(57)【要約】【課題】レンズの製作が容易でありながら、高精細に感光体などの露光を可能とする走査光学装置を提供する。【解決手段】第３の光学素子の一対のレンズ面Ｌ１，Ｌ２は、主走査方向に非球面形状で、副走査方向の曲率が、光軸の軸上から主走査方向の外側に向って連続的かつ対称に変化し、レンズ面Ｌ１，Ｌ２の形状が、主走査方向について光軸を含む副走査面に関し対称である。また、第３の光学素子の入射側のレンズ面Ｌ１の光軸である第１光軸Ａ１が被走査面の走査中心から延びる法線Ｐ１に対して主走査面内で傾くとともに当該第１光軸Ａ１と入射側のレンズ面Ｌ１の交点Ｏ１が法線Ｐ１に対してシフトし、出射側のレンズ面Ｌ２の光軸である第２光軸Ａ２が第１光軸Ａ１に対して主走査面内で傾くとともに当該第２光軸Ａ２と出射側のレンズ面Ｌ２の交点Ｏ２が第１光軸Ａ１に対してシフトしている。【選択図】図１
2011215290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立して変調される複数の光源と、前記複数の光源から出射した光を光束に変換する第１の光学素子と、前記第１の光学素子を通過した光束を主走査方向に長手の線状に結像させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子を通過した光束を主走査方向に偏向するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーで偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第３の光学素子とを備える走査光学装置であって、
前記第３の光学素子の一対のレンズ面は、それぞれ、主走査方向に非球面形状で、副走査方向の曲率が、光軸の軸上から主走査方向の外側に向かって連続的かつ対称に変化し、レンズ面形状が、主走査方向について光軸を含む副走査面に関し対称であり、
被走査面における主走査方向の像高をｙ、
被走査面における副走査方向のドット間隔をＤＰ、
像高ｙのときの被走査面における前記複数の光源の隣接する像の副走査方向のピッチをＰｓｕｂ（ｙ）として、
Ｍａｘ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］−Ｍｉｎ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］＜０．１＊ＤＰ
を満たすように、前記第３の光学素子の入射側のレンズ面の光軸である第１光軸が被走査面の走査中心から延びる法線に対して主走査面内で傾くとともに当該第１光軸と前記入射側のレンズ面の交点が前記法線に対してシフトし、出射側のレンズ面の光軸である第２光軸が前記第１光軸に対して主走査面内で傾くとともに当該第２光軸と前記出射側のレンズ面の交点が前記第１光軸に対してシフトしていることを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記一対のレンズ面は、共に、トーリック面よりなることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記第３の光学素子の一対のレンズ面形状は、共に、
【数１】
2011215290.tif 000008
で表されることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置などに用いられる走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
独立して変調された複数の光源を有して、複数ラインを同時に走査することができるマルチビーム走査光学装置において、ｆθレンズのレンズ面形状を適切に設定することによって、コンパクトで高精細な印字を可能にしたものが知られている（特許文献１）。この走査光学装置においては、ｆθレンズの副走査方向の曲率が、光軸上から主走査方向の外側に向かって非対称に変化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９７２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レンズの形状が光軸を含む副走査面に関し対称な形状でない場合、レンズの製作・検査が複雑であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、レンズの形状を光軸に関し主走査方向に対称として製作を容易にしつつ、高精細に感光体などの露光を可能とする走査光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した目的を達成するため、本発明の走査光学装置は、独立して変調される複数の光源と、前記複数の光源から出射した光を光束に変換する第１の光学素子と、前記第１の光学素子を通過した光束を主走査方向に長手の線状に結像させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子を通過した光束を主走査方向に偏向するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーで偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第３の光学素子とを備える走査光学装置であって、前記第３の光学素子の一対のレンズ面は、それぞれ、主走査方向に非球面形状で、副走査方向の曲率が、光軸の軸上から主走査方向の外側に向って連続的かつ対称に変化し、レンズ面形状が、主走査方向について光軸を含む副走査面に関し対称であり、
被走査面における主走査方向の像高をｙ、
被走査面における副走査方向のドット間隔をＤＰ、
像高ｙのときの被走査面における前記複数の光源の隣接する像の副走査方向のピッチをＰｓｕｂ（ｙ）として、
Ｍａｘ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］−Ｍｉｎ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］＜０．１＊ＤＰ  ・・・（１）
を満たすように、前記第３の光学素子の入射側のレンズ面の光軸である第１光軸が被走査面の走査中心から延びる法線に対して主走査面内で傾くとともに当該第１光軸と前記入射側のレンズ面の交点が前記法線に対してシフトし、出射側のレンズ面の光軸である第２光軸が前記第１光軸に対して主走査面内で傾くとともに当該第２光軸と前記出射側のレンズ面の交点が前記第１光軸に対してシフトしていることを特徴とする。
【０００７】
このような走査光学装置によれば、第３の光学素子の一対のレンズ面形状が、それぞれ、主走査方向について光軸を含む主走査面に関し対称であるので、各レンズ面形状を容易に製造することができる。そして、従来と異なり、第３の光学素子の入射側のレンズ面の光軸である第１光軸が被走査面の走査中心から延びる法線に対して主走査面内で傾くとともに第１光軸と入射側のレンズ面の交点が前記法線に対してシフトし、出射側のレンズ面の光軸である第２光軸が第１光軸に対して主走査面内で傾くとともに第２光軸と出射側のレンズ面の交点が第１光軸に対してシフトしていることで、主走査方向に対称なレンズ面を用いても、（１）を満たすような高精細な露光が可能となる。なお、（１）式は、光源が３つ以上ある場合には、隣接する光源の像間のすべてで満たされる必要がある。また、本発明において、被走査面の走査中心とは第３光学素子から被走査面に垂直に光束が入射するときの被走査面上の結像位置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の走査光学装置によれば、レンズの製造が容易であるとともに、高精細な露光を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る走査光学装置の主走査断面図である。
【図２】レンズ面に対する主走査方向と副走査方向を説明する斜視図である。
【図３】ポリゴンミラーで反射した光の光路を示す副走査断面の図である。
【図４】被走査面上の２つの光源の像のピッチムラを説明する図である。
【図５】実施例１のレンズ面形状を表す各係数および諸特性の一覧を示す表である。
【図６】実施例１のレンズ面の副走査方向の曲率分布を示すグラフである。
【図７】実施例１の走査位置によるＰｓｕｂ（ｙ）の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１の走査位置による副走査方向のＦナンバーの変化を示すグラフである。
【図９】実施例１の像面湾曲を示すグラフである。
【図１０】実施例１のｆθ誤差を示すグラフである。
【図１１】実施例２のレンズ面形状を表す各係数および諸特性の一覧を示す表である。
【図１２】実施例２のレンズ面の副走査方向の曲率分布を示すグラフである。
【図１３】実施例２の走査位置によるＰｓｕｂ（ｙ）の変化を示すグラフである。
【図１４】実施例２の走査位置による副走査方向のＦナンバーの変化を示すグラフである。
【図１５】実施例２の像面湾曲を示すグラフである。
【図１６】実施例２のｆθ誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、一実施形態に係る走査光学装置１０は、入射光学系１４、偏向ミラーの一例としてのポリゴンミラー５、第３の光学素子の一例としてのｆθレンズ６を有し、これらにより、入射光学系１４から出射されたレーザ光を感光体ドラム９の被走査面９Ａにスポット状に集光し、走査するように構成されている。
【００１１】
入射光学系１４は、半導体レーザ１、第１の光学素子の一例としてのコリメートレンズ２、開口絞り３、第２の光学素子の一例としてのシリンドリカルレンズ４を備えて構成されている。
【００１２】
半導体レーザ１は、副走査方向（主走査方向に直交する方向。図１では紙面奥行き方向。図２も参照。）に複数の光源、本実施形態では、一例として２つの発光素子が並んで配置されている（図示せず）。これらの２つの発光素子は、２本分の走査線の画像に対応して、独立して変調される。
【００１３】
コリメートレンズ２は、半導体レーザ１から出射したレーザ光を光束に変換するレンズである。この光束は、平行光、収束光および僅かに広がる光のいずれでもよい。
【００１４】
開口絞り３は、コリメートレンズ２で作られた光束の径を規定する開口を有する部材である。
【００１５】
シリンドリカルレンズ４は、コリメートレンズ２および開口絞り３を通過した光束をポリゴンミラー５のミラー面５Ａ上において、主走査方向に長手の線状に結像させるレンズである。
【００１６】
ポリゴンミラー５は、複数のミラー面５Ａが、回転軸５Ｂから等距離に配置された部材であり、図１では、６つミラー面５Ａを有するものを例示している。ポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転され、シリンドリカルレンズ４を通過した光束を主走査方向に偏向する。なお、この光束が偏向される方向が主走査方向である。
【００１７】
ｆθレンズ６は、走査光学装置１０に１つのみ設けられている。ポリゴンミラー５で反射されることで偏向された光束を被走査面９Ａ上にスポット状に結像させ、かつ、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａの面倒れを補正している。ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５で等角速度で偏向された光束を、被走査面９Ａ上に等速で走査するようなｆθ特性を有している。ｆθレンズ６は、対向する一対の入射側（ポリゴンミラー５側）のレンズ面Ｌ１と出射側（被走査面９Ａ側）のレンズ面Ｌ２を有している。これらのレンズ面Ｌ１，Ｌ２は、主走査面内で非球面形状で、共にトーリック面である。そして、レンズ面Ｌ１，Ｌ２の副走査面（主走査方向に直交する断面）内の曲率は、有効部内において第１光軸Ａ１、第２光軸Ａ２の軸上から主走査方向の外側に向って連続的かつ対称に変化している。
【００１８】
本実施形態において、レンズ面Ｌ１，Ｌ２の表現形式は特に問わない。例えば、主走査方向（ｙ）および副走査方向（ｘ）について２変数多項式で表し、
【数１】
2011215290.tif 000003
ａm,n：係数
により表すことができる。
【００１９】
レンズ面Ｌ１は、光軸（第１光軸Ａ１）を含む副走査面ＰＬ１（図２参照）に関し、対称な形状をしている。また、レンズ面Ｌ２は、光軸（第２光軸Ａ２）を含む副走査面ＰＬ２（図２参照）に関し、対称な形状をしている。これにより、レンズ面Ｌ１，Ｌ２を、容易に製造することができる。レンズ面Ｌ１，Ｌ２は、例えば、これらの表面形状を反転させた金型を用い、プラスチック射出成形やガラスモールドにより製造できるが、レンズ面Ｌ１，Ｌ２が第１光軸Ａ１、第２光軸Ａ２を含む副走査面ＰＬ１，ＰＬ２に関し対称であることで、この金型製作の際に行う補正や、金型および製品の形状検査が容易になる。
【００２０】
図３に示すように、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａに主走査方向に長手の線状に入射した２つの光束Ｂ１，Ｂ２は、ｆθレンズ６により集光されて、被走査面９Ａ上で、スポット状の像Ｍ１，Ｍ２を形成する。これにより、走査光学装置１０は、主走査方向に２つのスポット状の像Ｍ１，Ｍ２を走査させることで、図４に示すように、主走査方向への一度の走査で、２つの走査線ＳＬ１，ＳＬ２を描くことができる。
【００２１】
ところで、図１に示すように、ミラー面５Ａでの反射点からレンズ面Ｌ１までの距離や、レンズ面Ｌ２から被走査面９Ａまでの距離は、被走査面９Ａ上の像高ｙ（若しくは、図１の出射角θe）によって変化する。そのため、図４に示すように、像Ｍ１と像Ｍ２のピッチＰｓｕｂ（ｙ）は、１回の走査の間にも、多少の変動が生じる。
【００２２】
また、ミラー面５Ａでの光束Ｂ１，Ｂ２の反射点に着目すると、この反射点は一定の点ではなく、出射角θeにより変化する。しかも、被走査面９Ａの走査中心から延びる法線Ｐ１に対し対称な出射角θe（例えば、３０°と−３０°）の場合にも、反射点は、法線Ｐ１に対し対称な位置に無い。そのため、仮に、ｆθレンズ６の各レンズ面Ｌ１，Ｌ２の光軸を、法線Ｐ１と一致させた場合には、例えば、出射角θeが３０°と−３０°のときに、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａからｆθレンズ６までの距離は互いに異なる。そのため、ｆθレンズ６による副走査方向の倍率は、主走査方向に対称ではなく、この非対称性によっても像Ｍ１と像Ｍ２のピッチＰｓｕｂ（ｙ）は、一回の主走査方向への走査の間に変動する。
【００２３】
これらの要因によるピッチＰｓｕｂ（ｙ）の変動が大き過ぎると、走査画像の乱れとなるので、高精細な画像を実現するためには、ピッチＰｓｕｂ（ｙ）の最大変化量は、被走査面９Ａにおける副走査方向のドット間隔をＤＰとして、ＤＰの１０％より小さい必要がある。すなわち、
Ｍａｘ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］−Ｍｉｎ［Ｐｓｕｂ（ｙ）］＜０．１＊ＤＰ  ・・・（１）
を満たす必要がある。なお、本実施形態では、理解を容易にするため、半導体レーザ１の発光素子（光源）が２つの場合を例示しているが、光源が３つ以上の場合には、隣接する光源に基づく像間のすべてで、（１）式を満たす必要がある。
【００２４】
前記（１）式を満たすため、本実施形態の走査光学装置１０は、入射光学系１４、ポリゴンミラー５、被走査面９Ａの配置と、これらに対するｆθレンズ６の配置およびｆθレンズ６の形状が調整されている。本実施形態では、図１に示すように、レンズ面Ｌ１の光軸である第１光軸Ａ１は、被走査面９Ａの走査中心から延びる法線Ｐ１に対して角度β１だけ傾いているともに、レンズ面Ｌ１の中心（第１光軸Ａ１とレンズ面Ｌ１の交点Ｏ１）は、法線Ｐ１からシフト量Ｄ１だけシフトしている。また、レンズ面Ｌ２の光軸である第２光軸Ａ２は、第１光軸Ａ１に対して角度β２だけ傾いているともに、レンズ面Ｌ２の中心（第２光軸Ａ２とレンズ面Ｌ２の交点Ｏ２）は、第１光軸Ａ１からシフト量Ｄ２だけシフトしている。これにより、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａからレンズ面Ｌ１間での距離、レンズ面Ｌ１からレンズ面Ｌ２までの距離、レンズ面Ｌ２から被走査面９Ａまでの距離が調整可能になるので、レンズ面Ｌ１が、第１光軸Ａ１を含む副走査面ＰＬ１に関し対称であるとともに、レンズ面Ｌ２が、第２光軸Ａ２を含む副走査面ＰＬ２に関し対称でありながら、（１）式を満たすことが可能となる。すなわち、ｆθレンズ６の製作が容易でありながら、高精細な画像を露光することが可能である。
【００２５】
前記（１）式を満たすためのｆθレンズ６およびその配置の例を以下説明する。
［実施例１］
ｆθレンズ６の一対のレンズ面Ｌ１，Ｌ２を共にトーリック面とする場合の一例を説明する。実施例１に係る走査光学装置のｆθレンズ６の主走査方向のレンズ面形状を表す多項式は、ｆθレンズ６のレンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をｚ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をｙ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【数２】
2011215290.tif 000004
なる式で表わされる。ここで、ｃy，ｋ，Ａ2、・・・、Ａ12は定数であり、入射面および出射面についての各値は、図５に示す通りである。
また、ｆθレンズ６のレンズ面Ｌ１（入射面）およびレンズ面Ｌ２（出射面）は、副走査方向と対応する子線方向が、
【数３】
2011215290.tif 000005
なる式で表わされるものである。
ここで、レンズ面の座標ｙにおける副走査方向の曲率半径ｒ′は、光軸上の副走査方向の曲率半径をｒとして
ｒ′＝ｒ（１＋Ｂ2ｙ2＋Ｂ4ｙ4＋Ｂ6ｙ6＋Ｂ8ｙ8＋Ｂ10ｙ10＋Ｂ12ｙ12）・・・（５）
なる式で表わされる。ｒ，Ｂ2、・・・、Ｂ12は定数であり、入射面および出射面についての各値は、図５に示す通りである。
この式によるときの、レンズ高さ（ｙ）による副走査方向の曲率変化を示したのが図６である。図６に示すように、レンズは副走査方向の曲率が、光軸の軸上から主走査方向の外側に向かって連続的かつ対称に変化している。
【００２６】
そして、このｆθレンズ６は、入射面に対し、出射面が図５に示すシフト量Ｄ２でシフトするとともに、チルト量β２で傾き、入射面が法線Ｐ１に対し図５に示すシフト量Ｄ１でシフトするとともにチルト量β１で傾いている。また、その他の配置や特性は、図５に示す通りである。
【００２７】
そして、このような実施例１の走査光学装置によると、ドット間隔ＤＰ＝２５４００／６００＝４２．３μｍのときの副走査方向のピッチＰｓｕｂ（ｙ）は、図７に示すように１．０４μｍであり、１．０４＜４２．３／１０、すなわち、（１）式を満たすことが分かる。
なお、このときの副走査方向のＦナンバーの変化は、図８に示す通りである。
【００２８】
また、この実施例１の走査光学装置における像面湾曲を示すと、図９に示すように、主像面湾曲および副像面湾曲とも±１ｍｍ未満に収まり、ｆθ誤差（ｙ＝ｋθから求まる理想像高からの誤差）も、図１０に示すように５０μｍ未満に収まっており、画像の歪みが少なく、高精細な画像を露光できることが分かる。
【００２９】
［実施例２］
前記した（２）式の形式のｆθレンズ６とする場合の一例を説明する。実施例２の走査光学装置に係るｆθレンズ６のレンズ面Ｌ１（入射面）およびレンズ面Ｌ２（出射面）は、ｆθレンズ６のレンズ面と光軸との交点を原点とし、副走査面内において光軸と直交する軸をｘ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をｙ軸、光軸方向をｚ軸としたとき、
【数４】
2011215290.tif 000006
なる式で表わされる。ここで、（ａ2,0）、・・・、（ａ2,12）は定数であり、入射面および出射面についての各値は、図１１に示す通りである。
上式（６）において下記のｘ2の項が副走査方向の曲率を決定している。
【数５】
2011215290.tif 000007
この式による副走査方向の曲率分布は、図１２に示す通り、光軸の軸上から主走査方向の外側に向かって連続的かつ対称に変化している。
【００３０】
そして、このｆθレンズ６は、入射面に対し、出射面が図１１に示すシフト量Ｄ２でシフトするとともに、チルト量β２で傾き、入射面が法線Ｐ１に対し図１１に示すシフト量Ｄ１でシフトするとともにチルト量β１で傾いている。また、その他の配置や特性は、図１１に示す通りである。
【００３１】
このような実施例２の走査光学装置によると、ドット間隔ＤＰ＝２５４００／６００＝４２．３μｍのときの副走査方向のピッチＰｓｕｂ（ｙ）は、図１３に示すように１．０３μｍであり、１．０３＜４２．３／１０、すなわち、（１）式を満たすことが分かる。
なお、このときの副走査方向のＦナンバーの変化は、図１４に示す通りである。
【００３２】
また、この実施例２の走査光学装置における像面湾曲を示すと、図１５に示すように、主像面湾曲および副像面湾曲とも±１ｍｍ未満に収まり、ｆθ誤差（ｙ＝ｋθから求まる理想像高からの誤差）も、図１６に示すように５０μｍ未満に収まっており、画像の歪みが少なく、高精細な画像を露光できることが分かる。
【符号の説明】
【００３３】
１      半導体レーザ
２      コリメートレンズ
４      シリンドリカルレンズ
５      ポリゴンミラー
５Ａ    ミラー面
６      ｆθレンズ
９      感光体ドラム
９Ａ    被走査面
１０    走査光学装置
１４    入射光学系
【図１】
2011215290.tif 000009
【図２】
2011215290.tif 000010
【図３】
2011215290.tif 000011
【図４】
2011215290.tif 000012
【図５】
2011215290.tif 000013
【図６】
2011215290.tif 000014
【図７】
2011215290.tif 000015
【図８】
2011215290.tif 000016
【図９】
2011215290.tif 000017
【図１０】
2011215290.tif 000018
【図１１】
2011215290.tif 000019
【図１２】
2011215290.tif 000020
【図１３】
2011215290.tif 000021
【図１４】
2011215290.tif 000022
【図１５】
2011215290.tif 000023
【図１６】
2011215290.tif 000024