JPS63249801A - 異方屈折力単レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光源、例えば半導体レーザー等を用いたレーザ
ービームプリンタ用のレーザー光用結像光学系に好適な
光学系であって、光源からの放射光束を水平方向と垂直
方向で夫々、略平行光束とするコリメート機能と、−次
元方向のみ結像作用を有する結像機能とを有し、装置全
体の小型化と簡素化を可能とする異方屈折力単レンズに
関するものである。

従来の技術 レーザービームプリンタ用のレーザー光用結像光学系は
、回折限界に近い性能を持ちレーザー光を絞り込んでス
ポットを得る。従来では、光源としてＨｅ−Ｎｏレーザ
ー、Ａｒレーザー等が用いられていたが、近年、小型軽
量であり且つ出力光の強度を直接変調できるという利点
を持った半導体レーザーを光源とすることが多くなって
きている。しかしながら半導体レーザーはその構成より
放射光束のひろがり角が回転対称になっていない。

即ち半導体素子の接合面に対して平行方向である垂直方
向と、これに直交する水平方向とで放射光束のひろがり
角は各々異なっている。

第・９図は半導体レーザーからの放射光束の状態の一例
を示す説明図である。半導体レーザーｌの接合面２に形
成された発光領域３から放射される放射光束４は、接合
面に対して平行方向である垂直方向と、直交する水平方
向とで広がり角θ２と０１を持ち、θ１＝２〜３θ２な
る関係を有している。従って、所謂ファーフィールドパ
ターン５は楕円状となる。この放射光束をコリメータレ
ンズによって平行光とした時、平行光も必然的に楕円形
状になる。この平行光を用いた時レーザービームプリン
タ用のレーザー光用結像光学系によって絞り込まれるス
ポットの形状もまた楕円形状になってしまう、これを解
決するには、特開昭６０−１７５０１８号公報、特開昭
６０−１９１２２３号公報等では、プリズムを用いたビ
ーム整形光学系によって楕円形状の入力光束を円形状の
光束に変換している。特開昭６０−１５９８１８号公報
、特開昭６１−２５４９１５号公報等では、シリンドリ
カルレンズあるいはトーリックレンズを用いて、ビーム
整形を行なったり、コリメータレンズの機能をも持たせ
て円形状の平行光を得る様な構成としている。

一方、従来より偏向反射面を有する偏向器、例えば回転
多面鏡を用いたレーザービームプリンタ用のレーザー光
用結像光学系において、該偏向反射面の倒れにより偏向
走査された光ビームが、走査面に直角な面内で変化して
も、被走査面上での走査線にピッチむらが生じない様な
光学系は種々知られている０例えば、特開昭５６−３６
６２２号公報、特開昭５７−１４４５１６号公報等では
、光源であるレーザー放射光束を適当な手段で適当なビ
ーム光束径にコリメートされた光束を、線状に結像する
単一の平凸シリンドリカルレンズからなる第１結像光学
系と、該線状の結像位置近傍に偏向反射面を有する偏向
器、偏向された光束を被走査面上に結像する単一の球面
レンズと単一のトーリックレンズからなる第２結像光学
系から構成されている。該偏向反射面と該被走査面は走
査方向と直角な面内において、幾何光学的共役関係にあ
り、該偏向反射面の倒れを光学的に補正し、走査線のピ
ッチむらを補正している。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のレーザービームプリンタ用のレー
ザー光用結像光学系では、半導体レーザーを光源として
用いた時前記第１結像光学系は、コリメータレンズとシ
リンドリカルレンズより構成される必要があり、構成が
複雑となり調整も時間を要するなどの欠点があった。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は前記第１結
像光学系を異方屈折力を有する単一のレンズのみで構成
することによって、簡素化された光学系を提供し、調整
を容易にすると共に、低コスト化と装置の小型化を実現
するものである。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

半導体レーザーからなる光源からの放射光束は、光源側
から第１面は回転対称な屈折力を有する面からなり、第
２面は水平方向と垂直方向で異なる屈折力を有する面か
ら構成された屈折力に異方性を有する単レンズによって
、水平方向と垂直方向で異なる結像状態、すわなち線像
を形成する。これによって、コリメータレンズとシリン
ドリカルレンズによって構成されていた従来の第１結像
光学系を、単一のレンズのみで構成することが可能とな
り、大幅な簡素化と調整の容易化が、もたらされると共
に、装置の小型化にも寄与する。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を用いて、詳細に
説明する。

第１図は、本発明に係る第１実施例に基づく異方屈折力
単レンズ６を用いたレーザービームプリンタ用のレーザ
ー光用結像光学系の概略構成を示す斜視図である。光源
である半導体レーザーｌからの放射光束は、光源側から
第１面が回転対称な屈折力を有する面、第２面が水平方
向と垂直方向で異なる屈折力を有する面からなる異方屈
折力単レンズ６によって構成された第１結像光学系によ
り、偏向反射面７の近傍に走査方向に線状に結像される
。偏向反射面７は回転多面鏡８の周囲に設けられた複数
の偏向反射面の１つである。これはモーフ（図示せず）
等によって回転駆動され偏向を行なう。該偏向反射面７
によって偏向された光束は、２枚の球面レンズ９．１０
とトーリックレンズ１）により構成される第２結像光学
系１２によって、被走査面１３に走査スポットを形成す
る。

第２図ｉ８＋、　ｆｂ）は、前記第１実施例の夫々、走
査面内すなわち水平方向の面内に於けるレンズ構成と光
路を示す図と、走査方向と直角な面内すなわち垂直方向
の面内に於けるレンズ構成と光路を示す図である。第２
回出）に示す如く、第２結像光学系１２に対して、前記
垂直面内においては、偏向反射面７と被走査面１３の幾
何光学的な共役関係にある。従って、所謂偏向反射面の
面倒れの補正機能を有している。これまで、第１結像光
学系はコリメータレンズ、ビーム整形用プリズム、線像
結像用シリンドリカル等の多くの光学素子の組合わせが
必要であったが、本発明に於ては、異方屈折力単レンズ
を導入することで従来と同じ機能をわずか１つの単レン
ズで置きかえることが可能である。更に、第２結像光学
系の走査方向に直角な方向においては、前記面倒れ補正
機能を持たせるために、偏向方向のパワーよりも強いパ
ワーが必然的に要求される。そこで、走査方向に直角な
方向で補正不足の球面収差が残存し易い、しかしながら
、本発明になる異方屈折力単レンズを第１結像光学系に
用いれば、垂直方向で補正過剰な球面収差を発生させ、
前記第２結像光学系の残存収差と相殺させることで、全
系として良好な収差補正状態とすることができる。これ
は、第１面と第２面を非球面化することで実現される。

一方、非球面化を安価に実施するために、本発明になる
異方屈折力単レンズは成形法によって加工することが望
ましい、更に、素材の安定性から、ガラスレンズからな
るガラス成型レンズであることがより望ましい、成形法
によって作られたレンズの形状を確認するには、干渉法
、機械的接触による３次元測定法などがある。一般的に
は回転対称な面である方が、容易にしかも高精度で形状
の確認ができる。

従って、本発明に於ては、第１面の形状の良否から第２
面の形状の良否の推定を行なうために、第１面を形状の
確認が容易にできる回転対称な面形状としている。その
ため、収差補正の自由度を得るため、第２面はトーリッ
ク面からなることが望ましい。

以下に、各実施例の具体的レンズデータを示す。

但し、ｒｌ、ｒ２は各面の水平方向の屈折に関する曲率
半径、ｒｌｏ、ｒ２゛は各面の垂直方向の屈折に関する
曲率半径、ｄｏは半導体レーザーから第１面までの間隔
、ｄｌはレンズ面間隔、ｎｌは波長７９０　ｎｍにおけ
る屈折率である。第１面は回転対称な非球面であって、
光軸から動径Ｐにおけるサグ量が（１）式で示される形
状を存する。には円錐定数、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＣは
非球面係数である。

＋ＡＥ−Ｐ６　　＋ＡＦ　−Ｐ８　　＋ＡＣ−Ｐ（１・
・・・・・（１） 第２面は垂直方向の横断面が光軸から垂直方向の距ａＸ
に対して（２）式で示される形状である。には円錐定数
、ＡＤ、ＡＥ、ＡＰ、ＡＣ；は非球面係数である。

ｒ。

＋ＡＥ　−Ｘ６　＋ＡＦ　−Ｘｌｌ　＋ＡＣ−Ｘ畿・・
・・・・（２） 第１実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　Ｏ，，１９垂直方向の光
源側のＮＡ　　　Ｏ，０Ｂｄ　０−１）．６３ ｒ　１＝１９．７５８　　　ｒ　１’−１９，７５８ｄ
、　＝５．０Ｉｎ、　−１，６７４５１）ｒ２−−１５
．０２７　　ｒ２°＝−８，７４３第１面の非球面係数 に、−５，１４３４２ＡＤ−１，５６４３１Ｘ１０４Ａ
Ｅ−２，５７３９４Ｘ１０４　　ＡＦ・３．４０５２３
　Ｘ　１０”Ａ　Ｃ−１，４８９４３ｘ　１０４ 第２面の非球面係数 に−４，９７１３０ｘ　１０°Ｉ　　ＡＤ＝９．９５３
２８Ｘ１０’ＡＥ−１，２９２９９Ｘ１０４　　ＡＦ＝
−６，８３６１）Ｘ１０４ＡＧ友４．０１８３６　ｘ　
１０’ 第２実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　０．１８垂直方向の光源
側のＮＡ　　　０．０７ｄ　、、１２．ＯＯ ｒ　１−２２．７１３　　ｒ　１’−２２，７１３ｄｌ
−５，０１ｎ　ｒ　諺１．６７４５１）　ｒｘ−１４，
５９９ｒ２’＝−８，５９６第１面の非球面係数 に寓−５，０２４′８６　　　　　ＡＤ−１，６３１）
０ＸＩＯ’ＡＨ・３．９３９８５ｘ　１０°？　　　Ａ
Ｆ・３．２２８３６Ｘ　ｔｏりＡＧ−・２．５１０９９
　ｘｌＯｌ 第七面の非球面係数 に−−８，８３０２６ｘｌＯ’　　ＡＤ・１．８０５０
６　Ｘ　１０４ＡＥ雰３．９３６３７　ｘ　１０ろ　Ａ
　Ｆ−８，６６３７６Ｘ　１０４Ａ　Ｇ−２，３０１６
５Ｘ　１０４ 第３実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　Ｏ，２０垂直方向の光源
側のＮＡ　　　Ｏ，０９ｄ　ｏ、１５．５４ ｒ　（＊７．３９６　　　ｒ　１　’雪？、３９６　　
　ｄ　１　＝１２．７８ｎ　＋　、１．６７４５１）　
ｒ　２　□１９．９７６　　ｒ　２　’＝１９８．０６
１第１面の非球面係数 に−７，１８１２３ｘｌｏ（ＡＤ・−３，０９７３８Ｘ
ｌ０−’ＡＥ−１．７５７５６Ｘ１０’　　ＡＦ＝４．
１３０６３ｘｌＯ”ＡＧ、−１，６６３２３ＸＩＯ＠ 第２面の非球面係数 に−１，５３１６９ｘ１０８　　ＡＤ・６．１０９２９
　Ｘ　１０るＡＥ、−１，０１００３Ｘ１０４　　ＡＦ
＝−４，４３３６６Ｘ１０４ｐ、　Ｇ−２，５５０２２
ｘｌＯ’ 第４実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　Ｏ，２０垂直方向の光源
側のＮＡ　　　Ｏ，０９ｄ　、４５．６０ ｒ　１−７．４０２　　　ｒ　１’＊７．４０２　　　
ｄ　、　−１２，７８ｎ　１−１．６７４５１）　ｒ　
、　−１９，８２９ｒ　、　’−１８４．７８８第１面
の非球面係数 に−７，２１３４４ｘｌｏ４　　ＡＤ−３，１０９８３
ｘ１０４ＡＥ−１，６６１６７ｘｌｏ’　　ＡＦ−４，
１９５８１ｘｌＯ’？Ａ　Ｃ−１，６２４２７ｘ　１０
４１ 第２面の非球面係数 に−１，０４５９４ｘ１０３　　ＡＤ＝１．０８７０６
ｘｌｌ）４ＡＥ−８，６９３７０ｘｌＯ”　　ＡＦ＝−
２，８４４６７ＸＩＱ’ＡＣ・２．１８０７１　ｘ　１
０’ 第５実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　Ｏ，２１垂直方向の光源
側のＮＡ　　　Ｏ，０？ｄ、、５．１７ ｒ　、　＝１−２２．９２１　　ｒ　１　’−−２２．
９２１　　ｄ　１−１９．４６ｎ　、　−１，６７４５
１）ｒ　、−６，８３８ｒ　、　’ｆｉ−４．８６６第
１面の非球面係数 に電１．５８１６３　ｘ　１０’ｉｌ　　Ａ　Ｄ−２゜
４５１３４　ｘｌＯ’ＡＥ−７，１８３９５ｘｌＯ’　
　　ＡＦ−７，７４５０３ｘ１０４＾Ｇ、−１，０３５
３６Ｘ１０４ 第２面の非球面係数 に、−３，２２８２ＸＩＯ′ＩＡＤ寥３．４’７６９　
ｘｌＯ’Ａ　Ｅ−２，５４０７ｘ　１０う　Ａ　Ｆ　、
−４，０１３５Ｘ　１０”ＡＧ−２，３２９５ＸＩＯ’ 第６実施例 水平方向の光源側のＮＡ　　　０．２１垂直方向の光源
側のＮＡ　　　Ｏ，０８ｄｏ、ｓ、ｔｓ ｒ　、　−−２２，９２２ｒ　１°−２２，９２２ｄ　
、　＝９．４６ｎ　１　ｄ、６７４５１）　ｒ　２−−
６．８３４　　ｒ　２°＝−５，０２９第１面の非球面
係数 に電１．５８０６５Ｘ１０２　　ＡＤ、−２，４４９１
８ＸＩＯ”ＡＥ−６，８０１５８Ｘ１０４　　ＡＦ−８
，０７２０８Ｘ１０４Ａ　Ｇ−１，２４４２６ｘｌＧ’ 第２面の非球面係数 にネー４．２１９２２　ｘｌＯ’　　ＡＤ＝４．６４４
４３ＸＬＱ’ＡＥ、１．７５４６４Ｘ１０”　　ＡＦ＝
−１，２３２５１Ｘｌ０４ＡＣ雰６．０８９０８　ｘ　
１０’ 第３図ないし第８図は夫々実施例工ないし実施例６の特
性を示す、尚、各図中１８＋は、水平方向の球面収差、
山）は水平方向の非点収差、（Ｃ１は垂直方向の球面収
差、（ｄｌは垂直方向の非点収差の各特性を示す、各図
から明らかな様に、実施例２．実施例４、実施例６は、
既述の如く、第２結像光学系で生ずる残存球面収差を相
殺するため、垂直方向の球面収差を補正過剰としたもの
である。

発明の効果 本発明は、光源である半導体レーザーからの放射光束を
、線状に結像する光学系を異方屈折力単レンズのみで構
成することで、光学系を簡素化し、調整を容易にすると
共に、小型化にも寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に基づく異方屈折力単レン
ズを用いたレーザービームプリンタ用のレーザー光用結
像光学系の概略構成を示す斜視図、第２図は本発明の第
１実施例の夫々、水平方向の面内におけるレンズ構成と
光路を示す模式図と垂直方向の面内におけるレンズ構成
と光路を示す模式図、第３図ないし第８図は夫々、本発
明の第１実施例なし第６実施例における各特性の説明図
、第９図は半導体レーザーからの放射光束のひろがりの
状態を示す斜視図である。 １・・・・・・半導体レーザー、６・・・・・・異方屈
折力単レンズ、７・・・・・・偏向反射面、１２・・・
・・・第２結像光学系。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−−−半
輯俸し−サ゛− 第　１　図　　　　　　　　　　　　　　　　　６一−
−冥方Ｘ折力単レンズ７−−−俸ＩζＴＡＭ面 第２図 第３図 球面収良　　昨鰍収夏　　　球面収及　　非九収見（α
）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（０）（
ｄ；）第４図 球５３ｕ　　非力、覗見　　球面収差　　非力、覗見（
（Ｌ）　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　ｆ（１
，）（勾第　５　図 球面状差　　非力、状差　　球面状差　　非免病差（仄
）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｅ）　　　　　　
（沈）第６図 （α）　　　　　　ｔｂ＞　　　　　　（Ｑ）　　　　
　　＜ｄ、）第７図 球面べ差　　非熱状差　　　球面状差　　昨九枢差（α
）（ｂ）（Ｃ）　　　　　　画 業８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの放射光束を、水平方向と垂直方向で異
   なる結像状態にする単レンズであって、光源側から第１
   面は回転対称な屈折力を有する面からなり、第２面は水
   平方向と垂直方向で異なる屈折力を有する面からなるこ
   とを特徴とする異方屈折力単レンズ。
2. （２）光源側から第１面は回転対称な非球面からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の異方屈
   折力単レンズ。
3. （３）光源側から第２面はトーリック面からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の異方屈折力
   単レンズ。
4. （４）ガラスレンズからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の異方屈折力単レンズ。
5. （５）ガラス成型レンズからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の異方屈折力単レンズ。