(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一又は複数の光束を発生する光源部と、
前記光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子と、
該アナモフィック光学素子により収束された光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、
該ポリゴンミラーにより反射された光束を被走査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、
前記結像光学系は、前記ポリゴンミラー側に配置された走査レンズと、該走査レンズより前記被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レンズとを備え、
前記走査レンズに含まれる少なくとも１つの凸面は副走査方向により強い屈折力を持つトーリック面であり、前記補正レンズの１つの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アナモフィック非球面であり、以下の条件(１)を満たすことを特徴とする走査光学系。
−１．１＜ｒz2／ｒz1＜−０．３  …(１)
ただし、
ｒz1：トーリック面の副走査方向の曲率半径、
ｒz2：アナモフィック非球面の光軸上での副走査方向の曲率半径。
【請求項２】
前記走査レンズは、前記ポリゴンミラー側に配置された第１レンズと、前記被走査面側に配置された第２レンズの２枚のレンズ要素から構成され、前記第１レンズがプラスチックレンズであり、前記第２レンズがガラスレンズであることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
【請求項３】
前記走査レンズは、前記ポリゴンミラー側に配置された第１レンズと、前記被走査面側に配置された第２レンズの２枚のレンズ要素から構成され、前記第１、第２レンズが、共にプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
【請求項４】
前記光源部から前記ポリゴンミラーに入射する光束が、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直で前記走査レンズの光軸を含む主走査平面に対して傾いて入射することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
【請求項５】
前記光源部は、複数の光束を発し、前記複数の光束のうちの少なくとも一本は、前記主走査平面に対して傾いて前記ポリゴンミラーに入射することを特徴とする請求項４に記載の走査光学系。
【請求項６】
前記光源部から発した複数の光束は、副走査方向において、前記ポリゴンミラーの反射面上で交差することを特徴とする請求項５に記載の走査光学系。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の走査光学系を備えるレーザープリンター等の走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープリンター等の走査光学装置に用いられる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンター等に用いられる走査光学系は、半導体レーザー等の光源から発したレーザー光をポリゴンミラーにより偏向、走査させ、ｆθレンズ等の走査レンズを介して感光体ドラム等の被走査面上にスポットとして結像させる。被走査面上のスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って走査し、この際レーザー光をオンオフ変調することにより被走査面上に静電潜像を形成する。なお、この明細書では、被走査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、被走査面上での方向を基準に説明することとする。また、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直で、走査レンズの光軸を含む平面を主走査平面と定義する。
【０００３】
上記のような走査光学系において、複数のビームを単一のポリゴンミラーにより同時に偏向させる場合がある。共用化による部品点数の削減が可能となり、かつ、配置スペースを小さくできる。この場合、複数のビームのポリゴンミラーへの入射位置がほぼ一致するように副走査方向に関して斜めに入射させる(副走査方向の入射角度が０度でない)ことにより、ポリゴンを薄くすることが可能となり、ポリゴンミラーのコストを抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に関して斜めに入射すると、被走査面上ではビームスポットの軌跡である走査線が湾曲するという問題が生じる。走査線の湾曲は一般にボウ(Bow)と呼ばれ、描画精度を悪化させるため、特に高精細のシステムにおいては低く抑える必要がある。
【０００５】
この発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に関して斜めに入射する場合にも、被走査面上での走査線の湾曲を抑えることができる走査光学系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学系は、単一又は複数の光束を発生する光源部と、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子と、アナモフィック光学素子により収束された光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、ポリゴンミラーにより反射された光束を被走査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、結像光学系は、ポリゴンミラー側に配置された走査レンズと、走査レンズより被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レンズとを備え、走査レンズに含まれる少なくとも１つの凸面は副走査方向により強い屈折力を持つトーリック面であり、補正レンズの１つの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アナモフィック非球面であり、以下の条件(１)を満たすことを特徴とする。
−１．１＜ｒz2／ｒz1＜−０．３  …(１)
ただし、
ｒz1：トーリック面の副走査方向の曲率半径、
ｒz2：アナモフィック非球面の光軸上での副走査方向の曲率半径。
【０００７】
上記の構成によれば、走査レンズにトーリック面、補正レンズにアナモフィック非球面を設けることにより、主走査方向のパワー分布を変化させずに、副走査方向のパワー配分をコントロールすることができ、副走査方向の収差として現れる走査線の湾曲を補正することが可能となる。また、条件(１) を満たすことにより、走査線の湾曲に対する補正量を適切に保つことができる。
【０００８】
走査レンズをポリゴンミラー側に配置された第１レンズと被走査面側に配置された第２レンズの２枚のレンズ要素から構成する場合、第１レンズをプラスチックレンズ、第２レンズをガラスレンズとしてもよいし、２枚共にプラスチックレンズとしてもよい。また、光源部からポリゴンミラーに入射する光束が、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直で走査レンズの光軸を含む主走査平面に対して傾いて入射するようにしてもよい。さらに、光源部は、複数の光束を発し、複数の光束のうちの少なくとも一本は、主走査平面に対して傾いてポリゴンミラーに入射するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる走査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す主走査方向に垂直な面内での説明図であり、(Ａ)はポリゴンミラーより光源部側、(Ｂ)はポリゴンミラーより被走査面である感光体ドラム側を示している。
【００１０】
図１(Ａ)に示すタンデム走査光学系の光源部１０は、２個の半導体レーザー１１、１１と、これらの半導体レーザーから発する発散光を平行光にする２個のコリメートレンズ１２、１２とを備えている。コリメートレンズ１２により平行光とされた２本のレーザー光Ｌ1、Ｌ2は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリンドリカルレンズ１３により副走査方向に関して収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１３が持つプリズム作用により偏向されてポリゴンミラー２０の近傍でほぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部１０から発する２本の光束は、ポリゴンミラー２０の回転軸２０ａに対して垂直で走査レンズ３０の光軸Ａｘを含む主走査平面に対して傾いてポリゴンミラー２０に入射し、ポリゴンミラー２０の反射面上で交差する。
【００１１】
光源部１０から発した２本の光束Ｌ1，Ｌ2は、回転軸２０ａ回りに回転するポリゴンミラー２０により同時に偏向される。偏向された２本の光束Ｌ1，Ｌ2は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進み、第１レンズ３１と第２レンズ３２とから構成される走査レンズ３０に入射する。走査レンズ３０から射出した光束は、それぞれ一対のミラー４０，４１により反射され、各光束毎の光路に配置された補正レンズ５０を介して、それぞれ異なる感光体ドラム６０上に収束してビームスポットを形成する。ポリゴンミラー２０を回転軸２０ａ回りに回転させることにより、２本の感光体ドラム上にそれぞれ一本の走査線を同時に形成することができる。
【００１２】
なお、シリンドリカルレンズ１３は、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ３０及び補正レンズ５０は、ポリゴンミラーにより反射された光束を被走査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しての機能を有している。
【００１３】
走査レンズ３０に含まれる１つの凸面はトーリック面であり、補正レンズ５０のポリゴンミラー２０側の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アナモフィック非球面である。走査レンズにトーリック面、補正レンズにアナモフィック非球面を設けることにより、主走査方向のパワー分布を変化させずに、副走査方向のパワー配分をコントロールすることができ、副走査方向の収差として現れる走査線の湾曲を良好に補正することが可能となる。また、走査レンズ３０の凸面をトーリック面としたのは、ガラスレンズにトーリック面を形成する際の加工を容易にするためである。すなわち、凸のトーリック面を研磨する場合には、一方の主経線方向の曲率半径に等しい半径を持つ回転皿にレンズを貼り付け、他方の主経線方向の曲率半径に等しい曲率半径を持つ凹面形状の砥石を接触させればよいが、凹のトーリック面の加工は困難であるため、加工が困難になる。
【００１４】
また、上記のトーリック面、アナモフィック非球面は、以下の条件(１) を満たしている。
−１．１＜ｒz2／ｒz1＜−０．３  …(１)
ただし、
ｒz1：トーリック面の副走査方向の曲率半径、
ｒz2：アナモフィック非球面の光軸上での副走査方向の曲率半径。
【００１５】
条件(１)は、走査レンズ３０に含まれるトーリック面と補正レンズ５０に含まれるアナモフィック非球面との副走査の曲率半径の関係を規定する。条件(１)の下限を下回る場合には、走査線の湾曲の補正か過剰となり、走査線が逆方向に湾曲する。上限を超える場合には、走査線の湾曲の補正が不足する。
【００１６】
次に、図１に示したタンデム走査光学系の具体的な実施例を３例説明する。なお、以下の実施例では、図１(Ｂ)で示した２本の光束のうち、上側の光束Ｌ2が透過する光学系のみを取り出し、ミラー４０，４１を省略し、光路を展開して説明する。
【００１７】
【実施例１】
図２は、実施例１の走査光学系を示す主走査平面内の説明図である。表１は、実施例１の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６０側の構成を示す。表中の記号ｆはｆθレンズの主走査方向の焦点距離、ｒyは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)、ｎは設計波長780nmでの屈折率、DECZは各面の副走査方向への偏心(単位：mm)である。入射角度は、各半導体レーザーからの光束の中心軸がポリゴンミラー２０に入射する際に主走査平面に対してなす角度である。
【００１８】
表中、第１面及び第２面がシリンドリカルレンズ１３、第３面がポリゴンミラー２０のミラー面、第４面及び第５面が走査レンズ３０の第１レンズ３１、第６面及び第７面が第２レンズ３２、第８面及び第９面が補正レンズ５０、第１０面が感光体ドラム６０を示す。実施例１では、走査レンズ３０の第１レンズ３１がプラスチックレンズ、第２レンズ３２がガラスレンズで構成され、第２レンズの凸面がトーリック面として形成されている。
【００１９】
【表１】
0004346835.tif 000002
【００２０】
第１面は副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカル面、第２面、第３面、第６面、第１０面は平面、第４面、第５面は回転対称非球面、第７面はトーリック面、第８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アナモフィック非球面、第９面は球面である。
【００２１】
回転対称非球面は、光軸からの高さがhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次、８次、１０次の非球面係数をＡ4，Ａ6，Ａ8として、以下の式で表される。
Ｘ(h)＝Ｃh2/(１+√(１-(１+κ)Ｃ2h2))+Ａ4h4+Ａ6h6+Ａ8h8
表１における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００２２】
【表２】
0004346835.tif 000003
【００２３】
アナモフィック非球面は、面上で光軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査方向の距離がYとなる上記曲線上の座標点での光軸上の接線からの距離(サグ量)をＸ(Y)、当該座標点でこの曲線に接する副走査方向の円弧の曲率半径をｒｚ(Y)として、以下の式で定義される。
Ｘ(Y)＝ＣY2/(１+√(１−(１+κ)Ｃ2Y2))+Ａ4Y4+Ａ6Y6+Ａ8h8
1／rz(Y)＝(1／rz0)＋Ｂ1・Y1＋Ｂ2・Y2＋Ｂ4・Y4
式中、Ｃ、κ、Ａ4、Ａ6，Ａ8の定義は回転対称非球面と同様であり、rz0は光軸上での副走査方向の曲率半径(表１のrz)、Ｂ1，Ｂ2，Ｂ4はそれぞれ副走査方向の曲率半径を決定する係数である。第８面における各数値は、表３に示されている。
【００２４】
【表３】
0004346835.tif 000004
【００２５】
上述した実施例１の走査光学系の性能は、図３のグラフに示される。図３(A)は、fθ誤差(スポット位置の理想位置からの主走査方向のズレ)を示し、図３(B)は、像面湾曲(焦点位置の仮想像面からの光軸方向のズレ)を示し、破線が主走査方向Ｍ、実線が副走査方向Ｓの値を示す。また、図３(C)は、走査線湾曲(スポット位置の理想的な走査直線からの副走査方向のずれ)を示す。各グラフの縦軸は像高(単位：ｍｍ)、横軸は収差量(単位：ｍｍ)を示す。
【００２６】
また、図４は、実施例１と同等の仕様で走査レンズ３０にトーリック面を用いなかった場合の走査線湾曲を示す。図３(C)と図４とを比較するとわかるように、実施例１ではトーリック面を採用することにより、これを採用しない場合と比較して走査線湾曲が極めて良好に補正されている。
【００２７】
【実施例２】
図５は、実施例２の走査光学系を示す主走査方向の説明図である。表４は、実施例２の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６０側の構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施例１と同一である。実施例２では、走査レンズ３０の第１、第２レンズ３１、３２が共にプラスチックレンズレンズで構成され、第２レンズの凸面がトーリック面として形成されている。
【００２８】
【表４】
0004346835.tif 000005
【００２９】
第１面は副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカル面、第２面、第３面、第１０面は平面、第４面、第５面、第９面は回転対称非球面、第６面は球面、第７面はトーリック面、第８面はアナモフィック非球面である。回転対称非球面の円錐係数、非球面係数は表５、アナモフィック非球面の各係数は表６に示される。
【００３０】
【表５】
0004346835.tif 000006
【００３１】
【表６】
0004346835.tif 000007
【００３２】
上述した実施例２の走査光学系の性能は、図６のグラフに示される。図６(A)はfθ誤差、図６(B)は像面湾曲、図６(C)は走査線湾曲をそれぞれ示す。実施例２においても、トーリック面を採用することにより、走査線湾曲が極めて良好に補正されている。
【００３３】
【実施例３】
図７は、実施例３の走査光学系を示す主走査方向の説明図である。表７は、実施例３の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６０側の構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施例１と同一である。実施例３では、走査レンズ３０の第１、第２レンズ３１、３２が共にプラスチックレンズレンズで構成され、第１レンズの凸面がトーリック面として形成されている。
【００３４】
【表７】
0004346835.tif 000008
【００３５】
第１面は副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は球面、、第５面はトーリック面、第６面、第７面、第９面は回転対称非球面、第８面はアナモフィック非球面である。回転対称非球面の円錐係数、非球面係数は表８、アナモフィック非球面の各係数は表９に示される。
【００３６】
【表８】
0004346835.tif 000009
【００３７】
【表９】
0004346835.tif 000010
【００３８】
上述した実施例３の走査光学系の性能は、図８のグラフに示される。図８(A)はfθ誤差、図８(B)は像面湾曲、図８(C)は走査線湾曲をそれぞれ示す。実施例３においても、トーリック面を採用することにより、走査線湾曲が極めて良好に補正されている。
以下の表１０は、前述した条件式と各実施例の数値との関係を示す。いずれの実施例も、各条件を満たしており、その結果、ｆθ誤差や像面湾曲を抑えつつ、ポリゴンミラーへの入射光が主走査平面に対して傾いている場合にも、走査線の湾曲を小さく抑えることができる。
【００３９】
【表１０】
0004346835.tif 000011
【００４０】
なお、上記の実施形態は、２本の光束を１つのポリゴンミラーにより同時に走査させる構成であるが、光束の本数はこれに限られず、３本、または４本以上にすることも可能である。いずれの場合にも、複数の光束をポリゴンミラーの反射面上で交差するよう構成することにより、ポリゴンミラーの厚さを小さく保つことができ、ポリゴンミラー自体のコストを低くすることができると共に、ポリゴンミラーを駆動するモータに要求されるトルク、発生するノイズ等も小さくすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、走査レンズにトーリック面、補正レンズにアナモフィック非球面を設けることにより、主走査方向のパワー分布を変化させずに、副走査方向のパワー配分をコントロールすることができ、光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に角度を持って入射する場合にも、走査線の湾曲を良好に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態にかかる走査光学系を示し、(A)は光源部を示す副走査方向の説明図、(B)はポリゴンミラーより感光体ドラム側を示す副走査方向の説明図である。
【図２】  実施例１の走査光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図３】  実施例１の走査光学系の収差を示すグラフであり、(A)はｆθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾曲を示す。
【図４】  走査レンズにトーリック面を用いない比較例の走査光学系の走査線湾曲を示すグラフである。
【図５】  実施例２の走査光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図６】  実施例２の走査光学系の収差を示すグラフであり、(A)はｆθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾曲を示す。
【図７】  実施例３の走査光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図８】  実施例３の走査光学系の収差を示すグラフであり、(A)はｆθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾曲を示す。
【符号の説明】
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
３０  走査レンズ
３１  第１レンズ
３２  第２レンズ
５０  補正用レンズ
６０  感光体ドラム
【図１】
0004346835.tif 000012
【図２】
0004346835.tif 000013
【図３】
0004346835.tif 000014
【図４】
0004346835.tif 000015
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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