JP3117524B2

JP3117524B2 - 面倒れ補正機能を有する走査光学系

Info

Publication number: JP3117524B2
Application number: JP04019937A
Authority: JP
Inventors: 博充山川
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: US5343325A; JPH05215986A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、主としてレーザビームプリン
タ、レーザ製版等に用いられる面倒れ補正機能を有する
走査光学系に関し、詳しくは走査光学系において光ビー
ムを反射する回転多面鏡等の偏向面の傾斜に伴う走査線
のピッチムラを除去する面倒れ補正機能を有する走査光
学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光源から射出された例えばレーザ
光を第１の結像光学系により平行光束とし、これを回転
多面鏡を回転させて機械的に走査し、この走査光を第２
の結像光学系で集光することにより被走査面上を光ビー
ム走査するようにした走査光学装置が知られている。

【０００３】このとき、回転多面鏡の偏向面とその回転
軸または取り付け軸との間で平行誤差が生じ、この誤差
に基づきいわゆる面倒れが生じると、被走査面上におけ
る走査線の走査直角方向（副走査方向）にピッチムラが
生じ、走査線画像の画質に悪影響を与える。

【０００４】そこで、この面倒れを光学的に補正し、改
善するために、走査直角方向について偏向面と被走査面
とを光学的に共役な位置に配置する光学系が種々提案さ
れている。

【０００５】例えば、特開昭48-98844号公報には、偏向
面と被走査面との間の第２の結像光学系を偏向面側から
順に、等速走査を実現するための歪み特性を有する球面
レンズ系と長尺シリンドリカルレンズとを配列してなる
光学系が記載されている。

【０００６】また、前記シリンドリカルレンズをシリン
ドリカルミラーに置き換えた光学系が特開昭61-84620号
公報等に記載されている。

【０００７】さらに、特開昭56-36622号公報、特開昭57
-35823号公報、特開昭63-50814号公報においては、等速
走査を実現するための歪み特性を有するレンズ系の構成
に面倒れ補正機能を持つトーリック面を有するレンズを
用いたものが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
48-98844号公報に記載の球面レンズ系と長尺シリンドリ
カルレンズとからなるレンズ構成では、像面湾曲を補正
するためにシリンドリカルレンズを被走査面に近づけて
配置せねばならず、走査幅が長くなるにつれてシリンド
リカルレンズも長尺になり、コンパクトな構成が実現で
きない。

【０００９】また、前記シリンドリカルレンズをシリン
ドリカルミラーに置き換えた特開昭61-84620号公報等に
記載の光学系では、この像面湾曲量はシリンドリカルレ
ンズを使用したものに比べて僅かに改善され、その位置
もシリンドリカルレンズよりはやや被走査面から離して
配置することができ、僅か小型化が可能であるが、光ビ
ームをシリンドリカルミラーで折り曲げなくてはならな
いため、配置上の制約を受けやすいという欠点があっ
た。

【００１０】さらに、特開昭56-36622号公報、特開昭57
-35823号公報、特開昭63-50814号公報における光学系で
は、レンズ系の構成に面倒れ補正機能を持つトーリック
面を有するレンズを備えることにより、上記の長尺シリ
ンドリカルレンズまたは長尺シリンドリカルミラーを不
要にし、コンパクト化を実現しているが、偏向面側から
順に球面またはシリンドリカル面により構成された単レ
ンズと、トーリック面を有し、かつ走査面内で正の屈折
力を有する単レンズの２枚で構成されており、走査面内
でのレンズ系のバックフォーカスが焦点距離よりも長く
なるため、走査光学系から被走査面までの光路長をさら
に短縮して装置全体をよりコンパクトにすることは困難
である。

【００１１】本発明は、良好な面倒れ補正効果を得るこ
とができ、像面湾曲の縮小化を図ることができるととも
に等速走査を実現するための歪み特性の向上を図り得る
コンパクトかつ安価な面倒れ補正機能を有する走査光学
系を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる面倒れ補
正機能を有する走査光学系は、光源からの光束を偏向器
の偏向面上またはその近傍に線状に結像する第１の結像
光学系と前記偏向器で偏向された光束を被走査面上に結
像する第２の結像光学系とを備えた面倒れ補正機能を有
する走査光学系において、前記第２の結像光学系は前記
偏向器側から順に、主走査面内で正の屈折力を有する第
１の単レンズ、および少なくとも１面が非球面とされ主
走査面内で負の屈折力を有する第２の単レンズが配設さ
れ、前記第１の単レンズは、偏向器側の面が、主走査面
内において直線または偏向器側に凹とされ、かつ主走査
面と垂直な、光軸を含む面内において偏向器側に凹とさ
れた円筒面またはトーリック面からなり、被走査面側の
面が、主走査面内および該主走査面と垂直な、光軸を含
む面内の双方において被走査面側に凸とされたトーリッ
ク面からなり、前記第２の単レンズは、偏向器側の面
が、主走査面内において偏向器側に凹とされ、かつ主走
査面と垂直な、光軸を含む面内において直線または偏向
器側に凹とされた面からなり、被走査面側の面が、主走
査面内において被走査面側に凸とされ、かつ主走査面と
垂直な、光軸を含む面内において直線または被走査面側
に凸とされた面からなり、さらに下記条件式を満足する
ことを特徴とするものである。０．２＜ｆｖ／ｆ＜０．５ただし、ｆｖ：主走査面と垂直な、光軸を含む面内での第２の結
像光学系の合成焦点距離ｆ：主走査面内での第２の結像光学系の合成焦点距離

【００１３】

【作用】このようなレンズ構成とすることにより、偏向
面の面倒れによる走査線の主走査面直角方向における変
動量および像面湾曲量を小さく維持することが可能とな
るとともに、主走査面内でのレンズ系のバックフォーカ
スを焦点距離よりも短くすることが可能となり、光路長
の短縮化が図れ、装置のコンパクト化が実現できる。特
に第１の単レンズを上述したような形状とすることによ
り、副走査方向の像面湾曲を良好に補正することが可能
となる。また、第１および第２の単レンズにおいて主走
査方向断面内でのレンズ面が、全て直線または偏向器側
に凹となっており、光束の、レンズ面への入射角、およ
びレンズ面からの出射角が比較的小さくなり、レンズ部
品形状の製作誤差による光学性能の劣化を小さくするこ
とができるため、レンズ部品精度を比較的低くすること
が可能となり、低価格化も実現できる。

【００１４】また、第２の単レンズに非球面を採用する
ことにより結像性能、特に等速走査に係る歪み特性が著
しく改善され、画質の向上を図ることが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１６】図１は本発明の実施例に係る面倒れ補正機
能を有する走査光学系を示す斜視図である。

【００１７】この走査光学系において、１は光源部、２
は該光源部１からの略平行光束を線状に結像する第１の
結像光学系としてのシリンドリカルレンズ、３は該シリ
ンドリカルレンズ２による結像位置の近傍に配置した回
転多面鏡からなる偏向器、４は該偏向器３の偏向面、５
と６は偏向器３で偏向された光束を被走査面７上に結像
する第２の結像光学系、８は走査面である。

【００１８】光源部１からのレーザビームの光束は、シ
リンドリカルレンズ２により偏向器３の偏向面４の近傍
または偏向面４上に線状に結像される。さらに、偏向面
４により反射偏向された光束は第２の結像光学系（５，
６）を介して被走査面７上に結像される。偏向器３が回
転方向Ｃに高速回転することにより、被走査面７上の結
像光は方向Ａに主走査される。

【００１９】このとき、被走査面７を主走査方向とは直
角となる方向（副走査方向）Ｂに副走査を行ない、光を
変調することにより画像が形成される。

【００２０】上記第２の結像光学系（５，６）は、トー
リック面を有し、かつ走査面８内で正の屈折力を有する
第１の単レンズ５と、非球面を有し、かつ走査面８内で
負の屈折力を有する第２の単レンズ６とからなる。

【００２１】第１の単レンズ５は、偏向器３側の面が円
筒面かトーリック面であることが望ましく、被走査面７
側の面がトーリック面であることが望ましい。ただし、
いずれかの面がトーリック面であることが必要である。

【００２２】なお、トーリック面は主走査方向と副走査
方向とで屈折力が異なる面である。

【００２３】また、第１の単レンズ５は、走査面８内に
おいて正の屈折力を有するもので、被走査面７側の面は
走査面８内で被走査面７側に向かって凸の曲線をなす面
であることが望ましい。

【００２４】さらに第１の単レンズ５は、走査面８と垂
直で光軸を含む面（副走査方向断面）内において、偏向
器３側の面は偏向器３側に向かって凹の曲線をなす面を
有し、被走査面７側の面は被走査面７側に向かって凸の
曲線をなす面を有する正の屈折力を有するメニスカスレ
ンズとされている。

【００２５】また、第２の単レンズ６は偏向器３側の面
または被走査面７側の面の一方、あるいは両方の面が非
球面で構成されている。

【００２６】この第２の単レンズ６は、走査面８内にお
いて負の屈折力を有するもので、走査面８内で、偏向器
３側の面は偏向器３側に向かって凹の曲率をなす面で、
被走査面７側の面は被走査面７側に向かって凸の曲線を
なす面である。この第２の単レンズ６は、走査面８と垂
直な面（副走査方向断面）内において、偏向器３側の面
は偏向器３側に向かって凹の曲線または直線をなす面を
有し、被走査面７側の面は走査面８側と垂直な面内にお
いて、被走査面７側に向かって凸の曲線または直線をな
す面を有するレンズである。

【００２７】さらに、第２の単レンズ６に非球面を用い
ることにより、結像性能の向上が図られ、特に等速走査
に係る歪み特性が著しく改善され、精細な画像を得るこ
とが可能となる。

【００２８】第２の単レンズ６を上述したような形状に
することにより、主走査方向断面内での光束のレンズ面
への入射角、出射角が比較的小さくなり、レンズ部品形
状の製作誤差による光学性能の劣化を小さくすることが
できるため、レンズ部品精度を比較的低くすることが可
能となり、さらに、非球面形状を成形により加工が可能
な材質を選ぶことにより低価格化も実現できる。

【００２９】本実施例においては、さらに次の条件を満
足する。

【００３０】0.2 ＜ｆｖ／ｆ＜0.5 ただし、ｆｖ：走査直角方向（副走査方向）断面での第２の結像
光学系（５，６）の合成焦点距離ｆ：走査面８内での第２の結像光学系（５，６）の合
成焦点距離この条件式は第２の結像光学系（５，６）の走査直角方
向断面と走査面８内での合成焦点距離の比を規定するも
のである。

【００３１】この条件の下限を越えると、副走査方向断
面での偏向面４と被走査面７間の結像倍率の絶対値が大
きくなり、結像性能に対する偏向面４の位置精度の影響
が拡大されてしまい、偏向面４に非常に高度な位置精度
が要求され、また像面湾曲が大きくなり、被走査面７上
で均一なスポットサイズが得られなくなってしまうとい
う欠点が生じてくる。

【００３２】また、この条件の上限を越えると、第２の
結像光学系（５，６）が被走査面７方向に拡大したり位
置が移動したりし、装置としてのコンパクト化は図れて
も、第２の結像光学系（５，６）を構成する２つの単レ
ンズ５，６のレンズ形状が大型化し、コストダウンがは
かれなくなる。

【００３３】この走査光学系における第２の結像光学系
（５，６）の走査面内の断面と副走査方向の断面の一例
は次のようになっている。すなわち、図２（イ）に示す
ように、走査面８内の断面は、被走査面７側の面が被走
査面７側に凸面を向けた正の屈折力のレンズ形状の第１
の単レンズ５と、被走査面７側に凸面を向けた負の屈折
力のメニスカスレンズ形状の第２の単レンズ６とからな
っており、図２（ロ）に示すように、走査直角方向（副
走査方向）の断面は、被走査面７側の面が被走査面７側
に凸面を向けた正の屈折力のメニスカスレンズ形状の第
１の単レンズ５と、偏向器３側の面は偏向器３側に向か
って凹をなし、被走査面７側の面は被走査面７側に向か
って凸をなすメニスカスレンズ形状の第２の単レンズ６
とからなっている。

【００３４】以下、具体的数値を設定した実施例を示
す。

【００３５】以下の実施例１〜６においてｍ：物体側より順次数えた面番号ｒ：走査面内における曲率半径ｒｖ：走査直角方向（副走査方向）の断面における曲率
半径ｄ：レンズ厚みまたは空気間隔ｎ：波長780 nmにおける屈折率ｄ０：偏向面から第２の結像光学系（５，６）のレンズ
第１面までの距離ｆ：走査面内での第２の結像光学系（５，６）の合成
焦点距離ｆｖ：走査直角方向（副走査方向）の断面での第２の結
像光学系（５，６）の合成焦点距離Ｂｆ：走査面内での第２の結像光学系（５，６）の合成
バックフォーカスとする。

【００３６】なお、図３〜図８における歪曲収差は、次
式により定義される値である。

【００３７】

【数１】

【００３８】また、非球面形状は次式により定義され
る。

【００３９】

【数２】

【００４０】実施例１：図２の基本レンズ構成におい
て、第１の単レンズ５が偏向器３側から順に円筒面とト
ーリック面を有してなり、第２の単レンズ６が偏向器３
側から順に非球面と球面を有してなる。実施例１の具体
的数値は、下記表１のとおりである。

【００４１】

【表１】ｍｒｒｖｄｎ１ ∞ -48.152 13.91 1.71222 ２ -60.110 -14.896 12.22 ３非球面非球面 3.76 1.48471 ４ -62.161 -62.161 非球面の係数ｃｃ＝-2.0384 ×10^-2 ｋ＝1.0329 ａ２＝ 3.2846 ×10^-7 ａ３＝-2.9239 ×10^-10 ａ４＝ 7.6774 ×10^-14 ａ５＝1.5020×10^-17 ｄ０＝27.76 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.2719 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝84.65 この実施例１による収差曲線図は図３のごとくなる。こ
の収差曲線図における球面収差図と歪曲収差図とは走査
面８内における収差を示すものであり、非点収差図のＳ
は副走査方向成分、Ｔは走査方向成分の像面を表すもの
である。以下の図４〜図８の収差図も同様である。

【００４２】実施例２図２の基本レンズ構成において、第１の単レンズ５が偏
向器３側から順に円筒面とトーリック面を有してなり、
第２の単レンズ６が偏向器３側から順に球面と非球面を
有してなる。実施例２の具体的数値は、下記表２のとお
りである。

【００４３】

【表２】ｍｒｒｖｄｎ１ ∞ -48.152 13.91 1.71222 ２ -60.110 -14.896 12.22 ３ -49.058 -49.058 3.76 1.48471 ４非球面非球面非球面１の係数ｃｃ＝-1.6087 ×10^-2 ｋ＝3.2059×10^-1 ａ２＝-6.7609 ×10^-7 ａ３＝3.7061×10^-10 ａ４＝-2.2867 ×10^-13 ａ５＝3.8416×10^-17 ｄ０＝27.76 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.2719 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝84.65 この実施例２による収差曲線図は図４のごとくなる。

【００４４】実施例３：図２の基本レンズ構成におい
て、第１の単レンズ５が偏向器３側から順に円筒面とト
ーリック面を有してなり、第２の単レンズ６が２つの非
球面を有してなる。実施例３の具体的数値は、下記表３
のとおりである。

【００４５】

【表３】ｍｒｒｖｄｎ１ ∞ -48.152 13.91 1.71222 ２ -60.110 -14.896 12.22 ３非球面１非球面１ 3.76 1.48471 ４非球面２非球面２非球面１の係数ｃｃ＝-2.0384 ×10^-2 ｋ＝-2.3614 ａ２＝-3.4655 ×10^-6 ａ３＝-3.9192 ×10^-9 ａ４＝ 2.6091 ×10^-12 ａ５＝ 8.6327 ×10^-17 非球面２の係数ｃｃ＝-1.6087 ×10^-2 ｋ＝ 1.4803 ａ２＝ 9.0000 ×10^-5 ａ３＝-2.9357 ×10^-9 ａ４＝ 1.9851 ×10^-12 ａ５＝-9.3835 ×10^-17 ｄ０＝27.76 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.2719 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝84.65 この実施例３による収差曲線図は図５のごとくなる。

【００４６】実施例４：図２の基本レンズ構成におい
て、第１の単レンズ５が２つのトーリック面を有してな
り、第２の単レンズ６が偏向器３側から順に球面と非球
面を有してなる。実施例４の具体的数値は、下記表４の
とおりである。

【００４７】

【表４】ｍｒｒｖｄｎ１ -527.692 -47.571 13.91 1.71222 ２ -51.237 -14.648 12.22 ３ -38.789 -38.789 3.76 1.48471 ４非球面非球面非球面の係数ｃｃ＝-1.9379 ×10^-2 ｋ＝5.2097×10^-1 ａ２＝-8.2525 ×10^-7 ａ３＝-5.4780 ×10^-10 ａ４＝ 4.8193 ×10^-13 ａ５＝-3.0601 ×10^-16 ｄ０＝27.76 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.2715 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝85.05 この実施例４による収差曲線図は図６のごとくなる。

【００４８】実施例５：図２の基本レンズ構成において
第１の単レンズ５が偏向器３側から順に円筒面とトーリ
ック面を有してなり、第２の単レンズ６が偏向器３側か
ら順に非球面と円筒面を有してなる。実施例５の具体的
数値は、下記表５のとおりである。

【００４９】

【表５】ｍｒｒｖｄｎ１ ∞ -44.868 13.53 1.71222 ２ -46.691 -10.423 5.41 ３非球面非球面 12.03 1.76592 ４ -57.118 ∞ 非球面の係数ｃｃ＝-2.5318 ×10^-2 ｋ＝1.0494 ａ２＝ 3.8588 ×10^-7 ａ３＝-6.6883 ×10^-10 ａ４＝ 6.2253 ×10^-13 ａ５＝-4.0857 ×10^-17 ｄ０＝23.30 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.2192 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝93.50 この実施例５による収差曲線図は図７のごとくなる。

【００５０】実施例６：図２の基本レンズ構成におい
て、第１の単レンズ５が偏向器３側から順に円筒面とト
ーリック面とを有してなり、第２の単レンズ６が偏向器
３側から順に円筒面と非球面を有してなる。実施例６の
具体的数値は、下表のとおりである。

【００５１】

【表６】ｍｒｒｖｄｎ１ ∞ -21.488 15.40 1.71222 ２ -60.791 -14.065 52.28 ３ -50.567 ∞ 15.04 1.76592 ４非球面非球面非球面の係数ｃｃ＝-1.6061 ×10^-2 ｋ＝9.9497×10^-1 ａ２＝-2.6724 ×10^-8 ａ３＝-4.4664 ×10^-11 ａ４＝ 3.1036 ×10^-14 ａ５＝-5.3904 ×10^-18 ｄ０＝28.66 半画角θ＝45.2° ｆ＝100 波長 λ＝780 nm ｆｖ／ｆ＝0.4135 Ｆ／ＮＯ 50 Ｂｆ＝33.76 この実施例６による収差曲線図は図８のごとくなる。

【００５２】上記各実施例においては、走査面内のレン
ズ系のバックフォーカスが焦点距離よりも短くなってお
り、偏向面４から被走査面７までの光路長の短縮化を実
現しており、その収差曲線図における諸収差は充分に実
用に供されるものであることを示している。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の面倒れ補正機能を有する走査光学系によれば、面倒れ
に伴う画質の劣化と像面湾曲を改善できると共に等速走
査を実現するための歪み特性の向上を図ることができ、
バックフォーカスの短いコンパクトな走査レンズが実現
できるので、装置のコンパクト化を図ることができる。
第１の単レンズの各面形状を上述したような形状とする
ことにより、副走査方向の像面湾曲を良好に補正するこ
とが可能となる。また、主走査方向断面内での光束レン
ズ面への入射角、出射角が比較的小さくなり、レンズ部
品形状の製作誤差による光学性能の劣化を小さくするこ
とができるため、レンズ部品精度を比較的低くすること
が可能となり、低価格化も実現できる。さらに、第２の
単レンズの各面形状を上述したような形状にすることに
より、主走査方向断面内での光束のレンズ面への入射
角、出射角が比較的小さくなり、レンズ部品形状の製作
誤差による光学性能の劣化を小さくすることができるた
め、レンズ部品精度を比較的低くすることが可能とな
り、レンズの低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る走査光学系の斜視図

【図２】第２結像光学系の断面を示すレンズ基本構成図

【図３】実施例１の収差曲線図

【図４】実施例２の収差曲線図

【図５】実施例３の収差曲線図

【図６】実施例４の収差曲線図

【図７】実施例５の収差曲線図

【図８】実施例６の収差曲線図

【符号の説明】

１光源部２第１の結像光学系３偏向器４偏向面（５，６）第２の結像光学系５第１の単レンズ６第２の単レンズ７被走査面ｒ走査面内における曲率半径ｒｖ：走査直角方向（副走査方向）の断面における
曲率半径ｄ：レンズ厚みまたは空気間隔ｄ０偏向面から第２の結像光学系のレンズ第１面ま
での距離Ｓ：走査直角方向成分像面Ｔ：走査方向成分像面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を偏向器の偏向面上また
はその近傍に線状に結像する第１の結像光学系と前記偏
向器で偏向された光束を被走査面上に結像する第２の結
像光学系とを備えた面倒れ補正機能を有する走査光学系
において、前記第２の結像光学系は前記偏向器側から順に、主走査
面内で正の屈折力を有する第１の単レンズ、および少な
くとも１面が非球面とされ主走査面内で負の屈折力を有
する第２の単レンズが配設され、前記第１の単レンズは、偏向器側の面が、主走査面内に
おいて直線または偏向器側に凹とされ、かつ主走査面と
垂直な、光軸を含む面内において偏向器側に凹とされた
円筒面またはトーリック面からなり、被走査面側の面
が、主走査面内および該主走査面と垂直な、光軸を含む
面内の双方において被走査面側に凸とされたトーリック
面からなり、前記第２の単レンズは、偏向器側の面が、主走査面内に
おいて偏向器側に凹とされ、かつ主走査面と垂直な、光
軸を含む面内において直線または偏向器側に凹とされた
面からなり、被走査面側の面が、主走査面内において被
走査面側に凸とされ、かつ主走査面と垂直な、光軸を含
む面内において直線または被走査面側に凸とされた面か
らなり、さらに下記条件式を満足することを特徴とする
面倒れ補正機能を有する走査光学系。０．２＜ｆｖ／ｆ＜０．５ただし、ｆｖ：主走査面と垂直な、光軸を含む面内での第２の結
像光学系の合成焦点距離ｆ：主走査面内での第２の結像光学系の合成焦点距離