JPH07117646B2 - 走査用レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザビームプリンタ等の走査光学系で用い
られる走査用レンズに関する。

従来の技術 第１図は、レーザビームプリンタの走査用光学系を示す
図である。この図において半導体レーザー発生装置
（１）で発生されたレーザービームは、回転多面鏡
（２）で反射され走査用レンズ（３）を通って感光ドラ
ム（４）に達する。そして、回転多面鏡（２）の回転に
よる偏向角度を変えられ感光ドラム（４）上で矢印ａ方
向の走査をおこない、これを繰返えす。ここで走査用レ
ンズ（３）は、回転多面鏡（２）の回転特性に応じた歪
曲収差をもたせたレンズであり、レーザービームの感光
ドラム（４）上での走査速度を等速にするものである。
このような走査用レンズは、偏向器が回転多面鏡の場合
は理想像高ｙをｆ・θとしたｆ・θレンズ、偏向器が正
弦振動鏡の場合は理想像高ｙをｆ・arc sinθとしたア
ークサインレンズである。これらレンズの歪曲収差Dis
は実際の像高をｙ′として、 であらわされる。

発明が解決しようとする課題 一方、第１図に示すように、従来の走査用レンズは、光
軸方向からみて円形のレンズで構成されており、全体と
して載頭円錐形もしくは円筒形をしているものであっ
た。しかしながら、このような形状の走査用レンズを走
査光学系に使用した場合、走査用レンズのスペース占有
率が大きくなるという問題点があり、走査用レンズのコ
ンパクト化が望まれていた。

円形レンズによって構成された走査用レンズにおいて、
実際にビームが通過するのは、第２図Ａにハッチングで
示すように、ビームの走査方向と平行な矩形状部分だけ
であり、それ以外の部分はレンズとしては不要の部分で
ある。したがって、第３図に示すように、走査用レンズ
（３′）を光軸方向および走査方向と直交する方向に偏
平にしてコンパクト化を図ることが考えられる。すなわ
ち、走査用レンズを第２図Ａに実線で示すビーム通過領
域（ハッチング部分）に沿った形状にする。しかしなが
ら、この走査用レンズの偏平化を単純に行うと、次のよ
うな問題点を招来する。

すなわち、円形レンズによって構成された走査用レンズ
の保持は、第２図Ｂに示すように、レンズ外周と鏡筒内
面と線接触により行われていたが、走査用レンズを偏平
化した場合には、第２図Ｃに示すように、光軸方向から
みて円弧状の当り面Ｐをレンズ中心に対して正確な位置
・形状に加工しなければ精度良く保持することはできな
い。しかしながら、円弧状の当り面（Ｐ）をレンズ中心
に対して正確に加工することは、非常に難しくまた加工
工数が増大する。また、ある程度の精度で加工できたと
しても、当り面が少ないので組み立てた走査用レンズの
各構成レンズが偏心し十分な性能を得ることができなく
なる。更に、第２図Ｄは鏡筒をフライス加工した場合を
示すが、この場合は数点の点支持となり、前述の場合と
同様に十分な性能を得ることができない。

本発明は、以上の課題を解決するとともに、簡単な構成
で十分なレンズ性能を得られる走査用レンズの提供を目
的とする。

課題を解決するための手段 本発明の走査用レンズは、前記目的を達成するため、偏
平な形状の複数のレンズから構成された走査用レンズで
あって、構成レンズが、入射側から順に、平凹レンズ、
平凸レンズであり、各構成レンズの平面側レンズ面とそ
れぞれ当接する複数の当り面を有する保持部材を備える
とともに、条件 −0.25≦d₂/f₁≦−0.07 d₂:レンズ第２面と第３面の面間隔 f₁:第１レンズの焦点距離 を満足することを特徴とする。

実施例 第４図は一面を平面とした偏平単レンズ（Ｌ）を示す。
このレンズ（Ｌ）の平面の両端部分（ハッチング部分
Ｐ）が位置決め用の当り面として用いられる。レンズ
（Ｌ）の他の面は点又は線接触で支持される。

第５図はさらに改良された偏平単レンズ（Ｌ′）を示
す。このレンズ（Ｌ′）は一方のレンズ面を平面とされ
る他に走査方向両側（Ｑ）も平面とされ（第５図Ａ）、
さらに他方のレンズ面の走査方向両端（ハッチング部分
Ｒ）を面取り加工されている（第５図Ｂ）。尚第５図Ｃ
は同様に加工された平凹レンズを示す。両側端の平面化
は光軸のまわりのレンズの偏芯を規制することができ、
また、このようなレンズ（Ｌ′）を加工製作する際直方
体の一面をレンズ面に加工するだけでよいので製作が非
常に容易になる。

曲面側レンズ面の走査方向両端部の面取り加工は、レン
ズの保持を２つの平面でおこなえるので保持位置決めを
より精度よく確実におこなうことができる利点をもつ。

尚、このようなレンズはプラスチック成型によっても製
作することもできる。

第６図は上述のレンズ面の一方が平面とされた偏平単レ
ンズを３個組合せた走査用レンズの組立て例を示す。

第６図において、走査用レンズは入射側から平凹レンズ
（L₁），平凸レンズ（L₂），平凸レンズ（L₃）から構成
され、これらのレンズは保持部材（10）（11）、バネ性
の押え部材（12a）（12b）（13a）（13b）（14a）（14
b）及び図示しない上下の蓋部材で保持位置決めされ
る。即ち、前記レンズ（L₁）（L₂）（L₃）の平面側レン
ズ面は保持部材（10）（11）の当り面（10−１）（11−
１）（10−２）（11−２）（10−３）（11−３）に夫々
当接され、曲面側レンズ面は夫々押え部材（12a）（12
b）（13a）（13b）（14a）（14b）で押えられる。尚、
押え部材は図示の如く平面でもよいが凹形に形成してレ
ンズの曲面に対し少なくとも２点で押えるようにしても
よい。さらに前記レンズをプラスチック成型する場合は
レンズ端部に貫通孔を設けて当り面にねじ止めしてもよ
い。

このように構成される走査用レンズの組立ては非常に簡
単であり、充分な精度を得られるものである。

この走査用レンズはレンズ面の一方を平面とするので充
分なレンズ性能を得るためには２枚以上のレンズ構成と
することが望ましい。しかし、あまり多数枚にすると収
差補正上は有効であるが、透過ビーム強度の減少・コス
ト高等不利な点も出てくるので２枚又は３枚のレンズ構
成が実際的である。

また、このような走査用レンズは平面を多く含むため収
差補正の自由度が減り、走査速度の等速性とレーザービ
ームのくずれの主な原因となる収差、即ち、歪曲収差と
非点収差をバランスよくコントロールするにはある条件
を満足しなければならない。

物体側から平凹・平凸の３枚構成のｆ・θレンズの場合
次の条件が必要である。

−0.14≦d₂/f₁≦−0.05 …（１） 0.028≦d₂/f≦0.19 …（２） d₂:レンズ第２面と第３面の面間隔 f₁:第１レンズの焦点距離 f:レンズ全体の焦点距離 ここで、d₂が小さすぎると歪曲・非点収差ともアンダー
になり、大きすぎると共にオーバーになる。またf₂につ
いても同じことが言える。従ってd₂とf₁を条件（１）の
ように設定すると両面収差ともバランスよくコントロー
ルすることができる。即ち、d₂、f₁の組合せにより条件
（１）の上限又は下限を越えると歪曲収差又は非点収差
の一方はコントロールできたとしても他方は大きな収差
となる。

条件（２）の下限は同様に収差補正上有利にするための
ものである。また上限はレンズの有効幅を規制するため
のものであり、レンズ加工上有利である。

物体側から平凹・平凸の２枚構成のｆ・θレンズの場合
は次の条件（３）を満たす必要がある。

−0.25≦d₂/f₁≦−0.07 …（３） この条件（３）は３枚構成の条件（１）に相当するもの
である。条件（２）のd₂/fについては特に限定する必要
はない。

以下本発明を適用したｆ・θレンズの構成例を示す。各
構成例において、レンズ全体の焦点距離は100mm、FNOは
80であり、波長780mmの半導体レーザーを光源に用いた
ものである。

構成例１（第７図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝−26.721 r₂＝∞ d₁＝1.895 n_A＝1.48437 r₃＝∞ d₂＝5.604 n₀＝1.0 r₄＝−28.584 d₃＝4.373 n_A＝1.48437 r₅＝∞ d₄＝2.332 n₀＝1.0 r₆＝−69.459 d₅＝2.624 n_A＝1.48437 f₁＝−55.168 構成例２（第８図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝−40.816 r₂＝∞ d₁＝1.895 n_A＝1.48437 r₃＝∞ d₂＝11.662 n₀＝1.0 r₄＝−32.824 d₃＝4.373 n_A＝1.48437 r₅＝∞ d₄＝2.332 n₀＝1.0 r₆＝−130.380 d₅＝2.624 n_A＝1.48437 f₁＝−84.268 構成例３（第９図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝−22.716 r₂＝∞ d₁＝1.895 n_A＝1.48437 r₃＝∞ d₂＝2.947 n₀＝1.0 r₄＝−25.240 d₃＝4.373 n_A＝1.48437 r₅＝∞ d₄＝2.332 n₀＝1.0 r₆＝−60.536 d₅＝2.624 n_A＝1.48437 f₁＝−46.899 構成例４（第10図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝∞ r₂＝46.032 d₁＝1.370 n_B＝1.51118 r₃＝80.838 d₂＝6.240 n₀＝1.0 r₄＝∞ d₃＝1.634 n_B＝1.51118 r₅＝∞ d₄＝2.693 n₀＝1.0 r₆＝−39.051 d₅＝3.499 n_B＝1.51118 f₁＝−90.050 構成例５（第11図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝∞ r₂＝97.585 d₁＝1.312 n_B＝1.51118 r₃＝∞ d₂＝11.690 n₀＝1.0 r₄＝−170.616 d₃＝1.749 n_B＝1.51118 r₅＝∞ d₄＝0.583 n₀＝1.0 r₆＝−67.914 d₅＝3.499 n_C＝1.726241 f₁＝−190.899 構成例６（第12図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝∞ r₂＝144.379 r₁＝1.020 n_B＝1.51118 r₃＝∞ d₂＝14.140 n₀＝1.0 r₄＝−2996.661 d₃＝2.073 n_B＝1.51118 r₅＝∞ d₄＝4.373 n₀＝1.0 r₆＝−61.481 d₅＝4.082 n_C＝1.726241 f₁＝−282.440 構成例７（第13図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝∞ r₂＝149.722 d₁＝1.020 n_B＝1.51118 r₃＝∞ d₂＝19.864 n₀＝1.0 r₄＝−61.140 d₃＝4.373 n_C＝1.726241 f₁＝−292.894 構成例８（第14図） 曲率半径ｒ 面間隔ｄ 屈折率ｎ r₁＝∞ r₂＝32.332 d₁＝1.020 n_B＝1.51118 r₃＝∞ d₂＝16.786 n₀＝1.0 r₄＝−26.753 d₃＝5.453 n_B＝1.51118 f₁＝−63.250 効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、走査
用レンズを偏平なレンズで構成しておりコンパクト化が
図れるとともに、各構成レンズを精度良く保持・位置決
めできる。また、簡単な構成でレンズ性能の良い走査用
レンズが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザプリンタの走査光学系を示す模式
図、第２図は走査用レンズの偏平化の説明図、第３図は
偏平走査用レンズを用いた走査光学系を示す模式図、第
４図及び第５図は実施例における偏平レンズの構成図、
第６図は実施例における走査用レンズの組立例を示す
図、第７図〜第14図は構成例における走査用レンズのレ
ンズ構成および収差を示す図である。 尚、第２図、第４図、第５図Ａにおいて、左側は光軸方
向から見た正面図、右側は走査方向と並行な方向から見
た側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏平な形状の複数のレンズから構成された
   走査用レンズであって、 構成レンズが、入射側から順に、平凹レンズ、平凸レン
   ズであり、各構成レンズの平面側レンズ面とそれぞれ当
   接する複数の当り面を有する保持部材を備えるととも
   に、条件 −0.25≦d₂/f₁≦−0.07 d₂:レンズ第２面と第３面の面間隔 f₁:第１レンズの焦点距離 を満足することを特徴とする走査用レンズ。