JP3945502B2 - レーザー走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー走査装置に関するものである。

従来のレーザー走査装置の分野では、例えば特許文献１に示されるように、半導体レーザーが発したレーザー光をコリメータレンズによって平行光とした後、共振鏡によって偏向し、アークサイン特性を有する走査レンズによって感光体上に集光させ、感光体上を等速走査する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−３３８４３号公報

ところで、偏向器としての共振鏡は、同じく偏向器として用いられるポリゴンミラーに比べて小型であるというメリットがある一方で、共振鏡による偏向角の範囲がポリゴンミラーに比べて小さい。このため、上記従来のレーザー走査装置では、所望の走査幅を得るためには走査レンズの焦点距離をポリゴンミラーを使用した場合よりも長くせざるを得ず、それに伴って共振鏡から感光体までの光路が長くなって、装置が大型化するという問題が生ずる。

また、高精度のレーザー走査装置を実現するにあたっては、例えば副走査断面での像面湾曲を効果的に補正できるようにすることが必要である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型で高精度のレーザー走査装置を提供することにある。

本発明のレーザー走査装置は、レーザー光源と、上記レーザー光源が発したレーザー光を収束光にする集光光学系と、上記集光光学系が射出した収束光を偏向する偏向器と、上記偏向器にて偏向されたレーザー光を被走査面上に集光する走査光学系とを有するレーザー走査装置であって、上記走査光学系は、負レンズ１枚で構成され、光軸付近でのパワーが主走査方向および副走査方向の両方向で同じとなる非軸対称面を少なくとも１つ有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、レーザー光源から出射されるレーザー光は、集光光学系にて収束光となり、偏向器（例えば共振鏡）にて偏向される。偏向後のレーザー光は、走査レンズを介して被走査面（例えば感光体）上に集光される。

このとき、走査光学系が負レンズで構成されているので、偏向器での偏向角が小さくても、所望の走査幅を得るのに必要な、偏向器から被走査面までの距離を短くすることができる。しかも、走査光学系が負レンズ１枚で構成され、光軸付近では主走査方向および副走査方向で同じパワーとなる非軸対称面を少なくとも１つ有しているので、副走査断面内での像面湾曲補正および溝状収差補正を効果的に行いながら、偏向器と走査光学系とを含むユニットそのものを小さくすることができる。その結果、小型で高精度のレーザー走査装置を実現することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記偏向器は、反射面を正弦揺動させることによってレーザー光を偏向する共振鏡で構成されており、上記走査光学系は、上記共振鏡にて偏向されたレーザー光を被走査面上で等速走査するように収差補正されていることが望ましい。

このような走査光学系の構成により、偏向器として共振鏡を用いた場合でも、共振鏡にて偏向されたレーザー光を被走査面上で等速走査することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記収束光が上記偏向器に入射する位置から、上記走査光学系が無い場合に収束する位置までの距離をａとし、上記偏向器から上記被走査面までの距離をｂとしたとき、
２ａ＜ｂ
を満足することが望ましい。

この条件を満足していれば、装置の小型化の効果を損なわない範囲で、走査光学系への入射光の収束度合いを緩くすることができる。これにより、走査光学系の球面収差を抑えることができるので、その球面収差を打ち消すような集光光学系の設計も容易となる。

本発明のレーザー走査装置において、上記負レンズは、被走査面側に凸のメニスカス形状であってもよい。この場合、走査光学系においてアークサインの走査特性を容易に出すことができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記負レンズの偏向器側の面が、軸対称非球面であってもよい。この場合、上記負レンズの被走査面側を軸対称非球面とする場合に比べて、溝状収差を効果的に補正することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記負レンズの両面が、非軸対称面であってもよい。この場合、副走査断面内での像面湾曲補正および溝状収差補正を確実に行うことができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記集光光学系は、主走査断面内での上記走査光学系の球面収差と逆符号の球面収差を有することが望ましい。この場合、走査光学系の球面収差を集光光学系の球面収差で打ち消すことができ、トータルで球面収差を補正することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記走査光学系は、樹脂からなり、上記集光光学系は、ガラス正レンズと樹脂負レンズとの２枚からなる構成であってもよい。この構成によれば、温度変化時のデフォーカスを抑えることができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、球面であり、上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であってもよい。ガラス正レンズを球面レンズとすることにより、コストダウンを図ることができる。しかも、樹脂負レンズの少なくとも１面が軸対称非球面であるので、ガラス正レンズにて発生する球面収差を樹脂負レンズによって補正することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、球面であり、上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であってもよい。ガラス正レンズを球面レンズとすることにより、コストダウンを図ることができる。しかも、樹脂負レンズの少なくとも１面が非軸対称面であるので、副走査断面内の球面収差を抑えることができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であり、上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であってもよい。この場合、温度変化時のデフォーカスだけでなく、温度変化時の球面収差の変化も抑えることができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であり、上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であってもよい。この場合、副走査断面内の球面収差を抑えることができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記走査光学系が、樹脂からなり、上記集光光学系が、ガラス正レンズ１枚からなる構成であってもよい。この場合、集光光学系を例えばガラス正レンズと樹脂負レンズとの２枚で構成する場合に比べて、装置の構成を簡素化することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であってもよい。この場合、主走査断面内での走査光学系の球面収差を、集光光学系の球面収差で容易に打ち消すようにすることができ、主走査断面内での球面収差をトータルで補正することができる。

本発明のレーザー走査装置において、上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であってもよい。この場合、主走査断面内および副走査断面内での走査光学系の球面収差を、集光光学系の球面収差で容易に打ち消すようにすることができ、主走査断面内および副走査断面内での球面収差をトータルで補正することができる。

本発明によれば、偏向器での偏向角が小さくても、偏向器から被走査面までの距離を短くすることができ、また、副走査断面内での像面湾曲補正および溝状収差補正を効果的に行いながら、偏向器と走査光学系とを含むユニットそのものを小さくすることができる。その結果、小型で高精度のレーザー走査装置を実現することができる。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図１は、本実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。このレーザー走査装置は、レーザー光源１と、集光レンズ２と、共振鏡３と、走査レンズ４と、感光体５とを有している。

レーザー光源１は、ほぼ直線偏光のレーザー光を出射する光源であり、例えば半導体レーザーで構成されている。集光レンズ２は、レーザー光源１が発したレーザー光を収束光にする集光光学系を構成している。共振鏡３は、集光レンズ２が射出した収束光を主走査方向に偏向する偏向器であり、反射面を正弦揺動させることによってレーザー光を偏向する。走査レンズ４は、共振鏡３にて偏向されたレーザー光を被走査面である感光体５上に集光する走査光学系を構成しており、本実施形態では、感光体５側に凸のメニスカス形状である負レンズ１枚で構成されている。

上記構成においては、レーザー光源１の発したレーザー光は、集光レンズ２によって収束光とされた後、共振鏡３によって主走査方向に偏向され、走査レンズ４によって感光体５上に集光する。つまり、本実施形態では、収束光が走査レンズ４に入射するが、走査レンズ４が負レンズで構成されているため、共振鏡３から感光体５表面までの距離を短くしても、共振鏡３を介して走査レンズ４に入射する光を、所望の走査幅まで広げることができる。したがって、共振鏡３での偏向角が小さい場合でも、小型のレーザー走査装置を容易に実現することができる。

以下、本発明のレーザー走査装置の詳細について、各実施例および比較例を参照しながら説明する。

（第１〜第３実施例、比較例）
図２は、第１実施例に係るレーザー走査装置の光路図である。なお、図２では、集光レンズ２および走査レンズ４については、その光入射面および光射出面のみを図示している。また、表１は、第１実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものである。この座標データは、グローバルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけるローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点およびベクトルで各光学面（面頂点基準）の配置を表しており、その評価面が感光体５の表面に相当している。

なお、表１中の面番号１〜６は、それぞれ、集光レンズ２の光入射側および光射出側の面、共振鏡３の光反射面、走査レンズ４の光入射側および光射出側の面、感光体５の表面を指している。また、Ｚ軸は、副走査方向の軸であり、Ｙ軸は、主走査方向の軸であり、Ｘ軸は、ＹＺ平面に垂直な軸である。また、表１中の共振鏡３の座標は、偏向角０度の場合について示している。

第１実施例においては、集光レンズ２は、ガラス正レンズ１枚で構成されており、その光射出側の面が軸対称非球面となっている。なお、集光レンズ２の光入射側の面が軸対称非球面であってもよく、また、集光レンズ２の両面が軸対称非球面であってもよい。走査レンズ４は、樹脂で構成されており、その光入射側および光射出側の面が非軸対称面となっている。また、使用波長４０５ｎｍにおける上記ガラスの屈折率は、１．５３０であり、上記樹脂の屈折率は、１．５４７である。

また、表２ないし表４は、光学面の面構成（面形状）を示している。ただし、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

ここで、非軸対称面の面形状は、次の数１式によって表現される。ただし、ａ_ijは、非軸対称面の係数とする。

また、軸対称非球面の面形状は、次の数２式によって表現される。ただし、ａ_iは、非球面係数とする。

なお、表に示されていない係数は、全て０である。

第１実施例においては、走査レンズ４の非軸対称面の係数のうち、ａ₀₂とａ₂₀とが等しい。光軸付近の主走査断面内の曲率は、ａ₀₂の２倍であり、光軸付近の副走査断面内の曲率は、ａ₂₀の２倍であるから、第１実施例においては、走査レンズ４の非軸対称面の光軸付近の曲率は、主走査断面内と副走査断面内とで等しい。非軸対称面は、その周辺部において副走査断面内の曲率が変化していることから、副走査像面湾曲補正および溝状収差補正に寄与している。図３は、第１実施例の光学系の副走査断面内および主走査断面内での像面湾曲を示している。

また、図４は、第２実施例、第３実施例および比較例の光学系において、副走査断面内での像面湾曲を示している。ここで、第２実施例は、走査レンズ４の前面（光入射側の面）を軸対称非球面とし、後面（光射出側の面）を非軸対称面とした光学系であり、第３実施例は、走査レンズ４の後面を軸対称非球面とし、前面を非軸対称面とした光学系であり、比較例は、走査レンズ４の両面を軸対称非球面とした光学系である。

図３および図４を参照すると、走査レンズ４が非軸対称面を２つ持つ第１実施例では、非軸対称面を１つ持つ第２実施例および第３実施例に比べて、副走査断面内での像面湾曲が十分に補正されており、効果が一番高いことがわかる。また、走査レンズ４の両面が軸対称非球面であり、走査レンズ４が非軸対称面を持たない比較例では、副走査断面内の像面湾曲が補正されていないことがわかる。

ちなみに、表５は、第２実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものであり、表６ないし表８は、第２実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。また、表９は、第３実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものであり、表１０ないし表１２は、第３実施例での光学面の面構成を示している。また、表１３は、比較例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものであり、表１４ないし表１６は、比較例での光学面の面構成を示している。なお、これらの表の表し方については、第１実施例の場合と全く同様である。

次に、図５および図６は、上述した第１実施例において、集光レンズ２および走査レンズ４の球面収差を波面収差（波長に対する相対値）で示したものである。ただし、図５は、主走査断面内における波面収差を示し、図６は、副走査断面内における波面収差を示している。

主走査断面内については、集光レンズ２の球面収差と走査レンズ４の球面収差とは正負が逆であり、トータルで補正されている。これは、走査レンズ４を設計した後に、走査レンズ４にて発生する主走査断面内の球面収差を打ち消すように集光レンズ２を設計したためである。集光レンズ２単独で球面収差が発生しないように設計した場合には、球面収差に付随するデフォーカスが発生する。

なお、集光レンズ２が軸対称であるので、主走査断面内では球面収差を補正できても、副走査断面内では球面収差を補正できてはいない。ただし、光束幅が副走査断面の方が狭く、球面収差の発生量そのものが主走査断面内に比較すると副走査断面では小さくなっている。

図７は、第１実施例において、偏向角に対する像高を計算した結果を示している。図７では、グラフは直線から外れており、画像周辺ほど、少ない偏向角変化で像高が大きく変化していることがわかる。これは、偏向器として、光反射面が正弦的に揺動する共振器３を使ったときに、共振器３にて偏向されたレーザー光を感光体５上で等速走査するようにするためである。第１実施例では、そのような等速走査を実現できるように、走査レンズ４が収差補正されている。

図８は、本発明の各実施例において、時間に対する偏向角変化を示している。共振器３での最大の偏向角は３０度であるが、描画に使用しているのは±２１．２度の範囲である。図９は、第１実施例において、時間に対する像高変化を示している。図９では、グラフは直線になっており、前述のように感光体５上ではほぼ等速走査していることがわかる。

図１０は、第１実施例での歪曲を示している。このときの理想像高は、以下の数３式によって表現される。

ただし、
ｋ ：理想像高算出係数
θ ：偏向角
ωmax：描画に使用しない範囲まで含めた最大の偏向角
である。

第１実施例においては、ωmaxは上述のように３０度で、ｋは、偏向角０度近傍で偏向角を微少量変化させたときの像高変化から算出した結果、約１８８である。

なお、偏向器への入射光が平行光のとき、ｋは走査光学系の主走査断面内の焦点距離とωmaxをラジアンで表わした数値とを掛け合わせた値となる。また、偏向器への入射光が平行光で第１実施例と同じｋの値となるような走査光学系の主走査断面焦点距離は約３６０ｍｍとなる。このとき、単レンズで走査光学系を構成すれば、主点の位置を走査レンズの位置から大きくずらすことは困難なので、偏向器から感光体までの距離は３６０ｍｍよりも大きな値となる。

これに対して、第１実施例では、偏向器としての共振鏡３に入射させる光を平行光でなく収束光としているために、共振鏡３から感光体５までの距離ｂは２７８ｍｍ程度まで短縮できている。第１実施例では、共振鏡３への入射位置から、共振鏡３での偏向後走査レンズ４が無い場合に光が収束する位置までの距離ａは、約６０ｍｍである。（ｂ／ａ）の値が大きいほど、すなわち、ａが小さいほど、角度拡大比が大きく、全長短縮につながる。

図１１ないし図１４は、第１実施例でのビーム形状を示している。これらの図では、それぞれのピーク強度に対して、１０％刻みで等高線を描画している。図１１および図１２は、ある瞬間のビーム形状であり、図１３および図１４は、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状（光エネルギーの積算結果）である。また、図１１および図１３は、画像中央でのビーム形状であり、図１２および図１４は、画像端部でのビーム形状である。

このように、ある瞬間のビーム形状で見ると、ビームは縦長であり、また、画像上の位置によってビーム径の差が大きいが、１ドット分走査したときのビーム形状は、ほぼ円形であり、画像上の位置によるビーム径の差も瞬間で見たときよりは小さくなっている。図１５は、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示している。

ある瞬間のビーム径の差が画像上の位置によって大きい理由は、画像上の位置によって有効Ｆナンバーが変化しているためであり、特に、主走査断面内の有効Ｆナンバーが大きく変化しているためである。主走査断面内の有効Ｆナンバーは、走査光学系の射影特性と感光体５への入射角とに依存する。

ここで、走査光学系の射影特性が、偏向角変化に対して像高変化が比例するような関係であるとき、感光体５の面内で見た主走査方向のビーム径は、画像上の位置に関わらず一定となる。偏向角変化に対して像高変化が比例するような関係は、ポリゴンミラーを用いた走査光学系で使われているもので、ポリゴンミラーへの入射光が主走査断面内で平行光のとき、比例定数が走査光学系の主走査断面内の焦点距離と等しくなることから、ｆθ特性と呼ばれる。

これに対して、第１実施例においては、比例関係から外れて、上述の理想像高式（数３式）で表現されるような射影特性になっているので、主走査断面内のビーム径も一定にはならず、収差が全く無ければ次の数４式で表わされるような値となる。

ただし、
ｄ₀ ：偏向角０度での主走査断面ビーム径
θ ：偏向角
ωmax ：描画に使用しない範囲まで含めた最大の偏向角

ここで、θ＝０のとき、分母は１であり、θの絶対値が大きくなると、分母は小さくなるので、無収差時の主走査断面ビーム径は、偏向角０度で最小であり、端部に向かって単調に増大する。なお、θの絶対値がωmaxよりも大きくなることはないので、分母が０になることはない。

図１６は、第１実施例において、上記の無収差時のビーム径の式（数４式）に、ｄ₀として、図１１に示したビームの光強度１３．５％でのビーム径を代入したものである。比較のために、図１５に示した主走査方向のビーム径を併せて図１６に載せているが、これら両者は、ほぼ一致している。

図１７および図１８は、走査レンズ４の片面を軸対称非球面とした第２実施例および第３実施例における、画像端部での、ある瞬間のビーム形状を示している。図１７は、走査レンズ４の前面が軸対称非球面の場合（第２実施例）、図１８は、走査レンズ４の後面が軸対称非球面の場合（第３実施例）である。

図１１では、ビーム形状はほぼ楕円形であったが、図１７や図１８では、ビーム形状は少し三角形に崩れている。これは、溝状収差補正ができていないためである。したがって、溝状収差補正のためには、走査レンズ４において非軸対称面を２面用いることが効果的であると言える。なお、図１７と図１８とを比較すると、図１７のほうが、崩れが若干小さい。

以上、第１実施例ないし第３実施例および比較例の結果から、副走査断面内での像面湾曲補正および溝状収差補正を行うためには、走査レンズ４が、光軸付近でのパワーが主走査方向および副走査方向の両方向で同じとなる非軸対称面を少なくとも１つ有していればよいと言え、上記非軸対称面を２つ有していることが望ましいと言える。

また、図１７および図１８の結果から、溝状収差補正を行うためには、第３実施例よりも第２実施例のほうが望ましいと言えることから、走査レンズ４は、光入射側の面（共振鏡３側の面）が軸対称非球面であり、光射出側の面が非軸対称面であることが望ましいと言える。

（第４実施例）
第４実施例の光学系では、第１実施例とは異なり、集光レンズ２は非軸対称面を有している。なお、走査レンズ４は第１実施例と同じである。また、集光レンズ２の主走査断面内の形状は、第１実施例と同じである。

表１７は、本発明の第４実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものであり、表１８ないし表２０は、第４実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、これらの表の表し方については、第１実施例の場合と全く同様である。

図１９および図２０は、集光レンズ２および走査レンズ４の球面収差を波面収差（波長に対する相対値）で示したものである。ただし、図１９は、主走査断面内における波面収差を示し、図２０は、副走査断面内における波面収差を示している。集光レンズ２が非軸対称面を有するとした効果で、副走査断面についても球面収差がトータルで補正された状況となっている。

なお、第４実施例では、集光レンズ２の光射出側の面が非軸対称面となっているが、光入射側の面が非軸対称面となっていてもよく、また、両面が非軸対称面となっていてもよい。

（第５実施例）
図２１は、本発明の第５実施例に係るレーザー走査装置の光路図である。第５実施例では、集光レンズ２は、樹脂負レンズ２ａと、ガラス正レンズ２ｂとの２枚で構成されている。樹脂負レンズ２ａは、ガラス正レンズ２ｂよりもレーザー光源１側に配置されている。樹脂負レンズ２ａは、少なくとも１面（本実施例では光入射側の面）が軸対称非球面となった軸対称非球面レンズである。ガラス正レンズ２ｂは、少なくとも１面（本実施例では光射出側の面）が球面となった球面レンズである。なお、ガラス正レンズ２ｂの残りの面は、平面であってもよい。なお、走査レンズ４は、第１実施例と同じである。

表２１は、第５実施例の光学系を数値的に示したものであり、表２２ないし表２５は、第５実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、表２１中の面番号１〜８は、それぞれ、集光レンズ２の樹脂負レンズ２ａの光入射側および光射出側の面、ガラス正レンズ２ｂの光入射側および光射出側の面、共振鏡３の光反射面、走査レンズ４の光入射側および光射出側の面、感光体５の表面を指している。その他、表の表し方については、第１実施例の場合と全く同様である。

集光レンズ２を樹脂負レンズ２ａとガラス正レンズ２ｂとで構成することによって、温度変化時のデフォーカスを抑えることができる。第１実施例では、温度変化１０度あたり約１．５ｍｍのデフォーカスが主走査断面および副走査断面とも発生するが、第５実施例では、温度変化１０度あたりのデフォーカスが、主光線近傍で計算すれば主走査断面および副走査断面とも約０．０ｍｍとなる。ただし、温度変化に伴う球面収差変化が発生し、光束全体で計算すれば主走査断面で約１．１ｍｍ、副走査断面で約０．８ｍｍのデフォーカスが発生する。なお、第１実施例では、主光線近傍で計算しても、光束全体で計算しても、上記の温度変化１０度あたりのデフォーカスは、約１．５ｍｍである。

また、ガラス正レンズ２ｂを球面レンズとすることにより、非球面レンズとする場合に比べてコストダウンを図ることができるが、球面収差が大きく発生する。しかし、樹脂負レンズ２ａの少なくとも１面が軸対称非球面であるので、集光レンズ２にて発生する球面収差を補正することができる。

（第６実施例）
図２２は、本発明の第６実施例に係るレーザー走査装置の光路図である。第６実施例では、集光レンズ２は、樹脂負レンズ２ａと、ガラス正レンズ２ｂとの２枚で構成されている。樹脂負レンズ２ａは、ガラス正レンズ２ｂよりもレーザー光源１側に配置されている。第６実施例は、樹脂負レンズ２ａの少なくとも１面（本実施例では光入射側の面）が軸対称非球面である点では第５実施例と同じであるが、ガラス正レンズ２ｂの少なくとも１面（本実施例では光射出側の面）が軸対称非球面となっている点で第５実施例とは異なっている。なお、走査レンズ４は、第１実施例と同じである。

表２６は、第６実施例の光学系を数値的に示したものであり、表２７ないし表３０は、第６実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、これらの表の表し方については、第５実施例の場合と全く同様である。

第６実施例では、ガラス正レンズ２ｂの少なくとも１面を軸対称非球面とし、樹脂負レンズ２ａの少なくとも１面を軸対称非球面としているので、温度変化時のデフォーカスだけでなく、温度変化時の球面収差の変化も抑えられている。第６実施例では、温度変化１０度あたりのデフォーカスが、主光線近傍で計算しても、光束全体で計算しても、約０．０ｍｍとなる。

（第７実施例）
第７実施例に係るレーザー走査装置は、図２２で示した第６実施例のレーザー走査装置において、集光レンズ２の樹脂負レンズ２ａの少なくとも１面（本実施例では光入射側の面）を非軸対称面とした以外は、第６実施例と同様の構成である。第７実施例では、走査レンズ４は、第１実施例と同じである。また、集光レンズ２の主走査断面内形状は、第６実施例と同じである。

表３１は、本発明の第７実施例の光学系を数値的に示したものであり、表３２ないし表３５は、第７実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、これらの表の表し方については、第５実施例の場合と全く同様である。

第７実施例では、樹脂負レンズ２ａの少なくとも１面が非軸対称面となっているので、第４実施例と同様に、主走査断面内のみならず副走査断面内の球面収差（波面収差）も抑えることができる。なお、温度変化時のデフォーカスについては、第６実施例と同じである。

（第８実施例）
図２３は、本発明の第８実施例に係るレーザー走査装置の光路図である。第８実施例では、第６実施例と同様に、集光レンズ２は、樹脂負レンズ（樹脂軸対称非球面レンズ）２ａと、ガラス正レンズ（ガラス軸対称非球面レンズ）２ｂとの２枚で構成されており、樹脂レンズ２ａのほうがガラス正レンズ２ｂよりもレーザー光源１側に配置されている。また、走査レンズ４は、両面とも非軸対称面となっている。

第８実施例では、走査レンズ４への入射光の収束度合いを他の実施例よりも緩くするとともに、走査レンズ４の位置を他の実施例とは異ならせている。すなわち、第８実施例では、共振鏡３への入射位置から、共振鏡３での偏向後走査レンズ４が無い場合に光が収束する位置までの距離ａは、約９２ｍｍである。また、共振鏡３から感光体５までの距離ｂは約２８７ｍｍ程度である。

なお、共振鏡３での偏向角は第１実施例と同じである。また、第８実施例では、走査レンズ４への入射光の収束度合いを緩くしたことにより、走査レンズ４は共振鏡３から若干遠ざかり、それに伴って走査レンズ４の主走査方向の長さも若干長くなっている。

表３６は、第８実施例の光学系を数値的に示したものであり、表３７ないし表４０は、第８実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、これらの表の表し方については、第５実施例の場合と全く同様である。

図２４は、第８実施例での像面湾曲を示しており、図２５は、第８実施例での歪曲を示している。また、図２６および図２７は、第８実施例における集光レンズ２および走査レンズ４の球面収差を波面収差（波長に対する相対値）で示したものである。ただし、図２６は、主走査断面内における波面収差を示し、図２７は、副走査断面内における波面収差を示している。第８実施例では、走査レンズ４の球面収差を打ち消すように集光レンズ２が設計されている。

第８実施例では、走査レンズ４への入射光の収束度合いを緩くしたことにより、走査レンズ４の球面収差が第１実施例の場合よりも小さくなっている。したがって、走査レンズ４の球面収差を打ち消すような集光レンズ２の設計がしやすくなる。

また、図２８ないし図３１は、第８実施例でのビーム形状を示している。これらの図では、それぞれのピーク強度に対して、１０％刻みで等高線を描画している。図２８および図２９は、ある瞬間のビーム形状であり、図３０および図３１は、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状（光エネルギーの積算結果）である。また、図２８および図３０は、画像中央でのビーム形状であり、図２９および図３１は、画像端部でのビーム形状である。図３２は、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示している。

第８実施例では、走査レンズ４への入射光の収束度合いを他の実施例よりも緩くしたことにより、上記した距離ａおよび距離ｂが両方とも若干長くなっている。しかし、走査レンズの光学性能は、第１〜第７実施例と同等であると言える。したがって、第８実施例の構成であっても、小型で高精度のレーザー走査装置を実現できることに変わりはない。

（第９実施例）
図３３は、本発明の第９実施例に係るレーザー走査装置の光路図である。第９実施例は、第８実施例よりもさらに、走査レンズ４への入射光の収束度合いを緩くしたものである。それに伴って、走査レンズ４は、第８実施例よりもさらに共振鏡３から遠ざかり、それとともに走査レンズ４の主走査方向の長さがさらに長くなっている。

より具体的には、第９実施例では、共振鏡３への入射位置から、共振鏡３での偏向後走査レンズ４が無い場合に光が収束する位置までの距離ａは、約１４９ｍｍである。また、共振鏡３から感光体５までの距離ｂは、約２９８ｍｍである。

表４１は、第９実施例の光学系を数値的に示したものであり、表４２ないし表４５は、第９実施例での光学面の面構成（面形状）を示している。なお、これらの表の表し方については、第５実施例の場合と全く同様である。

図３４は、第９実施例での像面湾曲を示しており、図３５は、第９実施例での歪曲を示している。図３６および図３７は、第９実施例における集光レンズ２と走査レンズ４の球面収差を波面収差（波長に対する相対値）で示したものである。ただし、図３６は、主走査断面内における波面収差を示し、図３７は、副走査断面内における波面収差を示している。第９実施例では、走査レンズ４にて発生している球面収差が第８実施例よりもさらに小さくなっており、集光レンズ２はその球面収差を打ち消すように設計されている。

また、図３８ないし図４１は、第９実施例でのビーム形状を示している。これらの図では、それぞれのピーク強度に対して、１０％刻みで等高線を描画している。図３８および図３９は、ある瞬間のビーム形状であり、図４０および図４１は、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状（光エネルギーの積算結果）である。また、図３８および図４０は、画像中央でのビーム形状であり、図３９および図４１は、画像端部でのビーム形状である。図４２は、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示している。

第９実施例では、走査レンズ４への入射光の収束度合いを第８実施例よりもさらに緩くしたことにより、上記した距離ａおよび距離ｂが両方とも第８実施例よりも長くなっている。しかし、走査レンズの光学性能は、第１〜第７実施例と同等であると言える。したがって、第９実施例の構成であっても、小型で高精度のレーザー走査装置を実現できることに変わりはない。

ここで、仮に、走査レンズ４への入射光の収束度合いを第９実施例よりもさらに緩くすれば、距離ａおよび距離ｂが両方ともさらに大きくなり、装置が大型化する。第９実施例では、２ａ＜ｂとなっているが、走査レンズ４への入射光の収束度合いを第９実施例よりもさらに緩くすれば、第１実施例、第８実施例、第９実施例の経緯から２ａ≧ｂとなることが容易に推測できるため、小型で高精度のレーザー走査装置を実現するためには、２ａ＜ｂであることが必要であると言える。

本発明の実施の一形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。 第１実施例に係るレーザー走査装置における光路を示す説明図である。 第１実施例の光学系の副走査断面内および主走査断面内での像面湾曲を示す説明図である。 第２実施例、第３実施例および比較例の光学系において、副走査断面内での像面湾曲を示す説明図である。 第１実施例において、主走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第１実施例において、副走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第１実施例において、偏向角に対する像高を計算した結果を示す説明図である。 本発明の各実施例において、時間に対する偏向角変化を示す説明図である。 第１実施例において、時間に対する像高変化を示す説明図である。 第１実施例での歪曲を示す説明図である。 第１実施例において、画像中央での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第１実施例において、画像端部での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第１実施例において、画像中央での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第１実施例において、画像端部での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第１実施例において、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示す説明図である。 第１実施例において、無収差時のビーム径を示す説明図である。 第２実施例において、画像端部での、ある瞬間のビーム形状を示す説明図である。 第３実施例において、画像端部での、ある瞬間のビーム形状を示す説明図である。 第４実施例において、主走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第４実施例において、副走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第５実施例に係るレーザー走査装置における光路を示す説明図である。 第６実施例に係るレーザー走査装置における光路を示す説明図である。 第８実施例に係るレーザー走査装置における光路を示す説明図である。 第８実施例での像面湾曲を示す説明図である。 第８実施例での歪曲を示す説明図である。 第８実施例において、主走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第８実施例において、副走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第８実施例において、画像中央での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第８実施例において、画像端部での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第８実施例において、画像中央での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第８実施例において、画像端部での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第８実施例において、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示す説明図である。 第９実施例に係るレーザー走査装置における光路を示す説明図である。 第９実施例での像面湾曲を示す説明図である。 第９実施例での歪曲を示す説明図である。 第９実施例において、主走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第９実施例において、副走査断面内における集光レンズおよび走査レンズの球面収差を波面収差で示す説明図である。 第９実施例において、画像中央での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第９実施例において、画像端部での、ある瞬間でのビーム形状を示す説明図である。 第９実施例において、画像中央での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第９実施例において、画像端部での、１ドットに相当する時間だけ走査したときのビーム形状を示す説明図である。 第９実施例において、ピークレベルの１３．５％の光強度で見たビームの径を示す説明図である。

符号の説明

１ レーザー光源
２ 集光レンズ（集光光学系）
２ａ 樹脂負レンズ（集光光学系）
２ｂ ガラス正レンズ（集光光学系）
３ 共振鏡（偏向器）
４ 走査レンズ（走査光学系）

Claims (15)

1. レーザー光源と、
   上記レーザー光源が発したレーザー光を収束光にする集光光学系と、
   上記集光光学系が射出した収束光を偏向する偏向器と、
   上記偏向器にて偏向されたレーザー光を被走査面上に集光する走査光学系とを有するレーザー走査装置であって、
   上記走査光学系は、負レンズ１枚で構成され、光軸付近でのパワーが主走査方向および副走査方向の両方向で同じとなる非軸対称面を少なくとも１つ有していることを特徴とするレーザー走査装置。
2. 上記偏向器は、反射面を正弦揺動させることによってレーザー光を偏向する共振鏡で構成されており、
   上記走査光学系は、上記共振鏡にて偏向されたレーザー光を被走査面上で等速走査するように収差補正されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー走査装置。
3. 上記収束光が上記偏向器に入射する位置から、上記走査光学系が無い場合に収束する位置までの距離をａとし、上記偏向器から上記被走査面までの距離をｂとしたとき、
   ２ａ＜ｂ
   を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー走査装置。
4. 上記負レンズは、被走査面側に凸のメニスカス形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザー走査装置。
5. 上記負レンズの偏向器側の面が、軸対称非球面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザー走査装置。
6. 上記負レンズの両面が、非軸対称面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザー走査装置。
7. 上記集光光学系は、主走査断面内での上記走査光学系の球面収差と逆符号の球面収差を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザー走査装置。
8. 上記走査光学系は、樹脂からなり、
   上記集光光学系は、ガラス正レンズと樹脂負レンズとの２枚からなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザー走査装置。
9. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、球面であり、
   上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であることを特徴とする請求項８に記載のレーザー走査装置。
10. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、球面であり、
    上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であることを特徴とする請求項８に記載のレーザー走査装置。
11. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であり、
    上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であることを特徴とする請求項８に記載のレーザー走査装置。
12. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であり、
    上記樹脂負レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であることを特徴とする請求項８に記載のレーザー走査装置。
13. 上記走査光学系が、樹脂からなり、
    上記集光光学系が、ガラス正レンズ１枚からなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザー走査装置。
14. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、軸対称非球面であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザー走査装置。
15. 上記ガラス正レンズの少なくとも１面が、非軸対称面であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザー走査装置。

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