JP5802468B2 - Optical scanning device and image forming apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸の軸回りに回転しつつ光源から発せられる光束を反射して偏向走査させる偏向体を備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning device including a deflector that deflects and scans a light beam emitted from a light source while rotating around an axis of a rotation axis, and an image forming apparatus using the same.

従来から、レーザープリンターや複写機等に用いられる光走査装置において、光源から発せられた光束を偏向走査させる偏向体として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロミラーを用いたものがある(例えば特許文献1)。特許文献1の光走査装置では、入射光学系で光源が発する光束をマイクロミラーに結像させ、負の光学的パワーを有する走査レンズを介して感光体ドラム(被走査面)に走査光を結像させている。この光学構成によれば、正の光学的パワーを有する走査レンズを用いる場合に比べて、同一光路長において走査領域を長くできる利点がある。しかし、被走査面に対する収束角が同一であれば、正の走査レンズを用いる場合よりも負の走査レンズを用いる場合の方が、マイクロミラーのミラー径を大きくする必要がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical scanning device used in a laser printer, a copying machine, or the like, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) micromirror is used as a deflecting body that deflects and scans a light beam emitted from a light source (for example, Patent Documents). 1). In the optical scanning device of Patent Document 1, a light beam emitted from a light source in an incident optical system is imaged on a micromirror, and scanning light is coupled to a photosensitive drum (scanned surface) via a scanning lens having negative optical power. I am letting you image. According to this optical configuration, there is an advantage that the scanning region can be lengthened with the same optical path length as compared with the case where a scanning lens having a positive optical power is used. However, if the convergence angle with respect to the surface to be scanned is the same, the mirror diameter of the micromirror needs to be larger when the negative scanning lens is used than when the positive scanning lens is used.

ミラー径が大きくなると、マイクロミラーの慣性モーメントが大きくなるため共振周波数を大きくできない、素子サイズが大きくなる等の不具合が生じる。そこで、前記ミラー径を可及的に小さくするための工夫が必要となる。最も効果的な手法が、所謂センター入射光学系を採用することである。センター入射光学系は、主走査断面におけるマイクロミラーに対する光束の入射角を最小とするもので、一つの副走査断面内にマイクロミラーの回転軸、マイクロミラーへの入射光の光軸及びマイクロミラーからの反射光の光軸を配置する光学系である。この場合、前記入射光と前記反射光とを空間的に分離するために、入射光は副走査方向に角度を持たせた斜入射方式でマイクロミラーへ入射される。   As the mirror diameter increases, the moment of inertia of the micromirror increases, causing problems such as an inability to increase the resonance frequency and an increase in element size. Therefore, a device for reducing the mirror diameter as much as possible is required. The most effective method is to employ a so-called center incident optical system. The center incidence optical system minimizes the incident angle of the light beam with respect to the micromirror in the main scanning section. From the rotation axis of the micromirror, the optical axis of the incident light to the micromirror, and the micromirror in one sub-scanning section. It is an optical system which arrange | positions the optical axis of reflected light. In this case, in order to spatially separate the incident light and the reflected light, the incident light is incident on the micromirror by an oblique incidence method having an angle in the sub-scanning direction.

前記斜入射方式を採用した場合、走査湾曲が発生し、これに伴い走査端部付近における結像性能が低下するという問題が生じる。このような問題の解決のため、特許文献2には、走査レンズの屈折面を特殊トーリック面とする技術が開示されている。該特殊トーリック面は、子線の頂点を結ぶ母線形状が副走査方向に湾曲した曲線形状を有する屈折面である。   When the oblique incidence method is adopted, a scanning curve is generated, and as a result, there arises a problem that imaging performance in the vicinity of the scanning end portion is deteriorated. In order to solve such a problem, Patent Document 2 discloses a technique in which a refracting surface of a scanning lens is a special toric surface. The special toric surface is a refracting surface having a curved shape in which the generatrix shape connecting the vertices of the child lines is curved in the sub-scanning direction.

特開2006−78520号公報JP 2006-78520 A 特開平10−73778号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-73778

しかしながら、上記特許文献2では、走査レンズの副走査断面における形状が特定されていない。従って、面形状の検証が困難であり、例えば走査レンズを金型成形にて作成するに当たり、当該金型の設計及びその検証に多大な労力を要し、所期の光学性能を有する面形状を備えた走査レンズを容易に得ることができないという問題があった。   However, in Patent Document 2, the shape of the scanning lens in the sub-scanning section is not specified. Therefore, it is difficult to verify the surface shape. For example, when creating a scanning lens by mold molding, it takes a great deal of effort to design and verify the mold, and to obtain a surface shape having the desired optical performance. There is a problem that the provided scanning lens cannot be easily obtained.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical scanning device and an image forming apparatus that can easily verify the surface shape of a scanning lens.

本発明の一の局面に係る光走査装置は、光束を発する光源と、記光源から発せられる光束を反射して偏向走査させる偏向体と、回転非対称の屈折面を少なくとも1面含み、前記偏向走査された前記光束を被走査面上に結像させる走査レンズと、前記偏向体へ入射される入射光束と、前記偏向体で偏向走査されて前記被走査面に向かう反射光束とが干渉しないよう、前記反射光束の光路に対して副走査方向に角度を持たせて前記入射光束を前記偏向体へ向かわせる入射光学系と、を備え、前記屈折面は、当該屈折面の子線頂点を結ぶ母線が副走査方向に湾曲し、前記光源から前記被走査面に至る光軸と副走査軸とで作られる面と平行な副走査断面の形状が、像高中心を除いて楕円であり、前記像高中心では円弧であり、前記楕円の、前記光軸方向における極値は前記母線上にあるOptical scanning apparatus according to an aspect of the present invention, a light source for emitting a light beam, before Symbol a deflector for deflecting the scanning by reflecting a light beam emitted from the light source, the refractive surface of the rotationally asymmetric least 1 Menfukumi, the deflection A scanning lens that forms an image of the scanned light beam on the surface to be scanned, an incident light beam incident on the deflecting body, and a reflected light beam that is deflected and scanned by the deflecting body and travels toward the scanned surface do not interfere with each other. And an incident optical system that directs the incident light beam toward the deflecting body with an angle in the sub-scanning direction with respect to the optical path of the reflected light beam, and the refractive surface connects a child line vertex of the refractive surface bus is curved in the sub-scanning direction, the shape of the plane parallel to the sub-scanning cross section made by the optical axis and the sub-scanning axis that leads to the surface to be scanned from the light source is a ellipse with the exception of the image height center, the image height at the center an arc, the ellipse, the optical axis Extremum in direction is on the bus.

この構成によれば、副走査方向に角度を持たせて入射光束を偏向体へ入射させる入射光学系が採用された光走査装置において、走査レンズの屈折面の子線頂点を結ぶ母線が副走査方向に湾曲されているので、偏向体の小型化を図れると共に、走査湾曲の影響を抑制することができる。さらに、前記屈折面の副走査断面の形状が特定されているので、走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる。   According to this configuration, in the optical scanning device employing the incident optical system that makes the incident light beam incident on the deflector with an angle in the sub-scanning direction, the bus connecting the vertexes of the refracting surface of the scanning lens is sub-scanned. Since it is curved in the direction, it is possible to reduce the size of the deflecting body and to suppress the influence of scanning curvature. Furthermore, since the shape of the sub-scanning section of the refractive surface is specified, the surface shape of the scanning lens can be easily verified.

さらに、本発明に係る光走査装置は、副走査軸をx方向、主走査軸をy方向、光軸をz方向と定義する場合において、前記屈折面の副走査断面における形状zが、前記母線をyz平面へ投影した形状をf(y)、前記母線をyx平面に投影した形状をg(y)、前記母線を前記光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な断面の曲率半径をrs、前記楕円の副走査断面の曲率半径をrlとするとき、下記(1)式で表される楕円である構成を備える。 Furthermore, in the optical scanning device according to the present invention, when the sub-scanning axis is defined as the x direction, the main scanning axis is defined as the y direction, and the optical axis is defined as the z direction, the shape z of the refractive surface in the sub scanning section is Is a shape projected onto the yz plane, f (y), a shape projected onto the yx plane is g (y), and a radius of curvature of a cross section perpendicular to the projected generatrix where the generatrix is projected onto a plane perpendicular to the optical axis. Is an ellipse represented by the following formula (1), where rs is the radius of curvature of the elliptical sub-scan section and rl is the radius of curvature .

この構成によれば、前記屈折面の副走査断面の面形状が数式で定義されるので、当該面形状を、光学ソフト等を用いて自動設計させることができる。   According to this configuration, since the surface shape of the sub-scanning section of the refracting surface is defined by a mathematical expression, the surface shape can be automatically designed using optical software or the like.

上記構成において、前記偏向体は、揺動中心となる軸を有し、前記入射光束、前記反射光束及び前記偏向体のが同一平面上に配置されていることが望ましい。この構成によれば、入射光学系が所謂センター入射光学系となるので、偏向体のサイズを極小化することができる。 In the above-described configuration, it is desirable that the deflecting body has an axis serving as a swing center, and the incident light beam, the reflected light beam, and the axis of the deflecting body are arranged on the same plane. According to this configuration, since the incident optical system is a so-called center incident optical system, the size of the deflecting body can be minimized.

上記構成において、前記走査レンズの前記少なくとも1面の屈折面が、前記光軸に対して副走査方向に平行偏心した屈折面とされていることが望ましい。前記屈折面を平行偏心させることによって被走査面における走査湾曲が変化する。従って、入射光束を副走査方向に角度を持たせて偏向体へ斜入射させる場合に発生する走査湾曲をより一層抑制することが可能となる。   In the above-described configuration, it is desirable that the at least one refracting surface of the scanning lens is a refracting surface that is decentered parallel to the optical axis in the sub-scanning direction. The scanning curve on the surface to be scanned is changed by decentering the refractive surface in parallel. Therefore, it is possible to further suppress the scanning curvature that occurs when the incident light beam is obliquely incident on the deflecting body with an angle in the sub-scanning direction.

また、前記走査レンズを、主走査方向に平行な軸回りに回転させる回転機構をさらに備えることが望ましい。走査レンズを主走査方向に平行な軸回りに回転させると、被走査面から見た前記母線の形状が変化することとなり、走査湾曲も変化する。従って、回転機構によって走査湾曲をより一層抑制することが可能となる。   Moreover, it is desirable to further include a rotation mechanism that rotates the scanning lens about an axis parallel to the main scanning direction. When the scanning lens is rotated around an axis parallel to the main scanning direction, the shape of the generatrix viewed from the surface to be scanned changes, and the scanning curve also changes. Therefore, it is possible to further suppress the scanning curve by the rotation mechanism.

さらに、前記光源から前記被走査面に至る光路に配置された光学部品に対して、走査湾曲の調整操作を与える調整手段をさらに備えることが望ましい。この構成によれば、調整手段によって走査湾曲をより一層抑制することが可能となる。   Furthermore, it is desirable to further include an adjusting unit that gives an operation for adjusting a scanning curve to an optical component arranged in an optical path from the light source to the surface to be scanned. According to this configuration, the scanning curve can be further suppressed by the adjusting means.

本発明のさらに他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光束を照射する上記の光走査装置とを備える。   An image forming apparatus according to still another aspect of the present invention includes: an image carrier that carries an electrostatic latent image; and the above-described optical scanning device that irradiates a light beam with a peripheral surface of the image carrier as the scanned surface. Prepare.

本発明によれば、走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。従って、走査レンズ及び光走査装置の開発コストを低減させることができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical scanning device and an image forming apparatus that can easily verify the surface shape of a scanning lens. Therefore, the development cost of the scanning lens and the optical scanning device can be reduced.

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a printer according to an embodiment of the present invention. 光走査装置の主走査断面の構成を示す光路図である。It is an optical path figure which shows the structure of the main scanning cross section of an optical scanning device. 光走査装置の副走査断面の構成を示す光路図である。It is an optical path figure which shows the structure of the subscanning cross section of an optical scanning device. 図3の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. MEMSミラーの走査領域を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the scanning area | region of a MEMS mirror. MEMSミラーによる被走査面への収束角を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the convergence angle to the to-be-scanned surface by a MEMS mirror. MEMSミラーのミラー径を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the mirror diameter of a MEMS mirror. MEMSミラーへ向かう入射光束と、MEMSミラーで反射される反射光束とを示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the incident light beam which goes to a MEMS mirror, and the reflected light beam reflected by a MEMS mirror. 走査湾曲を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating scanning curvature. 走査湾曲が発生した場合の結像状態を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating an imaging state when scanning curvature occurs. 本発明の実施形態に係る走査レンズの主走査平面の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the main scanning plane of the scanning lens which concerns on embodiment of this invention. 図11の矢印A方向の矢視図である。It is an arrow line view of the arrow A direction of FIG. 本発明の実施形態に係る光走査装置の、MEMSミラーから被走査面までの光路図である。It is an optical path figure from a MEMS mirror to a surface to be scanned of an optical scanning device concerning an embodiment of the present invention. 本実施形態の光走査装置の結像状態を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the image formation state of the optical scanning device of this embodiment. 本実施形態の光走査装置の走査湾曲を示すグラフである。It is a graph which shows the scanning curve of the optical scanning device of this embodiment. 本実施形態の光走査装置のビームピッチの変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the beam pitch of the optical scanning device of this embodiment.

以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る光走査装置11を含む画像形成装置1の構成を概略的に示した断面図である。画像形成装置1は、光走査装置11、現像器12、帯電器13、感光体ドラム14(像担持体)、転写ローラー15、定着器16及び給紙カセット17を備える。   Hereinafter, an optical scanning device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an image forming apparatus 1 including an optical scanning device 11 according to an embodiment of the present invention. The image forming apparatus 1 includes an optical scanning device 11, a developing device 12, a charger 13, a photosensitive drum 14 (image carrier), a transfer roller 15, a fixing device 16, and a paper feed cassette 17.

感光体ドラム14は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム14は、図略のモータからの駆動力を受けて、図1における時計回りの方向に回転される。帯電器13は、感光体ドラム14の表面を略一様に帯電する。   The photosensitive drum 14 is a cylindrical member, and an electrostatic latent image and a toner image are formed on the peripheral surface thereof. The photosensitive drum 14 receives a driving force from a motor (not shown) and rotates in the clockwise direction in FIG. The charger 13 charges the surface of the photosensitive drum 14 substantially uniformly.

光走査装置11は、レーザーダイオード等の光源、偏向体、走査レンズ及び光学素子等を備え、帯電器13によって略一様に帯電された感光体ドラム14の周面(被走査面)に対して、画像データに応じたレーザー光を照射して、画像データの静電潜像を形成する。この光走査装置11については、後記で詳述する。   The optical scanning device 11 includes a light source such as a laser diode, a deflector, a scanning lens, an optical element, and the like. Then, a laser beam corresponding to the image data is irradiated to form an electrostatic latent image of the image data. The optical scanning device 11 will be described in detail later.

現像器12は、静電潜像が形成された感光体ドラム14の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像器12は、トナーを担持する現像ローラーやトナーを攪拌搬送するスクリューを含む。感光体ドラム14に形成されたトナー像は、給紙カセット17から繰り出され搬送路Pを搬送される記録紙に転写される。この現像器12には、図略のトナーコンテナからトナーが補給される。   The developing device 12 supplies toner to the peripheral surface of the photosensitive drum 14 on which the electrostatic latent image is formed, thereby forming a toner image. The developing device 12 includes a developing roller that carries toner and a screw that stirs and conveys the toner. The toner image formed on the photosensitive drum 14 is transferred from the sheet feeding cassette 17 to the recording paper conveyed through the conveyance path P. The developing device 12 is supplied with toner from a toner container (not shown).

感光体ドラム14の下方には転写ローラー15が対向して配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。転写ローラー15は、導電性を有するゴム材料等で構成されると共に転写バイアスが与えられ、感光体ドラム14に形成されたトナー像を前記記録紙に転写させる。   A transfer roller 15 is disposed below the photosensitive drum 14 so as to face each other, and a transfer nip portion is formed by both. The transfer roller 15 is made of a conductive rubber material or the like and is given a transfer bias to transfer the toner image formed on the photosensitive drum 14 onto the recording paper.

定着器16は、ヒーターを内蔵する定着ローラー160及び定着ローラー160と対向する位置に設けられた加圧ローラー161を備え、トナー像が形成された記録紙を加熱搬送することにより、記録紙に形成されたトナー像を定着させる。   The fixing device 16 includes a fixing roller 160 having a built-in heater and a pressure roller 161 provided at a position facing the fixing roller 160, and is formed on the recording paper by heating and conveying the recording paper on which the toner image is formed. The toner image is fixed.

次に、画像形成装置1の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電器13により感光体ドラム14の表面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム14の周面が、光走査装置11により露光され、記録紙に形成する画像の静電潜像が感光体ドラム14の表面に形成される。この静電潜像が、現像器12から感光体ドラム14の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。一方、給紙カセット17からは記録紙が搬送路Pに繰り出される。前記トナー像は、転写ローラー15と感光体ドラム14との間のニップ部を記録紙が通過することにより、当該記録紙に転写される。この転写動作が行われた後、記録紙は定着器16に搬送され、記録紙にトナー像が固着される。   Next, an image forming operation of the image forming apparatus 1 will be briefly described. First, the surface of the photosensitive drum 14 is charged almost uniformly by the charger 13. The peripheral surface of the charged photosensitive drum 14 is exposed by the optical scanning device 11, and an electrostatic latent image of an image formed on the recording paper is formed on the surface of the photosensitive drum 14. The electrostatic latent image is made visible as a toner image by supplying toner from the developing device 12 to the peripheral surface of the photosensitive drum 14. On the other hand, the recording paper is fed from the paper feed cassette 17 to the transport path P. The toner image is transferred to the recording paper when the recording paper passes through the nip portion between the transfer roller 15 and the photosensitive drum 14. After this transfer operation is performed, the recording paper is conveyed to the fixing device 16 and the toner image is fixed to the recording paper.

続いて、光走査装置11の詳細構造について説明する。図2は、光走査装置11の主走査断面の構成を示す光路図、図3は、その副走査断面の構成を示す光路図、図4は、図3の要部の拡大図である。光走査装置11は、半導体レーザー101(光源)、コリメータレンズ102、シリンドリカルレンズ103、MEMSミラー104(偏向体)、第1走査レンズ105a、第2走査レンズ105b、第1ミラー106及び第2ミラー107を備える。なお、これら図中のX方向が副走査方向、Y方向が主走査方向、Z方向が光軸方向である。   Next, the detailed structure of the optical scanning device 11 will be described. 2 is an optical path diagram showing the configuration of the main scanning section of the optical scanning device 11, FIG. 3 is an optical path diagram showing the configuration of the sub-scanning section, and FIG. 4 is an enlarged view of the main part of FIG. The optical scanning device 11 includes a semiconductor laser 101 (light source), a collimator lens 102, a cylindrical lens 103, a MEMS mirror 104 (deflector), a first scanning lens 105a, a second scanning lens 105b, a first mirror 106, and a second mirror 107. Is provided. In these drawings, the X direction is the sub-scanning direction, the Y direction is the main scanning direction, and the Z direction is the optical axis direction.

半導体レーザー101は、所定の波長のレーザー光(入射光束L0)を発する光源である。コリメータレンズ102は、半導体レーザー101から発せられ拡散する入射光束L0を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ103は、前記平行光の光束L0を主走査方向に長い線状光に変換してMEMSミラー104に結像させる。第2ミラー107は、コリメータレンズ102及びシリンドリカルレンズ103を間に挟んで半導体レーザー101の射出面に対向して配置され、入射光束L0を斜め上方に向けて折り返すように反射する。第1ミラー106は、MEMSミラー104の斜め前の上方に配置され、第2ミラー107により反射された入射光束L0を斜め下方に反射し、これをMEMSミラー104へ入射させる。   The semiconductor laser 101 is a light source that emits laser light having a predetermined wavelength (incident light beam L0). The collimator lens 102 converts the incident light beam L0 emitted from the semiconductor laser 101 and diffusing into parallel light. The cylindrical lens 103 converts the parallel light beam L0 into linear light that is long in the main scanning direction and forms an image on the MEMS mirror 104. The second mirror 107 is disposed to face the emission surface of the semiconductor laser 101 with the collimator lens 102 and the cylindrical lens 103 interposed therebetween, and reflects the incident light beam L0 so as to be folded back obliquely upward. The first mirror 106 is disposed obliquely in front of the MEMS mirror 104, reflects the incident light beam L0 reflected by the second mirror 107 obliquely downward, and makes it incident on the MEMS mirror 104.

MEMSミラー104は、ミラー面104Mと、副走査方向Zに平行な回転軸104Pとを有する。この回転軸は、図示しない駆動源により回転駆動(正弦揺動)される。MEMSミラー104は、前記回転軸の軸回りに回転しつつ、半導体レーザー101から発せられ、コリメータレンズ102及びシリンドリカルレンズ103を経て結像された入射光束L0を偏向走査する。   The MEMS mirror 104 has a mirror surface 104M and a rotation axis 104P parallel to the sub-scanning direction Z. This rotating shaft is rotationally driven (sinusoidally swung) by a driving source (not shown). The MEMS mirror 104 deflects and scans the incident light beam L0 emitted from the semiconductor laser 101 and imaged through the collimator lens 102 and the cylindrical lens 103 while rotating around the rotation axis.

コリメータレンズ102、シリンドリカルレンズ103、第1ミラー106及び第2ミラー107は、MEMSミラー104へ入射光束L0を入射させる入射光学系であって、本実施形態ではセンター入射光学系の構成とされている。すなわち、図4に示すように、光軸Zを含む副走査方向Xと平行な平面上に、シリンドリカルレンズ103の中心と、MEMSミラー104の回転軸104Pと、第1ミラー106及び第2ミラー107の法線とが配置されている。   The collimator lens 102, the cylindrical lens 103, the first mirror 106, and the second mirror 107 are an incident optical system that causes the incident light beam L0 to enter the MEMS mirror 104. In this embodiment, the collimator lens 102, the cylindrical lens 103, and the second mirror 107 are configured as a center incident optical system. . That is, as shown in FIG. 4, on the plane parallel to the sub-scanning direction X including the optical axis Z, the center of the cylindrical lens 103, the rotation axis 104P of the MEMS mirror 104, the first mirror 106, and the second mirror 107. The normal line is arranged.

MEMSミラー104から感光体ドラム14の周面14aに向かう光軸を基準として副走査方向Xで見ると、第2ミラー107は前記光軸より下方に配置され、第1ミラー106は前記光軸より上方に配置されている。このように第1ミラー106及び第2ミラー107を配置して入射光束L0をMEMSミラー104へ斜入射させるのは、入射光束L0とMEMSミラー104からの反射光束(偏向光束L1、偏向光束L2)とを空間的に分離するためである。   When viewed in the sub-scanning direction X with respect to the optical axis from the MEMS mirror 104 toward the peripheral surface 14a of the photosensitive drum 14, the second mirror 107 is disposed below the optical axis, and the first mirror 106 is aligned with the optical axis. It is arranged above. The first mirror 106 and the second mirror 107 are arranged in this manner so that the incident light beam L0 is obliquely incident on the MEMS mirror 104. The incident light beam L0 and the reflected light beam from the MEMS mirror 104 (the deflected light beam L1 and the deflected light beam L2). This is to separate them from each other spatially.

第1走査レンズ105a及び第2走査レンズ105bは、fθ特性を有するレンズであって、特殊トーリック面からなるレンズ面(回転非対称の屈折面)を備えたレンズである。これら走査レンズ105a、105bは、MEMSミラー104から感光体ドラム14の周面14aに向かう光軸上で互いに対向して配置されており、MEMSミラー104によって反射された反射光束を集光し、周面14a(被走査面)に結像させる。   The first scanning lens 105a and the second scanning lens 105b are lenses having fθ characteristics, and are lenses having a lens surface (rotationally asymmetric refracting surface) formed of a special toric surface. These scanning lenses 105a and 105b are arranged opposite to each other on the optical axis from the MEMS mirror 104 toward the peripheral surface 14a of the photosensitive drum 14, and collect the reflected light flux reflected by the MEMS mirror 104 to An image is formed on the surface 14a (scanned surface).

次に、本実施形態で採用されている上記センター入射光学系の利点について説明する。図5は、上掲の特許文献1の光走査装置に採用されているような、側方入射光学系を示す光路図である。この側方入射光学系では、図略の光源から発せられた入射光束は、主走査断面と平行な平面であってMEMSミラー21から被走査面23へ向かう光軸を含む平面の側方から、MEMSミラー21に入射される。ここで、走査レンズ22として負の光学的パワーを有するレンズを用いると、MEMSミラー21の偏向角θが同一で且つMEMSミラー21から被走査面23までの光路長が同一であるという条件下では、正の光学的パワーを有するレンズを走査レンズ22として用いる場合に比べて走査領域を長くすることができる。   Next, advantages of the center incident optical system employed in this embodiment will be described. FIG. 5 is an optical path diagram showing a side incidence optical system as employed in the optical scanning device disclosed in Patent Document 1 described above. In this side incident optical system, an incident light beam emitted from a light source (not shown) is a plane parallel to the main scanning section and from the side of the plane including the optical axis from the MEMS mirror 21 toward the scanned surface 23. The light enters the MEMS mirror 21. Here, when a lens having negative optical power is used as the scanning lens 22, under the condition that the deflection angle θ of the MEMS mirror 21 is the same and the optical path length from the MEMS mirror 21 to the scanned surface 23 is the same. Compared with the case where a lens having positive optical power is used as the scanning lens 22, the scanning area can be made longer.

従って、光路長の短縮という観点からは、負の光学的パワーを有する走査レンズ22を用いることが有利であると言うことができる。しかし、MEMSミラー21のミラー径の縮小という観点からは、正の光学的パワーを有する走査レンズ22が有利となる。図6は、被走査面23に照射される光束のスポット径に大きく影響を与える光束の収束角φを示す図である。収束角φが一定であるという条件下では、正の光学的パワーを有する走査レンズ22がMEMSミラー21の配置位置において作る像の方が、負の光学的パワーを有する走査レンズ22が作る像よりも小さくなる。つまり、同一収束角φのビームスポットを形成する場合、走査レンズ22として正の光学的パワーを有するレンズを用いるときの反射光束LpのMEMSミラー21上における像幅Dpは、負の光学的パワーを有するレンズを用いるときの反射光束Lnの像幅Dnよりも小さい。従って、MEMSミラー21のミラー径の小型化を図るには、負の光学的パワーを有する走査レンズ22を用いると不利になる。   Therefore, it can be said that it is advantageous to use the scanning lens 22 having negative optical power from the viewpoint of shortening the optical path length. However, from the viewpoint of reducing the mirror diameter of the MEMS mirror 21, the scanning lens 22 having positive optical power is advantageous. FIG. 6 is a diagram showing the convergence angle φ of the light beam that greatly affects the spot diameter of the light beam irradiated on the scanned surface 23. Under the condition that the convergence angle φ is constant, the image formed by the scanning lens 22 having the positive optical power at the position where the MEMS mirror 21 is disposed is more than the image formed by the scanning lens 22 having the negative optical power. Becomes smaller. That is, when forming a beam spot having the same convergence angle φ, the image width Dp of the reflected light beam Lp on the MEMS mirror 21 when using a lens having a positive optical power as the scanning lens 22 has a negative optical power. It is smaller than the image width Dn of the reflected light beam Ln when using the lens having it. Therefore, in order to reduce the mirror diameter of the MEMS mirror 21, it is disadvantageous to use the scanning lens 22 having a negative optical power.

MEMSミラー21が大型化すると、その慣性モーメントが大きくなり駆動面で問題が生じる。図7に示すように、MEMSミラー21のミラー径は、入射光束がMEMSミラー21へ入射する角度αに依存する。MEMSミラー21は、偏向角θの範囲で揺動するので、前記入射角度αは、入射光束の光軸とMEMSミラー21のミラー面とがなす角が最大である場合の角度αmin(最小入射角)から、前記なす角が最小である角度αmax(最大入射角)まで変化する。角度αminの場合に必要となるMEMSミラー21のミラー径Dは比較的小さいが、角度αmaxの場合に必要となるミラー径Dは比較的大きく、最大入射角によって大きく異なることになる。 When the MEMS mirror 21 increases in size, the moment of inertia increases and a problem occurs on the driving surface. As shown in FIG. 7, the mirror diameter of the MEMS mirror 21 depends on the angle α at which the incident light beam enters the MEMS mirror 21. Since the MEMS mirror 21 swings in the range of the deflection angle θ, the incident angle α is an angle α min (minimum incident) when the angle formed by the optical axis of the incident light beam and the mirror surface of the MEMS mirror 21 is the maximum. Angle) to an angle α max (maximum incident angle) at which the formed angle is minimum. The mirror diameter D 1 of the MEMS mirror 21 required for the angle α min is relatively small, but the mirror diameter D 2 required for the angle α max is relatively large and varies greatly depending on the maximum incident angle. .

従って、上記最大入射角(角度αmax)を可及的に小さくすることが求められるのであるが、最大入射角を極小にできる光路構成は、MEMSミラー21の正面から入射光束を入射させる構成である。すなわち、本実施形態が採用するセンター入射光学系である。この場合、MEMSミラー21がその揺動範囲の中心回転位置にあるとき、主走査方向における入射角度αはゼロとなる。 Therefore, it is required to make the maximum incident angle (angle α max ) as small as possible, but the optical path configuration that can minimize the maximum incident angle is a configuration in which an incident light beam is incident from the front of the MEMS mirror 21. is there. That is, it is a center incident optical system employed by the present embodiment. In this case, when the MEMS mirror 21 is at the center rotational position of the swing range, the incident angle α in the main scanning direction is zero.

図8は、センター入射光学系において、MEMSミラー104へ向かう入射光束と、MEMSミラー104で反射される反射光束(偏向光束)との関係を示す模式的な斜視図である。センター入射光学系においては、入射光束と反射光束とが干渉しないように、入射光束は副走査方向に角度を持ってMEMSミラー104へ入射される(以下、斜入射という)。   FIG. 8 is a schematic perspective view showing a relationship between an incident light beam directed to the MEMS mirror 104 and a reflected light beam (deflected light beam) reflected by the MEMS mirror 104 in the center incident optical system. In the center incident optical system, the incident light beam is incident on the MEMS mirror 104 at an angle in the sub-scanning direction (hereinafter referred to as oblique incidence) so that the incident light beam and the reflected light beam do not interfere with each other.

入射光束をMEMSミラー104へ斜入射させた場合、図9に示す通り走査湾曲が発生する。すなわち、反射光束が走査領域を走査する走査線が弓なりに湾曲する現象が発生する。走査湾曲が発生すると、走査領域の中央の偏向光束L1(図2参照)と走査領域の端部の偏向光束L2との間で、走査レンズ105aに対する入射位置が副走査方向にズレが生じることとなる。このズレによって、感光体ドラム14の周面14aに描かれる静電潜像に歪みが発生する。   When the incident light beam is obliquely incident on the MEMS mirror 104, a scanning curve is generated as shown in FIG. That is, a phenomenon occurs in which the scanning line in which the reflected light beam scans the scanning region is curved like a bow. When the scanning curve occurs, the incident position on the scanning lens 105a is shifted in the sub-scanning direction between the deflected light beam L1 (see FIG. 2) at the center of the scanning region and the deflected light beam L2 at the end of the scanning region. Become. Due to this deviation, distortion occurs in the electrostatic latent image drawn on the peripheral surface 14 a of the photosensitive drum 14.

さらに、走査湾曲によって、走査領域の端部付近おける結像性能も低下する。図9に示すように、偏向光束L1、L2は主走査方向に長軸を有する楕円型の光束である。この場合、端部の偏向光束L2は走査湾曲が生じている走査線に沿ってその長軸が主走査方向に対して傾いた状態で走査レンズ105aへ入射することになる。一方、従来の一般的な走査レンズはそのパワー方向が主走査方向及び副走査方向に合わせて設定されている。このため、中央の偏向光束L1については光束の長軸及び短軸方向とレンズパワー方向とが一致しているが、端部の偏向光束L2については光束の長軸及び短軸方向とレンズパワー方向とが一致しない。このことは、偏向光束L2についての結像性能を著しく低下させることになる。図10(A)は、中央の偏向光束L1のスポット像を、図10(B)は、端部の偏向光束L2のスポット像をそれぞれ示している。   Furthermore, the imaging performance near the end of the scanning area is also reduced by the scanning curve. As shown in FIG. 9, the deflected light beams L1 and L2 are elliptical light beams having a major axis in the main scanning direction. In this case, the deflected light beam L2 at the end is incident on the scanning lens 105a in a state where the major axis is inclined with respect to the main scanning direction along the scanning line where the scanning curve is generated. On the other hand, the power direction of the conventional general scanning lens is set in accordance with the main scanning direction and the sub-scanning direction. Therefore, for the central deflected light beam L1, the major axis and minor axis direction of the light beam and the lens power direction coincide with each other, but for the deflected light beam L2 at the end, the major axis and minor axis direction of the light beam and the lens power direction. Does not match. This significantly reduces the imaging performance for the deflected light beam L2. 10A shows a spot image of the central deflected light beam L1, and FIG. 10B shows a spot image of the deflected light beam L2 at the end.

図9に示す走査湾曲の湾曲量eは、MEMSミラー104から周面14aに至る反射光束の光軸と入射光束の光軸とがなす角が小さいほど、抑制することができる。本実施形態では、湾曲量eの抑制のため、第2ミラー107から入射光束を直接的にMEMSミラー104へ入射させるのではなく、MEMSミラー104の近傍に配置した第1ミラー106でさらに入射光束を反射させた上でMEMSミラー104へ入射させている。すなわち、第1ミラー106を反射光束の光軸を挟んで第2ミラー107と反対側に、且つMEMSミラー104の至近位置に配置することで、反射光束の光軸と入射光束の光軸とがなす角を可及的に小さくしている(図4参照)。   9 can be suppressed as the angle formed by the optical axis of the reflected light beam from the MEMS mirror 104 to the peripheral surface 14a and the optical axis of the incident light beam is smaller. In the present embodiment, in order to suppress the bending amount e, the incident light beam is not directly incident on the MEMS mirror 104 from the second mirror 107 but is further incident on the first mirror 106 disposed in the vicinity of the MEMS mirror 104. Is reflected and then incident on the MEMS mirror 104. That is, by arranging the first mirror 106 on the opposite side of the second mirror 107 across the optical axis of the reflected light beam and in the closest position of the MEMS mirror 104, the optical axis of the reflected light beam and the optical axis of the incident light beam are changed. The angle formed is made as small as possible (see FIG. 4).

しかし、上記のような工夫を施したとしても、走査湾曲が消失するものではない。そこで本実施形態では、走査レンズ(本実施形態では第1走査レンズ105a及び第2走査レンズ105b)の少なくとも1面を、以下に述べるような回転非対称の屈折面(トーリック面)としている。   However, even if the above-described device is applied, the scanning curve does not disappear. Therefore, in this embodiment, at least one surface of the scanning lens (in this embodiment, the first scanning lens 105a and the second scanning lens 105b) is a rotationally asymmetric refracting surface (toric surface) as described below.

図11は、1枚の走査レンズ105を主走査平面上で模式的に示した図、図12はこの走査レンズ105を、図11の矢印F方向から見た図である。これらの図に基づいて、本実施形態で採用される走査レンズ105の屈折面R(トーリック面)の面形状について説明する。これらの図において、X方向が副走査方向、Y方向が主走査方向、Z方向が光軸Oの延びる方向である。   FIG. 11 is a diagram schematically showing one scanning lens 105 on the main scanning plane, and FIG. 12 is a diagram of the scanning lens 105 viewed from the direction of arrow F in FIG. Based on these drawings, the surface shape of the refractive surface R (toric surface) of the scanning lens 105 employed in the present embodiment will be described. In these drawings, the X direction is the sub-scanning direction, the Y direction is the main scanning direction, and the Z direction is the direction in which the optical axis O extends.

トーリック面は半円柱型を呈する面であって、前記円柱が延びる方向が母線方向、この母線と直交する方向が子線方向である。子線は、前記円柱の各断面の曲面を示す線であり、この子線の頂点を結ぶ線が母線となる。図12を参照して、屈折面Rは、
(A)母線Pが副走査方向に湾曲している、
(B)MEMSミラー104から被走査面に至る光軸Oと副走査軸Xとで作られる面と平行な副走査断面Rlの形状が楕円である、
(C)前記楕円の、光軸O方向における極値は母線P上にある、
(D)母線Pを光軸Oに垂直な平面に投影した投影母線Pa(図12に示されているのは投影母線Paである)に垂直な断面Rsの形状が円弧状である、
という4つの形状的特徴を有している。なお、上記項目(D)において、「円弧状」と表しているのは、走査方向によって曲率半径が変化するため完全な円弧とはならないからである。但し、トーリック面の光学性能的には円弧として扱うことができる。
The toric surface is a surface having a semi-cylindrical shape, and the direction in which the cylinder extends is the generatrix direction, and the direction perpendicular to the generatrix is the subwire direction. The child line is a line indicating the curved surface of each cross section of the cylinder, and the line connecting the vertices of the child line is a bus line. Referring to FIG. 12, the refractive surface R is
(A) The bus P is curved in the sub-scanning direction,
(B) The shape of the sub-scanning section Rl parallel to the surface formed by the optical axis O and the sub-scanning axis X extending from the MEMS mirror 104 to the scanned surface is an ellipse.
(C) The extreme value of the ellipse in the optical axis O direction is on the bus P.
(D) The shape of the cross section Rs perpendicular to the projected generatrix Pa (projected generatrix Pa shown in FIG. 12) obtained by projecting the generatrix P onto a plane perpendicular to the optical axis O is an arc.
It has the following four geometric features. In the above item (D), the term “arc-shaped” is used because the radius of curvature changes depending on the scanning direction, so that it is not a complete arc. However, the optical performance of the toric surface can be handled as an arc.

上記屈折面Rの副走査断面における形状zは、副走査軸をx方向、主走査軸をy方向、光軸をz方向と定義する場合において、屈折面Rの副走査断面における形状zが、母線Pをyz平面へ投影した形状をf(y)、母線Pをyx平面に投影した形状をg(y)、前記母線を前記光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な断面の曲率半径をrs、前記副走査断面の曲率半径をrlとするとき、下記(1)式で表される。 The shape z of the refracting surface R in the sub-scanning section is defined as follows. When the sub-scanning axis is defined as the x direction, the main scanning axis is defined as the y direction, and the optical axis is defined as the z direction, The shape of the generatrix P projected onto the yz plane is f (y), the shape of the generatrix P projected onto the yx plane is g (y), and the section perpendicular to the projected generatrix is projected onto the plane perpendicular to the optical axis. when the radius of curvature rs, and rl curvature radius of the sub-scan section is expressed by the following equation (1).

但し、上記(1)式において、f(y)、g(y)、rs及びrlは、下記の(2)〜(5)式で示される。   However, in the above formula (1), f (y), g (y), rs and rl are represented by the following formulas (2) to (5).

屈折面Rが上記の形状を備えることによる主な意義は、次の2点である。
(ア);上記(D)で示したように、母線Pをyx平面に投影した曲線に対して垂直な断面Rsのレンズ形状が、曲率半径rsの円弧とほぼ等しくなる。これにより、屈折面Rに入射する楕円形の偏向光束の短軸と、当該屈折面Rの光学的パワーの方向とが一致することになる。従って、走査領域端部の結像性能を良好なものとすることができる。
(イ);上記(B)で示したように、副走査断面Rlの形状が楕円であるので、当該断面におけるz軸方向の極値を頂点として、その断面形状は対称となる。しかも、上記(C)で示したように、前記楕円の極値は母線P上にある。このため、屈折面Rの面形状の検証を容易に行うことができる。
The main significance of the refractive surface R having the above-mentioned shape is the following two points.
(A); As shown in (D) above, the lens shape of the cross section Rs perpendicular to the curve obtained by projecting the generatrix P onto the yx plane is substantially equal to the arc of curvature radius rs. As a result, the minor axis of the elliptically deflected light beam incident on the refracting surface R coincides with the direction of the optical power of the refracting surface R. Therefore, it is possible to improve the imaging performance at the end of the scanning region.
(A); As shown in (B) above, since the shape of the sub-scanning section Rl is an ellipse, the sectional shape is symmetrical with the extreme value in the z-axis direction in the section as the apex. Moreover, as shown in (C) above, the extreme value of the ellipse is on the bus P. For this reason, the surface shape of the refracting surface R can be easily verified.

上記屈折面Rの形状において、上記(B)の楕円と、上記(D)の円弧とを入れ替えるようにしても、実質的に同じ作用を得ることができる。すなわち、屈折面Rが、
(A)母線Pが副走査方向に湾曲している、
(B)′母線Pを光軸Oに垂直な平面に投影した投影母線Paに垂直な断面Rsの形状が円弧である、
(C)′前記円弧の、光軸O方向における極値は母線P上にある、
(D)′MEMSミラー104から被走査面に至る光軸Oと副走査軸Xとで作られる面と平行な副走査断面Rlの形状が楕円状である、
という4つの形状的特徴を有するものとしても良い。なお、上記項目(D)′において、「楕円状」と表しているのは、完全な楕円とはならないからである。但し、トーリック面の光学性能的には楕円として扱うことができる。
Even if the ellipse (B) and the arc (D) are interchanged in the shape of the refracting surface R, substantially the same effect can be obtained. That is, the refractive surface R is
(A) The bus P is curved in the sub-scanning direction,
(B) ′ The shape of the cross section Rs perpendicular to the projected generatrix Pa obtained by projecting the generatrix P onto a plane perpendicular to the optical axis O is an arc.
(C) ′ The extreme value of the arc in the direction of the optical axis O is on the bus P.
(D) ′ The shape of the sub-scanning cross section Rl parallel to the surface formed by the optical axis O and the sub-scanning axis X extending from the MEMS mirror 104 to the surface to be scanned is elliptical.
It is good also as what has the following four shape characteristics. In the above item (D) ′, the term “elliptical” is used because it is not a complete ellipse. However, the optical performance of the toric surface can be treated as an ellipse.

このような屈折面Rによっても、次の2点の意義を有する。
(ア)′;上記(D)′で示したように、副走査断面Rlの形状がほぼ楕円となる。これにより、屈折面Rに入射する楕円形の偏向光束の短軸と、当該屈折面Rの光学的パワーの方向とが一致することになる。従って、走査領域端部の結像性能を良好なものとすることができる。
(イ)′;上記(B)′で示したように、母線Pをyx平面に投影した曲線に対して垂直な断面Rsのレンズ形状が円弧であるので、当該断面におけるz軸方向の極値を頂点として、その断面形状は対称となる。しかも、上記(C)′で示したように、前記円弧の極値は母線P上にある。このため、屈折面Rの面形状の検証を容易に行うことができる。
Such a refracting surface R also has the following two points.
(A) '; As shown in (D)' above, the shape of the sub-scanning cross section Rl is almost elliptical. As a result, the minor axis of the elliptically deflected light beam incident on the refracting surface R coincides with the direction of the optical power of the refracting surface R. Therefore, it is possible to improve the imaging performance at the end of the scanning region.
(A) '; As shown in (B)' above, since the lens shape of the section Rs perpendicular to the curve obtained by projecting the generatrix P onto the yx plane is an arc, the extrema in the z-axis direction in the section As a vertex, the cross-sectional shape is symmetric. Moreover, the extreme value of the arc is on the bus P, as indicated by (C) ′ above. For this reason, the surface shape of the refracting surface R can be easily verified.

続いて、具体的な実施例を例示する。図13は、MEMSミラー104から被走査面である感光体ドラム14の周面14aまでの光学系を主走査断面で示す光路図である。なお、光源からMEMSミラー104までの光路は、図13では省いている。第1走査レンズ105aは被走査面に向けて凸のメニスカス形状を備えた正の光学的パワーを有するレンズ、第2走査レンズ105bは、光軸O上において光源側に凹面を有する負の光学的パワーを有するレンズである。本実施例では、第1走査レンズ105aの入射面AR1及び出射面AR2と、第2走査レンズ105bの入射面BR1及び出射面BR2との4面全てが、上述の特殊な屈折面Rとされている。   Subsequently, specific examples will be illustrated. FIG. 13 is an optical path diagram showing the optical system from the MEMS mirror 104 to the peripheral surface 14a of the photosensitive drum 14 which is a surface to be scanned, in a main scanning section. Note that the optical path from the light source to the MEMS mirror 104 is omitted in FIG. The first scanning lens 105a has a positive optical power with a convex meniscus shape toward the surface to be scanned, and the second scanning lens 105b has a negative optical surface having a concave surface on the light source side on the optical axis O. It is a lens with power. In the present embodiment, all four surfaces of the incident surface AR1 and the exit surface AR2 of the first scanning lens 105a and the entrance surface BR1 and the exit surface BR2 of the second scanning lens 105b are the above-described special refracting surfaces R. Yes.

表1に、本実施例に係る第1走査レンズ105aの入射面AR1及び出射面AR2、並びに第2走査レンズ105bの入射面BR1及び出射面BR2のコンストラクションデータを示す。面間は、次の面までの光軸O上における軸上面間距離(mm)を示している。表1では、この距離を、マイナス符号を付して表している。なお、MEMSミラー104から第1走査レンズ105aの入射面AR1までの距離は−20mmである。   Table 1 shows construction data of the entrance surface AR1 and the exit surface AR2 of the first scanning lens 105a according to the present embodiment, and the entrance surface BR1 and the exit surface BR2 of the second scan lens 105b. The distance between the surfaces indicates the distance (mm) between the shaft upper surfaces on the optical axis O to the next surface. In Table 1, this distance is represented with a minus sign. The distance from the MEMS mirror 104 to the incident surface AR1 of the first scanning lens 105a is −20 mm.

本実施例に係る光学系の副走査断面の構成は、図3及び図4に示した構成と同じである。入射光束L0が第1ミラー106を介してMEMSミラー104に入射する入射角度は7度、入射光束L0と反射光束(偏向光束L1、L2)との開き角は14度である。また、第2走査レンズ105bは、第1走査レンズ105aから周面14aへ至る光軸に対して副走査方向に0.6mmだけオフセット(平行偏心)して配置されている。つまり、入射面BR1(屈折面)を、前記光軸に対してオフセットさせている。本実施例では、入射光束L0がMEMSミラー104に斜入射されるため走査湾曲が生じるが、前記オフセットにより走査湾曲をより一層抑制することができる。   The configuration of the sub-scan section of the optical system according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIGS. The incident angle at which the incident light beam L0 enters the MEMS mirror 104 via the first mirror 106 is 7 degrees, and the opening angle between the incident light beam L0 and the reflected light beams (deflected light beams L1 and L2) is 14 degrees. The second scanning lens 105b is arranged with an offset (parallel eccentricity) of 0.6 mm in the sub-scanning direction with respect to the optical axis from the first scanning lens 105a to the peripheral surface 14a. That is, the incident surface BR1 (refractive surface) is offset with respect to the optical axis. In this embodiment, since the incident light beam L0 is obliquely incident on the MEMS mirror 104, a scanning curve is generated, but the scanning curve can be further suppressed by the offset.

走査湾曲の影響を一層抑制する他の手法として、第1走査レンズ105a及び第2走査レンズ105bの少なくとも一方を、主走査方向に平行な軸回りに回転させる回転機構を付設しても良い。走査レンズを主走査方向に平行な軸回りに回転させると、被走査面から見た前記母線の形状が変化することとなり、走査湾曲も変化する。従って、回転機構によって第1走査レンズ105a及び第2走査レンズ105bの少なくとも一方を適宜回転させることによって、走査湾曲をより一層抑制することができる。   As another method of further suppressing the influence of scanning curvature, a rotation mechanism that rotates at least one of the first scanning lens 105a and the second scanning lens 105b around an axis parallel to the main scanning direction may be provided. When the scanning lens is rotated around an axis parallel to the main scanning direction, the shape of the generatrix viewed from the surface to be scanned changes, and the scanning curve also changes. Therefore, the scanning curve can be further suppressed by appropriately rotating at least one of the first scanning lens 105a and the second scanning lens 105b by the rotation mechanism.

あるいは、半導体レーザー101から周面14aに至る光路に配置された光学部品に対して、走査湾曲の調整操作を与える調整手段を設ける構成としても良い。調整手段は、光学部品に機械的な力を与えて走査湾曲を変形させることが可能な手段である。例えば、第1走査レンズ105a及び第2走査レンズ105bを物理的に湾曲させる力を加える機械的な手段、第1ミラー106及び第2ミラー107を湾曲させることが可能な機械的な手段である。このような調整手段によっても、走査湾曲をより一層抑制することが可能である。   Or it is good also as a structure which provides the adjustment means which gives adjustment operation of a scanning curve with respect to the optical component arrange | positioned in the optical path from the semiconductor laser 101 to the surrounding surface 14a. The adjusting means is a means capable of deforming the scanning curve by applying a mechanical force to the optical component. For example, mechanical means for applying a force for physically bending the first scanning lens 105a and the second scanning lens 105b, and mechanical means capable of bending the first mirror 106 and the second mirror 107. Such adjustment means can further suppress the scanning curvature.

以上説明した本実施例に係る光学系(光走査装置11)の光学性能を示す。図14は、当該光学系の結像状態を示す特性図であって、図14(A)は周面14aの主走査方向(y方向)の中心から−110mmの箇所、図14(B)は主走査方向の中心(0mm)、図14(C)は主走査方向の中心から+110mmの箇所における偏向光束のスポット像をそれぞれ示している。また、図14(A)〜(C)の各々について、結像位置をz軸方向に2mmずつ変化させて(中央の図が0mm、左側の図が−2mmデフォーカス、右側の図が+2mmだけデフォーカスさせたもの)、スポット像を取得している。図14(A)〜(C)から明からな通り、走査領域の中央だけでなく走査領域の端部においても、良好な結像状態が得られていることが判る。   The optical performance of the optical system (optical scanning device 11) according to the present embodiment described above is shown. FIG. 14 is a characteristic diagram showing the imaging state of the optical system. FIG. 14A is a position −110 mm from the center of the peripheral surface 14a in the main scanning direction (y direction), and FIG. The center in the main scanning direction (0 mm) and FIG. 14C show the spot images of the deflected light flux at a location +110 mm from the center in the main scanning direction. 14A to 14C, the imaging position is changed by 2 mm in the z-axis direction (the center figure is 0 mm, the left figure is -2 mm defocused, and the right figure is only +2 mm). Defocused) and a spot image is acquired. As is clear from FIGS. 14A to 14C, it can be seen that a good imaging state is obtained not only at the center of the scanning area but also at the end of the scanning area.

図15は、本実施例の光学系(光走査装置11)の走査湾曲を示すグラフである。図15に示されている通り、走査湾曲は若干発生しているものの、その副走査方向の高さは6μm以下であり、実用上は問題がないことが確認された。図16は、光源を複数にした場合おける結像面(被走査面)におけるビームピッチの変動を示すグラフである。ビームピッチの変動は0.2mm以下であり、マルチビームに十分対応可能であることが判る。   FIG. 15 is a graph showing the scanning curve of the optical system (optical scanning device 11) of this example. As shown in FIG. 15, although the scanning curve is slightly generated, the height in the sub-scanning direction is 6 μm or less, and it was confirmed that there is no practical problem. FIG. 16 is a graph showing fluctuations in the beam pitch on the imaging surface (scanned surface) when a plurality of light sources are used. The fluctuation of the beam pitch is 0.2 mm or less, and it can be seen that the beam pitch can be sufficiently handled.

以上説明した本実施形態に係る光走査装置11によれば、走査領域端部の結像性能を良好にすることができるだけでなく、走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。従って、走査レンズ及び光走査装置の開発コストを低減させることができる。   According to the optical scanning device 11 according to the present embodiment described above, the optical scanning that can not only improve the imaging performance at the end of the scanning region but also can easily verify the surface shape of the scanning lens. An apparatus and an image forming apparatus can be provided. Therefore, the development cost of the scanning lens and the optical scanning device can be reduced.

1 画像形成装置
11 光走査装置
14 感光体ドラム(像担持体)
14a 周面(被走査面)
101 半導体レーザー(光源)
102 コリメータレンズ
103 シリンドリカルレンズ
104 MEMSミラー(偏向体)
105a 第1走査レンズ
105b 第2走査レンズ
106 第1ミラー
107 第2ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus 11 Optical scanning apparatus 14 Photosensitive drum (image carrier)
14a Circumferential surface (scanned surface)
101 Semiconductor laser (light source)
102 Collimator lens 103 Cylindrical lens 104 MEMS mirror (deflector)
105a First scanning lens 105b Second scanning lens 106 First mirror 107 Second mirror

Claims (6)

光束を発する光源と、
記光源から発せられる光束を反射して偏向走査させる偏向体と、
回転非対称の屈折面を少なくとも1面含み、前記偏向走査された前記光束を被走査面上に結像させる走査レンズと、
前記偏向体へ入射される入射光束と、前記偏向体で偏向走査されて前記被走査面に向かう反射光束とが干渉しないよう、前記反射光束の光路に対して副走査方向に角度を持たせて前記入射光束を前記偏向体へ向かわせる入射光学系と、を備え、
前記屈折面は、
当該屈折面の子線頂点を結ぶ母線が副走査方向に湾曲し、
前記光源から前記被走査面に至る光軸と副走査軸とで作られる面と平行な副走査断面の形状が、像高中心を除いて楕円であり、前記像高中心では円弧であり、
前記楕円の、前記光軸方向における極値は前記母線上にある、光走査装置において、
副走査軸をx方向、主走査軸をy方向、光軸をz方向と定義する場合において、前記屈折面の副走査断面における形状zが、前記母線をyz平面へ投影した形状をf(y)、前記母線をyx平面に投影した形状をg(y)、前記母線を前記光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な断面の曲率半径をrs、前記副走査断面の曲率半径をrlとするとき、下記(1)式で表される楕円である、光走査装置。
A light source that emits a luminous flux;
A deflector for deflecting the scanning by reflecting a light flux emitted from the front Symbol source,
A scanning lens including at least one rotationally asymmetric refracting surface, and imaging the deflection-scanned light beam on a surface to be scanned;
An angle in the sub-scanning direction is set with respect to the optical path of the reflected light beam so that the incident light beam incident on the deflecting body does not interfere with the reflected light beam deflected and scanned by the deflecting body and directed toward the scanned surface. An incident optical system for directing the incident light flux toward the deflecting body,
The refractive surface is
The bus connecting the child vertexes of the refractive surface is curved in the sub-scanning direction,
The shape of the sub-scanning section parallel to the surface formed by the optical axis extending from the light source to the scanned surface and the sub-scanning axis is an ellipse except for the center of the image height, and is an arc at the center of the image height,
In the optical scanning device , the extreme value of the ellipse in the optical axis direction is on the generatrix ,
In the case where the sub-scanning axis is defined as the x-direction, the main scanning axis is defined as the y-direction, and the optical axis is defined as the z-direction, the shape z of the refractive surface in the sub-scanning cross section is the shape obtained by projecting the generatrix onto the yz plane. ), G (y) is a shape obtained by projecting the generatrix onto the yx plane, rs is a radius of curvature of a cross section perpendicular to the projected generatrix where the generatrix is projected onto a plane perpendicular to the optical axis, and a radius of curvature of the sub-scanning cross section is An optical scanning device that is an ellipse represented by the following formula (1) when rl.
請求項1に記載の光走査装置において、
前記偏向体は、揺動中心となる軸を有し、
前記入射光束、前記反射光束及び前記偏向体の軸が同一平面上に配置されている、光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1 ,
The deflecting body has an axis serving as a swing center,
The optical scanning device, wherein the incident light beam, the reflected light beam, and the axis of the deflecting body are arranged on the same plane.
請求項1に記載の光走査装置において、
前記走査レンズの前記少なくとも1面の屈折面が、前記光軸に対して副走査方向に平行偏心した屈折面とされている、光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1,
The optical scanning device, wherein the at least one refracting surface of the scanning lens is a refracting surface that is decentered parallel to the optical axis in the sub-scanning direction.
請求項1に記載の光走査装置において、
前記走査レンズを、主走査方向に平行な軸回りに回転させる回転機構をさらに備える、光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device further comprising a rotation mechanism for rotating the scanning lens about an axis parallel to the main scanning direction.
請求項1に記載の光走査装置において、
前記光源から前記被走査面に至る光路に配置された光学部品に対して、走査湾曲の調整操作を与える調整手段をさらに備える、光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning apparatus, further comprising: an adjustment unit that applies an adjustment operation of a scanning curve to an optical component disposed on an optical path from the light source to the surface to be scanned.
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体の周面を前記被走査面として光束を照射する、請求項1〜5のいずれかに記載の光走査装置と、
を備える画像形成装置。
An image carrier for carrying an electrostatic latent image;
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 5 , which irradiates a light beam with the peripheral surface of the image carrier as the surface to be scanned.
An image forming apparatus comprising:
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