JPS633290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は画像の読取又は記録等の手段として用
いられる光学的走査装置に関するものである。 従来から、光学的な走査装置は多くの分野で幅
広く利用されており、その走査性能も使用上の要
望で種々の向上が計られている。近年、走査装置
は情報処理端末装置等の如くシステム化された装
置の一構成要素として装置の中に組み込まれる事
が多いので、走査装置の小型化が要望されてい
る。 この走査装置の小型化には種々の方法が考えら
れるが、走査用の結像レンズ系を小型化するのも
その一方法である。然しながら、結像レンズ系を
構成するレンズ群の枚数を減らしていくことは、
設計上の自由度が減少し、収差補正等の種々の問
題が生じる。被走査面を等速度で走査することも
その一つの問題である。 従来、被走査面を等速度で走査するものとして
は、USP3687025に４枚の構成より成る走査レン
ズにより被走査面を等速で走査する事が、
USP3946150には３枚構成より成る走査レンズに
より被走査面を等速で走査する事が示されてい
る。又、走査用のレンズを少ない枚数で構成させ
るものとしては、USP4099829には一枚の走査レ
ンズで被走査面を走査する装置が示されている。
しかしながら、USP4099829では被走査面上を等
速で走査する技術は何等示されていない。 本発明の目的は、走査用の結像レンズを単レン
ズで構成する事により小型化した走査装置を提供
する事にある。 本発明の更なる目的は走査用レンズとして単レ
ンズを用いた場合に於いても、被走査面を等速で
走査する事が可能な走査装置を提供する事にあ
る。 本発明の更なる目的は、走査用の結像レンズを
単レンズで構成しても、被走査面特に平担な被走
査面上を良好な結像特性で走査する事が可能な走
査装置を提供する事にある。 本発明に係る走査装置に於いては、偏向器の回
動特性（例えば等角速度偏向或いは正弦振動偏
向）と光源、偏向器、走査用レンズの形状選択に
よつて歪みを補正し、被走査面上での走査速度の
一定化を計つている。 本発明に係る走査装置に於いては、走査レンズ
が球面単レンズの場合には、偏向器の回動特性を
正弦振動回動とし、その正弦振動振幅を選択する
事により、等時間間隔の変調信号に対し、被走査
面上で等距離間隔のスポツト走査を達成する。 本発明に係る走査装置に於いては、走査用のレ
ンズに非球面を導入し、非球面単レンズとするこ
とでも、被走査面上で等距離間隔のスポツト走査
を達成する。この時は、偏向器の回動特性に制約
を加えることなく、又偏向器の任意の振幅に対し
ても等距離間隔のスポツト走査を達成できる。 更に、本発明に係る走査装置に於いては、走査
用のレンズとして単レンズを用いた場合でも、走
査用レンズのペツツヴアール和を積極的に利用す
る事により、平担な被走査面を有効に利用する事
を可能とするものである。 以下、本発明を詳述する。 走査用レンズに要求される収差補正は、レンズ
の焦点距離に比して、入射ビーム径Ｄが小さい
とき、即ち、Ｆナンバーが比較的暗いとき球面収
差、及びコマ収差の補正には、あまり注意す
る必要がなく、非点収差、ペツツヴアール和
Ｐ、及び歪曲収差Ｖなど画角に関連する収差補正
を行えばよい。本発明の装置における走査用レン
ズは、比較的Ｆナンバーが暗く上記のような点に
注意して収差補正を行う。 松居吉哉著「レンズ設計法」（共立出版株式会
社）の記述に従つて、レンズの厚みが小さい（薄
肉系）時の非点収差、ベツツヴアール和Ｐ、及
び歪曲収差Ｖは次の様に書き表わされる。 走査レンズがｉ＝１〜ｍ群の薄肉系から成ると
き、レンズ系全体の非点収差、ベツツヴアール
和Ｐ、歪曲収差Ｖは次のように書かれる。 (1)式におけるa〓、b〓、c〓、a_v、b_v、c_vは特性係
数と呼ばれるもので、物点位置、瞳位置、パワー
配置によつて決まる定数であり、本発明の場合、
光源位置、偏向ミラー位置、パワー配置による。
ψはパワーで薄肉系の焦点距離の逆数である。〓
_０、〓₀、P₀は固有係数と呼ばれるもので、薄肉系
の形状、屈折率によつて決まるものである。ｉは
ｉ番目の薄肉系を示すサフイツクスで、Ｐ、Ｖ
はｍケの薄肉系から成るレンズ全体の非点収差、
ベツツヴアール和、歪曲収差係数である。更に、
球欠像湾曲収差は次のように書かれる。 ＝＋Ｐ (3) 第１図は本発明に係る走査装置を説明する為の
図で、光源１からの光束を偏向器２で偏向し、走
査用レンズ３により被走査面４′上に結像する様
子を示している。 第１図に示す如く、歪曲収差係数Ｖを有する走
査用レンズ３で結像した被走査面４′上のスポツ
トPiの位置y′は三次収差の範囲内で偏向角θ（＝
2φ；φは偏向ミラーの回転角）を使つて次のよ
うに表わされる。 y′＝ｆ〜（θ＋U₃θ³） (4) 走査位置は、偏向器の回動特性と走査レンズの
歪曲収差係数に関連するので、次にこの点につい
て記述する。 今、偏向器の回動を次式のように表わす。 φ＝φ₀sinkt (6) ここで、φを回転角、φ₀を振幅、ｋは定数、
ｔは時間とする。ｔ＝０のときの偏向ビームは走
査レンズの光軸と一致するとする。そして(6)式
は、ある一定時間内で偏向器が回動する特性を表
わすものと考える。(6)式は次のような意味をも
つ。ある一定時間内に対して振幅φ₀が充分大き
いとすれば、その回動は等角速度偏向とみなし得
る。一方、逆に振幅が一定時間内に対してそれ程
大きくない場合、その回動は正弦振動偏向であ
る。例えば、ｋの値をφ₀に応じて適当にえらぶ
ことによつて第２図のように回動特性が変化す
る。 第２図は、(6)式において例えばｋK₁／φ₀（K₁：定 数）としてφ₀＝K₂（定数）、φ₀＝2K₂、φ₀＝3K₂、
φ₀＝∞の各場合について、回転角φの変動を示
したもので、−t₀〜t₀の範囲内でφ₀が大きくなる
に従つてφの変動は時間に比例する直線に近づ
き、ついにはφ＝∞になるとφ＝φ₀sinK₁／φ₀ｔ K₁tなる直線となる。 本発明においては、偏向器の回動特性を等角速
度偏向、正弦振動偏向について考えることにし、
それらの回動特性を表わす一般式として(6)式を用
いることにする。 第１図に示す如く、被走査面上の結像点Piの位
置を走査用レンズの光軸からy′の位置にあるとす
る。偏向器の回動に伴う上記y′の位置変化が時間
変化に対して一定（すなわち等速度走査）にする
ことを条件とする。 光源を点灯する時間間隔τが一定の場合には、
下記のV₀値に走査用レンズの歪曲収差係数の値
を近づける事により、走査スポツト間隔を一定に
することができる。 V₀＝２／３（ｇ＋t₁／ｇ）²｛１−１／２（１／2φ₀）²
｝(7) ここで、上記(7)式が等速性を示す有効な式であ
ることを示す。 正弦振動偏向ミラーの振幅φ₀をえらんで(7)式
で与えられるV₀の値が走査用レンズの歪曲収差
係数Ｖの値に一致したとすると、(5)、(7)式から U₃＝１／６（１／2φ₀）² (8) であり、これを(4)式に代入すると y′＝2φ₀ｆ〜｛（θ／2φ₀）＋１／６（θ／2φ₀）³｝
(9) を得る。ここで(4)式は三次収差領域で定義される
走査位置であるから、この範囲内においては(9)式
は y′＝2φ₀ｆ〜sin^-1（θ／2φ₀） (10) としても全く等価である。（(10)式をθの３次以下
で展開すると(9)式になる） ここでθ＝2φ₀sinKtであるから(10)式は次のよ
うになる。 y′＝2kｆ〜φ₀・ｔ これを微分して dy′＝2kｆ〜φ₀・dt であり、今の場合光源の点灯時間間隔は一定であ
るのでdt＝一定である。従つてdy′＝一定となり、
走査スポツトの間隔も一定となる。 次に偏向器が等角速度偏向の場合U₃＝０であ
り、これを(4)式に代入すると、 y′＝ｆ〜・θ となる。今、θは等角速度偏向であるので θ＝k′t（但しk′は一定値） と表わされるので dθ＝k′dt であり、従つて dy′＝ｆ〜dθ＝k′ｆ〜dt となる。今の場合、光源の点灯時間は一定である
のでdtはconstantである。 従つてdy′は一定となり、走査スポツトの間隔
も一定となる。 本発明のような装置においては、光源を点滅
（例えば変調器を使用）して、被走査面上をスポ
ツト走査するのが一般的であり、前記のy′の位置
変化が時間変化に対して一定にするということ
は、一定時間間隔で被走査面上でのスポツト間距
離を一定にすることと同じである。第３図の如
く、被走査面上でのスポツト間距離をｌとして、
これに対応する時間間隔をτとする。走査用のレ
ンズが球面単レンズの場合、非点収差（）が無
く、すなわちStigmaticな結像を実現するそのレ
ンズ形状は次の手順で決定する。 (1)式において ＝a〓〓₀＋b〓〓₀＋c〓＝０とする。 且つ、単レンズの場合、〓₀と〓₀の間に 〓₀＝Amn〓₀ ²＋Bmn〓₀＋Cmn (11) なる関係があるから 但し、 の如く〓₀が決定する。 さらに、レンズの第１面、第２面の曲率半径
R₁，R₂，〓₀の関係は次式で与えられる。 R₁＝｛n₂／（〓₀−n₁）｝・ｆ R₂＝｛R₁（１−Ｎ）／（R₁−Ｎ＋１）｝・ｆ(14) 従つて、〓₀が求まつているのでR₁，R₂を決定
できる。この時、歪曲収差係数Ｖの値は Ｖ＝a_v〓₀＋b_v〓₀＋c_v ＝a_vAmn〓₀ ²＋（a_vBmn＋b_v）〓₀＋a_vCmn＋c_v
(15) に従つて決定する。 ここで、(7)式を使つて Ｖ＝V₀ とすれば として、回動特性の振巾が定まる。 以上のように球面単レンズを用いたとき振巾が となる回動特性を有する偏向器を使用すれば良
い。 次に上記走査用の単レンズに非球面を導入した
非球面単レンズの場合について記述する。一般に
非球面単レンズのとＶの値は ＝a〓〓₀＋b〓〓₀＋c〓＋a〓ψe Ｖ＝a_v〓₀＋b_v〓₀＋c_v＋a_vψe (17) となる。 ここでψeは単レンズの両側の面の非球面係数
の合計で、 で与えられる。ここでNν、N′νはそれぞれ、ν
面の前後の媒質の屈折率、bνは非球面の球面か
らのずれ量△Ｘ〜νと次式で関係づけられ、図示す
ると第４図のようである。 △Ｘ〜ν≡bν／８H⁴〓 (19) ここで導入する非球面数は１面でも２面でもよ
く、独立量は(18)式で与えられるψlである。そし
て、(17)式中の〓₀、〓₀はレンズの各面を、近軸
の曲率半径による球面と見做したときの固有係数
で、前述の(11)式のように〓₀の値が定まれば決ま
るものである。 ここで、、Ｖの所望の値を₀、V₀とし、こ
れを実現する非球面レンズの形状は 〓₀≡（a_{v 0}−a〓・V₀）−a_vC〓−a〓c_v／a_vb〓−a
〓b_v(21) ψl＝₀−（a〓〓₀＋b〓〓₀＋c〓）／a〓(22) で与えられる。 上記記述において、所望の₀、V₀とは、それ
ぞれ、 である。 この場合の独立量は〓₀、ψl及びφ₀であり、そ
のうちの一ケを決めれば残りの二ケは従属して決
定する。 たとえば回動振巾φ₀を決めれば、〓₀及びψeが
決まる。 あるいは〓₀を決めればψl及びφ₀が決定する。 次に、本発明に使用する走査用レンズが単レン
ズで平担な被走査面を走査する場合を考える。こ
の場合、一般式(2)は(1)式に帰着し、このときの球
欠像面積曲収差は、 ＝＋Ｐ と表わされる。 ここで光源位置が偏向器から無限遠方にあると
き、走査レンズの結像面である被走査平面を像面
彎曲なく走査する為には、(1)式、(24)式におい
て、＝０、＝０でなければならない。しか
し、走査用レンズが屈折率Ｎなる硝材の単レンズ
であるとき、レンズの焦点距離ｆ＝１としてＰ＝
１／Ｎであるので、前述の＝０、＝０の両方
を満足することは不可能である。即ち、単レンズ
のときは、ペツツヴアール和が残存するので、非
点収差あるいは球欠像面彎曲のいずれか一方
しか補正できない。従つて、結像位置Piは被走査
平面上からずれる結果となる。 これに対して、光源位置を有限距離に配置する
と、ペツツヴアール和が残存していても非点収差
及び球欠像面彎曲の両方を補正でき被走査平面上
に結像位置を一致させることが可能である。本発
明は、これを実現したものであり、この点につい
て上記第１図を参照し更に詳しく述べる。第１図
において、有限距離にある光源１から出射した光
束は偏向ミラー２によつて偏向され走査レンズ３
を通過後点Piに結像する。このとき１′は偏向ミ
ラーによる光源１の虚像で、これは偏向ミラーの
回転軸５を中心とする円弧４上にある。本発明に
おいては、 を満足させるようなレンズ形状を採用することに
よつて、第１図の円弧４上の虚光源を、被走査面
４′上に結像させることが可能となる。ｇは偏向
ミラーから測つて光源迄の距離である。尚本願で
は、距離は光束の進行方向に向つて測つた場合は
正、光束の進行方向と逆方向に測つた場合は負で
ある。従つて前記ｇはｇ＜０である。(24)式と(2
５）式より、 Ｐ＝−１／ｇ (26) を得る。 一方、(1)式より、 Ｐ＝ψP₀＝１／Nf (27) であり、(26)、(27)式より ｇ＝−Nf (28) を得る。ここでＮは単レンズの硝子の屈折率、ｆ
は該レンズの焦点距離である。即ち、(28)式を満
足するように偏向器と光源間の距離ｇを設定すれ
ば前記円孤４上の虚光源を被走査面４′上に結像
させることが可能となる。 単レンズの場合は、前記の(25)式を満足させる
ように、非点収差及び球欠像面彎曲を補正するた
めの形状は、偏向器側の面の曲率半径をR₁、被
走査面側のそれをR₂として、レンズの厚みが小
さいとき、 とすればよい。 ここで、Ｎはレンズの屈折率、ｆは焦点距離で
あり、 〓₀≡（−B〓±√〓²−4〓〓）／2A〓(30) である。 このとき〓₀は次式で定まる。（松居著：「レン
ズ設計法」より） 〓₀＝Amn〓₀ ²＋Bmn〓₀＋Cmn (33) 従つて、(1)式のＶの値は、(29)〜(34)式を使つ
て決定する。即ち、単レンズの場合は、非点収差
と像面彎曲を前記(25)式のように補正するような
レンズ形状を定めると、その歪曲収差係数は、必
然的に決まる。非球面を導入した単レンズの場合
には、非点収差、像面彎曲を補正した上で所望の
歪曲収差係数Ｖをレンズに持たせることができ
る。非球面を導入した単レンズの場合の歪処理法
においては、偏向ミラーの回動振幅をえらぶ必要
はなく、(7)式から任意の回動振幅φ₀に対応して
決まるV₀の値をレンズの所望の歪曲収差係数と
して(20)〜(22)式から求められる形状によつて等
ピツチ走査が実現できる。又、非球面シングルレ
ンズを導入した場合偏向器の回動特性は(7)式に示
される以外の如何なる偏向特性の偏向器であつて
も良い。 尚、被走査面上で、光束を等速で走査させる技
術に関しては、球面単レンズの場合も、非球面単
レンズの場合も、光源の位置は制限されない。従
つて、偏向器に対して、光源は有限の位置に存し
ても、又無限の位置に存しても問題はない。 以上のように、走査レンズが球面単レンズ、非
球面単レンズの各場合について、光源位置、偏向
ミラー位置、レンズ形状などの設定によつて、第
１図の円孤４上の虚光源を被走査平面上に結像さ
せることができ、また、等ピツチ走査を実現させ
ることができるということについて述べてきた。 実際上の光源位置、偏向ミラー位置、レンズ形
状の決定は、本発明の原理に基づいて充分実施す
ることが可能である。本原理においてレンズ形状
の決定は三次収差の範囲内で行つたが、これは説
明の簡単化の為で、高次収差を含めた実際的設計
は、本原理を基礎として通常の設計技術により容
易に実施し得る。 また本原理で、非点収差係数、ベツツヴアー
ル和Ｐ、の値をそれぞれ０、−１／ｇと厳定したが実 際の装置においては、それらの値には許容範囲が
ある。 例えば偏向器が反射面上に回転中心がない回転
多面鏡を使用する場合には、非点収差係数ペツ
ツヴアール和Ｐを前記の値に補正しても結像面上
で像面彎曲が残存する。 子午断面内、球欠断面内のそれぞれの像面彎曲
量△Ｍ、△Ｓは によつて与えられる（松居：「レンズ設計法」）こ
こで△、△はそれぞれ非点収差係数、球欠像
面彎曲係数の許容値とし、 のように、それぞれ像面彎曲量を回折限界で決ま
る焦点深度以内とする。ここでFeはレンズの有
効Ｆナンバー、λは光源の波長とする。またこの
場合、第１図より tanω≡gsinθ／（ｇ＋t₁） (37) であり(35)、(36)、(37)式より△、△は を満足すれば子午断面、球欠断面内のそれぞれの
像面彎曲は、回折限界の焦点深度に入る。 歪曲収差の許容値△Ｖに関しては次のように決
める。前述の(4)式から歪曲収差係数値の微少不満
足量を△Ｖ、それに伴つて生じる走査位置のずれ
を△y′として △y′＝ｆ〜θ²・△U₃ △U₃≡−１／２（ｇ／ｇ＋t₁）²・△Ｖ ∴△y′＝−g^′／２（ｇ／ｇ＋t₁）³・θ³・△Ｖ を得る。偏向角θのときのスポツトの理想位置か
らのずれの許容値を△Y′とすれば ｜△Ｖ｜≦２／｜g^′（ｇ＋t₁／gθ）³・△Y′ を満足する範囲内に(7)式で与えられる所望の値
V₀を基準として歪曲収差係数値が入れば良い。 以上述べた如く本発明に係る走査装置は、有限
位置にある光源を偏向ミラーで被走査平面上を走
査する場合、ミラー回転によつてできる虚光源が
円弧上にあることを利用して、走査レンズの構成
を簡易化ならしめているところにある。そして、
走査レンズが球面単レンズの場合には、偏向器の
回動特性において、その正弦振動振幅を選択する
ことにより、等時間間隔の光源の点滅（変調）に
対し、被走査平面上で等距離間隔のスポツト走査
を達成できる。 又、走査レンズが非球面単レンズであれば、円
弧上の虚光源を被走査平面上に結像させることが
可能な上に、偏向器の回動特性に制約を加えるこ
となく、任意の振幅φ₀に対しても等距離間隔の
スポツト走査を達成できる。 上述した記載に於いては、走査用の単レンズの
歪曲収差Ｖを設定する事により等距離間隔スポツ
ト走査を達成したものであるが、光源の点滅時間
間隔を変化させることによつて等距離間隔スポツ
ト走査を達成出来る。即ち、偏向器の正弦振動振
幅φ₀を任意に設定し、その時の走査レンズの歪
曲収差係数Ｖに応じて、光源の点滅時間τを、 τ＝ｌ／2kfφ₀coskt（１＋12φ₀ ²U₃sin²kt） (39) とすれば良いのである。 以下実施例を示す。 球面単レンズの場合 本発明に基づいて、光源、偏向ミラーレンズの
配置を決定するパラメータｇ、t₁と偏向ミラーの
回動特性を決定する振巾φ₀を設定したとき、被
走査面上に結像スポツトを形成する球面単レンズ
の形状（両面の曲率半径）、そして、その系の非
点収差係数、球欠像面彎曲係数の理想値₀、
その系の球欠像面彎曲係数、等ピツチ走査を実
現する為の歪曲収差係数の理想値V₀、その系の
歪曲収差係数Ｖ、そして−₀、Ｖ−V₀の諸値
を表１に掲げる。表１は、光源と偏向ミラー及び
レンズ位置を一定配置（ｇ＋t₁＝−２、t₁＝−
0.2）に定め、正弦振動する偏向ミラーの振巾を
φ₀＝５〜∞迄変えた場合、それぞれの場合の等
ピツチ走査に対する歪曲収差不満足量（Ｖ−V₀）
を示したものである。この表１をみて、上記（Ｖ
−V₀）の値が小さいところ、すなわち電気信号
の時間間隔を一定にした等ピツチ走査を実現でき
る偏向ミラーの振巾φ₀が、25゜〜30゜付近であるこ
とが分る。 すなわち、球面単レンズである走査レンズを用
いた場合、正弦振動をする偏向ミラーの振巾をえ
らぶことによつて、電気信号の時間間隔を一定に
した等ピツチ走査を実現することが可能である。
もう少し厳密なその振巾の値は、横軸にφ₀、た
て軸にＶ−V₀をとつた表１の図示化した第５図
からφ₀≒27.5゜であることが分る。 この場合のレンズ形状は、R₁＝−0.55718、R₂
＝−0.32843である薄肉レンズである。（R₁は光源
側、R₂は被走査面側の面） 他の振巾に対して等ピツチ走査を得るために
は、前述の原理で述べた様に、電気信号の時間間
隔τを(39)式に従つて設定すればよい。 表１及び以下の表２〜表９の各実施例の構成
（ｇ、t₁、g^″、R₁、R₂）データは、レンズの焦点
距離ｆをｆ＝１と正規化したものである。これら
のレンズの屈折率ＮはＮ＝1.8である。 表２〜表４は、同じく球面単レンズの場合の実
施例で、電気信号の時間間隔を一定にした等ピツ
チ走査（Ｖ−V₀＝０）を行うという条件のもと
で、偏向角θに対応する光源の結像位置が被走査
面から△Ｍ（子午断面内の結像位置ずれ）△Ｓ（球
欠断面内における結像位置ずれ）離れ、それぞれ
の量が(36)式を満足するものである。(36)式の右
辺は前述のように、有効ＦナンバーFeと波長λ
によつて回折限界で決まる焦点深度を表わす。 そして、｜θ｜≦15゜、Fe＝60、 λ＝6328Å、と定めた場合の上記焦点深度内に結
像位置ずれが入るものである。（この焦点深度は
±5.6mmである） また、(36)式は(38)式と等価であり、表２〜表
４の各実施例の非点収差不満足量（＝△）及
び球欠像面彎曲収差不満足量−₀（＝△）が
（３８）式を満足するものである。但し、(38)式にお
いてはg^′はg^′＝300mmとして計算し、表２〜表４
のデータにおいてはレンズの焦点距離をｆ＝１mm
と正規化した場合のものである。すなわち、表２
〜表４の各構成中、例えば実施例No.20のものにつ
いて、レンズと被走査面の距離g^′をg^′＝300mmと
して実際に使用するとして、そのとき、レンズか
ら光源迄の距離（ｇ＋t₁）は−300mm、偏向ミラ
ーから光源迄の距離(g)は−277.5mm、レンズから
偏向ミラー迄の距離t₁は−22.5mmであり、レンズ
の光源側の曲率半径（R₁）は−53.673mm、被走査
面側の曲率半径（R₂）は−37.086mmであり、この
レンズの焦点距離(f)は150mmである。このように
実際使用される構成において、前記焦点深度（±
5.6mm）内に結像位置ずれが入る。 表２〜表４の他の実施例も同様にg^′＝300mmと
して構成データを比例変換した場合、前記焦点深
度（±5.6mm）内に結像位置ずれが入るものであ
る。 そして表２は偏向ミラーの振巾φ₀が25゜、表３
はφ₀が30゜、表４はφ₀が35゜である場合のもので、
それぞれの場合、レンズから光源迄の距離ｇ＋
t₁、レンズから偏向ミラー迄の距離t₁を種々変え
たものである。これら表２〜表４の非点収差不満
足量及び球欠像面彎曲収差不満足量−₀を
みると、いずれかの振巾においてもレンズから光
源迄の距離ｇ＋t₁の値が−２のときが、良好であ
ることが分る。すなわち、ｇ＋t₁の値が−２付近
のとき、被走査面からの結像位置ずれが最も少く
なることが分る。 以上の薄肉レンズを厚肉化した場合、そのレン
ズ厚をｄとして、焦点距離ｆで割つた値d/fの値
が小さければ、厚肉化に伴う収差変動は小さい。
厚肉化を行うことは、これら表１〜表４の薄肉デ
ータがあれば容易に行い得る。これを実施したの
が第６図に示すような構成でその構成データを表
10に収差係数値を表11に、そしてその被走査面
４′からの結像位置ずれを第７図に示す。そして
第８図は等ピツチ走査を達成するための(9)式で表
わされる理想像高y′から、該構成における実際の
像高Y′のずれの割合Y′−y′／y′×100（％）を横軸
に とり、たて軸に偏向角θをとつたものである。 非球面単レンズの場合 非球面を導入した実施例を表５〜表９に掲げ
る。 表５は、電気信号時間間隔を一定にした等ピツ
チ走査を達成し、被走査平面上に光源を結像させ
ることを満足する実施例で、振動ミラーの振巾を
種々変化させても、それぞれ上記の二条件を完全
に満足するものである。表５〜表９においてψl以
外の構成パラメータ（φ₀、ｇ＋t₁、t₁、g′、R₁、
R₂）は、前述の球面単レンズの場合と同じ意味
をもちψlは原理で述べた(18)、(19)式で定義され
る非球面係数である。また、収差係数、−
_０、Ｖ−V₀、₀、V₀も球面単レンズの実施例で
述べたものと同じ意味である。球面単レンズの場
合、振動ミラーの特定の振巾に対してしか、等ピ
ツチ走査の達成と、被走査平面上に光源を結像さ
せることを満足し得なかつたが、表５をみて分る
ように、非球面を導入することによつて、種々の
振巾に対しても上記二条件を満足し得る構成があ
る。その構成は原理で述べたように、偏向ミラー
から光源迄の距離ｇがレンズの屈折率Ｎと焦点距
離ｆと(28)式の関係にある場合である。 表６〜表９の実施例は、球面単レンズで述べた
と同様に焦点深度内に、被走査平面からの結像位
置ずれが入り、電気信号の時間間隔を一定にした
等ピツチ走査を達成し得るものである。これらの
表をみて、種々の振巾、レンズから光源迄の種々
の距離、レンズから偏向ミラー迄の種々の距離に
対して、上記二条件を満足し得ることが分り、こ
れら非球面を導入した場合、球面単レンズの場合
と異なる点は、非点収差を完全に補正できる点
である。すなわち、球面単レンズの場合には、原
理で述べたように電気信号の時間間隔を一定にし
た等ピツチ走査を行う条件だけでレンズ形状が決
まり、その形状に従つて、非点収差、球欠像面
彎曲収差は従属決定となる。これに対し非球面
を導入した場合には、前述の(28)式を完全に満足
しない場合でも、電気信号の時間間隔を一定にし
た等ピツチ走査を行うことと、非点収差を補正
することを同時に満足し得る。但し△＝−
_０は残存する。 表６〜表９の非球面単レンズの場合の被走査平
面からの結像位置ずれ△Ｍ、△Ｓは、前記球面単
レンズの場合と同様g^′＝300mm、｜θ｜≦15゜、Fe
＝60、λ＝6328Åの条件で決まる焦点深度（±
5.6mm）内に入るもので、構成データはｆ＝１に
正規化したものである。 表５〜表９の各実施例は、球面単レンズの場合
と同様、薄肉レンズデータであるが、厚肉化して
もそのレンズ厚ｄが焦点距離に比して小さい、す
なわちd/fの値が小さければ収差変動は少ない。
従つて、この変動分の収差を補正することは通常
の技術で容易に行い得る。これを実施したのが、
第９図に示すような構成で、その構成データを表
12に、収差係数値を表13にそしてその被走査平面
４′からの結像位置ずれを第１０図に示す。そし
て第１１図は等ピツチ走査を達成する為の(9)式で
表わされる理想像高（y′）から、該構成における
実際の像高（Y′）のずれの割合Y′−y′／y′×100 （％）を横軸にとり、たて軸に偏向角θをとつた
ものである。 本発明の走査装置を適用した実施例を第１２
図、第１３図に示す。いずれも光源として半導体
レーザーを用いたもので、第１２図は等角速度回
転の回転多面鏡、第１３図は正弦振動をするガル
バノミラーを用いた例である。 ６は半導体レーザー、７はその発光部分、８は
回転多面鏡、９は回転軸、１０は駆動系、８′は
ミラー面、１１は走査用レンズ、１２は感光記録
媒体、１３は走査線、１４はガルバノミラー、１
４′はそのミラー面、１５はその駆動系である。
このような装置において、光源位置、偏向器位
置、走査用レンズの位置、偏向器の回動特性、そ
して、走査用レンズの構成の間に、上述したよう
な有機的関係をもたせることによつて、記録走査
線１３の記録走査スピードを一定にすることがで
き変調系１６によつて半導体レーザー６に与える
変調電気信号のコントロールと記録媒体１２を走
査線１３と直交方向に移動させることによつて、
第１４図の如きスポツト記録ができる。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査装置を説明する為の図、
第２図はφ＝φ₀sinktの振動特性を有する偏向器
のφ₀の値を変化させた場合のφとｔとの間の関
係を示す図、第３図は被走査面上での等ピツチ走
査の様子を示す図、第４図は非球面と球面のずれ
量△Ｘ〜νを示す図、第５図は本発明に係る走査装
置の一実施例に於いて、光源に与える時間間隔を
一定にした時の等ピツチ走査を達成する為の振幅
φ₀の最適値を示す図、第６図は走査用レンズを
球面単レンズとしたときの構成の一実施例を示す
図、第７図は、第６図の実施例に対応する被走査
平面４′からの結像位置ずれ（像面彎曲）を示す
図、第８図は、第６図の実施例に対応する等速性
を示す図、第９図は、走査用レンズとして非球面
単レンズを用いた一実施例の構成を示す図、第１
０図は、第９図のレンズの像面彎曲を示す図、第
１１図は、第９図のレンズの等速性を示す図、第
１２図・第１３図は、本発明の走査装置の応用例
で第１２図は、偏向ミラーとして等角速度回転多
面鏡を使用した例を示す図、第１３図は偏向器と
して正弦振動ミラーを用いた例を示す図、第１４
図は、第１２図あるいは第１３図の走査記録装置
で記録した画像の一例を示す図である。 １……光源、２……偏向器、３……走査用レン
ズ、４′……被走査面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源部、該光源部からの光束を所定方向に偏
   向する偏向器、該偏向器で偏向された光束を被走
   査面上に集光する走査用レンズを備えた光学的走
   査装置に於いて、 前記偏向器に対して前記光源部の光源の位置は
   有限距離に配されており、前記走査用レンズは単
   レンズで構成されており、該単レンズは非点収差
   がほぼ零で且つ該単レンズは前記偏向器の回動に
   伴なつて形成される円弧上の光源の虚像を平坦な
   前記被走査面上に結像する為のペツツヴアール和
   を有しており、前記偏向器の回転角をφ、振幅を
   φ₀、ｔを時間、ｋを定数とすると、前記偏向器
   の回動は φ＝φ₀sinkt であり、t₁を前記単レンズと偏向器の間隔で単レ
   ンズから偏向器に向つて計つた値、ｇを前記偏向
   器と光源の間隔で偏向器から光源に向つて計つた
   値、Ｖを前記単レンズの歪曲収差とすると、 なる関係をほぼ満足する事を特徴とする光学的走
   査装置。 ２ 前記走査用単レンズの有効ＦナンバーをFe、
   光源部からの光束の波長をλ、メリデイオナル像
   面内の像面湾曲の量を△Ｍ、サジタル像面内の像
   面湾曲の量を△Ｓとすると、 ｜△Ｍ｜≦2.44Fe²λ ｜△Ｓ｜≦2.44Fe²λ なる関係を満足する特許請求の範囲第１項記載の
   光学的走査装置。