JP5004455B2 - Multi-beam optical scanning device and image forming apparatus having the same - Google Patents

Multi-beam optical scanning device and image forming apparatus having the same Download PDF

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Description

本発明は、デジタル複写機、FAX、レーザプリンタ等に用いられるマルチビーム光走査装置及び該装置を備えた画像形成装置に関する。   The present invention relates to a multi-beam optical scanning device used for a digital copying machine, a FAX, a laser printer, and the like, and an image forming apparatus including the device.

近年、デジタル複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、光走査による画像形成の高密度化、高速化が進みつつあり、感光体上でのビームスポットの小径化、マルチビーム化が要求されている。特にマルチビーム化ではポリゴンモータの回転数を上げることなく高速書込が可能になるため、省エネルギーにもなる。   In recent years, in image forming apparatuses such as digital copying machines and laser beam printers, the density and speed of image formation by optical scanning are increasing, and it is required to reduce the diameter of the beam spot on the photoconductor and to increase the number of beams. ing. Particularly in the case of multi-beam, high-speed writing can be performed without increasing the number of rotations of the polygon motor, which also saves energy.

また、低コストを狙うために構成レンズの樹脂化を推し進めることが望まれている。ところで、使用されるガラスレンズにおいて、環境温度の変化によるレンズの面曲率、厚さ、屈折率の変動、光源である半導体レーザの波長変化による屈折率の変動によるピント位置の変動が生じ、スポット径が増大して画像劣化の原因となっている。   In addition, it is desired to promote the use of resin for constituent lenses in order to aim at low costs. By the way, in the glass lens used, the lens surface curvature, thickness, refractive index variation due to environmental temperature variation, focus position variation due to refractive index variation due to wavelength change of the semiconductor laser as the light source, and spot diameter Increases and causes image deterioration.

更に、樹脂製レンズでは、環境温度の変化によるレンズの面曲率、厚さ、屈折率の変動、光源である半導体レーザの波長変化による屈折率の変動がガラスレンズに比して大きく、その影響は大きい。   Furthermore, in the lens made of resin, the surface curvature, thickness, and refractive index variation due to environmental temperature changes, and the refractive index variation due to the wavelength change of the semiconductor laser, which is the light source, are larger than the glass lens. large.

上記問題点を解決する手段として、例えば、特許文献1では、偏向器前の光学系に少なくとも3枚のレンズを組み合わせて補正する方法が開示されている。特許文献2では、走査レンズに回折面を設けて補正する方法が開示されている。また、特許文献2〜4では、偏向器前に回折面を用いた樹脂製レンズを用い、温度変化によるビームスポット変動を低減している。
特開2002−214556号公報 特開平11−223783号公報 特開2004−126192号公報 特開2003−337295号公報
As means for solving the above problems, for example, Patent Document 1 discloses a method of correcting by combining at least three lenses in the optical system before the deflector. Patent Document 2 discloses a method of correcting by providing a diffractive surface on a scanning lens. In Patent Documents 2 to 4, a resin lens using a diffractive surface is used in front of the deflector to reduce beam spot fluctuation due to temperature change.
JP 2002-214556 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-223783 JP 2004-126192 A JP 2003-337295 A

しかし、上述したように、特許文献1では、偏向器前の光学系に少なくとも3枚のレンズを組み合わせて補正する技術が開示されているが、レンズ枚数が増大することによってコストアップとなるという問題があった。また、この場合ではガラスレンズが1枚は必要であり、これもコストアップとなるという問題があった。また、特許文献2では、走査レンズに回折面を設けて補正する技術が開示されているが、走査レンズは光束の通過する領域が広く、回折面を加工する為に時間がかかり、コストアップとなるという問題があった。   However, as described above, Patent Document 1 discloses a technique for correcting by combining at least three lenses in the optical system before the deflector, but the problem is that the cost increases due to an increase in the number of lenses. was there. In this case, one glass lens is necessary, which also increases the cost. Further, Patent Document 2 discloses a technique for correcting a scanning lens by providing a diffractive surface. However, the scanning lens has a wide area through which a light beam passes, and it takes time to process the diffractive surface, which increases costs. There was a problem of becoming.

また、上述したように、特許文献2〜4では、偏向器前に回折面を用いた樹脂製レンズを用い、温度変化によるビームスポット変動を低減している。しかしながら、特許文献3では、偏向器後の光学系(走査光学系)の温度変化によるピント位置変動までは考慮していないため、走査光学系に樹脂製の光学素子を有する場合にはピント位置変動が十分に低減できないという問題があった。また、特許文献2、4では、第1光学系の光学素子の配置変化までは考慮していないので、やはり、ピント位置変動が十分に低減できないという問題があった。   As described above, in Patent Documents 2 to 4, a resin lens using a diffractive surface is used in front of the deflector to reduce beam spot fluctuation due to temperature change. However, Patent Document 3 does not consider the focus position fluctuation due to the temperature change of the optical system (scanning optical system) after the deflector. Therefore, when the scanning optical system has an optical element made of resin, the focus position fluctuation. However, there was a problem that it could not be reduced sufficiently. In Patent Documents 2 and 4, since the arrangement change of the optical elements of the first optical system is not taken into consideration, there is still a problem that the focus position fluctuation cannot be sufficiently reduced.

マルチビーム光走査装置においては、各発光点で波長が異なる可能性がある。回折面のパワーは波長への依存性が強いために、従来技術である回折面を用いた光学系では、回折面と屈折面のパワー配置を適切に選ばないとビーム間でピント位置がずれ、ビームスポット径が異なってしまい画像劣化が起こる。   In the multi-beam optical scanning device, the wavelength may be different at each light emitting point. Since the power of the diffractive surface is strongly dependent on the wavelength, in an optical system using a diffractive surface that is a conventional technology, the focus position is shifted between the beams unless the power arrangement of the diffractive surface and the refracting surface is appropriately selected. The beam spot diameter differs and image degradation occurs.

本発明は、上記のような問題点に鑑み、低コスト、省エネルギー、及び、温度変動にかかわらず、安定した小ビームスポットが獲得可能なマルチビーム光走査装置、及び、該装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides a multi-beam optical scanning apparatus capable of obtaining a stable small beam spot regardless of low cost, energy saving, and temperature fluctuation, and image formation including the apparatus. An object is to provide an apparatus.

請求項1記載の発明は、半導体レーザからなる複数の発光点を有する光源と、前記複数の発光点から射出された複数の光束を偏向する偏向手段と、前記複数の光束を前記偏向手段に導く第1光学系と、前記偏向手段により偏向された前記複数の光束を被走査面に導く第2光学系と、を備え、前記被走査面が複数の光束で走査されるマルチビーム光走査装置であって、前記第2光学系は、樹脂製光学素子を少なくとも1つ有し、前記第1光学系は、前記光源からの発散光束をカップリングする回折面を有する樹脂製のカップリングレンズを少なくとも1つと、前記カップリングレンズを出射した光束を制限するアパーチャと、前記アパーチャからの光束を少なくとも副走査方向に集光する、回折面を有するアナモフックな樹脂製レンズと、を有し、前記アナモフックな樹脂製レンズの回折面は光軸から離れるに従って回折格子の格子間隔が細かくなっており、同一の被走査面を走査する複数の光束は、共通のカップリングレンズ、アパーチャ、回折面を有するアナモフックな樹脂製レンズを通過し、以下の式(G)を満足すること特徴とする。
L2<L/2 ・・・式(G)
L:カップリングレンズのアパーチャに近い側の面とアパーチャより像側にある最もアパーチャに近い前記第1光学系における樹脂性レンズのアパーチャに近い側の面との距離
L2:アパーチャとアパーチャより像側にある最もアパーチャに近い前記第1光学系における樹脂性レンズのアパーチャに近い側の面との距離
According to a first aspect of the present invention, a light source having a plurality of light emitting points made of a semiconductor laser, a deflecting unit for deflecting a plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting points, and guiding the plurality of light beams to the deflecting unit. A multi-beam optical scanning device comprising: a first optical system; and a second optical system that guides the plurality of light beams deflected by the deflecting unit to a scanned surface, wherein the scanned surface is scanned with the plurality of light beams. The second optical system includes at least one resin optical element, and the first optical system includes at least a resin coupling lens having a diffraction surface for coupling a divergent light beam from the light source. And an aperture for limiting the light beam emitted from the coupling lens, and an anamorphic resin lens having a diffractive surface for condensing the light beam from the aperture at least in the sub-scanning direction. The Anamofukku diffraction surface of the resin lens grating spacing of the diffraction grating has become finer as the distance from the optical axis, a plurality of light beams to scan the same surface to be scanned, a common coupling lens, an aperture, diffraction surface And passing through an anamorphic resin lens having the following formula (G).
L2 <L / 2 Formula (G)
L: Distance between the surface near the aperture of the coupling lens and the surface closer to the aperture of the resinous lens in the first optical system closest to the aperture than the aperture L2: Image side from the aperture and the aperture The distance from the surface close to the aperture of the resinous lens in the first optical system closest to the aperture

請求項2記載の発明は、請求項1に記載のマルチビーム光走査装置を備えた画像形成装置としたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, an image forming apparatus including the multi-beam optical scanning device according to the first aspect is provided.

本発明によれば、低コスト、省エネルギー、及び、温度変動にかかわらず、安定した小ビームスポットが獲得可能なマルチビーム光走査装置、及び、該装置を備えた画像形成装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a multi-beam optical scanning apparatus capable of obtaining a stable small beam spot regardless of low cost, energy saving, and temperature fluctuation, and an image forming apparatus including the apparatus. .

本発明を実施するための最良の形態は、半導体レーザからなる複数の発光点を有する光源と、複数の発光点から射出された複数の光束を偏向する偏向手段に導く第1光学系と、偏向手段により偏向された複数の光束を被走査面に導く第2光学系と、をそれぞれ複数備え、偏向手段を少なくとも1以上備えたマルチビーム光走査装置において、第1光学系には、回折面を有する樹脂レンズを少なくとも1つ設け、第2光学系には、樹脂製光学素子を少なくとも1つ設け、上記複数の光束は、この複数の光束に対応する上記第1光学系及び上記第2光学系とを通過し、以下の式(A)を満足するマルチビーム光走査装置とする。
|Δm’1+Δm’2+Δm’3|<Wm/2 ・・・式(A)
Δm’1:第1光学系において、光源波長が1nm増加したときの屈折部のパワー変化に
よる主走査ビームウェスト位置変化
Δm’2:第1光学系において、光源波長が1nm増加したときの回折部のパワー変化に
よる主走査ビームウェスト位置変化
Δm’3:第2光学系において、光源波長が1nm増加したときのパワー変化による主走
査ビームウェスト位置変化
Wm:被走査面上における主走査ビーム径の深度
The best mode for carrying out the present invention includes a light source having a plurality of light emitting points made of a semiconductor laser, a first optical system for guiding a plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting points to deflecting means, and a deflection. And a plurality of second optical systems for guiding a plurality of light beams deflected by the means to the surface to be scanned, and in the multi-beam optical scanning device having at least one or more deflecting means, the first optical system has a diffraction surface. At least one resin lens is provided, at least one resin optical element is provided in the second optical system, and the plurality of light beams correspond to the first light system and the second optical system corresponding to the plurality of light beams. And a multi-beam optical scanning device satisfying the following expression (A).
| Δm′1 + Δm′2 + Δm′3 | <Wm / 2 Formula (A)
Δm′1: In the first optical system, when the light source wavelength increases by 1 nm, the power of the refracting part changes.
Main scanning beam waist position change Δm′2 due to the power change of the diffraction part when the light source wavelength is increased by 1 nm in the first optical system
Main scanning beam waist position change Δm′3: Main run due to power change when the light source wavelength is increased by 1 nm in the second optical system
Inspection beam waist position change Wm: Depth of main scanning beam diameter on scanned surface

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。   Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.

(実施形態1)
まず、本実施形態のマルチビーム光走査装置について説明する前に、比較例として、従来のマルチビーム光走査装置について図8を用いて以下に説明する。図8は、従来のマルチビーム光走査装置について説明するための図である。以下に説明する従来のマルチビーム光走査装置では、回折光学面を設けていない走査光学系が用いられる。
(Embodiment 1)
First, before describing the multi-beam optical scanning apparatus of the present embodiment, a conventional multi-beam optical scanning apparatus will be described below as a comparative example with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional multi-beam optical scanning device. In the conventional multi-beam optical scanning device described below, a scanning optical system without a diffractive optical surface is used.

図8に示すように、従来のマルチビーム光走査装置は、光源(半導体レーザ)11、カップリングレンズ12、アパーチャ13、アナモルフィックレンズ14、ポリゴンミラー15、偏向器側走査レンズ16、像面側走査レンズ17、防塵ガラス18、像面19、防音ガラス20を備えている。   As shown in FIG. 8, the conventional multi-beam optical scanning device includes a light source (semiconductor laser) 11, a coupling lens 12, an aperture 13, an anamorphic lens 14, a polygon mirror 15, a deflector side scanning lens 16, an image plane. A side scanning lens 17, a dustproof glass 18, an image surface 19, and a soundproof glass 20 are provided.

図8に示す光源11は、厚さ0.3mmのカバーガラスの付いた半導体レーザである。図8に示すように、光源11から射出した光束は、カップリングレンズ12により弱い発散光となり、アパーチャ13を経て、第1光学系をなすアナモルフィックレンズ14により、主走査方向は平行光、副走査方向はポリゴンミラー15近傍に集束する光束となる。   A light source 11 shown in FIG. 8 is a semiconductor laser with a cover glass having a thickness of 0.3 mm. As shown in FIG. 8, the light beam emitted from the light source 11 becomes weakly divergent light by the coupling lens 12, passes through the aperture 13, and is converted into parallel light in the main scanning direction by the anamorphic lens 14 forming the first optical system. In the sub-scanning direction, the light beam is focused near the polygon mirror 15.

そして、更にポリゴンミラー15により偏向され、偏向器側走査レンズ16と像面側走査レンズ17により、防塵ガラス18を経て、像面に結像する。また、ポリゴンミラー(偏向器)15と偏向器側走査レンズ(偏向器側レンズ)16の間に防音ガラス20が配備される。尚、光源11とカップリングレンズ12は材質がアルミである同一の部材に固定されている。   Then, the light is further deflected by the polygon mirror 15, and is imaged on the image surface by the deflector side scanning lens 16 and the image surface side scanning lens 17 through the dust-proof glass 18. A soundproof glass 20 is provided between the polygon mirror (deflector) 15 and the deflector side scanning lens (deflector side lens) 16. The light source 11 and the coupling lens 12 are fixed to the same member made of aluminum.

以下に、従来のマルチビーム光走査装置の光学系データを示す。光源波長は25℃で780.1nm、45℃で786.5nmとした。
カップリングレンズ12については以下の通りである。光源側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。
x=(h^2/R)/[1+√[1-(1+K)(h/R)^2]]+A4・h^4+A6・h^6+A8・h^8+A10・h^10 ・・式(1)
The optical system data of the conventional multi-beam optical scanning device is shown below. The light source wavelength was 780.1 nm at 25 ° C. and 786.5 nm at 45 ° C.
The coupling lens 12 is as follows. The light source side surface shape is a coaxial aspheric surface represented by the formula (1).
x = (h ^ 2 / R) / [1 + √ [1- (1 + K) (h / R) ^ 2]] + A4 ・ h ^ 4 + A6 ・ h ^ 6 + A8 ・ h ^ 8 + A10 ・ h ^ 10 ・ ・ Formula (1)

ここで、光軸からの距離をh、近軸曲率半径をR、円錐定数をK、高次の係数をA4,A6,A8,A10、光軸方向のデプスをxとする。係数は以下の通りである。
R= 86.09118
K= 361.987634
A4= -.827025E-04
A6= -.413360E-05
A8= 0.942600E-06
A10= -.936986E-07
Here, the distance from the optical axis is h, the paraxial radius of curvature is R, the conic constant is K, the higher order coefficients are A4, A6, A8, A10, and the depth in the optical axis direction is x. The coefficients are as follows:
R = 86.09118
K = 361.987634
A4 = -.827025E-04
A6 = -.413360E-05
A8 = 0.942600E-06
A10 = -.936986E-07

像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R= -8.71000
K= -0.310240
A4= 0.592273E-04
A6= 0.250465E-06
A8= 0.119847E-06
A10= -.563217E-08
The image side surface shape is an aspherical surface represented by Expression (1), and the coefficients are as follows.
R = -8.71000
K = -0.310240
A4 = 0.592273E-04
A6 = 0.250465E-06
A8 = 0.119847E-06
A10 = -.563217E-08

アナモルフィックレンズ14については以下の通りである。光源側面形状は、式(2)で表されるアナモルフィック面である。
x=[(1/Rm)・y^2+(1/Rs)・z^2]/[1+√[1- (y/Rm)^2-(z/Rs)^2]]・・・式(2)
ここで、光軸からの主走査方向距離をy、副走査方向距離をz、主走査方向曲率半径をRm、副走査方向曲率半径をRs、光軸方向のデプスをxとする。係数は以下の通りである。像面側面形状は平面である。
Rm= 500
Rs= 35.83
The anamorphic lens 14 is as follows. The light source side surface shape is an anamorphic surface represented by the formula (2).
x = [(1 / Rm) ・ y ^ 2 + (1 / Rs) ・ z ^ 2] / [1 + √ [1- (y / Rm) ^ 2- (z / Rs) ^ 2]] ・ ・・ Formula (2)
Here, the main scanning direction distance from the optical axis is y, the sub scanning direction distance is z, the main scanning direction radius of curvature is Rm, the sub scanning direction radius of curvature is Rs, and the depth in the optical axis direction is x. The coefficients are as follows: The side surface shape of the image plane is a plane.
Rm = 500
Rs = 35.83

偏向器側走査レンズ16については以下の通りである。光源側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。係数は以下の通りである。
R= -312.6
K= 2.667
A4= 1.79E-07
A6= -1.08E-12
A8= -3.18E-14
A10= 3.74E-18
The deflector side scanning lens 16 is as follows. The light source side surface shape is a coaxial aspheric surface represented by the formula (1). The coefficients are as follows:
R = -312.6
K = 2.667
A4 = 1.79E-07
A6 = -1.08E-12
A8 = -3.18E-14
A10 = 3.74E-18

像面側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。係数は以下の通りである。
R= -83.0
K= 0.02
A4= 2.50E-07
A6= 9.61E-12
A8= 4.54E-15
A10= -3.03E-18
また、両面の頂点は、図8の主光線に対して、図上方へ1.16mmずれている。
The image side surface shape is a coaxial aspheric surface represented by the formula (1). The coefficients are as follows:
R = -83.0
K = 0.02
A4 = 2.50E-07
A6 = 9.61E-12
A8 = 4.54E-15
A10 = -3.03E-18
Further, the vertices on both sides are shifted by 1.16 mm upward in the figure with respect to the principal ray in FIG.

像面側走査レンズ17については以下の通りである。光源側面形状は、主走査方向に関しては式(3)で表される非円弧であり、副走査方向に関しては式(4)で表されるように副走査曲率半径が連続的に変化する。
x=(y^2/Rm)/[1+√[1-(1+K)(y/Rm)^2]]+A4・y^4+A6・y^6+A8・y^8+A10・y^10 ・式(3)
ここで、光軸からの主走査方向距離をy、主走査近軸曲率半径をRm、円錐定数をK、高次の係数をA4,A6,A8,A10、光軸方向のデプスをxとする。
Rs(y)=Rs+Σbj・y^j (j=1,2,3,…)・・・式(4)
The image plane side scanning lens 17 is as follows. The light source side surface shape is a non-circular arc represented by Expression (3) with respect to the main scanning direction, and the sub-scanning radius of curvature continuously changes as represented by Expression (4) with respect to the sub-scanning direction.
x = (y ^ 2 / Rm) / [1 + √ [1- (1 + K) (y / Rm) ^ 2]] + A4 ・ y ^ 4 + A6 ・ y ^ 6 + A8 ・ y ^ 8 + A10 ・ y ^ 10 ・ Formula (3)
Here, the main scanning direction distance from the optical axis is y, the main scanning paraxial radius of curvature is Rm, the conic constant is K, the higher order coefficients are A4, A6, A8, A10, and the depth in the optical axis direction is x. .
Rs (y) = Rs + Σbj · y ^ j (j = 1, 2, 3,...) (4)

ここで、光軸からの主走査方向距離をy、光軸からの主走査方向距離yでの副走査半径をRs(y)、光軸上での副走査半径をRs、高次の係数をbj (j=1,2,3,…)とする。係数は以下の通りである。
Rm= -500K= -71.73
A4= 4.33E-08
A6= -5.97E-13
A8= -1.28E-16
A10= 5.73E-21
Rs=-47.7
b2= 1.60E-03
b4=-2.32E-07
b6= 1.60E-11
b8=-5.61E-16
b10= 2.18E-20
b12=-1.25E-24
Here, the main scanning direction distance from the optical axis is y, the sub scanning radius at the main scanning direction distance y from the optical axis is Rs (y), the sub scanning radius on the optical axis is Rs, and the higher order coefficient is Let bj (j = 1, 2, 3,...). The coefficients are as follows:
Rm = -500K = -71.73
A4 = 4.33E-08
A6 = -5.97E-13
A8 = -1.28E-16
A10 = 5.73E-21
Rs = -47.7
b2 = 1.60E-03
b4 = -2.32E-07
b6 = 1.60E-11
b8 = -5.61E-16
b10 = 2.18E-20
b12 = -1.25E-24

像面側面形状は、トロイダル面であり、副走査形状は式(5)で表される円弧であり、この円弧の頂点から光軸方向にRm離れた副走査方向に平行な軸を中心に回転させた形状である。
x=(z^2/Rs)/[1+√[1- (z/Rs)^2]]・・・式(5)
ここで、光軸からの主走査方向距離をy、副走査近軸曲率半径をRs、光軸方向のデプスをxとする。係数は以下の通りである。
Rm= -1000
Rs= -23.38
また、両面の頂点は、図8の主光線に対して、図上方へ1.21mmずれている。
The image surface side surface shape is a toroidal surface, and the sub-scanning shape is an arc represented by the formula (5), which is rotated around an axis parallel to the sub-scanning direction that is Rm away from the vertex of the arc in the optical axis direction. Shape.
x = (z ^ 2 / Rs) / [1 + √ [1- (z / Rs) ^ 2]] ... Formula (5)
Here, the distance in the main scanning direction from the optical axis is y, the sub-scanning paraxial radius of curvature is Rs, and the depth in the optical axis direction is x. The coefficients are as follows:
Rm = -1000
Rs = -23.38
Further, the vertices on both sides are shifted by 1.21 mm upward from the principal ray in FIG.

面間隔は以下の通りである。
d1=12.843
d2=3.8
d3=102.8
d4=3.0
d5=69.3
d6=51.7
d7=31.4
d8=78.0
d9=3.5
d10=143.62
The surface spacing is as follows.
d1 = 12.843
d2 = 3.8
d3 = 102.8
d4 = 3.0
d5 = 69.3
d6 = 51.7
d7 = 31.4
d8 = 78.0
d9 = 3.5
d10 = 143.62

なお、本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防塵ガラス18を挿入し、計算している。このガラスの屈折率は、光線波長780.1nm、温度25℃で1.511161、光線波長786.5nm、温度45℃で1.511161、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。
レンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長780.1nmかつ温度25℃で1.523946、光線波長786.5nmかつ温度45℃で1.522105、線膨張係数は7.0E-05K-1とした。
In the present optical system, calculation is performed by inserting a dust-proof glass 18 having a thickness of 1.9 mm (25 ° C.). This glass had a refractive index of 1.511161 at a light wavelength of 780.1 nm and a temperature of 25 ° C., 1.511161 at a light wavelength of 786.5 nm and a temperature of 45 ° C., and a linear expansion coefficient of 7.5E-06K-1.
The lenses were all made of the same resin material, and the refractive index was 1.523946 at a light wavelength of 780.1 nm and a temperature of 25 ° C., 1.522105 at a light wavelength of 786.5 nm and a temperature of 45 ° C., and the linear expansion coefficient was 7.0E-05K-1.

以上の条件より、温度による光線波長、屈折率、面形状、肉厚の変化を考慮に入れて、像面位置に対する像面位置を算出すると以下の図9に示す結果が得られる。この結果より、環境温度が25℃から45℃に変化すると像面位置が大幅に変化することが分かる。   Under the above conditions, when the image plane position relative to the image plane position is calculated in consideration of changes in the light wavelength, refractive index, surface shape, and thickness due to temperature, the following results shown in FIG. 9 are obtained. From this result, it can be seen that when the environmental temperature changes from 25 ° C. to 45 ° C., the image plane position changes significantly.

次に、図1(a)、(b)を用いて、本実施形態のマルチビーム光走査装置について以下に説明する。図1(a)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置の主走査方向の断面図である。図1(b)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置の副走査方向の断面図である。本実施形態のマルチビーム光走査装置は、従来装置が回折光学面を設けていない走査光学系を用いるのに対して、回折光学面を設けた走査光学系を用いることを特徴とするものである。   Next, the multi-beam optical scanning device of this embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view in the main scanning direction of the multi-beam optical scanning device of the present embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning device of the present embodiment. The multi-beam optical scanning device of this embodiment is characterized in that a scanning optical system provided with a diffractive optical surface is used, whereas a conventional device uses a scanning optical system provided with no diffractive optical surface. .

図1(a)、(b)に示すように、本実施形態のマルチビーム光走査装置は、光源(半導体レーザ)1、カップリングレンズ2、アパーチャ3、第1レンズ4、ポリゴンミラー5、偏向器側走査レンズ6、像面側走査レンズ7、防塵ガラス8、像面9、防音ガラス10を備えている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the multi-beam optical scanning device of this embodiment includes a light source (semiconductor laser) 1, a coupling lens 2, an aperture 3, a first lens 4, a polygon mirror 5, and a deflection. A device side scanning lens 6, an image surface side scanning lens 7, a dustproof glass 8, an image surface 9, and a soundproof glass 10 are provided.

図1(a)、(b)に示す光源1は、厚さ0.3mmのカバーガラスが付き、2つの発光点を持つ半導体レーザアレイである。この光源1は、1つ以上の発光点を持つ半導体レーザ素子(半導体レーザアレイを含む)を複数並べても、1つ以上の発光点を持つ半導体レーザ素子(半導体レーザアレイを含む)を複数並べて出射光束をプリズム等でまとめても、半導体レーザアレイの発光点も2つに限らずもっと多くても構わない。合計の発光点数が多ければ多いほど高速書込が可能となり、望ましい。   A light source 1 shown in FIGS. 1A and 1B is a semiconductor laser array having a cover glass having a thickness of 0.3 mm and having two light emitting points. The light source 1 emits a plurality of semiconductor laser elements (including a semiconductor laser array) having one or more light emission points, even if a plurality of semiconductor laser elements (including a semiconductor laser array) having one or more light emission points are arranged. Even if the light beams are collected by a prism or the like, the number of light emitting points of the semiconductor laser array is not limited to two and may be more. The larger the total number of light emitting points, the faster writing is possible, which is desirable.

光源1から射出した光束はカップリング光学系をなすカップリングレンズ2により略平行光となり、アパーチャ3を経て、第1光学系をなす第1レンズ4により副走査方向のみポリゴンミラー5近傍に集束する光束となる。更に、ポリゴンミラー5により偏向され、偏向器側走査レンズ6と像面側走査レンズ7により、防塵ガラス8を経て、像面に結像する。ここで、レンズは全て樹脂製である。特に回折面を持つレンズを樹脂製にすることにより、予め金型に回折面の陰画を刻み、射出成形や熱転写により格子形状を形成でき、大量生産が可能になる為、望ましい。   The light beam emitted from the light source 1 becomes substantially parallel light by the coupling lens 2 that forms the coupling optical system, passes through the aperture 3, and is focused near the polygon mirror 5 only in the sub-scanning direction by the first lens 4 that forms the first optical system. It becomes a luminous flux. Further, the light is deflected by the polygon mirror 5 and formed on the image plane through the dust-proof glass 8 by the deflector side scanning lens 6 and the image plane side scanning lens 7. Here, all the lenses are made of resin. In particular, it is desirable to use a resin having a diffractive surface made of a resin, because a negative image of the diffractive surface can be engraved in advance on a mold and a lattice shape can be formed by injection molding or thermal transfer, enabling mass production.

カップリングレンズ2は、光源側の面に同心円状の格子が刻まれた回折面が、像側の面に非球面形状となる正のパワーを持つ屈折面が設けられている樹脂製レンズである。回折面は通常の屈折面とは波長変化による屈折角の変化方向が逆である。従って、光学系全系の正のパワーの一部を回折面に割り当てることにより、カップリングレンズ2自体が樹脂であるために発生する温度変化によるピント位置ずれは勿論、本光学系の別の樹脂製レンズによる温度変化によるピント位置ずれも補正できる。
第1レンズ4は、光源側の面に副走査方向にのみ負のパワーを持つ屈折面が、像側の面に副走査方向のみに正のパワーを持つ回折面が設けられている樹脂製レンズである。
The coupling lens 2 is a resin lens in which a diffractive surface in which a concentric grating is engraved on the surface on the light source side and a refractive surface having a positive power with an aspherical shape on the image side surface are provided. . The diffractive surface is opposite to the normal refracting surface in the direction of change of the refraction angle due to wavelength change. Therefore, by assigning a part of the positive power of the entire optical system to the diffractive surface, not only the focus position shift due to the temperature change that occurs because the coupling lens 2 itself is a resin, but also another resin of this optical system. The focus position shift due to the temperature change by the lens made can also be corrected.
The first lens 4 is a resin lens in which a refracting surface having a negative power only in the sub-scanning direction is provided on the light source side surface and a diffractive surface having a positive power only in the sub-scanning direction is provided on the image side surface. It is.

主走査方向の温度変化による像面位置ずれに関してはカップリングレンズ2の設けられた回折面で補正可能であるが、副走査方向は主走査方向より光学系全系の正のパワーが強いため、副走査方向に対しても温度変化による像面位置ずれを補正するためには副走査方向に更に回折光学素子の正のパワーが必要であり、それが第1レンズ4に設けられた副走査方向のみにパワーを持つ回折光学素子である。   The image plane position shift due to the temperature change in the main scanning direction can be corrected by the diffraction surface provided with the coupling lens 2, but the positive power of the entire optical system is stronger in the sub scanning direction than in the main scanning direction. In order to correct the image plane position shift due to the temperature change in the sub-scanning direction, further positive power of the diffractive optical element is required in the sub-scanning direction, and this is the sub-scanning direction provided in the first lens 4. It is a diffractive optical element having power only.

ところで、第1レンズ4全体のパワーはビームスポット径の目標値から決まっており、その値は副走査方向の温度変化による像面位置ずれを補正するために必要な回折光学素子の正のパワーより小さい。そこで、屈折面は負のパワーとし、回折光学素子の正のパワーを確保しつつ、第1レンズ4全体のパワーも適切な値に設定できる。
更に、温度上昇により全系の焦点距離が正の方向に伸びるのに対して、凹面は熱膨張で焦点距離が負の方向に伸びるため、これによる温度変化による像面ずれ低減効果もある。第1レンズ4の回折光学素子の格子は副走査方向に直線の格子が刻まれている。
By the way, the power of the entire first lens 4 is determined from the target value of the beam spot diameter, and this value is based on the positive power of the diffractive optical element necessary for correcting the image plane position shift due to the temperature change in the sub-scanning direction. small. Therefore, the refractive power of the refracting surface is negative, and the power of the entire first lens 4 can be set to an appropriate value while ensuring the positive power of the diffractive optical element.
Furthermore, while the focal length of the entire system extends in the positive direction due to the temperature rise, the concave surface extends in the negative direction due to thermal expansion, and this also has an effect of reducing image plane deviation due to temperature change. The grating of the diffractive optical element of the first lens 4 is a linear grating in the sub-scanning direction.

次に、光源である半導体レーザ素子内や半導体レーザ素子間の各発光点間には±1nm程度の波長のばらつきがある。回折面での光線屈折角は波長の依存性が強く、回折面のパワーを適切に選ばないと各発光点間波長差によってピント位置がずれ、よって主走査ビームスポット径が異なってしまい著しく画像を劣化させる。   Next, there is a wavelength variation of about ± 1 nm between the light emitting points in the semiconductor laser element as the light source and between the semiconductor laser elements. The light refraction angle at the diffractive surface is strongly wavelength-dependent, and unless the power of the diffractive surface is selected appropriately, the focus position will shift due to the wavelength difference between the light emitting points, so the main scanning beam spot diameter will differ and the image will be remarkably different. Deteriorate.

本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。   The object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, while ensuring cost reduction and improving the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and further, there is no wavelength difference between the light emitting points. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can ensure optical characteristics even in such a case.

上述したように、波長が±1nmばらつく可能性があるので幅で2nmの波長変化を考慮しなければならない。波長が2nm異なる発光点間の主走査ビームウェスト位置ずれ量は、以下に示す式(6)で表される。
|2(Δm’1+Δm’2+Δm’3)| ・・・式(6)
As described above, since the wavelength may vary by ± 1 nm, a wavelength change of 2 nm in width must be considered. The amount of deviation of the main scanning beam waist position between the light emitting points having different wavelengths by 2 nm is expressed by the following equation (6).
| 2 (Δm′1 + Δm′2 + Δm′3) | Equation (6)

また、主走査ビームウェスト位置ずれの許容量は、主走査ビームスポット径を主走査ビームスポットの光量分布において、最大強度のe-2で定義して、この主走査ビームスポット径が主走査ビームウェスト位置での主走査ビームスポット径からの太りが10%以内に収まらなければ、許容できない画像劣化(階調性、鮮鋭性の悪化)が生じてしまう。   The allowable amount of misalignment of the main scanning beam waist is defined by defining the main scanning beam spot diameter as the maximum intensity e-2 in the light quantity distribution of the main scanning beam spot, and the main scanning beam spot diameter is the main scanning beam waist diameter. If the thickness from the main scanning beam spot diameter at the position does not fall within 10%, unacceptable image deterioration (deterioration of gradation and sharpness) occurs.

ここで、主走査ビームスポット径が主走査ビームウェスト位置での主走査ビームスポット径からの太りが10%以下となる深度幅をWmとすると、以下に示す式(7)となる。
|2(Δm’1+Δm’2+Δm’3)|<Wm・・・式(7)
そして、式(7)を変形すると、以下に示す式(A)となる。
|Δm’1+Δm’2+Δm’3|<Wm/2・・・式(A)
Here, when the depth width at which the main scanning beam spot diameter is 10% or less from the main scanning beam spot diameter at the main scanning beam waist position is Wm, the following equation (7) is obtained.
| 2 (Δm′1 + Δm′2 + Δm′3) | <Wm Expression (7)
Then, when formula (7) is modified, formula (A) shown below is obtained.
| Δm′1 + Δm′2 + Δm′3 | <Wm / 2 Formula (A)

次に、本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても、また屈折部の温度変動による屈折率変化、形状変化まで考慮し、光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。   Next, an object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, to reduce the cost and to improve the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and between the light emitting points. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can ensure optical characteristics even when there is a wavelength difference, and also taking into account refractive index changes and shape changes due to temperature fluctuations of the refractive part.

LD光源は温度上昇によって発振波長が長波長側にシフトする以外の主走査ビームウェスト位置ずれの原因は以下の通りである。
1)熱膨張による相似変形により、屈折面の曲率半径が大きくなり、焦点距離が長くなる。
2)温度上昇による屈折率低下により、屈折面ではさらに焦点距離が長くなる。
3)熱膨張による相似変形により、回折面の格子間隔が広がり、焦点距離が長くなる。
上記1)〜3)は、いずれもピント位置が像面側にずれる方向である。
従って、これらを光源波長が伸びることによって相殺しなければならないので、以下に示す式(B)を満足する必要がある。
Δm’1+Δm’2+Δm’3<0・・・式(B)
In the LD light source, the cause of the main scanning beam waist position deviation other than the oscillation wavelength shifting to the longer wavelength side due to temperature rise is as follows.
1) Due to the similar deformation due to thermal expansion, the radius of curvature of the refractive surface increases and the focal length increases.
2) Due to a decrease in refractive index due to temperature increase, the focal length is further increased on the refractive surface.
3) Due to the similar deformation due to thermal expansion, the grating spacing of the diffractive surface widens and the focal length becomes longer.
The above 1) to 3) are directions in which the focus position is shifted to the image plane side.
Therefore, since these must be offset by the increase in the light source wavelength, it is necessary to satisfy the following formula (B) .
Δm′1 + Δm′2 + Δm′3 <0 Formula (B)

次に、偏向器前に回折面を用いた樹脂製レンズを用い、温度変動によるビームスポット位置変動を低減する方法としては以下がある。特許文献3では、偏向器後の光学系(走査光学系)の温度によるピント位置変動までは考慮していないため、走査光学系に樹脂製の光学素子を有する場合には実際にはピント位置変動は十分に低減できない。また、特許文献2、4では、第1光学系の光学素子の配置変化までは考慮していないので、やはり、実際にはピント位置変動は十分に低減できない。   Next, as a method for reducing the beam spot position variation due to temperature variation using a resin lens having a diffractive surface in front of the deflector, there is the following. In Patent Document 3, since the focus position fluctuation due to the temperature of the optical system (scanning optical system) after the deflector is not taken into consideration, when the scanning optical system includes a resin optical element, the focus position fluctuation is actually changed. Cannot be reduced sufficiently. In Patent Documents 2 and 4, since the arrangement change of the optical elements of the first optical system is not taken into consideration, the focus position fluctuation cannot be sufficiently reduced in practice.

本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても、また屈折部の温度変動による屈折率変化、形状変化まで考慮し、光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。   The object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, while ensuring cost reduction and improving the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and further, there is no wavelength difference between the light emitting points. Even if it exists, it is providing the multi-beam optical scanning device which can ensure the optical characteristic in consideration of the refractive index change by the temperature fluctuation of a refractive part, and a shape change.

第2光学系では樹脂製屈折レンズを用いているので、温度上昇による形状膨張、光源波長変化、屈折率変化により、主走査ビームウェスト位置が像面に向かう方向(プラス方向)に発生する(Δm3)。また、第1光学系の回折部についても、温度上昇による形状膨張、光源波長変化、屈折率変化により、主走査ビームウェスト位置が像面に向かう方向(プラス方向)に発生する(Δm1)。   Since the second optical system uses a resin refractive lens, the main scanning beam waist position is generated in the direction toward the image plane (plus direction) due to shape expansion due to temperature rise, light source wavelength change, and refractive index change (Δm3). ). Further, the diffractive portion of the first optical system also generates the main scanning beam waist position in the direction toward the image plane (plus direction) due to shape expansion due to temperature rise, light source wavelength change, and refractive index change (Δm1).

そこで、第1光学系の回折部のパワーを正とすることにより、温度上昇による主走査ビームウェスト位置変化(Δm2)をマイナスとし、更に、光源1と第1光学系の主走査前側主点間の距離の変化量(Δd1)をプラスとし、この距離変化による主走査ビームウェスト位置変化((−Δd1×(f2/f1)^2)・・・式(8))をマイナスとして、温度上昇による光走査装置トータルでの主走査ビームウェスト位置変動(式(1)左辺)を低減している。   Therefore, by making the power of the diffractive portion of the first optical system positive, the main scanning beam waist position change (Δm2) due to temperature rise is made negative, and further, between the main scanning front main point of the light source 1 and the first optical system. The amount of change (Δd1) in the distance is positive, and the change in main scanning beam waist position ((−Δd1 × (f2 / f1) ^ 2)... The main scanning beam waist position fluctuation (left side of the formula (1)) in the optical scanning device is reduced.

通常、マルチビーム光走査装置内の温度変化は常温に対し±20℃程度見込む必要があるため、上限をWm/40とした。(3)式の左辺が右辺を超えると、主走査ビームスポット径太りが許容レベルを超え画像劣化(階調性、鮮鋭性の悪化)が生ずる。 Usually, since the temperature change in the multi-beam optical scanning device needs to be expected to be about ± 20 ° C. with respect to normal temperature, the upper limit is set to Wm / 40. (3) of the left side is more than the right side, the main scanning beam spot径太Ri is image deterioration exceeds an allowable level (gradation, deterioration of sharpness) raw sly.

次に、光源である半導体レーザ素子内や半導体レーザ素子間の各発光点間には±1nm程度の波長のばらつきがある。回折面での光線屈折角は波長の依存性が強く、回折面のパワーを適切に選ばないと各発光点間波長差によってピント位置がずれ、よって副走査ビームスポット径が異なってしまい著しく画像を劣化させる。   Next, there is a wavelength variation of about ± 1 nm between the light emitting points in the semiconductor laser element as the light source and between the semiconductor laser elements. The light refraction angle at the diffractive surface is strongly wavelength-dependent, and unless the power of the diffractive surface is selected appropriately, the focus position shifts due to the wavelength difference between each light emitting point, and the sub-scanning beam spot diameter varies accordingly, resulting in a marked image. Deteriorate.

本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。波長が±1nmばらつく可能性があるので幅で2nmの波長変化を考慮しなければならない。波長が2nm異なる発光点間の副走査ビームウェスト位置ずれ量は、以下に示す式(9)で表される。
|2(Δs’1+Δs’2+Δs’3)|・・・式(9)
The object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, while ensuring cost reduction and improving the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and further, there is no wavelength difference between the light emitting points. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can ensure optical characteristics even in such a case. Since the wavelength may vary ± 1 nm, a wavelength change of 2 nm in width must be considered. The amount of sub-scanning beam waist position shift between the light emitting points having different wavelengths by 2 nm is expressed by the following equation (9).
| 2 (Δs′1 + Δs′2 + Δs′3) | Expression (9)

また、副走査ビームウェスト位置ずれの許容量は副走査ビームスポット径を副走査ビームスポットの光量分布において、最大強度のe-2で定義して、この副走査ビームスポット径が副走査ビームウェスト位置での副走査ビームスポット径からの太りが10%以内に収まらなければ、許容できない画像劣化(階調性、鮮鋭性の悪化)が生じてしまう。   Also, the allowable amount of sub-scanning beam waist position deviation is defined by defining the sub-scanning beam spot diameter as the maximum intensity e-2 in the light quantity distribution of the sub-scanning beam spot, and this sub-scanning beam spot diameter is the sub-scanning beam waist position. If the thickness from the sub-scanning beam spot diameter does not fall within 10%, unacceptable image deterioration (deterioration of gradation and sharpness) occurs.

ここで、副走査ビームスポット径が副走査ビームウェスト位置での副走査ビームスポット径からの太りが10%以下となる深度幅をWsとすると、以下に示す式(10)となり、
|2(Δs’1+Δs’2+Δs’3)|<Ws・・・式(10)
そして、式(10)を変形すると、以下に示す式(E)となる。
|Δs’1+Δs’2+Δs’3|<Ws/2・・・式(E)
Here, when the width of the depth at which the sub-scanning beam spot diameter is 10% or less from the sub-scanning beam spot diameter at the sub-scanning beam waist position is Ws, the following equation (10) is obtained.
| 2 (Δs′1 + Δs′2 + Δs′3) | <Ws Expression (10)
And if Formula (10) is changed, it will become Formula (E) shown below .
| Δs′1 + Δs′2 + Δs′3 | <Ws / 2 Formula (E)

次に、本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても、また屈折部の温度変動による屈折率変化、形状変化まで考慮し、光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。   Next, an object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, to reduce the cost and to improve the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and between the light emitting points. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can ensure optical characteristics even when there is a wavelength difference, and also taking into account refractive index changes and shape changes due to temperature fluctuations of the refractive part.

LD光源は温度上昇によって発振波長が長波長側にシフトする以外の副走査ビームウェスト位置ずれの原因は以下の通りである。
1)熱膨張による相似変形により、屈折面の曲率半径が大きくなり、焦点距離が長くなる。
2)温度上昇による屈折率低下により、屈折面ではさらに焦点距離が長くなる。
3)熱膨張による相似変形により、回折面の格子間隔が広がり、焦点距離が長くなる。
上記1)〜3)は、いずれもピント位置が像面側にずれる方向である。従って、これらを光源波長が伸びることによって相殺しなければならないので、以下に示す式(F)を満たす必要がある。
Δs’1+Δs’2+Δs’3<0 ・・・式(F)
In the LD light source, the cause of the sub-scanning beam waist position deviation other than the oscillation wavelength shifting to the longer wavelength side due to temperature rise is as follows.
1) Due to the similar deformation due to thermal expansion, the radius of curvature of the refractive surface increases and the focal length increases.
2) Due to a decrease in refractive index due to temperature increase, the focal length is further increased on the refractive surface.
3) Due to the similar deformation due to thermal expansion, the grating spacing of the diffractive surface widens and the focal length becomes longer.
The above 1) to 3) are directions in which the focus position is shifted to the image plane side. Therefore, since these must be offset by the increase in the light source wavelength, it is necessary to satisfy the following formula (F) .
Δs′1 + Δs′2 + Δs′3 <0 Expression (F)

次に、偏向器前に回折面を用いた樹脂製レンズを用い、温度変動によるビームスポット位置変動を低減する方法としては以下がある。特許文献3では、偏向器後の光学系(走査光学系)の温度によるピント位置変動までは考慮していないため、走査光学系に樹脂製の光学素子を有する場合には実際にはピント位置変動は十分に低減できない。特許文献2、4では、第1光学系の光学素子の配置変化までは考慮していないので、やはり、実際にはピント位置変動は十分に低減できない。   Next, as a method for reducing the beam spot position variation due to temperature variation using a resin lens having a diffractive surface in front of the deflector, there is the following. In Patent Document 3, since the focus position fluctuation due to the temperature of the optical system (scanning optical system) after the deflector is not taken into consideration, when the scanning optical system includes a resin optical element, the focus position fluctuation is actually changed. Cannot be reduced sufficiently. In Patent Documents 2 and 4, since the arrangement change of the optical elements of the first optical system is not taken into consideration, the focus position fluctuation cannot be sufficiently reduced in practice.

本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、発光点間に波長差があっても、また屈折部の温度変動による屈折率変化、形状変化まで考慮し、光学特性を確保できるマルチビーム光走査装置を提供することである。   The object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, while ensuring cost reduction and improving the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and further, there is no wavelength difference between the light emitting points. Even if it exists, it is providing the multi-beam optical scanning device which can ensure the optical characteristic in consideration of the refractive index change by the temperature fluctuation of a refractive part, and a shape change.

第2光学系では樹脂製屈折レンズを用いているので、温度上昇による形状膨張、光源波長変化、屈折率変化により、副走査ビームウェスト位置が像面に向かう方向(プラス方向)に発生する(Δs3)。また、第1光学系の回折部についても、温度上昇による形状膨張、光源波長変化、屈折率変化により、副走査ビームウェスト位置が像面に向かう方向(プラス方向)に発生する(Δs1)。   Since the second optical system uses a resin-made refractive lens, the sub-scanning beam waist position is generated in the direction toward the image plane (plus direction) due to shape expansion due to temperature rise, light source wavelength change, and refractive index change (Δs3). ). Further, also in the diffraction part of the first optical system, the sub-scanning beam waist position is generated in the direction toward the image plane (plus direction) due to the shape expansion due to the temperature rise, the light source wavelength change, and the refractive index change (Δs1).

そこで、第1光学系の回折部のパワーを正とすることにより、温度上昇による副走査ビームウェスト位置変化(Δs2)をマイナスとし、更に、光源1と第1光学系の副走査前側主点間の距離の変化量(Δd1)をプラスとし、この距離変化による副走査ビームウェスト位置変化(−Δd1×(β2×β1)^2・・・式(11))をマイナスとして、温度上昇によるマルチビーム光走査装置トータルでの副走査ビームウェスト位置変動(式(D)左辺)を低減している。   Therefore, by making the power of the diffractive portion of the first optical system positive, the change in the sub-scanning beam waist position (Δs2) due to temperature rise is made negative, and further, between the light source 1 and the principal point before the sub-scanning of the first optical system. The amount of change in the distance (Δd1) is positive, and the sub-scanning beam waist position change (−Δd1 × (β2 × β1) ^ 2 Equation (11)) due to this distance change is negative, and the multi-beam due to temperature rise Sub-scanning beam waist position fluctuation (left side of equation (D)) in the optical scanning device is reduced.

通常、マルチビーム光走査装置内の温度変化は常温に対し±20℃程度見込む必要があるため、上限をWs/40とした。式(D)の左辺が右辺を超えると、副走査ビームスポット径太りが許容レベルを超え画像劣化(階調性、鮮鋭性の悪化)が生ずる。 Usually, since the temperature change in the multi-beam optical scanning device needs to be expected to be about ± 20 ° C. with respect to normal temperature, the upper limit is set to Ws / 40. When the left-hand side of formula (D) is more than the right side, sub scanning beam spot径太Ri is image deterioration exceeds an allowable level (gradation, deterioration of sharpness) raw sly.

次に、本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、マルチビーム間のピッチ変動を低減でき、良好な走査像が得られるマルチビーム光走査装置を提供することである。   Next, an object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, to reduce the cost and to improve the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and between the multiple beams. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can reduce pitch variation and obtain a good scanning image.

マルチビームにおいて主走査方向のビームスポット位置の差は走査によって消えてしまうので問題とならないが、副走査方向のビームスポット位置の差は副走査ビームピッチとして光学性能に大きな影響を与える。従って、全系の主走査方向横倍率の絶対値を副走査方向横倍率の絶対値より大きくとることにより、光源部の変動によって生じる副走査ビームピッチ誤差を低減でき、良好な走査像が得られる。   In the multi-beam, the difference in the beam spot position in the main scanning direction disappears due to scanning, so there is no problem. However, the difference in the beam spot position in the sub scanning direction has a great influence on the optical performance as the sub scanning beam pitch. Therefore, by setting the absolute value of the horizontal magnification in the main scanning direction of the entire system to be larger than the absolute value of the horizontal magnification in the sub scanning direction, it is possible to reduce the sub scanning beam pitch error caused by the fluctuation of the light source section and obtain a good scanning image. .

また、主走査方向がより高速で走査を行っているので、動的主走査ビームスポット径は動的副走査ビームスポットより大きく形成される。従って主走査、副走査共に等しい動的ビームスポット径を得るためには、(静的)副走査ビームスポット径が(静的)主走査ビームスポット径より大きいことが望ましい。そして、副走査ビームスポット径が主走査ビームスポット径より小さいので温度変動、発光点間の波長差による変動を受け易く、これを補償するために回折部のパワーも副走査方向が主走査方向より大きいことが望ましい。 In addition, since the main scanning direction is scanned at a higher speed, the dynamic main scanning beam spot diameter is formed larger than the dynamic sub-scanning beam spot. Therefore, in order to obtain the same dynamic beam spot diameter in both the main scanning and the sub scanning, it is desirable that the (static) sub scanning beam spot diameter is larger than the (static) main scanning beam spot diameter. Since the sub-scanning beam spot diameter is smaller than the main-scanning beam spot diameter, the sub-scanning beam is more susceptible to temperature fluctuations and fluctuations due to the wavelength difference between the light emitting points. large it is desirable arbitrariness.

次に、本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、マルチビーム間のピッチ変動を低減でき、良好な走査像が得られるマルチビーム光走査装置を提供することである。   Next, an object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, to reduce the cost and to improve the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and between the multiple beams. It is an object of the present invention to provide a multi-beam optical scanning device that can reduce pitch variation and obtain a good scanning image.

マルチビーム走査光学系では副走査ビームピッチを微小調整するために発光点群を回転させる方法が取られる。しかし、これを行うと副走査ビームピッチの調整に伴い、第1光学系にあるレンズ上で主走査方向に位置が変化してしまう。この主走査方向に対しての位置変化による光学特性の変化を最小限にするためには、副走査断面が主走査方向の位置によらず同一である光学素子を有することが望ましい。また、発光点群を回転させない場合おいても取り付け公差等で第1光学系にあるレンズ上で主走査方向に位置が変化しても光学特性の変化を最小限にする効果もある。 In the multi-beam scanning optical system, a method of rotating the light emitting point group is used to finely adjust the sub-scanning beam pitch. However, if this is done, the position will change in the main scanning direction on the lens in the first optical system as the sub-scanning beam pitch is adjusted. In order to minimize the change in the optical characteristics due to the position change in the main scanning direction, it is desirable to have optical elements whose sub-scanning sections are the same regardless of the position in the main scanning direction. Further, even when the light emitting point group is not rotated, there is an effect of minimizing the change in the optical characteristics even if the position changes in the main scanning direction on the lens in the first optical system due to attachment tolerance or the like .

次に、本発明の目的は、第1、第2光学系共に樹脂製レンズを用いて、低コスト化、形状の自由度拡大による初期の光学特性向上を確保しつつ、なおかつ、マルチビーム間のピッチ変動を低減でき、良好な走査像が得られ、省エネルギーなマルチビーム光走査装置を提供することである。   Next, an object of the present invention is to use a resin lens for both the first and second optical systems, to reduce the cost and to improve the initial optical characteristics by expanding the degree of freedom of the shape, and between the multiple beams. An object of the present invention is to provide a multi-beam optical scanning device that can reduce pitch variation, obtain a good scanning image, and save energy.

副走査方向に位置のずれた発光点からの光束はカップリングレンズ2を通ることにより、それぞれ進行方向のことなる略平行光となり、アパーチャ3で光束幅を制限され、回折面を有するアナモフックなレンズ(第1レンズ4)に入射する。ここで、アナモフックなレンズ(第1レンズ4)の回折面は光軸から離れるに従って格子間隔が細かくなっている。この様に格子間隔が細かい場所では、製造上、光学性能を保つことが難しくなる。   The luminous flux from the light emitting point whose position is shifted in the sub-scanning direction passes through the coupling lens 2 to become substantially parallel light that is different in the traveling direction, and the luminous flux width is limited by the aperture 3 and has an diffractive surface. The light enters the first lens 4. Here, the diffractive surface of the anamorphic lens (the first lens 4) has a finer grating interval as the distance from the optical axis increases. In such a place where the lattice spacing is small, it is difficult to maintain optical performance in manufacturing.

従って、光学性能を保つために、アナモフックなレンズ(第1レンズ4)の光軸近傍に光束が入射することが望ましい。また、図2(a)(b)に示すように、アナモフックなレンズ(第1レンズ4)の光軸近傍に光束が入射するためにはアパーチャ3とアパーチャの像側にある光学素子との距離は短くなければならない。L2がL/2を超えると光学性能の劣化が許容レベルを超えるので、以下に示す式(G)を満足する必要がある。(請求項1) Therefore, in order to maintain optical performance, it is desirable that the light beam be incident in the vicinity of the optical axis of the anamorphic lens (first lens 4). As shown in FIGS. 2A and 2B, the distance between the aperture 3 and the optical element on the image side of the aperture in order for the light beam to enter the vicinity of the optical axis of the anamorphic lens (first lens 4). Must be short. If L2 exceeds L / 2, the optical performance deteriorates beyond an allowable level, so it is necessary to satisfy the following formula (G). (Claim 1)

以上説明したような本実施形態のマルチビーム光走査装置を用いて、図7に示す画像形成装置を構成することにより、低コストで安定性が高く、高画質の画像出力が可能になる。また、本実施形態のマルチビーム光走査装置によれば、発光点間に波長差があっても一定のビームスポットが得られ、かつ、温度変化によるビームウェスト位置変化が少ないマルチビーム光走査装置を提供することができる。本実施形態のマルチビーム光走査装置によれば、副走査ビームピッチを調整しても性能が劣化しないマルチビーム光走査装置を提供することができる。本実施形態のマルチビーム光走査装置によれば、収差の少ないマルチビーム光走査装置を提供することができる。本実施形態のマルチビーム光走査装置に記載の発明によれば、良好な画像出力が可能になる。 By configuring the image forming apparatus shown in FIG. 7 using the multi-beam optical scanning apparatus of this embodiment as described above, it is possible to output a high-quality image with high stability at low cost . Further, according to the multi-beam optical scanning device of the present embodiment, the multi-beam optical scanning device can obtain a constant beam spot even if there is a wavelength difference between the light emitting points, and has little change in the beam waist position due to temperature change. Can be provided. According to the multi-beam optical scanning device of the present embodiment, it is possible to provide a multi-beam optical scanning device that does not deteriorate in performance even when the sub-scanning beam pitch is adjusted. According to the multi-beam optical scanning device of this embodiment, a multi-beam optical scanning device with less aberration can be provided. According to the invention described in the multi-beam optical scanning device of the present embodiment , it is possible to output a good image.

以下に、本実施形態における実施例1〜3の光学系データを示す。
<実施例1>
光源1は互いに14μm離れた2つの発光点を持つ半導体レーザアレイである。光源波長は25℃で655nm、45℃で659nmとした。
カップリングレンズ2については以下の通りである。
光源側面形状は、同心円格子の回折光学素子である。回折光学素子の位相関数φ(h)は、以下の式(11)で表される。
φ(h)=C1・h^2・・・式(11)
ここで、光軸からの距離をh、位相係数をC1とする。係数は以下の通りである。
C1=-1.127e-02
像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R= -34.32865
K= -71.517137
A4= -0.208422E-03
A6= 0.651475E-05
A8=-0.238199E-05
A10= 0.770435E-08
Below, the optical system data of Examples 1-3 in this embodiment are shown.
<Example 1>
The light source 1 is a semiconductor laser array having two light emitting points that are 14 μm apart from each other. The light source wavelength was 655 nm at 25 ° C. and 659 nm at 45 ° C.
The coupling lens 2 is as follows.
The light source side shape is a diffractive optical element having a concentric lattice. The phase function φ (h) of the diffractive optical element is represented by the following formula (11).
φ (h) = C1 · h ^ 2 Formula (11)
Here, the distance from the optical axis is h, and the phase coefficient is C1. The coefficients are as follows:
C1 = -1.127e-02
The image side surface shape is an aspherical surface represented by Expression (1), and the coefficients are as follows.
R = -34.32865
K = -71.517137
A4 = -0.208422E-03
A6 = 0.651475E-05
A8 = -0.238199E-05
A10 = 0.770435E-08

第1レンズ(アナモルフィックレンズ)4については以下の通りである。光源側面形状は、主走査方向には平面、副走査方向には式(7)で表される非円弧形状である。
x=(z^2/Rs)/[1+√[1-(1+K)(z/Rs)^2]]+B4・z^4+B6・z^6+B8・z^8+B10・z^10・・・
・・・式(12)
ここで、光軸からの副走査方向距離をz、副走査方向近軸曲率半径をRs、円錐定数をK、高次の係数をA4,A6,A8,A10、光軸方向のデプスをxとする。
係数は以下の通りである。
Rs= -54.46507
K= -0.072542
B4= 0.577350E-07
B6= 0.474038E-07
B8= -0.190253E-07
B10= 0.247352E-08
The first lens (anamorphic lens) 4 is as follows. The light source side surface shape is a flat surface in the main scanning direction and a non-circular shape represented by Expression (7) in the sub scanning direction.
x = (z ^ 2 / Rs) / [1 + √ [1- (1 + K) (z / Rs) ^ 2]] + B4 ・ z ^ 4 + B6 ・ z ^ 6 + B8 ・ z ^ 8 + B10 ・ z ^ 10 ・ ・ ・
... Formula (12)
Here, the distance in the sub-scanning direction from the optical axis is z, the paraxial radius of curvature in the sub-scanning direction is Rs, the conic constant is K, the higher order coefficients are A4, A6, A8, A10, and the depth in the optical axis direction is x. To do.
The coefficients are as follows:
Rs = -54.46507
K = -0.072542
B4 = 0.577350E-07
B6 = 0.474038E-07
B8 = -0.190253E-07
B10 = 0.247352E-08

像面側面形状は副走査方向に格子を持つ回折光学素子である。
回折光学面の位相関数φ(z)は、以下に示す式(13)で表される。
φ(z)=C1・z^2・・・式(13)
ここで、光軸からの副走査方向距離をz、位相係数をC1とする。
係数は以下の通りである。
C1= -8.8148E-03
The image side surface shape is a diffractive optical element having a grating in the sub-scanning direction.
The phase function φ (z) of the diffractive optical surface is expressed by the following equation (13).
φ (z) = C1 · z ^ 2 Formula (13)
Here, the sub-scanning direction distance from the optical axis is z, and the phase coefficient is C1.
The coefficients are as follows:
C1 = -8.8148E-03

偏向器側走査レンズ6については以下の通りである。
光源側面形状は、主走査面内における面形状は式(14)で表される非円弧形状をなしている。
x=(y^2/Rs)/[1+√[1-(1+K)(y/Rs)^2]]+A4・y^4+A6・y^6+A8・y^8+A10・y^10
・・・式(14)
The deflector-side scanning lens 6 is as follows.
The light source side surface has a non-circular arc shape represented by Expression (14) in the main scanning plane.
x = (y ^ 2 / Rs) / [1 + √ [1- (1 + K) (y / Rs) ^ 2]] + A4 ・ y ^ 4 + A6 ・ y ^ 6 + A8 ・ y ^ 8 + A10 ・ y ^ 10
... Formula (14)

ここで、光軸からの主走査方向距離をy、主走査方向近軸曲率半径をRm、円錐定数をK、高次の係数をA4,A6,A8,A10、光軸方向のデプスをxとする。副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(15)で表されるように変化している。
Cs(Y)=1/Rs(0)+B1・Y+ B2・Y^2+ B3・Y^3+ B4・Y^4+ B5・Y^5+・・・式(15)
Here, the main scanning direction distance from the optical axis is y, the paraxial radius of curvature in the main scanning direction is Rm, the conic constant is K, the higher order coefficients are A4, A6, A8, and A10, and the depth in the optical axis direction is x. To do. The sub-scanning curvature changes as represented by Expression (15) according to the distance in the main scanning direction from the optical axis.
Cs (Y) = 1 / Rs (0) + B1 ・ Y + B2 ・ Y ^ 2 + B3 ・ Y ^ 3 + B4 ・ Y ^ 4 + B5 ・ Y ^ 5 + ・ ・ ・ Formula (15)

ここで、光軸からの主走査方向距離をY、副走査方向曲率をCs、円錐定数をK、高次の係数をB1,B2,B3,B4,B5とする。係数は以下の通りである。
Rm=-279.9、Rs= -61.
K=-2.900000E+01
A4= 1.755765E-07
A6=-5.491789E-11
A8= 1.087700E-14
A10= -3.183245E-19
A12= -2.635276E-24
Here, the main scanning direction distance from the optical axis is Y, the sub-scanning direction curvature is Cs, the conic constant is K, and the higher order coefficients are B1, B2, B3, B4, and B5. The coefficients are as follows:
Rm = -279.9, Rs = -61.
K = -2.900000E + 01
A4 = 1.755765E-07
A6 = -5.491789E-11
A8 = 1.087700E-14
A10 = -3.183245E-19
A12 = -2.635276E-24

B1= -2.066347E-06
B2= 5.727737E-06
B3= 3.152201E-08
B4= 2.280241E-09
B5=-3.729852E-11
B6= -3.283274E-12
B7= 1.765590E-14
B8= 1.372995E-15
B9= -2.889722E-18
B10= -1.984531E-19
B1 = -2.066347E-06
B2 = 5.727737E-06
B3 = 3.152201E-08
B4 = 2.280241E-09
B5 = -3.729852E-11
B6 = -3.283274E-12
B7 = 1.765590E-14
B8 = 1.372995E-15
B9 = -2.889722E-18
B10 = -1.984531E-19

像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R=-83. 6
K= -0.549157
A4= 2.748446E-07
A6= -4.502346E-12
A8= -7.366455E-15
A10= 1.803003E-18
A12= 2.727900E-23
The image side surface shape is an aspherical surface represented by Expression (1), and the coefficients are as follows.
R = -83.6
K = -0.549157
A4 = 2.748446E-07
A6 = -4.502346E-12
A8 = -7.366455E-15
A10 = 1.803003E-18
A12 = 2.727900E-23

像側走査レンズ7については以下の通りである。光源側面形状は、主走査面内における面形状は式(14)で表される非円弧形状をなしている。副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(15)で表されるように変化している。係数は以下の通りである。
Rm=6950 、Rs= 110.9
K= 0.000000E+00
A4= 1.549648E-08
A6= 1.292741E-14
A8= -8.811446E-18
A10= -9.182312E-22
The image side scanning lens 7 is as follows. The light source side surface has a non-circular arc shape represented by Expression (14) in the main scanning plane. The sub-scanning curvature changes as represented by Expression (15) according to the distance in the main scanning direction from the optical axis. The coefficients are as follows:
Rm = 6950, Rs = 110.9
K = 0.000000E + 00
A4 = 1.549648E-08
A6 = 1.292741E-14
A8 = -8.811446E-18
A10 = -9.182312E-22

B1= -9.593510E-07
B2= -2.135322E-07
B3= -8.079549E-12
B4= 2.390609E-12
B5= 2.881396E-14
B6= 3.693775E-15
B7= -3.258754E-18
B8= 1.814487E-20
B9= 8.722085E-23
B10= -1.340807E-23
B1 = -9.593510E-07
B2 = -2.135322E-07
B3 = -8.079549E-12
B4 = 2.390609E-12
B5 = 2.881396E-14
B6 = 3.693775E-15
B7 = -3.258754E-18
B8 = 1.814487E-20
B9 = 8.722085E-23
B10 = -1.340807E-23

像側面形状は、主走査面内における面形状は式(14)で表される非円弧形状をなしている。副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(15)で表されるように変化している。係数は以下の通りである。
Rm=766 、Rs= -68.22
K= 0.000000E+00
A4= -1.150396E-07
A6= 1.096926E-11
A8= -6.542135E-16
A10= 1.984381E-20
A12= -2.411512E-25
B2= 3.644079E-07
B4= -4.847051E-13
B6= -1.666159E-16
B8= 4.534859E-19
B10= -2.819319E-23
As for the image side surface shape, the surface shape in the main scanning plane is a non-arc shape represented by the equation (14). The sub-scanning curvature changes as represented by Expression (15) according to the distance in the main scanning direction from the optical axis. The coefficients are as follows:
Rm = 766, Rs = -68.22
K = 0.000000E + 00
A4 = -1.150396E-07
A6 = 1.096926E-11
A8 = -6.542135E-16
A10 = 1.984381E-20
A12 = -2.411512E-25
B2 = 3.644079E-07
B4 = -4.847051E-13
B6 = -1.666159E-16
B8 = 4.534859E-19
B10 = -2.819319E-23

面間隔は以下の通りである。
d1=26.07144
d2=3.8
d3=92.8
d'3=10.0
d4=3.0
d5=121.7448
d6=64.007
d7=22.6
d8=75.85
d9=4.9
d10=158.71
The surface spacing is as follows.
d1 = 26.07144
d2 = 3.8
d3 = 92.8
d'3 = 10.0
d4 = 3.0
d5 = 121.7448
d6 = 64.007
d7 = 22.6
d8 = 75.85
d9 = 4.9
d10 = 158.71

本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防音ガラス10と防塵ガラス8を挿入し、計算している。
なお、このガラスの屈折率は、光線波長655nm、温度25℃で1.514371、光線波長659nm、温度45℃で1.514291、光線波長656nm、温度25℃で1.514327、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。
レンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長655nmかつ温度25℃で1.527257、光線波長659nmかつ温度45℃で1.525368、光線波長656nm、温度25℃で1.527222、線膨張係数は7.0E-05K-1とした。光源1とカップリングレンズ2の保持部材の線膨張係数は4.0E-05K-1とした。
In this optical system, calculation is performed by inserting a soundproof glass 10 and a dustproof glass 8 having a thickness of 1.9 mm (25 ° C.).
The refractive index of this glass is 1.514371 at a light wavelength of 655 nm, a temperature of 25 ° C., a light wavelength of 659 nm, a temperature of 4514 ° C., 1.514291, a light wavelength of 656 nm, a temperature of 25 ° C. of 1.514327, and a linear expansion coefficient of 7.5E-06K-1. did.
The lenses are all made of the same resin material, and the refractive index is 1.527257 at a light wavelength of 655 nm and a temperature of 25 ° C., 1.525368 at a light wavelength of 659 nm and a temperature of 45 ° C., a light wavelength of 656 nm, 1.527222 at a temperature of 25 ° C., and the linear expansion coefficient is 7.0E. -05K-1. The linear expansion coefficient of the holding member for the light source 1 and the coupling lens 2 was 4.0E-05K-1.

<実施例2>
光源1は、互いに14μm離れた2つの発光点を持つ半導体レーザアレイである。光源波長は25℃で655nm、45℃で659nmとした。
カップリングレンズ2はガラス製であり、以下の通りである。光源側面形状は平面である。像面側形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は波面収差を補正するように最適化されている。
R=-18.49
<Example 2>
The light source 1 is a semiconductor laser array having two light emitting points that are 14 μm apart from each other. The light source wavelength was 655 nm at 25 ° C. and 659 nm at 45 ° C.
The coupling lens 2 is made of glass and is as follows. The light source side shape is a flat surface. The image surface side shape is an aspherical surface expressed by Expression (1), and the coefficient is optimized so as to correct the wavefront aberration.
R = -18.49

第1レンズ4については以下の通りである。光源側面形状はトロイダル面であり、主走査曲率半径が-246.5、副走査曲率半径が-52.2である。像面側面形状は平面基板上に楕円格子を持つ回折光学素子である。
回折面の位相関数φ(z)、以下に示す式(16)で表される。
φ(y,z)=C3・y^2+C4・z^2・・・式(16)
The first lens 4 is as follows. The side shape of the light source is a toroidal surface, and the main scanning radius of curvature is -246.5 and the sub-scanning radius of curvature is -52.2. The image side surface shape is a diffractive optical element having an elliptical grating on a flat substrate.
The phase function φ (z) of the diffractive surface is expressed by the following equation (16).
φ (y, z) = C3 · y ^ 2 + C4 · z ^ 2 Equation (16)

ここで、光軸からの主走査方向、副走査方向距離をy、z、位相係数をC3、C4とする。係数は以下の通りである。
C3= -0.009027
C4= -0.001065
面間隔は以下の通りである。
d1=24.25
d2=4.5
d3=51.71
d'3=10.0
d4=3.0
d5=121.7448
d6=64.007
d7=22.6
d8=75.85
d9=4.9
d10=158.71
Here, the main scanning direction and sub-scanning direction distances from the optical axis are y and z, and the phase coefficients are C3 and C4. The coefficients are as follows:
C3 = -0.009027
C4 = -0.001065
The surface spacing is as follows.
d1 = 24.25
d2 = 4.5
d3 = 51.71
d'3 = 10.0
d4 = 3.0
d5 = 121.7448
d6 = 64.007
d7 = 22.6
d8 = 75.85
d9 = 4.9
d10 = 158.71

また、偏向器以降のレンズデータは全て実施例1と同じである。本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防音ガラス10と防塵ガラス8を挿入し、計算している。なお、このガラスの屈折率は、光線波長655nm、温度25℃で1.514371、光線波長659nm、温度45℃で1.514291、光線波長656nm、温度25℃で1.514327、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。   The lens data after the deflector are all the same as in the first embodiment. In this optical system, calculation is performed by inserting a soundproof glass 10 and a dustproof glass 8 having a thickness of 1.9 mm (25 ° C.). The refractive index of this glass is 1.514371 at a light wavelength of 655 nm, a temperature of 25 ° C., a light wavelength of 659 nm, a temperature of 4514 ° C., 1.514291, a light wavelength of 656 nm, a temperature of 25 ° C. of 1.514327, and a linear expansion coefficient of 7.5E-06K-1. did.

カップリングレンズ2以外のレンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長655nmかつ温度25℃で1.527257、光線波長659nmかつ温度45℃で1.525368、光線波長656nm、温度25℃で1.527222、線膨張係数は7.0E-05K-1とした。カップリングレンズ2はガラス製であり、このガラスの屈折率は、光線波長655nm、温度25℃で1.689631、光線波長659nm、温度45℃で1.689528、光線波長656nm、温度25℃で1.689581、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。光源1とカップリングレンズ2の保持部材の線膨張係数は2.3E-05K-1とした。   All the lenses other than the coupling lens 2 are made of the same resin material, and the refractive index is 1.527257 at a light wavelength of 655 nm and a temperature of 25 ° C., 1.525368 at a light wavelength of 659 nm and a temperature of 45 ° C., a light wavelength of 656 nm, and a temperature of 25272 ° C. The linear expansion coefficient was 7.0E-05K-1. The coupling lens 2 is made of glass. The refractive index of the glass is 655 nm at a light wavelength of 1.689631 at a temperature of 25 ° C., 659 nm at a light wavelength, 1.689528 at a temperature of 45 ° C., 1.689581 at a light wavelength of 656 nm, and a temperature of 25 ° C. Was 7.5E-06K-1. The linear expansion coefficient of the holding member for the light source 1 and the coupling lens 2 was 2.3E-05K-1.

<実施例3>
光源1は、互いに14μm離れた2つの発光点を持つ半導体レーザアレイである。光源波長は25℃で655nm、45℃で659nmとした。
カップリングレンズ2は、ガラス製であり、以下の通りである。光源側面形状は平面である。像面側形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は波面収差を補正するように最適化されている。
R=-18.49
<Example 3>
The light source 1 is a semiconductor laser array having two light emitting points that are 14 μm apart from each other. The light source wavelength was 655 nm at 25 ° C. and 659 nm at 45 ° C.
The coupling lens 2 is made of glass and is as follows. The light source side shape is a flat surface. The image surface side shape is an aspherical surface expressed by Expression (1), and the coefficient is optimized so as to correct the wavefront aberration.
R = -18.49

第1レンズ4については以下の通りである。光源側面形状は球面基板上に同心円状の回折格子を付けた形状であり、基板面形状は曲率半径-246.5の球面である。回折面の位相関数φ(h)は、式(11)で表される。係数は以下の通りである。
C1= -0.00107
像面側面形状は副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカル面基板上に副走査方向に格子を持つの回折格子を付けた形状であり、基板の副走査方向の曲率半径が69.16である。回折面の位相関数φ(z)は、以下に示す式(17)で表される。
φ(z)=C2・z^2・・・式(17)
The first lens 4 is as follows. The side surface shape of the light source is a shape in which a concentric diffraction grating is attached on a spherical substrate, and the substrate surface shape is a spherical surface having a curvature radius of -246.5. The phase function φ (h) of the diffractive surface is expressed by Expression (11). The coefficients are as follows:
C1 = -0.00107
The image side surface shape is a shape in which a diffraction grating having a grating in the sub-scanning direction is attached on a cylindrical surface substrate having power only in the sub-scanning direction, and the curvature radius of the substrate in the sub-scanning direction is 69.16. The phase function φ (z) of the diffractive surface is expressed by the following equation (17).
φ (z) = C2 · z ^ 2 Formula (17)

ここで、光軸からの副走査方向距離をz、位相係数をC4とする。 主走査曲率半径が-246.5、副走査曲率半径が-52.2である。平面基板上に楕円格子を持つ回折光学素子である。係数は以下の通りである。
C4= -0.001069
Here, the sub-scanning direction distance from the optical axis is z, and the phase coefficient is C4. The main scanning radius of curvature is -246.5 and the sub-scanning radius of curvature is -52.2. It is a diffractive optical element having an elliptical grating on a flat substrate. The coefficients are as follows:
C4 = -0.001069

面間隔は以下の通りである。
d1=24.25
d2=4.5
d3=51.71
d'3=10.0
d4=3.0
d5=121.7448
d6=64.007
d7=22.6
d8=75.85
d9=4.9
d10=158.71
The surface spacing is as follows.
d1 = 24.25
d2 = 4.5
d3 = 51.71
d'3 = 10.0
d4 = 3.0
d5 = 121.7448
d6 = 64.007
d7 = 22.6
d8 = 75.85
d9 = 4.9
d10 = 158.71

また、偏向器以降のレンズデータは全て実施例1と同じである。本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防音ガラス10と防塵ガラス8を挿入し、計算している。なお、このガラスの屈折率は、光線波長655nm、温度25℃で1.514371、光線波長659nm、温度45℃で1.514291、光線波長656nm、温度25℃で1.514327、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。   The lens data after the deflector are all the same as in the first embodiment. In this optical system, calculation is performed by inserting a soundproof glass 10 and a dustproof glass 8 having a thickness of 1.9 mm (25 ° C.). The refractive index of this glass is 1.514371 at a light wavelength of 655 nm, a temperature of 25 ° C., a light wavelength of 659 nm, a temperature of 4514 ° C., 1.514291, a light wavelength of 656 nm, a temperature of 25 ° C. of 1.514327, and a linear expansion coefficient of 7.5E-06K-1. did.

カップリングレンズ2以外のレンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長655nmかつ温度25℃で1.527257、光線波長659nmかつ温度45℃で1.525368、光線波長656nm、温度25℃で1.527222、線膨張係数は7.0E-05K-1とした。
カップリングレンズ2はガラス製であり、このガラスの屈折率は、光線波長655nm、温度25℃で1.689631、光線波長659nm、温度45℃で1.689528、光線波長656nm、温度25℃で1.689581、線膨張係数は7.5E-06K-1とした。光源1とカップリングレンズ2の保持部材の線膨張係数は2.3E-05K-1とした。
All the lenses other than the coupling lens 2 are made of the same resin material, and the refractive index is 1.527257 at a light wavelength of 655 nm and a temperature of 25 ° C., 1.525368 at a light wavelength of 659 nm and a temperature of 45 ° C., a light wavelength of 656 nm, and a temperature of 25272 ° C. The linear expansion coefficient was 7.0E-05K-1.
The coupling lens 2 is made of glass. The refractive index of the glass is 655 nm at a light wavelength of 1.689631 at a temperature of 25 ° C., 659 nm at a light wavelength, 1.689528 at a temperature of 45 ° C., 1.689581 at a light wavelength of 656 nm, and a temperature of 25 ° C. Was 7.5E-06K-1. The linear expansion coefficient of the holding member for the light source 1 and the coupling lens 2 was 2.3E-05K-1.

以上説明した実施例1〜3におけるマルチビーム光走査装置のビームスポット径を、それぞれ図3(a)、(b)〜図5(a)、(b)に示す。図3(a)は実施例1のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、図3(b)は実施例1のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。図4(a)は実施例2のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、図4(b)は実施例2のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。図5(a)は実施例3のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、図5(b)は実施例3のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。   The beam spot diameters of the multi-beam optical scanning devices in Examples 1 to 3 described above are shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) to 5 (a) and 5 (b), respectively. 3A shows the beam spot diameter in the main scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus according to the first embodiment, and FIG. 3B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus according to the first embodiment. It is a figure. 4A shows the beam spot diameter in the main scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus according to the second embodiment, and FIG. 4B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus according to the second embodiment. It is a figure. FIG. 5A shows the beam spot diameter in the main scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of the third embodiment, and FIG. 5B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of the third embodiment. It is a figure.

また、図6に、実施例1〜3において得られたマルチビーム光走査装置の特性を示す。図6に示した実施例1〜3において得られたマルチビーム光走査装置の特性は上述した条件式を満たしており、温度変化まで含めて良好な光学性能を獲得することができた。   FIG. 6 shows the characteristics of the multi-beam optical scanning devices obtained in Examples 1 to 3. The characteristics of the multi-beam optical scanning device obtained in Examples 1 to 3 shown in FIG. 6 satisfied the above-described conditional expression, and good optical performance including temperature change could be obtained.

次に、本実施形態のマルチビーム光走査装置を備えた画像形成装置について説明する。図7は、本実施形態のマルチビーム光走査装置を備えた画像形成装置の断面図である。図7に示すように、この画像形成装置は光プリンタであり、感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体111を有し、その周辺に帯電手段112(帯電ローラによる接触式のものを示しているが、コロナチャージャや帯電ブラシを用いることもできる)、現像装置113、転写手段114(転写ローラを示しているがコロナチャージャを用いるものであってもよい)、クリーニング装置115を有している。   Next, an image forming apparatus provided with the multi-beam optical scanning device of this embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of an image forming apparatus provided with the multi-beam optical scanning device of this embodiment. As shown in FIG. 7, this image forming apparatus is an optical printer, and has a photoconductive photosensitive member 111 formed in a cylindrical shape as a photosensitive medium, and a charging means 112 (contact type by a charging roller) around the photosensitive member. A corona charger or a charging brush can be used), a developing device 113, a transfer means 114 (a transfer roller is shown, but a corona charger may be used), and a cleaning device 115. Have.

符号116は定着装置を示す。また、マルチビーム光走査装置117を有し、帯電手段112と現像装置113との間で光走査による画像書き込みを行うようになっている。光走査装置としては、本実施形態のマルチビーム光走査装置を用いることができる。画像形成を行うには、感光体111が矢印方向へ等速回転され、その表面が帯電手段112により均一帯電され、次いで、マルチビーム光走査装置117による光走査により画像が書き込まれ、書き込まれた画像に対応する静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」で画像部が露光されている。   Reference numeral 116 denotes a fixing device. In addition, a multi-beam optical scanning device 117 is provided, and image writing by optical scanning is performed between the charging unit 112 and the developing device 113. As the optical scanning device, the multi-beam optical scanning device of the present embodiment can be used. To perform image formation, the photosensitive member 111 is rotated at a constant speed in the direction of the arrow, and the surface thereof is uniformly charged by the charging unit 112. Then, the image is written and written by optical scanning by the multi-beam optical scanning device 117. An electrostatic latent image corresponding to the image is formed. The formed electrostatic latent image is a so-called “negative latent image” and the image portion is exposed.

この静電潜像は現像装置113により反転現像されてトナー画像として可視化される。トナー画像は、転写紙やOHPシート等のシート状記録媒体S上に転写手段114により転写され、定着装置116により定着される。トナー画像を定着されたシート状記録媒体S装置外へ排出され、トナー画像転写後の感光体111はクリーニング装置115によりクリーニングされて残留トナーや紙粉が除去される。   The electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 113 and visualized as a toner image. The toner image is transferred by a transfer unit 114 onto a sheet-like recording medium S such as transfer paper or an OHP sheet, and is fixed by a fixing device 116. The sheet-like recording medium S on which the toner image has been fixed is discharged out of the apparatus, and the photoreceptor 111 after the toner image is transferred is cleaned by a cleaning device 115 to remove residual toner and paper dust.

(a)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置の主走査方向の断面図である。(b)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置の副走査方向の断面図である。(A) is sectional drawing of the main scanning direction of the multi-beam optical scanning device of this embodiment. FIG. 2B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning device according to the present embodiment. (a)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置を説明するための断面図である。(b)は、本実施形態のマルチビーム光走査装置を説明するための断面図である。(A) is sectional drawing for demonstrating the multi-beam optical scanning apparatus of this embodiment. (B) is sectional drawing for demonstrating the multi-beam optical scanning apparatus of this embodiment. (a)は、実施例1のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、(b)は、実施例1のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。(A) is a beam spot diameter in the main scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 1, and (b) is a diagram showing a beam spot diameter in the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 1. It is. (a)は実施例2のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、(b)は実施例2のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。(A) is the figure which showed the beam spot diameter of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 2 in the main scanning direction, (b) is the figure which showed the beam spot diameter of the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 2. . (a)は実施例3のマルチビーム光走査装置の主走査方向のビームスポット径を、(b)は実施例3のマルチビーム光走査装置の副走査方向のビームスポット径を示した図である。(A) is the figure which shows the beam spot diameter of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 3 in the main scanning direction, (b) is the figure which showed the beam spot diameter of the sub-scanning direction of the multi-beam optical scanning apparatus of Example 3. . 実施例1〜3のマルチビーム光走査装置の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the multi-beam optical scanning apparatus of Examples 1-3. 本実施形態のマルチビーム光走査装置を備えた画像形成装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of an image forming apparatus including a multi-beam optical scanning device according to an embodiment. 従来のマルチビーム光走査装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional multi-beam optical scanning apparatus. 従来のマルチビーム光走査装置の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the conventional multi-beam optical scanning apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源(半導体レーザ)
2 カップリングレンズ
3 アパーチャ
4 第1レンズ
5 ポリゴンミラー
6 偏向器側走査レンズ
7 像面側走査レンズ
8 防塵ガラス
9 像面
10 防音ガラス
1 Light source (semiconductor laser)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Coupling lens 3 Aperture 4 1st lens 5 Polygon mirror 6 Deflector side scanning lens 7 Image surface side scanning lens 8 Dustproof glass 9 Image surface 10 Soundproof glass

Claims (2)

半導体レーザからなる複数の発光点を有する光源と、
前記複数の発光点から射出された複数の光束を偏向する偏向手段と、
前記複数の光束を前記偏向手段に導く第1光学系と、
記偏向手段により偏向された前記複数の光束を被走査面に導く第2光学系と、を備え、
記被走査面が複数の光束で走査されるマルチビーム光走査装置であって、
前記第2光学系は、樹脂製光学素子を少なくとも1つ有し、
前記第1光学系は、
記光源からの発散光束をカップリングする回折面を有する樹脂製のカップリングレンズを少なくとも1つと、
前記カップリングレンズを出射した光束を制限するアパーチャと、
前記アパーチャからの光束を少なくとも副走査方向に集光する、回折面を有するアナモフックな樹脂製レンズと、を有し、
前記アナモフックな樹脂製レンズの回折面は光軸から離れるに従って回折格子の格子間隔が細かくなっており、同一の被走査面を走査する複数の光束は、共通のカップリングレンズ、アパーチャ、回折面を有するアナモフックな樹脂製レンズを通過し、
以下の式(G)を満足すること特徴とするマルチビーム光走査装置。

L2<L/2 ・・・式(G)
L:前記カップリングレンズのアパーチャに近い側の面と前記アパーチャより像側にある最も前記アパーチャに近い前記第1光学系における樹脂性レンズの前記アパーチャに近い側の面との距離
L2:前記アパーチャと前記アパーチャより像側にある最も前記アパーチャに近い前記第1光学系における樹脂性レンズの前記アパーチャに近い側の面との距離
A light source having a plurality of light emitting points made of a semiconductor laser;
Deflecting means for deflecting a plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting points;
A first optical system for guiding the plurality of light beams to the deflecting means;
And a second optical system for guiding the scanned surface the plurality of light beams deflected by the pre-Symbol deflection means,
A multi-beam optical scanning apparatus before Symbol scanned surface is scanned by a plurality of light beams,
The second optical system has at least one resin optical element,
The first optical system includes:
At least one of the plastic of the coupling lens having a diffractive surface for coupling the divergent light beam from the previous SL source,
An aperture for limiting the luminous flux emitted from the coupling lens;
An anamorphic resin lens having a diffractive surface that condenses the light beam from the aperture in at least the sub-scanning direction;
The diffractive surface of the anamorphic resin lens has a finer grating spacing as it moves away from the optical axis, and a plurality of light beams that scan the same surface to be scanned have a common coupling lens, aperture, and diffractive surface. Pass through the anamorphic resin lens you have,
A multi-beam optical scanning device satisfying the following formula (G):

L2 <L / 2 Formula (G)
L: Distance between the surface near the aperture of the coupling lens and the surface near the aperture of the resinous lens in the first optical system closest to the aperture closer to the image than the aperture L2: the aperture And the surface of the resinous lens in the first optical system closest to the aperture on the image side of the aperture and the surface closer to the aperture
請求項1に記載のマルチビーム光走査装置を備えた画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the multi-beam optical scanning device according to claim 1.
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