JPH0634900A - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザーと、そ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
向にのみ集束し線状光束にする集束光学系と、上記線状
光束の結像位置近傍に偏向反射面を有する偏向器と、上
記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、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く上記走査結像光学系を、Σｄ／ｆ
が０．１から０．１５程度のコンパクトなものとする。 【構成】 走査光学系を、偏向器側から順に第１レン
ズ、第２レンズの２枚のレンズより構成して、第１レン
ズの偏向器側の面を凸の非球面とし、第２レンズの偏向
器側の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
走査光学系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザーと、その発散光を平行光
にするためのコリメーターレンズと、上記平行光を副走
査方向にのみ集束し線状光束にする集束光学系と、上記
線状光束の結像位置近傍に偏向反射面を有する偏向器
と、上記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、回転対称面からなる結
像レンズと像面との間に、アナモフィックな面を有する
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。これらの走査光学系の中、本出願人の出願
にかかる特開昭６１−１２０１１２号の発明では、走査
レンズ系に、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された走査レンズを実現している。

【０００３】ここで、変形シリンドリカル面とは、図８
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、ｘｙ面に垂直な軸をｚ軸とし、Ｒ₀ を
光軸における副走査方向面（すなわちｘｚ面）内の曲率
半径、曲線２を表す関数をＸ＝ｆ（Ｙ）とすれば、サジ
タル方向の曲率半径Ｒｓは、 Ｒｓ＝Ｒ₀−ｆ（Ｙ） と表される。本明細書において、変形シリンドリカル面
はこのような面を表す語として使用される。

【０００４】しかし、上記特開昭６１−１２０１１２号
公報に開示されている走査レンズにおいては、レンズの
第１面から最終面までのレンズ長の走査光学系全体に対
する割合が大きい。具体的には、Σｄをレンズの全長、
ｆを走査レンズ系の焦点距離としたとき、２枚玉構成で
ある実施例２では、Σｄ／ｆは、０．９程度となってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術に示され
た光学系は、年々、コンパクト化、低コスト化が、求め
られてきている昨今では、十分にこれらの要求に応える
ことが難しくなってきている。もし、走査レンズのレン
ズ長が短くできれば、走査レンズ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、走査レンズ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、Σｄ／ｆが０．１から０．１５程
度のコンパクトな走査レンズを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明においては、図
１に示すように、走査光学系を、偏向器側から順に第１
レンズ、第２レンズの２枚のレンズより構成して、第１
レンズの偏向器側の面を凸の非球面とし、少なくとも第
２レンズの偏向器側の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。

【０００７】

【作用】この発明の走査レンズ系が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。偏向器側に凸面を導入する効果を参考例で説明す
る。参考例１はレンズ系の全面が偏向器側に凹面である
走査レンズの１例であり、その収差図を図５に示す。こ
の参考例においては、Σｄ／ｆが０．１５５であり、や
や大きい。このレンズ系において、Σｄ／ｆが０．１５
よりも小さいようなコンパクトな走査レンズとするため
に、参考例２のように第２レンズを第１レンズに近づけ
て２枚のレンズの間隔を詰めていくと、図６にその収差
図を示すように、副走査の像面がアンダーになってなっ
てしまう。副走査の像面を補正するためには、参考例３
のように変形シリンドリカル面の主走査方向の曲率半径
を小さくすればよいが、第１面の曲率半径を変えずに、
これを行うと、図７の収差図で見るように、副走査の像
面は補正されるが、ｆθ特性がオーバーとなってしま
う。そこで、第１面を凸面にすると、副走査の像面とｆ
θ特性とを共に良好に補正することができ、効果的であ
る。

【０００８】また、上記の偏向器側に凸の面を非球面と
するのは、ｆθ特性の補正を容易にするためである。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】 更に、最終面を非球面にすれば、主走査の像面およびｆ
θ特性を良好に補正するのに有効である。

【０００９】偏向器から走査レンズ系に入射する光線
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、特開昭
６１−１２０１１２号公報に開示されているように、変
形シリンドリカル面を用いると、副走査方向には軸外に
行くほどこの面における屈折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、通
常のシリンドリカル面、トロイダル面と比べて、有効に
作用する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係る走査光学系の具体的な
実施例を示す。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７８０
ｎｍ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。実施例においては、第３面のみ
に変形シリンドリカル面を使用したが、第３面に加え
て、さらに第２面を、主走査方向に凸、副走査方向に凹
の変形シリンドリカル面とすることによっても、同様に
良好な走査光学系を得ることができる。

【００１１】実施例１ ｆ＝２００．０ ｗ／２＝３６．０° Σｄ／ｆ＝０．１２ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５８．９５ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ ４３４．８３９ （＝ｒ） １１．００ １．５１９２２ ２ −１４０．３５１ （＝ｒ） ７．５０ ＊３ −１３５．０００ ４７．５００ ６．００ １．５１９２２ ４ −１２９．４５４ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−１．５０３８５×１０² Ａ₁＝−２．０２３２３×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ １．６８０７９×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝ ４．７４０３９×１０^-19 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−１．００４６２×１０^-23 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ ２．００７１２ Ａ₁＝−８．２５８９４×１０^-8 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−９．２１０７２×１０^-13 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−８．４７６６２×１０^-18 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−１．２８２０２×１０^-23 Ｐ₄＝１０

【００１２】実施例２ ｆ＝１７５．０ ｗ／２＝４０．０° Σｄ／ｆ＝０．１４ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５４．６ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ ３６９．６３７ （＝ｒ） １２．００ １．５１９２２ ２ −１３７．０００ （＝ｒ） ７．００ ＊３ −１３０．０００ ４４．２００ ６．００ １．５１９２２ ４ −１１２．６４７ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−１．０３４４５×１０² Ａ₁＝−１．４８６２７×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ １．０９８５２×１０^-11 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−１．１９８５３×１０^-16 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−１．５６３６１×１０^-21 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ ２．８２１０１×１０^-1 Ａ₁＝−１．１９１４０×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−９．３３５０３×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−２．０６３４４×１０^-16 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−７．８９８９６×１０^-22 Ｐ₄＝１０

【００１３】実施例３ ｆ＝２００．０ ｗ／２＝３６．０° Σｄ／ｆ＝０．１３５ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５８．９５ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ ４３２．３３８ （＝ｒ） １１．００ １．５１９２２ ２ −１５５．２３６ （＝ｒ） １０．００ ＊３ −１３６．０００ ４８．５００ ６．００ １．５１９２２ ４ −１１９．４９５ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−１．５０８８３×１０² Ａ₁＝−２．０４１４７×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ １．７０２０４×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝ ５．３４６０８×１０^-19 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−９．９６８９６×１０^-24 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ １．５７７０４ Ａ₁＝−７．４９３８８×１０^-8 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−９．１８１９１×１０^-13 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−８．５４１５８×１０^-18 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−１．３０１８９×１０^-23 Ｐ₄＝１０

【００１４】参考例１ ｆ＝２００．０ ｗ／２＝３６．０° Σｄ／ｆ＝０．１５５ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５８．９５ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −７００．０００ （＝ｒ） １１．００ １．５１９２２ ２ −７９．７６３ （＝ｒ） １４．００ ＊３ −１６０．０００ ４６．５００ ６．００ １．５１９２２ ４ −２１５．８６４ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−１．１５２１５×１０² Ａ₁＝−６．５１２５４×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ ４．３９９４６×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−１．２６２６９×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−５．４２９００×１０^-23 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ ６．３４９２８ Ａ₁＝−２．７６６４９×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−１．８５１８９×１０^-11 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−２．１３９７４×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝ ６．６０９１２×１０^-23 Ｐ₄＝１０

【００１５】参考例２ ｆ＝２００．０ ｗ／２＝３６．０° Σｄ／ｆ＝０．１３５ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５８．９５ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −７００．０００ （＝ｒ） １１．００ １．５１９２２ ２ −８５．１４９ （＝ｒ） １０．００ ＊３ −１６０．０００ ４６．５００ ６．００ １．５１９２２ ４ −１８１．２９８ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−９．７７５８４×１０ Ａ₁＝−７．２８２５１×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ ４．７９３２４×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−１．２９２８０×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−５．９０２６１×１０^-23 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ ５．０４５５０ Ａ₁＝−３．１７５６６×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−２．０９７７８×１０^-11 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−２．６８００４×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝ ７．４９３６４×１０^-23 Ｐ₄＝１０

【００１６】参考例３ ｆ＝２００．０ ｗ／２＝３６．０° Σｄ／ｆ＝０．１３５ Ｒ＝ ２０．０ ｄ₀＝５８．９５ ｒ ｒ′ ｄ ｎ １ −７００．０００ （＝ｒ） １１．００ １．５１９２２ ２ −８２．２６１ （＝ｒ） １０．００ ＊３ −１５０．０００ ４７．２００ ６．０ １．５１９２２ ４ −１８２．０１０ （＝ｒ） 非球面 第１面 Ｋ ＝−９．２７５３２×１０ Ａ₁＝−７．４７０１５×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝ ４．８６０３３×１０^-12 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−１．３１５５０×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝−５．９７２２０×１０^-23 Ｐ₄＝１０ 第４面 Ｋ ＝ ５．２４１０１ Ａ₁＝−３．２７０６５×１０^-7 Ｐ₁＝ ４ Ａ₂＝−２．１３３１４×１０^-11 Ｐ₂＝ ６ Ａ₃＝−２．６８５５７×１０^-17 Ｐ₃＝ ８ Ａ₄＝ ７．６１４９６×１０^-23 Ｐ₄＝１０

【００１７】

【発明の効果】上記実施例およびその収差図に見るよう
に、この発明により、Σｄ／ｆが０．１から０．１５程
度にコンパクトでありながら、像面、ｆθ特性ともに良
好に補正した２群２枚からなる走査光学系を実現するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の走査光学系の（ａ）は主走査方向断
面図、（ｂ）は副走査方向断面図

【図２】この発明の走査光学系の実施例１の収差図

【図３】この発明の走査光学系の実施例２の収差図

【図４】この発明の走査光学系の実施例３の収差図

【図５】この発明の走査光学系の参考例１の収差図

【図６】この発明の走査光学系の参考例２の収差図

【図７】この発明の走査光学系の参考例３の収差図

【図８】この発明で使用する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、その発散光を平行光
   にするためのコリメーターレンズと、上記平行光を副走
   査方向にのみ集束し線状光束にする集束光学系と、上記
   線状光束の結像位置近傍に偏向反射面を有する偏向器
   と、上記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、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く上記走査結像光学系は、偏向
   器側から順に、第１レンズ、第２レンズの２枚のレンズ
   によって構成され、第１レンズの偏向器側の面が凸の非
   球面であり、少なくとも第２レンズの偏向器側の面が変
   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