JPH05323222A - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏向角ｗが、sin（ｗ／２）＝０．６〜０．
７と広角で、Σｄ／ｆが０．３５から０．５５程度のコ
ンパクトな走査結像光学系を得ようとするものである。 【構成】 半導体レーザーと、該半導体レーザーからの
発散光を平行光にするためのコリメーターレンズと、上
記平行光を副走査方向にのみ集光し線状に結像する結像
光学系と、上記線状結像位置近傍に偏向反対面を有する
偏向器と、該偏向器によって偏向された光束を感光体上
に結像させるための走査結像光学系とからなる光走査装
置において、上記走査結像光学系は、２枚のレンズより
構成され、該２枚のレンズの各々の少なくとも１面を変
形シリンドリカル面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザービーム等の
走査光学系、特にその偏向器以降の走査結像光学系に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザービーム走査光学系において、ポ
リゴン等の光偏向面の倒れ角を補正するための光学系と
して、回転対象面からなる結像レンズと像面との間にシ
リンドリカルレンズあるいはトロイダル面を有するレン
ズを配設し、副走査方向面内において、光偏向面と像面
とを幾何光学的に共役関係においたものが広く用いられ
ている。しかし、走査装置を小型化するために、偏向角
を広角化し、これに伴い、光学系を広角化しようとすれ
ば、像面湾曲の補正不足が問題になる。これに対して、
特開昭６１−１２０１１２では、走査結像光学系に、変
形シリンドリカル面を導入し、サジタル像面湾曲を良く
補正し、偏向角ｗが、sin（ｗ／２）＝０．７に及ぶ広
角化を実現している。

【０００３】ここで、変形シリンドリカル面とは、図６
で軸線１を中心とした曲線２の回転曲面である。光軸と
曲線２との交点を原点、光軸をｘ軸、光軸上での曲線２
への接線をｙ軸、Ｒ₀ を光軸における副走査方向面内の
曲率半径とし、曲線２を関数Ｘ＝ｆ（Ｙ）と表すと、光
軸からＹだけ離れた位置でのサジタル方向の曲率半径Ｒ
s は、 Ｒs＝Ｒ₀−ｆ（Ｙ） と表される。この変形シリンドリカル面を有する光学素
子は、上記公開公報に記載されているように、容易に低
コストで製作できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示されている走査レンズにおいては、Σｄをレンズの全
長、ｆを走査結像光学系の焦点距離としたとき、Σｄ／
ｆは、０．９程度であり、レンズ長の占める割合が大き
く、年々、コンパクト化、低コスト化が、求められてき
ている現状では不十分なものとなってきている。走査結
像光学系のレンズ長が短くなれば、当然走査結像光学系
を構成しているレンズの径を小さくすることができ、レ
ンズ製作にかかるコストを低減できるとともに、レンズ
を固定するハウジングも小さくてすみ、走査結像光学ユ
ニット全体がコンパクトになり、小型化、低コスト化の
要請にこたえることができる。この発明は、偏向角ｗ
が、sin（ｗ／２）＝０．６〜０．７と広角で、Σｄ／
ｆが０．３５から０．５５程度のコンパクトな走査結像
光学系を得ようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明においては、走
査結像光学系が２枚のレンズによって構成され、上記２
枚のレンズの各々の少なくとも１面を変形シリンドリカ
ル面とすることにより上記目的を達成する。すなわち、
半導体レーザーと、該半導体レーザーからの発散光を平
行光にするためのコリメーターレンズと、上記平行光を
副走査方向にのみ集光し線状に結像する結像光学系と、
上記線状結像位置近傍に偏向反対面を有する偏向器と、
該偏向器によって偏向された光束を感光体上に結像させ
るための走査結像光学系とからなる光走査装置におい
て、上記走査結像光学系は、２枚のレンズより構成さ
れ、該２枚のレンズの各々の少なくとも１面が、変形シ
リンドリカル面であることを特徴とする。

【０００６】

【作用】この発明の走査結像光学系が２枚のレンズより
構成されるのは、１枚のレンズでは広角化は難しく、３
枚以上のレンズでは、低コスト化に不利であるからであ
る。偏向器から、走査結像光学系に入射する光線は、軸
上から離れるに従ってレンズ面に斜めに入射するため、
一般にサジタル像面は補正不足になるが、上記特開昭６
１−１２０１１２号公報にあるように、変形シリンドリ
カル面を用いると、主走査方向には、軸外に行くほど屈
折面のパワーを小さくすることができ、補正不足となる
サジタル像面の補正に対し、シリンドリカル面、トロイ
ダル面と比べて、有効に作用する。

【０００７】このように効果的な変形シリンドリカル面
ではあるが、主走査方向の像面を適正に補正しながら、
コンパクト化を目的とし、走査結像光学系を構成してい
るレンズを偏向器側に近づけていくと、それに従って、
光学系内の変形シリンドリカル面の主走査面内の曲率は
一般に大きくなる傾向があり、そのため主走査面内で変
形シリンドリカル面を通る光線の高さが上下に変位した
ときの副走査方向の曲率の変化量も大きくなっていく。
このことは、偏向面の出入りによる像面の傾きの補正の
上で問題となってくる。つまり、偏向面は平面であるた
め、ポリゴン等の偏向器においては回転軸から偏向面ま
での距離が中心から周辺部に行くに従って大となり、一
定位置に入射する光束に対する偏向面位置が、ポリゴン
等の回転につれて変化することになる。光軸を中心とし
て走査面上両方向（正と負）の同じ像高をもつ光線は、
上記の光偏向面の回転による面の出入りがあるために、
必ずしも同じ経路を通らず、どちらかの方向にずれてし
まい、変形シリンドリカル面を通る光線の高さに差が生
じ、そのため、一方に対して他方では、相対的に変形シ
リンドリカル面の副走査方向の曲率が大きいか、あるい
は小さい部分を通ることになり、像面は、走査面に対し
て傾いた形になる。このような像面の傾きは、変形シリ
ンドリカル面の副走査方向の曲率の変化量が大きいと当
然大きくなってしまう。

【０００８】そこで、副走査面内で互いに逆向きに作用
するシリンドリカル面を走査結像光学系に配設すれば、
相互に相殺しあって上記の問題を解決できる。例えば、
正と負の同じ像高をもつ２つの光線のうち、凸の作用を
する変形シリンドリカル面を通るときの高さが光軸から
近い方は、光軸から遠い方に比べ、副走査面内での曲率
が大きいので、走査面に対して手前、すなわち走査結像
光学系側に集光し、一方、凹の作用をする変形シリンド
リカル面を通る場合には、走査面に対して、後側に集光
する傾向となるので、相殺させて像面の傾きを小さくす
ることができる。

【０００９】更に、変形シリンドリカル面の内、少なく
とも一面について、主走査方向（メリジョナル方向）面
内における形状を非球面とすれば、ｆθ特性、主走査方
向像面湾曲の補正に有効である。ここで、非球面形状は
面の頂点を原点とし、光軸方向をｘ軸とした直交座標系
において、曲率半径をｒ、円錐定数をκ、非球面係数を
Ａi 、非球面のべき数をＰi としたとき数式１で表され
る。

【数１】 ｈ²＝ｙ²＋ｚ²

【００１０】

【実施例】以下に、この発明の走査光学系の実施例およ
び比較例を示す。 表中、ｆは、主走査方向面内における走査結像光学系の
焦点距離 ｗは、主走査方向面内における走査角 Ｒは、回転多面鏡の内接円半径 ｄ₀ は、入射瞳と第一面との間隔 ｒは、主走査方向面内における曲率半径 ｒ′は、光軸における副走査方向面内における曲率半径 ｄは、レンズの軸上厚 ｎは、波長７８０ｎｍの光に対するレンズ材料の屈折率 ＊印は、変形シリンドリカル面を示す。 比較例は、変形シリンドリカル面を１面しか使用しない
場合のものである。

【００１１】実施例１ ｆ＝１８４．０ ｗ／２＝３８° Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝３５．６ 面番号 ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −２００．０００ １０．０ １．４８５９５ ＊２ −５８．４１０ ３６．８００ ５６．５ ＊３ −２６０．０００ ２５．３５０ ４．０ １．４８５９５ ４ −４７９．５８０ １２２．０ 非球面係数 第２面 Ｋ ＝−７．３８２３０×１０^-2 Ａ１＝ ６．１２５３０×１０^-7 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝ ７．６５７３０×１０^-12 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−２．４５１４０×１０^-15 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ ４．９９３１０×１０^-21 Ｐ４＝１０ 第４面 Ｋ ＝−８．９９６９０×１０ Ａ１＝−４．１０９５０×１０^-7 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝ ４．１５４２０×１０^-11 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−４．６３２３０×１０^-15 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ ２．６５１３０×１０^-19 Ｐ４＝１０ Σｄ／ｆ＝０．３８３

【００１２】実施例２ ｆ＝１５０．０ ｗ／２＝４６° Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝２９．０ 面番号 ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −１１６．０３８ １２．０ １．４８５９５ ＊２ −４３．３３２ １００．０００ ６４．０ ＊３ −３００．０００ ２１．７５０ ４．０ １．４８５９５ ４ −１５７２．６３２ ８１．４ 非球面係数 第２面 Ｋ ＝−３．３６８４５×１０^-1 Ａ１＝ ２．５３２５５×１０^-7 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝−１．４７９１１×１０^-10 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−９．４８９３０×１０^-15 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ ２．４５４０８×１０^-20 Ｐ４＝１０ 第４面 Ｋ ＝−１．６５１１１×１０ Ａ１＝−４．００８９１×１０^-7 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝ ４．２０３６０×１０^-11 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−４．４７４３７×１０^-15 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ １．８５９８６×１０^-19 Ｐ４＝１０ Σｄ／ｆ＝０．５３３

【００１３】比較例 ｆ＝１８４．０ ｗ／２＝３８° Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝３５．６ 面番号 ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −２００．０００ １０．０ １．４８５９５ ２ −５８．３５２ ５６．５ ＊３ −２３０．０００ ３１．３７０ ４．０ １．４８５９５ ４ −３８９．３４２ １２２．０ 非球面係数 第２面 Ｋ ＝−０．１１３０１ Ａ１＝ ０．５８１６４×１０^-6 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝ ０．８０５８４×１０^-11 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−０．１９９２０×１０^-14 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ ０．５６９１９×１０^-20 Ｐ４＝１０ 第４面 Ｋ ＝−０．４９８１８×１０² Ａ１＝−０．４１４０６×１０^-6 Ｐ１＝ ４ Ａ２＝ ０．３８３０４×１０^-10 Ｐ２＝ ６ Ａ３＝−０．４２８２３×１０^-14 Ｐ３＝ ８ Ａ４＝ ０．２３９７８×１０^-18 Ｐ４＝１０ Σｄ／ｆ＝０．３８３

【００１４】

【発明の効果】この発明の走査光学系は、実施例および
像面湾曲を示す収差図で見るように、偏向角ｗが、sin
（ｗ／２）＝０．６〜０．７と広角で、Σｄ／ｆが０．
３５から０．５５程度のコンパクトな走査光学系であり
ながら、像面補正、特にサジタル像面を良好に補正した
走査光学系を実現することが出来た。すなわち、比較例
では図５に見るように、サジタル像面が補正しきれてい
ないのに対して、実施例１では、もう一方のレンズにも
変形シリンドリカル面を用いることにより、図３に示す
ように、像面の傾きを小さくすることができ、サジタル
像面を良好に補正している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の走査結像光学系の第１実施例の
（ａ）は主走査方向断面図、（ｂ）は副走査方向断面図

【図２】走査結像光学系の比較例の（ａ）は主走査方向
断面図、（ｂ）は副走査方向断面図

【図３】第１実施例の収差図

【図４】第２実施例の収差図

【図５】比較例の収差図

【図６】変形シリンドリカル面の説明図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザーと、該半導体レーザーか
   らの発散光を平行光にするためのコリメーターレンズ
   と、上記平行光を副走査方向にのみ集光し線状に結像す
   る結像光学系と、上記線状結像位置近傍に偏向反対面を
   有する偏向器と、該偏向器によって偏向された光束を感
   光体上に結像させるための走査結像光学系とからなる光
   走査装置において、上記走査結像光学系は、２枚のレン
   ズより構成され、該２枚のレンズの各々の少なくとも１
   面が、変形シリンドリカル面であることを特徴とする走
   査光学系