JPH03191316A - ｆθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系 - Google Patents

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用いられるｆθレンズに関し、特
に微小スポットの形成を目的としたｆθレンズ及びそれ
を用いたレーザー走査光学系に関する。

【従来の技術］ 従来のレーザー走査光学系では、レーザー光源を発した
レーザー光をコリメーターレンズ等で平行光とした後、
ポリゴンミラー等の偏向器で反射させ、結像レンズ系を
用いてレーザービームスボットを像面上に形成し、走査
している。

こうしたレーザー走査光学系において、特にポリゴンミ
ラー等の等角速度回転でビーム走査を行う場合、像面上
で主走査方向の等速度性を保つ為に、結像レンズにはｆ
θ特性（光学系の焦点距離をｆ、入射角度をＯとしたと
き、理想像高がｆ・θで与えられる特性）を持つ所謂ｆ
θレンズ系が用いられている。

また、一般に、ビーム走査される像面ば平面である為、
結像レンズでは像面上の像面湾曲が補正されている。

更に、ポリゴンミラーなどの偏向器の反射面の所定位置
からの面倒れによって像面上の走査線のブレ（ピッチム
ラ）が生じるのを防ぐ為に、結像レンズ中にトーリック
レンズなどのアナモフィックな光学系を用いた例も知ら
れている。

この様なｆθレンズのうち、特に微小なレーザースポッ
ト（波長先＝７８０ｎｍのレーザーで５０μｍ以下）を
目的として、結像レンズ系を３枚構成としたタイプも提
案されている。こうしたｆθレンズは、例えば、第１４
図に示す様な構成を有し、偏向器のミラー面Ｍより像面
■側へと凹球面レンズ５１、凸球面レンズ５２、トーリ
ックレンズ５３が順に配された構成となっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記の３枚構成のｆθレンズ系においては
、ｆθ特性、像面湾曲、倒れ補正という性質を満足した
ものでも、画角（走査角）の大きな像面周辺部でのスポ
ット形状は著しく悪化し、形状が３角形などになってし
まう、この為、実質的なスポット径が太き（なってしま
って、従来のレンズ系では像面周辺の画角のところでは
良好な画像を得ることが出来なかった。

例として、第１４図に示したｆθレンズの場合の像面湾
曲、ｆθ特性を第１５図と第１６図に夫々示す、また、
画角３７度における像面上のスポット形状を第１７図に
示す。

これらの図から分かる様に、この例ではｆθ特性と像面
湾曲は良好に補正されているが、１　／　ｅ２のスポッ
ト形状（ビーク強度からそのｌ　／　ｅ　”の強度のと
ころまでのスポット形状）は３角形をしており、良好な
スポット形状とはｊえない、この為、このｆθレンズ系
では像面周辺での画像の品質は悪化している。

従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、コンパクト
でありながら高解像である走査光学系に用いられるｆθ
レンズを提供することにある。

［発明の概要Ｊ 上記目的を達成する本発明では、トーリックレンズを含
む３枚構成のｆθレンズであり、光入射側から１枚目が
主走査面内で負のパワーを持つレンズ、２枚目が主走査
面内で正のパワーを持つレンズ、３枚目がトーリック面
を持ち主走査面内で正のパワーを持つレンズとなり、更
に１枚目のレンズと２枚目のレンズで構成されるその間
の空気レンズに主走査面内で正のパワーを持たせている
。これにより、像面周辺部でのスポット形状が良好に保
たれ、従って走査系全体がコンパクトでありながら高解
像である走査光学系が実現できる。

上記凹レンズと凸レンズの間の空気レンズの曲率半径な
ｒｚ、ｒ＊とじて焦点距離をｆとしたとき、 ｒ　ｉ　　／　ｒｘ　　≦１゜ −２，２≦ｆ　／　ｒ　、　　≦１．７の条件を満たす
ことで、より一層顕著な効果が得られる。

この条件式でｒヨ／　ｒ　ｓ　＞　１となると空気レン
ズのパワーが負となりスポット形状が悪化し、ｆ／ｒ３
が上記の範囲から外れた場合、主走査側像面湾曲が悪化
し全画面でスポット径を微小に保つことが困難になる。

［実施例Ｊ 第１図と第２図は本発明による第１の実施例を示し、第
１図は本発明によるｆθレンズの主走査面（走査される
光束が経時的に形成する面で光軸を含む）での断面図、
第２図はｆθレンズの副走査面（主走査面と直角な面で
光軸を含む）での断面図である。

同図において、ｆθレンズＩＯは、偏向器のミラー面相
当位置Ｍより像面ｒ側にかけて順に、凹球面レンズ上５
．凸球面レンズＬ２、トーリックレンズＬ　ｓより構成
されている。符号Ｃはレーザーなどの光源とミラー面相
当位置Ｍとの間に配設されたシリンダーレンズであり、
副走査方向にのみパワーを有する。

図中−ｒ　＋　ｓ　ｒ　ｚは凹球面レンズＬ、の第１面
と第２面（Ｍ側より順に番号を附す）の曲率半径ｒｓ　
、ｒ　４は凸球面レンズＬ２の第３面と第４面の曲率半
径＋　ｒｓＩｓ　ｒｇ＋はトーリックレンズＬ、の第５
面と第６面の主走査断面における曲率半径、ｒｓｘ、ｒ
６□は同じく第５面と第６面の副走査断面における曲率
半径を示す。

上記構成のｆθレンズ１０により、レーザー光は光源か
ら発した後、コリメーターレンズ等で一度平行光となっ
た後にシリンダーレンズＣを経てミラー面Ｍ近傍に線状
に入射し、ここで偏向され、そして像面Ｉに結像される
。この様に、レーザ光は、副走査断面では、シリンダー
レンズＣでミラー面間上に一度結像した後、再びｆθレ
ンズ１０によって像面■上に結像する。

このｆθレンズ１０の具体例を次の表１に示す、ここに
おいて、ｒｌ等は上記の如きものであり、ｄｏはミラー
面Ｍと第１面間の距離、ｄ＋（ｉ＝１〜５）は第１面と
第ｉ＋１面間の間隔、ｄ６は第６面と像面１間の距離、
ｎｏ、ｎ鵞％　ｎ４、ｎ６は空気の屈折率、ｎ　ｌ　％
　ｎ　３　％　ｎ　ｓは夫々レンズＬ１．Ｌｘ　、Ｌａ
の屈折率である。

匙工五 ｄｏ　　＝　１　７．　６　１　　　ｎｏ　　＝　１ｒ
、＝−５３，００ ｄ＋　　＝４．　０５　　　　　ｎｌ　＝１．　５１ｒ
、＝−１８６，３０ ｄａ　　＝０．　２８　　　　ｎｏ　　＝１ｒｓ　　＝
−３１９，６０ ｄｓ　　＝８．　００　　　　　ｎ−＝１．　６２ｒ４
　＝−４９，１９ ｄ４　＝１２．　３４　　　ｎ−＝１ ｒｓ＋＝０ ｒｓｘ＝−３６，０５ ｃｔｓ　　＝１４．　ｔｓ　　　ｎｓ　　＝ｌ　、　６
２ｒ−＋”　　　１　１　２．　３　１ ｒ、□＝−１５，８９ ｄａ　　＝９７．　３　１　　　ｎｓ　　＝　　１ｆ＝
１００ 表１から分かる様に、レンズし、とＬ２の間は第２面（
曲率半径ｒｔ）と第３面（曲率半径ｒ３）によって構成
される空気レンズとなっているが、ここでｒｓ　＜ｒｘ
　＜Ｏ（すなわちｒ　ｚ　／　ｒ　ｓ≦１）となってい
る為にこの空気レンズは正のパワーを持っている。

このｆθレンズＩＯの像面湾曲とｆθ特性が第３図、第
４図に夫々示されている。主走査側、副走査側の像面湾
曲及びｆθ特性が共に良好であることが分かる。

第５図は、ｆθレンズ１０を用いて画角３７度のところ
のスポット形状を計算した結果を示す。

スポットは１／ｅ８の所の等高線で見て楕円形（副走査
面に少し長い）をしており、良好な形状を保っていると
５える。

第６図は本発明による第２の実施例の主走査面での断面
図である。同図において、ｆθレンズ２０はミラー面Ｍ
側から順に凹球面レンズＬ＋、凸球面レンズＬｔ、トー
リックレンズＬ２より構成されている。

第２実施例でも、レンズＬ１、Ｌａ間の空気レンズが主
走査面内で正のパワーを持っている。

表２にｆθレンズ２０の具体例を示す、符号の約束は表
１と同じである。

１１五 ｄ、＝１８−０９　　　　ｎｏ＝Ｌ ｒｌ　　＝−４３，２６ ｄ、”３．　０Ｏｎ＋　　＝１．５１ ｒｌ　　＝−７２，１２ ｄｉ　　＝０．　３０　　　　　　ｎｔ　　＝　１ｒｓ
　　＝−１４９，５０ ｄｓ　　”８．　４９　　　　　　ｎｓ　　＝１．６２
ｒ、＝−４７，５２ ｄ、＝１４−　９９　　　　ｎ−＝１ ｒＩに〇 ｒ、、＝−３５，４６ ｄ、＝１６．　１２　　　　ｎｓ　　＝１．　６２ｒ　
ａ＋＝　　　１　１　９．　７８ ｒ６□＝−１６，３０ ｄ　ｓ　　＝　９４　、　２７　　　　　ｎ　ｓ　　＝
　１ｆ＝１００ 第２実施例による像面湾曲、ｆθ特性、画角３７度の所
のスポット形状を、夫々、第７図、第８図、第９図に示
す。第２実施例でも第１実施例と同様な効果が得られる
ことが分かる。

次に、本発明による第３の実施例を第１０図に示す、同
図において、ｆθレンズ３０は、ミラー面Ｍ側から順に
凹球面レンズＬ＋、凸球面レンズ上２．トーリツクレン
ズＬ、より構成されている表３にこのｆθレンズ３０の
具体例を示す、同じく符号の約束は表１におけるそれと
同じである１ユ五 ｄｏ　　”　１　５．　６２　　　　　ｎｏ　　＝　１
ｒ、＝−６２，４５ ｄ＋　　＝４．　３　１　　　　　　　ｎ＋　　＝ｌ、
　　５　１ｒ　ｔ　　＝　１　９２　、　０　１ ｄｔ＝０．　１１　　　　　　　ｎｚ＝１ｒｚ＝１９２
．０１ ｄ、　　＝９．　１６　　　　　　ｎ３　＝ｌ、　　６
２ｒ、＝−５１，５６ ｄ、”１５．　１９　　　　　ｎ、＝１ｒｓ＋＝０ ｒ、、ニー３３．　８６ ｄｓ　　＝１４．　０８　　　　ｎ−＝１．　６２ｒｓ
＋＝−１２０，８９ ｒｓｘ＝　−１５，５１ ｄａ　　”　９４．　４４　　　　　ｎ−＝　１ｆ＝Ｌ
Ｏ０ 第３実施例でも、ｒ　＊　＝　ｒ　ｘ　＜　Ｏ（すなわ
ちｒ２／ｒ、≦１を満たす）となっていて、レンズＬ、
Ｌｘ間の空気レンズが主走査面内で正のパワーを持つ様
になっている。

このｆθレンズ３０による像面湾曲、ｆθ特性、画角３
７度の所のスポット形状を、夫々、第１１図、第１２図
、第１３図番ご示す、これから第３実施例でも第１実施
例と同様な効果が得られることが分かる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明のｆθレンズでは画角が大き
い所でもスポット形状が良好に保たれているので、コン
パクトでありながら高解像の走査光学系が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の主走査断面図、第２図は第１実施
例の副走査断面図、第３図は第１実施例の像面湾曲を示
す図、第４図は第１実施例のｆθ特性を示す図、第５図
は第１実施例における画角３７度のスポット形状を示す
図、第６図は第２実施例の主走査断面図、第７図は第２
実施例の像面湾曲を示す図、第８図は第２実施例のｆθ
特性を示す図、第９図は第２実施例における画角３７度
のスポット形状を示す図、第１０図は第３実施例の主走
査断面図、第１１図は第３実施例の像面湾曲を示す図、
第１２図は第３実施例のｆθ特性を示す図、第１３図は
第３実施例における画角３７度のスポット形状を示す図
、第１４図は従来例の主走査断面図、第１５図は従来例
の像面湾曲を示す図、第１６図は従来例のｆθ特性を示
す図、第１７図は従来例における画角３７度のスポット
形状を示す図である。 １０．２０．３０・・・・・ｆθレンズ、Ｌ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、走査光学系に用いられ、面倒れ補正機能を持つｆθ
   レンズにおいて、偏向面より第１レンズ、第２レンズ、
   第３レンズが順に配設され、第１レンズが主走査面内で
   負のパワーを持ち、第２レンズが主走査面内で正のパワ
   ーを持ち、第３レンズがトーリック面を持ち主走査面内
   で正のパワーを持ち、更に第１レンズと第２レンズの間
   の空気レンズが主走査面内で正のパワーを持つことを特
   徴とするｆθレンズ。 ２、前記第１レンズが凹球面レンズであり、第２レンズ
   が凸球面レンズであり、第３レンズがトーリックレンズ
   である請求項１記載のｆθレンズ。 ３、前記凹球面レンズと凸球面レンズの間の曲率半径を
   ｒ＿２、ｒ＿３とし、焦点距離をｆとしたとき、 ｒ＿２／ｒ＿３≦１、 −２．２≦ｆ／ｒ＿３≦１．７ を満たす請求項２記載のｆθレンズ。 ４、請求項１、２又は３記載のｆθレンズを用いて、レ
   ーザー光源からの光束を偏向器、ｆθレンズを介して像
   面上に走査するレーザー走査光学系。