JP2005003948A

JP2005003948A - Light scanner and image forming device

Info

Publication number: JP2005003948A
Application number: JP2003167508A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hayashi; 善紀林; Hiromichi Atsumi; 広道厚海
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4279059B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light scanner in which a scanning lens is excellent in machinable shape and a small diameter of a beam spot is realized. <P>SOLUTION: The light scanner has a coupling optical system 2 which couples a light flux emitted from a light source 1, a linear image optical system 4 which turns the light flux emitted from the coupling optical system 2 into a long linear image along the main scanning direction, a deflection means 5 which deflects and scans the light flux emitted from the linear image optical system and a scanning optical system which guides the light flux emitted from the deflection means 5 on to a plane to be scanned 10. The scanning optical system is composed of a scanning lenses 7 and 8, the scanning lens 7, which is closer to a deflection reflection plane 10, has a face having a negative power in the subscanning direction on the side closer to the deflection means, and the face is a special toric surface of which the curvature radius in the subscanning direction varies along the direction from the optical axis of the lens surface to the periphery in the main scanning direction, the F-stop number of the scanning optical system in the subscanning direction for the light flux directed to a plane to be scanned 10 is larger at the peripheral part of an effective scanning width than at the central part of the effective scanning width. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置および画像形成装置に関するもので、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ（ＰＰＦ）等に用いることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザービームプリンタ等の画像形成装置は形成される画像の高密度化が加速してきている。形成画像の高密度化を図るには、感光体などの画像形成面上において光走査するビームスポットの小径化を実現する必要があり、これを実現するための光走査装置が要求されている。
ビームスポット小径化のために、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査断面内の曲率半径が非対称に変化する特殊トーリック面を用いるとともに、走査レンズの全面を特殊トーリック面で構成した２枚玉走査レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、波面収差を良好に補正して安定した良好な光スポットを実現するために、走査結像光学系に含まれるレンズの少なくとも１面は、主走査面内の形状が円弧または非円弧で、副走査面内の形状が非円弧形状である副非円弧面であり、この副非円弧面を、走査結像光学系のレンズのうち、レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の、レンズ面の法線に対する入射角がレンズ有効領域全域において２５度以下になるように形成してなる光走査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４６８９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１８２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載されているような、従来の特殊トーリック面を用いた走査レンズは、両面ともにアナモフィック面からなる走査レンズとなっており、以下のような未解決の課題があった。
・偏心によりビームスポット径太りが発生する。
・傾斜角の大きい面に前記特殊トーリック面を用いると、加工精度が劣化し、うねり等の形状誤差によるビームスポット径太り、縦筋等の画像不良が発生する。
【０００６】
また、特許文献１、特許文献２に記載されているような、従来の特殊トーリック面を用いた走査レンズは、レンズが厚肉であり、これをプラスチックの成形品としても成形時間が長くなるとともに部品コストが高くなるという課題があった。また、シェーディングやゴースト光については考慮されていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、加工性に優れた走査レンズ形状とすることができ、ビームスポットの小径化を実現することができる光走査装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、シェーディング特性が良好であり、ゴースト光が発生しにくい光走査装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、薄肉で、小型の走査レンズを用いながら、ビームスポットの小径化を実現することができる光走査装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、粒状度が細かく高密度で、階調性に優れた画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の光走査装置は、光源と、光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を主走査方向に長い線像とする線像光学系と、線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、偏向手段からの光束を被走査面に導く走査光学系とを有し、走査光学系は、走査レンズからなり、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面は、副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面であり、また、上記走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくした。
【０００９】
偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面を特殊トーリック面とすることにより、以下の効果を得ることができる。
・設計上の波面収差を低減することができる。
・被走査面上での副走査方向のＦナンバーの像高による差を低減することができ、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差を低減することができる。また、マルチビーム化したときの像高間のビームピッチ偏差を低減することができる。
【００１０】
偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面が、副走査方向に負のパワーを有することにより、偏向面と被走査面間の副走査横倍率の絶対値を低減することができ、これによって、光学部品の取り付け誤差、あるいは形状誤差による副走査方向のビームウェスト位置変動を低減することができる。
走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくしたことにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向反射面から遠い側の面は、光軸を中心とした回転対称非球面であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、走査レンズの全ての面は、光軸を中心とした回転対称非球面とレンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面のいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の光走査装置は、走査光学系は、複数の走査レンズからなり、かつ、ａ．有効書込幅の最周辺の入射光束が走査レンズの偏向手段に近い側の面の法線に対し偏向回転面内において同じ方向に傾いていること、ｂ．偏向手段に最も近い走査レンズは主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状であること、ｃ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率が変化する特殊トーリック面からなること、ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に正のパワーを有していることを特徴とする。
【００１３】
偏向手段に最も近い走査レンズは、主走査方向について偏向手段側に向けて凹のメニスカス形状となっていることにより、走査レンズを薄肉化することができ、かつ、走査レンズの面に入射する光束とレンズ面の法線の開き角を小さくすることができるので、波面収差を補正することができる。走査レンズの、第１面の副走査方向のパワーを負とすることで、走査光学系の副走査方向横倍率の絶対値を小さくすることができ、光学素子の配置誤差、部品誤差の許容度を拡大することができる。また、光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を用いることで、波面収差および被走査面上での副走査方向のＦナンバーの差を低減することができ、像高による副走査ビームスポット径偏差を低減することができる。なおかつ、マルチビーム化したときの像高間ビームピッチ偏差を低減することができる。
【００１４】
偏向手段に最も近い走査レンズが主走査方向について偏向手段のほうに向けて凹のメニスカス形状となっている場合、次の第２走査レンズの第１面で反射したゴースト光が再び第１走査レンズの第１面または第２面で反射して再び被走査面にゴースト光が発生する可能性がある。また、第１走査レンズの第１面と第２面でのゴースト光が合成されて被走査面上でのゴースト光の強度が大きくなる可能性がある。しかし、第２走査レンズの第１面を偏向器側に向けて主走査方向について凸形状にすることで、第１走査レンズに戻るゴースト光を低減することができ、形成される画像品質の問題はなくなる。
【００１５】
請求項５記載の光走査装置は、走査光学系は複数の走査レンズからなり、かつ、ａ．偏向手段に最も近い走査レンズは主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状であること、ｂ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が減少し、極値を境として副走査曲率半径が増加する特殊トーリック面からなること、ｃ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は主走査方向において偏向手段側に凸形状をしていること、ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズは主走査方向において負のパワーを有すること、を特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の光走査装置によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズに、光軸での主走査方向において負のパワーをもたせることにより、上記走査レンズを薄肉にすることができ、また、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、帯電、露光、現像、転写の各プロセスを実行することにより転写紙に画像を形成する画像形成装置であって、上記露光プロセスを実行する装置として請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を有することを特徴とする。
請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を用いて画像形成装置を構成することにより、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差、像面湾曲変動等を低減して安定したビームスポット径による光走査を実現して、高品質の画像を形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施の形態および実施例について説明する。
図１は、本発明にかかる光走査装置の一実施形態を示している。図１において、符号１は光源を示している。光源１は半導体レーザからなり、例えば、複数の発光源を等間隔に配列したマルチビーム光源であってもよい。光源１から射出される光束は発散性の光束で、カップリング光学系を構成するカップリングレンズ２によって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によりカップリングされた光束は弱い発散性の光束または弱い収束性の光束であってもよいし、平行光束であってもよい。この光束はアパーチャ３によりビーム整形され、シリンドリカルレンズ４の作用によって副走査方向にのみ収束され、偏向手段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結像される。
【００１９】
ポリゴンミラー５はポリゴンモータによって等速度で高速回転駆動され、一つ一つの偏向反射面によって上記の光束の向きを等角速度で偏向走査する。等角速度的に偏向された光束の進路上には走査光学系が配置されている。この実施形態では、２枚の走査レンズ７、８で走査光学系が構成されている。走査レンズ７、８は、ポリゴンミラー５からの光束を、感光体の表面である被走査面１０に導くとともに、被走査面１０にビームスポットとして結像させる機能をもっている。走査レンズ７、８はまた、ポリゴンミラー５によって等角速度的に偏向される光束を、直線的な被走査面１０上において等速度的に走査させるために、周知のとおりｆθ機能を有している。
【００２０】
ここで、「主走査方向」とは、ポリゴンミラー５で偏向走査される光束によって形成される平面に対応する方向のことであり、「副走査方向」とは、主走査方向に直交する方向のことである。なお、図１において符号６は防音ガラスを、符号９は防塵ガラスを示している。ポリゴンミラー５およびポリゴンモータは、高速回転することによって発する騒音が外部に漏れないように防音カバーで覆われていて、このカバーに設けられた防音ガラス６を通して光束が入出射するようになっている。また、光走査装置は一つのユニットとして一つのハウジングに組み込まれ、ハウジング内に塵埃が進入しないように密閉され、偏向光束は上記防塵ガラス９を通して外部に出射するように構成されている。
【００２１】
本発明にかかる光走査装置は走査光学系の構成に特徴がある。そこで次に、上記走査光学系の構成を具体的に説明する。なお、走査光学系を構成するレンズの、ポリゴンミラー５すなわち偏向手段に近い側の面を第１面とし、偏向手段から遠い側の面を第２面とする。偏向反射面に最も近い走査レンズ７の第１面は、副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面となっている。偏向反射面と被走査面１０間の副走査横倍率の絶対値を低減するために、上記のように走査レンズ７の第１面を負のパワーとしている。副走査横倍率の絶対値を低減することにより、光学部品の取り付け誤差、形状誤差による副走査方向のビームウェスト位置変動を低減することができる。
【００２２】
図１に示す光走査装置の実施の形態において、走査光学系を構成する第２の走査レンズ８すなわち偏向手段から遠い側の走査レンズは、図３に示すようにかなり均肉かつ薄肉であり、かかる形状の第２の走査レンズ８を有するものにおいて波面収差を補正することは、通常は困難である。また、波面収差を補正しようとすると、第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率が中心から周辺に行くに従い大きくなる。しかしながら、このとき、被走査面１０上での副走査方向のＦナンバーを像高により一定にしようとすると、第２の走査レンズ８が、偏向回転面内において偏向器側に向かい凸に大きく湾曲した形状となってしまう。このとき、設計中央値での特性は確保することができるが、偏心によるビームスポット径太りが大きくなり、トータルとして光走査性能は劣化してしまう。
【００２３】
そこで、この実施の形態では、像高による副走査方向ビームスポット径偏差や、光源をマルチビーム化したときの像高によるビームピッチ偏差が問題とならない程度に、被走査面１０に向かう光束の副走査方向のＦナンバーが有効走査幅の中央よりも有効走査幅の最周辺部のほうで大きくなるように走査光学系を構成した。これにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００２４】
副走査方向のＦナンバーに関してさらに付言する。走査レンズの、副走査方向の横倍率の絶対値を低減し、なおかつ、波面収差を補正するためには、偏向手段側の走査レンズ７の、第１面の副走査方向のパワーを負にし、加えて、中心部から主走査方向周辺に行くに従い、パワーを大きく、すなわち曲率を大きくして負のパワーを小さくする必要がある。図１において、１点鎖線で示す光束は中心部の光束を、点線で示す光束は最周辺部の光束を示している。また、図２は偏向反射面から被走査面１０に至る光束の副走査断面における変化を示すもので、図２（ａ）は中心部の光束を、図２（ｂ）は最周辺部の光束をモデル的に示している。図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように、走査レンズ７の、第１面の副走査方向のパワーは、中心部に比べて周辺部の方が大きいので、被走査面１０でスポット状に収束する光束の中心部における収束角度をθ１、最周辺部における収束角度をθ２としたとき、θ１＞θ２となっている。したがって、被走査面１０における副走査方向のＦナンバーは、最周辺部の方が中心部よりも大きくなっている。換言すれば、被走査面１０における副走査方向のＦナンバーを上記のような関係にすることにより、波面収差を良好に補正することができることになる。
【００２５】
上記実施の形態において、偏向反射面に最も近い走査レンズ７の偏向手段から遠い側の面（第２面）は、光軸を中心とした回転対称非球面にするとよい。回転対称非球面は比較的作りやすい利点がある。
走査レンズの全ての面を、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面としてもよい。
また、通常、偏向手段に最も近い走査レンズの偏向反射面から遠い側の面は傾斜角（光軸に垂直な面に対するレンズ面の傾き角）が大きくなり、加工上の課題が非常に大きい。このような面に回転対称非球面を用いることは、光学特性面、加工面で有効である。また、片側の面を回転対称非球面とすると、面間の相対的な偏心によるビームスポット径太りを低減することができ、その点でも有利である。
【００２６】
次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施形態について説明する。光源１から被走査面１０に至る光学素子の配置は、外観上図１に示す実施形態とほぼ同じであるから、図１を参照しながら説明する。この実施の形態も走査光学系の構成に特徴があるので、走査光学系の構成を重点的に説明する。走査光学系は、複数の走査レンズ７、８からなり、かつ、有効書込幅の最周辺の入射光束が走査レンズ７の第１面の法線に対し偏向回転面内において同じ方向に傾いている。また、偏向手段に最も近い上記走査レンズ７は主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状であり、かつ、上記走査レンズ７の第１面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率が変化する特殊トーリック面からなる。そして、偏向手段から最も遠い走査レンズ８の第１面は副走査方向に正のパワーを有している。
【００２７】
第１の走査レンズ７は、主走査方向について、偏向手段であるポリゴンミラー５のほうに向けて凹のメニスカス形状となっていることにより、走査レンズを薄肉化することができ、なおかつ、走査レンズ７の面に入射する光束とレンズ面の法線の開き角を小さくすることができるので、波面収差を良好に補正することができる。また、第１の走査レンズ７の、第１面の副走査方向のパワーを負とすることで、走査光学系の副走査方向横倍率の絶対値を小さくすることができ、光学素子の配置誤差、部品誤差の許容度を拡大することができる。また、このとき、光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を用いることで、波面収差及び被走査面上での副走査方向のＦナンバーの差を低減することができ、像高による副走査ビームスポット径偏差を低減することができる。なおかつ、マルチビーム化したときの像高間ビームピッチ偏差を低減することもできる。
【００２８】
しかしながら、偏向手段に最も近い第１走査レンズ７の第１面の、副走査方向のパワーが負となる場合、特殊トーリック面を用いても波面収差が残存する。そこで、図９に示すように、走査光学系における最周辺光束は、第１の走査レンズ７の第１面、第２走査レンズ８の第１面の法線に対し、同じ方向に傾くように構成した。これにより、第１走査レンズ７、第２走査レンズ８の偏心に対する許容度が大きくなる。
【００２９】
前記特許文献２に記載されているように、入射光束と走査レンズとがなす角度を小さくする方法もある。しかし、そうすると走査レンズを偏向回転面内で大きく湾曲させる必要があるため、走査レンズの加工性が低減するばかりでなく、偏心に対する許容度が著しく低減する。そこで、上記実施の形態では、第２走査レンズ８の第１面の、副走査方向のパワーを正とし、第１走査レンズ７の第１面で発生する波面収差が第２走査レンズ８の第１面で相殺されるようにした。
【００３０】
また、第１走査レンズ７が、図１０に２点差線で示すように、主走査方向についてポリゴンミラーのほうに向けて凹のメニスカス形状となっている場合、第２走査レンズ８の第１面で反射されたゴースト光が、点線の矢印で示すように再び第１走査レンズ７の第１面または第２面で反射され、これが感光体からなる被走査面１０に至り、ゴースト光が発生する可能性がある。また、第１走査レンズ７の第１面と第２面でのゴースト光が合成されて、被走査面１０上でのゴースト光強度が大きくなる可能性がある。しかし、第２走査レンズ８を、図１０に実線で示すように、その第１面の副走査方向のパワーを正とすれば、換言すれば偏向手段側に向かった凸面とすれば、第２走査レンズ８の第１面で反射されたゴースト光は問題無いレベルまで発散する。なお、第１走査レンズ７で反射されポリゴンミラーに戻る光束は、方向が大きく変わるので、通常は問題にならない。
【００３１】
本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を説明する。この実施形態も、外観上は図１、図９に示すものと同じである。走査光学系は複数の走査レンズ７、８からなり、かつ、偏向手段に最も近い第１走査レンズ７は主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状となっている。また、偏向手段に最も近い走査レンズ７の第１面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が減少し、極値を境として副走査曲率半径が増加する特殊トーリック面からなっている。さらに、偏向手段から最も遠い第２走査レンズ８の第１面は主走査方向において偏向手段側に凸形状をしており、偏向手段から最も遠い上記第２走査レンズ８は主走査方向において負のパワーを有している。
【００３２】
前記実施の形態と同様に、第１走査レンズ７の第１面は前述の特殊トーリック面であり、なおかつ偏向反射面と被走査面１０間の副走査横倍率の絶対値を低減するために負のパワーとしている。副走査横倍率の絶対値を低減することにより、光学部品の取り付け誤差、形状誤差による副走査ビームウェスト位置変動を低減できる。また、本実施の形態における走査レンズ、より具体的には第２の操作レンズ８はかなり均肉かつ薄肉であり、通常は波面収差を補正することが困難である。波面収差を補正するためには、第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率半径を中心から周辺に行くに従い大きくする。このとき、第１走査レンズ８を偏向器側に向かい主走査方向について凸形状にすることで、被走査面１０上での副走査方向のＦナンバーを像高により一定にすることができる。
【００３３】
また、前述したように、第１走査レンズ７が主走査方向についてポリゴンミラーのほうに向けて凹のメニスカス形状となっている場合、第２走査レンズ８の第１面で反射されたゴースト光が、再び走査レンズ７の第１面または第２面で反射されて再び被走査面１０に至り、ゴースト像が発生する可能性がある。また、第１走査レンズ７の第１面と第２面でのゴースト光が合成されて被走査面１０上でのゴースト光の強度が大きくなる可能性がある。しかし、本実施の形態のように、第２走査レンズ８の第１面を偏向器側に向けて主走査方向について凸形状にすることで、走査レンズ７に戻るゴースト光を低減することができ、画像品質上問題なくなる。また、前記実施の形態と同様に、第２走査レンズ８の第１面の、副走査方向のパワーを正にすると、その効果がさらに大きくなる。
【００３４】
既に説明したとおり、第２走査レンズ８を、図１０に鎖線で示すように偏向手段に向けて凹形状とするとゴースト光が非常に発生し易くなる。その点上記実施の形態によれば、既に説明したとおりゴースト光が発生しにくい構成となっている。
また、第２走査レンズ８を薄肉にするためには、光軸での主走査方向のパワーを負とし、中央から周辺に行くに従い肉厚が大きくなり、極値を境とし、さらに周辺に行くに従い肉厚が小さくなるようにするのが良い。また、第２走査レンズ８の主走査方向を負のパワーとすることにより、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明にかかる光走査装置の具体的な実施例を示す。
＜実施例１＞
光源から偏向手段としてのポリゴンミラー５までの仕様は次の通りである。
・光源１の波長：６５５ｎｍ
・カップリングレンズ２の焦点距離：２７ｍｍ
・カップリング作用：コリメート作用
・ポリゴンミラー５：
偏向反射面数：５
内接円半径：１８ｍｍ
・光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角：５８度
【００３６】
偏向手段以降のレンズデータを以下に示す。
第１走査レンズ７の第１面および第２走査レンズ８の両面は、式（１）、（２）で表現される。
【００３７】
［主走査非円弧式］
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、
光軸における主走査面内の近軸曲率半径をＲｍ、
光軸からの主走査方向の距離をＹ，円錐常数をＫ、
高次の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，・・・とするとき、
光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。

ここで奇数次のＡ１、Ａ３、Ａ５・・にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
実施例１のほか、実施例２も偶数次のみを用いており、主走査方向に対称な系である。
【００３８】
［副走査曲率式］
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を（２）で示す。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ１・Ｙ＋Ｂ２・Ｙ＾２＋Ｂ３・Ｙ＾３＋Ｂ４・Ｙ＾４＋Ｂ５・Ｙ＾５＋・・・・（２）
ここでＹの奇数乗係数のＡｓ１、Ａｓ３、Ａｓ５・・にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第１走査レンズ７の第２面は回転対称非球面であり、以下の式で表現される。
【００３９】
［回転対称非球面］
光軸における近軸曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ，円錐常数をＫ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝（Ｙ＾２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）＾２｝＋Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ＾２＋Ａ３・Ｙ＾３＋Ａ４・Ｙ＾４＋Ａ５・Ｙ＾５＋Ａ６・Ｙ＾６＋・・・・・（３）
【００４０】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−２７９．９、Ｒｓ＝−６１．
Ｋ −２．９０００００＋０１
Ａ４１．７５５７６５−０７
Ａ６ −５．４９１７８９−１１
Ａ８１．０８７７００−１４
Ａ１０ −３．１８３２４５−１９
Ａ１２ −２．６３５２７６−２４
Ｂ１ −２．０６６３４７−０６
Ｂ２５．７２７７３７−０６
Ｂ３３．１５２２０１−０８
Ｂ４２．２８０２４１−０９
Ｂ５ −３．７２９８５２−１１
Ｂ６ −３．２８３２７４−１２
Ｂ７１．７６５５９０−１４
Ｂ８１．３７２９９５−１５
Ｂ９ −２．８８９７２２−１８
Ｂ１０ −１．９８４５３１−１９
【００４１】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８３．６
Ｋ −０．５４９１５７
Ａ４２．７４８４４６−０７
Ａ６ −４．５０２３４６−１２
Ａ８ −７．３６６４５５−１５
Ａ１０１．８０３００３−１８
Ａ１２２．７２７９００−２３
【００４２】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝１１０．９
Ｋ０．００００００＋００
Ａ４１．５４９６４８−０８
Ａ６１．２９２７４１−１４
Ａ８ −８．８１１４４６−１８
Ａ１０ −９．１８２３１２−２２
Ｂ１ −９．５９３５１０−０７
Ｂ２ −２．１３５３２２−０７
Ｂ３ −８．０７９５４９−１２
Ｂ４２．３９０６０９−１２
Ｂ５２．８８１３９６−１４
Ｂ６３．６９３７７５−１５
Ｂ７ −３．２５８７５４−１８
Ｂ８１．８１４４８７−２０
Ｂ９８．７２２０８５−２３
Ｂ１０ −１．３４０８０７−２３
【００４３】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７６６、Ｒｓ＝−６８．２２
Ｋ０．００００００＋００
Ａ４ −１．１５０３９６−０７
Ａ６１．０９６９２６−１１
Ａ８ −６．５４２１３５−１６
Ａ１０１．９８４３８１−２０
Ａ１２ −２．４１１５１２−２５
Ｂ２３．６４４０７９−０７
Ｂ４ −４．８４７０５１−１３
Ｂ６ −１．６６６１５９−１６
Ｂ８４．５３４８５９−１９
Ｂ１０ −２．８１９３１９−２３
使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。
【００４４】
以下に光学配置の具体的数値を示す。
偏向面から第１走査レンズの第１面までの距離ｄ１：６４ｍｍ
第１走査レンズ７の中心肉厚ｄ２：２２．６ｍｍ
第１走査レンズの第２面から第２走査レンズの第１面までの距離ｄ３：７５．９ｍｍ
第２走査レンズの中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
第２走査レンズの第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．７ｍｍ
なお、屈折率１．５１４、厚さ１．９ｍｍの防音ガラス６と防塵ガラス９が図１に示すように配置されており、防音ガラス６は偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し１０度傾いている。
【００４５】
以下に、走査光学系の最周辺と中央像高での副走査方向のＦナンバーを示す。
像高１５０ｍｍ：４１．５
像高０ｍｍ：４０．４
像高−１５０ｍｍ：４１．０
【００４６】
図４は上記実施例の収差図を示す。図４（ａ）は像面湾曲を示すもので、Ｘ軸はデフォーカス（ｍｍ）、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線は副走査方向の、点線は主走査方向の像面湾曲をそれぞれ示している。図４（ｂ）は等速性を示すもので、Ｘ軸は％、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線はリニアリティを、点線はｆθ特性を示している。
図５は第１走査レンズ７の第１面における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示している。前に説明した通りとなっている。
図６は、第２走査レンズ８の第１面における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示す。
図７は、第２走査レンズ８の第２面における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示す。
図８は、デフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示す。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、光走査装置の第２の実施例を示す。
・光源波長：６５５ｎｍ
・カップリングレンズ焦点距離：２７ｍｍ
・カップリング作用：コリメート作用
・ポリゴンミラー：
偏向反射面数：５
内接円半径：１８ｍｍ
・光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角：５８度
【００４８】
偏向手段以降のレンズデータを以下に示す。
第１走査レンズ７の第１面及び第２走査レンズ８の両面は式（１）、（２）で表現される。
【００４９】
［主走査非円弧式］
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をＲｍ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝（Ｙ＾２／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）＾２｝＋Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ＾２＋Ａ３・Ｙ＾３＋Ａ４・Ｙ＾４＋Ａ５・Ｙ＾５＋Ａ６・Ｙ＾６＋・・・（１）
ここで奇数次のＡ１、Ａ３、Ａ５・・をゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
【００５０】
［副走査曲率式］
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を（２）で示す。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ１・Ｙ＋Ｂ２・Ｙ＾２＋Ｂ３・Ｙ＾３＋Ｂ４・Ｙ＾４＋Ｂ５・Ｙ＾５＋・・・（２）
ここでＹの奇数乗係数のＡｓ１、Ａｓ３、Ａｓ５・・にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第１走査レンズ７の第２面は回転対称非球面であり、以下の式で表現される。
【００５１】
［回転対称非球面］
光軸における近軸の曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝（Ｙ＾２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）＾２｝＋Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ＾２＋Ａ３・Ｙ＾３＋Ａ４・Ｙ＾４＋Ａ５・Ｙ＾５＋Ａ６・Ｙ＾６＋・・・（３）
【００５２】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−３０３．５４、Ｒｓ＝−６１．
Ｋ −２．９０００００＋０１
Ａ４２．２８−０７
Ａ６ −６．５７−１１
Ａ８１．１８−１４
Ａ１０ −２．１０−１９
Ａ１２８．００−２４
Ｂ１ −１．００−０６
Ｂ２５．２２−０６
Ｂ３１．７０−０８
Ｂ４ −５．０６−１１
Ｂ５ −６．８０−１２
Ｂ６ −９．４６−１４
Ｂ７ −７．３４−１６
Ｂ８ −２．１０−１７
Ｂ９ −５．０３−１９
Ｂ１０７．５１−２１
【００５３】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８５．６
Ｋ −０．５４９１５７
Ａ４２．８３−０７
Ａ６６．０４−１２
Ａ８ −１．１８−１４
Ａ１０２．２６−１８
Ａ１２６．６１−２３
【００５４】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝９４．４
Ｋ０．００００００＋００
Ａ４１．１３−０８
Ａ６９．２７−１４
Ａ８ −２．１６−１９
Ａ１０ −９．１８−２２
Ｂ１ −４．４１−０７
Ｂ２ −６．９６−０８
Ｂ３ −７．４５−１１
Ｂ４１．３７−１１
Ｂ５ −６．４４−１６
Ｂ６ −３．８１−１５
Ｂ７３．０４−１８
Ｂ８４．２１−１９
Ｂ９ −２．３３−２２
Ｂ１０ −１．５５−２３
【００５５】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７８１．２、Ｒｓ＝−７６．０９
Ｋ０．００００００＋００
Ａ４ −１．１４−０７
Ａ６９．２５−１２
Ａ８ −３．６５−１６
Ａ１０９．５１−２２
Ａ１２２．３８−２５
Ｂ２４．９１−０７
Ｂ４ −１．６４−１１
Ｂ６７．９６−１６
Ｂ８１．３０−１９
Ｂ１０１．４７−２３
使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。
【００５６】
以下に光学配置の仕様を示す。
偏向面から第１走査レンズ７の第１面までの距離ｄ１：６４．１ｍｍ
第１走査レンズ７１の中心肉厚ｄ２：２２．５ｍｍ
第１走査レンズ第２面から第２走査レンズ第１面までの距離ｄ３：７６ｍｍ
第２走査レンズの中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
第２走査レンズ第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．６ｍｍ
【００５７】
なお、屈折率１．５１４、厚さ１．９ｍｍの前記防音ガラス６と防塵ガラス９が図１に示すように配置されており、防音ガラス６は偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し１０度傾いている。
【００５８】
以下に、走査光学系の最周辺と中央像高での副走査方向のＦナンバーを示す。
像高１５０ｍｍ：４１．８
像高０ｍｍ：４０．８
像高−１５０ｍｍ：４１．１
【００５９】
図１１は上記実施例の収差図を示す。図１１（ａ）は像面湾曲を示すもので、Ｘ軸はデフォーカス（ｍｍ）、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線は副走査方向の、点線は主走査方向の像面湾曲をそれぞれ示している。図１１（ｂ）は等速性を示すもので、Ｘ軸は％、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線はリニアリティを、点線はｆθ特性を示している。
図１２は第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率半径を、図１３は第２走査レンズ８の第１面副走査曲率半径を、図１４は第２走査レンズ８の第２面の副走査曲率半径を示しており、上述の通りの形状となっている。
図１５は、デフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示す。
【００６０】
以上説明した光走査装置は、プリンタ、複写機などの画像形成装置の露光ユニット乃至は書き込み装置として適用することができる。図１６に、光走査装置を露光ユニットとして適用した画像形成装置の例を概略的に示す。図１６において、画像形成装置１００内には、感光体ドラム１１１を中心としてその周囲に、帯電、露光、現像、転写、クリーニングという、電子写真プロセスを実行するために、帯電ユニット１１２、露光ユニット１１７、現像ユニット１１３、転写ユニット１１４、クリーニングユニット１１５が、感光体ドラム１１１の回転方向にこの順で配置されている。露光ユニット１１７は前記光走査装置を有していて、前述のようにして偏向走査されるレーザ光束ＬＢが、露光ユニット１１７から被走査面である感光体ドラム１１１の表面に向かって射出し、感光体ドラム１１１の表面をレーザのビームスポットが走査するようになっている。
【００６１】
感光体ドラム１１１の表面は予め帯電ユニット１１２によって均一に帯電させられていて、これに画像信号に従って変調されたビームスポットが走査することによって、感光体ドラム１１１の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は現像ユニット１１３からトナーが供給されることによりトナー像として顕像化される。このトナー像は、給紙カセット１１８から給紙ローラ１２０によって、かつ、レジストローラ１１９によってタイミングを取りながら１枚ずつ供給される転写紙Ｐに、転写ユニット１１４によって転写されるように構成されている。転写後の感光体ドラム１１１の表面は、クリーニングユニット１１５によって除電及びクリーニングされ、再び帯電されるように構成されている。一方、トナー像が転写された転写紙Ｐは、定着ユニット１１６により加熱定着され、排紙通路１２１、排紙コロ１２２を経て排紙トレイ１２３に排出されるようになっている。
【００６２】
前記光走査装置の実施例１、実施例２はいずれも、走査光学系を第１走査レンズと第２走査レンズの２枚で構成しているが、３枚、あるいはそれ以上の走査レンズで構成してもよい。その場合、各請求項記載の構成要件を満足することによって、所期の作用効果を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１ないし３記載の発明によれば、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面を特殊トーリック面とすることにより、設計上の波面収差を低減することができる。また、被走査面上での副走査方向のＦナンバーの像高による差を低減することができ、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差を低減することができる。マルチビーム化したときの像高間のビームピッチ偏差を低減することもできる。
走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくしたことにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００６４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に正のパワーを有していることで、偏向手段に近い側の走査レンズに戻るゴースト光を低減することができ、形成される画像品質をより高めることができる。
【００６５】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズに、光軸での主走査方向において負のパワーをもたせることにより、上記走査レンズを薄肉にすることができ、また、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００６６】
請求項６記載の発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を用いて画像形成装置を構成することにより、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差、像面湾曲変動等を低減して安定したビームスポット径による光走査を実現して、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の１実施形態を主走査対応方向から示す光学配置図である。
【図２】同上実施形態を副走査対応方向から示すもので、（ａ）は中心部の光束を、（ｂ）は最周辺部の光束を示す光学配置図である。
【図３】上記実施形態中の偏向手段から最も遠い走査レンズを拡大して示す平面図である。
【図４】実施例１における収差図を示すもので、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す。
【図５】実施例１における偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図６】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図７】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの第２面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１におけるデフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。
【図９】実施例１の波面収差低減効果を説明するための光学配置図で、（ａ）は主走査対応方向の、（ｂ）は副走査対応方向の光学配置図である。
【図１０】実施例１のゴースト低減効果を説明するための光学配置図で、（ａ）は主走査対応方向の、（ｂ）は副走査対応方向の光学配置図である。
【図１１】実施例２における収差図を示すもので、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す。
【図１２】実施例２における偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例２における偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１４】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの第２面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１５】実施例１におけるデフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。
【図１６】本発明にかかる光走査装置を適用可能な画像形成装置の例を概略的に示す正面図である。
【符号の説明】
１光源
２カップリングレンズ
４シリンドリカルレンズ
５偏向手段であるポリゴンミラー
７第１走査レンズ
８第２走査レンズ
１０被走査面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus, and can be used for a laser beam printer (LBP), a digital copying machine, a plain paper facsimile (PPF), and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, image forming apparatuses such as laser beam printers have been accelerated in increasing the density of images formed. In order to increase the density of the formed image, it is necessary to reduce the diameter of a beam spot for optical scanning on an image forming surface such as a photoconductor, and an optical scanning device for realizing this is required.
In order to reduce the beam spot diameter, a special toric surface in which the radius of curvature in the sub-scanning section changes asymmetrically from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction is used. A configured two-lens scanning lens has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
In addition, in order to correct the wavefront aberration satisfactorily and realize a stable and good light spot, at least one surface of the lens included in the scanning imaging optical system has an arc or non-arc shape in the main scanning plane, A sub-arc surface whose shape in the sub-scanning surface is a non-arc shape, and this sub-non-arc surface is a lens of the principal ray of the deflected light beam incident on each surface of the lens of the scanning imaging optical system. There has been proposed an optical scanning device formed so that the incident angle with respect to the normal of the surface is 25 degrees or less in the entire lens effective region (see, for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-324689
[Patent Document 2]
JP 2001-21824 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a conventional scanning lens using a special toric surface as described in Patent Document 1 is a scanning lens having both anamorphic surfaces, and has the following unsolved problems.
・ Beam spot diameter increases due to eccentricity.
When the special toric surface is used for a surface with a large inclination angle, the processing accuracy is deteriorated, and a beam spot diameter is increased due to a shape error such as waviness, and image defects such as vertical stripes occur.
[0006]
Moreover, the scanning lens using the conventional special toric surface as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 has a thick lens, and even if this is a plastic molded product, the molding time becomes longer. There was a problem that the cost of parts was high. Also, no consideration is given to shading or ghost light.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide an optical scanning device that can be formed into a scanning lens shape excellent in workability and can realize a reduction in the diameter of a beam spot.
Another object of the present invention is to provide an optical scanning device which has good shading characteristics and hardly generates ghost light.
Still another object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of realizing a reduction in beam spot diameter while using a thin and small scanning lens.
Still another object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming an image with fine granularity and high density and excellent gradation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical scanning device according to claim 1 includes a light source, a coupling optical system for coupling a light beam from the light source, and a line having a long light beam in the main scanning direction from the coupling optical system. A line image optical system that forms an image, a deflecting unit that deflects and scans a light beam from the line image optical system, and a scanning optical system that guides the light beam from the deflecting unit to a surface to be scanned. The surface close to the deflecting means of the scanning lens closest to the deflecting reflecting surface has a negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning curvature radius increases from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. The F-number in the sub-scanning direction of the light beam traveling toward the surface to be scanned of the scanning optical system is larger in the peripheral portion of the effective scanning width than in the central portion of the effective scanning width. did.
[0009]
By making the surface close to the deflecting means of the scanning lens closest to the deflecting reflecting surface into a special toric surface, the following effects can be obtained.
・ Designed wavefront aberration can be reduced.
The difference due to the image height of the F number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned can be reduced, and the deviation of the beam spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be reduced. Further, it is possible to reduce the beam pitch deviation between the image heights when the multi-beam is formed.
[0010]
The surface closest to the deflecting means of the scanning lens closest to the deflecting reflecting surface has a negative power in the sub-scanning direction, thereby reducing the absolute value of the sub-scanning lateral magnification between the deflecting surface and the surface to be scanned. This can reduce variations in the beam waist position in the sub-scanning direction due to mounting errors or shape errors of optical components.
The F-number in the sub-scanning direction of the light beam toward the surface to be scanned in the scanning optical system is reduced in the median value by increasing the peripheral part of the effective scanning width rather than the central part of the effective scanning width. In addition, it is possible to provide an optical scanning device having a high tolerance with respect to eccentricity.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, the surface farthest from the deflection reflection surface of the scanning lens closest to the deflection reflection surface is a rotationally symmetric aspherical surface centered on the optical axis. It is characterized by.
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, all surfaces of the scanning lens are directed to the periphery in the main scanning direction from the rotationally symmetric aspheric surface around the optical axis and the optical axis of the lens surface. It is one of the special toric surfaces whose sub-scanning curvature radius changes according to the above.
[0012]
5. The optical scanning device according to claim 4, wherein the scanning optical system includes a plurality of scanning lenses, and a. The incident light beam at the outermost periphery of the effective writing width is inclined in the same direction in the deflection rotation plane with respect to the normal of the surface close to the deflection means of the scanning lens; b. The scanning lens closest to the deflection means has a concave meniscus shape on the deflection means side in the main scanning direction; c. The surface close to the deflection means of the scanning lens closest to the deflection means has a negative power in the sub-scanning direction, and a special toric surface whose sub-scanning curvature changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. Consisting of: d. A surface of the scanning lens farthest from the deflecting unit and closer to the deflecting unit has a positive power in the sub-scanning direction.
[0013]
The scanning lens closest to the deflecting means has a concave meniscus shape toward the deflecting means in the main scanning direction, so that the scanning lens can be thinned and the light beam incident on the surface of the scanning lens. Since the opening angle of the normal to the lens surface can be reduced, wavefront aberration can be corrected. By making the power in the sub-scanning direction of the first surface of the scanning lens negative, the absolute value of the lateral magnification in the sub-scanning direction of the scanning optical system can be reduced, and the tolerance of optical element placement error and component error Can be enlarged. Further, by using a special toric surface whose sub-scanning curvature radius changes from the optical axis toward the periphery in the main scanning direction, the difference in wavefront aberration and the F-number difference in the sub-scanning direction on the surface to be scanned can be reduced. The sub-scanning beam spot diameter deviation due to the image height can be reduced. In addition, it is possible to reduce the beam pitch deviation between image heights when the multi-beam is formed.
[0014]
When the scanning lens closest to the deflection unit has a concave meniscus shape toward the deflection unit in the main scanning direction, the ghost light reflected by the first surface of the next second scanning lens is again the first scanning lens. There is a possibility that ghost light is generated again on the surface to be scanned after being reflected by the first surface or the second surface. In addition, the ghost light on the first surface and the second surface of the first scanning lens may be combined to increase the intensity of the ghost light on the surface to be scanned. However, by making the first surface of the second scanning lens convex toward the deflector side in the main scanning direction, ghost light returning to the first scanning lens can be reduced, and the problem of the image quality that is formed Will disappear.
[0015]
6. The optical scanning device according to claim 5, wherein the scanning optical system comprises a plurality of scanning lenses, and a. The scanning lens closest to the deflection means has a concave meniscus shape on the deflection means side in the main scanning direction; b. The surface closest to the deflection means of the scanning lens closest to the deflection means has a negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning curvature radius decreases from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. A special toric surface in which the sub-scanning radius of curvature increases from the value, c. The surface of the scanning lens farthest from the deflecting means on the side close to the deflecting means has a convex shape toward the deflecting means in the main scanning direction; d. The scanning lens farthest from the deflecting means has a negative power in the main scanning direction.
[0016]
According to the optical scanning device of the fifth aspect, the same effect as that of the fourth aspect of the invention can be obtained, and negative power is applied to the scanning lens farthest from the deflecting means in the main scanning direction on the optical axis. By providing the scanning lens, the scanning lens can be thinned, the fluctuation of the curvature of field in the main scanning direction due to temperature can be reduced, and a stable beam spot diameter can be obtained.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus for forming an image on a transfer sheet by executing each process of charging, exposure, development, and transfer, wherein the exposure process is performed. Or an optical scanning device according to any one of the above.
By forming an image forming apparatus using the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5, the beam spot diameter deviation in the sub-scanning direction due to the image height, field curvature variation, and the like are reduced and stabilized. Optical scanning with a beam spot diameter can be realized, and a high-quality image can be formed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments and examples of an optical scanning device and an image forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an optical scanning device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source. The light source 1 is composed of a semiconductor laser, and may be, for example, a multi-beam light source in which a plurality of light sources are arranged at equal intervals. The light beam emitted from the light source 1 is a divergent light beam and is coupled to the subsequent optical system by the coupling lens 2 constituting the coupling optical system. The light beam coupled by the coupling lens 2 may be a weak divergent light beam, a weak convergent light beam, or a parallel light beam. This light beam is shaped by the aperture 3, converged only in the sub-scanning direction by the action of the cylindrical lens 4, and formed as a long line image in the main scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the polygon mirror 5 that is a deflection unit. .
[0019]
The polygon mirror 5 is driven to rotate at high speed at a constant speed by a polygon motor, and deflects and scans the direction of the light beam at a constant angular speed by each deflecting reflection surface. A scanning optical system is disposed on the path of the light beam deflected at a constant angular velocity. In this embodiment, the scanning optical system is constituted by two

scanning lenses

7 and 8. The

scanning lenses

7 and 8 have a function of guiding the light beam from the polygon mirror 5 to the scanned surface 10 that is the surface of the photosensitive member and forming an image on the scanned surface 10 as a beam spot. The

scanning lenses

7 and 8 also have an fθ function, as is well known, in order to cause the light beam deflected at a constant angular velocity by the polygon mirror 5 to scan at a constant speed on the linear scanned surface 10. .
[0020]
Here, the “main scanning direction” is a direction corresponding to a plane formed by the light beam deflected and scanned by the polygon mirror 5, and the “sub-scanning direction” is a direction orthogonal to the main scanning direction. That is. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes soundproof glass, and reference numeral 9 denotes dustproof glass. The polygon mirror 5 and the polygon motor are covered with a soundproof cover so that noise generated by high-speed rotation does not leak to the outside, and light flux enters and exits through the soundproof glass 6 provided on the cover. . The optical scanning device is incorporated in one housing as one unit, sealed so that dust does not enter the housing, and the deflected light beam is emitted to the outside through the dust-proof glass 9.
[0021]
The optical scanning device according to the present invention is characterized by the configuration of the scanning optical system. Then, next, the structure of the said scanning optical system is demonstrated concretely. Note that the surface of the lens constituting the scanning optical system on the side close to the polygon mirror 5, that is, the deflecting unit is defined as a first surface, and the surface far from the deflecting unit is defined as a second surface. The first surface of the scanning lens 7 closest to the deflection reflection surface has a negative power in the sub-scanning direction, and a special toric surface whose sub-scanning curvature radius changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. It has become. In order to reduce the absolute value of the sub-scanning lateral magnification between the deflecting / reflecting surface and the surface to be scanned 10, the first surface of the scanning lens 7 has negative power as described above. By reducing the absolute value of the sub-scanning lateral magnification, it is possible to reduce beam waist position fluctuations in the sub-scanning direction due to optical component mounting errors and shape errors.
[0022]
In the embodiment of the optical scanning device shown in FIG. 1, the second scanning lens 8 constituting the scanning optical system, that is, the scanning lens far from the deflecting means, is fairly uniform and thin as shown in FIG. It is usually difficult to correct wavefront aberration in a lens having the second scanning lens 8 having such a shape. Further, when trying to correct the wavefront aberration, the sub-scanning curvature of the first surface of the first scanning lens 7 increases from the center toward the periphery. However, at this time, if the F number in the sub-scanning direction on the scanned surface 10 is to be made constant by the image height, the second scanning lens 8 is greatly curved convexly toward the deflector in the deflection rotation plane. It will become the shape. At this time, the characteristics at the design median value can be ensured, but the beam spot diameter increases due to the eccentricity, and the optical scanning performance deteriorates as a whole.
[0023]
Therefore, in this embodiment, the sub-scanning beam spot diameter deviation due to the image height and the beam pitch deviation due to the image height when the light source is made into a multi-beam are not problematic. The scanning optical system was configured so that the F number in the scanning direction was larger in the outermost peripheral portion of the effective scanning width than in the center of the effective scanning width. As a result, the wavefront aberration at the median value can be reduced, and an optical scanning device having a high tolerance for decentration can be provided.
[0024]
Additional remarks will be made regarding the F number in the sub-scanning direction. In order to reduce the absolute value of the lateral magnification of the scanning lens in the sub-scanning direction and correct the wavefront aberration, the power in the sub-scanning direction of the first surface of the scanning lens 7 on the deflection unit side is made negative, In addition, it is necessary to increase the power, that is, increase the curvature and decrease the negative power as going from the center to the periphery in the main scanning direction. In FIG. 1, a light beam indicated by a one-dot chain line indicates a light beam at the center portion, and a light beam indicated by a dotted line indicates a light beam at the most peripheral portion. FIG. 2 shows changes in the sub-scanning cross section of the light beam from the deflecting / reflecting surface to the scanned surface 10. FIG. 2 (a) shows the light beam at the center, and FIG. 2 (b) shows the light beam at the most peripheral portion. Is shown as a model. As can be seen from FIGS. 2A and 2B, the power in the sub-scanning direction of the first surface of the scanning lens 7 is larger in the peripheral portion than in the central portion. When the convergence angle at the center of the light beam that converges in a spot shape is θ1, and the convergence angle at the outermost periphery is θ2, θ1> θ2. Therefore, the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned 10 is larger at the outermost periphery than at the center. In other words, the wavefront aberration can be satisfactorily corrected by setting the F-number in the sub-scanning direction on the scanned surface 10 as described above.
[0025]
In the above embodiment, the surface (second surface) on the side far from the deflecting means of the scanning lens 7 closest to the deflecting reflecting surface is preferably a rotationally symmetric aspherical surface with the optical axis as the center. A rotationally symmetric aspherical surface has the advantage of being relatively easy to make.
All the surfaces of the scanning lens may be special toric surfaces in which the sub-scanning curvature radius changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction.
In general, the surface far from the deflection reflection surface of the scanning lens closest to the deflecting means has a large tilt angle (the tilt angle of the lens surface with respect to the surface perpendicular to the optical axis), and the processing problem is very large. Use of a rotationally symmetric aspherical surface for such a surface is effective in terms of optical characteristics and processing surfaces. Further, if the surface on one side is a rotationally symmetric aspherical surface, the beam spot diameter can be reduced due to the relative eccentricity between the surfaces, which is also advantageous.
[0026]
Next, another embodiment of the optical scanning device according to the present invention will be described. The arrangement of optical elements from the light source 1 to the scanned surface 10 is substantially the same as that of the embodiment shown in FIG. 1 in appearance, and will be described with reference to FIG. Since this embodiment is also characterized by the configuration of the scanning optical system, the configuration of the scanning optical system will be described mainly. The scanning optical system includes a plurality of

scanning lenses

7 and 8, and the incident light beam at the outermost periphery of the effective writing width is inclined in the same direction within the deflection rotation plane with respect to the normal line of the first surface of the scanning lens 7. Yes. The scanning lens 7 closest to the deflecting means has a concave meniscus shape on the deflecting means side in the main scanning direction, and the first surface of the scanning lens 7 has a negative power in the sub-scanning direction. It consists of a special toric surface whose sub-scanning curvature changes from the optical axis of the surface toward the periphery in the main scanning direction. The first surface of the scanning lens 8 farthest from the deflection means has a positive power in the sub-scanning direction.
[0027]
Since the first scanning lens 7 has a concave meniscus shape in the main scanning direction toward the polygon mirror 5 that is a deflecting unit, the scanning lens can be thinned, and the scanning lens 7 can reduce the opening angle of the normal between the luminous flux incident on the surface 7 and the lens surface, and hence the wavefront aberration can be favorably corrected. Further, by making the power of the first scanning lens 7 in the sub-scanning direction of the first surface negative, the absolute value of the lateral magnification in the sub-scanning direction of the scanning optical system can be reduced, and the optical element placement error The tolerance of component errors can be expanded. At this time, by using a special toric surface whose sub-scanning radius of curvature changes from the optical axis toward the periphery in the main scanning direction, the wavefront aberration and the difference in the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned are reduced. Therefore, the deviation of the sub-scanning beam spot diameter due to the image height can be reduced. In addition, it is possible to reduce the beam pitch deviation between image heights when a multi-beam is formed.
[0028]
However, when the power in the sub-scanning direction of the first surface of the first scanning lens 7 closest to the deflecting means is negative, wavefront aberration remains even if a special toric surface is used. Therefore, as shown in FIG. 9, the most peripheral light flux in the scanning optical system is inclined in the same direction with respect to the normal line of the first surface of the first scanning lens 7 and the first surface of the second scanning lens 8. Configured. Thereby, the tolerance with respect to the eccentricity of the first scanning lens 7 and the second scanning lens 8 is increased.
[0029]
As described in Patent Document 2, there is also a method of reducing the angle formed by the incident light beam and the scanning lens. However, in this case, since the scanning lens needs to be greatly curved in the deflection rotation surface, not only the workability of the scanning lens is reduced, but also the tolerance for decentration is significantly reduced. Therefore, in the above embodiment, the power in the sub-scanning direction of the first surface of the second scanning lens 8 is positive, and the wavefront aberration generated on the first surface of the first scanning lens 7 is the second power of the second scanning lens 8. It was made to cancel out on one side.
[0030]
Further, when the first scanning lens 7 has a concave meniscus shape toward the polygon mirror in the main scanning direction, as indicated by a two-dotted line in FIG. 10, the first surface of the second scanning lens 8. The ghost light reflected by is reflected again by the first surface or the second surface of the first scanning lens 7 as indicated by the dotted arrow, and reaches the scanned surface 10 made of a photosensitive member, and ghost light is generated. there is a possibility. Further, the ghost light on the first surface and the second surface of the first scanning lens 7 may be combined, and the ghost light intensity on the scanned surface 10 may increase. However, as shown by the solid line in FIG. 10, if the power in the sub-scanning direction of the first surface is positive, in other words, if the second scanning lens 8 is a convex surface directed toward the deflecting means side, then the second scanning lens 8 The ghost light reflected by the first surface of the scanning lens 8 diverges to a level with no problem. Note that the direction of the light beam reflected by the first scanning lens 7 and returning to the polygon mirror changes greatly, so that there is usually no problem.
[0031]
Still another embodiment of the optical scanning device according to the present invention will be described. This embodiment is also the same in appearance as shown in FIGS. The scanning optical system includes a plurality of

scanning lenses

7 and 8, and the first scanning lens 7 closest to the deflection unit has a concave meniscus shape on the deflection unit side in the main scanning direction. The first surface of the scanning lens 7 closest to the deflecting means has a negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning radius of curvature decreases from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. It consists of a special toric surface where the sub-scanning radius of curvature increases at the boundary. Further, the first surface of the second scanning lens 8 farthest from the deflection means has a convex shape toward the deflection means in the main scanning direction, and the second scanning lens 8 farthest from the deflection means is negative in the main scanning direction. Has power.
[0032]
As in the previous embodiment, the first surface of the first scanning lens 7 is the above-mentioned special toric surface, and is negative in order to reduce the absolute value of the sub-scanning lateral magnification between the deflecting / reflecting surface and the scanned surface 10. The power of By reducing the absolute value of the sub-scanning lateral magnification, it is possible to reduce sub-scanning beam waist position fluctuations due to optical component mounting errors and shape errors. Further, the scanning lens in the present embodiment, more specifically, the second operation lens 8 is fairly uniform and thin, and it is usually difficult to correct wavefront aberration. In order to correct the wavefront aberration, the radius of the sub-scanning curvature of the first surface of the first scanning lens 7 is increased from the center toward the periphery. At this time, by making the first scanning lens 8 convex toward the deflector side in the main scanning direction, the F number in the sub-scanning direction on the scanned surface 10 can be made constant according to the image height.
[0033]
As described above, when the first scanning lens 7 has a concave meniscus shape toward the polygon mirror in the main scanning direction, the ghost light reflected by the first surface of the second scanning lens 8 is There is a possibility that a ghost image is generated by being reflected again by the first surface or the second surface of the scanning lens 7 and reaching the scanned surface 10 again. Further, the ghost light on the first surface and the second surface of the first scanning lens 7 may be combined to increase the intensity of the ghost light on the scanned surface 10. However, ghost light returning to the scanning lens 7 can be reduced by making the first surface of the second scanning lens 8 convex toward the deflector side in the main scanning direction as in the present embodiment. , No problem in image quality. Similar to the above-described embodiment, when the power in the sub-scanning direction of the first surface of the second scanning lens 8 is made positive, the effect is further increased.
[0034]
As already described, if the second scanning lens 8 is concave toward the deflecting means as indicated by a chain line in FIG. 10, ghost light is very likely to be generated. In that respect, according to the above embodiment, the ghost light is hardly generated as described above.
Further, in order to make the second scanning lens 8 thin, the power in the main scanning direction on the optical axis is made negative, the thickness increases as going from the center to the periphery, and goes to the periphery from the extreme value as a boundary. It is better to make the wall thickness smaller. Further, by setting the main scanning direction of the second scanning lens 8 to a negative power, it is possible to reduce the field curvature variation in the main scanning direction due to the temperature, and to obtain a stable beam spot diameter.
[0035]
【Example】
Next, specific examples of the optical scanning device according to the present invention will be described.
<Example 1>
Specifications from the light source to the polygon mirror 5 as the deflecting means are as follows.
-Wavelength of the light source 1: 655 nm
-Focal length of coupling lens 2: 27 mm
・ Coupling action: Collimating action
・ Polygon mirror 5:
Number of deflecting reflecting surfaces: 5
Inscribed circle radius: 18mm
The angle formed by the incident angle of the beam from the light source side and the optical axis of the scanning optical system: 58 degrees
[0036]
Lens data after the deflecting means is shown below.
The first surface of the first scanning lens 7 and the both surfaces of the second scanning lens 8 are expressed by equations (1) and (2).
[0037]
[Main scanning non-arc type]
The surface shape in the main scanning plane has a non-arc shape,
The paraxial radius of curvature in the main scanning plane at the optical axis is Rm,
The distance in the main scanning direction from the optical axis is Y, the cone constant is K,
When the higher order coefficients are A1, A2, A3, A4, A5, A6, ...
The depth in the optical axis direction is represented by X and is expressed by the following polynomial.

Here, when a numerical value other than zero is substituted for odd-order A1, A3, A5,..., The main scanning direction has an asymmetric shape.
In addition to the first embodiment, the second embodiment also uses only the even order and is a system that is symmetric in the main scanning direction.
[0038]
[Sub-scanning curvature formula]
An expression for changing the sub-scanning curvature according to the main scanning direction is shown by (2).
Cs (Y) = 1 / Rs (0) + B1 · Y + B2 · Y ^ 2 + B3 · Y ^ 3 + B4 · Y ^ 4 + B5 · Y ^ 5 + (2)
Here, when a value other than zero is substituted for As1, As3, As5,... Of odd power coefficients of Y, the radius of curvature of sub-scanning becomes asymmetric in the main scanning direction.
Further, the second surface of the first scanning lens 7 is a rotationally symmetric aspheric surface, and is expressed by the following equation.
[0039]
[Rotationally symmetric aspheric surface]
When the paraxial radius of curvature in the optical axis is R, the distance in the main scanning direction from the optical axis is Y, the cone constant is K, and the higher order coefficients are A1, A2, A3, A4, A5, A6,. The depth in the optical axis direction is represented by X and is expressed by the following polynomial.
X = (Y ^ 2 / R) / [1 + √ {1- (1 + K) (Y / Rm) ^ 2} + A1 · Y + A2 · Y ^ 2 + A3 · Y ^ 3 + A4 · Y ^ 4 + A5 · Y ^ 5 + A6 · Y ^ 6 + (3)
[0040]
[Shape of the first surface of the first scanning lens 7]
Rm = −279.9, Rs = −61.
K -2.900000 + 01
A4 1.755765-07
A6-5.491789-11
A8 1.087700-14
A10-3.183245-19
A12 -2.6635276-24
B1 -2.066347-06
B2 5.727737-06
B3 3.152201-08
B4 2.280241-09
B5 -3.729852-11
B6 -3.283274-12
B7 1.765590-14
B8 1.32799-15
B9 -2.889722-18
B10 -1.98431-19
[0041]
[Shape of the second surface of the first scanning lens 7]
R = −83.6
K -0.549157
A4 2.748446-07
A6 -4.502346-12
A8-7.366455-15
A10 1.803003-18
A12 2.727900-23
[0042]
[Shape of the first surface of the second scanning lens 8]
Rm = 6950, Rs = 110.9
K 0.000000 + 00
A4 1.549648-08
A6 1.292741-14
A8-8.8114446-18
A10 -9.18212-22
B1 -9.593510-07
B2-2.135322-07
B3 -8.079549-12
B4 2.390609-12
B5 2.881396-14
B6 3.693775-15
B7-3.258754-18
B8 1.814487-20
B9 8.722085-23
B10-1.340807-23
[0043]
[Shape of the second surface of the second scanning lens 8]
Rm = 766, Rs = −68.22
K 0.000000 + 00
A4-1.150396-07
A6 1.096926-11
A8-6.5542135-16
A10 1.984381-20
A12 -2.411512-25
B2 3.644079-07
B4 4.847051-13
B6 -1.666159-16
B8 4.534859-19
B10 2.819319-23
The refractive indexes of the scanning lenses at the used wavelength are all 1.52724.
[0044]
Specific numerical values of the optical arrangement are shown below.
Distance d1: 64 mm from the deflection surface to the first surface of the first scanning lens
Center thickness d2 of the first scanning lens 7: 22.6 mm
The distance d3 from the second surface of the first scanning lens to the first surface of the second scanning lens: 75.9 mm
Center wall thickness d4 of second scanning lens: 4.9 mm
Distance d2: 158.7 mm from the second surface of the second scanning lens to the surface to be scanned
A soundproof glass 6 and a dustproof glass 9 having a refractive index of 1.514 and a thickness of 1.9 mm are arranged as shown in FIG. 1, and the soundproof glass 6 is in a direction parallel to the main scanning direction in the deflection rotation plane. It is tilted 10 degrees.
[0045]
The F number in the sub-scanning direction at the outermost periphery of the scanning optical system and the central image height is shown below.
Image height 150 mm: 41.5
Image height 0 mm: 40.4
Image height -150 mm: 41.0
[0046]
FIG. 4 shows aberration diagrams of the above example. FIG. 4A shows field curvature, where the X axis is defocus (mm) and the Y axis is image height (mm). The solid line indicates the field curvature in the sub-scanning direction, and the dotted line indicates the field curvature in the main scanning direction. FIG. 4B shows constant velocity, where the X axis is% and the Y axis is the image height (mm). The solid line indicates linearity, and the dotted line indicates fθ characteristics.
FIG. 5 shows the radius of curvature in the sub-scanning direction with respect to the lens height in the main scanning direction on the first surface of the first scanning lens 7. It is as explained before.
FIG. 6 shows the radius of curvature in the sub-scanning direction with respect to the lens height in the main scanning direction on the first surface of the second scanning lens 8.
FIG. 7 shows the radius of curvature in the sub-scanning direction with respect to the lens height in the main scanning direction on the second surface of the second scanning lens 8.
FIG. 8 shows the beam spot diameter with respect to defocusing, where (a) shows the beam spot diameter in the main scanning direction and (b) shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction.
[0047]
<Example 2>
Next, a second embodiment of the optical scanning device will be shown.
・ Light source wavelength: 655 nm
・ Coupling lens focal length: 27mm
・ Coupling action: Collimating action
・ Polygon mirror:
Number of deflecting reflecting surfaces: 5
Inscribed circle radius: 18mm
The angle formed by the incident angle of the beam from the light source side and the optical axis of the scanning optical system: 58 degrees
[0048]
Lens data after the deflecting means is shown below.
The first surface of the first scanning lens 7 and the both surfaces of the second scanning lens 8 are expressed by equations (1) and (2).
[0049]
[Main scanning non-arc type]
The surface shape in the main scanning plane is a non-arc shape, the paraxial radius of curvature in the main scanning plane on the optical axis is Rm, the distance in the main scanning direction from the optical axis is Y, the cone constant is K, and higher order Are represented by the following polynomial expression, where X is the depth in the optical axis direction: A1, A2, A3, A4, A5, A6,.
X = (Y ^ 2 / Rm) / [1 + √ {1- (1 + K) (Y / Rm) ^ 2} + A1 · Y + A2 · Y ^ 2 + A3 · Y ^ 3 + A4 · Y ^ 4 + A5 · Y ^ 5 + A6 · Y ^ 6 + (1)
Here, when numerical values other than zero are substituted for odd-order A1, A3, A5,..., They have an asymmetric shape in the main scanning direction.
[0050]
[Sub-scanning curvature formula]
An expression for changing the sub-scanning curvature according to the main scanning direction is shown by (2).
Cs (Y) = 1 / Rs (0) + B1 · Y + B2 · Y ^ 2 + B3 · Y ^ 3 + B4 · Y ^ 4 + B5 · Y ^ 5 + (2)
Here, when a value other than zero is substituted for As1, As3, As5,... Of odd power coefficients of Y, the radius of curvature of sub-scanning becomes asymmetric in the main scanning direction.
Further, the second surface of the first scanning lens 7 is a rotationally symmetric aspheric surface, and is expressed by the following equation.
[0051]
[Rotationally symmetric aspheric surface]
When the paraxial radius of curvature in the optical axis is R, the distance in the main scanning direction from the optical axis is Y, the cone constant is K, and the higher order coefficients are A1, A2, A3, A4, A5, A6,. The depth in the optical axis direction is represented by X and is expressed by the following polynomial.
X = (Y ^ 2 / R) / [1 + √ {1- (1 + K) (Y / Rm) ^ 2} + A1 · Y + A2 · Y ^ 2 + A3 · Y ^ 3 + A4 · Y ^ 4 + A5 · Y ^ 5 + A6 · Y ^ 6 + (3)
[0052]
[Shape of the first surface of the first scanning lens 7]
Rm = −303.54, Rs = −61.
K -2.900000 + 01
A4 2.28-07
A6-6.57-11
A8 1.18-14
A10 -2.10-19
A12 8.00-24
B1 -1.00-06
B2 5.22-06
B3 1.70-08
B4 -5.06-11
B5-6.80-12
B6 -9.46-14
B7-7.34-16
B8 -2.10-17
B9 -5.03-19
B10 7.51-21
[0053]
[Shape of the second surface of the first scanning lens 7]
R = −85.6
K -0.549157
A4 2.83-07
A6 6.04-12
A8-1.18-14
A10 2.26-18
A12 6.61-23
[0054]
[Shape of the first surface of the second scanning lens 8]
Rm = 6950, Rs = 94.4
K 0.000000 + 00
A4 1.13-08
A6 9.27-14
A8-2.16-19
A10-9.18-22
B1 -4.41-07
B2-6.96-08
B3-7.45-11
B4 1.37-11
B5-6.44-16
B6 -3.81-15
B7 3.04-18
B8 4.21-19
B9 -2.33-22
B10 -1.55-23
[0055]
[Shape of the second surface of the second scanning lens 8]
Rm = 781.2, Rs = −76.09
K 0.000000 + 00
A4 -1.14-07
A6 9.25-12
A8 -3.65-16
A10 9.51-22
A12 2.38-25
B2 4.91-07
B4 -1.64-11
B6 7.96-16
B8 1.30-19
B10 1.47-23
The refractive indexes of the scanning lenses at the used wavelength are all 1.52724.
[0056]
The specifications of the optical arrangement are shown below.
Distance d1: 64.1 mm from the deflection surface to the first surface of the first scanning lens 7
Center thickness d2 of the first scanning lens 71: 22.5 mm
Distance d3 from the second surface of the first scanning lens to the first surface of the second scanning lens d3: 76 mm
Center wall thickness d4 of second scanning lens: 4.9 mm
Distance from second scanning lens second surface to surface to be scanned d5: 158.6 mm
[0057]
The soundproof glass 6 and the dustproof glass 9 having a refractive index of 1.514 and a thickness of 1.9 mm are arranged as shown in FIG. 1, and the soundproof glass 6 is parallel to the main scanning direction in the deflection rotation plane. Is tilted 10 degrees.
[0058]
The F number in the sub-scanning direction at the outermost periphery of the scanning optical system and the central image height is shown below.
Image height 150 mm: 41.8
Image height 0 mm: 40.8
Image height -150 mm: 41.1
[0059]
FIG. 11 shows aberration diagrams of the above example. FIG. 11A shows field curvature, where the X axis is defocused (mm) and the Y axis is image height (mm). The solid line indicates the field curvature in the sub-scanning direction, and the dotted line indicates the field curvature in the main scanning direction. FIG. 11B shows constant velocity, where the X axis is% and the Y axis is the image height (mm). The solid line indicates linearity, and the dotted line indicates fθ characteristics.
12 shows the sub-scanning radius of curvature of the first surface of the first scanning lens 7, FIG. 13 shows the first-surface sub-scanning radius of curvature of the second scanning lens 8, and FIG. 14 shows the second surface of the second scanning lens 8. The sub-scanning curvature radius is shown, and the shape is as described above.
FIG. 15 shows the beam spot diameter with respect to defocusing, where (a) shows the beam spot diameter in the main scanning direction and (b) shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction.
[0060]
The optical scanning apparatus described above can be applied as an exposure unit or a writing apparatus of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine. FIG. 16 schematically shows an example of an image forming apparatus to which the optical scanning device is applied as an exposure unit. In FIG. 16, in the image forming apparatus 100, a charging unit 112 and an exposure unit 117 are used to perform an electrophotographic process such as charging, exposure, development, transfer, and cleaning around the photosensitive drum 111. The developing unit 113, the transfer unit 114, and the cleaning unit 115 are arranged in this order in the rotation direction of the photosensitive drum 111. The exposure unit 117 includes the optical scanning device, and the laser beam LB deflected and scanned as described above is emitted from the exposure unit 117 toward the surface of the photosensitive drum 111 that is the surface to be scanned. The surface of the body drum 111 is scanned by a laser beam spot.
[0061]
The surface of the photosensitive drum 111 is uniformly charged by the charging unit 112 in advance, and an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 111 by scanning a beam spot modulated in accordance with the image signal. The The electrostatic latent image is visualized as a toner image by supplying toner from the developing unit 113. This toner image is configured to be transferred by the transfer unit 114 from the paper feed cassette 118 to the transfer paper P that is supplied one by one while being fed by the paper feed roller 120 and the registration roller 119. . The surface of the photosensitive drum 111 after the transfer is configured to be neutralized and cleaned by the cleaning unit 115 and charged again. On the other hand, the transfer paper P onto which the toner image has been transferred is heated and fixed by the fixing unit 116 and is discharged to the paper discharge tray 123 via the paper discharge passage 121 and the paper discharge roller 122.
[0062]
In both the first and second embodiments of the optical scanning device, the scanning optical system is composed of the first scanning lens and the second scanning lens, but the scanning optical system is composed of three or more scanning lenses. May be. In that case, the desired operational effects can be obtained by satisfying the constituent requirements described in the claims.
[0063]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the invention, the design wavefront aberration can be reduced by making the surface close to the deflecting means of the scanning lens closest to the deflecting reflecting surface a special toric surface. Further, the difference due to the image height of the F number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned can be reduced, and the deviation of the beam spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be reduced. It is also possible to reduce the beam pitch deviation between the image heights when the multi-beam is formed.
The F-number in the sub-scanning direction of the light beam toward the surface to be scanned in the scanning optical system is reduced in the median value by increasing the peripheral part of the effective scanning width rather than the central part of the effective scanning width. In addition, it is possible to provide an optical scanning device having a high tolerance with respect to eccentricity.
[0064]
According to the invention described in claim 4, the same effect as that of the invention described in claim 1 can be obtained, and the surface of the scanning lens farthest from the deflecting means on the side close to the deflecting means has a positive power in the sub-scanning direction. Therefore, the ghost light returning to the scanning lens closer to the deflecting unit can be reduced, and the quality of the formed image can be further improved.
[0065]
According to the fifth aspect of the invention, the same effect as that of the fourth aspect of the invention can be obtained, and the scanning lens farthest from the deflecting means can have a negative power in the main scanning direction on the optical axis. As a result, the scanning lens can be made thin, the field curvature variation in the main scanning direction due to temperature can be reduced, and a stable beam spot diameter can be obtained.
[0066]
According to the sixth aspect of the present invention, by forming the image forming apparatus using the optical scanning device according to any one of the first to fifth aspects, the deviation of the beam spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height, the image High-quality images can be formed by reducing the surface curvature variation and realizing optical scanning with a stable beam spot diameter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical arrangement diagram illustrating an embodiment of an optical scanning device according to the present invention from the direction corresponding to main scanning.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the embodiment from the sub-scanning corresponding direction, in which FIG. 2A is an optical layout diagram showing a light beam at a central portion, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing a scanning lens farthest from the deflection means in the embodiment.
4A and 4B are aberration diagrams in Example 1. FIG. 4A shows field curvature, and FIG. 4B shows constant velocity.
5 is a graph showing a change in radius of curvature with respect to the lens height in the main scanning direction of the surface on the deflection unit side of the scanning lens closest to the deflection unit in Example 1. FIG.
6 is a graph showing a change in radius of curvature with respect to the lens height in the main scanning direction of the surface on the deflection unit side of the scanning lens farthest from the deflection unit in Example 1. FIG.
7 is a graph showing a change in radius of curvature with respect to the lens height in the main scanning direction of the second surface of the scanning lens farthest from the deflecting means in Embodiment 1. FIG.
8A and 8B are graphs showing beam spot diameters with respect to defocus in Example 1, where FIG. 8A is a graph showing the beam spot diameter in the main scanning direction, and FIG. 8B is a graph showing the beam spot diameter in the sub-scanning direction.
FIGS. 9A and 9B are optical layout diagrams for explaining the wavefront aberration reduction effect of the first embodiment. FIG. 9A is an optical layout diagram in the main scanning corresponding direction, and FIG. 9B is an optical layout diagram in the sub scanning corresponding direction.
FIGS. 10A and 10B are optical layout diagrams for explaining the ghost reduction effect of the first embodiment, in which FIG. 10A is an optical layout diagram in a direction corresponding to a main scanning, and FIG.
FIGS. 11A and 11B show aberration diagrams in Example 2. FIG. 11A shows field curvature, and FIG. 11B shows constant velocity.
12 is a graph showing a change in radius of curvature with respect to the lens height in the main scanning direction of the surface on the deflecting unit side of the scanning lens closest to the deflecting unit in Example 2. FIG.
13 is a graph showing a change in radius of curvature with respect to the lens height in the main scanning direction of the surface on the deflection unit side of the scanning lens farthest from the deflection unit in Example 2. FIG.
14 is a graph showing a change in the radius of curvature of the second surface of the scanning lens farthest from the deflecting means in Example 1 with respect to the lens height in the main scanning direction. FIG.
15A and 15B are graphs showing beam spot diameters with respect to defocus in Example 1, where FIG. 15A is a graph showing the beam spot diameter in the main scanning direction, and FIG. 15B is a graph showing the beam spot diameter in the sub-scanning direction.
FIG. 16 is a front view schematically showing an example of an image forming apparatus to which the optical scanning device according to the invention can be applied.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 Coupling lens
4 Cylindrical lens
5 Polygon mirror as deflection means
7 First scanning lens
8 Second scanning lens
10 Scanned surface

Claims

A light source;
A coupling optical system for coupling the light flux from the light source;
A line image optical system that makes a light beam from the coupling optical system a long line image in the main scanning direction;
Deflection means for deflecting and scanning a light beam from the line image optical system;
A scanning optical system for guiding the light beam from the deflecting means to the surface to be scanned,
The scanning optical system is composed of a scanning lens, and the surface of the scanning lens closest to the deflecting reflection surface that is close to the deflecting means has a negative power in the sub-scanning direction, and the periphery in the main scanning direction from the optical axis of the lens surface. It is a special toric surface whose sub-scanning radius of curvature changes as it goes to
In the optical scanning device, the F-number in the sub-scanning direction of the light beam traveling toward the surface to be scanned is larger in the peripheral portion of the effective scanning width than in the central portion of the effective scanning width.

2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the surface farthest from the deflection reflection surface of the scanning lens closest to the deflection reflection surface is a rotationally symmetric aspherical surface about the optical axis.

All surfaces of the scanning lens are either a rotationally symmetric aspherical surface around the optical axis or a special toric surface whose sub-scanning curvature radius changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. 2. The optical scanning device according to claim 1, wherein:

A light source;
A coupling optical system for coupling the light flux from the light source;
A line image optical system that makes a light beam from the coupling optical system a long line image in the main scanning direction;
Deflection means for deflecting and scanning a light beam from the line image optical system;
A scanning optical system for guiding the light beam from the deflecting means to the surface to be scanned,
The scanning optical system includes a plurality of scanning lenses, and
a. The incident light beam at the outermost periphery of the effective writing width is inclined in the same direction in the deflection rotation plane with respect to the normal of the surface close to the deflection means of the scanning lens;
b. The scanning lens closest to the deflecting means has a concave meniscus shape on the deflecting means side in the main scanning direction;
c. The surface close to the deflection means of the scanning lens closest to the deflection means has a negative power in the sub-scanning direction, and a special toric surface whose sub-scanning curvature changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. Consisting of,
d. The surface of the scanning lens farthest from the deflecting means on the side close to the deflecting means has a positive power in the sub-scanning direction;
An optical scanning device characterized by the above.

A light source;
A coupling optical system for coupling the light flux from the light source;
A line image optical system that makes a light beam from the coupling optical system a long line image in the main scanning direction;
Deflection means for deflecting and scanning a light beam from the line image optical system;
A scanning optical system for guiding the light beam from the deflecting means to the surface to be scanned,
The scanning optical system includes a plurality of scanning lenses, and
a. The scanning lens closest to the deflecting means has a concave meniscus shape on the deflecting means side in the main scanning direction;
b. The surface closest to the deflection means of the scanning lens closest to the deflection means has a negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning curvature radius decreases from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction. It consists of a special toric surface where the sub-scanning curvature radius increases from the value,
c. The surface of the scanning lens farthest from the deflecting means on the side close to the deflecting means has a convex shape toward the deflecting means in the main scanning direction;
d. The scanning lens farthest from the deflection means has a negative power in the main scanning direction;
An optical scanning device characterized by the above.

6. The optical scanning according to claim 1, wherein the image forming apparatus forms an image on a transfer sheet by performing each process of charging, exposure, development, and transfer, and performs the exposure process. An image forming apparatus having the apparatus.