JPH02285321A - 高精度トーリックｆθレンズ系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、レーザプリンタ等に使用される走査光学系
、特に走査幅が大きく、結像スポット径がかなり小さい
高精度走査系に用いられ、走査線の幅走査方向について
のピッチのムラを除去する面倒れ補正走査光学系に関す
る。

［従来の技術］ 光源から発した光線束を偏向器の偏向反射面一ヒに線状
に結像する線状結像光学系と偏向器で反射偏向された光
線束を被走査物上に結像する走査結像光学系とを備＾た
面倒れ補正走査光学系は、レーザプリンタ等に使用され
ている１例えば、レーザプリンタにおいて、光源からの
光線束を走査するために用いられるポリゴンミラー等の
偏向器の偏向反射面には、その製作誤差や取付誤差、あ
るいは回転時の振動等によって走査面に直交する方向に
対して多少の倒れ誤差がある。

そのため、このような倒れ誤差のある偏向反射面で反射
された光線束は、被走査物上での結像位置が副走査方向
にずれて走査線のピッチのむらが生じることになる。そ
して、この走査線のピッチのむらは、例えば、レーザビ
ームプリンタのような記録装置においては記録の画質低
下を引き起こしてしまう。

面倒れ補正走査光学系は、このような走査線のピッチの
むらな除去するためのものであって、光源からの光線束
を一旦線状結像光学系によって走査面に直交する方向に
収束させて偏向器の偏向反射面上に線状に結像させ、こ
の偏向反射面からの光線束な走査結像光学系によって走
査面に直交する方向において復元させて被走査物上に共
役に結像させることにより偏向反射面の倒れ誤差の影響
を受けないようにするものである。

一方、走査面内においては、被走査物上での光線束の走
査速度を等速なものとさせるように、偏向反射面からの
光線束なこの光学系への入射角に比例する像高となるよ
うに被走査物上に結像させるものである。

なお、この明細書においてλ走査面とは走査される光線
束の時系列的な集合によって形成される平面、即ち、被
走査物における主走査ラインと、この面倒れ補正走査光
学系の光軸とを含む平面を意味するものとする。

［発明が解決しようとする課題］ このような面倒れ補正光学系としては、トロイダルレン
ズとｆθレンズで構成されたものや、ｆθレンズとシリ
ンドリカルで構成されたものが従来知られているが、こ
れらのものは球面レンズ系とアナモフィックレンズ系を
分離した構成であり、前者では面倒れ補正効果が不十分
になりやす（、後者ではｆθレンズをテレセントリック
にしないと走査面に垂直な方向（副走査方向）の像面湾
曲の補正が不十分となり、走査幅に対して大きな光学系
になっていた。

また、アナモフィックなｆθレンズとしては、米国特許
筒４，０５６，３０７号明細書記載のものや、特開昭６
２−２５４１１１号公報等のものがあり、これらのもの
は結像スポット径は非常に小さな高精度のものとなって
いるが、これらもテレセントリックな構成となっていて
、大きな走査幅に使用できる光学系ではない。

この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、ト
ーリック面を含むアナモフィックなｆθレンズにより面
倒れ補正効果が大きく、また、特に走査幅が大きく、結
像スポット径もかなり小さい高精度走査系を提供するこ
とを目的とする。

また、光源として半導体レーザを使用して波長が変動し
た場合や、波長の異なる複数の光源を使用する場合等に
対応することができるよう色収差補正を十分に考慮した
走査光学系を提供することを目的とする。

さらに、走査面に垂直な方向（副走査方向）には極めて
小さな走査光学系を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の高精度トーリックｆθレンズ系は、偏向器で
反射偏向された光線束を被走査物上に結像する走査結像
光学系を、偏向器側から順に、走査面に沿う方向（主走
査方向）・走査面に直交する方向（副走査方向）ともに
正の第１レンズ群。

走査面に沿う方向（主走査方向）・走査面に直交する方
向（副走査方向）ともに負の第２レンズ群、走査面に沿
う方向（主走査方向）・走査面に直交する方向（副走査
方向）ともに正の第３レンズ群および走査面に直交する
方向（副走査方向）が正の第４レンズ群とからなり、上
記第３レンズ群に少なくとも１面のトーリック面を有す
る構成を特徴とする。

なお、トーリック面とは、面倒れ補正走査光学系の光軸
に直交する面内において、光線束が走査される主走査方
向とこの主走査方向に直交する副走査方向とに、それぞ
れ異なる屈折力を有する屈折面を意味するものである。

また、シリンドリカル面とは、主走査方向と副走査方向
との何れか一方の方向のみ屈折力を有し、他方の方向に
は屈折力を有しない屈折面を意味し、これはトーリック
面のひとつの形態である。

さらに、トーリックレンズあるいはアナモフィックレン
ズとは、主走査方向と副走査方向とにそれぞれ異なる屈
折力をもつレンズを意味し、シリンドリカルレンズとは
、主走査方向と副走査方向との何れか一方の方向のみ屈
折力を有し、他方の方向には屈折力を有しない単レンズ
を意味し、これはトーリックレンズのひとつの形態であ
る。

［実　施　例］ 以下、図面を参照してこの発明の面倒れ補正走査光学系
としての高精度トーリックｆθレンズ系の実施例を説明
する。

この発明の高精度トーリックｆθレンズ系においては、
走査面に沿う方向（以下、主走査方向という、）では、
偏向器側から順に正の第１レンズ群１．負の第２レンズ
群１１　、正の第３レンズ群ＩＩ＋のトリップレット構
成にすることにより、被走査物上での光線束の等速走査
性を十分高く維持することができる歪曲特性を有しなが
ら、この主走査方向での像面湾曲を十分小さ（すること
により、大きな走査幅に亘って小さなスポット像径を維
持することが可能となる。また、走査面に直交する方向
（以下、副走査方向という。）においては、偏向器側か
ら順に正の第１レンズ群Ｉ、負の第２レンズ群１１　、
正の第３レンズ群ＩＩＩおよび正の第４レンズ群ＩＶと
で構成し、第３レンズ群Ｉｌｌに少（とも１面のトーリ
ック面を配置することによって副走査方向での結像倍率
を小さくして面倒れ補正効果を大きくするとともに、こ
の副走査方向での像面湾曲を十分小さくすることができ
、大きな走査幅に亘って小さな結像スポット径を維持す
ることができる。

す、主として主走査方向の倍率色収差を小さく抑えるこ
とができ、光源の波長が変動した場合や波長の異なる複
数の光源を使用する場合にも対応することが可能となる
。

次に、第１レンズ群Ｉに副走査方向に正のシリンドリカ
ル面および／あるいは第２レンズ群１１に副走査方向に
負のシリンドリカル面を配置することにより、第１レン
ズ群■の正の屈折力および第２レンズ群ＩＩの負の屈折
力を大きくすることができ、第３レンズ群ＩＩ＋のトー
リック面と協力して副走査方向の第１レンズ群工、第２
レンズ群ＩＩおよび第３レンズ群１１１のトリブレット
構成を自由に設定することが可能となる。そして、この
構成と第４レンズ群ＩＶの正の屈折力と協力して副走査
方向での結像倍率を自由に小さく抑制しながらこの副走
査方向での像面湾曲を小さ（押えることができ、大きな
走査幅に亘って小さな結像スポット径を維持することが
できる。そして、この副走査方向の結像倍率が小さくで
きることから、副走査方向での有効光束幅が小さくなり
、この方向での大きさ（副走査方向の高さ）が小さくで
きる。

さらに、第１レンズ群■、第２レンズ群ＩＩおよび第３
レンズ群Ｉ１１の副走査方向の合成焦点距離をｆ　Ｖ＋
□８．全系の主走査面方向の焦点距離をｆとするとき、 ０．２＜ｆｖ＋２３／ｆ＜０．８　　　＝・　　■の条
件式を満足させる。

また、第２レンズ群１１の主走査方向の焦点距離をｆ　
Ｈｚ、全系の焦点距離をｆとするとき、０、２＜　ｌ　
ｆ’）ｌｚｌ　／　ｆ　＜０．８　　・・　［２］の条
件式を満足させる。

これらの条件式■、■は、この発明を実施するのに当た
って結像性能を良好に維持するために満足することが望
ましい条件である。

即ち、上記条件式■は、副走査方向の像面湾曲および面
倒れ補正効果に係る条件式である。この下限値を越える
と面倒れ補正効果は大きくなるが像面湾曲が負偏移とな
る。また、上限値を越えると面倒れ補正効果が小さくな
るとともに像面湾曲が像高の大きいところで正偏移して
しまう。そして、これらいずれの場合も大きな走査幅に
亘って像面湾曲を補正することが困難になってしまう。

像面湾曲が十分補正されていない場合、結像スポット径
が走査線上で変動することになり画質の劣化につながっ
てしまう。

また、上記条件式■は、主走査方向の像面湾曲および被
走査物上での光線束の等速走査性を得るために意図的に
与える歪曲収差に係るものである。この下限値を越える
と、所望の歪曲に対して正の歪曲収差が大きくなり、ま
た、主走査方向の像面湾曲の正偏移を起こす。また、上
限値を越えると負の歪曲収差が大きくなり、主走査方向
の像面湾曲の負偏移を起こす、そして、いずれの場合も
大きな走査幅に対して像面湾曲を小さく押えながら上記
等速性を良好に維持することが困難になってしまう。

以下、この発明の具体的な実施例を説明する。

この発明による高精度トーリックｆθレンズ系は、例え
ばレーザプリンタ等のレーザ走査装置に用いられる面倒
れ補正光学系である。

第１６図に示すように、レーザ走査装置は光源としての
半導体レーザ１．コリメータレンズ２゜シリンドリカル
レンズ３．偏向器としてのポリゴンミラー４．ｆθレン
ズ５および感光体ドラム６等から構成されている。

半導体レーザｌからは、画像情報に応じて直接変調され
たレーザビームＢが射出され、光線束の一例であるこの
レーザビームＢはコリメークレンズ２で平行光束に整形
される。

なお、ガスレーザ等の発散角の小さく、直接変調できな
い光源を使用した場合は、ＡＯ変調器等によって変調さ
れたレーザビームがビーム拡大光学系等によって平行光
束に整形される。

その後、線状結像光学系の一例であるシリントノカルレ
ンズ３により一旦線状に収束され、偏向器の一例である
ポリゴンミラー４の偏向反射面４ａに結像する。この偏
向反射面４ａで反射された後のレーザビームＢはポリゴ
ンミラー４の回転に伴って偏向され、走査結像光学系の
一例であるｆθレンズ５によって感光体ドラム６上に結
像されて、図中六方向に走査される。この発明の高精度
ｆθレンズ系は、上述した線状結像光学系３と走査結像
光学系５とからなり、偏向器４の偏向反射面４ａの面倒
れにより生じる走査線のピッチのずれを除去するもので
ある。

以下、走査結像光学系５の具体的なレンズ構成を示す実
施例の諸元を示す。

この発明の実施例は、実施例１〜実施例１６の合計１６
例あるが、実施例工ないし実施例５の第１グループの５
例は、主走査方向のレンズ諸元は同じで、副走査方向の
レンズ諸元のみが異なっている。この主走査方向のレン
ズ諸元および前記条件式■の数値を合せて第１表に、副
走査方向の実施例１〜実施例５の諸元および前記条件式
［２］の数個を合せて第２表〜第６表に示し、主走査方
向のレンズ構成を第１図（Ａ）に、副走査方向のレンズ
構成を第１図（Ｂ）に示す、また、この実施例１〜実施
例５の主走査方向の収差曲線図を第２図（Ａ）〜（Ｄ）
に示し、副走査方向の収差曲線図を第３図（Ａ）〜（Ｅ
Ｃにそれぞれ示す。

この副走査方向の収差曲線図である第３図（Ａ）〜（Ｅ
）では、球面収差と像面湾曲のみを示す。

また、実施例６〜実施例８の第２グループの３例は、主
走査方向のレンズ諸元は同一であり、この諸元および前
記条件式■の数値を合せて第７表に示す。そして、実施
例６〜実施例８の副走査方向の諸元はそれぞれ異なり第
８表〜第１０表に前記条件式［２］の数値を合せて示す
。そして、このレンズ構成の主走査方向を第４図（Ａ）
、副走査方向を第４図（Ｂ）に示し、主走査方向の収差
曲線図を第５図（Ａ）〜（Ｄ）に、副走査方向の収差曲
線図を第６図（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。

この第６図においても副走査方向の球面収差と像面湾曲
のみをそれぞれ示す。

次に、実施例９〜実施例１１の第３グループの３例は、
同様に主走査方向のレンズ諸元は同一であり、その諸元
および前記条件式■の数値を合せて第１１表に示し、そ
のレンズ構成を第７図（Ａ）に示し、収差曲線図を第８
図（Ａ）〜（Ｄ）に示す、また、副走査方向のレンズ諸
元は第１２表〜第１４表に前記条件式［２］の数値と合
せて示す。そして、このレンズ構成を第７図（Ｂ）に、
収差曲線図を第９図（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。

次に、実施例１２〜実施例１４の第４グループの３例は
、同様に主走査方向のレンズ諸元は同一であり、その諸
元および前記条件式■の数値を合せて第１５表に示し、
そのレンズ構成を第１０図（Ａ）に示し、その収差曲線
図を第１１図（Ａ）〜（Ｄ）に示す、また、副走査方向
のレンズ諸元は第１６表〜第１８表に前記条件式［２］
の数値を合せて示す、そして、このレンズ構成を第１０
図（Ｂ）に、収差曲線図を第１２図（Ａ）〜（Ｃ）にそ
れぞれ示す。

さらに、実施例１５．１６の第５グループの２例は、同
様に主走査方向のレンズ諸元は同一であり、その諸元お
よび前記条件式■の数値を合せて第１９表に示し、その
レンズ構成を第１３図（Ａ）に示し、収差曲線図を第１
４図（Ａ）〜（Ｄ）に示す。また、副走査方向のレンズ
諸元および前記条件式［２］の数値を合せて第２０表、
第２１表に示す。そして、このレンズ構成を第１３図（
Ｂ）に、収差曲線図を第１５図（Ａ）（Ｂ）にそれぞれ
示す、　なお、上記副走査方向の各表において、＊印は
シリンドリカル面を＊＊印はトーリック面を示している
。

これらの実施例１〜実施例１６とレンズ構成図、主走査
方向収差曲線図、副走査方向収差曲線図の対応関係を一
覧表にして第２２表に示す。

なお、主走査方向の各収差曲線図において、（Ａ）は無
限大のＦ値に対する球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ
）は歪曲収差、（Ｄ）は倍率色収差（波長７８０ｎｍで
の波長８３０ｎｍとの差）であり、副走査方向の各収差
曲線図においては、有効Ｆ値に対する球面収差および像
面湾曲のみを示している。

また、主走査方向の収差曲線図において、（Ｃ）の歪曲
収差は、光線束の等速走査性を得るための理想像高をｆ
θ ただし、 θ：入射角（偏向された光線束がレンズ光軸となす角度
） ｆ；走査面に沿った方向の全ての走査結像光学系の焦点
距離 とし、次式で示すこの理想像高からの実際の像高の偏差
の百分率で表しである。

（（ｙ　’−ｆθ）／ｆ１９）　Ｘ１００　（％）ただ
し、 ｙ　、実際の像高 その他、各実施例の諸元において、 ｆ；主走査方向の全系の焦点距離 ＦＨＯ：主走査方向のＦ値 ２ω：最大入射角 Ｉ ｄ　、　： ＮＪ　ニ ジ　４ ｒｉｖ： ｆ　８２　： ｆ　Ｖ１２３＋ である。

ｉ番目の曲率半径 ｉ番目の軸上面間隔（ｄｏは偏向点 （Ｄ、Ｐ）と第１面との軸上面間隔） ｊ番目の硝材の屈折率（８３０ｎｍ） ｊ番目の硝材のアツベ数（ｄ線） ｉ番目の副走査方向曲率半径 主走査方向の第２レンズ群の焦点距離 副走査方向の第１レンズ群〜第３レン ズ群の合成焦点距離 （以下余白） 第 表（実施例１〜５ 主走査方向） ５５、Ｏ ５５，０ ｄ＋ａ ７００．０ 第 表 （実施例２ 副走査方向） ｄ。

５５．０ ７００、０ 第 表 （実施例１ 副走査方向） ５５．０ ｄ。

５５．０ 第 表 （実施例３ 副走査方向） ｄ。

第 表 （実施例４ 副走査方向） 第 表（実施例６〜８ 主走査方向） 第 表 （実施例５ 副走査方向） 第 表 （実施例６ 副走査方向） ｄ。

５５．０ 隠 門　　。　　−、１、、。　　２ 派　ｏｚ　ｅｌ　　ｅｌ’ｅｌ　　’ｅ＋　　’＋５　
　”ｅｌ　　Ｍ　　”ｅｌ寸 且 派■ｆ、３フｔ　’ａ　’ａ擢ぜ→”＋：　−ａ　＝　
ｉ　’Ｉ：ｉ　”ｉ　；　６　”；　’ｉン一 第 表（実施例９〜１１ 主走査方向） 第 表（実施例１０ 副走査方向） 第 表 （実施例９ 副走査方向） 第 表（実施例１１ 副走査方向） ｄ。

５５．０ ５５．０ χ ≧＝ →ぜ擢’ｔ；　”；　＝　＝　＝　＝　−ｆ　＝　ｉ　
＝≧ヰ 【発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の高精度トーリックｆθ
レンズ系はトーリック面を含むアナモフィックなｆθレ
ンズ系により構成され、面倒れ補正効果が大きく、また
、特に走査幅が太き（、かつ、結像スポット径もかなり
小さい高精度な走査系となっている。そして、光源とし
て半導体レーザを使用したものに使用して波長が変動し
た場合や、波長の異なる複数の光源を使用する場合等に
対応して、色収差補正が極めて良好な走査系となってい
る。

また、走査面に垂直な副走査方向には極めて小さな走査
光学系となっていて、装置の小型化に寄与できるものと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の実施例１〜５のレ
ンズ構成を代表して示した実施例１の主走査方向および
副走査方向の断面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、上記第
１図（Ａ）に示す実施例１〜５の主走査方向の収差曲線
図、第３図（Ａ）〜（Ｅ）は、上記第１図（Ｂ）に示す
実施例１〜５の副走査方向の収差曲線図、第４図（Ａ）
、（Ｂ）は、この発明の実施例６〜８のレンズ構成を代
表して示した実施例６の主走査方向および副走査方向の
断面図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は、上記第４図（Ａ）に
示す実施例６〜８の主走査方向の収差曲線図、第６図（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、上記第４図（Ｂ）に示す実施
例６〜８の副走査方向の収差曲線図、 第７図（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の実施例９〜１１の
レンズ構成を代表して示した実施例９の主走査方向およ
び副走査方向の断面図。 第８図（Ａ）、（Ｄ）は、上記第４図（Ａ）に示す実施
例９〜１１の主走査方向の収差曲線図、第９図（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）は、上記第７図（Ｂ）に示す実施例９〜
１１の副走、査方向の収差曲線図、 第１０図（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の実施例１２〜１
４のレンズ構成を代表して示した実施例１２の主走査方
向および副走査方向の断面図、第１１図（Ａ）〜（Ｄ）
は、上記第１Ｏ図（Ａ）に示す実施例１２〜１４の主走
査方向の収差曲線図、 第１２図（Ａ）〜（Ｃ）は、上記第１０図（Ｂ）に示す
実施例１２〜１４の副走査方向の収差曲線図、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）走査面に沿う方向（主走査方向）および走査面に
   直交する方向（副走査方向）に正の第１レンズ群と、走
   査面に沿う方向および走査面に直交する方向に負の第２
   レンズ群と、走査面に沿う方向および走査面に直交する
   方向に正の第３レンズ群と、走査面に直交する方向に正
   の第４レンズ群とから構成され、上記第３レンズ群に少
   なくとも１面のトーリック面を有する高精度トーリック
   ｆθレンズ系。 （２）第１レンズ群および／あるいは第３レンズ群に少
   くとも１つ以上の接合レンズを含む請求項１記載の高精
   度トーリックｆθレンズ系。 （３）第１レンズ群に走査面に直交する方向に正のシリ
   ンドリカル面を有する請求項１記載の高精度トーリック
   ｆθレンズ系。 （４）第２レンズ群に走査面に直交する方向に正のシリ
   ンドリカル面を有する請求項１記載の高精度トーリック
   ｆθレンズ系。 （５）第１レンズ群、第２レンズ群および第３レンズ群
   の走査面に直交する方向の合成焦点距離をｆ＿Ｖ＿１＿
   ２＿３、全系の走査面に沿う方向の焦点距離をｆとする
   とき、 ０．２＜ｆ＿Ｖ＿１＿２＿３／ｆ＜０．８・・・［１］
   の条件式を満足する請求項１ないし請求項４記載のトー
   リックｆθレンズ系。 （６）第２レンズ群の走査面に沿う方向の焦点距離をｆ
   ＿Ｈ＿２、全系の焦点距離をｆとするとき、０．２＜｜
   ｆ＿Ｈ＿２｜／ｆ＜０．８・・・［２］の条件式を満足
   する請求項１ないし請求項４記載のトーリックｆθレン
   ズ系。