JP2004004154A

JP2004004154A - Scanning optical system, optical scanner, and image forming apparatus

Info

Publication number: JP2004004154A
Application number: JP2002139712A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakai; 酒井　浩司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP4298222B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning optical system of single lens element configuration which can excellently correct not only geometric optical aberrations but also wave optical aberrations. <P>SOLUTION: The scanning optical system 6 for condensing the luminous flux deflected by an optical deflector 5 as a light spot onto a surface 8 to be scanned comprises a single lens element. The lens element has a biconvex shape in a main scanning direction and a biconvex shape in a sub scanning direction, both surfaces of which are anamorphic and at least one surface of which has a fixed curvature surface having the curvature in the sub scanning section consistent in the main scanning direction. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査光学系および光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置は、デジタル複写装置やレーザプリンタに関連して広く知られている。走査光学系は光走査装置に用いられ、光偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する光学系である。
【０００３】
従来、レンズ系として構成された走査光学系のレンズ構成枚数は、１枚から複数枚まで様々である。コスト的には１枚構成のものが有利であるが、レンズ１枚で構成される走査光学系は、設計パラメータ数が複数枚構成のものに比して極端に少なく、単純なレンズ面形状では「良好な収差補正」が難しい。
【０００４】
レンズ１枚構成の走査光学系における収差や等速度特性を、特殊なレンズ面形状の採用によって良好に補正することが提案されている（特開平９−３３８５０号公報、特開平１０−９０６２０号公報、特開平１０−１４８７５５号公報）。
【０００５】
光走査装置は近来、光走査の高密度化が強く要請され、それに応えるべく、光スポットの小径化・安定化が追求されている。このような光スポットの小径化・安定化は、幾何光学的な収差補正のみでは足らず、波動光学的な収差の補正が重要である。上記各公報には、このような波動光学的な収差補正に関しては言及されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述したところに鑑み、レンズ１枚構成でありながら、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能である新規な走査光学系、かかる走査光学系を有する光走査装置、画像形成装置の実現を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の走査光学系は「光偏向器により偏向される光束を、被走査面上に光スポットとして集光させる走査光学系」であって、以下の特徴を有する（請求項１）。
【０００８】
即ち、走査光学系は１枚のレンズにより構成され、主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、少なくとも１面は、曲率一定面である。
【０００９】
「曲率一定面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定、即ち、副走査断面内の曲率が主走査方向の位置により変化しないレンズ面である。
【００１０】
「副走査断面」は、走査光学系のレンズの、主走査方向の任意の位置で、主走査方向に直交する仮想的な平断面である。また、レンズ光軸を通り、主走査方向に平行な仮想的な平断面を「主走査断面」と呼ぶ。
【００１１】
請求項１記載の走査光学系は「一方の面が曲率一定面で、他方の面が特殊面」であることができる（請求項２）。
【００１２】
「特殊面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に連続的に変化するレンズ面である。即ち、副走査断面の位置を主走査方向に変化させたとき、副走査断面の位置に応じて、副走査方向の曲率が変化するレンズ面である。
【００１３】
請求項２記載の走査光学系の「特殊面」は、「副走査断面内の曲率が、主走査方向において、光軸に関して非対称に変化する」ものであることができる（請求項３）。
【００１４】
請求項１〜３の任意の１に記載の走査光学系は「少なくとも１面の、主走査断面内の形状が非円弧形状である」ことができる（請求項４）
請求項１〜４の任意の１に記載の走査光学系は、中心像高における副走査方向の横倍率：β_２が、条件：
（１）　０．５≦｜β_２｜≦３．０
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００１５】
「走査光学系の副走査方向の横倍率：β」は、この明細書において、副走査方向において、被走査面近傍の像点に共役な走査光学系の物点と、被走査面近傍像点との横倍率と定義される。
【００１６】
上記請求項１〜５記載の走査光学系において、中心像高における副走査方向の横倍率：β_２と、任意像高における副走査方向の横倍率：β_ｈは、条件：
（２）　０．９≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．１
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００１７】
上記請求項１〜６の任意の１に記載の走査光学系において、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅内における、副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Ｓは、条件：
（３）　Ｆ_Ｓ／Ｗ＜０．００１
を満足することが好ましい（請求項７）。「有効書込幅」は光走査により画像書込みを有効に行いうる光走査領域を言う。「副走査像面湾曲」は、副走査方向の像面湾曲を言う。また、主走査方向の像面湾曲を「主走査像面湾曲」と言う。
【００１８】
また、請求項１〜７の任意の１に記載の走査光学系は、主走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒ_ｍ１、射出面の曲率半径：Ｒ_ｍ２が、条件：
（４）　｜Ｒ_ｍ１｜＞｜Ｒ_ｍ２｜
を満足することが好ましく（請求項８）、請求項１〜８の任意の１に記載の走査光学系は、副走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒ_ｓ１、射出面の曲率半径：Ｒ_ｓ２が、条件：
（５）　　｜Ｒ_ｓ１｜＞｜Ｒ_ｓ２｜
を満足することが好ましい（請求項９）。
【００１９】
上記請求項１〜９の任意の１に記載の走査光学系は「光偏向器により偏向され、主走査方向に収束性の光束」を入射されることができる（請求項１０）。
【００２０】
請求項１〜１０の任意の１に記載の走査光学系は「主走査方向において被走査面上の光スポットを等速的に光走査させる機能を有し、副走査方向において光偏向器の面倒れを補正する機能を有する」ことが好ましい（請求項１１）。
【００２１】
上記請求項１〜１１の任意の１に記載の走査光学系は「樹脂で成形」されたものであることができる（請求項１２）。
【００２２】
請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系は、「同時に偏向される複数光束を、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光するもの」であることができる（請求項１３）。即ち、この発明の走査光学系はマルチビーム方式の光走査装置の走査光学系として用いることができる。
【００２３】
請求項１４記載の光走査装置は「光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を、線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面を光走査するシングルビーム方式の光走査装置」であって、走査光学系として請求項１〜１２の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１５記載の光走査装置は「複数の発光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器により同時に等角速度的に偏向させた複数の偏向光束を共通の走査光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査するマルチビーム方式の光走査装置」であって、共通の走査光学系として請求項１３記載のものを用いたことを特徴とする。
【００２５】
「カップリングレンズ」は、複数光束に対して、個別的としても良いし、共通化してもよい。
【００２６】
この請求項１５記載の光走査装置における光源として「複数の発光源が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイ」を用いることができる（請求項１６）。
【００２７】
この発明の画像形成装置は「感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置」であって、像担持体の光走査を行う光走査装置として請求項１４〜１６の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする（請求項１７）。
【００２８】
「感光性の像担持体」としては種々のものの使用が可能である。例えば、像担持体として「銀塩フィルム」を用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。このような画像形成装置は「光製版装置」や、ＣＴスキャン画像等を描画する「光描画装置」として実施できる。
【００２９】
感光性の像担持体としてはまた「光走査の際に光スポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）」を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
【００３０】
感光性の像担持体としてはまた「光導電性の感光体」を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等「ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるもの」を用いることができる。
【００３１】
光導電性の感光体を像担持体として用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光体上に直接的に定着され、感光体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）等のシート状記録媒体に転写・定着される。
【００３２】
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写（直接転写方式）しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写（中間転写方式）するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。
【００３３】
また、この発明の画像形成装置は、上記感光体を複数個、シート状記録媒体の搬送路に沿って配置し、複数の光走査装置を用いて感光体ごとに静電潜像を形成し、これらを可視化して得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体に転写・定着して合成的にカラー画像や多色画像を得る「タンデム式の画像形成装置」として実施することができる。
【００３４】
若干説明を補足する。
この発明の、レンズ１枚構成の走査光学系は、主走査・副走査方向ともに「両凸形状」となっているので、走査光学系の有するべき主走査・副走査方向の正のパワーを入射側と射出側の各レンズ面に分配することで「波面収差の劣化」を抑えることが可能になる。
【００３５】
このように波面収差の劣化を抑制できるため、被走査面上の光スポットのスポット径を小径化することが可能となり、高密度書込への対応が可能となる。
波面収差の劣化を有効に抑えるには、入射面の曲率半径を、射出面の曲率半径に対して大きくするのが好ましく、上記条件（４）および／または（５）を満足することにより波面収差の劣化を有効に抑えることが可能になる。
【００３６】
光スポットのスポット径を小径化するには波面収差の劣化を抑える必要があるが、これを走査光学系だけで行うには限界がある。この場合、走査光学系に入射する「光束の形態」も波面収差補正のパラメータとすることにより、波面収差の劣化を容易に規制できるようになる。請求項１０記載の走査光学系のように、走査光学系に入射する光束を「主走査方向に収束性」とすると、走査光学系の主走査方向の曲率を小さくすることができるため、波面収差の劣化を抑えつつ等速度特性を良好にするというバランスを取り易くなる。
【００３７】
中心像高における副走査方向の横倍率：β_２は、概略、｜β_２｜＝（走査光学系の射出側レンズ面から被走査面までの距離）／（光偏向器の偏向の起点から走査光学系の入射側レンズ面までの距離）で表すことができるが、条件（１）の下限値：０．５を超えて小さくなると、走査光学系は被走査面側に近づき、走査光学系が大きくなりコスト増加につながる。
【００３８】
逆に上限値：３．０を超えて大きくなると、走査光学系は光偏向器側に近づき、これを樹脂の成形品とした場合（請求項１２）、光偏向器の発熱の影響を受け易く、変形したりして光学性能を劣化させ易い。また、偏向光束の結像位置が被走査面に対してずれやすく、スポット径が変動し易くなるため、部品の加工精度、取付精度が厳しくなる。
【００３９】
この発明の走査光学系は、両レンズ面ともアナモフィックな面であるので、主走査方向においてｆθ特性等の「等速度特性」を確保しつつ、副走査方向において「光偏向器の面倒れ」を補正する機能を実現することが可能になる（請求項１１）。
【００４０】
ところで、マルチビーム方式の光走査においては「同時に光走査される走査線のピッチ（走査線ピッチという）の偏差」を小さく抑えることが重要である。
【００４１】
「走査線ピッチの偏差」は、「隣接する走査線ピッチの像高間の最大値と最小値の差」として定義される。
【００４２】
また、良好な光走査を行うには、被走査面上の光スポットの径（主走査方向の径は、信号の電気的な補正である程度対処できるが、副走査方向の径はこのような補正ができないので、特に副走査方向のスポット径）が、像高によって大きく変化しないことも重要で、高密度の光走査では特に重要である。
【００４３】
「被走査面上で、光スポットの副走査方向の径が、像高によって大きく変化しない」ためには、走査光学系の副走査方向の横倍率：βが、像高により大きく変化しないことが必要である。
【００４４】
また、副走査方向の横倍率：βの像高による変動は、マルチビーム方式の光走査においては、「同時に光走査される走査線の走査線ピッチが像高と共に変化する」問題を生じる。従って、マルチビーム方式の光走査において「走査線ピッチの像高による変動」を抑えるには「走査光学系の副走査方向の横倍率を、像高間で一定に補正する」ことが必要である。
【００４５】
このことは、少なくとも１面に特殊面を採用することで達成できる。また、光偏向器として一般的なポリゴンミラーは、その回転中心が走査光学系の光軸からずらして設置されるため、光束偏向に伴って偏向反射面での反射点が変位し、偏向光束の偏向の起点が変動する「光学的なサグ」が発生する。サグが存在すると、走査光学系光軸に関して＋像高側と−像高側とで、光束の通る経路が異なり、副走査方向の横倍率は「主走査方向において非対称に変化」する。
【００４６】
この非対称な横倍率変化は、上記「特殊面」を「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」とすることで補正できる。
【００４７】
「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」は、例えば
（ａ）副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調増加する面
（ｂ）副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調減少する面
（ｃ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化の極値が、光軸外にある面
（ｄ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、＋像高側から−像高側に向かって単調増加する面
（ｅ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、＋像高側から−像高側に向かって単調減少する面
（ｆ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、極値を２以上有する面
等、種々の面が考えられるが、これらのような「光軸として一般的な回転対称軸を持たない」すべての面を指す。これらのどれが「曲率の変化が非対称な面」として採用されるかは設計条件により定まる。
【００４８】
なお、このような非対称形状のレンズにおける「光軸」は、この明細書においては、レンズ面形状を決定する基準座標系における「主走査・副走査方向に直交的な基準軸」をいうものとする。
【００４９】
光走査がシングルビーム方式である場合でもマルチビーム方式である場合でも、有効書込幅内における「副走査方向の横倍率：βの絶対値：｜β｜の変化」は１０％以下であることが好ましく、より好ましくは７％以下がよい。
【００５０】
即ち、中心像高における前記横倍率：β_２と、任意像高における横倍率：β_ｈとの比の絶対値：｜β_ｈ／β_２｜は条件（２）を満足することが好ましく、より好ましくは、
０．９３≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．０７
を満足することが好ましい。
【００５１】
特に、マルチビーム方式での光走査の場合、副走査方向の横倍率変化が７％以下であれば、「１２００ｄｐｉで７次飛び越し光走査」を行う場合でも、同時走査線ピッチ１４８．１９μｍに対し１０．３７μｍのピッチ変動となり、１２００ｄｐｉでの隣接ピッチ：２１．１７μｍの略半分に抑えられる。
【００５２】
良好な光走査を行うには、被走査面上に光スポットを形成する偏向光束のビームウェスト位置が、像高によって大きくばらつかないことも重要である。特に副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面に対して、像高によって大きくばらつかないためには、走査光学系の副走査像面湾曲が像高により大きく変化しないことが必要である。
【００５３】
即ち、有効書込幅：Ｗ内における副走査像面湾曲の（変化）幅：Ｆ_Ｓは、条件（３）を満足することが好ましい。
【００５４】
条件（２）を満足しつつ条件（３）を満足するには、副走査像面湾曲についても「光学的なサグ」を考慮する必要がある。この「光学的なサグ」の影響は、一般に「走査光学系の、副走査方向の横倍率の変化」に与える影響とは必ずしも一致しないが、被走査面上のスポット径の狙いをどの程度にするか、また走査光学系をどのように配置するかで、副走査像面湾曲の補正と横倍率の変化の補正にある関連を持たせることが可能である。
【００５５】
このような場合、「特殊面」を１面だけに採用し、その反対側の面を主走査方向に沿って副走査断面の曲率が一定な「曲率一定面」とするのが好ましい（請求項２）。
【００５６】
「特殊面」はその形状が複雑であり、また特に「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を、主走査方向に非対称」とすると、光軸位置を見出し難いため、両面共に「特殊面」とすると走査光学系の性能保持が困難となる。そのため、「特殊面」の採用は最低限とすることが、走査光学系の性能確保の面からも、加工コストの低廉化の面からも好ましい。請求項２においては、上記事項を考慮して「特殊面」を１面のみに採用した。
【００５７】
特殊面の反対側の面を「曲率一定面」とすると、主走査断面内のレンズ面形状が「副走査方向の高さによらず維持される」ため、取付精度などにより副走査方向にレンズがずれたとしても、光学性能上は全く問題にならないという点で有利である。更に、主走査方向の位置によらず副走査断面内の曲率が一定であるので、走査光学系の評価がしやすいというメリットもある。
【００５８】
また、この発明の光走査装置をマルチビーム方式に適用する場合は、カップリングされた各光束につき、線像結像光学系から走査光学系までを「複数光束に共通化」することにより、線像結像光学系以下をシングルビーム方式の光走査装置と同様に構成できるので、機械的変動に対し極めて安定性のよいマルチビーム方式の光走査装置を実現できる。
【００５９】
マルチビーム方式の光走査装置の光源としては、ＬＤアレイ方式のものも「ビーム合成方式のもの」も利用できる。ＬＤアレイ方式の光源を用いる場合、発光源の間隔を１０μｍ以上とすることにより、発光源間の熱的・電気的な影響を有効に軽減して良好なマルチビーム方式の光走査を行うことが可能になる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は、光走査装置の実施の１形態を要部のみ示している。この光走査装置はシングルビーム方式のものである。
【００６１】
半導体レーザである光源１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ２により変換された光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００６２】
カップリングレンズ２を透過した光束は、アパーチャ３の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されて「ビーム整形」され、「線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として集光させる。
【００６３】
偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー５の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体８上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する。
【００６４】
偏向光束は感光体８の光走査に先立ってミラー９により反射され、レンズ１０により受光素子１１に集光される。受光素子１１の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。
【００６５】
「走査光学系」は、光偏向器５により偏向される光束を被走査面８上に光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。レンズ６は、主走査方向、副走査方向共に両凸形状である。
【００６６】
走査光学系は、中心像高の副走査方向横倍率：β_２が、条件：
（１）０．５≦｜β_２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００６７】
また、この実施の形態において、レンズ６は、偏向反射面近傍と被走査面である感光体８とを副走査方向に関して、幾何光学的に共役関係とする機能を有するアナモフィックな光学系である。
【００６８】
この実施の形態では、レンズ６の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面では「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称」で、中心像高における副走査方向の横倍率：β_２、任意像高における副走査方向の横倍率：β_ｈが、条件：
（２）　０．９≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Ｓが条件：
（３）　Ｆ_Ｓ／Ｗ＜０．００１
を満足し、また条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００６９】
図１に示す「シングルビーム方式の光走査装置」は、光源からの光束をカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を線像結像光学系４により光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器５により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系６により、被走査面８上に光スポットとして集光し、被走査面８を光走査する光走査装置であって、走査光学系６として、請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系を用いることができる。
【００７０】
図２に実施の形態を示す光走査装置は「マルチビーム方式」のものである。煩雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付した。
【００７１】
光源１は半導体レーザアレイであって、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列したものである。ここでは、副走査方向に配列した実施例を示している。もちろん、半導体レーザアレイの発光源配列方向を「副走査方向に対して傾け」て用いてもよい。
【００７２】
４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４光束は「楕円形のファーフィールドパタン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、４光束に共通のカップリングレンズ２により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００７３】
カップリングレンズ２を透過した４光束は、アパーチャ３で「ビーム整形」され、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【００７４】
偏向反射面により等角速度的に偏向された４光束は「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体８上に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面の４走査線を同時に光走査する。
【００７５】
偏向光束の１つは、光走査に先立ってミラー９により反射され、レンズ１０により受光素子１１に集光される。受光素子１１の出力に基づき、４光束各々の光走査の書込開始タイミングが決定される。
【００７６】
「走査光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される４光束を、被走査面８上に４つの光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。このレンズ６は、図１に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向の横倍率：β_２が、条件：
（１）　０．５≦｜β_２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００７７】
図１の実施の形態と同様、レンズ６の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面の「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化」が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率：β_２、任意像高における副走査方向の横倍率：β_ｈが、条件：
（２）　０．９≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Ｓが条件：
（３）　Ｆ_Ｓ／Ｗ＜０．００５
を満足し、また条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００７８】
図２に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４からの複数の光束を、共通のカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系６により、被走査面８上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系６として、請求項１３記載の走査光学系を用いたものであり（請求項１５）、光源として、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４が１列に配列したモノリシックな半導体レーザアレイ１を用いている（請求項１６）。
【００７９】
図３に実施の形態を示す光走査装置もマルチビーム方式のものである。この光走査装置では、光源としてビーム合成方式のものが用いられている。
光源１−１、１−２は半導体レーザで、それぞれ単一の発光源を持つ。光源１−１、１−２から放射された各光束は、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００８０】
カップリングレンズ２−１、２−２を透過した各光束は、アパーチャ３−１、３−２により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム２０に入射する。ビーム合成プリズム２０は、反射面と、偏光分離膜と１／２波長板とを有する。光源１−２からの光束は、ビーム合成プリズム２０の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム２０を射出する。
【００８１】
光源１−１からの光束は１／２波長板により偏光面を９０度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム２０から射出する。このようにして、２光束が合成される。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸に対する光源１−１、１−２の発光部の「位置関係の調整」により、ビーム合成された２光束は互いに副走査方向に微小角をなしている。
【００８２】
ビーム合成された２光束は、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【００８３】
偏向反射面により等角速度的に偏向された２光束は、「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体８上に、副走査方向に分離した２つの光スポットとして集光し、被走査面の２走査線を同時に光走査する。
【００８４】
光束の１つは、光走査に先立って受光素子１１に集光され、受光素子１１の出力に基づき、２光束の光走査の書込開始タイミングが決定される。このようにする代わりに、２つの光束の各々を、光走査に先立って受光素子１１に集光させるようにし、受光素子１１の出力に基づき、２光束の光走査の書込開始タイミングを各々個別に決定するようにしてもよい。
【００８５】
「走査光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される２光束を、被走査面８上に２つの光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。このレンズ６は、図１、図２に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向横倍率：β_２が、条件：
（１）　０．５≦｜β_２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００８６】
また、図１、図２の実施の形態と同様、レンズ６の一方の面に「特殊面」を採用しており、その副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率：β_２、任意像高副走査方向横倍率：β_ｈが、条件：
（２）　０．９≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Ｓが条件：
（３）　Ｆ_Ｓ／Ｗ＜０．００１
を満足し、さらに条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００８７】
図３に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源１−１、１−２からの光束を、カップリングレンズ２−１、２−２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系６により、被走査面８上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系６として、請求項１３記載の走査光学系を用いたものである。
【００８８】
なお、この明細書中に言う「光スポットのスポット径」は、被走査面上の光スポットにおける光強度分布のラインスプレッド関数における１／ｅ^２強度で定義される。
【００８９】
「ラインスプレッド関数」は、被走査面上に形成された光スポットの中心座標を基準として主走査方向及び副走査方向の座標：Ｙ、Ｚにより光スポットの光強度分布：ｆ（Ｙ、Ｚ）を定めたとき、Ｚ方向のラインスプレッド関数：ＬＳＺは
ＬＳＺ（Ｚ）＝∫ｆ（Ｙ、Ｚ）ｄＹ　（積分はＹ方向における光スポットの全幅について行う）で定義され、Ｙ方向のラインスプレッド関数：ＬＳＹは、
ＬＳＹ（Ｙ）＝∫ｆ（Ｙ、Ｚ）ｄＺ　（積分はＺ方向における光スポットの全幅について行う）で定義される。
【００９０】
これらラインスプレッド関数：ＬＳＺ（Ｚ）、ＬＳＹ（Ｙ）は、通常、略ガウス分布型の形状であり、Ｙ方向及びＺ方向のスポット径は、これらラインスプレッド関数：ＬＳＺ（Ｚ）、ＬＳＹ（Ｙ）が、その最大値の１／ｅ^２以上となる領域のＹ、Ｚ方向幅で与えられる。
【００９１】
ラインスプレッド関数により上記の如く定義されるスポット径は、光スポットをスリットで等速光走査し、スリットを通った光を光検出器で受光し、受光量を積分することにより容易に測定可能であり、このような測定を行う装置も市販されている。
【００９２】
【実施例】
以下、具体的な実施例を１例挙げる。光走査装置としての光学配置は図４の如くである。
【００９３】
レンズ面の形状等は、以下の式による。
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒ_ｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、・・、光軸方向のデプス：Ｘを用いて周知の多項式（６）で表す。
Ｘ＝（Ｙ^２／Ｒ_ｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ_ｍ）（Ｙ／Ｒ_ｍ）^２｝］
＋Ａ_１Ｙ＋Ａ_２Ｙ^２＋Ａ_３Ｙ^３＋Ａ_４Ｙ^４＋Ａ_５Ｙ^５＋Ａ_６Ｙ^６＋・・（６）（６）式において、奇数次の係数：Ａ_１、Ａ_３、Ａ_５、・・の１以上が０でないとき、主走査方向に非対称形状となる。
【００９４】
「副走査断面内における曲率」
副走査断面内の曲率（曲率半径の逆数）が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで示す）において変化する場合、副走査断面内の曲率：Ｃ_Ｓ（Ｙ）を次の（７）式で表す。Ｒ_Ｓ（０）は、副走査断面内における「光軸上の曲率半径」を表し、Ｂ_１、Ｂ_２・・等は高次の係数を表す。
【００９５】
Ｃ_Ｓ（Ｙ）＝｛１／Ｒ_Ｓ（０）｝＋Ｂ_１Ｙ＋Ｂ_２Ｙ^２＋Ｂ_３Ｙ^３＋Ｂ_４Ｙ^４
＋Ｂ_５Ｙ^５＋Ｂ_６Ｙ^６＋・・　　（７）
（７）式において、Ｙの奇数次係数：Ｂ_１、Ｂ_３、Ｂ_５、・・の１以上が０でないとき、副走査断面内の曲率半径の変化は「主走査方向に非対称」となる。Ｙの係数：Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３・・が全て０であるとき「曲率一定面」となる。
【００９６】
特殊面の解析表現は上に挙げたものに限らず種々のものが可能であり、この発明における面形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【００９７】
実施例１
「光源」
波長：６５５ｎｍ
「カップリングレンズ」
焦点距離：１５ｍｍ
カップリング作用：収束作用
自然集光点（カップリングレンズから射出した収束性の光束が、他の光学素子の屈折作用を受けないとした場合に、自然に集光する位置）は、偏向反射面から被走査面側へ向って６８６．７６ｍｍの位置にある。
【００９８】
「シリンドリカルレンズ」
副走査方向の焦点距離：７２ｍｍ
「ポリゴンミラー」
偏向反射面数：６
内接円半径：１６ｍｍ
光源側からの光束の入射角と走査光学系の光軸とがなす角：６０度
「ポリゴンミラーと被走査面との間にある光学系のデータ」
曲率半径を、主走査方向につき「Ｒ_ｍ」、副走査方向につき「Ｒ_ｓ」、屈折率を「ｎ」で表す。尚、以下のデータにおける「Ｒ_ｍ、Ｒ_ｓ」は、「近軸曲率半径」である。
【００９９】

上記において、Ｘ、Ｙは、面番号：ｉ〜ｉ＋１における頂点間の光軸方向および主走査方向の距離を表す。例えば、面番号：０（偏向反射面）におけるＸ＝４７．８９、Ｙ＝０．４７は、偏向反射点位置（像高：０を与える反射位置）に対してレンズ６の入射面（面番号：１）の頂点が、光軸方向（Ｘ方向）に４７．８９ｍｍ、主走査方向（Ｙ方向）に０．７４ｍｍ、それぞれ離れていることを意味する。面番号：１におけるＸ＝２０．８１はレンズ６の光軸上の肉厚を与える。
【０１００】
入射面（面番号：ｉ＝１）は「曲率一定面」であり、かつ、主走査断面内の形状は上記（６）式で表される非円弧形状である。
この面の主走査方向の各係数を表１に挙げる。
【０１０１】
【表１】

【０１０２】
射出面（面番号：ｉ＝２）は「特殊面」で、主走査断面内の形状は光軸に対称的な非円弧形状である。
この面の主走査方向と副走査方向の係数を表２に挙げる。
【０１０３】
【表２】

【０１０４】
実施例１の走査光学系の中心像高における副走査方向の横倍率：β_２は、β_２＝２．３である。
【０１０５】
図５に、実施例１の像面湾曲（左図　実線は副走査像面湾曲、破線は主走査像面湾曲）と等速度特性（右図　実線はリニアリティ、破線はｆθ特性）を示す。
【０１０６】
主走査方向：１．６６６ｍｍ／２２０ｍｍ
副走査方向：０．２１ｍｍ／２２０ｍｍ
リニアリティ：０．５５５％／２２０ｍｍ
と、像面湾曲・等速度特性ともに極めて良好に補正されている。特に、副走査像面湾曲は条件（３）を満足する。即ち、
（３）　０．２１／２２０＝０．０００９５＜０．００１
図６には、中心像高の副走査方向横倍率：β_２に対する、任意像高の副走査方向横倍率：β_ｈの変化を示す。倍率変化：｜β_ｈ／β_２｜は、
０．９９８≦｜β_ｈ／β_２｜≦１．０１３
と、条件（２）を満足し、極めて良好に補正されている。
【０１０７】
図７は、レンズ６の入射面（図７（ａ））、射出面（図７（ｂ））の曲率変化を示している。本実施例では、入射面を「曲率一定面」としている。
【０１０８】
図８には、実施例１における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線（光スポットのデフォーカスに対するスポット形の変動）」を示す。（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向に関するものである。実施例１では、ラインスプレッド関数の１／ｅ^２強度で定義されるスポット径として５０μｍ程度を意図している。図に示されているように、主走査・副走査方向とも良好な深度を有しており、被走査面の位置精度に対する許容度が高い。
【０１０９】
実施例１では、走査光学系をなすレンズ６をプラスチック材料で構成しているが、勿論、ガラス材料を使ってもよい。また、更なるビームスポット径の小径化を狙うために、副走査方向を非円弧形状としてもよい。また、走査光学系を偏心させることで、より好ましく収差補正を行うことが可能であることも付記しておく。
【０１１０】
【発明の実施の形態】
図９に画像形成装置の実施の１形態を示す。
この画像形成装置はレーザプリンタである。
【０１１１】
レーザプリンタ１０００は感光性の像担持体１１１０として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像装置１１３１、転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１５１が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
【０１１２】
レーザ光束ＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７１が設けられ、帯電ローラ１１２１と現像装置１１３１との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【０１１３】
図９において、符号１１６１は定着装置、符号１１８１はカセット、符号１１９１はレジストローラ対、符号１２０１は給紙コロ、符号１２１１は搬送路、符号１２２１は排紙ローラ対、符号１２３１はトレイ、符号Ｐはシート状記録媒体としての転写紙を示している。
【０１１４】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１０が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２１により均一帯電され、光走査装置１１７１のレーザ光束ＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
【０１１５】
この静電潜像は現像装置１１３１により反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納したカセット１１８１は、画像形成装置１０００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９１に銜えられる。レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。
【０１１６】
送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４１の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６１へ送られ、定着装置１１６１においてトナー画像を定着され、搬送路１２１１を通り、排紙ローラ対１２２１によりトレイ１２３１上に排出される。
【０１１７】
トナー画像が転写された後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１５１によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【０１１８】
光走査装置１１７１として「図１、２、３のごとき光走査装置」を用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な、走査光学系および光走査装置および画像形成装置を実現できる。
【０１２０】
この発明の走査光学系は、上記の如く、レンズ１枚構成で安価に作製でき、光走査装置をコンパクト化でき、なおかつ、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能であり、光スポットの小径化に適している。このような走査光学系を用いる走査光学系は、小径化した光スポットによる良好な光走査が可能となり、従って、かかる光走査装置を用いる画像形成装置は、精細な画像の形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シングルビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】光走査装置の実施例の光学配置を示す図である。
【図５】実施例の収差図（像面湾曲と等速度特性）である。
【図６】実施例における倍率変化：｜β_ｈ／β_２｜を示す図である。
【図７】実施例の走査光学系の入射側面（曲率一定面）と射出側面（特殊面）の、副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を示す図である。
【図８】実施例における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線」を示す図である。
【図９】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
５　　　光偏向器（ポリゴンミラー）
６　　　走査光学系[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning optical system, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
Optical scanning devices are widely known in connection with digital copiers and laser printers. The scanning optical system is used in an optical scanning device, and is an optical system that condenses a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned.
[0003]
Conventionally, the number of lens components of a scanning optical system configured as a lens system varies from one to a plurality. Although a single-lens configuration is advantageous in terms of cost, a scanning optical system composed of one lens has an extremely small number of design parameters compared to a multiple-lens configuration. "Good aberration correction" is difficult.
[0004]
It has been proposed to properly correct aberrations and constant velocity characteristics in a scanning optical system having a single lens by employing a special lens surface shape (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-33850 and 10-90620). And JP-A-10-148755.
[0005]
In recent years, there has been a strong demand for optical scanning devices to have higher optical scanning densities, and in order to meet the demand, smaller and more stable optical spots have been pursued. In order to reduce the diameter and stabilize the light spot, it is important to correct not only the geometrical optical aberration but also the wave optical aberration. The above publications do not refer to such wave-optical aberration correction.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention provides a novel scanning optical system capable of satisfactorily correcting not only geometrical optical aberrations but also wave optical aberrations while having a single lens configuration, and a light having such a scanning optical system. It is an object to realize a scanning device and an image forming device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A scanning optical system according to the present invention is a "scanning optical system for condensing a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned" and has the following features (claim 1).
[0008]
That is, the scanning optical system is constituted by one lens, has a biconvex shape in the main scanning direction, and has a biconvex shape in the sub-scanning direction, and both surfaces are anamorphic surfaces, and at least one surface has a constant curvature surface. is there.
[0009]
The “constant curvature surface” is a lens surface in which the curvature in the sub-scanning section is constant in the main scanning direction, that is, the curvature in the sub-scanning section does not change depending on the position in the main scanning direction.
[0010]
The “sub-scan section” is a virtual plane section of the lens of the scanning optical system at an arbitrary position in the main scanning direction and orthogonal to the main scanning direction. An imaginary flat cross section passing through the lens optical axis and parallel to the main scanning direction is referred to as a “main scanning cross section”.
[0011]
In the scanning optical system according to the first aspect, "one surface is a constant curvature surface and the other surface is a special surface" (claim 2).
[0012]
The “special surface” is a lens surface in which the curvature in the sub-scan section changes continuously in the main scanning direction. That is, when the position of the sub scanning section is changed in the main scanning direction, the curvature of the lens surface in the sub scanning direction changes according to the position of the sub scanning section.
[0013]
The “special surface” of the scanning optical system according to claim 2 may be that “the curvature in the sub-scanning section changes asymmetrically with respect to the optical axis in the main scanning direction” (claim 3).
[0014]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 3 can be “a shape of at least one surface in a main scanning section is a non-arc shape” (claim 4).
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β₂But the condition:
(1) 0.5 ≦ | β₂| ≦ 3.0
Is preferably satisfied (claim 5).
[0015]
The “lateral magnification of the scanning optical system in the sub-scanning direction: β” in this specification refers to the object point of the scanning optical system conjugate to the image point near the scanned surface and the image point near the scanned surface in the sub-scanning direction. Is defined as the lateral magnification.
[0016]
6. The scanning optical system according to claim 1, wherein the lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height is β.₂And the lateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β_hThe conditions:
(2) 0.9 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.1
Is preferably satisfied (claim 6).
[0017]
7. The scanning optical system according to claim 1, wherein the effective writing width is W, and the width of the sub-scanning field curvature within the effective writing width is F._SThe conditions:
(3) $ F_S/W<0.001
Is preferably satisfied (claim 7). “Effective writing width” refers to an optical scanning area in which image writing can be effectively performed by optical scanning. “Sub-scanning field curvature” refers to the field curvature in the sub-scanning direction. Further, the field curvature in the main scanning direction is referred to as “main scanning field curvature”.
[0018]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 7, wherein the radius of curvature of the incident surface in the main scanning direction is R._m1, Radius of curvature of the exit surface: R_m2But the condition:
(4) | R_m1|> | R_m2|
(Claim 8), the scanning optical system according to any one of claims 1 to 8, wherein the radius of curvature of the incident surface in the sub-scanning direction: R_s1, Radius of curvature of the exit surface: R_s2But the condition:
(5) | R_s1|> | R_s2|
Is preferably satisfied (claim 9).
[0019]
The scanning optical system according to any one of the first to ninth aspects can receive “a light beam deflected by an optical deflector and convergent in the main scanning direction” (claim 10).
[0020]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 10, "has a function of scanning a light spot on a surface to be scanned in the main scanning direction at a constant speed, and troublesome optical deflectors in the sub-scanning direction. It has a function of correcting this "(claim 11).
[0021]
The scanning optical system according to any one of the first to eleventh aspects can be formed by "molding with resin".
[0022]
The scanning optical system according to any one of the first to twelfth aspects is “a system that collects a plurality of light beams simultaneously deflected as a plurality of light spots separated in a sub-scanning direction on a surface to be scanned”. (Claim 13). That is, the scanning optical system of the present invention can be used as a scanning optical system of a multi-beam optical scanning device.
[0023]
The optical scanning device according to claim 14, wherein "a light beam from the light source is coupled to a subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light beam is near a deflection reflection surface of an optical deflector by a line image forming optical system. A linear image is formed as a long line image in the main scanning direction, is deflected at an equal angular velocity by an optical deflector, and the deflected light beam is condensed as a light spot on the surface to be scanned by a scanning optical system, and the surface to be scanned is optically scanned. A single-beam type optical scanning device ", wherein the scanning optical system according to any one of claims 1 to 12 is used.
[0024]
An optical scanning device according to claim 15, wherein a light beam from a plurality of light emitting sources is coupled to a subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled plurality of light beams are subjected to light deflection by a common line image forming optical system. In the vicinity of the deflecting / reflecting surface of the deflector, a plurality of linear images that are long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction are imaged, and are simultaneously deflected at an equal angular velocity by an optical deflector to a common scanning optical system. System, a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction on the surface to be scanned are collected as a plurality of light spots, and a light beam scanning device of a multi-beam system that simultaneously optically scans a plurality of scanning lines with the plurality of light spots. '' A common scanning optical system according to claim 13 is used.
[0025]
The “coupling lens” may be individual or common to a plurality of light beams.
[0026]
As the light source in the optical scanning device according to the fifteenth aspect, a “monolithic semiconductor laser array in which a plurality of light emitting sources are arranged in one line” can be used (claim 16).
[0027]
The image forming apparatus of the present invention is an "image forming apparatus that forms a latent image by performing optical scanning on a photosensitive image carrier by an optical scanning device, and visualizes the latent image with a developing unit to obtain an image." The optical scanning device for optically scanning the image carrier is the optical scanning device according to any one of claims 14 to 16 (claim 17).
[0028]
Various types of "photosensitive image carrier" can be used. For example, a “silver salt film” can be used as the image carrier. In this case, a latent image is formed by writing by optical scanning, and this latent image can be visualized by processing using a normal silver halide photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an “optical plate making apparatus” or an “optical drawing apparatus” that draws a CT scan image or the like.
[0029]
As the photosensitive image carrier, a "color-forming medium (positive photographic paper) which develops a color by the heat energy of a light spot at the time of optical scanning" can also be used. In this case, a visible image is directly obtained by optical scanning. Can be formed.
[0030]
As the photosensitive image carrier, a "photoconductive photosensitive member" can be used. As the photoconductive photoreceptor, a sheet-shaped one such as zinc oxide paper can be used, or a selenium photoreceptor or an organic optical semiconductor or the like that is repeatedly used in a drum or belt shape can be used. Can be.
[0031]
When a photoconductive photoconductor is used as an image carrier, an electrostatic latent image is formed by uniform charging of the photoconductor and optical scanning by an optical scanning device. The electrostatic latent image is visualized as a toner image by development. The toner image is fixed directly on the photoreceptor when the photoreceptor is sheet-like, such as zinc oxide paper, and when the photoreceptor is reusable, transfer paper or OHP sheet. (Plastic sheet for overhead projector) or the like, and is transferred and fixed to a sheet-like recording medium.
[0032]
The transfer of the toner image from the photoconductive photoconductor to the sheet-shaped recording medium may be directly performed from the photoconductor to the sheet-shaped recording medium (direct transfer method), or may be temporarily performed from the photoconductor to an intermediate transfer belt or the like. After the image is transferred to the intermediate transfer medium, the image may be transferred from the intermediate transfer medium to a sheet-shaped recording medium (intermediate transfer method).
Such an image forming apparatus can be implemented as an optical printer, an optical plotter, a digital copying apparatus, or the like.
[0033]
Further, the image forming apparatus of the present invention, a plurality of the photoconductor, arranged along the conveyance path of the sheet-shaped recording medium, to form an electrostatic latent image for each photoconductor using a plurality of optical scanning device, The toner image obtained by visualizing these can be transferred and fixed to the same sheet-shaped recording medium, and can be implemented as a “tandem-type image forming apparatus” that obtains a color image or a multicolor image synthetically.
[0034]
A little supplementary explanation.
Since the scanning optical system having one lens according to the present invention has a “biconvex shape” in both the main scanning and sub-scanning directions, the positive optical power of the scanning optical system in the main scanning and sub-scanning directions should be applied. It is possible to suppress “deterioration of wavefront aberration” by distributing the light to the lens surfaces on the side and the exit side.
[0035]
As described above, since the deterioration of the wavefront aberration can be suppressed, the spot diameter of the light spot on the surface to be scanned can be reduced, and high-density writing can be supported.
In order to effectively suppress the deterioration of the wavefront aberration, it is preferable that the radius of curvature of the entrance surface be larger than the radius of curvature of the exit surface. By satisfying the above conditions (4) and / or (5), the wavefront aberration Can be effectively suppressed.
[0036]
In order to reduce the spot diameter of the light spot, it is necessary to suppress the deterioration of the wavefront aberration. However, there is a limit in performing this with only the scanning optical system. In this case, the deterioration of the wavefront aberration can be easily regulated by using the “form of light beam” incident on the scanning optical system as a parameter for correcting the wavefront aberration. When the light beam incident on the scanning optical system is “convergent in the main scanning direction” as in the scanning optical system according to claim 10, the curvature of the scanning optical system in the main scanning direction can be reduced, so that the wavefront aberration is obtained. This makes it easier to achieve a balance in which the constant speed characteristics are improved while suppressing the deterioration of.
[0037]
Lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β₂Is approximately | β₂| = (Distance from the exit-side lens surface of the scanning optical system to the surface to be scanned) / (distance from the starting point of deflection of the optical deflector to the entrance-side lens surface of the scanning optical system). When the lower limit of 1) is smaller than 0.5, the scanning optical system approaches the surface to be scanned, and the size of the scanning optical system increases, leading to an increase in cost.
[0038]
Conversely, when the value exceeds the upper limit value: 3.0, the scanning optical system approaches the optical deflector side, and when this is formed into a resin molded product (claim 12), it is easily affected by the heat generated by the optical deflector. , And easily deteriorates optical performance due to deformation. Further, since the image forming position of the deflected light beam is easily shifted with respect to the surface to be scanned, and the spot diameter is easily changed, the processing accuracy and the mounting accuracy of the parts become severe.
[0039]
In the scanning optical system of the present invention, since both lens surfaces are anamorphic surfaces, the “constant velocity characteristics” such as fθ characteristics are secured in the main scanning direction and the “optical tilt of the optical deflector” is reduced in the sub-scanning direction. It is possible to realize a function of correcting (claim 11).
[0040]
By the way, in multi-beam optical scanning, it is important to suppress the "deviation in the pitch of scanning lines that are simultaneously optically scanned (scanning line pitch)".
[0041]
The “scan line pitch deviation” is defined as “the difference between the maximum value and the minimum value between image heights of adjacent scan line pitches”.
[0042]
In order to perform good optical scanning, the diameter of the light spot on the surface to be scanned (the diameter in the main scanning direction can be dealt with to some extent by electrical correction of the signal, but the diameter in the sub-scanning direction can be corrected by such correction. In particular, it is important that the spot diameter in the sub-scanning direction does not greatly change depending on the image height, which is particularly important in high-density optical scanning.
[0043]
In order that “the diameter of the light spot in the sub-scanning direction on the surface to be scanned does not change significantly with the image height”, the lateral magnification β in the sub-scanning direction of the scanning optical system does not change significantly with the image height. is necessary.
[0044]
Further, the variation of the lateral magnification β in the sub-scanning direction due to the image height causes a problem that “the scanning line pitch of the scanning lines that are simultaneously optically scanned changes with the image height” in the multi-beam optical scanning. Therefore, in order to suppress the “variation of the scanning line pitch due to the image height” in the multi-beam optical scanning, it is necessary to “correct the lateral magnification of the scanning optical system in the sub-scanning direction uniformly between the image heights”. .
[0045]
This can be achieved by employing at least one special surface. In addition, a general polygon mirror as an optical deflector is installed with its rotation center shifted from the optical axis of the scanning optical system. An “optical sag” in which the starting point of deflection fluctuates occurs. When sag exists, the path through which the light beam passes differs between the + image height side and the-image height side with respect to the optical axis of the scanning optical system, and the lateral magnification in the sub-scanning direction "changes asymmetrically in the main scanning direction".
[0046]
This asymmetric lateral magnification change can be corrected by changing the “special surface” to a “surface in which the change in the curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction is asymmetric with respect to the optical axis”.
[0047]
"The surface in which the change in the curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction is asymmetric with respect to the optical axis" is, for example,
(A) Surface in which the radius of curvature in the sub-scanning section monotonically increases asymmetrically as the distance from the optical axis in the main scanning direction increases
(B) Surface in which the radius of curvature in the sub-scanning section monotonically decreases asymmetrically as the distance from the optical axis in the main scanning direction increases
(C) A plane in which the extreme value of the change in the radius of curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction is outside the optical axis.
(D) Surface in which the change in the radius of curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction monotonically increases from the + image height side to the − image height side
(E) Surface in which the change in the radius of curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction monotonously decreases from the + image height side to the − image height side
(F) A plane in which a change in the radius of curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction has two or more extreme values
Although various planes are conceivable, such as these, all planes "having no general axis of rotational symmetry as an optical axis" are indicated. Which of these is adopted as the “surface where the change in curvature is asymmetric” is determined by design conditions.
[0048]
In this specification, the “optical axis” of such an asymmetric lens refers to a “reference axis orthogonal to the main scanning and sub-scanning directions” in a reference coordinate system that determines the lens surface shape. I do.
[0049]
Regardless of whether the optical scanning is of the single beam type or of the multi-beam type, the “lateral magnification in the sub-scanning direction: the absolute value of β: | β | change” within the effective writing width is 10% or less. And more preferably 7% or less.
[0050]
That is, the lateral magnification at the center image height: β₂And the lateral magnification at an arbitrary image height: β_hAbsolute value of ratio to | β_h/ Β₂| Preferably satisfies the condition (2), and more preferably
0.93 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.07
Is preferably satisfied.
[0051]
In particular, in the case of the optical scanning by the multi-beam method, if the change in the lateral magnification in the sub-scanning direction is 7% or less, even when performing “7th-order interlaced optical scanning at 1200 dpi”, the simultaneous scanning line pitch is 148.19 μm. A pitch fluctuation of 10.37 μm is obtained, which is suppressed to approximately half of the adjacent pitch at 1200 dpi: 21.17 μm.
[0052]
In order to perform good optical scanning, it is also important that the beam waist position of the deflected light beam forming the light spot on the surface to be scanned does not vary greatly depending on the image height. In particular, in order that the beam waist position in the sub-scanning direction does not greatly vary with respect to the surface to be scanned depending on the image height, it is necessary that the sub-scanning field curvature of the scanning optical system does not change significantly with the image height.
[0053]
That is, the (change) width of the sub-scanning field curvature within the effective writing width: W: F_SPreferably satisfies the condition (3).
[0054]
In order to satisfy the condition (3) while satisfying the condition (2), it is necessary to consider “optical sag” also in the sub-scanning field curvature. The effect of this “optical sag” generally does not always coincide with the effect on the “change in the lateral magnification of the scanning optical system in the sub-scanning direction”, but how much the aim of the spot diameter on the surface to be scanned is The correction of the sub-scanning field curvature and the correction of the change in the lateral magnification can be related to each other depending on how the scanning optical system is arranged.
[0055]
In such a case, it is preferable that the "special surface" is adopted as only one surface, and the opposite surface is a "constant curvature surface" in which the curvature of the sub-scan section is constant along the main scanning direction. 2).
[0056]
The “special surface” has a complicated shape. In particular, if the “change in curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction is asymmetric in the main scanning direction”, it is difficult to find the optical axis position. If it is "surface," it becomes difficult to maintain the performance of the scanning optical system. Therefore, it is preferable to minimize the use of the “special surface” from the viewpoint of securing the performance of the scanning optical system and the viewpoint of reducing the processing cost. In claim 2, the "special surface" is adopted only on one surface in consideration of the above matters.
[0057]
If the surface on the opposite side of the special surface is defined as a “constant curvature surface”, the lens surface shape in the main scanning section is “maintained regardless of the height in the sub-scanning direction”. This is advantageous in that even if it deviates, there is no problem in optical performance. Furthermore, since the curvature in the sub-scan section is constant regardless of the position in the main scanning direction, there is a merit that the evaluation of the scanning optical system is easy.
[0058]
Further, when the optical scanning device of the present invention is applied to a multi-beam system, the line from the line image forming optical system to the scanning optical system is "shared for a plurality of light beams" for each of the coupled light beams. Since the components below the image forming optical system can be configured in the same manner as the single-beam optical scanning device, a multi-beam optical scanning device that is extremely stable against mechanical fluctuations can be realized.
[0059]
As a light source of the multi-beam optical scanning device, an LD array type light source or a “beam combining type light source” can be used. When an LD array type light source is used, by setting the interval between the light emitting sources to 10 μm or more, it is possible to effectively reduce the thermal and electrical effects between the light emitting sources and perform good multi-beam optical scanning. Will be possible.
[0060]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 shows only a main part of an embodiment of the optical scanning device. This optical scanning device is of a single beam type.
[0061]
A divergent light beam emitted from a light source 1 which is a semiconductor laser is coupled to an optical system thereafter by a coupling lens 2. The form of the light beam converted by the coupling lens 2 can be a weakly divergent light beam, a weakly convergent light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0062]
When the light beam transmitted through the coupling lens 2 passes through the aperture of the aperture 3, the light beam peripheral portion is blocked and “beam-shaped”, and then enters the cylindrical lens 4 that is a “line image forming optical system”. The cylindrical lens 4 has a direction without power in the main scanning direction, has a positive power in the sub-scanning direction, focuses an incident light beam in the sub-scanning direction, and forms a polygon mirror 5 which is an “optical deflector”. In the vicinity of the deflecting / reflecting surface as a “long line image in the main scanning direction”.
[0063]
The light beam reflected by the deflecting and reflecting surface is transmitted through one lens 6 forming a “scanning optical system” while being deflected at a constant angular velocity with the rotation of the polygon mirror 5 at a constant speed. The light is condensed as a light spot on the photoconductive photoconductor 8 which is bent and forms the substance of the “scanned surface”, and the scanned surface is optically scanned.
[0064]
The deflected light beam is reflected by the mirror 9 prior to the light scanning of the photoreceptor 8 and is condensed on the light receiving element 11 by the lens 10. Based on the output of the light receiving element 11, the writing start timing of the optical scanning is determined.
[0065]
The “scanning optical system” is an optical system that condenses a light beam deflected by the optical deflector 5 on the surface 8 to be scanned as a light spot, and is constituted by one lens 6. The lens 6 has a biconvex shape in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0066]
The scanning optical system uses the lateral magnification in the sub-scanning direction of the center image height:₂But the condition:
(1) 0.5 ≦ | β₂| ≦ 3.0
Those satisfying the following are used.
[0067]
In this embodiment, the lens 6 is an anamorphic optical system having a function of making the vicinity of the deflecting / reflecting surface and the photosensitive member 8 as the surface to be scanned geometrically conjugate with respect to the sub-scanning direction.
[0068]
In this embodiment, a “constant curvature surface” is used for one surface of the lens 6 and a “special surface” is used for the other surface. Asymmetric with respect to the optical axis ", the lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β₂, Lateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β_hBut the condition:
(2) 0.9 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.1
And the effective writing width: W, the width of the sub-scanning field curvature in the effective writing width: F_SIs the condition:
(3) $ F_S/W<0.001
And those satisfying the conditions (4) and (5) are used.
[0069]
The “single-beam optical scanning device” shown in FIG. 1 couples a light beam from a light source to a subsequent optical system by a coupling lens 2 and deflects the coupled light beam by a line image forming optical system 4. A long linear image in the main scanning direction near the deflecting / reflecting surface of the deflector 5, and deflects the light at a constant angular velocity by the optical deflector 5. A scanning optical system according to any one of claims 1 to 12 is an optical scanning device that condenses light and optically scans the surface to be scanned 8, wherein the scanning optical system 6 can be used.
[0070]
The optical scanning device according to the embodiment shown in FIG. 2 is of a "multi-beam system". In order to avoid complication, the same reference numerals as in FIG.
[0071]
The light source 1 is a semiconductor laser array in which four light emitting sources ch1 to ch4 are arranged in a line at equal intervals. Here, an embodiment in which the pixels are arranged in the sub-scanning direction is shown. Of course, the light emitting source array direction of the semiconductor laser array may be used while being “inclined with respect to the sub-scanning direction”.
[0072]
The four luminous fluxes emitted from the four light emission sources ch1 to ch4 are divergent luminous fluxes in which the major axis direction of the "elliptical far-field pattern" is oriented in the main scanning direction, but the coupling lens 2 common to the four luminous fluxes Is coupled to the subsequent optical system. The form of each coupled light beam can be a weakly divergent light beam, a weakly convergent light beam, or a parallel light beam depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0073]
The four light beams transmitted through the coupling lens 2 are “beam-shaped” by the aperture 3, are respectively focused in the sub-scanning direction by the action of the cylindrical lens 4 that is a “common line image forming optical system”, and “light deflection”. In the vicinity of the deflecting / reflecting surface of the polygon mirror 5 which is a “device”, each is formed as a linear image long in the main scanning direction and separated from each other in the sub scanning direction.
[0074]
The four light beams deflected at a constant angular velocity by the deflecting / reflecting surface pass through a single lens 6 forming a “scanning optical system”, and the optical path is bent by a bending mirror 7 to form a photosensitive material that forms the substance of the “scanned surface”. The light is focused on the body 8 as four light spots separated in the sub-scanning direction, and four scanning lines on the surface to be scanned are simultaneously optically scanned.
[0075]
One of the deflected light beams is reflected by the mirror 9 and condensed on the light receiving element 11 by the lens 10 before the light scanning. Based on the output of the light receiving element 11, the writing start timing of the optical scanning of each of the four light beams is determined.
[0076]
The “scanning optical system” is an optical system that condenses four light beams simultaneously deflected by the optical deflector 5 as four light spots on the surface 8 to be scanned, and is constituted by one lens 6. The lens 6 is the same as that described with reference to FIG. 1, and has a lateral magnification of the center image height in the sub-scanning direction: β.₂But the condition:
(1) 0.5 ≦ | β₂| ≦ 3.0
Those satisfying the following are used.
[0077]
As in the embodiment of FIG. 1, a “constant curvature surface” is used for one surface of the lens 6 and a “special surface” is used for the other surface. Is asymmetric with respect to the optical axis, and the lateral magnification in the sub-scanning direction of the center image height: β₂, Lateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β_hBut the condition:
(2) 0.9 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.1
And the effective writing width: W, the width of the sub-scanning field curvature in the effective writing width: F_SIs the condition:
(3) $ F_S/W<0.005
And those satisfying the conditions (4) and (5) are used.
[0078]
The optical scanning device of the multi-beam system according to the embodiment shown in FIG. 2 couples a plurality of light beams from a plurality of light emission sources ch1 to ch4 to a subsequent optical system by a common coupling lens 2 and is coupled. The plurality of luminous fluxes are formed as a plurality of line images long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction near the deflecting reflection surface of the optical deflector 5 by the common line image forming optical system 4. 5, the light beam is simultaneously deflected at a constant angular velocity, and the deflected light beam is condensed on the surface 8 to be scanned by the common scanning optical system 6 as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction. A multi-beam optical scanning device for simultaneously scanning a scanning line, wherein the scanning optical system according to claim 13 is used as a common scanning optical system 6 (claim 15), and a plurality of light sources are used as light sources. Light emitting source ch ~ch4 is using a monolithic semiconductor laser array 1 arranged in a row (claim 16).
[0079]
The optical scanning device according to the embodiment shown in FIG. 3 is also of a multi-beam type. In this optical scanning device, a beam combining type light source is used as a light source.
The light sources 1-1 and 1-2 are semiconductor lasers, each having a single light emitting source. Each light beam emitted from the light sources 1-1 and 1-2 is coupled by the coupling lenses 2-1 and 2-2. The form of each coupled light beam can be a weakly divergent light beam, a weakly convergent light beam, or a parallel light beam depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0080]
Each light beam transmitted through the coupling lenses 2-1 and 2-2 is “beam-shaped” by the apertures 3-1 and 3-2 and enters the beam combining prism 20. The beam combining prism 20 has a reflection surface, a polarization separation film, and a half-wave plate. The light beam from the light source 1-2 is reflected by the reflection surface of the beam combining prism 20 and the polarization splitting film and exits the beam combining prism 20.
[0081]
The light beam from the light source 1-1 is rotated 90 degrees on the polarization plane by the half-wave plate, passes through the polarization separation film, and is emitted from the beam combining prism 20. Thus, two light beams are combined. By “adjusting the positional relationship” of the light emitting units of the light sources 1-1 and 1-2 with respect to the optical axes of the coupling lenses 2-1 and 2-2, the two light beams combined with each other form a small angle in the sub-scanning direction. ing.
[0082]
The two light beams that have been subjected to the beam combining are moved in the main scanning direction in the vicinity of the deflecting and reflecting surface of the polygon mirror 5 that is the “optical deflector” by the action of the cylindrical lens 4 that is the “common line image forming optical system”. As long line images, they are formed separately in the sub-scanning direction.
[0083]
The two luminous fluxes deflected at the same angular velocity by the deflecting / reflecting surface pass through one lens 6 forming a “scanning optical system”, the optical path is bent by a bending mirror 7, and the light forming the substance of the “scanned surface” is formed. The light is condensed on the body 8 as two light spots separated in the sub-scanning direction, and two scanning lines on the surface to be scanned are simultaneously optically scanned.
[0084]
One of the light beams is focused on the light receiving element 11 before the light scanning, and the writing start timing of the light scanning of the two light beams is determined based on the output of the light receiving element 11. Instead of this, each of the two light beams is condensed on the light receiving element 11 before the light scanning, and the writing start timing of the light scanning of the two light beams is individually set based on the output of the light receiving element 11. May be determined.
[0085]
The “scanning optical system” is an optical system that converges two light beams, which are simultaneously deflected by the optical deflector 5, as two light spots on the surface 8 to be scanned, and is constituted by one lens 6. This lens 6 is the same as that described with reference to FIGS. 1 and 2, and has a lateral magnification of the center image height in the sub-scanning direction: β.₂But the condition:
(1) 0.5 ≦ | β₂| ≦ 3.0
Those satisfying the following are used.
[0086]
1 and 2, a "special surface" is used for one surface of the lens 6, and the change in the curvature in the main scanning direction in the sub-scanning cross section is changed with respect to the optical axis. Asymmetric, lateral magnification in the sub-scanning direction of the center image height: β₂, Arbitrary image height, horizontal magnification in the sub-scanning direction: β_hBut the condition:
(2) 0.9 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.1
And the effective writing width: W, the width of the sub-scanning field curvature in the effective writing width: F_SIs the condition:
(3) $ F_S/W<0.001
Are satisfied, and further satisfy the conditions (4) and (5).
[0087]
The multi-beam optical scanning device according to the embodiment shown in FIG. The plurality of ringed and coupled light beams are formed as a plurality of line images long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction near the deflecting reflection surface of the optical deflector 5 by the common line image forming optical system 4. An image is deflected at the same time by the optical deflector 5 at the same angular velocity, and the deflected light beam is condensed by the common scanning optical system 6 on the scanned surface 8 as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction. A multi-beam optical scanning device for simultaneously scanning a plurality of scanning lines with a plurality of light spots, wherein the scanning optical system according to claim 13 is used as the common scanning optical system 6.
[0088]
The “spot diameter of the light spot” referred to in this specification is 1 / e in the line spread function of the light intensity distribution of the light spot on the surface to be scanned.²Defined by intensity.
[0089]
The “line spread function” is a light intensity distribution of a light spot: f (Y, Z) based on the coordinates Y and Z in the main scanning direction and the sub-scanning direction based on the center coordinates of the light spot formed on the surface to be scanned. , The line spread function in the Z direction: LSZ is
LSZ (Z) = {f (Y, Z) dY} (integration is performed for the entire width of the light spot in the Y direction), and a line spread function in the Y direction: LSY is
LSY (Y) = {f (Y, Z) dZ} (integration is performed for the entire width of the light spot in the Z direction).
[0090]
These line spread functions: LSZ (Z) and LSY (Y) are generally approximately Gaussian-distributed shapes, and the spot diameters in the Y and Z directions are determined by the line spread functions: LSZ (Z) and LSY (Y ) Is 1 / e of its maximum value²It is given by the width in the Y and Z directions of the above region.
[0091]
The spot diameter defined as above by the line spread function can be easily measured by scanning the light spot at a constant speed with a slit, receiving light passing through the slit with a photodetector, and integrating the amount of received light. Yes, devices for performing such measurements are also commercially available.
[0092]
【Example】
Hereinafter, a specific example will be described. The optical arrangement as an optical scanning device is as shown in FIG.
[0093]
The shape of the lens surface is based on the following equation.
"Non-arc shape in main scanning section"
Paraxial radius of curvature in the main scanning section: R_m, Distance from the optical axis in the main scanning direction: Y, conical constant: K, higher order coefficient: A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆,..., Depth in the optical axis direction: expressed by a well-known polynomial (6) using X.
X = (Y²/ R_m) / [1 + √ ｛1- (1 + K_m) (Y / R_m)²｝]
+ A₁Y + A₂Y²+ A₃Y³+ A₄Y⁴+ A₅Y⁵+ A₆Y⁶+ ·· (6) In the equation (6), an odd-order coefficient: A₁, A₃, A₅When one or more of... Is not 0, the shape becomes asymmetric in the main scanning direction.
[0094]
"The curvature in the sub-scan section"
When the curvature (reciprocal of the radius of curvature) in the sub-scanning section changes in the main scanning direction (coordinate with the optical axis position as the origin: indicated by Y), the curvature in the sub-scanning section: C_S(Y) is represented by the following equation (7). R_S(0) represents the “radius of curvature on the optical axis” in the sub-scan section, and B₁, B₂.. etc. represent higher order coefficients.
[0095]
C_S(Y) = ｛1 / R_S(0)｝ + B₁Y + B₂Y²+ B₃Y³+ B₄Y⁴
+ B₅Y⁵+ B₆Y⁶+ ・・ (7)
In equation (7), the odd-order coefficient of Y: B₁, B₃, B₅When one or more of... Is not 0, the change in the radius of curvature in the sub-scan section becomes “asymmetric in the main scanning direction”. Y coefficient: B₁, B₂, B₃.. Are all 0, it is a “constant curvature surface”.
[0096]
The analytical expression of the special surface is not limited to the above expression, and various expressions are possible, and the surface shape in the present invention is not limited to the expression by the above expression.
[0097]
Example 1
"light source"
Wavelength: 655 nm
"Coupling lens"
Focal length: 15mm
Coupling action: convergence action
The natural condensing point (the position where the convergent light beam emitted from the coupling lens is naturally condensed when it is assumed that it is not affected by the refraction effect of other optical elements) is from the deflecting reflective surface to the surface to be scanned. At a position of 686.76 mm.
[0098]
"Cylindrical lens"
Focal length in the sub-scanning direction: 72 mm
"Polygon mirror"
Number of deflection reflecting surfaces: 6
Inscribed circle radius: 16mm
Angle between the incident angle of the light beam from the light source side and the optical axis of the scanning optical system: 60 degrees
"Data of the optical system between the polygon mirror and the surface to be scanned"
The radius of curvature is set to “R” in the main scanning direction._m”And“ R_s", And the refractive index is represented by" n ". In addition, "R" in the following data_m, R_s"Is" paraxial radius of curvature ".
[0099]

In the above, X and Y represent the distance in the optical axis direction and the main scanning direction between the vertices on the surface numbers: i to i + 1. For example, X = 47.89 and Y = 0.47 in the surface number: 0 (deflection reflection surface) indicate that the entrance surface (surface number) of the lens 6 is relative to the position of the deflection reflection point (reflection position giving image height: 0). 1) means that the vertices are 47.89 mm apart in the optical axis direction (X direction) and 0.74 mm apart in the main scanning direction (Y direction). X = 20.81 in the surface number 1 gives the thickness of the lens 6 on the optical axis.
[0100]
The entrance surface (surface number: i = 1) is a “constant curvature surface”, and the shape in the main scanning section is a non-arc shape represented by the above equation (6).
Table 1 shows each coefficient of this surface in the main scanning direction.
[0101]
[Table 1]

[0102]
The exit surface (surface number: i = 2) is a “special surface”, and the shape in the main scanning section is a non-circular shape symmetrical to the optical axis.
Table 2 shows coefficients of this surface in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0103]
[Table 2]

[0104]
Lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height of the scanning optical system of the first embodiment: β₂Is β₂= 2.3.
[0105]
FIG. 5 shows the field curvature (left solid line: sub-scanning field curvature, broken line: main scanning field curvature) and constant velocity characteristics (right figure: solid line: linearity, broken line: fθ characteristic) of the first embodiment.
[0106]
Main scanning direction: 1.666mm / 220mm
Sub scanning direction: 0.21mm / 220mm
Linearity: 0.555% / 220mm
And both the curvature of field and the constant speed characteristics are corrected very well. In particular, the sub-scanning field curvature satisfies the condition (3). That is,
(3) $ 0.21 / 220 = 0.00095 <0.001
FIG. 6 shows the lateral magnification in the sub-scanning direction of the center image height: β₂Of the arbitrary image height in the sub-scanning direction: β_hShows the change. Magnification change: | β_h/ Β₂|
0.998 ≦ | β_h/ Β₂| ≦ 1.013
And the condition (2) is satisfied, and the correction is extremely excellent.
[0107]
FIG. 7 shows a change in the curvature of the entrance surface (FIG. 7A) and the exit surface (FIG. 7B) of the lens 6. In this embodiment, the incident surface is a “constant curvature surface”.
[0108]
FIG. 8 shows “depth curve of spot diameter (fluctuation of spot shape with respect to defocus of light spot)” for each image height of the light spot in the first embodiment. (A) relates to the main scanning direction, and (b) relates to the sub-scanning direction. In the first embodiment, 1 / e of the line spread function is used.²About 50 μm is intended as a spot diameter defined by the intensity. As shown in the drawing, the depth has good depth in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the position accuracy of the surface to be scanned has high tolerance.
[0109]
In the first embodiment, the lens 6 forming the scanning optical system is made of a plastic material, but may be made of a glass material. Further, in order to further reduce the beam spot diameter, the sub-scanning direction may have a non-circular shape. It is also noted that the aberration correction can be more preferably performed by decentering the scanning optical system.
[0110]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 9 shows an embodiment of the image forming apparatus.
This image forming apparatus is a laser printer.
[0111]
The laser printer 1000 has a “photoconductive photoconductor formed in a cylindrical shape” as a photoconductive image carrier 1110. Around the image carrier 1110, a charging roller 1121 as a charging unit, a developing device 1131, a transfer roller 1141, and a cleaning device 1151 are provided. "Corona charger" can also be used as the charging means.
[0112]
An optical scanning device 1171 that performs optical scanning with the laser beam LB is provided, and “exposure by optical writing” is performed between the charging roller 1121 and the developing device 1131.
[0113]
9, reference numeral 1161 denotes a fixing device, reference numeral 1181 denotes a cassette, reference numeral 1191 denotes a pair of registration rollers, reference numeral 1201 denotes a paper feed roller, reference numeral 1211 denotes a conveyance path, reference numeral 1221 denotes a pair of discharge rollers, reference numeral 1231 denotes a tray, and reference numeral P Denotes transfer paper as a sheet-like recording medium.
[0114]
When forming an image, the image carrier 1110, which is a photoconductive photoconductor, is rotated clockwise at a constant speed, the surface thereof is uniformly charged by the charging roller 1121, and the light beam of the laser beam LB of the optical scanning device 1171 is written. An electrostatic latent image is formed by the exposure. The formed electrostatic latent image is a so-called “negative latent image”, and the image portion is exposed.
[0115]
The electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 1131 to form a toner image on the image carrier 1110. The cassette 1181 storing the transfer paper P is detachable from the main body of the image forming apparatus 1000. When the cassette 1181 is mounted as shown in the drawing, the uppermost sheet of the stored transfer paper P is fed by the feed roller 1201. The leading end of the fed transfer paper P is held by a pair of registration rollers 1191. The registration roller pair 1191 feeds the transfer paper P to the transfer section at the same timing as the toner image on the image carrier 1110 moves to the transfer position.
[0116]
The transferred transfer paper P is superimposed on the toner image at the transfer section, and the toner image is electrostatically transferred by the operation of the transfer roller 1141. The transfer paper P to which the toner image has been transferred is sent to the fixing device 1161, where the toner image is fixed in the fixing device 1161, and is discharged onto the tray 1231 by the discharge roller pair 1221 through the conveyance path 1211.
[0117]
The surface of the image carrier 1110 after the transfer of the toner image is cleaned by the cleaning device 1151 to remove residual toner, paper dust, and the like.
[0118]
By using the “optical scanning device as shown in FIGS. 1, 2, and 3” as the optical scanning device 1171, it is possible to execute extremely excellent image formation.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel scanning optical system, optical scanning device, and image forming apparatus can be realized.
[0120]
As described above, the scanning optical system of the present invention can be manufactured inexpensively with a single lens configuration, can reduce the size of the optical scanning device, and can satisfactorily correct not only geometric optical aberrations but also wave optical aberrations. Which is suitable for reducing the diameter of the light spot. A scanning optical system using such a scanning optical system can perform good optical scanning with a light spot having a reduced diameter, and therefore, an image forming apparatus using such an optical scanning device can form a fine image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a single beam type optical scanning device.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of a multi-beam optical scanning device.
FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of a multi-beam optical scanning device.
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical arrangement of an embodiment of the optical scanning device.
FIG. 5 is an aberration diagram (field curvature and constant velocity characteristics) of the example.
FIG. 6 shows a magnification change in the embodiment: | β_h/ Β₂It is a figure which shows |.
FIG. 7 is a diagram illustrating changes in the main scanning direction of the curvature in the sub-scanning cross section of the entrance side surface (constant curvature surface) and the exit side surface (special surface) of the scanning optical system of the embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a “spot diameter depth curve” for each image height of a light spot in the example.
FIG. 9 is a diagram for explaining an embodiment of the image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
5 Optical deflector (polygon mirror)
6 scanning optical system

Claims

A scanning optical system that focuses a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned,
It is composed of one lens,
It has a biconvex shape in the main scanning direction and a biconvex shape in the sub-scanning direction, and both surfaces are anamorphic surfaces, and at least one surface is a constant curvature surface in the sub-scanning cross section having a constant curvature in the main scanning direction. A scanning optical system, characterized in that:

The scanning optical system according to claim 1,
A scanning optical system characterized in that one surface is a constant curvature surface and the other surface is a special surface in which the curvature in the sub-scanning section changes continuously in the main scanning direction.

The scanning optical system according to claim 2,
A scanning optical system wherein a curvature in a sub-scan section on a special surface changes asymmetrically with respect to an optical axis in a main scanning direction.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 3,
A scanning optical system, wherein at least one surface in a main scanning cross section has a non-arc shape.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 4,
Sub-scanning direction lateral magnification at the central image height: beta ₂ is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β ₂ | ≦ 3.0
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 5,
The lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β ₂ , and the lateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β _h are:
(2) 0.9 ≦ | β _h / β ₂ | ≦ 1.1
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 6,
Effective writing width: W, effective writing width in the sub-scanning curvature in the width: F _S condition:
(3) F _S /W<0.001
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 7,
In the main scanning direction, the radius of curvature of the entrance surface: R _m1 and the radius of curvature of the exit surface: R _m2 are as follows:
(4) | R _m1 |> | R _m2 |
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 8,
In the sub-scanning direction, the radius of curvature of the entrance surface: R _s1 , and the radius of curvature of the exit surface: R _s2 are as _follows :
(5) | R _s1 |> | R _s2 |
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 9,
A scanning optical system which is deflected by an optical deflector and receives a convergent light beam in a main scanning direction.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 10,
A scanning optical system having a function of causing a light spot on a surface to be scanned to scan light at a constant speed in a main scanning direction, and a function of correcting a surface tilt of an optical deflector in a sub-scanning direction.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 11,
A scanning optical system formed of resin.

The scanning optical system according to any one of claims 1 to 12,
A scanning optical system, wherein a plurality of beams simultaneously deflected are converged on a surface to be scanned as a plurality of light spots separated in a sub-scanning direction.

The light beam from the light source is coupled to the subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light beam is formed as a long line image in the main scanning direction near the deflection reflection surface of the optical deflector by the line image forming optical system. A single beam type optical scanning device that forms an image, deflects the light at a uniform angular velocity by the optical deflector, condenses the deflected light beam as a light spot on the surface to be scanned by a scanning optical system, and optically scans the surface to be scanned. At
13. An optical scanning device using the scanning optical system according to claim 1 as a scanning optical system.

Light beams from a plurality of light sources are coupled to the subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light beams are main-scanned by a common line image forming optical system near the position of the deflecting reflection surface of the optical deflector. Direction, formed as a plurality of line images separated in the sub-scanning direction, simultaneously deflected at the same angular velocity by the optical deflector, a plurality of deflected light beams on the surface to be scanned by a common scanning optical system, In a multi-beam optical scanning device that collects light as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction, and simultaneously optically scans a plurality of scanning lines with the plurality of light spots,
An optical scanning device using the scanning optical system according to claim 13 as a common scanning optical system.

The optical scanning device according to claim 15,
An optical scanning device, wherein a monolithic semiconductor laser array in which a plurality of light emitting sources are arranged in a line is used as a light source.

In an image forming apparatus for forming a latent image by performing optical scanning with a light scanning device on a photosensitive image carrier and visualizing the latent image with a developing unit to obtain an image,
An image forming apparatus using the optical scanning device according to any one of claims 14 to 16 as an optical scanning device for optically scanning an image carrier.