JPH04107517A - 光源ユニット及び該光源ユニットに用いられるレンズ - 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、走査光学装置などに用いられる、光源ユニッ
トと、それに用いられているレンズに関するものであり
、特に光源に半導体レーザーを用いて被走査面上に画像
形成を行うレーザー走査光学装置に用いられているレー
ザー光源ユニットに関する。

３従来の技術う 従来の走査光学装置を第】７図を用いて説明する。

第１７図（ａ）は、走査光学装置の偏向面に平行な断面
内での様子を説明する図である。偏向面とは、ポリコン
ミラーである偏向器の偏向反射面で偏向された光束が経
時的に形成する光束面を指す。第１７図（ｂ）は、上記
偏向面と垂直な方向の光束に沿った断面内の様子を説明
する図である。

同図に示すように、光源１０、コリメータレンズ１１、
シリンドリカルレンズ１２を有する光源ユニットが走査
光学装置の光源部として用いられている。半導体レーザ
ー光源１０からの光が、コリメータレンズ１１とシリン
ドリカルレンズ１２を用いて集光されて光源ユニツｌ〜
より射出し、そののちポリゴンミラーを用いた偏向器１
３に入射し、偏向器の回転によって、被走査面１５上を
走査するように偏向され、さらにｆθレレン１４からな
る走査レンズに入射して、被走査面上に結像して光のス
ポットを形成する。こういった装置では、そのスポット
が被走査面上を走査されるにつれて、画像情報に基づい
た変調を光源である半導体レーザーに加えることで、被
走査面上に画像の形成を行っている。

このような装置では、偏向器の偏向ミラー面の製造誤差
による面倒れにより、走査線位置か変動して、画像劣化
を招き易い。そのためこの倒れ誤差を生じた場合でも画
像品質を劣化させないために、Ｊθレレンからなる走査
レンズをアナモフィックなパワーを有する構成にし、偏
向器の偏向ミラ面と被走査面とを副走査断面（光軸を含
み偏向面である走査面に垂直な断面）内で光学的に共役
の関係をもつようにしておいて上記面倒れ誤差による走
査線の変動を補正することが行われている。この場合、
光源ユニットは、偏向ミラー面上に線状に結像する光束
を射出するように、すなわち主走査断面内（偏向面と平
行な断面内）では概ね平行光束を、これに垂直な副走査
断面では偏向ミラー面上に結像する光束を射出するよう
に、アナモフィックなパワーを有する光学系で構成する
必要がある。

従来の光源ユニットでは、光源からの光束を集光するレ
ンズ系を光軸対称な面だけて構成されたコリメーターレ
ンズと副走査方向（副走査断面内）にのみパワーを持っ
たシリンドリカルレンズを用いることで実現していた。

このため、組立調整が困難となり、このような倒れ補正
機能を持つ走査光学装置を高価なものとしていた。

これに対してより光源ユニットの簡単な構成を目的とし
て、光源側に軸対称な面を、射出側にはトーリック面ま
たはンリンドリカル面を有するレンズを一枚だけ用いて
、光源からの光束を線状結像する光束に変換して射出す
るようにした例が知られている。（特開昭６１−２４９
８０１号公報、特開平２−６１６０９号公報） また、光源ユニットに用いられるレンズとして光源側に
は主走査断面で凸面を、射出側には軸対称な面を有する
レンズを一枚だけ用いて光源からの光束を線状結像する
光束に変換する例が知られている。（特開平２−６１６
０８号公報）〔発明が解決しようとしている課題〕 しかしながらレンズ−枚だけを用いた光源ユニットで線
状結像を行う場合、主走査断面のパワーと副走査断面の
パワーでは主走査断面のパワーの方が小さく、また主走
査断面内の焦点距離か長いために、光源ユニットの大き
さは主に主走査方向の焦点距離とレンズ形状によって定
まってしまう。

上記従来例のような構成をとった場合主走査面内でのレ
ンズ形状が両凸から平凸形状であり、主走査断面で同じ
焦点距離を持つレンズては光源とレンズの主走査断面内
の光源側の主点までの距離が長くなってしまい光源ユニ
ット全体が長く大きくなってしまうという問題点がある
。

ただし、特開昭６３−２４９８０１号公報の実施例にあ
るように光源側のレンズ面を軸対称な凹面とした場合副
走査断面まで光源側に凹であるメニスカス形状となるが
、主走査断面内よりも強いパワーを持っている副走査断
面をメニスカス形状とした場合には光源側と射出側のレ
ンズの副走査断面内の曲率半径が小さくなりすぎてしま
い収差が急激に悪化するため実用上好ましくない。

Ｃ課題を解決するための手段及び作用〕本発明による光
源ユニットでは、光源側には主走査断面側を凹レンズと
したンリントリカル形状としたレンズ面を用い、光束の
射出側には軸対称なレンズ面を有するレンズを一枚だけ
用いて光源からの光束を線状結像する光束に変換して射
出するようにしたことて、光源ユニット全体の大きさが
必要以上に大きくならないようにしながら副走査方向（
副走査断面内）の収差も実用的な範囲に納まるように抑
えたものである。

〔実施例〕

第１図及び第２図に本発明による光源ユニット第１の実
施例を示す。光源ユニットは半導体レーザー光源ｌと単
レンズ２より構成される。第１図は本発明の光源ユニッ
トの主走査断面（偏向面に平行な断面）内の様子であり
、第２図は光軸を含み主走査断面に垂直な副走査断面内
の様子である。このレンズのデーターを以下の第１表に
示す。（レンズデーターは主走査断面内の焦点距離ｆを
１として正規化しである。） 光源を発した光束は、主走査断面内では平行光としてレ
ンズから射出されており、また、副走査断面内では３．
２９７ｒ　（ｆは主走査断面内におけるレンズの焦点距
離である。）の位置に結像するようにレンズから射出す
る。

レンズの光源側の面は負のパワーを持つシリンドリカル
面であり、射出側は軸対称で射出側に凸の球面で構成さ
れている。主走査面内でのレンズ形状は第１図に示すよ
うに入射側に凹面を向けたメニスカスレンズとなってお
り、このために光源からレンズ射出面までの距離は従来
例よりも小さくなっている。

この第１表に示したレンズの球面収差、像面湾曲をそれ
ぞれ第３図と第４図に示す。

〔他の実施例〕

第５図及び第６図に本発明による光源ユニット第２の実
施例を示す。光源ユニットは半導体レーザー光源ｌと単
レンズ３より構成される。第５図は本発明の光源ユニッ
トの主走査断面内の様子であり、第６図は副走査断面内
の様子である。このレンズのデーターを以下の第２表に
示す。

光源を発した光束は、主走査断面内では平行光として射
出されており、また、副走査断面内では３．２９７ｆ（
Ｓは主走査断面内におけるレンズの焦点距離である。）
の位置に結像するように射出する。

レンズの光源側の面は負のパワーを持つシリンドリカル
面であり、射出側は軸対称で射出側に凸の非球面で構成
されている。主走査面内でのレンズ形状は第５図に示す
ように入射側に凹面を向けたメニスカスレンズとなって
おり、このために光源からレンズ射出面までの距離は従
来例よりも小さくなっている。

この第２表に示したレンズの球面収差、像面湾曲をそれ
ぞれ第７図と第８図に示す。

第９図及び第１Ｏ図に本発明による光源ユニットの第３
の実施例を示す。光源ユニットは半導体レーザー光源１
と単レンズ４より構成される。第９図は本発明の光源ユ
ニットの主走査断面内の様子てあり、第１０図は副走査
断面内の様子である。このレンズのデーターを以下の第
３表に示す。

光源を発した光束は、主走査断面内では平行光として射
出されており、また、副走査断面内では３．２９７ｔ　
（ｆは主走査断面内におけるレンズの焦点距離である。

）の位置に結像するように射出する。

レンズの光源側の面は負のパワーを持つシリンドリカル
面であるがその子線側の曲率は非球面形状をしており、
さらに射出側は光軸対称な射出側に凸の非球面で構成さ
れている。主走査面内でのレンズ形状は第９図に示すよ
うに入射側に凹面を向けたメニスカスレンズとなってお
り、このために光源からレンズ射出面までの距離は従来
例よりも小さくなっている。

この第３表に示したレンズの球面収差、像面湾曲をそれ
ぞれ第１１図と第１２図に示す。

第１３図及び第１４図に本発明による光源ユニットの第
４の実施例を示す。光源ユニットは半導体レーザー光源
１と単レンズ５より構成される。第１３図は本発明の光
源ユニットの主走査断面内の様子であり、第１４図は副
走査断面内の様子である。このレンズのデーターを以下
の第４表に示す。

光源を発した光束は、主走査断面内では１９．７８４ｆ
（王は主走査断面内におけるレンズの焦点距離である。

）の位置に結像するように射出されており、また、副走
査断面内では３，２９７ｒ　（Ｊは主走査断面内におけ
るレンズの焦点距離である。）の位置に結像するように
射出する。主走査面内でのレンズ形状は第１３図に示す
ように入射側に凹面を向けたメースカスレンズとなって
おり、このために光源から射出面までの距離は従来例よ
りも小さくなっている。

レンズの光源側の面は負のパワーを持つンリントリカル
な非球面であり、射出側は軸対称な非球面で構成されて
いる。

この第４表に示したレンズの球面収差、像面湾曲をそれ
ぞれ第１５図と第１６図に示す。

使用波長 焦点距離 有効ＮＡ 屈折率 ２ｍ ２ｓ 第１表 ８０ｎｍ １．０ ０．１ＸＯ，ｌ　（主走査Ｘ副走査） １．６８４４３ ０．５０１９１ １．４８０１５　（主走査断面内の曲率半径）（副走査
断面内の曲率半径） ０．２６３８　　（軸上肉厚） 使用波長 焦点距離 有効ＮＡ 屈折率 ｒｌ　　＝ に、＝ 第２表 ７８０ｉ＋ｍ ０．２ＸＯ，ｌ　（主走査×副走査） １．６８４４３ ０．５０１９１　　　（基準曲率半径）０．３６８６４
　　　（円錐定数） 使用波長 焦点距離 有効ＮＡ 屈折率 ｒｌ 第３表 ８０ｎｍ １．０ ０．２ＸＯ，２（主走査×副走査） １．６８４４３ ０．５０１９１ ０．７７７５９ （基準曲率半径） （円錐定数） Ｘは任意の点から頂点における接平面までの距離、ｙは
前記任意の点から光軸まての距離である。

ｒ２ｍ＝　　１．４８０１５　（主走査断面内の曲率半
径）ｒ２ｓ＝　　　■　　　（副走査断面内の曲率半径
）ｄ　　＝　　０．２６３８　　　　（軸上肉厚）Ｘは
任意の点から頂点における接平面までの距離、２５．９
３３１ （円錐定数） Ｘは任意の点から頂点における接平面までの距離、ｙは
前記任意の点から光軸までの距離である。

ｒ　２５　＝　　　Ｉ）Ｏ（副走査断面内の曲率半径）
ｄ　　＝　　０．２６３８　　（軸上肉厚）使用波長 焦点距離 有効ＮＡ 屈折率 に、＝ 第４表 ８０ｎｍ １．０ ０．２Ｘ０．２（主走査×副走査） １．６８４４３ ０．５０１９１ （基準曲率半径） ０．７７７５９ （円錐定数） Ｘは任意の点から頂点における接平面までの距離、ｋ　
２＝−３８，３１４８（円錐定数）Ｘは任意の点から頂
点における接平面までの距離、ｙは前記任意の点から光
軸まての距離である。

ｒ２　Ｓ　−ｃｏ　　　　（副走査断面内の曲率半径）
ｄ　　＝　　０．２６３８　　（軸上肉厚）以上説明し
た本発明の光源ユニットを第１７図に示すような走査光
学装置の光源ユニットとして用いれば、走査光学装置全
体の大きさが必要以上に大きくならないようにしながら
副走査方向（副走査断面内）の収差も小さく抑えること
ができる。

また、上述した光源ユニットの実施例においては光源と
レンズの保持部材等は省略しであるか、公知の走査光学
装置に用いられているレーザーユニットと同様に光源と
レンズ保持部材は一体的に連結される構成となっている
。

また、本発明の光源ユニットは走査光学装置の基体の所
定位置に着脱可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による光源ユニットによれ
ば、光源側には主走査断面内において凹のシリンドリカ
ル形状とし、射出側には軸対称な面を有するレンズを１
枚だけ用いて、光源からの光束を線状結像する光束に変
換して射出するようにしたことて、光源ユニット全体の
大きさが必要以上に太き（ならないようにしながら副走
査方向の収差も実用的な範囲に納まるように抑えること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光源ユニットの第１の実施例の主
走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第２図は本発明による光源ユニットの第１の実施例の副
走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第３図は本発明による光源ユニットの第１の実施例の主
走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第４図は本発明による光源ユニットの第１の実施例の副
走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第５図は本発明による光源ユニットの第２の実施例の主
走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第６図は本発明による光源ユニットの第２の実施例の副
走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第７図は本発明による光源ユニットの第２の実施例の主
走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第８図は本発明による光源ユニットの第２の実施例の副
走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第９図は本発明による光源ユニットの第３の実施例の主
走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第１０図は本発明による光源ユニットの第３の実施例の
副走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第１１図は本発明による光源ユニットの第３の実施例の
主走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第１２図は本発明による光源ユニットの第３の実施例の
副走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第１３図は本発明による光源ユニットの第４の実施例の
主走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第１４図は本発明による光源ユニットの第４の実施例の
副走査面内でのレンズ形状を示す図である。 第１５図は本発明による光源ユニットの第４の実施例の
主走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第１６図は本発明による光源ユニットの第・４の実施例
の副走査断面内の球面収差と像面湾曲を示す図である。 第１７図は走査光学装置の概略図である。 ｌ・・・半導体レーザー光源 ２・・・レンズ とグ キ 図 第 図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光源と、光軸を含む互いに垂直な面内で異なるパ
   ワーを持つ一枚のレンズよりなる光源ユニットであって
   、レンズの形状が光源側の面が負のパワーをもつシリン
   ドリカル形状であり、射出側の面が光軸対称な面である
   ことを特徴とする光源ユニット。 （２）前記レンズの光源側のシリンドリカル面は非球面
   である請求項１記載の光源ユニット。 （３）前記レンズの射出側の面が光軸対称な非球面であ
   る請求項１記載の光源ユニット。（４）前記レンズの光
   軸を含みシリンドリカル面の母線を含む面内を通る光束
   は概ね平行光として射出し、それと垂直な面内を通る光
   束は集束光として射出する請求項１〜３のいずれか１つ
   の項に記載の光源ユニット。 （５）前記レンズの光軸を含みシリンドリカル面の母線
   を含む面内を通る光束は集束光として射出して結像し、
   さらにそれと垂直な面内を通る光束も集束光として射出
   して結像し、なおかつ後者の結像位置が、前者の光束が
   結像する位置よりも光源ユニットに近い位置にある請求
   項１〜３のいずれか１つの項に記載の光源ユニット。 （６）前記光源が半導体レーザーである請求項１〜５の
   いずれか１つの項に記載の光源ユニット。 （７）光軸を含む互いに垂直な面内で異なるパワーを持
   つ一枚のレンズであって、レンズの形状が入射側の面が
   負のパワーをもつシリンドリカル形状であり、射出側の
   面が光軸対称な面であることを特徴とするレンズ。