JP4438025B2 - 走査光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置に関し、特に光源手段から射出される光束（光ビーム）を回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体面である被走査面上に導光し、該被走査面上を該光束で走査することにより、文字や情報等を記録するようにした、例えばレーザービームプリンタやデジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられている走査光学装置は、光源手段から射出された光束を偏向手段で偏向し、該偏向された光ビーム（光束）を走査光学手段により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該被走査面上を走査している。
【０００３】
図２８は従来の走査光学装置の要部概略図である。同図において半導体レーザー等より成る光源手段１１から射出した光束はコリメーターレンズ１２によって略平行光束に変換され、該変換された略平行光束は開口絞り１３によって最適なビーム形状に整形され、シリンドリカルレンズ１４に入射する。該シリンドリカルレンズ１４は副走査方向にパワーを有し、回転多面鏡等より成る光偏向器１５の偏向面１５ａ近傍に主走査方向に長手の線状光束として結像する。ここで主走査方向とは偏向走査方向に平行な方向、副走査方向とは偏向走査方向に垂直な方向であり、以後同様とする。そして線状光束は光偏向器１５により等角速度で反射偏向され、ｆθ特性を有する走査光学手段としてのｆθレンズ系１６により、被走査面である感光ドラム面（記録媒体面）１８上にスポット状に結像され、該感光ドラム面１８上を等速度で光走査している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の走査光学装置における偏向手段には通常多数の偏向面（反射面）を有する回転多面鏡を用い、走査光学系全系において、偏向前後における光軸はある角度を成すように配置されている。即ち走査面内において、光源手段から射出された光束を偏向手段に対し斜め方向から入射させている。そのため軸上走査時を基準にした場合、１走査内において偏向面の出入りが非対称に生じる。偏向面近傍に一旦光束を結像し、該偏向面と被走査面との間を共役結像関係にしている副走査断面内においては、この非対称性による影響が顕著であり、像面湾曲補正を困難とする。
【０００５】
また、さらなる高精細（微小スポット）な走査光学装置を実現するためには、主走査方向における像面湾曲やｆθ特性に対する非対称性の影響も考慮する必要がある。これら問題点の１つの解決策として、例えば特開平8-122635号公報や特開平8-248308号公報等で提案されている走査光学装置では副走査方向の曲率半径を光軸に対し非対称に変化させている。これにより副走査方向の像面湾曲を走査幅全域に渡り、良好に補正可能としている。このような形状のレンズを作製するには技術的・コスト的な観点からプラスチックモールドを行うのが一般的である。
【０００６】
しかしながらプラスチックは周知の如く環境変動に弱いという性質があり、特に環境温度が変化すると、それに従い屈折率も変化する。その結果ピント位置が変動し、被走査面上におけるスポット形状の肥大化等により、良好なる印字画像を得ることが難しくなってくるという問題点がある。
【０００７】
本発明の第１の目的は走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子のパワーを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置の提供にある。
【０００８】
本発明の第２の目的は走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子のピッチを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず変化させ、かつ該走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面の形状を主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、軸上から軸外に向けて非対称に形成することにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から射出された光束を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させるために、前記光源手段から順に、屈折光学素子、回折光学素子を備えた走査光学手段と、を有する走査光学装置において、
前記走査光学手段は、副走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面と前記被走査面とを共役関係とする倒れ補正機能を備えており、
前記光源手段から射出された光束は、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸に対して斜め方向から前記回転多面鏡の偏向面に入射しており、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、共にプラスチック材料で成形されており、
前記屈折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記屈折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記回折光学素子は、平面形状の光学面上にピッチの変化によるパワーを有する回折格子が形成された構造であり、
前記回折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記走査光学手段の光軸上の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｏ、前記走査光学手段の軸外の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明のレーザビームプリンタは、請求項１に記載の走査光学装置と、前記被走査面上に配置された感光ドラムとを有することを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００２８】
同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から射出した発散光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、コリメーターレンズ２から射出した光束（光ビーム）を所望の最適なビーム形状に形成している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定のパワーを有し、開口絞り３から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ近傍に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）させている。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡より成り、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２９】
６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）６ａと、回折系よりなる第２の光学素子（ｆθレンズ系）６ｂとを有している。屈折系より成る第１の光学素子６ａは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）のパワーを有するアナモフィックレンズより成り、第１面（光線入射面）６ａ１は球面、第２面（光線射出面）６ａ２はトーリック面で構成されている。さらに第２面６ａ２に関し主走査方向は非球面形状であり、副走査方向は曲率半径が光軸からの距離によらず一定となるように形成している。回折系より成る第２の光学素子６ｂは主走査方向、副走査方向ともに平面である透明平板で形成され、回折系によるパワーが主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面（光線射出面）６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。第１、第２の光学素子６ａ，６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。７は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３０】
尚、本明細書において基準軸とは光軸のことである。
【００３１】
また具体的には、後述する回折系の位相関数を表わす式▲２▼におけるＹ軸に一致する軸である。
【００３２】
本実施形態において半導体レーザー１より射出した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形してシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は走査光学手段６により被走査面７（感光ドラム面）上にスポット形状に結像され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
【００３３】
本実施形態における走査光学手段６を構成する第１の光学素子６ａの屈折系及び第２の光学素子６ｂの回折系の形状は各光学素子面と光軸もしくは基準軸との交点を原点とし、光軸もしくは基準軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸もしくは基準軸に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸もしくは基準軸に垂直な方向をＺ軸とすると、各々次のように表わせる。
【００３４】
▲１▼屈折系 主走査方向…下式の１０次までの関数で表される非球面形状
【００３５】
【数１】
【００３６】
＋Ｂ8 Ｙ8 ＋Ｂ10Ｙ10
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ4 ，Ｂ6 ，Ｂ8 ，Ｂ10は非球面係数）
（係数に添え字ｕが付く場合、レーザー側
係数に添え字ｌが付く場合、反レーザー側）
副走査方向…曲率半径がＹの関数で与えられる球面形状
ｒ’＝ｒ（１＋Ｄ2 Ｙ2 ＋Ｄ4 Ｙ4 ＋Ｄ6 Ｙ6 ＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）
（但し、ｒは曲率半径、Ｄ2 ，Ｄ4 ，Ｄ6 ，Ｄ8 ，Ｄ10は非球面係数）
（係数に添え字ｕが付く場合、レーザー側
係数に添え字ｌが付く場合、反レーザー側）
▲２▼回折系 Ｙ、Ｚの１０次までの巾多項式の位相関数で表される回折面
Ｗ＝Ｃ1 Ｙ＋Ｃ2 Ｙ2 ＋Ｃ3 Ｙ3 ＋Ｃ4 Ｙ4 ＋Ｃ5 Ｙ5
＋Ｃ6 Ｙ6 ＋Ｃ7 Ｙ7 ＋Ｃ8 Ｙ8 ＋Ｃ9 Ｙ9 ＋Ｃ10Ｙ10
＋Ｅ1 Ｚ2 ＋Ｅ2 ＹＺ2 ＋Ｅ3 Ｙ2 Ｚ2 ＋Ｅ4 Ｙ3 Ｚ2 ＋Ｅ5 Ｙ4 Ｚ2
＋Ｅ6 Ｙ5 Ｚ2 ＋Ｅ7 Ｙ6 Ｚ2 ＋Ｅ8 Ｙ7 Ｚ2 ＋Ｅ9 Ｙ8 Ｚ2
（Ｃ1 〜Ｃ10、Ｅ1 〜Ｅ9 は位相係数）
表−１に本実施形態における光学配置を示し、表−２に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００３７】
ここでθ１は偏向手段前後の光学系の、各々の光軸の成す角、θｍａｘは最軸外を走査したときの光束と走査光学手段の光軸との成す角、ｆは像高をＹ、走査角をθとしたときにＹ＝ｆθで与えられる定数である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
本実施形態における第２の光学素子６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図２に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図３に示す。回折格子のピッチを位置によって変化させることにより、その場所を通過する光束を集束もしくは発散させることができる。光線通過点ｙにおける格子ピッチをＰ（ｙ）とすると、その光線通過点における格子空間周波数Ｈ（ｙ）は、
Ｈ（ｙ）＝１／Ｐ（ｙ）
と表わされ、回折格子によるパワーφは、
φ＝ｍλ・ｄＨ／ｄｙ
で与えられる。ここでｍは次数、λは波長である。
【００４１】
本実施形態においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本実施形態においては第１の光学素子６ａの光軸と第２の光学素子６ｂの基準軸は一致しており、全系の光軸に対し０．９ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００４２】
さらに本実施形態において走査光学手段６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向とのピント移動を半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００４３】
図４は本実施形態における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図５は本実施形態における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図６は本実施形態における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図４、図５に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子６ａ及び第２の光学素子６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００４４】
このように本実施形態では表−２に示すように屈折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において走査光学手段の光軸から軸外に向って光軸を中心として対称に変化しており」、また屈折光学系の副走査方向のパワーは、主走査断面内において走査光学手段の光軸から軸外に向って前記光軸を中心として対称に変化している。また上述の如く走査光学手段６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子６ｂの第２面６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子８を形成し、該回折格子８を形成した第２の光学素子６ｂ面内において、該回折格子８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００４５】
［参考例１］
図７は本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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。
【００４６】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系よりなる第１の光学素子と、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子とより構成し、それに伴ない第１、第２の光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００４７】
即ち、同図において２６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）２６ａと、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子（ｆθレンズ系）２６ｂとを有している。屈折系よりなる第１の光学素子２６ａは正（凸）のパワーを有する回転対称レンズより成り、第１面（光線入射面）２６ａ１は球面、第２面（光線射出面）２６ａ２は非球面で構成されている。ここで第１の光学素子２６ａの屈折系の形状は、該光学素子面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸に垂直な方向をＺ軸とすると、次のように表わせる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
＋Ｂｈ4 ＋Ｃｈ6 ＋Ｄｈ8 ＋Ｅｈ10
（ここで、ｈ＝（Ｙ2 ＋Ｚ2 ）1/2 ）
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数）
屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子２６ｂは第１面（光線入射面）２６ｂ１が副走査方向にシリンドリカル面を有し、第２面（光線射出面）２６ｂ２が平面のシリンドリカルレンズであり、副走査方向に正（凸）のパワーを有する。シリンドリカル面の曲率半径は第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化している。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面２６ｂ２に回折格子２８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。この第２の光学素子２６ｂは副走査方向において屈折系による正のパワーと回折系による正のパワーの両方を有している。これらの第１、第２の光学素子２６ａ，２６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段２６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００５０】
表−３に参考例１における光学配置を示し、表−４に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
本参考例における第２の光学素子２６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図８に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図９に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本参考例においては第１の光学素子２６ａの光軸と第２の光学素子２６ｂの基準軸は一致しており、全系の光軸に対し０．４５ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００５４】
また第２の光学素子２６ｂの第１面２６ｂ１であるシリンドリカル面の曲率半径は上述の如く該第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化している。その様子を図１０に示す。これらのことにより光学特性を良好に補正することができる。
【００５５】
さらに本参考例において走査光学手段２６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を、半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子２６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００５６】
図１１は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図１２は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図１３は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図１１、図１２に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子２６ａ及び第２の光学素子２６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００５７】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段２６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子２６ｂの第２面２６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子２８を形成し、該回折格子２８を形成した第２の光学素子２６ｂ面内において、該回折格子２８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させ、また第２の光学素子２６ｂの第１面２６ｂ１であるシリンドリカル面の曲率半径を該第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００５８】
［参考例２］
図１４は本発明の参考例２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系と回折系の両方を有する単一の光学素子より構成し、それに伴ない該光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６０】
即ち、同図において３６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系と回折系の両方を有する単一の光学素子（ｆθ単レンズ）３６ａより成っている。単一の光学素子３６ａの第１面（光線入射面）３６ａ１はシリンドリカル面であり、主走査方向にパワーを有する。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第１面３６ａ１に回折格子３８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。第２面（光線射出面）３６ａ２はトーリック面であり、主走査方向、副走査方向の各々のパワーが単一の光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かって非対称に変化している。この単一の光学素子３６ａはプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段３６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００６１】
表−５に本参考例における光学配置を有し、表−６に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【００６４】
本参考例における単一の光学素子３６ａの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図１５に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図１６に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本実施形態においては単一の光学素子３６ａの基準軸は全系の光軸に対し０．７ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００６５】
また単一の光学素子３６ａの第２面３６ａ２であるトーリック面の主走査方向の形状は該光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かい非対称に変化している。その様子を図１７に示す。またトーリック面の副走査方向の曲率半径は単一の光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かい非対称に変化している。その様子を図１８に示す。これらのことにより光学特性を良好に補正することができる。
【００６６】
さらに本参考例において走査光学手段３６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を半導体レーザー１の波長変動に起因する単一の光学素子３６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００６７】
図１９は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図２０は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図２１は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図１９、図２０に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子３６ａ及び第２の光学素子３６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００６８】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段３６を構成する単一の光学素子３６ａの各光学面のうち、第１面３６ａ１にピッチの変化によるパワーを有する回折格子３８を形成し、該回折格子３８を形成した光学素子面内において、該回折格子３８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させ、かつ第２面３６ａ２の形状を主走査方向、副走査方向ともに軸上から軸外に向けて非対称に形成することにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００６９】
［参考例３］
図２２は本発明の参考例３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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。
【００７０】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系よりなる第１の光学素子と、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子とより構成し、それに伴ない第１、第２の光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７１】
即ち、同図において４６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）４６ａと、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子（ｆθレンズ系）４６ｂとを有している。屈折系よりなる第１の光学素子４６ａは正（凸）のパワーを有する球面レンズより成り、第１面（光線入射面）４６ａ１、第２面（光線射出面）４６ａ２ともに球面で構成されている。
【００７２】
屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子４６ｂは第１面（光線入射面）４６ｂ１、第２面（光線射出面）４６ｂ２ともにトーリック面で構成されている。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面４６ｂ２に回折格子４８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。この第２の光学素子４６ｂは主走査方向、副走査方向ともに屈折系によるパワーと回折系によるパワーの両方を有している。これらの第１、第２の光学素子４６ａ，４６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段４６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００７３】
表−７に本参考例における光学配置を示し、表−８に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００７４】
【表７】
【００７５】
【表８】
【００７６】
本参考例における第２の光学素子４６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図２３に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図２４に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。
【００７７】
また本参考例においては第２の光学素子４６ｂの両面４６ｂ１，４６ｂ２に関し、主走査方向は非球面形状より形成することにより、設計上の自由度を増大させ、これにより光学特性を良好に補正することが可能になることにより、より微小スポット径を要求される高精細な走査光学装置を得ている。
【００７８】
さらに本参考例において走査光学手段４６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を、半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子４６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００７９】
図２５は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図２６は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図２７は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図２５、図２６に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子４６ａ及び第２の光学素子４６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００８０】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段４６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子４６ｂの第２面４６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子４８を形成し、該回折格子４８を形成した第２の光学素子４６ｂ面内において、該回折格子４８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００８１】
尚、実施形態１と各参考例では変換光学素子２により光源手段１から射出された光束を略平行光束に変換したが、光偏向器５の偏向面５ａと被走査面８との間の距離を短縮するために収束光束に変換してもよい。
【００８２】
また、実施形態と各参考例では基準軸を光軸としたが、回折格子は光学素子面上に自由に形成することが可能であるので、光軸以外の任意の位置に基準軸を設定しても良い。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子を形成した光学素子面内において、該回折格子のパワーを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２】 本発明の実施形態１の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図３】 本発明の実施形態１の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図４】 本発明の実施形態１の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図５】 本発明の実施形態１の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図６】 本発明の実施形態１の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図７】 本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図８】 本発明の参考例１の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図９】 本発明の参考例１の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図１０】 本発明の参考例１のシリンドリカル面の曲率半径の変化の様子を示す図
【図１１】 本発明の参考例１の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図１２】 本発明の参考例１の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図１３】 本発明の参考例１の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図１４】 本発明の参考例２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１５】 本発明の参考例２の主走査方向の回折パワーの変化を示す図。
【図１６】 本発明の参考例２の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図１７】 本発明の参考例２のトーリック面の主走査断面内の形状を示す図
【図１８】 本発明の参考例２のトーリック面の副走査方向の曲率半径の変化の様子を示す図
【図１９】 本発明の参考例２の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図２０】 本発明の参考例２の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図２１】 本発明の参考例２の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図２２】 本発明の参考例３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２３】 本発明の参考例３の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図２４】 本発明の参考例３の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図２５】 本発明の参考例３の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図２６】 本発明の参考例３の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図２７】 本発明の参考例３の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図２８】 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【符号の説明】
１ 光源手段
２ 変換光学素子
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（光偏向器）
６，２６，３６，４６ 走査光学手段
６ａ，２６ａ，４６ａ 第１の光学素子
６ｂ，２６ｂ，４６ｂ 第２の光学素子
３６ａ 光学素子
７ 被走査面（感光ドラム面）
８，２８，３８，４８ 回折格子
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置に関し、特に光源手段から射出される光束（光ビーム）を回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体面である被走査面上に導光し、該被走査面上を該光束で走査することにより、文字や情報等を記録するようにした、例えばレーザービームプリンタやデジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられている走査光学装置は、光源手段から射出された光束を偏向手段で偏向し、該偏向された光ビーム（光束）を走査光学手段により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該被走査面上を走査している。
【０００３】
図２８は従来の走査光学装置の要部概略図である。同図において半導体レーザー等より成る光源手段１１から射出した光束はコリメーターレンズ１２によって略平行光束に変換され、該変換された略平行光束は開口絞り１３によって最適なビーム形状に整形され、シリンドリカルレンズ１４に入射する。該シリンドリカルレンズ１４は副走査方向にパワーを有し、回転多面鏡等より成る光偏向器１５の偏向面１５ａ近傍に主走査方向に長手の線状光束として結像する。ここで主走査方向とは偏向走査方向に平行な方向、副走査方向とは偏向走査方向に垂直な方向であり、以後同様とする。そして線状光束は光偏向器１５により等角速度で反射偏向され、ｆθ特性を有する走査光学手段としてのｆθレンズ系１６により、被走査面である感光ドラム面（記録媒体面）１８上にスポット状に結像され、該感光ドラム面１８上を等速度で光走査している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の走査光学装置における偏向手段には通常多数の偏向面（反射面）を有する回転多面鏡を用い、走査光学系全系において、偏向前後における光軸はある角度を成すように配置されている。即ち走査面内において、光源手段から射出された光束を偏向手段に対し斜め方向から入射させている。そのため軸上走査時を基準にした場合、１走査内において偏向面の出入りが非対称に生じる。偏向面近傍に一旦光束を結像し、該偏向面と被走査面との間を共役結像関係にしている副走査断面内においては、この非対称性による影響が顕著であり、像面湾曲補正を困難とする。
【０００５】
また、さらなる高精細（微小スポット）な走査光学装置を実現するためには、主走査方向における像面湾曲やｆθ特性に対する非対称性の影響も考慮する必要がある。これら問題点の１つの解決策として、例えば特開平8-122635号公報や特開平8-248308号公報等で提案されている走査光学装置では副走査方向の曲率半径を光軸に対し非対称に変化させている。これにより副走査方向の像面湾曲を走査幅全域に渡り、良好に補正可能としている。このような形状のレンズを作製するには技術的・コスト的な観点からプラスチックモールドを行うのが一般的である。
【０００６】
しかしながらプラスチックは周知の如く環境変動に弱いという性質があり、特に環境温度が変化すると、それに従い屈折率も変化する。その結果ピント位置が変動し、被走査面上におけるスポット形状の肥大化等により、良好なる印字画像を得ることが難しくなってくるという問題点がある。
【０００７】
本発明の第１の目的は走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子のパワーを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置の提供にある。
【０００８】
本発明の第２の目的は走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子のピッチを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず変化させ、かつ該走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面の形状を主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、軸上から軸外に向けて非対称に形成することにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置の提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から射出された光束を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させるために、前記光源手段から順に、屈折光学素子、回折光学素子を備えた走査光学手段と、を有する走査光学装置において、
前記走査光学手段は、副走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面と前記被走査面とを共役関係とする倒れ補正機能を備えており、
前記光源手段から射出された光束は、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸に対して斜め方向から前記回転多面鏡の偏向面に入射しており、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、共にプラスチック材料で成形されており、
前記屈折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記屈折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記回折光学素子は、平面形状の光学面上にピッチの変化によるパワーを有する回折格子が形成された構造であり、
前記回折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記走査光学手段の光軸上の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｏ、前記走査光学手段の軸外の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明のレーザビームプリンタは、請求項１に記載の走査光学装置と、前記被走査面上に配置された感光ドラムとを有することを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００２８】
同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から射出した発散光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、コリメーターレンズ２から射出した光束（光ビーム）を所望の最適なビーム形状に形成している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定のパワーを有し、開口絞り３から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ近傍に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）させている。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡より成り、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２９】
６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）６ａと、回折系よりなる第２の光学素子（ｆθレンズ系）６ｂとを有している。屈折系より成る第１の光学素子６ａは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）のパワーを有するアナモフィックレンズより成り、第１面（光線入射面）６ａ１は球面、第２面（光線射出面）６ａ２はトーリック面で構成されている。さらに第２面６ａ２に関し主走査方向は非球面形状であり、副走査方向は曲率半径が光軸からの距離によらず一定となるように形成している。回折系より成る第２の光学素子６ｂは主走査方向、副走査方向ともに平面である透明平板で形成され、回折系によるパワーが主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面（光線射出面）６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。第１、第２の光学素子６ａ，６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。７は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３０】
尚、本明細書において基準軸とは光軸のことである。
【００３１】
また具体的には、後述する回折系の位相関数を表わす式▲２▼におけるＹ軸に一致する軸である。
【００３２】
本実施形態において半導体レーザー１より射出した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形してシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は走査光学手段６により被走査面７（感光ドラム面）上にスポット形状に結像され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
【００３３】
本実施形態における走査光学手段６を構成する第１の光学素子６ａの屈折系及び第２の光学素子６ｂの回折系の形状は各光学素子面と光軸もしくは基準軸との交点を原点とし、光軸もしくは基準軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸もしくは基準軸に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸もしくは基準軸に垂直な方向をＺ軸とすると、各々次のように表わせる。
【００３４】
▲１▼屈折系 主走査方向…下式の１０次までの関数で表される非球面形状
【００３５】
【数１】
＋Ｂ8 Ｙ8 ＋Ｂ10Ｙ10
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ4 ，Ｂ6 ，Ｂ8 ，Ｂ10は非球面係数）
（係数に添え字ｕが付く場合、レーザー側
係数に添え字ｌが付く場合、反レーザー側）
副走査方向…曲率半径がＹの関数で与えられる球面形状
ｒ’＝ｒ（１＋Ｄ2 Ｙ2 ＋Ｄ4 Ｙ4 ＋Ｄ6 Ｙ6 ＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）
（但し、ｒは曲率半径、Ｄ2 ，Ｄ4 ，Ｄ6 ，Ｄ8 ，Ｄ10は非球面係数）
（係数に添え字ｕが付く場合、レーザー側
係数に添え字ｌが付く場合、反レーザー側）
▲２▼回折系 Ｙ、Ｚの１０次までの巾多項式の位相関数で表される回折面
Ｗ＝Ｃ1 Ｙ＋Ｃ2 Ｙ2 ＋Ｃ3 Ｙ3 ＋Ｃ4 Ｙ4 ＋Ｃ5 Ｙ5
＋Ｃ6 Ｙ6 ＋Ｃ7 Ｙ7 ＋Ｃ8 Ｙ8 ＋Ｃ9 Ｙ9 ＋Ｃ10Ｙ10
＋Ｅ1 Ｚ2 ＋Ｅ2 ＹＺ2 ＋Ｅ3 Ｙ2 Ｚ2 ＋Ｅ4 Ｙ3 Ｚ2 ＋Ｅ5 Ｙ4 Ｚ2
＋Ｅ6 Ｙ5 Ｚ2 ＋Ｅ7 Ｙ6 Ｚ2 ＋Ｅ8 Ｙ7 Ｚ2 ＋Ｅ9 Ｙ8 Ｚ2
（Ｃ1 〜Ｃ10、Ｅ1 〜Ｅ9 は位相係数）
表−１に本実施形態における光学配置を示し、表−２に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００３７】
ここでθ１は偏向手段前後の光学系の、各々の光軸の成す角、θｍａｘは最軸外を走査したときの光束と走査光学手段の光軸との成す角、ｆは像高をＹ、走査角をθとしたときにＹ＝ｆθで与えられる定数である。
【００３８】
【表１】
【表２】
本実施形態における第２の光学素子６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図２に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図３に示す。回折格子のピッチを位置によって変化させることにより、その場所を通過する光束を集束もしくは発散させることができる。光線通過点ｙにおける格子ピッチをＰ（ｙ）とすると、その光線通過点における格子空間周波数Ｈ（ｙ）は、
Ｈ（ｙ）＝１／Ｐ（ｙ）
と表わされ、回折格子によるパワーφは、
φ＝ｍλ・ｄＨ／ｄｙ
で与えられる。ここでｍは次数、λは波長である。
【００４１】
本実施形態においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本実施形態においては第１の光学素子６ａの光軸と第２の光学素子６ｂの基準軸は一致しており、全系の光軸に対し０．９ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００４２】
さらに本実施形態において走査光学手段６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向とのピント移動を半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００４３】
図４は本実施形態における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図５は本実施形態における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図６は本実施形態における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図４、図５に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子６ａ及び第２の光学素子６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００４４】
このように本実施形態では表−２に示すように屈折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において走査光学手段の光軸から軸外に向って光軸を中心として対称に変化しており」、また屈折光学系の副走査方向のパワーは、主走査断面内において走査光学手段の光軸から軸外に向って前記光軸を中心として対称に変化している。また上述の如く走査光学手段６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子６ｂの第２面６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子８を形成し、該回折格子８を形成した第２の光学素子６ｂ面内において、該回折格子８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００４５】
［参考例１］
図７は本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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。
【００４６】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系よりなる第１の光学素子と、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子とより構成し、それに伴ない第１、第２の光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００４７】
即ち、同図において２６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）２６ａと、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子（ｆθレンズ系）２６ｂとを有している。屈折系よりなる第１の光学素子２６ａは正（凸）のパワーを有する回転対称レンズより成り、第１面（光線入射面）２６ａ１は球面、第２面（光線射出面）２６ａ２は非球面で構成されている。ここで第１の光学素子２６ａの屈折系の形状は、該光学素子面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸に垂直な方向をＺ軸とすると、次のように表わせる。
【００４８】
【数２】
＋Ｂｈ4 ＋Ｃｈ6 ＋Ｄｈ8 ＋Ｅｈ10
（ここで、ｈ＝（Ｙ2 ＋Ｚ2 ）1/2 ）
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数）
屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子２６ｂは第１面（光線入射面）２６ｂ１が副走査方向にシリンドリカル面を有し、第２面（光線射出面）２６ｂ２が平面のシリンドリカルレンズであり、副走査方向に正（凸）のパワーを有する。シリンドリカル面の曲率半径は第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化している。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面２６ｂ２に回折格子２８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。この第２の光学素子２６ｂは副走査方向において屈折系による正のパワーと回折系による正のパワーの両方を有している。これらの第１、第２の光学素子２６ａ，２６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段２６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００５０】
表−３に参考例１における光学配置を示し、表−４に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００５１】
【表３】
【表４】
本参考例における第２の光学素子２６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図８に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図９に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本参考例においては第１の光学素子２６ａの光軸と第２の光学素子２６ｂの基準軸は一致しており、全系の光軸に対し０．４５ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００５４】
また第２の光学素子２６ｂの第１面２６ｂ１であるシリンドリカル面の曲率半径は上述の如く該第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化している。その様子を図１０に示す。これらのことにより光学特性を良好に補正することができる。
【００５５】
さらに本参考例において走査光学手段２６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を、半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子２６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００５６】
図１１は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図１２は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図１３は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図１１、図１２に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子２６ａ及び第２の光学素子２６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００５７】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段２６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子２６ｂの第２面２６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子２８を形成し、該回折格子２８を形成した第２の光学素子２６ｂ面内において、該回折格子２８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させ、また第２の光学素子２６ｂの第１面２６ｂ１であるシリンドリカル面の曲率半径を該第２の光学素子２６ｂの光軸に対し、軸上から主走査方向軸外に向かって非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００５８】
［参考例２］
図１４は本発明の参考例２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系と回折系の両方を有する単一の光学素子より構成し、それに伴ない該光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６０】
即ち、同図において３６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系と回折系の両方を有する単一の光学素子（ｆθ単レンズ）３６ａより成っている。単一の光学素子３６ａの第１面（光線入射面）３６ａ１はシリンドリカル面であり、主走査方向にパワーを有する。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第１面３６ａ１に回折格子３８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。第２面（光線射出面）３６ａ２はトーリック面であり、主走査方向、副走査方向の各々のパワーが単一の光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かって非対称に変化している。この単一の光学素子３６ａはプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段３６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００６１】
表−５に本参考例における光学配置を有し、表−６に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００６２】
【表５】
【表６】
本参考例における単一の光学素子３６ａの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図１５に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図１６に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。なお本実施形態においては単一の光学素子３６ａの基準軸は全系の光軸に対し０．７ｍｍ反レーザー側にシフトしている。
【００６５】
また単一の光学素子３６ａの第２面３６ａ２であるトーリック面の主走査方向の形状は該光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かい非対称に変化している。その様子を図１７に示す。またトーリック面の副走査方向の曲率半径は単一の光学素子３６ａの光軸に対し軸上から軸外に向かい非対称に変化している。その様子を図１８に示す。これらのことにより光学特性を良好に補正することができる。
【００６６】
さらに本参考例において走査光学手段３６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を半導体レーザー１の波長変動に起因する単一の光学素子３６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００６７】
図１９は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図２０は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図２１は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図１９、図２０に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子３６ａ及び第２の光学素子３６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００６８】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段３６を構成する単一の光学素子３６ａの各光学面のうち、第１面３６ａ１にピッチの変化によるパワーを有する回折格子３８を形成し、該回折格子３８を形成した光学素子面内において、該回折格子３８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させ、かつ第２面３６ａ２の形状を主走査方向、副走査方向ともに軸上から軸外に向けて非対称に形成することにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００６９】
［参考例３］
図２２は本発明の参考例３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）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。
【００７０】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は走査光学手段を屈折系よりなる第１の光学素子と、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子とより構成し、それに伴ない第１、第２の光学素子の形状を適切に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７１】
即ち、同図において４６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、屈折系よりなる第１の光学素子（ｆθレンズ系）４６ａと、屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子（ｆθレンズ系）４６ｂとを有している。屈折系よりなる第１の光学素子４６ａは正（凸）のパワーを有する球面レンズより成り、第１面（光線入射面）４６ａ１、第２面（光線射出面）４６ａ２ともに球面で構成されている。
【００７２】
屈折系と回折系の両方を有する第２の光学素子４６ｂは第１面（光線入射面）４６ｂ１、第２面（光線射出面）４６ｂ２ともにトーリック面で構成されている。また回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面４６ｂ２に回折格子４８が形成されている。この回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化している。この第２の光学素子４６ｂは主走査方向、副走査方向ともに屈折系によるパワーと回折系によるパワーの両方を有している。これらの第１、第２の光学素子４６ａ，４６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段４６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００７３】
表−７に本参考例における光学配置を示し、表−８に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００７４】
【表７】
【表８】
本参考例における第２の光学素子４６ｂの主走査方向の回折パワーの変化の様子を図２３に示し、副走査方向の回折パワーの変化の様子を図２４に示す。本参考例においては回折によるパワーは基準軸の軸上から軸外に向かい主走査方向、副走査方向ともに非対称に変化している。さらに副走査方向に関しては基準軸の軸上のパワーをＰｏ、軸外のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ ‥‥‥（１）
なる条件を満足させている。条件式（１）を外れると前述の実施形態１と同様に像面湾曲の補正を困難にしたり、副走査倍率の均一性が保てず良くない。
【００７７】
また本参考例においては第２の光学素子４６ｂの両面４６ｂ１，４６ｂ２に関し、主走査方向は非球面形状より形成することにより、設計上の自由度を増大させ、これにより光学特性を良好に補正することが可能になることにより、より微小スポット径を要求される高精細な走査光学装置を得ている。
【００７８】
さらに本参考例において走査光学手段４６は装置の環境変動（温度変化）によるレンズ材質の屈折率変化で生じる主走査方向と副走査方向のピント移動を、半導体レーザー１の波長変動に起因する第２の光学素子４６ｂの回折パワーの変化によって補正している。
【００７９】
図２５は本参考例における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図２６は本参考例における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図２７は本参考例における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図２５、図２６に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子４６ａ及び第２の光学素子４６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２１２
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００８０】
このように本参考例では上述の如く走査光学手段４６を構成する光学素子の各光学面のうち、第２の光学素子４６ｂの第２面４６ｂ２にピッチの変化によるパワーを有する回折格子４８を形成し、該回折格子４８を形成した第２の光学素子４６ｂ面内において、該回折格子４８のパワーを主走査方向、副走査方向ともに対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ている。
【００８１】
尚、実施形態１と各参考例では変換光学素子２により光源手段１から射出された光束を略平行光束に変換したが、光偏向器５の偏向面５ａと被走査面８との間の距離を短縮するために収束光束に変換してもよい。
【００８２】
また、実施形態と各参考例では基準軸を光軸としたが、回折格子は光学素子面上に自由に形成することが可能であるので、光軸以外の任意の位置に基準軸を設定しても良い。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学手段を構成する光学素子の各光学面のうち、少なくとも１面に回折格子を形成し、該回折格子を形成した光学素子面内において、該回折格子のパワーを主走査方向、もしくは副走査方向の少なくとも一方向において、対称軸を持たず非対称に変化させることにより、光学特性（像面湾曲等）を良好に補正することができ、また環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２】 本発明の実施形態１の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図３】 本発明の実施形態１の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図４】 本発明の実施形態１の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図５】 本発明の実施形態１の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図６】 本発明の実施形態１の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図７】 本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図８】 本発明の参考例１の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図９】 本発明の参考例１の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図１０】 本発明の参考例１のシリンドリカル面の曲率半径の変化の様子を示す図
【図１１】 本発明の参考例１の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図１２】 本発明の参考例１の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図１３】 本発明の参考例１の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図１４】 本発明の参考例２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１５】 本発明の参考例２の主走査方向の回折パワーの変化を示す図。
【図１６】 本発明の参考例２の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図１７】 本発明の参考例２のトーリック面の主走査断面内の形状を示す図
【図１８】 本発明の参考例２のトーリック面の副走査方向の曲率半径の変化の様子を示す図
【図１９】 本発明の参考例２の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図２０】 本発明の参考例２の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図２１】 本発明の参考例２の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図２２】 本発明の参考例３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２３】 本発明の参考例３の主走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図２４】 本発明の参考例３の副走査方向の回折パワーの変化の様子を示す図
【図２５】 本発明の参考例３の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図２６】 本発明の参考例３の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図２７】 本発明の参考例３の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図２８】 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【符号の説明】
１ 光源手段
２ 変換光学素子
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（光偏向器）
６，２６，３６，４６ 走査光学手段
６ａ，２６ａ，４６ａ 第１の光学素子
６ｂ，２６ｂ，４６ｂ 第２の光学素子
３６ａ 光学素子
７ 被走査面（感光ドラム面）
８，２８，３８，４８ 回折格子
Claims (2)
- 光源手段と、前記光源手段から射出された光束を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させるために、前記光源手段から順に、屈折光学素子、回折光学素子を備えた走査光学手段と、を有する走査光学装置において、
前記走査光学手段は、副走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面と前記被走査面とを共役関係とする倒れ補正機能を備えており、
前記光源手段から射出された光束は、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸に対して斜め方向から前記回転多面鏡の偏向面に入射しており、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、共にプラスチック材料で成形されており、
前記屈折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記屈折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として対称に変化しており、
前記回折光学素子は、平面形状の光学面上にピッチの変化によるパワーを有する回折格子が形成された構造であり、
前記回折光学素子の主走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーは、主走査断面内において前記走査光学手段の光軸から軸外に向って前記走査光学手段の光軸を中心として非対称に変化しており、
前記走査光学手段の光軸上の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｏ、前記走査光学手段の軸外の回折光学素子の副走査方向のパワーをＰｙとしたとき、
Ｐｏ＞Ｐｙ
なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。 - 請求項１に記載の走査光学装置と、前記被走査面上に配置された感光ドラムとを有することを特徴とするレーザビームプリンタ。
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