JPS6145804B2 - - Google Patents
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- JPS6145804B2 JPS6145804B2 JP5754378A JP5754378A JPS6145804B2 JP S6145804 B2 JPS6145804 B2 JP S6145804B2 JP 5754378 A JP5754378 A JP 5754378A JP 5754378 A JP5754378 A JP 5754378A JP S6145804 B2 JPS6145804 B2 JP S6145804B2
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- optical system
- focal length
- lens
- optical
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- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 8
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 7
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- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 2
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- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
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- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
本発明は、光学的レーザースキヤンに用いる光
学系の改良に関するものである。 周知の如さく、最近レーザービームを使用した
スキヤナーはメモリー、プリンター等におけるコ
ンピユーター関係は勿論のこと、レーザー加工機
等の分野にまでも及ぶなど、その応用分野は拡張
され、目覚しい進展を繰り広げている。 ところで、通常使用されるレーザースキヤナー
にとつて最も重要なことは、物体側でレーザービ
ームの走査速度が一定であるとき、これと対応し
て像面走査速度も一定でなければならない。今、
この光学系へのレーザービームの入射角をθ、光
学系の合成焦点距離をｆ、像面上でのスポツト位
置を光軸から計つてｙとしたとき、 ｙ＝ｆ・Ｆ〔θ〕 なる関係がある。そして、像面走査速度をｖとす
ると、 ｖ＝dy／dt より ｖ＝ｆ・ｄＦ／ｄθ・ｄθ／ｄｔ となる。 入射レーザービームの走査速度が一定であるこ
とにより、 ｄθ／dt＝const. となるので、 ｖ＝Ａ・ｆ・dF／ｄθ となる。但し、Ａは定数である。 これよりｖを一定にするためには、 dF／ｄθ＝const. でなければならない。 これを成立達成せしめる手段として、従来より
採られてたきた手段に二つの手段があつた。その
一つは電気的補正手段であり、他の一つは光学的
手段である。 ところで、上記前者の電気的補正手段なる方式
においては、レンズ系は通常の ｙ＝ｆ・tanθ なる写像光学系を用いているので、 ｖ＝Ａ・ｆ・sec2θ となり、像面走査速度ｖは一定にならない。 したがつて、入射光束角に電気的非線型効果を
もたせてsec2θの効果を打消し、像面走査速度ｖ
を一定にしている。 このような電気的補正手段なる方式によるとき
は、当然のことながら装置自体の構成の複雑化は
避けられず、高価なものとなる。 一方、上記後者の光学的補正手段なる方式は、
レンズ系に特殊な写像関係、すなわち ｙ＝ｆ・θ なる写像関係をもたせる。 こうすると、 ｖ＝Ａ・ｆ（但し、Ａは常数） となり、像面走査速度ｖは一定となるので、上記
前者における如さき複雑な電気系は不要で、単に
レンズ系だけで解決できることとなる。 したがつて、この後者の光学的補正手段は、上
記前者の電気的補正手段に比べて装置自体の構成
は簡易化され、安価な提供が可能となるという大
きな利点をもつている。 しかし、この後者の光学的補正手段における問
題点として、このｆ・θレンズには、その使用
上、次の三つの性能が要求される。この三つの性
能とは、 ａ 大画面の走査が可能であり、かつレンズ系が
コンパクトであること、すなわち可能な限り広
角であること。 ｂ エネルギー集速度を向上させるために、像面
上でのレーザービームのスポツト径が回折限界
に近い値であること。 ｃ 理想的なｆ―θ写像点と実際の写像点からの
ずれ（歪曲収差）が小さいこと。 である。 というのは、もし今使用画角が狭い場合には、
小画面走査に用途が限定され、汎用性に欠け、ま
たビームのスポツト径が大きくなると、微細レー
ザー加工の例ではエネルギー集速度が悪くなるた
め、加工効率等が著しく悪化するし、歪曲収差が
大きくなると、ｆ・θ写像点のいずれが大きくな
り、高精度走査が不可能になる。 そして、この種ｆ・θレンズについて先行技術
としては、米国特許文献に記載された技術や商品
化された実物を通して察知し得る技術等がある。
その一例である米国特許第3773404号の特許明細
書所載のｆ・θレンズの使用画角は±６°程度で
あり、この程度の画角では ｙ＝ｆ・tanθ≒ｆ・θ が成立し、ｆ・θ写像である必要はない。 また、商品化されたもののなかには、画角が±
28.7゜と広画角仕様となつているものもあるが、
歪曲収差が大きく、像面上のスポツト径も大きい
し、その他高密度情報用スキヤナーとしてのｆ・
θ写像レンズを備えたものにおいては、その構成
枚数が多い上、比較的低画角である。 本発明は、上述の如き現状に鑑み、ｙ＝ｆ・θ
と見做し得る写像系において、構成用レンズの枚
数をできるだけ減らしてコンパク化と広角化を計
り、かつ歪曲収差を充分小さく補正可能な上、像
面上でのビームのスポツトが回折限界に近い光学
系の提供を可能ならしめたもので、以下本発明に
係る光学的レーザースキヤニング用光学系の構成
を第１図と第２図に示した実施例によつて詳細に
説明することとする。 図において、物体側より順にみて、第１群L1
には負の焦点距離を持たせるための一枚または二
枚の凹レンズl1またはl1′とl1″を配置し、全体をレ
トロタイプにすることによつて広角化を計り、こ
れに続く第２群L2には正の焦点距離を持たせる
ための二枚の凸レンズl2とl3を配置し、全体とし
て諸収差を良好に補正するために、この光学系の
全長をｌ、全系の合成焦点距離をｆ、第１群の焦
点距離をf1、第２群の焦点距離をf2、同じく第２
群の二枚の凸レンズl2とl3の屈折率をnaとnbとし
たとき、 0.105f≦ｌ≦0.1544f ……(1) 0.9≦｜f1｜／f2≦1.3 ……(2) na≧1.7，nb≧1.7 ……(3) なる条件を満足させ得たところに特徴のある光学
系である。 以下、本発明に係る光学的レーザースキヤニン
グ用光学系が上記の諸条件を必要とする理由を述
べる。 すなわち、本発明に係る光学系のレンズ構成は
凹凸タイプの光学系にして、第１群の凹群によつ
て生じた諸収差、特に非点収差、歪曲収差を第２
群の凸群によつて打消すことにより全体として良
好な性能を持つが、この光学系の全長ｌが条件(1)
の下限よりも小さくなつた場合には、歪曲収差の
補正が極度に不足となり、またコマフレアが発生
してスポツト径が大きくなる。逆に上限を超えた
場合には、この光学系の全長が大きくなり、歪曲
収差の補正が過剰となるのみならず、非点収差が
大きくなる。 また、条件(2)は条件(1)のもので良好な性能を得
るために必要な条件にして、第１群の焦点距離の
絶対値｜f1｜と第２群の焦点距離f2の比が条件２
の下限よりも小さくなつた場合には、球欠的像
面、子午的像面が極度に補正過剰となり、逆にこ
の条件(2)の上限を超えた場合には、上記各像面が
極度に補正不足となる。 さらに、条件(3)を満たさないときに、スポツト
径を回折限界内に抑えようとすると、ペツツバー
ル和が大きくなり、その結果として像面彎曲が大
きくなる。そして、この像面彎曲を一定に保つた
めに、ペツツバール和が大きくならないようにす
るためには、各曲率半径を強くしていかなければ
ならない。こうすると、コマフレアーが発生し
て、像面上でのスポツト径が回折限界よりも拡が
つてしまう。 なお、第２図に図示した第２の実施例は、第１
図に図示した第１実施例の光学系で生じた歪曲収
差の補正不足の部分を修正するために、第１群の
凹レンズを一枚増したものであり、この両実施例
共、解像力は回折限内である。 次に、本発明に係る光学系の具体的実施例を示
す。
学系の改良に関するものである。 周知の如さく、最近レーザービームを使用した
スキヤナーはメモリー、プリンター等におけるコ
ンピユーター関係は勿論のこと、レーザー加工機
等の分野にまでも及ぶなど、その応用分野は拡張
され、目覚しい進展を繰り広げている。 ところで、通常使用されるレーザースキヤナー
にとつて最も重要なことは、物体側でレーザービ
ームの走査速度が一定であるとき、これと対応し
て像面走査速度も一定でなければならない。今、
この光学系へのレーザービームの入射角をθ、光
学系の合成焦点距離をｆ、像面上でのスポツト位
置を光軸から計つてｙとしたとき、 ｙ＝ｆ・Ｆ〔θ〕 なる関係がある。そして、像面走査速度をｖとす
ると、 ｖ＝dy／dt より ｖ＝ｆ・ｄＦ／ｄθ・ｄθ／ｄｔ となる。 入射レーザービームの走査速度が一定であるこ
とにより、 ｄθ／dt＝const. となるので、 ｖ＝Ａ・ｆ・dF／ｄθ となる。但し、Ａは定数である。 これよりｖを一定にするためには、 dF／ｄθ＝const. でなければならない。 これを成立達成せしめる手段として、従来より
採られてたきた手段に二つの手段があつた。その
一つは電気的補正手段であり、他の一つは光学的
手段である。 ところで、上記前者の電気的補正手段なる方式
においては、レンズ系は通常の ｙ＝ｆ・tanθ なる写像光学系を用いているので、 ｖ＝Ａ・ｆ・sec2θ となり、像面走査速度ｖは一定にならない。 したがつて、入射光束角に電気的非線型効果を
もたせてsec2θの効果を打消し、像面走査速度ｖ
を一定にしている。 このような電気的補正手段なる方式によるとき
は、当然のことながら装置自体の構成の複雑化は
避けられず、高価なものとなる。 一方、上記後者の光学的補正手段なる方式は、
レンズ系に特殊な写像関係、すなわち ｙ＝ｆ・θ なる写像関係をもたせる。 こうすると、 ｖ＝Ａ・ｆ（但し、Ａは常数） となり、像面走査速度ｖは一定となるので、上記
前者における如さき複雑な電気系は不要で、単に
レンズ系だけで解決できることとなる。 したがつて、この後者の光学的補正手段は、上
記前者の電気的補正手段に比べて装置自体の構成
は簡易化され、安価な提供が可能となるという大
きな利点をもつている。 しかし、この後者の光学的補正手段における問
題点として、このｆ・θレンズには、その使用
上、次の三つの性能が要求される。この三つの性
能とは、 ａ 大画面の走査が可能であり、かつレンズ系が
コンパクトであること、すなわち可能な限り広
角であること。 ｂ エネルギー集速度を向上させるために、像面
上でのレーザービームのスポツト径が回折限界
に近い値であること。 ｃ 理想的なｆ―θ写像点と実際の写像点からの
ずれ（歪曲収差）が小さいこと。 である。 というのは、もし今使用画角が狭い場合には、
小画面走査に用途が限定され、汎用性に欠け、ま
たビームのスポツト径が大きくなると、微細レー
ザー加工の例ではエネルギー集速度が悪くなるた
め、加工効率等が著しく悪化するし、歪曲収差が
大きくなると、ｆ・θ写像点のいずれが大きくな
り、高精度走査が不可能になる。 そして、この種ｆ・θレンズについて先行技術
としては、米国特許文献に記載された技術や商品
化された実物を通して察知し得る技術等がある。
その一例である米国特許第3773404号の特許明細
書所載のｆ・θレンズの使用画角は±６°程度で
あり、この程度の画角では ｙ＝ｆ・tanθ≒ｆ・θ が成立し、ｆ・θ写像である必要はない。 また、商品化されたもののなかには、画角が±
28.7゜と広画角仕様となつているものもあるが、
歪曲収差が大きく、像面上のスポツト径も大きい
し、その他高密度情報用スキヤナーとしてのｆ・
θ写像レンズを備えたものにおいては、その構成
枚数が多い上、比較的低画角である。 本発明は、上述の如き現状に鑑み、ｙ＝ｆ・θ
と見做し得る写像系において、構成用レンズの枚
数をできるだけ減らしてコンパク化と広角化を計
り、かつ歪曲収差を充分小さく補正可能な上、像
面上でのビームのスポツトが回折限界に近い光学
系の提供を可能ならしめたもので、以下本発明に
係る光学的レーザースキヤニング用光学系の構成
を第１図と第２図に示した実施例によつて詳細に
説明することとする。 図において、物体側より順にみて、第１群L1
には負の焦点距離を持たせるための一枚または二
枚の凹レンズl1またはl1′とl1″を配置し、全体をレ
トロタイプにすることによつて広角化を計り、こ
れに続く第２群L2には正の焦点距離を持たせる
ための二枚の凸レンズl2とl3を配置し、全体とし
て諸収差を良好に補正するために、この光学系の
全長をｌ、全系の合成焦点距離をｆ、第１群の焦
点距離をf1、第２群の焦点距離をf2、同じく第２
群の二枚の凸レンズl2とl3の屈折率をnaとnbとし
たとき、 0.105f≦ｌ≦0.1544f ……(1) 0.9≦｜f1｜／f2≦1.3 ……(2) na≧1.7，nb≧1.7 ……(3) なる条件を満足させ得たところに特徴のある光学
系である。 以下、本発明に係る光学的レーザースキヤニン
グ用光学系が上記の諸条件を必要とする理由を述
べる。 すなわち、本発明に係る光学系のレンズ構成は
凹凸タイプの光学系にして、第１群の凹群によつ
て生じた諸収差、特に非点収差、歪曲収差を第２
群の凸群によつて打消すことにより全体として良
好な性能を持つが、この光学系の全長ｌが条件(1)
の下限よりも小さくなつた場合には、歪曲収差の
補正が極度に不足となり、またコマフレアが発生
してスポツト径が大きくなる。逆に上限を超えた
場合には、この光学系の全長が大きくなり、歪曲
収差の補正が過剰となるのみならず、非点収差が
大きくなる。 また、条件(2)は条件(1)のもので良好な性能を得
るために必要な条件にして、第１群の焦点距離の
絶対値｜f1｜と第２群の焦点距離f2の比が条件２
の下限よりも小さくなつた場合には、球欠的像
面、子午的像面が極度に補正過剰となり、逆にこ
の条件(2)の上限を超えた場合には、上記各像面が
極度に補正不足となる。 さらに、条件(3)を満たさないときに、スポツト
径を回折限界内に抑えようとすると、ペツツバー
ル和が大きくなり、その結果として像面彎曲が大
きくなる。そして、この像面彎曲を一定に保つた
めに、ペツツバール和が大きくならないようにす
るためには、各曲率半径を強くしていかなければ
ならない。こうすると、コマフレアーが発生し
て、像面上でのスポツト径が回折限界よりも拡が
つてしまう。 なお、第２図に図示した第２の実施例は、第１
図に図示した第１実施例の光学系で生じた歪曲収
差の補正不足の部分を修正するために、第１群の
凹レンズを一枚増したものであり、この両実施例
共、解像力は回折限内である。 次に、本発明に係る光学系の具体的実施例を示
す。
【表】
【表】
用レンズのアツベ数
【表】
ν４ 用レンズのアツベ数
第１図と第２図は本発明に係る光学的レーザー
スキヤニング用光学系の第１実施例と第２実施例
の構成レンズの配置図、第３図と第４図は第１実
施例と第２実施例の各収差曲線図である。 第１図において、L1；第１群、L2；第２群、
ｌ；レンズ全系の全長、l1；第１群構成用レン
ズ、l2とl3；第２群構成用のレンズ、r1，r2，…，
r6；物体側より順次数えた構成用レンズの曲率半
径、d1，d3，d5；物体側より順次数えた構成用レ
ンズの軸上厚み、d2，d4；物体側より順次数えた
構成用レンズの軸上空気間隔。 第２図において、L1；第１群、L2；第２群、
ｌ；レンズ全系の全長、l1′＋l1″；第１群構成用
のレンズ、l2＋l3；第２群構成用のレンズ、r1，
r2，…r8；物体側より順次数えた構成用レンズの
曲率半径、d1，d3，d5，d7；物体側より順次数え
た構成用レンズの軸上厚み、d2，d4，d6；物体側
より順次数えた構成用レンズの軸上空気間隔。
スキヤニング用光学系の第１実施例と第２実施例
の構成レンズの配置図、第３図と第４図は第１実
施例と第２実施例の各収差曲線図である。 第１図において、L1；第１群、L2；第２群、
ｌ；レンズ全系の全長、l1；第１群構成用レン
ズ、l2とl3；第２群構成用のレンズ、r1，r2，…，
r6；物体側より順次数えた構成用レンズの曲率半
径、d1，d3，d5；物体側より順次数えた構成用レ
ンズの軸上厚み、d2，d4；物体側より順次数えた
構成用レンズの軸上空気間隔。 第２図において、L1；第１群、L2；第２群、
ｌ；レンズ全系の全長、l1′＋l1″；第１群構成用
のレンズ、l2＋l3；第２群構成用のレンズ、r1，
r2，…r8；物体側より順次数えた構成用レンズの
曲率半径、d1，d3，d5，d7；物体側より順次数え
た構成用レンズの軸上厚み、d2，d4，d6；物体側
より順次数えた構成用レンズの軸上空気間隔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 物体面より順にみて、一枚または二枚の凹レ
ンズよりなる負の焦点距離を持つ第１群と、二枚
の凸レンズよりなる正の焦点距離を持つ第２群と
で構成された光学系で、この光学系の全長をｌ、
全系の合成焦点距離をｆ、第１群の光学系をf1、
第２群の焦点距離をf2、二枚の凸レンズの屈折率
をna，nbとしたとき、 0.105f≦ｌ≦0.1544f ……(1) 0.9≦｜f1｜／f2≦1.3 ……(2) na≧1.7，nb≧1.7 ……(3) なる条件を満足する光学的レーザースキヤニング
用光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5754378A JPS54150144A (en) | 1978-05-17 | 1978-05-17 | Optical system for optical laser scanning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5754378A JPS54150144A (en) | 1978-05-17 | 1978-05-17 | Optical system for optical laser scanning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54150144A JPS54150144A (en) | 1979-11-26 |
| JPS6145804B2 true JPS6145804B2 (ja) | 1986-10-09 |
Family
ID=13058671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5754378A Granted JPS54150144A (en) | 1978-05-17 | 1978-05-17 | Optical system for optical laser scanning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54150144A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5720712A (en) * | 1980-07-15 | 1982-02-03 | Olympus Optical Co Ltd | F-theta lens |
| JPS59195211A (ja) * | 1983-04-19 | 1984-11-06 | Asahi Optical Co Ltd | テレセントリツクな４枚構成のｆ−θレンズ系 |
| KR900007133B1 (ko) * | 1988-06-10 | 1990-09-29 | 한국과학기술원 | 레이저 주사용 f-θ 렌즈계 |
| CN104880807B (zh) * | 2015-06-19 | 2017-05-31 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种用于双波长激光加工的F‑θ光学镜头 |
-
1978
- 1978-05-17 JP JP5754378A patent/JPS54150144A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54150144A (en) | 1979-11-26 |
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