JP2004029830A

JP2004029830A - Optical scanner and image forming apparatus using the same

Info

Publication number: JP2004029830A
Application number: JP2003199126A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Shimomura; 下村　秀和
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP3478819B1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner which guarantees the uniformity of image density by reducing an unevenness of light quantity distribution, which is caused by internal absorption of an optical resin. <P>SOLUTION: In a scanning optical system which uses a light source having ≤500nm wavelength and is provided with at least one plastic lens, and restrictions are placed on the thickness difference of the plastic lens. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザープリンター、デジタル複写機、マルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に使用される光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の光走査装置はレーザー光源からの光ビームをポリゴンミラーによって偏向し、結像レンズ系によって被走査面上に光スポットとして結像させるようになっている。
【０００３】
レーザー光源には半導体レーザー等が多用され、レーザー光源から射出された発散光は、コリメータレンズにより略平行な光ビームに変換され、アパーチャーにより光ビームの外形が制限される。外形が制限された光ビームは、定角速度で回転するポリゴンミラーにより偏向されて結象レンズ系に入射する。結像レンズ系は定角速度で偏向された光ビームを所定の間隔で配置された被走査面上に等距離速度で走査させるｆθ特性を有し、全走査域にわたって微小な光スポットを形成するように像面湾曲が良好に補正されることが必要とされている。
【０００４】
また、ポリゴンミラーがミラー面の加工誤差や回転軸の振動等を有するため、多くの結像レンズ系には主走査方向と垂直な方向つまり副走査方向の走査位置のずれを補正するための倒れ補正機能が与えられている。このため、結像レンズ系は主走査方向と副走査方向とで異なる結像特性を有するアナモフィクレンズ系とされている。
【０００５】
従来、結像レンズ系はガラス材料によりトーリック面とシリンドリカル面を有するように加工され、この種のガラスレンズには反射防止膜が蒸着等により施されている。一方、ガラスレンズの加工は困難で高コストとなるため、近年ではコストが低く、自由な形状で収差を補正できるプラスチックレンズが多用されている。
【０００６】
また、従来光源として使用される半導体レーザーは赤外レーザー（７８０ｎｍ）または可視レーザー（６７５ｎｍ）であるため、ポリゴンミラーや折り返しミラーなどには、反射率が高く且つ波長依存性と角度依存性が少ない銅ミラーが使用されてきた。
【０００７】
図８には銅膜そのものの反射率特性を示し、図９には従来使用されてきた銅ミラーの反射率特性を示してある。この従来のミラーは、アルミ母材上に銅膜を形成し、その上に更にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とＳｉＯ２を蒸着させたものである。赤外レーザー及び可視レーザーの波長帯で優れた反射特性を示していることが分かる。
【０００８】
更に、最近では高解像度化の要求から短波長の光源を用い、微小スポット形状が得られる光走査装置の開発が進められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
（問題点１）
しかしながら、図８及び図９から明らかなように、銅ミラーは短波長になるに従い反射率が低下し、反射率の波長依存性と角度依存性も悪化する。従来同様銅ミラーを短波長レーザーで使用した場合、所定の光量を確保するためにはレーザーのパワーを上げるか、Ｆナンバーの明るいコリメータレンズを使用しなければならなかった。よって、レーザーそのものに負担がかかる他、収差を良好に補正するためにコリメータレンズの枚数を増やすなどのコストアップの要因が存在していた。
【００１０】
また、光源である半導体レーザーには発振波長の温度特性のため、使用環境下での波長変化が避けられない。そのため、走査光学系に用いられる光学部品の透過率及び反射率などの光学特性は、レーザーの発振波長近傍で変化が少ないことが要求される。銅ミラーは赤外レーザー及び可視レーザーにおいては良好な特性を示す反面、６００ｎｍ以下の波長においては、反射率の波長依存性のため、環境変動による光量ムラ、すなわち画像濃度ムラが問題となっていた。
【００１１】
さらに、反射率の角度依存性のため、走査中央と走査端とで画像濃度が均一にならず、高品位な画像からかけ離れたものとなっていた。
【００１２】
そこで本発明は、５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた光走査装置において、絶対反射率が高く、波長依存性と角度依存性が少ない反射ミラーを用いた光走査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
（問題点２）
しかしながら、プラスチックレンズとして用いられる光学材料は、短波長になるに従い材料中の内部吸収により透過率が減少することが一般的であるために、短波長光源を用いた光走査装置においては、高コストなガラスレンズが使用されてきた。
【００１４】
図１５は一般的な光学樹脂の透過率を示したグラフである。従来、光源として用いられてきた赤外レーザー（７８０ｎｍ）及び可視レーザー（６７５ｎｍ）の発振波長近傍では内部吸収による透過率の変化はほとんど無視できるレベルであるが、４００ｎｍ近傍の短波長光源を用いた場合、内部吸収による透過率の減少は無視できなくなる。また、各像高においてプラスチックレンズ内の光線通過距離が変化するため、絶対光量の減少よりむしろ走査像面位置での光量分布ムラによる画像劣化が問題となっていた。
【００１５】
また、光源である半導体レーザーには発振波長の温度特性のため、使用環境下での波長変化が避けられない。そのため、走査光学系に用いられる光学部品の透過率及び反射率などの光学特性は、レーザーの発振波長近傍で変化が少ないことが要求される。プラスチックレンズを４００ｎｍ近傍の短波長領域で使用した場合、図１５から分かる通り、透過率の波長依存性のため、被走査面上での光量変動による画像濃度ムラが問題となっていた。
【００１６】
そこで本発明は、光量分布ムラを低く抑え、画像濃度の均一な光走査装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、光源からの光ビームを偏向する偏向光学系と、この偏向光学系からの光ビームを被走査面上に結像させる走査結像レンズ系とを備え、前記光源の波長は５００ｎｍ以下であり、前記走査結像レンズ系は少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、このプラスチックレンズの光軸からの偏向角に応じた光線通過距離の合計の最大値をＬｍａｘ、最小値をＬｍｉｎとしたとき、
Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜３・ｌｏｇ_１００．９３／Ｓ
Ｓ＝ｌｏｇ_１０（１−３．５５×１０^８／λ^４）、λ：前記光ビームの波長（ｎｍ）
であることを特徴とする。
【００１８】
すなわち本発明は、光源の波長が５００ｎｍ以下で且つプラスチックレンズを少なくとも１枚備えた走査光学系において、プラスチックレンズの肉厚差に制限を加えることにより、光学樹脂の内部吸収による光量分布ムラを低く抑え、画像濃度の均一性を補償するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の特徴を最もよく表わす光走査装置の要部断面図である。光源である半導体レーザー１からの発散光をコリメータレンズ２により略平行な光ビームに変換した後、絞り３により所望のスポット径が得られるように光束径が制限される。本実施の形態で使用する半導体レーザーは窒化ガリウム系の半導体レーザーであり、その発振波長は４０８ｎｍである。５は光源からの光ビームを被走査面に向かって走査する回転多面鏡（ポリゴンミラー）であり、ポリゴンミラー５からの反射光を走査結像レンズ６及び７により、全走査域にわたって微小な光スポットに成形する。また、走査結像レンズ６及び７はポリゴンミラー５で偏向される等角速度な光ビームを等距離速度な光ビームに変換するｆθ特性を持たせることが必要とされる。
【００２１】
本実施の形態で用いられる走査結像レンズ６及び７は、ガラス製でもプラスチック製でも良いが、プラスチック製のレンズの場合、第４の実施の形態、第５の実施の形態の記載されたＬｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜３・ｌｏｇ_１００．９３／Ｓ、Ｓ＝ｌｏｇ_１０（１−３．５５×１０^８／λ^４）、λ：光ビームの波長（ｎｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００２２】
又は、Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜１０．０（ｍｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００２３】
また、第６の実施の形態の光量分布ムラを補正する補正部材である折り返しミラーやフィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜の少なくとも１つを本実施の形態に用いても良い。
【００２４】
更に、第７の実施の形態の光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材（例えば折り返しミラーの反射率ｂなど）を用いても良い。この光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材として、折り返しミラーの他にも、フィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜などでも良い。
【００２５】
更に、シリンドリカルレンズ４により平行な光ビームを一旦ポリゴンミラー５上で副走査方向に集光させ、且つ副走査断面においてポリゴンミラー５と被走査面８を光学的共役関係にすることで、ポリゴンミラー５の面倒れを補正することが可能となる。
【００２６】
ここで、金属膜反射鏡の複素屈折率と反射率の関係について述べる。金属膜の複素屈折率Ｎを以下のように定義したとき、
Ｎ（λ）＝ｎ（λ）−ｉｋ（λ）　　ただし、ｎ，ｋ＞０
ｎ（λ）：複素屈折率の実数部
ｉ＝√−１
ｋ（λ）：複素屈折率の虚数部（消衰係数）
λ：波長
反射率Ｒは、
Ｒ＝｛（ｎ０−ｎ）^２＋ｋ^２｝／｛（ｎ０＋ｎ）^２＋ｋ^２｝
と表せる。ここで、ｎ０は入射媒質の屈折率で、通常はｎ０＝１．０である。
【００２７】
更に式を展開すると、
Ｒ＝１−４ｎ／（ｋ^２＋ｎ^２＋２ｎ＋１）となり、光走査装置に用いられる金属反射鏡の反射率の下限値を０．８としたとき、
１−４ｎ／（ｋ^２＋ｎ^２＋２ｎ＋１）＞０．８
ｋ^２＞−ｎ^２＋１８ｎ−１
ｋ＞√（−ｎ^２＋１８ｎ−１）
と導かれる。ここで上記右辺をＡと置き、代表的な金属膜の複素屈折率とＡを表１にまとめた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１より、銅（Ｃｕ）は６００ｎｍより長波長側でｋ＞Ａとなり反射率が８０％を超えるが、６００ｎｍより短波長側ではｋ＜Ａとなり、反射率が８０％を超えないことがわかる。また、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）は４００〜８００ｎｍにおいて、ｋ＞Ａとなるので５００ｎｍ以下の光源を用いたときでも、十分な光量を確保することが可能となる。
【００３０】
また、表２に各金属膜の反射率Ｒをまとめた。波長λの光束が入射面に垂直に入射する場合の反射率Ｒである。
【００３１】
【表２】

【００３２】
図２は、アルミニウム（Ａｌ）膜の反射率Ｒを、入射面に垂直に振動する成分波であるＳ偏光と、入射面に平行に振動する成分波であるＰ偏光とに分けて、入射角２０°、４０°、６０°と振って表示した。
【００３３】
ここで、アルミニウム母材表面上に陽極酸化膜を成膜する一般的な工程を説明する。
【００３４】
本実施例で使用するポリゴンミラーはアルミニウムを母材としたものであり、そのようなポリゴンブランクを十数個まとめたものを陽極にし、一定の条件を満たした電解液（ホウ酸など）中において、３０〜４０Ｖの電圧で５〜１０秒電解すると、表面に酸化皮膜を生成する。このアルマイト皮膜は、密着性、均一性に優れており、電解条件と時間によって制御できるため、膜厚の管理は容易である。本実施例では４０８ｎｍ近傍で角度特性が最小となるように、電解条件を設定している。更に、陽極酸化膜の上に保護層として誘電体膜を形成するには、既知の蒸着又はディッピングなどにより成膜を施せばよい。
【００３５】
本実施の形態ではポリゴンミラー５の第１層目の金属膜にアルミニウムを用いただけでなく、その母材にもアルミニウムを用いた。こうすることで、母材に金属反射膜を成膜する工程を省くことが可能なため、コストダウンが達成できる。また、銀膜でも上記反射率を満足することは可能であるが、銀はコストが高い上、環境劣化が激しいため、アルミニウムを用いることが望ましい。
【００３６】
但し、本発明では、母材はアルミニウム、等の金属に限定されない。ポリゴンミラーに必要とされる諸特性を満たせば絶縁物でも良い。
【００３７】
図３は、アルミニウム膜に角度依存性を少なくする機能を有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を蒸着し、更にその上に保護膜（誘電体膜）を成膜したポリゴンミラーの反射特性を示す。このような膜構成にすることで、Ｐ偏光、Ｓ偏光においてポリゴンミラーの角度依存性が少なくなるとともに耐久性も向上する。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態を表す光走査装置の副走査方向の要部断面図である。ここでは図示していないが、半導体レーザーからポリゴンミラーまでの入射光学系は第１の実施の形態と同じである。画像形成装置に光走査装置を用いた場合、画像形成装置の各ユニットの配置の関係上、走査光を副走査方向で折り曲げることが多々ある。本実施の形態ではポリゴンミラー５により水平に走査された光ビームが走査結像レンズ６，７を通過し、折り返しミラー９で垂直方向へ一回折り曲げられて感光体ドラム１０に導かれている。折り返しミラー９はガラス母材の表面に金属膜を蒸着させたものが一般的であり、本実施の形態では上述のようにアルミニウムを蒸着させ、５００ｎｍ以下の光源を用いた場合でも十分な光量を確保することに成功している。
【００３９】
更に、反射率を上げるには、その上に誘電体膜を蒸着することが有効である。図５にアルミニウム膜の上に、ＭｇＦ２膜とＺｒＯ２膜を蒸着させたミラーの分光反射率を示した。図２に示したアルミニウム膜単層の場合に比較して、数％反射率が上昇している。更に、反射率を上げたミラーを作成するためには、低屈折率膜と高屈折率膜を交互に複数層形成するとよい。
【００４０】
また、本実施形態でアルミニウム膜を使用したが、本発明はそれに限定したものではなく、ｋ＞√（−ｎ^２＋１８ｎ−１）を満足する金属膜であれば、その効果を発揮できる。
【００４１】
本実施の形態で用いられる走査結像レンズ６及び７は、ガラス製でもプラスチック製でも良いが、プラスチック製のレンズの場合、第４の実施の形態、第５の実施の形態の記載されたＬｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜３・ｌｏｇ_１００．９３／Ｓ、Ｓ＝ｌｏｇ_１０（１−３．５５×１０^８／λ^４）、λ：光ビームの波長（ｎｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００４２】
又は、Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜１０．０（ｍｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００４３】
また、第６の実施の形態の光量分布ムラを補正する補正部材である折り返しミラーやフィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜の少なくとも１つを本実施の形態に用いても良い。
【００４４】
更に、第７の実施の形態の光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材（例えば折り返しミラーの反射率ｂなど）を用いても良い。この光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材として、折り返しミラーの他にも、フィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜などでも良い。
【００４５】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態を表す光走査装置の斜視図である。本実施の形態では走査結像レンズ７の代わりに走査結像ミラー１１を用いたことが第１、第２の実施の形態との相違点である。走査結像ミラー１１はシリンドリカルミラーや球面ミラーの他、最近ではプラスチック成形技術の向上とともに自由曲面ミラーが使用されている。走査結像系に走査結像ミラー１１を用いるメリットは、結像レンズの効果と折り返しミラーの効果を同時に合わせ持つ点である。よって、第２の実施の形態で述べた折り返しミラーを廃止することが可能となり、部品点数の削減によるコストダウンが期待できる。
【００４６】
本実施の形態で用いられる走査結像レンズ６は、ガラス製でもプラスチック製でも良いが、プラスチック製のレンズの場合、第４の実施の形態、第５の実施の形態の記載されたＬｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜３・ｌｏｇ_１００．９３／Ｓ、Ｓ＝ｌｏｇ_１０（１−３．５５×１０^８／λ^４）、λ：光ビームの波長（ｎｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００４７】
又は、Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜１０．０（ｍｍ）を満たすレンズを用いることが好ましい。
【００４８】
また、第６の実施の形態の光量分布ムラを補正する補正部材である折り返しミラーやフィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜の少なくとも１つを本実施の形態に用いても良い。
【００４９】
更に、第７の実施の形態の光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材（例えば折り返しミラーの反射率ｂなど）を用いても良い。この光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材として、折り返しミラーの他にも、フィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜などでも良い。
【００５０】
本実施の形態においても、走査結像ミラーにアルミニウム膜を使用したことで５００ｎｍ以下の光源を用いたにもかかわらず、十分な光量が確保できている。
【００５１】
また、それぞれの実施の形態でアルミニウム膜を使用したが、本発明はそれに限定したものではなく、ｋ＞√（−ｎ２＋１８ｎ−１）を満足する金属膜であれば、その効果を発揮できる。
【００５２】
図２、図３、図５の反射率特性を考えて、本発明の第１〜３の実施形態に用いられる光源の波長の下限値は、３８０ｎｍ以上が好ましい。
【００５３】
また、本発明の実施形態に用いられる光源である半導体レーザー１は、２本以上のマルチビームでも良い。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図１０は本発明の特徴を最もよく表わす光走査装置の要部断面図である。光源である半導体レーザー１からの発散光をコリメータレンズ２により略平行な光ビームに変換した後、絞り３により所望のスポット径が得られるように光束径を制限する。本実施の形態で使用する半導体レーザー１は窒化ガリウム系の半導体レーザーであり、その発振波長は４０８ｎｍである。５は光源からの光ビームを被走査面に向かって走査する回転多面鏡（ポリゴンミラー）であり、ポリゴンミラー５からの反射光を走査結像レンズ６及び７により、全走査域にわたって微少な光スポットに形成する。また、走査結像レンズ６及び７はポリゴンミラー５で偏向される等角速度な光ビームを等距離速度な光ビームに変換するｆθ特性を持たせることが必要とされる。更に、シリンドリカルレンズ４により平行な光ビームを一旦ポリゴンミラー５上で副走査方向に集光させ、且つ副走査断面においてポリゴンミラー５と被走査面８を光学的共役関係にすることで、ポリゴンミラー５の面倒れを補正することが可能となる。
【００５５】
ここで、使用している走査結像レンズ６及び７について詳しく述べる。走査結像レンズ６はガラス材料ＢＳＬ−７（ＯＨＡＲＡ社製）からなるガラスレンズであり、光ビームが通過する６ａ面および６ｂ面に反射防止膜を蒸着させたものである。走査結像レンズ７は光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ４８０（日本ゼオン社製）からなる射出成形のプラスチックレンズである。
【００５６】
光学部材の透過率は、その表面反射成分Ｐ（反射係数）と内部透過率τとに分けて考えられる。
全透過率Ｔ（λ）＝Ｐ（λ）×τ（λ）・・・（式１）
反射係数Ｐは光学部材の屈折率ｎ（λ）に依存し、以下の式で表現できる。
反射係数Ｐ（λ）＝２・ｎ（λ）／（ｎ（λ）^２＋１）・・・（式２）
また、内部透過率は光学部材の肉厚ｔに依存し、ランバートの法則より次の式が成立する。
内部透過率τ２（λ）＝τ１（λ）^{ｔ２／ｔ１}・・・（式３）
ＺＥＯＮＥＸ４８０は屈折率ｎ（４０８ｎｍ）＝１．５４０２、肉厚３ｍｍでの全透過率は図７のグラフよりＴ０（４０８ｎｍ）＝０．９０２であるため、内部透過率はτ０（４０８ｎｍ）＝０．９８７となる。
【００５７】
プラスチックレンズの最大光線通過距離をＬｍａｘ、最小光線通過距離をＬｍｉｎとすると、
τ１（４０８ｎｍ）＝τ０（４０８ｎｍ）^{Ｌｍａｘ／３}
τ２（４０８ｎｍ）＝τ０（４０８ｎｍ）^{Ｌｍｉｎ／３}
Ｔ１／Ｔ２＝τ１（４０８ｎｍ）／τ２（４０８ｎｍ）＝τ０（４０８ｎｍ）^{（Ｌｍａｘ―Ｌｍｉｎ）／３}
であるため、透過率の比は光線通過距離の差に依存する。本実施の形態ではＬｍａｘ＝７．５０（ｍｍ）、Ｌｍｉｎ＝３．２１（ｍｍ）であるため、Ｔ１／Ｔ２＝０．９８１となり、内部吸収による光量変動量を１．９％と小さく抑えることが可能である。
【００５８】
発明者が検証した結果によると、
Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜３・ｌｏｇ_１００．９３／Ｓ
Ｓ＝ｌｏｇ_１０（１−３．５５×１０^８／λ^４）、λ：光ビームの波長（ｎｍ）
であれば、プラスチックレンズの内部吸収による光量変動量を、実用上充分に小さく抑えることができる。
【００５９】
更に、発明者が検証した結果によると、Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ＜１０．０（ｍｍ）であれば、プラスチックレンズの内部吸収による光量変動量を、実用上充分に小さく抑えることができる。
【００６０】
（第５の実施の形態）
図１１は本発明の第５の実施形態を表す図である。第４の実施形態との相違点は射出成形のプラスチックレンズを２枚用いた事である。近年、レーザープリンターの低価格化の流れを受け、レーザースキャナーユニットとしても更なるコストダウンが図られている。プラスチックレンズは低コストである上に、ガラスレンズでは不可能であった自由な曲面形状を形成できるため、収差補正の観点からもガラスレンズより優位である。
【００６１】
本実施の形態では２枚のプラスチックレンズの形状を最適化する事で、ポリゴンミラーと被走査面を共役関係にし、走査ビームにｆθ特性をもたせ、且つ像面湾曲も良好に補正することに成功している。しかし、プラスチックレンズを２枚用いたことで、第４の実施形態のようなプラスチックレンズを１枚用いた時より、光線がプラスチックレンズ内を通過する距離が増大している。
【００６２】
本実施の形態では、上述の光線通過距離の差に関する条件式を満足するように各プラスチックレンズの肉厚を設定した。なお、本実施の形態ではＬｍａｘ＝Ｌ１０＋Ｌ２０、Ｌｍｉｎ＝Ｌ１１＋Ｌ２１である。これにより、２枚のプラスチックレンズ（材質：ＺＥＯＮＥＸ４８０）の光線通過距離の合計の最大値はＬｍａｘ＝１８．１０（ｍｍ）、光線通過距離の合計の最小値はＬｍｉｎ＝１２．３３（ｍｍ）、Ｔ１／Ｔ２＝０．９７６となり、プラスチックレンズを２枚用いたにも関わらず、内部吸収による光量変動量を２．４％と小さく抑えることが可能である。
【００６３】
（第６の実施の形態）
図１２は本発明の第６の実施形態を表す光走査装置の副走査系の断面図である。ここに用いられている走査光学系は２枚の走査結像レンズを用いたもので、少なくとも１枚はプラスチックレンズが使用されている。ここでは、各走査角において折り返しミラー９に入射する入射角ｉの違いに注目し、例えば、走査中央でのプラスチックレンズの光線通過距離が走査端でのそれより長い場合（第４の実施形態のような場合）、折り返しミラーの反射率を入斜角ｉが大きくなるに従い低下するように設計することで（図１３参照）、被走査面上でのトータルの光量分布変動をより小さく抑えることが可能となる。
【００６４】
図１３の縦軸は、入射角６０°の反射率を分母にとり、任意の入射角を分子とした場合の反射率比（％）である。
【００６５】
また、折り返しミラーの他にも光量分布ムラを補正する補正部材として、フィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜などでも上記効果を有する。
【００６６】
（第７の実施の形態）
図１４は本発明の第７の実施形態を説明するための、光学樹脂及びミラーの分光特性を示したグラフである。前述したように、光源である半導体レーザーには発振波長の温度特性により、使用環境下での波長変化が避けられず、そのため走査光学系に用いられる光学部品の透過率及び反射率などの光学特性は、レーザーの発振波長近傍で変化が少ないことが要求される。
【００６７】
ここでは、帝人化成社製のＰＣ（ポリカーボネイト）を例に挙げて説明する。光源として使用する半導体レーザーは窒化ガリウム系のもので、その発振波長は４０８ｎｍである。使用環境下において４０８ｎｍを中心に±１０ｎｍ波長変動があったと仮定すると、図１４の樹脂透過率ａに示したように光学樹脂による光量変動は約１．０％となる。しかし、光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材（例えば折り返しミラーの反射率ｂなど）を用いることでトータルの光量変動率ｃはその１／２０程度に低く抑えることが可能となる。この光学樹脂の透過率分光特性と逆特性の光学部材として、折り返しミラーの他にも、フィルターや光学部材に蒸着された光学薄膜などでも上記効果を有する。
【００６８】
また、第４〜７の実施形態で使用した光学樹脂は、樹脂材料のほんの一例に過ぎない。本発明は一部の光学樹脂に限定した話ではなく、その他の光学樹脂に対しても短波長になるに従い内部吸収による透過率の悪化がある場合は同様の効果を有する。
【００６９】
図１４、図１５の反射率特性を考えて、本発明の第４〜７の実施形態に用いられる光源の波長の下限値は、３８０ｎｍ以上が好ましい。
【００７０】
本発明の第４〜７の実施形態で用いられる走査光学系を構成するプラスチックレンズは３枚以上でも良い。
【００７１】
また、本発明の第４〜７の実施形態に用いられる光源である半導体レーザー１は、２本以上のマルチビームでも良い。走査光学系の合成系で主走査方向及び副走査方向において正パワーであれば（被走査面で結像させるため）、プラスチックレンズ単体は正パワーでも負パワーでも良い。
【００７２】
図７は、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の副走査方向の要部断面図である。この画像形成装置１００には、パーソナルコンピュータ等の外部機器２００からコードデータＤｃが入力される。このコードデータＤｃは、画像形成装置１００内のプリンタコントローラ１２１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、前述の実施形態１〜７に示した構成を有する光走査ユニット１２０に入力される。そして、この光走査ユニット１２０からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビームＬｂが出射され、この光ビームＬｂによって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００７３】
静電潜像担持体（感光体）である感光ドラム１０１は、モータ１０５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビームＬｂに対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電させる帯電ローラ１０２が表面に接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、光走査ユニット１２０によって走査される光ビームＬｂが照射されるようになっている。
【００７４】
先に説明したように、光ビームＬｂは、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビームＬｂを照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成させる。この静電潜像は、上記光ビームＬｂの照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に接するように配置された現像器１０３によってトナー像として現像される。
【００７５】
現像器１０３によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配置された転写ローラ１０４によって被転写材たる用紙１１１上に転写される。用紙１１１は感光ドラム１０１の前方（図７において右側）の用紙カセット１０６内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０６端部には、給紙ローラ１０７が配置されており、用紙カセット１０６内の用紙１１１を搬送路へ送り込む。
【００７６】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１１はさらに感光ドラム１０１後方（図７において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１０８とこの定着ローラ１０８に圧接するように配置された加圧ローラ１０９とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１１を定着ローラ１０８と加圧ローラ１０９の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１１上の未定着トナー像を定着する。更に定着ローラ１０８の後方には排紙ローラ１１０が配置されており、定着された用紙１１１を画像形成装置１００の外に排出する。
【００７７】
図７においては図示していないが、プリントコントローラ１２１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１０５を始め画像形成装置１００内の各部や、光走査ユニット１２０内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源の波長が５００ｎｍ以下で且つプラスチックレンズを少なくとも１枚備えた走査光学系において、プラスチックレンズの肉厚差に制限を加えることにより、光学樹脂の内部吸収による光量分布ムラを低く抑え、画像濃度の均一性を補償することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の光走査装置の要部断面図。
【図２】アルミミラーの分光反射率を示す図。
【図３】アルミ＋アルミナ＋保護膜（誘電体膜）の分光反射率を示す図。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の光走査装置の要部断面図。
【図５】アルミ＋誘電体膜の分光反射率を示す図。
【図６】本発明に係る第３の実施の形態の光走査装置の斜視図。
【図７】本発明に係る画像形成装置の副走査方向の要部断面図。
【図８】銅ミラーの分光反射率を示す図。
【図９】銅＋アルミナ＋ＳｉＯ２の分光反射率を示す図。
【図１０】本発明に係る第１の実施の形態の光走査装置の要部断面図。
【図１１】本発明に係る第２の実施の形態の光走査装置の要部断面図。
【図１２】本発明に係る第３の実施の形態の光走査装置の副走査系断面図。
【図１３】折り返しミラーの反射率比角度特性を示す図。
【図１４】折り返しミラーの反射率波長特性を示す図。
【図１５】代表的な光学樹脂の透過率波長特性を示す図。
【符号の説明】
１　半導体レーザー
２　コリメータレンズ
３　絞り
４　シリンドリカルレンズ
５　ポリゴンミラー
６，７　走査結像レンズ
８　被走査面
９　折り返しミラー
１０　感光ドラム
１１　走査結像ミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device used for an image forming apparatus such as a laser printer, a digital copying machine, and a multifunction printer.
[0002]
[Prior art]
Generally, this type of optical scanning device deflects a light beam from a laser light source by a polygon mirror and forms an image as a light spot on a surface to be scanned by an imaging lens system.
[0003]
A semiconductor laser or the like is frequently used as a laser light source, and divergent light emitted from the laser light source is converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens, and the outer shape of the light beam is limited by an aperture. The light beam whose outer shape is limited is deflected by a polygon mirror that rotates at a constant angular velocity and enters the imaging lens system. The imaging lens system has an fθ characteristic of scanning a light beam deflected at a constant angular velocity on a surface to be scanned arranged at a predetermined interval at an equal distance velocity, and forms a minute light spot over the entire scanning area. It is necessary that the curvature of field be well corrected.
[0004]
Also, since the polygon mirror has a processing error on the mirror surface, a vibration of the rotation axis, and the like, many imaging lens systems are tilted to correct a deviation of a scanning position in a direction perpendicular to the main scanning direction, that is, in the sub-scanning direction. A correction function is provided. For this reason, the imaging lens system is an anamorphic lens system having different imaging characteristics in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0005]
Conventionally, an imaging lens system is processed to have a toric surface and a cylindrical surface with a glass material, and an anti-reflection film is applied to such a glass lens by vapor deposition or the like. On the other hand, processing of glass lenses is difficult and expensive, and in recent years, plastic lenses that are low in cost and that can correct aberrations with a free shape are frequently used.
[0006]
Further, since a semiconductor laser conventionally used as a light source is an infrared laser (780 nm) or a visible laser (675 nm), a polygon mirror, a folding mirror, and the like have a high reflectance and a small wavelength dependency and small angle dependency. Copper mirrors have been used.
[0007]
FIG. 8 shows the reflectivity characteristics of the copper film itself, and FIG. 9 shows the reflectivity characteristics of a conventionally used copper mirror. In this conventional mirror, a copper film is formed on an aluminum base material, and alumina (Al2O3) and SiO2 are further vapor-deposited thereon. It can be seen that excellent reflection characteristics are exhibited in the wavelength bands of the infrared laser and the visible laser.
[0008]
Further, recently, due to a demand for higher resolution, development of an optical scanning device capable of obtaining a minute spot shape using a light source having a short wavelength has been advanced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
(Issue 1)
However, as is clear from FIGS. 8 and 9, the reflectance of the copper mirror decreases as the wavelength becomes shorter, and the wavelength dependence and the angle dependence of the reflectance also deteriorate. When a copper mirror is used with a short-wavelength laser as in the prior art, it is necessary to increase the power of the laser or use a collimator lens having a bright F-number in order to secure a predetermined light amount. Therefore, a burden is placed on the laser itself, and there are factors for cost increase such as increasing the number of collimator lenses in order to satisfactorily correct aberrations.
[0010]
In addition, a semiconductor laser, which is a light source, has a temperature characteristic of an oscillation wavelength, so that a wavelength change in use environment is inevitable. Therefore, it is required that optical characteristics such as transmittance and reflectance of optical components used in the scanning optical system have little change near the oscillation wavelength of the laser. Copper mirrors show good properties in infrared lasers and visible lasers, but at wavelengths of 600 nm and below, the wavelength dependence of the reflectance causes uneven light quantity due to environmental fluctuations, that is, uneven image density. .
[0011]
Furthermore, due to the angle dependence of the reflectance, the image density is not uniform between the scanning center and the scanning end, and is far from a high-quality image.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical scanning device using a short-wavelength light source of 500 nm or less and using a reflection mirror having a high absolute reflectance and a small wavelength dependency and a small angle dependency. .
[0013]
(Issue 2)
However, the optical material used as a plastic lens generally decreases in transmittance due to internal absorption in the material as the wavelength becomes shorter, so that an optical scanning device using a short wavelength light source has a high cost. Glass lenses have been used.
[0014]
FIG. 15 is a graph showing the transmittance of a general optical resin. In the vicinity of the oscillation wavelength of the infrared laser (780 nm) and visible laser (675 nm) conventionally used as a light source, the change in transmittance due to internal absorption is almost negligible, but a short wavelength light source near 400 nm was used. In this case, the decrease in transmittance due to internal absorption cannot be ignored. Further, since the light passage distance in the plastic lens changes at each image height, image deterioration due to uneven light amount distribution at the scanning image plane position has become a problem rather than a decrease in absolute light amount.
[0015]
In addition, a semiconductor laser, which is a light source, has a temperature characteristic of an oscillation wavelength, so that a wavelength change in use environment is inevitable. Therefore, it is required that optical characteristics such as transmittance and reflectance of optical components used in the scanning optical system have little change near the oscillation wavelength of the laser. When a plastic lens is used in a short wavelength region near 400 nm, as shown in FIG. 15, there is a problem of image density unevenness due to light quantity fluctuation on the surface to be scanned due to wavelength dependence of transmittance.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical scanning device which suppresses uneven light amount distribution and has a uniform image density.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a deflection optical system that deflects a light beam from a light source, and a scanning imaging lens system that forms an image of the light beam from the deflection optical system on a surface to be scanned. The wavelength of the light source is 500 nm or less, and the scanning and imaging lens system has at least one plastic lens, and the maximum value of the total ray passage distance according to the deflection angle of the plastic lens from the optical axis is defined as Lmax, when the minimum value is Lmin,
Lmax-Lmin <3 · log₁₀0.93 / S
S = log₁₀(1−3.55 × 10⁸/ Λ⁴), Λ: wavelength (nm) of the light beam
It is characterized by being.
[0018]
That is, in the present invention, in a scanning optical system in which the wavelength of a light source is 500 nm or less and at least one plastic lens is provided, unevenness in light amount distribution due to internal absorption of an optical resin is reduced by limiting the thickness difference of the plastic lens. It suppresses the image density and compensates for the uniformity of the image density.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an optical scanning device that best illustrates the features of the present invention. After the divergent light from the semiconductor laser 1 as the light source is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2, the aperture 3 limits the light beam diameter so that a desired spot diameter is obtained. The semiconductor laser used in this embodiment is a gallium nitride based semiconductor laser, and its oscillation wavelength is 408 nm. Reference numeral 5 denotes a rotating polygon mirror (polygon mirror) that scans the light beam from the light source toward the surface to be scanned, and scans the reflected light from the polygon mirror 5 with minute light over the entire scanning area by scanning imaging lenses 6 and 7. Form into spots. Further, the scanning imaging lenses 6 and 7 are required to have fθ characteristics for converting a constant angular velocity light beam deflected by the polygon mirror 5 into a constant distance velocity light beam.
[0021]
The scanning imaging lenses 6 and 7 used in the present embodiment may be made of glass or plastic, but in the case of a plastic lens, Lmax described in the fourth and fifth embodiments is used. −Lmin <3 · log₁₀0.93 / S, S = log₁₀(1−3.55 × 10⁸/ Λ⁴), Λ: It is preferable to use a lens that satisfies the wavelength (nm) of the light beam.
[0022]
Alternatively, it is preferable to use a lens that satisfies Lmax−Lmin <10.0 (mm).
[0023]
In addition, at least one of a folding mirror, a filter, and an optical thin film deposited on an optical member, which is a correction member for correcting unevenness in light amount distribution according to the sixth embodiment, may be used in the present embodiment.
[0024]
Further, an optical member (for example, the reflectance b of the folding mirror) having the reverse characteristic to the transmittance spectral characteristic of the optical resin of the seventh embodiment may be used. As an optical member having characteristics opposite to the transmittance spectral characteristics of the optical resin, a filter or an optical thin film deposited on an optical member may be used in addition to the folding mirror.
[0025]
Further, the parallel light beam is once focused on the polygon mirror 5 in the sub-scanning direction by the cylindrical lens 4 and the polygon mirror 5 and the surface 8 to be scanned are brought into an optically conjugate relationship in the sub-scanning cross section. 5 can be corrected.
[0026]
Here, the relationship between the complex refractive index and the reflectance of the metal film reflecting mirror will be described. When the complex refractive index N of the metal film is defined as follows,
N (λ) = n (λ) −ik (λ) where n, k> 0
n (λ): real part of complex refractive index
i = √-1
k (λ): imaginary part of complex refractive index (extinction coefficient)
λ: wavelength
The reflectance R is
R = ｛(n0-n)²+ K²｝ / ｛(N0 + n)²+ K²｝
Can be expressed as Here, n0 is the refractive index of the incident medium, and normally, n0 = 1.0.
[0027]
Expanding the equation further,
R = 1-4n / (k²+ N²+ 2n + 1), and the lower limit of the reflectance of the metal reflector used in the optical scanning device is 0.8,
1-4n / (k²+ N²+ 2n + 1)> 0.8
k²> -N²+ 18n-1
k> √ (-n²+ 18n-1)
It is led. Here, the right side is set to A, and the complex refractive index and A of a typical metal film are summarized in Table 1.
[0028]
[Table 1]

[0029]
From Table 1, it can be seen that for copper (Cu), k> A on the longer wavelength side than 600 nm and the reflectivity exceeds 80%, but on the shorter wavelength side than 600 nm, k <A and the reflectivity does not exceed 80%. . Further, for aluminum (Al) and silver (Ag), k> A at 400 to 800 nm, so that a sufficient amount of light can be secured even when a light source of 500 nm or less is used.
[0030]
Table 2 summarizes the reflectance R of each metal film. This is the reflectance R when the light beam having the wavelength λ is perpendicularly incident on the incident surface.
[0031]
[Table 2]

[0032]
FIG. 2 divides the reflectance R of the aluminum (Al) film into S-polarized light, which is a component wave oscillating perpendicular to the incident surface, and P-polarized light, which is a component wave oscillating parallel to the incident surface. The display was shaken at 20 °, 40 °, and 60 °.
[0033]
Here, a general process of forming an anodic oxide film on the surface of an aluminum base material will be described.
[0034]
The polygon mirror used in the present embodiment is made of aluminum as a base material, and a dozen or so of such polygon blanks are used as an anode, and the polygon mirror is used in an electrolytic solution (boric acid or the like) satisfying certain conditions. When an electrolysis is performed at a voltage of 30 to 40 V for 5 to 10 seconds, an oxide film is formed on the surface. This alumite film is excellent in adhesion and uniformity and can be controlled by the electrolysis conditions and time, so that the film thickness can be easily controlled. In the present embodiment, the electrolysis conditions are set so that the angle characteristics are minimized near 408 nm. Further, in order to form a dielectric film as a protective layer on the anodic oxide film, the film may be formed by known deposition or dipping.
[0035]
In the present embodiment, not only aluminum is used for the first layer metal film of the polygon mirror 5, but aluminum is also used for its base material. By doing so, it is possible to omit the step of forming the metal reflection film on the base material, so that cost reduction can be achieved. In addition, it is possible to satisfy the above-mentioned reflectance with a silver film, but it is desirable to use aluminum because silver is expensive and environmental degradation is severe.
[0036]
However, in the present invention, the base material is not limited to a metal such as aluminum. An insulator may be used as long as it satisfies various characteristics required for the polygon mirror.
[0037]
FIG. 3 shows the reflection characteristics of a polygon mirror in which alumina (Al2O3) having a function of reducing the angle dependency is deposited on an aluminum film, and a protective film (dielectric film) is further formed thereon. With such a film configuration, the angle dependency of the polygon mirror in P-polarized light and S-polarized light is reduced, and the durability is improved.
[0038]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the optical scanning device according to the second embodiment of the present invention in the sub-scanning direction. Although not shown here, the incident optical system from the semiconductor laser to the polygon mirror is the same as in the first embodiment. When an optical scanning device is used as the image forming apparatus, the scanning light is often bent in the sub-scanning direction due to the arrangement of each unit of the image forming apparatus. In the present embodiment, the light beam scanned horizontally by the polygon mirror 5 passes through the scanning imaging lenses 6 and 7, is bent once by the folding mirror 9 in the vertical direction, and is guided to the photosensitive drum 10. The folding mirror 9 is generally formed by depositing a metal film on the surface of a glass base material. In the present embodiment, aluminum is deposited as described above, and a sufficient amount of light can be obtained even when a light source of 500 nm or less is used. We have succeeded in securing.
[0039]
Further, in order to increase the reflectance, it is effective to deposit a dielectric film thereon. FIG. 5 shows the spectral reflectance of a mirror obtained by depositing an MgF2 film and a ZrO2 film on an aluminum film. Compared with the case of the single layer of the aluminum film shown in FIG. 2, the reflectance is increased by several%. Furthermore, in order to produce a mirror with increased reflectance, it is preferable to alternately form a plurality of low-refractive-index films and high-refractive-index films.
[0040]
Further, although the aluminum film is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and k> √ (−n²If the metal film satisfies + 18n-1), the effect can be exhibited.
[0041]
The scanning imaging lenses 6 and 7 used in the present embodiment may be made of glass or plastic, but in the case of a plastic lens, Lmax described in the fourth and fifth embodiments is used. −Lmin <3 · log₁₀0.93 / S, S = log₁₀(1−3.55 × 10⁸/ Λ⁴), Λ: It is preferable to use a lens that satisfies the wavelength (nm) of the light beam.
[0042]
Alternatively, it is preferable to use a lens that satisfies Lmax−Lmin <10.0 (mm).
[0043]
In addition, at least one of a folding mirror, a filter, and an optical thin film deposited on an optical member, which is a correction member for correcting unevenness in light amount distribution according to the sixth embodiment, may be used in the present embodiment.
[0044]
Further, an optical member (for example, the reflectance b of the folding mirror) having the reverse characteristic to the transmittance spectral characteristic of the optical resin of the seventh embodiment may be used. As an optical member having characteristics opposite to the transmittance spectral characteristics of the optical resin, a filter or an optical thin film deposited on an optical member may be used in addition to the folding mirror.
[0045]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a perspective view of an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first and second embodiments in that a scanning imaging mirror 11 is used instead of the scanning imaging lens 7. As the scanning imaging mirror 11, in addition to a cylindrical mirror and a spherical mirror, a free-form surface mirror has recently been used with the improvement of plastic molding technology. An advantage of using the scanning image forming mirror 11 in the scanning image forming system is that the effect of the image forming lens and the effect of the return mirror are simultaneously provided. Therefore, the folding mirror described in the second embodiment can be eliminated, and cost reduction can be expected by reducing the number of parts.
[0046]
The scanning imaging lens 6 used in the present embodiment may be made of glass or plastic, but in the case of a plastic lens, Lmax-Lmin described in the fourth and fifth embodiments is used. <3 · log₁₀0.93 / S, S = log₁₀(1−3.55 × 10⁸/ Λ⁴), Λ: It is preferable to use a lens that satisfies the wavelength (nm) of the light beam.
[0047]
Alternatively, it is preferable to use a lens that satisfies Lmax−Lmin <10.0 (mm).
[0048]
In addition, at least one of a folding mirror, a filter, and an optical thin film deposited on an optical member, which is a correction member for correcting unevenness in light amount distribution according to the sixth embodiment, may be used in the present embodiment.
[0049]
Further, an optical member (for example, the reflectance b of the folding mirror) having the reverse characteristic to the transmittance spectral characteristic of the optical resin of the seventh embodiment may be used. As an optical member having characteristics opposite to the transmittance spectral characteristics of the optical resin, a filter or an optical thin film deposited on an optical member may be used in addition to the folding mirror.
[0050]
Also in the present embodiment, a sufficient amount of light can be ensured by using an aluminum film for the scanning imaging mirror, even though a light source of 500 nm or less is used.
[0051]
In addition, although an aluminum film is used in each embodiment, the present invention is not limited to this. Any metal film that satisfies k> √ (−n2 + 18n−1) can exert its effects.
[0052]
In consideration of the reflectance characteristics shown in FIGS. 2, 3, and 5, the lower limit of the wavelength of the light source used in the first to third embodiments of the present invention is preferably 380 nm or more.
[0053]
Further, the semiconductor laser 1, which is the light source used in the embodiment of the present invention, may be a multi-beam of two or more beams.
[0054]
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a sectional view of a main part of an optical scanning device which best illustrates the features of the present invention. After the divergent light from the semiconductor laser 1 as a light source is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2, the light beam diameter is limited by the stop 3 so that a desired spot diameter is obtained. The semiconductor laser 1 used in the present embodiment is a gallium nitride based semiconductor laser, and its oscillation wavelength is 408 nm. Reference numeral 5 denotes a rotating polygon mirror (polygon mirror) that scans the light beam from the light source toward the surface to be scanned, and scans the reflected light from the polygon mirror 5 using the scanning and imaging lenses 6 and 7 to generate minute light over the entire scanning area. Form into spots. Further, the scanning imaging lenses 6 and 7 are required to have fθ characteristics for converting a constant angular velocity light beam deflected by the polygon mirror 5 into a constant distance velocity light beam. Further, the parallel light beam is once focused on the polygon mirror 5 in the sub-scanning direction by the cylindrical lens 4 and the polygon mirror 5 and the surface 8 to be scanned are brought into an optically conjugate relationship in the sub-scanning cross section. 5 can be corrected.
[0055]
Here, the scanning imaging lenses 6 and 7 used will be described in detail. The scanning imaging lens 6 is a glass lens made of a glass material BSL-7 (manufactured by OHARA), and has an antireflection film deposited on the 6a and 6b surfaces through which the light beam passes. The scanning imaging lens 7 is an injection-molded plastic lens made of ZEONEX480 (manufactured by Zeon Corporation) which is an optical resin.
[0056]
The transmittance of the optical member is considered to be divided into a surface reflection component P (reflection coefficient) and an internal transmittance τ.
Total transmittance T (λ) = P (λ) × τ (λ) (Equation 1)
The reflection coefficient P depends on the refractive index n (λ) of the optical member, and can be expressed by the following equation.
Reflection coefficient P (λ) = 2 · n (λ) / (n (λ)²+1) (Equation 2)
Further, the internal transmittance depends on the thickness t of the optical member, and the following equation is established from Lambert's law.
Internal transmittance τ2 (λ) = τ1 (λ)^{t2 / t1}... (Equation 3)
Since ZEONEX480 has a refractive index n (408 nm) of 1.5402 and a total transmittance at a thickness of 3 mm of T0 (408 nm) = 0.902 from the graph of FIG. 7, the internal transmittance is τ0 (408 nm) = 0. 987.
[0057]
Assuming that the maximum ray passage distance of the plastic lens is Lmax and the minimum ray passage distance is Lmin,
τ1 (408 nm) = τ0 (408 nm)^{Lmax / 3}
τ2 (408 nm) = τ0 (408 nm)^{Lmin / 3}
T1 / T2 = τ1 (408 nm) / τ2 (408 nm) = τ0 (408 nm)^{(Lmax-Lmin) / 3}
Therefore, the ratio of the transmittance depends on the difference in the light ray passage distance. In the present embodiment, since Lmax = 7.50 (mm) and Lmin = 3.21 (mm), T1 / T2 = 0.981, and the amount of light fluctuation due to internal absorption is suppressed to 1.9%. Is possible.
[0058]
According to the results verified by the inventor,
Lmax-Lmin <3 · log₁₀0.93 / S
S = log₁₀(1−3.55 × 10⁸/ Λ⁴), Λ: wavelength of light beam (nm)
If so, the amount of fluctuation in the amount of light due to internal absorption of the plastic lens can be suppressed to a practically sufficiently small value.
[0059]
Furthermore, according to the results verified by the inventor, if Lmax−Lmin <10.0 (mm), the fluctuation of the amount of light due to the internal absorption of the plastic lens can be suppressed to a practically sufficiently small value.
[0060]
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention. The difference from the fourth embodiment is that two injection-molded plastic lenses are used. In recent years, the cost of laser printers has been reduced and the cost of laser scanner units has been further reduced. The plastic lens is inexpensive and can form a free-form curved surface, which is impossible with a glass lens, so that it is superior to a glass lens from the viewpoint of aberration correction.
[0061]
In this embodiment, by optimizing the shapes of the two plastic lenses, the polygon mirror and the surface to be scanned have a conjugate relationship, the scanning beam has fθ characteristics, and the field curvature is successfully corrected. are doing. However, by using two plastic lenses, the distance that light rays pass through the plastic lens is longer than when using one plastic lens as in the fourth embodiment.
[0062]
In the present embodiment, the thickness of each plastic lens is set so as to satisfy the above-mentioned conditional expression regarding the difference in the light beam passage distance. In the present embodiment, Lmax = L10 + L20 and Lmin = L11 + L21. As a result, the maximum value of the total light beam passing distance of the two plastic lenses (material: ZEONEX480) is Lmax = 18.10 (mm), the minimum value of the total light beam passing distance is Lmin = 12.33 (mm), T1 / T2 = 0.076, and the amount of fluctuation in the amount of light due to internal absorption can be suppressed to 2.4% even though two plastic lenses are used.
[0063]
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a sectional view of a sub-scanning system of an optical scanning device according to a sixth embodiment of the present invention. The scanning optical system used here uses two scanning image forming lenses, and at least one uses a plastic lens. Here, attention is paid to the difference in the incident angle i incident on the return mirror 9 at each scanning angle. For example, when the ray passage distance of the plastic lens at the scanning center is longer than that at the scanning end (the fourth embodiment) In such a case, by designing the reflectivity of the return mirror to decrease as the angle of incidence i increases (see FIG. 13), it is possible to further suppress the fluctuation of the total light amount distribution on the surface to be scanned. It becomes possible.
[0064]
The vertical axis in FIG. 13 is the reflectance ratio (%) when the reflectance at an incident angle of 60 ° is taken as the denominator and an arbitrary incident angle is used as a numerator.
[0065]
Further, in addition to the folding mirror, as a correction member for correcting the unevenness in the light amount distribution, an optical thin film deposited on a filter or an optical member has the above-mentioned effect.
[0066]
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a graph illustrating the spectral characteristics of the optical resin and the mirror for explaining the seventh embodiment of the present invention. As mentioned above, the semiconductor laser, which is the light source, has a temperature characteristic of the oscillation wavelength, which inevitably causes a wavelength change under the use environment. Therefore, optical characteristics such as transmittance and reflectance of optical components used in the scanning optical system are required. Is required to have little change near the oscillation wavelength of the laser.
[0067]
Here, a PC (polycarbonate) manufactured by Teijin Chemicals Limited will be described as an example. A semiconductor laser used as a light source is a gallium nitride-based semiconductor laser, and its oscillation wavelength is 408 nm. Assuming that there is a wavelength variation of ± 10 nm around 408 nm in the use environment, the variation in the amount of light due to the optical resin is about 1.0% as shown by the resin transmittance a in FIG. However, by using an optical member having a characteristic reverse to the transmittance spectral characteristic of the optical resin (for example, the reflectance b of the folding mirror), the total light quantity variation rate c can be suppressed to about 1/20 of that. As an optical member having characteristics opposite to the transmittance spectral characteristics of the optical resin, in addition to the folding mirror, a filter or an optical thin film deposited on the optical member has the above effect.
[0068]
The optical resin used in the fourth to seventh embodiments is only one example of the resin material. The present invention is not limited to a part of optical resins, but has the same effect on other optical resins when transmittance becomes worse due to internal absorption as the wavelength becomes shorter.
[0069]
Considering the reflectance characteristics shown in FIGS. 14 and 15, the lower limit of the wavelength of the light source used in the fourth to seventh embodiments of the present invention is preferably 380 nm or more.
[0070]
The number of plastic lenses constituting the scanning optical system used in the fourth to seventh embodiments of the present invention may be three or more.
[0071]
Further, the semiconductor laser 1, which is the light source used in the fourth to seventh embodiments of the present invention, may be a multi-beam of two or more beams. If the synthetic optical system has a positive power in the main scanning direction and the sub-scanning direction (to form an image on the surface to be scanned), the plastic lens alone may have a positive power or a negative power.
[0072]
FIG. 7 is a sectional view of a main part of the image forming apparatus using the optical scanning device of the present invention in the sub-scanning direction. Code data Dc is input to the image forming apparatus 100 from an external device 200 such as a personal computer. The code data Dc is converted into image data (dot data) Di by the printer controller 121 in the image forming apparatus 100. This image data Di is input to the optical scanning unit 120 having the configuration shown in the first to seventh embodiments. The light scanning unit 120 emits a light beam Lb modulated in accordance with the image data Di, and the light beam Lb scans the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 in the main scanning direction.
[0073]
The photosensitive drum 101, which is an electrostatic latent image carrier (photoconductor), is rotated clockwise by a motor 105. Then, with this rotation, the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 moves in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction with respect to the light beam Lb. Above the photosensitive drum 101, a charging roller 102 for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 101 is provided so as to be in contact with the surface. The surface of the photosensitive drum 101 charged by the charging roller 102 is irradiated with a light beam Lb scanned by the optical scanning unit 120.
[0074]
As described above, the light beam Lb is modulated based on the image data Di, and by irradiating the light beam Lb, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 101. This electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing device 103 arranged so as to be in contact with the photosensitive drum 101 further downstream in the rotation direction of the photosensitive drum 101 than the irradiation position of the light beam Lb.
[0075]
The toner image developed by the developing device 103 is transferred below the photosensitive drum 101 by a transfer roller 104 disposed so as to face the photosensitive drum 101 onto a sheet 111 as a transfer material. The sheet 111 is stored in the sheet cassette 106 in front of the photosensitive drum 101 (right side in FIG. 7), but can be fed manually. A paper feed roller 107 is disposed at an end of the paper cassette 106 and feeds the paper 111 in the paper cassette 106 to a transport path.
[0076]
As described above, the sheet 111 onto which the unfixed toner image has been transferred is further conveyed to the fixing device behind the photosensitive drum 101 (left side in FIG. 7). The fixing device includes a fixing roller 108 having a fixing heater (not shown) therein and a pressure roller 109 arranged so as to be in pressure contact with the fixing roller 108, and the sheet 111 conveyed from the transfer unit. Is heated while being pressed by the pressure contact portion between the fixing roller 108 and the pressure roller 109, thereby fixing the unfixed toner image on the sheet 111. Further, a paper discharge roller 110 is disposed behind the fixing roller 108, and discharges the fixed paper 111 to the outside of the image forming apparatus 100.
[0077]
Although not shown in FIG. 7, the print controller 121 controls not only the above-described data conversion but also control of the motor 105 and other components in the image forming apparatus 100 and the polygon motor in the optical scanning unit 120. I do.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a scanning optical system in which the wavelength of the light source is 500 nm or less and at least one plastic lens is provided, the difference in thickness of the plastic lens is restricted so that the inside of the optical resin is reduced. It is possible to suppress unevenness in the light amount distribution due to absorption, and to compensate for the uniformity of the image density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an optical scanning device according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram showing the spectral reflectance of an aluminum mirror.
FIG. 3 is a diagram showing the spectral reflectance of aluminum + alumina + protective film (dielectric film).
FIG. 4 is a sectional view of a main part of an optical scanning device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 5 is a view showing a spectral reflectance of an aluminum + dielectric film.
FIG. 6 is a perspective view of an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a main part of the image forming apparatus according to the present invention in the sub-scanning direction.
FIG. 8 is a view showing a spectral reflectance of a copper mirror.
FIG. 9 is a view showing the spectral reflectance of copper + alumina + SiO2.
FIG. 10 is a sectional view of a main part of the optical scanning device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 11 is a sectional view of a main part of an optical scanning device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 12 is a sectional view of a sub-scanning system of an optical scanning device according to a third embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram showing a reflectance ratio angle characteristic of a folding mirror.
FIG. 14 is a diagram showing a reflectance wavelength characteristic of a folding mirror.
FIG. 15 is a graph showing transmittance wavelength characteristics of a typical optical resin.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor laser
2 collimator lens
3 mm aperture
4 cylindrical lens
5 Polygon mirror
6,7 scanning imaging lens
8 scanned surface
9 mirror
10mm photosensitive drum
11 ° scanning imaging mirror

Claims

A deflection optical system that deflects the light beam from the light source, and a scanning imaging lens system that forms an image of the light beam from the deflection optical system on the surface to be scanned.
The wavelength of the light source is 500 nm or less,
The scanning image forming lens system has at least one plastic lens, and when the maximum value of the total ray passing distance according to the deflection angle of the plastic lens from the optical axis is Lmax, and the minimum value is Lmin,
Lmax-Lmin <3 · log ₁₀ 0.93 / S
S = log ₁₀ (1−3.55 × 10 ⁸ / λ ⁴ ), λ: wavelength (nm) of the light beam
An optical scanning device, characterized in that:

2. The optical scanning device according to claim 1, further comprising a correction member disposed between the deflection optical system and the surface to be scanned, for correcting unevenness in light amount distribution on the surface to be scanned.

3. The optical scanning device according to claim 2, wherein the correction member is a reflecting mirror whose reflectance changes according to an incident angle.

The optical scanning device according to claim 2, wherein the correction member is a filter whose transmittance changes according to a distance from an optical axis.

The optical scanning device according to claim 2, wherein the correction member is an optical thin film whose transmittance changes according to a distance from an optical axis.

The optical scanning device according to any one of claims 1 to 5, wherein unevenness in light amount distribution of the light beam scanned by the scanning imaging lens on the surface to be scanned is set to 7% or less.

The optical scanning device according to claim 1, wherein the light source is a gallium nitride-based blue-violet semiconductor laser.

The scanning image forming lens system has at least one plastic lens. When the maximum value of the total light beam passing distance according to the deflection angle of the plastic lens from the optical axis is Lmax, and the minimum value is Lmin, Lmax The optical scanning device according to claim 1, wherein -Lmin <10 mm is satisfied.

An optical scanning device according to any one of claims 1 to 8,
A photoconductor disposed on a surface to be scanned of the optical scanning device;
A developing unit that develops an electrostatic latent image formed on the photoconductor by a light beam scanned by the optical scanning device as a toner image;
A transfer device for transferring the developed toner image to a transfer material,
An image forming apparatus comprising: a fixing device that fixes the transferred toner image to a transfer material.

The image forming apparatus according to claim 9, further comprising a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the optical scanning device.