JP3595640B2 - 走査光学系及びレーザービームプリンタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系においてもピントズレや走査位置ズレを低減させることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の単一のレーザー光を用いた走査光学系の副走査方向の要部概略図、図８は複数のレーザー光を用いたマルチビーム走査光学系の副走査方向の要部概略図である。
【０００３】
図７ではレーザーコリメータユニット（不図示）から射出された平行光（コリメート光）を入射光学系としての入射レンズ６０で、例えばポリゴンミラーより成る光偏向器６５の偏向面近傍の偏向点Ｐに集光し、該偏向面で偏向反射したレーザー光を集光機能とｆθ特性を有する結像光学系としてのｆθレンズ６３により被照射体面６６上に集光し、該被照射体面６６上を該レーザー光で走査している。同図における偏向点Ｐと被照射体面６６上の集光点Ｑは副走査断面内でｆθレンズ６３に関して光学的に共役関係にある。
【０００４】
このような構成の走査光学系は、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に利用され、この場合は被照射体は感光体であり、該感光体に形成された潜像は一般に知られる電子写真プロセスにより、紙等に具現化される。
【０００５】
図８においては２つのレーザーコリメータユニット（不図示）から射出された２本の平行光（コリメート光）Ａ，Ｂを対応する各々の入射光学系としての入射レンズ７０Ａ，７０Ｂによりポリゴンミラーより成る光偏向器７５の偏向面近傍の偏向点Ｐに各々集光し、対応する結像光学系としての各々のｆθレンズ７１Ａ，７１Ｂにより被照射体７６面上の２つの集光点（露光位置）ＱＡ ，ＱＢ に集光し、該被照射体面７６上を２つのレーザー光Ａ，Ｂで同時に走査している。
【０００６】
同図においては２つのレーザー光Ａ，Ｂを偏向面上の極めて接近した所に集光することによりポリゴンミラーを薄くすることが可能になり、その結果、ポリゴンモータの負荷を軽減でき、又高速化が図れる等のメリットがある。
【０００７】
同図に示す各々の入射光学系７０Ａ，７０Ｂはレーザー光を光偏向器７５の偏向面に対して副走査断面内で斜入射させるので斜入射光学系と呼ばれている。
【０００８】
ポリゴンミラーへレーザー光を斜入射させることから発生する収差補正する為にｆθレンズ７１Ａ，７１Ｂは偏向面からのレーザー光Ａ，Ｂの主光線に対して副走査断面内で偏心させて配置することが求められている。さらに被照射体面７６上での各集光点ＱＡ ，ＱＢ の間隔は製品のスペックによって定まり、例えば６００ｄｐｉの場合、４２．３μｍの奇数倍に設定することが知られている。
【０００９】
又、各々の集光点ＱＡ ，ＱＢ の間隔を大きくとり、その間に別の電子写真プロセスユニットを組込むことにより、２色のコピー画像を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図７、図８で示した結像光学系としてのｆθレンズ６３，７１Ａ，７１Ｂは近年プラスチックレンズにて構成されることが増えてきた。これは、
▲１▼ガラスレンズに比べて１枚のレンズで結像光学系を構成できるので装置全体のコンパクト化及び軽量化が図れる、
▲２▼型成形にて製作できるので大幅なコストダウン及び大量生産が図れる、
等のメリットがあるからである。
【００１１】
しかしながらプラスチックレンズは周知のごとく環境変動（特に温度変化）によってその材質の屈折率変化や、形状変化がガラスレンズに比べて１ケタ以上大きく、この結果、被照射体面上でレーザー光のピント位置がずれてしまうという問題点があった。その為、従来ではレーザースポットの焦点深度を十分深くとることにより対応してきたが、近年では事務機器等の高解像度化に伴ない絞り径を大きくしてレーザースポットを絞り込む必要が生じ、その為十分深い焦点深度の確保が難しくなってきた。
【００１２】
これに対する対応方法としては、例えば図７に示すように入射光学系６０をガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ（ガラス凸平レンズ）６１とプラスチック材より成る凹平シリンドリカルレンズ（プラスチック凹平レンズ）６２とより構成し、プラスチック材より成るｆθレンズ６３の温度補正系として機能を持たせる方法がある。
【００１３】
例えば環境温度の昇温により、▲１▼ｆθレンズ６３の材質の屈折率が低下し、▲２▼レンズ形状が膨張して曲率Ｒが緩くなる場合に、該ｆθレンズ６３のパワーは▲１▼，▲２▼いずれも小さくなるので被照射体面６６上の集光点ＱはＱ′へとデフォーカスする。
【００１４】
一方、入射光学系６０はプラスチック凹平レンズ６２のパワーの絶対値が小さくなるので（ガラス凸平レンズ６１の屈折率の変動はプラスチック凹平レンズ６２に比べて非常に小さい）、該入射光学系６０全体の正のパワーは大きくなり、コリメート光の集光点ＰはＰ′へとデフォーカスする。
【００１５】
従ってデフォーカス後の集光点Ｐ′と被照射体面６６上の集光点Ｑとが昇温後のｆθレンズ６３による結像共役関係になるように各要素を最適化に構成することにより、ピントずれに関する温度補償を達成することができる。
【００１６】
又、同図において入射光学系６０を入射側より順にガラス凸平レンズ６１、そしてプラスチック凹平レンズ６２と配置するのは球面収差を補正する上で収差補正し易いことと、ガラス凸平レンズ６１の製作がし易いからである。
【００１７】
ところが図８に示すような斜入射方式を用いたマルチビーム走査光学系の場合には次に示す問題点がある。尚、同図における各々のｆθレンズ（７１Ａ，７１Ｂ）は対称軸Ｍに対して対称な光学系なので、ここではｆθレンズ７１Ｂを通過するレーザー光（光線）に着目して説明する。
【００１８】
例えば環境変動として昇温が生じるとプラスチック材より成るｆθレンズ７１Ｂのパワーが低下するので、常温での被照射体面７６上での集光点ＱＢ はＱ′Ｂ に移動する、即ちピントズレが生じることになる。このピントズレを補正するために斜入射光学系７０Ｂを前記図７に示したようにガラス凸平レンズとプラスチック凹平レンズとで構成し、これによる常温での偏向面上の集光点Ｐを昇温後の集光点Ｐ′に変更することで、集光点Ｑ′Ｂ もデフォーカスされ、Ｑ″Ｂ に移動することによりピント補正が可能となる。即ち、このとき偏向点Ｐが光軸にそってＰ′に移動するため、集光点Ｑ′Ｂ も光軸にそってＱ″Ｂ に移動するのである。
【００１９】
よって常温時ＱＢ だった集光点は昇温後にＱ″Ｂ に移動することになり、ピント補償は達成されるが、しかしながら集光点ＱＢ と集光点Ｑ″との間の距離だけスポット位置がずれるという問題点が発生する。このスポットの位置ずれは特に図８に示すマルチビーム走査光学系においては２本のレーザー光Ａ，Ｂの被照射体面７６上での集光点ＱＡ ．ＱＢ の間隔が昇温前後で変化することになり、これは画像形成上、大きな問題点となる。
【００２０】
本発明は上記の問題点を解決する為に走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系の各要素を適切に構成することにより、ピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、これにより装置の品質安定性を向上させることのできる走査光学系及びマルチビーム走査光学系の提供を目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査光学系は、
（１−１） 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器に集光し入射させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は各々互いに平行偏心し、
該第２光学素子と該第３光学素子は該走査光学系の中心軸に対して偏心し、
該第２光学素子の光軸は該光偏向器近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第１光学素子の光軸は該第２光学素子近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
該第２光学素子の光軸と該光偏向器の偏向面の法線とが互いに非平行となるようにしたことを特徴としている。
【００２２】
（１−２） 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、かつ該光偏向器近傍に集光させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第３光学素子は該レーザー光の主光線に対して偏心し、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は互いに平行偏心し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
ていることを特徴としている。
【００２３】
特に（１−１−１） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることや、
（１−１−２） 上記（１−３） において前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除され光軸に対して非対称となることや、 （１−１−３） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していることや、
（１−１−４） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子の光軸と前記光偏向器に入射するレーザー光の主光線とが成す角度をθとしたとき
【００２４】
【数３】
を満足することや、
（１−１−５） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子の環境変動による副走査方向の焦点距離の変動量をΔｆ２ としたとき
【００２５】
【数４】
を満足すること、等を特徴としている。
【００２６】
（１−３） 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射するレーザー光の主光線と、
該第２光学素子の光軸と、
該光偏向器の偏向面の法線と、
が互いに非平行となるようにし、
該第２光学素子の中心点と該光偏向器の偏向点と該第３光学素子の中心点とが同一直線Ａ上に位置し、
該同一直線Ａと該第２光学素子に入射するレーザー光の主光線とが略平行となるように各要素を構成したことを特徴としている。
【００２７】
（１−４） 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該第２光学素子と該光偏向器との間の光路中にプリズムを配し、
該第２光学素子の光軸と該第１光学素子の光軸を互いに平行偏心させたことを特徴としている。
【００２８】
特に（１−３−１） 上記（１−４） において前記第２光学素子の光軸の延長上に前記第３光学素子の中心点が位置していることや、
（１−３−２） 上記（１−３） ，（１−４） において前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることや、
（１−３−３） 上記（１−３） ，（１−４） において前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除されていることや、
（１−３−４） 上記（１−３） ，（１−４） において前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していること、等を特徴としている。
【００２９】
本発明のマルチビーム走査光学系は、
（２）（１−１），（１−２），（１−１−１），（１−１−２），（１−１−３），（１−１−４），（１−１−５），（１−３），（１−４），（１−３−１），（１−３−２），（１−３−３），（１−３−４） のいずれか１項の走査光学系を複数のレーザー光で被照射体面上を同時に走査するマルチビーム走査光学系に用いたことを特徴としている。
本発明のレーザービームプリンタは、
（３）（１−１），（１−２），（１−１−１），（１−１−２），（１−１−３），（１−１−４），（１−１−５），（１−３），（１−４），（１−３−１），（１−３−２），（１−３−３），（１−３−４），（２） のいずれか１項の走査光学系を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光することを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図、図２は図１に示した第２光学素子周辺の要部概略図である。
【００３１】
図中、４は光源手段としての例えば半導体レーザーであり、後述する第１光学素子の光軸上に位置している。１は第１光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段４から出射されたレーザー光を平行光（コリメート光）に変換している。
【００３２】
２は第２光学素子としての入射レンズ（入射光学系）であり、図２に示すように断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４と、断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５とを有し、ハイブリッドに構成しており、コリメーターレンズ１で変換された平行光を後述する光偏向器５に集光し入射させている。この２つのシリンドリカルレンズ２４，２５は共に副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、又２つのシリンドリカルレンズ２４，２５はレーザー光の主光線に対して上下に振り分けて配置することができるので、図２に示すように該２つのシリンドリカルレンズ２４，２５の一部を共にカット（破線部）して装置全体の省スペース化を図っている。
【００３３】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラーより成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により所定の速度で回転している。３は第３光学素子としての集光機能とｆθ特性を有するプラスチック材より成るｆθレンズであり、光偏向器５によって偏向された画像情報に基づくレーザー光を被照射体面としての感光ドラム面６上に結像させている。このｆθレンズ３は光偏向器５の偏向面と感光ドラム面６とを共役な関係にしている。Ｏ１ ，Ｏ２ ，Ｏ３ は各々順にコリメータレンズ１、入射レンズ２、そしてｆθレンズ３の中心点（光軸）である。
【００３４】
尚、本実施形態では光偏向器５の偏向面上での偏向点Ｐを含む偏向面の法線を走査光学系の中心軸Ｌとしている。
【００３５】
本実施形態では走査光学系の副走査断面内において、
コリメーターレンズ１の光軸と入射レンズ２の光軸はそれぞれ互いに平行偏心（光軸が平行）し、
入射レンズ２とｆθレンズ３は走査光学系の中心軸Ｌに対して偏心し、
入射レンズ２の光軸はポリゴンミラー５近傍で走査光学系の中心軸Ｌと交差し、コリメーターレンズ１の光軸は入射レンズ２近傍で走査光学系の中心軸Ｌと交差し、
ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ は入射レンズ２の光軸の延長上に位置し、
入射レンズ２の光軸とポリゴンミラー５の偏向面の法線とが互いに非平行となるようにしている。
【００３６】
このような構成により本実施形態では光源手段４より出射されたレーザー光はコリメーターレンズ１により略平行光（コリメータ光）に変換され、入射レンズ２に入射する。入射レンズ２は入射した平行光のうち主走査断面においては平行光の状態で射出させ、副走査断面においては収束して光偏向器５の偏向面にほぼ線像として結像させている。そして光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光はｆθレンズ３を通過することによって、その走査直線性が補正され、被照射体面としての感光ドラム面６上に結像されて略等速度直線運動で、該感光ドラム面６上を光走査している。これにより画像記録を行なっている。
【００３７】
本実施形態では、例えば環境温度の昇温により、▲１▼ｆθレンズ３の材質の屈折率が低下し、▲２▼レンズ形状が膨張して曲率Ｒが緩くなる場合に、該ｆθレンズ３のパワーは▲１▼，▲２▼いずれも小さくなるので被照射体面６上の集光点ＱはＱ′へとデフォーカスする。
【００３８】
一方、入射レンズ２はプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４のパワーの絶対値が小さくなるので（ガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５の屈折率の変動はプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４に比べて非常に小さいので無視できる）、該入射レンズ２全体の正のパワーは大きくなり、コリメート光の集光点ＰはＰ′へとデフォーカスする。
【００３９】
従ってデフォーカス後の集光点Ｐ′と被照射体面６上の集光点Ｑとが昇温後のｆθレンズ３による結像共役関係になるように各要素を最適化に構成することにより、ピントずれに関する温度補償を達成することができる。
【００４０】
【外１】
本実施形態では上記に示した各集光点Ｐ，Ｐ′，及び各結像点Ｑ，Ｑ′は入射レンズ２の光軸上及びその延長線上に位置するように設定している。
【００４１】
又、本実施形態では入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｐ）と光偏向器５に入射するレーザー光の主光線Ｓとが成す角度をθとしたとき、該角度θは
【００４２】
【数５】
となるように各要素を設定している。
【００４３】
又、本実施形態における入射レンズ２の焦点距離ｆ２ は環境変動（特に温度変化）によって昇温後にｆ２ ＋Δｆ２ となり、
ｆ２ ≒Ｏ２ Ｐ
ｆ２ ＋Δｆ２ ＝Ｏ２ Ｐ′
つまり、
｜Δｆ２ ｜＝｜ＰＰ′｜
となる。
【００４４】
この具体的な焦点距離の変動量Δｆ２ の大きさは、
【００４５】
【数６】
として示される。この導出は以下の手順による。
【００４６】
図１に示す如く、ｆθレンズ３の配置は
光偏向器５からｆ３ （１＋１／ｍ）
被照射体面６からｆ３ （ｍ＋１）
であり、結像関係式より
【００４７】
【数７】
となる。
【００４８】
又、本実施形態においては昇温後の入射レンズ２の焦点距離の変動量Δｆ２ を生じさせる為に、前述の如く該入射レンズ２を図２に示すように断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４と、断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５とよりハイブリッドに構成している。前記図８に示した従来の入射レンズ６０は光源手段側から順にガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ６１、そしてプラスチック材より成る凹平シリンドリカルレンズ６２であったが、本実施形態では上述の如く入射レンズ２を光源手段４側から順にプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４、そしてガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５より構成している。これは以下の理由による。
【００４９】
本実施形態の入射レンズ２は従来例に比べてレーザー光をシリンドリカルレンズのマージナル部分に通すので球面収差が発生しやすい。又昇温時、所望の変動量Δｆ２ を生じさせる為に凹シリンドリカルレンズ２４と凸平シリンドリカルレンズ２５は一定のパワー比にする必要がある。これに対してガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズは両面に曲率をもたせると生産上、両面のシリンダー母線の位置関係が出ず大幅なコストアップにつながる。よって球面収差を良好に補正し、凸凹のパワー比を保って作り易い形状にするには上述の如くプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４とガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５との構成が良い。
【００５０】
又、凸平シリンドリカルレンズ２５の凸側を凹シリンドリカルレンズ２４に向けるのは軸外しの入射ビームに対して、ここでハローを発生させて結像面の球面収差を低減させることによる。更に凹シリンドリカルレンズ２４の凸平シリンドリカルレンズ２５側の曲率をＲａ、凸平シリンドリカルレンズ２５の凹シリンドリカルレンズ２４側の曲率をＲｂとしたとき、
１．０≦｜Ｒａ／Ｒｂ｜≦１．２ ‥‥‥‥（５）
なる条件を満足させると、より収差補正がし易くなるので良い。
【００５１】
又、凹シリンドリカルレンズ２４を入射側に配するのは凸平シリンドリカルレンズ２５を入射側に配すると平面側を入射面とせざるをえず、この結果、凸平シリンドリカルレンズ２５の平面側でレーザー光が反射され戻り光となってレーザー発光部へ入射してしまうからである。その為、本実施形態では上述の如く入射側に凹シリンドリカルレンズ２４を配することにより戻り光の発生を効果的に防止している。
【００５２】
このように本実施形態においては上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定すると共に前記の（１）式及び（２）式を満足するように各要素を設定することにより、走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行なうことができ、これによりピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、装置の品質安定性を向上させている。
【００５３】
図３は本発明の走査光学系の実施形態２の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５４】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は光源手段から出射されたレーザー光を光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００５５】
即ち、本実施形態では光源手段４から出射したレーザー光を光偏向器５を介して被照射体面６上を走査する際、該光源手段４から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子としてのコリメーターレンズ１と、該コリメーターレンズ１で変換された平行光を該光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、かつ該光偏向器５近傍に集光させる第２光学素子としての入射レンズ２と、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面６上に集光する第３光学素子としてのｆθレンズ３とを有し、
走査光学系の副走査断面内において、
ｆθレンズ３はレーザー光の主光線Ｓに対して偏心し、
コリメーターレンズ１の光軸と入射レンズ２の光軸は互いに平行偏心し、
該ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ は入射レンズ２の光軸の延長上に位置している。
【００５６】
又、本実施形態においては前述の実施形態１と同様に昇温前後の各集光点Ｐ，Ｐ′，及び各結像点Ｑ，Ｑ′が入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｐ）上及びその延長線上に位置するように設定している。
【００５７】
このように本実施形態においては上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、レーザー光の光偏向器５への入射角に依存せずに前述の実施形態１と同様な効果を得ることができる。
【００５８】
図４は本発明の走査光学系の実施形態３の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５９】
本実施形態においては、光源手段４から出射したレーザー光を第１光学素子１としてのコリメーターレンズで平行光に変換し、第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズ２を介して光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズ３により被照射体面６上に導光し、該被照射体面６上を該レーザー光で走査を行なう際、
該光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射するレーザー光の主光線と、
該入射レンズ２の光軸と、
該光偏向器５の偏向面の法線と、
が互いに非平行となるようにし、
該入射レンズ２の中心点Ｏ２ と該光偏向器５の偏向点Ｐと該ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ とが同一直線Ａ上に位置し、
該同一直線Ａと該入射レンズ２に入射するレーザー光の主光線とが略平行となるように各要素を構成している。
【００６０】
即ち、入射レンズ２は前述の各実施形態１，２と同様に光源手段４側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズとを有している。
【００６１】
又、前述の各実施形態１、２と同様にｆθレンズ３について常温で集光点Ｐと結像点Ｑは共役である。又昇温後は集光点Ｐと結像点Ｑ′もしくは集光点Ｐ′と結像点Ｑが共役となるように各要素を構成している。
【００６２】
このように本実施形態では走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、レーザー光の光偏向器への入射角に依存せずに前述の各実施形態１、２と同様な効果を得ることができる。
【００６３】
図５は本発明の走査光学系の実施形態４の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本実施形態において前述の実施形態３と異なる点は第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズの後方近傍の光路中にプリズムを配したことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１、２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。即ち同図において７はプリズムであり、光路の折り曲げに作用している。
【００６５】
本実施形態では光源手段（不図示）から出射したレーザー光を第１光学素子としてのコリメーターレンズ１で平行光に変換し、第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズ２を介して光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズ３により被照射体面６上に結像させ、該被照射体面６上を該レーザー光で走査を行なう際、
該入射レンズ２と光偏向器５との間の光路中にプリズム７を配し、
該入射レンズ２の光軸とコリメーターレンズ１の光軸を互いに平行偏心させ、
該入射レンズ２の光軸の延長上にｆθレンズ３の中心点Ｏ３ が位置するように構成している。
【００６６】
これにより本実施形態ではプリズム７による光路折り曲げと、コリメーターレンズ１及び入射レンズ２の光軸平行シフトにより、副走査断面内で光偏向器５の偏向面に入射するレーザー光の入射角度θを満たしている。この入射角度θは前述した実施形態１と同様にレーザー光の主光線（７１−Ｐ−３１）と入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｏ７ −Ｐ）（プリズム７により入射レンズ２の光軸は曲げられている）とのなす角度である。
【００６７】
このように本実施形態では上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、コリメータレンズ１の光軸及び入射レンズ２の光軸そのものが光偏向器５の偏向面に対して垂直方向に配置することができ、これによりコリメーターレンズ１及び入射レンズ２の配置に自由度を与えることができる。
【００６８】
図６は本発明のマルチビーム走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において前記図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６９】
本実施形態においては前述した斜入射方式を用いた種々の走査光学系のうち、少なくとも１つの走査光学系をマルチビーム走査光学系に適用した場合の一例を示したものである。
【００７０】
即ち、同図において４Ａ，４Ｂは各々光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。１Ａ，１Ｂは各々第１光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。２Ａ，２Ｂは各々第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズであり、前述した各実施形態と同様なレンズ構成より成り、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラーより成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により所定の速度で回転している。３Ａ，３Ｂは各々第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズであり、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。６は被照射体面としての感光ドラム面である。Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ，Ｏ３Ａ，Ｏ３Ｂは各々対称軸Ｍに対して上下対称に配置される入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）とｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）の中心点（光軸）である。本実施形態における入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）とｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）は共に前記図２に示したようにレンズの一部をカットし（カットされた部分は破線で表示）相互の干渉を避けている。
【００７１】
本実施形態において２つの光源手段４Ａ，４Ｂから出射した２つのレーザー光Ａ，Ｂは各々該２つのレーザー光Ａ，Ｂに対応するコリメーターレンズ１Ａ，１Ｂにより略平行光（コリメート光）となり、対応する入射レンズ２Ａ，２Ｂに入射している。各々の入射レンズ２Ａ，２Ｂに入射した平行光のうち主走査断面においては、そのまま平行光の状態で射出する。又副走査断面においては収束して光偏向器５の偏向面に対して斜方向から入射し、該偏向面近傍にほぼ線像として結像している。そして偏向面で偏向反射された２つのレーザー光Ａ，Ｂは各々該２つのレーザー光Ａ，Ｂに対応するｆθレンズ３Ａ，３Ｂを介して被照射体面６上の異なる位置ＱＡ ，ＱＢ に同時に結像している。そして光偏向器５を回転させることにより被照射体面６上を主走査方向に走査して画像情報の記録を行なっている。尚、被照射体面６上の各結像点ＱＡ ，ＱＢ の間隔は所望の間隔に設定している。
【００７２】
本実施形態では前述した走査光学系の各実施形態と同様に入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）の光軸の延長上に各々対応するｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）の中心点（Ｏ３Ａ，Ｏ３Ｂ）が位置するように構成している。即ち、同図に示すように各点Ｏ２Ａ−Ｐ−Ｏ３Ａ−ＱＡ を結ぶ線及び各点Ｏ２Ｂ−Ｐ−Ｏ３Ｂ−ＱＢ を結ぶ線は各々一直線上に成るように構成している。
【００７３】
このように本実施形態においては環境温度の常温時には複数のレーザー光Ａ，Ｂを偏向面上の偏向点Ｐに各々集光させ、昇温時には複数のレーザー光に対応する集光点を各々Ｐ′２Ａ，Ｐ′２Ｂに移動させ、昇温後の各ｆθレンズ３Ａ，３Ｂにより、各々集光点Ｐ′２Ａと集光点ＱＡ ，及び集光点Ｐ′２Ｂと集光点ＱＢ とが各々共役関係となるように設定している。これにより斜入射方式を用いたマルチビーム走査光学系においてもピントズレや走査位置ズレを低減させることができる。
【００７４】
尚、本実施形態では各々の入射レンズ２Ａ，２Ｂを介した２つのレーザー光Ａ，Ｂによる偏向面上での偏向点Ｐが一致するように構成しているが、必ずしも２つのレーザー光の偏向点Ｐは合致させる必要はなく、例えばポリゴンミラー５の大きさや、ｆθレンズ３Ａ，３Ｂの公差等の許容の範囲内であれば良い。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系の各要素を適切に構成することにより、ピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、これにより装置の品質安定性を向上させることのできる走査光学系及びマルチビーム走査光学系を達成することができる。
【００７６】
更に本発明によれば前述の如くマルチビーム走査光学系においては薄型のポリゴンミラーを利用することができ、これによりモーターの負荷を低減させることができるマルチビーム走査光学系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図２】図１に示した第２光学素子周辺の要部概略図
【図３】本発明の走査光学系の実施形態２の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図４】本発明の走査光学系の実施形態３の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図５】本発明の走査光学系の実施形態４の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図６】本発明のマルチビーム走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図７】従来の走査光学系の要部概略図
【図８】従来のマルチビーム走査光学系の要部概略図
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 第１光学素子（コリメータレンズ）
２，２Ａ，２Ｂ 第２光学素子（入射レンズ）
３，３Ａ，３Ｂ 第３光学素子（ｆθレンズ）
４，４Ａ，４Ｂ 光源手段
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 被照射体面（感光ドラム面）
７ プリズム
２４ 凹シリンドリカルレンズ
２５ 凸平シリンドリカルレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系においてもピントズレや走査位置ズレを低減させることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の単一のレーザー光を用いた走査光学系の副走査方向の要部概略図、図８は複数のレーザー光を用いたマルチビーム走査光学系の副走査方向の要部概略図である。
【０００３】
図７ではレーザーコリメータユニット（不図示）から射出された平行光（コリメート光）を入射光学系としての入射レンズ６０で、例えばポリゴンミラーより成る光偏向器６５の偏向面近傍の偏向点Ｐに集光し、該偏向面で偏向反射したレーザー光を集光機能とｆθ特性を有する結像光学系としてのｆθレンズ６３により被照射体面６６上に集光し、該被照射体面６６上を該レーザー光で走査している。同図における偏向点Ｐと被照射体面６６上の集光点Ｑは副走査断面内でｆθレンズ６３に関して光学的に共役関係にある。
【０００４】
このような構成の走査光学系は、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に利用され、この場合は被照射体は感光体であり、該感光体に形成された潜像は一般に知られる電子写真プロセスにより、紙等に具現化される。
【０００５】
図８においては２つのレーザーコリメータユニット（不図示）から射出された２本の平行光（コリメート光）Ａ，Ｂを対応する各々の入射光学系としての入射レンズ７０Ａ，７０Ｂによりポリゴンミラーより成る光偏向器７５の偏向面近傍の偏向点Ｐに各々集光し、対応する結像光学系としての各々のｆθレンズ７１Ａ，７１Ｂにより被照射体７６面上の２つの集光点（露光位置）ＱＡ ，ＱＢ に集光し、該被照射体面７６上を２つのレーザー光Ａ，Ｂで同時に走査している。
【０００６】
同図においては２つのレーザー光Ａ，Ｂを偏向面上の極めて接近した所に集光することによりポリゴンミラーを薄くすることが可能になり、その結果、ポリゴンモータの負荷を軽減でき、又高速化が図れる等のメリットがある。
【０００７】
同図に示す各々の入射光学系７０Ａ，７０Ｂはレーザー光を光偏向器７５の偏向面に対して副走査断面内で斜入射させるので斜入射光学系と呼ばれている。
【０００８】
ポリゴンミラーへレーザー光を斜入射させることから発生する収差補正する為にｆθレンズ７１Ａ，７１Ｂは偏向面からのレーザー光Ａ，Ｂの主光線に対して副走査断面内で偏心させて配置することが求められている。さらに被照射体面７６上での各集光点ＱＡ ，ＱＢ の間隔は製品のスペックによって定まり、例えば６００ｄｐｉの場合、４２．３μｍの奇数倍に設定することが知られている。
【０００９】
又、各々の集光点ＱＡ ，ＱＢ の間隔を大きくとり、その間に別の電子写真プロセスユニットを組込むことにより、２色のコピー画像を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図７、図８で示した結像光学系としてのｆθレンズ６３，７１Ａ，７１Ｂは近年プラスチックレンズにて構成されることが増えてきた。これは、
▲１▼ガラスレンズに比べて１枚のレンズで結像光学系を構成できるので装置全体のコンパクト化及び軽量化が図れる、
▲２▼型成形にて製作できるので大幅なコストダウン及び大量生産が図れる、
等のメリットがあるからである。
【００１１】
しかしながらプラスチックレンズは周知のごとく環境変動（特に温度変化）によってその材質の屈折率変化や、形状変化がガラスレンズに比べて１ケタ以上大きく、この結果、被照射体面上でレーザー光のピント位置がずれてしまうという問題点があった。その為、従来ではレーザースポットの焦点深度を十分深くとることにより対応してきたが、近年では事務機器等の高解像度化に伴ない絞り径を大きくしてレーザースポットを絞り込む必要が生じ、その為十分深い焦点深度の確保が難しくなってきた。
【００１２】
これに対する対応方法としては、例えば図７に示すように入射光学系６０をガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ（ガラス凸平レンズ）６１とプラスチック材より成る凹平シリンドリカルレンズ（プラスチック凹平レンズ）６２とより構成し、プラスチック材より成るｆθレンズ６３の温度補正系として機能を持たせる方法がある。
【００１３】
例えば環境温度の昇温により、▲１▼ｆθレンズ６３の材質の屈折率が低下し、▲２▼レンズ形状が膨張して曲率Ｒが緩くなる場合に、該ｆθレンズ６３のパワーは▲１▼，▲２▼いずれも小さくなるので被照射体面６６上の集光点ＱはＱ′へとデフォーカスする。
【００１４】
一方、入射光学系６０はプラスチック凹平レンズ６２のパワーの絶対値が小さくなるので（ガラス凸平レンズ６１の屈折率の変動はプラスチック凹平レンズ６２に比べて非常に小さい）、該入射光学系６０全体の正のパワーは大きくなり、コリメート光の集光点ＰはＰ′へとデフォーカスする。
【００１５】
従ってデフォーカス後の集光点Ｐ′と被照射体面６６上の集光点Ｑとが昇温後のｆθレンズ６３による結像共役関係になるように各要素を最適化に構成することにより、ピントずれに関する温度補償を達成することができる。
【００１６】
又、同図において入射光学系６０を入射側より順にガラス凸平レンズ６１、そしてプラスチック凹平レンズ６２と配置するのは球面収差を補正する上で収差補正し易いことと、ガラス凸平レンズ６１の製作がし易いからである。
【００１７】
ところが図８に示すような斜入射方式を用いたマルチビーム走査光学系の場合には次に示す問題点がある。尚、同図における各々のｆθレンズ（７１Ａ，７１Ｂ）は対称軸Ｍに対して対称な光学系なので、ここではｆθレンズ７１Ｂを通過するレーザー光（光線）に着目して説明する。
【００１８】
例えば環境変動として昇温が生じるとプラスチック材より成るｆθレンズ７１Ｂのパワーが低下するので、常温での被照射体面７６上での集光点ＱＢ はＱ′Ｂ に移動する、即ちピントズレが生じることになる。このピントズレを補正するために斜入射光学系７０Ｂを前記図７に示したようにガラス凸平レンズとプラスチック凹平レンズとで構成し、これによる常温での偏向面上の集光点Ｐを昇温後の集光点Ｐ′に変更することで、集光点Ｑ′Ｂ もデフォーカスされ、Ｑ″Ｂ に移動することによりピント補正が可能となる。即ち、このとき偏向点Ｐが光軸にそってＰ′に移動するため、集光点Ｑ′Ｂ も光軸にそってＱ″Ｂ に移動するのである。
【００１９】
よって常温時ＱＢ だった集光点は昇温後にＱ″Ｂ に移動することになり、ピント補償は達成されるが、しかしながら集光点ＱＢ と集光点Ｑ″との間の距離だけスポット位置がずれるという問題点が発生する。このスポットの位置ずれは特に図８に示すマルチビーム走査光学系においては２本のレーザー光Ａ，Ｂの被照射体面７６上での集光点ＱＡ ．ＱＢ の間隔が昇温前後で変化することになり、これは画像形成上、大きな問題点となる。
【００２０】
本発明は上記の問題点を解決する為に走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系の各要素を適切に構成することにより、ピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、これにより装置の品質安定性を向上させることのできる走査光学系及びマルチビーム走査光学系の提供を目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査光学系は、
（１−１） 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器に集光し入射させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は各々互いに平行偏心し、
該第２光学素子と該第３光学素子は該走査光学系の中心軸に対して偏心し、
該第２光学素子の光軸は該光偏向器近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第１光学素子の光軸は該第２光学素子近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
該第２光学素子の光軸と該光偏向器の偏向面の法線とが互いに非平行となるようにしたことを特徴としている。
【００２２】
（１−２） 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、かつ該光偏向器近傍に集光させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第３光学素子は該レーザー光の主光線に対して偏心し、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は互いに平行偏心し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
ていることを特徴としている。
【００２３】
特に（１−１−１） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることや、
（１−１−２） 上記（１−３） において前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除され光軸に対して非対称となることや、 （１−１−３） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していることや、
（１−１−４） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子の光軸と前記光偏向器に入射するレーザー光の主光線とが成す角度をθとしたとき
【００２４】
【数３】
（１−１−５） 上記（１−１） ，（１−２） において前記第２光学素子の環境変動による副走査方向の焦点距離の変動量をΔｆ２ としたとき
【００２５】
【数４】
【００２６】
（１−３） 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射するレーザー光の主光線と、
該第２光学素子の光軸と、
該光偏向器の偏向面の法線と、
が互いに非平行となるようにし、
該第２光学素子の中心点と該光偏向器の偏向点と該第３光学素子の中心点とが同一直線Ａ上に位置し、
該同一直線Ａと該第２光学素子に入射するレーザー光の主光線とが略平行となるように各要素を構成したことを特徴としている。
【００２７】
（１−４） 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該第２光学素子と該光偏向器との間の光路中にプリズムを配し、
該第２光学素子の光軸と該第１光学素子の光軸を互いに平行偏心させたことを特徴としている。
【００２８】
特に（１−３−１） 上記（１−４） において前記第２光学素子の光軸の延長上に前記第３光学素子の中心点が位置していることや、
（１−３−２） 上記（１−３） ，（１−４） において前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることや、
（１−３−３） 上記（１−３） ，（１−４） において前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除されていることや、
（１−３−４） 上記（１−３） ，（１−４） において前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していること、等を特徴としている。
【００２９】
本発明のマルチビーム走査光学系は、
（２）（１−１），（１−２），（１−１−１），（１−１−２），（１−１−３），（１−１−４），（１−１−５），（１−３），（１−４），（１−３−１），（１−３−２），（１−３−３），（１−３−４） のいずれか１項の走査光学系を複数のレーザー光で被照射体面上を同時に走査するマルチビーム走査光学系に用いたことを特徴としている。
本発明のレーザービームプリンタは、
（３）（１−１），（１−２），（１−１−１），（１−１−２），（１−１−３），（１−１−４），（１−１−５），（１−３），（１−４），（１−３−１），（１−３−２），（１−３−３），（１−３−４），（２） のいずれか１項の走査光学系を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光することを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図、図２は図１に示した第２光学素子周辺の要部概略図である。
【００３１】
図中、４は光源手段としての例えば半導体レーザーであり、後述する第１光学素子の光軸上に位置している。１は第１光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段４から出射されたレーザー光を平行光（コリメート光）に変換している。
【００３２】
２は第２光学素子としての入射レンズ（入射光学系）であり、図２に示すように断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４と、断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５とを有し、ハイブリッドに構成しており、コリメーターレンズ１で変換された平行光を後述する光偏向器５に集光し入射させている。この２つのシリンドリカルレンズ２４，２５は共に副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、又２つのシリンドリカルレンズ２４，２５はレーザー光の主光線に対して上下に振り分けて配置することができるので、図２に示すように該２つのシリンドリカルレンズ２４，２５の一部を共にカット（破線部）して装置全体の省スペース化を図っている。
【００３３】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラーより成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により所定の速度で回転している。３は第３光学素子としての集光機能とｆθ特性を有するプラスチック材より成るｆθレンズであり、光偏向器５によって偏向された画像情報に基づくレーザー光を被照射体面としての感光ドラム面６上に結像させている。このｆθレンズ３は光偏向器５の偏向面と感光ドラム面６とを共役な関係にしている。Ｏ１ ，Ｏ２ ，Ｏ３ は各々順にコリメータレンズ１、入射レンズ２、そしてｆθレンズ３の中心点（光軸）である。
【００３４】
尚、本実施形態では光偏向器５の偏向面上での偏向点Ｐを含む偏向面の法線を走査光学系の中心軸Ｌとしている。
【００３５】
本実施形態では走査光学系の副走査断面内において、
コリメーターレンズ１の光軸と入射レンズ２の光軸はそれぞれ互いに平行偏心（光軸が平行）し、
入射レンズ２とｆθレンズ３は走査光学系の中心軸Ｌに対して偏心し、
入射レンズ２の光軸はポリゴンミラー５近傍で走査光学系の中心軸Ｌと交差し、コリメーターレンズ１の光軸は入射レンズ２近傍で走査光学系の中心軸Ｌと交差し、
ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ は入射レンズ２の光軸の延長上に位置し、
入射レンズ２の光軸とポリゴンミラー５の偏向面の法線とが互いに非平行となるようにしている。
【００３６】
このような構成により本実施形態では光源手段４より出射されたレーザー光はコリメーターレンズ１により略平行光（コリメータ光）に変換され、入射レンズ２に入射する。入射レンズ２は入射した平行光のうち主走査断面においては平行光の状態で射出させ、副走査断面においては収束して光偏向器５の偏向面にほぼ線像として結像させている。そして光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光はｆθレンズ３を通過することによって、その走査直線性が補正され、被照射体面としての感光ドラム面６上に結像されて略等速度直線運動で、該感光ドラム面６上を光走査している。これにより画像記録を行なっている。
【００３７】
本実施形態では、例えば環境温度の昇温により、▲１▼ｆθレンズ３の材質の屈折率が低下し、▲２▼レンズ形状が膨張して曲率Ｒが緩くなる場合に、該ｆθレンズ３のパワーは▲１▼，▲２▼いずれも小さくなるので被照射体面６上の集光点ＱはＱ′へとデフォーカスする。
【００３８】
一方、入射レンズ２はプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４のパワーの絶対値が小さくなるので（ガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５の屈折率の変動はプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４に比べて非常に小さいので無視できる）、該入射レンズ２全体の正のパワーは大きくなり、コリメート光の集光点ＰはＰ′へとデフォーカスする。
【００３９】
従ってデフォーカス後の集光点Ｐ′と被照射体面６上の集光点Ｑとが昇温後のｆθレンズ３による結像共役関係になるように各要素を最適化に構成することにより、ピントずれに関する温度補償を達成することができる。
【００４０】
【外１】
【００４１】
又、本実施形態では入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｐ）と光偏向器５に入射するレーザー光の主光線Ｓとが成す角度をθとしたとき、該角度θは
【００４２】
【数５】
【００４３】
又、本実施形態における入射レンズ２の焦点距離ｆ２ は環境変動（特に温度変化）によって昇温後にｆ２ ＋Δｆ２ となり、
ｆ２ ≒Ｏ２ Ｐ
ｆ２ ＋Δｆ２ ＝Ｏ２ Ｐ′
つまり、
｜Δｆ２ ｜＝｜ＰＰ′｜
となる。
【００４４】
この具体的な焦点距離の変動量Δｆ２ の大きさは、
【００４５】
【数６】
【００４６】
図１に示す如く、ｆθレンズ３の配置は
光偏向器５からｆ３ （１＋１／ｍ）
被照射体面６からｆ３ （ｍ＋１）
であり、結像関係式より
【００４７】
【数７】
【００４８】
又、本実施形態においては昇温後の入射レンズ２の焦点距離の変動量Δｆ２ を生じさせる為に、前述の如く該入射レンズ２を図２に示すように断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４と、断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５とよりハイブリッドに構成している。前記図８に示した従来の入射レンズ６０は光源手段側から順にガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ６１、そしてプラスチック材より成る凹平シリンドリカルレンズ６２であったが、本実施形態では上述の如く入射レンズ２を光源手段４側から順にプラスチック材より成る凹シリンドリカルレンズ２４、そしてガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５より構成している。これは以下の理由による。
【００４９】
本実施形態の入射レンズ２は従来例に比べてレーザー光をシリンドリカルレンズのマージナル部分に通すので球面収差が発生しやすい。又昇温時、所望の変動量Δｆ２ を生じさせる為に凹シリンドリカルレンズ２４と凸平シリンドリカルレンズ２５は一定のパワー比にする必要がある。これに対してガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズは両面に曲率をもたせると生産上、両面のシリンダー母線の位置関係が出ず大幅なコストアップにつながる。よって球面収差を良好に補正し、凸凹のパワー比を保って作り易い形状にするには上述の如くプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ２４とガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズ２５との構成が良い。
【００５０】
又、凸平シリンドリカルレンズ２５の凸側を凹シリンドリカルレンズ２４に向けるのは軸外しの入射ビームに対して、ここでハローを発生させて結像面の球面収差を低減させることによる。更に凹シリンドリカルレンズ２４の凸平シリンドリカルレンズ２５側の曲率をＲａ、凸平シリンドリカルレンズ２５の凹シリンドリカルレンズ２４側の曲率をＲｂとしたとき、
１．０≦｜Ｒａ／Ｒｂ｜≦１．２ ‥‥‥‥（５）
なる条件を満足させると、より収差補正がし易くなるので良い。
【００５１】
又、凹シリンドリカルレンズ２４を入射側に配するのは凸平シリンドリカルレンズ２５を入射側に配すると平面側を入射面とせざるをえず、この結果、凸平シリンドリカルレンズ２５の平面側でレーザー光が反射され戻り光となってレーザー発光部へ入射してしまうからである。その為、本実施形態では上述の如く入射側に凹シリンドリカルレンズ２４を配することにより戻り光の発生を効果的に防止している。
【００５２】
このように本実施形態においては上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定すると共に前記の（１）式及び（２）式を満足するように各要素を設定することにより、走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行なうことができ、これによりピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、装置の品質安定性を向上させている。
【００５３】
図３は本発明の走査光学系の実施形態２の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５４】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は光源手段から出射されたレーザー光を光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００５５】
即ち、本実施形態では光源手段４から出射したレーザー光を光偏向器５を介して被照射体面６上を走査する際、該光源手段４から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子としてのコリメーターレンズ１と、該コリメーターレンズ１で変換された平行光を該光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、かつ該光偏向器５近傍に集光させる第２光学素子としての入射レンズ２と、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面６上に集光する第３光学素子としてのｆθレンズ３とを有し、
走査光学系の副走査断面内において、
ｆθレンズ３はレーザー光の主光線Ｓに対して偏心し、
コリメーターレンズ１の光軸と入射レンズ２の光軸は互いに平行偏心し、
該ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ は入射レンズ２の光軸の延長上に位置している。
【００５６】
又、本実施形態においては前述の実施形態１と同様に昇温前後の各集光点Ｐ，Ｐ′，及び各結像点Ｑ，Ｑ′が入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｐ）上及びその延長線上に位置するように設定している。
【００５７】
このように本実施形態においては上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、レーザー光の光偏向器５への入射角に依存せずに前述の実施形態１と同様な効果を得ることができる。
【００５８】
図４は本発明の走査光学系の実施形態３の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５９】
本実施形態においては、光源手段４から出射したレーザー光を第１光学素子１としてのコリメーターレンズで平行光に変換し、第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズ２を介して光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズ３により被照射体面６上に導光し、該被照射体面６上を該レーザー光で走査を行なう際、
該光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射するレーザー光の主光線と、
該入射レンズ２の光軸と、
該光偏向器５の偏向面の法線と、
が互いに非平行となるようにし、
該入射レンズ２の中心点Ｏ２ と該光偏向器５の偏向点Ｐと該ｆθレンズ３の中心点Ｏ３ とが同一直線Ａ上に位置し、
該同一直線Ａと該入射レンズ２に入射するレーザー光の主光線とが略平行となるように各要素を構成している。
【００６０】
即ち、入射レンズ２は前述の各実施形態１，２と同様に光源手段４側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズとを有している。
【００６１】
又、前述の各実施形態１、２と同様にｆθレンズ３について常温で集光点Ｐと結像点Ｑは共役である。又昇温後は集光点Ｐと結像点Ｑ′もしくは集光点Ｐ′と結像点Ｑが共役となるように各要素を構成している。
【００６２】
このように本実施形態では走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、レーザー光の光偏向器への入射角に依存せずに前述の各実施形態１、２と同様な効果を得ることができる。
【００６３】
図５は本発明の走査光学系の実施形態４の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本実施形態において前述の実施形態３と異なる点は第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズの後方近傍の光路中にプリズムを配したことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１、２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。即ち同図において７はプリズムであり、光路の折り曲げに作用している。
【００６５】
本実施形態では光源手段（不図示）から出射したレーザー光を第１光学素子としてのコリメーターレンズ１で平行光に変換し、第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズ２を介して光偏向器５の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器５の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズ３により被照射体面６上に結像させ、該被照射体面６上を該レーザー光で走査を行なう際、
該入射レンズ２と光偏向器５との間の光路中にプリズム７を配し、
該入射レンズ２の光軸とコリメーターレンズ１の光軸を互いに平行偏心させ、
該入射レンズ２の光軸の延長上にｆθレンズ３の中心点Ｏ３ が位置するように構成している。
【００６６】
これにより本実施形態ではプリズム７による光路折り曲げと、コリメーターレンズ１及び入射レンズ２の光軸平行シフトにより、副走査断面内で光偏向器５の偏向面に入射するレーザー光の入射角度θを満たしている。この入射角度θは前述した実施形態１と同様にレーザー光の主光線（７１−Ｐ−３１）と入射レンズ２の光軸（Ｏ２ −Ｏ７ −Ｐ）（プリズム７により入射レンズ２の光軸は曲げられている）とのなす角度である。
【００６７】
このように本実施形態では上述の如く走査光学系を構成する各要素を適切に設定することにより、コリメータレンズ１の光軸及び入射レンズ２の光軸そのものが光偏向器５の偏向面に対して垂直方向に配置することができ、これによりコリメーターレンズ１及び入射レンズ２の配置に自由度を与えることができる。
【００６８】
図６は本発明のマルチビーム走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図である。同図において前記図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６９】
本実施形態においては前述した斜入射方式を用いた種々の走査光学系のうち、少なくとも１つの走査光学系をマルチビーム走査光学系に適用した場合の一例を示したものである。
【００７０】
即ち、同図において４Ａ，４Ｂは各々光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。１Ａ，１Ｂは各々第１光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。２Ａ，２Ｂは各々第２光学素子としての正の屈折力を有する入射レンズであり、前述した各実施形態と同様なレンズ構成より成り、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラーより成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により所定の速度で回転している。３Ａ，３Ｂは各々第３光学素子としてのプラスチック材より成るｆθレンズであり、光源手段４Ａ，４Ｂに対応して配している。６は被照射体面としての感光ドラム面である。Ｏ２Ａ，Ｏ２Ｂ，Ｏ３Ａ，Ｏ３Ｂは各々対称軸Ｍに対して上下対称に配置される入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）とｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）の中心点（光軸）である。本実施形態における入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）とｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）は共に前記図２に示したようにレンズの一部をカットし（カットされた部分は破線で表示）相互の干渉を避けている。
【００７１】
本実施形態において２つの光源手段４Ａ，４Ｂから出射した２つのレーザー光Ａ，Ｂは各々該２つのレーザー光Ａ，Ｂに対応するコリメーターレンズ１Ａ，１Ｂにより略平行光（コリメート光）となり、対応する入射レンズ２Ａ，２Ｂに入射している。各々の入射レンズ２Ａ，２Ｂに入射した平行光のうち主走査断面においては、そのまま平行光の状態で射出する。又副走査断面においては収束して光偏向器５の偏向面に対して斜方向から入射し、該偏向面近傍にほぼ線像として結像している。そして偏向面で偏向反射された２つのレーザー光Ａ，Ｂは各々該２つのレーザー光Ａ，Ｂに対応するｆθレンズ３Ａ，３Ｂを介して被照射体面６上の異なる位置ＱＡ ，ＱＢ に同時に結像している。そして光偏向器５を回転させることにより被照射体面６上を主走査方向に走査して画像情報の記録を行なっている。尚、被照射体面６上の各結像点ＱＡ ，ＱＢ の間隔は所望の間隔に設定している。
【００７２】
本実施形態では前述した走査光学系の各実施形態と同様に入射レンズ（２Ａ，２Ｂ）の光軸の延長上に各々対応するｆθレンズ（３Ａ，３Ｂ）の中心点（Ｏ３Ａ，Ｏ３Ｂ）が位置するように構成している。即ち、同図に示すように各点Ｏ２Ａ−Ｐ−Ｏ３Ａ−ＱＡ を結ぶ線及び各点Ｏ２Ｂ−Ｐ−Ｏ３Ｂ−ＱＢ を結ぶ線は各々一直線上に成るように構成している。
【００７３】
このように本実施形態においては環境温度の常温時には複数のレーザー光Ａ，Ｂを偏向面上の偏向点Ｐに各々集光させ、昇温時には複数のレーザー光に対応する集光点を各々Ｐ′２Ａ，Ｐ′２Ｂに移動させ、昇温後の各ｆθレンズ３Ａ，３Ｂにより、各々集光点Ｐ′２Ａと集光点ＱＡ ，及び集光点Ｐ′２Ｂと集光点ＱＢ とが各々共役関係となるように設定している。これにより斜入射方式を用いたマルチビーム走査光学系においてもピントズレや走査位置ズレを低減させることができる。
【００７４】
尚、本実施形態では各々の入射レンズ２Ａ，２Ｂを介した２つのレーザー光Ａ，Ｂによる偏向面上での偏向点Ｐが一致するように構成しているが、必ずしも２つのレーザー光の偏向点Ｐは合致させる必要はなく、例えばポリゴンミラー５の大きさや、ｆθレンズ３Ａ，３Ｂの公差等の許容の範囲内であれば良い。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学系及びマルチビーム走査光学系に適用されるプラスチックレンズの温度補償を適切に行ない、特に斜入射方式を用いた走査光学系及びマルチビーム走査光学系の各要素を適切に構成することにより、ピントズレや走査位置ズレを低減させることができ、これにより装置の品質安定性を向上させることのできる走査光学系及びマルチビーム走査光学系を達成することができる。
【００７６】
更に本発明によれば前述の如くマルチビーム走査光学系においては薄型のポリゴンミラーを利用することができ、これによりモーターの負荷を低減させることができるマルチビーム走査光学系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図２】図１に示した第２光学素子周辺の要部概略図
【図３】本発明の走査光学系の実施形態２の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図４】本発明の走査光学系の実施形態３の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図５】本発明の走査光学系の実施形態４の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図６】本発明のマルチビーム走査光学系の実施形態１の屈折力配置を示す副走査方向の要部概略図
【図７】従来の走査光学系の要部概略図
【図８】従来のマルチビーム走査光学系の要部概略図
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 第１光学素子（コリメータレンズ）
２，２Ａ，２Ｂ 第２光学素子（入射レンズ）
３，３Ａ，３Ｂ 第３光学素子（ｆθレンズ）
４，４Ａ，４Ｂ 光源手段
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 被照射体面（感光ドラム面）
７ プリズム
２４ 凹シリンドリカルレンズ
２５ 凸平シリンドリカルレンズ
Claims (15)
- 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器に集光し入射させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は各々互いに平行偏心し、
該第２光学素子と該第３光学素子は該走査光学系の中心軸に対して偏心し、
該第２光学素子の光軸は該光偏向器近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第１光学素子の光軸は該第２光学素子近傍で該走査光学系の中心軸と交差し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
該第２光学素子の光軸と該光偏向器の偏向面の法線とが互いに非平行となるようにしたことを特徴とする走査光学系。 - 光源手段から出射したレーザー光を光偏向器を介して被照射体面上を走査する走査光学系において、
該走査光学系は、該光源手段から出射したレーザー光を平行光に変換する第１光学素子と、
該第１光学素子で変換された平行光を該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、かつ該光偏向器近傍に集光させる第２光学素子と、
該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を該被照射体面上に集光する第３光学素子と、を有し、
該走査光学系の副走査断面内において、
該第３光学素子は該レーザー光の主光線に対して偏心し、
該第１光学素子の光軸と該第２光学素子の光軸は互いに平行偏心し、
該第３光学素子の中心点は該第２光学素子の光軸の延長上に位置し、
ていることを特徴とする走査光学系。 - 前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることを特徴とする請求項１又は２の走査光学系。
- 前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除され光軸に対して非対称となることを特徴とする請求項３の走査光学系。
- 前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していることを特徴とする請求項１又は２の走査光学系。
- 前記第２光学素子の光軸と前記光偏向器に入射するレーザー光の主光線とが成す角度をθとしたとき
- 前記第２光学素子の環境変動による副走査方向の焦点距離の変動量をΔｆ２ としたとき
- 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射するレーザー光の主光線と、
該第２光学素子の光軸と、
該光偏向器の偏向面の法線と、
が互いに非平行となるようにし、
該第２光学素子の中心点と該光偏向器の偏向点と該第３光学素子の中心点とが同一直線Ａ上に位置し、
該同一直線Ａと該第２光学素子に入射するレーザー光の主光線とが略平行となるように各要素を構成したことを特徴とする走査光学系。 - 光源手段から出射したレーザー光を第１光学素子で平行光に変換し、正の屈折力を有する第２光学素子を介して光偏向器の偏向面に対し副走査断面内で斜入射させ、該光偏向器の偏向面で偏向されたレーザー光を第３光学素子により被照射体面上に導光し、該被照射体面上を該レーザー光で走査を行なう走査光学系において、
該第２光学素子と該光偏向器との間の光路中にプリズムを配し、
該第２光学素子の光軸と該第１光学素子の光軸を互いに平行偏心させたことを特徴とする走査光学系。 - 前記第２光学素子の光軸の延長上に前記第３光学素子の中心点が位置していることを特徴とする請求項９の走査光学系。
- 前記第２光学素子は、前記光源手段側から順に断面が入射側に凸面を向けたプラスチック材より成るメニスカス状の凹シリンドリカルレンズ、そして断面が入射側に凸面、出射側に平面を向けたガラス材より成る凸平シリンドリカルレンズと、を有していることを特徴とする請求項８又は９の走査光学系。
- 前記凹シリンドリカルレンズと前記凸平シリンドリカルレンズは共にレンズの一部が切除されていることを特徴とする請求項１１の走査光学系。
- 前記第３光学素子はプラスチックレンズを有していることを特徴とする請求項８又は９の走査光学系。
- 前記請求項１乃至１３のいずれか１項記載の走査光学系を複数のレーザー光で被照射体面上を同時に走査するマルチビーム走査光学系に用いたことを特徴とするマルチビーム走査光学系。
- 請求項１乃至１４のいずれか１項記載の走査光学系を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光することを特徴とするレーザービームプリンタ。
Priority Applications (7)
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