(57)【要約】【課題】高い光学性能を有し、且つ外乱に強い走査光学系を提供する。【解決手段】走査光学系３０は、光源１０からのレーザ光束６０を偏向させる偏向器３１と、偏向器３１により偏向されたレーザ光束６０を被走査面５０に合焦させるための走査レンズ３２、３３から構成される、第２結像光学系とを備えている。第２結像光学系は、少なくとも一部に複数の凸部３５が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部３４が形成された光学機能面３３ａを有している。光学機能面３３ａは各凸部３５の配列方向の幅Ｗ1が光学機能面３３ａに入射するレーザ光束６０の同幅Ｗ2よりも広くなるように構成されており、且つ光学機能部３４は第２結像光学系の光学面のうち、面に入射する光束の上記凸部の配列方向の幅がもっとも狭い面に配置されている。【選択図】図１
2009192645.tif 000002
【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させる偏向器と、上記偏向器により偏向された光束を上記被走査面に合焦させるための結像光学系とを備え、
上記結像光学系は、少なくとも複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成された１つの光学機能面を有し、上記各凸部の配列方向の幅が該光学機能面に入射する光束の同幅と実質的に同じ又はそれよりも広くなるように構成され、該光学機能面は上記結像光学系を構成する光学面のうち面に入射する光束の上記凸部の配列方向の幅がもっとも狭い面に配置されることを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
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させる偏向器と、上記偏向器により偏向された光束を上記被走査面に合焦させるための結像光学系とを備え、
上記結像光学系は、少なくとも複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成された１つの光学機能面を有し、上記各凸部の配列方向の幅が該光学機能面に入射する光束の同幅と実質的に同じ又はそれよりも広くなるように構成され、該光学機能面は上記結像光学系を構成する光学面のうち、最もパワーの弱い面に配置されることを特徴とする走査光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載された走査光学系において、上記光学機能面は上記偏向器により偏向された光束を実質的に回折しないように構成されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項４】
請求項１に記載された走査光学系において、上記複数の凸部は主走査方向と略平行な方向に配列されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項５】
請求項１に記載された走査光学系において、上記少なくともひとつの光学機能面は、隣接する上記凸部から出射された光束相互間の光路差が上記光束の波長の整数倍となるように構成されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項６】
請求項１に記載された走査光学系において、上記各凸部は、各々線条に延びる第１の側面と第２の側面とにより構成された断面略三角形状の線条凸部であることを特徴とする走査光学系。
【請求項７】
請求項６に記載された走査光学系において、上記第２の側面は上記偏向器により偏向された光束を散乱させるように構成されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項８】
請求項６に記載された走査光学系において、上記第２の側面は上記偏向器により偏向された光束を吸収するように構成されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項９】
請求項１または２に記載された走査光学系において、上記光学機能面は上記結像光学系の光軸に対して主走査方向に非対称であることを特徴とする走査光学系。
【請求項１０】
請求項１に記載された走査光学系において、上記結像光学系は１又は複数のレンズ及び／又は１又は複数のミラーにより構成されていることを特徴とする走査光学系。
【請求項１１】
請求項１に記載された走査光学系を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査光学系及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームプリンタなどの画像形成装置は、一般的に、光源としての半導体レーザと、レーザ光束を偏向させる光偏向器としてのポリゴンミラーと、ポリゴンミラーにより偏向されたレーザ光束を結像するための走査レンズ（結像光学系）とを備えている。従来、走査レンズとしては、特許文献１のように屈折レンズが用いられていたが、近年、より高次元の収差補正を実現する観点等から回折面を有する走査レンズを使用することが提案されている（例えば特許文献２、３等）。
【特許文献１】特許第３４２０９５６号公報
【特許文献２】特開２０００−２８４７号公報
【特許文献３】特開２００５−３７５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回折面は非常に感度が高いため、回折面を有する走査レンズを用いた場合、外乱に影響されやすくなるという問題がある。例えば、画像形成装置の温度上昇や振動等に起因して光学特性が劣化してしまう虞がある。また、回折面は屈折面と比較して非常に大きな分散を有するため、回折面において大きな色収差が生じることとなる。
【０００４】
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、高い光学性能を有し、且つ外乱に強い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】
【０００５】
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させる偏向器と、上記偏向器により偏向された光束を上記被走査面に合焦させるための結像光学系とを備え、上記結像光学系は、少なくとも複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成された１つの光学機能面を有し、上記各凸部の配列方向の幅が該光学機能面に入射する光束の同幅と実質的に同じ又はそれよりも広くなるように構成され、該光学機能面は上記結像光学系を構成する光学面のうち面に入射する光束の上記凸部の配列方向の幅がもっとも狭い面に配置されることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係わる走査光学系は、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であって、上記光源からの光束を偏向させる偏向器と、上記偏向器により偏向された光束を上記被走査面に合焦させるための結像光学系とを備え、上記結像光学系は、少なくとも複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成された１つの光学機能面を有し、上記各凸部の配列方向の幅が該光学機能面に入射する光束の同幅と実質的に同じ又はそれよりも広くなるように構成され、該光学機能面は上記結像光学系を構成する光学面のうち、最もパワーの弱い面に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い光学性能を有し、且つ外乱に強い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】
【０００８】
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。図１は本実施形態に係る光走査装置１の主要部の構成を表す主走査方向の断面図である。また、図２は光学機能面３３ａの一部を拡大した断面図である。図３は光学機能面３３ａの一部を拡大した平面図である。
【０００９】
本実施形態に係る光走査装置１は、光源１０と、第１結像光学系２０と、光源１０からのレーザ光束６０を偏向させて被走査面５０を走査する走査光学系３０とを備えている。走査光学系３０は、複数の偏光面を有し、光源１０からのレーザ光束６０を偏向させる偏向器（例えば、ポリゴンミラー等）３１と、走査レンズ３２、３３とを備えている。
【００１０】
光源１０はレーザ光束６０を出射させるものである。光源１０は例えば半導体レーザ素子等により構成することができる。
【００１１】
第１結像光学系２０は、光源１０からのレーザ光束６０を偏向器３１の偏光面に対して結像するためのものである。第１結像光学系２０の構成は特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように、第１結像光学系２０はコリメータレンズ２１とシリンドリカルレンズ２２とによって構成することができる。本実施形態において、コリメータレンズ２１は光源１０から出射されるレーザ光束６０を略平行光束に変換するためのものである。シリンドリカルレンズ２２は、主走査方向には光学的パワーを有さず、主走査方向に直行する副走査方向にのみ光学的パワーを有するレンズである。そして、シリンドリカルレンズ２２は、コリメータレンズ２１により略平行光束に変換されたレーザ光束６０を主走査断面内においてはそのままの状態で射出する一方、副走査断面内においては収束して偏向器３１の偏向面（偏向反射面）に線像として結像するように構成されている。
【００１２】
走査レンズ３２は、偏向器３１により偏向されたレーザ光束６０を被走査面５０に結像させるためのものである。本実施形態において、走査レンズ３３は、光学機能面３３ａを備え、回折面を有さないものである。光学機能面３３ａには、図２に示すように、少なくとも一部に複数の凸部３５が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部３４が形成されている。具体的に、本実施形態では、光学機能面３３ａのレーザ光束６０が入射する領域全域にわたって光学機能部３４が形成されている。
【００１３】
光学機能部３４の形状は、ベースとなる球面、非球面、自由曲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される。より具体的に、本実施形態では、各凸部３５は、各々線条に延びる，光路差関数に対応した第１の側面３５ａと、第２の側面３５ｂとにより構成された横断面略三角形状の線条凸部であり、主走査方向と略平行な方向に配列されている。ここでは、図３に示すように、凸部３５は副走査方向に真っ直ぐに伸びているが、例えば、図４に示すように、複数の凸部３５を輪帯状に各々湾曲させて形成してもよい。
【００１４】
尚、本明細書において「断面略三角形状」とは、断面が三角形状、頂部が面取り又はＲ面取りされた三角形状、一辺又は二辺が曲線により構成された三角形状を含むものであり、頂部の角度は９０度以上であってもよく、９０度以下であってもよい。
【００１５】
ここで、光学機能面３３ａは、各凸部３５の配列方向の幅Ｗ1が光学機能面３３ａに入射するレーザ光束６０の同幅（配列方向の幅）Ｗ2よりも広くなるように構成されている（同じであってもよい）。このため、光学機能面３３ａはレーザ光束６０を実質的に回折させず、レーザ光束６０を屈折させる効果を有する。よって、光学機能面３３ａの感度は回折面の感度と比較して低い。従って、光学機能面３３ａの光学特性は外乱に対して安定しており、その結果、外乱に強い（外乱に対して安定した）走査光学系３０を実現することができる。さらに光学機能面３３ａに入射するレーザ光束の配列方向の幅Ｗ２は、他の面（３２ａ、３２ｂ、３３ｂ）におけるレーザ光束の同幅に比べ、最も狭い。よって光学機能部３４を光学機能面３３ａに配置する場合が最も光路差関数のパワーを強くすることが出来、その結果、より良好な光学特性が得られる。
【００１６】
尚、本明細書において、複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成されており、入射光を実質的に回折せず、屈折させる光学機能面のことを「不連続屈折面」と称呼することとする。また、複数の凸部が配列されてなる断面鋸歯状の光学機能部が形成されており、実質的に回折光を発生させず、反射させる光学機能面のことを「不連続反射面」と称呼する。
【００１７】
また、光学機能面３３ａは、回折面としては機能せず、屈折面として機能するため、回折面のような大きく負の分散を生じさせない。従って、光学機能面３３ａにおいて生じる色収差を比較的小さくすることができる。その結果、走査光学系３０の高い光学性能を実現することができる。
【００１８】
さらに、上述のように、光学機能面３３ａは、回折面と同様、ベースとなる球面、非球面、自由曲面形状に光路差関数を付加したものであるため、回折面と同等の収差補正機能を有する。
【００１９】
以上より、回折面に変えて本実施形態の光学機能面３３ａを用いることによって高い光学性能を有し、且つ外乱に強い走査光学系３０、ひいては光走査装置１を実現することができる。
【００２０】
また、本実施形態における走査光学系３０は、相互に波長の異なる複数種類のレーザ光束を使用する所謂マルチビーム走査装置に特に好適である。回折面の場合、その回折効率が波長に依存し、ブレーズ波長以外の波長のレーザ光束に対しては一般的に回折効率が低下する傾向にあるが、屈折作用を有する光学機能面３３ａでは、そのような波長依存性が少なく、いずれのレーザ光束をも高い効率で屈折させることができる。
【００２１】
また、高い光学性能を実現する観点から、光学機能面３３ａを隣接する凸部３５から出射するレーザ光束６０相互間の光路差がレーザ光束６０の波長のｍ倍（但し、ｍは整数）となるように構成することが好ましい。具体的には、隣接する凸部３５の第１の側面３５ａから入射して凸部３５から出射するレーザ光束６０相互間の光路差がレーザ光束６０の波長のｍ倍となるように光学機能面３３ａを構成することが好ましい。そうすることによって隣接する凸部３５の第１の側面３５ａを透過したレーザ光束６０相互間の位相を揃えることができる。従って、良好な集光特性を実現することができる。
【００２２】
また、光の利用効率を向上する観点から、第２の側面３５ｂを光学機能面３３ａに入射するレーザ光束６０の入射方向に対して略平行として第２の側面３５ｂが実質的に屈折面として機能しないようにして、第２の側面３５ｂへのレーザ光束６０の入射量を低減するようにすることが好ましい。さらに、実質的に屈折面として使用しない第２の側面３５ｂは、レーザ光束６０を散乱させるように構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、第２の側面３５ｂを粗面にして入射するレーザ光束６０を散乱させるようにすることが好ましい。若しくは、例えば、黒色顔料や黒色染料等を第２の側面３５ｂに塗布することにより第２の側面３５ｂをレーザ光束６０を吸収するような構成とすることが好ましい。これらの構成によれば、実質的に屈折面として使用されない第２の側面３５ｂに入射した光の被走査面５０上への到達が抑制可能となる。従って、第２の側面３５ｂに入射する光に起因する光走査装置１の光学性能劣化を抑制することができる。
【００２３】
尚、走査レンズ３２を主走査方向に非対称とすることが良好な収差特性が得られるので好ましい。また、本実施形態では、第２結像光学系が２枚の走査レンズ３２、３３により構成されている例について説明したが、１又は複数のミラーにより構成してもよく、１又は複数のレンズ及び１又は複数のミラーにより構成してもよい。走査レンズ３２にミラーを導入する場合、そのミラーの反射面を不連続反射面としてもよい。
【００２４】
次に本実施の形態における光走査装置２について説明する。図５は光走査装置２の構成を示す図である。光走査装置１と同一の部分に関しては、同一の符号を付した。光走査装置２が光走査装置１と異なる点は走査光学系５３０を構成する走査レンズ５３２である。走査レンズ５３２は１枚のレンズから構成され、光学機能面５３２ａが不連続屈折面である。光学機能面５３２ａは、光学面５３２ｂに比べて、パワーが弱い。光走査装置２のようにパワーの弱い面に不連続屈折面を配置することにより、不連続屈折面の光路差関数のパワーを弱く保ったまま、収差を良好に補正することが出来、良好な光学特性が得られる。
【００２５】
次に、本実施形態で説明した光走査装置１の応用例について説明する。具体的に、ここでは、光走査装置１を用いた画像形成装置３について説明する。
【００２６】
図６は画像形成装置３の構成を示す図である。画像形成装置３は、上述の光走査装置１と、一次帯電器６１と、現像器６２と、転写帯電器６３と、クリーナー６４と、定着装置６５と、給紙カセット６６と、感光ドラム６７とを備えている。
【００２７】
画像形成装置３では、まず、光走査装置１によって、静電潜像が形成され印字情報が静電潜像として感光ドラム６７上に書き込まれる。感光ドラム６７の表面は、光が照射されると電荷が変化する感光体により覆われている。一次帯電器６１によって、感光ドラム６７の表面に静電気イオンが付着し帯電する。帯電した感光ドラム６７は、現像器６２によって、印字部に帯電トナーが付着して現像される。感光ドラム６７に付着したトナーは、転写帯電器６３によって、給紙カセット６６から供給された用紙に転写される。転写されたトナーは、定着装置６５によって、用紙に定着される。残ったトナーは、クリーナー６４によって除去される。
【００２８】
画像形成装置３は、上述の光走査装置１を用いているので、小型、低コスト、高解像度である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る走査光学系は、高い光学性能を有し、且つ外乱に強いため、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複合機等の光学装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】光走査装置１の主要部の構成を表す主走査方向の断面図
【図２】光学機能面３３ａの一部を拡大した断面図
【図３】光学機能面３３ａの一部を拡大した平面図
【図４】変形例における光学機能面３３ａの一部を拡大した平面図
【図５】光走査装置２の主要部の構成を表す主走査方向の断面図
【図６】画像形成装置３の構成図
【符号の説明】
【００３１】
１  光走査装置
２  光走査装置
３  画像形成装置
１０  光源
２０  第１結像光学系
２１  コリメータレンズ
２２  シリンドリカルレンズ
３０  走査光学系
３１  偏向器
３２  走査レンズ
３２ａ  光学面
３２ｂ  光学面
３３  走査レンズ
３３ａ  光学機能面
３３ｂ  光学面
３４  光学機能部
３５  凸部
３５ａ  第１の側面
３５ｂ  第２の側面
５０  被走査面
６０  レーザ光束
６１  一次帯電器
６２  現像器
６３  転写帯電器
６４  クリーナー
６５  定着装置
６６  給紙カセット
６７  感光ドラム
５３０  走査光学系
５３２  走査レンズ
５３２ａ  光学機能面
５３２ｂ  光学面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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