(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた光学特性を有し、且つ製造容易である走査光学系を提供する。【解決手段】走査光学系は、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向器からの光を被走査面上に合焦させるためのレンズであって、少なくとも１つの回折面を有する走査レンズとを備えている。走査光学系は下記数式（１）を満足する。ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）  ここで、ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値、である。2007256825.tif 0000212007256825.tif 000022【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を偏向させて被走査面を走査する走査光学系であって、
上記光源からの光束を偏向する偏向器と、
上記偏向器からの光束を上記被走査面上に合焦させるためのレンズであって、少なくとも１つの回折面を有する走査レンズと、
を備え、
下記数式（１）を満足する走査光学系；
ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）
ここで、
ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値；
【数１】
2007256825.tif 000015
【数２】
2007256825.tif 000016
ここで、
ｈ：ブレーズの高さ、
Ｐ：ブレーズのピッチ、
θ：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射する光線の角度、
θ’：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射した光線の角度、
である。
【請求項２】
請求項１に記載された走査光学系において、
上記回折面は、主走査方向断面において上記走査レンズの軸上光の光軸に対して非対称な形状である走査光学系。
【請求項３】
請求項１に記載された走査光学系において、
上記走査レンズは、実質的に樹脂からなる走査光学系。
【請求項４】
被走査面を走査する光走査装置であって、
光源と、
上記光源からの光束を偏向する偏向器と、
上記偏向器からの光束を上記被走査面上に合焦させるためのレンズであって、少なくとも１つの回折面を有する走査レンズと、
を備え、
下記数式（１）を満足する光走査装置；
ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）
ここで、
ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値；
【数１】
2007256825.tif 000017
【数２】
2007256825.tif 000018
ここで、
ｈ：ブレーズの高さ、
Ｐ：ブレーズのピッチ、
θ：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射する光線の角度、
θ’：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射した光線の角度、
である。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載された走査光学系を用いた画像形成装置。
【請求項６】
光源からの光束を偏向させて被走査面を走査する走査光学系において走査光束を該被走査面上に合焦させるためのレンズであって、
少なくとも一つの回折面を備え、
下記数式（１）を満足するレンズ；
ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）
ここで、
ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値；
【数１】
2007256825.tif 000019
【数２】
2007256825.tif 000020
ここで、
ｈ：ブレーズの高さ、
Ｐ：ブレーズのピッチ、
θ：レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射する光線の角度、
θ’：レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射した光線の角度、
である。
【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、画像形成装置、及びその走査光学系に用いられるレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームプリンタなどの光走査装置に用いられる走査光学系は、一般的に、光源からの光を偏向させる偏向器（例えば、ポリゴンミラー等）と、偏向器により偏向された光を被走査面上に合焦させる走査レンズとを備えている。
【０００３】
走査レンズは、優れた光学性能を有する走査光学系を実現する上で非常に重要な部材であり、従来、種々の走査レンズが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、少なくとも１面が、副走査方向断面の曲率中心を結んだ線が湾曲した曲線となる湾曲軸トーリック面である走査レンズが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、微細な回折構造が形成された回折面を備えた走査レンズが提案されている。
【特許文献１】特許第３４２０９５６号公報
【特許文献２】特開平１２−２８４７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において提案されている走査レンズは、両レンズ面が曲面形状である。このため、十分に収差を抑制することが困難であり、特に高い解像度を有する光走査装置には適さないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２において提案されている走査レンズは、微細な回折構造が形成された回折面を有するため、その製造が困難であるという問題がある。また、走査位置によって回折効率が変化してしまい、周辺光量比が低下してしまうという問題もある。言い換えれば、被走査面中央部における光量と被走査面周辺部における光量とが大きく異なるという問題がある。
【０００８】
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、優れた光学特性を有し、且つ製造容易であ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る走査光学系は、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向器からの光束を被走査面上に合焦させるためのレンズであって、少なくとも１つの回折面を有する走査レンズとを備え、下記数式（１）を満足することを特徴とする。
ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）
ここで、
ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値、
である。
【００１０】
【数１】
2007256825.tif 000002
【００１１】
【数２】
2007256825.tif 000003
【００１２】
ここで、
ｈ：ブレーズの高さ、
Ｐ：ブレーズのピッチ、
θ：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射する光線の角度、
θ’：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射した光線の角度、
である。
【００１３】
本発明に係る光走査装置は、光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向器からの光束を被走査面上に合焦させるためのレンズであって、少なくとも１つの回折面を有する走査レンズとを備え、上記数式（１）を満足することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る走査光学系を用いたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るレンズは、光源からの光束を偏向させて被走査面を走査する走査光学系において走査光束を該被走査面上に合焦させるためのものであり、少なくとも一つの回折面を備え、上記数式（１）を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、優れた光学特性を有し、且つ製造容易であ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】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る光走査装置１０の構成を表す主走査方向の断面図である。
【００１９】
本実施形態に係る光走査装置１０は、被走査面６を光走査するためのものである。光走査装置１０は、光源１と、走査光学系２０とを備えている。光源１は、例えば、半導体レーザ等によって構成することができる。走査光学系２０は、コリメータレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と、偏向器４と、走査レンズ５とを備えている。
【００２０】
コリメータレンズ２は、光源１から出射された光束７を略平行光束にするためのものである。光源１から出射された光束が略平行光束である場合等においては、コリメータレンズ２は必ずしも必須の構成部材ではない。
【００２１】
シリンドリカルレンズ３は、主走査方向には光学的パワーを有さず、副走査方向においてのみ正の光学的パワーを有するレンズである。シリンドリカルレンズ３に入射した光束７は、偏向器４上に主走査方向に延びる線像として結像される。
【００２２】
偏向器４は、例えばポリゴンミラー等により構成することができる。偏向器４は、入射光束７を、例えば反射することにより、主走査方向に偏向走査させるためのものである。
【００２３】
走査レンズ５は、偏向器４によって偏向された光束７を被走査面６上に合焦するためのものである。走査レンズ５はｆθ特性を有するものである。具体的には、走査レンズ５は、主走査方向と副走査方向とで光学的パワーが相互に異なるアナモフィックレンズ（シリンドリカルレンズと異なり、副走査方向においても光学的パワーを有する）であることが好ましい。
【００２４】
本実施形態において、走査レンズ５の少なくとも一方の面は回折面である。このため、光学性能の優れた走査光学系を実現することができる。具体的には、走査レンズ５の少なくとも一方の面を回折面にすることによって、各種収差、像面湾曲が良好に補正されていると共に、高いｆθ特性を有する走査光学系を実現することができる。例えば、入射面５ａを回折面とし、入射面５ａの副走査方向断面を球面状とし、出射面５ｂをトーリック面としてもよい。
【００２５】
図２は、回折面に形成された走査レンズ５のレンズ面の主走査方向における部分断面図である。
【００２６】
回折面に形成された走査レンズ５のレンズ面は、下記数式（１）を満足するものである。
ｌｏｓｓMAX＜０．００５  ・・・・・（１）
ここで、
ｌｏｓｓMAX：回折面のパワーが正である場合に下記数式（２）で与えられる一方、回折面のパワーが負である場合に下記数式（３）で与えられる値の走査範囲における最大値、
である。
【００２７】
【数１】
2007256825.tif 000004
【００２８】
【数２】
2007256825.tif 000005
【００２９】
ここで、
ｈ：ブレーズＢの高さ、
Ｐ：ブレーズＢのピッチ、
θ：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射する光線の角度、
θ’：走査レンズの軸上光の光軸に対する回折面に入射した光線の角度、
である。
【００３０】
このため、周辺光量比が高い走査光学系を実現することができる。言い換えれば、被走査面６の中央部分における光量と周辺部分における光量との差が比較的小さい走査光学系を実現することができる。
【００３１】
尚、本明細書において、周辺光量比とは、被走査面周辺部における光量の被走査面中央部における光量に対する比をいう。
【００３２】
図３はｌｏｓｓMAXとブレーズＢのピッチＰとの相関を表すグラフである。尚、図３において横軸は、走査角（θ）である。
【００３３】
図３に示すように、ｌｏｓｓMAXが小さくなるにつれてブレーズＢのピッチＰが大きくなる傾向にある。ピッチＰは、走査レンズ５の製造容易性に関わり、具体的には、ピッチＰが大きくなるにつれて（詳細には、回折面におけるピッチＰの最小値が大きくなるにつれて）、走査レンズ５の製造が容易になる傾向にある。従って、本実施形態のようにｌｏｓｓMAX＜０．００５と、ｌｏｓｓMAXを小さくすることによって、より製造容易な走査レンズ５を実現することができる。
【００３４】
すなわち、ｌｏｓｓMAX＜０．００５とすることによって、周辺光量比が高く、且つ製造容易な走査レンズ５を実現することができる。
【００３５】
尚、回折面に形成された走査レンズ５のレンズ面は、主走査方向断面において上記走査レンズの軸上光の光軸に対して非対称な形状であることが好ましい。この構成によれば、各種収差及び像面湾曲がより小さく、且つより高いｆθ特性を有する走査光学系２０を実現することができる。
【００３６】
また、走査レンズ５は、実質的に樹脂からなるものであることが好ましい。この構成によれば、安価で、より製造容易な走査光学系２０を実現することができる。
【００３７】
図４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８の構成を表す図である。
【００３８】
画像形成装置８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。
【００３９】
ここでは感光ドラム８７の表面が図１における被走査面６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。
【００４０】
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。
次に、この画像形成装置８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。
【００４１】
上述の通り、光走査装置１０は優れた光学特性を有し、且つ製造が容易なものである。従って、本画像形成装置８は、高品位な画像形成が可能で、且つ製造容易なものである。
【実施例】
【００４２】
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、本数値実施例のレンズ構成を示している。
【００４３】
尚、本数値実施例では、入射面５ａに回折面が形成されている。入射面５ａの形状は、ベースとなる非球面形状に所望の光路差を発生させる光路差関数を付加した形で表現される。
【００４４】
ベースとなる非球面形状は、下記数式（４）〜（６）で与えられる。
【００４５】
【数３】
2007256825.tif 000006
【００４６】
【数４】
2007256825.tif 000007
【００４７】
【数５】
2007256825.tif 000008
【００４８】
ここで、
原点：光軸と入射面５ａが交わる点、
Ｚ軸：光軸方向に延びる軸、
Ｙ軸：主走査断面内において光軸に垂直な方向に延びる軸、
Ｘ軸：副走査断面内において光軸に垂直な方向に延びる軸、
Ｚ１：原点からのサグ量、
ｆ（ｙ）：ｘ＝０における主走査方向の非円弧を表す式、
ｇ（ｙ）：ｙ位置における副走査方向の曲率半径を示す式、
ＲＤｙ：原点における主走査方向の曲率半径、
ＲＤｘ：ｙ＝０における副走査方向の曲率半径、
ＡＤ，ＡＥ，ＡＦ，ＡＧ，ＡＨ，ＡＩ，ＡＪ，ＡＫ，ＡＬ：主走査方向の非円弧を決める高次係数、
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ，ＢＥ，ＢＦ，ＢＧ，ＢＨ：ｙ位置における副走査方向の曲率半径を決める係数、
である。
【００４９】
入射面５ａの光路差関数ＯＰＤ（ｙ）は下記数式（７）で与えられる。
【００５０】
【数６】
2007256825.tif 000009
【００５１】
ここで、
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ，ＨＤ，ＨＥ：光路差関数を決める高次係数、
である。
【００５２】
上記光路差関数ＯＰＤ（ｙ）から決定される原点からのサグ量（Ｚ２）は下記数式（８）で表される。
【００５３】
【数７】
2007256825.tif 000010
【００５４】
ここで、
λ：光源から出射される光束の波長、
ｎ：走査レンズ５の屈折率、
ｍ：１以上の整数、
ｊ：ＯＰＤをλで割ったものに対し、小数点以下を切り捨てたもの（整数）、
図５に本数値実施例における入射面５ａのレリーフの周期を示す。
【００５５】
以上より、入射面５ａの形状は、原点からのサグ量をＺとすると下記数式（９）で表される。
Ｚ＝Ｚ１＋Ｚ２  ・・・・・（９）
また、本数値実施例において、出射面５ｂは、トーリック面であり、上記数式（４）〜（６）で与えられる非球面である。尚、本数値実施例では、出射面５ｂは回折面ではないため、上記数式（４）で示すＺ１が原点からのザグ量となる。
【００５６】
本数値実施例の光学的仕様を下記表１に示す。表２に入射面５ａの形状を表すパラメータ、表３に出射面５ｂの形状を表すパラメータを示す。
【００５７】
【表１】
2007256825.tif 000011
【００５８】
【表２】
2007256825.tif 000012
【００５９】
【表３】
2007256825.tif 000013
【００６０】
ここで、
λ（ｍｍ）：設計波長、
Ｙｏ（ｍｍ）：有効走査幅、
θｏ（ｄｅｇ．）：有効走査幅に対応した偏向角、
ｒｐ（ｍｍ）：偏向器４の内接円半径、
α（ｄｅｇ．）：走査中心における光束７の偏向器４の偏向面での反射角、
Ｌ１（ｍｍ）：偏向器４の偏向反射面と被走査面６の距離、
Ｌ２（ｍｍ）：走査レンズ５の出射面５ｂの原点と被走査面６の距離、
ＴＨ（ｍｍ）：走査レンズ５の中心厚、
ｎ：走査レンズ５の設計波長（λ）における屈折率
である。
【００６１】
尚、ｆｍ（ｍｍ）は下記数式（１０）で与えられる。
【００６２】
【数８】
2007256825.tif 000014
【００６３】
本数値実施例において、ｌｏｓｓMAXは０．００４６０であった。
【００６４】
図６は本数値実施例の像面湾曲を表すグラフである。
【００６５】
図７は本数値実施例のｆθ特性を表すグラフである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る走査光学系は、優れた光学特性を有し、且つ製造容易であるため、レーザビームプリンタ、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】
【００６７】
【図１】光走査装置１０の構成を表す主走査方向の断面図である。
【図２】回折面に形成された走査レンズ５のレンズ面の主走査方向における断面図である。
【図３】ｌｏｓｓMAXとブレーズＢの高さｈとの相関を表すグラフである。
【図４】光走査装置１０を用いた画像形成装置８の構成を表す図である。
【図５】数値実施例における入射面５ａのレリーフの周期を示す。
【図６】数値実施例の像面湾曲を表すグラフである。
【図７】数値実施例のｆθ特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１      光源
２      コリメータレンズ
３      シリンドリカルレンズ
４      数式
４      偏向器
５      走査レンズ
５ａ    入射面
５ｂ    出射面
６      被走査面
７      光束
８      画像形成装置
１０      光走査装置
２０      走査光学系
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】
2007256825.tif 000023
【図２】
2007256825.tif 000024
【図３】
2007256825.tif 000025
【図４】
2007256825.tif 000026
【図５】
2007256825.tif 000027
【図６】
2007256825.tif 000028
【図７】
2007256825.tif 000029