(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、前記半導体レーザより射出された光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、を有する走査光学装置であって、
前記結像光学手段は、前記半導体レーザ側から順に、主走査方向及び副走査方向ともに凸の屈折パワーからなるプラスチック製の第１の結像光学素子と、プラスチック製の第２の結像光学素子とから成り、
前記第２の結像光学素子は、入射面が副走査方向に凸の屈折パワーを備え、出射面が主走査方向及び副走査方向ともに凸の回折パワーを備えた光学素子であり、
前記第１の結像光学素子の出射面及び前記第２の結像光学素子の入射面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において前記結像光学手段の光軸から離れるに従い連続的に変化させ、かつ、前記第２の結像光学素子の出射面の副走査方向の回折パワーを主走査方向において前記結像光学手段の光軸から離れるに従い連続的に変化させることで、前記結像光学手段の軸上の副走査方向の横倍率βに対する各像高の副走査方向の横倍率誤差が全像高にわたり１％以下となっており、かつ、
前記結像光学手段の軸上の副走査方向の横倍率βは、
１＜｜β｜＜３
を満足することを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査光学装置を有することを特徴とするレーザビームプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられる走査光学装置に関し、特に、温度変化に伴うピント変化を低減して、高精細度の画像を出力させる走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられている走査光学装置は、光源から射出された光束を偏向手段で偏向し、前記偏向された光束を走査光学手段により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、前記被走査面上を光走査する。
【０００３】
図１７は、従来の走査光学装置の主走査方向断面図である。半導体レーザー等より成る光源手段１１から射出した光束は、コリメータレンズ１２によって略平行光束に変換される。変換された略平行光束は、開口絞り１３によって最適なビーム形状に整形されシリンドリカルレンズ１４に入射する。前記シリンドリカルレンズ１４は副走査方向にのみパワーを有し、回転多面鏡等より成る偏向手段１５の偏向面１５ａ近傍に、主走査方向に長手の線状光束として結像する。ここで主走査方向とは偏向走査方向に平行な方向、副走査方向とは偏向走査方向に垂直な方向である。前記線状光束は偏向手段１５により等角速度で反射偏向され、ｆθ特性を有するｆθレンズ系より成る走査光学手段１６により、被走査面１８である感光ドラム等より成る記録媒体上にスポット形状として、等速度で結像走査される。
【０００４】
近年、この種の走査光学装置における走査光学手段は低価格化及びコンパクト化の要求から、プラスチックレンズを使用したものが主流となっている。しかし、プラスチックレンズは温度変化に伴い屈折率が変化するため、プラスチックレンズを用いた走査光学装置では環境変動によるピント変化等が生じる。このようなピント変動を低減することは、たとえば、レンズ面上に回折光学素子を形成し、走査光学装置の温度変動に伴うピント変化を、前記走査光学手段の屈折部と回折部とのパワー変化と、前記光源である半導体レーザーの波長変動により補正することによって可能となる。
【０００５】
図１８は、従来の屈折部と回折部とを備えた走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【０００６】
図１９は、この従来の屈折部と回折部とを備えた走査光学装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【０００７】
図１８、図１９において、半導体レーザー等より成る光源１から射出した光束は、コリメータレンズ２によって略平行光束に変換される。変換された略平行光束は、開口絞り３によって最適なビーム形状に整形されシリンドリカルレンズ４に入射する。前記シリンドリカルレンズ４は副走査方向にのみパワーを有し、回転多面鏡等より成る偏向手段５の偏向面５ａ近傍に、主走査方向に長手の線状光束として結像する。前記線状光束は偏向手段５により等角速度で反射偏向され、ｆθ特性を有する走査光学手段６により、被走査面８である感光ドラム等より成る記録媒体上にスポット形状として等速度で結像走査される。走査光学手段６の第２光学素子の被走査面側には回折光学素子Ｄが形成されており、走査光学装置の温度変動に伴う副走査方向のピント変化を、前記走査光学手段６の屈折部と回折部とのパワー変化と、前記光源である半導体レーザー１の波長変動により補正されるようにしている。
【０００８】
図２０は、この従来の屈折部と回折部とを備えた走査光学装置の具体例を示す表である。
【０００９】
図２１は、この従来の屈折部と回折部とを備えた走査光学装置の走査光学手段の非球面係数及び位相係数を示す表である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の屈折部と回折部とでピント変化等を補正する走査光学装置では、像面湾曲の温度変化が十分小さいとはいえない。
【００１１】
図２２は、昇温前後における副走査方向像面湾曲を示している。同図において点線は常温での像面湾曲、実線は２５℃昇温した時の像面湾曲を表わしている。図に示したグラフから分かる通り、副走査方向像面湾曲が昇温により増加している。
【００１２】
又、走査光学手段６の副走査方向における横倍率｜β｜は約３．７倍の高倍率になっている。このため、走査光学装置を構成する各光学部品の位置精度を厳しく抑える必要があり、コスト高の要因となる。
【００１３】
また近年高速化の要求から複数の光束を用いて走査する光学装置が考えられている。しかし副走査方向の倍率が像高ごとにばらついていると、被走査面上における複数の走査線の間隔にも誤差が生じ、良好な画像を得ることが出来なくなる。  図２３は、各像高の副走査方向倍率比を表したグラフである。横軸に像高、縦軸に軸上の倍率に対する各像高の倍率比誤差を示す。同図より最軸外の倍率は、軸上に対し５％近く誤差が生じていることが分かる。
【００１４】
そこで、本発明は、従来に比べて更に、走査光学手段の副走査方向倍率の低減を図り、高精細な印字、及び環境変動（温度変化）に強く、また複数光束の走査にも対応可能であるコンパクトな走査光学装置を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
上記課題を解決するために、半導体レーザと、前記半導体レーザより射出された光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、を有する走査光学装置であって、
前記結像光学手段は、前記半導体レーザ側から順に、主走査方向及び副走査方向ともに凸の屈折パワーからなるプラスチック製の第１の結像光学素子と、プラスチック製の第２の結像光学素子とから成り、
前記第２の結像光学素子は、入射面が副走査方向に凸の屈折パワーを備え、出射面が主走査方向及び副走査方向ともに凸の回折パワーを備えた光学素子であり、
前記第１の結像光学素子の出射面及び前記第２の結像光学素子の入射面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において前記結像光学手段の光軸から離れるに従い連続的に変化させ、かつ、前記第２の結像光学素子の出射面の副走査方向の回折パワーを主走査方向において前記結像光学手段の光軸から離れるに従い連続的に変化させることで、前記結像光学手段の軸上の副走査方向の横倍率βに対する各像高の副走査方向の横倍率誤差が全像高にわたり１％以下となっており、かつ、
前記結像光学手段の軸上の副走査方向の横倍率βは、
１＜｜β｜＜３
を満足することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００１８】
図２は副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００１９】
図１、図２において、１は例えば半導体レーザーより成る光源である。２はコリメータレンズであり、光源１から射出した発散光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、コリメータレンズ２から射出した光束を所望の最適なビーム形状に整形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定のパワーを有し、開口絞り３から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）する。５は例えば回転多面鏡より成る偏向手段であり、図示しないモーター等の駆動手段により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２０】
６はｆθ特性を有するｆθレンズ系６ａ，６ｂより成る走査光学手段である。第１光学素子６ａは、主走査方向、副走査方向ともに凸の異なるパワーを有するアナモフィックレンズであり、第１面、第２面ともにトーリック面で構成されている。主走査方向は第２面が非球面形状である。第２光学素子６ｂは、第１面が副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面、第２面は平面Ｃ上に主走査方向、副走査方向ともに凸のパワーを有するように回折光学素子が形成されている。これらのｆθレンズ系６ａ，６ｂは、ともにプラスチック材料で成形される。さらに本走査光学手段は、副走査方向において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００２１】
半導体レーザー１より射出した発散光束は、コリメータレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形される。そして、前記光束はシリンドリカルレンズ４により偏向手段５の偏向面５ａ付近に、副走査方向に関して結像される。その後偏向面５ａにより反射偏向された光束は、走査光学手段６により被走査面７（感光ドラム面）上にスポット形状に結像され、前記偏向手段５を矢印Ａ方向に回転させることによって前記感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向に等速度で光走査される。
【００２２】
図３は、第１光学素子６ａの形状を表す式である。
【００２３】
図４は、第２光学素子６ｂの形状を表す式である。
【００２４】
図３、図４に示す式においては、各光学素子面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸に垂直な方向をＺ軸としている。
【００２５】
図５は、実施形態１における光学配置の具体例を示す表である。
【００２６】
図６は、実施形態１の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表である。
【００２７】
実施形態１では、第２光学素子の第１面を副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面にすることにより、副走査方向における第２光学素子の凸パワーを強め、走査光学手段６全系の副走査方向倍率の低減を図っている。走査光学手段６の副走査方向横倍率βについては、｜β｜＝２．８４であるので、
１＜｜β｜＜３        （１）
を満たしており、公差を緩和することが可能となる。
【００２８】
条件式（１）の下限を越えると走査光学手段６の光学素子が被走査面側に近づき、光学素子及び走査光学装置全体が大型化して良くない。また、条件式（１）の上限を越えると走査光学手段６の副走査方向倍率が高くなり、公差が厳しくなるので良くない。
【００２９】
実施形態１では回折系のパワーを、副走査方向に所望の凸パワーに設定している。回折系のパワーを所望の凸に設定することにより、走査光学手段６の環境変動によるレンズ材質の屈折率変化で生じるピント移動を、光源の波長変動に起因する回折パワーの変化によって補正することが可能となる。
【００３０】
図７は、実施形態１における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示している。同図において、点線は常温での像面湾曲、実線は２５℃昇温した時の像面湾曲を表している。ここで、２５℃昇温した時の光学素子６ａ，６ｂの屈折率ｎ*  、及び光源手段１の波長λ*  はそれぞれ、
ｎ*  ＝１．５２２１
λ*  ＝７８６．４ｎｍ
とする。同図よりピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００３１】
実施形態１における回折格子形状は、鋸歯状のブレーズド格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。
【００３２】
以上のことにより、本実施形態１において、走査光学手段の副走査方向倍率の低減による公差の緩和を可能とし、高精細な印字、及び環境変動（温度変化）に強いコンパクトな走査光学装置の提供が可能になる。
【００３３】
［実施形態２］
図８は、実施形態２の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。主走査方向に関しては本実施形態１と同一形状である。
【００３４】
６はｆθ特性を有するｆθレンズ系６ａ，６ｂより成る走査光学手段である。第１光学素子６ａは、主走査方向、副走査方向ともに凸の異なるパワーを有するアナモフィックレンズであり、第１面、第２面ともにトーリック面で構成されている。主走査方向は第２面が非球面形状である。第２光学素子６ｂは、第１面が平面であり、第２面は副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面で構成され、且つ前記シリンドリカル面Ｃ上に主走査方向、副走査方向ともに凸のパワーを有するように回折光学素子が形成されている。これらのｆθレンズ系６ａ，６ｂは、ともにプラスチック材料で成形される。さらに本走査光学手段は、副走査方向において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００３５】
図９は、実施形態２の光学配置の具体例を示す表である。
【００３６】
図１０は、実施形態２の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表である。
【００３７】
実施形態２では、第２光学素子の第２面を副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面にすることにより、副走査方向における第２光学素子の凸パワーを強め、走査光学手段６全系の副走査方向倍率の低減を図っている。走査光学手段６の副走査方向横倍率βについては、｜β｜＝２．７８であるので、条件式（１）を満たしている。条件式（１）の下限を越えると走査光学手段６の光学素子が被走査面側に近づき、光学素子及び走査光学装置全体が大型化して良くない。また、条件式（１）の上限を越えると走査光学手段６の副走査方向倍率が高くなり、公差が厳しくなるので良くない。
【００３８】
実施形態２では回折系のパワーを、副走査方向に所望の凸パワーに設定し、走査光学装置全系において温度補償効果を有している。
【００３９】
図１１は、実施形態２における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示している。同図において、点線は常温での像面湾曲、実線は２５℃昇温した時の像面湾曲を表している。ここで、２５℃昇温した時の光学素子２６ａ，２６ｂの屈折率ｎ*  、及び光源手段１の波長λ*  はそれぞれ、
ｎ*  ＝１．５２２１
λ*  ＝７８６．４ｎｍ
とする。同図よりピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００４０】
本実施形態２における回折格子形状は、鋸歯状のブレーズド格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。
【００４１】
以上のことにより、実施形態２において、走査光学手段の副走査方向倍率の低減による公差の緩和を可能とし、高精細な印字、及び環境変動（温度変化）に強いコンパクトな走査光学装置の提供が可能になる。
【００４２】
［実施形態３］
図１２は、実施形態３の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。主走査方向に関しては本実施形態１と同一形状である。
【００４３】
６はｆθ特性を有するｆθレンズ系６ａ，６ｂより成る走査光学手段である。第１光学素子６ａは、主走査方向、副走査方向ともに凸の異なるパワーを有するアナモフィックレンズであり、第１面、第２面ともにトーリック面で構成されている。また、第２面は主走査方向が非球面形状であり、副走査方向は曲率半径が光軸から離れるに従い連続的に変化している。第２光学素子６ｂは、第１面が副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面であり、曲率半径が光軸から離れるに従い連続的に変化している。第２面は平面Ｃ上に主走査方向、副走査方向ともに凸のパワーを有するように回折光学素子が形成されている。これらのｆθレンズ系６ａ，６ｂは、ともにプラスチック材料で成形される。さらに本走査光学手段は、副走査方向において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００４４】
図１３は、実施形態３の光学配置の具体例を示す表である。
【００４５】
図１４は、実施形態３の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表である。
【００４６】
実施形態３では、第２光学素子の第１面を副走査方向に凸のパワーを有するシリンドリカル面にすることにより、副走査方向における第２光学素子の凸パワーを強め、走査光学手段６全系の副走査方向倍率の低減を図っている。走査光学手段６の副走査方向横倍率βについては、｜β｜＝２．５４であるので、条件式（１）を満たしている。条件式（１）の下限を越えると走査光学手段６の光学素子が被走査面側に近づき、光学素子及び走査光学装置全体が大型化して良くない。また、条件式（１）の上限を越えると走査光学手段６の副走査方向倍率が高くなり、公差が厳しくなるので良くない。
【００４７】
実施形態３では回折系のパワーを、副走査方向に所望の凸パワーに設定し、走査光学装置全系において温度補償効果を有している。
【００４８】
図１５は、実施形態３における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示している。同図において、点線は常温での像面湾曲、実線は２５℃昇温した時の像面湾曲を表している。ここで、２５℃昇温した時の光学素子６ａ，６ｂの屈折率ｎ*  、及び光源手段１の波長λ*  はそれぞれ、
ｎ*  ＝１．５２２１
λ*  ＝７８６．４ｎｍ
とする。同図よりピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００４９】
又、実施形態３では、第１光学素子第２面と第２光学素子第１面の副走査方向曲率半径を光軸から離れるに従い連続的に変化させている。このことにより、全像高において副走査方向の倍率をほぼ一定に補正し、複数の光束を走査する場合に生じる走査線間隔の誤差を良好なレベルに抑えることが可能になる。
【００５０】
図１６は、実施形態３における各像高の副走査方向倍率比を表したグラフである。横軸に像高、縦軸に軸上の倍率に対する各像高の倍率比誤差を示す。同図より、副走査方向倍率比誤差が全像高にわたり１％以下に補正されていることが分かる。
【００５１】
実施形態３における回折格子形状は、鋸歯状のブレーズド格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。
【００５２】
以上のことにより、本実施形態３において、走査光学手段の副走査方向倍率の低減を図っている。又、回折面を有する前記第２光学素子において、第１面をトーリック面等にすることにより主走査方向コマ収差を低減させたり、第２面を球面、トーリック面等にすることにより回折パワーを副走査方向に所望の凸パワーに設定している。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、光源から射出された少なくとも１つの光束を偏向手段により偏向し、前記偏向手段により偏向された光束を走査光学手段により被走査面上にスポット状に結像させ、前記被走査面上を光走査する走査光学装置において、前記走査光学手段が主走査方向、副走査方向ともに異なるパワーを有するアナモフィックレンズより成る第１光学素子と、回折面を有する第２光学素子の２枚より構成され、前記第２光学素子は少なくとも１面副走査方向に屈折によるパワーを有することにより、走査光学手段の副走査方向倍率の低減を図り、高精細な印字、及び環境変動（温度変化）に強く、また複数光束の走査にも対応可能であるコンパクトな走査光学装置の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の走査光学装置の主走査方向断面図
【図２】実施形態１の走査光学装置の副走査方向断面図
【図３】実施形態１の走査光学装置の第1光学素子の形状を表す式
【図４】実施形態１の走査光学装置の第２光学素子の形状を表す式
【図５】実施形態１の走査光学装置の具体例を示す表
【図６】実施形態１の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表
【図７】実施形態１の走査光学装置の昇温前後の像面湾曲を示すグラフ
【図８】実施形態２の走査光学装置の副走査方向断面図
【図９】実施形態２の走査光学装置の具体例を示す表
【図１０】実施形態２の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表
【図１１】実施形態２の走査光学装置の昇温前後の像面湾曲を示すグラフ
【図１２】実施形態３の走査光学装置の副走査方向断面図
【図１３】実施形態３の走査光学装置の具体例を示す表
【図１４】実施形態３の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表
【図１５】実施形態３の走査光学装置の昇温前後の像面湾曲を示すグラフ
【図１６】実施形態３の走査光学装置の各像高における副走査方向倍率比を示すグラフ
【図１７】従来の走査光学装置の主走査方向断面図
【図１８】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の主走査方向断面図
【図１９】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の副走査方向断面図
【図２０】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の具体例を示す表
【図２１】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す表
【図２２】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の昇温前後の像面湾曲を示すグラフ
【図２３】屈折部と回折部とを備えた従来の走査光学装置の各像高における副走査方向倍率比を示すグラフ
【符号の説明】
１，１１  光源手段（半導体レーザー）
２，１２  コリメータレンズ
３，１３  開口絞り
４，１４  シリンドリカルレンズ
５，１５  偏向手段（回転多面鏡）
５ａ，１５ａ  偏向面
６，１６  走査光学手段
６ａ  第１光学素子
６ｂ  第２光学素子
Ｃ，Ｄ  回折格子面
７，１８  被走査面（感光ドラム面）
【図１】
0004652506.tif 000002
【図２】
0004652506.tif 000003
【図３】
0004652506.tif 000004
【図４】
0004652506.tif 000005
【図５】
0004652506.tif 000006
【図６】
0004652506.tif 000007
【図７】
0004652506.tif 000008
【図８】
0004652506.tif 000009
【図９】
0004652506.tif 000010
【図１０】
0004652506.tif 000011
【図１１】
0004652506.tif 000012
【図１２】
0004652506.tif 000013
【図１３】
0004652506.tif 000014
【図１４】
0004652506.tif 000015
【図１５】
0004652506.tif 000016
【図１６】
0004652506.tif 000017
【図１７】
0004652506.tif 000018
【図１８】
0004652506.tif 000019
【図１９】
0004652506.tif 000020
【図２０】
0004652506.tif 000021
【図２１】
0004652506.tif 000022
【図２２】
0004652506.tif 000023
【図２３】
0004652506.tif 000024