(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段から射出した光ビームを偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた該光ビームを結像手段により被走査面上に導光し光走査する光走査光学系において、
該結像手段は副走査断面で負の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第１レンズと、主走査断面内と副走査断面内の両方で正の屈折力を有するガラス材料で形成された第２レンズと、副走査断面内で正の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第３レンズとの３枚のレンズで構成され、
且つ、該第１レンズの主走査断面内の屈折力と該第３レンズの主走査断面内の屈折力は異符号であり、
且つ、少なくとも１つのレンズ面が主走査方向の位置によって副走査断面内の曲率が異なることを特徴とする光走査光学系。
【請求項２】
前記第１レンズは主走査断面内と副走査断面内の双方において負の屈折力を有するトーリックレンズより成っており、前記第２レンズは主走査断面内と副走査断面内とで互いに異なる正の屈折力を有するアナモフィックレンズより成っており、前記第３レンズは主走査断面内と副走査断面内の双方において正の屈折力を有するトーリックレンズより成っていることを特徴とする請求項１の光走査光学系。
【請求項３】
前記結像手段は主走査断面内における少なくとも１つのレンズ面が非球面形状より形成されていることを特徴とする請求項１の光走査光学系。
【請求項４】
前記第１レンズと前記第２レンズとは貼り合わせれて形成されていることを特徴とする請求項１又は２の光走査光学系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査光学系と、前記被走査面としての感光ドラムと、を備えていることを特徴とするレーザビームプリンタ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査光学系と、前記被走査面としての感光ドラムと、を備えていることを特徴とするデジタル複写機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光走査光学系及びそれを備えるレーザービームプリンタに関し、特に光源手段から射出された光ビームを回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体面である被走査面上に導光し光走査することにより、文字や情報等を記録するようにした、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やディジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より回転多面鏡より成る光偏向器の各反射面（偏向面）で偏向反射された光ビームを利用して被走査面上を光走査するようにした光走査光学系が、例えば特公昭６２−３６２１０号公報で提案されている。
【０００３】
特公昭６２−３６２１０号公報で提案されている光走査光学系は光偏向器と被走査面との間に主走査方向にｆθ特性を有する光走査用の結像手段を設け、該結像手段の１つであるトーリックレンズの副走査方向の屈折力を適切に設定することにより、光偏向器の反射面が回転軸に対して平行となっていなく倒れているときの角度誤差、所謂面倒れを補正している。
【０００４】
即ち、トーリックレンズを用いて光偏向器の反射面と被走査面（被照射体面）とを光学的に共役関係にして面倒れによる悪影響を除去している。これにより反射面により反射偏向された光ビームの走査面上の進行方向が補正されて走査線のピッチにムラが生じないようにしている。
【０００５】
一方、走査用の結像手段の１つであるトーリックレンズをプラスチック化にし、大幅なコストダウンを図った光走査光学系も提案されている。
【０００６】
一般にトーリックレンズは主走査方向と副走査方向とで互いに曲率が異なる為、例えばガラス材で加工する場合、加工方法が複雑になり、加工時間も非常に長くかかる為、コスト高につながる要因となっていた。
【０００７】
そこでこのトーリックレンズをプラスチック化することにより、加工方法の簡素化及び加工時間の短縮化を可能とし、大幅なコストダウンを図っている。
【０００８】
ただしプラスチック材より成るレンズ（プラスチックレンズ）は環境変動によって屈折率が変化し、それによってピント移動が生じる為、走査光学系全系でのピント移動を補正する為には更にもう一枚のプラスチックレンズを光学系内に設けなければならなかった。
【０００９】
即ち、プラスチックレンズより成るトーリックレンズのピント移動方向とは逆の方向にピント移動が生じるように屈折力を設定した補正用のプラスチックレンズを光学系内に配置することによって、全系としてピント移動が相殺されるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭６２−３６２１０号公報の光走査光学系におけるｆθ特性を有した光走査用の結像手段は光偏向器側より順に球面より成る単レンズとトーリックレンズとより成っている。
【００１１】
このようなレンズ構成の走査光学系は走査画角がさほど大きくない場合、収差補正が良好に行なわれ、所望の光学性能が容易に得られる。しかしながらトーリックレンズは主走査方向と副走査方向とで互いに異なる曲率を有する特殊レンズである為、前述した如くその加工方法は複雑であり、又非常に長い加工時間を要する為に大きなコストアップの要因となり、又走査画角が大きくなると収差が著しく悪化する傾向にあった。
【００１２】
そこで従来ではこのような問題点を解決する為にトーリックレンズのプラスチック化が図られている。このとき環境変動に対するプラスチックレンズのピント移動を微小に抑える為にピント補正用のプラスチックレンズを光学系内に配置することによって、ｆθレンズ系（結像手段）を３枚のレンズ構成として、低画角域において所望の光学性能を得ている。特に主走査方向においてはトーリックレンズを非球面化にすることにより、全画角にわたり良好に収差を補正している。
【００１３】
しかしながら副走査方向においては主走査方向で非球面を用いている為に画角によって横倍率が異なってしまうという問題点があった。又副走査方向は主走査方向に比べて強い屈折力を必要とする為、各レンズ面の曲率も大きなものにしなければならなかった。しかしながらプラスチックは低屈折率の為、曲率を更にきつくすることは収差の出易いレンズ形状になるという問題点があった。
【００１４】
又、上記の従来例においてはプラスチックレンズより成るトーリックレンズの副走査方向の曲率がいずれの画角においても同じである為に、全画角にわたり良好に収差を補正することが難かしいという問題点もあった。
【００１５】
本発明は結像手段を副走査断面における屈折力がそれぞれ負の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第１レンズと、正の屈折力を有するガラス材料で形成された第２レンズと、正の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第３レンズとの３枚のレンズで構成し、かつ副走査断面における少なくとも１つのレンズ面が長手方向の位置によって曲率が異なる非球面形状より形成することにより、全画角にわたって像面湾曲等の収差を良好に補正すると共に収差補正上良好なる光学性能が得られるコンパクトな光走査光学系の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査光学系は、
光源手段から射出した光ビームを偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた該光ビームを結像手段により被走査面上に導光し光走査する光走査光学系において、
該結像手段は副走査断面で負の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第１レンズと、主走査断面内と副走査断面内の両方で正の屈折力を有するガラス材料で形成された第２レンズと、副走査断面内で正の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第３レンズとの３枚のレンズで構成され、
且つ、該第１レンズの主走査断面内の屈折力と該第３レンズの主走査断面内の屈折力は異符号であり、
且つ、少なくとも１つのレンズ面が主走査方向の位置によって副走査断面内の曲率が異なることを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記第１レンズは主走査断面内と副走査断面内の双方において負の屈折力を有するトーリックレンズより成っており、前記第２レンズは主走査断面内と副走査断面内とで互いに異なる正の屈折力を有するアナモフィックレンズより成っており、前記第３レンズは主走査断面内と副走査断面内の双方において正の屈折力を有するトーリックレンズより成っていることを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記結像手段は主走査断面内における少なくとも１つのレンズ面が非球面形状より形成されていることを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において、
前記第１レンズと前記第２レンズとは貼り合わせれて形成されていることを特徴としている。
請求項５の発明のレーザビームプリンタは、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査光学系と、前記被走査面としての感光ドラムと、を備えていることを特徴としている。
請求項６の発明のデジタル複写機は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査光学系と、前記被走査面としての感光ドラムと、を備えていることを特徴としている。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明の実施例１の光学系の要部平面図（主走査断面図）、図２は図１の主走査断面において垂直な要部断面図（副走査断面図）である。
【００１９】
図中、１は光源手段としての例えば半導体レーザである。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から射出された光ビームを平行光束としている。３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。４はシリンドリカルレンズであり、主走査断面に関しては屈折力は有しておらず副走査断面に関して所定の屈折力を有している。５は偏向手段としての例えば回転多面鏡より成る光偏向器であり、矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２０】
１０は本発明に係る結像手段（ｆθレンズ系）であり、光偏向器５側から順に主走査断面と副走査断面の双方において負の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第１レンズとしてのトーリックレンズ６と、該トーリックレンズ６の被走査面側近傍に配置され、主走査断面と副走査断面とで互いに異なる正の屈折力を有するガラス材料で形成された第２レンズとしてのアナモフィックレンズ７と、該アナモフィックレンズ７の被走査面側近傍に配置され、主走査断面と副走査断面の双方において正の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第３レンズとしてのトーリックレンズ８との３枚のレンズより構成している。
【００２１】
シリンドリカルレンズ４とアナモフィックレンズ７はｆθ特性と像面湾曲を良好に補正する為のレンズ形状より形成しており、トーリックレンズ８は広画角にわたって像面湾曲を良好に補正する為にコンセントリックな形状（トーリックレンズ８の両レンズ面の曲率半径の中心が光偏向器５の反射面近傍にある）で形成すると共にその両レンズ面を非球面形状より形成している。
【００２２】
更に本実施例においてはトーリックレンズ８の両レンズ面とも副走査断面において長手方向（主走査方向）の位置によって曲率の異なる非球面形状より形成しており、これにより像面湾曲を良好に補正している。
【００２３】
又、トーリックレンズ６は温度変化が生じた場合のトーリックレンズ８のピント移動を補正する為のレンズ形状より形成しており、該トーリックレンズ６とトーリックレンズ８とのピント移動が全系として相殺されるような最適な屈折力に設定している。９は被走査面としての感光ドラムである。
【００２４】
本実施例において光源手段１より射出された光ビームはコリメータレンズ２により略平行光束とされ、該平行光束は開口絞り３によってその光束断面の大きさが制限されてシリンドリカルレンズ４に入射する。
【００２５】
シリンドリカルレンズ４は入射した平行光束のうち主走査断面においてはそのまま平行光束の状態で射出させ、副走査断面においては集束して光偏向器５の反射面５ａにほぼ線像光束として結像させている。そして光偏向器５の反射面５ａで高速に反射偏向している。光偏向器５で反射偏向された光ビームはトーリックレンズ６とアナモフィックレンズ７そしてトーリックレンズ８を通過することによってその走査直線性が補正され感光ドラム９面上に結像されて略等速度直線運動で該感光ドラム９面上を光走査する。
【００２６】
図２においてＰは光偏向器５の反射面位置を示しており、副走査断面では前述した様にほぼこの反射面位置Ｐに光ビームが集光するようにしている。
【００２７】
ここで反射面位置Ｐと感光ドラム９とは結像手段１０に関してそれぞれ光学的に略共役な位置関係になっている。これにより反射面が副走査断面において傾いても、所謂面倒れがあっても光ビームが感光ドラム９面上の同一走査線上に結像するようにしている。この様にして本実施例では光偏向器５の面倒れの補正を行っている。
【００２８】
次に結像手段１０を構成するトーリックレンズ６とアナモフィックレンズ７とトーリックレンズ８のレンズ構成の特徴について説明する。
【００２９】
本実施例におけるトーリックレンズ６、アナモフィックレンズ７そしてトーリックレンズ８の３つのレンズは副走査断面においてそれぞれ順に負、正、正の屈折力を有しており、又トーリックレンズ６とトーリックレンズ８とはプラスチック材で形成され、アナモフィックレンズ７はガラス材で形成されている。
【００３０】
このようなレンズ構成をとることによって本実施例では温度変動等によるプラスチック材の屈折率変化によって発生する正の屈折力を有するトーリックレンズ８のピント移動を負の屈折力を有するトーリックレンズ６のピント移動によって全系としてピント移動をキャンセルし微小化させている。
【００３１】
本実施例では上記のピント移動を補正するピント移動補正光学系が結像手段１０の内部で構成されているので、倒れ補正光学系を構成する共役結像関係には何も影響を与えることなく、ピント移動を補正することができる。
【００３２】
このように本実施例ではプラスチックレンズを用いた場合の所定のピント移動補正光学系を可能とし、面倒れ補正についても副走査方向に結像関係を持たせることによって良好なる補正機能を得た上で、従来の技術的な問題点である副走査方向における像面湾曲を良好に補正している。
【００３３】
図２においてトーリックレンズ８は前述の如く副走査断面の曲率が両レンズ面とも長手方向の位置によって異なる非球面形状より形成している。このようなレンズ構成をとることによって温度変動等によるプラスチック材の屈折率変化によって生じるピント移動を全画角において良好に補正することができ、更には副走査方向の像面湾曲も全画角において良好に補正することができる。
【００３４】
図３，図４，図５は本発明の実施例１による光走査範囲における被走査面上での像面湾曲（母線方向と子線方向）とｆθ特性を示す説明図である。図３，図４，図５に示すように全画角範囲にわたり像面湾曲とｆθ特性とが良好に補正されていることが分かる。
【００３５】
図６は本発明の実施例２の光学系の要部平面図（主走査断面図）、図７は図６の主走査断面において垂直な要部断面図（副走査断面図）である。図６、図７において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００３６】
本実施例において前述の実施例１と異なる点はプラスチック材より成る第１レンズとしてのトーリックレンズ１６とガラス材より成る第２レンズとしてのアナモフィックレンズ１７とを貼り合わせて結像手段（ｆθレンズ系）２０を構成したことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００３７】
次に本発明に係る結像手段の数値実施例を示す。数値実施例１，２は順に本発明の実施例１，２の光偏向器５以降の数値例である。
【００３８】
各数値実施例においてトーリックレンズ６（１６）の主走査断面における曲率半径をＲ１  ，Ｒ２  、副走査断面における曲率半径をＲ１  ´，Ｒ２  ´、アナモフィックレンズ７（１７）の主走査断面における曲率半径をＲ３  ，Ｒ４  、副走査断面における曲率半径をＲ３  ´，Ｒ４  ´、トーリックレンズ８（１８）の主走査断面にあける曲率半径をＲ５  ，Ｒ６  、副走査断面における曲率半径をＲ５  ´，Ｒ６  ´、各レンズ面間の距離をＤ１  〜Ｄ６  で示している。
【００３９】
又、トーリックレンズ６（１６）、アナモフィックレンズ７（１７）そしてトーリックレンズ８（１８）の波長６７５ｎｍでの屈折率はそれぞれ順にＮ１  ，Ｎ２  ，Ｎ３  で表わしている。又Ｂ〜Ｅ´は以下に示す主走査断面（ｘ−ｙ平面）上でのレンズ面の高さｙと距離ｘとの関係式
0003571808.tif 000002
の各次数の非球面係数を示す。
【００４０】
又、Ｆ〜Ｊ´は以下に示す副走査断面（ｚ−ｘ平面）上でのレンズ面の高さｚと距離ｘとの関係式
0003571808.tif 000003
の各次数の非球面係数を示す。
0003571808.tif 000004
0003571808.tif 000005
0003571808.tif 000006
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く結像手段を副走査断面における屈折力がそれぞれ負の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第１レンズと、正の屈折力を有するガラス材料で形成された第２レンズと、正の屈折力を有するプラスチック材料で形成された第３レンズとの３枚のレンズで構成し、かつ副走査断面における少なくとも１つのレンズ面が長手方向の位置によって曲率が異なる非球面形状より形成することにより、全画角にわたって像面湾曲等の収差を良好に補正することができ、更に収差補正上良好なる光学性能が得られるコンパクトな光走査光学系及びそれを備えるレーザービームプリンタを達成することができる。
また本発明によれば前述の如く主走査断面内と副走査断面内の双方で温度変化による被走査面上におけるピント移動を良好に補正することができる光走査光学系及びそれを備えるレーザービームプリンタを達成することができる。
【００４２】
又本発明によれば結像手段を構成する３つのレンズのうち２つのレンズをプラスチック材料で形成することにより低価格化も同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の要部平面図（主走査断面図）
【図２】図１の主走査断面に垂直な要部断面図（副走査断面図）
【図３】本発明の実施例１の像面湾曲（母線）を説明する収差図
【図４】本発明の実施例１の像面湾曲（子線）を説明する収差図
【図５】本発明の実施例１のｆ−θ特性を説明する収差図
【図６】本発明の実施例２の要部平面図（主走査断面図）
【図７】図６の主走査断面に垂直な要部断面図（副走査断面図）
【符号の説明】
１    光源手段
２    コリメータレンズ
３    開口絞り
４    シリンドリカルレンズ
５    偏向手段
６，１６    第１プラスチックレンズ
７，１７    ガラスレンズ
８，１８    第２プラスチックレンズ
９    被走査面（感光ドラム）
１０，２０  結像手段
【図１】
0003571808.tif 000007
【図２】
0003571808.tif 000008
【図３】
0003571808.tif 000009
【図４】
0003571808.tif 000010
【図５】
0003571808.tif 000011
【図６】
0003571808.tif 000012
【図７】
0003571808.tif 000013