JPH03130717A - 走査光学系 - 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〕 本発明は走査光学系に関し、特に回転鏡１回転多面鏡等
の偏向器を用いる走査光学系に関する。

〔従来の技術〕

近年、レーザ光等の光束を偏向走査して情報を記録また
は読み取るレーザビームプリンタ、レーザプロフタ等の
装置が数多く実用化されてきているが、これらの装置に
おける走査光学系では、偏向器として回転鏡５回転多面
鏡等が用いられる場合が多い。

しかし、回転鏡３回転多面鏡等の偏向器は、高精度に加
工されたものであっても、回転軸と偏向ミラー面との平
行度に多少の誤差が生じる。この偏向ミラー面の平行度
の誤差は、一般に面倒れ誤差と呼ばれている。

この面倒れ誤差は、走査面を走査される集束した光点の
軌跡を走査方向と垂直な方向に偏奇させるという不都合
があるので、この偏向ミラー面の面倒れ誤差を光学的に
補正するようにした走査光学系がすでにいくつか開示さ
れている。

例えば、第８図および第９図（ａｌ、　（ｂｌに示すよ
うな従来の走査光学系（特開昭５７−１４４５１４号公
報参照）は、回転多面鏡２２の偏向ミラー面の近傍に線
像を結像するためのシリンドリカルレンズでなる線像結
像光学系２１と、複数の偏向ミラー面を有し等角速度で
回転する回転多面鏡２２と、球面単レンズ２３およびト
ーリックレンズ（トロイダルレンズ）２４からなる２枚
構成のｆθレンズとから構成されている。なお、第８図
中、符号Ｓは光源を示す。

また、第１０図ｔａ＋および（ｂｌに示すような従来の
走査光学系（特公昭５２−２８６６６号公報参照）は、
回転多面鏡３２の偏向ミラー面の近傍に線像を結像する
ためのシリンドリカルレンズでなる線像結像光学系３１
と、複数の偏向ミラー面を有し等角速度で回転する回転
多面鏡３２と、シリンドリカルレンズ３３および球面レ
ンズ３４からなるｒθレンズとから構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の走査光学系は、前者の走査光学系では、
面倒れ補正用の光学系としてトーリックレンズ２４を使
用していたので、全体でのレンズの構成枚数を減らすこ
とは可能であったが、このトーリックレンズ２４の製造
が非常に困難であるという問題点があった。

また、後者の走査光学系は、トーリックレンズを使用し
ないので比較的安価で容易に製造することが可能である
が、球面レンズ３４は走査光学系として光束が通過しな
い不要な部分が多く、特にサイズの大きなレンズになる
と材料費や寸法が大きくなる等の問題点があった。

ところで、走査光学系で用いられるレンズは、走査方向
に垂直な方向には幅を必要としないので、例えば第１１
図に示すように、一般に外径が円形のレンズの中程を走
査方向に平行に残して上下部分を切り落としたような厚
板状をしている。

このような厚板状のレンズは、球面レンズの場合には、
−船釣に次の２通りの製造方法により製造されていた。

第１の方法は、外径が円形の状態で球面レンズを加工し
て最後に不要な部分を切断する方法、第２の方法は、プ
レス材を使用しあらかじめでき上がり状態に近い形を作
り研磨で仕上げる方法である。いずれの方法もそれぞれ
一長一短があるが、第１の方法では加工精度（芯、ダレ
）等はよいが材料のむだが多く、第２の方法では材料の
むだは少ないが加工精度が悪い等である。

一方、厚板状のレンズは、シリンドリカルレンズの場合
には、球面レンズに比べて非常に製造が容易である。す
なわち、例えば第１２図に示すように、初めに目的とす
る平凸レンズ等を数個並べた程度の大きさの材料をかま
ぼこ状に研磨し、しかる後に必要な厚さで切断すれば、
シリンドリカルレンズの量産が比較的容易になる。

ところが、シリンドリカルレンズは、曲率半径が大きく
なると研磨用加工治具が球面レンズより大型になるため
、材料のむだ等を考えても球面レンズの方が最終的に製
造コストが安価になることがある。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、偏向走査された光束
を走査面上に集光する光学素子群にシリンドリカルレン
ズを多く用いて、製造の難しさ。

材料のむだ等の問題を解決し、かつ偏向器の反射ミラー
面の面倒れ精度を高くすることなしに光点の集束性、ｆ
θ補正および面倒れ補正の要求を満足するようにした走
査光学系を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、シリンドリカルレンズの曲
率半径が大きくなる場合にはシリンドリカルレンズの製
造コストが高くなることを考慮して、曲率半径が大きな
シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを使用して
製造コストの問題を解決し、かつ偏向器の反射ミラー面
の面倒れ精度を高（することなしに光点の集束性、「θ
補正および面倒れ補正の要求を満足するようにした走査
光学系を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の走査光学系は、光源からの光束を等角速度で回
転する偏向ミラー面に入射させて偏向走査し、偏向走査
された光束を走査面に集束させる光学素子群を備えた走
査光学系において、光源からの光束により偏向ミラー面
の近傍に走査方向と平行な線像を結像する走査方向と垂
直な方向にのみ正の屈折力を有する線像結像光学系が配
置され、偏向ミラー面により偏向走査された光束を走査
面に集束させる光学素子群が、偏向ミラー面側より順に
、走査方向に平行な方向にのみ負の屈折力を有する第１
のシリンドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向にの
み正の反射力を有するシリンドリカルミラーと、走査方
向に平行な方向にのみ正の屈折力を有する第２のシリン
ドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈
折力を有する第３のシリンドリカルレンズとから構成さ
れていることを特徴とする。

また、本発明の走査光学系は、光源からの光束を等角速
度で回転する偏向ミラー面に入射させて偏向走査し、偏
向走査された光束を走査面に集束させる光学素子群を備
えた走査光学系において、光源からの光束により偏向ミ
ラー面の近傍に走査方向と平行な線像を結像する走査方
向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有する線像結像光学
系が配置され、偏向ミラー面により偏向走査された光束
を走査面に集束させる光学素子群が、偏向ミラー面側よ
り順に、負の屈折力を有する球面レンズと、走査方向と
垂直な方向にのみ正の反射力を有するシリンドリカルミ
ラーと、走査方向に平行な方向にのみ正の屈折力を有す
る第１のシリンドリカルレンズと、走査方向と垂直な方
向にのみ正の屈折力を有する第２のシリンドリカルレン
ズとから構成されていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の走査光学系では、走査方向と垂直な方向にのみ
正の屈折力を有する線像結像光学系が光源からの光束に
より偏向ミラー面の近傍に走査方向と平行な線像を結像
し、走査方向に平行な方向にのみ負の屈折力を有する第
１のシリンドリカルレンズおよび走査方向に平行な方向
にのみ正の屈折力を有する第２のシリンドリカルレンズ
が走査方向と平行な方向の光束に負の歪曲収差を与えて
ｆθ補正を行いかつタンジェンシャル方向のコマおよび
像面湾曲を抑え、走査方向と垂直な方向にのみ正の反射
力を有するシリンドリカルミラーおよび走査方向と垂直
な方向にのみ正の屈折力を有する第３のシリンドリカル
レンズが走査方向に垂直な方向の光束を走査面に結像し
て面倒れ補正を行いかつサジタル方向の像面湾曲を除去
する。

また、本発明の走査光学系では、負の屈折力を有する球
面レンズレンズおよび走査方向に平行な方向にのみ正の
屈折力を有する第１のシリンドリカルレンズが走査方向
と平行な方向の光束に負の歪曲収差を与えてｒθ補正を
行いかつタンジェンシャル方向のコマおよび像面湾曲を
抑え、走査方向と垂直な方向にのみ正の反射力を有する
シリンドリカルミラーおよび走査方向と垂直な方向にの
み正の屈折力を有する第２のシリンドリカルレンズが走
査方向に垂直な方向の光束を走査面に結像して面倒れ補
正を行いかつサジタル方向の像面湾曲を除去する。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る走査光学系を示す斜
視図である０本実施例の走査光学系は、光源（図示せず
）からの平行光束を偏向ミラー面の近傍に線像として結
像する走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有する
線像結像光学系としての第１シリンドリカルレンズ１と
、複数の偏向ミラー面を有し等角速度で回転する偏向器
としての回転多面鏡２と、偏向ミラー面により偏向され
た光束の走査方向と平行な方向にのみ負の屈折力を有す
る第２シリンドリカルレンズ３と、光束の走査方向と垂
直な方向にのみ正の反射力を有するシリンドリカルミラ
ー４と、走査方向と平行な方向にのみ正の屈折力を有す
る第３シリンドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向
にのみ正の屈折力を有する第４シリンドリカルレンズ６
とが順次配設されて構成されている。

次に、このように構成された本実施例の走査光学系の作
用について説明する。

第１シリンドリカルレンズ１は、光源からの平行光束に
より回転多面鏡２の偏向ミラー面の近傍に線像を結像さ
せる。

回転多面鏡２は、等角速度で回転して、第１シリンドリ
カルレンズｌにより偏向ミラー面の近傍に結像された線
像の光束を偏向ミラー面によって反射して偏向走査させ
る。

第２シリンドリカルレンズ３および第３シリンドリカル
レンズ５は、走査方向と平行な方向にのみ負の屈折力を
有するので、回転多面鏡２により偏向走査された光束に
負の歪曲収差を与えて、ｆθ補正を行う。

シリンドリカルミラー４は、第２シリンドリカルレンズ
３を通過した光束を９０度の角度に反射させるとともに
、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有している
ことにより面倒れ補正およびサジタル方向の像面湾曲の
除去を行う。

第４シリンドリカルレンズ６は、走査方向と平行な方向
にのみ正の屈折力を有することにより面倒れを補正して
走査面Ｐ上に光点を生じさせる。

したがって、走査方向と平行な方向の光束は、偏向走査
された平行光束が凹凸２枚の第２シリンドリカルレンズ
３および第３シリンドリカルレンズ５によって負の歪曲
収差が与えられてｆθ補正が行われ、走査面Ｐにおける
光点の位置（原点がらの変位Ｘ）が集光用光学素子群（
第２シリンドリカルレンズ３．シリンドリカルミラー４
．第３シリンドリカルレンズ５および第４シリンドリカ
ルレンズ６）の走査方向の焦点路１１ｉ１１ｆおよび回
転多面鏡２によって偏向された光束との光軸のなす角θ
においてｘ＝ｆ・θの関係になるように、がつタンジェ
ンシャル方向のコマおよび像面湾曲が抑えられるように
設定されている。

また、走査方向に垂直な方向の光束は、シリンドリカル
ミラー４と第４シリンドリカルレンズ６との組合せによ
って偏向ミラー面の近傍に結像された線像（第２回出）
では点像）が走査面Ｐに共役結像される。このとき、シ
リンドリカルミラー４によって走査面Ｐと第３シリンド
リカルレンズ５との間で一度結像され（第２回出）参照
）、第４シリンドリカルレンズ６によって走査面Ｐ上に
再度結像される。なお、シリンドリカルミラー４によっ
て走査面Ｐと第３シリンドリカルレンズ５との間で一度
結像させるのは、サジタル方向の像面湾曲を除去するた
めである。

第３図は、第１図に示した本実施例の走査光学系に座標
を記入した図である。

次に、第３図中の座標に従って第１図に示した実施例の
走査光学系の具体的な数値例を次に挙げる。なお、以下
、ＲｘはＸ方向の曲率半径（単位はｍｍ）、ＲｙはＸ方
向の曲率半径（単位はｍｍ）、ｄは距Ｍ（単位はｍｍ）
　、ｎは屈折率をそれぞれ示す。

〈実施例１〉 焦点距離−５４９，９９８ｍ　ｍ　　Ｆ　ｈｈ　＝４５
．８使用波長λ＝０．７８μｍ 第１シリンドリカルレンズｌの第１屈折面Ｒｘ＝　　　
ｏｏ　　　　　Ｒｙ＝　　２１１．５３８ｄ　　＝　　
１０．６４０４　　　ｎ　　＝　　　１．５１０７第１
シリンドリカルレンズ１の第２屈折面Ｒｚ　＝　　　０
０　　　　　Ｒｙ　ｗ　　　ωｄ　　”　　４０７．１
９４６　　　ｎ　　＝　　　１回転多面鏡２の偏向ミラ
ー面 Ｒｘミ　　ω　　　　Ｒｙ＝　　　（１）ｄ　　＝　　
５７．１１５４　　　ｎ　　−１第２シリンドリカルレ
ンズ３の第１屈折面Ｒｘ　＝　　　００　　　　　Ｒｙ
　＝　　　■ｄ　　−２７，５４２３ｎ　　＝　　　１
．７１２３第２シリンドリカルレンズ３の第２屈折面Ｒ
ｘ−１２９１，３７５Ｒ）ｌ＝　　　”ｄ　　”　　３
１．１７８Ｏｎ　　＝　　　１シリンドリカルミラー４
の反射面 Ｒｘ−ｏｏ　　　　　Ｒｙ＝　−１９９，６６６ｄ　　
＝　　５７．５４１２　　　ｎ　　＝１（９０°反射）
第３シリンドリカルレンズ５の第１屈折面Ｒｘた　　０
０　　　　　Ｒｙ　＝　　　■ｄ　　＝　　３９．３４
６２　　　ｎ　　＝　　　１．７１２３第３シリンドリ
カルレンズ５の第２屈折面Ｒｘ　−−３１９，０９７Ｒ
Ｙ　−” ｄ　　　＝　　４５５．９３１５　　　　ｎ　　　＝　
　　　１第４シリンドリカルレンズ６の第１屈折面Ｒｚ
　ｔ＝　　　００　　　　　Ｒｙ　＝　　　■ｄ　　＝
　　１５．０００Ｏｎ　　＝　　　１．５１０７第４シ
リンドリカルレンズ６の第２屈折面Ｒｘ＝　　　ｏｏ　
　　　　Ｒｙ＝　−４４，７９５ｄ　　＝　　１１６．
４５００　　　ｎ　　＝　　　１ところで、シリンドリ
カルレンズは曲率半径が大きくなると研磨用加工治具が
大型になるために球面レンズの方が材料のむだ等を考え
ても最終的に安価になることはすでに述べた９例えば、
実施例１の第２シリンドリカルレンズ３は、走査光学系
全体の焦点距離が２００ｍｍ程度以上になると、曲率半
径が大きくなり、第２シリンドリカルレンズ３の研磨用
加工治具が大型化してしまう。

第４図は、第２シリンドリカルレンズ３の代わりに負の
屈折力を有する球面レンズ７を配置した本発明の他の実
施例に係る走査光学系を示す斜視図である。第４図にお
いて、第１図に示した実施例の走査光学系の部材と対応
する部材には同一符号を付してそれらの詳しい説明は省
略する。

次に、第３図中の座標に従って第４図に示した実施例の
走査光学系の具体的な数値例を次に挙げ・る。

〈実施例２〉 焦点距離−５４９，９９８ｍｍ　　Ｆｋ−４５，８使用
波長λ＝０．７８μｍ 第１シリンドリカルレンズ１の第１屈折面Ｒｘ＝　　　
ｏｏ　　　　　Ｒｙ＝　　２１１．５３８ｄ　　＝　　
１０．６４０４　　　ｎ　　＝　　　１．５１０７第１
シリンドリカルレンズ１の第２屈折面Ｒｘ＝　　　ω　
　　　ＲＦ＝　　　ωｄ　　＝　　４０７．１９４６　
　　ｎ　　＝　　　１回転多面鏡２の偏向ミラー面 Ｒｘ−閃　　　　Ｒｙ＝　　　（１） ｄ＝５７．１１５４　　　ｎ　　＝　　　１球面レンズ
７の第１屈折面 ＲＸ　＝　　　ＱｏＲｙ　＝　　　ω ｄ　　＝　　　２７．５４２３　　　ｎ　　−１，７１
２３球面レンズ７の第２屈折面 Ｒｘ　”　１２９１．３７５　　　ＲＹ　＝　１２９１
．３７５ｄ　　−３１，１７８Ｏｎ　　−１ シリンドリカルミラー４の反射面 Ｒｘ＝　　　ｏｏ　　　　　Ｒｙ＝　−１９９，６６６
ｄ　　−５７，５４１２ｎ　　＝１（９０”反射）第３
シリンドリカルレンズ５の第１ｍ折面ＲＸ　＝”　　　
　　Ｒｙ　＝　　　ｏ。

ｄ　　＝　　３９．３４６２　　　ｎ　　−１，７１２
３第３シリンドリカルレンズ５の第２屈折面Ｒｘ　＝　
−３１９，０９７Ｒｙ　−”ｄ　　＝　　４５５．９３
１５　　　ｎ　　＝　　　１第４シリンドリカルレンズ
６の第１屈折面ＲＸ　＝　　　００　　　　　Ｒｙ　＝
　　　ｏ。

ｄ　　＝　　１５．００００　　　ｎ　　＝　　　１．
５１０７第４シリンドリカルレンズ６の第２屈折面Ｒｘ
”　　　ｏｏＲ＞’＝−４３，８６０ｄ　　＝　　１１
６．４５００　　　ｎ　　−１上記各実施例の走査光学
系は、第５図＋８１および（ｂｌに示すような「θ特性
（（実像高−理想像高）＋理想像高）およびローカルエ
ラー（（実間隔理想間隔）十理想間隔）を有しており、
レーザビームプリンタ、レーザプロフタ等の装置に要求
される仕様を十分に満足しており、光源にガウス型強度
分布を有するレーザ光を使用すれば回折限界近くまで光
束を集束することができる。例えば、約数ＩＯμｍ程度
に絞り込むことが可能で、走査幅内の変動も比較的少な
い。

なお、第６図は第１図に示した実施例の走査光学系の非
点収差（ＡＳ）を示す図であり、第７図は第４図に示し
た実施例の走査光学系の非点収差を示す図である。

また、面倒れ補正の能力も高く、面倒れ精度が１分から
２分程度の偏向器が使用可能である０例えば、回転多面
鏡２の偏向ミラー面の傾きが１分であった場合の走査面
Ｐにおける走査方向と垂直な方向への位置ずれは、面倒
れ補正が無い走査光学系の場合が３１９．９８μｍであ
るのに対して、各実施例では、各走査位置で 走査位置　　３２０　１６０　　０　１６０　３２０ｍ
ｍ実施例１　　＋２．７　＋１．１−０．９　＋１．０
　＋２．６μｍ実施例２　　＋２．１　＋１．６　＋０
．２　＋１．６　＋１．８　μｍとなった。

なお、上記各実施例では、レンズはすべて平凸および平
凹のシリンドリカルレンズまたは平凹の球面レンズとし
たが、これはレンズの研磨用加工治具の個数を減らすと
ともに加工工数を少なくするためであり、本発明を実施
する場合には必ずしも平凸および平凹のシリンドリカル
レンズまたは平凹の球面レンズでなくてもよいことはい
うまでもない。

また、上記各実施例では、偏向器を回転多面鏡としたが
、偏向器が回転鏡の場合にも本発明が同様に通用可能で
あることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、偏向走査された
光束を走査面上に集光する光学素子群にシリンドリカル
レンズを多く用いたことにより、製造の難しさ、材料の
むだ等の問題を解決し、かつ偏向器の偏向ミラー面の面
倒れ精度を高くすることなしにレーザプリンタ、レーザ
ブロック等の装置に要求される光点の集束性、ｆθ補正
および面倒れ補正の仕様を満足させることができるとい
う効果がある。

また、本発明によれば、シリンドリカルレンズの曲率半
径が大きくなる場合にシリンドリカルレンズの製造コス
トが高くなることを考慮して、曲率半径が大きいシリン
ドリカルレンズの代わりに球面レンズを使用することに
より、製造コストの問題を解決し、かつ偏向器の偏向ミ
ラー面の面倒れ精度を高くすることなしにレーザプリン
タ、レーザプロッタ等の装置に要求される光点の集束性
３ｆθ補正および面倒れ補正の仕様を満足させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る走査光学系を示す斜視
図、 第２図（ａｌおよび（ｂ）は第１図に示した走査光学系
の水平光路および垂直光路をそれぞれ示す断面図、第３
図は第１図に示した走査光学系に座標を表示して示す図
、 第４図は本発明の他の実施例に係る走査光学系を示す斜
視図、 第５図＋８１および（ト））は第１図および第４図に示
した走査光学系におけるｆθ補正およびローカルエラー
をそれぞれ示す線図、 第６図は第１図に示した走査光学系における非点収差を
示す線図、 第７図は第４図に示した走査光学系における非点収差を
示す線図、 第８図は従来の走査光学系の一例を示す斜視図、第９図
（ａｌおよび山）は第８図に示した走査光学系の水平光
路および垂直光路をそれぞれ示す断面図、第５図＋８１
および伽）は従来の走査光学系の他の例の水平光路およ
び垂直光路をそれぞれ示す断面図、 第１１図は走査光学系におけるレンズの形状例を示す斜
視図、 第１２はシリンドリカルレンズの製造方法を例示する斜
視図である。 図において、 １・・・第１シリンドリカルレンズ （線像結像光学系）、 ２・・・回転多面鏡（偏向器）、 ３・・・第２シリンドリカルレンズ （第１のシリンドリカルレンズ）、 ４・・・シリンドリカルミラー ５・・・第３シリンドリカルレンズ （第２のシリンドリカルレンズまたは 第１のシリンドリカルレンズ）、 ６・・・第４シリンドリカルレンズ （第３のシリンドリカルレンズまたは 第２のシリンドリカルレンズ）、 ７・・・球面レンズである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光束を等角速度で回転する偏向ミラー
   面に入射させて偏向走査し、偏向走査された光束を走査
   面に集束させる光学素子群を備えた走査光学系において
   、 光源からの光束により偏向ミラー面の近傍に走査方向と
   平行な線像を結像する走査方向と垂直な方向にのみ正の
   屈折力を有する線像結像光学系が配置され、 偏向ミラー面により偏向走査された光束を走査面に集束
   させる光学素子群が、偏向ミラー面側より順に、走査方
   向に平行な方向にのみ負の屈折力を有する第１のシリン
   ドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の反
   射力を有するシリンドリカルミラーと、走査方向に平行
   な方向にのみ正の屈折力を有する第２のシリンドリカル
   レンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有
   する第３のシリンドリカルレンズとから構成されている
   ことを特徴とする走査光学系。
2. （２）光源からの光束を等角速度で回転する偏向ミラー
   面に入射させて偏向走査し、偏向走査された光束を走査
   面に集束させる光学素子群を備えた走査光学系において
   、 光源からの光束により偏向ミラー面の近傍に走査方向と
   平行な線像を結像する走査方向と垂直な方向にのみ正の
   屈折力を有する線像結像光学系が配置され、 偏向ミラー面により偏向走査された光束を走査面に集束
   させる光学素子群が、偏向ミラー面側より順に、負の屈
   折力を有する球面レンズと、走査方向と垂直な方向にの
   み正の反射力を有するシリンドリカルミラーと、走査方
   向に平行な方向にのみ正の屈折力を有する第１のシリン
   ドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈
   折力を有する第２のシリンドリカルレンズとから構成さ
   れている ことを特徴とする走査光学系。