JP4654350B2

JP4654350B2 - 走査光学系

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Description

本発明は、カラーレーザープリンタ等に利用されるタンデム方式の走査光学系に関する。

特許文献１及び２には、複数の半導体レーザーから発した光束を単一のポリゴンミラーにより反射、偏向させ、結像光学系を介して原色系、あるいは補色系の各色成分毎に設けられた複数の感光体ドラム(走査対象面)上にそれぞれ同時に走査させることにより各色成分の潜像を形成するタンデム方式の走査光学系が開示されている。これらの特許文献に開示される結像光学系は、ポリゴンミラーで反射された複数の光束の共通光路に配置された第１レンズ群と、第１レンズ群より走査対象面側で複数の光束のそれぞれの単独光路に配置された第２レンズ群とを備えるが、色収差が補正されていないため、複数の半導体レーザーの発光波長にばらつきがあると、倍率色収差が発生し、走査線の長さ(倍率)が各色成分ごとに異なることによる色ずれが生じる。

一方、複数光源の波長差に起因する倍率色収差を補正する目的で、回折レンズ構造を有する面を走査光学系に用いることは公知であり(特許文献３及び４)、タンデム走査光学系においても回折レンズ構造を有する面を付加することで倍率色収差を補正することができる。
特開２００３−０７５７５１号公報特開２００３−１４９５７３号公報特開平１０−１９７８２０号公報特開２００１−１４２０２０号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示されるタンデム方式の走査光学系には、特許文献３及び４に開示される回折レンズ構造を付加するのが困難であるという問題がある。

結像光学系が上記のように第１レンズ群と第２レンズ群とから構成される場合、回折レンズ構造は主走査方向のサイズが小さい第１レンズ群のレンズ面上に形成することが望ましい。一方、回折レンズ構造は、一般にプラスチックの射出成型により屈折レンズと一体に形成されるが、金型を作成する際には旋盤を用いて回折レンズ構造の母型となるパターンを形成できることが望ましい。そして、倍率色収差を補正するための回折レンズ構造は、主走査方向に沿って段差が繰り返される形状、すなわち、隣り合う領域の境界が副走査方向に沿う形状であるため、回折レンズ構造を付加する面のベースカーブは、光軸回りに回転対称であるか、主走査方向に伸びる回転軸回りに回転対称(副走査断面形状が円弧)であることが望ましい。ただし、第１レンズ群に光軸回りに回転対称な面を設けると、ポリゴンミラーの所定の反射面で反射されて第１レンズ群に入射した光束の一部がこの回転対称な面で反射され、ポリゴンミラーの隣接する反射面で反射されて結像光学系を介してゴースト光として走査対象面上に達し、濃度ムラを発生させるという問題がある。

また、レンズ面に回折レンズ構造を付加する場合、レンズの成型後の収縮により生じる回折レンズ構造の形状の崩れを避ける必要がある。倍率色収差を補正するための回折レンズ構造は、主走査方向において光軸側に光軸方向の段差面を向けた形状となるため、凹面に形成すると収縮時に段差部分が母型に引っかかり形状が崩れ易いのに対して、凸面に形成すると引っかかりにくい。この点の詳細については、実施の形態の項で改めて説明する。

このような観点で特許文献１の実施例として開示された光学系を検討すると、旋盤で母型を形成できる副走査断面が円弧の面は、第２レンズ群を構成する長尺レンズの走査対象面側のレンズ面のみであるが、主走査方向に長い長尺レンズの母型に回折パターンを加工するのには多くの時間を要するため、回折レンズ構造を形成するのには不向きである。なお、第１レンズ群の第２レンズはガラスレンズであるため、回折レンズ構造を形成するのには適さない。

また、引用文献２の実施例３では、走査レンズ３０のポリゴンミラー側の面が球面であり、母型の形成には有利であるが、この面は凹面であるため、成型後の収縮により回折レンズ構造の形状が崩れる可能性があり、回折レンズ構造を形成するのには不向きである。なお、引用文献２の他の実施例には、回折レンズ構造を形成するのに好適な面が存在するが、他の実施例は結像光学系が３枚構成であり、光学系のコストアップになる。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、２枚構成の結像光学系を用いつつ、回折レンズ構造を形成する場合に、旋盤を利用した母型の作成が可能で、かつ、成型後の収縮により回折レンズ構造の形状が崩れる可能性が小さく、しかも、ゴースト光の発生を抑え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。

本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、タンデム方式の走査光学系において、結像光学系を構成する第１レンズの走査対象面側のレンズ面を、副走査断面が円弧、主査走査断面が凸面であるベースカーブとして、この面に回折レンズ構造を形成したことを特徴とする。

すなわち、本発明の走査光学系は、複数の光束を発生する光源部と、光源部から発する複数の光束を同時に反射、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複数の光束を複数の走査対象面上でそれぞれ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、金型を用いたプラスチックの射出成型で形成されたレンズであり且つ前記走査対象面側のレンズ面のみに前記金型によって形成された回折レンズ構造を有するとともに、前記ポリゴンミラーで反射された複数の光束の共通光路に配置された単レンズである第１レンズを含み、回折レンズ構造が形成されたレンズ面のベースカーブは、主走査方向に回転軸を持ち、主走査断面と副走査断面の曲率半径が異なり、その主走査断面形状が偏向器側に凹となり且つ副走査断面形状が偏向器側に凸となるトーリック面であり、前記第１レンズの前記回折レンズ構造が形成されていない面は、その主走査断面が偏向器側に凹となる面であることを特徴とする。

回折レンズ構造には、光源部から発する複数の光束の波長差に起因する倍率色収差を補正する機能を持たせることができる。回折レンズ構造が形成されたレンズ面のベースカーブは、副走査断面形状が偏向器側に凸となるとすることが望ましい。

また、第１レンズのポリゴンミラー側のレンズ面は、主走査断面の形状が光軸からの主走査方向の距離の関数、副走査断面の曲率が光軸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非球面とすることが望ましい。さらに、結像光学系は、第１レンズより走査対象面側で複数の光束のそれぞれの単独光路に配置された単レンズである第２レンズを含むことが望ましい。

なお、回折レンズ構造が形成されたレンズ面のベースカーブの副走査断面の曲率半径は、母型の旋盤への取り付けを考慮すると、１５０ｍｍ以下であることが望ましい。また、第１レンズは、副走査断面がポリゴンミラー側に凸となるメニスカス形状であり、副走査断面パワーが+2.5dptr.〜-2.5dptr.の範囲にあることが望ましい。

本発明によれば、結像光学系を構成する第１レンズの走査対象側の面に回折レンズ構造を形成し、そのベースカーブの主走査断面を凸面、副走査断面を円弧とすることにより、２枚構成の結像光学系を用いつつ、旋盤を利用して作成できる母型を利用して回折レンズ構造を形成することができ、かつ、成型後の収縮により回折レンズ構造の形状が崩れる可能性も小さくなり、しかも、ゴースト光の発生を抑えることができる。

以下、本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の全体構成を示す斜視図、図２は、その副走査方向の断面を示す説明図である。実施形態の走査光学系は、カラーレーザープリンタのタンデム方式のレーザー走査ユニットに使用され、入力される描画信号にしたがってON/OFF変調された複数のレーザー光を各色成分毎に配置された複数の感光体ドラム等の走査対象面上で走査させ、静電潜像を形成する。この明細書では、走査対象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、走査対象面上での方向を基準に説明することとする。

図１及び図２に示すタンデム走査光学系は、４本の光束L1,L2,L3,L4(符号は図２にのみ示す)を発生する光源部１０と、光源部１０から発する４本の光束を同時に反射、偏向させる単一のポリゴンミラー２０と、ポリゴンミラー２０により反射された４本の光束を複数の感光体ドラム(走査対象面)３１，３２，３３，３４上でそれぞれ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４０とを備えている。

光源部１０は、図示せぬ４個の半導体レーザーと、これらの半導体レーザーにそれぞれ対応して設けられたコリメートレンズとから構成され、４本のほぼ平行なレーザー光を発する。光源部１０とポリゴンミラー２０との間には、副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンドリカルレンズ１１が配置され、４本の光束は副走査方向にのみ収束光となり、かつ、シリンドリカルレンズ１１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２０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。

結像光学系４０は、ポリゴンミラー２０で反射された複数の光束の共通光路に配置された単レンズである第１レンズ４１と、第１レンズ４１を射出して副走査方向に角度を持って広がる４本の光束を一本ずつ図中下向きに反射させる第１〜第７ミラー４２ａ〜４２ｇと、これらのミラーより走査対象面側で複数の光束のそれぞれの単独光路に配置された単レンズである第２レンズ４３〜４６とを備えている。

ポリゴンミラー２０により同時に偏向された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４１に入射する。図２にも示すように、第１レンズ４１から射出した光束L1は一対のミラー４２ａ，４２ｂにより反射され、第２レンズ４３を介して、感光体ドラム３１上に収束してドラム上にビームスポットを形成する。同様にして、光束L2は、一対のミラー４２ｃ，４２ｄにより反射され、第２レンズ４４を介して、感光体ドラム３２上に収束し、光束L3は、一対のミラー４２ｅ，４２ｆにより反射され、第２レンズ４５を介して、感光体ドラム３３上に収束し、光束L4は、ミラー４２ｇにより反射され、第２レンズ４６を介して、感光体ドラム３４上に収束する。ポリゴンミラー２０を回転させることにより、４本の感光体ドラム３１〜３４上にそれぞれ走査線を同時に形成することができる。

結像光学系４０の第１レンズ４１のポリゴンミラー２０側のレンズ面４１ａは、主走査断面の形状が光軸からの主走査方向の距離の関数、副走査断面の曲率が光軸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であり、感光体ドラム側のレンズ面４１ｂは、倍率色収差を補正するための回折レンズ構造が形成された回折面である。また、レンズ面４１ｂのベースカーブは、主走査断面が凸面であり、副走査断面が凹面であり、主走査方向に回転軸を持ち、主走査断面と副走査断面の曲率半径が異なる面である。具体的には、図３に示すように主走査の曲率半径ＲＹと副走査の曲率半径ＲＺが異なるトーリック面、あるいは、図４に示すように主走査断面形状が非円弧であるトーリック非球面である。

このように、ベースカーブの主走査断面が凸面であるレンズ面４１ｂに回折レンズ構造を形成することにより、レンズの成型後の収縮により生じる回折レンズ構造の形状の崩れを避けることができる。この効果を回折レンズ構造を主走査形状が凹面である第１レンズのポリゴンミラー側のレンズ面４１ａに形成した場合と比較して説明する。図５の(A)はレンズ面４１ａに回折レンズ構造を形成した場合の主走査断面図、(B)は(A)の破線で示す円内の拡大図である。

金型を用いて第１レンズ４１を射出成型した後、レンズを冷却、固化させる段階で、レンズには材料であるプラスチックの温度変化による収縮によるレンズ中心を収縮中心とした収縮による応力Ｆ１’と、メニスカス形状の凹面側に反るベンディングによる応力Ｆ２’とが作用し、実線で示した型通りの形状から、破線で示した形状に変化する。このときに作用する応力Ｆ１’，Ｆ２’を合成した応力Ｆ’を回折レンズ構造の段差に直交する成分Ｆ３’と平行な成分Ｆ４’に分解すると、これらの両方の成分が回折レンズ構造の段差を型の段差に押し付けて段差を崩す方向の力として作用する。

これに対して、実施形態のように第１レンズ４１の走査対象面側のレンズ面４１ｂに回折レンズ構造を形成した場合には、図６(A),(B)に示すように収縮による応力Ｆ１とベンディングによる応力Ｆ２との合力Ｆを回折レンズ構造の段差に直交する成分Ｆ３と平行な成分Ｆ４に分解すると、Ｆ３は回折レンズ構造の段差を型の段差に押し付けて段差を崩す方向の力として作用するが、Ｆ４はレンズが金型から抜ける方向の力として作用するため、段差を崩す成分とはならない。したがって、回折レンズを主走査断面が凹面であるレンズ面４１ａに形成するよりも、凸面であるレンズ面４１ｂに形成した方が回折レンズ構造の崩れる可能性を低くすることができる。

なお、図５及び図６では、形状の変化をわかりやすくするため、変化の度合いを実際より誇張して示しており、かつ、回折レンズ構造も実際より拡大して、段差の数も減らして示している。

また、第１レンズ４１の走査対象面側のレンズ面４１ｂのベースカーブは、主走査方向に回転軸を持つため、旋盤を利用して金型を作成することができる。さらに、このベースカーブは、主走査断面と副走査断面の曲率半径が異なる面であるため、この面で反射された光束はポリゴンミラーに入射せず、ゴースト光の発生を防ぐことができる。

第２レンズ４３〜４６の第１レンズ面側の面は、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。

第２レンズ４３〜４６は、同一設計のレンズであるが、光軸に対する副走査方向の偏心量DEC-Zと、光軸に対する副走査断面内の角度TILT-βとが、外側の光束L1が入射する第２レンズ４３と内側の光束L2が入射する第２レンズ４４とでは異なる。なお、第２レンズ４５，４６は、それぞれ第２レンズ４４，４３を光軸(反射面を展開して考えたときの結像光学系４０の光軸)を中心に１８０°回転させて配置している。

次に、上記の実施形態の具体的な設計例である実施例を３例と、回折レンズ構造を設けていない比較例を１例説明する。

図７は、実施例１の走査光学系のミラーを省略し光路を展開して示す主走査方向の説明図である。ここでは、単一の光束L1の光路に沿って配置された第２レンズ４３、感光体ドラム３１を示すが、他の光束の光路についても同一の構成となる。なお、図中の破線で示した矢印は、第１レンズ４１の感光体ドラム３１側の面で反射された光束を示す。後述するように、ポリゴンミラーに対して副走査方向に異なる高さを通るため、ゴースト光にならない。

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１１より感光体ドラム３１〜３４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、DEC-Z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)、TILT-β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の傾き(単位：度)である。ポリゴン入射角度は、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角度(副走査方向は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。

面番号１、２がシリンドリカルレンズ１１、面番号３がポリゴンミラー２０の反射面、面番号４，５が第１レンズ４１、面番号６，７が第２レンズ４３、面番号８が感光体ドラム３１を示す。第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面はアナモフィック非球面、第５面はトーリック面のベースカーブ上に回折レンズ構造が形成された面、第６面は二次元多項式非球面、第７面は球面である。なお、第１レンズ４１のポリゴンミラー側の面の副走査断面パワーは2.309 dptr.である。

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。

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４面を定義する各係数の値は、表２に示されている。なお、表中の記号「Ｅ」は、10の累乗を示し、例えば「-1.2397E-07」は、「-1.2397×10^-7」の意味である。

回折レンズ構造は、光軸Ａｘ1を中心とした短冊状(矩形格子状)の輪帯構造を有し、倍率色収差を補正する機能を有する。回折レンズ構造は、以下の式で表される光軸Ａｘ1からの高さをｈの位置での光路長付加量Δφ(h)によって表現される。
Δφ(ｈ)＝Ｐ₂ｈ²＋Ｐ₄ｈ⁴＋Ｐ₆ｈ⁶＋Ｐ₈ｈ⁸＋Ｐ₁₀ｈ¹⁰
Ｐnは、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数である。第５面に形成された回折レンズ構造を規定する光路差関数係数の値は、以下の表３に示される。

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。第６面を定義する各係数の値は、表４に示されている。

実施例１にかかる走査光学系による倍率色収差を図８に示す。図８(A)は、レーザー光の波長が基準波長である780nmに対して15nm低い場合、図８(B)は基準波長に対して15nm高い場合の倍率色収差を示す。各グラフとも縦軸は主走査方向の走査位置(単位:mm)、横軸は収差量(単位:mm)を示す。各グラフから、波長が上下いずれにずれた場合にも、倍率色収差の発生が抑えられていることが理解できる。

また、図９は、実施例１の光学系のポリゴンミラー２０と第１レンズ４１との近傍を拡大して示す副走査断面図であり、図９(A)は内側の光束L2の光路、(B)は外側の光束L1の光路をそれぞれ示している。シリンドリカルレンズ１１により副走査方向の角度がつけられた光束は、ポリゴンミラー２０の第１面２１で反射されて第１レンズ４１に入射する。そして、第１レンズ４１の感光体ドラム側のレンズ面で反射された光束は、図中破線で示すように、ポリゴンミラー２０の第２面２２には入射せず、したがって、この光束がゴースト光となって感光体ドラムに達することはない。なお、実施例１では、ポリゴンミラーの反射面の副走査方向の高さ3.0mm（±1.5mm）として、内側の光束はポリゴンミラー反射面での副走査方向に3.115mm上側、外側の光束は11.405mm上側にシフトする。

図１０は実施例２の走査光学系のミラーを省略し光路を展開して示す主走査方向の説明図である。ここでは、単一の光束L1の光路に沿って配置された第２レンズ４３、感光体ドラム３１を示すが、他の光束の光路についても同一の構成となる。表５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１１より感光体ドラム３１〜３４側の構成を示す。

面番号と各光学素子との対応は実施例１におけるのと同一である。第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面はアナモフィック非球面、第５面はトーリック面のベースカーブ上に回折レンズ構造が形成された面、第６面は二次元多項式非球面、第７面は球面である。なお、第１レンズ４１のポリゴンミラー側の面の副走査断面パワーは-1.202dptr.である。第４面を定義する各係数の値は表６、第５面の回折レンズ構造を規定する光路差関数係数の値は表７、第６面を定義する各係数の値は表８に示されている。

実施例２にかかる走査光学系による倍率色収差を図１１に示す。図１１(A)は、レーザー光の波長が基準波長である780nmに対して15nm低い場合、図１１(B)は基準波長に対して15nm高い場合の倍率色収差を示す。各グラフから、波長が上下いずれにずれた場合にも、倍率色収差の発生が抑えられていることが理解できる。

また、図１２は、実施例２の光学系のポリゴンミラー２０と第１レンズ４１との近傍を拡大して示す副走査断面図であり、図１２(A)は内側の光束L2の光路、(B)は外側の光束L1の光路をそれぞれ示している。第１レンズ４１の感光体ドラム側のレンズ面で反射された光束は、図中破線で示すように、ポリゴンミラー２０の第２面２２には入射せず、したがって、この光束がゴースト光となって感光体ドラムに達することはない。なお、実施例２では、ポリゴンミラーの反射面の副走査方向の高さ3.0mm（±1.5mm）として、内側の光束はポリゴンミラー反射面での副走査方向に2.693mm上側、外側の光束は10.101mm上側にシフトする。

図１３は実施例３の走査光学系のミラーを省略し光路を展開して示す主走査方向の説明図である。ここでは、単一の光束L1の光路に沿って配置された第２レンズ４３、感光体ドラム３１を示すが、他の光束の光路についても同一の構成となる。表９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１１より感光体ドラム３１〜３４側の構成を示す。

面番号と各光学素子との対応は実施例１におけるのと同一である。第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面はアナモフィック非球面、第５面はトーリック面のベースカーブ上に回折レンズ構造が形成された面、第６面は二次元多項式非球面、第７面は球面である。なお、第１レンズ４１のポリゴンミラー側の面の副走査断面パワーは2.064dptr.である。第４面を定義する各係数の値は表１０、第５面の回折レンズ構造を規定する光路差関数係数の値は表１１、第６面を定義する各係数の値は表１２に示されている。

実施例３にかかる走査光学系による倍率色収差を図１４に示す。図１４(A)は、レーザー光の波長が基準波長である780nmに対して15nm低い場合、図１４(B)は基準波長に対して15nm高い場合の倍率色収差を示す。各グラフから、波長が上下いずれにずれた場合にも、倍率色収差の発生が抑えられていることが理解できる。

また、図１５は、実施例３の光学系のポリゴンミラー２０と第１レンズ４１との近傍を拡大して示す副走査断面図であり、図１５(A)は内側の光束L2の光路、(B)は外側の光束L1の光路をそれぞれ示している。第１レンズ４１の感光体ドラム側のレンズ面で反射された光束は、図中破線で示すように、ポリゴンミラー２０の第２面２２には入射せず、したがって、この光束がゴースト光となって感光体ドラムに達することはない。なお、実施例３では、ポリゴンミラーの反射面の副走査方向の高さ3.0mm（±1.5mm）として、内側の光束はポリゴンミラー反射面での副走査方向に2.904mm上側、外側の光束は10.348mm上側にシフトする。

［比較例］
図１６は上記の実施例１〜３に対して、回折レンズ構造を設けずに形成した比較例の走査光学系のミラーを省略し光路を展開して示す主走査方向の説明図である。比較例の基本的な構成は図１，図２に示した実施形態と同一であり、上記の回折レンズ構造を設けていない点と、第１レンズ４１’のポリゴンミラー２０’側の面を球面にした点が各実施例とは異なる。表１３は、比較例の走査光学系におけるシリンドリカルレンズ１１’より感光体ドラム３１’側の構成を示す。

面番号と各光学素子との対応は実施例１におけるのと同一である。第１面はシリンドリカル面、第２面、第３面は平面、第４面は球面、第５面はアナモフィック非球面、第６面は二次元多項式非球面、第７面は球面である。なお、第１レンズ４１のポリゴンミラー側の面の副走査断面パワーは2.602dptr.である。第５面を定義する各係数の値は表１４、第６面を定義する各係数の値は表１５に示されている。

比較例にかかる走査光学系による倍率色収差を図１７に示す。図１７(A)は、レーザー光の波長が基準波長である780nmに対して15nm低い場合、図１７(B)は基準波長に対して15nm高い場合の倍率色収差を示す。各グラフから、波長が上下にずれると、極性の反転した倍率色収差が発生することが理解できる。

また、図１８は、比較例の光学系のポリゴンミラー２０’と第１レンズ４１’との近傍を拡大して示す副走査断面図であり、図１８(A)は内側の光束L2の光路、(B)は外側の光束L1の光路をそれぞれ示している。第１レンズ４１’のポリゴンミラー側のレンズ面で反射された光束は、図中破線で示すように、内側の光束は、ポリゴンミラー２０’の第２面２２’に入射し、再び結像光学系に入射して感光体ドラムに達し、ゴースト光となる。なお、比較例では、ポリゴンミラーの反射面の副走査方向の高さ3.0mm（±1.5mm）として、内側の光束はポリゴンミラー反射面での副走査方向に0.563mm上側、外側の光束は2.048mm上側にシフトする。

実施例１〜３と比較例とを比較すると、回折レンズ構造を設けることにより倍率色収差を補正できること、第１レンズのレンズ面を光軸回りに回転対称な面としないことにより、ゴースト光の発生が避けられることがわかる。

本発明の実施例対にかかるタンデム方式の走査光学系の全体構成を示す斜視図である。図１の走査光学系の副走査方向の断面を示す説明図である。トーリック面の形状を示す説明図である。トーリック非球面の形状を示す説明図である。凹面であるレンズ面に回折レンズ構造を形成した場合に成型後に発生する応力を示す説明図である。凸面であるレンズ面に回折レンズ構造を形成した場合に成型後に発生する応力を示す説明図である。本発明の実施例１にかかる走査光学系の光学素子の配置を示す主走査平面内の平面図である。実施例１の走査光学系による倍率色収差を示すグラフである。実施例１の走査光学系による第１レンズでの反射光の光路を示す副走査方向の拡大図である。本発明の実施例２にかかる走査光学系の光学素子の配置を示す主走査平面内の平面図である。実施例２の走査光学系による倍率色収差を示すグラフである。実施例２の走査光学系による第１レンズでの反射光の光路を示す副走査方向の拡大図である。本発明の実施例３にかかる走査光学系の光学素子の配置を示す主走査平面内の平面図である。実施例３の走査光学系による倍率色収差を示すグラフである。実施例３の走査光学系による第１レンズでの反射光の光路を示す副走査方向の拡大図である。比較例にかかる走査光学系の光学素子の配置を示す主走査平面内の平面図である。比較例の走査光学系による倍率色収差を示すグラフである。比較例の走査光学系による第１レンズでの反射光の光路を示す副走査方向の拡大図である。

符号の説明

１０光源部
２０ポリゴンミラー
３１〜３４感光体ドラム
４０結像光学系
４１第１レンズ
４１ｂ回折面
４３〜４６第２レンズ

Claims

複数の光束を発生する光源部と、
前記光源部から発する複数の光束を同時に反射、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複数の光束を複数の走査対象面上でそれぞれ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、
金型を用いたプラスチックの射出成型で形成されたレンズであり且つ前記走査対象面側のレンズ面のみに前記金型によって形成された回折レンズ構造を有するとともに、前記ポリゴンミラーで反射された複数の光束の共通光路に配置された単レンズである第１レンズを含み、
前記回折レンズ構造が形成されたレンズ面のベースカーブは、主走査方向に回転軸を持ち、主走査断面と副走査断面の曲率半径が異なり、その主走査断面形状が偏向器側に凹となり且つ副走査断面形状が偏向器側に凸となるトーリック面であり、前記第１レンズの前記回折レンズ構造が形成されていない面は、その主走査断面が偏向器側に凹となる面である
ことを特徴とする走査光学系。
前記回折レンズ構造は、前記光源部から発する複数の光束の波長差に起因する倍率色収差を補正する機能を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
前記回折レンズ構造が形成されたレンズ面のベースカーブは、主走査断面形状が非円弧であるトーリック非球面である
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。
前記第１レンズの前記ポリゴンミラー側のレンズ面は、主走査断面の形状が光軸からの主走査方向の距離の関数、副走査断面の曲率が光軸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非球面である
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。
前記結像光学系は、前記第１レンズより前記走査対象面側で複数の光束のそれぞれの単
独光路に配置された単レンズである第２レンズを含む
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の走査光学系。
前記第１レンズは、前記結像光学系を構成する光学素子の中で、前記ポリゴンミラーの最も近くに配置されている
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。