JPH09184976A

JPH09184976A - 走査レンズ

Info

Publication number: JPH09184976A
Application number: JP35289595A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の変形シリンダー面は、専ら副走査方向
の像面湾曲を補正機能しか持たず、また、回転軸を持た
ない面であるため製造が困難であるという問題がある。【解決手段】ｆθレンズ２０は、ポリゴンミラー４側
から描画面５側に向けて順に、第１レンズ２１と第２レ
ンズ２２とが配列して構成される。第１レンズ２１は、
少なくともポリゴンミラー４側のレンズ面２１ａが主走
査面内の非円弧曲線を主走査面内で光軸と直交する回転
軸を中心に回転させた軌跡として定義される変形トーリ
ック面であり、副走査方向に負のパワーを有する。第２
レンズ２２は、ポリゴンミラー４側の面２２ａが副走査
方向にのみ負のパワーを持つシリンドリカル面、描画面
５側の面２２ｂが主走査、副走査両方向に正のパワーを
持つトーリック面である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザープリン
ター等の走査光学系に用いられる走査レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザープリンター等に用いられる走査
光学系は、光源から発した光束を副走査方向にのみパワ
ーを持つシリンドリカルレンズによりポリゴンミラーの
近傍で線状に結像させ、ポリゴンミラーにより反射偏向
された光束を走査レンズであるｆθレンズにより感光体
ドラム等の走査対象面上に結像させる。走査レンズに入
射する光束は主走査方向にはほぼ平行光であるが、副走
査方向には発散しているため、走査レンズは副走査方向
において主走査方向におけるより強い正のパワーを持つ
必要がある。

【０００３】このような走査レンズを球面および正トー
リック面のみで構成した場合には、光軸から離れて主走
査方向の周辺部に向かう光線ほど副走査方向において強
い正のパワーを受けるため、周辺部で副走査方向の結像
点がポリゴンミラー側に引き寄せられ、図５(Ａ)に示さ
れるような二次曲線的な像面湾曲が発生する。像面湾曲
が存在すると走査対象面上でのスポット径が変化するた
め、描画精度を高めるためには像面湾曲を小さく抑える
必要がある。

【０００４】このような副走査方向の像面湾曲を補正す
るため、従来のアナモフィックな走査レンズは、負シリ
ンドリカル面と正トーリック面とを組み合せて使用して
いる。例えば、最も像側の面を正のトーリック面とし、
このトーリック面を有するレンズの偏向器側の面をシリ
ンドリカル面とした場合には、副走査方向の周辺部の結
像点を中心部に対して相対的にレンズから遠ざけること
ができるが、より高次の４次曲線的な湾曲が発生するた
め、副走査方向の像面湾曲は図５(Ｂ)に示されるような
Ｍ字状となる。図５(Ａ)，(Ｂ)を比較すると、(Ｂ)の方
が収差量は少なくなってはいるが、より高い描画精度が
要求される場合には、上記の負シリンドリカル面と正ト
ーリック面との組み合せによる補正のみでは不十分とな
る。

【０００５】特開平２−１４６０１７号公報には、副走
査方向の曲率半径が主走査方向の中心部から中間部に向
けて漸増し、中間部から周辺部に向けて漸減する変形シ
リンダー面を備えた走査レンズが開示される。このよう
な変形シリンダー面を用いれば、上記のＭ字状の像面湾
曲をより平坦に補正することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た公報に記載された変形シリンダー面は、主走査方向に
はパワーを持たないため、専ら副走査方向の収差補正機
能のみを有し、主走査方向の像面湾曲に関しては別のレ
ンズ面で補正する必要がある。

【０００７】また、上記の変形シリンダー面は、回転軸
を持たない面であるため、レンズ成形型を旋盤により作
成することができず、バイトを３次元的に駆動するより
高度な工作機械を使用して加工する必要があり、加工コ
ストが高いという問題がある。

【０００８】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、１つのレンズ面で主走査、副
走査両方向の像面湾曲を補正する作用を有すると共に、
この面を作成が容易な回転軸を持つ形状とすることがで
きる走査レンズを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる走査レ
ンズは、上述した目的を達成させるため、走査レンズを
構成するレンズの少なくとも１つのレンズ面を、主走査
面内の非円弧曲線を光軸と直交し主走査面内に位置する
回転軸を中心に回転させた軌跡として定義される変形ト
ーリック面としたことを特徴とする。この変形トーリッ
ク面は、その副走査方向のパワーが、走査範囲の中心部
から中間部に向けて正のパワーを付加する方向に変化
し、中間部から周辺部に向けて負のパワーを付加する方
向に変化するよう形成されている。

【００１０】上記の変形トーリック面を定義する非円弧
曲線は、主走査面内で湾曲しているため、この面に主走
査方向のパワーをも持たせることができ、変形トーリッ
ク面１面で主走査、副走査両方向の像面湾曲を補正する
ことができる。また、変形トーリック面は回転軸を持つ
面であるため、このレンズ面を作成するためのレンズ型
を旋盤により加工することができる。

【００１１】変形トーリック面は、副走査方向に負のパ
ワーを持つ凹面として形成されることができる。この場
合、上記の非円弧曲線は、回転軸との距離が主走査方向
の走査範囲の中心部から中間部に向けて漸増し、中間部
から周辺部に向けて漸減するような湾曲を有する。ま
た、走査レンズを偏向器側から順に配置された第１レン
ズと第２レンズとから構成した場合、変形トーリック面
を第１レンズの偏向器側の面に形成することができる。

【００１２】変形トーリック面の主走査面内の形状は、
光軸付近では凸となり、中間部では凹となるよう形成す
ることができる。これにより、主走査方向の像面湾曲を
補正することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる走査レン
ズの実施形態を説明する。この発明にかかる走査レンズ
は、例えば図１に示されるように、レーザープリンター
等の走査光学系の結像光学系として使用される。図１
(Ａ)は副走査断面、(Ｂ)は主走査断面を示す。

【００１４】半導体レーザー等の光源１から発してコリ
メートレンズ２により平行光束とされたレーザー光は、
副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズ３
を介してポリゴンミラー４に入射し、ポリゴンミラー４
で走査、偏向されて走査レンズである２枚構成のｆθレ
ンズ２０を介して走査対象面である描画面５上に結像す
る。

【００１５】シリンドリカルレンズ３は、光源１から発
する光束をポリゴンミラー４のミラー面の近傍で線状に
結像させるために副走査方向に正のパワーを有する。ｆ
θレンズ２０は、副走査方向においてミラー面近傍で線
状に結像された光束を像面上にほぼ円形のスポットとし
て再結像させる。このようにミラー面と像面とを副走査
方向においてほぼ共役とすることにより、ポリゴンミラ
ー４の面倒れ誤差による走査線ズレを低減させることが
できる。

【００１６】ｆθレンズ２０は、ポリゴンミラー４側か
ら描画面５側に向けて順に、プラスチック製の第１レン
ズ２１と、ガラス製の第２レンズ２２とが配列して構成
される。第２レンズ２２は、その光軸が走査光学系全体
の光軸Ａｘに対してシリンドリカルレンズ３側にｅだけ
平行にシフトするよう偏心して配置されている。

【００１７】光源１からポリゴンミラー４に入射する光
束の中心軸とｆθレンズ２０の光軸とのなす角度が所定
の値より大きくなると、副走査方向の像面湾曲が主走査
方向に光軸を境として非対称に変化する。第２レンズ２
２を上記のように偏心させることにより、像面湾曲の非
対称性を低減し、副走査方向の像面湾曲のパターンをよ
り対称な形に近付けることができる。

【００１８】第１レンズ２１のポリゴンミラー４側のレ
ンズ面２１ａは、主走査面内の非円弧曲線を光軸と直交
し主走査面内に位置する回転軸を中心に回転させた軌跡
として定義される変形トーリック面であり、第１レンズ
２１は全体として副走査方向に負のパワーを有する。第
２レンズ２２のポリゴンミラー４側の面２２ａは、副走
査方向にのみ負のパワーを持つシリンドリカル面であ
り、描画面５側の面２２ｂは、主走査、副走査両方向に
正のパワーを持つトーリック面である。第２レンズ２２
は、全体として主走査、副走査両方向に正のパワーを有
する。

【００１９】この構成では、第２レンズ２２が主走査、
副走査両方向の主たるパワーを負担すると共に、副走査
方向の像面湾曲を補正する機能を有しており、第１レン
ズ２１が主走査方向の像面湾曲を補正する機能と、第２
レンズ２２で補正しきれない副走査方向の像面湾曲を補
正する機能とを備えている。

【００２０】プラスチックレンズは、射出成形により形
成されるため複雑な形状であっても容易に作成すること
ができるが、反面、温度や湿度の変化によるパワーの変
化が比較的大きい。ガラスレンズは、温度等の変化によ
るパワーの変化は極めて少ないが、複雑な形状の加工は
比較的難しい。図１のｆθレンズ２０は、変形トーリッ
ク面のような複雑な形状の面をプラスチック製の第１レ
ンズ２１に持たせると共に、この第１レンズ２１にはパ
ワーを殆ど負担させずに専ら収差補正機能を持たせ、ガ
ラス製の第２レンズ２２を比較的加工の容易な面により
構成すると共に、この第２レンズ２２に専らパワーを負
担させている。これにより、複雑な面形状を容易に加工
できると共に、温度等の変化によるパワーの変化を小さ
く抑えることができる。

【００２１】次に、上記のｆθレンズ２０による像面湾
曲の補正作用について説明する。第２レンズ２２のシリ
ンドリカル面２２ａに入射する光束は、入射角度が大き
いほど副走査方向における負のパワーを大きく受けるた
め、主走査方向の周辺部に向かう光束ほど結像点がｆθ
レンズ２０から遠ざかる方向にシフトする。ただし、第
２レンズ２２による補正作用のみでは、副走査方向の像
面湾曲は図５(Ｂ)に示したようなＭ字状の湾曲として残
存する。

【００２２】第１レンズ２１の変形トーリック面２１ａ
は、この残存する副走査方向の像面湾曲をより小さく抑
える作用を有している。変形トーリック面２１ａは、図
２に示されるように、太線で示した主走査面内の非円弧
曲線ＣＡを主走査面内に位置して光軸Ａｘと垂直な直線
である回転軸Ｒｘ回りに回転させた軌跡として定義され
る。図中、光軸Ａｘの矢印は、光束の進行方向、すなわ
ち描画面６が位置する方向を示している。

【００２３】非円弧曲線ＣＡは、近軸曲率半径で定義さ
れるベースカーブＣＢに非球面量を付加することにより
得られる曲線であり、回転軸Ｒｘとの距離が主走査方向
の走査範囲の中心部から中間部に向けて漸増し、中間部
から周辺部に向けて漸減するような湾曲を有する。この
ような湾曲を有する非円弧曲線ＣＡを回転させた軌跡と
して得られる変形トーリック面は、副走査方向において
は、その曲率半径が光軸Ａｘから主走査方向の中間部に
向けて漸増し、中間部から周辺部に向けて漸減する形状
となり、主走査面内においては、中心部ではベースカー
ブＣＢに規定される凸形状、周辺部では非球面量付加に
よる凹形状を呈する。

【００２４】変形トーリック面２１ａが、主走査面に対
して垂直で光軸Ａｘ対して平行な平面となす交線は円弧
であり、この円弧の中心部(光軸上)における曲率半径を
ＲＺC、中心部側の中間部における曲率半径をＲＺM1、
周辺部側の中間部における曲率半径をＲＺM2、周辺端の
曲率半径をＲＺPとしたとき、ＲＺC＜ＲＺM1、ＲＺM2＞
ＲＺPの関係を満たす。したがって、変形トーリック面
２１ａは、主走査方向の中心部と周辺部との光束に対し
て副走査方向においてより強い負のパワーを作用させ、
中間部において比較的小さい負のパワーを作用させる。

【００２５】ここで、第２レンズ２２による補正の結果
残存する像面湾曲が図５(Ｂ)に示されるような特性を持
つ場合、主走査方向の中心部と周辺部とにおいてｆθレ
ンズ側にシフトしている中心部と周辺部との結像点をレ
ンズから遠ざかる方向に大きくシフトさせ、中間部の像
点を同方向に小さくシフトさせる。このシフト量の違い
により、図５(Ｂ)に示されるＭ字状の像面湾曲をより平
坦に補正すことができる。

【００２６】また、変形トーリック面２１ａの主走査方
向の湾曲は、主走査方向の周辺部でレンズに近付く方向
にシフトする主走査方向の像点をレンズから遠ざける作
用を持ち、主走査方向の像面湾曲を同時に補正すること
ができる。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の具体的な数値構成例を２例
説明する。

【００２８】

【実施例１】図１は、実施例１にかかるｆθレンズを適
用した走査光学系を示し、その具体的構成は表１に示さ
れる。表中の記号Ｒｙは主走査方向の曲率半径、Ｒｚは
副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には省略)、ｄ
は面間の光軸上の距離、ｎはレンズの屈折率である。

【００２９】表中、第１、第２面がシリンドリカルレン
ズ３、第３面がポリゴンミラー４のミラー面、第４、第
５面がｆθレンズ２０の第１レンズ２１、第６、第７面
が第２レンズ２２を示す。

【００３０】実施例１では、第１レンズ２１のポリゴン
ミラー側の面２１ａが上述の変形トーリック面として形
成されている。ここでは、変形トーリック面の軌跡を形
成する主走査面内の非円弧曲線ＣＡを定義することによ
り変形トーリック面の形状を定義する。非円弧曲線ＣＡ
は、光軸からの主走査方向の高さがＹとなる非円弧曲線
ＣＡ上の座標点の非円弧曲線の光軸上での接線からの距
離(サグ量)をＸ、非円弧曲線の光軸上での曲率(1/r)を
Ｃ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次の非円弧係数をＡ
4，Ａ6，Ａ8として、以下の式で表される。なお、表１
における変形トーリック面の曲率半径は、光軸上の曲率
半径であり、これらの面の円錐係数、非円弧係数は表２
に示される。

【００３１】

【数１】Ｘ＝ＣＹ²/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ²Ｙ²))+Ａ4Ｙ⁴
+Ａ6Ｙ⁶+Ａ8Ｙ⁸

【００３２】例えば、第４面(第１レンズ２１のポリゴ
ンミラー側の面２１ａ)は、上記の式により定義される
非円弧曲線ＣＡを、この曲線ＣＡと光軸Ａｘとの交点か
ら５０ｍｍポリゴンミラー側で光軸と垂直に交差する主
走査面内の回転軸Ｒｘを中心に回転させた軌跡として規
定される。また、第５面(第１レンズ２１の描画面側の
面２１ｂ)は、副走査方向の負のパワーが主走査方向の
中心部から周辺部に向けて単調に弱くなる面であり、上
記の変形トーリック面の定義と同様に非円弧曲線ＣＡ
を、この曲線と光軸Ａｘとの交点から１８０．６ｍｍ描
画面側で光軸と垂直に交差する主走査面内の回転軸Ｒｘ
を中心に回転させた軌跡として定義できる。

【００３３】

【表１】面番号Ｒy Ｒz ｄｎ 1 ∞ 17.880 4.000 1.51072 2 ∞ - 33.500 3 ∞ - 31.500 4 536.100 -50.000 5.460 1.48617 5 -385.760 180.600 2.000 6 ∞ -70.000 14.500 1.51072 7 -95.000 -13.560 131.540

【００３４】

【表２】第４面第５面 K = 5.200 K =22.00 A4 =-4.540×10^-6 A4 =-3.250×10^-6 A6 = 1.882×10^-9 A6 = 7.220×10^-10 A8 =-2.910×10^-13 A8 = 0.000

【００３５】図３は、実施例１の構成による走査光学系
の(Ａ)直線性誤差、(Ｂ)像面湾曲(Ｍ：主走査方向、
Ｓ：副走査方向)を示す。各グラフの縦軸は像高(描画面
５での光軸からの主走査方向の距離)、横軸は各収差の
発生量であり、単位は全てｍｍである。なお、実施例１
における第２レンズ２２の偏心量ｅは１．３６ｍｍであ
り、これにより像面も１．００ｍｍマイナス側にシフト
している。図３の各収差図は、シフト後の像面の中心を
原点(主走査方向の中心点)として表示している。

【００３６】

【実施例２】表３、表４は、実施例２にかかる走査レン
ズを適用した走査光学系の数値構成を示す。面番号とレ
ンズの対応等は実施例１と同一である。実施例２では、
第１レンズ２１のポリゴンミラー側の面２１ａ(第４面)
が上述の変形トーリック面として形成されている。第１
レンズ２１の描画面側の面２１ｂ(第５面)は、前記の式
により定義される非円弧曲線を副走査方向に光軸と垂直
にスライドさせた軌跡として定義される面であり、主走
査方向にのみパワーを持ち、副走査方向にはパワーを持
たない。

【００３７】

【表３】面番号Ｒy Ｒz ｄｎ 1 ∞ 17.880 4.000 1.51072 2 ∞ - 33.500 3 ∞ - 32.980 4 512.800 -37.130 5.010 1.48617 5 -326.400 ∞ 2.000 6 ∞ -76.900 15.500 1.51072 7 -99.770 -14.000 130.978

【００３８】

【表４】第４面第５面 K = 8.000 K =16.80 A4 =-4.030×10^-6 A4 =-2.920×10^-6 A6 = 1.360×10^-9 A6 = 4.200×10^-10 A8 =-1.940×10^-13 A8 = 0.000

【００３９】図４は、実施例２の構成による走査光学系
の(Ａ)直線性誤差、(Ｂ)像面湾曲を示す。実施例２にお
ける第２レンズ２２の偏心量ｅは１．３２ｍｍであり、
これにより像面も０．９７ｍｍマイナス側にシフトして
いる。図４の各収差図は、シフト後の像面の中心を原点
として表示している。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、変形トーリック面により主走査、副走査両方向の収
差を補正することができ、少ない面数で収差、特に副走
査方向の像面湾曲を良好に補正することが可能になる。
また、この変形トーリック面は、回転軸を持つ面である
ため、レンズ成形型を旋盤により作成することができ、
加工コストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１にかかる走査レンズを適
用した走査光学系の要部を示すレンズ図であり、(Ａ)が
副走査断面の説明図、(Ｂ)が主走査断面の説明図であ
る。

【図２】第１レンズの変形トーリック面の形状を示す
説明図である。

【図３】実施例１の走査光学系の収差図であり、(Ａ)
が直線性誤差、(Ｂ)が像面湾曲を示す。

【図４】実施例２の走査光学系の収差図であり、(Ａ)
が直線性誤差、(Ｂ)が像面湾曲を示す。

【図５】従来の走査光学系における副走査方向の像面
湾曲のパターンを示すグラフである。

【符号の説明】

４ポリゴンミラー５描画面２０ｆθレンズ２１第１レンズ２２第２レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏向器と走査対象面との間に配置され、光
源から発して前記偏向器の近傍に主走査面内で線状に結
像された光束を、前記偏向器により偏向された後に前記
走査対象面上に結像させる走査レンズにおいて、少なくとも１つのレンズ面は、主走査面内の非円弧曲線
を、光軸と直交し前記主走査面内に位置する回転軸を中
心に回転させた軌跡として定義される変形トーリック面
であり、前記変形トーリック面は、その副走査方向のパ
ワーが、走査範囲の中心部から中間部に向けて正のパワ
ーを付加する方向に変化し、中間部から周辺部に向けて
負のパワーを付加する方向に変化するよう形成されてい
ることを特徴とする走査レンズ。
【請求項２】前記変形トーリック面は、副走査方向の負
のパワーを有し、前記非円弧曲線と前記回転軸との距離
が、主走査方向の走査範囲の中心部から中間部に向けて
漸増し、中間部から周辺部に向けて漸減することを特徴
とする請求項１に記載の走査レンズ。
【請求項３】前記偏向器側から順に配置された第１レン
ズと第２レンズとから構成され、前記変形トーリック面
は、前記第１レンズの前記偏向器側の面に形成されてい
ることを特徴とする請求項２に記載の走査レンズ。
【請求項４】前記変形トーリック面の主走査面内の形状
は、光軸付近では凸となり、中間部では凹となることを
特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の走査レ
ンズ。
【請求項５】偏向器により偏向された光束を走査対象面
上に結像させる走査レンズにおいて、少なくとも１つのレンズ面が、主走査面内の非円弧曲線
を光軸と直交し前記主走査面内に位置する回転軸を中心
に回転させた軌跡として定義される変形トーリック面で
あることを特徴とする走査レンズ。
【請求項６】前記非円弧曲線と前記回転軸との距離が、
主走査方向の走査範囲の中心部から中間部に向けて漸増
し、中間部から周辺部に向けて漸減することを特徴とす
る請求項５に記載の走査レンズ。