JPH0240610A

JPH0240610A - 走査光学系

Info

Publication number: JPH0240610A
Application number: JP63192344A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Yamaguchi; 勝己山口; Nobuo Sakuma; 佐久間　伸夫
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1990-02-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JP2598473B2; US4955682A

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は走査光学系に関する。

［従来の技術］光ビームを光偏向装置により偏向させて被走査面を光走
査する光走査装置は、レーザープリンターやデジタル複
写装置、レーザーファクシミリ等に関連して良く知られ
ている。

走査光学系は、このような光走査装置に於いて、光偏向
装置と被走査面との間に配備される光学系であり、一般
に、偏向された光ビームを被走査面上に結像させる機能
（結像機能）と、光偏向装置による光ビームの偏向起点
と被走査面とを、副走査方向に関して略共役関係にする
ことにより、回転多面鏡等の光偏向装置に於ける機械的
誤差による、光ビームの副走査方向への方向変動を補正
し、主走査位置を安定させるための機能（面倒れ補正機
能）が要請される。

この面倒れ補正機能と結像機能とを両立させるために、
走査光学系は一般にアナモフィックな光学系となる。こ
のアナモフィック性を安価に実現する方法として、従来
、シリンドリカルレンズやトロイダルレンズ等の長尺レ
ンズを用いる方法が良く知られているが、広画角に対応
した広偏向角を要する走査光学系の場合には、副走査方
向に於ける像面湾曲の補正が困難である。

上記像面湾曲を良好に補正する方法として、鞍型のレン
ズ面を持つ変形シリンドリカルレンズを使用する方法が
提案されている（特開昭６１−１２０１１２号公報）。

［発明が解決しようとする課題］鞍型のレンズ面を持つ変形シリンドリカルレンズを開示
した上記特開昭６１−１２０１１２号公報は、変形シリ
ンドリカルレンズの望ましい形態として、鞍型のレンズ
面と被走査面との光軸上の距離ｄと、走査光学系の主走
査面内における焦点距ｉｉｉｌｆＭとの比ｄ／ｆＭが０
．６より小さいことを挙げ、　この条件が満たされない
と、即ちｄ／ｆｖ≧０．６になると　［変形シリンドリ
カルレンズの許容誤差が厳しくなり好ましくない」こと
を明記し、具体的な実施例としでも上記条件を満足する
もののみを開示している。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
従来好ましくないとされたｄ／ｆＭ≧０．６の範囲の鞍
型面を利用して、光利用効率が高く、超広角化の可能な
新規な走査光学系の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］以下、本発明を説明する。

本発明の走査光学系は、光ビームを光偏向装置により偏
向させて被走査面を光走査する光走査装置に於いて、上
記光偏向装置と被走査面との間に配備される光学系であ
る。

この走査光学系は、偏向された光ビームを被走査面上に
結像させる結像機能とともに、副走査方向に関して光ビ
ームの偏向起点と被走査面とを略共役関係にして面倒れ
を補正する機能を有する。

本発明の走査光学系は、副走査断面に於ける曲率半径が
光軸から離れるに従い大きくなる鞍型トロイダル面を凸
レンズ面として含む。

この鞍型トロイダル面と被走査面との光軸上の距離をｄ
、走査光学系の主走査面内における焦点距離をｆＭとす
るとき、ｄ／ｆＭ＞０．６なる条件が満足される。なお
、主走査面とは、偏向された光ビームにより理想的に掃
引される平面を言う。

［作　　用］本発明の走査光学系は、上記の如く副走査断面に於ける
曲率半径が光軸から離れるに従い大きくなる鞍型トロイ
ダル面を凸レンズ面として有するため、像面湾曲が良好
に補正される。

即ち、従来から知られている長尺のシリンドリカルレン
ズを用いると、被走査面の周辺に照射されるべき光ビー
ムは長尺シリンドリカルレンズに対し斜めに入射するた
め、長尺シリンドリカルレンズの見かけのパワーは長尺
レンズの両端側へ行くに従って大きくなり、これが副走
査方向に於ける大きな像面湾曲発生の原因となる。鞍型
トロイダル面を凸レンズ面として使用すると、鞍型トロ
イダル面の曲率半径が光軸を離れるに従い大きくなるの
で、これが上記具かけのパワーの増大を有効に相殺する
ので、像面湾曲が良好に補正されるのである。

また、走査光学系が上記の条件ｄ／ｆ、４＞０．６を満
足すると、光の利用効率が大きくなる。即ち、上記条件
の充足は、鞍型トロイダル面を被走査面から大きく離し
て設置することを意味するが、このように鞍型トロイダ
ル面が被走査面から離れる結果、光ビームの副走査方向
のビーム径を規制するアパーチュアの、副走査方向の開
口径は、大きくなり得るようになり、これによりアパー
チュアの開口面積を大きくすることができる。

［実施例］以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図は、本発明の１実施例を示している。

第１図は、光走査装置における光学系配置を光源から被
走査面まで主光線の光路にそって展開した状態を示して
いる。

第１図の上の図は、光走査装置を副走査方向から見た図
であり、この図に於いて被走査面７の上下方向が主走査
方向である。

また、第１図の下の図は主走査方向から見た図であって
、この図に於いて図面に直交する方向が主走査方向、上
下方向が副走査方向である。

さて、第１図に於いて、符号１は光源を示す。

光源１としては、ＬＤやＬＥＤが用いられる。光源１か
ら放射さ九た光はコリメートレンズ２により略平行な光
ビームに変換され、アパーチュア８によりビームの断面
形状を整形され、シリンドリカルレンズ３に入射する。

シリンドリカルレンズ３は、図に示すように副走査方向
にのみパワーを有しているため、入射した平行光ビーム
は、光偏向装置の偏向面４の位置に、長手方向が主走査
対応方向である長円状に集束する。

光偏向装置は、この実施例では回転多面鏡である。光ビ
ームは、偏向面により反射される。この反射ビームは偏
向面の回転とともに偏向する。従って偏向する光ビーム
の偏向起点は偏向面４による反射位置である。

偏向面４と被走査面７どの間に配備される光学系が走査
光学系であり、この実施例ではｆθレンズ５と鞍型トロ
イダルレンズ６とが走査光学系を構成している。なお、
符号０は光軸を示す。

ｆθレンズ５は、主走査方向に於いて、即ち第１図の上
の図で光ビームを被走査面７上に結像させる。即ち、副
走査方向から見るとｆθレンズ５は物体側の無限遠の像
を被走査面７上に結像させる。この結像に於ける焦点距
離が主走査面内における走査光学系の焦点距離である。

一方、副走査方向に関してはｆθレンズ５と鞍型トロイ
ダルレンズ６とが、偏向起点と被走査面７とを略共役関
係にする。したがって、第１図の下の図では、偏向起点
における前述の長円状の像がｆθレンズ５と鞍型トロイ
ダルレンズ６の作用にて被走査面７上に結像する。かく
して、被走査面７上には光ビームがスポット状に結像し
、光偏向装置により光ビームを偏向させることにより、
被走査面７は上記スポットにより走査される。この走査
が主走査である。

次にｆθレンズ５に付いて説明する。この実施例に於い
てｆθレンズ５は２枚構成であり１ｗ１元は以下の様に
与えられる。即ち、偏向面４の側から被走査面７の側へ
向かって、第１番目のレンズ面の曲率半径をｒｌ　（ｉ
＝１〜４）、第１番目の面間隔をｄｉ（ｉ：１〜３）、
第ｊ番目のレンズの屈折率をｎ、（ｊ＝１．２）とする
と、これらは以下の値を持つ。

ｉ　　　　　ｒｔ　　　　　’ｄｔ　　　　ｊ　　　　
ｎＪｌ　　　　−１８６，０１２，７１１，５１１１８
２−１０３，０３，４３−４４０，０１８，６２１，７６６０５４−９９，４
８４なお、偏向面４からｆθレンズ５の第１番目のレンズ面
迄の距離は２８．０．　　ｆθレンズ５の焦点距離は１
２０．０である。また、このｆθレンズ５のｆθ特性は
±０．５％以下である。

さて、第１図に即して説明している実施例に於いて、本
発明の特徴とするところは鞍型トロイダルレンズ６によ
り実現されている。

この鞍型トロイダルレンズ６は、鞍型トロイダル面を凸
レンズ面として有するレンズである。鞍型トロイダル面
は、副走査断面、即ち光軸０と副走査方向とに平行な平
面による断面に於ける曲率半径が主走査方向において光
軸から遠ざかるにつれて大きくなるような面である。

第２図は、鞍型トロイダルレンズ６を説明図として示し
ている０図で上側のし°ンズ面として示された凸面に丁
が鞍型トロイダル面であり、その副走査断面における曲
率半径は、主走査方向（第２図の左右方向）に於いて光
軸を離れるに従って大きくなっている。第２図では鞍型
トロイダルレンズ６は、恰も真っすぐな長尺レンズであ
るかの如くに示されているが、実際には、第１図の上の
図に示されたように主走査方向に曲げられたトロイド形
状である。

鞍型トロイダル面ＫＴの反対側のレンズ面ＴＳは。

この実施例では主走査方向にのみ曲率を有するシリンド
リカル面であるが、それ以外の種々の面形状も許容され
得る。

鞍型トロイダル面は、第２図に示すように半径Ｒの円弧
状曲線を回転軸Ｚの回りに回転して得られる面である６
円弧状曲線は、回転軸２がら円弧状曲線までの距離を回
転軸方向の位置りに対して図の如くｒとし、ｒの最小値
を図の如＜ｒｏとすると、ｒは鞍型トロイダル面ｋＴの
位置りにおける副走査断面に於ける曲率半径であって、
一般に、Ｉｒ１ｌｒｏｌ＋１ＲｉＷ口Ｆ　　　（１）で
表される。但し５Ｒを半径とする円弧状曲線の曲率中心
が鞍型トロイダル面）［Ｔよりも偏向装置側に有るとき
は、ｒ＞Ｏ，ｒｏ＞Ｏ，Ｒ＜Ｏ１上記曲率中心が鞍型ト
ロイダル面ＫＴよりも被走査面側に有るときは。

ｒ（ｏｅｒ＋＜ＯｖＲ＞０と符号を定める。このときＩ
ｒｌ　　≧１ｒ０１である。

以下、鞍型トロイダルレンズ６に対する具体的な実施例
を３例あげる。

各実施例に於いてＬは、偏向面４と被走査面７との間隔
、ｄ４は、ｆθレンズ５の第４番目のレンズ面と鞍型ト
ロイダルレンズ６のｆθレンズ側レンズ面との間隔、ｄ
、は、鞍型トロイダルレンズ６の肉厚、ｄ６は、鞍型ト
ロイダルレンズ６の被走査面側レンズ面と被走査面７と
の間隔、ｎ、は、鞍型トロイダルレンズ６の屈折率を示
す。

また、鞍型トロイダルレンズの鞍型トロイダル面と、こ
れと対をなすシリンドリカル面のうち、前者即ち鞍型ト
ロイダル面は、上記の（１）式で表されるのでｒｏとＲ
とで規定される。鞍型トロイダル面と対をなすシリンド
リカル面については、その主走査方向に於ける曲率半径
をｒｋｘ、副走査方向の曲率半径をｒｋｙで表す。ここ
に添字のｋは５または６であり、シリンドリカル面がｆ
θレンズ５０Ｉに有るときに＝５．被走査面７側に有る
ときに＝６である。

実施例１は鞍型トロイダル面を被走査面側に使用した例
であり、実施例２乃至３は鞍型トロイダル面をｆθレン
ズ側に用いた例である。

また、各実施例とも偏向角１０５−６度であり超広角で
ある。

実施例ＩＬ　　　　ｄ４ｄｓ　　　ｄｓ　　　　　ｎ５１８１．
９Ｂ　　４３．８　３．０　　７４．４６　　　Ｌ、４
８５１９ｒｓ−”６５０　、ｒａｙ”　”　　、ｒｏ”
−２２，８、Ｒ＝６５０ｄ＝ｄｉ”７４．４Ｂ、ｆＭ：
１１９．８．ｄ／ｆｍ”０．６２２回転回転鏡の内接円
半径：　１５ｍ１１有効書込幅：　２１９．４＃Ｉｍ実施例２Ｌ　　　　ｄ４ｄｉ　　　ｄｓ　　　　　ｎ１１８２．
５６　４３．８　３．０　　７５．０６　　１．４８５
１９ｒ　６ＪＩ”−５００ｒ　ｒ　６　ｙ”　”　　）
　ｒ　６　”　２３−２　ｅ　Ｒ”−５００ｄ＝７８．
０８．ｆＭ＝１２０．２．ｄ／ｆＭ＝０．６４９有効書
込幅：　２２０．３ｍｍ実施例３Ｌ　　　　ｄ４ｄ５　　　ｄｓ　　　　　ｎ５１８２．
５６　２１．８　３．０　　９７．０Ｂ　　　１．４８
５１９ｒ、、＝＋　３２０　ｔ　ｒ　ａ　ｙ＝”　　ｅ
　ｒ　６　”　２４−５　ｙ　Ｒ”−３２０ｄ＝１００
．０６．ｆＮ＝１２０．３．ｄ／ｆＭ＝０．８３２有効
書込幅：　２２０．２ｍｍ実施例１に於いて、光源１と偏向面４との間に。

第１＠の如く光源１の側から、コリメートレンズ２、ア
パーチュア８．シリンドリカルレンズ３を以下の如くに
配する。

シリンドリカルレンズ３の焦点距離：　５１．８４、シ
リンドリカルレンズ３の後側主点と偏向面４との間隔：
　４８．３１、アパーチュア８の開口径：主走査対応方
向１．７９．副走査対応方向０．５７゜このとき、コリ
メートレンズ２としては、その焦点距離をｆｃ、開口数
をＮＡとするとき、ｆｃ−ＮＡＴｏ。

８９５のものを使用できる。

今、上記ｆｃを６ｍｍとし、光源としてＬＤを用い、そ
の放射発散角θ・θ：２８度・１０度（半値全角）と仮
定し、発散角の広い方向（θ）を主走査方向に使用する
とき、透過率１反射率を無視して光源から７パーチユア
までのカップリング効率を計算すると２６．８％となる
。

このとき、全像高に渡って、主走査方向に９０±１０μ
ｍ、副走査方向に１００±１０μｍのビームスポット径
を被走査面上に得ることができる。

実施例１の像面湾曲を第３図に示す、この実施例で像面
湾曲は幅４■程度であり良好である。

実施例２に於いて、光源ｌと偏向面４との間に、第１図
の如く光源１の側から、コリメートレンズ２、アパーチ
ュア８、シリンドリカルレンズ３を以下の如くに配する
。

シリンドリカルレンズ３の焦点距離：　４９．８ｇ、シ
リンドリカルレンズ３の後側主点と偏向面４との間隔：
　４８．３１、アパーチュア８の開口径：主走査対応方
向１．７９、副走査対応方向Ｏ，ａＯ。

コリメートレンズ２としては、上記実施例１におけると
同じものを使用できる。この場合のカップリング効率は
２８．０％となる。

実施例２の像面湾曲を第４図に示す、この実施例で像面
湾曲は非常に良好である。

実施例３に於いて、光源１と偏向面４との間に。

第１図の如く光源１の側から、コリメートレンズ２、ア
パーチュア８、シリンドリカルレンズ３を以下の如くに
配する。

シリンドリカルレンズ３の焦点距離：　４９．３０、シ
リンドリカルレンズ３の後側主点と偏向面４との間隔：
　４８．３１、アパーチュア８の開口径：主走査対応方
向１．７９、副走査対応方向０．９３゜コリメートレン
ズ２としては、上記実施例１におけると同じものを使用
できる。この場合のカップリング効率は３９．４％とな
る。

このとき、全像高に渡って、主走査方向に９０±１０μ
ｍ、副走査方向に１００±ｌＯμｍのビームスポット径
を被走査面上に得ることができる。

実施例３の像面湾曲を第５図に示す、この実施例で像面
湾曲は非常に良好である。

以下に、比較例を３例挙げる。

比較例１は、第１図の構成で、鞍型トロイダルレンズ６
に代えて長尺シリンドリカルレンズを用いた例である。

長尺シリンドリカルレンズの　ｆθレンズ側のレンズ面
の曲率半径は、主・副走査方向に対しそれぞれ、ｒｉｘ
ｔｒｉｙ、被走査面側レンズ面の曲率半径は、主・副走
査方向に対しそれぞれｏ　ｒｓａＢｒ＠ｙである。

比較例ＩＬ　　　　ｄ４　　　ｄｉ　　　ｄｓ　　　　　ｎ５１
８２．７９　９２．８　３．０　　２６．２９　　１．
４８５１９ｒｓｘ”’　ｅｒｓｙ＝１２−５ｇｒ＠ｚ＝
ψ、ｒ＠ｙ＝ψ長尺シリンドリカルレンズの被走査面側
レンズ面と被走査面との間隔をｄ′とし、走査光学系の
主走査面内の焦点距離をｆｉｔとすると、ｄ’／ｆＭは
０．２１９（ｄ’　＝２６．２９．ｆ、＝１２０．０）
である、また、偏向装置の回転多面鏡の内接円半径は１
５ｎｍである。

コリメートレンズ２、アパーチュア８、シリンドリカル
レンズ３の配置は、以下の通りである。

シリンドリカルレンズ３の焦点路Ｘｉ　：　１６１．３
９シリンドリカルレンズ３の後側主点と偏向面４との間
隔：　４８．３１、アパーチュア８の開口径：主走査対
応方向１．７９、副走査対応方向０．３７゜コリメート
レンズ２としては、その焦点距離をｆｅ、開口数をＩ’
ｌＡとするとき、ｆｃ”ＮＡ＞０．８９５のものを使用
できる。

この比較例１の像面湾曲は、第６図に示す如く良好であ
り偏向角：　１０５．６度、有効書込幅：　２２０．４
ｍｍである。しかし、アパーチュアの１島副走査方向の
開口径が小さいため、実施例１〜３と同一の条件でカッ
プリング効率を計算すると１８．１％と小さくなってし
まう。

比較例２比較例２も、第１図の構成で、鞍型トロイダルレンズ６
に代えて長尺シリンドリカルレンズを用いた例である。

この例では、長尺シリンドリカルレンズは、実施例１に
おける鞍型トロイダルレンズと同一の位置に配備されて
いる。

Ｌ　　　　ｄ、　　　ｄｇ　　　ｄｇ　　　　　ｎ＠１
８２．２４　４３．８　３．０　　７４．７４　　１．
４８５１９ｒ５ｊ！＝（Ｘ）　　、ｒｉ、＝２３．２．
ｒｓｘ＝ｏ’ｏ　　ｙｒ８．二〇〇長尺シリンドリカル
レンズの被走査面側レンズ面と被走査面との間隔をｄ′
とし、走査光学系の主走査面内の焦点距離をｆＭとする
と、　ｄ’／ｆＭは０．６２３（ｄ’＝７４．７４．ｆ
Ｍ＝１２０．０）である。

比較例２に関する像面湾曲を第７図に示す。

この図から明らかなように、この比較例２の走査光学系
では副走査方向の像面湾曲が大きくアンダーとなり、実
用に供することは出来ない。

比較例３比較例３は、第１図の構成で、鞍型トロイダルレンズ６
に代えて長尺トロイダルレンズを用いた例である。この
例でも、長尺トロイダルレンズは、実施例１における鞍
型トロイダルレンズと同一の位置に配備されている。

Ｌ　　　　ｄ　４　　　ｄ　ｓ　　　ｄ　ｓ　　　　　
ｎ　５１８０．８９　４３．８　３．０　　　？３．３
９　　１．４８５１９ｒ　ｓ　ｘ　：１２５．０　＋　
ｒ　５　ｙ　＝２３−０　＊　ｒ　ｓ　Ｘ　”　１２５
−　Ｏｐ　ｒ　ｓ　ｙ　”　”長尺トロイダルレンズの
被走査面側レンズ面と被走査面との間隔をｄ′とし、走
査光学系の主走査面内の焦点距離をｆ工とすると、ｄ’
　／ｆＭは０．６１８（ｄ’＝７３．３９．ｆＭ＝１１
８．７９）である。

比較例３に関する像面湾曲を第８図に示す。

比較例２に比して副走査方向の像面湾曲は若干補正され
ているものの、矢張り実用に供することは出来ない。

なお、上記比較例に於いてｄ４〜ｄ８の意味する所は、
各実施例の場合と同様である。

なお、各像面湾曲図で実線は副走査方向、破線は主走査
方向のものを示す。

［発明の効果］以上、本発明によれば新規な走査光学系を提供できる。

この走査光学系は上記の如く構成されているから像面湾
曲を良好に補正できる。また、被走査面から鞍型トロイ
ダル面を離して設置するので、被走査面近傍に長尺シリ
ンドリカルレンズや長尺トロイダルレンズを配する場合
に比して、約１．５倍以上の光利用効率を得られる。し
かも、偏向角が１００度以上にも及ぶ超広角とすること
ができ、走査光学系を小型化できる。また、最終光学素
子から被走査面までの距離を大きく取れるので光学素子
の組込みも容易である。鞍型トロイダルレンズは樹脂材
料を用いて容易に製造できるし、機械的な切削加工でも
容易に製造できる。

さらに、偏向面の近傍にビームウェストが来るように設
計できるため、アパーチュア径の変化により、被走査面
近傍のビームウェスト位置を然程変えずに被走査面上の
ビームスポット径を調整できる。さらにシリンドリカル
レンズ３を偏向面から遠ざけて、同シリンドリカルレン
ズの焦点距離を増大させて光利用効率をより向上させる
こともできる。また鞍型トロイダル面は、実施例では円
弧を回転させた形状としたが、円弧以外の曲線を回転さ
せた形状とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の走査光学系の構成の１例を示す図、
第２図は、鞍型トロイダルレンズを説明するための図、
第３図乃至第８図は像面湾曲を示す図であり、第３図乃
至第５図は実施例対応の像面湾曲図、第６図乃至第８図
は比較例対応の像面湾曲図である。１００．光源、２００．コリメートレンズ、３００．シ
リンドリカルレンズ、４００．偏向面、５．、、　ｆθ
レンズ、６゜塵す図も図塵図塵図塵７圀（矢施例ｆ）（大施例２）（欠施例３）（九墾１デ１イ）（屹較例２）手続補正書筋δ 口（に転倒３）５Ｚ、Ｆ” １、事件の表示昭和６３年特許願第１９２３４４号２゜発明の名称走査光学系３、補正をする者事件との関係特許出頴人住所東京都大田区中馬込１−３−６名称株式会社リコー４、代理人住所東京都世田谷区経堂４−５−４明細書の「発明の詳細な説明」の個：２て；≧＼（１）明細書第１４頁第６行ないし第１１行の記載を次
の文章に代える。

Claims

【特許請求の範囲】光ビームを光偏向装置により偏向させて被走査面を光走
査する光走査装置に於いて、上記光偏向装置と被走査面
との間に配備される走査光学系であって、偏向された光ビームを被走査面上に結像させるとともに
、副走査方向に関して光ビームの偏向起点と被走査面と
を略共役関係にする機能を有し、副走査断面に於ける曲
率半径が光軸から離れるに従い大きくなる鞍型トロイダ
ル面を凸レンズ面として含み、走査光学系の主走査面内における焦点距離をｆ＿Ｍとし
、上記鞍型トロイダル面と被走査面との光軸上の距離を
ｄとするとき、ｄ／ｆ＿Ｍ＞０．６なる条件を満足することを特徴とする、走査光学系。