JPH09265041A

JPH09265041A - 走査結像レンズおよび光走査装置

Info

Publication number: JPH09265041A
Application number: JP8222279A
Authority: JP
Inventors: Koji Masuda; 浩二増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1997-10-07
Also published as: US6259546B1; US6075638A

Abstract

(57)【要約】【課題】光偏向器としてポリゴンミラーを用い、面倒れ
を補正した光走査装置において、サグの影響を良好に補
正し、良好な光走査を実現する。【解決手段】主走査対応方向に長い線像に結像した光束
を上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリゴ
ンミラー１２により等角速度的に偏向させ、偏向光束を
走査結像レンズ１３により被走査面上に光スポットとし
て集光して上記被走査面の等速的な光走査を行なう光走
査装置に用いる走査結像レンズであって、単玉構成であ
り、少なくとも一方の面が、偏向面内において光軸に関
して非対称的な面形状を有し、少なくとも主走査方向の
像面湾曲と等速特性とが有効光走査領域全域にわたって
良好に補正されるように上記非対称的な面形状を定め
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は走査結像レンズお
よび光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置に用いられる走査結像レンズ
には、光走査の等速性を担保するためのｆθ特性等の等
速特性や、光スポット径の変動を抑えるための像面湾曲
の良好な補正が要請され、このような要請に応えるため
に走査結像レンズの面形状は特殊な形状が必要となる
（特開平７−３５９９６号公報等）。

【０００３】一方、走査結像レンズに入射する光束を偏
向するための光偏向器として一般的な「ポリゴンミラ
ー」は、偏向反射面の回転中心が偏向反射面内にないた
め、所謂「面倒れ補正」のために、偏向反射面近傍に結
像させる主走査対応方向（光源から被走査面に到る光路
上において主走査方向と対応する方向。上記光路上で副
走査方向に対応する方向を副走査対応方向と言う）に長
い線像に結像させる場合、線像の結像位置と偏向反射面
との位置関係がポリゴンミラーの回転に従い走査結像レ
ンズの光軸に対して非対称的に変動する所謂「サグ」が
発生する。

【０００４】従来から知られた走査結像レンズは、その
レンズ面が主走査対応方向に就き光軸対称であるため、
サグがある場合には、像面湾曲や等速特性が著しく劣化
する問題がある。従来、このような性能劣化を走査結像
レンズのシフトやティルトにより補正しているが、補正
は必ずしも十分とは言い難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、光偏向器
としてポリゴンミラーを用い、単玉構成の走査結像レン
ズを用い、面倒れを補正した光走査装置において、上記
サグの影響を良好に補正し、良好な光走査の実現を課題
とする。

【０００６】この発明の別の課題は、光偏向器としてポ
リゴンミラーを用い、１以上のレンズにより構成される
走査結像レンズを用い、面倒れを補正した光走査装置に
おいて、上記サグの影響を良好に補正し、良好な光走査
を実現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の走査結像レン
ズは「主走査対応方向に長い線像に結像した光束を上記
線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリゴンミラ
ーにより等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像レ
ンズにより被走査面上に光スポットとして集光して被走
査面の等速的な光走査を行なう光走査装置」に用いる走
査結像レンズである。

【０００８】請求項１記載の走査結像レンズは、以下の
如き特徴を有する。即ち、走査結像レンズは「単玉構
成」であり、少なくとも一方の面が「偏向面内において
光軸に関して非対称的な面形状」を有し、この光軸に関
して非対称的な面形状は、少なくとも主走査方向の像面
湾曲と等速特性とが有効光走査領域全域にわたって良好
に補正されるように定められる。ここに「偏向面」とは
「走査結像レンズを含み、主走査対応方向に平行な面」
を言う。走査結像レンズにシフトやティルトが無いと
き、光偏向器により理想的に偏向された偏向光束の主光
線が掃引する平面は、この偏向面と合致する。

【０００９】偏向面内において光軸に関して非対称的な
面形状は、２つのレンズ面のうち少なくとも一方が有す
れば良いが、「偏向面内における面形状が、両面とも、
光軸に関して非対称的な非円弧形状である」ようにする
ことができる（請求項２）。「非円弧形状」とは、光軸
位置における偏向面内の曲率半径をＲm、主走査対応方
向における光軸からの距離をＹ、円錐定数をＫ、高次の
係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，．．とするとき、光軸方向の座
標をＸとして多項式：Ｘ＝（Ｙ²/Ｒm）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ)(Ｙ/Ｒm)²｝］Ａ・Ｙ⁴＋Ｂ・Ｙ⁶＋Ｃ・Ｙ⁸＋Ｄ・Ｙ¹⁰＋．．．（１）で一般的に表される「円弧でない曲線」であり、これが
「主走査対応方向に関して非対称的」であるとは、光軸
の両側において式（１）の具体的形状が互いに異なるこ
とを言う。

【００１０】請求項１または２記載の走査結像レンズに
おいて、少なくとも１方のレンズ面を、その「偏向直交
面内の曲率半径」が、光軸から主走査対応方向の距離：
Ｙに関する高次の多項式：Σａ_n・Ｙ＊＊ｎ（ｎ＝０，
１，２，３，．．)で表され、この多項式の形状が光軸
に関して非対称的である」ようにできる（請求項３）。
「偏向直交面」は、偏向面に直交する面のうちで、走査
結像レンズの光軸に平行な面である。また、上記高次の
多項式において「Ｙ＊＊ｎ」は「Ｙのｎ乗」を意味す
る。

【００１１】偏向面内におけるレンズ面形状は、一方を
上記「光軸に関して非対称的な非円弧形状」とし、他方
を「光軸に関して対称な形状」としてもよい。偏向直交
面内の曲率半径が「Ｙに対する非対称的な多項式」を持
つ面は、それが一方の面のみである場合には、偏向面内
の形状の上記「光軸に関して非対称的な非円弧形状」と
組み合わせても良いし、「光軸に関して対称な形状」と
組み合わせても良い。また、偏向面内における面形状の
一方のみが光軸に関して非対称的であるか、双方が光軸
に関して非対称的であるかに拘らず、両面とも、偏向直
交面内の曲率半径が「Ｙに対する非対称的な多項式」を
持つ面とすることができる。

【００１２】上記請求項１〜３の任意の１に記載の走査
結像レンズは「プラスチックによる成形加工」により形
成することができる（請求項４）。

【００１３】ポリゴンミラーにおける面倒れを補正する
のに一般には、線像の結像位置と偏向反射面の位置とを
近接させ、走査結像レンズにより、偏向反射面近傍の位
置と被走査面位置とを副走査対応方向において共役関係
とする。この場合「ポリゴンミラーの偏向反射面位置と
被走査面とを、有効光走査領域全域にわたって副走査対
応方向において共役関係とする」こともできるし（請求
項５）、「線像の結像位置と被走査面とを、有効光走査
領域全域にわたって、副走査対応方向に関して共役関係
とする」こともできる（請求項６）。即ち、請求項６記
載の発明においては、偏向反射面の回転に伴い偏向反射
面による線像の鏡映像位置が変動するが、各瞬間におけ
る鏡映像位置と被走査面位置とが副走査対応方向におい
て共役関係となるようにするのである。

【００１４】この発明の光走査装置は「主走査対応方向
に長い線像に結像した光束を上記線像の結像位置近傍に
偏向反射面を有するポリゴンミラーにより等角速度的に
偏向させ、偏向光束を走査結像レンズにより被走査面上
に光スポットとして集光して上記被走査面の等速的な光
走査を行なう光走査装置」である。

【００１５】請求項７記載の光走査装置は、走査結像レ
ンズとして、上記請求項１〜６の任意の１に記載の走査
結像レンズを用いることを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の走査結像レンズは、以下の
如き特徴を有する。即ち、走査結像レンズは「１以上の
レンズ」により構成され、「少なくとも１つのレンズに
おける少なくとも一方の面」が、偏向面内において光軸
に関して非対称的な面形状を有し、少なくとも主走査方
向の像面湾曲と等速特性とが有効光走査領域全域にわた
って良好に補正されるように、上記非対称的な面形状を
定められる。

【００１７】この場合、少なくとも１つのレンズの偏向
面内における面形状が「両面とも、光軸に関して非対称
的な非円弧形状である」ことができる（請求項９）。ま
た、請求項８または９記載の走査結像レンズにおいて、
走査結像レンズを構成するレンズのうち、少なくとも１
つのレンズおける少なくとも１方の面の「偏向直交面内
の曲率半径」が、光軸からの主走査対応方向の距離：Ｙ
に関する高次の多項式：Σａ_n・Ｙ＊＊ｎ（ｎ＝０，
１，２，３，．．）で表され、上記多項式の形状が光軸
に関して非対称的であるようにできる（請求項１０）。

【００１８】この請求項１０記載の走査結像レンズにお
いては、偏向直交面内の曲率半径が光軸に関して非対称
的である面が「偏向面内においても、光軸に関して非対
称的である」ようにすることができる（請求項１１）。

【００１９】上記請求項８〜１１の任意の１に記載の走
査結像レンズにおいて、少なくとも「偏向面内において
光軸に関して非対称的な形状の面を持つレンズ」は、プ
ラスチックにより成形加工することができる（請求項１
２）。

【００２０】請求項８〜１２の任意の１に記載の走査結
像レンズは「偏向反射面位置と被走査面とを、有効光走
査領域全域にわたって、副走査対応方向において共役関
係とする」ように構成しても良いし（請求項１３）、
「線像の結像位置と被走査面とを、有効光走査領域全域
にわたって、副走査対応方向に関して共役関係とする」
ように構成しても良い（請求項１４）。

【００２１】請求項１５記載の光走査装置は、走査結像
レンズとして、請求項８〜１４の任意の１に記載の走査
結像レンズを用いることを特徴とする。

【００２２】勿論、上述の「主走査方向の像面湾曲と等
速特性とが良好に補正される領域」や「線像の結像位置
と被走査面とが副走査対応方向に関して共役関係とされ
る領域」は、有効光走査領域の外側の領域まで広げても
良いことは言うまでもない。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、請求項７記載の光走査装
置の実施の形態の１例を示している。図１において、光
源である半導体レーザ１０から放射された発散性の光束
はカップリングレンズ１１ａによりカップリングされ、
シリンダレンズ１１ｂに入射し、シリンダレンズ１１ｂ
により副走査対応方向（図面に直交する方向）に収束さ
れ、ポリゴンミラー１２の偏向反射面１２ａの近傍に、
主走査対応方向に長い線像として結像する。なおカップ
リングレンズ１１ａとシリンダレンズ１１ｂとにより構
成される第１光学系１１から射出する光束は、主走査対
応方向に関しては「平行光束」としてもよいし、「弱い
発散性」としてもよく、あるいは「弱い収束性」として
もよい。

【００２４】偏向反射面１２ａによる反射光束はポリゴ
ンミラー１２の等速回転に伴い等角速度的に偏向し、走
査結像レンズ１３に入射し、同レンズ１３の作用により
被走査面１４上に光スポットとして集光し、被走査面１
４を等速的に光走査する。

【００２５】即ち、図１の光走査装置は、半導体レーザ
１０から放射され、第１光学系１１により主走査対応方
向に長い線像に結像した光束を、線像の結像位置近傍に
偏向反射面１２ａを有するポリゴンミラー１２により等
角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像レンズ１３に
より被走査面１４上に光スポットとして集光して被走査
面１４の等速的な光走査を行なう。被走査面１４の位置
には一般に感光体面が配備されるので光スポットは実体
的には感光体表面を光走査する。

【００２６】図７は、請求項１５記載の光走査装置の実
施の形態の１例を図１に倣って示している。繁雑を避け
るため、混同の虞れが無いと思われるものに就いては図
１におけると同一の符号を用いている。光源である半導
体レーザ１０から放射された発散性の光束はカップリン
グレンズ１１ａによりカップリングされ、シリンダレン
ズ１１ｂに入射し、シリンダレンズ１１ｂにより副走査
対応方向に収束され、ポリゴンミラー１２の偏向反射面
１２ａの近傍に、主走査対応方向に長い線像として結像
する。図１に示した実施の形態におけると同様、カップ
リングレンズ１１ａとシリンダレンズ１１ｂとによる第
１光学系１１から射出する光束は、主走査対応方向に関
しては「平行光束」としてもよいし、「弱い発散性」と
してもよく、「弱い収束性」としてもよい。

【００２７】偏向反射面１２ａによる反射光束はポリゴ
ンミラー１２の等速回転に伴い等角速度的に偏向し、走
査結像レンズ１５に入射し、同レンズ１５の作用により
被走査面１４上に光スポットとして集光し、被走査面１
４（実体的には感光体）を等速的に光走査する。走査結
像レンズ１５は２枚のレンズ１５Ａ，１５Ｂにより構成
されている。

【００２８】

【実施例】以下、具体的な実施例を３例挙げる。実施例
１，２においては「走査結像レンズ」は、図１に示すよ
うに単玉構成であり、第１光学系１１から射出する光束
は「主走査対応方向には弱い収束性」である。この光束
が偏向反射面１２ａで反射されたのち、走査結像レンズ
１３の作用を受けないとした場合に主走査対応方向にお
いて自然に収束する位置（自然集光点という。走査結像
レンズの光軸上で考える）の偏向反射面１２ａからの距
離を「Ｓ」とする。ポリゴンミラー１２は偏向反射面を
６面有し、偏向反射面１２ａの「内接円半径」は１８ｍ
ｍである。

【００２９】光スポットの像高が０のとき（偏向光束が
走査結像レンズの光軸に合致するとき）の偏向反射面か
ら走査結像レンズ１３の入射側面までの光軸上の距離を
Ｄ₀、走査結像レンズ１３の光軸上の面間隔をＤ₁、走査
結像レンズ１３の射出側面から被走査面１４に到る光軸
上の距離をＤ₂とする。

【００３０】走査結像レンズ１３の入射側の面の光軸上
の曲率半径を、主走査対応方向に関してＲ₁m（偏向面内
における光軸上の曲率半径）、副走査対応方向に関して
Ｒ₁sとし、射出側のレンズ面の光軸上の曲率半径を、主
走査対応方向に関してＲ₂m、副走査対応方向に関してＲ
₂sとする。半導体レーザ１０の発振波長は７８０ｎｍで
あり、この波長における走査結像レンズ１３の屈折率を
Ｎとする。

【００３１】以下に挙げる実施例１，２および比較例に
おいて、上記Ｓ＝３２５．６ｍｍであり、有効光走査領
域幅：Ｗ＝２１６ｍｍ、走査結像レンズ１３の半画角：
α＝４５．２度である。

【００３２】実施例１ｉＲ_im（ｍｍ）Ｒ_is（ｍｍ）Ｄ_i（ｍｍ）Ｎ０４８．０１２００．０ −４０．０２０．０１．５３２ −２１０．０ −１６．１０６１０７．０。

【００３３】実施例１は請求項２記載の走査結像レンズ
に関する実施例であり、入射側・射出側の面は共に、偏
向面内の形状が、主走査対応方向において「光軸に関し
て非対称的」である。即ち偏向面内の形状は以下の如く
である。

【００３４】入射側面：トーリック面偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₁m＝２００．０ｍｍ，図１に於ける光軸より上側の部分（＋側とする）の非円
弧形状：Ｋ(＋)＝−３７．０６２，Ａ(＋)＝−２．２１７Ｅ−
７，Ｂ(＋)＝２．４６７Ｅ−１１，Ｃ(＋)＝２．１
７８Ｅ−１５，Ｄ(＋)＝−３．０８３Ｅ−１９図１に於ける光軸より下側の部分（−側とする）の非円
弧形状：Ｋ(−)＝−４１．８６０，Ａ(−)＝−２．２６１Ｅ−
７，Ｂ(−)＝２．０９７Ｅ−１１，Ｃ(−)＝１．９
９６Ｅ−１５，Ｄ(−)＝−１．７９９Ｅ−１９上記数値の表現において「Ｅとそれに続く数値」は「１
０のべき乗」を示す。例えば「Ｅ−１９」は「１０
~¹⁹」を意味し、この数値がその直前の数値に掛かるの
である。以下同様である。

【００３５】入射側の面は、上記光軸に関して非対称的
な非円弧形状を、光軸上でレンズ面から４０ｍｍ離れた
「主走査対応方向に平行な軸」の回りに回転して得られ
るトーリック面である。

【００３６】射出側面：特殊なトーリック面偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₂m＝−４０．０ｍｍ，図１に於ける光軸より上側の部分（＋側とする）の非円
弧形状：Ｋ(＋)＝３．２６６，Ａ(＋)＝−４．０４５Ｅ−７，
Ｂ(＋)＝２．６２９Ｅ−１１，Ｃ(＋)＝−６．４６５
Ｅ−１５，Ｄ(＋)＝１．４３１Ｅ−１８図１に於ける光軸より下側の部分（−側とする）の非円
弧形状：Ｋ(−)＝２．３３５，Ａ(−)＝−４．１９９Ｅ−７，
Ｂ(−)＝１．８３５Ｅ−１１，Ｃ(−)＝−６．３０５
Ｅ−１５，Ｄ(−)＝１．３５６Ｅ−１８
。

【００３７】射出側の面における偏向直交面内の曲率半
径：Ｒ₂s(Ｙ)（Ｙは光軸からの主走査対応方向の距離）
は「光軸に関して対称」な高次の多項式：Ｒ₂s(Ｙ)＝ａ₀＋ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （２）において、ａ₀＝１６．１０６，ａ₂＝−５．５５１Ｅ−４，ａ₄＝
６．４１４Ｅ−７，ａ₆＝−７．４０５Ｅ−１１，ａ₈
＝−５．０５８Ｅ−１５，ａ₁₀＝１．３２５Ｅ−１８
。この射出側の面の形状を図２を参照して説明する。図２
においてＸ座標は走査結像レンズの光軸に合致して取ら
れている。Ｙは主走査対応方向に平行な座標であり、従
ってＸＹ面は「偏向面」である。図中の曲線：Ｘ(Ｙ)は
偏向面内におけるレンズ面の形状であり、光軸（Ｘ軸）
に関して非対称的な「非円弧形状」である。Ｚ座標は
「ＸＹ面に直交」する座標であり、従って「偏向直交
面」はＸＺ面に平行である。上記レンズ面の偏向直交面
内の曲率半径：ｒ(Ｙ)は、上記式（２）で表されるＲ₂s
(Ｙ)である。曲率円の中心を連ねた線Ｌ（Ｙ）は曲線で
あり、このような面を「特殊なトーリック面」と称す
る。

【００３８】実施例１に関する主走査方向の像面湾曲と
等速特性・リニアリティの図を図３に示す。等速特性は
ｆθ特性として知られたものを修正して求めたもの（偏
向光束が主走査対応方向に関しては弱い収束性であるの
で、走査結像レンズ１３は正確にはｆθレンズでない）
である。なお、図２において、破線が等速特性、実線が
リニアリテイである。以下、同様である。

【００３９】主走査対応方向の像面湾曲も、等速特性・
リニアリティも良好である。これは、偏向面内における
面形状を入射側・射出側とも主走査対応方向において、
光軸に関して非対称的に形成した結果である。

【００４０】実施例２実施例２は請求項３記載の走査結像レンズに関する実施
例であり、上記実施例１において、射出側の面形状にお
ける「Ｒ₂s(Ｙ)」を光軸に関して非対称的とした。従っ
て、Ｒ_im，Ｒ_is，Ｄ_i，Ｎや「偏向面内における両面の
形状」は実施例１におけるデータと同一である。

【００４１】入射側面：実施例１の入射側面と同じトー
リック面である。

【００４２】射出側面：偏向面内の形状は、実施例１に
おける射出側面の偏向面内の形状と同一の「光軸に関し
非対称的な非円弧形状」である。射出側面における偏向直交面内の曲率半径：Ｒ₂s(Ｙ)
（Ｙは光軸からの距離）は高次の多項式：Ｒ₂s(Ｙ)＝ａ₀＋ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （２）で表されるが、図１における光軸から上の部分（＋側）
と下の部分（−側）とで形状が異なる。即ち、Ｒ₂s
(Ｙ）は光軸に関して非対称的である。

【００４３】図１に於ける光軸より上側の部分（＋
側）：Ｒ₂s(Ｙ)₊ ａ₀(＋)＝１６．１０６，ａ₂(＋)＝−２．０３０Ｅ−
４，ａ₄(＋)＝２．９７８Ｅ−７，ａ₆(＋)＝１．７
７２Ｅ−１０，ａ₈(＋)＝−９．３６２Ｅ−１４，ａ
₁₀(＋)＝１．２７９Ｅ−１７図１に於ける光軸より下側の部分（−側)：Ｒ₂s(Ｙ)_- ａ₀(−)＝１６．１０６，ａ₂(−)＝−６．４４７Ｅ−
４，ａ₄(−)＝１．００７Ｅ−６，ａ₆(−)＝−４．２
５３Ｅ−１０，ａ₈(−)＝１．４３８Ｅ−１３，ａ
₁₀(−)＝−２．０４９Ｅ−１７。

【００４４】実施例２に関する主・副走査方向の像面湾
曲を図４に示す。主走査方向の像面湾曲（破線）は実施
例１のものと同一であり、実線で示す副走査対応方向の
像面湾曲も良好である。これは、偏向直交面内における
射出側面の曲率半径を与える多項式を上記の如く、Ｒ₂s
(Ｙ)₊とＲ₂s(Ｙ)_-のように「光軸に関して非対称的」と
した結果である。等速特性及びリニアリティは実施例１
の場合と同じである。

【００４５】比較例実施例１における入・射出側の面の「偏向面内の形状」
を、光軸に関して対称的な非円弧形状とする。即ち、入射側面：以下のデータで定まる「光軸に関して対称的
な非円弧形状」を、光軸上でレンズ面から４０ｍｍ離れ
た主走査対応方向に平行な軸の回りに回転して得られる
トーリック面である。

【００４６】偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₁m＝２０
０．０ｍｍ，Ｋ＝−３５．２，Ａ＝−２．０Ｅ−７，Ｂ
＝２．２Ｅ−１１，Ｃ＝１．９Ｅ−１５，Ｄ＝−
１．９Ｅ−１９射出側面：以下のデータで特定される「光軸に関して対
称的な非円弧形状」を偏向面内の形状とする特殊なトー
リック面である。

【００４７】偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₂m＝−４
０．０ｍｍ，Ｋ＝２．１，Ａ＝−３．７Ｅ−７，Ｂ＝
１．７Ｅ−１１，Ｃ＝−５．９Ｅ−１５，Ｄ＝１．５
Ｅ−１８。

【００４８】射出側面における偏向直交面内の曲率半
径：Ｒ₂s(Ｙ)（Ｙは光軸からの距離）は高次の多項式：Ｒ₂s(Ｙ)＝ａ₀＋ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （２）において、ａ₀＝１６．１０６，ａ₂＝−５．５５１Ｅ−４，ａ₄＝
６．４１４Ｅ−７，ａ₆＝−７．４０５Ｅ−１１，ａ₈
＝−５．０５８Ｅ−１５，ａ₁₀＝１．３２５Ｅ−１８とした「光軸対称な形状」である。

【００４９】このようにすると、走査結像レンズは全体
として主走査対応方向において光軸に関して対称的にな
る。

【００５０】比較例の場合、光偏向器としてポリゴンミ
ラー１２に代えて回転単面鏡のように偏向反射面がその
回転軸を含むようなものを用いると「サグ」が発生せ
ず、この比較例の走査結像レンズにより、図６に示すよ
うな良好な主走査方向の像面湾曲（破線）と副走査方向
の像面湾曲（実線）と等速特性・リニアリティを実現で
きるが、光偏向器としてポリゴンミラー１２を用いる
と、前記「サグ」の影響により、特に副走査方向の像面
湾曲（実線）が図５（左図）に示すように劣化し、等速
特性・リニアリティも図５（右図）のように劣化する。

【００５１】実施例１，２における走査結像レンズはプ
ラスチックを素材として成形加工により形成することが
でき（請求項４）、金型を３次元加工機で製作すること
により複雑な面形状を有する走査結像レンズを低コスト
で精度良く製造可能である。

【００５２】実施例２では、第１光学系１１による、線
像の結像位置（の偏向反射面による像位置）と被走査面
１４とが有効光走査領域にわたって、副走査対応方向に
関して共役関係となっている（請求項６）。ポリゴンミ
ラー１２の各偏向反射面１２ａと被走査面とを、有効光
走査領域にわたって副走査対応方向において共役関係と
する（請求項５）方が、面倒れの補正はより精細に行な
うことができるが、実施例２のように「線像の位置と被
走査面とを共役関係とする」ほうが、副走査方向の像面
湾曲の補正に関しては有利である。勿論、この発明の走
査結像レンズはサグの影響を更に良好に補正するため
に、配備態位にシフトやティルトを施して良い。

【００５３】以下に挙げる実施例３は、請求項８の走査
結像レンズの実施例であり、図７に示すように「２枚構
成」で、第１光学系１１から射出する光束は「平行光
束」である。従って、この光束の主走査対応方向におけ
る自然集光点の偏向反射面１２ａからの距離：Ｓは
「∞」である。ポリゴンミラー１２は、実施例１，２に
おけるものと同じものである。

【００５４】図７に示すように、走査結像レンズ１５
の、偏向反射面１２ａ側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ
＋１番目の面との光軸上の面間隔をＤ_i（ｉ＝１〜
３）、光スポットの像高が０のとき（偏向光束が走査結
像レンズの光軸に合致するとき）の偏向反射面１２ａか
ら走査結像レンズ１５の入射側面（レンズ１５Ａの偏向
反射面側の面）までの光軸上の距離をＤ₀（ｉ＝０）、
レンズ１５Ｂの被走査面側の面から被走査面１４に到る
光軸上の距離をＤ₄(ｉ＝４）とする。

【００５５】走査結像レンズ１５の、偏向反射面１２ａ
側から数えて第ｉ番目の面の、光軸上の曲率半径を、主
走査対応方向に関してＲ_im（偏向面内における光軸上の
曲率半径）、副走査対応方向に関してＲ_isとする（ｉ＝
１〜４）。また、偏向反射面１２ａの側から数えて第ｊ
番目のレンズの材質の屈折率をＮ_j（ｊ＝１〜２）とす
る。半導体レーザ１０の発振波長は７８０ｎｍであり、
上記屈折率：Ｎ_jは、この波長における屈折率である。
また、有効光走査領域幅：Ｗ＝２１６ｍｍ、走査結像レ
ンズ１５の半画角：α＝４３．６度である。

【００５６】実施例３ｉＲ_im（ｍｍ）Ｒ_is（ｍｍ）Ｄ_i（ｍｍ）ＪＮ_j 0 40.610 1 -1247.368 -400.0 10.506 1 1.537 2 -96.361 -80.0 50.235 ３ −１１２３．６８７（＝Ｒ₃m）１７．４５０２１．５３７４ −１６４．７４４ −２９．０２９７．７５０。

【００５７】レンズ１５Ａの入射側・射出側の面は共
に、偏向面内の形状が、主走査対応方向において「光軸
に関して非対称的」である（請求項８）。即ち、偏向面
内の形状は以下の如くである。

【００５８】レンズ１５Ａの入射側面：偏向面内の形状
が光軸に関して非対称な非円弧形状であるトーリック面
である。偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₁m＝−１２４７．３６
８ｍｍ，光軸を含む偏向直交面内の曲率半径：Ｒ₁s＝−４００．
００ｍｍ図７に於ける光軸より上側の部分（＋側）の非円弧形
状：Ｋ₁(＋)＝５６．８８５，Ａ₁(＋)＝−５．４２６Ｅ−
７，Ｂ₁(＋)＝２．２４６Ｅ−１０，Ｃ₁(＋)＝−４．
４１５Ｅ−１４，Ｄ₁(＋)＝４．６７０Ｅ−１８図７に於ける光軸より下側の部分（−側）の非円弧形
状：Ｋ₁(−)＝５６．８８５，Ａ₁(−)＝−５．４１５Ｅ−
７，Ｂ₁(−)＝２．２６０Ｅ−１０，Ｃ₁(−)＝−４．
４１８Ｅ−１４，Ｄ₁(−)＝４．６６９Ｅ−１８
。

【００５９】レンズ１５Ａの射出側面：偏向面内の形状
が光軸に関して非対称な非円弧形状であるトーリック面
である。偏向面内の光軸上の曲率半径：Ｒ₂m＝−９６．３６１ｍ
ｍ，光軸を含む偏向直交面内の曲率半径：Ｒ₂s＝−８０．０
０ｍｍ図７に於ける光軸より上側の部分（＋側）の非円弧形
状：Ｋ₂(＋)＝０．３４１９，Ａ₂(＋)＝−２．６２２Ｅ−
７，Ｂ₂(＋)＝１．３１１Ｅ−１１，Ｃ₂(＋)＝−１．
５２５Ｅ−１４，Ｄ₂(＋)＝２．０３０Ｅ−１８図７に於ける光軸より下側の部分（−側）の非円弧形
状：Ｋ₂(−)＝０．３４１９，Ａ₂(−)＝−２．５５０Ｅ−
７，Ｂ₂(−)＝１．３００Ｅ−１１，Ｃ₂(−)＝１．
５１５Ｅ−１４，Ｄ₂(−)＝２．０３２Ｅ−１８
。

【００６０】レンズ１５Ｂの入射側面：球面である。偏向面内の曲率半径：Ｒ₃m＝光軸を含む偏向直交面内の
曲率半径：Ｒ₃s＝−１１２３．６８７ｍｍ
。

【００６１】レンズ１５Ｂの射出側面：偏向直交面内に
おける曲率半径が、光軸に関して非対称に変化する特殊
なトーリック面である（請求項１０）。

【００６２】偏向面内の曲率半径：Ｒ₄m＝−１６４．７
４４ｍｍ，偏向直交面内の曲率半径：Ｒ₄s(Ｙ)（Ｙは光軸からの主
走査対応方向の距離）は高次の多項式：Ｒ₄s(Ｙ)＝ａ₀＋ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （２）において、図７の光軸より上の部分（＋側：Ｒ₄s
(Ｙ)₊）においては、ａ₀(＋)＝−２９．０２，ａ₂(＋)＝−０．４１６３Ｅ−
３，ａ₄(＋)＝０．３０４０Ｅ−８，ａ₆(＋)＝０．
８３３８Ｅ−１１，ａ₈(＋)＝−０．１６０８Ｅ−１
４，ａ₁₀(＋)＝０．９８５１Ｅ−１９図７の光軸より下の部分（−側：Ｒ₄s(Ｙ)_-）において
は、ａ₀(−)＝−２９．０２，ａ₂(−)＝−０．４４６６Ｅ−
３，ａ₄(−)＝０．２９７６Ｅ−７，ａ₆(−)＝−０．
６８０６Ｅ−１１，ａ₈(−)＝０．１５４９Ｅ−１
４，ａ₁₀(−)＝−０．１２１９Ｅ−１８。

【００６３】実施例３に関する主走査方向の像面湾曲と
等速特性・リニアリティの図を図８に示す。第１光学系
１１から射出する光束が主走査対応方向において平行光
束であるので、等速特性は「ｆθ特性」である。主走査
対応方向の像面湾曲も、等速特性（ｆθ特性）・リニア
リティも良好である。これは、レンズ１５Ａの「偏向面
内における面形状」を入射側・射出側とも主走査対応方
向において、光軸に関して非対称的に形成した結果であ
る。また、副走査方向（実線）の像面湾曲も、極めて良
好に補正されている。これは、レンズ１５Ｂの射出側面
の偏向直交面内の曲率半径を与える多項式を、上記の如
く、Ｒ₄s(Ｙ)₊とＲ₄s(Ｙ)_-のように「光軸に関して非対
称的」とした結果である。

【００６４】請求項８記載の発明の実施の形態および実
施例としては、走査結像レンズを２枚で構成する場合を
説明したが、走査結像レンズを３枚以上のレンズで構成
することも勿論可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な走査結像レンズと光走査装置とを提供できる。
この発明によれば、光走査装置において光偏向器として
ポリゴンミラーを用いることに起因する所謂「サグ」の
影響を有効に軽減・除去することが可能になる。

【００６６】請求項４記載の発明によれば、面精度のよ
い走査結像レンズの低コストでの製造が可能であり、請
求項５記載の発明によれば、ポリゴンミラーにおける面
倒れの極めて良好な補正が可能であり、請求項６記載の
発明によれば副走査方向の像面湾曲の良好な補正が可能
である。

【００６７】また、請求項８記載の発明によれば、走査
結像レンズを複数枚構成とすることにより性能を向上さ
せることが可能となり、請求項１２記載の発明によれ
ば、面精度のよい走査結像レンズの低コストでの製造が
可能であり、請求項１３記載の発明によれば、ポリゴン
ミラーにおける面倒れの極めて良好な補正が可能であ
り、請求項１４記載の発明によれば副走査方向の像面湾
曲の良好な補正が可能である。請求項８記載の発明で
は、走査結像レンズを２枚以上のレンズで構成すること
もできるので、偏向面内で非対称的な形状をもつレンズ
面（請求項１０）をどの面にするか、偏向直交面内の曲
率半径の変化を光軸に関して非対称とする面をどの面に
するかの自由度も大きく、設計が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項７記載の発明の光走査装置の実施の１形
態を示す図である。

【図２】実施例１の走査結像レンズにおける射出側の面
の形状を説明するための図である。

【図３】実施例１に関する主走査方向の像面湾曲と等速
特性・リニアリティを示す図である。

【図４】実施例２に関する主・副走査方向の像面湾曲の
図である。

【図５】比較例において「サグ」の影響がある場合の像
面湾曲と等速特性・リニアリティの図である。

【図６】比較例の走査結像レンズを、サグのない光偏向
器とともに使用した場合における像面湾曲と等速特性・
リニアリティの図である。

【図７】請求項１５記載の発明の光走査装置の実施の１
形態を示す図である。

【図８】実施例３に関する主走査方向の像面湾曲と等速
特性（ｆθ特性）・リニアリティを示す図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザ（光源）１１第１光学系１１ａカップリングレンズ１１ｂシリンダレンズ１２ポリゴンミラー１３走査結像レンズ１４被走査面１５走査結像レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主走査対応方向に長い線像に結像した光束
を上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリゴ
ンミラーにより等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査
結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光し
て上記被走査面の等速的な光走査を行なう光走査装置に
用いる走査結像レンズであって、単玉構成であり、少なくとも一方の面が、偏向面内にお
いて光軸に関して非対称的な面形状を有し、少なくとも
主走査方向の像面湾曲と等速特性とが有効光走査領域全
域にわたって良好に補正されるように、上記非対称的な
面形状を定めたことを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項２】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、偏向面内における面形状が、両面とも、光軸に関して非
対称的な非円弧形状であることを特徴とする走査結像レ
ンズ。
【請求項３】請求項１または２記載の走査結像レンズに
おいて、少なくとも１方の面の、偏向直交面内の曲率半径が光軸
からの主走査対応方向の距離：Ｙに関する高次の多項
式：Σａ_n・Ｙ＊＊ｎ（ｎ＝０，１，２，
３，．．．．）で表され、上記多項式の形状が光軸に関
して非対称的であることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項４】請求項１または２または３記載の走査結像
レンズにおいて、プラスチックにより成形加工されていることを特徴とす
る走査結像レンズ。
【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
走査結像レンズにおいて、偏向反射面位置と被走査面とを、有効光走査領域全域に
わたって、副走査対応方向において共役関係とすること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項６】請求項１または２または３または４記載の
走査結像レンズにおいて、線像の結像位置と被走査面とを、有効光走査領域全域に
わたって、副走査対応方向に関して共役関係とすること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項７】主走査対応方向に長い線像に結像した光束
を上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリゴ
ンミラーにより等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査
結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光し
て上記被走査面の等速的な光走査を行なう光走査装置で
あって、走査結像レンズとして、請求項１〜６の任意の１に記載
の走査結像レンズを用いることを特徴とする光走査装
置。
【請求項８】主走査対応方向に長い線像に結像した光束
を上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリゴ
ンミラーにより等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査
結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光し
て上記被走査面の等速的な光走査を行なう光走査装置に
用いる走査結像レンズであって、１以上のレンズにより構成され、少なくとも１つのレン
ズにおける少なくとも一方の面が、偏向面内において光
軸に関して非対称的な面形状を有し、少なくとも主走査
方向の像面湾曲と等速特性とが有効光走査領域全域にわ
たって良好に補正されるように、上記非対称的な面形状
を定めたことを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項９】請求項８記載の走査結像レンズにおいて、少なくとも１つのレンズの偏向面内における面形状が、
両面とも、光軸に関して非対称的な非円弧形状であるこ
とを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項１０】請求項８または９記載の走査結像レンズ
において、少なくとも１つのレンズおける少なくとも１方の面の、
偏向直交面内の曲率半径が、光軸からの主走査対応方向
の距離：Ｙに関する高次の多項式：Σａ_n・Ｙ＊＊ｎ
（ｎ＝０，１，２，３，．．．）で表され、上記多項式
の形状が光軸に関して非対称的であることを特徴とする
走査結像レンズ。
【請求項１１】請求項１０記載の走査結像レンズにおい
て、偏向直交面内の曲率半径が光軸に関して非対称的である
面が、偏向面内においても、光軸に関して非対称的であ
ることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項１２】請求項８または９または１０または１１
記載の走査結像レンズにおいて、偏向面内において光軸に関して非対称的な形状の面を持
つレンズがプラスチックにより成形加工されていること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項１３】請求項８または９または１０または１１
または１２記載の走査結像レンズにおいて、偏向反射面位置と被走査面とを、有効光走査領域全域に
わたって、副走査対応方向において共役関係とすること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項１４】請求項８または９または１０または１１
または１２記載の走査結像レンズにおいて、線像の結像位置と被走査面とを、有効光走査領域全域に
わたって、副走査対応方向に関して共役関係とすること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項１５】主走査対応方向に長い線像に結像した光
束を上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有するポリ
ゴンミラーにより等角速度的に偏向させ、偏向光束を走
査結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光
して上記被走査面の等速的な光走査を行なう光走査装置
であって、走査結像レンズとして、請求項８〜１４の任意の１に記
載の走査結像レンズを用いることを特徴とする光走査装
置。