JP2005049535A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は光走査装置および画像形成装置に関する。この発明の光走査装置は「マルチビーム走査方式の光走査装置」であり、この発明の画像形成装置はこの発明の光走査装置を用い、デジタル複写機、光プリンタ、光プロッタやレーザファクシミリ等の画像形成装置として実施できる。
【0002】
【従来の技術】
デジタル複写装置、光プリンタ、光プロッタやレーザファクシミリ等の画像形成装置の光書込み系に用いられる光走査装置において、光書込み速度を向上させる方策として、複数光束により被走査面の複数ラインを同時に光走査する「マルチビーム走査方式」が提案されている。
【0003】
近年、上記の画像形成装置において光走査による画像書込みの高密度化が進みつつあり、被走査面上での光スポット径はますます小径化が望まれている。
光スポット径の小径化には、カップリング後の光束径を大きくする必要があり、このための方策として、従来から、図7に示すように、NA(開口数)を確保するためにカップリングレンズCPLの焦点距離を大きくする(f’>f)ことが行われているが、焦点距離の増大に伴い、図示の如くに「カップリングレンズCPLの外径」が大きくなり、コスト上昇を招来している。
【0004】
また、光走査装置に用いられる光学系には、低コスト化や特殊な面形状を実現するために樹脂製レンズが欠かせないものとなってきている。
【0005】
しかしながら、樹脂製レンズは「環境温度の変動等による曲率半径や屈折率の変動」がガラス製レンズに比して大きく、環境温度の変動に起因して像面が変動すると、被走査面上における光スポットの径が増大する所謂「スポット径太り」が発生して画像劣化の原因となる。環境温度変動による像面変動は、レンズを保持するホルダの熱膨張等によっても生ずる。
【0006】
このような「環境温度変動に伴う像面変動」の低減あるいは解消を提言するものとして、特許文献1〜4記載のものが知られているが、何れも万全という訳ではない。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−292388
【特許文献2】
特開平8−292388
【特許文献3】
特開平10−20225
【特許文献4】
特許公報2761723
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述したところに鑑み、焦点距離の短いカップリングレンズを用いて尚且つスポット径の小径化が可能であり、光学系中に樹脂製レンズを用いつつ、環境温度変動に起因する像面変動を有効に軽減させうる、マルチビーム走査方式の新規な光走査装置の実現、および、この光走査装置を用いる画像形成装置の実現を課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明の光走査装置は「マルチビーム走査方式の光走査装置」であって、光源と、第1〜第3光学系と、光偏向器と、開口絞りとを有する(請求項1)。
【0010】
「光源」は、複数の発光源を有し、複数の光束を放射する。
「第1光学系」は、光源からの複数の光束を入射され、各光束を所望の光束に変換して、以後の光学系にカップリングさせる。上記「所望の光束」は、以後の光学系に応じて適宜に設定されるが、例えば「実質的な平行光束」や「弱い発散性の光束」あるいは「弱い集束性の光束」であることができる。
【0011】
「第2光学系」は、第1光学系からの各光束を、主走査対応方向に長く略線状に集光する光学系である。
「光偏向器」は、第2光学系による略線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、この偏向反射面により複数の光束を偏向する。光偏向器としては、ポリゴンミラーや回転単面鏡、回転2面鏡のような回転型のものや、ガルバノミラーのような揺動型のものを用いることができる。
【0012】
「開口絞り」は、第1光学系と光偏向器との間に配備され、各光束に対するビーム整形を行う。即ち、開口絞りは、これを第1光学系と第2光学系との間に配し、ビーム整形を行った後の各光束を第2光学系に入射させてもよいし、第2光学系と光偏向器との間に配して、「第2光学系の作用により主走査対応方向に長く略線状に結像する各光束」に対してビーム整形を行うようにしても良い。
【0013】
「第3光学系」は、光偏向器により偏向された複数の光束を被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光させる光学系である。光偏向器が回転型のものであれば、第3光学系はfθレンズとなる。また、光偏向器が揺動型のものであるときはf・sinθレンズとなる。
【0014】
第3光学系は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子を有する。
第2光学系は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子と、少なくとも1枚のガラス製結像素子を有する。
【0015】
この第2光学系は「主走査方向において、光束径を拡大させるビームエキスパンド機能」を有する。
【0016】
上記請求項1記載の光走査装置における第2光学系は「少なくとも1枚の結像素子が、主走査方向に負のパワーを有する」ことができる(請求項2)。即ち、ビームエキスパンド機能は、1対の凸レンズの焦点位置を合致させた構成として実現することもできるが、レンズ系の長さが大きくなりがちである。請求項2記載の光走査装置のように、第2光学系中に少なくとも1枚「主走査方向に負のパワーを持つ結像素子」を含めることにより、レンズ系の長さを増大させることなく、主走査方向におけるビームエキスパンド機能を実現できる。
【0017】
請求項1または2記載の光走査装置において、第2光学系に含まれる樹脂製結像素子は「副走査方向に負のパワーを有する面を2面以上有し、第1光学系を保持する保持部材の温度変化による変形に起因する像面湾曲変動および/または第3光学系における樹脂製結像素子の温度変化に起因する像面変動を、有効に補正するように面形状を定められている」ことができる(請求項3)。
【0018】
ここに言う「像面変動」は、第3光学系による光スポットの結像における像面が、第3光学系の光軸方向に微小距離変動することを意味する。像面の移動に伴い、像面湾曲の形状も微妙に変化する。
【0019】
上記請求項1〜3の任意の1に記載の光走査装置において、第2光学系は「副走査方向にパワーを有する結像素子」を少なくとも1枚有し、この結像素子が、各光束の「第1〜第3光学系による副走査方向のビームウエスト位置」を略被走査面に合致させるように位置決めされることができる(請求項4)。
【0020】
また、請求項1〜4の任意の1に記載の光走査装置において、第2光学系は、「主走査方向にパワーを有する結像素子」を少なくとも1枚有し、この結像素子が、各光束の「第1〜第3光学系による主走査方向のビームウエスト位置」を被走査面上に略一致させるように位置決めされることができる(請求項5)。
【0021】
請求項1〜5の任意の1に記載の光走査装置において、第2光学系を構成する結像素子の少なくとも1枚は「主走査方向または副走査方向のみ」にパワーを持つことが好ましい(請求項6)。
【0022】
請求項1〜6の任意の1に記載の光走査装置における第2光学系は、光源側から光偏向器側へ向かって順次、主走査方向にのみ負のパワーを持つガラス製レンズ、主走査方向と副走査方向に異なる負のパワーを持つ樹脂製レンズ、主走査方向と副走査方向に異なる正のパワーを持つガラス製レンズを配してなる構成とすることができる(請求項7)。
【0023】
この発明の光走査装置に用いる光源は「複数の発光源を有するもの」であり、種々のものが使用可能であるが、「複数の発光源を持つ半導体レーザアレイ」は光源として好適である(請求項8)。
半導体レーザアレイにおける発光源の間隔を短くすることは可能だが、隣接する発光源間における「熱的なクロストーク」等の影響を除くためには発光源間隔はある程度大きい方がよく、発光源間隔が大きいほどコスト的にも有利である。
【0024】
然しながら、被走査面上においては各発光源からの光束の形成する光スポットの副走査方向の間隔を、副走査方向の画素密度に応じた値に設定する必要があり、半導体レーザアレイの「副走査方向における発光点間隔をPLs」、被走査面上での走査線間隔をPs、光源と被走査面の間の光学系(第1〜第3光学系)による副走査方向の横倍率をβとすると走査線間隔:Psは、
Ps=PLs×β
で設定される。したがって「走査線間隔を、高密度に対応できる値(1200dpiの場合で21.2μm)」にするには副走査方向の横倍率:βを小さくするか、副走査方向における発光源間隔:PLsを小さくする必要がある。
【0025】
倍率:βを小さくすると、開口絞りの副走査方向の開口幅が小さくなり、光の利用効率が低減し、被走査面上で十分な光量を得るのが困難になる。
発光源間隔:PLsを小さくすると「熱的なクロストーク等」の問題が生じることになる。発光源間隔:PLsを小さくせずに、走査線間隔を小さくするため、半導体レーザアレイを「発光源の配列方向を副走査方向に対して傾けて」配置するのが良い(請求項9)。
【0026】
例えば、半導体レーザアレイにおける発光源間隔が80μmの場合で、発光源の配列方向を副走査方向に対して83.3度傾ける場合であると、第2光学系の最初の面(最も光源側の面)に入射する各光束の主走査方向の光束径:Am、第2光学系の最後の面から射出した各光束の主走査方向の光束径:Apが、条件:
(1) Ap/Am>1.2
を満足することが好ましい(請求項10)。
【0027】
発光源間隔が広がる程、被走査面上で所望のピッチを出すために傾け角を大きくする必要があり、発光源の配列方向を副走査方向に対して30度程度以上傾ける場合には、上記条件式を満足することが好ましい。
上記「Ap/Am」は、第2光学系による「主走査方向のビームエキスパンド比」である。
【0028】
この発明の画像形成装置は「請求項1〜10の任意の1に記載の光走査装置を用いてマルチビーム走査方式による光書込みを行う画像形成装置」である(請求項11)。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
図1は「光走査装置」の実施の1形態を説明するための図である。
複数の発光源を有する光源1は複数の光束を放射するが、図の煩雑化を避けるため、単一の光束の主光線を示している。光源1から放射された光束は「第1光学系」であるカップリングレンズ2によって実質的な平行光束にされて以下の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ2は共軸非球面を有し、カップリングされた光束の波面収差が良好に補正されるように形成されている。
【0030】
カップリングレンズ2から射出した光束は、被走査面上に「所望のスポット径の光スポット」を得るための開口絞り20を通過して「ビーム整形」された後、ガラス製レンズ10に入射する。
【0031】
ガラス製レンズ10の入射面10aは「主走査方向にのみ負のパワーを持つシリンドリカル面」であり、射出面10bは「平面」である。主走査方向は図の面内にあり、副走査方向は図面に直交する方向である。
【0032】
ガラス製レンズ10を通過した光束は樹脂製レンズ11に入射する。樹脂製レンズ11の入射面11aは「主・副走査方向にそれぞれ異なった負のパワーを持つアナモフィック面」である。また、樹脂製レンズ11の射出面11bは、副走査方向にのみ負のパワーを持ったシリンドリカル面である。
【0033】
光束は次いでガラス製レンズ12に入射する。ガラス製レンズ12の入射面12aは副走査方向に正のパワーを持つシリンドリカル面、射出面12bは正のパワーを持つ球面である。ガラス製レンズ12は、トロイダル面で構成することも可能である。
【0034】
ガラス製レンズ10と樹脂製レンズ11およびガラス製レンズ12は、第2光学系100を構成する。第2光学系100は、光束を「主走査方向については平行光束、副走査方向については集束光束」として射出させるが、主走査方向においては、入射する平行光束径に比して、射出する平行光束径を拡大させる。
即ち、第2光学系は、主走査方向に関してビームエキスパンド機能を有する。
【0035】
第2光学系100から射出した光束は、「光偏向器」であるポリゴンミラー5の偏向反射面5Aの近傍に「主走査方向に長く略線状」に結像する。ポリゴンミラー5の偏向反射面5Aにより反射された光束は、ポリゴンミラー5の等速回転に伴い等角速度的に偏向する偏向光束となり、第3光学系600を構成するレンズ61、62の作用により、被走査面7上に光スポットとして集光され、被走査面7を主走査方向(図の上下方向)光走査する。
【0036】
第3光学系600は「fθレンズ」であり、光スポットによる被走査面の光走査を等速化する機能をもつ。光源1からは複数の光束が放射されるので、被走査面7上には複数の光スポットが形成される。これら複数の光スポットは互いに副走査方向へ分離しており、被走査面7の複数ラインを同時に光走査する。
【0037】
第3光学系600を構成するレンズ61、62のうちの少なくとも1枚は「樹脂製レンズ」である。
【0038】
図1に図示されていないが、有効書込み幅を光走査するのに先立ち、同期光を検出し、同期光検知の一定時間後に光走査による書込みを開始する。このとき、複数光束の光スポットの書込み開始位置を一致させる必要があるため、同期検知素子上で光束は少なくとも主走査方向に集光されるのが望ましい。
【0039】
即ち、図1の光走査装置は、複数の発光源を有する光源1と、この光源1からの複数の光束を入射され、各光束を所望の光束(該例で「実質的な平行光束」)に変換して、以後の光学系にカップリングさせる第1光学系2と、この第1光学系2からの各光束を、主走査対応方向に長く略線状に集光する第2光学系100と、略線状の集光部の近傍に偏向反射面5Aを有し、偏向反射面により複数の光束を偏向する光偏向器5と、第1光学系2と光偏向器5の間(該例では第1光学系2と第2光学系100との間)に配備される開口絞り20と、光偏向器5により偏向された複数の光束を被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光させる第3光学系600を有し、第3光学系600は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子を有し、第2光学系100は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子11と、少なくとも1枚のガラス製結像素子10、12を有し、第2光学系100は、主走査方向において、平行光束形態を保って光束径を拡大させるビームエキスパンド機能を有する(請求項1)。
【0040】
第2光学系100における少なくとも1枚の結像素子10は「主走査方向に負のパワー」を有する(請求項2)。
第2光学系100に含まれる「樹脂製結像素子」である樹脂製レンズ11は、副走査方向に負のパワーを有する面を2面(主・副走査方向にそれぞれ異なった負のパワーを持つアナモフィック面11a、および、副走査方向にのみ負のパワーを持ったシリンドリカル面11b)有し、第1光学系2を保持する保持部材の温度変化による変形に起因する像面変動および/または第3光学系600における樹脂製結像素子の温度変化に起因する像面変動を有効に補正するように面形状を定められている(請求項3)。
【0041】
即ち、図1の実施の形態においては、第1光学系2を保持する保持部材の温度変化による変形に起因する像面変動および第3光学系600における樹脂製結像素子の温度変化に起因する像面変動のうち、主走査方向の像面変動を樹脂製レンズ11の入射面11aにおける主走査方向のパワーの変動(樹脂製レンズ11の温度変動に伴う主走査方向の負のパワーの変動)で補正し、副走査方向の像面変動を、入射面11a及び射出面11bの副走査方向のパワー変動で補正する。
【0042】
樹脂製レンズ11は、副走査方向の負のパワーを、入射面11aと射出面11bとに分けて配分しているので、上記負のパワーを1面のみで実現する場合に比して、各面の副走査方向の曲率を小さくできレンズ面の形成が容易である。
【0043】
図3(a)は、光源1として4チャンネル即ち、4個の発光源を持つ半導体レーザアレイを用いた場合のカップリングの様子を示している。
CH1〜CH4は4個の「発光源」を示し、符号2は第1光学系としてのカップリングレンズを示す。4個の発光源CH1〜CH4は、同一直線状に等間隔で配列しており、これら発光源から放射される光束は、発散光束で、そのファーフィールドパターンは、図に示されたように、発光源CH1〜CH4の配列方向に直交する方向を長軸方向とする楕円形である。
【0044】
前述の如く、半導体レーザアレイにおいて発光源CH1〜CH4の相互の間隔を小さくすることは可能だが、熱的なクロストーク等の影響をなくすためには発光源の間隔は広い方がよい。説明中の実施の形態では、発光源CH1〜CH4の間隔を大きくし、被走査面上における光スポット相互の副走査方向の分離量(走査線ピッチ)を所望の大きさにするため、図3(b)に示すように、発光源CH1〜CH4の配列方向を副走査方向(図の上下方向)に対して傾け角:θで傾けて用いている。
【0045】
このようにして、隣接する発光源間隔:Dに対し、発光源の副走査方向の間隔:P0(P0=D・cosθ)を実際の発光源間隔:Dよりも小さくできる。
【0046】
半導体レーザアレイ1を傾けると、図3(c)に示すように、放射光束のファーフィールドパターンの長軸方向も傾き、カップリングレンズ2によりカップリングされた平行光束の断面形状も、長軸が副走査方向に傾いた楕円形状となり、開口絞り20における主走査方向の開口幅:Amを狭めざるを得ない。
【0047】
周知の如く、レーザ光束を集光させたとき、そのビームウエスト径は、集光前の光束径に反比例するので、上記の如く開口幅:Amを狭めると、この光束をそのまま集光させた場合、主走査方向のスポット径を小径化できない。
【0048】
この問題を解決する一つの方策は、前述の如く、カップリングレンズの焦点距離を大きくして回口数:NAを大きくすることであるが、カップリングレンズの外径が大きくなりコスト上昇を招来する。
【0049】
この発明では、第2光学系100に、主走査方向におけるビームエキスパンド機能を持たせることにより、カップリングレンズ2としては焦点距離の短いものを用い、カップリングレンズ2により平行光束化した光束の主走査方向の光束径を第2光学系100により拡大することにより、所望の小径光スポットを得るのに必要な光束径を確保するのである。
【0050】
図4は、第2光学系100の光学作用を示している。図4(a)は、主走査方向の光学作用であり「ビームエキスパンド作用」である。開口絞り20から射出する平行光束は主走査方向に光束径:Amを有するが、ガラス製レンズ10と樹脂製レンズ11の「主走査方向の負のパワー」により、発散傾向を与えられ、ガラス製レンズ12の「主走査方向の正のパワー」により、光束径:Apの平行光束に戻されて、偏向反射面5Aへ入射する。
【0051】
図4(b)は、第2光学系100の副走査方向の光学作用である。開口絞りからの平行光束はガラス製レンズ10を、副走査方向にはそのまま透過し、樹脂製レンズ11により発散光束に変換され、ガラス製レンズ12により、集束光束化されて偏向反射面5Aの位置に集束する。このとき、偏向反射面5Aにおける集束幅が十分に小さくなるように、樹脂製レンズ11により副走査方向に大きく発散させて必要なNAを確保する。
【0052】
開口絞り20から射出する平行光束の主走査方向に光束径:Amと、第2光学系100から射出する光束の主走査方向の光束径:Apの比:Ap/Am、即ちビームエキスパンド比は、半導体レーザアレイ1における発光源CH1〜CH4の間隔が80μm程度の場合には、前述の如く、Ap/Am>1.2であることが好ましく、被走査面7上のスポット径を30μm程度に絞る場合はAp/Am>1.5であることが好ましい。
【0053】
上に説明した実施の形態において、第2光学系100におけるガラス製レンズ10は「主走査方向のみに負のパワー」を有するので、このガラス製レンズ10を光軸方向へ変位させると、副走査方向の光学作用は変化せず、主走査方向のみの光学作用が変化する。このことを利用して、ガラス製レンズ10の光軸方向の位置を微調整し、第3光学系600等の加工誤差等によって発生する「主走査方向におけるビームウエスト位置ずれ」を補正し、主走査方向のビームウエスト位置が被走査面に略一致する調整位置に固定することができる(請求項5)。
【0054】
一方、樹脂製レンズ11は副走査方向にパワーを持っているので、この樹脂製レンズ11を光軸方向に変位させることにより、第3光学系600等の加工誤差等によって発生する「副走査方向におけるビームウエスト位置ずれ」を補正し、副走査方向のビームウエスト位置が被走査面に略一致するように調整位置に固定することができる(請求項4)。
【0055】
第2光学系100における樹脂製レンズ11は、主走査方向・副走査方向に異なる負のパワーを持つので、これを光軸方向へ変位させ、副走査方向におけるビームウエスト位置を被走査面に略一致するように調整することができるが、この調整によって主走査方向におけるビームウエスト位置が被走査面からずれても、ガラス製レンズ10は主走査方向のみにパワーを持っている(請求項6)ので、上記調整による「主走査方向におけるビームウエスト位置のずれ」を、ガラス製レンズ10の光軸方向の変位で補正することができる。
【0056】
上記実施の形態における第2光学系は、光源側から光偏向器側へ向かって順次、主走査方向にのみ負のパワーを持つガラス製レンズ10、主走査方向と副走査方向に異なる負のパワーを持つ樹脂製レンズ11、主走査方向と副走査方向に異なる正のパワーを持つガラス製レンズ12を配してなり(請求項7)、光源1が、複数の発光源を持つ半導体レーザアレイで(請求項8)、発光源CH1〜CH4の配列方向を副走査方向に対して傾けて配置される(請求項9)。
【0057】
【実施例】
以下、上に説明した光走査装置に関連した具体的な数値実施例を挙げる。
レンズ面形状は、以下の定義に従う。
主走査断面内の比円弧形状
「主走査断面」は、レンズ光軸を含み、主走査方向に平行な仮想的平断面である。この面内における非円弧形状は、光軸上の主走査方向の近軸曲率半径:Rm、主走査方向における光軸からの距離:Y、円錐常数:K、高次の係数:A1、A2、A3、A4、A5、A6、・・、光軸方向のデプス:Xを用いて以下の多項式で表す。
奇数次の係数:A1、A3、A5・・の1以上が0でないとき、非円弧形状は主走査方向に非対称形状となるが、実施例では、偶数次の係数のみを用いており、主走査方向に対称形である。
副走査断面内の曲率の主走査方向における変化
「副走査断面」は、主走査方向に直交する仮想的な平断面である。
光軸を含む副走査断面における副走査方向の曲率半径:Rs(0)、主走査方向における光軸からの距離:Y、係数:B1、B2、B3、・・を用い、上記Yの位置における曲率:Cs(Y)を次式で表す。
【0058】
Cs(Y)=1/Rs(0)+B1・Y+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4+B5・Y5+・・(2)
「副非円弧面(主・副走査断面内の形状が何れも非円弧である形状)」
光軸から主走査方向の距離:Y、主走査断面からの副走査方向の距離:Zを用い、光軸方向のデプス:X(Y,Z)を以下の式で表す。
【0059】
式(3)右辺の第2項の和は、サフィックス:nについてとる。右辺第1項及び第2項は、式(1)の右辺と同一である。
【0060】
式(3)右辺の第4項を、
fSAG(Y,Z)=Σ(Σdj,hYh)Zj
とすると、これは、以下のように書くことができる。
【0061】
【0062】
ここに、
Cm(=1/Rm):光軸を含む主走査断面内の近軸曲率
Cs(0)(=1/Rs(0)):光軸を含む副走査断面内の近軸曲率
Cs(Y):主走査方向の位置:Yにおける副走査断面内の近軸曲率
Kz(Y):主走査方向の位置:Yにおける副走査断面内の2次曲線を表す円錐定数
FSAG(Y,Z):非球面高次補正量
Cs(Y)={1/Rs(0)}+B1・Y+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4+B5・Y5+・・
Kz(Y)=C0+C1・Y+C2・Y2+C3・Y3+C4・Y4+C5・Y5+・・
Cs(Y)の右辺における「Yの奇数次係数:B1、B3、B5、・・」の1以上が0でないとき、副走査方向の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
同様に、C1、C3、C5、・・F1、F3、F5・・G1、G3、G5・・等の非円弧量を表すYの奇数次係数が0でないとき、副走査方向の非円弧量が主走査方向に非対称となる。
実施例
図2は、図1の光走査装置の光学配置を、光源1から被走査面7まで直線的に展開した状態を、上下方向を副走査方向として描いている。面間隔を図2に示す如く、d1〜d11とする。また、図1に示すように、レンズ61、62の主走査方向におけるシフト量(図の上方へのシフトを正とする。)を図の如く、d12、d13とする。
【0063】
光源1:半導体レーザアレイ
発光源ピッチ:80μm、発光源数:4チャンネル、発光波長:655nm
発光源配列方向の副走査方向に対する傾け角:θ=83.3度 。
【0064】
走査線ピッチ:
「第1光学系(カップリングレンズ2)」
非球面を持つガラスレンズで収差を良好に補正されている。
焦点距離:27mm、カップリング作用:コリメート作用 。
【0065】
開口絞り20
「開口幅」 主走査方向:4.52mm 副走査方向:1.47mm
設置位置:カップリングレンズ2の光偏向器側の焦点面位置 。
【0066】
「光偏向器(ポリゴンミラー5)」
偏向反射面数:5、内接円半径:18mm
光源側からの光束入射角と第3光学系の光軸とがなす角:60度
光書込み幅:±150mm
画角:±38度
書込密度:1200dpi
走査線ピッチ:21.2μm 。
【0067】
Am=4.52mm、Ap=7.81mm、Ap/Am=1.73
d1=3mm、d2=40mm、d3=4mm、d4=12.5mm、
d5=6mm、d6=135.1mm
ガラス製レンズ10のレンズ面10aの曲率半径
主走査方向:−80.001mm 副走査方向:∞
ガラス製レンズ10のレンズ面10bの曲率半径
主走査方向:∞ 副走査方向:∞ 。
【0068】
樹脂製レンズ11のレンズ面11aの曲率半径
主走査方向:−79.3mm 副走査方向:−16mm(副非円弧面)
樹脂製レンズ11のレンズ面11aの曲率半径
主走査方向:∞ 副走査方向:16mm 。
【0069】
ガラス製レンズ12のレンズ面12aの曲率半径
主走査方向:∞ 副走査方向:23mm
ガラス製レンズ12のレンズ面12aの曲率半径
主走査方向:−69.205mm 副走査方向:−69.205mm(球面)
副非円弧面(レンズ面11a)の形状のデータ
Rm=−79.3 Rs=−16
A0= 3.830626E−0
C0=−4.575435E−0
C2=−4.115910E−0
C4= 1.444109E−1
I0=−4.296593E−4
I2=−1.744060E−4
I4= 4.580594E−6
K0=−1.434818E−4
K2= 3.342279E−5
K4=−2.275387E−7
上の表記において、例えば、「3.342279E−5」は、「3.342279×10−5」を意味する。以下においても同様である。
【0070】
樹脂製レンズ11の材料の屈折率:1.527238(λ=655nm、25℃時)
樹脂製レンズ11の線膨張係数:7E−5
ガラス製レンズ10、12の材料の屈折率:1.738755(λ=655nm、25℃時)
ガラス製レンズ10、12の線膨張係数:5.4E−6
レンズ取り付け部(ベース部材)の線膨張係数:2.31E−5 。
【0071】
d7=71.2mm、d8=30mm、d9=66.5mm、
d10=8.5mm、d11=157.8mm、d12=0.2mm、
d13=0.2mm 。
【0072】
樹脂製走査レンズ61、62の材料の屈折率:1.527238(λ=655nm、25℃時)
樹脂製走査レンズ61、62の線膨張係数:7E−5 。
【0073】
樹脂製レンズ61のレンズ面61aの形状のデータ
Rm=−1030.233346 Rs= −89.518927
A0=−4.041619E+2
A4= 6.005017E−8
A6=−7.538155E−13
A8=−4.036824E−16
A10= 4.592164E−20
A12=−2.396524E−24
B1=−9.317851E−6
B2= 3.269905E−6
B3= 4.132497E−9
B4=−4.207716E−10
B5=−1.170114E−12
B6= 4.370640E−14
B7= 2.347965E−16
B8=−6.212795E−18
B9=−3.967994E−20
B10=−3.873869E−21
B11= 3.816823E−24
B12= 4.535843E−25 。
【0074】
樹脂製レンズ61のレンズ面61bの形状のデータ
Rm=−109.082474 Rs= −110.881332
A0=−5.427642E−1
A4= 9.539024E−8
A6= 4.882194E−13
A8=−1.198993E−16
A10= 5.029989E−20
A12=−5.654269E−24
B2=−3.652575E−7
B4= 2.336762E−11
B6= 8.426224E−14
B8=−1.026127E−17
B10=−2.202344E−21
B12= 1.224555E−26 。
【0075】
樹脂製レンズ62のレンズ面62aの形状のデータ
Rm=1493.654587 Rs= −70.072432
A0= 5.479389E+1
A4=−7.606757E−9
A6=−6.311203E−13
A8= 6.133813E−17
A10=−1.482144E−21
A12= 2.429275E−26
A14=−1.688771E−30
B2=−8.701573E−8
B4= 2.829315E−11
B6=−1.930080E−15
B8= 2.766862E−20
B10= 2.176995E−24
B12=−6.107799E−29 。
【0076】
樹脂製レンズ62のレンズ面62bの形状のデータ
Rm=1748.583900 Rs= −28.034612
A0=−5.488740E+2
A4=−4.978348E−8
A6= 2.325104E−12
A8=−7.619465E−17
A10= 3.322730E−21
A12=−3.571328E−26
A14=−2.198782E−30
B1=−1.440188E−6
B2= 4.696142E−7
B3= 1.853999E−11
B4=−4.153092E−11
B5=−8.494278E−16
B6= 2.193172E−15
B7= 9.003631E−19
B8=−9.271637E−21
B9=−1.328111E−22
B10=−1.409647E−24
B11= 5.520183E−27
B12= 4.513104E−30
C0=−9.999999E−1
I0=−1.320849E−7
I2=−1.087674E−11
I4=−9.022577E−16
I6=−7.344134E−20
K0= 9.396622E−9
K2= 1.148840E−12
K4= 8.063518E−17
K6=−1.473844E−20 。
【0077】
なお、実施例の光学系において、図1、図2に図示されていないが、第2光学系100とポリゴンミラー5の間と、ポリゴンミラー5と第3光学系600との間に、共通の防音ガラス(厚さ:1.9mm、屈折率:1.51437)が設けられ、第3光学系600と被走査面7との間には、防塵ガラス(厚さ:1.9mm、屈折率:1.51437)が設けられている。
【0078】
防音ガラスは、第3光学系600の光軸に対して傾き角:8度をもって傾けて配置され、防塵ガラスは、副走査方向に対して20度傾けて配置されている。
半導体レーザアレイ1の各発光源から放射される発散性の光束の発散角は、半値全角で、接合面直交方向が30度、接合面平行方向が8度である。
図5に上記実施例のスポット径を示す。(a)は主走査方向、(b)は副走査方向のもので、像高:±150mm、±80mm、および0mmにつき示す。横軸のデフォーカス(mm)は、主・副走査方向のビームウエスト位置(主走査方向の像面)の「被走査面からのずれ量」を示し、縦軸が「スポット径」を示す。
【0079】
設計上、主走査方向のスポット径は30μm、副走査方向のスポット径は40μmをねらいとしている。主・副走査方向とも良好な焦点深度を有している。
【0080】
即ち、実施例の光走査装置では、半導体レーザアレイ1における発光源間隔が80μmであり、開口絞り20を通過して第2光学系100に入射する各光束の主走査方向の光束径:Am=4.52mm、第2光学系100を射出した各光束の主走査方向の光束径:Ap=7.81mmが、条件:
(1) Ap/Am=1.73>1.2
を満足する(請求項10)。
【0081】
上記実施例において、環境温度変動に伴なう像面変動は、標準温度:25℃、温度範囲:0〜45℃の範囲において、主走査方向において±0.1mm程度、副走査方向において±0.3mm程度であり、図5のスポット径の特性図から明らかなように、像面変動が上記範囲であれば、像面変動に伴うデフォーカスによるスポット径変動は、上記狙いとする主走査方向のスポット径:30μm、副走査方向のスポット径:40μmを外れることがない。
【0082】
【発明の実施の形態】
図6に画像形成装置の実施の1形態として光プリンタ(レーザプリンタ)を示す。
レーザプリンタ200は潜像担持体111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。潜像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、レーザビームLBによりマルチビーム走査方式の光走査を行う光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【0083】
図6において、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイ、符号Pは記録媒体としての転写紙を示している。
【0084】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一帯電され、光走査装置117のレーザビームLBによるマルチビーム走査方式の光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
【0085】
この静電潜像は現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。
【0086】
転写紙Pを収納したカセット118は、画像形成装置100本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対119に捉えられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。
【0087】
トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【0088】
光走査装置として、上に説明した実施の形態や実施例のものを用いて、高密度の良好な画像形成を実現できる。
【0089】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によればマルチビーム走査方式の新規な光走査装置および画像形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、光源からの複数の光束をカップリングする第1光学系として、焦点距離の短いカップリングレンズを用いても、第2光学系のビームエキスパンダ機能により「小径の光スポットを実現するに必要な光束径」を確保でき、また、樹脂製結像素子そのものに結像位置のずれを補正する作用を持たせることで、機械的に結像位置のずれを調整する従来技術にくらべて、コストを削減し、消費電力を抑えることができる。
【0090】
この発明の光走査装置を用いることにより、この発明の画像形成装置は小径の光スポットにより高密度の精細な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図2】図1の光学配置を、光源から被走査面にいたる光路を直線的に展開して描いた図である。
【図3】複数の発光源を有する光源の1例である半導体レーザアレイを説明するための図である。
【図4】第2光学系の光学作用を説明するための図である。
【図5】実施例におけるスポット径の特性を説明するための図である。
【図6】画像形成装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図7】カップリングレンズのNAとレンズ外径の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1 光源(半導体レーザアレイ)
2 第1光学系(カップリングレンズ)
5 光偏向器(ポリゴンミラー)
5A 偏向反射面
20 開口絞り
100 第2光学系
600 第3光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus. The optical scanning device of the present invention is a “multi-beam scanning optical scanning device”, and the image forming apparatus of the present invention uses the optical scanning device of the present invention, such as a digital copying machine, an optical printer, an optical plotter, and a laser facsimile. It can be implemented as an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In an optical scanning device used in the optical writing system of an image forming apparatus such as a digital copying apparatus, an optical printer, an optical plotter, or a laser facsimile, as a measure for improving the optical writing speed, a plurality of lines on a scanned surface are simultaneously irradiated with a plurality of light beams. A “multi-beam scanning method” for scanning has been proposed.
[0003]
In recent years, in the image forming apparatus described above, the density of image writing by optical scanning is increasing, and it is desired that the diameter of the light spot on the surface to be scanned be further reduced.
In order to reduce the diameter of the light spot, it is necessary to increase the diameter of the light beam after coupling. As a measure for this, as shown in FIG. 7, coupling has been conventionally performed in order to ensure NA (numerical aperture). Although the focal length of the lens CPL is increased (f ′> f), as the focal length increases, the “outer diameter of the coupling lens CPL” increases as shown in FIG. is doing.
[0004]
In addition, in an optical system used for an optical scanning device, a resin lens has become indispensable in order to realize cost reduction and a special surface shape.
[0005]
However, a resin lens has a larger “radius of curvature and refractive index due to environmental temperature fluctuations” than a glass lens, and if the image plane fluctuates due to environmental temperature fluctuations, A so-called “spot diameter thickening” in which the diameter of the light spot increases causes image deterioration. Image plane fluctuations due to environmental temperature fluctuations are also caused by thermal expansion of the holder that holds the lens.
[0006]
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-292388
[Patent Document 2]
JP-A-8-292388
[Patent Document 3]
JP 10-20225 A
[Patent Document 4]
Patent Publication 2671723
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention can reduce the spot diameter by using a coupling lens with a short focal length, and can reduce the spot diameter. It is an object of the present invention to realize a novel optical scanning apparatus of a multi-beam scanning system that can effectively reduce surface fluctuations, and to realize an image forming apparatus using the optical scanning apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The optical scanning device of the present invention is a “multi-beam scanning optical scanning device” and includes a light source, first to third optical systems, an optical deflector, and an aperture stop.
[0010]
The “light source” has a plurality of light sources and emits a plurality of light fluxes.
The “first optical system” receives a plurality of light beams from a light source, converts each light beam into a desired light beam, and couples it to a subsequent optical system. The “desired light beam” is appropriately set according to the subsequent optical system. For example, the “desired light beam” may be a “substantially parallel light beam”, a “weakly divergent light beam”, or a “weakly convergent light beam”. it can.
[0011]
The “second optical system” is an optical system that collects each light beam from the first optical system in a substantially linear shape that is long in the main scanning corresponding direction.
The “optical deflector” has a deflecting / reflecting surface in the vicinity of the substantially linear condensing unit by the second optical system, and deflects a plurality of light beams by the deflecting / reflecting surface. As the optical deflector, a rotary type such as a polygon mirror, a rotary single mirror, a rotary dihedral mirror, or a swing type such as a galvano mirror can be used.
[0012]
The “aperture stop” is disposed between the first optical system and the optical deflector, and performs beam shaping for each light beam. That is, the aperture stop may be disposed between the first optical system and the second optical system, and each light beam after beam shaping may be incident on the second optical system. May be arranged between the optical deflector and the optical deflector to perform beam shaping on “each light beam that forms an image in a substantially linear shape in the main scanning direction by the action of the second optical system”.
[0013]
The “third optical system” is an optical system that condenses a plurality of light beams deflected by the optical deflector as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction on the surface to be scanned. If the optical deflector is a rotary type, the third optical system is an fθ lens. Further, when the optical deflector is of a swinging type, it becomes an f · sin θ lens.
[0014]
The third optical system has at least one resinous imaging element.
The second optical system includes at least one resin imaging element and at least one glass imaging element.
[0015]
The second optical system has a “beam expanding function for expanding the beam diameter in the main scanning direction”.
[0016]
The second optical system in the optical scanning device according to
[0017]
3. The optical scanning device according to
[0018]
Here, “image plane fluctuation” means that the image plane in the image formation of the light spot by the third optical system fluctuates by a minute distance in the optical axis direction of the third optical system. As the image plane moves, the shape of the field curvature also changes slightly.
[0019]
4. The optical scanning device according to
[0020]
Further, in the optical scanning device according to any one of
[0021]
6. The optical scanning device according to
[0022]
A second optical system in an optical scanning device according to any one of
[0023]
The light source used in the optical scanning device of the present invention is “having a plurality of light emitting sources”, and various types can be used, but “semiconductor laser array having a plurality of light emitting sources” is suitable as a light source ( Claim 8).
Although it is possible to shorten the interval between the light emitting sources in the semiconductor laser array, in order to eliminate the influence of “thermal crosstalk” between adjacent light emitting sources, it is better that the light source interval is somewhat large. Larger is more advantageous in terms of cost.
[0024]
However, on the surface to be scanned, it is necessary to set the interval in the sub-scanning direction of the light spots formed by the light flux from each light source to a value corresponding to the pixel density in the sub-scanning direction. PLs is the light emitting point interval in the scanning direction, Ps is the scanning line interval on the surface to be scanned, and β is the lateral magnification in the sub-scanning direction by the optical system (first to third optical systems) between the light source and the surface to be scanned. Then, the scanning line interval: Ps is
Ps = PLs × β
Set by. Therefore, in order to make “the scanning line interval a value that can correspond to high density (21.2 μm in the case of 1200 dpi)”, the horizontal magnification in the sub-scanning direction: β is reduced or the light source interval in the sub-scanning direction: PLs is set. It needs to be small.
[0025]
When the magnification β is reduced, the aperture width of the aperture stop in the sub-scanning direction is reduced, the light use efficiency is reduced, and it becomes difficult to obtain a sufficient amount of light on the surface to be scanned.
If the light source spacing: PLs is reduced, the problem of “thermal crosstalk and the like” occurs. Light emitting source interval: In order to reduce the scanning line interval without reducing PLs, it is preferable to arrange the semiconductor laser array “inclined the light emitting source arrangement direction with respect to the sub-scanning direction”.
[0026]
For example, when the interval between the light emitting sources in the semiconductor laser array is 80 μm and the arrangement direction of the light emitting sources is inclined by 83.3 degrees with respect to the sub-scanning direction, the first surface of the second optical system (most light source side) The light beam diameter in the main scanning direction of each light beam incident on the surface) is Am, and the light beam diameter in the main scanning direction of each light beam emitted from the last surface of the second optical system is Ap.
(1) Ap / Am> 1.2
Is preferably satisfied (claim 10).
[0027]
As the light source spacing increases, it is necessary to increase the tilt angle in order to obtain a desired pitch on the surface to be scanned. When the light emitting source array direction is tilted by about 30 degrees or more with respect to the sub-scanning direction, It is preferable to satisfy the conditional expression.
The “Ap / Am” is the “beam expansion ratio in the main scanning direction” by the second optical system.
[0028]
The image forming apparatus of the present invention is “an image forming apparatus that performs optical writing by a multi-beam scanning method using the optical scanning device according to any one of
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of an “optical scanning device”.
A
[0030]
The light beam emitted from the
[0031]
The
[0032]
The light beam that has passed through the
[0033]
The light beam then enters the
[0034]
The
That is, the second optical system has a beam expanding function in the main scanning direction.
[0035]
The light beam emitted from the second
[0036]
The third
[0037]
At least one of the
[0038]
Although not shown in FIG. 1, prior to optical scanning of the effective writing width, synchronous light is detected, and writing by optical scanning is started after a predetermined time from detection of the synchronous light. At this time, since it is necessary to match the writing start positions of the light spots of the plurality of light beams, it is desirable that the light beams are condensed at least in the main scanning direction on the synchronization detection element.
[0039]
That is, the optical scanning device of FIG. 1 receives a
[0040]
At least one
The
[0041]
That is, in the embodiment of FIG. 1, it is caused by an image plane variation caused by deformation due to a temperature change of the holding member that holds the first
[0042]
The
[0043]
FIG. 3A shows a coupling state when a
CH1 to CH4 represent four “light emitting sources”, and
[0044]
As described above, it is possible to reduce the distance between the light emission sources CH1 to CH4 in the semiconductor laser array. However, in order to eliminate the influence of thermal crosstalk or the like, it is preferable that the distance between the light emission sources is wide. In the embodiment being described, the interval between the light sources CH1 to CH4 is increased, and the separation amount (scanning line pitch) in the sub-scanning direction between the light spots on the surface to be scanned is set to a desired size. As shown in (b), the light emitting sources CH1 to CH4 are used with the arrangement direction inclined at an inclination angle θ with respect to the sub-scanning direction (vertical direction in the figure).
[0045]
In this way, with respect to the adjacent light source spacing: D, the light source spacing in the sub-scanning direction: P0(P0= D · cos θ) can be made smaller than the actual light source interval: D.
[0046]
When the
[0047]
As is well known, when a laser beam is condensed, the beam waist diameter is inversely proportional to the beam diameter before the beam is condensed. The spot diameter in the main scanning direction cannot be reduced.
[0048]
One measure for solving this problem is to increase the focal length of the coupling lens and increase the number of turns: NA as described above. However, the outer diameter of the coupling lens increases and the cost increases. .
[0049]
In the present invention, by providing the second
[0050]
FIG. 4 shows the optical action of the second
[0051]
FIG. 4B shows the optical action of the second
[0052]
The ratio of the light beam diameter Am in the main scanning direction of the parallel light beam emitted from the
[0053]
In the embodiment described above, the
[0054]
On the other hand, since the
[0055]
Since the
[0056]
The second optical system in the above-described embodiment includes, in order from the light source side to the optical deflector side, a
[0057]
【Example】
Hereinafter, specific numerical examples related to the optical scanning device described above will be given.
The lens surface shape conforms to the following definition.
Specific arc shape in the main scanning section
The “main scanning section” is a virtual plane section including the lens optical axis and parallel to the main scanning direction. The non-arc shape in this plane has a paraxial radius of curvature in the main scanning direction on the optical axis: Rm, a distance from the optical axis in the main scanning direction: Y, a cone constant: K, and higher order coefficients: A1, A2, A3, A4, A5, A6,... Depth in optical axis direction: X is used to express the following polynomial.
When one or more of odd-order coefficients A1, A3, A5,... Is not 0, the non-circular arc shape is asymmetric in the main scanning direction, but in the embodiment, only even-order coefficients are used. Symmetric in direction.
Change in curvature in the sub-scan section in the main scan direction
The “sub-scanning cross section” is a virtual flat cross section orthogonal to the main scanning direction.
Using the radius of curvature in the sub-scanning direction in the sub-scanning section including the optical axis: Rs (0), the distance from the optical axis in the main scanning direction: Y, the coefficients: B1, B2, B3,. Curvature: Cs (Y) is expressed by the following equation.
[0058]
Cs (Y) = 1 / Rs (0) + B1 · Y + B2 · Y2+ B3 · Y3+ B4 · Y4+ B5 · Y5+ (2)
"Sub non-arc surface (shapes in the main and sub scanning sections are both non-arc)"
The distance in the main scanning direction from the optical axis: Y, the distance in the sub-scanning direction from the main scanning section: Z, and the depth in the optical axis direction: X (Y, Z) are expressed by the following equations.
[0059]
The sum of the second term on the right side of Equation (3) is taken for the suffix: n. The first term and the second term on the right side are the same as the right side of Equation (1).
[0060]
The fourth term on the right side of Equation (3) is
fSAG(Y, Z) = Σ (Σdj, hYhZj
Then this can be written as:
[0061]
[0062]
here,
Cm (= 1 / Rm): Paraxial curvature in the main scanning section including the optical axis
Cs (0) (= 1 / Rs (0)): Paraxial curvature in the sub-scan section including the optical axis
Cs (Y): position in the main scanning direction: paraxial curvature in the sub-scan section at Y
Kz (Y): position in the main scanning direction: conic constant representing a quadratic curve in the sub-scanning section at Y
FSAG(Y, Z): Aspheric high-order correction amount
Cs (Y) = {1 / Rs (0)} + B1 · Y + B2 · Y2+ B3 · Y3+ B4 · Y4+ B5 · Y5+ ...
Kz (Y) = C0 + C1 · Y + C2 · Y2+ C3 · Y3+ C4 · Y4+ C5 ・ Y5+ ...
When one or more of “odd order coefficients of Y: B1, B3, B5,...” On the right side of Cs (Y) is not 0, the radius of curvature in the sub-scanning direction becomes asymmetric in the main scanning direction.
Similarly, when the odd-order coefficient of Y representing non-arc amounts such as C1, C3, C5,... F1, F3, F5, G1, G3, G5,. Asymmetric in the main scanning direction.
Example
FIG. 2 depicts a state in which the optical arrangement of the optical scanning device of FIG. 1 is linearly developed from the
[0063]
Light source 1: Semiconductor laser array
Emission source pitch: 80 μm, Emission source number: 4 channels, Emission wavelength: 655 nm
Tilt angle with respect to the sub-scanning direction of the light source array direction: θ = 83.3 degrees
[0064]
Scan line pitch:
"First optical system (coupling lens 2)"
Aberration is corrected well with a glass lens having an aspherical surface.
Focal length: 27 mm, coupling action: collimating action.
[0065]
“Aperture width” Main scanning direction: 4.52 mm Sub-scanning direction: 1.47 mm
Installation position: focal plane position of the
[0066]
"Optical deflector (polygon mirror 5)"
Number of deflection reflecting surfaces: 5, inscribed circle radius: 18 mm
Angle formed by the light beam incident angle from the light source side and the optical axis of the third optical system: 60 degrees
Optical writing width: ± 150mm
Angle of view: ± 38 degrees
Writing density: 1200 dpi
Scan line pitch: 21.2 μm.
[0067]
Am = 4.52 mm, Ap = 7.81 mm, Ap / Am = 1.73
d1 = 3 mm, d2 = 40 mm, d3 = 4 mm, d4 = 12.5 mm,
d5 = 6 mm, d6 = 135.1 mm
The radius of curvature of the
Main scanning direction: −80.001 mm Sub scanning direction: ∞
The radius of curvature of the
Main scanning direction: ∞ Sub scanning direction: ∞.
[0068]
The radius of curvature of the lens surface 11a of the
Main scanning direction: -79.3 mm Sub scanning direction: -16 mm (sub non-arc surface)
The radius of curvature of the lens surface 11a of the
Main scanning direction: ∞ Sub scanning direction: 16 mm.
[0069]
The radius of curvature of the
Main scanning direction: ∞ Sub scanning direction: 23 mm
The radius of curvature of the
Main scanning direction: −69.205 mm Sub scanning direction: −69.205 mm (spherical surface)
Data on the shape of the secondary non-arc surface (lens surface 11a)
Rm = -79.3 Rs = -16
A0 = 3.830626E-0
C0 = −4.575435E−0
C2 = -4.115910E-0
C4 = 1.444109E-1
I0 = -4.293593E-4
I2 = −1.744060E-4
I4 = 4.580594E-6
K0 = -1.434818E-4
K2 = 3.334279E-5
K4 = −2.275387E-7
In the above notation, for example, “3.334279E-5” is “3.334279 × 10”.-5"Means. The same applies to the following.
[0070]
Refractive index of the material of the resin lens 11: 1.527238 (λ = 655 nm, at 25 ° C.)
Linear expansion coefficient of resin lens 11: 7E-5
Refractive index of the material of the
Linear expansion coefficient of the
The coefficient of linear expansion of the lens mounting portion (base member): 2.31E-5.
[0071]
d7 = 71.2 mm, d8 = 30 mm, d9 = 66.5 mm,
d10 = 8.5 mm, d11 = 157.8 mm, d12 = 0.2 mm,
d13 = 0.2 mm.
[0072]
Refractive index of the material of the
Linear expansion coefficient of the
[0073]
Data of the shape of the
Rm = −1030.233346 Rs = −89.518927
A0 = −4.041619
A4 = 6.005017E-8
A6 = −7.538155E-13
A8 = −4.036824E-16
A10 = 4.592164E-20
A12 = -2.396524E-24
B1 = −9.317851E-6
B2 = 3.269905E-6
B3 = 4.133297E-9
B4 = -4.207716E-10
B5 = -1.170114E-12
B6 = 4.370640E-14
B7 = 2.347965E-16
B8 = −6.212795E−18
B9 = −3.996794E-20
B10 = −3.8873869E-21
B11 = 3.881623E-24
B12 = 4.535843E-25.
[0074]
Data of the shape of the
Rm = −109.082474 Rs = −110.813322
A0 = −5.427642E−1
A4 = 9.539024E-8
A6 = 4.882194E-13
A8 = -1.198993E-16
A10 = 5.029989E-20
A12 = -5.654269E-24
B2 = -3.662575E-7
B4 = 2.336762E-11
B6 = 8.426224E-14
B8 = −1.026127E-17
B10 = -2.202344E-21
B12 = 1.224555E-26.
[0075]
Data of the shape of the
Rm = 1493.654545 Rs = −70.072432
A0 = 5.479389
A4 = −7.6606757E-9
A6 = −6.3311203E-13
A8 = 6.133813E-17
A10 = −1.482144E-21
A12 = 2.429275E-26
A14 = −1.6888771E-30
B2 = −8.701573E−8
B4 = 2.829315E-11
B6 = -1.930080E-15
B8 = 2.766862E-20
B10 = 2.176769E-24
B12 = -6.107799E-29.
[0076]
Data of the shape of the
Rm = 17488.583900 Rs = −28.034612
A0 = −5.488740
A4 = -4.978348E-8
A6 = 2.325104E-12
A8 = −7.619465E−17
A10 = 3.332230E-21
A12 = −3.571328E−26
A14 = −2.9878782E-30
B1 = −1.440188E-6
B2 = 4.6696142E-7
B3 = 1.853999E-11
B4 = −4.153092E-11
B5 = −8.494278E-16
B6 = 2.193172E-15
B7 = 9.003631E-19
B8 = −9.271637E-21
B9 = -1.328111E-22
B10 = -1.409647E-24
B11 = 5.520183E-27
B12 = 4.513104E-30
C0 = -9.99999999E-1
I0 = -1.320849E-7
I2 = −1.08774E-11
I4 = −9.022577E-16
I6 = −7.3344134E−20
K0 = 9.396622E-9
K2 = 1.148840E-12
K4 = 8.063518E-17
K6 = -1.473844E-20.
[0077]
Although not shown in FIGS. 1 and 2 in the optical system of the embodiment, it is common between the second
[0078]
The soundproof glass is disposed with an inclination angle of 8 degrees with respect to the optical axis of the third
The divergence angle of the divergent light beam emitted from each light source of the
FIG. 5 shows the spot diameter of the above example. (A) is in the main scanning direction, (b) is in the sub-scanning direction, and image heights are shown for ± 150 mm, ± 80 mm, and 0 mm. The defocus (mm) on the horizontal axis indicates the “deviation amount from the scanned surface” of the beam waist position (image plane in the main scanning direction) in the main / sub-scanning direction, and the vertical axis indicates the “spot diameter”.
[0079]
In design, the spot diameter in the main scanning direction is 30 μm, and the spot diameter in the sub-scanning direction is 40 μm. It has a good depth of focus in both the main and sub scanning directions.
[0080]
That is, in the optical scanning device of the embodiment, the light source interval in the
(1) Ap / Am = 1.73> 1.2
(Claim 10).
[0081]
In the above embodiment, the image plane variation due to the environmental temperature variation is about ± 0.1 mm in the main scanning direction and ± 0 in the sub scanning direction in the standard temperature: 25 ° C. and temperature range: 0 to 45 ° C. As is clear from the spot diameter characteristic diagram of FIG. 5, if the image plane variation is in the above range, the spot diameter variation due to defocus accompanying the image plane variation is the target main scanning direction. The spot diameter is 30 μm and the spot diameter in the sub-scanning direction is not deviated from 40 μm.
[0082]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 6 shows an optical printer (laser printer) as one embodiment of the image forming apparatus.
The
[0083]
In FIG. 6,
[0084]
When performing image formation, the
[0085]
This electrostatic latent image is reversely developed by the developing
[0086]
The
[0087]
The transfer paper P to which the toner image is transferred is sent to the
[0088]
As the optical scanning device, the above-described embodiment or example can be used to realize good image formation with high density.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel optical scanning apparatus and image forming apparatus of a multi-beam scanning system can be realized. In the optical scanning device of the present invention, even if a coupling lens with a short focal length is used as the first optical system for coupling a plurality of light beams from the light source, the “small-diameter light” is obtained by the beam expander function of the second optical system. The beam diameter necessary to realize a spot ”can be secured, and the resin imaging element itself has a function of correcting the deviation of the imaging position to mechanically adjust the deviation of the imaging position. Compared to technology, cost can be reduced and power consumption can be reduced.
[0090]
By using the optical scanning apparatus of the present invention, the image forming apparatus of the present invention can form a high-definition and fine image with a small-diameter light spot.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an optical scanning device.
2 is a diagram in which the optical arrangement of FIG. 1 is drawn by linearly developing an optical path from a light source to a scanned surface.
FIG. 3 is a diagram for explaining a semiconductor laser array which is an example of a light source having a plurality of light emitting sources.
FIG. 4 is a diagram for explaining an optical action of a second optical system.
FIG. 5 is a diagram for explaining the characteristics of the spot diameter in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining one embodiment of an image forming apparatus.
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the NA of a coupling lens and the lens outer diameter.
[Explanation of symbols]
1 Light source (semiconductor laser array)
2 First optical system (coupling lens)
5 Optical deflector (polygon mirror)
5A deflection reflective surface
20 Aperture stop
100 Second optical system
600 Third optical system
Claims (11)
この光源からの複数の光束を所望の光束に変換して、以後の光学系にカップリングさせる第1光学系と、
この第1光学系からの各光束を、主走査対応方向に長く略線状に集光する第2光学系と、
上記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、該偏向反射面により上記複数の光束を偏向させる光偏向器と、
上記第1光学系と光偏向器との間に配備される開口絞りと、
上記光偏向器により偏向された複数の光束を被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光させる第3光学系とを有し、
上記第3光学系は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子を有し、
上記第2光学系は、少なくとも1枚の樹脂製結像素子と、少なくとも1枚のガラス製結像素子を有し、
上記第2光学系が、主走査方向において、光束径を拡大させるビームエキスパンド機能を有することを特徴とするマルチビーム走査方式の光走査装置。A light source having a plurality of light emitting sources;
A first optical system that converts a plurality of light beams from the light source into a desired light beam and couples it to a subsequent optical system;
A second optical system for condensing each light beam from the first optical system in a substantially linear shape that is long in the main scanning correspondence direction;
An optical deflector having a deflection reflection surface in the vicinity of the substantially linear condensing unit, and deflecting the plurality of light beams by the deflection reflection surface;
An aperture stop disposed between the first optical system and the optical deflector;
A third optical system for condensing a plurality of light beams deflected by the optical deflector as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction on the surface to be scanned;
The third optical system has at least one resin imaging element,
The second optical system has at least one resin imaging element and at least one glass imaging element,
The multi-beam scanning type optical scanning device, wherein the second optical system has a beam expanding function for expanding a beam diameter in the main scanning direction.
第2光学系における少なくとも1枚の結像素子が、主走査方向に負のパワーを有することを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device, wherein at least one imaging element in the second optical system has a negative power in the main scanning direction.
第2光学系に含まれる樹脂製結像素子は、副走査方向に負のパワーを有する面を2面以上有し、第1光学系を保持する保持部材の温度変化による変形に起因する像面変動および/または第3光学系における樹脂製結像素子の温度変化に起因する像面変動を有効に補正するように面形状を定められていることを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to claim 1 or 2,
The resinous imaging element included in the second optical system has two or more surfaces having negative power in the sub-scanning direction, and an image surface caused by deformation due to a temperature change of the holding member that holds the first optical system. An optical scanning device characterized in that a surface shape is determined so as to effectively correct fluctuations and / or image plane fluctuations caused by temperature changes of a resin imaging element in the third optical system.
第2光学系は、副走査方向にパワーを有する結像素子を少なくとも1枚有し、この結像素子が、各光束の、第1〜第3光学系による副走査方向のビームウエスト位置を略被走査面に合致させるように位置決めされることを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
The second optical system has at least one imaging element having power in the sub-scanning direction, and the imaging element substantially determines the beam waist position of each light beam in the sub-scanning direction by the first to third optical systems. An optical scanning device characterized by being positioned so as to coincide with a surface to be scanned.
第2光学系は、主走査方向にパワーを有する結像素子を少なくとも1枚有し、この結像素子が、各光束の、第1〜第3光学系による主走査方向のビームウエスト位置を被走査面上に略一致させるように位置決めされることを特徴とする調整方法。The optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
The second optical system has at least one imaging element having power in the main scanning direction, and this imaging element covers the beam waist position of each light beam in the main scanning direction by the first to third optical systems. An adjustment method characterized by being positioned so as to substantially coincide with a scanning plane.
第2光学系を構成する結像素子の少なくとも1枚は、主走査方向または副走査方向のみにパワーを持つことを特徴とする光走査装置。In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the imaging elements constituting the second optical system has power only in the main scanning direction or the sub-scanning direction.
第2光学系が、光源側から光偏向器側へ向かって順次、主走査方向にのみ負のパワーを持つガラス製レンズ、主走査方向と副走査方向に異なる負のパワーを持つ樹脂製レンズ、主走査方向と副走査方向に異なる正のパワーを持つガラス製レンズを配してなることを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
A glass lens having a negative power only in the main scanning direction, a resin lens having a negative power different in the main scanning direction and the sub-scanning direction, sequentially from the light source side toward the optical deflector side, An optical scanning device comprising glass lenses having different positive powers in a main scanning direction and a sub-scanning direction.
光源が、複数の発光源を持つ半導体レーザアレイであることを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
An optical scanning device, wherein the light source is a semiconductor laser array having a plurality of light emitting sources.
半導体レーザアレイは、発光源の配列方向を副走査方向に対して傾けて配置されることを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to claim 8.
The semiconductor laser array is arranged with the arrangement direction of the light emitting sources inclined with respect to the sub-scanning direction.
第2光学系の最初の面に入射する各光束の主走査方向の光束径:Am、上記第2光学系の最後の面から射出する各光束の主走査方向の光束径:Apが、条件:
(1) Ap/Am>1.2
を満足することを特徴とする光走査装置。The optical scanning device according to claim 9.
Condition: The light beam diameter in the main scanning direction of each light beam incident on the first surface of the second optical system is Am, and the light beam diameter in the main scanning direction of each light beam emitted from the last surface of the second optical system is as follows:
(1) Ap / Am> 1.2
An optical scanning device characterized by satisfying
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007079514A (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical scanner |
JP2007171851A (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Sharp Corp | Laser scan optical system and image forming apparatus |
JP2010002852A (en) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Ricoh Co Ltd | Optical scanning optical system, optical scanning device and image forming apparatus using the same |
JP2010217456A (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Ricoh Co Ltd | Optical scanner and image forming apparatus |
JP2018059757A (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Light projection optical system and object detector |
-
2003
- 2003-07-31 JP JP2003204848A patent/JP2005049535A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007079514A (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical scanner |
JP4736660B2 (en) * | 2005-09-16 | 2011-07-27 | 富士ゼロックス株式会社 | Optical scanning device |
JP2007171851A (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Sharp Corp | Laser scan optical system and image forming apparatus |
US7755809B2 (en) | 2005-12-26 | 2010-07-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Laser scanning optical system and image forming apparatus |
JP2010002852A (en) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Ricoh Co Ltd | Optical scanning optical system, optical scanning device and image forming apparatus using the same |
JP2010217456A (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Ricoh Co Ltd | Optical scanner and image forming apparatus |
JP2018059757A (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | Light projection optical system and object detector |
US10551035B2 (en) | 2016-10-04 | 2020-02-04 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Projection optical system and object detection device |
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