JP2004177861A - 走査光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザー光源10の発光点から発されたレーザー光束は、第1光学系13を透過し、ポリゴンミラー15によって動的に偏向されつつ第2光学系18を透過し、走査対象面上に走査線を形成する。このポリゴンミラー15の内接半径r[mm]は、第2光学系18の副走査倍率をm,第2光学系の主走査断面における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした時、|m|>1.85の状態において、以下の条件式(1)を満たす。
r<5cos(w/2f)/[2|m|{1−cos(w/2f)}]……(1)
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザー光源から発する変調光を回転多面鏡によって主走査方向へ動的に偏向走査することにより感光体ドラム表面上にスポット光を走査する走査光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査光学系は、例えば、電子写真方式によるレーザービームプリンタや、デジタルコピー機や、レーザーファックスや、レーザープロッタにおいて、走査対象面である感光体(感光ドラム等)の表面を変調ビームによって走査するために、用いられる。
【0003】
具体的には、走査光学系は、画像情報に従ってオンオフ変調されたレーザービームを線像形成レンズによって偏向器の反射面の近傍において主走査方向に直行する副走査方向に収束させるとともに、この偏向器によって主走査方向へ動的に偏向し、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させる。これにより、走査光学系は、オンオフ変調されたスポット光を走査対象面上で主走査方向に沿って等速度で走査させ、複数のドットからなる二次元状の画像を走査対象面上に形成する。
【0004】
図8は、この種の走査光学系2の斜視図である。
図8において、レーザー光源70から発したレーザービームは、線像光学系71を透過し、偏向器としてのポリゴンミラー(回転多面鏡)72の反射面近傍において線像を形成する。ポリゴンミラー72は、その反射面において光束を反射させると共に、自らが等角速度で回転することによって、レーザービームを主走査方向に動的に偏向している。ポリゴンミラー72によって動的に偏向されたレーザービームは、結像光学系73によって、走査対象面である感光ドラム74上にスポット光として収束させられる。
【0005】
ポリゴンミラー72の各反射面は、その回転軸と平行である(即ち、副走査方向に平行である)ことが望ましいが、製造誤差等の影響で完全に平行であることはなく、不可避的に回転軸に対して傾いた状態になっている。この状態は、「面倒れ」と呼ばれている。
【0006】
図9は、ポリゴンミラー72における「面倒れ」の説明図である。図9aは、ポリゴンミラー72の斜視図であり、図9bは、ポリゴンミラー72を副走査方向から見た図である。本来、図9において実線で示すように、ポリゴンミラー72の各反射面が、その回転軸に対して平行であることが理想であるが、実際は、破線で示すようにポリゴンミラー72の反射面が回転軸に対して傾いた状態になっていることがある。ポリゴンミラー72の反射面が回転軸に対して傾きを持っていると、図9bに示すように、当該反射面で反射された光束が副走査方向において、光軸からズレた方向に偏向されてしまい、結果として被走査対象面上において副走査方向にズレた位置で光束が収束してしまう。
【0007】
一般的には、走査光学系2を副走査方向から見た光学構成図である図10に示すように、副走査方向において、線像光学系71によって収束される光束によって形成される線像の位置とポリゴンミラー72の反射面位置をほぼ一致させると共に、前記線像位置と被走査対象面である感光ドラム74とを、結像光学系73を介して光学的に共役関係にすることで、このような「面倒れ」による誤差を補正している。図10に示したポリゴンミラー72の反射面において、実線は面倒れの起きていない状態,破線は面倒れの起きている状態を示す。また、実線で示す光線は面倒れの起きていない場合の光線であり、破線で示す光線は面倒れの起きている場合の光線である。前記共役関係にすることで面倒れの有無に関わらず感光ドラム74上での副走査方向の結像位置は一定になる。このような光学構成にすることで、ポリゴンミラー72を製造する際に起こる「面倒れ」を精密に防ぐ必要が無くなり、光学系のコストアップを抑えることができる。
【0008】
一方、ポリゴンミラー72における偏向点位置変化の例を示す説明図である図11に示すように、ポリゴンミラー72が回転して光束が偏向されると、偏向角度(即ち、主走査方向におけるポリゴンミラー72の各反射面の線像光学系71を透過したレーザービームのビーム軸に対する角度)によって反射点が線像光学系71の光軸方向にズレるという現象(以下、「偏向点位置変化」という)が、起こる。これは、ポリゴンミラー72が多角柱形状をしているため、ポリゴンミラー72の回転軸から同一の反射面上にある各反射点までの距離が異なることに起因する現象であり、ポリゴンミラー72に製造誤差がなくても、必ず生じるものである。図11において、dは、ポリゴンミラー72の反射面位置と線像光学系71の線像形成位置のずれ量(以下「偏向点位置変化量」という)を示す。図11において、例えばポリゴンミラー72が実線で示す角度にあるときに、線像光学系71によって形成された線像の位置とポリゴンミラー72の反射面位置が一致しているとした場合、ポリゴンミラー72が回転してポリゴンミラー72が破線の角度になるとポリゴンミラー72の偏向点と線像光学系71によって形成された線像の位置は距離dだけずれることになる。
【0009】
線像光学系71によって形成された線像は、線像光学系71からの距離が常に同じとなる位置に形成されているが、ポリゴンミラー72が回転することによって、偏向点位置変化が起こるため、偏向点と線像形成位置との間にずれが生じる。そのため、副走査方向においてポリゴンミラー72の反射面上の線像と被走査対象面とが、結像光学系73を介して光学的に共役関係になるような光学構成にした所で、実際には、そのような共役関係は、ポリゴンミラー72の反射面がレーザービームに対してある特定の偏向角となる場合にしか、成立しない。
【0010】
図12は、走査光学系2において、偏向点位置変化と面倒れが同時に起きた場合の説明図である。72aは共役関係が成立している時におけるポリゴンミラー72の反斜面の位置を示し、72bは偏向点位置変化が起きた時におけるポリゴンミラー72の反射面の位置を示す。また、72bにおいて、実線は、面倒れの起きていない状態,破線は、面倒れの起きている状態を示す。図12に示すように、ポリゴンミラー72の反射点と線像形成位置との間にズレが生じている(即ち、偏向点位置変化が起こっている)偏向角においては、上述したような共役関係が崩れてしまう。その結果、ポリゴンミラー72の反射面が面倒れしている場合、面倒れ誤差は十分に補正されずに、走査対象面上に収束するスポットは、正規の位置よりも副走査方向に変位した場所に形成されることになる。
【0011】
このように走査線の位置が本来の位置から副走査方向へ変位してしまう現象を、「副走査方向のジッター」,その変位量を「ジッター量」と定義する。この走査線の副走査方向のジッター量は結像光学系73の副走査方向における横倍率(以下、「副走査倍率」とする),ポリゴンミラー72の反射面の面倒れ角度,およびポリゴンミラー72の反射点と線像形成位置との間のずれ量によって決まるものであり、それぞれの値が大きいほどジッター量も大きくなる。
【0012】
ポリゴンミラー72は複数の反射面を有しているため、反射面の面倒れ角度の大きさは、それぞれの反射面によって異なるのが普通である。このような場合、走査対象面上に形成された走査線の一部を示す図13(aは、副走査方向のジッターがない理想的な走査線の状態を示し、bは、副走査方向のジッターがある走査線の状態を示す)から明らかなように、それぞれの反射面によって走査された各走査線のジッター量は面倒れ角度に応じて変化することになる。つまり、ポリゴンミラー72の一回転毎に、同じ変化(バラつき)が周期的に繰り返されることになる。このような走査線同士の間隔のバラつきは、「ピッチムラ」と呼ばれている。
【0013】
このようなピッチムラは、印刷品質を劣化させる原因となる。特に、バックフォーカス(結像光学系から感光ドラムまでの距離)を長く取ることにより、筐体の小型化と機構設計の自由度を上げることを図った走査光学系では、副走査倍率が大きくなるので、ジッター量も大きくなってしまい、ピッチムラによる印刷品質の低下が許容範囲を超えてしまう。例えば、特許文献1記載の実施例4について実際にジッター量を計算すると、7.0μmとなる。使用する走査光学系の解像度によって異なるが、ジッター量の許容値は、600dpiの走査光学系を用いる場合、5.0μm以下であることが望ましい。しかし、ポリゴンミラーの反射面が6面以下である時,また、副走査倍率が大きい(具体的には、副走査倍率|m|>1.85である)時には、従来の設計手法によるとジッター量が5.0μmよりも大きくなってしまうので、印刷品質を致命的に低下させていた。
【0014】
一方、副走査方向においてポリゴンミラーに対して斜めに光束を入射させ、かつ副走査方向におけるポリゴンミラーへの入射角度と副走査倍率が所定の関係式を満たすようにすることで、製造段階において発生するポリゴンミラーの回転軸から各偏向面(反射面)までの距離の誤差である「面の出入り」によって画像上に周期的に発生するピッチムラを抑える方法が、従来提案されている(例えば、「特許文献2」参照)。しかしながら、特許文献2において「面の出入り」とは、上記の通り、製造誤差等によって生じるポリゴンミラーの回転軸から夫々の偏向面までの距離の誤差のことであり、偏向器としてポリゴンミラーを用いた走査光学系に必然的に発生する「偏向点位置変化」とは、異なる。
【0015】
【特許文献1】
特開平7−113950号公報
【特許文献2】
特開平5−142495号公報
【特許文献3】
特開2000−047133号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題を解決するための根本的手段は、ポリゴンミラーの面倒れ角度そのものを小さくすることによって、ジッター量を小さくすることである。
【0016】
しかしながら、通常の製造工程によって製造されるポリゴンミラーには、およそ180″(=0.00087rad)程度の面倒れが起こっていることが普通であり、それ以上に精度の高い(即ち、面倒れ角度の小さい)ポリゴンミラーを製造しようとすると製造コストが上昇してしまう。
【0017】
本発明は、以上の問題点を解決し、全長が短く、かつバックフォーカスの長い走査光学系において、ポリゴンミラーの偏向点変化と面倒れに伴って発生する副走査方向のジッターを低減することが可能な走査光学系を提供することを、課題とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の走査光学系は、以下のような構成を採用した。
即ち、本発明の走査光学系は、レーザー光束を発する光源と、その中心軸を中心として一定方向に回転しながらその側面に形成された反射面にて前記レーザー光束を反射することによって、前記レーザー光束を主走査方向に走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーによって走査されつつ反射された前記レーザー光束を走査対象面上に収束させる結像光学系とを備えた走査光学系であって、前記ポリゴンミラーの反射面は、6面以下であって、当該ポリゴンミラーの内接半径をr[mm],前記結像光学系の副走査倍率をm,当該結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした場合に、|m|>1.85の条件下で、下記式(1)
r<5cos(w/2f)/[2|m|{1−cos(w/2f)}]……(1)
を満たすことを、特徴としている。
【0019】
このように構成されると、結像光学系の副走査倍率が1.85以上である走査光学系において、ポリゴンミラーの反射面が6面以下であり、その反射面に180″程度の面倒れがあっても、ジッター量を5.0μm以下に抑えることができる。
【0020】
また、この走査光学系は、結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした場合に、下記式(2)
w/f>0.70 ……(2)
を満たすように構成されている場合に特に有用である。上記式(2)を満たす場合は、走査光学装置が小型化できる反面、結像光学系の画角(w/f)が大きくなるためジッター量も増加してしまう。したがって、上記式(2)を満たす走査光学系において上記式(1)を満足させることが有効である。
【0021】
また、この走査光学系における結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm],ポリゴンミラーの面数をNとした場合に、下記式(3)
wN/2πf>0.55 ……(3)
を満たしてもよい。
【0022】
結像光学系は2枚のレンズから構成されていることが望ましい。結像光学系が1枚で構成されるよりも、2枚で構成される場合のほうが、より副走査倍率を小さく抑えることが可能になるので、より良好にジッター量を抑えることができる。
【0023】
また、結像光学系を構成するレンズ面のうち最も副走査断面パワーが大きい面は、最も被走査面側にあることが望ましい。このように構成されると、結像光学系が同じ枚数のレンズで構成される走査光学系において、より副走査倍率を小さく抑えることができるので、より効果的にジッター量を低減できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づきこの発明にかかる走査光学系の実施の形態を、説明する。
【0025】
図1は、本発明の実施形態である走査光学系1の主走査方向における構成を示す光学構成図であり、図2は、この走査光学系1の動作を示す説明図である。図1及び図2に示されるように、この走査光学系1は、レーザー光束を発するレーザー光源10、このレーザー光源10から発されたレーザー光束を主走査方向においては平行光とするとともに副走査方向において収束光とすることによって線像を形成する線像光学系としての第1光学系13、その各側面がレーザー光束を反射する反射面として形成された正六角柱形状を有するとともにその中心軸15aを中心に回転する偏向器であるポリゴンミラー15、回転するポリゴンミラー15の各反射面にて反射されることによって動的に偏向されたレーザー光束をスポットとして収束させる結像光学系としての第2光学系18、及び、その外周面が走査対象面Sとして機能する感光ドラムから、構成されている。なお、以下の説明を容易にするために、ポリゴンミラー15の中心軸15aに直行する面と平行な方向(特に、ポリゴンミラー15と走査対象面Sとの間においては、第2光学系18の光軸とポリゴンミラー15の中心軸15aに直交する方向)が「主走査方向」であると定義し、中心軸15aと平行な方向が「副走査方向」であると定義する。また、第2光学系18の光軸を含みポリゴンミラー15の中心軸15aに直交する面を主走査断面と定義し、第2光学系18の光軸を含み主走査断面と直交する面を副走査断面と定義する。
【0026】
レーザー光源10から発散光として射出されるレーザービームは、第1光学系13を構成するコリメートレンズ11を透過することによって断面楕円形の平行光束に変換された後、同じく第1光学系13を構成するシリンドリカルレンズ12を透過することによって副走査方向において収束され、等角速度で回転するポリゴンミラー15の反射面によって動的に偏向される。なお、主走査方向において、第1光学系13を透過したレーザービームは、平行光束のままポリゴンミラー15で反射される。
【0027】
ポリゴンミラー15により副走査方向においては発散光,主走査方向においては平行光束として偏向されたレーザービームは、第2光学系18を構成する第1レンズ16,第2レンズ17を順に透過する。第2光学系18を透過したレーザービームは、第2光学系18の収束パワーによって走査対象面S上を露光するスポット光として収束され、ポリゴンミラー15の回転に伴って感光ドラムの表面(走査対象面)S上を主走査方向に沿って等速度に走査する。スポット光は、走査対象面S上に線上の軌跡(走査線)を描くが、走査対象面S自体が、副走査方向へ等速度で移動されるので、走査対象面S上には、複数の走査線が等間隔に形成される。また、このように走査対象面S上で繰り返し走査されるレーザービームは、図示せぬ変調器(又はレーザー光源10そのもの)により、画像情報に従ってオンオフ変調されているので、走査対象面S上には、複数のドットからなる二次元状の画像が描画される。
【0028】
ポリゴンミラー15は、第1光学系13を透過したレーザービームがシリンドリカルレンズ12の収束パワーによって線像を形成する位置(線像形成位置)がポリゴンミラー15の反射面上にある時(即ち、線像形成位置と偏向点とが一致している時)に、ポリゴンミラー15によって反射された光束の主光線と第2光学系18の光軸とが同軸になるように配置されている場合が多い。この時、ポリゴンミラー15の反射面上における線像形成位置と走査対象面Sとは、第2光学系18によって副走査方向において光学的に共役となっている。そのため、ポリゴンミラー15の各反射面の僅かな傾き(いわゆる「面倒れ」)による走査対象面S上の走査位置の副走査方向へのズレが、防止される。
【0029】
しかしながら、ポリゴンミラー15の回転に伴って上述したような偏向点位置変化が起こるため、このような共役関係が常に保たれるというわけではない。そこで、共役関係が崩れることによって補正されなくなったズレの量(ジッター量)の増加を抑制するために、走査光学系1は、以下のように設計されている。
【0030】
即ち、走査光学系1は、ポリゴンミラー15の内接半径r[mm]は、第2光学系18の副走査倍率をm,第2光学系の主走査断面における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした時、|m|>1.85の状態において、以下の条件式(1)を満たす。
r<5cos(w/2f)/[2|m|{1−cos(w/2f)}]……(1)
このように構成されると、偏向点位置と走査対象面Sとの共役関係が成り立っていない時において、第2光学系18の副走査倍率が大きい場合(|m|>1.85)でも、ジッター量を小さく(5μm以下に)抑えることができる。
図3は、本実施形態における走査光学系1の副走査方向からみた光学構成図である。
【0031】
また、走査光学系1は、第2光学系18の主走査断面における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm],ポリゴンミラー15の面数をNとした時、以下の条件式を満たすように設計されている。
w/f>0.70 ……(2)
wN/2πf>0.55 ……(3)
走査光学系1が、式(2)を満たすように構成されると、画角が大きい走査光学系においても、良好にジッター量を低減することができる。一方走査光学系1が式(3)を満たしている場合は、ポリゴンミラー15の面数が4面より多い時に限られる。ポリゴンミラー15の面数が4面以下になると、偏向点位置変化量が大きくなりすぎてしまいジッター量を小さく抑えることが難しくなる。
【0032】
以下では、まず、本実施形態の走査光学系1が、条件式(1)を満たしていない場合の具体例を比較例として説明し、続いて、条件式(1)を満たしている場合の具体例を実施例1〜3として説明する。
【0033】
なお、第2光学系18を構成する各レンズのレンズ面は、回転非対称球面である場合もあるが、そのような形状を持つレンズ面には本来の意味での光軸を、定義することができない。そのため、以下、「光軸」との文言は、各レンズ面の面形状を式によって表現する時に設定される原点を通る軸(光学基準軸)との意味で、用いられるものとする。
【0034】
【比較例】
比較例では、第2光学系18全体としての焦点距離は140mmであり、第2光学系18の副走査倍率は−2.15であり、走査対象面S上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)の半値は108mmである。
また、ポリゴンミラー15の内接半径は20.0mm,面数は6面であり、主走査方向においてポリゴンミラー15に入射するレーザー光束と第2光学系18の光軸とがなす角度(即ち、偏向角)は−80.0°である。なお、偏向角は、主走査断面内において、第2光学系18の光軸に対してレーザー光束が時計方向に角度をなす時に負,反時計方向に角度をなす時に正の符号をとる。
以上の数値を条件式(1)に当てはめてみると、ポリゴンミラーの内接半径r[mm]は、14.7mm以下でなければいけないが、比較例においては、この条件を満たしていない。
【0035】
比較例における第1光学系13から走査対象面Sに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表1に示す。
【0036】
【表1】
表1において、「面番号」の数字は、第2光学系18の面番号を示し、1及び2が、第1レンズ16の各レンズ面に相当し、3及び4が、第2レンズ17の各レンズ面に相当する。また、表1において、「Ry」は、主走査方向における近軸曲率半径(単位[mm])である。また、「Rz」は副走査方向における近軸曲率半径(単位[mm])である。また、表1において、「面間隔」は、光軸上における次の面までの距離(単位[mm])であり、「屈折率」は、次の面までの間の媒質の設計波長780mmに対する屈折率(空気については省略)である。
【0037】
表1に示されたシリンドリカルレンズ12の前面は、シリンドリカル面(凸面)であり、その後面は、平面である。また、第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号1のレンズ面と、第2レンズ17を構成する面番号4のレンズ面は、球面である。
【0038】
第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号2のレンズ面は、回転対称非球面である。従って、その断面形状は、光軸からの半径(h)の点における光軸での接平面からのサグ量Xとして、下記式(4)により表される。
X(h)=1/Ry・h2/[1+√[1−(κ+1)2h2/Ry2]]+A4h4+A6h6+A8h8 …(4)
式(4)において、Ryは表1に挙げられた「曲率半径」、κは円錐係数、A4,A6,A8は、夫々、4次,6次,8次の非球面係数である。比較例において面番号2のレンズ面の具体的形状を特定するために式(4)に適用される各係数を、表2に示す。
【0039】
【表2】
第2光学系18の第2レンズ17を構成する面番号3のレンズ面は、アナモフィック非球面(即ち、主走査断面は光軸からの主走査方向の関数,副走査断面は曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として、独立に定義される非球面)である。従って、その主走査断面における形状は、光軸からの高さ(y)の点における光軸での接平面からのサグ量X(y)として、下記式(5)により表され、主走査方向の各高さ(y)での副走査方向における形状は、円弧形状をとる。また、その曲率1/[Rz(y)]は、下記式(6)により表される。
X(y)= 1/Ry・y2/[1+√[1−(κ+1)2y2/Ry2]]+AM1y+AM2y2+AM3y3+AM4y4+ AM5y5+AM6y6+AM7y7+AM8y8… …(5)
1/[Rz(y)]=1/Rz+ AS1y+AS2y2+AS3y3+AS4y4+ AS5y5+AS6y6+AS7y7+AS8y8… …(6)
これら式(5),(6)において、Ryは表1に挙げられた主走査方向における近軸曲率半径であり、Rzは表1に挙げられた副走査方向における近軸曲率半径であり、κは円錐係数、AM1,AM2,AM3,AM4,AM5,AM6,AM7,AM8…は夫々主走査方向に関する1次,2次,3次,4次,5次,6次,7次,8次…の非球面係数であり、AS1,AS2,AS3,AS4,AS5,AS6,AS7,AS8…は夫々副走査方向に関する1次,2次,3次,4次,5次,6次,7次,8次…の非球面係数である。比較例において面番号3のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(5),(6)に適用される各係数を、表3に示す。
【0040】
【表3】
以上のように具体的に構成された比較例の走査光学系1によると、偏向点位置変化量の最大値が、1.59mmとなり、走査対象面上のジッター量の最大値が、5.9μmと許容範囲(5μm以下)を超えてしまう。
【0041】
なお、比較例のジッター図を、図4に示す。図4において、縦軸は走査対象面Sでの光軸からの高さy,横軸は走査対象面S上での実際のスポット位置の副走査方向のズレ量を表す。この図4から明らかなように、走査光学系1が比較例のように構成されると、ジッター量の最大値が許容範囲を超えてしまう。
【0042】
【実施例1】
実施例1では、第2光学系18全体としての焦点距離は150mmであり、第2光学系18の副走査倍率は−2.22であり、走査対象面S上での走査幅の半値は108mmである。また、ポリゴンミラー15の内接半径は12.1mm,面数は6面であり、偏向角は−80.0°である。
以上の数値を条件式(1)に当てはめてみると、ポリゴンミラーの内接半径r[mm]の条件は、16.4mm以下となり、実施例1は、この条件を満たしている。
【0043】
実施例1における第1光学系13から走査対象面Sに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表4に示す。
【0044】
【表4】
表4における各欄の意味は、上述した表1のものと同じである。
【0045】
表4に示されたシリンドリカルレンズ12の前面は、シリンドリカル面(凸面)であり、その後面は、平面である。また、第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号1のレンズ面と、第2レンズ17を構成する面番号4のレンズ面は、球面である。
【0046】
第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号2のレンズ面は、回転対称非球面である。実施例1において面番号2のレンズ面の具体的形状を特定するために式(4)に適用される各係数を、表5に示す。
【0047】
【表5】
第2光学系18の第2レンズ17を構成する面番号3のレンズ面は、アナモフィック非球面である。実施例1において面番号3のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(5),(6)に適用される各係数を、表6に示す。
【0048】
【表6】
以上のように具体的に構成された実施例1の走査光学系1によると、ポリゴンミラー15の反射面位置と第1光学系13の線像形成位置のずれ量(偏向点位置変化量)の最大値が、0.83mmとなり、走査対象面上のジッター量の最大値が、3.2μmに抑えられる。
【0049】
なお、実施例1の第2光学系18のジッター図を、図5に示す。この図5から明らかなように、この実施例1によると、比較例に比べて、ジッターが良好に抑えられていることが分かる。
【0050】
また、式(2)及び式(3)の左辺を計算するとそれぞれ0.72,0.69となり両式を満たしている。
【0051】
【実施例2】
実施例2では、第2光学系18全体としての焦点距離は150mmであり、第2光学系18の副走査倍率は−2.07であり、走査対象面S上での走査幅の半値は108mmである。また、ポリゴンミラー15の内接半径は12.1mm,面数は6面であり、偏向角は−80.0°である。
以上の数値を条件式(1)に当てはめてみると、ポリゴンミラーの内接半径r[mm]の条件は、17.6mm以下となり、実施例2は、この条件を満たしている。
【0052】
実施例2における第1光学系13から走査対象面Sに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表7に示す。
【0053】
【表7】
表7における各欄の意味は、上述した表1のものと同じである。
【0054】
表7に示されたシリンドリカルレンズ12の前面は、シリンドリカル面(凸面)であり、その後面は、平面である。また、第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号1のレンズ面と、第2レンズ17を構成する面番号3のレンズ面は、球面である。
【0055】
第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号2のレンズ面は、回転対称非球面である。実施例2において面番号2のレンズ面の具体的形状を特定するために式(4)に適用される各係数を、表8に示す。
【0056】
【表8】
第2光学系18の第2レンズ17を構成する面番号4のレンズ面は、アナモフィック非球面である。実施例2において面番号4のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(5),(6)に適用される各係数を、表9に示す。
【0057】
【表9】
以上のように具体的に構成された実施例2の走査光学系1によると、偏向点位置変化量の最大値が、0.83mmとなり、走査対象面上のジッター量の最大値が、3.0μmに抑えられる。
【0058】
なお、実施例2の第2光学系18のジッター図を、図6に示す。この図6から明らかなように、実施例2によると、比較例に比べて、ジッターが良好に抑えられていることが分かる。
【0059】
また、式(2)及び式(3)の左辺を計算するとそれぞれ0.72,0.69となり両式を満たしている。
【0060】
【実施例3】
実施例3では、第2光学系18全体としての焦点距離は140mmであり、第2光学系18の副走査倍率は−1.92であり、走査対象面S上での走査幅の半値は108mmである。また、ポリゴンミラー15の内接半径は13.9mm,面数は6面であり、偏向角は−80.0°である。
以上の数値を条件式(1)に当てはめてみると、ポリゴンミラーの内接半径r[mm]の条件は、17.0mm以下となり、実施例3は、この条件を満たしている。
実施例3における第1光学系13から走査対象面Sに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表10に示す。
【0061】
【表10】
表10における各欄の意味は、上述した表1のものと同じである。
【0062】
表10に示されたシリンドリカルレンズ12の前面は、シリンドリカル面(凸面)であり、その後面は、平面である。また、第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号1のレンズ面と、第2レンズ17を構成する面番号3のレンズ面は、球面である。
【0063】
第2光学系18の第1レンズ16を構成する面番号2のレンズ面は、回転対称非球面である。実施例3において面番号2のレンズ面の具体的形状を特定するために式(4)に適用される各係数を、表11に示す。
【0064】
【表11】
第2光学系18の第2レンズ17を構成する面番号4のレンズ面は、アナモフィック非球面である。実施例2において面番号4のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(5),(6)に適用される各係数を、表12に示す。
【0065】
【表12】
以上のように具体的に構成された実施例3の走査光学系1によると、偏向点位置変化量の最大値が、1.10mmとなり、走査対象面上のジッター量の最大値が、3.5μmに抑えられる。
【0066】
なお、実施例3の第2光学系18のジッター図を、図7に示す。この図7から明らかなように、実施例3によると、比較例に比べて、ジッターが良好に抑えられていることが分かる。
【0067】
また、式(2)及び式(3)の左辺を計算するとそれぞれ0.77,0.74となり両式を満たしている。
【0068】
以上の実施例1〜3により明かなように、本実施形態の走査光学系1が、条件式(1)を満たすように構成されていると、条件式(1)を満たさない場合よりも、ジッター量を抑えることができる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全長が短く、かつバックフォーカスの長い走査光学系において、ポリゴンミラーの偏向点変化と面倒れに伴って発生する副走査方向のジッターを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の走査光学系1の主走査方向における構成を示す光学構成図
【図2】本実施形態の走査光学系1の動作例を示す説明図
【図3】本実施形態の第2光学系18の副走査方向における構成を示す光学構成図
【図4】比較例1のジッター図
【図5】実施例1のジッター図
【図6】実施例2のジッター図
【図7】実施例3のジッター図
【図8】一般的な走査光学系の斜視図
【図9】ポリゴンミラーの面倒れの説明図
【図10】面倒れ補正の説明図
【図11】偏向点位置変化の説明図
【図12】偏向点位置変化、及び面倒れに伴うジッターの説明図
【図13】走査対象面上に形成されるピッチムラの説明図
【符号の説明】
1 走査光学系
10 レーザー光源
13 第1光学系
15 ポリゴンミラー
18 第2光学系
S 走査対象面
Claims (5)
- レーザー光束を発する光源と、その中心軸を中心として一定方向に回転しながらその側面に形成された反射面にて前記レーザー光束を反射することによって、前記レーザー光束を主走査方向に走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーによって走査されつつ反射された前記レーザー光束を走査対象面上に収束させる結像光学系とを備えた走査光学系であって、
前記ポリゴンミラーの反射面は、6面以下であって、当該ポリゴンミラーの内接半径をr[mm],前記結像光学系の副走査倍率をm,当該結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした場合に、|m|>1.85の条件下で、下記式(1)を満たすことを特徴とする走査光学系。
r<5cos(w/2f)/[2|m|{1−cos(w/2f)}]……(1) - 前記結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm]とした場合に、下記式(2)を満たすことを特徴とする請求項1記載の走査光学系。
w/f>0.70 ……(2) - 前記結像光学系の主走査方向における焦点距離をf[mm],走査幅の半値をw[mm],ポリゴンミラーの面数をNとした場合に、下記式(3)を満たすことを特徴とする請求項1または2のいずれか記載の走査光学系。
wN/2πf>0.55 ……(3) - 前記結像光学系は2枚のレンズから構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の走査光学系。
- 前記結像光学系を構成するレンズ面のうち最も副走査断面パワーが大きい面が最も被走査面側にあることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の走査光学系。
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