(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発する光源と、
前記レーザー光を主走査方向について収束光にする集光レンズと、
前記収束光を偏向させる偏向装置と、
倍率色収差を補正するために光学材料の分散が異なるレンズを複数枚含み、偏向後の前記収束光が被走査面上で主走査方向及び副走査方向について集光するとともに被走査面上をほぼ等速度で移動するように前記収束光を屈折させる走査レンズ系と、
を備えたレーザー走査装置であって、
前記走査レンズ系が、主走査方向における軸上のパワーが負であるレンズと正であるレンズとをそれぞれ１枚以上含み、更に次の条件を満たすことを特徴とするレーザー走査装置；
0＜β＜1.2
νdM＜νdP
ただし、
β：主走査方向における走査レンズ系の光軸付近の倍率、
νdM：主走査方向において軸上の負のパワーが最も強いレンズのアッベ数、
νdP：主走査方向において軸上の正のパワーが最も強いレンズのアッベ数、
である。
【請求項２】
前記走査レンズ系が、偏向点側から順に、軸対称レンズ３枚とアナモフィックレンズ１枚とを含み、更に次の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレーザー走査装置；
-0.4Ｌ＜ｆ1＜-0.2Ｌ
0.3Ｌ＜ｆ2＜0.6Ｌ
ｆ2＜ｆ3＜3ｆ2
｜ｆ4M｜＞2Ｌ
νd1＜30
νd2＞50
νd3＞50
ただし、
Ｌ  ：偏向点から像面までの距離、
ｆ1 ：偏向点側から１番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ2 ：偏向点側から２番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ3 ：偏向点側から３番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ4M：アナモフィックレンズの主走査方向における焦点距離、
νd1：偏向点側から１番目の軸対称レンズのアッベ数、
νd2：偏向点側から２番目の軸対称レンズのアッベ数、
νd3：偏向点側から３番目の軸対称レンズのアッベ数
である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、波長の異なる複数のレーザー光で画像形成を行うレーザー走査装置が知られている。このようなレーザー走査装置は、例えば、赤・緑・青の３色に対応した波長のレーザー光で、銀塩フィルム上にカラー画像を形成するために用いられる。一つの走査レンズ系に波長の異なる複数のレーザー光を用いるのであるから、当然、色収差を考慮する必要がある。
【０００３】
色収差には、軸上色収差と倍率色収差の２種類がある。軸上色収差が生じると、レーザー光の波長によって結像位置が光軸方向にずれるが、レーザー光の焦点深度が十分に深いため大きな問題とはならない。しかし、倍率色収差が生じると、レーザー光の波長によって結像位置が光軸方向に対して垂直方向（すなわち、主走査方向）にずれてしまう。したがって、レーザー光間に波長差があると、像面上での走査幅に差が生じて、画像の精度が低下することになる。
【０００４】
このような倍率色収差が補正された走査レンズ系としては、例えば、特開昭６２−２６２８１２号公報で提案されているｆθレンズが挙げられる。このｆθレンズは、倍率色収差を補正するのに適当な光学材料が選択された構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザー走査装置において倍率色収差を十分に補正しようとすると、凹レンズと凸レンズとのそれぞれに強いパワーを持たせたレンズの組み合わせが必要になる。そのため、等速性や像面性を達成することが難しくなったり、レンズ枚数が増加したり、製造誤差に対する要求が厳しくなったりするといった問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的少ないレンズ枚数で倍率色収差が良好に補正され、しかも、等速性，像面性等の性能に優れたレーザー走査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明のレーザー走査装置は、
レーザー光を発する光源と、
前記レーザー光を主走査方向について収束光にする集光レンズと、
前記収束光を偏向させる偏向装置と、
倍率色収差を補正するために光学材料の分散が異なるレンズを複数枚含み、偏向後の前記収束光が被走査面上で主走査方向及び副走査方向について集光するとともに被走査面上をほぼ等速度で移動するように前記収束光を屈折させる走査レンズ系と、
を備えたレーザー走査装置であって、
前記走査レンズ系が、主走査方向における軸上のパワーが負であるレンズと正であるレンズとをそれぞれ１枚以上含み、更に次の条件を満たすことを特徴とする。
0＜β＜1.2
νdM＜νdP
ただし、
β：主走査方向における走査レンズ系の光軸付近の倍率、
νdM：主走査方向において軸上の負のパワーが最も強いレンズのアッベ数、
νdP：主走査方向において軸上の正のパワーが最も強いレンズのアッベ数、
である。
【００１０】
第２の発明のレーザー走査装置は、上記第１の発明の構成において、前記走査レンズ系が、偏向点側から順に、軸対称レンズ３枚とアナモフィックレンズ１枚とを含み、更に次の条件を満たすことを特徴とする。
-0.4Ｌ＜ｆ1＜-0.2Ｌ
0.3Ｌ＜ｆ2＜0.6Ｌ
ｆ2＜ｆ3＜3ｆ2
｜ｆ4M｜＞2Ｌ
νd1＜30
νd2＞50
νd3＞50
ただし、
Ｌ  ：偏向点から像面までの距離、
ｆ1 ：偏向点側から１番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ2 ：偏向点側から２番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ3 ：偏向点側から３番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ4M：アナモフィックレンズの主走査方向における焦点距離、
νd1：偏向点側から１番目の軸対称レンズのアッベ数、
νd2：偏向点側から２番目の軸対称レンズのアッベ数、
νd3：偏向点側から３番目の軸対称レンズのアッベ数
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したレーザー走査装置を、図面を参照しつつ説明する。図１は、光源ブロック１，集光レンズ３，シリンダレンズ４，ポリゴンミラー５，射出側に反射ミラーを有する走査レンズ系６，及び感光体表面に相当する被走査面７を備え、赤・緑・青の３色に対応した波長の３本のレーザー光２で画像形成を行うレーザー走査装置を示している。光源ブロック１から発せられたレーザー光２は、集光レンズ３によって収束光となった後、シリンダレンズ４を通過する。シリンダレンズ４通過後のレーザー光２は、ポリゴン反射面付近で副走査方向に一旦集光するとともに主走査方向には収束した状態で、ポリゴンミラー５によって偏向反射される。ポリゴンミラー５で偏向されたレーザー光２は、走査レンズ系６によって屈折・反射されて、被走査面７上で主走査方向及び副走査方向について集光するとともに被走査面７上をほぼ等速度で移動することにより、画像(潜像)を形成する。
【００１２】
図２は、ポリゴン反射面（偏向点）Ｓ０から像面（被走査面７）Ｓ９までの走査レンズ系６の構成（ただし、反射ミラーを除く。）を示しており、（ａ）が主走査断面図であり、（ｂ）が副走査断面図である。この走査レンズ系６は、ポリゴン反射面Ｓ０側から順に、凹レンズ８，凸レンズ９及び凸レンズ１０から成る３枚の球面レンズと、１枚の非軸対称非球面レンズ１１と、から成っており、凹レンズ８と凸レンズ９，１０と非軸対称非球面レンズ１１とは、倍率色収差を補正するために光学材料の分散が異なっている。非軸対称非球面レンズ１１は、ポリゴン反射面Ｓ０側の面Ｓ７が非軸対称非球面であり、像面Ｓ９側の面Ｓ８が平面である。また、非軸対称非球面Ｓ７は、主走査方向に比べて副走査方向で強い屈折力を有している。
【００１３】
ここで、走査レンズ系６に入射するレーザー光２を収束光とした点について説明する。図４は、走査レンズ系６に入射するレーザー光２が、（ａ）平行光の場合と（ｂ）収束光の場合とで、倍率色収差の発生する様子を比較した模式図である。説明を簡単にするため、走査レンズ系６は１枚の薄肉レンズとして示している。また、この走査レンズ系６は、等速性が良好に補正されているものとする。また、ポリゴンミラー５の軸と反射面との間隔はゼロであり、ポリゴンミラー５の回転中心が走査レンズ系６の光軸上にあるように考えている。
【００１４】
レーザー光２が収束光の場合｛図４（ｂ）｝、走査レンズ系６がない場合にレーザー光２が集光する位置（すなわち、自然収束点）と走査レンズ系６を通過した後にレーザー光６が集光する位置とは、光軸上では一致しているものとする。また、ポリゴンミラー５から走査レンズ系６までの距離をｔとする。このとき、走査レンズ系６の焦点距離は、図４（ａ）に示す平行光の場合では２ｔとなり、図４（ｂ）に示す収束光の場合では無限大となる。これらの焦点距離から、ポリゴンミラー５によって反射されたレーザー光２と走査レンズ系６の光軸とがなす角度がα（単位はラジアン）のときの像高をそれぞれ求めることができる。
【００１５】
図４（ａ）の平行光の場合、いわゆるｆθ特性が成立しているので、像高は２ｔαと表すことができる。一方、図４（ｂ）の収束光の場合、近軸領域では焦点距離が無限大であるから、αが十分小さいとき像高は３ｔαと表すことができる。また、この場合、等速性が良好に補正されているものと仮定しているので、近軸領域以外でも像高は３ｔαと表すことができることになる。
【００１６】
図５は、図４（ａ），（ｂ）の場合について、走査レンズ系６に入射するレーザー光２と走査レンズ系６から射出するレーザー光２とがなす角度（すなわち、屈折角度）を、像高（ｔを単位とする。）に対して示している。両者の像高が等しいとき、（ａ）平行光の場合よりも（ｂ）収束光の場合の方が、走査レンズ系６による屈折の角度が小さいことが分かる。したがって、走査レンズ系６によって発生する倍率色収差についても、（ａ）平行光の場合よりも（ｂ）収束光の場合の方が小さいことになる。
【００１７】
倍率色収差を補正する場合、光学材料の分散が異なるレンズを複数枚組み合わせることになるが、単レンズのときに発生する倍率色収差の小さい方が、光学材料の分散の差や各レンズのパワーの比が小さくて済み、そのため他の性能への影響が小さくて済む。実際には、薄肉単レンズでの計算が現実の光学系に厳密に当てはまるわけではないが、傾向としては一致するものと考えてよい。
【００１８】
本実施の形態は、上記のような観点から、走査レンズ系６に入射するレーザー光２を平行光でなく収束光にし、さらに、走査レンズ系６が、倍率色収差を補正するために光学材料の分散が異なるレンズを複数枚含むこと（つまり、色消しとなる光学材料の組み合わせを選ぶこと）を特徴とする。この構成によると、走査レンズ系６に平行光を入射させた場合に比べて、走査レンズ系６のパワーを弱くすることができるので、画像両端でレーザー光２を光軸寄りに屈折させる度合いを緩くすることができる。これにより、発生する倍率色収差の量が小さくなるので、それを補正する凹レンズと凸レンズのそれぞれのパワーを弱くすることが可能となる。したがって、比較的少ないレンズ枚数でも倍率色収差の補正とその他のレンズ性能とを両立させることが可能となり、製造誤差に対する要求も比較的緩くすることが可能となる。
【００１９】
図６は、図５と同様の計算を、走査レンズ系６の位置や主走査方向の倍率（＝０〜３）を変えて行った結果を示している。図６（ａ）は、走査レンズ系６がポリゴン反射面からレンズ全長（すなわち、ポリゴン反射面から像面までの距離）の３分の１だけ離れて位置する場合の、像高に対する屈折角度を示している。図６（ｂ）は、走査レンズ系６がポリゴン反射面と像面との中間に位置する場合の、像高に対する屈折角度を示している。なお、図６のグラフにおいて、横軸の像高はレンズ全長に対する比で表したものであり、縦軸の屈折角度は走査レンズ系６に対する入射光と射出光とがなす角度を表している。正の屈折角度は光軸に近づく方向の屈折に対応し、負の屈折角度は軸から遠ざかる方向の屈折に対応する。
【００２０】
図５中の（ａ）は、図６（ａ）のグラフでは倍率が０の場合に相当し、図５中の（ｂ）は、図６（ａ）のグラフでは倍率が１の場合に相当する。図６のグラフでは倍率を０から３まで変えているが、倍率０以外のすべての場合において、屈折角度が倍率０の場合に比べて小さくなっていることが分かる。また、倍率が１．２倍よりも小さいとき、ほとんどのラインは屈折角度が正の範囲にあることが分かる。このとき、倍率色収差を補正するためには、パワーが正のレンズと負のレンズとを組み合わせて、負のレンズがより高分散になるようにしなければならない。
【００２１】
上記のような観点から、本実施の形態のように、倍率色収差を補正するために光学材料の分散が異なるレンズを複数枚含み、かつ、収束光が入射する走査レンズ系６を備えたレーザー走査装置においては、走査レンズ系６が次の条件式（１）を満たすことが望ましい。
０＜β＜３  …（１）
ただし、
β：主走査方向における走査レンズ系６の光軸付近の倍率
である。
【００２２】
また、本実施の形態のように、走査レンズ系６が、主走査方向における軸上のパワーが負であるレンズと正であるレンズとをそれぞれ１枚以上含むレーザー走査装置においては、次の条件式（２）及び（３）を満たすことが望ましい。
０＜β＜１．２  …（２）
νｄＭ＜νｄＰ  …（３）
ただし、
νｄＭ：主走査方向において軸上の負のパワーが最も強いレンズのアッベ数、
νｄＰ：主走査方向において軸上の正のパワーが最も強いレンズのアッベ数
である。
【００２３】
さらに、本実施の形態のように、走査レンズ系６が、偏向点側から順に、軸対称レンズ（球面レンズ８〜１０に相当する。）３枚と、アナモフィックレンズ（非軸対称非球面レンズ１１に相当する。）１枚とを含む場合には、次の条件式（４）〜（１０）を満たすことが望ましい。
−０．４Ｌ＜ｆ１＜−０．２Ｌ  …（４）
０．３Ｌ＜ｆ２＜０．６Ｌ    …（５）
ｆ２＜ｆ３＜３ｆ２      …（６）
｜ｆ４Ｍ｜＞２Ｌ        …（７）
νｄ１＜３０            …（８）
νｄ２＞５０            …（９）
νｄ３＞５０            …（１０）
ただし、
Ｌ  ：偏向点から像面までの距離、
ｆ１  ：偏向点側から１番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ２  ：偏向点側から２番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ３  ：偏向点側から３番目の軸対称レンズの焦点距離、
ｆ４Ｍ：アナモフィックレンズの主走査方向における焦点距離、
νｄ１：偏向点側から１番目の軸対称レンズのアッベ数、
νｄ２：偏向点側から２番目の軸対称レンズのアッベ数、
νｄ３：偏向点側から３番目の軸対称レンズのアッベ数
である。
【００２４】
条件式（４）〜（６）は、像面性と等速性を満足するために必要である。条件式（６）は、これに加えてコマ収差を低減するために必要である。条件式（７）は、アナモフィックなレンズが主走査方向について肉厚がほぼ一定となるために必要である。アナモフィックなレンズは、副走査方向についてビームを像面上で集光させるために用いられるが、このレンズは像面に近い位置にあった方が誤差感度的に有利である。一方、レンズを像面に近づけると、レンズの外形が大きくなってしまう。外形の大きなレンズに強い屈折力を持たせた場合、凸レンズならば中心部の厚さが、また、凹レンズならば周辺部の厚さが大変厚くなってしまい、コストや加工について不利になる。以上の理由により、条件式（７）が必要となるのである。また、条件式（８）〜（１０）は、倍率色収差の補正のために必要である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施したレーザー走査装置の構成を、走査レンズ系６（ただし、反射ミラーを除く。）のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。実施例１は、前述したレーザー走査装置（図１）に用いられている走査レンズ系６であり、図２は実施例１の（ａ）主走査断面，（ｂ）副走査断面を示すレンズ構成図である。そして、実施例２〜実施例６も、実施例１と同様にレーザー走査装置の一部をなす走査レンズ系６として用いられるものであり、図７は実施例２の（ａ）主走査断面，（ｂ）副走査断面を示すレンズ構成図である。
【００２６】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）はポリゴン反射面Ｓ０側から数えてｉ番目の面、ｒｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）はポリゴン反射面Ｓ０側から数えてｉ番目の面Ｓｉの曲率半径、ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）はポリゴン反射面Ｓ０側から数えてｉ番目の軸上面間隔、ｄ０はポリゴン反射面Ｓ０から走査レンズ系６の最もポリゴン反射面Ｓ０側の面Ｓ１までの距離を示している。さらに、Ｎｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）はポリゴン反射面Ｓ０側から数えてｉ番目のレンズの波長７８０ｎｍのレーザー光に対する屈折率を示しており、νｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）はポリゴン反射面Ｓ０側から数えてｉ番目のレンズのｄ線に対するアッベ数（νｄ）を示している。
【００２７】
また、表１に、主走査方向における偏向点から入射光の自然収束点までの距離ＳＸ；主走査方向における走査レンズ系６の近軸倍率β；偏向点から像面までの距離Ｌ；並びに焦点距離ｆ１，ｆ２，ｆ３，及びｆ４Ｍを示す。
【００２８】
非軸対称非球面Ｓｉの面形状は、レンズの面頂点を原点とする座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた次の式（ＡＳ１）で定義される。また、軸対称非球面Ｓｉの面形状は、レンズの面頂点を原点とする座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた次の式（ＡＳ２）で定義される。
【００２９】
【数１】
0003627781.tif 000002
【００３０】
ただし、式（ＡＳ１），（ＡＳ２）中、
0003627781.tif 000003
である。
【００３１】
0003627781.tif 000004
【００３２】
0003627781.tif 000005
【００３３】
0003627781.tif 000006
【００３４】
0003627781.tif 000007
【００３５】
0003627781.tif 000008
【００３６】
0003627781.tif 000009
【００３７】
0003627781.tif 000010
【００３８】
0003627781.tif 000011
【００３９】
0003627781.tif 000012
【００４０】
0003627781.tif 000013
【００４１】
0003627781.tif 000014
【００４２】
0003627781.tif 000015
【００４３】
0003627781.tif 000016
【００４４】
0003627781.tif 000017
【００４５】
0003627781.tif 000018
【００４６】
0003627781.tif 000019
【００４７】
0003627781.tif 000020
【００４８】
0003627781.tif 000021
【００４９】
0003627781.tif 000022
【００５０】
0003627781.tif 000023
【００５１】
【表１】
0003627781.tif 000024
【００５２】
図３は、実施例１を構成する走査レンズ系６の光学性能を示す収差図であり、図８〜図１２は、実施例２〜実施例６を構成する走査レンズ系６の光学性能をそれぞれ示す収差図である。図３，図８〜図１２中、（ａ）は像面性、（ｂ）はディストーション、（ｃ）は倍率色収差を示している。
【００５３】
例えば、実施例１では、凹レンズ８が凸レンズ９，１０に比べて高分散の光学材料で構成されている。走査レンズ系６全体としては正の屈折力を有しているため、凹レンズ８が光学材料の組み合わせによる倍率色収差の補正に寄与することになる。そして、倍率色収差が良好に補正されていることが、図３（ｃ）から分かる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査レンズ系に入射するレーザー光が平行光でなく主走査方向について収束光であって、更に光学材料が適当に組み合わされた構成となっているため、比較的少ないレンズ枚数で倍率色収差を補正し、しかも等速性，像面性等の性能に優れたレーザー走査装置を実現することができる。本発明に係るレーザー走査装置を用いれば、波長の異なる複数のレーザー光で画像形成を行う場合でも、高精度の画像形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したレーザー走査装置を示す斜視図。
【図２】図１のレーザー走査装置（実施例１）を構成している走査レンズ系を示すレンズ構成図。
【図３】実施例１を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【図４】本発明の原理を説明するための模式図。
【図５】図４に示す走査レンズ系によるレーザー光の屈折角度を示すグラフ。
【図６】図５に示すレーザー光の屈折角度に対する走査レンズ系の位置や倍率の影響を示すグラフ。
【図７】実施例２を構成する走査レンズ系を示すレンズ構成図。
【図８】実施例２を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【図９】実施例３を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【図１０】実施例４を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【図１１】実施例５を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【図１２】実施例６を構成する走査レンズ系の光学性能を示す収差図。
【符号の説明】
１  …光源ブロック（光源）
２  …レーザー光
３  …集光レンズ
４  …シリンダレンズ
５  …ポリゴンミラー（偏向装置）
６  …走査レンズ系
７  …被走査面
８  …凹レンズ（軸対称レンズ，球面レンズ）
９  …凸レンズ（軸対称レンズ，球面レンズ）
１０  …凸レンズ（軸対称レンズ，球面レンズ）
１１  …非軸対称非球面レンズ（アナモフィックレンズ）
【図１】
0003627781.tif 000025
【図２】
0003627781.tif 000026
【図３】
0003627781.tif 000027
【図４】
0003627781.tif 000028
【図５】
0003627781.tif 000029
【図６】
0003627781.tif 000030
【図７】
0003627781.tif 000031
【図８】
0003627781.tif 000032
【図９】
0003627781.tif 000033
【図１０】
0003627781.tif 000034
【図１１】
0003627781.tif 000035
【図１２】
0003627781.tif 000036