JP2004220004A - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチビーム光学系において、高い部品精度と移動制御機構を用いる
ことなく、極めて容易に副走査方向における走査線間隔の切り替えができる光学
系を、提供する。
【解決手段】
光源ユニット１０の各発光点から発されたレーザー光束は、第１光学系１５を
透過し、ポリゴンミラー２０によって動的に偏向されつつ第２光学系２５を透過
し、走査対象面上に走査線を形成する。この第１光学系１５は、複数枚のシリン
ドリカルレンズから構成されている。第２シリンドリカルレンズは、光軸方向に
所定の二点に対して移動可能にフレームに対して固定され、光源ユニット１０か
ら発された複数のレーザー光束が透過する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の発光点から発光した複数の光束を、夫々、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、結像光学系によって走査対象面上に点状に収束させる走査光学系に関する。

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。

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。

一方、複数の発光点からレーザービームを発光するレーザーダイオードのような光源を用いれば、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副走査方向に並ぶ複数の線像が形成されるので、この偏向器及び結像光学系を経て、走査対象面上に副走査方向に並ぶ複数のスポット光が形成される。このような走査光学系(所謂、「マルチビーム光学系」)によると、偏向器の一反射面による走査によって同時に複数本の走査線を走査対象面上に描画することができるので、各光束を夫々変調することによって、高速な印字が可能になる。

また、上記マルチビーム光学系の他にも、印刷スピードを変更するために、目的に応じて記録密度を切り換えることができるプリンタが知られている。この種のプリンタは、主走査方向においては変調周期，副走査方向においては感光ドラムの回転スピードを変える事で、記録密度を切り換えている。

しかしながら、上述したような複数の発光点を持つ光源を利用したマルチビーム光学系では、同時に走査される走査線同士の間隔(以下「走査線間隔」という)が固定されているため、そのままの構成であると、上記のように回転ドラムの回転スピードを変えることで記録密度を切り換えようとすると、同時に走査される走査線同士の間隔と、次に走査される走査線との間隔が、不均一になる。

そのため、従来、マルチビーム走査光学系によって走査対象面上に形成される走査線同士の間隔を均一に保ったまま、回転ドラムの回転スピードを変えることで記録密度を変更できる方法が提案されている。(例えば、「特許文献１」参照)。特許文献１記載の走査光学系によると、線像形成レンズに「アフォーカル・アナモフィック・ズームレンズ系」を用い、これを構成する複数のレンズを光軸方向に同期して移動させることで、この線像形成レンズを透過した光束が偏向器の反射面の近傍において副走査方向に収束する位置(以下「焦点位置」という)を一定に保ったまま、その線像形成レンズ全体の倍率を変更することができるので、回転ドラムの回転スピードに合わせて走査線間隔を連続的に調節することができる。
特開昭５７−５４９１４号公報

しかしながら、線像形成レンズのなかにシリンドリカルレンズ等のアナモフィックな移動レンズを組み合わせると、移動に伴うレンズ面の相対的な傾きが、波面のネジレを招く。この相対的な傾きによる誤差を抑えながら倍率を連続的に変化させるには、高い部品精度を有する移動制御機構が必要となり、コストアップの要因となる。また、連続的に記録密度や倍率を変化させる必要性は極めて稀であり、２種類(例えば、「速い」，「美しい」)の設定が選択できれば十分であることがほとんどである。

本発明は、従来の手段による上記した問題点を解決し、マルチビーム光学系において、高い部品精度を有する移動制御機構を用いることなく、極めて容易に副走査方向における走査線間隔の切り替えができる光学系の提供を、課題とする。

上記課題を解決するために案出された本発明による走査光学系は、光源から発した複数の光束を偏向器によって同時に動的に偏向することによって走査対象面上で主走査方向に走査させる走査光学系において、複数の発光点から夫々発した複数の光束をコリメートレンズを通じて夫々平行光束として射出する光源と、少なくとも、前記光源側から順に、固定レンズ群，及び、この固定レンズ群によって形成された像に対する横倍率が負の有限値である移動レンズ群を含むとともに、全体として、前記光源から夫々発した前記各光束を前記主走査方向に直交する副走査方向に収束させる第１光学系と、記移動レンズ群を前記コリメートレンズの光軸に沿って移動可能に保持するとともに、前記固定レンズ群によって形成された像に対する前記移動レンズ群の横倍率Ｍｐ₁，Ｍｐ₂が下記式（１）
Ｍｐ₁×Ｍｐ₂＝１・・・・(１)
によって規定される関係となる二点のみにおいて前記移動レンズ群を選択的に停止させる移動機構と、前記第１光学系によって前記各光束が前記副走査方向において収束されることによって複数の線像が形成される位置近傍において、これら各光束を同時に前記主走査方向へ動的に偏向する前記偏向器と、この偏向器によって同時に偏向された前記各光束を前記主走査方向及び前記副走査方向において前記走査対象面近傍に収束させて複数の走査線を形成する第２光学系とを備えたことを特徴とする。

このように構成されると、移動機構が、条件式（１）を満たす二点にのみ選択的に移動レンズを停止させるので、それら２点における移動レンズの横倍率Ｍｐ₁，Ｍｐ₂の具体的数値如何に拘わらず、それら２点の夫々における移動レンズの物点から像点までの距離が互いに等しくなる。その結果、第１光学系全体の焦点距離，従って、コリメートレンズ及び第１光学系の全体としての倍率を２通りに変えることができるにも拘わらず、線像が同じ位置に形成される。そのため、高い部品精度を有する移動制御機構を用いることなく、二点間の移動が可能に構成された単純な移動機構を用いるだけで、極めて容易に副走査方向における走査線間隔の切り替えができる。

なお、第１光学系を、副走査方向において負のパワーを有することによって前記像を虚像として形成する固定レンズ群，及び、副走査方向において正のパワーを有する移動レンズ群のみから構成した場合、移動機構は、「横倍率が負の有限値」であるという条件を満たすためには、前記移動レンズ群の前側焦点が上記２点において夫々固定レンズ群によって形成される虚像よりも偏向器側に位置するように、移動レンズ群を移動させる必要がある。

一方、第１光学系を、副走査方向において正のパワーを有することによって前記像を実像として形成する第１の固定レンズ群，副走査方向において負のパワーを有することによって前記実像の虚像を形成する移動レンズ群，及び、副走査方向において正のパワーを有することによって前記虚像の実像を形成する第２の固定レンズ群から構成した場合、移動機構は、「横倍率が負の有限値」であるという条件を満たすためには、前記移動レンズ群の後側焦点が上記２点において夫々前記第１の固定レンズ群の焦点よりも光源側に位置するように、移動レンズ群を移動する必要がある。

また、本発明における第１光学系が、副走査方向において正のパワーを有することによって前記像を実像として形成する固定レンズ群，及び、副走査方向において正のパワーを有する移動レンズ群のみから構成されていても良いことは、いうまでもない。なおこの時、移動機構は、前記移動レンズ群の前側焦点が上記２点において夫々固定レンズ群によって形成される実像よりも偏向器側に位置するように、移動レンズ群を移動させる。

本発明によれば、マルチビーム光学系において、高い部品精度の移動制御機構を用いることなく、極めて容易に副走査方向における走査線間隔の切り替えができる光学系が提供できる。

以下、この発明にかかる走査光学系の実施の形態を説明する。

実施形態１

図１は、本発明の第１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、光源ユニット１０及び第１光学系１５の副走査方向における構成を示す概略光学構成図である。

これら図１及び図２に示すように、この走査光学系１は、複数の平行光束を夫々発する光源ユニット１０、この光源ユニット１０から夫々発された各平行光束を副走査方向においてのみ収束させることによって複数の線像を形成する第１光学系１５、当該第１光学系１５を保持する保持具１９、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多角柱形状を有するとともにその中心軸を中心に回転する偏向器であるポリゴンミラー２０、回転するポリゴンミラー２０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各レーザー光束を夫々スポットとして収束させる第２光学系２５、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、走査対象面Ｓ上でスポットが走査される方向及びそれと等価な方向を「主走査方向」と定義し、これに直交する方向及びそれと等価な方向を「副走査方向」と定義する。また、第２光学系２５の光軸を含みポリゴンミラー２０の中心軸２０ａに直交する面を主走査断面と定義し、第２光学系２５の光軸を含みポリゴンミラー２０の中心軸２０ａと平行な面を副走査断面と定義する。また、光源ユニット１０側を前側、走査対象面Ｓ側を後側と定義する。

光源ユニット１０は、副走査方向に並ぶように形成された複数の発光点から夫々レーザー光束を発散光として射出する光源である半導体レーザーアレイ１０ａと、発散光として射出された複数のレーザー光束を夫々平行光にするためのコリメートレンズ１０ｂとからなる。第１光学系１５は、光源側から順に、副走査方向に負のパワーを有する第１シリンドリカルレンズ１１，及び副走査方向に正のパワーを有する第２シリンドリカルレンズ１２から、構成されている。なお、第１シリンドリカルレンズ１１が固定レンズ群に、第２シリンドリカルレンズ１２が移動レンズ群に、夫々相当する。

第１シリンドリカルレンズ１１及び第２シリンドリカルレンズ１２は、全体として線像形成光学系を構成しており、コリメートレンズから夫々平行光として射出されたレーザー光束を副走査方向にのみ収束することによって、その焦点面上に複数の線像を形成する。なお、第２シリンドリカルレンズ１２は、図示せぬフレームに設けられた後述する保持具１９によって、コリメートレンズ１０ｂ及び第１光学系１５の光軸に沿って移動可能に、保持されている。

ポリゴンミラー２０は、第１光学系１５の第２シリンドリカルレンズ１２から射出された各レーザー光束が何れかの反射面に対して主走査方向において常時斜めに入射するとともに、当該第２シリンドリカルレンズ１２によって形成された各線像がその反射面の近傍に形成されるように、配置されている（即ち、コリメートレンズ１０ｂ及び第１光学系１５に関して半導体レーザーアレイ１０ａの各発光点とポリゴンミラー２０の反射面近傍との間には、副走査方向において共役関係が成り立つ）。このポリゴンミラー２０は、その中心軸２０ａを中心として回転するので、ある反射面に入射した各レーザー光束は、ポリゴンミラー２０の回転に伴ってその反射面に対する主走査方向の入射角が変化することによって、主走査方向へ動的に偏向される。

ポリゴンミラー２０によって動的に偏向された各レーザー光束は、主走査方向においては平行光束のまま、副走査方向においては収束点から発散しつつ、走査速度補正機能を有する結像光学系である第２光学系２５に入射する。この第２光学系２５は、主走査方向においては、入射した各レーザー光束を、走査対象面Ｓ上における光軸からｙ＝ｋ・θ（ｋ：走査係数，θ：光軸を基準としたレーザー光束の傾斜角）離れた位置に収束させ、副走査方向においては、入射した各レーザー光束を、光軸に対して反転させて走査対象面Ｓ上に収束させる。従って、各レーザー光束によって走査対象面Ｓ上には複数のスポットが形成され、これらスポットは、この走査対象面Ｓ上を、主走査方向に等速度で走査する。

なお、副走査方向において、第２光学系２５によってポリゴンミラー２０の各反射面近傍と走査対象面Ｓとがほぼ共役関係となっているために、各レーザー光束がポリゴンミラー２０のどの反射面によって反射されても、各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）の有無に拘わらず、ポリゴンミラー２０の反射面近傍に形成された各線像が走査対象面Ｓにおける夫々に対応する所定の高さ位置に再結像される。その結果、各レーザー光束がポリゴンミラー２０のどの反射面によって反射されても、走査対象面Ｓ上において、複数の走査線が常に同一ピッチにて描かれる。

ところで、図３は、第２シリンドリカルレンズ１２を、図１に示した最初の位置(以下、「第１位置」という)から光軸方向に後側へ動かした状態(以下、「第２位置」という)を示す光学構成図である。光源ユニット１０の各発光点から発した各レーザー光束によってポリゴンミラー２０の反射面近傍に形成された線像群のピッチは、半導体レーザーアレイ１０ａの各発光点のピッチに対して、これらレーザー光束の光路上におけるコリメートレンズ１０ｂ及び第１光学系１５の副走査方向における倍率を乗じた値に一致するので、図３に示されるように第２シリンドリカルレンズ１２を光軸方向に移動させて第１光学系１５の副走査方向における焦点距離を変化させることによって、そのピッチを調節することが、可能である。しかしながら、第２シリンドリカルレンズ１２のみを無段階に移動させることによって、第１光学系１５の焦点距離を変化させようとすると、その移動に伴って、線像形成位置が移動してしまう。

以下、この現象を説明する。図４（ａ）は、本発明の実施形態１における走査光学系を副走査方向から見た説明図である。なお、図が煩雑となるのを避けるため、ポリゴンミラー２０よりも後側の構成は省くとともに、発光点も１つのみ示してある。

図４（ａ）において、コリメートレンズ１０ｂ，及び第１シリンドリカルレンズ１１の倍率により決まる半導体レーザーアレイ１０ａの発光点の虚像が、第１シリンドリカルレンズ１１の焦点距離及びその位置によって決まる虚像形成位置（第１シリンドリカルレンズ１１の像点，及び第２シリンドリカルレンズ１２の物点）１５ａに、形成されている。さらに、この物点１５ａに対する第２シリンドリカルレンズ１２の位置及びその焦点距離によって線像形成位置（第２シリンドリカルレンズ１２の像点）２０ｐが決まる。

ここで、第２シリンドリカルレンズ１２を光軸方向に移動させることにより横倍率を変化させて線像のピッチを調整すると、倍率が変化するだけでなく像点位置も変化してしまう。即ち、単なる移動機構を用いて第２シリンドリカルレンズ１２を光軸方向へ移動して第１光学系１５の焦点距離を変えることによって線像群のピッチを調節しようとすると、線像形成位置２０ｐがポリゴンミラー２０の反射面近傍からずれてしまい、走査対象面上においては焦点ずれとなる。

そこで、本実施形態では、第２シリンドリカルレンズ１２が第１位置にある状態(以下、「第１の状態」という)における当該第２シリンドリカルレンズ１２の物点１５ａに対する副走査方向の横倍率をＭｐ₁，第２シリンドリカルレンズ１２が第２位置にある状態(以下、「第２の状態」という)における当該第２シリンドリカルレンズ１２の物点１５ａに対する副走査方向の横倍率をＭｐ₂とする時、これらＭｐ₁及びＭｐ₂が負で有限の値を持ち、且つ、下記式(１)を満たすように、移動機構に相当する保持具１９によって第２シリンドリカルレンズ１２が第１位置及び第２位置の二点間で選択的に移動されるように、構成した。
Ｍｐ₁×Ｍｐ₂＝１・・・・(１)
この式（１）が満たされると、第１の状態における走査対象面Ｓ上での走査線同士の間隔(ピッチ)をＰ１，第２の状態における走査対象面上での走査線同士の間隔をＰ２とする時、上記副走査方向の横倍率Ｍｐ₁，Ｍｐ₂は、下記式(２)も満たすことになる。
Ｍｐ₁＝−√(Ｐ１／Ｐ２)＝１／Ｍｐ₂・・・・(２)
以下、これら式（１）及び式（２）の意義について説明する。

図４において、図４（ａ）は、上述した第１の状態を示し、図４（ｂ）は、上述した第２の状態を示す。

周知のごとく、図４（ａ）において、第１光学系１５による結像関係は、下記式（３）によって表される。但し、ａ₁は第２シリンドリカルレンズ１２から物点１５ａまでの距離を、ｂ₁は第２シリンドリカルレンズ１２から像点２０ｐまでの距離を、それぞれ示す。なお、下記式（３）において、ａ₁は負の値をとり、ｂ₁は正の値をとる。
１／ｂ₁＝１／ａ₁＋１／ｆ・・・・（３）
この時、第２シリンドリカルレンズ１２の倍率Ｍｐ₁は、下記式（４）によって示される。
Ｍｐ₁＝ｂ₁／ａ₁・・・・（４）
従って、第２シリンドリカルレンズ１２の物点１５ａから、像点２０ｐまでの距離Ｕ₁は、以下の式（５）で表される。
Ｕ₁＝｜ａ₁｜+｜ｂ₁｜＝ｆ（２−Ｍｐ₁−１／Ｍｐ₁）・・・・（５）
同様に、図４（ｂ）において、第１光学系１５による結像関係は下記式（６）によって表され、第２シリンドリカルレンズ１２の物点１５ａから像点２０ｐまでの距離Ｕ₂は、以下の式（７）で表される。但し、ａ₂は物点１５ａから第２シリンドリカルレンズ１２までの距離を、ｂ₂は第２シリンドリカルレンズ１２から像点２０ｐまでの距離を、それぞれ示す。
１／ｂ₂＝１／ａ₂＋１／ｆ・・・・（６）
Ｕ₂＝ｆ（２−Ｍｐ₂−１／Ｍｐ₂）・・・・（７）
従って、保持具１９が、条件式（１），（２）を満たす二点間で選択的に第２シリンドリカルレンズ１２を移動させると、第２シリンドリカルレンズ１２の倍率Ｍｐ₁，Ｍｐ₂の具体的数値如何（従って、第１光学系１５全体の倍率の具体値如何）に拘わらずＵ₁＝Ｕ₂が成り立つので、虚像形成位置１５ａとポリゴンミラー２０の反射面近傍との間に成り立つ共役関係は、崩れない。即ち、第２シリンドリカルレンズ１２を移動させることによって、虚像形成位置１５ａに形成された半導体レーザーアレイ１０ａの各発光点の虚像に対する第２シリンドリカルレンズ１２の倍率（即ち、第１光学系１５全体の倍率）を２通りに変化させても、線像形成位置２０ｐは移動しない。換言すると、線像形成位置２０ｐを移動させることなく、半導体レーザーアレイ１０ａの各発光点に対するコリメートレンズ１０ｂ及び第１光学系１５の倍率を２通りに変化させることができるのである。

図５は、この保持具１９の斜視図である。図５の紙面上において、左上側が光源ユニット１０側（即ち、前側）であり、右下側がポリゴンミラー２０側（即ち、後側）である。図５に示されるように、保持具１９は、図示せぬフレームに設けられた一対の固定台座１９１，１９２と、この二つの固定台座１９１，１９２の間に配置された可動台座１９３と、ボールネジ１９４と、このボールネジ１９４を回転させるモータ１９５と、ガイド１９６とから、構成されている。

固定台座１９１，１９２は、それぞれ直方体状に形成されていて、所定の間隔を開けて互いに向かい合うように図示せぬフレームに固定設置されている。この互いに向かい合う面をそれぞれ当接面１９１ａ，当接面１９２ａとする。一方、これら一対の固定台座１９１と１９２との間には、直方体状の可動台座１９３が、その一面が当接面１９１ａと対向し、もう一方の面が当接面１９２ａと対向するように、配置されている。可動台座１９３の当該二面のうち、固定台座１９１の当接面１９１ａと対向する面を被当接面１９３ａ、また、固定台座１９２の当接面１９２ａと対向する面を被当接面１９３ｂとする。これら固定台座１９１，１９２及び可動台座１９３は、前側から固定台座１９１，可動台座１９３，固定台座１９２の順に配置されている。なお、固定台座１９１上には第１シリンドリ
カルレンズ１１が、また可動台座１９３上には第２シリンドリカルレンズ１２が、固定されている。なお、これら第１シリンドリカルレンズ１１と第２シリンドリカルレンズ１２は、いずれもコリメートレンズ１０ｂの光軸の延長線上にあり、両シリンドリカルレンズ１１，１２の母線の回転軸は、コリメートレンズ１０ｂの光軸に垂直である。

固定台座１９１，１９２及び可動台座１９３には、ボールネジ１９４及びガイド１９６が、コリメートレンズ１０ｂの光軸と平行になるように挿通されている。可動台座１９３におけるボールネジ１９４が挿通する貫通孔内には、図示せぬボールナットが内蔵されており、このボールナットには、図示せぬボールを介してボールネジ１９４が螺合している。このボールネジ１９４は、固定台座１９１，１９２内に構成された図示せぬ移動防止機構によって光軸方向への移動が規制されており、回転にのみ自由度が与えられている。また、ガイド１９６は固定台座１９１，１９２に対して固定されており、且つ、可動台座１９３におけるガイド１９６が挿通する貫通孔は、ガイド１９６との間に適度なクリアランスを有している。従って、このボールネジ１９４が回転すると、可動台座１９３が、ボールネジ１９４及びガイド１９６に沿って（即ち、コリメートレンズ１０ｂの光軸に沿って）固定台座１９１，１９２間を移動する。そのため、コリメートレンズ１０ｂの光軸に沿って、第２シリンドリカルレンズ１２を前後方向に平行移動させることができる。

また、第１光学系１５は、固定台座１９１の当接面１９１ａと、可動台座１９３の被当接面１９３ａとが接している状態の時に上記条件式（１），（２）における第１の状態となり、固定台座１９２の当接面１９２ａと可動台座１９３の被当接面１９３ｂとが接している状態の時に上記条件式（１），（２）における第２の状態となる。

ボールネジ１９４に接続されたモータ１９５は、固定台座１９２の後側に設置されており、当該ボールネジ１９４を回転させる。モータ１９５には、図示せぬエンコーダが設けられており、このエンコーダからのパルス信号に従って、モータ１９５に駆動電流を供給する図示せぬ駆動回路は、ボールネジ１９４の回転をオンオフさせる制御を行っている。例えば、第１光学系１５を第１の状態から第２の状態に切り換える場合、まず、モータ１９５は、第１の状態においてボールネジ１９４を回転させて可動台座１９３を後側へ平行移動させる。この時、エンコーダはパルス信号をモータ１９５に送出している。そして、当該可動台座１９３の後側の当接面１９３ｂと１９２ａとが接することによってモータの回転に対する抵抗が大きくなり、エンコーダからのパルス信号が途切れると、モータ１９５はボールネジ１９４の回転駆動を停止する。

上述したように、保持具１９は、可動台座１９３を予め設定された所定の位置から所定の位置へ移動させることによって、コリメートレンズ１０ｂの光軸上での第２シリンドリカルレンズ１２の位置を切り換える。そのため、保持具１９が、第１の状態及び第２の状態において、上記条件式（１），（２）を満たす位置で第１シリンドリカルレンズ１１と第２シリンドリカルレンズ１２とを保持するように構成されていれば、モータ１９５のオンオフ制御のみを用いて副走査方向における走査線間隔を切り換えることができる。従って、移動機構である保持具１９を非常に単純な設計のみで構成することができる。

もちろん、第２シリンドリカルレンズ１２を移動する移動機構は、第２シリンドリカルレンズ１２の二点間の移動を可能にするような構成を持つものであれば、どのような機構を用いても良いことはいうまでもない。

使用者が実際に印刷速度の切り換えを行う場合、図示せぬ切換スイッチを切り換えることによって、モータ１９５を駆動し、第２シリンドリカルレンズ１２を移動させ、第１光学系１５における第１の状態と、第２の状態とを切り換える。第１の状態においては、第１光学系１５全体の副走査倍率が第２の状態に比べて高く、感光ドラムの回転速度が第２の状態に比べて速くなるように、図示せぬ制御回路が制御する。従って、第１の状態において、走査線のピッチは第２の状態における場合よりも大きい。これに対して、第２の状態においては、第１光学系１５全体の副走査倍率が第１の状態に比べて低く、感光ドラムの回転速度が第１の状態に比べて遅くなるように図示せぬ制御回路が制御する。従って、第２の状態において、走査線のピッチは第１の状態における場合よりも小さい。

例えば、使用者が図示せぬ印刷設定スイッチを「速い」から、「きれい」に換えたとする。すると、図示せぬ移動機構によって第２シリンドリカルレンズ１２が第１位置から、第２位置へと移動させられる。と同時に、感光ドラムの回転スピードが、比較的遅い第１のスピードに設定される。これによって使用者は、画質の高い(解像度が高い)印刷画像を得ることができる。また、使用者が印刷設定を「きれい」から、「速い」に換えたとする。すると、第２シリンドリカルレンズ１２は、第２位置から第１位置へと戻り、感光ドラムの回転スピードは、比較的速い第２のスピードに設定される。これによって使用者は、「きれい」を選択したときに比べて、印刷スピードを速くすることができる。この時得られる印刷画像の解像度は、「きれい」を選択したときに比べて低い。

以下、本実施形態１における走査光学系の実施例を示す。

なお、第２光学系２５を構成する各レンズのレンズ面は、回転対称軸を持たない非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。

図１及び図３は、この実施例の走査光学系の主走査断面における光学構成図である。図１はこの実施例における第１の状態を示し、図３は第２の状態を示す。

この実施例では、走査係数ｋは１８０であり、第２光学系２５全体としての焦点距離は１８０ｍｍであり、副走査倍率は−０．４５７ｘ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)は２１６ｍｍである。

光源ユニット１０中のコリメートレンズ１０ｂの焦点距離は１５ｍｍである。また、半導体レーザーアレイ１０ａは、複数の発光点を有しており、これらの発光点同士のピッチは、１４μｍとなっている。

また、第１シリンドリカルレンズ１１の焦点距離は、−７０．３８１ｍｍであり、第２シリンドリカルレンズ１２の焦点距離は、４９．６２１ｍｍである。

なお、本実施例において、第１の状態である時の第２シリンドリカルレンズ１２の副走査方向における横倍率Ｍｐ₁は、−１．４１，第２の状態である時の第２シリンドリカルレンズ１２の副走査方向における横倍率Ｍｐ₂は、−０．７１である。

この実施例における第１光学系１５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。なお、この表１に示された数値構成は、第１光学系１５，及び第２光学系２５の夫々の近軸値である。

表１において、「面番号」の数字は、第２光学系２５の面番号を示し、１及び２が、第１レンズ２１の各レンズ面に相当し、３及び４が、第２レンズ２２の各レンズ面に相当し、５及び６が、第３レンズ２３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曲率半径(単位[ｍｍ])である。また、「Rz」は副走査方向における曲率半径(単位[ｍｍ])である(回転対称面については省略)。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。なお、面間隔において「Ｄ１」，「Ｄ２」と示されている値は、可変値であるので、その変化を表４に示す。

表１に示された第１シリンドリカルレンズ１１の前面は、シリンドリカル面（凹面）であり、その後面は、平面である。また、第２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、その後面も、シリンドリカル面(凸面)である。

第２光学系２５を構成する面番号１，２のレンズ面は、夫々、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(８)により表される。
Ｘ(h)=1/Ry・h²/1+√[[1-(κ+1)²h²/Ry²]]+A₄h⁴+A₆h⁶+A₈h⁸ …（８）
式(８)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。この実施例において面番号１，２の各レンズ面の具体的形状を特定するために式(８)に適用される各係数を、表２に示す。

第２光学系２５の第３レンズ２３を構成する面番号５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(９)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(１０)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… …(９)
1/[Rz(y)]=1/Rz
+ AS₁y+AS₂y²+AS₃y³+AS₄y⁴+ AS₅y⁵+AS₆y⁶+AS₇y⁷+AS₈y⁸… …(１０)
これら式(９)，(１０)において、Ryは表１に挙げられた主走査方向における曲率半径であり、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。実施形態１において面番号５のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(９)，(１０)に適用される各係数を、表３に示す。

以上のように具体的に構成された実施形態１の走査光学系１において、第１の状態と第２の状態とにおける第１光学系１５全体における焦点距離の変化，それによって生じる走査光学系全体における副走査倍率の変化，及びビーム間隔(走査線間隔)の変化を、表４に示す。

表４において、「Ｄ１」，「Ｄ２」は、表１に対応する「面間隔」を表す。また、「ビーム間隔」は、走査対象面Ｓ上に走査された走査線同士の間隔を表す。

なお、実施形態１の第２光学系２５の諸収差図を、図６に示す。図６（ａ）は、fθ誤差図(縦軸はy=kθによって定まる走査対象面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とyとのズレ量)であり、図６（ｂ）は、像面湾曲図(縦軸は走査対象面Ｓでの光軸からの高さy，横軸は光軸方向における焦点位置ズレであって、Ｓは副走査方向，Ｍは主走査方向のものである)である。

実施形態２

図７及び図８は、本発明の第２の実施形態における走査光学系の主走査断面における光学構成図である。図７は、実施形態２における第１の状態を示し、図８は第２の状態を示す。この第２の実施形態では、図７に示す様に第２シリンドリカルレンズ１７が光軸方向後側に移動した状態を「第１の状態」と定義し、図８に示す様に第２シリンドリカルレンズ１７が光軸方向前側に移動した状態を「第２の状態」と定義する。なお、図７，図８において、実施形態１と同様の構成を持つものには、同一の符号をつけた。

実施形態２においては、第１光学系１５を構成するシリンドリカルレンズは、副走査方向に正のパワーを持つ第１シリンドリカルレンズ１６，副走査方向に負のパワーを持つ第２シリンドリカルレンズ１７，及び、副走査方向に正のパワーを持つ第３シリンドリカルレンズ１８によって構成されている。なお、第１シリンドリカルレンズ１６が第１の固定レンズ群に、第２シリンドリカルレンズ１７が移動レンズ群に、第３シリンドリカルレンズ１８が第２の固定レンズ群に、夫々相当する。

また、保持具１９の固定台座１９１上には第１シリンドリカルレンズ１６が、固定台座１９２上には第３シリンドリカルレンズ１８が、可動台座１９３上には第２シリンドリカルレンズ１７が、固定されている。なお、これら第１シリンドリカルレンズ１６乃至第３シリンドリカルレンズ１８は、何れもコリメートレンズ１０ｂの光軸の延長線上にあり、これらシリンドリカルレンズ１６乃至１８の母線の回転軸は、コリメートレンズ１０ｂの光軸に垂直である。

なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に第２シリンドリカルレンズ１７を移動させることによって、第１光学系１５全体の倍率を変化させる。従って、実施形態２においては、上記条件式（１），（２）におけるＭｐ₁，Ｍｐ₂は、第１シリンドリカルレンズ１６の後述する像点１５ａに対する第２シリンドリカルレンズ１７の横倍率であると規定する。なお、実施形態２では、固定台座１９１の当接面１９１ａと可動台座１９３の当接面１９３ａとが接している状態を第２の状態と規定し、固定台座１９２の当接面１９２ａと可動台座１９３の当接面１９３ｂとが接している状態を第１の状態と規定する。

図９は、実施形態２における第２シリンドリカルレンズ１７が、前記条件式（１），（２）を満たす時の説明図である。図９（ａ）は、第１の状態を示し、図９（ｂ）は、第２の状態を示す。また、符号１５ｂは、第２シリンドリカルレンズ１７の像点，及び、第３シリンドリカルレンズ１８の物点である。一方、１５ａは、第１シリンドリカルレンズ１６の像点であり、第２シリンドリカルレンズ１７の物点である。第３シリンドリカルレンズ１８の物点１５ｂに対する第３シリンドリカルレンズ１８の像点が、線像形成位置２０ｐである。

上記式（１），（２）を満たすように第２シリンドリカルレンズ１７を移動すると、上述したように、第１の状態における第１シリンドリカルレンズ１６の像点１５ａから第２シリンドリカルレンズ１７までの距離ａ₁と、第２シリンドリカルレンズ１７から第３シリンドリカルレンズ１８の物点１５ｂまでの距離ｂ₁との和が、第２の状態におけるａ₂とｂ₂との和と一致するので第３シリンドリカルレンズ１８の物点である１５ｂの位置は変化しない。従って、第２シリンドリカルレンズ１７を移動することによって第１光学系１５の倍率を２通りに変えても、線像形成位置は変化しない。

従って、保持具１９が、上記条件式（１），（２）を満たしつつ第２シリンドリカルレンズ１７が二位置間で移動するように第１乃至第３シリンドリカルレンズ１６乃至１８を上記条件式（１），（２）を満たしつつ保持するのであれば、実施形態１と同様に、モータ１９５のオンオフ機構のみを用いて走査線のピッチを切り換えることができる。そのため、第１光学系１５を三枚のレンズで構成する実施形態２においても、実施形態１と同様に構成された保持具１９を用いて、副走査方向における走査線間隔を２通りに切り換えることができる。

以下、本実施形態２における走査光学系の実施例を示す。

実施形態２においては、走査係数ｋは２００であり、第２光学系２５全体としての焦点距離は２００ｍｍであり、副走査倍率は−１．０５６ｘ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)は３００ｍｍである。

光源ユニット１０中のコリメートレンズ１０ｂの焦点距離は２０ｍｍである。また、半導体レーザーアレイ１０ａは、複数の発光点を有しており、これらの発光点同士のピッチは、１４μｍとなっている。

また、第１シリンドリカルレンズ１６の焦点距離は、５０．００８ｍｍであり、第２シリンドリカルレンズ１７の焦点距離は、−１７．１３９ｍｍであり、第３シリンドリカルレンズ１８の焦点距離は、３５．２４２ｍｍである。

なお、本実施例において、第１の状態である時の第２シリンドリカルレンズ１７の副走査方向における横倍率Ｍｐ₁は、−１．２２，第２の状態である時の第２シリンドリカルレンズ１７の副走査方向における横倍率Ｍｐ₂は、−０．８２である。この実施例における第１光学系１５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５に示す。

表５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。表５において、「面番号」１及び２が、第１レンズ２６の各レンズ面に、３及び４が、第２レンズ２７の各レンズ面に、夫々相当する。

表５に示された第１シリンドリカルレンズ１６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。

第２シリンドリカルレンズ１７の前面は、シリンドリカル面（凹面）であり、その後面も、シリンドリカル面（凹面）である。

第３シリンドリカルレンズ１８の前面は、平面であり、その後面は、シリンドリカル面(凸面)である。

第２光学系２５を構成する面番号１，２のレンズ面は、夫々、回転対称非球面である。この実施例において面番号１及び２の各レンズ面の具体的形状を特定するために式(８)に適用される各係数を、表６に示す。

第２光学系２５の第２レンズ２７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。この実施例において面番号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(９)，(１０)に適用される各係数を、表７に示す。

以上のように具体的に構成された実施形態２の走査光学系１において、第１の状態と第２の状態とにおける第１光学系１５全体における焦点距離の変化，それによって生じる走査光学系全体における副走査倍率の変化，及びビーム間隔(走査線間隔)の変化を、表８に示す。

表８における各項目の意味は、上述した表４のものと同じである。なお、この実施例の第２光学系２５の諸収差図を、図１０に示す。図１０(ａ)は、fθ誤差図であり、図１０(ｂ)は、像面湾曲図である。

本発明の第１の実施形態である走査光学系の第１の状態の主走査断面における光学構成を示す光学構成図 本発明の実施形態１における第１光学系の副走査方向における光学構成を示す概略構成図 本発明の実施形態１である走査光学系の第２の状態の主走査断面における光学構成を示す光学構成図 第１の状態と第２の状態の夫々を示す説明図 保持具１９の構成を示す斜視図 実施形態１の諸収差図 実施形態２の第１の状態の主走査断面における光学構成を示す光学構成図 実施形態２の第２の状態の主走査断面における光学構成を示す光学構成図 第１の状態と第２の状態の夫々を示す説明図 実施形態２の諸収差図

符号の説明

１ 走査光学系
１０ 光源ユニット
１５ 第１光学系
１９ 保持具
２０ ポリゴンミラー
２５ 第２光学系
Ｓ 走査対象面

Claims (6)

1. 光源から発した複数の光束を偏向器によって同時に動的に偏向することによって走査対象面上で主走査方向に走査させる走査光学系において、
   複数の発光点から夫々発した複数の光束をコリメートレンズを通じて夫々平行光束として射出する光源と、
   少なくとも、前記光源側から順に、固定レンズ群，及び、この固定レンズ群によって形成された像に対する横倍率が負の有限値である移動レンズ群を含むとともに、全体として、前記光源から夫々発した前記各光束を前記主走査方向に直交する副走査方向に収束させる第１光学系と、
   前記移動レンズ群を前記コリメートレンズの光軸に沿って移動可能に保持するとともに、前記固定レンズ群によって形成された像に対する前記移動レンズ群の横倍率Ｍｐ₁，Ｍｐ₂が下記式（１）
   Ｍｐ₁×Ｍｐ₂＝１・・・・(１)
   によって規定される関係となる二点のみにおいて前記移動レンズ群を選択的に停止させる移動機構と、
   前記第１光学系によって前記各光束が前記副走査方向において収束されることによって複数の線像が形成される位置近傍において、これら各光束を同時に前記主走査方向へ動的に偏向する前記偏向器と、
   この偏向器によって同時に偏向された前記各光束を前記主走査方向及び前記副走査方向において前記走査対象面近傍に収束させて複数の走査線を形成する第２光学系と
   を備えたことを特徴とする走査光学系。
2. 前記移動レンズ群が第１位置にある時における前記走査線同士の間隔Ｐ１，前記移動レンズ群が第２位置にある時における当該走査線同士の間隔Ｐ２が、下記式（２）
   Ｍｐ₁＝−√(Ｐ１／Ｐ２)＝１／Ｍｐ₂・・・・(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。
3. 前記第１光学系は、副走査方向において負のパワーを有することによって前記像を虚像として形成する前記固定レンズ群，及び、副走査方向において正のパワーを有する前記移動レンズ群のみから構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
4. 前記移動レンズ群が第１位置にある時における前記移動レンズ群の副走査方向における横倍率Ｍｐ₁が−１．４１，第２位置にある時における前記移動レンズ群の副走査方向における横倍率Ｍｐ₂が−０．７１
   であることを特徴とする請求項２または３記載の走査光学系。
5. 前記第１光学系は、副走査方向において正のパワーを有することによって前記像を実像として形成する第１の固定レンズ群，副走査方向において負のパワーを有することによって前記実像の虚像を形成する前記移動レンズ群，及び、副走査方向において正のパワーを有することによって前記虚像の実像を形成する第２の固定レンズ群から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
6. 前記移動レンズが第１位置にある時における前記移動レンズ群の副走査方向における横倍率Ｍｐ₁が−１．２２，第２位置にある時における前記移動レンズ群の副走査方向における横倍率Ｍｐ₂が−０．８２
   であることを特徴とする請求項２または５記載の走査光学系。

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