JP5269000B2 - マルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ - Google Patents

Description

本発明はマルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタに関する。特にｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ）を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等の装置に好適なものである。

従来よりレーザービームプリンタ等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして、ｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光体ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行なっている。

図２５は従来の走査光学装置の要部概略図である。

同図において光源手段６１から出射した発散光束はコリメーターレンズ６２により略平行光束とされ、絞り６３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ６４に入射している。シリンドリカルレンズ６４に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま平行光束の状態で射出する。又副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器６５の偏向面（反射面）６５ａにほぼ線像として結像している。

ここで、主走査断面とは、光偏向器の偏向面で偏向反射された光束が経時的に形成する光束断面を指す。また、副走査断面とはｆθレンズの光軸を含み主走査断面に直交する断面を指す。

そして光偏向器６５の偏向面６５ａで偏向反射された光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ）６６を介して被走査面としての感光ドラム６８面上に導光している。そして、該光偏向器６５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム６８面上を光走査して画像情報の記録を行なっている。

この種の走査光学装置において高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面全域にわたって像面湾曲が良好に補正されスポット径が揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有していることが必要である。このような光学特性を満たす走査光学装置、若しくはその補正光学系（ｆθレンズ）は従来より種々と提案されている。

又一方、レーザービームプリンタやデジタル複写機等のコンパクト化及び低コスト化に伴ない、走査光学装置にも同様のことが求められている。

これらの要望を両立させるものとしてｆθレンズを１枚から構成した走査光学装置が知られている（特許文献１〜５）。

これらの公報のうち特許文献１、２等ではｆθレンズとして光偏向器側に凹面の単レンズを用いてコリメーターレンズからの平行光束を記録媒体面上に集束させている。又特許文献３ではｆθレンズとして光偏向器側に凹面、像面側にトロイダル面の単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変換された光束を該ｆθレンズに入射させている。
又特許文献４ではｆθレンズとしてレンズ面に高次非球面を導入した単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変換された光束を該ｆθレンズに入射させている。

特開昭６１−４８６８４号公報 特開昭６３−１５７１２２号公報 特開平４−１０４２１３号公報 特開平４−５０９０８号公報 特開平６−２３９３８６号公報

しかしながら上記に示した従来の走査光学装置において特許文献１では副走査方向の像面湾曲が残存しており、かつ平行光束を被走査面に結像させている。この為、ｆθレンズから被走査面までの距離が焦点距離ｆとなり長く、コンパクトな走査光学装置を構成することが難しいという問題点があった。特許文献２ではｆθレンズの肉厚が厚い為、モールド成型による製作が困難でありコストアップの要因となるという問題点があった。特許文献３では歪曲収差が残存するという問題点があった。特許文献４では高次非球面のｆθレンズを用い収差は良好に補正されているものの光偏向器であるポリゴンミラーの取付誤差によりポリゴン面数周期のジッターが発生するという問題点があった。

更にこれら１枚で構成されたｆθレンズに共通する問題点としては、光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性により、像高によって副走査方向のスポット径が変化するという問題点があった。

図２６（Ａ），（Ｂ）は本発明者が特許文献５で提案した各々従来のシングルビームの走査光学装置における主走査方向と副走査方向の要部断面図であり、像高による副走査方向のスポット径（Ｆナンバー）の変化を示している。同図において図２５に示した要素と同一要素には同符番を付している。

通常、面倒れ補正光学系では光偏向器の偏向面の面倒れを光学的に補正する為に、該偏向面と被走査面とを光学的に共役関係（結像関係）とする必要がある。
従って、前述した従来例のような主走査面内で所定のレンズ形状をもつｆθレンズでは軸上（軸上光束２１）では図２６（Ｂ）内の（イ）に示すように横倍率が高く、軸外（最軸外光束２２）では図２６（Ｂ）内の（ロ）に示すように横倍率が低くなる。尚、主走査面内でのレンズ形状により逆になる場合もある。

このようにｆθレンズの主走査面内でのレンズ形状によって副走査方向の横倍率にバラツキができ、像高による副走査方向のスポット径の変化が生じる。

又、一方ＬＢＰに用いられる走査光学装置は、該ＬＢＰの高速化、高精細化によって、より高速走査の可能なものが求められている。そこで、走査手段であるモーターの回転数、偏向手段であるポリゴンミラーの面数などの限界から、特に複数の光束を同時に走査できるマルチビーム走査光学装置の要求が高まっている。

上述した副走査方向の横倍率の不均一性は、光源（光源部）の位置が光軸から図２に示すＺ方向に外れている場合に走査線の曲がりを生じさせる。この為、例えばマルチビーム走査光学系（マルチビーム走査光学装置）のように光軸から外れた複数の光束を用いて被走査面を同時に走査する光学系では、該被走査面上で走査線が曲がる。その結果ピッチムラによる画像品位の劣化が起こるという問題点があった。

本発明の第１の目的は、コリメーターレンズ等で変換された光源からの光束を光偏向器を介して１枚のｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズの主走査面内でのレンズ形状（主走査面形状）を最適化にすることである。そして、像面湾曲や歪曲収差等を補正し、かつ主走査面内でのレンズ形状とは独立に副走査面内でのレンズ形状（副走査面形状）のみで光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することである。これによって像高による副走査方向のＦナンバー（ＦＮｏ）の変化、即ちスポット径の変化を抑えることができる、コンパクトでしかも高精細な印字に適したマルチビーム走査光学装置の提供にある。

本発明の第２の目的は、コリメーターレンズ等で変換された光源からの複数の光束を光偏向器を介してｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズの主走査面内でのレンズ形状（主走査面形状）を最適化にすることである。そして、像面湾曲と歪曲収差等を補正し、かつ主走査面内でのレンズ形状とは独立に副走査面内でのレンズ形状（副走査面形状）のみで光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することである。これによって、像高による副走査方向のＦナンバー（ＦＮｏ）の変化、即ちスポット径の変化を抑えている。そして、光軸から副走査方向に外れた光源からの光束に対しても走査線曲がりを生じることなく高精度に走査することができる、コンパクトでしかも高精細な印字に適したマルチビーム走査光学装置の提供にある。

請求項１の発明のマルチビーム走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から出射された複数の光束を偏向反射する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の偏向面にて偏向反射された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を備え、副走査断面内において、前記偏向面と前記被走査面は、光学的に共役関係にあるマルチビーム走査光学装置であって、
主走査断面において、前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束は、前記結像光学系の光軸に対して平行ではない状態で前記偏向面に入射しており、前記結像光学系は、１枚のプラスチック製のトーリックレンズを備えており、前記被走査面の主走査方向の位置変化に対する前記被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの変化が小さくなるように、前記１枚のプラスチック製のトーリックレンズが持つ２つのレンズ面の副走査方向の曲率が前記主走査方向に沿って前記結像光学系の光軸の軸上から軸外に向って連続的に且つ前記光軸を挟んで非対称に変化していることを特徴としている。

この他本発明のマルチビーム走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から出射された複数の光束を偏向反射する回転多面鏡と、前記光偏向器の偏向面にて偏向反射された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を備え、副走査断面内において、前記偏向面と前記被走査面は、光学的に共役関係にあるマルチビーム走査光学装置であって、
主走査断面において、前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束は、前記結像光学系の光軸に対して斜めに傾いた状態で前記偏向面に入射しており、
前記結像光学系は、少なくとも１枚のプラスチック製のトーリックレンズを備えており、
走査線曲がりによるピッチムラを副走査方向のビームピッチの１／１０以下の条件を満足するように、前記少なくとも１枚のプラスチック製のトーリックレンズのうち少なくとも２つのレンズ面の副走査方向の曲率が、前記光軸の軸上から軸外に向かって連続的に、且つ前記光軸を挟んで非対称に変化している
ことを特徴としている。

本発明によれば、高精細な印字が容易な走査光学装置が得られる。

本発明の実施形態１の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態２の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態３の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態１におけるｆθレンズの非球面形状を示す説明図 本発明の実施形態２におけるｆθレンズの非球面形状を示す説明図 本発明の実施形態３におけるｆθレンズの非球面形状を示す説明図 本発明の実施形態１におけるｆθレンズの主走査方向の形状を示す説明図 本発明の実施形態２におけるｆθレンズの主走査方向の形状を示す説明図 本発明の実施形態３におけるｆθレンズの主走査方向の形状を示す説明図 本発明の実施形態１における被走査面における副走査方向のスポット径のデフォーカス特性を示す説明図 本発明の実施形態２における被走査面における副走査方向のスポット径のデフォーカス特性を示す説明図 本発明の実施形態３における走査線の曲がりを示す説明図 本発明の実施形態４の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態５の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態６の主走査方向と副走査方向の要部断面図 本発明の実施形態４における像高に対する被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図 本発明の実施形態５における像高に対する被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図 本発明の実施形態６における像高に対する被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図 本発明の実施形態４における像高に対するｆθレンズの子線方向の曲率を示す説明図 本発明の実施形態５における像高に対するｆθレンズの子線方向の曲率を示す説明図 本発明の実施形態６における像高に対するｆθレンズの子線方向の曲率を示す説明図 本発明の実施形態４における解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図 本発明の実施形態５における解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図 本発明の実施形態６における解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図 従来の走査光学装置の光学系の要部概略図 従来の走査光学装置の主走査方向と副走査方向の要部断面図 走査光学装置の偏向素子と被走査面間の主走査方向の要部断面図 図２６で示した従来のシングルビーム走査光学装置を用いてマルチビーム走査を行った場合の主走査方向と副走査方向の要部断面図 図２８で示したマルチビーム走査光学装置の像高に対する被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図 図２８で示したマルチビーム走査光学装置の像高に対するｆθレンズの子線方向の曲率を示す説明図 図２８で示したマルチビーム走査光学装置の解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図

まず本発明のマルチビーム走査光学装置（以下単に「走査光学装置」ともいう。）の実施形態を説明する前に本発明の目的を達成する為の手段について説明する。本走査光学装置において上述した目的を達成する為にはｆθレンズのレンズ形状を最適化にすると共に軸上と軸外における副走査方向の横倍率を揃えることが必要である。図２７は走査光学装置の光偏向器（偏向素子）と被走査面間の主走査方向の要部断面図である。ここで軸上と軸外において副走査方向の横倍率を揃える為には、該軸上と軸外における光路長の比が等しくなるよう主平面位置を決定する必要がある。

従って、
Ｉｐｒｉ ：Ｅｐｒｉ ＝Ｉｍａｒ ：Ｅｍａｒ
Ｉｐｒｉ・Ｅｍａｒ ＝Ｅｐｒｉ・Ｉｍａｒ ‥‥‥‥（ａ）
但し、
Ｉｐｒｉ ‥軸上光束における光偏向器の偏向面から副走査方向の前側主
平面までの距離
Ｅｐｒｉ ‥軸上光束における副走査方向の後側主平面から被走査面まで
の距離
Ｉｍａｒ ‥最軸外光束における光偏向器の偏向面から副走査方向の前側
主平面までの距離
Ｅｍａｒ ‥最軸外光束における副走査方向の後側主平面から被走査面ま
での距離
なる条件を満足させるようｆθレンズの副走査方向の主平面位置を決定する。

一般的に軸外光束はｆθ特性を満たす為に主走査面内において光軸方向に屈折している為、上式（ａ）を満足させる為の副走査方向の主平面の主走査面内における軌跡７１は図２７に示すように軸外で光偏向器５側に湾曲した面になる。ここで最軸外における湾曲量をｄｘとすると
Ｅｍａｒ ＝（Ｅｐｒｉ ＋ｄｘ）／ｃｏｓθｉｍｇ
Ｉｍａｒ ＝（Ｉｐｒｉ −ｄｘ）／ｃｏｓθｐｏｒ
よって、
Ｉｐｒｉ （Ｅｐｒｉ ＋ｄｘ）／ｃｏｓθｉｍｇ
＝Ｅｐｒｉ （Ｉｐｒｉ −ｄｘ）／ｃｏｓθｉｍｇ
ｄｘ（Ｉｐｒｉ・ｃｏｓθｐｏｒ ＋Ｅｐｒｉ・ｃｏｓθｉｍｇ ）
＝Ｉｐｒｉ・Ｅｐｒｉ （ｃｏｓθｉｍｇ −ｃｏｓθｐｏｒ ）

但し、
θｐｏｒ ‥主走査面内において光偏向器で偏向する最軸外光束がｆθレンズの光軸となす角度
θｉｍｇ ‥主走査面内において被走査面へ入射する最軸外光束がｆθレンズの光軸となす角度
となる。

従って副走査方向の横倍率を揃えるには副走査方向の主平面の軌跡の湾曲量ｄｘを上式（ｂ）により導かれる値に設定することが必要である。

即ち、実際の走査光学装置においてｆθレンズの副走査方向の前側主平面と後側主平面の主走査面内における軌跡の湾曲量（最軸外の主平面位置と軸上の主平面位置との光軸方
向の差分）を各々ｘｍ，ｘｕとしたとき
ｘｍ ≦ ｄｘ ≦ ｘｕ ‥‥‥‥（１）
なる条件を満足するよう主平面位置を決定することが望ましい。

上記の条件式（１）を外れると副走査方向の横倍率にバラツキができ、像高によるスポット径の変化が大きくなり実用上問題となってくるので良くない。

次に副走査方向の主平面位置を変化させる方法であるが、これは前述したようにｆθレンズの副走査方向は光偏向器の偏向面と被走査面とを光学的に共役関係にすることによって面倒れ補正を行なっている。この為、該ｆθレンズの屈折力自体を変化させることはできない。

従ってｆθレンズの副走査方向の第１レンズ面（Ｒ１面）と第２レンズ面（Ｒ２面）をベンディングさせることによって主平面位置の移動を行なう。ベンディングによりレンズの主平面は該レンズ自体の屈折力を変えずに移動させることができる為、軸上から軸外に向かい子線ｒを連続的に変化させ、場所により最適なレンズ形状にすることにより副走査方向の横倍率を揃えることができる。

このようにしてｆθレンズのレンズ形状を最適化にすることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（ＦＮｏ）を揃えることができる。この結果、従来、単玉ｆθレンズで問題となっていた像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。

又、光軸から外れた光源（光源部）から出射した光束に対しても走査線曲がりが生じることなく被走査面上を高精度に走査することができ、これによりマルチビーム走査にも好適な走査光学装置を得ることができる。

次に本発明の各実施形態について順に説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態１の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。

図中１は光源手段（光源部）であり、例えば半導体レーザより成っている。

２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段１から出射された発散光束（光ビーム）を収束光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。

４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器（偏向素子）５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。

５は偏向素子としての例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（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。

６は第３の光学素子としてのｆθ特性を有する１枚のレンズより成るプラスチック製のｆθレンズ（結像光学系）であり、光偏向器５と被走査面としての感光ドラム面８との中間より該光偏向器５側に配置している。本実施形態におけるｆθレンズ６の両レンズ面は共に主走査面内で非球面形状のトーリック面より成り、副走査面（第３の光学素子の光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率をレンズの有効部内において軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これにより本実施形態では被走査面８に入射する光束の像高による副走査方向のＦナンバー（ＦＮｏ）の変化、即ちスポット径の変化を小さく抑えている。ｆθレンズ６は光偏向器５によって偏向反射された画像情報に基づく光束を感光ドラム８面上に結像させ、かつ該光偏向器５の偏向面の面倒れを補正している。

本実施例では、
単レンズの両レンズ面の主走査断面内の形状は非球面形状であり、且つ、
単レンズの両レンズ面の副走査方向における曲率を主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。

尚、本実施形態においてはｆθレンズ６をプラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス成型（ガラスモールド）により製作しても良い。

本実施形態において半導体レーザ１より出射した発散光束はコリメータレンズ２により収束光に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。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においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面においては集束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線状の線像）として結像している。このとき図１に示すように回転多面鏡５の偏向面５ａに入射する光束は、結像光学系（ｆθレンズ）６の光軸に対して斜めに傾いた状態で偏向面５ａに入射している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射された光束は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有するｆθレンズ６を介して感光ドラム８面上に導光される。次いで、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８面上を矢印Ｂ方向に走査している。これにより記録媒体である感光ドラム８上に画像記録を行なっている。

本実施形態ではｆθレンズ６のレンズ形状を主走査方向は１０次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より構成している。そのレンズ形状は、例えばｆθレンズ６と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において光軸と直交する軸をＺ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が

（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ４ ，Ｂ６ ，Ｂ８ ，Ｂ１０は非球面係数）なる式で表わせるものであり、又副走査方向（光軸を含む主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、

（ここでｒ´＝ｒ（１＋Ｄ_２Ｙ^２＋Ｄ_４Ｙ^４＋Ｄ_６Ｙ^６＋Ｄ_８Ｙ^８＋Ｄ_１０Ｙ^１０）
なる式で表わせるものである。

表１に本実施形態における光学配置とｆθレンズ６の非球面係数を示す。

図４はｆθレンズ６の長手方向（主走査断面内）の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図であり、同図に示すように軸上でメニスカス形状の曲率がきつく、軸上から軸外に向かうに従って平凸になっていくことがわかる。図７はｆθレンズ６の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面の軌跡の湾曲量ｄｘは
Ｉｐｒｉ ＝４８．７３ Ｅｐｒｉ ＝１０８．７７
θｐｏｒ ＝４４．４° θｉｍｇ ＝２９．１０°
より
ｄｘ＝６．５０
となる。又ｆθレンズ６の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量ｘｍと後側主平面の軌跡の湾曲量ｘｕは
ｘｍ＝３．２４ ｘｕ＝７．４８
となり、これら上記の値は前述の条件式（１）（ｘｍ≦ｄｘ≦ｘｕ）を満足させている。

このように、２つのレンズ面の主走査断面内の形状は非球面形状であり、且つ、２つの
レンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。

これにより本実施形態においては光偏向器５と被走査面８間における副走査方向の横倍率を軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができ、図１０に示すように像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。

図２（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態２の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。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。

本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は半導体レーザ（光源部）から出射する発散光束をコリメーターレンズにより収束光束ではなく平行光束に変換している点と、これに伴なってｆθレンズのレンズ形状を異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

表２に本実施形態における光学配置とｆθレンズ２６の非球面係数を示す。

図５はｆθレンズ２６の長手方向の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図であり、同図に示すように軸上から軸外に向かうに従ってメニスカス形状の曲率がきつくなっていくことがわかる。図８はｆθレンズ２６の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面の軌跡の湾曲量ｄｘは
Ｉｐｒｉ ＝５３．９４ Ｅｐｒｉ ＝１４７．５１
θｐｏｒ ＝４２．０° θｉｍｇ ＝２４．５７°
より
ｄｘ＝７．６０
となる。又ｆθレンズ２６の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量ｘｍと後側主平面の軌跡の湾曲量ｘｕは
ｘｍ＝７．３４ ｘｕ＝１２．３１
となり、これら上記の値は前述の条件式（１）（ｘｍ≦ｄｘ≦ｘｕ）を満足させている。

これにより本実施形態においては前述の実施形態１と同様に光偏向器５と被走査面８間における副走査方向の横倍率を軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができる。この結果、図１１に示すように像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。

本実施形態では前述の如く半導体レーザ１から出射した発散光束をコリメーターレンズ２により平行光束に変換している。このため、光偏向器によるジッターがなく、又副走査方向のパワーを重点的に発生するレンズ面Ｒ２の主走査方向のレンズ形状が横倍率を揃える為の主平面の軌跡の形状と類似している。この為、像高による子線方向の曲率の変化が少なくても横倍率を揃えることができ、これにより更なる高精細な印字に適したレーザービームプリンタに好適な走査光学装置を達成することができる。

図３（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態３の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。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。

本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は次のとおりである。即ち独立的に変調可能な複数（本実施形態では２つ）の光源部を有する光源手段１１から出射する複数の光ビームを被走査面上において一定の間隔となるよう同時に走査するマルチビーム走査光学系より構成した点である。更に、これに伴ないｆθレンズの子線方向（副走査方向）のレンズ形状を異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。上記複数の光源部は副走査方向に所定の間隔で配置されている。

表３に本実施形態における光学配置とｆθレンズ３６の非球面係数を示す。

本実施形態ではｆθレンズ３６のレンズ面のうち少なくとも１つのレンズ面の子線方向のレンズ形状を曲率の符号が軸上から軸外に向かって反転するように設定している。この為ｆθレンズ３６の副走査方向と対応する子線方向は

ここでｒ´＝ｒ＋ｄ_２Ｙ^２＋ｄ_４Ｙ^４＋ｄ_６Ｙ^６＋ｄ_８Ｙ^８＋ｄ_１０Ｙ^１０
なる式で表わされる。又主走査方向と対応する母線方向は前述の実施形態１と同様の（ｃ）式にて表わされる。

図６は本実施形態におけるｆθレンズ３６の長手方向の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図である。図６に示すようにレンズ面Ｒ１では軸上から軸外に向かうに従って副走査方向の曲率の符号が反転し、軸上のメニスカス形状が軸外では両凸形状に変化していることが分かる。図９はｆθレンズ３６の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面
の軌跡の湾曲量ｄｘは
Ｐｐｒｉ ＝４８．７３ Ｅｐｒｉ ＝１０８．７７
θｐｏｒ ＝４４．４° θｉｍｇ ＝２９．１０°
より
ｄｘ＝６．５０
となる。又ｆθレンズ３６の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量ｘｍと後側主平面の軌跡の湾曲量ｘｕは
ｘｍ＝４．９３ ｘｕ＝９．１０
となり、これら上記の値は前述の条件式（１）（ｘｍ≦ｄｘ≦ｘｕ）を満足させている。

これにより本実施形態においては前述の実施形態１，２と同様に光偏向器５と被走査面８間における副走査方向の横倍率は軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができ、像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。

又、本実施形態では複数の光ビームを用いて被走査面上を同時に走査するマルチビーム走査光学装置である為、該被走査面上における走査線の曲がりは画像上でピッチムラとなるので良くない。

そこで本実施形態では副走査方向の曲率半径をレンズの有効部内において像高により連続的に変化させている。これによって図１２に示すように被走査面上における走査線の曲がりをなくすことができ、これによりピッチムラのない高画質の走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）を達成している。

図１３（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態４の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。

同図において４６は第３の光学素子としてのｆθ特性を有する１枚のレンズより成るｆθレンズ（結像光学系）であり、光偏向器５と被走査面としての感光ドラム面８との中間より光偏向器側に配置している。

本実施形態におけるｆθレンズ４６の両レンズ面は共に副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これにより本実施形態では被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を小さく抑えている。又ｆθレンズ４６の両レンズ面のうち少なくとも１つのレンズ面（第１面）Ｒ１の副走査方向の曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させている。更にｆθレンズ４６の両レンズ面の副走査方向の曲率を軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称になるように変化させている。ｆθレンズ４６は光偏向器５によって偏向反射された画像情報に基づく複数の光束を感光ドラム８面上に結像させ、かつ該光偏向器５の偏向面の面倒れを補正している。

尚、本実施形態においてはｆθレンズ４６をプラスチック成型により製作しても良く、
あるいはガラス成型（ガラスモールド）により製作しても良い。

本実施形態において半導体レーザー１１より出射した独立変調された２本の発散光束はコリメーターレンズ２により収束光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。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においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面においては収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射された２本の光束は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有するｆθレンズ４６を介して感光ドラム８面上に２つのスポットを形成し、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させている。これによって、該感光ドラム８面上を矢印Ｂ方向に走査している。これにより画像記録を行なっている。

本実施形態ではｆθレンズ４６のレンズ形状を主走査方向は１０次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より構成している。そのレンズ形状は、主走査方向と対応する母線方向が、前記（ｃ）式に示されるものであり、又副走査方向（ｆθレンズの光軸を含む主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、

なる式で表わせるものである。

一般にマルチビーム走査光学装置において視覚的にピッチムラを目立たなくさせる為には、走査線曲がりによるピッチムラを副走査方向のビームピッチの１／１０以下にすることが望ましい。例えば副走査方向の解像度が６００ｄｐｉの走査光学装置の場合、副走査方向におけるビームピッチは４２μｍとなるため、許容できるピッチムラは約４μｍ以下となる。

そこで本実施形態では被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの最大値をＦｍａｘ、最小値をＦｍｉｎとしたとき、
Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ≧０．９ ‥‥‥（２）
なる条件を満足するようにｆθレンズ４６の両レンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これによって、被走査面上における走査線曲がりをなくすことができ、これによりピッチムラの少ない、高画質でコンパクトなマルチビーム走査光学装置を達成している。

上記の条件式（２）を外れると走査線曲がりによってピッチムラが視覚的に目立ち実用上問題となってくるので良くない。

表４に実施形態４における光学配置とｆθレンズ４６の非球面係数を示す。

図１６は実施形態４の被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではｆθレンズ４６の副走査方向の曲率を両レンズ面において図１９に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるＦナンバーの変化率を、
Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ＝６４．５２／６６．３１＝０．９７３
０．９以上になるよう抑えている。

図２２は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるＦナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは０．２μｍ程度（ピッチムラは０．４μｍ程度）と実用上全く問題のないレベルにすることができる。

このように本実施形態では上述の如く条件式（２）を満足させつつｆθレンズ４６の副走査方向（子線方向）の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させている。これによって、像高による副走査方向のＦナンバーの変化，即ちスポット径の変化を所定量以下（本装置の許容値内）に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。

又、本実施形態では第３の光学素子（ｆθレンズ）４６を単レンズで構成している為、コンパクトで低コストなマルチビーム走査光学装置を達成することができる。

図１４（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態５の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態において前述の実施形態４と異なる点は、さらなる高精細印字に対応できるよう主走査方向の像面湾曲を小さくする為、ｆθレンズ５６の両レンズ面の母線方向の曲率を光軸に対して非対称となるように設定した点である。更に、ポリゴンミラー１５のポリゴン面数を４面から６面とし高速印字に対応した点である。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態４と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

表５に実施形態５における光学配置とｆθレンズ５６の非球面係数を示す。

図１７は実施形態５の被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではｆθレンズ５６の副走査方向の曲率を両レンズ面において図２０に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるＦナンバーの変化率を、
Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ＝４９．７５／５３．０８＝０．９３７
０．９以上になるよう抑えている。

図２３は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるＦナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは１．２μｍ程度（ピッチムラは２．４μｍ程度）と実用上全く問題のないレベルにすることができる。

このように本実施形態においても前述の実施形態４と同様に条件式（２）を満足させつつｆθレンズ５６の副走査方向（子線方向）の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させている。これによって、像高による副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を所定量以下に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。

又本実施形態ではｆθレンズ（第３の光学素子）５６の両レンズ面の母線方向の曲率を光軸に対して非対称となるように設定することにより、主走査方向の像面湾曲を抑え、さらなる高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成している。

図１５（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施形態６の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態において前述の実施形態４と異なる点は、ｆθレンズ（第３の光学素子）７６を２枚のレンズより構成し、さらなる精度で走査線曲がりによるピッチムラを低減している点である。更に、独立的に変調可能な複数の発光部を有する半導体レーザ１１からの光束をコリメーターレンズ２で略平行光束に変換している点、そしてポリゴンミラー１５のポリゴン面数を４面から６面とし高速印字に対応した点である。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態４と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、同図において７６は第３の光学素子としてのｆθレンズである。ｆθレンズ７６は、ガラス材より成る第１ｆθレンズとしての球面レンズ７６ａと、プラスチック材より成る非球面形状の第２ｆθレンズとしてのトーリックレンズ（非球面プラスチックトーリックレンズ）７６ｂとの２枚のレンズより成っている。ガラス球面レンズ７６ａは光偏向器１５と感光ドラム面８との中間より該光偏向器１５側に配され、主にｆθ特性を補正する役割を持っている。非球面プラスチックトーリックレンズ７６ｂは主に像面湾曲の補正及び副走査方向の横倍率の補正を行っている。

以上のように本実施例では、
少なくとも２つのレンズ面の主走査断面内の形状は非球面形状であり、且つ、
少なくとも２つのレンズ面の副走査方向における曲率を主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。

本実施形態では副走査方向の屈折力のほとんどの部分を担っている非球面プラスチックトーリックレンズ７６ｂの両レンズ面の子線方向（副走査方向）における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これによって、被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑えている。

表６に実施形態６における光学配置とｆθレンズ（球面レンズ７６ａ及びトーリックレンズ７６ｂ）７６の非球面係数を示す。

図１８は実施形態６の被走査面上における副走査方向のＦナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではトーリックレンズ７６ｂの副走査方向の曲率を両レンズ面において図２１に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるＦナンバーの変化率を、
Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ＝７２．６７／７３．７５＝０．９８５
０．９以上になるよう抑えている。

図２４は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるＦナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは０．１μｍ程度（ピッチムラは０．２μｍ程度）と実用上問題のないレベルにすることができる。

このように本実施形態においても前述の実施形態４と同様に条件式（２）を満足させつつｆθレンズ７６を構成するトーリックレンズ７６ｂの副走査方向（子線方向）の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させている。これによって、像高による副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を所定量以下に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。又本実施形態ではｆθレンズ（第３の光学素子）７６を２枚のレンズで構成することによって、より高精度に走査線曲がりを補正することができ、さらなる高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成している。

尚、第３の光学素子を構成する２枚のレンズのうち少なくとも１つのレンズ面の副走査方向の曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させて形成しても良い。又２枚のレンズのうち少なくとも２つのレンズ面の副走査方向の曲率を軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称に変化させて形成しても良い。これにより更に高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成することができる。

最後に本発明の走査光学装置との比較のために、先の図２６（Ａ），（Ｂ）で示した従来のシングルビームの走査光学装置でマルチビームの走査を行なったときの様子について説明する。

図２８（Ａ），（Ｂ）は各々図２６（Ａ），（Ｂ）で示した従来のシングルビームの走査光学装置を用いてマルチビーム走査を行なった場合の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図は、像高による副走査方向の角倍率及び被走査面における副走査方向のスポット径（Ｆナンバー）の変化を示している。表７は図２８（Ａ），（Ｂ）に示した光学配置とｆθレンズ８６の非球面係数である。

同図において副走査方向に所定の間隔で配置された２つの発光部を有する光源手段８１から出射した独立変調された２本の発散光束はコリメーターレンズ８２により収束光束となる。そして、絞り８３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ８４に入射している。シリンドリカルレンズ８４に入射した光束のうち主走査面内においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器８５の偏向面（反射面）にほぼ線像として結像している。そして光偏向器８５の偏向面８５ａで偏向反射された２本の光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ）８６を介して被走査面８８としての感光ドラム面上に導光している。そして、該光偏向器８５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム８８面上を光走査して画像情報の記録を行なっている。

通常、面倒れ補正光学系では前述したように光偏向器の偏向面の面倒れを光学的に補正する為に、該偏向面と被走査面とを光学的に共役関係（結像関係）とする必要がある。図２８に示した比較例ではｆθレンズ８６の光偏向器８５側のレンズ面（第１面）Ｒ１の副走査方向の曲率（子線曲率）を一定に、被走査面側のレンズ面（第２面）Ｒ２の副走査方向の曲率（子線曲率）を軸上から軸外に向けて連続的に変化させている。これにより、どの像高においても共役関係となるように設定している。

しかしながら上記の比較例のｆθレンズ８６は図３０に示すように片面（Ｒ１面）の子線曲率を一定にしている為、図２９に示すようにその母線形状により像高によってＦナンバー（ＦＮｏ）がばらつく。つまり軸上（軸上光束）では図２８（Ｂ）内の（イ）に示すように被走査面上における副走査方向のＦナンバーが大きい。この為、副走査方向の角倍率が小さく、軸外（軸外光束）では図２８（Ｂ）内の（ロ）に示すように副走査方向のＦナンバーが小さいため角倍率が大きい（主走査面形状により逆になる場合もある）。

一般に角倍率γと横倍率βは、
βγ＝−１
という関係が成り立つため、上記の比較例では軸上において横倍率が大きく、軸外において横倍率が小さくなる。このため像高によって副走査方向の横倍率にばらつきができ、マルチビーム走査光学装置のように光軸から外れた複数のレーザー光束を用いて走査する光学系では、被走査面上で走査線が曲がりを生じる。

図３１は上記の比較例のマルチビーム走査光学装置を解像度６００ｄｐｉ（走査線間隔４２．３μｍ）で使用した場合の走査線曲がりを示す説明図である。同図において周辺部の走査線は中心部に対して２．４μｍ曲がっている為、４．８μｍのピッチムラとなり画像品位を劣化させるという問題点がある。

本発明の走査光学装置では上述した問題点は生じない。第１の発明によれば、前述の如くコリメーターレンズ等で変換された光源からの光束を光偏向器を介して１枚のｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズのレンズ形状を最適化にする。これにより、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消する。これによって像高による副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑えることができる、コンパクトで高精細な印字に適したｆθレンズ及びそれを有する走査光学装置を達成することができる。

また第２の発明によれば、前述の如くコリメーターレンズ等で変換された光源からの複数の光束を光偏向器を介してｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズのレンズ形状を最適化にする。これにより、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消する。これによって像高による副走査方向のＦナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑え、走査線曲がりによるピッチムラを低減させることができるｆθレンズ及びそれを有する走査光学装置を達成することができる。

更に前記条件式（２）を満足するようにｆθレンズの副走査方向の曲率を決定することにより、視覚上問題のないレベルにまでピッチムラを低減させることができる走査光学装置を達成することができる。

尚、本発明のレーザービームプリンタは前述した実施形態のうちいずれか１つの走査光学装置を有している。

１，１１ 光源手段
２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３ 絞り
４ 第２の光学素子（シリンドリカルレンズ）
５，１５ 偏向素子（光偏向器）
６，２６，３６ 第３の光学素子（ｆθレンズ）
４６，５６，７６ 第３の光学素子（ｆθレンズ）
７６ａ 球面レンズ
７６ｂ トーリックレンズ
８ 被走査面（感光体ドラム）
２１ 軸上光束
２２ 最軸外光束

Claims (3)

1. 光源手段と、前記光源手段から出射された複数の光束を偏向反射する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の偏向面にて偏向反射された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を備え、副走査断面内において、前記偏向面と前記被走査面は、光学的に共役関係にあるマルチビーム走査光学装置であって、
   主走査断面において、前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束は、前記結像光学系の光軸に対して平行ではない状態で前記偏向面に入射しており、
   前記結像光学系は、１枚のプラスチック製のトーリックレンズを備えており、前記被走査面の主走査方向の位置変化に対する前記被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの変化が小さくなるように、前記１枚のプラスチック製のトーリックレンズが持つ２つのレンズ面の副走査方向の曲率が前記主走査方向に沿って前記結像光学系の光軸の軸上から軸外に向って連続的に且つ前記光軸を挟んで非対称に変化していることを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
2. 前記１枚のプラスチック製のトーリックレンズが前記光偏向器と前記被走査面との中間より前記光偏向器側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム走査光学装置。
3. 請求項１又は２に記載のマルチビーム走査光学装置と、前記被走査面としての感光ドラムと、を有することを特徴とするレーザービームプリンタ。