(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光束を発する光源部と、
光源部から発するレーザー光束を主として副走査方向に収束させるアナモフィック素子と、
前記光源部から発して前記アナモフィック素子により収束されたレーザー光束を偏向、走査させる偏向器と、
該偏向器により偏向されたレーザー光束を走査対象面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、
Ｓ1、Ｓ2を以下の式により定義したときに、以下の条件(A) を満たすことを特徴とする走査装置。
【数１】
0004551332.tif 000031
ただし、
y1_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y1_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
θ：前記結像光学系の第１レンズに対し最大像高に向けて入射する光束が光軸となす角度、
Ｌ：前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズより光源部側の光学系により形成される主走査方向の結像位置から前記第１面までの距離、
Ｌ1：前記第２面から走査対象面までの距離である。
【請求項２】
レーザー光束を発する光源部と、
光源部から発するレーザー光束を主として副走査方向に収束させるアナモフィック素子と、
前記光源部から発して前記アナモフィック素子により収束されたレーザー光束を偏向、走査させる偏向器と、
該偏向器により偏向されたレーザー光束を走査対象面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、
Ｓ1を以下の式により定義したときに、以下の条件(B) を満たすことを特徴とする走査装置。
【数２】
0004551332.tif 000032
ただし、
y1_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y1_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
θ：前記結像光学系の第１レンズに対し最大像高に向けて入射する光束が光軸となす角度、
Ｌ：前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズより光源部側の光学系により形成される主走査方向の結像位置から前記第１面までの距離、
Ｌ1：前記第２面から走査対象面までの距離である。
【請求項３】
以下の条件(C)を更に満たすことを特徴とする請求項２に記載の走査装置。
【数３】
0004551332.tif 000033
【請求項４】
前記アナモフィック素子の主走査方向の焦点距離ｆAが有限の正の値を有し、該アナモフィック素子から前記第１面までの光軸上の距離をＬ0として、Ｌ＝−(Ｌ0−ｆA)であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査装置。
【請求項５】
前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズは、以下の条件(D)を満たす正レンズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の走査装置。
１／ｒ1＞１／ｒ2  …(D)
ただし、
ｒ1：第１面の近軸曲率半径、
ｒ2：第２面の近軸曲率半径である。
【請求項６】
前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズは、以下の条件(E)を満たすことを特徴とする請求項５に記載の走査装置。
１／ｒ1≦０  …(E)
【請求項７】
前記最大像高に向かう光束が光軸となす角度θが４５°以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープリンタ等に内蔵されるレーザースキャンニングユニット(ＬＳＵ)等の走査装置に関し、特に、レンズの変形による発生する像面湾曲を低く抑えることができる走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＵとして用いられる走査装置は、光源部から発したレーザー光束をポリゴンミラー等の偏向器により反射、偏向させ、ｆθレンズのような結像光学系を介して感光体ドラム等の走査対象面上にスポットとして結像させる。感光体ドラム上のスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って主走査方向に走査し、この際レーザー光をオンオフ変調することにより走査対象面上に静電潜像を形成する。
【０００３】
ＬＳＵ用の走査装置は低コストで小型であることが要求され、これらの要求を満たすため、ｆθレンズには２枚構成のプラスチックレンズが使用され、かつ、光軸方向の距離に対して走査範囲が広い広画角の結像光学系が利用されることが多い。この種の小型化、広画角化を目的とした走査装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１４６４３７号公報  図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような２枚構成のｆθレンズでは、画角を大きくするとポリゴンミラー側の第１レンズの曲率半径が小さくなり、かつ、レンズの比較的広い範囲を有効域として利用することになるため、プラスチックレンズでは成型誤差による影響を受けて光学的な性能が劣化しやすいという問題がある。例えば、メニスカス形状のレンズでは、成型誤差により両レンズ面のカーブがきつくなる方向に湾曲しやすい。そして、このような成型誤差が発生すると、像面湾曲が大きくなり、描画品質が劣化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決し、レンズの形状に誤差が発生した場合にも、像面湾曲の発生を小さく抑えることができる走査装置を提供することを課題(目的)とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる走査装置は、上記の課題を解決するため、発生する形状誤差量とレンズに入射する光束径とに基づいてピントのずれ量(像面湾曲)が予測できるという着想に基づいて、その光束径のレンズ上での変化を調節することにより像面湾曲を補正するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項１の走査装置は、レーザー光束を発する光源部と、光源部から発するレーザー光束を主として副走査方向に収束させるアナモフィック素子と、光源部から発してアナモフィック素子により収束されたレーザー光束を偏向、走査させる偏向器と、偏向器により偏向されたレーザー光束を走査対象面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、Ｓ1、Ｓ2を以下の式により定義したときに、以下の条件(A)を満たすことを特徴とする。
【０００９】
【数４】
0004551332.tif 000002
−１＜Ｓ1−Ｓ2＜１  …(A)
【００１０】
ただし、
y1_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y1_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
θ：前記結像光学系の第１レンズに対し最大像高に向けて入射する光束が光軸となす角度、
Ｌ：前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズより光源部側の光学系により形成される主走査方向の結像位置から前記第１面までの距離、
Ｌ1：前記第２面から走査対象面までの距離である。
【００１１】
本発明の請求項２の走査装置は、上記と同様の光源部、アナモフィック素子、偏向器、結像光学系を備え、上記のＳ1が以下の条件(B)を満たすよう設計されていることを特徴とする。この場合、請求項３に示すように以下の条件(C)を更に満たすことが望ましい。
【００１２】
【数５】
0004551332.tif 000003
【００１３】
また、請求項４に示すように、アナモフィック素子の主走査方向の焦点距離ｆAが有限の正の値を有することが望ましい。この場合、アナモフィック素子から第１面までの光軸上の距離をＬ0として、Ｌ＝−(Ｌ0−ｆA)で表される。
【００１４】
さらに、請求項５に示すように、結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズは、以下の条件(D)を満たす正レンズであることが望ましく、請求項６に示すように、以下の条件(E)を満たすことが望ましい。なお、最大像高に向かう光束が光軸となす角度θが４５°以上であることが望ましい。
１／ｒ1＞１／ｒ2  …(D)
１／ｒ1≦０…(E)
ただし、
ｒ1：第１面の近軸曲率半径、
ｒ2：第２面の近軸曲率半径である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１の走査装置によれば、像面湾曲の発生を許容しつつ、第１面と第２面とでキャンセルすることができる。すなわち、結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの中心での光束径と最大像高での光束径との比の二乗に、パワーの二乗をかけたものが、ピントずれ量の比(軸上と軸外)と予測し、これをある量に抑える。条件(A)のように２倍の範囲に抑えることにより、形状誤差により生じる軸外のピントズレ量を軸上のピントずれ量相当の範囲内に抑えることができる。
【００１６】
請求項２の走査装置によれば、第１面だけでも像面湾曲の発生を少なくするような光束径の変化を与えることにより、第１面の作用のみで像面湾曲を所定の量に抑えることができる。したがって、第２面で形状誤差による像面湾曲が全く発生しない場合でも、所定の性能が得られる。
【００１７】
請求項３の走査装置によれば、像面湾曲を二次関数として、主走査の走査範囲の外側に光束径１本分のマージンを取り、そのマージンまで含めて像面湾曲量を抑えることができ、レンズが主走査方向に偏心した場合にも、周辺だけピントズレが大きくなるのを防ぐことができる。
【００１８】
請求項４のようにアナモフィックレンズの主走査方向の焦点距離を有限の正の値として収束光を入射させると、偏向器を展開して考えたときに平行光を入射させる場合より物体面が近づいている形になる。したがって、その分だけ結像光学系の軸外のパワーを弱く設定することができ、軸外での形状誤差によるピントズレを小さくすることができる。
【００１９】
具体的には、請求項５及び６のように第１面の曲率半径を規定することにより、光束の上光線と下光線との通過位置のサグ量の違いにより光束径を変化させることができる。なお、請求項１〜６の発明は、請求項７に示すようにθが４５°以上の広画角の走査装置に適用したとき特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる走査装置の実施形態について説明する。実施形態の走査装置は、レーザープリンタのＬＳＵとして使用され、入力される描画信号にしたがってON/OFF変調されたレーザー光束を感光体ドラム等の走査対象面上で走査させ、静電潜像を形成する。この明細書では、走査対象面上で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定義し、各光学素子の形状、パワーの方向性は、走査対象面上での方向を基準に説明する。
【００２１】
実施形態の走査装置１は、主走査方向の平面図である図１に示されるように、光源部１０から発したレーザー光束を偏向器であるポリゴンミラー２０により反射、偏向させ、反射されたレーザー光束を結像光学系であるｆθレンズ３０により走査対象面４０上にスポットとして収束させる。
【００２２】
光源部１０は、半導体レーザー１１と、この半導体レーザーから発した発散光を平行光にするコリメートレンズ１２と、主として副走査方向に正のパワーを有するアナモフィックレンズ(アナモフィック素子)１３とを備え、描画信号に応じて変調されるレーザー光束を、ポリゴンミラー２０による光束の走査範囲外からポリゴンミラー２０に入射させる。なお、アナモフィックレンズとしては、副走査方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズを用いてもよいし、副走査方向に正のパワーを有し、主走査方向には副走査方向より弱いパワーを持つトーリックレンズを用いることもできる。
【００２３】
ポリゴンミラー２０は、４つの反射面２１を持ち、主走査面に対して垂直な回転軸２０ａ回りに図中時計回りに回転可能に設けられている。ｆθレンズ３０は、ポリゴンミラー２０の近傍に配置された第１レンズ３１と、走査対象面４０側に配置された第２レンズ３２とを備える。第１レンズ３１と第２レンズ３２とは、いずれもプラスチックレンズである。第１レンズ３１のポリゴンミラー２０側のレンズ面を第１面３１ａ、走査対象面４０側のレンズ面を第２面３１ｂとする。
【００２４】
半導体レーザー１１から発してコリメートレンズ１２により平行光束とされたレーザー光束は、アナモフィックレンズ１３を介してポリゴンミラー２０の近傍に線像を形成する。
【００２５】
ポリゴンミラー２０で反射されたレーザー光束は、主走査方向には図１に実線で示すようにほぼ平行光として、副走査方向には図示は省略するが発散光としてｆθレンズ３０に入射する。ｆθレンズ３０を透過したレーザー光は、走査対象面４０上にスポットを形成する。スポットは、ポリゴンミラー２０の回転に伴って走査対象面４０上を主走査方向に走査し、半導体レーザーを変調することにより、走査線が形成される。
【００２６】
上記の走査装置１は、Ｓ1、Ｓ2を以下の式により定義したときに、以下の条件(A)を満たす。
【００２７】
【数６】
0004551332.tif 000004
−１＜Ｓ1−Ｓ2＜１  …(A)
【００２８】
ただし、
y1_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y1_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’1_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第１面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_max：最大像高に向かう光束の上光線が前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズの第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_max：最大像高に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y2_0：走査中心に向かう光束の上光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
y’2_0：走査中心に向かう光束の下光線が前記第２面へ入射する位置の光軸からの高さ、
θ：前記結像光学系の第１レンズに対し最大像高に向けて入射する光束が光軸となす角度、
Ｌ：前記結像光学系の最も主走査方向のパワーが強いレンズより光源部側の光学系により形成される主走査方向の結像位置から前記第１面までの距離、
Ｌ1：前記第２面から走査対象面までの距離である。
【００２９】
なお、Ｓ1は、結像光学系の最も主走査方向のパワーが強い第１レンズ３１の第１面３１ａに形状誤差が生じたときの走査中心と最大像高とでのピントズレ量の比の予測量、Ｓ2はレンズの走査対象面側のレンズ面である第２面に形状誤差が生じたときの走査中心と最大像高とでのピントズレ量の比の予測量にそれぞれ相当する。また、最大像高は、装置の仕様で決まり、用紙の半幅にほぼ等しい値となる。例えばＡ４用紙用の走査装置では、最大像高は約１０８ｍｍ、Ａ３用紙用の走査装置では、最大像高は約１５０ｍｍとなる。なお、最大像高が走査範囲の両端で異なる場合には、その絶対値が大きい方の値を用いる。
【００３０】
さらに、主走査方向の光束径を規定する両端の光線の高さは、図２に示す通りであり、光軸からの主走査方向の高さの値が大きい側の光線を上光線、高さの値が小さい側を下光線と定義する。すなわち、光軸からの高さがプラスとなる側では、光束の外側を規定する光線が上光線、内側を規定する光線が下光線となり、光軸からの高さがマイナスとなる側では、光束の内側を規定する光線が上光線、外側を規定する光線が下光線となる。式(1),(2)に含まれる光線高さの減算は、光束径を表している。光束径は、具体的には光源部と偏向器との間に配置された絞りにより決定される。
【００３１】
条件(A)を満たすことにより、第１面３１ａの形状誤差による像面湾曲と、第２面３１ｂの形状誤差による像面湾曲とをキャンセルし、形状誤差により生じる軸外のピントズレ量を軸上のピントずれ量相当の範囲内に抑えることができる。条件(A)に規定されるS1-S2の値の変化による形状誤差発生時の像面湾曲の発生状況は図３の(A),(B),(C)に模式的に示すとおりである。すなわち、差が下限の−１であると、周辺部でピント位置が手前にずれるような像面湾曲が発生する。差が０であれば、全範囲に渡ってピントズレがなく、像面湾曲は発生しない。差が１であると、周辺部でピント位置が後ろ側にずれるような像面湾曲が発生する。
【００３２】
次に、上記の条件(A)に利用されるＳ1、Ｓ2の導出過程について説明する。図４は、光軸に対して角度ｕで交差する光線が曲率半径ｒ(曲率Ｃ)のレンズ面により屈折する様子を示す。ここで、レンズ面の前後の媒質の屈折率をそれぞれＮ、Ｎ’、光線が屈折しない場合に光軸と交差する点Ｐまでのレンズ面からの距離をＳ、屈折した光線が光軸と交差する点Ｐ’までのレンズ面からの距離をＳ’とすると、以下の式(3)の関係が成立する。なお、Ｓ，Ｓ’は、いずれも光線が進む方向を正とする。
【００３３】
【数７】
0004551332.tif 000005
【００３４】
また、レンズ面に形状誤差(曲率の誤差ΔＣ)が生じた場合の点Ｐ’の光軸方向のズレ量ΔＳ’は、以下の式(4)で表される。
【００３５】
【数８】
0004551332.tif 000006
【００３６】
ここで、光線がレンズ面に入射する位置の光軸からの高さをｈ、屈折した光線が光軸と交差する角度をｕ’とすると、Ｓ＝ｈ／tanｕ’であるため、上の式(4)は以下の式(5)ように置き換えられる。
【００３７】
【数９】
0004551332.tif 000007
【００３８】
上記のレンズ面より走査対象面側の面により構成される光学系の倍率をｍとすると、上記の形状誤差ΔＣによる走査対象面上でのピントズレΔＳ’Dは、以下の式(6)の通りとなる。
【００３９】
【数１０】
0004551332.tif 000008
【００４０】
ここで、上記の光線が走査対象面側で光軸となす角度をｕ’Dとすると、式(7)が成立する。光線の角度は、式(8)に示すように光学系のｆナンバーＦNOとに置き換えられる。
【００４１】
【数１１】
0004551332.tif 000009
【００４２】
上記の式(7),(8)を式(6)に代入すると以下の式(9)が得られ、ｆナンバー及び屈折率が一定と仮定すると、走査係数Ｋを用いた式(10)が得られる。
【００４３】
【数１２】
0004551332.tif 000010
【００４４】
次に、レンズ面への入射高さの違いによる曲率変化ΔＣの発生量について検討する。レンズが変形する場合には、レンズ面の全体に渡ってΔｒの曲率半径誤差が発生することが経験的に知られている。Ｃ＝１／ｒであるため、ΔＣは、以下の式(11)のように表される。
【００４５】
【数１３】
0004551332.tif 000011
【００４６】
図５に示すように、軸上で入射する光束と、光軸との角度θで最大像高に向けて入射する光束との違いを考える。レンズ面の中心部での曲率変化及び焦点距離をそれぞれΔＣ0、f0、最大像高に向かう光線が入射する周辺部の曲率変化及び焦点距離をそれぞれΔＣP、fPとすると、以下の式(12)〜(14)の関係が成立する。
【００４７】
【数１４】
0004551332.tif 000012
【００４８】
ここで、Ｓ’を第１レンズから走査対象面までの距離Ｌ1、Ｓ0を第１レンズより光源部側の光学系により形成される主走査方向の結像位置から第１レンズの第１面までの距離Ｌとすると、上記の式(13),(14)は、それぞれ以下の式(15),(16)のように書き換えられる。
【００４９】
【数１５】
0004551332.tif 000013
【００５０】
上記の各式をまとめると、式(10)から走査対象面近傍での軸上のピントズレΔＳ’D0と周辺部でのピントズレΔＳ’DPの比Ｓ1は、軸上での入射高さ及び曲率変化をそれぞれｈ0，ΔＣ0、最大像高に向かう光線の入射高さ及び曲率変化をそれぞれｈP，ΔＣPでの式(17)で表され、これに式(12)を適用して式(18)が得られ、さらに式(15),(16)を適用して式(19)が得られる。
【００５１】
【数１６】
0004551332.tif 000014
【００５２】
なお、上式(19)で２ｈP＝y1_max−y’1_max、２ｈ0＝y1_0−y’1_0であるため、Ｓ1は式(1)のように表される。なお、第２面のピントズレ比Ｓ2についても、同様の手順で導出できる。
【００５３】
また、実施形態の走査装置１は、上記の予測量Ｓ1が以下の条件(B)を満たすよう設計されている。これにより、第１面３１ａ単独で形状誤差による像面湾曲の発生量が小さく抑えられ、第２面３１ｂでの形状誤差による像面湾曲が発生せずにピントズレがキャンセルされない場合にも、発生する像面湾曲を小さく抑えることができる。条件(B)で規定するS1の値の変化による像面湾曲発生状況は、図３の(D),(E),(F)に模式的に示すとおりである。すなわち、何れの場合も全体にピント位置が後ろ側にずれるが、S1がほぼ０であると、周辺部のピントズレが中心部より小さくなり、S1が１であれば全範囲に渡って一様にピントが後ろ側にずれ、S1が上限の２であると周辺部でピント位置が後ろ側にずれるような像面湾曲が発生する。なお、以下の条件(C)を更に満たすことが望ましい。条件(C)を満たすと、第１レンズ３１が主走査方向に偏心した場合にも、周辺だけピントズレが大きくなるのを防ぐことができる。
【００５４】
【数１７】
0004551332.tif 000015
【００５５】
次に、条件(B)の下限の導出について説明する。第1レンズの第1面が、負の歪曲収差を発生させない、すなわち偏向点をほぼ中心とした球面で、且つ、第１レンズ３１が主走査方向のパワーを持たず、アナモフィックレンズ１３が主走査方向のパワーを全て負担している場合を下限とする。この場合、式(1)の右辺の光束径を規定する第１項の値は以下の式(20)に示すようにcos2θとなる。また、アナモフィックレンズ１３の主走査方向のパワーが最大となると、アナモフィックレンズ１３の像面が走査対象面に一致し、Ｌ＝Ｌ1となるため、式(1)の右辺の第２項は式(21)の通りとなる。したがって、この場合のS1の値は、式(20),(21)より、(1+cosθ)2/4となる。これが条件(B)の下限である。
【００５６】
【数１８】
0004551332.tif 000016
【００５７】
次に、条件(C)の上限の導出について説明する。第１レンズ３１が主走査方向に偏心した状態で最大像高に向かう光束が入射したときの第１面に入射する上光線の光軸からの高さをy1Hとし、偏心後のS1の値をS1Hとすると、この光束が入射する近傍でのピントずれ量が二次関数的に変化すると仮定すると、S1Hは以下の式(22)により表される。この値が２以下となればよいことから、条件(C)が導かれる。
【００５８】
【数１９】
0004551332.tif 000017
【００５９】
また、アナモフィックレンズ１３の主走査方向の焦点距離ｆAは、有限の正の値を有することが望ましい。この場合には、アナモフィックレンズから第１面までの光軸上の距離をＬ0として、Ｌ＝−(Ｌ0−ｆA)で表される。このようにアナモフィックレンズ１３の主走査方向の焦点距離を有限の正の値として収束光を入射させると、偏向器を展開して考えたときに平行光を入射させる場合より物体面が近づいている形になる。したがって、その分だけ結像光学系の軸外のパワーを弱く設定することができ、軸外での形状誤差によるピントズレを小さくすることができる。
【００６０】
さらに、第１レンズ３１は、以下の条件(D),(E)を満たす正レンズである。すなわち、第１レンズ３１は、第１面３１ａが凹面、第２面３１ｂが凸面のメニスカス形状の正レンズである。
１／ｒ1＞１／ｒ2  …(D)
１／ｒ1≦０…(E)
ただし、
ｒ1：第１面の近軸曲率半径、
ｒ2：第２面の近軸曲率半径である。
【００６１】
上記のように第１面の曲率半径を規定することにより、光束の上光線と下光線との通過位置のサグ量の違いにより光束径を変化させることができる。なお、θが４５°以上の広画角の走査装置に適用すると、レンズ周辺部で上光線と下光線が通る位置のサグ量差が大きくなり、光束径を調整するのに有利である。
【００６２】
次に、実施形態の走査装置１の具体的な構成について、各条件を満たす２つの実施例を説明し、その後に条件を満たさない比較例を説明する。実施例においては、第１レンズ３１の第１面３１ａは凹の球面、第２面３１ｂは凸の回転対称非球面、第２レンズ３２のポリゴンミラー２０側の面は凹の回転対称非球面、走査対象面４０側の面はアナモフィック非球面である。
【００６３】
回転対称非球面の形状は、光軸からの距離ｈにおける光軸と非球面との交点での接平面からのサグ量Ｘ(ｈ)で表すことができ、そのサグ量は、以下の式で表される。
X(h)＝h2／［r{1＋√(1−(κ＋1)h2／r2)}］＋A4h4＋A6h6
【００６４】
上式中、ｒは光軸上の曲率半径、κは円錐係数、A4,A6はそれぞれ４次、６次の非球面係数である。
【００６５】
また、アナモフィック非球面は、光軸から離れた位置での副走査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定された回転軸を持たない非球面であり、主走査方向の断面形状X(y)、 副走査方向の曲率半径ｒz(y)は、光軸上での主走査方向の曲率半径をry0、円錐係数をκ、主走査方向のｎ次の非球面係数をＡＭn、主走査方向の各位置yにおける光軸上での副走査方向の曲率半径をrz0、副走査方向のｎ次の非球面係数をＡＳnとして、それぞれ以下の式により求められる。
【００６６】
【数２０】
0004551332.tif 000018
【実施例１】
【００６７】
実施例１の走査装置１は図１に示した構成であり、その具体的な数値構成を表１に示す。表１中の記号ｒyは各光学素子の主走査方向の曲率半径(単位：mm)、ｒzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には省略，単位：mm)、ｄは面間の光軸上の距離(単位：mm)、ｎλは設計波長での屈折率である。この例では、設計波長λは780nmである。なお、実施例１では、アナモフィックレンズ１３として主走査方向にはパワーを持たないシリンドリカルレンズが用いられている。
【００６８】
【表１】
0004551332.tif 000019
【００６９】
面番号４、５、６で示される回転対称非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表２、面番号７で示されるアナモフィック非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表３にそれぞれ示す。なお、表中の記号「Ｅ」は、これより右側の数値を指数とする１０の累乗を意味する。例えば-2.709E-06は、-2.709×10-06を意味する。
【００７０】
【表２】
0004551332.tif 000020
【００７１】
【表３】
0004551332.tif 000021
【００７２】
上記の構成では、条件を規定するための各数値は以下の表４に示すとおりとなる。
【００７３】
【表４】
0004551332.tif 000022
【００７４】
表４の各数値から、S1＝1.99、S2＝1.08となり、
条件(A)のS1-S2の値  0.91、
条件(B)の下限値  0.56、
条件(C)の上限値  1.80
となる。すなわち、実施例１の走査装置は、条件(A),(B),(D),(E)を満たすが、条件(C)を満たしていない。
【００７５】
実施例１の構成による像面湾曲を図６及び図７に示す。図６は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。各面のみでは比較的大きな像面湾曲が発生しているが、両面でキャンセルさせることにより、実際の像面湾曲発生量は小さく抑えられている。
【００７６】
図７は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。
【実施例２】
【００７７】
図８は、実施例２の走査装置２の光学素子の配置を示す主走査方向の平面図である。実施例１と同等の部材には同一の符号を付している。実施例２の具体的な数値構成を表５に示す。なお、実施例２では、アナモフィックレンズ１３として主走査方向にも弱いパワーを持つトーリックレンズが用いられている。
【００７８】
【表５】
0004551332.tif 000023
【００７９】
面番号４、５、６で示される回転対称非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表６、面番号７で示されるアナモフィック非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表７にそれぞれ示す。
【００８０】
【表６】
0004551332.tif 000024
【００８１】
【表７】
0004551332.tif 000025
【００８２】
上記の構成では、条件を規定するための各数値は以下の表８に示すとおりとなる。
【表８】
0004551332.tif 000026
【００８３】
表８の各数値から、S1＝1.56、S2＝1.14となり、
条件(A)のS1-S2の値  0.43、
条件(B)の下限値  0.56、
条件(C)の上限値  1.73
となる。すなわち、実施例２の走査装置は、条件(A)〜(E)を全て満たしている。
【００８４】
実施例２の構成による像面湾曲を図９及び図１０に示す。図９は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。各面のみでは比較的大きな像面湾曲が発生しているが、両面でキャンセルさせることにより、実際の像面湾曲発生量は小さく抑えられている。
【００８５】
図１０は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。条件(C)を満たすことにより、周辺部の像面湾曲が実施例１より小さく抑えられている。
【００８６】
［比較例］
図１１は、上記の実施例との性能を比較するための比較例の光学素子の配置を示す主走査方向の平面図である。実施例１と同等の部材には同一の符号を付している。比較例の具体的な数値構成を表９に示す。なお、比較例では、アナモフィックレンズ１３として主走査方向にはパワーを持たないシリンドリカルレンズが用いられている。
【００８７】
【表９】
0004551332.tif 000027
【００８８】
面番号４、５、６で示される回転対称非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表１０、面番号７で示されるアナモフィック非球面を定義する円錐係数、非球面係数の値を表１１にそれぞれ示す。
【００８９】
【表１０】
0004551332.tif 000028
【００９０】
【表１１】
0004551332.tif 000029
【００９１】
上記の構成では、条件を規定するための各数値は以下の表１２に示すとおりとなる。
【表１２】
0004551332.tif 000030
【００９２】
表１２の各数値から、S1＝3.08、S2＝1.83となり、
条件(A)のS1-S2の値  1.24、
条件(B)の下限値  0.56、
条件(C)の上限値  1.74
となる。すなわち、実施例２の走査装置は、条件(D),(E)を満たしているが、条件(A),(B),(C)を満たしていない。
【００９３】
比較例の構成による像面湾曲を図１２及び図１３に示す。図１２は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。第１面での像面湾曲の発生量が大きく、第２面の効果によりキャンセルできず、比較的大きいピントズレが周辺部で発生している。
【００９４】
図１３は、第１レンズ３１に形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフであり、(A)は第１面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(B)は第２面のみが変形及び偏心した場合の像面湾曲、(C)は両者を合計した実際の像面湾曲を示している。こちらも条件(C)を満たさないため、実施例１，２と比較してかなり大きなピントズレが周辺部で発生している。
【００９５】
上記のように、条件を満たす各実施例と条件を満たさない比較例とを比べることにより、条件を満たすことにより形状誤差発生時の像面湾曲の発生量を小さく抑えられることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態(実施例１)にかかる走査装置の光学素子の配置を示す主走査方向の平面図である。
【図２】第１レンズに入射する光束の上光線と下光線の定義を示す説明図である。
【図３】S1-S2の値、及びS1の値の変化による形状誤差発生時の像面湾曲の発生状況を模式的に示す説明図である。
【図４】光軸に対して角度ｕで交差する光線が曲率半径ｒ(曲率Ｃ)のレンズ面により屈折する様子を示す説明図である。
【図５】第１レンズに対して軸上で入射する光束と、光軸との角度θで最大像高に向けて入射する光束との違いを示す説明図である。
【図６】実施例１の第１レンズに形状誤差が発生し、偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【図７】実施例１の第１レンズに形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【図８】実施例２の走査装置の光学素子の配置を示す主走査方向の平面図である。
【図９】実施例２の第１レンズに形状誤差が発生し、偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【図１０】実施例２の第１レンズに形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【図１１】比較例の走査装置の光学素子の配置を示す主走査方向の平面図である。
【図１２】比較例の第１レンズに形状誤差が発生し、偏心が無い場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【図１３】比較例の第１レンズに形状誤差が発生し、かつ、光束１本分の偏心が生じた場合の像面湾曲を軸上ピントズレ量で規格化して示すグラフである。
【符号の説明】
【００９７】
１０  光源部
１１  半導体レーザー
１２  コリメートレンズ
１３  シリンドリカルレンズ
２０  ポリゴンミラー
２１  反射面
３０  ｆθレンズ
３１  第１レンズ
３１ａ  第１面
３１ｂ  第２面
３２  第２レンズ
４０  走査対象面
【図１】
0004551332.tif 000034
【図２】
0004551332.tif 000035
【図３】
0004551332.tif 000036
【図４】
0004551332.tif 000037
【図５】
0004551332.tif 000038
【図６】
0004551332.tif 000039
【図７】
0004551332.tif 000040
【図８】
0004551332.tif 000041
【図９】
0004551332.tif 000042
【図１０】
0004551332.tif 000043
【図１１】
0004551332.tif 000044
【図１２】
0004551332.tif 000045
【図１３】
0004551332.tif 000046