(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源からの光を偏向する光偏向器と、偏向された光束を被走査面に結像させる走査レンズ系とを備えた走査光学系において、
上記光源と走査レンズとの間に、上記走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を減少させる補正光学素子を配設したことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
請求項１において、上記補正光学素子は、光源と光偏向器の間に配設されている走査光学系。
【請求項３】
請求項１または２において、上記補正光学素子は、主走査方向と副走査方向のパワーが異なるアナモフィック系レンズであり、このアナモフィック系レンズの少なくとも一面の主走査断面形状が、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す形状に設定されている走査光学系。
【請求項４】
請求項３において、上記アナモフィック系レンズの少なくとも一面の主走査断面形状は、非球面である走査光学系。
【請求項５】
請求項１または２において、上記補正光学素子は、コリメートレンズであり、このコリメートレンズが、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す球面収差を発生させる形状に設定されている走査光学系。
【請求項６】
請求項５において、上記コリメートレンズは、主走査断面方向の非球面を有している走査光学系。
【請求項７】
請求項１または２において、上記補正光学素子は、光路中に挿入した球面収差補正素子であり、この球面収差補正素子の少なくとも一面が、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す形状に設定されている走査光学系。
【請求項８】
請求項１または２において、上記補正光学素子は、光路中に挿入した屈折率分布型光学素子であり、この屈折率分布型光学素子の屈折率分布が、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す方向に設定されている走査光学系。
【請求項９】
請求項８において、屈折率分布型光学素子は、主走査方向と副走査方向のパワーが異なるアナモフィック系レンズである走査光学系。
【請求項１０】
請求項８または９において、屈折率分布型光学素子の屈折率分布は、光軸を中心とする回転対称分布をなしている走査光学系。
【請求項１１】
請求項１または２において、上記補正光学素子は、光軸を中心とする回転対称な球面収差補正面を有している走査光学系。
【請求項１２】
光源と、この光源からの光を偏向する光偏向器と、偏向された光束を被走査面に結像させる走査レンズ系とを備えた走査光学系において、
上記走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を、上記光源と走査レンズ系との間に位置させた補正光学素子で補正することを特徴とする走査光学系の球面収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、走査光学系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
レーザビームプリンタ、レーザスキャナ、バーコードリーダ等においては、走査光学系が不可欠であり、光偏向器としてポリゴンミラーやホログラムディスクが用いられている。半導体レーザから出射したレーザ光は、光偏向器に入射して偏向され、偏向された光束は、ｆθレンズ等の走査レンズ系を介して、被走査面、例えば感光体上に走査される。
【０００３】
このような走査光学系では、最近、一層の高精細化を図るため、走査レンズ系のｆθ特性や特に主走査断面での像面湾曲に対する要求がより厳しいものとなっている。このため、走査レンズ系は構成枚数が増加し、各レンズのパワーを強くする傾向にある。ところが、このように各レンズのパワーが強くなると、主走査断面の球面収差が発生しやすくなり、これを走査レンズ系で補正しようとすると、ｆθ特性や像面湾曲を犠牲にせざるを得ない。つまり、主走査断面の球面収差の補正と、ｆθ特性の向上及び主走査断面の像面湾曲の補正とは、レンズ設計上、二律背反的な要求であり、球面収差の補正に重点をおけば、ｆθ特性や像面湾曲は悪化し、走査スポット光を焦点深度から外れないようにすることが困難になる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、走査光学系についての以上の問題意識に基づき、主走査断面での球面収差を走査レンズ系自体では考慮する必要性を少なくし、ｆθ特性や像面湾曲の補正の自由度を高めることができる走査光学系を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、走査光学系を光偏向器の前と後で分けたとき、後、つまり走査レンズ系で発生する主走査方向の球面収差を、前、つまり光源と走査レンズ系の間に位置する光学素子で補正すれば、走査レンズ系は主にｆθ特性や像面湾曲の補正に当てることができ、よってより高精細な走査光学系が可能という着想に基づいてなされたものである。
【０００６】
すなわち本発明は、光源と、この光源からの光を偏向する光偏向器と、偏向された光束を被走査面に結像させる走査レンズ系とを備えた走査光学系において、光源と走査レンズ系との間に、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を減少させる補正光学素子を配設したことを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、走査レンズ系は主にｆθ特性や像面湾曲の補正に当てることができるので、より高精細な走査光学系が可能である。しかも、光源と光偏向器との間の光学系は小型であるから、補正光学素子も小型ですむという副次的な効果もある。
【０００８】
この光源と光偏向器の間に設ける光学素子としては、少なくとも、次の各素子が可能である。
第１は、光源の像を主走査方向の線像として光偏向器に与える、主走査方向と副走査方向のパワーの異なるアナモフィック系レンズであり、このアナモフィック系レンズの少なくとも一面の主走査断面形状を、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す形状に設定する。
第２は、光源からの光束を平行光束化してシリンドリカルレンズに与えるコリメートレンズであり、このコリメートレンズを、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す球面収差を発生させる形状に設定する。
第３は、光源と光偏向器の間の光路中に挿入した球面収差補正素子であり、この球面収差補正素子の少なくとも一面を、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消す形状に設定する。
第４は、光源と光偏向器の間の光路中に挿入した屈折率分布型光学素子であり、この屈折率分布型光学素子の屈折率分布を、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を打ち消すように設定する。この屈折率分布型光学素子は、具体的には、アナモフィック系レンズ系とするのが実際的である。
【０００９】
本発明はまた、方法の発明として表現すると、光源と、この光源からの光を偏向する光偏向器と、偏向された光束を被走査面に結像させる走査レンズ系とを備えた走査光学系において、走査レンズ系で発生する主走査断面の球面収差を、光源と走査レンズ系の間に位置させた補正光学素子で補正することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施例】
以下図示実施例について本発明を説明する。図１は、本発明を適用する走査光学系の主走査断面図である。図１には、光偏向器として回転軸１１を中心に回動するポリゴンミラー１２を図示している。周知のように、半導体レーザ（光源）１３から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１４により平行光とされ、典型的なアナモフィック系レンズであるシリンドリカルレンズ１５により主走査方向の線像とされてポリゴンミラー１２に入射し、該ミラー周囲の各反射面１２Ｒで反射されて走査され、走査レンズ系（ｆθレンズ系）２０を介して被走査面１６に走査される。被走査面１６は、例えばレーザビームプリンタの場合、感光体ドラムである。走査レンズ系２０は、図示例では、第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３、及び第４レンズ２４の４枚構成である。
【００１１】
表１は、以上の光学系の具体的なレンズデータである（コリメートレンズ１４を除く）。
表中、ｆは焦点距離、Ｒは主走査断面の曲率半径、ＲＺ  は主走査断面と直交する副走査断面の曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎは屈折率である。面Ｎｏ．  は、ポリゴンミラー１２側から数えた走査レンズ系２０の面番号である（第１面は第１レンズ２１のポリゴンミラー１２側の面、第８面は第４レンズ２４の被走査面１６側の面）。
【００１２】
【表１】
0003595374.tif 000002
【００１３】
図２は、図１及び表１に示す具体的なレンズ系についての主走査断面における球面収差を波面収差で示したものである。Ｙは主走査方向の位置を示し、Ｙ＝０は、走査レンズ系２０の光軸上を意味する。
【００１４】
本発明の基本的な技術思想は、このような走査光学系の走査レンズ系２０の主走査断面の球面収差を、半導体レーザ１３と走査レンズ系２０（ポリゴンミラー１２）の間に設けた補正光学素子で補正するものである。図３は、図２の波面収差と合成すべき、半導体レーザ１３とポリゴンミラー１２の間の光学素子で与える波面収差の例であり、図２の波面収差成分とは発生する方向が反対である。図２と図３の波面収差を合成すると、図４のように、主走査方向Ｙのすべての位置において合成波面収差が小さくなる。
【００１５】
［実施例１］
図５ないし図７及び表２は、図３のような球面収差特性を得るための本発明の第１の実施例を示す。この第１の実施例は、シリンドリカルレンズ１５の一面を非球面化したもので、そのレンズ構成の模式図を図５と図６に、そのレンズデータを表２に、主走査断面の非球面形状の例を図７に示す。
【００１６】
シリンドリカルレンズ１５は、ガラスレンズ１５ａのポリゴンミラー１２側と半導体レーザ１３側にそれぞれ、合成樹脂層１５ｂと合成樹脂層１５ｃを付着させたハイブリッドレンズからなる。合成樹脂層１５ｂは副走査断面を非球面化し、合成樹脂層１５ｃは光軸を中心とする回転対称非球面としている。図３に示すような主走査断面の球面収差は、この合成樹脂層１５ｃによって発生する。図７は、この合成樹脂層１５ｃによるサグ量（非球面量）を示している。
【００１７】
図８は、非球面量を定義する図である。非球面は、近軸球面（ベース球面、図５の場合は平面）上に非球面を付加して構成されている面であるが、非球面量は、同図に示すように、
非球面量＝非球面のサグ量−ベース球面のサグ量
（サグ量は、光軸と直交するレンズとの接平面からレンズ面迄の距離）で定義される量である。非球面量のプラスは非球面がベース球面よりもポリゴンミラー側に位置している場合、同マイナスは非球面がベース球面よりも光源側に位置している場合をいう。
【００１８】
【表２】
0003595374.tif 000003
【００１９】
［実施例２］
図９及び表３は、本発明の第２の実施例を示す。この第２の実施例は、コリメートレンズ１４で、図３のような特性の球面収差を発生させるもので、コリメートレンズ１４は、図９に示すように、ポリゴンミラー１２側の第１レンズ１４ａと、半導体レーザ１３側の第２レンズ１４ｂとからなっている。このコリメートレンズ１４のレンズデータを表３に示す。
【００２０】
【表３】
0003595374.tif 000004
【００２１】
［実施例３］
図１０、図７、及び表４は、本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、図１０に示すように、コリメートレンズ１４とシリンドリカルレンズ１５の間に、球面収差発生素子１７を挿入したもので、球面収差発生素子１７は、平行平面板の一面を非球面化してなっている。この非球面も、図３のような特性の球面収差を発生させるものである。表４はその形状データを示している。この非球面形状は、実質的に実施例１を説明した図７と同じである。
【００２２】
【表４】
0003595374.tif 000005
【００２３】
［実施例４］
図１１は、図３のような特性の球面収差を発生させるために、屈折率分布型光学素子を用いた実施例である。この実施例は、図１のシリンドリカルレンズ１５に、図１１のような光軸を中心とする屈折率分布を持たせたもので、屈折率ｎ（ｒ）は、
ｎ（ｒ）＝１．５１０７２＋３．２×１０−７×ｒ４
に設定されている。
この屈折率分布によると、主走査断面において図３のような球面収差を発生させることができる。
【００２４】
以上の各実施例のうち、第１、第３の実施例では、主走査断面を非球面化するために、光軸を中心とする回転対称非球面を用いた。また、第２の実施例では光軸中心の回転対称のレンズを用い、第４の実施例では、光軸を中心として徐々に屈折率が変化する屈折率分布型光学素子を用いた。このため、発生させた球面収差の影響は副走査断面にも表われる。しかし、補正光学素子を通過する際、副走査断面の光束径は、主走査断面の光束径に比して小さく、一方、球面収差は、近軸では表われず、光軸からの距離が大きくなるに従って顕著になっていくという性質がある。このため、光軸を中心とする回転対称な球面収差が発生しても、副走査断面には実質的な悪影響は生じない。主走査断面のみを非球面化することも技術的には可能であるが、回転対称な形状の方が製造上のメリットが大きい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、光偏向器より後方の走査レンズ系で発生する主走査断面での球面収差を、光偏向器より前方の光学素子で補正するから、主走査断面での球面収差を走査レンズ系自体では考慮する必要がなく、よってｆθ特性や像面湾曲の補正の自由度を高め、より高精細な走査光学系を得ることができる。また、球面収差補正素子は、光源と光偏向器の間に位置するから、小型であり、安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する走査光学系の一例を示す主走査断面図である。
【図２】図１の走査光学系において主走査断面に生じる球面収差の例を波面収差で示すグラフ図である。
【図３】本発明の光源と光偏向器との間に位置する光学素子によって発生させる波面収差の例を示すグラフ図である。
【図４】図２の波面収差と図３の波面収差を合成した波面収差のグラフ図である。
【図５】本発明による光学素子の第１の実施例を示す副走査断面の断面図である。
【図６】同主走査断面の断面図である。
【図７】図５の光学素子の非球面のサグ量の例を示すグラフ図である。
【図８】非球面のサグ量を定義する図である。
【図９】本発明による光学素子の第２の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明による光学素子の第３の実施例を示す図である。
【図１１】本発明による光学素子の第４の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１２  ポリゴンミラー（光偏向器）
１３  半導体レーザ
１４  コリメートレンズ
１５  シリンドリカルレンズ
１６  被走査面
１７  波面収差発生素子
２０  走査レンズ系
【図１】
0003595374.tif 000006
【図２】
0003595374.tif 000007
【図３】
0003595374.tif 000008
【図４】
0003595374.tif 000009
【図５】
0003595374.tif 000010
【図６】
0003595374.tif 000011
【図７】
0003595374.tif 000012
【図８】
0003595374.tif 000013
【図９】
0003595374.tif 000014
【図１０】
0003595374.tif 000015
【図１１】
0003595374.tif 000016