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JPS61190312A - scanning optical system - Google Patents

scanning optical system

Info

Publication number
JPS61190312A
JPS61190312A JP3017685A JP3017685A JPS61190312A JP S61190312 A JPS61190312 A JP S61190312A JP 3017685 A JP3017685 A JP 3017685A JP 3017685 A JP3017685 A JP 3017685A JP S61190312 A JPS61190312 A JP S61190312A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
scanning
curvature
image plane
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3017685A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Itami
伊丹 敏
Fumitaka Abe
文隆 安部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP3017685A priority Critical patent/JPS61190312A/en
Publication of JPS61190312A publication Critical patent/JPS61190312A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ等において光ビームを走査結像
する走査光学系に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a scanning optical system for scanning and imaging a light beam in a laser printer or the like.

従来の走査光学系に用いられる走査用レンズはガラス製
であるが、ガラス製レンズは加工工程が複雑であり、ま
たその多くは複数枚レンズであるため部品点数、組立工
数が多く低価格化を妨げていた。なお単レンズの例もあ
るが、形状が大形であり材料も屈折率の高いガラスを必
要とするため低価格化に限度があった。
The scanning lenses used in conventional scanning optical systems are made of glass, but the processing process for glass lenses is complicated, and most of them are made of multiple lenses, which require a large number of parts and assembly man-hours, making it difficult to lower prices. It was hindering me. Although there are examples of single lenses, they are large in size and require a glass material with a high refractive index, which limits how low they can be made.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の走査用単レンズ(特開昭55−7727)では屈
折率は最大走査角によって第1表のように決まる。
In the conventional scanning single lens (Japanese Patent Laid-Open No. 55-7727), the refractive index is determined by the maximum scanning angle as shown in Table 1.

以下余白 第1表 第1表より最大走査角45″以下では屈折率は1.62
5以上が必要である。またこの単レンズは歪曲収差を主
に補正したレンズであるので像面わん曲が大きくまた大
形でもある。
Table 1 (margin below) From Table 1, the refractive index is 1.62 at the maximum scanning angle of 45'' or less.
5 or more is required. Furthermore, since this single lens is a lens that mainly corrects distortion aberration, it has a large curvature of field and is also large in size.

第12図に従来の単レンズの例を示す、レンズのデータ
は 焦点距離f=181鶴、最大走査角ω=31.5 ’r
1 =oo     d6−58.2mrz =122
.91111  dl −14,1wm  n=1.6
7956’it =173.4 tm (但し回転多面鏡の内接円径は25mとしている)第1
2図において、1は回転多面鏡、2は走査用レンズ、3
は入射ビーム、4は像面である。レンズの定数はnが屈
折率、rl+r2がそれぞれ左面の曲率半径、右面の曲
率半径、doが回転多面鏡の走査角O″のときの反射点
とレンズ左面の頂点の距離、dlはレンズの中心厚、d
)はレンズ右面の頂点から像面までの距離である。第1
3図にこのレンズの像面わん曲を示す。同図において、
曲線ΔMはメリディオナル像面わん曲、曲線ΔSはサジ
タル像面わん曲の計算値を示し、第12図の像面4の位
置が第13図の横軸の0に相当する。像面4はガウス像
面よりもレンズ寄りに設置し、ディフォーカス量を小さ
くしている。
Figure 12 shows an example of a conventional single lens.The lens data is focal length f = 181 Tsuru, maximum scanning angle ω = 31.5 'r
1 =oo d6-58.2mrz =122
.. 91111 dl -14,1wm n=1.6
7956'it = 173.4 tm (However, the inscribed circle diameter of the rotating polygon mirror is 25 m) 1st
In Figure 2, 1 is a rotating polygon mirror, 2 is a scanning lens, and 3 is a rotating polygon mirror.
is the incident beam, and 4 is the image plane. The constants of the lens are: n is the refractive index, rl+r2 is the radius of curvature of the left surface, radius of curvature of the right surface, do is the distance between the reflection point and the vertex of the left surface of the lens when the scanning angle of the rotating polygon mirror is O'', and dl is the center of the lens. Thickness, d
) is the distance from the apex of the right surface of the lens to the image plane. 1st
Figure 3 shows the field curvature of this lens. In the same figure,
The curve ΔM indicates the calculated value of the meridional curvature of field, and the curve ΔS indicates the calculated value of the sagittal curvature of field, and the position of the image plane 4 in FIG. 12 corresponds to 0 on the horizontal axis of FIG. 13. The image plane 4 is placed closer to the lens than the Gaussian image plane to reduce the amount of defocus.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記の構成のものにあっては、像面わん曲によるディフ
ォーカスで光ビームの集光スポット径が拡大するのを押
さえているが、その効果に限度があるという問題がある
Although the above structure prevents the condensed spot diameter of the light beam from expanding due to defocusing due to field curvature, there is a problem in that there is a limit to its effectiveness.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記問題点を解消した走査光学系を提供する
もので、その手段は、レーザ等の光ビームを走査結像す
る光学系において、光を集光する走査用レンズが1枚の
プラスチックレンズであり、該レンズの使用走査角以内
におけるメリディオナル像面のわん曲及びサジタル像面
のわん曲が光軸上を除いてはガウス像面よりレンズ側に
あり、且つサジタル像面のわん曲が光軸上を除いてはメ
リディオナル像面のわん曲よりレンズ側にあることを特
徴とする走査光学系によってなされる。
The present invention provides a scanning optical system that solves the above problems.The present invention provides a scanning optical system that scans and forms an image of a light beam such as a laser, in which a scanning lens that condenses light is made of a single plastic sheet. The curvature of the meridional image surface and the curvature of the sagittal image surface within the scanning angle used by the lens are on the lens side from the Gaussian image surface except on the optical axis, and the curvature of the sagittal image surface is This is done by a scanning optical system that is located closer to the lens than the curvature of the meridional image plane except on the optical axis.

〔作 用ゴ 上記走査光学系は走査用レンズを1枚のプラスチックレ
ンズとすることにより射出成形技術によって大量生産が
可能であり、研摩等複雑なプロセスを要するガラスレン
ズに比し走査光学系を低価格とすることができる。また
該レンズの使用走査角以内におけるメリディオナル像面
わん曲及びサジタル像面わん曲が光軸上を除いてはガウ
ス像面よりレンズ側にあり、且つサジタル像面のわん曲
が光軸上を除いてはメリディオナル像面のわん曲よりレ
ンズ側にあるようにしたことにより像面わん曲の量は小
さくなる。
[Function] By using a single plastic lens as the scanning lens, the above scanning optical system can be mass-produced using injection molding technology, and the scanning optical system is less expensive than glass lenses, which require complicated processes such as polishing. The price can be. In addition, the meridional field curvature and sagittal field curvature within the scanning angle used by the lens are on the lens side from the Gaussian image plane except on the optical axis, and the sagittal field curvature is on the lens side except on the optical axis. The amount of field curvature is reduced by arranging the lens to be closer to the lens than the curvature of the meridional image surface.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図に本発明の一実施例の構成図を示す。FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

本実施例は第1図の如く、レーザダイオード10の光を
コリメートレンズ11でコリメートし、回転多面鏡12
で走査し、プラスチックレンズ13で感光ドラム14上
に露光を行なうことができるように構成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the light from a laser diode 10 is collimated by a collimating lens 11,
The plastic lens 13 is configured to scan the photosensitive drum 14 and expose the photosensitive drum 14 to light using the plastic lens 13.

次に第2図を用いてレンズの形状について説明する。単
レンズの形状が変われば像面わん曲が変化するが大きく
分けて次の3つのタイプがある。
Next, the shape of the lens will be explained using FIG. 2. The curvature of field changes when the shape of the single lens changes, and there are roughly three types:

(イ)第2図aの如(ΔM、ΔSが走査角全域ω〜−ω
にわたってガウス像面よりレンズ側にあり、且つΔMが
ΔSよりもレンズ側にある。
(B) As shown in Figure 2a (ΔM, ΔS are the entire scanning angle range ω~-ω
It is located closer to the lens than the Gaussian image plane, and ΔM is closer to the lens than ΔS.

(ロ)第2図すの如くΔM、ΔSが走査全域ω〜−ωに
わたってガウス像面よりレンズ側にあり、且つΔSがΔ
Mよりもレンズ側にある。
(b) As shown in Figure 2, ΔM and ΔS are located on the lens side from the Gaussian image plane over the scanning range ω to −ω, and ΔS is Δ
It is located closer to the lens than M.

(ハ)第2図Cの如くΔSが走査角全域ω〜−ωにわた
ってガウス像面よりレンズ側にあり、ΔMがある走査角
領域でガウス像面より右側にある。
(C) As shown in FIG. 2C, .DELTA.S is located on the lens side from the Gaussian image plane over the entire scanning angle range .omega. to -.omega., and .DELTA.M is on the right side of the Gaussian image surface in a certain scanning angle range.

(イ)のタイプからΔSをガウス像面に近づけるようレ
ンズデータを変化させるとΔMがΔSよりもガウス像面
に近づく。これがタイプ(ロ)である。さらにΔSをガ
ウス像面に近づけるようレンズデータを変化させるとΔ
Mがガウス像面に近づき、通り越してΔMは正側に急激
に大きくなる。
From type (a), if the lens data is changed so that ΔS approaches the Gaussian image plane, ΔM approaches the Gaussian image plane more than ΔS. This is type (b). Furthermore, by changing the lens data to bring ΔS closer to the Gaussian image plane, Δ
M approaches the Gaussian image plane and passes through it, and ΔM rapidly increases on the positive side.

これがタイプ(ハ)である。全体のわん曲量は(ΔS、
ΔMを含量大幅)が最も小さくなるのは(ロ)と(ハ)
タイプの境界付近である。そして走査レンズとして最も
使い易いタイプは(ハ)に近い(ロ)のタイプである。
This is type (c). The total amount of curvature is (ΔS,
(b) and (c) have the smallest ΔM (significantly increased content).
It is near the type boundary. The easiest type to use as a scanning lens is type (B), which is close to (C).

このような理論により設計したプラスチックレンズの実
施例を次に示す。
Examples of plastic lenses designed based on this theory are shown below.

〈実施例1〉 f””181m、ω=31.5” do =28.7鶴 r I= −140,56m  d 、 =10.Om
  n −1,486rz =−55,36w  dt
 =178.2 wrこのレンズの光線追跡図を第3図
に、像面わん曲と位置歪を第4図a、bに示す、第4図
の像面わん曲回は像面をガウス像面から全わん曲量の約
半分だけ移動して示している。位置歪Peは、の値を示
している。符号は走査の中心(θ−〇のとき)から遠ざ
かる方がプラス、近づく方がマイナスである。なおkは
に=184.6とした。
<Example 1>f""181m,ω=31.5" do =28.7 crane r I= -140,56m d, =10.Om
n −1,486rz = −55,36w dt
=178.2 wrThe ray tracing diagram of this lens is shown in Fig. 3, and the field curvature and positional distortion are shown in Fig. 4 a and b. It is shown moved by about half of the total curvature. The positional strain Pe indicates the value of . The sign is positive when moving away from the scanning center (when θ-〇), and negative when approaching. Note that k was set to 184.6.

〈実施例2〉 f=181m、ω= 31.5゜ do ”19.3m r+ =  202.18m  dt =30.0++
n  n=1.486r t −64,27ts  d
t =182.81111このレンズの光線追跡図を第
5図に、像面わん曲、位置歪を第6図a、bに示す。た
だしkはk” 1 B 2. l vmとした。
<Example 2> f=181m, ω=31.5°do ”19.3m r+ = 202.18m dt =30.0++
n n=1.486r t -64,27ts d
t = 182.81111 The ray tracing diagram of this lens is shown in Fig. 5, and the field curvature and positional distortion are shown in Figs. 6a and b. However, k was set to k" 1 B 2. l vm.

〈実施例3〉 f = 181m、  ω=31.5゜tlo =5.
08m r+ =  267.1(hn  dt =60.0+
n   n−1,486rz =  71.03 tm
  dz =188.30mこのレンズの光線追跡図を
第7図に、像面わん曲、位置歪を第8図a、bに示す。
<Example 3> f = 181 m, ω = 31.5° tlo = 5.
08m r+ = 267.1(hn dt =60.0+
n n-1,486rz = 71.03 tm
dz = 188.30 m The ray tracing diagram of this lens is shown in Fig. 7, and the field curvature and positional distortion are shown in Fig. 8 a and b.

ただしkはに−180,5重lとした。However, k was -180.5 times l.

〈実施例4〉 f=181m、(L)=31.5” do =23.7mm r l= −220,02m  d 1=30.0mm
   n =1.57rt   =    73.71
   mm     dz   =183.46菖■こ
のレンズの光線追跡図を第9図に、像面わん曲、位置歪
を第10図a、bに示す。ただしkはに=181.8鶴
とした。
<Example 4> f = 181m, (L) = 31.5" do = 23.7mm r l = -220,02m d 1 = 30.0mm
n=1.57rt=73.71
mm dz =183.46 irises A ray tracing diagram of this lens is shown in Fig. 9, and the field curvature and positional distortion are shown in Figs. 10a and b. However, k was set to 181.8 cranes.

以上の実施例1〜3はレンズ中心厚が異なるレンズであ
る。実施例1,2.3はそれぞれ中心厚d1が10.3
0.60鶴である。第4図、第6図および第8図から像
面わん曲が同程度であるとき位置歪は中心厚が大きいほ
ど小さくできることがわかる。中心厚が大きい場合走査
光学系ではビームが走査される面の付近だけ切り出した
形(第11図参照)で使用する方法がある。このような
形のレンズは中心厚が大きいほどガラスでは加工しにく
く高価となるが、プラスチックでは加工が簡単である。
Examples 1 to 3 above are lenses having different lens center thicknesses. In Examples 1 and 2.3, the center thickness d1 is 10.3.
It is 0.60 cranes. It can be seen from FIGS. 4, 6, and 8 that when the field curvature is the same, the positional distortion can be reduced as the center thickness increases. When the center thickness is large, there is a method of using a scanning optical system in which only the vicinity of the surface where the beam is scanned is cut out (see FIG. 11). The larger the center thickness of this type of lens, the more difficult and expensive it is to process with glass, but it is easy to process with plastic.

またプラスチックでは中心厚よりも   。Also, for plastics, the thickness is greater than the center thickness.

レンズ高さh(第11図)が小さな形状とし、軽量化、
レンズ設定の高精度化を行なうことができる。
The lens height h (Fig. 11) is small, making it lightweight.
Lens settings can be made with high precision.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、走査用レンズを1
枚のプラスチックレンズとすることにより射出成形技術
によって大量生産が可能であり、研摩等複雑なプロセス
を要するガラスレンズに比し走査光学系を低価格とする
ことができる。また該レンズの使用走査角以内における
メリディオナル像面わん曲及びサジタル像面わん曲が光
軸上を除いてガウス像面よりレンズ側にあり、且つサジ
タル像面わん曲が光軸上を除いてはメリディオナル像面
のわん曲よりレンズ側にあるようにしたことにより像面
わん曲の量を小さくすることができるといった効果があ
る。
As explained above, according to the present invention, the scanning lens is
By using a single plastic lens, mass production is possible using injection molding technology, and the scanning optical system can be made at a lower cost than a glass lens that requires complicated processes such as polishing. In addition, the meridional field curvature and sagittal field curvature within the scanning angle used by the lens are on the lens side from the Gaussian image plane except on the optical axis, and the sagittal field curvature is on the lens side except on the optical axis. By arranging it closer to the lens than the curvature of the meridional image plane, there is an effect that the amount of curvature of the field can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の走査光学系の一実施例を示す構成図、
第2図は像面わん曲のタイプを示す図、第3図は本発明
の第1の実施例のレンズの光線追跡図、第4図はそのレ
ンズの像面わん曲と位置歪を示す図、第5図は本発明の
第2の実施例のレンズの光線追跡図、第6図はそのレン
ズの像面わん曲と位置歪を示す図、第7図は本発明の第
3の実施例のレンズの光線追跡図、第8図はそのレンズ
の像面わん曲と位置歪を示す図、第9図は本発明の第4
の実施例のレンズの光線追跡図、第10図はそのレンズ
の像面わん曲と位置歪を示す図、第11図は本発明の実
施例のレンズの形状を示す図、第12図は従来の走査光
学系のレンズの光線追跡図、第13図はそのレンズの像
面わん曲を示す図である。 図中、10はレーザダイオード、11はコリメートレン
ズ、12は回転多面鏡、13はプラスチックレンズ、1
4は感光ドラムをそれぞれ示す。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the scanning optical system of the present invention;
Fig. 2 is a diagram showing the types of field curvature, Fig. 3 is a ray tracing diagram of the lens according to the first embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a diagram showing the field curvature and positional distortion of the lens. , FIG. 5 is a ray tracing diagram of a lens according to a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing field curvature and positional distortion of the lens, and FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. 8 is a diagram showing the field curvature and positional distortion of the lens, and FIG. 9 is a ray tracing diagram of the lens according to the present invention.
10 is a diagram showing the field curvature and positional distortion of the lens, FIG. 11 is a diagram showing the shape of the lens according to the embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing the conventional lens. FIG. 13 is a ray tracing diagram of the lens of the scanning optical system, and FIG. 13 is a diagram showing the field curvature of the lens. In the figure, 10 is a laser diode, 11 is a collimating lens, 12 is a rotating polygon mirror, 13 is a plastic lens, 1
4 indicates a photosensitive drum, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザ等の光ビームを走査結像する光学系において
、光を集光する走査用レンズが1枚のプラスチックレン
ズであり、該レンズの使用走査角以内におけるメリディ
オナル像面のわん曲及びサジタル像面のわん曲が光軸上
を除いてはガウス像面よりレンズ側にあり、且つサジタ
ル像面のわん曲が光軸上を除いてはメリディオナル像面
のわん曲よりレンズ側にあることを特徴とする走査光学
系。 2、前記レンズは、その中心厚よりも走査方向に垂直な
方向の厚みが小さいことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の走査光学系。
[Claims] 1. In an optical system that scans and images a light beam such as a laser, the scanning lens that condenses the light is a single plastic lens, and the meridional image plane within the scanning angle used by the lens The curvature of the sagittal image plane is closer to the lens than the Gaussian image plane except on the optical axis, and the curvature of the sagittal image plane is closer to the lens than the curvature of the meridional image plane except on the optical axis. A scanning optical system characterized by being located on the side. 2. The scanning optical system according to claim 1, wherein the lens has a thickness smaller in the direction perpendicular to the scanning direction than its center thickness.
JP3017685A 1985-02-20 1985-02-20 scanning optical system Pending JPS61190312A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5966161A (en) * 1995-05-31 1999-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Optical element and a scanning optical apparatus using the same
JPWO2007119838A1 (en) * 2006-04-11 2009-08-27 住友電工ハードメタル株式会社 YAG laser, fiber laser lens and laser processing apparatus
JP2015031824A (en) * 2013-08-02 2015-02-16 キヤノン株式会社 Optical scanner and image forming apparatus using the same

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