JP4463943B2

JP4463943B2 - Scanning optical system

Info

Publication number: JP4463943B2
Application number: JP2000172337A
Authority: JP
Inventors: 淳二上窪
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2001350116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープリンタや半導体素子回路パターン用の走査描画装置等の光走査ユニットに用いられる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査ユニットは、一般的に、レーザー光源からの光束をポリゴンミラー等の偏向器により偏向、走査させ、ｆθレンズのような走査レンズを介して感光体ドラム等の走査対象面上にスポットとして結像させる。走査対象面上のスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って主走査方向に走査し、この際、レーザービームがオンオフ変調されることにより、走査対象面上に静電潜像の一部をなす走査線を形成する。
【０００３】
このような光走査ユニットに用いられる走査光学系において、半導体レーザーの発光波長のばらつきに因る描画性能の変化を抑えるためには、光学系の倍率色収差を小さく抑える必要がある。一般に、色収差は分散の異なる複数の材質のレンズを組み合わせることにより補正されるが、このような要求を満たす走査光学系は、トーリック面を有する複雑な形状のレンズを複数個組合せたものでなければならないので、高精度に作成することが困難であるとともに、走査レンズの構成枚数も多くなってしまうという問題を生ずる。
【０００４】
そのため、近年では、屈折型の走査レンズと回折素子とを組み合わせることにより、倍率色収差を補正する技術が従来から知られている。例えば、特開平１１−０９５１４号公報に開示された光学系は、ポリゴンミラーと走査レンズとの間に回折面が形成された補正素子を有し、これによりｆθレンズの倍率色収差を補正している。
【０００５】
但し、この公報においては、補正素子が走査レンズの光軸に対して直交しているように記載されているが、実際問題として、このように略平行平面板状の補正素子が走査レンズの光軸に対して直交して配置されていると、補正素子の後面での反射光がポリゴンミラーによって再入射し、ゴースト光として走査対象面に達してしまいやすいという問題がある。そのため、ポリゴンミラーと走査レンズとの間に配置される補正素子を、走査レンズの光軸に対して斜めに配置することによって、補正素子の反射面での反射光がポリゴンミラーに再入射しないようにする提案も、本出願人によって多々なされている。例えば、特願2000-005448号では、補正素子を主走査方向において傾けることによってゴースト光を防止する提案が、なされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した提案と同様に、補正素子を副走査方向に傾けることも考えられるが、この場合には、補正素子を傾けることに起因して生ずる走査線の湾曲（ボウ）を補正しなければならない。即ち、略平行平面板状の補正素子が、走査レンズの光軸に対して副走査方向に傾いて配置されていると、ポリゴンミラーにて反射したレーザービームは、この補正素子の表裏両面にて夫々屈折されるために、副走査方向へ平行にシフトされることになる。このシフト量は、レーザービームの補正素子への入射角の副走査方向成分に依存して、変化する。従って、ポリゴンミラーによって偏向されているレーザビームが、補正素子への入射方向を刻々と変化させるので、そのシフト量も、主走査方向における向きの変化に従って変化することになる。その結果、走査対象面上において、レーザービームの集束位置が副走査方向に変化することに因り、走査線が湾曲してしまうのである。さらに、補正素子に形成されている回折面構造が回転対称形状であった場合には、レーザービームに対する回折効果も、レーザービームの入射角に依存して変化するので、走査対象面上において走査線を更に湾曲させることになる。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、ゴースト光や走査線の湾曲を引き起こすことなく、倍率色収差を補正するための補正素子をポリゴンミラーと走査レンズとの間に配置することができる走査光学系を、提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光源と、この光源から射出された光を反射面にて反射させると同時にこの反射面を主走査方向に振ることによって偏向する偏向器と、この偏向器によって偏向された光を走査対象面上に収束させることによって走査線を描く走査レンズとを有する走査光学系において、前記偏向器と前記走査対象面との間の光路中に、前記走査レンズの色収差を補正するための回折面を有する回折素子が、前記走査レンズの光軸に対して副走査方向に傾斜して配置されているとともに、前記回折素子における前記回折面のベース形状及びその反対側面の形状のうちの一方は、前記傾斜に因って生じる前記走査線の湾曲を打ち消すために、アナモフィック面形状として形成されていることを、特徴とする。
【０００９】
このように構成されると、色収差以外の収差が実用レベル以下に補正されている走査レンズを有する走査光学系に、上記構成の回折素子を走査レンズの光軸に対して斜めに挿入すれば、その回折面によって、上記走査レンズの色収差が補正される。この際、この回折素子の前面又は後面での反射光は、その面が走査レンズの光軸に対して斜めに配置されているので、レーザービームの光路から外れてしまい、ゴースト光として走査対象面に達することがない。しかも、走査レンズの光軸に対して斜めに回折素子が挿入されることによって生じるであろう走査線の湾曲は、この回折素子における走査面のベース形状又はその反対面の形状がアナモフィック面形状として形成されていることによって、打ち消される。
【００１０】
このアナモフィック形状は、それ単体で上記走査線の湾曲を補正できるものであっても良いし、反対側面の形状と相関して上記走査線の湾曲を補正するものであっても良い。
【００１１】
アナモフィック形状としては、中心位置から離れた位置での副走査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定された形状とすることができる。この場合、主走査方向の断面形状は、円弧であっても良いし、非円弧な曲線であっても良い。
【００１２】
また、反対側面の形状としては、アナモフィック面であっても良いことは勿論のこととして、主走査方向の断面形状を主走査方向を向いた軸を中心として回転させてなる曲面形状として形成されていても良い。後者の場合、主走査方向の断面形状は、直線であっても良いし、円弧又は非円弧であっても良い。なお、主走査方向の断面形状とこれを回転させる軸との距離は、有限であることが望ましいが、主走査方向の断面形状が非円弧である場合には、無限とすることも可能である。
【００１３】
回折面の回折構造は、前記アナモフィック面形状の極における法線を中心とした回転対称形状又は副走査方向を向いた縞形状とすれば、切削加工が可能になるので望ましい。回折構造が回転対称形状である場合には、回折面のベース形状が回転対称非球面形状であれば、切削加工によって回折構造と同時に加工することが可能になる。また、回折構造が縞形状である場合には、回折面のベース形状が主走査方向の断面形状を主走査方向を向いた軸を中心として回転させてなる曲面形状であれば、切削加工によって回折構造と同時に加工することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる反射型走査光学系の実施の形態を、説明する。本実施形態による反射型走査光学系は、レーザープリンターのレーザー走査ユニットに使用され、同時に入力される複数ライン分の描画信号に従って夫々ON/OFF変調された複数本のレーザービームを、ポリゴンミラーによって偏向させることによって感光体ドラム等の走査対象面上で走査させ、静電潜像を形成するマルチビーム式の走査光学系である。この明細書では、走査対象面上でレーザ光が走査する方向を主走査方向（ｙ方向）、これに直交する方向を副走査方向（ｚ方向）と定義し、各光学素子の形状やパワーの方向性は、走査対象面上での方向を基準に説明される。
【００１５】
図１は、本実施形態による走査光学系の平面図（主走査方向を上下に向けるとともに副走査方向を紙面に直交させて示す図）であり、図２は、図１における矢印ＩＩの方向から見た状態を示す側面図（副走査方向を上下に向けるとともに主走査方向を紙面に直交させて示す図）である。これら各図に示されるように、本実施形態による反射型走査光学系は、光源である半導体レーザー１０から発した発散光をコリメートレンズ１１により平行光束とし、副走査方向に正のパワーを有するシリンドリカルレンズ１２を介して偏向器であるポリゴンミラー１４に入射させる。ポリゴンミラー１４の反射面１４ａで反射、偏向されたレーザー光は、ｆθレンズ２０及び補正用レンズ３０を介して集束され、走査対象面４０上に主走査方向に走査するスポットを形成する。
【００１６】
シリンドリカルレンズ１２は、コリメートレンズ１１側のレンズ面が副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンダー面、ポリゴンミラー１４側のレンズ面が平面として構成されている。シリンドリカルレンズ１２のパワーは、シリンドリカルレンズ１２により形成される線像がポリゴンミラー１４の反射面１４ａの近傍に位置するよう定められている。
【００１７】
ポリゴンミラー１４は、シリンドリカルレンズ１２を透過したレーザービームを、何れかの反射面１４ａによって、主走査方向においては平行ビームとして、また、副走査方向においては発散ビームとして反射する。このようにしてレーザービームを反射している間に、ポリゴンミラー１４は、その中心軸を中心として回転する。これにより、ポリゴンミラー１４は、入射したレーザービームを、主走査方向において所定の角度範囲内で偏向する。
【００１８】
回折素子１６は、主走査方向に長手方向を向けた矩形の正面形状を有する光学素子である。この回折素子１６の前面又は後面には、レンズ面に相当する曲面が、これら各面の中心を貫く軸を中心として形成されている。即ち、各面の極における法線が互いに合致している。従って、軸（法線）のことを、以下、「光軸」と称する。この回折素子１６の後面（ｆθレンズ２０側の面）には、ｆθレンズ２０及び補正用レンズ３０からなる走査レンズの倍率色収差を補正するための回折構造が形成されている。また、回折素子１６は、その後面での反射光がポリゴンミラー１４の反射面に再入射しないように、図２に示すように、その光軸が副走査方向においてｆθレンズ２０の光軸に対して５度の角度をなすように、傾斜して配置されている。さらに、回折素子１６の後面における回折構造のベース形状，及び、前面の形状は、上記のように回折素子１６がｆθレンズ２０の光軸に対して傾斜していることに起因して生じるボウを打ち消すために、後述するような特殊な形状の組合せとなっている。
【００１９】
ｆθレンズ２０は、回折素子１６を透過したレーザービームを、主走査方向及び副走査方向に夫々収斂させるとともに、そのビーム軸の方向を、走査対象面４０上での主走査方向における像高がポリゴンミラー１４の回転角に比例した高さとなるように屈折させる。このｆθレンズ２０は、回折素子１６側から順に、第１レンズ２１と第２レンズ２２とが配列されることによって構成されている。これら第１レンズ２１及び第２レンズ２２は、いずれも、光軸回りに回転対称なレンズ面のみから構成されるレンズであり、ｆθレンズ２０は全体として正のパワーを有している。
【００２０】
補正用レンズ３０は、走査対象面４０側に近接して配置された像面湾曲補正用の長尺のレンズであり、そのｆθレンズ２０側のレンズ面は、副走査方向の実効的な屈折力が中心から周辺に向けて漸減するアナモフィック面であり、副走査方向に強い正のパワーを有する。補正用レンズ３０を透過した光束は、主走査、副走査の両方向に関して収束光となり、走査対象面４０上にビームスポットを形成する。
【００２１】
なお、本実施形態による走査光学系は、半導体レーザー１０の発光波長が設計波長に一致している場合には回折素子１５がなくても所定の性能が得られるように設計されている。即ち、本実施形態による走査光学系は、倍率色収差が補正されていない既存の走査光学系に回折素子１６を挿入することによって、構成されている。従って、回折素子１６は、色収差を補正するための作用のみを持ち、それ以外に関する走査光学系の性能には影響を及ぼさない。このように、回折素子１６を追加するのみで倍率色収差を補正することができるため、既存の走査光学系の設計を変更することなく、倍率色収差の補正がなされた走査光学系とすることができる。
【００２２】
次に、図３及び図４を参照して、回折素子１６の形状について説明する。本実施形態において回折素子１６の後面に形成可能な回折構造は、図３に示すように、回折素子１６の後面における中心位置（即ち、ｆθレンズ２０の光軸と合致する位置）を中心とした回転対称形状（以下、「第１種形状」という）のもの、及び、図４に示すように、副走査方向を向いた複数の縞を主走査方向に並べた格子状（以下、「第２種形状」という）のものに、大別される。
【００２３】
そして、これらの格子構造のベース形状は、上述したボウを打ち消す機能の一部を担うために、曲面として形成されている。但し、その具体的な形状は、格子構造と同時に加工される関係で、所定の形状に制限される。即ち、回折構造が第１種形状である場合には、回折素子１６の素材を回転させつつ切削加工によって格子構造が形成されるので、そのベース形状も、回転対称形状（球面又は回転対称非球面）に制限される。また、図４に示すように、回折構造が第２種形状である場合には、主走査方向（ｙ方向）を向いた回転軸５０ａを中心に回転するドラム５０の表面に回折素子１６の素材を固定した状態下にて切削加工すれば、回折構造の形成が容易となるので、そのベース形状は、副走査方向（ｚ方向）の曲率中心が一直線上（回転軸５０ａ上）に存在する形状（即ち、主走査方向の断面形状を主走査方向を向いた軸を中心として回転させてなる曲面形状）であることが望ましい。具体的には、主走査方向における曲率半径が無限大であるシリンダ面形状（即ち、主走査方向の断面形状が直線である曲面形状），又は、回転軸５０ａを含む面内にある非円弧の曲線（主走査方向の断面形状）を回転軸５０ａ（主走査方向を向いた軸）を中心として回転させることによって形成されるトーリック面形状（以下、「ｙトーリック非球面形状」と称する）であることが望ましい。なお、多少加工時間が掛かるが、研削加工によって回折構造を形成するならば、そのベース形状を、副走査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定されているとともに回転軸を持たない非球面形状（以下、「累進トーリック非球面形状」と称する）とすることができる。なお、これら各種ベース形状における設計の自由度は、累進トーリック非球面形状，ｙトーリック非球面形状，シリンダ面形状，回転対称形状の順に、低くなっている。
【００２４】
回折素子１６の前面の形状は、後面における回折構造のベース形状と相関して上述したボウを打ち消すことができる形状として、設計される。但し、その形状は、後面における回折構造のベース形状における設計の自由度如何に依り、その自由度を補完するための制限を受ける。具体的には、後面における回折構造のベース形状が回転対称形状，シリンダ面形状又はｙトーリック非球面形状である場合には、それらの設計の自由度が低くなっているので、前面の形状は、設計の自由度が高い累進トーリック非球面形状でなければならない。これに対して、後面における回折構造のベース形状が累進トーリック面形状である場合には、設計の自由度が高くなっているので、前面の形状は、ｙトーリック非球面形状又はシリンダ面形状とすることができる。
【００２５】
以上をまとめると、次のようになる。即ち、回折構造が第１種形状である場合には、回折素子１６の回折面におけるベース形状は回転対称形状とされ、その裏側面は累進トーリック非球面形状とされる。また、回折構造が第２種形状である場合には、回折素子１６の回折面におけるベース形状及びその裏側面のうちの何れか一方が、副走査方向のみ円弧形状であるアナモフィック面形状（シリンダ面形状又はｙトーリック非球面形状）とされ、他方が、累進トーリック非球面形状とされる。なお、本発明において、ｙトーリック非球面形状とは、副走査方向の曲率半径が無限大である面をも含むものとする。
【００２６】
次に、上述した走査光学系の具体的な数値例を、上述した回折素子１６の前面及び後面の形状の組合せに夫々対応させて、４例、説明する。なお、各実施例において、回折素子１６の各面形状以外の数値は共通であるので、各実施例による回折素子１６の各面形状を個別説明する前に、各実施例に共通な部分の説明を行う。
【００２７】
表１は、実施例の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１２より走査対象面４０側の構成を示す。表中の記号ｆは走査光学系全体の主走査方向における焦点距離、Ｒyは各光学素子の主走査方向の近軸曲率半径[単位：mm]（曲率中心が面の後方に存在する場合の符号を＋とし、前方に存在する場合を−とする）、Ｒzは副走査方向の近軸曲率半径[単位：mm]（曲率中心が面の後方に存在する場合の符号を＋とし、前方に存在する場合を−とする）、ｄは面間の光軸上での距離、ｎは設計波長での屈折率である。また、画角は、ポリゴンミラー１４から走査対象面４０上に形成された走査線を見たときの画角を示す。また、表中、第１面及び第２面がシリンドリカルレンズ１２の各面、第３面がポリゴンミラー１４の反射面１４ａ、第４面面及び第５面が回折素子の各面、第６面及び第７面がｆθレンズ２０の第１レンズ２１における各面、第８面及び第９面が第２レンズ２２における各面、第１０面及び第１１面が補正用レンズ３０の各面を示す。
【００２８】
【表１】

第６面及び第７面は、回転対称非球面であり、第１０面は、光軸から離れた位置での副走査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定されているとともに回転軸を持たない非球面であり、他の面は球面又は平面である。
【００２９】
第６面及び第７面の形状は、径方向における光軸からの距離をｈ、光軸での接平面上のｈの位置から各面までのサグ量をX(h)として、下記式（１）によって表される。
【００３０】
X(h)=y²/(r_h0(1+√(1-(κ+1)c²h²)))+A₄h⁴+A₆h⁶+A₈h⁸ ……（１）
但し、r_h0＝Ｒyであり、ｋは円錐係数であり、A₄，A₆，A₈は夫々４次，６次．８次の非球面係数である。そして、第６面及び第７面におけるこれら各係数の値は、以下の表２に示される通りとなっている。
【００３１】
【表２】

第１０面の主走査方向の断面形状は、主走査方向における光軸からの距離をｙ、光軸での接平面中のｙの位置から各面までのサグ量をx(y)として、下記式（２）によって表される。
【００３２】
X(y)=y²/(r_y0(1+√(1-(κ+1)c²y²)))+A₄y⁴+A₆y⁶+… ……（２）
但し、r_y0＝Ｒyであり、ｋは円錐係数であり、A₄，A₆，…は夫々４次，６次，…の非球面係数である。また、第１０面の主走査方向の各位置ｙにおける副走査方向の曲率半径R_z(y)は、下記式（３）によって表される。
【００３３】
1/R_z(y)=1/r_z0+B₁y+B₂y²+B₃y³+B₄y⁴+…… ……（３）
但し、r_z0＝Ｒｚであり、B₁，B₂，…は夫々１次，２次，…の非球面係数である。そして、第１０面におけるこれら各係数の値は、以下の表３に示される通りとなっている。
【００３４】
【表３】

第４面の面形状は、実施例１乃至３では、累進トーリック非球面形状であり、実施例４では、ｙトーリック非球面形状である。第４面の主走査方向の断面形状は、主走査方向における光軸からの距離をｙ、光軸での接平面から各面までのサグ量をX(y)として、上記式（２）によって表される。また、実施例１乃至３の場合（累進トーリック非球面形状である場合）、第４面の主走査方向の各位置ｙにおける副走査方向の曲率半径R_z(y)は、上記式（３）によって表される。これに対して、実施例４の場合（ｙトーリック非球面形状である場合）、第４面の副走査方向の形状は、光軸位置（ｙ＝０）における副走査方向の曲率r_z0によって表される。各実施例における具体的数値は、後述する。
【００３５】
第５面は回折面であり、その回折構造の形状は、実施例１では第１種形状であり、実施例２乃至４では第２種形状である。
【００３６】
第１種形状の回折構造を持つ回折面の径方向における断面形状は、光軸からの距離をｈとした場合、光軸での接平面上のｈの位置からのサグ量SAG(h)として、以下の式（４）によって、表すことができる。
【００３７】
SAG(h)＝X(h)＋S(h) ……（４）
ここで、X(h)は回折面のベース形状であり、上記式（１）によって表される。また、S(h)は、ベース形状X(h)に付加されるサグ量を表し、下記式（５）によって表される。
【００３８】
S(h)=[|MOD(Δφ(h)＋C，−1)|−C]λ／[n−1] ……（５）
ここで、MOD（a、b）はａをｂで割った剰余を与える関数、Ｃは輪帯の境界位置の位相を設定する定数であり、０から１の任意の値をとる(以下の実施例では、ｃ＝０．５）。Δφ(h)は、回折面が持つべき光路長付加量であり、下記式（６）によって表される。
【００３９】
Δφ(h)＝P₂h²＋P₄h⁴＋P₆h⁶＋P₈h⁸＋P₁₀h¹⁰ ……（６）
ここで、P_nは、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数である。また、回折レンズ面の各輪帯の番号Ｎは、光軸上の領域を０として、以下の式（７）により表される。
【００４０】
Ｎ＝INT(｜Δφ(h)／λ＋C｜) ……（７）
ここで、INT(ｉ)は、ｉの整数部分を与える関数である。
【００４１】
一方、第２種形状の回折構造を持つ回折面の主走査方向における断面形状は、光軸からの距離をｙとした場合、光軸での接平面上のｙの位置からのサグ量SAG(ｙ)として、以下の式（４'）によって、表すことができる。
【００４２】
SAG(y)＝X(y)＋S(y) ……（４'）
ここで、X(y)は回折面のベース形状であり、上記式（２）によって表される。また、S(y)は、ベース形状X(y)に付加されるサグ量を表し、下記式（５'）によって表される。
【００４３】
S(y)=[|MOD(Δφ(y)＋C，−1)|−C]λ／[n−1] ……（５'）
ここで、Δφ(y)は、回折面が持つべき光路長付加量であり、下記式（６'）によって表される。
【００４４】
Δφ(y)＝P₂y²＋P₄y⁴＋P₆y⁶＋P₈y⁸＋P₁₀y¹⁰ ……（６'）
また、回折レンズ面の各輪帯の番号Ｎは、上記式（７）により表される。
【００４５】
また、第２種形状の回折構造を持つ回折面の副走査方向における断面形状は、ベース形状がシリンダ面形状又はｙトーリック面形状である場合には、光軸位置（ｙ＝０）における副走査方向の曲率r_z0によって表され、ベース形状が累進トーリック面形状である場合には、上記式（３）によって表される。
【００４６】
【実施例１】
上述したように、実施例１においては、第４面の面形状が累進トーリック非球面形状であり、第５面のベース形状が回転対称非球面形状であり、回折構造が第１種形状である。また、第５面の回折成分そのものによる設計波長（780nm）での焦点距離は、1150.95mmとなっている。
【００４７】
表４は、実施例１の第４面に関して上記式（２）及び式（３）に適用される諸係数を示す。
【００４８】
【表４】

表５は、実施例１の第５面に関して上記式（４），式（１），式（５）及び式（６）に適用される諸係数を示す。
【００４９】
【表５】

図５乃至図７は、実施例１の構成による走査光学系の諸収差を示し、図５は倍率色収差、図６はボウ、図７はディファレンシャルボウを示す。これら各図において、各軸の単位は[mm]であり、縦軸は像高（走査対象面４０での光軸からの主走査方向における距離）を示し、横軸は各収差の発生量を示す。即ち、図５の横軸は、設計波長780nmのレーザービームにより走査対象面４０上に形成されるスポットの位置を基準として770nmのレーザービームにより走査対象面４０上に形成されるスポットの主走査方向におけるズレ量を示す。また、図６の横軸は、走査対象面４０上において光軸を通る走査線の副走査方向へのズレ量を示す。また、図７の横軸は、基準となる走査線とｙ＝０において副走査方向に単位距離：0.0423mmだけずれた位置を通る他の走査線との間の距離が単位距離に対してなす差分を示す。これら各図から明らかなように、実施例１によれば、各収差が良好に補正される。
【００５０】
【実施例２】
上述したように、実施例２においては、第４面の面形状が累進トーリック非球面形状であり、第５面のベース形状がシリンダー面形状であり、回折構造が第２種形状である。また、第５面の回折成分そのものによる設計波長（780nm）での焦点距離は、1150.95mmとなっている。
【００５１】
表６は、実施例２の第４面に関して上記式（２）及び式（３）に適用される諸係数を示す。
【００５２】
【表６】

表７は、実施例２の第５面に関して上記式（４'），式（２），式（５'）及び式（６'）に適用される諸係数，及び、光軸における副走査方向の曲率半径を示す。
【００５３】
【表７】

図８乃至図１０は、実施例２の構成による走査光学系の諸収差を示し、図８は倍率色収差、図９はボウ、図１０はディファレンシャルボウを示す。これら各図から明らかなように、実施例２によれば、各収差が良好に補正される。
【００５４】
【実施例３】
上述したように、実施例３においては、第４面の面形状が累進トーリック非球面形状であり、第５面のベース形状がｙトーリック非球面形状であり、回折構造が第２種形状である。また、第５面の回折成分そのものによる設計波長（780nm）での焦点距離は、1150.95mmとなっている。
【００５５】
表８は、実施例３の第４面に関して上記式（２）及び式（３）に適用される諸係数を示す。
【００５６】
【表８】

表９は、実施例３の第５面に関して上記式（４'），式（２），式（５'）及び式（６'）に適用される諸係数，及び、光軸における副走査方向の曲率半径を示す。
【００５７】
【表９】

図１１乃至図１３は、実施例３の構成による走査光学系の諸収差を示し、図１１は倍率色収差、図１２はボウ、図１３はディファレンシャルボウを示す。これら各図から明らかなように、実施例３によれば、各収差が良好に補正される。
【００５８】
【実施例４】
上述したように、実施例４においては、第４面の面形状がｙトーリック非球面形状であり、第５面のベース形状が累進トーリック非球面形状であり、回折構造が第２種形状である。また、第５面の回折成分そのものによる設計波長（780nm）での焦点距離は、1150.95mmとなっている。
【００５９】
表１０は、実施例４の第４面に関して上記式（２）に適用される諸係数，及び、光軸における副走査方向の曲率半径を示す。
【００６０】
【表１０】

表１１は、実施例４の第５面に関して上記式（４'），式（２），式（３），式（５'）及び式（６'）に適用される諸係数，及び、光軸における副走査方向の曲率半径を示す。
【００６１】
【表１１】

図１４乃至図１６は、実施例４の構成による走査光学系の諸収差を示し、図１４は倍率色収差、図１５はボウ、図１６はディファレンシャルボウを示す。これら各図から明らかなように、実施例４によれば、各収差が良好に補正される。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、走査光学系の倍率色収差を補正するための補正素子をポリゴンミラーと走査レンズとの間に配置しても、ゴースト光を防止するこができるとともに、走査線の湾曲も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態にかかる走査光学系の主走査方向の光学構成図
【図２】同走査光学系の副走査方向の光学構成図
【図３】回折素子の第１種形状の回折構造の説明図
【図４】回折素子の第２種形状の回折構造の説明図
【図５】実施例１の倍率色収差を示すグラフ
【図６】実施例１のボウを示すグラフ
【図７】実施例１のディファレンシャルボウを示すグラフ
【図８】実施例２の倍率色収差を示すグラフ
【図９】実施例２のボウを示すグラフ
【図１０】実施例２のディファレンシャルボウを示すグラフ
【図１１】実施例３の倍率色収差を示すグラフ
【図１２】実施例３のボウを示すグラフ
【図１３】実施例３のディファレンシャルボウを示すグラフ
【図１４】実施例４の倍率色収差を示すグラフ
【図１５】実施例４のボウを示すグラフ
【図１６】実施例４のディファレンシャルボウを示すグラフ
【符号の説明】
１０レーザー光源
１４ポリゴンミラー
１６回折素子
２０ｆθレンズ
３０補正用レンズ
４０走査対象面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning optical system used in an optical scanning unit such as a laser printer or a scanning drawing device for semiconductor element circuit patterns.
[0002]
[Prior art]
In general, an optical scanning unit deflects and scans a light beam from a laser light source by a deflector such as a polygon mirror, and connects it as a spot on a surface to be scanned such as a photosensitive drum via a scanning lens such as an fθ lens. Let me image. The spot on the scanning target surface scans in the main scanning direction along with the rotation of the polygon mirror. At this time, the laser beam is subjected to on / off modulation, thereby forming a part of the electrostatic latent image on the scanning target surface. Form a line.
[0003]
In the scanning optical system used in such an optical scanning unit, it is necessary to suppress the lateral chromatic aberration of the optical system in order to suppress the change in the drawing performance due to the variation in the emission wavelength of the semiconductor laser. In general, chromatic aberration is corrected by combining lenses made of a plurality of materials having different dispersions. However, a scanning optical system that satisfies these requirements must be a combination of a plurality of lenses having a complicated shape having a toric surface. Therefore, there is a problem that it is difficult to produce with high accuracy and the number of scanning lenses is increased.
[0004]
For this reason, in recent years, a technique for correcting lateral chromatic aberration by combining a refractive scanning lens and a diffraction element has been conventionally known. For example, the optical system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-09514 has a correction element in which a diffractive surface is formed between a polygon mirror and a scanning lens, thereby correcting the lateral chromatic aberration of the fθ lens. .
[0005]
However, in this publication, it is described that the correction element is orthogonal to the optical axis of the scanning lens. However, as a practical problem, the correction element having a substantially parallel flat plate shape is light of the scanning lens. When arranged perpendicular to the axis, there is a problem that the reflected light on the rear surface of the correction element is incident again by the polygon mirror and easily reaches the scanning target surface as ghost light. For this reason, the correction element disposed between the polygon mirror and the scanning lens is disposed obliquely with respect to the optical axis of the scanning lens so that the reflected light from the reflection surface of the correction element does not re-enter the polygon mirror. Many proposals have been made by the present applicant. For example, Japanese Patent Application No. 2000-005448 proposes to prevent ghost light by tilting the correction element in the main scanning direction.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Similar to the above-described proposal, it is conceivable to incline the correction element in the sub-scanning direction, but in this case, it is necessary to correct the curvature (bow) of the scanning line caused by inclining the correction element. That is, when the substantially parallel flat plate-shaped correction element is arranged to be inclined in the sub-scanning direction with respect to the optical axis of the scanning lens, the laser beam reflected by the polygon mirror is reflected on both the front and back surfaces of the correction element. Since they are refracted, they are shifted in parallel in the sub-scanning direction. This shift amount changes depending on the sub-scanning direction component of the incident angle of the laser beam to the correction element. Accordingly, since the laser beam deflected by the polygon mirror changes the incident direction to the correction element every moment, the shift amount also changes according to the change in direction in the main scanning direction. As a result, the scanning line is curved due to the laser beam focusing position changing in the sub-scanning direction on the scanning target surface. Furthermore, when the diffractive surface structure formed on the correction element has a rotationally symmetric shape, the diffraction effect on the laser beam also changes depending on the incident angle of the laser beam. Will be further curved.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a scanning optical system in which a correction element for correcting lateral chromatic aberration can be disposed between a polygon mirror and a scanning lens without causing ghost light or scanning line bending. It is to be.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The light source and the light emitted from the light source are reflected by the reflecting surface and simultaneously deflected by shaking the reflecting surface in the main scanning direction. In a scanning optical system having a deflector and a scanning lens that draws a scanning line by converging the light deflected by the deflector on the scanning target surface, in the optical path between the deflector and the scanning target surface Further, a diffractive element having a diffractive surface for correcting chromatic aberration of the scanning lens is arranged to be inclined in the sub-scanning direction with respect to the optical axis of the scanning lens, and the diffractive surface of the diffractive element is One of the base shape and the shape of the opposite side surface is formed as an anamorphic surface shape so as to cancel the curvature of the scanning line caused by the inclination. To.
[0009]
With this configuration, if the diffraction element having the above configuration is inserted obliquely with respect to the optical axis of the scanning lens in a scanning optical system having a scanning lens in which aberrations other than chromatic aberration are corrected to a practical level or less, The diffractive surface corrects chromatic aberration of the scanning lens. At this time, the reflected light on the front surface or the rear surface of the diffraction element is disposed obliquely with respect to the optical axis of the scanning lens, so that it is out of the optical path of the laser beam and is scanned as ghost light. Never reach. Moreover, the curvature of the scanning line that would occur when the diffractive element is inserted obliquely with respect to the optical axis of the scanning lens is the anamorphic surface shape of the base shape of the scanning surface or the opposite surface of the diffractive element. It is countered by being formed.
[0010]
The anamorphic shape may be one that can correct the curvature of the scanning line alone, or may be one that corrects the curvature of the scanning line in correlation with the shape of the opposite side surface.
[0011]
The anamorphic shape may be a shape in which the radius of curvature in the sub-scanning direction at a position away from the center position is set regardless of the cross-sectional shape in the main scanning direction. In this case, the cross-sectional shape in the main scanning direction may be an arc or a non-arc curve.
[0012]
Further, as the shape of the opposite side surface, it may be an anamorphic surface, and of course, it is formed as a curved surface shape obtained by rotating the cross-sectional shape in the main scanning direction around the axis facing the main scanning direction. May be. In the latter case, the cross-sectional shape in the main scanning direction may be a straight line, an arc or a non-arc. It should be noted that the distance between the cross-sectional shape in the main scanning direction and the axis for rotating it is preferably finite, but can be infinite when the cross-sectional shape in the main scanning direction is a non-arc. .
[0013]
The diffractive structure of the diffractive surface is preferably a rotationally symmetric shape centered on the normal line at the pole of the anamorphic surface shape or a fringe shape facing the sub-scanning direction because cutting is possible. When the diffractive structure has a rotationally symmetric shape, if the base shape of the diffractive surface is a rotationally symmetric aspherical shape, it can be processed simultaneously with the diffractive structure by cutting. In addition, when the diffractive structure is a stripe shape, if the base shape of the diffractive surface is a curved surface shape obtained by rotating the cross-sectional shape in the main scanning direction about the axis that faces the main scanning direction, the diffraction pattern is diffracted by cutting. It becomes possible to process simultaneously with the structure.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a reflective scanning optical system according to the present invention will be described below. The reflection type scanning optical system according to this embodiment is used in a laser scanning unit of a laser printer, and deflects a plurality of laser beams, which are respectively ON / OFF modulated according to drawing signals for a plurality of lines inputted simultaneously, by a polygon mirror. This is a multi-beam scanning optical system that scans on a scanning target surface such as a photosensitive drum to form an electrostatic latent image. In this specification, the direction in which the laser beam scans on the surface to be scanned is defined as the main scanning direction (y direction), and the direction orthogonal thereto is defined as the sub scanning direction (z direction). Directionality is described with reference to the direction on the surface to be scanned.
[0015]
FIG. 1 is a plan view of the scanning optical system according to the present embodiment (a view in which the main scanning direction is directed up and down and the sub-scanning direction is orthogonal to the paper surface), and FIG. 2 is from the direction of arrow II in FIG. FIG. 3 is a side view showing a state as viewed (a view in which the sub-scanning direction is directed up and down and the main scanning direction is orthogonal to the paper surface). As shown in these drawings, the reflection type scanning optical system according to the present embodiment converts the divergent light emitted from the semiconductor laser 10 as the light source into a parallel light beam by the collimator lens 11 and has a positive power in the sub-scanning direction. The light enters the polygon mirror 14 that is a deflector through the lens 12. The laser light reflected and deflected by the reflection surface 14a of the polygon mirror 14 is focused through the fθ lens 20 and the correction lens 30, and forms a spot that scans in the main scanning direction on the scanning target surface 40.
[0016]
The cylindrical lens 12 is configured such that the lens surface on the collimating lens 11 side is a cylinder surface having a positive power only in the sub-scanning direction, and the lens surface on the polygon mirror 14 side is a flat surface. The power of the cylindrical lens 12 is determined so that the line image formed by the cylindrical lens 12 is positioned in the vicinity of the reflecting surface 14 a of the polygon mirror 14.
[0017]
The polygon mirror 14 reflects the laser beam transmitted through the cylindrical lens 12 as a parallel beam in the main scanning direction and as a diverging beam in the sub-scanning direction by any of the reflecting surfaces 14a. While the laser beam is reflected in this way, the polygon mirror 14 rotates about its central axis. Thereby, the polygon mirror 14 deflects the incident laser beam within a predetermined angle range in the main scanning direction.
[0018]
The diffractive element 16 is an optical element having a rectangular front shape whose longitudinal direction is directed to the main scanning direction. On the front surface or rear surface of the diffraction element 16, a curved surface corresponding to the lens surface is formed around an axis passing through the center of each surface. That is, the normals at the poles of each surface match each other. Therefore, the axis (normal line) is hereinafter referred to as “optical axis”. A diffractive structure for correcting lateral chromatic aberration of the scanning lens composed of the fθ lens 20 and the correction lens 30 is formed on the rear surface (the surface on the fθ lens 20 side) of the diffraction element 16. Further, as shown in FIG. 2, the diffraction element 16 has its optical axis with respect to the optical axis of the fθ lens 20 in the sub-scanning direction so that the reflected light on its rear surface does not re-enter the reflective surface of the polygon mirror 14. Are inclined so as to form an angle of 5 degrees. Further, the base shape of the diffractive structure on the rear surface of the diffractive element 16 and the shape of the front surface are such that the bow caused by the diffractive element 16 being inclined with respect to the optical axis of the fθ lens 20 as described above. In order to cancel, it is a combination of special shapes as described later.
[0019]
The fθ lens 20 converges the laser beam transmitted through the diffraction element 16 in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, and the image axis in the main scanning direction on the scanning target surface 40 has a polygonal image height. The mirror 14 is refracted so as to have a height proportional to the rotation angle of the mirror 14. The fθ lens 20 is configured by arranging a first lens 21 and a second lens 22 in order from the diffraction element 16 side. Each of the first lens 21 and the second lens 22 is a lens composed only of a lens surface that is rotationally symmetric about the optical axis, and the fθ lens 20 has a positive power as a whole.
[0020]
The correction lens 30 is a long lens for field curvature correction that is disposed close to the scanning target surface 40 side, and the lens surface on the fθ lens 20 side has an effective refractive power in the sub-scanning direction. Is an anamorphic surface that gradually decreases from the center toward the periphery, and has a strong positive power in the sub-scanning direction. The light beam that has passed through the correction lens 30 becomes convergent light in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and forms a beam spot on the scanning target surface 40.
[0021]
Note that the scanning optical system according to the present embodiment is designed so that a predetermined performance can be obtained without the diffraction element 15 when the emission wavelength of the semiconductor laser 10 matches the design wavelength. That is, the scanning optical system according to the present embodiment is configured by inserting the diffractive element 16 into an existing scanning optical system in which the lateral chromatic aberration is not corrected. Accordingly, the diffractive element 16 has only an action for correcting chromatic aberration, and does not affect the performance of the scanning optical system relating to the other. As described above, since it is possible to correct the chromatic aberration of magnification only by adding the diffractive element 16, it is possible to obtain a scanning optical system in which the correction of chromatic aberration of magnification is made without changing the design of the existing scanning optical system. .
[0022]
Next, the shape of the diffraction element 16 will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the diffractive structure that can be formed on the rear surface of the diffractive element 16 is centered on the center position on the rear surface of the diffractive element 16 (that is, the position that matches the optical axis of the fθ lens 20), as shown in FIG. A rotationally symmetric shape (hereinafter referred to as “first type shape”) and a lattice shape (hereinafter referred to as “second shape”) in which a plurality of stripes facing the sub-scanning direction are arranged in the main scanning direction as shown in FIG. It is broadly classified into “species shape”).
[0023]
And the base shape of these lattice structures is formed as a curved surface in order to bear a part of the function which negates the bow mentioned above. However, the specific shape is limited to a predetermined shape because it is processed simultaneously with the lattice structure. That is, when the diffractive structure is the first type shape, the grating structure is formed by cutting while rotating the material of the diffractive element 16, so that the base shape is also a rotationally symmetric shape (spherical or rotationally symmetric aspherical surface). ). As shown in FIG. 4, when the diffractive structure is the second type shape, the material of the diffractive element 16 is formed on the surface of the drum 50 that rotates about the rotation axis 50a facing the main scanning direction (y direction). Since the diffraction structure can be easily formed by cutting under a fixed condition, the base shape is a shape in which the center of curvature in the sub-scanning direction (z direction) is on a straight line (on the rotation shaft 50a). (That is, a curved surface shape obtained by rotating the cross-sectional shape in the main scanning direction around an axis facing the main scanning direction). Specifically, a cylinder surface shape having an infinite curvature radius in the main scanning direction (that is, a curved surface shape in which the cross-sectional shape in the main scanning direction is a straight line), or a non-circular arc in a plane including the rotation axis 50a. A toric surface shape (hereinafter referred to as a “y toric aspherical shape”) formed by rotating a curve (cross-sectional shape in the main scanning direction) about a rotation axis 50a (an axis facing the main scanning direction). It is desirable. Although it takes some processing time, if the diffractive structure is formed by grinding, the base shape is set so that the radius of curvature in the sub-scanning direction is independent of the cross-sectional shape in the main scanning direction and the rotation axis is It may be an aspherical shape (hereinafter referred to as “progressive toric aspherical shape”). The degree of freedom of design in these various base shapes decreases in the order of progressive toric aspherical shape, y toric aspherical shape, cylinder surface shape, and rotationally symmetric shape.
[0024]
The shape of the front surface of the diffractive element 16 is designed as a shape that can cancel the bow described above in correlation with the base shape of the diffractive structure on the rear surface. However, its shape depends on the degree of freedom of design in the base shape of the diffractive structure on the rear surface, and is limited to complement that degree of freedom. Specifically, when the base shape of the diffractive structure on the rear surface is a rotationally symmetric shape, a cylinder surface shape, or a y-toric aspherical shape, the degree of freedom in their design is low, so the shape of the front surface is It must be a progressive toric aspherical shape with a high degree of design freedom. On the other hand, when the base shape of the diffractive structure on the rear surface is a progressive toric surface shape, the degree of freedom of design is high, so the front surface shape is a toric aspherical surface shape or a cylinder surface shape. be able to.
[0025]
The above is summarized as follows. That is, when the diffractive structure is the first type shape, the base shape on the diffractive surface of the diffractive element 16 is a rotationally symmetric shape, and the back side surface is a progressive toric aspherical shape. Further, when the diffractive structure is the second type shape, an anamorphic surface shape (cylinder surface) in which either the base shape on the diffractive surface of the diffractive element 16 or the back side surface thereof is an arc shape only in the sub-scanning direction. Shape or y toric aspherical shape), and the other is a progressive toric aspherical shape. In the present invention, the y-toric aspherical shape includes a surface having an infinite curvature radius in the sub-scanning direction.
[0026]
Next, four specific numerical examples of the above-described scanning optical system will be described, corresponding to the combinations of the shapes of the front surface and the rear surface of the diffraction element 16 described above. In each embodiment, since numerical values other than each surface shape of the diffraction element 16 are common, before explaining each surface shape of the diffraction element 16 according to each embodiment individually, description of portions common to each embodiment will be given. I do.
[0027]
Table 1 shows a configuration on the scanning target surface 40 side from the cylindrical lens 12 in the scanning optical system of the embodiment. The symbol f in the table is the focal length in the main scanning direction of the entire scanning optical system, and Ry is the paraxial radius of curvature [unit: mm] of each optical element in the main scanning direction (sign when the center of curvature exists behind the surface) Rz is the paraxial radius of curvature [unit: mm] in the sub-scanning direction (unit: mm), and the sign when the center of curvature is behind the surface is +, and it exists forward D is the distance on the optical axis between the surfaces, and n is the refractive index at the design wavelength. The angle of view indicates an angle of view when a scanning line formed on the scanning target surface 40 is viewed from the polygon mirror 14. In the table, the first surface and the second surface are the surfaces of the cylindrical lens 12, the third surface is the reflecting surface 14a of the polygon mirror 14, the fourth surface and the fifth surface are the surfaces of the diffraction element, and the sixth surface. And the seventh surface represents the surfaces of the first lens 21 of the fθ lens 20, the eighth surface and the ninth surface represent the surfaces of the second lens 22, and the tenth surface and the eleventh surface represent the surfaces of the correction lens 30, respectively. .
[0028]
[Table 1]

The sixth surface and the seventh surface are rotationally symmetric aspheric surfaces, and the tenth surface has a radius of curvature in the sub-scanning direction at a position away from the optical axis regardless of the cross-sectional shape in the main scanning direction. And an aspherical surface having no rotation axis, and the other surface is a spherical surface or a flat surface.
[0029]
The shapes of the sixth surface and the seventh surface are expressed by the following formula (h) where h is the distance from the optical axis in the radial direction, and X (h) is the sag amount from the position h on the tangential plane along the optical axis to each surface. Represented by 1).
[0030]
X (h) = y ² / (r _h0 (1 + √ (1- (κ + 1) c ² h ² ))) + A _Four h ^Four + A ₆ h ⁶ + A ₈ h ⁸ ...... (1)
Where r _h0 = Ry, k is the cone coefficient, A _Four , A ₆ , A ₈ Are 4th and 6th, respectively. An 8th-order aspheric coefficient. The values of these coefficients on the sixth surface and the seventh surface are as shown in Table 2 below.
[0031]
[Table 2]

The cross-sectional shape of the tenth surface in the main scanning direction is as follows, where y is the distance from the optical axis in the main scanning direction, and x (y) is the sag amount from the position of y in the tangential plane on the optical axis to each surface. It is expressed by equation (2).
[0032]
X (y) = y ² / (r _y0 (1 + √ (1- (κ + 1) c ² y ² ))) + A _Four y ^Four + A ₆ y ⁶ + ... ...... (2)
Where r _y0 = Ry, k is the cone coefficient, A _Four , A ₆ ,... Are fourth-order, sixth-order,. Further, the curvature radius R in the sub-scanning direction at each position y in the main scanning direction on the tenth surface. _z (y) is represented by the following formula (3).
[0033]
1 / R _z (y) = 1 / r _z0 + B ₁ y + B ₂ y ² + B _Three y ^Three + B _Four y ^Four + ………… (3)
Where r _z0 = Rz, B ₁ , B ₂ ,... Are primary, secondary,. The values of these coefficients on the tenth surface are as shown in Table 3 below.
[0034]
[Table 3]

The surface shape of the fourth surface is a progressive toric aspheric shape in Examples 1 to 3, and a y toric aspheric shape in Example 4. The cross-sectional shape of the fourth surface in the main scanning direction is expressed by the above equation (2), where y is the distance from the optical axis in the main scanning direction and X (y) is the sag amount from the tangential plane on the optical axis to each surface expressed. In the case of Examples 1 to 3 (in the case of a progressive toric aspherical shape), the curvature radius R in the sub-scanning direction at each position y in the main scanning direction on the fourth surface. _z (y) is represented by the above formula (3). On the other hand, in the case of Example 4 (in the case of a toric aspherical shape), the shape of the fourth surface in the sub-scanning direction is the curvature r in the sub-scanning direction at the optical axis position (y = 0). _z0 Represented by Specific numerical values in each embodiment will be described later.
[0035]
The fifth surface is a diffractive surface, and the shape of the diffractive structure is the first type shape in the first embodiment and the second type shape in the second to fourth embodiments.
[0036]
The cross-sectional shape in the radial direction of the diffractive surface having the diffractive structure of the first type is the sag amount SAG (h) from the position of h on the tangential plane on the optical axis, where h is the distance from the optical axis. Can be expressed by the following equation (4).
[0037]
SAG (h) = X (h) + S (h) (4)
Here, X (h) is the base shape of the diffractive surface and is represented by the above formula (1). S (h) represents the amount of sag added to the base shape X (h), and is represented by the following formula (5).
[0038]
S (h) = [| MOD (Δφ (h) + C, −1) | −C] λ / [n−1] (5)
Here, MOD (a, b) is a function that gives a remainder obtained by dividing a by b, C is a constant that sets the phase of the boundary position of the annular zone, and takes an arbitrary value from 0 to 1 (the following implementation) In the example, c = 0.5). Δφ (h) is an optical path length addition amount that the diffractive surface should have, and is represented by the following formula (6).
[0039]
Δφ (h) = P ₂ h ² + P _Four h ^Four + P ₆ h ⁶ + P ₈ h ⁸ + P _Ten h ^Ten ...... (6)
Where P _n Is an nth-order (even-order) optical path difference function coefficient. Further, the number N of each annular zone on the diffractive lens surface is expressed by the following formula (7), where the area on the optical axis is 0.
[0040]
N = INT (| Δφ (h) / λ + C |) (7)
Here, INT (i) is a function that gives an integer part of i.
[0041]
On the other hand, the cross-sectional shape in the main scanning direction of the diffractive surface having the diffractive structure of the second type is sag amount SAG (from the position of y on the tangential plane on the optical axis, where y is the distance from the optical axis. y) can be expressed by the following equation (4 ′).
[0042]
SAG (y) = X (y) + S (y) (4 ')
Here, X (y) is the base shape of the diffractive surface and is represented by the above formula (2). S (y) represents the amount of sag added to the base shape X (y), and is represented by the following formula (5 ′).
[0043]
S (y) = [| MOD (Δφ (y) + C, −1) | −C] λ / [n−1] (5 ′)
Here, Δφ (y) is the optical path length addition amount that the diffractive surface should have, and is represented by the following equation (6 ′).
[0044]
Δφ (y) ＝ P ₂ y ² + P _Four y ^Four + P ₆ y ⁶ + P ₈ y ⁸ + P _Ten y ^Ten ...... (6 ')
The number N of each annular zone on the diffractive lens surface is expressed by the above formula (7).
[0045]
The cross-sectional shape in the sub-scanning direction of the diffractive surface having the diffractive structure of the second type is sub-scanned at the optical axis position (y = 0) when the base shape is a cylinder surface shape or a y toric surface shape. Direction curvature r _z0 When the base shape is a progressive toric surface shape, it is expressed by the above equation (3).
[0046]
[Example 1]
As described above, in Example 1, the surface shape of the fourth surface is a progressive toric aspheric shape, the base shape of the fifth surface is a rotationally symmetric aspheric shape, and the diffractive structure is the first type shape. . Further, the focal length at the design wavelength (780 nm) by the diffraction component itself of the fifth surface is 1150.95 mm.
[0047]
Table 4 shows various coefficients applied to the above formulas (2) and (3) regarding the fourth surface of the first embodiment.
[0048]
[Table 4]

Table 5 shows coefficients applied to the above formula (4), formula (1), formula (5), and formula (6) with respect to the fifth surface of the first embodiment.
[0049]
[Table 5]

5 to 7 show various aberrations of the scanning optical system according to the configuration of Example 1, FIG. 5 shows lateral chromatic aberration, FIG. 6 shows a bow, and FIG. 7 shows a differential bow. In each of these drawings, the unit of each axis is [mm], the vertical axis indicates the image height (distance in the main scanning direction from the optical axis on the scanning target surface 40), and the horizontal axis indicates the amount of each aberration generated. Show. That is, the horizontal axis of FIG. 5 indicates the main scanning direction of the spot formed on the scanning target surface 40 by the 770 nm laser beam with reference to the position of the spot formed on the scanning target surface 40 by the laser beam having the design wavelength of 780 nm. Indicates the amount of misalignment. Further, the horizontal axis of FIG. 6 indicates the amount of shift in the sub-scanning direction of the scanning line passing through the optical axis on the scanning target surface 40. The horizontal axis in FIG. 7 represents the distance between the reference scanning line and another scanning line passing through a position shifted by unit distance: 0.0423 mm in the sub-scanning direction at y = 0 with respect to the unit distance. Indicates the difference. As is apparent from these drawings, according to the first embodiment, each aberration is corrected satisfactorily.
[0050]
[Example 2]
As described above, in Example 2, the surface shape of the fourth surface is a progressive toric aspheric shape, the base shape of the fifth surface is a cylinder surface shape, and the diffractive structure is the second type shape. Further, the focal length at the design wavelength (780 nm) by the diffraction component itself of the fifth surface is 1150.95 mm.
[0051]
Table 6 shows coefficients applied to the above formulas (2) and (3) with respect to the fourth surface of the second embodiment.
[0052]
[Table 6]

Table 7 shows various coefficients applied to the above formula (4 ′), formula (2), formula (5 ′), and formula (6 ′) regarding the fifth surface of Example 2, and the sub-scanning direction on the optical axis. Indicates the radius of curvature.
[0053]
[Table 7]

8 to 10 show various aberrations of the scanning optical system according to the configuration of Example 2. FIG. 8 shows lateral chromatic aberration, FIG. 9 shows a bow, and FIG. 10 shows a differential bow. As is clear from these figures, according to the second embodiment, each aberration is corrected satisfactorily.
[0054]
[Example 3]
As described above, in Example 3, the surface shape of the fourth surface is a progressive toric aspheric shape, the base shape of the fifth surface is a y toric aspheric shape, and the diffractive structure is the second type shape. . Further, the focal length at the design wavelength (780 nm) by the diffraction component itself of the fifth surface is 1150.95 mm.
[0055]
Table 8 shows various coefficients applied to the above formulas (2) and (3) regarding the fourth surface of the third embodiment.
[0056]
[Table 8]

Table 9 shows various coefficients applied to the above formula (4 ′), formula (2), formula (5 ′), and formula (6 ′) regarding the fifth surface of Example 3, and the sub-scanning direction on the optical axis. Indicates the radius of curvature.
[0057]
[Table 9]

11 to 13 show various aberrations of the scanning optical system according to the configuration of Example 3. FIG. 11 shows lateral chromatic aberration, FIG. 12 shows a bow, and FIG. 13 shows a differential bow. As is clear from these figures, according to the third embodiment, each aberration is corrected well.
[0058]
[Example 4]
As described above, in Example 4, the surface shape of the fourth surface is the y-toric aspherical shape, the base shape of the fifth surface is the progressive toric aspherical shape, and the diffractive structure is the second type shape. . Further, the focal length at the design wavelength (780 nm) by the diffraction component itself of the fifth surface is 1150.95 mm.
[0059]
Table 10 shows various coefficients applied to the above formula (2) regarding the fourth surface of Example 4, and the radius of curvature in the sub-scanning direction on the optical axis.
[0060]
[Table 10]

Table 11 shows the coefficients applied to the above formula (4 ′), formula (2), formula (3), formula (5 ′), and formula (6 ′) with respect to the fifth surface of Example 4, and the light. The radius of curvature in the sub-scan direction on the axis is shown.
[0061]
[Table 11]

FIGS. 14 to 16 show various aberrations of the scanning optical system according to the configuration of Example 4, FIG. 14 shows lateral chromatic aberration, FIG. 15 shows a bow, and FIG. 16 shows a differential bow. As is clear from these figures, according to the fourth embodiment, each aberration is corrected well.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, ghost light can be prevented even if a correction element for correcting the lateral chromatic aberration of the scanning optical system is disposed between the polygon mirror and the scanning lens, Scanning curve can also be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical configuration diagram in a main scanning direction of a scanning optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an optical configuration diagram of the scanning optical system in the sub-scanning direction.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a diffraction structure of the first type of diffraction element
FIG. 4 is an explanatory diagram of a diffractive structure of the second type of diffractive element.
FIG. 5 is a graph showing the chromatic aberration of magnification of Example 1.
6 is a graph showing the bow of Example 1. FIG.
7 is a graph showing a differential bow of Example 1. FIG.
FIG. 8 is a graph showing the chromatic aberration of magnification of Example 2.
9 is a graph showing the bow of Example 2. FIG.
10 is a graph showing a differential bow of Example 2. FIG.
11 is a graph showing the chromatic aberration of magnification of Example 3. FIG.
12 is a graph showing the bow of Example 3. FIG.
13 is a graph showing a differential bow of Example 3. FIG.
14 is a graph showing chromatic aberration of magnification in Example 4. FIG.
15 is a graph showing the bow of Example 4. FIG.
FIG. 16 is a graph showing a differential bow of Example 4.
[Explanation of symbols]
10 Laser light source
14 Polygon mirror
16 Diffraction element
20 fθ lens
30 Correction lens
40 Scanned surface

Claims

A light source, a deflector that reflects the light emitted from the light source on the reflecting surface and simultaneously deflects the reflecting surface in the main scanning direction, and the light deflected by the deflector on the surface to be scanned In a scanning optical system having a scanning lens that draws a scanning line by converging,
A diffractive element having a diffractive surface for correcting chromatic aberration of the scanning lens is inclined in the sub-scanning direction with respect to the optical axis of the scanning lens in the optical path between the deflector and the scanning target surface. As well as
One of the base shape of the diffractive surface and the shape of the opposite side surface of the diffractive element is formed as an anamorphic surface shape in order to cancel the curvature of the scanning line caused by the inclination. A scanning optical system.

2. The scanning optical system according to claim 1, wherein the anamorphic surface shape is a shape in which the radius of curvature in the sub-scanning direction at a position away from the center position is set irrespective of the cross-sectional shape in the main scanning direction. .

The scanning optical system according to claim 2, wherein a cross-sectional shape in the main scanning direction in the anamorphic surface shape is a non-circular curve.

The scanning optical system according to claim 2, wherein a normal line at the pole of the anamorphic surface shape is inclined in a sub-scanning direction with respect to an optical axis of the scanning lens.

The other of the base shape of the diffractive surface and the shape of the opposite side surface of the diffractive element is a curved surface shape that correlates with the anamorphic surface shape of the one and cancels the curvature of the scanning line caused by the inclination. The scanning optical system according to claim 1, wherein the scanning optical system is formed as follows.

The other of the base shape of the diffractive surface and the shape of the opposite side surface of the diffractive element is formed as a curved surface shape obtained by rotating a cross-sectional shape in the main scanning direction about an axis facing the main scanning direction. The scanning optical system according to claim 5.

The other of the base shape of the diffractive surface and the shape of the opposite side surface of the diffractive element is formed as a curved surface shape in which the cross-sectional shape in the main scanning direction is a straight line. Scanning optical system.

The other of the base shape of the diffractive surface and the shape of the opposite side surface of the diffractive element is formed as a curved surface shape whose cross-sectional shape in the main scanning direction is a non-circular curve. 6. The scanning optical system according to 6.

7. The scanning optical system according to claim 6, wherein the other of the base shape of the diffraction surface and the shape of the opposite side surface of the diffraction element is formed as a rotationally symmetric aspherical shape.

3. The scanning optical system according to claim 2, wherein the diffractive structure of the diffractive surface has a rotationally symmetric shape about a normal line in the pole of the anamorphic surface shape.

2. The scanning optical system according to claim 1, wherein the diffractive structure of the diffractive surface has a stripe shape facing the sub-scanning direction.

The base shape of the diffractive surface is the rotationally symmetric shape,
The scanning optical system according to claim 10, wherein the shape of the opposite side surface is the anamorphic surface shape.

The base shape of the diffractive surface is a curved surface shape obtained by rotating a cross-sectional shape in the main scanning direction about an axis facing the main scanning direction,
The scanning optical system according to claim 11, wherein the shape of the opposite side surface is the anamorphic surface shape.

The base shape of the diffractive surface is the anamorphic surface shape,
12. The scanning optical system according to claim 11, wherein the shape of the opposite side surface is a curved surface shape obtained by rotating a cross-sectional shape in the main scanning direction about an axis oriented in the main scanning direction.