JP2000019444A - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置

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JP2000019444A JP10205907A JP20590798A JP2000019444A JP 2000019444 A JP2000019444 A JP 2000019444A JP 10205907 A JP10205907 A JP 10205907A JP 20590798 A JP20590798 A JP 20590798A JP 2000019444 A JP2000019444 A JP 2000019444A
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optical system
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lens
scanning direction
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Yoshihiro Ishibe
芳浩 石部
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 諸収差や副走査斜入射によるスポット変形を
効果的に補正すると共に耐環境特性に優れた光走査光学
系及びそれを用いた画像形成装置を得ること。 【解決手段】 光源手段から出射した光束を結像させる
第1の光学系と、入射された光束を主走査方向に偏向走
査する光偏向器と、光束を主走査方向において被走査面
上に結像させる第2の光学系と、光束を副走査方向にお
いて被走査面上に結像させると共に光偏向器の偏向面と
被走査面とを略共役な関係とする第3の光学系とを有
し、第1の光学系によって導かれる光束を光偏向器の回
転軸と直交する面に対して所定の角度をなすように光偏
向器に入射させると共に、第2の光学系を構成するレン
ズの少なくとも1面の主走査断面の形状を非円弧形状よ
り形成し、第1、第2の光学系のうち少なくとも一方の
光学系内に少なくとも主走査方向に屈折力を有する回折
光学素子を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光走査光学系及びそ
れを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射
した光束を光偏向器の回転軸と直交する面に対して所定
の角度で該光偏向器に入射させ偏向反射させた後、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
えばレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写
機などの装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より光源手段から出射した光束を光
偏向器であるポリゴンミラーの回転軸と直交する面に対
して所定の角度で該光偏向器に入射させ偏向反射させた
後、被走査面上を光走査して画像情報を記録するように
した光走査光学系が、例えば特開平7-27991 号公報や特
開平9-230274号公報等で種々と提案されている。
【0003】特開平7-27991 号公報では光源手段から出
射した光束をポリゴンミラーの回転軸と直交する面に対
して所定の角度で該ポリゴンミラーに入射させ偏向反射
させた後、走査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光走査光学系において、該ポリゴン
ミラーの偏向面(ポリゴン面)の主走査断面の形状を楕
円形状とし、該走査レンズの入射面だけを副走査方向に
変位させた形状としたポストオブジェクティブ光学系を
開示している。
【0004】特開平9-230274号公報では光源手段から出
射した光束をポリゴンミラーの回転軸と直交する面に対
して所定の角度で該ポリゴンミラーに入射させ偏向反射
させた後、シリンドリカルレンズあるいはシリンドリカ
ルミラーを介して被走査面上を光走査して画像情報を記
録する光走査光学系において、該シリンドリカルレンズ
あるいはシリンドリカルミラーに入射する光束が母線か
ら離れた所定の高さで入射するように該シリンドリカル
レンズあるいはシリンドリカルミラーを配置した光学系
を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の光走査光学系においては以下に述べる種々の問題点
がある。
【0006】特開平7-27991 号公報における光走査光学
系は光源手段から出射した光束がポリゴンミラーの回転
軸と直交する面に対して所定の角度をもって入射するよ
うに構成され、さらに主走査方向においては該ポリゴン
ミラーの偏向角の中央方向から入射するように構成され
たポストオブジェクティブ光学系であり、該ポリゴンミ
ラーの偏向面の主走査断面の形状を楕円形状にし、走査
レンズの入射面を副走査方向に変位させた形状としてい
る。
【0007】このような入射方法を用いた光学系、所謂
副走査斜入射光学系においては偏向面で反射された光束
が形成する面は平面とはならず円錐面を形成する。この
ような光束が走査レンズに入射する場合、レンズ中央部
とレンズ両端部とで副走査方向の光束の入射位置にずれ
が生じる。その為に生じるスポット形状の変形を同公報
では走査レンズの入射側の面を副走査方向に変位させる
ことによって補正しているが、fθ特性に関しては未補
正のままであるので、これを半導体レーザーの発振タイ
ミングを連続的に変化させることによって補正を行って
いる。ところがこのような補正を行なった場合、被走査
面上での走査速度が一定とはならない為に該被走査面上
での光量が不均一になってしまう。さらにこの光量の不
均一を補正する為に発振タイミングに加えて発光時間を
も連続的に変化させて光量を均一にしようとすると、今
度は主走査方向のスポット径が変化してしまい良好なる
光学性能を得ることが難しくなってしまう。また偏向面
が楕円のポリゴンミラーを使用している為に鏡面の加工
コストが高価であるという問題点も存在する。
【0008】特開平9-230274号公報においてはシリンド
リカルレンズあるいはシリンドリカルミラーに入射する
光束が母線から離れた所定の高さで入射するようにシリ
ンドリカルレンズあるいはシリンドリカルミラーを配置
することによって像面の湾曲を補正しているが、前述の
ようなスポット形状の変形に対しては何の考慮も成され
ていない。また同公報のような構成の光学系においては
前述の如きスポット形状の変形が起こる為に単純に像面
湾曲のみを補正しただけでは充分な光学性能を得ること
はできない。また同公報の例のようなオーバーフィルド
タイプの走査光学系では前記スポットの変形をなるべく
小さく押さえる為と、走査領域全域に亙って光量変動、
スポット径変化等を小さく押さえる為に副走査方向の斜
め入射角度を小さく設定し、かつポリゴンミラーの偏向
角の略中央から光束を入射させる為に、該ポリゴンミラ
ーに入射する光束は一旦走査レンズに入射させられ、そ
の後該ポリゴンミラーの偏向面で偏向反射された光束が
もう一度走査レンズに入射されるという構成(所謂ダブ
ルパス)を採ることが多い。このような走査レンズを2
回光束が通る構成の場合、走査レンズの面精度を厳しく
管理しないと主走査方向の像面の移動が大きくなってき
てしまう。よって同公報の例のようなオーバーフィルド
タイプのダブルパス光学系においては走査レンズは比較
的精度が出しやすく環境変動の少ない光学ガラス2枚程
度で構成されており、環境特性に劣る安価なプラスチッ
ク材料を走査レンズに使用することが難しいという問題
点があった。
【0009】本発明は副走査斜入射光学系、特にオーバ
ーフィルド走査光学系において、第2の光学系としての
走査レンズをプラスチックレンズ1枚で構成し、その形
状を適切に設定することにより低コスト化を図ると共に
fθ特性、像面湾曲等を良好に補正し、また副走査斜入
射によるスポットの変形も第3の光学系としての補正レ
ンズをプラスチックレンズ1枚で構成し、その形状、配
置等を最適化することにより効果的に補正し、更に第
1、第2の光学系のうち少なくとも一方の光学系内に回
折光学素子を設けることにより耐環境特性に優れた、高
品質な光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提
供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査光学系
は、(1) 光源手段から出射した光束を整形して主走査方
向と同方向に長い線状として結像させる第1の光学系
と、該第1の光学系の結像位置近傍に偏向面を有し、入
射された光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、
該光偏向器で偏向された光束を主走査方向において被走
査面上に結像させる第2の光学系と、該光偏向器で偏向
された光束を副走査方向において被走査面上に結像させ
ると共に該光偏向器の偏向面と該被走査面とを略共役な
関係とする第3の光学系と、を有する光走査光学系にお
いて、該第1の光学系によって導かれる光束を該光偏向
器の回転軸と直交する面に対して所定の角度をなすよう
に該光偏向器に入射させると共に、該第2の光学系を構
成するレンズの少なくとも1面の主走査断面の形状を非
円弧形状より形成し、該第1、第2の光学系のうち少な
くとも一方の光学系内に少なくとも主走査方向に屈折力
を有する回折光学素子を設けたことを特徴としている。
【0011】特に(1-1) 前記光偏向器に入射する光束は
該光偏向器の偏向角の略中央から入射し、かつ該光偏向
器の偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射するこ
とや、(1-2) 前記第2、第3の光学系は共に1枚のレン
ズで構成されていることや、(1-3) 前記第2の光学系を
構成する1枚のレンズの材質はプラスチック材料から成
ることや、(1-4) 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
ンズの材質はプラスチック材料から成ることや、(1-5)
前記回折光学素子は前記第1の光学系内に形成されてい
ることや、(1-6) 前記回折光学素子は前記第2の光学系
内に形成されていることや、(1-7) 前記第2の光学系を
構成する1枚のレンズの副走査方向の屈折力をφ2Sと
したとき|φ2S|≦0.001であることや、(1-8)
前記第3の光学系を構成する1枚のレンズの主走査方向
の屈折力をφ3Mとしたとき|φ3M|≦0.001で
あることや、(1-9) 前記回折光学素子は環境変動によっ
て発生する走査光学系の収差変動を、その環境変動によ
って生じる前記光源手段の波長変動を利用することによ
って相殺するように機能していることや、(1-10)前記第
3の光学系を構成する1枚のレンズは前記光偏向器から
前記被走査面までの距離の中間位置よりも該被走査面側
に配置されていることや、(1-11)前記第3の光学系を構
成する1枚のレンズは少なくとも1面の副走査断面の曲
率半径がレンズ光軸から主走査方向に離れるに従って連
続的に変化していることや、(1-12)前記第3の光学系を
構成する1枚のレンズは該レンズに入射する光線が該レ
ンズの副走査断面内の面頂点から副走査方向に所定量ず
れた位置に入射するように配置されていることや、(1-1
3)前記第3の光学系を構成する1枚のレンズは該レンズ
に入射する光線と、該レンズの副走査断面内の光軸とが
副走査断面内において所定の角度を有するように配置さ
れていることや、(1-14)前記第2の光学系を構成する1
枚のレンズは前記第1の光学系の機能をも兼ねているこ
とや、(1-15)前記第2の光学系を構成する1枚のレンズ
の副走査断面の形状を両面とも平面形状より形成したこ
とや、(1-16)前記第3の光学系を構成する1枚のレンズ
の主走査断面の形状を両面とも円弧形状より形成したこ
とや、(1-17)前記光源手段と前記光偏向器との間の光路
内に折り返しミラーを配置したこと、等を特徴としてい
る。
【0012】本発明の画像形成装置は、(2) 上記(1),(1
-1) 〜(1-17)記載のいずれか1項記載の光走査光学系を
用いて画像形成を行うことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の光走
査光学系をレーザビームプリンタやデジタル複写機等の
画像形成装置に適用したときの主走査方向の要部断面
図、図2は本発明の実施形態1の光走査光学系をレーザ
ービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に
適用したときの副走査方向の要部断面図である。
【0014】図1,図2において1は光源手段であり、
例えば半導体レーザー等より成っている。2は変換光学
素子(例えば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を弱発散光束に変換している。
4はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定の
屈折力を有し、変換光学素子3で変換された弱発散光束
を副走査断面内で後述する光偏向器としてのポリゴンミ
ラー6の偏向面(反射面)6a上に主走査方向に長いほ
ぼ線状(線像)として結像させている。3は開口絞りで
あり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。
10は回折光学素子であり、主走査方向に正の屈折力
(パワー)を有している。
【0015】尚、変換光学素子2、シリンドリカルレン
ズ4、開口絞り3、回折光学素子10等の各要素は入射
光学系としての第1の光学系L1の一要素を構成してお
り、これらの各要素は主走査平面から所定量変位させて
配置している。本実施形態においては図面上、下方に変
位させている。
【0016】5は平面形状より成る折り返しミラーであ
り、光源手段1とポリゴンミラー6との間の光路内に配
置されており、該第1の光学系L1と同様主走査平面か
ら所定量下方に変位させ、その反射面を斜め上方に向け
て配置することにより該第1の光学系L1を通過した光
束をポリゴンミラー6に主走査方向においては正面(ポ
リゴンミラーの偏向角の略中央、即ち主走査方向に沿っ
た走査範囲の略中央)から入射させ、また副走査方向に
おいては斜め下方から入射させている。更に第1の光学
系L1を通過した光束をポリゴンミラー6の偏向面6a
の主走査方向の幅よりも広い状態で入射させている(所
謂オーバーフィルド光学系)。
【0017】尚、本明細書において主走査平面とは第1
の光学系L1によって形成される線像の結像点を含みポ
リゴンミラー6の回転軸と直交する平面のことである。
【0018】6は光偏向器としてのポリゴンミラーであ
り、モーター等の駆動手段(不図示)により図中矢印A
方向(主走査方向)に一定角速度で回転している。
【0019】7は第2の光学系L2としての走査レンズ
であり、プラスチック材料から成る単レンズで構成して
おり、副走査方向にはパワーを殆ど有さず(単レンズの
副走査方向の屈折力をφ2Sとしたとき|φ2S|≦
0.001である)、主走査方向にパワーを有し、その
両面の主走査断面の形状を共に非円弧形状(非球面)よ
り形成している。走査レンズ7はポリゴンミラー6によ
り一定角速度で偏向された光束を主に主走査方向におい
て被走査面9上に結像させると共に被走査面9上におい
て一定速度となるように補正を行なっている。
【0020】8は第3の光学系L3としての補正レンズ
であり、プラスチック材料から成る単レンズで構成して
おり、主走査方向にはパワーを殆ど有さず(単レンズの
主走査方向の屈折力をφ3Mとしたとき|φ3M|≦
0.001である)、副走査方向にパワーを有し、かつ
ポリゴンミラー6から被走査面9までの距離の中間位置
よりも該被走査面9側に配置されている。補正レンズ8
はポリゴンミラー6により偏向された光束を主に副走査
方向において被走査面9上に結像させると共に該ポリゴ
ンミラー6の偏向面6aと被走査面9とを略共役な関係
としている。
【0021】9は被走査面であり、例えば感光ドラム等
から成っており、ポリゴンミラー6が図中矢印A方向に
一定角速度で回転することにより、そのポリゴンミラー
6の偏向面6aによって等角速度で偏向走査された光束
が第2、第3の光学系L2,L3を通過することによっ
て被走査面9上でスポット状に集光され、図中矢印B方
向(主走査方向)に一定速度で走査される。
【0022】図3(A),(B)は各々アンダーフィル
ド光学系とオーバーフィルド光学系において光源手段か
ら出射した光束がポリゴンミラーの偏向面へ入射する様
子を示した説明図である。
【0023】本実施形態の光走査光学系においては図3
(A)に示すように第1の光学系L1(不図示)を通過
した光束の主走査方向の光束幅の方が、ポリゴンミラー
6の偏向面6aの主走査方向の幅よりも広い状態で入射
させている(所謂オーバーフィルド光学系)。
【0024】一方、従来一般的に用いられている光走査
光学系は図3(B)に示すように第1の光学系(不図
示)を通過した光束の主走査方向の光束幅の方が、ポリ
ゴンミラー16の偏向面16aの主走査方向の幅よりも
狭い状態で入射させている(所謂アンダーフィルド光学
系)。
【0025】図3(A)、(B)から解るように走査レ
ンズに入射させる光束の主走査方向の光束幅を同じと仮
定した場合、明らかにオーバーフィルド光学系の方がポ
リゴンミラーを小さく、かつ偏向面の面数も多く設定す
ることが可能である為、高速化、高解像度化に対して非
常に有利となる。
【0026】しかしながらオーバーフィルド光学系にお
いては図3(A)に示すようにポリゴンミラー6に入射
させる光束をアンダーフィルド光学系と同様な方向から
入射させてしまうと、主走査方向の走査領域の両端部に
おける走査レンズ7に入射する主走査方向の光束幅に大
きな非対称が生じてしまう。その結果、被走査面上にお
いて走査の開始側と終了側とで主走査方向のスポット径
に大きな差が生じ、かつ光量も大きく変化してしまう。
【0027】そこで本実施形態においては上記弊害を許
容できる程度まで押さえる為にポリゴンミラー6に入射
させる光束を前記図1に示したように主走査方向の走査
範囲の略中央から入射させている。一方このような入射
方法をとった場合には入射光学系としての第1の光学系
L1と走査光学系とを同一平面(主走査平面)上に配置
することができない為、ポリゴンミラー6に入射させる
光束を主走査平面に対して所定の角度で下方から該ポリ
ゴンミラー6に入射させている。
【0028】本実施形態において第2の光学系L2であ
る走査レンズ7は前述の如くプラスチック材料から成る
単レンズで構成されており、その主走査断面の形状を両
面とも非円弧形状(非球面)で形成している。本実施形
態の如く走査レンズ7を単レンズで構成した場合、両面
の主走査断面の形状を単純な円弧形状で形成すると像面
湾曲とfθ特性を同時に満足させることは非常に困難と
なる為、少なくとも一方のレンズ面の主走査断面の形状
を非円弧形状とする必要がある。
【0029】そこで本実施形態においては像面湾曲とf
θ特性を非常に良好に補正する為に走査レンズ7の両面
の主走査断面の形状を非円弧形状としている。また副走
査断面の形状を両面とも曲率半径が無限大(即ち平面形
状)となるように形成しており、副走査断面に屈折力を
有さない形状としている。
【0030】本実施形態において第3の光学系L3であ
る補正レンズ8は前述の如くプラスチック材料から成る
単レンズで構成しており、主走査方向にはパワーを殆ど
有せず、副走査方向にのみパワーを有し、かつポリゴン
ミラー6から被走査面9までの距離の中間位置よりも該
被走査面9側に配置している。また補正レンズ8はポリ
ゴンミラー6により偏向反射された光束を主に副走査方
向において被走査面9上に結像させると共に、該ポリゴ
ンミラー6の偏向面6aと被走査面9とを略共役な関係
としている。
【0031】ここで装置の環境変動、特に環境温度に変
化が生じた場合、補正レンズ8を構成しているプラスチ
ック材料の屈折率変化によって副走査方向のピントずれ
が発生してしまう。このピントずれ量を実用上問題のな
い程度に小さく押さえる為には、ポリゴンミラー6の偏
向面6aと被走査面9との結像倍率を小さくすることに
よって達成することができる。
【0032】そこで本実施形態においては補正レンズ8
をポリゴンミラー6から被走査面9までの距離の中間位
置よりも該被走査面9側に配置することによって、結像
倍率を1倍以下になるように構成している。これによっ
て環境温度に変化が生じた場合でも副走査方向のピント
ずれを実用上問題の無い程度に押さえている。
【0033】本実施形態においては前述の如く走査レン
ズ7の副走査断面の形状を両面とも曲率半径が無限大
(即ち平面形状)となるように形成しているのは環境温
度の変化による副走査方向のピントずれを小さく押さえ
る為である。走査レンズ7の副走査断面の形状を主走査
断面と同じ形状にしてしまうと副走査方向に主走査方向
と同じパワーを有してしまう。走査レンズ7は比較的ポ
リゴンミラー6に近い所に配置される為、この場所に副
走査方向のパワーが存在すると結像倍率を小さくするこ
とが難しくなってしまうのである。その為に本実施形態
においては走査レンズ7の副走査断面の形状を両面とも
曲率半径が無限大となるように形成することで積極的に
結像倍率を小さくすることにより副走査方向のピントず
れを実用上問題のない程度に押さえている。
【0034】本実施形態における補正レンズ8は被走査
面9側のレンズ面の副走査断面の曲率半径がレンズ光軸
から主走査方向に離れるに従って連続的に変化するよう
に設定している。補正レンズ8の副走査断面の曲率半径
を一定のまま、即ち単純なトーリック形状としてしまう
と副走査方向の像面湾曲が残存してしまう。この副走査
方向の像面湾曲を小さく押さえる為には補正レンズ8を
被走査面9側に近づけていけば良いが、あまり近づけて
しまうと該補正レンズ8が主走査方向に長くなってしま
い好ましくない。
【0035】そこで本実施形態においては上述の如く補
正レンズ8の被走査面側のレンズ面の副走査断面の曲率
半径がレンズ光軸から主走査方向に離れるに従って連続
的に変化するように設定することによって副走査方向の
像面湾曲を全画像範囲に亙って良好に補正している。
【0036】本実施形態のような、所謂副走査斜入射光
学系においては前述したように偏向面6aで偏向反射さ
れた光束が形成する面は平面とはならず円錐面を形成す
る為に走査レンズ7、補正レンズ8に対してスキュー入
射(斜入射)することになる。その為に、特に主走査方
向の走査端部においてスキュー入射により発生する収差
がスポット形状に悪影響を及ぼしスポット形状が劣化し
てしまい、所望のスポット形状が得られなくなってしま
う。さらに上記スキュー入射の影響で被走査面9上にお
いて走査線の湾曲も同時に発生してしまう等の問題点が
ある。
【0037】そこで本実施形態における補正レンズ8は
上記スキュー入射によるスポット形状の劣化を該補正レ
ンズ8に入射する光線が、該補正レンズ8の副走査断面
内の面頂点から副走査方向に所定量ずれた位置に入射す
るように該補正レンズ8を配置することによって効果的
に補正している。具体的には図4(A)に示すように補
正レンズ8に入射する光線を該補正レンズ8の副走査断
面内の面頂点よりも副走査方向、上方に入射させること
によって主走査方向の走査端部におけるスポット形状の
劣化を補正している。
【0038】さらに本実施形態においては補正レンズ8
に入射する光線と、該補正レンズ8の副走査断面内の光
軸とが副走査断面内において所定の角度を有するように
設定(配置)することによって、被走査面9上での走査
線の湾曲を補正している。具体的には図4(B)に示す
ように補正レンズ8の副走査断面内の光軸と主走査平面
とが平行になるように設定(配置)することによって、
補正レンズ8に入射する光線と、該補正レンズの副走査
断面内の光軸とが副走査断面内において所定の角度を有
するように設定している。副走査方向にパワーを有する
補正レンズ8をこのように構成することによって被走査
面9上での走査線の湾曲を補正している。
【0039】本実施形態においては第1の光学系L1の
構成要素の1つである開口絞り3の直後に主走査方向に
正のパワーを有する回折光学素子10を配置している。
この回折光学素子10は装置の環境変動、特に環境温度
の変化によって発生する走査レンズ7の収差変動を環境
変動、特に環境温度の変化によって生じる光源手段であ
る半導体レーザー1の波長変動を利用することによって
相殺するように機能している。
【0040】走査レンズ7は前述の如くプラスチック材
料から成る単レンズで構成されているので、装置の環境
変動、特に環境温度に変化が生じた場合、走査レンズ7
を構成しているプラスチック材料の屈折率変化によって
主走査方向のピントずれが発生してしまう。具体的には
環境温度が上昇した場合には走査レンズ7を構成してい
るプラスチック材料の屈折率が低くなる為に、主走査方
向のピントは被走査面9の後方にずれることになる。
【0041】一方、環境温度が上昇した場合には光源手
段である半導体レーザー1の発振波長は一般には長波長
側にシフトする。回折光学素子10は格子ピッチが一定
で入射光の波長が長くなった場合、その焦点距離が短く
なる。それによって主走査方向のピントが被走査面9の
前方にずれることになる。
【0042】本実施形態においては走査レンズ7の主走
査方向のピントずれ量と、回折光学素子10の主走査方
向のピントずれ量を相殺して結果的に主走査方向のピン
トずれが発生しないように該走査レンズ7の主走査方向
のパワーと該回折光学素子10の主走査方向のパワーの
比を適切に設定している。
【0043】表1に本実施形態における光学配置と走査
レンズ7と補正レンズ8の非球面係数及び回折光学素子
の位相項を示す。
【0044】
【表1】 走査レンズ7の主走査断面の非球面形状は各レンズ面と
光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面
内において光軸と直交する軸をY軸、副走査断面内にお
いて光軸と直交する軸をZ軸としたときに、
【0045】
【数1】 なる式で表わされる。
【0046】尚、Rは曲率半径、k、B4 〜B10は非球
面係数である。
【0047】また走査レンズ7の副走査断面の形状は前
述の如く両面とも曲率半径が無限大(即ち平面形状)で
ある。
【0048】補正レンズ8の主走査断面の形状は曲率半
径がRの円弧形状であり、一方副走査断面の形状は主走
査方向のレンズ面座標がYであるところの曲率半径r´
が、 r´=r(1+D22 +D44 +D66 +D8
8 +D1010) なる式で表わされる。
【0049】尚、rは光軸上における曲率半径、D2
10は各係数である。
【0050】また回折光学素子10の位相関数をφ
(y、z)として、光軸と回折面との交点を原点とし
て、光軸方向をx軸、主走査断面内において光軸と直交
する軸をy軸、副走査断面内において光軸と直交する軸
をz軸としたとき
【0051】
【数2】 ここで、m=0〜10であり、ただしm+n≦10とす
る。
【0052】
【数3】 で計算される。
【0053】図5は本実施形態の光走査光学系の主走査
方向、副走査方向の像面湾曲及びfθ特性を示す収差図
である。
【0054】図6は本実施形態の光走査光学系において
環境温度が25℃昇温したときにおける主走査方向、副
走査方向の像面湾曲及びfθ特性を示す収差図である。
【0055】図7は本実施形態の光走査光学系の被走査
面上でのスポット形状を示す説明図である。同図におい
て一番外側の線aがピーク強度の1/e2 でスライスし
たときの形状、2番目の線b、3番目の線cは各々50
%、90%でスライスしたときのスポット形状を示して
いる。
【0056】各図から解るように本実施形態の如く光走
査光学系を設定することにより各収差を良好に補正しつ
つ、スキュー入射によるスポット形状の劣化を効果的に
補正することが可能で、かつ光走査光学系に安価なプラ
スチックレンズを用いて大幅なコストダウンを図ること
の可能な耐環境特性に優れた走査光学系を達成すること
が出来る。
【0057】図8は本発明の実施形態2の光走査光学系
をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形
成装置に適用したときの主走査方向の要部断面図であ
り、図9は本発明の実施形態2の光走査光学系をレーザ
ービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に
適用したときの副走査方向の要部断面図である。図8,
図9において図1,図2に示した要素と同一要素には同
符番を付している。
【0058】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は回折光学素子を第2の光学系である走査レンズ
のポリゴンミラー側のレンズ面上に形成した点、及び走
査レンズに第1の光学系の機能をも兼用させたことであ
る。その他の構成及び光学的作用は実施形態1と略同様
であり、これにより同様な効果を得ている。
【0059】即ち、同図において10は回折光学素子で
あり、第2の光学系L2である走査レンズ7のポリゴン
ミラー側のレンズ面7a上に形成されている。走査レン
ズ7は第1の光学系L1の機能をも兼用している。即ち
本実施形態では変換光学素子2からの弱発散光束がポリ
ゴンミラー6に入射する前に第2の光学系である走査レ
ンズ7を通してからポリゴンミラー6に入射させる構成
としている(所謂ダブルパス)。
【0060】このような構成を採ることによって変換光
学素子2の小型化が図れると共に副走査方向の斜入射角
度を小さく設定することが可能となる為、スキュー入射
することによる主走査方向の走査端部におけるスポット
形状の劣化も小さく押さえることができる。
【0061】前述の実施形態1においては走査レンズの
主走査方向のピントずれを回折光学素子の主走査方向の
ピントずれと相殺するように構成したが、このような構
成の場合、主走査方向のピントずれは補正することがで
きるが、fθ特性の劣化までは補正することは難しい。
【0062】そこで本実施形態においては回折光学素子
10を走査レンズ7のポリゴンミラー6側のレンズ面7
a上に形成することによって、該走査レンズ7と該回折
光学素子10との合成焦点距離を環境温度が変化しても
常に一定に保つように、該走査レンズ7と該回折光学素
子10との主走査方向のパワーの比を適切に設定してい
る。このように設定することにより、主走査方向のピン
トずれと同時にfθ特性の劣化をも補正することができ
る。
【0063】表2に本実施形態における光学配置と走査
レンズ7と補正レンズ8の非球面係数及び回折光学素子
10の位相項を示す。
【0064】表2におけるR,k,B4 〜B10,r,D
2 〜D10,Cjは実施形態1で示した諸係数と同様な意
味を持つ。
【0065】
【表2】 図10は本実施形態の光走査光学系の主走査方向、副走
査方向の像面湾曲及びfθ特性を示す収差図である。
【0066】図11は本実施形態の光走査光学系におい
て環境温度が25℃昇温したときにおける主走査方向、
副走査方向の像面湾曲及びfθ特性を示す収差図であ
る。
【0067】図12は本実施形態の光走査光学系の被走
査面上でのスポット形状を示す説明図である。同図にお
いて一番外側の線aがピーク強度の1/e2 でスライス
したときの形状、2番目の線b,3番目の線cは各々5
0%、90%でスライスしたときのスポット形状を示し
ている。
【0068】各図から解るように本実施形態の如く光走
査光学系を設定することにより各収差を良好に補正しつ
つ、スキュー入射によるスポット形状の劣化を効果的に
補正することが可能で、かつ光走査光学系にプラスチッ
クレンズを用いてもピント変動と共にfθ特性をも補正
可能な非常に耐環境特性に優れた走査光学系を達成する
ことができる。
【0069】尚、本実施形態では回折光学素子10を走
査レンズ7の面上に形成したが、これに限定されること
はなく、例えば光路内に独立させて配置しても良い。
【0070】また各実施形態においては主走査方向にパ
ワーを有する回折光学素子を用いたが、これに限定され
ることはなく、例えば主走査方向と副走査方向の両方に
パワーを有する回折光学素子を用いても良い。
【0071】本実施形態で用いている回折光学素子の構
成としては図13に示す1層のキノフォーム形状の1層
構成のものや、図15に示すような格子厚の異なる(又
は同一の)2つの層を積層した2層構成のもの等が適用
可能である。
【0072】図14は図13に示す回折光学素子101
の1次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の
回折光学素子101の構成は、基材102の表面に紫外
線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長530nmで1次回
折光の回折効率が100%となるような格子厚dの層1
03を形成している。
【0073】図14で明らかなように設計次数の回折効
率は最適化した波長530nmから離れるに従って低下
し、一方設計次数近傍の次数の0次回折光と2次回折光
の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光
の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につなが
る。
【0074】図15に示す2つの層104,105を積
層した積層型の回折光学素子の1次回折光の回折効率の
波長依存特性を図16に示す。
【0075】図15では基材102上に紫外線硬化樹脂
(nd=1.499、νd=54)からなる第1層10
4を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂(nd=1.
598、νd=28)からなる第2層105を形成して
いる。この材質の組み合わせでは第1層104の格子厚
d1はd1=13.8μm、第2層105の格子厚d2
はd2=10.5μmとしている。
【0076】図16から分かるように積層構造の回折光
学素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長
全域で95%以上の高い回折効率を有している。
【0077】なお、前述の積層構造の回折光学素子とし
て、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他
のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第
1層104を直接基材に形成しても良い。また各格子厚
が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっ
ては図17に示すように2つの層104と105の格子
厚を等しくしても良い。
【0078】この場合、回折光学素子の表面に格子形状
が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組
立作業性を向上させることができる。
【0079】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く副走査斜入射
光学系、特にオーバーフィルド走査光学系において、第
2の光学系としての走査レンズをプラスチックレンズ1
枚で構成し、その形状を適切に設定することにより低コ
スト化を図ると共にfθ特性、像面湾曲等を良好に補正
し、また副走査斜入射によるスポットの変形も第3の光
学系としての補正レンズをプラスチックレンズ1枚で構
成し、その形状、配置等を最適化することにより効果的
に補正し、更に第1、第2の光学系のうち少なくとも一
方の光学系内に回折光学素子を設けることにより耐環境
特性に優れた、高品質な光走査光学系及びそれを用いた
画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の主走査方向の要部断面
【図2】 本発明の実施形態1の副走査方向の要部断面
【図3】 アンダーフィルド光学系とオーバーフィルド
光学系のポリゴンミラーへの入射の様子を示す説明図
【図4】 本発明の実施形態1における補正レンズに入
射する光線のよう子を示す説明図
【図5】 本発明の実施形態1の収差図
【図6】 本発明の実施形態1において環境温度が25
℃変化したときの収差図
【図7】 本発明の実施形態1のスポット形状を示す説
明図
【図8】 本発明の実施形態2の主走査方向の要部断面
【図9】 本発明の実施形態2の副走査方向の要部断面
【図10】 本発明の実施形態2の収差図
【図11】 本発明の実施形態2において環境温度が2
5℃変化したときの収差図
【図12】 本発明の実施形態2のスポット形状を示す
説明図
【図13】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図14】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図15】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【図16】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図
【図17】 本発明に係る回折光学素子の説明図
【符号の説明】
1 光源手段(半導体レーザー) 2 変換光学素子(コリメータレンズ) 3 開口絞り 4 シリンドリカルレンズ 5 折り返しミラー 6 偏向手段(ポリゴンミラー) 7 走査レンズ 8 補正レンズ 9 被走査面(感光ドラム面) 10 回折光学素子 L1 第1の光学系 L2 第2の光学系 L3 第3の光学系

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段から出射した光束を整形して主
    走査方向と同方向に長い線状として結像させる第1の光
    学系と、 該第1の光学系の結像位置近傍に偏向面を有し、入射さ
    れた光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、 該光偏向器で偏向された光束を主走査方向において被走
    査面上に結像させる第2の光学系と、 該光偏向器で偏向された光束を副走査方向において被走
    査面上に結像させると共に該光偏向器の偏向面と該被走
    査面とを略共役な関係とする第3の光学系と、を有する
    光走査光学系において、 該第1の光学系によって導かれる光束を該光偏向器の回
    転軸と直交する面に対して所定の角度をなすように該光
    偏向器に入射させると共に、 該第2の光学系を構成するレンズの少なくとも1面の主
    走査断面の形状を非円弧形状より形成し、該第1、第2
    の光学系のうち少なくとも一方の光学系内に少なくとも
    主走査方向に屈折力を有する回折光学素子を設けたこと
    を特徴とする光走査光学系。
  2. 【請求項2】 前記光偏向器に入射する光束は該光偏向
    器の偏向角の略中央から入射し、かつ該光偏向器の偏向
    面の主走査方向の幅より広い状態で入射することを特徴
    とする請求項1記載の光走査光学系。
  3. 【請求項3】 前記第2、第3の光学系は共に1枚のレ
    ンズで構成されていることを特徴とする請求項1記載の
    光走査光学系。
  4. 【請求項4】 前記第2の光学系を構成する1枚のレン
    ズの材質はプラスチック材料から成ることを特徴とする
    請求項3記載の光走査光学系。
  5. 【請求項5】 前記第3の光学系を構成する1枚のレン
    ズの材質はプラスチック材料から成ることを特徴とする
    請求項3記載の光走査光学系。
  6. 【請求項6】 前記回折光学素子は前記第1の光学系内
    に形成されていることを特徴とする請求項1記載の光走
    査光学系。
  7. 【請求項7】 前記回折光学素子は前記第2の光学系内
    に形成されていることを特徴とする請求項1、3又は4
    記載の光走査光学系。
  8. 【請求項8】 前記第2の光学系を構成する1枚のレン
    ズの副走査方向の屈折力をφ2Sとしたとき|φ2S|
    ≦0.001であることを特徴とする請求項3、4又は
    7記載の光走査光学系。
  9. 【請求項9】 前記第3の光学系を構成する1枚のレン
    ズの主走査方向の屈折力をφ3Mとしたとき|φ3M|
    ≦0.001であることを特徴とする請求項3又は5記
    載の光走査光学系。
  10. 【請求項10】 前記回折光学素子は環境変動によって
    発生する走査光学系の収差変動を、その環境変動によっ
    て生じる前記光源手段の波長変動を利用することによっ
    て相殺するように機能していることを特徴とする請求項
    1、6又は7記載の光走査光学系。
  11. 【請求項11】 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
    ンズは前記光偏向器から前記被走査面までの距離の中間
    位置よりも該被走査面側に配置されていることを特徴と
    する請求項3、5又は9記載の光走査光学系。
  12. 【請求項12】 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
    ンズは少なくとも1面の副走査断面の曲率半径がレンズ
    光軸から主走査方向に離れるに従って連続的に変化して
    いることを特徴とする請求項3、5、9又は11記載の
    光走査光学系。
  13. 【請求項13】 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
    ンズは該レンズに入射する光線が該レンズの副走査断面
    内の面頂点から副走査方向に所定量ずれた位置に入射す
    るように配置されていることを特徴とする請求項3、
    5、9、11又は12記載の光走査光学系。
  14. 【請求項14】 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
    ンズは該レンズに入射する光線と、該レンズの副走査断
    面内の光軸とが副走査断面内において所定の角度を有す
    るように配置されていることを特徴とする請求項3、
    5、9、11、12又は13記載の光走査光学系。
  15. 【請求項15】 前記第2の光学系を構成する1枚のレ
    ンズは前記第1の光学系の機能をも兼ねていることを特
    徴とする請求項3、4、7又は8記載の光走査光学系。
  16. 【請求項16】 前記第2の光学系を構成する1枚のレ
    ンズの副走査断面の形状を両面とも平面形状より形成し
    たことを特徴とする請求項3、4、7、8又は15記載
    の光走査光学系。
  17. 【請求項17】 前記第3の光学系を構成する1枚のレ
    ンズの主走査断面の形状を両面とも円弧形状より形成し
    たことを特徴とする請求項3、5、9、11、12、1
    3又は14記載の光走査光学系。
  18. 【請求項18】 前記光源手段と前記光偏向器との間の
    光路内に折り返しミラーを配置したことを特徴とする請
    求項1記載の光走査光学系。
  19. 【請求項19】 前記請求項1乃至請求項18記載のい
    ずれか1項記載の光走査光学系を用いて画像形成を行う
    ことを特徴とする画像形成装置。
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