JP2005031646A - 反射型走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転対称な面形状を持つ曲面ミラーを含む結像光学系を用いた反射型
走査光学系において、副走査方向における倍率の変化を低減することによって、
走査対象面上のスポット径の均一化を図るとともに、マルチビーム走査光学系に
使用する際においては走査線同士の間隔を均一とできる反射型走査光学系を提供
する。
【解決手段】
反射型走査光学系の結像光学系を、回転対称な面形状を持つ曲面ミラーと、ア
ナモフィックなレンズ面形状をその一面に持つレンズとから構成し、当該アナモ
フィックなレンズ面形状は、副走査断面とレンズ面との交線の副走査断面内での
傾きと、副走査断面とレンズ面との交線の曲率とが、主走査方向の位置に応じて
、独立して変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転多面鏡によって動的に偏向したレーザー光束を曲面ミラーを含む結像光学系を介して走査対象面上に結像することによって走査する反射型走査光学系に、関する。

一般に、走査光学系は、多角柱状の回転多面鏡をその中心軸周りに回転させ、その回転多面鏡の各側面にてレーザー光束を動的に偏向することによって、走査対象面上でレーザー光束を走査する。また、走査対象面上でレーザー光束が走査される方向（主走査方向）と直交する方向（副走査方向）に、この走査対象面自体が移動されると、走査対象面上には複数の線状の軌跡（走査線）が一定の間隔で形成されるので、レーザー光束が画像情報に従ってオンオフ変調されていれば、走査対象面上には二次元状の画像が形成される。

従来の走査光学系は、等角速度で回転する回転多面鏡にて偏向されたレーザー光束を走査対象面上において等速度で走査させるために、回転多面鏡と走査対象面との間に走査速度補正用のｆθレンズ群からなる結像光学系が備えられていた。

最近では、ｆθレンズ群の代わりに曲面ミラーをその結像光学系に採用することによって色収差の低減や光路の折り返しによる小型化が期待できる反射型走査光学系が、提案されている。この曲面ミラーが組み込まれた結像光学系は、従来のｆθレンズ群からなる結像光学系と同様の機能（即ち、走査速度の補正機能，像面湾曲の補正機能，及び、面倒れ誤差の補正機能）を有している。（例えば、「特許文献１」参照。）
なお、上述したような反射型走査光学系も含め、一般に使用されている走査光学系においては、結像光学系に入射するレーザー光束の主走査方向における位置に依って、走査対象面上に結像するまでのレーザー光束の光路長に差が生じている。そのため、結像光学系の副走査方向における倍率が、結像光学系への主走査方向におけるレーザー光束の入射位置に依って変化してしまい、副走査方向の収束角(ＮＡに相当)が走査に伴い変化する現象が発生する場合がある。走査対象面上に結像する光束の収束角はＦナンバーに相当するので、以後この明細書ではＦナンバー変化と称することにする。Ｆナンバー変化が生じていると、最終的には、走査対象面上に結像されるスポット径の大きさが変化してしまう。

さらに、複数の光束を同時に偏向する所謂マルチビーム光学系にこのような結像光学系を適用させた場合においては、スポット径の大きさだけでなく、走査線同士の間隔も変化してしまう。

上記の問題を解決すべく、本出願人は、副走査方向における像面湾曲を利用して、Ｆナンバー変化に因るスポット径の変化を相殺できる反射型走査光学系を提案した（例えば、「特許文献２」参照）。しかしながら、このような反射型走査光学系には非常に高い組立精度が要求され、微小な組立誤差があるだけで、思い通りの効果が得られなくなってしまうという問題があった。

そこで、本出願人は、曲面ミラーに副走査方向のパワーが主走査方向の位置に応じて変化する面形状を適用することによって、結像光学系の副走査方向における倍率の変化と、それに伴うＦナンバー変化とを低減できる反射型走査光学系を提案している（例えば、「特許文献３」参照）。このような反射型走査光学系を用いると、走査対象面上のスポット径を均一のものとするとともに、マルチビーム走査光学系に適用した場合においては走査対象面上の走査線同士の間隔も均一とすることができる。
特開平７−１９１２７２号公報 特開平８−２６２３２３号公報 特開平１０−５４９５２号公報

しかしながら、上述したように曲面ミラーに複雑な面形状を適用すると、その製造にかかる費用が高くなり、全体としてコストアップへとつながってしまう。そのため、複雑な面形状を有する曲面ミラーが含まれた結像光学系を使用することは、現実的には難しかった。

本発明は、従来の手段による上記した問題点を解決し、曲面ミラーとアナモフィックなレンズ面形状を持つレンズとから構成される結像光学系を用いた反射型走査光学系において、副走査方向における倍率の変化を低減することによって、走査対象面上のスポット径の均一化を図るとともに、このような結像光学系をマルチビーム走査光学系に使用する際にも走査線同士の間隔を均一とすることができる反射型走査光学系の提供を、課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明による反射型走査光学系は、以下のような構成を採用した。即ち、光源から発されたレーザー光束を等角速度で回転する回転多面鏡の各反射面で動的に偏向し、偏向されたレーザー光束を反射する曲面ミラーと当該曲面ミラーによって反射されたレーザー光束が入射する長尺レンズとからなる結像光学系を介して、走査対象面上を主走査方向に沿って等速度で走査するとともに、前記レーザー光束が、前記回転多面鏡の各反射面及び前記曲面ミラーの反射面に対して主走査方向に直交する副走査方向において角度を持って入射する反射型走査光学系において、前記曲面ミラーの反射面は、主走査方向に正のパワーを有し、前記長尺レンズは、副走査方向に正のパワーを有するとともに、前記結像光学系の前記レーザー光束に対する副走査方向における倍率を前記回転多面鏡による偏向の角度に依らず一定とするように、少なくともその一方のレンズ面の形状が、その光学面基準軸を含み且つ副走査方向に平行な平面である副走査断面から主走査方向に離れるに従って当該副走査断面に平行な平面と当該レンズ面との交線の傾き及び曲率が変化する非回転対称面となることを特徴としている。

このように構成されると、曲面ミラーと長尺レンズとにより構成される結像光学系の副走査方向における倍率がそのレーザー光束の光路長に依らず（即ち、レーザー光束の偏向角度に依らず）一定になるように、長尺レンズの少なくとも一方のレンズ面が、副走査方向の曲率と副走査方向の傾きが夫々主走査方向の位置に応じて変化する非回転対称面として構成されているため、反射型走査光学系の曲面ミラーの反射面に回転対称な面や副走査方向にパワーを持たない面といった単純な面形状を使用しても、Ｆナンバー変化を抑えることができる。なお、屈折面（レンズ面）は反射面に比べて製造誤差により受ける影響が小さい（具体的には、反射面は屈折面に比べて面の感度が４倍高く、反射面は屈折面よりも４倍製造誤差の影響が出やすい）ため、レンズ面を複雑な形状とする方が、反射面を複雑な形状とするよりも、遥かに容易である。

好ましくは、前記非回転対称面は、前記副走査断面内におけるレーザー光束と当該非回転対称面との交点を基準点として、当該基準点での当該非回転対称面の前記副走査断面内における法線の光学面基準軸方向に対する傾きをβ₀，当該基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた当該非回転対称面上の一点での当該非回転対称面の前記副走査断面に平行な平面における法線の光学面基準軸方向に対する傾きをβｙ，前記走査対象面上で結像する光束が当該非回転対称面を透過する範囲である走査範囲における距離ｙの最大値をｙ_max，その半値を０．５ｙ_maxとした場合に、下記式（１），（２）
０．７０＜β_ymax／β₀＜０．８５ ・・・・・・（１）
０．８５＜β_0.5ymax／β₀＜０．９５ ・・・・・・（２）
を満たしても良い。そのように構成されれば、良好にＦナンバー変化を抑えることができる。

更に好ましくは、前記非回転対称面は、前記基準点での前記副走査断面と当該非回転対称面との交線の曲率をＣＺ₀，当該基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた当該非回転対称面上の一点での前記副走査断面に平行な平面と当該非回転対称面との交線の曲率をＣＺｙとした場合に、下記式（３）
０．７５＜ＣＺｙ_max／ＣＺ₀＜０．８５ ・・・・・・（３）
を満たしても良い。そのように構成されれば、より良好にＦナンバー変化を抑えることができる。

更に、前記長尺レンズにおける前記非回転対称面とは逆の面は、回転対称非球面であり、前記光学面基準軸上での前記結像光学系の副走査方向における倍率をｍｚ₀，前記走査対象面上において任意の像高にて結像するレーザー光束に対する前記結像光学系の副走査方向における倍率をｍｚとした場合に、下記式（４）
０．９＜ｍｚ／ｍｚ₀＜１．１ ・・・・・・（４）
を満たすことが好ましい。

また、この反射型走査光学系は、単一のレーザー光束を偏向するものであっても良いし、複数のレーザー光束を同時に偏向するものであっても良いが、複数のレーザー光束を同時に偏向する場合においては、走査対象面上におけるスポット光の径のみならず、走査線同士の間隔も揃えることができる。

本発明によれば、回転対称な面形状を持つ曲面ミラーとアナモフィックなレンズ面形状を持つ長尺レンズとから構成される結像光学系を用いた反射型走査光学系であっても、副走査方向における倍率の変化を低減することによって、走査対象面上のスポット径の均一化が図られるとともに、このような結像光学系をマルチビーム走査光学系に使用する際にも走査線同士の間隔を均一とすることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の結像光学系は、様々な種類の走査光学系に組み込まれて用いられるものであり、例えば、複数のレーザー光束を同時に偏向する所謂マルチビーム走査光学系に組み込まれて使用されるものであってもよいが、本明細書においては、単一のレーザー光束を偏向する走査光学系にこのような結像光学系を適用した例を示す。

図１は、本実施形態の反射型走査光学系の全体構成を概略的に示す斜視図である。この図１に示されるように、本実施形態による走査光学系では、シリンドリカルレンズ３から射出したレーザー光束の光路，及び、ポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光束の光路が、夫々折り返しミラー７ａ及び７ｂによって折り曲げられている。これは、プリンター等の機器に本実施形態の走査光学系が組み込まれた際に、そのプリンターができるだけ小型化されるようにするためである。図２は、本実施形態の反射型走査光学系の主要部を主走査方向から見た展開図である。図３は、本実施形態の反射型走査光学系の主要部を副走査方向から見た展開図である。これら図１乃至図３に示されるように、この反射型走査光学系は、レーザー光源１，コリメートレンズ２，シリンドリカルレンズ３，ポリゴ
ンミラー４，曲面ミラー５，アナモフィックレンズ６（長尺レンズに相当），反射ミラー７ａ，７ｂ，及び、その表面が走査対象面Ｓとして機能する感光ドラム８を備えている。

なお、以下の説明を容易にするために、ポリゴンミラー４の中心軸４ａに直交する面と平行な方向が「主走査方向」であると定義し、中心軸４ａと平行な方向が「副走査方向」であると定義する。

レーザー光源１は、レーザー光束を発振する半導体レーザーである。コリメートレンズ２は、レーザー光源１から発散光として発せられるレーザー光束を平行光束に変換するレンズである。シリンドリカルレンズ３は、副走査方向にのみ正のパワーを有するレンズであり、ポリゴンミラー４の反射面近傍に主走査方向に延びる線像を形成する。ポリゴンミラー４は、扁平な正六角柱状に形成されており、その各側面は反射面として構成されている。このポリゴンミラー４は、その中心軸４ａ周りに等角速度で回転駆動されるようになっている。

曲面ミラー５は、回転対称非球面（即ち、光軸からの距離の関数として表現される断面形状を持ち、光軸周りに回転対称な非球面）の反射面をもつミラーであって、ポリゴンミラー４によって動的に偏向されたレーザー光束を主走査方向に収束させるパワーを有する。

アナモフィックレンズ６は、その少なくとも一面にアナモフィックなレンズ面形状を持つレンズであり、曲面ミラー５とともに用いられて全体としてｆθレンズ群（結像光学系に相当）と同等の機能（即ち、走査速度の補正機能，像面湾曲の補正機能，及び、面倒れ誤差の補正機能）を有する。

なお、このアナモフィックレンズ６のレーザー光束が入射する側のレンズ面６１，又は、レーザー光束が射出される側のレンズ面６２は、非回転対称な形状であり、回転対称な光学面での対称軸に相当する軸を持たない。そこで、走査中心に向かうレーザー光束が曲面ミラー５からアナモフィックレンズ６に入射するときの主光線を「光学面基準軸」と言うことにする。そして、それぞれの光学面の面形状に関しては、この光学面基準軸を、共軸回転対称光学系での光軸に相当するものとして取り扱うことにし、光学面の形状を式によって表現する時には光学面基準軸と光学面との交点を式の原点とする。また、以下の説明を容易にするために、光学面基準軸（光軸）を含み副走査方向に平行な平面を「副走査断面」とする。なお、このアナモフィックレンズ６は、主走査方向においてその光学面基準軸が、曲面ミラー５の対称軸と主走査方向において同軸となるように、配置されている。

アナモフィックレンズ６の一方のレンズ面は、回転対称非球面である。また、他方のレンズ面の形状は、主走査方向，副走査方向それぞれの高さに関する多項式で表現される二次元多項式非球面（非回転対称な非球面に相当）である。この二次元多項式非球面は、副走査断面から主走査方向に離れるに従って（即ち、レンズ面の主走査方向における位置に応じて）副走査断面に平行な平面内での傾き（即ち、副走査断面に平行な平面内における非球面の光学面基準軸に対する当該非球面の法線の傾きであり、以下「レンズ面の傾き」と称する）が変化している。

具体的には、副走査断面内におけるレーザー光束とアナモフィックレンズ６の二次元多項式非球面との交点を通り主走査方向に平行な直線上において、当該交点を基準点として、基準点におけるレンズ面の傾きをβ₀，基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた位置におけるレンズ面の傾きをβｙ，当該二次元多項式非球面上での主光線の走査範囲（即ち、主走査方向において、走査対象面上で結像する光束が、この二次元多項式非球面を主光線が実際に透過する範囲）における距離ｙの最大値をｙ_max，その半値を０．５ｙ_maxとして、以下の条件式（１），（２）を満たす。

０．７０＜β_ymax／β₀＜０．８５ ・・・・・・（１）
０．８５＜β_0.5ymax／β₀＜０．９５ ・・・・・・（２）
上記式（１），（２）は、二次元多項式非球面の主走査方向における位置に応じてレンズ面の傾きが変化していることを示している。

さらに、この二次元多項式非球面の副走査方向における曲率（即ち、副走査断面と非球面との交線の曲率であり、以下「レンズ面の曲率」と称する）も、レンズ面の主走査方向における位置に応じて、レンズ面の傾きとは独立に、変化している。

具体的には、前記基準点を通り主走査方向に平行な直線上において、当該基準点におけるレンズ面の曲率をＣＺ₀，基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた位置におけるレンズ面の曲率をＣＺｙ，当該二次元多項式非球面の走査範囲における距離ｙの最大値をｙ_maxとして、以下の条件式（３）を満たす。

０．７５＜ＣＺｙ_max／ＣＺ₀＜０．８５ ・・・・・・（３）
上記式（３）は、レンズ面の曲率（ＣＺ）が、レンズ面の傾き（βｙ）とは独立して設定されていることを示す。

また、主走査方向におけるアナモフィックレンズ６のレンズ面上を主光線が実際に透過する範囲内において、曲面ミラー５とアナモフィックレンズ６とにより構成される結像光学系の副走査方向の倍率として、光学面基準軸上での倍率をｍｚ₀，任意の位置における倍率をｍｚとしたときには、以下の条件式（４）を満たす。

０．９＜ｍｚ／ｍｚ₀＜１．１ ・・・・・・（４）
上記式（４）を満たすと、走査対象面Ｓ上での副走査方向におけるスポット径の変化が±１０％未満に抑えられる。

アナモフィックレンズ６のレンズ面の一面を、上記各式を満たすような形状で構成すると、曲面ミラー５とアナモフィックレンズ６とにより構成される結像光学系の副走査方向における倍率を、走査方向においてレーザー光束が入射する位置に拘わらず一定とすることができるので、曲面ミラー５に回転対称な形状を用いてもＦナンバー変化を良好に抑えることができる。

レーザー光源１から発せられるレーザー光束は、コリメートレンズ２及びシリンドリカルレンズ３を順に透過し、反射ミラー７ａによってその光路を折り曲げられ、回転するポリゴンミラー４の反射面に対して副走査方向に所定の角度（分離角の１/２）をもって入射し、この反射面によって動的に偏向される。ポリゴンミラー４により偏向されたレーザー光束は、曲面ミラー５に対して副走査方向に所定の角度（分離角の１/２）を持って入射し、その反射面によって反射される。曲面ミラー５によって反射されたレーザー光束は、アナモフィックレンズ６に入射する。アナモフィックレンズ６を透過したレーザー光束は、反射ミラー７ｂにより光路を折り曲げられて、ポリゴンミラー４の回転に伴って走査対象面Ｓ上に線状の軌跡（走査線）を描くが、走査対象面Ｓ自体が、主走査方向に直行する副走査方向へ等速度で移動されるので、走査対象面Ｓ上には、複数の走査線が等間隔に形成される。また、このように走査対象面Ｓ上で繰り返し走査されるレーザー光束は、図示せぬ変調器（又はレーザー光源１そのもの）により、画像情報に従ってオンオフ変調されているので、走査対象面Ｓ上には、画像情報に基づく二次元状の潜像が描画される。

ところで、シリンドリカルレンズ３を透過したレーザー光束は、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー４によって反射され、曲面ミラー５の収束パワーによって走査対象面Ｓ上に収束されるが、副走査方向においては、シリンドリカルレンズ３の収束パワーによってポリゴンミラー４の反射面近傍で一旦収束され、発散光束として曲面ミラー５の反射面によって反射されアナモフィックレンズ６に入射し、その収束パワーによって再び走査対象面Ｓ上に収束される。このとき、ポリゴンミラー４の反射面近傍と走査対象面Ｓとがアナモフィックレンズ６によって副走査方向において光学的に共役となっているために、ポリゴンミラー４の各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による走査対象面Ｓ上の走査位置の副走査方向へのずれが、補正される。このため、レーザービームは、ポリゴンミラー４のどの反射面によって反射されても、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。また、アナモフィックレンズ６が上述したような形状であるため、曲面ミラー５を回転対称な形状として構成しても、Ｆナンバー変化が良好に補正される。即ち、結像光学系（即ち、曲面ミラー５及びアナモフィックレンズ６）に入射するレーザー光束の主走査方向における入射位置に拘わらず、走査対象面上に結像するスポットの径は、ほぼ同じ大きさとなる。

以下、本実施形態における走査光学系の具体的な実施例を３例挙げて説明する。なお、以下の実施例は、反射ミラー７ａ及び７ｂを省略し、光路を展開した状態で説明する。

以下の表１には、本実施形態の実施例１の走査光学系の具体的な数値構成が、示されている。また、図２は、実施例１の走査光学系を主走査方向に関して副走査方向から見た図である。

この走査光学系全体の焦点距離は１３５．５ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での有効走査幅は２１６ｍｍである。表１において、記号「面番号」は、シリンドリカルレンズ３の入射側の面を１番としてこのレンズ面より射出側に向かって昇順に各光学面に付された面番号を示す。具体的には、第１面及び第２面はシリンドリカルレンズ３を、第３面はポリゴンミラー４の反射面を、第４面は反射ミラー５の反射面を、それぞれ示す。また、第５面は、アナモフィックレンズ６の前面を示し、第６面は、アナモフィックレンズ６の後面を、それぞれ示す。なお、走査対象面Ｓについては省略する。

表中の記号「Ｒｙ」は主走査方向の曲率半径（単位：ｍｍ）、「Ｒｚ」は副走査方向の曲率半径（単位：ｍｍ）、「面間隔」はレンズ面同士の光軸上における距離（単位：ｍｍ）、「屈折率」は設計波長７８０ｎｍにおける屈折率である。また、表中の「Ｒｚ」は、レンズ面が回転対称面及び平面の場合は「Ｒｙ」と同じ値をとるので、記載を省略する。なお、副走査断面内でポリゴンミラー４の反射面がレーザー光束を上側（図１及び図３における上側）へ反射する角度（分離角α）は、８°であり、また、副走査断面内で反射ミラー５がレーザー光束を上側（図１及び図３における上側）へ反射する角度（分離角β）は１０°である。

なお、実施例１では、第１面はシリンドリカル面として形成されており、第２面は平面として形成されており、第４面と第５面は凹の回転対称非球面として形成されている。さらに、第６面は二次元多項式非球面として形成されている。

回転対称非球面は、光学面基準軸からの距離がｈとなる非球面上の座標点において、非球面の光学面基準軸での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光学面基準軸での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をκ、４次，６次，及び８次の非球面係数を夫々Ａ₄，Ａ₆，及びＡ₈として、以下の式で表される。

X(h)＝Ch²/[1+√{1-(1+κ)・C²h²}]+A₄h⁴+A₆h⁶+A₈h⁸… ・・・・・・（５）
なお、表１における回転対称非球面の曲率半径は、光学面基準軸の曲率半径である。実施例１において曲面ミラー５の反射面（第４面）及びアナモフィックレンズ６の前側の面６１（第５面）の具体的形状を特定するために式（５）に適用される各係数を、表２に示す。

二次元多項式非球面は、光学面基準軸での接平面からのサグ量が接平面内で主走査方向（ｙ方向）及び副走査方向（ｚ方向）の二次元座標を変数とする多項式によって定義される光学曲面である。なお、接平面と、光学面基準軸との交点は、面設計時に設定される原点（面中心）である。この二次元多項式非球面の形状は、接平面上での点（ｙ，ｚ）における光学面基準軸での接平面からのサグ量（ｙ，ｚ）として、下記式（６）により表される。

X(y,z)=1/Ry・(y²+z²)/[1+√{1-(κ+1)・(y²+z²)/Ry²}]
+Σb_mny^mzⁿ ・・・・・・(６)
式（６）において、Ryは表１に挙げられた主走査方向における曲率半径、κは円錐係数、ｂ_mnは主走査方向における次数がm次であって副走査方向における次数がn次である非球面係数である。実施例１においてアナモフィックレンズ６の後側の面（第６面）６２の具体的形状を特定するために式(６)に適用される各係数を表３に示す。

なお、表３において、副走査方向の次数ｎが０である列（Ｚｎ＝０）における値は、二次元多項式非球面の光学面基準軸を含み主走査方向に平行な断面内におけるレンズ面形状の変化を示し、副走査方向の次数ｎが１である列（Ｚｎ＝１）における値は、レンズ面の傾きの変化を示している。また、副走査方向の次数ｎが２である列（Ｚｎ＝２）における値は、レンズ面の曲率の変化を示している。表３に示されるように、レンズ面の傾きとレンズ面の曲率とは、互いに独立して変化している。

なお、以上のように構成された実施例１の具体的な数値（β₀＝−０．１３４，β_0.5ymax＝−０．１２４，β_ymax＝−０．１０３，ＣＺ₀＝−０．０５２，ＣＺ_ymax＝−０．０４１）を条件（１）の式に当てはめてみると、β_ymax／β₀＝０．７６９より、実施例１は、条件式（１）を満たしている。同様に、β_0.5ymax／β₀＝０．９２５，及び、ＣＺ_ymax／ＣＺ₀＝０．７８８より、実施例１は、条件式（２），（３）を満たしている。

この走査光学系における光学系の光学性能を図４に示す。ここで、図４（ａ）は、ｆθ誤差（走査対象面Ｓ上でのスポット光の理想位置からの主走査方向へのずれ）を示し、図４（ｂ）は、主走査方向（破線）及び副走査方向（実線）の像面湾曲（結像位置の理想平面からの光軸方向へのずれ）を示し、図４（ｃ）は、走査線湾曲（ボウ）を示し、図４（ｄ）は、Ｆナンバー変化を示す。何れのグラフとも縦軸Ｙは主走査方向の走査位置を示し、横軸は収差量を示す。また、何れのグラフとも縦軸の単位は［ｍｍ］であり、図４（ａ）〜（ｃ）の横軸の単位も［ｍｍ］であるが、図４（ｄ）の横軸の単位は［％］である。なお、図４（ｄ）において、破線が主走査方向におけるＦナンバー変化を示し、実線が副走査方向におけるＦナンバー変化を示す。

これら図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例１の走査光学系は、ｆθ特性、像面湾曲などの走査光学系に要求される基本的な走査性能を満たしつつ、ボウが良好に補正されており、しかも、Ｆナンバー変化が小さく抑えられている。また図４（ｄ）に示されるように、走査対象面Ｓ上でのＦナンバー変化（副走査方向におけるスポット径の変化）が±１０％未満に抑えられていることから、実施例１の走査光学系は、条件式（４）を満たす。

次に、本実施形態による走査光学系の実施例２における具体的な数値構成について、説明する。以下の表４には、実施例２の光学系の具体的な数値構成が、示されている。また、図５は、実施例２の走査光学系を主走査方向に関して副走査方向から見た図である。

この表４における各欄の意味は、上述した表１のものと同じである。なお、この走査光学系全体の焦点距離は１３５．５ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での有効走査幅は２１６ｍｍである。

なお、実施例２では、第１面はシリンドリカル面として形成されており、第２面は平面として形成されており、第４面は凹の回転対称非球面として形成されており、第５面は二次元多項式非球面として形成されており、第６面は凸の回転対称非球面として形成されている。

実施例２において曲面ミラー５の反射面（第４面）及びアナモフィックレンズ６の後側の面６２（第６面）の具体的形状を特定するために式（５）に適用される各係数を、表５に示す。

また、実施例２においてアナモフィックレンズ６の前側の面６１（第５面）の具体的形状を特定するために式（６）に適用される各係数を、表６に示す。

表６に示されるように、レンズ面の傾きとレンズ面の曲率とは、互いに独立して、変化している。

なお、以上のように構成された実施例２の具体的な数値（β₀＝０．１３２，β_0.5ymax＝０．１２２，β_ymax＝０．１０６，ＣＺ₀＝０．０５２，ＣＺ_ymax＝０．０４２）を条件（１）の式に当てはめてみると、β_ymax／β₀＝０．８０３より、実施例２は、条件式（１）を満たしている。同様に、β_0.5ymax／β₀＝０．９２４，及び、ＣＺ_ymax／ＣＺ₀＝０．８０８より、実施例１は、条件式（２），（３）を満たしている。

この走査光学系における光学系の光学性能を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。ここで、図６（ａ）は、ｆθ誤差を示し、図６（ｂ）は、像面湾曲を示し、図６（ｃ）は、走査線湾曲を示し、図６（ｄ）は、Ｆナンバー変化を示す。

これら図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例２の走査光学系は、実施例１と同様に、走査光学系に要求される基本的な走査性能を満たしつつ、各収差が小さく抑えられている。さらに、図６（ｄ）に示されるように、実施例２の走査光学系は条件式（４）を満たしている。

次に、本実施形態による走査光学系の実施例３における具体的な数値構成について、説明する。以下の表７には、実施例３の光学系の具体的な数値構成が、示されている。また、図７は、実施例３の走査光学系を主走査方向に関して副走査方向から見た図である。

この表７における各欄の意味は、上述した表１のものと同じである。なお、この走査光学系全体の焦点距離は１５０．０ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での有効走査幅は２１６ｍｍである。

なお、実施例３では、第１面はシリンドリカル面として形成されており、第２面は平面として形成されており、第４面は凹の回転対称非球面として形成されており、第５面は二次元多項式非球面として形成されており、第６面は平面として形成されている。

実施例３において曲面ミラー５の反射面（第４面）の具体的形状を特定するために式（５）に適用される各係数を、表８に示す。

また、実施例３においてアナモフィックレンズ６の前側の面６１（第５面）の具体的形状を特定するために式（６）に適用される各係数を、表９に示す。

表９に示されるように、レンズ面の傾きとレンズ面の曲率とは、互いに独立して、変化している。

なお、以上のように構成された実施例３の具体的な数値（β₀＝０．１２１，β_0.5ymax＝０．１１２，β_ymax＝０．０９４，ＣＺ₀＝０．０４４，ＣＺ_ymax＝０．０３７）を条件（１）の式に当てはめてみると、β_ymax／β₀＝０．７７７より、実施例３は、条件式（１）を満たしている。同様に、β_0.5ymax／β₀＝０．９２６，及び、ＣＺ_ymax／ＣＺ₀＝０．８４１より、実施例１は、条件式（２），（３）を満たしている。

この走査光学系における光学系の光学性能を図８（ａ）〜（ｄ）に示す。ここで、図８（ａ）は、ｆθ誤差を示し、図８（ｂ）は、像面湾曲を示し、図８（ｃ）は、走査線湾曲を示し、図８（ｄ）は、Ｆナンバー変化を示す。

これら図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、実施例３の走査光学系は、実施例１と同様に、走査光学系に要求される基本的な走査性能を満たしつつ、各収差が小さく抑えられている。さらに、図８（ｄ）に示されるように、実施例３の走査光学系は条件式（４）を満たしている。

本発明の反射型走査光学系の全体構造を示す斜視図 本発明（実施例１）の反射型走査光学系を副走査方向から見た図 本発明（実施例１）の反射型走査光学系を主走査方向から見た図 実施例１の反射型走査光学系の光学性能を示す図 実施例２の反射型走査光学系を副走査方向から見た図 実施英２の反射型走査光学系の光学性能を示す図 実施例３の反射型走査光学系を副走査方向から見た図 実施例３の反射型走査光学系の光学性能を示す図

符号の説明

１ レーザー光源
２ コリメートレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ ポリゴンミラー
５ 曲面ミラー
６ アナモフィックレンズ
Ｓ 走査対象面

Claims (5)

1. 光源から発されたレーザー光束を等角速度で回転する回転多面鏡の各反射面で動的に偏向し、偏向されたレーザー光束を反射する曲面ミラーと当該曲面ミラーによって反射されたレーザー光束が入射する長尺レンズとからなる結像光学系を介して、走査対象面上を主走査方向に沿って等速度で走査するとともに、前記レーザー光束が、前記回転多面鏡の各反射面及び前記曲面ミラーの反射面に対して主走査方向に直交する副走査方向において角度を持って入射する反射型走査光学系において、
   前記曲面ミラーの反射面は、主走査方向に正のパワーを有し、
   前記長尺レンズは、副走査方向に正のパワーを有するとともに、前記結像光学系の前記レーザー光束に対する副走査方向における倍率を前記回転多面鏡による偏向の角度に依らず一定とするように、少なくともその一方のレンズ面の形状が、その光学面基準軸を含み且つ副走査方向に平行な平面である副走査断面から主走査方向に離れるに従って当該副走査断面に平行な平面と当該レンズ面との交線の傾き及び曲率が変化する非回転対称面となっている
   ことを特徴とする反射型走査光学系。
2. 前記非回転対称面は、
   前記副走査断面内におけるレーザー光束と当該非回転対称面との交点を基準点として、当該基準点での当該非回転対称面の前記副走査断面内における法線の光学面基準軸方向に対する傾きをβ₀，当該基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた当該非回転対称面上の一点での当該非回転対称面の前記副走査断面に平行な平面における法線の光学面基準軸方向に対する傾きをβｙ，前記走査対象面上で結像する光束が当該非回転対称面を透過する範囲である走査範囲における距離ｙの最大値をｙ_max，その半値を０．５ｙ_maxとした場合に、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする請求項１記載の反射型走査光学系。
   ０．７０＜β_ymax／β₀＜０．８５ ・・・・・・（１）
   ０．８５＜β_0.5ymax／β₀＜０．９５ ・・・・・・（２）
3. 前記非回転対称面は、
   前記基準点での前記副走査断面と当該非回転対称面との交線の曲率をＣＺ₀，当該基準点から主走査方向に距離ｙだけ離れた当該非回転対称面上の一点での前記副走査断面に平行な平面と当該非回転対称面との交線の曲率をＣＺｙとした場合に、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項２記載の反射型走査光学系。
   ０．７５＜ＣＺｙ_max／ＣＺ₀＜０．８５ ・・・・・・（３）
4. 前記長尺レンズにおける前記非回転対称面とは逆の面は、回転対称非球面であり、
   前記光学面基準軸上での前記結像光学系の副走査方向における倍率をｍｚ₀，前記走査対象面上において任意の像高にて結像するレーザー光束に対する前記結像光学系の副走査方向における倍率をｍｚとした場合に、下記式（４）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３記載の反射型走査光学系。
   ０．９＜ｍｚ／ｍｚ₀＜１．１ ・・・・・・（４）
5. 前記レーザー光束は、光源から発した複数のレーザー光束であり、前記回転多面鏡によって夫々同時に動的に偏向されることを特徴とする請求項１乃至４記載の反射型走査光学系。