JP3222498B2

JP3222498B2 - 走査光学系

Info

Publication number: JP3222498B2
Application number: JP20670391A
Authority: JP
Inventors: 飯塚隆之
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: US5189546A; JPH052145A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザー光を走査面
上で走査させることにより、走査面上にパターンを形成
する走査光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の走査光学系は、強度変調
されたレーザー光をポリゴンミラーへ入射させ、ポリゴ
ンミラーにより反射、偏向された光束をfθレンズによ
り走査面上に結像させることにより、被走査面の上に画
像を形成する。ここでポリゴンミラーへ入射する光束の
光軸とfθレンズの光軸との角度は、50°〜90°程度で
ある。

【０００３】また、一般の走査光学系は、面倒れと呼ば
れるポリゴンミラーの反射面の傾き誤差による走査線の
ズレを補正するため、例えばシリンダーレンズとトーリ
ックfθレンズとを組み合わせることにより、光束を副
走査方向において一旦結像させる構成を採用している
(特開昭48-98844号公報参照)。

【０００４】なお、この明細書では、ポリゴンミラーに
よってレーザー光が走査される方向を主走査方向、走査
面上でこれに直交する方向を副走査方向と定義する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリゴ
ンミラーに入射する光束がfθレンズの光軸に対して角
度を持つ場合には、ポリゴンミラーの回転に伴って偏向
点(入射光の中心軸と反射面との交点)がfθレンズの光
軸の両側で非対称に変化する。そして、ポリゴンミラー
に入射する光束は、主走査方向においては平行光束であ
るが、副走査方向においては収束光、あるいは発散光と
なっているため、偏向点の変化によって副走査方向の結
像位置が移動することになる。したがって、走査面での
副走査方向の像面湾曲が非対称になる。

【０００６】像面湾曲が光軸に対して非対称に、特に奇
関数的に発生する場合には、像面を光軸方向に移動させ
ると、像面湾曲の値がプラスマイナスの一方は低減され
ても他方は増加することとなり、これを平均化して低減
させることができない。像面湾曲の補正においては、一
点、例えば光軸上における像面湾曲を0とするよりも、
そのピーク値を小さくすることにより走査域全体の像面
湾曲を焦点深度内に抑えることの方が重要である。

【０００７】特開平2-23313号公報には、副走査方向の
曲率半径が光軸に対して非対称に変化するレンズを走査
レンズ中に用いることにより、像面湾曲を光軸に対して
対称に発生させる装置が開示されている。しかし、この
ような非対称レンズの作成は困難であり、装置全体のコ
ストアップを誘引する。

【０００８】

【発明の目的】この発明は、上記の課題に鑑みてなされ
たものであり、コストアップを誘引せずに、副走査方向
の像面湾曲を光軸に対して対称にすることができ、ひい
ては走査域全体での像面湾曲を低減することができる走
査光学系を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１の発明の走査光学系は、光源からの光束を
主走査方向に偏向走査させる走査偏向器と、この走査偏
向器により反射された光束を走査面上に結像させる走査
レンズとを有し、且つ、該走査レンズは前記偏向器側の
アナモフィックではない第1レンズ群とトーリック面を
含む第2レンズ群とを備えていると共に、前記第２レン
ズ群の光軸が主走査方向に偏心させられている走査光学
系であって、前記第2レンズ群のトーリック面は、副走
査方向のパワーが中心軸から遠ざかるにつれて単調減少
する形状であると共に、第２レンズ群の主走査方向のパ
ワーは略０であることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図1〜図6は、この発明に係る走査光学系の実施例を示し
たものである。

【００１１】図1に示されるように、半導体レーザー10
からの光束は、コリメートレンズ11により平行光束とさ
れた後、シリンドリカルレンズ12により副走査方向に収
束光とされ、走査偏向器であるポリゴンミラー1により
反射、偏向される。

【００１２】ポリゴンミラー1からの反射光束は、走査
レンズとしてのアナモフィックなfθレンズ22に入射す
る。fθレンズ22は、2枚組の第1レンズ群20と、トーリ
ック面を含む第2レンズ群21とから構成されている。第2
レンズ群21の中心軸Ax2は、第1レンズ群20の光軸Ax1か
ら主走査方向に距離d離間させて設けられている。

【００１３】なお、第2レンズ群21の主走査方向のパワ
ーはほぼ0であり、そのトーリック面は図2に示したよう
に、二点鎖線で示した副走査方向のパワーが一点鎖線で
示した主走査方向の中心部から周辺部に向けて単調減少
する形状を有している。

【００１４】第1レンズ群20で集光されたポリゴンミラ
ー1からの反射光束は、第2レンズ群21を通って走査面30
上にスポットを形成する。

【００１５】表1は、実施例の具体的な数値構成例を示
している。表中の記号は、E.P.がレンズの入射瞳位置、
rはレンズ面の曲率半径(トーリック面である第5面につ
いては主走査方向の曲率半径)、rzは副走査方向の曲率
半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、nはレンズの屈折
率である。

【００１６】このレンズの第1面は非球面である。非球
面は、光軸からの高さがYとなる非球面上の座標点の非
球面頂点の接平面からの距離をX、非球面頂点の曲率(1/
r)をC、円錐係数をK、4次,6次,8次の非球面係数をA4,A
6,A8,A10として、式1で表される。

【００１７】

【式１】

【００１８】なお、表1における非球面の曲率半径は、
非球面頂点の曲率半径であり、これらの面の円錐係数、
非球面係数は表2に示される。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】K = 0.16520 A4 =-1.49935×10^-7 A6 = 2.28076×10^-11 A8 =-2.25751×10^-15

【００２１】第2レンズ群21は、その中心軸Ax2が第1レ
ンズ群の光軸Ax1に対して図中に矢印xで示すように主走
査方向に距離-2.50mmだけずれるよう配置されている。

【００２２】なお、シリンドリカルレンズ12により形成
される線像は、反射光が第1レンズ群20の光軸Ax1に一致
する際の偏向点より走査面側へ35.253mm近い位置にあ
る。また、ポリゴンミラー1の回転中心は、fθレンズ22
の光軸とシリンドリカルレンズ12の光軸との交点を基準
として、fθレンズの光軸方向にはfθレンズから遠ざか
る方向に13.86mm、シリンドリカルレンズの光軸方向に
はシリンドリカルレンズから遠ざかる方向に10.39mmの
位置にある。

【００２３】ポリゴンミラー1が回転すると、半導体レ
ーザー10からの光束の偏向点が変化する。この変化によ
って第1レンズ群20を透過した光束の副走査方向の結像
点位置は、図3に示したように変化する。すなわち、基
準位置Oで反射、偏向された光束は、第1レンズ群20によ
りP点に結像されるが、偏向点がO1のように第1レンズ群
20に対して遠くなると、結像点はP1のように第1レンズ
群20に近づく。反対に第1レンズ群20に対して基準位置
より近い点O2で偏向された光束は、第1レンズ群20から
より離れた位置P2に結像する。

【００２４】このような偏向点変化により、仮に第2レ
ンズ群21が偏心していない場合には、光軸Ax1より図中
上側は副走査方向の結像点が走査面よりfθレンズ22側
に接近し、反対に図中下側では副走査方向の結像点が走
査面よりfθレンズ22から遠ざかる方向に移動する。

【００２５】図4(a)は、第2レンズ群を偏心させた状態
における像面湾曲を示しており、実線が副走査方向、破
線が主走査方向を示している。また、図4(b)は、第2レ
ンズ群を偏心させた場合のfθ特性を示している。

【００２６】実施例では、第2レンズ群を全体として第1
レンズ群の光軸から偏心させており、かつ、第2レンズ
群は中心部から周辺部に向けて副走査方向のパワーが単
調減少するため、光軸より図中上側の領域ではfθレン
ズ全体として副走査方向のパワーが弱くなり、反対に光
軸より図中下側の領域では副走査方向のパワーが強くな
る。

【００２７】したがって、偏向点変化による副走査方向
の結像点のズレはfθレンズのパワー配分により相殺さ
れ、副走査方向の像面湾曲は図4に実線で示したように
改善される。

【００２８】図5は、参考のため第2レンズ群21の中心軸
Ax2を第1レンズ群の光軸Ax1に一致させた場合の(a)は像
面湾曲、(b)はfθ特性を示している。図5(a)では、主走
査方向の像面湾曲は点線で示され、副走査方向の像面湾
曲は実線で示されている。

【００２９】図4(a)と図5(a)とを比較することにより、
偏心によって副走査方向の像面湾曲の発生量自体が小さ
くなると共に、その発生が光軸に対して対称形となるこ
とが理解できる。なお、図4(a)に破線で示された主走査
方向の像面湾曲は、偏心させない状態での図5(a)とほぼ
同一である。

【００３０】また、fθ特性も図4(b)と図5(b)とに示さ
れるように、偏心の有無によらずにほぼ同一であり、第
2レンズ群の偏心が他の要素に影響を与えず、主として
副走査方向の像面湾曲の補正にのみ効果を持つことが理
解できる。

【００３１】次に、上記の第2レンズ群のポリゴンミラ
ー側のトーリック面のみをその中心軸が第1レンズ群の
光軸から離れるよう偏心させ、走査面側の球面の中心軸
を第1レンズ群の光軸に一致させた変形例での性能の変
化について説明する。他の数値構成は上記の実施例と同
一である。

【００３２】図6(a)は変形例における像面湾曲、(b)はf
θ特性を示している。第2レンズ群全体を偏心させた場
合と同様に副走査方向の像面湾曲の対称性が向上する。
ただし、fθ特性は図中の右方向に移動し、走査位置全
体が主走査方向にシフトしたことを示しているが、この
シフトは走査の中心を同量変位させることにより解消す
るため、実用上の問題は生じない。

【００３３】また、第2レンズ群の走査面側の球面の偏
心の有無により像面湾曲に図4(a)と図6(a)とに示される
ような差が生じるため、走査面側の球面の偏心量をトー
リック面とは独立して選択することにより、光学系の性
能を調整することができる。

【００３４】なお、実施例では第2レンズ群を主走査方
向の一方(図2中のx方向)に偏心させる構成のみを説明し
たが、第2レンズ群の偏心方向は偏向点変化によるfθレ
ンズの像面湾曲によって決定されるため、必ずしも上記
の方向に限定されるものではない。

【００３５】

【効果】以上説明したように、この発明の走査光学系に
よれば、コストアップを誘引せずに、副走査方向の像面
湾曲を光軸に対して対称にすることができ、ひいては走
査域全体での像面湾曲を低減することができる。即ち、
く、レンズ形状を非対称に形成しなくとも、副走査方向
の像面湾曲を低減（平坦）すると共に、その発生を光軸
に対して対称にすることができる。しかも、第２レンズ
群の主走査方向のパワーを略０にしているので、主走査
方向の特性が変化するのを防止できる。

【００３６】したがって、レンズ形状を非対称に形成す
る場合と比較すると製造コストを低減することができ、
また、高精度描画のためにスポット径を絞った焦点深度
が浅い光学系にも適用することができ、更に、プラスチ
ックレンズを用いる場合には温度変化に対する焦点変化
の許容量を大きくとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る走査光学系の一実施例を示す
主走査方向の説明図である。

【図２】第2レンズ群のトーリック面の形状を示す説
明図である。

【図３】偏向点変化と結像点の移動とを示す説明図で
ある。

【図４】第2レンズ群全体を第1レンズ群の光軸に対し
て偏心させた場合の収差図であり、(a)は像面湾曲、(b)
はfθ特性を示す。

【図５】第2レンズ群を偏心させない場合の収差図で
あり、(a)は像面湾曲、(b)はfθ特性を示す。

【図６】第2レンズ群のトーリック面のみを第1レンズ
群の光軸に対して偏心させた場合の収差図であり、(a)
は像面湾曲、(b)はfθ特性を示す。

【符号の説明】

1…ポリゴンミラー 10…半導体レーザー(光源) 22…fθレンズ(走査レンズ) 20…第1レンズ群 21…第2レンズ群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−175616（ＪＰ，Ａ) 特開平１−234814（ＪＰ，Ａ) 特開平２−50122（ＪＰ，Ａ) 特開平４−342222（ＪＰ，Ａ) 特開平３−251813（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を主走査方向に偏向走査さ
せる走査偏向器と、この走査偏向器により反射された光
束を走査面上に結像させる走査レンズとを有し、且つ、
該走査レンズは前記偏向器側のアナモフィックではない
第1レンズ群とトーリック面を含む第2レンズ群とを備え
ていると共に、前記第２レンズ群の光軸が主走査方向に
偏心させられている走査光学系であって、前記第2レン
ズ群のトーリック面は、副走査方向のパワーが中心軸か
ら遠ざかるにつれて単調減少する形状であると共に、第
２レンズ群の主走査方向のパワーは略０であることを特
徴とする走査光学系。