JPH0468308A - 走査光学装置 - 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〕 本発明は走査光学装置に関し、特に回転鏡１回転多面鏡
等の偏向器を使用する走査光学装置に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、回転鏡１回転多面鏡等の偏向器は、高精
度に加工されたものであっても、回転軸と偏向面との平
行度に多少の誤差が生しる。この偏向面の平行度の誤差
は、一般に面倒れ誤差と呼ばれており、走査光学装置に
おいては、走査面上で光スポットの走査方向とは垂直な
方向（副走査方向）への位置ずれを生しさせる原因とな
る。

いま、偏向面の面倒れ誤差をΔθとし、偏向面で偏向さ
れた光ビームを走査面上に集束させる等速度走査光学系
の焦点距離をｆとすると、走査面上で集束された光スポ
ットの副走査方向への位置ずれ量Δｄは、 Δｄ＝＝２Δθ・ｆ で表される０例えば、ｆ＝３００ｍｍの場合、位置ずれ
量Δｄを０．０１ｍｍ以下にするには、面倒れ誤差Δθ
を約３秒以下にするという非常に高い加工精度が回転鏡
１回転多面鏡等の偏向器に要求される。このような高精
度の偏向器を製作することは、実際には非常に困難なこ
とである。

そこで、このような偏向器の偏向面の面倒れ誤差を光学
的に補正（以下、この補正を面倒れ補正という）するよ
うにした走査光学装置が、従来から種々提案されている
。

例えば、第８図に示すような従来の面倒れ補正を行う走
査光学装置では、まず、光源である半導体レーザ８１か
ら発生した光ビームをコリメーションレンズ８２によっ
て平行光ビームとし、走査方向に垂直な方向にのみ正の
屈折力を存するシリンドリカルレンズ８３によって回転
多面鏡８４の偏向面の近傍に走査方向と平行な線像を結
像する。

次に、回転多面鏡８４の偏向面で反射された光ビームに
よりｆθレンズ８５と走査方向に垂直な方向にのみ正の
屈折力を有するシリンドリカルレンズ８６を介して走査
面８７上に光スポットを結像する。

このような従来の面倒れ補正を行う走査光学装置では、
ｆθレンズ８５によりｆθ特性が得られるとともに、回
転多面鏡８４の偏向面と走査面８７とが光学的に共役な
関係になっていることから、シリンドリカルレンズ８６
により回転多面鏡８４の偏向面の面倒れ誤差に起因する
走査面８７上での光ビームの副走査方向への位置ずれを
補正することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来の面倒れ補正を行う走査光学装置
では、シリンドリカルレンズ８６により回転多面鏡８４
の偏向面の面倒れ誤差に起因する走査面８７上での光ビ
ームの副走査方向への位置ずれを補正するようになって
いたので、シリンドリカルレンズ８６に大きな屈折力が
要求されるとともに、シリンドリカルレンズ８６が走査
面８７に平行な方向、つまりシリンドリカルレンズ８６
の長平方向に非常に長いレンズとなり、走査光学装置を
高価でかつ大型のものにするという欠点がある。

また、シリンドリカルレンズ８Ｇによる像面の倒れ（像
面湾曲）をｆθレンズ８５によって補正する必要が生じ
、ｆθレンズ８５の設計が複雑になるという欠点がある
。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、安価で比較的小さい
光学素子を用いて良好な等速度走査特性（以下、ｆθ特
性という）と結像特性とを得ることができるとともに、
偏向面の面倒れ誤差に起因する走査面上での光スボＶト
の副走査方向への位置ずれを補正できるようにしたコン
パクトな走査光学装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の走査光学装置は、光源からの光ビームを偏向面
に入射させて偏向させ、偏向された光ビームにより走査
面を走査する走査光学装置において、光源からの光ビー
ムにより偏向面の近傍に走査方向と平行な線像を形成す
る走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有する線像
形成光学系と、偏向面側より順に、負の屈折力を有する
凹レンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を
有する第１シリンドリカルミラーと、走査方向に平行な
方向にのみ正の屈折力を有するシリンドリカルレンズと
、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有する第２
シリンドリカルミラーとからなる等速度走査光学系とを
備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の走査光学装置では、走査方向と垂直な方向にの
み正の屈折力を有する線像形成光学系が光源からの光ビ
ームにより偏向面の近傍に走査方向と平行な線像を形成
し、負の屈折力を有する凹レンズと走査方向に平行な方
向にのみ正の屈折力を有するシリンドリカルレンズとが
走査方向と平行な方向の光ビームに負の歪曲収差を与え
てｆθ補正を行い、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈
折力を有する第１シリンドリカルミラーと走査方向と垂
直な方向にのみ正の屈折力を有する第２シリンドリカル
ミラーとが走査方向に垂直な方向の光ビームを面倒れ補
正して走査面上に結像する。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図、第２閲および第３図は、本発明の走査光学装置
の構成を示す斜視問、略平面図および略側面図である。

この走査光学装置は、光源である半導体レーザ１と、半
導体レーザ１からのレーザ光を平行光ビームにするコリ
メーションレンズ２と、回転多面鏡４の偏向面の近傍に
走査方向と平行な線像を形成する走査方向と垂直な方向
にのみ正の屈折力を有する第１シリンドリカルレンズ３
と、偏向器としての回転多面鏡４と、負の屈折力を有す
る凹レンズ５と、走査方向に垂直な方向にのみ正の屈折
力を有する第１シリンドリカルミラー６と、走査方向に
平行な方向にのみ正の屈折力を存する第２シリンドリカ
ルレンズ７と、走査方向に垂直な方向にのみ正の屈折力
を有する第２シリンドリカルミラー８と、光スポットに
より走査される走査面９とから構成されている。

次に、このように構成された本実施例の走査光学装置の
動作について説明する。

コリメーションレンズ２は、半導体レーザ１から発せら
れたレーザ光を平行光ビームとする。

第１シリンドリカルレンズ３は、コリメーションレンズ
２によって平行にされた光ビームにより回転多面鏡４の
偏向面の近傍に走査方向に平行な線像を形成させる。

回転多面鏡４は、等角速度で回転し、第１シリンドリカ
ルレンズ３により偏向面の近傍に形成された線像の光ビ
ームを偏向面によって反射して偏向させる。

凹レンズ５および第２シリンドリカルレンズ７は、回転
多面鏡４により偏向された光ビームに負の歪曲収差を与
えてｆθ補正を行う。

第１シリンドリカルミラー６は、凹レンズ５を通過した
光ビームを９０度の角度に反射させるとともに、走査方
向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有することにより面
倒れ補正を行う。

第２シリンドリカルミラー８は、第２シリンドリカルレ
ンズ７を通過した光ビームを９０度の角度に反射させる
とともに、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有
することにより面倒れ補正を行って走査面９上に光スポ
ットを結像させる。

したがって、等速度走査光学系では、走査方向において
は、凹レンズ５および第２シリンドリカルレンズ７のみ
が屈折力をもつとともに、他の光学素子が副走査方向に
のみ屈折力をもつ第１シリンドリカルミラー６および第
２シリンドリカルミラー８だけであるため、像面の倒れ
（像面湾曲）などの影響がなく、凹レンズ５および第２
シリンドリカルレンズ７の設計だけでｆθ特性を決定で
きる。また、ｆθ特性を決定するレンズ系が凹レンズ５
と正の屈折力を有する（すなわち、凸レンズである）第
２シリンドリカルレンズ７との組合せになるので、ｆθ
特性である歪曲収差係数Ｖを目安となるＶ＝２／３に近
い値にするために偏向面から凹レンズ５までの距離を短
くすることができ、この結果、走査光学装置をコンパク
トにすることができる。さらに、凹レンズ５および第２
シリンドリカルレンズ７を、それぞれ平凹球面レンズお
よび平凸シリンドリカルレンズ（後記第２実施例参照）
、または平凹シリンドリカルレンズおよび平凸シリンド
リカルレンズ（後記第４実施例参照）の構成にすること
も可能であり、レンズの加工が容易になって走査光学装
置のコストをより低減させることができる。

また、副走査方向においては、光ビームが第】シリンド
リカルレンズ３によって偏向面の近傍で１度結像され、
偏向面による偏向後に第１ンリンドリ力ルミラ−６およ
び第２シソンドリカルミラー８によって走査面９上に光
スポットが結像されるようにしたことにより、偏向面と
走査面９とが光学的に共役となっているので、偏向面に
多少の面倒れ誤差があっても走査面９上での光スポット
の副走査方向への位置ずれを補正することができる。一
方、第１ソリンドリ力ルミラ−６は走査方向と垂直な方
向にのみ正の屈折力をもつため、第２シリンドリカルレ
ンズ７に入射する光ビームはある程度平行光ビームに近
い状態になっており、第２シリンドリカルレンズ７は副
走査方向における結像に影響をほとんど与えない。つま
り、凹レンズ５．第１シリンドリカルミラー６および第
２シリンドリカルミラー８の配置および屈折力のみによ
る結像を考慮すればよく、設計が容易となる。

また、第１シリンドリカルミラー６および第２シリンド
リカルミラー８に光ビームを集束する屈折力を分配する
構成にしたため、各光学素子を小さくかつ安価なものと
することができる。

以下、本発明の走査光学装置の具体的な実施例について
説明する。

ただし、以下の実施例においては、第２図および第３図
に示すように、ｒＸｌ””ｒＸ６は走査方向に平行な方
向の曲率半径（単位はｍｍ）　、ｒｙｌ〜ｒｙｂは走査
方向に垂直な方向の曲率半径（単位はｍｍ）　、ｎ、は
凹レンズ５の屈折率、ｎ２は第２シリンドリカルレンズ
７の屈折率、ｄｏは偏向面から凹レンズ５の第１屈折面
までの距離（単位はｍｍ）、ｄ、〜ｄ６は凹レンズ５か
ら順に走査面９までの光軸上での各屈折面間路＃（単位
はｍｍ）をそれぞれ表す。また、ｆは等速度走査光学系
の走査方向の焦点距離（単位はｍｍ）　、Ｆｋは等速度
走査光学系のＦナンバ、２θは全走査角（単位は度（’
））、ｆｃは第１シリンドリカルレンズ３の走査方向に
垂直な方向の焦点距離（単位はｍ　ｍ　）　、λは使用
波長（単位はｎｍ）である。

〈第１実施例〉 −ｆ　＝　３００ｍｍ　　ＦＮｎ＝６０　２０＝　５７
．２９５８゜ｆ　ｃ　＝　１３７．０６１ｍｍ　　λ−
７８０ｎｍ・レンズデータ 偏向面から凹レンズ５の第１屈折面までの距離ｄ、＝　
　２１．６３６ 凹レンズ５の第１屈折面 ｒ　、、　＝　−７２０，０３１ｒ　、、　−−７２０
，０３１ｄ　＋　＝　　１５．９２４　　　　ｎ　＋　
＝１．６０９１０凹レンズ５の第２屈折面 ｒ　、ｌｚ　＝　１０９９．１４４　　　　ｒ　−２＝
　１０９９．１４４ｄ、　＝　　３７．０２９ 第１シリンドリカルミラー６の反射面 ｒ　、１３＝１りｏｒ　ｙ３−３３２．８８７ｄ３＝　
　１０．３８５　　　　ＲＥＥＬ（９０度反射）第２シ
リンドリカルレンズ７の第１屈折面ｒ、Ｉ、＝　　　０
０　　　　　　　　　　　　ｒ、、＝　　　″）ｄ４＝
　　１９．４８３　　　　ｎｇ　＝１．６５９４７第２
ソリンドリ力ルレンズ７の第２屈折面ｒ−ｓ−１５１，
９１６ｒ　、、　＝　　■ｄ　ｓ　＝１１７．４１４ 第２シリンドリカルミラー８の反射面 ｒＸ、＝　　ｏｏｒ、、＝　−３４８，０３４ｄ、　＝
　　２０９．３２９　　　　ＲＥＦＬ　（９０度反射）
・走査方向に平行な方向のみにおけるｆ＝１に正規化し
た場合の収差係数 球面収差係数　　　　　１＝　　１２．４０６１５コマ
収差係数　　　　　ｎ　＝　−０，１５６１２非点収差
係数　　　　　ＩＩＩ　＝　−０，１５１８２像面湾曲
　　　　　　　ＩＶ＝　　０．３７１９２歪曲収差係数
　　　　　Ｖ＝　　０．６１４８８ペツツバール和　　
　　Ｐ＝　　０．５２３７４第１実施例の走査光学装置
の非点収差（ＡＳ）および線形性（Ｌ　Ｉ　Ｎ）を第４
図（ａ）および（ｂ）に示す。第４図（ａ）中、ＡＳは
サジタル方向の非点収差、ΔＭはメリジオナル方向の非
点収差をそれぞれ示す（以下同様）。

く第２実施例〉 ・ｆ　＝　３００ｍｍ　　Ｆｆｔ＝６０　２θ＝　５７
．２９５８゜ｆ　ｃ　＝　１３７．０６］、ｍｍ　　λ
−７８０ｎｍ・レンズデータ 偏向面から凹レンズ５の第１屈折面までの距離ｄ０＝　
　２８．２６０ 凹レンズ５の第１屈折面 ｊＸ、：　　　（Ｘ）　　　　　　　　　　　　ｆ、Ｉ
＝　　　ＩＸＩｄ　Ｉ＝　　２２．３４３　　　　ｎ　
＋　−１，６３５５２凹レンズ５の第２屈折面 ｒ　Ｘ！　＝　　６１５．３Ｂ２　　　　ｒ　、２＝　
　６１５．３８２ｄ２＝　　３８．５０３ 第１シリンドリカルミラー６の反射面 ｒＸ、−ωｒ、、＝　−３７４，２２６ｄ　３　＝　１
２．１７１　　　　　　ＲＥＦＬ　（９０度反射）第２
シリンドリカルレンズ７の第１屈折面ｒＸ４＝　　　０
０　　　　　　　　　　　　ｊ、、＝　　　００ｄａ　
　＝　　　２３．２２７　　　　　　ｎｔ　　＝１．７
１２３０第２シリンドリカルレンズ７の第２屈折面ｒ−
ｓ＝　　１７３．９６８　　　　　ｒ−ｓ＝　　■ｄ％
　＝　　７９．１４７ 第２シリンドリカルミラー８の反射面 ｒ　−ｂ＝　　ｏｏｒ　ｙｂ＝　　３７６．５４５ｄ、
　＝　　２４０．２５２　　　　ＲＥＦＬ　（９０度反
射）・走査方向に平行な方向のみにおけるｆ＝１に正規
化した場合の収差係数 球面収差係数　　　　　１＝　　９．３２５４３コマ収
差係数　　　　　ｎ　＝　−０，１０８１１非点収差係
数　　　　　１［１＝　−０，１４７８４像面湾曲　　
　　　　　ＩＶ＝　　０．３８００５歪曲収差係数　　
　　　Ｖ＝　　０．６２３４１ペツツバール和　　　　
Ｐ＝　　０．５２７９３第２実施例の走査光学装置の非
点収差（ＡＳ）および線形性（ＬＩＮ）を第５図（ａ）
および（ｂ）に示す。

〈第３実施例〉 −ｆ　＝　３００ｍｍ　　Ｆｋ−６０２θ−５７，２９
５＋１１゜ｆ　ｃ　＝　１３７．０６１ｍｍ　　λ−７
８０ｎｍ・レンズデータ 偏向面から凹レンズ５の第１屈折面までの距離ｄｏ　＝
２１．１８７ 凹レンズ５の第１屈折面 ｒ□−−３５３，４１４ｒ　ｙ、　＝　　■ｄ　、　＝
　　１５．８３２　　　　ｎ　、　＝　１．６５９４７
凹レンズ５の第２屈折面 ｒ、Ｉ、！　４８１０．９９１　　　　ｒ　ｙｚ＝　　
”ｄｚ　＝　　２７．６８１ 第１シリンドリカルミラー６の反射面 ｒ　−３＝　　”　　　　　　　ｒ　ｙ３＝　　３２５
．５８７ｄｓ＝１０．３８５　　　　ＲＥＦＬ　（９０
度反射）第２シリンドリカルレンズ７の第１ｆｆ折面ｒ
Ｘ４−　　■　　　　　　　　　　　　ｒｙ４＝　　　
■ｄ４＝　　１７．６７１　　　　ｎｔ　＝１．７１２
３０第２シリンドリカルレンズ７の第２屈折面ｒ　ｘｓ
　−１４８，７３９ｒ□−■ ｄ、＝　　１２６．９０８ 第２シリンドリカルミラー８の反射面 ｒ　、、＝　　ｏＯｒ　、６＝　−３２９，３７０ａ、
　＝　　２０７．０７９　　　　ＲＥＦＬ　（９０度反
射）・走査方向に平行な方向のみにおけるｆ＝１に正規
化した場合の収差係数 球面収差係数　　　　　１　＝　１４．０１００９コマ
収差係数　　　　　ｆｆ　＝　−０，３０３９１非点収
差係数　　　　　Ｉ［１＝　−０，１３９６７像面湾曲
　　　　　　　ＩＶ＝　　０．３３７２５歪曲収差係数
　　　　　Ｖ＝　　０．６１９６６ベツツパール和　　
　　Ｐ＝　　０．４７６９２第３実施例の走査光学装置
の非点収差（ＡＳ）および線形性（ＬＩＮ）を第６図（
ａ）および（ｂ）に示す。

〈第４実施例〉 ・ｆ　＝　３００ｍｍ　　Ｆ隘＝６０　２８＝　５７．
２９５８”ｆ　Ｃ＝　１３７．０６１ｍｍ　　λ−７８
０ｎｍ・レンズデータ 偏向面と凹レンズ５の第１屈折面までの距離ｄｏ　””
　　２１．１７５ 凹レンズ５の第１屈折面 ｒＸ、＝　　　００　　　　　　　　　　　　ｒｙ、：
　　　００ｄ　、　−２５，２８３ｎ　、　＝　１．６
３５５２凹レンズ５の第２屈折面 ｒ　、ｌｚ＝　　６２６．８３７　　　　ｒ　、＝　　
−ｄｔ＝　　３６．２３８ 第１シリンドリカルミラー６の反射面 ｒ、３＝　（１）　　　　　　ｒ　ｙｚ＝　　３８０．
５３２ｄ３＝　　１２．８０３　　　　ＲＥＦＬ（９０
度反射）第２ンリンドリカルレンズ７の第１屈折面ｆ　
Ｘ４ｅ　　　００　　　　　　　　　　　　ｆ、、−０
０ｄ、　＝　　２４．２５４　　　　１．　＝１．７１
２３０第２シリンドリカルレンズ７の第２屈折面ｒ　ｘ
ｓ”’　　１７４．３４７　　　　ｒ　、、＝　　００
ｄ、　＝　　８０．００９ 第２シリンドリカルミラー８の反射面 ｒ□＝　ω　　　　　　ｒ　ｙｂ　＝　　３７４．３３
３ｄ、　＝２３８．６００　　　　　ＲＥＦＬ　（９０
度反射）・走査方向に平行な方向のみにおけるｆ＝１に
正規化した場合の収差係数 球面収差係数　　　　　Ｉ−９，２４４６９コマ収差係
数　　　　　Ｉｔ　＝　−０，１２１０８非点収差係数
　　　　　Ｉ［［＝　−０，１４６００像面湾曲　　　
　　　　ＩＶ＝　　０．３８３８３歪曲収差係数　　　
　　Ｖ＝　　０．６２０１６ペ、ツハール和　　　　Ｐ
＝　　０．５２９８３第４実施例の走査光学装置の非点
収差（Ａｓ＞および線形性（ＬＩＮ）を第７図（ａ）お
よび（ｂ）に示す。

なお、上記構成による走査光学装置は、第２シリンドリ
カルミラー８の位置を光軸上に平行に移動させることに
よって走査方向の光スポツト径は変えずに副走査方向の
光スポツト径のみを選択的に変化させることが可能であ
る。

また、第１シリンドリカルミラー６の走査方向に垂直な
方向の屈折力と第２シリンドリカルミラー８の走査方向
に垂直な方向の屈折力とを同一にすることも可能であり
、このようにした場合には、シリンドリカルミラーの製
作上、同一の曲率のシリンドリカルミラーを切断して両
者に使用すればよく、走査光学装置をさらに安価に製作
することが可能となる。

ところで、上記実施例では、偏向器として回転多面鏡４
を使用した場合について説明したが、偏向器が回転鏡等
の場合にも本発明が同様に適用できることはいうまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光源からの光ビ
ームにより偏向面の近傍に走査方向と平行な線像を形成
する走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有する線
像形成光学系を配置し、偏向面側より順に、負の屈折力
を有する凹レンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の
屈折力を有する第１シリンドリカルミラーと、走査方向
に平行な方向にのみ正の屈折力を有するシリンドリカル
レンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈折力を有
する第２シリンドリカルミラーとからなる等速度走査光
学系を用いたことにより、走査面上を光スポットにより
等速度走査するための良好なｆθ特性と結像特性とを有
しかつ偏向面の面倒れ誤差を補正する走査光学装置を安
価で比較的小さい光学素子を用いてコンパクトに実現で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査光学装置の構成を示す斜視図、 第２図は第１図の走査光学装置の略平面図、第３図は第
１図の走査光学装置の略側面図、第４図（ａ）および（
ｂ）は第１実施例の走査光学装置の非点収差および線形
性をそれぞれ示す線図、 第５図（ａ）および（ｂ、）は第２実施例の走査光学装
置の非点収差および線形性をそれぞれ示す線図、 第６図（ａ）および（ｂ）は第３実施例の走査光学装置
の非点収差および線形性をそれぞれ示す線図、 第７図（ａ）および（ｂ）は第４実施例の走査光学装置
の非点収差および線形性をそれぞれ示す線図、 第８図は従来の走査光学装置の一例を示す平面図、 第９図は第８図の走査光学装置の側面図である。 図において、 １・・・半導体レーザ、 ２・・・コリメーンヨンレンズ、 ３・・・第１シリンドリカルレンズ、 ４・・・回転多面鏡（偏向器）、 ５・・・凹レンズ、 ６・・・第１シリンドリカルミラー ７・・・第２シリンドリカルレンズ、 ８・・・第２シリンドリカルミラー ９・・・走査面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光ビームを偏向面に入射させて偏向さ
   せ、偏向された光ビームにより走査面を走査する走査光
   学装置において、 光源からの光ビームにより偏向面の近傍に走査方向と平
   行な線像を形成する走査方向と垂直な方向にのみ正の屈
   折力を有する線像形成光学系と、偏向面側より順に、負
   の屈折力を有する凹レンズと、走査方向と垂直な方向に
   のみ正の屈折力を有する第１シリンドリカルミラーと、
   走査方向に平行な方向にのみ正の屈折力を有するシリン
   ドリカルレンズと、走査方向と垂直な方向にのみ正の屈
   折力を有する第２シリンドリカルミラーとからなる等速
   度走査光学系と を備えることを特徴とする走査光学装置。
2. （２）前記凹レンズが、走査方向に平行な方向にのみ負
   の屈折力を有するシリンドリカルレンズでなることを特
   徴とする請求項１の走査光学装置。