JP2005234110A - Optical scanner - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce scanning line curvature happening in an optical scanner in which light is made diagonally incident in the subscanning direction of a deflector. <P>SOLUTION: The optical elements which are closest to a plane to be scanned among optical elements forming a scanning optical system have one and the same figure in a subscanning section. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はレーザープリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device used in an image forming apparatus such as a laser printer or a digital copying machine.

従来、レーザビームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられている光走査装置は、光源から射出された光束を入射光学手段により偏向素子に導光し、該偏向素子により偏向された光束を走査光学手段により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該光束で感光ドラム面上を光走査している。   2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device used in an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine guides a light beam emitted from a light source to a deflecting element by incident optical means, and the light beam deflected by the deflecting element. Are imaged in a spot shape on the surface of the photosensitive drum, which is the surface to be scanned, by the scanning optical means, and the photosensitive drum surface is optically scanned with the luminous flux.

このような光走査装置においては、光源から射出した光束をコリメータレンズ等で略平行光に変換し、倒れ補正を行うために略平行光に変換された光束を、シリンドリカルレンズで偏向面近傍に線像を形成している。偏向器の偏向面で偏向された光束は、走査レンズで感光体ドラム面上を略等速で走査し、スポットを形成する。   In such an optical scanning device, the light beam emitted from the light source is converted into substantially parallel light by a collimator lens or the like, and the light beam converted into substantially parallel light for performing tilt correction is lined near the deflection surface by a cylindrical lens. An image is formed. The light beam deflected by the deflecting surface of the deflector scans the surface of the photosensitive drum with a scanning lens at a substantially constant speed to form a spot.

図8において、1a、1b、1c、1dは光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。2a、2b、2c、2dはシリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の屈折力を有している。光源手段1、そしてシリンドリカルレンズ2等の各要素は入射光学手段51の一要素を構成している。   In FIG. 8, reference numerals 1a, 1b, 1c, and 1d denote light source means, for example, semiconductor lasers. Reference numerals 2a, 2b, 2c and 2d denote cylindrical lenses which have a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. Each element such as the light source means 1 and the cylindrical lens 2 constitutes one element of the incident optical means 51.

3は偏向素子としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡より成り、モーター等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で回転している。11はfθ特性を有する3枚のfθレンズであり、副走査断面内において光偏向器3の偏向面3a、3b近傍と被走査面としての感光ドラム面100a、100b、100c、100d近傍との間を共役関係にすることにより倒れ補正機能を有している。   Reference numeral 3 denotes an optical deflector as a deflecting element, which is composed of, for example, a rotating polygon mirror, and is rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the figure by driving means (not shown) such as a motor. Reference numeral 11 denotes three fθ lenses having fθ characteristics, which are located between the vicinity of the deflecting surfaces 3a and 3b of the optical deflector 3 and the vicinity of the photosensitive drum surfaces 100a, 100b, 100c and 100d as the scanned surfaces in the sub-scan section. Has a tilt correction function.

また、2色以上のカラー画像を形成するために、単一の偏向器に複数光束を入射させ、偏向器で偏向された複数の光束をそれぞれ、異なる被走査面へ導光することで、偏向器の数を増加させないようにしている。
特開2000−121977号公報
Further, in order to form a color image of two or more colors, a plurality of light beams are incident on a single deflector, and the plurality of light beams deflected by the deflector are respectively guided to different scanned surfaces, thereby deflecting. The number of vessels is not increased.
JP 2000-121977

上記従来の光走査装置は、光束を分離するために偏向器の偏向面上で副走査方向に光束を分離し入射させているため、偏向器が大型化し、不図示のモーターへの負荷が大きくなるため、高価なモーターを用いる必要があった。また、走査レンズを光束の数に対応させて構成する必要があるため、装置が高価になるという問題を有する。   In the above conventional optical scanning device, the light beam is separated and incident in the sub-scanning direction on the deflecting surface of the deflector in order to separate the light beam, so that the deflector becomes large and the load on the motor (not shown) is large. Therefore, it was necessary to use an expensive motor. Further, since it is necessary to configure the scanning lens corresponding to the number of light beams, there is a problem that the apparatus becomes expensive.

これらの問題を解決するために、特許文献1に開示されているような、複数の入射光束を副走査方向に斜入射で偏向器へ入射し、偏向後の光束を折り返しミラーで分離し、それぞれ異なる被走査面上を走査することが知られている。しかし、特許文献1記載のfθレンズは、肉厚が14mm以上で厚く、プラスチックで成形した場合の光学性能劣化が大きいことと、副走査方向にパワーを有するレンズに、4deg.以上の斜入射角で光束が入射しているため、被走査面上での走査線湾曲が50μm以上と大きく発生しており画像劣化が生じやすいという問題がある。   In order to solve these problems, as disclosed in Patent Document 1, a plurality of incident light beams are incident on the deflector obliquely in the sub-scanning direction, and the deflected light beams are separated by a folding mirror, respectively. It is known to scan on different scanned surfaces. However, the fθ lens described in Patent Document 1 has a thickness of 14 mm or more, a large optical performance deterioration when molded with plastic, and a lens having power in the sub-scanning direction. Since the light beam is incident at the oblique incident angle as described above, there is a problem in that the scanning line curvature on the surface to be scanned is generated as large as 50 μm or more, and image degradation is likely to occur.

本発明は、入射光束を副走査方向に射入射で偏向器へ入射させ、入射光束が偏向面上の略同一位置で偏向されるように各光学要素を配置し、単一かつ小型の偏向器を用いて、複数の光束を異なる被走査面に導光する安価な光走査装置を提供する。また、最も被走査面側のレンズを副走査断面内で、光軸と対称に形成されたレンズで構成し、かつ、そのレンズを複数の光束に対応した、複数の光路すべてに配置することで走査線湾曲を低減すると共に、レンズ製造誤差により発生する被走査面上での走査線湾曲の方向を揃える(色ずれが発生しない)ことが可能となる。更に、少なくとも1つの走査レンズをプラスチックレンズで構成することで、低価格で色ずれのないカラー画像形成装置を提供することができる。   In the present invention, an incident light beam is incident on a deflector in a sub-scanning direction, and each optical element is arranged so that the incident light beam is deflected at substantially the same position on the deflection surface. An inexpensive optical scanning device that guides a plurality of light beams to different surfaces to be scanned is provided. In addition, by configuring the lens closest to the surface to be scanned with a lens formed symmetrically with the optical axis in the sub-scanning section, and disposing the lens in all of the plurality of optical paths corresponding to the plurality of light beams. It is possible to reduce the scanning line curvature and to align the direction of the scanning line curvature on the surface to be scanned, which occurs due to a lens manufacturing error (no color misregistration occurs). Furthermore, by forming at least one scanning lens with a plastic lens, it is possible to provide a color image forming apparatus that is inexpensive and has no color misregistration.

本発明の第一の発明は、光源手段と、光源から出射した光束を偏向手段に導く入射光学系と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上にスポットを形成する走査光学系を具備する光走査装置であって、
前記入射光学系から射出された光束は、副走査断面内で斜め方向から前記偏向手段へ入射し、前記走査光学系の最も被走査面側の光学素子は、副走査断面における前記走査光学系の光軸に対して対称形状である構成とする。
The first aspect of the present invention comprises a light source means, an incident optical system for guiding the light beam emitted from the light source to the deflecting means, and a scanning optical system for forming a spot on the surface to be scanned by the light beam deflected by the deflecting means. An optical scanning device,
The light beam emitted from the incident optical system is incident on the deflecting unit from an oblique direction in the sub-scanning section, and the optical element closest to the scanning surface of the scanning optical system is the optical element of the scanning optical system in the sub-scanning section. The configuration is symmetrical with respect to the optical axis.

本発明の第二の発明は、光源手段と、光源から出射した光束を偏向手段に導く入射光学系と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上にスポットを形成する光学素子を有する走査光学系を複数具備し、前記複数の光束を異なる複数の被走査面上に導く光走査装置であって、
前記入射光学系から射出された複数の光束は、副走査断面内で斜め方向から偏向手段へ入射し、前記複数の走査光学系を構成する夫々の光学素子の中で最も被走査面に近い光学素子を副走査断面内において同一形状とした構成とする。
A second invention of the present invention is a scanning having a light source means, an incident optical system for guiding a light beam emitted from the light source to the deflecting means, and an optical element for forming a spot on the surface to be scanned by the light beam deflected by the deflecting means. An optical scanning device comprising a plurality of optical systems and guiding the plurality of light beams onto a plurality of different scanned surfaces,
The plurality of light beams emitted from the incident optical system are incident on the deflecting unit from an oblique direction within the sub-scanning section, and are optically closest to the scanning surface among the respective optical elements constituting the plurality of scanning optical systems. The elements have the same shape in the sub-scan section.

本発明によれば前述の如く、走査光学系を構成する光学素子の中で最も被走査面に近い光学素子を副走査断面内において同一形状とすることで、被走査面上での走査線湾曲を補正している。   According to the present invention, as described above, the scanning line curve on the scanned surface is made by making the optical element closest to the scanned surface among the optical elements constituting the scanning optical system the same shape in the sub-scanning section. Is corrected.

(実施例1)
図1は、本発明の光走査装置の副走査断面図である。又、図2は、本発明の光装置内の光学系主走査断面図である。
(Example 1)
FIG. 1 is a sub-scan sectional view of the optical scanning device of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical system main scanning in the optical apparatus of the present invention.

91は半導体レーザー等の光源、92は該光源からの発散光を略平行光束に変換するコリメータレンズである。   91 is a light source such as a semiconductor laser, and 92 is a collimator lens that converts divergent light from the light source into a substantially parallel light beam.

93は開口絞りで、通過光束の径を整えている。   Reference numeral 93 denotes an aperture stop that adjusts the diameter of the passing light beam.

94は第二の光学系としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方にのみ所定の屈折力を有しており、絞り93を通過した後は副走査断面内で偏向器の偏向面にほぼ線像として結像している。   Reference numeral 94 denotes a cylindrical lens as a second optical system, which has a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. After passing through the stop 93, a linear image is formed on the deflecting surface of the deflector within the sub-scanning section. As an image.

95は偏向器としてのポリゴンミラーであり、矢印の方向に等速度で回転している。   Reference numeral 95 denotes a polygon mirror as a deflector, which rotates at a constant speed in the direction of an arrow.

96は第三の光学系としてのfθレンズであり、96a、96b共に主走査面内で非球面形状のアナモフィックレンズで構成しており、偏向器95により偏向された光束を被走査面としての感光ドラム面上に結像させ、かつ、偏向器の面倒れを補正している。   Reference numeral 96 denotes an fθ lens as a third optical system, and both 96a and 96b are constituted by an aspherical anamorphic lens in the main scanning plane, and the light beam deflected by the deflector 95 is used as a scanning surface. An image is formed on the drum surface, and the surface tilt of the deflector is corrected.

図3は、本発明の光装置内の光学系副走査断面図である。   FIG. 3 is an optical system sub-scan sectional view in the optical apparatus of the present invention.

91は半導体レーザー等の光源、92は該光源からの発散光を略平行光束に変換するコリメータレンズである。   91 is a light source such as a semiconductor laser, and 92 is a collimator lens that converts divergent light from the light source into a substantially parallel light beam.

93は開口絞りで、通過光束の径を整えている。   Reference numeral 93 denotes an aperture stop that adjusts the diameter of the passing light beam.

94は第二の光学系としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方にのみ所定の屈折力を有しており、絞り93を通過した後は副走査断面内で偏向器の偏向面にほぼ線像として結像している。   Reference numeral 94 denotes a cylindrical lens as a second optical system, which has a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. After passing through the stop 93, a linear image is formed on the deflecting surface of the deflector within the sub-scanning section. As an image.

偏向面95Aで偏向された光束は、第三の光学系としてのfθレンズ96で被走査面としての感光ドラム面上に結像させる。   The light beam deflected by the deflecting surface 95A is imaged on a photosensitive drum surface as a scanned surface by an fθ lens 96 as a third optical system.

尚、本実施形態の光走査装置は、図1に示す様に、図2及び図3の光学系を複数用いて構成しているが、光学特性はすべて同一である。   As shown in FIG. 1, the optical scanning device of the present embodiment is configured by using a plurality of optical systems shown in FIGS. 2 and 3, but the optical characteristics are all the same.

本実施形態におけるfθレンズ96は次式の関数を用いて表している。   The fθ lens 96 in this embodiment is expressed using a function of the following formula.

それぞれfθレンズと光軸との交点を原点とし、
図2に示すように光軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をX軸、主走査面内において光軸と直交する方向をY軸、副走査面内で光軸と直交する方向をz軸とし、以下の連続関数で表せる。
The origin is the intersection of the fθ lens and the optical axis,
As shown in FIG. 2, on the scanning start side and the scanning end side with respect to the optical axis, the optical axis is the X axis, the direction perpendicular to the optical axis in the main scanning plane is the Y axis, and the optical axis is orthogonal to the sub scanning plane. The direction to be taken is the z axis, and can be expressed by the following continuous function.

走査開始側、   Scanning start side,

Figure 2005234110
Figure 2005234110

走査終了側、 Scan end side,

Figure 2005234110
Figure 2005234110

Rは曲率半径、K、B4、B6、B8、B10は非球面係数である。 R is a radius of curvature, and K, B4, B6, B8, and B10 are aspherical coefficients.

本実施例では、主走査方向の形状を光軸に対し、対称に構成している、即ち、走査開始側と走査終了側の非球面係数を一致させている。   In this embodiment, the shape in the main scanning direction is configured symmetrically with respect to the optical axis, that is, the aspheric coefficients on the scanning start side and the scanning end side are made to coincide.

また、副走査方向は、光軸に対して走査開始側と走査終了側で、fθレンズ96のうち少なくとも1面の副走査面(光軸を含み主走査面と直交する面)内の曲率を、該レンズの有効部内において連続的に変化させており、主走査方向形状を光軸に対して対称に構成している。   The sub-scanning direction is a scanning start side and a scanning end side with respect to the optical axis, and the curvature in at least one sub-scanning surface (a surface including the optical axis and perpendicular to the main scanning surface) of the fθ lens 96 is set. The lens is continuously changed in the effective portion of the lens, and the shape in the main scanning direction is configured symmetrically with respect to the optical axis.

副走査方向の形状は、図3に示すように、光軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をX軸、主走査面内において光軸と直交する方向をY軸、副走査面内で光軸と直交する方向をZ軸とし、以下の連続関数で表せる。   As shown in FIG. 3, the shape in the sub-scanning direction is such that the optical axis is the X-axis on the scanning start side and the scanning end side with respect to the optical axis, the Y-axis is the direction perpendicular to the optical axis in the main scanning plane, The direction orthogonal to the optical axis in the scanning plane is the Z axis, and can be expressed by the following continuous function.

走査開始側、   Scanning start side,

Figure 2005234110
Figure 2005234110

走査終了側、 Scan end side,

Figure 2005234110
Figure 2005234110

(r’は副走査方向曲率半径、D、D、D、D、D10は係数)
係数のサフィックスSは走査開始側、eは走査終了側を表している。
(R ′ is the radius of curvature in the sub-scanning direction, and D 2 , D 4 , D 6 , D 8 , and D 10 are coefficients)
The coefficient suffix S represents the scanning start side, and e represents the scanning end side.

副走査方向曲率半径とは、主走査方向の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径である。   The sub-scanning direction radius of curvature is a radius of curvature in a cross section perpendicular to the shape (bus line) in the main scanning direction.

本実施例では、副走査方向のピント補正(像面湾曲補正)とfθレンズにおける副走査方向の倍率の一様性(スポット径の像高による変動)を補正するために、最も被走査側のレンズ(G2)の被走査面側の面(r4面)の副走査曲率半径を連続的に変化させている。通常、副走査曲率半径を少なくとも2面変化させて、両者を補正しているが、本実施形態では、主走査方向の形状で倍率の一様性が補正されるように構成しているため、一面のみ変化させることで像面湾曲を補正している。   In this embodiment, in order to correct focus correction (field curvature correction) in the sub-scanning direction and uniformity of magnification in the sub-scanning direction (fluctuation of spot diameter due to image height) in the fθ lens, the most scanning side is used. The sub-scanning curvature radius of the surface (r4 surface) on the scanning surface side of the lens (G2) is continuously changed. Usually, the sub-scanning curvature radius is changed by changing at least two planes, and both are corrected. However, in the present embodiment, since the uniformity of the magnification is corrected by the shape in the main scanning direction, The curvature of field is corrected by changing only one surface.

つまり、本実施例では、有効画像領域内において、像高による副走査方向の像面湾曲を±10%以内、そして、像高による副走査方向の倍率を±10%以内とすることで、副走査方向に斜入射で光束が偏向面へ入射しているために発生する走査線湾曲を±10%以内を実現している。   In other words, in this embodiment, in the effective image area, the field curvature in the sub-scanning direction due to the image height is within ± 10%, and the magnification in the sub-scanning direction due to the image height is within ± 10%. The scanning line curvature that occurs because the light beam is incident on the deflection surface at an oblique incidence in the scanning direction is realized within ± 10%.

次に本発明の目的を達成するための手段と効果について説明する。   Next, means and effects for achieving the object of the present invention will be described.

本実施例のfθレンズ96は、プラスチックレンズで作製されており、成形上有利なように主走査方向の形状が、走査開始側と終了側で対象に構成されている。更に、副走査方向の曲率半径は少なくとも1面が連続的に変化しており、像面湾曲、波面収差、スポット径の変動を補正している。さらに、本実施形態では、副走査方向に斜入射で光束が偏向面へ入射しているために発生する走査線湾曲と、波面収差の劣化をG2レンズの偏芯により補正している。   The fθ lens 96 of the present embodiment is made of a plastic lens, and the shape in the main scanning direction is configured on the scanning start side and the end side so as to be advantageous in molding. Further, at least one surface has a continuously changing radius of curvature in the sub-scanning direction to correct field curvature, wavefront aberration, and spot diameter fluctuation. Further, in the present embodiment, the scanning line curvature and the deterioration of the wavefront aberration that occur because the light beam is incident on the deflection surface at an oblique incidence in the sub-scanning direction are corrected by the eccentricity of the G2 lens.

また、光源からの入射光束は、主走査断面内において、光軸に対して角度α(≠0)で入射しているため、偏向器95の回転に伴う面の出入り(サグ)が、走査開始側と走査終了側で非対称に発生するため、非対称性を補正するために、副走査方向の曲率を光軸に対して非対称に変化させている。   Further, since the incident light beam from the light source is incident at an angle α (≠ 0) with respect to the optical axis in the main scanning section, the entrance / exit (sag) of the surface accompanying the rotation of the deflector 95 starts scanning. Therefore, in order to correct asymmetry, the curvature in the sub-scanning direction is changed asymmetrically with respect to the optical axis.

本発明の光走査走査装置は、異なる2方向から同一角度で偏向面の略同一位置に入射した2つの光束を、レンズの光軸を挟み対称な位置を光束が通過するように最も偏向器側のレンズ(G1)を配置している。複数の入射光束は、偏向面の副走査方向の略同一位置で偏向されるため、偏向面を低く構成できる。また、G1レンズは、副走査方向の曲率半径が略平面であり、副走査方向のパワーをほとんど有していないため、光束が軸外を通過することによる光学性能の劣化を防止している。   The optical scanning / scanning apparatus of the present invention is the most deflector side so that two light beams incident on substantially the same position of the deflection surface at the same angle from two different directions pass through a symmetrical position across the optical axis of the lens. Lens (G1). Since the plurality of incident light beams are deflected at substantially the same position in the sub-scanning direction of the deflection surface, the deflection surface can be configured to be low. Further, since the G1 lens has a substantially flat radius of curvature in the sub-scanning direction and has almost no power in the sub-scanning direction, the optical performance is prevented from deteriorating due to the light beam passing off-axis.

図3の下方から斜めに偏向面へ入射した光束は、G1レンズを通過したあと、第一の折り返しミラーで反射され、最も被走査面側のレンズ(G2)を通過し、第二の折り返しミラーで反射し、平板で構成された防塵ガラスを通過した後被走査面としての感光ドラム面上を走査する。また、図3の上方から入射した光束は、G1レンズを通過したあと、G2レンズを通過し、第3の折り返しミラーで反射され、被走査面としてのドラム面を走査する。   The light beam incident on the deflecting surface obliquely from below in FIG. 3 is reflected by the first folding mirror after passing through the G1 lens, passes through the lens (G2) closest to the surface to be scanned, and is reflected by the second folding mirror. Then, after passing through the dust-proof glass composed of a flat plate, the surface of the photosensitive drum as the surface to be scanned is scanned. 3 passes through the G1 lens, then passes through the G2 lens, is reflected by the third folding mirror, and scans the drum surface as the surface to be scanned.

図6に示すように図3のG2レンズは、子線面頂点を母線方向に連ねた点が、直線であり(図中破線で示す)、この直線は、偏向面の法線と平行である。更に、G2レンズの光軸は、主走査断面において被走査面の垂直2等分線と平行で、G1レンズの光軸に対して、Δ=1.456mmシフトしている。   As shown in FIG. 6, in the G2 lens of FIG. 3, the point connecting the vertexes of the child plane in the generatrix direction is a straight line (indicated by a broken line in the figure), and this straight line is parallel to the normal line of the deflection surface. . Further, the optical axis of the G2 lens is parallel to the perpendicular bisector of the surface to be scanned in the main scanning section, and is shifted by Δ = 1.456 mm with respect to the optical axis of the G1 lens.

図7に示すように、副走査断面内のG2レンズの形状は、光軸(子線の面頂点)を挟んで対称に形成されている。これは、光軸を挟み非対称形状にすると、レンズ成形時に母線が副走査方向に湾曲する(レンズがそる)のを防止できるというメリットを有する。また、本実施形態のようにひとつの偏向器で4本の光束を偏向、走査する光学装置では、副走査方向の曲率半径が光軸に対して非対称に変化しているレンズ(本実施形態のG2レンズ)の走査開始側と走査終了側の関係は、主走査断面内で反転させて使用できないため、副走査断面内で非対称なレンズ(子線面頂点がレンズ中心に対して副走査方向に偏芯したレンズ)で構成した場合は、偏芯方向が異なる2種類のレンズで構成する必要がある。又、装置内に異なる形状のG2レンズを用いるとレンズ成形上の誤差や、ばらつきにより光学特性が劣化するのでよくない。   As shown in FIG. 7, the shape of the G2 lens in the sub-scan section is formed symmetrically with the optical axis (plane vertex of the child line) in between. This has the advantage that if the optical axis is sandwiched and the shape is asymmetric, the bus bar can be prevented from being bent in the sub-scanning direction (lens is warped) during lens molding. Further, in an optical apparatus that deflects and scans four light beams with a single deflector as in this embodiment, a lens whose curvature radius in the sub-scanning direction changes asymmetrically with respect to the optical axis (in this embodiment Since the relationship between the scanning start side and the scanning end side of the G2 lens cannot be used by being reversed in the main scanning section, the lens is asymmetric in the sub-scanning section (the vertex of the child line plane is in the sub-scanning direction with respect to the lens center). In the case of a decentered lens), it is necessary to configure with two types of lenses having different decentering directions. In addition, if a G2 lens having a different shape is used in the apparatus, the optical characteristics deteriorate due to errors or variations in lens molding.

さらに本実施形態では、2つのfθレンズの光軸が平行かつ、偏向面に対して垂直になるように構成しているため、光学箱に取り付ける際のレンズ取り付け精度が、光軸が傾いている系に比べ高く、光学性能が劣化し難いというメリットも有する。   Furthermore, in this embodiment, since the optical axes of the two fθ lenses are configured to be parallel and perpendicular to the deflection surface, the lens mounting accuracy when mounting to the optical box is inclined. It has the merit that it is higher than the system and the optical performance is hardly deteriorated.

表1に本実施形態の光学パラメータを示す。   Table 1 shows the optical parameters of the present embodiment.

Figure 2005234110
Figure 2005234110

fθレンズ96は、被走査面側に凸面を向けたの正メニスカス形状で、96a、96bのうち少なくとも一面の副走査面(光軸を含み主走査面と直交する面)内の曲率を、該レンズの有効部内において連続的かつ、光軸に対して略対称に変化させ、像面湾曲の非対称性と、スポット径の変動を同時に補正している。 The fθ lens 96 has a positive meniscus shape with a convex surface facing the surface to be scanned, and has a curvature in at least one sub-scanning surface (a surface that includes the optical axis and is orthogonal to the main scanning surface) of 96a and 96b. In the effective portion of the lens, it is changed continuously and substantially symmetrically with respect to the optical axis, and the asymmetry of the field curvature and the variation of the spot diameter are corrected simultaneously.

図3に示すようにG2レンズは、副走査断面でG1レンズの光軸に対して1.456mm偏芯させて配置し、斜入射で発生する波面収差の劣化と被走査面上での走査線湾曲を低減させている。また、図3の上方から入射した光束に対しては、G2レンズを下方に偏芯させ、下方から入射した光束に対しては上方に同量偏芯させ、図8に示すようにG2レンズ上を通過する光束が、それぞれ副走査断面内でG2レンズの光軸に対して反対の位置を通過することで光学特性(走査線湾曲)を補正している。このように配置するとG2レンズの製造誤差で副走査方向にレンズが沿った場合同一方向にそった場合の被走査面上の走査線湾曲方向が揃うのでよい。また、そりが同一量であれば色ずれは発生しないというメリットを有する。   As shown in FIG. 3, the G2 lens is arranged with a decentering of 1.456 mm with respect to the optical axis of the G1 lens in the sub-scanning section, and the deterioration of wavefront aberration caused by oblique incidence and the scanning line on the scanned surface. Curvature is reduced. Further, the G2 lens is decentered downward with respect to the light beam incident from above in FIG. 3, and the same amount is decentered upward with respect to the light beam incident from below, as shown in FIG. The optical flux (scanning line curve) is corrected by the light fluxes passing through each passing through positions opposite to the optical axis of the G2 lens in the sub-scan section. With this arrangement, when the lens is along the sub-scanning direction due to manufacturing errors of the G2 lens, the scanning line curve direction on the surface to be scanned when aligned along the same direction may be aligned. Further, there is an advantage that no color shift occurs if the warp is the same amount.

本実施例では、副走査曲率変化面は1面で構成されており、かつ概面は、軸外に極値を持つことなく光軸に対して略対称に変化させ波面収差を良好に補正している。また、fθレンズは、成形上有利になるように主走査方向の形状を被走査面97の垂直二等分線に対して対称に構成し、最も偏向器側のレンズは、副走査方向の曲率半径が無限大であり、副走査方向のパワーをほとんど有していない。副走査方向の結像性能は、最も非走査面側のレンズの最も非走査側の面のみで補正している。図4に示すように、主走査方向、副走査方向共に光学特性は良好に補正されている。   In the present embodiment, the sub-scanning curvature changing surface is composed of one surface, and the rough surface is changed substantially symmetrically with respect to the optical axis without having an extreme value off the axis, thereby favorably correcting the wavefront aberration. ing. Further, the fθ lens has a shape in the main scanning direction symmetrical with respect to the vertical bisector of the surface to be scanned 97 so as to be advantageous in molding, and the lens on the most deflector side has a curvature in the sub-scanning direction. The radius is infinite, and there is almost no power in the sub-scanning direction. The imaging performance in the sub-scanning direction is corrected only on the most non-scanning surface of the lens on the most non-scanning surface side. As shown in FIG. 4, the optical characteristics are well corrected in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.

また、本実施形態では、fθレンズ76は二枚で構成されているが、fθレンズは、三枚以上であってもよく、さらに、回折素子等の光学素子を用いても全く同様の効果を得ることができる。さらに、光源にシングルビームレーザーを用いているが、2以上の複数の発光点を有するマルチビームレーザーを用いても同様の効果が得られる。   In this embodiment, the fθ lens 76 is composed of two lenses. However, the fθ lens may be three or more, and the same effect can be obtained even when an optical element such as a diffraction element is used. Can be obtained. Furthermore, although a single beam laser is used as the light source, the same effect can be obtained by using a multi-beam laser having a plurality of light emitting points of two or more.

つまり、G1レンズ96aとG2レンズ96bの間に1枚以上のレンズ、回折光学素子、曲面ミラーが配置されていても良い。   That is, one or more lenses, a diffractive optical element, and a curved mirror may be arranged between the G1 lens 96a and the G2 lens 96b.

以上のように、副走査方向に角度を有した複数の光線を単一の偏向器でそれぞれ異なる被走査面上に導光する光走査装置において、入射光束を偏向面の略同一位置で偏向させることで、偏向面の高さを薄くし、モーターへの負荷を軽減すると共に、複数の入射光束に対応した複数個のレンズを同一形状で構成することにより、製造時誤差等で発生する光学性能劣化を防止し、色ずれの少ない、高性能な光走査装置を得ることが可能となる。   As described above, in an optical scanning device that guides a plurality of light beams having an angle in the sub-scanning direction onto different surfaces to be scanned by a single deflector, the incident light beam is deflected at substantially the same position on the deflection surface. By reducing the height of the deflection surface, reducing the load on the motor, and configuring multiple lenses with the same shape for multiple incident light beams, optical performance caused by manufacturing errors, etc. It is possible to obtain a high-performance optical scanning device that prevents deterioration and has little color misregistration.

(実施例2)
本実施形態の実施形態1と異なる点は、G1レンズがガラスモールドで作製された非球面レンズで構成されていることであり、その他の構成及び効果は、実施形態1と同様である。
(Example 2)
The difference of the present embodiment from the first embodiment is that the G1 lens is composed of an aspheric lens made of a glass mold, and other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

本実施形態のfθレンズ86のうち、G1レンズは、ガラスモールドで作製されており、成形上有利なように主走査方向の形状が、走査開始側と終了側で対象に構成されている。更に、副走査方向の曲率半径は少なくとも1面が連続的に変化いており、像面湾曲、波面収差、スポット径の変動を補正している。また、又、実施形態1同様にサグ量が小さいため、副走査方向の曲率半径を光軸に対して略対称に変化させ、その変化は、波面収差を良好に補正するために、極値を2以上持つことなく変化させている。   Among the fθ lenses 86 of the present embodiment, the G1 lens is made of a glass mold, and the shape in the main scanning direction is configured on the scanning start side and the end side so as to be advantageous for molding. Further, at least one surface has a continuously changing radius of curvature in the sub-scanning direction, and corrections for field curvature, wavefront aberration, and spot diameter variation are made. Further, since the sag amount is small as in the first embodiment, the curvature radius in the sub-scanning direction is changed substantially symmetrically with respect to the optical axis, and the change is an extreme value in order to satisfactorily correct the wavefront aberration. It changes without having two or more.

本実施形態では、レンズを成形上有利なように最も偏向器側のレンズと、最も非走査面側のレンズの偏向器側の面(r3面)も副走査方向の曲率半径を|r|=1000としている。一般にモールド成型は、平面を構成するのが難しく、光学面にくせが発生しやすいため緩い曲率(|r|≧100)をつけた方が成型上有利になるというメリットを有しているためである。又、G1レンズにガラスを用いることにより、環境変動(温度、湿度)による光学性能の劣化を低減することが可能となる。本実施形態では、主走査方向のパワーがG1レンズに略集中しているため、主走査方向の光学特性が、環境変化の影響を受けづらくなるというメリット有する。   In the present embodiment, the curvature radius in the sub-scanning direction of the lens on the most deflector side and the surface on the deflector side (r3 surface) of the lens on the most non-scanning surface side are set to | r | = 1000. In general, molding has a merit that it is difficult to form a flat surface, and the optical surface tends to be habitual, so that it is advantageous in molding to have a loose curvature (| r | ≧ 100). is there. Further, by using glass for the G1 lens, it is possible to reduce deterioration of optical performance due to environmental fluctuations (temperature, humidity). In this embodiment, since the power in the main scanning direction is substantially concentrated on the G1 lens, the optical characteristics in the main scanning direction are less susceptible to environmental changes.

本実施形態においても実施形態1と同様、副走査方向の結像性能は、最も被走査面側の面のみで補正しており、4つのステーションそれぞれのG2レンズを同一形状とすることで、レンズ製造誤差により発生する走査線湾曲劣化を低減している。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the imaging performance in the sub-scanning direction is corrected only by the surface closest to the surface to be scanned, and the G2 lens of each of the four stations has the same shape. Scan line curve degradation caused by manufacturing errors is reduced.

以上のように本実施例では、最も非走査面側のレンズをガラスモールドで作製した非球面レンズで構成し、環境変化による光学性能劣化を低減しさらに色ずれの少ない、高性能な光走査装置を得ることが可能となる。   As described above, in this embodiment, the lens on the most non-scanning surface side is composed of an aspherical lens made of a glass mold, optical performance deterioration due to environmental changes is reduced, and a high-performance optical scanning device with less color misregistration. Can be obtained.

(実施例3)
本実施形態の実施形態1と異なる点は、光源に複数の発光点同一チップ内に有するモノリシックマルチビームレーザーを用いた点である。その他の構成及び効果は、実施形態1と同様である。
(Example 3)
The difference of this embodiment from Embodiment 1 is that a monolithic multi-beam laser having a plurality of light emitting points in the same chip is used as the light source. Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

本実施形態の光源は、レーザーチップを4つ並べて配置されており、それぞれ2つ発光点を有するモノリシックマルチビームレーザーで構成されており、それぞれ4つの感光ドラム面上を2本のビームが略並行に走査するように構成されている。   The light source of the present embodiment is configured by four monolithic multi-beam lasers each having two laser chips arranged side by side, and two beams are substantially parallel on each of the four photosensitive drum surfaces. It is comprised so that it may scan.

本実施形態のfΘレンズは、副走査方向の横倍率が像高によらず一定になっているため、同一の感光体ドラム面上の2本のビーム間隔は一定となる。又、副走査方向の曲率半径は少なくとも1面が連続的に変化いており、像面湾曲、波面収差、スポット径の変動を補正している。また、又、実施形態1同様にサグ量が小さいため、副走査方向の曲率半径を光軸に対して略対称に変化させ、その変化は、波面収差を良好に補正するために、極値を2以上持つことなく変化させている。   In the fΘ lens of this embodiment, since the lateral magnification in the sub-scanning direction is constant regardless of the image height, the interval between the two beams on the same photosensitive drum surface is constant. Further, at least one surface has a continuously changing radius of curvature in the sub-scanning direction, and corrections for field curvature, wavefront aberration, and spot diameter variation are made. Further, since the sag amount is small as in the first embodiment, the curvature radius in the sub-scanning direction is changed substantially symmetrically with respect to the optical axis, and the change is an extreme value in order to satisfactorily correct the wavefront aberration. It changes without having two or more.

本実施形態では、光源にモノリシックマルチビームレーザーを用い、より高速な光走査装置を得ることができるだけでなく、シングルビームレーザーで構成された光走査装置と同一の印字枚数の画像形成装置に適用した場合は、ポリゴンモーターの回転数を低減させることができ、さらに安価なモーターを使用できるというメリット有する。   In the present embodiment, a monolithic multi-beam laser is used as a light source, and not only a higher-speed optical scanning device can be obtained, but also applied to an image forming apparatus having the same number of printed sheets as an optical scanning device configured with a single beam laser. In this case, the rotational speed of the polygon motor can be reduced, and an inexpensive motor can be used.

以上のように本実施例では、光源をモノリシックマルチビームレーザーで構成し、より高速で色ずれの少ない、高性能な光走査装置を得ることが可能となる。   As described above, in this embodiment, it is possible to obtain a high-performance optical scanning device in which the light source is constituted by a monolithic multi-beam laser and is faster and has less color misregistration.

[画像形成装置]
図9は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図9において、図9において、60はカラー画像形成装置、11は各々実施形態1〜3に示したいずれかの構成を有する走査光学装置、21、22、23、24は各々像担持体としての感光ドラム、31、32、33、34は各々現像器、51は搬送ベルトである。
[Image forming apparatus]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part in the sub-scanning direction showing the embodiment of the image forming apparatus of the present invention. In FIG. 9, in FIG. 9, 60 is a color image forming apparatus, 11 is a scanning optical apparatus having any one of the configurations shown in the first to third embodiments, and 21, 22, 23, and 24 are each an image carrier. Each of the photosensitive drums 31, 32, 33, and 34 is a developing unit, and 51 is a conveyance belt.

図において、カラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器52からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査光学装置11に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム41、42、43、44が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム21、22、23、24の感光面が主走査方向に走査される。   In the figure, R (red), G (green), and B (blue) color signals are input to the color image forming apparatus 60 from an external device 52 such as a personal computer. These color signals are converted into C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and B (black) image data (dot data) by a printer controller 53 in the apparatus. These image data are respectively input to the scanning optical device 11. From these scanning optical devices, light beams 41, 42, 43, and 44 modulated according to each image data are emitted, and the photosensitive surfaces of the photosensitive drums 21, 22, 23, and 24 are caused by these light beams. Scanned in the main scanning direction.

本実施態様におけるカラー画像形成装置は1つの走査光学装置(11)から、各C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の各色に対応した光線を射出し、感光ドラム21、22、23、24面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。   In this embodiment, the color image forming apparatus emits light beams corresponding to the respective colors of C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and B (black) from one scanning optical device (11). Image signals (image information) are recorded on the drums 21, 22, 23, and 24, and color images are printed at high speed.

本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く1つの走査光学装置11により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム21、22、23、24面上に形成している。その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。   In the color image forming apparatus according to the present embodiment, as described above, the single scanning optical device 11 uses the light beam based on the respective image data to convert the latent images of the respective colors onto the corresponding photosensitive drums 21, 22, 23, and 24. Is formed. Thereafter, a single full color image is formed by multiple transfer onto a recording material.

前記外部機器52としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。   As the external device 52, for example, a color image reading device including a CCD sensor may be used. In this case, the color image reading apparatus and the color image forming apparatus 60 constitute a color digital copying machine.

本実施例1の光走査装置における副走査断面図Sub-scan sectional view of the optical scanning device according to the first embodiment. 本実施例1の光学系主走査断面図Optical system main-scan sectional view of the first embodiment 本実施例1の光学系副走査断面図Optical system sub-scan sectional view of Example 1 本実施例1の光学性能を示す図The figure which shows the optical performance of the present Example 1 本発明のfθレンズの主走査断面を示す図The figure which shows the main scanning cross section of the f (theta) lens of this invention 本発明のfθレンズの副走査断面を示す図The figure which shows the subscanning cross section of the f (theta) lens of this invention 本発明のfθレンズ上のビーム通過位置を示す模式図The schematic diagram which shows the beam passage position on the f (theta) lens of this invention 従来の光走査装置Conventional optical scanning device 本発明の画像形成装置Image forming apparatus of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

91 半導体レーザー等の光源
92 コリメータレンズ
93 開口絞り
94 シリンドリカルレンズ
95 ポリゴンミラー
96 fθレンズ
91 Light source such as semiconductor laser 92 Collimator lens 93 Aperture stop 94 Cylindrical lens 95 Polygon mirror 96 fθ lens

Claims (15)

光源手段と、光源から出射した光束を偏向手段に導く入射光学系と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上にスポットを形成する走査光学系を具備する光走査装置であって、
前記入射光学系から射出された光束は、副走査断面内で斜め方向から前記偏向手段へ入射し、前記走査光学系の最も被走査面側の光学素子は、副走査断面における前記走査光学系の光軸に対して対称形状であることを特徴とする光走査装置。
An optical scanning device comprising: a light source means; an incident optical system that guides a light beam emitted from the light source to a deflection means; and a scanning optical system that forms a spot on the surface to be scanned by the light beam deflected by the deflection means,
The light beam emitted from the incident optical system is incident on the deflecting unit from an oblique direction in the sub-scanning section, and the optical element closest to the scanning surface of the scanning optical system is the optical element of the scanning optical system in the sub-scanning section. An optical scanning device having a symmetrical shape with respect to an optical axis.
前記走査光学系は複数の光学素子を備えており、該走査光学系のうち最も被走査面に近い光学素子が、最も偏向手段に近い前記走査光学系の光軸に対して偏芯していることを特徴する請求項1記載の光走査装置。   The scanning optical system includes a plurality of optical elements, and the optical element closest to the scanned surface of the scanning optical system is eccentric with respect to the optical axis of the scanning optical system closest to the deflecting unit. The optical scanning device according to claim 1. 前記走査光学系の光軸は、前記偏向手段の偏向面の法線と平行に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の光走査装置。   3. The optical scanning device according to claim 1, wherein an optical axis of the scanning optical system is disposed in parallel with a normal line of a deflection surface of the deflecting unit. 前記走査光学系うち少なくとも1つの光学素子は、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein at least one optical element of the scanning optical system is a plastic lens. 前記偏向手段は、複数の光束をそれぞれ異なる被走査面上に走査することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の光走査装置。   5. The optical scanning device according to claim 1, wherein the deflecting unit scans a plurality of light beams on different scanning surfaces. 前記光源手段は、モノリシックマルチビームレーザーで構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の光走査装置。   6. The optical scanning device according to claim 1, wherein the light source means is constituted by a monolithic multi-beam laser. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを備えた画像形成装置。   The optical scanning device according to claim 1, the photosensitive member disposed on the surface to be scanned, and electrostatic formed on the photosensitive member by a light beam scanned by the optical scanning device. An image forming apparatus comprising: a developing device that develops a latent image as a toner image; a transfer device that transfers the developed toner image onto a transfer material; and a fixing device that fixes the transferred toner image onto the transfer material. . 請求項1〜6のいずれか一項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを備えた画像形成装置。   An image forming apparatus comprising: the optical scanning device according to claim 1; and a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the optical scanning device. 光源手段と、光源から出射した光束を偏向手段に導く入射光学系と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上にスポットを形成する光学素子を有する走査光学系を複数具備し、前記複数の光束を異なる複数の被走査面上に導く光走査装置であって、
前記入射光学系から射出された複数の光束は、副走査断面内で斜め方向から偏向手段へ入射し、前記複数の走査光学系を構成する夫々の光学素子の中で最も被走査面に近い光学素子を副走査断面内において同一形状としたことを特徴とする光走査装置。
A plurality of scanning optical systems having a light source means, an incident optical system that guides the light beam emitted from the light source to the deflecting means, and an optical element that forms a spot on the surface to be scanned. An optical scanning device that guides the luminous flux of light onto a plurality of different scanned surfaces,
The plurality of light beams emitted from the incident optical system are incident on the deflecting unit from an oblique direction within the sub-scanning section, and are optically closest to the scanning surface among the respective optical elements constituting the plurality of scanning optical systems. An optical scanning device characterized in that the elements have the same shape in the sub-scan section.
前記最も被走査面に近い光学素子は、モールドレンズであることを特徴とする請求項9記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 9, wherein the optical element closest to the surface to be scanned is a mold lens. 前記入射光学系から射出された複数の光束は、前記複数の光束に対応した前記複数の走査光学系を構成する夫々の光学素子の副走査断面での通過位置が異なることを特徴とする請求項9又は10記載の光走査装置。   The plurality of light beams emitted from the incident optical system have different passing positions in the sub-scanning section of each optical element constituting the plurality of scanning optical systems corresponding to the plurality of light beams. The optical scanning device according to 9 or 10. 前記複数の走査光学系を構成する夫々の光学素子の中で最も被走査面に近い光学素子を副走査断面内において同一形状とすることで、前記複数の被走査面上での走査線湾曲を補正したことを特徴とする請求項9〜11記載の光走査装置。   By making the optical element closest to the scanned surface among the respective optical elements constituting the plurality of scanning optical systems the same shape in the sub-scanning cross section, the scanning line curvature on the scanned surfaces can be reduced. The optical scanning device according to claim 9, wherein the optical scanning device is corrected. 前記光源手段は、モノリシックマルチビームレーザーで構成されていることを特徴とする請求項9〜12記載の光走査装置。   13. The optical scanning device according to claim 9, wherein the light source means is composed of a monolithic multi-beam laser. 請求項9〜13のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを備えた画像形成装置。   An optical scanning device according to any one of claims 9 to 13, a photosensitive member disposed on the surface to be scanned, and an electrostatic formed on the photosensitive member by a light beam scanned by the optical scanning device. An image forming apparatus comprising: a developing device that develops a latent image as a toner image; a transfer device that transfers the developed toner image onto a transfer material; and a fixing device that fixes the transferred toner image onto the transfer material. . 請求項9〜13のいずれか一項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを備えた画像形成装置。   An image forming apparatus comprising: the optical scanning device according to claim 9; and a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the optical scanning device.
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