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技術 走査光学系

出願人 ペンタックス株式会社
発明者 飯塚隆之
出願日 1994年12月5日 (25年11ヶ月経過) 出願番号 1994-301182
公開日 1995年12月8日 (24年11ヶ月経過) 公開番号 1995-318796
状態 特許登録済
技術分野 機械的光走査系 レンズ系
主要キーワード fθレンズ レンズ形 焦点変動 プラスチック化 補正作用 ホログラムディスク 焦点移動 温湿度変化
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この項目の情報は公開日時点(1995年12月8日)のものです。
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図面 (10)

目的

光偏向器によって主走査方向に走査される光束を、走査レンズ系を介して被走査面に走査する走査光学系において、像面湾曲が良好に補正され、温湿度変化による焦点変動が少なく、低コストの走査光学系を得ること。

構成

1枚のガラスレンズと1枚のプラスチックレンズを組み合わせた走査レンズ系であって、ガラスレンズは、光偏向器側の面が負のシリンドリカル面で、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つ正のトーリック面からなるトーリックレンズとし、プラスチックレンズは、両面とも主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からなるトーリックレンズとした走査光学系。

概要

背景

概要

光偏向器によって主走査方向に走査される光束を、走査レンズ系を介して被走査面に走査する走査光学系において、像面湾曲が良好に補正され、温湿度変化による焦点変動が少なく、低コストの走査光学系を得ること。

1枚のガラスレンズと1枚のプラスチックレンズを組み合わせた走査レンズ系であって、ガラスレンズは、光偏向器側の面が負のシリンドリカル面で、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つ正のトーリック面からなるトーリックレンズとし、プラスチックレンズは、両面とも主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からなるトーリックレンズとした走査光学系。

目的

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請求項1

光偏向器によって走査される光束を、走査レンズ系を介して被走査面に走査する走査光学系において、上記走査レンズ系が、光偏向器側の面が負のシリンドリカル面からなり、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つ正のトーリック面からなるガラス製のトーリックレンズと;両面とも主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からなるプラスチック製のトーリックレンズと;の2枚のレンズで構成されていることを特徴とする走査光学系。

請求項2

請求項1において、プラスチック製のトーリックレンズは、その主走査断面が非球面である走査光学系。

請求項3

請求項1または2において、下記の条件式(1)を満足する走査光学系。(1)D4/f>0.6但し、f;走査レンズ系全体の焦点距離、D4;上記2枚のレンズのうち被走査面側に配置されたレンズの被走査面側の面と被走査面との距離。

請求項4

請求項1ないし3のいずれか1項において、さらに下記の条件式(2)を満足する走査光学系。(2)−2<f/fP <2但し、fp ;プラスチック製トーリックレンズの副走査断面の焦点距離。

請求項5

請求項1ないし4のいずれか1項において、上記2枚のレンズは、偏向器側から、プラスチックレンズガラスレンズの順に並んでいる走査光学系。

請求項6

請求項1ないし4のいずれか1項において、上記2枚のレンズは、偏向器側から、ガラスレンズ、プラスチックレンズの順に並んでいる走査光学系。

技術分野

0001

本発明は、走査光学系に関し、特にプラスチックレンズを含みながら高精細描画が可能な走査光学系に関する。

0002

レーザビームプリンタレーザスキャナバーコードリーダ等においては、走査光学系が不可欠であり、光偏向器としてポリゴンミラーホログラムディスクが用いられている。半導体レーザから出射したレーザ光は、光偏向器に入射して走査され、走査された光束は、fθ光学系等の走査レンズ系を介して、被走査面、例えば感光体に走査される。

0003

このような走査光学系のfθレンズ系で高精細なものは従来、アナモフィックレンズを含んだ3枚以上のガラスレンズで構成されていたが、高コストという問題がある。特開平4−110817号公報は、fθレンズ系の全体をプラスチックレンズ化することを主たる目的として、2枚のトーリックレンズから構成したfθレンズを提案している。しかし、プラスチックレンズは、温度変化湿度変化により焦点移動が生じるという問題があり、このfθレンズ系も全体をプラスチックレンズから構成した場合にはその例外ではない。また、特開平4−277715号公報は、fθレンズ系全体をプラスチック化しながら、温度変化に対して、焦点移動が生じにくいfθレンズ系を提案しているが、fB が長くとれないため、装置の構成に制約を与える可能性がある。

0004

本発明は、低コスト高性能であって、fB が長く温湿度変化に対する焦点変動が少ない走査レンズ系を得ることを目的とする。また本発明は、レンズ枚数が少なく、レンズ形状が比較的単純で、その加工あるいは成形が容易な走査レンズ系を得ることを目的とする。

発明の概要

0005

本発明は、1枚のガラスレンズと1枚のプラスチックレンズを組み合わせた走査レンズ系であって、ガラスレンズは、光偏向器側の面が負のシリンドリカル面で、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つ正のトーリック面からなるトーリックレンズとし、一方、プラスチックレンズは、両面とも主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からなるトーリックレンズとしたことを特徴としている。プラスチックトーリックレンズは、fθ特性と主走査方向の像面湾曲とを効果的に補正するため、少なくともその主走査断面を非球面とすることが好ましい。

0006

本発明の走査レンズ系は、次の条件式(1)を満足することが好ましい。
(1)D4/f>0.6
但し、
f;走査レンズ系全体の焦点距離
D4;2枚のレンズのうち被走査面側に配置されたレンズの被走査面側の面と被走査面との距離、である。より好ましくは、D4/f>0.8を満足することが好ましい。これらの条件式を満足することにより、十分長いfB を確保することができる。

0007

本発明のレンズ系は、さらに次の条件式(2)を満足することが好ましい。
(2)−2<f/fP <2
但し、
fp ;プラスチックトーリックレンズの副走査断面の焦点距離、である。この条件式は、温湿度変化による焦点変動を抑えるために、プラスチックトーリックレンズに与える副走査断面のパワーを小さくすることを規定している。この条件式を外れると、プラスチックトーリックレンズのパワーが大きくなり過ぎて、温湿度変化による焦点変動を十分小さく抑えることができない。

0008

下図示実施例について本発明を説明する。
[実施例1]図1図2は本発明の第1の実施例を示す。図1には、光偏向器として回転軸11を中心に回動するポリゴンミラー12を図示している。周知のように、半導体レーザから出射されたレーザ光は、コリメートレンズにより平行光とされ、シリンドリカルレンズ13を通ってポリゴンミラー12に入射し、該ミラー周囲の各反射面12Rで反射されて走査され、走査レンズ系20を介して被走査面14に走査される。被走査面14は、例えばレーザビームプリンタの場合、感光体ドラムである。

0009

本発明は、例えば以上の構成を有する走査光学系の走査レンズ系20を要旨とするもので、図1図2では、ポリゴンミラー12側から、プラスチックトーリックレンズ21と、ガラストーリックレンズ22の2枚構成である。

0010

ガラストーリックレンズ22は、走査レンズ系の主走査方向(紙面上において図1光軸Oと直交する方向)及び副走査方向(紙面上において図2の光軸Oと直交する方向)の主たるパワーを負担するとともに、副走査方向の像面湾曲を補正する機能を持つもので、ポリゴンミラー12側の面22aが負のシリンドリカル面からなり、被走査面14側の面22bが副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つ正のトーリック面からなっている。

0011

図9は、このガラストーリックレンズ22の形状を説明する図である。図9の左右方向を主走査方向とすると、ポリゴンミラー12側の面22aは、主走査方向と平行な軸X1と平行な負のシリンドリカル面である。この負のシリンドリカル面22aは、周辺部程光束の入射角がきつくなる。つまり入射面に対して直交する方向からのずれ角が大きくなるため、負のパワーが強くなり、その結果、周辺部程、焦点距離が延びる作用が生じる。このため、副走査方向の像面湾曲を補正することができる。

0012

一方、ガラストーリックレンズ22の被走査面14側の面22bは、副走査方向とほぼ平行な軸X2を回転軸とする正のトーリック面からなっている。

0013

プラスチックトーリックレンズ21は、そのポリゴンミラー12側の面21aと、被走査面14側の面21bがともに主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からなっていて、主走査断面で正のパワーを持っている。この面21a、21bの作用により、このプラスチックトーリックレンズ21も副走査方向の像面湾曲補正作用を持ち、ガラストーリックレンズ22の面22b面と協働して、副走査方向の像面湾曲を補正することができる。

0014

また、このプラスチックトーリックレンズ21の主走査断面形状を非球面とすることにより、fθ特性と主走査方向の像面湾曲を補正することができる。

0015

またガラストーリックレンズ22は、fθレンズ系20の光軸Oから距離eだけシリンドリカルレンズ13側に偏心している。このようにガラストーリックレンズ22を偏心させると、副走査方向の像面が主走査方向の中心に関し左右で非対称になる(主走査方向に対して倒れる)のを低減することができる。この非対称性は、半導体レーザからの光束の入射角α一定値を越えると、特に大きくなるものである。

0016

表1は、実施例1の具体的な数値データであり、図3は、表1に示す具体的な数値データの走査レンズ系20のfθ特性を示すグラフである。図4は同じく、メリディナル(主走査方向)Mとサジタル(副走査方向)Sの像面湾曲を示すグラフである。図3及び図4縦軸は主走査方向の位置を示しており、図3横軸理想像高からの偏差(mm)、図4の横軸は相対的な焦点位置(mm)を示している。

0017

表中、f は焦点距離、fBはバックフォーカス、R はレンズ各面の主走査断面における曲率半径RZは同副走査断面における曲率半径、D はレンズ厚もしくはレンズ間隔、N は波長780nmに対する屈折率を示す。シリンドリカルレンズ13は、半導体レーザからポリゴンミラー12の間に配設されたレンズである。

0018

f=135.39
fB=131.54
走査係数=135.5
面 No. RRZD N
リントリカル ∞ 17.88 4.00 1.51072(カ゛ラス)
レンス゛13 ∞ 33.50
ホ゜リコ゛ンミラー12 31.50
1* 536.10 -50.00 5.46 1.48617(フ゜ラスチック)
2* -385.76 180.60 2.00
3 ∞ -70.00 14.50 1.51072(カ゛ラス)
4 -95.00 -13.56 131.54
* は主走査断面を非球面化したトーリック面
1面;K=5.20、 A4=-4.540 ×10-6、A6=1.882×10-9、A8=-2.910 × 10-13、
2面;K=22.00、 A4=-3.250×10-6、A6=7.220×10-10 、
ガラストーリックレンズ22の偏心量e;-1.36
像面の偏心(収差図の原点);-1.00
但し、非球面は次式で定義される。
x=Ch2/{1+[1-(1+K)C2h2]1/2}+A4h4+A6h6+A8h8+・・・
(Cは曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、Kは円錐係数)

0019

[実施例2]図5図6は本発明の第2の実施例を示す。この実施例は、プラスチックトーリックレンズ21とガラストーリックレンズ22の配置位置を逆にしたものである。両レンズ21、22の位置関係逆転したため、プラスチックトーリックレンズ21の面21a、21bの周辺部の形状は、第1の実施例とは大きく異なっている。この実施例の数値データを表2に示し、fθ特性を図7に示し、像面湾曲を図8に示す。

0020

f=134.85
fB=128.80
走査係数=135.5
面 No. RRZD N
シリント゛リカル ∞ 25.54 4.00 1.51072(カ゛ラス)
レンス゛13 ∞ 58.40
ホ゜リコ゛ンミラー12 34.90
1 ∞ -16.88 14.00 1.51072(カ゛ラス)
2 -88.70 -13.52 2.00
3* 366.30 -13.50 7.00 1.48617(フ゜ラスチック)
4* -1342.00 -13.32 128.80
* は主走査断面を非球面化したトーリック面
3面;K=5.20、 A4=-8.800 ×10-7、A6=1.870×10-10 、A8=8.730×10-15 、
4面;K=-52.00、 A4=-6.520 ×10-7、A6=8.200×10-11 、A8=2.690×10-14 、
ガラストーリックレンズ22の偏心量e;−0.57
像面の偏心(収差図の原点);−0.50

0021

表3に実施例1と2の条件式(1)及び(2)についての数値を示す。

発明の効果

0022

本発明は、1枚のガラストーリックレンズと、1枚プラスチックトーリックレンズとの2枚構成の走査レンズ系において、ガラストーリックレンズの負シリンドリカル面とプラスチックレンズのトーリック面によって副走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。また主走査方向の像面湾曲は、プラスチックトーリックレンズの非球面によって補正することができる。トーリック面は回転軸を有するので、精密な形状を安価に得ることができる。また、プラスチックトーリックレンズは像面湾曲補正及びfθ特性の補正に与り、主たるパワーはガラストーリックレンズが負担するので、温湿度変化による焦点変動が少なく、低コストの走査光学系を得ることができる。さらに、本発明によれば長いfB を得ることができる。

図面の簡単な説明

0023

図1本発明による走査光学系の第1の実施例を示す平面図である。
図2図1の正面図である。
図3図1図2の走査光学系によるfθ特性を示すグラフ図である。
図4図1図2の走査光学系における像面湾曲を示すグラフ図である。
図5本発明による走査光学系の第2の実施例を示す平面図である。
図6図5の正面図である。
図7図5図6の走査光学系によるfθ特性を示すグラフ図である。
図8図5図6の走査光学系における像面湾曲を示すグラフ図である。
図9本発明によるガラストーリックレンズの形状を説明する図である。

--

0024

12ポリゴンミラー(偏向器
13シリンドリカルレンズ
14 被走査面
20走査レンズ系
21プラスチックトーリックレンズ
21a 負のシリンドリカル面
21bトーリック面
22ガラストーリックレンズ

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