JP4171284B2 - 走査光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出されたレーザー光束を、一定方向に回転する反射面を有する偏向器の当該反射面にて反射させることによって動的に偏向させ、結像光学系を透過させることによって走査対象面上に収束させて、走査対象面上に走査線を形成する走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査光学系は、例えば、電子写真方式によるレーザービームプリンタや、デジタルコピー機や、レーザーファックスや、レーザープロッタにおいて、走査対象面である感光体(感光ドラム等)の表面を変調ビームによって走査するために、用いられる。
【０００３】
具体的には、走査光学系は、画像情報に従ってオンオフ変調されたレーザービームをポリゴンミラーによって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させる。これにより、走査光学系は、オンオフ変調されたスポット光を走査対象面上で主走査方向に沿って等速度で走査させ、複数のドットからなる二次元状の画像を走査対象面上に形成する。
【０００４】
ところで、走査光学系においては、各光学素子の表面における不要な反射に因るゴーストを如何に除去するかが、設計上の重要事項である。このような不要な反射は、例えば、結像光学系を構成する各レンズの各レンズ面において、生じ得る。そして、何れかのレンズ面に入射したレーザー光束の一部が反射することによって生じた反射光(ゴースト光)は、当該レーザー光束のビーム軸方向及びレンズ面に対する入射角に依って定まる方向へ戻る。そして、ゴースト光が戻された方向にポリゴンミラーの各反射面が存在する場合には、ゴースト光がこの反射面によって再度反射されてしまう。
【０００５】
このとき、レーザー光束を反射・偏向している反射面にゴースト光が入射したのであれば、このゴースト光はこのレーザー光束が入射してきた方向に近い方向へ反射されるので、結像光学系に再入射することはない。
【０００６】
これに対して、レーザー光束を反射・偏向している反射面と隣接する反射面にゴースト光が入射した場合には、このゴースト光は結像光学系に再入射して、走査対象面である感光体に入射して、感光体を部分的に露光させてしまう可能性がある。このようなゴースト光に因る露光のムラ(ゴースト)は、走査光学系全体としての描画性能を劣化させる問題を生じる。
【０００７】
図９は、後述する主走査断面における結像光学系によるゴースト発生の説明図であり、図１０は、その副走査方向における説明図である。例えば、図９及び図１０に示すように、結像光学系であるfθレンズ４５を構成する各レンズ４１，４２のうち、レンズ面４２ａにおいてレーザー光束の一部が反射されるとする。このとき、レンズ面４２ａにおいて反射された反射光の一部(ゴースト光)は、レンズ４１を透過して、ポリゴンミラー４０のレーザー光束を反射・偏向している反射面と隣接する反射面に入射する。そして、このゴースト光は、ポリゴンミラー４０によって再度反射・偏向され、fθレンズ４５に再入射して走査対象面に入射し、感光体を露光させる。
【０００８】
このようなゴーストを除去するには、各レンズ面での反射率をゼロにすることが本質的であるが、各レンズ面に施すコーティングの層数は、反射率をゼロに近づけようとすればするほど多くなってしまうので、コスト高騰を招いてしまう一方、コーティングによって反射率を完全にゼロにすることは不可能である。
【０００９】
一方、ゴースト光を除去するために、ゴースト光を反射させるレンズ面を有するレンズを以下に述べる副走査断面内で所定角度だけ傾ける方法 (例えば、特許文献１参照)がある。また、一つのレンズのレンズ面を偏心させることによってゴースト光を除去すると同時に、当該レンズ面の偏心によって生じるＢｏｗ(走査線湾曲)を別のレンズのレンズ面を偏心させることによって補正する方法(例えば、特許文献２参照)がある。
【００１０】
モノクロプリンター用走査光学系の場合、１つの光束しか使用されないので、上述したような手段が有効であるといえる。例えば、図９及び図１０に示されるように、ポリゴンミラー４０に近接して配置されて主として主走査方向にパワーを有するレンズ４１(以下「走査レンズ」という)と、このレンズよりも走査対象面寄りに配置されており、像面湾曲やfθ特性誤差などを補正する機能を持つレンズ４２(以下「長尺レンズ」という)とから構成されるfθレンズ４５において、長尺レンズ４２の何れかの面で反射された光束がゴースト光となる場合は、ゴースト発生面を有する当該長尺レンズ４２を偏心させるとともに、その際に発生するＢｏｗを補正するために走査レンズ４１を偏心させることでＢｏｗを小さくすることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−３４６５５３号公報
【特許文献２】
特開平７−２３００５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１の斜視図に示すような、カラープリンタ等に使用される所謂１ポリゴンタンデム走査光学系（即ち、複数の発光点から発した光束を一個のポリゴンミラーの反射面にて同時に反射させ、各光束毎に備えられた走査対象面上に収束させる走査光学系）の場合には、問題がある。図１１に示されるように、このような１ポリゴンタンデム走査光学系においては、カラー画像の各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した複数の光束が、ポリゴンミラー５０の各反射面におけるほぼ一点にて反射され、反射後は副走査方向に拡がりながら進行するので、同じ走査レンズ５１に対して副走査方向において異なる角度で入射する。その後、走査レンズ５１を透過した複数の光束は、夫々に対応して備えられた折り返しミラー５３，５４によって反射され、夫々に対応した長尺レンズ５２を透過し、夫々に対応した感光ドラム上に潜像（各色成分毎の潜像）を形成する。そのため、何れかの光束に対応して配置された長尺レンズ５２の何れかのレンズ面にてゴースト光が発生する場合において、当該長尺レンズ５２全体又はそのレンズ面を偏心させることによって除去し、その際に生じるＢｏｗを補正するために走査レンズ５１を偏心させようとすると、当該走査レンズ５１には他に複数の光束が入射しているため、ゴースト光を発生させていないその他の光束にも影響を与えてしまい、結果として走査光学系全体の性能を劣化させてしまうのである。
【００１３】
また、あるレンズ面の偏心で生じたＢｏｗを補正するためにそれ以外のレンズ面を偏心させる場合、偏心させるレンズ面の形状に依存して必要な偏心量が定まるので、場合によっては、必要な偏心量が大きすぎてレンズ面の加工が困難になってしまうこともあり、更には、あるレンズ面の偏心で生じたＢｏｗがそれ以外のレンズ面を偏心させるだけでは充分に補正されないこともあった。
【００１４】
そこで、本発明は、走査光学系における結像レンズのレンズ面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減できる走査光学系の提供を、課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために案出された本発明による走査光学系は、複数の光源から発された複数のレーザー光束を同時に主走査方向に動的に偏向し、夫々の光束に対応する走査対象面上に収束させる走査光学系において、主走査方向に直交する副走査方向においてそれぞれ異なった角度でその反射面に入射した各レーザー光束を同時に主走査方向へ動的に偏向する偏向器と、この偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束を夫々に対応した走査対象面上に収束させるための結像光学系とを備え、前記結像光学系は、前記偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束が共に入射する第１レンズ群と、当該第１レンズ群を透過した各光束毎に、その光束が夫々入射する位置に配置され、少なくともゴースト光を反射させるレンズ面の光学面基準軸が、前記第１レンズ群の光軸に対して副走査断面内で非平行となり、当該ゴースト光を前記第１レンズ外へ向かわせるようにチルトしているとともに、少なくとも一のレンズ面が前記チルトに因って生じたボウを補正するために主走査方向、副走査方向それぞれ、光学面基準軸からの高さに関する多項式で表現される非球面である二次元多項式非球面として形成されている第２レンズ群とからなる。
【００１６】
このように構成された本発明による走査光学系では、何れかの光束に対応して設けられた第２レンズ群の何れかのレンズ面においてゴースト光となり得る反射光が生じる場合には、そのレンズ面のみ，又は、そのレンズ面を有するレンズ全体を副走査方向に偏心させて、その反射光を副走査方向に偏向させることによって、その反射光が走査レンズを通って偏向器に再入射することが防止される。一方、このようにしてレンズ面が副走査方向に偏心されることによって生じるＢｏｗ（走査線湾曲）は、第２レンズ群に含まれる二次元多項式非球面（主走査方向、副走査方向それぞれ、光学面基準軸からの高さに関する多項式で表現される非球面）によって打ち消される。即ち、二次元多項式非球面は、副走査方向及び主走査方向において独立した自由度を有しているので、第２レンズ群に本来求められる像面湾曲やｆθ特性誤差の補正機能を維持したまま、Ｂｏｗを補正することができる。
【００１７】
なお、第２レンズ群は、各光束毎に単レンズから構成されても良いし、複数枚のレンズから構成されても良い。後者の場合には、ゴースト光の偏向器への再入射を防止するために偏心されるレンズ面と二次元多項式非球面とは、同じレンズのレンズ面であっても良いが、別のレンズのレンズ面であっても良い。偏心されるレンズ面と二次元多項式非球面とが同一のレンズに形成される場合、同一のレンズの一方のレンズ面が偏心されて他方のレンズ面が二次元多項式非球面として形成されても良いし、同一のレンズ面が偏心されるとともに二次元多項式非球面として形成されても良い。
【００１８】
ゴースト光となり得る反射光を生じるレンズ面を走査レンズの光学面基準軸（光軸）に対して偏心させるためにそのレンズ面を有するレンズ全体が偏心される場合には、レンズ外枠形状(コバ)の中心軸に対してレンズ面の光学面基準軸（光軸）が偏心するようにコバ取りがなされても良いし、レンズ外枠形状の中心軸とレンズ面の光学面基準（光軸）とが同軸となっているがこのレンズを走査光学系のフレームに取り付ける際にその光軸が走査レンズの光学面基準軸（光軸）に対して偏心するように取り付けられても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る走査光学系の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態による走査光学系の基本構成を展開した状態を示す説明図である。本実施形態による走査光学系は、所謂１ポリゴンタンデム走査光学系であり、後述するように、同一のカラー画像信号から生成されたシアン，マゼンタ，イエロー及び黒の各色成分毎の画像信号に基づいて夫々変調された４系統のレーザー光束を同一のポリゴミラーによって同時に動的に偏向して、夫々に対応した計４個の走査対象面上を走査する光学装置である。図１は、このような機能を備えた本実施形態による走査光学系を構成する各構成要素のうち、一の色成分に関する構成のみを取り出して、光軸が一直線状となるように展開して示すものである。
【００２０】
図１に示すように、この走査光学系１０は、レーザー光を発するレーザー光源１１，このレーザー光源１１から発したレーザー光を収束するシリンドリカルレンズ１２，その各側面がレーザー光を反射する反射面として形成された多角柱形状を有するとともにその中心軸１３ａを中心に回転するポリゴンミラー１３，及び、ポリゴンミラー１３により偏向された光束を収束させる結像光学系としてのfθレンズ２０を、備えている。なお、以下の説明の理解を容易にするために、ポリゴンミラー１３の中心軸１３ａに直交する面と平行な方向を「主走査方向」と定義し、中心軸１３ａと平行な方向を「副走査方向」と定義する。
【００２１】
レーザー光源１１から発したレーザー光束は、当該レーザー光源１１とシリンドリカルレンズ１２との間にある不図示のコリメートレンズによって平行光束とされ、シリンドリカルレンズ１２によって副走査方向にのみ収束されることにより、主走査方向に延びた線像を形成する。
【００２２】
ポリゴンミラー１３は、その中心軸１３ａを中心として回転することによって、各反射面をシリンドリカルレンズ１２による線像形成位置近傍に順次挿入する。従って、レーザー光束は、回転に伴ってその方向を主走査方向に振る各反射面によって反射されることにより、図１に示すように、主走査方向において動的に偏向(走査)される。このようにして動的に偏向されたレーザー光束は、fθレンズ２０を透過することによって走査対象面Ｓ上に収束され、走査対象面上を主走査方向に沿ってほぼ等速度に走査される。
【００２３】
なお、レーザー光源１１から発せられたレーザー光束は、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー１３の各反射面によって反射され、fθレンズ２０によって走査対象面Ｓ上に収束されるが、副走査方向においては、副走査方向にパワーを持ったシリンドリカルレンズ１２によりポリゴンミラー１３の各反射面近傍で一旦収束された後に、発散光としてfθレンズ２０に入射し、fθレンズ２０によって走査対象面Ｓ上に再び収束される。このように、副走査方向においては、fθレンズ２０によってポリゴンミラー１３の各反射面と走査対象面Ｓとがほぼ共役関係となっているために、レーザー光束は、ポリゴンミラー１３のどの反射面によって反射されても、各反射面のわずかな傾き(いわゆる「面倒れ」)の有無に拘わらず、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００２４】
fθレンズ２０は、第１レンズ群である一枚の走査レンズ２１と、各レーザー光束に対応した第２レンズ群である長尺レンズ２２とから、構成される。このうち、走査レンズ２１は、主に主走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するレンズであり、長尺レンズ２２は、主に副走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するとともに、副走査像面湾曲を補正する機能をも負担するレンズである。これらfθレンズ２０を構成する各レンズ２１，２２の光軸は、主走査方向において同軸となっている。そして、走査レンズ２１の光軸は、レーザー光源１１から発して、ポリゴンミラー１３の反射面の中心において反射されたレーザー光束のビーム軸とほぼ重なっている。これに対して、長尺レンズ２２の第２面は、ゴースト光となり得る反射光を反射するレンズ面（即ち、副走査パワーの小さい面）であるので、そのような反射光を副走査方向に偏向して走査レンズ２１外へ向かわせるために、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向へティルトする（換言すると、長尺レンズ２２の光学面基準軸が、走査レンズ２１の光軸に対して後述する副走査断面内で非平行となる）ことによって、偏心している。レーザー光束が各反射面の中央に入射する時に当該反射面の中央が存在する位置は、レーザー光束の反射点の平均位置であり、レーザー光束の動的な偏向の中心とみなすことができるので、以下、「偏向点」という。
【００２５】
なお、fθレンズ２０を構成する各レンズ２１，２２のレンズ面は、回転対称非球面でない場合もあるが、そのような形状を持つレンズ面には本来の意味での光軸を、定義することができない。そのため、以下、「光軸」との文言は、各レンズ面の面形状を式によって表現する時に設定される原点を通る軸(光学面基準軸)との意味で、用いられるものとする。
また、走査レンズ２１の光軸を含みポリゴンミラー１３の中心軸１３ａに直交する面を「主走査断面」と定義し、走査レンズ２１の光軸を含み前記主走査断面に直交する面を「副走査断面」と定義する。
【００２６】
走査対象面Ｓは、具体的には、回転ドラムの感光面(外周面)であり、この回転ドラムは、fθレンズ２０の光軸に直交して主走査方向を向いた回転軸を中心として、回転する。
【００２７】
以上に説明した走査光学系１０の基本構成のうち、シリンドリカルレンズ１２，ポリゴンミラー１３及び走査レンズ２１以外（即ち、レーザー光源１１，長尺レンズ２２，走査対象面Ｓ）は、カラー印刷のための各トナーの色，即ち、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色成分毎に、備えられている。
【００２８】
図２は、本実施形態の走査光学系全体(但し、レーザー光源１１及びシリンドリカルレンズ１２を除く)の副走査断面における構成を、上述した展開を行うことなく、実際の配置通りに示す光学構成図である。ポリゴンミラー１３の各反射面に対して、４個のレーザー光源１１から夫々発した各色成分に対応した４系統のレーザー光束は、互いに平行な平行光束として同一のシリンドリカルレンズ１２を透過することにより、副走査方向において、互いに異なる方向から、同一の偏向点へ向かって進行する。その結果、図２に示されるように、この偏向点近傍に存在するポリゴンミラー１３の各反射面によって各色成分に対応した４系統のレーザー光束は、同時に反射される。このようにして反射された各レーザー光束は、走査レンズ２１の光軸Ｐ１に対して夫々別個の角度をなして拡がりながら進行し、共通の走査レンズ２１に入射した後に、夫々に対応した長尺レンズ２２を透過して、夫々に対応した感光ドラム６０に照射される。従って、ポリゴンミラー１３の一つの反射面による一回の偏向によって、４つの感光ドラム６０上において同時に走査が行われる。
【００２９】
なお、走査光学系１０のユニットサイズをできるだけ小型化するために、図２に示すように、ポリゴンミラー１３によって偏向された４本のレーザー光束の光路が、夫々、折り返しミラー２３，２４によって折り曲げられている。この際、各fθレンズ２０を透過するレーザー光束の波長は同一であるので、各折り返しミラー２３，２４の位置は、各fθレンズ２０の走査レンズ２１から長尺レンズ２２までの光路長が互いに等しくなって各fθレンズ２０が互いに同一の光学特性を奏することができるよう、夫々配置されている。
【００３０】
各感光ドラム６０は、互いに同じ大きさの円柱形状の外形を有するように形成されており、各長尺レンズ２２の光束射出側において、各長尺レンズ２２から等距離の位置に、夫々配置されている。
【００３１】
以上のように構成される走査光学系１０が内部に組み込まれている装置，例えばカラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０を所定の回転角速度で回転させるとともに、入力される画像情報に従ってオンオフ変調した各色成分毎のレーザー光束を、走査対象面Ｓである各感光ドラム６０の外周面(感光面)上で繰り返し走査させることにより、複数の線状のレーザースポットの軌跡(走査線)からなる二次元状の静電潜像を各走査対象面Ｓ上に描画する。そして、カラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０上に描画された静電潜像に帯電トナーを静電的に吸着させてトナー像を形成し、そのトナー像を印刷用紙に転写させる。このとき、カラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０上の対応する走査線が印刷用紙の同一線上に重なるように印刷用紙を搬送するので、画像情報に基づくカラー画像を印刷用紙に印刷することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の走査光学系１０において、走査光学系における個々の色成分に対応する長尺レンズ２２の第２面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減するための具体的構成を、実施例を２つ挙げて説明する。
【００３３】
なお、本実施形態の各実施例において長尺レンズ２２の両レンズ面は、レンズ外枠形状(コバ)に対しては偏心していない。組立作業者が、一連の組立作業において、長尺レンズ２２を図示せぬフレームに取り付ける時に、当該長尺レンズ２２の両レンズ面が走査レンズ２１の光軸に対して偏心した状態になるようにフレームに取り付けるのである。
【００３４】
【実施例１】
図３及び図４は、本実施形態の第１の実施例の副走査方向における展開図である。但し、これら図３及び図４において、一点鎖線Ａ１は走査レンズ２１における光学面基準軸を示し、一点鎖線Ａ２はＡ１を所定量平行移動（シフト）させた軸を示す。また、図が煩雑となるのを避けるために、レーザー光源１１、からポリゴンミラー１３までの間におけるレーザー光束及び長尺レンズ２２を透過した正規光束については省略している。
【００３５】
実施例１において、長尺レンズ２２の第２面は、回転対称面であり、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向へティルト（ティルト量は−10°）することによって、偏心している。なお、ティルト量は、図３及び図４の紙面上において走査レンズ２１の光学面基準軸Ａ１に対して時計方向に傾いている時に負，反時計方向に傾いている時に正の符号をとる角度である。その結果、長尺レンズ２２の第２面で反射した光束は、副走査方向において走査レンズ２１の外側を通過するようになるので、ポリゴンミラー１３には入射しない。
【００３６】
また、長尺レンズ２２の第１面には、第２面の偏心で生じたBowを補正するために、二次元多項式非球面(即ち、主走査方向，副走査方向それぞれの高さに関する多項式で表現される非球面)が、用いられている。そして、この第１面には、強い副走査方向のパワーが与えられているため、この第１面自体によって反射された光束も、図４に示すように副走査方向において大きく発散されるので、ゴースト光とはならない。
【００３７】
以下、実施例１における具体的な設計数値をあげる。
実施例１では、fθレンズ２０全体としての焦点距離は200mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は216mmであり、設計波長は780nmであり、主走査方向においてポリゴンミラー１３に入射するレーザー光束と走査レンズ２１の光軸とがなす角度(即ち、「偏向角」のことであり、主走査断面内において、走査レンズ２１の光学面基準軸に対してレーザー光束が時計方向に角度をなす時に負，反時計方向に角度をなす時に正の符号をとる)は、−65.0°であり、ポリゴンミラー１３の各反射面に入射するレーザー光束(即ち、ゴースト光を生じる長尺レンズ２２に入射するレーザー光束)の副走査方向における入射角は−0.95°(副走査断面内において、走査レンズ２１の光学面基準軸に対してレーザー光束が時計方向に角度をなす時に負，反時計方向に角度をなす時に正の符号をとる)である。
【００３８】
実施例１におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上（即ち、走査レンズ２１の光軸上）における各面の具体的数値構成を、表１に示す。但し、長尺レンズ２２の光軸は走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向に偏心しているので、長尺レンズ２２の各面については、その光軸に対する近軸条件が示されている。
【００３９】
【表１】
表１において、Noは面番号であり、No１及びNo２がシリンドリカルレンズ１２の前面及び後面，No３がポリゴンミラー１３の各反射面，No４及びNo５が走査レンズ２１の第１面及び第２面，No６及びNo７が長尺レンズ２２の第１面及び第２面，No８が走査対象面Ｓである。また、表１において、記号Ryは、主走査方向における曲率半径(単位[mm])である。同様に、記号Rzは、副走査方向における曲率半径(単位[mm])であるが、Ryと同じ場合(即ち、その面の形状が回転対称形状である場合)には省略される。また、表１において、記号Ｄは光軸(ビーム軸)上における次の面までの距離(単位[mm])であり、記号Ｎは、次の面までの間の媒質の設計波長に対する屈折率(空気については省略)である。また、表１において、記号DECZは、前の面に対する副走査方向への光学面基準軸軸位置のズレ（シフト）量(単位[mm])であり、図３及び図４の上方 (即ち、副走査方向においてレーザー光源１１がある側とは逆側) へシフトしている場合に正の符号をとる。
【００４０】
表１から明らかなように、シリンドリカルレンズ１２の前面はシリンドリカル面であり、後面は平面である。また、走査レンズ１２の第1面と長尺レンズ２２の第２面は回転対称面である。
【００４１】
走査レンズ２１の第２面は、アナモフィック非球面(即ち、主走査断面は光軸からの主走査方向の関数，副走査断面は曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として、独立に定義される非球面)である。従って、その主走査方向における形状は、光軸からの高さ(ｙ)の点における光軸での接平面からのサグ量X(ｙ)として、下記式(１)により表され、主走査方向の各高さ(ｙ)での副走査方向における形状は、円弧の曲率1/[Rz(y)]として、下記式(２)により表される。
これら式(１)，(２)において、Ry及びRzは夫々表1に挙げられた主走査方向及び副走査方向における近軸曲率半径、κは円錐係数、AM1，AM2，AM3，AM4，AM5，AM6，AM7，AM8…は夫々主走査方向に関する１次，２次，３次，４次，５次，６次，７次，８次…の非球面係数であり、AS1，AS2，AS3，AS4，AS5，AS6，AS7，AS8…は夫々副走査方向に関する１次，２次，３次，４次，５次，６次，７次，８次…の非球面係数である。実施例１において走査レンズ２１の第２面の具体的形状を特定するためにこれら各式(１)，(２)に適用される各係数を、表２に示す。
【００４２】
【表２】
像面湾曲補正レンズ２２の第１面は、二次元多項式非球面である。従って、その形状は、主走査方向及び副走査方向の光軸からの高さが夫々（ｙ），（ｚ）の点における光軸での接平面からのサグ量（ｙ，ｚ）として、下記式（３）により表される。
Ｘ（ｙ，ｚ）＝１／Ｒｙ・（ｙ2＋ｚ2）／［１＋√［１−（κ＋１）・
（ｙ2＋ｚ2）／Ｒｙ2］］＋Σｂｍｎｙmｚｎ ……（３）
式（３）において、Ｒｙは表１に挙げられた主走査方向における近軸曲率半径、κは円錐係数、Ｂｍｎは主走査方向における次数がｍ次であって副走査方向における次数がｎ次である非球面係数である。実施例１において像面湾曲補正レンズ２２の第１面の具体的形状を特定するために式（３）に適用される各係数を表３に示す。
【００４３】
【表３】
これにより、像面湾曲補正レンズ２２第１面の二次元多項式非球面は主走査方向に光軸から離れるに従って面の法線と光軸とのなす角が大きくなるような形状となる。
なお、図５は、実施例１における走査線湾曲(Ｂｏｗ)を示すグラフ図である。図５の縦軸は主走査方向の像高Y(単位：mm)、横軸は副走査方向へのスポットの位置ズレ量(収差量(単位：mm))を示しており、一点鎖線が実際の走査線が描くラインである。図５より、走査光学系１０が実施例１のように構成されると良好にＢｏｗが補正されることが分かる。
【００４４】
【実施例２】
図６及び図７は、本実施形態の第２の実施例の副走査方向における展開図である。但し、これら図６及び図７においては、一点鎖線Ａ３は走査レンズ２１における光学面基準軸を示し、一点鎖線Ａ４はＡ３を所定量平行移動（シフト）させた軸を示す。また、図が煩雑となるのを避けるために、レーザー光源１１からポリゴンミラー１３までの間におけるレーザー光束及び、長尺レンズ２２を透過した正規光束については省略している。
【００４５】
実施例２において、長尺レンズ２２の第２面は、トーリック面であり、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸（又は光学面基準軸）に対して副走査方向へティルト（ティルト量は−１０°）することによって、偏心している。その結果、長尺レンズ２２の第２面で反射した光束は、副走査方向において走査レンズ２１の外側を通過するようになるので、ポリゴンミラー１３には入射しない。
【００４６】
また、実施例１と同様に、長尺レンズ２２の第１面には、第２面の偏心で生じたＢｏｗを補正するために二次元多項式非球面が用いられている。そして、この第１面には、強い副走査パワーが与えられているため、この第１面自体によって反射された光束も、図７に示すように副走査方向において大きく発散されるので、ゴースト光とはならない。なお、実施例２において、長尺レンズ２２の第１面と第２面の副走査パワーは、略一致している。
【００４７】
以下、実施例２における具体的な設計数値をあげる。
実施例２では、fθレンズ２０全体としての焦点距離は200mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は216mmであり、設計波長は780nmであり、主走査方向においてポリゴンミラー１３に入射するレーザー光束と走査レンズ２１の光軸とがなす角度(即ち、偏向角)は、−65.0°であり、ポリゴンミラー１３の各反射面に入射するレーザー光束(即ち、ゴースト光を生じる長尺レンズ２２に入射するレーザー光束)の副走査方向における入射角は−0.95°である。
【００４８】
実施例２におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上（即ち、走査レンズ２１の光軸上）における各面の具体的数値構成を、表４に示す。表４における各記号の意味は、上述した表１のものと同じである。
【００４９】
【表４】
表４から明らかなように、シリンドリカルレンズ１２の前面はシリンドリカル面であり、後面は平面である。また、走査レンズ２１の第１面は回転対称面である。長尺レンズ２２の第２面はトーリック面である。
【００５０】
走査レンズ２１の第２面は、アナモフィック非球面である。実施例２において走査レンズ２１の第２面の具体的形状を特定するために上記各式(１)，(２)に適用される各係数を、表５に示す。
【００５１】
【表５】
像面湾曲補正レンズ２２の第１面は、二次元多項式非球面である。実施例２において長尺レンズ２２の第１面の具体的形状を特定するために上記式（３）に適用される各係数を、表６に示す。
【００５２】
【表６】
これにより、像面湾曲補正レンズ２２第１面の二次元多項式非球面は主走査方向に光軸から離れるに従って面の法線と光軸とのなす角が大きくなるような形状となる。
なお、図８は、実施例２における走査線湾曲(Ｂｏｗ)を示すグラフ図である。図８の縦横両軸の意義は図５のものと同じである。走査光学系１０が実施例２のように構成されると良好にＢｏｗが補正されることが分かる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査光学系における結像レンズのレンズ面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による走査光学系を展開した状態を示す概略光学構成図
【図２】 ポリゴンミラーから各感光ドラムまでの走査光学系の副走査方向における光学構成を示す光学構成図
【図３】 実施例１の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図４】 実施例１の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図５】 実施例１の走査線湾曲を示すグラフ図
【図６】 実施例２の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図７】 実施例２の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図８】 実施例２の走査線湾曲を示すグラフ図
【図９】 従来の走査光学系を展開した状態を示す概略光学構成図
【図１０】 従来の走査光学系の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図１１】 １ポリゴンタンデム走査光学系を示す斜視図
【符号の説明】
１０ 走査光学系
１１ レーザー光源
１２ シリンドリカルレンズ
１３ ポリゴンミラー
２０ 結像光学系(fθレンズ)
２１ 第１レンズ群(走査レンズ)
２２ 第２レンズ群(長尺レンズ)
Ｓ 走査対象面
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出されたレーザー光束を、一定方向に回転する反射面を有する偏向器の当該反射面にて反射させることによって動的に偏向させ、結像光学系を透過させることによって走査対象面上に収束させて、走査対象面上に走査線を形成する走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査光学系は、例えば、電子写真方式によるレーザービームプリンタや、デジタルコピー機や、レーザーファックスや、レーザープロッタにおいて、走査対象面である感光体(感光ドラム等)の表面を変調ビームによって走査するために、用いられる。
【０００３】
具体的には、走査光学系は、画像情報に従ってオンオフ変調されたレーザービームをポリゴンミラーによって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させる。これにより、走査光学系は、オンオフ変調されたスポット光を走査対象面上で主走査方向に沿って等速度で走査させ、複数のドットからなる二次元状の画像を走査対象面上に形成する。
【０００４】
ところで、走査光学系においては、各光学素子の表面における不要な反射に因るゴーストを如何に除去するかが、設計上の重要事項である。このような不要な反射は、例えば、結像光学系を構成する各レンズの各レンズ面において、生じ得る。そして、何れかのレンズ面に入射したレーザー光束の一部が反射することによって生じた反射光(ゴースト光)は、当該レーザー光束のビーム軸方向及びレンズ面に対する入射角に依って定まる方向へ戻る。そして、ゴースト光が戻された方向にポリゴンミラーの各反射面が存在する場合には、ゴースト光がこの反射面によって再度反射されてしまう。
【０００５】
このとき、レーザー光束を反射・偏向している反射面にゴースト光が入射したのであれば、このゴースト光はこのレーザー光束が入射してきた方向に近い方向へ反射されるので、結像光学系に再入射することはない。
【０００６】
これに対して、レーザー光束を反射・偏向している反射面と隣接する反射面にゴースト光が入射した場合には、このゴースト光は結像光学系に再入射して、走査対象面である感光体に入射して、感光体を部分的に露光させてしまう可能性がある。このようなゴースト光に因る露光のムラ(ゴースト)は、走査光学系全体としての描画性能を劣化させる問題を生じる。
【０００７】
図９は、後述する主走査断面における結像光学系によるゴースト発生の説明図であり、図１０は、その副走査方向における説明図である。例えば、図９及び図１０に示すように、結像光学系であるfθレンズ４５を構成する各レンズ４１，４２のうち、レンズ面４２ａにおいてレーザー光束の一部が反射されるとする。このとき、レンズ面４２ａにおいて反射された反射光の一部(ゴースト光)は、レンズ４１を透過して、ポリゴンミラー４０のレーザー光束を反射・偏向している反射面と隣接する反射面に入射する。そして、このゴースト光は、ポリゴンミラー４０によって再度反射・偏向され、fθレンズ４５に再入射して走査対象面に入射し、感光体を露光させる。
【０００８】
このようなゴーストを除去するには、各レンズ面での反射率をゼロにすることが本質的であるが、各レンズ面に施すコーティングの層数は、反射率をゼロに近づけようとすればするほど多くなってしまうので、コスト高騰を招いてしまう一方、コーティングによって反射率を完全にゼロにすることは不可能である。
【０００９】
一方、ゴースト光を除去するために、ゴースト光を反射させるレンズ面を有するレンズを以下に述べる副走査断面内で所定角度だけ傾ける方法 (例えば、特許文献１参照)がある。また、一つのレンズのレンズ面を偏心させることによってゴースト光を除去すると同時に、当該レンズ面の偏心によって生じるＢｏｗ(走査線湾曲)を別のレンズのレンズ面を偏心させることによって補正する方法(例えば、特許文献２参照)がある。
【００１０】
モノクロプリンター用走査光学系の場合、１つの光束しか使用されないので、上述したような手段が有効であるといえる。例えば、図９及び図１０に示されるように、ポリゴンミラー４０に近接して配置されて主として主走査方向にパワーを有するレンズ４１(以下「走査レンズ」という)と、このレンズよりも走査対象面寄りに配置されており、像面湾曲やfθ特性誤差などを補正する機能を持つレンズ４２(以下「長尺レンズ」という)とから構成されるfθレンズ４５において、長尺レンズ４２の何れかの面で反射された光束がゴースト光となる場合は、ゴースト発生面を有する当該長尺レンズ４２を偏心させるとともに、その際に発生するＢｏｗを補正するために走査レンズ４１を偏心させることでＢｏｗを小さくすることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−３４６５５３号公報
【特許文献２】
特開平７−２３００５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１の斜視図に示すような、カラープリンタ等に使用される所謂１ポリゴンタンデム走査光学系（即ち、複数の発光点から発した光束を一個のポリゴンミラーの反射面にて同時に反射させ、各光束毎に備えられた走査対象面上に収束させる走査光学系）の場合には、問題がある。図１１に示されるように、このような１ポリゴンタンデム走査光学系においては、カラー画像の各色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）に対応した複数の光束が、ポリゴンミラー５０の各反射面におけるほぼ一点にて反射され、反射後は副走査方向に拡がりながら進行するので、同じ走査レンズ５１に対して副走査方向において異なる角度で入射する。その後、走査レンズ５１を透過した複数の光束は、夫々に対応して備えられた折り返しミラー５３，５４によって反射され、夫々に対応した長尺レンズ５２を透過し、夫々に対応した感光ドラム上に潜像（各色成分毎の潜像）を形成する。そのため、何れかの光束に対応して配置された長尺レンズ５２の何れかのレンズ面にてゴースト光が発生する場合において、当該長尺レンズ５２全体又はそのレンズ面を偏心させることによって除去し、その際に生じるＢｏｗを補正するために走査レンズ５１を偏心させようとすると、当該走査レンズ５１には他に複数の光束が入射しているため、ゴースト光を発生させていないその他の光束にも影響を与えてしまい、結果として走査光学系全体の性能を劣化させてしまうのである。
【００１３】
また、あるレンズ面の偏心で生じたＢｏｗを補正するためにそれ以外のレンズ面を偏心させる場合、偏心させるレンズ面の形状に依存して必要な偏心量が定まるので、場合によっては、必要な偏心量が大きすぎてレンズ面の加工が困難になってしまうこともあり、更には、あるレンズ面の偏心で生じたＢｏｗがそれ以外のレンズ面を偏心させるだけでは充分に補正されないこともあった。
【００１４】
そこで、本発明は、走査光学系における結像レンズのレンズ面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減できる走査光学系の提供を、課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために案出された本発明による走査光学系は、複数の光源から発された複数のレーザー光束を同時に主走査方向に動的に偏向し、夫々の光束に対応する走査対象面上に収束させる走査光学系において、主走査方向に直交する副走査方向においてそれぞれ異なった角度でその反射面に入射した各レーザー光束を同時に主走査方向へ動的に偏向する偏向器と、この偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束を夫々に対応した走査対象面上に収束させるための結像光学系とを備え、前記結像光学系は、前記偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束が共に入射する第１レンズ群と、当該第１レンズ群を透過した各光束毎に、その光束が夫々入射する位置に配置され、少なくともゴースト光を反射させるレンズ面の光学面基準軸が、前記第１レンズ群の光軸に対して副走査断面内で非平行となり、当該ゴースト光を前記第１レンズ外へ向かわせるようにチルトしているとともに、少なくとも一のレンズ面が前記チルトに因って生じたボウを補正するために主走査方向、副走査方向それぞれ、光学面基準軸からの高さに関する多項式で表現される非球面である二次元多項式非球面として形成されている第２レンズ群とからなる。
【００１６】
このように構成された本発明による走査光学系では、何れかの光束に対応して設けられた第２レンズ群の何れかのレンズ面においてゴースト光となり得る反射光が生じる場合には、そのレンズ面のみ，又は、そのレンズ面を有するレンズ全体を副走査方向に偏心させて、その反射光を副走査方向に偏向させることによって、その反射光が走査レンズを通って偏向器に再入射することが防止される。一方、このようにしてレンズ面が副走査方向に偏心されることによって生じるＢｏｗ（走査線湾曲）は、第２レンズ群に含まれる二次元多項式非球面（主走査方向、副走査方向それぞれ、光学面基準軸からの高さに関する多項式で表現される非球面）によって打ち消される。即ち、二次元多項式非球面は、副走査方向及び主走査方向において独立した自由度を有しているので、第２レンズ群に本来求められる像面湾曲やｆθ特性誤差の補正機能を維持したまま、Ｂｏｗを補正することができる。
【００１７】
なお、第２レンズ群は、各光束毎に単レンズから構成されても良いし、複数枚のレンズから構成されても良い。後者の場合には、ゴースト光の偏向器への再入射を防止するために偏心されるレンズ面と二次元多項式非球面とは、同じレンズのレンズ面であっても良いが、別のレンズのレンズ面であっても良い。偏心されるレンズ面と二次元多項式非球面とが同一のレンズに形成される場合、同一のレンズの一方のレンズ面が偏心されて他方のレンズ面が二次元多項式非球面として形成されても良いし、同一のレンズ面が偏心されるとともに二次元多項式非球面として形成されても良い。
【００１８】
ゴースト光となり得る反射光を生じるレンズ面を走査レンズの光学面基準軸（光軸）に対して偏心させるためにそのレンズ面を有するレンズ全体が偏心される場合には、レンズ外枠形状(コバ)の中心軸に対してレンズ面の光学面基準軸（光軸）が偏心するようにコバ取りがなされても良いし、レンズ外枠形状の中心軸とレンズ面の光学面基準（光軸）とが同軸となっているがこのレンズを走査光学系のフレームに取り付ける際にその光軸が走査レンズの光学面基準軸（光軸）に対して偏心するように取り付けられても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る走査光学系の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態による走査光学系の基本構成を展開した状態を示す説明図である。本実施形態による走査光学系は、所謂１ポリゴンタンデム走査光学系であり、後述するように、同一のカラー画像信号から生成されたシアン，マゼンタ，イエロー及び黒の各色成分毎の画像信号に基づいて夫々変調された４系統のレーザー光束を同一のポリゴミラーによって同時に動的に偏向して、夫々に対応した計４個の走査対象面上を走査する光学装置である。図１は、このような機能を備えた本実施形態による走査光学系を構成する各構成要素のうち、一の色成分に関する構成のみを取り出して、光軸が一直線状となるように展開して示すものである。
【００２０】
図１に示すように、この走査光学系１０は、レーザー光を発するレーザー光源１１，このレーザー光源１１から発したレーザー光を収束するシリンドリカルレンズ１２，その各側面がレーザー光を反射する反射面として形成された多角柱形状を有するとともにその中心軸１３ａを中心に回転するポリゴンミラー１３，及び、ポリゴンミラー１３により偏向された光束を収束させる結像光学系としてのfθレンズ２０を、備えている。なお、以下の説明の理解を容易にするために、ポリゴンミラー１３の中心軸１３ａに直交する面と平行な方向を「主走査方向」と定義し、中心軸１３ａと平行な方向を「副走査方向」と定義する。
【００２１】
レーザー光源１１から発したレーザー光束は、当該レーザー光源１１とシリンドリカルレンズ１２との間にある不図示のコリメートレンズによって平行光束とされ、シリンドリカルレンズ１２によって副走査方向にのみ収束されることにより、主走査方向に延びた線像を形成する。
【００２２】
ポリゴンミラー１３は、その中心軸１３ａを中心として回転することによって、各反射面をシリンドリカルレンズ１２による線像形成位置近傍に順次挿入する。従って、レーザー光束は、回転に伴ってその方向を主走査方向に振る各反射面によって反射されることにより、図１に示すように、主走査方向において動的に偏向(走査)される。このようにして動的に偏向されたレーザー光束は、fθレンズ２０を透過することによって走査対象面Ｓ上に収束され、走査対象面上を主走査方向に沿ってほぼ等速度に走査される。
【００２３】
なお、レーザー光源１１から発せられたレーザー光束は、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー１３の各反射面によって反射され、fθレンズ２０によって走査対象面Ｓ上に収束されるが、副走査方向においては、副走査方向にパワーを持ったシリンドリカルレンズ１２によりポリゴンミラー１３の各反射面近傍で一旦収束された後に、発散光としてfθレンズ２０に入射し、fθレンズ２０によって走査対象面Ｓ上に再び収束される。このように、副走査方向においては、fθレンズ２０によってポリゴンミラー１３の各反射面と走査対象面Ｓとがほぼ共役関係となっているために、レーザー光束は、ポリゴンミラー１３のどの反射面によって反射されても、各反射面のわずかな傾き(いわゆる「面倒れ」)の有無に拘わらず、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００２４】
fθレンズ２０は、第１レンズ群である一枚の走査レンズ２１と、各レーザー光束に対応した第２レンズ群である長尺レンズ２２とから、構成される。このうち、走査レンズ２１は、主に主走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するレンズであり、長尺レンズ２２は、主に副走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有するとともに、副走査像面湾曲を補正する機能をも負担するレンズである。これらfθレンズ２０を構成する各レンズ２１，２２の光軸は、主走査方向において同軸となっている。そして、走査レンズ２１の光軸は、レーザー光源１１から発して、ポリゴンミラー１３の反射面の中心において反射されたレーザー光束のビーム軸とほぼ重なっている。これに対して、長尺レンズ２２の第２面は、ゴースト光となり得る反射光を反射するレンズ面（即ち、副走査パワーの小さい面）であるので、そのような反射光を副走査方向に偏向して走査レンズ２１外へ向かわせるために、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向へティルトする（換言すると、長尺レンズ２２の光学面基準軸が、走査レンズ２１の光軸に対して後述する副走査断面内で非平行となる）ことによって、偏心している。レーザー光束が各反射面の中央に入射する時に当該反射面の中央が存在する位置は、レーザー光束の反射点の平均位置であり、レーザー光束の動的な偏向の中心とみなすことができるので、以下、「偏向点」という。
【００２５】
なお、fθレンズ２０を構成する各レンズ２１，２２のレンズ面は、回転対称非球面でない場合もあるが、そのような形状を持つレンズ面には本来の意味での光軸を、定義することができない。そのため、以下、「光軸」との文言は、各レンズ面の面形状を式によって表現する時に設定される原点を通る軸(光学面基準軸)との意味で、用いられるものとする。
また、走査レンズ２１の光軸を含みポリゴンミラー１３の中心軸１３ａに直交する面を「主走査断面」と定義し、走査レンズ２１の光軸を含み前記主走査断面に直交する面を「副走査断面」と定義する。
【００２６】
走査対象面Ｓは、具体的には、回転ドラムの感光面(外周面)であり、この回転ドラムは、fθレンズ２０の光軸に直交して主走査方向を向いた回転軸を中心として、回転する。
【００２７】
以上に説明した走査光学系１０の基本構成のうち、シリンドリカルレンズ１２，ポリゴンミラー１３及び走査レンズ２１以外（即ち、レーザー光源１１，長尺レンズ２２，走査対象面Ｓ）は、カラー印刷のための各トナーの色，即ち、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色成分毎に、備えられている。
【００２８】
図２は、本実施形態の走査光学系全体(但し、レーザー光源１１及びシリンドリカルレンズ１２を除く)の副走査断面における構成を、上述した展開を行うことなく、実際の配置通りに示す光学構成図である。ポリゴンミラー１３の各反射面に対して、４個のレーザー光源１１から夫々発した各色成分に対応した４系統のレーザー光束は、互いに平行な平行光束として同一のシリンドリカルレンズ１２を透過することにより、副走査方向において、互いに異なる方向から、同一の偏向点へ向かって進行する。その結果、図２に示されるように、この偏向点近傍に存在するポリゴンミラー１３の各反射面によって各色成分に対応した４系統のレーザー光束は、同時に反射される。このようにして反射された各レーザー光束は、走査レンズ２１の光軸Ｐ１に対して夫々別個の角度をなして拡がりながら進行し、共通の走査レンズ２１に入射した後に、夫々に対応した長尺レンズ２２を透過して、夫々に対応した感光ドラム６０に照射される。従って、ポリゴンミラー１３の一つの反射面による一回の偏向によって、４つの感光ドラム６０上において同時に走査が行われる。
【００２９】
なお、走査光学系１０のユニットサイズをできるだけ小型化するために、図２に示すように、ポリゴンミラー１３によって偏向された４本のレーザー光束の光路が、夫々、折り返しミラー２３，２４によって折り曲げられている。この際、各fθレンズ２０を透過するレーザー光束の波長は同一であるので、各折り返しミラー２３，２４の位置は、各fθレンズ２０の走査レンズ２１から長尺レンズ２２までの光路長が互いに等しくなって各fθレンズ２０が互いに同一の光学特性を奏することができるよう、夫々配置されている。
【００３０】
各感光ドラム６０は、互いに同じ大きさの円柱形状の外形を有するように形成されており、各長尺レンズ２２の光束射出側において、各長尺レンズ２２から等距離の位置に、夫々配置されている。
【００３１】
以上のように構成される走査光学系１０が内部に組み込まれている装置，例えばカラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０を所定の回転角速度で回転させるとともに、入力される画像情報に従ってオンオフ変調した各色成分毎のレーザー光束を、走査対象面Ｓである各感光ドラム６０の外周面(感光面)上で繰り返し走査させることにより、複数の線状のレーザースポットの軌跡(走査線)からなる二次元状の静電潜像を各走査対象面Ｓ上に描画する。そして、カラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０上に描画された静電潜像に帯電トナーを静電的に吸着させてトナー像を形成し、そのトナー像を印刷用紙に転写させる。このとき、カラーレーザープリンターは、各感光ドラム６０上の対応する走査線が印刷用紙の同一線上に重なるように印刷用紙を搬送するので、画像情報に基づくカラー画像を印刷用紙に印刷することができる。
【００３２】
次に、本実施形態の走査光学系１０において、走査光学系における個々の色成分に対応する長尺レンズ２２の第２面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減するための具体的構成を、実施例を２つ挙げて説明する。
【００３３】
なお、本実施形態の各実施例において長尺レンズ２２の両レンズ面は、レンズ外枠形状(コバ)に対しては偏心していない。組立作業者が、一連の組立作業において、長尺レンズ２２を図示せぬフレームに取り付ける時に、当該長尺レンズ２２の両レンズ面が走査レンズ２１の光軸に対して偏心した状態になるようにフレームに取り付けるのである。
【００３４】
【実施例１】
図３及び図４は、本実施形態の第１の実施例の副走査方向における展開図である。但し、これら図３及び図４において、一点鎖線Ａ１は走査レンズ２１における光学面基準軸を示し、一点鎖線Ａ２はＡ１を所定量平行移動（シフト）させた軸を示す。また、図が煩雑となるのを避けるために、レーザー光源１１、からポリゴンミラー１３までの間におけるレーザー光束及び長尺レンズ２２を透過した正規光束については省略している。
【００３５】
実施例１において、長尺レンズ２２の第２面は、回転対称面であり、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向へティルト（ティルト量は−10°）することによって、偏心している。なお、ティルト量は、図３及び図４の紙面上において走査レンズ２１の光学面基準軸Ａ１に対して時計方向に傾いている時に負，反時計方向に傾いている時に正の符号をとる角度である。その結果、長尺レンズ２２の第２面で反射した光束は、副走査方向において走査レンズ２１の外側を通過するようになるので、ポリゴンミラー１３には入射しない。
【００３６】
また、長尺レンズ２２の第１面には、第２面の偏心で生じたBowを補正するために、二次元多項式非球面(即ち、主走査方向，副走査方向それぞれの高さに関する多項式で表現される非球面)が、用いられている。そして、この第１面には、強い副走査方向のパワーが与えられているため、この第１面自体によって反射された光束も、図４に示すように副走査方向において大きく発散されるので、ゴースト光とはならない。
【００３７】
以下、実施例１における具体的な設計数値をあげる。
実施例１では、fθレンズ２０全体としての焦点距離は200mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は216mmであり、設計波長は780nmであり、主走査方向においてポリゴンミラー１３に入射するレーザー光束と走査レンズ２１の光軸とがなす角度(即ち、「偏向角」のことであり、主走査断面内において、走査レンズ２１の光学面基準軸に対してレーザー光束が時計方向に角度をなす時に負，反時計方向に角度をなす時に正の符号をとる)は、−65.0°であり、ポリゴンミラー１３の各反射面に入射するレーザー光束(即ち、ゴースト光を生じる長尺レンズ２２に入射するレーザー光束)の副走査方向における入射角は−0.95°(副走査断面内において、走査レンズ２１の光学面基準軸に対してレーザー光束が時計方向に角度をなす時に負，反時計方向に角度をなす時に正の符号をとる)である。
【００３８】
実施例１におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上（即ち、走査レンズ２１の光軸上）における各面の具体的数値構成を、表１に示す。但し、長尺レンズ２２の光軸は走査レンズ２１の光軸に対して副走査方向に偏心しているので、長尺レンズ２２の各面については、その光軸に対する近軸条件が示されている。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１から明らかなように、シリンドリカルレンズ１２の前面はシリンドリカル面であり、後面は平面である。また、走査レンズ１２の第1面と長尺レンズ２２の第２面は回転対称面である。
【００４１】
走査レンズ２１の第２面は、アナモフィック非球面(即ち、主走査断面は光軸からの主走査方向の関数，副走査断面は曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として、独立に定義される非球面)である。従って、その主走査方向における形状は、光軸からの高さ(ｙ)の点における光軸での接平面からのサグ量X(ｙ)として、下記式(１)により表され、主走査方向の各高さ(ｙ)での副走査方向における形状は、円弧の曲率1/[Rz(y)]として、下記式(２)により表される。
【００４２】
【表２】
Ｘ（ｙ，ｚ）＝１／Ｒｙ・（ｙ2＋ｚ2）／［１＋√［１−（κ＋１）・
（ｙ2＋ｚ2）／Ｒｙ2］］＋Σｂｍｎｙmｚｎ ……（３）
式（３）において、Ｒｙは表１に挙げられた主走査方向における近軸曲率半径、κは円錐係数、Ｂｍｎは主走査方向における次数がｍ次であって副走査方向における次数がｎ次である非球面係数である。実施例１において像面湾曲補正レンズ２２の第１面の具体的形状を特定するために式（３）に適用される各係数を表３に示す。
【００４３】
【表３】
なお、図５は、実施例１における走査線湾曲(Ｂｏｗ)を示すグラフ図である。図５の縦軸は主走査方向の像高Y(単位：mm)、横軸は副走査方向へのスポットの位置ズレ量(収差量(単位：mm))を示しており、一点鎖線が実際の走査線が描くラインである。図５より、走査光学系１０が実施例１のように構成されると良好にＢｏｗが補正されることが分かる。
【００４４】
【実施例２】
図６及び図７は、本実施形態の第２の実施例の副走査方向における展開図である。但し、これら図６及び図７においては、一点鎖線Ａ３は走査レンズ２１における光学面基準軸を示し、一点鎖線Ａ４はＡ３を所定量平行移動（シフト）させた軸を示す。また、図が煩雑となるのを避けるために、レーザー光源１１からポリゴンミラー１３までの間におけるレーザー光束及び、長尺レンズ２２を透過した正規光束については省略している。
【００４５】
実施例２において、長尺レンズ２２の第２面は、トーリック面であり、その光学面基準軸が走査レンズ２１の光軸（又は光学面基準軸）に対して副走査方向へティルト（ティルト量は−１０°）することによって、偏心している。その結果、長尺レンズ２２の第２面で反射した光束は、副走査方向において走査レンズ２１の外側を通過するようになるので、ポリゴンミラー１３には入射しない。
【００４６】
また、実施例１と同様に、長尺レンズ２２の第１面には、第２面の偏心で生じたＢｏｗを補正するために二次元多項式非球面が用いられている。そして、この第１面には、強い副走査パワーが与えられているため、この第１面自体によって反射された光束も、図７に示すように副走査方向において大きく発散されるので、ゴースト光とはならない。なお、実施例２において、長尺レンズ２２の第１面と第２面の副走査パワーは、略一致している。
【００４７】
以下、実施例２における具体的な設計数値をあげる。
実施例２では、fθレンズ２０全体としての焦点距離は200mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は216mmであり、設計波長は780nmであり、主走査方向においてポリゴンミラー１３に入射するレーザー光束と走査レンズ２１の光軸とがなす角度(即ち、偏向角)は、−65.0°であり、ポリゴンミラー１３の各反射面に入射するレーザー光束(即ち、ゴースト光を生じる長尺レンズ２２に入射するレーザー光束)の副走査方向における入射角は−0.95°である。
【００４８】
実施例２におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上（即ち、走査レンズ２１の光軸上）における各面の具体的数値構成を、表４に示す。表４における各記号の意味は、上述した表１のものと同じである。
【００４９】
【表４】
【００５０】
走査レンズ２１の第２面は、アナモフィック非球面である。実施例２において走査レンズ２１の第２面の具体的形状を特定するために上記各式(１)，(２)に適用される各係数を、表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
【表６】
なお、図８は、実施例２における走査線湾曲(Ｂｏｗ)を示すグラフ図である。図８の縦横両軸の意義は図５のものと同じである。走査光学系１０が実施例２のように構成されると良好にＢｏｗが補正されることが分かる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査光学系における結像レンズのレンズ面でのレーザー光束の反射に因るゴースト光を除去しつつ、それによって生じたＢｏｗを他の面を偏心させずに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による走査光学系を展開した状態を示す概略光学構成図
【図２】 ポリゴンミラーから各感光ドラムまでの走査光学系の副走査方向における光学構成を示す光学構成図
【図３】 実施例１の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図４】 実施例１の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図５】 実施例１の走査線湾曲を示すグラフ図
【図６】 実施例２の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図７】 実施例２の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図８】 実施例２の走査線湾曲を示すグラフ図
【図９】 従来の走査光学系を展開した状態を示す概略光学構成図
【図１０】 従来の走査光学系の光学構成を示す副走査方向における光学構成図
【図１１】 １ポリゴンタンデム走査光学系を示す斜視図
【符号の説明】
１０ 走査光学系
１１ レーザー光源
１２ シリンドリカルレンズ
１３ ポリゴンミラー
２０ 結像光学系(fθレンズ)
２１ 第１レンズ群(走査レンズ)
２２ 第２レンズ群(長尺レンズ)
Ｓ 走査対象面
Claims (4)
- 複数の光源から発された複数のレーザー光束を同時に主走査方向に動的に偏向し、夫々の光束に対応する走査対象面上に収束させる走査光学系において、
主走査方向に直交する副走査方向においてそれぞれ異なった角度でその反射面に入射した各レーザー光束を同時に主走査方向へ動的に偏向する偏向器と、
この偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束を夫々に対応した走査対象面上に収束させるための結像光学系とを備え、
前記結像光学系は、
前記偏向器によって同時に偏向された各レーザー光束が共に入射する第１レンズ群と、
当該第１レンズ群を透過した各光束毎に、その光束が夫々入射する位置に配置され、少なくともゴースト光を反射させるレンズ面の光学面基準軸が、前記第１レンズ群の光軸に対して副走査断面内で非平行となり、当該ゴースト光を前記第１レンズ外へ向かわせるようにチルトしているとともに、少なくとも一のレンズ面が前記チルトに因って生じたボウを補正するために主走査方向、副走査方向それぞれ、光学面基準軸からの高さに関する多項式で表現される非球面である二次元多項式非球面として形成されている第２レンズ群と
からなることを特徴とする走査光学系。 - 前記第２レンズ群を構成するレンズの前記ゴースト光を反射させるレンズ面の光学面基準軸と、当該レンズ群の他の面の光学面基準軸とは同軸であることを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
- 前記第２レンズ群を構成する前記ゴースト光を反射させる面を有するレンズの前記２次元多項式非球面の副走査方向のパワーが、当該レンズの他の面の副走査方向のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の走査光学系。
- 前記第２レンズ群を構成する前記ゴースト光を反射させる面を有するレンズの両レンズ面の副走査方向のパワーがほぼ同じであることを特徴とする請求項１または２記載の走査光学系。
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