JP3198685B2 - Light beam scanning device - Google Patents
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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
ー等に用いる光ビーム走査装置に関わり、特に回転多面
鏡の面倒れ補正の為のシリンドリカルミラーを用いる光
ビーム走査装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light beam scanning device used for a laser beam printer or the like, and more particularly to a light beam scanning device using a cylindrical mirror for correcting a tilt of a rotary polygon mirror.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザプリンタ等に用いられる走査光学
系では、光ビームを高速偏向する為に回転多面鏡が多く
用いられているが、偏向反射面の製作誤差や取付誤差に
よる倒れ誤差により発生する走査スポットのピッチムラ
という問題がある。これを解決する方法としては、回転
多面鏡の反射面と被走査面をほぼ共役関係とする面倒れ
補正光学系が広く用いられており、シリンドリカルレン
ズを用いたもの(特開昭58−93021号公報)、あ
るいはトーリック面を用いるもの(特開昭57−145
15号公報、特開昭61−175616号公報等)があ
る。2. Description of the Related Art In a scanning optical system used for a laser printer or the like, a rotary polygon mirror is often used to deflect a light beam at a high speed. There is a problem of uneven pitch of the scanning spot. As a method for solving this problem, a surface tilt correction optical system in which the reflection surface of the rotary polygon mirror and the surface to be scanned are substantially conjugated with each other is widely used, and a system using a cylindrical lens (Japanese Patent Laid-Open No. 58-93021). Gazette) or using a toric surface (JP-A-57-145)
No. 15, JP-A-61-175616, etc.).
【0003】回転多面鏡を用いた走査光学系の偏向部分
を図5に示す。光源26からの光ビームLは、線像結像
光学系27により副走査方向(図5において紙面に垂直
な方向)にのみ収束され、回転多面鏡28のほぼ表面に
線像として結像される。反射された光ビームLは回転多
面鏡28の回動により23から24さらに25と走査さ
れるが、光ビームLの走査と回転多面鏡28への入射は
ともにYZ平面内(図5において紙面を含む面内)で行
われるので、回転多面鏡28への光ビームLの入射角
(光軸Zとなす角)αは走査角θの最大値よりも大きく
なる。FIG. 5 shows a deflection part of a scanning optical system using a rotating polygon mirror. The light beam L from the light source 26 is converged only in the sub-scanning direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 5) by the line image forming optical system 27, and is formed as a line image on almost the surface of the rotary polygon mirror 28. . The reflected light beam L is scanned from 23 to 24 and then 25 by the rotation of the rotary polygon mirror 28, and both the scanning of the light beam L and the incidence on the rotary polygon mirror 28 are in the YZ plane (in FIG. (In an included plane), the incident angle α of the light beam L to the rotary polygon mirror 28 (the angle formed with the optical axis Z) becomes larger than the maximum value of the scanning angle θ.
【0004】ここで、回転多面鏡28の走査角θの最大
値は回転多面鏡28の面数をNとした場合、θmax=
360/Nで表され、実際の有効走査範囲はこれより小
さくなるが、例えば6面の場合αは70゜程度必要であ
り、装置全体をコンパクトにするためにθを大きくする
とαも大きくなるという関係がある。図6は、回転多面
鏡28の偏向面(反射面)の回転位置及び光ビームLの
反射位置、結像位置の説明図である。すなわち、図6に
おいて回転多面鏡28の一つの偏向面は、33,34,
35で示す位置に変化する。このきと、光ビームLの反
射点は、33a,34a,35aと変化し、反射方向も3
3b,34b,35bと変化する。すなわち、光ビームL
を光軸Zに対し斜め入射すると、回転多面体28の反射
位置は図6に示すように、回動につれて33aから34
a、34aから35aと入射する光ビームLに対し前後に
移動する。この結果、線像結像の位置も回動につれて回
転多面鏡28表面からずれてしまう。Here, the maximum value of the scanning angle θ of the rotary polygon mirror 28 is θmax =
360 / N, the actual effective scanning range is smaller than this. For example, in the case of six surfaces, α is required to be about 70 °, and when θ is increased to make the entire apparatus compact, α increases. Have a relationship. FIG. 6 is an explanatory diagram of the rotation position of the deflection surface (reflection surface) of the rotary polygon mirror 28, the reflection position of the light beam L, and the image formation position. That is, in FIG. 6, one deflecting surface of the rotary polygon mirror 28 is 33, 34,
The position changes to the position indicated by 35. At this time, the reflection point of the light beam L changes to 33a, 34a, and 35a, and the reflection direction also changes to 3a.
3b, 34b, and 35b. That is, the light beam L
Is obliquely incident on the optical axis Z, the reflection position of the rotating polyhedron 28 is changed from 33a to 34 with rotation as shown in FIG.
The light beam L moves forward and backward with respect to the incident light beam L from a, 34a to 35a. As a result, the position of the line image formation also shifts from the surface of the rotary polygon mirror 28 as it rotates.
【0005】図7に光軸Z方向に反射する光ビームLの
線像結像位置を回転多面鏡28の反射面表面28aに一
致させた場合の、回動にともなう反射点の移動軌跡41
と線像結像位置の移動軌跡42を示す。パラメータは、
最大走査角44゜、回転多面鏡28の内接径50mm、
入射角α70゜の場合である。回転多面鏡28の回動に
つれて反射点は41aから28aまでの直線41上を動
く。線像結像位置の軌跡42は、回転多面鏡28の回動
につれて42aから28a、さらに28aから42bに移動
し、光軸Zに対して非対称な動きをし、その移動量は最
大3mm以上になる。線像結像位置は、回転多面鏡28
の反射面28aと被走査面の共役関係を示した図8の物
点51にあたり、回動により51が55に移動すると、
共役関係にある像点52も56に移動する。FIG. 7 shows a movement locus 41 of a reflection point accompanying the rotation when the line image forming position of the light beam L reflected in the optical axis Z direction coincides with the reflection surface 28a of the rotary polygon mirror 28.
And a movement locus 42 of the line image forming position. The parameters are
The maximum scanning angle 44 °, the inscribed diameter of the rotating polygon mirror 28 is 50 mm,
This is the case of the incident angle α70 °. As the rotary polygon mirror 28 rotates, the reflection point moves on a straight line 41 from 41a to 28a. The trajectory 42 of the line image forming position moves from 42a to 28a and further from 28a to 42b as the rotary polygon mirror 28 rotates, and moves asymmetrically with respect to the optical axis Z. Become. The line image forming position is determined by the rotating polygon mirror 28.
8 shows the conjugate relationship between the reflection surface 28a and the scanned surface, and when 51 is moved to 55 by rotation,
The image point 52 having a conjugate relationship also moves to 56.
【0006】以上述べたように、回転多面鏡の反射面と
被走査面を共役関係とした走査光学系に、光軸に対し斜
めの方向から光ビームLを入射させると、反射点の移動
により、線像結像位置が光軸に対して非対称な動きを
し、これと共役関係にある副走査方向のスポット結像位
置も光軸に対し非対称になることから像面わん曲が大き
くなり、走査位置によりスポットサイズが不均一になる
という問題がある。この問題はガルバノミラーのように
反射点と回転軸が一致する場合や、平行な光ビームを入
射する場合には発生しない。回転多面鏡と面倒れ補正光
学系を組み合わせたとき特有に発生する問題である。As described above, when the light beam L is incident on the scanning optical system in which the reflecting surface of the rotary polygon mirror and the surface to be scanned are conjugated with each other from a direction oblique to the optical axis, the reflecting point moves. The line image forming position moves asymmetrically with respect to the optical axis, and the spot image forming position in the sub-scanning direction, which has a conjugate relationship therewith, also becomes asymmetrical with respect to the optical axis. There is a problem that the spot size becomes uneven depending on the scanning position. This problem does not occur when the reflection point coincides with the rotation axis as in a galvanometer mirror or when a parallel light beam is incident. This is a problem that is peculiar to the combination of a rotary polygon mirror and a surface tilt correction optical system.
【0007】この問題を解決する方法として、結像レン
ズに副走査方向の曲率半径を光軸から遠ざかるにつれて
単調増加する非球面を用いるとともに、この非球面を光
軸に対して非対称な形とするレンズを用いるもの(特開
平2−23313号公報)が提案されている。As a method for solving this problem, an aspherical surface whose curvature radius in the sub-scanning direction is monotonically increased as the distance from the optical axis is increased is used for the imaging lens, and the aspherical surface is made asymmetric with respect to the optical axis. One using a lens (Japanese Patent Laid-Open No. 23233/1990) has been proposed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光軸に
対し非対称なレンズを加工する為には専用の加工設備が
必要であり、また、結像レンズの中に倒れ補正機能をも
たせると、コンパクトな結像レンズとする為には横倍率
を3以上にする必要があり、部品の加工精度が厳しくな
る問題がある。更に、このレンズをプラスチックとした
場合、温度変化にともなう屈折率変化により結像特性が
変化するという問題がある。However, in order to machine a lens that is asymmetrical with respect to the optical axis, dedicated machining equipment is required, and if an imaging lens is provided with a tilt correction function, it becomes compact. In order to form an imaging lens, it is necessary to set the lateral magnification to 3 or more, and there is a problem that the processing accuracy of parts becomes severe. Furthermore, when this lens is made of plastic, there is a problem that the imaging characteristics change due to a change in the refractive index with a change in temperature.
【0009】本発明は前述の事情に鑑み、回転多面鏡を
使用し、結像レンズの光軸に対し斜めの方向から光ビー
ムを入射させる光ビーム走査装置において、下記(O0
1)の記載内容を課題とする。 (O01) 面倒れ補正機能をもちながら、副走査方向の
像面形状を平坦にし、走査位置によらず均一なスポット
径を得られ、しかも製造が容易な光ビーム走査装置を提
供すること。In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides a light beam scanning apparatus that uses a rotating polygon mirror to make a light beam incident from a direction oblique to the optical axis of an imaging lens.
The contents described in 1) shall be the subject. (O01) To provide a light beam scanning device which has a flattening function in a sub-scanning direction, has a uniform spot diameter irrespective of a scanning position, and is easy to manufacture, while having a surface tilt correcting function.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本発明を説明するが、本発明の要素に
は、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実
施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。な
お、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する
理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明
の範囲を実施例に限定するためではない。Next, the present invention devised to solve the above-mentioned problems will be described. Elements of the present invention are used to facilitate correspondence with elements of the embodiments described later. , The reference numerals of the elements of the embodiment are enclosed in parentheses. The reason why the present invention is described in correspondence with the reference numerals of the embodiments described below is to facilitate understanding of the present invention, and not to limit the scope of the present invention to the embodiments.
【0011】前記課題を解決するために、本出願の第1
発明の光ビーム装置装置は、光ビームを偏向走査させる
回転多面鏡(4)と、この回転多面鏡(4)と被走査面
(7a)とが副走査方向においてほぼ共役関係となる光
学系とを備え、前記光学系は、前記光ビームを被走査面
(7a)上に絞り込む結像レンズ(5)及び副走査方向
にのみ曲率をもつシリンドリカルミラー(6)を有する
光ビーム走査装置において、下記の要件を備えたことを
特徴とする、(Y01)前記シリンドリカルミラー(6)
の副走査方向の断面曲率半径を主走査方向に沿って単調
に増加させたこと。In order to solve the above-mentioned problem, the first application of the present application
The light beam device according to the present invention includes a rotary polygon mirror (4) for deflecting and scanning the light beam, and an optical system in which the rotary polygon mirror (4) and the surface to be scanned (7a) are substantially conjugated in the sub-scanning direction. Wherein the optical system includes an imaging lens (5) for converging the light beam on the surface to be scanned (7a) and a cylindrical mirror (6) having a curvature only in the sub-scanning direction. (Y01) The cylindrical mirror (6), characterized in that:
The monotonically increasing the radius of curvature of the section in the sub-scanning direction along the main scanning direction.
【0012】(語句の説明)前記「結像レンズ(5)」
にはfθレンズ(5)が使用される。fθレンズ(5)
とは等角速度での光ビームの偏向を補正し、その光スポ
ットが被走査面(7a)上で等速で移動するようにする
ためのもので、光軸からθの角度で偏向点より入射した
光ビームが焦点距離fの結像レンズ(5)の光軸からf
×θの像高位置に集光することを意味してこの名称で呼
ばれている。前記fθレンズ(5)と前記シリンドリカ
ルミラー(6)とにより構成される光学系は、回転多面
鏡(4)の反射面と被走査位置がほぼ共役関係となる面
倒れ補正光学系を構成し、回転多面鏡(4)の面倒れに
よる走査線のピッチむらを補正している。(Explanation of Terms) The “imaging lens (5)”
Uses an fθ lens (5). fθ lens (5)
Is to correct the deflection of the light beam at a constant angular velocity so that the light spot moves at a constant speed on the surface to be scanned (7a), and enters from the deflection point at an angle of θ from the optical axis. From the optical axis of the imaging lens (5) having the focal length f
It is referred to by this name to mean that light is condensed at an image height position of xθ. The optical system constituted by the fθ lens (5) and the cylindrical mirror (6) constitutes a surface tilt correction optical system in which the reflection surface of the rotary polygon mirror (4) and the position to be scanned have a substantially conjugate relationship. The pitch unevenness of the scanning line due to the tilt of the rotary polygon mirror (4) is corrected.
【0013】本発明による走査光学系に用いる前記「シ
リンドリカルミラー(6)」は、プラスチック材料によ
り形成することが望ましい。前記シリンドリカルミラー
(6)は副走査方向の断面曲率半径が主走査方向の位置
により変化するため、従来用いられているような、必要
とする光学面形状と凹凸が逆な研磨皿との摺り合わせに
よる研磨加工が難しい。しかし、射出成形等による場
合、位置による断面曲率半径の差が小さければ、従来の
シリンドリカルミラー(6)を成形する場合と同じ工程
を採用することができる。The "cylindrical mirror (6)" used in the scanning optical system according to the present invention is desirably formed of a plastic material. Since the cross-sectional radius of curvature of the cylindrical mirror (6) in the sub-scanning direction changes depending on the position in the main scanning direction, the cylindrical mirror (6) is rubbed with a polishing plate having a required optical surface shape and a concavo-convex surface, as conventionally used. Polishing is difficult. However, in the case of injection molding or the like, if the difference in the cross-sectional radius of curvature depending on the position is small, the same process as in the case of molding the conventional cylindrical mirror (6) can be employed.
【0014】本発明による走査光学系の「回転多面鏡
(4)と被走査面(7a)とが副走査方向においてほぼ
共役関係となる光学系」の前記「共役関係」の横倍率β
は、0.4<β<1.4であることが望ましい。横倍率
が0.4以下になるとfθレンズ(5)からシリンドリ
カルミラー(6)までの距離が長くなり、シリンドリカ
ルミラー(6)が大きくなり望ましくない。また、横倍
率が1.4以上になると、縦倍率は2倍以上となり部品
の要求精度が厳しくなるとともに、本発明のシリンドリ
カルミラー(6)をプラスチックで形成した場合の環境
変化による結像特性の変化が無視出来なくなる。The lateral magnification β of the “conjugate relationship” of the “optical system in which the rotary polygon mirror (4) and the surface to be scanned (7a) are substantially conjugate in the sub-scanning direction” of the scanning optical system according to the present invention.
Is preferably 0.4 <β <1.4. If the lateral magnification is 0.4 or less, the distance from the fθ lens (5) to the cylindrical mirror (6) increases, and the size of the cylindrical mirror (6) increases, which is not desirable. When the horizontal magnification is 1.4 or more, the vertical magnification is 2 or more, and the required accuracy of the parts becomes severe. In addition, when the cylindrical mirror (6) of the present invention is formed of plastic, the imaging characteristics due to environmental changes are reduced. Changes cannot be ignored.
【0015】(本発明の実施態様1)前記本発明の光ビ
ーム走査装置の実施態様1は、前記本発明において下記
の要件(Y011)を備えたことを特徴とする、(Y011)
前記シリンドリカルミラー(6)をプラスチック材料
により形成したこと。(Embodiment 1 of the present invention) Embodiment 1 of the light beam scanning apparatus of the present invention is characterized by satisfying the following requirement (Y011) in the present invention (Y011).
The cylindrical mirror (6) is formed of a plastic material.
【0016】(本発明の実施態様2)前記本発明の光ビ
ーム走査装置の実施態様2は、前記本発明及び前記実施
態様1の光ビーム走査装置において、下記の要件(Y01
2)を備えたことを特徴とする、(Y012) 前記共役関
係の横倍率が0.4以上1.4以下に設定されたこと。(Embodiment 2 of the Present Invention) The embodiment 2 of the light beam scanning device of the present invention is the light beam scanning device of the present invention and the embodiment 1 described above, in which the following requirement (Y01) is satisfied.
(Y012) The lateral magnification of the conjugate relationship is set to 0.4 or more and 1.4 or less.
【0017】[0017]
【作用】次に、前述の特徴を備えた本発明の作用を説明
する。前述の特徴を備えた本発明の光ビーム装置装置
は、回転多面鏡(4)により偏向走査される光ビーム
は、この回転多面鏡(4)と被走査面(7a)とが副走
査方向においてほぼ共役関係となる光学系の結像レンズ
(5)及びシリンドリカルミラー(6)により、被走査
面(7a)上に絞り込まれる。前記シリンドリカルミラ
ー(6)は、その副走査方向の断面曲率半径が主走査方
向に沿って単調に増加しているので、回転多面鏡(4)
の回動にともなう反射位置移動により発生する副走査方
向の像面わん曲を補正することができる。Next, the operation of the present invention having the above-mentioned features will be described. According to the light beam apparatus of the present invention having the above-mentioned features, the light beam deflected and scanned by the rotating polygon mirror (4) is such that the rotating polygon mirror (4) and the surface to be scanned (7a) are moved in the sub-scanning direction. It is narrowed down on the surface to be scanned (7a) by the imaging lens (5) and the cylindrical mirror (6) of the optical system having a substantially conjugate relationship. Since the cross-sectional radius of curvature of the cylindrical mirror (6) in the sub-scanning direction monotonically increases in the main scanning direction, the rotating polygon mirror (4)
The curvature of the image plane in the sub-scanning direction caused by the movement of the reflection position due to the rotation of.
【0018】次に図9、及び後述の実施例を説明するた
めの図3を用いて、前記シリンドリカルミラー(6)に
より像面わん曲を補正できる理由について説明する。回
転多面鏡(4)の反射面と被走査面(7a)を共役関係
とし、偏向点(回転多面鏡(4)での反射位置)が移動
しない状態での副走査方向の像面わん曲が図9に実線で
示すように補正されたfθレンズ(5)およびシリンド
リカルミラー(6)に回転多面鏡(4)を組み合わせた
光ビーム走査装置において、光軸に対し斜めの方向から
光ビームを入射した場合の副走査方向結像位置は、回転
多面鏡(4)の回動にともなう反射点の移動により、図
9に破線で示したように片側が被走査位置から大きく離
れてしまう。このように前記偏向点が移動しないと仮定
するならば、前記図9破線で示すように被走査位置から
大きく離れた光ビームの副走査方向結像位置を、被走査
面(7a)上に一致させるためには、前記片側部分に対
応する前記シリンドリカルミラー(6)の反射面の曲率
を大きくすればよい(すなわち、曲率半径を小さくすれ
ばよい)。Next, the reason why the curvature of the image plane can be corrected by the cylindrical mirror (6) will be described with reference to FIG. 9 and FIG. 3 for describing an embodiment described later. The reflecting surface of the rotating polygon mirror (4) and the surface to be scanned (7a) are in a conjugate relationship, and the image plane curvature in the sub-scanning direction when the deflection point (reflection position on the rotating polygon mirror (4)) does not move. In a light beam scanning apparatus in which a rotating polygon mirror (4) is combined with an fθ lens (5) and a cylindrical mirror (6) corrected as indicated by a solid line in FIG. 9, a light beam is incident from a direction oblique to the optical axis. In this case, one side of the imaging position in the sub-scanning direction is largely separated from the position to be scanned as shown by a broken line in FIG. 9 due to the movement of the reflection point accompanying the rotation of the rotary polygon mirror (4). If it is assumed that the deflection point does not move in this manner, the image forming position in the sub-scanning direction of the light beam far away from the scanned position coincides with the scanned surface (7a) as shown by the broken line in FIG. This can be achieved by increasing the curvature of the reflecting surface of the cylindrical mirror (6) corresponding to the one side portion (that is, by decreasing the radius of curvature).
【0019】しかしながら、現実には前記偏向点は移動
する。このため一般的に、前記偏向点の移動によっても
光ビームの副走査方向結像位置が被走査面(7a)上に
一致させるために、前記回転多面鏡(4)及び結像レン
ズ(5)等の位置が調整される。このため一般的には、
前記被走査面(7a)に対する光ビームの副走査方向結
像位置は、定性的に図3の実線で示される。この図3の
実線は、光ビームの副走査方向結像位置が被走査面(7
a)上で主走査方向に沿って前方に移動することを示し
ている。したがって、光ビームの副走査方向結像位置を
被走査面(7a)上に近づけるためには、シリンドリカ
ルミラー(6)の副走査方向の曲率を主走査方向に沿っ
て小さくすればよい。すなわち、前記シリンドリカルミ
ラー(6)の断面曲率半径を主走査方向に沿って増加さ
せることにより、光ビームの副走査方向結像位置を被走
査面(7a)上に近づけることが可能である。すなわ
ち、結像位置の移動量が最も大きい最大画角のわん曲に
対する補正効果が最も大きくなるように、上記シリンド
リカルミラー(6)の断面曲率半径を副走査方向に沿っ
て単調に増加させた変形シリンドリカルミラー(6)と
することにより、前記左右非対称なわん曲量を全体的に
小さくし、走査位置によるスポットサイズを補正するこ
とができる。However, in practice, the deflection point moves. For this reason, in general, the rotating polygon mirror (4) and the imaging lens (5) are used so that the imaging position of the light beam in the sub-scanning direction coincides with the scanned surface (7a) even by the movement of the deflection point. Are adjusted. So in general,
The imaging position of the light beam in the sub-scanning direction on the surface to be scanned (7a) is qualitatively indicated by a solid line in FIG. The solid line in FIG. 3 indicates that the imaging position of the light beam in the sub-scanning direction is
a) It shows that it moves forward along the main scanning direction. Therefore, in order to bring the image position of the light beam in the sub-scanning direction closer to the surface to be scanned (7a), the curvature of the cylindrical mirror (6) in the sub-scanning direction may be reduced along the main scanning direction. That is, by increasing the cross-sectional radius of curvature of the cylindrical mirror (6) in the main scanning direction, it is possible to make the image position of the light beam in the sub-scanning direction closer to the surface to be scanned (7a). That is, the deformation in which the sectional radius of curvature of the cylindrical mirror (6) is monotonously increased along the sub-scanning direction so that the correction effect for the curvature of the maximum angle of view in which the amount of movement of the imaging position is the largest is maximized. By using the cylindrical mirror (6), the amount of the asymmetrical curvature can be reduced as a whole, and the spot size depending on the scanning position can be corrected.
【0020】[0020]
【実施例】次に図面を参照しながら、本発明の実施例を
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。図1は本発明による走査光学系の一実施例の構
成説明図である。図1において、1はレーザ光源、2は
コリメートレンズ、3は回転多面鏡4の反射面近傍に線
像結像するための結像レンズ、4は回転多面鏡、5はf
θレンズ、6は本発明による変形シリンドリカルミラ
ー、7は感光ドラム、7aは被走査面(感光ドラム表
面)を表している。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 1 is an explanatory view of the configuration of an embodiment of the scanning optical system according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a laser light source, 2 is a collimating lens, 3 is an imaging lens for forming a line image near the reflection surface of the rotary polygon mirror 4, 4 is a rotary polygon mirror, and 5 is f
The .theta. lens 6, 6 is a modified cylindrical mirror according to the present invention, 7 is a photosensitive drum, and 7a is a scanned surface (photosensitive drum surface).
【0021】レーザ光源1より出たレーザ光は、コリメ
ータレンズ2により平行光束とされ、シリンドリカルレ
ンズ3により副走査方向にのみ収束され、副走査方向に
おいて感光ドラム7の表面すなわち被走査面7aと共役
関係にある回転多面鏡4の反射面近傍に線像結像され
る。反射光は等速回転する回転多面鏡4により偏向走査
されfθレンズ5に入射する。このfθレンズ5は、第
1レンズ5aと第2レンズ5bとで構成されており、f
θレンズの主走査方向の焦点距離がfのとき角度θで偏
向されたレーザ光をf×θの像高位置に結像する機能を
持っている。fθレンズ5を通過したレーザ光は変形シ
リンドリカルレンズにより副走査方向にのみ収束される
とともに、副走査方向の左右非対称な像面形状を補正さ
れて感光ドラム7の表面(被走査面)7aにスポット結
像される。The laser light emitted from the laser light source 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 2, converged only in the sub-scanning direction by the cylindrical lens 3, and conjugated with the surface of the photosensitive drum 7, that is, the scanned surface 7 a in the sub-scanning direction. A line image is formed near the reflecting surface of the rotating polygon mirror 4 in the relationship. The reflected light is deflected and scanned by the rotating polygon mirror 4 rotating at a constant speed, and is incident on the fθ lens 5. Lens 5 includes a first lens 5a and a second lens 5b.
When the focal length of the θ lens in the main scanning direction is f, the laser beam deflected at an angle θ is formed at an image height position of f × θ. The laser beam that has passed through the fθ lens 5 is converged only in the sub-scanning direction by the deformed cylindrical lens, and the left-right asymmetric image plane shape in the sub-scanning direction is corrected to be spotted on the surface (scanned surface) 7 a of the photosensitive drum 7. It is imaged.
【0022】以上説明した本実施例の具体的レンズデー
タの1例を表1に示す。Table 1 shows an example of specific lens data of the present embodiment described above.
【表1】 前記表1において、0は回転多面鏡の反射面、1、2は
fθレンズ5aのレンズ面、3、4はfθレンズ5bの
レンズ面、5は変形シリンドリカルミラー6の反射面を
表し()内の数値は副走査方向の曲率半径を示す。ま
た、シリンドリカルミラー6の法線と入射ビームが副走
査方向の光軸上でなす角は、7.5゜、レーザビームの
波長は780nmである。図2は、前記表1の回転多面
鏡およびfθレンズ5(図2では第1レンズ5aのみ図
示)の光ビームLに対する位置関係を示す図である。図
2において、回転多面鏡への光ビームLの入射位置が鏡
面の中心から3mmずれており、また、fθレンズ5の
光軸が光ビームの走査基準(中心)線Zから1.7mm
ずれているのは、主走査方向の像面わん曲を最適に調節
するためである。[Table 1] In Table 1, 0 represents the reflecting surface of the rotary polygon mirror, 1, 2 represents the lens surface of the fθ lens 5a, 3, 4 represents the lens surface of the fθ lens 5b, and 5 represents the reflecting surface of the modified cylindrical mirror 6. Indicates the radius of curvature in the sub-scanning direction. The angle formed by the normal line of the cylindrical mirror 6 and the incident beam on the optical axis in the sub-scanning direction is 7.5 °, and the wavelength of the laser beam is 780 nm. FIG. 2 is a view showing the positional relationship of the rotary polygon mirror and the fθ lens 5 (only the first lens 5a is shown in FIG. 2) with respect to the light beam L in Table 1. In FIG. 2, the incident position of the light beam L on the rotating polygon mirror is shifted by 3 mm from the center of the mirror surface, and the optical axis of the fθ lens 5 is 1.7 mm from the scanning reference (center) line Z of the light beam.
The deviation is for optimal adjustment of the image surface curvature in the main scanning direction.
【0023】表1に例示する上記レンズデータにおい
て、シリンドリカルミラーの断面曲率半径が位置によら
ず一定の場合の副走査方向像面形状は、図3に実線で示
すように、主走査方向により被走査位置の前後にずれた
非対称形状となる。これを平坦な走査面形状にするに
は、被走査位置よりも手前側にスポット結像している走
査ビームのシリンドリカルミラー面上における走査位置
の断面曲率半径を光軸上の断面曲率半径にくらべ大きく
すれば良い。反対に被走査位置の奥側にスポット結像し
ている走査位置の走査ビームが通過するシリンドリカル
ミラー面上の位置では、光軸上にくらべ断面曲率半径を
小さくすれば良い。In the above lens data exemplified in Table 1, when the sectional radius of curvature of the cylindrical mirror is constant irrespective of the position, the image plane shape in the sub-scanning direction is, as shown by the solid line in FIG. It becomes an asymmetrical shape shifted before and after the scanning position. In order to make this a flat scanning surface shape, the cross-sectional radius of curvature of the scanning beam on the cylindrical mirror surface of the scanning beam spot-formed on the front side of the scanned position is compared with the cross-sectional radius of curvature on the optical axis. You just need to increase it. Conversely, at the position on the cylindrical mirror surface where the scanning beam at the scanning position where the spot image is formed on the far side of the scanned position passes, the sectional radius of curvature may be smaller than that on the optical axis.
【0024】前記図3の実線で示す像面形状の場合、各
走査角での副走査方向のスポット結像位置を被走査位置
に一致させるためには、図4に実線で示すような断面曲
率半径の分布を持った変形シリンドリカルミラーが必要
となる。このような形状のミラーを使用すれば副走査方
向の像面形状をほぼ完全に補正することができるが、加
工や検査が難しく高価になり、実用化が難しい。そこ
で、本実施例では図4に破線で示すように断面曲率半径
を1次式で表せる分布とする。本実施例では、光軸上の
断面曲率半径は117.6、傾きは0.00927であ
り、断面曲率半径の面内差は最大1.25mmである。
図4に破線で示した断面曲率半径の分布を持つ変形シリ
ンドリカルミラーを使用した場合の結像特性は、図3に
破線で示したように像面わん曲が1.5mm以下にな
り、従来のシリンドリカルミラーを用いた場合の像面わ
ん曲量4.5mm(図3の実線参照)の半分以下とする
ことができ、十分補正効果が有ることがわかる。In the case of the image plane shape shown by the solid line in FIG. 3, in order to make the spot image forming position in the sub-scanning direction at each scanning angle coincide with the position to be scanned, the sectional curvature as shown by the solid line in FIG. A deformed cylindrical mirror having a radius distribution is required. If a mirror having such a shape is used, the image plane shape in the sub-scanning direction can be almost completely corrected, but processing and inspection are difficult and expensive, and practical use is difficult. Therefore, in the present embodiment, as shown by a broken line in FIG. In this embodiment, the cross-sectional radius of curvature on the optical axis is 117.6, the inclination is 0.00927, and the in-plane difference of the cross-sectional radius of curvature is 1.25 mm at the maximum.
The image forming characteristic when using the deformed cylindrical mirror having the distribution of the cross-sectional radius of curvature shown by the broken line in FIG. 4 is 1.5 mm or less as shown by the broken line in FIG. The amount of curvature of the image plane when the cylindrical mirror is used is 4.5 mm (see the solid line in FIG. 3), which is less than half, and it can be seen that there is a sufficient correction effect.
【0025】断面曲率半径をリニアに変化させた形状の
変形シリンドリカルミラー(すなわち、円筒状反射面で
はなく、軸方向に曲率半径が異なる円錐状反射面を有す
るシリンドリカルミラー)の製造が容易な理由を以下に
説明する。このような形状をプラスチック成形により加
工する場合、必要な金型は直径250mm程度の円錐状
凸面を有する金型である。このような形状の金型は、通
常のNC旋盤を使い、バイトを真直方向に送りながら断
面曲率半径の変化分切り込むことにより比較的容易に製
作することができる。なお、片面のみに波長レベルの成
形精度が要求されるミラー構造の成形は両面の精度が必
要なレンズに比較し、プラスチック化が有利であること
は明らかである。The reason why it is easy to manufacture a deformed cylindrical mirror having a shape in which the cross-section radius of curvature is linearly changed (that is, a cylindrical mirror having not a cylindrical reflection surface but a conical reflection surface having a different radius of curvature in the axial direction). This will be described below. When such a shape is processed by plastic molding, a necessary mold is a mold having a conical convex surface with a diameter of about 250 mm. The mold having such a shape can be manufactured relatively easily by using a normal NC lathe and cutting the cutting tool by a change in the cross-sectional radius of curvature while feeding the cutting tool in the straight direction. It should be noted that it is clear that molding of a mirror structure that requires molding accuracy at a wavelength level only on one side is more preferably made of plastic than a lens that requires precision on both sides.
【0026】(変更例)以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更
実施例を下記(H01)に例示する。(Modifications) Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but falls within the scope of the present invention described in the appended claims. Thus, various changes can be made. A modified embodiment of the present invention is illustrated in the following (H01).
【0027】(H01) シリンドリカルミラーのような
幅に対し長さが大きい形状のものを成形する場合、長手
方向の端部から樹脂を注入するのが一般的であるが、樹
脂にかかる圧力をゲート部から先端部に行くに従って変
化させることが可能である。この圧力変化を利用するこ
とにより、円筒上表面を有する金型を用いて断面曲率半
径が連続的に変化するシリンドリカルミラーを成形する
ことも可能である。(H01) When molding a shape such as a cylindrical mirror having a longer length than the width, it is common to inject the resin from the longitudinal end. It is possible to change from part to tip. By utilizing this pressure change, it is also possible to form a cylindrical mirror whose cross-sectional radius of curvature changes continuously using a mold having a cylindrical upper surface.
【0028】[0028]
【発明の効果】前述の本発明は、下記の効果(E01)を
奏することができる。 (E01) 副走査方向の断面曲率半径を主走査方向に沿
って単調に増加させたシリンドリカルミラーを用いるこ
とにより、倒れ補正光学系を持つ走査装置の回転多面鏡
に、斜め方向から光ビームを入射したとき副走査方向に
発生する光軸に対して左右非対称な像面わん曲を容易に
補正でき、高解像で高画角の走査が可能になる。According to the present invention, the following effect (E01) can be obtained. (E01) By using a cylindrical mirror whose cross-sectional radius of curvature in the sub-scanning direction is monotonically increased along the main scanning direction, a light beam is obliquely incident on the rotating polygon mirror of the scanning device having the tilt correction optical system. In this case, it is possible to easily correct a field curvature that is asymmetrical with respect to the optical axis generated in the sub-scanning direction, thereby enabling high resolution and high angle of view scanning.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 図1は本発明の光ビーム走査装置の一実施例
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a light beam scanning device of the present invention.
【図2】 図2は同実施例の回転多面鏡とこれに入射す
る光ビームおよびfθレンズの位置関係を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between a rotating polygon mirror of the embodiment, a light beam incident on the rotating polygon mirror, and an fθ lens.
【図3】 図3は同実施例と従来例による像面形状の比
較を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a comparison of image plane shapes between the embodiment and a conventional example.
【図4】 図4は同実施例で用いるシリンドリカルミラ
ーの断面曲率半径の分布を示す図である。FIG. 4 is a view showing a distribution of a sectional radius of curvature of a cylindrical mirror used in the embodiment.
【図5】 図5は本発明が適用される光ビーム走査装置
の走査角と回転多面鏡への入射角の関係を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a scanning angle of a light beam scanning device to which the present invention is applied and an incident angle on a rotary polygon mirror.
【図6】 図6は本発明が適用される光ビーム走査装置
の回転多面鏡の反射位置の移動を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a movement of a reflection position of a rotary polygon mirror of a light beam scanning device to which the present invention is applied.
【図7】 図7は本発明が適用される光ビーム走査装置
の回転多面鏡の回動にともなう反射位置と線像結像位置
の移動軌跡を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a movement locus of a reflection position and a line image formation position accompanying rotation of a rotary polygon mirror of a light beam scanning device to which the present invention is applied.
【図8】 図8は本発明が適用される光ビーム走査装置
の回転多面鏡と被走査位置の共役関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conjugate relationship between a rotary polygon mirror and a scanned position of the light beam scanning device to which the present invention is applied.
【図9】 図9は本発明が適用される光ビーム走査装置
の回転多面鏡の反射位置移動と像面わん曲の関係を示す
図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the movement of the reflection position of the rotary polygon mirror of the light beam scanning device to which the present invention is applied and the curvature of the image plane.
4…回転多面鏡、5…結像レンズ(fθレンズ)、6…
シリンドリカルミラー、7a…被走査面、4: rotating polygon mirror, 5: imaging lens (fθ lens), 6:
Cylindrical mirror, 7a: scanned surface,
Claims (1)
と、この回転多面鏡と被走査面とが副走査方向において
ほぼ共役関係となる光学系とを備え、前記光学系は、前
記光ビームを被走査面上に絞り込む結像レンズ及び副走
査方向にのみ曲率をもつシリンドリカルミラーを有する
光ビーム走査装置において、下記の要件を備えたことを
特徴とする光ビーム装置装置、(Y01)前記シリンドリ
カルミラーの副走査方向の断面曲率半径を主走査方向に
沿って単調に増加させたこと。A rotating polygon mirror for deflecting and scanning the light beam; and an optical system in which the rotating polygon mirror and the surface to be scanned have a substantially conjugate relationship in a sub-scanning direction. A light beam scanning device having an imaging lens for focusing on a surface to be scanned and a cylindrical mirror having a curvature only in the sub-scanning direction, wherein the light beam device has the following requirements: (Y01) the cylindrical mirror. The monotonically increasing the radius of curvature of the section in the sub-scanning direction along the main scanning direction.
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---|---|---|---|
JP34032092A JP3198685B2 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Light beam scanning device |
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JP34032092A JP3198685B2 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Light beam scanning device |
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JPH06186492A JPH06186492A (en) | 1994-07-08 |
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JP2000275557A (en) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Minolta Co Ltd | Laser beam scanning device |
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