JP2553882B2 - 走査結像光学系 - Google Patents
走査結像光学系Info
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 30
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- Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、レーザープリンター等に用いられる走査
結像光学系に係り、特に光ビームを反射する回転多面鏡
の鏡面とその回転軸あるいは取付軸との平行度誤差（面
倒れ誤差）を補正する走査結像光学系の改良に関する。
結像光学系に係り、特に光ビームを反射する回転多面鏡
の鏡面とその回転軸あるいは取付軸との平行度誤差（面
倒れ誤差）を補正する走査結像光学系の改良に関する。
（従来の技術） 従来、光源、回転多面鏡、走査結像レンズ（ｆθレン
ズ）の順に配置された光走査系において、光源から射出
された例えばレーザー光を回転多面鏡を回転させて機械
的に走査し、走査結像レンズで集光することにより結像
面をビーム走査することが知られている。この時、回転
多面鏡とその回転軸あるいは取付軸との平行度誤差によ
り回転多面鏡の反射面が傾くいわゆる面倒れが生じ走査
線画像の品質に影響を与えている。
ズ）の順に配置された光走査系において、光源から射出
された例えばレーザー光を回転多面鏡を回転させて機械
的に走査し、走査結像レンズで集光することにより結像
面をビーム走査することが知られている。この時、回転
多面鏡とその回転軸あるいは取付軸との平行度誤差によ
り回転多面鏡の反射面が傾くいわゆる面倒れが生じ走査
線画像の品質に影響を与えている。
そこで、この面倒れを補正し改善する走査結像光学系
として以下の走査結像光学系が提案されている。特開昭
48−98844号公報（以下、第１例という）では、球面レ
ンズ系と結像走査面の間に走査方向と平行な方向に母線
を持つシリンドリカル・レンズが配置された走査結像光
学系が提案されており、特開昭58−132719号公報（以
下、第２例という）では、偏向反射面と走査レンズの間
にトロイダル・レンズが配置された走査結像光学系が提
案されており、特開昭58−49315号公報（以下、第３例
という）では、走査レンズと結像走査面の間にトロイダ
ル・レンズが配置された走査結像光学系が提案されてお
り、特開昭56−36622号公報（以下、第４例という）で
は、走査レンズにトーリック・レンズを用いる走査結像
光学系が提案されている。
として以下の走査結像光学系が提案されている。特開昭
48−98844号公報（以下、第１例という）では、球面レ
ンズ系と結像走査面の間に走査方向と平行な方向に母線
を持つシリンドリカル・レンズが配置された走査結像光
学系が提案されており、特開昭58−132719号公報（以
下、第２例という）では、偏向反射面と走査レンズの間
にトロイダル・レンズが配置された走査結像光学系が提
案されており、特開昭58−49315号公報（以下、第３例
という）では、走査レンズと結像走査面の間にトロイダ
ル・レンズが配置された走査結像光学系が提案されてお
り、特開昭56−36622号公報（以下、第４例という）で
は、走査レンズにトーリック・レンズを用いる走査結像
光学系が提案されている。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記第１例の走査結像光学系において、シ
リンドリカル・レンズを結像走査面から離して球面レン
ズ系に近づけて配置しようとすると、サジタル像面湾曲
に相当する走査直角方向（以下、副走査方向という）の
像面湾曲量が急激に大きくなるため、シリンドリカル・
レンズは結像走査面の近くに配置しなくてはならず、シ
リンドリカル・レンズと結像走査面の間の距離を大きく
することができない。またそのために、シリンドリカル
・レンズの寸法は走査長と同等の長尺な長さが必要にな
るという欠点がある。
リンドリカル・レンズを結像走査面から離して球面レン
ズ系に近づけて配置しようとすると、サジタル像面湾曲
に相当する走査直角方向（以下、副走査方向という）の
像面湾曲量が急激に大きくなるため、シリンドリカル・
レンズは結像走査面の近くに配置しなくてはならず、シ
リンドリカル・レンズと結像走査面の間の距離を大きく
することができない。またそのために、シリンドリカル
・レンズの寸法は走査長と同等の長尺な長さが必要にな
るという欠点がある。
前記第２例の走査結像光学系は、トロイダル・レンズ
の製造が非常に難しいという欠点の他に、副走査方向断
面での偏向反射面と結像走査面間の結像倍率が−10×−
20×程度の拡大倍率となり、偏向反射面の位置精度が非
常に高く要求されるという欠点を有する。
の製造が非常に難しいという欠点の他に、副走査方向断
面での偏向反射面と結像走査面間の結像倍率が−10×−
20×程度の拡大倍率となり、偏向反射面の位置精度が非
常に高く要求されるという欠点を有する。
前記第３例の走査結像光学系は、副走査方向の像面湾
曲量は改善されるが、トロイダル・レンズの寸法はかな
り大型で製造が非常に難しいという欠点がある。
曲量は改善されるが、トロイダル・レンズの寸法はかな
り大型で製造が非常に難しいという欠点がある。
前記第４例の走査結像光学系は、寸法的にコンパクト
になり、副走査方向断面での偏向反射面と結像走査面間
の結像倍率が−３×−５×程度の拡大倍率のため、偏向
反射面の位置精度が第２例の走査光学系程必要とされな
いがトーリック・レンズの製造は容易でないという欠点
を有する。
になり、副走査方向断面での偏向反射面と結像走査面間
の結像倍率が−３×−５×程度の拡大倍率のため、偏向
反射面の位置精度が第２例の走査光学系程必要とされな
いがトーリック・レンズの製造は容易でないという欠点
を有する。
そこで、この発明の目的は、走査結像胃光学系に製作
が困難で高価なトロイダル・レンズやトーリック・レン
ズを用いずに、鏡面等の光軸に対し回転対称な面とシリ
ンダー状の面とで構成するとともに、集光スポットを小
さくするめたに歪曲収差を小さくし、像面を平坦にする
ため非点収差を小さくした、コンパクトで安価な面倒れ
補正機能を有する走査結像光学系を提供するものであ
る。
が困難で高価なトロイダル・レンズやトーリック・レン
ズを用いずに、鏡面等の光軸に対し回転対称な面とシリ
ンダー状の面とで構成するとともに、集光スポットを小
さくするめたに歪曲収差を小さくし、像面を平坦にする
ため非点収差を小さくした、コンパクトで安価な面倒れ
補正機能を有する走査結像光学系を提供するものであ
る。
（問題点を解決するための手段） この発明の走査結像光学系は、偏向器により、反射偏
向された光ビームを結像面に走査する走査結像光学系に
おいて、前記走査結像光学系を偏向器から順に、全体と
して負の焦点距離を持つ第１レンズ群と、全体として正
の焦点距離を持つ第２レンズ群と、前記結像面の主走査
方向に平行な方向に母線を持ち主走査直角方向断面が二
次曲線を有する凹の光学反射素子とで構成し、主走査直
角方向断面にて前記偏向器の偏向反射面と前記結像面を
光学的共役関係を持たせるとともに、次の各条件を満足
する走査結像光学系である。
向された光ビームを結像面に走査する走査結像光学系に
おいて、前記走査結像光学系を偏向器から順に、全体と
して負の焦点距離を持つ第１レンズ群と、全体として正
の焦点距離を持つ第２レンズ群と、前記結像面の主走査
方向に平行な方向に母線を持ち主走査直角方向断面が二
次曲線を有する凹の光学反射素子とで構成し、主走査直
角方向断面にて前記偏向器の偏向反射面と前記結像面を
光学的共役関係を持たせるとともに、次の各条件を満足
する走査結像光学系である。
（１） −2.523f≦f1≦−1.083f （２） 0.557f≦f2≦0.821f （４） −0.579f≦γ≦−0.321f （５） 0.108f≦ｄ≦0.432f （６） 0.229f≦|R・cosψ｜≦0.813f 但し、f:全系の主走査方向断面の焦点距離 f1:第１レンズ群の焦点距離 f2:第２レンズ群の焦点距離 d:第１レンズ群の第１面から第２レンズ群の最後面まで
の光軸上の長さ γ：第２レンズ群の最終面（被走査面側）の曲率半径 R:凹の光学反射素子の主走査直角方向断面の曲率半径 ψ：第１レンズ群及び第２レンズ群の光軸と、該光軸と
凹の光学反射素子の交点上の法線とのなす角。
の光軸上の長さ γ：第２レンズ群の最終面（被走査面側）の曲率半径 R:凹の光学反射素子の主走査直角方向断面の曲率半径 ψ：第１レンズ群及び第２レンズ群の光軸と、該光軸と
凹の光学反射素子の交点上の法線とのなす角。
（実施例） 以下、この発明の走査結像光学系を添付図面に示した
一実施例に従って詳細に説明する。
一実施例に従って詳細に説明する。
第１図は、この発明に係る走査結像光学系の斜視図で
あり、第２図は第１図の主走査直角方向（副走査方向）
の断面図である。この発明に走査結像光学系は、主走査
方向断面にて全体で負の屈折力を有する第１レンズ群
６、主走査方向断面にて全体で正の屈折力を有する第２
レンズ群７、主走査方向と平行な方向に母線を持つシリ
ンドリカル・ミラー８とから構成される。第１図におい
て、レーザー光源１から発せられたほぼ円形若しくは楕
円形の光ビームは、コリメーターレンズやビームエクス
パンダあるいはそれらの組合せから成る光学系２を通
り、シリンドリカル・レンズ３により、回転多面鏡４の
回転軸20に垂直な線像として回転多面鏡４の偏向反射面
５またはその近傍に集光される。この線像は前記偏向反
射面５により反射偏向後、この発明走査結像光学系の第
１レンズ群６及び第２レンズ群７で屈折透過され、さら
にシリンドリカル・ミラー８で反射されて走査面９上に
スポット状に集光結像される。そして、この集光された
ビームは、回転多面鏡４のＣ方向の回転により走査面９
上をＡ方向に主走査される。この時、主走査Ａ方向と直
角方向の副走査Ｂ方向の光束に関しては、回転多面鏡４
の偏向反射面５と走査面９とがほぼ光学的に共役な位置
関係にあるので、回転多面鏡４の回転軸20の傾き等によ
り偏向反射面５が正規の状態から傾いて面倒れが生じて
も、前記集光されたビームが、所定位置から走査面９上
の副走査方向Ｂへの位置ずれはほとんど生じない。ま
た、前記偏向反射面５と走査面９との間の結像倍率が−
0.3×−0.5×程度の低倍率のため、偏向反射面５の位置
精度は高精度を必要としない。
あり、第２図は第１図の主走査直角方向（副走査方向）
の断面図である。この発明に走査結像光学系は、主走査
方向断面にて全体で負の屈折力を有する第１レンズ群
６、主走査方向断面にて全体で正の屈折力を有する第２
レンズ群７、主走査方向と平行な方向に母線を持つシリ
ンドリカル・ミラー８とから構成される。第１図におい
て、レーザー光源１から発せられたほぼ円形若しくは楕
円形の光ビームは、コリメーターレンズやビームエクス
パンダあるいはそれらの組合せから成る光学系２を通
り、シリンドリカル・レンズ３により、回転多面鏡４の
回転軸20に垂直な線像として回転多面鏡４の偏向反射面
５またはその近傍に集光される。この線像は前記偏向反
射面５により反射偏向後、この発明走査結像光学系の第
１レンズ群６及び第２レンズ群７で屈折透過され、さら
にシリンドリカル・ミラー８で反射されて走査面９上に
スポット状に集光結像される。そして、この集光された
ビームは、回転多面鏡４のＣ方向の回転により走査面９
上をＡ方向に主走査される。この時、主走査Ａ方向と直
角方向の副走査Ｂ方向の光束に関しては、回転多面鏡４
の偏向反射面５と走査面９とがほぼ光学的に共役な位置
関係にあるので、回転多面鏡４の回転軸20の傾き等によ
り偏向反射面５が正規の状態から傾いて面倒れが生じて
も、前記集光されたビームが、所定位置から走査面９上
の副走査方向Ｂへの位置ずれはほとんど生じない。ま
た、前記偏向反射面５と走査面９との間の結像倍率が−
0.3×−0.5×程度の低倍率のため、偏向反射面５の位置
精度は高精度を必要としない。
第３図乃至第８図は、この発明の実施例を示す走査結
像光学系の構成図である。第３図において、第１レンズ
群６は偏向反射面５側に凹面を向けた負のメニスカス・
レンズ6aと偏向反射面５側に凹面を向けた正のメニスカ
ス・レンズ6bとからなり、第２レンズ群７は両凸レンズ
からなる。第４図において、第１レンズ群６を両凹レン
ズからなり、第２レンズ群７は両凸レンズからなる。第
５図において、第１レンズ群６は偏向反射面５側に凹面
を向けた負のメニスカス・レンズからなり、第２レンズ
群７は両凸レンズ7aと偏向反射面５側に凹面を向けた負
のメニスカス・レンズ7bとの接合レンズからなる。第６
図において、第１レンズ群６は偏向反射面５側に凸面を
向けた負のメニスカス・レンズからなり、第２レンズ群
７は両凸レンズからなる。第７図において、第１レンズ
群６は両凹レンズからなり、第２レンズ群７は正の平凸
レンズからなる。第８図において、第１レンズ群６は偏
向反射面５側に凸面を向けた負のメニスカス・レンズか
らなり、第２レンズ群７は正の平凸レンズからなる。
像光学系の構成図である。第３図において、第１レンズ
群６は偏向反射面５側に凹面を向けた負のメニスカス・
レンズ6aと偏向反射面５側に凹面を向けた正のメニスカ
ス・レンズ6bとからなり、第２レンズ群７は両凸レンズ
からなる。第４図において、第１レンズ群６を両凹レン
ズからなり、第２レンズ群７は両凸レンズからなる。第
５図において、第１レンズ群６は偏向反射面５側に凹面
を向けた負のメニスカス・レンズからなり、第２レンズ
群７は両凸レンズ7aと偏向反射面５側に凹面を向けた負
のメニスカス・レンズ7bとの接合レンズからなる。第６
図において、第１レンズ群６は偏向反射面５側に凸面を
向けた負のメニスカス・レンズからなり、第２レンズ群
７は両凸レンズからなる。第７図において、第１レンズ
群６は両凹レンズからなり、第２レンズ群７は正の平凸
レンズからなる。第８図において、第１レンズ群６は偏
向反射面５側に凸面を向けた負のメニスカス・レンズか
らなり、第２レンズ群７は正の平凸レンズからなる。
前記各走査結像光学系は良好な結像性能を得るため、
次の条件を満足している。
次の条件を満足している。
（１） −2.523f≦f1≦−1.083f （２） 0.557f≦f2≦0.821f （４） −0.579f≦γ≦−0.321f （５） 0.108f≦ｄ≦0.432f （６） 0.229f≦|R・cosψ｜≦0.813f 但し、f:全系の主走査方向断面の焦点距離 f1:第１レンズ群の焦点距離 f2:第２レンズ群の焦点距離 d:第１レンズ群の第１面から第２レンズ群の最後面まで
の光軸上の長さ γ：第２レンズ群の最終面（被走査面側）の曲率半径 R:凹の光学反射素子の主走査直角方向断面の曲率半径 ψ：第１レンズ群及び第２レンズ群の光軸と、該光軸と
凹の光学反射素子の交点上の法線とのなす角。
の光軸上の長さ γ：第２レンズ群の最終面（被走査面側）の曲率半径 R:凹の光学反射素子の主走査直角方向断面の曲率半径 ψ：第１レンズ群及び第２レンズ群の光軸と、該光軸と
凹の光学反射素子の交点上の法線とのなす角。
条件（１）乃至（４）は、主走査方向の像面湾曲収差
の補正及び偏向器の偏向角速度が一定のとき、走査面上
のスポットの走査速度を一定とするｆθ特性に関する条
件である。条件（１）乃至（４）をはずれると、主走査
方向の像面湾曲収差の補正とｆθ特性を良好に保つこと
が困難となる。
の補正及び偏向器の偏向角速度が一定のとき、走査面上
のスポットの走査速度を一定とするｆθ特性に関する条
件である。条件（１）乃至（４）をはずれると、主走査
方向の像面湾曲収差の補正とｆθ特性を良好に保つこと
が困難となる。
条件（５）はレンズ形状に関する条件である。条件
（５）の上限を超えると、レンズの形状が大きくなり重
量的にも経済的にも実用的でなくなり、条件（５）の下
限を下まわると主走査方向の像面湾曲収差及びｆθ特性
の補正が困難となる。
（５）の上限を超えると、レンズの形状が大きくなり重
量的にも経済的にも実用的でなくなり、条件（５）の下
限を下まわると主走査方向の像面湾曲収差及びｆθ特性
の補正が困難となる。
条件（６）は、像面湾曲収差の補正及びシリンドリカ
ル・ミラーと走査面間の距離に関する条件である。条件
（６）の上限値を超えると、副走査方向の像面湾曲収差
が悪化して走査面上での結像光点の大きさを全画面で均
一にすることができなくなる。条件（６）の下限値を下
まわると、副走査方向の像面湾曲収差は小さくなるが、
シリンドリカル・ミラーと走査面が近づき過ぎることに
なり走査面に感光材料を適正に配置することが困難とな
る。
ル・ミラーと走査面間の距離に関する条件である。条件
（６）の上限値を超えると、副走査方向の像面湾曲収差
が悪化して走査面上での結像光点の大きさを全画面で均
一にすることができなくなる。条件（６）の下限値を下
まわると、副走査方向の像面湾曲収差は小さくなるが、
シリンドリカル・ミラーと走査面が近づき過ぎることに
なり走査面に感光材料を適正に配置することが困難とな
る。
なお、前記実施例において、第２レンズ群７と被走査
面９との間に設けられる凹の光学反射素子として、主走
査Ａ方向に平行な方向に母線を持ち、主走査Ａ方向と直
角方向断面が放物線などの二次曲線を有する光学反射素
子を用いてもよい。
面９との間に設けられる凹の光学反射素子として、主走
査Ａ方向に平行な方向に母線を持ち、主走査Ａ方向と直
角方向断面が放物線などの二次曲線を有する光学反射素
子を用いてもよい。
以下、この発明の走査結像光学系の第３図乃至第８図
に対応する数値実施例をそれぞれ表１乃至表６に示す。
各表において、d0は偏向反射面５から走査結像光学系第
１レンズ群６の第１面までの距離、λは光源１から射出
される光の波長、γはレンズの曲率半径、Ｄは光学面間
の距離あるいは空気間隔、Ｎは光学素子の硝材の屈折率
を表わす。
に対応する数値実施例をそれぞれ表１乃至表６に示す。
各表において、d0は偏向反射面５から走査結像光学系第
１レンズ群６の第１面までの距離、λは光源１から射出
される光の波長、γはレンズの曲率半径、Ｄは光学面間
の距離あるいは空気間隔、Ｎは光学素子の硝材の屈折率
を表わす。
但、第７面は リンドリカル・ミラー面である。
但し、第５面はシリンドリカル・ミラー面である。
但し、第７面はシリンドリカル・ミラー面である。
但し、第５面はシリンドリカル・ミラー面である。
但し、第５面はシリンドリカル・ミラー面である。
但し、第５面はシリンドリカル・ミラー面である。
第９図乃至第14図は、それぞれ表１乃至表６の数値実
施例に対応する収差曲線図である。これらの収差曲線図
において、Ｈは主走査方向像面湾曲収差、Ｖは副走査方
向像面湾曲収差を表わし、歪曲収差は走査角θに対する
理想像位置をｆ・θとしたとき、その理想像位置からの
ずれ量を％表示してある。走査角θは半画角を表わす。
施例に対応する収差曲線図である。これらの収差曲線図
において、Ｈは主走査方向像面湾曲収差、Ｖは副走査方
向像面湾曲収差を表わし、歪曲収差は走査角θに対する
理想像位置をｆ・θとしたとき、その理想像位置からの
ずれ量を％表示してある。走査角θは半画角を表わす。
（発明の効果） この発明の走査結像光学系は、回転多面鏡から順に全
体として負の屈折率を有する第１レンズ群、全体として
正の屈折率を有する第２レンズ群、主走査方向に平行な
方向に母線をもつ凹シリンドリカル・ミラーとで構成
し、且つ前記各条件を満足させるようにしたから、製作
が困難で高価なトロイダル・レンズやトーリック・レン
ズを用いずに安価に構成できるとともに、良好な結像性
能を提供できる。
体として負の屈折率を有する第１レンズ群、全体として
正の屈折率を有する第２レンズ群、主走査方向に平行な
方向に母線をもつ凹シリンドリカル・ミラーとで構成
し、且つ前記各条件を満足させるようにしたから、製作
が困難で高価なトロイダル・レンズやトーリック・レン
ズを用いずに安価に構成できるとともに、良好な結像性
能を提供できる。
第１図は、この発明に係る走査結像光学系の斜視図、第
２図は第１図の主走査直角方向断面図、第３図乃至第８
図はこの発明の実施例を示す走査結像光学系構成図、第
９図乃至第14図はそれぞれ第３図乃至第８図に対応する
収差曲線図である。 １……光源、２……光学系、３……シリンドリカル・レ
ンズ、４……回転多面鏡、５……偏向反射面、６……第
１レンズ群、７……第２レンズ群、８……シリンドリカ
ル・ミラー、９……走査面、Ａ……主走査方向、Ｂ……
副走査方向。
２図は第１図の主走査直角方向断面図、第３図乃至第８
図はこの発明の実施例を示す走査結像光学系構成図、第
９図乃至第14図はそれぞれ第３図乃至第８図に対応する
収差曲線図である。 １……光源、２……光学系、３……シリンドリカル・レ
ンズ、４……回転多面鏡、５……偏向反射面、６……第
１レンズ群、７……第２レンズ群、８……シリンドリカ
ル・ミラー、９……走査面、Ａ……主走査方向、Ｂ……
副走査方向。
Claims (1)
- 【請求項１】偏向器により反射偏向された光ビームを結
像面に走査する走査結像光学系において、前記走査結像
光学系を偏向器から順に、全体として負の焦点距離を持
つ第１レンズ群と、全体として正の焦点距離を持つ第２
レンズ群と、前記結像面の主走査方向に平行な方向に母
線を持ち主走査直角方向断面が二次曲線を有する凹の光
学反射素子とで構成し、主走査直角方向断面にて前記偏
向器の偏向反射面と前記結像面を光学的共役関係を持た
せるとともに、下記の各条件を満足することを特徴とす
る走査結像光学系 （１） −2.523f≦f1≦−1.083f （２） 0.557f≦f2≦0.821f （４） −0.579f≦γ≦−0.321f （５） 0.108f≦ｄ≦0.432f （６） 0.229f≦|R・cosψ｜≦0.813f 但し、f:全系の主走査方向断面の焦点距離 f1:第１レンズ群の焦点距離 f2:第２レンズ群の焦点距離 d:第１レンズ群の第１面から第２レンズ群の最後面まで
の光軸上の長さ γ：第２レンズ群の最終面（被走査面側）の曲率半径 R:凹の光学反射素子の主走査直角方向断面の曲率半径 ψ：第１レンズ群及び第２レンズ群の光軸と、該光軸と
凹の光学反射素子の交点上の法線とのなす角。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19854387A JP2553882B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 走査結像光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19854387A JP2553882B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 走査結像光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6442625A JPS6442625A (en) | 1989-02-14 |
| JP2553882B2 true JP2553882B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=16392910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19854387A Expired - Lifetime JP2553882B2 (ja) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | 走査結像光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2553882B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1987
- 1987-08-08 JP JP19854387A patent/JP2553882B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPS6442625A (en) | 1989-02-14 |
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