(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、該光源部から出射された光をカップリングするカップリングレンズと、収束した光束を主走査方向に長い線像として集光させるシリンダレンズと、前記線像の集光部近傍に偏向反射面を有する偏向器と、偏向された光束により被走査面上を走査させる走査光学系とを有する走査光学装置において、
前記走査光学系に残存するリニアリティに対応して予め設定された量の画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更することにより、前記被走査面上をほぼ等速度で走査可能にし、
前記走査光学系は、
前記残存するリニアリティをＬｉｎ（％）としたとき、以下の条件式を満たし、
０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０
少なくとも２枚の正レンズから構成された走査レンズ系であり、該走査レンズ系は主走査方向において、偏向反射点に対し凹面を向けた面数が凸面を向けた面数より少なくなく、
前記偏向器側に配置された走査レンズのパワーが、前記被走査面側に配置された走査レンズのパワーより大きく、且つ前記各走査レンズはいずれも前記被走査面側のレンズ面が前記偏向反射点に対して凹面を向けた形状である
ことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記走査レンズの少なくとも１面は主走査方向で高次の非球面を有し、且つ、前記走査レンズの少なくとも１枚は、熱可塑性光学材料を用いた射出成形手段、または熱硬化性光学材料を用いた充填成形手段により形成されることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の走査光学装置と、該走査光学装置により感光体面上に画像を形成する画像形成手段とを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタル複写機，レーザプリンタ，レーザファクシミリ等の走査系に用いられる走査光学装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光学系のパラメータを最適化することにより、所要のすべての光学特性を良好に補正するようにした走査光学装置は多く知られている。その際、補正の対象となる光学特性には、主走査方向や副走査方向の像面湾曲，波面収差，リニアリティ，走査線曲がり等があり、これらを高性能に補正しながら、さらに加工性，経済性等を考慮することは容易ではなく、試行錯誤を重ねながら最適なバランスに落ち着かせている。
【０００３】
このような走査光学系としては、例えば特開平１０−３３３０６９号公報や特開平１１−６４７６０号公報に示されるようなものがある。
前者は等速性の補正が±０．１％程度、後者は−０．１〜＋０．２％程度であり、いずれも良好に補正されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の走査光学系にあっては、走査光学装置の前述した各光学特性のすべてを良好に補正することにより高性能化を図るものであるため、設計上に多くの時間を要するだけでなく、加工性が容易で低コストに生産し得る形状を得ることはきわめて困難であった。
【０００５】
すなわち、等角速度で回転する偏向器により光束を走査する場合、周辺像高ほど走査速度が速くなり、被走査面でのリニアリティは正で大きくなりやすい。これを簡単に補正するには、例えば図６に示すように、偏向器の偏向反射点Ｐに凸面を向けた比較的パワーの小さいメニスカスレンズＬを用いる方法がある。このような構成によれば、図に波線で示すように屈折した光線は周辺像高ほど中心側にシフトされるため走査速度を等速に近づけることが可能になる。
【０００６】
しかし、一般にレンズ設計や収差論等で周知のように、上記のメニスカスレンズＬの偏向反射点Ｐに対して凸面を向けた（反コンセントックな）２つの面は、大きな収差を逆符号で打ち消しており、走査光学装置の高性能化や公差の拡大に対して大きな障害となる。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高性能な走査光学装置及びそれを備えた画像形成装置を低コストに提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、光源部と、この光源部から出射された光をカップリングするカップリングレンズと、収束した光束を主走査方向に長い線像として集光させるシリンダレンズと、上記線像の集光部近傍に偏向反射面を有する偏向器と、偏向された光束により被走査面上を走査させる走査光学系とを有する走査光学装置において、上記走査光学系に残存するリニアリティに対応して予め設定された量の画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更することにより、上記被走査面上をほぼ等速度で走査可能にする。
【０００８】
さらに、上記の走査光学装置において、上記走査光学系は残存するリニアリティをＬｉｎ（％）としたとき、０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０とする。また、その走査光学系は少なくとも２枚の正レンズから構成された走査レンズ系であり、この走査レンズ系は主走査方向において、上記偏向反射点に対し凹面を向けた面数が凸面を向けた面数より少なくない。
【０００９】
さらに、上記偏向器側に配置された走査レンズのパワーを、上記被走査面側に配置された走査レンズのパワーより大きくし、且つ上記各走査レンズはいずれも上記被走査面側のレンズ面が上記偏向反射点に対して凹面を向けた形状であることを特徴とする。
【００１０】
なお、上記の走査光学装置において、上記走査レンズの少なくとも１面は高次の非球面を有し、且つ上記走査レンズの少なくとも１枚は、熱可塑性光学材料を用いた射出成形手段、または熱硬化性光学材料を用いた充填成形手段により形成されるようにするのが好ましい。
【００１１】
そして、上記の走査光学装置と、この走査光学装置により感光体面上に画像を形成する画像形成手段を備えた画像形成装置も提供する。
【００１２】
この発明による走査光学装置及びそれを備えた画像形成装置は上記のように構成することにより、走査光学系に残存するリニアリティを電気的に補正して被走査面上を等速走査することが可能になり、加工公差や組み付け誤差に強い高性能な走査光学装置を安価に提供することができ、良好な画像形成を行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、この発明の実施例１を主走査断面で示す構成図、図２は、主走査方向の像面湾曲とリニアリティを示す収差図である。
【００１４】
図１において、半導体レーザを有する光源部１から出射されカップリングレンズ２によりカップリングされた光束は、シリンダレンズ３により偏向器４の偏向反射面４ａの近傍で主走査方向に長い線状に集光し、図で時計方向に回転する偏向器４により等角速度に偏向され、走査レンズ５を経て被走査面（感光体面）６上を主走査方向に走査する。
【００１５】
なお、光源部１はレーザ書込回路７により画像信号に応じて変調されて発光し、このレーザ書込回路７には、画素クロック生成回路８で生成した高周波クロックを分周回路９により整数分の１に分周して出力した画素クロック信号が画像信号と共に入力される。
【００１６】
走査レンズ５は、２枚の正レンズからなる第１の走査レンズ５ａと第２の走査レンズ５ｂとから構成され、それぞれにパワーを分担させて高性能化を図っている。そして、
Ｐ１：第１の走査レンズ５ａのパワー
Ｐ２：第２の走査レンズ５ｂのパワー
としたとき、
Ｐ１＞Ｐ２
とすることにより、２枚のレンズをコンパクト化して生産性の向上と高性能化が可能になる。
【００１７】
また、第１の走査レンズ５ａの第２面及び第２の走査レンズ５ｂの第２面を偏向反射点Ｐに対して凹面を向けた形状（「コンセントリックな形状」と言う場合もある）にすることにより、性能が安定し、加工公差や組み付け誤差の許容範囲を拡大することができる。このような偏向反射点に対して凹面を向けた面を用いた場合、唯一不利になる等速性の補正は、後述する画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更するという電気的補正手段により補正する。
【００１８】
このような電気的補正手段を用いた場合でも、走査レンズ５の少なくとも１面に高次の非球面を用いることは必要であり効果的である。２次の回転非球面は機械的な研磨法で形成できるが、高次の非球面を量産するのは型による成形法が適している。このとき、熱可塑性光学材料を用いた場合は射出成形法、熱硬化性光学材料を用いた場合は充填成形法が用いられる。
また、光学ガラスのように軟化点の高い材料では、予め近似的な形状に加工されたガラス面を光学樹脂材で被覆して成形法で製造することにより、低コストで大量生産が可能になる。
【００１９】
この発明は、このような構成からなる走査光学系に一定量のリニアリティを意識的に残存させることにより、前述した他の諸収差の補正を容易にし、同時に各レンズ面を成形しやすく、加工公差や組み付け誤差をある程度許容し得る形状にして生産性を向上させ、残存させたリニアリティに対応して予め設定された画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更することにより高性能な走査光学系を実現しようとするものである。
【００２０】
このとき、走査光学系に残存するリニアリティＬｉｎは、
０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０（％）
であることが望ましい。
【００２１】
この値が従来技術に示した０．１％程度なら良好な範囲として認められ、さらに大きくなっても下限値０．５％以上であれば比較的容易に補正することができる。しかし走査光学系に残存するリニアリティが下限値を下回った場合には画素クロックの時間幅を１クロック毎に変更する技術を併用してもその効果は薄くなる。
【００２２】
一方、この値が上限値１０％を上回って過大なリニアリティが残存する場合には、波面収差を良好に補正しても、主走査方向の像高に対する開口数の変化が理想値からずれてビームウェスト径の変動が大きくなることが判明した。すなわち、リニアリティが正で大きくなると周辺像高でのビームウェスト径は大きくなり、リニアリティが負で大きくなると周辺像高でのビームウェスト径は小さくなり、いずれのばあいも高性能が得られなくなる。
【００２３】
特に走査光学系が図１に示すように走査レンズ系である場合、リニアリティＬｉｎは正で、
０．５≦Ｌｉｎ≦１０（％）
とし、且つ、偏向反射点Ｐに対して凹面を向けた面を使用することが望ましい。この点において、走査光学系に上記のリニアリティの上限値以内のリニアリティを許容し、画像のクロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更して等速性を補正することにより、図６で示した偏向反射点Ｐに対して凸面を向けた面を排して凹面を向けた面を用いることが可能になる。
【００２４】
【実施例】
ここで、このような実施形態を有する走査光学装置１０の望ましい実施例１の諸元を説明する。
光源部１から出射する光の基準波長は４１０ｎｍ，カップリングレンズ２の光軸と基準線（走査レンズ５の光軸）Ｘとのなす角は６０度であり、偏向器４は５面のポリゴンミラーからなる偏向反射面４ａを有し、その回転中心４ｂから各偏向反射面４ａまでの距離は２０ｍｍである。光源部１からの光束が基準線Ｘに向かうときの偏向器４の回転角は３０度、走査幅ＹはＡ３用であって±１５０ｍｍとする。
また、走査レンズ５を構成する第１，第２の走査レンズ５ａ，５ｂは、いずれもポリオレフィン系の樹脂を成形したものであり、それぞれ被走査面６側の面である第２面が偏向反射点Ｐに対して凹面を向けた形状を有し、凸面を向けた形状の第１面と同数の面数となっている。
【００２５】
また、これらの第１，第２の走査レンズ５ａ，５ｂは、すべての面を非球面状に形成されている。いま、非球面を有する走査レンズ５の光軸方向の座標をＸ、主走査方向の座標をＹ、近軸曲率半径をＲ、その曲率（１／Ｒ）をＣ、円錐定数をＫ、高次の係数をＭ４，Ｍ６，Ｍ８，Ｍ１０，Ｍ１２，Ｍ１４，Ｍ１６とすると、主走査方向の非球面係数は数１のように表される。
【００２６】
【数１】
0004287994.tif 000002
【００２７】
なお、副走査方向の非球面係数はこの発明の要旨と直接関係がないので省略する。
以下の表１に上記実施例１のパラメータを示す。
【００２８】
【表１】
0004287994.tif 000003
【００２９】
上記の表１において、
Ｉ：面番号
Ｒ（Ｉ）：第Ｉ面の主走査方向の曲率半径（ｍｍ）
Ｄ（Ｉ）：第Ｉ面後の面間隔
Ｎ（Ｉ）ｄ：第Ｉ面後の屈折率（ｄ線）
Ｎ（Ｉ）４１０：第Ｉ面後の屈折率（波長４１０ｎｍ）
υ（Ｉ）ｄ：第Ｉ面後のアッベ数（ｄ線）
をそれぞれ表すものとする。
また、表２に実施例１の各非球面の円錐定数Ｋ及び高次の係数Ｍ４〜Ｍ１６を示す。
【００３０】
【表２】
0004287994.tif 000004
【００３１】
なお、上記の表２においては、Ｅは１０を基数とし、右側の数字を指数とする累乗を表すものであり、例えば第２面のＭ４を示す５．４２Ｅ−０８は５．４２×１０−８を意味する。
図２の（ａ），（ｂ）に上記実施例１の主走査方向の像面湾曲とリニアリティを示す。なお、像面湾曲Ｐｖは０．０９７ｍｍ，リニアリティは最大＋３．５％であり、図示しないが波面収差は良好に補正されている。
【００３２】
一方、画素クロック生成回路８においては、画素クロックの８倍の高周波クロックを生成し、この高周波クロックを８分周することにより画素クロックを生成している。このような画素クロック生成回路８を用いて図２の（ｂ）に示すように、リニアリティが０に近い中心付近では、８分周による画素クロックをそのまま出力する。
【００３３】
周辺でのＬｉｎは、
Ｌｉｎ＝３．５％＝３．５／１００≒２／５６＝２／（８×７）
であるから、周辺では画素クロックを、上記の高周波クロックを８分周する回数が７回のうち２回７分周とすることにより、８／８，８／８，８／８，７／８，８／８，８／８，７／８の画素クロックの時間幅となるように、分周比を８，８，８，７，８，８，７と繰り返すことで、＋３．５％のリニアリティがもたらす等速性のズレを補正することかでき、高性能な走査光学装置を得ることができる。
【００３４】
次に、図３はこの発明の実施例２の構成図である。なお、この図３においては、図１に示した光源部１，カップリングレンズ２，シリンダレンズ３等からなる偏向器４までの共通部分は省略してある。
この実施例２においても、偏向器１４により偏向された光束はそれぞれ正の第１，第２の走査レンズ１５ａ，１５ｂからなる走査レンズ１５を経て被走査面（感光体面）１６上を走査する。そして、第１，第２の走査レンズ１５ａ，１５ｂはいずれも両面とも偏向反射点Ｐに対して凹面を向けた面で構成されていて凸面を向けた面は存在しない。
以下の表３に上記実施例２のパラメータを示す。
【００３５】
【表３】
0004287994.tif 000005
【００３６】
また、表４に実施例２の各非球面の円錐定数Ｋ及び高次の係数Ｍ４〜Ｍ１０を示す。
【００３７】
【表４】
0004287994.tif 000006
【００３８】
なお、上記の表３及び表４において、表１及び表２と同一の符号についてはその説明を省略し、実施例１と異なる部分について説明する。
この実施例２は、基準波長６５０ｎｍ、偏向器１４は６面のポリゴンミラーからなり、回転中心１４ｂから偏向反射面１４ａまでの距離は１８ｍｍ，光束が基準線Ｘに向かうときの偏向器４の回転角は３０゜、走査幅はＡ４用であって±１０５ｍｍであり、Ｎ（Ｉ）６５０は、波長６５０ｎｍのときの屈折率を表している。
【００３９】
図４の（ａ），（ｂ）は、実施例２の主走査方向の像面湾曲とリニアリティを示すものであり、像面湾曲Ｐｖは０．０５２、リニアリティは最大で５％である。
周辺でリニアリティが＋５％あるので、前実施例１と同様に８分周による画素クロックを出力する。
【００４０】
リニアリティが０に近い中心付近では、８分周による画素クロックをそのまま出力する。
また、５％＝５／１００＝２／４０＝２／(８×５)であるから、周辺では、前述した高周波クロックを８分周する回数を５回のうち２回７分周とすることにより、画素クロックの時間幅となるように、分周比を８，８，７，８，７と繰り返すことで、＋５％のリニアリティがもたらす等速性のズレを補正し得て高性能な走査光学装置が達成できる。
次に、図５は上述の走査光学装置を備えた画像形成装置の一例であるデジタル複写機の構成図である。
【００４１】
このデジタル複写機２０は、複写機本体２１内に設けた光学読み取り装置２２により読み取った画面データを基にして、上述の走査光学装置１０が作像装置２４に設けた感光体２５上に潜像を形成し、その潜像を現像装置２６がトナーにより可視像としている。
感光体２５上に形成された可視像は、下方の給紙装置２３から給紙ローラ２７により１枚ずつ給紙されるシート材Ｓ上に転写され、転写が終るとシート材Ｓは定着装置２８に搬送されて可視像が定着された後、排紙ローラ対２９により外部の排紙トレイ３０に排出される。
【００４２】
また、両面画像形成時には、シート材Ｓは図示しない排紙分岐爪により反転搬送路３１から両面装置３２に向けて搬送され、両面トレイ３３に一旦格納された後に進行方向を逆転し、両面搬送路３４から再び作像装置２４に送り込まれて裏面に画像が形成され、定着装置２８を通って排紙トレイ３０上に排出される。
なお、この走査光学装置を備えた画像形成装置は、上述のデジタル複写機に限るものではなく、ファクシミリ、プリンタ等にも何等支障なく適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば次に記載する効果を奏する。
この発明による走査光学装置は、走査光学系に残存するリニアリティに対応して予め設定された量の画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更するようにしたので、走査光学系の他の各収差を良好に補正するために、リニアリティを一定量残存させ、残存したリニアリティを、画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更することにより、被走査面上をほぼ等速度で走査することが可能になり、走査光学系の高性能化を図ることができる。
【００４４】
その走査光学系に残存するリニアリティＬｉｎを、０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０としたので、周辺像高でのビームウエスト径のばらつきを実用上許容し得る範囲内に低減させることが可能になる。
【００４５】
また、走査光学系を少なくとも２枚の正レンズから構成された走査レンズ系とし、この走査レンズ系は、偏向反射点に対し凹面を向けた面数が凸面を向けた面数より少なくないので、諸収差を良好に補正した高性能な走査レンズ系を得ることができる。
【００４６】
さらに、偏向器側に配置された走査レンズのパワーを被走査面側に配置された走査レンズのパワーより大きくし、且つ上記各走査レンズはいずれも被走査面側のレンズ面を偏向反射点に対して凹面を向けた形状にしたので、走査レンズをコンパクトに保って高性能化が可能になるとともに、加工公差や組み付け誤差に強くすることができる。
【００４７】
なお、走査レンズの少なくとも１面は主走査方向で高次の非球面を有し、且つ上記走査レンズの少なくとも１枚は、熱可塑性光学材料を用いた射出成形手段、または熱硬化性光学材料を用いた充填成形手段により形成するようにすれば、高度な収差補正ができ、低コストで大量生産が可能になる。
【００４８】
この発明による画像形成装置は、光学的及び電気的に諸収差を高度に補正された走査光学装置を用いて高性能な出力画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を主走査断面で示す構成図である。
【図２】同じくその収差図である。
【図３】この発明の実施例２の要部を主走査断面で示す構成図である。
【図４】同じくその収差図である。
【図５】この走査光学装置を備えた画像形成装置の一例を示す構成図である。
【図６】従来のリニアリティ補正方法の一例を示す光路図である。
【符号の説明】
１：光源部                ２：カップリングレンズ
３：シリンダレンズ        ４，１４：偏向器
５，１５：走査レンズ
５ａ，１５ａ：第１の走査レンズ
５ｂ，１５ｂ：第２の走査レンズ
６，１６：被走査面        ７：レーザ書込回路
８：画素クロック生成回路  ９：分周回路
１０：走査光学装置        ２０：デジタル複写機
２１：複写機本体          ２２：光学読み取り装置
２３：給紙装置            ２４：作像装置
２５：感光体              ２６：現像装置
２７：給紙ローラ          ２８：定着装置
Ｐ：偏向反射点            Ｓ：シート材
Ｉ：面番号
Ｒ（Ｉ）：第Ｉ面の主走査方向の曲率半径
Ｄ（Ｉ）：第Ｉ面後の面間隔
【図１】
0004287994.tif 000007
【図２】
0004287994.tif 000008
【図３】
0004287994.tif 000009
【図４】
0004287994.tif 000010
【図５】
0004287994.tif 000011
【図６】
0004287994.tif 000012