JPH0943509A

JPH0943509A - 走査結像レンズおよび光走査装置

Info

Publication number: JPH0943509A
Application number: JP19386495A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shigeniwa; 直樹茂庭
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】走査結像レンズの性能を高める。【解決手段】第１群５，第２群６，第３群７ともにアナ
モフィックなレンズであり、光偏向器３による偏向光束
の偏向の起点から被走査面までの距離をＬ、第３群の被
走査面８側の面から被走査面８までの距離をＤ_BFとする
とき、これらが条件：（１）０．１＜Ｄ_BF／Ｌ＜
０．６を満足する。

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】光源装置から放射される実質的な平行光
束を、線像結像光学系により主走査対応方向（光源装置
から被走査面に到る光路を光学系光軸に沿って直線的に
展開した仮想的な光路上で主走査方向と平行的に対応す
る方向を言い、上記仮想的な光路上で副走査方向と平行
的に対応する方向を副走査対応方向と言う）に長い線像
として結像させ、線像の結像位置の近傍に偏向反射面を
有する光偏向器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
集光させて被走査面の等速的な光走査を行う光走査装置
は、従来から光プリンターやデジタル複写機の光書込装
置に関連して広く知られている。

【０００３】このような光走査装置で画質の良い記録画
像を得るためには、走査結像レンズが良好な光学特性を
有していなければならない。

【０００４】即ち、第１に、走査結像レンズは、等角速
度的に偏向される偏向光束の光スポットの被走査面上に
おける移動速度を等速化するための「ｆθ機能」が良好
でなければならない。ｆθ特性が十分でないと、光スポ
ットの走査速度が等速的にならず、記録画像に主走査方
向の歪みが生ずるので、これを補正するために書込み信
号の印加タイミングを電気的に補正するなどの工夫が必
要となり、光走査装置を複雑化する原因となる。

【０００５】第２に、走査結像レンズは主・副走査方向
の像面湾曲が良好に補正されていなければならない。像
面湾曲の補正が十分になされていないと、被走査面上の
光スポットの大きさが像高と共に変動し、記録画像の解
像度が画像の位置により変化してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、走査結像レンズにおけるｆθ特性と主・副走
査方向の像面湾曲を有効走査領域にわたって良好に補正
し、光スポット径を有効走査領域にわたって安定させる
ことを課題とする（請求項１〜３）。

【０００７】この発明はまた、光走査装置における良好
な光走査の実現を課題とする（請求項４）。

【０００８】

【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として結像し、上記線
像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器により等
角速度的に偏向される光束を、被走査面上に光スポット
として集光させる走査結像レンズ」であって、主走査対
応方向に関してｆθ機能を持つ。

【０００９】走査結像レンズは、光偏向器側から被走査
面側へ向かって順次、第１ないし第３群を配してなる。

【００１０】第１群は、主走査対応方向の正の屈折力が
副走査対応方向の正の屈折力より小さいアナモフィック
な非球面レンズであって、光偏向器側の面が「より強い
曲率を主走査対応方向に持つ凹面」で、被走査面側の面
が「光軸対称な非球面」である。

【００１１】第２群は、主走査対応方向に負の屈折力、
副走査対応方向に正の屈折力を持つアナモフィックな非
球面レンズで、光偏向器側の面が「より強い曲率を主走
査対応方向に持つ凹面」で、被走査面側の面が「アナモ
フィックな非球面」である。

【００１２】第３群は、主走査対応方向に殆ど屈折力を
持たず、光偏向器側の面が「主走査対応方向において光
軸を離れるに従い副走査対応方向における曲率半径が小
さくなる凹の樽型トロイダル面」である。

【００１３】従って、全系は３群３枚構成である。

【００１４】光偏向器による偏向光束の偏向の起点から
被走査面までの距離をＬ、第３群の被走査面側の面から
被走査面までの距離をＤ_BFとするとき、これらは条件：（１）０．１＜Ｄ_BF／Ｌ＜０．６を満足する。

【００１５】上記偏向光束の「偏向の起点」は、光スポ
ットの像高が０のときの走査結像レンズの光軸と偏向反
射面との交点を言い、「線像」は設計上はこの偏向の起
点に結像する。

【００１６】第１群および第２群の光偏向器側のレンズ
面の形状である「より強い曲率を主走査対応方向に持つ
凹面」は、「凹のトーリック面」とすることもできるし
（請求項２）、「凹のシリンダ面」とすることもできる
（請求項３）。

【００１７】第２群の被走査面側のレンズ面の「アナモ
フィックな非球面」を、図１４を参照して説明する。

【００１８】図１４において符号６は第２群を示してい
る。第２群６の被走査面側のレンズ面（アナモフィック
な非球面）は、光軸と主走査対応方向とを含む面内で、
主走査対応方向に座標：ｈ（光軸位置においてｈ＝
０）、光軸方向に沿って座標：ｚを取るとき、ｚ＝ｃ²ｈ²／［１＋√｛１−（ｋ＋１）ｃ²ｈ²｝］＋ａｈ⁴＋ｂｈ⁶＋ｄｈ⁸ （２）なる曲線形状を、ｚ（０）から光軸方向へ距離：Ｒ_4Yだ
け離れた「主走査対応方向に平行」な回転軸ＲＡＸの回
りに回転して得られる曲面である。

【００１９】（２）式において「ｃ」は「１／Ｒ_4X」で
あり、「Ｒ_4X」は上記アナモフィックな非球面の主走査
対応方向に於ける光軸上の曲率半径である。

【００２０】第３群の光偏向器側のレンズ面の「凹の樽
型トロイダル面」を、図１５を参照して説明する。

【００２１】図１５において符号７は第３群を示す。そ
の光偏向器側の面における曲線：Ｚ（ｈ）は、光軸と主
走査対応方向とを含む面内において、「Ｒ_5X」を半径と
する円弧であり、光軸との交点を原点として主走査対応
方向に座標：ｈ、光軸に合致して座標：Ｚ（ｈ）を取る
とき、式：Ｚ＝Ｒ_5X−√（Ｒ_5X ²−ｈ²）（３）で表される。凹の樽型トロイダル面は、（３）式の曲
線：Ｚ（ｈ）を、主走査対応方向に平行で、光軸と交わ
る回転軸ＲＡＸ１の回りに回転して得られる曲面であ
る。

【００２２】曲線：Ｚ（ｈ）と回転軸ＲＡＸ１との光軸
上の距離：Ｒ_5Yは、樽型トロイダル面の光軸上における
「副走査対応方向の曲率半径」を与える。従って、主走
査対応方向において原点から距離：ｈだけ離れた位置に
おける変形トロイダル面の、副走査対応方向における曲
率半径「Ｒ_5Y（ｈ）」は、「Ｒ_5Y−Ｚ（ｈ）」で与えら
れ「主走査対応方向において光軸を離れるに従い小さ
く」なる。

【００２３】第１群の被走査面側のレンズ面である光軸
対称な球面は、光軸に沿ってＹ座標、光軸に直交してＸ
座標をとるとき、周知の如く、Ｙ＝Ｃ²ｈ²／［１＋√｛１−（Ｋ＋１）Ｃ²ｈ²｝］＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｄｈ⁸ （４）で表される曲面であり、Ｃは光軸上の曲率半径の逆数で
ある。

【００２４】上記のように、この発明の走査結像レンズ
は、正レンズである第３群が、主走査対応方向に殆ど屈
折力を持たない。また条件（１）から明らかなように、
第３群は比較的に被走査面に近い。

【００２５】このような第３群の使用により、主走査対
応方向に影響を及ぼすこと無く、副走査対応方向の光の
集光性を高めている。

【００２６】また、第３群に上記凹の樽型トロイダル面
を用いることにより、副走査対応方向の像面湾曲補正を
行っている。

【００２７】第３群が主走査対応方向に殆ど屈折力を持
たないため、ｆθ機能は主として第１群と第２群とによ
り実現され、これら第１，第２群の各非球面の形状を調
整することにより「ｆθ特性」と「主走査方向の像面湾
曲」とを補正する。

【００２８】さらに第２群の被走査面側の「アナモフィ
ックな非球面」における主・副走査対応方向の曲率を独
立に調整することにより、副走査対応方向の性能を高め
る。

【００２９】条件（１）の上限を超えると、第３群が被
走査面から離れ、副走査対応方向の像面湾曲を補正する
効果が不十分となる。また下限を超えると、第３群が被
走査面に近づきすぎ、副走査対応方向の光の集光機能が
像高により変動する。

【００３０】条件（１）を満足することにより、光スポ
ット径の像高による変動を有効に軽減させる。

【００３１】この発明の光走査装置は「光源装置から放
射される実質的な平行光束を、線像結像光学系により主
走査対応方向に長い線像として結像させ、線像の結像位
置の近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度
的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査
面上に光スポットとして集光させ、被走査面の等速的な
光走査を行う光走査装置」であり、走査結像光学系とし
て、上記請求項１または２または３に記載の走査結像レ
ンズを用いる。

【００３２】線像結像光学系としては、凸シリンダレン
ズや凹シリンダミラーを用いることができ、光偏向器と
してはポリゴンミラーや回転２面鏡、回転単面鏡等を用
いることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は請求項４記載の光走査装置
の実施の１形態を示している。

【００３４】光源装置１から放射される実質的な平行光
束を、線像結像光学系であるシリンダレンズ２により主
走査対応方向に長い線像として結像させ、線像の結像位
置の近傍に偏向反射面４を有する光偏向器としてのポリ
ゴンミラー３により等角速度的に偏向させ、走査結像光
学系をなす走査結像レンズ５，６，７により、偏向光束
を被走査面８上に光スポットとして集光させ、被走査面
８の等速的な光走査を行う。従って、この光走査装置は
光偏向器の面倒れを補正する機能を有する。被走査面８
の位置には通常、光導電性の感光体が配備される。

【００３５】走査結像レンズは、ポリゴンミラー３の側
から被走査面８の側へ向かって、第１群５、第２群６、
第３群８を、この順序に配備して構成される。

【００３６】以下、具体的な実施例を説明する。

【００３７】

【実施例】以下に挙げる、走査結像レンズの実施例１〜
６は、図１に示す如き形態の光走査装置において用いら
れる。この光走査装置において、光源装置１における光
源は発振波長：７８０ｎｍの半導体レーザーであり、ポ
リゴン３は偏向反射面を６面持ち、内接円半径は２０ミ
リである。走査結像レンズの光軸と、光源装置側からの
ポリゴンミラー３への入射光束のなす角：αは８０度で
ある。

【００３８】また第３群の被走査面側のレンズ面は通常
のトーリック面である。

【００３９】図１に示すように、ポリゴンミラー３の側
から数えて第ｉ番目のレンズ面の曲率半径を、主走査対
応方向に就きＲ_ix、副走査対応方向に就きＲ_iy、第ｉ番
目と第ｉ＋１番目のレンズ面の光軸上の間隔をＤ_iと
し、ポリゴンミラー３による偏向の起点から第１番目の
レンズ面までの光軸上の距離をＤ₀（ｉ＝０）、第３群
の被走査面８側のレンズ面から被走査面８に到る光軸上
の距離をＤ₆（ｉ＝６：＝Ｄ_BF）とする。

【００４０】ポリゴンミラー３側から数えて第ｊ番目の
レンズの、波長７８０nmの光に対する屈折率をＮ_j（ｊ
＝１〜３）とする。

【００４１】ｆ_Mは「主走査対応方向における全系の焦
点距離」、ｆ_Sは「副走査対応方向における全系の焦点
距離」、２θは「有効偏向角（単位；度）」を表す。

【００４２】レンズ面が光軸対称で無い場合（第１，
３，４，５，６面）場合、曲率半径：Ｒ_ixとＲ_iyとは互
いに異なり、非球面に関してはＲ_ixは「光軸上における
主走査対応方向の曲率半径」、Ｒ_iyは「光軸上における
副走査対応方向の曲率半径」を表わす。

【００４３】光軸対称な非球面に関しては前記（４）式
に従い、光軸上の曲率半径：Ｒ_2X（＝Ｒ_2Y）と円錐定
数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ，Ｂ，Ｄを与えて形状を
特定し、アナモフィックな非球面に関しては前記（２）
式に従い、曲率半径：Ｒ_4X，Ｒ_4Yと円錐定数：ｋ、高次
の非球面係数：ａ，ｂ，ｄを与えて形状を特定する。

【００４４】これら非球面に関する表示において「Ｅと
それに続く数字」は１０の冪乗を表す。例えば、「Ｅ−
９」とあればこれは「１０~⁹」表し、この冪乗がその直
前の数値に掛かるのである。

【００４５】実施例１ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝−９３．９２５，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２２．５９７１ −６３．１９３ −１０００．０１５．０１１．４８６０１２ −２６．９８６ −２６．９８６１９．５３ −６３．６４３ −１０００．０５．０２１．４８６０１４ −２８１．８３８ −５０．０８０．０５ −７００．０ −２５．０４．０３１．４８６０１６ −７００．０ −１１．５２４２．３４２。

【００４６】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−１．５８２，Ａ＝−０．１０２Ｅ−５，Ｂ＝
０．９２１Ｅ−９，Ｄ＝ −０．７６５Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．９０２，ａ＝−０．３００Ｅ−５，ｂ＝
０．６２４Ｅ−９，ｄ＝−０．１８６Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．２２
。

【００４７】実施例２ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝５７．２４４，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２２．５９７１ −６３．１９３ −１０００．０１５．０１１．４８６０１２ −２６．９８６ −２６．９８６１９．５３ −６３．６４３ −１０００．０５．０２１．４８６０１４ −２８１．８３８ −５０．０４０．０５ −７００．０ −４４．０４．０３１．４８６０１６ −７００．０ −２０．７４８２．３４２。

【００４８】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−１．５８２，Ａ＝−０．１０２Ｅ−５，Ｂ＝
０．９２１Ｅ−９，Ｄ＝ −０．７６５Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．９０２，ａ＝−０．３００Ｅ−５，ｂ＝
０．６２４Ｅ−９，ｄ＝−０．１８６Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．４３
。

【００４９】実施例３ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝４４．９５４，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２２．５９７１ −６３．１９３ −１０００．０１５．０１１．４８６０１２ −２６．９８６ −２６．９８６１９．５３ −６３．６４３ −１０００．０５．０２１．４８６０１４ −２８１．８３８ −５０．０２６．０５ −７００．０ −１２５．０４．０３１．４８６０１６ −７００．０ −３２．７９９６．３４２。

【００５０】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−１．５８２，Ａ＝−０．１０２Ｅ−５，Ｂ＝
０．９２１Ｅ−９，Ｄ＝ −０．７６５Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．９０２，ａ＝−０．３００Ｅ−５，ｂ＝
０．６２４Ｅ−９，ｄ＝−０．１８６Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．４３
。

【００５１】以上、実施例１〜３は請求項１，２記載の
発明の実施例であり、第１面および第３面は凹のトーリ
ック面である。

【００５２】実施例４ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝−６４．３５８，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２３．４８４１ −５７．０６９ ∞ １３．０１１．５２３７０２ −２８．２５４ −２８．２５４２３．０３ −７０．１３５ ∞ ５．０２１．５２３７０４ −２８１．８３８ −５０．０８２．０５ −７００．０ −２８．０４．０３１．５２３７０６ −７００．０ −１２．４５３７．８６９。

【００５３】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−０．９８７，Ａ＝−０．１４１Ｅ−５，Ｂ＝
０．３７３Ｅ−９，Ｄ＝ −０．５２６Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．２７６，ａ＝−０．２２９Ｅ−５，ｂ＝
０．３９８Ｅ−９，ｄ＝−０．１１９Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．２０
。

【００５４】実施例５ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝６１．０９２，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２３．４８４１ −５７．０６９ ∞ １３．０１１．５２３７０２ −２８．２５４ −２８．２５４２３．０３ −７０．１３５ ∞ ５．０２１．５２３７０４ −２８１，８３８ −５０．０４２．０５ −７００．０ −４１．５４．０３１．５２３７０６ −７００．０ −２１．７４７７．８６９。

【００５５】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−０．９８７，Ａ＝−０．１４１Ｅ−５，Ｂ＝
０．３７３Ｅ−９，Ｄ＝ −０．５２６Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．２７６，ａ＝−０．２２９Ｅ−５，ｂ＝
０．３９８Ｅ−９，ｄ＝−０．１１９Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．４１
。

【００５６】実施例６ｆ_M＝１５０，ｆ_S＝４３．９７０，２θ＝８４．０ｉＲ_iX Ｒ_iY Ｄ_i ｊＮ_j ０２３．４８４１ −５７．０６９ ∞ １３．０１１．５２３７０２ −２８．２５４ −２８．２５４２３．０３ −７０．１３５ ∞ ５．０２１．５２３７０４ −２８１，８３８ −５０．０２２．０５ −７００．０ −７０．０４．０３１．５２３７０６ −７００．０ −３１．５７９７．８６９。

【００５７】光軸対称な非球面（第２面）Ｋ＝−０．９８７，Ａ＝−０．１４１Ｅ−５，Ｂ＝
０．３７３Ｅ−９，Ｄ＝ −０．５２６Ｅ−１２アナモフィックな非球面（第４面）ｋ＝−２．２７６，ａ＝−０．２２９Ｅ−５，ｂ＝
０．３９８Ｅ−９，ｄ＝−０．１１９Ｅ−１２条件式（１）のパラメータの値：Ｄ_BF／Ｌ＝０．５２
。

【００５８】以上、実施例４〜６は請求項１，３記載の
発明の実施例であり、第１面および第３面は凹のシリン
ダ面である。

【００５９】図２〜図７に順次、実施例１〜６に関する
「像面湾曲とｆθ特性」の図を、また図８〜図１３に順
次、実施例１〜３における「光スポット径（１／
ｅ²）」と画角との関係」を有効走査領域全域に就き示
す。各実施例とも、ｆθ特性、主・副走査方向の像面湾
曲が良好に補正され、光スポット径は、主・副走査方向
とも有効走査領域に渡って安定している。

【００６０】

【発明の効果】上記のように、請求項１〜３記載の走査
結像レンズは主・副走査方向の像面湾曲とｆθ特性とが
良好に補正可能で、被走査面上での光スポット径の不均
一さが少ない。したがって、請求項１〜３記載の走査結
像レンズを用いる請求項４記載の光走査装置は極めて良
好な光走査を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項４記載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に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図３】実施例２に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図４】実施例３に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図５】実施例４に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図６】実施例５に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図７】実施例６に関する像面湾曲とｆθ特性の図であ
る。

【図８】実施例１に関する光スポット径と画角との関係
を示す図である。

【図９】実施例２に関する光スポット径と画角との関係
を示す図である。

【図１０】実施例３に関する光スポット径と画角との関
係を示す図である。

【図１１】実施例４に関する光スポット径と画角との関
係を示す図である。

【図１２】実施例５に関する光スポット径と画角との関
係を示す図である。

【図１３】実施例６に関する光スポット径と画角との関
係を示す図である。

【図１４】アナモフィックな非球面を説明するための図
である。

【図１５】樽型トロイダル面を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

５第１群６第２群７第３群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主走査対応方向に長い線像として結像し、
上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器に
より等角速度的に偏向される光束を、被走査面上に光ス
ポットとして集光させる走査結像レンズであって、主走査対応方向に関してｆθ機能を持ち、光偏向器側から被走査面側へ向かって順次、第１ないし
第３群を配してなり、第１群は、主走査対応方向の正の屈折力が副走査対応方
向の正の屈折力より小さいアナモフィックな非球面レン
ズで、光偏向器側の面が、より強い曲率を主走査対応方
向に持つ凹面で、被走査面側の面が光軸対称な非球面で
あり、第２群は、主走査対応方向に負の屈折力、副走査対応方
向に正の屈折力を持つアナモフィックな非球面レンズ
で、光偏向器側の面が、より強い曲率を主走査対応方向
に持つ凹面で、被走査面側の面がアナモフィックな非球
面であり、第３群は、主走査対応方向に殆ど屈折力を持たず、光偏
向器側の面が、主走査対応方向において光軸を離れるに
従い副走査対応方向における曲率半径が小さくなる凹の
樽型トロイダル面であり、光偏向器による偏向光束の偏向の起点から被走査面まで
の距離をＬ、第３群の被走査面側の面から被走査面まで
の距離をＤ_BFとするとき、これらが条件：（１）０．１＜Ｄ_BF／Ｌ＜０．６を満足することを特徴とする３群３枚構成の走査結像レ
ンズ。
【請求項２】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、第１群および第２群の、光偏向器側の面が凹のトーリッ
ク面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記載の走査結像レンズにおいて、第１群および第２群の、光偏向器側の面が凹のシリンダ
面であることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項４】光源装置から放射される実質的な平行光束
を、線像結像光学系により主走査対応方向に長い線像と
して結像させ、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面
を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光
束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとし
て集光させて、上記被走査面の等速的な光走査を行う光
走査装置であって、上記走査結像光学系として、請求項１または２または３
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。