JP5499258B1 - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】副走査方向の幅が十分に小さく、かつ、装置の副走査方向の幅を十分に小さくすることのできる走査レンズを提供する。
【解決手段】本発明による走査レンズは、走査光学系に使用される走査レンズであって、走査光学系に配置された状態の主走査断面の入射面の形状は、主走査方向の中心部で凸、主走査方向の端部で凹であり、主走査断面の出射面の形状は、主走査方向の中心部で凹、主走査方向の端部で凸であり、副走査断面の形状は、入射面が凹、出射面が凸のメニスカス形状である。副走査断面において、該走査光学系の回転多面鏡の反射点から回転軸に垂直な方向に延伸した軸を水平基準軸として、入射面の主光線通過位置における法線が該水平基準軸となす角度をθｎｓとして、θｎｓは、主走査方向の全領域において該法線が被走査面側において該水平基準軸と交差するように定められている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、走査光学系に関する。

プリンターなどの走査光学系においては、光源によって発生させた光束を回転多面鏡からなる光偏向器により偏向させ、このようにして偏向させた光束を結像光学系によって被走査面上に集光させ、被走査面上を走査させる。

このような走査光学系の中で、一つの光偏向器によって複数の光束を偏光させるタイプが使用されている（たとえば、特許文献１）。このタイプでは、いわゆる副走査方向に複数の光束を配置するので、装置をコンパクトにするために走査光学系の副走査方向の幅を小さくするのが好ましい。

しかし、副走査方向の幅が十分に小さく、かつ、装置の副走査方向の幅を十分に小さくすることのできる走査レンズ及び走査光学系は開発されていない。

また、走査レンズを射出成形によって製造する際に、金型のズレなどに起因して入射面と出射面との間に副走査方向の位置ズレが生じる場合がある。このような位置ズレは被走査面における意図しない走査線の曲りを生じ、色ズレの原因となることが知られている。

しかし、入射面と出射面との間に副走査方向の位置ズレを考慮し、位置ズレが生じた場合の走査線の曲りを小さくするように設計された走査レンズ及び走査光学系は開発されていない。

特許４９４４４３２号公報（特開２００７−１５５８３８号公報）

したがって、副走査方向の幅が十分に小さく、かつ、装置の副走査方向の幅を十分に小さくすることのできる走査レンズ及び走査光学系に対するニーズがある。また、入射面と出射面との間に副走査方向の位置ズレを考慮し、位置ズレが生じた場合の走査線の曲りを小さくするように設計された走査レンズ及び走査光学系に対するニーズがある。

本発明の第１の態様による走査レンズは、走査光学系に使用される走査レンズであって、走査光学系に配置された状態の主走査断面の入射面の形状は、主走査方向の中心部で凸、主走査方向の端部で凹であり、主走査断面の出射面の形状は、主走査方向の中心部で凹、主走査方向の端部で凸であり、副走査断面の形状は、入射面が凹、出射面が凸のメニスカス形状であり、副走査断面において、該走査光学系の回転多面鏡の反射点から回転軸に垂直な方向に延伸した軸を水平基準軸として、入射面の主光線通過位置における法線が該水平基準軸となす角度をθｎｓとして、θｎｓは、主走査方向の全領域において該法線が被走査面側において該水平基準軸と交差するように定められている。

本態様によれば、副走査断面において、該走査光学系の回転多面鏡の反射点から回転軸に垂直な方向に延伸した軸を水平基準軸として、入射面の主光線通過位置における法線が該水平基準軸となす角度をθｎｓとして、θｎｓは、主走査方向の全領域において該法線が被走査面側において該水平基準軸と交差するように定められているので、像高端部へ向かう主光線を水平基準軸に近づけることができる。したがって、走査レンズの副走査方向のサイズを小さくすることができる。また、走査レンズを含むレーザスキャンユニットの副走査方向の幅を小さくすることができる。

本発明の第１の態様の第１の実施形態によれば、主走査方向の中心部におけるθｎｓの絶対値が、主走査方向の端部におけるθｎｓの絶対値よりも大きい。

本実施形態によれば、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθｎｓの変化量が小さく、その結果走査線曲り量が小さく、上記の位置ずれによる影響を受けにくい。

本発明の第１の態様の第２の実施形態によれば、入射面において副走査方向の異なる位置に入射する２以上の走査光線を処理するように構成されている。

本実施形態によれば、レーザスキャンユニットの副走査方向の幅を小さくできるとともに、レーザスキャンユニットに必要とされるレンズ枚数を削減でき、組立工数も削減できる。

本発明の第２の態様による走査光学系は、本発明の第１の態様による走査レンズを含む走査光学系である。

本態様によれば、走査レンズのサイズは小さく、副走査方向倍率も小さい光学系とすることができる。また、レーザスキャンユニットの副走査方向の幅を小さくすることができる。

本発明の第２の態様の第１の実施形態によれば、主走査断面において、前記走査レンズに収束光束が入射するように構成されている。

このような構成により、走査レンズの主走査断面において、中心厚を小さくし、厚さのばらつきを小さくすることができる。

走査光学系の主走査断面を示す図である。 走査光学系の副走査断面を示す図である。 副斜入射のタンデム方式のカラー用走査光学系の副走査断面を示す図である。 副走査断面において、入射面の主光線通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsを説明するための図である。 像高中心へ向かう光線と像高端部へ向かう光線とを説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態の走査レンズの副走査断面において、入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsC及び入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsEを説明するための図である。 従来技術の走査レンズの副走査断面において、入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsC’及び入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsE’を説明するための図である。 本実施形態の走査レンズ及び従来技術の走査レンズの副走査断面において、像高端部へ向かう光線を示す図である。 副走査断面において、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合に、入射面の主光線通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsの変化を説明するための図である。 走査レンズの副走査方向断面において、２つの隣接する走査レンズ間を接合し一体化した様子を示す。 図１０に示した走査レンズについて、主走査方向の位置とθnsとの関係を示す図である。 実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査光学系を示す図である。 実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。 実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。 実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。 実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。 実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。 実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。 実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。 実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査光学系を示す図である。 実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。 実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。 実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。 実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。 実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。 実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。 実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。 実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査光学系を示す図である。 実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。 実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。 実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。 実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。 実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。 実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。 実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。 従来技術の走査レンズについて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。 入射面及び出射面の面定義中心を説明するための、副走査断面を示す図である。

本明細書及び特許請求の範囲において、主走査方向とは回転多面鏡（偏向手段）の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（回転多面鏡で光束が偏向走査される方向）である。副走査方向とは回転多面鏡の回転軸に平行な方向である。また、主走査断面とは、回転多面鏡における光束の反射点を含み、回転軸に垂直な面である。また、副走査断面とは、主走査断面に垂直な面のうち、その面内において反射点から被走査面までの光束の経路が最小となる面である。換言すれば、副走査断面は、主走査断面に垂直な面のうち、入射面及び出射面の面定義中心を含む面である。面定義中心については後で説明する。

図１は、走査光学系の主走査断面を示す図である。半導体レーザ光源２０１から放出された光は、コリメートレンズ２０３によって収束光もしくは平行光に変換され、絞り２０５およびシリンドリカルレンズ２０７を通過し、回転多面鏡（ポリゴンミラー）２０９で反射された後、走査レンズ１００を経て、被走査面２１３上に集光される。

図２は、走査光学系の副走査断面を示す図である。図２において、半導体レーザ光源２０１、コリメートレンズ２０３、シリンドリカルレンズ２０７は、入射光学系ＳＡを形成する。また、走査レンズ１００は結像光学系ＳＢを形成する。

図２（a）は光束がポリゴンミラーに対して副走査方向（回転軸に平行な方向）に垂直に入射するタイプである（副垂直入射）。ポリゴンミラーでの反射時に走査線曲りは発生しない。図２（b）は光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に所定の角度θで入射するタイプである（副斜入射）。

ここで、副走査断面において、ポリゴンミラー上で光線が反射する位置からポリゴンミラーの回転軸と垂直な方向に延伸する軸を水平基準軸と呼称する。

タンデム方式のカラー用走査光学系において副斜入射させることは一般的である。このような走査光学系においては、ポリゴンミラーでの反射時に走査線曲りが発生する。カラー光学系において、走査線曲りは色ズレの原因となる。そこで、このような走査光学系において走査レンズによる補正が必要となる。

図３は副斜入射のタンデム方式のカラー用走査光学系の副走査断面を示す図である。各光線が、走査レンズ１００と折り返しミラー２１１を経て各々対応した感光体上（被走査面）２１３で結像する。走査レンズ及び折り返しミラー等の素子を含んだ走査光学系を納めたユニット３００をレーザースキャナユニット（ＬＳＵ）と呼称する。ＬＳＵをコンパクトにするためには、副走査方向の厚さが小さなレンズが好ましい。

ここで、本発明の一実施形態の走査レンズの形状について、該実施形態の主走査断面を示す図１２（ａ１）及び副走査断面を示す図１２（ａ２）を使用して説明する。

図１２（ａ１）に示すように、走査レンズ１００１Ａの主走査断面の入射面の形状は、主走査方向の中心部で凸、主走査方向の端部で凹であり、主走査断面の出射面の形状は、主走査方向の中心部で凹、主走査方向の端部で凸である。上記の形状により、主走査断面において、中心厚が小さく、厚さのばらつきが小さな走査レンズが得られる。

図１２（ａ２）に示すように、走査レンズ１００１Ａの副走査断面の形状は、入射面が凹、出射面が凸のメニスカス形状である。上記形状により、レンズ主点位置を被走査面２１３側に近づけることが可能になる。一般的に、レンズサイズを小さくするためレンズをポリゴンミラー２０９側へ近づけると、主点がポリゴンミラー２０９側へ近づき副走査方向倍率が増加する。上記形状で主点位置を被走査面に近づけると、レンズサイズは小さく、副走査方向倍率も小さい光学系とすることができる。

結像光学系の副走査方向の倍率をｍとして、
１＜｜ｍ｜＜２．５
である。

図４は、副走査断面において、入射面の主光線通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsを説明するための図である。図４において、入射面の主光線通過位置における法線をＮで表し、水平基準軸をＬで表す。

図５は、像高中心へ向かう光線と像高端部へ向かう光線とを説明するための斜視図である。図５において、像高中心（被走査面２１３における主走査方向の中心）へ向かう光線をＡで表し、像高端部（被走査面２１３における主走査方向の端部）へ向かう光線をＢで表す。図５において、Ｘ軸及びＹ軸を、それぞれ副走査方向及び主走査方向に定める。

図５において、主走査断面をＨで示し、副走査断面をＶで示す。

図６は、本発明の一実施形態の走査レンズの副走査断面において、入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsC及び入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsEを説明するための図である。図６において、実線で表した像高中心へ向かう主光線は、入射面１０１Ｃ及び出射面１０３Ｃを通過する。実線で表した像高中心へ向かう主光線は、副走査断面に含まれる。点線で表した像高端部へ向かう主光線は、入射面１０１Ｅ及び出射面１０３Ｅを通過する。点線で表した像高端部へ向かう主光線は、実際には副走査断面に含まれない。図６に示した入射面１０１Ｅ、出射面１０３Ｅ及び点線は、光線が通過する位置における入射面及び出射面の、副走査断面に平行な断面、及び像高端部へ向かう主光線を副走査断面に投影したものである。入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線ＮＣ、及び入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線ＮＥを点線で表す。また、水平基準軸をＬで表す。図６において、法線と水平基準軸がなす角度について、反時計回りを正とすると、本発明の一実施形態の走査レンズにおいて、角度θnsC及び角度θnsEはともに正であり、主走査方向の位置にかかわらず法線と水平基準軸がなす角度の符号は正であり変わらない。また、法線ＮＣ及びＮＥは、走査レンズの被走査面側で水平基準軸と交わる。

以下において、光線の経路が副走査断面に含まれない場合に、主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度は、光線及び法線をそれぞれ副走査断面に投影したものについてのものである。

図１７は、本発明の一実施形態の走査レンズについて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。図１７によれば、主走査方向の位置にかかわらず法線と水平基準軸がなす角度θnsの符号は正であり変わらない。

図７は、従来技術の走査レンズの副走査断面において、入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsC’及び入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsE’を説明するための図である。図７において、実線で表した像高中心へ向かう主光線は、入射面１０１Ｃ’及び出射面１０３Ｃ’を通過する。実線で表した像高中心へ向かう主光線は、副走査断面に含まれる。点線で表した像高端部へ向かう主光線は、入射面１０１Ｅ’及び出射面１０３Ｅ’を通過する。点線で表した像高端部へ向かう主光線は、実際には副走査断面に含まれない。図７に示した入射面１０１Ｅ’、出射面１０３Ｅ’及び点線は、光線が通過する位置における入射面及び出射面の、副走査断面に平行な断面、及び像高端部へ向かう主光線を副走査断面に投影したものである。入射面の像高中心へ向かう主光線の通過位置における法線をＮＣ’で表し、入射面の像高端部へ向かう主光線の通過位置における法線をＮＥ’で表す。また、水平基準軸をＬで表す。図７において、法線と水平基準軸がなす角度について、反時計回りを正とすると、従来技術の走査レンズにおいて、角度θnsC’は正であるが、角度θnsE’は負である。また、法線ＮＣ’ は、被走査面側で水平基準軸と交わるが、法線ＮＥ’は、被走査面側で水平基準軸と交わらない。

図３６は、従来技術（特許文献１の実施例２）の走査レンズについて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。図３６によれば、主走査方向の中心部においてθnsは正であるが、主走査方向の端部においてθnsは負である。したがって、主走査方向の位置によってθnsの符号が変化する。

図８は、本実施形態の走査レンズ及び従来技術の走査レンズの副走査断面において、像高端部へ向かう光線を示す図である。図８（ａ）は、本実施形態の走査レンズの走査レンズの副走査断面において、像高端部へ向かう光線を示す図であり、図８（ｂ）は、従来技術の走査レンズの副走査断面において、像高端部へ向かう光線を示す図である。像高端部へ向かう光線は、実際には副走査断面に含まれない。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した入射面、出射面及び光線は、光線が通過する位置における入射面及び出射面の、副走査断面に平行な断面、及び像高端部へ向かう主光線を副走査断面に投影したものである。図６に示した本実施形態の形状は、図７に示した従来技術の形状と比較して、像高端部へ向かう主光線を水平基準軸に近づける。すなわち、本実施形態の走査レンズの出射面１０３Ｅにおける最外光線通過点の水平基準軸Ｌからの距離ｘａは、従来技術の走査レンズの出射面１０３Ｅ’における最外光線通過点の水平基準軸Ｌからの距離ｘｂよりも小さい。したがって、本実施形態によれば走査レンズの副走査方向のサイズを小さくすることができる。また、走査レンズを含むＬＳＵの副走査方向の幅を小さくすることができる。

図９は、副走査断面において、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合に、入射面の主光線通過位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsの変化を説明するための図である。

走査レンズはプラスチック射出成形により製造される。成形用金型は入射面側の光学面と出射面側の光学面に対応する鏡面駒を有する。レンズ成形の際の金型開閉時やメンテナンスによる金型再組み立て時に鏡面駒の位置ズレが生じる場合がある。この鏡面駒の位置ズレは成形された走査レンズに影響し、入射面側光学面と出射面側光学面の軸が偏芯する原因となる。副走査方向の位置ズレ（以下において、面間偏芯とも呼称する）が発生すると、主光線通過位置における走査レンズのθnsは設計値から外れ、屈折方向が変わるため、被走査面上の副走査方向の結像位置にズレが生じる。このθnsの変化量は走査レンズの主走査方向の位置によって異なるため、走査線曲り発生の要因となる。

図９（ａ）は、位置ズレがない場合の主光線の経路を示す図である。図９（ｂ）は、位置ズレが生じた場合の主光線の経路を示す図である。図９（ｂ）において、主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度は、位置ズレがない場合のθnsからθns’へ変化している。この結果、主光線の経路は、点線で示した位置ズレがない場合の位置から、実線で示した位置へ変化している。

面間偏芯が生じた場合に被走査面上の副走査方向の結像位置のズレを小さくするには、面間偏芯が生じた場合の、主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度の変化が小さい走査レンズの形状が好ましい。

図１０は、走査レンズの副走査方向断面において、２つの隣接する走査レンズ間を接合し一体化した様子を示す。２つの走査レンズを副走査方向に接合し一体化すれば、ＬＳＵの副走査方向の幅を小さくできるとともに、ＬＳＵに必要とされるレンズ枚数を４枚から２枚へ削減でき、組立工数も削減できる。２つの走査レンズの副走査断面における形状は水平基準軸に関して対称である。

図１１は、図１０に示した走査レンズについて、主走査方向の位置とθnsとの関係を示す図である。図１１の横軸は主走査方向の位置を示し、図１１の縦軸はθnsの大きさを示す。図１１において、下側の走査レンズのθnsは、横軸の全領域にわたり正であり、上側の走査レンズのθnsは、横軸の全領域にわたり負である。また、２つの走査レンズの副走査断面における形状は水平基準軸に関して対称であるので、主走査方向の任意の位置における上側の走査レンズのθnsの絶対値と下側の走査レンズのθnsの絶対値とは等しい。図１１において、Ｃは走査レンズの主走査方向の中心部を示し、Ｅ１及びＥ２は走査レンズの主走査方向の端部を示す。

以下において、本発明の走査レンズの実施例について説明する。走査レンズの面形状は、以下の式で表される。

ここで

y：主走査方向座標
x：副走査方向座標
z：サグ
r：半径
k：コーニック係数
R：曲率半径
Aij：係数

全ての実施例の走査レンズの材料は、ポリシクロオレフィン系樹脂であり、屈折率は１．５０４である。

実施例１Ａ及び実施例１Ｂ
実施例１Ａと実施例１Ｂとは、入射面の主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度は異なるが、光学配置及び他の光学性能はほぼ同等となるように設計した。

図１２は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査光学系を示す図である。図１２（ａ−１）及び図１２（ｂ−１）は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査光学系の主走査断面を示す図である。図１２（ａ−２）及び図１２（ｂ−２）は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査光学系の副走査断面を示す図である。

波長７８５ｎｍの半導体レーザ光源から放射された光束は、コリメートレンズ、絞り、シリンドリカルレンズを通過した後、副走査断面において副走査方向に所定の角度（入射角）を持ってポリゴンミラー２０９へ入射し、偏向された光束は走査レンズ１００１Ａまたは１００１Ｂを通過し、被走査面２１３に集光する。主走査断面において、走査レンズ１００１Ａまたは１００１Ｂに収束光束が入射するように構成されている。このような構成により、走査レンズ１００１Ａまたは１００１Ｂの主走査断面において、中心厚を小さくし、厚さのばらつきを小さくすることができる。

表１は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査光学系の光学配置及び光学素子の諸元を示す表である。表１において、偏向基準点とはポリゴンミラーにおける光束の反射点である。

表２は、実施例１Ａの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

表３は、実施例１Ｂの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

実施例１Ａと実施例１Ｂの走査レンズの入射面及び出射面の面定義中心は、水平基準軸から副走査方向に２．８ｍｍの位置に存在する。ここで、面定義中心とは、式（１）の座標の原点である。

図３７は入射面及び出射面の面定義中心を説明するための、副走査断面を示す図である。入射面の面定義中心は、Ｉ１及びＩ２で表され、出射面の面定義中心はＥ１及びＥ２で表される。４個の面定義中心は、水平基準軸から２．８ミリメータの距離に位置する。また、走査レンズの芯厚は、入射面の面定義中心と出射面の面定義中心との間の距離である。

図１３は、実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像面湾曲を示す。図において「主」及び「副」はそれぞれ主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す。

図１４は、実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像高ズレ量を示す。被走査面上の理論像高をY[mm]、偏向角をθ[deg]、焦点距離をｆ[mm]として、以下の式が成立する。

Y=ｆθ
像高ズレ量は、実際の像高の理論像高からの偏差である。

図１５は、実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副走査結像位置を示す。副走査結像位置は、副走査方向における水平基準軸からの結像位置までの距離である。副走査結像位置のP-V値（Peak to Valley）を走査線曲りとする。走査線曲りは約10umにまで抑えられており、色ズレの影響はない。

図１６は、実施例１Ａと実施例１Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副倍率を示す。副倍率は「1＜|m|＜2.5」の条件に収まっており、レンズサイズと偏芯、形状誤差、環境変動による影響とのバランスがとれている。

図１３乃至図１６から、実施例１Ａの走査光学系と実施例１Ｂの走査光学系とは、ほぼ同等の光学性能を有しているということができる。

図１７は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。図１７の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図１７の縦軸は、その位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsを示す。図１７によると、実施例１Ａ及び実施例１Ｂについて、主走査方向の全領域にわたりθnsの符号は変わらない。

実施例１Ａ及び実施例１Ｂにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す曲線は、主走査方向の中心において、θnsの絶対値が大きな方向に凸であり、主走査方向の端部において、θnsの絶対値が大きな方向に凹である。

実施例１Ａにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも小さい。他方、実施例１Ｂにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも大きい。

図１８は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図１８の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図１８の縦軸は、その位置におけるθnsの変化量を示す。図１８によると、θnsの変化量のP-V値は、実施例１Ａにおいて０．１１４［ｄｅｇ］であり、実施例１Ｂにおいて０．１２３［ｄｅｇ］であり、実施例１Ｂの方が大きい。

図１９は、実施例１Ａ及び実施例１Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図１９の横軸は、像高を示し、図１９の縦軸は、その像高における副走査方向の結像位置を示す。図１９によると、実施例１Ａの場合に走査線曲りは、８９マイクロメータであり、実施例１Ｂの場合に走査線曲りは、１０４．７マイクロメータである。位置ズレがない場合を示す図１５によると、実施例１Ａの場合に像高に対する走査線曲りは、８．６マイクロメータであり、実施例１Ｂの場合に像高に対する副走査方向の結像位置の差は、８．７マイクロメータである。したがって、位置ズレによる走査線曲りの変化量は、実施例１Ａの場合に８９−８．６＝８０．４マイクロメータであり、実施例１Ｂの場合に１０４．７−８．７＝９６．０マイクロメータである。

したがって、実施例１Ａの走査レンズは、実施例１Ｂの走査レンズよりも、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の走査線曲りの変化量が小さく、上記の位置ずれによる影響を受けにくい。
実施例２Ａ及び実施例２Ｂ
実施例２Ａと実施例２Ｂとは、入射面の主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度は異なるが、光学配置及び他の光学性能はほぼ同等となるように設計した。

図２０は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査光学系を示す図である。図２０（ａ−１）及び図２０（ｂ−１）は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査光学系の主走査断面を示す図である。図２０（ａ−２）及び図２０（ｂ−２）は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査光学系の副走査断面を示す図である。

波長７８５ｎｍの半導体レーザ光源から放射された光束は、コリメートレンズ、絞り、シリンドリカルレンズを通過した後、副走査断面において副走査方向に所定の角度を持ってポリゴンミラー２０９へ入射し、偏向された光束は走査レンズ１００２Ａまたは１００２Ｂを通過し、被走査面２１３に集光する。主走査断面において、走査レンズ１００２Ａまたは１００２Ｂに収束光束が入射するように構成されている。このような構成により、走査レンズ１００２Ａまたは１００２Ｂの主走査断面において、中心厚を小さくし、厚さのばらつきを小さくすることができる。

表４は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査光学系の光学配置及び光学素子の諸元を示す表である。表４において、偏向基準点とはポリゴンミラーにおける光束の反射点である。

表５は、実施例２Ａの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

表６は、実施例２Ｂの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

実施例２Ａと実施例２Ｂの走査レンズの入射面及び出射面の面定義中心は、水平基準軸から副走査方向に２．８ｍｍの位置に存在する。ここで、面定義中心とは、式（１）の座標の原点である。

図２１は、実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像面湾曲を示す。図において「主」及び「副」はそれぞれ主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す。

図２２は、実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像高ズレ量を示す。被走査面上の理論像高をY[mm]、偏向角をθ[deg]、焦点距離をｆ[mm]として、以下の式が成立する。

Y=ｆθ
像高ズレ量は、実際の像高の理論像高からの偏差である。

図２３は、実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副走査結像位置を示す。副走査結像位置は、副走査方向における水平基準軸からの結像位置までの距離である。副走査結像位置のP-V値（Peak to Valley）を走査線曲りとする。走査線曲りは約10umにまで抑えられており、色ズレの影響はない。

図２４は、実施例２Ａと実施例２Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副倍率を示す。副倍率は「1＜|m|＜2.5」の条件に収まっており、レンズサイズと偏芯、形状誤差、環境変動による影響とのバランスがとれている。

図２１乃至図２４から、実施例２Ａの走査光学系と実施例２Ｂの走査光学系とは、ほぼ同等の光学性能を有しているということができる。

図２５は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。図２５の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図２５の縦軸は、その位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsを示す。図２５によると、実施例２Ａ及び実施例２Ｂについて、主走査方向の全領域にわたりθnsの符号は変わらない。

実施例２Ａ及び実施例２Ｂにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す曲線は、主走査方向の中心において、θnsの絶対値が大きな方向に凸であり、主走査方向の端部において、θnsの絶対値が大きな方向に凹である。

実施例２Ａにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも小さい。他方、実施例２Ｂにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも大きい。

図２６は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図２６の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図２６の縦軸は、その位置におけるθnsの変化量を示す。図２６によると、θnsの変化量のP-V値は、実施例２Ａにおいて０．０８４［ｄｅｇ］であり、実施例２Ｂにおいて０．１１４［ｄｅｇ］であり、実施例２Ｂの方が大きい。

図２７は、実施例２Ａ及び実施例２Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図２７の横軸は、像高を示し、図２７の縦軸は、その像高における副走査方向の結像位置を示す。図２７によると、実施例２Ａの場合に走査線曲りは、６３．８マイクロメータであり、実施例２Ｂの場合に走査線曲りは、１０８．９マイクロメータである。位置ズレがない場合を示す図２３によると、実施例２Ａの場合に像高に対する走査線曲りは、１１．１マイクロメータであり、実施例２Ｂの場合に像高に対する副走査方向の結像位置の差は、１１．８マイクロメータである。したがって、位置ズレによる走査線曲りの変化量は、実施例２Ａの場合に６３．８−１１．１＝５２．６マイクロメータであり、実施例２Ｂの場合に１０８．９−１１．８＝９７．１マイクロメータである。

したがって、実施例２Ａの走査レンズは、実施例２Ｂの走査レンズよりも、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の走査線曲りの変化量が小さく、上記の位置ずれによる影響を受けにくい。

実施例３Ａ及び実施例３Ｂ
実施例３Ａと実施例３Ｂとは、入射面の主光線の通過位置における法線と水平基準軸がなす角度は異なるが、光学配置及び他の光学性能はほぼ同等となるように設計した。

図２８は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査光学系を示す図である。図２８（ａ−１）及び図２８（ｂ−１）は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査光学系の主走査断面を示す図である。図２８（ａ−２）及び図２８（ｂ−２）は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査光学系の副走査断面を示す図である。

波長７８５ｎｍの半導体レーザ光源から放射された光束は、コリメートレンズ、絞り、シリンドリカルレンズを通過した後、副走査断面において副走査方向に所定の角度を持ってポリゴンミラー２０９へ入射し、偏向された光束は走査レンズ１００３Ａまたは１００３Ｂを通過し、被走査面２０３に集光する。主走査断面において、走査レンズ１００３Ａまたは１００３Ｂに収束光束が入射するように構成されている。このような構成により、走査レンズ１００３Ａまたは１００３Ｂの主走査断面において、中心厚を小さくし、厚さのばらつきを小さくすることができる。

表７は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査光学系の光学配置及び光学素子の諸元を示す表である。表７において、偏向基準点とはポリゴンミラーにおける光束の反射点である。

表８は、実施例３Ａの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

表９は、実施例３Ｂの走査レンズの面形状を表す係数を示す表である。

実施例３Ａと実施例３Ｂの走査レンズの入射面及び出射面の面定義中心は、水平基準軸から副走査方向に２．８ｍｍの位置に存在する。ここで、面定義中心とは、式（１）の座標の原点である。

図２９は、実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と像面湾曲との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像面湾曲を示す。図において「主」及び「副」はそれぞれ主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す。

図３０は、実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と像高ズレ量との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は像高ズレ量を示す。被走査面上の理論像高をY[mm]、偏向角をθ[deg]、焦点距離をｆ[mm]として、以下の式が成立する。

Y=ｆθ
像高ズレ量は、実際の像高の理論像高からの偏差である。

図３１は、実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と副走査方向の結像位置（副走査結像位置）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副走査結像位置を示す。副走査結像位置は、副走査方向における水平基準軸からの結像位置までの距離である。副走査結像位置のP-V値（Peak to Valley）を走査線曲りとする。走査線曲りは約10umにまで抑えられており、色ズレの影響はない。

図３２は、実施例３Ａと実施例３Ｂの像高と副走査方向の倍率（副倍率）との関係を示す図である。横軸は被走査面での像高を示し、縦軸は副倍率を示す。副倍率は「1＜|m|＜2.5」の条件に収まっており、レンズサイズと偏芯、形状誤差、環境変動による影響とのバランスがとれている。

図２９乃至図３２から、実施例３Ａの走査光学系と実施例３Ｂの走査光学系とは、ほぼ同等の光学性能を有しているということができる。

図３３は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す図である。図３３の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図３３の縦軸は、その位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsを示す。図３３によると、実施例３Ａ及び実施例３Ｂについて、主走査方向の全領域にわたりθnsの符号は変わらない。

実施例３Ａ及び実施例３Ｂにおいて、入射面の主光線の通過位置とその位置における法線と水平基準軸がなす角度θnsとの関係を示す曲線は、主走査方向の中心において、θnsの絶対値が大きな方向に凸であり、主走査方向の端部において、θnsの絶対値が大きな方向に凹である。

実施例３Ａにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも小さい。他方、実施例３Ｂにおいて、主走査方向の端部におけるθnsの値は、主走査方向の中心部におけるθnsの値よりも大きい。

図３４は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合のθnsの変化量を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図３４の横軸は、入射面の主光線の通過位置（主走査方向の位置）を示し、図３４の縦軸は、その位置におけるθnsの変化量を示す。図３４によると、θnsの変化量のP-V値は、実施例３Ａにおいて０．０９２［ｄｅｇ］であり、実施例３Ｂにおいて０．１０６［ｄｅｇ］であり、実施例３Ｂの方が大きい。

図３５は、実施例３Ａ及び実施例３Ｂの走査レンズの副走査断面において、図９に示すように入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の副走査方向の結像位置（副走査結像位置）を示す図である。位置ズレの量は、３０マイクロメータとした。図３５の横軸は、像高を示し、図３５の縦軸は、その像高における副走査方向の結像位置を示す。図３５によると、実施例３Ａの場合に走査線曲りは、６５．８マイクロメータであり、実施例３Ｂの場合に走査線曲りは、８０．１マイクロメータである。位置ズレがない場合を示す図３１によると、実施例３Ａの場合に像高に対する走査線曲りは、５．９マイクロメータであり、実施例３Ｂの場合に像高に対する副走査方向の結像位置の差は、６．２マイクロメータである。したがって、位置ズレによる走査線曲りの変化量は、実施例３Ａの場合に６５．８−５．９＝５９．９マイクロメータであり、実施例３Ｂの場合に８０．１−６．２＝７３．９マイクロメータである。

したがって、実施例３Ａの走査レンズは、実施例３Ｂの走査レンズよりも、入射面と出射面とが水平基準軸に垂直な方向に位置ズレを起こした場合の走査線曲りの変化量が小さく、上記の位置ずれによる影響を受けにくい。

Claims (4)

1. 回転多面鏡と走査レンズとを含む走査光学系であって、
   該回転多面鏡における主光線の反射点を含み、回転軸に垂直な面を主走査断面とし、該主走査断面に垂直な面のうち、その面内において該反射点から被走査面までの光線の経路が最小となる面を副走査断面として、
   該走査レンズについて、
   入射面の該主走査断面に平行な断面の形状は、主走査方向の中心部で凸、主走査方向の端部で凹であり、出射面の該主走査断面に平行な断面の形状は、主走査方向の中心部で凹、主走査方向の端部で凸であり、
   該副走査断面の形状は、該入射面が凹、該出射面が凸のメニスカス形状であり、
   該副走査断面において、該走査光学系の該回転多面鏡の該反射点から回転軸に垂直な方向に延伸した軸を水平基準軸として、該入射面の主光線通過位置における法線が該水平基準軸となす角度をθｎｓとして、θｎｓは、主走査方向の全領域において該法線が被走査面側において該水平基準軸と交差するように定められた走査光学系。
2. 主走査方向の中心部におけるθｎｓの絶対値が、主走査方向の端部におけるθｎｓの絶対値よりも大きい請求項１に記載の走査光学系。
3. 前記入射面において副走査方向の異なる位置に入射する２以上の走査光線を処理するように構成された請求項１または２に記載の走査光学系。
4. 前記主走査断面において、前記走査レンズに収束光束が入射するように構成された請求項１から３のいずれかに記載の走査光学系。

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