JP2014066951A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による像面シフトを抑制することができる走査光学装置の提供。
【解決手段】回折レンズ２の主走査方向の屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが、Ａ（Ｚ）＝（３．５３２×１０^７）Ｚ^２＋３０２３Ｚ＋０．７０１０、Ｂ（Ｚ）＝（５．７１９×１０^７）Ｚ^２＋４１６９Ｚ＋０．７６７８、Ｃ（Ｚ）＝（１．７２７×１０^７）Ｚ^２＋３２４４Ｚ＋０．４２１７、Ｄ（Ｚ）＝（１．３７３×１０^８）Ｚ^２＋３２３２Ｚ＋１．２２４、ｇ１（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｄ（Ｚ）−Ｂ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｄ（Ｚ）＋１．５Ｂ（Ｚ）、ｇ２（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｃ（Ｚ）−Ｄ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｃ（Ｚ）＋１．５Ａ（Ｚ）、としたとき、焦点距離ｆｉ＝１０〜３０ｍｍの範囲で、ｇ２（ｆｉ）≦φｎＭ／φｄＭ≦ｇ１（ｆｉ）を満たし、回折レンズ２の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、φｎＳ／φｄＳ＜１．３を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置などに用いられる走査光学装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、光源からの光ビームを感光体ドラムなどの被走査面上に点状に結像させ、この像を感光体ドラムの軸方向（主走査方向）に走査させる。走査光学装置は、主走査方向に光ビームを偏向させる偏向器を有し、偏向器の前段には、入射光学系が設けられ、後段には、走査光学系が設けられる。入射光学系は、偏向器の近傍において光ビームを副走査方向に結像させるとともに、主走査方向には光ビームを略平行光にしている。一方、走査光学系は、偏向器からの光ビームを被走査面上に点状に結像させる機能を有する。

ところで、走査光学装置が用いられる環境温度が変化すると、各部の寸法変化や、光学素子の性能の変化などにより結像点が被走査面から前後にずれるという問題がある。このずれは、特に、コストダウンのために入射光学系に樹脂レンズを用いると顕著になる。この問題の解決のため、特許文献１の技術では、入射光学系に屈折面と回折面を設けて、温度変化による結像点のずれ（像面シフト）を抑えている。特許文献１においては、入射光学系の主走査方向についての屈折パワーφｒＭと回折パワーφｄＭの比φｒＭ／φｄＭが１．４３７〜２．６６９の範囲であり、副走査方向についての屈折パワーφｒＳと回折パワーφｄＳの比φｒＳ／φｄＳが１．４３７〜２．６６９の範囲であるのがよいとされている。

特許第４８１９４３６号明細書

しかし、特許文献１の走査光学装置は、光源と入射光学系の距離を保持する部材の線膨張係数や走査光学系の温度変化についてまったく考慮されておらず、走査光学装置の筐体を樹脂で形成した場合など、線膨張係数が大きい場合に、良好な性能を得られなかった。

本発明は、以上の背景に鑑みて創案されたもので、良好な温度補償がなされた走査光学装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決する本発明は、光源と、光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、光源と偏向手段の間に設けられ光源からの光ビームを主走査方向には僅かに収束する光ビームとし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系と、偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に点状に結像させる走査レンズとを備えた走査光学装置を提供する。この走査光学装置において、入射光学系は、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる回折パワーを有するとともに、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる屈折パワーを有する。そして、入射光学系は、主走査方向の焦点距離をｆｉ［ｍｍ］として、
１０≦ｆｉ≦３０ ・・・（１）
を満たす。
そして、光学系全体の主走査方向の横倍率をｍＭ、副走査方向の横倍率をｍＳとして、ｍＭとｍＳの比ｍＭ／ｍＳは、
ｍＭ／ｍＳ≧１．２ ・・・（２）
を満たす。
また、光源と入射光学系の間隔を保持する保持部材の線膨張係数Ｚは、
３．０×１０^−５≦Ｚ≦９．５×１０^−５・・・（３）
を満たす。
さらに、入射光学系の主走査方向の屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭは、
Ａ（Ｚ）＝（３．５３２×１０^７）Ｚ^２＋３０２３Ｚ＋０．７０１０
Ｂ（Ｚ）＝（５．７１９×１０^７）Ｚ^２＋４１６９Ｚ＋０．７６７８
Ｃ（Ｚ）＝（１．７２７×１０^７）Ｚ^２＋３２４４Ｚ＋０．４２１７
Ｄ（Ｚ）＝（１．３７３×１０^８）Ｚ^２＋３２３２Ｚ＋１．２２４
ｇ１（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｄ（Ｚ）−Ｂ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｄ（Ｚ）＋１．５Ｂ（Ｚ）
ｇ２（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｃ（Ｚ）−Ｄ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｃ（Ｚ）＋１．５Ａ（Ｚ）
としたとき、前記焦点距離ｆｉの範囲で、
ｇ２（ｆｉ）≦φｎＭ／φｄＭ≦ｇ１（ｆｉ） ・・・（４）
を満たす。
また、入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳは、
φｎＳ／φｄＳ＜１．３ ・・・（５）
を満たす。

このような構成によると、線膨張係数Ｚが前記（３）式を満たす場合において、主走査方向の横倍率ｍＭと副走査方向の横倍率ｍＳの比ｍＭ／ｍＳが、前記（２）式を満たすとともに、主走査方向についての屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが前記（４）式を満たし、副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、前記（５）式を満たすことで、温度変化および光ビームの波長変化（モードホップ）による像面位置の変化である像面シフトを主走査方向および副走査方向の双方について良好に抑えることができる。

前記した課題を解決する本発明は、より良好な温度補償を実現するため、前記した式（１）〜（３）に加えて、入射光学系の主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭとしてφｎＭとφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが、
０．６７＜φｎＭ／φｄＭ＜１．４６ ・・・（６）
を満たし、また、入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、
φｎＳ／φｄＳ＜φｎＭ／φｄＭ ・・・（７）
を満たす構成とすることができる。

このような条件を満たすことにより、主走査方向および副走査方向の双方について像面シフトをより小さくすることができる。

前記した走査光学装置において、走査レンズは、主走査方向の像側主点から像点までの距離をｓ′、主走査方向の焦点距離をｆｍとして、
０．２≦１−ｓ´／ｆｍ≦０．５
を満たすことが望ましい。

１−ｓ´／ｆｍは、横倍率βに相当し、横倍率βが０．２以上であることで、走査光学装置をコンパクト化することができる。一方、横倍率βが０．５以下であることで、ポリゴンミラーのミラー面の取付誤差によるジッターを小さく抑えることができる。

前記した走査光学装置において、入射光学系は、楕円回折面とアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズからなる構成とすることができる。

入射光学系を楕円回折面を有する１枚のレンズとすることで、回折面の加工を１面のみにすればよく、低コスト化を図ることができ、また、回折面での光の利用効率のロスを少なくすることができる。

前記した走査光学装置において、入射光学系は、回転対称回折面を備えたコリメータレンズと、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズとからなる構成とすることができる。

楕円回折面を加工する場合、その加工は比較的難しいが、この構成のように、回転対称回折面を備えたコリメータレンズと、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズとの組合せにより入射光学系を構成することで、回折面の加工が容易となる。

前記した走査光学装置において、入射光学系は、回転対称回折面と、直線回折面を有するアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズから構成することができる。

このような構成とすることで、楕円回折面の加工をする必要がなく、回転対称回折面と直線回折面の組合せにより必要な回折パワーを実現するので、回折面の加工が容易となる。また、レンズが１枚であることで入射光学系の配置が簡単になる。

本発明によれば、走査光学装置の良好な温度補償をすることができる。
できる。

一実施形態に係る走査光学装置の主走査断面図である。 走査レンズの横倍率を説明する図である。 一実施形態における入射光学系を示す斜視図である。 第１の変形例に係る入射光学系を示す斜視図である。 第２の変形例に係る入射光学系を示す（ａ）斜視図と、（ｂ）出射面側の正面図である。 実施例１の光学系のデータである。 像面シフトを±３ｍｍにしたときのφｎＭ／φｄＭおよびφｎＳ／φｄＳの分布を示すグラフである。 像面シフトを最小にしたときのφｎＭ／φｄＭおよびφｎＳ／φｄＳの分布を示すグラフである。 線膨張係数Ｚが３．０×１０^−５の場合に、像面シフトが±３ｍｍ以内となるときの主走査方向のパワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したグラフである。 線膨張係数Ｚが９．５×１０^−５の場合に、像面シフトが±３ｍｍ以内となるときの主走査方向のパワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したグラフである。 像面シフトが±３ｍｍ以内となるときの主走査方向のパワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したグラフである。 実施例１における温度変化による像面位置の変化を示すグラフである。 実施例２の光学系のデータである。 実施例２における温度変化による像面位置の変化を示すグラフである。 実施例３の光学系のデータである。 実施例３における温度変化による像面位置の変化を示すグラフである。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、一実施形態に係る走査光学装置１０は、光源の一例としての半導体レーザ１、入射光学系の一例としての回折レンズ２、開口絞り３、偏向手段の一例としてのポリゴンミラー５、走査レンズの一例としてのｆθレンズ６を有し、これらにより、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を感光体ドラム９の被走査面９Ａに点状に集光し、走査するように構成されている。これらの半導体レーザ１、回折レンズ２、開口絞り３、ポリゴンミラー５およびｆθレンズ６は、図示しない樹脂製の筐体に固定されて配置されている。

この筐体は、光源である半導体レーザ１と入射光学系である回折レンズ２の間隔を保持する保持部材であり、保持部材の温度変化による膨張・収縮は、被走査面９Ａでの結像状態に影響を及ぼす。本実施形態の走査光学装置１０において、線膨張係数Ｚは、
３．０×１０^−５≦Ｚ≦９．５×１０^−５・・・（３）
の範囲にある。すなわち、樹脂のように、比較的線膨張係数Ｚが大きい場合である。なお、保持部材は１つの部材から構成されている必要はなく、複数部品の組合せにより構成されていてもよい。例えば、金属と樹脂の組合せにより保持部材が構成されていてもよく、この場合、光源と入射光学系の間隔を保持する各部材の線膨張係数の合成が、上記の線膨張係数Ｚとなる。

半導体レーザ１は、やや発散性のレーザ光（光ビーム）を発する装置である。半導体レーザ１の発光素子は、図示しない制御装置により、感光体ドラム９の被走査面９Ａに露光すべき画像に対応して明滅される。

回折レンズ２は、半導体レーザ１とポリゴンミラー５の間に設けられ、半導体レーザ１から出射した光ビームを、主走査方向（図１の紙面内で光ビームの進行方向に対して左右に振れる方向であり、ポリゴンミラー５により偏向される方向）には僅かに収束する光ビームとし、副走査方向（主走査方向に直交する方向で、図１の紙面奥行き方向）にはポリゴンミラー５のミラー面５Ａの近傍で結像させるレンズである。図３に示すように、回折レンズ２は、一方の面、例えば、光ビームの入射側が回折面であり、射出側が屈折面として形成されている。回折レンズ２は、コスト削減の観点からは、望ましくは１枚の樹脂レンズからなる。もっとも、後述する他の例のように、本発明にいう入射光学系は、１枚の樹脂レンズには限られず、ガラスからなるレンズであってもよいし、屈折面が少なくとも１つ、回折面が少なくとも１つある限り、レンズの枚数は問わない。

一例として、本実施形態の回折レンズ２は、楕円回折面とアナモルフィック屈折面とを備えた構成とすることができる。このように、入射光学系を１枚のレンズとすることで、回折面の加工を１面のみにすればよく、低コスト化を図ることができる。また、回折面での光の利用効率のロスを少なくすることができる。

回折レンズ２は、主走査方向の焦点距離をｆｉ［ｍｍ］として、ｆｉが、
１０≦ｆｉ≦３０ ・・・（１）
の範囲にある。焦点距離ｆｉが１０ｍｍ以上であることで、横倍率が大きくなりすぎることを抑制でき、３０ｍｍ以下であることで、装置のコンパクト化を実現でき、レーザダイオードの光利用効率の低下を抑制できる。

また、回折レンズ２は、光学系（回折レンズ２〜ｆθレンズ６）全体の主走査方向の横倍率をｍＭ、副走査方向の横倍率をｍＳとして、ｍＭとｍＳの比である倍率比ｍＭ／ｍＳは、
ｍＭ／ｍＳ≧１．２ ・・・（２）
を満たす。後述する実施例からわかるように、主走査方向の倍率比ｍＭ／ｍＳが１．２以上であることで、環境温度の変化による像面シフトの量を小さくすることができる。

回折レンズ２は、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる回折パワーを有するとともに、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる屈折パワーを有する。具体的に、入射光学系の主走査方向の屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭは、
Ａ（Ｚ）＝（３．５３２×１０^７）Ｚ^２＋３０２３Ｚ＋０．７０１０
Ｂ（Ｚ）＝（５．７１９×１０^７）Ｚ^２＋４１６９Ｚ＋０．７６７８
Ｃ（Ｚ）＝（１．７２７×１０^７）Ｚ^２＋３２４４Ｚ＋０．４２１７
Ｄ（Ｚ）＝（１．３７３×１０^８）Ｚ^２＋３２３２Ｚ＋１．２２４
ｇ１（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｄ（Ｚ）−Ｂ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｄ（Ｚ）＋１．５Ｂ（Ｚ）
ｇ２（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｃ（Ｚ）−Ｄ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｃ（Ｚ）＋１．５Ａ（Ｚ）
としたとき、前記焦点距離ｆｉの範囲で、
ｇ２（ｆｉ）≦φｎＭ／φｄＭ≦ｇ１（ｆｉ） ・・・（４）
を満たす。

また、入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳは、
φｎＳ／φｄＳ＜１．３ ・・（５）
を満たす。

これらの（４）式および（５）式を満たすことにより、温度変化およびモードホップによる像面位置の変化である像面シフトを主走査方向および副走査方向の双方について良好に抑えることができる。

また、像面シフトを良好にするために、回折レンズ２は、前記式（１）、（２）を満たすことに加えて、下記の（６）、（７）式を満たすように構成されていてもよい。すなわち、入射光学系の主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭとしてφｎＭとφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが、
０．６７＜φｎＭ／φｄＭ＜１．４６ ・・・（６）
を満たすこと、また、入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、
φｎＳ／φｄＳ＜φｎＭ／φｄＭ ・・・（７）
を満たす構成とすることができる。

後述する実施例から分かるように、式（６）、（７）の条件は、より像面シフトを小さくした場合の条件であり、これらの条件を満たすことにより、主走査方向および副走査方向の双方について像面シフトをより小さくすることができる。

開口絞り３は、回折レンズ２を通過した光ビームの副走査方向の大きさを規定する開口を有する部材である。

ポリゴンミラー５は、複数のミラー面５Ａが、回転軸５Ｂから等距離に配置された部材であり、図１では、６つミラー面５Ａを有するものを例示している。ポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転され、開口絞り３を通過した光ビームを主走査方向に偏向する。

ｆθレンズ６は、本実施形態では、走査光学装置１０に１つのみ設けられている。ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５で反射されることで偏向された光ビームを被走査面９Ａ上に点状に結像させ、かつ、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａの面倒れを補正している。また、ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５で等角速度で偏向された光ビームを、被走査面９Ａ上に等速で走査するようなｆθ特性を有している。

ｆθレンズ６は、図２に示すように、物点ＯＢから主走査方向の物体側主点Ｈまでの距離をｓ、主走査方向の像側主点Ｈ′から像点ＩＭまでの距離をｓ′、走査レンズの主走査方向の焦点距離をｆｍとして、
１／ｆｍ＝１／ｓ′−１／ｓ
である。このとき、ｆθレンズ６の横倍率βは、
β＝ｓ′／ｓ＝１−ｓ′／ｆｍ
で表される。

そして、本実施形態においては、主走査方向の横倍率β（＝１−ｓ′／ｆｍ）は、
０．２≦１−ｓ′／ｆｍ≦０．５
である。横倍率βが０．２以上であることで、走査光学装置１０をコンパクト化することができ、０．５以下であることで、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａの振れによるジッターを小さく抑えることができる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態においては、回折レンズ２の入射側を回折面とし、出射側を屈折面としたが、これを逆にして、入射側を屈折面とし、射出側を回折面としてもよい。

前記した実施形態において、入射光学系は、楕円回折面とアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズで構成されていたが、図４に示すように、入射光学系は、回転対称回折面を備えたコリメータレンズ１１と、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズ１２とを組合せた構成とすることができる。

前記した実施形態の回折レンズ２のような楕円回折面を加工する場合、加工が比較的難しいが、図４の構成のように、回転対称回折面を備えたコリメータレンズ１１と、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズ１２とを組合せて入射光学系を構成することで、回折面の加工が容易となる。

また、入射光学系は、図５に示す回折レンズ２１のように、回転対称回折面２１Ａと、直線回折面を有するアナモルフィック屈折面２１Ｂとを備えた１枚のレンズから構成することができる。

このような構成とすることで、楕円回折面の加工をする必要がなく、回転対称回折面２１Ａと直線回折面の組合せにより必要な回折パワーを実現するので、回折面の加工が容易となる。また、レンズが１枚であることで入射光学系の配置が簡単になる。

本願の発明者等は、回折レンズ２（入射光学系）の主走査方向の屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭ（以下、「主走査方向パワー比」という。）および副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳ（以下、「副走査方向パワー比」という。）を調整することによる、環境温度の変化に伴う像面シフトへの影響について調べた。

［実施例１］
実施例１は、入射光学系を、楕円回折面とアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズとした場合である。下記の入射光学系Ｉ１を設定し、（１）光源と入射光学系の間隔を保持する保持部材の線膨張係数Ｚ、（２）倍率比ｍＭ／ｍＳ、（３）回折レンズの主走査方向の焦点距離ｆｉ、を変化させて、−５〜５５℃の範囲で温度変化があったときの像面シフトが小さくなるように主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭおよび副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳを調整した。各パラメータを変化させた範囲は下記の通りである。なお、その他の光学系のデータは、図６に示す。
線膨張係数Ｚ ３．０×１０^−５〜９．５×１０^−５
焦点距離ｆｉ［ｍｍ］ １０〜３０ｍｍ
倍率比 １〜３

＜入射光学系Ｉ１＞
半導体レーザの波長 ７８８［ｎｍ］
半導体レーザの波長変化率 ０．２５［ｎｍ／℃］
回折面の位相関数

Ｎ＝０．５［（ｍ＋ｎ）^２＋ｍ＋３ｎ］
第４面（楕円回折面）主走査方向のＣ_Ｎ（２次項） −０．０１１８１
第４面（楕円回折面）副走査方向のＣ_Ｎ（２次項） −０．０３２５２

上記の条件において、像面シフトが３ｍｍまたは−３ｍｍ（以下、単に「±３ｍｍ」という。）となるときの主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭおよび副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳの分布を示したのが図７である。図７に示すように、φｎＳ／φｄＳが１．３よりも小さい場合（図７中の点の最大のφｎＳ／φｄＳは１．２７である）に、−５〜５５℃の範囲での温度変化時の像面シフトを３ｍｍ以下にすることができることが確認できた。

また、像面シフトが最小となる場合の主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭおよび副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳの分布を示したのが図８である。図８に示すように、像面シフトが最小となる場合、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭは、約０．７〜１．５の範囲で分布し、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳは、破線で示したφｎＳ／φｄＳ＝φｎＭ／φｄＭのラインよりも下に分布している。すなわち、φｎＳ／φｄＳ＜φｎＭ／φｄＭの関係があることが分かる。また、図８に示した各プロット点の、倍率比ｍＭ／ｍＳごとの分布（図８に、倍率比ｍＭ／ｍＳごとのおよそのまとまりを囲って示した。）を見たとき、倍率比ｍＭ／ｍＳが小さい場合ほど副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳの値が大きく、倍率比ｍＭ／ｍＳが大きい場合ほど副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳの値が小さいことが分かる。

図９は、線膨張係数Ｚが３．０×１０^−５の場合に、像面シフトが±３ｍｍ以内となるときの主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したグラフであり、図１０は、線膨張係数Ｚが９．５×１０^−５の場合に、像面シフトが±３ｍｍ以内となるときの主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したグラフである。図９、図１０においては、倍率比ｍＭ／ｍＳが１．２の場合と３．０の場合を示しており、これらのグラフを見て分かるように、倍率比ｍＭ／ｍＳが小さい場合の方が大きい場合よりも、像面シフトが±３ｍｍ以内となる範囲が狭い。逆にいうと、倍率比ｍＭ／ｍＳが大きい場合の方が小さい大きい場合よりも、広い範囲で像面シフトが±３ｍｍ以内となるので、像面シフトが小さくなりやすいといえる。この傾向は、線膨張係数Ｚが６．５×１０^−５の場合にも同様であった。

そこで、図８に戻って、倍率比ｍＭ／ｍＳと副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳの関係を見ると、倍率比が大きい場合の方が副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳが小さくなる関係にあり、一方、上述のように、倍率比が大きい場合の方が像面シフトが小さくなりやすいのであるから、図８にプロット点の無い、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳが小さい範囲（φｎＳ／φｄＳが−０．５以下の範囲）においては、像面シフトがより小さくなりやすいと考えられる。このことは、当然、図７の分布図においても同様のことがいえる。そのため、図７から、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳが、
φｎＳ／φｄＳ＜１．３ ・・・（５）
を満たす場合に、像面シフトを小さくでき、良好な温度補償ができることが確認でき、
図８から、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳが、
φｎＳ／φｄＳ＜φｎＭ／φｄＭ ・・・（７）
を満たす場合に、像面シフトをより小さくでき、良好な温度補償ができることが確認できる。

次に、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭについて検討する。図９、図１０のように、像面シフトが±３ｍｍ以内となる主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭの範囲は、倍率比が小さい程狭いのであるから、より厳しい条件である倍率比１．２の場合に良好に結像できれば倍率比３．０でも十分良好な結像が可能であるといえる。そこで、図９、図１０および図示しない線膨張係数Ｚが６．５×１０^−５の場合の同様の結果から、倍率比１．２の場合に像面シフトが±３ｍｍ以内となる主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭの範囲を示したのが図１１である。焦点距離ｆｉと線膨張係数Ｚの値に応じて、図１１に示す曲面ｇ１（ｆｉ）と曲面ｇ２（ｆｉ）に挟まれた範囲の主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭの値であれば、像面シフトを±３ｍｍ以内にすることができる。なお、図１１における稜線Ａ（Ｚ），Ｂ（Ｚ），Ｃ（Ｚ），Ｄ（Ｚ）は、線膨張係数Ｚが３．０×１０^−５，６．５×１０^−５，９．５×１０^−５の３つの場合におけるプロット点を２次式で近似した曲線である。そこで、稜線Ａ（Ｚ），Ｂ（Ｚ），Ｃ（Ｚ），Ｄ（Ｚ）を使用し、
Ａ（Ｚ）＝（３．５３２×１０^７）Ｚ^２＋３０２３Ｚ＋０．７０１０
Ｂ（Ｚ）＝（５．７１９×１０^７）Ｚ^２＋４１６９Ｚ＋０．７６７８
Ｃ（Ｚ）＝（１．７２７×１０^７）Ｚ^２＋３２４４Ｚ＋０．４２１７
Ｄ（Ｚ）＝（１．３７３×１０^８）Ｚ^２＋３２３２Ｚ＋１．２２４
ｇ１（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｄ（Ｚ）−Ｂ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｄ（Ｚ）＋１．５Ｂ（Ｚ）
ｇ２（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｃ（Ｚ）−Ｄ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｃ（Ｚ）＋１．５Ａ（Ｚ）
としたとき、焦点距離ｆｉが１０〜３０ｍｍの範囲で、
ｇ２（ｆｉ）≦φｎＭ／φｄＭ≦ｇ１（ｆｉ） ・・・（４）
を満たすことで、像面シフトを±３ｍｍ以内にすることができることが分かる。

なお、上記の光学系において、焦点距離ｆｉ＝２０ｍｍ、倍率比ｍＭ／ｍＳ＝２．０、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭ＝１．１５１、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳ＝０．１５としたところ、図１２のように、像面位置の差の最大値は０．４２４ｍｍとなった。但し、図１２の像面位置の差は、モードホップによるレーザ光の波長の変化を考慮していない。
モードホップによる波長変化±１ｎｍが起こったとしても最大の像面シフトは２．０７５ｍｍであるので、像面シフトを±３ｍｍ以内に抑えられることを確認することができた。

［実施例２］
実施例２は、図４に示した例のように、回転対称回折面を備えたコリメータレンズ１１と、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズ１２とを組合せて入射光学系を構成した場合である。この場合にも、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭ副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳを上記の範囲で調整することで、−５〜５５℃の温度変化の範囲で像面シフトを±３ｍｍ以内にすることができることを確認した。ここで設定した入射光学系Ｉ２は、以下の通りである。なお、その他の光学系のデータは図１３に示す。

＜入射光学系Ｉ２＞
半導体レーザの波長 ７８８［ｎｍ］
半導体レーザの波長変化率 ０．２５［ｎｍ／℃］
回折面の位相関数

Ｎ＝０．５［（ｍ＋ｎ）^２＋ｍ＋３ｎ］
第４面（回転対称回折面）Ｃ_Ｎ（２次項） −０．０１１８１
第６面（直線回折面）副走査方向のＣ_Ｎ（２次項） −０．０１６３８

上記の光学系において、焦点距離ｆｉ＝２０ｍｍ、倍率比ｍＭ／ｍＳ＝２．０、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭ＝１．１５３、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳ＝０．２９としたところ、図１４のように、像面位置の差の最大値は０．４３１ｍｍとなった。但し、図１４の像面位置の差は、モードホップによるレーザ光の波長の変化を考慮していない。
モードホップによる波長変化±１ｎｍが起こったとしても最大の像面シフトは２．１０６ｍｍであるので、像面シフトを±３ｍｍ以内に抑えられることを確認することができた。

［実施例３］
実施例３は、図５に示した例のように、回転対称回折面２１Ａと、直線回折面を有するアナモルフィック屈折面２１Ｂとを備えた１枚のレンズから構成した場合である。この場合にも、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭ副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳを上記の範囲で調整することで、−５〜５５℃の温度変化の範囲で像面シフトを±３ｍｍ以内にすることができることを確認した。ここで設定した入射光学系Ｉ３は、以下の通りである。なお、その他の光学系のデータは図１５に示す。

＜入射光学系Ｉ３＞
半導体レーザの波長 ７８８［ｎｍ］
半導体レーザの波長変化率 ０．２５［ｎｍ／℃］
回折面の位相関数

Ｎ＝０．５［（ｍ＋ｎ）^２＋ｍ＋３ｎ］

第４面（回転対称回折面）Ｃ_Ｎ（２次項） −０．０１１８１
第５面（直線回折面）副走査方向のＣ_Ｎ（２次項） −０．０２０６９

上記の光学系において、焦点距離ｆｉ＝２０ｍｍ、倍率比ｍＭ／ｍＳ＝２．０、主走査方向パワー比φｎＭ／φｄＭ＝１．１５１、副走査方向パワー比φｎＳ／φｄＳ＝０．１５としたところ、図１６のように、像面位置の差の最大値は０．４２４ｍｍとなった。但し、図１６の像面位置の差は、モードホップによるレーザ光の波長の変化を考慮していない。
モードホップによる波長変化±１ｎｍが起こったとしても最大の像面シフトは２．０７５ｍｍであるので、像面シフトを±３ｍｍ以内に抑えられることを確認することができた。

１ 半導体レーザ
２ 回折レンズ
５ ポリゴンミラー
５Ａ ミラー面
５Ｂ 回転軸
６ ｆθレンズ
９ 感光体ドラム
９Ａ 被走査面
１０ 走査光学装置
１１ コリメータレンズ
１２ シリンダレンズ
２１ 回折レンズ
２１Ａ 回転対称回折面
２１Ｂ アナモルフィック屈折面

Claims (6)

1. 光源と、前記光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記光源と前記偏向手段の間に設けられ前記光源からの光ビームを主走査方向には僅かに収束する光ビームとし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に点状に結像させる走査レンズとを備えた走査光学装置であって、
   前記入射光学系は、
   主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる回折パワーを有するとともに、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる屈折パワーを有し、
   主走査方向の焦点距離をｆｉ［ｍｍ］として、
   １０≦ｆｉ≦３０
   を満たし、
   光学系全体の主走査方向の横倍率をｍＭ、副走査方向の横倍率をｍＳとして、ｍＭとｍＳの比ｍＭ／ｍＳは、
   ｍＭ／ｍＳ≧１．２
   を満たし、
   前記光源と前記入射光学系の間隔を保持する保持部材の線膨張係数Ｚは、
   ３．０×１０^−５≦Ｚ≦９．５×１０^−５
   を満たし、
   前記入射光学系の主走査方向の屈折パワーφｎＭと回折パワーφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが、
   Ａ（Ｚ）＝（３．５３２×１０^７）Ｚ^２＋３０２３Ｚ＋０．７０１０
   Ｂ（Ｚ）＝（５．７１９×１０^７）Ｚ^２＋４１６９Ｚ＋０．７６７８
   Ｃ（Ｚ）＝（１．７２７×１０^７）Ｚ^２＋３２４４Ｚ＋０．４２１７
   Ｄ（Ｚ）＝（１．３７３×１０^８）Ｚ^２＋３２３２Ｚ＋１．２２４
   ｇ１（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｄ（Ｚ）−Ｂ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｄ（Ｚ）＋１．５Ｂ（Ｚ）
   ｇ２（ｆｉ）＝ｆｉ｛Ｃ（Ｚ）−Ｄ（Ｚ）｝／２０−０．５Ｃ（Ｚ）＋１．５Ａ（Ｚ）
   としたとき、前記焦点距離ｆｉの範囲で、
   ｇ２（ｆｉ）≦φｎＭ／φｄＭ≦ｇ１（ｆｉ）
   を満たし、
   前記入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、
   φｎＳ／φｄＳ＜１．３
   を満たすことを特徴とする走査光学装置。
2. 光源と、前記光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記光源と前記偏向手段の間に設けられ前記光源からの光ビームを主走査方向には僅かに収束する光ビームとし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に点状に結像させる走査レンズとを備えた走査光学装置であって、
   前記入射光学系は、
   主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる回折パワーを有するとともに、主走査方向と副走査方向にそれぞれ異なる屈折パワーを有し、
   主走査方向の焦点距離をｆｉ［ｍｍ］として、
   １０≦ｆｉ≦３０
   を満たし、
   光学系全体の主走査方向の横倍率をｍＭ、副走査方向の横倍率をｍＳとして、ｍＭとｍＳの比ｍＭ／ｍＳは、
   ｍＭ／ｍＳ≧１．２
   を満たし、
   前記光源と前記入射光学系の間隔を保持する保持部材の線膨張係数Ｚは、
   ３．０×１０^−５≦Ｚ≦９．５×１０^−５
   を満たし、
   前記入射光学系の主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭとしてφｎＭとφｄＭの比φｎＭ／φｄＭが、
   ０．６７＜φｎＭ／φｄＭ＜１．４６
   を満たし、
   前記入射光学系の副走査方向の屈折パワーφｎＳと回折パワーφｄＳの比φｎＳ／φｄＳが、
   φｎＳ／φｄＳ＜φｎＭ／φｄＭ
   を満たすことを特徴とする走査光学装置。
3. 前記走査レンズは、主走査方向の像側主点から像点までの距離をｓ′、主走査方向の焦点距離をｆｍとして、
   ０．２≦１−ｓ´／ｆｍ≦０．５
   を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記入射光学系は、楕円回折面とアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置。
5. 前記入射光学系は、回転対称回折面を備えたコリメータレンズと、副走査方向のみに回折パワーと屈折パワーを有するシリンダレンズとからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置。
6. 前記入射光学系は、回転対称回折面と、直線回折面を有するアナモルフィック屈折面とを備えた１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置。

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