(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的な平行光束を主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、走査結像レンズにより被走査面上にビームスポットとして集光し、上記被走査面を等速的に光走査する光走査装置における走査結像レンズであって、
光偏向器側から被走査面側へ向かって順次、第１〜第３群を配してなり、主走査対応方向に関してｆθ機能を持ち、
第１群は、偏向反射面側に凹の球面、被走査面側に平面を有し、負の屈折力を持つ第１レンズ、
第２群は、偏向反射面側に副走査対応方向にのみ曲率を持つ凹のシリンダ面、被走査面側に凸の球面を有し、主走査対応方向に正の屈折力を持ち、副走査対応方向に負の屈折力を持つアナモフィックな第２レンズ、
第３群は、偏向反射面側に平面、被走査面側にトーリック面を有し、副走査対応方向により強い正の屈折力を持つアナモフィックな第３レンズである、３群３枚構成であり、
主走査対応方向における全系の合成焦点距離をｆM、偏向の起点から第１群の偏向反射面側の面までの光軸上の距離をＤ0とするとき、これらが条件：
（１）  ０．０７＜  Ｄ0／ｆM  ＜０．５０
を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の走査結像レンズにおいて、
第１〜第３群が同一材料で構成されていることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項３】
光源装置から放射される実質的な平行光束を線像結像光学系により主走査対応方向に長い線像として結像させ、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走査面上にビームスポットとして集光させて上記被走査面の等速的な光走査を行う光走査装置であって、
結像光学系として請求項１または２記載の走査結像レンズを用いることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は走査結像レンズおよびこの走査結像レンズを用いた光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源装置から放射される実質的な平行光束を線像結像光学系により主走査対応方向（光源から被走査面に到る光路を光学系の光軸に沿って直線的に展開した仮想的な光路を考え、この仮想的な光路上において主走査方向と平行的に対応する方向、上記仮想的な光路上で副走査方向に平行的に対応する方向を「副走査対応方向」という）に長い線像として結像させ、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走査面上にビームスポットとして集光させて被走査面の等速的な光走査を行う光走査装置は従来から広く知られている。
【０００３】
上記のような光走査装置における「結像光学系」として用いられる「走査結像レンズ」は、回転多面鏡等の光偏向器により等角速度的に偏向される偏向光束を被走査面に向かって集束させる「結像機能」とともに、被走査面上におけるビームスポットの移動を等速的にするために「ｆθ機能」を有する必要がある。
【０００４】
近来、光走査に「より解像度の高い高品質の画像」を記録するため、走査結像レンズとして、ｆθ特性とともに、主・副走査方向の像面湾曲、ビーム径（被走査面上におけるビームスポットの径）の不均一性が良好に補正されたものが求められている。
【０００５】
ｆθ特性が悪いと光走査の等速性からのずれが大きく、記録画像に「歪み」が生じ、ビーム径の不均一性が良好に補正されていないと、像高とともにビーム径が変動して記録画像の解像度を低下させる。また、像面湾曲が良好に補正されていない場合もビーム径が変動し、解像度低下の原因となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述の事情に鑑み、走査結像レンズにおいて、ｆθ特性と主・副走査方向の像面湾曲の有効走査領域全域にわたる良好な補正を可能ならしめることを課題とする。
【０００７】
この発明の別の課題は、走査結像レンズにおいて、ｆθ特性と主・副走査方向の像面湾曲とともにビーム径の不均一性の有効走査領域全域にわたる良好な補正を可能ならしめることである。
【０００８】
この発明はまた、光走査装置において、記録画像の歪みや解像度の低下の有効な防止を可能ならしめることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の「走査結像レンズ」は、実質的な平行光束を主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、結像光学系により被走査面上にビームスポットとして集光し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置において結像光学系として用いられる走査結像レンズである。
【００１０】
この発明の走査結像レンズは、図１に示すように「光偏向器３側から被走査面８側へ向かって、第１群である第１レンズ５、第２群である第２レンズ６、第３群である第３レンズ７を配してなる３群３枚構成」である。
【００１１】
光偏向器３により偏向される光束は偏向反射面４の近傍に「主走査対応方向に長い線像」として結像し、走査結像レンズにより被走査面８上にビームスポットとして集光されるから、走査結像レンズは副走査対応方向（図１の図面に直交する方向）に関し、被走査面８の位置と偏向反射面４の位置とを「幾何光学的に略共役な関係」とすることで所謂「面倒れ補正機能」を持ち、等角速度的に偏向される光束の結像点であるビームスポットの移動を等速化するから、主走査対応方向に関して「ｆθ機能」を持つ。
【００１２】
請求項１記載の走査結像レンズにおいて、第１群である第１レンズ５は、偏向反射面４側が「凹の球面」、被走査面８側が「平面」であり、「負の屈折力」を持つ。
【００１３】
第２群である第２レンズ６は、偏向反射面４側が「副走査対応方向にのみ曲率を持つ凹のシリンダ面」、被走査面側が「凸の球面」であり、主走査対応方向に正の屈折力を持ち、副走査対応方向に負の屈折力を持つアナモフィックなレンズである。
【００１４】
第３群である第３レンズ７は、偏向反射面４側が「平面」、被走査面側が「トーリック面」であり、副走査対応方向に「より強い正の屈折力」を持つアナモフィックなレンズである。
【００１５】
走査結像レンズの「主走査対応方向における全系の合成焦点距離」をｆＭ、偏向の起点から「第１群の偏向反射面側の面までの光軸上の距離」をＤ０とするとき、これらは条件：
（１）  ０．０７＜  Ｄ０／ｆＭ  ＜０．５０
を満足する。
【００１６】
上記「偏向の起点」は、光スポットの像高が０のときの「走査結像レンズの光軸と偏向反射面との交点」であり、前記「線像」は設計上、その長さ方向の中央部がこの偏向の起点に結像される。
【００１７】
請求項１記載の走査結像レンズを構成する上記第１〜第３レンズの材質は設計に応じて適宜選択可能であり、走査結像レンズを２種以上の材質で構成できることは勿論であるが、第１〜第３群を同一の材料で構成することも出来る（請求項２）。
【００１８】
この発明の光走査装置は「光源装置から放射される実質的な平行光束を、線像結像光学系により主走査対応方向に長い線像として結像させ、線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走査面上にビームスポットとして集光させて被走査面の等速的な光走査を行う光走査装置」であって、結像光学系として請求項１または２記載の走査結像レンズを用いることを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の光走査装置の実施の１形態を示す。
【００２０】
光源装置１は「実質的な平行光束」を放射するレーザー光源である。
【００２１】
光源装置１からの実質的な平行光束は、線像結像光学系であるシリンダレンズ２により副走査対応方向（図面に直交する方向）にのみ収束され、光偏向器であるポリゴンミラー３の偏向反射面４の近傍に「主走査対応方向に長い線像」として結像し、偏向反射面４に依る反射光束はポリゴンミラー４の回転に伴い等角速度的に偏向する偏向光束として「走査結像レンズ」に入射し、同レンズの作用により被走査面８上にビームスポットとして集光し、被走査面８を光走査する。
【００２２】
線像結像光学系２としてはシリンダレンズのほかに「凹シリンダミラー」を用いることができ、光偏向器としては図示のポリゴンミラーの他に回転２面鏡、回転単面鏡等を用いることができる。
【００２３】
上記のように、この発明の「走査結像レンズ」は光走査装置に用いられるときは、副走査対応方向に関して被走査面８の位置と偏向反射面４の位置とを「幾何光学的に略共役な関係」としており、したがって請求項４記載の光走査装置は光偏向器における「面倒れ」を補正する機能を持つ。
【００２４】
請求項１または２記載の「走査結像レンズ」はその構成により、ｆθ特性、主・副走査方向の像面湾曲の良好な補正を可能とし、請求項２記載の走査結像レンズは、主・副走査方向の「ビーム径の不均一さ」の良好な補正を可能とする。
【００２５】
上記の如く、この発明の走査結像レンズは、各郡とも「主走査対応方向に曲率半径無限大の面」を持つ。即ち、第１群では被走査面側のレンズ面が「平面」であり、第２群では偏向反射面側の面が「副走査対応方向にのみ曲率を持つ凹のシリンダ面」であり、第３群では偏向反射面側の面が「平面」である。
【００２６】
特に、第２，第３郡の主走査対応方向の形状（光軸と、主走査対応方向とを含む平面内でのレンズ断面形状）を「直線と円弧」の組み合わせとすることにより「主走査対応方向の屈折力」を相対的に高めて「主走査方向の像面湾曲」の補正を可能とするとともに、比較的屈折率の小さい「安価な硝材」の使用を可能としている。
【００２７】
また、第２群の偏向反射面側の面を「副走査対応方向にのみ曲率を持つ凹のシリンダ面」にするとともに、第３群の被走査面側の面を「トーリック面」とすることにより「副走査方向の像面湾曲」の補正を可能にしている。
【００２８】
条件（１）は、ビーム径を良好に保つための条件であり、下限値：０．０７を超えると「副走査方向のビーム径変動」が大きくなり、上限値：０．５０を超えると「主走査方向のビーム径変動」が大きくなり、条件１の範囲外では、レンズ面の曲率やレンズの厚み、空気間隙といった設計パラメータによりビーム径の変動を良好に抑えることが難しい。
【００２９】
条件（１）の範囲内では、主・副走査方向とも、ビーム径の変動を良好に抑えることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、請求項１，２記載の走査結像レンズに関する具体的な実施例を５例挙げる。
【００３１】
図１に示すように各実施例において、光偏向器３側から数えて第ｉ番目のレンズ面の曲率半径を、主走査対応方向に就きＲix、副走査対応方向に就きＲiy（ｉ＝１〜６）、第ｉ番目のレンズ面と第ｉ＋１番目のレンズ面との間の光軸上の面間隔をＤi（ｉ＝１〜５）、光偏向器３の偏向の起点から第１番目のレンズ面までの光軸上の距離をＤ0（ｉ＝０）、第３群の被走査面側の面から被走査面８に到る光軸上の距離をＤ6（ｉ＝６）とする。
また偏向の起点側から数えて第ｊ番目のレンズの使用波長（ＬＤの発振波長）に対する屈折率をＮj（ｊ＝１〜３）とする。
【００３２】
ｆMは主走査対応方向における全系の焦点距離、ｆSは副走査対応方向における全系の合成焦点距離、２θは有効偏向角（単位：度）を表す。全実施例を通じ、光偏向器は図１に示すごとき偏向反射面を１０面持つポリゴンミラー３であり、内接円半径：３２ｍｍ、偏向反射面４への入射光束と走査結像レンズ光軸とのなす角：６０度、光源装置１の発振波長：３２５ｎｍである。
【００３３】
実施例１
ｆM＝３３０，ｆS＝６６．４９８，２θ＝４４．３
ｉ          Ｒix            Ｒiy          Ｄi        ｊ      Ｎj
０                                    ２４．９３２
１    −６０．０        −６０．０    １１．９０８   １  １．４８１６３
２          ∞                ∞        ９．１５８
３          ∞          −２５．０    １３．９７９   ２  １．４８１６３
４    −７６．６１１  −７６．６１１    ９．７８４
５          ∞                ∞      １１．２５５   ３  １．４８１６３
６  −１７１．５５８  −２３．８５５  ４０２．８１８
条件式のパラメータの値：Ｄ0／ｆM＝０．０７６                      。
【００３４】
実施例２
ｆM＝３３０，ｆS＝８５．０６２，２θ＝４４．３
ｉ          Ｒix            Ｒiy          Ｄi        ｊ      Ｎj
０                                    ５２．０２６
１  −１２９．０９    −１２９．０９  １１．６０４   １  １．４８１６３
２          ∞                ∞      １５．６５１
３          ∞          −７１．０    １８．４２３   ２  １．４８１６３
４  −１３３．５７１  −１３３．５７１  ４．６２２
５          ∞                ∞      １４．９       ３  １．４８１６３
６  −２０３．４４    −３４．５７  ３７２．４８８
条件式のパラメータの値：Ｄ0／ｆM＝０．１５８                      。
【００３５】
実施例３
ｆM＝３３０，ｆS＝１２４．８７２，２θ＝４４．３
ｉ          Ｒix            Ｒiy          Ｄi        ｊ      Ｎj
０                                  １６２．６１
１  −１４２９．８    −１４２９．８    ７．７５４   １  １．４８１６３
２          ∞                ∞        １．３９６
３          ∞        −１３１．０    ２４．７２     ２  １．４８１６３
４  −２３５．１２１  −２３５．１２１  １．６７５
５          ∞                ∞      １８．６２     ３  １．４８１６３
６  −３６３．５５    −５３．６２  ３２４．４７２
条件式のパラメータの値：Ｄ0／ｆM＝０．４９３                      。
【００３６】
実施例４
ｆM＝２００，ｆS＝６７．２４５，２θ＝６１．９
ｉ          Ｒix            Ｒiy          Ｄi        ｊ      Ｎj
０                                    ６１．５１１
１  −５４３．１９    −５４３．１９    ６．７３２   １  １．４８１６３
２          ∞                ∞      １３．２４８
３          ∞          −６４．５    １４．４６８   ２  １．４８１６３
４  −１４２．２１２  −１４２．２１２  ０．５３２
５          ∞                ∞      １３．１５１   ３  １．４８１６３
６  −１９９．２８    −２８．０６  ２００．０２７
条件式のパラメータの値：Ｄ0／ｆM＝０．３０８                      。
【００３７】
実施例５
ｆM＝２００，ｆS＝７３．３５５，２θ＝６１．９
ｉ          Ｒix            Ｒiy          Ｄi        ｊ      Ｎj
０                                    ７９．２５７
１  −６００．４３５  −６００．４３５  ７．５６３   １  １．４８１６３
２          ∞                ∞        ５．５９３
３          ∞          −７４．５    １６．７１３   ２  １．４８１６３
４  −１３２．９７２  −１３２．９７２  ５．８３
５          ∞                ∞      １４．２２７   ３  １．４８１６３
６  −２２１．４９９  −３２．３８  １９４．６４６
条件式のパラメータの値：Ｄ0／ｆM＝０．３９６                      。
【００３８】
実施例１に関する像面湾曲とｆθ特性を図２に示す。
実施例２に関する像面湾曲とｆθ特性を図３に示す。
実施例３に関する像面湾曲とｆθ特性を図４に示す。
実施例４に関する像面湾曲とｆθ特性を図５に示す。
実施例５に関する像面湾曲とｆθ特性を図６に示す。
【００３９】
実施例１に関する像高によるビーム径の変化を図７に示す。
実施例２に関する像高によるビーム径の変化を図８に示す。
実施例３に関する像高によるビーム径の変化を図９に示す。
実施例４に関する像高によるビーム径の変化を図１０に示す。
実施例５に関する像高によるビーム径の変化を図１１に示す。
なお、像面湾曲の図において、破線は主走査方向、実線は副走査方向に関するものである。
【００４０】
これらの図から明らかなように、各実施例とも、像面湾曲は主・副走査方向とも良好に補正され、ビーム径の変動も小さい。
各実施例とも各群に非球面を用いていないので第１〜第３レンズの製造が容易である。また、各実施例とも第１〜第３群が同一材料で構成される（請求項２）ので製造が容易であり低コスト化が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な走査結像レンズおよび光走査装置を提供できる。
【００４２】
請求項１記載の走査結像レンズは、主・副走査方向の像面湾曲とｆθ特性とを良好に補正することが可能である。
【００４３】
請求項１記載の走査結像レンズはまた、主・副走査方向の像面湾曲とｆθ特性を良好に補正することが可能であり、被走査面上でのビーム径の変動を有効に小さくできる。
【００４４】
請求項２記載の走査結像レンズは第１〜第３群が同一材料で構成されるので、設計・製造が容易であり、低コスト化が可能である。
【００４５】
請求項３記載の光走査装置は、良好な光走査の実現が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の走査結像レンズのレンズ構成と、この走査結像レンズを用いた光走査装置の光学配置を示す図である。
【図２】実施例１に関する像面湾曲とｆθ特性の図である。
【図３】実施例２に関する像面湾曲とｆθ特性の図である。
【図４】実施例３に関する像面湾曲とｆθ特性の図である。
【図５】実施例４に関する像面湾曲とｆθ特性の図である。
【図６】実施例５に関する像面湾曲とｆθ特性の図である。
【図７】実施例１におけるビーム径の画角による変化の図である。
【図８】実施例２におけるビーム径の画角による変化の図である。
【図９】実施例３におけるビーム径の画角による変化の図である。
【図１０】実施例４におけるビーム径の画角による変化の図である。
【図１１】実施例４におけるビーム径の画角による変化の図である。
【符号の説明】
１      光源装置
２      線像結像光学系
３      光偏向器
４      偏向反射面
５      第１群
６      第２群
７      第３群
８      被走査面
【図１】
0003658439.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003658439.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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