(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向器により偏向された光束を所定の走査面上に結像するとともに該走査面上で等速度走査せしめるための光走査装置用結像光学系であって、
前記結像光学系が、少なくとも１面が非球面の正メニスカスレンズと、前記偏向器の面倒れを補正するためのアナモルフィックレンズと、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーとを、前記偏向器からこの順に配設したものであり、
前記正メニスカスレンズの少なくとも１面が光軸に対して回転対称な面であり、
前記シリンドリカルミラーの副走査方向断面が円弧形状であり、
前記アナモルフィックレンズの前記偏向器側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面であり、該アナモルフィックレンズの被走査面側の面が凸球面であり、該アナモルフィックレンズが主走査方向に正のパワーを有するものであり、
該アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーをφ1、前記結像光学系の全系の主走査方向のパワーをφ、前記偏向器による偏向角がゼロのときの横倍率をＭとしたとき、下記の式を満足するものであることを特徴とする光走査装置用結像光学系。
０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.45
【請求項２】
前記結像光学系が、下記の式を満足するものであることを特徴とする請求項１記載の光走査装置用結像光学系。
０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.35
【請求項３】
前記正メニスカスレンズが、プラスチック材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置用結像光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザビーム等の光束を偏向して所定の面上に走査せしめる光走査装置に使用される結像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転多面鏡を使用した偏向器によって反射偏向される光ビームにより光走査を行う光走査装置がよく知られている。この種の光走査装置はレーザービームを使用する記録装置や読取装置に用いられているが、その構成は、レーザービームを出射する光源と、この光源から出射された光束を偏向する回転多面鏡と、偏向された光束を所定の走査面上で結像せしめるとともに回転多面鏡による偏向角と結像された像の像高とが比例するように形成されたｆθレンズを用いた結像光学系とからなる。
【０００３】
このような回転多面鏡を使用する偏向器により走査偏向を行う光走査装置においては、偏向器の面倒れによる走査線の位置誤差を補正する一手法としてアナモルフィックレンズを用いた面倒れ補正光学系が知られている。図10は、この面倒れ補正光学系を適用した結像光学系の一例を示したものであり、この光学系は、偏向器50と、プラスチックで形成された正メニスカスレンズ52と、ガラスで形成されたアナモルフィックレンズ54とを順に配設したものである。このように、プラスチックレンズとガラスレンズとを組み合わせて光学系を構成することにより、プラスチックレンズのパワー（屈折力）を小さくすることができ、その結果、プラスチックレンズの偏肉比の増大を抑止してプラスチックレンズの環境変化による光学特性の変化を抑えたり、加工適性を向上させることができ、さらには、光学系のサイズをコンパクトに維持するとともに、高性能な収差特性、ｆθ性を得ることができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このアナモルフィックレンズを用いた面倒れ補正光学系では、主走査方向にパワーを持つアナモルフィックレンズに面倒れ機能を持たせるために、走査角によって副走査方向の横倍率が変動してしまう。これは、レンズの中央部と周辺部とでその肉厚の比（偏肉比）の増大があることが主な原因である。
【０００５】
図11は、面倒れ補正光学系を適用した結像光学系の横倍率とビーム径の関係を示す図である。副走査方向の像面（走査面）上での結像ビーム径Woは、副走査方向の入射ビーム径をWiとし、横倍率を走査角θの関数Ｍ(θ)とすると、以下の式で表すことができる。
【０００６】
Wo＝Ｍ(θ)×Wi
従って、横倍率Ｍ(θ)が走査角θによって変動すると走査面上での副走査方向のビーム径Woが走査角θによって変動し、均一なスポットが得られなくなるという問題を生じる。
【０００７】
本願発明は上記事情に鑑みなされたものであって、アナモルフィックレンズを用いた面倒れ補正光学系を適用した光走査装置用結像光学系において、横倍率変動を抑えることのできる光学系を提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明にかかる光走査装置用集光光学系は、偏向器により偏向された光束を所定の走査面上に結像するとともに該走査面上で等速度走査せしめるための光走査装置用結像光学系であって、前記結像光学系が、少なくとも１面が非球面の正メニスカスレンズと、前記偏向器の面倒れを補正するためのアナモルフィックレンズと、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーとを、前記偏向器からこの順に配設したものであり、前記正メニスカスレンズの少なくとも１面が光軸に対して回転対称な面であり、前記シリンドリカルミラーの副走査方向断面が円弧形状であり、前記アナモルフィックレンズの前記偏向器側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面であり、該アナモルフィックレンズの被走査面側の面が凸球面であり、該アナモルフィックレンズが主走査方向に正のパワーを有するものであり、該アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーをφ1、前記結像光学系の全系の主走査方向のパワーをφ、前記偏向器による偏向角がゼロのときの横倍率をＭとしたとき、式「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.45」を満足するものとして、これにより走査角の相違による横倍率変動を略２３％以下に抑えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記結像光学系が、さらに式「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.35」を満足するものとして、走査角の相違による横倍率変動を略20％以下に抑えることが好ましい。
【００１１】
ここで、前記正メニスカスレンズが、プラスチック材料により形成されたものとすれば、なお好ましい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明にかかる光走査装置用結像光学系は、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワφ1 と結像光学系の全系の主走査方向のパワーφとの比φ1/φが、上述のような所定の条件を満足するようにしたことにより、走査角の相違による横倍率変動を略23％以下、更には20％以下に抑えることが可能となる。
【００１４】
また、プラスチックレンズ（正メニスカスレンズ）とガラスレンズ（アナモルフィックレンズ）とを組み合わせた構成とすることもできるから、本発明にかかる結像光学系のサイズをコンパクトに維持するとともに、高性能な収差特性、ｆθ性を得ることも可能となる。
【００１５】
ここで、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワφ1 と結像光学系の全系の主走査方向のパワーφとの比（パワー比）φ1/φが、上述のような式を満足するものとすれば、走査角の相違による横倍率変動を略23％或いは略20％以内に抑制できる理由について図12を参照して簡単に説明する。図12は、偏向器による偏向角（走査角）がゼロのときの横倍率（以下「軸上横倍率」と称す。）Ｍが、それぞれ-0.5倍、-1.0倍、-1.5倍の場合に、パワー比φ1/φを変化させたときの走査角による横倍率変動のシミュレーション結果を示したものであり、軸上横倍率Ｍが-0.5倍のものを細い破線で示し、軸上横倍率Ｍが-1.0倍のものを実線で示し、軸上横倍率Ｍが-1.5倍のものを荒い破線で示している。また、各線上の番号ａ〜ｈを付した三角、四角、菱形の各マークは、後述の実施の形態にかかる結像光学系のものを示している。
【００１６】
この図12より明らかなように、軸上横倍率Ｍの相違によって若干の差があるものの、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーが強くなる（パワー比が大きくなる）に従って横倍率変動も大きくなる傾向がある。したがって、例えば、横倍率変動を23％以下に抑えるには、軸上横倍率Ｍが-0.5倍のときパワー比を約0.55以下、軸上横倍率Ｍが-1.5倍のときパワー比を 約0.6以下にする必要があることが判る。軸上横倍率の違いによる差はほぼ比例関係にあるから、これらの条件から横倍率変動を23％以下に抑えるための条件式「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.45」が導かれる。
【００１７】
同様にして、横倍率の変動を20％以下に抑えるには、軸上横倍率Ｍが-0.5倍のときパワー比を約0.4以下、軸上横倍率Ｍが-1.5倍のときパワー比を 約0.5以下にする必要があり、横倍率変動を20％以下に抑えるための条件式「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.35」が導かれる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光走査装置用結像光学系の具体的な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明にかかる結像光学系の第１の実施の形態を使用した光走査装置の概略構成を示す主走査断面図(A) および該結像光学系のみについて示した副走査断面図(B) である。（以下に述べる他の実施の形態等においても同様である。）
図示の光走査装置は、レーザビームを出射するレーザ光源11と、光源11から出射された出射光を平行光線束とするコリメータレンズ12と、コリメータレンズ12を通過した平行光線束を偏向器であるポリゴンミラー13の偏向面近傍に線像を結ぶように配置したシリンドリカルレンズ等の入射光結像光学系14と、図示しないモータにより軸回りに回転せしめられて入射光結像光学系14を通過して偏向面（反射面）に入射した光束を本実施形態にかかる結像光学系の方向に偏向せしめるポリゴンミラー13と、この偏向されたレーザビームを所定の走査面上に結像するとともにこの走査面上で等速度走査せしめる結像光学系とからなる構成である。
【００２０】
ここで、この光走査装置に使用される結像光学系は、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチック材料により形成された両面が共に非球面の単レンズである正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス材料により形成されたアナモルフィックレンズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1とからなる構成である。また、アナモルフィックレンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈している。
【００２１】
ここで、本実施形態の結像光学系の具体的な、正メニスカスレンズL1の各レンズ面およびアナモルフィックレンズL2の各レンズ面およびシリンドリカルミラーM1の曲率半径Ｒ[mm]と、偏向点から正メニスカスレンズL1までの光軸上における空気間隔、正メニスカスレンズL1の中心厚、正メニスカスレンズL1からアナモルフィックレンズL2までの光軸上における空気間隔、アナモルフィックレンズL2の中心厚、アナモルフィックレンズL2からシリンドリカルミラーM1までの光軸上における空気間隔、およびシリンドリカルミラーM1から走査面までの光軸上の空気間隔（これら総称して軸上面間隔という；以下、同じ）ｄ[mm]と、正メニスカスレンズL1およびアナモルフィックレンズL2の屈折率（ｄ線；以下、同じ）とを表１に示す。
【００２２】
なお、表中の曲率半径Ｒ、軸上面間隔ｄにそれぞれ付された添字は偏向点側から順次増加するように設定され、図１に記載されたものに対応している。
【００２３】
また曲率半径Ｒの数値の符号は偏向点側に凸の場合を正、走査面側に凸の場合を負とする。
【００２４】
さらにまた、曲率半径Ｒの数値の後に「＊」印の付されたものは、その面が以下の式（１）で示す非球面であることを意味するとともに、その数値は光軸上（非球面の頂点）での曲率半径を示している。
【００２５】
0003804886.tif 000002
但し、ｚ；光軸からの高さｈの非球面上の点より、非球面頂点の接平面
（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ
ｈ；光軸からの高さ
ｃ；非球面頂点での曲率
Ｋ；円錐定数
ａ1 〜ａ4 ；第４次、第６次、第８次、第10次の各非球面係数
一方、屈折率は、軸上面間隔ｄ１に対応する欄に記載されたｎ1 が正メニスカスレンズL1の屈折率、軸上面間隔ｄ３に対応する欄に記載されたｎ3がアナモルフィックレンズL2の屈折率を示す。
【００２６】
そして、この結像光学系は、その全系の主走査方向のパワーをφ、アナモルフィックレンズL2の主走査方向のパワーをφ1 、ポリゴンミラー13による偏向角（走査角）がゼロのときの横倍率をＭとしたとき、Ｍ＝-0.1、パワー比φ1/φ＝0.54であり、下記式（２）を満たすもの、即ち、横倍率変動を23％以下に抑えるものである（図12の四角マークａを参照）。
【００２７】
０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.45    ・・・・（２）
【００２８】
【表１】
0003804886.tif 000003
【００２９】
次に本実施形態の結像光学系の作用について説明する。レーザ光源11からレーザビームが出射され、このレーザビームはコリメータレンズ12により平行光線束とされた後、入射光結像光学系14によりポリゴンミラー13の反射面上に線像として結像せしめられる。
【００３０】
ポリゴンミラー13の反射面により反射せしめられたレーザビームは、正メニスカスレンズL1およびアナモルフィックレンズL2を通過してシリンドリカルミラーM1により反射偏向せしめられ、走査面上に集光されてこの走査面上で走査スポットを形成する。ポリゴンミラー13は軸回りに矢印Ｒ方向に高速回転されるため、この走査スポットはシリンドリカルミラーM1面上を矢印Ｘ方向に繰り返し主走査する。この走査スポットはシリンドリカルミラーM1により反射偏向されるから走査面上においても繰り返し主走査されることになる。
【００３１】
本実施形態の結像光学系による像面湾曲図を図2(A)に、ｆθ特性図を図2(B)に示す。なお、像面湾曲図（図2(A)）において、実線は主走査方向の像面湾曲の特性を示し、破線は副走査方向の像面湾曲の特性を示す（以下に述べる他の実施の形態等においても同様である。）。図示のグラフによれば本実施形態の結像光学系は良好に収差補正がなされており、またｆθ性も良好であることが認められる。
【００３２】
このように本実施形態の結像光学系は、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーを式（２）に示す範囲に抑制したため、走査角の違いによる横倍率の変動を抑えることができる。また、プラスチック材料からなる正メニスカスレンズとガラス材料からなるアナモルフィックレンズと、シリンドリカルミラーとを組み合わせた構成としているから、プラスチックレンズの偏肉比の増大をある程度抑止してプラスチックレンズ自体の加工適性を向上させることができると共に、周囲の温度変化等の環境変化でレーザービームの焦点位置が変動するのを軽減することもできる。
【００３３】
次に、表２並びに図３に、本発明にかかる結像光学系の第２の実施の形態を示す。なお、図3(A)はこの第２の実施の形態にかかる結像光学系の主走査断面による構成図を示し、図3(B)は副走査断面による構成図を示す。また、図3(C)は像面湾曲特性を、図3(D)はｆθ特性をそれぞれ示す。（図４以降についても同様である。）
この第２の実施の形態にかかる結像光学系の基本的な構成は前述の第１の実施の形態と同様に、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチック材料により形成された両面が共に非球面の単レンズである正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス材料により形成されたアナモルフィックレンズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1とからなる構成であって、アナモルフィックレンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈している。
【００３４】
この第２の実施の形態にかかる結像光学系は、軸上横倍率がＭ＝-1.5となるようにアナモルフィックレンズの凹シリンドリカル面の曲率半径とシリンドリカルミラーの曲率半径とを変更したものであり、Ｍ＝-1.5、パワー比φ1/φ＝0.54であるから、前述の式（２）の条件を満たすもの、即ち、横倍率変動を23％以下に抑えるものである（図12の三角マークｂを参照）。
【００３５】
【表２】
0003804886.tif 000004
【００３６】
したがって、この第２の実施の形態にかかる結像光学系も横倍率の変動を23％以下に抑えることができ、また、像面湾曲図およびｆθ特性図のグラフによれば本実施形態の結像光学系も良好に収差補正がなされており、またｆθ性も良好であることが認められる。
【００３７】
次に、表３並びに図４に、横倍率の変動を20％以下に抑えた、本発明にかかる結像光学系の第３の実施の形態を示す。この第３の実施の形態にかかる結像光学系の基本的な構成は前述の第１の実施の形態と同様に、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチック材料により形成された両面が共に非球面の単レンズである正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス材料により形成されたアナモルフィックレンズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1とからなる構成であって、アナモルフィックレンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈している。
【００３８】
この第３の実施の形態にかかる結像光学系は、軸上横倍率がＭ＝-1.0でアナモルフィックレンズの主走査方向のパワー比が低くなるように設計したものであり、Ｍ＝-1.0、パワー比φ1/φ＝0.34であるから、以下の式（３）の条件を満たすもの、即ち、横倍率変動を20％以下に抑えるものである（図12の四角マークｃを参照）。
【００３９】
０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.35    ・・・・（３）
【００４０】
【表３】
0003804886.tif 000005
【００４１】
この第３の実施の形態にかかる結像光学系は横倍率の変動を20％以下に抑えることができ、また、像面湾曲図およびｆθ特性図のグラフによれば本実施形態の結像光学系も良好に収差補正がなされており、またｆθ性も良好であることが認められる。
【００４２】
次に、表４〜８並びに図５〜９に、横倍率変動が23％以上になる結像光学系の形態を示す。表４〜８および図５〜９の各図(A)，(B)に示す結像光学系の基本的な構成は前述の第１の実施の形態と同様に、ポリゴンミラー13側に凹面を有するプラスチック材料により形成された両面が共に非球面の単レンズである正メニスカスレンズL1と、主走査方向に正のパワーを有するガラス材料により形成されたアナモルフィックレンズL2と、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラーM1とからなる構成であって、アナモルフィックレンズL2は、ポリゴンミラー13側の面が副走査方向にのみパワーを有する凹シリンドリカル面を呈し、走査面側の面が凸球面を呈している。
【００４３】
表４および図５(A)，(B)に示す結像光学系は、軸上横倍率がＭ＝-0.5でアナモルフィックレンズの主走査方向のパワー比が低くなるように設計したものであり、Ｍ＝-0.5、パワー比φ1/φ＝0.54であるから、式（２）の条件を満たすことができず、横倍率変動を23％以下に抑えることができない（図12の菱形マークｄを参照）。
【００４４】
【表４】
0003804886.tif 000006
【００４５】
また、表５および図６(A)，(B)に示す結像光学系は、アナモルフィックレンズL2の副走査方向の曲率半径およびシリンドリカルミラーM1の曲率半径を変更したものであり、Ｍ＝-1.0、パワー比φ1/φ＝0.71であるから、式（２）の条件を満たすことができず、横倍率変動を23％以下に抑えることができない（図12の四角マークeを参照）。
【００４６】
【表５】
0003804886.tif 000007
【００４７】
また、表６〜８および図７〜９の各図(A)，(B)に示す結像光学系も、正メニスカスレンズL1，アナモルフィックレンズL2の副走査方向およびシリンドリカルミラーM1の各曲率半径を変更したものである。
【００４８】
ここで、表６および図７(A)，(B)に示す結像光学系は、Ｍ＝-0.5、パワー比φ1/φ＝0.92であり（図12の菱形マークｆを参照）、また、表７および図８(A)，(B)に示す結像光学系は、Ｍ＝-1.0、パワー比φ1/φ＝0.92であり（図12の四角マークｇを参照）、さらに、表８および図９(A)，(B)に示す結像光学系は、Ｍ＝-1.5、パワー比φ1/φ＝0.92である（図12の三角マークｈを参照）から、何れも式（２）の条件を満たすことができず、横倍率変動を23％以下に抑えることができない。
【００４９】
【表６】
0003804886.tif 000008
【００５０】
【表７】
0003804886.tif 000009
【００５１】
【表８】
0003804886.tif 000010
【００５２】
以上説明したように、本願発明にかかる結像光学系によれば、アナモルフィックレンズの主走査方向のパワーφ1 と結像光学系の全系の主走査方向のパワーφとのパワー比φ1/φが、「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.45」 なる関係を満足するものとすれば、走査角の相違による横倍率の変動を23％以内に抑制することができ、また、「０≦φ1/φ≦0.1|Ｍ|＋0.35」 なる関係を満足するものとすれば、走査角の相違による横倍率の変動を20％以内に抑制することができる。
【００５３】
また、このような条件を満足する結像光学系では、像面湾曲図およびｆθ特性も良好に収差補正を施すことができ、またｆθ性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる結像光学系の第１の実施の形態を用いた光走査装置を示す主走査断面図（Ａ）および副走査断面図（Ｂ）
【図２】図１に示した光走査装置の結像光学系の、（Ａ）は像面湾曲図、（Ｂ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図３】本発明にかかる第２の実施形態の結像光学系の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図４】本発明にかかる第３の実施形態の結像光学系の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図５】横倍率変動が２３％以上となる結像光学系の一例の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図６】横倍率変動が２３％以上となる結像光学系の他の例の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図７】横倍率変動が２３％以上となる結像光学系の他の例の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図８】横倍率変動が２３％以上となる結像光学系の他の例の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図９】横倍率変動が２３％以上となる結像光学系の他の例の、（Ａ）は主走査断面図、（Ｂ）は副走査断面図、（Ｃ）は像面湾曲図、（Ｄ）はｆθ特性図をそれぞれ示す
【図１０】面倒れ補正光学系を適用した結像光学系の一例を示す図
【図１１】面倒れ補正光学系を適用した結像光学系の横倍率とビーム径の関係を示す図
【図１２】走査角の相違によるアナモルフィックレンズのパワー比φ1/φと横倍率変動の関係を示す図
【符号の説明】
11    レーザ光源
12    コリメータレンズ
13    ポリゴンミラー
14    入射光結像光学系
L1    正メニスカスレンズ
L2    アナモルフィックレンズ
M1    シリンドリカルミラー
【図１】
0003804886.tif 000011
【図２】
0003804886.tif 000012
【図３】
0003804886.tif 000013
【図４】
0003804886.tif 000014
【図５】
0003804886.tif 000015
【図６】
0003804886.tif 000016
【図７】
0003804886.tif 000017
【図８】
0003804886.tif 000018
【図９】
0003804886.tif 000019
【図１０】
0003804886.tif 000020
【図１１】
0003804886.tif 000021
【図１２】
0003804886.tif 000022