JPH1164760A - 光走査装置用結像光学系 - Google Patents
光走査装置用結像光学系Info
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- JPH1164760A JPH1164760A JP9220376A JP22037697A JPH1164760A JP H1164760 A JPH1164760 A JP H1164760A JP 9220376 A JP9220376 A JP 9220376A JP 22037697 A JP22037697 A JP 22037697A JP H1164760 A JPH1164760 A JP H1164760A
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- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
て、走査角の相違による副走査方向の横倍率変動を抑制
する。 【解決手段】 レーザ光源11から出射され、高速回転す
るポリゴンミラー13により偏向されたレーザビームを、
走査面上に結像させて等速度走査せしめるための光走査
装置用結像光学系であって、ポリゴンミラー13側に凹面
を有する正メニスカスレンズL1と、ポリゴンミラー13側
の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカ
ル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈し、主走査方向
に正のパワーを有するアナモルフィックレンズL2と、副
走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1
とからなる。全系の主走査方向のパワーをφ、アナモル
フィックレンズL2の主走査方向のパワーをφ1 、ポリゴ
ンミラー13による走査角がゼロのときの横倍率をMとし
たとき、「0≦φ1/φ≦0.1|M|+0.45」を満足するよ
うにする。
Description
束を偏向して所定の面上に走査せしめる光走査装置に使
用される結像光学系に関するものである。
によって反射偏向される光ビームにより光走査を行う光
走査装置がよく知られている。この種の光走査装置はレ
ーザービームを使用する記録装置や読取装置に用いられ
ているが、その構成は、レーザービームを出射する光源
と、この光源から出射された光束を偏向する回転多面鏡
と、偏向された光束を所定の走査面上で結像せしめると
ともに回転多面鏡による偏向角と結像された像の像高と
が比例するように形成されたfθレンズを用いた結像光
学系とからなる。
より走査偏向を行う光走査装置においては、偏向器の面
倒れによる走査線の位置誤差を補正する一手法としてア
ナモルフィックレンズを用いた面倒れ補正光学系が知ら
れている。図10は、この面倒れ補正光学系を適用した結
像光学系の一例を示したものであり、この光学系は、偏
向器50と、プラスチックで形成された正メニスカスレン
ズ52と、ガラスで形成されたアナモルフィックレンズ54
とを順に配設したものである。このように、プラスチッ
クレンズとガラスレンズとを組み合わせて光学系を構成
することにより、プラスチックレンズのパワー(屈折
力)を小さくすることができ、その結果、プラスチック
レンズの偏肉比の増大を抑止してプラスチックレンズの
環境変化による光学特性の変化を抑えたり、加工適性を
向上させることができ、さらには、光学系のサイズをコ
ンパクトに維持するとともに、高性能な収差特性、fθ
性を得ることができるものである。
ルフィックレンズを用いた面倒れ補正光学系では、主走
査方向にパワーを持つアナモルフィックレンズに面倒れ
機能を持たせるために、走査角によって副走査方向の横
倍率が変動してしまう。これは、レンズの中央部と周辺
部とでその肉厚の比(偏肉比)の増大があることが主な
原因である。
光学系の横倍率とビーム径の関係を示す図である。副走
査方向の像面(走査面)上での結像ビーム径Woは、副走
査方向の入射ビーム径をWiとし、横倍率を走査角θの関
数M(θ)とすると、以下の式で表すことができる。
査面上での副走査方向のビーム径Woが走査角θによって
変動し、均一なスポットが得られなくなるという問題を
生じる。
あって、アナモルフィックレンズを用いた面倒れ補正光
学系を適用した光走査装置用結像光学系において、横倍
率変動を抑えることのできる光学系を提供することを目
的とするものである。
置用結像光学系は、偏向器により偏向された光束を所定
の走査面上に結像するとともに該走査面上で等速度走査
せしめるための光走査装置用結像光学系であって、前記
結像光学系が、前記偏向器の面倒れを補正するためのア
ナモルフィックレンズを備えるものとし、該アナモルフ
ィックレンズの主走査方向のパワーをφ1、前記結像光
学系の全系の主走査方向のパワーをφ、前記偏向器によ
る偏向角がゼロのときの横倍率をMとしたとき、式「0
≦φ1/φ≦0.1|M|+0.45」を満足するものとして、こ
れにより走査角の相違による横倍率変動を略23%以下に
抑えたことを特徴とするものである。
φ1/φ≦0.1|M|+0.35」を満足するものとして、走査
角の相違による横倍率変動を略20%以下に抑えることが
好ましい。
学系においては、前記アナモルフィックレンズが主走査
方向に正のパワーを有するものとし、上記結像光学系
が、正メニスカスレンズと、前記アナモルフィックレン
ズと、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカル
ミラーとを、前記偏向器からこの順に配設したものとす
ることが望ましい。
スチック材料により形成されたものとしたり、或いは、
少なくとも1面が非球面であるものとすれば、なお好ま
しい。
学系においては、前記アナモルフィックレンズの前記偏
向器側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリン
ドリカル面であり、該アナモルフィックレンズの被走査
面側の面が凸球面であるものとすることが望ましい。
は、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワφ1 と
結像光学系の全系の主走査方向のパワーφとの比φ1/φ
が、上述のような所定の条件を満足するようにしたこと
により、走査角の相違による横倍率変動を略23%以下、
更には20%以下に抑えることが可能となる。
レンズ)とガラスレンズ(アナモルフィックレンズ)と
を組み合わせた構成とすることもできるから、本発明に
かかる結像光学系のサイズをコンパクトに維持するとと
もに、高性能な収差特性、fθ性を得ることも可能とな
る。
方向のパワφ1 と結像光学系の全系の主走査方向のパワ
ーφとの比(パワー比)φ1/φが、上述のような式を満
足するものとすれば、走査角の相違による横倍率変動を
略23%或いは略20%以内に抑制できる理由について図12
を参照して簡単に説明する。図12は、偏向器による偏向
角(走査角)がゼロのときの横倍率(以下「軸上横倍
率」と称す。)Mが、それぞれ-0.5倍、-1.0倍、-1.5倍
の場合に、パワー比φ1/φを変化させたときの走査角に
よる横倍率変動のシミュレーション結果を示したもので
あり、軸上横倍率Mが-0.5倍のものを細い破線で示し、
軸上横倍率Mが-1.0倍のものを実線で示し、軸上横倍率
Mが-1.5倍のものを荒い破線で示している。また、各線
上の番号a〜hを付した三角、四角、菱形の各マーク
は、後述の実施の形態にかかる結像光学系のものを示し
ている。
Mの相違によって若干の差があるものの、アナモルフィ
ックレンズの主走査方向のパワーが強くなる(パワー比
が大きくなる)に従って横倍率変動も大きくなる傾向が
ある。したがって、例えば、横倍率変動を23%以下に抑
えるには、軸上横倍率Mが-0.5倍のときパワー比を約0.
55以下、軸上横倍率Mが-1.5倍のときパワー比を 約0.6
以下にする必要があることが判る。軸上横倍率の違いに
よる差はほぼ比例関係にあるから、これらの条件から横
倍率変動を23%以下に抑えるための条件式「0≦φ1/φ
≦0.1|M|+0.45」が導かれる。
えるには、軸上横倍率Mが-0.5倍のときパワー比を約0.
4以下、軸上横倍率Mが-1.5倍のときパワー比を 約0.5
以下にする必要があり、横倍率変動を20%以下に抑える
ための条件式「0≦φ1/φ≦0.1|M|+0.35」が導かれ
る。
光学系の具体的な実施の形態について図面を用いて詳細
に説明する。
実施の形態を使用した光走査装置の概略構成を示す主走
査断面図(A) および該結像光学系のみについて示した副
走査断面図(B) である。(以下に述べる他の実施の形態
等においても同様である。)図示の光走査装置は、レー
ザビームを出射するレーザ光源11と、光源11から出射さ
れた出射光を平行光線束とするコリメータレンズ12と、
コリメータレンズ12を通過した平行光線束を偏向器であ
るポリゴンミラー13の偏向面近傍に線像を結ぶように配
置したシリンドリカルレンズ等の入射光結像光学系14
と、図示しないモータにより軸回りに回転せしめられて
入射光結像光学系14を通過して偏向面(反射面)に入射
した光束を本実施形態にかかる結像光学系の方向に偏向
せしめるポリゴンミラー13と、この偏向されたレーザビ
ームを所定の走査面上に結像するとともにこの走査面上
で等速度走査せしめる結像光学系とからなる構成であ
る。
光学系は、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチ
ック材料により形成された両面が共に非球面の単レンズ
である正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワ
ーを有するガラス材料により形成されたアナモルフィッ
クレンズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリン
ドリカルミラーM1とからなる構成である。また、アナモ
ルフィックレンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走
査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面を呈
し、走査面側の面が凸球面を呈している。
な、正メニスカスレンズL1の各レンズ面およびアナモル
フィックレンズL2の各レンズ面およびシリンドリカルミ
ラーM1の曲率半径R[mm]と、偏向点から正メニスカスレ
ンズL1までの光軸上における空気間隔、正メニスカスレ
ンズL1の中心厚、正メニスカスレンズL1からアナモルフ
ィックレンズL2までの光軸上における空気間隔、アナモ
ルフィックレンズL2の中心厚、アナモルフィックレンズ
L2からシリンドリカルミラーM1までの光軸上における空
気間隔、およびシリンドリカルミラーM1から走査面まで
の光軸上の空気間隔(これら総称して軸上面間隔とい
う;以下、同じ)d[mm]と、正メニスカスレンズL1およ
びアナモルフィックレンズL2の屈折率(d線;以下、同
じ)とを表1に示す。
それぞれ付された添字は偏向点側から順次増加するよう
に設定され、図1に記載されたものに対応している。
凸の場合を正、走査面側に凸の場合を負とする。
「*」印の付されたものは、その面が以下の式(1)で
示す非球面であることを意味するとともに、その数値は
光軸上(非球面の頂点)での曲率半径を示している。
面頂点の接平面(光軸に垂直な平面)に下ろした垂線の
長さ h;光軸からの高さ c;非球面頂点での曲率 K;円錐定数 a1 〜a4 ;第4次、第6次、第8次、第10次の各非球
面係数 一方、屈折率は、軸上面間隔d1に対応する欄に記載さ
れたn1 が正メニスカスレンズL1の屈折率、軸上面間隔
d3に対応する欄に記載されたn3がアナモルフィック
レンズL2の屈折率を示す。
走査方向のパワーをφ、アナモルフィックレンズL2の主
走査方向のパワーをφ1 、ポリゴンミラー13による偏向
角(走査角)がゼロのときの横倍率をMとしたとき、M
=-0.1、パワー比φ1/φ=0.54であり、下記式(2)を
満たすもの、即ち、横倍率変動を23%以下に抑えるもの
である(図12の四角マークaを参照)。
て説明する。レーザ光源11からレーザビームが出射さ
れ、このレーザビームはコリメータレンズ12により平行
光線束とされた後、入射光結像光学系14によりポリゴン
ミラー13の反射面上に線像として結像せしめられる。
められたレーザビームは、正メニスカスレンズL1および
アナモルフィックレンズL2を通過してシリンドリカルミ
ラーM1により反射偏向せしめられ、走査面上に集光され
てこの走査面上で走査スポットを形成する。ポリゴンミ
ラー13は軸回りに矢印R方向に高速回転されるため、こ
の走査スポットはシリンドリカルミラーM1面上を矢印X
方向に繰り返し主走査する。この走査スポットはシリン
ドリカルミラーM1により反射偏向されるから走査面上に
おいても繰り返し主走査されることになる。
を図2(A)に、fθ特性図を図2(B)に示す。なお、像面湾
曲図(図2(A))において、実線は主走査方向の像面湾曲
の特性を示し、破線は副走査方向の像面湾曲の特性を示
す(以下に述べる他の実施の形態等においても同様であ
る。)。図示のグラフによれば本実施形態の結像光学系
は良好に収差補正がなされており、またfθ性も良好で
あることが認められる。
ナモルフィックレンズの主走査方向のパワーを式(2)
に示す範囲に抑制したため、走査角の違いによる横倍率
の変動を抑えることができる。また、プラスチック材料
からなる正メニスカスレンズとガラス材料からなるアナ
モルフィックレンズと、シリンドリカルミラーとを組み
合わせた構成としているから、プラスチックレンズの偏
肉比の増大をある程度抑止してプラスチックレンズ自体
の加工適性を向上させることができると共に、周囲の温
度変化等の環境変化でレーザービームの焦点位置が変動
するのを軽減することもできる。
結像光学系の第2の実施の形態を示す。なお、図3(A)は
この第2の実施の形態にかかる結像光学系の主走査断面
による構成図を示し、図3(B)は副走査断面による構成図
を示す。また、図3(C)は像面湾曲特性を、図3(D)はfθ
特性をそれぞれ示す。(図4以降についても同様であ
る。) この第2の実施の形態にかかる結像光学系の基本的な構
成は前述の第1の実施の形態と同様に、ポリゴンミラー
13側に凹面を有するプラスチック材料により形成された
両面が共に非球面の単レンズである正メニスカスレンズ
L1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス材料によ
り形成されたアナモルフィックレンズL2と、副走査方向
にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1とからな
る構成であって、アナモルフィックレンズL2は、ポリゴ
ンミラー13側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹
シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈し
ている。
は、軸上横倍率がM=-1.5となるようにアナモルフィッ
クレンズの凹シリンドリカル面の曲率半径とシリンドリ
カルミラーの曲率半径とを変更したものであり、M=-
1.5、パワー比φ1/φ=0.54であるから、前述の式
(2)の条件を満たすもの、即ち、横倍率変動を23%以
下に抑えるものである(図12の三角マークbを参照)。
る結像光学系も横倍率の変動を23%以下に抑えることが
でき、また、像面湾曲図およびfθ特性図のグラフによ
れば本実施形態の結像光学系も良好に収差補正がなされ
ており、またfθ性も良好であることが認められる。
20%以下に抑えた、本発明にかかる結像光学系の第3の
実施の形態を示す。この第3の実施の形態にかかる結像
光学系の基本的な構成は前述の第1の実施の形態と同様
に、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチック材
料により形成された両面が共に非球面の単レンズである
正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有
するガラス材料により形成されたアナモルフィックレン
ズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカ
ルミラーM1とからなる構成であって、アナモルフィック
レンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にの
みパワーを有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側
の面が凸球面を呈している。
は、軸上横倍率がM=-1.0でアナモルフィックレンズの
主走査方向のパワー比が低くなるように設計したもので
あり、M=-1.0、パワー比φ1/φ=0.34であるから、以
下の式(3)の条件を満たすもの、即ち、横倍率変動を
20%以下に抑えるものである(図12の四角マークcを参
照)。
は横倍率の変動を20%以下に抑えることができ、また、
像面湾曲図およびfθ特性図のグラフによれば本実施形
態の結像光学系も良好に収差補正がなされており、また
fθ性も良好であることが認められる。
変動が23%以上になる結像光学系の形態を示す。表4〜
8および図5〜9の各図(A),(B)に示す結像光学系の基
本的な構成は前述の第1の実施の形態と同様に、ポリゴ
ンミラー13側に凹面を有するプラスチック材料により形
成された両面が共に非球面の単レンズである正メニスカ
スレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス
材料により形成されたアナモルフィックレンズL2と、副
走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1
とからなる構成であって、アナモルフィックレンズL2
は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にのみパワー
を有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸
球面を呈している。
は、軸上横倍率がM=-0.5でアナモルフィックレンズの
主走査方向のパワー比が低くなるように設計したもので
あり、M=-0.5、パワー比φ1/φ=0.54であるから、式
(2)の条件を満たすことができず、横倍率変動を23%
以下に抑えることができない(図12の菱形マークdを参
照)。
光学系は、アナモルフィックレンズL2の副走査方向の曲
率半径およびシリンドリカルミラーM1の曲率半径を変更
したものであり、M=-1.0、パワー比φ1/φ=0.71であ
るから、式(2)の条件を満たすことができず、横倍率
変動を23%以下に抑えることができない(図12の四角マ
ークeを参照)。
(A),(B)に示す結像光学系も、正メニスカスレンズL1,
アナモルフィックレンズL2の副走査方向およびシリンド
リカルミラーM1の各曲率半径を変更したものである。
像光学系は、M=-0.5、パワー比φ1/φ=0.92であり
(図12の菱形マークfを参照)、また、表7および図8
(A),(B)に示す結像光学系は、M=-1.0、パワー比φ1/
φ=0.92であり(図12の四角マークgを参照)、さら
に、表8および図9(A),(B)に示す結像光学系は、M=
-1.5、パワー比φ1/φ=0.92である(図12の三角マーク
hを参照)から、何れも式(2)の条件を満たすことが
できず、横倍率変動を23%以下に抑えることができな
い。
像光学系によれば、アナモルフィックレンズの主走査方
向のパワーφ1 と結像光学系の全系の主走査方向のパワ
ーφとのパワー比φ1/φが、「0≦φ1/φ≦0.1|M|+
0.45」 なる関係を満足するものとすれば、走査角の相
違による横倍率の変動を23%以内に抑制することがで
き、また、「0≦φ1/φ≦0.1|M|+0.35」 なる関係を
満足するものとすれば、走査角の相違による横倍率の変
動を20%以内に抑制することができる。
系では、像面湾曲図およびfθ特性も良好に収差補正を
施すことができ、またfθ性も良好である。
を用いた光走査装置を示す主走査断面図(A)および副
走査断面図(B)
(A)は像面湾曲図、(B)はfθ特性図をそれぞれ示
す
の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面図、
(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞれ示
す
の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面図、
(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞれ示
す
例の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面図、
(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞれ示
す
の例の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面
図、(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞ
れ示す
の例の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面
図、(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞ
れ示す
の例の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面
図、(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞ
れ示す
の例の、(A)は主走査断面図、(B)は副走査断面
図、(C)は像面湾曲図、(D)はfθ特性図をそれぞ
れ示す
例を示す図
倍率とビーム径の関係を示す図
のパワー比φ1/φと横倍率変動の関係を示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 偏向器により偏向された光束を所定の走
査面上に結像するとともに該走査面上で等速度走査せし
めるための光走査装置用結像光学系であって、 前記結像光学系が、前記偏向器の面倒れを補正するため
のアナモルフィックレンズを備え、 該アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーを
φ1、前記結像光学系の全系の主走査方向のパワーを
φ、前記偏向器による偏向角がゼロのときの横倍率をM
としたとき、下記の式を満足するものであることを特徴
とする光走査装置用結像光学系。 0≦φ1/φ≦0.1|M|+0.45 - 【請求項2】 前記結像光学系が、下記の式を満足する
ものであることを特徴とする請求項1記載の光走査装置
用結像光学系。 0≦φ1/φ≦0.1|M|+0.35 - 【請求項3】 前記アナモルフィックレンズが主走査方
向に正のパワーを有するものであって、 前記結像光学系が、正メニスカスレンズと、前記アナモ
ルフィックレンズと、副走査方向にのみパワーを有する
シリンドリカルミラーとを、前記偏向器からこの順に配
設したものであることを特徴とする請求項1または2記
載の光走査装置用結像光学系。 - 【請求項4】 前記正メニスカスレンズが、プラスチッ
ク材料により形成されたものであることを特徴とする請
求項3記載の光走査装置用結像光学系。 - 【請求項5】 前記正メニスカスレンズが、少なくとも
1面が非球面であるものであることを特徴とする請求項
3または4記載の光走査装置用結像光学系。 - 【請求項6】 前記アナモルフィックレンズの前記偏向
器側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンド
リカル面であり、該アナモルフィックレンズの被走査面
側の面が凸球面であることを特徴とする請求項1から5
何れか1項記載の光走査装置用結像光学系。
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EP (1) | EP0898192B1 (ja) |
JP (1) | JP3804886B2 (ja) |
DE (1) | DE69813695T2 (ja) |
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