JP2001125033A - Scanning optical system and image forming device - Google Patents
Scanning optical system and image forming deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真やデジタ
ル複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に
用いる走査光学系に関し、且つその画像形成装置に関す
るものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a scanning optical system used for an image forming apparatus such as an electrophotograph, a digital copying machine, a laser beam printer, and the like, and to the image forming apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、走査光学系は、電子写真やレーザ
ービームプリンタ等の画像形成装置に用いられ、被転写
紙等により鮮明な画像を形成する装置として絶えず改良
が求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning optical system has been used for an image forming apparatus such as an electrophotograph or a laser beam printer, and there is a need for continuous improvement as a device for forming a clear image on a transfer paper or the like.
【０００３】この画像形成装置の一例として、レーザー
ビームプリンタの概要図を図９に示して説明する。図９
において、１３は画像情報に基づき発光するマルチビー
ム発光タイプの半導体レーザ、１４はレーザービームを
平行光とするコリメータレンズ、１５は平行光を集光す
るシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）、４６は
高速回転することによりレーザ光を走査するポリゴンミ
ラー、１７はトーリックレンズ、１８は結像レンズ、１
９は反射ミラー、２０はポリゴンミラー４６によって走
査されたビ一ムの位置を検出するためのＢＤミラー、２
１はＢＤミラー２０によって反射されたビームを受光し
て水平走査のブランキング期間を検出するための受光素
子を含むＢＤ検出器、２２はＢＤ検出器２１によって検
出されたＢＤ信号、２３はスキャナモータドライバ２４
を駆動するためにエンジン制御部４２から出力されるス
キャナドライブ信号、２５はポリゴンミラー４６を回転
駆動するスキャナモータ、２６はエンジン制御部４２か
らのレーザ駆動信号、２７は半導体レーザ１３を駆動す
るレーザドライバ、４１は感光体を表面に有する感光ド
ラム、４４はトーリックレンズ１７からＢＤミラー２０
に至る光線である。As an example of this image forming apparatus, a schematic diagram of a laser beam printer will be described with reference to FIG. FIG.
In the figure, 13 is a multi-beam emission type semiconductor laser that emits light based on image information, 14 is a collimator lens that collimates a laser beam, 15 is a cylindrical lens (cylinder lens) that collects parallel light, and 46 rotates at high speed. A polygon mirror that scans the laser light, 17 is a toric lens, 18 is an imaging lens,
9 is a reflection mirror, 20 is a BD mirror for detecting the position of the beam scanned by the polygon mirror 46, 2
Reference numeral 1 denotes a BD detector including a light receiving element for receiving a beam reflected by the BD mirror 20 and detecting a blanking period of horizontal scanning, 22 denotes a BD signal detected by a BD detector 21, and 23 denotes a scanner motor. Driver 24
A scanner drive signal output from the engine control unit 42 for driving the scanner, a scanner motor 25 for rotating and driving the polygon mirror 46, a laser drive signal 26 from the engine control unit 42, and a laser 27 for driving the semiconductor laser 13 A driver 41 is a photosensitive drum having a photoreceptor on its surface, and 44 is a toric lens 17 to a BD mirror 20.
Is the light beam that leads to
【０００４】ここで、画像信号をレーザドライバ２７で
駆動された半導体レーザ１３のレーザ光は、コリメータ
レンズ１４及びシリンドリカルレンズ１５で集光されて
ポリゴンミラー４６に反射され、ポリゴンミラー４６の
一面で１主走査方向に走査する。主走査方向に走査され
た光線は反射ミラー１９によって感光ドラム４１上の感
光体を露光し、不図示の被転写紙を現像する。また、Ｂ
Ｄ信号２２は、１つのＢＤ検出器２１によって半導体レ
ーザ１３から発したレーザービームを検出し、エンジン
制御部４２によりスキャナモータ２５の回転スピードを
制御している。また、エンジン制御部４２は外部画像読
み取り装置等からの画像信号を入力してその画像信号に
応じてレーザードライバ２７を駆動する。Here, the laser light of the semiconductor laser 13 whose image signal is driven by the laser driver 27 is condensed by the collimator lens 14 and the cylindrical lens 15 and reflected by the polygon mirror 46. Scan in the main scanning direction. The light beam scanned in the main scanning direction exposes the photoreceptor on the photosensitive drum 41 by the reflection mirror 19 to develop a transfer paper (not shown). Also, B
The D signal 22 detects a laser beam emitted from the semiconductor laser 13 by one BD detector 21, and controls the rotation speed of the scanner motor 25 by the engine control unit 42. The engine control unit 42 receives an image signal from an external image reading device or the like and drives the laser driver 27 according to the image signal.
【０００５】つぎに、従来の電子写真の走査光学系の概
念的構成例を、図４，図５（ａ），図５（ｂ）、図６に
示す。Next, FIGS. 4, 5 (a), 5 (b) and 6 show conceptual configurations of a conventional electrophotographic scanning optical system.
【０００６】各図において、レーザ光源２、コリメータ
レンズ３、絞り１１，１２、シリンダーレンズ４、ポリ
ゴンミラー５、ｆθレンズ６が備えられている。In each figure, a laser light source 2, a collimator lens 3, apertures 11 and 12, a cylinder lens 4, a polygon mirror 5, and an fθ lens 6 are provided.
【０００７】図４は、アンダーフィールド走査光学系
（ＵＦＳ）の構成図である。レーザ光源２から放射され
たレーザ光をコリメータレンズ３で平行光のコリメータ
光に変え、絞り１２で光束形状を楕円形に変換する。シ
リンダーレンズ４によって副走査方向に光束を集光し、
ポリゴンミラー５の１つの反射面５１付近に焦線を結
び、ポリゴンミラー５の回転によって偏向されたレーザ
光は、ｆθレンズ６で不図示の像面上にビームスポット
を形成しながら、主走査方向に走査される。また、像面
付近に感光体を設け、既知の電子写真プロセスにより画
像形成するデジタル複写機やレーザービームプリンター
が実用化されている。FIG. 4 is a configuration diagram of an underfield scanning optical system (UFS). The laser light emitted from the laser light source 2 is changed into collimated collimated light by a collimator lens 3, and the light beam shape is converted into an elliptical shape by a diaphragm 12. The light beam is condensed in the sub-scanning direction by the cylinder lens 4,
A laser beam deflected by the rotation of the polygon mirror 5 is focused on one reflection surface 51 of the polygon mirror 5 and forms a beam spot on an image plane (not shown) by the fθ lens 6 in the main scanning direction. Is scanned. In addition, a digital copying machine and a laser beam printer which provide a photoreceptor near an image surface and form an image by a known electrophotographic process have been put to practical use.
【０００８】反射面５１上に形成されるレーザ光の焦線
に比べ、反射面５１は十分に大きく、光量を有効に利用
できることが、ＵＦＳの特徴となっている。The feature of the UFS is that the reflection surface 51 is sufficiently larger than the focal line of the laser beam formed on the reflection surface 51 and the light amount can be used effectively.
【０００９】これに対してオーバーフィールド走査光学
系（ＯＦＳ）が近年注目を受けている。図５（ａ）
（ｂ）、図６に、そのオーバーフィールド走査光学系
（ＯＦＳ）の代表的な構成例を示す。各符号番号は図４
の場合と同様である。On the other hand, an overfield scanning optical system (OFS) has recently been receiving attention. FIG. 5 (a)
(B), FIG. 6 shows a typical configuration example of the overfield scanning optical system (OFS). Each code number is shown in FIG.
Is the same as
【００１０】オーバーフィールド走査光学系（ＯＦＳ）
の特徴は、図５（ａ）のように、ポリゴンミラー５の１
つの反射面５１の巾ｌ0が入射光束７１，７２の巾ｌよ
り小さいことである。このため瞳移動が生じて反射面５
１で反射された光束は、軸上光７３，７４の巾ｌ0 、軸
外光７５，７６の巾ｌ1 のように、入射光の巾ｌより小
さくなっている。このため、図４のＵＦＳ（Uniform Fi
eld Scanning）に比べ、ＯＦＳはポリゴンミラー５を小
さくすることができ、モーターの回転数をあげて高速化
することができる。Overfield scanning optical system (OFS)
Is characterized in that, as shown in FIG.
The width l0 of the two reflecting surfaces 51 is smaller than the width l of the incident light fluxes 71 and 72. For this reason, pupil movement occurs and the reflection surface 5
The light beam reflected at 1 is smaller than the width l of the incident light, such as the width l0 of the on-axis lights 73 and 74 and the width l1 of the off-axis lights 75 and 76. For this reason, the UFS (Uniform Fi
Compared to eld scanning, OFS can reduce the size of the polygon mirror 5 and increase the motor speed to increase the speed.
【００１１】また本従来例では、図５（ｂ）に示すよう
に副走査断面において、反射面５１に対して入射角度In this conventional example, as shown in FIG. 5B, in the sub-scan section, the angle of incidence is
【００１２】[0012]
【数１】 をもって集光させる、いわゆる斜入射系を採用してい
る。このため、ｆθレンズ６と、シリンダーレンズ４や
コリメータレンズ３等を上下方向に配置することで、図
５（ａ）に示されるようにポリゴンミラーに対する入射
側光学系（シリンダーレンズ４や、コリメータレンズ
３）の光軸と、出射側光学系（ｆθレンズ６の光軸）を
平行に配置でき、軸上に対して軸外を対称配置してい
る。(Equation 1) A so-called oblique incidence system for condensing light is adopted. Therefore, by arranging the fθ lens 6, the cylinder lens 4, the collimator lens 3, and the like in the vertical direction, as shown in FIG. 5A, the incident side optical system (the cylinder lens 4, the collimator lens The optical axis of 3) can be arranged in parallel with the emission-side optical system (optical axis of the fθ lens 6), and are symmetrically arranged off-axis with respect to the axis.
【００１３】また、図４のように入射側と出射側の光軸
を副走査断面内で、角度Further, as shown in FIG. 4, the optical axes of the incident side and the exit side are angled within the sub-scan section.
【００１４】[0014]
【数２】 傾けた系では、非対称な配置となっている。しかしなが
ら、ポリゴンミラー５を小さくして、ＯＦＳ化すること
も可能である。(Equation 2) The tilted system has an asymmetric arrangement. However, it is also possible to make the polygon mirror 5 smaller and to make it an OFS.
【００１５】ＯＦＳでの入射側光学系の別の図を図６に
示す。図６において、各要素の符号番号は、図４と同様
である。レーザ光源２から放射されたレーザ光をコリメ
ータレンズ３で平行光のコリメータ光に変え、長方形形
状の絞り１１で光束形状を長方形に変換する。シリンダ
ーレンズ４によって副走査方向に光束を集光し、ポリゴ
ンミラー５の１つの反射面５１付近に焦線を結び、ポリ
ゴンミラー５の回転によって偏向されたレーザ光は、ｆ
θレンズで不図示の像面上にビームスポットを形成しな
がら、主走査方向に走査される。FIG. 6 shows another view of the incident side optical system in the OFS. 6, the reference numerals of the respective elements are the same as those in FIG. The laser light emitted from the laser light source 2 is changed into collimated collimated light by the collimator lens 3, and the light beam shape is converted into a rectangle by the rectangular aperture 11. The laser beam is condensed by the cylinder lens 4 in the sub-scanning direction, a focal line is formed near one reflection surface 51 of the polygon mirror 5, and the laser beam deflected by the rotation of the polygon mirror 5 is f
Scanning is performed in the main scanning direction while forming a beam spot on an image plane (not shown) by the θ lens.
【００１６】ここで、絞り１１は端面１１５〜１１８か
らなる矩形である。副走査方向（Ｙ）に対しては十分に
広くなっている。理由は図５（ａ）のように、ＯＦＳに
おいては、画角によって入射光束７１，７２の副走査方
向の利用する場所が異なるためである。Here, the stop 11 is a rectangle having end faces 115 to 118. It is sufficiently wide in the sub-scanning direction (Y). The reason is that, as shown in FIG. 5A, in the OFS, the locations where the incident light beams 71 and 72 are used in the sub-scanning direction differ depending on the angle of view.
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オーバ
ーフィールド走査光学系（ＯＦＳ）では次のような問題
がある。However, the overfield scanning optical system (OFS) has the following problems.
【００１８】図５（ａ）において、軸上光束の巾ｌ0
と、軸外光束の巾ｌ1 の関係は ｌ1 ＝ｌ0 ｃｏｓθ （但し、θは軸上軸外のポリゴンミラー回転角）とな
る。このため軸上と軸外で光量に差が生じることにな
る。In FIG. 5A, the width l0 of the on-axis light flux is shown.
And the width l1 of the off-axis light flux is l1 = 10 cos θ (where θ is the rotational angle of the polygon mirror off-axis). For this reason, a difference occurs in the amount of light between on-axis and off-axis.
【００１９】例えば、図７にポリゴンミラー５の回転角
度に相当する受光面の主走査方向の特性に対する受光側
の光量との特性図を示し、特性８１が平坦で、光量差が
生じない特性であるが、特性８３では一点鎖線で示すよ
うに回転角度が大きくなる毎に光量が減少する分布特性
となる。この場合、軸上軸外の光量比はほぼｃｏｓθに
比例する。For example, FIG. 7 shows a characteristic diagram of a characteristic in the main scanning direction of the light receiving surface corresponding to the rotation angle of the polygon mirror 5 and a light amount on the light receiving side. However, the characteristic 83 has a distribution characteristic in which the amount of light decreases as the rotation angle increases, as indicated by the one-dot chain line. In this case, the on-axis off-axis light amount ratio is almost proportional to cos θ.
【００２０】また入射側光学系と出射側光学系が非対称
に配置されたＯＦＳにおいては、光量分布は図７の特性
８２に示すように回転角度０を中心として回転角度のマ
イナス側では光量がダウンし、回転角度プラス側では光
量が増加する直線に近い非対称の分布となる。In the OFS in which the entrance side optical system and the exit side optical system are arranged asymmetrically, the light quantity distribution decreases as the rotation angle becomes zero and the rotation angle becomes minus on the minus side with respect to the rotation angle 0 as shown by a characteristic 82 in FIG. However, on the plus side of the rotation angle, the distribution becomes an asymmetric distribution close to a straight line where the light amount increases.
【００２１】具体的には、特性８３に示す対称配置の場
合（入射側光学系と出射側光学系のＸＹ面内の光軸の角
度差０°） 最軸外Ｙ＝±１４８．５ｍｍ，ｆθレンズのｆ＝２８４
ｍｍ，θ最軸外＝±１５．０°として軸上光量に対し
て、軸外は×０．９６６となる。More specifically, in the case of the symmetric arrangement shown in the characteristic 83 (the angle difference between the optical axes in the XY plane of the incident side optical system and the exit side optical system is 0 °), the most off-axis Y = ± 148.5 mm, fθ F = 284 of the lens
mm, θ the most off-axis = ± 15.0 °, and the off-axis becomes × 0.966 with respect to the on-axis light amount.
【００２２】また、特性８２に示す非対称配置の場合
（入射側光学系と出射側光学系の光軸角度差４０°） 最軸外Ｙ＝±１４８．５ｍｍ，ｆθレンズのｆ＝４７８
ｍｍ，θ最軸外＝±８．９°として軸上光量に対して
軸外（Ｙ＝−１４８．５）が×０．９３２ 軸外（Ｙ＝＋１４８．５）が×１．０４４ となる。In the case of the asymmetric arrangement shown in the characteristic 82 (optical axis angle difference of 40 ° between the entrance side optical system and the exit side optical system), the most off-axis Y = ± 148.5 mm, and the fθ lens f = 478.
mm, theta off-axis = ± 8.9 ° with respect to the on-axis light amount
Off-axis (Y = -148.5) is × 0.932. Off-axis (Y = + 148.5) is × 1.044.
【００２３】このような光量差は、電子写真では電光ム
ラとなり、電子写真の画質向上の障害となっている。Such a difference in light amount causes lightning unevenness in electrophotography, which is an obstacle to improving the image quality of electrophotography.
【００２４】また上記のように主走査方向のビーム巾が
変化することで感光ドラム上での主走査スポット径のも
変化する。Further, as described above, the beam width in the main scanning direction changes, so that the diameter of the main scanning spot on the photosensitive drum also changes.
【００２５】図５（ａ）の事例においては、軸上に対し
て軸外は１／ｃｏｓθ倍スポット径が大きくなる。これ
を図８の受光面の主走査方向の距離に対して、主走査方
向のスポット径の特性図において、特性９３に示すよう
に凹特性の分布を示す。In the case of FIG. 5A, the spot diameter becomes 1 / cos θ times larger off-axis than on-axis. This corresponds to the distribution of the concave characteristic as shown by a characteristic 93 in the characteristic diagram of the spot diameter in the main scanning direction with respect to the distance of the light receiving surface in the main scanning direction in FIG.
【００２６】また入射側光学系と出射側光学系が対称に
配置されたＯＦＳにおいては、主走査スポット径は図８
の特性９２に示すように、中心軸に対してマイナス側で
はスポット径が大きくなり、プラス側ではスポット径が
小さくなる直線に近い特性分布のように非対称に変化す
る。In an OFS in which the entrance side optical system and the exit side optical system are arranged symmetrically, the main scanning spot diameter is as shown in FIG.
As shown by the characteristic 92, the spot diameter increases on the minus side with respect to the central axis, and changes asymmetrically like a characteristic distribution close to a straight line where the spot diameter decreases on the plus side.
【００２７】このようなオーバーフィールド走査光学系
（ＯＦＳ）では、スポット径の差は電子写真では各ドッ
トの大きさの再現性のバラツキとなり、解像度の劣化と
もなり、画質向上の障害となっている。In such an over-field scanning optical system (OFS), the difference in spot diameter causes variation in the reproducibility of the size of each dot in electrophotography, resulting in degradation in resolution and hindering improvement in image quality. .
【００２８】[0028]
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、 （１）少なくともレーザー光源と集光レンズ系と偏向器
とｆθレンズ系を有する走査光学系において、主走査方
向に沿った中心部における副走査方向のアパーチャの広
さに対して少なくとも主走査方向に沿った片方の周辺部
のアパーチャの広さが広い絞りを光路上に設けたことを
特徴とする走査光学系。In order to solve the above problems, (1) at least a scanning optical system having a laser light source, a condenser lens system, a deflector, and an fθ lens system has a center along the main scanning direction. A scanning optical system, wherein a stop having a wide aperture at least in one peripheral portion along the main scanning direction is provided on the optical path with respect to the aperture width in the sub-scanning direction in the optical path.
【００２９】（２）レーザー光源とポリゴンミラーと、
レーザー光源からのレーザー光をポリゴンミラー付近に
焦線に結像する集光レンズ系とｆθレンズを有し、前記
焦線の主走査方向の長さが、ポリゴンミラーの一面の長
さより大きいオーバーフィールド走査光学系において、
主走査方向に沿った中心部における副走査方向のアパー
チャの広さに対して少なくとも主走査方向に沿った片方
の周辺部のアパーチャの広さが広い絞りをレーザー光源
とポリゴンミラーの間に設けたことを特徴とする走査光
学系。(2) Laser light source and polygon mirror
A focusing lens system for focusing a laser beam from a laser light source on a focal line near the polygon mirror, and an fθ lens, wherein the length of the focal line in the main scanning direction is larger than the length of one surface of the polygon mirror. In the scanning optical system,
An aperture is provided between the laser light source and the polygon mirror, in which at least one of the peripheral portions along the main scanning direction has a wider aperture than the aperture in the sub-scanning direction at the central portion along the main scanning direction. A scanning optical system, characterized in that:
【００３０】（３）少なくともレーザー光源と、ポリゴ
ンミラーと、レーザー光源からのレーザー光をポリゴン
ミラー付近に焦線に結像する集光レンズ系とｆθレンズ
を有し、前記焦線の主走査方向の長さがポリゴンミラー
より大きいオーバーフィールド走査光学系において、 軸上光束の瞳面積をＳO 軸外光束の瞳面積をＳY としたときに ＳY ≧ＳO となるようにしたことを特徴とする走査光学系。の各走
査光学系を提供する。(3) At least a laser light source, a polygon mirror, a condensing lens system for forming a laser beam from the laser light source into a focal line near the polygon mirror, and an fθ lens, and the main scanning direction of the focal line In an overfield scanning optical system whose length is longer than a polygon mirror, wherein SY ≧ SO when the pupil area of the on-axis light flux is SO and the pupil area of the off-axis light flux is SY. system. Are provided.
【００３１】本発明の作用としては、ポリゴンミラーの
回転によって瞳移動が生じる。そして、絞り部での利用
光束の位置が変化する。軸上光束に対して軸外光束では
副走査方向のアパーチャ径が異なることで光束巾を変化
させている。すなわち例えば主走査方向の光束巾が減じ
た分、副走査の光束巾を増加させている。As an effect of the present invention, pupil movement is caused by rotation of the polygon mirror. Then, the position of the used light beam at the stop changes. The off-axis light beam has a different aperture diameter in the sub-scanning direction than the on-axis light beam, thereby changing the light beam width. That is, for example, the light beam width in the sub-scanning direction is increased by the reduced light beam width in the main scanning direction.
【００３２】この結果、光量的には軸上軸外の差を減じ
る効果がある。またスポット径としては、主走査方向の
スポット径が増加した分、副走査方向のスポット径を減
じて、軸上軸外のスポットの面積の差を減じている。As a result, there is an effect of reducing the difference between the on-axis and off-axis in terms of light quantity. As for the spot diameter, the spot diameter in the sub-scanning direction is reduced by the increase in the spot diameter in the main scanning direction, and the difference in the area of the on-axis off-axis spot is reduced.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】本発明による実施形態について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments according to the present invention will be described.
This will be described in detail with reference to the drawings.
【００３４】［第１の実施形態］図１に示す走査光学系
の構成図は、本発明による絞り１、レーザー光源２、コ
リメータレンズ３、シリンダーレンズ４、ポリゴンミラ
ー５、ｆθレンズ（不図示）からなるオーバーフィール
ド走査光学系（ＯＦＳ）を示している。各構成要素は、
以下に説明する以外は、図４や図５に示す各構成要素と
同じ機能を備えている。[First Embodiment] The configuration of the scanning optical system shown in FIG. 1 is a diaphragm 1, a laser light source 2, a collimator lens 3, a cylinder lens 4, a polygon mirror 5, an fθ lens (not shown) according to the present invention. 1 illustrates an overfield scanning optical system (OFS) composed of: Each component is
Except as described below, it has the same function as each component shown in FIGS.
【００３５】図１において、レーザー光源２から放射さ
れたレーザー光をコリメータレンズ３で平行光のコリメ
ート光に変換後、絞り１で光束形状を変換する。次に、
シリンダーレンズ４によって、副走査方向に光束を集光
し、ポリゴンミラー５の１つの反射面５１付近に焦線を
結び、ポリゴンミラー５の回転によって偏向されたレー
ザー光は、ｆθレンズ（不図示）で像面（不図示）上に
ビームスポットを形成しながら、ポリゴンミラー５の回
転によって主走査方向に走査される。また走査対象の像
面付近に感光体を設け、既知の電子写真プロセスによ
り、画像形成するデジタル複写機やＬＢＰに利用する。In FIG. 1, after a laser beam emitted from a laser light source 2 is converted into a collimated beam of parallel light by a collimator lens 3, a light beam shape is converted by a diaphragm 1. next,
The light beam is condensed in the sub-scanning direction by the cylinder lens 4, a focal line is formed near one reflection surface 51 of the polygon mirror 5, and the laser light deflected by the rotation of the polygon mirror 5 is converted into an fθ lens (not shown). Are scanned in the main scanning direction by the rotation of the polygon mirror 5 while forming a beam spot on an image plane (not shown). A photoreceptor is provided near the image plane to be scanned, and is used in a digital copying machine or LBP for forming an image by a known electrophotographic process.
【００３６】集光レンズ系（コリメータレンズ３＋シリ
ンダーレンズ４）によって、ポリゴンミラー５の反射面
５１付近に形成される焦線の主走査方向（Ｙ方向）の長
さは、反射面５１より長く、反射面５１の水平方向（Ｙ
方向）の大きさが、レーザー光束の主走査方向を実質的
に決めており、いわゆるオーバーフィールド走査光学系
（ＯＦＳ）をなしている。The length of the focal line formed in the vicinity of the reflection surface 51 of the polygon mirror 5 in the main scanning direction (Y direction) by the condenser lens system (collimator lens 3 + cylinder lens 4) is longer than the reflection surface 51. The horizontal direction (Y
The direction) substantially determines the main scanning direction of the laser beam, and forms a so-called overfield scanning optical system (OFS).
【００３７】ここで、図１に示すように、絞り１は端面
１０１，１０２，１０５，１０６より構成されており、
副走査方向（Ｚ方向）のアパーチャ径は主走査方向（Ｙ
方向）の中心に比べ周辺の方が広くなっている。このた
め、走査光学系の軸上スポットを形成する光束は絞り１
の中心部付近の狭い領域を、軸外スポットでは、絞り１
の周辺部の広い領域を通過することになる。Here, as shown in FIG. 1, the stop 1 is composed of end faces 101, 102, 105 and 106.
The aperture diameter in the sub-scanning direction (Z direction) is
Direction) is wider at the periphery than at the center. For this reason, the luminous flux forming the on-axis spot of the scanning optical system is controlled by the stop 1
In the off-axis spot, the narrow area near the center of
Will pass through a wide area in the periphery of the.
【００３８】よって、光量的には、スポット径の差が電
子写真によれば各ドットの大きさの再現性のバラツキが
なくなり、解像度の劣化もなく、画質を向上させること
ができ、入射光束とポリゴンミラー５の反射面５１の角
度関係によって生じる光量分布の差（図７の８３）とキ
ャンセルされ、図７の８１のように、均一な光量を達成
できる。Therefore, in terms of light quantity, according to the electrophotography, the difference in the spot diameters has no variation in the reproducibility of the size of each dot, the resolution is not degraded, and the image quality can be improved. The difference in light amount distribution (83 in FIG. 7) caused by the angular relationship between the reflection surfaces 51 of the polygon mirror 5 is canceled out, and a uniform light amount can be achieved as indicated by 81 in FIG.
【００３９】また、スポット的には、軸上に比べ、軸外
の副走査方向の光束巾が広くなることにより、スポット
径が軸外で小さくなる。よって、図３に示す走査巾に対
する副走査スポット径が傾斜直線特性９４に対して、左
右ほぼ均一した両端で若干下降した特性９５に示すよう
になる。この結果、主走査方向のスポット径の変化（図
８の特性９３）と合わせて、スポットの面積変化が小さ
くなり、電子写真でのドットの大きさの差が小さくな
る。As for the spot, the light beam width in the sub-scanning direction outside the axis becomes wider than that on the axis, so that the spot diameter becomes smaller outside the axis. Accordingly, the sub-scanning spot diameter with respect to the scanning width shown in FIG. As a result, the change in spot area is reduced in accordance with the change in spot diameter in the main scanning direction (characteristic 93 in FIG. 8), and the difference in dot size in electrophotography is reduced.
【００４０】（具体的な絞り形状の算出方法）絞り１の
具体的な形状算出方法は、次の通りである。図１のよう
に、絞り１は、(Specific Method of Calculating Diaphragm Shape) A specific method of calculating the shape of the diaphragm 1 is as follows. As shown in FIG. 1, the aperture 1 is
【００４１】[0041]
【数３】 の座標で、上下対称の形状とする。(Equation 3) And a vertically symmetric shape.
【００４２】ここで、ｆ：不図示のｆθレンズの焦点距
離、φ：ポリゴンミラー外径、Ｎ：ポリゴンミラー面
数、とする。また、Here, f is the focal length of an fθ lens (not shown), φ is the outer diameter of the polygon mirror, and N is the number of polygon mirror surfaces. Also,
【００４３】[0043]
【数４】 絞り中心部の絞りの広さ、絞りの形状１０１を、(Equation 4) The size of the aperture at the center of the aperture and the shape 101 of the aperture
【００４４】[0044]
【数５】 とする。ただし、ｎ，Ａｎは定数である。また、(Equation 5) And Here, n and An are constants. Also,
【００４５】[0045]
【数６】 と表わされる。ただし、ＢY は定数である。(Equation 6) It is expressed as Here, BY is a constant.
【００４６】絞り形状の決定にあたっては、像高Ｙが０
→最大像高の間で面積ＳY が、ほぼ一定になるように定
数Ａ2 ，Ａ4 ……Ａn を決定すればよい。In determining the aperture shape, when the image height Y is 0
→ area S Y between a maximum image height may be determined constants A 2, A 4 ...... A n to be substantially constant.
【００４７】またレーザー光源２のファーフィルドパタ
ーンや、ポリゴンミラー５の反射率角度依存性、コリメ
ータレンズ３やｆθレンズ（不図示）の透過率特性、ム
ラ等の影響がある場合は、式中の定数ＢY にて重み付
けをして、算出してやればよい。In the case where there are influences such as the fur-filled pattern of the laser light source 2, the reflectance angle dependency of the polygon mirror 5, the transmittance characteristics of the collimator lens 3 and the fθ lens (not shown), unevenness, etc. What is necessary is just to weight and calculate by the constant BY .
【００４８】例えば不図示のｆθレンズの焦点距離ｆ＝
２５０ｍｍ，ポリゴンミラー外径φ＝２０ｍｍ，ポリゴ
ンミラー面数Ｎ＝１０，Ｚ0 ＝３．０ｍｍ，最大像高１
５０ｍｍ，定数ＢY ＝１の時、絞り１が平行なスリット
形状の時、軸上に比べ最大像高は光量が約４％低下する
のに対し、上記考え方で絞り形状１０１を、絞り形状１
０１のＺ軸の座標を示す式に従い、 Ａ2 ＝６．４３×１０-5 Ａ4 ＝２．８４×１０-4 Ａ6 ＝５．２７×１０-7 とし、絞り形状１０２を絞り形状１０１の対称形状とす
ることで、軸上に比べ最大像高の光量低下を０．２％ま
で低減できる。For example, the focal length f of an fθ lens (not shown)
250 mm, polygon mirror outer diameter φ = 20 mm, number of polygon mirror surfaces N = 10, Z 0 = 3.0 mm, maximum image height 1
When the stop 1 is 50 mm and the constant B Y = 1, and when the stop 1 has a parallel slit shape, the maximum image height is reduced by about 4% in light quantity as compared with the on-axis direction.
According to the equation showing the 01 coordinates of the Z axis, and A 2 = 6.43 × 10 -5 A 4 = 2.84 × 10 -4 A 6 = 5.27 × 10 -7, the diaphragm aperture shape 102 shape 101 With the symmetrical shape, the decrease in the light amount at the maximum image height can be reduced to 0.2% as compared with the on-axis shape.
【００４９】尚、絞り形状の表記は、式のような多項
式でなくともよい。また上下対称形状も必須でなく、上
下別の形状でも、上記考え方のように各像高での絞りの
有効面積がほぼ等しくなるように設定すればよい。The notation of the aperture shape does not have to be a polynomial such as an equation. Also, a vertically symmetric shape is not essential, and even if the shape is vertically different, the effective area of the aperture at each image height may be set so as to be substantially equal as described above.
【００５０】よって光量的には、上述の課題で述べた入
射光束と、ポリゴン反射面の角度関係によって生ずる光
量分布の差（図７の特性８３）とキャンセルし、図７の
特性８１のように、均一な光量を達成できる。Therefore, in terms of the light quantity, the difference between the incident light flux and the light quantity distribution (characteristic 83 in FIG. 7) caused by the angular relationship between the polygon reflecting surface and the incident light flux described in the above-mentioned problem are canceled out, and as shown in the characteristic 81 in FIG. , Uniform light quantity can be achieved.
【００５１】また、スポット的には、軸上に比べ軸外の
副走査方向の光束巾が広くなることによりスポット径が
軸外で小さくなる。よって、図３に示す像面の中心から
の離間に対する副走査スポット径の特性中、傾斜一直線
の特性９４に対して、左右対称の特性９５に示すように
なる。この結果、主走査方向のスポット径の変化（図８
の特性９３）と合わせてスポットの面積変化が小さくな
り、電子写真でのドットの大きさの差が小さくなる。As for the spot, the spot diameter becomes smaller off-axis because the light beam width in the sub-scanning direction off axis is wider than that on the axis. Therefore, among the characteristics of the sub-scanning spot diameter with respect to the distance from the center of the image plane shown in FIG. As a result, the change in spot diameter in the main scanning direction (FIG. 8)
In addition to the characteristic 93), the change in spot area is small, and the difference in dot size in electrophotography is small.
【００５２】このように、オーバーフィールド走査光学
系（ＯＦＳ）において、スポット径は像面上で均一とな
り、電子写真では各ドットの大きさの再現性のバラツキ
となるが、解像度の劣化を伴わず、画質向上を達成する
ことができる。As described above, in the overfield scanning optical system (OFS), the spot diameter becomes uniform on the image plane, and in the electrophotography, the reproducibility of the size of each dot varies, but the resolution does not deteriorate. , Image quality can be improved.
【００５３】（第２の実施形態）図２に本発明の第２の
実施形態によるオーバーフィールド走査光学系（ＯＦ
Ｓ）の構成図を示す。図１と同一付号は同じ機構、同じ
機能を有している。ここで、第１の実施形態と異なるの
は絞り１０であり、絞り１０は、図２に大旨の形状を示
す端面１０３，１０４，１０５，１０６によって構成さ
れる。(Second Embodiment) FIG. 2 shows an overfield scanning optical system (OF) according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a configuration diagram of S). 1 have the same mechanism and the same function. Here, the difference from the first embodiment is the stop 10, and the stop 10 is constituted by end faces 103, 104, 105, and 106 whose shapes are roughly shown in FIG.
【００５４】本実施形態は、入射側光学系と出射側光学
系の主走査断面内での光軸が、相対的に角度を有する場
合の課題（図７の特性８２、図８の特性９２）に対応す
る解決方法である。すなわち、軸上をはさんで、＋側軸
外と−側軸外で非対称に光量や主走査スポット径が変化
する場合の対応事例である。In the present embodiment, a problem arises when the optical axes of the entrance optical system and the exit optical system in the main scanning section have a relative angle (characteristic 82 in FIG. 7 and characteristic 92 in FIG. 8). This is a solution to the problem. In other words, this is a case in which the light amount and the main scanning spot diameter asymmetrically change on the + side off-axis and on the − side off-axis with respect to the axis.
【００５５】図２において、絞り１０は副走査方向（Ｚ
方向）のアパーチャ径が主走査方向（Ｙ方向）に非対称
に構成されている。このため、走査光学系の＋側軸外と
−側軸外をそれぞれ形成する光束は、それぞれ絞り１０
の−側周辺と＋側周辺を通過することになる。In FIG. 2, the diaphragm 10 is moved in the sub-scanning direction (Z
Aperture) is asymmetric in the main scanning direction (Y direction). For this reason, the luminous fluxes forming the + side off-axis and the −side off-axis of the scanning optical system are respectively transmitted to the stop 10.
Pass around the minus side and the plus side.
【００５６】よって、光量的には課題で述べた入射光束
と、ポリゴンミラー５の反射面５１の角度関係によって
生ずる光量分布の差（図７の特性８２）とキャンセル
し、図７の特性８１のように、均一な光量を達成でき
る。Therefore, in terms of the light quantity, the difference between the incident light flux described in the subject and the light quantity distribution caused by the angular relationship between the reflection surface 51 of the polygon mirror 5 (characteristic 82 in FIG. 7) is canceled out, and the characteristic 81 in FIG. Thus, a uniform light amount can be achieved.
【００５７】像面で結像するスポットにおいて、そのス
ポット的には、＋側軸外に比べ、−側軸外の副走査方向
の光束巾が広くなることにより、−側軸外のスポット径
が小さくなり、図３の特性９４のようになる。In the spot formed on the image plane, the spot diameter on the minus side axis is increased by increasing the light flux width in the sub-scanning direction on the minus side axis as compared with the spot on the plus side. It becomes smaller, as shown by the characteristic 94 in FIG.
【００５８】この結果、主走査方向のスポット径の変化
（図８の特性９２）と合わせて、スポット径の面積変化
が小さくなり、電子写真でのドットの大きさの差が小さ
くなる。As a result, along with the change in spot diameter in the main scanning direction (characteristic 92 in FIG. 8), the change in spot diameter area is reduced, and the difference in dot size in electrophotography is reduced.
【００５９】[0059]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オーバーフィールドＯＦＳの走査光学系における、光量
の画角依存性を低減でき、均一露光が可能になり、像面
に投射される画質が向上し、結果として正確な画像信号
を再生することができる。As described above, according to the present invention,
In the scanning optical system of the overfield OFS, the dependence of the light amount on the angle of view can be reduced, uniform exposure can be performed, and the image quality projected on the image plane can be improved. As a result, an accurate image signal can be reproduced.
【００６０】また、画角による主走査方向のスポット径
の変化に対して、副走査方向のスポット径を変化させ、
スポットの面積をほぼ一定としたことで、電子写真のド
ットの均一性が向上し、画質が向上する。Further, the spot diameter in the sub-scanning direction is changed with respect to the change in the spot diameter in the main scanning direction due to the angle of view.
By making the spot area almost constant, the uniformity of the dots of the electrophotography is improved, and the image quality is improved.
【図１】本発明によるオーバーフィールド走査光学系Ｏ
ＦＳの構成図である。FIG. 1 shows an overfield scanning optical system O according to the present invention.
It is a block diagram of FS.
【図２】本発明によるオーバーフィールド走査光学系Ｏ
ＦＳの構成図である。FIG. 2 shows an overfield scanning optical system O according to the present invention.
It is a block diagram of FS.
【図３】本発明によるオーバーフィールド走査光学系Ｏ
ＦＳの特性図である。FIG. 3 shows an overfield scanning optical system O according to the present invention.
It is a characteristic view of FS.
【図４】従来例のアンダーフィールド走査光学系ＯＦＳ
の構成図である。FIG. 4 shows a conventional underfield scanning optical system OFS.
FIG.
【図５】従来例のオーバーフィールド走査光学系ＯＦＳ
の構成図である。FIG. 5 shows a conventional overfield scanning optical system OFS.
FIG.
【図６】従来例のオーバーフィールド走査光学系ＯＦＳ
の構成図である。FIG. 6 shows a conventional overfield scanning optical system OFS.
FIG.
【図７】従来例のオーバーフィールド走査光学系ＯＦＳ
の特性図である。FIG. 7 shows a conventional overfield scanning optical system OFS.
FIG.
【図８】従来例のオーバーフィールド走査光学系ＯＦＳ
の特性図である。FIG. 8 shows a conventional overfield scanning optical system OFS.
FIG.
【図９】従来例のレーザービームプリンタの概要図であ
る。FIG. 9 is a schematic view of a conventional laser beam printer.
１，１０，１１ 絞り ２ レーザー ３ コリメータレンズ ４ シリンダーレンズ ５、１６ ポリゴンミラー ５１ 反射面 ６ トーリックレンズ １３ 半導体レーザ ２５ スキャナモータ 1, 10, 11 aperture 2 laser 3 collimator lens 4 cylinder lens 5, 16 polygon mirror 51 reflection surface 6 toric lens 13 semiconductor laser 25 scanner motor
Claims (4)
ー光源のレーザービームを集光する集光レンズ系と、前
記集光されたレーザービームを回転・偏向して主走査方
向に走査する偏向器と、前記偏光器からのレーザービー
ムを集光するｆθレンズ系とを有する走査光学系におい
て、 主走査方向に沿った中心部における副走査方向のアパー
チャの広さに対して少なくとも主走査方向に沿った片方
の周辺部のアパーチャの広さが広い絞りを光路上に設け
たことを特徴とする走査光学系。At least a laser light source, a condensing lens system for condensing a laser beam of the laser light source, a deflector for rotating and deflecting the condensed laser beam to scan in a main scanning direction, A fθ lens system for condensing the laser beam from the polarizer, and at least one of the apertures in the sub-scanning direction at the central portion along the main scanning direction with respect to the width of the aperture in the sub-scanning direction. A scanning optical system comprising a diaphragm having a wide aperture at a peripheral portion provided on an optical path.
レーザー光源からのレーザー光をポリゴンミラー付近に
焦線に結像する集光レンズ系と、ｆθレンズとを有し、
前記焦線の主走査方向の長さが、ポリゴンミラーの一面
の長さより大きいオーバーフィールド走査光学系におい
て、 主走査方向に沿った中心部における副走査方向のアパー
チャの広さに対して少なくとも主走査方向に沿った片方
の周辺部のアパーチャの広さが広い絞りをレーザー光源
とポリゴンミラーの間に設けたことを特徴とする走査光
学系。2. A laser light source, a polygon mirror, a condensing lens system which forms a laser beam from the laser light source into a focal line near the polygon mirror, and an fθ lens,
In the overfield scanning optical system in which the length of the focal line in the main scanning direction is larger than the length of one surface of the polygon mirror, at least the main scanning is performed with respect to the width of the aperture in the sub-scanning direction at the center along the main scanning direction. A scanning optical system comprising a diaphragm having a wide aperture at one peripheral portion along a direction provided between a laser light source and a polygon mirror.
ラーと、前記レーザー光源からのレーザー光をポリゴン
ミラー付近に焦線に結像する集光レンズ系と、ｆθレン
ズを有し、前記焦線の主走査方向の長さがポリゴンミラ
ーより大きいオーバーフィールド走査光学系において、 軸上光束の瞳面積をＳO 軸外光束の瞳面積をＳY としたときに、 ＳY ≧ＳOとなるようにしたことを特
徴とする走査光学系。3. A main scanning of the focal line, comprising at least a laser light source, a polygon mirror, a condensing lens system for forming a laser beam from the laser light source into a focal line near the polygon mirror, and an fθ lens. In an overfield scanning optical system whose length in the direction is larger than the polygon mirror, when the pupil area of the on-axis light flux is S O and the pupil area of the off-axis light flux is S Y , S Y ≧ S O. A scanning optical system characterized by the above-mentioned.
いて画像信号を感光体に露光させることを特徴とする画
像形成装置。4. An image forming apparatus for exposing an image signal to a photosensitive member using the scanning optical system according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30584199A JP2001125033A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Scanning optical system and image forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30584199A JP2001125033A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Scanning optical system and image forming device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001125033A true JP2001125033A (en) | 2001-05-11 |
Family
ID=17950024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30584199A Pending JP2001125033A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Scanning optical system and image forming device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001125033A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-10-27 JP JP30584199A patent/JP2001125033A/en active Pending
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