JP4227334B2 - 走査光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープリンター等の走査光学装置に用いられる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンター等に用いられる走査光学系は、半導体レーザー等の光源から発したレーザー光をポリゴンミラーにより偏向、走査させ、結像光学系を介して感光体ドラム等の被走査面上にスポットとして結像させる。被走査面上のスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って走査し、この際レーザー光をオンオフ変調することにより被走査面上に静電潜像を形成する。なお、この明細書では、被走査面上でスポットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向を副走査方向と定義し、各光学素子の形状、パワーの方向性は、被走査面上での方向を基準に説明することとする。
【０００３】
走査光学系には、単一の光束を用いる基本的な構成の他にも、同一の感光体ドラム上に一度に複数の走査線を形成するマルチビーム方式の構成、あるいは、複数の感光体ドラムに一度に走査線を形成するタンデム方式の構成等が知られている。マルチビーム方式、あるいはタンデム方式において、単一のポリゴンミラーにより複数の光束を走査させる場合には、各光束の副走査方向の断面内でのポリゴンミラーへの入射角度をそれぞれ異ならせることがある。このような配置により、複数の光束をポリゴンミラーの反射面上でほぼ同一の位置に入射させることができ、ポリゴンミラーを薄くし、そのコストを抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように光束の副走査方向の断面内での入射角度が異なる場合、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めにポリゴンミラーに入射する光束については、被走査面上ではビームスポットの軌跡である走査線が湾曲するという問題が生じる。走査線の湾曲はボウ(Bow)と呼ばれる。また、光源部から発した光束が、主走査方向においてポリゴンミラーによる光束の走査範囲外からポリゴンミラーに入射するよう配置されている場合には、ポリゴンミラーの回転中心が走査レンズの光軸上に位置しないため、反射面と入射光束との交点(偏向点)がポリゴンミラーの回転に伴って光軸に対して非対称に変化し、走査線が傾くという問題がある。この２つの問題が組み合わさると、走査線の湾曲が左右非対称になる。走査線の傾きの大きさは、ポリゴンミラーへの副走査方向の入射角度により異なるため、入射角度が異なる光束により形成される走査線を一定方向に揃えることが困難であり、これがカラープリンターにおいては色ズレの原因となり、印刷品質を悪化させる。
【０００５】
この発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、偏向点変化が非対称である場合にも、走査線の傾きと走査線湾曲によって現れる走査線湾曲の左右非対称性を補正することができる走査光学系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学系は、上記の目的を達成させるため、ポリゴンミラーの近傍に設けられた走査レンズの一面を、副走査方向のパワーの主走査方向における分布を光軸に対して非対称なアナモフィック面としたことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、この発明にかかる走査光学系は、光束を発生する光源部と、複数の反射面を有し、回転駆動されることにより光源部から発して入射する光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、このポリゴンミラーにより反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、結像光学系は、単数または複数の単レンズから構成される走査レンズと、走査レンズより被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レンズとを備え、光源部は、主走査方向においては、ポリゴンミラーによる光束の走査範囲外から、副走査方向においては、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めに、ポリゴンミラーに光束を入射させるよう配置され、走査レンズの少なくとも１面が上記のようなアナモフィック面であり、このアナモフィック面は、主走査方向の断面形状が走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率半径が光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であり、このアナモフィック面上における主走査方向の位置を光軸を基準として光源部側を−方向、逆側を＋方向、光軸からの距離をＹとして表し、当該位置における副走査方向の曲率半径をＲｚ ( Ｙ ) として、
｜Ｒｚ ( ０ ) ｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たし、補正レンズは、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が面中心に対して対称な面のみで構成されることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、偏向点変化の非対称性に起因する走査線の傾きを走査レンズのアナモフィック面により補正することができ、ポリゴンミラーに対して副走査方向において異なる角度で入射する複数の光束を利用する場合にも、それぞれの走査線の傾きを一致させることができる。なお、面中心は、面設計時に設定される原点であり、主走査方向については、被走査面上で走査範囲の中心に達する光束が非球面と交差する位置である。
【０００９】
走査レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で光軸を含む平面に関して対称な形状を有し、補正レンズは、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状のアナモフィック面を含むことが望ましい。走査レンズのうち、少なくともアナモフィック面を含むレンズ素子はプラスチックレンズであることが望ましい。
【００１２】
一方、補正レンズの１つの面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有する非球面であることが望ましく、この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面とすることができる。この場合には、副走査方向において、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めに、ポリゴンミラーに対して光束を入射させることに起因する走査線の湾曲を補正することができる。
【００１３】
光源部が複数の光束を発する場合には、光源部からポリゴンミラーに入射する複数の光束の副走査方向の断面内での入射角度をそれぞれ異ならせることにより、ポリゴンミラーの副走査方向の高さを小さく抑えることができる。このような場合には、ポリゴンミラーに近い位置に走査レンズを、複数の光束に対して共通に１つだけ配置し、被走査面に近い位置に補正レンズを、ほぼ同一の角度でポリゴンミラーに入射する光束毎に複数配置することが望ましい。
【００１４】
光源部は、光源部から発する複数の光束がポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されることが望ましい。この場合、複数の補正レンズは、ポリンゴンミラーから各感光体ドラムまでの反射面を展開して考えた場合、走査レンズ系の光軸の延長線に対して対称に配置することができる。すなわち、同一設計の補正レンズを、走査レンズ系の光軸の延長線に対して等距離の位置に、１８０°回転させて配置することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる走査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す説明図であり、(Ａ)はポリゴンミラーより光源部側の副走査方向の断面内での説明図、(Ｂ)はポリゴンミラーより被走査面である感光体ドラム側の副走査方向の断面内での説明図である。
【００１６】
図１(Ａ)に示すタンデム走査光学系の光源部１０は、４個の半導体レーザー１１、１１…と、これらの半導体レーザーから発する発散光を平行光にする４個のコリメートレンズ１２、１２…とを備えている。半導体レーザー１１は、図中の縦方向となる副走査方向に４段並んで配置されている。
【００１７】
コリメートレンズ１２により平行光とされた４本のレーザー光Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリンドリカルレンズ１３の作用により副走査方向に関して収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１３が持つプリズム作用により偏向されてポリゴンミラー２０の近傍でほぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部１０から発する４本の光束は、副走査方向の断面内での入射角度がそれぞれ異なり、ポリゴンミラー２０の反射面上で交差する。これにより、ポリゴンミラー２０の副走査方向の高さを小さく抑えることができる。内側の２本の光束L2,L3のポリゴンミラーに対する入射角度は±βin、外側の２本の光束L1,L4の入射角度は±βoutである。すなわち、対をなす２本ずつの光束が、ポリゴンミラー２０に対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されている。
【００１８】
光源部１０から発した４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、回転軸２０ａ回りに回転するポリゴンミラー２０により同時に偏向される。なお、光源部１０は、主走査方向において、ポリゴンミラー２０による光束の走査範囲外からポリゴンミラー２０に光束を入射させるよう配置されている。偏向された４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進み、第１レンズ３１と第２レンズ３２とから構成される走査レンズ３０に入射する。走査レンズ３０から射出した光束は、２本ずつそれぞれ一対のミラー４０，４１により反射され、各光束毎の光路に配置された像面湾曲補正用の補正レンズ５１〜５４を介して、それぞれ異なる感光体ドラム６１〜６４上に収束して各ドラム上にビームスポットを形成する。ポリゴンミラー２０を回転軸２０ａ回りに回転させることにより、４本の感光体ドラム６１〜６４上にそれぞれ１本の走査線を同時に形成することができる。
【００１９】
なお、シリンドリカルレンズ１３は、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ３０及び補正レンズ５１〜５４は、ポリゴンミラー２０により反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系としての機能を有している。
【００２０】
結像光学系を構成する走査レンズ３０の一面(第１レンズ３１の被走査面側の面、あるいは、第２レンズ３２の被走査面側の面)には、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が光軸に対して非対称なアナモフィック非球面が採用されている。副走査方向のパワーに非対称性を持たせることにより、偏向点が非対称に変化することに起因する走査線の傾きを補正することができる。
【００２１】
また、走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、副走査方向に対して垂直で光軸Ａｘを含む平面に関しては対称であり、その主走査方向の断面形状は、光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状は、円弧であって、その曲率半径が光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として定義される。
【００２２】
走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、当該面上における主走査方向の位置を光軸を基準として光源部１０側を−方向、逆側を＋方向、光軸Ａｘからの距離をＹとして表し、当該位置における副走査方向の曲率半径をＲｚ(Ｙ)として、
｜Ｒｚ(０)｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たすよう設計されている。すなわち、光軸から離れるのに従って曲率半径が大きくなる。つまり中心のパワーが最も大きく中心から離れるのに従ってパワーが小さくなる。同時に光源部１０側の曲率半径が、反対側より小さくなるように、したがって、光源部１０側のパワーが反対側より大きくなるように設定されている。
【００２３】
補正レンズ５１〜５４は、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が面中心に対して対称な面のみで構成される。また、補正レンズ５１〜５４の一面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有するアナモフィック非球面である。この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であり、その形状は、面中心を通る副走査方向の境界線を境に対称である。二次元多項式非球面の副走査方向の断面の傾きは、面中心からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって増加するよう設定されている。
【００２４】
外側の光束L1,L4が入射する補正レンズ５１，５４は、同一設計のレンズであり、これを光軸(反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸)に対して対称に、すなわち、光軸を中心に１８０°回転させて配置している。また、内側の光束L2,L3が入射する補正レンズ５２，５３も、同一設計のレンズであり、これを光軸を中心に１８０°回転させて配置している。ただし、外側の光束と内側の光束とでは光軸に対する角度が異なるため、補正レンズ５１，５４と補正レンズ５２，５３とは異なる設計である。すなわち、補正レンズとしては、２種類のレンズを２個ずつ用意すればよい。なお、補正レンズの設計が異なるのは二次元多項式非球面のみであり、他方の面は４つの補正レンズでいずれも共通である。
【００２５】
補正レンズ５１〜５４は、入射角度の異なる各光束について専用の設計にすることもできるが、上記のように２つずつ同一のレンズを１８０度回転させて利用できた方が部品の種類を削減できるために望ましい。ただし、このように同一構成の補正レンズを対称に配置して用いるためには、主走査方向に関して非対称性を持たせることができず、補正レンズにより走査線の湾曲を補正したとしても、傾きが残存する。そこで、実施形態の走査光学系は、走査レンズ３０に主走査方向に非対称なパワー配分を有する面を設けてボウの非対称性を補正している。
【００２６】
次に、図１に示したタンデム走査光学系の具体的な実施例を４例説明する。なお、以下の実施例では、ミラー４０，４１を省略し、光路を展開して説明する。
【００２７】
【実施例１】
図２〜図４は、実施例１の走査光学系を示し、図２は主走査方向の説明図、図３は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図４は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例１の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１〜５４がプラスチックにより形成されている。
【００２８】
表１は、実施例１の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。表中の記号ｒyは主走査方向の曲率半径(単位:mm)、ｒzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には省略、単位:mm)、ｄは面間の光軸上の距離(単位:mm)、ｎは設計波長780nmでの屈折率、DECZは反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸を基準にした各面の副走査方向への偏心(単位：mm)である。入射角度は、各光束の中心軸がポリゴンミラー２０に入射する際に反射面の法線に対してなす副走査方向の角度(主走査方向に対して垂直な平面に投影した際の角度)である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面は球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。
【００３１】
回転対称非球面は、光軸からの距離がhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次の非球面係数をＡ4，Ａ6として、以下の式で表される。表１における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
アナモフィック非球面は、面上で光軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査方向の距離がyとなる上記曲線上の座標点での光軸上の接線からの距離(サグ量)をＸ(y)、当該座標点でこの曲線に接する副走査方向の円弧の曲率をCz(y)として、以下の式で定義される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
式中、Ｃは主走査方向の曲率、κは円錐係数、AMmは主走査方向の曲率を定義するm 次の非球面係数、Cz0は光軸上での副走査方向の曲率（=1/rz）、ASnは副走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数である。第５面を定義する各係数の値は、表３に示されている。
【００３７】
【表３】
【００３８】
二次元多項式非球面は、面中心で接する平面上での主走査方向の距離y、副走査方向の距離zの点(y,z)におけるサグ量X(y,z)として、以下の二次元多項式により表される。ここで、Ｃは面中心における主走査方向の曲率(1/ry)、κは円錐係数、ｈは面中心からの距離(=(y2+z2)1/2）、Ｂmnは係数(mは主走査方向，nは副走査方向に関する次数)である。この二次元多項式は、回転非対称な光学曲面を表す一般式である。Ｂmnのｎが奇数の場合の値を０以外の値にすると、面形状は副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称となる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
外側光束用の補正レンズ５１に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表４、内側光束用の補正レンズ５２に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表５に示す。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
上記の実施例１の走査光学系において、ポリゴンミラー２０の回転に伴う偏向点変化は、図５に示すとおりであり、主走査方向について光軸に関して非対称となる。また、光束がポリゴンミラー２０の回転軸に対して垂直な平面に対して斜めにポリゴンミラー２０に入射することにより生じる走査線の湾曲は、偏向点変化の非対称性の影響を受けて、走査レンズ３０の第１レンズ３１のポリゴンミラー２０側のレンズ面上では図６に示すように光軸に対して非対称に変化する。なお、図６は外側の光束Ｌ1の軌跡を示している。
【００４４】
実施例１では、走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図７に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図８に示すように低く抑えられる。図８(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図８(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。図８の各グラフの縦軸は主走査方向の走査位置、横軸は収差量を示し、単位はいずれもｍｍである。
【００４５】
図９は、走査レンズ３０に非対称成分を導入しない比較例の走査線を示し、図９(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図９(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。比較例は、実施例１の走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を光軸に対して対称に設定したものである。すなわち、アナモフィック非球面を表す副走査方向の係数ASの奇数次項AS1, AS3, AS5を全て０にして定義される面を用いている。他の構成は実施例１と同一である。図９に示されるように、走査レンズ３０に非対称成分を導入しないと、走査線の湾曲はある程度補正できても、傾きを補正することができない。
【００４６】
図１０〜図１３は、実施例１の走査光学系の他の収差を示す。図１０はｆθ特性、図１１は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図１２はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図１３は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。各グラフとも縦軸は主走査方向の走査位置(単位:mm)、横軸は収差量を示し、図１０〜図１１の横軸の単位はｍｍ、図１２の横軸の単位は％、図１３の横軸の単位は波長である。
【００４７】
【実施例２】
図１４〜図１６は、実施例２の走査光学系を示し、図１４は主走査方向の説明図、図１５は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図１６は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例２の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１、第２レンズ３２、そして、補正レンズ５１〜５４の全てがプラスチックにより形成されている。表６は、実施例２の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００４８】
【表６】
【００４９】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面は球面、第６面は平面、第７面はアナモフィック非球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。第４面の係数は表７、第７面の係数は表８、第８面の係数は表９、第１１面の係数は表１０にそれぞれ示される。
【００５０】
【表７】
【００５１】
【表８】
【００５２】
【表９】
【００５３】
【表１０】
【００５４】
実施例２では、走査レンズ３０の第２レンズ３２の感光体ドラム側の面、すなわち第７面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図１７に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図１８に示すように低く抑えられる。図１８(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図１８(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００５５】
図１９〜図２２は、実施例２の走査光学系の他の収差を示す。図１９はｆθ特性、図２０は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図２１はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図２２は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００５６】
【実施例３】
図２３〜図２５は、実施例３の走査光学系を示し、図２３は主走査方向の説明図、図２４は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図２５は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例３の走査光学系は、走査レンズ３０が１枚構成であり、この走査レンズと補正レンズ５１〜５４とが共にプラスチックにより形成されている。表１１は、実施例３の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００５７】
【表１１】
【００５８】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面、第９面は二次元多項式非球面、第７面、第１０面は球面である。第５面の係数は表１２、第６面の係数は表１３、第９面の係数は表１４にそれぞれ示される。
【００５９】
【表１２】
【００６０】
【表１３】
【００６１】
【表１４】
【００６２】
実施例３では、走査レンズ３０の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図２６に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図２７に示すように低く抑えられる。図２７(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図２７(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００６３】
図２８〜図３１は、実施例３の走査光学系の他の収差を示す。図２８はｆθ特性、図２９は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３０はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３１は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００６４】
【実施例４】
図３２〜図３４は、実施例４の走査光学系を示し、図３２は主走査方向の説明図、図３３は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図３４は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例４の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。表１５は、実施例４の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００６５】
【表１５】
【００６６】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面、第８面、第１１面は球面、、第９面、第１２面は二次元多項式非球面である。第４面の係数は表１６、第５面の係数は表１７、第９面の係数は表１８、第１２面の係数は表１９にそれぞれ示される。
【００６７】
【表１６】
【００６８】
【表１７】
【００６９】
【表１８】
【００７０】
【表１９】
【００７１】
実施例４では、走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図３５に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図３６に示すように低く抑えられる。図３６(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図３６(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００７２】
図３７〜図４０は、実施例４の走査光学系の他の収差を示す。図３７はｆθ特性、図３８は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３９はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図４０は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００７３】
次に、各実施例が前述した副走査方向の曲率半径の主走査方向における分布の条件、
｜Ｒｚ(０)｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たしていることを説明する。以下の表２０は、走査レンズ３０の光軸Ａｘを基準として光源部１０からの光束が入射する−方向と、逆側である＋方向とについて、光軸からの距離Ｙ＝３５ｍｍの位置での副走査方向の曲率半径Ｒｚ（−３５）、Ｒｚ（３５）、および光軸Ａｘ上での副走査方向の曲率半径Ｒｚ(０)のそれぞれの絶対値を各実施例について示す。
【００７４】
【表２０】
【００７５】
表２０に示すように、いずれの実施例も上述した条件を満たしている。このように、副走査方向の曲率半径、すなわちパワーに主走査方向に関する非対称性を持たせることにより、偏向点変化による走査線の傾きを補正することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、光束がポリゴンミラーに対して副走査方向において斜めに入射する走査光学系において、走査レンズの一面を副走査方向のパワーの主走査方向における分布が光軸に対して非対称なアナモフィック非球面とすることにより、光源部からの光束を主走査方向においてポリゴンミラーによる光束の走査範囲外から入射させることにより生じる偏向点変化に起因する走査線の傾きを補正することができる。したがって、複数の光束を利用するタンデム方式やマルチビーム方式の走査光学系では、ポリゴンミラーへの副走査方向の入射角度の符号が異なる各光束により形成される走査線の方向を精度よく揃えることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【００７７】
また、走査レンズに主走査方向の非対称性を持たせることにより、補正レンズは主走査方向に関して対称形状にすることができる。したがって、ポリゴンミラーに対して複数の光束を入射させる場合、副走査方向に関する入射角度の絶対値が等しく符号が異なる光束については、同一形状の補正レンズを１８０°回転させて利用することができ、それぞれの光束について別形状の補正レンズを用いるよりも部品の種類を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の走査光学系の概要を示す副走査方向の断面内の説明図である。
【図２】 実施例１の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図３】 実施例１の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図４】 実施例１の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図５】 実施例１の走査光学系の偏向点変化を示すグラフである。
【図６】 実施例１の走査光学系の走査レンズの第１面上における走査線の湾曲を示すグラフである。
【図７】 実施例１の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図８】 実施例１の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図９】 比較例の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図１０】 実施例１の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図１１】 実施例１の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図１２】 実施例１の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図１３】 実施例１の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図１４】 実施例２の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図１５】 実施例２の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図１６】 実施例２の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図１７】 実施例２の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図１８】 実施例２の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図１９】 実施例２の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図２０】 実施例２の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図２１】 実施例２の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図２２】 実施例２の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図２３】 実施例３の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図２４】 実施例３の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図２５】 実施例３の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図２６】 実施例３の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図２７】 実施例３の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図２８】 実施例３の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図２９】 実施例３の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図３０】 実施例３の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図３１】 実施例３の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図３２】 実施例４の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図３３】 実施例４の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図３４】 実施例４の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図３５】 実施例４の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図３６】 実施例４の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図３７】 実施例４の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図３８】 実施例４の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図３９】 実施例４の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図４０】 実施例４の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光源部
１１ 半導体レーザー
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
２０ ポリゴンミラー
３０ 走査レンズ
５１〜５４ 補正レンズ
６１〜６４ 感光体ドラム
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープリンター等の走査光学装置に用いられる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンター等に用いられる走査光学系は、半導体レーザー等の光源から発したレーザー光をポリゴンミラーにより偏向、走査させ、結像光学系を介して感光体ドラム等の被走査面上にスポットとして結像させる。被走査面上のスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って走査し、この際レーザー光をオンオフ変調することにより被走査面上に静電潜像を形成する。なお、この明細書では、被走査面上でスポットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向を副走査方向と定義し、各光学素子の形状、パワーの方向性は、被走査面上での方向を基準に説明することとする。
【０００３】
走査光学系には、単一の光束を用いる基本的な構成の他にも、同一の感光体ドラム上に一度に複数の走査線を形成するマルチビーム方式の構成、あるいは、複数の感光体ドラムに一度に走査線を形成するタンデム方式の構成等が知られている。マルチビーム方式、あるいはタンデム方式において、単一のポリゴンミラーにより複数の光束を走査させる場合には、各光束の副走査方向の断面内でのポリゴンミラーへの入射角度をそれぞれ異ならせることがある。このような配置により、複数の光束をポリゴンミラーの反射面上でほぼ同一の位置に入射させることができ、ポリゴンミラーを薄くし、そのコストを抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように光束の副走査方向の断面内での入射角度が異なる場合、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めにポリゴンミラーに入射する光束については、被走査面上ではビームスポットの軌跡である走査線が湾曲するという問題が生じる。走査線の湾曲はボウ(Bow)と呼ばれる。また、光源部から発した光束が、主走査方向においてポリゴンミラーによる光束の走査範囲外からポリゴンミラーに入射するよう配置されている場合には、ポリゴンミラーの回転中心が走査レンズの光軸上に位置しないため、反射面と入射光束との交点(偏向点)がポリゴンミラーの回転に伴って光軸に対して非対称に変化し、走査線が傾くという問題がある。この２つの問題が組み合わさると、走査線の湾曲が左右非対称になる。走査線の傾きの大きさは、ポリゴンミラーへの副走査方向の入射角度により異なるため、入射角度が異なる光束により形成される走査線を一定方向に揃えることが困難であり、これがカラープリンターにおいては色ズレの原因となり、印刷品質を悪化させる。
【０００５】
この発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、偏向点変化が非対称である場合にも、走査線の傾きと走査線湾曲によって現れる走査線湾曲の左右非対称性を補正することができる走査光学系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学系は、上記の目的を達成させるため、ポリゴンミラーの近傍に設けられた走査レンズの一面を、副走査方向のパワーの主走査方向における分布を光軸に対して非対称なアナモフィック面としたことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、この発明にかかる走査光学系は、光束を発生する光源部と、複数の反射面を有し、回転駆動されることにより光源部から発して入射する光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、このポリゴンミラーにより反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、結像光学系は、単数または複数の単レンズから構成される走査レンズと、走査レンズより被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レンズとを備え、光源部は、主走査方向においては、ポリゴンミラーによる光束の走査範囲外から、副走査方向においては、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めに、ポリゴンミラーに光束を入射させるよう配置され、走査レンズの少なくとも１面が上記のようなアナモフィック面であり、このアナモフィック面は、主走査方向の断面形状が走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率半径が光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であり、このアナモフィック面上における主走査方向の位置を光軸を基準として光源部側を−方向、逆側を＋方向、光軸からの距離をＹとして表し、当該位置における副走査方向の曲率半径をＲｚ ( Ｙ ) として、
｜Ｒｚ ( ０ ) ｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たし、補正レンズは、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が面中心に対して対称な面のみで構成されることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、偏向点変化の非対称性に起因する走査線の傾きを走査レンズのアナモフィック面により補正することができ、ポリゴンミラーに対して副走査方向において異なる角度で入射する複数の光束を利用する場合にも、それぞれの走査線の傾きを一致させることができる。なお、面中心は、面設計時に設定される原点であり、主走査方向については、被走査面上で走査範囲の中心に達する光束が非球面と交差する位置である。
【０００９】
走査レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で光軸を含む平面に関して対称な形状を有し、補正レンズは、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状のアナモフィック面を含むことが望ましい。走査レンズのうち、少なくともアナモフィック面を含むレンズ素子はプラスチックレンズであることが望ましい。
【００１２】
一方、補正レンズの１つの面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有する非球面であることが望ましく、この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面とすることができる。この場合には、副走査方向において、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めに、ポリゴンミラーに対して光束を入射させることに起因する走査線の湾曲を補正することができる。
【００１３】
光源部が複数の光束を発する場合には、光源部からポリゴンミラーに入射する複数の光束の副走査方向の断面内での入射角度をそれぞれ異ならせることにより、ポリゴンミラーの副走査方向の高さを小さく抑えることができる。このような場合には、ポリゴンミラーに近い位置に走査レンズを、複数の光束に対して共通に１つだけ配置し、被走査面に近い位置に補正レンズを、ほぼ同一の角度でポリゴンミラーに入射する光束毎に複数配置することが望ましい。
【００１４】
光源部は、光源部から発する複数の光束がポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されることが望ましい。この場合、複数の補正レンズは、ポリンゴンミラーから各感光体ドラムまでの反射面を展開して考えた場合、走査レンズ系の光軸の延長線に対して対称に配置することができる。すなわち、同一設計の補正レンズを、走査レンズ系の光軸の延長線に対して等距離の位置に、１８０°回転させて配置することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる走査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す説明図であり、(Ａ)はポリゴンミラーより光源部側の副走査方向の断面内での説明図、(Ｂ)はポリゴンミラーより被走査面である感光体ドラム側の副走査方向の断面内での説明図である。
【００１６】
図１(Ａ)に示すタンデム走査光学系の光源部１０は、４個の半導体レーザー１１、１１…と、これらの半導体レーザーから発する発散光を平行光にする４個のコリメートレンズ１２、１２…とを備えている。半導体レーザー１１は、図中の縦方向となる副走査方向に４段並んで配置されている。
【００１７】
コリメートレンズ１２により平行光とされた４本のレーザー光Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリンドリカルレンズ１３の作用により副走査方向に関して収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１３が持つプリズム作用により偏向されてポリゴンミラー２０の近傍でほぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部１０から発する４本の光束は、副走査方向の断面内での入射角度がそれぞれ異なり、ポリゴンミラー２０の反射面上で交差する。これにより、ポリゴンミラー２０の副走査方向の高さを小さく抑えることができる。内側の２本の光束L2,L3のポリゴンミラーに対する入射角度は±βin、外側の２本の光束L1,L4の入射角度は±βoutである。すなわち、対をなす２本ずつの光束が、ポリゴンミラー２０に対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されている。
【００１８】
光源部１０から発した４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、回転軸２０ａ回りに回転するポリゴンミラー２０により同時に偏向される。なお、光源部１０は、主走査方向において、ポリゴンミラー２０による光束の走査範囲外からポリゴンミラー２０に光束を入射させるよう配置されている。偏向された４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進み、第１レンズ３１と第２レンズ３２とから構成される走査レンズ３０に入射する。走査レンズ３０から射出した光束は、２本ずつそれぞれ一対のミラー４０，４１により反射され、各光束毎の光路に配置された像面湾曲補正用の補正レンズ５１〜５４を介して、それぞれ異なる感光体ドラム６１〜６４上に収束して各ドラム上にビームスポットを形成する。ポリゴンミラー２０を回転軸２０ａ回りに回転させることにより、４本の感光体ドラム６１〜６４上にそれぞれ１本の走査線を同時に形成することができる。
【００１９】
なお、シリンドリカルレンズ１３は、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ３０及び補正レンズ５１〜５４は、ポリゴンミラー２０により反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系としての機能を有している。
【００２０】
結像光学系を構成する走査レンズ３０の一面(第１レンズ３１の被走査面側の面、あるいは、第２レンズ３２の被走査面側の面)には、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が光軸に対して非対称なアナモフィック非球面が採用されている。副走査方向のパワーに非対称性を持たせることにより、偏向点が非対称に変化することに起因する走査線の傾きを補正することができる。
【００２１】
また、走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、副走査方向に対して垂直で光軸Ａｘを含む平面に関しては対称であり、その主走査方向の断面形状は、光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状は、円弧であって、その曲率半径が光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として定義される。
【００２２】
走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、当該面上における主走査方向の位置を光軸を基準として光源部１０側を−方向、逆側を＋方向、光軸Ａｘからの距離をＹとして表し、当該位置における副走査方向の曲率半径をＲｚ(Ｙ)として、
｜Ｒｚ(０)｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たすよう設計されている。すなわち、光軸から離れるのに従って曲率半径が大きくなる。つまり中心のパワーが最も大きく中心から離れるのに従ってパワーが小さくなる。同時に光源部１０側の曲率半径が、反対側より小さくなるように、したがって、光源部１０側のパワーが反対側より大きくなるように設定されている。
【００２３】
補正レンズ５１〜５４は、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が面中心に対して対称な面のみで構成される。また、補正レンズ５１〜５４の一面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有するアナモフィック非球面である。この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であり、その形状は、面中心を通る副走査方向の境界線を境に対称である。二次元多項式非球面の副走査方向の断面の傾きは、面中心からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって増加するよう設定されている。
【００２４】
外側の光束L1,L4が入射する補正レンズ５１，５４は、同一設計のレンズであり、これを光軸(反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸)に対して対称に、すなわち、光軸を中心に１８０°回転させて配置している。また、内側の光束L2,L3が入射する補正レンズ５２，５３も、同一設計のレンズであり、これを光軸を中心に１８０°回転させて配置している。ただし、外側の光束と内側の光束とでは光軸に対する角度が異なるため、補正レンズ５１，５４と補正レンズ５２，５３とは異なる設計である。すなわち、補正レンズとしては、２種類のレンズを２個ずつ用意すればよい。なお、補正レンズの設計が異なるのは二次元多項式非球面のみであり、他方の面は４つの補正レンズでいずれも共通である。
【００２５】
補正レンズ５１〜５４は、入射角度の異なる各光束について専用の設計にすることもできるが、上記のように２つずつ同一のレンズを１８０度回転させて利用できた方が部品の種類を削減できるために望ましい。ただし、このように同一構成の補正レンズを対称に配置して用いるためには、主走査方向に関して非対称性を持たせることができず、補正レンズにより走査線の湾曲を補正したとしても、傾きが残存する。そこで、実施形態の走査光学系は、走査レンズ３０に主走査方向に非対称なパワー配分を有する面を設けてボウの非対称性を補正している。
【００２６】
次に、図１に示したタンデム走査光学系の具体的な実施例を４例説明する。なお、以下の実施例では、ミラー４０，４１を省略し、光路を展開して説明する。
【００２７】
【実施例１】
図２〜図４は、実施例１の走査光学系を示し、図２は主走査方向の説明図、図３は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図４は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例１の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１〜５４がプラスチックにより形成されている。
【００２８】
表１は、実施例１の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。表中の記号ｒyは主走査方向の曲率半径(単位:mm)、ｒzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には省略、単位:mm)、ｄは面間の光軸上の距離(単位:mm)、ｎは設計波長780nmでの屈折率、DECZは反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸を基準にした各面の副走査方向への偏心(単位：mm)である。入射角度は、各光束の中心軸がポリゴンミラー２０に入射する際に反射面の法線に対してなす副走査方向の角度(主走査方向に対して垂直な平面に投影した際の角度)である。
【００２９】
【表１】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面は球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。
【００３１】
回転対称非球面は、光軸からの距離がhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次の非球面係数をＡ4，Ａ6として、以下の式で表される。表１における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００３２】
【数１】
【表２】
アナモフィック非球面は、面上で光軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査方向の距離がyとなる上記曲線上の座標点での光軸上の接線からの距離(サグ量)をＸ(y)、当該座標点でこの曲線に接する副走査方向の円弧の曲率をCz(y)として、以下の式で定義される。
【００３５】
【数２】
式中、Ｃは主走査方向の曲率、κは円錐係数、AMmは主走査方向の曲率を定義するm 次の非球面係数、Cz0は光軸上での副走査方向の曲率（=1/rz）、ASnは副走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数である。第５面を定義する各係数の値は、表３に示されている。
【００３７】
【表３】
二次元多項式非球面は、面中心で接する平面上での主走査方向の距離y、副走査方向の距離zの点(y,z)におけるサグ量X(y,z)として、以下の二次元多項式により表される。ここで、Ｃは面中心における主走査方向の曲率(1/ry)、κは円錐係数、ｈは面中心からの距離(=(y2+z2)1/2）、Ｂmnは係数(mは主走査方向，nは副走査方向に関する次数)である。この二次元多項式は、回転非対称な光学曲面を表す一般式である。Ｂmnのｎが奇数の場合の値を０以外の値にすると、面形状は副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称となる。
【００３９】
【数３】
外側光束用の補正レンズ５１に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表４、内側光束用の補正レンズ５２に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表５に示す。
【００４１】
【表４】
【表５】
上記の実施例１の走査光学系において、ポリゴンミラー２０の回転に伴う偏向点変化は、図５に示すとおりであり、主走査方向について光軸に関して非対称となる。また、光束がポリゴンミラー２０の回転軸に対して垂直な平面に対して斜めにポリゴンミラー２０に入射することにより生じる走査線の湾曲は、偏向点変化の非対称性の影響を受けて、走査レンズ３０の第１レンズ３１のポリゴンミラー２０側のレンズ面上では図６に示すように光軸に対して非対称に変化する。なお、図６は外側の光束Ｌ1の軌跡を示している。
【００４４】
実施例１では、走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図７に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図８に示すように低く抑えられる。図８(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図８(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。図８の各グラフの縦軸は主走査方向の走査位置、横軸は収差量を示し、単位はいずれもｍｍである。
【００４５】
図９は、走査レンズ３０に非対称成分を導入しない比較例の走査線を示し、図９(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図９(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。比較例は、実施例１の走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を光軸に対して対称に設定したものである。すなわち、アナモフィック非球面を表す副走査方向の係数ASの奇数次項AS1, AS3, AS5を全て０にして定義される面を用いている。他の構成は実施例１と同一である。図９に示されるように、走査レンズ３０に非対称成分を導入しないと、走査線の湾曲はある程度補正できても、傾きを補正することができない。
【００４６】
図１０〜図１３は、実施例１の走査光学系の他の収差を示す。図１０はｆθ特性、図１１は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図１２はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図１３は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。各グラフとも縦軸は主走査方向の走査位置(単位:mm)、横軸は収差量を示し、図１０〜図１１の横軸の単位はｍｍ、図１２の横軸の単位は％、図１３の横軸の単位は波長である。
【００４７】
【実施例２】
図１４〜図１６は、実施例２の走査光学系を示し、図１４は主走査方向の説明図、図１５は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図１６は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例２の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１、第２レンズ３２、そして、補正レンズ５１〜５４の全てがプラスチックにより形成されている。表６は、実施例２の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００４８】
【表６】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面は球面、第６面は平面、第７面はアナモフィック非球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。第４面の係数は表７、第７面の係数は表８、第８面の係数は表９、第１１面の係数は表１０にそれぞれ示される。
【００５０】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
実施例２では、走査レンズ３０の第２レンズ３２の感光体ドラム側の面、すなわち第７面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図１７に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図１８に示すように低く抑えられる。図１８(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図１８(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００５５】
図１９〜図２２は、実施例２の走査光学系の他の収差を示す。図１９はｆθ特性、図２０は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図２１はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図２２は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００５６】
【実施例３】
図２３〜図２５は、実施例３の走査光学系を示し、図２３は主走査方向の説明図、図２４は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図２５は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例３の走査光学系は、走査レンズ３０が１枚構成であり、この走査レンズと補正レンズ５１〜５４とが共にプラスチックにより形成されている。表１１は、実施例３の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００５７】
【表１１】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面、第９面は二次元多項式非球面、第７面、第１０面は球面である。第５面の係数は表１２、第６面の係数は表１３、第９面の係数は表１４にそれぞれ示される。
【００５９】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
実施例３では、走査レンズ３０の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図２６に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図２７に示すように低く抑えられる。図２７(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図２７(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００６３】
図２８〜図３１は、実施例３の走査光学系の他の収差を示す。図２８はｆθ特性、図２９は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３０はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３１は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００６４】
【実施例４】
図３２〜図３４は、実施例４の走査光学系を示し、図３２は主走査方向の説明図、図３３は外側の光束L1の光路を示す副走査方向の説明図、図３４は内側の光束L2の光路を示す副走査方向の説明図である。実施例４の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。表１５は、実施例４の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００６５】
【表１５】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面、第８面、第１１面は球面、、第９面、第１２面は二次元多項式非球面である。第４面の係数は表１６、第５面の係数は表１７、第９面の係数は表１８、第１２面の係数は表１９にそれぞれ示される。
【００６７】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
実施例４では、走査レンズ３０の第１レンズ３１の感光体ドラム側の面、すなわち第５面の副走査方向のパワーの主走査方向における分布を、図３５に示すように光軸に対して非対称に設定することにより、走査線の湾曲の非対称性を補正しており、その結果、感光体ドラム面上での走査線湾曲(ボウ)は、図３６に示すように低く抑えられる。図３６(A)は外側の光学系の光束L1に対する走査線、図３６(B)は内側の光学系の光束L2に対する走査線をそれぞれ示している。
【００７２】
図３７〜図４０は、実施例４の走査光学系の他の収差を示す。図３７はｆθ特性、図３８は像面湾曲(M:主走査方向、S:副走査方向)、図３９はFナンバーの変化(M:主走査方向、S:副走査方向)、図４０は波面収差を示し、各図とも(A)は外側の光束L1が通る光学系の収差、(B)は内側の光束L2が通る光学系の収差を示す。
【００７３】
次に、各実施例が前述した副走査方向の曲率半径の主走査方向における分布の条件、
｜Ｒｚ(０)｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（Ｙ）｜
を満たしていることを説明する。以下の表２０は、走査レンズ３０の光軸Ａｘを基準として光源部１０からの光束が入射する−方向と、逆側である＋方向とについて、光軸からの距離Ｙ＝３５ｍｍの位置での副走査方向の曲率半径Ｒｚ（−３５）、Ｒｚ（３５）、および光軸Ａｘ上での副走査方向の曲率半径Ｒｚ(０)のそれぞれの絶対値を各実施例について示す。
【００７４】
【表２０】
表２０に示すように、いずれの実施例も上述した条件を満たしている。このように、副走査方向の曲率半径、すなわちパワーに主走査方向に関する非対称性を持たせることにより、偏向点変化による走査線の傾きを補正することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、光束がポリゴンミラーに対して副走査方向において斜めに入射する走査光学系において、走査レンズの一面を副走査方向のパワーの主走査方向における分布が光軸に対して非対称なアナモフィック非球面とすることにより、光源部からの光束を主走査方向においてポリゴンミラーによる光束の走査範囲外から入射させることにより生じる偏向点変化に起因する走査線の傾きを補正することができる。したがって、複数の光束を利用するタンデム方式やマルチビーム方式の走査光学系では、ポリゴンミラーへの副走査方向の入射角度の符号が異なる各光束により形成される走査線の方向を精度よく揃えることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【００７７】
また、走査レンズに主走査方向の非対称性を持たせることにより、補正レンズは主走査方向に関して対称形状にすることができる。したがって、ポリゴンミラーに対して複数の光束を入射させる場合、副走査方向に関する入射角度の絶対値が等しく符号が異なる光束については、同一形状の補正レンズを１８０°回転させて利用することができ、それぞれの光束について別形状の補正レンズを用いるよりも部品の種類を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の走査光学系の概要を示す副走査方向の断面内の説明図である。
【図２】 実施例１の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図３】 実施例１の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図４】 実施例１の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図５】 実施例１の走査光学系の偏向点変化を示すグラフである。
【図６】 実施例１の走査光学系の走査レンズの第１面上における走査線の湾曲を示すグラフである。
【図７】 実施例１の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図８】 実施例１の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図９】 比較例の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図１０】 実施例１の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図１１】 実施例１の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図１２】 実施例１の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図１３】 実施例１の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図１４】 実施例２の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図１５】 実施例２の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図１６】 実施例２の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図１７】 実施例２の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図１８】 実施例２の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図１９】 実施例２の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図２０】 実施例２の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図２１】 実施例２の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図２２】 実施例２の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図２３】 実施例３の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図２４】 実施例３の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図２５】 実施例３の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図２６】 実施例３の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図２７】 実施例３の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図２８】 実施例３の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図２９】 実施例３の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図３０】 実施例３の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図３１】 実施例３の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【図３２】 実施例４の走査光学系の主走査方向の説明図である。
【図３３】 実施例４の走査光学系の外側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図３４】 実施例４の走査光学系の内側の光束の光路を示す副走査方向の説明図である。
【図３５】 実施例４の走査光学系の走査レンズに含まれるアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径の分布を示すグラフである。
【図３６】 実施例４の走査光学系のボウを示すグラフである。
【図３７】 実施例４の走査光学系のｆθ特性を示すグラフである。
【図３８】 実施例４の走査光学系の像面湾曲を示すグラフである。
【図３９】 実施例４の走査光学系のFナンバーの変化を示すグラフである。
【図４０】 実施例４の走査光学系の波面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光源部
１１ 半導体レーザー
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
２０ ポリゴンミラー
３０ 走査レンズ
５１〜５４ 補正レンズ
６１〜６４ 感光体ドラム
Claims (7)
- 光束を発生する光源部と、
複数の反射面を有し、回転駆動されることにより前記光源部から発して入射する光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、
該ポリゴンミラーにより反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、
前記結像光学系は、単数または複数の単レンズから構成される走査レンズと、該走査レンズより前記被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レンズとを備え、
前記光源部は、主走査方向においては、前記ポリゴンミラーによる光束の走査範囲外から、副走査方向においては、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な平面に対して斜めに、前記ポリゴンミラーに対して光束を入射させるよう配置され、
前記走査レンズの少なくとも１面は、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が光軸に対して非対称なアナモフィック面であり、
該アナモフィック面は、主走査方向の断面形状が当該走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率半径が前記光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であり、当該アナモフィック面上における主走査方向の位置を、前記光軸からの距離をＹ，前記光軸を基準として前記光源部から前記ポリゴンミラーの反射面に光束が入射する側を−方向、逆側を＋方向として表し、当該位置における副走査方向の曲率半径をＲｚ(Ｙ)として、
｜Ｒｚ(０)｜＜｜Ｒｚ（−Ｙ）｜＜｜Ｒｚ（＋Ｙ）｜
を満たし、
前記補正レンズは、副走査方向のパワーの主走査方向における分布が面中心に対して対称な面のみで構成されることを特徴とする走査光学系。 - 前記走査レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で光軸を含む平面に関して対称な形状を有し、前記補正レンズは、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状のアナモフィック面を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
- 前記補正レンズの１つの面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有する非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学系。
- 前記補正レンズの非球面は、前記面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの前記面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であることを特徴とする請求項３に記載の走査光学系。
- 前記走査レンズのうち、少なくとも前記アナモフィック面を含むレンズ素子がプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の走査光学系。
- 前記光源部は、複数の光束を発し、前記光源部から前記ポリゴンミラーに入射する複数の光束の副走査方向の断面内での入射角度がそれぞれ異なり、前記走査レンズは、前記複数の光束に対して共通に単数配置され、前記補正レンズは、ほぼ同一の角度で前記ポリゴンミラーに入射する光束毎に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の走査光学系。
- 前記光源部は、該光源部から発する複数の光束を前記ポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射させ、前記入射角度の絶対値が等しく符号が異なる光束に対しては、同一形状の前記補正レンズを前記走査レンズの光軸の延長線に対して対称に配置して用いることを特徴とする請求項６に記載の走査光学系。
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