(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の走査対象面上にレーザー光束を同時に走査するために、前記走査対象面と同数のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する前記走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、
前記回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束は、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍において交差し、
前記結像光学系は、前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束の全てが入射するように配置された前側レンズ群と、少なくとも副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束が個々に透過する複数の後側レンズ群を有し、
前記後側レンズ群は、夫々、自己に入射するレーザー光束と前側レンズ群の光軸との角度に応じて定められた別個のレンズ形状を有し、
前記複数の後側レンズ群の別個のレンズ形状は、同じ表式で表される光学面を持ち、レンズ面上におけるレーザー光束の入射位置と光学面基準軸との副走査方向のずれ量が互いに異なるようにレンズの外形に対して光学面基準軸が各々ずらされたレンズ形状である
ことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
前記複数の後側レンズ群は、自己に入射するレーザー光束と前側レンズの光軸との角度が大きくなるほど、前記ずれ量が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
【請求項３】
複数の走査対象面上にレーザー光束を同時に走査するために、前記走査対象面と同数のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する前記走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、
前記回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束は、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍において交差し、
前記結像光学系は、前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束の全てが入射するように配置された前側レンズ群と、少なくとも副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束が個々に透過する複数の後側レンズ群を有し、
前記後側レンズ群は、夫々、自己に入射するレーザー光束と前側レンズ群の光軸との角度に応じて定められた別個のレンズ形状を有し、
前記複数の後側レンズ群の別個のレンズ形状は、夫々、自己に入射するレーザー光束の前側レンズの光軸との角度に応じて異なる表式で表される光学面を有する形状であり、前記複数の後側レンズ群の別個のレンズの副走査方向の形状は非対称である
ことを特徴とする走査光学系。
【請求項４】
前記前側レンズ群は、その光軸が、前記回転多面鏡の中心軸に直交する方向と平行な状態で、前記複数のレーザー光束の交差点を貫く位置に、配置されるとともに、その光軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に直交する主走査平面を対称面として面対称となるレンズ形状に、形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査光学系。
【請求項５】
前記回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束は、前記主走査平面の一方側においてこの主走査平面に対して互いに異なる角度で傾く２本のレーザー光束と、この主走査平面の他方側においてこの主走査平面に対して互いに異なる角度で傾く２本のレーザー光束とからなり、前記主走査平面に近い側を通る２本のレーザー光束は、前記主走査平面に対する角度の絶対値が互いに等しく、前記主走査平面から離れた側を通る２本のレーザー光束は、前記主走査平面に対する角度の絶対値が互いに等しい
ことを特徴とする請求項４記載の走査光学系。
【請求項６】
前記主走査平面に対する角度の絶対値が互いに等しい２本のレーザー光束が入射する後側レンズ群は、互いに同じレンズ形状である
ことを特徴とする請求項５記載の走査光学系。
【請求項７】
前記複数の後側レンズ群は、すべて異なるレンズ形状を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の走査光学系。
【請求項８】
前記回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束は、前記主走査平面に投影された場合、前記前側レンズ群の光軸に対して所定の角度にて傾いている
ことを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の走査光学系。
【請求項９】
前記各後側レンズ群は、前記副走査方向においてレーザー光束を収束させるパワーが前記主走査方向においてレーザー光束を収束させるパワーよりも強いアナモフィック光学系である
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の走査光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーレーザープリンターやカラーレーザーコピーに利用される走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ出力用やコピー装置に組み込まれて使用されるカラープリンターにおいては、一般に、高速にカラー印刷したいとの要望があることから、イエロー(Ｙ)，マゼンダ(Ｍ)，シアン(Ｃ)，ブラック(Ｂ)の各色成分毎に感光ドラムや帯電器や現像器を備えたタイプのカラーレーザープリンターが主流となっている。その各感光ドラムの感光面上に静電潜像を形成するための走査光学系としては、各感光ドラムに回転多面鏡と結像光学系とを１組ずつ備えたものもあるが、回転多面鏡と結像光学系とを４組用意するのはコスト的に問題がある。そのため、近年では、１つの回転多面鏡を共通に利用することにより複数本のレーザー光束を同時に偏向するとともに、それ以後において各レーザー光束をこれらに個々に対応する結像光学系に夫々入射させて各感光ドラムに導く走査光学系が、提案されている。
【０００３】
なお、このように１つの回転多面鏡を用いて複数のレーザー光束を一度に偏向する場合、副走査方向に分離して配置された各結像光学系に向けてレーザー光束を夫々入射させるためには、各レーザー光束を、回転多面鏡の反射面に対し、当該中心軸に直交する平面に対して傾けた状態で入射させるか、或いは、副走査面内で互いにある程度の間隔だけ離した状態で該中心軸に直交するように入射させる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のように、当該中心軸に直交する平面に対して傾けた各レーザー光束を回転多面鏡の偏向反射面に入射させる場合、偏向されたレーザー光束により走査対象面上に描かれる軌跡である走査線は、副走査方向へ湾曲する。このとき、結像光学系を構成するレンズのうち、副走査方向に収束パワーを有するレンズであって他のレンズよりも走査対象面の近くに配置されているレンズを、そのレンズに入射するレーザー光束に対して副走査方向へ偏心させれば、感光面上の走査線の湾曲をある程度抑えることができる。しかしながら、偏心量はレンズに入射するレーザー光束の角度に応じて異なるので、このようなレンズは広い有効範囲を持つように、製造されねばならないために、その加工は極めて難しかった。然も、加工が難しいレンズを４組用意せねばならないために、この走査光学系全体の製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
一方、後者のように、副走査方向に離間させて平行に並べた各レーザー光束を回転多面鏡の偏向反射面に入射させる場合、各結像光学系の光軸上に沿ってレーザー光束を通過させることができるので、感光面上の走査線を直線状にすることが可能である。しかしこのとき、回転多面鏡の副走査方向の幅を大きくせねばならないし、また、このような回転多面鏡の大型化に伴って、それを高速回転させるモーターもパワーの強いものを用意せねばならないので、やはりコスト的に問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束が回転多面鏡の中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながら、低コストなレンズ群を利用して走査線湾曲を補正可能な走査光学系を、提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
複数の走査対象面上にレーザー光束を同時に走査するために、走査対象面と同数のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する前記走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して各感光面に走査線を形成する走査光学系であって、前記回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束は、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍において交差し、前記結像光学系は、前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束の全てが入射するように配置された前側レンズ群と、前記感光面走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向されたレーザー光束が個々に透過する複数の後側レンズ群とを有し、前記後側レンズ群は、夫々、自己に入射するレーザー光束と前側レンズ群の光軸との角度に応じて定められた別個のレンズ形状を有し、前記複数の後側レンズ群の別個のレンズ形状は、同じ表式で表される光学面を持ち、レンズ面上におけるレーザー光束の入射位置と光学面基準軸との副走査方向のずれ量が互いに異なるようにレンズの外形に対して光学面基準軸が各々ずらされたレンズ形状であることを、特徴とする。
【０００８】
このように構成されると、後側レンズ群を構成する各レンズは、夫々、様々な偏心量に対応する広い有効範囲を持つ必要がないので、自己に入射するレーザー光束が透過する部分だけからなるレンズ形状とすることが可能となる。これにより、有効範囲の広いレンズ形状を有する１種類のレンズ群を複数用意するときよりも、走査光学系全体の製造コストを低く抑えられる。また、本発明の走査光学系では、回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束が、回転多面鏡の偏向反射面の近傍において交差する。この場合、回転多面鏡の中心軸方向の幅を極めて小さくできるので、回転多面鏡を小型化することができ、強いパワーを有するモーターを用いなくても良くなる。
【０００９】
なお、複数の後側レンズ群が有する別個のレンズ形状とは、互いに異なる表式で表される光学面からなるレンズ形状であってもよいし、同じ表式で表される光学面を持ち、レンズ面上におけるレーザー光束の入射位置と光学面基準軸との副走査方向のずれ量が互いに異なるようにレンズの外形に対して光学面基準軸が各々ずらされたレンズ形状であってもよい。
【００１１】
なお、前側レンズ群は、その光軸が、回転多面鏡の中心軸に直交する方向と平行な状態で、複数のレーザー光束の交差点を貫く位置に、配置されるとともに、その光軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に直交する主走査平面を挟んでその両側が面対称となるレンズ形状に、形成されていても良い。
【００１２】
また、回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束としては、主走査平面の一方側においてこの主走査平面に対して互いに異なる角度で傾く２本のレーザー光束と、主走査平面を挟んでその２本のレーザー光束とは反対側においてこの主走査平面に対して互いに異なる角度で傾く２本のレーザー光束とからなる４本のレーザー光束であって、主走査平面に近い側を通る２本のレーザー光束が、主走査平面に対して等角度で傾けられているとともに、主走査平面から離れた側を通る２本のレーザー光束が、主走査平面に対して等角度で傾けられていても良い。この場合、主走査平面に近い側を通る２本のレーザー光束は、互いに同じレンズ形状の後側レンズ群を透過し、主走査平面から離れた側を通る２本のレーザー光束は、互いに同じレンズ形状の後側レンズ群を透過する。従って、同じレンズ形状の後側レンズ群を２個ずつ用意すれば良いので、その製造コストを抑えることができる。
【００１３】
さらに、回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束としては、主走査平面に投影された場合、前側レンズ群の光軸に対して所定の角度にて傾いていても良い。
【００１４】
また、後側レンズ群の形状は主走査方向について光軸に対して非対称とし、主走査平面に対して同じ角度である２本のレーザー光束に対しても異なる形状としても良い。このとき、後群のレンズ形状がすべて異なることになる。
【００１５】
また、後側レンズ群は、副走査方向においてレーザー光束を収束させるパワーが主走査方向においてレーザー光束を収束させるパワーよりも強いアナモフィック光学系であっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施形態の走査光学系は、複数のレーザー光束を同時に偏向することによりレーザー光束と同数の走査対象に対して一度に走査を行えるものであり、特に、印刷用紙を１回搬送する間にイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの色成分のトナー像を順次転写してカラー画像を高速に印刷するタイプのカラーレーザープリンターに組み込まれて使用されるものである。以下、本実施形態の走査光学系について、図面を参照しながら説明する。なお、上述したようなカラーレーザープリンターにこの走査光学系が組み込まれた際に、そのプリンターができるだけ小型化されるようにするために、本実施形態の走査光学系では、ポリゴンミラーによって偏向された４本のレーザー光束の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている（図３参照）。そこで、先ず、直線状に展開した状態の走査光学系を、図１及び図２の光学構成図を用いて説明し、その後、その光路が折り曲げられている状態の走査光学系を、図３の光学構成図を用いて説明する。
【００１７】
本実施形態の走査光学系は、図１の展開図に示されるように、レーザー光源１と、コリメートレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と、レーザー光束を偏向する回転多面鏡であるポリゴンミラー５と、このポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束を結像させる結像光学系１０とを、備えている。結像光学系１０は、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２とを含む。なお、この明細書では、走査対象面上をスポットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向を副走査方向とし、走査光学系中の各構成要素での方向は走査対象面上の方向を基準に説明する。また、回転多面鏡の回転軸と直交し、かつ前側レンズ群の光軸を含む面を主走査平面、前側レンズ群の光軸を含み主走査平面と直交する平面を副走査平面と定義する。
【００１８】
レーザー光源１から発せられたレーザー光束は、コリメータレンズ２において平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ３を透過した後、中心軸５ａ周りに等角速度にて回転駆動されるポリゴンミラー５により偏向される。ポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束は、結像光学系１０を透過することにより、主走査方向（図１の紙面内における上下方向）に沿って等速度に走査対象面Ｓ上を走査するスポット光として形成される。
【００１９】
なお、コリメートレンズ２において平行光束に変換されたレーザー光束は、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー５で反射され、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上に収束される。一方、副走査方向（図１の紙面に対して直交する方向）においては、当該レーザー光束は、シリンドリカルレンズ３によりポリゴンミラー５の偏向反射面近傍で一旦収束され、発散光として結像光学系１０に入射し、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上にて再び収束される。このとき、結像光学系１０によってポリゴンミラー５の偏向反射面と走査対象面Ｓとが共役関係となっているために、走査対象面Ｓでは、ポリゴンミラー５の各偏向反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による副走査方向における走査位置のズレが、補正される。このため、レーザー光束は、ポリゴンミラー５のどの偏向反射面によって反射されても、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００２０】
結像光学系１０は、ポリゴンミラー５に近い側にある前側レンズ群１１と、走査対象面Ｓに近い側にある後側レンズ群１２とから、構成されている。このうちの前側レンズ群１１は、主に主走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するものであり、後側レンズ群１２は、主に副走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するとともに、主走査方向の像面湾曲やｆθ特性誤差などの収差を補正する機能をも負担するレンズである。
【００２１】
本実施形態の走査光学系は、図１に示される光学構成を副走査方向に４組重ねることにより、イエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの各色成分毎に備えられる感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）に対し、一度に書き込みを行えるようにしたものである。但し、この走査光学系は、図２の副走査方向の展開図に示されるように、１個のポリゴンミラー５と一つの前側レンズ群１１を４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用している。従って、ポリゴンミラー５の一つの偏向反射面による一回の偏向によって、４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対して同時に走査を行うことができる。
【００２２】
なお、ポリゴンミラー５に入射する前の４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面内では前側レンズ群の光軸に対し等しい角度をもって進行するとともに、副走査平面内では偏向反射面近傍の１点にて交差し、その交差点Cは前側レンズ群の光軸上にある。より具体的には、ポリゴンミラー５に入射する４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面P1の一方側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L1，L2と，主走査平面P1を挟んでこの２本のレーザー光束L1，L2とは反対側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L3，L4とからなる。そのうち、主走査平面P1に近い側を通る２本のレーザー光束L2，L3は、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値が互いに等しく、主走査平面P1から離れた側を通る２本のレーザー光束L1，L4も、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値が互いに等しくなるように交差点Ｃに入射する。これにより、４本のレーザー光束L1〜L4は、ポリゴンミラー５によって偏向された後は、主走査平面P1から徐々に離れる方向に進行する。
【００２３】
結像光学系１０の前側レンズ群１１は、４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるため、図２に示されるように、ポリゴンミラー５によって偏向される４本のレーザー光束L1〜L4が全て透過可能な副走査方向における幅を、有している。
【００２４】
結像光学系１０の後側レンズ群１２は、４本のレーザー光束L1〜L4と４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対応して第１〜第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの４組存在し、これら後側レンズ群は、夫々、基準軸が前側レンズ群１１の光軸から副走査方向へ平行にシフトされた状態で、配置されている。そのシフト量（偏心量）は、主走査平面P1から徐々に離れるように進行するレーザー光束L1〜L4が、夫々各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸から副走査方向に所定量ずれた位置に入射するように決定されている。
【００２５】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸のレーザー光束に対するずらし方向は、各レーザー光束L1〜L4が前側レンズ群１１の軸外を透過することによって生じる走査線の副走査方向への湾曲が、各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）上において打ち消される方向であり、図２に示されるように、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸が主走査平面P1に近寄る方向である。また、そのずらし量は、感光面上で走査線がほぼ直線となる距離であり、前後側レンズ群１１，１２の光学特性，交差点Ｃと前側レンズ群１１との距離，及び、主走査平面P1における前側レンズ群１１と後側レンズ群１２との距離が定まっているのであれば、交差点Ｃにおいてレーザー光束L1〜L4が主走査平面P1に対して傾く角度によって決まる。なお、実施形態において後側レンズ群１２の基準軸とは、後側レンズ群１２の面形状を表式で表した場合の原点を通る軸である。
【００２６】
なお、前側レンズ群１１が、主走査平面P1を対称面としてその両側が対称であるレンズ面形状に形成されている場合、主走査平面P1に対し互いに等しい角度で前側レンズ群１１に入射するレーザー光束による走査線に生じる湾曲の度合いは互いに等しくなる。そのため、後側レンズ群１２ｙと１２ｂのずらし量は互いに等しく、後側レンズ群１２ｍと１２ｃのずらし量も互いに等しくなるように調整される。
【００２７】
さらに、レーザー光束L1，L4の主走査平面P1に対する角度はレーザー光束L2，L3の主走査平面P1に対する角度より大きいので、レーザー光束L1，L4による走査線の湾曲の度合いが、レーザー光束L2，L3による走査線の湾曲の度合いよりも大きい。これに対応して、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂのずらし量は、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃのずらし量よりも大きいものとなっている。
【００２８】
第１乃至第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂのレンズ形状は、それぞれの後群レンズ群に入射するレーザー光束が前側レンズ光軸とのなす角度に応じた適切な収差補正効果が得られるように、別個に定められている。本実施形態では、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂに入射するレーザー光束Ｌ１，Ｌ４、および第２，第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃに入射するレーザー光束Ｌ２，Ｌ３の前側レンズ１１の光軸に対する角度の絶対値はそれぞれ等しい。そこで、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂと第２，第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃとを、それぞれ主走査方向の形状が副走査平面に対し対称な同一形状のレンズから構成し、主走査平面P1を挟んでその両側に対称に配置している。なお、第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの副走査方向の形状は非対称である。
【００２９】
以上に示した走査光学系の構成は、直線状に展開したものであるが、上述したように、本実施形態の走査光学系は、走査された４本のレーザー光束L1〜L4の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている。具体的には、図３に示されるように、４組の後側レンズ群１２が、前側レンズ群１１の光軸から図３の下方へ平行にオフセットした仮想直線上において、所定の間隔（具体的には、各々を透過後のレーザー光束L1〜L4のビーム軸が等間隔となるような間隔）に配置されている。
【００３０】
また、前側レンズ群１１と各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4をそれらに個々に対応する後側レンズ群１２へ向けて反射させるための２枚一組の折返しミラー（第１及び第２折返しミラー６，７）が、介在している。具体的には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4のビーム軸上には、夫々、そのビーム軸を一旦、対応する後側レンズ群１２から離れる側へ折り曲げる第１折返しミラー６が、配置されている。そして、これら第１折返しミラー６によって折り曲げられたビーム軸上には、このビーム軸を後側レンズ群１２に入射させるように更に折り曲げる第２折返しミラー７が、配置されている。従って、第２折返しミラー７によって折り曲げられたビーム軸は、第１折返しミラー６によって折り曲げられる前のビーム軸に交差する。
【００３１】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの光束射出側における各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂからほぼ等距離の位置には、夫々、対応する感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂが配置されている。各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂは、互いに同じ大きさの円柱形状の外形を有するように形成され、その中心軸を主走査方向と平行な方向へ向けた状態で、前側レンズ群１１の光軸と平行な方向に等間隔に並べられているとともに、その中心軸周りに回転可能に設置されている。
【００３２】
次に、本実施形態の走査光学系の具体的な実施例を３例説明する。
【００３３】
【実施例１】
第１の実施例では、第２，第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃはレーザー光束L2，L3による走査線に対して適正に収差補正できるように設定された光学面を持つ単レンズであり、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂは第２，第３の後側レンズと同一の表式で表される光学面をその基準軸とレンズ外形中心との距離を変化させた面を持つ単レンズである。
【００３４】
図４は、第１の実施例による走査光学系の主走査方向における説明図であり、図５及び図６は、第１の実施例による走査光学系の副走査方向における説明図である。なお、図４は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1〜L4に対する光路を示し、図５は、レーザー光束L2，L3に対する光路を示し、図６は、レーザー光束L1，L4に対する光路を示している。これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。また、レーザー光束L2，L3に関する光路は、主走査平面P1を挟んで対称な位置にあるので、図５においては何れか一方側のものを代表させて示している。さらに、レーザー光束L1，L4に関する光路についても同様に、図６においては何れか一方側のものを代表させて示している。
【００３５】
この第１の実施例の結像光学系１０の前側レンズ群１１は、両面が共に回転対称非球面として形成された第１レンズ１１ａと，入射側の面が平面に形成されるとともに射出側の面が球面として形成された第２レンズ１１ｂとから、構成されている。また、その後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、それぞれ、入射側の面が回転非対称非球面として形成されるとともに射出側の面が球面として形成された１枚のレンズから、構成されている。なお、後側レンズ群のことを、以下では単に「後側レンズ」という。
【００３６】
後側レンズ１２ｍ，１２ｃの入射側の回転非対称非球面は、その面に接する仮想的な基準平面からのサグ量が基準平面内で主走査方向及び副走査方向の二次元座標を変数とする多項式により定義される光学面であり、後側レンズ群の基準軸とはこの二次元座標の原点を通る軸である。後側レンズ１２ｙ，１２ｂの入射側の回転非対称非球面は、後側レンズ１２ｍ，１２ｃの回転対称非球面と同一の多項式により定義される光学面の、レンズ外形中心と基準軸との距離を変えたものである。
【００３７】
図４乃至図６に示される第１の実施例の走査光学系の近軸における具体的な数値構成を、表１に示す。この表１において、記号αは、主走査平面P1に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1〜L4の前側レンズ群１１の光軸に対する角度であり、記号β１は、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L2，L3のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度（絶対値）であり、記号β２は、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1，L4のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度（絶対値）であり、記号ｒは、レンズ面の近軸曲率半径（単位は[mm]）であり、記号ｄは、直後のレンズ面との間における前側レンズ群１１の光軸上での距離（単位は[mm]）であり、記号ｎは、設計波長780nmでの各レンズの屈折率であり、偏心量は、前側レンズ群の光軸に対する後側レンズ基準軸の副走査方向へのシフト量（単位は[mm]）であり、ずらし量は、レンズの外形中心と基準軸との副走査方向の距離（単位は[mm]）である。また、（内／外）のうち、「内」はレーザー光束L2，L3に関する光学系を示し、「外」はレーザー光束L1，L4に関する光学系を示す。なお、全系の焦点距離は、200mmであり、走査対象面Ｓ上の有効走査幅を走査するのに必要な画角の半値は、30.9°であり、偏向基準点（前側レンズ群１１の前側焦点に一致する点であって、ポリゴンミラー５の偏向反射面で反射したレーザー光束が副走査平面P2に沿って進行する時における偏向反射面上の偏向点）から第１面までの距離は、33.0[mm]である。
【００３８】
【表１】
α＝80°    β１＝1.15°    β２＝3.46°
ずらし量（内／外）＝0.6／2.0
0004439141.tif 000002
この表１において、 第１面及び第２面が前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａを示し、第３面及び第４面が前側レンズ群１１の第２レンズ１１ｂを示し、第５面及び第６面が後側レンズ１２を示している。第5面のｒは基準軸上の曲率半径である。
【００３９】
このうち、第１面及び第２面は、光軸での接平面から高さhの点までの光軸と平行な方向におけるサグ量X(h)が以下の式(１)で表される回転対称な非球面である。
【００４０】
X(h)＝Ch2/[1+√[1-(κ+1)C2h2]]+A4h4+A6h6+A8h8  …  (１)
上式(１)中、Cは非球面の光軸上での曲率(表１のｒの逆数)、κは円錐係数、A4，A6，A8は夫々４次，６次，８次の非球面係数である。第１面及び第２面の円錐係数κと非球面係数を、夫々表２に示す。
【００４１】
【表２】
0004439141.tif 000003
また、第５面は、その面に接する仮想的な基準平面からのサグ量が基準平面内で主走査方向及び副走査方向の二次元座標を変数とする多項式により定義される光学曲面であり、この２次元座標は、基準平面に直交する単一の基準軸とこの基準平面との交点を原点として定義される。具体的には、第５面は、基準平面上での主走査方向の高さをY、副走査方向の高さをZの点(Y,Z)におけるサグ量X(Y,Z)が以下の式(２)で表される回転非対称非球面である。
【００４２】
X(Y,Z)＝(Y2+Z2)/[r[1+√〔1-(κ+1)(Y2+Z2)/r2〕]]+ΣΣB(m,n)YmZn  …  (２)
上式(２)中、ｒは基準軸上の曲率半径、κは円錐係数、B(m,n)は非球面係数である。非球面係数B(m,n)の値を、表３に示す。なお、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００４３】
【表３】
B(m,n)   n=0         n=1         n=2         n=4         n=6
m=0      −       6.209×10-3   1.735×10-2   4.307×10-6   1.194×10-9
m=2     0.000    1.218×10-7  -4.888×10-7  -3.094×10-10     0.000
m=4  1.162×10-7  -5.644×10-11  1.158×10-11     0.000       0.000
m=6 -9.586×10-12     0.000       0.000       0.000       0.000
m=8  5.348×10-16     0.000       0.000       0.000       0.000
主走査方向については、奇数次(m=1,3,5,…)の項の非球面係数は０であるために、第５面は、主走査方向に関しては形状の変化が原点に対して対称となる。この表３では、ｍについては奇数次の項を省略している。また、副走査方向については、１次成分のみを含む項の非球面係数B(m,1)を除く奇数次(n=3,5,…)の項の係数は０であるが、非球面係数B(m,1)が０以外である（但し、(m=0,2,4)の場合）ために、第５面は、副走査方向に関しては傾いている。この表３では、ｎについては１次成分以外の奇数次の項を省略している。
【００４４】
図７は、第１の実施例の走査光学系におけるレーザー光束L2，L3に対する光学性能を示すグラフであり、(a)は、ｆθ誤差（スポット位置の理想位置からのズレ）を示し、(b)は、走査線湾曲（スポット位置の副走査方向へのズレ）を示す。何れのグラフも縦軸ｙは、像高、即ち、感光ドラム上で走査中心を基準にした主走査方向の距離を示し、横軸ｚは、各収差の発生量を示しており、単位は何れも[mm]である。レーザー光束L2，L3に対する後側レンズ１２ｍ，１２ｃは、主走査平面P1に近い側を通るレーザー光束L2，L3による走査線を適正に補正するように設計されている。そのため、図７に示されるように、何れの収差とも良好に補正されている。
【００４５】
後側レンズ１２ｙ，１２ｂは、後側レンズ１２ｍ，１２ｃと同一の光学曲面を持つが、その基準軸のレンズ外形中心に対するずらし量が異なる。従って、後側レンズ１２ｙ，１２ｂと１２ｍ，１２ｃとではレンズの同一箇所に入射する光束に対する作用が異なる。レーザー光束L1，L4に対する (a)ｆθ誤差と(b)走査線湾曲とを示すグラフを、図８に示す。この図８に示されるように、レーザー光束L1，L4に対しても諸収差がある程度良好に補正される。
【００４６】
【実施例２】
第２の実施例は、上述した第１の実施例とは逆に、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂがレーザー光束L1，L4による走査線に対して適正に収差補正できるように設定された光学面を持ち、第２，第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃは第１，第４の後側レンズと同一の表式で表される光学面をその基準軸とレンズ外形中心との距離を変化させた面を持つ。第1乃至第4の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂはいずれも単レンズから構成されている。
【００４７】
図９は、第２の実施例による走査光学系の主走査方向における説明図であり、図１０及び１１は、第２の実施例による走査光学系の副走査方向における説明図である。なお、図９は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1〜L4に対する光路を示し、図１０は、レーザー光束L1，L4に対する光路を示し、図１１は、レーザー光束L2，L3に対する光路を示している。これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。
【００４８】
この走査光学系の近軸における具体的な数値構成を、表４に示す。なお、記号の意味やその他の条件については、表１に示されたものと同様である。
【００４９】
【表４】
α＝80°    β１＝1.15°    β２＝3.46°
ズラし量（内／外）＝0.6／2.0
0004439141.tif 000004
また、第１及び第２レンズ１１ａ，１１ｂは、第１の実施例と同じものであるので、第２の実施例における式(１)の非球面係数A4，A6，A8は、表２に示されたものと同じである。
【００５０】
第５面における非球面係数B(m,n)の値を、表５に示す。なお、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００５１】
【表５】
B(m,n)   n=0         n=1         n=2         n=4         n=6
m=0      −       1.950×10-2   1.713×10-2   4.244×10-6   1.194×10-9
m=2     0.000    3.148×10-7  -5.098×10-7  -3.703×10-10     0.000
m=4  1.282×10-7  -1.600×10-10  1.642×10-11     0.000       0.000
m=6 -9.157×10-12     0.000       0.000       0.000       0.000
m=8  5.189×10-16     0.000       0.000       0.000       0.000
図１２は、第２の実施例の走査光学系におけるレーザー光束L1，L4に対する光学性能を示すグラフであり、(a)ｆθ誤差、及び、(b)走査線湾曲を示す。レーザー光束L1，L4に対する後側レンズ１２ｙ，１２ｂは、主走査平面P1から離れた側を通るレーザー光束L1，L4による走査線を適正に補正するように設計されている。そのため、何れの収差とも良好に補正されている。
【００５２】
レーザー光束L2，L3に対する(a)ｆθ誤差と(b)走査線湾曲とを示すグラフを、図１３に示す。この図１３に示されるように、レーザー光束L2，L3のに対しても、やはり、諸収差がある程度良好に補正される。
【００５３】
【実施例３】
第３の実施例の走査光学系は、第２，第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃを内側用として適正に設計するともに、第１，第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｂを外側用として適正に設計したものである。第３の実施例の走査光学系を直線状に展開した説明図は、図４及び図５と図９及び図１０とに示されたものと同じであるので、図示を省略する。
【００５４】
この走査光学系の近軸における具体的な数値構成を、表６に示す。なお、記号の意味やその他の条件については、表１に示されたものと同様である。
【００５５】
【表６】
α＝80°    β１＝1.15°    β２＝3.46°
ずらし量（内／外）＝0.6／2.0
0004439141.tif 000005
また、第１及び第２レンズ１１ａ，１１ｂは、第１及び第２の実施例と同じものであるので、第３の実施例における式(１)の非球面係数は、表２に示されたものと同じである。
【００５６】
さらに、レーザー光束L2，L3が通る後側レンズ１２ｍ，１２ｃの第５面における非球面係数B(m,n)の値は、表３に示されたものと、また、レーザー光束L1，L4が通る後側レンズ１２ｙ，１２ｂの第５面における非球面係数B(m,n)の値は、表５に示されたものと同じである。
【００５７】
この第３の実施例のように構成されることにより、後側レンズ １２ｍ，１２ｃ，１２ｙ，１２ｂにより補正されるｆθ誤差や走査線湾曲は、図７及び図１２に示される結果となるために、何れの収差とも最も良好に補正される。
【００５８】
以上に示されるように、本実施形態の走査光学系おいては、各レーザー光束L1〜L4が主走査平面P1に対して傾く角度が２種類（β１，β２）ある。このとき、上記の第３の実施例において示されるように、２種類の後側レンズを用意すれば、各感光ドラムの感光面上では、諸収差を最も良好に補正することができる。また、これら後側レンズは、入射する光束の前側レンズ光軸に対する角度に応じて設定されたレンズ形状を有するため、従来のものほど有効範囲の広くする必要はなく、十分低廉に製造することができる。
【００５９】
また、主走査平面P1に対して各レーザー光束L1〜L4が傾く角度が３種類以上あっても、その夫々に合わせて３種類以上の後側レンズ１２を用意すれば、各感光ドラムの感光面上では、諸収差を最も良好に補正することができる。
【００６０】
さらに、主走査平面P1に関して対称となるようにレーザー光束L1〜L4を偏向反射面に入射させるとともに前側レンズ群１１を主走査平面を対称面として対称に形成すれば、後側レンズ群に入射するレーザー光束Ｌ１，Ｌ４およびＬ２，Ｌ３はぞれぞれ主走査平面P1に対する角度の絶対値が等しくなるので、対応する後側レンズ群１２ｙ，１２ｂおよび１２ｍ，１２ｃを同一形状のレンズとして形成することができ、その分製造コストを下げることができる。
【００６１】
なお、４本のレーザー光束L1〜L4を偏向反射面近傍で交差させることにより、ポリゴンミラー５の中心軸と平行な方向における幅を非常に小さくすることができる。これにより、ポリゴンミラー５を極めて薄く作ることができるために、その製造コストを下げられる。また、そのポリゴンミラー５を回転駆動させるモーターもパワーの強いものでなくても良くなる。
【００６２】
また、第１及び第２の実施例において示されるように、後側レンズ群１２を４組全て同じ表式で表される光学曲面を持つ形状として、レンズ外形中心に対する光学曲面基準軸のずらし量をレーザー光束の前側レンズ群光軸に対する角度に応じて変更することによっても、諸収差がある程度良好に補正される。このように後側レンズ群１２を４組全て同じ形状とする場合、図１４の説明図に示されるように、各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂを、１つのレンズ形状におけるレーザー光束が透過する部分を中心としてその中心周りのみを切り出した形状（部分形状）としても良い。
【００６３】
なお、以上においては、色成分がイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの４色の場合について説明したが、色成分が例えばイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣの３色の場合であっても、本発明の走査光学系による効果を得ることができる。この場合においては、３色に対応する３本のレーザー光束のうち、１本のレーザー光束を主走査平面P1に沿って交差点Ｃに入射させ、残りの２本のレーザー光束を主走査平面P1の両側から互いに等角度で交差点Ｃに入射させれば良い。
【００６４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の走査光学系は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束がその中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながらも、低コストで走査線の湾曲が補正された走査光学系を得ることができる。これにより、走査光学系全体の製造コストを引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態による走査光学系の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図２】  走査光学系の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図３】  走査光学系の光学構成を示す副走査方向の説明図
【図４】  第１の実施例の走査光学系の主走査方向における展開図
【図５】  第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図６】  第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図７】  第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成による諸収差を示すグラフ
【図８】  第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成による諸収差を示すグラフ
【図９】  第２の実施例の走査光学系の主走査方向における展開図
【図１０】  第２の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１１】  第２の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１２】  第２の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成による諸収差を示すグラフ
【図１３】  第２の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成による諸収差を示すグラフ
【図１４】  後側レンズ群のレンズ形状を示す説明図
【符号の説明】
１        レーザー光源
２        コリメートレンズ
３        シリンドリカルレンズ
５        ポリゴンミラー
６        第１折返しミラー
７        第２折返しミラー
１０        結像光学系
１１        前側レンズ群
１１ａ      第１レンズ
１１ｂ      第２レンズ
１２        後側レンズ群
２０ｙ      感光ドラム
２０ｍ      感光ドラム
２０ｃ      感光ドラム
２０ｂ      感光ドラム
【図１】
0004439141.tif 000006
【図２】
0004439141.tif 000007
【図３】
0004439141.tif 000008
【図４】
0004439141.tif 000009
【図５】
0004439141.tif 000010
【図６】
0004439141.tif 000011
【図７】
0004439141.tif 000012
【図８】
0004439141.tif 000013
【図９】
0004439141.tif 000014
【図１０】
0004439141.tif 000015
【図１１】
0004439141.tif 000016
【図１２】
0004439141.tif 000017
【図１３】
0004439141.tif 000018
【図１４】
0004439141.tif 000019