JP4171213B2 - 走査光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タンデム型のカラーレーザープリンター等の走査光学装置に用いられる複数の光束を同時に走査させる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンデム型のカラーレーザープリンターは、Ｙ(イエロー)、Ｍ(マゼンタ)、Ｃ(シアン)、Ｋ(黒)の各色に対応して設けられた４本の感光体ドラムを備え、用紙を一方向に移動させながらカラー画像を印刷する。このようなタンデム型カラーレーザープリンターの走査光学系は、各色に対応した４つの半導体レーザーと、これらの半導体レーザーから発したレーザー光を反射、偏向させる共通のポリゴンミラーと、ポリゴンミラーの近傍に設けられた共通のｆθレンズと、それぞれの感光体ドラムの近傍に設けられた像面湾曲補正用の補正レンズとを備えている。
【０００３】
それぞれの感光体ドラム上に形成されるスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って同時に走査し、この際それぞれのレーザー光をオンオフ変調することにより感光体ドラム上に静電潜像を形成する。静電潜像を各色のトナーにより現像し、これを用紙に転写して定着させることにより、カラー画像が印刷される。
【０００４】
なお、この明細書では、感光体ドラム等の被走査面上でスポットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向を副走査方向と定義し、各光学素子の形状、パワーの方向性は、被走査面上での方向を基準に説明することとする。
【０００５】
上記のように複数の光束に対してポリゴンミラーを共用する場合、各光束の副走査方向の断面内でのポリゴンミラーへの入射角度をそれぞれ異ならせると、複数の光束をポリゴンミラーの反射面上でほぼ同一の位置に入射させることができ、ポリゴンミラーを薄くし、そのコストを抑えることができる。ただし、上記のようにポリゴンミラーに対する副走査方向の入射角度が有限の値を持つ場合には、被走査面上ではビームスポットの軌跡である走査線が湾曲する。走査線の湾曲はボウ(Bow)と呼ばれる。タンデム型カラーレーザープリンターでは、４本の感光体ドラム上に形成される走査線の形状を一致させること、すなわち、ボウを揃えることが色ズレを防ぐために重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の走査光学系では、入射角度が異なる光束については異なる設計の像面湾曲補正レンズが用いられているため、設計上ボウを小さく抑えることができたとしても、実際の製造時の組み立て誤差等により、ボウが発生すると、その形状が異なるという問題がある。すなわち、像面湾曲補正レンズは、一般に入射する光束に対して最適な性能が得られるように設計されるため、これが誤差発生時のボウの形状の違いとなって現れる。
【０００７】
このような誤差によりボウが発生したとき、発生するボウの形状が同一であれば、像面湾曲補正レンズを主走査方向の回転軸回りに回転調整することにより、ボウを合わせ込むことができる。このような合わせ込みが可能であれば、結果的にボウが残存していても、レーザーを駆動する描画信号を調整することにより、ボウの影響を電気的に除去することができる。しかしながら、従来のタンデム型カラーレーザープリンターにおいては、各走査線毎に、誤差により発生するのボウの形状が異なるため、像面湾曲補正レンズの調整によりボウの形状を合わせ込むことができず、上記のような誤差が生じた場合には、色ズレが生じ、印刷品質が悪化する。
【０００８】
この発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、組み立て誤差等によりボウが発生した場合にも、ポリゴンミラーに対する入射角度が異なる複数の光束について、ボウの形状を合わせることができる走査光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学系は、上記の目的を達成させるため、ポリゴンミラーに入射する４本の光束毎に配置された像面湾曲補正用の４つの補正レンズの１つの面をアナモフィック面とし、そのアナモフィック面の設計を内側の２本の光束が入射する補正レンズと外側の２本の光束が入射する補正レンズとで異ならせ、かつ、アナモフィック面の主走査方向の形状を、４つの補正レンズについてほぼ一致させたことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、この発明にかかる走査光学系は、４本の光束を発生する光源部と、光源部から発し、副走査方向の断面内で入射角度±β in で入射する内側の２本の光束、及び、入射角度±β out ( ただし、β in ＜β out ) で入射する外側の２本の光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、ポリゴンミラーにより反射された光束をそれぞれ対応する被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、結像光学系は、４本の光束に対して共通に単数配置された走査レンズと、走査レンズより被走査面側に位置し、ポリゴンミラーに入射する光束毎に配置された像面湾曲補正用の４つの補正レンズとを備え、上記のように４つの補正レンズのアナモフィック面の設計を内側の２本の光束が入射する補正レンズと外側の２本の光束が入射する補正レンズとで異ならせ、かつ、主走査方向の形状をほぼ一致させたことを特徴とする。
【００１１】
像面湾曲補正レンズを主走査方向の回転軸回りに回転調整することにより被走査面上に形成される走査線のボウの形状は、共通の走査レンズとそれぞれの光束に対して独立して設けられた補正レンズとを組み合わせて使用する場合には、補正レンズの主走査方向の形状に依存する。すなわち、主走査の面形状に類似した形状のボウが発生する。そこで、上記のように各補正レンズの主走査方向の形状をほぼ一致させた場合には、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。
【００１２】
補正レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有することが望ましい。なお、面中心は、面設計時に設定される原点であり、主走査方向については、被走査面上で走査範囲の中心に達する光束が非球面と交差する位置である。
【００１３】
補正レンズのアナモフィック面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面とすることができる。
複数の補正レンズのアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差とし、異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐとしたとき、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐ
または、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦０．２ (単位：ｍｍ)
を満たすことが望ましい。
【００１４】
複数の補正レンズは、それぞれ１枚のプラスチックレンズのみで構成されることが望ましい。また、走査レンズの１つのレンズ面は、主走査方向の断面形状が当該走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であることが望ましい。
【００１５】
光源部は、光源部から発する複数の光束がポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されることが望ましい。この場合、複数の補正レンズは、ポリンゴンミラーから各感光体ドラムまでの反射面を展開して考えた場合、走査レンズ系の光軸の延長線に対して対称に配置することができる。すなわち、同一設計の補正レンズを、走査レンズ系の光軸の延長線に対して等距離の位置に、１８０°回転させて配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる走査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す説明図であり、(Ａ)はポリゴンミラーより光源部側の副走査方向の断面内での説明図、(Ｂ)はポリゴンミラーより被走査面である感光体ドラム側の副走査方向の断面内での説明図である。
【００１７】
図１(Ａ)に示すタンデム走査光学系の光源部１０は、４個の半導体レーザー１１、１１…と、これらの半導体レーザーから発する発散光を平行光にする４個のコリメートレンズ１２、１２…とを備えている。半導体レーザー１１は、図中の縦方向となる副走査方向に４段並んで配置されている。
【００１８】
コリメートレンズ１２により平行光とされた４本のレーザー光Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリンドリカルレンズ１３の作用により副走査方向に関して収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１３が持つプリズム作用により偏向されてポリゴンミラー２０の近傍でほぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部１０から発する４本の光束は、副走査方向の断面内での入射角度がそれぞれ異なり、ポリゴンミラー２０の反射面上で交差する。これにより、ポリゴンミラー２０の副走査方向の高さを小さく抑えることができる。内側の２本の光束L2,L3のポリゴンミラーに対する入射角度は±βin、外側の２本の光束L1,L4の入射角度は±βoutである。すなわち、対をなす２本ずつの光束が、ポリゴンミラー２０に対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されている。
【００１９】
光源部１０から発した４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、回転軸２０ａ回りに回転するポリゴンミラー２０により同時に偏向される。偏向された４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進み、第１レンズ３１と第２レンズ３２とから構成される走査レンズ３０に入射する。走査レンズ３０から射出した光束は、２本ずつそれぞれ一対のミラー４０，４１により反射され、各光束毎の光路に配置された像面湾曲補正用の補正レンズ５１〜５４を介して、それぞれ異なる感光体ドラム６１〜６４上に収束して各ドラム上にビームスポットを形成する。ポリゴンミラー２０を回転軸２０ａ回りに回転させることにより、４本の感光体ドラム６１〜６４上にそれぞれ１本の走査線を同時に形成することができる。
【００２０】
なお、シリンドリカルレンズ１３は、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ３０及び補正レンズ５１〜５４は、ポリゴンミラー２０により反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系としての機能を有している。
【００２１】
結像光学系を構成する走査レンズ３０の一面(第１レンズ３１の被走査面側の面、あるいは、第２レンズ３２の被走査面側の面)には、主走査方向の断面形状が走査レンズ３０の光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として、副走査方向の断面形状の曲率が光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として、それぞれ独立に定義されるアナモフィック非球面が採用されている。走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、副走査方向の断面形状が円弧であり、その副走査方向の断面形状の曲率は、光軸からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって減少するように設定されている。アナモフィック非球面の形状は、光軸を通る主走査方向の境界線を境に対称である。
【００２２】
また、補正レンズ５１〜５４の一面は、アナモフィック面であり、このアナモフィック面の主走査方向の形状が、全ての補正レンズについてほぼ一致するよう設定されている。具体的には、補正レンズ５１〜５４のアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差とし、異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐとしたとき、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐ
を満たすよう設計されている。サグ量差とボウの差、すなわち湾曲量差とは比例関係にあり、かつ、後述する実施例の仕様では、サグ量差が２．５ｍｍのときにボウの差、すなわち湾曲量差が０．０５ｍｍとなることから、比例定数は５０となる。そこで、上記の条件のように、サグ量の最大値が湾曲量差の許容量Δｐの５０倍以下となるよう設定すれば、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。
【００２３】
外側の光束Ｌ1，Ｌ4と内側の光束Ｌ2，Ｌ3との走査線の湾曲量差の許容量Δｐをビーム径の１／１０に設定すると、６００ｄｐｉの場合にはビーム径は０．０４２３ｍｍとなるため、Δｐ＝０．００４２３ｍｍとなる。したがって、５０Δｐは約０．２ｍｍとなり、前述の条件｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐは、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦０．２ (単位：ｍｍ)
と表すことができる。
【００２４】
補正レンズ５１〜５４のアナモフィック面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有する非球面である。この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であり、その形状は、面中心を通る副走査方向の境界線を境に対称である。二次元多項式非球面の副走査方向の断面の傾きは、面中心からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって増加するよう設定されている。
【００２５】
外側の光束L1,L4が入射する補正レンズ５１，５４は、同一設計のレンズであり、これを光軸(反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸)を中心に１８０°回転させて配置している。また、内側の光束L2,L3が入射する補正レンズ５２，５３も、同一設計のレンズであり、これを光軸を中心に１８０°回転させて配置している。ただし、外側の光束と内側の光束とでは光軸に対する角度が異なるため、補正レンズ５１，５４と補正レンズ５２，５３とは異なる設計である。すなわち、補正レンズとしては、２種類のレンズを２個ずつ用意すればよい。なお、補正レンズの設計が異なるのは二次元多項式非球面のみであり、他方の面は４つの補正レンズでいずれも共通である。
【００２６】
次に、図１に示したタンデム走査光学系の具体的な実施例を４例説明する。なお、以下の実施例では、ミラー４０，４１を省略し、光路を展開して説明する。
【００２７】
【実施例１】
図２は、実施例１の走査光学系の主走査方向の説明図である。主走査方向のレンズ形状は、外側の光束L1が通る光学系と内側の光束L2が通る光学系とでほぼ同一であるため、図２では外側の光束Ｌ1が通る光学系を示している。実施例１の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。
【００２８】
表１は、実施例１の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。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(回転対称面の場合には省略、単位:mm)、ｄは面間の光軸上の距離(単位:mm)、ｎは設計波長780nmでの屈折率、DECZは反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸を基準にした各面の副走査方向への偏心(単位：mm)である。入射角度は、各光束の中心軸がポリゴンミラー２０に入射する際に反射面の法線に対してなす副走査方向の角度(主走査方向に対して垂直な平面に投影した際の角度)である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面は球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。
【００３１】
回転対称非球面は、光軸からの距離がhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次の非球面係数をＡ4，Ａ6として、以下の式で表される。表１における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
アナモフィック非球面は、面上で光軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査方向の距離がyとなる上記曲線上の座標点での光軸上の接線からの距離(サグ量)をＸ(y)、当該座標点でこの曲線に接する副走査方向の円弧の曲率をCz(y)として、以下の式で定義される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
式中、Ｃは主走査方向の曲率、κは円錐係数、AMmは主走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数、Cz0は光軸上での副走査方向の曲率（=1/rz）、ASnは副走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数である。第５面を定義する各係数の値は、表３に示されている。
【００３７】
【表３】
【００３８】
二次元多項式非球面は、面中心で接する平面上での主走査方向の距離y、副走査方向の距離zの点(y,z)におけるサグ量X(y,z)として、以下の二次元多項式により表される。ここで、Ｃは面中心における主走査方向の曲率(1/ry)、κは円錐係数、ｈは面中心からの距離(=(y2+z2)1/2）、Ｂmnは係数(mは主走査方向，nは副走査方向に関する次数)である。この二次元多項式は、回転非対称な光学曲面を表す一般式である。Ｂmnのｎが奇数の場合の値を０以外の値にすると、面形状は副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称となる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
外側光束用の補正レンズ５１に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表４、内側光束用の補正レンズ５２に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表５に示す。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
図３は、実施例１の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際の走査線湾曲(ボウ)を示す。図中、実線が外側の光学系の光束L1に対するボウ、破線が内側の光学系の光束L2に対するボウである。グラフの縦軸は主走査方向の走査位置(単位:mm)、横軸はボウの発生量(単位:mm)を示す。図３に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００４４】
【実施例２】
図４は、実施例２の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例２の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１、第２レンズ３２、そして、補正レンズ５１−５４の全てがプラスチックにより形成されている。表６は、実施例２の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００４５】
【表６】
【００４６】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面は球面、第６面は平面、第７面はアナモフィック非球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。第４面の係数は表７、第７面の係数は表８、第８面の係数は表９、第１１面の係数は表１０にそれぞれ示される。
【００４７】
【表７】
【００４８】
【表８】
【００４９】
【表９】
【００５０】
【表１０】
【００５１】
図５は、実施例２の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図５に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００５２】
【実施例３】
図６は、実施例３の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例３の走査光学系は、走査レンズ３０が１枚構成であり、この走査レンズと補正レンズ５１−５４とが共にプラスチックにより形成されている。表１１は、実施例３の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００５３】
【表１１】
【００５４】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面、第９面は二次元多項式非球面、第７面、第１０面は球面である。第４面の係数は表１２、第５面の係数は表１３、第６面の係数は表１４、第９面の係数は表１５にそれぞれ示される。
【００５５】
【表１２】
【００５６】
【表１３】
【００５７】
【表１４】
【００５８】
【表１５】
【００５９】
図７は、実施例３の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図７に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００６０】
【実施例４】
図８は、実施例４の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例４の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。表１６は、実施例４の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００６１】
【表１６】
【００６２】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面、第８面、第１１面は球面、、第９面、第１２面は二次元多項式非球面である。第４面の係数は表１７、第５面の係数は表１８、第９面の係数は表１９、第１２面の係数は表２０にそれぞれ示される。
【００６３】
【表１７】
【００６４】
【表１８】
【００６５】
【表１９】
【００６６】
【表２０】
【００６７】
図９は、実施例４の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図９に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００６８】
【比較例】
上記の４つの実施例は、いずれも外側光束用、内側光束用の補正レンズの主走査方向の形状をほぼ一致させているが、走査光学系に求められる基本的な性能、すなわち、走査光の等速性、良好な収差補正等を実現するためには、補正レンズの主走査方向の形状を一致させる必要はない。そこで、基本的な性能を満たしつつ、補正レンズの主走査方向の形状が一致しない比較例を一例提示し、この比較例と前記の実施例とを比較しつつ、ボウの発生について説明する。
【００６９】
比較例は、上記の実施例３の構成を基本に、内側光束用の補正レンズの形状を変更して構成される。図１０は、実施例３の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図、図１１は、比較例の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。図１０と図６とを比較すると、実施例３では補正レンズの主走査方向の形状が内側光束用と外側光束用との光学系でほぼ一致するのに対し、図１１と図６とを比較すると、比較例では補正レンズの主走査方向の形状が内側光束用と外側光束用との光学系で異なることが理解できる。比較例の内側光束用の補正レンズは、第９面が二次元多項式非球面、第１０面が回転対称非球面であり、これらの面を規定する各数値は表２１−２３に示される。
【００７０】
【表２１】
【００７１】
【表２２】
【００７２】
【表２３】
【００７３】
図１２は、比較例の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図１２に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状が、外側光束用、内側光束用の光学系とで異なる。
【００７４】
次に、各実施例および比較例において、外側光束用の補正レンズと内側光束用の補正レンズの主走査方向のサグ量の差と、その結果生じるボウの差とについて説明する。サグ量の差は図１３、ボウの差は図１４にそれぞれ示される。これらのグラフに示されるサグ量差、ボウ差の絶対値の最大値を以下の表２４に示す。
【００７５】
【表２４】
【００７６】
異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐをビーム径の１／１０に設定すると、６００ｄｐｉの場合には、前述のように条件｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦５０Δｐは、｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦０．２となる。実施例１−４は、いずれもサグ量差の絶対値が０．２ｍｍ以下であり、この条件を満たしている。この結果、ボウ差の最大値は０．００１２〜０．００３５の範囲であり、６００ｄｐｉの場合にはビーム径の１／１０以下(０．００４２３ｍｍ以下)という条件を満たしている。したがって、レンズの組み付け誤差や、調整のためにボウが発生した場合にも、各走査線の湾曲形状をほぼ一致させることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【００７７】
これに対して比較例では、サグ量差の最大値が２．５１４４ｍｍとなっており、６００ｄｐｉの場合には上記の条件の上限の１０倍以上の値をとる。その結果、ボウ差は０．０５４４ｍｍとなり、内側の光束と外側の光束とが副走査方向にビーム径より大きくずれるため、色ズレが顕著となり、印刷品質が低下する。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ポリゴンミラーに入射する光束毎に配置された像面湾曲補正用の複数の補正レンズの１つの面をアナモフィック面とし、そのアナモフィック面の主走査方向の形状を、複数の補正レンズについてほぼ一致させることにより、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。したがって、レンズの組み付け誤差や、調整のためにボウが発生した場合にも、その湾曲形状をほぼ一致させることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態の走査光学系の概要を示す副走査方向の断面内の説明図である。
【図２】 実施例１の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図３】 実施例１の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図４】 実施例２の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図５】 実施例２の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図６】 実施例３の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図７】 実施例３の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図８】 実施例４の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図９】 実施例４の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図１０】 実施例３の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図１１】 比較例の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図１２】 比較例の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図１３】 各実施例および比較例における外側光束用と内側光束用の補正レンズの主走査方向のサグ量の差を示すグラフである。
【図１４】 各実施例および比較例における外側光束用と内側光束用の光学系のボウの差を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光源部
１１ 半導体レーザー
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
２０ ポリゴンミラー
３０ 走査レンズ
５１〜５４ 補正レンズ
６１〜６４ 感光体ドラム
【発明の属する技術分野】
この発明は、タンデム型のカラーレーザープリンター等の走査光学装置に用いられる複数の光束を同時に走査させる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンデム型のカラーレーザープリンターは、Ｙ(イエロー)、Ｍ(マゼンタ)、Ｃ(シアン)、Ｋ(黒)の各色に対応して設けられた４本の感光体ドラムを備え、用紙を一方向に移動させながらカラー画像を印刷する。このようなタンデム型カラーレーザープリンターの走査光学系は、各色に対応した４つの半導体レーザーと、これらの半導体レーザーから発したレーザー光を反射、偏向させる共通のポリゴンミラーと、ポリゴンミラーの近傍に設けられた共通のｆθレンズと、それぞれの感光体ドラムの近傍に設けられた像面湾曲補正用の補正レンズとを備えている。
【０００３】
それぞれの感光体ドラム上に形成されるスポットは、ポリゴンミラーの回転に伴って同時に走査し、この際それぞれのレーザー光をオンオフ変調することにより感光体ドラム上に静電潜像を形成する。静電潜像を各色のトナーにより現像し、これを用紙に転写して定着させることにより、カラー画像が印刷される。
【０００４】
なお、この明細書では、感光体ドラム等の被走査面上でスポットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向を副走査方向と定義し、各光学素子の形状、パワーの方向性は、被走査面上での方向を基準に説明することとする。
【０００５】
上記のように複数の光束に対してポリゴンミラーを共用する場合、各光束の副走査方向の断面内でのポリゴンミラーへの入射角度をそれぞれ異ならせると、複数の光束をポリゴンミラーの反射面上でほぼ同一の位置に入射させることができ、ポリゴンミラーを薄くし、そのコストを抑えることができる。ただし、上記のようにポリゴンミラーに対する副走査方向の入射角度が有限の値を持つ場合には、被走査面上ではビームスポットの軌跡である走査線が湾曲する。走査線の湾曲はボウ(Bow)と呼ばれる。タンデム型カラーレーザープリンターでは、４本の感光体ドラム上に形成される走査線の形状を一致させること、すなわち、ボウを揃えることが色ズレを防ぐために重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の走査光学系では、入射角度が異なる光束については異なる設計の像面湾曲補正レンズが用いられているため、設計上ボウを小さく抑えることができたとしても、実際の製造時の組み立て誤差等により、ボウが発生すると、その形状が異なるという問題がある。すなわち、像面湾曲補正レンズは、一般に入射する光束に対して最適な性能が得られるように設計されるため、これが誤差発生時のボウの形状の違いとなって現れる。
【０００７】
このような誤差によりボウが発生したとき、発生するボウの形状が同一であれば、像面湾曲補正レンズを主走査方向の回転軸回りに回転調整することにより、ボウを合わせ込むことができる。このような合わせ込みが可能であれば、結果的にボウが残存していても、レーザーを駆動する描画信号を調整することにより、ボウの影響を電気的に除去することができる。しかしながら、従来のタンデム型カラーレーザープリンターにおいては、各走査線毎に、誤差により発生するのボウの形状が異なるため、像面湾曲補正レンズの調整によりボウの形状を合わせ込むことができず、上記のような誤差が生じた場合には、色ズレが生じ、印刷品質が悪化する。
【０００８】
この発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、組み立て誤差等によりボウが発生した場合にも、ポリゴンミラーに対する入射角度が異なる複数の光束について、ボウの形状を合わせることができる走査光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学系は、上記の目的を達成させるため、ポリゴンミラーに入射する４本の光束毎に配置された像面湾曲補正用の４つの補正レンズの１つの面をアナモフィック面とし、そのアナモフィック面の設計を内側の２本の光束が入射する補正レンズと外側の２本の光束が入射する補正レンズとで異ならせ、かつ、アナモフィック面の主走査方向の形状を、４つの補正レンズについてほぼ一致させたことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、この発明にかかる走査光学系は、４本の光束を発生する光源部と、光源部から発し、副走査方向の断面内で入射角度±β in で入射する内側の２本の光束、及び、入射角度±β out ( ただし、β in ＜β out ) で入射する外側の２本の光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、ポリゴンミラーにより反射された光束をそれぞれ対応する被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、結像光学系は、４本の光束に対して共通に単数配置された走査レンズと、走査レンズより被走査面側に位置し、ポリゴンミラーに入射する光束毎に配置された像面湾曲補正用の４つの補正レンズとを備え、上記のように４つの補正レンズのアナモフィック面の設計を内側の２本の光束が入射する補正レンズと外側の２本の光束が入射する補正レンズとで異ならせ、かつ、主走査方向の形状をほぼ一致させたことを特徴とする。
【００１１】
像面湾曲補正レンズを主走査方向の回転軸回りに回転調整することにより被走査面上に形成される走査線のボウの形状は、共通の走査レンズとそれぞれの光束に対して独立して設けられた補正レンズとを組み合わせて使用する場合には、補正レンズの主走査方向の形状に依存する。すなわち、主走査の面形状に類似した形状のボウが発生する。そこで、上記のように各補正レンズの主走査方向の形状をほぼ一致させた場合には、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。
【００１２】
補正レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有することが望ましい。なお、面中心は、面設計時に設定される原点であり、主走査方向については、被走査面上で走査範囲の中心に達する光束が非球面と交差する位置である。
【００１３】
補正レンズのアナモフィック面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面とすることができる。
複数の補正レンズのアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差とし、異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐとしたとき、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐ
または、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦０．２ (単位：ｍｍ)
を満たすことが望ましい。
【００１４】
複数の補正レンズは、それぞれ１枚のプラスチックレンズのみで構成されることが望ましい。また、走査レンズの１つのレンズ面は、主走査方向の断面形状が当該走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であることが望ましい。
【００１５】
光源部は、光源部から発する複数の光束がポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されることが望ましい。この場合、複数の補正レンズは、ポリンゴンミラーから各感光体ドラムまでの反射面を展開して考えた場合、走査レンズ系の光軸の延長線に対して対称に配置することができる。すなわち、同一設計の補正レンズを、走査レンズ系の光軸の延長線に対して等距離の位置に、１８０°回転させて配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる走査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す説明図であり、(Ａ)はポリゴンミラーより光源部側の副走査方向の断面内での説明図、(Ｂ)はポリゴンミラーより被走査面である感光体ドラム側の副走査方向の断面内での説明図である。
【００１７】
図１(Ａ)に示すタンデム走査光学系の光源部１０は、４個の半導体レーザー１１、１１…と、これらの半導体レーザーから発する発散光を平行光にする４個のコリメートレンズ１２、１２…とを備えている。半導体レーザー１１は、図中の縦方向となる副走査方向に４段並んで配置されている。
【００１８】
コリメートレンズ１２により平行光とされた４本のレーザー光Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリンドリカルレンズ１３の作用により副走査方向に関して収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１３が持つプリズム作用により偏向されてポリゴンミラー２０の近傍でほぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部１０から発する４本の光束は、副走査方向の断面内での入射角度がそれぞれ異なり、ポリゴンミラー２０の反射面上で交差する。これにより、ポリゴンミラー２０の副走査方向の高さを小さく抑えることができる。内側の２本の光束L2,L3のポリゴンミラーに対する入射角度は±βin、外側の２本の光束L1,L4の入射角度は±βoutである。すなわち、対をなす２本ずつの光束が、ポリゴンミラー２０に対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射するように設定されている。
【００１９】
光源部１０から発した４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、回転軸２０ａ回りに回転するポリゴンミラー２０により同時に偏向される。偏向された４本の光束Ｌ1〜Ｌ4は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進み、第１レンズ３１と第２レンズ３２とから構成される走査レンズ３０に入射する。走査レンズ３０から射出した光束は、２本ずつそれぞれ一対のミラー４０，４１により反射され、各光束毎の光路に配置された像面湾曲補正用の補正レンズ５１〜５４を介して、それぞれ異なる感光体ドラム６１〜６４上に収束して各ドラム上にビームスポットを形成する。ポリゴンミラー２０を回転軸２０ａ回りに回転させることにより、４本の感光体ドラム６１〜６４上にそれぞれ１本の走査線を同時に形成することができる。
【００２０】
なお、シリンドリカルレンズ１３は、光源部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ３０及び補正レンズ５１〜５４は、ポリゴンミラー２０により反射された光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系としての機能を有している。
【００２１】
結像光学系を構成する走査レンズ３０の一面(第１レンズ３１の被走査面側の面、あるいは、第２レンズ３２の被走査面側の面)には、主走査方向の断面形状が走査レンズ３０の光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として、副走査方向の断面形状の曲率が光軸Ａｘからの主走査方向の距離の関数として、それぞれ独立に定義されるアナモフィック非球面が採用されている。走査レンズ３０のアナモフィック非球面は、副走査方向の断面形状が円弧であり、その副走査方向の断面形状の曲率は、光軸からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって減少するように設定されている。アナモフィック非球面の形状は、光軸を通る主走査方向の境界線を境に対称である。
【００２２】
また、補正レンズ５１〜５４の一面は、アナモフィック面であり、このアナモフィック面の主走査方向の形状が、全ての補正レンズについてほぼ一致するよう設定されている。具体的には、補正レンズ５１〜５４のアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差とし、異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐとしたとき、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐ
を満たすよう設計されている。サグ量差とボウの差、すなわち湾曲量差とは比例関係にあり、かつ、後述する実施例の仕様では、サグ量差が２．５ｍｍのときにボウの差、すなわち湾曲量差が０．０５ｍｍとなることから、比例定数は５０となる。そこで、上記の条件のように、サグ量の最大値が湾曲量差の許容量Δｐの５０倍以下となるよう設定すれば、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。
【００２３】
外側の光束Ｌ1，Ｌ4と内側の光束Ｌ2，Ｌ3との走査線の湾曲量差の許容量Δｐをビーム径の１／１０に設定すると、６００ｄｐｉの場合にはビーム径は０．０４２３ｍｍとなるため、Δｐ＝０．００４２３ｍｍとなる。したがって、５０Δｐは約０．２ｍｍとなり、前述の条件｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦５０Δｐは、
｜ΔＸn-1 (Ｙ)｜≦０．２ (単位：ｍｍ)
と表すことができる。
【００２４】
補正レンズ５１〜５４のアナモフィック面は、副走査方向の断面の傾きが主走査方向の位置により変化し、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有する非球面である。この非球面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であり、その形状は、面中心を通る副走査方向の境界線を境に対称である。二次元多項式非球面の副走査方向の断面の傾きは、面中心からの主走査方向の距離が大きくなるにしたがって増加するよう設定されている。
【００２５】
外側の光束L1,L4が入射する補正レンズ５１，５４は、同一設計のレンズであり、これを光軸(反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸)を中心に１８０°回転させて配置している。また、内側の光束L2,L3が入射する補正レンズ５２，５３も、同一設計のレンズであり、これを光軸を中心に１８０°回転させて配置している。ただし、外側の光束と内側の光束とでは光軸に対する角度が異なるため、補正レンズ５１，５４と補正レンズ５２，５３とは異なる設計である。すなわち、補正レンズとしては、２種類のレンズを２個ずつ用意すればよい。なお、補正レンズの設計が異なるのは二次元多項式非球面のみであり、他方の面は４つの補正レンズでいずれも共通である。
【００２６】
次に、図１に示したタンデム走査光学系の具体的な実施例を４例説明する。なお、以下の実施例では、ミラー４０，４１を省略し、光路を展開して説明する。
【００２７】
【実施例１】
図２は、実施例１の走査光学系の主走査方向の説明図である。主走査方向のレンズ形状は、外側の光束L1が通る光学系と内側の光束L2が通る光学系とでほぼ同一であるため、図２では外側の光束Ｌ1が通る光学系を示している。実施例１の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。
【００２８】
表１は、実施例１の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。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(回転対称面の場合には省略、単位:mm)、ｄは面間の光軸上の距離(単位:mm)、ｎは設計波長780nmでの屈折率、DECZは反射面を展開して考えたときの走査レンズ３０の光軸を基準にした各面の副走査方向への偏心(単位：mm)である。入射角度は、各光束の中心軸がポリゴンミラー２０に入射する際に反射面の法線に対してなす副走査方向の角度(主走査方向に対して垂直な平面に投影した際の角度)である。
【００２９】
【表１】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面は球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。
【００３１】
回転対称非球面は、光軸からの距離がhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次の非球面係数をＡ4，Ａ6として、以下の式で表される。表１における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円錐係数、非球面係数は表２に示される。
【００３２】
【数１】
【表２】
アナモフィック非球面は、面上で光軸を通る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査方向の距離がyとなる上記曲線上の座標点での光軸上の接線からの距離(サグ量)をＸ(y)、当該座標点でこの曲線に接する副走査方向の円弧の曲率をCz(y)として、以下の式で定義される。
【００３５】
【数２】
式中、Ｃは主走査方向の曲率、κは円錐係数、AMmは主走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数、Cz0は光軸上での副走査方向の曲率（=1/rz）、ASnは副走査方向の曲率を定義するn次の非球面係数である。第５面を定義する各係数の値は、表３に示されている。
【００３７】
【表３】
二次元多項式非球面は、面中心で接する平面上での主走査方向の距離y、副走査方向の距離zの点(y,z)におけるサグ量X(y,z)として、以下の二次元多項式により表される。ここで、Ｃは面中心における主走査方向の曲率(1/ry)、κは円錐係数、ｈは面中心からの距離(=(y2+z2)1/2）、Ｂmnは係数(mは主走査方向，nは副走査方向に関する次数)である。この二次元多項式は、回転非対称な光学曲面を表す一般式である。Ｂmnのｎが奇数の場合の値を０以外の値にすると、面形状は副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称となる。
【００３９】
【数３】
外側光束用の補正レンズ５１に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表４、内側光束用の補正レンズ５２に形成された二次元多項式非球面を定義する係数の値を表５に示す。
【００４１】
【表４】
【表５】
図３は、実施例１の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際の走査線湾曲(ボウ)を示す。図中、実線が外側の光学系の光束L1に対するボウ、破線が内側の光学系の光束L2に対するボウである。グラフの縦軸は主走査方向の走査位置(単位:mm)、横軸はボウの発生量(単位:mm)を示す。図３に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００４４】
【実施例２】
図４は、実施例２の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例２の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１、第２レンズ３２、そして、補正レンズ５１−５４の全てがプラスチックにより形成されている。表６は、実施例２の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００４５】
【表６】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面は球面、第６面は平面、第７面はアナモフィック非球面、第８面、第１１面は二次元多項式非球面、第９面、第１２面は球面である。第４面の係数は表７、第７面の係数は表８、第８面の係数は表９、第１１面の係数は表１０にそれぞれ示される。
【００４７】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
図５は、実施例２の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図５に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００５２】
【実施例３】
図６は、実施例３の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例３の走査光学系は、走査レンズ３０が１枚構成であり、この走査レンズと補正レンズ５１−５４とが共にプラスチックにより形成されている。表１１は、実施例３の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００５３】
【表１１】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面、第９面は二次元多項式非球面、第７面、第１０面は球面である。第４面の係数は表１２、第５面の係数は表１３、第６面の係数は表１４、第９面の係数は表１５にそれぞれ示される。
【００５５】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
図７は、実施例３の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図７に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００６０】
【実施例４】
図８は、実施例４の走査光学系の主走査方向の説明図である。実施例４の走査光学系は、走査レンズ３０が第１レンズ３１と第２レンズ３２との２枚構成であり、第１レンズ３１がプラスチック、第２レンズ３２がガラス、そして、補正レンズ５１−５４がプラスチックにより形成されている。表１６は、実施例４の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１３より感光体ドラム６１〜６４側の構成を示す。
【００６１】
【表１６】
第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は回転対称非球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は平面、第７面、第８面、第１１面は球面、、第９面、第１２面は二次元多項式非球面である。第４面の係数は表１７、第５面の係数は表１８、第９面の係数は表１９、第１２面の係数は表２０にそれぞれ示される。
【００６３】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
図９は、実施例４の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図９に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状は、外側光束用、内側光束用の光学系でほぼ同一である。
【００６８】
【比較例】
上記の４つの実施例は、いずれも外側光束用、内側光束用の補正レンズの主走査方向の形状をほぼ一致させているが、走査光学系に求められる基本的な性能、すなわち、走査光の等速性、良好な収差補正等を実現するためには、補正レンズの主走査方向の形状を一致させる必要はない。そこで、基本的な性能を満たしつつ、補正レンズの主走査方向の形状が一致しない比較例を一例提示し、この比較例と前記の実施例とを比較しつつ、ボウの発生について説明する。
【００６９】
比較例は、上記の実施例３の構成を基本に、内側光束用の補正レンズの形状を変更して構成される。図１０は、実施例３の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図、図１１は、比較例の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。図１０と図６とを比較すると、実施例３では補正レンズの主走査方向の形状が内側光束用と外側光束用との光学系でほぼ一致するのに対し、図１１と図６とを比較すると、比較例では補正レンズの主走査方向の形状が内側光束用と外側光束用との光学系で異なることが理解できる。比較例の内側光束用の補正レンズは、第９面が二次元多項式非球面、第１０面が回転対称非球面であり、これらの面を規定する各数値は表２１−２３に示される。
【００７０】
【表２１】
【表２２】
【表２３】
図１２は、比較例の走査光学系において、各補正レンズを主走査方向の回転軸回りに１度傾けた際のボウを示す。図１２に示されるように、補正レンズを傾けたことにより発生するボウの形状が、外側光束用、内側光束用の光学系とで異なる。
【００７４】
次に、各実施例および比較例において、外側光束用の補正レンズと内側光束用の補正レンズの主走査方向のサグ量の差と、その結果生じるボウの差とについて説明する。サグ量の差は図１３、ボウの差は図１４にそれぞれ示される。これらのグラフに示されるサグ量差、ボウ差の絶対値の最大値を以下の表２４に示す。
【００７５】
【表２４】
異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐをビーム径の１／１０に設定すると、６００ｄｐｉの場合には、前述のように条件｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦５０Δｐは、｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦０．２となる。実施例１−４は、いずれもサグ量差の絶対値が０．２ｍｍ以下であり、この条件を満たしている。この結果、ボウ差の最大値は０．００１２〜０．００３５の範囲であり、６００ｄｐｉの場合にはビーム径の１／１０以下(０．００４２３ｍｍ以下)という条件を満たしている。したがって、レンズの組み付け誤差や、調整のためにボウが発生した場合にも、各走査線の湾曲形状をほぼ一致させることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【００７７】
これに対して比較例では、サグ量差の最大値が２．５１４４ｍｍとなっており、６００ｄｐｉの場合には上記の条件の上限の１０倍以上の値をとる。その結果、ボウ差は０．０５４４ｍｍとなり、内側の光束と外側の光束とが副走査方向にビーム径より大きくずれるため、色ズレが顕著となり、印刷品質が低下する。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ポリゴンミラーに入射する光束毎に配置された像面湾曲補正用の複数の補正レンズの１つの面をアナモフィック面とし、そのアナモフィック面の主走査方向の形状を、複数の補正レンズについてほぼ一致させることにより、発生するボウの形状をほぼ一致させることができる。したがって、レンズの組み付け誤差や、調整のためにボウが発生した場合にも、その湾曲形状をほぼ一致させることができ、カラープリンターでの色ズレの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態の走査光学系の概要を示す副走査方向の断面内の説明図である。
【図２】 実施例１の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図３】 実施例１の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図４】 実施例２の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図５】 実施例２の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図６】 実施例３の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図７】 実施例３の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図８】 実施例４の走査光学系の外側光束用の光学例を示す主走査方向の説明図である。
【図９】 実施例４の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図１０】 実施例３の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図１１】 比較例の走査光学系の内側光束用の光学系を示す主走査方向の説明図である。
【図１２】 比較例の走査光学系において、補正レンズを１度傾けた際のボウを示すグラフである。
【図１３】 各実施例および比較例における外側光束用と内側光束用の補正レンズの主走査方向のサグ量の差を示すグラフである。
【図１４】 各実施例および比較例における外側光束用と内側光束用の光学系のボウの差を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光源部
１１ 半導体レーザー
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
２０ ポリゴンミラー
３０ 走査レンズ
５１〜５４ 補正レンズ
６１〜６４ 感光体ドラム
Claims (8)
- ４本の光束を発生する光源部と、
前記光源部から発し、副走査方向の断面内で入射角度±β in で入射する内側の２本の光束、及び、入射角度±β out ( ただし、β in ＜β out ) で入射する外側の２本の光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、
該ポリゴンミラーにより反射された光束をそれぞれ対応する被走査面上で主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを備え、
前記結像光学系は、前記４本の光束に対して共通に単数配置された走査レンズと、該走査レンズより前記被走査面側に位置し、前記ポリゴンミラーに入射する前記４本の光束毎に配置された像面湾曲補正用の４つの補正レンズとを備え、
前記４つの補正レンズは、それぞれ１つの面がアナモフィック面であり、該アナモフィック面は内側の２本の光束が入射する補正レンズと外側の２本の光束が入射する補正レンズとで異なる設計であり、かつ、該アナモフィック面の主走査方向の形状が、前記４つの補正レンズについてほぼ一致することを特徴とする走査光学系。 - 前記補正レンズのアナモフィック面は、副走査方向に対して垂直で面中心を含む平面に関して非対称な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
- 前記補正レンズのアナモフィック面は、面中心を原点として含んで走査レンズの光軸と直交する基準平面からのサグ量が主走査方向・副走査方向それぞれの前記面中心からの距離に関する二次元多項式で表現される二次元多項式非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学系。
- 前記複数の補正レンズのアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差とし、異なる被走査面上に形成される走査線間の湾曲差の許容量をΔｐとしたとき、
｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦５０Δｐ
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走査光学系。 - 前記複数の補正レンズのアナモフィック面は、それぞれの面中心からの主走査方向の距離Ｙにおけるサグ量をＸ(Ｙ)、補正レンズの種類をｎ種類（ｎは２以上の整数）として、
ΔＸn-1(Ｙ)＝Ｘn(Ｙ)−Ｘn-1(Ｙ)
で定義されるΔＸn-1(Ｙ)を形状の異なる補正レンズ間のサグ量の差としたとき、
｜ΔＸn-1(Ｙ)｜≦０．２ (単位：ｍｍ)
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走査光学系。 - 前記複数の補正レンズは、それぞれ１枚のプラスチックレンズのみで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の走査光学系。
- 前記走査レンズの１つのレンズ面は、主走査方向の断面形状が当該走査レンズの光軸からの主走査方向の距離の関数として定義され、副走査方向の断面形状が円弧であって、その曲率が前記光軸からの主走査方向の距離の関数として主走査方向の断面形状とは独立して定義されるアナモフィック非球面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の走査光学系。
- 前記光源部は、該光源部から発する複数の光束を前記ポリゴンミラーに対して副走査方向の断面内で絶対値が等しく符号が異なる入射角度で入射させ、前記複数の補正レンズは、前記走査レンズの光軸の延長線に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の走査光学系。
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