JP2004294713A

JP2004294713A - ｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置

Info

Publication number: JP2004294713A
Application number: JP2003086325A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yamashita; 敏行山下
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】斜入射する複数のビームの収差を良好に補正することができ、製造コストの上昇を招来することのない、ｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置を得る。
【解決手段】副走査方向ｚに関して互いに異なる角度θ１，θ２を有して主走査方向ｙに偏向された第１ビームＢ１，Ｂ１’と角度−θ１，−θ２を有して主走査方向ｙに偏向された第２ビームＢ２，Ｂ２’に対してｆθ特性を与えるｆθ光学系２０。第２レンズ２２において、第１ビームＢ１，Ｂ１’の光路に位置する非球面１と第２ビームＢ２，Ｂ２’の光路に位置する非球面２との間に不連続部３，３が存在すると共に、非球面１，２は互いに異なる自由曲面係数が与えられ、異なる面形状とされている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置、特に、副走査方向に関して互いに異なる角度を有する複数のビームを走査するためのｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
一般に、電子写真方式によるフルカラーの複写機やプリンタ等の画像形成装置として、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）の各色に対応する画像を四つの感光体上に形成し、これらの画像を重ね合わせるタンデム方式が知られている。
【０００３】
この種のタンデム方式に組み込まれる走査光学装置にあっては、４本のビームを使用するが、コスト削減のためには、一つの偏向器（ポリゴンミラー）を使用し、一つの光学系で４本のビームにｆθ特性を与えることが好ましい。
【０００４】
また、４本のビームは、副走査方向に互いに平行な光路に構成することも考えられるが、光学素子の配置の自由度を考慮すると、副走査方向に関して異なる角度を有することが好ましい。この場合、４本のビームは、副走査方向の中心光軸を中心として副走査方向に互いに対称な二つの角度の第１ビームと第２ビームに分けることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６０２６８号公報
【０００６】
特許文献１には、副走査方向に互いに平行な４本のビームを透過するｆθレンズを、各ビームがそれぞれ透過するレンズ面を一体の鏡面コアを用いて成形することが開示されている。しかし、このｆθレンズは４本の平行なビームを走査するためのものであり、副走査方向に互いに異なる角度で斜入射する４本のビームを走査する方式には用いることができない。
【０００７】
ところで、４本のビームの収差補正を一つのレンズで最適化しようとすると、自由曲面の有効領域が広がるので、自由曲面係数の次数を上げて補正することになる。しかし、自由曲面係数の次数が上がると、レンズ面の製造誤差が厳しくなり、結果的にコストが上昇してしまうという問題点を有していた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、斜入射する複数のビームの収差を良好に補正することができ、製造コストの上昇を招来することのない、ｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置を提供することにある。
【０００９】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、第１の発明に係るｆθ光学系は、副走査方向に関して互いに異なる角度を有して主走査方向に偏向された隣接する第１ビームと第２ビームに対してｆθ特性を与えるｆθ光学系であって、前記第１ビームの光路に位置する第１領域面と前記第２ビームの光路に位置する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明に係るレンズは、副走査方向に関して互いに異なる角度を有して主走査方向に偏向された隣接する第１ビームと第２ビームが同時に入射するレンズであって、前記第１ビームが入射する第１領域面と前記第２ビームが入射する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明に係る走査光学装置は、副走査方向に関して互いに異なる角度を有して隣接する第１ビームと第２ビームを出力する光源ユニットと、該光源ユニットから出力された第１ビーム及び第２ビームを主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器で偏向された第１ビーム及び第２ビームに対してｆθ特性を与えるｆθ光学系と、該ｆθ光学系によってｆθ特性を与えられた第１ビーム及び第２ビームをそれぞれ第１感光体及び第２感光体に導く第１光学素子及び第２光学素子と、を備え、前記ｆθ光学系は、前記第１ビームの光路に位置する第１領域面と前記第２ビームの光路に位置する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なることを特徴とする。
【００１２】
以上の構成からなるｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置にあっては、第１ビーム及び第２ビームがそれぞれ入射するレンズ面を第１領域面と第２領域面とに不連続部を介して分割しているため、それぞれの領域面に最も好ましい曲面を設定することにより、例えば、それぞれの領域面に個別に自由曲面係数を割り当てて最適化することにより、第１ビーム及び第２ビームの収差を良好に補正することができ、高次の次数を用いることもないので必要以上のコストを要することなくレンズを製造できる。
【００１３】
本発明に係るｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置において、前記第１領域面及び第２領域面は自由曲面であることが好ましく、さらに、第１領域面の自由曲面係数と第２領域面の自由曲面係数とは互いに異なることが好ましい。
【００１４】
本発明において、第１領域面と第２領域面との間に「不連続部が存在する」とは、第１領域面と第２領域面の副走査方向の断面において以下の（イ），（ロ），（ハ）のいずれかが成立する領域が存在することをいう。
（イ）第１領域面と第２領域面の間の領域での傾きが数学的に不連続であること。
（ロ）第１領域面と第２領域面の間の領域に曲率が０の箇所が存在すること。
（ハ）第１領域面と第２領域面の副走査方向の曲率と該二つの領域面の間の領域に曲率が逆符号になる箇所が存在すること。
【００１５】
また、本発明において、第１領域面と第２領域面とは「面形状が異なる」とは、副走査方向の断面において第１領域面内の一部分と第２領域面内の一部分が合同でないことをいう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
（走査光学装置の概略構成、図１及び図２参照）
図１及び図２は、本発明の一実施形態である走査光学装置１０の概略構成を示す。この走査光学装置１０は並置された四つの感光体ドラム３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）にそれぞれビームＢ１，Ｂ２，Ｂ２’，Ｂ１’を照射して、各色の画像を形成するように構成されている。
【００１８】
四つの感光体ドラム３０を並置したフルカラーの複写機ないしプリンタはタンデム方式と称され、その構成及び画像形成工程は従来周知であり、詳細な説明は省略する。
【００１９】
走査光学装置１０は、光源ユニット１１と、偏向器（以下、ポリゴンミラーと称する）１９と、第１レンズ２１と第２レンズ２２とからなるｆθ光学系２０と、平面ミラー２６（２６Ｙ，２６Ｍ_１，２６Ｍ_２，２６Ｃ_１，２６Ｃ_２，２６Ｋ_１，２６Ｋ_２）と、防塵ガラス２７（２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋ）とで構成されている。
【００２０】
光源ユニット１１は、レーザダイオード１２（１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ）と、コリメータレンズ１３（１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ）と、ハーフミラー１４ａ，１４ｂと、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂと、ハーフミラー１６とで構成されている。各レーザダイオード１２から放射されたビームはコリメータレンズ１３で略平行光に変更され、ハーフミラー１４ａ，１４ｂを透過又は反射してシリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂで副走査方向ｚに集光され、ポリゴンミラー１９に導かれる。
【００２１】
各ビームはポリゴンミラー１９の回転に基づいて主走査方向ｙに等角速度で偏向され、ｆθ光学系２０を透過することで、ｆθ特性を与えられ、かつ、必要な収差を補正され、後段の光学素子で構成される光路に沿って各感光体ドラム３０上で結像する。
【００２２】
（非球面１，２の構成、図３参照）
ところで、４本のビームＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１’，Ｂ２’）は、図３に示すように、副走査方向ｚの中心光軸Ｐを中心として副走査方向ｚに互いに対称な二つの角度θ１，θ２を有するビームＢ１，Ｂ２と角度−θ１，−θ２を有するビームＢ１’，Ｂ２’に分けられている。このようにビームが中心光軸Ｐに対する副走査方向ｚに角度を有してレンズ面に入射することを斜入射と称する。
【００２３】
なお、斜入射角度±θ１、±θ２は必ずしも中心光軸Ｐを中心とする必要はなく、任意の直線を想定してもよい。
【００２４】
そして、これらのビームが透過する第２レンズ２２においては、第１ビームＢ１，Ｂ１’が透過する非球面１（第１領域面）と、第２ビームＢ２，Ｂ２’が透過する非球面２（第２領域面）とで、透過するビーム高が全く異なる。従って、非球面１，２にそれぞれ単一の自由曲面係数を与えて収差を補正しようとすると、高次数でないと収差を良好に補正できない。
【００２５】
本実施形態では、第２レンズ２２の入射面においては、収差補正のために、非球面１と非球面２とに互いに異なる自由曲面係数を与えて面形状を異ならしめた。即ち、非球面１，２はその副走査方向ｚの断面において非球面１の一部分と非球面２の一部分が合同ではないように構成した。また、非球面１，２の間に不連続部３，３が存在するようにした。具体的には、非球面１，２の副走査方向の断面において以下の（イ），（ロ），（ハ）のいずれかが成立する領域が存在するように構成した。
【００２６】
（イ）非球面１と非球面２の間の領域での傾きが数学的に不連続であること。
（ロ）非球面１と非球面２の間の領域に曲率が０の箇所が存在すること。
（ハ）非球面１と非球面２の副走査方向の曲率と該非球面１，２の間の領域に曲率が逆符号になる箇所が存在すること。
【００２７】
前記（イ），（ロ），（ハ）の条件としてその代表的なものを図４に示す。図４（Ａ）は前記（イ）の条件を示し、図４（Ｂ）は前記（ロ），（ハ）の条件を示し、図４（Ｃ）は前記（イ），（ロ）の条件を示している。
【００２８】
なお、第２レンズ２２の出射面は球面である。
【００２９】
ここで、非球面１，２の自由曲面係数の一例を以下の表１，２に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
（比較例）
次に、二つの面を一つの式で定義した場合の自由曲面係数を比較例として以下の表３，４に示す。
【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

【００３５】
二つの面を一つの面としてフィッテイングする場合、二つの面をどの範囲で定義するかによってかなり係数が異なる。二つの係数で定義されている面Ａ，Ｂをある係数で一つの面Ｃにフィッテイングしようとすると、ＡとＢで定義されている面の境界部分がどれだけ離れているかによってＣで必要な次数が変わってくる。
【００３６】
面Ａ，Ｂの境界が離れているほど二つの面Ａ，Ｂの間の変化を小さくすることができるためのＣの次数は小さくなる。逆に、境界が近いほど次数は大きくなり、境界が完全に重なった場合は無限の次数が必要になる。
【００３７】
ここに掲載した比較例は、二つの面Ａ，Ｂにおいてそれぞれ主光線が通過する位置の上下１ｍｍの範囲を有効域とし、主光線の間隔を６．７ｍｍとしている。よって、有効域としては、４．７ｍｍ離れていることになり、その他の部分は面Ａ，Ｂの何れでもない面になる。表３，４に示した自由曲面係数は以上の点を考慮して、１６次×１６次でフィッテイングした結果である。
【００３８】
（他の実施形態）
なお、本発明に係るｆθ光学系、レンズ及び走査光学装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３９】
例えば、各ビームの光路を形成するための光学素子の配置関係や光源ユニットの詳細な構成は任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である走査光学装置の概略構成を示す立面図である。
【図２】前記走査光学装置の光源ユニット、偏向器及びｆθ光学系を示す平面図である。
【図３】前記ｆθ光学系を副走査方向の断面で示す説明図である。
【図４】非球面１，２の間の不連続部に関する説明図である。
【符号の説明】
１…非球面（第１領域面）
２…非球面（第２領域面）
３…不連続部
１０…走査光学装置
１１…光源ユニット
１９…偏向器（ポリゴンミラー）
２０…ｆθ光学系
２２…第２レンズ
Ｂ１，Ｂ１’…第１ビーム
Ｂ２，Ｂ２’…第２ビーム
ｚ…副走査方向

Claims

副走査方向に関して互いに異なる角度を有して主走査方向に偏向された隣接する第１ビームと第２ビームに対してｆθ特性を与えるｆθ光学系であって、
前記第１ビームの光路に位置する第１領域面と前記第２ビームの光路に位置する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なること、
を特徴とするｆθ光学系。
副走査方向に関して互いに異なる角度を有して主走査方向に偏向された隣接する第１ビームと第２ビームが同時に入射するレンズであって、
前記第１ビームが入射する第１領域面と前記第２ビームが入射する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なること、
を特徴とするレンズ。
副走査方向に関して互いに異なる角度を有して隣接する第１ビームと第２ビームを出力する光源ユニットと、
前記光源ユニットから出力された第１ビーム及び第２ビームを主走査方向に偏向する偏向器と、
前記偏向器で偏向された第１ビーム及び第２ビームに対してｆθ特性を与えるｆθ光学系と、
前記ｆθ光学系によってｆθ特性を与えられた第１ビーム及び第２ビームをそれぞれ第１感光体及び第２感光体に導く第１光学素子及び第２光学素子と、を備え、
前記ｆθ光学系は、前記第１ビームの光路に位置する第１領域面と前記第２ビームの光路に位置する第２領域面との間に不連続部が存在すると共に、前記第１領域面と第２領域面とは面形状が異なること、
を特徴とする走査光学装置。
前記第１領域面及び第２領域面は自由曲面であることを特徴とする請求項１記載のｆθ光学系、請求項２記載のレンズ又は請求項３記載の走査光学装置。
前記第１領域面の自由曲面係数と前記第２領域面の自由曲面係数とは互いに異なることを特徴とする請求項４記載のｆθ光学系、レンズ又は走査光学装置。