JPH0545602A - レ−ザ走査装置 - Google Patents

レ−ザ走査装置

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JPH0545602A
JPH0545602A JP3207999A JP20799991A JPH0545602A JP H0545602 A JPH0545602 A JP H0545602A JP 3207999 A JP3207999 A JP 3207999A JP 20799991 A JP20799991 A JP 20799991A JP H0545602 A JPH0545602 A JP H0545602A
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JP
Japan
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lens
scanning
curvature
polygon mirror
characteristic
Prior art date
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Application number
JP3207999A
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English (en)
Inventor
Kenji Mochizuki
健至 望月
Susumu Saito
進 斎藤
Akira Arimoto
昭 有本
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Koki Holdings Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/925,787 priority patent/US5270850A/en
Priority to DE4227595A priority patent/DE4227595C2/de
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/125Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/0005Optical objectives specially designed for the purposes specified below having F-Theta characteristic

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Laser Beam Printer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レ−ザプリンタ装置の描画特性を高精細、高
精度化する。 【構成】 単レンズ2枚構成の従来Fθレンズ系におい
て、回転多面鏡に近い方の第1レンズを貼りあわせレン
ズに置換する。これにより、第1レンズの設計自由度を
増やしてFθレンズ系の設計を精緻化して、Fθ特性
(走査平面上の位置ずれ特性)や像面湾曲特性(走査平
面上の像のぼやけ特性)等を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明はレ−ザ走査装置に係
り、特に高精細印刷用のレ−ザプリンタ装置に好適なレ
−ザ走査装置及び非球面走査レンズに係る。
【0002】
【従来の技術】 周知のようにレ−ザプリンタ装置は図
2に示すように、回転多面鏡10によりレ−ザビ−ム1
00を偏向走査して走査平面(感光ドラム)16上に情
報の書き込みを行っている。この走査の際に生ずる走査
平面上の焦点ずれ(像面湾曲)や位置ずれ(歪曲収差)
等をFθレンズ系1により補正するようにしていた。な
お、Fθレンズ系1は像面湾曲の補正とともに上記歪曲
収差を補正して回転多面鏡の走査角度と走査位置が比例
するするようにする。この特性をFθ特性と呼んでい
る。また、上記Fθレンズ系は通常2枚の単レンズ(第
1レンズ51と第2レンズ52)で構成されることが多
い。
【0003】上記走査誤差の原因の一つに製造時の加工
誤差によって生じる回転多面鏡の面倒れ誤差があり、特
開昭54−126051号公報,特開昭57−1445
15号公報,特公平1−14564号公報,特公平1−
15046号公報等に記載のように、Fθレンズ系1に
シリンドリカル面やト−リック面を含ませてアナモフィ
ック光学系を構成することにより面倒れ補正機能を持た
せ上記誤差を補正していた。また、上記シリンドリカル
面やト−リック面は一般に回転多面鏡10から遠い方の
第2レンズ52に適用されていた。回転多面鏡1に近い
方の第1レンズ51に適用すると副走査方向の横倍率が
大きく(5以上)なり、回転多面鏡10とFθレンズ系
1との配置精度が厳しくなるためである。また、特願昭
61−108440号公報には、Fθレンズ系1の副走
査垂直方向の曲率を偏向位置に応じて回転軸非対称に変
化させて上記誤差を補正することが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】レ−ザプリンタ装置の
描画を高精細化するためには、走査平面全域で像面湾曲
を焦点深度内に納めるようにして微小なレ−ザスポット
のボケを防止し、同時に、走査の位置ずれや線形性等を
改善するように、Fθレンズ系1の性能を向上する必要
がある。単レンズ2枚で構成されていた従来のFθレン
ズ系では、3次以内の歪曲収差は十分に補正できるもの
の、5次以上の歪曲収差成分は補正困難であり、とくに
レ−ザビ−ムの走査が広画角な場合には画角周辺部での
影響が大きい(例えば走査幅300mm、画角±31゜
に対してFθ特性値は0.22%程度)という問題があ
った。なお、Fθ特性値とは走査平面上の光点から走査
点までの距離誤差であり、回転多面鏡走査角度に対する
描画の直線性に関係する。また、レンズを3枚以上にす
ればFθ特性は向上できるものの、部品点数が増えて組
立性が悪くなるので簡単には採用できなかった。
【0005】以下図3〜7を用いて上記従来のFθレン
ズ系における補正限界についてさらに詳しく説明する。
図3は図2の上面図であり、入射瞳位置が異なる2本の
平行な光ビ−ム101と102が第2レンズ52の像側
焦平面23近傍に焦点を結ぶ様子を示している。なお、
光ビ−ム101と102が光軸24と交わる点が第2レ
ンズに対するそれぞれの入射瞳位置21および22であ
る。歪曲収差は上記入射瞳位置の影響を受ける。第1レ
ンズ51は回転対称軸を有する凹レンズ面11と13を
有し、第2レンズ52は球面または平面の回転対称軸を
有するレンズ面14と回転非対称な凸レンズ面15を有
している。基本的に、第1レンズ51は負のパワ−(入
射ビ−ムが光軸24の外側に曲げられる)を有し、第2
レンズ52は正のパワ−(入射ビ−ムが光軸24側に曲
げられる)を有するように構成され、走査平面16の周
辺部にて全体のFθ特性として走査位置が光軸側(マイ
ナス側)に偏る傾向があった。この傾向は走査角度が大
きくなるにつれて上記入射瞳位置を第2レンズ52に近
づけることにより補正できる。
【0006】図4は第1レンズ51の各レンズ面11と
13の形状をそのままとして、中心部の厚みtのみを変
えた場合の走査角度0°と31°における入射瞳位置の
比を計算した結果である。なお、上記入射瞳位置とは第
2レンズ52のレンズ面14より計った距離のことであ
る。図4より走査角度が大きときに入射瞳位置が近い方
が好ましい結果が得られるので、第1レンズ51中心部
の厚みtを大きくするほどよいことがわかる。
【0007】図5は上記第1レンズ51中心部の厚みt
に対応するFθ特性(走査平面16上の位置ずれ)の計
算例であり、走査角度31°の位置からの相対的づれを
プロットしている。中心部の厚みtが薄いほど走査角度
31°におけるFθ特性はマイナス側にずれるので上記
全体のFθ特性の補正には中心部の厚みtを厚くする方
がよいことになる。すなわち、単純にFθ特性を0.1
5%以内にする第1レンズ51の中心部の厚みtの値を
求めるだけであれば、t≧7.0mmとなる。
【0008】図6は第1レンズ51の中心部の厚みtと
像面湾曲の関係の計算例である。これより走査角度が大
きい位置にて、上記中心部の厚みtが4.4mmの場
合、像面は走査平面16から内側に曲がり、上記tが
7.0mmでは像面は外側に曲がる傾向のあることがわ
かる。すなわち、像面湾曲を最小にする上記tの最適範
囲が存在することになる。また、上記像面湾曲は焦点深
度内に収めたい。この焦点深度の値は、例えば、波長6
80nmのレ−ザ光を用いてスポット径の変化を5%ま
で許容すると、ドット密度480dpiの場合は±1m
m,ドット密度600dpiの場合は±0.6mm程度
である。
【0009】上記中心部の厚みtを大きくした場合の像
面湾曲は第2レンズの入射ビ−ムの拡がり角が走査角が
大きい位置にて小さくなるようにすれば低減することが
できる。しかし、図7に示すように、上記入射ビ−ムの
拡がり角の比(走査角度0°と同31°における値の
比)は第1レンズ51の中心部の厚みtとほぼ無関係で
あることから、上記厚みtによって像面湾曲を改善する
ことは困難である。以上の解析結果を要約すると、従来
の単レンズ2枚よりなるFθレンズ系では歪曲収差や像
面湾曲を改善するための実用的な設計パラメ−タとして
第1レンズ51の中心部の厚みtを挙げることができる
が、良好なFθ特性を与えるレンズ厚みtの範囲では像
面湾曲を同時には改善できないという難点がある。本発
明の目的は、上記歪曲収差や像面湾曲を同時に低減する
ために、Fθレンズ系の第1レンズに実用的な設計自由
度を与えて、これにより画像歪を低減し精細度を高めた
新規な高性能のレ−ザ走査装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、従来のFθレンズ系1における2枚構成の単レンズ
のうちの回転多面鏡10に近い第1レンズ51を上記貼
り合わせレンズにするようにする。
【0011】
【作用】上記Fθレンズ系において、従来の2枚の単レ
ンズの一方を貼り合わせレンズに置き換えることにより
2枚の単レンズ構成では4面であった屈折面数が5面に
増えるので、Fθレンズ系における曲率、面間隔、屈折
率等の設計の自由度がそれぞれ1個ずつ増加する。この
結果、Fθレンズ系設計をさらに精緻化することがで
き、像面湾曲を焦点深度内に納め、同時に5次以上の歪
曲収差分を補正できるようになる。また、上記貼り合わ
せレンズを回転多面鏡に近い方の単レンズ51に置き換
えることにより、二つの貼り合わせ部分の光軸合わせが
容易となり生産性が向上する。
【0012】
【実施例】図1は、本発明によるレ−ザ走査装置の構成
図であり、図2に示した従来装置と較べて第1レンズ5
1が2分割された貼り合わせレンズになっている点が異
なっている。なお、第1レンズ51の二つの凹レンズ面
11、13等の形状は貼り合わせ面12の形状や両側の
材質の屈折率等の相違に応じて図2の場合とは異なった
ものとなる。図1において、レ−ザ光源2からのレ−ザ
光100はコリメ−タレンズ20により平行光束化さ
れ、シリンダレンズ3により回転多面鏡の反射面40上
でy方向に集光されてスポット形状は図示のように上下
に扁平化される。第1レンズ51と第2レンズ52によ
り構成されるFθレンズ系1は、上記シリンダレンズ3
によりy方向に扁平化された光ビ−ムをx方向(主走査
方向)に絞り込んで走査平面16上を走査する。また、
反射面40と走査平面16はy方向(副走査方向)に関
して幾何光学的共役関係にある。
【0013】表1は上記本発明のFθレンズ系1の諸元
の一例である。Rはx方向(主走査方向)の曲率半径、
rはy方向(副走査方向)の曲率半径、dは面間隔、n
は屈折率である。また、は回転多面鏡10の反射面4
0である。は第1レンズの凹レンズ面11、は第1
レンズの貼り合わせ面12、は第1レンズの凹レンズ
面13である。同様にとはそれぞれ第2レンズ52
のレンズ面14と15であり、面の形状は式(1)お
よび式(2)で与えられる。また、は走査平面16で
ある。
【表1】
【表2】
【数1】 式(1)のa,bは定数である。Cは非対称項で表2に
示すようなサンプル点であり、この表に示されない位置
のCは多項式近似により導かれる。
【0014】図8は回転多面鏡と入射レ−ザ光の位置関
係を示す図である。回転多面鏡10の半径は32mm、
面数は8であり、入射レ−ザ光100は光軸に対して入
射角度β=60°で入射される。上記回転多面鏡10で
走査されたレ−ザ光100をFθレンズ系1で結像させ
て画角±31゜で走査する。
【0015】図9の実線は上記図1(本発明実施例)の
Fθ特性、同点線は図2(従来)のFθ特性である。こ
のように貼り合わせ面12を有する第1レンズを用いる
と、Fθ特性値を走査全域で単レンズを用いた場合の3
分2以内、すなわち、±0.15%以内におさえること
ができる。
【0016】図10は像面湾曲特性例であり、実線は上
記図1(本発明実施例)の像点位置、同点線は図2(従
来)の像点位置である。実線の特性は走査全域で±0.
5mmにおさまっており、これにより前記600dpi(do
t per inch)の焦点深度±0.6mmを満足することが
できる。なお、表3、表4は従来の単レンズよりなるF
θレンズ系の諸元、および非対称項Cのサンプル点を示
す表である。
【表3】
【表4】
【0017】
【発明の効果】本発明により、Fθレンズ系の第1レン
ズ(回転多面鏡に近い方のレンズ)を単レンズから貼り
合わせレンズに置き換えることにより、Fθ特性(走査
平面上の位置ずれ特性)や像面湾曲特性(走査平面上の
像のぼやけ特性)等を向上することができ、これにより
画像歪を低減し、精細度を高めた高性能のレ−ザ走査装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレ−ザ走査装置光学系の構成図で
ある。
【図2】従来のレ−ザ走査装置光学系の構成図である。
【図3】従来のレ−ザ走査装置光学系の光ビ−ム経路の
説明図である。
【図4】従来のレ−ザ走査装置光学系の入射瞳位置の比
特性図である。
【図5】従来のレ−ザ走査装置光学系のFθ特性図であ
る。
【図6】従来のレ−ザ走査装置光学系の像点位置特性図
である。
【図7】レ−ザ走査装置光学系のビ−ム拡がり角の比特
性図である。
【図8】回転多面鏡とレ−ザビ−ム角度の関係図であ
る。
【図9】本発明と従来のレ−ザ走査装置光学系における
Fθ特性の比較図である。
【図10】本発明と従来のレ−ザ走査装置光学系におけ
る像点位置特性の比較図である。
【符号の説明】
1 Fθレンズ系 2 レ−ザ光源 3 シリンダレンズ 10 回転多面鏡 11、13 各凹レンズ面 12 貼り合わせ面 14 回転対称軸球面/平面 15 回転非対称凸レンズ面 16 走査平面(感光ドラム) 20 コリメ−タレンズ 21、22 各入射瞳位置 23 像側焦平面 24 光軸 40 反射面 51 第1レンズ 52 第2レンズ 100 レ−ザビ−ム 101、102 各光ビ−ム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 日立製作所中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レ−ザ光源からの光ビ−ムを回転多面鏡
    により走査して、2つのレンズを有するFθレンズ系を
    介して走査平面上に照射するようにしたレ−ザ走査装置
    において、上記回転多面鏡側に配置されたFθレンズ系
    の第1のレンズを貼り合わせレンズとするようにしたこ
    とを特徴とするレ−ザ走査装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記走査平面側に配
    置されたFθレンズ系の第2のレンズを主走査方向と副
    走査方向の曲率半径が異なる非球面を有する単レンズと
    したことを特徴とするレ−ザ走査装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、上記第2レンズの非
    球面の副走査方向の曲率半径を連続的に変化させたこと
    を特徴とするレ−ザ走査装置。
JP3207999A 1991-08-20 1991-08-20 レ−ザ走査装置 Pending JPH0545602A (ja)

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US07/925,787 US5270850A (en) 1991-08-20 1992-08-07 Laser scanner
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