JPH0829714A

JPH0829714A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0829714A
Application number: JP16687594A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagata; 信一永田; Hidekazu Tamaoki; 英一玉置
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易に加工可能な円筒面を有するシリンドリ
カルレンズを使用して、サジタル像面湾曲の発生を防止
すること。【構成】シリンドリカルレンズ２０は半導体レーザ１
０からの光ビームを副走査方向に関して集光する。コリ
メートレンズ３０は、シリンドリカルレンズ２０を通過
した光ビームをコリメートする。ポリゴンミラー４０
は、コリメートレンズ３０を通過した光ビームを反射す
る。ｆθレンズ５０は、ポリゴンミラー４０を出射した
光ビームを集光する。シリンドリカルレンズ６０は、ｆ
θレンズ５０を通過した光ビームを再度副走査方向に関
して集光して被走査面Ｓ上に投影する。この場合、シリ
ンドリカルレンズ６０の存在によって、ミラー面４１と
被走査面Ｓとが共役になってミラー面４１の倒れ角誤差
が補正される。また、シリンドリカルレンズ６０の屈折
率が光軸から離れるほど低下しているので、加工が比較
的簡単な円筒面を用いてサジタル像面湾曲を補償するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザービーム等を
走査する走査光学系を備える光走査装置に関し、特にそ
の偏向器の不要偏向成分を補正するための光学素子を含
む走査光学系を備える光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームを走査する走査光学系に
おいて、偏向器の不要偏向成分（例えば、ポリゴンミラ
ーの面倒れ）を補正するために、その副走査方向と光軸
とを含む面内で、偏向点と被走査面とを共役にする光学
系がいくつか知られている。

【０００３】このような走査光学系の一つに、シリンド
リカルレンズを使用して偏向点と被走査面とを共役にす
るものがある。シリンドリカルレンズとは円筒面を有す
るレンズであるが、これを使用した場合、サジタル像面
湾曲が大きく発生し、その結果被走査面上の走査点径が
大きくなり、高精細な走査ができなくなるという問題が
ある。

【０００４】このような像面湾曲の発生を防止するた
め、例えば特公平3- 7082号公報では、偏向点と被走査
面とを共役にするシリンドリカルレンズが、被走査面と
集光用の走査レンズとの間に、その長手方向の端部が被
走査面側に近づくようにゆるやかに湾曲した状態で配設
されている。

【０００５】また、特公平3-49408号公報や特公平5-112
90号公報では、偏向点と被走査面とを共役にするシリン
ドリカルレンズが、走査位置に応じて曲率の変化する変
形円筒面を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載されているようなシリンドリカルレンズは、その形状
が特殊であるため、加工が困難なものとならざるを得な
い。

【０００７】すなわち、通常のシリンドリカルレンズで
は、その円筒面のすべての部分で曲率が一定であるた
め、同曲率をもつ円筒雌型面を圧接させつつ往復揺動運
動させることによって比較的容易に必要な円筒面を創生
・研磨でき、現にこのような研磨加工方法で通常のシリ
ンドリカルレンズが広く製造されている。

【０００８】その一方、上記公報に記載されているよう
な特殊なシリンドリカルレンズでは、その円筒面を湾曲
させたり、その円筒曲率を変化させた変形円筒面としな
ければならないため、シリンドリカルレンズの研磨・加
工が特殊になり、量産に適さず、コストも高くなるとい
う問題がある。

【０００９】そこで、この発明は、かかる従来技術の問
題を解消した光走査装置、すなわち簡易に加工可能な通
常の円筒面を有するシリンドリカルレンズを使用して、
サジタル像面湾曲の発生を防止した光走査装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の請求項１の光走査装置は、光源からの光
を偏向器で偏向した後、走査光学系により被走査面に投
影することによって、主走査方向の光走査を行う光走査
装置において、走査光学系が、その光軸と副走査方向と
を含む面内において偏向点と被走査面とを共役関係にす
るべく円筒面を有するレンズを含み、円筒面を有するレ
ンズが、その媒質の屈折率が光軸から離れるほど低下す
ること特徴とする。

【００１１】また、この発明の請求項２の光走査装置
は、円筒面を有するレンズの媒質の屈折率分布が、以下
の数式のいずれか一方によって表されることを特徴とす
る。

【００１２】ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²……（１）ただし、ｎ（Ｒ）は光軸から距離Ｒの位置での屈折率
で、ｎ₀は光軸上の媒質の屈折率で、ｋ1は定数である。

【００１３】ｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²……（２）ただし、ｎ（Ｙ）は光軸を原点とする主走査方向の座標
Ｙの位置での屈折率で、ｎ₀は光軸上の媒質の屈折率
で、ｋ2は定数である。

【００１４】

【作用】請求項１記載の装置では、走査光学系がその光
軸と副走査方向とを含む面内において偏向点と被走査面
とを共役関係にするべく円筒面を有するレンズを含むの
で、偏向点と被走査面とが共役になって偏向器の不要偏
向成分が補正される。しかも、この装置では、円筒面を
有するレンズの媒質の屈折率が光軸から離れるほど低下
しているので、加工が比較的簡単な通常の円筒面を有す
るレンズを使用しながらサジタル像面湾曲を簡易に補償
することができる。すなわち、サジタル像面湾曲は、円
筒面を有するレンズへ入射する光の入射角が増大してこ
のレンズの円筒面の曲率半径ｒが見かけ上小さくなるこ
とに起因して発生するので、円筒面を有するレンズの媒
質の屈折率を光軸から離れるほど低下させることによ
り、レンズの形状を加工が困難な特殊なものとすること
なく、サジタル像面湾曲を補償することができる。

【００１５】請求項２記載の装置では、円筒面を有する
レンズの媒質の屈折率分布が、ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²
またはｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²のいずれか一方によって
表されるので、サジタル像面湾曲を効果的に補償するこ
とができる。すなわち、円筒面の見かけ上の曲率半径は
通常入射角のほぼ２乗に反比例して小さくなるので、円
筒面を有するレンズの媒質の屈折率分布を上記のように
ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²またはｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²と
することで、光軸から離れた領域におけるレンズの円筒
面の見かけ上の曲率半径の減少を屈折率の減少によって
ほぼ打ち消すことができる。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明の光走査装置の一実施例を
示す図である。光走査装置は、光源である半導体レーザ
１０からの光ビームを副走査方向に関して集光する第１
シリンドリカルレンズ２０と、第１シリンドリカルレン
ズ２０を通過した光ビームを主走査方向でコリメートす
るコリメートレンズ３０と、コリメートレンズ３０を通
過した光ビームを反射する偏向器であるポリゴンミラー
４０と、ポリゴンミラー４０で反射された光ビームをそ
の偏向角に応じた主走査方向ｙの位置に集光する走査レ
ンズとしてのｆθレンズ５０と、ｆθレンズ５０を通過
した光ビームを再度副走査方向ｘに関して集光して被走
査面Ｓ上に投影する第２シリンドリカルレンズ６０とを
備える。なお、ｆθレンズ５０と第２シリンドリカルレ
ンズ６０は走査光学系を構成する。

【００１７】半導体レーザ１０は、装置全体を制御する
制御部（図示を省略）からの画像信号に基づき直接変調
駆動される。被走査面Ｓ上において、記録を行うべき画
素では、半導体レーザ１０から光ビームを出力し、被走
査面Ｓ上に照射して露光する一方、記録を行わない画素
では半導体レーザ１０からの光ビームの出力を停止させ
る。なお、半導体レーザ１０の代わりに、ＬＥＤを用い
て直接変調駆動してもよい。また、半導体レーザ１０の
代わりに、例えばヘリウムネオンレーザ、アルゴンレー
ザなどの直接変調できない発光源と、この発光源からの
光ビームを変調する変調器とから構成される光源を用い
ることもできる。

【００１８】第１シリンドリカルレンズ２０は、副走査
方向にのみパワーを有しており、半導体レーザ１０から
出力された光ビームを主走査方向（ポリゴンミラー４０
による偏向前のため、図示の主走査方向ｙとは一致して
いない）に関して発散状態のままとし、副走査方向に関
してほぼ平行光とする。

【００１９】コリメートレンズ３０は、第１シリンドリ
カルレンズ２０を通過した光ビームを主走査方向に関し
てコリメートして整形する。すなわち、第１シリンドリ
カルレンズ２０を通過した光ビームは、主走査方向に関
してほぼ平行光となり、副走査方向に関して集光される
ので、ポリゴンミラー４０の偏向点であるミラー面（ポ
リゴン面）４１上には、その長手方向に伸びる光ビーム
の線像が投影される。

【００２０】ポリゴンミラー４０は、副走査方向ｘとほ
ぼ平行に伸びる回転軸４２回りに定速で回転し、そのミ
ラー面４１に入射した光ビームを被走査面Ｓ側に反射偏
向する。このポリゴンミラー４０と被走査面Ｓとの間に
は、後述するように３群４枚のレンズ構成を有するｆθ
レンズ５０および第２シリンドリカルレンズ６０からな
る走査光学系が配置されており、ポリゴンミラー４０か
らの光ビームを被走査面Ｓに導光する。

【００２１】ｆθレンズ５０は、図示のように、ポリゴ
ンミラー４０側から被走査面Ｓ側に配列された第１ない
し第４レンズ５１、５２、５３、５４で構成されてい
る。第１レンズ５１は負のパワーを有し、第２および第
３レンズ５２、５３は接合レンズで正のパワーを有し、
第４レンズも正のパワーを有している。

【００２２】第２シリンドリカルレンズ６０は、副走査
方向ｘにのみパワーを有しており、副走査方向ｘと光軸
Ｏとを含む面内でミラー面４１と被走査面Ｓが共役にな
るように配置されているので、ポリゴンミラー４０のミ
ラー面４１の倒れ角誤差が効果的に補正される。

【００２３】ここで、第２シリンドリカルレンズ６０の
媒質の屈折率は、サジタル像面湾曲を減少させるため、
光軸Ｏから離れるに従って低下している。次式は、第２
シリンドリカルレンズ６０の媒質の屈折率を定義するも
のである。

【００２４】ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²……（１）ここに、ｎ（Ｒ）は光軸から距離Ｒの位置における媒質
の屈折率、ｎ₀は光軸上の媒質の屈折率、ｋ1は定数であ
る。この実施例では、収差を最小にする最適化によって
ｎ₀＝1.631、ｋ1＝-9.5×10^-7とし、その屈折率分布は
図２に示すグラフのようになっている。なお、第２シリ
ンドリカルレンズ６０の主走査方向ｙの幅は約５００ｍ
ｍであり、光軸Ｏからの距離Ｒの最大値は約２５０ｍｍ
となっている。

【００２５】以下、第２シリンドリカルレンズ６０の媒
質の屈折率を式（１）のように変化させることによって
サジタル像面湾曲が減少する理由について説明する。

【００２６】サジタル像面湾曲が発生する原因は次の通
りである。すなわち、像高（光軸Ｏから走査位置までの
距離）が増すに伴って第２シリンドリカルレンズ６０へ
入射する光ビームの入射角が増大する。この入射角が増
大すると、第２シリンドリカルレンズ６０の曲率半径ｒ
が見かけ上小さくなる。その結果、入射角の増大にとも
なって第２シリンドリカルレンズ６０の屈折力φが実質
的に上昇し、光軸方向ｚに関して集光点が第２シリンド
リカルレンズ６０に近づく。このように、像高に伴って
集光点が光軸方向Ｚに沿って変動し、被走査面Ｓに向っ
て凸のサジタル像面湾曲が発生する。

【００２７】ところで、光ビームの入射角に対する第２
シリンドリカルレンズ６０の見かけ上の曲率半径ｒはこ
の入射角の２乗にほぼ反比例している。また、第２シリ
ンドリカルレンズ６０の副走査方向ｘの屈折力φは、φ
＝（ｎ−１）／ｒで表せる。したがって、入射角の増大
にともなって曲率半径ｒが実効的に小さくなった場合
は、媒質の屈折率ｎをこれに応じて小さくすることで、
見かけ上の曲率半径ｒの減少を補償して、屈折力φは一
定になる。したがって、第２シリンドリカルレンズ６０
の媒質の屈折率ｎを光ビームの入射角の２乗に比例して
増加させれば、サジタル像面湾曲を効果的に補正できる
のである。

【００２８】第２シリンドリカルレンズ６０の媒質に屈
折率分布を形成する方法は、屈折率分布型レンズの製法
（特開昭63−307124号公報等参照）、マクロ・グラディ
エント型屈折率のガラスの製法（USP-4,929,065等参
照）など各種の製法を応用することができる。これらの
製法は、媒質がプラスチックの場合やガラスの場合を含
め広く知られているが、量産に適したものである限り、
実施例の第２シリンドリカルレンズ６０に応用すること
ができる。

【００２９】上記の屈折率分布型レンズの製法を用いる
場合、シリカゾルをゲル化させて棒状のウエットゲルを
形成する。次に、この棒状のウエットゲルを屈折率低下
用のドーパント化合物溶液に浸漬する。この際、第２シ
リンドリカルレンズ６０の媒質に形成すべき屈折率分布
に応じて、棒状のウエットゲルをドーパント化合物溶液
に浸漬する時間を調節する。具体的には、棒状のウエッ
トゲルを縦にしてその半分の中心位置まで浸漬した後に
これを徐々に引き上げる。この引き上げ速度は屈折率分
布に応じて調節する。その後、棒状のウエットゲルを上
下逆にしてその中心位置まで浸漬した後にこれを徐々に
引き上げる。次に、ドーパント化合物溶液に浸漬後のウ
エットゲルを乾燥して電気炉でガラス化し、屈折率分布
ガラス棒を得る。最後に、得られた屈折率分布ガラス棒
を研削・研磨してシリンドリカルレンズに形成する。

【００３０】上記のマクロ・グラディエント型屈折率の
ガラスの製法を用いる場合、第２シリンドリカルレンズ
６０に形成すべき屈折率分布に対応する屈折率と厚みと
を有する多数枚の板ガラスを準備し、これらを屈折率分
布に応じて積層する。その後、積層された板ガラスを加
熱によって互いに融着し、屈折率分布ガラスブロックと
する。最後に、得られた屈折率分布ガラスブロックを研
削・研磨してシリンドリカルレンズに形成する。

【００３１】表１は、実施例の光走査装置のレンズデー
タを示すものである。

【００３２】

【表１】

【００３３】同表において、欄「ｒx」は上から順に第
１面ないし第１５面の曲率半径を示し、欄「ｄ」は第ｉ
面と第（ｉ＋１）面との光軸Ｏ上の面間距離を示し、欄
「ｎ」は光源波長（７８０ｎｍ）に対する各レンズの屈
折率を示す。なお、「＊」の面は主走査方向ｙの曲率半
径ｒyが無限大の円筒面であることを示す。さらに第１
シリンドリカルレンズ２０の第２面は、球面収差を減少
させて結像性能を良くすべく、ｘｚ面内で円錐定数ｃ＝
-0.87の断面形状を有する。他の面は全て球面である。
「＊＊」は第２シリンドリカルレンズ６０の光軸上の屈
折率であるが、その値は上記の（１）式に示すように、
光軸Ｏから離れるに従って次第に減少している。その
他、光源側ＮＡは０．１で、被走査面側ＮＡは０．０２
である。ポリゴンミラー４０の有効偏向角は５６゜で、
その有効走査長は５００ｍｍである。

【００３４】図３は、図１の光学系の非点収差を表すグ
ラフである。実線はサジタル像面での収差を、また点線
はメリディオナル像面での収差をそれぞれ示している。
グラフからも明らかなように、サジタル像面湾曲の発生
が僅少に抑えられていることがわかる。

【００３５】以上、実施例に即してこの発明を説明した
が、この発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、第２シリンドリカルレンズ６０の屈折率分布
を、光軸からの距離Ｒではなく、主走査方向ｙの位置の
みに応じて変化するものとしても同様の効果が得られ
る。副走査方向ｘの屈折率変化の有無は、サジタル像面
湾曲にほとんど影響を与えないからである。その場合の
屈折率は、式（１）に替えて、ｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²……（２）で定義される。ただし、Ｙは光軸を原点とする主走査方
向ｙの座標であり、ｋ2は定数である。この場合、例え
ばｎ₀＝1.631、ｋ2＝-9.5×10^-7とする。

【００３６】また、第２シリンドリカルレンズ６０の作
製において、媒質の屈折率を変化させる工程は、円筒面
の研磨加工の前後を問わない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の装置によれ
ば、走査光学系が円筒面を有するレンズを含むので、偏
向点と被走査面とが共役になって偏向器の不要偏向成分
が補正される。また、円筒面を有するレンズの媒質の屈
折率が光軸から離れるほど低下しているので、加工が比
較的簡単な通常の円筒面を有するレンズのみによってサ
ジタル像面湾曲を補償することができる。したがって、
簡易に高精細な走査を可能にする光走査装置を提供する
ことができる。

【００３８】請求項２記載の装置では、円筒面を有する
レンズの媒質の屈折率分布が、ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²
またはｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²のいずれか一方によって
表されるので、サジタル像面湾曲を効果的に補償するこ
とができ、簡易に低収差の光走査装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる光走査装置の一実施例の光学
系を示す図である。

【図２】図１の光学系中の第２シリンドリカルレンズの
屈折率分布を示す図である。

【図３】図１の光学系の非点収差を説明する図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザ２０第１シリンドリカルレンズ３０コリメートレンズ４０ポリゴンミラー４１ミラー面５０ｆθレンズ５１第１レンズ５２第２レンズ５３第３レンズ５４第４レンズ６０第２シリンドリカルレンズＳ被走査面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を、偏向器で偏向した後、
走査光学系により被走査面に投影することによって、主
走査方向の光走査を行う光走査装置において、前記走査光学系は、その光軸と副走査方向とを含む面内
において偏向点と前記被走査面とを共役関係にするべ
く、円筒面を有するレンズを含み、前記円筒面を有するレンズは、その媒質の屈折率が光軸
から離れるほど低下することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記円筒面を有するレンズは、その媒質
の屈折率分布が、以下の数式、ｎ（Ｒ）＝ｎ₀＋ｋ1Ｒ²……（１）ただし、ｎ（Ｒ）；光軸から距離Ｒの位置での屈折率、ｎ₀；光軸上の媒質の屈折率、ｋ1；定数、ｎ（Ｙ）＝ｎ₀＋ｋ2Ｙ²……（２）ただし、ｎ（Ｙ）；光軸を原点とする主走査方向の座標
Ｙの位置での屈折率、ｎ₀；光軸上の媒質の屈折率、ｋ2；定数、のいずれか一方によって表されることを特徴とする請求
項１記載の光走査装置。