JP3003065B2 - Optical scanning device - Google Patents
Optical scanning deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザビームプリンタ等
に用いられる光走査装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device used for a laser beam printer or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、レーザビームプリンタ等に用いら
れる光走査装置は、半導体レーザ等の光源から射出し、
コリメータレンズによって集束されたビームを回転多面
鏡で偏向走査し、ｆθレンズによって被走査面上にビー
ムスポットを形成していた。回転多面鏡の角速度は一定
なので、被走査面上での走査速度を一定にするために、
ｆθレンズに負の歪曲収差特性を与え、等速走査を実現
していた。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device used in a laser beam printer or the like emits light from a light source such as a semiconductor laser,
The beam focused by the collimator lens is deflected and scanned by the rotating polygon mirror, and a beam spot is formed on the surface to be scanned by the fθ lens. Since the angular velocity of the rotating polygon mirror is constant, to keep the scanning speed on the surface to be scanned constant,
A negative distortion characteristic is given to the fθ lens, and constant speed scanning is realized.
【０００３】ところで、光走査装置の光学系に要求され
る収差特性は以下の２点である。一つは、等速走査性を
得るために、特定の負の歪曲収差を持たせることであ
り、もう一つは、ビームスポット径を回折限界に近くす
るために、像面湾曲を小さくして像面の平坦性を得るこ
とである。負の歪曲収差を発生させるためには、幾何光
学的には入射瞳の後方に正のレンズを配置するか、ある
いは入射瞳の前方に負のレンズを配置すればよい。従来
の光走査装置では、正のパワーを有しているｆθレンズ
を入射瞳、すなわち偏向点から後方に配設し、負の歪曲
収差を発生させていた。よりよいレンズ性能を得るに
は、ｆθレンズの枚数は多い方が望ましいが、枚数が増
加すればコストが高くなり、調整が複雑化し、ビームの
強度が低下するといった問題が生じる。Incidentally, the following two points are required for the aberration characteristics of the optical system of the optical scanning device. One is to provide a specific negative distortion in order to obtain constant-speed scanning, and the other is to reduce the field curvature to make the beam spot diameter close to the diffraction limit. The purpose is to obtain the flatness of the image plane. In order to generate negative distortion, a positive lens may be disposed behind the entrance pupil in terms of geometric optics, or a negative lens may be disposed in front of the entrance pupil. In the conventional optical scanning device, an fθ lens having a positive power is disposed behind the entrance pupil, that is, behind the deflection point, to generate negative distortion. To obtain better lens performance, it is desirable to increase the number of fθ lenses. However, if the number of fθ lenses increases, the cost increases, the adjustment becomes complicated, and the beam intensity decreases.
【０００４】しかしながら、そのような従来の光走査装
置では、ｆθレンズに負の歪曲収差を与えるために、ｆ
θレンズは入射瞳、すなわち偏向点から後方に大きく離
して配設される必要があり、ｆθレンズが大口径となり
高価であり、装置の大型化とコスト高の主要因であっ
た。However, in such a conventional optical scanning device, the fθ lens has a negative
The θ lens needs to be disposed far away from the entrance pupil, that is, from the deflection point, and the fθ lens has a large diameter and is expensive, which is a major factor in increasing the size and cost of the apparatus.
【０００５】このため、本発明者らは、特開平６−７５
１６２号において、新規かつ進歩性のある光走査装置を
提案した。この構成によれば、回転多面鏡の代わりに、
ビームの偏向作用とレンズ作用とを合わせ持つ偏向器が
用いられ、偏向器が収差補正の働きをも有し、装置の小
型化に寄与させることができる。[0005] For this reason, the present inventors disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-75.
No. 162 proposed a new and inventive optical scanning device. According to this configuration, instead of the rotating polygon mirror,
A deflector having both a beam deflecting function and a lens function is used, and the deflector also has a function of correcting aberration, which can contribute to downsizing of the apparatus.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平６−
７５１６２号記載の光走査装置では、回転レンズ鏡の主
走査断面の有効部において、主走査方向の局所的な屈折
力は不均一となる。相対的に比較すると、走査中心を走
査するビームが受ける屈折力は大きく、走査端を走査す
るビームが受ける屈折力は小さい。ここで、屈折力と
は、絶対値としての屈折力ではなく、正負を含めた値と
しての屈折力をいう。By the way, Japanese Patent Application Laid-Open No.
In the optical scanning device described in Japanese Patent No. 75162, the local refractive power in the main scanning direction is not uniform in the effective portion of the main scanning section of the rotating lens mirror. When compared relatively, the refractive power received by the beam scanning the scanning center is large, and the refractive power received by the beam scanning the scanning end is small. Here, the refractive power is not a refractive power as an absolute value but a refractive power as a value including positive and negative.
【０００７】この偏向手段で代表されるように、偏向さ
れた光ビームが走査中心を走査するときの角速度に対
し、走査端を走査するときの角速度の方が小さいような
偏向手段では、走査中心を走査するビームが受ける主走
査方向の屈折力は、走査端を走査するビームが受ける主
走査方向の屈折力に対して大きい。As typified by the deflecting means, in the deflecting means in which the angular velocity when scanning the scanning end is smaller than the angular velocity when the deflected light beam scans the scanning center, the scanning center Is greater in the main scanning direction than the beam scanning the scanning end.
【０００８】そこで本発明は、上述したような偏向手段
の屈折力の不均一を補正するべく設定された結像レンズ
を用い、像面湾曲特性が非常に良好で、屈折力の不均一
による焦点位置がずれたり結像特性が悪化したりするこ
とがなく、また、その成型時に内部歪が生じない光走査
装置を提供することを主たる目的とする。Accordingly, the present invention uses an imaging lens set to correct the non-uniformity of the refractive power of the deflecting means as described above, has a very good curvature of field, and focuses on the non-uniform refractive power. It is a main object of the present invention to provide an optical scanning device which does not shift its position or deteriorate its imaging characteristics and does not cause internal distortion during molding.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光ビームを発生する光源と、前記光ビームを偏向し等角
速度で回転する偏向手段と、前記偏向手段により偏向さ
れた光ビームを被走査面上に結像させるための結像レン
ズとを有する光走査装置において、前記結像レンズの主
走査方向における屈折力について、走査中心を走査する
光ビームが通過する光路における屈折力に対し、走査端
を走査する光ビームが通過する光路における屈折力の方
が大きく、前記結像レンズの副走査断面において、光軸
方向の厚さをｔ、副走査方向の高さをｈとすると、 ｈ／ｔ＞２ の関係を満たし、かつ、前記結像レンズの主走査断面の
有効部において、光軸方向の厚さの最大値をｔmax 、最
小値をｔmin とすると、 ｔmax ／ｔmin ＜２ の関係を満たすことを特徴とする。An optical scanning device according to the present invention comprises:
Light having a light source for generating a light beam, deflecting means for deflecting the light beam and rotating at a constant angular velocity, and an imaging lens for forming an image of the light beam deflected by the deflecting means on a surface to be scanned. In the scanning device, the refractive power in the main scanning direction of the imaging lens is the refractive power in the optical path through which the light beam scanning the scanning end passes, compared with the refractive power in the optical path through which the light beam scanning the scanning center passes. When the thickness in the optical axis direction is t and the height in the sub-scanning direction is h in the sub-scanning section of the imaging lens, the relationship h / t> 2 is satisfied, and When the maximum value of the thickness in the optical axis direction is t max and the minimum value is t min in the effective portion of the main scanning section, the relationship of t max / t min <2 is satisfied.
【００１０】また、本発明の光走査装置は、上記構成に
加え、以下のいずれかの構成をとることが望ましい。The optical scanning device of the present invention preferably has any one of the following configurations in addition to the above configuration.
【００１１】１）偏向手段により偏向された光ビームが
走査中心を走査するときの角速度に対し、走査端を走査
するときの角速度の方が小さいこと。 ２）結像レンズは、主走査断面で非球面である面を有す
ること。さらに、非球面の主走査断面の有効部におい
て、光軸からの高さをｙ、高さｙでの曲率をｃ（ｙ）と
すると、1) The angular velocity when scanning the scanning end is smaller than the angular velocity when scanning the scanning center with the light beam deflected by the deflecting means. 2) The imaging lens has a surface that is aspherical in the main scanning section. Further, assuming that the height from the optical axis is y and the curvature at the height y is c (y) in the effective portion of the aspheric main scanning section,
【００１２】[0012]
【数３】 (Equation 3)
【００１３】となることが望ましい。 ３）結像レンズのレンズ面Ｓiにおいて、主走査断面の
有効部で、光軸からの高さをｙ、高さｙでのレンズ面の
光軸方向の座標をｚi（ｙ）とし、偏向手段の偏向点か
らレンズ面Ｓiまでの距離をｂi、偏向点から被走査面ま
での距離をａとすると、It is desirable that In the lens surface S i of 3) an imaging lens, the effective portion of the main scanning cross section, the height from the optical axis y, the optical axis direction of the coordinate of the lens surface at the height y and z i (y), If the distance from the deflection point of the deflection means to the lens surface S i is b i , and the distance from the deflection point to the surface to be scanned is a,
【００１４】[0014]
【数４】 (Equation 4)
【００１５】となること。 ４）結像レンズに入射する光ビームが、主走査断面にお
いて集束光であること。 ５）結像レンズは、主走査方向と副走査方向とで屈折力
が異なること。さらに、副走査断面において、偏向点と
被走査面とが光学的共役関係にあることや、結像レンズ
の少なくとも１面において、副走査断面に平行な断面の
曲率が、結像レンズの有効部で主走査方向に沿って連統
的に変化していることが望ましい。また、結像レンズの
副走査断面が、平面と凸面とからなることや、結像レン
ズの両面において、副走査断面に平行な断面の曲率が、
結像レンズの有効部で主走査方向に沿って連続的に変化
していることがより望ましい。[0015] 4) The light beam incident on the imaging lens is focused light in the main scanning section. 5) The imaging lens has different refractive powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Furthermore, in the sub-scanning section, the deflection point and the surface to be scanned are in an optically conjugate relationship, and the curvature of the section parallel to the sub-scanning section on at least one surface of the imaging lens is determined by the effective portion of the imaging lens. It is desirable that the values continuously change along the main scanning direction. Further, the sub-scanning cross section of the imaging lens is formed of a flat surface and a convex surface, and the curvature of a cross section parallel to the sub-scanning cross section on both surfaces of the imaging lens is
It is more desirable for the effective portion of the imaging lens to change continuously along the main scanning direction.
【００１６】[0016]
【作用】本発明の上記の構成は以下のような作用を有す
るものである。The above construction of the present invention has the following functions.
【００１７】まず、請求項１、２記載の発明において
は、主走査方向において、走査中心で大きく走査端で小
さい屈折力の分布を有する偏向手段の屈折力の不均一性
を、走査中心で小さく走査端で大きい屈折力を有する結
像レンズで打ち消し、像面湾曲を小さくすることができ
る。また、結像レンズの断面を所定の形状とすることに
より、ビームの進行方向と垂直な方向の屈折率分布を抑
制することができる。これにより、焦点位置がずれたり
結像特性が悪化したりすることを防ぐことができる。ま
た、結像レンズの厚さｔの主走査断面の有効部の形状を
特定することにより、成型時の流動状態の不均一性を防
止し、内部歪を生じないように構成することができる。According to the first and second aspects of the present invention, in the main scanning direction, the non-uniformity of the refractive power of the deflecting means having a distribution of the refractive power large at the scanning center and small at the scanning end is reduced at the scanning center. The image can be canceled by the imaging lens having a large refractive power at the scanning end, and the field curvature can be reduced. In addition, by forming the cross section of the imaging lens into a predetermined shape, it is possible to suppress the refractive index distribution in the direction perpendicular to the beam traveling direction. As a result, it is possible to prevent the focus position from being shifted and the imaging characteristics from being deteriorated. Further, by specifying the shape of the effective portion of the main scanning section having the thickness t of the imaging lens, it is possible to prevent the flow state from being non-uniform at the time of molding and to prevent internal distortion.
【００１８】請求項３記載の発明においては、結像レン
ズに非球面を導入することにより、わずか１枚の結像レ
ンズで十分に収差を補正をすることができるのみなら
ず、結像レンズへの入射ビームの画角も大きくとること
ができる。According to the third aspect of the present invention, by introducing an aspherical surface to the imaging lens, not only one aberration can be sufficiently corrected by only one imaging lens, but also the Can be made large.
【００１９】請求項４記載の発明においては、結像レン
ズの曲率変化率を所定の範囲内に設定することにより、
ビームスポット形状の崩れを小さくしたものである。According to the fourth aspect of the present invention, by setting the rate of change of curvature of the imaging lens within a predetermined range,
This is to reduce the collapse of the beam spot shape.
【００２０】請求項５記載の発明においては、偏向手段
の反射面近傍の結像点と被走査面上の結像点との間の光
学倍率を一定にするように、所定のレンズ形状にするこ
とにより、副走査方向の光学倍率を均一に、そして解像
度を均一にすることができる。According to the fifth aspect of the present invention, a predetermined lens shape is used so that the optical magnification between the image forming point near the reflecting surface of the deflecting means and the image forming point on the surface to be scanned is constant. Thereby, the optical magnification in the sub-scanning direction and the resolution can be made uniform.
【００２１】[0021]
【００２２】[0022]
【００２３】請求項６記載の発明においては、結像レン
ズに入射するビームが、主走査断面において集束光であ
るので、結像レンズの屈折力が小さくて済むようにな
る。この結果、レンズの厚さを均一に近くすることがで
きる。According to the sixth aspect of the present invention, since the beam incident on the imaging lens is a focused light in the main scanning section, the refractive power of the imaging lens can be reduced. As a result, the thickness of the lens can be made nearly uniform.
【００２４】請求項７記載の発明においては、主走査方
向と副走査方向とで屈折力が異なるので、諸収差の補正
を主走査方向と副走査方向とで独立に行うことができ、
光学設計上の自由度が大きくなる。In the invention according to claim 7, since the refractive power is different between the main scanning direction and the sub-scanning direction, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The degree of freedom in optical design is increased.
【００２５】請求項８記載の発明においては、副走査断
面において偏向点と被走査面とが光学的共役関係にある
ため、回転レンズ鏡の反射面に面倒れがあっても、被走
査面上におけるビームスポットの副走査方向の位置は変
化せず、走査線の位置ずれは発生しない。In the eighth aspect of the present invention, since the deflection point and the surface to be scanned have an optically conjugate relationship in the sub-scanning cross section, even if the reflecting surface of the rotary lens mirror is tilted, the surface to be scanned is not affected. Does not change the position of the beam spot in the sub-scanning direction, and no displacement of the scanning line occurs.
【００２６】請求項９記載の発明においては、結像レン
ズの射出面は、副走査断面に平行な断面の曲率が、結像
レンズの有効部で主走査方向に沿って連続的に変化して
いるので、結像レンズの有効部のいかなる位置でも、副
走査断面に平行な断面の曲率を任意に設定することがで
きる。このため、副走査方向の像面湾曲を完全に補正す
ることができる。According to the ninth aspect of the present invention, the exit surface of the imaging lens has a curvature in a cross section parallel to the sub-scanning cross section continuously changing along the main scanning direction at an effective portion of the imaging lens. Therefore, the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section can be set arbitrarily at any position of the effective portion of the imaging lens. Therefore, the field curvature in the sub-scanning direction can be completely corrected.
【００２７】請求項１０記載の発明においては、結像レ
ンズの２つの面のうち、片方の面を副走査断面で直線と
なるようにすれば、結像レンズの製造が容易になりコス
トを低減することができる。さらに、一つのレンズに光
学曲面が２面存在すると、それらの面の光軸の相対的な
位置精度が問題となり、２本の光軸を一致させることが
厳しく要求されるが、副走査断面で平凸レンズとなるよ
うにすれば、副走査断面ではそのような要求は生じな
い。According to the tenth aspect of the present invention, if one of the two surfaces of the imaging lens is made to be straight in the sub-scanning section, the manufacturing of the imaging lens becomes easy and the cost is reduced. can do. Furthermore, if one lens has two optically curved surfaces, the relative positional accuracy of the optical axes of those surfaces becomes a problem, and it is strictly required that the two optical axes coincide with each other. If a plano-convex lens is used, such a requirement does not arise in the sub-scan section.
【００２８】請求項１１記載の発明においては、結像レ
ンズの両面ともを、曲率が連続的に変化している面にす
れば、光学設計の自由度が副走査方向でさらに１自由度
大きくすることができる。この結果、副走査方向のビー
ムスポット径を完全に一定にすることができる。According to the eleventh aspect of the present invention, if both surfaces of the imaging lens are surfaces having continuously changing curvatures, the degree of freedom of optical design is further increased by one degree of freedom in the sub-scanning direction. be able to. As a result, the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant.
【００２９】[0029]
（実施例１）以下、図面に基づき本発明を詳細に説明す
る。(Embodiment 1) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３０】図１は本発明の光走査装置の第１の実施例
としての光走査装置を示したものである。光源としての
半導体レーザ１より射出したビームが、コリメータレン
ズ２によって、わずかに集束するビームに変換され、シ
リンドリカルレンズ３により、副走査方向にのみ集束作
用を受ける。ここで、副走査方向とは、回転レンズ鏡４
の回転軸に平行な方向のことであり、また、副走査方向
と光軸とに垂直な方向を主走査方向という。さらに、ビ
ームは偏向手段としての回転レンズ鏡４の入射面に入射
した後、反射面の近傍で副走査方向でのみ結像し、反射
面で反射され、射出面から射出する。入射面、射出面は
いずれも主走査方向にのみ屈折力を有し、それぞれ凹シ
リンドリカル面、凸シリンドリカル面である。反射面は
平面である。ビームは回転レンズ鏡４の回転に伴って偏
向される。偏向されたビームは結像レンズ５で集束作用
を受け、被走査面６上にビームスポットを形成する。な
お、被走査面６の有効走査領域において、その中心、す
なわち光軸と交わる点を走査中心と呼び、領域の両端で
ある走査開始点および走査終了点を走査端と呼ぶことと
する。FIG. 1 shows an optical scanning device as a first embodiment of the optical scanning device of the present invention. A beam emitted from a semiconductor laser 1 as a light source is converted into a slightly focused beam by a collimator lens 2, and is focused by a cylindrical lens 3 only in the sub-scanning direction. Here, the sub-scanning direction refers to the rotation lens mirror 4.
And a direction perpendicular to the sub-scanning direction and the optical axis is referred to as a main scanning direction. Further, the beam is incident on the incident surface of the rotary lens mirror 4 as a deflecting means, then forms an image only in the sub-scanning direction near the reflecting surface, is reflected by the reflecting surface, and exits from the exit surface. Both the entrance surface and the exit surface have a refractive power only in the main scanning direction, and are a concave cylindrical surface and a convex cylindrical surface, respectively. The reflecting surface is a plane. The beam is deflected as the rotating lens mirror 4 rotates. The deflected beam is converged by the imaging lens 5 to form a beam spot on the surface 6 to be scanned. In the effective scanning area of the scanned surface 6, the center, that is, a point intersecting with the optical axis is called a scanning center, and the scanning start point and the scanning end point at both ends of the area are called scanning ends.
【００３１】図２に回転レンズ鏡４の回転に伴ってビー
ムが偏向される様子を示す。入射面Ｓa、射出面Ｓcは、
走査中心を走査するビームがそれらの面を垂直に通過す
るように設定され、また反射面Ｓbは走査中心を走査す
るビームが４５゜の角度で反射面Ｓbに入射するように
設定されている。回転レンズ鏡４の回転軸Ｏは、反射面
Ｓbに内包され、走査中心を走査するビームの反射点を
通る。入射面Ｓaの光軸および射出面Ｓcの光軸は、走査
中心を走査するビームの光路に一致する。回転レンズ鏡
４は回転軸Ｏを中心に回転し、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩのよう
に変位する。入射ビームＬは回転レンズ鏡４の回転に伴
い、入射面Ｓaのそれぞれ異なる位置に異なる角度で入
射するため、屈折により偏向される。ビームは反射面Ｓ
bで反射されて、さらに偏向角を大きくし、射出面Ｓcで
屈折して射出ビームＭ1、Ｍ2、Ｍ3のように偏向され
る。FIG. 2 shows how the beam is deflected as the rotating lens mirror 4 rotates. The entrance surface S a and the exit surface S c are
Beam scanning the scan center is set to pass their faces vertically, also reflecting surface S b is set so that the beam scanning the scan center is input to the reflective surface S b at an angle of 45 ° I have. The rotation axis O of the rotating lens mirror 4 is included in the reflecting face S b, it passes through the reflection point of the beam scanning the scan center. The optical axis of the optical axis and the exit surface S c of the incident surface S a is coincident with the path of the beam scanning the scan center. The rotating lens mirror 4 rotates about the rotation axis O and displaces as I, II, and III. The incident beam L is in accordance with the rotation of the rotating lens mirror 4, for incident at different angles at different positions of the entrance face S a, is deflected by refraction. Beam is reflective surface S
The light is reflected by b , the deflection angle is further increased, refracted by the exit surface Sc , and deflected like the exit beams M 1 , M 2 , M 3 .
【００３２】ところで、一般に、光学曲面に入射するビ
ームの入射角が増加すれば、ビームが光学曲面で受ける
屈折力の絶対値も増加する。図２において、入射ビーム
Ｌは入射面Ｓaで負の屈折力を受けるが、回転レンズ鏡
４の位置がＩＩのときには、入射面Ｓaに入射角０゜で
入射し、Ｉ、ＩＩＩのときにはある入射角を持って入射
する。そのため、負の屈折力の絶対値はＩＩのときに対
して、Ｉ、ＩＩＩのときの方が大きくなる。一方、射出
面Ｓcではビームは正の屈折力を受けるが、屈折力の絶
対値はやはりＩＩのときに比べてＩ、ＩＩＩのときの方
が大きい。ただし、ビームの入射角の変化は入射面Ｓa
での方が大きく、射出面Ｓcではビームが偏向されても
入射角はあまり変化しないため、屈折力の変化は入射面
Ｓaで生じる変化の方が支配的である。従って、回転レ
ンズ鏡４の屈折力を絶対値ではなく、正負を含めた値と
して相対的にみると、回転レンズ鏡４がＩＩに位置する
とき、すなわち走査中心を走査するビームの光路では大
きく、ＩあるいはＩＩＩに移動するにつれて、すなわち
ビームが走査中心から走査端へ移動するにつれて小さく
なる。Generally, as the angle of incidence of a beam incident on an optical curved surface increases, the absolute value of the refractive power that the beam receives on the optical curved surface also increases. 2, the incident beam L is subjected to negative refractive power on the incident surface S a, when the position of the rotating lens mirror 4 is II is incident angle of 0 ° incident on the incident surface S a, I, when III is Light is incident at a certain incident angle. Therefore, the absolute value of the negative refractive power is larger in the cases of I and III than in the case of II. On the other hand, the beam receives a positive refracting power on the exit surface Sc , but the absolute value of the refracting power is larger in the case of I and III than in the case of II. However, the change of the incident angle of the beam depends on the incident surface S a
Write in large, since the exit face S incident angle even beam is deflected in c does not change much, variation in power is dominant direction of change that occurs in the incident surface S a. Therefore, when the refractive power of the rotary lens mirror 4 is not an absolute value but is relatively viewed as a value including positive and negative, when the rotary lens mirror 4 is located at II, that is, in the optical path of the beam that scans the scanning center, it is large. As the beam moves to I or III, that is, as the beam moves from the scanning center to the scanning edge, it becomes smaller.
【００３３】回転レンズ鏡４で偏向されたビームの焦点
の軌跡を示すと図３のようになる。ビームが集束ビーム
である場合の軌跡はＦ1、発散ビームの場合の軌跡はＦ2
である。比較のために、偏向手段として従来技術の回転
多面鏡を用いた場合の軌跡を示すと、破線Ｆ3、Ｆ4のよ
うに偏向手段の回転軸Ｏを中心とする円弧を描く。それ
に対し、回転レンズ鏡４で偏向されたビームの場合は、
ビームが走査端へ移動すると、回転レンズ鏡４の屈折力
が小さくなるため、ビームの焦点位置がビームの進行方
向へ移動し、焦点の軌跡は円弧から離れてビームの進行
方向側へ沿った曲線となる。Ｆ1やＦ2なる軌跡を描くビ
ームを、結像レンズ５で被走査面６の直線上に結像させ
るためには、結像レンズ５の屈折力を端部に行くほど大
きくすればよい。FIG. 3 shows the trajectory of the focal point of the beam deflected by the rotating lens mirror 4. The trajectory is F 1 when the beam is a focused beam, and F 2 when the beam is a divergent beam.
It is. For comparison, the trajectory when a conventional polygonal rotating mirror is used as the deflecting means is shown as a circular arc centered on the rotation axis O of the deflecting means as shown by broken lines F 3 and F 4 . On the other hand, in the case of the beam deflected by the rotating lens mirror 4,
When the beam moves to the scanning end, the refracting power of the rotary lens mirror 4 decreases, so that the focal position of the beam moves in the beam traveling direction, and the locus of the focal point moves away from the circular arc along the beam traveling direction. Becomes In order to form a beam describing a locus of F 1 or F 2 on the straight line of the surface 6 to be scanned by the imaging lens 5, the refractive power of the imaging lens 5 may be increased toward the end.
【００３４】次に本実施例における結像レンズ５の構成
について詳細に説明する。結像レンズ５の主走査方向の
屈折力は、走査中心を走査するビームの光路において最
も小さく、走査端にビームが近づくにつれて大きくなる
ようになっている。従って、先述したような回転レンズ
鏡４の屈折力の不均一性、すなわち走査中心で大きく走
査端に行くに従って小さくなる屈折力を、結像レンズ５
で打ち消し合うことができ、主走査方向の像面を平坦化
し、像面湾曲を小さくすることができる。Next, the configuration of the imaging lens 5 in this embodiment will be described in detail. The refractive power of the imaging lens 5 in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam that scans the scanning center, and increases as the beam approaches the scanning end. Therefore, the non-uniformity of the refractive power of the rotary lens mirror 4 as described above, that is, the refractive power that increases at the scanning center and decreases toward the scanning end is reduced by the imaging lens 5.
And the image plane in the main scanning direction can be flattened, and the field curvature can be reduced.
【００３５】本実施例における結像レンズ５の入射面、
射出面の主走査断面（光軸を含み主走査方向に平行な
面）の形状は非球面である。結像レンズに非球面を導入
することで、わずか１枚の結像レンズで十分に収差を補
正することができるのみならず、結像レンズへの入射ビ
ームの画角も大きくとることができるため、例えば光走
査装置の有効走査幅が２１６ｍｍであれば、回転レンズ
鏡の回転中心と被走査面との間隔を１５０ｍｍ以下にま
で短くすることができ、光走査装置を小型化することが
できる。The incident surface of the imaging lens 5 in this embodiment,
The shape of the exit surface in the main scanning cross section (the surface that includes the optical axis and is parallel to the main scanning direction) is aspheric. By introducing an aspherical surface into the imaging lens, not only can the aberration be corrected sufficiently with only one imaging lens, but also the angle of view of the beam incident on the imaging lens can be increased. For example, if the effective scanning width of the optical scanning device is 216 mm, the distance between the rotation center of the rotating lens mirror and the surface to be scanned can be reduced to 150 mm or less, and the optical scanning device can be downsized.
【００３６】非球面は曲率が局所的に変化している面で
あるが、その変化が大きくて、ビームの直径の範囲内で
も局所的に曲率が大きく変化するような場合には、非球
面により変換を受けたビームの波面は球面ではなくな
り、結像特性が悪化してしまう。そこで、本実施例にお
ける結像レンズは、非球面の主走査断面において、光軸
からの高さをｙ、ｙの高さでの曲率をｃ（ｙ）としたと
き、有効部で常に、The aspherical surface is a surface where the curvature is locally changed. If the change is large and the curvature locally changes greatly even within the range of the beam diameter, the aspherical surface is used. The wavefront of the converted beam is no longer a spherical surface, and the imaging characteristics deteriorate. Therefore, in the imaging lens of the present embodiment, when the height from the optical axis is y and the curvature at the height of y is c (y) in the main scanning section of the aspheric surface, the effective portion is always
【００３７】[0037]
【数５】 (Equation 5)
【００３８】を満足させている。このようにすれば、ビ
ームスポット形状の崩れは小さく、実用上問題ない程度
となる。上式のｄｃ（ｙ）／ｄｃを曲率変化率ρと呼ぶ
こととする。すなわち、Is satisfied. In this case, the collapse of the beam spot shape is small, and it is practically no problem. Dc (y) / dc in the above equation is referred to as a curvature change rate ρ. That is,
【００３９】[0039]
【数６】 (Equation 6)
【００４０】である。ただし、この場合は非球面の曲面
であるのでρ＞０である。Is as follows. However, in this case, since it is an aspherical curved surface, ρ> 0.
【００４１】一例を挙げて具体的に計算を行う。図４の
ように、簡単のために結像レンズ５の入射面Ｓdは平面
とし、射出面Ｓeは近軸的には平面であり、それに非球
面変位が付加されているものとする。半径ｗの平行ビー
ムが結像レンズ５を透過する。光軸方向をｚ軸、光軸に
垂直な方向をｙ軸とし、射出面Ｓeと光軸とが交わる点
を原点とする。曲率が変化するような面は３次曲線で代
表される。そこで射出面Ｓeを、 ｚ＝ｋｙ3 と与えると、曲率変化率ρは近軸的にはｙによるｚの３
次微分、すなわち、 ρ＝６ｋ となる。次に、ビームが半径ｗの太さを持っていること
を考慮し、ビームを光線束であると考え、光軸から距離
ｗだけ離れた位置を通る光線Ｎを追跡する。光軸からの
高さｗにおける射出面Ｓeの傾きは３ｋｗ2であり、平行
平板の屈折率をｎとすると、射出面Ｓeから射出された
光線が光軸となす角αは近似的に、 α＝３ｋｗ2（ｎ−１） となる。従って、曲率変化率ρと角αとの関係は、 α＝ρｗ2（ｎ−１）／２ となる。光線Ｎが被走査面６と交わる位置と、射出面Ｓ
に非球面変位がない場合に交わる位置とのずれｍは、射
出面Ｓから被走査面６までの距離をｅとすると、 ｍ＝ρｅｗ2（ｎ−１）／２ となる。以上の計算により、半径ｗのビームを光線束と
考えると、光線は曲率変化率ρを有する面により、被走
査面６において最大でｍのずれを生じる。そのため、焦
点を被走査面６上に設定しても、各々の光線は一点には
集束せず、ビームスポットは大きくなり、結像特性を悪
化させることとなる。A specific calculation will be made by giving an example. As shown in FIG. 4, the incident surface S d of the imaging lens 5 for simplicity as the plane, the exit surface S e is a plane in a paraxial manner, it is assumed that the aspherical displacement is added. A parallel beam having a radius w passes through the imaging lens 5. The optical axis direction is the z axis, the direction perpendicular to the optical axis is the y axis, and the point at which the exit surface Se and the optical axis intersect is the origin. A surface where the curvature changes is represented by a cubic curve. Therefore, if the exit surface S e is given by z = ky 3 , the curvature change rate ρ is paraxially 3 of z by y.
The second derivative, ie, ρ = 6k. Next, considering that the beam has a thickness of a radius w, the beam is considered to be a ray bundle, and a ray N passing through a position separated by a distance w from the optical axis is traced. The inclination of the exit surface S e of the height w of the optical axis is 3 kw 2, and the refractive index of the parallel plate is n, the exit face S angle light rays emitted and the optical axis from the e alpha is approximately , Α = 3 kw 2 (n−1). Therefore, the relationship between the curvature change rate ρ and the angle α is α = ρw 2 (n−1) / 2. The position where the light beam N intersects the scanned surface 6 and the exit surface S
Is equal to the distance from the exit surface S to the surface 6 to be scanned, e = m 2 ρew 2 (n−1) / 2. According to the above calculation, if a beam having a radius w is considered as a ray bundle, the ray has a maximum deviation of m on the scanned surface 6 due to the surface having the curvature change rate ρ. Therefore, even if the focal point is set on the surface 6 to be scanned, each light beam does not converge at one point, the beam spot becomes large, and the imaging characteristics deteriorate.
【００４２】ここで、一般的な値として、仮にρ＝０．
００５、ｅ＝１００ｍｍ、ｗ＝１ｍｍ、ｎ＝１．５とす
ると、ｍ＝０．１２５ｍｍとなる。光走査装置の走査密
度が、例えば３００ｄｐｉであれば、ビームスポットの
半径は０．０６ｍｍ程度に設定される。ここで、ビーム
スポット半径とは、ビームスポットの最大強度に対して
１／ｅ2の強度となる点を連ねた形状の半径のことであ
る。先のずれ量ｍはビームスポット半径の約２倍である
が、最大強度に対して１／ｅ2の位置ではビーム強度は
あまり大きくないので、この程度であればビームスポッ
ト形状はあまり崩れず、問題とはならない。以上の議論
は、光軸上のビームに対してであるが、光軸外の斜めの
ビームに対しても同様のこととなる。Here, as a general value, if ρ = 0.
If 005, e = 100 mm, w = 1 mm, and n = 1.5, then m = 0.125 mm. If the scanning density of the optical scanning device is, for example, 300 dpi, the radius of the beam spot is set to about 0.06 mm. Here, the beam spot radius is a radius of a shape formed by connecting points having an intensity of 1 / e 2 with respect to the maximum intensity of the beam spot. Although the displacement amount m is about twice the beam spot radius, the beam intensity is not so large at the position of 1 / e 2 with respect to the maximum intensity. It doesn't matter. Although the above discussion is for a beam on the optical axis, the same applies to an oblique beam outside the optical axis.
【００４３】ところで、非球面レンズをガラスで製造す
るとコスト高となるため、プラスチックで成型により製
造することがよく行われている。ただし、プラスチック
でレンズを成型する場合、冷却速度の不均一によりレン
ズ内部に歪が生じ、屈折率が不均一となることがある。
そこで、屈折率の分布が問題とならないような条件につ
いて調べた。図５に示すように、単純化するために結像
レンズ５の副走査断面（光軸を含み副走査方向に平行な
面）を矩形とし、光軸方向の厚さをｔ、副走査方向の高
さをｈとする。座標はレンズ断面の中心を原点とし、光
軸方向にｚ軸を、副走査方向にｘ軸をとる。By the way, manufacturing an aspherical lens from glass increases the cost. Therefore, it is common practice to manufacture the aspherical lens by molding with plastic. However, when the lens is molded from plastic, distortion may occur inside the lens due to uneven cooling rate, and the refractive index may be uneven.
Therefore, conditions were investigated so that the distribution of the refractive index did not matter. As shown in FIG. 5, for the sake of simplicity, the sub-scanning section of the imaging lens 5 (a plane including the optical axis and parallel to the sub-scanning direction) is rectangular, the thickness in the optical axis direction is t, and the thickness in the sub-scanning direction is t. Let h be the height. The coordinates have the origin at the center of the lens cross section, the z-axis in the optical axis direction, and the x-axis in the sub-scanning direction.
【００４４】断面形状が長方形の場合、冷却時の等温度
曲線は長手方向に沿ってほぼ平行となるため、屈折率は
長手方向にはほぼ均一となるが、それと垂直な方向に分
布を生じることとなる。また、ビームの進行方向に沿っ
た屈折率分布は結像特性に影響を及ぼさないが、それと
垂直な方向に屈折率分布があると、焦点位置がずれたり
結像特性が悪化したりする。従って、厚さｔは小さいほ
ど、また高さｈは大きいほど屈折率分布の影響は小さく
なる。When the cross-sectional shape is rectangular, the isothermal curve at the time of cooling is almost parallel along the longitudinal direction, so that the refractive index is almost uniform in the longitudinal direction, but a distribution occurs in the direction perpendicular to the longitudinal direction. Becomes Also, the refractive index distribution along the beam traveling direction does not affect the imaging characteristics, but if there is a refractive index distribution in a direction perpendicular to the direction, the focal position shifts or the imaging characteristics deteriorate. Therefore, the influence of the refractive index distribution becomes smaller as the thickness t is smaller and the height h is larger.
【００４５】ここで、厚さｔと高さｈとの比によって、
レンズ内部の冷却速度がどのように変化するかを数値計
算により調べた。初期温度Ｔ1で一様なレンズを温度Ｔ2
の環境で冷却する場合について考える。ｘ軸上の各点の
温度Ｔ3がＴ1とＴ2との中間温度、すなわち、 Ｔ3＝（Ｔ1＋Ｔ2）／２ に達するまでの時間を図６に示す。横軸はｈ／２で規格
化したｘ座標であり、縦軸は、レンズ断面の中心点（原
点）の値で規格化した冷却時間である。同図はビームの
進行方向に垂直な方向での冷却時間の分布を示すもので
あるが、ｈ／ｔが大きくなるほど、レンズ中心付近の分
布が均一になる傾向を示している。Here, according to the ratio between the thickness t and the height h,
How the cooling rate inside the lens changes was examined by numerical calculation. Initial temperatures T 1 at temperature T 2 a uniform lens
Consider the case of cooling in an environment. FIG. 6 shows the time required for the temperature T 3 at each point on the x-axis to reach an intermediate temperature between T 1 and T 2 , that is, T 3 = (T 1 + T 2 ) / 2. The horizontal axis is the x coordinate normalized by h / 2, and the vertical axis is the cooling time normalized by the value of the center point (origin) of the lens cross section. This figure shows the distribution of the cooling time in the direction perpendicular to the beam traveling direction. As the h / t increases, the distribution near the center of the lens tends to be uniform.
【００４６】さらに、射出成型により製造したプラスチ
ックレンズについて実測した屈折率分布を図７に示す。
ｈ／ｔとしては０．５３と１．８８の２種類のものを用
いた。横軸はｈ／２で規格化したｘ座標であり、縦軸は
光軸での屈折率を基準とした屈折率の変動量である。ｈ
／ｔ＝０．５３の場合には、光軸付近で屈折率が変動し
ており、実際にビームを通してみると、屈折率分布型レ
ンズのように屈折率分布が凹レンズとして作用し、焦点
位置がずれ、結像特性も悪化した。一方、ｈ／ｔ＝１．
８８の場合には、光軸付近では屈折率がほぼ一定であ
り、ビームを通しても結像特性の悪化や焦点位置のずれ
は見られなかった。FIG. 7 shows a refractive index distribution actually measured for a plastic lens manufactured by injection molding.
Two types of h / t, 0.53 and 1.88, were used. The horizontal axis is the x coordinate normalized by h / 2, and the vertical axis is the amount of change in the refractive index based on the refractive index on the optical axis. h
In the case of /t=0.53, the refractive index fluctuates near the optical axis, and when actually passing through the beam, the refractive index distribution acts as a concave lens like a refractive index distribution type lens, and the focal position is changed. The shift and the imaging characteristics also deteriorated. On the other hand, h / t = 1.
In the case of No. 88, the refractive index was almost constant near the optical axis, and no deterioration of the imaging characteristics and no shift of the focal position were observed even through the beam.
【００４７】以上のことから、（１）ｈ／ｔが大きくな
るほどレンズ中心付近の分布が均一になること、（２）
ｈ／ｔ＝１．８８の場合には良好な結果が得られたこ
と、を考慮するとｈ／ｔ≧１．８８であることが望まし
い。さらに、測定誤差や、特性のばらつきなどを考慮す
ると、図５に示す結像レンズ５の副走査断面において、
光軸方向の厚さｔ、副走査方向の高さｈとの比を、 ｈ／ｔ＞２ なるように設定することがより望ましい。このようにす
れば、結像特性の悪化や焦点位置のずれを実用的に問題
のない程度に抑えることができる。From the above, (1) the distribution near the lens center becomes more uniform as h / t increases, (2)
Considering that good results were obtained when h / t = 1.88, it is desirable that h / t ≧ 1.88. Further, in consideration of a measurement error, a variation in characteristics, and the like, in the sub-scanning cross section of the imaging lens 5 shown in FIG.
It is more desirable to set the ratio between the thickness t in the optical axis direction and the height h in the sub-scanning direction so that h / t> 2. By doing so, it is possible to suppress the deterioration of the imaging characteristics and the shift of the focal position to a level that causes no practical problem.
【００４８】一方、ｈ／ｔの上限値であるが、これは製
作上の能力・製造性・コストなどによって決まる。一般
的には、ｈ／ｔ＜５０程度の範囲内に設定するのが好ま
しい。On the other hand, the upper limit value of h / t is determined by the manufacturing capability, manufacturability, cost and the like. Generally, it is preferable to set h / t within a range of about 50.
【００４９】ところで、プラスチックレンズでは、レン
ズの強度や成型性を高めるためにレンズ有効部の周囲に
リブを設けることが一般的である。そこで、図８のよう
にリブを含めた高さｈを用いて上式を満足させても、同
様の効果が得られる。Incidentally, in a plastic lens, a rib is generally provided around an effective portion of the lens in order to enhance the strength and moldability of the lens. Therefore, the same effect can be obtained even if the above equation is satisfied using the height h including the rib as shown in FIG.
【００５０】また、プラスチックレンズでは厚さの不均
一も内部歪を生じる原因となるため、なるべく厚さを均
一にする必要がある。結像レンズをプラスチックで成型
するときには、レンズの厚さｔが主走査断面の有効部に
おいて大きく変化していると、成型時の流動状態が不均
一になり、内部歪を生じてしまう。そこで、本実施例に
おいては、結像レンズの有効部において、光軸方向の厚
さの最大値ｔmaxと最小値ｔminとの比を、 ｔmax／ｔmin＜２ となるようにしている。このようにすれば、内部歪を実
用的に問題のない程度に抑えることができる。なお、理
想的にはｔmax／ｔmin＝１なので、１≦ｔmax／ｔmin＜
２の範囲内に納まるようにするのが望ましい。Further, in the case of a plastic lens, the unevenness of the thickness also causes internal distortion, so that it is necessary to make the thickness as uniform as possible. When the imaging lens is molded from plastic, if the thickness t of the lens changes significantly in the effective portion of the main scanning section, the flow state during molding becomes non-uniform, causing internal distortion. Therefore, in the present embodiment, the ratio between the maximum value t max and the minimum value t min of the thickness in the optical axis direction in the effective portion of the imaging lens is set to be t max / t min <2. . In this way, the internal distortion can be suppressed to a practically acceptable level. Note that, ideally, t max / t min = 1, so 1 ≦ t max / t min <
It is desirable to be within the range of 2.
【００５１】しかも、本実施例においては、結像レンズ
に入射するビームは、主走査断面において集束光であ
る。結像レンズへの入射ビームが、主走査断面で平行光
や発散光となっていると、ビームを被走査面に結像させ
るために、結像レンズは屈折力の大きな正レンズとせね
ばならず、結像レンズの主走査断面の厚さが極めて不均
一となってしまう。そこで、結像レンズへの入射ビーム
を主走査断面で集束光とし、結像レンズの屈折力が小さ
くて済むようにし、レンズの厚さを極力均一になるよう
にしている。Further, in this embodiment, the beam incident on the imaging lens is a convergent light in the main scanning section. If the beam incident on the imaging lens is parallel light or divergent light in the main scanning section, the imaging lens must be a positive lens with a large refractive power to focus the beam on the surface to be scanned. In addition, the thickness of the main scanning section of the imaging lens becomes extremely non-uniform. Therefore, the beam incident on the imaging lens is converted into condensed light in the main scanning section so that the refracting power of the imaging lens is small and the thickness of the lens is made as uniform as possible.
【００５２】本実施例における結像レンズは光軸上での
屈折力が主走査方向と副走査方向とで異なるアナモフィ
ックレンズである。そのため、諸収差の補正を主走査方
向と副走査方向とで独立に行え、光学設計上の自由度が
大きく、主走査方向、副走査方向ともに像面湾曲を小さ
く抑えることができ、等速走査性も良好にすることがで
きる。The imaging lens in this embodiment is an anamorphic lens having a different refractive power on the optical axis between the main scanning direction and the sub-scanning direction. Therefore, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction, the degree of freedom in optical design is large, and the field curvature in both the main scanning direction and the sub-scanning direction can be suppressed. Properties can also be improved.
【００５３】従来の光走査装置では、偏向器として回転
多面鏡を用いる場合には、各反射面の面倒れに起因する
走査線の位置ずれを除去するために、光学系に倒れ補正
機能を持たせることがよく行われている。本発明の光走
査装置においてもこのような倒れ補正機能を有してい
る。本発明では、先述したように副走査断面においてビ
ームは回転レンズ鏡の反射面に結像する。そして、副走
査断面において偏向点と被走査面とが光学的共役関係に
あるため、回転レンズ鏡の反射面に面倒れがあっても、
被走査面上におけるビームスポットの副走査方向の位置
は変化せず、走査線の位置ずれは発生しない。In the conventional optical scanning device, when a rotary polygon mirror is used as a deflector, the optical system has a tilt correction function in order to remove the scanning line displacement caused by the tilt of each reflecting surface. It is often done. The optical scanning device of the present invention also has such a tilt correction function. In the present invention, as described above, the beam forms an image on the reflection surface of the rotating lens mirror in the sub-scan section. Since the deflection point and the scanned surface have an optically conjugate relationship in the sub-scanning cross section, even if the reflecting surface of the rotating lens mirror is tilted,
The position of the beam spot on the surface to be scanned in the sub-scanning direction does not change, and no displacement of the scanning line occurs.
【００５４】さらに、本実施例における結像レンズの射
出面は、副走査断面に平行な断面の曲率が、結像レンズ
の有効部で主走査方向に沿って連続的に変化している。
このようにすれば、結像レンズの有効部のいかなる位置
でも、副走査断面に平行な断面の曲率を任意に設定でき
るため、副走査方向の像面湾曲を完全に補正することが
できる。Further, in the exit surface of the imaging lens in this embodiment, the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section changes continuously along the main scanning direction at the effective portion of the imaging lens.
By doing so, the curvature of the section parallel to the sub-scanning section can be set arbitrarily at any position of the effective portion of the imaging lens, and thus the field curvature in the sub-scanning direction can be completely corrected.
【００５５】ところで、副走査方向の曲率が変化する面
を射出面に限る必要はなく、入射面の副走査方向の曲率
を変化させてもよい。つまり、副走査方向の像面湾曲を
補正するためには、一つの自由度さえ持っていればよ
く、入射面、射出面の少なくとも一方の面を、副走査方
向の曲率が変化するようにすればよい。そうすれば、他
方の面の副走査方向の曲率は任意に設定できる。そこで
本実施例においては、結像レンズの入射面の副走査断面
を直線とし、副走査断面で見ると平凸レンズとしてもよ
い。このように、結像レンズの２つの面のうち、片方の
面を副走査断面で直線となるようにすれば、結像レンズ
の製造が容易になりコストも低減する。さらに、一つの
レンズに光学曲面が２面存在すると、それらの面の光軸
の相対的な位置精度が問題となり、２本の光軸を一致さ
せることが厳しく要求されるが、副走査断面で平凸レン
ズとなるようにすれば、副走査断面ではそのような要求
は生じない。The surface on which the curvature in the sub-scanning direction changes need not be limited to the exit surface, but the curvature of the incident surface in the sub-scanning direction may be changed. That is, in order to correct the curvature of field in the sub-scanning direction, only one degree of freedom is required, and at least one of the entrance surface and the exit surface is tilted so that the curvature in the sub-scanning direction changes. I just need. Then, the curvature of the other surface in the sub-scanning direction can be set arbitrarily. Therefore, in the present embodiment, the sub-scan section on the incident surface of the imaging lens may be a straight line, and a plano-convex lens may be used when viewed in the sub-scan section. As described above, if one of the two surfaces of the imaging lens is made to be a straight line in the sub-scanning section, the manufacturing of the imaging lens becomes easy and the cost is reduced. Furthermore, if one lens has two optically curved surfaces, the relative positional accuracy of the optical axes of those surfaces becomes a problem, and it is strictly required that the two optical axes coincide with each other. If a plano-convex lens is used, such a requirement does not arise in the sub-scan section.
【００５６】先述したように、光走査装置の光学系に要
求される主な特性は、等速走査性と像面の平坦性とであ
るが、さらに付け加えるならば、ビームスポット径の均
一性が要求される。最近では走査密度が高く、解像度も
高い光走査装置が求められているため、有効走査領域に
おいてビームスポット径が一定であることが強く要求さ
れるようになってきた。ビームスポット径を一定にする
ためには、光学系の光学倍率を一定にすればよい。As described above, the main characteristics required for the optical system of the optical scanning device are the uniform scanning speed and the flatness of the image plane. Required. Recently, there has been a demand for an optical scanning device having a high scanning density and a high resolution. Therefore, it is strongly required that a beam spot diameter be constant in an effective scanning area. In order to keep the beam spot diameter constant, the optical magnification of the optical system may be kept constant.
【００５７】ここで、特に副走査方向の光学倍率を一定
にすることを考える。本実施例では、副走査断面で回転
レンズ鏡の反射面近傍にビームが結像するため、反射面
近傍の結像点と被走査面上の結像点との間の光学倍率を
一定にすればよい。Here, it is considered that the optical magnification in the sub-scanning direction is kept constant. In this embodiment, since the beam forms an image near the reflecting surface of the rotating lens mirror in the sub-scanning section, the optical magnification between the image forming point near the reflecting surface and the image forming point on the surface to be scanned is kept constant. I just need.
【００５８】単純化して考えるため、図９に示すよう
に、結像レンズ５を薄肉レンズとし、回転レンズ鏡は副
走査方向に屈折力を持たないので省略する。ビームの偏
向点Ｐから被走査面６までの距離をａ、偏向点Ｐから結
像レンズ５までの距離をｂ、結像レンズ５の主走査断面
の有効部で、光軸からの高さをｙとする。結像レンズ５
と光軸とが交わる点を基準とした、ｙの高さでの結像レ
ンズ５の光軸方向のずれをΔｚ（ｙ）とする。回転レン
ズ鏡の反射面とビームの偏向点Ｐとはほぼ一致するた
め、偏向点Ｐを結像点と考える。光軸からの高さｙの位
置を透過するビームの副走査方向の光学倍率β（ｙ）
は、For the sake of simplicity, as shown in FIG. 9, the imaging lens 5 is a thin lens, and the rotary lens mirror has no refractive power in the sub-scanning direction, and therefore is omitted. The distance from the deflection point P of the beam to the surface 6 to be scanned is a, the distance from the deflection point P to the imaging lens 5 is b, and the effective portion of the imaging lens 5 in the main scanning section is the height from the optical axis. y. Imaging lens 5
Let Δz (y) be the deviation of the imaging lens 5 in the optical axis direction at the height of y with reference to the point where the optical axis intersects with the optical axis. Since the reflecting surface of the rotating lens mirror substantially coincides with the deflection point P of the beam, the deflection point P is considered as an imaging point. Optical magnification β (y) in the sub-scanning direction of a beam passing through a position at a height y from the optical axis
Is
【００５９】[0059]
【数７】 (Equation 7)
【００６０】である。ところで、本件発明者の実験によ
れば、ビーム径が±２０％以上変動すると、光走査装置
としての解像度が不均一となり、レーザプリンタでの印
字でも、特に細かい網点のようなパターンでは、濃度む
らを生じて印字品質が悪化する。そこで、任意の光軸高
さｙでの光学倍率β（ｙ）を、光軸上の光学倍率β
（０）を基準として、次式で規定する。Is as follows. By the way, according to the experiment of the present inventor, when the beam diameter fluctuates by ± 20% or more, the resolution as the optical scanning device becomes non-uniform, and even when printing with a laser printer, especially in a pattern such as a fine halftone dot, The printing quality deteriorates due to unevenness. Therefore, the optical magnification β (y) at an arbitrary optical axis height y is changed to the optical magnification β on the optical axis.
It is defined by the following equation based on (0).
【００６１】[0061]
【数８】 (Equation 8)
【００６２】この式を計算し近似を施すと、次式のよう
になる。When this equation is calculated and approximated, the following equation is obtained.
【００６３】[0063]
【数９】 (Equation 9)
【００６４】従って、結像レンズのレンズ面Ｓiにおい
て、主走査断面の有効部で、ｙの高さでのレンズ面の光
軸方向の変位量をΔｚi（ｙ）とし、偏向点からレンズ
面Ｓiまでの距離をｂiとすると、Therefore, on the lens surface S i of the imaging lens, the amount of displacement of the lens surface at the height of y in the optical axis direction at the effective portion of the main scanning section is Δz i (y). Assuming that the distance to the surface S i is b i ,
【００６５】[0065]
【数１０】 (Equation 10)
【００６６】となる。ただし、レンズ面は曲面であるの
で、Δｚi（ｙ）＞０である。このようにすれば、副走
査方向の光学倍率が均一で、解像度が均一な光走査装置
が実現できる。また、このような光走査装置をレーザプ
リンタに利用すると、濃度むらがなく良好な印字品質が
得られる。Is obtained. However, since the lens surface is a curved surface, Δz i (y)> 0. This makes it possible to realize an optical scanning device having a uniform optical magnification in the sub-scanning direction and a uniform resolution. Further, when such an optical scanning device is used in a laser printer, good print quality without density unevenness can be obtained.
【００６７】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
１、表２に示す。ただし、１走査の走査開始から走査終
了までの回転レンズ鏡の回転角を２ωとする。半導体レ
ーザの発光点をＳ1、コリメータレンズの入射面、射出
面をそれぞれＳ2、Ｓ3、シリンドリカルレンズの入射
面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、回転レンズ鏡の入射
面、反射面、射出面をそれぞれＳ6、Ｓ7、Ｓ8、結像レ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ9、Ｓ10とする。各
光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲率半径を
ｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiとし、コリ
メータレンズ、シリンドリカルレンズ、回転レンズ鏡、
結像レンズの屈折率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ6、ｎ9とす
る。また、アナモフィックなレンズ面では、副走査方
向、主走査方向の曲率半径をそれぞれｒix、ｒiyとし、
非球面の曲率半径については、光軸上の値を示す。結像
レンズの主走査断面形状は非球面形状であり、Tables 1 and 2 show optical specifications of a typical design example of this embodiment. However, the rotation angle of the rotating lens mirror from the start of one scan to the end of the scan is 2ω. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance surface of the collimator lens, the exit surface is S 2 , S 3 , the entrance surface of the cylindrical lens, the exit surface is S 4 , S 5 , respectively, the entrance surface of the rotating lens mirror, and the reflection surface. , And the exit surfaces are S 6 , S 7 , and S 8 , respectively, and the entrance surface and exit surface of the imaging lens are S 9 and S 10 , respectively. Regarding the symbols of the optical specifications, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial distance from the i-th surface to the next surface is d i , and a collimator lens, a cylindrical lens, a rotating lens mirror,
The refractive indices of the imaging lens are n 2 , n 4 , n 6 , and n 9 , respectively. On the anamorphic lens surface, the radii of curvature in the sub-scanning direction and the main scanning direction are r ix and r iy , respectively.
The radius of curvature of the aspherical surface indicates a value on the optical axis. The main scanning cross-sectional shape of the imaging lens is an aspherical shape,
【００６８】[0068]
【数１１】 [Equation 11]
【００６９】で表す。座標は、レンズ面が光軸と交わる
点を原点とし、光軸方向にｚ軸、光軸に垂直で主走査方
向にｙ軸をとっている。Ｋi、Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄi、Ｅi
は非球面係数である。また、結像レンズの射出面は、副
走査断面に平行な断面の曲率が、結像レンズの有効部で
主走査方向に沿って連続的に変化しており、曲率半径Ｒ
iを、 Ｒi＝ｒix＋Ａixｙ2＋Ｂixｙ4＋Ｃixｙ6＋Ｄixｙ8＋Ｅ
ixｙ10 で表す。Ａix、Ｂix、Ｃix、Ｄix、Ｅixは係数である。Is represented by The coordinates have the origin at the point where the lens surface intersects the optical axis, and have the z axis in the optical axis direction and the y axis perpendicular to the optical axis and in the main scanning direction. K i, A i, B i , C i, D i, E i
Is an aspheric coefficient. Further, the exit surface of the imaging lens has a curvature in a section parallel to the sub-scanning section that continuously changes along the main scanning direction at an effective portion of the imaging lens, and has a radius of curvature R
The i, R i = r ix + A ix y 2 + B ix y 4 + C ix y 6 + D ix y 8 + E
represented by ix y 10. A ix , B ix , C ix , D ix , and E ix are coefficients.
【００７０】[0070]
【表１】 [Table 1]
【００７１】[0071]
【表２】 [Table 2]
【００７２】図１０はこの設計例についての主走査断面
図、図１１はこの設計例の収差図である。なお、収差図
については、像面湾曲は破線が主走査方向、実線が副走
査方向の収差を示している。走査直線性は、ｆθレンズ
の通例では理想像高ｙ＝ｆθからの像高のずれを％で表
すが、本実施例におけるでは回転レンズ鏡が回転するた
め理想像高がｆθとならない。従って、等価な表示方法
として、光軸近傍の光線について、回転レンズ鏡の回転
角に対する像高の変化率をζとして、理想像高Ｙ＝ζθ
からのずれを％で表示している。ωはビームスポットが
被走査面上で走査中心から走査端まで走査する間の、回
転レンズ鏡の回転角である。FIG. 10 is a main scanning sectional view of this design example, and FIG. 11 is an aberration diagram of this design example. In the aberration diagrams, the broken line indicates the aberration in the main scanning direction and the solid line indicates the aberration in the sub-scanning direction. In the scanning linearity, the deviation of the image height from the ideal image height y = fθ is usually expressed in% in the case of the fθ lens, but in the present embodiment, the ideal image height does not become fθ because the rotating lens mirror rotates. Therefore, as an equivalent display method, for a ray near the optical axis, the rate of change of the image height with respect to the rotation angle of the rotating lens mirror is 、, and the ideal image height Y = ζθ
Is shown in%. ω is the rotation angle of the rotating lens mirror while the beam spot scans from the scanning center to the scanning end on the surface to be scanned.
【００７３】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図１２に示す。横軸は入射面でのビームの光軸か
らの高さであり、屈折力はレンズの有効部について示し
ている。屈折力は、ビームが走査中心から走査端に行く
に従って大きくなっており、回転レンズ鏡の主走査方向
の屈折力の変化を打ち消し、図１１に示すように主走査
方向の像面湾曲は±２．０ｍｍ以内と、良好に補正され
ている。１〜２ｍｍ程度の振幅で振動している像面湾曲
は、結像レンズの主走査断面形状の非球面係数を、１２
次までの非球面係数しか用いていないことにより生じる
ものである。より高次の非球面係数を用いれば、像面湾
曲はさらに小さくなる。FIG. 12 shows a change in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. The horizontal axis is the height of the beam from the optical axis at the entrance surface, and the refractive power is shown for the effective portion of the lens. The refractive power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, and cancels the change in the refractive power of the rotating lens mirror in the main scanning direction. As shown in FIG. 11, the field curvature in the main scanning direction is ± 2. It is well corrected to within 0.0 mm. The field curvature oscillating with an amplitude of about 1 to 2 mm indicates that the aspherical coefficient of the main scanning sectional shape of the imaging lens is 12
This is caused by using only the following aspheric coefficients. If a higher order aspheric coefficient is used, the field curvature is further reduced.
【００７４】結像レンズの射出面は、副走査断面に平行
な断面の曲率が、結像レンズの有効部で主走査方向に沿
って連続的に変化しているため、図１１に示すように副
走査方向の像面湾曲が±０．２ｍｍ以内と、極めて良好
に補正されている。The curvature of the exit surface of the imaging lens parallel to the sub-scanning cross section changes continuously along the main scanning direction at the effective portion of the imaging lens, as shown in FIG. The curvature of field in the sub-scanning direction is corrected very well to within ± 0.2 mm.
【００７５】結像レンズの主走査断面における曲率変化
率ρは、図１３のように有効部の範囲内で０．００５以
下となっており、走査端でのビームスポットの断面強度
分布は、主走査方向で図１４に示すように、裾部がやや
広がっていたり、側部に小さなピークがあるもの、実用
上問題ない程度となっている。The curvature change rate ρ in the main scanning section of the imaging lens is 0.005 or less within the range of the effective portion as shown in FIG. 13, and the cross-sectional intensity distribution of the beam spot at the scanning end is As shown in FIG. 14 in the scanning direction, the skirt portion is slightly widened, and there is a small peak on the side portion, but there is no practical problem.
【００７６】結像レンズの有効部における、光軸方向の
厚さの最大値ｔmaxは５．５ｍｍ、最小値はｔminは３．
９０ｍｍであり、それらの比は、 ｔmax／ｔmin＝１．４１ となり、厚さが均一となっているため、結像レンズをプ
ラスチックで成型するときに、スムーズで均一な流動が
なされ、内部歪の発生はほとんどない。In the effective portion of the imaging lens, the maximum value t max of the thickness in the optical axis direction is 5.5 mm, and the minimum value is t min of 3.
90 mm, and their ratio is t max / t min = 1.41. Since the thickness is uniform, when the imaging lens is molded from plastic, a smooth and uniform flow is obtained, and There is almost no distortion.
【００７７】結像レンズへの入射ビームは集束光であ
り、その焦点は結像レンズ入射面から被走査面側へ２１
３．８６ｍｍに位置する。従って、結像レンズの主走査
方向の屈折力は小さくて済み、そのために結像レンズの
厚さを均一にすることが可能となっている。The beam incident on the imaging lens is a condensed light, and its focal point is from the entrance surface of the imaging lens to the surface to be scanned.
Located at 3.86 mm. Therefore, the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction may be small, and therefore, the thickness of the imaging lens can be made uniform.
【００７８】結像レンズのレンズ面の形状変化に基づく
変化量、The amount of change based on the shape change of the lens surface of the imaging lens,
【００７９】[0079]
【数１２】 (Equation 12)
【００８０】は、図１５のように入射面、射出面のいず
れも、有効部で常に０．２より小さくなっており、副走
査方向のビームスポット直径の変動は、図１６のように
２０％以内に抑えられ、解像度は均一となっている。As shown in FIG. 15, both the entrance surface and the exit surface are always smaller than 0.2 in the effective portion, and the fluctuation of the beam spot diameter in the sub-scanning direction is 20% as shown in FIG. And the resolution is uniform.
【００８１】次に、解像度の均一性をさらに良好にする
ことを考える。本実施例の結像レンズでは、副走査断面
に平行な断面の曲率が主走査方向に沿って連続的に変化
している面は、射出面のみである。ところが、結像レン
ズの両面ともを、そのような面とすれば、光学設計の自
由度が副走査方向でさらに１自由度大きくなり、副走査
方向のビームスポット径を完全に一定にすることができ
る。Next, consideration is given to further improving the uniformity of the resolution. In the imaging lens of the present embodiment, only the exit surface has a surface in which the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section changes continuously along the main scanning direction. However, if both surfaces of the imaging lens are such surfaces, the degree of freedom in optical design is further increased by one in the sub-scanning direction, and the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant. it can.
【００８２】このことを図を用いて説明する。上記した
設計例では、結像レンズは図１０のように屈曲してお
り、副走査断面に平行な断面の主点もその形状にほぼ沿
って屈曲しているため、実用的には問題のない範囲内で
はあるが、結像レンズの副走査方向の倍率は多少変化し
ている。しかしながら、副走査断面に平行な任意の断面
で、両面の曲率半径を任意に設定できれば、図１７
（ａ）〜（ｅ）のようにベンディングにより主点Ｈの位
置も任意に設定できる。そこで、副走査断面に平行な任
意の断面の主点を連ねた線が、光軸に対して垂直な直線
となるように、副走査方向の曲率半径を設定すれば、結
像レンズの副走査方向の光学倍率を、有効走査領域に渡
って完全に一定にすることができ、ビームスポット径も
一定となる。This will be described with reference to the drawings. In the above-described design example, the imaging lens is bent as shown in FIG. 10, and the principal point of the cross section parallel to the sub-scanning cross section is also bent substantially along the shape, so that there is no practical problem. Although within the range, the magnification of the imaging lens in the sub-scanning direction slightly changes. However, if the curvature radii of both surfaces can be arbitrarily set at an arbitrary cross section parallel to the sub-scan cross section, FIG.
As shown in (a) to (e), the position of the principal point H can be arbitrarily set by bending. Therefore, if the radius of curvature in the sub-scanning direction is set so that a line connecting the principal points of an arbitrary section parallel to the sub-scanning section is a straight line perpendicular to the optical axis, the sub-scanning of the imaging lens can be performed. The optical magnification in the direction can be made completely constant over the effective scanning area, and the beam spot diameter also becomes constant.
【００８３】（実施例２）図１８は本発明の光走査装置
の第２の実施例としての光走査装置を示したものであ
る。半導体レーザ１より射出したビームがコリメータレ
ンズ２によって平行なビームとされ、回転レンズ鏡４の
入射面に入射した後、反射面で反射され、射出面から射
出する。入射面は凹面、反射面は平面、射出面は凸面で
ある。ビームは回転レンズ鏡４の回転に伴って偏向さ
れ、結像レンズ５で集束作用を受け、被走査面６上にビ
ームスポットを形成する。結像レンズ５は球面レンズで
ある。(Embodiment 2) FIG. 18 shows an optical scanning device as a second embodiment of the optical scanning device of the present invention. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel beam by the collimator lens 2, enters the entrance surface of the rotating lens mirror 4, is reflected by the reflection surface, and exits from the exit surface. The entrance surface is concave, the reflection surface is flat, and the exit surface is convex. The beam is deflected by the rotation of the rotating lens mirror 4, is focused by the imaging lens 5, and forms a beam spot on the surface 6 to be scanned. The imaging lens 5 is a spherical lens.
【００８４】本実施例の回転レンズ鏡は、入射面と射出
面とが球面であり実施例１とは異なるが、主走査断面に
関しては、実施例１と同様、それらの面はそれぞれ負、
正の屈折力を持つ。従って、本実施例でも、回転レンズ
鏡の屈折力は、走査中心を走査するビームの光路では大
きく、ビームが走査端へ移動するにつれて小さくなる。
一方、結像レンズの主走査方向の屈折力は、走査中心を
走査するビームの光路において最も小さく、走査端にビ
ームが近づくにつれて大きくなり、回転レンズ鏡の屈折
力の不均一を打ち消し、主走査方向の像面湾曲を小さく
抑えている。The rotating lens mirror of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the entrance surface and the exit surface are spherical, but with respect to the main scanning section, these surfaces are negative and
Has a positive refractive power. Therefore, also in this embodiment, the refractive power of the rotating lens mirror is large in the optical path of the beam that scans the scanning center, and decreases as the beam moves to the scanning end.
On the other hand, the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam scanning the scanning center, and increases as the beam approaches the scanning end. Direction curvature of field is kept small.
【００８５】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
３に示す。半導体レーザの発光点をＳ1、コリメータレ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ2、Ｓ3、回転レンズ
鏡の入射面、反射面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、
Ｓ6、結像レンズの入射面、射出面をそれぞれＳ7、Ｓ8
とする。各光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲
率半径をｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiと
し、コリメータレンズ、回転レンズ鏡、結像レンズの屈
折率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ7とする。Table 3 shows optical specifications of a typical design example of this embodiment. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance surface and exit surface of the collimator lens are S 2 and S 3 , respectively, and the entrance surface, reflection surface and exit surface of the rotating lens mirror are S 4 and S 5 , respectively.
S 6 , the entrance surface and the exit surface of the imaging lens are S 7 and S 8 , respectively.
And Regarding the symbols of the respective optical specifications, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial interval from the i-th surface to the next surface is d i, and the refraction of the collimator lens, the rotating lens mirror, and the imaging lens Let the rates be n 2 , n 4 and n 7 respectively.
【００８６】[0086]
【表３】 [Table 3]
【００８７】図１９はこの設計例についての主走査断面
図、図２０はこの設計例の収差図である。FIG. 19 is a main scanning sectional view of this design example, and FIG. 20 is an aberration diagram of this design example.
【００８８】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図２１に示す。実施例１と同様に、屈折力はビー
ムが走査中心から走査端に行くに従って大きくなってお
り、回転レンズ鏡の主走査方向の屈折力変化を打ち消
し、図２０のように主走査方向の像面湾曲は±１．０ｍ
ｍ以内と、良好に補正されている。FIG. 21 shows changes in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. As in the first embodiment, the refractive power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, and cancels the change in the refractive power of the rotating lens mirror in the main scanning direction, and as shown in FIG. Curve is ± 1.0m
m, which is well corrected.
【００８９】（実施例３）図２２は本発明の光走査装置
の第３の実施例としての光走査装置を示したものであ
る。半導体レーザ１より射出したビームがコリメータレ
ンズ２によって平行なビームとされる。偏向手段として
の回動レンズ７および偏向鏡８は共に回転する。コリメ
ータレンズ２から射出された平行ビームは負のパワーを
有する回動レンズ７で発散ビームとされ、偏向鏡８で反
射され、偏向鏡８の回転により偏向される。偏向された
ビームは、結像光学系である結像レンズ５により集束作
用を受け、被走査面６上にビームスポットを形成する。
結像レンズ５は球面レンズである。(Embodiment 3) FIG. 22 shows an optical scanning device as a third embodiment of the optical scanning device of the present invention. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel beam by the collimator lens 2. The rotating lens 7 and the deflecting mirror 8 as deflecting means rotate together. The parallel beam emitted from the collimator lens 2 is converted into a divergent beam by a rotating lens 7 having a negative power, reflected by a deflecting mirror 8, and deflected by rotation of the deflecting mirror 8. The deflected beam is converged by an imaging lens 5 which is an imaging optical system, and forms a beam spot on a surface 6 to be scanned.
The imaging lens 5 is a spherical lens.
【００９０】図２３に回動レンズ７および偏向鏡８の回
転に伴ってビームが偏向される様子を模式的に示す。回
動レンズ７および偏向鏡８は、偏向鏡８の反射面Ｓf内
の回転軸Ｏを中心に回転し、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩのように
変位する。入射ビームＬは回動レンズ７の回転に伴い、
回動レンズ７のそれぞれ異なる位置を透過するため、屈
折により偏向される。ビームはさらに偏向鏡８の反射面
Ｓfで反射されて、さらにその偏向角を大きくし、射出
ビームＭ1、Ｍ2、Ｍ3のように偏向される。FIG. 23 schematically shows how the beam is deflected as the rotating lens 7 and the deflecting mirror 8 rotate. Rotating the lens 7 and the deflection mirror 8 is rotated around the rotation axis O in the reflecting surface S f of the deflection mirror 8, I, II, displaced as III. The incident beam L is caused by the rotation of the rotation lens 7,
Since the light passes through different positions of the rotating lens 7, it is deflected by refraction. Beam is further reflected by the reflecting surface S f of the deflection mirror 8, further increasing the deflection angle, is deflected so that the injection beam M 1, M 2, M 3 .
【００９１】入射ビームＬは回動レンズ７で負の屈折力
を受けるが、回動レンズ７の位置がＩＩのときには入射
角０゜で入射し、Ｉ、ＩＩＩのときにはある入射角を持
って入射するため、負の屈折力の絶対値はＩＩのときに
対して、Ｉ、ＩＩＩのときの方が大きくなる。従って、
回動レンズ７の屈折力を絶対値ではなく、正負を含めた
値として相対的にみると、本実施例でも実施例１と同様
に、走査中心を走査するビームの光路では屈折力は大き
く、ビームが走査中心から走査端へ移動するにつれて小
さくなる。The incident beam L receives negative refracting power at the rotating lens 7, but enters at an incident angle of 0 ° when the rotating lens 7 is at the position II, and enters at a certain incident angle when at the positions of I and III. Therefore, the absolute value of the negative refractive power is larger in the cases of I and III than in the case of II. Therefore,
When the refractive power of the rotary lens 7 is viewed not as an absolute value but as a value including positive and negative, the refractive power is large in the optical path of the beam scanning the scanning center in this embodiment, as in the first embodiment. It becomes smaller as the beam moves from the scanning center to the scanning edge.
【００９２】本実施例でも、結像レンズの主走査方向の
屈折力は、走査中心を走査するビームの光路において最
も小さく、走査端にビームが近づくにつれて大きくな
り、回転レンズ鏡の屈折力の不均一を打ち消し、主走査
方向の像面湾曲を小さく抑えている。Also in this embodiment, the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam scanning the scanning center, and increases as the beam approaches the scanning end. Uniformity is canceled, and the field curvature in the main scanning direction is suppressed to a small value.
【００９３】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
４に示す。半導体レーザの発光点をＳ1、コリメータレ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ2、Ｓ3、回動レンズ
の入射面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、反射鏡の反射面
をＳ6、結像レンズの入射面、射出面をそれぞれＳ7、Ｓ
8とする。各光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲
率半径をｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiと
し、コリメータレンズ、回動レンズ、結像レンズの屈折
率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ7とする。Table 4 shows optical specifications of a typical design example of this embodiment. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance surface and exit surface of the collimator lens are S 2 and S 3 , the entrance surface and exit surface of the rotating lens are S 4 and S 5 , and the reflection surface of the reflector is S 6. , The entrance surface and the exit surface of the imaging lens are S 7 and S
8 Regarding the symbols of the respective optical specifications, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial distance from the i-th surface to the next surface is d i, and the refraction of the collimator lens, the rotating lens, and the imaging lens. Let the rates be n 2 , n 4 and n 7 respectively.
【００９４】[0094]
【表４】 [Table 4]
【００９５】図２４はこの設計例についての主走査断面
図、図２５はこの設計例の収差図である。FIG. 24 is a main scanning sectional view of this design example, and FIG. 25 is an aberration diagram of this design example.
【００９６】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図２６に示す。やはり、屈折力はビームが走査中
心から走査端に行くに従って大きくなっており、回転レ
ンズ鏡の主走査方向の屈折力変化を打ち消し、図２５の
ように主走査方向の像面湾曲は±１．０ｍｍ以内と、良
好に補正されている。FIG. 26 shows a change in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. Again, the refractive power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, and cancels the change in the refractive power of the rotating lens mirror in the main scanning direction. As shown in FIG. 25, the field curvature in the main scanning direction is ± 1. It is well corrected to within 0 mm.
【００９７】本発明はレーザビームプリンタのみなら
ず、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザ走査ディス
プレイ等の画像形成装置やスキャナ等の画像入力装置、
あるいは光学マーク読み取り用レーザ走査装置、表面検
査用レーザ走査装置等にも適用することができ、上述し
たような効果が得られる。The present invention is applicable not only to a laser beam printer but also to an image forming apparatus such as a digital copying machine, a facsimile, a laser scanning display, and an image input apparatus such as a scanner.
Alternatively, the present invention can be applied to a laser scanning device for reading an optical mark, a laser scanning device for surface inspection, and the like, and the effects described above can be obtained.
【００９８】[0098]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果を有する。As described above, the present invention has the following effects.
【００９９】まず、請求項１、２記載の発明によれば、
主走査方向において、走査中心で大きく走査端で小さい
屈折力の分布を有する偏向手段の屈折力の不均一性を、
走査中心で小さく走査端で大きい屈折力を有する結像レ
ンズで打ち消し、像面湾曲を非常に小さくすることがで
きる。また、ビームの進行方向と垂直な方向の屈折率分
布を抑制することができる。これにより、焦点位置がず
れたり結像特性が悪化したりすることを防ぐことができ
る。また、レンズ成型時の流動状態の不均一性を防止
し、内部歪を生じないような特性の優れたレンズを製造
することができる。First, according to the first and second aspects of the present invention,
In the main scanning direction, the non-uniformity of the refractive power of the deflecting means having a distribution of the refractive power large at the scanning center and small at the scanning end,
It can be canceled by an imaging lens having a small refractive power at the scanning center and a large refractive power at the scanning end, and the field curvature can be made very small. In addition, it is possible to suppress the refractive index distribution in the direction perpendicular to the traveling direction of the beam. As a result, it is possible to prevent the focus position from being shifted and the imaging characteristics from being deteriorated. In addition, it is possible to manufacture a lens having excellent characteristics that prevents non-uniformity in the flow state during lens molding and does not cause internal distortion.
【０１００】請求項３記載の発明によれば、結像レンズ
に非球面を導入することにより、わずか１枚の結像レン
ズで十分に収差を補正をすることができる。さらに、結
像レンズへの入射ビームの画角も大きくとることができ
る。この結果、光走査装置を一層小型化することができ
る。According to the third aspect of the present invention, by introducing an aspherical surface into the imaging lens, aberration can be sufficiently corrected with only one imaging lens. Further, the angle of view of the incident beam on the imaging lens can be increased. As a result, the optical scanning device can be further downsized.
【０１０１】請求項４記載の発明によれば、ビームスポ
ット形状の崩れを実用上問題のない範囲内に抑えること
ができる。According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to suppress the collapse of the beam spot shape within a range where there is no practical problem.
【０１０２】請求項５記載の発明によれば、ビームスポ
ット径を一定にすることができる。この結果光走査装置
としての解像度を均一にすることができる。According to the fifth aspect of the present invention, the beam spot diameter can be made constant. As a result, the resolution as the optical scanning device can be made uniform.
【０１０３】[0103]
【０１０４】[0104]
【０１０５】請求項６記載の発明によれば、結像レンズ
の屈折力が小さくて済むようにすることができる。この
結果、レンズの厚さを均一に近づけることができ、製造
性・コストの点できわめて有効である。According to the sixth aspect of the invention, it is possible to reduce the refractive power of the imaging lens. As a result, the thickness of the lens can be made uniform, which is extremely effective in terms of manufacturability and cost.
【０１０６】請求項７記載の発明によれば、諸収差の補
正を主走査方向と副走査方向とで独立に行うことがで
き、光学設計上の自由度が大きくなる。このことによ
り、主走査方向、副走査方向共に像面湾曲を小さく抑え
ることができ、等速走査性も良好にすることができる。According to the present invention, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the degree of freedom in optical design is increased. As a result, the curvature of field can be reduced in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the uniform scanning speed can be improved.
【０１０７】請求項８記載の発明によれば、回転レンズ
鏡の反射面に面倒れがあっても、被走査面上におけるビ
ームスポットの副走査方向の位置は変化せず、走査線の
位置ずれを防止することができる。According to the eighth aspect of the present invention, even if the reflecting surface of the rotary lens mirror is tilted, the position of the beam spot on the surface to be scanned in the sub-scanning direction does not change, and the position of the scanning line is shifted. Can be prevented.
【０１０８】請求項９記載の発明によれば、結像レンズ
の有効部のいかなる位置でも、副走査断面に平行な断面
の曲率を任意に設定することができる。このため、副走
査方向の像面湾曲を完全に補正することができる。According to the ninth aspect of the present invention, the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section can be arbitrarily set at any position of the effective portion of the imaging lens. Therefore, the field curvature in the sub-scanning direction can be completely corrected.
【０１０９】請求項１０記載の発明によれば、結像レン
ズの製造が容易になりコストを低減することができる。
さらに、レンズ両面の光軸の相対的な位置精度や、２本
の光軸を一致させることが要求されないので、組み立て
性・レンズ精度の点で非常に有効である。According to the tenth aspect of the present invention, the manufacture of the imaging lens is facilitated and the cost can be reduced.
Further, since it is not required that the relative position accuracy of the optical axes on both surfaces of the lens and the two optical axes coincide, it is very effective in terms of assemblability and lens accuracy.
【０１１０】請求項１１記載の発明によれば、光学設計
の自由度が副走査方向でさらに１自由度大きくすること
ができる。この結果、副走査方向のビームスポット径を
完全に一定にすることができる。According to the eleventh aspect, the degree of freedom in optical design can be further increased by one in the sub-scanning direction. As a result, the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant.
【図１】 本発明の実施例１の光走査装置の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１において、回転レンズ鏡の
回転に伴いビームが偏向される様子を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a state in which a beam is deflected by rotation of a rotating lens mirror in Embodiment 1 of the present invention.
【図３】 本発明の実施例１において、回転レンズ鏡に
より偏向されるビームの焦点の軌跡を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a locus of a focal point of a beam deflected by a rotating lens mirror in the first embodiment of the present invention.
【図４】 非球面レンズを透過するビームの光路図。FIG. 4 is an optical path diagram of a beam transmitted through an aspheric lens.
【図５】 結像レンズの副走査断面図。FIG. 5 is a sub-scan sectional view of the imaging lens.
【図６】 結像レンズの冷却速度を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cooling speed of an imaging lens.
【図７】 プラスチックレンズの屈折率の分布図。FIG. 7 is a distribution diagram of a refractive index of a plastic lens.
【図８】 リブ付きの結像レンズの副走査断面図。FIG. 8 is a sub-scan sectional view of an imaging lens with a rib.
【図９】 本発明の実施例１の光学系の概念図。FIG. 9 is a conceptual diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の実施例１の光学系の断面図。FIG. 10 is a sectional view of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
【図１１】 本発明の実施例１の光学系の収差図。FIG. 11 is an aberration diagram of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
【図１２】 本発明の実施例１の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 12 is a diagram illustrating a change in the refractive power of the imaging lens according to the first embodiment of the present invention.
【図１３】 本発明の実施例１の結像レンズの曲率変化
率を示す図。FIG. 13 is a diagram illustrating a curvature change rate of the imaging lens according to the first embodiment of the present invention.
【図１４】 本発明の実施例１のビームスポットの断面
強度分布図。FIG. 14 is a sectional intensity distribution diagram of a beam spot according to the first embodiment of the present invention.
【図１５】 本発明の実施例１の結像レンズの形状変化
に基づく変化量を示す図。FIG. 15 is a diagram illustrating a change amount based on a shape change of the imaging lens according to the first embodiment of the present invention.
【図１６】 本発明の実施例１のビームスポット直径を
示す図。FIG. 16 is a diagram showing a beam spot diameter according to the first embodiment of the present invention.
【図１７】 結像レンズのベンディングを示す図。FIG. 17 is a diagram showing bending of an imaging lens.
【図１８】 本発明の実施例２の光走査装置の斜視図。FIG. 18 is a perspective view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.
【図１９】 本発明の実施例２の光学系の断面図。FIG. 19 is a sectional view of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
【図２０】 本発明の実施例２の光学系の収差図。FIG. 20 is an aberration diagram of the optical system according to the second embodiment of the present invention.
【図２１】 本発明の実施例２の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 21 is a diagram showing a change in the refractive power of the imaging lens according to the second embodiment of the present invention.
【図２２】 本発明の実施例３の光走査装置の斜視図。FIG. 22 is a perspective view of an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention.
【図２３】 本発明の実施例３において、回動レンズと
偏向鏡との回転に伴いビームが偏向される様子を示す
図。FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which a beam is deflected by rotation of a rotating lens and a deflecting mirror in a third embodiment of the present invention.
【図２４】 本発明の実施例３の光学系の断面図。FIG. 24 is a sectional view of an optical system according to a third embodiment of the present invention.
【図２５】 本発明の実施例３の光学系の収差図。FIG. 25 is an aberration diagram of the optical system according to the third embodiment of the present invention.
【図２６】 本発明の実施例３の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 26 is a diagram illustrating a change in the refractive power of the imaging lens according to the third embodiment of the present invention.
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ 回転レンズ鏡 ５ 結像レンズ ６ 被走査面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 2 Collimator lens 3 Cylindrical lens 4 Rotating lens mirror 5 Imaging lens 6 Scanning surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 雄二郎 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 ▲浜▼ 高志 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−198016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yujiro Nomura 3-3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Inside Seiko Epson Corporation (72) Inventor ▲ Hama ▼ Takashi 3-5-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture No. Seiko Epson Corporation (56) References JP-A-3-198016 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 26/10
Claims (11)
ムを偏向し等角速度で回転する偏向手段と、前記偏向手
段により偏向された光ビームを被走査面上に結像させる
ための結像レンズとを有する光走査装置において、 前記結像レンズの主走査方向における屈折力について、
走査中心を走査する光ビームが通過する光路における屈
折力に対し、走査端を走査する光ビームが通過する光路
における屈折力の方が大きく、 前記結像レンズの副走査断面において、光軸方向の厚さ
をｔ、副走査方向の高さをｈとすると、 ｈ／ｔ＞２ の関係を満たし、かつ、 前記結像レンズの主走査断面の有効部において、光軸方
向の厚さの最大値をｔ max 、最小値をｔ min とすると、 ｔ max ／ｔ min ＜２ の関係を満たす ことを特徴とする光走査装置。1. A light source for generating a light beam, a deflecting means for deflecting the light beam and rotating at a constant angular velocity, and an image for forming an image of the light beam deflected by the deflecting means on a surface to be scanned. In the optical scanning device having a lens, the refractive power in the main scanning direction of the imaging lens,
To power in the optical path of the light beam scanning the scan center passes, towards the power in the optical path where the light beam scans the scan end to pass through rather large, in the sub-scan section of the imaging lens, the optical axis direction Thickness
Is t and the height in the sub-scanning direction is h, the relationship h / t> 2 is satisfied, and the effective portion of the imaging lens in the main scanning section has the optical axis direction
The thickness maximum value t max of the counter, the minimum value and t min, optical scanning device characterized by satisfying the relation t max / t min <2.
ームが走査中心を走査するときの角速度に対し、走査端
を走査するときの角速度の方が小さいことを特徴とする
請求項１記載の光走査装置。2. The light according to claim 1, wherein the angular velocity when scanning the scanning end is smaller than the angular velocity when scanning the scanning center with the light beam deflected by the deflecting unit. Scanning device.
である面を有することを特徴とする請求項１記載の光走
査装置。3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the imaging lens has a surface that is aspherical in a main scanning section.
て、光軸からの高さをｙ、前記高さｙでの曲率をｃ
（ｙ）とすると、 【数１】 となることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。4. In the effective portion of the aspherical main scanning section, the height from the optical axis is y, and the curvature at the height y is c.
Assuming (y), The optical scanning device according to claim 3, wherein:
て、主走査断面の有効部で、光軸からの高さをｙ、前記
高さｙでのレンズ面の光軸方向の変位量をΔｚi （ｙ）
とし、前記偏向手段の偏向点から前記レンズ面Ｓi まで
の距離をｂi 、前記偏向点から前記被走査面までの距離
をａとすると、 【数２】 となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。5. In the lens surface S i of the imaging lens, the height from the optical axis is y, and the displacement of the lens surface in the optical axis direction at the height y is Δz in the effective portion of the main scanning section. i (y)
Where b i is the distance from the deflection point of the deflection means to the lens surface S i, and a is the distance from the deflection point to the surface to be scanned. The optical scanning device according to claim 1, wherein:
主走査断面において集束光であることを特徴とする請求
項１記載の光走査装置。 6. A light beam incident on the imaging lens,
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the light is focused light in a main scanning section.
方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項１記載
の光走査装置。 Wherein said imaging lens optical scanning device according to claim 1, wherein the refractive power differs between the main scanning direction and the sub-scanning direction.
被走査面とが光学的共役関係にあることを特徴とする請
求項７記載の光走査装置。 8. A sub-scan section, the optical scanning apparatus according to claim 7, wherein the said deflection point and the scan surface, characterized in that an optically conjugate relationship.
て、副走査断面に平行な断面の曲率が、前記結像レンズ
の有効部で主走査方向に沿って連続的に変化しているこ
とを特徴とする請求項７記載の光走査装置。 9. At least one surface of the imaging lens, wherein a curvature of a section parallel to a sub-scanning section continuously changes in a main scanning direction at an effective portion of the imaging lens. The optical scanning device according to claim 7, wherein
と凸面とからなることを特徴とする請求項９記載の光走
査装置。 10. A sub-scan section of the imaging lens, an optical scanning device according to claim 9, characterized in that comprising a planar and convex surfaces.
査断面に平行な断面の曲率が、前記結像レンズの有効部
で主走査方向に沿って連続的に変化していることを特徴
とする請求項９記載の光走査装置。 11. The imaging lens according to claim 1 , wherein the curvature of a cross section parallel to the sub-scanning cross section continuously changes along the main scanning direction at an effective portion of the imaging lens on both surfaces of the imaging lens. The optical scanning device according to claim 9 .
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