(57)【要約】【課題】安価且つ高い結像性能を有する走査光学系【解決手段】走査光学系２０は、ポリゴンミラー４を備え、ポリゴンミラー４でもって光源からの光束を偏向させて被走査面８を光走査するためのものである。光源１からの光束をポリゴンミラー４上に線像として結像させるシリンドリカルレンズ３と、ポリゴンミラー４からの光束を被走査面８上に結像させるアナモフィックレンズ７とを備えている。アナモフィックレンズ７は、被走査面８に対して対面配置されており、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有する。【選択図】図１
2007271885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向器を備え、該偏向器でもって光源からの光束を偏向させて被走査面を光走査するための走査光学系であって、
上記偏向器によって偏向された上記光源からの光束を上記被走査面上に結像させるためのシリンドリカルレンズ及びアナモフィックレンズを備え、
上記アナモフィックレンズは、上記被走査面に対して対面配置されており、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有する走査光学系。
【請求項２】
請求項１に記載された走査光学系において、
上記アナモフィックレンズの少なくとも一方の面は自由曲面である走査光学系。
【請求項３】
請求項１に記載された走査光学系において、
上記アナモフィックレンズの少なくとも一方の面は、副走査面内において曲率が画角によって相互に異なる自由曲面である走査光学系。
【請求項４】
請求項１に記載された走査光学系において、
上記アナモフィックレンズ及び上記シリンドリカルレンズのうち少なくとも一方は、実質的に樹脂からなる走査光学系。
【請求項５】
請求項１に記載された走査光学系において、
下記条件式（１）を満足する走査光学系；
ｆ1／ｆ2＜０  ・・・・・（１）
ここで、
ｆ1：アナモフィックレンズの主走査面内における焦点距離、
ｆ2：シリンドリカルレンズの主走査面内における焦点距離、
である。
【請求項６】
請求項１に記載された走査光学系において、
下記条件式（２）を満足する走査光学系；
０．３＜ｍ＜１．０  ・・・・・（２）
ここで、
ｍ：アナモフィックレンズの副走査面内における倍率、
である。
【請求項７】
光源と、走査光学系とを備え、被走査面を光走査するための光走査装置であって、
上記走査光学系は、上記光源からの光束を偏向させる偏向器と、該偏向器によって偏向された光束を上記被走査面上に結像させるためのシリンドリカルレンズ及びアナモフィックレンズとを備え、
上記アナモフィックレンズは、上記被走査面に対して対面配置されており、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有する光走査装置。
【請求項８】
請求項１に記載された走査光学系を用いた画像形成装置。
【請求項９】
光源からの光束を偏向させる偏向器と、該偏向器と被走査面との間に配置されたシリンドリカルレンズとを備え、該被走査面を光走査するための走査光学系において、該被走査面に対面配置され、上記偏向器によって偏向された光束を上記被走査面上に結像させるために用いられる走査レンズであって、
その光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有するアナモフィックレンズである走査レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査光学系、それを備えた光走査装置及び画像形成装置、並びに走査光学系に用いられる走査レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ファクシミリやレーザプリンタといった画像形成装置等の光走査装置において、構成部材から生じるゴースト光に起因する画質劣化が大きな問題となっている。この問題に鑑み、種々の光走査装置が開示されている（例えば、特許文献１〜３等）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、画像書き込み光束と、ゴースト光発生位置及び露光量との関連づけを行い、実際の画像信号と対比することにより被走査面上のゴースト光露光量を算出し、これを基に光源から出射される光束の発光量又はパルス幅を制御する光走査装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、被走査面に最も近いレンズの曲面の曲率中心を入射光軸から外すように当該レンズを配置したレーザ走査光学装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、走査レンズ系の一つの偏光面の副走査断面における光軸を、光偏向器によって走査される光束が描く基準走査面から偏心させた走査光学系が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−８８３５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０７６０号公報
【特許文献３】特許第３３６５８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された光走査装置では、露光量算出手段や露光量制御手段等が必要となる。このため、制御回路が複雑化し、コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたレーザ走査光学装置では、被走査面に最も近いレンズの曲面の曲率中心が入射光軸から外れているため、大きな収差が生じ、良好な結像性能が得られないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示された走査光学系では、レンズを偏心させて配置するために、光学系の収差の悪化やスポット形状の回転が発生する。従って、良好な結像性能が得られないという問題がある。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価且つ高い結像性能を有する走査光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る走査光学系は、偏向器を備え、偏向器でもって光源からの光束を偏向させて被走査面を光走査するための走査光学系であって、偏向器によって偏向された光源からの光束を被走査面上に結像させるためのシリンドリカルレンズ及びアナモフィックレンズを備え、アナモフィックレンズは、被走査面に対して対面配置されており、アナモフィックレンズの光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光走査装置は、光源と、走査光学系とを備えている。走査光学系は、光源からの光束を偏向させる偏向器と、偏向器によって偏向された光束を被走査面上に結像させるためのシリンドリカルレンズ及びアナモフィックレンズとを備えている。アナモフィックレンズは、被走査面に対して対面配置されており、アナモフィックレンズの光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有する。
【００１２】
本発明に係る画像形成装置は、上記本発明に係る走査光学系を用いたものである。
【００１３】
本発明に係る走査レンズは、光源からの光束を偏向させる偏向器と、偏向器と被走査面との間に配置されたシリンドリカルレンズとを備え、被走査面を光走査するための走査光学系において、被走査面に対して対面配置され、偏向器によって偏向された光束を被走査面上に結像させるために用いられるものである。本発明に係る走査レンズは、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワーを有するアナモフィックレンズである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安価且つ高い結像性能を有する走査光学系を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る光走査装置１０の要部構成を表す主走査方向断面図である。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る光走査装置１０の要部構成を表す副走査方向断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る光走査装置１０は、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、偏向器としてのポリゴンミラー４と、シリンドリカルレンズ６及びアナモフィックレンズ７からなる走査レンズとを備えており、被走査面８を光走査するためのものである。尚、図１中の符号５はポリゴンミラー４の回転中心軸を示す。
【００１９】
光源１は、例えば半導体レーザ等により構成することができる。
【００２０】
コリメートレンズ２は、光源１からの光束（例えば、発散光束）を平行光束に変換するためのものである。尚、光源１から直接平行光束が出射される様な場合には、コリメートレンズ２は必ずしも設ける必要はない。
【００２１】
シリンドリカルレンズ３は光源１からの光束をポリゴンミラー４上に（詳細には、ポリゴンミラー４の偏光面上に）結像させるためのものである。シリンドリカルレンズ３は、副走査方向にのみ正の屈折力を有するものであり、主走査方向に延びるように細長形状に形成されている。このため、シリンドリカルレンズ３によって結像される像は副走査方向に延びる線状となる。
【００２２】
ポリゴンミラー４は、中心軸５を中心に回転可能に取り付けられており、シリンドリカルレンズ３によって結像された光束を回転しながら反射して偏向するものである。
【００２３】
ポリゴンミラー４と被走査面８との間に配置されたシリンドリカルレンズ６とアナモフィックレンズ７とは、ポリゴンミラー４によって走査された光束を被走査面８上に結像させるための走査レンズを構成している。シリンドリカルレンズ６は、主走査方向にのみ正の屈折力を有するものである。
【００２４】
アナモフィックレンズ７は、被走査面８に対して対向配置されている。すなわち、アナモフィックレンズ７は、最も被走査面８に近接するように配置されている。アナモフィックレンズ７は、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワー（屈折力）を有する一方、副走査方向に正の光学的パワーを有するものである。このように、アナモフィックレンズ７を、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワー（屈折力）を有するものとすることによって、ゴースト光に起因する結像性能の低下を効果的に抑制することができる。従って、例えば、この光走査装置１０を用いることによって、黒筋や白筋等の発生が抑制された高品位な画像形成装置を実現することができる。
【００２５】
図３は従来の光走査装置１００の要部構成を表す主走査方向断面図である。尚、図３に示す従来の光走査装置１００の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を本実施形態に係る光走査装置１０と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
【００２６】
図４は従来の光走査装置１００におけるポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表すグラフである。詳細には、書き込み光として示すデータは、内面反射されずに透過した光束のポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表す。ゴースト光として示すデータは、内面反射された光束のポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表す。
【００２７】
図３に示す従来の光走査装置１００では、アナモフィックレンズ７は、その光軸上において主走査方向に正の光学的パワー（屈折力）を有する。このため、図３及び図４に示すように、ゴースト光の結像位置が大きく被走査面８中央寄りにずれる。特に、ポリゴンミラー４の回転角の絶対値が大きい領域においてはゴースト光の結像位置のずれ量が大きくなる。このため、従来の光走査装置１００を用いて画像形成装置を製造した場合、黒筋や白筋等が発生してしまうこととなる。
【００２８】
図５は本実施形態に係る光走査装置１０におけるポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表すグラフである。詳細には、書き込み光として示すデータは、内面反射されずに透過した光束のポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表す。ゴースト光として示すデータは、内面反射された光束のポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表す。
【００２９】
それに対して、本実施形態に係る光走査装置１０では、アナモフィックレンズ７が、その光軸上において主走査方向に負の光学的パワー（屈折力）を有するものである。従って、図５に示すように、書き込み光の結像位置とゴースト光の結像位置とのずれ量が比較的小さく、ゴースト光が発生した場合においても高い結像性能が得られる。従って、本実施形態に係る光走査装置１０を用いることによって、黒線や白線の発生が抑制された画像形成装置等を実現することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る光走査装置１０では、ゴースト光に起因する結像性能の劣化を抑制するために、露光量算出手段や露光量制御手段等を要さない。このため、駆動回路・制御回路をより簡単な構成とすることができる。従って、低コストな光走査装置１０を実現することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る光走査装置１０では、ゴースト光に起因する結像性能の劣化を抑制するために、アナモフィックレンズ７の曲率中心を入射光軸からずらす必要がなく、また、アナモフィックレンズ７を偏心させて配置する必要もない。従って、本実施形態に係る構成によれば、ゴースト光に起因する結像性能の劣化が抑制されていると共に、各種収差及びスポット形状の回転が抑制された、高い結像性能を有する光走査装置１０を実現することができる。
【００３２】
尚、アナモフィックレンズ７の少なくとも一方の面は自由曲面であることが好ましい。さらには、アナモフィックレンズ７の少なくとも一方の面は、副走査面内において曲率が画角によって相互に異なる自由曲面であることがさらに好ましい。そうすることによって、各種収差を小さく保ちつつ、等速的な光走査、効果的な面倒れ補正が可能となる。
【００３３】
より効果的な面倒れ補正を実現する観点から、アナモフィックレンズ７とシリンドリカルレンズ６とにより構成される走査レンズは、ｆθ特性を有し、且つ、副走査方向に関して、ポリゴンミラー４の偏光面と被走査面８とを幾何光学的に略共役な関係み結びつけるものであることが好ましい。
【００３４】
さらに、アナモフィックレンズ７は、主走査面内において光軸ＡＸに対して線対称であると共に、副走査面内においても光軸ＡＸに対して線対称であることが好ましい。そうすることによって、低コストでより製造容易なアナモフィックレンズ７を実現することができる。同様に、シリンドリカルレンズ６についても、主走査面内において光軸ＡＸに対して線対称であると共に、副走査面内においても光軸ＡＸに対して線対称であることが好ましい。
【００３５】
尚、アナモフィックレンズ７、シリンドリカルレンズ６、及びシリンドリカルレンズ３のうち少なくともひとつは、実質的に樹脂からなるものであることが好ましい。そうすることによって、低コストで製造容易な光走査装置１０を実現することができる。
【００３６】
走査光学系２０は、下記条件式（１）を満足するものであることが好ましい。
ｆ1／ｆ2＜０  ・・・・・（１）
ここで、
ｆ1：アナモフィックレンズ７の主走査面内における焦点距離、
ｆ2：シリンドリカルレンズ６の主走査面内における焦点距離、
である。
【００３７】
この構成によれば、アナモフィックレンズ７のレンズ内面反射によるゴースト光が、被走査面８の書き込み範囲外に結像されることとなる。従って、ゴースト光の影響が少ない光走査装置１０を実現することができる。この観点から、さらに以下の数式（１−ａ）を満たすことが好ましい。
ｆ1／ｆ2＜−０．１  ・・・・・（１−ａ）
尚、本明細書において「焦点距離」とは、光源１から出射される光束の波長における焦点距離をいう。例えば、光源１から出射される光束の波長が７８０ｎｍであれば、７８０ｎｍの波長の光束に対する焦点距離をいう。
【００３８】
また、走査光学系２０は、下記条件式（２）を満足するものであることが好ましい。
０．３＜ｍ＜１．０  ・・・・・（２）
ここで、
ｍ：アナモフィックレンズ７の副走査面内における倍率、
である。
【００３９】
上記条件式（２）の上限を超えると、走査レンズやポリゴンミラー４等の各構成部材の振動に起因する被走査面８におけるジッター量が増大する傾向にある。一方、上記条件式（２）の下限を下回ると、アナモフィックレンズ７の取り付け誤差や加工誤差により発生する副走査方向の結像位置シフト量や、副走査方向の走査中心ずれ量といった諸特性が悪化する傾向にある。その結果、被走査面８上において、ビームスポット径のばらつきや副走査方向における走査線間のピッチムラが発生する虞が生じる。この観点から、さらに以下の数式（２−ａ）を満たすことが好ましい。
０．５＜ｍ＜０．８  ・・・・・（２−ａ）
尚、本明細書において「倍率」とは、光源１から出射される光束の波長における倍率をいう。例えば、光源１から出射される光束の波長が７８０ｎｍであれば、７８０ｎｍの波長の光束に対する倍率をいう。
【００４０】
図６は本実施形態で説明した光走査装置１０を用いた画像形成装置３０の構成を表す図である。
【００４１】
画像形成装置３０は、光走査装置１０と、一次帯電器８０と、現像器８２と、転写帯電器８３と、クリーナー８４と、定着装置８５と、給紙カセット８６と、感光ドラム８７とを備えている。
【００４２】
ここでは感光ドラム８７の表面が図１における被走査面８に対応し、光走査装置１０は、所定の画像情報に基づいた光束を感光ドラム８７表面に合焦させるものである。その光走査装置１０の合焦が行われると共に、感光ドラム８７を光走査装置１０に対して相対的に回転させることにより、感光ドラム８７表面に順次光束が合焦されるように構成されている。
【００４３】
一次帯電器８０は、感光ドラム８７の回転方向において光走査装置１０の露光位置よりも上流側に、感光ドラム８７に対向して配置されており、感光ドラム８７の表面を一様に帯電させるものである。光走査装置１０は感光ドラム８７を走査露光するものであり、光走査装置１０による走査露光により静電潜像が形成される。現像器８２は、感光ドラム８７上に形成された静電潜像をトナーにより可視化するためのものである。給紙カセット８６は、用紙を供給するものであり、転写帯電器８３は、その給紙カセット８６から供給された用紙にトナーを転写させるものである。具体的には、用紙はトナーが付着した感光ドラム８７表面に対向する位置に給紙される。転写帯電器８３は、給紙された用紙を挟んで感光ドラム８７と対向するように配置されている。転写帯電器８３は、給紙された用紙をトナーとは逆極性に帯電することによって、感光ドラム８７に吸着されているトナーを吸引し、用紙に付着させるためのものである。定着装置８５は、転写されたトナーを用紙に定着させるためのものである。具体的には、定着装置８５は、トナーが転写された用紙にトナーを加熱、軟化させることによって定着させる。クリーナー８４は、用紙への転写後に感光ドラム８７に残存ずるトナーを除去するためのものである。
【００４４】
次に、この画像形成装置３０の動作について説明する。まず、一次帯電器８０によって感光ドラム８７が一様に帯電される。次に、光走査装置１０によって、感光ドラム８７表面が露光走査され、感光ドラム８７上に静電潜像が形成される。現像器８２によって感光ドラム８７上に形成された静電潜像上にトナーが付着される。付着したトナーは、転写帯電器８３によって給紙カセット８６から供給された用紙に転写される。用紙上に転写されたトナーは定着装置８５によって用紙に定着され、所定の画像が形成される。
【００４５】
このように光走査装置１０を用いることによって、低コストでありつつ、黒線や白線等の発生が抑制された高品位な画像形成装置３０を実現することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施した走査光学系を、コンストラクションデータ、各種収差図等を挙げて更に具体的に説明する。ここで説明する数値実施例１、２は、上記実施形態に対応する数値実施例である。上記実施形態を表すレンズ構成図（図１）は、本数値実施例１、２のレンズ構成を示している。
【００４７】
数値実施例１、２において、アナモフィックレンズ７のレンズ面の形状は、副走査面内において曲率が画角によって相互に異なる自由曲面である。アナモフィックレンズ７及びシリンドリカルレンズ６において、レンズ面の頂点を原点とし、入射光束の向かう方向を正とすると、主走査方向座標ｙ（ｍｍ）の位置における頂点からのサグ量Ｚ（ｍｍ）は下記数式で表される。
【００４８】
【数１】
2007271885.tif 000003
【００４９】
ここで、
Ｐ（ｙ）：光軸を含む主走査方向断面形状である非円弧を表す式、
ＲＤy（ｍｍ）：主走査方向曲率半径、
ＲＤx：各ｙ座標における副走査方向曲率半径を表す関数、
である。
【００５０】
尚、式Ｐ（ｙ）は下記数式で表される。
【００５１】
【数２】
2007271885.tif 000004
【００５２】
ここで、
Ｋ：主走査方向に寄与する円錐定数、
ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ：主走査方向に寄与する偶数次定数、
ＡＯＤ、ＡＯＥ、ＡＯＦ、ＡＯＧ：奇数次定数、
である。
【００５３】
また、ＲＤｙは下記数式で表される。
【００５４】
【数３】
2007271885.tif 000005
【００５５】
ここで、
ＲＤｓ（ｍｍ）：中心の副走査方向曲率半径、
ＢＣ、ＢＤ、ＢＥ、ＢＦ、ＢＧ：偶数次定数、
ＢＯＣ、ＢＯＤ、ＢＯＥ、ＢＯＦ、ＢＯＧ：奇数次定数、
である。
【００５６】
−数値実施例１−
数値実施例１における各係数を下記表１に示す。
【００５７】
【表１】
2007271885.tif 000006
【００５８】
ここで、
第１面：シリンドリカルレンズ６のポリゴンミラー４側のレンズ面、
第２面：シリンドリカルレンズ６の被走査面８側のレンズ面、
第３面：アナモフィックレンズ７のポリゴンミラー４側のレンズ面、
第４面：アナモフィックレンズ７の被走査面８側のレンズ面、
ｄi：光軸上の面間隔、
ｎi：レンズの屈折率、
である。
【００５９】
下記表２に本数値実施例１における諸データを表す。
【００６０】
【表２】
2007271885.tif 000007
【００６１】
ここで、
ｆ：走査レンズの焦点距離、
θｍａｘ：最大偏向角、
Ｌ：ポリゴンミラー４の偏光面と被走査面８の距離、
ｄ０：ポリゴンミラー４の偏光面とシリンドリカルレンズ６の距離、
である。
【００６２】
設計波長は７８０ｎｍであり、ｆ、Ｌ、ｄ０、ｄi、ＲＤy、及びＲＤsの単位は（ｍｍ）で、θｍａｘの単位は（ｄｅｇ）である。
【００６３】
図７に本数値実施例におけるｆθ誤差量を表す。
【００６４】
図８に本数値実施例における像面湾曲量を表す。
【００６５】
−数値実施例２−
数値実施例２における各係数を下記表３に示す。
【００６６】
【表３】
2007271885.tif 000008
【００６７】
ここで、
第１面：シリンドリカルレンズ６のポリゴンミラー４側のレンズ面、
第２面：シリンドリカルレンズ６の被走査面８側のレンズ面、
第３面：アナモフィックレンズ７のポリゴンミラー４側のレンズ面、
第４面：アナモフィックレンズ７の被走査面８側のレンズ面、
ｄi：光軸上の面間隔、
ｎi：レンズの屈折率、
である。
【００６８】
下記表４に本数値実施例２における諸データを表す。
【００６９】
【表４】
2007271885.tif 000009
【００７０】
ここで、
ｆ：走査レンズの焦点距離、
θｍａｘ：最大偏向角、
Ｌ：ポリゴンミラー４の偏光面と被走査面８の距離、
ｄ０：ポリゴンミラー４の偏光面とシリンドリカルレンズ６の距離、
である。
【００７１】
設計波長は７８０ｎｍであり、ｆ、Ｌ、ｄ０、ｄi、ＲＤy、及びＲＤsの単位は（ｍｍ）で、θｍａｘの単位は（ｄｅｇ）である。
【００７２】
図９に本数値実施例２におけるｆθ誤差量を表す。
【００７３】
図１０に本数値実施例２における像面湾曲量を表す。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る走査光学系は、安価でありつつ、高い結像性能を有し、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複写機等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】光走査装置１０の要部構成を表す主走査方向の概略断面図である。
【図２】光走査装置１０の要部構成を表す副走査方向の概略断面図である。
【図３】従来の光走査装置１００の要部構成を表す主走査方向断面図である。
【図４】従来の光走査装置１００におけるポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表すグラフである。
【図５】光走査装置１０におけるポリゴンミラー回転角度と像高との関係を表すグラフである。
【図６】光走査装置１０を用いた画像形成装置３０の要部構成を表す図である。
【図７】数値実施例１におけるｆθ誤差量を表す図である。
【図８】数値実施例１における像面湾曲量を表す図である。
【図９】数値実施例２におけるｆθ誤差量を表す図である。
【図１０】数値実施例２における像面湾曲量を表す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１      光源
２      コリメートレンズ
３、６      シリンドリカルレンズ
４      ポリゴンミラー
７      アナモフィックレンズ
８      被走査面
１０      光走査装置
２０      走査光学系
３０      画像形成装置
８０      一次帯電器
８２      現像器
８３      転写帯電器
８４      クリーナー
８５      定着装置
８６      給紙カセット
８７      感光ドラム
【図１】
2007271885.tif 000010
【図２】
2007271885.tif 000011
【図３】
2007271885.tif 000012
【図４】
2007271885.tif 000013
【図５】
2007271885.tif 000014
【図６】
2007271885.tif 000015
【図７】
2007271885.tif 000016
【図８】
2007271885.tif 000017
【図９】
2007271885.tif 000018
【図１０】
2007271885.tif 000019