JPH0338572B2

JPH0338572B2 -

Info

Publication number: JPH0338572B2
Application number: JP56191181A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sakuma
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1981-11-28
Publication date: 1991-06-11
Also published as: US4571035A; JPS5893021A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は光偏向面の倒れ補正効果を有するfθ
レンズ、特に走査光学系中にシリンドリカルレン
ズを含む２群構成のfθレンズに関する。光走査装置において、光偏向器として回転多面
鏡等、回転軸に対して偏向面の倒れが生じうるも
のを使用する場合、この倒れに起因する走査線の
ピツチむらを補正するため、走査線に垂直な面内
においては、偏向面と走査面とを光学的に共役な
関係におくような結像光学系を用いることはよく
知られている。この種の光学系は、走査方向とこれに垂直な方
向との光学特性が異なるため、シリンドリカルレ
ンズやトーリツク面レンズを用いるのが普通であ
る。このようなレンズ系をコンパクトに構成する
には出来る限り単レンズにすることが望ましく、
集束作用に方向性を与えるために２枚の単レンズ
の組合せとしたものが知られている。しかし、例
えば互いに直交する母線を持つ２枚のシリンドリ
カル単レンズを用いるもの（特開昭55−15131号）
では球面レンズに比して製作の難しいシリンドリ
カルレンズを２枚必要とする上、記録面上を実質
的に等速度でスポツトを走査させるいわゆるfθ特
性を持つシリンドリカルレンズを製作することは
極めて困難である。また、球面単レンズとトーリ
ツク面レンズを用いるもの（特開昭56−36622号）
は、トーリツク面の加工が難かしいという問題を
生ずる。この発明は、fθ特性をもつ球面単レンズとシリ
ンドリカル単レンズの２群から構成されるコンパ
クトなレンズ構成でありながら倒れ補正効果とfθ
特性を持つ上、従来の単玉fθレンズでは補正の難
しかつたサジタル像面湾曲を大幅に改善する光学
系を得ようとするものである。以下図面を参照し
て説明する。第１図は、この発明の光学系を用いた走査装置
の構成を示す概念図で、レーザ等の光源１からの
光は、光学系２により偏向面に略平行な長軸を有
する楕円状光束とされ、偏向器３に入射する。偏
向器３と走査面６の間には球面単レンズ４と走査
方向の直角な面内でのみで集束作用を持つシリン
ドリカル単レンズ５が配置されており、偏向器３
で偏向された光束は、第１図ａで示すように偏向
面に平行な面内では球面レンズ４の作用のみによ
つて集光光束とされ、走査面６上に集束する。一
方、第１図ｂに示すように偏向面に垂直な断面で
は、光学系２によつて偏向点近傍に集束された光
束は、球面レンズ４の集束作用を受けてもなお発
散光束であり、シリンドリカルレンズ５によつて
はじめて集光光束となり、走査面上に必要なスポ
ツトサイズを形成する。上記の結像レンズ系４，５は、具体的には、偏
向器３に近い第１の光学要素は、偏向器に凹面を
向けた正のパワーを有するメニスカス単レンズで
あり、走査面６に近い第２の光学要素は偏向面に
垂直な断面において正のパワーを持つシリンドリ
カルレンズの２つの光学要素で構成され、メニス
カス単レンズの焦点距離をf₁、硝材の屈折率を
n₁、偏向器側の面の曲率半径をR₁、シリンドリ
カルレンズの屈折力を有する断面の焦点距離をf₂
とするとき 1.6n₁≦2.0 ……(1) −15R₁／f₁−1.7 ……(2) f₂／f₁0.3 ……(3) の条件を満足する。条件(1)はメニスカス単レンズ４の硝材の屈折率
に関する制限であり、下限を越えると像面湾曲と
後述するfθ特性とを同時に満足することが困難と
なる。上限は現実に使用しうる硝材が殆んどなく
なくなつてしまうことから生ずる事実上の上限
で、これを越えても設計上光学系の性能が劣ると
いうものではない。 fθ特性は、レンズの焦点距離をｆ、レンズへの
光束の入射角をθ、このときの走査線の中央から
スポツト位置までの距離を像高Ｈ（θ）とすると
き fθ特性≡Ｈ（θ）−ｆ・θ／ｆ・θ×100 と定義され、理想のfθ条件からのずれをパーセン
ト表示したものに相当する。このfθ特性の許容値は原稿の種類、大きさ・得
られる記録画像の使用目的等により異る。例えばA4版のシートに記録を行う場合、光ビ
ームの走査方向はA4サイズの短辺210mmであり、
画像位置のずれが±0.7mm程度でも得られた画像
の否みを認めることは殆んど出来ないことが経験
上知られている。この場合、fθ特性の許容値は ±0.7÷（210／２）×100≒±0.67％とみることが出来る。更に、走査方向の適当な位
置でのずれを零とし、像位置のずれを正負に振分
ければ、必要な全偏向角に対向するfθ特性の許容
幅は1.34％程度と見ることが出来る。この発明の光学系の場合、fθ特性は偏向面に平
行な面内で屈折力を持つメニスカス正レンズ４の
みに依存し、その焦点距離ｆはこのメニスカス正
レンズ４の焦点距離f₁に等しい。このメニスカス
正レンズ４の焦点距離f₁に等しい。このメニスカ
ス正レンズ４の第１面の曲率半径R₁と焦点距離
の比R₁／f₁を変数とし、硝材の屈折率n₁をパラメ
ータとしてfθ特性を図示したのが第２図であり、
最大偏向角21゜に対するfθ特性を示している。図
中鎖線で示した値1.34は上述のように許容限界値
であり、fθ特性はこれより小さくなければならな
いので、n₁＝1.6に対してR₁／f₁−1.7でなけれ
ばならない。一方、この光学系がfθレンズとして機能するた
めには像面が平担でなければならない。像面は一
般にサジタル像面とメリジオナル像面とがあり、
この発明の光学系においては、偏向面に平行な方
向はメニスカス正レンズのメリジオナル像面であ
るが、これに垂直な方向では一般に云うサジタル
像面とは若干異なるが、便宜上これをサジタル像
面と呼ぶ。この発明の光学系の場合、上記のよう
に、メリジオナル像面は、走査面近くに薄い平行
平面板が挿入されたのと同じであり、ほぼfθレン
ズ４によつて決定されるが、サジタル像面はfθレ
ンズとシリンドリカルレンズとの組合せによつて
決定される。ところで、像面の湾曲の許容値はこれをスポツ
ト径の許容値に置換えて考えることが出来る。走
査光をレーザビームとした場合、光束断面の強度
分布はガウス分布となつており、レンズ等で集束
させた場合の極小径部はビームウエストと呼ばれ
半径を通常W_pで示す。このビームウエストから距離Ｚだけ離れた位置
におけるビーム半径をＷ（ｚ）とすると、次式が
成立つ。ただしλはレーザ光の波長である。ビーム径がα％増加するＺの値は α＝｛Ｗ（ｚ）／W_p−１｝×100 であるからとなる。前述のA4版用プリンタでは線密度300ドツト／
インチ程度で十分であり、このときのスポツト径
は通常100μｍ程度となる。光源としてλ＝632.8n
ｍのH_e−N_eレーザを用いα＝10％程度が許容さ
れるとすれば、Ｚ≒±5.7mmとなる。走査方向の
適当な位置での像面を走査面に一致させ、像面の
ずれを正負にふり分ければ、メリジオナル像面湾
曲の許容値はほぼ11.4mmとなる。第２図同様、R₁／f₁を変数、n₁をパラメータと
して最大偏向角21゜における像面湾曲を図示すれ
ば第３図のようである。周知のように正のパワー
を持つ単レンズの像面湾曲は常に負の値を取る
が、鎖線で示す許容限界値11.4mm以下となるため
にはn₁＝1.6に対しR₁／f₁−15であることが必
要である。条件(2)は、上記のfθ特性と像面湾曲の制限を同
時に満すために必要な限界であることがわかる。
また、硝材の屈折率n₁が小になれば条件(2)の上
限・下限の幅が狭くなることが明らかである。偏向面と走査面とを光学的共役関係におかな
い、いわゆる非共役タイプの場合、結像光学系は
単玉fθレンズとして構成することが可能である。
この場合、サジタル像面の湾曲はメリジオナル像
面湾曲より大きくなり、上記と同様の検討によれ
ば、R₁／f₁が−５附近でも1.2倍程度R₁／f₁が−
1.7附近では２倍程度にもなり、スポツト径増加
の許容限界を定めるのはもつぱらサジタル像面湾
曲であつた。（本発明者による特公昭61−48684号
参照）しかるに、この発明の場合、サジタル像面
湾曲はシリンドリカルレンズの位置あるいはそれ
により一義的に決定される焦点距離によつて大き
く影響される。すなわち、走査光の偏光点、走査
面が一定位置に配置され、球面レンズ４の焦点距
離が定まれば、偏向点、走査面を共役関係におく
シリンドリカルレンズは、位置、あるいは焦点距
離の一方によつて他は一義的に決定される。この
とき、この光学系のサジタル像面湾曲は、メニス
カス単レンズの屈折率n₁焦点距離f₁に対する第１
面の曲率半径R₁の比R₁／f₁と、シリンドリカル
レンズ５の屈折率n₂および焦点距離f₂に依存す
る。しかし、n₁とR₁／f₁は条件(1)(2)によつて限定さ
れており、n₁が大きい程、またR₁／f₁が小さい程
サジタル像面湾曲は大きくなるので、上記の条件
中で像面湾曲が最大となるn₁＝1.6、R₁／f₁＝−
1.7のときのサジタル像面湾曲によつて限界値を
決定することが出来る。第４図はf₂／f₁を変数、n₂をパラメータとして、
n₁＝1.6、R₁／f₁＝−1.7のfθレンズとシリンドリ
カルレンズとを組合せた場合について、最大偏向
角21゜における最大のサジタル像面湾曲を示す。このサジタル像面湾曲の許容限界も前述のメリ
ヂオナル像面湾曲と同じとすれば、−11.4mmとな
るのはn₂＝1.4としてf₂／f₁≒0.306となる。従つて
f₂／f₁0.3であればよい。条件(3)はこのようにして求められる。なお、シリンドリカルレンズ５の硝材はBK7
や白板ガラスなど、比較的安価で対候性良く、低
屈折率の硝材やプラスチツク（n632.8≒1.49）な
どが使用出来る。そして第４図から明らかなよう
に、より屈折率の高い材料を使用すれば、サジタ
ル像面湾曲はわずかながらよい方向へ変化するの
で、n₂＝1.4で使用可能な以上、n₂に特に条件を
付する必要はない。以下実施例を示す。これらの実施例においてメ
ニスカス正レンズはf₁＝300、ｗ＝±21゜、Ｆ／
100であり、第３面はシリンドリカル面であり、
表中の曲率半径はその母線に直交する方向の値を
示す。

【表】

【表】上記の実施例１ないし６に示す２群構成fθレン
ズの収差図を、それぞれ第５図ないし第１０図に
示す。この発明は上記のように、偏向点と走査面を共
役関係におくタイプの走査光学系において、最も
製作の容易なメニスカス球面レンズとシリンドリ
カルレンズを用いながら、それぞれを単レンズと
し、両者の焦点距離の比を適切に選ぶことによ
り、サジタル像面の湾曲を小にし、fθ特性を持つ
メニスカス正レンズの設計の自由度を拡げること
が出来たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光学系を用いた走査装置の
構成を示す概念図、第２図、第３図はメニスカス
正レンズのベンデイングに対するfθ特性、メリヂ
オナル像面湾曲の変化を示し、第４図はメニスカ
ス正レンズとシリンドリカルレンズの焦点距離の
比の変化に対するサジタル像面湾曲を示す。第５
図ないし第１０図は実施例１ないし実施例６の収
差図である。１：光源、２：光学系、３：偏向器、４：fθ単
レンズ、５：シリンドリカルレンズ、６：走査
面。

Claims

【特許請求の範囲】１光ビームを実質的に等角速度で偏向するため
の偏向装置と、その偏向面に略平行な主軸を有す
る楕円状のビームを入射させるための光学系と、
上記偏向装置により偏向されたビームを走査面上
に集束し、実質的に等速度で走査させるためのfθ
特性を有する光学系及び走査面からなる光走査装
置に用いる光学系であり、１群は偏向装置に凹面
を向けた正のパワーを有するメニスカス単レンズ
であり、他の群は偏向面に垂直な断面において正
のパワーを有するシリンドリカルレンズであり、 n₁：メニスカス単レンズの硝材の屈折率 R₁：メニスカス単レンズの偏向器側の面の曲率
半径 f₁：メニスカス単レンズの焦点距離 f₂：シリンドリカルレンズの屈折力を有する断面
の焦点距離としたとき 1.6≦n₁ −15≦R₁／f₁≦−1.7 f₂／f₁≦ 0.3 の条件を満足することを特徴とする偏向面の倒れ
補正効果を有する２群構成fθレンズ。