JP2010049060A - Scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a scanning optical apparatus which attains a highly precise printing and is high in environmental stability, and to obtain an image forming apparatus using the scanning optical apparatus. <P>SOLUTION: The scanning optical apparatus includes: a deflection means which deflects a luminous flux emitted from a light source means and having a wavelength λ (mm); and an imaging optical system which images the deflected luminous flux on a face to be scanned. At least one of imaging optical elements of the imaging optical system is formed by bonding an optical element made of a glass material and an optical element made of a resin material to each other. The face in contact with the air of the optical element made of the resin material has an aspherical shape. The variation in the Newton number of the width D (mm) of luminous flux, which is made incident on the optical element made of the resin material, satisfies (the equation (1)) when the shape of the imaging optical element is varied so that the amount of sag F(h) of the aspherical shape varies to the amount of sag expressed by F'(h)=F(h)+0.005×äT(h)-T(0)}, where the amount of sag of the aspherical shape with respect to the distance h from the optical axis of the imaging optical element is expressed by F(h), the thickness of the optical element made of the resin material is expressed by T(H), and N in the equation 1 shoes the refractive index of the material of the optical element made of the resin material for the wavelength λ, dF(h)/dh stands for the first derivative of F(h) at h, and d<SP>2</SP>F(h)/dh<SP>2</SP>show the second derivative of F(h) at h, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)等の画像形成装置に好適なものである。   The present invention relates to a scanning optical apparatus and an image forming apparatus using the same, and is suitable for an image forming apparatus such as a laser beam printer (LBP) having an electrophotographic process, a digital copying machine, or a multifunction printer (multifunctional printer). is there.

従来よりレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等には走査光学装置が用いられている。こ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(光ビーム)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ている。そして偏向された光束を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っている。   Conventionally, a scanning optical device has been used in a laser beam printer (LBP), a digital copying machine, a multifunction printer, and the like. In this scanning optical device, a light beam (light beam) light-modulated and emitted from a light source means in accordance with an image signal is periodically deflected by an optical deflector composed of, for example, a rotating polygon mirror (polygon mirror). The deflected light beam is focused in a spot shape on the surface of a photosensitive recording medium (photosensitive drum) by an imaging optical system having fθ characteristics, and image recording is performed by optically scanning the surface.

図14は従来の走査光学装置の要部概略図である。   FIG. 14 is a schematic view of the main part of a conventional scanning optical device.

同図において光源手段91から出射した発散光束はコリメーターレンズ92により平行光束に変換され、絞り93によって前記光束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94に入射している。シリンドリカルレンズ94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の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡から成る光偏向器95の偏向面(反射面)95aにほぼ線像として結像している。   In the same figure, the divergent light beam emitted from the light source means 91 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 92, and the light beam is limited by the stop 93 and is incident on the cylindrical lens 94 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. Yes. Out of the parallel light flux incident on the cylindrical lens 94, it exits 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) 95a of the optical deflector 95 composed of a rotating polygon mirror.

そして偏向手段95の偏向面95aで偏向された光束をfθ特性を有する結像光学系96を介して被走査面としての感光ドラム面98上に導光する。そして、偏向手段95を矢印A方向に回転させることによって感光ドラム面98上を矢印B方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。   Then, the light beam deflected by the deflecting surface 95a of the deflecting means 95 is guided to the photosensitive drum surface 98 as the scanned surface through the imaging optical system 96 having the fθ characteristic. Then, by rotating the deflecting means 95 in the direction of arrow A, the photosensitive drum surface 98 is optically scanned in the direction of arrow B to record image information.

上記の走査光学装置においては、感光ドラム面98上を光スポットで走査する前に感光ドラム98面上における画像形成を開始するタイミングを調整するために、光検出器としての同期検出用のBD(beam detector)センサ−99が設けられている。   In the above scanning optical device, in order to adjust the timing for starting image formation on the surface of the photosensitive drum 98 before scanning the surface of the photosensitive drum 98 with the light spot, a synchronous detection BD ( a beam detector) sensor-99 is provided.

このBDセンサー99は、光偏向器95で反射偏向された光束の一部であるBD光束(同期検出用の光束)、つまり感光ドラム98面上の画像形成領域を走査する前の画像形成領域外の領域を走査している時の光束を受光する。   This BD sensor 99 is a BD light beam (synchronous detection light beam) that is a part of the light beam reflected and deflected by the optical deflector 95, that is, outside the image forming area before scanning the image forming area on the surface of the photosensitive drum 98. The light flux is scanned while scanning the area.

このBD光束は同期検出用のBDミラー97で反射され、同期検出用のBDレンズ(不図示)で集光されてBDセンサー99に入射する。そして、このBDセンサー99の出力信号からBD信号(同期信号)を検出し、このBD信号に基づいて感光ドラム98面における画像記録の開始タイミングを調整している。   This BD light beam is reflected by a BD mirror 97 for synchronous detection, condensed by a BD lens (not shown) for synchronous detection, and enters a BD sensor 99. A BD signal (synchronization signal) is detected from the output signal of the BD sensor 99, and the image recording start timing on the surface of the photosensitive drum 98 is adjusted based on the BD signal.

同図における結像光学系96は副走査断面内において光偏向器95の偏向面95aと感光ドラム面98とが共役関係となるように構成しており、これより偏向面95aの面倒れを補正している。   The imaging optical system 96 in the figure is configured such that the deflecting surface 95a of the optical deflector 95 and the photosensitive drum surface 98 are in a conjugate relationship within the sub-scan section, thereby correcting surface tilt of the deflecting surface 95a. is doing.

この様な走査光学装置において、近年POD(Print On Demand)などの軽印刷業界向けに高精細な印字が可能である走査光学装置が求められている。高精細な印字を行うために、波長が短いレーザー(例えば赤色レーザーや青色レーザー)を用いてスポット径を小径化することが考えられる。ここで、像面深度は一般的に次のように表される。   In such a scanning optical apparatus, a scanning optical apparatus capable of high-definition printing for the light printing industry such as POD (Print On Demand) has recently been demanded. In order to perform high-definition printing, it is conceivable to reduce the spot diameter using a laser having a short wavelength (for example, a red laser or a blue laser). Here, the image plane depth is generally expressed as follows.

(像面深度)=a×λ×(Fナンバー)2・・・(式A)
ただし、aは比例定数、λは光源の波長(mm)、Fナンバーは結像光学系の射出側のFナンバー(FNo)である。
(Depth of image plane) = a × λ × (F number) 2 (Formula A)
However, a is a proportionality constant, λ is the wavelength (mm) of the light source, and the F number is the F number (FNo) on the exit side of the imaging optical system.

波長が短くなることで(式A)より像面深度が小さくなるのは明らかである。温度変化等の環境変動により光学系の屈折率が変化して主走査方向の像面湾曲が変動した場合、前述したように像面深度が非常に狭いので像面湾曲が変動することでスポットが急激に肥大して、印字特性を劣化させるという問題点がある。   It is clear that the depth of field becomes smaller than that of (Formula A) when the wavelength is shortened. When the refractive index of the optical system changes due to environmental changes such as temperature changes, and the curvature of field in the main scanning direction varies, as described above, the depth of field is very narrow. There is a problem that the printing characteristic is deteriorated due to rapid enlargement.

したがって、主走査方向のパワー(屈折力)が強い光学系は環境変動に対して屈折率の変化が少なくなるように、従来はガラスレンズを使用していた。   Therefore, an optical system having a strong power (refractive power) in the main scanning direction conventionally uses a glass lens so that a change in refractive index is small with respect to environmental fluctuations.

ところで、高精細な印字を行うためには、結像光学系には
(1)像面湾曲がほとんどないこと、
(2)fθ特性(部分倍率)が良好であること、
といったことが求められる。この要求を満足するためには例えばレンズ形状を非球面にすることが考えられる。
By the way, in order to perform high-definition printing, the imaging optical system has
(1) Almost no curvature of field,
(2) fθ characteristics (partial magnification) are good,
That is required. In order to satisfy this requirement, for example, the lens shape may be aspherical.

しかしながら、ガラスレンズの場合、面形状を非球面にするには特殊な研磨加工が必要であり量産性にあまり向かないため、球面もしくはシリンドリカル形状をもつガラスレンズの枚数を増やすことで対応していた(特許文献1参照)。   However, in the case of glass lenses, a special polishing process is required to make the surface shape an aspherical surface, which is not suitable for mass production. Therefore, it has been dealt with by increasing the number of glass lenses having a spherical surface or a cylindrical shape. (See Patent Document 1).

近年になって、ガラスレンズに紫外線硬化性を持つ樹脂を塗布し、非球面形状をもつ型で樹脂を押さえながらレンズに紫外線を照射することで、比較的簡易で球面ガラスレンズに非球面効果をもたらすことができる技術(レプリカ成形)が知られている。(特許文献2参照)。
特開平3−43708号公報 特開2001−91878号公報
In recent years, a glass lens is coated with an ultraviolet curable resin, and the lens is irradiated with ultraviolet rays while holding the resin with a mold having an aspherical shape. Techniques that can be brought about (replica molding) are known. (See Patent Document 2).
JP-A-3-43708 JP 2001-91878 A

しかしながら、この製造方法を走査光学装置用の結像光学系に用いる場合には、下記の懸念点が挙げられる。   However, when this manufacturing method is used in an imaging optical system for a scanning optical device, the following concerns are raised.

紫外線硬化樹脂は光学レンズに用いられる樹脂(アクリル樹脂(PMMA)、オレフィン系樹脂など)に比べて吸水率が高いため、吸湿による形状変化が樹脂成形レンズより大きくなるので光学性能への影響を考慮する必要ある。したがって、塗布する紫外線硬化樹脂の形状を最適化する必要がある。   Since UV curable resin has a higher water absorption rate than resins used for optical lenses (acrylic resin (PMMA), olefin resin, etc.), the shape change due to moisture absorption is larger than that of resin molded lenses, so the effect on optical performance is considered. It is necessary to do. Therefore, it is necessary to optimize the shape of the UV curable resin to be applied.

本発明は高精細印刷が可能で、かつ環境安定性の高い走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide a scanning optical device capable of high-definition printing and having high environmental stability and an image forming apparatus using the same.

請求項1の発明の走査光学装置は、
光源手段と、前記光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有する走査光学装置において、
前記結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、前記樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成り、
前記結像光学素子の光軸からの距離hに対して前記非球面形状のサグ量をF(h)、前記樹脂材料より成る光学素子の厚みをT(h)とするとき、
前記非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)=F(h)+0.005×{T(h)−T(0)}
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、前記樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の(式1)を満たすことを特徴としている。
A scanning optical device according to a first aspect of the present invention comprises:
A light source unit, a deflection unit that deflects and scans a light beam having a wavelength λ (mm) emitted from the light source unit, and an imaging optical system that forms an image on the scanning surface by the light beam deflected and scanned by the deflection unit. In a scanning optical device,
At least one imaging optical element of the imaging optical system is formed by bonding an optical element made of a glass material and an optical element made of a resin material, and the surface of the optical element made of the resin material that comes into contact with air is It consists of an aspheric shape,
When the aspherical sag amount with respect to the distance h from the optical axis of the imaging optical element is F (h), and the thickness of the optical element made of the resin material is T (h),
The sag amount F (h) of the aspheric shape is
F ′ (h) = F (h) + 0.005 × {T (h) −T (0)}
When the shape changes to the sag amount F ′ (h) expressed by the equation, the change amount of the Newton number in the light beam width D (mm) incident on the optical element made of the resin material satisfies the following (Equation 1) It is characterized by.

(ただし、Nは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける1階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける2階微分を示す。)
(Where N is the refractive index at the wavelength λ of the material of the optical element made of a resin material,
dF (h) / dh is the first derivative of F (h) at h,
d 2 F (h) / dh 2 represents the second order derivative of F (h) at h. )

請求項2の発明の画像形成装置は、
請求項1に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。
The image forming apparatus of the invention of claim 2
The scanning optical device according to claim 1, a photoconductor disposed on the surface to be scanned, and an electrostatic latent image formed on the photoconductor by a light beam scanned by the scanning optical device is used as a toner image. The image forming apparatus includes a developing device that develops, a transfer device that transfers the developed toner image onto a transfer material, and a fixing device that fixes the transferred toner image onto the transfer material.

請求項3の発明の画像形成装置は、
請求項1に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
The image forming apparatus of the invention of claim 3
The scanning optical apparatus according to claim 1 and a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the scanning optical apparatus.

請求項4の発明のカラー画像形成装置は、
各々が請求項1に記載の走査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a color image forming apparatus.
Each of the plurality of image carriers is arranged on a surface to be scanned of the scanning optical device according to the first aspect and forms an image of a different color.

請求項5の発明は請求項4の発明において、
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴としている。
The invention of claim 5 is the invention of claim 4,
It has a printer controller that converts color signals input from an external device into image data of different colors and inputs them to each scanning optical device.

本発明によれば高精細印刷が可能で、かつ環境安定性の高い走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。   According to the present invention, it is possible to achieve a scanning optical device capable of high-definition printing and having high environmental stability and an image forming apparatus using the same.

本発明の走査光学装置は、光源手段と、光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向する偏向手段と、偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有している。   The scanning optical apparatus of the present invention includes a light source means, a deflection means for deflecting a light beam having a wavelength λ (mm) emitted from the light source means, and a light beam deflected and scanned by the deflection means to form an image on a surface to be scanned. It has an image optical system.

そして結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成っている。   In the imaging optical system, at least one imaging optical element is formed by bonding an optical element made of a glass material and an optical element made of a resin material, and the surface of the optical element made of a resin material that is in contact with air is not It consists of a spherical shape.

そして結像光学素子の光軸からの距離hに対して非球面形状のサグ量をF(h)、樹脂材料より成る光学素子の厚みをT(h)とする。このとき、
樹脂材料より成る光学素子の非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)=F(h)+0.005×{T(h)−T(0)}
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の(式1)を満たすようにしている。
Then, the aspherical sag amount with respect to the distance h from the optical axis of the imaging optical element is F (h), and the thickness of the optical element made of a resin material is T (h). At this time,
The sag amount F (h) of the aspherical surface of an optical element made of a resin material is
F ′ (h) = F (h) + 0.005 × {T (h) −T (0)}
When the shape changes to the sag amount F ′ (h) expressed by the equation, the change amount of the Newton number in the beam width D (mm) incident on the optical element made of the resin material satisfies the following (Equation 1). ing.

(ただし、Nは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける1階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける2階微分を示す。)
(Where N is the refractive index at the wavelength λ of the material of the optical element made of a resin material,
dF (h) / dh is the first derivative of F (h) at h,
d 2 F (h) / dh 2 represents the second order derivative of F (h) at h. )

また、上記接合される光学素子のうち、非球面である光学素子は樹脂材料、他方はガラス材料より成っている。   Of the optical elements to be joined, the aspherical optical element is made of a resin material and the other is made of a glass material.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1における走査光学装置の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。   FIG. 1 is a sectional view (main scanning sectional view) of the main part in the main scanning direction of the scanning optical apparatus according to the first embodiment of the present invention.

尚、以下の説明において、副走査方向(Z方向)とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向(偏向手段の回転軸と平行な方向)を法線とする断面である。主走査方向(Y方向)とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。   In the following description, the sub-scanning direction (Z direction) is a direction parallel to the rotation axis of the deflecting means. The main scanning section is a section whose normal is the sub-scanning direction (direction parallel to the rotation axis of the deflecting means). The main scanning direction (Y direction) is the direction in which the light beam deflected and scanned by the deflecting means is projected onto the main scanning section. The sub-scanning cross section is a cross section whose normal is the main scanning direction.

同図において、1は光源手段であり、例えば半導体レーザーによりなっている。   In the figure, reference numeral 1 denotes light source means, for example, a semiconductor laser.

3は正の屈折力(パワー)を有するコリメータレンズ(平凸レンズ)であり、光源手段1から出射した光を平行光束に変換している。本実施例では、コリメータレンズ3を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。   Reference numeral 3 denotes a collimator lens (plano-convex lens) having a positive refractive power (power), which converts light emitted from the light source means 1 into a parallel light flux. In this embodiment, the image forming position in the main scanning direction is adjusted by moving the collimator lens 3 in the optical axis direction.

7は負の屈折力を有する球面レンズであり、コリメータレンズ3で平行光束に変換された光束を発散光束に変換している。本実施例では、球面レンズ7を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。また、球面レンズ7の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状よりなっている。   Reference numeral 7 denotes a spherical lens having a negative refractive power, which converts the light beam converted into a parallel light beam by the collimator lens 3 into a divergent light beam. In this embodiment, the image forming position in the main scanning direction is adjusted by moving the spherical lens 7 in the optical axis direction. The mounting seat surface of the spherical lens 7 has a shape machined into a plane parallel to the optical axis of the incident optical system described later.

2は開口絞りであり、通過光束を規制してビーム形状を整形している。   Reference numeral 2 denotes an aperture stop, which regulates a beam shape by regulating a passing light beam.

4は副走査方向に正の屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、開口絞り2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。本実施例では、シリンドリカルレンズ4を光軸方向に移動させることにより、副走査方向の結像位置を調整している。また、シリンドリカルレンズ4の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状よりなっている。   Reference numeral 4 denotes a cylindrical lens having a positive refractive power in the sub-scanning direction, and the light beam that has passed through the aperture stop 2 is formed as a substantially line image on a deflection surface 5a of an optical deflector 5 to be described later within the sub-scanning section. . In this embodiment, the imaging position in the sub-scanning direction is adjusted by moving the cylindrical lens 4 in the optical axis direction. The mounting seat surface of the cylindrical lens 4 has a shape machined into a plane parallel to the optical axis of the incident optical system described later.

尚、コリメータレンズ3、球面レンズ7、開口絞り2、シリンドリカルレンズ4、そして後述する第1の結像レンズ61の各要素は入射光学系LAの一要素を構成している。   Each element of the collimator lens 3, the spherical lens 7, the aperture stop 2, the cylindrical lens 4, and the first imaging lens 61 described later constitutes an element of the incident optical system LA.

また、主走査断面内においては球面レンズ7、シリンドリカルレンズ4、そして後述する第1の結像レンズ61とでアフォーカル系を構成している。また、入射光学系LAは反射ミラー10によって光路を折り曲げることで走査光学装置(走査光学系)をコンパクトにしている。   In the main scanning section, the spherical lens 7, the cylindrical lens 4, and a first imaging lens 61 described later constitute an afocal system. Further, the incident optical system LA makes the scanning optical device (scanning optical system) compact by bending the optical path by the reflecting mirror 10.

5は偏向手段としての光偏向器(ポリゴンミラー)であり、モーター等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で回転している。   An optical deflector (polygon mirror) 5 as a deflecting means is rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the figure by a driving means (not shown) such as a motor.

6はfθ特性を有する結像光学系であり、結像光学素子としての第1、第2の結像レンズ61,62を有している。   Reference numeral 6 denotes an imaging optical system having an fθ characteristic, which includes first and second imaging lenses 61 and 62 as imaging optical elements.

第1の結像レンズ61はガラス材料より成る光学素子としての球面レンズ6aと、樹脂材料より成る光学素子としてのレンズ(以下、「レプリカレンズ」称す。)6bとが接合された接合レンズ(以下、「レプリカ非球面レンズ」と称す。)より成っている。   The first imaging lens 61 is a cemented lens (hereinafter referred to as a “replica lens”) 6b which is a spherical lens 6a as an optical element composed of a glass material and a lens (hereinafter referred to as “replica lens”) 6b which is composed of a resin material. "Replica aspherical lens").

本実施例のレプリカレンズ6bの空気と接する面は非球面形状より成っている。第1の結像レンズ61は、主に主走査方向の像面湾曲を補正すると共にfθ特性を良好に維持している。   The surface of the replica lens 6b of this embodiment that contacts the air has an aspherical shape. The first imaging lens 61 mainly corrects curvature of field in the main scanning direction and maintains an excellent fθ characteristic.

また、第1の結像レンズ61は上述した如く入射光学系LAの一部をも構成している。   The first imaging lens 61 also constitutes a part of the incident optical system LA as described above.

第2の結像レンズ62はプラスチックレンズであり、主走査方向と副走査方向とで異なるパワーをもつアナモフィックレンズより成っており、主に副走査方向の像面湾曲を補正している。   The second imaging lens 62 is a plastic lens, and is composed of an anamorphic lens having different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and mainly corrects field curvature in the sub-scanning direction.

8は被走査面としての感光ドラム面、9は防塵ガラスである。   8 is a photosensitive drum surface as a surface to be scanned, and 9 is a dustproof glass.

本実施例において、半導体レーザー1から光変調され出射した波長λ(mm)の光束はコリメータレンズ3によって平行光束に変換される。次いで球面レンズ7によって発散光に変換され、開口絞り2によって光束を制限して入射系の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副走査断面内における光束は収束して第1の結像レンズ61を通過して光偏向器5の偏向面5aに入射し、前記偏向面5a近傍にほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。このとき偏向面5aに入射する光束を光偏向器5の回転軸と結像光学系6の光軸を含む副走査断面から、該回転軸と垂直な平面(光偏向器5の回転平面)に対して斜入射角度θ/2=0.8度で入射させ、入射光束と偏向光束とを分離している。   In this embodiment, a light beam having a wavelength λ (mm) that is light-modulated and emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 3. Next, the light is converted into divergent light by the spherical lens 7, and the light beam is limited by the aperture stop 2 and is incident on the cylindrical lens 4 of the incident system. Of the light beam incident on the cylindrical lens 4, the light beam in the sub-scan section converges, passes through the first imaging lens 61, enters the deflecting surface 5 a of the optical deflector 5, and is almost lined in the vicinity of the deflecting surface 5 a. An image is formed as an image (line image elongated in the main scanning direction). At this time, the light beam incident on the deflecting surface 5a is shifted from the sub-scan section including the rotation axis of the optical deflector 5 and the optical axis of the imaging optical system 6 to a plane perpendicular to the rotation axis (rotation plane of the optical deflector 5). On the other hand, the incident light is incident at an oblique incident angle θ / 2 = 0.8 degrees to separate the incident light beam and the deflected light beam.

また、主走査断面内における光束は発散して第1の結像レンズ61を通過することによって平行光束に変換され、光偏向器5の偏向角の略中央から偏向面5aに入射している。このときの平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器5の偏向面5aのファセット幅に対して十分広くなるように設定している(オーバーフィルド光学系)。   The light beam in the main scanning section diverges and is converted into a parallel light beam by passing through the first imaging lens 61, and is incident on the deflecting surface 5 a from approximately the center of the deflection angle of the optical deflector 5. The beam width of the parallel beam at this time is set so as to be sufficiently wider than the facet width of the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 in the main scanning direction (overfilled optical system).

そして、光偏向器5の偏向面5aで偏向反射された光束は第1、第2の結像レンズ61、62、そして防塵ガラス9を介して感光ドラム面8に導光される。そして、光偏向器5を矢印A方向に回転させることによって、感光ドラム面8上を矢印B方向(主走査方向)に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面8上に画像記録を行っている。   The light beam deflected and reflected by the deflecting surface 5 a of the optical deflector 5 is guided to the photosensitive drum surface 8 through the first and second imaging lenses 61 and 62 and the dust-proof glass 9. Then, by rotating the optical deflector 5 in the direction of arrow A, the photosensitive drum surface 8 is optically scanned in the direction of arrow B (main scanning direction). Thereby, an image is recorded on the photosensitive drum surface 8 as a recording medium.

ここで、本発明者は球面レンズ6aとレプリカレンズ6bとが接合されたレプリカ非球面レンズ61が吸湿によって、形状がどれくらい変化するかについて実験を行った。   Here, the inventor conducted an experiment on how the shape of the replica aspherical lens 61 in which the spherical lens 6a and the replica lens 6b are joined changes due to moisture absorption.

レプリカ非球面レンズ(被検レンズ)を60℃、80%の環境下で1日放置した前後での表面形状を測定した結果を図2に示す。図2において、レンズ座標とは光軸からの距離に相当する。以下、各図においても同様である。   FIG. 2 shows the result of measuring the surface shape of the replica aspherical lens (test lens) before and after being left for 1 day in an environment of 60 ° C. and 80%. In FIG. 2, the lens coordinates correspond to the distance from the optical axis. The same applies to each figure below.

またレプリカレンズ(レプリカ樹脂)の厚みを図3に示す。また、レプリカレンズの厚みに対する吸湿時の表面形状の変化量を図4に示す。   The thickness of the replica lens (replica resin) is shown in FIG. FIG. 4 shows the amount of change in the surface shape during moisture absorption with respect to the thickness of the replica lens.

各図より、吸湿での形状変化はレプリカレンズの厚みに依存していることが予想される。これは、レプリカレンズの厚みが0.15mm程度と薄く、また球面レンズに密着されているため、径方向への膨張は密着によって拘束され厚み方向にのみ膨張されているからだと考えられる。   From each figure, it is expected that the shape change due to moisture absorption depends on the thickness of the replica lens. This is presumably because the replica lens has a thin thickness of about 0.15 mm and is in close contact with the spherical lens, so that expansion in the radial direction is restricted by close contact and is expanded only in the thickness direction.

また、今回の実験でレプリカレンズの吸湿による厚み方向への変化量の平均はレプリカレンズの厚みに対して0.5%程度であり、樹脂の吸水率(体積膨張率)とほぼ一致していた。   Further, in this experiment, the average amount of change in the thickness direction due to moisture absorption of the replica lens was about 0.5% with respect to the thickness of the replica lens, which almost coincided with the water absorption rate (volume expansion coefficient) of the resin.

レンズの径方向の距離(レンズ座標)hに対して、球面レンズのレンズ頂点に対するサグ量をS(h)、レプリカレンズの厚みをT(h)、レプリカ非球面レンズの光軸からの距離hに対して非球面形状のサグ量(レンズ頂点に対するサグ量)をF(h)とする。そのとき、サグ量F(h)は以下のように表わすことができる。   S (h) is the sag amount with respect to the lens apex of the spherical lens, T (h) is the thickness of the replica lens, and h is the distance h from the optical axis of the replica aspheric lens. The sag amount of the aspherical shape (sag amount with respect to the lens apex) is F (h). At that time, the sag amount F (h) can be expressed as follows.

F(h)=S(h)+{T(h)−T(0)}・・・(式B)
次に、レプリカレンズが吸水したときのレプリカ非球面レンズのレンズ頂点に対する非球面形状のサグ量の変化F’(h)は、レプリカレンズの吸水による膨張が前述した如く厚み方向のみの変化である。また一般的なレプリカレンズの吸水率が0.5%であることから、以下のように表わすことができる。
F (h) = S (h) + {T (h) −T (0)} (Formula B)
Next, the change F ′ (h) in the sag amount of the aspherical shape with respect to the lens apex of the replica aspherical lens when the replica lens absorbs water, the expansion due to water absorption of the replica lens is only a change in the thickness direction as described above. . Further, since the water absorption of a general replica lens is 0.5%, it can be expressed as follows.

F’(h)=S(h)+{T(h)−T(0)}×1.005・・・(式C)
(式B)と(式C)より、F’(h)はF(h)を用いて、以下のように表現できる。
F ′ (h) = S (h) + {T (h) −T (0)} × 1.005 (Formula C)
From (Formula B) and (Formula C), F ′ (h) can be expressed as follows using F (h).

F’(h)=F(h)+0.005×{T(h)−T(0)}・・・(式D)
レプリカ非球面レンズのサグ量がF(h)からF’(h)に変化したときに、座標hにおける局所Rが変化することで座標hにおけるパワーが変化する。レンズを通過する光束幅D(mm)に対するニュートン本数の変化量mは局所Rの変化より以下のように表わすことができる。
F ′ (h) = F (h) + 0.005 × {T (h) −T (0)} (Formula D)
When the sag amount of the replica aspherical lens changes from F (h) to F ′ (h), the local R at the coordinate h changes to change the power at the coordinate h. The change amount m of the Newton number with respect to the beam width D (mm) passing through the lens can be expressed as follows from the change of the local R.

ただし、r(h)はhにおけるF(h)の局所R、dF(h)/dhはF(h)のhにおける1階微分、d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける2階微分、r’(h)はhにおけるF’(h)の局所Rを示す。さらにdF’(h)/dhはF’(h)のhにおける1階微分、d2F’(h)/dh2はF’(h)のhにおける2階微分を示す(局所Rの計算式は「微分積分」(学術図書出版社)p.55−p.57を参照)。 Where r (h) is the local R of F (h) at h, dF (h) / dh is the first derivative at h of F (h), and d 2 F (h) / dh 2 is F (h) The second derivative at h, r ′ (h), represents the local R of F ′ (h) at h. DF '(h) / dh is the first derivative of F' (h) at h, and d 2 F '(h) / dh 2 is the second derivative of F' (h) at h (calculation of local R For the formula, refer to “Differential integration” (Academic Books Publisher) p.55-p.57).

レプリカ非球面レンズの局所Rをr(h)、このときの結像光学系の焦点距離をfとし、吸湿によってレプリカ非球面レンズの局所Rがr’(h)になることで結像光学系の焦点距離をf+Δf、レプリカ樹脂の材料の波長λにおける屈折率をNとする。そのとき、以下の関係が成り立つ。   When the local R of the replica aspheric lens is r (h), the focal length of the imaging optical system at this time is f, and the local R of the replica aspheric lens becomes r '(h) by moisture absorption, so that the imaging optical system Where f + Δf and the refractive index of the replica resin material at the wavelength λ is N. At that time, the following relationship holds.

Δfはfに比べて小さいので、(式F)は次のように書き換えることができる。   Since Δf is smaller than f, (Equation F) can be rewritten as follows.

(式G)と(式E)を組み合わせると、局所Rの変化による結像光学系の焦点距離の変動量Δfは次のように書き換えることができる。   By combining (Equation G) and (Equation E), the fluctuation amount Δf of the focal length of the imaging optical system due to the change in the local R can be rewritten as follows.

ポリゴンミラーに対して入射光束が主走査方向に平行に入射する場合、焦点距離の変動量Δfは主走査のピント変動量と同等であり、f/Dは結像光学系の射出Fナンバー(Fnoと表記する)である。このことから、局所Rの変化による主走査方向のピント変化量ΔMは以下のように表される。   When the incident light beam enters the polygon mirror in parallel with the main scanning direction, the focal length variation Δf is equal to the main scanning focus variation, and f / D is the exit F number (Fno) of the imaging optical system. ). From this, the focus change amount ΔM in the main scanning direction due to the change in the local R is expressed as follows.

ΔM=4mλ(N−1)×(Fno)2・・・(式I)
ここで、感光ドラム上におけるスポット径をwとすると、感光ドラム位置からx離れた位置でのスポット径wは波長をλとして以下のように表現できる。
ΔM = 4mλ (N−1) × (Fno) 2 (Formula I)
Here, assuming that the spot diameter on the photosensitive drum is w 0 , the spot diameter w at a position x away from the photosensitive drum position can be expressed as follows, where the wavelength is λ.

ビームウエスト位置でのスポット径の20%までを許容範囲とすると、w≦1.2w0を満たすxの上限値を焦点深度Wとすると、(式J)より If the allowable range is up to 20% of the spot diameter at the beam waist position, if the upper limit value of x satisfying w ≦ 1.2w 0 is the focal depth W, (Formula J)

w0は一般的に、1.64λ×Fnoとなるので(式F)に代入して、焦点深度Wは以下のように表現できる。 Since w 0 is generally 1.64λ × Fno, it is substituted into (Formula F), and the depth of focus W can be expressed as follows.

ここで、吸湿による形状変更によって主走査方向のピントが変わった場合でも光学性能に影響を及ぼさないためには、ピント変動量を焦点深度の10%以下に抑える必要がある。したがって、(式I)のピント変化量ΔMが(式L)の焦点深度Wの1/10以下となるようにすると、(式I)および(式L)より光線幅におけるニュートン本数の変化量mは以下の条件を満たさなければならない。   Here, even if the focus in the main scanning direction is changed due to the shape change due to moisture absorption, it is necessary to suppress the focus fluctuation amount to 10% or less of the focal depth in order not to affect the optical performance. Accordingly, when the focus change amount ΔM in (Expression I) is set to be 1/10 or less of the focal depth W in (Expression L), the change m of the Newton number in the light beam width from (Expression I) and (Expression L). Must meet the following conditions:

(式M)を満足させるためには、レプリカ非球面の面形状は(式E)と組み合わせることにより下記の(式1)を満足させなければならない。   In order to satisfy (Formula M), the surface shape of the replica aspherical surface must satisfy the following (Formula 1) in combination with (Formula E).

以上、(式1)の意味するところは、吸湿により光学素子面の形状に変化があっても光学性能上問題のない面形状、屈折率を規定するものである。   As described above, the expression (Expression 1) defines a surface shape and a refractive index that do not cause a problem in optical performance even if the shape of the optical element surface changes due to moisture absorption.

表1に実施例1の光学系における各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。   Table 1 shows the optical arrangement and shape of each lens in the optical system of Example 1 and the characteristics of the glass material used.

尚、以下に示す各表において、第1面とはレンズ入射面、第2面とはレンズ射出面のことである。   In each table shown below, the first surface is the lens entrance surface, and the second surface is the lens exit surface.

図5に実施例1の光学系での被走査面上の各像高での像面湾曲、図6に実施例1の光学系での各像高でのfθ特性を示す。また、図7に実施例1の光学系での被走査面上の像高160mm,100mm,0mmでのスポット形状(ピーク光量に対して、5%,10%,13.5%,36.8%,50%の等高線)を示す。また、図8に像面位置をデフォーカスさせたときの主走査方向および副走査方向のスポット径を示す。   FIG. 5 shows the field curvature at each image height on the surface to be scanned in the optical system of Example 1, and FIG. 6 shows the fθ characteristics at each image height in the optical system of Example 1. FIG. 7 shows spot shapes at an image height of 160 mm, 100 mm, and 0 mm on the surface to be scanned in the optical system of Example 1 (5%, 10%, 13.5%, 36.8%, and 50% with respect to the peak light amount). Contour lines). FIG. 8 shows spot diameters in the main scanning direction and the sub-scanning direction when the image plane position is defocused.

本実施例におけるレプリカ非球面レンズの面形状は以下の形状表現式により表されている。   The surface shape of the replica aspheric lens in the present embodiment is expressed by the following shape expression.

各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、半径方向の座標をhとしたときに、光軸を通る平面で切断したときの形状が、   When the intersection of each lens surface and the optical axis is the origin, the optical axis direction is x-axis, and the radial coordinate is h, the shape when cut along the plane passing through the optical axis is

(但し、Rは曲率半径、k、B4、B6、8、B10は非球面係数)
また、アナモフィックレンズの面形状は以下の表現式により表されている。
(Where R is the radius of curvature, and k, B 4 , B 6, B 8 and B 10 are aspheric coefficients)
The surface shape of the anamorphic lens is expressed by the following expression.

各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をy軸、副走査断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、   The intersection of each lens surface and the optical axis is the origin, the optical axis direction is the x axis, the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning section is the y axis, and the axis orthogonal to the optical axis in the sub scanning section is the z axis The bus direction corresponding to the main scanning direction is

(但し、Rは曲率半径、k、E4、E6、E8、E10は非球面係数)
副走査方向(光軸を含み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, E 4 , E 6 , E 8 , and E 10 are aspheric coefficients)
The sub-scanning direction (the direction including the optical axis and orthogonal to the main scanning direction) and the sub-line direction are

ここで
r’=r0(1+F22+F44+F66+F88
(但し、r0は光軸上の子線曲率半径、F2、F4、F6、F8は係数)
尚、光軸外の子線曲率半径r’は各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義されている。表2に本実施例における走査光学装置の諸数値を示す。尚、以下の表中において、「E−x」は「10−x」を示している。
here
r ′ = r 0 (1 + F 2 Y 2 + F 4 Y 4 + F 6 Y 6 + F 8 Y 8 )
(Where r 0 is the radius of curvature of the sub-wire on the optical axis, and F 2 , F 4 , F 6 and F 8 are coefficients)
Incidentally, the radius of curvature r ′ outside the optical axis is defined in a plane perpendicular to the main scanning plane, including the normal of the bus at each position. Table 2 shows various numerical values of the scanning optical device according to this embodiment. In the table below, “E−x” indicates “10 −x ”.

図9にレプリカレンズの各レンズ座標での厚みを示す。   FIG. 9 shows the thickness of the replica lens at each lens coordinate.

本実施例におけるレプリカレンズの厚みT(h)は以下の数式で定義されている。但し、tはレンズの光軸における厚み(T(0))、G4、G6、G8、G10は非球面係数であり、以下のように表わすことができる。 The thickness T (h) of the replica lens in this embodiment is defined by the following mathematical formula. Where t is the thickness (T (0)) of the optical axis of the lens, and G 4 , G 6 , G 8 , and G 10 are aspheric coefficients, and can be expressed as follows.

図9より明らかなように、軸上から軸外にかけてレプリカレンズの厚みが一様に増加している。このレプリカレンズに吸湿が起きた場合、レプリカ部の厚みの0.5%程度が厚み方向に膨張すると考えられる。図10に吸湿により形状が変化したときの主走査方向のピント変化を示す。   As is apparent from FIG. 9, the thickness of the replica lens increases uniformly from the on-axis to the off-axis. When moisture absorption occurs in this replica lens, it is considered that about 0.5% of the thickness of the replica portion expands in the thickness direction. FIG. 10 shows a focus change in the main scanning direction when the shape changes due to moisture absorption.

図10より吸湿によって主走査方向のピントが最軸外で最大0.13mm変化している。図8より主走査方向の最小スポット径w0は約44μmであり、スポット径が最小スポットの1.2倍、つまり53μmを許容するような像面深度Wは±2.34mmである。吸湿によるピント変動量は像面深度の1/10以下に抑えられているため光学性能への影響は少ないと考えられる。 As shown in FIG. 10, the focus in the main scanning direction changes by 0.13 mm at the maximum off-axis due to moisture absorption. From FIG. 8, the minimum spot diameter w 0 in the main scanning direction is about 44 μm, and the image plane depth W that allows the spot diameter to be 1.2 times the minimum spot, that is, 53 μm, is ± 2.34 mm. Since the amount of focus fluctuation due to moisture absorption is suppressed to 1/10 or less of the image plane depth, it is considered that the influence on the optical performance is small.

レプリカレンズのサグ量F(h)、また吸湿後のレプリカレンズのサグ量F’(h)は(式2)と表2および表3から、以下のように表すことができる。   The sag amount F (h) of the replica lens and the sag amount F ′ (h) of the replica lens after moisture absorption can be expressed as follows from (Equation 2) and Tables 2 and 3.

走査有効領域±160mmにおいて、レプリカレンズの有効域は±32.7mmである。上記の2式を用いて(式1)の左辺の計算を行った結果を図11に示す。   In the effective scanning area of ± 160 mm, the effective area of the replica lens is ± 32.7 mm. FIG. 11 shows the result of calculating the left side of (Expression 1) using the above two expressions.

ここで、レプリカレンズを通過する光線の幅D=7.636mm、レプリカレンズの材料の屈折率N=1.512935、光線の波長λ=0.67×10-3mmである。 Here, the width D of the light beam passing through the replica lens is D = 7.636 mm, the refractive index N of the material of the replica lens is 1.512935, and the wavelength of the light beam is λ = 0.67 × 10 −3 mm.

図11より明らかなようにレプリカレンズの有効域における計算結果はすべて0.14以下であり、(式1)を満たしていることがわかる。   As is clear from FIG. 11, all the calculation results in the effective range of the replica lens are 0.14 or less, and it is understood that (Equation 1) is satisfied.

尚、本実施例においてレプリカレンズは回転対称な形状であったが、シリンドリカル形状やアナモフィック形状でも同様の効果が得られる。また、本実施例では結像光学系がオーバーフィルド光学系であったが、アンダーフィルド光学系でも同様の効果が得られる。   In this embodiment, the replica lens has a rotationally symmetric shape, but the same effect can be obtained with a cylindrical shape or an anamorphic shape. In this embodiment, the imaging optical system is an overfilled optical system. However, the same effect can be obtained by using an underfilled optical system.

また、本実施例では副走査断面内において斜入射光学系であったが、主走査断面内において斜入射光学系でも同様の効果が得られる。   In this embodiment, the oblique incidence optical system is used in the sub-scan section, but the same effect can be obtained by using the oblique incidence optical system in the main scan section.

また、本実施例では結像光学系を2枚の結像レンズより構成したが、これに限らず、例えば1枚もしくは3枚以上の結像レンズで構成しても良い。   In this embodiment, the imaging optical system is configured by two imaging lenses. However, the present invention is not limited to this. For example, the imaging optical system may be configured by one imaging lens or three or more imaging lenses.

このように本実施例では、上述した如く条件式(1)を満足するように各要素を設定することにより、環境安定性が良く、常に良好なる画像を得ることができる。
[画像形成装置]
図12は、本発明の画像形成装置の実施例を示す要部断面図である。図において、符号104は画像形成装置を示す。この画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117からコードデータDcが入力する。このコードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ111によって、画像データ(ドットデータ)Diに変換される。この画像データDiは、実施例1に示した構成を有する光走査ユニット(走査光学装置)100に入力される。そして、この光走査ユニット100からは、画像データDiに応じて変調された光ビーム103が出射され、この光ビーム103によって感光ドラム101の感光面が主走査方向に走査される。
As described above, in this embodiment, by setting each element so as to satisfy the conditional expression (1) as described above, it is possible to obtain an image with good environmental stability and always good.
[Image forming apparatus]
FIG. 12 is a cross-sectional view of an essential part showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 104 denotes an image forming apparatus. Code data Dc is input to the image forming apparatus 104 from an external device 117 such as a personal computer. The code data Dc is converted into image data (dot data) Di by a printer controller 111 in the apparatus. This image data Di is input to an optical scanning unit (scanning optical device) 100 having the configuration shown in the first embodiment. The light scanning unit 100 emits a light beam 103 modulated according to the image data Di, and the light beam 103 scans the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 in the main scanning direction.

静電潜像担持体(感光体)たる感光ドラム101は、モータ115によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム101の感光面が光ビーム103に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ102によって帯電された感光ドラム101の表面に、光走査ユニット100によって走査される光ビーム103が照射されるようになっている。   A photosensitive drum 101 serving as an electrostatic latent image carrier (photosensitive member) is rotated clockwise by a motor 115. With this rotation, the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 moves with respect to the light beam 103 in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. Above the photosensitive drum 101, a charging roller 102 for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 101 is provided so as to contact the surface. The surface of the photosensitive drum 101 charged by the charging roller 102 is irradiated with a light beam 103 scanned by the optical scanning unit 100.

先に説明したように、光ビーム103は、画像データDiに基づいて変調されており、この光ビーム103を照射することによって感光ドラム101の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム103の照射位置よりもさらに感光ドラム101の回転方向の下流側で感光ドラム101に当接するように配設された現像器107によってトナー像として現像される。   As described above, the light beam 103 is modulated based on the image data Di, and by irradiating the light beam 103, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 101. This electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing device 107 disposed so as to contact the photosensitive drum 101 further downstream in the rotation direction of the photosensitive drum 101 than the irradiation position of the light beam 103.

現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対向するように配設された転写器の一要素を構成する転写ローラ108によって被転写材たる用紙112上に転写される。用紙112は感光ドラム101の前方(図12において右側)の用紙カセット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット109端部には、給紙ローラ110が配設されており、用紙カセット109内の用紙112を搬送路へ送り込む。   The toner image developed by the developing unit 107 is transferred onto a sheet 112 as a transfer material by a transfer roller 108 that constitutes one element of the transfer unit disposed below the photosensitive drum 101 so as to face the photosensitive drum 101. Transcribed. The paper 112 is stored in a paper cassette 109 in front of the photosensitive drum 101 (on the right side in FIG. 12), but can be fed manually. A paper feed roller 110 is disposed at the end of the paper cassette 109, and feeds the paper 112 in the paper cassette 109 into the transport path.

以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙112はさらに感光ドラム101後方(図12において左側)の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ(図示せず)を有する定着ローラ113とこの定着ローラ113に圧接するように配設された加圧ローラ114とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙112上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ113の後方には排紙ローラ116が配設されており、定着された用紙112を画像形成装置の外に排出せしめる。   As described above, the sheet 112 on which the unfixed toner image has been transferred is further conveyed to a fixing device behind the photosensitive drum 101 (left side in FIG. 12). The fixing device includes a fixing roller 113 having a fixing heater (not shown) therein and a pressure roller 114 disposed so as to be in pressure contact with the fixing roller 113. Then, the sheet 112 conveyed from the transfer unit is heated while being pressed by the pressure contact portion between the fixing roller 113 and the pressure roller 114, thereby fixing the unfixed toner image on the sheet 112. Further, a paper discharge roller 116 is disposed behind the fixing roller 113, and the fixed paper 112 is discharged out of the image forming apparatus.

図12においては図示していないが、プリントコントローラ111は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ115を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。   Although not shown in FIG. 12, the print controller 111 controls not only the data conversion described above but also each part in the image forming apparatus including the motor 115 and a polygon motor in the optical scanning unit. .

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、1200dpi以上の画像形成装置において本発明の実施例1の構成はより効果を発揮する。
[カラー画像形成装置]
図13は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、走査光学装置を4個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図13において、60はカラー画像形成装置、11、12、13、14は各々実施例1に示した構成を有する走査光学装置、21、22、23、24は各々像担持体としての感光ドラム、31、32、33、34は各々現像器、51は搬送ベルトである。
The recording density of the image forming apparatus used in the present invention is not particularly limited. However, considering that the higher the recording density is, the higher the image quality is required, the configuration of the first embodiment of the present invention is more effective in an image forming apparatus of 1200 dpi or more.
[Color image forming apparatus]
FIG. 13 is a schematic view of a main part of a color image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. This embodiment is a tandem type color image forming apparatus in which four scanning optical devices are arranged in parallel and image information is recorded on a photosensitive drum surface as an image carrier. In FIG. 13, reference numeral 60 denotes a color image forming apparatus, 11, 12, 13, and 14 scanning optical devices each having the structure shown in the first embodiment, 21, 22, 23, and 24, photosensitive drums as image carriers, Reference numerals 31, 32, 33 and 34 denote developing devices, and 51 denotes a conveyor belt.

図13において、カラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器52からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査光学装置11、12、13、14に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム41、42、43、44が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム21、22、23、24の感光面が主走査方向に走査される。   In FIG. 13, the color image forming apparatus 60 receives R (red), G (green), and B (blue) color signals from an external device 52 such as a personal computer. These color signals are converted into C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and K (black) image data (dot data) by a printer controller 53 in the apparatus. These image data are input to the scanning optical devices 11, 12, 13, and 14, respectively. From these scanning optical devices, light beams 41, 42, 43, 44 modulated according to each image data are emitted, and the photosensitive surfaces of the photosensitive drums 21, 22, 23, 24 are caused by these light beams. Scanned in the main scanning direction.

本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学装置(11、12、13、14)を4個並べ、各々がC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の互いに異なった各色に対応している。そして、各々平行して複数の感光ドラム21、22、23、24面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。   The color image forming apparatus in this embodiment has four scanning optical devices (11, 12, 13, and 14), each of which is different from C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and K (black). It corresponds to each color. Then, image signals (image information) are recorded on a plurality of photosensitive drums 21, 22, 23, and 24 in parallel, and color images are printed at high speed.

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く4つの走査光学装置11、12、13、14により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム21、22、23、24面上に形成している。その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。   As described above, the color image forming apparatus in this embodiment uses the four scanning optical devices 11, 12, 13, and 14 and the corresponding photosensitive drums 21 and 22 respectively corresponding to the latent images of the respective colors by using the light beams based on the respective image data. , 23, 24 on the surface. Thereafter, a single full color image is formed by multiple transfer onto the recording material.

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

本発明の実施例1における主走査断面図Main scanning sectional view in Embodiment 1 of the present invention レプリカレンズの吸湿実験前後での表面形状を示す図Diagram showing surface shape of replica lens before and after moisture absorption experiment 吸湿実験に用いたレプリカレンズの厚みを示す図Diagram showing thickness of replica lens used in moisture absorption experiment レプリカレンズの厚みに対して、吸湿実験によって形状変化した比率を示す図The figure which shows the ratio which the shape changed by the moisture absorption experiment to the thickness of the replica lens 本発明の実施例1における像面湾曲を示す図The figure which shows the curvature of field in Example 1 of this invention 本発明の実施例1における歪曲収差を示す図The figure which shows the distortion aberration in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における被走査面上のスポット形状Spot shape on scanned surface in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施例1におけるスポット径のデフォーカス特性Defocus characteristic of spot diameter in Example 1 of the present invention 本発明の実施例1におけるレプリカレンズの厚みThe thickness of the replica lens in Example 1 of the present invention 本発明の実施例1における吸湿による主走査方向のピント移動量を示す図The figure which shows the amount of focus movement of the main scanning direction by the moisture absorption in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における(式1)左辺の計算結果Calculation result of left side of (Formula 1) in Example 1 of the present invention 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図FIG. 3 is a sub-scan sectional view showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. 本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図1 is a schematic view of a main part of a color image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 従来の走査光学装置の要部概略図Schematic diagram of main parts of a conventional scanning optical device

符号の説明Explanation of symbols

1 光源手段
2 開口絞り
3 コリメータレンズ
4 シリンドリカルレンズ
5 偏向手段(回転多面鏡)
6 結像光学系
61 第1の結像レンズ
62 第1の結像レンズ
6a 球面レンズ
6b レプリカレンズ
7 球面レンズ
8 被走査面
9 防塵ガラス
10 反射ミラー
11、12、13、14 走査光学装置
21、22、23、24 像担持体(感光ドラム)
31、32、33、34 現像器
41、42、43、44 光ビーム
51 搬送ベルト
52 外部機器
53 プリンタコントローラ
60 カラー画像形成装置
100 走査光学装置
101 感光ドラム
102 帯電ローラ
103 光ビーム
104 画像形成装置
107 現像装置
108 転写ローラ
109 用紙カセット
110 給紙ローラ
111 プリンタコントローラ
112 転写材(用紙)
113 定着ローラ
114 加圧ローラ
115 モータ
116 排紙ローラ
117 外部機器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source means 2 Aperture stop 3 Collimator lens 4 Cylindrical lens 5 Deflection means (rotating polygon mirror)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 Imaging optical system 61 1st imaging lens 62 1st imaging lens 6a Spherical lens 6b Replica lens 7 Spherical lens 8 Surface to be scanned 9 Dust-proof glass 10 Reflection mirror 11, 12, 13, 14 Scanning optical device 21, 22, 23, 24 Image carrier (photosensitive drum)
31, 32, 33, 34 Developer 41, 42, 43, 44 Light beam 51 Conveying belt 52 External device 53 Printer controller 60 Color image forming device 100 Scanning optical device 101 Photosensitive drum 102 Charging roller 103 Light beam 104 Image forming device 107 Developing device 108 Transfer roller 109 Paper cassette 110 Paper feed roller 111 Printer controller 112 Transfer material (paper)
113 Fixing Roller 114 Pressure Roller 115 Motor 116 Paper Discharge Roller 117 External Equipment

Claims (5)

光源手段と、前記光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有する走査光学装置において、
前記結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、前記樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成り、
前記結像光学素子の光軸からの距離hに対して前記非球面形状のサグ量をF(h)、前記樹脂材料より成る光学素子の厚みをT(h)とするとき、
前記非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)=F(h)+0.005×{T(h)−T(0)}
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、前記樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の(式1)を満たすことを特徴とする走査光学装置。
(ただし、Nは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける1階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける2階微分を示す。)
A light source unit, a deflection unit that deflects and scans a light beam having a wavelength λ (mm) emitted from the light source unit, and an imaging optical system that forms an image on the scanning surface by the light beam deflected and scanned by the deflection unit. In a scanning optical device,
At least one imaging optical element of the imaging optical system is formed by bonding an optical element made of a glass material and an optical element made of a resin material, and the surface of the optical element made of the resin material that comes into contact with air is It consists of an aspheric shape,
When the aspherical sag amount with respect to the distance h from the optical axis of the imaging optical element is F (h), and the thickness of the optical element made of the resin material is T (h),
The sag amount F (h) of the aspheric shape is
F ′ (h) = F (h) + 0.005 × {T (h) −T (0)}
When the shape changes to the sag amount F ′ (h) expressed by the equation, the change amount of the Newton number in the light beam width D (mm) incident on the optical element made of the resin material satisfies the following (Equation 1) A scanning optical device.
(Where N is the refractive index at the wavelength λ of the material of the optical element made of a resin material,
dF (h) / dh is the first derivative of F (h) at h,
d 2 F (h) / dh 2 represents the second order derivative of F (h) at h. )
請求項1に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。   The scanning optical device according to claim 1, a photoconductor disposed on the surface to be scanned, and an electrostatic latent image formed on the photoconductor by a light beam scanned by the scanning optical device is used as a toner image. An image forming apparatus comprising: a developing device that develops; a transfer device that transfers a developed toner image onto a transfer material; and a fixing device that fixes the transferred toner image onto the transfer material. 請求項1に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising: the scanning optical apparatus according to claim 1; and a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the scanning optical apparatus. 各々が請求項1に記載の走査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。   A color image forming apparatus comprising: a plurality of image carriers, each of which is disposed on a surface to be scanned of the scanning optical apparatus according to claim 1 and forms images of different colors. 外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴とする請求項4に記載のカラー画像形成装置。   5. The color image forming apparatus according to claim 4, further comprising a printer controller that converts color signals input from an external device into image data of different colors and inputs the data to each scanning optical device.
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EP4057024A1 (en) * 2021-03-12 2022-09-14 Leuze electronic GmbH + Co. KG Biaxial optical sensor

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