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JP4298222B2 - Scanning optical system, optical scanning device, and image forming apparatus - Google Patents

Scanning optical system, optical scanning device, and image forming apparatus Download PDF

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JP4298222B2 JP2002139712A JP2002139712A JP4298222B2 JP 4298222 B2 JP4298222 B2 JP 4298222B2 JP 2002139712 A JP2002139712 A JP 2002139712A JP 2002139712 A JP2002139712 A JP 2002139712A JP 4298222 B2 JP4298222 B2 JP 4298222B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査光学系および光走査装置および画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光走査装置は、デジタル複写装置やレーザプリンタに関連して広く知られている。走査光学系は光走査装置に用いられ、光偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する光学系である。
【0003】
従来、レンズ系として構成された走査光学系のレンズ構成枚数は、1枚から複数枚まで様々である。コスト的には1枚構成のものが有利であるが、レンズ1枚で構成される走査光学系は、設計パラメータ数が複数枚構成のものに比して極端に少なく、単純なレンズ面形状では「良好な収差補正」が難しい。
【0004】
レンズ1枚構成の走査光学系における収差や等速度特性を、特殊なレンズ面形状の採用によって良好に補正することが提案されている(特開平9−33850号公報、特開平10−90620号公報、特開平10−148755号公報)。
【0005】
光走査装置は近来、光走査の高密度化が強く要請され、それに応えるべく、光スポットの小径化・安定化が追求されている。このような光スポットの小径化・安定化は、幾何光学的な収差補正のみでは足らず、波動光学的な収差の補正が重要である。上記各公報には、このような波動光学的な収差補正に関しては言及されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述したところに鑑み、レンズ1枚構成でありながら、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能である新規な走査光学系、かかる走査光学系を有する光走査装置、画像形成装置の実現を課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の走査光学系は「光偏向器により偏向される光束を、被走査面上に光スポットとして集光させる走査光学系」であって、以下の特徴を有する(請求項1)。
【0008】
即ち、走査光学系は1枚のレンズにより構成され、主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、一方の面は「曲率一定面」である。
【0009】
「曲率一定面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定、即ち、副走査断面内の曲率が主走査方向の位置により変化しないレンズ面である。
【0010】
「副走査断面」は、走査光学系のレンズの、主走査方向の任意の位置で、主走査方向に直交する仮想的な平断面である。また、レンズ光軸を通り、主走査方向に平行な仮想的な平断面を「主走査断面」と呼ぶ。
【0011】
請求項1記載の走査光学系の、他方の面は「特殊面」である。
【0012】
「特殊面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に連続的に変化するレンズ面である。即ち、副走査断面の位置を主走査方向に変化させたとき、副走査断面の位置に応じて、副走査方向の曲率が変化するレンズ面である。
【0013】
請求項1記載の走査光学系の「特殊面」は、「副走査断面内の曲率が、主走査方向において、光軸に関して非対称に変化する」ものである。
そして、請求項1記載の走査光学系は、中心像高における副走査方向の横倍率:β が、条件:
(1) 0.5≦|β |≦3.0
を満足する。
【0014】
請求項1記載の走査光学系は「少なくとも1面の、主走査断面内の形状が非円弧形状である」ことができる(請求項2)。
【0015】
「走査光学系の副走査方向の横倍率:β」は、この明細書において、副走査方向において、被走査面近傍の像点に共役な走査光学系の物点と、被走査面近傍像点との横倍率と定義される。
【0016】
上記請求項1または2記載の走査光学系において、中心像高における副走査方向の横倍率:βと、任意像高における副走査方向の横倍率:βは、条件:
(2) 0.9≦|β/β|≦1.1
を満足することが好ましい(請求項3)。
【0017】
上記請求項1〜3の任意の1に記載の走査光学系において、有効書込幅:W、有効書込幅内における、副走査像面湾曲の幅:Fは、条件:
(3) F/W<0.001
を満足することが好ましい(請求項4)。「有効書込幅」は光走査により画像書込みを有効に行いうる光走査領域を言う。「副走査像面湾曲」は、副走査方向の像面湾曲を言う。また、主走査方向の像面湾曲を「主走査像面湾曲」と言う。
【0018】
また、請求項1〜4の任意の1に記載の走査光学系は、主走査方向における、入射面の曲率半径:Rm1、射出面の曲率半径:Rm2が、条件:
(4) |Rm1|>|Rm2
を満足することが好ましく(請求項5)、請求項1〜5の任意の1に記載の走査光学系は、副走査方向における、入射面の曲率半径:Rs1、射出面の曲率半径:Rs2が、条件:
(5) |Rs1|>|Rs2
を満足することが好ましい(請求項6)。
【0019】
上記請求項1〜6の任意の1に記載の走査光学系は「光偏向器により偏向され、主走査方向に収束性の光束」を入射されることができる(請求項7)。
【0020】
請求項1〜7の任意の1に記載の走査光学系は「主走査方向において被走査面上の光スポットを等速的に光走査させる機能を有し、副走査方向において光偏向器の面倒れを補正する機能を有する」ことが好ましい(請求項8)。
【0021】
上記請求項1〜8の任意の1に記載の走査光学系は「樹脂で成形」されたものであることができる(請求項9)。
【0022】
請求項1〜9の任意の1に記載の走査光学系は、「同時に偏向される複数光束を、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光するもの」であることができる(請求項10)。即ち、この発明の走査光学系はマルチビーム方式の光走査装置の走査光学系として用いることができる。
【0023】
請求項11記載の光走査装置は「光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を、線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面を光走査するシングルビーム方式の光走査装置」であって、走査光学系として請求項1〜9の任意の1に記載のものを用いたことを特徴とする。
【0024】
請求項12記載の光走査装置は「複数の発光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器により同時に等角速度的に偏向させた複数の偏向光束を共通の走査光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査するマルチビーム方式の光走査装置」であって、共通の走査光学系として請求項10記載のものを用いたことを特徴とする。
【0025】
「カップリングレンズ」は、複数光束に対して、個別的としても良いし、共通化してもよい。
【0026】
この請求項12記載の光走査装置における光源として「複数の発光源が1列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイ」を用いることができる(請求項13)。
【0027】
この発明の画像形成装置は「感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置」であって、像担持体の光走査を行う光走査装置として請求項11〜13の任意の1に記載のものを用いたことを特徴とする(請求項14)。
【0028】
「感光性の像担持体」としては種々のものの使用が可能である。例えば、像担持体として「銀塩フィルム」を用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。このような画像形成装置は「光製版装置」や、CTスキャン画像等を描画する「光描画装置」として実施できる。
【0029】
感光性の像担持体としてはまた「光走査の際に光スポットの熱エネルギにより発色する発色媒体(ポジの印画紙)」を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
【0030】
感光性の像担持体としてはまた「光導電性の感光体」を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等「ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるもの」を用いることができる。
【0031】
光導電性の感光体を像担持体として用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光体上に直接的に定着され、感光体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やOHPシート(オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート)等のシート状記録媒体に転写・定着される。
【0032】
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写(直接転写方式)しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写(中間転写方式)するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。
【0033】
また、この発明の画像形成装置は、上記感光体を複数個、シート状記録媒体の搬送路に沿って配置し、複数の光走査装置を用いて感光体ごとに静電潜像を形成し、これらを可視化して得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体に転写・定着して合成的にカラー画像や多色画像を得る「タンデム式の画像形成装置」として実施することができる。
【0034】
若干説明を補足する。
この発明の、レンズ1枚構成の走査光学系は、主走査・副走査方向ともに「両凸形状」となっているので、走査光学系の有するべき主走査・副走査方向の正のパワーを入射側と射出側の各レンズ面に分配することで「波面収差の劣化」を抑えることが可能になる。
【0035】
このように波面収差の劣化を抑制できるため、被走査面上の光スポットのスポット径を小径化することが可能となり、高密度書込への対応が可能となる。
波面収差の劣化を有効に抑えるには、入射面の曲率半径を、射出面の曲率半径に対して大きくするのが好ましく、上記条件(4)および/または(5)を満足することにより波面収差の劣化を有効に抑えることが可能になる。
【0036】
光スポットのスポット径を小径化するには波面収差の劣化を抑える必要があるが、これを走査光学系だけで行うには限界がある。この場合、走査光学系に入射する「光束の形態」も波面収差補正のパラメータとすることにより、波面収差の劣化を容易に規制できるようになる。請求項10記載の走査光学系のように、走査光学系に入射する光束を「主走査方向に収束性」とすると、走査光学系の主走査方向の曲率を小さくすることができるため、波面収差の劣化を抑えつつ等速度特性を良好にするというバランスを取り易くなる。
【0037】
中心像高における副走査方向の横倍率:βは、概略、|β|=(走査光学系の射出側レンズ面から被走査面までの距離)/(光偏向器の偏向の起点から走査光学系の入射側レンズ面までの距離)で表すことができるが、条件(1)の下限値:0.5を超えて小さくなると、走査光学系は被走査面側に近づき、走査光学系が大きくなりコスト増加につながる。
【0038】
逆に上限値:3.0を超えて大きくなると、走査光学系は光偏向器側に近づき、これを樹脂の成形品とした場合(請求項9)、光偏向器の発熱の影響を受け易く、変形したりして光学性能を劣化させ易い。また、偏向光束の結像位置が被走査面に対してずれやすく、スポット径が変動し易くなるため、部品の加工精度、取付精度が厳しくなる。
【0039】
この発明の走査光学系は、両レンズ面ともアナモフィックな面であるので、主走査方向においてfθ特性等の「等速度特性」を確保しつつ、副走査方向において「光偏向器の面倒れ」を補正する機能を実現することが可能になる(請求項8)。
【0040】
ところで、マルチビーム方式の光走査においては「同時に光走査される走査線のピッチ(走査線ピッチという)の偏差」を小さく抑えることが重要である。
【0041】
「走査線ピッチの偏差」は、「隣接する走査線ピッチの像高間の最大値と最小値の差」として定義される。
【0042】
また、良好な光走査を行うには、被走査面上の光スポットの径(主走査方向の径は、信号の電気的な補正である程度対処できるが、副走査方向の径はこのような補正ができないので、特に副走査方向のスポット径)が、像高によって大きく変化しないことも重要で、高密度の光走査では特に重要である。
【0043】
「被走査面上で、光スポットの副走査方向の径が、像高によって大きく変化しない」ためには、走査光学系の副走査方向の横倍率:βが、像高により大きく変化しないことが必要である。
【0044】
また、副走査方向の横倍率:βの像高による変動は、マルチビーム方式の光走査においては、「同時に光走査される走査線の走査線ピッチが像高と共に変化する」問題を生じる。従って、マルチビーム方式の光走査において「走査線ピッチの像高による変動」を抑えるには「走査光学系の副走査方向の横倍率を、像高間で一定に補正する」ことが必要である。
【0045】
このことは、少なくとも1面に特殊面を採用することで達成できる。また、光偏向器として一般的なポリゴンミラーは、その回転中心が走査光学系の光軸からずらして設置されるため、光束偏向に伴って偏向反射面での反射点が変位し、偏向光束の偏向の起点が変動する「光学的なサグ」が発生する。サグが存在すると、走査光学系光軸に関して+像高側と−像高側とで、光束の通る経路が異なり、副走査方向の横倍率は「主走査方向において非対称に変化」する。
【0046】
この非対称な横倍率変化は、上記「特殊面」を「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」とすることで補正できる。
【0047】
「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」は、例えば
(a)副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調増加する面
(b)副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調減少する面
(c)副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化の極値が、光軸外にある面
(d)副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、+像高側から−像高側に向かって単調増加する面
(e)副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、+像高側から−像高側に向かって単調減少する面
(f)副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、極値を2以上有する面
等、種々の面が考えられるが、これらのような「光軸として一般的な回転対称軸を持たない」すべての面を指す。これらのどれが「曲率の変化が非対称な面」として採用されるかは設計条件により定まる。
【0048】
なお、このような非対称形状のレンズにおける「光軸」は、この明細書においては、レンズ面形状を決定する基準座標系における「主走査・副走査方向に直交的な基準軸」をいうものとする。
【0049】
光走査がシングルビーム方式である場合でもマルチビーム方式である場合でも、有効書込幅内における「副走査方向の横倍率:βの絶対値:|β|の変化」は10%以下であることが好ましく、より好ましくは7%以下がよい。
【0050】
即ち、中心像高における前記横倍率:β2と、任意像高における横倍率:βとの比の絶対値:|β/β2|は条件(2)を満足することが好ましく、より好ましくは、
0.93≦|β|≦1.07
を満足することが好ましい。
【0051】
特に、マルチビーム方式での光走査の場合、副走査方向の横倍率変化が7%以下であれば、「1200dpiで7次飛び越し光走査」を行う場合でも、同時走査線ピッチ148.19μmに対し10.37μmのピッチ変動となり、1200dpiでの隣接ピッチ:21.17μmの略半分に抑えられる。
【0052】
良好な光走査を行うには、被走査面上に光スポットを形成する偏向光束のビームウェスト位置が、像高によって大きくばらつかないことも重要である。特に副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面に対して、像高によって大きくばらつかないためには、走査光学系の副走査像面湾曲が像高により大きく変化しないことが必要である。
【0053】
即ち、有効書込幅:W内における副走査像面湾曲の(変化)幅:Fは、条件(3)を満足することが好ましい。
【0054】
条件(2)を満足しつつ条件(3)を満足するには、副走査像面湾曲についても「光学的なサグ」を考慮する必要がある。この「光学的なサグ」の影響は、一般に「走査光学系の、副走査方向の横倍率の変化」に与える影響とは必ずしも一致しないが、被走査面上のスポット径の狙いをどの程度にするか、また走査光学系をどのように配置するかで、副走査像面湾曲の補正と横倍率の変化の補正にある関連を持たせることが可能である。
【0055】
このような場合、「特殊面」を1面だけに採用し、その反対側の面を主走査方向に沿って副走査断面の曲率が一定な「曲率一定面」とするのが好ましい(請求項1)。
【0056】
「特殊面」はその形状が複雑であり、また特に「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を、主走査方向に非対称」とすると、光軸位置を見出し難いため、両面共に「特殊面」とすると走査光学系の性能保持が困難となる。そのため、「特殊面」の採用は最低限とすることが、走査光学系の性能確保の面からも、加工コストの低廉化の面からも好ましい。請求項1においては、上記事項を考慮して「特殊面」を1面のみに採用した。
【0057】
特殊面の反対側の面を「曲率一定面」とすると、主走査断面内のレンズ面形状が「副走査方向の高さによらず維持される」ため、取付精度などにより副走査方向にレンズがずれたとしても、光学性能上は全く問題にならないという点で有利である。更に、主走査方向の位置によらず副走査断面内の曲率が一定であるので、走査光学系の評価がしやすいというメリットもある。
【0058】
また、この発明の光走査装置をマルチビーム方式に適用する場合は、カップリングされた各光束につき、線像結像光学系から走査光学系までを「複数光束に共通化」することにより、線像結像光学系以下をシングルビーム方式の光走査装置と同様に構成できるので、機械的変動に対し極めて安定性のよいマルチビーム方式の光走査装置を実現できる。
【0059】
マルチビーム方式の光走査装置の光源としては、LDアレイ方式のものも「ビーム合成方式のもの」も利用できる。LDアレイ方式の光源を用いる場合、発光源の間隔を10μm以上とすることにより、発光源間の熱的・電気的な影響を有効に軽減して良好なマルチビーム方式の光走査を行うことが可能になる。
【0060】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図1は、光走査装置の実施の1形態を要部のみ示している。この光走査装置はシングルビーム方式のものである。
【0061】
半導体レーザである光源1から放射された発散性の光束はカップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ2により変換された光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【0062】
カップリングレンズ2を透過した光束は、アパーチャ3の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されて「ビーム整形」され、「線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ4に入射する。シリンドリカルレンズ4は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー5の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として集光させる。
【0063】
偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー5の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、「走査光学系」をなす1枚のレンズ6を透過し、折り曲げミラー7により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体8上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する。
【0064】
偏向光束は感光体8の光走査に先立ってミラー9により反射され、レンズ10により受光素子11に集光される。受光素子11の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。
【0065】
「走査光学系」は、光偏向器5により偏向される光束を被走査面8上に光スポットとして集光させる光学系であって、1枚のレンズ6により構成される。レンズ6は、主走査方向、副走査方向共に両凸形状である。
【0066】
走査光学系は、中心像高の副走査方向横倍率:βが、条件:
(1)0.5≦|β|≦3.0
を満足するものが用いられる。
【0067】
また、この実施の形態において、レンズ6は、偏向反射面近傍と被走査面である感光体8とを副走査方向に関して、幾何光学的に共役関係とする機能を有するアナモフィックな光学系である。
【0068】
この実施の形態では、レンズ6の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面では「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称」で、中心像高における副走査方向の横倍率:β、任意像高における副走査方向の横倍率:βが、条件:
(2) 0.9≦|β|≦1.1
を満足し、有効書込幅:W、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅:Fが条件:
(3) F/W<0.001
を満足し、また条件(4)、(5)を満足するものが用いられる。
【0069】
図1に示す「シングルビーム方式の光走査装置」は、光源からの光束をカップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を線像結像光学系4により光偏向器5の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器5により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系6により、被走査面8上に光スポットとして集光し、被走査面8を光走査する光走査装置であって、走査光学系6として、請求項1〜9の任意の1に記載の走査光学系を用いることができる。
【0070】
図2に実施の形態を示す光走査装置は「マルチビーム方式」のものである。煩雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図1におけると同一の符号を付した。
【0071】
光源1は半導体レーザアレイであって、4つの発光源ch1〜ch4を等間隔で1列に配列したものである。ここでは、副走査方向に配列した実施例を示している。もちろん、半導体レーザアレイの発光源配列方向を「副走査方向に対して傾け」て用いてもよい。
【0072】
4つの発光源ch1〜ch4から放射された4光束は「楕円形のファーフィールドパタン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、4光束に共通のカップリングレンズ2により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【0073】
カップリングレンズ2を透過した4光束は、アパーチャ3で「ビーム整形」され、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ4の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、「光偏向器」であるポリゴンミラー5の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【0074】
偏向反射面により等角速度的に偏向された4光束は「走査光学系」をなす1枚のレンズ6を透過し、折り曲げミラー7により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体8上に、副走査方向に分離した4つの光スポットとして集光し、被走査面の4走査線を同時に光走査する。
【0075】
偏向光束の1つは、光走査に先立ってミラー9により反射され、レンズ10により受光素子11に集光される。受光素子11の出力に基づき、4光束各々の光走査の書込開始タイミングが決定される。
【0076】
「走査光学系」は、光偏向器5により同時に偏向される4光束を、被走査面8上に4つの光スポットとして集光させる光学系であって、1枚のレンズ6により構成される。このレンズ6は、図1に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向の横倍率:βが、条件:
(1) 0.5≦|β|≦3.0
を満足するものが用いられる。
【0077】
図1の実施の形態と同様、レンズ6の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面の「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化」が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率:β、任意像高における副走査方向の横倍率:βが、条件:
(2) 0.9≦|β|≦1.1
を満足し、有効書込幅:W、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅:Fが条件:
(3) F/W<0.005
を満足し、また条件(4)、(5)を満足するものが用いられる。
【0078】
図2に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源ch1〜ch4からの複数の光束を、共通のカップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系4により、光偏向器5の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器5により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系6により、被走査面8上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系6として、請求項10記載の走査光学系を用いたものであり(請求項12)、光源として、複数の発光源ch1〜ch4が1列に配列したモノリシックな半導体レーザアレイ1を用いている(請求項13)。
【0079】
図3に実施の形態を示す光走査装置もマルチビーム方式のものである。この光走査装置では、光源としてビーム合成方式のものが用いられている。
光源1−1、1−2は半導体レーザで、それぞれ単一の発光源を持つ。光源1−1、1−2から放射された各光束は、カップリングレンズ2−1、2−2によりカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【0080】
カップリングレンズ2−1、2−2を透過した各光束は、アパーチャ3−1、3−2により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム20に入射する。ビーム合成プリズム20は、反射面と、偏光分離膜と1/2波長板とを有する。光源1−2からの光束は、ビーム合成プリズム20の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム20を射出する。
【0081】
光源1−1からの光束は1/2波長板により偏光面を90度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム20から射出する。このようにして、2光束が合成される。カップリングレンズ2−1、2−2の光軸に対する光源1−1、1−2の発光部の「位置関係の調整」により、ビーム合成された2光束は互いに副走査方向に微小角をなしている。
【0082】
ビーム合成された2光束は、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ4の作用により、「光偏向器」であるポリゴンミラー5の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【0083】
偏向反射面により等角速度的に偏向された2光束は、「走査光学系」をなす1枚のレンズ6を透過し、折り曲げミラー7により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体8上に、副走査方向に分離した2つの光スポットとして集光し、被走査面の2走査線を同時に光走査する。
【0084】
光束の1つは、光走査に先立って受光素子11に集光され、受光素子11の出力に基づき、2光束の光走査の書込開始タイミングが決定される。このようにする代わりに、2つの光束の各々を、光走査に先立って受光素子11に集光させるようにし、受光素子11の出力に基づき、2光束の光走査の書込開始タイミングを各々個別に決定するようにしてもよい。
【0085】
「走査光学系」は、光偏向器5により同時に偏向される2光束を、被走査面8上に2つの光スポットとして集光させる光学系であって、1枚のレンズ6により構成される。このレンズ6は、図1、図2に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向横倍率:βが、条件:
(1) 0.5≦|β|≦3.0
を満足するものが用いられる。
【0086】
また、図1、図2の実施の形態と同様、レンズ6の一方の面に「特殊面」を採用しており、その副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率:β、任意像高副走査方向横倍率:βが、条件:
(2) 0.9≦|β|≦1.1
を満足し、有効書込幅:W、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅:Fが条件:
(3) F/W<0.001
を満足し、さらに条件(4)、(5)を満足するものが用いられる。
【0087】
図3に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源1−1、1−2からの光束を、カップリングレンズ2−1、2−2により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系4により、光偏向器5の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器5により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系6により、被走査面8上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系6として、請求項10記載の走査光学系を用いたものである。
【0088】
なお、この明細書中に言う「光スポットのスポット径」は、被走査面上の光スポットにおける光強度分布のラインスプレッド関数における1/e強度で定義される。
【0089】
「ラインスプレッド関数」は、被走査面上に形成された光スポットの中心座標を基準として主走査方向及び副走査方向の座標:Y、Zにより光スポットの光強度分布:f(Y、Z)を定めたとき、Z方向のラインスプレッド関数:LSZは
LSZ(Z)=∫f(Y、Z)dY (積分はY方向における光スポットの全幅について行う)で定義され、Y方向のラインスプレッド関数:LSYは、
LSY(Y)=∫f(Y、Z)dZ (積分はZ方向における光スポットの全幅について行う)で定義される。
【0090】
これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)は、通常、略ガウス分布型の形状であり、Y方向及びZ方向のスポット径は、これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)が、その最大値の1/e以上となる領域のY、Z方向幅で与えられる。
【0091】
ラインスプレッド関数により上記の如く定義されるスポット径は、光スポットをスリットで等速光走査し、スリットを通った光を光検出器で受光し、受光量を積分することにより容易に測定可能であり、このような測定を行う装置も市販されている。
【0092】
【実施例】
以下、具体的な実施例を1例挙げる。光走査装置としての光学配置は図4の如くである。
【0093】
レンズ面の形状等は、以下の式による。
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径:R、光軸からの主走査方向の距離:Y、円錐定数:K、高次の係数:A、A、A、A、A、A、・・、光軸方向のデプス:Xを用いて周知の多項式(6)で表す。
X=(Y/R)/[1+√{1−(1+K)(Y/R)}]+AY+A+A+A+A+A+・・(6)
(6)式において、奇数次の係数:A、A、A、・・の1以上が0でないとき、主走査方向に非対称形状となる。
【0094】
「副走査断面内における曲率」
副走査断面内の曲率(曲率半径の逆数)が主走査方向(光軸位置を原点とする座標:Yで示す)において変化する場合、副走査断面内の曲率:C(Y)を次の(7)式で表す。R(0)は、副走査断面内における「光軸上の曲率半径」を表し、B、B・・等は高次の係数を表す。
【0095】
(Y)={1/R(0)}+BY+B+B+B+B+B+・・ (7)
(7)式において、Yの奇数次係数:B、B、B、・・の1以上が0でないとき、副走査断面内の曲率半径の変化は「主走査方向に非対称」となる。Yの係数:B、B、B・・が全て0であるとき「曲率一定面」となる。
【0096】
特殊面の解析表現は上に挙げたものに限らず種々のものが可能であり、この発明における面形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【0097】
実施例1
「光源」
波長:655nm
「カップリングレンズ」
焦点距離:15mm
カップリング作用:収束作用
自然集光点(カップリングレンズから射出した収束性の光束が、他の光学素子の屈折作用を受けないとした場合に、自然に集光する位置)は、偏向反射面から被走査面側へ向って686.76mmの位置にある。
【0098】
「シリンドリカルレンズ」
副走査方向の焦点距離:72mm
「ポリゴンミラー」
偏向反射面数:6
内接円半径:16mm
光源側からの光束の入射角と走査光学系の光軸とがなす角:60度
「ポリゴンミラーと被走査面との間にある光学系のデータ」
曲率半径を、主走査方向につき「R」、副走査方向につき「R」、屈折率を「n」で表す。尚、以下のデータにおける「R、R」は、「近軸曲率半径」である。
【0099】

Figure 0004298222
上記において、X、Yは、面番号:i〜i+1における頂点間の光軸方向および主走査方向の距離を表す。例えば、面番号:0(偏向反射面)におけるX=47.89、Y=0.47は、偏向反射点位置(像高:0を与える反射位置)に対してレンズ6の入射面(面番号:1)の頂点が、光軸方向(X方向)に47.89mm、主走査方向(Y方向)に0.74mm、それぞれ離れていることを意味する。面番号:1におけるX=20.81はレンズ6の光軸上の肉厚を与える。
【0100】
入射面(面番号:i=1)は「曲率一定面」であり、かつ、主走査断面内の形状は上記(6)式で表される非円弧形状である。
この面の主走査方向の各係数を表1に挙げる。
【0101】
【表1】
Figure 0004298222
【0102】
射出面(面番号:i=2)は「特殊面」で、主走査断面内の形状は光軸に対称的な非円弧形状である。
この面の主走査方向と副走査方向の係数を表2に挙げる。
【0103】
【表2】
Figure 0004298222
【0104】
実施例1の走査光学系の中心像高における副走査方向の横倍率:βは、β=2.3である。
【0105】
図5に、実施例1の像面湾曲(左図 実線は副走査像面湾曲、破線は主走査像面湾曲)と等速度特性(右図 実線はリニアリティ、破線はfθ特性)を示す。
【0106】
主走査方向:1.666mm/220mm
副走査方向:0.21mm/220mm
リニアリティ:0.555%/220mm
と、像面湾曲・等速度特性ともに極めて良好に補正されている。特に、副走査像面湾曲は条件(3)を満足する。即ち、
(3) 0.21/220=0.00095<0.001
図6には、中心像高の副走査方向横倍率:βに対する、任意像高の副走査方向横倍率:βの変化を示す。倍率変化:|β|は、
0.998≦|β|≦1.013
と、条件(2)を満足し、極めて良好に補正されている。
【0107】
図7は、レンズ6の入射面(図7(a))、射出面(図7(b))の曲率変化を示している。本実施例では、入射面を「曲率一定面」としている。
【0108】
図8には、実施例1における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線(光スポットのデフォーカスに対するスポット形の変動)」を示す。(a)は主走査方向、(b)は副走査方向に関するものである。実施例1では、ラインスプレッド関数の1/e強度で定義されるスポット径として50μm程度を意図している。図に示されているように、主走査・副走査方向とも良好な深度を有しており、被走査面の位置精度に対する許容度が高い。
【0109】
実施例1では、走査光学系をなすレンズ6をプラスチック材料で構成しているが、勿論、ガラス材料を使ってもよい。また、更なるビームスポット径の小径化を狙うために、副走査方向を非円弧形状としてもよい。また、走査光学系を偏心させることで、より好ましく収差補正を行うことが可能であることも付記しておく。
【0110】
【発明の実施の形態】
図9に画像形成装置の実施の1形態を示す。
この画像形成装置はレーザプリンタである。
【0111】
レーザプリンタ1000は感光性の像担持体1110として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体1110の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ1121、現像装置1131、転写ローラ1141、クリーニング装置1151が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
【0112】
レーザ光束LBにより光走査を行う光走査装置1171が設けられ、帯電ローラ1121と現像装置1131との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【0113】
図9において、符号1161は定着装置、符号1181はカセット、符号1191はレジストローラ対、符号1201は給紙コロ、符号1211は搬送路、符号1221は排紙ローラ対、符号1231はトレイ、符号Pはシート状記録媒体としての転写紙を示している。
【0114】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体1110が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ1121により均一帯電され、光走査装置1171のレーザ光束LBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
【0115】
この静電潜像は現像装置1131により反転現像され、像担持体1110上にトナー画像が形成される。転写紙Pを収納したカセット1181は、画像形成装置1000本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ1201により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対1191に銜えられる。レジストローラ対1191は、像担持体1110上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。
【0116】
送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ1141の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置1161へ送られ、定着装置1161においてトナー画像を定着され、搬送路1211を通り、排紙ローラ対1221によりトレイ1231上に排出される。
【0117】
トナー画像が転写された後の像担持体1110の表面は、クリーニング装置1151によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【0118】
光走査装置1171として「図1、2、3のごとき光走査装置」を用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
【0119】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な、走査光学系および光走査装置および画像形成装置を実現できる。
【0120】
この発明の走査光学系は、上記の如く、レンズ1枚構成で安価に作製でき、光走査装置をコンパクト化でき、なおかつ、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能であり、光スポットの小径化に適している。このような走査光学系を用いる走査光学系は、小径化した光スポットによる良好な光走査が可能となり、従って、かかる光走査装置を用いる画像形成装置は、精細な画像の形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】シングルビーム方式の光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図2】マルチビーム方式の光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図3】マルチビーム方式の光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図4】光走査装置の実施例の光学配置を示す図である。
【図5】実施例の収差図(像面湾曲と等速度特性)である。
【図6】実施例における倍率変化:|β|を示す図である。
【図7】実施例の走査光学系の入射側面(曲率一定面)と射出側面(特殊面)の、副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を示す図である。
【図8】実施例における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線」を示す図である。
【図9】画像形成装置の実施の1形態を説明するための図である。
【符号の説明】
5 光偏向器(ポリゴンミラー)
6 走査光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning optical system, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
Optical scanning devices are widely known in connection with digital copying devices and laser printers. The scanning optical system is an optical system that is used in an optical scanning device and collects a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned.
[0003]
Conventionally, the number of lenses in a scanning optical system configured as a lens system varies from one to a plurality. In terms of cost, a single-lens configuration is advantageous, but a scanning optical system composed of a single lens has an extremely small number of design parameters compared to a single-lens configuration and has a simple lens surface shape. “Good aberration correction” is difficult.
[0004]
It has been proposed to satisfactorily correct aberrations and constant velocity characteristics in a single-lens scanning optical system by adopting a special lens surface shape (Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-33850 and 10-90620). JP-A-10-148755).
[0005]
In recent years, optical scanning devices have been strongly demanded to increase the density of optical scanning, and in order to meet this demand, reduction in the diameter and stabilization of the light spot has been pursued. Such light spot diameter reduction / stabilization is not only correction of geometric optical aberrations, but correction of wave optical aberrations is important. The above publications do not mention such wave optical aberration correction.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention is a novel scanning optical system capable of satisfactorily correcting not only geometrical aberration but also wave optical aberration while having a single lens configuration, and light having such a scanning optical system. An object is to realize a scanning device and an image forming apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The scanning optical system of the present invention is a “scanning optical system for condensing a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned”, and has the following characteristics (claim 1).
[0008]
That is, the scanning optical system is composed of one lens, has a biconvex shape in the main scanning direction and a biconvex shape in the sub-scanning direction, and both surfaces are anamorphic surfaces, and one surface is a “curvature constant surface”. It is.
[0009]
The “curvature constant surface” is a lens surface in which the curvature in the sub-scan section is constant in the main scanning direction, that is, the curvature in the sub-scan section does not change depending on the position in the main scan direction.
[0010]
The “sub-scanning cross section” is a virtual flat cross section orthogonal to the main scanning direction at an arbitrary position in the main scanning direction of the lens of the scanning optical system. In addition, a virtual flat section that passes through the lens optical axis and is parallel to the main scanning direction is referred to as a “main scanning section”.
[0011]
The other surface of the scanning optical system according to claim 1 is a “special surface”.
[0012]
The “special surface” is a lens surface whose curvature in the sub-scanning section continuously changes in the main scanning direction. That is, it is a lens surface whose curvature in the sub-scanning direction changes according to the position of the sub-scanning cross section when the position of the sub-scanning cross section is changed in the main scanning direction.
[0013]
The “special surface” of the scanning optical system according to claim 1 is “the curvature in the sub-scan section changes asymmetrically with respect to the optical axis in the main scanning direction” .
Then, the scanning optical system of claim 1, wherein the sub-scanning direction lateral magnification at the central image height: beta 2 is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β 2 | ≦ 3.0
Satisfied.
[0014]
In the scanning optical system according to the first aspect, “the shape in the main scanning section of at least one surface is a non-arc shape” can be achieved .
[0015]
In this specification, “horizontal magnification in the sub-scanning direction of the scanning optical system: β” means the object point of the scanning optical system conjugate to the image point near the surface to be scanned and the image point near the surface to be scanned in this specification. And the horizontal magnification.
[0016]
In the first aspect, wherein the scanning optical system, the sub-scanning direction lateral magnification at the central image height: and beta 2, sub-scanning direction lateral magnification at any image height: beta h the condition:
(2) 0.9 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.1
Is preferably satisfied ( Claim 3 ).
[0017]
In the scanning optical system according to any one of the claims 1 to 3, the effective writing width: W, in the effective writing width sub-scanning curvature Width: F S the condition:
(3) F S /W<0.001
Is preferably satisfied ( claim 4 ). “Effective writing width” refers to an optical scanning area where image writing can be effectively performed by optical scanning. “Sub-scanning field curvature” refers to field curvature in the sub-scanning direction. The field curvature in the main scanning direction is referred to as “main scanning field curvature”.
[0018]
Further, in the scanning optical system according to any one of claims 1 to 4 , in the main scanning direction, the curvature radius of the entrance surface: R m1 and the curvature radius of the exit surface: R m2 are as follows:
(4) | R m1 | >> Rm2
Preferably satisfies (Claim 5), any of the scanning optical system according to one of claims 1 to 5, in the sub-scanning direction, the incident surface curvature radius: R s1, the exit surface of the curvature radius: R s2 is the condition:
(5) | R s1 | >> | R s2 |
Is preferably satisfied ( claim 6 ).
[0019]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 6 can receive “a light beam deflected by a light deflector and convergent in the main scanning direction” ( claim 7 ).
[0020]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 7 , wherein “the scanning optical system has a function of optically scanning a light spot on the surface to be scanned in the main scanning direction at a constant speed, and the surface of the optical deflector is complicated in the sub scanning direction. It preferably has a function of correcting this ( claim 8 ).
[0021]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 8 may be "molded with a resin" ( claim 9 ).
[0022]
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the scanning optical system condenses a plurality of light beams deflected simultaneously as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction on the surface to be scanned. ( Claim 10 ). That is, the scanning optical system of the present invention can be used as a scanning optical system of a multi-beam type optical scanning device.
[0023]
12. The optical scanning device according to claim 11, wherein the light beam from the light source is coupled to a subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light beam is adjacent to a deflecting reflection surface of the optical deflector by a line image imaging optical system. The image is formed as a long line image in the main scanning direction, deflected at a constant angular velocity by an optical deflector, and the deflected light beam is condensed as a light spot on the surface to be scanned by the scanning optical system, and the surface to be scanned is optically scanned. A single beam type optical scanning device ”, wherein the scanning optical system according to any one of claims 1 to 9 is used.
[0024]
13. The optical scanning device according to claim 12 , wherein light beams from a plurality of light sources are coupled to a subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light beams are deflected by a common line image forming optical system. A common scanning optical system that forms multiple line images that are long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction in the vicinity of the position of the deflecting reflection surface of the detector and simultaneously deflects them at the same angular velocity by the optical deflector. A multi-beam optical scanning device that condenses light onto the scanning surface as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction and simultaneously scans a plurality of scanning lines with the plurality of light spots, The common scanning optical system is the one described in claim 10 .
[0025]
The “coupling lens” may be individual for a plurality of light beams or may be shared.
[0026]
A “monolithic semiconductor laser array in which a plurality of light emitting sources are arranged in a line” can be used as a light source in the optical scanning device according to claim 12 ( claim 13 ).
[0027]
The image forming apparatus according to the present invention is an “image forming apparatus that forms a latent image by performing optical scanning on a photosensitive image carrier with an optical scanning device, and visualizes the latent image with a developing unit to obtain an image”. The optical scanning device according to any one of claims 11 to 13 is used as an optical scanning device for optically scanning an image carrier ( claim 14 ).
[0028]
Various types of “photosensitive image carrier” can be used. For example, a “silver salt film” can be used as the image carrier. In this case, a latent image is formed by writing by optical scanning, and this latent image can be visualized by processing by a normal silver salt photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an “optical plate making apparatus” or an “optical drawing apparatus” for drawing a CT scan image or the like.
[0029]
As the photosensitive image carrier, a “coloring medium (positive printing paper) that develops color by the thermal energy of the light spot during optical scanning” can be used. In this case, a visible image is directly displayed by optical scanning. Can be formed.
[0030]
A “photoconductive photoreceptor” can also be used as the photosensitive image carrier. As the photoconductive photoconductor, a sheet-like material such as zinc oxide paper can be used, or a “selenium photoconductor or organic photo-semiconductor such as“ repetitively used in a drum shape or belt shape ”is used. Can do.
[0031]
When a photoconductive photoconductor is used as an image carrier, an electrostatic latent image is formed by uniform charging of the photoconductor and optical scanning by an optical scanning device. The electrostatic latent image is visualized as a toner image by development. The toner image is directly fixed on the photoconductor when the photoconductor is in the form of a sheet such as zinc oxide paper, and transfer paper or an OHP sheet when the photoconductor can be used repeatedly. It is transferred and fixed on a sheet-like recording medium such as (plastic sheet for overhead projector).
[0032]
The transfer of the toner image from the photoconductive photosensitive member to the sheet-like recording medium may be directly transferred from the photosensitive member to the sheet-like recording medium (direct transfer method), or may be temporarily transferred from the photosensitive member to an intermediate transfer belt or the like. After transfer to the intermediate transfer medium, transfer from the intermediate transfer medium to a sheet-like recording medium (intermediate transfer method) may be performed.
Such an image forming apparatus can be implemented as an optical printer, an optical plotter, a digital copying apparatus, or the like.
[0033]
In the image forming apparatus of the present invention, a plurality of the photoconductors are arranged along the conveyance path of the sheet-like recording medium, and an electrostatic latent image is formed for each photoconductor using a plurality of optical scanning devices. The toner image obtained by visualizing these can be transferred and fixed to the same sheet-like recording medium, and can be implemented as a “tandem type image forming apparatus” that synthetically obtains a color image or a multicolor image.
[0034]
Some supplementary explanation.
The scanning optical system having a single lens structure according to the present invention has a “biconvex shape” in both the main scanning and sub-scanning directions. Therefore, the positive power in the main scanning and sub-scanning directions that the scanning optical system should have is incident. It is possible to suppress “deterioration of wavefront aberration” by distributing to the lens surfaces on the side and the exit side.
[0035]
Since the deterioration of wavefront aberration can be suppressed in this way, the spot diameter of the light spot on the surface to be scanned can be reduced, and high-density writing can be handled.
In order to effectively suppress the deterioration of the wavefront aberration, it is preferable that the radius of curvature of the entrance surface is larger than the radius of curvature of the exit surface, and the wavefront aberration is satisfied by satisfying the above conditions (4) and / or (5). It is possible to effectively suppress degradation of the.
[0036]
In order to reduce the spot diameter of the light spot, it is necessary to suppress the deterioration of the wavefront aberration, but there is a limit to performing this only with the scanning optical system. In this case, the “form of the light beam” incident on the scanning optical system is also used as a parameter for correcting the wavefront aberration, so that the deterioration of the wavefront aberration can be easily regulated. If the light beam incident on the scanning optical system is “convergent in the main scanning direction” as in the scanning optical system according to claim 10, the curvature of the scanning optical system in the main scanning direction can be reduced. This makes it easy to achieve a balance of improving the constant velocity characteristics while suppressing the deterioration.
[0037]
Horizontal magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β 2 is roughly: | β 2 | = (distance from the exit lens surface of the scanning optical system to the scanned surface) / (scanning from the deflection starting point of the optical deflector) The distance to the incident-side lens surface of the optical system can be expressed by the following formula. However, when the lower limit of condition (1) is decreased beyond 0.5, the scanning optical system approaches the scanned surface side, and the scanning optical system is Increases cost.
[0038]
On the contrary, when the value exceeds the upper limit: 3.0, the scanning optical system approaches the optical deflector side, and when this is a resin molded product ( Claim 9 ), it is easily affected by the heat generated by the optical deflector. The optical performance is likely to deteriorate due to deformation. In addition, the imaging position of the deflected light beam is likely to be shifted with respect to the surface to be scanned and the spot diameter is likely to fluctuate, so that the processing accuracy and mounting accuracy of the parts become severe.
[0039]
In the scanning optical system according to the present invention, both lens surfaces are anamorphic surfaces, so that “surface tilt of the optical deflector” occurs in the sub-scanning direction while ensuring “constant velocity characteristics” such as fθ characteristics in the main scanning direction. It is possible to realize a function to be corrected ( claim 8 ).
[0040]
By the way, in the multi-beam optical scanning, it is important to keep the “deviation of the pitch of scanning lines simultaneously scanned (referred to as scanning line pitch)” small.
[0041]
“Scanning line pitch deviation” is defined as “difference between maximum value and minimum value between image heights of adjacent scanning line pitches”.
[0042]
In order to perform good optical scanning, the diameter of the light spot on the surface to be scanned (the diameter in the main scanning direction can be dealt with to some extent by electrical correction of the signal, but the diameter in the sub-scanning direction is corrected in this way. Therefore, it is also important that the spot diameter in the sub-scanning direction does not change greatly depending on the image height, and is particularly important in high-density optical scanning.
[0043]
In order to “the diameter of the light spot in the sub-scanning direction does not change greatly with the image height on the surface to be scanned”, the lateral magnification: β in the sub-scanning direction of the scanning optical system may not change greatly with the image height. is necessary.
[0044]
Further, the fluctuation due to the image height of the lateral magnification β in the sub-scanning direction causes a problem that the scanning line pitch of the scanning lines simultaneously scanned with the image height changes in the multi-beam optical scanning. Therefore, it is necessary to “correct the lateral magnification in the sub-scanning direction of the scanning optical system to be constant between the image heights” in order to suppress “fluctuation due to the image height of the scanning line pitch” in multi-beam optical scanning. .
[0045]
This can be achieved by employing a special surface on at least one surface. In addition, a polygon mirror, which is a general optical deflector, is installed with its rotational center shifted from the optical axis of the scanning optical system. An “optical sag” is generated in which the deflection starting point fluctuates. When a sag exists, the path through which the light beam passes is different between the + image height side and the −image height side with respect to the optical axis of the scanning optical system, and the lateral magnification in the sub-scanning direction “asymmetrically changes in the main scanning direction”.
[0046]
This asymmetric lateral magnification change can be corrected by making the “special surface” a “surface in which the change in the main scanning direction of the curvature in the sub-scan section is asymmetric with respect to the optical axis”.
[0047]
“A surface in which the change in the main scanning direction of the curvature in the sub-scanning section is asymmetric with respect to the optical axis” means, for example, (a) that the radius of curvature in the sub-scanning section increases monotonically monotonically as the distance from the optical axis increases in the main scanning direction. Surface (b) Surface whose radius of curvature in the sub-scanning section monotonously decreases as the distance from the optical axis in the main scanning direction (c) Extreme value of change in the main scanning direction of the radius of curvature in the sub-scanning section (D) Surface in which the change in the main scanning direction of the radius of curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction monotonically increases from the + image height side to the −image height side. (E) The curvature in the sub-scanning section. A surface in which the change in radius in the main scanning direction is monotonously decreased from the + image height side toward the −image height side. (F) A surface in which the change in the radius of curvature in the sub-scanning section has two or more extreme values. Various aspects can be considered, such as "optical axis and Te no common axis of rotational symmetry "refers to all aspects. Which of these is adopted as a “surface with an asymmetric curvature change” is determined by design conditions.
[0048]
In this specification, the “optical axis” in such a lens having an asymmetric shape refers to the “reference axis orthogonal to the main scanning / sub-scanning directions” in the reference coordinate system for determining the lens surface shape. To do.
[0049]
Whether the optical scanning is a single beam method or a multi-beam method, the “horizontal magnification in the sub-scanning direction: absolute value of β: change in | β |” within the effective writing width is 10% or less. Is preferable, and more preferably 7% or less.
[0050]
That is, the lateral magnification at the center image height: and beta 2, the lateral magnification at an arbitrary image height ratio of the absolute value of the β h: | β h / β 2 | is preferable to satisfy the condition (2), more Preferably,
0.93 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.07
Is preferably satisfied.
[0051]
In particular, in the case of optical scanning in the multi-beam method, if the change in lateral magnification in the sub-scanning direction is 7% or less, even when “seventh interlaced optical scanning at 1200 dpi” is performed, the simultaneous scanning line pitch is 148.19 μm. The pitch variation is 10.37 μm, and the adjacent pitch at 1200 dpi is suppressed to approximately half of 21.17 μm.
[0052]
In order to perform good optical scanning, it is also important that the beam waist position of the deflected light beam that forms the light spot on the surface to be scanned does not vary greatly depending on the image height. In particular, in order that the beam waist position in the sub-scanning direction does not vary greatly with respect to the surface to be scanned depending on the image height, it is necessary that the sub-scanning field curvature of the scanning optical system does not vary greatly with the image height.
[0053]
In other words, effective writing width: the sub-scan field curvature in the W (change) Width: F S, it is preferable to satisfy the condition (3).
[0054]
In order to satisfy the condition (3) while satisfying the condition (2), it is necessary to consider “optical sag” for the sub-scanning image surface curvature. The effect of this “optical sag” generally does not necessarily coincide with the effect of “scanning optical system change in lateral magnification in the sub-scanning direction”, but to what extent the aim of the spot diameter on the surface to be scanned is. Whether or not the scanning optical system is arranged can have a certain relationship between the correction of the sub-scanning image surface curvature and the correction of the change in the lateral magnification.
[0055]
In this case, it employs a "special surface" only one surface, preferably the curvature of the sub-scan section along a surface opposite to the main scanning direction and a constant "constant curvature surface" (claim 1 ).
[0056]
The “special surface” has a complicated shape, and in particular, if “change in the main scanning direction of the curvature in the sub-scan section is asymmetric in the main scanning direction”, it is difficult to find the optical axis position. If it is “surface”, it is difficult to maintain the performance of the scanning optical system. For this reason, it is preferable to minimize the use of the “special surface” in terms of ensuring the performance of the scanning optical system and reducing the processing cost. In claim 1 , the “special surface” is adopted for only one surface in consideration of the above matters.
[0057]
If the surface opposite to the special surface is a “curvature constant surface”, the lens surface shape in the main scanning section is “maintained regardless of the height in the sub-scanning direction”. Even if the deviation occurs, it is advantageous in that it does not cause any problem in optical performance. Furthermore, since the curvature in the sub-scan section is constant regardless of the position in the main scanning direction, there is also an advantage that the scanning optical system can be easily evaluated.
[0058]
In addition, when the optical scanning device of the present invention is applied to the multi-beam method, the line image imaging optical system to the scanning optical system are “shared by a plurality of light beams” for each coupled light beam, thereby Since the image forming optical system and below can be configured in the same manner as the single beam type optical scanning device, it is possible to realize a multi-beam type optical scanning device that is extremely stable against mechanical fluctuations.
[0059]
As the light source of the multi-beam type optical scanning device, an LD array type or a “beam combining type” can be used. In the case of using an LD array type light source, it is possible to effectively reduce the thermal and electrical influence between the light emitting sources and perform good multi-beam optical scanning by setting the interval between the light emitting sources to 10 μm or more. It becomes possible.
[0060]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 shows only a main part of one embodiment of the optical scanning device. This optical scanning device is of a single beam type.
[0061]
A divergent light beam emitted from a light source 1 which is a semiconductor laser is coupled to a subsequent optical system by a coupling lens 2. The form of the light beam converted by the coupling lens 2 can be a weak divergent light beam, a weak convergent light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0062]
When the light beam that has passed through the coupling lens 2 passes through the opening of the aperture 3, the peripheral portion of the light beam is blocked and “beam-shaped”, and enters the cylindrical lens 4 that is a “line image imaging optical system”. The cylindrical lens 4 has a power-less direction in the main scanning direction and a positive power in the sub-scanning direction, and converges the incident light beam in the sub-scanning direction. The polygon mirror 5 is an “optical deflector”. Is condensed as a “line image long in the main scanning direction” in the vicinity of the deflecting reflection surface.
[0063]
The light beam reflected by the deflecting reflecting surface is deflected at a constant angular velocity as the polygon mirror 5 rotates at a constant speed, passes through one lens 6 forming a “scanning optical system”, and folds the optical path by the bending mirror 7. The light is condensed as a light spot on the photoconductive photosensitive member 8 which is bent and forms a substance to be scanned, and the surface to be scanned is optically scanned.
[0064]
Prior to optical scanning of the photoconductor 8, the deflected light beam is reflected by the mirror 9, and is condensed on the light receiving element 11 by the lens 10. Based on the output of the light receiving element 11, the writing start timing of the optical scanning is determined.
[0065]
The “scanning optical system” is an optical system that condenses the light beam deflected by the optical deflector 5 as a light spot on the surface to be scanned 8, and is configured by a single lens 6. The lens 6 has a biconvex shape in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0066]
Scanning optical system, the sub-scanning direction lateral magnification of the central image height: beta 2 is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β 2 | ≦ 3.0
Those satisfying the above are used.
[0067]
In this embodiment, the lens 6 is an anamorphic optical system having a function of geometrically conjugate with respect to the sub-scanning direction in the vicinity of the deflecting / reflecting surface and the photoconductor 8 as the scanned surface.
[0068]
In this embodiment, a “curvature constant surface” is used for one surface of the lens 6 and a “special surface” is used for the other surface. In the special surface, “a change in the main scanning direction of the curvature in the sub-scan section” is adopted. “Asymmetric with respect to optical axis”, lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β 2 , lateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β h , conditions:
(2) 0.9 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.1
Satisfied, effective writing width: W, effective in the write width of the sub-scan field curvature Width: F S condition:
(3) F S /W<0.001
And those satisfying the conditions (4) and (5) are used.
[0069]
The “single beam optical scanning device” shown in FIG. 1 couples a light beam from a light source to a subsequent optical system by a coupling lens 2, and deflects the coupled light beam by a line image imaging optical system 4. A line image that is long in the main scanning direction is formed in the vicinity of the deflecting and reflecting surface of the scanner 5, deflected at a constant angular velocity by the optical deflector 5, and the deflected light beam is formed as a light spot on the surface to be scanned 8 by the scanning optical system 6. The optical scanning device collects light and optically scans the surface to be scanned 8, and the scanning optical system 6 according to any one of claims 1 to 9 can be used as the scanning optical system 6.
[0070]
The optical scanning device shown in FIG. 2 is of a “multi-beam type”. In order to avoid complications, the same reference numerals as those in FIG.
[0071]
The light source 1 is a semiconductor laser array in which four light emitting sources ch1 to ch4 are arranged in a line at equal intervals. Here, an embodiment arranged in the sub-scanning direction is shown. Of course, the light emitting source arrangement direction of the semiconductor laser array may be “tilted with respect to the sub-scanning direction”.
[0072]
The four light beams emitted from the four light emission sources ch1 to ch4 are divergent light beams in which the major axis direction of the “elliptical far field pattern” is directed to the main scanning direction, but the coupling lens 2 is common to the four light beams. By this, it is coupled to the subsequent optical system. The form of each coupled light beam can be a weak divergent light beam, a weak convergent light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0073]
The four light beams transmitted through the coupling lens 2 are “beam-shaped” by the aperture 3 and are converged in the sub-scanning direction by the action of the cylindrical lens 4 which is a “common line image imaging optical system”. In the vicinity of the deflecting and reflecting surface of the polygon mirror 5 that is a “device”, the images are separated in the sub-scanning direction from each other as line images that are long in the main scanning direction.
[0074]
The four light beams deflected at a constant angular velocity by the deflecting reflecting surface are transmitted through one lens 6 forming a “scanning optical system”, and the optical path is bent by a bending mirror 7 to form a “scanned surface” entity. The light is condensed as four light spots separated in the sub-scanning direction on the body 8, and the four scanning lines on the surface to be scanned are simultaneously optically scanned.
[0075]
One of the deflected light beams is reflected by the mirror 9 prior to the optical scanning, and is condensed on the light receiving element 11 by the lens 10. Based on the output of the light receiving element 11, the write start timing of the optical scanning of each of the four light beams is determined.
[0076]
The “scanning optical system” is an optical system that collects four light beams simultaneously deflected by the optical deflector 5 as four light spots on the surface to be scanned 8, and is configured by a single lens 6. This lens 6 is the same as that described with reference to FIG. 1, and the lateral magnification of the central image height in the sub-scanning direction: β 2 is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β 2 | ≦ 3.0
Those satisfying the above are used.
[0077]
As in the embodiment of FIG. 1, a “curvature constant surface” is adopted on one surface of the lens 6 and a “special surface” is adopted on the other surface, and the “main curvature direction of curvature in the sub-scan section” of the special surface. Is asymmetric with respect to the optical axis, the horizontal magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β 2 , and the horizontal magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β h are the conditions:
(2) 0.9 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.1
Satisfied, effective writing width: W, effective in the write width of the sub-scan field curvature Width: F S condition:
(3) F S /W<0.005
And those satisfying the conditions (4) and (5) are used.
[0078]
The multi-beam optical scanning device shown in FIG. 2 is coupled by coupling a plurality of light beams from a plurality of light emitting sources ch1 to ch4 to a subsequent optical system by a common coupling lens 2. The plurality of light beams are imaged as a plurality of line images that are long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the optical deflector 5 by the common line image imaging optical system 4. 5 is simultaneously deflected at a constant angular velocity, and the deflected light beam is condensed on the scanned surface 8 as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction by the common scanning optical system 6, and a plurality of light spots are collected by the plurality of light spots. A multi-beam optical scanning device that simultaneously scans scanning lines, using the scanning optical system according to claim 10 as the common scanning optical system 6 ( claim 12 ), and a plurality of light sources No light source ch A monolithic semiconductor laser array 1 in which 1 to ch4 are arranged in a line is used ( claim 13 ).
[0079]
The optical scanning device shown in FIG. 3 is also of the multi-beam type. In this optical scanning device, a beam combining type is used as a light source.
The light sources 1-1 and 1-2 are semiconductor lasers, each having a single light source. The light beams emitted from the light sources 1-1 and 1-2 are coupled by the coupling lenses 2-1 and 2-2. The form of each coupled light beam can be a weak divergent light beam, a weak convergent light beam, or a parallel light beam, depending on the optical characteristics of the optical system thereafter.
[0080]
The light beams transmitted through the coupling lenses 2-1 and 2-2 are “beam-shaped” by the apertures 3-1 and 3-2 and enter the beam combining prism 20. The beam combining prism 20 has a reflecting surface, a polarization separation film, and a half-wave plate. The light beam from the light source 1-2 is reflected by the reflecting surface of the beam combining prism 20 and the polarization separation film, and exits the beam combining prism 20.
[0081]
The light beam from the light source 1-1 is rotated 90 degrees on the polarization plane by the half-wave plate, passes through the polarization separation film, and exits from the beam combining prism 20. In this way, the two light beams are combined. Due to the “positional adjustment” of the light-emitting portions of the light sources 1-1 and 1-2 with respect to the optical axes of the coupling lenses 2-1 and 2-2, the two combined beams form a minute angle in the sub-scanning direction. ing.
[0082]
The two combined beams are combined in the main scanning direction in the vicinity of the deflecting reflection surface of the polygon mirror 5 that is an “optical deflector” by the action of the cylindrical lens 4 that is a “common line image forming optical system”. As long line images, they are separated from each other in the sub-scanning direction.
[0083]
The two light beams deflected at a constant angular velocity by the deflecting reflecting surface are transmitted through one lens 6 forming a “scanning optical system”, and the optical path is bent by a bending mirror 7 to form a “scanned surface” entity. The light is condensed on the body 8 as two light spots separated in the sub-scanning direction, and two scanning lines on the surface to be scanned are simultaneously optically scanned.
[0084]
One of the light beams is condensed on the light receiving element 11 prior to the optical scanning, and the writing start timing of the optical scanning of the two light beams is determined based on the output of the light receiving element 11. Instead of doing this, each of the two light beams is condensed on the light receiving element 11 prior to the optical scanning, and the writing start timing of the optical scanning of the two light beams is individually set based on the output of the light receiving element 11. You may make it decide to.
[0085]
The “scanning optical system” is an optical system that condenses two light beams simultaneously deflected by the optical deflector 5 as two light spots on the surface to be scanned 8, and is configured by a single lens 6. This lens 6 is the same as that described with reference to FIGS. 1 and 2, and the lateral magnification in the sub-scanning direction of the central image height: β 2 is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β 2 | ≦ 3.0
Those satisfying the above are used.
[0086]
As in the embodiment of FIGS. 1 and 2, a “special surface” is employed on one surface of the lens 6, and the change in curvature in the sub-scanning section in the main scanning direction is relative to the optical axis. Asymmetrical, sub-scanning direction lateral magnification of center image height: β 2 , arbitrary image height sub-scanning direction lateral magnification: β h , conditions:
(2) 0.9 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.1
Satisfied, effective writing width: W, effective in the write width of the sub-scan field curvature Width: F S condition:
(3) F S /W<0.001
And further satisfying the conditions (4) and (5) are used.
[0087]
In the multi-beam optical scanning device shown in FIG. 3, the light beams from a plurality of light sources 1-1 and 1-2 are coupled to the subsequent optical system by coupling lenses 2-1 and 2-2. The coupled and coupled light beams are combined into a plurality of line images that are long in the main scanning direction and separated in the sub-scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the optical deflector 5 by the common line image forming optical system 4. And deflecting the deflected light beam as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction on the surface to be scanned 8 by the common scanning optical system 6. A multi-beam optical scanning device that simultaneously scans a plurality of scanning lines with a plurality of light spots, and uses the scanning optical system according to claim 10 as the common scanning optical system 6.
[0088]
The “spot diameter of the light spot” in this specification is defined by 1 / e 2 intensity in the line spread function of the light intensity distribution in the light spot on the surface to be scanned.
[0089]
The “line spread function” is a light spot light intensity distribution: f (Y, Z) based on coordinates Y, Z in the main scanning direction and the sub-scanning direction with reference to the center coordinates of the light spot formed on the surface to be scanned. Is defined as LSZ (Z) = ∫f (Y, Z) dY (integration is performed for the full width of the light spot in the Y direction), and the line spread function in the Y direction. : LSY is
LSY (Y) = ∫f (Y, Z) dZ (Integration is performed for the full width of the light spot in the Z direction).
[0090]
These line spread functions: LSZ (Z), LSY (Y) are generally of a Gaussian distribution type, and the spot diameters in the Y direction and Z direction are determined by the line spread functions: LSZ (Z), LSY (Y ) Is given by the width in the Y and Z directions of a region that is 1 / e 2 or more of the maximum value.
[0091]
The spot diameter defined above by the line spread function can be easily measured by scanning the light spot at a constant speed with a slit, receiving the light passing through the slit with a photodetector, and integrating the amount of light received. There are also commercially available devices for performing such measurements.
[0092]
【Example】
A specific example will be given below. The optical arrangement as the optical scanning device is as shown in FIG.
[0093]
The shape of the lens surface and the like are according to the following formula.
"Non-arc shape in main scanning section"
Paraxial radius of curvature in main scanning section: R m , distance in main scanning direction from optical axis: Y, conic constant: K, higher order coefficients: A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 ,... Depth in the optical axis direction: X is used to represent a known polynomial (6).
X = (Y 2 / R m ) / [1 + √ {1- (1 + K m ) (Y / R m ) 2 }] + A 1 Y + A 2 Y 2 + A 3 Y 3 + A 4 Y 4 + A 5 Y 5 + A 6 Y 6 + ・ ・ (6)
In the equation (6), when one or more of odd-order coefficients: A 1 , A 3 , A 5 ,... Is not 0, an asymmetric shape is formed in the main scanning direction.
[0094]
"Curvature in sub-scan section"
When the curvature in the sub-scan section (the reciprocal of the radius of curvature) changes in the main scan direction (coordinate with the optical axis position as the origin: Y), the curvature in the sub-scan section: C S (Y) It is expressed by equation (7). R S (0) represents the “radius of curvature on the optical axis” in the sub-scan section, and B 1 , B 2 ... Represent higher-order coefficients.
[0095]
C S (Y) = {1 / R S (0)} + B 1 Y + B 2 Y 2 + B 3 Y 3 + B 4 Y 4 + B 5 Y 5 + B 6 Y 6 + (7)
In equation (7), when one or more of odd-order coefficients of Y: B 1 , B 3 , B 5 ,... Is not 0, the change in the radius of curvature in the sub-scanning section becomes “asymmetric in the main scanning direction”. . When the coefficients of Y: B 1 , B 2 , B 3 ... Are all 0, a “curvature constant surface” is obtained.
[0096]
The analytical expression of the special surface is not limited to the above-described ones, and various kinds are possible, and the surface shape in the present invention is not limited to the expression by the above formula.
[0097]
Example 1
"light source"
Wavelength: 655nm
"Coupling lens"
Focal length: 15mm
Coupling action: Converging action The natural condensing point (the position where the converging light beam emitted from the coupling lens naturally converges when not receiving the refracting action of other optical elements) is the deflecting reflecting surface. The position is 686.76 mm from the side toward the surface to be scanned.
[0098]
"Cylindrical lens"
Focal length in the sub-scanning direction: 72mm
"Polygon mirror"
Number of deflecting reflecting surfaces: 6
Inscribed circle radius: 16mm
Angle formed by the incident angle of the light beam from the light source side and the optical axis of the scanning optical system: 60 degrees “data of the optical system between the polygon mirror and the surface to be scanned”
The radius of curvature is represented by “R m ” in the main scanning direction, “R s ” by the sub scanning direction, and the refractive index by “n”. In the following data, “R m , R s ” is “paraxial curvature radius”.
[0099]
Figure 0004298222
In the above, X and Y represent the distance between the vertices in the surface numbers: i to i + 1 in the optical axis direction and the main scanning direction. For example, X = 47.89 and Y = 0.47 at the surface number: 0 (deflection reflection surface) are the incident surface (surface number) of the deflection reflection point position (reflection position giving image height: 0). 1) is 47.89 mm away in the optical axis direction (X direction) and 0.74 mm away in the main scanning direction (Y direction). X = 20.81 in the surface number: 1 gives the thickness of the lens 6 on the optical axis.
[0100]
The incident surface (surface number: i = 1) is a “curvature constant surface”, and the shape in the main scanning section is a non-arc shape represented by the above equation (6).
Table 1 lists the coefficients of this surface in the main scanning direction.
[0101]
[Table 1]
Figure 0004298222
[0102]
The exit surface (surface number: i = 2) is a “special surface”, and the shape in the main scanning section is a non-arc shape symmetrical to the optical axis.
Table 2 lists the coefficients of the surface in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0103]
[Table 2]
Figure 0004298222
[0104]
The lateral magnification in the sub-scanning direction at the center image height of the scanning optical system of the first embodiment: β 2 is β 2 = 2.3.
[0105]
FIG. 5 shows the curvature of field (the solid line on the left is the sub-scanning field curvature and the broken line is the main scanning field) and the constant velocity characteristics (the right line is the linearity and the broken line is the fθ characteristic).
[0106]
Main scanning direction: 1.666 mm / 220 mm
Sub-scanning direction: 0.21mm / 220mm
Linearity: 0.555% / 220mm
Both the field curvature and constant velocity characteristics are corrected extremely well. In particular, the sub-scan field curvature satisfies the condition (3). That is,
(3) 0.21 / 220 = 0.00095 <0.001
Figure 6 is a sub-scanning direction lateral magnification of the central image height: for beta 2, the sub-scanning direction lateral magnification of any image height: shows changes in beta h. Magnification change: | β h / β 2 |
0.998 ≦ | β h / β 2 | ≦ 1.013
And the condition (2) is satisfied and the correction is extremely good.
[0107]
FIG. 7 shows a change in curvature of the entrance surface (FIG. 7A) and exit surface (FIG. 7B) of the lens 6. FIG. In this embodiment, the incident surface is a “curvature constant surface”.
[0108]
FIG. 8 shows a “spot diameter depth curve (a variation in the spot shape with respect to the defocusing of the light spot)” for each image height of the light spot in the first embodiment. (A) relates to the main scanning direction, and (b) relates to the sub-scanning direction. In Example 1, about 50 μm is intended as the spot diameter defined by the 1 / e 2 intensity of the line spread function. As shown in the figure, both the main scanning and sub-scanning directions have good depth, and the tolerance for the positional accuracy of the surface to be scanned is high.
[0109]
In the first embodiment, the lens 6 constituting the scanning optical system is made of a plastic material, but a glass material may be used as a matter of course. In order to further reduce the beam spot diameter, the sub-scanning direction may be a non-arc shape. It is also noted that aberrations can be corrected more preferably by decentering the scanning optical system.
[0110]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 9 shows an embodiment of the image forming apparatus.
This image forming apparatus is a laser printer.
[0111]
The laser printer 1000 has a “photoconductive photoreceptor formed in a cylindrical shape” as a photosensitive image carrier 1110. Around the image carrier 1110, a charging roller 1121, a developing device 1131, a transfer roller 1141, and a cleaning device 1151 are arranged as charging means. A “corona charger” can also be used as the charging means.
[0112]
An optical scanning device 1171 that performs optical scanning with the laser beam LB is provided, and “exposure by optical writing” is performed between the charging roller 1121 and the developing device 1131.
[0113]
In FIG. 9, reference numeral 1161 denotes a fixing device, reference numeral 1181 denotes a cassette, reference numeral 1191 denotes a registration roller pair, reference numeral 1201 denotes a paper feeding roller, reference numeral 1211 denotes a conveyance path, reference numeral 1221 denotes a discharge roller pair, reference numeral 1231 denotes a tray, reference numeral P Indicates transfer paper as a sheet-like recording medium.
[0114]
When forming an image, an image carrier 1110 that is a photoconductive photosensitive member is rotated at a constant speed in the clockwise direction, and the surface thereof is uniformly charged by a charging roller 1121, so that the optical beam of the laser beam LB of the optical scanning device 1171 is written. An electrostatic latent image is formed upon exposure to the image. The formed electrostatic latent image is a so-called “negative latent image”, and the image portion is exposed.
[0115]
This electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 1131, and a toner image is formed on the image carrier 1110. The cassette 1181 storing the transfer paper P is detachable from the main body of the image forming apparatus 1000. When the cassette 1181 is mounted as shown in the drawing, the uppermost sheet of the stored transfer paper P is fed by the paper supply roller 1201. Then, the transferred transfer paper P is fed by the registration roller pair 1191 at the leading end. The registration roller pair 1191 feeds the transfer paper P to the transfer unit in time with the toner image on the image carrier 1110 moving to the transfer position.
[0116]
The transferred transfer paper P is superimposed on the toner image at the transfer portion, and the toner image is electrostatically transferred by the action of the transfer roller 1141. The transfer paper P onto which the toner image has been transferred is sent to the fixing device 1161, where the toner image is fixed by the fixing device 1161, passes through the conveyance path 1211, and is discharged onto the tray 1231 by the discharge roller pair 1221.
[0117]
The surface of the image carrier 1110 after the toner image has been transferred is cleaned by a cleaning device 1151 to remove residual toner, paper dust, and the like.
[0118]
By using the “optical scanning device as shown in FIGS. 1, 2, and 3” as the optical scanning device 1171, extremely good image formation can be performed.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel scanning optical system, optical scanning device, and image forming apparatus can be realized.
[0120]
As described above, the scanning optical system of the present invention can be manufactured at a low cost with a single lens configuration, the optical scanning device can be made compact, and not only geometrical aberration but also wave optical aberration can be corrected well. It is suitable for reducing the diameter of the light spot. A scanning optical system using such a scanning optical system can perform good optical scanning with a light spot having a reduced diameter. Therefore, an image forming apparatus using such an optical scanning apparatus can form a fine image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a single beam type optical scanning device;
FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of a multi-beam type optical scanning device;
FIG. 3 is a diagram for explaining one embodiment of a multi-beam type optical scanning device;
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical arrangement of an embodiment of an optical scanning device.
FIG. 5 is an aberration diagram (curvature of field and constant velocity characteristics) of the example.
FIG. 6 is a diagram showing a change in magnification: | β h / β 2 | in an example.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in a main scanning direction of a curvature in a sub-scan section of an incident side surface (curvature constant surface) and an exit side surface (special surface) of a scanning optical system according to an embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a “spot diameter depth curve” for each image height of a light spot in the example.
FIG. 9 is a diagram for explaining one embodiment of an image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
5 Optical deflector (polygon mirror)
6 Scanning optical system

Claims (14)

光偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光させる走査光学系であって、
1枚のレンズにより構成され、
主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、一方の面は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定な曲率一定面であり、他方の面は、副走査断面内の曲率が主走査方向において、連続的に、且つ、光軸に関して非対称に変化する特殊面であり、
中心像高における副走査方向の横倍率:β が、条件:
(1) 0.5≦|β |≦3.0
を満足することを特徴とする走査光学系。
A scanning optical system for condensing a light beam deflected by an optical deflector as a light spot on a surface to be scanned,
Consists of one lens,
It has a biconvex shape in the main scanning direction and a biconvex shape in the sub scanning direction, and both surfaces are anamorphic surfaces, and one surface is a constant curvature surface in which the curvature in the sub scanning section is constant in the main scanning direction. The other surface is a special surface whose curvature in the sub-scanning section changes continuously in the main scanning direction and asymmetrically with respect to the optical axis,
Sub-scanning direction lateral magnification at the central image height: beta 2 is the condition:
(1) 0.5 ≦ | β 2 | ≦ 3.0
A scanning optical system characterized by satisfying
請求項1記載の走査光学系において、The scanning optical system according to claim 1.
少なくとも1面の、主走査断面内の形状が非円弧形状であることを特徴とする走査光学系。  A scanning optical system characterized in that at least one surface has a non-arc shape in a main scanning section.
請求項1または2記載の走査光学系において、The scanning optical system according to claim 1 or 2,
中心像高における副走査方向の横倍率:βHorizontal magnification in the sub-scanning direction at the center image height: β 2 、任意像高における副走査方向の横倍率:βLateral magnification in the sub-scanning direction at an arbitrary image height: β h が、条件:But the condition:
(2) 0.9≦|β(2) 0.9 ≦ | β h /β/ Β 2 |≦1.1| ≦ 1.1
を満足することを特徴とする走査光学系。A scanning optical system characterized by satisfying
請求項1〜3の任意の1に記載の走査光学系において、
有効書込幅:W、有効書込幅内における副走査像面湾曲の幅:F が条件:
(3) F /W<0.001
を満足することを特徴とする走査光学系
The scanning optical system according to any one of claims 1 to 3,
Effective writing width: W, effective writing width in the sub-scanning curvature in the width: F S condition:
(3) F S /W<0.001
A scanning optical system characterized by satisfying
請求項1〜4の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 4,
主走査方向における、入射面の曲率半径:RRadius of curvature of incident surface in main scanning direction: R m1m1 、射出面の曲率半径:R, Radius of curvature of the exit surface: R m2m2 が、条件:But the condition:
(4) |R  (4) | R m1m1 |>|R| > | R m2m2
を満足することを特徴とする走査光学系。A scanning optical system characterized by satisfying
請求項1〜5の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 5,
副走査方向における、入射面の曲率半径:R  Radius of curvature of incident surface in sub-scanning direction: R s1s1 、射出面の曲率半径:R, Radius of curvature of the exit surface: R s2s2 が、条件:But the condition:
(5) |R  (5) | R s1s1 |>|R| > | R s2s2
を満足することを特徴とする走査光学系。A scanning optical system characterized by satisfying
請求項1〜6の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 6,
光偏向器により偏向され、主走査方向に収束性の光束を入射されることを特徴とする走査光学系。  A scanning optical system which is deflected by an optical deflector and receives a convergent light beam in a main scanning direction.
請求項1〜7の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 7,
主走査方向において、被走査面上の光スポットを等速的に光走査させる機能を有し、  In the main scanning direction, the light spot on the surface to be scanned has a function of optical scanning at a constant speed,
副走査方向において光偏向器の面倒れを補正する機能を有することを特徴とする走査光学系。  A scanning optical system having a function of correcting surface tilt of an optical deflector in a sub-scanning direction.
請求項1〜8の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 8,
樹脂で成形されたことを特徴とする走査光学系。  A scanning optical system characterized by being molded of resin.
請求項1〜9の任意の1に記載の走査光学系において、The scanning optical system according to any one of claims 1 to 9,
同時に偏向される複数ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光することを特徴とする走査光学系。  A scanning optical system that focuses a plurality of beams deflected simultaneously as a plurality of light spots separated in a sub-scanning direction on a surface to be scanned.
光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を、線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、上記光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面を光走査するシングルビーム方式の光走査装置において、The light flux from the light source is coupled to the subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled light flux is coupled as a long line image in the main scanning direction near the deflection reflection surface of the optical deflector by the line image imaging optical system. A single beam type optical scanning device that images and deflects the deflected light beam at a constant angular velocity by the optical deflector, condenses the deflected light beam as a light spot on the surface to be scanned by the scanning optical system, and optically scans the surface to be scanned In
走査光学系として、請求項1〜9の任意の1に記載の走査光学系を用いたことを特徴とする光走査装置。  An optical scanning apparatus using the scanning optical system according to any one of claims 1 to 9 as a scanning optical system.
複数の発光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、上記光偏向器により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査するマルチビーム方式の光走査装置において、The light beams from multiple light sources are coupled to the subsequent optical system by a coupling lens, and the coupled multiple light beams are main-scanned near the position of the deflecting reflection surface of the optical deflector by a common line image imaging optical system. A plurality of line images that are long in the direction and separated in the sub-scanning direction are deflected at the same angular velocity simultaneously by the optical deflector, and a plurality of deflected light beams are scanned on the surface to be scanned by a common scanning optical system. In a multi-beam type optical scanning device that condenses as a plurality of light spots separated in the sub-scanning direction and simultaneously scans a plurality of scanning lines with the plurality of light spots,
共通の走査光学系として請求項10記載の走査光学系を用いたことを特徴とする光走査装置。  An optical scanning apparatus using the scanning optical system according to claim 10 as a common scanning optical system.
請求項12記載の光走査装置において、The optical scanning device according to claim 12, wherein
複数の発光源が1列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイを、光源として用いたことを特徴とする光走査装置。  An optical scanning device characterized in that a monolithic semiconductor laser array in which a plurality of light emitting sources are arranged in a row is used as a light source.
感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置において、In an image forming apparatus that forms a latent image by performing optical scanning with a light scanning device on a photosensitive image carrier, and visualizes the latent image with a developing unit to obtain an image.
像担持体の光走査を行う光走査装置として請求項11〜13の任意の1に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。  An image forming apparatus using the optical scanning device according to any one of claims 11 to 13 as an optical scanning device for optically scanning an image carrier.
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