JP3673644B2 - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【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6-18800 号公報や特開平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6-18800 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ようにした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、該走査レンズを副走査方向（ポリゴンミラーで偏向反射された光束が走査する面を主走査面とし、該主走査面と直交する方向）に変位させて配置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ようにした光走査光学系において、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。
【０００５】
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ようにした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。
【０００６】
【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。
【０００７】
特開平6-18800 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し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、走査レンズを副走査方向に変位させることによって、ｆθ特性と像面湾曲を補正しつつスポット形状の変形を補正している。
【０００８】
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偏向反射された光束が形成する面は平面とはならず、図１１に示すようなコニカルな面を形成する。このような光束が走査レンズに入射する場合、レンズ中央部と両端部とで副走査方向の光束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をポリゴンミラーで偏向反射された光束を含み主走査面と平行な面から副走査方向に変位させることによって補正しようとしている。
【０００９】
ところが同公報では走査レンズが比較的、被走査面に近く偏向面から離れている為に、前述した走査レンズ面上における副走査方向の光束入射位置のずれ量が大きくなってしまい、該走査レンズを副走査方向に変位させるだけではスポット形状の変形を良好に補正することは難しいという問題点があった。
【００１０】
また同公報に記載されている走査レンズは副走査方向のパワーが比較的強い為に、この走査レンズを副走査方向に変位させたことによって逆に副走査方向のスポット形状に劣化が発生しており、十分にスポット形状の変形を補正しているとはいい難い。
【００１１】
特開平7-27991 号公報における光走査光学系は上記と同様の問題を解決する為に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て構成しているが、この例ではｆθ特性を犠牲にして他の収差を良好に補正しているため、ｆθ特性は半導体レーザ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。
【００１２】
ところがこのような補正を単純に行なった場合、被走査面上での走査速度が一定でない為に被走査面上での光量が不均一になってしまう。さらにこれを補正する為に発振タイミングに加えてさらに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見掛け上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きてしまうという問題点がある。
【００１３】
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走査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十分な光学性能を得ることはできないという問題点がある。
【００１４】
本発明は光走査光学系を構成する各要素の形状や配置等を最適に設定することにより、副走査斜入射光学系において発生するスポット形状の変形を効果的に補正し、かつｆθ特性と像面湾曲とを両立して良好に補正し得る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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査光学系は、光偏向器と、光源手段から出射した光束を成形して該光偏向器の偏向面上に主走査方向に長い線像として結像させる第１の光学系と、
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、
該第２の光学系を通過し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副走査方向において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、
前記第１の光学系によって導かれる光束を前記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、
前記第２の光学系の光軸を前記線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面と平行となるように設定し、かつ、該第２の光学系の光軸を該線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面から副走査方向に所定量ずらして設定しており、
該第２の光学系の副走査断面の形状は、該光偏向器側に凹面を向けたメニスカス形状より形成され、該第２の光学系の副走査方向のパワーをΦ２、前記第３の光学系の副走査方向
のパワーをΦ３としたとき、
Φ３／｜Φ２｜≧１０
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光偏向器に入射する光束は、該光偏向器の偏向角の中央から入射することを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１の光学系を出射する光束は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅より広い状態で該光偏向器に入射することを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系は、前記光偏向器から前記被走査面までの距離の中間よりも該光偏向器側に配置されていることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系の光軸が、前記被走査面上における走査端部のスポット形状の劣化を補正するように、該第２の光学系の光軸の副走査方向のずらし量を設定したことを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系の主走査断面の形状は、両面とも非円弧形状であることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系は１枚のレンズより構成されていることを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記第３の光学系は、シリンドリカルミラーで構成されていることを特徴としている。
請求項９の発明は、請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記第３の光学系は、シリンドリカルレンズで構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の画像形成装置は、請求項１乃至９のいずれか１項記載の光走査光学系と、前記被走査面上に配置された感光ドラムを有することを特徴としている。
【００２１】
【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。
【００２２】
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はコリメーターレンズ（変換光学素子）であり、光源手段１から出射された発散光束を略平行光束に変換している。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。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、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であるポリゴンミラー６の偏向面（反射面）６ａ上に主走査方向に長いほぼ線像（線状）として結像させている。
【００２３】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４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。
【００２４】
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と光偏向器６との間に配置されており、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６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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
７は第２の光学系Ｌ２としての単一の走査レンズ（ｆθレンズ）であり、該走査レンズ７の主走査断面の形状は両面とも非円弧形状（非球面）で形成されており、副走査断面の形状はポリゴンミラー６側に凹面を向けたメニスカス形状で形成されている。本実施形態における走査レンズ７はその光軸を主走査平面と平行になるように設定（配置）しており、かつその光軸が主走査平面内に存在せず、該主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定（配置）している。また走査レンズ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、該被走査面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。
【００２８】
８は第３の光学系Ｌ３としてのシリンドリカルミラーであり、主走査方向にはパワーを有せず副走査方向にのみパワーを有している。シリンドリカルミラー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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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）。
【００３２】
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）。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）上に配置することはできない為、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。
【００３６】
このような入射方法を用いた光学系、所謂斜入射光学系においては前述した通りポリゴンミラー６で偏向反射し走査された光束が形成する面が図１１に示す如くコニカルな面となる為に、走査レンズ７上における光束の当たり位置は図４に示すように副走査方向に湾曲した軌跡を描き、走査レンズ７に対してスキュー入射することになる。その為に、特に主走査方向の走査の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、所望のスポット径が得られなくなってしまうという問題点がある。
【００３７】
そこで本実施形態においては上記の問題点を解決する為にポリゴンミラー６から被走査面９までの距離の中間位置よりも該ポリゴンミラー側に近い位置に第２の光学系Ｌ２である走査レンズ７を配置し、その被走査面９側に第３の光学系Ｌ３であるシリンドリカルミラー８を配置している。
【００３８】
本実施形態における第２の光学系Ｌ２である走査レンズ７は上記の如く単レンズで構成されており、その主走査断面の形状は両面とも非円弧形状（非球面）で形成されている。また副走査断面の形状はポリゴンミラー６側に凹面を向けたメニスカス形状より成り、その屈折力を第２の光学系Ｌ２の副走査方向の屈折力をφ2 、第３の光学系Ｌ３の副走査方向の屈折力をφ3 としたとき
φ3 ／｜φ2 ｜≧１０ ‥‥‥‥（１）
なる条件を満足するように設定している。さらにこの走査レンズ７はその光軸を主走査平面と平行になるように設定しており、かつその光軸が主走査平面内に存在せず、該主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定している。
【００３９】
本実施形態における第３の光学系Ｌ３であるシリンドリカルミラー８は上記の如く主走査方向にはパワーを有せず副走査方向にパワーを有している。
【００４０】
斜入射光学系においてはポリゴンミラー６によって偏向反射された光束の主光線上に平行に走査レンズ７の光軸を設定することは好ましくない。特に主走査方向にパワーを有する走査レンズ７をこのように配置することは良くない。主走査方向にパワーを有する走査レンズ７をこのように配置した場合、走査領域の端部において該走査レンズ７に入射する光束の主走査方向の両側のマージナル光線が副走査方向にも屈折され、その屈折角度に差が生じてしまい、スポット形状を劣化させる原因となる。
【００４１】
一方、走査レンズ７の光軸を主走査平面と平行になるように設定した場合には、走査領域の端部における該走査レンズ７に入射する光束の主走査方向の両側のマージナル光線の副走査方向に屈折される角度の差が少なく比較的スポット形状に与える影響が少ない。
【００４２】
そこで本実施形態においては主走査方向にパワーを有する走査レンズ７の光軸を主走査平面と平行になるように設定することによって、走査領域の端部におけるスポット形状の劣化を比較的軽微に押さえている。
【００４３】
また上記スポット形状の劣化を積極的に補正する為に、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ポリゴンミラー６側に凹面を向けた屈折力の弱いメニスカス形状とし、その光軸を主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定している。走査レンズ７にスキュー入射することによって発生する収差を補正するには該走査レンズ７を副走査方向にずらして配置することが効果があるが、副走査方向の屈折力の強い走査レンズ７をこのようにずらして配置すると副走査方向に非対称なコマ収差が発生しやすくなる為に、充分な補正効果が得られない。これを防止する為に例えば走査レンズ７の副走査断面の形状を平面とした副走査方向にノンパワーのレンズにしてしまっては、いくら走査レンズ７をずらして配置しても単に平行平板を副走査方向にずらしたのと同じであり、何の効果も期待できない。
【００４４】
そこで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ポリゴンミラー６側に凹面を向けた屈折力の弱いメニスカス形状とし、前記条件式（１）を満足させるような屈折力に設定している。このような形状のレンズとすることによって走査レンズ７を副走査方向にずらして配置したときに生じる副走査方向の非対称なコマ収差の発生を押さえ、さらに両面の副走査断面に曲率をつけたことにより走査レンズ７にスキュー入射することによって発生する収差を効果的に補正することができる。
【００４５】
また本実施形態においては走査レンズ７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、該ポリゴンミラー６に近い位置に配置することによって図４に示した走査レンズ７上における光束の当たり位置の湾曲量を小さく押さえることによってスキュー入射することによって発生する収差の補正を効果的に行っている。
【００４６】
尚、本実施形態においては第３の光学系Ｌ３としてシリンドリカルミラー８を用いたが、これに限定されることはなく、例えばシリンドリカルレンズと置き換えても良い。
【００４７】
表１に本実施形態における光学配置と走査レンズの非球面係数及び条件式(1) の値を示す。
【００４８】
【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、
【００４９】
【数１】
なる式で表わされる。
【００５０】
尚、Ｒは曲率半径、ｋは円錐定数、Ｂ４ 〜Ｂ１０は非球面係数である。
【００５１】
また走査レンズ７の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＋Ｄ2 Ｙ2 ＋Ｄ4 Ｙ4 ＋Ｄ6 Ｙ6 ＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）
なる式で表わされる。
【００５２】
尚、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ2 〜Ｄ10は各係数である。
【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。
【００５５】
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となる。
【００５６】
図７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副走査方向の要部断面図である。図７，図８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。
【００５７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、第２の光学系Ｌ２である走査レンズを２枚のレンズから構成した点、及び第２の光学系Ｌ２を構成する一部のレンズに第１の光学系Ｌ１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。
【００５８】
即ち、同図において１７は第２の光学系Ｌ２としての走査レンズであり、ポリゴンミラー６側から順に第１の走査レンズ１７−１、第２の走査レンズ１７−２の２枚のレンズより成り、該ポリゴンミラー６から被走査面９までの距離の中間位置より該ポリゴンミラー６側に配置している。
【００５９】
ポリゴンミラー６側に配置される第１の走査レンズ１７−１はその主走査断面の形状が両面ともポリゴンミラー６側に凹面を向けた円弧形状で形成され正のパワーを有している。また副走査断面の形状は両面ともに曲率半径が無限大（即ち平面形状）となるように形成されている。第１の走査レンズ１７−１の光軸は主走査平面と平行になるように設定されている。さらに第１の走査レンズ１７−１は変換光学素子（コリメーターレンズ）２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素と共に入射光学系としての第１の光学系Ｌ１をも構成している。
【００６０】
即ち、本実施形態において光源手段１から出射された発散光束は変換光学素子２により弱発散光束に変換され、開口絞り３でビーム形状を整形された後、シリンドリカルレンズ４により副走査方向にのみ屈折される。その後第１の走査レンズ１７−１によって主走査方向において略平行光束とされてポリゴンミラー６の偏向面６ａ上にほぼ線状（線像）として結像している（所謂ダブルパス光学系）。このような構成とすることにより、変換光学素子２及びシリンドリカルレンズ４等を小型化できるという効果がある。
【００６１】
また本実施形態においては第１の走査レンズ１７−１の副走査断面の形状を両面ともに平面形状とすることによってスキュー入射における収差の発生を抑制している。
【００６２】
被走査面９側に配置される第２の走査レンズ１７−２は前述の実施形態１と同様に副走査断面の形状をポリゴンミラー６側に凹面を向けたノンパワーのメニスカス形状とし、その光軸を主走査平面と平行に設定し、かつ主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定し、更に第２の光学系Ｌ２の副走査方向の屈折力をφ2 、第３の光学系の副走査方向Ｌ３の屈折力をφ3 としたとき、
φ3 ／｜φ2 ｜≧１０ ‥‥‥‥（２）
なる条件を満足させることによって、スキュー入射する為に発生する収差を効果的に補正し、これにより良好なるスポット形状を得ている。
【００６３】
本実施形態における第２の走査レンズ１７−２の主走査断面の形状は両面ともに非円弧形状（非球面）で形成している。このような非球面を用いたレンズはコストや生産性を考えてプラスチック成形によって製造することが望ましい。
【００６４】
しかしながらプラスチック材料は環境変動、特に環境温度変動によるピント移動が大きいという特性がある。その為第２の走査レンズ１７−２に入射光学系である第１の光学系Ｌ１の機能を持たせることは好ましくない。本実施形態においては、硝子材料で製造することのできる単純な形状の第１の走査レンズ１７−１のみを第１の光学系Ｌ１の機能を兼用させるような構成とすることによって、環境変動の影響を受けにくい光走査光学系を実現している。
【００６５】
尚、本実施形態においては第３の光学系Ｌ３としてシリンドリカルミラー８を用いているが、これに限定されることはなく、例えばシリンドリカルレンズと置き換えても良い。
【００６６】
表２に本実施形態における光学配置と第１の走査レンズの面係数と第２の走査レンズの非球面係数及び条件式(2) の値を示す。表２におけるＲ、ｋ、Ｂ4 〜Ｂ10、ｒ、Ｄ2 〜Ｄ10は前述の実施形態１で説明した諸係数と同様な意味を持つ。
【００６７】
【表２】
図９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。
【００６８】
図１０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。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。
【００６９】
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となる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く光走査光学系を構成する各要素の形状や構成配置等を最適に設定することにより、副走査斜入射光学系において発生するスポット形状の劣化を効果的に補正することができ、かつｆθ特性と像面湾曲とを両立して良好に補正することができる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
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【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】 斜入射光学系における走査レンズ上での光線の軌跡を示す図
【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のスポット形状を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態２の副走査方向の要部断面図
【図９】 本発明の実施形態２の収差図
【図１０】 本発明の実施形態２のスポット形状を示す図
【図１１】 斜入射光学系における走査光束の形成する面を示す図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ（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 光偏向器（ポリゴンミラー）
７，１７ 走査レンズ
８ シリンドリカルミラー
９ 被走査面（感光ドラム面）
１７−１ 第１の走査レンズ
１７−２ 第２の走査レンズ
Ｌ１ 第１の光学系
Ｌ２ 第２の光学系
Ｌ３ 第３の光学系
【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6-18800 号公報や特開平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6-18800 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ようにした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、該走査レンズを副走査方向（ポリゴンミラーで偏向反射された光束が走査する面を主走査面とし、該主走査面と直交する方向）に変位させて配置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ようにした光走査光学系において、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。
【０００５】
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ようにした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。
【０００６】
【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。
【０００７】
特開平6-18800 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し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、走査レンズを副走査方向に変位させることによって、ｆθ特性と像面湾曲を補正しつつスポット形状の変形を補正している。
【０００８】
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偏向反射された光束が形成する面は平面とはならず、図１１に示すようなコニカルな面を形成する。このような光束が走査レンズに入射する場合、レンズ中央部と両端部とで副走査方向の光束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をポリゴンミラーで偏向反射された光束を含み主走査面と平行な面から副走査方向に変位させることによって補正しようとしている。
【０００９】
ところが同公報では走査レンズが比較的、被走査面に近く偏向面から離れている為に、前述した走査レンズ面上における副走査方向の光束入射位置のずれ量が大きくなってしまい、該走査レンズを副走査方向に変位させるだけではスポット形状の変形を良好に補正することは難しいという問題点があった。
【００１０】
また同公報に記載されている走査レンズは副走査方向のパワーが比較的強い為に、この走査レンズを副走査方向に変位させたことによって逆に副走査方向のスポット形状に劣化が発生しており、十分にスポット形状の変形を補正しているとはいい難い。
【００１１】
特開平7-27991 号公報における光走査光学系は上記と同様の問題を解決する為に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て構成しているが、この例ではｆθ特性を犠牲にして他の収差を良好に補正しているため、ｆθ特性は半導体レーザ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。
【００１２】
ところがこのような補正を単純に行なった場合、被走査面上での走査速度が一定でない為に被走査面上での光量が不均一になってしまう。さらにこれを補正する為に発振タイミングに加えてさらに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見掛け上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きてしまうという問題点がある。
【００１３】
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走査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十分な光学性能を得ることはできないという問題点がある。
【００１４】
本発明は光走査光学系を構成する各要素の形状や配置等を最適に設定することにより、副走査斜入射光学系において発生するスポット形状の変形を効果的に補正し、かつｆθ特性と像面湾曲とを両立して良好に補正し得る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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査光学系は、光偏向器と、光源手段から出射した光束を成形して該光偏向器の偏向面上に主走査方向に長い線像として結像させる第１の光学系と、
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、
該第２の光学系を通過し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副走査方向において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、
前記第１の光学系によって導かれる光束を前記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、
前記第２の光学系の光軸を前記線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面と平行となるように設定し、かつ、該第２の光学系の光軸を該線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面から副走査方向に所定量ずらして設定しており、
該第２の光学系の副走査断面の形状は、該光偏向器側に凹面を向けたメニスカス形状より形成され、該第２の光学系の副走査方向のパワーをΦ２、前記第３の光学系の副走査方向
のパワーをΦ３としたとき、
Φ３／｜Φ２｜≧１０
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光偏向器に入射する光束は、該光偏向器の偏向角の中央から入射することを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１の光学系を出射する光束は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅より広い状態で該光偏向器に入射することを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系は、前記光偏向器から前記被走査面までの距離の中間よりも該光偏向器側に配置されていることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系の光軸が、前記被走査面上における走査端部のスポット形状の劣化を補正するように、該第２の光学系の光軸の副走査方向のずらし量を設定したことを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系の主走査断面の形状は、両面とも非円弧形状であることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記第２の光学系は１枚のレンズより構成されていることを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記第３の光学系は、シリンドリカルミラーで構成されていることを特徴としている。
請求項９の発明は、請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記第３の光学系は、シリンドリカルレンズで構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の画像形成装置は、請求項１乃至９のいずれか１項記載の光走査光学系と、前記被走査面上に配置された感光ドラムを有することを特徴としている。
【００２１】
【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。
【００２２】
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はコリメーターレンズ（変換光学素子）であり、光源手段１から出射された発散光束を略平行光束に変換している。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。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、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であるポリゴンミラー６の偏向面（反射面）６ａ上に主走査方向に長いほぼ線像（線状）として結像させている。
【００２３】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４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。
【００２４】
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と光偏向器６との間に配置されており、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６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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
７は第２の光学系Ｌ２としての単一の走査レンズ（ｆθレンズ）であり、該走査レンズ７の主走査断面の形状は両面とも非円弧形状（非球面）で形成されており、副走査断面の形状はポリゴンミラー６側に凹面を向けたメニスカス形状で形成されている。本実施形態における走査レンズ７はその光軸を主走査平面と平行になるように設定（配置）しており、かつその光軸が主走査平面内に存在せず、該主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定（配置）している。また走査レンズ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、該被走査面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。
【００２８】
８は第３の光学系Ｌ３としてのシリンドリカルミラーであり、主走査方向にはパワーを有せず副走査方向にのみパワーを有している。シリンドリカルミラー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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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）。
【００３２】
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）。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）上に配置することはできない為、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。
【００３６】
このような入射方法を用いた光学系、所謂斜入射光学系においては前述した通りポリゴンミラー６で偏向反射し走査された光束が形成する面が図１１に示す如くコニカルな面となる為に、走査レンズ７上における光束の当たり位置は図４に示すように副走査方向に湾曲した軌跡を描き、走査レンズ７に対してスキュー入射することになる。その為に、特に主走査方向の走査の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、所望のスポット径が得られなくなってしまうという問題点がある。
【００３７】
そこで本実施形態においては上記の問題点を解決する為にポリゴンミラー６から被走査面９までの距離の中間位置よりも該ポリゴンミラー側に近い位置に第２の光学系Ｌ２である走査レンズ７を配置し、その被走査面９側に第３の光学系Ｌ３であるシリンドリカルミラー８を配置している。
【００３８】
本実施形態における第２の光学系Ｌ２である走査レンズ７は上記の如く単レンズで構成されており、その主走査断面の形状は両面とも非円弧形状（非球面）で形成されている。また副走査断面の形状はポリゴンミラー６側に凹面を向けたメニスカス形状より成り、その屈折力を第２の光学系Ｌ２の副走査方向の屈折力をφ2 、第３の光学系Ｌ３の副走査方向の屈折力をφ3 としたとき
φ3 ／｜φ2 ｜≧１０ ‥‥‥‥（１）
なる条件を満足するように設定している。さらにこの走査レンズ７はその光軸を主走査平面と平行になるように設定しており、かつその光軸が主走査平面内に存在せず、該主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定している。
【００３９】
本実施形態における第３の光学系Ｌ３であるシリンドリカルミラー８は上記の如く主走査方向にはパワーを有せず副走査方向にパワーを有している。
【００４０】
斜入射光学系においてはポリゴンミラー６によって偏向反射された光束の主光線上に平行に走査レンズ７の光軸を設定することは好ましくない。特に主走査方向にパワーを有する走査レンズ７をこのように配置することは良くない。主走査方向にパワーを有する走査レンズ７をこのように配置した場合、走査領域の端部において該走査レンズ７に入射する光束の主走査方向の両側のマージナル光線が副走査方向にも屈折され、その屈折角度に差が生じてしまい、スポット形状を劣化させる原因となる。
【００４１】
一方、走査レンズ７の光軸を主走査平面と平行になるように設定した場合には、走査領域の端部における該走査レンズ７に入射する光束の主走査方向の両側のマージナル光線の副走査方向に屈折される角度の差が少なく比較的スポット形状に与える影響が少ない。
【００４２】
そこで本実施形態においては主走査方向にパワーを有する走査レンズ７の光軸を主走査平面と平行になるように設定することによって、走査領域の端部におけるスポット形状の劣化を比較的軽微に押さえている。
【００４３】
また上記スポット形状の劣化を積極的に補正する為に、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ポリゴンミラー６側に凹面を向けた屈折力の弱いメニスカス形状とし、その光軸を主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定している。走査レンズ７にスキュー入射することによって発生する収差を補正するには該走査レンズ７を副走査方向にずらして配置することが効果があるが、副走査方向の屈折力の強い走査レンズ７をこのようにずらして配置すると副走査方向に非対称なコマ収差が発生しやすくなる為に、充分な補正効果が得られない。これを防止する為に例えば走査レンズ７の副走査断面の形状を平面とした副走査方向にノンパワーのレンズにしてしまっては、いくら走査レンズ７をずらして配置しても単に平行平板を副走査方向にずらしたのと同じであり、何の効果も期待できない。
【００４４】
そこで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ポリゴンミラー６側に凹面を向けた屈折力の弱いメニスカス形状とし、前記条件式（１）を満足させるような屈折力に設定している。このような形状のレンズとすることによって走査レンズ７を副走査方向にずらして配置したときに生じる副走査方向の非対称なコマ収差の発生を押さえ、さらに両面の副走査断面に曲率をつけたことにより走査レンズ７にスキュー入射することによって発生する収差を効果的に補正することができる。
【００４５】
また本実施形態においては走査レンズ７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、該ポリゴンミラー６に近い位置に配置することによって図４に示した走査レンズ７上における光束の当たり位置の湾曲量を小さく押さえることによってスキュー入射することによって発生する収差の補正を効果的に行っている。
【００４６】
尚、本実施形態においては第３の光学系Ｌ３としてシリンドリカルミラー８を用いたが、これに限定されることはなく、例えばシリンドリカルレンズと置き換えても良い。
【００４７】
表１に本実施形態における光学配置と走査レンズの非球面係数及び条件式(1) の値を示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【数１】
【００５０】
尚、Ｒは曲率半径、ｋは円錐定数、Ｂ４ 〜Ｂ１０は非球面係数である。
【００５１】
また走査レンズ７の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＋Ｄ2 Ｙ2 ＋Ｄ4 Ｙ4 ＋Ｄ6 Ｙ6 ＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）
なる式で表わされる。
【００５２】
尚、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ2 〜Ｄ10は各係数である。
【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。
【００５５】
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となる。
【００５６】
図７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副走査方向の要部断面図である。図７，図８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。
【００５７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、第２の光学系Ｌ２である走査レンズを２枚のレンズから構成した点、及び第２の光学系Ｌ２を構成する一部のレンズに第１の光学系Ｌ１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。
【００５８】
即ち、同図において１７は第２の光学系Ｌ２としての走査レンズであり、ポリゴンミラー６側から順に第１の走査レンズ１７−１、第２の走査レンズ１７−２の２枚のレンズより成り、該ポリゴンミラー６から被走査面９までの距離の中間位置より該ポリゴンミラー６側に配置している。
【００５９】
ポリゴンミラー６側に配置される第１の走査レンズ１７−１はその主走査断面の形状が両面ともポリゴンミラー６側に凹面を向けた円弧形状で形成され正のパワーを有している。また副走査断面の形状は両面ともに曲率半径が無限大（即ち平面形状）となるように形成されている。第１の走査レンズ１７−１の光軸は主走査平面と平行になるように設定されている。さらに第１の走査レンズ１７−１は変換光学素子（コリメーターレンズ）２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素と共に入射光学系としての第１の光学系Ｌ１をも構成している。
【００６０】
即ち、本実施形態において光源手段１から出射された発散光束は変換光学素子２により弱発散光束に変換され、開口絞り３でビーム形状を整形された後、シリンドリカルレンズ４により副走査方向にのみ屈折される。その後第１の走査レンズ１７−１によって主走査方向において略平行光束とされてポリゴンミラー６の偏向面６ａ上にほぼ線状（線像）として結像している（所謂ダブルパス光学系）。このような構成とすることにより、変換光学素子２及びシリンドリカルレンズ４等を小型化できるという効果がある。
【００６１】
また本実施形態においては第１の走査レンズ１７−１の副走査断面の形状を両面ともに平面形状とすることによってスキュー入射における収差の発生を抑制している。
【００６２】
被走査面９側に配置される第２の走査レンズ１７−２は前述の実施形態１と同様に副走査断面の形状をポリゴンミラー６側に凹面を向けたノンパワーのメニスカス形状とし、その光軸を主走査平面と平行に設定し、かつ主走査平面から副走査方向に所定量（Δ）ずらして設定し、更に第２の光学系Ｌ２の副走査方向の屈折力をφ2 、第３の光学系の副走査方向Ｌ３の屈折力をφ3 としたとき、
φ3 ／｜φ2 ｜≧１０ ‥‥‥‥（２）
なる条件を満足させることによって、スキュー入射する為に発生する収差を効果的に補正し、これにより良好なるスポット形状を得ている。
【００６３】
本実施形態における第２の走査レンズ１７−２の主走査断面の形状は両面ともに非円弧形状（非球面）で形成している。このような非球面を用いたレンズはコストや生産性を考えてプラスチック成形によって製造することが望ましい。
【００６４】
しかしながらプラスチック材料は環境変動、特に環境温度変動によるピント移動が大きいという特性がある。その為第２の走査レンズ１７−２に入射光学系である第１の光学系Ｌ１の機能を持たせることは好ましくない。本実施形態においては、硝子材料で製造することのできる単純な形状の第１の走査レンズ１７−１のみを第１の光学系Ｌ１の機能を兼用させるような構成とすることによって、環境変動の影響を受けにくい光走査光学系を実現している。
【００６５】
尚、本実施形態においては第３の光学系Ｌ３としてシリンドリカルミラー８を用いているが、これに限定されることはなく、例えばシリンドリカルレンズと置き換えても良い。
【００６６】
表２に本実施形態における光学配置と第１の走査レンズの面係数と第２の走査レンズの非球面係数及び条件式(2) の値を示す。表２におけるＲ、ｋ、Ｂ4 〜Ｂ10、ｒ、Ｄ2 〜Ｄ10は前述の実施形態１で説明した諸係数と同様な意味を持つ。
【００６７】
【表２】
【００６８】
図１０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。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。
【００６９】
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となる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く光走査光学系を構成する各要素の形状や構成配置等を最適に設定することにより、副走査斜入射光学系において発生するスポット形状の劣化を効果的に補正することができ、かつｆθ特性と像面湾曲とを両立して良好に補正することができる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
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【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】 斜入射光学系における走査レンズ上での光線の軌跡を示す図
【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のスポット形状を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態２の副走査方向の要部断面図
【図９】 本発明の実施形態２の収差図
【図１０】 本発明の実施形態２のスポット形状を示す図
【図１１】 斜入射光学系における走査光束の形成する面を示す図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ（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 光偏向器（ポリゴンミラー）
７，１７ 走査レンズ
８ シリンドリカルミラー
９ 被走査面（感光ドラム面）
１７−１ 第１の走査レンズ
１７−２ 第２の走査レンズ
Ｌ１ 第１の光学系
Ｌ２ 第２の光学系
Ｌ３ 第３の光学系
Claims (10)
- 光偏向器と、光源手段から出射した光束を成形して該光偏向器の偏向面上に主走査方向に長い線像として結像させる第１の光学系と、
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、
該第２の光学系を通過し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副走査方向において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、
前記第１の光学系によって導かれる光束を前記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、
前記第２の光学系の光軸を前記線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面と平行となるように設定し、かつ、該第２の光学系の光軸を該線像の結像点を含み該光偏向器の回転軸と直交する面から副走査方向に所定量ずらして設定しており、
該第２の光学系の副走査断面の形状は、該光偏向器側に凹面を向けたメニスカス形状より形成され、該第２の光学系の副走査方向のパワーをΦ２、前記第３の光学系の副走査方向
のパワーをΦ３としたとき、
Φ３／｜Φ２｜≧１０
なる条件式を満足することを特徴とする光走査光学系。 - 前記光偏向器に入射する光束は、該光偏向器の偏向角の中央から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。
- 前記第１の光学系を出射する光束は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅より広い状態で該光偏向器に入射することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査光学系。
- 前記第２の光学系は、前記光偏向器から前記被走査面までの距離の中間よりも該光偏向器側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 前記第２の光学系の光軸が、前記被走査面上における走査端部のスポット形状の劣化を補正するように、該第２の光学系の光軸の副走査方向のずらし量を設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 前記第２の光学系の主走査断面の形状は、両面とも非円弧形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 前記第２の光学系は１枚のレンズより構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 前記第３の光学系は、シリンドリカルミラーで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 前記第３の光学系は、シリンドリカルレンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の光走査光学系。
- 請求項１乃至９のいずれか１項記載の光走査光学系と、前記被走査面上に配置された感光ドラムを有することを特徴とする画像形成装置。
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