JP4454186B2 - 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、カラーレーザープリンターやカラーレーザーコピーに利用される走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューター出力用やコピー装置に組み込まれて使用されるカラープリンターにおいては、一般に、高速にカラー印刷したいとの要望があることから、イエロー(Ｙ)，マゼンダ(Ｍ)，シアン(Ｃ)，ブラック(Ｂ)の各色成分毎に感光ドラムや帯電器や現像器を備えたタイプのカラーレーザープリンターが主流となっている。その各感光ドラムの感光面上に静電潜像を形成するための走査光学系としては、各感光ドラムに回転多面鏡と結像光学系とを１組ずつ備えたものもあるが、回転多面鏡と結像光学系とを４組用意するのはコスト的に問題がある。そのため、近年では、１つの回転多面鏡を共通に利用することにより複数本のレーザー光束を同時に偏向するとともに、それ以後において各レーザー光束をこれらに個々に対応する結像光学系に夫々入射させて各感光ドラムに導く走査光学系が、提案されている。
【０００３】
最近では、このように１つの回転多面鏡を用いて複数のレーザー光束を一度に偏向する場合に、副走査方向に分離して配置された各結像光学系に向けてレーザー光束を夫々入射させるために、各レーザー光束を、回転多面鏡の中心軸に直交する平面に対して傾けた状態で、回転多面鏡の偏向反射面に入射させる走査光学系が、知られている。
【０００４】
このような走査光学系の場合、偏向されたレーザー光束により感光ドラム上に描かれる軌跡である走査線は、ドラムの周方向へ湾曲する。しかし、結像光学系を構成するレンズのうち、副走査方向に収束パワーを有するレンズであって他のレンズよりも感光ドラムの近くに配置されているレンズを、工夫することにより、感光面上の走査線の湾曲をある程度抑えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレンズは、広い有効範囲を持つように製造されねばならず、然も、収差補正のためには対称性の低い面形状が好ましいために、その加工は極めて難しかった。また、加工が難しいレンズを４組用意せねばならないので、この走査光学系全体の製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００６】
その一方で、製造者の間には、ある程度の精度を保持できるならば、できるだけレンズ形状を共通させることによって走査光学系全体のコストを抑えたいとの要望もある。
【０００７】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束が回転多面鏡の中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながら、その平面を挟んで配置されるレンズ群に低コストなレンズ群を利用可能な走査光学系を、提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために構成された本発明は、少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向において、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍にて交差し、前記結像光学系は、副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されていること、若しくは、少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍における前記平面内の１点にて交差し、前記結像光学系は、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されていることを、特徴とする。
【０００９】
以上のように構成されるので、少なくとも１対のレーザー光束は、回転多面鏡の中心軸に直交する平面を挟む両側における対称位置を夫々進行するとき、同じレンズ形状に形成されるとともに基準軸方向から見て一方が他方に対して１８０度回転した状態で配置された１対のレンズ群における互いに等価な箇所を、夫々通過する。このとき、１対のレンズが、１対のレーザー光束のうちの一方のレーザー光束による走査線に対して諸収差を適正に補正するレンズ形状を有していれば、他方のレーザー光束に対しても、やはり、そのレーザー光束に対して生ずる諸収差を適正に補正することができる。
【００１０】
このように、当該平面を挟む両側における対称位置に１対のレーザー光束を進行させる構成とすることにより、少なくとも１対のレーザー光束に対しては、１対のレンズのレンズ形状を共通させることができるので、走査光学系全体においては、互いにレンズ形状の異なるレンズ群を複数のレーザー光束毎に用意するよりも、製造コストを低く抑えることができる。
【００１１】
本発明の走査光学系では、回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束が、副走査方向において、回転多面鏡の偏向反射面の近傍にて交差していても良い。この場合、回転多面鏡の中心軸方向の幅を極めて小さくできるので、回転多面鏡を小型化することができ、強いパワーを有するモーターを用いなくても良くなる。
【００１２】
また、結像光学系は、１対のレンズよりも前に配置される前側レンズ群を更に備えていても良い。この場合、全てのレーザー光束が前側レンズ群に入射する構成とすることもできる。これにより、複数組みの前側レンズ群を用意しなくても良くなり、各組の前側レンズ群の取り付け位置を各々独立して調整する必要がない。
【００１３】
さらに、前側レンズ群は、その光軸が、回転多面鏡の中心軸に直交する方向と平行な状態で、複数のレーザー光束の交差点を貫く位置に、配置されるとともに、その光軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に直交する主走査平面を挟んでその両側が面対称となるレンズ形状に、形成されていても良い。
【００１４】
また、１対のレンズは、夫々、自己の基準軸を含んで回転多面鏡の中心軸と平行な仮想平面を対称面としてその両側が面対称となるレンズ形状に、形成されていても良い。さらに、１対のレンズは、同じ金型を用いて成型することにより、簡単に製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施形態の走査光学系は、複数のレーザー光束を同時に偏向することによりレーザー光束と同数の走査対象に対して一度に走査を行えるものであり、特に、印刷用紙を１回搬送する間にイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの色成分のトナー像を順次転写してカラー画像を高速に印刷するタイプのカラーレーザープリンターに組み込まれて使用されるものである。以下、本実施形態の走査光学系について、図面を参照しながら説明する。なお、上述したようなカラーレーザープリンターにこの走査光学系が組み込まれた際に、そのプリンターができるだけ小型化されるようにするために、本実施形態の走査光学系では、ポリゴンミラーによって偏向された４本のレーザー光束の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている（図３参照）。そこで、先ず、直線状に展開した状態の走査光学系を、図１及び図２の光学構成図を用いて説明し、その後、その光路が折り曲げられている状態の走査光学系を、図３の光学構成図を用いて説明する。
【００１６】
本実施形態の走査光学系は、図１の展開図に示されるように、レーザー光源１と、コリメートレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と、レーザー光束を偏向する回転多面鏡であるポリゴンミラー５と、このポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束を結像させる結像光学系１０とを、備えている。結像光学系１０は、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２とを含む。なお、この明細書では、走査対象面上を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し、走査光学系中の各構成要素での方向は走査対象面上の方向を基準に説明する。また、回転多面鏡の回転軸と直交し、かつ前側レンズ群の光軸を含む面を主走査平面、前群レンズの光軸を含み主走査平面と直交する平面を副走査平面と定義する。
【００１７】
レーザー光源１から発せられたレーザー光束は、コリメータレンズ２において平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ３を透過した後、中心軸５ａ周りに等角速度にて回転駆動されるポリゴンミラー５により偏向される。ポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束は、結像光学系１０を透過することにより、主走査方向（図１の紙面内における上下方向）に沿って等速度に走査対象面Ｓ上を走査するスポット光として形成される。
【００１８】
なお、コリメートレンズ２において平行光束に変換さ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５で反射され、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上に収束される。一方、副走査方向（図１の紙面に対して直交する方向）においては、当該レーザー光束は、シリンドリカルレンズ３によりポリゴンミラー５の偏向反射面近傍で一旦収束され、発散光として結像光学系１０に入射し、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上にて再び収束される。このとき、結像光学系１０によってポリゴンミラー５の偏向反射面と走査対象面Ｓとが共役関係となっているために、走査対象面Ｓでは、ポリゴンミラー５の各偏向反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による副走査方向における走査位置のズレが、補正される。このため、レーザー光束は、ポリゴンミラー５のどの偏向反射面によって反射されても、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００１９】
結像光学系１０は、ポリゴンミラー５に近い側にある前側レンズ群１１と、走査対象面Ｓに近い側にある後側レンズ群１２とから、構成されている。このうちの前側レンズ群１１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ものであり、後側レンズ群１２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、主走査方向の像面湾曲やｆθ特性誤差などの収差を補正する機能をも負担するレンズである。
【００２０】
本実施形態の走査光学系は、図１に示される光学構成を副走査方向に４組重ねることにより、イエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの各色成分毎に備えられる感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）に対し、一度に書き込みを行えるようにしたものである。但し、この走査光学系は、図２の副走査方向の展開図に示されるように、１個のポリゴンミラー５と一つの前側レンズ群１１を４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用している。従って、ポリゴンミラー５の一つの偏向反射面による一回の偏向によって、４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対して同時に走査を行うことができる。
【００２１】
なお、ポリゴンミラー５に入射する前の４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面内では前側レンズ群の光軸に対し等しい角度をもって進行するとともに、副走査平面内では偏向反射面近傍の１点にて交差し、その交差点Cは前側レンズ群の光軸上にある。より具体的には、ポリゴンミラー５に入射する４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面P1の一方側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L1，L2と，主走査平面P1を挟んでこの２本のレーザー光束L1，L2とは反対側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L3，L4とからなる。そのうち、主走査平面P1に近い側を通る２本のレーザー光束L2，L3は、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値がが互いに等しく、主走査平面P1から離れた側を通る２本のレーザー光束L1，L4も、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値がが互いに等しくなるように交差点Ｃに入射する。これにより、４本のレーザー光束L1〜L4は、ポリゴンミラー５によって偏向された後は、主走査平面P1から徐々に離れる方向に進行する。
【００２２】
結像光学系１０の前側レンズ群１１は、４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるため、図２に示されるように、ポリゴンミラー５によって偏向される４本のレーザー光束L1〜L4が全て透過可能な副走査方向における幅を、有している。
【００２３】
結像光学系１０の後側レンズ群１２は、４本のレーザー光束L1〜L4と４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対応して第１〜第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの４組存在し、これら後側レンズ群は、夫々、基準軸が前側レンズ群１１の光軸から副走査方向へ平行にシフトされた状態で、配置されている。そのシフト量（偏心量）は、主走査平面P1から徐々に離れるように進行するレーザー光束L1〜L4が、夫々各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸から副走査方向に所定量ずれた位置に入射するように決定されている。
【００２４】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸のレーザー光束対するずらし方向は、各レーザー光束L1〜L4が前側レンズ群１１の軸外を透過することによって生じる走査線の副走査方向への湾曲が、各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）上において打ち消される方向であり、図２に示されるように、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸が主走査平面P1に近寄る方向である。また、そのずらし量は、感光面上で走査線がほぼ直線となる距離であり、前後側レンズ群１１，１２の光学特性，交差点Ｃと前側レンズ群１１との距離，及び、主走査平面P1における前側レンズ群１１と後側レンズ群１２との距離が定まっているのであれば、交差点Ｃにおいてレーザー光束L1〜L4が主走査平面P1に対して傾く角度によって決まる。なお、実施形態において後群レンズ群の基準軸とは、後群レンズ群の面形状を表式で表した場合の原点を通る軸である。
【００２５】
なお、前側レンズ群１１が、主走査平面P1を対称面としてその両側が対称であるレンズ面形状に形成されている場合、主走査平面P1に対し互いに等しい角度で前側レンズ群１１に入射するレーザー光束による走査線に生じる湾曲の度合いは互いに等しくなる。そのため、後側レンズ群１２ｙと１２ｂのずらし量は互いに等しく、後側レンズ群１２ｍと１２ｃのずらし量も互いに等しくなるように調整される。
【００２６】
さらに、レーザー光束L1，L4の主走査平面P1に対する角度はレーザー光束L2，L3の主走査平面P1に対する角度より大きいので、レーザー光束L1，L4による走査線の湾曲の度合いが、レーザー光束L2，L3による走査線の湾曲の度合いよりも大きい。これに対応して、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂのずらし量は、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃのずらし量よりも大きいものとなっている。
【００２７】
第１乃至第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂのレンズ形状は、それぞれの後群レンズ群に入射するレーザー光束が前側レンズ光軸とのなす角度に応じた適切な収差補正効果が得られるように、別個に定められている。本実施形態では、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂに入射するレーザー光束Ｌ１，Ｌ４、および第２，第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃに入射するレーザー光束Ｌ２，Ｌ３の前側レンズ１１の光軸に対する角度の絶対値はそれぞれ等しい。そこで、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂと第２，第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃとを、それぞれ主走査方向の形状が副走査平面に対し対称な同一形状のレンズから構成し、主走査平面P1を挟んでその両側に対称に配置している。なお、第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの副走査方向の形状は非対称である。
【００２８】
以上に示した走査光学系の構成は、直線状に展開したものであるが、上述したように、本実施形態の走査光学系は、走査された４本のレーザー光束L1〜L4の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている。具体的には、図３に示されるように、４組の後側レンズ群１２が、前側レンズ群１１の光軸から図３の下方へ平行にオフセットした仮想直線上において、所定の間隔（具体的には、各々を透過後のレーザー光束L1〜L4のビーム軸が等間隔となるような間隔）に配置されている。
【００２９】
また、前側レンズ群１１と各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4をそれらに個々に対応する後側レンズ群１２へ向けて反射させるための２枚一組の折返しミラー（第１及び第２折返しミラー６，７）が、介在している。具体的には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4のビーム軸上には、夫々、そのビーム軸を一旦、対応する後側レンズ群１２から離れる側へ折り曲げる第１折返しミラー６が、配置されている。そして、これら第１折返しミラー６によって折り曲げられたビーム軸上には、このビーム軸を後側レンズ群１２に入射させるように更に折り曲げる第２折返しミラー７が、配置されている。従って、第２折返しミラー７によって折り曲げられたビーム軸は、第１折返しミラー６によって折り曲げられる前のビーム軸に交差する。
【００３０】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの光束射出側における各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂからほぼ等距離の位置には、夫々、対応する感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂが配置されている。各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂ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、その中心軸を主走査方向と平行な方向へ向けた状態で、前側レンズ群１１の光軸と平行な方向に等間隔に並べられているとともに、その中心軸周りに回転可能に設置されている。
【００３１】
次に、本実施形態の走査光学系の具体的な実施例を説明する。なお、以下の実施例は、レーザー光束L2に対して適正に収差補正できるようにそのレンズ形状が形成されている後側レンズ群を２個製造し、一方を後側レンズ群１２ｍとしてレーザー光束L2に対して用いるとともに、他方を主走査平面P1を挟んで反対側に対向配置して後側レンズ群１２ｃとしてレーザー光束L3に対して用いた例であり、また、レーザー光束L1に対して適正に収差補正できるようにそのレンズ形状が形成されている後側レンズ群を２個製造し、一方を後側レンズ群１２ｙとしてレーザー光束L1に対して用いるとともに、他方を主走査平面P1を挟んで反対側に対向配置して後側レンズ群１２ｂとしてレーザー光束L4に対して用いた例である。
【００３２】
＜実施例１＞
図４乃至図７は、第１の実施例による走査光学系を示す主走査方向及び副走査方向における説明図であり、図４及び図５は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｍ，２０ｃの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L2，L3に対する光路を示し、図６及び図７は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1，L4に対する光路を示している。なお、これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。また、レーザー光束L2，L3に関する光路は、主走査平面P1を挟んで対称な位置にあるので、図４及び図５においては一方の光路を代表させて示している。さらに、レーザー光束L1，L4に関する光路についても同様に、図６及び図７においては一方の光路を代表させて示している。
【００３３】
この第１の実施例の結像光学系１０の前側レンズ群１１は、前後のレンズ面が共に回転対称非球面として形成された第１レンズ１１ａと，入射側のレンズ面が平面に形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された第２レンズ１１ｂとから、構成されている。また、その後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、入射側のレンズ面が回転非対称非球面として形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された１個のレンズから、構成されている。また、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの入射側のレンズ面は、副走査方向に関して非対称な非球面となっている。なお、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂのことを、以下単に「後側レンズ」という。さらに、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、各々に対応するレーザー光束L1〜L4の傾きに応じて前側レンズ群１１の光軸上から副走査方向へシフト（偏心）されている。
【００３４】
また、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃは、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置され、また、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂも、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されており、さらに、前側レンズ群１１の光軸方向から見たときに、主走査平面P1を挟む両側のうちの一方側の後側レンズ１２ｙ，１２ｍが、他方側の後側レンズ１２ｃ，１２ｂに対して１８０°反転した状態となっている。
【００３５】
図４及び図５に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表１に、図６及び図７に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表２に示す。
【００３６】
この表１及び表２において、記号ＮＯは、前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａの入射側のレンズ面を１番としてこのレンズ面より射出側に向かって昇順にレンズ面に付された面番号であり、記号Ｒは、レンズ面の近軸曲率半径（非回転対称面の場合には基準軸上での主走査方向の曲率半径、単位は[mm]）であり、記号Ｒｚは、副走査方向の曲率半径（回転対称面の場合には省略、単位は[mm]）であり、記号Ｄは、直後のレンズ面との間における前側レンズ群１１の光軸上での距離（単位は[mm]）であり、記号Ｎ(780nm)は、設計波長780nmでの各レンズの屈折率であり、記号DECZは、前側レンズ群１１の光軸に対する後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸副走査方向への偏心量（単位は[mm]）である。なお、全系の焦点距離fは、200mmであり、走査対象面Ｓ上での有効走査幅Wは216mmである。
【００３７】
また、主走査平面P1に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1〜L4の結像光学系１０の光軸に対する角度αは80°であり、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L2，L3のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度β1は1.15°であり、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1，L4のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度β2は3.43°である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
この表１及び表２において、 第１面及び第２面は前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａを示し、第３面及び第４面は前側レンズ群１１の第２レンズ１１ｂを示している。また、第５面及び第６面は、表１においては第２及び第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃを示し、表２においては第１及び第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｂを示している。さらに、第７面は、走査対象面Ｓを示している。ところで、第０面乃至第−２面は、便宜上付したものであり、その第０面はポリゴンミラーを示し、第−１面はシリンドリカルレンズ３の射出側を示し、第−２面はシリンドリカルレンズ３の入射側を示している。なお、上述したように、前側レンズ群１１である第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂは、レーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるので、表１及び表２では、同じ数値構成となっている。
【００４１】
このうち、第１面及び第２面は、光軸での接平面から高さhの点までの光軸と平行な方向におけるサグ量X(h)が以下の式(１)で表される回転対称な非球面である。
【００４２】
X(h)＝Ch2/[1+√[1-(κ+1)C2h2]]+A4h4+A6h6+A8h8 … (１)
上式(１)中、Cは非球面の基準軸上での曲率(表１のｒの逆数)、κは円錐係数、A4，A6，A8は夫々４次，６次，８次の非球面係数である。第１面及び第２面の円錐係数κと非球面係数A4，A6，A8とを、夫々表３に示す。
【００４３】
【表３】
また、第５面は、その面に接する仮想的な基準平面からのサグ量が基準平面内で主走査方向及び副走査方向の二次元座標を変数とする多項式により定義される光学曲面であり、この２次元座標は、基準平面に直交する単一の基準軸とこの基準平面との交点を原点として定義される。具体的には、第５面は、基準平面上での主走査方向の高さをY、副走査方向の高さをZの点(Y,Z)におけるサグ量X(Y,Z)が以下の式(２)で表される回転非対称非球面である。
【００４４】
X(Y,Z)＝(Y2+Z2)/[r[1+√〔1-(κ+1)(Y2+Z2)/r2〕]]+ΣΣB(m,n)YmZn … (２)
上式(２)中、ｒは原点上の曲率半径、κは円錐係数、B(m,n)は非球面係数である。後側レンズ１２ｍ，１２ｃの非球面係数B(m,n)の値を表４に、後側レンズ１２ｙ，１２ｂの非球面係数B(m,n)の値を表５に示す。なお、何れの後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとも、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
主走査方向については、奇数次(m=1,3,5,…)の項の係数は０であるために、第５面は、主走査方向に関しては形状の変化が原点に対して対称となる。この表４及び表５では、ｍについては奇数次の項を省略している。また、副走査方向については、１次成分のみを含む項の非球面係数B(m,1)を除く奇数次（n=3,5,7,…）の項の非球面係数は０であるが、非球面係数B(m,1)が０以外である（但し、(m=0,2,4)の場合）ために、第５面は、副走査方向に関する傾きと傾きの変化とを持ち、その変化は主走査方向に関して対称である。この表４及び表５では、ｎについては１次成分以外の奇数次の項を省略している。
【００４８】
なお、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、以上に示される数値構成のレンズ形状を有しているが、上述したように、副走査方向においては、基準軸（光軸）から副走査方向へズレた部分しか使用されないために、レーザー光束の光束径やポリゴンミラー５の倒れに起因するレーザー光束のズレを考慮した一定幅の範囲を残して切除されている。この切除によって形成された両コバ面は、基準軸と平行な平面であって、基準軸から一定の距離だけ離間している。このときの各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、主走査平面P1を挟んで向き合うように並べて配置される。その状態を図８の模式図に示している。図８は、折返しミラー６，７が存在しないものとした場合における第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂが平行に並んだ状態の入射側を示しており、各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂに示される実線は、偏向されたレーザー光束L1〜L4がレンズ面上に描く軌跡を仮想的に示したものである。この図８に示されるように、各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにおける軌跡は、各々のレンズ面のほぼ中央部に形成される。但し、図８中の×印は、夫々、第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにおける式（２）で示される光学面の原点を示しており、各々の基準軸は、対応する原点を通って図８の紙面に直交している。
【００４９】
図９は、第１の実施例の走査光学系におけるレーザー光束L2に対する光学性能を示すグラフであり、(a)は、ｆθ誤差（スポット位置の理想位置からのズレ）を示し、(b)は、主走査方向（破線Ｍ）及び副走査方向（実線Ｓ）の像面湾曲を示し、(c)は、走査線湾曲（スポット位置の副走査方向へのズレ）を示す。何れのグラフも縦軸ｙは、像高、即ち、感光ドラム上で走査中心を基準にした主走査方向の距離を示し、横軸ｚは、各収差の発生量を示しており、単位は何れも[mm]である。
【００５０】
後側レンズ１２ｍは、主走査平面P1に近い側を通るレーザー光束L2に対して特化して設計されている。そのため、この後側レンズ１２ｍをレーザー光束L2に対して用いた場合には、図９に示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００５１】
レーザー光束L2に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｃをレーザー光束L3に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１０に示す。この図１０に示されるように、レーザー光束L2に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｃを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L2の対称位置を通るレーザー光束L3に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００５２】
同様に、後側レンズ１２ｙは、主走査平面P1から離れた側を通るレーザー光束L1に対して特化して設計されているので、この後側レンズ１２ｙをレーザー光束L1に対して用いた場合、図１１の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフに示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００５３】
レーザー光束L1に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂをレーザー光束L4に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１２に示す。この図１２に示されるように、レーザー光束L1に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L1の対称位置を通るレーザー光束L4に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００５４】
＜参考例＞
図１３乃至図１６は、参考例による走査光学系を示す主走査方向及び副走査方向における説明図であり、図１３及び図１４は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｍ，２０ｃの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L2，L3に対する光路を示し、図１５及び図１６は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1，L4に対する光路を示している。なお、これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。
【００５５】
この参考例の結像光学系１０の前側レンズ群１１は、前後のレンズ面が共に回転対称非球面として形成された第１レンズ１１ａと，入射側のレンズ面が平面に形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された第２レンズ１１ｂとから、構成されている。
【００５６】
また、参考例の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、入射側のレンズ面が回転軸を持たない非球面として形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された１個のレンズから、構成されている。なお、より正確には、光軸方向をｘ、主走査方向をｙ、副走査方向をｚとすると、入射側のレンズ面は、光軸から離れた位置でのｘｚ平面に平行な断面の曲率半径がｘｙ断面形状とは独立した多項式で表現される回転軸を持たないアナモフィック非球面となっている。また、後側レンズ群のことを、以下では単に「後側レンズ」という。さらに、第２の実施例においても、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、レーザー光束L1，L4の傾きに応じて前側レンズ群１１の光軸上から副走査方向へシフト（偏心）されている。
【００５７】
また、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃは、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されているとともに、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂも、互いに、その光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されており、さらに、前側レンズ群１１の光軸方向から見たときに、主走査平面P1を挟む両側のうちの一方側の後側レンズ１２ｙ，１２ｍが、他方側の後側レンズ１２ｃ，１２ｂに対して１８０°反転した状態となっている。
【００５８】
図１３及び図１４に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表６に、図１５及び図１６に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表７に示す。なお、記号の意味やその他の条件については、表１及び表２に示されたものと同様である。
【００５９】
【表６】
【００６０】
【表７】
【００６１】
この表１及び表２において、第１面及び第２面は前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａを示し、第３面及び第４面は前側レンズ群１１の第２レンズ１１ｂを示している。また、第５面及び第６面は、表１においては第２及び第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃを示し、表２においては第１及び第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｂを示している。さらに、第７面は、走査対象面Ｓを示している。ところで、第０面乃至第−２面は、便宜上付したものであり、その第０面はポリゴンミラー５を示し、第−１面はシリンドリカルレンズ３の射出側を示し、第−２面はシリンドリカルレンズ３の入射側を示している。なお、上述したように、前側レンズ群１１である第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂは、レーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるので、表６及び表７では、同じ数値構成となっている。
【００６２】
また、参考例における式（１）の円錐係数κと非球面係数A4，A6，A8は、表８に示すとおりである。
【００６３】
【表８】
さらに、第５面は、その面上で基準軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、基準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基準軸上の接線からのサグ量X(Y)が式(３)で表されるとともに、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半径rz(Y)が式(４)で表されるアナモフィック非球面である。
【００６４】
X(Y)＝CY2／[１+√[１-(１+κ)C2Y2]]+A4・Y4+A6・Y6+A8・Y8 … (３)
1/rz(Y)＝(1/rz0)+B1・Y1+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4 … (４)
上式(３)中、κは円錐係数、A4，A6，A8は夫々４次，６次，８次の非球面係数である。また、上式(４)中、rz0は光軸上での副走査方向の曲率半径(表６及び表７のｒz)、B1〜B4は副走査方向の曲率半径を決定する１次乃至４次の係数である。後側レンズ１２ｍ，１２ｃの第５面の非球面係数を表９に、後側レンズ１２ｙ，１２ｂの第５面の非球面係数を表１０に示す。なお、何れの後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとも、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００６５】
【表９】
【００６６】
【表１０】
【００６７】
なお、参考例の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにも、第１の実施例と同様に、副走査方向における一定幅の範囲を残すように、コバ面が形成されており、図８の模式図に示されるように、主走査平面P1を挟んで向き合うように並べて配置される。
【００６８】
図１７は、参考例の走査光学系におけるレーザー光束L2に対する光学性能を示すグラフであり、(a)はｆθ誤差を示し、(b)は主走査方向（破線Ｍ）及び副走査方向（実線Ｓ）の像面湾曲を示し、(c)は走査線湾曲を示す。何れのグラフも縦軸ｙは像高であり、横軸ｚは各収差の発生量を示し、単位は何れも[mm]である。
【００６９】
後側レンズ１２ｍは、主走査平面P1に近い側を通るレーザー光束L2に対して特化して設計されている。そのため、この後側レンズ１２ｍをレーザー光束L2に対して用いた場合には、図１７に示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００７０】
レーザー光束L2に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された１２ｃをレーザー光束L3に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１８に示す。この図１８に示されるように、レーザー光束L2に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された１２ｃを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L2の対称位置を通るレーザー光束L3に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００７１】
同様に、後側レンズ１２ｙは、主走査平面P1から離れた側を通るレーザー光束L1に対して特化して設計されているので、この後側レンズ１２ｙをレーザー光束L1に対して用いた場合、図１９の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフに示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００７２】
レーザー光束L1に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂをレーザー光束L4に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図２０に示す。この図２０に示されるように、レーザー光束L1に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L1の対称位置を通るレーザー光束L4に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００７３】
以上の実施例に示されるように、本実施形態の走査光学系おいては、前側レンズ群１１の両レンズ面が主走査平面P1を対称面とする面対称な形状に形成されているとともに、レーザー光束L2，L3及びレーザー光束L1，L4が主走査平面P1の両側における対称な位置を進行する。そのため、後側レンズ１２ｍ，１２ｃと後側レンズ１２ｙ，１２ｂとを２個ずつ用意し、一方の後側レンズ１２ｍとその後側レンズ１２ｍの状態から光軸周りに１８０°回転させた状態の他方の後側レンズ１２ｃとをそれぞれ主走査平面P1を挟んで対称な位置に配置するとともに、一方の後側レンズ１２ｙとこの後側レンズ１２ｙの状態から光軸周りに１８０°回転させた状態の他方の後側レンズ１２ｂとをそれぞれ主走査平面P1を挟んで対称な位置に配置し、両後側レンズ１２ｍ，１２ｃにおける等価な箇所にレーザー光束L2，L3を透過させ、両後側レンズ１２ｙ，１２ｂにおける等価な箇所にレーザー光束L1，L4を透過させれば、レーザー光束L1〜L4による走査線に生ずる諸収差を適正に補正することができる。これにより、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの有効範囲を広くすることなく、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂを十分低廉に製造することができる。また、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂを例えば金型を用いて複数成型すれば、更に低コストで製造することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の走査光学系は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束がその中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながらも、その平面を挟んで配置されるレンズ群に低コストなレンズ群を利用することができる。これにより、走査光学系全体の製造コストを引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による走査光学系の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図２】 走査光学系の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図３】 走査光学系の光学構成を示す副走査方向の説明図
【図４】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図５】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図６】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図７】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図８】 本実施形態の後側レンズのレンズ形状を示す説明図
【図９】 第１の実施例の第２の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１０】 第１の実施例の第３の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１１】 第１の実施例の第１の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１２】 第１の実施例の第４の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１３】 参考例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図１４】 参考例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１５】 参考例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図１６】 参考例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１７】 参考例の第２の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１８】 参考例の第３の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１９】 参考例の第１の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図２０】 参考例の第４の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【符号の説明】
１ レーザー光源
２ コリメートレンズ
３ シリンドリカルレンズ
５ ポリゴンミラー
６ 第１折返しミラー
７ 第２折返しミラー
１０ 結像光学系
１１ 前側レンズ群
１１ａ 第１レンズ
１１ｂ 第２レンズ
１２ 後側レンズ群
２０ｙ 感光ドラム
２０ｍ 感光ドラム
２０ｃ 感光ドラム
２０ｂ 感光ドラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーレーザープリンターやカラーレーザーコピーに利用される走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューター出力用やコピー装置に組み込まれて使用されるカラープリンターにおいては、一般に、高速にカラー印刷したいとの要望があることから、イエロー(Ｙ)，マゼンダ(Ｍ)，シアン(Ｃ)，ブラック(Ｂ)の各色成分毎に感光ドラムや帯電器や現像器を備えたタイプのカラーレーザープリンターが主流となっている。その各感光ドラムの感光面上に静電潜像を形成するための走査光学系としては、各感光ドラムに回転多面鏡と結像光学系とを１組ずつ備えたものもあるが、回転多面鏡と結像光学系とを４組用意するのはコスト的に問題がある。そのため、近年では、１つの回転多面鏡を共通に利用することにより複数本のレーザー光束を同時に偏向するとともに、それ以後において各レーザー光束をこれらに個々に対応する結像光学系に夫々入射させて各感光ドラムに導く走査光学系が、提案されている。
【０００３】
最近では、このように１つの回転多面鏡を用いて複数のレーザー光束を一度に偏向する場合に、副走査方向に分離して配置された各結像光学系に向けてレーザー光束を夫々入射させるために、各レーザー光束を、回転多面鏡の中心軸に直交する平面に対して傾けた状態で、回転多面鏡の偏向反射面に入射させる走査光学系が、知られている。
【０００４】
このような走査光学系の場合、偏向されたレーザー光束により感光ドラム上に描かれる軌跡である走査線は、ドラムの周方向へ湾曲する。しかし、結像光学系を構成するレンズのうち、副走査方向に収束パワーを有するレンズであって他のレンズよりも感光ドラムの近くに配置されているレンズを、工夫することにより、感光面上の走査線の湾曲をある程度抑えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレンズは、広い有効範囲を持つように製造されねばならず、然も、収差補正のためには対称性の低い面形状が好ましいために、その加工は極めて難しかった。また、加工が難しいレンズを４組用意せねばならないので、この走査光学系全体の製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００６】
その一方で、製造者の間には、ある程度の精度を保持できるならば、できるだけレンズ形状を共通させることによって走査光学系全体のコストを抑えたいとの要望もある。
【０００７】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束が回転多面鏡の中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながら、その平面を挟んで配置されるレンズ群に低コストなレンズ群を利用可能な走査光学系を、提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために構成された本発明は、少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向において、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍にて交差し、前記結像光学系は、副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されていること、若しくは、少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍における前記平面内の１点にて交差し、前記結像光学系は、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されていることを、特徴とする。
【０００９】
以上のように構成されるので、少なくとも１対のレーザー光束は、回転多面鏡の中心軸に直交する平面を挟む両側における対称位置を夫々進行するとき、同じレンズ形状に形成されるとともに基準軸方向から見て一方が他方に対して１８０度回転した状態で配置された１対のレンズ群における互いに等価な箇所を、夫々通過する。このとき、１対のレンズが、１対のレーザー光束のうちの一方のレーザー光束による走査線に対して諸収差を適正に補正するレンズ形状を有していれば、他方のレーザー光束に対しても、やはり、そのレーザー光束に対して生ずる諸収差を適正に補正することができる。
【００１０】
このように、当該平面を挟む両側における対称位置に１対のレーザー光束を進行させる構成とすることにより、少なくとも１対のレーザー光束に対しては、１対のレンズのレンズ形状を共通させることができるので、走査光学系全体においては、互いにレンズ形状の異なるレンズ群を複数のレーザー光束毎に用意するよりも、製造コストを低く抑えることができる。
【００１１】
本発明の走査光学系では、回転多面鏡に入射する複数のレーザー光束が、副走査方向において、回転多面鏡の偏向反射面の近傍にて交差していても良い。この場合、回転多面鏡の中心軸方向の幅を極めて小さくできるので、回転多面鏡を小型化することができ、強いパワーを有するモーターを用いなくても良くなる。
【００１２】
また、結像光学系は、１対のレンズよりも前に配置される前側レンズ群を更に備えていても良い。この場合、全てのレーザー光束が前側レンズ群に入射する構成とすることもできる。これにより、複数組みの前側レンズ群を用意しなくても良くなり、各組の前側レンズ群の取り付け位置を各々独立して調整する必要がない。
【００１３】
さらに、前側レンズ群は、その光軸が、回転多面鏡の中心軸に直交する方向と平行な状態で、複数のレーザー光束の交差点を貫く位置に、配置されるとともに、その光軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に直交する主走査平面を挟んでその両側が面対称となるレンズ形状に、形成されていても良い。
【００１４】
また、１対のレンズは、夫々、自己の基準軸を含んで回転多面鏡の中心軸と平行な仮想平面を対称面としてその両側が面対称となるレンズ形状に、形成されていても良い。さらに、１対のレンズは、同じ金型を用いて成型することにより、簡単に製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施形態の走査光学系は、複数のレーザー光束を同時に偏向することによりレーザー光束と同数の走査対象に対して一度に走査を行えるものであり、特に、印刷用紙を１回搬送する間にイエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの色成分のトナー像を順次転写してカラー画像を高速に印刷するタイプのカラーレーザープリンターに組み込まれて使用されるものである。以下、本実施形態の走査光学系について、図面を参照しながら説明する。なお、上述したようなカラーレーザープリンターにこの走査光学系が組み込まれた際に、そのプリンターができるだけ小型化されるようにするために、本実施形態の走査光学系では、ポリゴンミラーによって偏向された４本のレーザー光束の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている（図３参照）。そこで、先ず、直線状に展開した状態の走査光学系を、図１及び図２の光学構成図を用いて説明し、その後、その光路が折り曲げられている状態の走査光学系を、図３の光学構成図を用いて説明する。
【００１６】
本実施形態の走査光学系は、図１の展開図に示されるように、レーザー光源１と、コリメートレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と、レーザー光束を偏向する回転多面鏡であるポリゴンミラー５と、このポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束を結像させる結像光学系１０とを、備えている。結像光学系１０は、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２とを含む。なお、この明細書では、走査対象面上を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し、走査光学系中の各構成要素での方向は走査対象面上の方向を基準に説明する。また、回転多面鏡の回転軸と直交し、かつ前側レンズ群の光軸を含む面を主走査平面、前群レンズの光軸を含み主走査平面と直交する平面を副走査平面と定義する。
【００１７】
レーザー光源１から発せられたレーザー光束は、コリメータレンズ２において平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ３を透過した後、中心軸５ａ周りに等角速度にて回転駆動されるポリゴンミラー５により偏向される。ポリゴンミラー５により偏向されたレーザー光束は、結像光学系１０を透過することにより、主走査方向（図１の紙面内における上下方向）に沿って等速度に走査対象面Ｓ上を走査するスポット光として形成される。
【００１８】
なお、コリメートレンズ２において平行光束に変換さ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５で反射され、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上に収束される。一方、副走査方向（図１の紙面に対して直交する方向）においては、当該レーザー光束は、シリンドリカルレンズ３によりポリゴンミラー５の偏向反射面近傍で一旦収束され、発散光として結像光学系１０に入射し、結像光学系１０の収束パワーによって走査対象面Ｓ上にて再び収束される。このとき、結像光学系１０によってポリゴンミラー５の偏向反射面と走査対象面Ｓとが共役関係となっているために、走査対象面Ｓでは、ポリゴンミラー５の各偏向反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による副走査方向における走査位置のズレが、補正される。このため、レーザー光束は、ポリゴンミラー５のどの偏向反射面によって反射されても、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００１９】
結像光学系１０は、ポリゴンミラー５に近い側にある前側レンズ群１１と、走査対象面Ｓに近い側にある後側レンズ群１２とから、構成されている。このうちの前側レンズ群１１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ものであり、後側レンズ群１２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、主走査方向の像面湾曲やｆθ特性誤差などの収差を補正する機能をも負担するレンズである。
【００２０】
本実施形態の走査光学系は、図１に示される光学構成を副走査方向に４組重ねることにより、イエローＹ，マゼンダＭ，シアンＣ，ブラックＢの各色成分毎に備えられる感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）に対し、一度に書き込みを行えるようにしたものである。但し、この走査光学系は、図２の副走査方向の展開図に示されるように、１個のポリゴンミラー５と一つの前側レンズ群１１を４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用している。従って、ポリゴンミラー５の一つの偏向反射面による一回の偏向によって、４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対して同時に走査を行うことができる。
【００２１】
なお、ポリゴンミラー５に入射する前の４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面内では前側レンズ群の光軸に対し等しい角度をもって進行するとともに、副走査平面内では偏向反射面近傍の１点にて交差し、その交差点Cは前側レンズ群の光軸上にある。より具体的には、ポリゴンミラー５に入射する４本のレーザー光束L1〜L4は、主走査平面P1の一方側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L1，L2と，主走査平面P1を挟んでこの２本のレーザー光束L1，L2とは反対側において、互いに異なる入射角度にて交差点Ｃに入射する２本のレーザー光束L3，L4とからなる。そのうち、主走査平面P1に近い側を通る２本のレーザー光束L2，L3は、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値がが互いに等しく、主走査平面P1から離れた側を通る２本のレーザー光束L1，L4も、主走査平面P1に対してなす角度の絶対値がが互いに等しくなるように交差点Ｃに入射する。これにより、４本のレーザー光束L1〜L4は、ポリゴンミラー５によって偏向された後は、主走査平面P1から徐々に離れる方向に進行する。
【００２２】
結像光学系１０の前側レンズ群１１は、４本のレーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるため、図２に示されるように、ポリゴンミラー５によって偏向される４本のレーザー光束L1〜L4が全て透過可能な副走査方向における幅を、有している。
【００２３】
結像光学系１０の後側レンズ群１２は、４本のレーザー光束L1〜L4と４個の感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂに対応して第１〜第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの４組存在し、これら後側レンズ群は、夫々、基準軸が前側レンズ群１１の光軸から副走査方向へ平行にシフトされた状態で、配置されている。そのシフト量（偏心量）は、主走査平面P1から徐々に離れるように進行するレーザー光束L1〜L4が、夫々各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸から副走査方向に所定量ずれた位置に入射するように決定されている。
【００２４】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸のレーザー光束対するずらし方向は、各レーザー光束L1〜L4が前側レンズ群１１の軸外を透過することによって生じる走査線の副走査方向への湾曲が、各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂの感光面（走査対象面Ｓ）上において打ち消される方向であり、図２に示されるように、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸が主走査平面P1に近寄る方向である。また、そのずらし量は、感光面上で走査線がほぼ直線となる距離であり、前後側レンズ群１１，１２の光学特性，交差点Ｃと前側レンズ群１１との距離，及び、主走査平面P1における前側レンズ群１１と後側レンズ群１２との距離が定まっているのであれば、交差点Ｃにおいてレーザー光束L1〜L4が主走査平面P1に対して傾く角度によって決まる。なお、実施形態において後群レンズ群の基準軸とは、後群レンズ群の面形状を表式で表した場合の原点を通る軸である。
【００２５】
なお、前側レンズ群１１が、主走査平面P1を対称面としてその両側が対称であるレンズ面形状に形成されている場合、主走査平面P1に対し互いに等しい角度で前側レンズ群１１に入射するレーザー光束による走査線に生じる湾曲の度合いは互いに等しくなる。そのため、後側レンズ群１２ｙと１２ｂのずらし量は互いに等しく、後側レンズ群１２ｍと１２ｃのずらし量も互いに等しくなるように調整される。
【００２６】
さらに、レーザー光束L1，L4の主走査平面P1に対する角度はレーザー光束L2，L3の主走査平面P1に対する角度より大きいので、レーザー光束L1，L4による走査線の湾曲の度合いが、レーザー光束L2，L3による走査線の湾曲の度合いよりも大きい。これに対応して、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂのずらし量は、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃのずらし量よりも大きいものとなっている。
【００２７】
第１乃至第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂのレンズ形状は、それぞれの後群レンズ群に入射するレーザー光束が前側レンズ光軸とのなす角度に応じた適切な収差補正効果が得られるように、別個に定められている。本実施形態では、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂに入射するレーザー光束Ｌ１，Ｌ４、および第２，第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃに入射するレーザー光束Ｌ２，Ｌ３の前側レンズ１１の光軸に対する角度の絶対値はそれぞれ等しい。そこで、第１，第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂと第２，第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃとを、それぞれ主走査方向の形状が副走査平面に対し対称な同一形状のレンズから構成し、主走査平面P1を挟んでその両側に対称に配置している。なお、第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの副走査方向の形状は非対称である。
【００２８】
以上に示した走査光学系の構成は、直線状に展開したものであるが、上述したように、本実施形態の走査光学系は、走査された４本のレーザー光束L1〜L4の光路が、折返しミラーによって折り曲げられている。具体的には、図３に示されるように、４組の後側レンズ群１２が、前側レンズ群１１の光軸から図３の下方へ平行にオフセットした仮想直線上において、所定の間隔（具体的には、各々を透過後のレーザー光束L1〜L4のビーム軸が等間隔となるような間隔）に配置されている。
【００２９】
また、前側レンズ群１１と各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4をそれらに個々に対応する後側レンズ群１２へ向けて反射させるための２枚一組の折返しミラー（第１及び第２折返しミラー６，７）が、介在している。具体的には、前側レンズ群１１を透過した４本のレーザー光束L1〜L4のビーム軸上には、夫々、そのビーム軸を一旦、対応する後側レンズ群１２から離れる側へ折り曲げる第１折返しミラー６が、配置されている。そして、これら第１折返しミラー６によって折り曲げられたビーム軸上には、このビーム軸を後側レンズ群１２に入射させるように更に折り曲げる第２折返しミラー７が、配置されている。従って、第２折返しミラー７によって折り曲げられたビーム軸は、第１折返しミラー６によって折り曲げられる前のビーム軸に交差する。
【００３０】
各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの光束射出側における各後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂからほぼ等距離の位置には、夫々、対応する感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂが配置されている。各感光ドラム２０ｙ，２０ｍ，２０ｃ，２０ｂ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、その中心軸を主走査方向と平行な方向へ向けた状態で、前側レンズ群１１の光軸と平行な方向に等間隔に並べられているとともに、その中心軸周りに回転可能に設置されている。
【００３１】
次に、本実施形態の走査光学系の具体的な実施例を説明する。なお、以下の実施例は、レーザー光束L2に対して適正に収差補正できるようにそのレンズ形状が形成されている後側レンズ群を２個製造し、一方を後側レンズ群１２ｍとしてレーザー光束L2に対して用いるとともに、他方を主走査平面P1を挟んで反対側に対向配置して後側レンズ群１２ｃとしてレーザー光束L3に対して用いた例であり、また、レーザー光束L1に対して適正に収差補正できるようにそのレンズ形状が形成されている後側レンズ群を２個製造し、一方を後側レンズ群１２ｙとしてレーザー光束L1に対して用いるとともに、他方を主走査平面P1を挟んで反対側に対向配置して後側レンズ群１２ｂとしてレーザー光束L4に対して用いた例である。
【００３２】
＜実施例１＞
図４乃至図７は、第１の実施例による走査光学系を示す主走査方向及び副走査方向における説明図であり、図４及び図５は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｍ，２０ｃの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L2，L3に対する光路を示し、図６及び図７は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1，L4に対する光路を示している。なお、これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。また、レーザー光束L2，L3に関する光路は、主走査平面P1を挟んで対称な位置にあるので、図４及び図５においては一方の光路を代表させて示している。さらに、レーザー光束L1，L4に関する光路についても同様に、図６及び図７においては一方の光路を代表させて示している。
【００３３】
この第１の実施例の結像光学系１０の前側レンズ群１１は、前後のレンズ面が共に回転対称非球面として形成された第１レンズ１１ａと，入射側のレンズ面が平面に形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された第２レンズ１１ｂとから、構成されている。また、その後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、入射側のレンズ面が回転非対称非球面として形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された１個のレンズから、構成されている。また、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの入射側のレンズ面は、副走査方向に関して非対称な非球面となっている。なお、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂのことを、以下単に「後側レンズ」という。さらに、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、各々に対応するレーザー光束L1〜L4の傾きに応じて前側レンズ群１１の光軸上から副走査方向へシフト（偏心）されている。
【００３４】
また、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃは、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置され、また、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂも、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されており、さらに、前側レンズ群１１の光軸方向から見たときに、主走査平面P1を挟む両側のうちの一方側の後側レンズ１２ｙ，１２ｍが、他方側の後側レンズ１２ｃ，１２ｂに対して１８０°反転した状態となっている。
【００３５】
図４及び図５に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表１に、図６及び図７に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表２に示す。
【００３６】
この表１及び表２において、記号ＮＯは、前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａの入射側のレンズ面を１番としてこのレンズ面より射出側に向かって昇順にレンズ面に付された面番号であり、記号Ｒは、レンズ面の近軸曲率半径（非回転対称面の場合には基準軸上での主走査方向の曲率半径、単位は[mm]）であり、記号Ｒｚは、副走査方向の曲率半径（回転対称面の場合には省略、単位は[mm]）であり、記号Ｄは、直後のレンズ面との間における前側レンズ群１１の光軸上での距離（単位は[mm]）であり、記号Ｎ(780nm)は、設計波長780nmでの各レンズの屈折率であり、記号DECZは、前側レンズ群１１の光軸に対する後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの基準軸副走査方向への偏心量（単位は[mm]）である。なお、全系の焦点距離fは、200mmであり、走査対象面Ｓ上での有効走査幅Wは216mmである。
【００３７】
また、主走査平面P1に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1〜L4の結像光学系１０の光軸に対する角度αは80°であり、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L2，L3のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度β1は1.15°であり、副走査平面P2に投影した場合におけるポリゴンミラー５に入射するレーザー光束L1，L4のビーム軸の前側レンズ群１１の光軸に対する角度β2は3.43°である。
【００３８】
【表１】
【表２】
この表１及び表２において、 第１面及び第２面は前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａを示し、第３面及び第４面は前側レンズ群１１の第２レンズ１１ｂを示している。また、第５面及び第６面は、表１においては第２及び第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃを示し、表２においては第１及び第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｂを示している。さらに、第７面は、走査対象面Ｓを示している。ところで、第０面乃至第−２面は、便宜上付したものであり、その第０面はポリゴンミラーを示し、第−１面はシリンドリカルレンズ３の射出側を示し、第−２面はシリンドリカルレンズ３の入射側を示している。なお、上述したように、前側レンズ群１１である第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂは、レーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるので、表１及び表２では、同じ数値構成となっている。
【００４１】
このうち、第１面及び第２面は、光軸での接平面から高さhの点までの光軸と平行な方向におけるサグ量X(h)が以下の式(１)で表される回転対称な非球面である。
【００４２】
X(h)＝Ch2/[1+√[1-(κ+1)C2h2]]+A4h4+A6h6+A8h8 … (１)
上式(１)中、Cは非球面の基準軸上での曲率(表１のｒの逆数)、κは円錐係数、A4，A6，A8は夫々４次，６次，８次の非球面係数である。第１面及び第２面の円錐係数κと非球面係数A4，A6，A8とを、夫々表３に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
X(Y,Z)＝(Y2+Z2)/[r[1+√〔1-(κ+1)(Y2+Z2)/r2〕]]+ΣΣB(m,n)YmZn … (２)
上式(２)中、ｒは原点上の曲率半径、κは円錐係数、B(m,n)は非球面係数である。後側レンズ１２ｍ，１２ｃの非球面係数B(m,n)の値を表４に、後側レンズ１２ｙ，１２ｂの非球面係数B(m,n)の値を表５に示す。なお、何れの後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとも、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００４５】
【表４】
【表５】
主走査方向については、奇数次(m=1,3,5,…)の項の係数は０であるために、第５面は、主走査方向に関しては形状の変化が原点に対して対称となる。この表４及び表５では、ｍについては奇数次の項を省略している。また、副走査方向については、１次成分のみを含む項の非球面係数B(m,1)を除く奇数次（n=3,5,7,…）の項の非球面係数は０であるが、非球面係数B(m,1)が０以外である（但し、(m=0,2,4)の場合）ために、第５面は、副走査方向に関する傾きと傾きの変化とを持ち、その変化は主走査方向に関して対称である。この表４及び表５では、ｎについては１次成分以外の奇数次の項を省略している。
【００４８】
なお、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、以上に示される数値構成のレンズ形状を有しているが、上述したように、副走査方向においては、基準軸（光軸）から副走査方向へズレた部分しか使用されないために、レーザー光束の光束径やポリゴンミラー５の倒れに起因するレーザー光束のズレを考慮した一定幅の範囲を残して切除されている。この切除によって形成された両コバ面は、基準軸と平行な平面であって、基準軸から一定の距離だけ離間している。このときの各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、主走査平面P1を挟んで向き合うように並べて配置される。その状態を図８の模式図に示している。図８は、折返しミラー６，７が存在しないものとした場合における第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂが平行に並んだ状態の入射側を示しており、各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂに示される実線は、偏向されたレーザー光束L1〜L4がレンズ面上に描く軌跡を仮想的に示したものである。この図８に示されるように、各後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにおける軌跡は、各々のレンズ面のほぼ中央部に形成される。但し、図８中の×印は、夫々、第１乃至第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにおける式（２）で示される光学面の原点を示しており、各々の基準軸は、対応する原点を通って図８の紙面に直交している。
【００４９】
図９は、第１の実施例の走査光学系におけるレーザー光束L2に対する光学性能を示すグラフであり、(a)は、ｆθ誤差（スポット位置の理想位置からのズレ）を示し、(b)は、主走査方向（破線Ｍ）及び副走査方向（実線Ｓ）の像面湾曲を示し、(c)は、走査線湾曲（スポット位置の副走査方向へのズレ）を示す。何れのグラフも縦軸ｙは、像高、即ち、感光ドラム上で走査中心を基準にした主走査方向の距離を示し、横軸ｚは、各収差の発生量を示しており、単位は何れも[mm]である。
【００５０】
後側レンズ１２ｍは、主走査平面P1に近い側を通るレーザー光束L2に対して特化して設計されている。そのため、この後側レンズ１２ｍをレーザー光束L2に対して用いた場合には、図９に示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００５１】
レーザー光束L2に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｃをレーザー光束L3に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１０に示す。この図１０に示されるように、レーザー光束L2に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｃを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L2の対称位置を通るレーザー光束L3に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００５２】
同様に、後側レンズ１２ｙは、主走査平面P1から離れた側を通るレーザー光束L1に対して特化して設計されているので、この後側レンズ１２ｙをレーザー光束L1に対して用いた場合、図１１の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフに示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００５３】
レーザー光束L1に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂをレーザー光束L4に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１２に示す。この図１２に示されるように、レーザー光束L1に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L1の対称位置を通るレーザー光束L4に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００５４】
＜参考例＞
図１３乃至図１６は、参考例による走査光学系を示す主走査方向及び副走査方向における説明図であり、図１３及び図１４は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｍ，２０ｃの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L2，L3に対する光路を示し、図１５及び図１６は、シリンドリカルレンズ３から走査対象面（感光ドラム２０ｙ，２０ｂの感光面）Ｓまでにおけるレーザー光束L1，L4に対する光路を示している。なお、これらの図では、第１及び第２折返しミラー６，７を省略し、前側レンズ群１１と後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとの間の光路を直線状に展開して示している。
【００５５】
この参考例の結像光学系１０の前側レンズ群１１は、前後のレンズ面が共に回転対称非球面として形成された第１レンズ１１ａと，入射側のレンズ面が平面に形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された第２レンズ１１ｂとから、構成されている。
【００５６】
また、参考例の後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、入射側のレンズ面が回転軸を持たない非球面として形成されるとともに射出側のレンズ面が球面として形成された１個のレンズから、構成されている。なお、より正確には、光軸方向をｘ、主走査方向をｙ、副走査方向をｚとすると、入射側のレンズ面は、光軸から離れた位置でのｘｚ平面に平行な断面の曲率半径がｘｙ断面形状とは独立した多項式で表現される回転軸を持たないアナモフィック非球面となっている。また、後側レンズ群のことを、以下では単に「後側レンズ」という。さらに、第２の実施例においても、後側レンズ群１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂは、レーザー光束L1，L4の傾きに応じて前側レンズ群１１の光軸上から副走査方向へシフト（偏心）されている。
【００５７】
また、第２及び第３の後側レンズ群１２ｍ，１２ｃは、互いに、前側レンズ群１１の光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されているとともに、第１及び第４の後側レンズ群１２ｙ，１２ｂも、互いに、その光軸を対称軸とする対称な位置に対向配置されており、さらに、前側レンズ群１１の光軸方向から見たときに、主走査平面P1を挟む両側のうちの一方側の後側レンズ１２ｙ，１２ｍが、他方側の後側レンズ１２ｃ，１２ｂに対して１８０°反転した状態となっている。
【００５８】
図１３及び図１４に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表６に、図１５及び図１６に示される走査光学系の近軸における具体的な数値構成を表７に示す。なお、記号の意味やその他の条件については、表１及び表２に示されたものと同様である。
【００５９】
【表６】
【表７】
この表１及び表２において、第１面及び第２面は前側レンズ群１１の第１レンズ１１ａを示し、第３面及び第４面は前側レンズ群１１の第２レンズ１１ｂを示している。また、第５面及び第６面は、表１においては第２及び第３の後側レンズ１２ｍ，１２ｃを示し、表２においては第１及び第４の後側レンズ１２ｙ，１２ｂを示している。さらに、第７面は、走査対象面Ｓを示している。ところで、第０面乃至第−２面は、便宜上付したものであり、その第０面はポリゴンミラー５を示し、第−１面はシリンドリカルレンズ３の射出側を示し、第−２面はシリンドリカルレンズ３の入射側を示している。なお、上述したように、前側レンズ群１１である第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂは、レーザー光束L1〜L4に対して共通に利用されるので、表６及び表７では、同じ数値構成となっている。
【００６２】
また、参考例における式（１）の円錐係数κと非球面係数A4，A6，A8は、表８に示すとおりである。
【００６３】
【表８】
【００６４】
X(Y)＝CY2／[１+√[１-(１+κ)C2Y2]]+A4・Y4+A6・Y6+A8・Y8 … (３)
1/rz(Y)＝(1/rz0)+B1・Y1+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4 … (４)
上式(３)中、κは円錐係数、A4，A6，A8は夫々４次，６次，８次の非球面係数である。また、上式(４)中、rz0は光軸上での副走査方向の曲率半径(表６及び表７のｒz)、B1〜B4は副走査方向の曲率半径を決定する１次乃至４次の係数である。後側レンズ１２ｍ，１２ｃの第５面の非球面係数を表９に、後側レンズ１２ｙ，１２ｂの第５面の非球面係数を表１０に示す。なお、何れの後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂとも、第５面の円錐係数κは0.000である。
【００６５】
【表９】
【表１０】
なお、参考例の後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂにも、第１の実施例と同様に、副走査方向における一定幅の範囲を残すように、コバ面が形成されており、図８の模式図に示されるように、主走査平面P1を挟んで向き合うように並べて配置される。
【００６８】
図１７は、参考例の走査光学系におけるレーザー光束L2に対する光学性能を示すグラフであり、(a)はｆθ誤差を示し、(b)は主走査方向（破線Ｍ）及び副走査方向（実線Ｓ）の像面湾曲を示し、(c)は走査線湾曲を示す。何れのグラフも縦軸ｙは像高であり、横軸ｚは各収差の発生量を示し、単位は何れも[mm]である。
【００６９】
後側レンズ１２ｍは、主走査平面P1に近い側を通るレーザー光束L2に対して特化して設計されている。そのため、この後側レンズ１２ｍをレーザー光束L2に対して用いた場合には、図１７に示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００７０】
レーザー光束L2に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された１２ｃをレーザー光束L3に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図１８に示す。この図１８に示されるように、レーザー光束L2に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｍと同じ形状に形成された１２ｃを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L2の対称位置を通るレーザー光束L3に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００７１】
同様に、後側レンズ１２ｙは、主走査平面P1から離れた側を通るレーザー光束L1に対して特化して設計されているので、この後側レンズ１２ｙをレーザー光束L1に対して用いた場合、図１９の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフに示されるように、何れの収差とも良好に補正される。
【００７２】
レーザー光束L1に対してこのような作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂをレーザー光束L4に対して用いた時の(a)ｆθ誤差と(b)像面湾曲と(c)走査線湾曲のグラフを、図２０に示す。この図２０に示されるように、レーザー光束L1に対して適正に作用を及ぼす後側レンズ１２ｙと同じ形状に形成された後側レンズ１２ｂを、主走査平面P1を挟んでレーザー光束L1の対称位置を通るレーザー光束L4に対して用いた場合でも、やはり、諸収差を良好に補正する。
【００７３】
以上の実施例に示されるように、本実施形態の走査光学系おいては、前側レンズ群１１の両レンズ面が主走査平面P1を対称面とする面対称な形状に形成されているとともに、レーザー光束L2，L3及びレーザー光束L1，L4が主走査平面P1の両側における対称な位置を進行する。そのため、後側レンズ１２ｍ，１２ｃと後側レンズ１２ｙ，１２ｂとを２個ずつ用意し、一方の後側レンズ１２ｍとその後側レンズ１２ｍの状態から光軸周りに１８０°回転させた状態の他方の後側レンズ１２ｃとをそれぞれ主走査平面P1を挟んで対称な位置に配置するとともに、一方の後側レンズ１２ｙとこの後側レンズ１２ｙの状態から光軸周りに１８０°回転させた状態の他方の後側レンズ１２ｂとをそれぞれ主走査平面P1を挟んで対称な位置に配置し、両後側レンズ１２ｍ，１２ｃにおける等価な箇所にレーザー光束L2，L3を透過させ、両後側レンズ１２ｙ，１２ｂにおける等価な箇所にレーザー光束L1，L4を透過させれば、レーザー光束L1〜L4による走査線に生ずる諸収差を適正に補正することができる。これにより、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂの有効範囲を広くすることなく、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂを十分低廉に製造することができる。また、後側レンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｂを例えば金型を用いて複数成型すれば、更に低コストで製造することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の走査光学系は、回転多面鏡に入射される複数本のレーザー光束がその中心軸に直交する平面に対して傾けられている構成を採りながらも、その平面を挟んで配置されるレンズ群に低コストなレンズ群を利用することができる。これにより、走査光学系全体の製造コストを引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による走査光学系の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図２】 走査光学系の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図３】 走査光学系の光学構成を示す副走査方向の説明図
【図４】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図５】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図６】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図７】 第１の実施例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図８】 本実施形態の後側レンズのレンズ形状を示す説明図
【図９】 第１の実施例の第２の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１０】 第１の実施例の第３の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１１】 第１の実施例の第１の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１２】 第１の実施例の第４の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１３】 参考例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図１４】 参考例の走査光学系における主走査平面に近い側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１５】 参考例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す主走査方向の展開図
【図１６】 参考例の走査光学系における主走査平面から離れた側の光学構成を示す副走査方向の展開図
【図１７】 参考例の第２の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１８】 参考例の第３の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図１９】 参考例の第１の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【図２０】 参考例の第４の後側レンズによる諸収差を示すグラフ
【符号の説明】
１ レーザー光源
２ コリメートレンズ
３ シリンドリカルレンズ
５ ポリゴンミラー
６ 第１折返しミラー
７ 第２折返しミラー
１０ 結像光学系
１１ 前側レンズ群
１１ａ 第１レンズ
１１ｂ 第２レンズ
１２ 後側レンズ群
２０ｙ 感光ドラム
２０ｍ 感光ドラム
２０ｃ 感光ドラム
２０ｂ 感光ドラム
Claims (5)
- 少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、
前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向において、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍にて交差し、
前記結像光学系は、副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、
前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、
前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されている
ことを特徴とする走査光学系。 - 少なくとも１対のレーザー光束を同時に偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束をスポット光として収束させる結像光学系とを有し、各レーザー光束に個々に対応する走査対象面上においてスポット光を主走査方向に沿って走査して走査線を形成する走査光学系であって、
前記１対のレーザー光束は、前記回転多面鏡の中心軸に直交する平面の両側から、その平面に対して互いに等角度となる角度にて前記回転多面鏡の偏向反射面に入射するとともに、前記回転多面鏡の偏向反射面の近傍における前記平面内の１点にて交差し、
前記結像光学系は、前記走査対象面上において主走査方向に直交する副走査方向に収束パワーを有するとともに前記回転多面鏡により偏向された前記１対のレーザー光束が個々に透過する１対のレンズを有し、
前記１対のレンズは、光学面の基準軸を含んで前記回転多面鏡の中心軸に平行な仮想平面を対称面として面対称となるレンズ形状に形成されているとともに、互いに同じレンズ
形状を有し、且つ、二次元の多項式で表現されるアナモフィック非球面を有し、該アナモフィック非球面は副走査方向に関する傾きの変化を持ち、
前記平面を挟んで対称な位置において、前記１対のレンズのうちの一方のレンズが他方のレンズの状態から光学面の基準軸周りに１８０度回転した状態で、配置されている
ことを特徴とする走査光学系。 - 前記結像光学系は、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束が前記１対のレンズに入射する前においてその全てが透過する前側レンズ群を、更に備えている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の走査光学系。 - 前記結像光学系は、前記回転多面鏡により偏向された複数のレーザー光束が前記１対のレンズに入射する前においてその全てが透過する前側レンズ群を、更に備え、
前記前側レンズ群は、前記平面と平行で且つ前記複数のレーザー光束の交差点を貫く主走査平面内にその光軸が含まれるように、配置されるとともに、前記主走査平面を対称面として面対称となるレンズ形状に、形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の走査光学系。 - 前記１対のレンズは、同じ金型を用いて成型されている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の走査光学系。
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