JP3567408B2 - 走査光学装置及び走査光学装置用の走査光学レンズ - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光源からの光を回転多面鏡で偏向し、前記偏向光を被走査面上に結像させる光走査光学装置、及び、その走査光学レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンター等の光走査光学系においては、光源からの光束を、コリメータ等を介して略平行光とし、回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって被走査面上に結像させ、等速走査させる。また、偏向手段に回転多面鏡を用いる場合には、入射させる略平行光束を副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズにより収束光束とし、回転多面鏡と被走査面を幾何光学的にほぼ共役とすることで回転多面鏡の面倒れ誤差を軽減させるのが一般的である。
【０００３】
走査光学素子に関しては非球面形状を用い、樹脂により形成されたレンズが広く使用されているが、レーザープリンター等の光学機器の普及に伴い、その光学素子は低コスト化とコンパクト化が強く求められている。
【０００４】
この要求を実用的なレベルで提案している例として、特開平４−５０９０８号公報、特開平８−７６０１１号公報がある。これら公報に記載された走査光学装置では、偏向手段として回転多面鏡を用いた場合は、回転に伴い回転多面鏡反射面の位置が移動する結果、回転多面鏡と走査面との幾何光学的な共役関係が崩れ、これによって生じる像面湾曲を補正するため、走査光学レンズを傾けて配置するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平４−５０９０８号公報、特開平８−７６０１１号公報に記載された走査光学レンズでは、走査光学レンズを設計時とは異なる仕様で配置、即ち傾けて配置するために、ｆθ特性に悪影響を及ぼす。また、この補正方法では補正効果に限界があり、十分に像面湾曲を補正することができない。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものである。即ち、光源からの光束を回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって走査面上に結像させ、等速走査させるレーザープリンター等の光走査光学系において、結像性能、特に像面湾曲性能、及び、走査速度の等速度性を十分に補正できる走査光学装置及びそのレンズを提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成を採ることによって達成される。
【０００８】
（１） 光源と、所定の方向に光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束となっている光束を走査面に結像させる走査光学レンズとを備える走査光学装置において、
前記走査光学レンズは、光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置。
【００１０】
（２） 主走査方向断面でみたとき、光軸に対して光源側であって光軸から所定の距離にある前記走査光学レンズの厚さが、光軸に対して反光源側であって光軸から前記所定の距離と等距離にある前記走査光学レンズの厚さより厚いことを特徴とする（１）に記載の走査光学装置。
【００１１】
（３） 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の走査光学装置。
【００１２】
（４） 前記副走査方向断面の曲率半径の極値が、光軸の外にあることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１３】
（５） 前記少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の形状が、光軸に対して光源側、反光源側ともに非球面形状であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１４】
（６） 前記走査光学レンズは樹脂により形成されたレンズであることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１６】
（７） 前記走査光学レンズの少なくとも一つの光学面が、回転対称非球面であることを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１７】
（８） 以下の条件を満たすことを特徴とする（１）〜（７）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１８】
Ｄ／ｆ＜０．１
但し、 Ｄ：走査光学レンズの光軸上の厚み
ｆ：走査係数
（９） 偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束である光束を走査面に結像させる走査光学装置用の走査光学レンズにおいて、
光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置用の走査光学レンズ。
【００２０】
（１０） 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする（９）に記載の走査光学装置用の走査光学レンズ。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、走査光学装置を示した主走査断面の概略構成図である。半導体レーザーなどからなる光源（図示せず）から出射された光束は、光学素子１０により発散角が変換（収束光束に変換）される。変換された光束は、回転する回転多面鏡である偏向手段２０によって、偏向される。偏向された光束は、ｆθ特性を有する走査光学素子である走査光学レンズ３０によって、走査面４０に結像する。
【００２２】
本実施の形態では、走査光学系に主走査方向に対し収束光束を入射させることで、走査光学レンズ３０の屈折力を弱くすることができ、温度、湿度といった環境変化による影響を軽減できるとともに、レンズ厚を薄くすることが可能となるためコスト面でも有利である。なお、走査光学素子である走査光学レンズ３０と、それに入射する光束の収束度を含めた合成焦点距離ｆ（走査係数）をもってｆθ特性を満足させる。
【００２３】
なお、副走査方向については、従来と同様、回転多面鏡の反射面と走査面４０とを幾何光学的にほぼ共役とするため、光学素子１０により収束光束に変換された光束が回転多面鏡の反射面の近傍に集光するようになっている。
【００２４】
このような走査光装置において、偏向手段２０による偏向（本実施の形態では回転多面鏡の回転による偏向）に伴い、偏向位置（本実施の形態では回転多面鏡の反射面の位置）が移動する。この移動の結果、偏向手段２０（回転多面鏡）と走査面との幾何光学的な共役関係が崩れ、主走査方向（偏向方向）及び主走査方向に垂直な方向である副走査方向において、像面湾曲が生じる。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、まず影響の大きい副走査方向の像面湾曲を補正するように、走査光学レンズ３０の少なくとも一つの光学面を、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、複数の極値を有するように構成する。これにより、走査面４０において有効な走査を行う領域（画像形成領域）全域にわたって、副走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。また、この補正は、走査光学レンズ３０の光軸近傍の副走査方向断面を両凸形状とすることにより、走査光学レンズの副走査方向で必要な正の屈折力を分散させることで、各面の曲率を緩くし、加工を容易にする。更に、この極値が光軸の外にあることにより、光軸にこだわらず副走査断面を設けることができ、副走査方向の像面湾曲の補正の自由度が上がる。
【００２６】
なお、本発明で言う「光軸」とは、走査光学レンズ３０の２つの光学面の法線が互いに共通する線を光軸とする。
【００２７】
また、本実施の形態では、主走査方向の像面湾曲を補正するように、走査光学レンズ３０の少なくとも一つの光学面は、主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称となるように構成する。これにより、走査面４０において有効な走査を行う領域（画像形成領域）全域にわたって、主走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。更に、少なくとも一つの光学面の主走査断面の面形状を、光軸に対して光源側、反光源側ともに非球面形状とすることで、良好に主走査方向の像面湾曲を補正することができる。
【００２８】
このとき、主走査方向断面でみたとき、光軸に対して光源側であって光軸から所定の距離にある走査光学レンズ３０の厚さが、光軸に対して反光源側であって光軸から前記所定距離と等距離にある走査光学レンズ３０の厚さより厚くすることが好ましい。これにより像面湾曲の補正を容易にしており、逆の場合は、像面湾曲を補正するためにより複雑な面形状が必要となり、補正が困難となる。更に、像面湾曲の補正を更に容易とするために、この光源側の厚さが反光源側の厚さより厚くするとき、画像形成領域の全ての領域（但し、光軸上、及び、走査光学レンズ３０で走査を行わない領域即ち画像領域外は除く）で厚くする、又は／及び、光軸から離れるほど、光源側の厚さと反光源側の厚さとの差を大きくするとよい。
【００２９】
なお、本発明で言う「光軸に対して光源側」とは、光軸を境にして光源から出射した光束が偏向装置２０に入射する側（図１参照）であり、「光軸に対して反光源側」とは、光軸を境にして光源から出射した光束が偏向装置２０に入射する側とは反対側（図１参照）である。
【００３０】
また、本実施の形態では、低価格化、コンパクト化の両面で有利にするために走査光学素子を走査光学レンズ３０として単玉のレンズとした。
【００３１】
また、走査光学レンズ３０には樹脂によって形成されたレンズを用いることによって加工性に有利な性格を活かし、低価格化も同時にはかることができる。
【００３２】
また、走査光学レンズ３０の一方の光学面に回転対称面を用いることで、加工性において有利な構成とすることができる。
【００３３】
更に、走査光学レンズ３０の光軸上の厚みをＤ、走査光学レンズ３０とそれに入射する光束の収束度を含めた合成焦点距離である走査係数をｆとすると、Ｄ／Ｆ＜０．１の式を満足することが好ましい。式の上限を越える場合は、レンズの加工時間が長くなるためコスト面での利点が活かせないことや、レンズの材料に樹脂を用いる場合その一般的な性質として温度、湿度といった環境変化に敏感なことから結像性能の変化が大きくなりやすく好ましくない。この上限は、０．０７とすることが更に好ましい。また、この式は、小さければ小さいほどよいが、加工成形上を考慮して下限が決まる。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明の走査光学系の参考例及び実施例を示す。参考例１及び参考例２における記号は下記の通りである。
【００３５】
ｒ ：曲率半径
ｄ ：次面までの光軸上の厚み
Ｎ ：次面までの間の媒質の使用波長での屈折率
ｆＢ：バックフォーカス（図１参照）
ＸＯ：回転多面鏡の回転中心Ｘ座標（図１参照）
ＹＯ：回転多面鏡の回転中心Ｙ座標（図１参照）
Ｌ ：走査光学系レンズに入射する収束光束の、レンズが無かった場合の焦点位置から偏向点までの距離
非球面形状は面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、
Ｃ：頂点曲率
κ：円錐係数
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝１，２，３，４）
Ｐｉ：非球面のべき数
とするとき、
【００３６】
【数１】
【００３７】
で表される。
【００３８】
また、Ｒ０を光軸上の副走査方向断面の曲率半径、ＣＣｊ（ｊ＝１，２，…，１０）を副走査方向断面の曲率半径決定係数、Ｙを主走査方における光軸からの距離とすると、副走査方向断面の曲率半径Ｒは、
【００３９】
【数２】
【００４０】
で表される。但し、上式で表していない面は、光軸を中心とした回転対称非球面である。
【００４１】
（参考例１） 参考例１は、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向の像面湾曲を補正したものである。表１に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表２に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表３に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図２に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図３に示す。なお、図３において、極値は、光軸からの距離が−３０．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２０．９３ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−１８．８９ｍｍ、３０．８ｍｍのところで−２３．３１ｍｍである。
【００４６】
ｆ＝１５０ｍｍ
ＸＯ＝４７．７７ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１２３．５６ｍｍ，Ｌ＝３３４．４１ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１０５ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図４（ａ）に、副走査方向の像面を図４（ｂ）に、ｆθ特性を図５に示す。
【００４８】
（参考例２） 参考例２は、参考例１と同様に、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向の像面湾曲を補正したものである。表４に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表５に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表６に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
【表５】
【００５１】
【表６】
【００５２】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図６に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図７に示す。なお、図７において、極値は、光軸からの距離が−３５．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２５．８７ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−２２．１９ｍｍ、３５．８ｍｍのところで−２７．２４ｍｍである。
【００５３】
ｆ＝１７５ｍｍ
ＸＯ＝５３．６８ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１４４．１５ｍｍ，Ｌ＝３９０．４４ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１２０ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図８（ａ）に、副走査方向の像面を図８（ｂ）に、ｆθ特性を図９に示す。
【００５５】
（実施例） 実施例は、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向及び主走査方向の像面湾曲を補正したものである。表７に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表８に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表９に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００５６】
【表７】
【００５７】
【表８】
【００５８】
【表９】
【００５９】
なお、非球面形状及び副走査断面の曲率半径Ｒは、上述した参考例１及び参考例２と同様に、数１及び数２で表される。但し、表中の各記号において付しているｌとｒは、走査光学レンズ３０を主走査断面でみたときに、光軸に対して光源側（光束が偏向装置２０に入射する側）をｌ、反光源側をｒとする（図１参照）。
【００６０】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図１０に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図１１に示す。また、この走査光学レンズ３０の光軸に対して光源側のレンズ厚と光源に対して反光源側のレンズ厚との差を図１２に示す。なお、図１２において縦軸の光源側のレンズ厚と反光源側のレンズ厚の差が正である場合は、光源側のレンズ厚の方が反光源側のレンズ厚よりも厚いことを示している。また、図１２において、極値は、光軸からの距離が−３０．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２０．９３ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−１８．８９ｍｍ、３１．２ｍｍのところで−２３．４４ｍｍである。
【００６１】
ｆ＝１５０ｍｍ
ＸＯ＝４７．７７ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１２３．５６ｍｍ，Ｌ＝３３４．４１ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１０５ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図１３（ａ）に、副走査方向の像面を図１３（ｂ）に、ｆθ特性を図１４に示す。
【００６２】
これより、本実施例においては、副走査方向及び主走査方向の像面湾曲が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
【発明の効果】
光源からの光束を回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって走査面上に結像させ、等速走査させるレーザープリンター等の光走査光学系において、結像性能、特に像面湾曲性能、及び、走査速度の等速度性を十分に補正できる
【図面の簡単な説明】
【図１】走査光学装置の光学系を示した主走査断面の概略構成図である。
【図２】参考例１の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図３】参考例１の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図４】参考例１の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図５】参考例１の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【図６】参考例２の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図７】参考例２の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図８】参考例２の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図９】参考例２の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【図１０】実施例の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図１１】実施例の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図１２】実施例の走査光学レンズの光軸に対して光源側のレンズ厚と光源に対して反光源側のレンズ厚との差を示す図である。
【図１３】実施例の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図１４】実施例の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【符号の説明】
１０ 光学素子
２０ 偏向手段
３０ 走査光学素子（走査光学レンズ）
４０ 走査面
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光源からの光を回転多面鏡で偏向し、前記偏向光を被走査面上に結像させる光走査光学装置、及び、その走査光学レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンター等の光走査光学系においては、光源からの光束を、コリメータ等を介して略平行光とし、回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって被走査面上に結像させ、等速走査させる。また、偏向手段に回転多面鏡を用いる場合には、入射させる略平行光束を副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズにより収束光束とし、回転多面鏡と被走査面を幾何光学的にほぼ共役とすることで回転多面鏡の面倒れ誤差を軽減させるのが一般的である。
【０００３】
走査光学素子に関しては非球面形状を用い、樹脂により形成されたレンズが広く使用されているが、レーザープリンター等の光学機器の普及に伴い、その光学素子は低コスト化とコンパクト化が強く求められている。
【０００４】
この要求を実用的なレベルで提案している例として、特開平４−５０９０８号公報、特開平８−７６０１１号公報がある。これら公報に記載された走査光学装置では、偏向手段として回転多面鏡を用いた場合は、回転に伴い回転多面鏡反射面の位置が移動する結果、回転多面鏡と走査面との幾何光学的な共役関係が崩れ、これによって生じる像面湾曲を補正するため、走査光学レンズを傾けて配置するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平４−５０９０８号公報、特開平８−７６０１１号公報に記載された走査光学レンズでは、走査光学レンズを設計時とは異なる仕様で配置、即ち傾けて配置するために、ｆθ特性に悪影響を及ぼす。また、この補正方法では補正効果に限界があり、十分に像面湾曲を補正することができない。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものである。即ち、光源からの光束を回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって走査面上に結像させ、等速走査させるレーザープリンター等の光走査光学系において、結像性能、特に像面湾曲性能、及び、走査速度の等速度性を十分に補正できる走査光学装置及びそのレンズを提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成を採ることによって達成される。
【０００８】
（１） 光源と、所定の方向に光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束となっている光束を走査面に結像させる走査光学レンズとを備える走査光学装置において、
前記走査光学レンズは、光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置。
【００１０】
（２） 主走査方向断面でみたとき、光軸に対して光源側であって光軸から所定の距離にある前記走査光学レンズの厚さが、光軸に対して反光源側であって光軸から前記所定の距離と等距離にある前記走査光学レンズの厚さより厚いことを特徴とする（１）に記載の走査光学装置。
【００１１】
（３） 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の走査光学装置。
【００１２】
（４） 前記副走査方向断面の曲率半径の極値が、光軸の外にあることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１３】
（５） 前記少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の形状が、光軸に対して光源側、反光源側ともに非球面形状であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１４】
（６） 前記走査光学レンズは樹脂により形成されたレンズであることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１６】
（７） 前記走査光学レンズの少なくとも一つの光学面が、回転対称非球面であることを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１７】
（８） 以下の条件を満たすことを特徴とする（１）〜（７）の何れか１項に記載の走査光学装置。
【００１８】
Ｄ／ｆ＜０．１
但し、 Ｄ：走査光学レンズの光軸上の厚み
ｆ：走査係数
（９） 偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束である光束を走査面に結像させる走査光学装置用の走査光学レンズにおいて、
光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置用の走査光学レンズ。
【００２０】
（１０） 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする（９）に記載の走査光学装置用の走査光学レンズ。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、走査光学装置を示した主走査断面の概略構成図である。半導体レーザーなどからなる光源（図示せず）から出射された光束は、光学素子１０により発散角が変換（収束光束に変換）される。変換された光束は、回転する回転多面鏡である偏向手段２０によって、偏向される。偏向された光束は、ｆθ特性を有する走査光学素子である走査光学レンズ３０によって、走査面４０に結像する。
【００２２】
本実施の形態では、走査光学系に主走査方向に対し収束光束を入射させることで、走査光学レンズ３０の屈折力を弱くすることができ、温度、湿度といった環境変化による影響を軽減できるとともに、レンズ厚を薄くすることが可能となるためコスト面でも有利である。なお、走査光学素子である走査光学レンズ３０と、それに入射する光束の収束度を含めた合成焦点距離ｆ（走査係数）をもってｆθ特性を満足させる。
【００２３】
なお、副走査方向については、従来と同様、回転多面鏡の反射面と走査面４０とを幾何光学的にほぼ共役とするため、光学素子１０により収束光束に変換された光束が回転多面鏡の反射面の近傍に集光するようになっている。
【００２４】
このような走査光装置において、偏向手段２０による偏向（本実施の形態では回転多面鏡の回転による偏向）に伴い、偏向位置（本実施の形態では回転多面鏡の反射面の位置）が移動する。この移動の結果、偏向手段２０（回転多面鏡）と走査面との幾何光学的な共役関係が崩れ、主走査方向（偏向方向）及び主走査方向に垂直な方向である副走査方向において、像面湾曲が生じる。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、まず影響の大きい副走査方向の像面湾曲を補正するように、走査光学レンズ３０の少なくとも一つの光学面を、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、複数の極値を有するように構成する。これにより、走査面４０において有効な走査を行う領域（画像形成領域）全域にわたって、副走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。また、この補正は、走査光学レンズ３０の光軸近傍の副走査方向断面を両凸形状とすることにより、走査光学レンズの副走査方向で必要な正の屈折力を分散させることで、各面の曲率を緩くし、加工を容易にする。更に、この極値が光軸の外にあることにより、光軸にこだわらず副走査断面を設けることができ、副走査方向の像面湾曲の補正の自由度が上がる。
【００２６】
なお、本発明で言う「光軸」とは、走査光学レンズ３０の２つの光学面の法線が互いに共通する線を光軸とする。
【００２７】
また、本実施の形態では、主走査方向の像面湾曲を補正するように、走査光学レンズ３０の少なくとも一つの光学面は、主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称となるように構成する。これにより、走査面４０において有効な走査を行う領域（画像形成領域）全域にわたって、主走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。更に、少なくとも一つの光学面の主走査断面の面形状を、光軸に対して光源側、反光源側ともに非球面形状とすることで、良好に主走査方向の像面湾曲を補正することができる。
【００２８】
このとき、主走査方向断面でみたとき、光軸に対して光源側であって光軸から所定の距離にある走査光学レンズ３０の厚さが、光軸に対して反光源側であって光軸から前記所定距離と等距離にある走査光学レンズ３０の厚さより厚くすることが好ましい。これにより像面湾曲の補正を容易にしており、逆の場合は、像面湾曲を補正するためにより複雑な面形状が必要となり、補正が困難となる。更に、像面湾曲の補正を更に容易とするために、この光源側の厚さが反光源側の厚さより厚くするとき、画像形成領域の全ての領域（但し、光軸上、及び、走査光学レンズ３０で走査を行わない領域即ち画像領域外は除く）で厚くする、又は／及び、光軸から離れるほど、光源側の厚さと反光源側の厚さとの差を大きくするとよい。
【００２９】
なお、本発明で言う「光軸に対して光源側」とは、光軸を境にして光源から出射した光束が偏向装置２０に入射する側（図１参照）であり、「光軸に対して反光源側」とは、光軸を境にして光源から出射した光束が偏向装置２０に入射する側とは反対側（図１参照）である。
【００３０】
また、本実施の形態では、低価格化、コンパクト化の両面で有利にするために走査光学素子を走査光学レンズ３０として単玉のレンズとした。
【００３１】
また、走査光学レンズ３０には樹脂によって形成されたレンズを用いることによって加工性に有利な性格を活かし、低価格化も同時にはかることができる。
【００３２】
また、走査光学レンズ３０の一方の光学面に回転対称面を用いることで、加工性において有利な構成とすることができる。
【００３３】
更に、走査光学レンズ３０の光軸上の厚みをＤ、走査光学レンズ３０とそれに入射する光束の収束度を含めた合成焦点距離である走査係数をｆとすると、Ｄ／Ｆ＜０．１の式を満足することが好ましい。式の上限を越える場合は、レンズの加工時間が長くなるためコスト面での利点が活かせないことや、レンズの材料に樹脂を用いる場合その一般的な性質として温度、湿度といった環境変化に敏感なことから結像性能の変化が大きくなりやすく好ましくない。この上限は、０．０７とすることが更に好ましい。また、この式は、小さければ小さいほどよいが、加工成形上を考慮して下限が決まる。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明の走査光学系の参考例及び実施例を示す。参考例１及び参考例２における記号は下記の通りである。
【００３５】
ｒ ：曲率半径
ｄ ：次面までの光軸上の厚み
Ｎ ：次面までの間の媒質の使用波長での屈折率
ｆＢ：バックフォーカス（図１参照）
ＸＯ：回転多面鏡の回転中心Ｘ座標（図１参照）
ＹＯ：回転多面鏡の回転中心Ｙ座標（図１参照）
Ｌ ：走査光学系レンズに入射する収束光束の、レンズが無かった場合の焦点位置から偏向点までの距離
非球面形状は面の頂点を原点とし、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、
Ｃ：頂点曲率
κ：円錐係数
Ａｉ：非球面係数（ｉ＝１，２，３，４）
Ｐｉ：非球面のべき数
とするとき、
【００３６】
【数１】
で表される。
【００３８】
また、Ｒ０を光軸上の副走査方向断面の曲率半径、ＣＣｊ（ｊ＝１，２，…，１０）を副走査方向断面の曲率半径決定係数、Ｙを主走査方における光軸からの距離とすると、副走査方向断面の曲率半径Ｒは、
【００３９】
【数２】
で表される。但し、上式で表していない面は、光軸を中心とした回転対称非球面である。
【００４１】
（参考例１） 参考例１は、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向の像面湾曲を補正したものである。表１に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表２に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表３に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００４２】
【表１】
【表２】
【表３】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図２に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図３に示す。なお、図３において、極値は、光軸からの距離が−３０．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２０．９３ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−１８．８９ｍｍ、３０．８ｍｍのところで−２３．３１ｍｍである。
【００４６】
ｆ＝１５０ｍｍ
ＸＯ＝４７．７７ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１２３．５６ｍｍ，Ｌ＝３３４．４１ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１０５ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図４（ａ）に、副走査方向の像面を図４（ｂ）に、ｆθ特性を図５に示す。
【００４８】
（参考例２） 参考例２は、参考例１と同様に、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向の像面湾曲を補正したものである。表４に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表５に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表６に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００４９】
【表４】
【表５】
【表６】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図６に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図７に示す。なお、図７において、極値は、光軸からの距離が−３５．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２５．８７ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−２２．１９ｍｍ、３５．８ｍｍのところで−２７．２４ｍｍである。
【００５３】
ｆ＝１７５ｍｍ
ＸＯ＝５３．６８ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１４４．１５ｍｍ，Ｌ＝３９０．４４ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１２０ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図８（ａ）に、副走査方向の像面を図８（ｂ）に、ｆθ特性を図９に示す。
【００５５】
（実施例） 実施例は、走査光学素子として単玉のレンズを用い、副走査方向及び主走査方向の像面湾曲を補正したものである。表７に走査光学素子である走査光学レンズ３０の光軸上の光学データを、表８に光束が入射する側（光軸方向の光源側）である第１面と光束が出射する側（走査面４０側）である第２面の走査光学レンズ３０の主走査方向断面の非球面データを、表９に第２面の副走査方向の曲率半径データを示す。
【００５６】
【表７】
【表８】
【表９】
なお、非球面形状及び副走査断面の曲率半径Ｒは、上述した参考例１及び参考例２と同様に、数１及び数２で表される。但し、表中の各記号において付しているｌとｒは、走査光学レンズ３０を主走査断面でみたときに、光軸に対して光源側（光束が偏向装置２０に入射する側）をｌ、反光源側をｒとする（図１参照）。
【００６０】
この走査光学レンズ３０の主走査方向断面の形状を図１０に示す。また、この走査光学レンズ３０を下記の条件の走査光学系に用いたときの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフを図１１に示す。また、この走査光学レンズ３０の光軸に対して光源側のレンズ厚と光源に対して反光源側のレンズ厚との差を図１２に示す。なお、図１２において縦軸の光源側のレンズ厚と反光源側のレンズ厚の差が正である場合は、光源側のレンズ厚の方が反光源側のレンズ厚よりも厚いことを示している。また、図１２において、極値は、光軸からの距離が−３０．２ｍｍのところで副走査断面の曲率半径が−２０．９３ｍｍ、同様に−１．２ｍｍのところで−１８．８９ｍｍ、３１．２ｍｍのところで−２３．４４ｍｍである。
【００６１】
ｆ＝１５０ｍｍ
ＸＯ＝４７．７７ｍｍ，ＹＯ＝１０．４９ｍｍ
ｆＢ＝１２３．５６ｍｍ，Ｌ＝３３４．４１ｍｍ
回転多面鏡：面数＝６、外接円径＝４０ｍｍ、入射角＝９０゜
画像形成領域：±１０５ｍｍ
このときの、主走査方向の像面を図１３（ａ）に、副走査方向の像面を図１３（ｂ）に、ｆθ特性を図１４に示す。
【００６２】
これより、本実施例においては、副走査方向及び主走査方向の像面湾曲が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
【発明の効果】
光源からの光束を回転多面鏡等の偏向手段によって偏向した後、ｆθ特性を有する走査光学素子によって走査面上に結像させ、等速走査させるレーザープリンター等の光走査光学系において、結像性能、特に像面湾曲性能、及び、走査速度の等速度性を十分に補正できる
【図面の簡単な説明】
【図１】走査光学装置の光学系を示した主走査断面の概略構成図である。
【図２】参考例１の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図３】参考例１の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図４】参考例１の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図５】参考例１の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【図６】参考例２の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図７】参考例２の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図８】参考例２の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図９】参考例２の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【図１０】実施例の走査光学レンズの主走査方向断面の形状である。
【図１１】実施例の走査光学レンズの副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときグラフである。
【図１２】実施例の走査光学レンズの光軸に対して光源側のレンズ厚と光源に対して反光源側のレンズ厚との差を示す図である。
【図１３】実施例の走査光学系の（ａ）は主走査方向の像面、（ｂ）は副走査方向の像面を表す図である。
【図１４】実施例の走査光学系のｆθ特性を表す図である。
【符号の説明】
１０ 光学素子
２０ 偏向手段
３０ 走査光学素子（走査光学レンズ）
４０ 走査面
Claims (10)
- 光源と、所定の方向に光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束となっている光束を走査面に結像させる走査光学レンズとを備える走査光学装置において、
前記走査光学レンズは、光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置。 - 主走査方向断面でみたとき、光軸に対して光源側であって光軸から所定の距離にある前記走査光学レンズの厚さが、光軸に対して反光源側であって光軸から前記所定の距離と等距離にある前記走査光学レンズの厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
- 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査光学装置。
- 前記副走査方向断面の曲率半径の極値が、光軸の外にあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の走査光学装置。
- 前記少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の形状が、光軸に対して光源側、反光源側ともに非球面形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の走査光学装置。
- 前記走査光学レンズは樹脂により形成されたレンズであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の走査光学装置。
- 前記走査光学レンズの少なくとも一つの光学面が、回転対称非球面であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の走査光学装置。
- 以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の走査光学装置。
Ｄ／ｆ＜０．１
但し、 Ｄ：走査光学レンズの光軸上の厚み
ｆ：走査係数 - 偏向手段によって偏向された主走査方向に対し収束光束である光束を走査面に結像させる走査光学装置用の走査光学レンズにおいて、
光軸近傍の副走査方向断面が両凸形状で、少なくとも一つの光学面が副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに複数の極値を有し、かつ、少なくとも一つの光学面の主走査方向断面の面形状が光軸に対して非対称の単レンズであることを特徴とする走査光学装置用の走査光学レンズ。 - 前記少なくとも一つの光学面は、副走査方向断面の曲率半径を縦軸に光軸からの距離を横軸にとったときに、光軸に対して非対称であることを特徴とする請求項９に記載の走査光学装置用の走査光学レンズ。
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