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JP3472200B2 - Diffraction type chromatic aberration correction scanning optical system - Google Patents
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JP3472200B2 - Diffraction type chromatic aberration correction scanning optical system - Google Patents

Diffraction type chromatic aberration correction scanning optical system

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JP3472200B2
JP3472200B2 JP17748799A JP17748799A JP3472200B2 JP 3472200 B2 JP3472200 B2 JP 3472200B2 JP 17748799 A JP17748799 A JP 17748799A JP 17748799 A JP17748799 A JP 17748799A JP 3472200 B2 JP3472200 B2 JP 3472200B2
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diffractive
chromatic aberration
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optical system
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淳二 上窪
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザープリン
ター等の走査光学装置の光学系として利用される走査光
学系に関し、特に、色収差が補正された走査光学系に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical system used as an optical system of a scanning optical device such as a laser printer, and more particularly to a scanning optical system with chromatic aberration corrected.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザープリンター等の走査光学装置で
は、半導体レーザー等の光源から発した光束をポリゴン
ミラーにより偏向させ、fθレンズ(走査レンズ)を介し
て感光体ドラム等の走査対象面上に結像させることによ
り、この面上に主走査方向に走査するスポットを形成す
る。
2. Description of the Related Art In a scanning optical device such as a laser printer, a light beam emitted from a light source such as a semiconductor laser is deflected by a polygon mirror and is formed on a surface to be scanned such as a photosensitive drum via an fθ lens (scanning lens). By forming an image, a spot for scanning in the main scanning direction is formed on this surface.

【0003】fθレンズは、単一、または複数枚のレン
ズから構成され、ポリゴンミラーの回転に伴って走査対
象面上のスポットが等速で直線的に走査するよう諸収差
が補正されている。また、複数の光源からの光束により
同時に複数の走査線を形成するマルチビーム用装置に適
用される走査光学系では、分散の異なる正レンズと負レ
ンズとを組み合わせることによりfθレンズの色収差を
補正し、あるいは、光源を選別して発光波長の近い組み
合わせを用いることにより各光源間の発光波長のバラツ
キが描画に与える影響を低減するようにしている。
The fθ lens is composed of a single lens or a plurality of lenses, and various aberrations are corrected so that the spot on the surface to be scanned linearly scans at a constant speed as the polygon mirror rotates. In a scanning optical system applied to a multi-beam device that forms a plurality of scanning lines at the same time with light beams from a plurality of light sources, a chromatic aberration of an fθ lens is corrected by combining a positive lens and a negative lens with different dispersions. Alternatively, by selecting light sources and using a combination of light emission wavelengths close to each other, it is possible to reduce the influence of variations in light emission wavelengths among the light sources on drawing.

【0004】光源間の波長誤差は、半導体レーザーを例
にとると、仕様上の誤差(カタログスペック)として標準
値±15nmが一般であり、2以上の半導体レーザーを
光源として用いるマルチビーム装置では、最大で30n
mの波長誤差が生じる可能性がある。ここで、fθレン
ズが倍率色収差を持つと、書き出し位置、書き終わり位
置が走査線によって異なることとなり、描画パターンに
許容範囲を越える影響が発生する。
Taking a semiconductor laser as an example, the wavelength error between the light sources has a standard value of ± 15 nm as a specification error (catalog specification). In a multi-beam apparatus using two or more semiconductor lasers as a light source, Up to 30n
A wavelength error of m may occur. Here, if the fθ lens has a lateral chromatic aberration, the writing start position and the writing end position differ depending on the scanning line, and the drawing pattern is affected beyond the allowable range.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例のように分散の異なるレンズ材料(硝材)の組み
合わせによりfθレンズの色収差を補正する構成では、
色収差を補正しない場合と比較してレンズ枚数が増加
し、また、レンズ材料を屈折率のみでなく分散をも考慮
して決定しなければならなくなるため、使用できるレン
ズ材料の種類が限定されて設計の自由度が減少する。他
方、光源を発光波長の違いにより選別して用いる場合に
は、選別作業自体に手間がかかる上、光源の経時変化に
より発光波長に差が生じた場合には対処できないという
問題がある。
However, in the configuration in which the chromatic aberration of the fθ lens is corrected by the combination of lens materials (glass materials) having different dispersions as in the above-mentioned conventional example,
The number of lenses is increased compared to the case where chromatic aberration is not corrected, and the lens material must be decided considering not only the refractive index but also the dispersion, so the type of lens material that can be used is limited The degree of freedom of is reduced. On the other hand, when the light sources are selected and used according to the difference in the emission wavelength, there is a problem that the selection work itself is troublesome and the case where the difference in the emission wavelength occurs due to the aging of the light source cannot be dealt with.

【0006】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、走査レンズの枚数を増やすこ
となく、倍率色収差を補正して光源の発光波長のバラツ
キによる描画性能の劣化を避けることができる走査光学
系を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and corrects the chromatic aberration of magnification without increasing the number of scanning lenses and avoids the deterioration of the drawing performance due to the variation of the emission wavelength of the light source. It is an object of the present invention to provide a scanning optical system capable of performing the above.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る回折型色
収差補正走査光学系は、上記の目的を達成させるため、
光源と、該光源から発した光束を偏向する偏向器と、該
偏向器により偏向された光束を走査対象面上に結像させ
る走査レンズとを備え、前記走査レンズは、屈折レンズ
として正のパワーを有すると共に、少なくともー面に回
折レンズ構造を有し、該回折レンズ構造は、前記走査レ
ンズの屈折レンズとしてのパワーにより発生する倍率色
収差を補正する作用を有し、最大画角で入射する光束に
含まれる回折レンズの周期構造の数をm、最大画角をW
(度)とするとき、条件 (1) 0.3≦m/W≦4.0 を満たすことを特徴としている(請求項1)。
A diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to the present invention has the following object.
The scanning lens includes a light source, a deflector that deflects the light beam emitted from the light source, and a scanning lens that forms an image of the light beam deflected by the deflector on a surface to be scanned. And has a diffractive lens structure on at least one surface, the diffractive lens structure has a function of correcting lateral chromatic aberration generated by the power of the scanning lens as a refraction lens, and a light beam incident at the maximum angle of view. M is the number of periodic structures of the diffractive lens and W is the maximum angle of view.
(Degree), the condition (1) 0.3 ≦ m / W ≦ 4.0 is satisfied (claim 1).

【0008】上記の構成によれば、屈折レンズ素子によ
り発生する倍率色収差をレンズ枚数を増やすことなく補
正することができる。特に、倍率色収差を最小にしたい
場合には、以下の条件(2)を満たすよう条件(1)の範囲
を狭めることが望ましい。 (2) 0.7≦m/W≦3.0
With the above arrangement, it is possible to correct lateral chromatic aberration generated by the refractive lens element without increasing the number of lenses. Particularly, when it is desired to minimize lateral chromatic aberration, it is desirable to narrow the range of the condition (1) so as to satisfy the following condition (2). (2) 0.7 ≦ m / W ≦ 3.0

【0009】なお、光源は、走査対象面上で互いに異な
る位置に集光される複数の光束を発するマルチビーム光
源を用いることができ、その場合、偏向器はこれら複数
の光束を同時に偏向する。複数の光束を得るために複数
の半導体レーザーを使用する場合には、各光束の波長が
互いに異なる可能性がある。このような場合にも、倍率
色収差が補正されていれば、画像を高精度で形成するこ
とができる。
As the light source, it is possible to use a multi-beam light source which emits a plurality of light beams condensed at mutually different positions on the surface to be scanned, and in this case, the deflector simultaneously deflects the plurality of light beams. When using a plurality of semiconductor lasers to obtain a plurality of light beams, the wavelengths of the respective light beams may be different from each other. Even in such a case, if the lateral chromatic aberration is corrected, the image can be formed with high accuracy.

【0010】回折レンズ構造は、このレンズ構造の光軸
を中心とした同心円状の輪帯として形成されることが望
ましい。また、回折レンズ構造は、屈折レンズ素子の回
転対称面に形成されることが望ましい。型の加工の観点
からは、回折レンズ構造が回転対称なレンズ面上に形成
されていると、加工が容易である。更に、回折レンズ構
造は、偏向器に最も近いレンズ面上に形成されることが
望ましい。
The diffractive lens structure is preferably formed as concentric ring zones centered on the optical axis of the lens structure. Further, it is desirable that the diffractive lens structure is formed on the rotationally symmetrical surface of the refractive lens element. From the viewpoint of mold processing, if the diffractive lens structure is formed on a lens surface that is rotationally symmetric, processing is easy. Further, the diffractive lens structure is preferably formed on the lens surface closest to the deflector.

【0011】別の観点からは、本発明に係る回折型色収
差補正走査光学系は、回折レンズ構造を、最大画角で入
射する光束のレンズ面上での主走査方向の幅が最も大き
くなる面に形成したことを特徴としている(請求項7)。
From another point of view, in the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to the present invention, the diffractive lens structure has a surface in which the width of the light beam incident at the maximum angle of view in the main scanning direction on the lens surface is the largest. It is characterized in that it is formed (claim 7).

【0012】さらに別の観点からは、本発明に係る回折
型色収差補正走査光学系は、回折レンズ構造を、偏向器
に最も近い正のパワーを持つ面より偏向器側の面に形成
したことを特徴としている(請求項8)。
From another point of view, in the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to the present invention, the diffractive lens structure is formed on the surface closer to the deflector than the surface having the positive power closest to the deflector. It is characterized (claim 8).

【0013】さらに別の観点からは、本発明に係る回折
型色収差補正走査光学系は、回折レンズ構造を、最大画
角で入射する光束のレンズ面への入射角が最も大きくな
る面に形成したことを特徴としている(請求項9)。
From another point of view, in the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to the present invention, the diffractive lens structure is formed on the surface where the incident angle of the light beam incident at the maximum angle of view on the lens surface is the largest. It is characterized in that (claim 9).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる回折型色
収差補正走査光学系の実施形態について図面を参照して
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、実施例1〜実施例3に係る回折型
色収差補正走査光学系100の主走査方向(図1の符号
Yで示される)の説明図、図2はその副走査方向(図2の
符号Zで示される)の説明図である。走査光学系100
は、多点発光半導体レーザー等の光源1を有する。光源
1は、副走査方向に配列する互いに平行な複数のレーザ
ー光を発する。光源1から発してコリメートレンズ2に
より平行光束とされたレーザー光は、副走査方向にのみ
パワーを持つシリンドリカルレンズ3を介して回転軸4
a回りに回転駆動されるポリゴンミラー(偏向器)4に入
射し、ポリゴンミラー4で走査、偏向されて走査レンズ
である3枚構成のfθレンズ20を介して走査対象面5
上にほぼ円形の複数のスポットを形成する。
FIG. 1 is an explanatory view of the main scanning direction (indicated by symbol Y in FIG. 1) of the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system 100 according to Examples 1 to 3, and FIG. 2 is its sub-scanning direction ( FIG. 3 is an explanatory diagram of (indicated by reference numeral Z in FIG. 2). Scanning optical system 100
Has a light source 1 such as a multi-point light emitting semiconductor laser. The light source 1 emits a plurality of parallel laser beams arranged in the sub-scanning direction. The laser light emitted from the light source 1 and collimated by the collimator lens 2 is converted into a parallel light flux through the cylindrical lens 3 having a power only in the sub-scanning direction and the rotating shaft 4
It is incident on a polygon mirror (deflector) 4 which is rotationally driven around a, is scanned and deflected by the polygon mirror 4, and is scanned through an fθ lens 20 of a three-lens structure, which is a scanning lens, to be scanned 5
Form a plurality of spots of approximately circular shape on the top.

【0016】なお、ここでは、光源1として多点発光半
導体レーザーを用いているが、これに代えて、複数の異
なる半導体レーザーからの光束をビーム合成素子を用い
て合成してもよい。このような場合には、複数の発光
部、あるいは複数の発光素子は、走査対象面上に形成さ
れるスポットが、副走査方向に所定距離離れるように、
すなわち、一回の走査で複数の走査線が形成されるよう
に配置される。さらに、光源1は、単一のレーザー光を
発する単一の半導体レーザーであってもよい。
Although a multi-point emitting semiconductor laser is used as the light source 1 here, instead of this, light beams from a plurality of different semiconductor lasers may be combined using a beam combining element. In such a case, the plurality of light emitting units or the plurality of light emitting elements are arranged so that the spots formed on the surface to be scanned are separated by a predetermined distance in the sub-scanning direction.
That is, it is arranged so that a plurality of scanning lines are formed by one scanning. Further, the light source 1 may be a single semiconductor laser that emits a single laser beam.

【0017】シリンドリカルレンズ3は副走査方向に正
のパワーを有し、光源1から発する光束をポリゴンミラ
ー4のミラー面の近傍で主走査方向に延びる線状に結像
させる。fθレンズ20は、ミラー面近傍で主走査方向
において線状に結像された光束を像面(走査対象面)上に
ほぼ円形のスポットとして再結像させる。
The cylindrical lens 3 has a positive power in the sub-scanning direction, and images the light beam emitted from the light source 1 into a linear shape extending in the main scanning direction near the mirror surface of the polygon mirror 4. The fθ lens 20 re-images the light beam, which is linearly imaged in the main scanning direction near the mirror surface, on the image surface (scanning target surface) as a substantially circular spot.

【0018】fθレンズ20は、ポリゴンミラー4側か
ら走査対象面5側に向けて順に、主走査、副走査の両方
向に正のパワーを持つメニスカス形状の第1レンズ21
と、主走査、副走査の両方向に正のパワーを持つ平凸の
第2レンズ22と、ほぼ副走査方向にのみ正のパワーを
有する長尺の第3レンズ23とが配列して構成される。
第1レンズ21と第2レンズ22とは、ポリゴンミラー
4の近くに配置され、第3レンズ23は走査対象面5の
近くに配置されている。
The fθ lens 20 is a meniscus-shaped first lens 21 having positive power in both the main scanning direction and the sub-scanning direction in order from the polygon mirror 4 side toward the scanning target surface 5 side.
And a plano-convex second lens 22 having positive power in both main scanning and sub-scanning directions, and a long third lens 23 having positive power only in the sub-scanning direction. .
The first lens 21 and the second lens 22 are arranged near the polygon mirror 4, and the third lens 23 is arranged near the scan target surface 5.

【0019】第1レンズ21のポリゴンミラー4側の面
21aには、周期構造を有する回折面(例えば複数の輪
帯)からなるフレネルレンズ状の回折レンズ構造が形成
されている。回折レンズ構造は、fθレンズ20の屈折
力により生じる倍率色収差を補正する作用を有する。各
輪帯は、楔状の断面を有し、隣接する輪帯の境界は所定
の光路差を与えるような段差として形成されている。面
21aのベースカーブ(回折レンズ構造を除いた屈折面
としての形状)は、回転対称な非球面である。このよう
な回転対称な面に回折レンズ構造を形成すると、型の加
工が比較的容易である。第1レンズ21の走査対象面5
側のレンズ面21bは回転対称な非球面である。
On the surface 21a of the first lens 21 on the polygon mirror 4 side, there is formed a Fresnel lens-like diffractive lens structure composed of a diffractive surface (for example, a plurality of ring zones) having a periodic structure. The diffractive lens structure has a function of correcting lateral chromatic aberration caused by the refractive power of the fθ lens 20. Each ring zone has a wedge-shaped cross section, and the boundary between adjacent ring zones is formed as a step that gives a predetermined optical path difference. The base curve of the surface 21a (shape as a refracting surface excluding the diffractive lens structure) is a rotationally symmetric aspherical surface. If the diffractive lens structure is formed on such a rotationally symmetric surface, it is relatively easy to process the mold. Scanning target surface 5 of the first lens 21
The lens surface 21b on the side is a rotationally symmetric aspherical surface.

【0020】第2レンズ22は、ポリゴンミラー4側の
レンズ面22aが平面、走査対象面5側のレンズ面22
bが凸の球面として形成されている。第3レンズ23
は、ポリゴンミラー4側のレンズ面23aが主走査面内
の非円弧曲線を光軸と垂直で主走査面に含まれる回転軸
を中心に回転させた軌跡として定義される変形トーリッ
ク面、走査対象面5側のレンズ面23bが凸の球面とし
て形成されている。
In the second lens 22, the lens surface 22a on the polygon mirror 4 side is a flat surface, and the lens surface 22 on the scanning target surface 5 side.
b is formed as a convex spherical surface. Third lens 23
Is a deformed toric surface defined by the lens surface 23a on the polygon mirror 4 side as a locus obtained by rotating a non-arc curve in the main scanning surface about an axis of rotation that is perpendicular to the optical axis and included in the main scanning surface. The lens surface 23b on the surface 5 side is formed as a convex spherical surface.

【0021】図3は、輪帯の境界位置(輪帯間の段差部
分)を拡大して示す断面図である。隣接する輪帯Z1お
よびZ2の段差の高さをTとすると、光束が図3に示す
ように入射角αで輪帯の境界位置に入射する場合、輪帯
Z1の側面(図中Z1Aで示す面)に向かって入射する光
束は輪帯Z1の側面Z1Aを透過するため、光量損失が
発生する。ここで入射角αは、入射光束の中心軸と、光
束の入射位置での面のベースカーブの放線とが主走査面
内でなす角度をいう。また、金型加工上の限界から、段
差部は図3の面Z1AおよびZ2Aの様にほぼ直角に切
り替わるのではなく、面Z2A上で、輪帯の境界位置か
ら距離Lだけ離れた位置から輪帯Z1にかけて徐々に切
り替わる曲面Z2Bとして形成される。このため輪帯Z
2に向かって入射する光束については境界位置から距離
L分について光量損失が発生する。この光量損失は、入
射角αが大きいほど顕著である。さらに、上記光量損失
は段差毎に発生するため、走査範囲内で光束が入射する
領域中の輪帯数が多いほど光量損失も大きくなる。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the boundary position of the zones (stepped portion between the zones). Assuming that the height of the step between the adjacent ring zones Z1 and Z2 is T, when the light beam enters the boundary position of the ring zones at the incident angle α as shown in FIG. 3, the side surface of the ring zone Z1 (indicated by Z1A in the figure). Since the light flux incident on the surface) passes through the side surface Z1A of the ring zone Z1, a light amount loss occurs. Here, the incident angle α is an angle formed in the main scanning plane by the central axis of the incident light beam and the radius of the base curve of the surface at the incident position of the light beam. Further, due to the limit of the die machining, the stepped portion does not switch to a substantially right angle like the surfaces Z1A and Z2A in FIG. 3, but on the surface Z2A from the position separated from the boundary position of the ring zone by the distance L. It is formed as a curved surface Z2B that gradually switches to the band Z1. For this reason the ring Z
With respect to the light flux entering toward 2, the light amount loss occurs for the distance L from the boundary position. This light amount loss is more remarkable as the incident angle α is larger. Further, since the light amount loss occurs at each step, the light amount loss increases as the number of ring zones in the region where the light beam enters within the scanning range increases.

【0022】fθレンズ20をガラス選択による色収差
補正を行っていない光学系と仮定した場合、倍率色収差
は画角が大きくなるにつれて増加する。このため、色収
差を補正するために形成される輪帯の数も画角の大きい
光束に対応した部分で多くなる。従って、画角が大きく
なるにつれて光量損失も大きくなる。ここで、画角(走
査角)とは、fθレンズ20の光軸と、ポリゴンミラー
4により反射された光束の中心軸とが主走査面内でなす
角度をいう。
Assuming that the fθ lens 20 is an optical system in which chromatic aberration is not corrected by selecting glass, the chromatic aberration of magnification increases as the angle of view increases. For this reason, the number of annular zones formed to correct chromatic aberration also increases in the portion corresponding to the light flux having a large angle of view. Therefore, the light amount loss increases as the angle of view increases. Here, the angle of view (scanning angle) means the angle formed by the optical axis of the fθ lens 20 and the central axis of the light beam reflected by the polygon mirror 4 in the main scanning plane.

【0023】本発明は上記の光量損失に対処するための
ものである。色収差補正量が決まれば、どのレンズ面に
回折レンズ構造を設けるかにかかわらず、ある画角の光
束に含まれる輪帯数はほぼ決まる。また、画角と、回折
レンズ構造を形成するレンズ面が決まれば、輪帯が形成
されたレンズ面への入射角が決まる。そして、輪帯数と
入射角が決まれば、光量損失を起こす部分の全面積を知
ることができる。光量損失量と光量損失を起こす部分の
全面積、および光束の面積の関係は以下のように表すこ
とができる。
The present invention is for coping with the above-mentioned loss of light quantity. Once the amount of chromatic aberration correction is determined, the number of ring zones included in a light beam having a certain angle of view is substantially determined regardless of which lens surface is provided with the diffractive lens structure. Further, if the angle of view and the lens surface forming the diffractive lens structure are determined, the angle of incidence on the lens surface on which the ring zone is formed is determined. Then, if the number of ring zones and the incident angle are determined, it is possible to know the total area of the portion where the light amount loss occurs. The relationship between the amount of light loss, the total area of the portion causing the light amount loss, and the area of the light flux can be expressed as follows.

【数1】 ここで、LOSSは光量損失、Ksは定数、SAは光量
損失を起こす部分の全面積、そしてsfは光束が入射す
るレンズ面上での光束の面積である。
[Equation 1] Here, LOSS is the light amount loss, Ks is a constant, SA is the total area of the portion that causes the light amount loss, and sf is the light beam area on the lens surface on which the light beam is incident.

【0024】数1の右辺、すなわちSA/sfが小さく
なるようなレンズ面を回折レンズ構造を付加するレンズ
面とすることにより、光量損失を抑えることができる。
By using the right side of the equation 1, that is, the lens surface on which SA / sf is small, as the lens surface to which the diffractive lens structure is added, the light quantity loss can be suppressed.

【0025】まず、SAを小さくする方法について述べ
る。上述のように色収差補正量に応じて回折レンズ構造
の輪帯数(周期構造の数)が決まる。このため、色収差補
正量の許容範囲を考慮して、色収差補正の目標を比較的
緩やかに取り、回折レンズ構造に入射する光束の最大画
角をW(度)、最大画角で入射する光束に含まれる回折レ
ンズ構造の輪帯(周期構造)の数をmとするとき、
First, a method of reducing SA will be described. As described above, the number of ring zones (the number of periodic structures) of the diffractive lens structure is determined according to the amount of chromatic aberration correction. Therefore, considering the allowable range of the chromatic aberration correction amount, the target of the chromatic aberration correction is set relatively gently, and the maximum angle of view of the light beam incident on the diffractive lens structure is W (degrees), and the maximum angle of view is set to When the number of ring zones (periodic structure) of the diffractive lens structure included is m,

【数2】 という条件を満たすように回折レンズ構造を形成するこ
とにより、必要な色収差補正量を確保しつつ、光量損失
を抑えることができる(周期構造の数mについては後述
する)。
[Equation 2] By forming the diffractive lens structure so as to satisfy the condition, it is possible to suppress the light amount loss while securing the necessary chromatic aberration correction amount (the number m of the periodic structure will be described later).

【0026】なお、a(=m/W)が数2で示す条件の下
限を下回ると十分な色収差補正を実現することができな
い。またaが数2で示す条件の上限を越えると光量損失
が大きくなり回折効率を下げることになる。ここで、色
収差補正の目標を0とした場合には、
If a (= m / W) is below the lower limit of the condition shown in the equation 2, sufficient chromatic aberration correction cannot be realized. Further, when a exceeds the upper limit of the condition shown by the equation 2, the light amount loss becomes large and the diffraction efficiency is lowered. Here, when the target of chromatic aberration correction is 0,

【数3】 という条件式となる。[Equation 3] It becomes the conditional expression.

【0027】上記はSAを小さくすることにより数1の
右辺を小さくする場合について示したが、数1のsfを
大きくすることによっても光量損失を抑えることができ
る。すなわち、SAを一定と仮定すれば、sfができる
だけ大きくなるようなレンズ面に回折レンズ構造を形成
することにより、数1の右辺を小さくすることができ
る。
The above has described the case where the right side of the equation (1) is reduced by reducing the SA, but the light amount loss can be suppressed by increasing the sf of the equation (1). That is, assuming that SA is constant, by forming a diffractive lens structure on the lens surface such that sf is as large as possible, the right side of Expression 1 can be reduced.

【0028】言い換えれば、走査光学系においては、最
大画角で入射する光束の、レンズ面上での主走査方向の
幅が最も大きくなる面に回折レンズ構造を形成すること
により、輪帯(周期構造)の段差部における光量損失によ
る回折効率の低下を抑えることができる。
In other words, in the scanning optical system, the diffractive lens structure is formed on the surface of the lens surface where the width of the light beam incident at the maximum angle of view in the main scanning direction is the largest, and It is possible to suppress a decrease in the diffraction efficiency due to the loss of the amount of light in the step portion of the structure).

【0029】別の観点からは、ポリゴンミラー4により
偏向された光束はfθレンズを介して被走査面上に結像
することから、系全体としては、ポリゴンミラー4に近
いほど光束の径は大きいと考えられる。このことから、
ポリゴンミラー4に最も近い正のパワーを有するレンズ
面よりポリゴンミラー側のレンズ面を回折レンズ構造を
形成する面として選択することによって数1のsfを大
きくすることができる。
From another point of view, since the light beam deflected by the polygon mirror 4 forms an image on the surface to be scanned via the fθ lens, the diameter of the light beam becomes larger as the system is closer to the polygon mirror 4. it is conceivable that. From this,
By selecting the lens surface closer to the polygon mirror 4 than the lens surface having the positive power closest to the polygon mirror 4 as the surface forming the diffractive lens structure, it is possible to increase the sf of Expression 1.

【0030】さらに別の観点からは、光束の入射角が大
きい面ほど、その面上での光束の幅が大きくなる事か
ら、最大画角で入射する光束の入射角が最も大きくなる
レンズ面上に回折レンズ構造を形成するようにしても数
1のsfを大きくすることができる。
From another point of view, the larger the incident angle of the light beam is, the larger the width of the light beam on the surface is. Therefore, on the lens surface where the incident angle of the light beam incident at the maximum angle of view is the largest. Even if the diffractive lens structure is formed on the sf, the sf of the equation 1 can be increased.

【0031】次に、上記の条件を満たすよう構成された
実施例について説明する。まず、実施例の説明に先立っ
て、回転対称な非球面、回折レンズ構造、変形トーリッ
ク面の形状を定義する方法について説明する。回転対称
な非球面は、光軸からの高さhにおける接平面からのサ
グ量X(h)として、以下の式数4で表される。
Next, an embodiment configured to satisfy the above conditions will be described. First, prior to the description of the embodiments, a method of defining the shapes of a rotationally symmetric aspherical surface, a diffractive lens structure, and a modified toric surface will be described. The rotationally symmetric aspherical surface is represented by the following equation 4 as the sag amount X (h) from the tangent plane at the height h from the optical axis.

【数4】 ここで、rは光軸上での曲率半径、Kは円錐係数、A4,A
6,A8はそれぞれ4次、6次、8次の非球面係数である。
[Equation 4] Where r is the radius of curvature on the optical axis, K is the conic coefficient, and A4, A
6 and A8 are aspherical coefficients of the 4th, 6th and 8th orders, respectively.

【0032】回折レンズ構造は、以下の式数5により定
義される光路長付加量Δφ(h)により表される。
The diffractive lens structure is represented by the optical path length addition amount Δφ (h) defined by the following equation (5).

【数5】 ここで、P2,P4,P6,P8,P10は、それぞれ2次、4次、6
次、8次、10次の係数、hは光軸からの高さである。
[Equation 5] Here, P2, P4, P6, P8, and P10 are secondary, quaternary, and 6 respectively.
Next, 8th and 10th coefficients, h is the height from the optical axis.

【0033】回折レンズ構造の実際の形状は、以下の式
数6により表される。
The actual shape of the diffractive lens structure is represented by the following equation (6).

【数6】 なお、数6において、関数MOD(x,y)はxをyで割
った余りを表し、Cは輪帯の境界位置の位相を設定する
ための定数(0≦C<1)、nは屈折率、λは使用波長で
ある。(MOD(Δφ(h)+C,−1)=0となるhの点
が輪帯の境界となる。以下の各実施例ではC=0.5と
している。またEは、光束が回折レンズ構造に斜めに入
射することにより起こる位相付加量の変化を補正するた
めの係数である。
[Equation 6] In Equation 6, the function MOD (x, y) represents the remainder when x is divided by y, C is a constant (0 ≦ C <1) for setting the phase of the boundary position of the annular zone, and n is the refraction. The ratio λ is the wavelength used. The point of h at which (MOD (Δφ (h) + C, −1) = 0 is the boundary of the ring zone. In each of the following examples, C = 0.5, and E is the diffractive lens structure of the light beam. This is a coefficient for correcting a change in the amount of phase addition that occurs when the light is obliquely incident on.

【0034】回折レンズ構造が回転対称な非球面上に形
成される場合、最終的な形状は以下のサグ量TS(h)とし
て表される。
When the diffractive lens structure is formed on a rotationally symmetric aspherical surface, the final shape is expressed as the sag amount TS (h) below.

【数7】 回折レンズ構造が平面上に形成される場合には、最終形
状TS(h)はS(h)と等しくなる。
[Equation 7] If the diffractive lens structure is formed on a plane, the final shape TS (h) will be equal to S (h).

【0035】なお、最大画角で入射する光束に含まれる
回折レンズの周期構造の数mは正確には以下の数8で表
される。
The number m of the periodic structure of the diffractive lens included in the light beam incident at the maximum angle of view is expressed by the following equation 8 to be exact.

【数8】 ここで、hmaxは、走査レンズに最大画角で入射する光束
が回折レンズ構造に入射する時の、光軸からの距離が最
大になる点の高さであり、hminは、走査レンズに最大画
角で入射する光束が回折レンズ構造に入射する時の、光
軸からの距離が最小になる点での高さである。
[Equation 8] Here, hmax is the height of the point at which the distance from the optical axis is the maximum when the light beam that is incident on the scanning lens at the maximum angle of view is incident on the diffractive lens structure, and hmin is the maximum image angle on the scanning lens. It is the height at the point where the distance from the optical axis becomes the minimum when a light beam incident at an angle enters the diffractive lens structure.

【0036】変形トーリック面は、非円弧曲線を光軸と
垂直で主走査面に含まれる回転軸回りに回転させた軌跡
として定義される。非円弧曲線は、以下の数9により定
義される。
The deformed toric surface is defined as a locus obtained by rotating a non-circular curve around the rotation axis included in the main scanning surface and perpendicular to the optical axis. The non-circular curve is defined by the following equation 9.

【数9】 ここで、X(Y)はサグ量、すなわち、光軸からの主走査方
向の距離Yの点における接線からの距離、他の符号は数
4におけるのと同様である。
[Equation 9] Here, X (Y) is the sag amount, that is, the distance from the tangent line at the point of the distance Y in the main scanning direction from the optical axis, and other symbols are the same as in the equation 4.

【0037】[0037]

【実施例1】表1は、実施例1にかかる走査光学系10
0のシリンドリカルレンズ3より走査対象面5側の構成
を示す。表中の記号fはfθレンズ20の主走査方向の
焦点距離、SWは走査幅、Wは最大画角、λは使用波
長、ryは主走査方向の曲率半径、rzは副走査方向の
曲率半径(回転対称面の場合には省略)、dは面間の光軸
上の距離、nは設計波長780nmでの屈折率である。
Example 1 Table 1 shows a scanning optical system 10 according to Example 1.
The configuration on the scanning target surface 5 side of the cylindrical lens 3 of 0 is shown. In the table, symbol f is the focal length of the fθ lens 20 in the main scanning direction, SW is the scanning width, W is the maximum angle of view, λ is the wavelength used, ry is the radius of curvature in the main scanning direction, and rz is the radius of curvature in the sub-scanning direction. (Omitted in the case of a rotationally symmetrical surface), d is the distance between the surfaces on the optical axis, and n is the refractive index at the design wavelength of 780 nm.

【0038】表1中、面番号#1,#2がシリンドリカ
ルレンズ3、面番号#3がポリゴンミラー4のミラー
面、面番号#4,#5がfθレンズ20の第1レンズ2
1、面番号#6,#7が第2レンズ22、面番号#8、
#9が第3レンズ23を示す。なお、回折レンズ構造は
第1レンズ21のポリゴンミラー側の面21a(面番号
#4)上に形成されている。このレンズ面21aは正の
パワーを持たない、すなわち負のパワーを持つレンズ面
であり、正のレンズ面中で最もポリゴンミラー4側に位
置するレンズ面21bよりもポリゴンミラー4側に位置
している。
In Table 1, the surface numbers # 1 and # 2 are the cylindrical lenses 3, the surface number # 3 is the mirror surface of the polygon mirror 4, and the surface numbers # 4 and # 5 are the first lens 2 of the fθ lens 20.
1, surface numbers # 6 and # 7 are the second lens 22, surface number # 8,
# 9 indicates the third lens 23. The diffractive lens structure is formed on the surface 21a (surface number # 4) on the polygon mirror side of the first lens 21. This lens surface 21a has no positive power, that is, has a negative power, and is located closer to the polygon mirror 4 than the lens surface 21b located closest to the polygon mirror 4 side among the positive lens surfaces. There is.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】なお、表1における各非球面、変形トーリ
ック面の曲率半径は、それぞれの光学素子の光軸上の曲
率半径(回折レンズ構造が形成された面の場合には、面
の巨視的形状の光軸上での曲率半径)であり、円錐係
数、非球面係数、非円弧係数は表2に示される。
The radius of curvature of each aspherical surface and deformed toric surface in Table 1 is the radius of curvature on the optical axis of each optical element (in the case of the surface on which the diffractive lens structure is formed, the macroscopic shape of the surface). Radius of curvature on the optical axis of), and the conical coefficient, aspherical surface coefficient, and non-circular arc coefficient are shown in Table 2.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】また、数6の係数E、および数5の係数P
2、P4、P6、P8、P10の値は表3に示される。
Also, the coefficient E of the equation 6 and the coefficient P of the equation 5
The values of 2, P4, P6, P8 and P10 are shown in Table 3.

【表3】 [Table 3]

【0043】回折レンズ構造単独での設計波長780n
mにおける焦点距離は2662.2mmである。実施例
1において、a=2.7であり、数1で示される条件を
満たしており、最大像高における光量損失は3.6%で
ある。
Design wavelength 780n with diffractive lens structure alone
The focal length at m is 2662.2 mm. In Example 1, a = 2.7, which satisfies the condition represented by Expression 1, and the light amount loss at the maximum image height is 3.6%.

【0044】図4は、上述した実施例1の構成による走
査光学系の(A)直線性誤差、(B)像面湾曲(破線:主走
査方向、実線:副走査方向)、そして(C)倍率色収差を
それぞれ示す。各グラフの縦軸は像高(走査対象面上で
の走査スポットの光軸との交点からの高さ)、横軸は各
収差の発生量であり、単位は縦軸、横軸いずれもmmで
ある。
FIG. 4 shows (A) linearity error, (B) field curvature (broken line: main scanning direction, solid line: sub-scanning direction) of the scanning optical system having the above-described configuration of the first embodiment, and (C). The chromatic aberration of magnification is shown respectively. The vertical axis of each graph is the image height (height from the intersection of the scanning spot and the optical axis on the surface to be scanned), the horizontal axis is the amount of occurrence of each aberration, and the unit is both the vertical axis and the horizontal axis. Is.

【0045】[0045]

【実施例2】表4は実施例2にかかる走査光学系100
の数値構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施
例1と同一である。円錐係数、非球面係数、非円弧係数
は、表5に示される。回折レンズ構造は、第1レンズ2
1のポリゴンミラー側のレンズ面21aに設けられてい
る。
Second Embodiment Table 4 shows the scanning optical system 100 according to the second embodiment.
The numerical configuration of is shown. The correspondence between each surface number and the optical element is the same as that in the first embodiment. The conical coefficient, aspherical coefficient, and non-circular coefficient are shown in Table 5. The diffractive lens structure includes the first lens 2
It is provided on the lens surface 21a of the first polygon mirror.

【0046】[0046]

【表4】 [Table 4]

【0047】[0047]

【表5】 [Table 5]

【0048】また、実施例2における数6のE、および
数5の係数P2、P4、P6、P8、P10の値は表6
に示される。
Table 6 shows the values of E of the equation 6 and the coefficients P2, P4, P6, P8 and P10 of the equation 5 in the second embodiment.
Shown in.

【0049】[0049]

【表6】 [Table 6]

【0050】回折レンズ構造単独での設計波長780n
mにおける焦点距離は3576.9mmである。また、a=
2.9で、数1の条件を満たしており、最大像高におけ
る光量損失は3.8%である。
Design wavelength 780n with diffractive lens structure alone
The focal length at m is 3576.9 mm. Also, a =
In 2.9, the condition of Formula 1 is satisfied, and the light amount loss at the maximum image height is 3.8%.

【0051】図5は、上述した実施例2の構成による走
査光学系の(A)直線性誤差、(B)像面湾曲(破線:主走
査方向、実線:副走査方向)、そして(C)倍率色収差を
それぞれ示す。
FIG. 5 shows (A) linearity error, (B) field curvature (broken line: main scanning direction, solid line: sub-scanning direction) of the scanning optical system having the configuration of the above-described second embodiment, and (C). The chromatic aberration of magnification is shown respectively.

【0052】[0052]

【実施例3】表7は実施例3にかかる走査光学系100
の数値構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施
例1と同一である。円錐係数、非球面係数、非円弧係数
は、表8に示される。回折レンズ構造は、第1レンズ2
1のポリゴンミラー側のレンズ面21aに設けられてい
る。
Third Embodiment Table 7 shows a scanning optical system 100 according to the third embodiment.
The numerical configuration of is shown. The correspondence between each surface number and the optical element is the same as that in the first embodiment. The conical coefficient, aspherical coefficient, and non-circular coefficient are shown in Table 8. The diffractive lens structure includes the first lens 2
It is provided on the lens surface 21a of the first polygon mirror.

【0053】[0053]

【表7】 [Table 7]

【0054】[0054]

【表8】 [Table 8]

【0055】また、数6の係数E、および数5の係数P
2、P4、P6、P8、P10の値は表9に示される。
Also, the coefficient E of the equation 6 and the coefficient P of the equation 5
The values of 2, P4, P6, P8 and P10 are shown in Table 9.

【0056】[0056]

【表9】 [Table 9]

【0057】実施例3における回折レンズ構造単独での
設計波長780nmにおける焦点距離は4854.8mmであ
る。実施例3において、a=1.9で、数1で示される
条件を満たしており、最大像高における光量損失は2.
5%である。
The focal length of the diffractive lens structure alone in Example 3 at a design wavelength of 780 nm is 4854.8 mm. In Example 3, a = 1.9, the condition represented by the formula 1 was satisfied, and the light amount loss at the maximum image height was 2.
5%.

【0058】図6は、上述した実施例3の構成による走
査光学系の(A)直線性誤差、(B)像面湾曲(破線:主走
査方向、実線:副走査方向)、そして(C)倍率色収差を
それぞれ示す。
FIG. 6 shows (A) linearity error, (B) field curvature (broken line: main scanning direction, solid line: sub-scanning direction) of the scanning optical system according to the configuration of Example 3 described above, and (C). The chromatic aberration of magnification is shown respectively.

【0059】[0059]

【実施例4】図7は、実施例4に係る走査光学系200
の主走査方向の説明図、図8はその副走査方向の説明図
である。実施例4では、実施例1のfθレンズ20に代
えて、fθレンズ30を用いている。
Fourth Embodiment FIG. 7 shows a scanning optical system 200 according to the fourth embodiment.
In the main scanning direction, and FIG. 8 is an explanatory view in the sub scanning direction. In the fourth embodiment, the fθ lens 30 is used instead of the fθ lens 20 of the first embodiment.

【0060】fθレンズ30は、ポリゴンミラー4側か
ら走査対象面5側に向けて順に、主走査、副走査の両方
向に正のパワーを持つメニスカス形状の第1レンズ31
と、主走査、副走査の両方向に正のパワーを持つメニス
カス形状の第2レンズ32と、ほぼ副走査方向にのみ正
のパワーを有する長尺の第3レンズ33とが配列して構
成される。
The fθ lens 30 has a meniscus-shaped first lens 31 having positive power in both the main scanning direction and the sub scanning direction in order from the polygon mirror 4 side toward the scanning target surface 5 side.
And a meniscus-shaped second lens 32 having a positive power in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and a long third lens 33 having a positive power only in the sub-scanning direction. .

【0061】レンズ面31a,31b,31a,31b
はいずれも回転対称な非球面である。第3レンズ33の
ポリゴンミラー側の面33aは、光軸から離れた位置で
の副走査平面内の曲率半径が、主走査平面内の形状とは
無関係に設定された回転軸を持たない非球面であり、主
走査面内での形状は前記の数9に表される非円弧曲線で
規定され、副走査方向の曲率半径は以下の数10を用い
て規定される。
Lens surfaces 31a, 31b, 31a, 31b
Are rotationally symmetric aspherical surfaces. The surface 33a of the third lens 33 on the polygon mirror side is an aspherical surface having no rotation axis whose radius of curvature in the sub-scanning plane at a position away from the optical axis is set regardless of the shape in the main scanning plane. The shape in the main scanning plane is defined by the non-circular curve expressed by the above-mentioned Numerical Expression 9, and the radius of curvature in the sub-scanning direction is defined by the following Numerical Expression 10.

【0062】[0062]

【数10】 なお、数10のrz(Y)は、光軸からの主走査方向の距
離Yの位置における副走査方向の曲率半径、rz0は光
軸上での副走査方向の曲率半径、B1〜B8は係数であ
る。
[Equation 10] Note that rz (Y) of the equation 10 is the radius of curvature in the sub-scanning direction at the position of the distance Y in the main scanning direction from the optical axis, rz0 is the radius of curvature in the sub-scanning direction on the optical axis, and B1 to B8 are coefficients. Is.

【0063】第3レンズ33の走査対象面5側の面33
bは、凸の球面である。以下の表10は、実施例4に係
る走査光学系200の数値構成を示す。各面番号と光学
素子との対応は実施例1と同一である。面番号#4,#
5,#6,#7の円錐係数、非球面係数、非円弧係数
は、表11に示される。回折レンズ構造は、第1レンズ
31の走査対象面5側の面31b(面番号#5)に設けら
れている。このレンズ面31bは、正のパワーを持つレ
ンズ面の中で最もポリゴンミラー4側に位置する面であ
る。
The surface 33 of the third lens 33 on the scanning target surface 5 side
b is a convex spherical surface. Table 10 below shows the numerical configuration of the scanning optical system 200 according to the fourth embodiment. The correspondence between each surface number and the optical element is the same as that in the first embodiment. Surface number # 4, #
Table 11 shows the conical coefficient, the aspherical surface coefficient, and the non-circular arc coefficient of Nos. 5, # 6, and # 7. The diffractive lens structure is provided on the surface 31b (surface number # 5) of the first lens 31 on the scanning target surface 5 side. The lens surface 31b is the surface closest to the polygon mirror 4 among the lens surfaces having positive power.

【0064】[0064]

【表10】 [Table 10]

【0065】[0065]

【表11】 [Table 11]

【0066】第3レンズ33のポリゴンミラー4側の面
33aの主走査面内の形状を規定するための円錐係数、
非円弧係数は、表12に示され、副走査方向の曲率半径
を規定する係数は、表13に示される。
Cone coefficient for defining the shape of the surface 33a of the third lens 33 on the polygon mirror 4 side in the main scanning plane,
The non-circular arc coefficient is shown in Table 12, and the coefficient defining the radius of curvature in the sub-scanning direction is shown in Table 13.

【0067】[0067]

【表12】 [Table 12]

【0068】[0068]

【表13】 [Table 13]

【0069】また、数6の係数E、および数5の係数P
2、P4、P6、P8、P10の値は表14に示され
る。
Further, the coefficient E of the equation 6 and the coefficient P of the equation 5
The values of 2, P4, P6, P8 and P10 are shown in Table 14.

【0070】[0070]

【表14】 [Table 14]

【0071】実施例4における回折レンズ構造単独での
設計波長780nmにおける焦点距離は6468.7mmであ
る。実施例4において、a=1.0で、数1で示される
条件を満たしており、最大像高における光量損失は1.
6%である。
The focal length of the diffractive lens structure alone in Example 4 at a design wavelength of 780 nm is 6468.7 mm. In Example 4, a = 1.0, which satisfies the condition represented by Formula 1, and the light amount loss at the maximum image height is 1.
6%.

【0072】図9は、上述した実施例4の構成による走
査光学系の(A)直線性誤差、(B)像面湾曲(破線:主走
査方向、実線:副走査方向)、そして(C)倍率色収差を
それぞれ示す。
FIG. 9 shows (A) linearity error, (B) field curvature (broken line: main scanning direction, solid line: sub-scanning direction) of the scanning optical system according to the configuration of Example 4 described above, and (C). The chromatic aberration of magnification is shown respectively.

【0073】[0073]

【実施例5】図10は、実施例5に係る走査光学系30
0の主走査方向の説明図、図11はその副走査方向の説
明図である。実施例5では、実施例1のfθレンズ20
に代えて、fθレンズ40を用いている。
Fifth Embodiment FIG. 10 shows a scanning optical system 30 according to the fifth embodiment.
0 is an explanatory diagram in the main scanning direction, and FIG. 11 is an explanatory diagram in the sub scanning direction. In Example 5, the fθ lens 20 of Example 1 is used.
Instead, the fθ lens 40 is used.

【0074】fθレンズ40は、ポリゴンミラー4側か
ら走査対象面5側に向けて順に、主走査、副走査の両方
向に正のパワーを持つメニスカス形状の第1レンズ41
と、主走査、副走査の両方向に正のパワーを持つ平凸の
第2レンズ42と、ほぼ副走査方向にのみ正のパワーを
有する長尺の第3レンズ43とが配列して構成される。
The fθ lens 40 is a meniscus-shaped first lens 41 having positive power in both the main scanning direction and the sub-scanning direction in order from the polygon mirror 4 side toward the scanning target surface 5 side.
And a plano-convex second lens 42 having a positive power in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and a long third lens 43 having a positive power only in the sub-scanning direction. .

【0075】レンズ面41a,41bはいずれも回転対
称な非球面である。第2レンズ42のポリゴンミラー4
側の面42aは平面であり、走査対象面5側の面42b
は凸の球面である。第3レンズ43のポリゴンミラー側
の面43aは、変形トーリック面であり、走査対象面5
側の面42bは凸の球面である。
The lens surfaces 41a and 41b are both rotationally symmetric aspherical surfaces. Polygon mirror 4 of second lens 42
The surface 42a on the side is a plane, and the surface 42b on the surface 5 to be scanned is
Is a convex sphere. The surface 43a of the third lens 43 on the polygon mirror side is a deformed toric surface, and is the surface 5 to be scanned.
The side surface 42b is a convex spherical surface.

【0076】以下の表15は、実施例5に係る走査光学
系300の数値構成を示す。各面番号と光学素子との対
応は実施例1と同一である。円錐係数、非球面係数、非
円弧係数は、表16に示される。回折レンズ構造は、第
2レンズ42のポリゴンミラー4側の面42a(面番号
#6)に設けられている。
Table 15 below shows the numerical configuration of the scanning optical system 300 according to the fifth embodiment. The correspondence between each surface number and the optical element is the same as that in the first embodiment. Table 16 shows the conical coefficient, the aspherical coefficient, and the non-circular coefficient. The diffractive lens structure is provided on the surface 42a (surface number # 6) of the second lens 42 on the polygon mirror 4 side.

【0077】[0077]

【表15】 [Table 15]

【0078】[0078]

【表16】 [Table 16]

【0079】また、数6の係数E、および数5の係数P
2、P4、P6、P8、P10の値は表17に示され
る。
Also, the coefficient E of the equation 6 and the coefficient P of the equation 5
The values of 2, P4, P6, P8 and P10 are shown in Table 17.

【表17】 [Table 17]

【0080】実施例5における回折レンズ構造単独での
設計波長780nmにおける焦点距離は3986.2mmであ
る。実施例5において、a=2.7で、数1で示される
条件を満たしており、最大像高における光量損失は3.
1%である。
The focal length of the diffractive lens structure alone in Example 5 at a design wavelength of 780 nm is 3986.2 mm. In Example 5, a = 2.7, which satisfies the condition represented by Formula 1, and the light amount loss at the maximum image height is 3.
1%.

【0081】図12は、上述した実施例5の構成による
走査光学系の(A)直線性誤差、(B)像面湾曲(破線:主
走査方向、実線:副走査方向)、そして(C)倍率色収差
をそれぞれ示す。
FIG. 12 shows (A) linearity error, (B) field curvature (broken line: main scanning direction, solid line: sub-scanning direction), and (C) of the scanning optical system according to the configuration of Example 5 described above. The chromatic aberration of magnification is shown respectively.

【0082】実施例5のfθレンズ40では、回折レン
ズ構造が、最大画角で入射する光束のレンズ面上での主
走査方向の幅WSが最も大きくなる面上に形成されてい
る。表18は、各レンズ面上での光束の主走査方向の幅
WSを示す。幅WSは、第2レンズ42のポリゴンミラ
ー4側の面42a上で最大値6.07をとり、回折レン
ズ構造はこの面上に形成されている。
In the fθ lens 40 of the fifth embodiment, the diffractive lens structure is formed on the surface where the width WS of the light beam incident at the maximum angle of view in the main scanning direction on the lens surface is the largest. Table 18 shows the width WS of the light beam on each lens surface in the main scanning direction. The width WS has a maximum value of 6.07 on the surface 42a of the second lens 42 on the polygon mirror 4 side, and the diffractive lens structure is formed on this surface.

【0083】[0083]

【表18】 [Table 18]

【0084】また、第2レンズ42のポリゴンミラー4
側の面42aは、最大画角で入射する光束のレンズ面へ
の入射角αが最も大きくなる面である。表19は、各レ
ンズ面での最大画角で入射する光束の入射角αを示す。
入射角αは、第2レンズ42のポリゴンミラー4側の面
42aで最大値39.72゜をとり、この面上に回折レ
ンズ構造が形成されていることは前述の通りである。
Further, the polygon mirror 4 of the second lens 42
The side surface 42a is a surface on which the incident angle α of the light beam incident at the maximum angle of view on the lens surface is the largest. Table 19 shows the incident angle α of the light flux that is incident at the maximum angle of view on each lens surface.
The incident angle α has a maximum value of 39.72 ° on the surface 42a of the second lens 42 on the polygon mirror 4 side, and as described above, the diffractive lens structure is formed on this surface.

【0085】[0085]

【表19】 [Table 19]

【0086】なお、色収差は上記のような書き込み用の
光学系のみでなく、白色光を照明光として用いるような
走査型の読み取り光学系でも問題となるため、実施形態
の走査レンズはこのような読み取り光学系にも適用する
ことができる。読み取り光学系に適用する場合には、読
み取り対象物からの光を走査レンズを介してポリゴンミ
ラー等の偏光器に入射させ、この偏光器で反射された光
をフォトダイオード等の受光素子により一点で受光する
よう構成する。この構成において、走査レンズとして上
述した実施形態と同様の回折レンズ構造を有するレンズ
を利用することにより、走査レンズの屈折レンズとして
のパワーにより発生する倍率色収差を補正することがで
きる。
Since the chromatic aberration is a problem not only in the writing optical system as described above but also in the scanning type reading optical system using white light as the illumination light, the scanning lens of the embodiment has such a structure. It can also be applied to a reading optical system. When applied to a reading optical system, the light from the object to be read is incident on a polarizer such as a polygon mirror via a scanning lens, and the light reflected by this polarizer is received at a single point by a light receiving element such as a photodiode. It is configured to receive light. In this configuration, by using a lens having the same diffractive lens structure as that of the above-described embodiment as the scanning lens, it is possible to correct lateral chromatic aberration generated by the power of the scanning lens as the refraction lens.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、走査光学系を構成する走査レンズに回折レンズ構造
を付加して屈折レンズ部分の倍率色収差を補正する構成
としたため、既存の単一ビーム用の走査レンズの枚数を
増やすことなく、かつ輪帯の境界における光量損失によ
る回折効率の低下を抑えつつ、光源の発光波長のバラツ
キによる描画性能の劣化を避けることができる。
As described above, according to the present invention, since the diffractive lens structure is added to the scanning lens which constitutes the scanning optical system to correct the chromatic aberration of magnification of the refraction lens portion, the existing single lens is used. It is possible to avoid the deterioration of the drawing performance due to the variation of the emission wavelength of the light source without increasing the number of scanning lenses for the beam and suppressing the decrease of the diffraction efficiency due to the light amount loss at the boundary of the ring zone.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1〜3に係る回折型色収差補正走査光学
系の構成を示す主走査方向の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram in a main scanning direction showing a configuration of a diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to Examples 1 to 3.

【図2】図1の光学系の副走査方向の説明図である。2 is an explanatory view of the optical system of FIG. 1 in a sub-scanning direction.

【図3】輪帯の境界での光量損失の原因を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a cause of light amount loss at a boundary of an annular zone.

【図4】実施例1に係る光学系の収差図であり、(A)が
直線性誤差、(B)が像面湾曲、(C)が倍率色収差を示
す。
4A and 4B are aberration diagrams of the optical system according to Example 1, in which FIG. 4A shows linearity error, FIG. 4B shows field curvature, and FIG. 4C shows lateral chromatic aberration.

【図5】実施例2に係る光学系の収差図であり、(A)が
直線性誤差、(B)が像面湾曲、(C)が倍率色収差を示
す。
5A and 5B are aberration diagrams of the optical system according to Example 2, where FIG. 5A shows linearity error, FIG. 5B shows field curvature, and FIG. 5C shows lateral chromatic aberration.

【図6】実施例3に係る光学系の収差図であり、(A)が
直線性誤差、(B)が像面湾曲、(C)が倍率色収差を示
す。
6A and 6B are aberration diagrams of the optical system according to Example 3, where FIG. 6A shows linearity error, FIG. 6B shows field curvature, and FIG. 6C shows lateral chromatic aberration.

【図7】実施例4に係る回折型色収差補正走査光学系の
fθレンズの構成を示す主走査方向の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram in the main scanning direction showing the configuration of an fθ lens of the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to Example 4.

【図8】図7に示すfθレンズのの副走査方向の説明図
である。
8 is an explanatory view of the fθ lens shown in FIG. 7 in a sub-scanning direction.

【図9】実施例4に係る光学系の収差図であり、(A)が
直線性誤差、(B)が像面湾曲、(C)が倍率色収差を示
す。
9A and 9B are aberration diagrams of the optical system according to Example 4, where FIG. 9A shows linearity error, FIG. 9B shows field curvature, and FIG. 9C shows lateral chromatic aberration.

【図10】実施例5に係る回折型色収差補正走査光学系
のfθレンズの構成を示す主走査方向の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram in the main scanning direction showing the configuration of an fθ lens of the diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to Example 5;

【図11】図10に示すfθレンズの副走査方向の説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the fθ lens shown in FIG. 10 in the sub-scanning direction.

【図12】実施例5に係る光学系の収差図であり、(A)
が直線性誤差、(B)が像面湾曲、(C)が倍率色収差を示
す。
FIG. 12 is an aberration diagram of an optical system according to Example 5, (A)
Represents linearity error, (B) represents field curvature, and (C) represents lateral chromatic aberration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザー 4 ポリゴンミラー 20 fθレンズ 21 第1レンズ 22 第2レンズ 23 第3レンズ 5 走査対象面 30 fθレンズ 31 第1レンズ 32 第2レンズ 33 第3レンズ 40 fθレンズ 41 第1レンズ 42 第2レンズ 43 第3レンズ 1 Semiconductor laser 4 polygon mirror 20 fθ lens 21 First lens 22 Second lens 23 Third lens 5 Scanning surface 30 fθ lens 31 First lens 32 Second lens 33 Third lens 40 fθ lens 41 First lens 42 Second lens 43 Third lens

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源と、該光源から発した光束を偏向す
る偏向器と、該偏向器により偏向された光束を走査対象
面上に結像させる走査レンズとを備え、前記走査レンズ
は、屈折レンズとして正のパワーを有すると共に、少な
くともー面に回折レンズ構造を有し、該回折レンズ構造
は、前記走査レンズの屈折レンズとしてのパワーにより
発生する倍率色収差を補正する作用を有し、最大画角で
入射する光束に含まれる回折レンズ構造の周期構造の数
をm、最大画角をW(度)とするとき、条件 (1) 0.3≦m/W≦4.0 を満たすことを特徴とする回折型色収差補正走査光学
系。
1. A light source, a deflector for deflecting a light beam emitted from the light source, and a scanning lens for forming an image of the light beam deflected by the deflector on a surface to be scanned. In addition to having a positive power as a lens, a diffractive lens structure is provided on at least one surface, and the diffractive lens structure has a function of correcting chromatic aberration of magnification generated by the power of the scanning lens as a refractive lens, and has a maximum image When the number of periodic structures of the diffractive lens structure included in the light beam incident at an angle is m and the maximum angle of view is W (degree), the condition (1) 0.3 ≦ m / W ≦ 4.0 is satisfied. Characteristic Diffraction-type chromatic aberration correction scanning optical system.
【請求項2】 以下の条件 (2) 0.7≦m/W≦3.0 を満たすことを特徴とする請求項1に記載の回折型色収
差補正走査光学系。
2. The diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to claim 1, wherein the following condition (2) 0.7 ≦ m / W ≦ 3.0 is satisfied.
【請求項3】 前記光源は、走査対象面上で異なる位置
に集光される複数の光束を発し、前記偏向器は、複数の
光束を偏向させることを特徴とする請求項1に記載の回
折型色収差補正走査光学系。
3. The diffraction according to claim 1, wherein the light source emits a plurality of light fluxes that are condensed at different positions on the scan target surface, and the deflector deflects the plurality of light fluxes. Type chromatic aberration correction scanning optical system.
【請求項4】 前記回折レンズ構造は、該回折レンズ構
造の光軸を中心とした複数の同心円状の輪帯により構成
されることを特徴とする請求項1に記載の回折型色収差
補正走査光学系。
4. The diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to claim 1, wherein the diffractive lens structure is composed of a plurality of concentric ring zones centered on the optical axis of the diffractive lens structure. system.
【請求項5】 前記回折レンズ構造は、回転対称なレン
ズ面上に形成されていることを特徴とする請求項1に記
載の回折型色収差補正走査光学系。
5. The diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to claim 1, wherein the diffractive lens structure is formed on a rotationally symmetric lens surface.
【請求項6】 前記回折レンズ構造は、前記偏向器に最
も近いレンズ面上に形成されていることを特徴とする請
求項1に記載の回折型色収差補正走査光学系。
6. The diffractive chromatic aberration correction scanning optical system according to claim 1, wherein the diffractive lens structure is formed on a lens surface closest to the deflector.
【請求項7】 光源と、該光源から発した光束を偏向す
る偏向器と、該偏向器により偏向された光束を走査対象
面上に結像させる走査レンズとを備え、前記走査レンズ
は、屈折レンズとして正のパワーを有すると共に、前記
走査レンズの屈折レンズとしてのパワーにより発生する
倍率色収差を補正する作用を有する回折レンズ構造が最
大画角で入射する光束のレンズ面上での主走査方向の幅
が最も大きくなる面に形成されていることを特徴とする
回折型色収差補正光学系。
7. A light source, a deflector for deflecting a light beam emitted from the light source, and a scanning lens for forming an image of the light beam deflected by the deflector on a scan target surface. A diffractive lens structure having a positive power as a lens and having a function of correcting lateral chromatic aberration generated by the power as a refraction lens of the scanning lens has a maximum field angle of a light beam incident on the lens surface in the main scanning direction. A diffractive chromatic aberration correction optical system characterized by being formed on a surface having the largest width.
【請求項8】 光源と、該光源から発した光束を偏向す
る偏向器と、該偏向器により偏向された光束を走査対象
面上に結像させる走査レンズとを備え、前記走査レンズ
は、屈折レンズとして正のパワーを有すると共に、前記
走査レンズの屈折レンズとしてのパワーにより発生する
倍率色収差を補正する作用を有する回折レンズ構造が、
前記偏向器に最も近い正のパワーを持つ面より前記偏向
器側の面に形成されていることを特徴とする回折型色収
差補正光学系。
8. A light source, a deflector for deflecting a light beam emitted from the light source, and a scanning lens for forming an image of the light beam deflected by the deflector on a surface to be scanned. A diffractive lens structure having a positive power as a lens and having a function of correcting lateral chromatic aberration generated by the power as a refraction lens of the scanning lens,
A diffractive chromatic aberration correction optical system, which is formed on a surface closer to the deflector than a surface having a positive power closest to the deflector.
【請求項9】 光源と、該光源から発した光束を偏向す
る偏向器と、該偏向器により偏向された光束を走査対象
面上に結像させる走査レンズとを備え、前記走査レンズ
は、屈折レンズとして正のパワーを有すると共に、前記
走査レンズの屈折レンズとしてのパワーにより発生する
倍率色収差を補正する作用を有する回折レンズ構造が最
大画角で入射する光束のレンズ面への入射角が最も大き
くなる面に形成されていることを特徴とする回折型色収
差補正光学系。
9. A light source, a deflector for deflecting a light beam emitted from the light source, and a scanning lens for forming an image of the light beam deflected by the deflector on a surface to be scanned. The diffractive lens structure having a positive power as a lens and having a function of correcting the lateral chromatic aberration generated by the power as the refraction lens of the scanning lens has the largest incident angle on the lens surface of the light flux incident at the maximum angle of view. Diffractive chromatic aberration correction optical system characterized by being formed on the surface.
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