JP2005338865A - Scanning optical apparatus and laser beam printer having the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a scanning optical apparatus which is compact and suitable for high-definition printing, by appropriately setting the shape of an fθ lens. <P>SOLUTION: In a scanning optical apparatus, a luminous flux emitted from a light source means causes to form an image linearly in a main scanning direction on the deflecting surface of a deflecting element via a first optical element and a second optical element, and a plurality of luminous fluxes deflected with deflected element causes to form the image into a spot-like shape on a surface to be scanned via a third optical element, wherein the third optical element is construted by at least two lens faces, and a principal plane position in the on-axis subscanning direction on the optical axis makes the principal plane position in the off-axis subscanning direction closer to the position of the surface to be scanned by allowing curvatures of the two lens faces in a subscanning direction to be consecutively varied from the on-axis toward the off-axis, so that the change of an f-number in the subscanning direction caused by the image height of the luminous flux made incident on the surface to be scanned is restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタに関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡等より成る光偏向器(偏向素子)で偏向反射させた後、fθ特性を有する結像光学系(fθレンズ)を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機等の装置に好適なものである。   The present invention relates to a scanning optical device and a laser beam printer having the same, and in particular, has a fθ characteristic after a light beam modulated and emitted from a light source means is deflected and reflected by an optical deflector (deflection element) composed of a rotating polygon mirror or the like. Suitable for devices such as a laser beam printer (LBP) having an electrophotographic process, a digital copying machine, and the like, in which image information is recorded by optically scanning the surface to be scanned through an imaging optical system (fθ lens). It is a thing.

従来よりレーザービームプリンタ等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡(ポリゴンミラー)より成る光偏向器により周期的に偏向させ、fθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体(感光体ドラム)面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行なっている。   Conventionally, in a scanning optical device such as a laser beam printer, a light beam modulated and emitted from a light source means according to an image signal is periodically deflected by, for example, an optical deflector composed of a rotating polygon mirror (polygon mirror) to obtain an fθ characteristic. Are focused in a spot shape on the surface of a photosensitive recording medium (photosensitive drum) by an image forming optical system, and image recording is performed by optically scanning the surface.

図25は従来の走査光学装置の要部概略図である。   FIG. 25 is a schematic view of a main part of a conventional scanning optical apparatus.

同図において光源手段61から出射した発散光束はコリメーターレンズ62により略平行光束とされ、絞り63によって該光束(光量)を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ64に入射している。シリンドリカルレンズ64に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま平行光束の状態で射出する。又副走査断面内においては集束して回転多面鏡(ポリゴンミラー)から成る光偏向器65の偏向面(反射面)65aにほぼ線像として結像している。   In the figure, a divergent light beam emitted from a light source means 61 is made into a substantially parallel light beam by a collimator lens 62, and the light beam (light quantity) is limited by a diaphragm 63 to form a cylindrical lens 64 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. Incident. Out of the parallel light beams incident on the cylindrical lens 64, the light beams are emitted as they are in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam is converged and formed as a substantially line image on the deflecting surface (reflecting surface) 65a of the optical deflector 65 composed of a rotating polygon mirror (polygon mirror).

ここで、主走査断面とは、光偏向器の偏向面で偏向反射された光束が経時的に形成する光束断面を指す。また、副走査断面とはfθレンズの光軸を含み主走査断面に直交する断面を指す。   Here, the main scanning cross section refers to a cross section of the light beam formed by the light beam deflected and reflected by the deflecting surface of the optical deflector over time. Further, the sub-scanning section refers to a section that includes the optical axis of the fθ lens and is orthogonal to the main scanning section.

そして光偏向器65の偏向面65aで偏向反射された光束をfθ特性を有する結像光学系(fθレンズ)66を介して被走査面としての感光ドラム68面上に導光し、該光偏向器65を矢印A方向に回転させることによって該感光ドラム68面上を光走査して画像情報の記録を行なっている。   Then, the light beam deflected and reflected by the deflecting surface 65a of the optical deflector 65 is guided to the surface of the photosensitive drum 68 as the surface to be scanned through the imaging optical system (fθ lens) 66 having the fθ characteristic, and the light deflection is performed. By rotating the device 65 in the direction of arrow A, the surface of the photosensitive drum 68 is optically scanned to record image information.

この種の走査光学装置において高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面全域にわたって像面湾曲が良好に補正されスポット径が揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差(fθ特性)を有していることが必要である。このような光学特性を満たす走査光学装置、若しくはその補正光学系(fθレンズ)は従来より種々と提案されている。   In order to perform highly accurate image information recording with this type of scanning optical apparatus, the field curvature is well corrected over the entire surface to be scanned and the spot diameter is uniform, and the angle of incident light is proportional to the image height. It is necessary to have distortion (fθ characteristics) that is relevant. Various scanning optical devices or their correction optical systems (fθ lenses) satisfying such optical characteristics have been proposed.

又一方、レーザービームプリンタやデジタル複写機等のコンパクト化及び低コスト化に伴ない、走査光学装置にも同様のことが求められている。   On the other hand, with the downsizing and cost reduction of laser beam printers and digital copying machines, the same is required for scanning optical devices.

これらの要望を両立させるものとしてfθレンズを1枚から構成した走査光学装置が知られている(特許文献1〜5)。   In order to satisfy these demands, a scanning optical device having a single fθ lens is known (Patent Documents 1 to 5).

これらの公報のうち特許文献1、2等ではfθレンズとして光偏向器側に凹面の単レンズを用いてコリメーターレンズからの平行光束を記録媒体面上に集束させている。又特許文献3ではfθレンズとして光偏向器側に凹面、像面側にトロイダル面の単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変換された光束を該fθレンズに入射させている。又特許文献4ではfθレンズとしてレンズ面に高次非球面を導入した単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変換された光束を該fθレンズに入射させている。
特開昭61−48684号公報 特開昭63−157122号公報 特開平4−104213号公報 特開平4−50908号公報 特開平6−239386号公報
Among these publications, in Patent Documents 1 and 2, etc., a parallel single beam from the collimator lens is focused on the recording medium surface by using a concave single lens on the optical deflector side as the fθ lens. In Patent Document 3, a light beam converted into convergent light by a collimator lens using a single lens having a concave surface on the optical deflector side and a toroidal surface on the image surface side as an fθ lens is incident on the fθ lens. In Patent Document 4, a single lens in which a high-order aspheric surface is introduced as a lens surface is used as an fθ lens, and a light beam converted into convergent light by a collimator lens is incident on the fθ lens.
JP 61-48684 A JP 63-157122 A JP-A-4-104213 Japanese Patent Laid-Open No. 4-50908 JP-A-6-239386

しかしながら上記に示した従来の走査光学装置において特許文献1では副走査方向の像面湾曲が残存しており、かつ平行光束を被走査面に結像させている為、fθレンズから被走査面までの距離が焦点距離fとなり長く、コンパクトな走査光学装置を構成することが難しいという問題点があった。特許文献2ではfθレンズの肉厚が厚い為、モールド成型による製作が困難でありコストアップの要因となるという問題点があった。特許文献3では歪曲収差が残存するという問題点があった。特許文献4では高次非球面のfθレンズを用い収差は良好に補正されているものの光偏向器であるポリゴンミラーの取付誤差によりポリゴン面数周期のジッターが発生するという問題点があった。   However, in the conventional scanning optical apparatus shown above, in Patent Document 1, the curvature of field in the sub-scanning direction remains and a parallel light beam is imaged on the surface to be scanned, so that from the fθ lens to the surface to be scanned. Is a long focal length f, and it is difficult to construct a compact scanning optical device. In Patent Document 2, since the fθ lens is thick, it is difficult to manufacture by molding, resulting in an increase in cost. Patent Document 3 has a problem that distortion remains. In Patent Document 4, although a high-order aspherical fθ lens is used to correct aberrations, there is a problem that jitter of a polygon surface period occurs due to an attachment error of a polygon mirror as an optical deflector.

更にこれら1枚で構成されたfθレンズに共通する問題点としては、光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性により、像高によって副走査方向のスポット径が変化するという問題点があった。   Furthermore, a problem common to these one-piece fθ lenses is that the spot diameter in the sub-scanning direction varies depending on the image height due to non-uniformity of the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector and the surface to be scanned. There was a problem of doing.

図26(A),(B)は本発明者が特許文献5で提案した各々従来のシングルビームの走査光学装置における主走査方向と副走査方向の要部断面図であり、像高による副走査方向のスポット径(Fナンバー)の変化を示している。同図において図25に示した要素と同一要素には同符番を付している。   FIGS. 26A and 26B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction in the conventional single-beam scanning optical device proposed by the present inventor in Patent Document 5, and are sub-scanning according to image height. The change of the spot diameter (F number) of a direction is shown. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

通常、面倒れ補正光学系では光偏向器の偏向面の面倒れを光学的に補正する為に、該偏向面と被走査面とを光学的に共役関係(結像関係)とする必要がある。
従って、前述した従来例のような主走査面内で所定のレンズ形状をもつfθレンズでは軸上(軸上光束21)では図26(B)内の(イ)に示すように横倍率が高く、軸外(最軸外光束22)では図26(B)内の(ロ)に示すように横倍率が低くなる(尚、主走査面内でのレンズ形状により逆になる場合もある)。
Usually, in the surface tilt correction optical system, in order to optically correct the surface tilt of the deflecting surface of the optical deflector, it is necessary to optically conjugate the deflection surface and the surface to be scanned (imaging relationship). .
Therefore, in the fθ lens having a predetermined lens shape in the main scanning plane as in the conventional example described above, the lateral magnification is high on the axis (on-axis light beam 21) as shown in (a) in FIG. In the off-axis direction (outmost-axis light beam 22), the lateral magnification is low as shown in (b) in FIG. 26B (in some cases, it is reversed depending on the lens shape in the main scanning plane).

このようにfθレンズの主走査面内でのレンズ形状によって副走査方向の横倍率にバラツキができ、像高による副走査方向のスポット径の変化が生じる。   Thus, the lateral magnification in the sub-scanning direction can vary depending on the lens shape in the main scanning plane of the fθ lens, and the spot diameter in the sub-scanning direction varies depending on the image height.

又、一方LBPに用いられる走査光学装置は、該LBPの高速化、高精細化によって、より高速走査の可能なものが求められており、走査手段であるモーターの回転数、偏向手段であるポリゴンミラーの面数などの限界から、特に複数の光束を同時に走査できるマルチビーム走査光学装置の要求が高まっている。   On the other hand, the scanning optical device used for LBP is required to be capable of high-speed scanning by increasing the speed and definition of the LBP. The rotation speed of the motor as the scanning means and the polygon as the deflection means are required. Due to limitations such as the number of mirror surfaces, there is an increasing demand for a multi-beam scanning optical apparatus that can simultaneously scan a plurality of light beams.

上述した副走査方向の横倍率の不均一性は、光源(光源部)の位置が光軸から図2に示すZ方向に外れている場合に走査線の曲がりを生じさせる為、例えばマルチビーム走査光学系(マルチビーム走査光学装置)のように光軸から外れた複数の光束を用いて被走査面を同時に走査する光学系では、該被走査面上で走査線が曲がり、その結果ピッチムラによる画像品位の劣化が起こるという問題点があった。   The above-described non-uniformity of the lateral magnification in the sub-scanning direction causes the scanning line to be bent when the position of the light source (light source unit) deviates from the optical axis in the Z direction shown in FIG. In an optical system such as an optical system (multi-beam scanning optical device) that simultaneously scans a surface to be scanned using a plurality of light beams that deviate from the optical axis, the scanning line is bent on the surface to be scanned, resulting in an image due to pitch unevenness. There was a problem that the quality deteriorated.

本発明の第1の目的は、コリメーターレンズ等で変換された光源からの光束を光偏向器を介して1枚のfθレンズにより被走査面上に結像させる際、該fθレンズの主走査面内でのレンズ形状(主走査面形状)を最適化にすることにより、像面湾曲や歪曲収差等を補正し、かつ主走査面内でのレンズ形状とは独立に副走査面内でのレンズ形状(副走査面形状)のみで光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することによって像高による副走査方向のFナンバー(FNo)の変化、即ちスポット径の変化を抑えることができる、コンパクトでしかも高精細な印字に適した走査光学装置の提供にある。   A first object of the present invention is to perform main scanning of a fθ lens when a light beam from a light source converted by a collimator lens or the like is imaged on a surface to be scanned by a single fθ lens via an optical deflector. By optimizing the lens shape (main scanning surface shape) in the surface, the curvature of field, distortion, etc. are corrected, and the lens shape in the main scanning surface is independent of the lens shape in the main scanning surface. By eliminating the non-uniformity of the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector and the surface to be scanned using only the lens shape (sub-scanning surface shape), the change in the F-number (FNo) in the sub-scanning direction due to the image height, It is an object of the present invention to provide a scanning optical device that can suppress changes in the spot diameter and is compact and suitable for high-definition printing.

本発明の第2の目的は、コリメーターレンズ等で変換された光源からの複数の光束を光偏向器を介してfθレンズにより被走査面上に結像させる際、該fθレンズの主走査面内でのレンズ形状(主走査面形状)を最適化にすることにより、像面湾曲と歪曲収差等を補正し、かつ主走査面内でのレンズ形状とは独立に副走査面内でのレンズ形状(副走査面形状)のみで光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することによって、像高による副走査方向のFナンバー(FNo)の変化、即ちスポット径の変化を抑え、光軸から副走査方向に外れた光源からの光束に対しても走査線曲がりを生じることなく高精度に走査することができる、コンパクトでしかも高精細な印字に適した走査光学装置の提供にある。   A second object of the present invention is to form a plurality of light beams from a light source converted by a collimator lens or the like on a surface to be scanned by an fθ lens via an optical deflector, and to scan the main scanning surface of the fθ lens. Lens shape (main scanning surface shape) is optimized to correct curvature of field, distortion, etc., and the lens in the sub-scanning surface is independent of the lens shape in the main scanning surface. By eliminating the nonuniformity of the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector and the surface to be scanned only by the shape (sub-scanning surface shape), the change in the F-number (FNo) in the sub-scanning direction due to the image height, that is, Suitable for compact and high-definition printing that suppresses changes in the spot diameter and can scan with high accuracy without causing bending of the scanning line even for a light beam from a light source deviating from the optical axis in the sub-scanning direction. To provide a scanning optical device.

請求項1の発明の走査光学装置は、光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2つのレンズ面により構成され、該2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴としている。
In the scanning optical device according to the first aspect of the present invention, the light beam emitted from the light source means is imaged in the form of a long line in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element. A scanning optical device that forms a plurality of light beams deflected by the deflecting element in a spot shape on a scanned surface via a third optical element and scans the scanned surface;
The third optical element is composed of at least two lens surfaces, and the axis in the optical axis direction is changed by continuously changing the curvature of the two lens surfaces in the sub-scanning direction from on-axis to off-axis. The main plane position in the upper sub-scanning direction is a position closer to the surface to be scanned than the main plane position in the sub-scanning direction off the axis, and thereby the sub-scanning direction due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned It is characterized by suppressing changes in F number.

請求項2の発明の走査光学装置は、光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は単レンズより成り、該単レンズの両レンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴としている。
In the scanning optical device according to the second aspect of the present invention, the light beam emitted from the light source means is imaged in the form of a long line in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element. A scanning optical device that forms a plurality of light beams deflected by the deflecting element in a spot shape on a scanned surface via a third optical element and scans the scanned surface;
The third optical element is composed of a single lens, and by continuously changing the curvature in the sub-scanning direction of both lens surfaces of the single lens from the on-axis to the off-axis, the on-axis in the optical axis direction. The main plane position in the sub-scanning direction is a position closer to the surface to be scanned than the main plane position in the sub-scanning direction off the axis, and thereby F in the sub-scanning direction due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned. It is characterized by suppressing changes in numbers.

請求項3の発明の走査光学装置は、光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2枚のレンズにより構成され、該2枚のレンズのうち少なくとも2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, the light beam emitted from the light source means is imaged in the form of a long line in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element. A scanning optical device that forms a plurality of light beams deflected by the deflecting element in a spot shape on a scanned surface via a third optical element and scans the scanned surface;
The third optical element is composed of at least two lenses, and by continuously changing the curvature in the sub-scanning direction of at least two lens surfaces of the two lenses from on-axis to off-axis, The main plane position in the sub-scanning direction on the axis in the optical axis direction makes the main plane position in the sub-scanning direction off the axis closer to the surface to be scanned, and thereby the light beam incident on the surface to be scanned The feature is that the change in the F-number in the sub-scanning direction due to the image height is suppressed.

請求項4の発明は、請求項1、2又は3の発明において、前記第3の光学素子の少なくとも2つのレンズ面の副走査方向の曲率が軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称に変化していることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the invention, the curvature in the sub-scanning direction of at least two lens surfaces of the third optical element is asymmetric with respect to the optical axis from the on-axis to the off-axis. It is characterized by changing to.

請求項5の発明は、請求項1、2又は3の発明において、前記副走査方向の主平面位置を主走査方向に繋いだ軌跡は前記被走査面側に凸形状であることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the present invention, a trajectory connecting the main plane position in the sub-scanning direction in the main scanning direction is a convex shape on the scanned surface side. .

請求項6の発明の走査光学装置は、光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2つのレンズ面により構成され、該2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に非対称に変化させることにより、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, the light beam emitted from the light source means is imaged in the form of a long line in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element. A scanning optical device that forms a plurality of light beams deflected by the deflecting element in a spot shape on a scanned surface via a third optical element and scans the scanned surface;
The third optical element is constituted by at least two lens surfaces, and the curvature in the sub-scanning direction of the two lens surfaces is continuously changed asymmetrically from on-axis to off-axis to thereby change the surface to be scanned. It is characterized in that the change in the F number in the sub-scanning direction due to the image height of the incident light beam is suppressed.

請求項7の発明のレーザービームプリンタは、請求項1〜6のいずれか一項記載の走査光学装置と、前記被走査面として感光ドラム面とを有することを特徴としている。   A laser beam printer according to a seventh aspect of the invention includes the scanning optical device according to any one of the first to sixth aspects and a photosensitive drum surface as the surface to be scanned.

本発明によれば、高精細な印字が容易な走査光学装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a scanning optical device that facilitates high-definition printing.

まず本発明の走査光学装置の実施形態を説明する前に本発明の目的を達成する為の手段について説明する。本走査光学装置において上述した目的を達成する為にはfθレンズのレンズ形状を最適化にすると共に軸上と軸外における副走査方向の横倍率を揃えることが必要である。図27は走査光学装置の光偏向器(偏向素子)と被走査面間の主走査方向の要部断面図である。ここで軸上と軸外において副走査方向の横倍率を揃える為には、該軸上と軸外における光路長の比が等しくなるよう主平面位置を決定する必要がある。   First, means for achieving the object of the present invention will be described before describing an embodiment of the scanning optical apparatus of the present invention. In order to achieve the above-described object in the present scanning optical apparatus, it is necessary to optimize the lens shape of the fθ lens and to align the lateral magnification in the sub-scanning direction on and off the axis. FIG. 27 is a cross-sectional view of the main part in the main scanning direction between the optical deflector (deflection element) of the scanning optical apparatus and the surface to be scanned. Here, in order to align the lateral magnification in the sub-scanning direction on the axis and off-axis, it is necessary to determine the main plane position so that the ratio of the optical path lengths on the axis and off-axis is equal.

従って、
Ipri :Epri =Imar :Emar
Ipri・Emar =Epri・Imar ‥‥‥‥(a)
但し、
Ipri ‥軸上光束における光偏向器の偏向面から副走査方向の前側主
平面までの距離
Epri ‥軸上光束における副走査方向の後側主平面から被走査面まで
の距離
Imar ‥最軸外光束における光偏向器の偏向面から副走査方向の前側
主平面までの距離
Emar ‥最軸外光束における副走査方向の後側主平面から被走査面ま
での距離
なる条件を満足させるようfθレンズの副走査方向の主平面位置を決定する。
Therefore,
Ipri: Epri = Imar: Emar
Ipri · Emar = Epri · Imar (a)
However,
Ipri ... Front main in the sub-scanning direction from the deflecting surface of the optical deflector in the axial light beam
Distance to the plane Epri... From the back main plane in the sub-scanning direction of the axial light beam to the surface to be scanned
Distance Imar ... front side in the sub-scanning direction from the deflecting surface of the optical deflector in the most off-axis light beam
Distance to main plane Emar: From the rear main plane in the sub-scanning direction in the most off-axis light beam to the scanned surface
The main plane position in the sub-scanning direction of the fθ lens is determined so as to satisfy the condition of the distance at.

一般的に軸外光束はfθ特性を満たす為に主走査面内において光軸方向に屈折している為、上式(a)を満足させる為の副走査方向の主平面の主走査面内における軌跡71は図27に示すように軸外で光偏向器5側に湾曲した面になる。ここで最軸外における湾曲量をdxとすると
Emar =(Epri +dx)/cosθimg
Imar =(Ipri −dx)/cosθpor
よって、
Ipri (Epri +dx)/cosθimg
=Epri (Ipri −dx)/cosθimg
dx(Ipri・cosθpor +Epri・cosθimg )
=Ipri・Epri (cosθimg −cosθpor )
In general, the off-axis light beam is refracted in the direction of the optical axis in the main scanning plane in order to satisfy the fθ characteristic. Therefore, in the main scanning plane in the main plane in the sub-scanning direction to satisfy the above formula (a). As shown in FIG. 27, the locus 71 is a surface that is off-axis and curved toward the optical deflector 5 side. Here, if the amount of bending off the most axis is dx, Emar = (Epri + dx) / cos θimg
Imar = (Ipri−dx) / cos θ por
Therefore,
Ipri (Epri + dx) / cos θimg
= Epri (Ipri-dx) / cos [theta] img
dx (Ipri · cos θ por + Epri · cos θ img)
= Ipri · Epri (cos θimg -cos θ por)

但し、
θpor ‥主走査面内において光偏向器で偏向する最軸外光束がfθレンズの光軸となす角度
θimg ‥主走査面内において被走査面へ入射する最軸外光束がfθレンズの光軸となす角度
となる。
However,
θpor is the angle formed by the most off-axis light beam deflected by the optical deflector in the main scanning plane and the optical axis of the fθ lens. The angle to make.

従って副走査方向の横倍率を揃えるには副走査方向の主平面の軌跡の湾曲量dxを上式(b)により導かれる値に設定することが必要である。   Therefore, in order to align the horizontal magnification in the sub-scanning direction, it is necessary to set the curvature dx of the trajectory of the main plane in the sub-scanning direction to a value derived from the above equation (b).

即ち、実際の走査光学装置においてfθレンズの副走査方向の前側主平面と後側主平面の主走査面内における軌跡の湾曲量(最軸外の主平面位置と軸上の主平面位置との光軸方向の差分)を各々xm,xuとしたとき
xm ≦ dx ≦ xu ‥‥‥‥(1)
なる条件を満足するよう主平面位置を決定することが望ましい。
That is, in an actual scanning optical apparatus, the amount of curvature of the locus in the main scanning plane of the front main plane and the rear main plane in the sub-scanning direction of the fθ lens (the main plane position off the most axis and the main plane position on the axis). Xm ≦ dx ≦ xu (1) where xm and xu are the differences in the optical axis direction)
It is desirable to determine the main plane position so as to satisfy the following condition.

上記の条件式(1)を外れると副走査方向の横倍率にバラツキができ、像高によるスポット径の変化が大きくなり実用上問題となってくるので良くない。   If the above conditional expression (1) is deviated, the lateral magnification in the sub-scanning direction varies, and the change in the spot diameter due to the image height becomes large, causing a problem in practical use.

次に副走査方向の主平面位置を変化させる方法であるが、これは前述したようにfθレンズの副走査方向は光偏向器の偏向面と被走査面とを光学的に共役関係にすることによって面倒れ補正を行なっている為、該fθレンズの屈折力自体を変化させることはできない。   Next, there is a method of changing the main plane position in the sub-scanning direction. As described above, this means that the deflection surface of the optical deflector and the surface to be scanned are optically conjugate in the sub-scanning direction of the fθ lens. Therefore, the refractive power of the fθ lens itself cannot be changed.

従ってfθレンズの副走査方向の第1レンズ面(R1面)と第2レンズ面(R2面)をベンディングさせることによって主平面位置の移動を行なう。ベンディングによりレンズの主平面は該レンズ自体の屈折力を変えずに移動させることができる為、軸上から軸外に向かい子線rを連続的に変化させ、場所により最適なレンズ形状にすることにより副走査方向の横倍率を揃えることができる。   Accordingly, the main plane position is moved by bending the first lens surface (R1 surface) and the second lens surface (R2 surface) in the sub-scanning direction of the fθ lens. The main plane of the lens can be moved by bending without changing the refractive power of the lens itself, so that the concentric line r is continuously changed from on-axis to off-axis to make the lens shape optimal depending on the location. Thus, the horizontal magnification in the sub-scanning direction can be made uniform.

このようにしてfθレンズのレンズ形状を最適化にすることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のFナンバー(FNo)を揃えることができ、従来、単玉fθレンズで問題となっていた像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。   By optimizing the lens shape of the fθ lens in this way, the F number (FNo) in the sub-scanning direction of the light beam incident on the surface to be scanned can be made uniform, which has conventionally been a problem with a single ball fθ lens. The change in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be suppressed small.

又、光軸から外れた光源(光源部)から出射した光束に対しても走査線曲がりが生じることなく被走査面上を高精度に走査することができ、これによりマルチビーム走査にも好適な走査光学装置を得ることができる。   In addition, it is possible to scan the surface to be scanned with high accuracy with respect to a light beam emitted from a light source (light source unit) deviated from the optical axis, and this is suitable for multi-beam scanning. A scanning optical device can be obtained.

次に本発明の各実施形態について順に説明する。   Next, each embodiment of the present invention will be described in order.

図1(A),(B)は各々本発明の実施形態1の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。   1A and 1B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the first embodiment of the present invention.

図中1は光源手段(光源部)であり、例えば半導体レーザより成っている。   In the figure, reference numeral 1 denotes a light source means (light source unit), which is composed of, for example, a semiconductor laser.

2は第1の光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段1から出射された発散光束(光ビーム)を収束光束に変換している。3は開口絞りであり、通過光束径を整えている。   Reference numeral 2 denotes a collimator lens as a first optical element, which converts a divergent light beam (light beam) emitted from the light source means 1 into a convergent light beam. Reference numeral 3 denotes an aperture stop, which adjusts the diameter of a passing light beam.

4は第2の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り3を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器(偏向素子)5の偏向面5aにほぼ線像として結像させている。   A cylindrical lens 4 as a second optical element has a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction, and a light deflector (deflection element) to be described later in the sub-scan section of the light beam that has passed through the aperture stop 3. ) 5 is formed as a substantially linear image on the deflecting surface 5a.

5は偏向素子としての例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段(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。   Reference numeral 5 denotes an optical deflector composed of, for example, a polygon mirror (rotating polygonal mirror) as a deflecting element, which is rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the figure by driving means (not shown) such as a motor.

6は第3の光学素子としてのfθ特性を有する1枚のレンズより成るfθレンズ(結像光学系)であり、光偏向器5と被走査面としての感光ドラム面8との中間より該光偏向器5側に配置している。本実施形態におけるfθレンズ6の両レンズ面は共に主走査面内で非球面形状のトーリック面より成り、副走査面(第3の光学素子の光軸を含み主走査面と直交する面)内の曲率をレンズの有効部内において軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これにより本実施形態では被走査面8に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバー(FNo)の変化、即ちスポット径の変化を小さく抑えている。fθレンズ6は光偏向器5によって偏向反射された画像情報に基づく光束を感光ドラム8面上に結像させ、かつ該光偏向器5の偏向面の面倒れを補正している。   Reference numeral 6 denotes an fθ lens (imaging optical system) composed of a single lens having an fθ characteristic as a third optical element, and the light from the middle between the optical deflector 5 and the photosensitive drum surface 8 as a surface to be scanned. Arranged on the deflector 5 side. Both lens surfaces of the fθ lens 6 in the present embodiment are both aspherical toric surfaces in the main scanning surface, and are in the sub-scanning surface (a surface that includes the optical axis of the third optical element and is orthogonal to the main scanning surface). Is continuously changed from the on-axis to the off-axis within the effective portion of the lens. Thereby, in this embodiment, the change in the F number (FNo) in the sub-scanning direction, that is, the change in the spot diameter due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned 8 is suppressed to be small. The fθ lens 6 forms an image of a light beam based on the image information deflected and reflected by the optical deflector 5 on the surface of the photosensitive drum 8 and corrects the tilting of the deflecting surface of the optical deflector 5.

尚、本実施形態においてはfθレンズ6をプラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス成型(ガラスモールド)により製作しても良い。   In the present embodiment, the fθ lens 6 may be manufactured by plastic molding, or may be manufactured by glass molding (glass molding).

本実施形態において半導体レーザ1より出射した発散光束はコリメータレンズ2により収束光に変換され、開口絞り3によって該光束(光量)を制限してシリンドリカルレンズ4に入射している。シリンドリカルレンズ4に入射した光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面においては集束して光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。そして光偏向器5の偏向面5aで偏向反射された光束は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有するfθレンズ6を介して感光ドラム8面上に導光され、該光偏向器5を矢印A方向に回転させることによって該感光ドラム8面上を矢印B方向に走査している。これにより記録媒体である感光ドラム8上に画像記録を行なっている。   In this embodiment, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 1 is converted into convergent light by the collimator lens 2, and the light beam (light amount) is limited by the aperture stop 3 and is incident on the cylindrical lens 4. Out of the light beam incident on the cylindrical lens 4, the light beam exits as it is in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam is focused and formed on the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 as a substantially line image (a line image that is long in the main scanning direction). The light beam deflected and reflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 is guided onto the surface of the photosensitive drum 8 through the fθ lens 6 having different refractive powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the light deflection is performed. The surface of the photosensitive drum 8 is scanned in the direction of arrow B by rotating the device 5 in the direction of arrow A. Thereby, an image is recorded on the photosensitive drum 8 which is a recording medium.

本実施形態ではfθレンズ6のレンズ形状を主走査方向は10次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より構成している。そのレンズ形状は、例えばfθレンズ6と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査面内において光軸と直交する軸をZ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が   In the present embodiment, the lens shape of the fθ lens 6 is an aspherical shape in which the main scanning direction can be expressed by a function up to the 10th order, and the sub-scanning direction is constituted by a spherical surface that continuously changes in the image height direction. The lens shape is, for example, the intersection of the fθ lens 6 and the optical axis as the origin, the optical axis direction is the X axis, the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning plane is the Y axis, and the optical axis is orthogonal to the sub scanning plane. When the axis to be operated is the Z axis, the bus direction corresponding to the main scanning direction is

(但し、Rは曲率半径、K,B4 ,B6 ,B8 ,B10は非球面係数)なる式で表わせるものであり、又副走査方向(光軸を含む主走査方向に対して直交する方向)と対応する子線方向が、   (Where R is the radius of curvature, and K, B4, B6, B8, and B10 are aspherical coefficients), and the sub-scanning direction (the direction perpendicular to the main scanning direction including the optical axis). The corresponding line direction is

(ここでr´=r(1+D2 Y2 +D4 Y4 +D6 Y6 +D8 Y8 +D10Y10)
なる式で表わせるものである。
(Where r ′ = r (1 + D2Y2 + D4Y4 + D6Y6 + D8Y8 + D10Y10)
It can be expressed by the following formula.

表1に本実施形態における光学配置とfθレンズ6の非球面係数を示す。   Table 1 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 6 in this embodiment.

図4はfθレンズ6の長手方向の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図であり、同図に示すように軸上でメニスカス形状の曲率がきつく、軸上から軸外に向かうに従って平凸になっていくことがわかる。図7はfθレンズ6の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the change in the curvature in the sub-scanning direction with respect to the longitudinal position of the fθ lens 6. As shown in the figure, the meniscus curvature is tight on the axis, and as it goes from on-axis to off-axis. It turns out that it becomes plano-convex. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the aspherical shape of the fθ lens 6. The thick solid line is the lens surface shape in the main scanning direction, and the thin solid line is the locus of the main plane in the sub-scanning direction. Is shown.

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面の軌跡の湾曲量dxは
Ipri =48.73 Epri =108.77
θpor =44.4° θimg =29.10°
より
dx=6.50
となる。又fθレンズ6の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量xmと後側主平面の軌跡の湾曲量xuは
xm=3.24 xu=7.48
となり、これら上記の値は前述の条件式(1)(xm≦dx≦xu)を満足させている。
In this embodiment, the curvature dx of the trajectory of the main plane for suppressing the change in the lateral magnification in the sub-scanning direction due to the image height is Ipri = 48.73 Epi = 108.77
θ por = 44.4 ° θ img = 29.10 °
Than
dx = 6.50
It becomes. The curvature amount xm of the trajectory of the front main plane in the sub-scanning direction of the fθ lens 6 and the curvature amount xu of the trajectory of the rear main plane are xm = 3.24 xu = 7.48.
These values satisfy the above-described conditional expression (1) (xm ≦ dx ≦ xu).

これにより本実施形態においては光偏向器5と被走査面8間における副走査方向の横倍率を軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができ、図10に示すように像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。   As a result, in the present embodiment, the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector 5 and the surface to be scanned 8 can be aligned to a level that does not cause any practical problem on the axis and off-axis, as shown in FIG. A change in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the height can be suppressed small. This achieves an inexpensive scanning optical device suitable for high-definition printing.

図2(A),(B)は各々本発明の実施形態2の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。   2A and 2B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

本実施形態において前述の実施形態1と異なる点は半導体レーザ(光源部)から出射する発散光束をコリメーターレンズにより収束光束ではなく平行光束に変換している点と、これに伴なってfθレンズのレンズ形状を異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。   This embodiment is different from the first embodiment described above in that a divergent light beam emitted from a semiconductor laser (light source unit) is converted into a parallel light beam instead of a convergent light beam by a collimator lens, and accordingly, an fθ lens. The lens shape is different. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the first embodiment described above, thereby obtaining the same effects.

表2に本実施形態における光学配置とfθレンズ26の非球面係数を示す。   Table 2 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 26 in this embodiment.

図5はfθレンズ26の長手方向の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図であり、同図に示すように軸上から軸外に向かうに従ってメニスカス形状の曲率がきつくなっていくことがわかる。図8はfθレンズ26の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the change in curvature in the sub-scanning direction with respect to the longitudinal position of the fθ lens 26, and the meniscus curvature becomes stiffer from the on-axis to the off-axis as shown in FIG. I understand. FIG. 8 is an explanatory view showing the aspherical shape of the fθ lens 26. The thick solid line is the lens surface shape in the main scanning direction, and the thin solid line is the locus of the main plane in the sub-scanning direction. Is shown.

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面の軌跡の湾曲量dxは
Ipri =53.94 Epri =147.51
θpor =42.0° θimg =24.57°
より
dx=7.60
となる。又fθレンズ26の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量xmと後側主平面の軌跡の湾曲量xuは
xm=7.34 xu=12.31
となり、これら上記の値は前述の条件式(1)(xm≦dx≦xu)を満足させている。
In the present embodiment, the curvature dx of the trajectory of the main plane for suppressing the change in the lateral magnification in the sub-scanning direction due to the image height is Ipri = 53.94 Epi = 147.51.
θ por = 42.0 ° θ img = 24.57 °
Than
dx = 7.60
It becomes. The curvature amount xm of the trajectory of the front main plane in the sub-scanning direction of the fθ lens 26 and the curvature amount xu of the trajectory of the rear main plane are xm = 7.34 xu = 12.31.
These values satisfy the above-described conditional expression (1) (xm ≦ dx ≦ xu).

これにより本実施形態においては前述の実施形態1と同様に光偏向器5と被走査面8間における副走査方向の横倍率を軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができ、図11に示すように像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。   As a result, in this embodiment, as in the first embodiment, the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector 5 and the surface to be scanned 8 can be aligned to a level where there is no practical problem on and off the axis. As shown in FIG. 11, the change in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be suppressed small. This achieves an inexpensive scanning optical device suitable for high-definition printing.

本実施形態では前述の如く半導体レーザ1から出射した発散光束をコリメーターレンズ2により平行光束に変換しているので、光偏向器によるジッターがなく、又副走査方向のパワーを重点的に発生するレンズ面R2の主走査方向のレンズ形状が横倍率を揃える為の主平面の軌跡の形状と類似している為、像高による子線方向の曲率の変化が少なくても横倍率を揃えることができ、これにより更なる高精細な印字に適した走査光学装置を達成することができる。   In this embodiment, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 2 as described above, so that there is no jitter due to the optical deflector and power in the sub-scanning direction is generated with priority. Since the lens shape of the lens surface R2 in the main scanning direction is similar to the shape of the trajectory of the main plane for aligning the lateral magnification, the lateral magnification can be aligned even if there is little change in the curvature in the child line direction due to the image height. This makes it possible to achieve a scanning optical device suitable for further high-definition printing.

図3(A),(B)は各々本発明の実施形態3の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。   3A and 3B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

本実施形態において前述の実施形態1と異なる点は独立的に変調可能な複数(本実施形態では2つ)の光源部を有する光源手段11から出射する複数の光ビームを被走査面上において一定の間隔となるよう同時に走査するマルチビーム走査光学系より構成した点と、これに伴ないfθレンズの子線方向(副走査方向)のレンズ形状を異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。上記複数の光源部は副走査方向に所定の間隔で配置されている。   In this embodiment, the difference from the first embodiment is that a plurality of light beams emitted from the light source means 11 having a plurality of (two in this embodiment) light source units that can be independently modulated are constant on the surface to be scanned. This is because the lens shape of the fθ lens in the sub-line direction (sub-scanning direction) is made different from the point constituted by the multi-beam scanning optical system that simultaneously scans so as to be the interval. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the first embodiment described above, thereby obtaining the same effects. The plurality of light source units are arranged at predetermined intervals in the sub-scanning direction.

表3に本実施形態における光学配置とfθレンズ36の非球面係数を示す。   Table 3 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 36 in this embodiment.

本実施形態ではfθレンズ36のレンズ面のうち少なくとも1つのレンズ面の子線方向のレンズ形状を曲率の符号が軸上から軸外に向かって反転するように設定している。この為fθレンズ36の副走査方向と対応する子線方向は   In the present embodiment, the lens shape in the sub-line direction of at least one lens surface of the fθ lens 36 is set so that the sign of curvature is reversed from on-axis to off-axis. Therefore, the direction of the sub-line corresponding to the sub-scanning direction of the fθ lens 36 is

ここでr´=r+d2 Y2 +d4 Y4 +d6 Y6 +d8 Y8
+d10Y10
なる式で表わされる。又主走査方向と対応する母線方向は前述の実施形態1と同様の(c)式にて表わされる。
Here, r ′ = r + d2 Y2 + d4 Y4 + d6 Y6 + d8 Y8
+ D10Y10
It is expressed by the following formula. The bus direction corresponding to the main scanning direction is expressed by the same equation (c) as in the first embodiment.

図6は本実施形態におけるfθレンズ36の長手方向の位置に対する副走査方向の曲率の変化を示す説明図であり、同図に示すようにレンズ面R1では軸上から軸外に向かうに従って副走査方向の曲率の符号が反転し、軸上のメニスカス形状が軸外では両凸形状に変化していることが分かる。図9はfθレンズ36の非球面形状を示す説明図であり、太い実線は主走査方向のレンズ面形状、細い実線は副走査方向の主平面の軌跡であり、前側主平面と後側主平面を示している。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in curvature in the sub-scanning direction with respect to the longitudinal position of the fθ lens 36 in the present embodiment. As shown in FIG. 6, the lens surface R1 is sub-scanned from the on-axis toward the off-axis. It can be seen that the sign of the curvature of the direction is reversed, and the meniscus shape on the axis changes to a biconvex shape off the axis. FIG. 9 is an explanatory view showing the aspherical shape of the fθ lens 36, where the thick solid line is the lens surface shape in the main scanning direction, and the thin solid line is the locus of the main plane in the sub-scanning direction, the front main plane and the rear main plane. Is shown.

本実施形態において像高による副走査方向の横倍率の変化を抑える為の主平面
の軌跡の湾曲量dxは
Ppri =48.73 Epri =108.77
θpor =44.4° θimg =29.10°
より
dx=6.50
となる。又fθレンズ36の副走査方向の前側主平面の軌跡の湾曲量xmと後側主平面の軌跡の湾曲量xuは
xm=4.93 xu=9.10
となり、これら上記の値は前述の条件式(1)(xm≦dx≦xu)を満足させている。
In this embodiment, the curvature dx of the trajectory of the main plane for suppressing the change in the lateral magnification in the sub-scanning direction due to the image height is Ppri = 48.73 Epi = 108.77
θ por = 44.4 ° θ img = 29.10 °
Than
dx = 6.50
It becomes. The curvature amount xm of the trajectory of the front main plane in the sub-scanning direction of the fθ lens 36 and the curvature amount xu of the trajectory of the rear main plane are xm = 4.93 xu = 9.10.
These values satisfy the above-described conditional expression (1) (xm ≦ dx ≦ xu).

これにより本実施形態においては前述の実施形態1,2と同様に光偏向器5と被走査面8間における副走査方向の横倍率は軸上と軸外において実用上問題のないレベルまで揃えることができ、像高による副走査方向のスポット径の変化を小さく抑えることができる。これにより安価で高精細な印字に適した走査光学装置を達成している。   As a result, in the present embodiment, the lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector 5 and the surface to be scanned 8 is aligned to a level that causes no practical problem on the axis and off-axis, as in the first and second embodiments. Thus, the change in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be suppressed to be small. This achieves an inexpensive scanning optical device suitable for high-definition printing.

又、本実施形態では複数の光ビームを用いて被走査面上を同時に走査するマルチビーム走査光学装置である為、該被走査面上における走査線の曲がりは画像上でピッチムラとなるので良くない。   Further, in the present embodiment, since it is a multi-beam scanning optical device that simultaneously scans the surface to be scanned using a plurality of light beams, the curve of the scanning line on the surface to be scanned becomes uneven in pitch on the image, which is not good. .

そこで本実施形態では副走査方向の曲率半径をレンズの有効部内において像高により連続的に変化させることによって図12に示すように被走査面上における走査線の曲がりをなくすことができ、これによりピッチムラのない高画質の走査光学装置(マルチビーム走査光学装置)を達成している。   Therefore, in this embodiment, the curvature of the scanning line on the surface to be scanned can be eliminated as shown in FIG. 12 by continuously changing the curvature radius in the sub-scanning direction according to the image height in the effective portion of the lens. A high-quality scanning optical device (multi-beam scanning optical device) without pitch unevenness is achieved.

図13(A),(B)は各々本発明の実施形態4の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図3に示した要素と同一要素には同符番を付している。   FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

同図において46は第3の光学素子としてのfθ特性を有する1枚のレンズより成るfθレンズ(結像光学系)であり、光偏向器5と被走査面としての感光ドラム面8との中間より該光偏向器5側に配置している。   In the figure, reference numeral 46 denotes an fθ lens (imaging optical system) composed of a single lens having an fθ characteristic as a third optical element, which is intermediate between the optical deflector 5 and the photosensitive drum surface 8 as a scanned surface. Further, it is arranged on the optical deflector 5 side.

本実施形態におけるfθレンズ46の両レンズ面は共に副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。これにより本実施形態では被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を小さく抑えている。又fθレンズ46の両レンズ面のうち少なくとも1つのレンズ面(第1面)R1の副走査方向の曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させている。更にfθレンズ46の両レンズ面の副走査方向の曲率を軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称になるように変化させている。fθレンズ46は光偏向器5によって偏向反射された画像情報に基づく複数の光束を感光ドラム8面上に結像させ、かつ該光偏向器5の偏向面の面倒れを補正している。   Both the lens surfaces of the fθ lens 46 in the present embodiment continuously change the curvature in the sub-scanning direction from on-axis to off-axis. Thereby, in the present embodiment, the change in the F number in the sub-scanning direction due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned, that is, the change in the spot diameter, is suppressed to be small. Further, the sign of the curvature in the sub-scanning direction of at least one lens surface (first surface) R1 of both lens surfaces of the fθ lens 46 is reversed from the on-axis to the off-axis. Further, the curvature in the sub-scanning direction of both lens surfaces of the fθ lens 46 is changed from on-axis to off-axis so as to be asymmetric with respect to the optical axis. The fθ lens 46 forms a plurality of light beams based on the image information deflected and reflected by the optical deflector 5 on the surface of the photosensitive drum 8 and corrects the surface tilt of the deflecting surface of the optical deflector 5.

尚、本実施形態においてはfθレンズ46をプラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス成型(ガラスモールド)により製作しても良い。   In the present embodiment, the fθ lens 46 may be manufactured by plastic molding, or may be manufactured by glass molding (glass molding).

本実施形態において半導体レーザー11より出射した独立変調された2本の発散光束はコリメーターレンズ2により収束光束に変換され、開口絞り3によって該光束(光量)を制限してシリンドリカルレンズ4に入射している。シリンドリカルレンズ4に入射した光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面においては収束して光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。そして光偏向器5の偏向面5aで偏向反射された2本の光束は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有するfθレンズ46を介して感光ドラム8面上に2つのスポットを形成し、該光偏向器5を矢印A方向に回転させることによって、該感光ドラム8面上を矢印B方向に走査している。これにより画像記録を行なっている。   In the present embodiment, the two independently modulated divergent light beams emitted from the semiconductor laser 11 are converted into a convergent light beam by the collimator lens 2, and the light beam (light quantity) is limited by the aperture stop 3 to be incident on the cylindrical lens 4. ing. Out of the light beam incident on the cylindrical lens 4, the light beam exits as it is in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam converges and forms a substantially line image (line image long in the main scanning direction) on the deflecting surface 5a of the optical deflector 5. The two light beams deflected and reflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 form two spots on the surface of the photosensitive drum 8 through the fθ lens 46 having different refractive powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Then, the surface of the photosensitive drum 8 is scanned in the direction of arrow B by rotating the optical deflector 5 in the direction of arrow A. Thus, image recording is performed.

本実施形態ではfθレンズ46のレンズ形状を主走査方向は10次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より構成している。そのレンズ形状は、主走査方向と対応する母線方向が、前記(c)式に示されるものであり、又副走査方向(fθレンズの光軸を含む主走査方向に対して直交する方向)と対応する子線方向が、   In the present embodiment, the lens shape of the fθ lens 46 is an aspherical shape in which the main scanning direction can be expressed by a function up to the tenth order, and the sub-scanning direction is constituted by a spherical surface that continuously changes in the image height direction. The lens shape is such that the generatrix direction corresponding to the main scanning direction is shown in the above equation (c), and the sub-scanning direction (the direction orthogonal to the main scanning direction including the optical axis of the fθ lens). The corresponding line direction is

なる式で表わせるものである。 It can be expressed by the following formula.

一般にマルチビーム走査光学装置において視覚的にピッチムラを目立たなくさせる為には、走査線曲がりによるピッチムラを副走査方向のビームピッチの1/10以下にすることが望ましい。例えば副走査方向の解像度が600dpiの走査光学装置の場合、副走査方向におけるビームピッチは42μmとなるため、許容できるピッチムラは約4μm以下となる。   In general, in order to make the uneven pitch visually inconspicuous in a multi-beam scanning optical apparatus, it is desirable that the uneven pitch due to the scanning line bend is 1/10 or less of the beam pitch in the sub-scanning direction. For example, in the case of a scanning optical apparatus having a resolution of 600 dpi in the sub-scanning direction, the beam pitch in the sub-scanning direction is 42 μm, and therefore allowable pitch unevenness is about 4 μm or less.

そこで本実施形態では被走査面に入射する光束の副走査方向のFナンバーの最大値をFmax、最小値をFminとしたとき、
Fmin/Fmax≧0.9 ‥‥‥(2)
なる条件を満足するようにfθレンズ46の両レンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、被走査面上における走査線曲がりをなくすことができ、これによりピッチムラの少ない、高画質でコンパクトなマルチビーム走査光学装置を達成している。
Therefore, in this embodiment, when the maximum value of the F number in the sub-scanning direction of the light beam incident on the surface to be scanned is Fmax and the minimum value is Fmin,
Fmin / Fmax ≧ 0.9 (2)
By continuously changing the curvature in the sub-scanning direction of both lens surfaces of the fθ lens 46 from the axial direction to the off-axis direction so as to satisfy the following condition, it is possible to eliminate scanning line bending on the scanned surface, This achieves a compact, multi-beam scanning optical device with high image quality with little pitch unevenness.

上記の条件式(2)を外れると走査線曲がりによってピッチムラが視覚的に目立ち実用上問題となってくるので良くない。   If the above conditional expression (2) is deviated, the pitch unevenness is visually noticeable and becomes a practical problem due to the scanning line bending.

表4に実施形態4における光学配置とfθレンズ46の非球面係数を示す。   Table 4 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 46 in the fourth embodiment.

図16は実施形態4の被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではfθレンズ46の副走査方向の曲率を両レンズ面において図19に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるFナンバーの変化率を、
Fmin/Fmax=64.52/66.31=0.973
0.9以上になるよう抑えている。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing changes in the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned according to the fourth embodiment. In this embodiment, the curvature of the fθ lens 46 in the sub-scanning direction is continuously changed from on-axis to off-axis on both lens surfaces as shown in FIG.
Fmin / Fmax = 64.52 / 66631 = 0.993
It is suppressed to 0.9 or more.

図22は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるFナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは0.2μm程度(ピッチムラは0.4μm程度)と実用上全く問題のないレベルにすることができる。   FIG. 22 is an explanatory diagram showing scanning line bending when the multi-beam scanning optical apparatus of the present embodiment is used at a resolution of 600 dpi (scanning line interval 42.3 μm). As described above, by suppressing the change in the F-number due to the image height, the scanning line curve can be reduced to a level that is practically no problem at about 0.2 μm (pitch unevenness is about 0.4 μm).

このように本実施形態では上述の如く条件式(2)を満足させつつfθレンズ46の副走査方向(子線方向)の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させることによって、像高による副走査方向のFナンバーの変化,即ちスポット径の変化を所定量以下(本装置の許容値内)に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。   As described above, in this embodiment, the curvature of the fθ lens 46 in the sub-scanning direction (the sub-line direction) is continuously changed from on-axis to off-axis on both lens surfaces while satisfying the conditional expression (2) as described above. Therefore, the variation in the F-number in the sub-scanning direction due to the image height, that is, the change in the spot diameter, is suppressed to a predetermined amount or less (within the allowable value of the present apparatus), and pitch unevenness due to scanning line bending, which is a problem in the multi-beam scanning optical apparatus. Is missing.

又、本実施形態では第3の光学素子(fθレンズ)46を単レンズで構成している為、コンパクトで低コストなマルチビーム走査光学装置を達成することができる。   In the present embodiment, since the third optical element (fθ lens) 46 is constituted by a single lens, a compact and low-cost multi-beam scanning optical apparatus can be achieved.

図14(A),(B)は各々本発明の実施形態5の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図3に示した要素と同一要素には同符番を付している。   14A and 14B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

本実施形態において前述の実施形態4と異なる点は、さらなる高精細印字に対応できるよう主走査方向の像面湾曲を小さくする為、fθレンズ56の両レンズ面の母線方向の曲率を光軸に対して非対称となるように設定した点、ポリゴンミラー15のポリゴン面数を4面から6面とし高速印字に対応した点である。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態4と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。   In this embodiment, the difference from the above-described fourth embodiment is that the curvature in the generatrix direction of both lens surfaces of the fθ lens 56 is used as the optical axis in order to reduce the curvature of field in the main scanning direction so as to cope with higher-definition printing. On the other hand, it is set so as to be asymmetrical, and the number of polygon surfaces of the polygon mirror 15 is changed from 4 to 6 to support high-speed printing. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the above-described fourth embodiment, thereby obtaining the same effects.

表5に実施形態5における光学配置とfθレンズ56の非球面係数を示す。   Table 5 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 56 in the fifth embodiment.

図17は実施形態5の被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではfθレンズ56の副走査方向の曲率を両レンズ面において図20に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるFナンバーの変化率を、
Fmin/Fmax=49.75/53.08=0.937
0.9以上になるよう抑えている。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing changes in the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned according to the fifth embodiment. In the present embodiment, the curvature of the fθ lens 56 in the sub-scanning direction is continuously changed from the on-axis to the off-axis on both lens surfaces as shown in FIG.
Fmin / Fmax = 49.75 / 53.08 = 0.937
It is suppressed to 0.9 or more.

図23は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるFナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは1.2μm程度(ピッチムラは2.4μm程度)と実用上全く問題のないレベルにすることができる。   FIG. 23 is an explanatory diagram showing scanning line bending when the multi-beam scanning optical apparatus of this embodiment is used at a resolution of 600 dpi (scanning line interval 42.3 μm). As described above, by suppressing the change in the F-number due to the image height, the scanning line curve can be reduced to about 1.2 μm (pitch unevenness is about 2.4 μm), which is a practically no problem level.

このように本実施形態においても前述の実施形態4と同様に条件式(2)を満足させつつfθレンズ56の副走査方向(子線方向)の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させることによって、像高による副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を所定量以下に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。   As described above, in the present embodiment as well, the curvature in the sub-scanning direction (child-line direction) of the fθ lens 56 is changed from on-axis to off-axis on both lens surfaces while satisfying the conditional expression (2) as in the above-described fourth embodiment. By changing continuously, the change in the F-number in the sub-scanning direction due to the image height, that is, the change in the spot diameter is suppressed to a predetermined amount or less, and the pitch unevenness due to the scanning line bending which is a problem in the multi-beam scanning optical apparatus is eliminated. ing.

又本実施形態ではfθレンズ(第3の光学素子)56の両レンズ面の母線方向の曲率を光軸に対して非対称となるように設定することにより、主走査方向の像面湾曲を抑え、さらなる高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成している。   In this embodiment, by setting the curvature in the generatrix direction of both lens surfaces of the fθ lens (third optical element) 56 to be asymmetric with respect to the optical axis, the curvature of field in the main scanning direction is suppressed, A multi-beam scanning optical apparatus suitable for further high-definition printing is achieved.

図15(A),(B)は各々本発明の実施形態6の主走査方向と副走査方向の要部断面図である。同図において図3に示した要素と同一要素には同符番を付している。   15A and 15B are cross-sectional views of main parts in the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

本実施形態において前述の実施形態4と異なる点は、fθレンズ(第3の光学素子)76を2枚のレンズより構成し、さらなる精度で走査線曲がりによるピッチムラを低減している点、独立的に変調可能な複数の発光部を有する半導体レーザ11からの光束をコリメーターレンズ2で略平行光束に変換している点、そしてポリゴンミラー15のポリゴン面数を4面から6面とし高速印字に対応した点である。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態4と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。   This embodiment is different from the above-described fourth embodiment in that the fθ lens (third optical element) 76 is composed of two lenses, and the pitch unevenness due to the scanning line bending is reduced with further accuracy. The collimator lens 2 converts the light beam from the semiconductor laser 11 having a plurality of light-emitting portions that can be modulated into a substantially parallel light beam, and the polygon mirror 15 has four to six polygon surfaces for high-speed printing. It is a corresponding point. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the above-described fourth embodiment, thereby obtaining the same effects.

即ち、同図において76は第3の光学素子としてのfθレンズであり、ガラス材より成る第1fθレンズとしての球面レンズ(ガラス球面レンズ)76aと、プラスチック材より成る非球面形状の第2fθレンズとしてのトーリックレンズ(非球面プラスチックトーリックレンズ)76bとの2枚のレンズより成っている。ガラス球面レンズ76aは光偏向器15と感光ドラム面8との中間より該光偏向器15側に配され、主にfθ特性を補正する役割を持っている。非球面プラスチックトーリックレンズ76bは主に像面湾曲の補正及び副走査方向の横倍率の補正を行っている。   That is, in the figure, reference numeral 76 denotes an fθ lens as a third optical element, a spherical lens (glass spherical lens) 76a as a first fθ lens made of a glass material, and an aspherical second fθ lens made of a plastic material. And a toric lens (aspheric plastic toric lens) 76b. The glass spherical lens 76a is disposed on the optical deflector 15 side from the middle between the optical deflector 15 and the photosensitive drum surface 8, and mainly has a role of correcting the fθ characteristic. The aspheric plastic toric lens 76b mainly corrects curvature of field and lateral magnification in the sub-scanning direction.

本実施形態では副走査方向の屈折力のほとんどの部分を担っている非球面プラスチックトーリックレンズ76bの両レンズ面の子線方向(副走査方向)における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑えている。   In this embodiment, the curvature in the sub-line direction (sub-scanning direction) of both lens surfaces of the aspheric plastic toric lens 76b, which bears most of the refractive power in the sub-scanning direction, is continuously increased from on-axis to off-axis. By changing, the change of the F number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned, that is, the change of the spot diameter is suppressed.

表6に実施形態6における光学配置とfθレンズ(球面レンズ76a及びトーリックレンズ76b)76の非球面係数を示す。   Table 6 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens (spherical lens 76a and toric lens 76b) 76 in the sixth embodiment.

図18は実施形態6の被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図である。本実施形態ではトーリックレンズ76bの副走査方向の曲率を両レンズ面において図21に示すように軸上から軸外に向かい連続的に変化させることによって、像高によるFナンバーの変化率を、
Fmin/Fmax=72.67/73.75=0.985
0.9以上になるよう抑えている。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing changes in the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned according to the sixth embodiment. In this embodiment, the curvature of the toric lens 76b in the sub-scanning direction is continuously changed from on-axis to off-axis on both lens surfaces as shown in FIG.
Fmin / Fmax = 72.67 / 73.75 = 0.985
It is suppressed to 0.9 or more.

図24は本実施形態のマルチビーム走査光学装置を解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)で使用したときの走査線曲がりを示す説明図である。上記のとおり像高によるFナンバーの変化を抑えることによって、走査線曲がりは0.1μm程度(ピッチムラは0.2μm程度)と実用上問題のないレベルにすることができる。   FIG. 24 is an explanatory diagram showing scanning line bending when the multi-beam scanning optical apparatus of this embodiment is used at a resolution of 600 dpi (scanning line interval 42.3 μm). As described above, by suppressing the change in the F-number due to the image height, the scanning line curve can be reduced to a practically no problem level of about 0.1 μm (pitch unevenness is about 0.2 μm).

このように本実施形態においても前述の実施形態4と同様に条件式(2)を満足させつつfθレンズ76を構成するトーリックレンズ76bの副走査方向(子線方向)の曲率を両レンズ面とも軸上から軸外に向けて連続的に変化させることによって、像高による副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を所定量以下に抑え、マルチビーム走査光学装置において問題となる走査線曲がりによるピッチムラをなくしている。又本実施形態ではfθレンズ(第3の光学素子)76を2枚のレンズで構成することによって、より高精度に走査線曲がりを補正することができ、さらなる高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成している。   As described above, in this embodiment as well, the curvature in the sub-scanning direction (the sub-line direction) of the toric lens 76b constituting the fθ lens 76 is satisfied for both lens surfaces while satisfying the conditional expression (2) as in the fourth embodiment. By continuously changing from the on-axis to the off-axis, the change in the F-number in the sub-scanning direction due to the image height, i.e., the change in spot diameter, is suppressed to a predetermined amount or less, and scanning that poses a problem in the multi-beam scanning optical apparatus Eliminates pitch unevenness due to line bending. In this embodiment, the fθ lens (third optical element) 76 is composed of two lenses, so that the scanning line bending can be corrected with higher accuracy, and multi-beam scanning suitable for higher-definition printing. Has achieved an optical device.

尚、第3の光学素子を構成する2枚のレンズのうち少なくとも1つのレンズ面の副走査方向の曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させて形成しても良く、又2枚のレンズのうち少なくとも2つのレンズ面の副走査方向の曲率を軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称に変化させて形成しても良い。これにより更に高精細印字に適したマルチビーム走査光学装置を達成することができる。   It should be noted that the sign of the curvature in the sub-scanning direction of at least one lens surface of the two lenses constituting the third optical element may be reversed from the on-axis to the off-axis, The curvatures in the sub-scanning direction of at least two lens surfaces of the lenses may be formed to change asymmetrically with respect to the optical axis from the on-axis to the off-axis. As a result, it is possible to achieve a multi-beam scanning optical apparatus more suitable for high-definition printing.

最後に本発明の走査光学装置との比較のために、先の図26(A),(B)で示した従来のシングルビームの走査光学装置でマルチビームの走査を行なったときの様子について説明する。   Finally, for comparison with the scanning optical apparatus of the present invention, the state when multi-beam scanning is performed with the conventional single beam scanning optical apparatus shown in FIGS. 26A and 26B will be described. To do.

図28(A),(B)は各々図26(A),(B)で示した従来のシングルビームの走査光学装置を用いてマルチビーム走査を行なった場合の主走査方向と副走査方向の要部断面図であり、像高による副走査方向の角倍率及び被走査面における副走査方向のスポット径(Fナンバー)の変化を示している。表7は図28(A),(B)に示した光学配置とfθレンズ86の非球面係数である。   FIGS. 28A and 28B show the main scanning direction and the sub-scanning direction when multi-beam scanning is performed using the conventional single beam scanning optical device shown in FIGS. 26A and 26B, respectively. It is principal part sectional drawing, and shows the change of the angular magnification of the subscanning direction by the image height, and the spot diameter (F number) of the subscanning direction in a to-be-scanned surface. Table 7 shows the aspherical coefficients of the optical arrangement and the fθ lens 86 shown in FIGS.

同図において副走査方向に所定の間隔で配置された2つの発光部を有する光源手段81から出射した独立変調された2本の発散光束はコリメーターレンズ82により収束光束となり、絞り83によって該光束(光量)を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ84に入射している。シリンドリカルレンズ84に入射した光束のうち主走査面内においてはそのままの状態で射出する。又副走査断面内においては集束して回転多面鏡(ポリゴンミラー)から成る光偏向器85の偏向面(反射面)にほぼ線像として結像している。そして光偏向器85の偏向面85aで偏向反射された2本の光束をfθ特性を有する結像光学系(fθレンズ)86を介して被走査面88としての感光ドラム面上に導光し、該光偏向器85を矢印A方向に回転させることによって該感光ドラム88面上を光走査して画像情報の記録を行なっている。   In the figure, two independently modulated divergent light beams emitted from a light source means 81 having two light emitting portions arranged at a predetermined interval in the sub-scanning direction are converged by a collimator lens 82, and the light beams are converged by a diaphragm 83. The light quantity is limited and is incident on the cylindrical lens 84 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. Out of the light beam incident on the cylindrical lens 84, it exits as it is in the main scanning plane. In the sub-scan section, the light beam is converged and formed as a substantially linear image on the deflecting surface (reflecting surface) of the optical deflector 85 including a rotating polygon mirror (polygon mirror). Then, the two light beams deflected and reflected by the deflecting surface 85a of the optical deflector 85 are guided to the photosensitive drum surface as the scanned surface 88 via the imaging optical system (fθ lens) 86 having the fθ characteristic, By rotating the optical deflector 85 in the direction of arrow A, the surface of the photosensitive drum 88 is optically scanned to record image information.

通常、面倒れ補正光学系では前述したように光偏向器の偏向面の面倒れを光学的に補正する為に、該偏向面と被走査面とを光学的に共役関係(結像関係)とする必要がある。上記の図28に示した比較例ではfθレンズ86の光偏向器85側のレンズ面(第1面)R1の副走査方向の曲率(子線曲率)を一定に、被走査面側のレンズ面(第2面)R2の副走査方向の曲率(子線曲率)を軸上から軸外に向けて連続的に変化させることにより、どの像高においても共役関係となるように設定している。   Usually, in the surface tilt correction optical system, as described above, in order to optically correct the surface tilt of the deflecting surface of the optical deflector, the deflecting surface and the surface to be scanned are optically conjugate (imaging relationship) and There is a need to. In the comparative example shown in FIG. 28 described above, the curvature of the lens surface (first surface) R1 of the fθ lens 86 on the optical deflector 85 side in the sub-scanning direction (child-line curvature) is constant, and the lens surface on the scanned surface side. (Second surface) By continuously changing the curvature in the sub-scanning direction (child-line curvature) of R2 from the on-axis to the off-axis, the conjugate relation is set at any image height.

しかしながら上記の比較例のfθレンズ86は図30に示すように片面(R1面)の子線曲率を一定にしている為、図29に示すようにその母線形状により像高によってFナンバー(FNo)がばらつく。つまり軸上(軸上光束)では図28(B)内の(イ)に示すように被走査面上における副走査方向のFナンバーが大きい為、副走査方向の角倍率が小さく、軸外(軸外光束)では図28(B)内の(ロ)に示すように副走査方向のFナンバーが小さいため角倍率が大きい(主走査面形状により逆になる場合もある)。   However, since the fθ lens 86 of the above comparative example has a single-sided (R1 surface) sub-curvature curvature as shown in FIG. 30, the F-number (FNo) depends on the image height depending on the generatrix shape as shown in FIG. It varies. That is, on the axis (on-axis light beam), as shown in (A) in FIG. 28B, since the F-number in the sub-scanning direction on the surface to be scanned is large, the angular magnification in the sub-scanning direction is small and off-axis ( In the off-axis light beam, as shown in (B) of FIG. 28B, the F-number in the sub-scanning direction is small, so the angular magnification is large (they may be reversed depending on the main scanning surface shape).

一般に角倍率γと横倍率βは、
βγ=−1
という関係が成り立つため、上記の比較例では軸上において横倍率が大きく、軸外において横倍率が小さくなる。このため像高によって副走査方向の横倍率にばらつきができ、マルチビーム走査光学装置のように光軸から外れた複数のレーザー光束を用いて走査する光学系では、被走査面上で走査線が曲がりを生じる。
In general, the angular magnification γ and lateral magnification β are
βγ = -1
Therefore, in the above comparative example, the lateral magnification is large on the axis and the lateral magnification is small outside the axis. For this reason, the horizontal magnification in the sub-scanning direction can vary depending on the image height, and in an optical system that scans using a plurality of laser beams that deviate from the optical axis, such as a multi-beam scanning optical device, the scanning line is on the scanned surface. Causes a bend.

図31は上記の比較例のマルチビーム走査光学装置を解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)で使用した場合の走査線曲がりを示す説明図である。同図において周辺部の走査線は中心部に対して2.4μm曲がっている為、4.8μmのピッチムラとなり画像品位を劣化させるという問題点がある。   FIG. 31 is an explanatory diagram showing scanning line bending when the multi-beam scanning optical apparatus of the comparative example is used at a resolution of 600 dpi (scanning line interval 42.3 μm). In the figure, since the scanning line in the peripheral portion is bent by 2.4 μm with respect to the central portion, there is a problem that the pitch unevenness becomes 4.8 μm and the image quality is deteriorated.

本発明の走査光学装置では上述した問題点は生じず、第1の発明によれば、前述の如くコリメーターレンズ等で変換された光源からの光束を光偏向器を介して1枚のfθレンズにより被走査面上に結像させる際、該fθレンズのレンズ形状を最適化にすることにより、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することによって像高による副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑えることができる、コンパクトで高精細な印字に適したfθレンズ及びそれを有する走査光学装置を達成することができる。   In the scanning optical apparatus of the present invention, the above-mentioned problems do not occur, and according to the first invention, the light beam from the light source converted by the collimator lens or the like as described above is used as a single fθ lens via the optical deflector. When forming an image on the surface to be scanned by the above, by optimizing the lens shape of the fθ lens, the field curvature, distortion, etc. are corrected well, and the sub-scanning between the optical deflector and the surface to be scanned is performed. The fθ lens suitable for compact and high-definition printing, which can suppress the change in the F-number in the sub-scanning direction due to the image height, that is, the change in the spot diameter, by eliminating the nonuniformity of the horizontal magnification in the direction, and the A scanning optical device can be achieved.

また第2の発明によれば、前述の如くコリメーターレンズ等で変換された光源からの複数の光束を光偏向器を介してfθレンズにより被走査面上に結像させる際、該fθレンズのレンズ形状を最適化にすることにより、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器と被走査面間における副走査方向の横倍率の不均一性を解消することによって像高による副走査方向のFナンバーの変化、即ちスポット径の変化を抑え、走査線曲がりによるピッチムラを低減させることができるfθレンズ及びそれを有する走査光学装置を達成することができる。   According to the second invention, when the plurality of light beams from the light source converted by the collimator lens or the like as described above are imaged on the surface to be scanned by the fθ lens via the optical deflector, the fθ lens By optimizing the lens shape, the image height can be corrected by correcting the curvature of field, distortion, etc., and eliminating the non-uniformity of lateral magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector and the scanned surface. Therefore, it is possible to achieve an fθ lens and a scanning optical apparatus having the fθ lens that can suppress a change in the F number in the sub-scanning direction, that is, a change in spot diameter, and can reduce pitch unevenness due to scanning line bending.

更に前記条件式(2)を満足するようにfθレンズの副走査方向の曲率を決定することにより、視覚上問題のないレベルにまでピッチムラを低減させることができる走査光学装置を達成することができる。   Furthermore, by determining the curvature of the fθ lens in the sub-scanning direction so as to satisfy the conditional expression (2), it is possible to achieve a scanning optical device that can reduce pitch unevenness to a level that causes no visual problem. .

本発明の実施形態1の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction of Embodiment 1 of this invention and a subscanning direction 本発明の実施形態2の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction and sub-scanning direction of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施形態3の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction and subscanning direction of Embodiment 3 of this invention 本発明の実施形態1におけるfθレンズの非球面形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the aspherical shape of ftheta lens in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施形態2におけるfθレンズの非球面形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the aspherical shape of ftheta lens in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施形態3におけるfθレンズの非球面形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the aspherical shape of ftheta lens in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施形態1におけるfθレンズの主走査方向の形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the shape of the main scanning direction of the fθ lens in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2におけるfθレンズの主走査方向の形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the shape of the main scanning direction of the fθ lens in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施形態3におけるfθレンズの主走査方向の形状を示す説明図Explanatory drawing which shows the shape of the fscan lens in the main scanning direction in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態1における被走査面における副走査方向のスポット径のデフォーカス特性を示す説明図Explanatory drawing which shows the defocus characteristic of the spot diameter of the subscanning direction in the to-be-scanned surface in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2における被走査面における副走査方向のスポット径のデフォーカス特性を示す説明図Explanatory drawing which shows the defocus characteristic of the spot diameter of the subscanning direction in the to-be-scanned surface in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3における走査線の曲がりを示す説明図Explanatory drawing which shows the curve of the scanning line in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction and subscanning direction of Embodiment 4 of this invention 本発明の実施形態5の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction and subscanning direction of Embodiment 5 of this invention 本発明の実施形態6の主走査方向と副走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction and subscanning direction of Embodiment 6 of this invention 本発明の実施形態4における像高に対する被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図Explanatory drawing which shows the change of the F number of the subscanning direction on the to-be-scanned surface with respect to the image height in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における像高に対する被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図Explanatory drawing which shows the change of the F number of the subscanning direction on the to-be-scanned surface with respect to the image height in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6における像高に対する被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図Explanatory drawing which shows the change of the F number of the subscanning direction on the to-be-scanned surface with respect to the image height in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態4における像高に対するfθレンズの子線方向の曲率を示す説明図Explanatory drawing which shows the curvature of the sub line direction of f (theta) lens with respect to the image height in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における像高に対するfθレンズの子線方向の曲率を示す説明図Explanatory drawing which shows the curvature of the child line direction of ftheta lens with respect to the image height in Embodiment 5 of this invention 本発明の実施形態6における像高に対するfθレンズの子線方向の曲率を示す説明図Explanatory drawing which shows the curvature of the child line direction of ftheta lens with respect to the image height in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態4における解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図Explanatory drawing which shows the curve of the scanning line at the time of the multi-beam scanning by the resolution 600dpi (scanning line space | interval 42.3micrometer) in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図Explanatory drawing which shows the curve of the scanning line at the time of the multi-beam scanning by the resolution 600 dpi (scanning line space | interval 42.3 micrometers) in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6における解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図Explanatory drawing which shows the curve of the scanning line at the time of the multi-beam scanning by the resolution 600dpi (scanning line space | interval 42.3micrometer) in Embodiment 6 of this invention. 従来の走査光学装置の光学系の要部概略図Schematic diagram of the main part of an optical system of a conventional scanning optical device 従来の走査光学装置の主走査方向と副走査方向の要部断面図Cross-sectional view of main parts in a main scanning direction and a sub-scanning direction of a conventional scanning optical device 走査光学装置の偏向素子と被走査面間の主走査方向の要部断面図Cross-sectional view of the principal part in the main scanning direction between the deflection element of the scanning optical device and the surface to be scanned 図26で示した従来のシングルビーム走査光学装置を用いてマルチビーム走査を行った場合の主走査方向と副走査方向の要部断面図FIG. 26 is a cross-sectional view of the main part in the main scanning direction and the sub-scanning direction when multi-beam scanning is performed using the conventional single beam scanning optical apparatus shown in FIG. 図28で示したマルチビーム走査光学装置の像高に対する被走査面上における副走査方向のFナンバーの変化を示す説明図Explanatory drawing which shows the change of F number of the subscanning direction on the to-be-scanned surface with respect to the image height of the multi-beam scanning optical apparatus shown in FIG. 図28で示したマルチビーム走査光学装置の像高に対するfθレンズの子線方向の曲率を示す説明図Explanatory drawing which shows the curvature of the sub line direction of the fθ lens with respect to the image height of the multi-beam scanning optical apparatus shown in FIG. 図28で示したマルチビーム走査光学装置の解像度600dpi(走査線間隔42.3μm)でのマルチビーム走査時における走査線の曲がりを示す説明図Explanatory drawing showing the bending of the scanning line at the time of multi-beam scanning at a resolution of 600 dpi (scanning line interval 42.3 μm) of the multi-beam scanning optical apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,11 光源手段
2 第1の光学素子(コリメーターレンズ)
3 絞り
4 第2の光学素子(シリンドリカルレンズ)
5,15 偏向素子(光偏向器)
6,26,36 第3の光学素子(fθレンズ)
46,56,76 第3の光学素子(fθレンズ)
76a 球面レンズ
76b トーリックレンズ
8 被走査面(感光体ドラム)
21 軸上光束
22 最軸外光束
1,11 Light source means
2 First optical element (collimator lens)
3 Aperture
4 Second optical element (cylindrical lens)
5,15 Deflection element (optical deflector)
6, 26, 36 Third optical element (fθ lens)
46, 56, 76 Third optical element (fθ lens)
76a Spherical lens
76b toric lens
8 Scanned surface (photosensitive drum)
21 On-axis luminous flux
22 Most off-axis luminous flux

Claims (7)

光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2つのレンズ面により構成され、該2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴とする走査光学装置。
A light beam emitted from the light source means is imaged in a linear shape in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element, and a plurality of beams deflected by the deflection element are formed. In a scanning optical device that scans the scanned surface by forming a light beam in a spot shape on the scanned surface via a third optical element,
The third optical element is composed of at least two lens surfaces, and the axis in the optical axis direction is changed by continuously changing the curvature of the two lens surfaces in the sub-scanning direction from on-axis to off-axis. The main plane position in the upper sub-scanning direction is a position closer to the surface to be scanned than the main plane position in the sub-scanning direction off the axis, and thereby the sub-scanning direction due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned A scanning optical device characterized in that the change in the F number of the optical system is suppressed.
光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は単レンズより成り、該単レンズの両レンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴とする走査光学装置。
A light beam emitted from the light source means is imaged in a linear shape in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element, and a plurality of beams deflected by the deflection element are formed. In a scanning optical device that scans the scanned surface by forming a light beam in a spot shape on the scanned surface via a third optical element,
The third optical element is composed of a single lens, and by continuously changing the curvature in the sub-scanning direction of both lens surfaces of the single lens from the on-axis to the off-axis, the on-axis in the optical axis direction. The main plane position in the sub-scanning direction is a position closer to the surface to be scanned than the main plane position in the sub-scanning direction off the axis, and thereby F in the sub-scanning direction due to the image height of the light beam incident on the surface to be scanned. A scanning optical device characterized by suppressing a change in number.
光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2枚のレンズにより構成され、該2枚のレンズのうち少なくとも2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、前記光軸方向において該軸上の副走査方向の主平面位置が該軸外の副走査方向の主平面位置をより前記被走査面に近い位置とし、それによって、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴とする走査光学装置。
A light beam emitted from the light source means is imaged in a linear shape in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element, and a plurality of beams deflected by the deflection element are formed. In a scanning optical device that scans the scanned surface by forming a light beam in a spot shape on the scanned surface via a third optical element,
The third optical element is composed of at least two lenses, and by continuously changing the curvature in the sub-scanning direction of at least two lens surfaces of the two lenses from on-axis to off-axis, The main plane position in the sub-scanning direction on the axis in the optical axis direction makes the main plane position in the sub-scanning direction off the axis closer to the surface to be scanned, and thereby the light beam incident on the surface to be scanned A scanning optical device characterized in that a change in F number in the sub-scanning direction due to the image height of the image is suppressed.
前記第3の光学素子の少なくとも2つのレンズ面の副走査方向の曲率が軸上から軸外に向かい光軸に対して非対称に変化していることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の走査光学装置。   4. The curvature in the sub-scanning direction of at least two lens surfaces of the third optical element changes from an on-axis to an off-axis and asymmetrically with respect to the optical axis. The scanning optical device described. 前記副走査方向の主平面位置を主走査方向に繋いだ軌跡は前記被走査面側に凸形状であることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の走査光学装置。   The scanning optical apparatus according to claim 1, 2, or 3, wherein a trajectory connecting the main plane position in the sub-scanning direction in the main scanning direction has a convex shape on the scanned surface side. 光源手段から出射した光束を第1の光学素子と第2の光学素子とを介して偏向素子の偏向面において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向素子で偏向された複数の光束を第3の光学素子を介し被走査面上にスポット状に結像させて該被走査面上を走査する走査光学装置において、
前記第3の光学素子は少なくとも2つのレンズ面により構成され、該2つのレンズ面の副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に非対称に変化させることにより、該被走査面に入射する光束の像高による副走査方向のFナンバーの変化を抑えるようにしたことを特徴とする走査光学装置。
A light beam emitted from the light source means is imaged in a linear shape in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element via the first optical element and the second optical element, and a plurality of beams deflected by the deflection element are formed. In a scanning optical device that scans the scanned surface by forming a light beam in a spot shape on the scanned surface via a third optical element,
The third optical element is constituted by at least two lens surfaces, and the curvature in the sub-scanning direction of the two lens surfaces is continuously changed asymmetrically from on-axis to off-axis to thereby change the surface to be scanned. A scanning optical device characterized in that a change in F number in the sub-scanning direction due to an image height of an incident light beam is suppressed.
請求項1〜6のいずれか一項記載の走査光学装置と、前記被走査面として感光ドラム面とを有することを特徴とするレーザービームプリンタ。   7. A laser beam printer comprising: the scanning optical apparatus according to claim 1; and a photosensitive drum surface as the scanned surface.
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