JP5765926B2 - Optical scanning device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)等の画像形成装置に好適なものである。 The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus using the same, and is suitable for an image forming apparatus such as a laser beam printer (LBP) having an electrophotographic process, a digital copying machine, or a multifunction printer (multifunctional printer). It is.
従来よりレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等には光走査装置が用いられている。この光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をfθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体面上にスポット状に集光させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。 Conventionally, an optical scanning device is used in a laser beam printer (LBP), a digital copying machine, a multifunction printer, or the like. In this optical scanning device, a light beam that is light-modulated and emitted from the light source means according to an image signal is periodically deflected by, for example, a rotating polygon mirror. The deflected light beam is condensed in a spot shape on the surface of a photosensitive recording medium by an imaging optical system having fθ characteristics, and the surface is optically scanned to perform image recording.
近年、光走査装置には、簡素化及び小型化を図るために、副走査断面内において光束を斜め方向から回転多面鏡に入射させる副走査斜め入射光学系が用いられている。副走査斜め入射光学系においては、被走査面上で走査線が湾曲する走査線湾曲、波面収差が捩れるスポット回転などといった、副走査斜め入射光学系特有の結像性能の劣化が発生する。また、多くの光走査装置では、その配置の都合上、主走査断面内において、結像光学系の光軸と入射光学系の光軸に角度を持たせるよう配置させる、所謂、主走査斜め入射光学系が採用されている。 In recent years, in order to simplify and reduce the size of an optical scanning device, a sub-scanning oblique incidence optical system that causes a light beam to enter a rotary polygon mirror from an oblique direction within a sub-scan section is used. In the sub-scanning oblique incidence optical system, degradation of imaging performance peculiar to the sub-scanning oblique incidence optical system occurs, such as a scanning line curvature in which the scanning line is curved on the surface to be scanned and a spot rotation in which the wavefront aberration is twisted. Also, in many optical scanning devices, so-called main scanning oblique incidence, in which the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of the incident optical system are arranged at an angle in the main scanning section for convenience of arrangement. An optical system is adopted.
このような、副走査斜め入射光学系でかつ、主走査斜め入射光学系を用いた場合には、前述の課題に加えて、走査線傾きという被走査面上で走査線が傾く現象が発生する。このような結像性能の劣化が発生している光走査装置を画像形成装置に用いた場合、良好な画像を形成することが難しい。従来から、走査線湾曲や波面収差の捩れ、走査線傾きを補正した光走査装置および画像形成装置が種々と提案されている(特許文献1〜3)。 When such a sub-scanning oblique incidence optical system and a main scanning oblique incidence optical system are used, in addition to the above-described problems, a phenomenon occurs in which the scanning line tilts on the surface to be scanned, called scanning line tilt. . When an optical scanning device in which such imaging performance is deteriorated is used in an image forming apparatus, it is difficult to form a good image. Conventionally, various optical scanning apparatuses and image forming apparatuses in which scanning line curvature, twist of wavefront aberration, and scanning line inclination are corrected have been proposed (Patent Documents 1 to 3).
光走査装置の簡素化及び小型化を図るには副走査斜め入射光学系及び主走査斜め入射光学系を用いるのが有効である。しかしながら主走査斜め入射角度、及び副走査斜め入射角度が大きくなると、走査線湾曲、波面収差の捻れ、走査線傾きが多く発生し、良好な光学性能を得ることが難しくなる。 In order to simplify and miniaturize the optical scanning device, it is effective to use the sub-scanning oblique incidence optical system and the main scanning oblique incidence optical system. However, when the main scanning oblique incident angle and the sub-scanning oblique incident angle are increased, scanning line curvature, twisting of wavefront aberration, and scanning line tilt frequently occur, and it becomes difficult to obtain good optical performance.
本発明は、副走査斜め入射光学系かつ主走査斜め入射光学系を用いたときの走査線湾曲、走査線傾き、そして波面収差の捻れ等を良好に補正することができ、良好な画像を形成することができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。 The present invention can satisfactorily correct the scanning line curvature, the scanning line inclination, the twist of the wavefront aberration, and the like when the sub-scanning oblique incidence optical system and the main scanning oblique incidence optical system are used, and form a good image. An object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of performing the above and an image forming apparatus using the same.
本発明の光走査装置は、光源手段から出射した光束を偏向手段の偏向面に副走査断面内で斜め方向から入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記入射光学系及び前記結像光学系は、主走査断面内においてそれぞれの光軸同士が角度を成すように配置されており、前記結像光学系は、主走査方向に沿って子線チルト量が子線曲率に依存せずに変化する子線チルト変化面を含み、前記子線チルト変化面の前記結像光学系の光軸に対する子線チルトの方向は、一方の最軸外像高における光線の通過位置と、他方の最軸外像高における光線の通過位置と、で逆方向であることを特徴としている。 An optical scanning device according to the present invention includes an incident optical system that causes a light beam emitted from a light source unit to enter a deflection surface of a deflection unit from an oblique direction within a sub-scan section, and guides the light beam deflected by the deflection unit to a surface to be scanned. an optical scanning apparatus having an imaging optical system for light, and the incident optical system and the imaging optical system is arranged so that the respective optical axes forms an angle in the main scanning section, the imaging optical system includes a sagittal tilt change surface sagittal line tilt amount in the main scanning direction is changed independently of the sagittal curvature, the imaging optical system of light in the sagittal line tilt change surface direction sagittal tilt with respect to the axis is characterized in that the one and the passing position of the light beam at the outermost abaxial image height, and the passing position of the light beam in the other of the outermost off-axis image height, in the opposite direction.
本発明によれば、副走査斜め入射光学系かつ主走査斜め入射光学系を用いたときの走査線湾曲、走査線傾き、そして波面収差の捻れ等を良好に補正することができ、良好な画像を形成することができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to satisfactorily correct the scanning line curvature, the scanning line inclination, the twist of the wavefront aberration, and the like when the sub-scanning oblique incidence optical system and the main scanning oblique incidence optical system are used. Can be obtained, and an image forming apparatus using the same can be obtained.
以下、図面を用いて本発明の光走査装置の実施例を説明する。以下の説明において、主走査方向とは偏向手段の回転軸(または揺動軸)及び結像光学系の光軸に垂直な方向(回転多面鏡で光束が反射偏向(偏向走査)される方向)である。副走査方向とは偏向手段の回転軸(または揺動軸)と平行な方向である。また主走査断面とは主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面である。また副走査断面(子線断面)とは主走方向に垂直な断面である。 Hereinafter, embodiments of the optical scanning device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the main scanning direction is a direction perpendicular to the rotation axis (or oscillation axis) of the deflecting means and the optical axis of the imaging optical system (the direction in which the light beam is reflected and deflected (deflected and scanned) by the rotating polygon mirror). It is. The sub-scanning direction is a direction parallel to the rotation axis (or swing axis) of the deflecting means. The main scanning section is a plane including the main scanning direction and the optical axis of the imaging optical system. The sub-scanning section (child line section) is a section perpendicular to the main traveling direction.
[実施例1]
図1(a)は本発明の光走査装置の実施例1における、主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図1(b)は本発明の光走査装置の実施例1における、結像光学系の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。図1(c)は本発明の光走査装置の実施例1における、入射光学系LAの副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。
[Example 1]
FIG. 1A is a main part sectional view (main scanning sectional view) in the main scanning direction in Example 1 of the optical scanning device of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view (sub-scanning cross-sectional view) of the main part in the sub-scanning direction of the imaging optical system in Embodiment 1 of the optical scanning device of the present invention. FIG. 1C is a main-portion cross-sectional view (sub-scanning cross-sectional view) of the incident optical system LA in the sub-scanning direction in Embodiment 1 of the optical scanning device of the present invention.
図中、1は光源手段であり、発光部(発光点)を有する半導体レーザより成っている。2は光源手段1から出射された光束を主走査方向に弱い収束光に変換し、副走査方向に集光するよう主走査方向と、副走査方向に各々独立に異なった正のパワー(屈折力)を有するアナモフィックレンズである。3はアパーチャー(開口絞り)であり、アナモフィックレンズ2から出射する光束を所望の最適なビーム形状に形成している。4は偏向手段としての回転多面鏡(ポリゴンミラー)により成り、図中矢印A方向に一定の速度で回転している。 In the figure, reference numeral 1 denotes a light source means, which is composed of a semiconductor laser having a light emitting portion (light emitting point). 2 converts the luminous flux emitted from the light source means 1 into weak convergent light in the main scanning direction, and condenses it in the sub scanning direction, with positive powers (refractive powers) different from each other independently in the main scanning direction and the sub scanning direction. ) Anamorphic lens. Reference numeral 3 denotes an aperture (aperture stop), which forms a light beam emitted from the anamorphic lens 2 into a desired optimum beam shape. Reference numeral 4 denotes a rotating polygon mirror (polygon mirror) as a deflecting means, which rotates at a constant speed in the direction of arrow A in the figure.
LBは集光機能とfθ特性とを有する結像光学系(fθ光学系)であり、主走査断面内と副走査断面内でともに正のパワー(屈折力)を有している。入射光学系LAは、光源手段1、アナモフィックレンズ2、アパーチャ3で構成されており、光源手段1からの光束を偏向手段4の偏向反射面(偏向面)5に入射させている。 LB is an imaging optical system (fθ optical system) having a condensing function and fθ characteristics, and has a positive power (refractive power) in both the main scanning section and the sub-scanning section. The incident optical system LA is composed of a light source unit 1, an anamorphic lens 2, and an aperture 3, and makes a light beam from the light source unit 1 enter a deflection reflection surface (deflection surface) 5 of the deflection unit 4.
本実施例において、結像光学系LBは1枚の結像レンズ6より成っている。結像光学系LBは回転多面鏡4によって反射偏向された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面としての感光ドラム面(記録媒体面)10にスポットに結像させている。さらに結像光学系LBは副走査断面内において回転多面鏡4の偏向面5と感光ドラム面10との間を光学的に共役関係又は略共役関係にすることにより、偏向面5の面倒れ補償を行っている。 In the present embodiment, the imaging optical system LB is composed of one imaging lens 6. The imaging optical system LB focuses a light beam based on image information reflected and deflected by the rotary polygon mirror 4 onto a spot on a photosensitive drum surface (recording medium surface) 10 as a scanned surface in the main scanning section. Further, the imaging optical system LB compensates for surface tilt of the deflecting surface 5 by optically conjugating or substantially conjugating between the deflecting surface 5 of the rotary polygon mirror 4 and the photosensitive drum surface 10 in the sub-scan section. It is carried out.
図1において画像情報に応じて半導体レーザ1から光変調され放射された光束はアナモフィックレンズ2に入射する。アナモフィックレンズ2から出射する光束は、主走査断面内において弱い収束光であり、開口絞り3を通過し、一部遮光される。副走査断面内においては偏向面5又はその近傍で集光する収束光として回転多面鏡4の偏向面5へ入射し、回転多面鏡4の偏向面5上で主走査方向に長手の線像として結像する。 In FIG. 1, the light beam modulated and emitted from the semiconductor laser 1 according to the image information is incident on the anamorphic lens 2. The light beam emitted from the anamorphic lens 2 is weakly converged light in the main scanning section, passes through the aperture stop 3 and is partially shielded. In the sub-scanning section, it is incident on the deflection surface 5 of the rotary polygon mirror 4 as convergent light that is condensed at or near the deflection surface 5, and as a line image that is long in the main scanning direction on the deflection surface 5 of the rotary polygon mirror 4. Form an image.
回転多面鏡4の偏向面5で一部反射偏向された光束は、結像光学系LBにより感光ドラム面10上に導光される。そして回転多面鏡4を矢印A方向に回転させることによって、該感光ドラム面10上を矢印B方向(主走査方向)に光走査して画像情報の記録を行っている。同期検知手段(不図示)は、回転多面鏡4で反射偏向された光を集光するBD光学系と光を検知するBDセンサで構成されている。BD光学系は、偏向面5で偏向反射された走査光が通過する位置に配設されており、回転多面鏡4が所定の角度のとき、走査光をBDセンサへ導光するように構成されている。 The light beam partially reflected and deflected by the deflection surface 5 of the rotary polygon mirror 4 is guided onto the photosensitive drum surface 10 by the imaging optical system LB. By rotating the rotary polygon mirror 4 in the direction of arrow A, image information is recorded by optically scanning the photosensitive drum surface 10 in the direction of arrow B (main scanning direction). The synchronization detection means (not shown) includes a BD optical system that collects the light reflected and deflected by the rotary polygon mirror 4 and a BD sensor that detects the light. The BD optical system is disposed at a position where the scanning light deflected and reflected by the deflecting surface 5 passes, and is configured to guide the scanning light to the BD sensor when the rotary polygon mirror 4 has a predetermined angle. ing.
同期検知手段は、回転多面鏡4を矢印A方向に回転させ、偏向面5が所定の角度となるタイミングを検知し、そのタイミングを制御手段(不図示)に出力する。制御手段は同期検知手段から出力されたタイミングに基づき、回転多面鏡4の回転速度が一定速度となるように制御する。また、制御手段はタイミングに基づき、光源手段1の発光タイミングを制御する。 The synchronization detection means rotates the rotary polygon mirror 4 in the direction of arrow A, detects the timing at which the deflection surface 5 becomes a predetermined angle, and outputs the timing to the control means (not shown). The control unit controls the rotational speed of the rotary polygon mirror 4 to be a constant speed based on the timing output from the synchronization detection unit. The control means controls the light emission timing of the light source means 1 based on the timing.
本実施例では、構成の簡素化を図るために、副走査断面内において偏向面5に対し光束を有限の角度を有し斜め方向から入射させる副走査斜め入射光学系を採用している。図1(C)から分かるように、本実施例においては、入射光学系LAの光軸LAOは、副走査方向に角度αが+3度である。ここで副走査方向の下側から上側へ光線が向かうときを角度プラス、副走査方向の上側から下側へ光線が向かうときの角度マイナスと定義する。3度の角度で回転多面鏡4に入射させている。 In the present embodiment, in order to simplify the configuration, a sub-scanning oblique incidence optical system that makes a light beam incident on the deflecting surface 5 from a slanting direction with respect to the deflection surface 5 in the sub-scanning section is adopted. As can be seen from FIG. 1C, in this embodiment, the optical axis LAO of the incident optical system LA has an angle α of +3 degrees in the sub-scanning direction. Here, the angle plus is defined when the light beam is directed from the lower side to the upper side in the sub-scanning direction, and the angle minus is defined when the light beam is directed from the upper side to the lower side in the sub-scanning direction. The light is incident on the rotary polygon mirror 4 at an angle of 3 degrees.
このような副走査斜め入射光学系では、走査線湾曲と、図9(b)、図9(c)のようにプラス像高とマイナス像高とで逆方向となる波面収差の捩れ、といった副走査斜め入射光学系特有の結像性能の劣化が発生する。 In such a sub-scanning oblique incidence optical system, there are sub-scanning curves and twists of wavefront aberration in the opposite directions between the positive image height and the negative image height as shown in FIGS. 9B and 9C. Degradation of imaging performance unique to the scanning oblique incidence optical system occurs.
図9(c)は、各像高Yに到達する各光束の波面収差(参照波面からのずれ)を等高線グラフで表したものであり、副走査斜め入射光学系において発生する、一般的な波面収差の捩れを表した説明図である。また図9(b)は、副走査斜め光学系における、各像高での45°方向のアスを表したグラフであり、従来の一般的な波面収差を表したモデル図である。 FIG. 9C is a contour graph showing the wavefront aberration (deviation from the reference wavefront) of each light beam reaching each image height Y, and is a general wavefront generated in the sub-scanning oblique incidence optical system. It is explanatory drawing showing the twist of the aberration. FIG. 9B is a graph showing astigmatism in the 45 ° direction at each image height in the sub-scanning oblique optical system, and is a model diagram showing conventional general wavefront aberration.
ここで、図9(b)中の45°アスについて説明する。45°アスとは、主走査方向を0°、副走査方向を90°と定義したときの、+45°方向の波面収差から−45°方向の波面収差を引いた差分値であり、被走査面上でのスポット回転による結像性能の悪化具合を表す波面収差量である。この45°アスが大きいほど、波面収差の捩れ量が大きくなり、結像性能が悪化する。 Here, the 45 ° asphalt in FIG. 9B will be described. The 45 ° ass is the difference value obtained by subtracting the wavefront aberration in the −45 ° direction from the wavefront aberration in the + 45 ° direction when the main scanning direction is defined as 0 ° and the sub-scanning direction is defined as 90 °. This is the amount of wavefront aberration that represents the degree of deterioration in imaging performance due to the above spot rotation. As the 45 ° asperity increases, the amount of twist of wavefront aberration increases and the imaging performance deteriorates.
また、図9(c)の各像高での波面収差の捩れ方向は、光軸に対して対称である。このため、図9(b)中の45°アスの符号は、光軸を挟んでプラス像高とマイナス像高とで反転する。一般に、副走査斜め入射光学系においては、このような波面収差の捩れと像高の関係となる。 Further, the twisting direction of the wavefront aberration at each image height in FIG. 9C is symmetric with respect to the optical axis. For this reason, the sign of 45 ° as in FIG. 9B is inverted between the plus image height and the minus image height across the optical axis. In general, in the sub-scanning oblique incidence optical system, the relationship between the twist of the wavefront aberration and the image height is obtained.
本実施例ではさらに、半導体レーザ1の基板(不図示)を光学箱(不図示)に沿わせるために、主走査断面内において、結像光学系LBの光軸と入射光学系LAの光軸に角度を持たせるよう配置させる、主走査斜め入射光学系で構成している。副走査斜め入射光学系でかつ、主走査斜め入射光学系の場合は、前述の課題に加えて、走査線傾き、及び、図10(b)、図10(c)のようなプラス像高、及びマイナス像高で同一方向となる波面収差の捩れが発生する。 In this embodiment, the optical axis of the imaging optical system LB and the optical axis of the incident optical system LA are further arranged in the main scanning section in order to align the substrate (not shown) of the semiconductor laser 1 with the optical box (not shown). The main scanning oblique incidence optical system is arranged so as to have an angle. In the case of the sub-scanning oblique incidence optical system and the main-scanning oblique incidence optical system, in addition to the above-described problems, the scanning line inclination and the positive image height as shown in FIGS. 10 (b) and 10 (c), In addition, twisting of wavefront aberration that occurs in the same direction at a negative image height occurs.
図10(c)は、副走査斜め入射光学系でかつ主走査斜め入射光学系において発生する、各像高Yでの波面収差を表した説明図である。また、図10(b)は、副走査斜め入射光学系で、かつ主走査斜め入射光学系における、各像高での45°方向のアスを表したグラフであり、本発明を説明するためのモデル図である。 FIG. 10C is an explanatory diagram showing wavefront aberration at each image height Y generated in the sub-scanning oblique incidence optical system and the main-scanning oblique incidence optical system. FIG. 10B is a graph showing the astigmatism in the 45 ° direction at each image height in the sub-scanning oblique incidence optical system and in the main-scanning oblique incidence optical system, for explaining the present invention. It is a model figure.
本実施例では、結像レンズ6のうち少なくとも1面、具体的には第2面(被走査面10側の面)を、主走査方向に沿って、子線のチルト量が変化するようにしている。具体的には結像レンズ6のレンズ光軸を挟んで子線チルトの方向が逆方向となるような子線チルト変化面に設定している。これによって、図10(b)、図10(c)のような波面の捻れを補正している。ここで、本実施例のように子線チルト変化面を設定することで、図10(b)、図10(c)のような波面の捻れが補正できる原理を説明する。 In this embodiment, at least one surface of the imaging lens 6, specifically the second surface (surface on the scanned surface 10 side), the tilt amount of the child line is changed along the main scanning direction. ing. Specifically, it is set to a sub-line tilt change plane in which the direction of the sub-line tilt is opposite to the lens optical axis of the imaging lens 6. As a result, the wavefront twist as shown in FIGS. 10B and 10C is corrected. Here, the principle by which the twist of the wavefront as shown in FIGS. 10B and 10C can be corrected by setting the sub-tilt tilt changing surface as in this embodiment will be described.
図10(c)では、各像高Yで、波面収差がねじれている状態を表している。この波面収差をある1つのレンズ面のみで補正するためには、レンズ面で逆位相を与えて、理想波面からの位相のずれを打ち消せばよい。このとき、逆位相を与えるための、光束内でのレンズ面の出入り量dとすると、以下のような式で表せる。 FIG. 10C shows a state in which the wavefront aberration is twisted at each image height Y. In order to correct this wavefront aberration with only one lens surface, it is only necessary to cancel the phase shift from the ideal wavefront by applying an antiphase to the lens surface. At this time, if the amount d of the lens surface in and out of the light beam for giving the opposite phase is expressed by the following equation.
d=−Wa/(1−n)×λ
ここでWaは光束内の45°方向のアスであり、光束内の波面のねじれ量を表している、nはレンズの屈折率、λは光束の波長である。すなわち、波面を補正するために必要な、光束内の各位置での面の出入り量dは、各位置での波面ずれ量に定数をかけた値である。このため、波面の捻れを補正するために必要な面形状は、波面と同様に捻れた面形状となり、1つのレンズ面のみで補正する場合には、一意的にその面をねじる方向も決まる。図10(b)においては、プラス像高及びマイナス像高において、45°アスがプラスであり、波面の捻れ方向が同一方向である。
d = −Wa / (1-n) × λ
Here, Wa is an angle in the 45 ° direction in the light beam, and represents the twist amount of the wavefront in the light beam, n is the refractive index of the lens, and λ is the wavelength of the light beam. That is, the amount d of surface entry / exit at each position in the luminous flux necessary for correcting the wavefront is a value obtained by multiplying the amount of wavefront deviation at each position by a constant. For this reason, the surface shape necessary for correcting the twist of the wavefront is a twisted surface shape similar to the wavefront, and when correcting with only one lens surface, the direction in which the surface is twisted is also uniquely determined. In FIG. 10 (b), the 45 ° angle is positive at the plus image height and the minus image height, and the twist direction of the wave front is the same direction.
そこで本実施例では、このような波面収差を補正するために、結像レンズ6の第2面を図6(b)のようなに子線チルト変化面に設定している。図6(b)は、本実施例、表4中の子線チルト係数によって算出される、本実施例の結像レンズ6の第2面上のY座標に対する単位量当たりの子線チルト変化量dT/dYを示したグラフである。 Therefore, in this embodiment, in order to correct such wavefront aberration, the second surface of the imaging lens 6 is set to a sub-tilt tilt changing surface as shown in FIG. 6B. FIG. 6B shows the amount of change in the strand tilt per unit amount with respect to the Y coordinate on the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment, which is calculated by the strand tilt coefficient in this embodiment, Table 4. It is the graph which showed dT / dY.
ここで、母線上(Z=0)での子線チルト係数Tは、後述する面形状表現式(B)内のΣmjYjZ1の項から算出される、レンズ面上の任意のY位置での子線のチルト係数T=ΣmjYjである。また、主走査方向の単位量Y当たりの子線チルト変化量dT/dYは、以下の式から算出できる。 Here, the child line tilt coefficient T on the bus (Z = 0) is an arbitrary Y on the lens surface calculated from the term of Σm j Y j Z 1 in the surface shape expression (B) described later. The tilt coefficient T of the child line at the position is T = Σm j Y j . Further, the sub-tilt tilt change amount dT / dY per unit amount Y in the main scanning direction can be calculated from the following equation.
dT/dY=d(ΣmjYj)/dY=Σ(j×mjYj−1) ・・・(a)
図6(b)から分かるように、本実施例においては、結像レンズ6の光軸(レンズ上Y座標=0)では子線チルトの変化量dT/dY=0である。結像レンズ6のY座標プラス側及びマイナス側でdT/dY>0となるように、子線チルト変化面を設定している。すなわち、子線チルト係数をあたえることにより、結像レンズ6の光軸を挟んで左右で、レンズ面の捻れを同一方向(子線チルトの変化率dT/dYが同符号)となるように設定している。
dT / dY = d (Σm j Y j ) / dY = Σ (j × m j Y j−1 ) (a)
As can be seen from FIG. 6B, in the present embodiment, the change amount of the child line tilt dT / dY = 0 on the optical axis of the imaging lens 6 (Y coordinate on the lens = 0). The sub-line tilt change plane is set so that dT / dY> 0 on the Y coordinate plus side and the minus side of the imaging lens 6. That is, by providing a sub-line tilt coefficient, the torsion of the lens surface is set in the same direction (the sub-line tilt change rate dT / dY has the same sign) on both sides of the optical axis of the imaging lens 6. doing.
そして、本実施例では、このように子線チルト変化面を設定することで、結像レンズ6の光軸を挟んで左右で同一方向の波面の捻れを発生させ、図10(b)のような左右の像高で同一方向の波面収差の捻れを補正している。 In this embodiment, by setting the sub-tilt tilt changing surface in this way, the wave front is twisted in the same direction on both sides of the optical axis of the imaging lens 6 as shown in FIG. 10B. This corrects the twist of wavefront aberration in the same direction at right and left image heights.
次に本実施例の光学性能について説明する。ここで、本実施例の被走査面上での波面収差の捻れを図3(b)に示す。図3(b)は、本実施例の被走査面上での各像高に対する45°アスを表したグラフである。図3(b)から、本実施例においては、全像高で45°アスは0.1λ以下であり、十分良好に波面の捻れが補正できていることが分かる。また、図6(b)のように、光軸Y=0以外の位置で子線チルト変化率dT/dY>0のとき、像高Yがプラス領域では光軸から離れるにつれて子線チルト係数Tが増える。 Next, the optical performance of the present embodiment will be described. Here, the twist of the wavefront aberration on the surface to be scanned in this embodiment is shown in FIG. FIG. 3B is a graph showing 45 ° asperity for each image height on the scanned surface of this example. FIG. 3B shows that in this embodiment, the 45 ° asperity is 0.1λ or less at the total image height, and the wavefront twist can be corrected sufficiently satisfactorily. As shown in FIG. 6B, when the sub-line tilt change rate dT / dY> 0 at a position other than the optical axis Y = 0, the sub-line tilt coefficient T increases as the image height Y increases from the optical axis in the plus region. Will increase.
逆に主走査方向の像高Yマイナス領域では光軸から離れるにつれて子線チルト係数Tが減っていく。このため、また、図6(b)のようなdT/dYとなる面形状を得るためには、子線チルト係数Tは、結像レンズ6のY座標プラス側で光軸よりもプラス、結像レンズのY座標マイナス側で光軸よりもマイナスとなるように設定する。すなわち、図10(b)、図10(c)のような波面の捻れを補正するためには、子線チルト係数Tは、結像レンズ6のレンズ面上の有効使用領域全域において光軸中心として主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となるように設定しなければならない。 Conversely, in the image height Y minus region in the main scanning direction, the sub-line tilt coefficient T decreases as the distance from the optical axis increases. For this reason, in order to obtain a surface shape of dT / dY as shown in FIG. 6B, the sub-line tilt coefficient T is larger than the optical axis on the Y coordinate plus side of the imaging lens 6, It is set so that it is more negative than the optical axis on the Y coordinate negative side of the image lens. That is, in order to correct the wavefront twist as shown in FIG. 10B and FIG. 10C, the sub-line tilt coefficient T is the center of the optical axis in the entire effective use region on the lens surface of the imaging lens 6. As described above, the positions must be set so that the positions are symmetric with respect to the main scanning direction.
ここで、任意の結像レンズの主走査方向位置Yにおける母線上(Z=0)での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξと子線チルト係数Tは、以下の式のように表現できる。
ξ=−ATAN(T)
なお、上記式においては、チルト角度ξはプラス符号のとき子線面法線が光軸に対して上向き、マイナス符号のとき子線面法線が光軸に対して下向きと定義している。
Here, the tilt angle ξ and the sub-line tilt coefficient T with respect to the optical axis of the sub-plane normal on the generatrix (Z = 0) at the main scanning direction position Y of an arbitrary imaging lens are expressed as follows: Can express.
ξ = −ATAN (T)
In the above formula, when the tilt angle ξ is a plus sign, the sub-plane normal is upward with respect to the optical axis, and when the minus angle is minus, the sub-plane normal is downward with respect to the optical axis.
図6(a)は、本実施例の結像レンズ6の第1面(偏向器4側の面)及び第2面の主走査方向位置Yに対する子線チルト角度ξを表したグラフである。図6(a)から分かるように、本実施例の結像レンズ6の第2面は、主走査方向におけるレンズ上Y座標がY=0のとき、母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξ=0となる。そしてレンズ上Y座標マイナス領域で子線チルト角度ξがプラス符号、レンズ上Y座標プラス領域で子線チルト角度ξがマイナス符号となるように設定している。 FIG. 6A is a graph showing a child tilt angle ξ with respect to the main scanning direction position Y of the first surface (surface on the deflector 4 side) and the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment. As can be seen from FIG. 6 (a), the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment is a light beam having a normal on the generatrix surface on the generatrix when the Y coordinate on the lens in the main scanning direction is Y = 0. The tilt angle with respect to the axis ξ = 0. The sub-line tilt angle ξ is set to a plus sign in the Y-coordinate minus region on the lens, and the sub-axis tilt angle ξ is set to a minus sign in the Y-coordinate plus region on the lens.
また、図6(a)から分かるように、本実施例においては、レンズ面の有効使用領域全域で、母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξは、結像レンズ6の光軸中心として主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となるように設定している。ここでレンズ面の有効領域とは走査光束が通過する領域全域をいう。また、副走査斜め入射光学系でかつ、主走査斜め入射光学系の場合は、これまで述べてきた図10(b)のような波面収差に加えて、走査線傾きが発生する。 Further, as can be seen from FIG. 6A, in this embodiment, the tilt angle ξ with respect to the optical axis of the normal of the sub-plane surface on the generatrix is in the entire effective use region of the lens surface. The positions are symmetrical in the main scanning direction with respect to the optical axis center so as to be in opposite directions. Here, the effective area of the lens surface means the entire area through which the scanning light beam passes. In addition, in the case of the sub-scanning oblique incident optical system and the main-scanning oblique incident optical system, the scanning line inclination occurs in addition to the wavefront aberration as shown in FIG.
本実施例では、図6(a)のように子線チルト角度をレンズ面の光軸中心として主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となるように設定することで、走査線傾きを補正している。図3(a)は、本実施例の被走査面10上での各像高に対する照射位置Z(各像高での光線の副走査方向の到達位置)を表したグラフである。図3(a)から分かるように、照射位置Zは、全像高で±20μm以下となり、走査線湾曲、走査線傾きが十分良好に補正されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 6A, the sub-line tilt angle is set to be opposite to each other at positions symmetrical to the main scanning direction with respect to the optical axis center of the lens surface. It is corrected. FIG. 3A is a graph showing the irradiation position Z (the arrival position of the light beam in the sub-scanning direction at each image height) with respect to each image height on the scanned surface 10 of the present embodiment. As can be seen from FIG. 3A, the irradiation position Z is ± 20 μm or less in total image height, and the scanning line curve and the scanning line inclination are sufficiently corrected.
以上のようにして本実施例では、図6(b)のように結像レンズ6の光軸を挟んで左右で、レンズ面の捻れが同一方向(子線チルト変化量dT/dYが同符号)となる子線チルト変化面を用いている。これにより、図10(b)、図10(c)のような波面の捻れを補正する効果を得ている。ここで、レンズ面のねじれに関する子線チルト変化量dT/dYをYで積分したものが、子線チルト量である。そして、本実施例においては、図6(b)のようなレンズ面がねじれた面形状を実現するために、子線のチルト角度ξを図6(a)のように設定している。 As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the lens surface is twisted in the same direction on both sides of the optical axis of the imaging lens 6 (the child tilt change amount dT / dY has the same sign). ) Is used. Thereby, the effect of correcting the twist of the wave front as shown in FIGS. 10B and 10C is obtained. Here, the amount of the strand tilt is obtained by integrating the strand tilt change amount dT / dY related to the twist of the lens surface with Y. In the present embodiment, the tilt angle ξ of the slave line is set as shown in FIG. 6A in order to realize a surface shape in which the lens surface is twisted as shown in FIG.
すなわち、母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξを、結像レンズ6の光軸中心として主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となるように設定している。本実施例では、最軸外像高で子線チルトが逆方向である。また子線チルトの方向は、反光源手段側が下向き、光源手段側が上向きである。 That is, the tilt angle ξ with respect to the optical axis of the sub-plane normal on the generatrix is set to be opposite between positions symmetrical with respect to the main scanning direction with respect to the optical axis center of the imaging lens 6. In this embodiment, the child axis tilt is in the reverse direction at the most off-axis image height. Further, the direction of the slave line tilt is downward on the anti-light source means side and upward on the light source means side.
表6は、本実施例において、被走査面10上の最軸外像高(Y=±110)、軸上像高(画像中心)(Y=0)に到達する光線の結像レンズ6の第2面上での通過位置を示す。更に、それらの各位置における第2面での子線チルト角度ξと、主走査方向の単位量当たりの子線チルト変化量dT/dYとを示した表である。表6から分かるように、第2面の子線チルト量は、画像中心像高(Y=0mm)に到達する光線の結像レンズ6の第2面上の通過位置(結像レンズ6の光軸)での子線面法線が0分(子線チルト無し)となるように設定している。 Table 6 shows the imaging lens 6 of the light beam reaching the most off-axis image height (Y = ± 110) and the on-axis image height (image center) (Y = 0) on the scanned surface 10 in this embodiment. The passing position on the second surface is shown. Furthermore, it is a table | surface which showed the sub-line tilt angle (xi) in the 2nd surface in those each position, and sub-axis tilt change amount dT / dY per unit quantity of a main scanning direction. As can be seen from Table 6, the sub-line tilt amount of the second surface is the passage position of the light beam reaching the image center image height (Y = 0 mm) on the second surface of the imaging lens 6 (light of the imaging lens 6). Is set so that the sub-plane normal at (axis) is 0 min (no sub-tilt).
これに対して、光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)に到達する光線の結像レンズ6の第2面上通過位置(結像レンズ6の長手方向に光源側)での子線面法線は、+7.9分となるよう設定している。すなわち光軸(Y=0)での子線面法線よりも上向きになるよう設定している。また、光源手段1と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)に到達する光線の結像レンズ6の第2面上通過位置(結像レンズ6の長手方向に光源と反対側)での子線面法線は、−6.3分となるように設定している。すなわち光軸(Y=0)での子線面法線よりも下向きになるよう設定している。 On the other hand, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = −110 mm) on the light source means 1 passing position on the second surface of the imaging lens 6 (on the light source side in the longitudinal direction of the imaging lens 6). The normal of the child line plane is set to be +7.9 minutes. That is, it is set so as to face upward with respect to the sub-plane normal on the optical axis (Y = 0). Further, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = + 110 mm) on the side opposite to the light source means 1 passes through the second surface of the imaging lens 6 (on the side opposite to the light source in the longitudinal direction of the imaging lens 6). The normal line of the child line is set to be −6.3 minutes. That is, it is set so as to be downward from the normal of the child line surface at the optical axis (Y = 0).
このように本実施例では、結像レンズ6の第2面の形状を、次の如く設定している。すなわち一方の最軸外像高の到達光線の通過位置における、結像レンズ6の光軸に対する子線チルトの方向と、もう一方の最軸外像高の到達光線の通過位置における、結像レンズ6の光軸に対する子線チルトの方向と、を逆方向に設定している。 Thus, in this embodiment, the shape of the second surface of the imaging lens 6 is set as follows. That is, the imaging lens at the passing position of the reaching light beam with respect to the optical axis of the imaging lens 6 at the passing position of the reaching light beam with one off-axis image height and at the passing position of the reaching light beam with the other off-axis image height. The direction of the slave line tilt with respect to the optical axis 6 is set in the opposite direction.
本実施例において、最軸外光線の通過位置での子線チルト変化の方向は、同じ方向である。また、主走査方向の単位量当たりの子線チルトの変化量dT/dYは、画像中心像高(Y=0mm)に到達する光線の通過位置で0である。これに対して、光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)到達光線の通過位置で2.32E−4、光源手段1と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)到達光線の通過位置で1.97E−4となる。 In this embodiment, the direction of the change in the slave line tilt at the position where the off-axis light beam passes is the same direction. Further, the change amount dT / dY of the child line tilt per unit amount in the main scanning direction is 0 at the passage position of the light beam reaching the image center image height (Y = 0 mm). On the other hand, the most off-axis image height (Y = −110 mm) on the light source means 1 side is 2.32E-4 at the passing position of the reaching light beam, and the most off-axis image height on the opposite side to the light source means 1 (Y = + 110 mm). It becomes 1.97E-4 at the passing position of the reaching light beam.
すなわち本実施例では、結像レンズ6の第2面の形状を、2つの最軸外像高到達光線の通過位置における、結像レンズ6の光軸に対する単位主走査方向当たりの子線チルト変化の方向が同一方向となるように設定している。 In other words, in the present embodiment, the shape of the second surface of the imaging lens 6 is changed in the sub-line tilt per unit main scanning direction with respect to the optical axis of the imaging lens 6 at the passing positions of the two most off-axis image height reaching rays. Are set to be the same direction.
本実施例では結像レンズ6の第2面の形状を、このような子線チルト変化面に設定することで、全像高で波面収差を良好に補正している。本実施例において、結像レンズ6は偏芯配置している。本実施例では、結像レンズ6は、回転多面鏡での軸上光線の偏向点を基準としたとき、副走査方向上側(図1(b)において、紙面の上方向をZプラス)に1.50mm偏芯配置させている。また、主走査平面を基準としたとき、結像レンズ6の光軸を副走査方向下側に1.83degお辞儀回転して偏芯配置している(図1(b)において、Y軸方向を回転中心として紙面上で時計回り)。 In this embodiment, the shape of the second surface of the imaging lens 6 is set to such a child-line tilt change surface, so that the wavefront aberration is favorably corrected at the entire image height. In this embodiment, the imaging lens 6 is arranged eccentrically. In this embodiment, the imaging lens 6 is 1 on the upper side in the sub-scanning direction (the upper direction on the paper in FIG. 1B is Z plus) when the deflection point of the on-axis light beam in the rotary polygon mirror is used as a reference. .50mm eccentrically arranged. Further, when the main scanning plane is used as a reference, the optical axis of the imaging lens 6 is decentered by bowing and rotating by 1.83 degrees downward in the sub-scanning direction (in FIG. 1B, the Y-axis direction is Clockwise on the paper as the center of rotation).
このように偏芯配置することにより、結像レンズ6のレンズ面上の光線通過高さにおける、主走査方向に沿って、左右で同一方向に子線チルトを変化させた効果を得ている。すなわち、結像レンズ6の偏芯配置によって、走査線の湾曲と、図9(b)のような左右像高で逆方向の波面収差の捻れと、を補正している。 By such an eccentric arrangement, the effect of changing the sub-line tilt in the same direction on the left and right along the main scanning direction in the light beam passing height on the lens surface of the imaging lens 6 is obtained. That is, the eccentric arrangement of the imaging lens 6 corrects the curvature of the scanning line and the twist of the wavefront aberration in the reverse direction at the left and right image heights as shown in FIG.
本実施例においては、このように設定することで、第2面の子線チルト変化面は、走査線の傾きと図9(b)のような左右像高で同一方向の波面収差の捻れとのみを補正すればよくなり、子線チルト量自体を小さく抑えることができる。よって、本実施例では、走査線湾曲と走査線傾き、波面収差の捻れなどの光学性能を良好に補正しつつ、かつ、子線チルト量を十分小さく抑え、捩れの少ないレンズ面で構成している。 In this embodiment, by setting in this way, the sub-surface tilt change surface of the second surface has the scan line tilt and the twist of wavefront aberration in the same direction at the left and right image heights as shown in FIG. 9B. It is sufficient to correct only this, and the amount of tilt of the slave line itself can be kept small. Therefore, in this embodiment, the optical performance such as the scanning line curve, the scanning line inclination, and the twist of the wavefront aberration is corrected satisfactorily, and the sub-tilt tilt amount is suppressed to be sufficiently small, and the lens surface is configured with less twist. Yes.
レンズ面の捩れが少なければ、レンズ成形時のレンズの歪や反り、捩れといった現象を抑え、高精度なレンズを得ることができる。加えて、本実施例では、この結像レンズ6の偏芯配置により、レンズ光軸での子線チルト量を0にしても光学性能を補償することができ、結像レンズ6の面形状を評価しやすい、素直な面形状で構成している。その結果、成形精度の高い結像レンズ6を得ることができる。 If the lens surface is less twisted, a highly accurate lens can be obtained by suppressing phenomena such as distortion, warping, and twisting of the lens during lens molding. In addition, in this embodiment, this eccentric arrangement of the imaging lens 6 can compensate the optical performance even if the sub-line tilt amount at the lens optical axis is zero, and the surface shape of the imaging lens 6 can be changed. It has a simple surface shape that is easy to evaluate. As a result, the imaging lens 6 with high molding accuracy can be obtained.
以上のように本実施例によれば、副走査斜め入射光学系及び主走査斜め入射光学系において光学性能が良好に補正されたコンパクトな光走査装置を得ることができ、画像形成装置に用いた際に良好な画像を形成することが容易になる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to obtain a compact optical scanning device in which the optical performance is well corrected in the sub-scanning oblique incidence optical system and the main-scanning oblique incidence optical system, which is used in the image forming apparatus. In this case, it becomes easy to form a good image.
本実施例において結像レンズの一面のみを子線チルト変化面としても良い。表5は、本実施例において、被走査面10上の最軸外像高(Y=±110)、軸上像高(画像中心)(Y=0)に到達する光線が、結像レンズ6の第1面上での通過位置と、各位置における第1面での子線チルト角度ξを示す。更に単位量当たりの子線チルト変化率dT/dYとを示した表である。 In this embodiment, only one surface of the imaging lens may be used as a sub-line tilt changing surface. Table 5 shows that in this embodiment, the light beam that reaches the most off-axis image height (Y = ± 110) and on-axis image height (image center) (Y = 0) on the scanned surface 10 is the imaging lens 6. The passing position on the first surface and the child-line tilt angle ξ on the first surface at each position are shown. Furthermore, it is the table | surface which showed the child-line tilt change rate dT / dY per unit quantity.
本実施例においては、表5、表4、図6(a)中の第1面の子線チルト角度ξで示したように、第1面は主走査方向に沿って子線チルトを変化させていない。つまり、実施例においては、結像レンズ6の第2面のみ、前述したような子線チルト変化面に設定している。そして第1面は子線チルト変化させないトーリックレンズ面(主走査方向に沿って子線曲率半径は変化するが、子線チルト量は変化しない面)に設定した。これにより、結像レンズ6のレンズ面形状を測定し、評価する際、子線チルト変化を有さない第1面の光軸を基準として評価できるため、精度の高い測定が容易となる。そして、その測定値に基づいてレンズ成型用金型の面形状を補正できるため、光学性能をより改善しやすくする効果を得ている。 In this embodiment, as shown by the sub-line tilt angle ξ of the first surface in Table 5, Table 4, and FIG. 6A, the first surface changes the sub-line tilt along the main scanning direction. Not. In other words, in the embodiment, only the second surface of the imaging lens 6 is set as the above-described child-line tilt changing surface. The first surface was set to be a toric lens surface that does not change the sub-line tilt (a plane in which the sub-line curvature radius changes but the sub-line tilt amount does not change along the main scanning direction). Thereby, when measuring and evaluating the lens surface shape of the imaging lens 6, it is possible to evaluate with reference to the optical axis of the first surface that does not have a change in the child line tilt. And since the surface shape of the lens molding die can be corrected based on the measured value, the effect of making it easier to improve the optical performance is obtained.
本実施例において光軸を子線チルトさせなくても良い。本実施例では、同様の理由から、第1面の光軸と、第2面の光軸が一致するように設計している。これにより、精度の高い測定を可能とし、その測定値に基づいてレンズ成型用金型の面形状を補正できるため、光学性能をより改善しやすくする効果を得ている。 In this embodiment, it is not necessary to tilt the optical axis. In the present embodiment, for the same reason, the optical axis of the first surface and the optical axis of the second surface are designed to coincide. As a result, highly accurate measurement is possible, and the surface shape of the lens molding die can be corrected based on the measured value, thereby obtaining an effect of making it easier to improve the optical performance.
本実施例は、主走査断面内において、結像光学系LBの光軸と入射光学系LAの光軸のなす角度が90度と非常に大きい、主走査斜め入射光学系に設定している。この構成により、光走査装置を光学箱(不図示)の側壁に沿ってレーザ発光基板を配置することができ、光走査装置をコンパクトに構成している。このように、結像光学系LBの光軸と入射光学系LAの光軸のなす角度θが非常に大きい主走査斜め入射光学系においては、各像高毎に回転多面鏡での反射点の位置が大きくずれる。 In this embodiment, the main scanning oblique incident optical system is set so that the angle formed by the optical axis of the imaging optical system LB and the optical axis of the incident optical system LA is as large as 90 degrees in the main scanning section. With this configuration, the laser scanning substrate can be disposed along the side wall of the optical box (not shown) in the optical scanning device, and the optical scanning device is configured in a compact manner. As described above, in the main scanning oblique incidence optical system in which the angle θ formed by the optical axis of the imaging optical system LB and the optical axis of the incident optical system LA is very large, the reflection point of the rotary polygon mirror is different for each image height. The position shifts greatly.
このように反射点の位置ズレの左右非対称性が大きいと、走査線の傾き、走査線湾曲、スポット回転が大きくなってしまうため、本発明の効果が十分得られる。本実施例においては、主走査断面内における結像光学系LBの光軸と入射光学系LAの光軸とのなす角度Θは90度と設定しているが、角度θは以下の条件式を満たせば、発明の効果が十分に得られる。 Thus, when the left-right asymmetry of the positional deviation of the reflection point is large, the inclination of the scanning line, the scanning line curve, and the spot rotation become large, so that the effect of the present invention can be sufficiently obtained. In the present embodiment, the angle Θ between the optical axis of the imaging optical system LB and the optical axis of the incident optical system LA in the main scanning section is set to 90 degrees, but the angle θ is expressed by the following conditional expression: If satisfied, the effects of the invention can be sufficiently obtained.
70[deg]<Θ<100[deg]
角度Θが70度以下のとき、光走査装置を光学箱(不図示)の側壁に沿ってレーザ発光基板を配置することが難しくなり、この結果、光走査装置をコンパクトに構成するのが困難となる。また、対向走査系(回転多面鏡を挟んで入射系、結像光学系をそれぞれ対向配置した系)として使用する場合には、2組の入射光学系の光源手段を十分に近接させることが難しくなり、半導体レーザの発光基板の共通化によって装置全体の簡素化を図るのが難しくなる。
70 [deg] <Θ <100 [deg]
When the angle Θ is 70 degrees or less, it becomes difficult to arrange the laser light emitting substrate along the side wall of the optical box (not shown), and as a result, it is difficult to make the optical scanning device compact. Become. In addition, when used as a counter scanning system (a system in which an incident system and an imaging optical system are arranged opposite to each other with a rotating polygon mirror interposed therebetween), it is difficult to sufficiently bring the light source means of the two sets of incident optical systems close to each other. Therefore, it becomes difficult to simplify the entire apparatus by sharing the light emitting substrate of the semiconductor laser.
一方、角度Θが100度以上大きい場合には、斜入射における各種の光学性能を良好に維持するのが難しくなる。あるいは、子線チルトの左右非対称性が大きくなりすぎて、レンズ成形時に左右非対称な変形が発生してしまうため、設計値とおりの成形レンズを得るのが困難になる。 On the other hand, when the angle Θ is greater than 100 degrees, it becomes difficult to maintain various optical performances at oblique incidence. Alternatively, the left-right asymmetry of the sub-line tilt becomes too large, and a left-right asymmetric deformation occurs during lens molding, making it difficult to obtain a molded lens as designed.
以上のことから、角度Θが上記条件式を満たすのが、十分良好な光学性能の光走査装置を得るのに好ましい。本実施例では、結像レンズ6は樹脂製の成形レンズで構成することで、製造が容易でかつ、子線チルト変化面を用いて、良好な光学性能を得ている。本実施例においては、結像レンズ6の第2面を子線チルト変化面に設定し、第2面の面形状を、軸上に対して光源手段1に近い側の子線面法線が上向き、光源手段から遠い側が下向きとなるように設定している。 From the above, it is preferable that the angle Θ satisfies the above conditional expression in order to obtain an optical scanning device with sufficiently good optical performance. In this embodiment, the imaging lens 6 is formed of a resin molded lens, so that it is easy to manufacture and good optical performance is obtained by using a sub-tilt tilt changing surface. In the present embodiment, the second surface of the imaging lens 6 is set as a child-line tilt changing surface, and the surface shape of the second surface is a surface normal to the light source means 1 closer to the light source means 1 on the axis. It is set so that it faces upward and the side far from the light source means faces downward.
しかし、結像レンズ6の第1面を子線チルト変化面に設定しても、走査光束の波面収差のねじれと逆方向の位相をレンズ面の捩れを付与してやれば、同様の効果が得られる。その場合は、第1面の面形状を、軸上に対して光源手段1に近い側の子線面法線が下向き、光源手段1から遠い側が上向きとなるように設定すればよい。また、これらの関係は、入射光学系LAが、偏向手段4への入射光線を副走査方向に下側から上側へと斜め方向に入射させている場合に限る。 However, even if the first surface of the imaging lens 6 is set as a sub-tilt tilt changing surface, the same effect can be obtained if the lens surface is twisted in a phase opposite to the twist of the wavefront aberration of the scanning light beam. . In that case, the surface shape of the first surface may be set so that the sub-line surface normal on the side closer to the light source means 1 with respect to the axis faces downward and the side far from the light source means 1 faces upward. These relationships are limited to the case where the incident optical system LA is incident on the deflecting means 4 in an oblique direction from the lower side to the upper side in the sub-scanning direction.
もし、入射光学系LAが、入射光線を副走査方向に上側から下側へと斜め方向に入射させている場合には、子線面法線の方向は前述した方向と逆に設定すれば、同様の効果が得られる。また、結像光学系LBを一枚のレンズのみで構成する場合は、副走査方向の屈折力を強くしなければならず、結果として、結像レンズ6で発生する副走査方向の球面収差が大きくなりやすい。このため、結像レンズ6の副走査方向の偏芯に対してサジ像面の敏感度が大きくなる。 If the incident optical system LA makes incident light incident obliquely from the upper side to the lower side in the sub-scanning direction, if the direction of the sub-plane normal is set opposite to the above-described direction, Similar effects can be obtained. Further, when the imaging optical system LB is composed of only one lens, the refractive power in the sub-scanning direction must be increased, and as a result, spherical aberration in the sub-scanning direction that occurs in the imaging lens 6 is reduced. Easy to grow. For this reason, the sensitivity of the sagittal image plane increases with respect to the eccentricity of the imaging lens 6 in the sub-scanning direction.
そこで、本実施例においては、結像レンズ6の第2面に、4次の非円弧形状を与えることで球面収差を補正している。具体的には、表4に示すように、Z4次係数を与えている。また、本実施例では、母線上(Z=0)での子線チルト量は、係数T(Z1次の項)のみによって規定されており、Z4次係数に依存しない。 Therefore, in this embodiment, spherical aberration is corrected by giving a quaternary non-arc shape to the second surface of the imaging lens 6. Specifically, as shown in Table 4, a Z-order coefficient is given. Further, in the present embodiment, the amount of the child line tilt on the bus (Z = 0) is defined only by the coefficient T (Z 1st order term) and does not depend on the Z 4th order coefficient.
本実施例は、構成の簡素化のために、結像光学系LBを一枚の結像レンズ6で構成している。この場合、複数のレンズを使用する場合に比べて、母線形状、面偏芯、子線Rなどの設計自由度が低い。このため、像面や倍率を補正しつつ、斜入射光学系特有の波面収差の捻れを十分に補正することが難しくなる。そこで、本実施例においては、第2面を子線チルト変化面とし、その面を、最軸外像高での子線チルトを軸上に対して左右で逆方向にすることで、斜入射光学系における結像性能の劣化を軽減している。 In this embodiment, the imaging optical system LB is composed of a single imaging lens 6 in order to simplify the configuration. In this case, compared with the case where a plurality of lenses are used, the degree of freedom in designing the busbar shape, the surface eccentricity, the child wire R, etc. is low. For this reason, it is difficult to sufficiently correct the twist of the wavefront aberration peculiar to the oblique incidence optical system while correcting the image plane and the magnification. Therefore, in the present embodiment, the second surface is used as a sub-line tilt changing surface, and the surface is obliquely incident by setting the sub-line tilt at the most off-axis image height in the opposite direction on the left and right with respect to the axis. Degradation of imaging performance in the optical system is reduced.
本実施例においては、結像光学系LBを1つの結像レンズで構成したが、結像レンズが2枚以上の場合でも主走査および副走査方向の斜入射角度が大きければ、斜入射光学系における結像性能の劣化が大きくなる。このため、前述したのと同様の効果が十分得られる。 In this embodiment, the imaging optical system LB is configured by one imaging lens. However, if the oblique incident angle in the main scanning and sub-scanning directions is large even when there are two or more imaging lenses, the oblique incident optical system is used. Deterioration of the imaging performance at is increased. For this reason, the same effect as described above can be sufficiently obtained.
本実施例では、弱収束系(主走査方向の自然収束点は、被走査面から360mmだけ回転多面鏡から離れた位置)に設定することで、通常の平行系と比べて、結像レンズ6に必要な主走査方向におけるパワーを低減し、結像レンズ6の肉厚を低減している。ただし、平行系(偏向手段へ入射させる光束を主走査方向に平行光にした場合)においても、同様の走査線傾きと波面収差の捩れが発生するため、前述したのと同様の効果が十分得られる。 In this embodiment, the image forming lens 6 is set to be a weak convergence system (the natural convergence point in the main scanning direction is a position separated from the rotating polygon mirror by 360 mm from the surface to be scanned), compared to the normal parallel system. The power required in the main scanning direction is reduced, and the thickness of the imaging lens 6 is reduced. However, even in a parallel system (when the light beam incident on the deflecting means is parallel light in the main scanning direction), the same effect as described above can be obtained sufficiently because the same scanning line tilt and twist of wavefront aberration occur. It is done.
次に本発明と前述の特許文献3に開示されている光走査装置との差異について説明する。特許文献3は、主走査方向に沿って、子線のチルト量を変化させる子線チルト変化面を用いることで、走査線湾曲と、図9(b)、図9(c)のように光軸に対して対称な波面収差(45°アスの符号が光軸を挟んで左右で反転する波面収差)を補正している。特許文献3は、特許文献1,2と違い、子線方向の曲率半径とは独立に子線のチルト量を設定できるため、子線曲率半径が無限大の場合でも子線チルト量を変えることが可能である。 Next, differences between the present invention and the optical scanning device disclosed in Patent Document 3 will be described. Patent Document 3 uses a sub-line tilt changing surface that changes the tilt amount of the sub-line along the main scanning direction, so that scanning line bending and light as shown in FIGS. 9B and 9C can be obtained. A wavefront aberration that is symmetrical with respect to the axis (a wavefront aberration in which the sign of 45 ° ass is reversed left and right across the optical axis) is corrected. In Patent Document 3, unlike Patent Documents 1 and 2, since the tilt amount of the slave line can be set independently of the curvature radius in the slave line direction, the slave line tilt amount can be changed even when the slave line curvature radius is infinite. Is possible.
しかし、特許文献3では、子線チルト変化面によって、走査線湾曲を補正している。このため、主走査斜め入射角度、及び副走査斜め入射角度がより大きい場合、走査線湾曲に加えて走査線傾きを補正するための子線チルト変化量をさらに加えなければならない。その結果、レンズの副走査方向の対称性が大きく損なわれ、レンズ成形時のレンズ歪み、反りを生じさせてしまい、高精度なレンズが成形できず、良好な光学性能を達成することが困難となってしまう。 However, in Patent Document 3, the scanning line curvature is corrected by the sub-line tilt change surface. For this reason, when the main scanning oblique incident angle and the sub-scanning oblique incident angle are larger, in addition to the scanning line curvature, a sub-line tilt change amount for correcting the scanning line inclination must be further added. As a result, the symmetry of the lens in the sub-scanning direction is greatly impaired, causing lens distortion and warping during lens molding, and a high-precision lens cannot be molded, making it difficult to achieve good optical performance. turn into.
また、主走査斜め入射角度、及び副走査斜め入射角度が大きい場合には、図10(b)、図10(c)で示すような、光軸を挟んで左右で同一方向の波面収差(45°アスの符号が光軸を挟んで左右で同一となる波面収差)が発生する。このような波面収差については、特許文献3には開示されていない。また、特許文献3に記載されている実施例は全て、子線チルトの方向が、レンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向に設定しているため、図10(b)、図10(c)のような波面収差を補正できない。 Further, when the main scanning oblique incident angle and the sub scanning oblique incident angle are large, as shown in FIGS. 10B and 10C, the wavefront aberration (45 in the same direction on the left and right sides across the optical axis). (Wavefront aberration in which the sign of ass is the same on the left and right across the optical axis). Such wavefront aberration is not disclosed in Patent Document 3. In all of the embodiments described in Patent Document 3, the direction of the child tilt is set in the same direction at positions symmetrical with respect to the main scanning direction about the lens optical axis. (B) The wavefront aberration as shown in FIG. 10C cannot be corrected.
(子線チルトの非球面係数に、光軸を挟んで主走査方向左右で異なる値が入っている。しかし、そこから算出されるレンズ光軸に対する子線チルトの方向は、レンズ光軸のごく近傍以外の領域では、レンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向に設定されている。)
次に特許文献3では、子線チルトの方向がレンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向に設定されている場合、図10(b)、図10(c)のような波面収差を補正できない理由を説明する。
(There is a different value for the aspherical coefficient of the sub-line tilt on the left and right of the main scanning direction across the optical axis. However, the direction of the sub-line tilt relative to the lens optical axis calculated from this is very small on the lens optical axis. In areas other than the vicinity, positions that are symmetrical with respect to the main scanning direction about the lens optical axis are set in the same direction.)
Next, in Patent Document 3, when the direction of the sub-line tilt is set in the same direction at positions symmetrical with respect to the main scanning direction about the lens optical axis, FIG. 10 (b) and FIG. 10 (c). The reason why such a wavefront aberration cannot be corrected will be described.
図11(a)は、従来の光走査装置の子線チルト変化面の面形状を表した説明図である。この図11(a)中のTは、面形状表現式内のΣmjYjZ1の項から算出される、レンズ面上の任意のY位置での子線のチルト係数T(=ΣmjYj)である。ここで、任意のレンズ主走査方向位置Yにおける母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度をξと定義するとき、前述のように以下の式で表現できる。 FIG. 11A is an explanatory diagram showing the surface shape of the sub-tilt tilt changing surface of the conventional optical scanning device. T in FIG. 11A is calculated from the term of Σm j Y j Z 1 in the surface shape expression, and the tilt coefficient T (= Σm j of the child line at an arbitrary Y position on the lens surface). Y j ). Here, when the tilt angle with respect to the optical axis of the sub-plane normal on the generatrix at any lens main scanning direction position Y is defined as ξ, it can be expressed by the following equation as described above.
ξ=−ATAN(T)
図11(a)より、従来は、子線チルトの方向がレンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向に設定されている。図11(a)では、プラス像高、マイナス像高ともに子線チルト係数Tは、光軸から主走査方向に離れるにつれて増加していき、マイナスとなるよう設定されている。
ξ = −ATAN (T)
As shown in FIG. 11A, conventionally, the direction of the child tilt is set in the same direction at positions that are symmetrical with respect to the main scanning direction about the lens optical axis. In FIG. 11 (a), both the plus image height and the minus image height are set so that the child-line tilt coefficient T increases as the distance from the optical axis in the main scanning direction increases.
ここで、主走査方向Yの単位当たりの子線チルト係数Tの変化量をdT/dYと定義すると、dT/dYは、前述した(a)の式から算出できる。 Here, if the amount of change in the child tilt coefficient T per unit in the main scanning direction Y is defined as dT / dY, dT / dY can be calculated from the above-described equation (a).
dT/dY=d(ΣmjYj)/dY=Σ(j×mjYj−1) ・・・(a)
図11(b)は、従来の光走査装置における各像高に対応するレンズ面上の各主走査方向位置Yでの、主走査方向の単位量当たりの子線チルトの変化量dT/dYを表したグラフである。図11(b)から分かるように、主走査方向の単位量当たりの子線チルトの変化量dT/dYは、プラス像高でマイナス、マイナス像高でプラスとなるように設定している。
dT / dY = d (Σm j Y j ) / dY = Σ (j × m j Y j−1 ) (a)
FIG. 11B shows the change dT / dY in the sub-line tilt per unit amount in the main scanning direction at each position Y in the main scanning direction on the lens surface corresponding to each image height in the conventional optical scanning device. It is a represented graph. As can be seen from FIG. 11B, the change amount dT / dY of the child line tilt per unit amount in the main scanning direction is set to be negative at the plus image height and plus at the minus image height.
この主走査方向Y当たりの子線チルトの変化量dT/dYが、ゼロ以外のとき、主走査方向に対して子線チルト角度が変化していることを表している。すなわち、面が捩れていることを表している。また、dT/dYの符号は面の捻れの方向を表し、|dT/dY|は面の捻れ量を表している。この捩れている面を任意の像高の光束が通過するとき、光束の波面収差に捩れが生じる。この面によって生じる波面収差の捻れを、被走査面上で発生している波面収差の捻れと逆方向に設定できれば、波面収差の捩れを打ち消す効果が得られる。 When the change amount dT / dY of the sub-line tilt per Y in the main scanning direction is other than zero, it indicates that the sub-line tilt angle changes with respect to the main scanning direction. That is, the surface is twisted. The sign dT / dY represents the direction of twisting of the surface, and | dT / dY | represents the amount of twisting of the surface. When a light beam having an arbitrary image height passes through this twisted surface, the wavefront aberration of the light beam is twisted. If the twist of the wavefront aberration caused by this surface can be set in the direction opposite to the twist of the wavefront aberration occurring on the surface to be scanned, the effect of canceling the twist of the wavefront aberration can be obtained.
このため、図9(b)、図9(c)のようにプラス像高とマイナス像高とで逆方向の波面収差の捩れは、図11(b)のようなプラス像高とマイナス像高とで、逆方向の波面収差の捻れを生じる子線チルト変化面によって打ち消し、補正することができる。 For this reason, as shown in FIGS. 9B and 9C, the twist of the wavefront aberration in the opposite direction between the plus image height and the minus image height is the plus image height and the minus image height as shown in FIG. Thus, it is possible to cancel and correct the wavefront aberration in the reverse direction by the sub-tilt tilt changing surface.
すなわち、図11(a)のような子線チルトの方向がレンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向となる子線チルト変化面で補正できる。このとき、図9(b)の収差を、図11(b)の子線チルト変化面で補正後の波面収差の捻れを図12(b)、図12(c)に示す。またこのとき、走査線湾曲も補正されている。図9(a)を図11(b)の子線チルト変化面で補正後の照射位置Zを、図12(a)に示す。
しかし、図10(b)、図10(c)のようにプラス像高及びマイナス像高で同一方向の波面収差の捩れは、従来の図11(a)のような子線チルト変化面では、全像高において補正できない。
That is, correction can be made with a sub-tilt tilt change plane in which the direction of the sub-line tilt as shown in FIG. 11A is symmetric in the main scanning direction about the lens optical axis. At this time, FIG. 12B and FIG. 12C show the distortion of the wavefront aberration after correcting the aberration of FIG. 9B with the sub-tilt change surface of FIG. 11B. At this time, the scanning line curvature is also corrected. FIG. 12 (a) shows the irradiation position Z after correcting FIG. 9 (a) on the plane tilt change plane of FIG. 11 (b).
However, as shown in FIGS. 10B and 10C, the twist of the wavefront aberration in the same direction at the plus image height and the minus image height is as follows in the conventional line tilt change surface as shown in FIG. It cannot be corrected at the full image height.
ここで、図10(b)の波面収差に、従来の図11(a)の子線チルト面を用いて補正しようとしたときの、補正後の波面収差の捻れを図13(b)、図13(c)に示す。図13(b)、図13(c)から分かるように、図11(b)のようなプラス像高とマイナス像高とで逆方向の波面収差の捻れを生じる子線チルト変化面では、マイナス像高の波面収差の捻れは打ち消しあえるが、プラス像高の波面収差の捻れはより悪化させてしまう。 Here, FIG. 13B and FIG. 13B show twists of the corrected wavefront aberration when trying to correct the wavefront aberration of FIG. 10B by using the conventional child tilt surface of FIG. 11A. It is shown in 13 (c). As can be seen from FIGS. 13 (b) and 13 (c), in the sub-line tilt change surface in which the twist of the wavefront aberration in the reverse direction occurs between the plus image height and the minus image height as shown in FIG. 11 (b). Although the twist of the wavefront aberration at the image height can be canceled out, the twist of the wavefront aberration at the plus image height is further deteriorated.
すなわち、図11(a)のような子線チルトの方向がレンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で同一方向となる子線チルト変化面では、図10(b)、図10(c)のような波面収差を全像高において補正できないという問題がある。また、ここで図10(a)の走査線傾きを、従来の図11(a)の子線チルト面を用いて補正しようとしたときの、補正後の照射位置Zを図13(a)に示す。 That is, in the sub-line tilt change plane in which the direction of the sub-line tilt as shown in FIG. 11A is symmetric in the main scanning direction with the lens optical axis as the center in the same direction, FIG. There is a problem that the wavefront aberration as shown in FIG. 10C cannot be corrected at the entire image height. FIG. 13A shows the corrected irradiation position Z when the scan line inclination of FIG. 10A is to be corrected using the conventional sub-tilt plane of FIG. 11A. Show.
図13(a)より、走査線傾きを従来の図11(a)の子線チルト面で補正しようとすると、プラス側像高の照射位置の傾きが悪化してしまう。よって、特許文献3では、主走査斜め入射角度、及び副走査斜め入射角度が大きい光走査装置においては、波面収差の捻れと走査線傾きが十分に補正することが困難である。 As shown in FIG. 13A, when the scan line inclination is corrected by the conventional sub-tilt plane shown in FIG. 11A, the inclination of the irradiation position of the plus side image height is deteriorated. Therefore, in Patent Document 3, it is difficult to sufficiently correct the distortion of the wavefront aberration and the scan line tilt in the optical scanning device having a large main scanning oblique incident angle and a large sub scanning oblique incident angle.
[実施例2]
次に本発明の実施例2の光走査装置について説明する。実施例2の光学系の構成は図1(a)〜図1(c)に示すのと略同じである。以下、本実施例を実施例1との違いを中心に述べる。本実施例では結像レンズの両面とも子線チルト変化面より成っている。実施例1では1つのレンズ面を子線チルト変化面に設定していた。これに対して本実施例では、結像レンズ6の第1面および第2面ともに子線チルト変化面に設定している。
[Example 2]
Next, an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the optical system of Example 2 is substantially the same as that shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). Hereinafter, this embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. In the present embodiment, both surfaces of the imaging lens are composed of a child tilt change surface. In the first embodiment, one lens surface is set as a child tilt change surface. On the other hand, in the present embodiment, both the first surface and the second surface of the imaging lens 6 are set as the child-line tilt changing surfaces.
本実施例においては、2つの子線チルト変化面を使用することで、実施例1に比べて走査線のうねりや、中間像高での局所的な波面収差のねじれを、より良好に補正している。以下に、2つの子線チルト変化面を用いたことによる補正効果について説明する。表10は、結像レンズ6の非球面係数を表している。この子線チルトは、数式(B)から分かるように、子線曲率に依存せず、表10に示した子線チルト係数(ΣmjYjZ1 の項)によって、独立に設定されている。 In this embodiment, by using two sub-line tilt change surfaces, it is possible to better correct the undulation of the scanning line and the twist of local wavefront aberration at the intermediate image height as compared with the first embodiment. ing. Hereinafter, the correction effect obtained by using the two sub-line tilt change surfaces will be described. Table 10 shows the aspheric coefficients of the imaging lens 6. As can be seen from Equation (B), this sub-line tilt does not depend on the sub-line curvature, and is independently set by the sub-line tilt coefficient (term of Σm j Y j Z 1 ) shown in Table 10. .
このとき、レンズ面上の任意のY位置における母線上(Z=0)での子線のチルト係数をTとする。主走査方向の任意の位置Yでの母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度をξと定義する。このとき、以下の式で表現できる。
ξ=−ATAN(T)
なお、上記式においては、チルト角度ξは前述と同様プラス符号のとき子線面法線が光軸に対して上向き、マイナス符号のとき子線面法線が光軸に対して下向きと定義している。
At this time, let T be the tilt coefficient of the child line on the generatrix (Z = 0) at an arbitrary Y position on the lens surface. A tilt angle with respect to the optical axis of the child plane normal on the generatrix at an arbitrary position Y in the main scanning direction is defined as ξ. At this time, it can be expressed by the following equation.
ξ = −ATAN (T)
In the above equation, the tilt angle ξ is defined to be upward with respect to the optical axis when the plus sign is the same as described above, and downward with respect to the optical axis when the sign is minus. ing.
本実施例ではレンズ面の有効使用領域全域において光軸をはさんで子線チルトが逆方向である。ここで、表10中の子線チルト係数によって算出される、本実施例の結像レンズ6の第1面及び第2面の主走査方向に対する子線チルト角度ξを表したグラフを図7(a)に示す。 In this embodiment, the sub-tilt tilt is in the opposite direction across the optical axis in the entire effective use area of the lens surface. Here, FIG. 7 shows a graph representing the sub-line tilt angle ξ with respect to the main scanning direction of the first surface and the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment, calculated by the sub-line tilt coefficient in Table 10. Shown in a).
図7(a)から分かるように、本実施例の結像レンズ6の第1面と第2面ともに、レンズ面上のY座標がY=0のとき、母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξ=0となるように設定している。また、レンズ面上のY座標がマイナス領域でチルト角度ξがプラス符号、レンズ面上のY座標がプラス領域でチルト角度ξがマイナス符号となるように設定している。 As can be seen from FIG. 7A, when the Y coordinate on the lens surface of both the first surface and the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment is Y = 0, the child surface normal on the generatrix. Is set so that the tilt angle ξ = 0 with respect to the optical axis. Further, the tilt angle ξ is set to a plus sign when the Y coordinate on the lens surface is a minus region, and the tilt angle ξ is set to a minus sign when the Y coordinate on the lens surface is a plus region.
図7(a)で示すように、本実施例の結像レンズ6の第1面と第2面は、レンズの有効領域全域で、母線上での子線面法線の光軸に対するチルト角度ξが、レンズの光軸中心として主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となるように設定されている。また、ここで、表10中の子線チルト係数によって算出される、本実施例の結像レンズ6の第1面及び第2面の主走査方向に対するdT/dYを表したグラフを図7(b)に示す。 As shown in FIG. 7 (a), the first surface and the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment are tilted with respect to the optical axis of the normal of the child surface on the generatrix over the entire effective area of the lens. ξ is set to be opposite to each other at positions symmetrical with respect to the main scanning direction with respect to the optical axis center of the lens. In addition, here, a graph showing dT / dY with respect to the main scanning direction of the first surface and the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment, which is calculated by the sub-line tilt coefficient in Table 10, is shown in FIG. Shown in b).
図7(b)から分かるように、結像レンズ6の両面ともに、レンズのプラス座標及びマイナス座標での子線チルト変化率dT/dYをプラスに設定している。すなわち、左右の像高に対応するレンズ面上のY座標で面の捩れ方向を同じ方向に設定しており、このレンズ面の捩れにより、走査線の傾きと、左右の像高で発生する同一方向の波面のねじれを補正する効果を得ている。 As can be seen from FIG. 7 (b), on both surfaces of the imaging lens 6, the sub-line tilt change rate dT / dY at the positive and negative coordinates of the lens is set to be positive. That is, the twist direction of the surface is set to the same direction with the Y coordinate on the lens surface corresponding to the left and right image heights, and the same twisting of the scanning line and the same image height generated by the left and right image heights. The effect of correcting the twist of the wavefront in the direction is obtained.
このようにして、本実施例においては、結像レンズ6の両面を、光軸を挟んで主走査方向に対称となる位置同士で、子線チルトの方向が逆方向となるよう設定している。これにより、走査線の傾きと、左右の像高で発生する同一方向の波面のねじれを補正している。 In this way, in the present embodiment, both sides of the imaging lens 6 are set so that the direction of the child tilt is opposite at positions symmetrical with respect to the main scanning direction across the optical axis. . This corrects the inclination of the scanning line and the twist of the wavefront in the same direction that occurs at the left and right image heights.
本実施例において結像レンズ6の両面とも、子線チルトの方向が同じである。また、本実施例では、第1面の子線チルト変化面は、光軸に対して、光源手段1側の最軸外像高では子線面法線が上向き、光源手段1の反対側の最軸外像高では子線面法線が下向きなるように、子線チルト係数を設定している。また、第2面の子線チルト変化面は、光軸に対して、光源手段1側の最軸外像高では子線面法線が上向き、光源手段1の反対側の最軸外像高では子線面法線が下向きとなるように、子線チルト係数を設定している。すなわち、第1面の子線チルトの方向と第2面の子線チルトの方向を、同一方向に設定している。 In this embodiment, both sides of the imaging lens 6 have the same direction of the child tilt. Further, in this embodiment, the sub-tilt tilt changing surface of the first surface has the sub-plane normal facing upward at the most off-axis image height on the light source means 1 side with respect to the optical axis and on the opposite side of the light source means 1. The sub-line tilt coefficient is set so that the sub-plane normal is directed downward at the most off-axis image height. Further, the sub-surface tilt changing surface of the second surface is such that the sub-plane surface normal is upward at the most off-axis image height on the light source means 1 side relative to the optical axis, and the most off-axis image height on the opposite side of the light source means 1 Then, the sub-line tilt coefficient is set so that the sub-plane normal is directed downward. That is, the direction of the slave line tilt of the first surface and the direction of the slave line tilt of the second surface are set to the same direction.
これにより、2つの面をベンディングさせた効果を得ることで、実施例1に比べて走査線のうねりや、中間像高での局所的な波面収差のねじれを、より良好に補正している。ここで、本実施例の光学性能を図4(a)、図4(b)に示す。図4(a)、本実施例の被走査10面上での各像高に対する照射位置Zを表したグラフである。また、図4(b)は、本実施例の被走査面10上での各像高に対する45°アスを表したグラフである。図4(b)中の45°アスは、被走査面10上でのスポット回転による結像性能の悪化具合を表す波面収差量である。 Thus, by obtaining the effect of bending the two surfaces, the undulation of the scanning line and the local wavefront distortion at the intermediate image height are corrected more satisfactorily than in the first embodiment. Here, the optical performance of this example is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIG. 4A is a graph showing the irradiation position Z with respect to each image height on the surface to be scanned 10 of the present embodiment. FIG. 4B is a graph showing 45 ° asperity for each image height on the scanned surface 10 of this example. In FIG. 4B, 45 ° astigmatism is a wavefront aberration amount representing the degree of deterioration in imaging performance due to spot rotation on the scanned surface 10.
図4(a)から分かるように、本実施例の照射位置Zは全像高で±10μm以下となり、走査線湾曲、走査線傾きが、実施例1に比べてさらに良好に補正されている。また、図4(b)から、45°アスは全像高で±0.05λ以下となり、波面収差のねじれが実施例1に比べてさらに良好に補正されている。また、複数の子線チルト変化面を有する走査光学系においては、その面同士が相対的に偏芯してしまうと、光学性能が劣化してしまう。 As can be seen from FIG. 4A, the irradiation position Z of this embodiment is ± 10 μm or less in terms of the total image height, and the scanning line curvature and the scanning line inclination are corrected more satisfactorily than in the first embodiment. Further, from FIG. 4B, the 45 ° asperity is ± 0.05λ or less at the total image height, and the twist of the wavefront aberration is corrected more satisfactorily than in the first embodiment. Further, in a scanning optical system having a plurality of sub-tilt tilt changing surfaces, if the surfaces are relatively decentered, the optical performance is deteriorated.
そこで、本実施例では、同一のレンズの両面に子線チルト変化面形状を付加したことにより、2枚のレンズに一つずつ子線チルト変化面を構成した場合に比べて、レンズの取り付け誤差による性能劣化を低減している。 Therefore, in this embodiment, the lens tilt change surface shape is added to both surfaces of the same lens, so that the lens mounting error is smaller than that in the case where one lens tilt change surface is formed for each of the two lenses. Performance degradation due to is reduced.
本実施例において子線チルトは光源手段1の反対側が下向き、光源手段1側が上向きである。また両面とも、子線チルトの方向が同じである。表11は、本実施例において、被走査面10上の最軸外像高(Y=±110)、軸上像高(画像中心)(Y=0)に到達する光線が、結像レンズ6の第1面上での通過位置と、各位置における第1面での子線チルト角度ξを示す。更に単位量当たりの子線チルト変化率dT/dYとを示した表である。 In this embodiment, the child line tilt is directed downward on the opposite side of the light source means 1 and upward on the light source means 1 side. The direction of the slave line tilt is the same on both sides. Table 11 shows that in this embodiment, the light beam that reaches the most off-axis image height (Y = ± 110) and the on-axis image height (image center) (Y = 0) on the scanned surface 10 is the imaging lens 6. The passing position on the first surface and the child-line tilt angle ξ on the first surface at each position are shown. Furthermore, it is the table | surface which showed the child-line tilt change rate dT / dY per unit quantity.
表12は、本実施例において、被走査面10上の最軸外像高(Y=±110)、軸上像高(画像中心)(Y=0)に到達する光線が、結像レンズ6の第2面上での通過位置と、各位置における第2面での子線チルト角度ξを示す。更に、単位量当たりの子線チルト変化率dT/dYとを示した表である。 Table 12 shows that in this embodiment, the light beam that reaches the most off-axis image height (Y = ± 110) and on-axis image height (image center) (Y = 0) on the scanned surface 10 is the imaging lens 6. The passing position on the second surface and the child-line tilt angle ξ on the second surface at each position are shown. Furthermore, it is the table | surface which showed the strand tilt change rate dT / dY per unit amount.
表11から分かるように、第1面の子線チルト量は、画像中心像高(Y=0mm)に到達する光線の結像レンズ6の第1面上通過位置(結像レンズ6の光軸)での子線面法線が0分(子線チルト無し)となるように設定している。これに対して、光源手段1側と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)到達光線については、−47.1分(子線面法線は光軸に対して下向き)と設定している。また光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)到達光線については、+82.9分(子線面法線は光軸に対して上向き)となるように設定している。 As can be seen from Table 11, the amount of sub-line tilt of the first surface is the passage position of the light beam reaching the image center image height (Y = 0 mm) on the first surface of the imaging lens 6 (the optical axis of the imaging lens 6). ) Is set to be 0 minutes (no child tilt). On the other hand, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = + 110 mm) on the side opposite to the light source means 1 side is set to −47.1 minutes (the sub-plane normal is downward with respect to the optical axis). ing. Further, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = −110 mm) on the light source means 1 side is set to be +82.9 minutes (the sub-plane normal is upward with respect to the optical axis).
また、単位量当たりの子線チルト変化率dT/dYは、画像中心像高(Y=0mm)到達光線の通過位置で0に対して、光源手段1と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)到達光線の通過位置で3.10E−3である。また光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)到達光線の通過位置で1.58E−3となる。 The sub-line tilt change rate dT / dY per unit amount is the most off-axis image height (Y on the opposite side of the light source means 1 with respect to 0 at the passage position of the rays reaching the image center image height (Y = 0 mm). = + 110 mm) It is 3.10E-3 at the passing position of the reaching light beam. Moreover, it becomes 1.58E-3 in the passage position of the most off-axis image height (Y = −110 mm) arrival light on the light source means 1 side.
また、表12から分かるように、第2面の子線チルト量は、中心像高(Y=0mm)に到達する光線の結像レンズ6の第1面上通過位置(結像レンズ6の光軸)での子線面法線が0分(子線チルト無し)となるように設定している。これに対して、光源手段1側と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)到達光線については、−58.0分(子線面法線は光軸に対して下向き)と設定している。そして光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)到達光線については、+85.5分(子線面法線は光軸に対して上向き)となるように設定している。 Further, as can be seen from Table 12, the sub-line tilt amount of the second surface is the passing position on the first surface of the imaging lens 6 of the light beam reaching the central image height (Y = 0 mm) (light of the imaging lens 6). Is set so that the sub-plane normal at (axis) is 0 min (no sub-tilt). On the other hand, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = + 110 mm) opposite to the light source means 1 side is set to −58.0 minutes (the sub-plane normal is downward with respect to the optical axis). ing. Then, the light beam reaching the most off-axis image height (Y = −110 mm) on the light source means 1 side is set to be +85.5 minutes (the sub-plane normal is upward with respect to the optical axis).
また、単位量当たりの子線チルト変化率dT/dYは、画像中心像高(Y=0mm)到達光線の通過位置で0に対して、光源と反対側の最軸外像高(Y=+110mm)到達光線の通過位置で4.50E−3である。また光源手段1側の最軸外像高(Y=−110mm)到達光線の通過位置で1.87E−3となる。 The sub-line tilt change rate dT / dY per unit amount is the most off-axis image height (Y = + 110 mm) on the side opposite to the light source with respect to 0 at the passing position of the rays reaching the image center image height (Y = 0 mm). ) It is 4.50E-3 at the passing position of the reaching beam. Moreover, it becomes 1.87E-3 in the passing position of the most off-axis image height (Y = -110 mm) arrival light on the light source means 1 side.
以上のように、本実施例では、結像レンズ6の第1面及び第2面の形状を、次のように設定している。すなわち、一方の最軸外像高到達光線の通過位置における、結像レンズ6の光軸に対する子線チルトの方向と、もう一方の最軸外像高到達光線の通過位置における、レンズの光軸に対する子線チルトの方向と、を逆方向に設定している。 As described above, in this embodiment, the shapes of the first surface and the second surface of the imaging lens 6 are set as follows. That is, the direction of the child tilt with respect to the optical axis of the imaging lens 6 at the passage position of one of the most off-axis image height reaching rays and the optical axis of the lens at the other passage position of the most off-axis image height reaching rays. The direction of the slave line tilt with respect to is set in the opposite direction.
また、本実施例では、光源手段1側の最軸外光線のレンズ面通過位置で子線面法線が上向き、反対側の最軸外光線のレンズ面通過位置で子線面法線が下向きとなるような子線チルト変化面に設定している。また、本実施例では、結像レンズ6の第1面及び第2面の形状を、2つの最軸外像高到達光線の通過位置における、レンズの光軸に対する主走査方向の単位量当たりの子線チルト変化の方向が同一方向となるように設定している。 Further, in this embodiment, the sub-plane normal is upward at the lens surface passing position of the most off-axis light beam on the light source means 1 side, and the sub-plane normal is downward at the lens surface passing position of the opposite most off-axis light beam. Is set to a sub-tilt tilt changing surface. Further, in this embodiment, the shapes of the first surface and the second surface of the imaging lens 6 are set to the unit amounts in the main scanning direction with respect to the optical axis of the lens at the passing positions of the two most off-axis image height reaching rays. The direction of the change in the slave line tilt is set to be the same direction.
本実施例では、結像レンズ6の両面を、このような子線チルト変化面に設定することで、走査線傾きと、全像高での波面収差の捻れを良好に補正している。本実施例において子線チルト変化面は、プロペラ偏芯配置である。 In this embodiment, by setting both surfaces of the imaging lens 6 to such a child line tilt changing surface, the scanning line tilt and the twist of the wavefront aberration at the entire image height are corrected satisfactorily. In this embodiment, the sub-line tilt changing surface has a propeller eccentric arrangement.
本実施例では、結像レンズ6の第1面と第2面は、光軸を回転中心として時計回り(光源手段1側が下に、反光源手段1側が上にずれる方向)に、0.9分回転させて偏芯配置している。これにより、子線チルト量を左右で逆方向に設定した効果を得て、第1面と第2面ともに、子線チルトの左右非対称量を小さく抑えている。 In the present embodiment, the first surface and the second surface of the imaging lens 6 are 0.9 clockwise in a direction clockwise about the optical axis (the direction in which the light source means 1 side is shifted downward and the anti-light source means 1 side is shifted upward). It is rotated eccentrically and arranged eccentrically. As a result, the effect of setting the slave line tilt amount in the opposite direction on the left and right is obtained, and the left and right asymmetry amount of the slave line tilt is kept small on both the first surface and the second surface.
図5(a)は、本実施例の結像レンズ6をプロペラ偏芯させない場合の、照射位置性能を表したグラフであり、本実施例との比較例である。図5(a)と図4(a)を比較して分かるように、プロペラ偏芯をすることで、走査線の傾きを補正する効果を得ている。このレンズをプロペラ偏芯したことより、子線チルトが主走査方向に沿って線形的に変化させるのと同様の効果を得ることができ、走査線傾きを補正するために必要な子線チルトの左右非対称性を低減している。この結果、本実施例の結像レンズ6は、プロペラ偏芯配置と組み合わせることで、面の捩れが小さく、レンズ成形時の変形を小さく抑えることができる。 FIG. 5A is a graph showing the irradiation position performance when the imaging lens 6 of the present embodiment is not decentered with the propeller, and is a comparative example with the present embodiment. As can be seen by comparing FIG. 5A and FIG. 4A, the effect of correcting the inclination of the scanning line is obtained by performing the eccentricity of the propeller. By decentering this lens with the propeller, it is possible to obtain the same effect as that in which the slave tilt is linearly changed along the main scanning direction, and the tilt of the slave tilt necessary for correcting the scan tilt is obtained. The left-right asymmetry is reduced. As a result, the imaging lens 6 of this embodiment is combined with the propeller eccentric arrangement, so that the twist of the surface is small and the deformation at the time of lens molding can be suppressed small.
[実施例3]
図2(a)は本発明の光走査装置の実施例3における、主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図2(b)は本発明の光走査装置の実施例3における、結像光学系の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。図2(c)は本発明の光走査装置の実施例3における、入射光学系の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。ただし、図2(a)は、構成を分かりやすくするために、走査された光線を副走査方向に折り曲げる反射ミラー7、8、9を省いた展開図で表している。
[Example 3]
FIG. 2A is a main part sectional view (main scanning sectional view) in the main scanning direction in Example 3 of the optical scanning device of the present invention. FIG. 2B is a sectional view (sub-scanning sectional view) of the principal part of the imaging optical system in the sub-scanning direction in the third embodiment of the optical scanning device of the present invention. FIG. 2C is a main-portion cross-sectional view (sub-scanning cross-sectional view) of the incident optical system in the sub-scanning direction in Embodiment 3 of the optical scanning device of the present invention. However, FIG. 2A is a developed view in which the reflection mirrors 7, 8, and 9 for bending the scanned light beam in the sub-scanning direction are omitted for easy understanding of the configuration.
以下、本実施例を実施例1、2との違いを中心に述べる。本実施例は実施例1の変形例であり、結像レンズ6の第2面を子線チルト変化面に設定している。結像レンズ6は、副走査方向に鏡面が2段に分かれており、結像レンズ6の上側を通過する走査光束は、光偏向手段4から遠い側の感光体へ導光される。以下、結像レンズ6の上側のレンズ面の面形状について述べる。本実施例ではチルトが反対方向となる領域がレンズ面の有効領域の光軸方向に対して1割以上である。 Hereinafter, this embodiment will be described focusing on differences from the first and second embodiments. The present embodiment is a modification of the first embodiment, in which the second surface of the imaging lens 6 is set as a child tilt change surface. The imaging lens 6 has a mirror surface divided into two stages in the sub-scanning direction, and the scanning light beam passing above the imaging lens 6 is guided to the photosensitive body far from the light deflecting means 4. Hereinafter, the surface shape of the upper lens surface of the imaging lens 6 will be described. In this embodiment, the area where the tilt is opposite is 10% or more with respect to the optical axis direction of the effective area of the lens surface.
図8は、本実施例の結像レンズ6の第2面の上側の面の子線チルトを表したグラフである。表16は、本実施例の結像レンズ6の非球面係数を表した表である。また、表17、表18は、本実施例の結像レンズ6の各位置における子線チルトを示した表である。実施例1、2では、子線チルトの方向は、レンズの有効領域の全域(走査光束が通過する領域)、すなわち被走査面上に換算して全像高において、光軸に対するチルトの方向を左右で逆方向に設定している。 FIG. 8 is a graph showing a child line tilt of the upper surface of the second surface of the imaging lens 6 of the present embodiment. Table 16 is a table showing the aspheric coefficients of the imaging lens 6 of the present embodiment. Tables 17 and 18 are tables showing the child line tilt at each position of the imaging lens 6 of the present embodiment. In the first and second embodiments, the direction of the tilt of the child line is the tilt direction relative to the optical axis at the entire image height in terms of the entire effective area of the lens (the area through which the scanning light beam passes), that is, on the surface to be scanned. The left and right are set in the opposite direction.
これに対して本実施例においては、90mm以上の像高に到達する光束の第2面上の光線通過位置において、軸上に対する子線チルトの方向が左右で逆方向、90mmより軸上の像高においては、子線チルトの方向が左右で同一方向となるように設定している。すなわち、被走査面10上における全像高の内、約1.8割(全像高110mmに対して、像高90mmから110mmまでの領域)の領域において、軸上に対する子線チルトの方向が左右で逆方向である。そしてそれより軸上に近い像高においては、軸上に対する子線チルトの方向が左右で同一方向となるように設定している。 On the other hand, in the present embodiment, at the light beam passing position on the second surface of the light beam reaching an image height of 90 mm or more, the direction of the sub-line tilt with respect to the axis is opposite in the left and right direction, and the image on the axis from 90 mm In high, the direction of the slave line tilt is set to be the same on the left and right. That is, in the region of about 1.8% of the total image height on the scanned surface 10 (region from the image height of 90 mm to 110 mm with respect to the total image height of 110 mm), the direction of the axis tilt relative to the axis is Left and right are in the opposite direction. Then, at an image height closer to the axis, the direction of the child line tilt with respect to the axis is set to be the same on the left and right.
本実施例においては、このように子線チルト面を設定することにより、左右対称で光軸に対して同一方向となる子線チルト成分で走査線湾曲を補正し、左右で光軸に対して逆方向の子線チルトで走査線傾きを補正する効果を得ている。本実施例においては、全像高の内の約1.8割の像高の到達光線通過領域において軸上に対する子線チルトの方向が、レンズ光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で逆方向になるよう設定している。 In this embodiment, by setting the sub-tilt plane in this way, the scanning line curvature is corrected with a sub-tilt component that is symmetrical and in the same direction with respect to the optical axis. The effect of correcting the scanning line tilt by the reverse child line tilt is obtained. In the present embodiment, the direction of the sub-line tilt with respect to the axis is symmetric with respect to the lens optical axis in the main scanning direction in the reaching light passage region of about 1.8% of the total image height. The positions are set to be opposite to each other.
ただし、レンズ面上の1割以上の領域において、軸上に対する子線チルトの方向が、光軸に対して対称となる位置同士で逆方向となっていれば、前述したのと同様の効果が十分得られる。軸上に対する子線チルトの方向が、光軸を中心にして主走査方向に対称となる位置同士で逆方向となる領域が、全像高の1割以下の場合は、走査線傾きを補正するために、主走査方向に対する子線チルトの変化量が大きくなってしまう。この結果、成形時のレンズの反り・歪の原因となり、成形精度が悪化してしまう。 However, in 10% or more of the region on the lens surface, the same effect as described above can be obtained if the direction of the axis tilt relative to the axis is opposite between the symmetrical positions with respect to the optical axis. You can get enough. If the region in which the direction of the child line tilt with respect to the axis is opposite in the main scanning direction with respect to the optical axis is less than 10% of the total image height, the scanning line tilt is corrected. For this reason, the amount of change in the slave line tilt with respect to the main scanning direction becomes large. As a result, the lens is warped and distorted during molding, and the molding accuracy is deteriorated.
本実施例においては、図2(c)に示すように入射光学系LAは上下に2つ配置されており、副走査断面内において、偏向面に入射光学系からの光束をそれぞれ上方向斜め、下方向斜めから入射させている。偏向面5に斜入射した2つの光束は、偏向手段4によってそれぞれ上方向、下方向にコニカルスキャンされ、結像光学系LB内に配置された光線分離手段7によって、2つの異なる感光ドラム上に結像スポットとして走査される。 In this embodiment, as shown in FIG. 2 (c), two incident optical systems LA are arranged on the upper and lower sides, and in the sub-scan section, the light beams from the incident optical system are obliquely upward on the deflection surface, respectively. The light is incident from diagonally downward. The two light beams obliquely incident on the deflecting surface 5 are conical scanned upward and downward by the deflecting means 4, respectively, and on two different photosensitive drums by the light beam separating means 7 disposed in the imaging optical system LB. Scanned as an imaging spot.
また、対向する2組の光走査光学系は、同一の回転多面鏡4の異なる偏向反射面を用いて光走査させている。このように本実施例においては、複数の光走査光学系を副走査斜入射、及び、対向配置することで、光学部品を共有化し、光走査装置を簡素化、コンパクト化している。 Further, the two sets of optical scanning optical systems facing each other perform optical scanning using different deflection reflection surfaces of the same rotary polygon mirror 4. As described above, in this embodiment, the plurality of optical scanning optical systems are arranged obliquely and opposed to each other, so that the optical components are shared, and the optical scanning device is simplified and made compact.
本実施例は、4つの感光ドラムに露光された走査光により、4色のトナーを紙上に定着させてカラー画像を形成するカラー画像形成装置に用いる光走査装置である。図2(b)は、4色の画像を形成する為の4つの感光ドラムが示している。図2(b)中の右側から、イエロー(Y)用ドラム、マゼンダ(M)用ドラム、シアン(C)用ドラム、ブラック(Bk)用ドラムがそれぞれ配置されている。 This embodiment is an optical scanning device used in a color image forming apparatus that forms a color image by fixing four color toners on paper by scanning light exposed on four photosensitive drums. FIG. 2B shows four photosensitive drums for forming a four-color image. From the right side in FIG. 2B, a yellow (Y) drum, a magenta (M) drum, a cyan (C) drum, and a black (Bk) drum are arranged.
本実施例では、回転多面鏡4により偏向反射された走査光をイエロー(Y)用走査光学系、マゼンダ(M)用走査光学系、シアン(C)用走査光学系、ブラック(Bk)用走査光学系によって、それぞれの感光ドラムに導光している。本実施例においては、副走査方向に離間した2つの光源手段1からの2つの光束を入射光学系LAによって、副走査方向斜め±3度の角度をつけて光偏向手段4に入射させている。光偏向手段4で偏向反射されて上下2つの走査光束は、共通の結像レンズ6通過後、折り返しミラー7によって分離され、異なる2つの感光体へ導光される。 In this embodiment, the scanning light deflected and reflected by the rotary polygon mirror 4 is scanned with a yellow (Y) scanning optical system, a magenta (M) scanning optical system, a cyan (C) scanning optical system, and a black (Bk) scanning. The light is guided to each photosensitive drum by an optical system. In this embodiment, two light beams from two light source means 1 separated in the sub-scanning direction are incident on the light deflecting means 4 at an angle of ± 3 degrees obliquely in the sub-scanning direction by the incident optical system LA. . The upper and lower scanning light beams deflected and reflected by the light deflecting means 4 are separated by the folding mirror 7 after passing through the common imaging lens 6 and guided to two different photoconductors.
本実施例ではさらに、この2つの光走査光学系を、光偏向手段を中心に対向配置することで、一つの光偏向手段を用いて4つの光源からの光束を4つの感光体へ導いている。
この4つの感光体はそれぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色に対応しており、カラー画像を形成することができる。本実施例では結像光学系LBに少なくとも二つ以上に分割された鏡面領域を有する多段トーリックレンズ(MTL)を用いている。
Further, in this embodiment, these two optical scanning optical systems are arranged so as to oppose each other with the optical deflecting means as the center, so that the light beams from the four light sources are guided to the four photosensitive members by using one optical deflecting means. .
These four photoreceptors correspond to four colors of yellow, magenta, cyan, and black, respectively, and can form a color image. In this embodiment, a multistage toric lens (MTL) having a mirror region divided into at least two or more is used for the imaging optical system LB.
図2(b)が示すように副走査断面内において、光偏向手段4からの走査光は、結像レンズ7の外形中心に対して、上下にずれている。結像レンズ6は、副走査方向に鏡面が上下2段に分かれており、2段の鏡面はトーリックレンズ面形状に設定された、多段トーリックレンズ(所謂MTL)である。結像レンズ6の上側を通過する走査光束は、光偏向手段4から遠い側の感光体へ導光される。一方、結像レンズ6の下側を通過する走査光束は、光偏向手段4から近い側の感光体へ導光される。 As shown in FIG. 2B, the scanning light from the light deflecting unit 4 is shifted up and down with respect to the outer shape center of the imaging lens 7 in the sub-scanning section. The imaging lens 6 is a multi-stage toric lens (so-called MTL) in which the mirror surface is divided into two upper and lower stages in the sub-scanning direction, and the two-stage mirror surfaces are set in a toric lens surface shape. The scanning light beam that passes through the upper side of the imaging lens 6 is guided to the photosensitive member far from the light deflection unit 4. On the other hand, the scanning light beam passing under the imaging lens 6 is guided to the photoconductor on the side closer to the light deflecting unit 4.
このように構成することで、共通の結像レンズ6で2つの走査光束を、異なる2つの感光体へ導光でき、部品点数の削減により簡素化を図っている。対向する2組の光走査光学系は、同一の回転多面鏡4の異なる偏向反射面を用いて光走査させている。本実施例においては、結像レンズ6は、副走査方向に対して対称な面形状にしている(面偏芯、子線チルトを含めた非球面形状も対称)。このため、対向する2組の結像レンズ6は、同一のレンズを上下反転させることができ、光学部品を共有化し、光走査装置をコンパクト化している。 With this configuration, two scanning light beams can be guided to two different photoconductors by the common imaging lens 6, and simplification is achieved by reducing the number of components. The two sets of optical scanning optical systems facing each other perform optical scanning using different deflecting and reflecting surfaces of the same rotary polygon mirror 4. In the present embodiment, the imaging lens 6 has a symmetrical surface shape with respect to the sub-scanning direction (aspherical shape including surface eccentricity and child line tilt is also symmetrical). For this reason, the two pairs of imaging lenses 6 facing each other can invert the same lens up and down, share optical components, and make the optical scanning device compact.
本実施例は、主走査断面内において、結像光学系LBの光軸と入射光学系LAの光軸のなす角度が90度と非常に大きい、主走査斜め入射光学系に設定している。この構成により、対向する2組の結像光学系に対する2組の入射光学系を主走査断面内において同一方向から入射させることができる。本実施例ではこのように構成することで、2組(合計4つの)の光源手段同士を近接して配置し、半導体レーザの発光基板を共通化することで簡素化を図っている。 In this embodiment, the main scanning oblique incident optical system is set so that the angle formed by the optical axis of the imaging optical system LB and the optical axis of the incident optical system LA is as large as 90 degrees in the main scanning section. With this configuration, two sets of incident optical systems for the two sets of opposing imaging optical systems can be incident from the same direction in the main scanning section. In this embodiment, with this configuration, two sets (four in total) of light source means are arranged close to each other, and the light emitting substrate of the semiconductor laser is shared, thereby simplifying.
このように、結像光学系の光軸と入射光学系の光軸のなす角度が非常に大きい主走査斜入射光学系においては、特に、走査線の傾き、走査線湾曲、スポット回転が大きくなるため、本発明の効果が十分得られる。 As described above, in the main scanning oblique incidence optical system in which the angle between the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of the incident optical system is very large, the inclination of the scanning line, the scanning line curvature, and the spot rotation are particularly large. Therefore, the effect of the present invention can be sufficiently obtained.
次に実施例1の各部材に関する諸数値を表1〜表6に示す。実施例2の各部材に関する諸数値を表7〜表12に示す。実施例3の各部材に関する諸数値を表13〜表18に示す。表2、表8、表14においてRは面の曲率半径、Dは間隔、Nは媒質の屈折率である。ただし、表中のUpper、Lowerは、Y軸に対してマイナス座標(光源側)、Y軸に対してプラス座標(光源の反対側)での非球面係数をそれぞれ表しており、本実施例においては、光軸を挟んで左右で独立した非球面形状を設定している。また、非球面形状は以下の表現式で定義する。 Next, Tables 1 to 6 show various values related to each member of Example 1. Tables 7 to 12 show various numerical values related to each member of Example 2. Tables 13 to 18 show various values related to each member of Example 3. In Tables 2, 8, and 14, R is the radius of curvature of the surface, D is the spacing, and N is the refractive index of the medium. However, Upper and Lower in the table represent the aspheric coefficient at the minus coordinate (light source side) with respect to the Y axis and at the plus coordinate (opposite side of the light source) with respect to the Y axis, respectively. Has independent aspherical shapes on the left and right with the optical axis in between. The aspheric shape is defined by the following expression.
レンズの曲面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査面内において光軸と直交する軸をz軸とする。そのときの、X−Y平面と曲面の切断線を母線、それに直交する方向のX−Z平面と曲面の切断面を子線としたとき、母線の形状は表現式(A)で表す。 The intersection of the curved surface of the lens and the optical axis is the origin, the optical axis direction is the X axis, the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning plane is the Y axis, and the axis orthogonal to the optical axis in the sub scanning plane is the z axis To do. In this case, when the cutting line of the XY plane and the curved surface is a generating line, and the XZ plane and the cutting surface of the curved surface in a direction orthogonal to the generating line are child lines, the shape of the generating line is expressed by the expression (A).
(但し、Rは曲率半径、K、B4、B6、B8、B10、B12、B14、B16、は母線の非球面係数)子線の形状は表現式(B)で表す。 (Where R is the radius of curvature, K, B 4 , B 6 , B 8 , B 10 , B 12 , B 14 , B 16 are the aspheric coefficients of the bus) The shape of the child wire is expressed by the expression (B) .
ここで、Yの値により変化する子線の曲率半径r’は式(C)で表す。 Here, the radius of curvature r ′ of the child line that changes depending on the value of Y is expressed by the equation (C).
(但し、r0は光軸上の子線曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10 、D12、D14、D16、は係数)
式(B)より、母線上(Z=0)での子線チルト量は、子線曲率に依存せず、Σmj×Yj×Z1の項で規定される。
(Where r 0 is the radius of curvature of the sub-line on the optical axis, D 2 , D 4 , D 6 , D 8 , D 10 , D 12 , D 14 , D 16 , is a coefficient)
From equation (B), the amount of sub-wire tilt on the bus (Z = 0) does not depend on the sub-bar curvature and is defined by the term Σm j × Y j × Z 1 .
[画像形成装置]
図14は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図において、符号104は画像形成装置を示す。この画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117からコードデータDcが入力する。このコードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ111によって、画像信号(ドットデータ)Diに変換される。この画像データDiは、実施例1に示した構成を有する光走査ユニット100に入力される。
[Image forming apparatus]
FIG. 14 is a cross-sectional view of the main part in the sub-scanning direction showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 104 denotes an image forming apparatus. Code data Dc is input to the image forming apparatus 104 from an external device 117 such as a personal computer. The code data Dc is converted into an image signal (dot data) Di by a printer controller 111 in the apparatus. The image data Di is input to the optical scanning unit 100 having the configuration shown in the first embodiment.
そして、この光走査ユニット100からは、画像データDiに応じて変調された光ビーム103が出射され、この光ビーム103によって感光ドラム101の感光面が主走査方向に走査される。静電潜像担持体(感光体)たる感光ドラム101は、モータ115によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム101の感光面が光ビーム103に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が表面に当接するように設けられている。 The light scanning unit 100 emits a light beam 103 modulated according to the image data Di, and the light beam 103 scans the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 in the main scanning direction. The photosensitive drum 101 serving as an electrostatic latent image carrier (photoconductor) is rotated clockwise by a motor 115. With this rotation, the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 moves in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction with respect to the light beam 103. Above the photosensitive drum 101, a charging roller 102 for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 101 is provided so as to contact the surface.
そして、帯電ローラ102によって帯電された感光ドラム101の表面に、前記光走査ユニット100によって走査される光ビーム103が照射されるようになっている。先に説明したように、光ビーム103は、画像データDiに基づいて変調されており、この光ビーム103を照射することによって感光ドラム101の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム103の照射位置よりもさらに感光ドラム101の回転方向の下流側で感光ドラム101に当接するように配設された現像器107によってトナー像として現像される。 The surface of the photosensitive drum 101 charged by the charging roller 102 is irradiated with the light beam 103 scanned by the optical scanning unit 100. As described above, the light beam 103 is modulated based on the image data Di, and by irradiating the light beam 103, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 101. The electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing unit 107 disposed so as to contact the photosensitive drum 101 further downstream in the rotation direction of the photosensitive drum 101 than the irradiation position of the light beam 103.
現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対向するように配設された転写ローラ108によって被転写材たる用紙112上に転写される。用紙112は感光ドラム101の前方(図14において右側)の用紙カセット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット109端部には、給紙ローラ110が配設されており、用紙カセット109内の用紙112を搬送路へ送り込む。 The toner image developed by the developing unit 107 is transferred onto a sheet 112 as a transfer material by a transfer roller 108 disposed below the photosensitive drum 101 so as to face the photosensitive drum 101. The paper 112 is stored in the paper cassette 109 in front of the photosensitive drum 101 (on the right side in FIG. 14), but can be fed manually. A paper feed roller 110 is provided at the end of the paper cassette 109, and feeds the paper 112 in the paper cassette 109 into the transport path.
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙112はさらに感光ドラム101後方(図14において左側)の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ(図示せず)を有する定着ローラ(転写器)113とこの定着ローラ113に圧接するように配設された加圧ローラ114とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙112上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ113の後方には排紙ローラ116が配設されており、定着された用紙112を画像形成装置の外に排出せしめる。 As described above, the sheet 112 on which the unfixed toner image is transferred is further conveyed to a fixing device behind the photosensitive drum 101 (left side in FIG. 14). The fixing device includes a fixing roller (transfer device) 113 having a fixing heater (not shown) therein and a pressure roller 114 disposed so as to be in pressure contact with the fixing roller 113. Then, the sheet 112 conveyed from the transfer unit is heated while being pressed by the pressure contact portion between the fixing roller 113 and the pressure roller 114 to fix the unfixed toner image on the sheet 112. Further, a paper discharge roller 116 is disposed behind the fixing roller 113, and the fixed paper 112 is discharged out of the image forming apparatus.
図14においては図示していないが、プリントコントローラ111は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ115を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。 Although not shown in FIG. 14, the print controller 111 controls not only the data conversion described above, but also controls each part in the image forming apparatus including the motor 115 and a polygon motor in the optical scanning unit described later. I do.
本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、1200dpi以上の画像形成装置において本発明の構成はより効果を発揮する。 The recording density of the image forming apparatus used in the present invention is not particularly limited. However, considering that higher recording density requires higher image quality, the configuration of the present invention is more effective in an image forming apparatus of 1200 dpi or higher.
1 光源手段 2 アナモフィックレンズ 3 絞り
4 偏向手段 5 偏向反射面 LA 入射光学系
LB 結像光学系 6 結像レンズ
7 内側ドラム用_第1反射ミラーM1 8 内側ドラム用_第2反射ミラーM2
9 外側ドラム用_第1反射ミラー 10 被走査面
20 光走査光学系の光学箱
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source means 2 Anamorphic lens 3 Aperture 4 Deflection means 5 Deflection reflective surface LA Incident optical system LB Imaging optical system 6 Imaging lens
7 Inner drum_first reflection mirror M1 8 Inner drum_second reflection mirror M2
9 Outer drum_first reflection mirror 10 Scanned surface 20 Optical box of optical scanning optical system
Claims (16)
前記入射光学系及び前記結像光学系は、主走査断面内においてそれぞれの光軸同士が角度を成すように配置されており、
前記結像光学系は、主走査方向に沿って子線チルト量が子線曲率に依存せずに変化する子線チルト変化面を含み、
前記子線チルト変化面の前記結像光学系の光軸に対する子線チルトの方向は、一方の最軸外像高における光線の通過位置と、他方の最軸外像高における光線の通過位置と、で逆方向であることを特徴とする光走査装置。 An incident optical system for causing the light beam emitted from the light source means to enter the deflection surface of the deflection means from an oblique direction within the sub-scanning section; an imaging optical system for guiding the light beam deflected by the deflection means to the scanned surface; An optical scanning device comprising:
The incident optical system and the imaging optical system are arranged such that each optical axis forms an angle in the main scanning section,
The imaging optical system includes a sub-tilt tilt changing surface in which the sub-line tilt amount changes along the main scanning direction without depending on the sub-line curvature,
The direction of the beam tilt with respect to the optical axis of the imaging optical system of the beam tilt change plane is the light beam passing position at one of the most off-axis image heights and the light beam passing position at the other most off-axis image height. An optical scanning device characterized by being in the reverse direction.
70[deg]<Θ<100[deg]
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1の光走査装置。 In the main scanning section, the angle Θ formed by the optical axis of the incident optical system and the optical axis of the imaging optical system is:
70 [deg] <Θ <100 [deg]
The optical scanning device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
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