JP2010014768A - Scanning optical system, image forming apparatus having scanning optical system and image reading apparatus having scanning optical system - Google Patents

Scanning optical system, image forming apparatus having scanning optical system and image reading apparatus having scanning optical system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact and high performance scanning optical system, an image reading apparatus and an image forming apparatus having the scanning optical system. <P>SOLUTION: The scanning optical system focuses and scans the beam emitted from a light source as a spot onto a face to be scanned, and includes: a resonance type deflector which main-scans by reflecting and deflecting the beam from the light source; a first imaging optical system which focuses the beam from the light source in the form of a line extending in a main scanning direction in the vicinity of the resonance type deflector; and a second imaging optical system which focuses again the beam which is once focused in the form of a line extending in the main scanning direction in the vicinity of the resonance type deflector as a spot on the face to be scanned, wherein the second imaging optical system is composed of an arcsine lens system corresponded to the angle of the reflection face, the arcsine lens system includes, from the side of the resonance type deflector, a first lens element having a positive meniscus form and a second lens element having a negative meniscus form. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザービームを走査する走査光学系に関し、特定的には、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ、デジタル複写機等の画像形成装置の露光光学系やスキャナ等の読取光学系に用いられる走査光学系に関する。また、本発明は、走査光学系を備える画像形成装置及び画像読取装置に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical system for scanning a laser beam, and more specifically, a scanning optical system used for an exposure optical system of an image forming apparatus such as a laser printer, a laser facsimile, a digital copying machine, or a reading optical system such as a scanner. About. The present invention also relates to an image forming apparatus and an image reading apparatus provided with a scanning optical system.

走査光学系は、主として光束を走査することにより画像の読み込みや書込みを行う装置に組み込まれている。走査光学系は、特にレーザープリンタ、レーザーファクシミリ、デジタル複写機等の画像形成装置において、画像を形成するための露光光学系に用いられている。また、走査光学系は、スキャナ等の画像読取装置の読取光学系としても使用される。   The scanning optical system is incorporated in an apparatus that reads and writes an image mainly by scanning a light beam. The scanning optical system is used as an exposure optical system for forming an image, particularly in an image forming apparatus such as a laser printer, a laser facsimile, or a digital copying machine. The scanning optical system is also used as a reading optical system of an image reading apparatus such as a scanner.

上記のような画像形成装置に用いられる従来の走査光学系は、半導体レーザーと、ポリゴンミラーと、走査レンズとを含んでいる。近年、画像形成装置や画像読取装置の高解像化、高速化が進展してきたため、一走査毎のスポット径ばらつきを小さく、かつ走査レンズによりアークサイン特性とし、かつ走査速度の速い光学系が要求されている。このため走査光学系において、光学性能確保と高速化の両立が大きな課題となってきているが、一般的にはポリゴンミラーを用いた走査光学系では両者の両立に限界がある。したがって、高いレベルで両者の両立を目的とした技術として、高速化に対応した共振型偏向器とアークサインレンズを組み合わせた走査光学系が提案されている。   A conventional scanning optical system used in the image forming apparatus as described above includes a semiconductor laser, a polygon mirror, and a scanning lens. In recent years, high resolution and high speed of image forming devices and image reading devices have progressed, so there is a need for an optical system with small spot diameter variation for each scan, arc sine characteristics with a scanning lens, and high scanning speed. Has been. For this reason, in the scanning optical system, it has been a big problem to ensure both the optical performance and the high speed, but in general, there is a limit to the compatibility of both in the scanning optical system using the polygon mirror. Therefore, as a technique aiming to achieve both at a high level, a scanning optical system combining a resonant deflector and an arc sine lens corresponding to high speed has been proposed.

例えば、特許文献1は、走査レンズが2枚から構成されるレーザー走査装置を開示している。特許文献1に記載されたレーザー走査装置では、入射光を主走査断面内で収束光にし、走査レンズのコストを上げることなく、装置を小型化する技術が提案されている。
特開2006−227044号公報
For example, Patent Document 1 discloses a laser scanning device including two scanning lenses. In the laser scanning device described in Patent Document 1, a technique has been proposed in which incident light is made convergent light in the main scanning section, and the size of the device is reduced without increasing the cost of the scanning lens.
JP 2006-227044 A

しかし、特許文献1に開示されたレーザー走査装置は、走査レンズが強い負パワーのレンズからなるため、レンズの偏肉度合いが大きく成形が困難となる要因となっていた。   However, in the laser scanning device disclosed in Patent Document 1, since the scanning lens is composed of a lens with a strong negative power, the degree of deviation of the lens is large, which makes it difficult to mold.

本発明の目的は、2枚の走査レンズにより、走査毎のスポット径ばらつきを抑え、かつアークサイン特性を保ち、走査レンズの偏肉度合いを極力抑えた走査光学系を提供することである。   An object of the present invention is to provide a scanning optical system that suppresses spot diameter variation for each scanning, maintains an arc sine characteristic, and suppresses the degree of deviation of the scanning lens as much as possible by using two scanning lenses.

また、本発明の別の目的は、これらの走査光学系を備える画像読取装置及び画像形成装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide an image reading apparatus and an image forming apparatus provided with these scanning optical systems.

上記目的は、以下の走査光学系により達成される。光源から出射されるビームを被走査面上にスポットとして結像し走査する走査光学系であって、光源からのビームを反射面により反射して偏向することにより主走査する共振型偏向器と、光源からのビームを、前記反射面近傍で主走査方向に延びた線状に結像する第1結像光学系と、前記反射面近傍に主走査方向に延びた線状に結像されたビームを、被走査面上にスポットとして再び結像させる第2結像光学系とを備え、前記第1結像光学系は、前記光源からの発散性のビームをコリメートするコリメート手段と、前記コリメート手段からのビームを前記反射面近傍で主走査方向に延びた線状に結像させる結像手段とを含むとき、前記第2結像光学系は前記反射面の角度に対応させたアークサインレンズ系から構成され、前記アークサインレンズ系は、前記反射面側から順に、少なくとも主走査方向に関して正のパワーを有する第1レンズ素子と、少なくとも主走査方向に関して負のパワーを有する第2レンズ素子とから構成される。   The above object is achieved by the following scanning optical system. A scanning optical system that forms and scans a beam emitted from a light source as a spot on a surface to be scanned, and that performs a main scanning by reflecting and deflecting the beam from the light source by a reflecting surface; and A first imaging optical system that forms a beam from a light source in a linear shape extending in the main scanning direction in the vicinity of the reflecting surface; and a beam imaged in a linear shape extending in the main scanning direction in the vicinity of the reflecting surface. A second imaging optical system that forms an image again as a spot on the surface to be scanned. The first imaging optical system collimates a divergent beam from the light source, and the collimating means. An arc sine lens system in which the second imaging optical system corresponds to the angle of the reflecting surface. The arc sine 'S system comprises, in order from the reflective surface side, and a first lens element having a positive power in the at least the main scanning direction, a second lens element having negative optical power at least with respect to the main scanning direction.

本発明によれば、高い光学性能を確保しつつ、偏肉度合いが小さく成形し易い走査レンズとなるので、高品質で安価な走査光学系を提供することができる。また、本発明によれば、高い光学性能を確保しつつ、高品質で安価な走査光学系を備える画像読取装置及び画像形成装置を提供することができる。   According to the present invention, a scanning lens that is easy to be molded with a small degree of thickness deviation while ensuring high optical performance can be provided, so that a high-quality and inexpensive scanning optical system can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide an image reading apparatus and an image forming apparatus provided with a high-quality and inexpensive scanning optical system while ensuring high optical performance.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る走査光学系の構成図である。走査光学系は、コリメートレンズ2と、シリンドリカルレンズ3と、共振型偏向ミラー4と、走査レンズ6(第1走査レンズを6a、第2走査レンズを6bとする)とを備える。走査光学系は、コリメートレンズ2とシリンドリカルレンズ3とにより第1結像光学系を構成し、走査レンズ6により第2結像光学系を構成する。第1結像光学系及び第2結像光学系は、いずれも主走査方向及び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。なお、図1は、共振型偏向ミラー4による主走査を行う主走査面及び走査光学系の光軸を含む平面と紙面とが平行になるように記載されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a scanning optical system according to the first embodiment. The scanning optical system includes a collimating lens 2, a cylindrical lens 3, a resonant deflection mirror 4, and a scanning lens 6 (the first scanning lens is 6a and the second scanning lens is 6b). In the scanning optical system, the collimating lens 2 and the cylindrical lens 3 constitute a first imaging optical system, and the scanning lens 6 constitutes a second imaging optical system. The first imaging optical system and the second imaging optical system are both anamorphic optical systems having different optical powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. In FIG. 1, the main scanning surface for performing the main scanning by the resonance type deflection mirror 4 and the plane including the optical axis of the scanning optical system are parallel to the paper surface.

コリメートレンズ2は、光源である半導体レーザー1から出射された発散性のレーザービームを略平行性のレーザービームに変換する。   The collimating lens 2 converts a divergent laser beam emitted from the semiconductor laser 1 as a light source into a substantially parallel laser beam.

シリンドリカルレンズ3は、副走査方向にのみ光学的パワーを備え光源側に形成されたシリンドリカル面と、共振型偏向ミラー側の平面とを持つ。シリンドリカルレンズ3は、コリメートレンズ2から出射された略平行性のレーザービームの副走査方向にのみ作用し、共振型偏向ミラー4の反射面(平面形状)の近傍で主走査方向に延びた線状に集光する。   The cylindrical lens 3 has a cylindrical surface having optical power only in the sub-scanning direction and formed on the light source side, and a plane on the resonant deflection mirror side. The cylindrical lens 3 acts only in the sub-scanning direction of the substantially parallel laser beam emitted from the collimating lens 2 and extends linearly in the main scanning direction in the vicinity of the reflecting surface (planar shape) of the resonant deflection mirror 4. Condensed to

共振型偏向ミラー4は、回転軸5を中心に正弦振動することにより入射したレーザービームを偏向する。さらに、共振型偏向ミラー4は、共振型偏向ミラー4へ入射するレーザービームの光軸と、反射面により反射されたレーザービームの主走査方向の走査中心とが所定の有限角度をなすように配置される。   The resonant deflection mirror 4 deflects the incident laser beam by sine vibration about the rotation axis 5. Further, the resonant deflection mirror 4 is arranged so that the optical axis of the laser beam incident on the resonant deflection mirror 4 and the scanning center in the main scanning direction of the laser beam reflected by the reflecting surface form a predetermined finite angle. Is done.

走査レンズ6は、共振型偏向ミラー4の反射面で反射することにより偏向走査されたレーザービームを被走査面7上に結像する。走査レンズ6は、被走査面7上でのレーザービームの像面湾曲及びリニアリティを補正する。   The scanning lens 6 forms an image of the laser beam deflected and scanned on the surface to be scanned 7 by being reflected by the reflecting surface of the resonant deflection mirror 4. The scanning lens 6 corrects the field curvature and linearity of the laser beam on the scanned surface 7.

また、第1走査レンズ6aは、主走査方向に関して正のパワーを有しており、主走査方向にのみ光学的パワーを備えたシリンドリカル面を共振型偏向ミラー側及び被走査面側の両側に持つ。さらに、第1走査レンズ6aは、主走査方向に関して被走査面側に凸面を向けた正メニスカス形状である。   The first scanning lens 6a has positive power in the main scanning direction, and has cylindrical surfaces having optical power only in the main scanning direction on both sides of the resonant deflection mirror side and the scanned surface side. . Further, the first scanning lens 6a has a positive meniscus shape with a convex surface facing the surface to be scanned in the main scanning direction.

また、第2走査レンズ6bは、主走査方向及び副走査方向に互いに異なる光学的パワーを備えたアナモフィック面を共振型偏向ミラー側及び被走査面側の両方に持つ。さらに、第2走査レンズ6bは、主走査方向に関して被走査面側に凸面を向けた負メニスカス形状である。   The second scanning lens 6b has anamorphic surfaces having different optical powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction on both the resonant deflection mirror side and the scanned surface side. Further, the second scanning lens 6b has a negative meniscus shape with the convex surface facing the surface to be scanned in the main scanning direction.

図2は、実施の形態1に係る走査光学系の第2結像光学系の副走査方向の断面図である。走査光学系の第2結像光学系は、図2に示すように、副走査断面において、共振型偏向ミラー4の反射面と被走査面7とが光学的に共役な関係にある。この共役関係により、共振型偏向ミラー4の反射面が回転軸5に対してティルトしていても、走査レンズ6が形成する被走査面上での副走査方向の結像位置が変化しない。さらに、共振型偏向ミラー4の反射面における必要な面積を小さくすることができる。   FIG. 2 is a sectional view of the second imaging optical system of the scanning optical system according to Embodiment 1 in the sub-scanning direction. In the second imaging optical system of the scanning optical system, as shown in FIG. 2, the reflection surface of the resonant deflection mirror 4 and the surface to be scanned 7 are optically conjugate in the sub-scan section. Due to this conjugate relationship, even if the reflection surface of the resonant deflection mirror 4 is tilted with respect to the rotation axis 5, the imaging position in the sub-scanning direction on the surface to be scanned formed by the scanning lens 6 does not change. Furthermore, the required area on the reflecting surface of the resonant deflection mirror 4 can be reduced.

以上の構成において、半導体レーザー1から出射された発散性のレーザービームは、コリメートレンズ2に入射し、略平行性のレーザービームに変換される。レーザービームは、その後、シリンドリカルレンズ3により共振型偏向ミラー4の反射面近傍において、主走査方向に延びた線状に結像される。その後、レーザービームは、副走査方向については発散性のレーザービームとして走査レンズ6に入射し、主走査方向については走査レンズ6により走査され、スポットとして結像される。   In the above configuration, the divergent laser beam emitted from the semiconductor laser 1 enters the collimating lens 2 and is converted into a substantially parallel laser beam. The laser beam is then imaged in a linear shape extending in the main scanning direction in the vicinity of the reflection surface of the resonant deflection mirror 4 by the cylindrical lens 3. Thereafter, the laser beam is incident on the scanning lens 6 as a divergent laser beam in the sub-scanning direction, scanned by the scanning lens 6 in the main scanning direction, and imaged as a spot.

また、実施の形態1において、走査レンズ6bのアナモフィック面は、自由曲面であることが望ましく、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望ましい。走査レンズをこのように構成することにより、アークサイン特性と像面湾曲とを良好に補正することが可能である。   In the first embodiment, the anamorphic surface of the scanning lens 6b is preferably a free-form surface, and in particular, a free-form surface such that a line connecting the centers of curvature in the sub-scanning direction is a curved non-arc. Is desirable. By configuring the scanning lens in this way, it is possible to satisfactorily correct the arc sine characteristic and the curvature of field.

また、実施の形態1において、走査レンズ6のアナモフィック面は、面形状に奇数次項を導入することが望ましい。奇数次項を導入することにより、副走査面内の曲率中心を結んだ曲線が光軸に関して非対称であり、非対称に生じる副走査方向像面湾曲を高度に補正することができる。   In the first embodiment, it is desirable that the anamorphic surface of the scanning lens 6 introduces odd-order terms into the surface shape. By introducing odd-order terms, the curve connecting the centers of curvature in the sub-scanning plane is asymmetric with respect to the optical axis, and the field curvature in the sub-scanning direction that occurs asymmetrically can be highly corrected.

次に、実施の形態1に係る走査光学系が満足すべき数値的な条件を説明する。以下の説明する各条件は、すべてを同時に満足することが望ましいが、これに限られない。各条件式は、個々の条件のみを満足することによって対応する効果を得ることが可能である。   Next, numerical conditions that the scanning optical system according to the first embodiment should satisfy will be described. Each condition described below is preferably satisfied at the same time, but is not limited thereto. Each conditional expression can obtain a corresponding effect by satisfying only individual conditions.

実施の形態1に係る走査光学系は、反射面の主走査面内における正弦振動の振幅角度をω、反射面の有効書き込み幅に対応する回転角度をθとするとき、
0.29< θ/ω <0.72 (1)
の条件式を満足することが好ましい。
In the scanning optical system according to Embodiment 1, when the amplitude angle of sinusoidal vibration in the main scanning surface of the reflecting surface is ω and the rotation angle corresponding to the effective writing width of the reflecting surface is θ,
0.29 <θ / ω <0.72 (1)
It is preferable to satisfy the following conditional expression.

条件式(1)を満足することにより、被走査面上での光学特性をバランス良く保った構成とすることができる。すなわち、条件式(1)の下限を超えると、反射面における正弦振動の振幅角度に対する使用割合が小さくなり、走査レンズの焦点距離が長くなるので、被走査面上においてスポット径を小さくするのが困難となり高画質な出力画像が得られない。また、条件式(1)の上限を超えると、共振型偏向ミラーにおける正弦振動の影響が大きくなり、被走査面上においてリニアリティを補正するのが困難となる。   By satisfying conditional expression (1), the optical characteristics on the surface to be scanned can be maintained in a well-balanced manner. That is, if the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the usage ratio of the reflection surface with respect to the amplitude angle of the sinusoidal vibration decreases, and the focal length of the scanning lens increases, so that the spot diameter on the surface to be scanned is reduced. It becomes difficult and high-quality output images cannot be obtained. When the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the influence of sinusoidal vibration in the resonant deflection mirror becomes large, and it becomes difficult to correct linearity on the scanned surface.

なお、条件式(1)は、以下の範囲を設定することにより、上記の効果をより顕著に奏功させることが可能である。   Conditional expression (1) can achieve the above effect more remarkably by setting the following range.

0.35< θ/ω <0.52 (2)
実施の形態1に係る走査光学系は、第2結像光学系における副走査方向の倍率をmとしたとき、
0.5< m <3.5 (3)
の条件式を満足することが好ましい。
0.35 <θ / ω <0.52 (2)
In the scanning optical system according to Embodiment 1, when the magnification in the sub-scanning direction in the second imaging optical system is m,
0.5 <m <3.5 (3)
It is preferable to satisfy the following conditional expression.

条件式(3)を満足することにより、走査レンズや共振型偏向ミラーの振動により、被走査面上で発生するジッター量をバランス良く抑えた構成とすることができる。すなわち、条件式(3)の下限を超えると、共振型偏向ミラーに起因するジッター発生量が大きくなるため、被走査面上において副走査方向における走査線間のピッチムラが発生し、均質な画像が得られない。また、条件式(3)の上限を超えると、レンズの振動に起因するジッター発生量が大きくなるため、被走査面上において副走査方向における走査線間のピッチムラが発生し、均質な画像が得られない。   By satisfying conditional expression (3), it is possible to achieve a configuration in which the amount of jitter generated on the surface to be scanned is suppressed in a well-balanced manner due to the vibration of the scanning lens and the resonant deflection mirror. That is, when the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the amount of jitter generated due to the resonance-type deflection mirror increases, causing pitch unevenness between scanning lines in the sub-scanning direction on the surface to be scanned, resulting in a homogeneous image. I can't get it. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the amount of jitter generated due to lens vibration increases, resulting in uneven pitch between scanning lines in the sub-scanning direction on the surface to be scanned, and obtaining a homogeneous image. I can't.

なお、条件式(3)は、以下の範囲を設定することにより、上記の効果をより顕著に奏功させることが可能である。   Conditional expression (3) can achieve the above effect more remarkably by setting the following range.

0.7< m <3.0 (4)
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2に係る画像読取装置に適用された走査光学系の光学構成図である。実施の形態2に係る画像読取装置は、実施の形態1で説明した走査光学系を画像読取光学系として搭載している。なお、図3において、実施の形態2に係る画像読取装置の走査光学系は、実施の形態1に係る走査光学系と概略構成が等しいので、相違点のみを説明する。なお、図3において、同じ符号が付された構成は、実施の形態1で説明した構成と同一であることを示している。
0.7 <m <3.0 (4)
(Embodiment 2)
FIG. 3 is an optical configuration diagram of a scanning optical system applied to the image reading apparatus according to the second embodiment. The image reading apparatus according to the second embodiment is equipped with the scanning optical system described in the first embodiment as an image reading optical system. In FIG. 3, the scanning optical system of the image reading apparatus according to the second embodiment has the same schematic configuration as the scanning optical system according to the first embodiment, so only the differences will be described. Note that in FIG. 3, configurations denoted by the same reference numerals are the same as the configurations described in the first embodiment.

実施の形態2に係る画像読取装置に適用された走査光学系は、実施の形態1に係る走査光学系に加えて、ハーフミラー11と、検出器12と、検出光学系13とを備えている。ハーフミラー11は、半導体レーザー1からのレーザービームを透過させ、読取るべき2次元画像である読取り面10を照明するとともに、読取り面10からの戻り光を検出光学系13に向けて反射する。検出光学系13は、ハーフミラーで反射された検出器12に戻り光を導く。実施の形態2の画像読取装置は、実施の形態1に係る走査光学系を用いているので、高品位の画像を読み取ることができる。   The scanning optical system applied to the image reading apparatus according to the second embodiment includes a half mirror 11, a detector 12, and a detection optical system 13 in addition to the scanning optical system according to the first embodiment. . The half mirror 11 transmits the laser beam from the semiconductor laser 1 to illuminate the reading surface 10 which is a two-dimensional image to be read, and reflects the return light from the reading surface 10 toward the detection optical system 13. The detection optical system 13 guides the return light to the detector 12 reflected by the half mirror. Since the image reading apparatus according to the second embodiment uses the scanning optical system according to the first embodiment, it can read a high-quality image.

(実施の形態3)
図4は、実施の形態3に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。この画像形成装置は、外部から入力されるデータ信号に基づいて、モノクロ画像を形成するプリンター装置である。実施の形態3に係る画像形成装置は、実施の形態1に係る走査光学系を露光光学系21として搭載している。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the image forming apparatus according to the third embodiment. This image forming apparatus is a printer apparatus that forms a monochrome image based on a data signal input from the outside. The image forming apparatus according to the third embodiment includes the scanning optical system according to the first embodiment as the exposure optical system 21.

実施の形態3に係る画像形成装置は、公知の電子写真プリンターであり、一次帯電器20と、露光光学系21と、現像器22と、転写帯電器23と、クリーナー24と、定着装置25と、給紙カセット26と、感光ドラム27(静電潜像担持体)とを含む。露光光学系21によって、静電潜像が形成され印字情報が静電潜像として感光ドラム27上に書き込まれる。感光ドラム27は、光が照射されると電荷が変化する感光体が表面を覆っている。一次帯電器20によって、感光ドラム27の表面に静電気イオンが付着し帯電する。帯電した感光ドラム27は、現像器22によって、印字部に帯電トナーが付着して現像される。感光ドラム27に付着したトナーは、転写帯電器23によって、給紙カセット26から供給された用紙に転写される。転写されたトナーは、定着装置25によって、用紙に定着される。残ったトナーは、クリーナー24によって除去される。   The image forming apparatus according to the third embodiment is a known electrophotographic printer, and includes a primary charger 20, an exposure optical system 21, a developing device 22, a transfer charger 23, a cleaner 24, and a fixing device 25. The sheet feeding cassette 26 and the photosensitive drum 27 (electrostatic latent image carrier) are included. The exposure optical system 21 forms an electrostatic latent image, and print information is written on the photosensitive drum 27 as an electrostatic latent image. The surface of the photosensitive drum 27 is covered with a photosensitive member whose charge changes when irradiated with light. By the primary charger 20, electrostatic ions adhere to the surface of the photosensitive drum 27 and are charged. The charged photosensitive drum 27 is developed by the developing unit 22 with charged toner attached to the print unit. The toner adhering to the photosensitive drum 27 is transferred to the paper supplied from the paper feed cassette 26 by the transfer charger 23. The transferred toner is fixed on the paper by the fixing device 25. The remaining toner is removed by the cleaner 24.

実施の形態3の画像形成装置は、実施の形態1に係る走査光学系を用いているので、高品位の画像を形成することができる。   Since the image forming apparatus according to the third embodiment uses the scanning optical system according to the first embodiment, a high-quality image can be formed.

なお、上記各実施の形態において、レーザービームの偏向は共振型偏向ミラーにより行われていたが、これに限られず例えば、ガルバノミラーやMEMS等でもよい。すなわち、共振型偏向ミラーの換わりに、入射するビームを偏向する反射面を持つ偏向器として機能する構成を用いることができる。   In each of the above embodiments, the laser beam is deflected by a resonant deflection mirror. However, the present invention is not limited to this. For example, a galvanometer mirror or MEMS may be used. That is, a configuration that functions as a deflector having a reflecting surface that deflects an incident beam can be used instead of the resonant deflection mirror.

なお、レーザービームの波長は、特に限定されるものではなく、赤外域、可視の赤色域、可視の青色域などあらゆる波長のビームを用いてよい。   The wavelength of the laser beam is not particularly limited, and a beam having any wavelength such as an infrared region, a visible red region, or a visible blue region may be used.

以下、上述した実施の形態1に係る走査光学系について、具体的な数値実施例を示す。実施例1は、図1乃至図2に示した実施の形態1を具体化した数値例である。   Hereinafter, specific numerical examples of the scanning optical system according to the first embodiment will be described. Example 1 is a numerical example embodying the first embodiment shown in FIGS.

走査レンズのレンズ面の形状に関して、面の頂点を原点とする副走査方向座標をx(mm)、主走査方向座標をy(mm)とし、頂点からのサグ量z(mm)を入射ビームの向かう方向を正として、以下の式により定義する。   Regarding the shape of the lens surface of the scanning lens, the sub-scanning direction coordinate with the vertex of the surface as the origin is x (mm), the main scanning direction coordinate is y (mm), and the sag amount z (mm) from the vertex is the incident beam. It is defined by the following formula, with the direction of heading being positive.

Figure 2010014768
Figure 2010014768

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ただし、P(y)は光軸を含む主走査面内の形状、RDy(mm)は主走査面内の曲率半径、Kは主走査方向に寄与する円錐定数、AD、AE、AF、AGは主走査方向に寄与する偶数次定数、AOD、AOE、AOF、AOGは奇数次定数、RDxは各y座標における副走査面内の曲率半径を表す関数であり、RDs(mm)は中心の副走査面内の曲率半径、BC、BD、BE、BF、及びBGは偶数次定数で、BOC、BOD、BOE、BOF、及びBOGは奇数次定数である。   Where P (y) is the shape in the main scanning plane including the optical axis, RDy (mm) is the radius of curvature in the main scanning plane, K is the conic constant contributing to the main scanning direction, AD, AE, AF and AG are Even-order constants contributing to the main scanning direction, AOD, AOE, AOF, and AOG are odd-order constants, RDx is a function representing the radius of curvature in the sub-scanning plane at each y coordinate, and RDs (mm) is the center sub-scanning. In-plane curvature radii, BC, BD, BE, BF, and BG are even-order constants, and BOC, BOD, BOE, BOF, and BOG are odd-order constants.

また、実施例1において、反射鏡の形状は平面である。さらに、各表において、Siは面番号、RDyiは主走査面内の曲率半径、RDsiは副走査方向断面の曲率半径、diは軸上面間隔、niは光学材料の屈折率をそれぞれ表している。設計波長は、780nmであり、RDyi、RDsi、diの単位は(mm)で、ω、θの単位は(deg)である。なお、S0は共振型偏向ミラーの反射面に対応する。また、表3中、ωは共振型偏向ミラーの振幅角、θは共振型偏向ミラーの有効書き込み幅に対応する回転角、mは第2結像光学系における副走査方向の倍率、をそれぞれ表している。   In Example 1, the shape of the reflecting mirror is a plane. Further, in each table, Si represents the surface number, RDyi represents the radius of curvature in the main scanning plane, RDsi represents the radius of curvature of the cross section in the sub-scanning direction, di represents the axial top surface spacing, and ni represents the refractive index of the optical material. The design wavelength is 780 nm, the units of RDyi, RDsi, and di are (mm), and the units of ω and θ are (deg). S0 corresponds to the reflection surface of the resonant deflection mirror. In Table 3, ω represents the amplitude angle of the resonant deflection mirror, θ represents the rotation angle corresponding to the effective writing width of the resonant deflection mirror, and m represents the magnification in the sub-scanning direction in the second imaging optical system. ing.

(実施例1)
実施例1の具体的数値について、第2結像光学系に関するパラメータを表1、走査レンズの形状に関するパラメータを表2に示す。
Example 1
Table 1 shows parameters related to the second imaging optical system, and Table 2 shows parameters related to the shape of the scanning lens for specific numerical values of Example 1.

Figure 2010014768
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Figure 2010014768
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図5、図6は、実施例1の被走査面における収差図である。各図において、縦軸は被走査面における偏向角度に対応する走査幅を表す。図5は、被走査面におけるアークサイン特性を表し、アークサイン特性が圧縮されている側を負とし、伸張されている側を正としている。図6は、被走査面における主走査方向の像面湾曲を表し、理想像面位置より前側に結像位置がある場合を正とし、理想像面位置より後側に結像位置がある場合を負としている。   5 and 6 are aberration diagrams on the scanned surface of Example 1. FIG. In each figure, the vertical axis represents the scanning width corresponding to the deflection angle on the surface to be scanned. FIG. 5 shows the arc sine characteristic on the surface to be scanned, where the side on which the arc sine characteristic is compressed is negative and the side on which it is expanded is positive. FIG. 6 shows the field curvature in the main scanning direction on the surface to be scanned. The case where the imaging position is in front of the ideal image plane position is positive, and the case where the imaging position is in the rear side of the ideal image plane position. Negative.

なお、実施例において用いたレンズ形状を表す式の表現形式は一例であり、同様の形状を表すことができれば他の式の表現形式を用いてもよい。   It should be noted that the expression format of the expression representing the lens shape used in the embodiment is an example, and other expression expressions may be used as long as a similar shape can be expressed.

(実施例2)
実施例2は、図7乃至図8に示した実施の形態1を具体化した数値例である。
(Example 2)
Example 2 is a numerical example embodying the first embodiment shown in FIGS. 7 to 8.

実施例2の具体的数値について、第2結像光学系に関するパラメータを表3、走査レンズの形状に関するパラメータを表4に示す。   Table 3 shows parameters related to the second imaging optical system, and Table 4 shows parameters related to the shape of the scanning lens with respect to specific numerical values of Example 2.

Figure 2010014768
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Figure 2010014768
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図9、図10は、実施例2の被走査面における収差図である。   FIGS. 9 and 10 are aberration diagrams on the scanned surface of Example 2. FIGS.

本発明は、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ、デジタル複写機等の画像形成装置や、画像スキャナや複写機等の画像読取装置に好適である。   The present invention is suitable for image forming apparatuses such as laser printers, laser facsimiles, and digital copying machines, and image reading apparatuses such as image scanners and copying machines.

実施の形態1に係る走査光学系の構成図Configuration diagram of scanning optical system according to Embodiment 1 実施の形態1に係る走査光学系の第2結像光学系の副走査方向の断面図Sectional drawing of the 2nd image formation optical system of the scanning optical system concerning Embodiment 1 in the subscanning direction 実施の形態2に係る画像読取装置に適用された走査光学系の光学構成図Optical configuration diagram of a scanning optical system applied to an image reading apparatus according to Embodiment 2 実施の形態3に係る画像形成装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the image forming apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施例1の被走査面におけるリニアリティ特性を表す収差図Aberration diagram showing linearity characteristics on the scanned surface of Example 1 実施例1の被走査面における像面湾曲を表す収差図Aberration diagram showing curvature of field on the surface to be scanned of Example 1 実施の形態1の別の例に係る走査光学系の構成図Configuration diagram of a scanning optical system according to another example of Embodiment 1 実施の形態1の別の例に係る走査光学系の第2結像光学系の副走査方向の断面図Sectional drawing of the 2nd imaging optical system of the scanning optical system which concerns on another example of Embodiment 1 in the subscanning direction 実施例2の被走査面におけるリニアリティ特性を表す収差図Aberration diagram showing linearity characteristics on the scanned surface of Example 2 実施例2の被走査面における像面湾曲を表す収差図Aberration diagram showing curvature of field on the surface to be scanned in Example 2

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体レーザー
2 コリメートレンズ
3 シリンドリカルレンズ
4 共振型偏向ミラー
5 回転軸
6 走査レンズ
6a 第1走査レンズ
6b 第2走査レンズ
7 被走査面
10 読取り面
11 ハーフミラー
12 検出器
13 検出光学系
20 一次帯電器
21 露光光学系
22 現像器
23 転写帯電器
24 クリーナー
25 定着装置
26 給紙カセット
27 感光ドラム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 2 Collimating lens 3 Cylindrical lens 4 Resonance type deflection mirror 5 Rotating shaft 6 Scanning lens 6a 1st scanning lens 6b 2nd scanning lens 7 Scanned surface 10 Reading surface 11 Half mirror 12 Detector 13 Detection optical system 20 Primary charging 21 Exposure optical system
22 Developing Device 23 Transfer Charging Device 24 Cleaner 25 Fixing Device 26 Paper Feed Cassette 27 Photosensitive Drum

Claims (14)

光源から出射されるビームを被走査面上にスポットとして結像し走査する走査光学系であって、
前記光源からのビームを、所定の周期で角度変化する反射面により反射及び偏向することで主走査する偏向器と、
前記偏光器からのビームを前記被走査面上にスポットとして再び結像させる第2結像光学系とを備え、
前記第1結像光学系は、前記光源からの発散性のビームをコリメートするコリメート手段を含み、
前記第2結像光学系は、前記反射面の角度変化に対応させたアークサインレンズ系から構成される、走査光学系。
A scanning optical system that forms and scans a beam emitted from a light source as a spot on a surface to be scanned,
A deflector that performs main scanning by reflecting and deflecting the beam from the light source by a reflecting surface that changes in angle at a predetermined period;
A second imaging optical system that re-images the beam from the polarizer as a spot on the scanned surface;
The first imaging optical system includes collimating means for collimating a divergent beam from the light source,
The second imaging optical system is a scanning optical system including an arc sine lens system corresponding to an angle change of the reflecting surface.
光源から出射されるビームを被走査面上にスポットとして結像し走査する走査光学系であって、
前記光源からのビームを、所定の周期で角度変化する反射面により反射及び偏向することで主走査する偏向器と、
前記偏光器からのビームを前記被走査面上にスポットとして再び結像させる第2結像光学系とを備え、
前記第1結像光学系は、前記光源からの発散性のビームをコリメートするコリメート手段と、前記コリメート手段からのビームを前記偏向器の前記反射面近傍で主走査方向に延びた線状に結像させる結像手段とを含み、
前記第2結像光学系は、前記反射面の角度変化に対応させたアークサインレンズ系から構成される、走査光学系。
A scanning optical system that forms and scans a beam emitted from a light source as a spot on a surface to be scanned,
A deflector that performs main scanning by reflecting and deflecting the beam from the light source by a reflecting surface that changes in angle at a predetermined period;
A second imaging optical system that re-images the beam from the polarizer as a spot on the scanned surface;
The first imaging optical system includes a collimator that collimates a divergent beam from the light source, and a beam extending from the collimator in a linear shape extending in the main scanning direction in the vicinity of the reflecting surface of the deflector. Imaging means for imaging,
The second imaging optical system is a scanning optical system including an arc sine lens system corresponding to an angle change of the reflecting surface.
前記アークサインレンズ系は、反射面側から順に、少なくとも主走査方向に関して正のパワーを有する第1レンズ素子と、少なくとも主走査方向に関して負のパワーを有する第2レンズ素子とから構成される、請求項1から請求項2のいずれかに記載の走査光学系。 The arc sine lens system includes, in order from the reflective surface side, a first lens element having a positive power at least in the main scanning direction and a second lens element having a negative power in at least the main scanning direction. The scanning optical system according to claim 1. 前記第1レンズ素子は、主走査方向に関して前記被走査面側に凸面を向けた正メニスカス形状である、請求項3に記載の走査光学系。 4. The scanning optical system according to claim 3, wherein the first lens element has a positive meniscus shape with a convex surface facing the surface to be scanned in the main scanning direction. 前記第2レンズ素子は、主走査方向に関して前記被走査面側に凸面を向けた負メニスカス形状である、請求項3に記載の走査光学系。 4. The scanning optical system according to claim 3, wherein the second lens element has a negative meniscus shape with a convex surface facing the surface to be scanned in the main scanning direction. 前記反射面は正弦波的に回動することにより角度変化を成すことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の走査光学系。 The scanning optical system according to claim 1, wherein the reflection surface changes its angle by rotating sinusoidally. 前記反射面は正弦波的に往復回動し、往復回動において書き込みを行うことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の走査光学系。 6. The scanning optical system according to claim 1, wherein the reflecting surface reciprocally rotates sinusoidally and writing is performed in the reciprocating rotation. 前記反射面の形状を略平面とする、請求項1から請求項7のいずれかに記載の走査光学系。 The scanning optical system according to claim 1, wherein the shape of the reflecting surface is a substantially flat surface. 前記反射面の主走査面内における正弦振動の振幅角度をω、前記反射面の有効書き込み幅に対応する回転角度をθとするとき、
0.29< θ/ω <0.72 (1)
の条件式を満足する、請求項1から請求項8のいずれかに記載の走査光学系。
When the amplitude angle of sinusoidal vibration in the main scanning plane of the reflection surface is ω, and the rotation angle corresponding to the effective writing width of the reflection surface is θ,
0.29 <θ / ω <0.72 (1)
The scanning optical system according to claim 1, wherein the conditional expression is satisfied.
前記反射面の主走査面内における正弦振動の振幅角度をω、前記反射面の有効書き込み幅に対応する回転角度をθとするとき、
0.35< θ/ω <0.52 (2)
の条件式を満足する、請求項1から請求項8のいずれかに記載の走査光学系。
When the amplitude angle of sinusoidal vibration in the main scanning plane of the reflection surface is ω, and the rotation angle corresponding to the effective writing width of the reflection surface is θ,
0.35 <θ / ω <0.52 (2)
The scanning optical system according to claim 1, wherein the conditional expression is satisfied.
前記第2結像光学系における副走査方向の倍率をmとしたとき、
0.5< m <3.5 (3)
の条件式を満足する、請求項1から請求項10のいずれかに記載の走査光学系。
When the magnification in the sub-scanning direction in the second imaging optical system is m,
0.5 <m <3.5 (3)
The scanning optical system according to claim 1, wherein the conditional expression is satisfied.
前記第2結像光学系における副走査方向の倍率をmとしたとき、
0.7< m <3.0 (4)
の条件式を満足する、請求項1から請求項10のいずれかに記載の走査光学系。
When the magnification in the sub-scanning direction in the second imaging optical system is m,
0.7 <m <3.0 (4)
The scanning optical system according to claim 1, wherein the conditional expression is satisfied.
画像信号に基づいて画像を形成する画像形成装置であって、
入力される画像信号に基づいて出射すべきビームが制御される光源と、
前記光源から出射されるビームに基づいて静電潜像担持体に静電潜像を形成する露光光学系と、
前記露光光学系により形成された前記静電潜像を、現像する現像手段とを備え、
前記露光光学系は、前記走査光学系からなることを特徴とする、請求項1から請求項12のいずれかに記載の画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an image based on an image signal,
A light source in which a beam to be emitted is controlled based on an input image signal;
An exposure optical system for forming an electrostatic latent image on an electrostatic latent image carrier based on a beam emitted from the light source;
Development means for developing the electrostatic latent image formed by the exposure optical system,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the exposure optical system includes the scanning optical system.
2次元画像を読取り、電気的な画像信号を形成する画像読取装置であって、
入力される画像信号に基づいて出射すべきビームが制御される光源と、
前記光源から出射されるビームにより読取るべき2次元画像を照明する読取り光学系と、
読取り光学系により照明された前記2次元画像からの戻りビームを検出する検出器とを備え、
前記読取り光学系は、前記走査光学系からなることを特徴とする、請求項1から請求項12のいずれかに記載の画像読取装置。
An image reading apparatus that reads a two-dimensional image and forms an electrical image signal,
A light source in which a beam to be emitted is controlled based on an input image signal;
A reading optical system for illuminating a two-dimensional image to be read by a beam emitted from the light source;
A detector for detecting a return beam from the two-dimensional image illuminated by a reading optical system;
The image reading apparatus according to claim 1, wherein the reading optical system includes the scanning optical system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016200640A (en) * 2015-04-07 2016-12-01 富士電機株式会社 Optical scanner and endoscopic device

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