JPH06230307A - レ−ザ走査装置及び走査レンズ - Google Patents

レ−ザ走査装置及び走査レンズ

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JPH06230307A
JPH06230307A JP5018948A JP1894893A JPH06230307A JP H06230307 A JPH06230307 A JP H06230307A JP 5018948 A JP5018948 A JP 5018948A JP 1894893 A JP1894893 A JP 1894893A JP H06230307 A JPH06230307 A JP H06230307A
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健至 望月
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進 斎藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】走査レンズを構成する非球面レンズの走査垂直
方向における曲率半径誤差による像面湾曲に与える影響
を軽減させ、被走査面上の走査全域に渡って安定したレ
−ザ光の微小スポットを得ることである。 【構成】 レ−ザ光源22からの光束20を線像形成用
光学部材1を介して回転多面鏡3の反射面33に線像を
結ばしめ、反射面33からの反射光束を走査レンズ4を
介して被走査面上11に収束せしめ走査を行うが、走査
レンズ4は、被走査面11に最も近い位置には正のパワ
−を有するシリンドリカルレンズ43と、それ以外のレ
ンズの内少なくとも一面は、走査垂直方向の曲率半径が
中央部から両端部にいくに従い増加させた表面形状を有
する非球面レンズ44とを具備させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザ走査装置及びそ
の走査レンズに係り、特に、高精細印刷用のレ−ザプリ
ンタ装置に用いられるレ−ザ走査装置及びその走査レン
ズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のレ−ザプリンタ装置では、走査レ
ンズ及び光偏向器として回転多面鏡の組合せが用いら
れ、この回転多面鏡により偏向させたレ−ザビ−ムを感
光ドラム面上に走査することが行なわれている。近年レ
−ザプリンタ装置に対して高精細化の要求が強くなって
きている。この高精細化の要求を充たすためには、走査
全域に渡って安定したレ−ザビ−ムの微小スポットが得
られることが必要不可欠である。
【0003】このため、レ−ザプリンタ装置用レ−ザ走
査装置の走査レンズとして、複数の球面レンズと長尺シ
リンドリカルレンズを用いる方式が提案されている。こ
のような方式においては、偏向位置により長尺シリンド
リカルレンズにレ−ザビ−ムが入射する角度が変化する
ため、走査垂直方向の像面湾曲が発生することについて
配慮されていなかった。なお、これに関連するものとし
ては、例えば特開昭50−93720号公報記載の技術
が知られている。
【0004】レ−ザプリンタ装置用レ−ザ走査装置の走
査レンズの他の技術としてト−リックレンズを用いる方
式が提案されている。この方式においては、レ−ザプリ
ンタ装置が小型化という点で顕著な効果があり、上記走
査垂直方向の像面湾曲も長尺シリンドリカルレンズを用
いる方式に比べて低減することができるが、ト−リック
レンズは走査垂直方向の曲率半径が一定であるため、そ
の低減作用には限界があった。なお、これに関連するも
のとしては、例えば特開昭57−35825号公報記載
の技術が知られている。
【0005】また、レ−ザプリンタ装置用レ−ザ走査装
置の走査レンズの他の技術として、走査垂直方向の曲率
半径を偏向位置に応じて変化させた回転非対象な非球面
を含ませたレンズを用い、走査垂直方向の像面湾曲を極
限まで低減する方式が提案されている。しかしながら、
この方式においては、走査垂直方向の曲率半径が連続的
に異なる形状のレンズを用いるため、曲率半径が一定の
上記ト−リックレンズに比べ、加工上の誤差が生じやす
い。この曲率半径の加工誤差により走査垂直方向の像面
湾曲が発生するいうことについて配慮されていなかっ
た。なお、これに関連するものとしては、例えば、特開
昭62−26561号公報記載の技術が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のレ−ザ
プリンタ装置用レ−ザ走査装置を鑑みると、走査レンズ
に基づく像面湾曲が発生すると、被走査面上に収束され
たレ−ザビ−ムのスポット径が増大して、走査全域にわ
たって安定したレ−ザビ−ム微小スポットが得られなく
なるという問題があった。このレ−ザビ−ムのスポット
径が増大するという問題は、高精細印刷用レ−ザプリン
タ装置の印刷品質を低下させるものであった。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、走査レンズに基づく像面湾曲
が少なく、走査全域にわたって安定したレ−ザビ−ムの
微小スポットを形成せしめ、高精細印刷を可能にするレ
−ザプリンタ装置のレ−ザ走査装置及びその走査レンズ
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るレ−ザプリンタ装置のレ−ザ走査装置
の構成は、レ−ザ光源からの光束を線像形成用光学部材
を介して光偏向器の反射面に線像を結ばしめ、前記反射
面からの反射光束を走査レンズ系を介して被走査面上に
収束せしめ走査を行うようにし、前記走査レンズ系に
は、被走査面に最も近い位置に設けた正のパワ−を有す
るシリンドリカルレンズと、それ以外のレンズの内の少
なくとも一面が、そのレンズ面の中央部から両端部にい
くに従い走査垂直方向の曲率半径が増加する表面形状を
有する非球面レンズとを配設したものである。
【0009】本発明に係るレ−ザ走査装置の走査レンズ
系の構成は、光偏向器により偏向された光束を被走査面
上に収束,走査させる走査レンズ系として、被走査面に
最も近い位置には正のパワ−を有するシリンドリカルレ
ンズと、それ以外のレンズの内の少なくとも一面が、そ
のレンズ面の中央部から両端部にいくに従い走査垂直方
向の曲率半径が増加する表面形状を有する非球面レンズ
とを配設したものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、非球面レンズの曲率半径はシ
リンドリカルレンズにより発生する像面湾曲も含めて0
になるよう偏向位置に応じて変化しているため、曲率半
径に誤差がなければ像面湾曲は0となる。非球面レンズ
の曲率半径に誤差がある場合には像面は湾曲するが、走
査レンズ系をシリンドリカルレンズと走査垂直方向の曲
率半径を偏向位置に応じて変化させた回転非対称な非球
面を含むレンズ等で構成することにより、前記非球面レ
ンズの走査垂直方向の曲率半径による像面湾曲を低減さ
せることができる。
【0011】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1ないし図11を
参照して説明する。図1は、本発明の一実施例に係るレ
−ザ走査装置の基本構成図、図2は、図1の実施例に用
いた回転多面鏡3の説明図、図3は、非球面レンズの走
査垂直方向の曲率半径誤差によるパワ−変化率αに対す
る像面湾曲を示す線図、図4は、従来例における走査レ
ンズ系の非球面の曲率半径誤差による像面湾曲の説明
図、図5は、図1の実施例における走査レンズ系の非球
面の曲率半径誤差による像面湾曲の説明図、図6は、図
1の実施例における走査レンズ系の走査垂直方向の結像
を示す線図、図7は、従来例における走査レンズ系の走
査垂直方向の結像を示す線図、図8は、図1の実施例に
おける走査レンズ系の曲率半径に誤差がある場合の走査
垂直方向の結像を示す線図、図9は、従来例における走
査レンズ系の曲率半径に誤差がある場合の走査垂直方向
の結像を示す線図、図10は、図1の実施例における走
査レンズ系の像面湾曲を示す線図、図11は、従来例に
おける走査レンズ系の像面湾曲を示す線図である。
【0012】図1において、1は線像形成用光学部材、
3は光偏向器に係る回転多面鏡、4は走査レンズ系、1
1は感光ドラムの被走査面(以下、被走査面という)、
12はコリメ−タレンズ、20はビ−ム、22はレ−ザ
光源、33は回転多面鏡3の反射面、42は、走査垂直
方向の曲率半径を偏向位置に応じて変化させた回転非対
称な非球面レンズ、43は、シリンドリカル面及び平面
から構成されるレンズで、これらによりレ−ザ走査装置
を構成している。
【0013】図1に示す如く、レ−ザ光源22から照射
された走査ビ−ム20はコリメ−タレンズ12を通り平
行ビ−ムとなる。線像を形成する光学部材1は図示の矢
印のY方向のビ−ム、即ち、前記平行ビ−ムを含む平面
に垂直方向のビ−ムにのみ作用するように配設されてい
る。これにより、回転多面鏡3は、その反射面33上に
おいて、Y方向にビ−ムが収束されるようになってい
る。走査垂直方向に関して前記反射面33と被走査面1
1とは幾何光学的な共役関係にある。
【0014】被走査面である感光ドラムに対するビ−ム
走査を行なう走査レンズ系4は、3枚にて構成されてい
る。そのうち、最も回転多面鏡3に近い位置にあるレン
ズ41は、球面のレンズ面からなり、中央のレンズ42
は、平面および走査垂直方向の曲率半径を偏向位置に応
じて変化させた回転非対称な非球面であるレンズ面(以
下、非球面レンズという)からなり、最も回転多面鏡3
から遠い位置にあるレンズ43は、シリンドリカル面及
び平面であるレンズ面から(以下、シリンドリカルレン
ズという)構成されている。
【0015】この走査レンズ系4は、主走査方向(図示
のX方向)の結像に関しては平行ビ−ムを被走査面11
上に絞り込む機能を持っている。線像形成用光学部材1
及び走査レンズ系4の諸元の例を下記の表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】表中、(1)、(2)は線像形成用光学部
材1の各レンズ面、(3)は回転多面鏡3の反射面3
3、(4)〜(10)は走査レンズ系4の各レンズ面、
(11)は被走査面11である。
【0018】Rは光軸上の走査方向の曲率半径、rは光
軸上の走査垂直方向の曲率半径、dは面間隔、nは屈折
率である。(8)面の形状は下記の〔A〕,〔B〕の式で
与えられる。Z方向は光軸方向とし、被走査面11側を
+とする。X方向およびY方向は、図1において矢印の
向きを+とする。各レンズ面と光軸との交点をX,Y,
Z=0とする。
【0019】
【数1】
【0020】ここでa,b,cは定数である。
【0021】またdは非対称項で下記の表2に示すよう
なサンプル点であり、この表に示されない任意の位置に
ついては多項近似式でもって与えられる。
【0022】
【表2】
【0023】図2は、本実施例に用いた回転多面鏡3の
詳細を示す。面数は8、内接円半径Wは32.5mm,
ビ−ム入射角度βは60°,回転中心の位置ずれは1.
36mmである。
【0024】従来技術の線像形成用光学部材1及び走査
レンズ系4の諸元の例を下記の表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】(8)面の形状は下記の〔A〕,〔B〕の
式で与えられる。
【0027】
【数2】
【0028】ここでa,b,cは定数である。また、d
は、非対称項で下記の表4に示すようなサンプル点であ
り、この表に示されない任意の位置については多項近似
式でもって与えられる。回転多面鏡3の形状及び配置は
図2に示した本実施例において使用したものと同様のも
のである。
【0029】
【表4】
【0030】図3に、非球面レンズの走査垂直方向の曲
率半径誤差によるパワ−変化率αに対する像面湾曲Fの
絶対値を示す。図中、50は本実施例、60は従来例の
像面湾曲Fの絶対値を表す。いずれの場合も非球面レン
ズのパワ−変化率が大きくなるにしたがって像面湾曲の
絶対値が増大するが、従来例に比べて本実施例は1/8
程度に低減されている。また、走査レンズとしてト−リ
ックレンズを用いる方式は、レンズ系の合成主点はト−
リック面近傍にあるため、従来例60の場合と同様と考
えてよい。
【0031】上記構成の実施例の装置の機能と従来の構
成の装置の機能とを比較し、具体的に説明する。以下、
本実施例に示す如く走査レンズ系4をシリンドリカルレ
ンズ43と非球面レンズ42等で構成するものを本実施
例タイプと称し、従来の如く走査レンズ系4を走査垂直
方向の曲率半径rを偏向位置に応じて変化させた回転非
対称な非球面を含むレンズ44等で構成し、シリンドリ
カルレンズ43を用いないものを従来タイプと称す。
【0032】図4の従来タイプにおいて、曲率半径、ビ
−ムが結像する面(以下、像面という)及び像面の湾曲
は、すべて走査垂直方向について説明する。図4におい
て、図1と同一符号は同等部分であるので詳細な説明は
省略する。新たな符号のみ説明する。13は走査垂直方
向の像面、44は非球面レンズである。
【0033】非球面レンズ44の曲率半径は像面湾曲が
0になるように偏向位置に応じて変化させてあるため、
曲率半径に誤差がなければ、像面13は被走査面11に
完全に一致する。しかし、曲率半径に誤差がある場合、
例えば、非球面レンズ44の走査中央部では誤差がな
く、走査端部では負の誤差がある場合、即ち曲率半径が
小さい場合について説明する。走査中央部は所定の曲率
半径であるのでここを通るビ−ム20は被走査面11上
に正しく結像する。
【0034】一方、非球面レンズ44の走査端部は所定
の曲率半径より小さく、パワ−が過剰であるため、ここ
を通るビ−ム20は被走査面11より手前で結像する。
従って像面13は湾曲する。このように、走査レンズと
して、走査垂直方向の曲率半径を偏向位置に応じて変化
させた回転非対称な非球面レンズを用いた装置は、非球
面部の走査垂直方向の曲率半径誤差により像面湾曲が発
生する。
【0035】これに対して、図5に示す本実施例タイプ
おいては、非球面レンズ42と正のパワ−を有するシリ
ンドリカルレンズ43等にて構成される。図1と同一符
号は同等部分であるので詳細な説明は省略し、新たな符
号のみ説明する。13は走査垂直方向の像面である。非
球面レンズ42の曲率半径は、シリンドリカルレンズ4
3により発生する像面湾曲も含めて0になるように偏向
位置に応じて変化させてあるため、曲率半径に誤差がな
ければ像面13は被走査面11に完全に一致する。
【0036】また、曲率半径に誤差がある場合には像面
13は湾曲するが、前述の如く走査レンズ系4をシリン
ドリカルレンズ43と非球面レンズ42等で構成するこ
とにより、前記非球面レンズの走査垂直方向の曲率半径
誤差による像面湾曲が低減される。
【0037】図6に本実施例タイプの走査垂直方向の結
像を示す。図7に従来タイプの走査垂直方向の結像を示
す。図6において、15は、非球面レンズ42とシリン
ドリカルレンズ43の合成主点を通り光軸に垂直な面、
16は、非球面レンズ42による屈折ビ−ムが光軸と交
わる点を通り光軸に垂直な面である。なお簡単のため、
物側主点、像側主点の間隔は無視して単一の主点で示
す。非球面レンズ42、44の走査垂直方向のパワ−を
それぞれP1,P2とし、本実施例タイプ,従来タイプと
も位置は同じとする。シリンドリカルレンズ43の走査
垂直方向のパワ−をPCとする。ともに回転多面鏡反射
面33を物点、被走査面11を像点とする光学的共役関
係になっている。
【0038】結像の関係式は(1)〜(3)式のように
なる。ここで、S1は回転多面鏡反射面33の非球面レ
ンズ42によるを基準とした位置、S1Dは、非球面レン
ズ42による屈折ビ−ムが光軸と交わる点を通り、光軸
に垂直な面16の非球面レンズ42を基準とした位置で
あり、S2は、非球面レンズ42による屈折ビ−ムが光
軸と交わる点を通り、光軸に垂直な面16のシリンドリ
カルレンズ43を基準とした位置である。
【0039】また、S2Dは被走査面11のシリンドリカ
ルレンズ43を基準とした位置であり、T1は回転多面
鏡反射面33の非球面レンズ44によるを基準とした位
置、T1Dは被走査面11の非球面レンズ44を基準とし
た位置、Uはシリンドリカルレンズ43の非球面レンズ
42を基準とした位置である。なお、球面レンズ41の
影響は小さいので省略する。
【0040】 1/S1D=1/S1+P1 ・・・(1) 1/S2D=1/S2+PC ・・・(2) 1/T1D=1/T1+P2 ・・・(3) (1)〜(3)式における各値には(4)〜(8)式の
関係がある。
【0041】 P2>P1,PC>0 ・・・(4) S1=T1<0 ・・・(5) T1D=S2D+U>0 ・・・(6) S2D,T1D,U>0 ・・・(7) S1D=S2+U ・・・(8) 上記(2),(4)式から(9)式になり、変形して
(10)式になる。
【0042】 1/S2D>1/S2 ・・・(9) S2>S2D ・・・(10) (6),(8)、(10)式から(11)式になる。
【0043】 T1D−S1D=S2D−S2<0 ・・・(11) ここにおいて、非球面レンズ42、44の走査垂直方向
の曲率半径誤差によりパワ−P1,P2がともに変化率α
にて変化することによって、像点である被走査面11と
の光学的共役面の位置がどのように変化するかを比較す
る。曲率半径が負の誤差を持つとパワ−変化率αは正に
なる。
【0044】図8に本実施例タイプの走査垂直方向の結
像を示す。図9に従来タイプの走査垂直方向の結像を示
す。図8,9において14,17はそれぞれの被走査面
11との光学的共役面である。P1の変化後における上
記共役面14の非球面レンズ42を基準とした位置をS
1B、P2の変化後における上記共役面14の非球面レン
ズ44を基準とした位置をT1Bとすると(12)、(1
4)式になり、また(1)、(3)式から(13)、
(15)式になる。
【0045】 1/S1B=1/S1D−(1+α)P1 ・・・(12) =1/S1−αP1 ・・・(13) 1/T1B=1/T1D−(1+α)P2 ・・・(14) =1/T1−αP2 ・・・(15) (5),(13),(15)式から(16)式になり、
変形して(17)式になる。
【0046】 1/T1B−1/S1B=α(P1−P2)<0 ・・・(16) T1B>S1B ・・・(17) (4),(13)式から(18)式になり、変形して
(19)式になる。
【0047】 1/S1B<1/S1 ・・・(18) S1B>S1 ・・・(19) (4),(15)式から(20)式になり、変形して
(21)式になる。
【0048】 1/T1B<1/T1 ・・・(20) T1B>T1 ・・・(21) 上記(19),(21)式から像点である被走査面11
とのそれぞれ光学的共役面14、17の位置は、非球面
レンズ42,44の走査垂直方向のパワ−が増加するこ
とによって非球面レンズ42,44側へそれぞれ近づく
ことがわかる。さらに、(17)式から、本実施例タイ
プの方が、従来タイプに比べて変化は小さいことがわか
る。
【0049】次に、縦倍率を比較する。縦倍率Mはその
定義から、物点と主点間隔をL1,主点と像点間隔をL2
とすると、(22)式で与えられる。
【0050】 M=(L2/L12 ・・・(22) 従来タイプの縦倍率をMTとすると、レンズ系の合成主
点は非球面近傍にあるため、(23)〜(25)式にな
る。
【0051】 L2=T1D ・・・(23) L1=−T1 ・・・(24) MT=(T1D/−T12 ・・・(25) 一方、本実施例タイプの縦倍率をMSとすると、図6に
示すように、レンズ系の合成主点15は非球面レンズ4
2とシリンドリカルレンズ43の間にあるため、(2
6)〜(28)式になる。
【0052】 L2<T1D ・・・(26) L1>−T1 ・・・(27) MS<(T1D/−T12 ・・・(28) 従って、(25),(28)式から(29)式になる。
【0053】 MT>MS ・・・(29) 回転多面鏡の反射面33上にある物点の位置と、先に求
めた被走査面11との光学的共役面14、17とがずれ
ることによって発生する像面湾曲を比較する。像面湾曲
をFとして共役面14,17の位置変化量をΔとすると
(30)式の関係がある。ここでF<0は像点がシリン
ドリカルレンズ43側へずれることである。
【0054】 F=−Δ・M ・・・(30) 図10に本実施例タイプの像面湾曲を示す。共役面14
の位置変化量をΔS、像面湾曲FSは、(31),(3
2)式になる。
【0055】 ΔS=S1B−S1 ・・・(31) FS=−ΔS・MS ・・・(32) 図11に従来タイプの像面湾曲を示す。共役面17の位
置変化量をΔT、像面湾曲FTは、(33),(34)
式になる。
【0056】 ΔT=T1B−T1 ・・・(33) FT=−ΔT・MT ・・・(34) (5),(17),(31),(33)式から(35)
式になる。
【0057】 ΔT>ΔS ・・・(35) (29),(32),(34),(35)式から(3
6)式になる。
【0058】 FT<FS ・・・(36) ここでFT、FSともに負の値であるので、走査レンズ系
4は非球面レンズ44及びシリンドリカルレンズ43等
で構成する場合の方が、走査レンズ系4を非球面レンズ
42等で構成し、シリンドリカルレンズ43は用いない
場合に比べて、非球面レンズ42,44の走査垂直方向
の曲率半径の誤差による像面湾曲の絶対値は小さくな
る。
【0059】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、走査レンズを複数のレンズで構成し、最も被走査面
側のレンズは正のパワ−を有するシリンドリカルレンズ
とし、それ以外のレンズのうちの一面を、走査垂直方向
の曲率半径を中央部から両端部にいくに従い単調増加さ
せることにより、走査レンズに基づく像面湾曲が少な
く、走査全域に渡って安定したレ−ザビ−ム微小スポッ
トを提供し、高精細印刷用レ−ザプリンタ装置のレ−ザ
走査装置及びその走査レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレ−ザ走査装置の基本
構成図である。
【図2】図1の実施例に用いた回転多面鏡3の説明図で
ある。
【図3】非球面レンズの走査垂直方向の曲率半径誤差に
よるパワ−変化率αに対する像面湾曲を示す線図であ
る。
【図4】従来例における走査レンズ系の非球面の曲率半
径誤差による像面湾曲の説明図である。
【図5】図1の実施例における走査レンズ系の非球面の
曲率半径誤差による像面湾曲の説明図である。
【図6】図1の実施例における走査レンズ系の走査垂直
方向の結像を示す線図である。
【図7】従来例における走査レンズ系の走査垂直方向の
結像を示す線図である。
【図8】図1の実施例における走査レンズ系の曲率半径
に誤差がある場合の走査垂直方向の結像を示す線図であ
る。
【図9】従来例における走査レンズ系の曲率半径に誤差
がある場合の走査垂直方向の結像を示す線図である。
【図10】図1の実施例における走査レンズ系の像面湾
曲を示す線図である。
【図11】従来例における走査レンズ系の像面湾曲を示
す線図である。
【符号の説明】
1 線像形成用光学部材 3 回転多面鏡 4 走査レンズ系 11 被走査面 12 コリメ−タレンズ 20 ビ−ム 22 レ−ザ光源 33 回転多面鏡3の反射面 42 非球面レンズ 43 シリンドリカルレンズ 44 非球面レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 13/18 9120−2K

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レ−ザ光源からの光束を線像形成用光学
    部材を介して光偏向器の反射面に線像を結ばしめ、前記
    反射面からの反射光束を走査レンズ系を介して被走査面
    上に収束せしめ、走査を行なうレ−ザ走査装置におい
    て、 前記走査レンズ系を構成する複数のレンズは、被走査面
    に最も近い位置に設けた正のパワ−を有するシリンドリ
    カルレンズと、それ以外のレンズの内、少なくとも一面
    が、そのレンズ面の中央部から両端部にいくに従い走査
    垂直方向の曲率半径が増加する表面形状を有する非球面
    レンズとを備えたことを特徴とするレ−ザ走査装置。
  2. 【請求項2】 光偏向器により偏向された光束を被走査
    面上に走査収束するための走査レンズ系において、 前記走査レンズ系を構成する複数のレンズは、被走査面
    に最も近い位置に設けた正のパワ−を有するシリンドリ
    カルレンズと、それ以外のレンズの内、少なくとも一面
    が、そのレンズ面の中央部から両端部にいくに従い走査
    垂直方向の曲率半径が増加する表面形状を有する非球面
    レンズとを備えたことを特徴とする走査レンズ。
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