JP2005140833A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置及び、それを用いたレーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザープロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer, a digital copying machine, a facsimile, and a laser plotter using the optical scanning apparatus.
近年、レーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置では、形成される画像の高密度化が加速してきており、形成画像の高密度化を図るには、感光体などの像担持体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。
そこで、ビームスポットの小径化のために、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)。
In recent years, in an electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer, the density of formed images has been accelerated, and in order to increase the density of formed images, image formation of an image carrier such as a photoconductor is performed. It is necessary to reduce the diameter of the beam spot that performs optical scanning on the surface, and an optical scanning device is required to realize this.
Therefore, 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 two-lens scanning lens composed of a toric surface has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
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)。 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).
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、
・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、
という未解決の課題があった。
However, the scanning lens using the conventional special toric surface as described in
・ The beam spot diameter increases due to eccentricity.
-If the special toric surface is used for a surface with a large inclination angle, the processing accuracy deteriorates, and a beam spot diameter increases due to a shape error such as waviness, and image defects such as vertical stripes occur.
There was an unresolved issue.
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。
さらに、特許文献1、特許文献2に記載されている走査レンズは、いずれも副走査曲率半径が主走査方向に非対称となる面を採用しているが、回転対称非球面は用いていない。
Moreover, the scanning lens using the conventional special toric surface as described in
Furthermore, the scanning lenses described in
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、加工性に優れ、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、薄肉で、小型な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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device that is excellent in processability and can realize a reduction in beam spot diameter.
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.
本発明は上記目的を達成するための手段として、以下のような構成を採用する。
本発明の第1の構成は、光走査装置であって、光源と、該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、該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、該線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、該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、前記走査光学系は、複数の走査レンズからなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、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からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足することを特徴とする(請求項1)。
The present invention adopts the following configurations as means for achieving the above object.
A first configuration of the present invention is an optical scanning device, and includes a light source, a coupling optical system for coupling a light beam from the light source, and a line image in which the light beam from the coupling optical system is long in the main scanning direction. A linear image optical system, a deflecting unit that deflects and scans the light beam from the linear image optical system, and a scanning optical system that guides the light beam from the deflecting unit to a surface to be scanned. Consisting of multiple scanning lenses,
At least one scanning lens is composed of a rotationally symmetric aspherical surface 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.
A surface having a region having the largest inclination angle within an effective range with respect to a surface perpendicular to the optical axis among all scanning lens surfaces is a rotationally symmetric aspheric surface.
The above condition is satisfied (claim 1).
本発明の第2の構成は、第1の構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズの面は、回転対称非球面、または、前記特殊トーリック面から構成されることを特徴とする(請求項2)。
また、本発明の第3の構成は、第1または第2の構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズの面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面であることを特徴とする(請求項3)。
According to a second configuration of the present invention, in the optical scanning device according to the first configuration, the surfaces of all the scanning lenses of the scanning optical system are configured by rotationally symmetric aspheric surfaces or the special toric surfaces. (Claim 2).
Further, according to a third configuration of the present invention, in the optical scanning device having the first or second configuration, the surface having the largest effective width in the main scanning direction among the surfaces of all the scanning lenses of the scanning optical system is: It is the special toric surface (claim 3).
本発明の第4の構成は、第1乃至第3のいずれか一つの構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズは、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が30度(deg)以下であり、全ての走査レンズは主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化量が1.5×10-4(1/mm)より小さいことを特徴とする(請求項4)。 According to a fourth configuration of the present invention, in the optical scanning device having any one of the first to third configurations, all the scanning lenses of the scanning optical system are lenses within an effective range with respect to a plane perpendicular to the optical axis. The tilt angle of the surface is 30 degrees (deg) or less, and all the scanning lenses have a special toric surface whose sub-scanning curvature radius changes according to the lens height in the main scanning direction, and the special toric surface is a main scanning direction lens. The amount of change in the sub-scanning curvature per 1 mm height is smaller than 1.5 × 10 −4 (1 / mm) (Claim 4).
本発明の第5の構成は、第1乃至第4のいずれか一つの構成の光走査装置において、前記走査光学系は2つの走査レンズからなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が2つの走査レンズの第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、
・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、
・偏向手段に最も近い走査レンズの第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、
・偏向手段から最も遠い走査レンズの第1面は副走査方向に正のパワーを有している、
という条件を満足することを特徴とする(請求項5)。
According to a fifth configuration of the present invention, in the optical scanning device having any one of the first to fourth configurations, the scanning optical system includes two scanning lenses,
The outermost luminous flux of the effective writing width is inclined in the same direction in the deflection rotation plane with respect to the normal of the first surface of the two scanning lenses;
-The scanning lens closest to the deflecting means has a concave meniscus shape on the deflecting means side in the main scanning direction.
The first surface of the scanning lens closest to the deflecting means has a special toric surface that has negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning curvature changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction.
The first surface of the scanning lens farthest from the deflection means has a positive power in the sub-scanning direction;
The above condition is satisfied (claim 5).
本発明の第6の構成は、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材に画像を形成する画像形成装置において、前記露光プロセスを実行する手段として、第1乃至第5のいずれか一つの構成の光走査装置を具備することを特徴とする(請求項6)。 According to a sixth configuration of the present invention, in an image forming apparatus that forms an image on a transfer material by performing each process of charging, exposure, development, and transfer, first to fifth as means for executing the exposure process. An optical scanning device having any one of the constitutions is provided (claim 6).
第1の構成の光走査装置では、走査光学系の少なくとも1つの走査レンズに、特殊トーリック面と回転対称非球面の組み合わせにより加工性に優れた走査レンズを用いるので、偏心に対する許容度が大きく、ビームスポットの小径化を実現することができる。また、マルチビーム化に対しても有効であり、ポリゴンスキャナ等の偏向手段の回転数を低減でき、低消費電力化、低騒音化、高耐久化が実現できる。 In the optical scanning device of the first configuration, a scanning lens having excellent workability is used as a combination of a special toric surface and a rotationally symmetric aspherical surface for at least one scanning lens of the scanning optical system. It is possible to reduce the beam spot diameter. It is also effective for multi-beams, and the number of rotations of deflecting means such as a polygon scanner can be reduced, realizing low power consumption, low noise, and high durability.
第2の構成の光走査装置では、第1の構成の効果に加え、全ての面を特殊トーリック面と回転対称非球面により構成することにより、加工性に優れ、偏心に対する許容度が大きく、光学特性に優れた光走査装置を提供することができる。
また、第3の構成の光走査装置では、第1または第2の構成の効果に加え、主走査方向の有効幅が最も長い面は走査レンズの第2面であり、ここに前記特殊トーリック面を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を細かく補正することができる。
In the optical scanning device of the second configuration, in addition to the effect of the first configuration, all surfaces are configured by a special toric surface and a rotationally symmetric aspherical surface, so that the workability is excellent and the tolerance for eccentricity is large. An optical scanning device with excellent characteristics can be provided.
In the optical scanning device of the third configuration, in addition to the effects of the first or second configuration, the surface having the longest effective width in the main scanning direction is the second surface of the scanning lens, and the special toric surface is used here. By using this, it is possible to finely correct field curvature in the sub-scanning direction.
第4の構成の光走査装置では、第1乃至第3の構成のいずれかの効果に加え、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、なおかつ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができる。
また、第5の構成の光走査装置では、第1乃至第4の構成のいずれかの効果に加え、
・波面収差が良好で、安定したビームスポット径である、
・副走査ビームピッチ偏差が小さい、
・ゴースト光が除去できる、
という特徴を有する光走査装置を提供することができる。
In the optical scanning device of the fourth configuration, in addition to the effects of any of the first to third configurations, the wavefront aberration can be improved, a stable beam spot diameter can be obtained, and the beam spot due to eccentricity can be obtained. Diameter degradation can be reduced.
Further, in the optical scanning device having the fifth structure, in addition to the effect of any of the first to fourth structures,
-Wavefront aberration is good and the beam spot diameter is stable.
・ Sub-scanning beam pitch deviation is small,
・ Ghost light can be removed.
An optical scanning device having the characteristics can be provided.
第6の構成の画像形成装置では、露光プロセスを実行する手段として、第1乃至第5のいずれか一つの構成の光走査装置を具備することにより、第1乃至第5の構成のいずれかの効果が得られ、粒状度、階調性に優れた画像形成装置を提供することができる。 The image forming apparatus having the sixth configuration includes any one of the first to fifth configurations by including the optical scanning device having any one of the first to fifth configurations as means for executing the exposure process. It is possible to provide an image forming apparatus that is effective and has excellent granularity and gradation.
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最良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は光源を示しており、この光源1は例えば半導体レーザ(LD)からなるが、この他、複数の発光源を等間隔に配列したマルチビーム光源(例えば複数のLD、あるいはLDアレイ等)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平行光束であってもよいし、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。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、折り返しミラー等を介して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。
The best mode and embodiments 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,
ポリゴンミラー5は図示しない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、例えば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。
The
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。尚、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画像形成装置に設けられた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。
Here, the “main scanning direction” is a direction corresponding to a plane formed by the light beam deflected and scanned by the
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。尚、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。
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. The surface of the lens constituting the scanning optical system on the side close to the
(第1の構成)
本発明にかかる光走査装置においては、走査光学系は、複数の走査レンズ7,8からなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、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からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足している。
より具体的には、走査光学系の偏向反射面に最も近い第1走査レンズ7は、第1面が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おり、第2面が回転対称非球面となっている。ここで、回転対称非球面とはレンズ光軸を対称軸として回転対称な非球面のことである。
(First configuration)
In the optical scanning device according to the present invention, the scanning optical system includes a plurality of
At least one scanning lens is composed of a rotationally symmetric aspherical surface 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.
A surface having a region having the largest inclination angle within an effective range with respect to a surface perpendicular to the optical axis among all scanning lens surfaces is a rotationally symmetric aspheric surface.
It satisfies the condition.
More specifically, the
このように第1走査レンズ7の第1面に特殊トーリック面を用いることにより、設計上の波面収差を低減でき、尚且つ、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でき、像高による副走査ビームスポット径の偏差を低減でき、尚且つ、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。また、全ての走査レンズの中で、光軸に対する最大傾斜角が最も大きい面は第1走査レンズ7の第2面であり、この面に回転対称非球面を用いることにより、各面の相対的な偏心によるビームスポット径太りを低減でき、ビームスポット径の安定化を実現することができる。また、本走査レンズは、切削加工、またはプラスチック等を用いた成形により加工されるが、成形加工されるときの金型はやはり、切削加工により加工される。その際、回転対称非球面であれば、加工時間、加工精度とも向上し、結果的に品質の向上につながる。
By using the special toric surface as the first surface of the
(第2の構成)
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ7,8の面は、回転対称非球面または特殊トーリック面から構成されている。
前述した回転対称非球面は偏心に対する許容度が大きく加工性に優れた面であり、特殊トーリック面は設計上の収差補正に優れた面である。他にシリンドリカルレンズ面、通常のトーリック面等があるが、いずれも偏心に対する許容度が大きくなく、設計上の収差補正の能力も特殊トーリック面ほど大きくない。従って、走査光学系の全ての走査レンズ7,8の面を特殊トーリック面と回転対称非球面により構成することで、加工性に優れ、偏心に対する許容度が大きく、光学特性に優れた光走査装置を提供することができる。
尚、ここでは、第2走査レンズ8は両面とも前記特殊トーリック面となっており、設計上の波面収差を低減すると共に、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している。
(Second configuration)
In the optical scanning device according to the present invention, in addition to the above-described configuration, the surfaces of all the
The rotationally symmetric aspherical surface described above is a surface having a large tolerance for decentration and excellent workability, and the special toric surface is a surface excellent in correcting aberrations in design. There are other cylindrical lens surfaces, ordinary toric surfaces, etc., but none of them has a large tolerance for decentration, and the design aberration correction capability is not as great as that of special toric surfaces. Accordingly, by forming the surfaces of all the
Here, the
(第3の構成)
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ7,8の面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面である。
ここで、走査レンズ7,8の面の中で主走査方向の有効幅が最も長い面は第2走査レンズ8の第2面であり、ここに前記特殊トーリック面を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を細かく補正することができる。
(Third configuration)
In the optical scanning device according to the present invention, in addition to the above configuration, the surface having the largest effective width in the main scanning direction among all the
Here, the surface having the longest effective width in the main scanning direction among the surfaces of the
(第4の構成)
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ7,8は、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が30度(deg)以下であり、全ての走査レンズ7,8は主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化量が1.5×10-4(1/mm)より小さい。
ここで、走査レンズの加工方法は切削加工と成形加工に大別されるが、成形加工もその金型は切削加工により製作される。有効範囲内におけるレンズ面の傾斜角は切削加工の精度に大きく関連し、うねりを低減するためには全ての走査レンズ7,8の傾斜角を30度以下にする必要がある。また、本発明では主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率が変化する特殊面を用いているが、主走査方向のレンズ高さの変化をできるだけ小さくする必要がある。従って、波面収差を良好にし、尚且つ、安定したビームスポット径を得るためには、前記特殊トーリック面において、主走査方向レンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化量は1.5×10-4(1/mm)より小さくする必要がある。また、主走査方向レンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化が大きいと、レンズの配置誤差によるビームスポット径劣化が大きい。その点でも本発明は有効である。
(Fourth configuration)
In the optical scanning device according to the present invention, in addition to the above configuration, all the
Here, the processing method of the scanning lens is roughly divided into cutting and molding, and the mold is also manufactured by cutting. The inclination angle of the lens surface within the effective range is greatly related to the accuracy of the cutting process, and in order to reduce the waviness, the inclination angles of all the
(第5の構成)
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系は2つの走査レンズ7,8からなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が2つの走査レンズ7,8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、
・偏向手段であるポリゴンミラー5に最も近い走査レンズ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る、
・ポリゴンミラー5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が変化する特殊トーリック面からなる、
・ポリゴンミラー5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、
という条件を満足している。
(Fifth configuration)
In the optical scanning device according to the present invention, in addition to the above configuration, the scanning optical system includes two
The outermost luminous flux 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 two
The
The first surface of the
The first surface of the
It satisfies the condition.
ここで、第1走査レンズ7は、主走査方向についてポリゴンミラー5の方に向けて凹のメニスカス形状となっており、これにより第1走査レンズ7が薄肉化でき、尚且つ、第1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が小さくできるので、波面収差を補正できる。また、第1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の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減少し、極値を境として増加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でき、像高による副走査ビームスポット径偏差が低減でき、尚且つ、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できる。
Here, the
しかしながら、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1に示すように、走査光学系における最周辺光束は、第1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。尚、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、上記の構成では、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。
However, when the power in the sub-scanning direction of the first surface of the
また、第2走査レンズ8が、図2に1点鎖線で示すように、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2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。尚、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。
Further, when the
(第6の構成)
以上に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あるいは書き込み装置として適用することができる。図3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3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。
(Sixth configuration)
The optical scanning device described above can be applied as an exposure unit or a writing device of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine. FIG. 3 schematically shows an example of an image forming apparatus to which the optical scanning device is applied as an exposure unit. In FIG. 3, in the
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を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材(転写紙、各種シート)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。
The surface of the
以上の構成の画像形成装置では、露光プロセスを実行する手段として、前述した構成の光走査装置を具備することにより、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、尚且つ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができ、ゴースト光も除去できるので、ビームスポットの小径化を実現することができ、粒状度、階調性に優れた画像形成を行うことができる。
尚、図3では単色画像を形成する画像形成装置の例を示したが、感光体ドラム111とその周囲の帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各ユニットを備える構成の作像部を転写材の搬送方向に複数並設した構成(所謂タンデム型の構成)とすることにより、多色やフルカラー画像を形成する画像形成装置とすることができる。また、1つの感光体ドラムに対して複数の色の現像ユニットと中間転写体を備える構成とすれば、1ドラム・中間転写方式のカラー画像形成装置とすることができる。そして、これらのカラー画像形成装置に本発明の光走査装置を用いることにより、粒状度、階調性に優れたカラー画像形成を行うことができる。
In the image forming apparatus configured as described above, the optical scanning apparatus configured as described above is provided as means for performing the exposure process, so that the wavefront aberration can be improved and a stable beam spot diameter can be obtained. In addition, beam spot diameter deterioration due to eccentricity can be reduced, and ghost light can be removed, so that the diameter of the beam spot can be reduced, and image formation with excellent granularity and gradation can be performed. .
Although FIG. 3 shows an example of an image forming apparatus that forms a single-color image, an image forming unit having a structure including the
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。 Next, specific examples of the optical scanning device according to the present invention will be described.
(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
(Example 1)
Specifications from the light source to the
-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
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、下記の式(1)、(2)で表現される
Lens data after the deflecting means is shown below.
The first surface of the
[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・・・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においては偶数次のみを用いており、主走査方向に対称な系である。また、後述の実施例2において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。
[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 a numerical value other than zero is substituted for odd-order A1, A3, A5,..., It has an asymmetric shape in the main scanning direction.
In the first embodiment, only the even order is used, and the system is symmetric in the main scanning direction. Also in Example 2 described later, only the even order is used, and the system is symmetric in the main scanning direction.
[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B1、B3、B5・・・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。
[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 numerical value other than zero is substituted for B, B3, B5... Of Y, the sub-scanning curvature radius becomes asymmetric in the main scanning direction.
Further, the second surface of the
[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)
[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)
以下に具体的な数値データを示す。尚、以下の数値データにおいては、「×10+1」を「E+01」、「×10-7」を「E−07」と表記しており、他も同様である。 Specific numerical data is shown below. In the following numerical data, “× 10 +1 ” is expressed as “E + 01”, “× 10 −7 ” is expressed as “E-07”, and the other is the same.
[第1走査レンズ7の第1面の形状]
Rm=−279.9、Rs=−61.0
K=−2.900000E+01
A4=1.755765E−07
A6=−5.491789E−11
A8=1.087700E−14
A10=−3.183245E−19
A12=−2.635276E−24
B1=−2.066347E−06
B2=5.727737E−06
B3=3.152201E−08
B4=2.280241E−09
B5=−3.729852E−11
B6=−3.283274E−12
B7=1.765590E−14
B8=1.372995E−15
B9=−2.889722E−18
B10=−1.984531E−19
[Shape of the first surface of the first scanning lens 7]
Rm = −279.9, Rs = −61.0
K = -2.900,000E + 01
A4 = 1.755765E-07
A6 = -5.491789E-11
A8 = 1.087700E-14
A10 = -3.183245E-19
A12 = −2.6635276E-24
B1 = −2.066347E-06
B2 = 5.727737E-06
B3 = 3.1252201E-08
B4 = 2.280241E-09
B5 = −3.729852E-11
B6 = -3.283274E-12
B7 = 1.765590E-14
B8 = 1.732959E-15
B9 = −2.889722E-18
B10 = -1.984531E-19
[第1走査レンズ7の第2面の形状]
R=−83.6
K=−0.549157
A4=2.748446E−07
A6=−4.502346E−12
A8=−7.366455E−15
A10=1.803003E−18
A12=2.727900E−23
[Shape of the second surface of the first scanning lens 7]
R = −83.6
K = −0.549157
A4 = 2.748446E-07
A6 = −4.502346E-12
A8 = -7.366455E-15
A10 = 1.803003E-18
A12 = 2.727900E-23
[第2走査レンズ8の第1面の形状]
Rm=6950、Rs=110.9
K=0.000000E+00
A4=1.549648E−08
A6=1.292741E−14
A8=−8.811446E−18
A10=−9.182312E−22
B1=−9.593510E−07
B2=−2.135322E−07
B3=−8.079549E−12
B4=2.390609E−12
B5=2.881396E−14
B6=3.693775E−15
B7=−3.258754E−18
B8=1.814487E−20
B9=8.722085E−23
B10=−1.340807E−23
[Shape of the first surface of the second scanning lens 8]
Rm = 6950, Rs = 110.9
K = 0.000000E + 00
A4 = 1.549648E-08
A6 = 1.292741E-14
A8 = −8.811446E-18
A10 = −9.182312E-22
B1 = −9.593510E-07
B2 = -2.135322E-07
B3 = −8.079549E-12
B4 = 2.390609E-12
B5 = 2.881396E-14
B6 = 3.693775E-15
B7 = -3.258754E-18
B8 = 1.814487E-20
B9 = 8.72085E-23
B10 = −1.3340807E-23
[第2走査レンズ8の第2面の形状]
Rm=766、Rs=−68.22
K=0.000000E+00
A4=−1.150396E−07
A6=1.096926E−11
A8=−6.542135E−16
A10=1.984381E−20
A12=−2.411512E−25
B2=3.644079E−07
B4=−4.847051E−13
B6=−1.666159E−16
B8=4.534859E−19
B10=−2.819319E−23
また、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。
[Shape of the second surface of the second scanning lens 8]
Rm = 766, Rs = −68.22
K = 0.000000E + 00
A4 = -1.150396E-07
A6 = 1.096926E-11
A8 = −6.5542135E-16
A10 = 1.9844381E-20
A12 = −2.411512E−25
B2 = 3.644079E-07
B4 = −4.847051E-13
B6 = −1.666159E-16
B8 = 4.534859E-19
B10 = −2.819319E-23
Further, the refractive indices of the scanning lenses at the used wavelength are all 1.52724.
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
尚、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。
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
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
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: 41.0
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(L1)7の第1面(R1)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。
図6は、第2走査レンズ(L2)8の第1面(R1)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。
図7は、第2走査レンズ(L2)8の第2面(R2)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。
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している。
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 of the first surface (R1) of the first scanning lens (L1) 7 in the sub-scanning direction with respect to the lens height in the main scanning direction.
FIG. 6 shows the radius of curvature in the sub-scanning direction with respect to the main scanning direction lens height on the first surface (R1) of the second scanning lens (L2) 8.
FIG. 7 shows the radius of curvature in the sub-scanning direction with respect to the main scanning direction lens height on the second surface (R2) of the second scanning lens (L2) 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.
尚、全てのレンズ面の最大傾斜角は第1走査レンズ7の第2面であり、28度である。
また、特殊トーリック面となる第1走査レンズ7の第1面、第2走査レンズ8の第1面、第2面において、各面のレンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化量は順に、
7.9E−05(1/mm)、
7.1E−05(1/mm)、
1.4E−04(1/mm)、
となる。
The maximum inclination angle of all the lens surfaces is the second surface of the
Further, on the first surface of the
7.9E-05 (1 / mm),
7.1E-05 (1 / mm),
1.4E-04 (1 / mm),
It becomes.
(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
(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
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の両面は下記の式(1)、(2)で表現される。
Lens data after the deflecting means is shown below.
The first surface of the
[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・・・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。
[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 a numerical value other than zero is substituted for odd-order A1, A3, A5,..., It has an asymmetric shape in the main scanning direction.
[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B1、B3、B5・・・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。
[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 numerical value other than zero is substituted for B, B3, B5... Of Y, the sub-scanning curvature radius becomes asymmetric in the main scanning direction.
Further, the second surface of the
[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)
[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)
以下に具体的な数値データを示す。尚、以下の数値データにおいては、「×10+1」を「E+01」、「×10-7」を「E−07」と表記しており、他も同様である。 Specific numerical data is shown below. In the following numerical data, “× 10 +1 ” is expressed as “E + 01”, “× 10 −7 ” is expressed as “E-07”, and the other is the same.
[第1走査レンズ7の第1面の形状]
Rm=−303.54、Rs=−61.0
K=−2.900000E+01
A4=2.28E−07
A6=−6.57E−11
A8=1.18E−14
A10=−2.10E−19
A12=8.00E−24
B1=−1.00E−06
B2=5.22E−06
B3=1.70E−08
B4=−5.06E−11
B5=−6.80E−12
B6=−9.46E−14
B7=−7.34E−16
B8=−2.10E−17
B9=−5.03E−19
B10=7.51E−21
[Shape of the first surface of the first scanning lens 7]
Rm = −303.54, Rs = −61.0
K = -2.900,000E + 01
A4 = 2.28E-07
A6 = −6.57E-11
A8 = 1.18E-14
A10 = -2.10E-19
A12 = 8.00E-24
B1 = -1.00E-06
B2 = 5.22E-06
B3 = 1.70E-08
B4 = −5.06E-11
B5 = -6.80E-12
B6 = -9.46E-14
B7 = −7.34E-16
B8 = -2.10E-17
B9 = −5.03E-19
B10 = 7.51E-21
[第1走査レンズ7の第2面の形状]
R=−85.6
K=−0.549157
A4=2.83E−07
A6=6.04E−12
A8=−1.18E−14
A10=2.26E−18
A12=6.61E−23
[Shape of the second surface of the first scanning lens 7]
R = −85.6
K = −0.549157
A4 = 2.83E-07
A6 = 6.04E-12
A8 = -1.18E-14
A10 = 2.26E-18
A12 = 6.61E-23
[第2走査レンズ8の第1面の形状]
Rm=6950、Rs=94.4
K=0.000000E+00
A4=1.13E−08
A6=9.27E−14
A8=−2.16E−19
A10=−9.18E−22
B1=−4.41E−07
B2=−6.96E−08
B3=−7.45E−11
B4=1.37E−11
B5=−6.44E−16
B6=−3.81E−15
B7=3.04E−18
B8=4.21E−19
B9=−2.33E−22
B10=−1.55E−23
[Shape of the first surface of the second scanning lens 8]
Rm = 6950, Rs = 94.4
K = 0.000000E + 00
A4 = 1.13E-08
A6 = 9.27E-14
A8 = -2.16E-19
A10 = -9.18E-22
B1 = −4.41E-07
B2 = −6.96E−08
B3 = -7.45E-11
B4 = 1.37E-11
B5 = −6.44E-16
B6 = −3.81E-15
B7 = 3.04E-18
B8 = 4.21E-19
B9 = -2.33E-22
B10 = -1.55E-23
[第2走査レンズ8の第2面の形状]
Rm=781.2、Rs=−76.09
K=0.000000E+00
A4=−1.14E−07
A6=9.25E−12
A8=−3.65E−16
A10=9.51E−22
A12=2.38E−25
B2=4.91E−07
B4=−1.64E−11
B6=7.96E−16
B8=1.30E−19
B10=1.47E−23
また、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。
[Shape of the second surface of the second scanning lens 8]
Rm = 781.2, Rs = −76.09
K = 0.000000E + 00
A4 = -1.14E-07
A6 = 9.25E-12
A8 = -3.65E-16
A10 = 9.51E-22
A12 = 2.38E-25
B2 = 4.91E-07
B4 = -1.64E-11
B6 = 7.96E-16
B8 = 1.30E-19
B10 = 1.47E-23
Further, the refractive indices of the scanning lenses at the used wavelength are all 1.52724.
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
The specifications of the optical arrangement are shown below.
Distance d1: 64.1 mm from the deflection surface to the first surface of the
Center wall 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
尚、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。
The
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
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: 41.1
図9は上記実施例の収差図を示す。図9(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9(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10は第1走査レンズ(L1)7の第1面(R1)の副走査曲率半径を、図11は第2走査レンズ(L2)8の第1面(R1)の副走査曲率半径を、図12は第2走査レンズ(L2)8の第2面(R2)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13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。
FIG. 9 shows aberration diagrams of the above example. FIG. 9A 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. 9B 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.
10 shows the sub-scanning curvature radius of the first surface (R1) of the first scanning lens (L1) 7, and FIG. 11 shows the sub-scanning curvature radius of the first surface (R1) of the second scanning lens (L2) 8. FIG. 12 shows the sub-scanning radius of curvature of the second surface (R2) of the second scanning lens (L2) 8, which has the shape as described above.
FIG. 13 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.
以上に示した実施例においては、光源は一つの半導体レーザ(LD)の例で示したが、本発明は、光源として複数の半導体レーザ(LD)や、発光点を複数有するLDアレイ等を用いたマルチビーム光学系にも適用可能である。また、走査レンズとして樹脂製のレンズを用いることにより、特殊トーリック面や回転対称非球面を有する走査レンズを型成形により量産することができ、低コスト化が実現できる。 In the embodiments described above, the light source is shown as an example of one semiconductor laser (LD). However, the present invention uses a plurality of semiconductor lasers (LD), an LD array having a plurality of light emitting points, etc. as the light source. The present invention can also be applied to conventional multi-beam optical systems. Further, by using a resin lens as the scanning lens, a scanning lens having a special toric surface or a rotationally symmetric aspherical surface can be mass-produced by molding and cost reduction can be realized.
本発明の光走査装置は、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、尚且つ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができ、ゴースト光も除去できるので、ビームスポットの小径化を実現することができ、レーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザープロッタ等の電子写真方式の画像形成装置の露光ユニットや光書込みユニットに利用することにより、粒状度、階調性に優れた画像形成を行うことができる。また、本発明の光走査装置は、上記の画像形成装置の他、走査式の画像表示装置等にも利用可能であり、さらには、被測定物の長さや形状等の測定を行う走査式の計測装置等にも利用することが可能である。 The optical scanning device of the present invention can improve the wavefront aberration, obtain a stable beam spot diameter, reduce beam spot diameter deterioration due to decentration, and remove ghost light. The beam spot can be reduced in diameter, and it can be used in the exposure unit and optical writing unit of electrophotographic image forming devices such as laser printers, digital copying machines, facsimiles, and laser plotters. It is possible to perform image formation with excellent properties. Further, the optical scanning device of the present invention can be used for a scanning image display device and the like in addition to the above-described image forming device, and further, a scanning type for measuring the length and shape of the object to be measured. It can also be used for measuring devices.
1 光源
2 カップリングレンズ
3 アパーチャ
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
6 防音ガラス
7 第1走査レンズ
8 第2走査レンズ
9 防塵ガラス
10 被走査面(感光体面)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該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、
該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、
該線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、
該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、
前記走査光学系は、複数の走査レンズからなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、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からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足することを特徴とする光走査装置。 A light source;
A coupling optical system for coupling a light beam from the light source;
A line image optical system in which a light beam from the coupling optical system is a line image long in the main scanning direction;
Deflection means for deflecting and scanning the 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 comprises a plurality of scanning lenses,
At least one scanning lens is composed of a rotationally symmetric aspherical surface 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.
A surface having a region having the largest inclination angle within an effective range with respect to a surface perpendicular to the optical axis among all scanning lens surfaces is a rotationally symmetric aspheric surface.
An optical scanning device characterized by satisfying the following condition.
前記走査光学系の全ての走査レンズの面は、回転対称非球面、または、前記特殊トーリック面から構成されることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
The surface of all scanning lenses of the scanning optical system comprises a rotationally symmetric aspherical surface or the special toric surface.
前記走査光学系の全ての走査レンズの面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 or 2,
Of the surfaces of all scanning lenses of the scanning optical system, the surface having the largest effective width in the main scanning direction is the special toric surface.
前記走査光学系の全ての走査レンズは、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が30度以下であり、
全ての走査レンズは主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ1mm当りの副走査曲率の変化量が1.5×10-4(1/mm)より小さい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 3,
All the scanning lenses of the scanning optical system have an inclination angle of the lens surface within an effective range with respect to a surface perpendicular to the optical axis of 30 degrees or less,
All the scanning lenses have a special toric surface whose sub-scanning curvature radius changes depending on the lens height in the main scanning direction, and the special toric surface has a sub-scanning curvature change amount of 1 mm per 1 mm in the main scanning direction lens height. An optical scanning device characterized by being smaller than 5 × 10 −4 (1 / mm).
前記走査光学系は2つの走査レンズからなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が2つの走査レンズの第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、
・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、
・偏向手段に最も近い走査レンズの第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、
・偏向手段から最も遠い走査レンズの第1面は副走査方向に正のパワーを有している、
という条件を満足する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 4,
The scanning optical system comprises two scanning lenses,
The outermost luminous flux of the effective writing width is inclined in the same direction in the deflection rotation plane with respect to the normal of the first surface of the two scanning lenses;
-The scanning lens closest to the deflecting means has a concave meniscus shape on the deflecting means side in the main scanning direction.
The first surface of the scanning lens closest to the deflecting means has a special toric surface that has negative power in the sub-scanning direction, and the sub-scanning curvature changes from the optical axis of the lens surface toward the periphery in the main scanning direction.
The first surface of the scanning lens farthest from the deflection means has a positive power in the sub-scanning direction;
An optical scanning device characterized by satisfying the following condition.
前記露光プロセスを実行する手段として、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の光走査装置を具備することを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus that forms an image on a transfer material by performing each process of charging, exposure, development, and transfer,
An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 1 as means for executing the exposure process.
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