JP2008310257A - Scanning optical system and optical scanner and image forming apparatus equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査光学系、それを備える光走査装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a scanning optical system, an optical scanning device including the same, and an image forming apparatus.
レーザビームプリンタなどの画像形成装置は、一般的に、光源としての半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光束を合焦させる第1結像光学系としてのコリメータレンズ及びシリンドリカルレンズ等と、該コリメータレンズ及びシリンドリカルレンズによって合焦されたレーザ光束を偏向させる偏向器としてのポリゴンミラーと、ポリゴンミラーにより偏向されたレーザ光束を被走査面としての感光体ドラム面上に合焦させる第2結像光学系としての走査レンズとを備えている。 An image forming apparatus such as a laser beam printer generally includes a semiconductor laser as a light source, a collimator lens and a cylindrical lens as a first imaging optical system for focusing a laser beam from the semiconductor laser, and the collimator lens. And a polygon mirror as a deflector for deflecting the laser beam focused by the cylindrical lens, and a second imaging optical system for focusing the laser beam deflected by the polygon mirror on the photosensitive drum surface as the scanning surface As a scanning lens.
この種の画像形成装置において高精度な画像を形成するためには、fθ誤差や像面湾曲が良好に補正される必要がある。ここで、fθ誤差とは、焦点距離fの走査レンズに画角θの角度で入射する平行ビームが被走査面において合焦する像高をYとしたとき、Y=f・θを満たす性質(fθ特性)からのずれ量を意味する。 In order to form a highly accurate image in this type of image forming apparatus, it is necessary to satisfactorily correct the fθ error and the field curvature. Here, the fθ error is a property that satisfies Y = f · θ when the image height at which the parallel beam incident on the scanning lens having the focal length f at the angle of view θ is focused on the surface to be scanned is Y ( This means the amount of deviation from the fθ characteristic.
例えば、特許文献1に係る画像形成装置においては、第2結像光学系が第1の走査レンズと第2の走査レンズとで構成されており、第1の走査レンズで主として像面湾曲を補正すると共に、第2の走査レンズで主としてfθ誤差を補正している。このように、第2結像光学系を2つの走査レンズで構成して像面湾曲の補正とfθ誤差の補正とを各走査レンズに分担させることによって、fθ誤差及び像面湾曲を高精度に補正している。
For example, in the image forming apparatus according to
その一方で、画像形成装置を安価且つ小型に構成するために、第2結像光学系を1つ走査レンズで構成するものも知られている。例えば、特許文献2に係る画像形成装置においては、第2結像光学系を1つの走査レンズで構成し、該走査レンズでfθ誤差と像面湾曲とを補正している。
しかしながら、特許文献2に係る画像形成装置のように1つの走査レンズでfθ誤差と像面湾曲とを補正する構成においては、fθ誤差の補正能力と像面湾曲の補正能力とのトレードオフにより両者のバランスをとって、又は何れかの性能を犠牲にして走査レンズが設計される。その結果、特許文献1に係る画像形成装置のように2の走査レンズによってfθ誤差と像面湾曲とを別々に補正するものと比較すると、その補正能力を劣ってしまう。
However, in the configuration in which the fθ error and the curvature of field are corrected by a single scanning lens as in the image forming apparatus according to
その一方、特許文献1に係る画像形成装置は、fθ誤差及び像面湾曲を高精度に補正することができるが、第2結像光学系を、像面湾曲を主として補正する走査レンズとfθ誤差を主として補正する走査レンズとの少なくとも2つの走査レンズで構成する必要があり、装置が大型化してしまう。
On the other hand, the image forming apparatus according to
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走査光学系の小型化とfθ誤差及び像面湾曲の高精度な補正とを両立させることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to achieve both the downsizing of the scanning optical system and the highly accurate correction of the fθ error and the field curvature.
本発明は、第1結像光学系でfθ誤差を補正するようにしたものである。 In the present invention, the fθ error is corrected by the first imaging optical system.
詳しくは、本発明に係る走査光学系は、光源と偏向器との間に配設され、該光源からの光束を該偏向器の偏向面上に合焦させる第1結像光学系と、上記偏向器と被走査面との間に配設され、該偏向器によって偏向された光束を該被走査面上に合焦させる第2結像光学系とを備え、上記第1結像光学系は、fθ誤差を補正するfθ誤差補正手段を含むものとする。 Specifically, the scanning optical system according to the present invention is disposed between the light source and the deflector, and focuses the light beam from the light source on the deflection surface of the deflector; A second imaging optical system disposed between the deflector and the surface to be scanned, and focusing the light beam deflected by the deflector on the surface to be scanned; , Fθ error correction means for correcting the fθ error is included.
本発明によれば、上記第1結像光学系のfθ誤差補正手段によりfθ誤差を補正することによって、第2結像光学系では、第1結像光学系でfθ誤差を補正した分だけ、像面湾曲の抑制(又は補正)に注力することができる。その結果、第1結像光学系ではfθ誤差を主として補正し、第2結像光学系では像面湾曲を主として補正するように設計することができ、fθ誤差及び像面湾曲を高精度に補正することができる。それに加えて、第2結像光学系では像面湾曲を主として補正すればよいため、第2結像光学系でfθ誤差と像面湾曲とを補正する場合と比べて、第2結像光学系の構成を簡易にすることができ、走査光学系を小型化することができる。 According to the present invention, by correcting the fθ error by the fθ error correcting means of the first imaging optical system, in the second imaging optical system, the fθ error is corrected by the first imaging optical system. It is possible to focus on suppression (or correction) of field curvature. As a result, the first imaging optical system can be designed to mainly correct the fθ error, and the second imaging optical system can be designed to mainly correct the field curvature, and the fθ error and the field curvature can be corrected with high accuracy. can do. In addition, since it is only necessary to mainly correct the field curvature in the second imaging optical system, the second imaging optical system is compared with the case where the fθ error and the field curvature are corrected in the second imaging optical system. Can be simplified, and the scanning optical system can be miniaturized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る光走査装置10を示す。この光走査装置10は、光源1と走査光学系20を備えていて、被走査面6を光走査するためのものである。上記光源1は、例えば、半導体レーザ等によって構成することができる。
FIG. 1 shows an
上記走査光学系20は、コリメータレンズ2と、シリンドリカルレンズ3と、第1反射鏡4と、第2反射鏡5と、ポリゴンミラー6と、走査レンズ7とを備えている。この走査光学系20は、コリメータレンズ2、シリンドリカルレンズ3、第1反射鏡4及び第2反射鏡5より第1結像光学系を構成し、走査レンズ7により第2結像光学系を構成している。これら第1及び第2結像光学系は、いずれも主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向にそれぞれ異なる光学的パワーを持つアナモフィック光学系である。
The scanning
上記コリメータレンズ2は、光源1から出射された発散性の光束Bを略平行光束にするためのものである。光源1から出射された光束Bが略平行光束である場合等においては、コリメータレンズ2は必ずしも必須の構成部材ではない。
The
上記シリンドリカルレンズ3は、主走査方向には光学的パワーを有さず、副走査方向においてのみ正の光学的パワーを有し、光源1側に形成されたシリンドリカル面とポリゴンミラー6側に形成された平面とを備えるレンズである。このシリンドリカルレンズ3に入射した光束Bは、第1反射鏡4及び第2反射鏡5により反射された後、ポリゴンミラー6の偏向面近傍で主走査方向に延びる線像として結像される。
The
上記第1反射鏡4及び第2反射鏡5は、シリンドリカルレンズ3から入射される光束Bを反射させてポリゴンミラー6へ導くためのものである。この第1反射鏡4は、反射面が固定された反射鏡である一方、第2反射鏡5は、その反射面の形状が可変に構成されている。
The first reflecting
詳しくは、第2反射鏡5は、光束Bのポリゴンミラー6の偏向面6bへの入射角を調整するものである。第2反射鏡5は、相互に分離された状態で基板に支持される複数の微小ミラーと、該複数の微小ミラーの各々を独立して駆動し、それによって各微小ミラーと上記基板との配置関係を制御する複数の駆動部とを備えた可変形ミラーである。つまり、第2反射鏡5は、アレイ状に配列された複数のMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーで構成されている。MEMSミラーは、微小なミラーとミラーを駆動するアクチュエータとを備えるMEMSデバイスで構成されている。MEMSとは、半導体プロセス技術(フォトリソグラフィ技術等)を利用して電子と機械機構を融合させた微少な電気機械システムである。本実施形態では、各MEMSミラーは、独立して傾動するように構成されており、第2反射鏡5は、各MEMSミラーを一律に傾動させることによって、反射面の角度を変化させている。尚、このMEMSミラーは、傾動動作に加えてその高さ方向(法線方向)へ直動動作するように構成されたものであってもよい。
Specifically, the second reflecting
上記ポリゴンミラー6は、回転軸6aを中心にモータ等(図示省略)の駆動手段によって回転駆動される回転多面鏡である。本実施形態では、ポリゴンミラー6は、6つの偏向面6b,6b,…を有し、図中の矢印A方向に一定速度で回転駆動される。ポリゴンミラー6は、入射される光束Bを回転軸6aを中心に回転する各偏向面6bで偏向させることにより偏向走査する。尚、ポリゴンミラー6の偏向面6b,6b,…は6つに限られるものではなく、任意の面数を採用することができる。このポリゴンミラー6は、ポリゴンミラー6へ入射する光束Bの光軸と、該偏向面6bで偏向された光束Bの主走査方向の走査中心(光束Bが被走査面8上の像高中心を通るときの光軸。以下、単に光軸Lという。)とが所定の有限角度をなすように配置される。
The
上記走査レンズ7は、ポリゴンミラー6で偏向走査された光束Bを被走査面8上に合焦させるものである。この走査レンズ7は、主走査方向と副走査方向とで光学的パワーが相互に異なるアナモフィックレンズ(シリンドリカルレンズと異なり、副走査方向においても光学的パワーを有する)である。また、走査レンズ7は、少なくとも被走査面8上での主走査方向の像面湾曲を補正する機能を有している。走査レンズ7のアナモフィック面は、自由曲面であることが好ましく、特に、副走査方向の曲率中心を結んだ線が湾曲した非円弧になるような自由曲面であることが好ましい。こうすることで、像面湾曲を良好に補正することができる。
The
この走査レンズ7により構成される第2結像光学系は、図2に示すように、副走査断面において、ポリゴンミラー6の偏向面6bと被走査面8とが光学的に共役な関係にある。こうすることによって、第2結像光学系は、いわゆる面倒れ補正機能を有しており、ポリゴンミラー6の偏向面6bが回転軸6aに対して傾斜していても、被走査面8上に形成されるスポット状の像の副走査方向の合焦位置が変化しない。
In the second imaging optical system constituted by the
上記第2反射鏡5は、図3に示すように、制御部50によって駆動制御される。詳しくは、制御部50には、始点センサ51から検出信号が入力されており、光源1を駆動する光源ドライバ52及び第2反射鏡5を駆動するMEMSコントローラ53それぞれに発光制御信号及び傾動制御信号を出力するように構成されている。
The second reflecting
上記始点センサ51は、上記被走査面8の主走査方向端部のうち、光束Bの走査が開始される側(図1における上側)の端部の外側近傍に設けられている。始点センサ51は、光束Bを検出するように構成されていて、該光束Bを検出すると制御部50に検出信号を出力する。つまり、始点センサ51から検出信号が出力されることをもって、被走査面8への光束Bの走査が開始されることを検出することができる。
The
上記光源ドライバ52は、制御部50からの発光制御信号に応じて光源1を駆動する。
The
上記MEMSコントローラ53は、第2反射鏡5の反射面を傾動させるためのものである。MEMSコントローラ53にはメモリ54が接続されており、このメモリ54には、ポリゴンミラー6の回転角度θpに対応する第2反射鏡5の傾動角度αが記憶されている。MEMSコントローラ53は、制御部50から入力される傾動制御信号に基づいて、ポリゴンミラー6の回転角度θpに対応する第2反射鏡5の傾動角度αをメモリ54から読み出し、読み出した傾動角度αとなるように第2反射鏡5を傾動駆動する。
The
このように構成された制御部50の制御についてさらに詳しく説明すると、制御部50は、始点センサ51からの検出信号が入力されると、被走査面8上に形成する画像情報に基づいて光源ドライバ52に発光制御信号を出力して、被走査面8上への像の形成を開始する。このとき、制御部50は、該検出信号が入力されてからの経過時間に基づいてポリゴンミラー6の回転角度θpを算出している。そして、制御部50は、このポリゴンミラー6の回転角度θpから被走査面8上での光束Bの合焦位置を算出し、各合焦位置に応じて光源ドライバ52に発光制御信号を出力すると共に、MEMSコントローラ53に傾動制御信号を出力する。つまり、制御部50は、ポリゴンミラー6の回転角度θpに応じて第2反射鏡5の傾動角度αを調整することで、被走査面8上での光束Bの合焦位置を調整しながら、像を形成している。
The control of the
ここで、第2反射鏡5による合焦位置の調整についてさらに詳しく説明する。
Here, the adjustment of the focus position by the second reflecting
一般に走査光学系においては、被走査面8上に形成されるスポット状の像はfθ誤差を有しているため、各像と像との主走査方向間隔は一定ではない。そこで、制御部50は、被走査面8上に形成されるスポット状の各像と像との主走査方向の間隔が一定となるように、第2反射鏡5の傾動角度αを制御している。つまり、制御部50は、第2反射鏡5からポリゴンミラー6の偏向面6bに入射される光束Bの入射角を調整することによって、被走査面8への光束Bの合焦位置を調整している。
In general, in a scanning optical system, since a spot-like image formed on the surface to be scanned 8 has an fθ error, the interval between the images in the main scanning direction is not constant. Therefore, the
詳しくは、合焦位置を主走査方向の正側(図1において上側)に調整する(移動させる)場合には、図4に示すように、偏向面6bへの光束Bの入射角βが小さくなるように第2反射鏡5の傾動角度αを制御している。こうすることで、ポリゴンミラー6の偏向面6bで偏向された光束Bが主走査方向の負側に戻されることになり、被走査面8での光束Bの合焦位置を主走査方向の負側に調整することができる。
Specifically, when the focus position is adjusted (moved) to the positive side (upper side in FIG. 1) in the main scanning direction, the incident angle β of the light beam B to the deflecting
一方、像の合焦位置を主走査方向の正側(図1において下側)に調整する(移動させる)場合には、図4とは逆に、偏向面6bへの光束Bの入射角βが大きくなるように第2反射鏡5の傾動角度αを制御している(即ち、傾動角度αを、合焦位置を主走査方向の負側に調整する場合とは逆方向に制御している)。こうすることで、ポリゴンミラー6の偏向面6bで偏向された光束Bが、補正前と比べて主走査方向の正側に進められることになり、被走査面8での光束Bの合焦位置を主走査方向の正側に調整することができる。
On the other hand, when the focusing position of the image is adjusted (moved) to the positive side (lower side in FIG. 1) in the main scanning direction, the incident angle β of the light beam B to the deflecting
このようにして、制御部10は、被走査面8上に形成される像と像との主走査方向間隔が等間隔となるように光束Bの合焦位置を補正して、fθ誤差を補正している。
In this way, the
ここで、第2反射鏡5の傾動角度αの最大値をαmax、そのときのポリゴンミラー6の回転角度θpをθpmax(θpmax≠0)とすると、
Here, if the maximum value of the tilt angle α of the second reflecting
を満足することが好ましい。ただし、傾動角度α及び回転角度θpは光束Bが光軸Lを通るときを基準とした値とする。 Is preferably satisfied. However, the tilt angle α and the rotation angle θp are values based on when the light beam B passes through the optical axis L.
上記数式(1)を満足することによって、fθ誤差の補正を良好に行うことができる。 By satisfying the above formula (1), the fθ error can be corrected satisfactorily.
尚、第2反射鏡5の傾動角度αの最大変化量αmaxとそのときのポリゴンミラー6の回転角度θpmaxとの関係は、
The relationship between the maximum change amount αmax of the tilt angle α of the second reflecting
を満足することがさらに好ましい。上記数式(2)を満足することによって、上述の効果をより顕著に奏功させることができる。 Is more preferable. By satisfying the above mathematical formula (2), the above-described effects can be achieved more remarkably.
尚、上記のαをθpの多項式で表現し、多項式の次数を4次以上、好ましくは6次以上の高次多項式とすることが望ましい。αをθpの多項式として表現することにより、fθ誤差の補正を良好に行うことができる。 In addition, it is desirable that the above α is expressed by a polynomial of θp, and the degree of the polynomial is a higher order polynomial of 4th order or more, preferably 6th order or more. By expressing α as a polynomial of θp, it is possible to satisfactorily correct the fθ error.
また、本実施形態では、第2結像光学系における副走査方向の倍率をmとすると、
2.5<m ・・・(3)
を満足するように設計されている。
In the present embodiment, if the magnification in the sub-scanning direction in the second imaging optical system is m,
2.5 <m (3)
Designed to satisfy.
上記数式(3)を満足することによって、走査レンズ7がポリゴンミラー6の近くに設置されることになり、第2結像光学系、ひいては走査光学系20を小型化することができる。それに加えて、数式(3)を満足することによって、ポリゴンミラー6の振動に起因して被走査面8上で発生するジッター量を抑制することができる。また、本実施形態では、fθ誤差を第2反射鏡5により、像面湾曲を走査レンズ7により十分に補正できるため、数式(3)を満足する場合であっても、fθ誤差を悪化させたり、像面湾曲を増長させたりすることを防止することができる。
By satisfying the above formula (3), the
尚、上記倍率mは、
3.5<m ・・・(4)
を満足することが好ましい。
The magnification m is
3.5 <m (4)
Is preferably satisfied.
さらには、上記倍率mは、
4.7<m ・・・(5)
を満足することがさらに好ましい。上記数式(4)又は数式(5)を満足することによって、上述の効果をより顕著に奏功させることができる。
Furthermore, the magnification m is
4.7 <m (5)
Is more preferable. By satisfying the formula (4) or the formula (5), the above-described effect can be achieved more remarkably.
図5は本実施形態で説明した光走査装置10を用いた画像形成装置9の構成を表す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an
画像形成装置9は、光走査装置10と、一次帯電器90と、現像器92と、転写帯電器93と、クリーナー94と、定着装置95と、給紙カセット96と、感光ドラム97とを備えている。
The
ここでは感光ドラム97の表面が図1における被走査面8に対応し、光走査装置10は、所定の画像情報に基づいた光束を感光ドラム97表面に合焦させるものである。その光走査装置10の合焦が行われると共に、感光ドラム97を光走査装置10に対して相対的に回転させることにより、感光ドラム97表面に順次光束が合焦されるように構成されている。
Here, the surface of the
一次帯電器90は、感光ドラム97の回転方向において光走査装置10の露光位置よりも上流側に、感光ドラム97に対向して配置されており、感光ドラム97の表面を一様に帯電させるものである。光走査装置10は感光ドラム97を走査露光するものであり、光走査装置10による走査露光により静電潜像が形成される。現像器92は、感光ドラム97上に形成された静電潜像をトナーにより可視化するためのものである。給紙カセット96は、用紙を供給するものであり、転写帯電器93は、その給紙カセット96から供給された用紙にトナーを転写させるものである。具体的には、用紙はトナーが付着した感光ドラム97表面に対向する位置に給紙される。転写帯電器93は、給紙された用紙を挟んで感光ドラム97と対向するように配置されている。転写帯電器93は、給紙された用紙をトナーとは逆極性に帯電することによって、感光ドラム97に吸着されているトナーを吸引し、用紙に付着させるためのものである。定着装置95は、転写されたトナーを用紙に定着させるためのものである。具体的には、定着装置95は、トナーが転写された用紙にトナーを加熱、軟化させることによって定着させる。クリーナー94は、用紙への転写後に感光ドラム97に残存ずるトナーを除去するためのものである。
The
次に、この画像形成装置9の動作について説明する。まず、一次帯電器90によって感光ドラム97が一様に帯電される。次に、光走査装置10によって、感光ドラム97表面が露光走査され、感光ドラム97上に静電潜像が形成される。現像器92によって感光ドラム97上に形成された静電潜像上にトナーが付着される。付着したトナーは、転写帯電器93によって給紙カセット96から供給された用紙に転写される。用紙上に転写されたトナーは定着装置95によって用紙に定着され、所定の画像が形成される。
Next, the operation of the
したがって、上記実施形態によれば、第1結像光学系にfθ誤差を補正する第2反射鏡5を配設することによって、第2結像光学系の走査レンズ7では主に像面湾曲だけを補正すればよくなる。その結果、走査レンズ7は像面湾曲の補正に特化して設計すればよくなり、1つの走査レンズでfθ誤差と像面湾曲とを補正する構成と比べて、像面湾曲を高精度に補正することができる。同様に、fθ誤差についても、第2反射鏡5で特化して補正することができるため、1つの走査レンズでfθ誤差と像面湾曲とを補正する構成と比べて、fθ誤差を高精度に補正することができる。また、第2結像光学系で主として像面湾曲だけを補正すればよい場合、1つの走査レンズ7であっても像面湾曲を十分に補正することができるため、第2結像光学系に複数の走査レンズを設ける必要がなく、第2結像光学系、ひいては走査光学系20をコンパクトに構成することができる。つまり、本実施形態によれば、走査光学系20の小型化とfθ誤差及び像面湾曲の高精度な補正とを両立させることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the second reflecting
また、本実施形態によれば、第2反射鏡5及び制御部50により、ポリゴンミラー6の偏向面6bへ入射する光束Bの入射角を該ポリゴンミラー6の回転角度θpに基づいて調整することによってfθ誤差を補正することができる。つまり、ポリゴンミラー6の偏向面6bへの光束Bの入射角が変わると被走査面8での光束Bの合焦位置も変わるため、被走査面8上に結像される像と像との主走査方向間隔が等間隔となるように偏向面6bへの光束Bの入射角を調整することによって、fθ誤差を補正することができる。
Further, according to the present embodiment, the incident angle of the light beam B incident on the deflecting
そして、ポリゴンミラー6の偏向面6bへの光束Bの入射角は、第2反射鏡5の各MEMSミラーの傾動角度αを変化させることによって、即ち、第2反射鏡5によって反射される光束Bの反射角を変化させることによって調整することができる。また、MEMSミラーは高い応答性を備えるため、第2反射鏡5を複数のMEMSミラーで構成することによって、ポリゴンミラー6の回転に追従して高い応答性でポリゴンミラー6の偏向面6bへの光束Bの入射角を調整することができる。
The incident angle of the light beam B on the deflecting
尚、上記走査レンズ7は、像面湾曲のみを補正するものに限られるわけではない。すなわち、走査レンズ7は、主として像面湾曲を補正するものであればよく、像面湾曲に加えてfθ誤差や他の収差を補正する機能を有するものであってもよい。また、第2結像光学系に設けられる走査レンズは1つに限られるものではない。すなわち、第2結像光学系に複数の走査レンズが設けられる構成であってもよい。そのような構成であっても、第1結像光学系でfθ誤差を補正することによって、第2結像光学系でfθ誤差を補正する負担を軽減することができ、その分だけ像面湾曲や他の収差を補正することに特化して走査レンズを設計することができ、また、走査レンズの枚数を削減することができる。
The
さらにまた、上記実施形態では、第2反射鏡5を複数のMEMSミラーで構成したが、これに限られるものではない。ガルバノミラー等、その反射面の傾きを変更可能な光学素子であれば第2反射鏡として採用することができる。ただし、上述の如く、高速応答性の観点から第2反射鏡5はMEMSミラーで構成することが好ましい。
Furthermore, in the said embodiment, although the 2nd
また、上記実施形態では、第2反射鏡5を構成する各MEMSミラーの角度を一律に変化させているが、これに限られるものではない。例えば、各MEMSミラーの傾動角度をそれぞれ異なる値に変化させて、第2反射鏡5の反射面形状を変えるように構成してもよい。こうすることで、fθ誤差以外の他の収差も第2反射鏡5により補正することができる。例えば、上記始点センサ51を、単に光束Bを検出するセンサではなく、合焦するスポット形状を検出可能なセンサで構成することによって、被走査面8上に形成されるスポット形状に基づいて第2反射鏡5の反射面の形状(傾動角度を含む)をフィードバック制御して、各収差を補正することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the angle of each MEMS mirror which comprises the 2nd
さらに、上記実施形態では、偏向器をポリゴンミラー6で構成しているが、これに限られるものではない。例えば、回動する偏向面を有するガルバノミラーを採用してもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the deflector was comprised with the
以下、本発明を実施した走査光学系を、コンストラクションデータ、各種収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。ここで説明する数値実施例は、上記実施形態に対応する数値実施例である。上記実施形態を表すレンズ構成図(図1)は、本数値実施例のレンズ構成を示している。 Hereinafter, the scanning optical system embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data and various aberration diagrams. Numerical examples described here are numerical examples corresponding to the above-described embodiment. The lens configuration diagram (FIG. 1) representing the above embodiment shows the lens configuration of the present numerical example.
ベースとなる非球面形状は、下記数式(6)〜(8)で与えられる。 The base aspherical shape is given by the following mathematical formulas (6) to (8).
ここで、
x:面の頂点を原点とする副走査方向座標、
y:面の頂点を原点とする主走査方向座標、
z:頂点(原点)からのサグ量、
P(y):原点における主走査方向の非円弧を表す式、
RDy:原点における主走査方向の曲率半径、
RDs:原点における副走査面内の曲率半径、
RDx:y位置における副走査方向の曲率半径、
K:主走査方向に寄与する円錐定数、
AD,AE,AF,AG:主走査方向に寄与する偶数次係数、
AOD,AOE,AOF,AOG:は主走査方向に寄与する奇数次定数、
BC,BD,BE,BF,BG:y位置における副走査方向の曲率半径を決める奇数次係数、
BOC,BOD,BOE,BOF,BOG:y位置における副走査方向の曲率半径を決める偶数次係数である。
here,
x: Coordinate in the sub-scanning direction with the vertex of the surface as the origin,
y: main scanning direction coordinates with the vertex of the surface as the origin,
z: Sag amount from the vertex (origin)
P (y): an expression representing a non-arc in the main scanning direction at the origin,
RDy: radius of curvature in the main scanning direction at the origin,
RDs: radius of curvature in the sub-scanning plane at the origin,
RDx: radius of curvature in the sub-scanning direction at the y position,
K: conical constant contributing to the main scanning direction,
AD, AE, AF, AG: even-order coefficients that contribute to the main scanning direction,
AOD, AOE, AOF, AOG: are odd-order constants that contribute to the main scanning direction,
BC, BD, BE, BF, BG: odd-order coefficients that determine the radius of curvature in the sub-scanning direction at the y position;
BOC, BOD, BOE, BOF, BOG: Even-order coefficients that determine the radius of curvature in the sub-scanning direction at the y position.
次に本数値実施例のコンストラクションデータを示す。尚、S0はポリゴンミラー6の偏向面6bを、S1は走査レンズ7の入射面を、S2は走査レンズ7の出射面を表す。また、設計波長は780nmであり、ポリゴンミラー6によって主走査方向に偏向される光束Bの最大偏向角は81.32°であり、第2結像光学系の副走査方向の倍率mは4.7である。
Next, construction data of this numerical example is shown. S0 represents the
尚、表2に示すデータは、各レンズ面の非球面係数である。 The data shown in Table 2 is the aspheric coefficient of each lens surface.
かかる数値実施例において、第2反射鏡5でfθ誤差を補正しない場合の被走査面8上におけるfθ誤差を図6に示す。縦軸は被走査面8上での像高を、横軸は被走査面8上に合焦されるスポットの実合焦位置と目標合焦位置との主走査方向の位置ずれ(fθ誤差)を表している。尚、横軸は、実合焦位置が目標合焦位置よりも像高が高くなる側へずれている場合を正とし、像高が低くなる側へずれている場合を負としている。
FIG. 6 shows the fθ error on the surface to be scanned 8 when the second reflecting
第2反射鏡5でfθ誤差を補正しない場合、fθ誤差は図6に示すような曲線となる。このfθ誤差は走査レンズ7に依存する。
When the fθ error is not corrected by the second reflecting
そこで、本数値実施例では、第2反射鏡5の反射面を傾動させて、ポリゴンミラー4の偏向面6bに入射する光束Bの入射角を調整することによって、図6のfθ誤差を補正している。詳しくは、上述の如く、合焦位置を主走査方向の負側に調整する場合には、偏向面6bへの光束Bの入射角βが大きくなるように第2反射鏡5の傾動角度αを制御する(図4参照)。一方、像の合焦位置を主走査方向の正側に調整する場合には、偏向面6bへの光束Bの入射角βが小さくなるように第2反射鏡5の傾動角度αを制御する。
Therefore, in this numerical embodiment, the fθ error in FIG. 6 is corrected by tilting the reflecting surface of the second reflecting
具体的には、主走査面内におけるポリゴンミラー4の回転角度θpに対する第2反射鏡5の反射面の傾動角度αは下記数式(9)で与えられる。
Specifically, the tilt angle α of the reflecting surface of the second reflecting
ただし、回転角度θpは、光束Bが被走査面8上において像高中心に合焦するときを基準とする角度であって、光束Bが像高中心よりも主走査方向正側に合焦するときの角度を負とし、光束Bが像高中心よりも主走査方向負側に合焦するときの角度を正としている。また傾動角度αは、光束Bが被走査面8上において像高中心に合焦するときを基準とする角度であって、ポリゴンミラー6により偏向される光束Bを主走査方向正側に調整するとき(図4において反時計回り)の角度を正とし、主走査方向負側に調整するとき(図4において時計回り)の角度を負とする。
However, the rotation angle θp is an angle based on when the light beam B is focused on the center of the image height on the scanned
上記数式(9)で与えられる傾動角度αおよび回転角度θpに対する傾動角度αの比を表3に示す。 Table 3 shows the ratio of the tilt angle α to the tilt angle α and the rotation angle θp given by Equation (9).
その結果、傾動角度αが最も大きくなるのは、回転角度θp=20.331,-20.331のときであり、そのときの回転角度θpに対する傾動角度αの比は0.066である。 As a result, the tilt angle α is greatest when the rotation angle θp = 20.331 and −20.331, and the ratio of the tilt angle α to the rotation angle θp at that time is 0.066.
上記数式(9)(または表3)に基づいてfθ誤差を補正した場合の本数値実施例の収差図を図7,8に示す。図7は被走査面8上におけるfθ誤差を示し、縦軸、横軸は図6と同様である。図8は被走査面8上における像面湾曲を示している。縦軸は被走査面8上での像高を、横軸は被走査面8上に合焦されるスポットの実合焦位置と目標合焦位置との光軸L方向への位置ずれを表している。尚、横軸は、実合焦位置が理想像面よりも光束Bの進行方向手前側へずれている場合を正とし、進行方向奥側へずれている場合を負としている。
FIGS. 7 and 8 show aberration diagrams of the present numerical example when the fθ error is corrected based on the above formula (9) (or Table 3). FIG. 7 shows the fθ error on the scanned
図6,7を比較すると、第2反射鏡5を設けることによってfθ誤差が効果的に補正されていることがわかる。また、こうしてfθ誤差が第2反射鏡5により補正されるため、走査レンズ7は像面湾曲を主として補正するように設計すればよく、その結果、図8に示すように像面湾曲が精度良く補正されていることがわかる。
6 and 7 show that the fθ error is effectively corrected by providing the second reflecting
以上説明したように、本発明は、fθ誤差及び像面湾曲を高精度に補正できると共に小型に構成することができるため、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複写機等について有用である。 As described above, the present invention is useful for laser printers, laser facsimiles, digital copying machines, and the like because it can correct fθ error and field curvature with high accuracy and can be made compact.
1 光源
10 光走査装置
20 走査光学系
2 コリメータレンズ(第1結像光学系)
3 シリンドリカルレンズ(第1結像光学系)
4 第1反射鏡(第1結像光学系)
5 第2反射鏡(第1結像光学系、fθ誤差補正手段)
50 制御部(fθ誤差補正手段)
6 ポリゴンミラー(偏向器)
7 走査レンズ(第2結像光学系)
8 被走査面
9 画像形成装置
DESCRIPTION OF
3 Cylindrical lens (first imaging optical system)
4 First reflector (first imaging optical system)
5 Second reflecting mirror (first imaging optical system, fθ error correction means)
50 control unit (fθ error correction means)
6 Polygon mirror (deflector)
7 Scanning lens (second imaging optical system)
8 Scanned
Claims (9)
上記光源と上記偏向器との間に配設され、該光源からの光束を該偏向器の偏向面上に合焦させる第1結像光学系と、
上記偏向器と被走査面との間に配設され、該偏向器によって偏向された光束を該被走査面上に合焦させる第2結像光学系とを備え、
上記第1結像光学系は、fθ誤差を補正するfθ誤差補正手段を含む走査光学系。 A scanning optical system comprising a deflector having a deflecting surface and rotating, and deflecting the light beam from the light source by the deflecting surface of the deflector and scanning the scanned surface,
A first imaging optical system that is disposed between the light source and the deflector and focuses a light beam from the light source on a deflection surface of the deflector;
A second imaging optical system that is disposed between the deflector and the surface to be scanned and focuses the light beam deflected by the deflector onto the surface to be scanned;
The first imaging optical system is a scanning optical system including fθ error correction means for correcting an fθ error.
上記fθ誤差補正手段は、上記偏向器の偏向面へ入射する光束の入射角を調整することによってfθ誤差を補正する走査光学系。 The scanning optical system according to claim 1,
The fθ error correction means is a scanning optical system that corrects an fθ error by adjusting an incident angle of a light beam incident on a deflecting surface of the deflector.
上記fθ誤差補正手段は、上記光源からの光束を上記偏向器へ向けて反射する反射鏡を有し、該反射鏡からの光束の反射角を該偏向器の回動角度に基づいて調整することによって上記偏向器へ入射する光束の入射角を調整するものである走査光学系。 The scanning optical system according to claim 2,
The fθ error correction means includes a reflecting mirror that reflects the light beam from the light source toward the deflector, and adjusts the reflection angle of the light beam from the reflecting mirror based on the rotation angle of the deflector. A scanning optical system that adjusts the incident angle of the light beam incident on the deflector.
上記反射鏡は、アレイ状に配列された複数のMEMSミラーで構成されていて、該各MEMSミラーを傾動させることによって光束の反射角を調整するものである走査光学系。 The scanning optical system according to claim 3,
The above-mentioned reflecting mirror is composed of a plurality of MEMS mirrors arranged in an array, and adjusts the reflection angle of the light beam by tilting each MEMS mirror.
下記数式(1)を満足する走査光学系;
αmax:光束が上記被走査面上の像高中心に合焦するときを基準とする上記反射鏡の傾動角度の最大値
θpmax:上記反射鏡の傾動角度が最大となるときの上記偏向器の、光束が上記被走査面上の像高中心に合焦するときを基準とする回動角度、θpmax≠0
である。 The scanning optical system according to claim 4, wherein
A scanning optical system satisfying the following formula (1);
αmax: Maximum value of the tilt angle of the reflecting mirror when the light beam is focused on the center of the image height on the scanned surface θpmax: The deflector of the deflector when the tilt angle of the reflecting mirror is maximum A rotation angle based on when the light beam is focused on the center of the image height on the surface to be scanned, θpmax ≠ 0
It is.
下記数式(2)を満足する走査光学系;
2.5<m ・・・(2)
但し、
m:上記第2結像光学系の副走査方向の倍率
である。 The scanning optical system according to any one of claims 1 to 5,
A scanning optical system that satisfies the following formula (2);
2.5 <m (2)
However,
m: a magnification in the sub-scanning direction of the second imaging optical system.
上記第2結像光学系は、単一の走査レンズにより構成される走査光学系。 The scanning optical system according to any one of claims 1 to 6,
The second imaging optical system is a scanning optical system configured by a single scanning lens.
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