JPH0490505A - 面倒れ補正走査光学系 - Google Patents

面倒れ補正走査光学系

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JPH0490505A
JPH0490505A JP2205896A JP20589690A JPH0490505A JP H0490505 A JPH0490505 A JP H0490505A JP 2205896 A JP2205896 A JP 2205896A JP 20589690 A JP20589690 A JP 20589690A JP H0490505 A JPH0490505 A JP H0490505A
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JP
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lens
optical system
scanning
tilt correction
plane
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JP2205896A
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Kazuo Yamakawa
山川 和夫
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/125Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/0005Optical objectives specially designed for the purposes specified below having F-Theta characteristic
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • G02B9/12Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
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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] この発明は、主としてレーザビームプリンタ等走査光学
系に使用され、特に複数の波長のレーザな使用すること
ができる、あるいは、例えば半導体レーザの波長変動の
影響を少なくすることができるとともに走査線の副走査
方向についてのピッチのムラを除去する面倒れ補正光学
系に関する。
[従来の技術および発明が解決しようとする課題] レーザビームプリンタ等走査光学系において、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、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、被走査物体上の結像位置が副走査方向
にずれ、走査線のピッチのムラが生じる。そして、この
走査線のピッチのムラは、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
こす。
面倒れ補正走査光学系は、このような走査線のピッチム
ラを除去するためのもので、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、偏向反射点
からの光線束を走査結像光学系によってこの方向におい
て復元して被走査物体上に共役に結像するこ−とで、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、被走査物体上での光線束の
走査速度を等速なものとすべく、偏向反射面からの光線
束をこの光学系への入射角に比例する像高となるように
被走査物体上に結像するものである。
なお0本明細書に右いて、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
走査物体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。
走査面内において、光線束の等速走査性を十分高く維持
できる歪曲特性を有しながら、複数のレーザビームを用
いる光学系、例えば赤・緑・青の3種の色に対応した波
長のレーザビームを用いて銀塩フィルム上にカラー画像
を形成するようなレーザ記録装置等においては色収差の
問題を考濾しなければならない。
あるいは、また、例えば半導レーザの波長変動の影響を
少なくするためにも色収差の問題を考慮しなければなら
ない。
色収差には細土色収差と倍率色収差の2種類がある。細
土色収差はレーザビームの波長の差によって結像位置が
光軸方向にずれるものである。
倍率色収差は各波長のレーザビームが走査面内にて光軸
と直交する方向へ結像位置がずれるものであるから、走
査方向にビームがずれることになる。このビームのずれ
は各色のスポットの重ね合わせ誤差となるため特に画像
に悪影響を及ぼす。
また、例えば一つの半導体レーザの場合でも画面端にお
ける主走査方向スポット位置精度に悪影響を及ぼす。
この発明の目的とするところは、これまでになかった色
収差が十分補正され、走査速度の等速性を保った面倒れ
補正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および作用]この目的を達
成するべく、この発明による面倒れ補正走査光学系は、
偏向器で反射偏向された光線束を被走査物体上に結像す
る走査結像光学系が少なくとも一面のトーリック面を有
し、かつ少なくとも正レンズおよび負レンズの接合レン
ズ群を含むことを特徴とする。
なお、本明細書中において使用するトーリック面とは、
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にのみ屈折力を有し、他方の方向
には屈折力を有しない屈折面を意味する。
先ず、少なくとも一面のトーリック面を走査結像光学系
に導入することで偏向器の偏向反射面と被走査物体とを
走査面に直交する方向において共役する面倒れ補正光学
系をコンパクトな構成とすることができる。
また、少な(とも正レンズおよび負レンズの接合レンズ
群を有することで本発明の目的とする色収差補正を実現
することができる。
次の条件は特に色収差を補正するために満足することが
望ましい。
0.4くシ、/シ2く07  ・・・ (1)ただし、 νN=接合レンズの中の負レンズのアツベ数νP :接
合レンズの中の正レンズのアツベ数(1)式は、接合し
た負レンズと正レンズの分散の比を定めたものである。
負レンズと正レンズの分散の比が0.7より小さければ
十分な分散の差があるので、比較的負レンズの屈折力が
小さくても色収差は補正できる。このとき接合レンズ群
は負の合成屈折力を有し負の色収差が大きくなっている
。この負の色収差によって他の構成レンズの正の屈折力
で生じる色収差を打ち消し全レンズ系の色収差を補正す
る。さらに、シ8/シPが0.4より小さいと負レンズ
の屈折力が小さくても色収差の補正はできるが、歪曲が
正に大きくなり、等速走査性が悪くなる。
また、次の条件は、この発明を実施するにあたって結像
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。
1 < fyo/ fTV:< l O−(2)ただし
、 f t++ :走査面に沿った方向でのトーリック面を
有するレンズの焦点距離 f TV :走査面に直交する方向でのトーリック面を
有するレンズの焦点距離 上記(2)式は、主に走査面に直交する方向の像面湾曲
および面倒れ補正効果に関わるものである。この(2)
式の下限値を越えると、像面湾曲が負偏移となり、上限
値を越えると、像面湾曲が画角の大きいところで大きく
正偏移し、また、面倒れ補正効果が少なくなる。い゛ず
れにしても、広い画角に亘って像面湾曲を補正すること
が困難となる。像面湾曲が充分補正されていない場合に
は、スポット径が走査線上で変動することになり、画質
の変化をきたす。
特に走査面に沿う方向で正の第1レンズ、負の第2レン
ズと正の第3レンズとを接合したレンズ群、正の第4レ
ンズの配置により、この方向において被走査物体上での
光線束の等速走査性を充分高く維持できる歪曲特性が保
ちながら、結像特性が良好な光学系が得られる。
第1レンズまたは第3レンズにトーリック面を配置する
ことで全体にコンパクトでかつ走査面に直交する方向で
良好な性能の光学系が得られる。
このとき次の条件を満たすことが望ましい。
(I)第1レンズにトーリック面を有するとき2< f
 IN/ f +v<5       ”・(3)ただ
し、 f IN:第1レンズの走査面に沿う方向での焦点距離 fIv:第1レンズの走査面に直交する方向での焦点距
離 (n)第3レンズにトーリック面を有するとき1<fs
++/fiv<3        −   (4)ただ
し、 fsH:第3レンズの走査面に沿う方向での焦点距離 f3V:第3レンズの走査面に直交する方向での焦点距
離 上記(3)、(4)式は、それぞれ(■)。
(II)の場合において、走査面に直交する方向の像面
湾曲および面倒れ補正効果に関わるものである。この(
3)、(4)式の下限値を越えると、像面湾曲が負偏移
となり、上限値を越えると、像面湾曲が画角の大きいと
ころで大きく正偏移し、また、面倒れ補正効果が少な(
なる。いずれにしても、広い画角に亘って像面湾曲を補
正することが困難となる。像面湾曲が充分補正されてい
ない場合には、スポット径が走査線上で変動することに
なり1画質の劣化をきたす。
また、第5レンズのシリンドリカル面に走査面に直交す
る方向に正の屈折力を持たせることで、第1レンズまた
は第3レンズのトーリック面との協働により、走査面に
直交する方向の結像特性が広い画角で良好な光学系が得
られる。
[実 施 例コ 以下、この発明の実施例を図面を参照して具体的に説明
する。この発明による面倒れ補正走査光学系は、例えば
レーザビームプリンタ等のレーザ走査装置において用い
られる光学系である。
第10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11コリメータレンズ2、シリンドリカ
ルレンズ3.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1からは、画面情報に応じて直接変調され
たレーザビーム8が発せられ、光線束の一例であるこの
レーザビーム8はコリメータレンズ2で平行光に整形さ
れる。その後、線状結像光学系の一例であるシリンドリ
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8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。
面倒れ補正走査光学系は、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4
a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。
なお、前記した複数のレーザビームを使用する場合は、
半導体レーザ1とコリメータレンズ2、あるいはコリメ
ータレンズ2とシリンドリカルレンズ3、あるいはシリ
ンドリカルレンズ3と偏向器4の間に合波手段(例えば
プリズムやミラー)を設ける0合波手段を半導体レーザ
lとコリメータレンズ2の間に設けた場合はコリメータ
レンズ2とシリンドリカルレンズ3とは共通、また、合
波手段をコリメータレンズ2とシリンドリカルレンズ3
の間に設置した場合はシリンドリカルレンズ3は共通と
なる。シリンドリカルレンズ3と偏向器4の間に、合波
手段を設けた場合の概略配置図の一例を第8図に示す。
以下、走査結像光学系5の具体構成を示す実施例の諸元
を示す。
なお、実施例は3例あり、それぞれ、第1図ないし第3
図にレンズ構成図、および第4図ないし第9図に収差図
をそれぞれ示している。第1表にその対応関係を一括し
て示す。
第  1  表 各レンズ構成図において、(A)は走査面に沿って切断
したレンズ配置を、また、(B)は走査面に直交する面
に沿って切断したレンズ配置をそれぞれ示している。
また、走査面に沿った方向の収差図において、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)/fθ)xloo(%)ただし、 y′ :実際の像高 その他、各実施例諸元において、 2ω:最大入射角 n + +ν1 :第2レンズL2を構成する光学材料
の屈折率[830nmにおける]および アツベ数 n 2 +ν2 :第2レンズL2を構成する光学材料
の屈折率[830nmにおける]および アツベ数 n s 、ν8 :第3レンズL3を構成する光学材料
の屈折率[830nmにおける]および アツベ数 n4.ν4 :第4レンズL4を構成する光学材料の屈
折率[830nmにおける]および アツベ数 n s +ν5 第5レンズL、を構成する光学材料の
屈折率[830nmにおける]および アツベ数 r1〜r、:各面の曲率半径 r +v−r ev+走査面に直交する方向の曲率半径
d0〜d6・軸上面間隔 f +o:走査面に沿った方向の第1レンズの焦点距離 f IV  走査面に直交する方向の第1レンズの焦点
距離 fxH+走査面に沿った方向の第3レンズの焦点距離 fav+走査面に直交する方向の第3レンズの焦点距離 の数値である。
そして、面の符号の肩に付した[*]はシリンドカル面
を、[**]はトーリック面を示す。
(以下余白) [発明の効果] 以上説明したとおり、この発明の面倒れ補正光学系は、
少なくとも一面のトーリック面を有し、かつ少なくとも
正レンズおよび負レンズの接合レンズ群を含み、走査面
に直交する方向においては、偏向器の偏向反射点と被走
査物体上での結像点とを、この走査結像光学系に関して
共役関係にしながら、この方向での良好な結像特性を保
つことができる。
また、走査面に沿う方向では、被走査物体上での光線束
の等速走査性を充分に高(維持できる歪曲特性を有しな
がら良好な結像特性を保つとともに、色収差の十分補正
された光学系とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)ないし第3図(A)。 (E)は、本発明の第1〜第3実施例を示すレンズ構成
図で、第1図(A)〜第3図(A)は走査面に沿った方
向で切断したレンズ構成図、第1図(B)〜第3図(B
)は走査面に直交する方向で切断したレンズ構成図、 第4図ないし第6図は、第1実施例〜第3実施例におけ
る走査面に沿った方向の収差曲線図、第7図ないし第9
図は、第1実施例〜第3実施例の走査面に直交する方向
の収差曲線図、第10図は、この発明の走査光学系が適
用されるレーザ走査装置の斜視図、 第11図は、複数レーザビームを使用した場合の合波手
段の概略配置図の一例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)光源から発した光線束を偏向器の偏向反射面上に
    結像する線状結像光学系と、上記偏向器で反射偏向され
    た光線束を被走査物体上に結像する走査結像光学系とを
    備えた面倒れ補正走査光学系であって、上記走査結像光
    学系が少なくとも一面のトーリック面を有し、かつ少な
    くとも正レンズおよび負レンズの接合レンズ群を含むこ
    とを特徴とする面倒れ補正走査光学系。 (2)次の条件式を満たす請求項1記載の面倒れ補正走
    査光学系。 1<f_T_H/f_T_V<10 ただし、 f_T_H:トーリック面を有するレンズの走査面に沿
    った方向の焦点距離 f_T_V:トーリック面を有するレンズの走査面に直
    交する方向の焦点距離 (3)接合レンズが正レンズと負レンズとの2枚接合レ
    ンズであり、次の条件式を満たす請求項1記載の面倒れ
    補正走査光学系。 0.4<ν_N/ν_P<0.7 ただし、 ν_N:接合レンズの中の負レンズのアッベ数ν_P:
    接合レンズの中の正レンズのアッベ数 (4)光源から発した光線束を偏向器の偏向反射面上に
    結像する線状結像光学系と、上記偏向器で反射偏向され
    た光線束を被走査物体上に結像する走査結像光学系とを
    備えた面倒れ補正走査光学系であって、上記走査結像光
    学系が偏向器側から順に、トーリック面を有する第1レ
    ンズ、負の第2レンズ、正の第3レンズとを接合したレ
    ンズ群、正の第4レンズおよびシリンドリカル面を有す
    る第5レンズを配置して構成された面倒れ補正走査光学
    系。 (5)次の条件式を有する請求項4記載の面倒れ補正走
    査光学系。 2<f_1_H/f_1_V<5 ただし、 f_1_H:走査面に沿った方向の第1レンズの焦点距
    離 f_1_V:走査面に直交する方向の第1レンズの焦点
    距離 (6)第5レンズが走査面に直交する方向にのみ正の屈
    折力を有するシリンドリカルレンズである請求項4ない
    し5記載の面倒れ補正走査光学系。 (7)光源から発した光線束を偏向器の偏向反射面上に
    結像する線状結像光学系と、上記偏向器で反射偏向され
    た光線束を被走査物体上に結像する走査結像光学系とを
    備えた面倒れ補正走査光学系であって、上記走査結像光
    学系が偏向器側から順に、正の第1レンズ、負の第2レ
    ンズとトーリック面を有する正の第3レンズとを接合し
    たレンズ群、正の第4レンズおよびシリンドリカル面を
    有する第5レンズを配置して構成された面倒れ補正走査
    光学系。 (8)次の条件式を有する請求項7記載の面倒れ補正走
    査光学系。 1<f_3_H/f_3_V<3 ただし、 f_3_H:走査面に沿った方向の第3レンズの焦点距
    離 f_3_V:走査面に直交する方向の第3レンズの焦点
    距離 (9)第5レンズが走査面に直交する方向にのみ正の屈
    折力を有するシリンドリカルレンズである請求項7ない
    し8記載の面倒れ補正走査光学系。
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