JP2757308B2 - Light beam scanning optical device - Google Patents
Light beam scanning optical deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えばレーザビームプリンタやディジタル
複写機等に使用される光束ないしレーザ走査光学装置に
関し、特に高解像のレーザ走査光学装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light beam or a laser scanning optical device used for, for example, a laser beam printer or a digital copying machine, and more particularly to a high-resolution laser scanning optical device.
[従来の技術] 第2図はレーザ走査光学装置の典型例の構成を示す。
同図において、光源部である半導体レーザ1より出た発
散光束はカップリングレンズであるコリメータレンズ2
により略平行光に変換され、更にシリンドリカルレンズ
3により副走査方向(偏向走査ビームの形成する主走査
面に対して垂直な方向)に関してのみ集束され、このシ
リンドリカルレンズ3の副走査方向焦点位置付近に配置
された偏向手段であるポリゴン4の偏向反射面4′に向
けられる。FIG. 2 shows a configuration of a typical example of a laser scanning optical device.
In FIG. 1, a divergent light beam emitted from a semiconductor laser 1 as a light source unit is collimated by a collimator lens 2 as a coupling lens.
Is converted into substantially parallel light by the laser beam, and is focused by the cylindrical lens 3 only in the sub-scanning direction (the direction perpendicular to the main scanning plane formed by the deflected scanning beam), and is located near the focal position of the cylindrical lens 3 in the sub-scanning direction. It is directed to the deflecting / reflecting surface 4 'of the polygon 4 which is the deflecting means arranged.
シリンドリカルレンズ3はポリゴン4の倒れ補正(ポ
リゴン4の偏向反射面4′が副走査方向に倒れても光束
が被走査媒体上に実質的に変化なく結像されること)の
為に用いられており、シリンドリカルレンズ3によって
形成される主走査面内で延びる線像は略ポリゴン反射面
4′に一致して結像される。The cylindrical lens 3 is used for correcting the inclination of the polygon 4 (that is, the light beam is formed substantially unchanged on the medium to be scanned even if the deflecting / reflecting surface 4 'of the polygon 4 is inclined in the sub-scanning direction). Thus, a line image formed by the cylindrical lens 3 and extending in the main scanning plane is formed substantially coincident with the polygon reflection surface 4 '.
ポリゴン4はモータ5により矢印6の方向に主走査面
に垂直な軸0の回りで回転させられるので、ポリゴン反
射面4′上に当たった光束はここで反射偏向される。偏
向された光束は、球面レンズ7とアナモフィックレンズ
であるトーリックレンズ8(屈折力が主走査方向と副走
査方向とで異なる)とによって構成されるf・θ特性
(光学系の理想像高が焦点距離fと光束入射角度θの積
となる特性)を持つアナモフィック結像光学系9によ
り、感光媒体である感光体10上にスポツトとして結像さ
れ、偏向走査によって主走査方向に延びるライン像11を
形成する。Since the polygon 4 is rotated by the motor 5 about the axis 0 perpendicular to the main scanning plane in the direction of the arrow 6, the light beam hitting on the polygon reflecting surface 4 'is reflected and deflected there. The deflected light beam has an f · θ characteristic (the ideal image height of the optical system is a focal point) formed by the spherical lens 7 and the toric lens 8 which is an anamorphic lens (the refractive power is different between the main scanning direction and the sub-scanning direction). The anamorphic imaging optical system 9 having the characteristic of the product of the distance f and the light beam incident angle θ) forms a spot image 11 on the photosensitive member 10 as a photosensitive medium and extends in the main scanning direction by deflection scanning. Form.
感光体10は矢印12の方向に回転しているので、順次副
走査方向にライン像11が形成され、それによって画像が
作成される。Since the photoconductor 10 is rotating in the direction of the arrow 12, the line images 11 are sequentially formed in the sub-scanning direction, and an image is thereby created.
この様なレーザ走査光学装置においては、結像光学系
9によって結像スポットが感光体10の表面13に形成され
ることにより良好な画像が得られることになる。従っ
て、結像スポットは常に所定の位置に止まって形成され
ることが必要である。In such a laser scanning optical device, a good image can be obtained by forming an imaging spot on the surface 13 of the photoconductor 10 by the imaging optical system 9. Therefore, it is necessary that the imaging spot is always stopped at a predetermined position and formed.
[発明が解決しようとする課題] しかし乍ら、上記従来例では、環境、特に温度変化に
よって半導体レーザ1とコリメータレンズ2との距離が
変動し、その結果、結像光学系9による光束の像面が移
動してスポットが感光体表面13上でボケてしまうという
欠点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional example, the distance between the semiconductor laser 1 and the collimator lens 2 fluctuates due to an environment, particularly a temperature change. There is a disadvantage that the surface moves and the spot is blurred on the photoconductor surface 13.
これについて、第2図の主走査断面のみを示す第3図
で説明する。ポリゴン反射面4′はPで示してあり、第
2図と同じものは同符号で示す。また、初期の設定(ス
ポットが感光体表面13上に結像している)の光路は実線
で示し、温度変化時の光路は破線で示してある。即ち、
初期設定時において半導体レーザ1とコリメータレンズ
2との間隔がlであったものが、温度の変化による熱膨
張のためこの間隔が△lだけ変化し、l′の位置である
破線で示す2′にコリメータレンズが来たときは、光束
は破線で示す様になり像面が13より13′へ△SKだけ変化
することになる。This will be described with reference to FIG. 3 which shows only the main scanning section in FIG. The polygon reflecting surface 4 'is denoted by P, and the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The optical path of the initial setting (the spot is formed on the photosensitive member surface 13) is shown by a solid line, and the optical path at the time of temperature change is shown by a broken line. That is,
In the initial setting, the distance between the semiconductor laser 1 and the collimator lens 2 was l, but this distance changed by Δl due to thermal expansion due to a change in temperature, and 2 ′ indicated by a broken line at the position l ′. when the collimator lens came, the light beam will be image surface becomes as indicated by a broken line is changed by △ S K to from 13 '13.
この量を数値で示すと次の様になる。通常、コリメー
タレンズ2は半導体レーザ1からの発散光束の光量を有
効に利用するためにFナンバーFNO1=2程度のものが用
いられる。また、結像光学系9は、感光体10上で必要と
されるスポット径が80μ程度であるため、FナンバーF
NO2=60程度のものが用いられる。従って、平行光の光
束径をDとすると、全光学系2、9の を考慮して、△SKと△lの関係は これに上記数値を代入すると、△SK=900×△lとな
り、△lが例えば5μとすると(この程度の変化は避け
られない)△SKは4.5mmにもなってしまう。ただし、こ
の場合、必要とされるスポット径が80μ程度であるので
焦点深度は約5mmあり、△SKは一応許容範囲内にある。This amount is expressed as follows. Usually, a collimator lens 2 having an F number of about F NO1 = 2 is used in order to effectively use the amount of divergent light beam from the semiconductor laser 1. Also, since the spot diameter required on the photoconductor 10 is about 80 μm, the F-number F
NO2 = about 60 is used. Therefore, assuming that the beam diameter of the parallel light is D, all the optical systems 2 and 9 Considering, the relationship between △ S K and △ l is When the above numerical values are substituted into this, △ S K = 900 × △ l, and if △ l is, for example, 5μ (a change of this degree is unavoidable), △ S K becomes as large as 4.5 mm. However, in this case, since the spot diameter required is about 80μ depth of focus is about 5 mm, △ S K is once within an acceptable range.
しかし、近年要望される高精細画像のためのスポット
径は、30μ程度が必要とされだしている。この様なとき
は、結像光学系9のFナンバーFNO2が22程度になり、 mmとなるがこれはFNO2の2乗に比例する焦点深度とほぼ
等しくなってしまう。つまり、FNO2が小さくなることに
より△SKも小さくなるが焦点深度もそれに劣らず小さく
なってしまう。よって、温度変化が起こった場合、感光
体表面上で所定のスポット径が維持できなくなるという
欠点があった。However, a spot diameter for a high definition image demanded in recent years is required to be about 30 μm. In such a case, the F-number F NO2 of the imaging optical system 9 becomes about 22, mm, which is almost equal to the depth of focus proportional to the square of FNO2 . That is, by F NO2 decreases △ S K even smaller is reduced no less depth of focus. Therefore, when the temperature changes, a predetermined spot diameter on the surface of the photoconductor cannot be maintained.
従って、従来の高精細のスポット径を得る走査光学装
置では、こうした問題を解決するためにコリメータレン
ズから出る光束を探知してAF(自動合焦)操作を行なう
ことなどが提案されているが、これでは装置が複雑にな
り且つ大きくなったり、更にはコストが高くなるという
欠点があった。Therefore, in a conventional scanning optical device for obtaining a high-definition spot diameter, in order to solve such a problem, it has been proposed to detect a light beam emitted from a collimator lens and perform an AF (automatic focusing) operation. This has the drawback that the apparatus becomes complicated and bulky, and the cost increases.
従って、本発明の目的は、前記問題点を解決するため
に、カップリングレンズのFナンバーFNO1に適当な条件
を課すことによって環境が変動しても高精細なスポット
径が被走査面で安定して得られるようにした光束走査光
学装置を得ることにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above problem by imposing an appropriate condition on the F-number FNO1 of the coupling lens so that a high-definition spot diameter is stable on the surface to be scanned even if the environment fluctuates. It is another object of the present invention to obtain a light beam scanning optical device obtained by the above method.
[発明の概要] 通常、被走査面上で所望のスポット径が保証される焦
点深度Zに関して、次の関係がある。[Summary of the Invention] Generally, the following relationship is established with respect to the depth of focus Z at which a desired spot diameter is guaranteed on the surface to be scanned.
Z=κFNO2 2・λ ここにおいてκはトランケーションファクタであり、
λは使用波長である。Z = κF NO2 2 · λ where κ is a truncation factor,
λ is the working wavelength.
この深度は理想的なものであり、これから、光学部品
や機械部品の誤差でとられる分を除いたものが環境変動
に与えてもよい深度となる。これには、高精細光束走査
光学装置の場合は、上式Zの1/3程度を割りふることが
できる。This depth is ideal, and the depth excluding the amount taken by the error of the optical component and the mechanical component is the depth that can be given to the environmental fluctuation. In the case of a high-definition light beam scanning optical device, about 1 / of the above equation Z can be used for this.
上記関係式を用いると、 が環境変化による像面の変動分△SKより大きければ所望
のスポット径が得られることになる。Using the above relational expression, There will be a desired spot size is obtained larger than the variation △ S K of the image plane due to an environmental change.
従って、 という関係が得られる。即ち、本発明による光束走査光
学装置においては、カップリングレンズのFナンバーF
NO1が上記の条件式を満たすことにより、常に、高精細
なスポットが被走査面で得られるようにしている。Therefore, Is obtained. That is, in the light beam scanning optical device according to the present invention, the F number F of the coupling lens is used.
When NO1 satisfies the above conditional expression, a high-definition spot is always obtained on the surface to be scanned.
△lとしては、コリメータレンズの鏡筒の熱膨張の差
を利用して△lを小さく抑える提案が既にあるが、これ
を利用しても5μ程度の変動は避けられないことを考慮
すると、上記の条件式に△l=5μ、κ=1.8、λ=780
nmを入れて、 FNO1≧3.3となる。As for Δl, a proposal has already been made to reduce Δl by utilizing the difference in the thermal expansion of the lens barrel of the collimator lens. However, taking into account that even if this is used, a fluctuation of about 5μ cannot be avoided, △ l = 5μ, κ = 1.8, λ = 780
By adding nm, F NO1 ≧ 3.3.
即ち、本発明のより具体的な形態では、コリメータレ
ンズ2のFナンバーFNO1を3.3以上にすることにより、
高精細なスポット径を安定して得ることを可能にしてい
る。That is, in a more specific embodiment of the present invention, by setting the F-number F NO1 of the collimator lens 2 to 3.3 or more,
It is possible to stably obtain a high-definition spot diameter.
[実施例] 第1図は本発明の実施例を示す。第1図において、第
2図及び第3図中の符号と同じものは同一部品を示す。Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same parts.
第1図の実施例において、コリメータレンズ22のFナ
ンバーFNO1は4である。この様な大きさのFナンバーで
あるため、半導体レーザ21のカップリング効率が悪くな
り、半導体レーザ21としては、従来の5mWのものではな
く、これの約4倍高出力のものを使用している。In the embodiment shown in FIG. 1, the F-number F NO1 of the collimator lens 22 is four. Because of the F-number of such a size, the coupling efficiency of the semiconductor laser 21 is degraded. As the semiconductor laser 21, instead of the conventional 5 mW, use a semiconductor laser having an output about four times higher than this. I have.
結像光学系9のFナンバーFNO2は約22で、従って被走
査面10上で約30μのスポット径が得られる構成になって
いる。この様な構成において、深度は約0.67mmである。
また、温度変化による△lが5μのときの像面(第1図
破線で示す)の変化量△SKは であり、深度の値に比べて充分小さい。従って、FNO1が
4のコリメータレンズ22を用いることにより、環境が変
化しても常に安定した高精細なスポット径が維持される
ことになる。The F-number F NO2 of the imaging optical system 9 is about 22, so that a spot diameter of about 30 μ is obtained on the surface 10 to be scanned. In such a configuration, the depth is about 0.67 mm.
Further, the image plane when due to a temperature change △ l is 5 [mu] (FIG. 1 indicated by a broken line) of the variation △ S K is Which is sufficiently smaller than the depth value. Therefore, by using the collimator lens 22 with FNO1 of 4, a stable and high-definition spot diameter is always maintained even if the environment changes.
この実施例では、半導体レーザの出力を高出力にして
カップリング効率の悪化を補償したが、被走査媒体の感
度を上げることによっても同目的が達成できる。In this embodiment, the output of the semiconductor laser is increased to compensate for the deterioration of the coupling efficiency. However, the same object can be achieved by increasing the sensitivity of the medium to be scanned.
[効果] 以上説明した如く、カップリングレンズのFナンバー
に適当な条件を課すことにより、より具体的にはこのF
ナンバーを3.3以上にすることにより、装置を複雑にす
ることなく、結像光学系の像面の安定がはかられ、安定
した高精細なスポット径が被走査媒体上で維持される。[Effect] As described above, by imposing an appropriate condition on the F-number of the coupling lens, more specifically, this F-number can be obtained.
By setting the number to 3.3 or more, the image plane of the imaging optical system can be stabilized without complicating the apparatus, and a stable and high-definition spot diameter can be maintained on the medium to be scanned.
第1図は本発明の一実施例の主走査面における断面図、
第2図は従来の光束走査光学装置の斜視図、第3図は従
来例について説明する主走査断面図である。 3……シリンドリカルレンズ、9……結像光学系、20…
…被走査面、21……半導体レーザ、22……コリメータレ
ンズFIG. 1 is a sectional view of a main scanning plane according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of a conventional light beam scanning optical device, and FIG. 3 is a main scanning sectional view for explaining a conventional example. 3 ... cylindrical lens, 9 ... imaging optical system, 20 ...
... scanned surface, 21 ... semiconductor laser, 22 ... collimator lens
Claims (3)
リングレンズより出た光束を偏向する偏向手段、該偏向
手段で偏向された光束を被走査媒体上に結像する結像光
学系を有する光束走査光学装置において、該カップリン
グレンズのFナンバーをFNO1とし、λを使用波長とし、
△lを光源部とカップリングレンズとの間隔の環境変化
による変化とし、κをトランケーションファクターとし
て、FNO1が の関係を満足することを特徴とする光束走査光学装置。1. A deflecting means for deflecting a light beam emitted from a coupling lens that converts a light beam from a light source unit into substantially parallel light, and an imaging optical system for forming an image of the light beam deflected by the deflecting means on a medium to be scanned. In the light beam scanning optical device having, the F number of the coupling lens is F NO1, and λ is the working wavelength,
Let Δl be the change due to environmental changes in the distance between the light source and the coupling lens, and κ be the truncation factor and F NO1 A light beam scanning optical device characterized by satisfying the following relationship:
記載の光束走査光学装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said light source is a semiconductor laser.
A light beam scanning optical device according to claim 1.
がFNO1≧3.3である請求項1又は2記載の光束走査光学
装置。3. The F number F NO1 of the coupling lens.
3. The light beam scanning optical device according to claim 1, wherein F NO1 ≧ 3.3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63317643A JP2757308B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Light beam scanning optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63317643A JP2757308B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Light beam scanning optical device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02162312A JPH02162312A (en) | 1990-06-21 |
JP2757308B2 true JP2757308B2 (en) | 1998-05-25 |
Family
ID=18090435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63317643A Expired - Lifetime JP2757308B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Light beam scanning optical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2757308B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6233081B1 (en) | 1998-12-24 | 2001-05-15 | Ricoh Company Ltd. | Optical scanning device, image forming apparatus and optical scanning method |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4538895A (en) * | 1983-03-07 | 1985-09-03 | International Business Machines Corporation | Scanning optical system for use with a semiconductor laser generator |
-
1988
- 1988-12-16 JP JP63317643A patent/JP2757308B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6233081B1 (en) | 1998-12-24 | 2001-05-15 | Ricoh Company Ltd. | Optical scanning device, image forming apparatus and optical scanning method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH02162312A (en) | 1990-06-21 |
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