JP2006126857A - Scanning optical device - Google Patents

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JP2006126857A JP2005349390A JP2005349390A JP2006126857A JP 2006126857 A JP2006126857 A JP 2006126857A JP 2005349390 A JP2005349390 A JP 2005349390A JP 2005349390 A JP2005349390 A JP 2005349390A JP 2006126857 A JP2006126857 A JP 2006126857A
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Manabu Kato
加藤  学
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a scanning optical device with which an influence of the variation in a spot diameter in a subscanning direction or the like due to the height of an image is suppressed to minimum. <P>SOLUTION: The scanning optical device comprises: a first optical element which transforms a luminous flux emitted from a light source means into a convergent luminous flux; a second optical element which focuses the luminous flux on the deflection face of a deflection element in a linear form longitudinal in a main scanning direction; a third optical element which focuses the luminous flux deflected with the deflection element in a spot form on a plane to be scanned. Further, the third optical element of the scanning optical device is composed of a single lens and both faces of the single lens are composed of an aspherical toric face in the main scanning plane. The condition 0.2≤1-Sk/ft≤0.5 is satisfied, where ft stands for the focal length of the third optical element in the main scanning plane and Sk stands for the distance between the third optical element and the plane to be scanned, and the variation in the spot diameter in the subscanning direction at respective heights of image is suppressed within 10 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は走査光学装置に関し、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走査光学装置に関するものである。   The present invention relates to a scanning optical apparatus, and in particular, after a light beam modulated and emitted from a light source means is deflected and reflected by an optical deflector composed of a rotating polygon mirror or the like, it passes through an imaging optical system (fθ lens) having fθ characteristics. The present invention relates to a scanning optical apparatus suitable for an apparatus such as a laser beam printer (LBP) having an electrophotographic process or a digital copying machine, which scans a surface to be scanned to record image information.

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13は従来の走査光学装置の要部概略図である。   FIG. 13 is a schematic view of a main part of a conventional scanning optical apparatus.

同図において光源手段11から出射した発散光束はコリメーターレンズ12により略平行光束とされ、絞り13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14に入射している。シリンドリカルレンズ14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15の偏向面(反射面)15aにほぼ線像として結像している。   In the figure, a divergent light beam emitted from the light source means 11 is made into a substantially parallel light beam by a collimator lens 12 and is limited to a cylindrical lens 14 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction by restricting the light beam (light quantity) by a diaphragm 13. Incident. Out of the parallel light beam incident on the cylindrical lens 14, the light beam exits in the state of the parallel light beam as it is in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam is converged and formed as a substantially linear image on the deflecting surface (reflecting surface) 15a of the optical deflector 15 composed of a rotating polygon mirror (polygon mirror).

そして光偏向器15の偏向面15a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)16を介して被走査面としての感光体ドラム18面上に導光し、該光偏向器15を矢印A方向に回転させることによって該感光体ドラム18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 15a of the optical deflector 15 is guided to the surface of the photosensitive drum 18 as the surface to be scanned through the imaging optical system (fθ lens) 16 having the fθ characteristic, and the light. By rotating the deflector 15 in the direction of arrow A, the surface of the photosensitive drum 18 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、種々と提案されている(特許文献1〜4)。
特公昭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
In order to satisfy these demands, various types of scanning optical devices having a single fθ lens have been proposed (Patent Documents 1 to 4).
Japanese Examined Patent Publication No. 61-48684 JP 63-157122 A JP-A-4-104213 Japanese Patent Laid-Open No. 4-50908

これらのうち特許文献1,2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。   Of these, Patent Documents 1 and 2 use a concave single lens on the optical deflector side as the fθ lens to focus the parallel light beam from the collimator lens on the surface of the recording medium. 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.

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。   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.

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。   In Patent Document 2, since the fθ lens is thick, it is difficult to manufacture by molding, resulting in an increase in cost.

特許文献3では歪曲収差が残存しており、かつ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。   In Patent Document 3, there is a problem that distortion remains, and a jitter of a polygon surface period occurs due to an attachment error of a polygon mirror which is an optical deflector.

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と被走査面間における副走査方向の倍率の不均一性により像高により副走査方向のスポット径が変化するという傾向があった。   In Patent Document 4, although a high-order aspherical fθ lens is used to correct aberrations, the spot diameter in the sub-scanning direction depends on the image height due to non-uniform magnification in the sub-scanning direction between the optical deflector and the surface to be scanned. Tended to change.

本発明はコリメーターレンズからの収束光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適切に構成することにより、像高による副走査方向のスポット径の変化等を防止すると共に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を目的とする。   In the present invention, when the convergent light from the collimator lens is imaged on the surface to be scanned by the fθ lens via the optical deflector, the lens shape of the fθ lens is appropriately configured so that the sub-scanning direction depending on the image height is achieved. It is an object of the present invention to provide a scanning optical device that prevents a change in the spot diameter and the like and that is compact and suitable for high-definition printing.

請求項1の発明の走査光学系は、光源手段から出射した光束を収束光に変換する第1の光学素子と、該光束を偏向素子の偏向面上において主走査方向に長手の線状に結像させる第2の光学素子と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第3の光学素子と、を具備する走査光学装置において、該第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、かつ第3の光学素子の主走査面内における焦点距離をft、該第3の光学素子から該被走査面までの距離をSkとしたとき
0.2≦1−Sk/ft≦0.5
なる条件を満足し、かつ各像高における副走査方向のスポット径の変化を10μm以内に抑えていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a scanning optical system in which a light beam emitted from a light source means is converted into convergent light, and the light beam is connected in a linear shape in the main scanning direction on the deflection surface of the deflection element. In a scanning optical apparatus comprising: a second optical element that forms an image; and a third optical element that forms a light beam deflected by the deflecting element in a spot shape on a surface to be scanned, the third optical element Is composed of a single lens, both lens surfaces of the single lens are composed of aspherical toric surfaces in the main scanning plane, and the focal length in the main scanning plane of the third optical element is ft. When the distance from the optical element to the scanning surface is Sk, 0.2 ≦ 1-Sk / ft ≦ 0.5
And the change in the spot diameter in the sub-scanning direction at each image height is suppressed to within 10 μm.

本発明によれば前述の如くコリメーターレンズからの収束光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レンズの形状を適切に設定することにより、像高による副走査方向のスポット径の変化等の影響を小さく抑えることができ、これによりコンパクトで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。   According to the present invention, as described above, when the convergent light from the collimator lens is imaged on the surface to be scanned by the fθ lens via the optical deflector, the image height is set by appropriately setting the shape of the fθ lens. The influence of the change in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the above can be suppressed to be small, and thereby a scanning optical device suitable for compact and high-definition printing can be achieved.

図1は本発明の実施例1の主走査方向の要部断面図、図2は図1に示したfθレンズの拡大説明図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part in the main scanning direction of Embodiment 1 of the present invention, and FIG.

図中、1は光源手段であり、例えば半導体レーザより成っている。   In the figure, reference numeral 1 denotes light source means, which is made 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から出射された光束(光ビーム)を収束光に変換している。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 light beam (light beam) emitted from the light source means 1 into convergent light. 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、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 deflects the light beam that has passed through the aperture stop 3 in the sub-scan section, which will be described later. 5a is formed as a substantially line image.

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)である。fθレンズ6は後述するように光偏向器5側のレンズ面Raと被走査面側のレンズ面Rbを共に主走査面内で非球面形状のトーリック面より構成しており、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被走査面としての感光体ドラム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 fθ characteristics as a third optical element. As will be described later, the fθ lens 6 includes a lens surface Ra on the optical deflector 5 side and a lens surface Rb on the scanned surface side, both of which are aspherical toric surfaces in the main scanning surface. A light beam based on the deflected and reflected image information is imaged on the surface of the photosensitive drum 8 as a surface to be scanned, and the surface tilt of the deflecting surface of the optical deflector 5 is corrected.

本実施例におけるfθレンズ6の両レンズ面Ra,Rbのうち少なくとも一方のレンズ面の副走査面(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、又fθレンズ6の主走査方向の対称軸を被走査面(感光体ドラム面)8の法線に対して主走査面内で傾けて構成している。   In this embodiment, the curvature in the sub-scanning surface (the surface that includes the optical axis and is orthogonal to the main scanning surface) of at least one of the lens surfaces Ra and Rb of the fθ lens 6 is continuous in the effective portion of the lens. Further, the axis of symmetry of the fθ lens 6 in the main scanning direction is inclined with respect to the normal line of the surface to be scanned (photosensitive drum surface) 8 in the main scanning plane.

尚、本実施例においては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 this embodiment, the fθ lens 6 may be manufactured by plastic molding or by glass molding (glass molding).

本実施例において半導体レーザ1より出射した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fθレンズ6を介して感光体ドラム8面上に導光され、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体ドラム8面上を矢印B方向に光走査している。これにより画像記録を行なっている。   In this embodiment, the 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, and the photosensitive drum is rotated by rotating the optical deflector 5 in the direction of arrow A. Optical scanning is performed in the direction of arrow B on the eight surfaces. Thus, image recording is performed.

次に本実施例において歪曲収差(fθ特性)及び像面湾曲を補正する手段について説明する。コリメーターレンズ2から光偏向器5を介してfθレンズ6に入射する光束は収束光である為、本装置のfθ特性を満足させる為にはfθレンズ6の主走査面内における近軸曲率半径を該光偏向器5側から順に各々R1 ,R2 としたとき、
0<R1<R2 ・・・(1)
なる条件を満足させるように設定する。
Next, means for correcting distortion (fθ characteristics) and curvature of field in the present embodiment will be described. Since the light beam incident on the fθ lens 6 from the collimator lens 2 via the optical deflector 5 is convergent light, the paraxial radius of curvature in the main scanning plane of the fθ lens 6 is required in order to satisfy the fθ characteristic of this apparatus. As R1 and R2 in order from the optical deflector 5 side,
0 <R 1 <R 2 (1)
To satisfy the following conditions.

即ち、fθレンズ6の光偏向器5側のレンズ面Raを光軸近傍で凸のメニスカス形状にし、該レンズ面Raと被走査面側のレンズ面Rbとを共に非球面形状にしている。その非球面形状は像高による副走査方向のスポット径を揃える為、主走査面内における最大有効径をYmax、該最大有効径Ymaxにおける近軸レンズ面Rからの非球面量を各々S1,S2としたとき
(R1 2−Ymax 21/2−R1<S1<0 ・・・(2)
2<(R2 2−Ymax 21/2−R2 ・・・・(3)
なる条件を満足するようにレンズ形状を決定している。
That is, the lens surface Ra of the fθ lens 6 on the optical deflector 5 side has a convex meniscus shape near the optical axis, and both the lens surface Ra and the lens surface Rb on the scanned surface side have an aspherical shape. Since the aspherical shape has the same spot diameter in the sub-scanning direction depending on the image height, the maximum effective diameter in the main scanning plane is Y max , and the aspheric amount from the paraxial lens surface R at the maximum effective diameter Y max is S, respectively. 1 and S 2 (R 1 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 1 <S 1 <0 (2)
S 2 <(R 2 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 2 ... (3)
The lens shape is determined so as to satisfy the following conditions.

これは一般的に副走査方向のスポット径ρS
ρS=cλFS
S:副走査方向のFNo
λ :使用波長
c :定数
と表わされることにより、像高による副走査方向のスポット径を揃える為には像高による副走査方向のFナンバー(FNo)のバラツキ、即ち副走査方向の主平面位置のバラツキを抑えることが必要であるからである。
In general, the spot diameter ρ S in the sub-scan direction is
ρ S = cλF S
F S : FNo in the sub-scanning direction
λ: wavelength used
c: By expressing as a constant, in order to make the spot diameters in the sub-scanning direction depending on the image height, variations in the F-number (FNo) in the sub-scanning direction due to the image height, that is, variations in the main plane position in the sub-scanning direction are suppressed. Because it is necessary.

上記の条件式(1)を外れると像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正するのが難しくなってくるので良くない。又条件式(2),(3)のいずれか1つでも外れると副走査方向のスポット径の均一性を図るのが難しくなってくるので良くない。   If the above conditional expression (1) is not satisfied, it is difficult to satisfactorily correct field curvature, distortion, etc., which is not good. Further, if any one of conditional expressions (2) and (3) is deviated, it becomes difficult to make the spot diameter uniform in the sub-scanning direction.

本実施例においてはこのように各条件式(1),(2),(3)を満足するようにfθレンズ6のレンズ形状を設定することにより、像面湾曲や歪曲収差等を良好に保ちつつ、副走査方向のスポット径の均一性を向上させている。   In this embodiment, by setting the lens shape of the fθ lens 6 so as to satisfy the conditional expressions (1), (2), and (3) as described above, the curvature of field, distortion, and the like are kept good. However, the uniformity of the spot diameter in the sub-scanning direction is improved.

次に光偏向器(ポリゴンミラー)により生じるジッターを緩和させる手段について図3〜図5を用いて説明する。   Next, means for reducing jitter generated by the optical deflector (polygon mirror) will be described with reference to FIGS.

一般にポリゴンミラーはモータ回転軸との嵌合誤差や回転中心からポリゴン面(偏向面)までの距離のバラツキ等により、図3に示すように光束を同一偏向角に偏向する場合でも使用するポリゴン面によって、その偏向点が前後に変化する。このときポリゴンミラー5のポリゴン面5aで偏向されfθレンズ6に入射する光束が平行光である場合は、該光束は像面である感光体ドラム面上の同一点に結像される。   In general, a polygon mirror is used even when deflecting a light beam to the same deflection angle as shown in FIG. 3 due to a fitting error with a motor rotation shaft or variations in the distance from the rotation center to the polygon surface (deflection surface). The deflection point changes back and forth. At this time, when the light beam deflected by the polygon surface 5a of the polygon mirror 5 and incident on the fθ lens 6 is parallel light, the light beam is imaged at the same point on the photosensitive drum surface as the image surface.

しかしながらコリメーターレンズからの光束が収束光である場合には、該光束は感光体ドラム面上の同一点に結像されずポリゴン面周期のジッターとなり画像を劣化させるという問題点がある。   However, when the light beam from the collimator lens is convergent light, the light beam does not form an image at the same point on the surface of the photosensitive drum, causing a polygon surface period jitter and degrading the image.

ここで図4に示すように、このときのジッター量Jは偏向後の2光束のズレ量をh、主走査方向の横倍率をmとしたとき
J=mh
と表わされ、横倍率mは更に図5に示すようにfθレンズ6の主走査方向(主走査面内)の焦点距離をft、該fθレンズ6から被走査面(感光体ドラム面)8までの距離をSkとしたとき
m=1−Sk/ft
となる。従ってジッター量Jは
J=(1−Sk/ft)h
と表わすことができる。
Here, as shown in FIG. 4, the jitter amount J at this time is when the deviation amount of the two light beams after deflection is h and the lateral magnification in the main scanning direction is m.
J = mh
Further, as shown in FIG. 5, the lateral magnification m is the focal length of the fθ lens 6 in the main scanning direction (within the main scanning surface) ft, and the surface to be scanned (photosensitive drum surface) 8 from the fθ lens 6. When the distance to is Sk, m = 1−Sk / ft
It becomes. Therefore, the jitter amount J is J = (1-Sk / ft) h
Can be expressed as

又、図3に示すように2光束のズレ量hはポリゴン面の光束の入射角θi 、該ポリゴン面からの光束の出射角θe 、そしてポリゴン面の偏心量dをパラメーターとして決定される量であり、   As shown in FIG. 3, the deviation amount h of the two light beams is an amount determined by using the incident angle θi of the light beam on the polygon surface, the emission angle θe of the light beam from the polygon surface, and the eccentric amount d of the polygon surface as parameters. Yes,

と表わすことができるが、各パラメーターとも取り得る値が限られている為、ズレ量hは略0.02〜0.04の範囲内となる。 However, since the possible values for each parameter are limited, the amount of deviation h is in the range of approximately 0.02 to 0.04.

一般的に画像の2ドット(dot)間の間隔が1ドットの半分以上ズレると視覚的にジッターが目立つようになる。例えば600dpiの解像力をもつプリンターの走査光学装置の場合、ジッター量Jが
J=25.4/600/2=0.02mm
以上になると視覚的にジッターが目立つようになる為、高品位な画像形成を行なう為には主走査方向の横倍率mを
J=mh
0.02≧m×0.04
m≦0.50.5
以下に抑える必要がある。
In general, when an interval between two dots of an image is shifted by more than half of one dot, jitter becomes noticeable visually. For example, in the case of a scanning optical device for a printer having a resolution of 600 dpi, the jitter amount J is J = 25.4 / 600/2 = 0.02 mm.
Since jitter becomes conspicuous visually at the above, the lateral magnification m in the main scanning direction is set to J = mh for high-quality image formation.
0.02 ≧ m × 0.04
m ≦ 0.50.5
It is necessary to keep it below.

しかしながら主走査方向の横倍率mが小さすぎるとfθレンズ6と被走査面8との間の距離Skが長くなる為、装置のコンパクト化に反する。この為両者を両立させる為には主走査方向の横倍率mを
0.2≦m≦0.5
即ち、
0.2≦1−Sk/ft≦0.5 ・・・(4)
なる条件を満たすようにfθレンズ6とコリメーターレンズ2とのパワー配置を行なうことによってポリゴンミラー(光偏向器)5の取付誤差によるジッターを緩和させたコンパクトな走査光学装置を得ることができる。
However, if the lateral magnification m in the main scanning direction is too small, the distance Sk between the fθ lens 6 and the surface to be scanned 8 becomes long, which is contrary to downsizing of the apparatus. Therefore, in order to make both compatible, the lateral magnification m in the main scanning direction is set to 0.2 ≦ m ≦ 0.5.
That is,
0.2 ≦ 1-Sk / ft ≦ 0.5 (4)
By arranging the power of the fθ lens 6 and the collimator lens 2 so as to satisfy the following condition, a compact scanning optical device in which jitter due to an attachment error of the polygon mirror (optical deflector) 5 is reduced can be obtained.

上記の条件式(4)の上限値を越えるとジッターが視覚的に目立つようになり良くない。又下限値を越えるとfθレンズ6と被走査面8との間の距離が長くなり装置全体が大型化になってくるので良くない。   If the upper limit value of the conditional expression (4) is exceeded, the jitter becomes visually noticeable, which is not good. On the other hand, if the lower limit is exceeded, the distance between the fθ lens 6 and the surface to be scanned 8 becomes longer and the entire apparatus becomes larger, which is not good.

本実施例では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 this embodiment, the lens shape of the fθ lens 6 is an aspherical shape that can be expressed by a function up to the 10th order in the main scanning direction, 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 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, B 4 , B 6 , B 8 , and B 10 are aspherical coefficients), and the sub-scanning direction (with respect to the main scanning direction including the optical axis). The direction of the corresponding line is

ここでrは曲率半径、D2〜D10は非球面係数とし、
r´=r(1+D22+D44+D66+D88+D1010
なる式で表わせるものである。
Where r is the radius of curvature, D 2 to D 10 are aspheric coefficients,
r ′ = r (1 + D 2 Y 2 + D 4 Y 4 + D 6 Y 6 + D 8 Y 8 + D 10 Y 10 )
It can be expressed by the following formula.

図7に本実施例における光学配置とfθレンズ6の非球面係数を示す。図7において、B4〜B10は主走査面内の非球面係数、D2E〜D10E,D2S〜D10Sは副走査面内の非球面係数を示す。   FIG. 7 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 6 in this embodiment. In FIG. 7, B4 to B10 represent aspheric coefficients in the main scanning plane, and D2E to D10E and D2S to D10S represent aspheric coefficients in the sub scanning plane.

ここで非球面係数D2E〜D10Eはレンズ面の光軸を挟んで一方向(主走査方向のうちの一方)の形状を特定する係数、非球面係数D2S〜D10Sはレンズ面の光軸を挟んで他方向(主走査方向のうちの他方)の形状を特定する係数である。   Here, the aspheric coefficients D2E to D10E are coefficients that specify the shape of one direction (one of the main scanning directions) across the optical axis of the lens surface, and the aspheric coefficients D2S to D10S are across the optical axis of the lens surface. A coefficient for specifying the shape in the other direction (the other in the main scanning direction).

図7に示すように非球面係数D2E〜D10Eと非球面係数D2S〜D10Sは異なっており、副走査面内の曲率がレンズ面の有効径内において軸上から軸外に向かい光軸を中心として非対称に変化していることがわかる。   As shown in FIG. 7, the aspherical coefficients D2E to D10E and the aspherical coefficients D2S to D10S are different, and the curvature in the sub-scanning surface is within the effective diameter of the lens surface from the axis to the axis, and the optical axis is the center. It turns out that it changes asymmetrically.

これは後述する図8に示す実施例2においても同様である。図9はfθレンズ6の非球面形状を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径からの非球面量S、破線は(R2−Ymax 21/2−Rの値を示したものである。 The same applies to Example 2 shown in FIG. FIG. 9 is an explanatory view showing the aspherical shape of the fθ lens 6, where the solid line indicates the aspherical amount S from the paraxial radius of curvature, and the broken line indicates the value of (R 2 −Y max 2 ) 1/2 −R. Is.

本実施例においてfθレンズ6の近軸曲率半径R、非球面量S及び(R2−Ymax 21/2−Rのそれぞれの値は
1=65.22
2=150.03
1=−9.44
2= −7.97
(R1 2−Ymax 21/2−R1=−14.50 (R2 2−Ymax 21/2−R2=−6.00
であり、これらの値は前述した各条件式(1)〜(3)を満足させている。
In this embodiment, the paraxial radius of curvature R, the amount of aspheric surface S of the fθ lens 6 and the values of (R 2 −Y max 2 ) 1/2 −R are R 1 = 65.22.
R 2 = 150.03
S 1 = −9.44
S 2 = −7.97
(R 1 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 1 = −14.50 (R 2 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 2 = −6.00
These values satisfy the conditional expressions (1) to (3) described above.

図11は本実施例における像面湾曲と歪曲収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又像高による副走査方向のスポット径の変化も10μm以内に抑えることができる。   FIG. 11 is an aberration diagram showing field curvature, distortion, and the like in this example. From the figure, it can be seen that each aberration is corrected to a level where there is no practical problem. Also, the change in spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be suppressed to within 10 μm.

次にポリゴンミラー(光偏向器)の取付誤差によって生じるジッターであるが、本実施例ではfθレンズ6の主走査方向における焦点距離ftを213.7mm、該fθレンズ6から被走査面(感光体ドラム面)8までの距離Skを111.5mmとし、主走査方向における横倍率mを
m=1−Sk/ft
=1−111.5/213.7
=0.478
と設定することによって条件式(4)を満足させ、これによりポリゴンミラー5の取付誤差によるジッターを緩和させている。
Next, jitter caused by an attachment error of the polygon mirror (optical deflector). In this embodiment, the focal length ft in the main scanning direction of the fθ lens 6 is 213.7 mm, and the surface to be scanned (photosensitive member) is moved from the fθ lens 6. Drum surface) The distance Sk to 8 is 111.5 mm, and the lateral magnification m in the main scanning direction is m = 1−Sk / ft.
= 1-111.5 / 213.7
= 0.478
Thus, the conditional expression (4) is satisfied, thereby reducing the jitter due to the mounting error of the polygon mirror 5.

又、本実施例における2光束のズレ量hはポリゴン面5aへの光束の入射角θi=−90°、光束の出射角θe=45°、そしてポリゴン面5aの偏心量dを15μmとしたとき Also, shift amount h of the two light beams in this embodiment the incident angle θ i = -90 ° of the light beam to the polygon plane 5a, the exit angle of the light beam θ e = 45 °, and a 15μm eccentricity d of the polygon surface 5a When

となる為、ジッター量Jは
J=mh =0.0186mm
となり、視覚的にジッターが目立たないレベルまでに抑えることができる。
Therefore, the jitter amount J is J = mh = 0.0186 mm
Thus, it can be suppressed to a level where jitter is not noticeable visually.

このように本実施例においてはfθレンズのレンズ形状及び光学配置を適切に設定することによってコリメーターレンズからの収束光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、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取付誤差によるジッターや、像高による副走査方向のスポット径の変化等の問題点を解決している。   As described above, in this embodiment, by appropriately setting the lens shape and optical arrangement of the fθ lens, the convergent light from the collimator lens is imaged on the surface to be scanned by the single fθ lens via the optical deflector. In this case, the field curvature, distortion, and the like are corrected satisfactorily, and problems such as jitter due to an attachment error of the optical deflector and changes in the spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height are solved.

図6は本発明の実施例2の光学系の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)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。   FIG. 6 is a sectional view (main scanning sectional view) of the main part in the main scanning direction of the optical system according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG.

本実施例において前述の実施例1と異なる点はfθレンズの光軸方向の中心厚を薄くしてfθレンズ26を構成したことであり、その他の構成及び光学的作用は実施例1と略同様である。   This embodiment differs from the first embodiment described above in that the fθ lens 26 is configured by reducing the center thickness of the fθ lens in the optical axis direction. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment. It is.

図8に実施例2における光学配置とfθレンズ26の非球面係数を示す。図10はfθレンズ26の非球面量を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径からの非球面量S、破線は(R2−Ymax21/2−Rの値を示したものである。 FIG. 8 shows the optical arrangement and the aspherical coefficient of the fθ lens 26 in the second embodiment. FIG. 10 is an explanatory view showing the amount of aspherical surface of the fθ lens 26. The solid line shows the amount of aspherical surface S from the paraxial radius of curvature, and the broken line shows the value of (R 2 −Ymax 2 ) 1/2 −R. It is.

本実施例においてfθレンズ26の近軸曲率半径R、該近軸曲率半径Rからの非球面量S及び(R2−Ymax 21/2−Rのそれぞれの値は
1= 45.16 R2= 68.96
1=−20.24 S2=−14.61
(R1 2−Ymax 21/2−R1=−26.23 (R2 2−Ymax 21/2−R2=−14.27
となり、これらの値は前述の実施例1と同様に各条件式(1)〜(3)を満足させている。
In this embodiment, the paraxial radius of curvature R of the fθ lens 26, the aspherical amount S from the paraxial radius of curvature R, and the values of (R 2 −Y max 2 ) 1/2 −R are R 1 = 45. 16 R 2 = 68.96
S 1 = −20.24 S 2 = −14.61
(R 1 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 1 = −26.23 (R 2 2 −Y max 2 ) 1/2 −R 2 = −14.27
These values satisfy the conditional expressions (1) to (3) as in the first embodiment.

図12は本実施例における像面湾曲と歪曲収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又像高による副走査方向のスポット径の変化も10μm以内に抑えることができる。   FIG. 12 is an aberration diagram showing field curvature, distortion, and the like in this example. From the figure, it can be seen that each aberration is corrected to a level where there is no practical problem. Also, the change in spot diameter in the sub-scanning direction due to the image height can be suppressed to within 10 μm.

又、本実施例ではfθレンズ26の主走査方向における焦点距離ftを226.0mm、該fθレンズ26から被走査面(感光体ドラム面)8までの距離Skを111.5mmとしたとき、主走査方向における横倍率mは
m=1−Sk/ft
=1−111.5/226.0
=0.493
となり、この値は前述の実施例1と同様に条件式(4)を満足させており、これにより光偏向器(ポリゴンミラー)5の取付誤差によるジッターを視覚的に目立たないレベルまでに抑えている。
In this embodiment, when the focal length ft of the fθ lens 26 in the main scanning direction is 226.0 mm and the distance Sk from the fθ lens 26 to the surface to be scanned (photosensitive drum surface) 8 is 111.5 mm, The lateral magnification m in the scanning direction is m = 1−Sk / ft.
= 1-111.5 / 226.0
= 0.493
This value satisfies the conditional expression (4) in the same manner as in the first embodiment, thereby suppressing the jitter due to the mounting error of the optical deflector (polygon mirror) 5 to a visually inconspicuous level. Yes.

このように本実施例においては上述の如くfθレンズ26のレンズ形状及び光学配置を適切に設定することによって前述の実施例1と同様に像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取付誤差によるジッターや像高による副走査方向のスポット径の変化等の問題点を解決している。   As described above, in this embodiment, by appropriately setting the lens shape and optical arrangement of the fθ lens 26 as described above, the field curvature, distortion, etc. can be corrected satisfactorily as in the first embodiment, and It solves problems such as jitter due to deflector mounting errors and changes in spot diameter in the sub-scanning direction due to image height.

又、本実施例においてはfθレンズの光軸方向の中心肉厚を薄くして構成したことにより、該fθレンズの成型タクトタイムを短縮することができ、より低コストの走査光学装置を実現している。   In this embodiment, the thickness of the center of the fθ lens in the optical axis direction is reduced, so that the molding tact time of the fθ lens can be shortened, thereby realizing a lower cost scanning optical device. ing.

本発明の実施例1の主走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction of Example 1 of this invention 図1に示したfθレンズの拡大説明図Expansive explanatory drawing of the fθ lens shown in FIG. 図1に示した光偏向器の一部分の拡大説明図1 is an enlarged explanatory view of a part of the optical deflector shown in FIG. 本発明の実施例1における2光束ズレとジッター量の相関を示す説明図Explanatory drawing which shows the correlation of 2 light beam shift | offset | difference and jitter amount in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における光偏向器から被走査面までの位置関係を示す説明図Explanatory drawing which shows the positional relationship from the optical deflector to a to-be-scanned surface in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の主走査方向の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the main scanning direction of Example 2 of this invention 本発明の実施例1における光学配置及びfθレンズの非球面係数を示す説明図Explanatory drawing which shows the aspherical coefficient of the optical arrangement and fθ lens in Example 1 of the present invention 本発明の実施例2における光学配置及びfθレンズの非球面係数を示す説明図Explanatory drawing which shows the optical arrangement | positioning in Example 2 of this invention, and the aspherical surface coefficient of f (theta) lens. 本発明の実施例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 Example 1 of this invention 本発明の実施例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 f (theta) lens in Example 2 of this invention. 本発明の実施例1における像面湾曲及び歪曲収差を示す収差図Aberration diagram showing field curvature and distortion in Example 1 of the present invention 本発明の実施例2における像面湾曲及び歪曲収差を示す収差図Aberration diagram showing field curvature and distortion in Example 2 of the present 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

符号の説明Explanation of symbols

1 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 偏向素子(光偏向器)
6,26 第3の光学素子(fθレンズ)
8 被走査面(感光体ドラム)
1 Light source means
2 First optical element (collimator lens)
3 Aperture
4 Second optical element (cylindrical lens)
5 Deflection element (optical deflector)
6, 26 Third optical element (fθ lens)
8 Scanned surface (photosensitive drum)

Claims (1)

光源手段から出射した光束を収束光に変換する第1の光学素子と、該光束を偏向素子の偏向面上において主走査方向に長手の線状に結像させる第2の光学素子と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第3の光学素子と、を具備する走査光学装置において、該第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、かつ第3の光学素子の主走査面内における焦点距離をft、該第3の光学素子から該被走査面までの距離をSkとしたとき
0.2≦1−Sk/ft≦0.5
なる条件を満足し、かつ各像高における副走査方向のスポット径の変化を10μm以内に抑えていることを特徴とする走査光学装置。
A first optical element that converts the light beam emitted from the light source means into convergent light, a second optical element that forms an image of the light beam on the deflection surface of the deflecting element in the shape of a long line in the main scanning direction, and the deflection And a third optical element that forms a beam of light deflected by the element in a spot shape on the surface to be scanned. The third optical element comprises a single lens, The lens surfaces are both aspherical toric surfaces in the main scanning plane, the focal length of the third optical element in the main scanning plane is ft, and the distance from the third optical element to the scanned surface is When Sk, 0.2 ≦ 1-Sk / ft ≦ 0.5
And a change in the spot diameter in the sub-scanning direction at each image height is suppressed to within 10 μm.
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