JPH0675162A - ビーム走査装置 - Google Patents
ビーム走査装置Info
- Publication number
- JPH0675162A JPH0675162A JP5121995A JP12199593A JPH0675162A JP H0675162 A JPH0675162 A JP H0675162A JP 5121995 A JP5121995 A JP 5121995A JP 12199593 A JP12199593 A JP 12199593A JP H0675162 A JPH0675162 A JP H0675162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning device
- beam scanning
- optical
- incident
- lens mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/108—Scanning systems having one or more prisms as scanning elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
可能にすること。 【構成】 半導体レーザ1から射出した光ビームを回転
レンズ鏡3に設けた入射面S1を介して反射面S2に導
き、ここで偏向させ射出面S3から射出させて結像面上
にスポットを走査させるようにしたもの。
Description
に用いられるビーム走査装置に関する。
ーム走査装置は、半導体レーザ等の光源から射出し、コ
リメータレンズによって平行ビームとされた光ビームを
回転多面鏡で偏向走査し、結像レンズによって被走査面
上にビームスポットとして照射するように構成されてい
る。このように従来のビーム走査装置では、高価な結像
レンズや回転多面鏡を必要とする以外に、結像レンズの
直径が約100mmと大きく、また、回転多面鏡の大き
さも内接円半径が20mm程度であるなど、装置が大型
にならざるを得ないといった問題を有している。
題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、
小型化と低価格化を同時に実現することのできる新たな
ビーム走査装置を提供することにある。
る課題を達成するためのビーム走査装置として、ビーム
発生装置からのビームに対して連続的に角変位し得るよ
う回転駆動手段に駆動されて回転する光学素子に、反射
面と、少なくとも一方が収差補正を行ない得るよう形状
を定められた入射面と射出面とを設けるようにしたもの
である。
子それ自体を回転させつつその入射面から入射したビー
ムを反射面により偏向させて射出面より射出させ、この
間に収差補正をして結像面上にビームをスポットとして
走査させるように作用する。
表的な実施例を示したものである。半導体レーザ1より
射出した光ビームはコリメータレンズ2によって平行な
光ビームとされ、さらにこの光ビームは光学素子として
の回転レンズ鏡3の入射面S1に入射した後、反射面S2
で反射されて、射出面S3から射出する。
は、それぞれ凹面と凸面をなすように形成され、かつ走
査中心を走査する光ビームがそれらの面を垂直に通過す
るように設定され、また反射面S2は、走査中心を走査
する光ビームが45゜の角度で反射面S2に入射するよ
うに設定されている。
射面S2に内包され、走査中心を走査する光ビームの反
射点を通るように構成され、またこの実施例における回
転レンズ鏡3の入射面S1の光軸および射出面S3の光軸
は、走査中心を走査する光ビームの光路に一致するよう
に構成されている。したがって、光ビームは回転レンズ
鏡3の回転に伴って偏向され、偏向された光ビームは被
走査面5上にスポットを形成する。なお、この実施例で
は、特に結像レンズ等を必要としないが、回転レンズ鏡
3と被走査面5との間に、結像レンズを補助的に設けて
もよく、そうすれば光学特性はさらに良好となり、また
結像レンズの枚数は多いほど光学特性が良くなる。
ビームが偏向される様子を示したもので、回転レンズ鏡
3は、反射面S2内の回転中心Oを中心に回転し、I、I
I、IIIのように変位する。入射光ビームLは回転レンズ
鏡3の回転に伴い、入射面S1のそれぞれ異なる位置に
異なる入射角で入射するため、異なる屈折力を受けて偏
向される。この光ビームはさらに反射面S2で反射さ
れ、さらにその偏向角を大きくし、射出面S3を透過す
る際に回転レンズ鏡3の位置により異なる屈折力を受け
て、射出ビームM1、M2、M3のように偏向される。ま
た、入射面S1、射出面S3は曲面であるため、光ビーム
はこれらの面で発散作用、集束作用を受ける。
射面S1が凹面、射出面S3が凸面として構成したことに
より、回転レンズ鏡3での収差補正効果はきわめて大き
なものとなる。その結果、回転レンズ鏡3と被走査面5
との間に特に結像レンズを設ける必要はなく、また結像
レンズを設けた場合でも、その結像レンズを小径に、か
つ低屈折率化させることができて、装置を極めて小型
に、かつ低価格なものとすることができる。
に用いられる光学系の場合、レーザ光ビームの径が小さ
いことから、光学系に現れる諸収差のうち、主に像面湾
曲、非点収差、歪曲特性の3つを考慮すればよく、特に
歪曲収差に関しては、回転多面鏡の等角速度運動を被走
査面上での結像スポットの等速運動に変換するため、い
わゆるfθ特性と呼ばれる負の歪曲特性が与えられる。
回転レンズ鏡3の反射面S2で展開して示したもので、
この図からもわかるように、この実施例の光学系は、従
来の光ビーム走査装置の光学系とは異なり、入射瞳Pよ
り手前に光学面(回転レンズ鏡3の入射面S1)が存在
し、回転レンズ鏡3が光ビームBの入射角度に応じて、
その角度の1/2だけ回転しているのと等価となってい
る。諸収差の除去においては、回転レンズ鏡3の入射面
S1が入射瞳Pより手前にあるため、入射面S1を凹面と
して負のパワーを持たせることにより、入射面S1が負
の歪曲収差の発生とペッツバール和を小さくすることの
両方の役割を同時に持たせることができる。また、この
回転レンズ鏡3の入射面S1と射出面S3は画角につれて
画角の1/2だけ同じ方向に回転するため、結果的に半
分の画角しか入射せず、有効径が小さくなり、回転レン
ズ鏡3を極めて小さくすることができる。
には、従来の光ビーム走査装置に対して結像レンズを小
径化することができるが、これを図5を用いて説明する
と、図5(a)に示した従来の光ビーム走査装置では、
負の歪曲収差を発生させるために正のパワーを持つ結像
レンズ4を入射瞳Pから大きく離す必要があって、必然
的に結像レンズ4の口径が大きくなり、また十分な負の
歪曲収差を発生させるために高屈折率になりがちであっ
た。
ものでは、回転レンズ鏡3と結像レンズ4とで負の歪曲
収差の発生量を負担し合うため、結像レンズ4での負の
歪曲収差の発生量は少なくてよく、その結果、結像レン
ズを入射瞳に近づけることができて、小径化が可能とな
り、また、結像レンズ4の負の歪曲収差の発生量を小さ
くできるということは、結像レンズ4の低屈折率化にも
つながる。さらに回転レンズ鏡3の入射面S1で負の歪
曲を与えているために、結像レンズ4手前の光ビームが
さほど広角に振られないことも結像レンズ4の小径化に
効果がある。
は、1枚の球面レンズで十分であり、また、結像レンズ
系全体の屈折力を正にすれば、等速走査性を得るための
負の歪曲収差を発生することになって、光ビーム走査装
置としての光学特性が良好となる。
2に内包したことにより、回転レンズ鏡3をモータなど
の回転体に組み付ける際に、回転中心、反射面といった
基準位置が明確なため組み立てが容易となり、組み立て
精度も良好となる。また、回転レンズ鏡3の回転中心
が、走査中心を走査する光ビームの反射面上での反射点
と一致していると、光学系の面構成が走査中心に関し実
質的に対称になり、収差などの光学特性も対称となる。
従って、球面レンズで代表される軸対称な光学系だけで
収差特性などを補正することができる。
鏡3を用いて、モータが1回転する毎に1回走査するよ
うに構成しているが、用いる回転レンズ鏡3は一つに限
る必要はなく、背中合わせに2個用いればモータの1回
転毎に2回の走査が可能となって、その走査速度をさら
に高めることができる。この場合、それぞれの回転レン
ズ鏡3の対称性がわずかでもずれると、走査する走査線
の位置がずれて走査むらを生じてしまうが、この実施例
では、回転中心が反射面S2上にあるため、それぞれの
反射面S2同士を密着させることによりこの問題を解消
することができる。
αを異ならせた3種類の回転レンズ鏡31、32、33
を示したものである。角度αは被走査面5に至る光軸M
と光源からの射出光ビームの成す角度βに応じて設定さ
れるが、収差補正の観点から、入射面S1と射出面S2と
もに、走査中心を走査する光ビームがそれらの面を垂直
に通過するよう設定するのが望ましい。その場合、角度
αが広い方が必要な反射面S2の面積が小さくて済み、
また、回転レンズ鏡31、32、33は高速で回転され
るので、風切り音の低減や風損の低減を図る上から頂点
を円弧状にするのが望ましい。さらに、複数個の回転レ
ンズ鏡3‥‥を回転対称に配置するには、図7に示した
ように、角度αは大きい方がより多数の回転レンズ鏡3
を配置することが可能となる。
S1と射出面S3が非球面形状でない場合は光学ガラス、
光学プラスチックのいずれでも良く、非球面形状の場合
は光学プラスチックが良い。反射面S2には、蒸着など
の製法によりアルミニウム薄膜などを形成させれば良い
が、角度βを大きくとって反射面S2への入射角を臨界
角以上にして全反射させることも可能であり、そうすれ
ば反射膜を設ける必要はない。
ついて、これらの構成を光学諸元、諸収差を含めて説明
する。いずれの実施例においても、一走査の走査開始か
ら走査終了までの回転レンズ鏡3の回転角を2ωとし、
各光学諸元の記号は、第i面Siの曲率半径をri、第i
面から次の面までの軸上間隔をdiとする。さらに、当
該面が非球面の場合には、次式で表される非球面係数を
Ki、Ai、Biとし、またトーリック面の場合には、回
転レンズ鏡3の回転軸に平行な方向、垂直な方向の曲率
半径をそれぞれrxi、ryiとする。
点、非球面頂点の接平面からの距離であり、n1、n2は
いずれも回転レンズ鏡の屈折率である。光源、コリメー
タレンズ、結像レンズ、球面ミラーに関する光学諸元を
も示す実施例では、光源、コリメータレンズ入射面、射
出面、結像レンズ入射面、射出面、凹面ミラー反射面を
それぞれS0、Sa、Sb、Sc、Sd、Seで表し、コリメ
ータレンズ、結像レンズの屈折率をna、ncで表す。な
お、特に断らない限り回転レンズ鏡の反射面は平面であ
る。
査方向(被走査面をスポットが走査する方向)、実線が
副走査方向(主走査方向と直交する方向)の収差を表し
ている。走査直線性は、fθレンズの通例では理想像高
y=fθからの像高のずれを%で表すが、本発明では回
転レンズ鏡3の入射面S1と射出面S3とが回転するため
理想像高がfθとならない。従って、等価な表示方法と
して、光軸近傍の光線について、回転レンズ鏡3の回転
角2ωに対する像高の変化率をζとして、理想像高Y=
ζθからのずれを%で表示している。諸収差が走査中心
に関して非対称な光学系については走査全幅に渡って収
差図を示した。なお設計波長は780nmとしている。
主走査断面を示した図で、回転レンズ鏡3の入射面S1
は凹面、射出面S3は凸面である。この回転レンズ鏡3
にはコリメータレンズ2により平行化された光ビームが
入射する。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以
下に示す。 2ω=29.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −8.010 d1= 20.000 n1=1.48261 S2 r2= ∞ d2= 20.000 n2=1.48261 S3 r3=−18.191 d3=280.000 なお、第1面は非球面であり、非球面係数は次の通りで
ある。 K1=−0.52095 A1=−3.34624×10-5 B1=0 図9はこの設計例の収差図である。像面湾曲が±3mm
以下、走査直線性が2%以下と良好に補正されている。
例の主走査断面を示した図である。この実施例における
回転レンズ鏡3の入射面S1は凹面、射出面S3は凸面
で、結像レンズ4を持つように構成したものであり、こ
の回転レンズ鏡3にはコリメータレンズ2により平行化
された光ビームが入射する。この実施例の代表的な設計
例の光学諸元を以下に示す。
れているため、実施例1に対してさらに収差補正は良好
である。
例の主走査断面を示した図である。この回転レンズ鏡3
の入射面S1は凸面、射出面S3は凹面で、結像レンズ4
を持つように構成したものであり、回転レンズ鏡3には
コリメータレンズ2により平行化された光ビームが入射
する。コリメータレンズ2の焦点距離が同じ場合、コリ
メータレンズ2から射出された平行光ビームの径が大き
いほど半導体レーザ1から放射される光パワーの利用効
率は高い。この実施例のように、回転レンズ鏡3の入射
面S1が凸面、射出面S3が凹面であれば、回転レンズ鏡
3への入射光ビームは入射面S1で絞り込まれ、射出光
ビーム径に対し入射光ビーム径が大きく、光パワー効率
が高い光ビーム走査装置を実現することができる。この
実施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に示す。
例の主走査断面を示した図である。この回転レンズ鏡3
の入射面S1、射出面S3は共に凹面で、結像レンズ4を
持つように構成したものであり、回転レンズ鏡3にはコ
リメータレンズ2により平行化された光ビームが入射す
る。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に示
す。
ある。 Kd=−0.35701 Ad=0 Bd=0 図15はこの設計例の収差図である。
例の主走査断面を示した図である。この回転レンズ鏡3
の入射面S1は凹面、射出面S3は平面で、結像レンズ4
を持つように構成したものであり、回転レンズ鏡3には
コリメータレンズ2により平行化された光ビームが入射
する。この実施例のように、回転レンズ鏡3の入射面S
1、射出面S3の少なくとも一方を平面にすれば、回転レ
ンズ鏡3の製造が容易になりコストも低減する。さらに
1つの部品に光学曲面が2面存在すると、それらの面の
光軸の相対的な位置精度が問題となり、2本の光軸を一
致させることが厳しく要求されるが、回転レンズ鏡3の
入射面S1、射出面S3の少なくとも一方を平面とすれ
ば、そのような問題はなくなる。この実施例の代表的な
設計例の光学諸元を以下に示す。
ある。 Kd=−0.36146 Ad=0 Bd=0 図17はこの設計例の収差図である。
例の主走査断面を示した図である。この回転レンズ鏡3
の入射面S1は平面、射出面S3は凹面で、結像レンズ4
を持つように構成したものであり、回転レンズ鏡3には
コリメータレンズ2により平行化された光ビームが入射
する。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に
示す。
ある。 Kd=−0.38052 Ad=0 Bd=0 図19はこの設計例の収差図である。
例の主走査断面を示した図である。この回転レンズ鏡3
の反射面S2は球面で、結像レンズ4を持つように構成
したものであり、回転レンズ鏡3にはコリメータレンズ
2により平行化された光ビームが入射する。この実施例
のように、回転レンズ鏡3の反射面S2を球面にすれ
ば、光学設計上の自由度は大きくなり、収差特性が良好
になる。特に、反射面S2に入射する光ビームは反射面
S2の法線に対して傾きを持っているため非点収差が生
じるが、それにより主走査方向の像面湾曲量の変動幅の
中央値と副走査方向のそれとをほぼ一致させることも可
能であり、像面湾曲の変動幅を小さく抑えることがで
き、結像特性が良好となる。また、光源である半導体レ
ーザ1で発生する非点隔差を、反射面S2で生じる非点
収差で補正することも可能である。この実施例の代表的
な設計例の光学諸元を以下に示す。
査方向の像面湾曲量の変動幅の中央値と副走査方向のそ
れとがほぼ一致している。
転レンズ鏡3の入射面S1が非球面形状で、結像レンズ
を持つように構成したものであり、回転レンズ鏡3には
コリメータレンズにより平行化された光ビームが入射す
る。この実施例のように、回転レンズ鏡3の入射面
S1、射出面S3の少なくとも一方を非球面形状にすると
収差補正は良好となり、光学特性が極めて良好な光ビー
ム走査装置が実現される。非球面化と低コスト化を両立
させるにはプラスチックレンズを用いるのが良く、特に
回転レンズ鏡3のプラスチック化は回転負荷を減らす効
果もあり望ましい。この実施例の代表的な設計例の光学
諸元を以下に示す。
る。 K1=−0.92373 A1=0 B1=0 図22はこの設計例の収差図である。
例を示したもので、同図(a)はその主走査断面を、同
図(b)は副走査断面を示した図である。ただし、副走
査断面図は反射面S2に関して展開してある。この回転
レンズ鏡3の入射面S1、射出面S3はトーリック面で、
結像レンズ4を持つように構成したものであり、回転レ
ンズ鏡3にはコリメータレンズ2により平行化された光
ビームが入射する。この実施例のように、回転レンズ鏡
3の入射面S1、射出面S3の少なくとも一方をトーリッ
ク面とし、走査光学系をアナモフィックにすれば、主走
査方向と副走査方向とで独立に収差補正をすることがで
きるため、収差特性は極めて良好となる。また、アナモ
フィックな光学系であれば、光源である半導体レーザ1
の非点隔差を補正するように光学設計を行うことは容易
であり、また、軸対称な光学面のみで構成された走査光
学系のうち、ある一つの光学面のみを互いに直交する二
つの方向でわずかに曲率の異なるトーリック面とし、半
導体レーザ1の非点隔差を補正することも有効である。
この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に示す。
は、回転レンズ鏡3の屈折率が変動しても、走査光学系
の焦点距離が変わらず、かつ像面位置が変動しないよう
に、回転レンズ鏡3の光学諸元を設定するようにしたも
ので、結像レンズを持ち、回転レンズ鏡3にはコリメー
タレンズにより平行化された光ビームが入射する。
ても系全体の焦点距離に影響を及ぼさない条件を導びく
と、回転レンズ鏡3の入射面S1、射出面S3の曲率半径
をそれぞれR1、R2、入射面S1と射出面S3との軸上間
隔をD、回転レンズ鏡3の屈折率をNとした場合、回転
レンズ鏡3のパワーφは、
ためには、
ンズ鏡3の屈折率が変動しても、系全体の焦点距離は変
わらず、焦点面が変動しない。従って、環境変動に対し
非常に安定して常に良好な光学特性を有する光ビーム走
査装置が実現される。特に、回転レンズ鏡3は通常の光
学レンズとは異なり特殊な形状をしているため、光学プ
ラスチックで成形により製造することは望ましいが、光
学プラスチックは温度変化による屈折率変動が大きいた
め、上式の条件をほぼ満足させるように設定することは
効果的である。
以下に示す。 2ω=39.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −21.780 d1= 10.000 n1=1.51118 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.51118 S3 r3= −33.022 d3= 16.910 Sc rc=4242.637 dc= 7.719 nc=1.51118 Sd rd= −67.663 dd=186.633 この設計例の場合、前式左辺は1.0000である。図
25はこの設計例の収差図である。
実施例の主走査断面を示した図である。この実施例で
は、回転レンズ鏡3の回転中心Oを反射面S2より内側
に設けたもので、結像レンズ4を持ち、回転レンズ鏡3
にはコリメータレンズ2により平行化された光ビームが
入射する。
の実施例について、偏向走査される光ビームの回転レン
ズ鏡3内部での移動を示した比較図で、この図からも明
らかなように、第1の実施例においては、回転レンズ鏡
3は反射面S2内の点Oを中心に回転するので、光ビー
ム通過領域Aは広く、入射面S1での有効径が大きく、
これにより走査領域に対応する回転レンズ鏡3の回転角
の大きさが制限される。これに対し、この実施例のよう
に回転中心Oを回転レンズ鏡3の内部、特に入射面S1
と反射面S2との中間付近の光軸上に設定すると、入射
面S1での有効径を小さくすることができ、射出面S3で
の有効径もさほど大きくはならない。有効径が小さけれ
ば、回転レンズ鏡3の回転角を大きくすることが可能と
なり、光路長が短く小型な光ビーム走査装置が実現さ
れ、また、有効径が小さいと、高い面精度を得ることが
容易となるという利点も生じる。
以下に示す。 2ω=41.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −21.267 d1= 10.000 n1=1.51118 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.51118 S3 r3= −32.786 d3= 19.091 Sc rc=−2319.833 dc= 9.291 nc=1.51118 Sd rd= −62.550 dd=182.778 なお、この設計例における回転レンズ鏡3の回転中心O
は、入射面S1から光軸に沿って被走査面へ向かって5
mmの点に位置する。図28はこの設計例の収差図であ
る。
実施例の主走査断面を示した図である。この実施例は、
回転レンズ鏡3の回転中心Oを回転レンズ鏡3の外側に
位置させたもので、結像レンズ4を持ち、回転レンズ鏡
3にはコリメータレンズ2により平行化された光ビーム
が入射する。
上あるいは回転レンズ鏡3の内部にある場合には、モー
タの回転軸を避けて回転レンズ鏡3を回転軸のさらに上
部に設置しなければならず、その部分の高さが高くなっ
てしまう。ところが、この実施例のように、回転レンズ
鏡3の回転中心Oが回転レンズ鏡3の外側で、走査中の
光ビームが通過しない位置にあれば、図30に示したよ
うに、モータの回転軸6とは干渉しないのでその分高さ
を低くすることができる。走査光学系においては偏向器
の部分の高さが最も大きいため、この部分の高さを低く
することは装置の小型化に有利であり、また、図31に
示したように、回転軸6を取り囲むようにして3つ以上
の回転レンズ鏡3‥‥を配置することも可能となって走
査速度の高速化に有利である。さらに、図7で説明した
ように、入射面S1の光軸と射出面S3の光軸とのなす角
を小さく、すなわち角αを大きくして複数個の回転レン
ズ鏡3を配置する場合にも有利である。この実施例の代
表的な設計例の光学諸元を以下に示す。
は、反射面S2に関し入射面S1や射出面S3とは反対側
で、反射面S2の光軸中心から法線方向に4.243m
m離れた位置にある。図32はこの設計例の収差図であ
る。
実施例の主走査断面を示した図であり、特に走査中心を
走査する光ビームをも示したものである。この実施例
は、半導体レーザ1から射出されコリメータレンズ2を
通過した光ビームが平行光ではなく、やや発散した光ビ
ームを回転レンズ鏡3へ入射させるようにしたもので、
結像レンズ4を持つ。この実施例のように、回転レンズ
鏡3への入射光ビームは厳密に平行光ビームに限らなく
てもよい。また、そうすることにより設計上の自由度は
大きくなる。
以下に示す。 2ω=54.1゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S0 d0= 5.955 Sa ra= ∞ da= 2.000 na=1.51118 Sb rb= −4.089 db= 30.000 S1 r1= −19.667 d1= 10.000 n1=1.48261 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.48261 S3 r3= −24.157 d3= 15.552 Sc rc=−233.611 dc= 12.834 nc=1.51118 Sd rd= −42.622 dd=141.614 図34はこの設計例の収差図である。
実施例の主走査断面を示した図で、特に走査中心を走査
する光ビームをも示したものである。上述した第1から
第13の実施例においては、半導体レーザ1からの発散
光を平行もしくはそれに近い状態の光ビームに変換する
コリメータレンズ2を用いていた。これに対してこの実
施例は、コリメータレンズ2を使用することなく、半導
体レーザ1からの光ビームを回転レンズ鏡3に直接入射
させるようにしたもので、結像レンズ4を持つ。この実
施例によれば、図36に示したように、光学部品の点数
を少なくして部品コストを安くすることができるばかり
でなく、組み立て、調整も容易になり、装置の小型化も
可能となる。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を
以下に示す。
ある。 K1=−1.10820 A1=−1.61596×10-4 B1=0 図37はこの設計例の収差図である。
実施例を示したもので、同図(a)はその主走査断面
図、同図(b)は反射面S2に関して展開した副走査断
面図である。この実施例は、等速走査性を考慮せず、像
面湾曲収差および非点収差のみを補正するようにしたも
ので、回転レンズ鏡3の入射面S1、射出面S3はいずれ
もトーリック面をなし、回転レンズ鏡3にはコリメータ
レンズ2により平行化された光ビームが入射するように
構成されている。
ず、像面湾曲、非点収差のみを補正することも可能であ
り、そうすれば像面湾曲、非点収差の補正は極めて良好
となる。等速走査性は光源に与える変調信号のクロック
を適切に可変制御する等の方法を用いれば良い。この実
施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に示す。
性を考慮していないので、走査直線性の収差図は省略し
てある。
実施例の副走査断面を示した図で、図41はこの実施例
の光ビーム走査装置の斜視図を示したものである。この
実施例は、回転レンズ鏡3の入射面S1の光軸と射出面
S3の光軸との成す角を、主走査断面で0、すなわち図
6に示した角βが0で、副走査断面においてある角度を
持つように構成したものである。この実施例では、光ビ
ームは主走査断面において被走査面の走査中心から回転
レンズ鏡3の回転中心に向かう方向に入射し、副走査方
向にある角度を持って反射されつつ偏向される。回転レ
ンズ鏡3の反射面S2は球面である。回転レンズ鏡3に
はコリメータレンズ2により平行化された光ビームが入
射する。
射面S1の光軸と射出面S3の光軸とを副走査断面である
角度を持たせたり、主走査断面で角度を0にするように
してもよい。
うに、反射面S2を球面にすれば、光学設計上の自由度
は大きくなり、光源である半導体レーザ1の非点隔差を
補正することも可能になるが、光学特性は走査中心に関
して非対称になってしまうため、球面レンズで代表され
る軸対称な光学系だけで収差特性などを完全に補正する
ことはできない。しかしながら、この実施例のように、
回転レンズ鏡3の入射面S1の光軸と射出面S3の光軸と
が成す角度を主走査断面において0とし、光ビームを主
走査断面において被走査面の走査中心から回転レンズ鏡
3の回転中心に向かう方向に入射させるようにすれば、
反射面S2を球面にしても光学特性は走査中心に関して
対称となるため、軸対称な光学系だけで収差特性などを
補正することが可能である。
転レンズ鏡3の入射面S1の光軸と射出面S3の光軸との
なす面が、偏向された光ビームにより形成される偏向面
と一致する場合、入射面S1の開口径の大きさは射出面
S3との位置関係により制限され、また図27(a)で
説明したように、入射面S1の開口径の大きさにより、
走査領域に対応する回転レンズ鏡3の回転角の大きさが
制限される。しかしながら、この実施例では図41に示
したように、入射面S1と射出面S3とが上下に逃げるた
め、開口径の大きさの制限を受けることがない。
回転レンズ鏡3までの光学系を、回転レンズ鏡3により
偏向された光ビームが通過する領域に近接させることが
できるため、装置全体をコンパクトに構成することもで
きる。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以下に
示す。
の通りである。 K1=−0.50391 A1= 5.97781×10-5 B1=−1.54233×10-6 K3=−0.55676 A3=−1.08363×10-6 B3=0 なお、副走査断面において、回転レンズ鏡3の入射面S
1の光軸と射出面S3の光軸とは30゜の角度を成してい
る。図42はこの設計例の収差図である。
実施例の主走査断面を示した図で、図44はこの実施例
の光ビーム走査装置の斜視図を示したものである。この
実施例は、回転レンズ鏡3からの射出光ビームを折り返
しミラー7の反射面Seで反射させて、被走査面上に結
像するように構成されている。折り返しミラー7は凹面
鏡であり、走査中心の光ビームが180゜折り返される
ように設けられ、回転レンズ鏡3にはコリメータレンズ
2により平行化された光ビームが入射する。
ミラーを用いて収差補正を行ってもよい。特に、レーザ
プリンタに用いられる光ビーム走査装置の場合には、光
ビームの向きを変えるために折り返しミラーがよく用い
られるが、折り返しミラーを球面にしてパワーを持たせ
れば、部品点数を増やすことなく諸収差を小さくするこ
とができる。この実施例の場合には、光軸上の光ビーム
が180゜折り返されるので、被走査面に光ビームを導
くためにはハーフミラー8を用いるなどすればよく、ま
た、折り返しミラーを副走査方向に傾けて、反射光ビー
ムを被走査面に導いてもよい。この実施例の代表的な設
計例の光学諸元を以下に示す。
転する場合についてのみ記したが、例えば回転軸を中心
に正弦振動を行うような場合についても容易に実現が可
能である。さらに、上記各実施例は特定波長について設
計したものであるが、わずかな変更で可視光域を含む各
波長域、例えば赤外線、紫外線、X線等の波長域の光ビ
ームに対しても同等の効果を得ることが可能である。
単一の光学素子に反射面および所定の収差補正を行うご
とく形状を定められた入射面と射出面とを設けたので、
光学素子それ自体により光ビームを偏向走査させること
が可能となって、高価な光学部品の点数を大幅に削減す
ることができるほか、結像レンズを補助的に使用する場
合でも、従来の光ビーム走査装置に対してレンズの口径
を小さくしたり、屈折率の低い安価な硝材を用いること
を可能となして、レーザプリンタ、デジタル複写機、フ
ァクシミリ、レーザ走査ディスプレイ等の画像形成装置
やスキャナ等の画像入力装置あるいは光学マーク読み取
り用レーザ走査装置、表面検査用レーザ走査装置に適用
されるこの種の光ビーム走査装置の小型化や低価格化を
実現させることができる。
当たっては、部品点数の少ない分作業性及び作業量を少
なくしてその大巾な効率化を図ることができる。
した概要構成図である。
れる様子を示した図である。
来の光ビーム走査装置と本発明の光ビーム走査装置との
比較図である。
る。
る。
の主走査断面と副走査断面を示した図である。
る。
る。
移動について示した実施例1と実施例11との比較図で
ある。
る。
である。
る。
る。
の主走査断面と副走査断面を示した図である。
る。
る。
面S1と射出面S3の成す角度αを異ならせた3種類の回
転レンズ鏡31、32、33を示したものである。角度
αは被走査面5に至る光軸Mと光源からの射出光ビーム
の成す角度βに応じて設定されるが、収差補正の観点か
ら、入射面S1と射出面S2ともに、走査中心を走査する
光ビームがそれらの面を垂直に通過するよう設定するの
が望ましい。その場合、角度αが広い方が必要な反射面
S2の面積が小さくて済み、また、回転レンズ鏡31、
32、33は高速で回転されるので、風切り音の低減や
風損の低減を図る上から頂点を円弧状にするのが望まし
い。さらに、複数個の回転レンズ鏡3‥‥を回転対称に
配置するには、図7に示したように、角度αは大きい方
がより多数の回転レンズ鏡3を配置することが可能とな
る。
主走査断面を示した図で、回転レンズ鏡3の入射面S1
は凹面、射出面S3は凸面である。この回転レンズ鏡3
にはコリメータレンズ2により平行化された光ビームが
入射する。この実施例の代表的な設計例の光学諸元を以
下に示す。 2ω=29.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −8.010 d1= 20.000 n1=1.48261 S2 r2= ∞ d2= 20.000 n2=1.48261 S3 r3=−18.191 d3=280.000 なお、第1面は非球面であり、非球面係数は次の通りで
ある。 K1=−0.52095 A1=−3.34624×10-5 B1=0 図9(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。像面湾曲が±3mm以下、走査直線性が2%以下と
良好に補正されている。
結像レンズ4が設けられているため、実施例1に対して
さらに収差補正は良好である。
る。
ある。 Kd=−0.35701 Ad=0 Bd=0 図15(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
ある。 Kd=−0.36146 Ad=0 Bd=0 図17(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
ある。 Kd=−0.38052 Ad=0 Bd=0 図19(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
先述したように、主走査方向の像面湾曲量の変動幅の中
央値と副走査方向のそれとがほぼ一致している。
る。 K1=−0.92373 A1=0 B1=0 図22(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
る。
以下に示す。 2ω=39.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −21.780 d1= 10.000 n1=1.51118 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.51118 S3 r3= −33.022 d3= 16.910 Sc rc=4242.637 dc= 7.719 nc=1.51118 Sd rd= −67.663 dd=186.633 この設計例の場合、前式左辺は1.0000である。図
25(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
以下に示す。 2ω=41.4゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S1 r1= −21.267 d1= 10.000 n1=1.51118 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.51118 S3 r3= −32.786 d3= 19.091 Sc rc=−2319.833 dc= 9.291 nc=1.51118 Sd rd= −62.550 dd=182.778 なお、この設計例における回転レンズ鏡3の回転中心O
は、入射面S1から光軸に沿って被走査面へ向かって5
mmの点に位置する。図28(a)(b)はそれぞれこ
の設計例の収差図である。
は、反射面S2に関し入射面S1や射出面S3とは反対側
で、反射面S2の光軸中心から法線方向に4.243m
m離れた位置にある。図32(a)(b)はそれぞれこ
の設計例の収差図である。
以下に示す。 2ω=54.1゜ 面 曲率半径 面間隔 屈折率 S0 d0= 5.955 Sa ra= ∞ da= 2.000 na=1.51118 Sb rb= −4.089 db= 30.000 S1 r1= −19.667 d1= 10.000 n1=1.48261 S2 r2= ∞ d2= 10.000 n2=1.48261 S3 r3= −24.157 d3= 15.552 Sc rc=−233.611 dc= 12.834 nc=1.51118 Sd rd= −42.622 dd=141.614 図34(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
ある。 K1=−1.10820 A1=−1.61596×10-4 B1=0 図37(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図であ
る。
の通りである。 K1=−0.50391 A1= 5.97781×10-5 B1=−1.54233×10-6 K3=−0.55676 A3=−1.08363×10-6 B3=0 なお、副走査断面において、回転レンズ鏡3の入射面S
1の光軸と射出面S3の光軸とは30゜の角度を成してい
る。図42(a)(b)はそれぞれこの設計例の収差図
である。
る。
各種形態を示した断面図である。
ある。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
ついての収差図である。
である。
についての収差図である。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
Claims (16)
- 【請求項1】 ビーム発生装置からのビームに対して連
続的に角変位し得るよう回転駆動手段に駆動されて回転
する光学素子に、反射面と、少なくとも一方が収差補正
を行ない得るよう形状を定められた入射面と射出面とを
設けたビーム走査装置。 - 【請求項2】 前記入射面を凹面、前記射出面を凸面と
なしたことを特徴とする請求項1記載のビーム走査装
置。 - 【請求項3】 前記入射面を凸面、前記射出面を凹面と
なしたことを特徴とする請求項1記載のビーム走査装
置。 - 【請求項4】 前記入射面、前記射出面のうち少なくと
も一方を平面となしたことを特徴とする請求項1記載の
ビーム走査装置。 - 【請求項5】 前記入射面、前記射出面のうち少なくと
も一方を非球面となしたことを特徴とする請求項1記載
のビーム走査装置。 - 【請求項6】 前記入射面、前記射出面のうち少なくと
も一方をトーリック面となしたことを特徴とする請求項
1記載のビーム走査装置。 - 【請求項7】 前記光学素子の屈折率をN、前記入射面
の曲率半径をR1、前記射出面の曲率半径をR3、前記入
射面と前記射出面との軸上面間隔をDとしたとき、前記
入射面の曲率半径と前記射出面の曲率半径との間に、概
ね 【数1】 なる関係を満たすようにしたことを特徴とする請求項1
記載のビーム走査装置。 - 【請求項8】 前記光学素子の回転軸を前記反射面に内
包させたことを特徴とする請求項1記載のビーム走査装
置。 - 【請求項9】 前記光学素子の回転軸を前記光学素子の
内部に位置させたことを特徴とする請求項1記載のビー
ム走査装置。 - 【請求項10】 前記光学素子の回転軸を前記反射面に
対して前記入射面および前記射出面の反対側に位置させ
たことを特徴とする請求項1記載のビーム走査装置。 - 【請求項11】 前記入射面の光軸と前記射出面の光軸
とを副走査断面において異ならしめたことを特徴とする
請求項1記載のビーム走査装置。 - 【請求項12】 前記光学素子は像面湾曲収差および非
点収差のみを修正するようにしたことを特徴とする請求
項1記載のビーム走査装置。 - 【請求項13】 前記光学素子により偏向されたビーム
を結像面上に結像するための結像光学系を備えたことを
特徴とする請求項1記載のビーム走査装置。 - 【請求項14】 前記結像光学系が屈折力を有する反射
鏡であることを特徴とする請求項1または13記載のビ
ーム走査装置。 - 【請求項15】 前記結像光学系が単レンズであること
を特徴とする請求項1または13記載のビーム走査装
置。 - 【請求項16】 前記単レンズが正の屈折力を有するこ
とを特徴とする請求項1、13または15記載のビーム
走査装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05121995A JP3134906B2 (ja) | 1992-06-24 | 1993-04-26 | ビーム走査装置 |
US08/079,827 US5528279A (en) | 1992-06-24 | 1993-06-23 | Single element beam scanning apparatus having entrance and exit faces and a reflecting face therebetween |
EP93110128A EP0576014B1 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Beam scanning apparatus |
DE69324070T DE69324070T2 (de) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Abtastvorrichtung |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4-166042 | 1992-06-24 | ||
JP16604292 | 1992-06-24 | ||
JP05121995A JP3134906B2 (ja) | 1992-06-24 | 1993-04-26 | ビーム走査装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0675162A true JPH0675162A (ja) | 1994-03-18 |
JP3134906B2 JP3134906B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=26459225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05121995A Expired - Fee Related JP3134906B2 (ja) | 1992-06-24 | 1993-04-26 | ビーム走査装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5528279A (ja) |
EP (1) | EP0576014B1 (ja) |
JP (1) | JP3134906B2 (ja) |
DE (1) | DE69324070T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009145897A (ja) * | 1995-02-28 | 2009-07-02 | Canon Inc | 走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0813087B1 (en) * | 1993-06-18 | 2003-08-27 | Seiko Epson Corporation | Beam scanning apparatus |
US6867916B2 (en) * | 1995-01-11 | 2005-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Viewfinder optical system |
JPH08234125A (ja) * | 1995-02-23 | 1996-09-13 | Seiko Epson Corp | 光走査装置 |
US6233100B1 (en) * | 1999-10-07 | 2001-05-15 | Raytheon Company | Ultra-wide field of view concentric scanning sensor system |
JP4266660B2 (ja) | 2003-02-18 | 2009-05-20 | キヤノン株式会社 | 投射型表示光学系および投射型画像表示装置 |
US7324132B2 (en) * | 2003-05-06 | 2008-01-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Imaging three-dimensional objects |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB343112A (en) * | 1929-10-12 | 1931-02-12 | William Ewart Williams | Improvements in optical vibration-recording apparatus |
DE1100315B (de) * | 1958-10-23 | 1961-02-23 | Wonder Piles | Spiegelprisma mit gekruemmten Flaechen, insbesondere zur Verwendung in einer Handleuchte |
GB1290144A (ja) * | 1968-12-24 | 1972-09-20 | ||
US3614194A (en) * | 1969-06-27 | 1971-10-19 | Te Co The | Wide field optical scanner |
US4061415A (en) * | 1976-07-02 | 1977-12-06 | Sanford Research Institute | Nutating radiation deflecting method and apparatus |
US4514050A (en) * | 1982-07-22 | 1985-04-30 | Bell & Howell Company | Dove prism for convergent light paths |
JPH04200070A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-21 | Sharp Corp | 画像形成方法 |
DE4130977C2 (de) * | 1991-09-18 | 1994-05-19 | Hell Ag Linotype | Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP05121995A patent/JP3134906B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-23 US US08/079,827 patent/US5528279A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-24 DE DE69324070T patent/DE69324070T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-24 EP EP93110128A patent/EP0576014B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009145897A (ja) * | 1995-02-28 | 2009-07-02 | Canon Inc | 走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0576014B1 (en) | 1999-03-24 |
US5528279A (en) | 1996-06-18 |
EP0576014A3 (en) | 1994-11-02 |
DE69324070T2 (de) | 1999-11-18 |
EP0576014A2 (en) | 1993-12-29 |
DE69324070D1 (de) | 1999-04-29 |
JP3134906B2 (ja) | 2001-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6046835A (en) | Scanning optical apparatus | |
JPH10142543A (ja) | 光走査装置 | |
US4818046A (en) | Light beam scanning device | |
US5680244A (en) | Scanning optical system | |
JPH11242178A (ja) | 屈折/反射型fθ光学素子、および走査光学系 | |
JPH1138348A (ja) | 走査結像光学系および光走査装置 | |
JP3134906B2 (ja) | ビーム走査装置 | |
JPH08190062A (ja) | 走査レンズ及び光走査装置 | |
EP0629891B1 (en) | Beam scanning apparatus | |
JP2000267030A (ja) | 光走査装置 | |
JPH1090620A (ja) | 光走査光学装置 | |
JPH07174998A (ja) | 走査レンズ及び光走査装置 | |
JP3680896B2 (ja) | 光走査装置 | |
JPH11281911A (ja) | 光走査光学系 | |
US5673137A (en) | Condenser optical system for light scanning system | |
JPH1152277A (ja) | 光走査装置 | |
JPH10213740A (ja) | レーザー走査装置 | |
JP3385678B2 (ja) | 光走査装置 | |
JP3759220B2 (ja) | 光走査装置用集光光学系 | |
JP3721487B2 (ja) | 走査結像レンズおよび光走査装置 | |
JP3644979B2 (ja) | ビーム走査装置 | |
JP3381333B2 (ja) | 光走査装置 | |
JPH09179017A (ja) | 光走査用レンズおよび光走査装置 | |
JP3438268B2 (ja) | ビーム走査装置 | |
JPH1164760A (ja) | 光走査装置用結像光学系 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001101 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081201 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081201 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091201 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |