JP2013174742A - Optical scanner, image formation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射面に入射する光を前記反射面の回動により予め定められた走査面上に走査させる偏向器を備えた光走査装置及び画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus including a deflector that scans light incident on a reflecting surface onto a predetermined scanning surface by rotating the reflecting surface.
従来から、電子写真方式のプリンター、複写機、ファクシミリ装置、及び複合機などの画像形成装置は、光源から照射された光を感光体上に走査させる光走査装置（ＬＳＵ）を備える。
この種の光走査装置において、偏光器として反射面の等速回転により光を走査させるポリゴンミラーを用いる場合には感光体上における光の走査速度を等速にすることができる。一方、偏光器として反射面の往復揺動により光を走査させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーと称される正弦揺動ミラーを用いる場合には感光体上における主走査方向の光の走査速度が正弦波形を描いて変化することになる。そのため、ＭＥＭＳミラーを用いた光走査装置では、感光体上における光の走査速度を等速に変換するため逆正弦特性を有するアークサインレンズが走査レンズとして用いられる（特許文献１、２参照）。
2. Description of the Related Art Conventionally, image forming apparatuses such as electrophotographic printers, copiers, facsimile machines, and multifunction peripherals include an optical scanning device (LSU) that scans light irradiated from a light source onto a photoconductor.
In this type of optical scanning device, when a polygon mirror that scans light by rotating the reflecting surface at a constant speed is used as the polarizer, the light scanning speed on the photosensitive member can be made constant. On the other hand, when a sine oscillating mirror called a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror that scans light by reciprocating oscillating of a reflecting surface is used as a polarizer, the scanning speed of light in the main scanning direction on the photoreceptor is high. It changes by drawing a sine waveform. Therefore, in an optical scanning device using a MEMS mirror, an arc sine lens having an inverse sine characteristic is used as a scanning lens in order to convert the scanning speed of light on the photosensitive member to a constant speed (see Patent Documents 1 and 2).
なお、アークサインレンズを用いると、感光体上における光の走査範囲の中心（以下「像高中心」という）からその走査範囲の端部（以下「像高端部」という）にかけてビーム径が増大する（特許文献１参照）。
具体的に、像高中心からの距離（像高）をＹ、焦点距離をｆ、偏向角をθとしたとき、像高中心に対するビーム径変化率η（Ｙ）は以下の（１１）式で表される。なお、ｙ＝ｆθｍａｘ・ａｒｃｓｉｎ（θ／θｍａｘ）で表される。
これに対し、例えば特許文献１では、透光性液体及び遮光性液体を有する液体レンズに印加する電圧を像高毎に制御してアパーチャー径を変化させることによりビーム径を均一化することが記載されている。
When an arc sine lens is used, the beam diameter increases from the center of the light scanning range on the photoreceptor (hereinafter referred to as “image height center”) to the end of the scanning range (hereinafter referred to as “image height end”). (See Patent Document 1).
Specifically, when the distance from the image height center (image height) is Y, the focal length is f, and the deflection angle is θ, the beam diameter change rate η (Y) with respect to the image height center is expressed by the following equation (11). expressed. Note that y = fθ max · arcsin (θ / θ max ).
In contrast, for example, Patent Document 1 describes that the beam diameter is uniformed by changing the aperture diameter by controlling the voltage applied to the liquid lens having the light-transmitting liquid and the light-shielding liquid for each image height. Has been.
ところで、従来から、ＭＥＭＳミラーを用いる光走査装置では、ＭＥＭＳミラーに対して副走査方向に所定角度だけ傾斜した位置から光を照射させる斜入射方式が採用されることがある（例えば特許文献２参照）。
この斜入射方式が採用された光走査装置では、ＭＥＭＳミラーのミラー面積を小さくすることができるが、感光体ドラムなどの走査面上に走査される光の走査線に湾曲が生じることが問題となる。
そのため、例えば特許文献２では、走査レンズを副走査方向に偏心させて、光束をレンズ頂点から大きく離れた位置に通すことにより、走査湾曲を低減することが提案されている。
Conventionally, in an optical scanning device using a MEMS mirror, an oblique incidence method in which light is irradiated from a position inclined by a predetermined angle in the sub-scanning direction with respect to the MEMS mirror may be employed (for example, see Patent Document 2). ).
In the optical scanning apparatus employing this oblique incidence method, the mirror area of the MEMS mirror can be reduced, but there is a problem that the scanning line of the light scanned on the scanning surface such as the photosensitive drum is curved. Become.
Therefore, for example, Patent Document 2 proposes reducing the scanning curvature by decentering the scanning lens in the sub-scanning direction and passing the light beam through a position far away from the apex of the lens.
しかしながら、前記特許文献１に開示された技術では、走査レンズの母線が副走査方向において変化しないため、主走査方向の各位置において母線の傾きと偏向光のビームの傾きとに差異が生じ、前記走査レンズの結像性能が劣化することが問題となる。
従って、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、斜入射方式の入射光学系が採用された構成において結像性能の劣化を抑制しつつ走査湾曲を低減することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, since the bus of the scanning lens does not change in the sub-scanning direction, there is a difference between the tilt of the bus and the tilt of the beam of deflected light at each position in the main scanning direction. The problem is that the imaging performance of the scanning lens deteriorates.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce scanning curvature while suppressing deterioration of imaging performance in a configuration in which an oblique incidence type incident optical system is employed. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device and an image forming apparatus that can perform the same.
前記目的を達成するために本発明は、反射面に入射する光を前記反射面の回動により予め定められた走査面上に走査させる偏向器と、前記偏向器により走査される光を前記走査面に結像する一又は複数の走査レンズと、前記偏光器の反射面に対して副走査方向に予め定められた角度傾斜した位置から光を入射させる入射光学系と、を備えてなる光走査装置である。そして、前記光走査装置は、一又は複数の前記走査レンズが有する屈折面のうち少なくとも一つの屈折面が、主走査方向の各位置において、子線頂点を結ぶ母線の傾きと前記偏光器から前記屈折面に入射する偏向光のビームの傾きとが一致し、前記母線の傾きと前記偏向光の走査線の傾きとに差異があることを特徴として構成される。なお、前記偏光器は、例えば前記反射面の往復揺動により光を非等角速度で前記走査面上に走査させる反射ミラーである。例えば、前記偏光器は、光を正弦波形の走査速度で前記走査面上に走査させる反射ミラーであることが考えられる。
このように構成された前記光走査装置では、前記屈折面において前記母線の傾きと前記偏向光のビームの傾きとが一致し、前記偏向光の短軸の向きと前記屈折面の光学的パワーの向きとが一致するため、良好な結像性能を得ることができる。また、前記屈折面において前記母線の傾きと前記偏向光の走査線の傾きとに差異があるため前記入射光学系を用いた場合に生じる走査湾曲を低減することが可能となる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a deflector that scans light incident on a reflecting surface onto a predetermined scanning surface by rotation of the reflecting surface, and scans light scanned by the deflector. An optical scanning comprising: one or a plurality of scanning lenses that form an image on a surface; and an incident optical system that makes light incident from a position inclined at a predetermined angle in the sub-scanning direction with respect to the reflection surface of the polarizer. Device. In the optical scanning device, at least one refracting surface among the refracting surfaces of one or a plurality of the scanning lenses has an inclination of a bus connecting vertexes of a child line at each position in the main scanning direction and the polarizer. The inclination of the beam of the deflected light incident on the refracting surface coincides, and there is a difference between the inclination of the bus and the inclination of the scanning line of the deflected light. The polarizer is a reflecting mirror that scans light on the scanning surface at a non-equal angular velocity by, for example, reciprocal oscillation of the reflecting surface. For example, the polarizer may be a reflecting mirror that scans light onto the scanning surface at a scanning speed of a sinusoidal waveform.
In the optical scanning device configured as described above, the inclination of the bus line and the inclination of the beam of the deflected light coincide with each other on the refracting surface, and the direction of the minor axis of the deflected light and the optical power of the refracting surface Since the direction matches, good imaging performance can be obtained. Further, since there is a difference between the inclination of the generating line and the inclination of the scanning line of the deflected light on the refracting surface, it is possible to reduce the scanning curve generated when the incident optical system is used.
ここで、前記走査レンズのうち前記偏光器に最も近い位置に配置された走査レンズの前記偏光器側のレンズ面の副走査方向のパワーが負であることが望ましい。これにより、前記走査レンズと前記偏光器との距離を短くすることができ、前記走査レンズ及び前記光走査装置の小型化を図ることができる。
なお、前記入射光学系は、例えば前記偏光器の反射面に対して副走査方向に４°以上傾斜した位置から光を入射するものである。これにより、前記偏光器から前記走査レンズの入射面までの距離を２０ｍｍ、前記走査レンズの厚みを７ｍｍ、副走査方向の高さを５ｍｍとした場合でも、前記偏光器への入射光と前記偏光器からの偏向光との干渉を避けることができる。従って、前記光走査装置の小型化を図ることができる。
また、前記走査レンズ各々は、前記走査面上における副走査方向の走査湾曲の最大幅が０．１ｍｍ以下になるようにレンズ面のパワーが設定されると共に、前記偏光器と前記走査面とが共役関係になるように配置される。さらに、前記走査レンズの少なくとも一つは、主走査位置により副走査方向の曲率半径が変化するものである。そして、前記走査光学系は、前記偏光器と前記走査面とにおける各像高の副走査方向の横倍率と像高中心の横倍率の比が０．９以上１．１以下の範囲である。これにより、副走査方向のビーム径の変動及びマルチビームの副走査方向のビーム間ピッチの変動を共に低減することができる。
Here, it is desirable that the power in the sub-scanning direction of the lens surface on the polarizer side of the scanning lens disposed at the position closest to the polarizer among the scanning lenses is negative. Thereby, the distance between the scanning lens and the polarizer can be shortened, and the scanning lens and the optical scanning device can be miniaturized.
In addition, the said incident optical system injects light from the position which inclined 4 degrees or more with respect to the reflective surface of the said polarizer in the subscanning direction, for example. Thereby, even when the distance from the polarizer to the incident surface of the scanning lens is 20 mm, the thickness of the scanning lens is 7 mm, and the height in the sub-scanning direction is 5 mm, the incident light and the polarization are incident on the polarizer. Interference with the polarized light from the vessel can be avoided. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical scanning device.
Each of the scanning lenses has a lens surface power set so that the maximum width of the scanning curve in the sub-scanning direction on the scanning surface is 0.1 mm or less, and the polarizer and the scanning surface are It arrange | positions so that it may become a conjugate relationship. Furthermore, at least one of the scanning lenses has a curvature radius in the sub-scanning direction that varies depending on the main scanning position. In the scanning optical system, the ratio of the lateral magnification in the sub-scanning direction of each image height and the lateral magnification at the center of the image height on the polarizer and the scanning surface is in the range of 0.9 to 1.1. Thereby, it is possible to reduce both the fluctuation of the beam diameter in the sub-scanning direction and the fluctuation of the inter-beam pitch in the sub-scanning direction of the multi-beam.
また、一又は複数の前記走査レンズが有する屈折面のうち少なくとも一つの屈折面は、前記母線が副走査方向に湾曲しており、前記ｚｘ平面に平行な平面による断面形状が楕円であると共に前記楕円における前記走査レンズの光軸方向の極値が前記母線上にあり、且つ前記母線を前記走査レンズの光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な平面による断面形状が円弧状であることが考えられる。これにより、前記走査レンズの面形状が特定されるため、前記走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる。例えば、前記走査レンズ及び前記光走査装置の開発コストを低減させることができる。 Further, at least one of the refracting surfaces of the one or a plurality of the scanning lenses has the generatrix curved in the sub-scanning direction, the cross-sectional shape by a plane parallel to the zx plane is an ellipse, and An extreme value in the optical axis direction of the scanning lens in an ellipse is on the generatrix, and a cross-sectional shape by a plane perpendicular to the projection generatrix obtained by projecting the generatrix onto a plane perpendicular to the optical axis of the scan lens is arcuate. It is possible. Thereby, since the surface shape of the scanning lens is specified, the surface shape of the scanning lens can be easily verified. For example, the development cost of the scanning lens and the optical scanning device can be reduced.
具体的に、前記屈折面の光軸が前記ｚ軸上に配置された状態において、前記母線をｙｚ平面に投影した形状をｆ（ｙ）、前記母線をｙｘ平面に投影した形状をｇ（ｙ）、前記投影母線に垂直な平面による断面形状の円弧曲線をｒｓ、ｚｘ平面による断面形状の楕円曲線をｒｌとしたとき、前記ｚｘ平面による前記屈折面の断面形状ｚは、下記（１）式で表される楕円であることが望ましい。
これにより、前記屈折面の面形状が数式で定義されるため、例えば光学ソフト等を用いて前記屈折面の面形状を自動設計させることができる。
Specifically, in a state where the optical axis of the refracting surface is arranged on the z-axis, a shape obtained by projecting the generatrix on the yz plane is f (y), and a shape obtained by projecting the generatrix on the yz plane is g (y ), Where r s is an arc curve having a cross-sectional shape by a plane perpendicular to the projected generatrix, and r l is an elliptic curve having a cross-sectional shape by a zx plane, the cross-sectional shape z of the refractive surface by the zx plane is (1 It is desirable that the shape is an ellipse represented by the following formula.
Thereby, since the surface shape of the refracting surface is defined by a mathematical expression, the surface shape of the refracting surface can be automatically designed using, for example, optical software.
また、一又は複数の前記走査レンズが有する屈折面のうち少なくとも一つの屈折面は、前記母線を前記走査レンズの光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な平面による断面形状が円弧であると共に前記円弧における前記走査レンズの光軸方向の極値が前記母線上にあり、且つ前記ｚｘ平面に平行な平面による断面形状が楕円状であってもよい。この場合も前記走査レンズの面形状が特定されるため、前記走査レンズの面形状の検証を容易に行うことができる。 In addition, at least one refracting surface among the refracting surfaces of the one or more scanning lenses has a circular cross-sectional shape by a plane perpendicular to the projected generatrix obtained by projecting the generatrix onto a plane perpendicular to the optical axis of the scanning lens. In addition, an extreme value in the optical axis direction of the scanning lens in the arc may be on the generatrix, and a cross-sectional shape by a plane parallel to the zx plane may be elliptical. Also in this case, since the surface shape of the scanning lens is specified, the surface shape of the scanning lens can be easily verified.
ところで、本発明は、前記光走査装置を備えてなる画像形成装置の発明として捉えてもよい。これにより、前記画像形成装置では、前記光走査装置を用いて、結像性能の劣化が抑制されると共に走査湾曲が低減された光により感光体上に静電潜像を形成することができ、高画質の画像形成処理（印字処理）を実現することができる。 By the way, the present invention may be understood as an invention of an image forming apparatus including the optical scanning device. Thereby, in the image forming apparatus, it is possible to form an electrostatic latent image on the photosensitive member by using the optical scanning device with light in which deterioration of imaging performance is suppressed and scanning curvature is reduced, High-quality image forming processing (printing processing) can be realized.
本発明によれば、斜入射方式の入射光学系が採用された構成において結像性能の劣化を抑制しつつ走査湾曲を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce scanning curvature while suppressing deterioration in imaging performance in a configuration in which an oblique incidence type incident optical system is employed.
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
本発明の実施の形態に係るプリンター１は、外部の情報処理装置（パーソナルコンピューター等）などから入力された画像データに基づいて画像形成処理（印刷処理）を実行する電子写真方式の画像形成装置である。
なお、前記プリンター１は本発明に係る画像形成装置の一例であって、本発明に係る画像形成装置は、複写機、ファクシミリ装置、複合機などの各種の画像形成装置に適用可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. In addition, the following embodiment is an example which actualized this invention, Comprising: The thing of the character which limits the technical scope of this invention is not.
A printer 1 according to an embodiment of the present invention is an electrophotographic image forming apparatus that executes image forming processing (printing processing) based on image data input from an external information processing apparatus (such as a personal computer). is there.
The printer 1 is an example of an image forming apparatus according to the present invention, and the image forming apparatus according to the present invention is applicable to various image forming apparatuses such as a copying machine, a facsimile machine, and a multifunction machine.
図１に示すように、前記プリンター１は、ＬＳＵ（光走査装置）１０、感光体ドラム１１、帯電装置１２、現像装置１３、トナーコンテナ１４、転写ローラー１５、除電装置１６、定着ローラー１７、加圧ローラー１８、給紙カセット１９などを備えている。そして、前記プリンター１では、前記給紙カセット１９から供給される用紙に以下の手順で画像が形成される。
まず、前記帯電装置１２によって前記感光体ドラム１１が所定の電位に一様に帯電される。次に、前記ＬＳＵ１０により前記感光体ドラム１１の表面に画像データに基づく光が照射される。これにより、前記感光体ドラム１１の表面に静電潜像が形成される。そして、前記感光体ドラム１１上の静電潜像は前記現像装置１３によってトナー像として現像（可視像化）される。なお、前記現像装置１３には、前記トナーコンテナ１４からトナーが補給される。続いて、前記感光体ドラム１１に形成されたトナー像は前記転写ローラー１５によって用紙に転写される。その後、用紙に転写されたトナー像は、その用紙が前記定着ローラー１７及び前記加圧ローラー１８の間を通過して排出される際に前記定着ローラー１７で加熱されて溶融定着する。なお、前記感光体ドラム１１の電位は前記除電装置１６で除電される。
As shown in FIG. 1, the printer 1 includes an LSU (optical scanning device) 10, a photosensitive drum 11, a charging device 12, a developing device 13, a toner container 14, a transfer roller 15, a static elimination device 16, a fixing roller 17, A pressure roller 18 and a paper feed cassette 19 are provided. In the printer 1, an image is formed on the paper supplied from the paper feed cassette 19 according to the following procedure.
First, the photosensitive drum 11 is uniformly charged to a predetermined potential by the charging device 12. Next, the LSU 10 irradiates the surface of the photosensitive drum 11 with light based on image data. Thereby, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 11. The electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 is developed (visualized) as a toner image by the developing device 13. The developing device 13 is supplied with toner from the toner container 14. Subsequently, the toner image formed on the photosensitive drum 11 is transferred onto a sheet by the transfer roller 15. Thereafter, the toner image transferred to the paper is heated and fused by the fixing roller 17 when the paper passes between the fixing roller 17 and the pressure roller 18 and is discharged. The potential of the photosensitive drum 11 is neutralized by the neutralization device 16.
前記プリンター１は、前記ＬＳＵ１０の構成に特徴を有しており、以下、前記ＬＳＵ１０について詳説する。なお、本実施の形態では、図２及び図３に示すように、副走査方向をｘ軸、主走査方向をｙ軸、前記ｘ軸及び前記ｙ軸に垂直な方向をｚ軸と定義する。ここに、図２は副走査方向（ｘ軸）に垂直な平面による断面（主走査断面）である。図３は主走査方向（ｙ軸）に垂直な平面による断面（副走査断面）であって、図２におけるＡ−Ａ断面である。 The printer 1 is characterized by the configuration of the LSU 10, and the LSU 10 will be described in detail below. In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the sub-scanning direction is defined as the x-axis, the main scanning direction is defined as the y-axis, and the x-axis and the direction perpendicular to the y-axis are defined as the z-axis. FIG. 2 is a cross section (main scanning cross section) taken along a plane perpendicular to the sub-scanning direction (x axis). FIG. 3 is a cross section (sub-scanning cross section) by a plane perpendicular to the main scanning direction (y-axis), and is a cross section taken along line AA in FIG.
図２及び図３に示すように、前記ＬＳＵ１０は、入射光学系２０、ＭＥＭＳミラー２５（偏光器の一例）、及び走査光学系３０などを備えている。前記入射光学系２０は、光源２１、コリメータレンズ２２、アパーチャー２３、シリンドリカルレンズ２４を有している。また、前記走査光学系３０は、第１走査レンズ２６及び第２走査レンズ２７を有している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the LSU 10 includes an incident optical system 20, a MEMS mirror 25 (an example of a polarizer), a scanning optical system 30, and the like. The incident optical system 20 includes a light source 21, a collimator lens 22, an aperture 23, and a cylindrical lens 24. The scanning optical system 30 includes a first scanning lens 26 and a second scanning lens 27.
前記光源２１は、所定波長のレーザー光を照射する半導体レーザー光源である。前記コリメータレンズ２２は、前記光源２１から照射されるレーザー光を平行光に変換する。前記アパーチャー２３は、前記コリメータレンズ２２からの平行光の幅を規制する。前記シリンドリカルレンズ２４は、前記アパーチャー２３を通過した光を、主走査方向が長軸であり副走査方向が短軸である楕円形の線状光束として前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に結像させる。このようにして前記入射光学系２０から前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に入射される光束を入射光Ｌ０という。 The light source 21 is a semiconductor laser light source that emits laser light having a predetermined wavelength. The collimator lens 22 converts the laser light emitted from the light source 21 into parallel light. The aperture 23 regulates the width of parallel light from the collimator lens 22. The cylindrical lens 24 forms an image of the light passing through the aperture 23 on the reflection surface 251 of the MEMS mirror 25 as an elliptical linear light beam having a major axis in the main scanning direction and a minor axis in the sub-scanning direction. . The light beam incident on the reflecting surface 251 of the MEMS mirror 25 from the incident optical system 20 in this way is referred to as incident light L0.
前記ＭＥＭＳミラー２５は、光を反射する反射面２５１を有しており、前記反射面２５１の主走査方向の中心位置において回動軸２５２により回動可能に支持された反射ミラーである。そして、前記ＭＥＭＳミラー２５は、所定の駆動源からの駆動力を受けて前記回動軸２５２を中心に往復揺動する。これにより、前記ＭＥＭＳミラー２５は、前記入射光学系２０から前記反射面２５１に入射する入射光Ｌ０を前記反射面２５１の往復揺動により前記感光体ドラム１１の走査面１１１上に偏向走査させる。以下、前記ＭＥＭＳミラー２５により偏向走査される光束を偏向光Ｌ１という。
ところで、前記反射面２５１の往復揺動により光が走査されると、前記走査光学系３０において速度補正が行われない場合には、前記走査面１１１上における光の走査速度は正弦波形（非等角速度の一例）を描いて変化することになる。具体的に、前記走査面１１１上における光の走査速度は像高端部において０となる正弦波形を描く。そのため、前記ＬＳＵ１０では、前記走査光学系３０において、前記ＭＥＭＳミラー２５による前記走査面１１１上における光の走査速度を等速に変換する。
The MEMS mirror 25 has a reflection surface 251 that reflects light, and is a reflection mirror that is rotatably supported by a rotation shaft 252 at the center position of the reflection surface 251 in the main scanning direction. The MEMS mirror 25 reciprocally swings around the rotation shaft 252 in response to a driving force from a predetermined driving source. Thereby, the MEMS mirror 25 deflects and scans the incident light L0 incident on the reflecting surface 251 from the incident optical system 20 onto the scanning surface 111 of the photosensitive drum 11 by the reciprocating swing of the reflecting surface 251. Hereinafter, the light beam deflected and scanned by the MEMS mirror 25 is referred to as deflected light L1.
By the way, when light is scanned by the reciprocating swing of the reflecting surface 251, when the speed correction is not performed in the scanning optical system 30, the scanning speed of the light on the scanning surface 111 is a sine waveform (unequal). It changes by drawing an example of angular velocity. Specifically, the scanning speed of the light on the scanning surface 111 draws a sine waveform that becomes zero at the image height end. Therefore, in the LSU 10, the scanning optical system 30 converts the scanning speed of light on the scanning surface 111 by the MEMS mirror 25 to a constant speed.
前記走査光学系３０を構成する前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、例えばｆθ特性を有する特殊トーリック面（回転非対称の屈折面）を備えている。そして、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、前記ＭＥＭＳミラー２５による前記走査面１１１上における光の走査速度を等速に変換すると共に、その光を前記走査面１１１上に結像させる。
また、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７の光学的パワーは、前記ＭＥＭＳミラー２５と前記走査面１１１とにおける各像高の副走査方向の横倍率と像高中心の横倍率の比は０．９以上１．１以下の範囲となるように設定されている。各像高における副走査方向のビーム径を均一化し、かつマルチビームの副走査方向のビーム間ピッチの変動を共に低減することができる。さらに、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７の少なくとも一方は主走査位置により副走査方向の曲率半径が変化するものである。なお、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、前記ＭＥＭＳミラー２５と前記走査面１１１とが共役関係になるように配置されている。これにより、前記ＭＥＭＳミラー２５の面倒れによる副走査方向の走査位置ズレを低減すると共に、前記ＭＥＭＳミラー２５の副走査方向のサイズを小さくすることができる。
The first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 constituting the scanning optical system 30 include, for example, a special toric surface (rotationally asymmetric refracting surface) having fθ characteristics. The first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 convert the scanning speed of the light on the scanning surface 111 by the MEMS mirror 25 to a constant speed and condense the light on the scanning surface 111. Let me image.
The optical power of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 is determined by the lateral magnification in the sub-scanning direction of each image height and the lateral magnification at the center of the image height on the MEMS mirror 25 and the scanning surface 111. The ratio is set to be in the range of 0.9 to 1.1. It is possible to make the beam diameter in the sub-scanning direction uniform at each image height, and to reduce both fluctuations in the inter-beam pitch in the sub-scanning direction of multi-beams. Furthermore, at least one of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 has a curvature radius in the sub-scanning direction that varies depending on the main scanning position. The first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are arranged so that the MEMS mirror 25 and the scanning surface 111 are in a conjugate relationship. Accordingly, it is possible to reduce the scanning position shift in the sub-scanning direction due to the surface tilt of the MEMS mirror 25 and to reduce the size of the MEMS mirror 25 in the sub-scanning direction.
具体的に、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、前記ＭＥＭＳミラー２５で走査される光の走査速度を正弦波形から等速に変換するための逆正弦特性を有するアークサインレンズ（逆正弦特性レンズ）である。即ち、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１で反射・偏向された光を前記走査面１１１上で等速走査させる特性をもったレンズである。
また、前記走査光学系３０のうち前記ＭＥＭＳミラー２５に最も近い位置に配置された前記第１走査レンズ２６は、前記ＭＥＭＳミラー２５側の屈折面（入射面）の副走査方向のパワーが負である。これにより、前記第１走査レンズ２６及び前記ＭＥＭＳミラー２５の距離を短くすることができ、前記第１走査レンズ２６のサイズを小型化することができる。
なお、本発明に係る走査光学系は、前記走査光学系３０のように二枚の走査レンズ（第１走査レンズ２６及び第２走査レンズ２７）を含むものに限らず、一枚又は三枚以上の走査レンズを含むものであってもよい。また、前記走査光学系に含まれる走査レンズは逆正弦特性を有するものに限らず、偏光器による走査面上における光の走査速度の変化態様に対応して、その光の走査速度を等速に変換する特性を有するものであればよい。
Specifically, the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are arc sine lenses having inverse sine characteristics for converting the scanning speed of the light scanned by the MEMS mirror 25 from a sine waveform to a constant speed. (Inverse sine characteristic lens). That is, the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are lenses having the characteristic of scanning the scanning surface 111 at a constant speed with the light reflected and deflected by the reflecting surface 251 of the MEMS mirror 25. .
Further, the first scanning lens 26 disposed at the position closest to the MEMS mirror 25 in the scanning optical system 30 has a negative power in the sub-scanning direction of the refractive surface (incident surface) on the MEMS mirror 25 side. is there. As a result, the distance between the first scanning lens 26 and the MEMS mirror 25 can be shortened, and the size of the first scanning lens 26 can be reduced.
The scanning optical system according to the present invention is not limited to the one including two scanning lenses (the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27) as in the scanning optical system 30, but one or three or more. The scanning lens may be included. In addition, the scanning lens included in the scanning optical system is not limited to having an inverse sine characteristic, and the scanning speed of the light is made constant according to the change of the scanning speed of the light on the scanning surface by the polarizer. What has the characteristic to convert is sufficient.
また、図３に示すように、前記入射光学系２０には、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に対して副走査方向に予め定められた角度傾斜した位置から光を入射する斜入射方式が採用されている。
具体的に、前記入射光学系２０は、図３に示す副走査断面において、前記ＭＥＭＳミラー２５から前記走査面１１１上に走査される偏向光Ｌ１の光路よりも下方に配置されている。そして、前記入射光学系２０は、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に対して副走査方向に予め設定された所定角度αだけ傾斜した位置から前記入射光Ｌ０を入射させる。本実施形態では、前記所定角度αが５°であり、前記入射光Ｌ０と前記偏向光Ｌ１との開き角度（２α）が１０°である。なお、前記ＭＥＭＳミラー２５への入射光と前記ＭＥＭＳミラー２５からの偏向光との干渉を避けるため前記所定角度αは４°以上であればよい。この場合、前記ＭＥＭＳミラー２５から前記第１走査レンズ２６の入射面までの距離が２０ｍｍと近く、前記第１走査レンズ２６の厚みを７ｍｍ、副走査方向の高さを５ｍｍとした場合でも、前記ＭＥＭＳミラー２５への入射光Ｌ０と前記ＭＥＭＳミラー２５からの偏向光Ｌ１との干渉を避けることができる。これにより、前記ＬＳＵ１０の小型化を図ることもできる。
Also, as shown in FIG. 3, the incident optical system 20 employs an oblique incidence method in which light is incident from a position inclined at a predetermined angle in the sub-scanning direction with respect to the reflection surface 251 of the MEMS mirror 25. Has been.
Specifically, the incident optical system 20 is disposed below the optical path of the deflected light L1 scanned from the MEMS mirror 25 onto the scanning surface 111 in the sub-scan section shown in FIG. The incident optical system 20 makes the incident light L0 incident from a position inclined by a predetermined angle α set in advance in the sub-scanning direction with respect to the reflecting surface 251 of the MEMS mirror 25. In the present embodiment, the predetermined angle α is 5 °, and the opening angle (2α) between the incident light L0 and the deflected light L1 is 10 °. In order to avoid interference between the light incident on the MEMS mirror 25 and the deflected light from the MEMS mirror 25, the predetermined angle α may be 4 ° or more. In this case, even when the distance from the MEMS mirror 25 to the incident surface of the first scanning lens 26 is as short as 20 mm, the thickness of the first scanning lens 26 is 7 mm, and the height in the sub-scanning direction is 5 mm, Interference between the incident light L0 on the MEMS mirror 25 and the deflected light L1 from the MEMS mirror 25 can be avoided. Thereby, size reduction of the said LSU10 can also be achieved.
さらに、図２及び図３に示すように、前記入射光学系２０には、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に対して主走査方向に傾斜しない位置から光を入射するセンター入射方式が採用されている。
具体的に、前記入射光学系２０では、前記光源２１、前記コリメータレンズ２２、前記アパーチャー２３、及び前記シリンドリカルレンズ２４における光軸が、図３に示す副走査断面上に位置するように配置されている。即ち、前記反射面２５１が往復揺動の回転中心に位置する場合（反射面２５１及び走査面１１１が平行な場合）、図２に示す主走査断面において前記入射光Ｌ０は前記反射面２５１に対して垂直（主走査方向の傾斜角０°）に入射する。従って、前記ＬＳＵ１０では、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１のミラー径を極力小さくすることができる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the incident optical system 20 employs a center incident method in which light is incident from a position that is not inclined in the main scanning direction with respect to the reflecting surface 251 of the MEMS mirror 25. Yes.
Specifically, in the incident optical system 20, the optical axes of the light source 21, the collimator lens 22, the aperture 23, and the cylindrical lens 24 are arranged so as to be positioned on the sub-scan section shown in FIG. 3. Yes. That is, when the reflection surface 251 is positioned at the center of reciprocating oscillation (when the reflection surface 251 and the scanning surface 111 are parallel), the incident light L0 is relative to the reflection surface 251 in the main scanning section shown in FIG. Then, it is incident vertically (inclination angle 0 ° in the main scanning direction). Therefore, in the LSU 10, the mirror diameter of the reflection surface 251 of the MEMS mirror 25 can be made as small as possible.
但し、前記斜入射方式が採用された前記ＬＳＵ１０では、前記ＭＥＭＳミラー２５からの前記偏向光Ｌ１が副走査方向に湾曲することが知られている。ここに、図４は、前記ＭＥＭＳミラー２５からの偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１をｙｘ平面に投影した図を示している。なお、前記走査線Ｌ１１は、前記偏向光Ｌ１の中心である主光線の走査軌道を示している。
図４に示すように、前記センター入射方式が採用された前記ＬＳＵ１０では、前記ＭＥＭＳミラー２５からの偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１が、ｙｘ平面において像高端部から像高中心に向けて上方に湾曲する。
However, in the LSU 10 employing the oblique incidence method, it is known that the deflected light L1 from the MEMS mirror 25 is curved in the sub-scanning direction. FIG. 4 shows a diagram in which the scanning line L11 of the deflected light L1 from the MEMS mirror 25 is projected on the yx plane. The scanning line L11 indicates the scanning trajectory of the principal ray that is the center of the deflected light L1.
As shown in FIG. 4, in the LSU 10 adopting the center incidence method, the scanning line L11 of the deflected light L1 from the MEMS mirror 25 curves upward from the image height end toward the image height center in the yx plane. To do.
これに対し、前記ＬＳＵ１０において、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７が有する４つの屈折面のうち少なくとも１つの屈折面Ｒは、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の条件を満たす回転非対称のトーリック面である。
（Ａ）子線頂点を結ぶ母線が副走査方向に湾曲している。
（Ｂ）ｚｘ平面に平行な平面による断面形状が楕円である。
（Ｃ）前記楕円におけるレンズの光軸方向の極値が前記母線上にある。
（Ｄ）母線をレンズの光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な平面による断面形状が円弧状である。
On the other hand, in the LSU 10, at least one refracting surface R among the four refracting surfaces of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 satisfies the following conditions (A) to (D). It is a rotationally asymmetric toric surface.
(A) The bus connecting the child line vertices is curved in the sub-scanning direction.
(B) The cross-sectional shape by a plane parallel to the zx plane is an ellipse.
(C) The extreme value in the optical axis direction of the lens in the ellipse is on the generatrix.
(D) The cross-sectional shape of the plane perpendicular to the projected generatrix obtained by projecting the generatrix onto the plane perpendicular to the optical axis of the lens is an arc.
より具体的に、前記屈折面Ｒの副走査断面（図３参照）における形状ｚは、前記屈折面Ｒの光軸が前記ｚ軸上に配置されたと仮定した場合に、以下の（２）式によって表される。ここに、前記母線をｙｚ平面に投影した形状をｆ（ｙ）、前記母線をｙｘ平面に投影した形状をｇ（ｙ）、前記投影母線に垂直な平面による断面形状の円弧曲線をｒｓ、ｚｘ平面による断面形状の楕円曲線をｒｌとする。
そして、前記条件（Ｄ）が満たされると、前記投影母線に垂直な平面による断面形状が曲率半径ｒｓの円弧とほぼ等しくなる。従って、前記屈折面Ｒに入射する楕円の偏向光束の短軸と前記屈折面Ｒの光学的パワーの方向とが一致することになり、像高端部における結像性能を良好なものとすることができる。なお、上記（Ｄ）において「円弧状」と表しているのは、走査方向によって曲率半径が変化して完全な円弧にならないためであり、トーリック面の光学性能としては円弧として扱うことができる。
また、前記条件（Ｂ）、（Ｃ）が満たされると、前記屈折面Ｒの副走査断面における楕円形状がその副走査断面におけるｚ軸方向の極値を頂点として対象となり、前記楕円の極値が母線上に位置する。従って、前記屈折面Ｒの副走査断面における形状が特定されるため、前記屈折面Ｒの面形状の検証を容易に行うことができる。特に、前記屈折面Ｒの面形状が前記（２）式に示す数式で定義されるため、例えば光学ソフト等を用いて前記屈折面Ｒの面形状を自動設計させることが可能となる。
When the above condition (D) is satisfied, the cross-sectional shape by a plane perpendicular to the projection generatrix substantially equal to the arc of curvature radius r s. Therefore, the minor axis of the elliptically deflected light beam incident on the refracting surface R coincides with the optical power direction of the refracting surface R, and the imaging performance at the image height end portion is improved. it can. The reason why the arc shape is expressed in (D) is that the radius of curvature changes depending on the scanning direction and does not become a complete arc, and the optical performance of the toric surface can be handled as an arc.
Further, when the conditions (B) and (C) are satisfied, the elliptical shape in the sub-scanning section of the refracting surface R becomes an object with the extreme value in the z-axis direction in the sub-scanning section as a vertex, and the extreme value of the ellipse Is located on the bus. Therefore, since the shape of the refracting surface R in the sub-scan section is specified, the surface shape of the refracting surface R can be easily verified. In particular, since the surface shape of the refracting surface R is defined by the mathematical expression shown in the equation (2), the surface shape of the refracting surface R can be automatically designed using, for example, optical software.
なお、前記ＬＳＵ１０において、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７が有する４つの屈折面の少なくとも１つが、以下の（Ｅ）〜（Ｈ）の条件を満たす回転非対称の屈折面Ｒ（トーリック面）として構成されてもよい。
（Ｅ）子線頂点を結ぶ母線が副走査方向に湾曲している。
（Ｆ）母線をレンズの光軸に垂直な平面に投影した投影母線に垂直な平面による断面形状が円弧である。
（Ｇ）前記円弧におけるレンズの光軸方向の極値が前記母線上にある。
（Ｈ）ｚｘ平面に平行な平面による断面形状が楕円状である。
この場合にも前記屈折面Ｒの副走査断面における形状が特定されるため、前記屈折面Ｒの面形状の検証を容易に行うことができる。
In the LSU 10, at least one of the four refracting surfaces of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 has a rotationally asymmetric refracting surface R (which satisfies the following conditions (E) to (H): Toric surface).
(E) The bus connecting the child line vertices is curved in the sub-scanning direction.
(F) The cross-sectional shape of the plane perpendicular to the projected generatrix obtained by projecting the generatrix onto the plane perpendicular to the optical axis of the lens is an arc.
(G) The extreme value in the optical axis direction of the lens in the arc is on the generatrix.
(H) The cross-sectional shape by a plane parallel to the zx plane is elliptical.
Also in this case, since the shape of the refracting surface R in the sub-scanning cross section is specified, the surface shape of the refracting surface R can be easily verified.
ところで、前記ＬＳＵ１０のように前記ＭＥＭＳミラー２５による光の走査速度を前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７によって等速変換する構成では、像高中心から像高端部に向けてビーム径が増大する。即ち、像高中心のビーム径は像高端部のビーム径に比べて小さい。
一方、光束の直径（アパーチャー２３の開口径）をＤＡＰ、焦点距離をｆ、収束角をβ、ビーム径をＤｒとしたとき、（ＤＡＰ／２）／ｆ＝ｔａｎ（β／２）、Ｄｒ＝ｋ（λｆ／ＤＡＰ）の関係が成立する。即ち、光束の直径ＤＡＰが同じであるとすれば、焦点距離ｆ（光路長）が長くなるほど、収束角βは小さくなりビーム径Ｄｒは大きくなる。
そこで、前記ＬＳＵ１０において、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７は、ｚｘ平面に投影される光路長を像高端部から像高中心に向けて長くするように構成されている。これにより、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７における像高中心の収束角が像高端部の収束角よりも小さくなって像高中心のビーム径が像高端部のビーム径に近づく。そのため、前記ＬＳＵ１０では、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７としてアークサインレンズ等を用いた場合に生じる像高によるビーム径の差異が緩和される。そして、このような構成は、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７のレンズの面形状や配置状態などを調整することにより簡素な構成で実現可能である。
By the way, in the configuration in which the scanning speed of the light by the MEMS mirror 25 is converted at a constant speed by the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 as in the LSU 10, the beam diameter from the center of the image height toward the end of the image height. Will increase. That is, the beam diameter at the center of the image height is smaller than the beam diameter at the end of the image height.
On the other hand, the D AP (opening diameter of the aperture 23) light beam diameter, the focal length f, and the convergence angle beta, when the beam diameter is D r, (D AP / 2 ) / f = tan (β / 2) , D r = k (λf / D AP ). That is, if the diameter D AP of the light beam are the same, as the focal length f (optical path length) becomes longer, smaller becomes the beam diameter D r is the convergent angle β increases.
Therefore, in the LSU 10, the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are configured to increase the optical path length projected on the zx plane from the image height end portion toward the image height center. As a result, the convergence angle at the image height center in the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 becomes smaller than the convergence angle at the image height end, and the beam diameter at the image height center approaches the beam diameter at the image height end. . Therefore, in the LSU 10, the difference in beam diameter due to the image height that occurs when an arc sine lens or the like is used as the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 is alleviated. Such a configuration can be realized with a simple configuration by adjusting the surface shapes and arrangement states of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27.
具体的には、図４に示すように前記屈折面Ｒにおける前記母線Ｌ１２と入射光である偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１との離間距離が像高端部から像高中心に向けて長くなるように、前記ｚｘ平面（図３参照）においてレンズの光軸が前記ｚ軸に対して予め定められた角度傾斜した状態で前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７を配置することが考えられる。図４に示す例では、前記屈折面Ｒにおいて、前記走査線Ｌ１１と前記母線Ｌ１２との離間距離は、像高端部が最短、像高中心が最長であって、像高端部から像高中心に向けて長くなっている。即ち、前記屈折面Ｒにおいて、前記母線Ｌ１２の傾きと前記走査線Ｌ１１の傾きとには差異が生じている。特に、前記屈折面Ｒでは、像高端部において副走査断面では前記母線Ｌ１２の接線と前記偏向光Ｌ１１とが垂直に交わるように配置されている。即ち、前記偏向光Ｌ１は、前記屈折面Ｒの像高端部において前記母線Ｌ１２上に入射されるが、像高中心においては前記母線Ｌ１２から離間した位置に入射される。 Specifically, as shown in FIG. 4, the distance between the generating line L12 on the refracting surface R and the scanning line L11 of the deflected light L1, which is incident light, becomes longer from the image height end toward the image height center. It is conceivable that the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are arranged in a state where the optical axis of the lens is inclined at a predetermined angle with respect to the z-axis on the zx plane (see FIG. 3). . In the example shown in FIG. 4, on the refracting surface R, the distance between the scanning line L11 and the generatrix L12 is the shortest at the image height end and the longest at the image height center, and from the image height end to the image height center. It is getting longer. That is, on the refracting surface R, there is a difference between the inclination of the generatrix L12 and the inclination of the scanning line L11. In particular, on the refracting surface R, the tangent to the generatrix L12 and the deflected light L11 are perpendicularly crossed at the image height end portion in the sub-scan section. That is, the deflected light L1 is incident on the bus L12 at the image height end of the refracting surface R, but is incident on a position away from the bus L12 at the image height center.
このように前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７が配置された場合における光路を図５に示している。ここに、図５は主走査方向（ｙ軸）に垂直なｚｘ平面に投影される光路を示す要部拡大図であって、実線が像高端部における光路、破線が像高中心における光路を示している。
図５に示されているように、像高中心に入射する偏向光Ｌ１が像高端部に入射する偏向光Ｌ１に比べて前記母線Ｌ１２からずれた位置を通過すると、副走査断面における光路長は像高端部よりも像高中心の方が長くなる。そのため、前記走査光学系３０における像高中心の焦点距離が像高端部の焦点距離よりも長くなり、前記走査光学系３０における像高中心の収束角が像高端部の収束角よりも小さくなって像高中心のビーム径が像高端部のビーム径に近づく。従って、前記ＬＳＵ１０では、前記走査光学系３０のレンズの面形状や配置状態などを調整することにより簡素な構成で、前記走査光学系３０を用いた場合に生じる像高によるビーム径の差異を緩和することができる。
また、前記走査面１１１における像高中心の副走査方向の結像位置のシフト量を像高端部の副走査方向の結像位置のシフト量よりも大きくすることができるため前記走査面１１１上における走査湾曲を低減することができる。従って、前記プリンター１では、前記ＬＳＵ１０によって前記感光体ドラム１１上に形成される静電潜像に歪みが生じず、高画質の画像形成を実現することができる。
FIG. 5 shows an optical path when the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are arranged as described above. FIG. 5 is an enlarged view of the main part showing the optical path projected on the zx plane perpendicular to the main scanning direction (y-axis), where the solid line shows the optical path at the image height end and the broken line shows the optical path at the image height center. ing.
As shown in FIG. 5, when the deflected light L1 incident on the center of the image height passes through a position shifted from the bus L12 as compared with the deflected light L1 incident on the image height end, the optical path length in the sub-scanning section is The center of the image height is longer than the end of the image height. Therefore, the focal length of the image height center in the scanning optical system 30 is longer than the focal length of the image height end, and the convergence angle of the image height center in the scanning optical system 30 is smaller than the convergence angle of the image height end. The beam diameter at the center of the image height approaches the beam diameter at the end of the image height. Therefore, in the LSU 10, the difference in the beam diameter due to the image height generated when the scanning optical system 30 is used can be reduced with a simple configuration by adjusting the surface shape and arrangement state of the lens of the scanning optical system 30. can do.
Further, since the shift amount of the image formation position in the sub-scanning direction at the center of the image height on the scanning surface 111 can be made larger than the shift amount of the image formation position in the sub-scanning direction at the image height end, Scanning curvature can be reduced. Therefore, in the printer 1, the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 11 by the LSU 10 is not distorted, and high-quality image formation can be realized.
一方、前記ＬＳＵ１０のように、前記屈折面Ｒにおける前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１の傾きとが一致しない場合（図４参照）には結像性能の劣化が懸念される。そこで、前記ＬＳＵ１０では、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７が有する前記屈折面Ｒのうち少なくとも一つの屈折面は、前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１のビームの傾きとが一致するように構成されている。即ち、この屈折面では、主走査方向の各位置において、前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１のビームの傾きとが一致し、前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１の傾きとに差異があることになる。
ここに、図６は、前記屈折面Ｒにおける前記偏向光Ｌ１のビームの傾きａ１と前記母線Ｌ１２の傾きｂ１との関係を示す図である。図６において、前記偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１は、前記偏向光Ｌ１の中心を表す主光線ｒ１（ｘ１，ｙ１）の軌道を示している。なお、前記偏向光Ｌ１のビームの傾きａ１は、前記偏向光Ｌ１の長軸端部を表す周辺光線をｒ２（ｘ２，ｙ２）、ｒ３（ｘ３，ｙ３）としたとき、（ｘ２−ｘ３）／（ｙ２−ｙ３）で求められる。
具体的に、前記ＬＳＵ１０では、前記屈折面Ｒにおける母線の傾きと前記偏向光Ｌ１のビームの傾きとが一致するように前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７の面形状及び配置状態を所定のパラメータに従って定めればよい。これにより、前記屈折面Ｒにおける主走査方向の各位置において前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１のビームの傾きとが一致すれば、楕円形の線上光束である前記偏向光Ｌ１のビームの短軸の向きと前記屈折面Ｒの光学的パワーの向きとが一致する。従って、前記ＬＳＵ１０において、前記屈折面Ｒにおける母線の傾きと前記偏向光Ｌ１の走査線Ｌ１１の傾きとが一致しない場合であっても、前記走査面１１１上における結像性能の低下を抑制することができる。
即ち、このような構成によれば、前記走査面１１１上における結像性能の低下を抑制しつつ、前記走査面１１１上における走査湾曲を防止し、且つ像高によるビーム径の差異を緩和することができる。
On the other hand, when the inclination of the generatrix L12 on the refracting surface R and the inclination of the scanning line L11 of the deflected light L1 do not coincide with each other as in the LSU 10 (see FIG. 4), the imaging performance may be deteriorated. . Therefore, in the LSU 10, at least one of the refracting surfaces R of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 has an inclination of the bus L12 and an inclination of the beam of the deflected light L1. Configured to match. That is, on this refracting surface, at each position in the main scanning direction, the inclination of the bus L12 coincides with the inclination of the beam of the deflected light L1, and the inclination of the bus L12 and the scan line L11 of the deflected light L1. There will be a difference.
FIG. 6 is a view showing the relationship between the beam inclination a1 of the deflected light L1 on the refractive surface R and the inclination b1 of the bus L12. In FIG. 6, the scanning line L11 of the deflected light L1 indicates the trajectory of the principal ray r1 (x1, y1) representing the center of the deflected light L1. The beam inclination a1 of the deflected light L1 is (x2-x3) / when the peripheral rays representing the major axis end of the deflected light L1 are r2 (x2, y2) and r3 (x3, y3). It is calculated | required by (y2-y3).
Specifically, in the LSU 10, the surface shapes and arrangement states of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are set so that the inclination of the generatrix on the refractive surface R and the inclination of the beam of the deflected light L1 coincide. May be determined according to predetermined parameters. As a result, if the inclination of the bus L12 and the inclination of the beam of the deflected light L1 coincide with each other at each position in the main scanning direction on the refracting surface R, the beam of the deflected light L1 that is an elliptical linear light beam is shortened. The direction of the axis coincides with the direction of the optical power of the refractive surface R. Therefore, in the LSU 10, even if the inclination of the generating line on the refracting surface R and the inclination of the scanning line L11 of the deflected light L1 do not coincide with each other, the deterioration of the imaging performance on the scanning surface 111 is suppressed. Can do.
That is, according to such a configuration, it is possible to prevent scanning curvature on the scanning surface 111 and reduce a difference in beam diameter due to image height while suppressing a decrease in imaging performance on the scanning surface 111. Can do.
本実施例１において、前記ＬＳＵ１０を以下のように構成した。
具体的に、前記アパーチャー２３は、主走査方向の半径が１．９８ｍｍ（長軸）、副走査方向の半径が０．９５ｍｍ（短軸）の楕円形状である。前記第１走査レンズ２６の入射面と前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１との距離は−２０ｍｍである。なお、面間距離は次の面の中心までのｚ軸方向の距離で、都合により負の数を用いている。
また、前記第１走査レンズ２６について、レンズの光軸をｚｘ平面において主走査方向（ｙ軸）を軸に−７．２７２１°回転させると共に、副走査方向（ｘ軸）において０．００４３ｍｍシフト（オフセット）させた。前記第２走査レンズ２７については、レンズの光軸をｚｘ平面において主走査方向（ｙ軸）を軸に−５２．７４４６°回転させると共に、副走査方向（ｘ軸）において−２．３６ｍｍシフト（オフセット）させた。なお、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７の回転角度（傾き）やシフト量の値は下記表１のパラメータに対応して定めた一例に過ぎない。例えば、前記入射光学系２０が、前記ＭＥＭＳミラー２５の反射面２５１に対して副走査方向に５°傾斜した位置から光を入射した場合、前記第１走査レンズ２６の回転角度が−８°〜−４°、前記第２走査レンズ２７の回転角度が−５５°〜−２０°であり、前記第１走査レンズ２６のシフト量は０．００３〜０．６ｍｍ、前記第２走査レンズ２７のシフト量は−２．５〜１ｍｍであることが考えられる。これにより、像高端部では前記屈折面Ｒの母線に極力近い位置に光が入射され、像高中心では前記屈折面Ｒの母線から離れた位置に光が入射されるため、像高端部よりも像高中心の光路長が長くなる。
さらに、前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７について、前記（２）式における各パラメータを下記表１のように設定した。ここに、前記第１走査レンズ２６の入射面を屈折面Ｒ１、出射面を屈折面Ｒ２、前記第２走査レンズ２７の入射面を屈折面Ｒ３、出射面を屈折面Ｒ４とする。下記表１のパラメータは、前記母線Ｌ１２の傾きと前記偏向光Ｌ１のビームの傾きとを概ね一致させることのできる前記第１走査レンズ２６の屈折面Ｒ１及び屈折面Ｒ２の形状を特定するものである。
Specifically, the aperture 23 has an elliptical shape with a radius of 1.98 mm (major axis) in the main scanning direction and a radius of 0.95 mm (minor axis) in the sub-scanning direction. The distance between the incident surface of the first scanning lens 26 and the reflecting surface 251 of the MEMS mirror 25 is −20 mm. The inter-surface distance is the distance in the z-axis direction to the center of the next surface, and a negative number is used for convenience.
Further, the optical axis of the first scanning lens 26 is rotated by −7.2721 ° about the main scanning direction (y-axis) on the zx plane and shifted by 0.0043 mm in the sub-scanning direction (x-axis) ( Offset). For the second scanning lens 27, the optical axis of the lens is rotated by −52.7446 ° around the main scanning direction (y-axis) on the zx plane and shifted by −2.36 mm in the sub-scanning direction (x-axis) ( Offset). The rotation angle (inclination) and the shift amount values of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 are merely examples determined corresponding to the parameters in Table 1 below. For example, when the incident optical system 20 enters light from a position inclined by 5 ° in the sub-scanning direction with respect to the reflection surface 251 of the MEMS mirror 25, the rotation angle of the first scanning lens 26 is −8 ° to −4 °, the rotation angle of the second scanning lens 27 is −55 ° to −20 °, the shift amount of the first scanning lens 26 is 0.003 to 0.6 mm, and the shift of the second scanning lens 27 is The amount is considered to be -2.5 to 1 mm. As a result, light is incident at a position as close as possible to the generating line of the refractive surface R at the image height end, and light is incident at a position away from the generating line at the refractive surface R at the center of the image height. The optical path length at the center of the image height becomes longer.
Further, for the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27, each parameter in the equation (2) was set as shown in Table 1 below. Here, the entrance surface of the first scanning lens 26 is a refracting surface R1, the exit surface is a refracting surface R2, the entrance surface of the second scanning lens 27 is a refracting surface R3, and the exit surface is a refracting surface R4. The parameters in Table 1 below specify the shapes of the refracting surface R1 and the refracting surface R2 of the first scanning lens 26 that can substantially match the inclination of the bus L12 and the inclination of the beam of the deflected light L1. is there.
ここに、図７は、本実施例１に係る前記ＬＳＵ１０で得られた像高ｙ及びビーム径比ηの関係を示すグラフである。なお、ビーム径比ηは、像高中心のビーム径を「１」としたときのビーム径の比率を示している。
図７から、本実施例１に係る前記ＬＳＵ１０では、像高端部（ｙ＝１１０）でもビーム径比ηは１．２以下であり、前述した（１１）式で求められるビーム径比ηの理論値（比較例）よりもビーム径の差異が小さくなっていることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the image height y and the beam diameter ratio η obtained by the LSU 10 according to the first embodiment. The beam diameter ratio η indicates the ratio of the beam diameter when the beam diameter at the center of the image height is “1”.
From FIG. 7, in the LSU 10 according to the first embodiment, the beam diameter ratio η is 1.2 or less even at the image height end portion (y = 110), and the theory of the beam diameter ratio η obtained by the above-described equation (11). It can be seen that the difference in beam diameter is smaller than the value (comparative example).
また、図８及び図９は、本実施例１における前記第１走査レンズ２６の屈折面Ｒ１及び屈折面Ｒ２における像高とビームの傾き及び母線の傾きとの関係を示す図である。図８及び図９から、前記表１のパラメータで設計された前記第１走査レンズ２６の屈折面Ｒ１、Ｒ２各々では、主走査方向（ｙ軸方向）の各位置において前記偏向光Ｌ１のビームの傾きａ１と前記母線Ｌ１２の傾きｂ１が概ね一致していることがわかる。なお、前記第１走査レンズ２６の光学的パワーの方向は前記母線Ｌ１２に垂直及び水平な方向である。従って、前記ＬＳＵ１０では、前記第１走査レンズ２６において前記偏向光Ｌ１の短軸と前記第１走査レンズ２６の光学的パワーの方向とが一致することにより、結像性能を良好に保つことができる。 FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating the relationship between the image height, the beam inclination, and the bus line inclination on the refractive surface R1 and the refractive surface R2 of the first scanning lens 26 in the first embodiment. 8 and 9, each of the refracting surfaces R1 and R2 of the first scanning lens 26 designed with the parameters shown in Table 1 shows the beam of the deflected light L1 at each position in the main scanning direction (y-axis direction). It can be seen that the inclination a1 and the inclination b1 of the bus L12 substantially coincide. The direction of the optical power of the first scanning lens 26 is perpendicular and horizontal to the bus line L12. Accordingly, in the LSU 10, the short axis of the deflected light L1 and the direction of the optical power of the first scanning lens 26 coincide with each other in the first scanning lens 26, so that the imaging performance can be kept good. .
具体的に、図１０は、本実施例１に係る前記ＬＳＵ１０による前記走査面１１１上への光の結像状態を示す図である。ここに、図１０（Ａ）は走査面１１１の主走査方向の中心（像高中心）から−１１０ｍｍの箇所における偏向光束のスポット像を示している。また、図１０（Ｂ）は走査面１１１の主走査方向の中心（像高中心）の箇所における偏向光束のスポット像を示している。さらに、図１０（Ｃ）は走査面１１１の主走査方向の中心（像高中心）から＋１１０ｍｍの箇所における偏向光束のスポット像を示している。なお、図１０（Ａ）〜（Ｃ）各々について、結像位置をｚ軸方向に２ｍｍずつ変化させて（中央の図が０ｍｍ、左側の図が−２ｍｍだけデフォーカス、右側の図が＋２ｍｍだけデフォーカス）、スポット像を取得している。図１０（Ａ）〜（Ｃ）から、像高中心だけでなく像高端部においても良好な結像状態が得られていることがわかる。 Specifically, FIG. 10 is a diagram illustrating an imaging state of light on the scanning surface 111 by the LSU 10 according to the first embodiment. FIG. 10A shows a spot image of the deflected light beam at a location of −110 mm from the center (image height center) in the main scanning direction of the scanning surface 111. FIG. 10B shows a spot image of the deflected light beam at the center of the scanning surface 111 in the main scanning direction (image height center). Further, FIG. 10C shows a spot image of the deflected light beam at a location +110 mm from the center (image height center) in the main scanning direction of the scanning surface 111. 10A to 10C, the imaging position is changed by 2 mm in the z-axis direction (the center figure is 0 mm, the left figure is defocused by −2 mm, the right figure is only +2 mm). Defocus) and spot images are acquired. 10A to 10C, it can be seen that a good imaging state is obtained not only at the center of the image height but also at the end of the image height.
また、図１１は本実施例１の前記ＬＳＵ１０により前記走査面１１１上に走査された光の走査湾曲を示すグラフである。図１１に示すように、走査湾曲は若干発生しているものの、主走査方向（像高）全体において副走査位置のズレ量の最大値が６０μｍ以下と良好であり、実用上は問題ないことが確認された。なお、前記副走査方向の走査湾曲の最大幅は、０．１ｍｍ以下であれば走査湾曲による画像の歪みへの影響が小さい。そのため、前記走査光学系３０における前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７の前記屈折面Ｒ１〜Ｒ４のパワーは、前記走査湾曲の最大幅が０．１ｍｍ以下となるように設定しておくことが望ましい。
さらに、図１２は前記ＬＳＵ１０において前記光源２１が複数設けられた場合の前記走査面１１１上におけるビームピッチを示すグラフである。図１２から、複数の前記光源２１から照射された光の前記走査面１１１上におけるビームピッチの変動は０．１μｍ以下となっており、マルチビームに十分対応可能であることがわかる。
FIG. 11 is a graph showing the scanning curve of the light scanned on the scanning surface 111 by the LSU 10 of the first embodiment. As shown in FIG. 11, although the scanning curve is slightly generated, the maximum value of the shift amount of the sub-scanning position is good at 60 μm or less in the entire main scanning direction (image height), and there is no problem in practical use. confirmed. If the maximum width of the scanning curve in the sub-scanning direction is 0.1 mm or less, the influence of the scanning curve on image distortion is small. Therefore, the power of the refractive surfaces R1 to R4 of the first scanning lens 26 and the second scanning lens 27 in the scanning optical system 30 is set so that the maximum width of the scanning curve is 0.1 mm or less. It is desirable to keep it.
Further, FIG. 12 is a graph showing a beam pitch on the scanning surface 111 when a plurality of the light sources 21 are provided in the LSU 10. From FIG. 12, it can be seen that the fluctuation of the beam pitch on the scanning surface 111 of the light irradiated from the plurality of light sources 21 is 0.1 μm or less, and can sufficiently cope with multi-beams.
なお、像高によるビーム径の変動の緩和を目的とする場合、前記実施例１で用いた前記表１に示すパラメータに代えて下記表２に示すパラメータを用いて設計された前記第１走査レンズ２６及び前記第２走査レンズ２７を用いることも考えられる。このとき、前記第１走査レンズ２６について、レンズの光軸をｚｘ平面において主走査方向（ｙ軸）を軸に−５．２°回転させると共に、副走査方向（ｘ軸）において０．５ｍｍシフト（オフセット）させた。前記第２走査レンズ２７については、レンズの光軸をｚｘ平面において主走査方向（ｙ軸）を軸に−２２．４３°回転させると共に、副走査方向（ｘ軸）において−０．８ｍｍシフト（オフセット）させた。
１ ：プリンター
１０：ＬＳＵ（光走査装置）
１１：感光体ドラム
１１１：走査面
１２：帯電装置
１３：現像装置
１４：トナーコンテナ
１５：転写ローラー
１６：除伝装置
１７：定着ローラー
１８：加圧ローラー
１９：給紙カセット
２０：入射光学系
２１：光源
２２：コリメータレンズ
２３：アパーチャー
２４：シリンドリカルレンズ
２５：ＭＥＭＳミラー
２５１：反射面
２５２：回動軸
２６：第１走査レンズ
２７：第２走査レンズ
３０：走査光学系
1: Printer 10: LSU (optical scanning device)
11: photosensitive drum 111: scanning surface 12: charging device 13: developing device 14: toner container 15: transfer roller 16: transfer device 17: fixing roller 18: pressure roller 19: paper feed cassette 20: incident optical system 21 : Light source 22: Collimator lens 23: Aperture 24: Cylindrical lens 25: MEMS mirror 251: Reflecting surface 252: Rotating shaft 26: First scanning lens 27: Second scanning lens 30: Scanning optical system
Claims (9)
一又は複数の前記走査レンズが有する屈折面のうち少なくとも一つの屈折面は、主走査方向の各位置において、子線頂点を結ぶ母線の傾きと前記偏光器から前記屈折面に入射する偏向光のビームの傾きとが一致し、前記母線の傾きと前記偏向光の走査線の傾きとに差異があることを特徴とする光走査装置。 A deflector that scans light incident on the reflecting surface onto a predetermined scanning surface by rotation of the reflecting surface, and one or a plurality of scanning lenses that image the light scanned by the deflector on the scanning surface. And an incident optical system that makes light incident from a position inclined at a predetermined angle in the sub-scanning direction with respect to the reflecting surface of the polarizer, and an optical scanning device comprising:
At least one refracting surface among the refracting surfaces of the one or a plurality of scanning lenses is configured such that at each position in the main scanning direction, the inclination of the bus line connecting the child vertexes and the deflected light incident on the refracting surface from the polarizer. An optical scanning device characterized in that the inclination of the beam coincides and there is a difference between the inclination of the bus and the inclination of the scanning line of the deflected light.
前記走査レンズの少なくとも一つは、主走査位置により副走査方向の曲率半径が変化するものであって、
前記走査光学系は、前記偏光器と前記走査面とにおける各像高の副走査方向の横倍率と像高中心の横倍率の比が０．９以上１．１以下の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置。 In each of the scanning lenses, the power of the lens surface is set so that the maximum width of the scanning curve in the sub-scanning direction on the scanning surface is 0.1 mm or less, and the polarizer and the scanning surface are in a conjugate relationship. Are arranged so that
At least one of the scanning lenses has a radius of curvature in the sub-scanning direction that varies depending on a main scanning position,
2. The scanning optical system has a ratio of a lateral magnification of each image height in the sub-scanning direction and a lateral magnification of the center of the image height in the polarizer and the scanning plane in a range of 0.9 to 1.1. The optical scanning device according to any one of?
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