JPH032815A - 光走査装置における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］ 本発明は、光走査装置におけるｆθレンズ系に関する。

［従来の技術］ 光走査装置は、光束の走査により情報の書き込みや読み
取りを行う装置として知られ、レーザープリンターやフ
ァクシミリ等に使用されている。

このような光走査装置のうちに、光源装置からの略平行
な光束を主走査対応方向に長い線像に結像させ、その線
像の結像位置の近傍に反射面を有する回転多面鏡により
上記光束を等角速度的に偏向させ、この偏向光束を結像
レンズ系により被走査面上にスポット状に結像させて被
走査面を光走査する方式の装置がある。

回転多面鏡を用いる光走査装置には所謂面倒れの問題が
あり、また、偏向される光束は回転多面鏡の角速度が一
定であるため通常のｆ−ｔａｎＯレンズを用いたのでは
被走査面の走査が定速的に行われない、そこで等速走査
するための工夫が必要となる。ｆθレンズ系は、この被
走査面の定速的な走査を光学的に実現する様にしたレン
ズ系であり。

レンズ光軸に対してθなる角をもって入射する光束の像
高が焦点距離をｆとしてｆθとなるようにする１０機能
を有する。

また面倒れの問題を解決する方法としては１回転多面鏡
と被走査面との間に設けられるレンズ系をアナモフィッ
ク系とし、副走査方向に関して、回転多面鏡の反射位置
と被走査面とを幾何光学的な共役関係に結び付ける方法
が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ｆＯレンズ系自体をアナモフィックとし、定速的な走査
と面倒れの問題の解決とを図ったものは種々知られてい
る０例えば、特開昭６３−１９６１７号公報には２枚構
成のものが開示されている。しかし、このｆθレンズ系
は像面湾曲の補正が必ずしも十分ではなく、被走査面上
に於ける結像スポットの径が走査位置によりかなり大き
く変動するので高密度の光走査の実現が困難である。ま
た特開昭６１−１２０１１２号公報には像面湾曲を良好
に補正する　ために所謂鞍型トーリック面を使用した２
枚構成のｆθレンズ系が開示されているがこのｆθレン
ズ系は非球面を２面採用しているため加工が難しく、製
造コストが高くつという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、主・副走査方向の像面湾曲の十分な補正と、回転多面
鏡における面倒れの問題の解決を可能ならしめた新規な
ｆθレンズ系の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明のｆθレンズ系は「光源装置からの略平行な光束
を主走査対応方向に長い線像に結像させ、その線像の結
像位置の近傍に反射面を有する回転多面鏡により上記光
束を等角速度的に偏向させ、この偏向光束を結像レンズ
系により被走査面上にスポット状に結像させて被走査面
を略等速的に光走査する光走査装置において、回転多面
鏡により偏向された光束を被走査面上に結像させる結像
レンズ系」であって、「副走査方向に関しては１回転多
面鏡の反射位置と被走査面とを幾何光学的に略共役な関
係に結び付ける機能」を持ち、「主走査方向に関しては
、１０機能」を有する。

また、このｆθレンズ系は回転多面鏡の側から被走査面
側へ向かって第１、第２の順に配備される第１および第
２のレンズにより構成される２群・２枚構成であり、上
記回転多面鏡の側から数えて各レンズ面を第１乃至第４
面とするとき、これらのレンズ面の偏向面内での形状が
第１面から第４面に向かって、ｊ順次「円弧、円弧、直
線１円弧」である。

上記第１ないし第４面は、第１面が「球面」。

第２面が「偏向直交面内の曲率半径が光軸から離れるに
従い大きくなる凹の鞍型トーリック面」、第３面が「偏
向直交面内にのみ屈折力を持つ凹のシリンダー面」、第
４面が「偏向直交面内に強い曲率を持つ凸のトーリック
面」である。

偏向直交面内における合成焦点距離をｆ３、偏向直交面
内に於ける上記第１ないし第４面の曲率半径を順次ｒ：
＋ｒｘ、ｒｓｔｒ′４とすると、これらは。

（Ｉ）　　　０．０７１［（（１／ｒ＋）−（１／ｒ；
）Ｄ（（１／ｒｉ）−（１／ｒｎ））コ−ｆ、＋＜０．
９１なる条件を満足する。

ここで第１図を参照して、本発明のｆθレンズ系の各レ
ンズ面を説明する。なお、本明細書中に於いて「偏向面
」とは、回転多面鏡により理想的に偏向された光束の主
光線が掃引することにより形成される面をいい、「偏向
直交面」とはｆＯレンズ系の光軸に平行で上記偏向面に
直交する面を言う。

第１図に於いて、図の左側は回転多面鏡の側、右側は被
走査面の側であり、従ってレンズは左側が第１のレンズ
、右側が第２のレンズを表しており、レンズ面は左から
右へ向かって順次第１乃至第４面である。また、第１図
の上側の図は、ｆＤレンズ系の偏向面内でのレンズ形状
、下側の図は、光軸を含む偏向直交面内でのレンズ形状
を表している。

偏向面はその被走査面との交線が理想的な主走査方向に
対応するので、第１同各国の上の図は「主」と表示しで
ある。同様に、偏向直交面は副走査方向と対応するので
第１同各回の下の図は「副」と表示しである。

偏向面内におけるレンズ面形状は第１同各回の上の図の
ように第１ないし第４レンズ面が、順に円弧、円弧、直
線、円弧である。

第１図番図にはまた、上記偏向面、偏向直交面内でのレ
ンズ機能が「凸」であるか「凹」であるかを表示しであ
る。

［作　　用］ 以下、上記条件（Ｉ）に付き説明する。

上記の如きレンズ面構成でｆθレンズ系を構成すること
により主・副走査方向の像面湾曲の良好な補正が可能に
なる。

しかし副走査方向の像面湾曲の補正には、さらに上記条
件（Ｉ）の充足が必要となる。

即ち、上記の面構成でレンズ構成して面倒れの補正を行
うと、条件（Ｉ）が満足されるとき、第２面の凹の鞍型
トロイダル面の像面湾曲補正機能が良好に発揮されて、
副走査方向の像面湾曲が良く補正される。

条件（１）の上限を越えると副走査方向の像面湾曲がオ
ーバーの側に、下限を越えるとアンダーの側に発生する
。

従って条件（Ｉ）を外れると副走査方向の像面湾曲の影
響で高密度の光走査が困難になる。

次ぎに第２図を参照すると、この図はｆθレンズ系を用
いた光走査装置の１例を説明図的に略伝している。また
、第３図は、第２図の光学配置を副走査方向から見た状
態、即ち偏向面内での様子を示している。

第２図に於いて、光源もしくは光源と集光装置とからな
る光源装置１からの平行光束は線像結像光学系たるシリ
ンダーレンズ２により、回転多面鏡３の反射面３ａの近
傍に偏向面と略平行な線像ＬＩとして結像する。この線
像の長手方向は主走査対応方向である。

回転多面鏡３により反射された光束は、ｆθレンズ系に
より、被走査面６上にスポット状に結像され、回転多面
鏡３の矢印方向への等速回転に従い、被走査面６を等速
的に走査する。

ｆθレンズ系は第２レンズ５と第２レンズ５とにより構
成され、レンズ４は回転多面＠３の側。

レンズ５は被走査面６の側にそれぞれ配設される。

偏向面内で見ると第３図に示すように、レンズ４゜５に
よるｆθレンズ系は光源装置側の無限遠と被走査面６の
位置とを幾何光学的な共役関係に結び付けている。

これに対し偏向直交面内で見ると、即ち副走査方向に関
してはｆθレンズ系は回転多面鏡３の反射位置と被走査
面６とを幾何光学的に略共役な関係に結び付けている。

従って、第４図に示すように反射面３ａが符号３ａ’で
示すように面倒れを生じてもｆθレンズ系による。被走
査面６上の結像位置は走査方向（第４図上下方向）には
殆ど移動しない、従って面倒れは補正される。

さて、回転多面［３が回転すると反射面３ａは軸３Ａを
中心として回転するため、第５図に示すように反射面の
回転に伴い線像の結像位置Ｐと反射面３ａとの間に位置
ずれΔＸが生じ、ｆθレンズ系による線像の共役像の位
置Ｐ′は被走査面６からΔＸ′だけずれる。

このずれ量ΔＸ′はｆθレンズ系の副走査方向の横倍率
をβとして、周知の如くΔＸ″：β３ΔＸで与えられる
。

偏向面内で、ｆθレンズ系のレンズ光軸と偏向光束の主
光線とのなす角をθとする時、θと上記ΔＸとの関係を
示したのが第６図及び第７図である。第６図は固有入射
角α（第８図参照）を９０度とし、回転多面鏡３の内接
円半径Ｒ′をパラメーターとして描いている。また、第
７図では上記内接円半径Ｒ′を４０＋ｕｓとし、固有入
射角αをパラメーターとして描いている。

第６，７図から分かるように、ΔＸは内接円半径Ｒ′が
大きいほど、また固有入射角αが小さいほど大きくなる
。

また反射面の回転に伴う線像の位置と反射面との相対的
な位置ずれは偏向面内で２次元的に生じ、且つレンズ光
軸に対しても非対象に移動する。従って、第２図の如き
光走査装置ではｆθレンズ系の主・副走査方向の像面湾
曲を良好に補正する必要がある。また、主走査方向に関
してはｆθ特性が良好に補正されねばならないことは言
うまでもない。

ここで前述の固有入射角αにつき説明すると、＠８図に
おいて、符号ａは回転多面鏡に入射する光束の主光線を
示し、符号すはｆＯレンズ系の光軸を示している。固有
入射角αは、図の如く主光線ａ、光軸すの交角として定
義される。

主光線ａと光軸すの交点の位置を原点として図のとと＜
　Ｘ、Ｙ軸を定め１回転多面鏡３の回転軸位置の座標を
Ｘｃ、Ｙｃとする。

前述した、線像位置と反射面との位置ずれ量のΔＸの変
動をなるべく少なくする為には周知のとと＜、Ｒを回転
多面鏡の外接円半径として０　＜Ｘｃ＜ＲｃｏｓＣａ　
／　２　）０　＜Ｙｃ＜Ｒ５１ｎ（ａ　／　２　）なる
条件をＸｃ、Ｙｃに課せばよい。

また、入射光束の主光線ａが有効主走査領域外に存在し
、被走査面６からの戻り光がゴースト光として被走査面
の主走査領域に再入射しないようにするには、回転多面
鏡３の面数をＮ、偏向角をθとして、上記αに対し。

θくα〈（４π／Ｎ）−〇 なる条件を課すれば良い。

次に、本発明の特徴の一端をなす鞍型トーリック面に付
き説明する。

良く知られているようにトーリック面とは、円弧を、「
この円弧を含む平面内にあって円弧の曲率中心を通らな
い直線」の回りに回転して得られる面である。

第９図を参照するとＡＶＢを通る曲線は位置ＣＩを曲率
中心とする円弧である。この・円弧を、円弧と同一面内
にあって円弧に関して曲率中心ＣＩと反対側にある直Ｉ
ＲＸ　ＩＹ　１を軸として回転させると第１０図に示す
ような鞍型の曲面ＳＴが得られる。この面ＳＴが鞍型ト
ーリック面である、この面ＳＴをレンズ面として使用す
る際に凸面として使用する場合と凹面として使用する場
合とが可能であり１本発明では第２面に凹の鞍型トーリ
ック面を使用するのである。

ｘＩＹ□軸に直交する面内における鞍型トーリック面の
曲率半径を見ると、これは０２点を軸方向に離れるに従
って大きくなっており、この曲率半径は軸Ｘ＊Ｙｒと円
弧ＡＶＢとの距離に等しい。

本発明では、従って軸Ｘ＋Ｙ＋の方向を偏向面内で主走
査方向と平行にするのである。

なお、第４面の凸のトーリック面では１円弧は光軸を含
む偏向直交面内にあり、回転軸は上記偏向直交面内で副
走査方向に平行で円弧の曲率中心と同じ側にある。そし
て上記円弧の曲率半径は。

回転軸と円弧との距離よりも小さい、従って、上記凸の
トーリック面は、光軸を含む偏向直交面内の曲率（上記
円弧の曲率）が偏向面内のそれに比して強い。

［実施例］ 以下、具体的な実施例を３例挙げる。

各実施例においてｆ２はｆθレンズ系の主走査方向に関
する合成焦点距離、即ち偏向面に平行な面内における合
成焦点距離を表し、この値は１００に規格化される。

またｆ３は副走査方向に関する合成焦点距離を表す、２
θは偏向角（単位二度）、αは上記固有入射角（単位二
度）、βは副走査方向に関する横倍率を表す、ｒ□は回
転多面鏡の側から数えてｉ番目のしンズ面の偏向面内の
曲率半径、即ち第１図でＦ主」と表示された図に現九た
レンズ面形状の曲率半径。

ｒ、Ｖはｉ番目のレンズ面の光軸を含む偏向直交面内の
曲率半径、即ち第１図で「副」と表示された図に現れた
レンズ面形状の曲率半径で特に、ｒｌＶｙｒ２Ｖｔｒ３
１ｅｒ４Ｖは条件（Ｉ）に於いてｒｌ＊ｒ２ｔｒ′３＋
ｒ＜とじて説明したものである。従って第２面に関し、
ｒ。

１は第９図の７０３間の距離、ｒ８．はＶＣ２間の距離
を表す、ｄ、は１番目のレンズ面間距Ｍ、　ｄ、は回転
多面鏡の反射面から第ルンズ面までの距離、ｎ、は１番
目のレンズの屈折率を表す。

さらにＫは上記条件（１）におけるＩ［（（１／ｒ＋）
−（１／ｒｚ））＋（（１／ｒｓ）−（１／ｒ、））コ
”ｒｓｌを表す。

実施例　１ ｆＭ＝１００．ｆ、＝２２．１０４　、βニー３．０５
３．α＝５４，２θ：５９）Ｌ”０．０７７、ｄｏ”７
．８１８ ｘ　　　ｒｌＸ　　　　　ｒｌＶ　　　　ｄｉ　　　ｊ
　　　ｎｔｌ　　−１６，３５８−１６，３５８３，９
６８１１，７１２２１２−１８，３９８２４０，４９８
１４，６７３ｏｏ　　　　−２４，０５４，３２９２１
，６７５４−８９，０２３−９，６７４ 第１１図に、実施例１に関する収差図・ｆθ特性図を示
す。像面湾曲図は、回転多面鏡の回転に伴うものであり
、破線は主走査方向のもの、実線が副走査方向のものを
表している。

また、ｆθ特性は理想像高をｆｕ・θ、実際の像高をｈ
とするとき、　（ｈ−ｆＭ・θ）・１００／（ｆ、・θ
）で定義される。

実施例　２ 九＝１００．ｆ、＝１６．９７４　、β、−１，４７７
、α＝５４　、２θ＝６３．８に＝０．９０３．ｄＯ＝
３．６０７ １　　　ｒｓｘ　　　　　ｒｔｙ　　　　ｄｔ　　　ｊ
　　　ｎ亀１　−３０．３０３　　−３０．３０３　３
．４８７　１１．７１２２１２　−２９．３４１　　１
５．６３２　３８．９６１３　　　ｏｏ　　　　−５７
，４７９６，０１２２１，６７５４−８０，７９４−１
６，３５１ 第１２図に、実施例２に関する収差図・ｆＯ特性図を示
す。

実施例　３ ｆ、＝１００．ｆｌ＝２５．１８１　、β＝−２，６５
９，α＝５４，２θ＝５５．４に＝０．２８５．ｄｏ＝
１２．０２５ １　　　　ｒＩｘ　　　　　　　　ｒｌＹ　　　　　　
ｄｉ　　　　ｊ　　　　ｎｔｌ　　　−２５，３７３−
２５，３７３８，１３３１１，７１２２１２−２７，７
７８１９２，３９９１１，９０５３■　　　　　−２６
，４５５６，０１２２１，６７５４−７５，２４２−１
０，８６９ 第１３図に、実施例３に関する収差図・ｆθ特性図を示
す。

各実施例とも収差が良好であり、特に像面湾曲は主・副
走査方向とも良好に補正されている。またｆθ特性も良
好である。なお、実施例１，３では凹の鞍型トロイダル
面に於ける偏向面内の曲率半径は、光軸を含む偏向直交
面内の曲率半径に比して小さく、実施例２では凹の鞍型
トロイダル面に於ける偏向面内の曲率半径は、光軸を含
む偏向直交面内の曲率半径に比して大きい。

［発明の効果］ 以上１本発明によれば新規なｆθレンズ系を提供できる
。このｆθレンズ系は、上述の如き構成となっているの
で回転多面鏡の面倒れを良好に補正しつつ、主・副走査
方向の像面湾曲を良好に補正して光走査を実現でき、従
って高密度の光走査が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のｆθレンズ系の形状を説明するため
の図、第２図乃至第８図は光走査装置を説明するための
図、第９図および第１０図は鞍型トーリック面を説明す
るための図、第１１図乃至第１３図は、各実施例に関す
る収差図・ｆθ特性図である。 ■１０．光源装置、２００．シリンダーレンズ、３０．
。 回転多面鏡、４，５．、、ｆＯレンズ系を構成する第１
、、ニー：、ｆ、、：、ｉ　、、’　Ｉ　／ｌ−１ｆノ ・　　Ｉ　／ 第 イ 図 （凸） （凸） （凹） （凸） 第 図 θ（ｄｌ） 第 図 第 ろ 図 第 ワ 図 θ（ｄす） 第 図 ％ 図 第 図 駕 （Ｚ 図 （完売剤２） 覚 イ１ 図 （実売ｔ１（） 〜０−５４．７ θ＝２（／、５゜ θ−２（？、５゜ 覚 イ１う 図 （寅Ｚθり１５） ＦＨｏ＝　５４．’７ θ＝Ｚ７７゜ θ−Ｚγ７゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源装置からの略平行な光束を主走査対応方向に長い線
   像に結像させ、その線像の結像位置の近傍に反射面を有
   する回転多面鏡により上記光束を等角速度的に偏向させ
   、この偏向光束を結像レンズ系により被走査面上にスポ
   ット状に結像させて被走査面を略等速的に光走査する光
   走査装置において、回転多面鏡により偏向された光束を
   被走査面上に結像させる結像レンズ系であって、 副走査方向に関して回転多面鏡の反射位置と被走査面と
   を幾何光学的に略共役な関係に結び付ける機能を持つと
   ともに、主走査方向に関してｆθ機能を有し、 回転多面鏡の側から被走査面側へ向かって第１、第２の
   順に配備される、第１および第２のレンズにより構成さ
   れる２群・２枚構成であり、 上記回転多面鏡の側から数えて各レンズ面を第１乃至第
   ４面とするとき、これらのレンズ面の偏向面内での形状
   が第１面から第４面に向かって順次、円弧、円弧、直線
   、円弧であり、 上記第１面は球面、第２面は偏向直交面内の曲率半径が
   光軸から離れるに従い大きくなる凹の鞍型トーリック面
   、第３面は偏向直交面内にのみ屈折力を持つ凹のシリン
   ダー面、第４面は偏向直交面内に強い曲率を持つ凸のト
   ーリック面であり、偏向直交面内における合成焦点距離
   をｆｓ、偏向直交面内に於ける上記第１ないし第４面の
   曲率半径を順次ｒ′＿１、ｒ′＿２、ｒ′＿３、ｒ′＿
   ４とするとき、これらが、（ I ）０．０７＜｜［｛（
   １／ｒ′＿１）−（１／ｒ′＿２）｝＋｛（１／ｒ′＿
   ３）−（１／ｒ′＿４）｝］・ｆｓ｜＜０．９１なる条
   件を満足することを特徴とする、ｆθレンズ系。