JP4522060B2 - Optical scanning device - Google Patents

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JP4522060B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光源からの光を単一の偏向手段で偏向させ、その後分離して複数の走査線上に導き結像させる光走査装置に関し、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよび黒の画像用の4つの光を単一のポリゴンミラーで偏向させて複数の走査線上に導き結像させる光走査装置に適用し得るものである。
【0002】
【従来の技術】
複数の走査線を走査する手段であって、(1)走査光学系ユニットを複数並べる必要を無くし、スキャナモータ個数を減らすことのできる方式で、(2)走査線内の光量むら発生等の弊害を起こさない様に、光源の偏向、波長(波長が異なると、fθ特性、ビーム径等も異なってきてしまう)を異ならせる必要がないものとしては、下記の様なものがある。
【0003】
従来技術A
特許文献1には、複数の光線を、1セットのポリゴンミラーへ入射させ、偏向後(反射後)の光を、一部の偏向後光学部品を共用して走査させる光走査装置が示されている。この光走査装置では、ポリゴンミラーへ入射する複数の光線は、ポリゴンミラー反射面の法線と平行方向へ入射する。
【0004】
従来技術B、C
特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7で開示されているように、1つのポリゴンミラー、1セットの光学素子を用いて、複数の離れた走査線上に走査を行う走査光学系が提案されている。これらは、偏向後光学系内において、走査面が交差するように入射させることにより、ポリゴンミラー厚を小さくすることを目指しており、また、共通レンズに対し、副走査方向にパワーを持たせることを可能にしたものである。
【0005】
従来技術D
特許文献8では、ポリゴンミラー上の一点に、ポリゴンミラー法線に対し、副走査方向に傾いた光線を入射させ、ポリゴンミラー厚を薄くした状態で、複数のビームを走査する発明が記載されている。この場合には、それぞれの光線について、副走査方向にパワーを持つ複数のミラーを組み合わせ、その配置、もしくは曲率を変えることにより、副走査方向の横倍率を変化させ、走査線の曲がり量を同じ、もしくは曲がりを無くす様にしている。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第5251055号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平7−256926号公報
【0008】
【特許文献3】
特開平8−122672号公報
【0009】
【特許文献4】
特開平8−122673号公報
【0010】
【特許文献5】
特開平8−136839号公報
【0011】
【特許文献6】
特開平8−136840号公報
【0012】
【特許文献7】
特開2000−162523号公報
【0013】
【特許文献8】
特開2000−180749号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術Aでは、偏向後光学系以降で光線を分離する際に必要となる空間分だけ、ポリゴンミラー面でも間隔を空けておく必要があるため、必然的にポリゴンミラー厚及び偏向後光学系の高さを大きくする必要があった。ポリゴンミラーを厚くすると、ポリゴンミラーを回転させる際の風損が大きくなる。さらに、ポリゴンミラーを高速で回転させるためには大きなパワーのモータが必要となるとともに、消費電力、騒音が大きくなる。また、モータの温度上昇が大きくなるため、冷却が必要となる等の問題があった。
【0015】
さらに、レンズの高さが増すことにより、レンズのコストアップ、ユニットの大型化等の問題がある。また、ここに示されているPrior Art(Fig.1)では、ポリゴンミラー面上で一点に集める構成になっているが、従来技術Dの公知例の問題点にあるように、走査線の曲がりが起こってしまう。この結果、多色の潜像を作成し、後にこれを重ね合わせるような場合には、走査線の曲がりに起因する色ずれ(複数の色成分の像を重ね合わせて像を作る際に、その場所がずれることにより、色相が変わるとともに線、点の太さが変わってしまうこと)が発生してしまう。
【0016】
従来技術Bの、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6においては、偏向後の走査面が交差する様にポリゴンミラーへ複数光線を入射させ、全ての光線が、共通のレンズを通る例が示されている。これは、ポリゴンミラー厚を抑えつつ、偏向後光学系の特性により、走査線の曲がりを抑えている例である。これらの場合、副走査方向両側の最外郭光が対称になるように構成されており、まだポリゴンミラー厚が厚くなっている。さらに、温度変化、レーザ波長の変動に対して副走査方向ビーム位置が変動しないように、光線を副走査方向の主点を通すような構成になっているが、この場合、従来技術Aよりは改善しているものの、まだポリゴンミラー厚が厚くなっている。
【0017】
従来技術Cの特許文献7についても、副走査方向最外郭光が対称になるように構成されており、まだポリゴンミラー厚が厚くなっている。
【0018】
従来技術Dの方式では、被走査面をM面とすると、個別のミラーのみで、2×M個、また、共用するfθレンズも2個必要となり、M=2の場合でも、6個、M=4の場合には、個別ミラー8個+fθレンズ2枚の10個の光学素子が必要となり、部品点数が増してしまうと共に、個別円筒ミラーのばらつきの影響(例えば、母線の曲がり等)も大きなものとなっている。また、基本的には、走査線の曲がりが発生するものであり、その量を個別の円筒ミラーにより同じにしようとするものであった。
【0019】
本発明は、ポリゴンミラー等の偏向手段を薄く維持した状態で、像の相対位置ずれ(色ずれ)を小さくし、結像特性を向上させることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第1の発明に係る光走査装置は、複数の光源からの光をその偏向後の走査面が副走査方向に交差するように偏向手段に入射し、当該偏向手段で偏向された複数の偏向光を分離手段でそれぞれ分離して、副走査方向に離れた複数の走査線上に導く光走査装置において、上記偏向手段により偏向された複数の偏向光のうち像面で副走査方向両側に位置する最外郭光を、互いに非対称な光路とすることを特徴とする。
【0021】
上記構成により、偏向後の副走査方向両側の最外郭光を互いに非対称な光路とすることで、偏向手段の偏向面の一点に複数の光源からの光が集中することがなくなる。これにより、走査線の曲がりが抑えられ、この走査線の曲がりに起因する色ずれ(像の相対位置ずれ)を防止でき、結像特性が向上する。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光走査装置の最良の実施形態について説明する。
【0037】
図1は、偏向後光学系の光路の副走査方向断面図であって、副走査方向に拡大したものである。図2は、光走査装置の光路をミラーによる折り返しを展開して平面方向から見た平面図である。図3は、図2に示した平面方向と直交する方向(同光偏向装置の回転軸と垂直な方向)から見た状態であって、ミラーによる折り返しを展開せず、光偏向装置の反射点から被走査面までの間に配置される光学部材を通過する光ビームに関し、光偏向装置による偏向角が0°の位置で見た側面図である。図4は、光偏向装置5の反射面5a面の出入り、光偏向装置5からの副走査方向出射角度、偏向後光学系21の副走査方向の特性、走査位置の副走査方向のずれの関係を説明するための図である。図5は、光偏向装置5からの出射角を一定として、出射高さを振った際の光路を、近軸光線追跡式をつかって計算したグラフである。図6は、光学素子主点位置での光線高さの差を1と固定し、入射高さの差、傾きの差を振った際の光路の差を示すグラフである。図7は、第1の実施例に係る光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。図8は、第1の実施例に係る主光線の光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。図9は、第2の実施例に係る光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。図10は、第2の実施例に係る主光線の光路図の副走査方向断面で、副走査方向に引伸ばしたものである。図11は、図10の交差点付近の拡大図である。図12〜図15は軸周り傾き等の値を示す表である。図16〜図21は軸周り傾き等の値を示す表である。
【0038】
本実施形態に係る光走査装置は、レーザビームを走査する装置である。例えば、電子写真方式の画像形成装置、特にレーザビームを用いて画像に対応する潜像を形成し、その潜像を可視化して画像を得る画像形成装置に用いて好適な光走査装置である。
【0039】
光走査装置は主に、偏向前光学系と、光偏向装置と、偏向後光学系とから構成されている。これら偏向前光学系、光偏向装置及び偏向後光学系を概説する。
【0040】
偏向前光学系は、光源からの複数のレーザビームを光偏向装置に導くための光学系である。この偏向前光学系は、光源としての複数の半導体レーザ素子、複数のレンズおよび所定の形状の開口を有するaperture stop等を有して構成されている。偏向前光学系は、各光源からの個々のレーザビームのビーム断面形状を所定の形状に整えて、光偏向装置の所定の位置に向けて各レーザビームを案内する。
【0041】
光偏向装置は、偏向前光学系からのレーザビームを偏向後光学系に偏向させるための装置である。ここでは、ポリゴンミラーを用いてレーザビームを反射させることで、所定方向へ偏向させている。なお、屈折を利用する場合もある。ガルバノミラー等を用いる場合もある。
【0042】
光偏向装置は具体的には、複数(まれに1面)の反射体(ミラー面)を有するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを所定の速度で回転させるモータとを含んで構成されている。光偏向装置は、個々の反射体を連続して回転させながら、偏向前光学系からの個々のレーザビーム(断面ビーム形状が所定の形状に整えられたレーザビーム)を連続して反射(偏向)させる。これにより、反射体の回転方向(主走査方向)に沿って、潜像保持体の幅方向の一端から他端に案内されるレーザビームを生成する。即ち、ポリゴンミラーの各反射体に照射された個々のレーザビームは、ポリゴンミラーの各反射体が回転されることにより、反射角が連続的に変更されて、主走査方向に偏向される。
【0043】
偏向後光学系は、光偏向装置で偏向されたレーザビームを分離して各潜像保持体に導き結像させるための光学系である。偏向後光学系は、主走査方向に長いfθレンズもしくはfθミラーや主走査方向に長く形成された複数のミラー等を含んで構成されている。このfθレンズ等によって、ポリゴンミラーの各反射体の反射点(反射体の回転角に応じて連続的に変化する反射点)と、潜像保持体上で各レーザビームが到達する結像位置との間の距離に拘りなく、上記反射体で連続して反射された各レーザビームを、潜像保持体上の所定の位置に、その軸方向に沿った方向に概ね直線上に走査させながら結像させる。なお、各レーザビームは、光走査装置の大きさの制約により、多くの場合、複数の平面ミラーにより、光偏向装置と感光体ドラムとの間で、任意回数折り曲げられる。また、各レーザビームがずっと発光している際に、被走査面と、レーザビームの主光線との交わる点を結んでできる線は、走査線と呼ばれる。この走査線上に走査されるレーザビームを画像に合わせてon/offさせることにより、走査線上の所定の箇所に、潜像を書き込むことができる。
【0044】
次に、図面を参照して詳細に説明する。
【0045】
図2は、カラープリンタ装置に組み込まれる光走査装置の光路を、ミラーによる折り返しを展開して平面方向(以下に説明する光偏向装置の回転軸方向)から見た状態を示している。図3は、図2に示した平面方向と直交する方向(同光偏向装置の回転軸と垂直な方向)から見た状態であって、ミラーによる折り返しを展開せず、光偏向装置の反射点から被走査面までの間に配置される光学部材を通過する光ビームに関し、光偏向装置による偏向角が0°の位置で見た状態を示している。
【0046】
光偏向装置5はただ1つだけ設けられている。この光偏向装置5は、レーザビームL(Y、M、CおよびB)を反射させて連続的に方向を変える。各レーザビームLY、LM、LCおよびLBは、色成分毎の画像データに対応する光ビームであって、第1ないし第4の半導体レーザ素子(以下に説明する通り、実際にはそれぞれ2つの発光チップを含む光源であるレーザアレイ)3Y、3M、3Cおよび3Bから出射される。各レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)から出射されて光偏向装置5で反射された4群すなわち4色(各2本)のレーザビームL(Y、M、CおよびB)は、対応する画像形成部に収容された各感光体ドラム4(Y、M、CおよびB)に向けて所定の線速度で連続的に偏向される。
【0047】
なお、各レーザアレイ3Y、3M、3Cおよび3Bは、1つのパッケージに2つの発光チップ(図示せず)が設けられている。これにより、色成分毎の画像データに対応して、2本のレーザビームL(a)とL(b)すなわちLY(a+b)、LM(a+b)、LC(a+b)ならびにLB(a+b)が出射するようになっている。但し、個々のレーザアレイ3(Y、M、CおよびB)から放射されるそれぞれ2本のレーザビームLY(a+b)、LM(a+b)、LC(a+b)およびLB(a+b)は、実際には、概ね重なりあっている。このため、それぞれのレーザビームを識別して説明する必要のない場合には、それぞれの色成分毎に、レーザビームLY、LM、LCおよびLBと表示する。
【0048】
各レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)は、図2に示すように配置されている。イエロ画像用レーザアレイ3Yは、出射されたレーザビームLYが光偏向装置5の反射面に直接入射する位置に配置されている。マゼンタ画像用レーザアレイ3M、シアン画像用レーザアレイ3Cおよび黒画像用レーザアレイ3Bは、イエロ画像用レーザアレイ3YのレーザビームLYに対して所定の角度で配置されている。イエロ画像用レーザアレイ3YのレーザビームLYの線上には合成ミラー7M、7Cおよび7Bがそれぞれ設けられている。各合成ミラー7M、7Cおよび7Bは、所定角度で配置されている。この各合成ミラー7M、7Cおよび7Bにより、各レーザアレイ3M、3Cおよび3BからのレーザビームLM、LCおよびLBは、平面方向から見た状態でレーザビームLYに概ね重なり合うように折り返される。なお、各レーザビームL(Y、M、CおよびB)は、副走査方向(光偏向装置5により偏向される方向と直交する方向)に設定角度で配列されている。具体的には、後述する。
【0049】
各レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)と各合成ミラー7M、7Cおよび7Bとの間には、レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)からのレーザビームL(Y、M、CおよびB)の断面ビーム形状を所定の形状に整える光源側光学系である偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bが配置されている。
【0050】
各偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bは、コリメートレンズ11Y、11M、11Cおよび11Bと、絞り13Y、13M、13Cおよび13Bと、シリンダレンズ15Y、15M、15Cおよび15Bとから構成されている。
【0051】
コリメートレンズ11Y、11M、11Cおよび11Bは、各レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)からのレーザビームL(Y、M、CおよびB)をコリメートする。なお、各コリメートレンズ11Y、11M、11Cおよび11Bは、後述する偏向後光学系21に用いられる複数のレンズの材質および形状の適切な選択により、有限焦点レンズ、あるいは、発散度を抑える正のパワーを持ったレンズに置き換えることも可能である。
【0052】
各絞り13Y、13M、13Cおよび13Bは、各コリメートレンズ11Y、11M、11Cおよび11Bの後側焦点に設けられ、各コリメートレンズ11Y、11M、11Cおよび11BでコリメートされたレーザビームL(Y、M、CおよびB)を所定の断面ビーム形状に成形する。
【0053】
各シリンダレンズ15Y、15M、15Cおよび15Bは、各レーザビームL(Y、M、CおよびB)を、少なくとも副走査方向に収束性を与えて、光偏向装置5の反射面5aに案内する。
【0054】
この偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bによって、光偏向装置5の反射面5aに所定の断面ビーム形状で案内された各レーザビームL(Y、M、CおよびB)は、反射面5aで反射される。このとき、反射面5aは回転しているため、各レーザビームL(Y、M、CおよびB)は、順次反射方向が変化されながら、感光体ドラム4(Y、M、CおよびB)の軸線方向に沿って連続的に走査される。
【0055】
光偏向装置5の下流側には偏向後光学系21が設けられている。この偏向後光学系21は、第1ないし第4の結像レンズ23、25、27および29を備えて構成されている。各結像レンズ23、25、27および29は、非平面を含む光学媒体である。この各結像レンズ23、25、27および29によって、各レーザビームL(Y、M、CおよびB)の進行方向(結像位置)を変化させる。即ち、光偏向装置5の反射面5aで反射されて各結像レンズ23、25、27および29を順に通過された各レーザビームL(Y、M、CおよびB)を、少なくとも副走査方向に関して、その進行方向(結像位置)を変化させることができるようになっている。
【0056】
次に、1組の光偏向装置5、1組の偏向後光学系21を通した後に、光線を複数の走査線に分ける例を図3に示している。ここでは、光偏向装置5への入射光を副走査方向に傾けることにより、光偏向装置5の反射面5a上でのビーム間隔を低減し、光偏向装置5の厚さを低減している。
【0057】
この図からも判るように、複数ビームが副走査方向に空間的に離れた箇所を、走査線間隔の約半分づつの間隔(この場合ドラム間隔と同じ)で作り、この空間的に離れた場所に各光路折り返し用平面ミラー33Y、33M、33C、33B、35Y、35M、35C、37Y、37Mおよび37Cを挿入し、ビームを分離させている。
【0058】
即ち、偏向後光学系21のそれぞれの結像レンズ23、25、27および29により
1)結像面が、走査面全域にわたって、ほぼ、像面に一致している
2)光偏向装置5により偏向された際に、像面にて偏向角に概ね比例した像高に照射される(fθ特性が良好である)
3)各レーザアレイ3(Y、M、CおよびB)の1点から出射されたビームが、結像点にて概ね1点に集光される
4)光偏向装置5の反射面5aの倒れが、副走査方向ビーム位置に影響しないように、反射面5aの反射点と像面を、走査線全域に渡って共役な関係とする
という諸特性が最適に設定された各レーザビームL(Y、M、CおよびB)は、個々の色成分に対応して後段に位置されている各光路折り返し用平面ミラー33Y、33M、33C、33B、35Y、35M、35C、37Y、37Mおよび37Cにより順に折り返され、対応する感光体ドラム4(Y、M、CおよびB)の外周面に案内される。
【0059】
なお、第1ないし第4の結像レンズ23、25、27および29の下流側には、光走査装置1の内部を防塵するための防塵ガラス39Y、39M、39Cおよび39Bが設けられている。これらの防塵ガラス39Y、39M、39Cおよび39Bは、画像形成ユニットからのトナーや、用紙(被転写材)が微粉体となった紙粉等が光走査装置1内に侵入するのを抑止する。
【0060】
この際の光路として、副走査方向の最外郭光を非対称光路としたところ、一般の走査光学系に要求される性能である、fθ特性、面倒れ特性、結像特性、複数の走査線により複数の潜像を形成してこれを重ね合わせるカラー用走査光学系に要求される走査線の直線性、複数ビームの主走査方向相対位置ずれが小さいこと(fθ特性が均一であること)、複数ビームの副走査方向相対位置ずれが小さいこと(走査線の曲がり、傾きが同じであること)等の性能を出せることが確認できた。
【0061】
近軸光学理論を使って、光学素子上でのビーム間距離を同じとした場合、どのようにすれば、光偏向装置5上での光線間隔を小さくできるかを検討する。図3の偏向後光学系21の光路の副走査方向断面図で、副走査方向に拡大したものを図1に示す。
【0062】
図中のハッチングされた楕円で示されている場所が、光線を分離するために各光路折り返し用平面ミラー33Y、33M、33Cを挿入する空間を確保した場所である。この場所を確保するためには、図1の矢印で示された方向に光路を持っていく必要がある。
【0063】
一方で、光偏向装置5の反射面5aへの入射角が大きくなると、反射面5aの出入り(光偏向装置5の回転軸中心からレーザビームの反射点までの距離がばらつくこと)の影響による、副走査方向ビーム位置変動が大きくなってしまう。
【0064】
副走査方向倍率と、反射面5aの出入りによる副走査方向ビーム位置ずれとの関係は下記の通りである。
【0065】
光偏向装置5に対するレーザビームの入射角(光偏向装置5の反射面5aの垂線に沿って、かつ反射面5aに直交して副走査方向へ広がる平面への投影図における、レーザビームの入射光と垂線とのなす角)をαとすると、図4のように、反射面5aの出入りδによって、反射面5a上での副走査方向ビーム位置が、δ×tanαだけずれてしまう。
【0066】
光偏向装置5の反射面5aと像面(感光体ドラム4の表面)との副走査方向の横倍率をβとすると、像面では、ビーム位置が副走査方向にβ×δ×tanαだけ変動してしまう。この結果、αが大きくなると、像面でのビーム位置が大きく変動し、像の相対位置ずれ(色ずれ)が大きくなって結像特性が低下するため、入射角αは小さいことが望ましい。
【0067】
このため、入射角αを小さく保って、像の相対位置ずれ(色ずれ)を小さくして結像特性を向上させた状態で、どのようにすれば、光偏向装置5の厚さを小さくできるかを検討する。即ち、副走査方向の両端のレーザビーム(図1におけるLYとLB)の傾き角を同じ(又はほぼ同じ)にして符号を逆とした条件で、どのようにすれば、図1の矢印方向にレーザビームを動かしつつ、光偏向装置5の反射面5aでのビーム間隔を小さくして、光偏向装置5の厚さを小さくできるかを、近軸光線追跡式を使って検討する。
【0068】
光偏向装置5の反射面5aでの高さをh0、入射角をu0とし、反射面5aを物点、被走査面を像面とし、偏向後光学系21の副走査方向の合成パワーを1/f、物点と偏向後光学系21の副走査方向の合成された物点側主点までの距離をe1、偏向後光学系21の副走査方向の合成された像面側主点までの距離をe2とすると、
偏向後光学系21の副走査方向の合成された物点側主点での高さ、傾きは
h1=h0−e1×u0
u1=u0
偏向後光学系21の副走査方向の合成された像面側主点での高さ、傾きは
h1’=h1
u1’=(1/f)×h1+u1
像面での高さ、傾きは
h2=h1’−e2×u1’
u2=u1’
と表される。
【0069】
偏向後光学系21に面倒れ補正機能を持たせるため、副走査方向に対しては、物点と像面を共役な関係に保つ必要があるため
(1/e1)+(1/e2)=1/f
物点、像面間距離を1とし、倍率を−2.669090309となるように、
e1=0.272547121
e2=0.727452879
とおくと、
1/f=5.043749794
となる。
【0070】
反射面5aの出入りの影響は、上述した光偏向装置5に対する入射角α及び副走査方向の横倍率βに比例するため、光偏向装置5から副走査方向への出射角をできるだけ小さくした上で、光偏向装置5の厚みを薄く抑えるのが望ましい。
【0071】
このため、複数のレーザビームのうち両端のレーザビーム(光線)の傾き角をほぼ同じとし、符号を反対にすると仮定し、光偏向装置5からの出射角u0を一定として、出射高さh0を振ったものを、図5に示す。
【0072】
この図から下記のように結論づけることができる。
【0073】
最も像面側で分離される光線(図1でいうとLB)は、像面に近い場所で偏向後光学系21の光軸から大きく離れている必要があり、反射面5aでの光線高さも高くないといけないが、最も偏向後光学系21側で分離される光線(図1でいうとLY)は、反射面5aでの光線高さを低くしても影響は少ない。
【0074】
最も偏向後光学系21側で分離される光線(図1でいうとLY)は、偏向後光学系21の光軸からの距離を小さく、最も像面側で分離される光線(図1でいうとLB)は、距離を大きく取ることにする。
【0075】
さらに、副走査方向両端を通る光線の主光線が、偏向後光学系21の光軸と交わる位置を次のようにする。即ち、最も偏向後光学系21側で分離される光線(図1でいうとLY)と偏向後光学系21の光軸との交わる点を、最も像面側で分離される光線(図1でいうとLB)と偏向後光学系21の光軸との交わる点よりも光偏向装置5側に近い位置に設定した。
【0076】
一方、上記偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bや偏向後光学系21は、複数のレンズによって構成したが、各光線と光軸の交わる箇所を変えることから、各レンズに光線が均等に入射及び出射しない場合が起こる。この場合、各レンズの温度変化による屈折率の変動や、半導体レーザの波長変動によって、ビーム位置変動が起こってしまう。これを緩和するために、上記各レンズは、アッベ数の異なる硝材を組み合わせたレンズとする。さらに、アッベ数が一番小さいレンズに、副走査方向へ負のパワーを持たせる。
【0077】
次に、LYとLM、LCとLBの分離場所の違いについて考察する。
【0078】
先の式と別の光線を考えると、偏向後光学系21の副走査方向の合成された物点側主点での高さ、傾きは
H1=H0−e1×U0
U1=U0
偏向後光学系21の副走査方向の合成された像面側主点での高さ、傾きは
h1’=h1
U1’=(1/f)×H1+U1
像面での高さ、傾きは
H2=H1’−e2×U1’
U2=U1’
と表される。
【0079】
先の式で表されたビームとの差をとると、
Δh0=h0−H0
Δu0=u0−U0
Δh1=h1−H1=(h0−e1×u0)−(H0−e1×U0)
=(h0−H0)−e1×(u0−U0)=△h0−e1×Δu0
Δu1=u1−U1
Δh1’=h1’−H1’=h1−H1=△h1
Δu1’=u1’−U1’={(1/f)×h1+u1}−{(1/f)×H1+U1}
=(1/f)×(h1−U1)+(u1−U1)=(1/f)×Δh1+Δu1
像面での高さ、傾きは
Δh2=(h1’−e2×u1’)−(H1’−e2×U1’)
=(h1’−H1’)−e2×(u1’−U1’)=△h1’−e2×Δu1’
△u2=u2−U2=u1’−U1’=Δu1’
となり、式としては、ビーム位置の差とビーム位置の適用式は同じものがつかえることが判る。
【0080】
ここで、光学素子主点位置での光線高さの差を1と固定し、入射高さの差Δh0、傾きの差Δu0を振った際の光路の差を図6に示す。物点が横軸の0の箇所、像面が1に相当する。
【0081】
図6から下記のことが判る。
【0082】
光学素子上でのビーム間距離を同じとした場合、どのようにすれば、光偏向装置5の反射面5a上での光線間隔を小さくできるかを検討する。
【0083】
一番像面側(光路の下流側)で分離される2つの光線(図1でいうとLCとLB)は、像面に近い場所で互いに大きく離れている必要があり、反射面5aでの距離も大きくないといけないが、偏向後光学系21側で分離する2つの光線(図1でいうとLYとLM)は、反射面5aでの距離を小さくしても影響は少ない。
【0084】
一番像面側(光路の下流側)で分離される2つの光線(図1でいうとLCとLB)は、反射面5a上での距離を大きく取り、一番偏向後光学系21側(光路の上流側)で分離される2つの光線(図1でいうとLYとLM)は、反射面5a上での距離を小さくとる。
【0085】
像面側で分離される2つの光線の走査面の交わるポイントは、偏向後光学系21側で分離される2つの光線の走査線の交わるポイントよりも、反射面5aから遠い。
【0086】
一方、上記偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bや偏向後光学系21は、複数のレンズによって構成したが、各光線と光軸の交わる箇所を変えることから、各レンズに光線が均等に入射及び出射しない場合が起こる。この場合、各レンズの温度変化による屈折率の変動や、半導体レーザの波長変動によって、ビーム位置変動が起こってしまう。これを緩和するために、上記各レンズは、アッベ数の異なる硝材を組み合わせたレンズとする。さらに、アッベ数が一番小さいレンズを、副走査方向に、負のパワーを持たせる。アッベ数及び正負パワーの異なるレンズを適宜組み合わせて、ビーム位置変動を補正する。
【0087】
本願発明の特徴部分は次のようになる。
【0088】
3以上の複数の光源(ここでは4つの光源)からの光を偏向手段(光偏向装置5)に、偏向後光学系21内において、複数光線の偏向後の走査面が交差するように入射し、偏向手段からの偏向された光を、偏向後光学系21にて所定の距離を持つ3以上の走査線上に結像させ、偏向後光学系21の光路の下流側に、複数の光線を分離するためのミラーを、光線が空間的に分離している箇所に配置し、それぞれ離れた走査線上に導く手段を有する走査光学系において、副走査方向の最外郭光を非対称な光路としている。
【0089】
副走査方向の最外郭光線の主光線で、光路の一番上流側(光偏向装置5側)で分離される光線(図1でいうとLY)の、光偏向装置5の反射面5a上での偏向後光学系21の光軸からの副走査方向の距離が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(図1でいうとLB)の、上記距離よりも小さい。
【0090】
また、副走査方向の最外郭光線の主光線が偏向後光学系21の光軸と交わる位置が、光路の一番上流側(光偏向装置5側)で分離される光線(図1でいうとLY)の方が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(図1でいうとLB)よりも上流側にある(ポリゴンミラー側に近い)。
【0091】
副走査方向の最外郭光線の主光線が、光偏向装置5の反射面5aから、偏向後光学系21の光軸に向かって、副走査方向にほぼ同じ傾き(傾き方向は逆)をもって出射する。
【0092】
一番下流側(像面側)で分離される光線間の距離(図1でいうとLCとLB)は、一番上流側(結像光学手段側)で分離される光線間の距離(図1でいうとLYとLM)よりも、光偏向装置5の反射面5a上での距離が大きい。
【0093】
光路の一番下流側(像面側)で分離される2つの光線(図1でいうとLCとLB)の主光線が作る走査面の交わるポイントは、光路の一番上流側(偏向後結像光学素子側)で分離される2つの光線(図1でいうとLYとLM)の主光線が作る走査面の交わるポイントよりも、光路の下流側に有る(偏向器偏向面から遠い)。
【0094】
偏向後光学系21は、アッベ数の異なる硝材を組み合わせた複数レンズから構成する。これらのレンズのうち、アッベ数が一番小さいレンズに、副走査方向へ負のパワーを持たせる。
【0095】
偏向後光学系21の各結像レンズ23、25、27および29は次のように設定されている。
【0096】
1枚目の結像レンズ23は、主走査方向と副走査方向の曲率を0以外として、独立に設定され、非円弧形状を含む成形レンズである自由曲面成形レンズである。材質は光学硝材のBK7である。アッベ数は、νd=64.1、νe:63.9である。主走査方向、副走査方向とも正のパワーを持っているが、パワーの値は、主走査、副走査方向で異なっている。
【0097】
2枚目の結像レンズ25は、入射面が主走査方向へ曲率を持つ凹のシリンダ面、出射面が副走査方向へ曲率を持つ凹のシリンダ面となっている。硝材はSF6である。アッベ数は、νd=25.4、νe:25.2と、他のレンズ(23、27、29)に比べ小さくなっている。主走査方向、副走査方向とも負のパワーを持っているが、パワーの値は、主走査、副走査方向で異なっている。
【0098】
3枚目の結像レンズ27は、入射面がシリンダ面、出射面が球面で、平面形状が両凸となっている。主走査方向に正のパワーを持つ。材質は光学硝材のBK7である。アッベ数は、νd=64.1、νe:63.9である。
【0099】
4枚目の結像レンズ29は、副走査方向に曲率を持つレンズである。即ち、一方面が平面、他方面が凸面の、副走査方向に正のパワーを持つシリンダレンズである。材質は、光学硝材のBK7である。アッベ数は、νd=64.1、νe:63.9である。
【0100】
ここで、図12〜図15に示す表について説明する。
【0101】
同じ行に、偏芯、傾きがある場合には、その面にて、偏芯を行い、その次に傾けることを示す。「←」は、共通部品、または、同一の部品を共用するため、値が同じであることを示す。また、偏向前光学系9Y、9M、9Cおよび9Bでは、光線は、x方向の+方向へ、偏向後光学系21では、光線は、x方向の一方向へ進むとする。ここに、y方向は主走査方向、z方向は副走査方向を示す。z方向(副走査方向)の曲率に「←」がある場合には、主走査方向と同じ曲率であり、球面であることを示す。
【0102】
表1のY軸周り傾きから判る様に、LYは−0.026329935(有効桁数の関係で表示は−0.03となっている)radian、LBは0.024883296radian、(LM:0.01600004、LC:0.025289228)の傾きを持って偏向器の偏向面(光偏向装置5の反射面5a)に入射される。このときの光偏向装置5からの出射光は、振り角のセンタ値のときに、副走査方向に、LY:−0.026342033、LB:−0.024893637radian、(LM:−0.016011416、LC:−0.025303195)となっており、副走査方向の最外郭を通る2つの光線LY、LBの偏向器の偏向面である、光偏向装置5の反射面5aからの副走査方向の出射角は、符号が反対で、絶対値はほぼ同じとなっている。
【0103】
次に、図8を基に、光偏向装置5の反射面5aでの光線位置について説明する。
【0104】
副走査方向の最外郭光LY、LBを偏向後光学系21の光軸に対し、副走査方向に非対称な光路としている。
【0105】
偏向面である光偏向装置5の反射面5aでの位置は、LY:−3.706、LM:−1.5805、LC:2.128、LB:4.98である。副走査方向の最外郭光線の主光線で、光路の一番上流側(偏向後光学系21側)で分離される光線(本実施例でいうとLY)の、反射面5a上での偏向後光学系21の光軸からの副走査方向の距離3.706が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(本実施例でいうとLB)の、上記距離4.98よりも小さくなっている。
【0106】
また、副走査方向の最外郭光線の主光線が上記光軸と交わる位置が、光路の一番上流側(偏向後光学系21側)で分離される光線(本実施例でいうとLY)の方が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(本実施例でいうとLB)よりも上流側(光偏向装置5側)に位置している。
【0107】
光偏向装置5の反射面5aでの副走査方向位置は、LY:−3.706、LM:−1.5805、LC:2.128、LB:4.98であり、反射面5aでの副走査方向のLYとLM間距離:2.1255、LMとLC間距離:3.7085、LCとLB間距離:2.852となっている。一番下流側(像面側)で分離される光線間の距離(本実施例でいうとLCとLB)は、一番上流側(結像光学手段側)で分離される光線間の距離(本実施例でいうとLYとLM)よりも、反射面5a上での距離が大きい。
【0108】
また、光路の一番下流側(像面側)で分離される2つの光線(本実施例でいうとLCとLB)の主光線が作る走査面の交わるポイントは、光路の一番上流側(偏向後結像光学素子側)で分離される2つの光線(本実施例でいうとLYとLM)の主光線が作る走査面の交わるポイントよりも、光路の下流側(光偏向装置5の反射面5aから遠い場所)に位置している。
【0109】
これと、公知技術との差異は次のようになる。
【0110】
従来技術Aでは、ポリゴン入射光が、副走査方向に対し垂直なため、前述のように、ポリゴン厚が厚くなり、風損大となる。
【0111】
従来技術B、Cでは、副走査方向で最外郭を通る光路が対称となっており、ポリゴンミラー厚が本発明を利用した場合にくらべ厚くなってしまう。また、LY、LMの交わる点と、LC、LBの交わる点もほぼ同じとなっている。
【0112】
従来技術Dは、最終の2つのレンズ、光学素子が各々の走査線毎に異なるため、それぞれの部品の取り付けの傾き、そり等にばらつきがあると、走査線の傾き、走査線の曲がり等がばらつき、色ずれが発生してしまう。また、このような配置では、走査線の曲がりは発生してしまい、それをいかに合わせるかということになるが、異なるミラー面で走査される光線の曲がり方向は、像面にて反対になってしまうため、色ずれ発生は免れない。
【0113】
次に、偏向後光学系21が、2枚組みレンズの場合の例を説明する。
【0114】
1枚目の結像レンズは、主走査方向と副走査方向の曲率を0以外とし、独立に設定した、非円弧形状を含む、成形レンズである自由曲面成形レンズとした。硝材はS−FTM16である。アッベ数は、νd=35.3、νe:35.0とし、2枚目のレンズに比べて小さくしている。主走査方向、副走査方向とも負のパワーを持っているが、パワーの値は、主走査、副走査方向で異なっている。
【0115】
2枚目の結像レンズは、主走査方向と副走査方向の曲率を0以外とし、独立に設定した、非円弧形状を含む、成形レンズである自由曲面成形レンズとした。材質は光学硝材のBK7である。アッベ数は、νd=64.1、νe:63.9とした。主走査方向、副走査方向とも正のパワーを持っているが、パワーの値は、主走査・副走査方向で異なっている。
【0116】
このように、偏向後光学系21は、アッベ数の異なる硝材を組み合わせた2枚のレンズで構成した。そして、アッベ数が一番小さいレンズ(1枚目のレンズ)に、副走査方向に、負のパワーを持たせた。
【0117】
ここで、表2(図16〜図21)について説明する。
【0118】
表2のY軸周り傾きから判る様に、LWは−0.053951729radian、LBは0.054553095radian、(LM:−0.017656744、LC:0.018259439)の傾きを持って光偏向装置5の反射面5a(ポリゴンミラーの反射面)に入射される。この時の光偏向装置5からの出射光は、振り角のセンタ値のときに、副走査方向に、LY:0.058975285、LB:−0.060432285radian(LM:0.019102133、LC:−0.021227532)となっており、副走査方向の最外郭を通る2つの光線LY、LBの、偏向器の偏向面である、ポリゴンミラー反射面からの副走査方向の出射角は、符号が反対で、絶対値はほぼ同じとなっている。
【0119】
以上により、光偏向装置5の反射面5aの一点に複数の光源からの光が集中することがなくなり、走査線の曲がりが抑えられ、この走査線の曲がりに起因する色ずれ(像の相対位置ずれ)を防止でき、結像特性が向上する。
【0120】
また、複数の光源からの光を反射面5aの一点に集中させることなく偏向させるため、偏向後の複数の光を効率的に分離することができる。
【0121】
次に、第2実施例について説明する。
【0122】
図9は、第2の実施例に係る光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引き伸ばしたものである。図10は、第2の実施例に係る主光線の光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。図11は、図10の交差点付近の拡大図である。
【0123】
副走査方向の最外郭光LY、LBを偏向後光学系の系の光軸に対し、副走査方向に非対称な光路としている。
【0124】
偏向面である、光偏向装置5の反射面5aでの位置は、LY:−0.8675、LM:−0.338、LC:0.1305、LB:1.074であり、副走査方向の最外郭光線の主光線で、光路の一番上流側(偏向後光学系21側)で分離される光線(本実施例でいうとLY)の、光偏向装置5の反射面5a上での偏向後光学系21の光軸からの副走査方向の距離0.8675が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(本実施例でいうとLB)の、上記距離1.074よりも小さい。
【0125】
副走査方向の最外郭光線の主光線が光軸と交わる位置が、光路の一番上流側(偏向後光学系21側)で分離される光線(本実施例でいうとLY)の方が、光路の一番下流側(像面側)で分離される光線(本実施例でいうとLB)よりも上流側に位置する。即ち、光偏向装置5側に近い位置となっている。
【0126】
光偏向装置5の反射面5aでの副走査方向位置は、LY:−0.8675、LM:−0.338、LC:0.1305、LB:1.074であり、反射面5aでの副走査方向のLYとLM間距離:0.5295、LMとLC間距離:0.4685、LCとLB間距離:0.9435となっている。一番下流側(像面側)で分離される光線間の距離(本実施例でいうとLCとLB)0.9435は、一番上流側(結像光学手段側)で分離される光線間の距離(本実施例でいうとLYとLM)0.5295よりも、光偏向装置5の反射面5a上での距離が大きくなっている。
【0127】
光路の一番下流側(像面側)で分離される2つの光線(本実施例でいうとLCとLB)の主光線が作る走査面の交わるポイントは、光路の一番上流側(偏向後光学系21側)で分離される2つの光線(本実施例でいうとLYとLM)の主光線が作る走査面の交わるポイントよりも、光路の下流側に位置する。即ち、光偏向装置5の反射面5aから遠い位置となっている。
【0128】
この場合も、上記第1の実施例と同様の作用、効果を奏する。
【0129】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、次のような優れた効果を奏することができる。
【0130】
偏向後の副走査方向両側の最外郭光を互いに非対称な光路とすることで、偏向手段の偏向面の一点に複数の光源からの光が集中することがなくなるって、走査線の曲がりが抑えられ、この走査線の曲がりに起因する色ずれ(像の相対位置ずれ)を防止でき、結像特性が向上する。
【0131】
また、複数の光源からの光を偏向手段の偏向面の一点に集中させることなく偏向させるため、偏向後の複数の光を効率的に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】偏向後光学系の光路の副走査方向断面図である。
【図2】光走査装置の光路をミラーによる折り返しを展開して平面方向から見た平面図である。
【図3】図2に示した平面方向と直交する方向(同光偏向装置の回転軸と垂直な方向)から見た状態であって、ミラーによる折り返しを展開せず、光偏向装置の反射点から被走査面までの間に配置される光学部材を通過する光ビームに関し、光偏向装置による偏向角が0°の位置で見た側面図である。
【図4】光偏向装置5の反射面5a面の出入り、光偏向装置5からの副走査方向出射角度、偏向後光学系21の副走査方向の特性、走査位置の副走査方向のずれの関係を説明するための図である。
【図5】光偏向装置5からの出射角を一定として、出射高さを振った際の光路を、近軸光線追跡式をつかって計算したグラフである。
【図6】光学素子主点位置での光線高さの差を1と固定し、入射高さの差、傾きの差を振った際の光路の差を示すグラフである。
【図7】第1の実施例に係る光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。
【図8】第1の実施例に係る主光線の光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。
【図9】第2の実施例に係る光路図の副走査方向断面であって、副走査方向に引伸ばしたものである。
【図10】第2の実施例に係る主光線の光路図の副走査方向断面で、副走査方向に引伸ばしたものである。
【図11】図10の交差点付近の拡大図である。
【図12】軸周り傾き等の値を示す図表である。
【図13】レンズに近軸パワーを示す図表である。
【図14】レンズ面係数を示す図表である。
【図15】レンズ面係数を示す図表である。
【図16】軸周り傾き等の値を示す図表である。
【図17】レンズに近軸パワーを示す図表である。
【図18】レンズ面係数を示す図表である。
【図19】レンズ面係数を示す図表である。
【図20】レンズ面係数を示す図表である。
【図21】レンズ面係数を示す図表である。
【符号の説明】
L:レーザビーム、3:レーザアレイ、4:各感光体ドラム、5:光偏向装置、7:合成ミラー、9:偏向前光学系、11:コリメートレンズ、13:絞り、15:シリンダレンズ、5a:反射面、21:偏向後光学系、23,25,27,29:結像レンズ、33,35,37:光路折り返し用平面ミラー、39:防塵ガラス。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device that deflects light from a plurality of light sources by a single deflecting means, and then separates and guides the light onto a plurality of scanning lines, for example, for yellow, magenta, cyan, and black images. The four light beams are deflected by a single polygon mirror and guided onto a plurality of scanning lines to form an image.
[0002]
[Prior art]
A means for scanning a plurality of scanning lines, (1) a system that eliminates the need for arranging a plurality of scanning optical system units and can reduce the number of scanner motors, and (2) adverse effects such as unevenness in the amount of light in the scanning lines. In order not to cause the light source, it is not necessary to change the deflection of the light source and the wavelength (if the wavelength is different, the fθ characteristic, the beam diameter and the like are different), there are the following.
[0003]
Conventional technology A
Patent Document 1 discloses an optical scanning device in which a plurality of light beams are incident on a set of polygon mirrors, and light after deflection (after reflection) is scanned by sharing some post-deflection optical components. Yes. In this optical scanning device, a plurality of light beams incident on the polygon mirror are incident in a direction parallel to the normal line of the polygon mirror reflecting surface.
[0004]
Prior art B, C
As disclosed in Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, and Patent Literature 7, a plurality of remote scans using one polygon mirror and one set of optical elements. A scanning optical system that performs scanning on a line has been proposed. These aim to reduce the thickness of the polygon mirror by allowing the scanning surfaces to cross in the post-deflection optical system, and to give the common lens power in the sub-scanning direction. Is made possible.
[0005]
Conventional technology D
Patent Document 8 describes an invention in which a light beam inclined in the sub-scanning direction is incident on one point on a polygon mirror in a sub-scanning direction, and a plurality of beams are scanned in a state where the polygon mirror thickness is reduced. Yes. In this case, for each light beam, a plurality of mirrors having power in the sub-scanning direction are combined, and the arrangement or curvature thereof is changed to change the lateral magnification in the sub-scanning direction, so that the amount of bending of the scanning line is the same. Or try to eliminate the bend.
[0006]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,215,055
[0007]
[Patent Document 2]
JP 7-256926 A
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-8-122672
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-8-122673
[0010]
[Patent Document 5]
JP-A-8-136839
[0011]
[Patent Document 6]
JP-A-8-136840
[0012]
[Patent Document 7]
JP 2000-162523 A
[0013]
[Patent Document 8]
JP 2000-180749 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art A, since it is necessary to leave a space on the polygon mirror surface by the space necessary for separating the light beam after the post-deflection optical system, the polygon mirror thickness and the post-deflection optical system are inevitably required. It was necessary to increase the height. When the polygon mirror is thickened, the windage loss when the polygon mirror is rotated increases. Furthermore, in order to rotate the polygon mirror at a high speed, a motor with a large power is required, and power consumption and noise increase. Moreover, since the temperature rise of the motor becomes large, there is a problem that cooling is necessary.
[0015]
Furthermore, the increase in the height of the lens causes problems such as an increase in the cost of the lens and an increase in the size of the unit. In addition, the prior art (FIG. 1) shown here is configured to gather at one point on the polygon mirror surface, but as shown in the problem of the known example of the prior art D, the curve of the scanning line is bent. Will happen. As a result, when multi-color latent images are created and then overlapped, color misregistration caused by scanning line bending (when creating an image by superimposing images of a plurality of color components) If the location is shifted, the hue changes and the thickness of the line or point changes.
[0016]
In the prior art B, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, and Patent Document 6, a plurality of light beams are incident on the polygon mirror so that the scanning surfaces after deflection intersect, An example through a common lens is shown. This is an example in which the bending of the scanning line is suppressed by the characteristics of the post-deflection optical system while suppressing the thickness of the polygon mirror. In these cases, the outermost light on both sides of the sub-scanning direction is configured to be symmetric, and the polygon mirror thickness is still thick. Further, the beam is passed through the principal point in the sub-scanning direction so that the beam position in the sub-scanning direction does not fluctuate with respect to temperature changes and laser wavelength fluctuations. Although improved, the polygon mirror thickness is still thick.
[0017]
Patent Document 7 of Prior Art C is also configured so that the outermost light in the sub-scanning direction is symmetric, and the polygon mirror thickness is still thick.
[0018]
In the method of the prior art D, if the surface to be scanned is an M surface, 2 × M lenses are required only for individual mirrors, and two shared fθ lenses are required. Even when M = 2, six M, = 4 requires 10 optical elements of 8 individual mirrors + 2 fθ lenses, which increases the number of parts and the influence of variations in individual cylindrical mirrors (for example, bending of the bus bar). It has become a thing. In addition, basically, the scanning line is bent, and the amount thereof is to be made the same by the individual cylindrical mirrors.
[0019]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce image relative positional shift (color shift) and improve imaging characteristics while maintaining a thin deflection means such as a polygon mirror.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, an optical scanning device according to a first aspect of the invention makes light from a plurality of light sources incident on a deflecting unit such that a scanning surface after deflection intersects the sub-scanning direction. Separate the deflected light beams by the separating means, In the sub-scanning direction In an optical scanning device that guides to a plurality of distant scanning lines, out of a plurality of deflected lights deflected by the deflecting means In the image plane Both sides in the sub scanning direction Located in It is characterized in that the outermost light is an asymmetrical optical path.
[0021]
With the above configuration, the outermost light beams on both sides in the sub-scanning direction after deflection are made asymmetrical optical paths, so that light from a plurality of light sources does not concentrate on one point of the deflection surface of the deflecting means. Thereby, the bending of the scanning line is suppressed, the color shift (relative positional shift of the image) due to the bending of the scanning line can be prevented, and the imaging characteristics are improved.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The best mode of the optical scanning device according to the present invention will be described below.
[0037]
FIG. 1 is a sectional view in the sub-scanning direction of the optical path of the post-deflection optical system, and is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 2 is a plan view in which the optical path of the optical scanning device is viewed from the plane direction by unfolding the mirror. FIG. 3 shows a state viewed from a direction orthogonal to the plane direction shown in FIG. 2 (a direction perpendicular to the rotation axis of the optical deflecting device). It is the side view which looked at the position where the deflection angle by an optical deflection | deviation apparatus is 0 degree regarding the light beam which passes through the optical member arrange | positioned from to a to-be-scanned surface. FIG. 4 shows the relationship between the entrance and exit of the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5, the emission angle in the sub-scanning direction from the optical deflecting device 5, the characteristics of the post-deflection optical system 21 in the sub-scanning direction, and the deviation of the scanning position in the sub-scanning direction. It is a figure for demonstrating. FIG. 5 is a graph obtained by calculating the optical path when the output height from the light deflecting device 5 is constant and the output height is changed by using a paraxial ray tracing equation. FIG. 6 is a graph showing the optical path difference when the light beam height difference at the optical element principal point position is fixed at 1, and the incident height difference and inclination difference are varied. FIG. 7 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram according to the first embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 8 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram of the principal ray according to the first embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 9 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram according to the second embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 10 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram of the principal ray according to the second embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of the intersection of FIG. 12 to 15 are tables showing values such as inclination around the axis. 16 to 21 are tables showing values such as inclination around the axis.
[0038]
The optical scanning device according to this embodiment is a device that scans a laser beam. For example, it is an optical scanning device suitable for use in an electrophotographic image forming apparatus, particularly an image forming apparatus that forms a latent image corresponding to an image using a laser beam and visualizes the latent image to obtain an image.
[0039]
The optical scanning apparatus mainly includes a pre-deflection optical system, an optical deflection apparatus, and a post-deflection optical system. The pre-deflection optical system, the optical deflection apparatus, and the post-deflection optical system will be outlined.
[0040]
The pre-deflection optical system is an optical system for guiding a plurality of laser beams from a light source to an optical deflecting device. This pre-deflection optical system includes a plurality of semiconductor laser elements as a light source, a plurality of lenses, an aperture stop having a predetermined shape opening, and the like. The pre-deflection optical system adjusts the beam cross-sectional shape of each laser beam from each light source to a predetermined shape, and guides each laser beam toward a predetermined position of the optical deflection apparatus.
[0041]
The optical deflection apparatus is an apparatus for deflecting the laser beam from the pre-deflection optical system to the post-deflection optical system. Here, the laser beam is reflected using a polygon mirror to deflect in a predetermined direction. In some cases, refraction is used. A galvanometer mirror or the like may be used.
[0042]
Specifically, the light deflection apparatus includes a polygon mirror having a plurality of (rarely one) reflectors (mirror surfaces) and a motor that rotates the polygon mirror at a predetermined speed. The optical deflecting device continuously reflects (deflects) individual laser beams (laser beams whose cross-sectional beam shape is adjusted to a predetermined shape) from the pre-deflection optical system while continuously rotating the individual reflectors. Let Thus, a laser beam guided from one end to the other end in the width direction of the latent image holding member is generated along the rotation direction (main scanning direction) of the reflector. That is, the individual laser beams applied to the respective reflectors of the polygon mirror are deflected in the main scanning direction by continuously changing the reflection angle by rotating the respective reflectors of the polygon mirror.
[0043]
The post-deflection optical system is an optical system for separating the laser beam deflected by the optical deflecting device and guiding it to each latent image holder to form an image. The post-deflection optical system includes an fθ lens or an fθ mirror that is long in the main scanning direction, and a plurality of mirrors that are long in the main scanning direction. With this fθ lens or the like, the reflection point of each reflector of the polygon mirror (the reflection point that continuously changes according to the rotation angle of the reflector), and the imaging position where each laser beam reaches on the latent image holding member, Regardless of the distance between them, each laser beam continuously reflected by the reflector is connected to a predetermined position on the latent image holder while being scanned substantially linearly in a direction along the axial direction. Let me image. In many cases, each laser beam is bent between the optical deflecting device and the photosensitive drum by an arbitrary number of times by a plurality of plane mirrors due to the size restriction of the optical scanning device. A line formed by connecting a point where the surface to be scanned and the principal ray of the laser beam intersect while each laser beam is continuously emitted is called a scanning line. By turning on / off the laser beam scanned on the scanning line in accordance with the image, a latent image can be written at a predetermined position on the scanning line.
[0044]
Next, it will be described in detail with reference to the drawings.
[0045]
FIG. 2 shows a state in which the optical path of the optical scanning device incorporated in the color printer apparatus is viewed from the plane direction (rotational axis direction of the optical deflecting device described below) by unfolding the mirror. FIG. 3 shows a state viewed from a direction orthogonal to the plane direction shown in FIG. 2 (a direction perpendicular to the rotation axis of the optical deflecting device). 3 shows a state in which the light beam passing through the optical member disposed between the scanning surface and the surface to be scanned is viewed at a position where the deflection angle by the light deflecting device is 0 °.
[0046]
Only one optical deflection device 5 is provided. The light deflecting device 5 reflects the laser beam L (Y, M, C and B) and continuously changes the direction. Each of the laser beams LY, LM, LC, and LB is a light beam corresponding to image data for each color component, and each of the first to fourth semiconductor laser elements (actually two light emission units as described below). The laser array is a light source including a chip) and is emitted from 3Y, 3M, 3C and 3B. Four groups, that is, four colors (two for each) of laser beams L (Y, M, C, and B) emitted from each laser array 3 (Y, M, C, and B) and reflected by the optical deflector 5, The light is continuously deflected at a predetermined linear velocity toward each photosensitive drum 4 (Y, M, C, and B) accommodated in the corresponding image forming unit.
[0047]
Each laser array 3Y, 3M, 3C and 3B is provided with two light emitting chips (not shown) in one package. Accordingly, two laser beams L (a) and L (b), that is, LY (a + b), LM (a + b), LC (a + b), and LB (a + b) are emitted corresponding to the image data for each color component. It is supposed to be. However, the two laser beams LY (a + b), LM (a + b), LC (a + b) and LB (a + b) emitted from the individual laser arrays 3 (Y, M, C and B) are actually , Generally overlap. Therefore, when it is not necessary to identify and explain each laser beam, the laser beams LY, LM, LC, and LB are displayed for each color component.
[0048]
Each laser array 3 (Y, M, C and B) is arranged as shown in FIG. The yellow image laser array 3 </ b> Y is disposed at a position where the emitted laser beam LY is directly incident on the reflection surface of the optical deflector 5. The magenta image laser array 3M, the cyan image laser array 3C, and the black image laser array 3B are arranged at a predetermined angle with respect to the laser beam LY of the yellow image laser array 3Y. Synthesis mirrors 7M, 7C, and 7B are provided on the laser beam LY line of the yellow image laser array 3Y, respectively. Each of the composite mirrors 7M, 7C, and 7B is disposed at a predetermined angle. The laser beams LM, LC, and LB from the laser arrays 3M, 3C, and 3B are folded back by the synthetic mirrors 7M, 7C, and 7B so as to substantially overlap the laser beam LY when viewed from the planar direction. Each laser beam L (Y, M, C, and B) is arranged at a set angle in the sub-scanning direction (direction orthogonal to the direction deflected by the optical deflecting device 5). Specifically, it will be described later.
[0049]
Between each laser array 3 (Y, M, C and B) and each combining mirror 7M, 7C and 7B, a laser beam L (Y, M, from the laser array 3 (Y, M, C and B)) is provided. Pre-deflection optical systems 9Y, 9M, 9C and 9B which are light source side optical systems for adjusting the cross-sectional beam shape of C and B) to a predetermined shape are arranged.
[0050]
Each pre-deflection optical system 9Y, 9M, 9C and 9B includes collimating lenses 11Y, 11M, 11C and 11B, diaphragms 13Y, 13M, 13C and 13B, and cylinder lenses 15Y, 15M, 15C and 15B. .
[0051]
The collimating lenses 11Y, 11M, 11C, and 11B collimate the laser beams L (Y, M, C, and B) from the respective laser arrays 3 (Y, M, C, and B). Each of the collimating lenses 11Y, 11M, 11C, and 11B is a finite focus lens or a positive power that suppresses the divergence by appropriately selecting the materials and shapes of a plurality of lenses used in the post-deflection optical system 21 described later. It is also possible to replace the lens with a lens.
[0052]
The respective apertures 13Y, 13M, 13C, and 13B are provided at the rear focal points of the respective collimating lenses 11Y, 11M, 11C, and 11B, and are collimated by the respective collimating lenses 11Y, 11M, 11C, and 11B. , C and B) are formed into a predetermined cross-sectional beam shape.
[0053]
Each cylinder lens 15Y, 15M, 15C, and 15B guides each laser beam L (Y, M, C, and B) to the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 while converging at least in the sub-scanning direction.
[0054]
Each pre-deflection optical system 9Y, 9M, 9C and 9B guides each laser beam L (Y, M, C and B) to the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5 in a predetermined cross-sectional beam shape. Reflected by. At this time, since the reflecting surface 5a is rotating, each laser beam L (Y, M, C, and B) is sequentially reflected on the photosensitive drum 4 (Y, M, C, and B) while its reflection direction is changed. It is continuously scanned along the axial direction.
[0055]
A post-deflection optical system 21 is provided on the downstream side of the light deflection apparatus 5. The post-deflection optical system 21 includes first to fourth imaging lenses 23, 25, 27, and 29. Each imaging lens 23, 25, 27, and 29 is an optical medium including a non-planar surface. By the imaging lenses 23, 25, 27 and 29, the traveling direction (imaging position) of each laser beam L (Y, M, C and B) is changed. That is, each laser beam L (Y, M, C, and B) reflected by the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 and sequentially passing through the imaging lenses 23, 25, 27, and 29 is at least in the sub-scanning direction. The traveling direction (image forming position) can be changed.
[0056]
Next, FIG. 3 shows an example in which the light beam is divided into a plurality of scanning lines after passing through one set of optical deflecting device 5 and one set of post-deflection optical system 21. Here, by tilting the incident light to the optical deflecting device 5 in the sub-scanning direction, the beam interval on the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5 is reduced, and the thickness of the optical deflecting device 5 is reduced.
[0057]
As can be seen from this figure, the locations where multiple beams are spatially separated in the sub-scanning direction are created at intervals of about half the scanning line interval (in this case, the same as the drum interval). Each of the optical path folding plane mirrors 33Y, 33M, 33C, 33B, 35Y, 35M, 35C, 37Y, 37M and 37C is inserted to separate the beams.
[0058]
That is, by the respective imaging lenses 23, 25, 27 and 29 of the post-deflection optical system 21.
1) The image plane substantially coincides with the image plane over the entire scanning plane.
2) When the light is deflected by the light deflecting device 5, the image surface is irradiated with an image height that is substantially proportional to the deflection angle (the fθ characteristic is good).
3) A beam emitted from one point of each laser array 3 (Y, M, C, and B) is condensed at approximately one point at the imaging point.
4) The reflection point of the reflection surface 5a and the image plane have a conjugate relationship over the entire scanning line so that the tilting of the reflection surface 5a of the optical deflector 5 does not affect the beam position in the sub-scanning direction.
Each of the laser beams L (Y, M, C, and B) having the various characteristics set optimally corresponds to the respective optical path folding plane mirrors 33Y, 33M, 33C, which are located at the subsequent stage corresponding to the individual color components. 33B, 35Y, 35M, 35C, 37Y, 37M, and 37C are sequentially folded and guided to the outer peripheral surface of the corresponding photosensitive drum 4 (Y, M, C, and B).
[0059]
Note that dustproof glasses 39Y, 39M, 39C, and 39B are provided on the downstream side of the first to fourth imaging lenses 23, 25, 27, and 29 to protect the inside of the optical scanning device 1 from dust. These dust-proof glasses 39Y, 39M, 39C and 39B prevent the toner from the image forming unit, paper dust or the like (paper to be transferred) from becoming fine powder from entering the optical scanning device 1.
[0060]
As the optical path at this time, the outermost light in the sub-scanning direction is set as an asymmetric optical path. As a result, the required characteristics of a general scanning optical system are fθ characteristics, surface tilt characteristics, imaging characteristics, and a plurality of scanning lines. The linearity of the scanning lines required for the color scanning optical system that forms and superimposes the latent images, the relative positional deviation in the main scanning direction of the plurality of beams is small (fθ characteristics are uniform), and the plurality of beams It has been confirmed that performance such as a small relative positional deviation in the sub-scanning direction can be obtained (a scanning line bends and has the same inclination).
[0061]
Using the paraxial optical theory, if the distance between the beams on the optical element is the same, it will be examined how the light beam interval on the light deflecting device 5 can be reduced. FIG. 1 is a sectional view in the sub-scanning direction of the optical path of the post-deflection optical system 21 in FIG. 3 and enlarged in the sub-scanning direction.
[0062]
A place indicated by a hatched ellipse in the figure is a place where a space for inserting each of the optical path folding plane mirrors 33Y, 33M, and 33C is secured in order to separate the light rays. In order to secure this place, it is necessary to take the optical path in the direction indicated by the arrow in FIG.
[0063]
On the other hand, when the incident angle to the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 increases, the reflection surface 5a enters and exits (the distance from the rotation axis center of the light deflecting device 5 to the reflection point of the laser beam varies). The beam position fluctuation in the sub-scanning direction becomes large.
[0064]
The relationship between the sub-scanning direction magnification and the sub-scanning direction beam position deviation due to the entrance / exit of the reflecting surface 5a is as follows.
[0065]
Incident angle of the laser beam with respect to the optical deflecting device 5 (incident light of the laser beam in a projection view along a perpendicular line of the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5 and extending in the sub-scanning direction perpendicular to the reflecting surface 5a) Assuming that the angle between the vertical line and the vertical line is α, the beam position in the sub-scanning direction on the reflecting surface 5a is shifted by δ × tan α due to the entry / exit δ of the reflecting surface 5a as shown in FIG.
[0066]
If the lateral magnification in the sub-scanning direction between the reflecting surface 5a of the light deflector 5 and the image surface (the surface of the photosensitive drum 4) is β, the beam position on the image surface varies by β × δ × tan α in the sub-scanning direction. Resulting in. As a result, as α increases, the beam position on the image plane fluctuates greatly, and the relative positional shift (color shift) of the image increases and the imaging characteristics deteriorate. Therefore, it is desirable that the incident angle α be small.
[0067]
For this reason, the thickness of the light deflecting device 5 can be reduced in a state where the incident angle α is kept small and the relative position shift (color shift) of the image is reduced to improve the imaging characteristics. To consider. That is, under the condition that the laser beams (LY and LB in FIG. 1) have the same (or almost the same) tilt angle and the signs are reversed, the direction of the arrow in FIG. Whether the thickness of the optical deflecting device 5 can be reduced by moving the laser beam and reducing the beam interval on the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5 will be examined using the paraxial ray tracing method.
[0068]
The height at the reflecting surface 5a of the optical deflector 5 is h0, the incident angle is u0, the reflecting surface 5a is the object point, the scanned surface is the image plane, and the combined power in the sub-scanning direction of the post-deflection optical system 21 is 1. / F, e1 is the distance between the object point and the combined object point side principal point of the post-deflection optical system 21 in the sub-scanning direction, and e1 is the distance to the combined image plane side principal point of the post-deflection optical system 21 in the sub-scanning direction. If the distance is e2,
The height and inclination of the synthesized object point principal point in the sub-scanning direction of the post-deflection optical system 21 are
h1 = h0−e1 × u0
u1 = u0
The height and inclination of the synthesized image plane side principal point in the sub-scanning direction of the post-deflection optical system 21 are
h1 '= h1
u1 ′ = (1 / f) × h1 + u1
The height and inclination on the image plane are
h2 = h1′−e2 × u1 ′
u2 = u1 '
It is expressed.
[0069]
Since the post-deflection optical system 21 has a surface tilt correction function, it is necessary to maintain a conjugate relationship between the object point and the image plane in the sub-scanning direction.
(1 / e1) + (1 / e2) = 1 / f
The distance between the object point and the image plane is 1, and the magnification is −2.669090309.
e1 = 0.725254121
e2 = 0.72745879
After all,
1 / f = 5.043749794
It becomes.
[0070]
The influence of the entrance / exit of the reflecting surface 5a is proportional to the incident angle α with respect to the optical deflecting device 5 and the lateral magnification β in the sub-scanning direction, so that the exit angle from the optical deflecting device 5 in the sub-scanning direction is made as small as possible. It is desirable to keep the thickness of the light deflecting device 5 thin.
[0071]
For this reason, it is assumed that the inclination angles of the laser beams (light rays) at both ends of the plurality of laser beams are substantially the same and the signs are reversed, the emission angle u0 from the optical deflecting device 5 is constant, and the emission height h0 is set to be constant. What was shaken is shown in FIG.
[0072]
From this figure, we can conclude as follows.
[0073]
The light beam (LB in FIG. 1) separated most on the image plane side needs to be far away from the optical axis of the post-deflection optical system 21 at a location close to the image plane, and the light beam height on the reflection surface 5a is also high. Although it must be high, the light beam (LY in FIG. 1) separated most on the optical system 21 side after deflection has little effect even if the light beam height at the reflecting surface 5a is lowered.
[0074]
The light beam (LY in FIG. 1) separated most on the post-deflection optical system 21 side has a small distance from the optical axis of the post-deflection optical system 21 and is separated on the most image plane side (referred to in FIG. 1). And LB) take a large distance.
[0075]
Further, the position where the principal ray of the light ray passing through both ends in the sub-scanning direction intersects with the optical axis of the post-deflection optical system 21 is set as follows. That is, the point at which the light beam (LY in FIG. 1) separated most on the post-deflection optical system 21 and the optical axis of the post-deflection optical system 21 intersect is the light beam separated on the most image plane side (in FIG. In other words, it was set at a position closer to the optical deflection device 5 side than the point where LB) and the optical axis of the post-deflection optical system 21 intersect.
[0076]
On the other hand, the pre-deflection optical systems 9Y, 9M, 9C and 9B and the post-deflection optical system 21 are composed of a plurality of lenses. However, the light beams are evenly distributed to the respective lenses by changing the location where each light beam intersects the optical axis. There are cases where the light does not enter and exit. In this case, the beam position fluctuates due to refractive index fluctuations due to temperature changes of the respective lenses and wavelength fluctuations of the semiconductor laser. In order to alleviate this, each lens is a lens in which glass materials having different Abbe numbers are combined. Further, the lens having the smallest Abbe number is given negative power in the sub-scanning direction.
[0077]
Next, the difference in separation location between LY and LM, and LC and LB will be considered.
[0078]
Considering a different light beam from the previous equation, the height and slope of the post-deflection optical system 21 at the synthesized object point principal point in the sub-scanning direction are:
H1 = H0−e1 × U0
U1 = U0
The height and inclination of the synthesized image plane side principal point in the sub-scanning direction of the post-deflection optical system 21 are
h1 '= h1
U1 ′ = (1 / f) × H1 + U1
The height and inclination on the image plane are
H2 = H1′−e2 × U1 ′
U2 = U1 '
It is expressed.
[0079]
Taking the difference from the beam expressed in the previous equation,
Δh0 = h0−H0
Δu0 = u0−U0
Δh1 = h1−H1 = (h0−e1 × u0) − (H0−e1 × U0)
= (H0−H0) −e1 × (u0−U0) = Δh0−e1 × Δu0
Δu1 = u1-U1
Δh1 ′ = h1′−H1 ′ = h1−H1 = Δh1
Δu1 ′ = u1′−U1 ′ = {(1 / f) × h1 + u1} − {(1 / f) × H1 + U1}
= (1 / f) × (h1−U1) + (u1−U1) = (1 / f) × Δh1 + Δu1
The height and inclination on the image plane are
Δh2 = (h1′−e2 × u1 ′) − (H1′−e2 × U1 ′)
= (H1'-H1 ')-e2 * (u1'-U1') = [Delta] h1'-e2 * [Delta] u1 '
Δu2 = u2−U2 = u1′−U1 ′ = Δu1 ′
Thus, it can be seen that the same equation can be used for the difference in beam position and the application formula for the beam position.
[0080]
Here, FIG. 6 shows the optical path difference when the light beam height difference at the optical element principal point position is fixed at 1, and the incident height difference Δh0 and inclination difference Δu0 are swung. The object point corresponds to 0 on the horizontal axis, and the image plane corresponds to 1.
[0081]
The following can be seen from FIG.
[0082]
If the distance between the beams on the optical element is the same, it will be examined how the light beam interval on the reflection surface 5a of the light deflector 5 can be reduced.
[0083]
The two light beams (LC and LB in FIG. 1) separated on the most image plane side (downstream of the optical path) need to be greatly separated from each other at a location close to the image plane. Although the distance must be large, the two rays (LY and LM in FIG. 1) separated on the post-deflection optical system 21 side have little effect even if the distance on the reflecting surface 5a is reduced.
[0084]
Two light rays (LC and LB in FIG. 1) separated on the most image plane side (downstream side of the optical path) have a large distance on the reflecting surface 5a, and the most post-deflection optical system 21 side ( The two light rays (LY and LM in FIG. 1) separated on the upstream side of the optical path take a small distance on the reflection surface 5a.
[0085]
The point where the scanning surfaces of the two light beams separated on the image plane side intersect is farther from the reflecting surface 5a than the point where the scanning lines of the two light beams separated on the post-deflection optical system 21 side intersect.
[0086]
On the other hand, the pre-deflection optical systems 9Y, 9M, 9C and 9B and the post-deflection optical system 21 are constituted by a plurality of lenses. However, since the light beam and the optical axis intersect with each other, the light beam is evenly distributed to each lens. There are cases where the light does not enter and exit. In this case, the beam position fluctuates due to refractive index fluctuations due to temperature changes of the respective lenses and wavelength fluctuations of the semiconductor laser. In order to alleviate this, each lens is a lens in which glass materials having different Abbe numbers are combined. Further, the lens having the smallest Abbe number is given negative power in the sub-scanning direction. Beam position variation is corrected by appropriately combining lenses having different Abbe numbers and positive and negative powers.
[0087]
The features of the present invention are as follows.
[0088]
Light from three or more light sources (here, four light sources) enters the deflecting means (light deflecting device 5) in the post-deflection optical system 21 so that the scanning surfaces after the deflection of the plurality of light beams intersect. The deflected light from the deflecting means is imaged on three or more scanning lines having a predetermined distance by the post-deflection optical system 21, and a plurality of light beams are separated downstream of the optical path of the post-deflection optical system 21. In a scanning optical system having a means for arranging the mirrors at positions where the light beams are spatially separated and having means for guiding them onto scanning lines that are separated from each other, the outermost light in the sub-scanning direction is an asymmetric optical path.
[0089]
On the reflection surface 5a of the light deflecting device 5, a light ray (LY in FIG. 1) that is the principal ray of the outermost ray in the sub-scanning direction and is separated on the most upstream side (light deflecting device 5 side) of the optical path. The distance in the sub-scanning direction from the optical axis of the post-deflection optical system 21 is smaller than the above distance of the light beam (LB in FIG. 1) separated on the most downstream side (image surface side) of the optical path.
[0090]
In addition, the position where the principal ray of the outermost ray in the sub-scanning direction intersects the optical axis of the post-deflection optical system 21 is separated at the most upstream side of the optical path (on the side of the optical deflection device 5) (in FIG. 1). LY) is on the upstream side (closer to the polygon mirror side) than the light beam (LB in FIG. 1) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path.
[0091]
The chief ray of the outermost ray in the sub-scanning direction is emitted from the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 toward the optical axis of the post-deflection optical system 21 with substantially the same inclination in the sub-scanning direction (the inclination direction is reverse). .
[0092]
The distance between the light beams separated on the most downstream side (image surface side) (LC and LB in FIG. 1) is the distance between the light beams separated on the most upstream side (image forming optical means side) (FIG. The distance on the reflecting surface 5a of the light deflector 5 is larger than that of LY and LM.
[0093]
The point at which the scanning plane formed by the principal rays of the two rays (LC and LB in FIG. 1) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path is the most upstream side of the optical path (after the deflection). It is on the downstream side of the optical path (far from the deflecting surface of the deflector) than the point where the scanning plane formed by the principal rays of the two rays (LY and LM in FIG. 1) separated on the image optical element side.
[0094]
The post-deflection optical system 21 is composed of a plurality of lenses in which glass materials having different Abbe numbers are combined. Of these lenses, the lens with the smallest Abbe number is given negative power in the sub-scanning direction.
[0095]
The imaging lenses 23, 25, 27 and 29 of the post-deflection optical system 21 are set as follows.
[0096]
The first imaging lens 23 is a free-form curved lens that is a molded lens including a non-arc shape, which is set independently with the curvature in the main scanning direction and the sub-scanning direction other than 0. The material is optical glass BK7. The Abbe number is νd = 64.1 and νe: 63.9. Both the main scanning direction and the sub-scanning direction have positive power, but the power value differs between the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0097]
The second imaging lens 25 has a concave cylinder surface with a curvature in the main scanning direction on the incident surface and a concave cylinder surface with a curvature in the sub-scanning direction on the output surface. The glass material is SF6. The Abbe number is νd = 25.4 and νe: 25.2, which is smaller than the other lenses (23, 27, 29). Although the main scanning direction and the sub-scanning direction have negative power, the power value differs between the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0098]
In the third imaging lens 27, the incident surface is a cylinder surface, the output surface is a spherical surface, and the planar shape is biconvex. Has positive power in the main scanning direction. The material is optical glass BK7. The Abbe number is νd = 64.1 and νe: 63.9.
[0099]
The fourth imaging lens 29 is a lens having a curvature in the sub-scanning direction. That is, it is a cylinder lens having a positive power in the sub-scanning direction in which one surface is flat and the other surface is convex. The material is BK7 of optical glass material. The Abbe number is νd = 64.1 and νe: 63.9.
[0100]
Here, the tables shown in FIGS. 12 to 15 will be described.
[0101]
If there is an eccentricity or inclination in the same row, it indicates that the eccentricity is performed on the surface and then the inclination is performed. “←” indicates that the value is the same because the common component or the same component is shared. In the pre-deflection optical systems 9Y, 9M, 9C, and 9B, the light beam travels in the + direction in the x direction, and in the post-deflection optical system 21, the light beam travels in one direction in the x direction. Here, the y direction indicates the main scanning direction, and the z direction indicates the sub scanning direction. When the curvature in the z direction (sub-scanning direction) is “←”, it indicates that the curvature is the same as that in the main scanning direction and that the surface is spherical.
[0102]
As can be seen from the inclination around the Y axis in Table 1, LY is -0.0263329935 (the display is -0.03 due to the number of significant digits), LB is 0.024883296 radian (LM: 0.01600004). , LC: 0.025289228) and is incident on the deflecting surface of the deflector (reflecting surface 5a of the optical deflector 5). The emitted light from the light deflecting device 5 at this time is LY: -0.02634343, LB: -0.024893637 radian, (LM: -0.060111416, LC) in the sub-scanning direction at the center value of the swing angle. : -0.025303195), the emission angle in the sub-scanning direction from the reflecting surface 5a of the light deflector 5, which is the deflecting surface of the deflector for the two light beams LY and LB passing through the outermost contour in the sub-scanning direction. Are opposite in sign and have almost the same absolute value.
[0103]
Next, the light beam position on the reflecting surface 5a of the light deflector 5 will be described with reference to FIG.
[0104]
The outermost light beams LY and LB in the sub-scanning direction are asymmetrical in the sub-scanning direction with respect to the optical axis of the post-deflection optical system 21.
[0105]
The positions on the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 which is a deflecting surface are LY: -3.706, LM: -1.5805, LC: 2.128, LB: 4.98. After the deflection on the reflecting surface 5a of the principal ray of the outermost ray in the sub-scanning direction and separated on the most upstream side (post-deflection optical system 21 side) of the optical path (in this embodiment, LY) The distance 3.706 in the sub-scanning direction from the optical axis of the optical system 21 is the above-mentioned distance 4.98 of the light beam (LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image surface side) of the optical path. Is smaller than
[0106]
Further, the position at which the principal ray of the outermost ray in the sub-scanning direction intersects the optical axis is a ray (LY in this example) separated on the most upstream side (post-deflection optical system 21 side) of the optical path. This is located on the upstream side (light deflector 5 side) of the light beam (LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path.
[0107]
The positions in the sub-scanning direction on the reflection surface 5a of the light deflector 5 are LY: -3.706, LM: -1.5805, LC: 2.128, LB: 4.98, and the sub-scanning position on the reflection surface 5a. The distance between LY and LM in the scanning direction is 2.1255, the distance between LM and LC is 3.7085, and the distance between LC and LB is 2.852. The distance between the light beams separated on the most downstream side (image surface side) (LC and LB in this embodiment) is the distance between the light beams separated on the most upstream side (imaging optical means side) ( In this embodiment, the distance on the reflecting surface 5a is larger than LY and LM).
[0108]
The point where the scanning plane formed by the principal rays of the two rays (LC and LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path is the most upstream side ( The downstream side of the optical path (the reflection of the optical deflecting device 5) from the point where the scanning plane formed by the principal rays of the two light rays (LY and LM in this embodiment) separated by the post-deflection imaging optical element side Located far from the surface 5a).
[0109]
The difference between this and the known technology is as follows.
[0110]
In the prior art A, since the polygon incident light is perpendicular to the sub-scanning direction, the polygon thickness is increased and the windage loss is increased as described above.
[0111]
In the prior arts B and C, the optical path passing through the outermost contour in the sub-scanning direction is symmetric, and the polygon mirror thickness becomes thicker than when the present invention is used. Further, the point where LY and LM cross each other and the point where LC and LB cross are almost the same.
[0112]
In the prior art D, since the last two lenses and optical elements are different for each scanning line, if there are variations in the inclination of the mounting of each component, warpage, etc., the inclination of the scanning line, the bending of the scanning line, etc. Variation and color misregistration occur. Also, in such an arrangement, the scanning line is bent and how to match it, but the bending direction of the light beam scanned by different mirror surfaces is opposite on the image plane. Therefore, the occurrence of color misregistration is inevitable.
[0113]
Next, an example in which the post-deflection optical system 21 is a double lens assembly will be described.
[0114]
The first imaging lens was a free-form curved lens, which is a molded lens including a non-arc shape, which has a curvature other than 0 in the main scanning direction and the sub-scanning direction and is set independently. The glass material is S-FTM16. The Abbe number is νd = 35.3 and νe: 35.0, which is smaller than that of the second lens. Although the main scanning direction and the sub-scanning direction have negative power, the power value differs between the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0115]
The second imaging lens is a free-form curved lens that is a molded lens including a non-circular arc shape that has a curvature other than 0 in the main scanning direction and the sub-scanning direction and is set independently. The material is optical glass BK7. The Abbe number was set to νd = 64.1 and νe: 63.9. Both the main scanning direction and the sub-scanning direction have positive power, but the power value differs between the main scanning and sub-scanning directions.
[0116]
As described above, the post-deflection optical system 21 is composed of two lenses in which glass materials having different Abbe numbers are combined. The lens with the smallest Abbe number (first lens) was given negative power in the sub-scanning direction.
[0117]
Here, Table 2 (FIGS. 16 to 21) will be described.
[0118]
As can be seen from the tilt around the Y axis in Table 2, LW is -0.053951729 radian, LB is 0.0545553095 radian, (LM: -0.0176656744, LC: 0.018259439) and the reflection of the light deflector 5. The light enters the surface 5a (the reflective surface of the polygon mirror). The emitted light from the optical deflecting device 5 at this time is LY: 0.058975285, LB: -0.06043285radian (LM: 0.01910102133, LC: -0) in the sub-scanning direction when the center value of the swing angle is obtained. .021227532), the emission angles of the two light beams LY and LB passing through the outermost contour in the sub-scanning direction from the polygon mirror reflecting surface, which is the deflecting surface of the deflector, have opposite signs. The absolute values are almost the same.
[0119]
As a result, the light from the plurality of light sources is not concentrated on one point of the reflection surface 5a of the light deflecting device 5, and the bending of the scanning line is suppressed, and the color shift (relative position of the image) caused by the bending of the scanning line is suppressed. Deviation) can be prevented, and the imaging characteristics are improved.
[0120]
Further, since the light from the plurality of light sources is deflected without being concentrated on one point of the reflection surface 5a, the plurality of light after deflection can be efficiently separated.
[0121]
Next, a second embodiment will be described.
[0122]
FIG. 9 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram according to the second embodiment, which is extended in the sub-scanning direction. FIG. 10 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram of the principal ray according to the second embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction. FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of the intersection of FIG.
[0123]
The outermost light beams LY and LB in the sub-scanning direction are optical paths that are asymmetric in the sub-scanning direction with respect to the optical axis of the post-deflection optical system.
[0124]
The positions on the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5 that are the deflecting surfaces are LY: -0.8675, LM: -0.338, LC: 0.1305, LB: 1.074, and are in the sub-scanning direction. Deflection on the reflecting surface 5a of the light deflecting device 5 of a light ray (LY in this embodiment) separated by the principal ray of the outermost ray and separated on the most upstream side (post-deflection optical system 21 side) of the optical path The distance 0.8675 in the sub-scanning direction from the optical axis of the rear optical system 21 is the above-described distance 1. of the light beam (LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path. 074 or less.
[0125]
The position where the principal ray of the outermost ray in the sub-scanning direction intersects the optical axis is the light beam (LY in this example) that is separated on the most upstream side (post-deflection optical system 21 side) of the optical path. It is located upstream of the light beam (LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path. That is, the position is close to the light deflecting device 5 side.
[0126]
The sub-scanning direction positions on the reflection surface 5a of the light deflector 5 are LY: -0.8675, LM: -0.338, LC: 0.1305, LB: 1.074, and the sub-scanning position on the reflection surface 5a. In the scanning direction, the distance between LY and LM is 0.5295, the distance between LM and LC is 0.4685, and the distance between LC and LB is 0.9435. The distance between the light beams separated on the most downstream side (image plane side) (LC and LB in this embodiment) 0.9435 is the distance between the light beams separated on the most upstream side (imaging optical means side). The distance on the reflecting surface 5a of the light deflector 5 is larger than the distance (LY and LM in this embodiment) 0.5295.
[0127]
The point at which the scanning plane formed by the principal rays of the two rays (LC and LB in this embodiment) separated on the most downstream side (image plane side) of the optical path is the most upstream side (after deflection) It is located on the downstream side of the optical path from the point where the scanning plane formed by the principal rays of the two rays (LY and LM in this embodiment) separated by the optical system 21 side. That is, the position is far from the reflecting surface 5 a of the light deflecting device 5.
[0128]
Also in this case, the same operations and effects as the first embodiment are obtained.
[0129]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be achieved.
[0130]
By making the outermost beams on both sides in the sub-scanning direction after deflection into asymmetrical optical paths, light from multiple light sources will not concentrate on one point on the deflection surface of the deflecting means, and scanning line bending will be suppressed. Thus, the color shift (relative image position shift) due to the bending of the scanning line can be prevented, and the imaging characteristics are improved.
[0131]
Further, since the light from the plurality of light sources is deflected without being concentrated on one point of the deflection surface of the deflecting means, the plurality of light after deflection can be efficiently separated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view in the sub-scanning direction of an optical path of a post-deflection optical system.
FIG. 2 is a plan view of the optical path of the optical scanning device as viewed from the plane direction by developing folding by a mirror.
3 is a state viewed from a direction orthogonal to the plane direction shown in FIG. 2 (a direction perpendicular to the rotation axis of the optical deflecting device), and does not unfold by the mirror, and is a reflection point of the optical deflecting device. It is the side view which looked at the position where the deflection angle by an optical deflection | deviation apparatus is 0 degree regarding the light beam which passes through the optical member arrange | positioned from to a to-be-scanned surface.
FIG. 4 shows the relationship between the entrance and exit of the reflecting surface 5a of the optical deflecting device 5, the emission angle in the sub-scanning direction from the optical deflecting device 5, the characteristics of the post-deflection optical system 21 in the sub-scanning direction, and the deviation of the scanning position in the sub-scanning direction. It is a figure for demonstrating.
FIG. 5 is a graph obtained by calculating the optical path when the output height from the light deflecting device 5 is constant and the output height is changed by using a paraxial ray tracing equation.
FIG. 6 is a graph showing the optical path difference when the difference in the light beam height at the optical element principal point position is fixed at 1, and the difference in the incident height and the difference in inclination are applied.
FIG. 7 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram according to the first embodiment, which is extended in the sub-scanning direction.
FIG. 8 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram of the principal ray according to the first embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction.
FIG. 9 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram according to the second embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction.
FIG. 10 is a cross section in the sub-scanning direction of the optical path diagram of the principal ray according to the second embodiment, which is enlarged in the sub-scanning direction.
11 is an enlarged view near the intersection of FIG. 10;
FIG. 12 is a chart showing values such as a tilt around an axis.
FIG. 13 is a chart showing paraxial power of a lens.
FIG. 14 is a chart showing lens surface coefficients.
FIG. 15 is a chart showing lens surface coefficients.
FIG. 16 is a chart showing values such as a tilt around an axis.
FIG. 17 is a chart showing paraxial power of a lens.
FIG. 18 is a chart showing lens surface coefficients.
FIG. 19 is a chart showing lens surface coefficients.
FIG. 20 is a chart showing lens surface coefficients.
FIG. 21 is a chart showing lens surface coefficients.
[Explanation of symbols]
L: Laser beam, 3: Laser array, 4: Each photosensitive drum, 5: Optical deflecting device, 7: Composite mirror, 9: Pre-deflection optical system, 11: Collimating lens, 13: Aperture, 15: Cylinder lens, 5a : Reflective surface, 21: post-deflection optical system, 23, 25, 27, 29: imaging lens, 33, 35, 37: plane mirror for turning back the optical path, 39: dustproof glass.

Claims (1)

複数の光源からの光をその偏向後の走査面が副走査方向に交差するように偏向手段に入射し、当該偏向手段で偏向された複数の偏向光を分離手段でそれぞれ分離して、副走査方向に離れた複数の走査線上に導く光走査装置において、
上記偏向手段により偏向された複数の偏向光のうち像面で副走査方向両側に位置する最外郭光を、互いに非対称な光路とすることを特徴とする光走査装置。
Light from a plurality of light sources is incident on a deflecting unit such that the scanning surface after deflection intersects the sub-scanning direction, and the plurality of deflected lights deflected by the deflecting unit are separated by the separating unit, respectively. In an optical scanning device that leads onto a plurality of scanning lines that are separated in a direction,
An optical scanning device characterized in that outermost light positioned on both sides in the sub-scanning direction on the image plane among a plurality of deflected light deflected by the deflecting means has an asymmetric optical path.
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