JP2608801B2 - 走査式光学装置 - Google Patents
走査式光学装置Info
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
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Description
この発明は、像面上にスポットを走査させて画像を形
成する走査式光学装置に関し、より詳細には、像面湾
曲、すなわち光軸から離れた周辺部におけるスポットの
デフォーカスの発生を抑えることができる走査式光学装
置に関するものである。
成する走査式光学装置に関し、より詳細には、像面湾
曲、すなわち光軸から離れた周辺部におけるスポットの
デフォーカスの発生を抑えることができる走査式光学装
置に関するものである。
従来から、ポリゴンミラーの面倒れ誤差を補正するた
め、走査される光束を副走査方向で一旦結像させるアナ
モフィックな光学系を用いた走査式光学装置が知られて
いる（特開昭63−146015号公報参照）。 このような従来の走査式光学装置は、光学系の副走査
方向の正のパワーが大きいため、走査面の周辺部では像
面湾曲がアンダーとなる傾向がある。 従来の走査光学系は、主走査面にも凸の曲面をもつト
ーリックレンズを用いると共に、副走査面に負の曲率を
持つシリンダー面又はトーリック面を他のレンズに用
い、主副走査方向のパワー差を緩和することにより周辺
での像面湾曲を補正していた。 また、走査偏向器としてポリゴンミラーを用いる光学
系では、ポリゴンミラーの径を比較的大きく設定するこ
とにより、その偏向点変化を用いて周辺部の像面湾曲を
補正していた。偏向点変化の量は、反射面数が同一であ
ればポリゴンミラーの径に応じて変化する。
め、走査される光束を副走査方向で一旦結像させるアナ
モフィックな光学系を用いた走査式光学装置が知られて
いる（特開昭63−146015号公報参照）。 このような従来の走査式光学装置は、光学系の副走査
方向の正のパワーが大きいため、走査面の周辺部では像
面湾曲がアンダーとなる傾向がある。 従来の走査光学系は、主走査面にも凸の曲面をもつト
ーリックレンズを用いると共に、副走査面に負の曲率を
持つシリンダー面又はトーリック面を他のレンズに用
い、主副走査方向のパワー差を緩和することにより周辺
での像面湾曲を補正していた。 また、走査偏向器としてポリゴンミラーを用いる光学
系では、ポリゴンミラーの径を比較的大きく設定するこ
とにより、その偏向点変化を用いて周辺部の像面湾曲を
補正していた。偏向点変化の量は、反射面数が同一であ
ればポリゴンミラーの径に応じて変化する。
しかしながら、副走査方向の負のパワーを強くする
と、像面湾曲を良好に補正することはできるが、スキュ
ー方向の波面収差が悪化してしまい、スポット形状の劣
化を生ずる。 また、通常のレーザープリンター等の走査光学系で
は、レーザー光が走査レンズの光軸外からポリゴンミラ
ーへ入射するため、ポリゴンミラーの偏向点変化が光軸
に対して非対称となる。従って、像面湾曲が非対称に現
れ、光軸に対して対称形状のレンズを用いる場合には補
正できないという問題があった。ポリゴンミラーの径を
大きくすることにより、像面湾曲補正の効果を上げるこ
とはできるが、同時に非対称性も大きくなってしまう。 このような問題は、特に精度が高く、走査範囲が大き
い装置において顕著である。 例えば、レーザー製版等のドット密度1000dpi以上の
高精細が要求される装置では、スポット径を30μｍ程度
まで絞るために、Ｆナンバー1:25〜1:35程度のレンズ系
が必要となり、スキュー方向の波面収差による画質の劣
化が顕著となる。 また、ポスター等の印刷に用いるレーザー製版器は、
走査巾が600mm以上にもおよぶ広域なものであり、レン
ズ系の焦点距離が長くなるので、波面収差を良好に補正
し、かつ像面湾曲を補正することは非常に困難であっ
た。
と、像面湾曲を良好に補正することはできるが、スキュ
ー方向の波面収差が悪化してしまい、スポット形状の劣
化を生ずる。 また、通常のレーザープリンター等の走査光学系で
は、レーザー光が走査レンズの光軸外からポリゴンミラ
ーへ入射するため、ポリゴンミラーの偏向点変化が光軸
に対して非対称となる。従って、像面湾曲が非対称に現
れ、光軸に対して対称形状のレンズを用いる場合には補
正できないという問題があった。ポリゴンミラーの径を
大きくすることにより、像面湾曲補正の効果を上げるこ
とはできるが、同時に非対称性も大きくなってしまう。 このような問題は、特に精度が高く、走査範囲が大き
い装置において顕著である。 例えば、レーザー製版等のドット密度1000dpi以上の
高精細が要求される装置では、スポット径を30μｍ程度
まで絞るために、Ｆナンバー1:25〜1:35程度のレンズ系
が必要となり、スキュー方向の波面収差による画質の劣
化が顕著となる。 また、ポスター等の印刷に用いるレーザー製版器は、
走査巾が600mm以上にもおよぶ広域なものであり、レン
ズ系の焦点距離が長くなるので、波面収差を良好に補正
し、かつ像面湾曲を補正することは非常に困難であっ
た。
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであ
り、負のシリンダー面又はトーリック面の曲率を強くせ
ずに、また、ポリゴンミラーの偏向点変化を抑えつつ、
像面湾曲を良好に補正することができる走査式光学装置
を提供することを目的とする。
り、負のシリンダー面又はトーリック面の曲率を強くせ
ずに、また、ポリゴンミラーの偏向点変化を抑えつつ、
像面湾曲を良好に補正することができる走査式光学装置
を提供することを目的とする。
この発明に係る走査式光学装置は、上記目的を達成さ
せるため、レーザー光源から発したレーザー光を偏向さ
せる走査偏向器と、偏向されたレーザー光を像面上に収
束させる走査レンズとの間に、像面の周辺部における集
光位置を像面の中心部における集光位置より実質上走査
レンズ側へ近接させる集光位置変更素子を設けたことを
特徴とする。
せるため、レーザー光源から発したレーザー光を偏向さ
せる走査偏向器と、偏向されたレーザー光を像面上に収
束させる走査レンズとの間に、像面の周辺部における集
光位置を像面の中心部における集光位置より実質上走査
レンズ側へ近接させる集光位置変更素子を設けたことを
特徴とする。
上記構成によれば、集光位置変更素子の作用によって
像面湾曲が補正される。 走査偏向器としてポリゴンミラーを用いる場合には、
集光位置変更素子による集光位置補正効果と、ポリゴン
ミラーの偏向点変化による集光位置補正効果とが共に像
面湾曲の補正に効果を奏する。 この場合、ポリゴンミラーの偏向点変化による像面湾
曲補正の効果を得るため、ポリゴンミラーの内接半径を
ｒ、走査レンズとしてのｆθレンズの主走査方向の焦点
距離をfyとして、ｒ＞0.05fyの条件を満たすことが望ま
しい。ｒが0.05frより小さいと、偏向点変化による集光
位置変更の効果が小さくなる。 更に、像面湾曲を良好に補正するため、ｆθレンズ副
走査方向倍率をmz、ポリゴンミラーによる副走査方向の
物体距離変化をS1、集光位置変更素子による副走査方向
の物体距離変化をS2として、 0.05fy＜mz2（S1＋S2）＜0.15fy の条件を満たすことが望ましい。 上式の下限を下回る場合には、ポリゴンミラーと集光
位置変更素子とによる物体距離変化が小さく、像面湾曲
補正効果を十分に発揮させることができない。この補正
不足分を、副走査方向の負のパワーを強くすることによ
って補う構成とすると、波面収差が悪化する。 上限を越える場合には、ポリゴンミラーと集光位置変
更素子とによる効果が過剰となり、ポリゴンミラーまた
は集光位置変更素子が非現実的な大きさとなる。
像面湾曲が補正される。 走査偏向器としてポリゴンミラーを用いる場合には、
集光位置変更素子による集光位置補正効果と、ポリゴン
ミラーの偏向点変化による集光位置補正効果とが共に像
面湾曲の補正に効果を奏する。 この場合、ポリゴンミラーの偏向点変化による像面湾
曲補正の効果を得るため、ポリゴンミラーの内接半径を
ｒ、走査レンズとしてのｆθレンズの主走査方向の焦点
距離をfyとして、ｒ＞0.05fyの条件を満たすことが望ま
しい。ｒが0.05frより小さいと、偏向点変化による集光
位置変更の効果が小さくなる。 更に、像面湾曲を良好に補正するため、ｆθレンズ副
走査方向倍率をmz、ポリゴンミラーによる副走査方向の
物体距離変化をS1、集光位置変更素子による副走査方向
の物体距離変化をS2として、 0.05fy＜mz2（S1＋S2）＜0.15fy の条件を満たすことが望ましい。 上式の下限を下回る場合には、ポリゴンミラーと集光
位置変更素子とによる物体距離変化が小さく、像面湾曲
補正効果を十分に発揮させることができない。この補正
不足分を、副走査方向の負のパワーを強くすることによ
って補う構成とすると、波面収差が悪化する。 上限を越える場合には、ポリゴンミラーと集光位置変
更素子とによる効果が過剰となり、ポリゴンミラーまた
は集光位置変更素子が非現実的な大きさとなる。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。 ≪第１実施例≫ まず、第１図に基づいてこの装置の光学素子の配置関
係を説明する。 図示される光学系は、光源としてのレーザーダイオー
ド10と、レーザーダイオード10から発する発散光を平行
光束とするコリメートレンズ11と、コリメートされた光
束を反射させる折り返しミラー12及び、この光束により
線像を形成する結像レンズとしてのシリンドリカルレン
ズ13と、光束の線像位置に一致して設けられたスリット
ミラー21を有するプリズムブロック20と、スリットミラ
ー21により反射された光束を反射偏光させるポリゴンミ
ラー30と、ポリゴンミラー30による反射光束を集光して
像面上にスポットを形成するｆθレンズ40とを備えてい
る。 ここで、ポリゴンミラー30によって光束が走査される
面を主走査面とし、主走査面に対して垂直でポリゴンミ
ラーの回転軸31を含む面を副走査面とする。 プリズムブロック20は、三角柱プリズム22と台形プリ
ズム23とを貼合わせた直方体形状であり、貼合わせ面に
全反射鏡であるスリットミラー21が蒸着されている。ス
リットミラー21の主走査面に対する角度はほぼ45゜であ
る。 レーザーダイオード10を出射した発散光はコリメート
された後にシリンドリカルレンズ13によってスリットミ
ラー21上に線状に結像すると共に、このスリットミラー
21により全光量が反射され、ｆθレンズ40の光軸を通っ
てポリゴンミラー30へと向かう。 ポリゴンミラー30で反射、偏光された光束は、所定の
広がりを持って再びプリズムブロック20へ達する。ここ
で、大部分の光束はスリットミラー21の周囲の部分を透
過してｆθレンズ40へ入射し、ｆθレンズの作用により
図示せぬ感光体面上に等速で走査するスポットを形成す
る。 光路を分離するために設けられたスリットミラー21
は、ポリゴンミラー30の回転角度の変化に基づく透過率
の変化がないため、像面上での像高によるスポット強度
の変化がない。 次に、上記構成によるポリゴンミラー30の偏向点変化
と、プリズムブロック20による集光点の移動との原理を
第２図に基づいて説明する。なお、ここでは、ｆθレン
ズの光軸上を通ってポリゴンミラー30に入射する光線を
代表して示している。 ポリゴンミラー30からの反射光束がｆθレンズ40の光
軸に対してθの走査角をもつとき、ポリゴンミラーは、
光軸と垂直である状態を基準としてθ/2回転しているこ
ととなる。 このとき、反射面と入射光線との交点は、上記と同様
にポリゴンミラーが光軸と垂直である状態における偏向
点（以下、基準偏向点という）を基準とすると、内接半
径ｒとして、 だけシフトし、物体距離は、偏向点変化がない場合に比
べ光軸方向に、 S1＝Δ・（１＋cosθ） だけ短くなる。 また、ポリゴンミラーからｆθレンズへ向かう光束
は、主走査面内では平行光であり、副走査面内では発散
光束である。このため、光路中に設けられたプリズムブ
ロック20は、主走査面では光束に対して作用せず、副走
査面では入射する角度によって焦点移動の作用を生ず
る。 一般に、収束光、あるいは発散光の光路中に、屈折率
ｎ、厚さｄなる平行平面を挿入した場合、平行平面板内
の空気換算距離はd/nとなるため、平行平面を入れた時
と入れない時で（ｄ・（ｎ−１））/nの焦点移動を生ず
る。 また、ポリゴンミラーとｆθレンズとの間に、光軸方
向の厚さdFと平行平面であるプリズムブロック20を配置
した場合、プリズムブロック20を透過する光線の空気換
算距離は、プリズムブロックの屈折率をnFとして、軸上
の光束に対してはdF/nFである。 他方、軸外の光束はサジタル光線であるので、プリズ
ムブロック内における空気換算距離は屈折率分変化す
る。プリズムブロック内の屈折した光線の空気換算距離
は、屈折角度をθ′としてdF/（nF・cosθ′）となる。 ここで、nF・sinθ′＝sinθである。 角度θでプリズムブロックに入射してプリズムブロッ
クから射出する光線（実線）は、プリズムブロックがな
ければ、破線で示したように角度θで同一の距離を進む
こととなる。この破線で示した光線を光軸に投影した場
合、その長さは、（dF・cosθ）／（nF・cosθ′）とな
る。従って、軸上光線との光路差S2は、 S2＝（dF/nF）（１−（cosθ/cosθ′）） となり、物体距離は、S2だけ周辺の方が短くなる。 すなわち、線像の結像位置がｆθレンズ側からみて走
査角θの光線の方が、S1＋S2近づいたことになる。 従って、ｆθレンズ系の副走査面内での倍率をmzとし
て、ほぼ mz2（S1＋S2） だけ周辺の像湾曲が改善される。 次に、第１実施例の具体的な数値構成を説明する。 第３図は、第１実施例に係る走査式光学装置の光学系
の配置を示したものであり、（ａ）は主走査面、（ｂ）
は副走査面を示している。 その具体的な数値構成は以下の表に示した通りであ
る。第１表はシリンダーレンズの構成、第２表はｆθレ
ンズの構成を示している。この実施例では、レーザーダ
イオードの発振波長λ＝780nmである。 表中の記号は、ryが主走査方向曲率半径、rzが副走査
方向曲率半径、fcがシリンダーレンズの副走査方向の焦
点距離、fyがｆθレンズの主走査方向の焦点距離、mzが
ｆθレンズの副走査方向の横倍率である。 第１実施例の構成による収差は第４図に示した通りで
ある。なお、この光学系においては、収差のバランスを
とるために実際の像点を主副方向の近軸像点からずらし
ている。そして、第４図の球面収差図では、この像点の
ズレをも含んで表示している。この表示は、第２実施例
以下も同様である。 第１表 fc＝100.61 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 21.0 10.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 2.08 ３ ∞ −28.0 8.00 1.51072 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝74.03mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝28.05 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝49 プリズムブロック 厚さ dF＝83.6 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝129.59 第２表 fy＝659.63 mz＝3.02 mz2（S1＋S2）＝0.092fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −280.0 −280.0 39.64 1.71230 ２ ∞ 190.0 10.56 ３ −3770.306 −3770.306 31.21 1.51072 ４ −315.0 −315.0 1.00 ５ ∞ ∞ 32.00 1.71230 ６ −350.0 −93.3 最終面から像面までの距離 fb＝763.23 なお、プリズムブロック20によるゴースト発生を防止
するために、入射側、射出側の少なくとも１面を平面に
近い曲面とすることもできる。 ≪第２実施例≫ 次に、第１実施例とほぼ同様の構成で、光源として発
振波長λ＝632.8nmのHe−Neレーザーを用いた第２実施
例を示す。光学系の構成は第１実施例とほぼ同様である
ので図示は省略する。 第３表はシリンダーレンズの構成、第４表はｆθレン
ズの構成を示している。第２実施例の構成による収差は
第５図に示した通りである。 第３表 fc＝99.63 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 21.0 10.00 1.51462 ２ ∞ ∞ 2.08 ３ ∞ −28.0 8.00 1.51462 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝73.15mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝27.42 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝49 プリズムブロック 厚さ dF＝83.6 屈折率 nF＝1.51462 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝130.72 第４表 fy＝659.92 mz＝3.09 mz2（S1＋S2）＝0.096fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −285.0 −285.0 36.64 1.72309 ２ ∞ 190.0 10.66 ３ −3421.511 −3421.511 31.77 1.51462 ４ −322.800 −322.800 1.00 ５ ∞ ∞ 32.00 1.72309 ６ −350.0 −94.4 最終面から像面までの距離 fb＝764.47 ≪第３実施例≫ 第６図は、この発明の第３実施例に係る走査式光学装
置の光学系の配置を示したものであり、（ａ）は主走査
面、（ｂ）は副走査面である。その具体的な数値構成は
以下の表に示した通りである。第５表はシリンダーレン
ズの構成、第６表はｆθレンズの構成を示している。こ
の実施例では、レーザーダイオードの発振波長λ＝780n
mである。第３実施例の構成による収差は第７図に示し
た通りである。 第５表 fc＝100.02 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 20.8 8.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 1.19 ３ ∞ −29.5 6.00 1.51072 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝80.12mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.96 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝75 プリズムブロック 厚さ dF＝30.0 屈折率 nF＝1.76591 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝118.35 第６表 fy＝659.33 mz＝2.84 mz2（S1＋S2）＝0.069fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −288.139 −288.139 17.66 1.76591 ２ −234.0 −234.0 8.38 ３ −236.0 −236.0 22.44 1.71230 ４ ∞ 215.0 12.84 ５ −3236.220 −3236.220 23.66 1.51072 ６ −328.301 −328.301 1.00 ７ ∞ ∞ 36.10 1.71230 ８ −350.0 −96.7 最終面から走査面までの距離 fb＝751.26 ≪第４実施例≫ 次に、第３実施例とほぼ同様の構成で、レーザーダイ
オードの発振波長λ＝632.8nmとした第４実施例を示
す。光学系の構成はほぼ同様であるので図示は省略す
る。第７表はシリンダーレンズの構成、第８表はｆθレ
ンズの構成を示している。第４実施例の構成による収差
は第８図に示した通りである。 第７表 fc＝99.11 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 20.8 8.00 1.51462 ２ ∞ ∞ 1.19 ３ ∞ −29.5 6.00 1.51462 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝79.28mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.96 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝75 プリズムブロック 厚さ dF＝30.0 屈折率 nF＝1.77861 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝116.43 第８表 fy＝659.42 mz＝2.87 mz2（S1＋S2）＝0.071fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −282.196 −282.196 18.89 1.77861 ２ −231.100 −231.100 8.45 ３ −238.573 −238.573 22.56 1.72309 ４ ∞ 215.0 12.62 ５ −3146.0 −3146.0 23.02 1.51462 ６ −334.8 −334.8 0.97 ７ ∞ ∞ 36.26 1.72309 ８ −350.16 −97.0 最終面から走査面までの距離 fb＝752.86 ≪第５実施例≫ 第９図は、第５実施例を示す主走査面内の説明図であ
る。 この実施例では、光源から発したレーザー光が主走査
面内でｆθレンズの光軸に対して所定の角度をもってポ
リゴンミラー30へ入射する。また、ポリゴンミラー30
は、第１〜第４実施例よりも径の小さい４面のポリゴン
ミラーであり、偏向点変化を小さくし、集光位置変更素
子20による像面湾曲の補正効果を大きくしている。 第５実施例のシリンドリカルレンズの構成は第９表、
ｆθレンズの構成は第10表に示されている。この構成に
よる収差は第10図に示した通りである。 第９表 fc＝117.48 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 60.0 15.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝107.55mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.25 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝25 入射光とｆθレンズの光軸とのなす角度 ｗ＝−55゜ プリズムブロック 厚さ dF＝50.00 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝128.07 第10表 fy＝559.60 mz＝2.67 mz2（S1＋S2）＝0.047fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −280.000 −280.000 34.60 1.71230 ２ ∞ 201.400 12.33 ３ −2444.907 −2444.907 26.10 1.51072 ４ −313.650 −313.650 2.03 ５ ∞ ∞ 29.30 1.71230 ６ −315.000 −92.300 最終面から走査面までの距離 fb＝688.19 ≪第６実施例≫ 第11図は、この発明の第６実施例を示したものであ
る。 ポリゴンミラーの内接半径が０となる場合、すなわ
ち、表裏が反射面とされた平板状のミラー30′を用いた
場合を示している。 レーザー光は、ミラー30′の回転中心に向けてミラー
30′に入射する。従って、平板状のミラーの厚さが無視
できれば、偏向点は常に回転中心にほぼ一致することと
なり、像面湾曲は完全に対称性を持つととなる。 第11表はシリンダーレンズの構成、第12表はｆθレン
ズの構成を示している。第６実施例の構成による収差は
第12図に示した通りである。 第11表 fc＝117.48 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 60.0 15.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝107.55mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝28.65 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝０ 入射光とｆθレンズの光軸とのなす角度 ｗ＝−55゜ プリズムブロック 厚さ dF＝65.60 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝140.36 第12表 fy＝599.22 mz＝2.61 mz2（S1＋S2）＝0.037fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −278.000 −278.000 31.64 1.71230 ２ ∞ 202.000 12.36 ３ −2444.907 −2444.907 25.22 1.51072 ４ −307.260 −307.260 2.11 ７ ∞ ∞ 29.77 1.71230 ８ −350.000 −92.400 最終面から走査面までの距離 fb＝684.76
係を説明する。 図示される光学系は、光源としてのレーザーダイオー
ド10と、レーザーダイオード10から発する発散光を平行
光束とするコリメートレンズ11と、コリメートされた光
束を反射させる折り返しミラー12及び、この光束により
線像を形成する結像レンズとしてのシリンドリカルレン
ズ13と、光束の線像位置に一致して設けられたスリット
ミラー21を有するプリズムブロック20と、スリットミラ
ー21により反射された光束を反射偏光させるポリゴンミ
ラー30と、ポリゴンミラー30による反射光束を集光して
像面上にスポットを形成するｆθレンズ40とを備えてい
る。 ここで、ポリゴンミラー30によって光束が走査される
面を主走査面とし、主走査面に対して垂直でポリゴンミ
ラーの回転軸31を含む面を副走査面とする。 プリズムブロック20は、三角柱プリズム22と台形プリ
ズム23とを貼合わせた直方体形状であり、貼合わせ面に
全反射鏡であるスリットミラー21が蒸着されている。ス
リットミラー21の主走査面に対する角度はほぼ45゜であ
る。 レーザーダイオード10を出射した発散光はコリメート
された後にシリンドリカルレンズ13によってスリットミ
ラー21上に線状に結像すると共に、このスリットミラー
21により全光量が反射され、ｆθレンズ40の光軸を通っ
てポリゴンミラー30へと向かう。 ポリゴンミラー30で反射、偏光された光束は、所定の
広がりを持って再びプリズムブロック20へ達する。ここ
で、大部分の光束はスリットミラー21の周囲の部分を透
過してｆθレンズ40へ入射し、ｆθレンズの作用により
図示せぬ感光体面上に等速で走査するスポットを形成す
る。 光路を分離するために設けられたスリットミラー21
は、ポリゴンミラー30の回転角度の変化に基づく透過率
の変化がないため、像面上での像高によるスポット強度
の変化がない。 次に、上記構成によるポリゴンミラー30の偏向点変化
と、プリズムブロック20による集光点の移動との原理を
第２図に基づいて説明する。なお、ここでは、ｆθレン
ズの光軸上を通ってポリゴンミラー30に入射する光線を
代表して示している。 ポリゴンミラー30からの反射光束がｆθレンズ40の光
軸に対してθの走査角をもつとき、ポリゴンミラーは、
光軸と垂直である状態を基準としてθ/2回転しているこ
ととなる。 このとき、反射面と入射光線との交点は、上記と同様
にポリゴンミラーが光軸と垂直である状態における偏向
点（以下、基準偏向点という）を基準とすると、内接半
径ｒとして、 だけシフトし、物体距離は、偏向点変化がない場合に比
べ光軸方向に、 S1＝Δ・（１＋cosθ） だけ短くなる。 また、ポリゴンミラーからｆθレンズへ向かう光束
は、主走査面内では平行光であり、副走査面内では発散
光束である。このため、光路中に設けられたプリズムブ
ロック20は、主走査面では光束に対して作用せず、副走
査面では入射する角度によって焦点移動の作用を生ず
る。 一般に、収束光、あるいは発散光の光路中に、屈折率
ｎ、厚さｄなる平行平面を挿入した場合、平行平面板内
の空気換算距離はd/nとなるため、平行平面を入れた時
と入れない時で（ｄ・（ｎ−１））/nの焦点移動を生ず
る。 また、ポリゴンミラーとｆθレンズとの間に、光軸方
向の厚さdFと平行平面であるプリズムブロック20を配置
した場合、プリズムブロック20を透過する光線の空気換
算距離は、プリズムブロックの屈折率をnFとして、軸上
の光束に対してはdF/nFである。 他方、軸外の光束はサジタル光線であるので、プリズ
ムブロック内における空気換算距離は屈折率分変化す
る。プリズムブロック内の屈折した光線の空気換算距離
は、屈折角度をθ′としてdF/（nF・cosθ′）となる。 ここで、nF・sinθ′＝sinθである。 角度θでプリズムブロックに入射してプリズムブロッ
クから射出する光線（実線）は、プリズムブロックがな
ければ、破線で示したように角度θで同一の距離を進む
こととなる。この破線で示した光線を光軸に投影した場
合、その長さは、（dF・cosθ）／（nF・cosθ′）とな
る。従って、軸上光線との光路差S2は、 S2＝（dF/nF）（１−（cosθ/cosθ′）） となり、物体距離は、S2だけ周辺の方が短くなる。 すなわち、線像の結像位置がｆθレンズ側からみて走
査角θの光線の方が、S1＋S2近づいたことになる。 従って、ｆθレンズ系の副走査面内での倍率をmzとし
て、ほぼ mz2（S1＋S2） だけ周辺の像湾曲が改善される。 次に、第１実施例の具体的な数値構成を説明する。 第３図は、第１実施例に係る走査式光学装置の光学系
の配置を示したものであり、（ａ）は主走査面、（ｂ）
は副走査面を示している。 その具体的な数値構成は以下の表に示した通りであ
る。第１表はシリンダーレンズの構成、第２表はｆθレ
ンズの構成を示している。この実施例では、レーザーダ
イオードの発振波長λ＝780nmである。 表中の記号は、ryが主走査方向曲率半径、rzが副走査
方向曲率半径、fcがシリンダーレンズの副走査方向の焦
点距離、fyがｆθレンズの主走査方向の焦点距離、mzが
ｆθレンズの副走査方向の横倍率である。 第１実施例の構成による収差は第４図に示した通りで
ある。なお、この光学系においては、収差のバランスを
とるために実際の像点を主副方向の近軸像点からずらし
ている。そして、第４図の球面収差図では、この像点の
ズレをも含んで表示している。この表示は、第２実施例
以下も同様である。 第１表 fc＝100.61 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 21.0 10.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 2.08 ３ ∞ −28.0 8.00 1.51072 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝74.03mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝28.05 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝49 プリズムブロック 厚さ dF＝83.6 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝129.59 第２表 fy＝659.63 mz＝3.02 mz2（S1＋S2）＝0.092fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −280.0 −280.0 39.64 1.71230 ２ ∞ 190.0 10.56 ３ −3770.306 −3770.306 31.21 1.51072 ４ −315.0 −315.0 1.00 ５ ∞ ∞ 32.00 1.71230 ６ −350.0 −93.3 最終面から像面までの距離 fb＝763.23 なお、プリズムブロック20によるゴースト発生を防止
するために、入射側、射出側の少なくとも１面を平面に
近い曲面とすることもできる。 ≪第２実施例≫ 次に、第１実施例とほぼ同様の構成で、光源として発
振波長λ＝632.8nmのHe−Neレーザーを用いた第２実施
例を示す。光学系の構成は第１実施例とほぼ同様である
ので図示は省略する。 第３表はシリンダーレンズの構成、第４表はｆθレン
ズの構成を示している。第２実施例の構成による収差は
第５図に示した通りである。 第３表 fc＝99.63 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 21.0 10.00 1.51462 ２ ∞ ∞ 2.08 ３ ∞ −28.0 8.00 1.51462 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝73.15mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝27.42 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝49 プリズムブロック 厚さ dF＝83.6 屈折率 nF＝1.51462 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝130.72 第４表 fy＝659.92 mz＝3.09 mz2（S1＋S2）＝0.096fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −285.0 −285.0 36.64 1.72309 ２ ∞ 190.0 10.66 ３ −3421.511 −3421.511 31.77 1.51462 ４ −322.800 −322.800 1.00 ５ ∞ ∞ 32.00 1.72309 ６ −350.0 −94.4 最終面から像面までの距離 fb＝764.47 ≪第３実施例≫ 第６図は、この発明の第３実施例に係る走査式光学装
置の光学系の配置を示したものであり、（ａ）は主走査
面、（ｂ）は副走査面である。その具体的な数値構成は
以下の表に示した通りである。第５表はシリンダーレン
ズの構成、第６表はｆθレンズの構成を示している。こ
の実施例では、レーザーダイオードの発振波長λ＝780n
mである。第３実施例の構成による収差は第７図に示し
た通りである。 第５表 fc＝100.02 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 20.8 8.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 1.19 ３ ∞ −29.5 6.00 1.51072 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝80.12mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.96 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝75 プリズムブロック 厚さ dF＝30.0 屈折率 nF＝1.76591 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝118.35 第６表 fy＝659.33 mz＝2.84 mz2（S1＋S2）＝0.069fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −288.139 −288.139 17.66 1.76591 ２ −234.0 −234.0 8.38 ３ −236.0 −236.0 22.44 1.71230 ４ ∞ 215.0 12.84 ５ −3236.220 −3236.220 23.66 1.51072 ６ −328.301 −328.301 1.00 ７ ∞ ∞ 36.10 1.71230 ８ −350.0 −96.7 最終面から走査面までの距離 fb＝751.26 ≪第４実施例≫ 次に、第３実施例とほぼ同様の構成で、レーザーダイ
オードの発振波長λ＝632.8nmとした第４実施例を示
す。光学系の構成はほぼ同様であるので図示は省略す
る。第７表はシリンダーレンズの構成、第８表はｆθレ
ンズの構成を示している。第４実施例の構成による収差
は第８図に示した通りである。 第７表 fc＝99.11 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 20.8 8.00 1.51462 ２ ∞ ∞ 1.19 ３ ∞ −29.5 6.00 1.51462 ４ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝79.28mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.96 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝75 プリズムブロック 厚さ dF＝30.0 屈折率 nF＝1.77861 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝116.43 第８表 fy＝659.42 mz＝2.87 mz2（S1＋S2）＝0.071fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −282.196 −282.196 18.89 1.77861 ２ −231.100 −231.100 8.45 ３ −238.573 −238.573 22.56 1.72309 ４ ∞ 215.0 12.62 ５ −3146.0 −3146.0 23.02 1.51462 ６ −334.8 −334.8 0.97 ７ ∞ ∞ 36.26 1.72309 ８ −350.16 −97.0 最終面から走査面までの距離 fb＝752.86 ≪第５実施例≫ 第９図は、第５実施例を示す主走査面内の説明図であ
る。 この実施例では、光源から発したレーザー光が主走査
面内でｆθレンズの光軸に対して所定の角度をもってポ
リゴンミラー30へ入射する。また、ポリゴンミラー30
は、第１〜第４実施例よりも径の小さい４面のポリゴン
ミラーであり、偏向点変化を小さくし、集光位置変更素
子20による像面湾曲の補正効果を大きくしている。 第５実施例のシリンドリカルレンズの構成は第９表、
ｆθレンズの構成は第10表に示されている。この構成に
よる収差は第10図に示した通りである。 第９表 fc＝117.48 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 60.0 15.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝107.55mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝29.25 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝25 入射光とｆθレンズの光軸とのなす角度 ｗ＝−55゜ プリズムブロック 厚さ dF＝50.00 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝128.07 第10表 fy＝559.60 mz＝2.67 mz2（S1＋S2）＝0.047fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −280.000 −280.000 34.60 1.71230 ２ ∞ 201.400 12.33 ３ −2444.907 −2444.907 26.10 1.51072 ４ −313.650 −313.650 2.03 ５ ∞ ∞ 29.30 1.71230 ６ −315.000 −92.300 最終面から走査面までの距離 fb＝688.19 ≪第６実施例≫ 第11図は、この発明の第６実施例を示したものであ
る。 ポリゴンミラーの内接半径が０となる場合、すなわ
ち、表裏が反射面とされた平板状のミラー30′を用いた
場合を示している。 レーザー光は、ミラー30′の回転中心に向けてミラー
30′に入射する。従って、平板状のミラーの厚さが無視
できれば、偏向点は常に回転中心にほぼ一致することと
なり、像面湾曲は完全に対称性を持つととなる。 第11表はシリンダーレンズの構成、第12表はｆθレン
ズの構成を示している。第６実施例の構成による収差は
第12図に示した通りである。 第11表 fc＝117.48 面番号 ry rz ｄ ｎ １ ∞ 60.0 15.00 1.51072 ２ ∞ ∞ 最終面から線像までの距離 L1＝107.55mm 線像から基準偏向点までの空気換算距離 L2＝28.65 ポリゴンミラーの内接半径 ｒ＝０ 入射光とｆθレンズの光軸とのなす角度 ｗ＝−55゜ プリズムブロック 厚さ dF＝65.60 屈折率 nF＝1.51072 基準偏向点からｆθレンズ第１面までのプリズムブロッ
クを含む距離 ｅ＝140.36 第12表 fy＝599.22 mz＝2.61 mz2（S1＋S2）＝0.037fy 面番号 ry rz ｄ ｎ １ −278.000 −278.000 31.64 1.71230 ２ ∞ 202.000 12.36 ３ −2444.907 −2444.907 25.22 1.51072 ４ −307.260 −307.260 2.11 ７ ∞ ∞ 29.77 1.71230 ８ −350.000 −92.400 最終面から走査面までの距離 fb＝684.76
以上説明したように、この発明の走査式光学装置によ
れば、集光位置変更素子によって像面湾曲を補正するこ
とができるため、必ずしもポリゴンミラーの偏向点変化
により像面湾曲を補正する必要がなく、ポリゴンミラー
の径を小さくして像面湾曲の非対称性を低減することが
できる。 また、負のシリンダー面又はトーリック面の曲率を強
くする必要もないため、副走査方向の像面湾曲及び波面
収差を良好に補正し、かつ広域走査が可能な走査式光学
装置を提供することができる。
れば、集光位置変更素子によって像面湾曲を補正するこ
とができるため、必ずしもポリゴンミラーの偏向点変化
により像面湾曲を補正する必要がなく、ポリゴンミラー
の径を小さくして像面湾曲の非対称性を低減することが
できる。 また、負のシリンダー面又はトーリック面の曲率を強
くする必要もないため、副走査方向の像面湾曲及び波面
収差を良好に補正し、かつ広域走査が可能な走査式光学
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明に係る走査式光学装置の光学素子の配
置関係を示す斜視図、第２図はこの発明の原理を示す説
明図、第３図（ａ）（ｂ）はこの発明の第１実施例を示
す主走査面内、副走査面内の説明図、第４図はこの発明
の第１実施例の収差図、第５図はこの発明の第２実施例
の収差図、第６図（ａ）（ｂ）はこの発明の第３実施例
を示す主走査面内、副走査面内の説明図、第７図はこの
発明の第３実施例の収差図、第８図はこの発明の第４実
施例の収差図、第９図はこの発明の第５実施例を示す主
走査面内の説明図、第10図は第５実施例の収差図、第11
図はこの発明の第６実施例を示す主走査面内の説明図、
第12図は第５実施例の収差図である。 10……レーザーダイオード（レーザー光源） 20……プリズムブロック（集光位置変更素子） 30……ポリゴンミラー（走査偏向器） 40……ｆθレンズ（走査レンズ）
置関係を示す斜視図、第２図はこの発明の原理を示す説
明図、第３図（ａ）（ｂ）はこの発明の第１実施例を示
す主走査面内、副走査面内の説明図、第４図はこの発明
の第１実施例の収差図、第５図はこの発明の第２実施例
の収差図、第６図（ａ）（ｂ）はこの発明の第３実施例
を示す主走査面内、副走査面内の説明図、第７図はこの
発明の第３実施例の収差図、第８図はこの発明の第４実
施例の収差図、第９図はこの発明の第５実施例を示す主
走査面内の説明図、第10図は第５実施例の収差図、第11
図はこの発明の第６実施例を示す主走査面内の説明図、
第12図は第５実施例の収差図である。 10……レーザーダイオード（レーザー光源） 20……プリズムブロック（集光位置変更素子） 30……ポリゴンミラー（走査偏向器） 40……ｆθレンズ（走査レンズ）
Claims (1)
- 【請求項１】レーザー光源と、 レーザー光源からの光束を反射、偏向させて主操作面内
で走査させるポリゴンミラーと、 走査偏向器により反射されたレーザー光束を集光させる
ｆθレンズと、 レーザー光源からの光束の走査偏向器へ入射する手前で
前記主走査面と垂直な副走査面内で一旦結像させる結像
レンズと、 ポリゴンミラーによる反射光の光路中に設けられ、前記
結像レンズによる光束の結像位置に光束をポリゴンミラ
ー側へ反射させるスリットミラーが形成されると共に、
前記ポリゴンミラーからの光束が入射する面と前記ｆθ
レンズへの光束が射出する面とがほぼ平行平面として構
成されているプリズムブロックとを備えることを特徴と
する走査式光学装置。
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|---|---|---|---|
| JP23915389 | 1989-09-14 | ||
| JP1-239153 | 1989-09-14 |
Publications (2)
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|---|---|
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-
1990
- 1990-09-11 JP JP2241989A patent/JP2608801B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-14 DE DE4029257A patent/DE4029257A1/de not_active Withdrawn
- 1990-09-14 US US07/582,166 patent/US5327280A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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