JP3594274B2

JP3594274B2 - 光走査光学系およびこの光学系を用いた装置

Info

Publication number: JP3594274B2
Application number: JP15754096A
Authority: JP
Inventors: 博充山川
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH09318903A; US5757534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査光学系およびこれを用いた光走査装置に関し、詳しくは、光源から発せられた光束を偏向器により反射偏向して被走査面上を走査させる際に、偏向器の面倒れによるピッチむらを補正する機能を備えた光走査光学系およびこの光学系を用いた光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビーム等の光ビームを感光材料等の被走査面上において走査し、この面上に画像を形成するレーザプリンタやレーザ製版装置等の光走査装置が従来から知られている。このような光走査装置に使用される光走査光学系は、光源から発せられた光ビームを反射偏向して被走査面上を走査せしめる回転多面鏡等の偏向器と、光ビームを被走査面上に結像する結像光学系とを備えてなるものである。
【０００３】
このような光走査光学系においては、偏向器の偏向反射面の面倒れにより、被走査面上の走査方向と直交する方向において、走査線ごとに光ビームの結像位置が変化して走査線にピッチむらが生じてしまい、良好な画像を得ることができない。このため、偏向器の面倒れを補正する機能を備えた光走査光学系が種々知られている。例えば、偏向器と被走査面との間に凹形状円筒ミラーを配しこの凹形状円筒ミラーの走査線ピッチ方向のパワーを利用して面倒れによるピッチむらを補正するようにしたものが知られている。
【０００４】
しかしながら、この光走査光学系においては、凹形状円筒ミラーと被走査面との間の距離を比較的小さくとると光学系が大型化してしまい、一方、凹形状円筒ミラーと被走査面との間の距離を比較的大きくとると像面湾曲等の光学性能の劣化が顕著になるという問題があった。
【０００５】
このため、偏向器の偏向反射面側から順に、結像レンズ、走査面と直交する方向にのみパワーを有する負の円筒レンズおよび走査面と直交する方向にのみパワーを有する凹形状の円筒ミラーを配することにより、凹形状円筒ミラーと被走査面との間の距離を大きくすることの不都合を解消し、像面湾曲による光学性能の劣化を防止するとともに、光学系の小型化を図るようにした光走査光学系が知られている（特公平４−２１１６４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平４−２１１６４号公報に記載された光走査光学系においては、凹形状円筒ミラーのみを配したものと比較すれば光学系を小型化することができるものの、光学系の小型化という点では必ずしも十分なものではなかった。
【０００７】
また、上記従来技術においては、負の円筒レンズと被走査面との距離が離れているため光ビームを被走査面上において精度よく結像させるためには高精度のレンズが必要となり、この光学系を用いた場合にその光走査装置の製造コストが上昇する。
【０００８】
さらに、光学系は実際には筺体内に収納されて使用され、その筺体壁部の所定位置には光ビームを外部に取り出すための窓部が形成されるが、上記従来技術においては、その窓部からのこの筺体内への塵埃の侵入を防止するために、この窓部にガラス等の透明部材を設けなければならず、光走査光学系の部品点数が多くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光学系の小型化および低コスト化が図れ、部品点数を削減することのできる光走査光学系およびこの光学系を用いた光走査装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による光走査光学系は、光源と、該光源からの光束を線状に結像する第１の結像光学系と、該第１の結像光学系の結像位置またはその近傍に偏向反射面を有し、該光束を反射偏向して被走査面上で主走査する偏向器と、該偏向器により反射偏向された光束を該被走査面上に結像させる第２の結像光学系とを備えた光走査光学系において、
該第２の結像光学系が、前記反射偏向された光束を前記被走査面上に主走査面内で結像させる結像レンズと、該結像レンズと前記被走査面との間に配された、主走査面と略直交する方向にのみパワーを有する凹形状円筒ミラーと、該凹形状円筒ミラーと前記被走査面との間に配された、前記主走査面と略直交する方向にのみパワーを有する負の円筒レンズとを、前記偏向反射面側からこの順に配列されてなり、
前記主走査面と略直交する面内において、前記偏向反射面と前記被走査面とが互いに光学的に共軛な位置関係に配されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記負の円筒レンズは、該円筒レンズの少なくとも一方の端面における前記主走査面上の断面形状が所定の非球面からなるとともに、該円筒レンズの光軸近傍において、前記主走査方向のパワーが略０とされ、該主走査方向と略直交する方向に所定の負のパワーを有するように形成されてなることが好ましい。
また、本発明による光走査装置は、上記本発明による光走査光学系を備えたことを特徴とするものである。
ここで、上記「主走査面」とは、偏向された光ビームの軌跡により形成される面を意味するものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る光走査光学系の構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る光走査光学系は、不図示の光源から発せられた光ビームを線状に結像させる第１のレンズ１と、第１のレンズ１の結像位置近傍に偏向反射面を有し、光ビームを反射偏向して被走査面７上で走査させる偏向器（回転多面鏡）２と、偏向器２により反射偏向された光ビームを被走査面７上に主走査面内で結像するための第２および第３のレンズ３、４と、これらのレンズ３、４を透過した光ビームを被走査面７に向けて反射する凹形状円筒ミラー５と、この凹形状円筒ミラー５の後段に配された負の円筒レンズ６とからなる。
【００１３】
図１においては、第１のレンズ１が第１の結像光学系を、第２および第３のレンズ３、４と凹形状円筒ミラー５と負の円筒レンズ６とが第２の結像光学系を構成する。そして、不図示の光源から発せられた光ビームは、被走査面７上に結像されるとともに、偏向器２の矢印Ｂ方向への回転により被走査面７上において矢印Ａ方向に主走査される。
【００１４】
ここで、第２のレンズ３は両凹レンズ（主走査面上）であり、第３のレンズ４は両凸レンズもしくは平凸レンズ（主走査面上）である。また、凹形状円筒ミラー５および負の円筒レンズ６は、被走査面７上における、主走査方向と直交する方向にのみパワーを有するものとなっている。
【００１５】
以下、このような光走査光学系の実施例１〜３の各々について具体的数値を用いて説明する。
＜実施例１＞
図２は実施例１の、主走査面に平行な面上における基本構成を示す光学系の展開図（光軸を一直線としたもの）、図３は実施例１の、主走査面に垂直な、光軸を含む面上における基本構成を示す図である。なお、図２および図３においては、偏向器２よりも後段の第２の結像光学系のみを示す。
【００１６】
本実施例に係る光走査光学系は、これら図２、３に示すように偏向器２の偏向反射面２ａ側から順に、第２〜第３のレンズＬ_１〜Ｌ_２（３〜４）、凹形状円筒ミラー５、および負の円筒レンズＬ_３（６）がこの順に配されてなり、偏向器２側から入射された光束は被走査面７上において結像される。
【００１７】
実施例１における各レンズ面の曲率半径ｒ、ｒ_ｖ（単位はｍｍ；ｒは主走査面に平行な面上における曲率半径、ｒ_ｖは主走査面に直交する面上における曲率半径）、各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを表１に示す。なお、表１の下段に、偏向器２の偏光反射面２ａから第２のレンズＬ_１の偏向器側の面までの距離ｄ_０、本実施例のレンズ系全体の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、半画角θおよび使用する光ビームの波長λの各値を示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
また、このように光走査光学系を構成することにより、偏向器２の偏向反射面２ａと被走査面７間の主走査面に直交する面方向における結像倍率が、上記特公平４−２１１６４号のように偏向器側から負の円筒レンズ、凹形状円筒ミラーの順に配した場合よりも大きくなる。
偏向器２の偏向反射面２ａまたはその近傍に光ビームを収束させる第１の結像光学系の焦点距離は、偏向反射面２ａと被走査面７との間における主走査面と直交する方向の結像倍率に反比例するため、第１の結像光学系の焦点距離を短くすることができ、これにより、光走査光学系をコンパクトに構成することができる
。
【００２０】
また、上記特公平４−２１１６４号の光走査光学系においては、光学系を筺体内に収容した際に光ビームを射出させるための窓部を形成し、さらにこの窓部から筺体内に塵埃が侵入しないように、透明な板状ガラスにより窓部を覆う必要があるので装置の部品点数が多くなる。本実施例においては、第４のレンズＬ_３により該窓部を覆うことができるため、別途、板状ガラス等の透明部材が不要となり、装置の部品点数を削減することができる。
【００２１】
＜実施例２＞
実施例２に係る光走査光学系は、上記実施例１と同様に、図２、３に示すように偏向器２の偏向反射面２ａ側から順に、第２〜第３のレンズＬ_１〜Ｌ_２（３〜４）、凹形状円筒ミラー５、および負の円筒レンズＬ_３（６）がこの順に配されてなり、偏向器２側から入射された光束は被走査面７上において結像される。
【００２２】
この実施例２における各レンズ面の曲率半径ｒ、ｒ_ｖ（ｍｍ）、各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）および各レンズの波長７８０ｎｍにおける屈折率Ｎを表２に示す。なお、実施例２においては、第４のレンズＬ_３の偏向反射面２ａ側のレンズ面の曲率半径ｒ_６が非球面の高次関数となっているため、表２の中段に非球面の式およびその非球面データを示し、表２の下段に、偏向器２の偏向反射面２ａから第２のレンズＬ_１の偏向器側の面までの距離ｄ_０、実施例２のレンズ系全体の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、半画角θおよび使用する光ビームの波長λの各値を示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
前述した如く、本発明においては、上記特公平４−２１１６４号公報に記載された光走査光学系と比較して、負の円筒レンズを被走査面に近い位置に配置することができるため、負の円筒レンズに要求される形状精度を比較的低くすることができる。このため実施例２のように、第４のレンズＬ_３としてプラスチックレンズを使用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
【００２５】
また、上記特公平４−２１１６４号公報に記載された光走査光学系においては、主走査面上の断面形状が円弧となる球面レンズのみを使用しているため、主走査方向の光ビームの等速性を高精度に補正することが困難であり、画像を高精度に形成する必要がある場合には、光ビームを変調するための信号に電気的に補正を施す必要があった。実施例２に係る光走査光学系においては、第４のレンズＬ_３の主走査面上の断面形状を非球面としているため、被走査面上における光ビームの走査等速性を高精度に補正することができ、これにより、光ビームを変調するための電気的な補正手段を不要とすることができる。
【００２６】
＜実施例３＞
図４は実施例３の、主走査面に平行な面上における基本構成を示す光学系の展開図（光軸を一直線としたもの）、図５は実施例３の、主走査面に垂直な、光軸を含む面上における基本構成を示す図である。なお、図４および図５においては、偏向器２よりも後段の第２の結像光学系のみを示す。
実施例３に係る光走査光学系は、上述した２つの実施例と略同様な構成とされているが、第３のレンズＬ_２と凹形状円筒ミラーとの間にパワーの弱いプラスチックレンズＬ_３が配されている点において相違している。
【００２７】
この実施例３における各レンズ面の曲率半径ｒ、ｒ_ｖ（ｍｍ）、各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）および各レンズの波長６８５ｎｍにおける屈折率Ｎを表３に示す。なお、実施例３においては、第４のレンズＬ_３の両レンズ面は非球面の高次関数となっているため、表３の中段に非球面の式および非球面データを示し、さらに表３の下段に、偏向器２の偏向反射面２ａから第２のレンズＬ_１の偏向器側の面までの距離ｄ_０、実施例３のレンズ系全体の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、半画角θおよび使用する光ビームの波長λの各値を示す。また、焦点距離ｆと、上記プラスチックからなる第４のレンズＬ_３の焦点距離ｆａとは以下の関係を満足するように構成されている。
−０．１＜ｆ／ｆａ＜０．１
【００２８】
【表３】

【００２９】
プラスチックレンズは、様々な形状に成形することが容易であるため、レンズ面を非球面形状に形成することができる。このため、被走査面８上における光ビームの走査等速性を高精度に補正することができ、これにより、光ビームを変調するための電気的な補正手段を不要とすることができる。
【００３０】
なお、一般にプラスチックレンズは温度特性の点で変動が大きく、温度変化による結像位置のずれ等が問題となるが、上記焦点距離ｆと上記焦点距離ｆａとの関係が、
−０．１＜ｆ／ｆａ＜０．１
なる式を満足するように、焦点距離ｆの絶対値と比較して焦点距離ｆａの絶対値を大きくしているので、温度変化に大きく影響されない光走査光学系を構成することができる。
【００３１】
ここで、実施例１〜３の各収差図を図６〜８に示す。これら図６〜８から明らかなように、実施例１〜３によれば、非点収差および歪曲収差を良好なものとすることができる。とくに実施例２，３においては非球面レンズを使用することにより歪曲収差を良好にすることができる。
なお、本発明の光走査光学系を構成するレンズ系としては、上記実施例１〜３のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能であり、例えば、各レンズの曲率半径ｒ、ｒ_ｖおよびレンズの間隔（もしくはレンズ厚）ｄを適宜変更することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光走査光学系およびこの光学系を用いた光走査装置によれば、偏向器により偏向反射された光束を被走査面上に結像させる第２の結像光学系を、偏向器から順に結像レンズ、走査方向と略直交する方向にのみパワーを有する凹形状円筒ミラー、走査方向と略直交する方向にのみパワーを有する負の円筒レンズとすることにより、負の円筒レンズ、凹形状円筒ミラーの順に配した従来の光走査光学系と比較して、負の円筒レンズと被走査面との距離を小さくすることができる。また、偏向器の偏向反射面またはその近傍に光ビームを結像させる第１の結像光学系の焦点距離は、偏向反射面と被走査面との間における主走査面と直交する方向の倍率に反比例するため、第１の結像光学系の焦点距離を短くすることができる。したがって、光学系をコンパクトに構成することができる。
【００３３】
また、光走査光学系を収容する筺体への塵埃の侵入を防止するために、光ビームを射出する窓部を透明部材により覆うことが望ましいが、上記負の円筒レンズが、この防塵用透明部材を兼ねることが可能な位置に配されているので、従来の光走査光学系と比較して装置の部品点数を削減することができる。
また、従来の光走査光学系と比較して、負の円筒レンズの位置を被走査面に近づけることができるため、負の円筒レンズに要求される形状精度を比較的低くすることができる。このため負の円筒レンズとしてプラスチックレンズを使用することが可能となり、装置の低コスト化を図ることができる。
【００３４】
さらに、負の円筒レンズの主走査面上のレンズ断面形状を非球面に形成することにより、被走査面上における光ビームの走査等速性を高精度に補正することができ、光ビームを変調する電気的な補正手段を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光走査光学系の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施例１および２の主走査面に平行な面上における基本構成を示す光学系の展開図
【図３】本発明の実施例１および２の主走査面に垂直な面上における基本構成を示す図
【図４】本発明の実施例３の主走査面に平行な面上における基本構成を示す光学系の展開図
【図５】本発明の実施例３の主走査面に垂直な面上における基本構成を示す図
【図６】実施例１に係るレンズの各収差図
【図７】実施例２に係るレンズの各収差図
【図８】実施例３に係るレンズの各収差図
【符号の説明】
１第１のレンズ
２偏向器
２ａ偏向反射面
３第２のレンズ
４第３のレンズ
５凹形状円筒ミラー
６負の円筒レンズ
７、８被走査面
Ｌ_１〜Ｌ_４レンズ
ｒ_１〜ｒ_９、ｒ_ｖ１〜ｒ_ｖ９レンズ面の曲率半径
ｄ_１〜ｄ_９レンズ面間隔（レンズ厚）

Claims

光源と、該光源からの光束を線状に結像する第１の結像光学系と、該第１の結像光学系の結像位置またはその近傍に偏向反射面を有し、該光束を反射偏向して被走査面上で主走査する偏向器と、該偏向器により反射偏向された光束を該被走査面上に結像させる第２の結像光学系とを備えた光走査光学系において、
該第２の結像光学系が、前記反射偏向された光束を前記被走査面上に主走査面内で結像させる結像レンズと、該結像レンズと前記被走査面との間に配された、主走査面と略直交する方向にのみパワーを有する凹形状円筒ミラーと、該凹形状円筒ミラーと前記被走査面との間に配された、前記主走査面と略直交する方向にのみパワーを有する負の円筒レンズとを、前記偏向反射面側からこの順に配列されてなり、
前記主走査面と略直交する面内において、前記偏向反射面と前記被走査面とが互いに光学的に共軛な位置関係に配されてなることを特徴とする光走査光学系。
前記負の円筒レンズは、該円筒レンズの少なくとも一方の端面における前記主走査面上の断面形状が所定の非球面からなるとともに、該円筒レンズの光軸近傍において、前記主走査方向のパワーが略０とされ、該主走査方向と略直交する方向に所定の負のパワーを有するように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光走査光学系。
請求項１または請求項２記載の光走査光学系を備えたことを特徴とする光走査装置。