JP3434499B2 - Optical scanning device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、ラスタスキャン
方式の画像形成装置に係り、特に、レーザビームプリン
タなどに使用されるレーザビームを走査する光走査装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】電子写真プロセスが利用されているレー
ザビームプリンタ装置では、画像データに基づいて画像
が形成される感光体ドラム、感光体ドラムに画像データ
に基づく画像を露光する光走査装置、感光体ドラムに形
成された画像を現像する現像装置、及び、感光体ドラム
上で現像された画像を用紙に転写して出力する用紙搬送
装置などを含んでいる。 【０００３】感光体ドラムは、例えば、反転現像方式の
レーザビームプリンタ装置では、概ね−５００ないし−
７００ボルトに帯電される。この帯電された感光体ドラ
ムに光走査装置を介して画像データに基づくレーザビー
ムが照射されることで、レーザビームが照射された領域
に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置か
ら供給されるトナーによって現像される。 【０００４】光走査装置は、光源としての半導体レー
ザ、半導体レーザからのレーザビームのビーム径を所定
の大きさに絞り込む光源側（偏向前）光学系、所定の大
きさに絞り込まれたレーザビームを感光体ドラムの軸線
に沿って偏向させる偏向装置、及び、偏向装置を介して
偏向されたレーザビームを感光体ドラムの軸線方向の距
離に拘りなく概ね一定のビーム径に整えるとともに感光
体ドラム上に概ね直線に結像させる結像（偏向後）光学
系などを有している。 【０００５】偏向前光学系は、ガラス或いはプラスチッ
クによって形成されたコリメートレンズ（或いは有限レ
ンズ）などを含み、レーザからの発散性のレーザビーム
に集束性を与え、平行レーザビーム、或いは、僅かに集
束性を有する集束レーザビームを提供する。 【０００６】偏向装置は、回転可能に形成された反射面
を有し、偏向前光学系を通過されたレーザビームを感光
体ドラムの軸線と平行な方向即ち主走査方向に偏向させ
る。 【０００７】偏向後光学系は、プラスチック（希にガラ
ス）によって形成されたｆθレンズ（トロイダルレンズ
の一種）を含み、偏向装置の反射面の回転角に応じて連
続的に変化される反射面の反射点と感光体ドラム上の結
像位置との間の距離に拘りなく、概ね一定のビーム径に
整えるとともに感光体ドラム上に概ね直線に結像させ
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】レーザビームプリンタ
装置に組み込まれる光走査装置では、感光体ドラムに到
達されたレーザビームのビーム径及びレーザビームが到
達される位置が温度及び湿度の変化によって変動しない
ことが好ましい。従って、光走査装置に利用されるレン
ズの多くは、光学ガラスによって形成される。その一方
で、ガラスレンズは、重量及び複雑な形状の加工が困難
であることなどからプラスチックレンズに比較して製造
コストが高くなることが知られている。 【０００９】ところで、プラスチックレンズが利用され
た場合には、温度或いは湿度の変化によって感光体ドラ
ムに到達されるレーザビームのビーム径が大きく変化す
ることが知られている。 【００１０】このことから、例えば、特開平第４−１１
０８１８号には、偏向前光学系にコリメータレンズを、
及び、偏向後光学系にプラスチックレンズを、利用した
例が開示されている。この方法は、コリメータレンズと
半導体レーザとの距離を、鏡筒の熱膨張などを利用して
補正するものである。しかしながら、この方法では、温
度変化に起因する主走査方向及び副走査方向のレーザビ
ームの到達位置の変動を同時に抑止することができない
問題がある。また、この方法では、吸湿による膨張或い
は屈折率の変化などについては考慮されていない。 【００１１】これとは別に、プラスチックレンズは、多
くの場合、非球面レンズ或いは非対称レンズに形成され
る。また、非球面レンズを光軸に対して偏位させる方法
も提案されている。 【００１２】しかしながら、非球面レンズ或いは非対称
レンズを利用することは、レンズが固定される場合の位
置精度、入射面及び出射面の単体としての加工精度、及
び、入射面と出射面との位置の偏位などに高い精度が要
求される問題がある。また、温度或いは湿度が変化した
場合に主走査方向の結像位置が変動しないよう、有限レ
ンズが利用された場合には、回転多面鏡の回転にともな
う偏向点の移動により像面湾曲の非対称性が増大され
る。 【００１３】例えば、上記特開平第４−１１０８１８号
では、球面ミラーが利用された偏向装置と入射面と出射
面が主走査方向に偏心したトーリック面を含むレンズが
組み込まれた偏向後光学系とが利用されている。この例
では、温度変化による結像面の変動が考慮されていない
ことからコリメートレンズが利用されているが、有限レ
ンズが利用される場合には、主走査方向の偏心のみで像
面湾曲を補正することは困難である。また。特開平第４
−１１０８１９号には、球面ミラーと、球面とトーリッ
ク面からなるレンズが組み込まれた光学系において、球
面ミラーが副走査方向に、レンズの球面がトーリック面
に対して副走査方向に、それぞれ偏心して配置された例
が開示されている。しかしながら、この方法は、球面ミ
ラーからの反射光とレンズへ向かうレーザビームとを分
離することを目的としており、プラスチックレンズを使
用して軸対称の非球面レンズの中心をレーザビームが通
らないようにしつつ、直線性を保つためには、偏心のみ
での補正は補正力不足となる。 【００１４】一方、プラスチックレンズでは、線膨脹係
数が大きいため、コーティング材との温度による膨脹の
度合いの差が大きく、反射防止コーティングが難しいこ
と、レンズ面が軸対称に形成される場合に、型を製作す
るための旋盤の切削速度の影響により、軸中心付近で表
面粗さが増大するとともに中心部に突起生じることなど
が知られている。この場合、反射防止コーティングに際
しては、特別な塗布技巧が必要であることからコストが
増大される問題がある。また、レンズ面をポリシングな
どにより研磨することは、複雑な形状によって提供され
る光学特性が変化されることで、感光体ドラムに結像さ
れるレーザビームのビーム径、ビーム形状、或いは直線
性などを、新たに劣化させる問題がある。 【００１５】尚、偏向装置は、反射鏡を回転させるモー
タの回転数が限界に達した場合であっても、反射面の数
を増やすことにより印字スピードを向上可能であるが、
反射面の数が増大されることは、レーザビームを偏向で
きる角度（偏向角）を制限することから、結果として光
路長が増大され、光走査装置の大きさを増大させるとい
う新たな問題がある。 【００１６】この発明の目的は、加工精度が高く、しか
も、温度或いは湿度によりビームが到達される位置及び
ビーム径の変動が少なく、また、軸対象の中心部に突起
を残した状態かつ各面における反射防止コーティングを
必要としない低コストのレンズが利用可能な光走査装置
を提供することにある。 【００１７】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、光を発生する光源と、上記光
源からの光を被走査面に向かって偏向する偏向手段と、
この偏向手段と上記光源との間に配置され、上記光源か
らの光の断面形状を所定の形状に変換する偏向前光学手
段と、上記偏向手段と上記被走査面との間に配置され、
少なくとも２枚のプラスチックレンズである第１のレン
ズと第２のレンズを含み、ｚがレンズ面光軸とレンズ面
の交点を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレンズ面
の対称面をｚｙ平面で形成される軸を示し、 ｚ＝ｇ_ｉ
（ｙ）; ｉは面を表す定数、 によって、それぞれのレ
ンズの入射面及び出射面の母線が規定されるとき、前記
第１のレンズにおける入射面と出射面の上記ｚの上記ｙ
に対する１次及び２次の微分値の大小関係が光軸以外の
位置でもいれ変わるとともに、前記第１のレンズと、前
記第２のレンズの同一の光が通過されるそれぞれの前記
ｙ位置での前記第２のレンズにおける入射面と出射面の
上記ｚに対する１次及び２次の微分値の大小関係が、前
記第１のレンズにおける入射面と出射面の上記ｚの上記
ｙに対する１次及び２次の微分値の大小関係と概ね逆の
関係になるよう規定され、上記偏向手段を介して偏向さ
れた光を上記被走査面近傍に結像させる偏向後光学手段
と、を、有する光走査装置を提供するものである。 【００１８】 【００１９】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施例を説明する。 【００２０】図１には、この発明の実施例が組み込まれ
る画像形成装置即ちレーザビームプリンタの概略が示さ
れている。 【００２１】レーザビームプリンタ２は、画像データに
基づいて画像を形成するプロセスユニット（画像形成手
段）10、プロセスユニット10の後述する感光体ドラムに
画像データを露光する光走査装置30、プロセスユニット
10に向かって記録用紙（被転写材）を給送し、プロセス
ユニット10を介して形成された画像を印字出力（ハード
コピー）として出力するプリンタ本体50を有している。 【００２２】プロセスユニット10は、矢印の方向に回転
可能であって、光走査装置30を介して画像データが露光
される感光体ドラム（像担持体）12を、概ね中心に含ん
でいる。感光体ドラム12の周囲には、感光体ドラム12が
回転される方向に沿って、感光体ドラム12に所定の電位
を提供する帯電装置14、光走査装置30によって感光体ド
ラム12に露光された画像データを現像する現像装置16、
現像装置16を介して現像された画像が後述する転写装置
を介して用紙に転写された後の感光体ドラム12の表面を
清掃するクリーニング装置18、及び、（現像装置16を介
して現像された画像が転写されたのち）感光体ドラム12
に残っている電位を消去する除電装置20が、順に、配置
されている。尚、プロセスユニット10は、プリンタ本体
50に、着脱可能に形成されている。 【００２３】光走査装置30は、光源としての半導体レー
ザ、半導体レーザのレーザビームに所定のビーム形状を
与える光源側（偏向前）光学系、光源側光学系を介して
所定のビーム形状に整えられたレーザビームをプロセス
ユニット10の感光体ドラム12の軸線に沿って規定される
主走査方向に偏向させる偏向装置、及び、偏向装置を介
して偏向されたレーザビームを感光体ドラム12に順に結
像させる結像面側（偏向後）光学系などを含んでいる。
尚、光走査装置30については、後段にて、詳細に説明す
る。 【００２４】プリンタ本体50には、感光体ドラム12を介
して形成された画像が転写されるための用紙を収容する
とともに、プリンタ本体50に着脱可能に形成された第１
及び第２の用紙カセット52ａ及び52ｂ、それぞれのカセ
ット52ａ及び52ｂに対応して配置され、カセット52ａ及
び52ｂから用紙を引き出す第１及び第２の給紙ローラ54
ａ及び54ｂ、それぞれの給紙ローラ54ａ及び54ｂを介し
て引出された用紙をプロセスユニット10に向かって搬送
する第１及び第２の搬送ローラ56ａ及び56ｂ、プロセス
ユニット10に向かって搬送される用紙をガイドする用紙
ガイド58ａ，58ｂ及び58ｃ、及び、用紙の傾きを補正す
るとともに、感光体ドラム12上に形成された画像の先端
と用紙の先端とを整合させるアライニングローラ60など
が配置されている。 【００２５】プリンタ本体50は、また、プロセスユニッ
ト10の感光体ドラム12の近傍であって、感光体ドラム12
が回転される方向に沿って現像装置16の下流に配置さ
れ、アライニングローラ60が回転することにより搬送さ
れる用紙を感光体ドラム12へ向かわせる転写前ローラ6
2、さらに、下流に配置され、感光体ドラム12に形成さ
れた画像を用紙に転写させる転写装置64、転写装置64を
介して画像が転写された用紙を加熱及び加圧すること
で、用紙に画像を定着させる定着装置66、及び、定着装
置66を介して画像が定着された用紙を装置外部の所定の
位置に排出する排出装置68などを含んでいる。 【００２６】プリンタ本体50は、さらに、プロセスユニ
ット10、光走査装置30、及び、プリンタ本体50を制御す
る制御部70、画像形成開始を指示する図示しない制御信
号入力部（操作パネル）、画像データが入力される図示
しない外部入力接続装置（データ入力端）、及び、図示
しない電源装置などを含んでいる。 【００２７】次に、この発明のレーザプリンタ装置２の
動作を説明する。 【００２８】図示しないメインスイッチがオンされるこ
とで、所定のプログラムに沿ってイニシャライズされ、
画像データに基づいて画像を形成可能な待機状態が規定
される。外部装置例えばワードプロセッサ或いはホスト
コンピュータから供給された画像データは、図示しない
画像メモリに、順次記憶される。 【００２９】画像メモリに入力された画像データは、パ
ラレルデータに変換され、さらに、シリアルデータに変
換されたのち、制御部70を介してタイミングが整合され
て、光走査装置30へ供給される。 【００３０】一方、画像データが入力されることで、感
光体ドラム12が所望の回転速度で回転され、帯電装置20
を介して所望の電位が与えられる。同時に、画像データ
に基づく画像がプリント出力されるサイズの用紙Ｐが収
容されている用紙カセットが選択され、選択されたカセ
ットに収容されている用紙Ｐが、それぞれのカセットに
対応された給紙ローラを介して取出され、搬送ローラ及
び用紙ガイドを介してアライニングローラ60まで搬送さ
れる。 【００３１】シリアルデータに変換された画像データ
は、図示しない垂直同期制御回路からの垂直同期信号に
応じて光走査装置装置30に供給され、レーザから発生さ
れるレーザビームの強度を、データに応じて連続的に変
化させる。画像データに応じて強度が連続的に変化され
たレーザビームは、次々と感光体ドラム12に伝達されて
静電潜像に変換される。感光体ドラム12上で潜像に変換
された画像は、感光体ドラム12の移動とともに、現像装
置16と対向された現像領域へ導かれ、現像装置16を介し
て潜像に選択的にトナーが供給されて現像され、感光体
ドラム12の回転にともなって搬送されて、転写装置64と
対向された転写領域へ搬送される。 【００３２】アライニングローラ60で一時的に停止され
ている用紙Ｐは、図示しない垂直同期回路からの垂直同
期信号に応じて画像の先端と用紙Ｐの先端が整合され、
感光体ドラム12へ向かって給送される。従って、感光体
ドラム12上のトナー像と用紙Ｐは、所定のタイミングで
感光体ドラム12に残っている電荷によって感光体ドラム
12へ吸着（密着）される。この後、感光体ドラム12及び
用紙Ｐに対して、既に（潜像形成のために）感光体ドラ
ム12へ与えられている電荷と同極性の電荷が転写装置64
から感光体ドラム12へ供給され、感光体ドラム12上のト
ナー像は、用紙Ｐへ転写される。 【００３３】トナー像を載せた用紙Ｐは、定着装置66へ
導かれ、熱溶融性であるトナーが溶融されて、トナー像
が用紙Ｐに定着（固着）される。 【００３４】一方、用紙Ｐ及びトナー像が分離された感
光体ドラム12は、さらに回転され、クリーニング装置18
及び除電装置20によって、表面の電荷分布が初期状態に
戻されて、次の画像形成に用いられる。 【００３５】上述した一連の画像形成プロセスによって
画像データが出力された用紙Ｐは、排出装置68を介して
装置２の外部へ排出される。 【００３６】図２には、図１に示されている光走査装置
30の折り返しミラー及びカバーガラスなどを取り除いた
状態の展開図が示されている。 【００３７】光走査装置30は、例えば、６００ [ｄｐｉ
＝ドット・パー・インチ] の記録密度を提供できるよう
形成され、レーザビームを発生する半導体レーザ 102、
レーザ 102から出射されたレーザビームを、感光体ドラ
ム12（レーザビームが結像される位置のみが仮想的にＳ
で示されている）の図示しない軸線と概ね平行な方向即
ち主走査方向に偏向する偏向装置 104、半導体レーザ 1
02と偏向装置 104との間に配置され、レーザ 102から出
射されたレーザビームのビーム径を所定の大きさに整え
る光源側（偏向前）光学系 106、及び、偏向装置 104と
感光体ドラムＳとの間に配置され、偏向装置 104を介し
て偏向されたレーザビームを感光体ドラムＳに沿ったど
の位置にも概ね等しい条件で結像させる像面側（偏向
後）光学系108を含んでいる。 【００３８】偏向装置 104は、複数の反射面を有する多
面鏡と、例えば、ＤＣブラシレスモータなどによって構
成され、多面鏡が矢印の方向に所定の速度で回転され
る。 【００３９】光源側（偏向前）光学系 106は、レーザ 1
02から出射されたレーザビームを、主走査方向及び主走
査方向と直交する方向である副走査方向に関し、それぞ
れ、所定の集束性を与える集光レンズ 110、集光レンズ
110を通過されたレーザビームの放射角度のばらつきの
影響を低減する絞り 112、絞り 112を通過されたレーザ
ビームを副走査方向に関して、さらに、集束性を与える
シリンダレンズ 114などから構成される。 【００４０】像面側（偏向後）光学系 108は、偏向装置
104を介して有効偏向角−３０°〜３０°の間で偏向さ
れたレーザビームを感光体ドラム12上に概ね直線かつ概
ね等しいビーム径で結像させ、かつ、多面鏡の個々の面
の倒れの差異によるレーザビームの到達位置の変動即ち
多面鏡の面倒れを補正するための第１及び第２のｆθレ
ンズ 116及び 118から構成される。 【００４１】光走査装置30は、さらに、偏向装置 104を
介して偏向されたレーザビームの水平同期を検出するた
めの水平同期検出センサ 120、及び、後述する迷光が感
光体ドラム12の画像領域に到達することを阻止する遮光
部材 122及び 124を有している。 【００４２】集光レンズ 110は、有限ガラスレンズであ
って、好ましくは、非球面両凸レンズが利用される。ま
た、集光レンズ 110には、後述する第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118のレンズ面を平面に置き換えた場
合、偏向装置 104によってレーザビームが偏向される点
即ち偏向点と感光体ドラムＳとの間の最短距離Ｌ_１より
も、偏向点と主走査方向の結像点との間の距離Ｌ_３（距
離Ｌ_３を半径とした円弧が点線Ｆで示されている）が、
例えば、５〜６ｍｍ長く規定される一方で、偏向点と感
光体ドラムＳ上の有効領域の端部までの距離Ｌ_２よりも
短くなるよう規定された焦点距離が与えられている。 【００４３】このように構成することにより、環境によ
る影響を受けやすいプラスチックレンズを含む偏向後光
学系に、歪曲収差及び像面湾曲のような収差補正的な役
割を持たせ、パワーそのものは、環境依存性を小さくす
ることのできる偏向前光学系に受け持たせる。環境によ
る補正量の変化（即ち環境ごとの）補正量は、温度に概
略比例するため、補正後と補正前の補正量が小さい程、
偏向後の環境変化の影響を受けやすいプラスチックレン
ズの影響が小さくなる。即ち、偏向点と像面端部との間
の距離と、偏向点と像面最長距離との間に、環境の変化
の少ない偏向前光学系で、偏向点と結像面との間の距離
（即ち結像位置）をおいてやることにより、補正量が小
さくなり、環境変化の影響が小さくなる。 【００４４】絞り 112は、集光レンズ 110の後側焦点に
配置され、感光体ドラムＳに結像されるレーザビームの
ビーム径の半導体レ−ザ 102の放射各のばらつきによる
影響を低減するために利用される。 【００４５】シリンダレンズ 114は、絞り 112に面した
側即ちレーザビームが入射される入射面側が凸状に形成
されたガラスシリンダレンズ 132と入射面に貼合わせら
れたＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのプラ
スチックシリンダレンズ 130から構成される。プラスチ
ックシリンダレンズ 130は、吸湿或いは熱膨張などによ
りガラスレンズ 132から剥離されることを防止するため
に、レーザ 102から出射され、絞り 112を通過されたレ
ーザビームが通過される領域即ち使用領域（レーザ通過
領域）にのみ配置される。シリンダレンズ 114は、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118を通過されたのち感
光体ドラムＳに向かうレーザビームに、第１及び第２の
ｆθレンズ 116及び 118によって提供される副走査方向
のビームウエスト位置（即ちレーザビームが到達される
位置）の変動を抑えつつ、副走査方向のビームウエスト
位置を最適化するために利用される。 【００４６】第１及び第２のｆθレンズ 116及び 118
は、それぞれ、ガラスレンズに比較して加工コストの小
さい樹脂材料、例えば、ＰＭＭＡなどによって形成され
る。それぞれのｆθレンズ 116及び 118は、相互に、後
述する相補的な光学特性が与えられている。 【００４７】第１のｆθレンズ 116は、レーザビームが
入射する入射面及びレーザビームが出射される出射面の
それぞれが非球面であって、ｚがレンズ面光軸とレンズ
面の交点を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレンズ
面の対称面をｚｙ平面で形成される軸を示し、ｚ＝ｇ_ｉ
（ｙ）; ｉは面を示す定数、によって、それぞれのレン
ズの入射面及び出射面の母線が規定されるとき、上記ｙ
に対する１次及び２次の微分値のそれぞれの大小関係が
光軸以外の位置でもいれ変わるよう形成される。尚、入
射面及び出射面の光軸には、それぞれ、偏心及び傾きが
与えられるとともに、それぞれの光軸が入射ビームに対
して副走査方向の同方向へ変位されて配置される。 【００４８】これに対して、第２のｆθレンズ 118は、
入射面がトーリック面及び出射面が非球面であって、第
１のｆθレンズ 116と同様に、ｚがレンズ面光軸とレン
ズ面の交点を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレン
ズ面の対称面をｚｙ平面で形成される軸を示し、ｚ＝ｇ
_ｉ（ｙ）; ｉは面を示す定数、によって、それぞれのレ
ンズの入射面及び出射面の母線が規定されるとき、上記
ｚの上記ｙに対する１次及び２次の微分値の大小関係が
第１のｆθレンズ 116に比較して概ね逆極性に形成され
る。また、入射面及び出射面の光軸には、（第１のｆθ
レンズ 116と同様に）それぞれ、偏心及び傾きが与えら
れるとともに、出射面の光軸が入射ビームに対して副走
査方向の第１のｆθレンズ 116と同方向へ、入射面の光
軸が逆方向へ、それぞれ、偏位されて配置される（表３
に、それぞれのレンズの形状及び位置が、表４に、それ
ぞれのレンズの光軸を原点とした場合のｙの座標が
“０”を通る光線の通過するｘ方向の領域が示されてい
る）。尚、表４には、非球面の光軸を同方向にずらした
際の光軸に対するレーザビームの通過ｘが示されている
が、例えば、第２のｆθレンズ 118の出射面のレーザビ
ームの通過ｘが−３．５から−８にされた場合には、直
線に対するｘ方向のズレが、（出射面を）同方向にずら
した際の０．０３ｐ−ｐから０．１５ｐ−ｐと悪化して
しまう。従って、トーリック面は、偏心及び傾きが与え
られ、しかも、上記母線がレンズ面の全ての領域で非対
称に形成されることが好ましい。 【００４９】水平同期検出センサ 120は、偏向装置 104
を介して偏向されたレーザビームが到達されたことを検
出することで、図示しない水平同期回路に基準位置信号
を出力する。図示しない水平同期回路では、基準位置信
号が入力されることで水平同期信号を発生させ、画像デ
ータを書き込みためのタイミングが整合される。 【００５０】遮光部材 122及び 124は、それぞれ、偏向
装置 104を介して感光体ドラム12に向かって偏向された
レーザビームが第２のｆθレンズ 118の出射面である非
球面と入射面即ちトーリック面を介して反射されること
で、後述する迷光となって感光体ドラム12の画像領域近
傍に回り込むことを阻止するために利用される。 【００５１】図３には、図２に示されている光走査装置
の光源側（偏向前）光学系 106の概略光路図が示されて
いる。尚、図３では、半導体レーザ 102は、発光点 102
´で代表されている（表１に、シリンダレンズ 114の形
状、材質及び位置が示されている）。 【００５２】図２を利用して既に説明したように、集光
レンズ 110を通過されたレーザビームは、シリンダレン
ズ 114に入射される。シリンダレンズ 114は、入射面側
が凸状に形成されたガラスシリンダレンズ 132と、入射
面に貼合わせられたＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレー
ト）などのプラスチックレンズ 130によって形成され
る。尚、プラスチックレンズ 130の入射面即ち絞り 112
に面して配置される面は概ね平面に規定される。また、
シリンダレンズ 114は、ｚ方向に調整作業（組立時）に
よって移動される。 【００５３】図４には、図３に示されている偏向前光学
系 106が利用された場合の温度変化による像面（被走査
面即ち感光体ドラム12の表面を想定した設計上のレーザ
ビームの到達位置）でのビーム径の変化が示されてい
る。以下、この発明の光走査装置を評価するための設計
上のレーザビームの到達位置を像面（点）、及び、実際
にレーザビームが結像された位置を結像面（点）と示
す。 【００５４】図４によれば、横軸にはシリンダレンズ 1
14のｚ方向の位置の設計値からのズレ量（調整量）が、
及び、縦軸には、像面の中心部における副走査方向のビ
ーム径が、それぞれ、示されている。尚、測定（環境）
条件は、それぞれ、ｎ_ｄ（即ち実線）が、温度３０度及
び湿度０％、ｎ_Ｈ（即ち破線）が、温度５０度及び湿度
０％、及び、ｎ_Ｌ（即ち一点鎖線）が、温度１０度及び
湿度１００％で、それぞれの条件における屈折率は、ｎ
_ｄ＝１．４８３２５、ｎ_Ｈ＝１．４７８９、及び、ｎ_Ｌ
＝１．４８７６である。 【００５５】図２１には、図２に示されている光走査装
置の光源側（偏向前）光学系を、従来から利用されてい
るレンズ配置に置き換えた比較例としての偏向前光学系
606の概略光線図が示されている。尚、図３と同様に、
レーザ 102は、発光点 102´で代表されている。図２１
から明らかなように、レンズ 614は、一般的な、シリン
ダレンズである。尚、レンズ 614の形状、材質及び位置
は、表２に示されている。 【００５６】図２２には、図４と同様の方法によって求
められたビーム径の変化及び理論結像面におけるレーザ
ビームの到達位置の変位が示されている。また、ｎ_ｄ、
ｎ_Ｌ及びｎ_Ｈは、それぞれ、同一の条件に規定されてい
る。 【００５７】次に、偏向後光学系 108の第１及び第２の
ｆθレンズ 116及び 118の形状及び位置について詳細に
説明する。 【００５８】図５（ａ）には、偏向装置 104の反射点を
第１のｆθレンズ 116の光軸から見た状態におけるレー
ザビームの進行方向と垂直な走査平面内の図示しない
ｙ′軸に対する座標ｙが、図５（ｂ）には、同様の状態
におけるレーザビームの進行方向である図示しないｚ′
軸に対する座標ｚが、それぞれ、示されている。尚、そ
れぞれのグラフは、偏向装置 104の多面鏡に内接する円
の半径を１として正規化された状態が示されている。 【００５９】図５（ａ）及び図５（ｂ）によれば、縦軸
には、それぞれ、偏向装置 104の反射鏡の回転角が０°
のときの反射光の向きを−ｚ方向とし、主走査方向をｙ
とした座標系における主光線の反射点の座標ｙ及びｚ
が、横軸には偏向装置 104の入射光軸によって規定され
る偏向後光学系の有効角（即ち、第１のｆθレンズ 116
の光軸と入射光軸とのなす角の１／２であって、０は正
面入射を、π／４は垂直入射を、それぞれ、示す）が、
及び、奥行き方向の軸には、偏向装置 104の反射面の法
線ベクトルのｙ成分と第１のｆθレンズ 116の光軸の単
位ベクトルのｙ成分とが一致する方向を０として示した
偏向装置 104の回転角が示されている。 【００６０】図５（ａ）及び図５（ｂ）から明らかなよ
うに、偏向装置 104の反射点は、偏向装置の反射面の回
転角のプラス側とマイナス側とで非対称であることか
ら、偏向装置 104に入射されるレーザビームが集束ビー
ムである場合には、結像面に生じる湾曲が非対称になる
ことを示している。 【００６１】このことから、偏向後光学系、即ち、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118の光学特性が合成さ
れた系は、偏向装置 104の反射点の非対称性に対して、
概ね逆向きの非対称性を有する形状及び非対称性によっ
て生じる収差成分を打消すことのできる位置に配置され
なければならないことが容易に理解される。従って、第
１及び第２のｆθレンズ 116及び 118のそれぞれの入射
面及び出射面には、第１のｆθレンズ 116の入射面の光
軸に対し、それぞれ、異なる傾き及び偏心が与えられる
とともに、第２のｆθレンズ 118の入射面即ちトーリッ
ク面の母線は対称軸を持たない形状（非対称）に形成さ
れる。 【００６２】表３には、偏向後光学系、即ち、第１及び
第２のｆθレンズ 116及び 118の光学特性が合成された
系を構成する要素の光学特性が示されている（座標系は
右手系である）。 【００６３】偏向後光学系、即ち、第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118の光学特性が合成された系の母線の
形状は、それぞれ、曲率をｃ、コーニック係数をcc、レ
ンズ116の入射面、レンズ 116の出射面、レンズ 118の
入射面及びレンズ 118の出射面の非球面係数をそれぞれ
ｄ，ｅ，ｆ及びｇとするとき、 【数１】 で表される。 【００６４】表３において、副走査方向の曲率が「−」
となる面は、対応されるレンズ面の形状が、光軸に関し
て回転された形状であることを示している。また、曲率
が示されている面は、対応されるレンズ面の形状が、面
の局所座標のｚ軸方向に、曲率の逆数分だけ離れたｚ−
ｙ平面内の、ｙ軸に平行な軸を中心として回転された形
状であることを示している。ここで、レーザビームが進
行する方向は、ｚ軸のプラスからマイナスへ向うものと
する。また、絶対座標の原点は、偏向装置 104の反射面
の回転角が０°のときの偏向装置 104の主光線の偏向点
（反射点）であり、−ｚ方向をこのときの反射された主
光線の方向、ｙ方向を主走査方向とした絶対の座標系で
各レンズ面の局所座標原点を示したものであって、光軸
方向は、絶対座標軸とそれ以外の各面の局所座標系の軸
とのなす角を示す。尚、第２のｆθレンズ 118のトーリ
ック面のcc- ，ｄ- ，ｅ- ，ｆ- 及びｇ- の添字「−」
は局所座標のｙ座標がマイナスの場合の係数であること
を示し、トーリック面の母線が対称軸を持たないことを
示している。ここで、係数を変えるｙ座標位置では、
ｚ、１次及び２次の微分係数が等しくなる必要がある。
図３に示されている例では、ｙ＝０を境界として非球面
係数を変えているが、 【数２】 であることから、全てのレンズ面で、１次及び２次の微
分値を連続にするためには、トーリック面の母線は、曲
率ｃのみを共通にすればよい。尚、レンズデータとして
は、ｙ座標がプラス側とマイナス側のトーリック面のコ
ーニック係数cc及びcc- 、及び、それぞれの面の非球面
係数ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｄ- ，ｅ- ，ｆ- 及びｇ- がそろ
って１セットのデータとなる。 【００６５】これとは別に、表３から明らかなように、
それぞれのレンズ面には、ｘ軸方向にも傾き及び偏心が
与えられている。ここで、ｙ＝０を通過されたレーザビ
ームは、非球面部で光軸以外を通過されることで、像面
におけるｘ軸方向のビーム位置の直線性が確保される。 【００６６】ところで、プラスチックレンズが利用され
る場合、コーティング材とプラスチックとの温度による
線膨脹係数の差が大きくなることから、反射防止コーテ
ィングが困難なことが知られている。また、レンズ面が
軸対称に形成される場合に、型を製作するための旋盤の
切削速度の影響により、軸中心付近で表面粗さが増大す
るとともに中心部に突起生じることなどが知られてい
る。 【００６７】このため、多くの光走査装置では、偏向後
光学系の全てのレンズ面を傾けたり中心位置を偏位させ
る技巧が利用されている。しかしながら、いづれの例で
あっても、像面でのビーム径が小さくなるに従って、結
像特性が劣化されることが知られている。 【００６８】これに対して、表４から明らかなように、
この発明の光走査装置では、第２のｆθレンズ 118のト
ーリック面についてのみ、副走査方向においてレーザビ
ームが光軸を通過するよう構成している。即ち、既に説
明したように、第２のｆθレンズ 118の入射面及び出射
面の光軸には、第１のｆθレンズ 116と同様に、それぞ
れ、偏心及び傾きが与えられるとともに、出射面の光軸
が入射ビームに対して副走査方向の第１のｆθレンズ 1
16と同方向へ、入射面の光軸が逆方向へ、それぞれ、偏
位されて配置されることから、これまでの多くの光走査
装置に認められた結像特性の劣化が低減される。 【００６９】図６ないし図９には、第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118の入射面及び出射面の形状、及び、
それぞれの面の形状に関する１次微分値、２次微分値、
３次微分値、及び、３次微分値の最大許容値が、それぞ
れ示されている。尚、１次微分値、２次微分値、３次微
分値、及び、３次微分値の最大許容値は、それぞれ、主
光線の方向を変える力、レンズパワー、面が偏心した場
合のパワーの変動量にそれぞれ比例する量、及び、偏心
量の公差が５０μｍである場合に、結像面でのビーム径
の変動が１０％になる３次微分値を示している。 【００７０】図６（ａ）及び図８（ａ）によれば、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118の入射面及び出射面
の主走査方向の長さｙとレーザビームが進行する方向の
長さ（厚さ）ｚの関係、即ち、局所座標系におけるｙの
変化に対するｚの値が、それぞれ示されている。尚、長
さｙは、像面における長さとは異なり、それぞれのレン
ズ 116及び 118の光軸とレンズ面の交点を頂点とし、光
軸方向をｚ、主走査方向をｙとした局所座標系に対する
位置を示している。 【００７１】図６（ｂ）及び図６（ｃ）によれば、第１
のｆθレンズ 116の入射面及び出射面の１次及び２次の
微分値は、光軸以外の位置ａ及びｂで大小関係が逆転さ
れている。また、図８（ｂ）及び（ｃ）によれば、第２
のｆθレンズ 118の入射面及び出射面の１次及び２次の
微分値は、同様に、光軸以外の位置ｃ及びｄで大小関係
が逆転されている。また、第１のｆθレンズ 116のそれ
ぞれの面の１次及び２次の微分値と、第２のｆθレンズ
118のそれぞれの面の１次及び２次の微分値とは、同一
の光線が通過されるそれぞれに相対応するｙの値に対し
て、概ね逆の関係に規定されている。 【００７２】即ち、第１のｆθレンズ 116では、光軸中
心に近い位置で、出射面での１次及び２次の微分値が、
入射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大され
る一方で、周辺部で、入射面の１次及び２次の微分値
が、出射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大
される。これに対して、第２のｆθレンズ 118では、光
軸中心に近い位置で、入射面での１次及び２次の微分値
が、出射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大
される一方で、周辺部で、出射面の１次及び２次の微分
値が、入射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増
大される。 【００７３】ここで、第１及び第２のｆθレンズ 116及
び 118の１次及び２次の微分値が逆の関係に規定される
理由を説明する。尚、１次微分値は、後述するように、
ｆθ特性を最適化するために利用される。また、２次微
分値は、後述するように、像面湾曲を最適化するために
利用される。 【００７４】図１０（ａ）によれば、空気層から、傾き
角αを有する屈折率ｎの層へ角度θで入射した光は、ｓ
ｉｎθ＝θ、並びに、ｓｉｎα＝α、とそれぞれ近似す
ることにより、（θ−α）／ｎ＋αで出射される。一
方、図１０（ｂ）から明らかなように、屈折率ｎの層か
ら、傾き角βを有する空気層へ角度θ′で入射した光
は、同様の近似から、ｎ（θ′−β）＋βで出射され
る。即ち、傾き角αを有する屈折率ｎの層に入射角θで
入射されたレーザビームは、θ＋（ｎ−１）×（α−
β）の角度で出射される。尚、図１０（ａ）及び図１０
（ｂ）では、α及びβは、それぞれ、ｙ軸からの傾きを
示し、ｚ方向に対して「−」の値を持つ。 【００７５】ここで、傾き角αが小さいときは、ｔａｎ
α＝αと近似できることから、それぞれの傾き角α及び
βを１次の微分値と置き換えることで、空気層から傾き
角αを有する屈折率ｎの層を通過され、さらに、屈折率
ｎの層から傾き角βを有する空気層を通過されたレーザ
ビームは、入射角に対し、（ｎ−１）×（α−β）だけ
角度が増大される。この場合、（ｎ−１）×（α−β）
の値が大きいほど、ｆθ特性に関し、ｆの値を大きくす
るよう作用することから、（ｎ−１）が変化された場合
には、ｆの値を大きくできる機能は（α−β）に、概
ね、比例される。尚、α−β＜０の場合、ｆの値を小さ
くするよう機能する。 【００７６】このことから、第１のｆθレンズ 116及び
第２のｆθレンズ 118を通過されるレーザビームが実質
的に同一の振り角で通過される位置で、それぞれのレン
ズの（α−β）を逆符号にすることで、屈折率の変化に
対するｆθ特性への影響を、打ち消すことができる。 【００７７】このように、１次の微分値の大小関係が、
光軸以外の位置でもいれ代わることは、ｆθ特性のｆ値
を大きくするために、有益である。ｆθ特性のｆ値が増
大されることは、偏向装置 104を介して偏向されるレー
ザビームの偏向角が小さくとも、主走査面での走査領域
を大きくとることを可能とすることを示している。この
ことから、偏向装置 104と理論結像面との間の距離が低
減可能となり、光走査装置の大きさが低減される。 【００７８】一方、２次の微分値は、レンズの焦点距離
をｆ、入射面曲率をｃ_１、及び、出射面曲率をｃ_２と
し、薄肉レンズの公式 −１／ｆ ＝ （ｎ−１）×（ｃ_１−ｃ_２） を適用することで説明される（左辺の「−」は、レーザ
ビームがｚ方向「＋」から「−」進むことを示す）。 【００７９】既に説明したように、（２）式より曲率
は、２次の微分値に置き換えられることから、ｃ_１及び
ｃ_２は、それぞれ、入射面及び出射面の２次の微分値と
書き換えられる。従って、（ｎ−１）×（ｃ_１−ｃ_２）
の値が小さいほど結像点を偏向装置 104側へ移動させる
よう作用することが認められる。 【００８０】このとき、（ｎ−１）の変化に対し、結像
点を偏向装置 104側へ移動させる作用は、（ｃ_１−
ｃ_２）に概ね、比例する。即ち、ｃ_１−ｃ_２ ＞ ０の
ときは、偏向装置 104と反対方向へ、ｃ_１−ｃ_２ ＜
０のときは、偏向装置 104側へ結像点が移動される。 【００８１】このことから、第１及び第２のｆθレンズ
116及び 118を通過されるレーザビームが実質的に同一
の振り角で通過される位置で、それぞれのレンズの（ｃ
_１−ｃ_２）を逆符号にすることで、屈折率の変化に対す
る結像点への影響（デフォーカスへの影響）を、打ち消
すことができる。 【００８２】このように、２次の微分値の大小関係が、
光軸以外の位置でもいれ代わることは、レンズの肉厚
（厚さ）を薄くできることを示している。このことは、
レンズの肉厚の変化も低減できることから、第１及び第
２のｆθレンズを成形加工するために必要な成形時間も
短縮される。また、同時に、加工精度が向上される。 【００８３】ところで、第１及び第２のｆθレンズ 116
及び 118の入射面及び出射面のそれぞれに、非球面及び
非対称トーリック面が配置されることは、レンズが固定
される場合の位置精度、入射面及び出射面の単体として
の加工精度、及び、入射面と出射面との位置の偏位など
に高い精度が要求されることは、既に説明した通りであ
る。尚、いづれかのレンズ面の位置が設計値から大きく
偏位した場合には、例えば、ビーム径或いはrms opd
（rms opdは、root mean square optical path differe
nceの略であって、光路差の２乗平均と解釈される）が
大きく変動することが知られている。 【００８４】ビーム径が変動した場合には、画素の大き
さが変化し、中間調画像では、画像濃度が変化されるこ
とから、特に、レーザビームプリンタ装置では、ビーム
径の変動は、概ね±１０％以下に抑えられなければなら
ないことが、実験的に、確認されている。 【００８５】rms opd は、組み立て公差の累積量に応じ
て所定の比率で変化することから、組み立て精度を評価
するために利用される。また、rms opd の変化に対する
変化率は、波長をλ、シリンダレンズ 614が光軸の回り
を回転される量（組み立て誤差、即ち、回転角）をφ
（図２１参照）とすると、 【数３】 によって求められ、rms opd ≦ ０．０７λを満足する
ような範囲に、回転角φを収めること好ましい。 【００８６】以下に、ビーム径がガウシアンビーム（レ
ーザビームのビーム断面のエネルギ分布は、一般に、ガ
ウス分布であるとされていることから、このように呼称
される）であると仮定して、ビーム径の変動が１０％以
下になる場合を考察する。 【００８７】ガウシアンビームの伝搬式は、ビームウエ
スト半径がω_０、波長がλ、及び、ｋ＝２π／λである
場合に、 【数４】 と示される。 【００８８】従って、ビーム径の比がω／ω_０となるデ
フォーカス量ｄｚは、 【数５】 で表される。 【００８９】これに対して、レンズ面上で光線が通過さ
れる位置の局所曲率が、ｃからｃ＋δｃへ移行した場合
の結像面の移動量は、 【数６】 となる。 【００９０】ここで、（６）式の値が、（５）式におい
てビーム径が１．１倍になる量よりも小さくなる条件
は、Δが偏心の公差又は傾き公差を相当する偏心公差に
変換した公差、ｎがレンズ材質の屈折率、ｆ_２が対象レ
ンズ以降のレンズの合成焦点距離、ｚ_２が対象レンズと
対象レンズ以降の合成レンズの入射面側主平面との間の
距離、ｚ_３が対象レンズ以降の合成レンズの出射面側主
平面と理論結像面との間の距離、と、それぞれ規定され
るとき、 【数７】 から求められる。 【００９１】尚、（７）式の左辺は、（２）式、及び、
図７（ｄ）及び図９（ｄ）に示されているｆθレンズの
形状の３次の微分値に一致される。また、図７（ｅ）及
び図９（ｅ）には、（７）式に、Δ＝０．０５及びω_０
＝０．０２５を代入することによって得られる３次の微
分値の許容値が示されている。即ち、図７（ｄ）及び図
９（ｄ）に示されているそれぞれのレンズの３次の微分
値の絶対値が、主走査方向における同一位置で、図７
（ｅ）及び図９（ｅ）に示されている３次の微分値の許
容値以下である場合には、ビーム径の変動が概ね±１０
％以下になることが示されている。 【００９２】図１１及び図１２には、表１に示されてい
る偏向前光学系と表３に示されている偏向後光学系とが
組み合わせられることで得られる、主走査方向の結像面
位置のズレ、温度或いは湿度の変化により屈折率が変化
された状態でのｆθ特性、及び、副走査方向の直線性な
どが示されている。尚、それぞれのグラフにおける環境
条件は、図６（ａ）及び図８（ａ）と同様に、それぞ
れ、ｎ_ｄ（即ち実線）が、温度３０度及び湿度０％、ｎ
_Ｈ（即ち破線）が、温度５０度及び湿度０％、及び、ｎ
_Ｌ（即ち一点鎖線）が、温度１０度及び湿度１００％で
ある。 【００９３】図１１（ａ）には、ｆθ特性の変化が、図
１１（ｂ）には、主走査方向の結像面位置の変化が、及
び、図１１（ｃ）には、面倒れによるｘ軸方向の結像面
位置の変化が、それぞれ、示されている。また、図１２
（ｄ）には、ｘ軸方向のずれ、即ち、像面湾曲が、及
び、図１２（ｅ）には、副走査方向の直線性に対するｘ
軸方向のずれが、それぞれ、示されている。 【００９４】図１１及び図１２から明らかなように、第
１及び第２のｆθレンズ 116及び 118の双方に、プラス
チックレンズが利用された場合であっても、それぞれの
ｆθレンズが、図６ないし図９に示めされているような
特性に形成されることで、温度或いは湿度の変化により
屈折率が変化された場合であっても、その影響が概ねキ
ャンセルされることが認められる。 【００９５】図１３には、第２のｆθレンズ 118を通過
されるレーザビームがレンズ 118の出射面で反射された
のち、入射面即ちトーリック面で再び反射されて出射さ
れることで迷光が生じる原理が示されている。 【００９６】図１３によれば、第２のｆθレンズ 118
は、入射面がトーリック面に形成されていることから、
入射面と出射面との間を往復されるレーザビームの一部
が、結像面即ち感光体ドラムの画像形成領域に向かう虞
れのあることが示されている。 【００９７】図１４には、図１３に示されているように
して生じた迷光が到達される位置が示されている。それ
ぞれの線は、図３で示す有限レンズ 110のｆ_ｘ＝0.1210
13は、光線上限を、また、ｆ_ｈ＝−0.121013は、光線下
限を通る光線の上記位置を、それぞれ、示す。 【００９８】図１４（ａ）によれば、第１及び第２のｆ
θレンズ 116及び 118のそれぞれの入射面及び出射面と
の間を往復された迷光は、露光ビーム（レーザビーム）
が到達される位置に比較してｘ軸方向に比較的離れた、
状態で幅を持って存在する。 【００９９】これに対して、図１４（ｂ）から明らかな
ように、第２のｆθレンズ 118の入射面によって発生さ
れる迷光は、入射面の形状と偏向装置 104の回転角との
影響によって、一時的に停滞することが知られている。
即ち、露光ビームの位置を横軸に、迷光の位置を縦軸に
とった場合に、迷光が到達される位置を示す曲線には、
極大値及び極小値が現れる。この場合、図１４（ｂ）に
おいて迷光の曲線が極大値及び極小値を示す露光ビーム
によって印字される際には、迷光のエネルギが露光ビー
ムの０．２％程度であるにも拘らず、停滞によってエネ
ルギが蓄積されることで、比較的濃度の低い画像、例え
ば、ハーフトーン画像などに対して、濃度変化をもたら
す虞れがある。 【０１００】このことから、図２に示されているよう
に、結像位置（感光体ドラム）Ｓの両端部付近の画像領
域に影を落とすことのない位置には、遮光部材 122及び
124が配置されるとともに、第２のｆθレンズ 118の入
射面の一次の微分値の分布が、図６ないし図９で既に説
明したように、迷光が停滞される領域が遮光部材 122及
び 124を介して遮られるよう最適化されている。尚、遮
光部材 122及び 124は、感光体ドラムに露光ビームが照
射される際に利用される図示しない露光スリットの形状
が変形されてもよいことは、いうまでもない。 【０１０１】図１５には、図３に示されている偏向前光
学系の別の実施例が示されている。図１５では、図３の
構成と同一の部材には、同一の符号を譜して詳細な説明
を省略する。尚、表５に、シリンダレンズ 214の形状、
材質及び位置が示されている。また、図３と同様に、レ
ーザ 102は、発光点 102´で代表されている。 【０１０２】図１５によれば、偏光前光学系 206は、光
源 102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、
絞り 112、及び、シリンダレンズ 214を含んでいる。 【０１０３】シリンダレンズ 214は、例えば、ＢＫ７な
どの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレン
ズ 240とＰＭＭＡによって形成された第２のシリンダレ
ンズ242が、シリンダレンズ 240のみが独立に調整可能
に、図示しないハウジングに固定されている。また、偏
向装置 104もシリンダレンズ 214と同一のハウジングに
固定されている。尚、第１のシリンダレンズ 240と第２
のシリンダレンズ 242のいづれか一方もしくは両方に、
光軸を中心として回転する方向への調節機構が配置され
ている。しかしながら、いづれのシリンダレンズに関し
ても、光軸を中心として回転される量（即ち回転角）φ
が所定値、例えば、１°を越えて回転される場合には、
既に説明したrms opd が劣化することから、組み立て精
度及びレンズ面の加工精度が要求される。 【０１０４】図１６には、図１５に示されている偏光前
光学系 306の第１のシリンダレンズ240が偏位したと仮
定した状態で、図４と同様の方法によって求められたビ
ーム径の変化及び像面におけるレーザビームの到達位置
の変位が示されている。尚、屈折率の変化を示す、
ｎ_ｄ、ｎ_Ｌ及びｎ_Ｈは、それぞれ、図４と同一の条件に
規定されている。 【０１０５】図１６と図２２から明らかなように、図１
５に示されている実施例が利用された場合には、図３に
示されている第１の実施例に比較してレンズ単体の加工
が簡単なレンズが組み合わせられることで、図４に示さ
れている第１の実施例のビーム径の変化に比較して遜色
のない偏光前光学系が提供される。尚、図１５で既に説
明したように、rms opd が劣化することのないよう、そ
れぞれのレンズの光軸を中心とした回転φを小さくする
ように調整することが好ましい。 【０１０６】図１７には、図３に示されている偏向前光
学系のさらに別の変形例が示されている。図１７では、
図３の構成と同一の部材には、同一の符号を譜して詳細
な説明を省略する。尚、表６に、シリンダレンズ 314の
形状、材質及び位置が示されている。また、図３と同様
に、レーザ 102は、発光点 102´で代表されている。 【０１０７】図１７によれば、偏光前光学系 306は、光
源 102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、
絞り 112、及び、シリンダレンズ 314を含んでいる。 【０１０８】シリンダレンズ 314は、例えば、ＳＦ１２
などの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレ
ンズ 350と、ＰＭＭＡによって形成され、第１のシリン
ダレンズ 350と絶対値が等しい曲率が与えられた第２の
シリンダレンズ 352とが、板ばね 354などを介して相互
に密着されて形成される。尚、それぞれのシリンダレン
ズ 350及び 352は、別々に形成される。また、それぞれ
のシリンダレンズ 350及び 352は、相互に、等しい絶対
値の曲率を有することから、板ばね 354による圧接力に
よって、それぞれのレンズ面の母線が平行に調整されて
固定される。一方、板ばね 354の光軸中心付近には、発
光点 102´からのレーザビームを通過させるための開口
が形成されることはいうまでもない。 【０１０９】図１８には、図１７に示されている偏向前
光学系の変形例が示されている。 【０１１０】図１８によれば、偏光前光学系 406は、光
源 102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、
絞り 112、及び、シリンダレンズ 414を含んでいる。 【０１１１】シリンダレンズ 414は、例えば、ＳＦ１２
などの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレ
ンズ 460（実質的に、図１７のシリンダレンズ 350に等
しい）と、ＰＭＭＡによって形成され、第１のシリンダ
レンズ 460と絶対値が等しい曲率が与えられた第２のシ
リンダレンズ 462（実質的に、図１７の第２のシリンダ
レンズ 352に等しい）とが、ｎ＝１，６８３２５の樹脂
接着剤 464を介して接着されている。 【０１１２】図１９には、図１７に示されている偏光前
光学系 306の第１及び第２のシリンダレンズ 350及び 3
52が一体的に偏位したと仮定した状態で、図４と同様の
方法によって求められたビーム径の変化及び像面におけ
るレーザビームの到達位置の変位が示されている。尚、
屈折率の変化を示す、ｎ_ｄ、ｎ_Ｌ及びｎ_Ｈは、それぞ
れ、図４と同一の条件に規定されている。 【０１１３】図１９と図２２から明らかなように、図１
７に示されている実施例が利用された場合には、図３に
示されている第１の実施例に比較してレンズ単体の加工
が簡単なレンズが組み合わせられることで、図４に示さ
れている第１の実施例のビーム径の変化に比較して遜色
のない偏光前光学系が提供される。尚、図１８に示され
ている例でも、概ね同一の結果が得られている。この場
合、評価に際して、第２のシリンダレンズ 462の厚さ
は、シリンダレンズ 414の厚さから第１のシリンダレン
ズ 460の厚さと接着剤 464の厚さを引いた値として計算
される。 【０１１４】図２０には、図２に示されている光走査装
置とは、異なる光走査装置が示されている。 【０１１５】光走査装置 530は、レーザビームを発生す
る半導体レーザ 502（発光点 502´で示されている）、
発光点 502´から出射されたレーザビームを、感光体ド
ラム12（レーザビームが結像される位置のみが仮想的に
Ｓで示されている）の図示しない軸線と概ね平行な方向
即ち主走査方向に偏向する偏向装置 504、レーザ 502
（発光点 502´）と偏向装置 504との間に配置され、偏
向装置 504に向かうレーザビームのビーム径を所定の大
きさに整える光源側（偏向前）光学系 506、偏向装置 5
04と感光体ドラムＳ（12）との間に配置され、偏向装置
504を介して偏向されたレーザビームを感光体ドラムＳ
に向かって折返す平面鏡 520、及び、偏向装置 504を介
して偏向され、平面鏡 520を介して折返されたレーザビ
ームを感光体ドラムＳの図示しない軸線に沿ったどの位
置にも概ね等しい条件で結像させる像面側（偏向後）光
学系 508を含んでいる。尚、それぞれの要素（部材）
は、図２に示されている光走査装置30と実質的に同一で
あるから、詳細な説明は、省略する。 【０１１６】図２０に示されている光走査装置 530によ
れば、平面鏡 520は、偏向装置 504の近傍のビーム走査
領域の幅が狭い領域に配置されることから、図２に示さ
れている光走査装置30に比較して、偏向装置 504と感光
体ドラムＳ（12）との間の距離を大幅に短縮できる。従
って、よりコンパクト光走査装置が提供される。 【０１１７】 【表１】 表１は、図３に示されている偏向前光学系のレンズデー
タ。 【０１１８】 【表２】表２は、図２１に示されている従来からの偏向前光学系
のレンズデータ。 【０１１９】 【表３】 表３は、偏向後光学系のレンズデータ。 【０１２０】 【表４】 表４は、ｙ＝０を通過される際のレーザビームのｘ座標
デ−タ。 【０１２１】 【表５】 表５は、図１５に示されている偏向前光学系のレンズデ
ータ。 【０１２２】 【表６】 表６は、図１７に示されている偏向前光学系のレンズデ
ータ。 【０１２３】 【発明の効果】以上説明したように、この発明の光走査
装置によれば、第１及び第２のｆθレンズは、相互に協
働し、相補的に作用して、感光体ドラムに到達されるレ
ーザビームの湾曲、ｆθ特性、面倒れ補正特性、或い
は、直線性などの多くの特性を向上させることができ
る。尚、第１及び第２のｆθレンズの合成焦点距離を所
定の範囲内に規定することで、温度或いは湿度など（環
境）の変化によって焦点距離が変動されるプラスチック
レンズを含む偏向後光学系は、主として、歪曲収差或い
は像面湾曲などの補正に利用される収差補正的な役割に
分担される。 【０１２４】このように、レーザビームプリンタ装置に
利用される光走査装置の一部のレンズを、温度或いは湿
度の変化に対する屈折率の変化を最適化したプラスチッ
クレンズに置き換えることで、装置が軽量化されるとと
もに小形化される。また、レンズの枚数が低減されるこ
とで、コストが低下される。 【０１２５】また、偏向装置が高速化のために反射面の
数が増大された場合であっても、偏向角が低減可能であ
ることから、偏向装置と結像面との間の距離が低減さ
れ、コンパクトな光走査装置が提供される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a raster scan.
In particular, the present invention relates to a laser beam printer.
Optical scanning device that scans a laser beam used for data
About. [0002] 2. Description of the Related Art A laser utilizing an electrophotographic process
The beam printer uses an image based on image data.
On which the image data is stored
Scanning device that exposes images based on
Developing device for developing formed image, and photosensitive drum
Paper transport that transfers the image developed above on paper and outputs it
Includes equipment. A photosensitive drum is, for example, a reversal developing type.
In a laser beam printer device, approximately -500 to-
Charged to 700 volts. This charged photoconductor drum
Laser beam based on image data via optical scanning device
The area irradiated by the laser beam
An electrostatic latent image is formed on the image. This electrostatic latent image can be
Is developed by the toner supplied from the printer. An optical scanning device uses a semiconductor laser as a light source.
Predetermines the beam diameter of the laser beam from the semiconductor laser
Light source side (before deflection) optical system to narrow down to the size of
The laser beam focused on the axis of the photosensitive drum
Deflecting device that deflects along and through the deflecting device
The deflected laser beam is moved in the axial direction of the photosensitive drum.
Adjust the beam diameter to a substantially constant value regardless of separation
Imaging (after deflection) optics that forms a substantially linear image on the body drum
System. [0005] The pre-deflection optical system is made of glass or plastic.
Collimated lens (or finite laser)
Divergent laser beam from a laser
To provide a focused beam, a parallel laser beam or slightly
A focused laser beam having flux is provided. The deflecting device has a reflecting surface formed rotatably.
Sensitizes the laser beam passed through the pre-deflection optical system
Deflection in the direction parallel to the axis of the drum, that is, in the main scanning direction.
You. The optical system after deflection is made of plastic (rarely
F) lens (toroidal lens)
Type), depending on the rotation angle of the reflecting surface of the deflecting device.
The reflection point on the reflection surface and the
Regardless of the distance from the image position, the beam diameter is almost constant
As well as form a substantially linear image on the photoreceptor drum.
You. [0008] SUMMARY OF THE INVENTION Laser beam printer
In the optical scanning device incorporated in the device, the photosensitive drum
The diameter of the laser beam reached and the laser beam
Position reached is not fluctuated by changes in temperature and humidity
Is preferred. Therefore, the lens used in the optical scanning device
Most of the noise is formed by optical glass. On the other hand
Glass lenses are difficult to process in weight and complicated shape
Manufacturing compared to plastic lenses
It is known that the cost increases. By the way, plastic lenses are used.
The temperature or humidity, the photosensitive drum
The beam diameter of the laser beam reaching the
It is known that From this, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 0818 discloses a collimator lens for the pre-deflection optical system,
And a plastic lens was used for the optical system after deflection
Examples are disclosed. This method uses a collimator lens
Use the thermal expansion of the lens barrel to determine the distance from the semiconductor laser.
It is to be corrected. However, this method does not
Laser beam in the main scanning direction and sub-scanning direction
Change in the arrival position of the
There's a problem. Also, in this method, swelling due to moisture absorption or
Does not consider changes in the refractive index. Apart from this, plastic lenses are often
In most cases, it is formed into an aspherical lens or an asymmetrical lens.
You. Also, a method for displacing the aspherical lens with respect to the optical axis.
Has also been proposed. However, an aspheric lens or an asymmetric lens
The use of a lens is important when the lens is fixed.
Placement accuracy, processing accuracy of the entrance surface and exit surface as a single unit, and
High accuracy is required for the deviation of the position between the entrance surface and the exit surface.
There is a problem required. Also, the temperature or humidity has changed
In order to keep the imaging position in the main scanning
When the lens is used, the rotation of the rotating polygon mirror
Moving the deflection point increases the asymmetry of the field curvature.
You. For example, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-110818
Now, the deflector using the spherical mirror, the entrance surface and the exit
A lens that includes a toric surface whose surface is decentered in the main scanning direction
An integrated post-deflection optical system is utilized. This example
Does not take into account fluctuations in the image plane due to temperature changes
Although collimating lenses are used for
When a lens is used, the image is only decentered in the main scanning direction.
It is difficult to correct the surface curvature. Also. Japanese Patent Laid-Open No. 4
No. 110819 has a spherical mirror and a spherical mirror.
In an optical system incorporating a lens consisting of
The surface mirror is in the sub scanning direction, and the spherical surface of the lens is the toric surface.
Eccentric arrangement in the sub-scanning direction with respect to
Is disclosed. However, this method does not
Light reflected from the lens and the laser beam
Use a plastic lens.
Laser beam passes through the center of the axisymmetric aspherical lens.
Eccentricity only to maintain linearity
Correction becomes insufficient in correction power. On the other hand, with a plastic lens, the linear expansion
Due to the large number, expansion due to temperature with the coating material
The degree of difference is large, and it is difficult to
When the lens surface is formed axially symmetric,
Due to the cutting speed of the lathe
Increasing surface roughness and projecting at the center
It has been known. In this case, anti-reflective coating
The cost of special application techniques
There is an increasing problem. Also, do not polish the lens surface.
Polishing is provided by complex shapes
Changes the optical characteristics of the photosensitive drum,
Beam diameter, beam shape, or straight line
There is a problem of newly deteriorating the properties. The deflecting device is a mode for rotating the reflecting mirror.
The number of reflective surfaces even if the rotation speed of the
The printing speed can be improved by increasing
Increasing the number of reflective surfaces means that the laser beam can be deflected
Limiting the angle (deflection angle)
It is said that the path length is increased and the size of the optical scanning device is increased.
There is a new problem. An object of the present invention is to provide a high processing accuracy,
Also, the position where the beam reaches by temperature or humidity and
Beam diameterofLittle fluctuation and projection at the center of the axis
With anti-reflective coating on each side
An optical scanning device that can use a low-cost lens that is not required
Is to provide. [0017] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the above-mentioned problems.
A light source that generates light and the light
Deflecting means for deflecting light from the source toward the surface to be scanned;
The light source is disposed between the deflecting means and the light source.
Pre-deflection optical hand that converts the cross-sectional shape of these lights into a predetermined shape
A step, disposed between the deflection means and the surface to be scanned,
A first lens that is at least two plastic lenses
Lens and a second lens, where z is the lens surface optical axis and the lens surface.
Y is the lens surface with the intersection point of
Denotes an axis formed by the zy plane with the symmetry plane of_i
(Y); i is a constant representing a surface.
When the generatrix of the entrance plane and exit plane of the lens are defined,
The y of the z of the entrance surface and the exit surface of the first lens
The magnitude relation of the first and second order differential values with respect to
The first lens and the front
Each said same light of the second lens is passed through
the incident surface and the exit surface of the second lens at the y position
The magnitude relationship between the first and second derivative values with respect to z is given by
The z of the entrance surface and the exit surface of the first lens
generally opposite to the magnitude relationship between the first and second derivative values with respect to y
Are defined to be related to each other and are deflected
Post-deflection optical means for imaging the reflected light near the surface to be scanned
And an optical scanning device having the following. [0018] [0019] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An example will be described. FIG. 1 incorporates an embodiment of the present invention.
Schematically shows an image forming apparatus, that is, a laser beam printer.
Have been. The laser beam printer 2 converts the image data
Process unit that forms an image based on
Step) 10, to the photosensitive drum described later of the process unit 10
Optical scanning device 30 for exposing image data, process unit
Feed the recording paper (transfer material) toward 10 and process
Prints out the image formed via the unit 10 (hardware
The printer main body 50 outputs the data as a copy. The process unit 10 rotates in the direction of the arrow.
Is possible, and the image data is exposed through the optical scanning device 30.
Photoreceptor drum (image carrier) 12
In. Around the photosensitive drum 12, a photosensitive drum 12 is provided.
A predetermined potential is applied to the photosensitive drum 12 along the rotating direction.
The charging device 14 and the optical scanning device 30 provide the photosensitive drum.
A developing device 16 for developing image data exposed to the ram 12,
A transfer device for transferring an image developed through the developing device 16 to be described later.
The surface of the photosensitive drum 12 after being transferred to the paper through
A cleaning device 18 for cleaning;
After the developed image is transferred, the photosensitive drum 12
The static eliminator 20 that erases the potential remaining in the
Have been. The process unit 10 is a printer main body.
At 50, it is detachably formed. The optical scanning device 30 includes a semiconductor laser as a light source.
The laser beam of the semiconductor laser has a predetermined beam shape.
Through the light source side (before deflection) optical system and the light source side optical system
Processes a laser beam adjusted to a specified beam shape
Defined along the axis of the photoreceptor drum 12 of the unit 10
Via a deflecting device for deflecting in the main scanning direction and a deflecting device
Laser beam deflected by the
It includes an optical system on the image forming surface side (after deflection) on which an image is formed.
The optical scanning device 30 will be described later in detail.
You. The printer body 50 has a photosensitive drum 12
To accommodate the paper on which the formed image is transferred
And a first detachably formed on the printer body 50.
And the second paper cassettes 52a and 52b,
Cassettes 52a and 52b.
And second paper feed rollers 54 for drawing out paper from
a and 54b via respective paper feed rollers 54a and 54b
Transported to the process unit 10
First and second transport rollers 56a and 56b, process
Paper that guides the paper being conveyed toward unit 10
Guides 58a, 58b and 58c and correction of paper inclination
Of the image formed on the photosensitive drum 12
Aligning roller 60 that aligns paper with the leading edge of paper
Is arranged. The printer body 50 also includes a process unit.
Near the photosensitive drum 12 of the
Located downstream of the developing device 16 along the direction in which
Transported by the rotation of the aligning roller 60.
Pre-transfer roller 6 that directs the paper to be transferred to photoreceptor drum 12
2, further arranged downstream, formed on the photosensitive drum 12
Transfer device 64 that transfers the transferred image to paper,
And pressurizing the paper on which the image is transferred via
A fixing device 66 for fixing an image on paper and a fixing device
The paper on which the image has been fixed via the
And a discharge device 68 for discharging to a position. The printer body 50 further includes a process unit.
Control the printer 10, the optical scanning device 30, and the printer body 50.
The control unit 70 transmits a control signal (not shown) instructing the start of image formation.
Signal input unit (operation panel), illustration where image data is input
External input connection device (data input terminal) not shown and shown
Not include power supplies. Next, the laser printer 2 of the present invention will be described.
The operation will be described. When a main switch (not shown) is turned on.
With, is initialized according to the predetermined program,
A standby state that can form an image based on image data is specified
Is done. External device such as word processor or host
Image data supplied from the computer is not shown.
They are sequentially stored in the image memory. The image data input to the image memory is
Is converted to serial data and then to serial data.
After the conversion, the timing is adjusted via the control unit 70.
Then, it is supplied to the optical scanning device 30. On the other hand, when image data is input,
The light drum 12 is rotated at a desired rotation speed, and the charging device 20 is rotated.
A desired electric potential is given through. At the same time, the image data
Paper P of a size that prints an image based on
Paper cassette is selected, and the selected cassette is
The paper P stored in the cassette is stored in each cassette.
The paper is removed via the corresponding paper feed roller,
Conveyed to the aligning roller 60 via the paper guide.
It is. Image data converted to serial data
Corresponds to the vertical synchronization signal from the vertical synchronization control circuit (not shown).
The optical scanning device is supplied to the device 30 according to the
The intensity of the laser beam is continuously changed according to the data.
To The intensity changes continuously according to the image data
Laser beams are transmitted to the photosensitive drum 12 one after another.
Converted to an electrostatic latent image. Convert to a latent image on photoconductor drum 12
The developed image is transferred to the developing device as the photosensitive drum 12 moves.
The developing device 16 is guided to the developing area facing the
The toner is selectively supplied to the latent image, developed, and
Conveyed with the rotation of the drum 12, the transfer device 64
The sheet is conveyed to the opposite transfer area. Stopped temporarily by the aligning roller 60
Paper P is sent from a vertical synchronization circuit (not shown).
The leading edge of the image and the leading edge of the paper P are aligned according to the period signal,
The paper is fed toward the photosensitive drum 12. Therefore, the photoconductor
The toner image on the drum 12 and the paper P are
The charge remaining on the photosensitive drum 12 causes the photosensitive drum
Adsorbed (close contact) to 12. Thereafter, the photosensitive drum 12 and
The photosensitive drum is already loaded on the paper P (to form a latent image).
The charge having the same polarity as the charge given to the
From the photosensitive drum 12 to the photosensitive drum 12.
The toner image is transferred to the paper P. The paper P on which the toner image is placed is sent to the fixing device 66.
The toner that is guided and melted is melted to form a toner image.
Is fixed (fixed) to the sheet P. On the other hand, when the sheet P and the toner image are separated,
The optical drum 12 is further rotated, and the cleaning device 18 is rotated.
And the charge removal device 20 restores the charge distribution on the surface to the initial state.
It is returned and used for the next image formation. By the above-described series of image forming processes,
The paper P on which the image data has been output is output via the discharge device 68.
It is discharged outside the device 2. FIG. 2 shows the optical scanning device shown in FIG.
Removed 30 folding mirrors and cover glass
An exploded view of the state is shown. The optical scanning device 30 is, for example, 600 [dpi]
= Dot per inch] recording density
A semiconductor laser 102 formed and generating a laser beam;
The laser beam emitted from the laser 102 is
12 (only the position where the laser beam is imaged is virtually S
In the direction substantially parallel to the axis (not shown)
Deflection device 104 for deflecting in the main scanning direction, semiconductor laser 1
02 and the deflection device 104,
Adjust the beam diameter of the emitted laser beam to a specified size
Light source side (before deflection) optical system 106 and deflection device 104
It is arranged between the photoconductor drum S and the
The laser beam deflected along the photosensitive drum S
To the image plane side (deflection
After) an optical system 108 is included. The deflecting device 104 has a plurality of reflecting surfaces.
A surface mirror and, for example, a DC brushless motor
The polygon mirror is rotated at a predetermined speed in the direction of the arrow.
You. The optical system 106 on the light source side (before deflection) is a laser 1
02 the main scanning direction and main scanning
In the sub-scanning direction, which is the direction orthogonal to the scanning direction,
Condenser lens 110, which provides a predetermined focusing property
 Of the variation of the radiation angle of the laser beam passed through 110
Aperture 112 to reduce effects, laser passed through aperture 112
The beam is further focused in the sub-scanning direction.
It is composed of a cylinder lens 114 and the like. The optical system 108 on the image side (after deflection) includes a deflecting device.
 Deflected between -30 ° to 30 ° effective deflection angle via 104
The laser beam is applied to the photosensitive drum 12 in a substantially straight and roughly
Image with the same beam diameter and individual faces of the polygon mirror
Of the arrival position of the laser beam due to the difference
First and second fθ values for correcting the tilt of the polygon mirror
And 116 and 118. The optical scanning device 30 further includes a deflecting device 104
Detects horizontal synchronization of laser beam deflected through
Horizontal sync detection sensor 120 and stray light
Light blocking to prevent reaching the image area of the light drum 12
It has members 122 and 124. The condenser lens 110 is a finite glass lens.
Therefore, preferably, an aspheric biconvex lens is used. Ma
The condenser lens 110 has first and second fθs to be described later.
When the lens surfaces of lenses 116 and 118 are replaced with flat surfaces
If the laser beam is deflected by the deflecting device 104,
That is, the shortest distance L between the deflection point and the photosensitive drum S₁Than
Is also the distance L between the deflection point and the imaging point in the main scanning direction.₃(Distance
Release L₃Is indicated by a dotted line F).
For example, while being defined as 5 to 6 mm longer, the deflection point and the sense
Distance L to end of effective area on optical drum S₂than
A specified focal length is provided to be short. With this configuration, the environment
Post-deflection light, including sensitive plastic lenses
A role in aberration correction such as distortion and field curvature
The power itself reduces environmental dependency.
To the pre-deflection optical system. Depending on the environment
The change in the correction amount (that is, for each environment)
Because it is approximately proportional, the smaller the correction amount after correction and before correction,
Plastic lens susceptible to environmental changes after deflection
The effect of noise. That is, between the deflection point and the end of the image plane
Environment changes between the distance of
Distance between the deflection point and the imaging plane
(That is, the imaging position), the correction amount is small.
The effect of environmental changes is reduced. The stop 112 is located at the rear focal point of the condenser lens 110.
Of the laser beam that is arranged and formed on the photosensitive drum S
Beam diameter due to variation in the radiation of semiconductor laser 102
Used to reduce impact. The cylinder lens 114 faces the aperture 112
The side, that is, the incident surface side where the laser beam enters, is formed in a convex shape
Glass cylinder lens 132 and the incident surface
Plastics such as PMMA (polymethyl methacrylate)
It is composed of a stick cylinder lens 130. Plastic
The lock cylinder lens 130 is
Glass lens 132 to prevent peeling
The laser emitted from the laser 102 and passed through the aperture 112
The area through which the laser beam passes, that is, the use area (laser passing
Area). The cylinder lens 114 is the first
And after passing through the second fθ lenses 116 and 118
First and second laser beams directed to the optical drum S
Sub-scanning direction provided by fθ lenses 116 and 118
Beam waist position (that is, the laser beam reaches
Beam waist in the sub-scanning direction while suppressing fluctuations in position)
Used to optimize position. First and second fθ lenses 116 and 118
Each have lower processing costs compared to glass lenses.
Formed by resin material, for example, PMMA
You. The respective fθ lenses 116 and 118 are mutually
The complementary optical properties described are provided. The first fθ lens 116 emits a laser beam
Of the incident surface and the exit surface from which the laser beam exits
Each is an aspherical surface, z is the lens surface optical axis and the lens
Y is the lens surface optical axis direction with the intersection of the surfaces as the origin
The axis of symmetry of the plane is defined by the zy plane, and z = g_i
(Y); i is a constant indicating a surface, and
When the generatrix of the entrance and exit surfaces of the
The magnitude relation of the first and second derivative values for
It is formed so as to change at a position other than the optical axis. In addition,
The eccentricity and inclination of the optical axis of the launch surface and the emission surface are respectively
And each optical axis is
Then, they are displaced in the same sub-scanning direction. On the other hand, the second fθ lens 118
The entrance surface is a toric surface and the exit surface is an aspherical surface.
As in the case of the fθ lens 116 of FIG.
Y is the lens surface optical axis direction with the intersection point of the
The axis of symmetry of the z-plane represents an axis formed by the zy plane, and z = g
_i(Y); i is a constant indicating a surface, and
When the generatrix of the entrance and exit surfaces of
The magnitude relationship between the first and second derivative values of z with respect to y is
The first fθ lens 116 is formed to have a polarity substantially opposite to that of the first fθ lens 116.
You. The optical axes of the entrance surface and the exit surface have (first fθ
(Similar to lens 116) given eccentricity and tilt, respectively.
And the optical axis of the exit surface
In the same direction as the first fθ lens 116 in the scanning direction,
The axes are arranged offset in the opposite direction (Table 3).
Table 4 shows the shape and position of each lens.
The coordinate of y when the optical axis of each lens is the origin is
The area in the x direction through which the light ray passing through “0” passes is shown.
). In Table 4, the optical axis of the aspherical surface is shifted in the same direction.
The passage x of the laser beam with respect to the optical axis is shown.
However, for example, the laser beam on the exit surface of the second fθ lens 118
When the passage x of the game is changed from -3.5 to -8,
The deviation in the x direction with respect to the line is shifted in the same direction (the emission surface).
From 0.03p-p to 0.15p-p
I will. Therefore, the toric surface has eccentricity and inclination.
And the generating line is unpaired in all areas of the lens surface.
It is preferable to form it. The horizontal synchronization detection sensor 120 is provided with a deflection device 104
That the laser beam deflected via
The reference position signal is output to the horizontal synchronization circuit (not shown)
Is output. The horizontal synchronization circuit (not shown)
The horizontal synchronization signal is generated by inputting the
The timing for writing data is matched. The light shielding members 122 and 124 are
Deflected toward photoreceptor drum 12 via device 104
When the laser beam is emitted from the second fθ lens 118,
Be reflected through the spherical surface and the entrance or toric surface
In the vicinity of the image area of the photosensitive drum 12
Used to prevent sneaking around. FIG. 3 shows the optical scanning device shown in FIG.
A schematic optical path diagram of the light source side (before deflection) optical system 106 of FIG.
I have. In FIG. 3, the semiconductor laser 102 has a light emitting point 102.
(Table 1 shows the shape of cylinder lens 114
Shape, material and position are shown). As already described with reference to FIG.
The laser beam passed through the lens 110 is
Incident on the lens 114. The cylinder lens 114 is on the incident surface side
Glass cylinder lens 132 with a convex shape
PMMA (polymethylmethacrylate)
G) formed by plastic lens 130
You. The entrance surface of the plastic lens 130, that is, the stop 112
The surface arranged facing is generally defined as a plane. Also,
The cylinder lens 114 can be adjusted in the z direction (during assembly).
Therefore, it is moved. FIG. 4 shows the pre-deflection optical system shown in FIG.
Image plane (scanned) due to temperature change when system 106 is used
Laser designed on the surface, that is, the surface of the photosensitive drum 12
Change in beam diameter at the beam arrival position)
You. Hereinafter, a design for evaluating the optical scanning device of the present invention will be described.
The arrival position of the laser beam on the image plane (point) and the actual position
The position where the laser beam is focused on the image is shown as the image plane (point).
You. According to FIG. 4, the horizontal axis represents the cylinder lens 1.
The deviation amount (adjustment amount) from the design value of the 14 z-direction position is
The vertical axis shows the video in the sub-scanning direction at the center of the image plane.
The beam diameters are indicated respectively. In addition, measurement (environment)
The conditions are n_d(That is, solid line)
And humidity 0%, n_H(That is, the broken line) indicates the temperature of 50 degrees and the humidity.
0% and n_L(I.e., the dashed line) indicates that the temperature is
At a humidity of 100%, the refractive index under each condition is n
_d= 1.48325, n_H= 1.4789 and n_L
= 1.4876. FIG. 21 shows the optical scanning device shown in FIG.
The optical system on the light source side (before deflection) of the
Pre-deflection optical system as a comparative example replaced with a different lens arrangement
 A schematic ray diagram of 606 is shown. In addition, like FIG.
Laser 102 is represented by emission point 102 '. FIG.
As can be seen, the lens 614 is a generic,
Darrens. The shape, material and position of the lens 614
Are shown in Table 2. FIG. 22 shows a result obtained by a method similar to that shown in FIG.
Changed beam diameter and laser at theoretical imaging plane
The displacement of the arrival position of the beam is shown. Also, n_d,
n_LAnd n_HAre defined under the same conditions.
You. Next, the first and second optical systems of the post-deflection optical system 108 will be described.
Details on the shapes and positions of the fθ lenses 116 and 118
explain. FIG. 5A shows the reflection point of the deflecting device 104.
The lens as viewed from the optical axis of the first fθ lens 116
Not shown in the scanning plane perpendicular to the traveling direction of the beam
The coordinate y with respect to the y 'axis is shown in FIG.
Not shown z ', which is the direction of travel of the laser beam at
The coordinates z with respect to the axes are respectively shown. In addition,
Each graph shows the circle inscribed in the polygon of the deflection device 104.
Are normalized with the radius of 1 as 1. According to FIGS. 5A and 5B, the vertical axis
Respectively, the rotation angle of the reflecting mirror of the deflecting device 104 is 0 °
The direction of the reflected light at the time of is -z direction, and the main scanning direction is y
Y and z of the reflection point of the principal ray in the coordinate system
However, the horizontal axis is defined by the incident optical axis of the deflection device 104.
Effective angle of the post-deflection optical system (that is, the first fθ lens 116).
1/2 of the angle between the optical axis of
Plane incidence and π / 4 indicate normal incidence, respectively),
In addition, the axis of the depth direction is the
The unit of the y component of the line vector and the optical axis of the first fθ lens 116
The direction in which the y component of the position vector coincides is shown as 0
The rotation angle of the deflection device 104 is shown. It is clear from FIGS. 5A and 5B.
As described above, the reflection point of the deflection device 104
Whether the positive and negative sides of the turning angle are asymmetric
The laser beam incident on the deflection device 104
The curvature of the image plane is asymmetric
It is shown that. From this, the post-deflection optical system, ie, the first
And the optical characteristics of the second fθ lenses 116 and 118 are combined.
The resulting system, due to the asymmetry of the reflection point of the deflector 104,
Due to the shape and the asymmetry,
Is located at a position where the aberration components generated by
It is easy to see what must be done. Therefore,
The incidence of the first and second fθ lenses 116 and 118 respectively
The light on the entrance surface of the first fθ lens 116 is
Different inclinations and eccentricities are given to the axes
With the incident surface of the second fθ lens 118,
The generatrix of the cut surface is formed in a shape (asymmetric) without a symmetry axis.
It is. Table 3 shows the post-deflection optical system, that is, the first and second optical systems.
The optical characteristics of the second fθ lenses 116 and 118 are synthesized
The optical properties of the elements that make up the system are shown (the coordinate system is
Right-handed). The post-deflection optical system, ie, the first and second fθ
Of the bus of the system in which the optical characteristics of the lenses 116 and 118 are synthesized
For the shape, the curvature is c, the conic coefficient is cc,
Entrance surface of lens 116, exit surface of lens 116,
The aspheric coefficients of the entrance surface and the exit surface of the lens 118 are respectively
where d, e, f and g are (Equation 1) It is represented by In Table 3, the curvature in the sub-scanning direction is "-".
The shape of the corresponding lens surface depends on the optical axis.
To indicate that the shape has been rotated. Also the curvature
Indicates the shape of the corresponding lens surface.
In the z-axis direction of the local coordinates of
Shape rotated about an axis parallel to the y-axis in the y-plane
Is shown. Here, the laser beam advances
The direction of movement is from plus to minus on the z axis.
I do. Also, the origin of the absolute coordinates is the reflection surface of the deflecting device 104.
Of the chief ray of the deflecting device 104 when the rotation angle is 0 °
(Reflection point), and the -z direction is
In the absolute coordinate system with the direction of the light beam and the y direction as the main scanning direction
Indicates the local coordinate origin of each lens surface, and indicates the optical axis
The direction is the absolute coordinate axis and the axis of the local coordinate system of each other surface
And the angle between them. Note that the second fθ lens 118
Subscript "-" of cc-, d-, e-, f- and g-
Is a coefficient when the local coordinate y coordinate is negative
That the generatrix of the toric surface has no axis of symmetry.
Is shown. Here, at the y-coordinate position where the coefficient is changed,
z, first and second order derivatives must be equal.
In the example shown in FIG. 3, an aspherical surface with y = 0 as a boundary
Although the coefficient is changed, (Equation 2) Therefore, on all lens surfaces, primary and secondary fine
To make the fraction values continuous, the toric surface bus must be curved
Only the rate c needs to be common. In addition, as lens data
Is the coordinate of the toric surface where the y coordinate is positive and negative.
-Nick coefficients cc and cc- and the aspheric surface of each surface
Coefficients d, e, f, g, d-, e-, f-, and g-
Thus, one set of data is obtained. Apart from this, as is apparent from Table 3,
Each lens surface has tilt and eccentricity also in the x-axis direction.
Has been given. Here, the laser beam passed through y = 0
The beam is passed through the aspherical portion other than the optical axis,
, The linearity of the beam position in the x-axis direction is secured. By the way, a plastic lens is used.
Depends on the temperature of the coating material and plastic
Since the difference in linear expansion coefficient increases,
Is known to be difficult. Also, the lens surface
When axisymmetrically formed, a lathe for making a mold
Surface roughness increases near the axis center due to the effect of cutting speed
And it is known that protrusions occur at the center.
You. For this reason, in many optical scanning devices, after the deflection,
Tilt all lens surfaces of the optical system or deviate the center position
Techniques are used. However, in any case
However, as the beam diameter at the image plane becomes smaller,
It is known that image characteristics are degraded. On the other hand, as is apparent from Table 4,
In the optical scanning device of the present invention, the second f-
Laser beam only in the sub-scanning direction
The beam passes through the optical axis. That is,
As described above, the entrance surface and the exit surface of the second fθ lens 118
Like the first fθ lens 116, the optical axis of the surface
Eccentricity and inclination, and the optical axis of the exit surface
Is the first fθ lens in the sub-scanning direction with respect to the incident beam 1
In the same direction as 16, the optical axis of the incident surface is shifted in the opposite direction.
Many optical scans so far
The degradation of the imaging characteristics observed in the device is reduced. FIGS. 6 to 9 show the first and second fθ.
The shape of the entrance and exit surfaces of the lenses 116 and 118, and
1st derivative value, 2nd derivative value of each surface shape,
The third derivative and the maximum allowable value of the third derivative are respectively
Shown. The first derivative, second derivative, third fine
The maximum permissible value of the fractional value and the third derivative is
The power to change the direction of the light beam, the lens power, and the surface where the surface is decentered
And the eccentricity proportional to the amount of power fluctuation
The beam diameter at the image plane when the amount tolerance is 50 μm
3 shows a third-order differential value at which the variation of 10% becomes 10%. According to FIGS. 6A and 8A, the first
Entrance and exit surfaces of second and fθ lenses 116 and 118
In the main scanning direction and the length of the
The relationship of the length (thickness) z, that is, of the y in the local coordinate system
The values of z for the changes are shown respectively. In addition, long
The length y is different from the length at the image plane,
The intersection of the optical axis of lenses 116 and 118 with the lens surface
For a local coordinate system where the axis direction is z and the main scanning direction is y
Indicates the position. According to FIGS. 6 (b) and 6 (c), the first
Primary and secondary of the entrance and exit surfaces of the fθ lens 116
Differential values are reversed in magnitude relation at positions a and b other than the optical axis.
Have been. Also, according to FIGS. 8B and 8C, the second
Primary and secondary of the entrance and exit surfaces of the fθ lens 118
Similarly, the differential value has a magnitude relationship at positions c and d other than the optical axis.
Has been reversed. Also, that of the first fθ lens 116
First and second order differential values of each surface and second fθ lens
 The first and second derivatives of each of the 118 surfaces are the same
For each corresponding value of y
Therefore, the relationship is generally set in the opposite relationship. That is, in the first fθ lens 116,
At a position close to the heart, the primary and secondary differential values at the exit surface are:
Are respectively increased from the first and second order differential values of the incident surface.
On the other hand, in the peripheral area, the first and second order differential values of the entrance surface
Increases respectively from the primary and secondary differential values of the exit surface
Is done. In contrast, the second fθ lens 118
First and second order differential values at the entrance plane at a position close to the axis center
Increases respectively from the primary and secondary differential values of the exit surface
On the other hand, in the peripheral area, the primary and secondary differentiation of the exit surface
Values are greater than the first and second derivative of the entrance surface, respectively.
Will be great. Here, the first and second fθ lenses 116 and
And 118 first and second derivatives are defined in opposite relations
Explain why. Note that the primary differential value is, as described later,
It is used to optimize fθ characteristics. Also, secondary fine
The fraction value is used to optimize field curvature, as described below.
Used. According to FIG. 10A, the inclination from the air layer
Light incident on a layer of refractive index n having an angle α at an angle θ is s
inθ = θ and sinα = α, respectively.
As a result, the light is emitted at (θ−α) / n + α. one
On the other hand, as is clear from FIG.
Incident on the air layer having the inclination angle β at an angle θ ′
Is emitted from a similar approximation at n (θ′−β) + β
You. That is, the incident angle θ is applied to the layer of the refractive index n having the inclination angle α.
The incident laser beam is θ + (n−1) × (α−
It is emitted at an angle of β). 10 (a) and FIG.
In (b), α and β represent the inclination from the y-axis, respectively.
And has a value of “−” in the z direction. Here, when the inclination angle α is small, tan
Since α can be approximated as α, the respective inclination angles α and
By replacing β with the first derivative, the inclination from the air layer
Through a layer of refractive index n having an angle α,
laser passed through an air layer having a tilt angle β from layer n
The beam is (n-1) × (α-β) with respect to the angle of incidence.
The angle is increased. In this case, (n−1) × (α−β)
As the value of f increases, the value of f increases with respect to the fθ characteristic.
When (n-1) is changed
The function that can increase the value of f is (α-β)
It is proportional. When α−β <0, the value of f is small.
It works to make From this, the first fθ lens 116 and the
The laser beam passing through the second fθ lens 118 is substantially
At the same angle of swing
The reverse sign of (α-β),
The influence on the fθ characteristic can be canceled. As described above, the magnitude relation of the primary differential values is
Substitution at positions other than the optical axis is the f-value of the fθ characteristic.
It is useful to increase. f value of fθ characteristic increases
What is increased is that the laser beam is deflected via the deflection device 104.
Even if the deflection angle of the beam is small, the scanning area on the main scanning surface
It is shown that it is possible to take large. this
Therefore, the distance between the deflecting device 104 and the theoretical image plane is small.
And the size of the optical scanning device is reduced. On the other hand, the secondary differential value is the focal length of the lens.
Is f, and the entrance surface curvature is c₁, And the exit surface curvature is c₂When
And thin lens formula −1 / f = (n−1) × (c₁-C₂) ("-" On the left side indicates the laser
Indicating that the beam travels "-" from the z-direction "+"). As already described, the curvature is calculated from the equation (2).
Is replaced by the second derivative, so c₁as well as
c₂Is the second derivative of the entrance and exit surfaces, respectively.
Rewritten. Therefore, (n-1) × (c₁-C₂)
The smaller the value of, the more the imaging point moves to the deflection device 104 side.
Is observed to work. At this time, an image is formed with respect to the change of (n-1).
The effect of moving the point to the deflection device 104 side is (c₁−
c₂) Is roughly proportional to That is, c₁-C₂  > 0
Then, in the opposite direction to the deflection device 104, c₁-C₂  <
When the value is 0, the imaging point is moved to the deflection device 104 side. From this, the first and second fθ lenses
 Laser beams passed through 116 and 118 are virtually identical
(C) of each lens
₁-C₂) With the opposite sign,
The effect on the imaging point (the effect on defocus)
Can be As described above, the magnitude relation between the secondary differential values is
It is the thickness of the lens that replaces the position other than the optical axis.
(Thickness) can be reduced. This means
Since the change in the thickness of the lens can also be reduced, the first and second
The molding time required to mold the fθ lens 2
Be shortened. At the same time, processing accuracy is improved. The first and second fθ lenses 116
And 118 have an aspheric surface and
The asymmetric toric surface allows the lens to be fixed
Position accuracy, when incident surface and exit surface
Processing accuracy, and deviation of the position between the entrance surface and the exit surface
High accuracy is required as described above.
You. Note that the position of any lens surface is larger than the design value.
In case of deviation, for example, beam diameter or rms opd
(Rms opd is root mean square optical path differe
nce, which is interpreted as the root mean square of the optical path difference)
It is known that it fluctuates greatly. When the beam diameter fluctuates, the size of the pixel
Is changed, and for halftone images, the image density is changed.
In particular, in a laser beam printer device, the beam
Fluctuations in diameter must generally be kept within ± 10%
The absence has been confirmed experimentally. Rms opd depends on the cumulative amount of assembly tolerance
Assembling accuracy is evaluated because it changes at a predetermined ratio
Used to Also, the change in rms opd
The rate of change is wavelength λ, cylinder lens 614 around optical axis
Is the amount to be rotated (assembly error, that is, the rotation angle) is φ
(See FIG. 21) (Equation 3) And satisfies rms opd ≤ 0.07λ
It is preferable to set the rotation angle φ in such a range. The beam diameter of the Gaussian beam (R
The energy distribution of the beam cross section of the
Since it is considered to be a mouse distribution,
The beam diameter variation is 10% or less.
Consider the case where it goes below. The Gaussian beam propagation equation is
Strike radius is ω₀, The wavelength is λ, and k = 2π / λ
In case, (Equation 4) Is shown. Therefore, the ratio of the beam diameter is ω / ω₀Become
The focus amount dz is (Equation 5) It is represented by On the other hand, the light beam passes through the lens surface.
When the local curvature of the position where is shifted from c to c + δc
Of the imaging plane is (Equation 6) Becomes Here, the value of the equation (6) is different from the equation (5).
Condition that the beam diameter becomes smaller than 1.1 times
Is the eccentricity tolerance where Δ corresponds to the eccentricity tolerance or inclination tolerance.
Converted tolerance, n is the refractive index of the lens material, f₂Is the target
The focal length of the lens after the lens, z₂Is the target lens
Between the target lens and the main plane on the entrance surface side of the synthetic lens
Distance, z₃Is the main output side of the synthetic lens after the target lens.
The distance between the plane and the theoretical imaging plane, and
When (Equation 7) Required from. Note that the left side of the equation (7) is the equation (2) and
The fθ lens shown in FIGS. 7 (d) and 9 (d)
It is matched to the third order derivative of the shape. In addition, FIG.
FIG. 9 (e) shows that Δ = 0.05 and ω₀
= 0.025
The permissible minute values are shown. That is, FIG.
Third derivative of each lens shown in 9 (d)
When the absolute value of the value is the same in the main scanning direction,
(E) and the third order differential values shown in FIG.
If it is less than the tolerance value, the fluctuation of the beam diameter is approximately ± 10
%. FIGS. 11 and 12 show Table 1.
And the post-deflection optical system shown in Table 3
Image plane in the main scanning direction obtained by combining
Refractive index changes due to misalignment, temperature or humidity change
Characteristics and the linearity in the sub-scanning direction
Are shown. The environment in each graph
The conditions are the same as in FIGS. 6 (a) and 8 (a).
And n_d(That is, the solid line) indicates a temperature of 30 ° C. and a humidity of 0%, n
_H(I.e., the broken line) indicates a temperature of 50 degrees and a humidity of 0%, and
_L(I.e., the dashed line) is at a temperature of 10 degrees and a humidity of 100%.
is there. FIG. 11A shows the change in the fθ characteristic.
11 (b) shows the change in the image plane position in the main scanning direction.
FIG. 11C shows an image forming plane in the x-axis direction due to surface tilt.
The change in position is shown in each case. FIG.
(D) shows the displacement in the x-axis direction, that is, the curvature of field.
FIG. 12E shows x with respect to the linearity in the sub-scanning direction.
The axial displacements are respectively shown. As is apparent from FIGS. 11 and 12,
Both the first and second fθ lenses 116 and 118 have a plus
Even if a tick lens is used,
fθ lens, as shown in FIGS. 6 to 9
Being formed in the characteristic, by the change of temperature or humidity
Even if the refractive index changes, the effect is largely
It is allowed to be canceled. In FIG. 13, the light passes through the second fθ lens 118.
Laser beam reflected at the exit surface of lens 118
After that, it is reflected again at the entrance surface,
This shows the principle that stray light is generated by the operation. According to FIG. 13, the second fθ lens 118
Is because the incident surface is formed on the toric surface,
Part of the laser beam reciprocated between the entrance and exit surfaces
May move toward the image forming surface, that is, the image forming area of the photosensitive drum.
It is shown that there is. In FIG. 14, as shown in FIG.
The position where the stray light generated as a result reaches is shown. It
Each line is the f of the finite lens 110 shown in FIG._x= 0.1210
13 is the upper ray limit and f_h= -0.121013 is under light
The positions of the rays passing through the limits are indicated respectively. According to FIG. 14A, the first and second f
the respective entrance and exit surfaces of the θ lenses 116 and 118
The stray light reciprocated between is the exposure beam (laser beam)
Is relatively distant in the x-axis direction compared to the position where
Exists with a width in the state. On the other hand, it is clear from FIG.
Generated by the entrance surface of the second fθ lens 118
The stray light that is generated depends on the shape of the incident surface and the rotation angle of the deflection device 104.
It is known that the effect causes a temporary stagnation.
That is, the position of the exposure beam is on the horizontal axis, and the position of the stray light is on the vertical axis.
When taken, the curve showing the position where the stray light reaches,
Local maxima and minima appear. In this case, FIG.
Exposure beam whose stray light curve shows the maximum value and the minimum value
When printing is performed by the
Stagnant, despite being around 0.2% of
With the accumulation of lugi, images with relatively low density, such as
Changes the density of halftone images, etc.
There is a possibility that. From this, as shown in FIG.
The image area near both ends of the imaging position (photosensitive drum) S
The light blocking member 122 and
 124 and the second fθ lens 118
The distribution of the first derivative of the launch surface has already been described in FIGS.
As described above, the area where stray light stagnates is the light blocking member 122 and
Optimized to be blocked through In addition,
The light members 122 and 124 irradiate the photosensitive drum with the exposure beam.
The shape of the exposure slit (not shown) used when shooting
It is needless to say that may be modified. FIG. 15 shows the pre-deflection light shown in FIG.
Another embodiment of the academic system is shown. In FIG. 15, FIG.
For the same members as the configuration, the same reference numerals are used for the detailed description.
Is omitted. Table 5 shows the shape of the cylinder lens 214,
The material and location are shown. Also, as in FIG.
The user 102 is represented by a light emitting point 102 '. According to FIG. 15, the pre-polarization optics 206
Condensing lenses 110 arranged in order from the side closer to the source 102 ′,
An aperture 112 and a cylinder lens 214 are included. The cylinder lens 214 is, for example, a BK7
The first cylinder lens formed by any optical glass
240 and a second cylinder lens formed by PMMA.
Lens 242, only cylinder lens 240 can be adjusted independently
Are fixed to a housing (not shown). In addition,
Orientation device 104 is also in the same housing as cylinder lens 214
Fixed. The first cylinder lens 240 and the second cylinder lens 240
One or both of the cylinder lenses 242
An adjustment mechanism for rotating around the optical axis is arranged.
ing. However, regarding any cylinder lens
Even the amount of rotation about the optical axis (ie, rotation angle) φ
Is rotated beyond a predetermined value, for example, 1 °,
As the rms opd already described deteriorates,
Degree and processing accuracy of the lens surface are required. FIG. 16 shows the state before polarization shown in FIG.
It is temporarily assumed that the first cylinder lens 240 of the optical system 306 is displaced.
In the fixed state, the video obtained by the same method as in FIG.
Of beam diameter and arrival position of laser beam on image plane
Is shown. In addition, it shows the change of the refractive index
n_d, N_LAnd n_HUnder the same conditions as in FIG.
Stipulated. As is apparent from FIGS. 16 and 22, FIG.
If the embodiment shown in FIG. 5 is used, FIG.
Processing of a single lens compared to the first embodiment shown
Shown in Fig. 4 by combining simple lenses.
Inferior to the change in beam diameter of the first embodiment
A polarization free optics is provided. Note that FIG.
As mentioned, the rms opd should not be degraded.
Reduce the rotation φ of each lens about the optical axis
It is preferable to adjust as follows. FIG. 17 shows the pre-deflection light shown in FIG.
Yet another variation of the academic system is shown. In FIG.
The same members as those in the configuration of FIG.
Detailed description is omitted. Table 6 shows the cylinder lens 314
The shape, material and location are shown. Also, as in FIG.
The laser 102 is represented by a light emitting point 102 '. According to FIG. 17, the pre-polarization optics 306
Condensing lenses 110 arranged in order from the side closer to the source 102 ′,
An aperture 112 and a cylinder lens 314 are included. The cylinder lens 314 is, for example, SF12
First cylinder lens made of optical glass such as
And the first syringe formed by PMMA
The second given curvature equal in absolute value to Darrens 350
The cylinder lens 352 and the cylinder lens 352
It is formed in close contact with. Note that each cylinder
Sizes 350 and 352 are formed separately. Also, each
Cylinder lenses 350 and 352 are mutually equal and absolute
Value, the pressure contact force of the leaf spring 354
Therefore, the generatrix of each lens surface is adjusted in parallel
Fixed. On the other hand, near the center of the optical axis of the leaf spring 354,
Aperture for passing laser beam from light spot 102 '
Is formed. FIG. 18 shows the state before the deflection shown in FIG.
A modification of the optical system is shown. According to FIG. 18, the pre-polarization optics 406
Condensing lenses 110 arranged in order from the side closer to the source 102 ′,
An aperture 112 and a cylinder lens 414 are included. The cylinder lens 414 is, for example, SF12
First cylinder lens made of optical glass such as
460 (substantially equivalent to the cylinder lens 350 in FIG. 17)
And the first cylinder formed by PMMA
A second lens system having a curvature equal in absolute value to the lens 460 is provided.
17. The lens 462 (substantially the second cylinder of FIG. 17)
(Equivalent to lens 352) is the resin of n = 1,68325
Glued through adhesive 464. FIG. 19 shows the state before polarization shown in FIG.
First and second cylinder lenses 350 and 3 of optical system 306
Assuming that 52 is integrally displaced, the same as FIG.
Of the beam diameter and the image plane
3 shows the displacement of the arrival position of the laser beam. still,
N indicating the change in refractive index_d, N_LAnd n_HEach
Therefore, it is defined under the same conditions as in FIG. As is apparent from FIGS. 19 and 22, FIG.
When the embodiment shown in FIG. 7 is used, FIG.
Processing of a single lens compared to the first embodiment shown
Shown in Fig. 4 by combining simple lenses.
Inferior to the change in beam diameter of the first embodiment
A polarization free optics is provided. Note that FIG.
In the example, almost the same result is obtained. This place
In the evaluation, the thickness of the second cylinder lens 462
Is the first cylinder lens based on the thickness of the cylinder lens 414.
Calculated as the difference between the thickness of 460 and the thickness of adhesive 464
Is done. FIG. 20 shows the optical scanning device shown in FIG.
An optical scanning device different from the device is shown. An optical scanning device 530 generates a laser beam.
Semiconductor laser 502 (shown by emission point 502 '),
The laser beam emitted from the light emitting point 502 'is
Ram 12 (only the position where the laser beam is imaged is virtually
(Indicated by S) in a direction substantially parallel to an axis (not shown)
That is, a deflection device 504 for deflecting in the main scanning direction, a laser 502
(Light emitting point 502 ′) and the deflection device 504,
The beam diameter of the laser beam directed to the
Light source side (before deflection) optical system 506, deflector 5
Deflection device arranged between the photoconductor drum S (12) and the photoconductor drum S (12)
 The laser beam deflected via 504 is transferred to the photosensitive drum S
Via a plane mirror 520 turned toward the mirror and a deflector 504
Laser beam that is deflected by
How far along the axis (not shown) of the photosensitive drum S
Image-side (after deflection) light that forms an image under almost the same conditions
Includes academic 508. Each element (member)
Is substantially the same as the optical scanning device 30 shown in FIG.
Therefore, detailed description is omitted. The optical scanning device 530 shown in FIG.
If the plane mirror 520 scans the beam near the deflector 504
As shown in FIG. 2, since the area is arranged in a narrow area,
The deflection device 504 and the photosensitive device
The distance from the body drum S (12) can be greatly reduced. Obedience
Thus, a more compact optical scanning device is provided. [0117] [Table 1] Table 1 shows the lens data of the pre-deflection optical system shown in FIG.
Ta. [0118] [Table 2]Table 2 shows a conventional pre-deflection optical system shown in FIG.
Lens data. [0119] [Table 3] Table 3 shows lens data of the post-deflection optical system. [0120] [Table 4] Table 4 shows the x-coordinate of the laser beam as it passes through y = 0.
Data. [0121] [Table 5] Table 5 shows the lens data of the pre-deflection optical system shown in FIG.
Data. [0122] [Table 6] Table 6 shows the lens data of the pre-deflection optical system shown in FIG.
Data. [0123] As described above, the optical scanning of the present invention
According to the device, the first and second fθ lenses cooperate with each other.
Work and act complementarily to reach the photosensitive drum.
Laser beam curvature, fθ characteristics, surface tilt correction characteristics, or
Can improve many characteristics such as linearity
You. Note that the combined focal length of the first and second fθ lenses is
By specifying within a certain range, temperature, humidity, etc.
Plastic whose focal length fluctuates due to changes in the boundary
Post-deflection optics, including lenses, primarily provide distortion or
Plays a role of aberration correction used for correction of curvature of field
Be shared. As described above, the laser beam printer device
Some of the lenses of the optical scanning device used
Plastic that optimizes the change in refractive index with respect to the change in power
By replacing it with cleanse, the device will be lighter
It is downsized. Also, the number of lenses can be reduced.
Thus, the cost is reduced. Further, in order to increase the speed of the deflecting device, the reflecting surface is
Even if the number is increased, the deflection angle can be reduced.
The distance between the deflecting device and the image plane is reduced.
Thus, a compact optical scanning device is provided.

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は、この発明の実施例である光走査装置が
組み込まれる画像形成装置を示す概略断面図。 【図２】図２は、図１に示されている画像形成装置に組
み込まれる光走査装置の一例を示す概略光路展開図。 【図３】図３は、図２に示されている光走査装置の偏向
前光学系の副走査方向のレンズ配置を示す概略光路図。 【図４】図４は、図２に示されている光走査装置が利用
された際の、温度或いは湿度の変化により屈折率が変動
した際の像面（被走査面）の中心部での副走査方向のビ
ーム径を示すグラフ。 【図５】図５は、偏向装置の反射面の内接円半径を１と
正規化した際の偏向装置における反射点位置を示すグラ
フ。 【図６】図６は、第１のｆθレンズのレンズ面の形状、
レンズ面の１次及び２次の微分値を示すグラフ。 【図７】図７は、第１のｆθレンズのレンズ面の３次の
微分値、及び、３次の微分値の許容値を示すグラフ。 【図８】図８は、第２のｆθレンズのレンズ面の形状、
レンズ面の１次及び２次の微分値を示すグラフ。 【図９】図９は、第２のｆθレンズのレンズ面の３次の
微分値、及び、３次の微分値の許容値を示すグラフ。 【図１０】図１０は、レンズ面の１次の微分値とレンズ
を通過されるレーザビームとの関係を示す概略光路図。 【図１１】図１１は、表１に示されている偏向前光学系
と表３に示されている偏向後光学系とが組み合わせられ
ることで得られる、この発明の光走査装置の光学特性を
示すグラフ。 【図１２】図１２は、表１に示されている偏向前光学系
と表３に示されている偏向後光学系とが組み合わせられ
ることで得られる、この発明の光走査装置の光学特性を
示すグラフ。 【図１３】図１３は、図２に示されている光走査装置に
よって迷光が発生される原理を示す概略光路図。 【図１４】図１４は、図２に示されている光走査装置に
よって迷光が発生される位置を示す座標分布図。 【図１５】図１５は、図３に示されている偏向前光学系
の別の実施例を示す光路図。 【図１６】図１６は、図２に示されている光走査装置の
偏向前光学系を図１５に示されている光学系に置き換え
た状態での温度或いは湿度の変化によるシリンダレンズ
の位置ずれと屈折率が変動した際の理論結像面の中心部
での副走査方向のビーム径を示すグラフ。 【図１７】図１７は、図３に示されている偏向前光学系
のさらに別の実施例を示す光路図。 【図１８】図１８は、図１７に示されている偏向前光学
系の変形例を示す光路図。 【図１９】図１９は、図２に示されている光走査装置の
偏向前光学系を図１７に示されている光学系に置き換え
た状態での温度或いは湿度の変化により屈折率が変動し
た際の理論結像面の中心部での副走査方向のビーム径を
示すグラフ。 【図２０】図２０は、図２に示されている光走査装置の
別の実施例を示す概略光路展開図。 【図２１】図２１は、従来から利用されている偏向前光
学系を図３と同様の方法で示した概略光路図。 【図２２】図２２は、図２１に示されている従来の光走
査装置が利用された際の、温度或いは湿度の変化による
シリンダレンズの位置ずれと屈折率が変動した際の理論
結像面の中心部での副走査方向のビーム径を示すグラ
フ。 【符号の説明】 ２…プリンタ装置、10…プロセスユニット、12…感光体
ドラム、14…帯電装置、16…現像装置、18…クリーニン
グ装置、20…除電ランプ、30…露光装置、50…プリンタ
本体、52ａ，52ｂ…カセット、54ａ，54ｂ…給紙ロー
ラ、56ａ，56ｂ…搬送ローラ、58ａ，58ｂ，58ｃ…用紙
ガイド、60…アライニングローラ、62…転写前ローラ、
64…転写装置、66…定着装置、68…排出装置、70…制御
部、 102…半導体レーザ、 102´…発光点、 104…偏向
装置、 106…偏向前光学系、 108…偏光後光学系、 110
…有限レンズ、 112…絞り、 114…シリンダレンズ、 1
16…第１のｆθレンズ、 118…第２のｆθレンズ、 120
…水平同期検出器、 122， 124…遮光部材、 206…偏向
前光学系、 214…シリンダレンズ、 240…ガラスシリン
ダレンズ、 242…ＰＭＭＡシリンダレンズ、 306…偏向
前光学系、 314…シリンダレンズ、 350…ガラスシリン
ダレンズ、 352…ＰＭＭＡシリンダレンズ、 354…板ば
ね、 406…偏向前光学系、 414…シリンダレンズ、 460
…ガラスシリンダレンズ、 462…ＰＭＭＡシリンダレン
ズ、 464…樹脂接着剤、 502´…発光点、 504…偏向装
置、 506…偏向前光学系、 508…偏光後光学系、 510…
有限レンズ、 512…絞り、 514…シリンダレンズ、 516
…第１のｆθレンズ、 518…第２のｆθレンズ、 520…
平面鏡、 530…光走査装置。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing an image forming apparatus in which an optical scanning device according to an embodiment of the present invention is incorporated. FIG. 2 is a schematic optical path development diagram showing an example of an optical scanning device incorporated in the image forming apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a schematic optical path diagram showing a lens arrangement in a sub-scanning direction of a pre-deflection optical system of the optical scanning device shown in FIG. 2; FIG. 4 is a view showing a state where the refractive index fluctuates due to a change in temperature or humidity when the optical scanning apparatus shown in FIG. 2 is used; 7 is a graph showing a beam diameter in the sub-scanning direction. FIG. 5 is a graph showing the positions of reflection points in the deflection device when the radius of the inscribed circle of the reflection surface of the deflection device is normalized to 1; FIG. 6 is a diagram showing a shape of a lens surface of a first fθ lens,
7 is a graph showing first and second order differential values of a lens surface. FIG. 7 is a graph showing a third order differential value of the lens surface of the first fθ lens and an allowable value of the third order differential value. FIG. 8 is a diagram showing the shape of a lens surface of a second fθ lens,
7 is a graph showing first and second order differential values of a lens surface. FIG. 9 is a graph showing a third order differential value of the lens surface of the second fθ lens and an allowable value of the third order differential value. FIG. 10 is a schematic optical path diagram showing a relationship between a primary differential value of a lens surface and a laser beam passing through the lens. FIG. 11 shows the optical characteristics of the optical scanning device of the present invention obtained by combining the pre-deflection optical system shown in Table 1 and the post-deflection optical system shown in Table 3. The graph shown. FIG. 12 shows the optical characteristics of the optical scanning device of the present invention obtained by combining the pre-deflection optical system shown in Table 1 and the post-deflection optical system shown in Table 3. The graph shown. FIG. 13 is a schematic optical path diagram showing a principle of generating stray light by the optical scanning device shown in FIG. 2; FIG. 14 is a coordinate distribution diagram showing a position where stray light is generated by the optical scanning device shown in FIG. 2; FIG. 15 is an optical path diagram showing another embodiment of the pre-deflection optical system shown in FIG. 3; FIG. 16 is a view showing a displacement of a cylinder lens due to a change in temperature or humidity in a state where the pre-deflection optical system of the optical scanning device shown in FIG. 2 is replaced with the optical system shown in FIG. 7 is a graph showing the beam diameter in the sub-scanning direction at the center of the theoretical imaging plane when the refractive index fluctuates. FIG. 17 is an optical path diagram showing still another embodiment of the pre-deflection optical system shown in FIG. 3; 18 is an optical path diagram showing a modification of the pre-deflection optical system shown in FIG. 19 is a diagram showing the refractive index fluctuated due to a change in temperature or humidity in a state where the pre-deflection optical system of the optical scanning device shown in FIG. 2 is replaced with the optical system shown in FIG. 17; 7 is a graph showing the beam diameter in the sub-scanning direction at the center of the theoretical imaging plane at the time. FIG. 20 is a schematic optical path development diagram showing another embodiment of the optical scanning device shown in FIG. 2; FIG. 21 is a schematic optical path diagram showing a pre-deflection optical system conventionally used in the same manner as in FIG. 3; FIG. 22 is a diagram showing a theoretical image formation surface when the conventional optical scanning device shown in FIG. 21 is used and a displacement of a cylinder lens due to a change in temperature or humidity and a change in a refractive index occur. 5 is a graph showing the beam diameter in the sub-scanning direction at the center of FIG. [Description of Signs] 2 ... Printer device, 10 ... Process unit, 12 ... Photoconductor drum, 14 ... Charging device, 16 ... Developing device, 18 ... Cleaning device, 20 ... Electrification removing lamp, 30 ... Exposure device, 50 ... Printer main body , 52a, 52b cassette, 54a, 54b paper feed roller, 56a, 56b transport roller, 58a, 58b, 58c paper guide, 60 aligning roller, 62 pre-transfer roller,
64: transfer device, 66: fixing device, 68: ejection device, 70: control unit, 102: semiconductor laser, 102 ': light emitting point, 104: deflection device, 106: optical system before deflection, 108: optical system after polarization, 110
… Finite lens, 112… aperture, 114… cylinder lens, 1
16: first fθ lens, 118: second fθ lens, 120
… Horizontal synchronization detector, 122, 124… Light shielding member, 206… Pre-deflection optical system, 214… Cylinder lens, 240… Glass cylinder lens, 242… PMMA cylinder lens, 306… Pre-deflection optical system, 314… Cylinder lens, 350 ... glass cylinder lens, 352 ... PMMA cylinder lens, 354 ... leaf spring, 406 ... pre-deflection optical system, 414 ... cylinder lens, 460
... glass cylinder lens, 462 ... PMMA cylinder lens, 464 ... resin adhesive, 502 '... light emitting point, 504 ... deflection device, 506 ... pre-deflection optical system, 508 ... post-polarization optical system, 510 ...
Finite lens, 512 ... Aperture, 514 ... Cylinder lens, 516
… First fθ lens, 518… second fθ lens, 520…
Flat mirror, 530 ... optical scanning device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 13/08 Ｇ０２Ｂ 13/18 13/18 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ Ｈ０４Ｎ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 13/00 - 13/26 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI G02B 13/08 G02B 13/18 13/18 B41J 3/00 D H04N 1/113 H04N 1/04 104A (58) Int.Cl. ⁷ , DB name) G02B 26/10 G02B 13/00-13/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】光を発生する光源と、 上記光源からの光を被走査面に向かって偏向する偏向手
段と、 この偏向手段と上記光源との間に配置され、上記光源か
らの光の断面形状を所定の形状に変換する偏向前光学手
段と、 上記偏向手段と上記被走査面との間に配置され、少なく
とも２枚のプラスチックレンズである第１のレンズと第
２のレンズを含み、ｚがレンズ面光軸とレンズ面の交点
を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレンズ面の対称
面をｚｙ平面で形成される軸を示し、 ｚ＝ｇ_ｉ（ｙ）; ｉは面を表す定数、 によって、それぞれのレンズの入射面及び出射面の母線
が規定されるとき、前記第１のレンズにおける入射面と
出射面の上記ｚの上記ｙに対する１次及び２次の微分値
の大小関係が光軸以外の位置でもいれ変わるとともに、
前記第１のレンズと、前記第２のレンズの同一の光が通
過されるそれぞれの前記ｙ位置での前記第２のレンズに
おける入射面と出射面の上記ｚに対する１次及び２次の
微分値の大小関係が、前記第１のレンズにおける入射面
と出射面の上記ｚの上記ｙに対する１次及び２次の微分
値の大小関係と概ね逆の関係になるよう規定され、上記
偏向手段を介して偏向された光を上記被走査面近傍に結
像させる偏向後光学手段と、を、有する光走査装置。(57) [Claim 1] A light source for generating light, deflecting means for deflecting light from the light source toward a surface to be scanned, and a light source disposed between the deflecting means and the light source. A pre-deflection optical unit that converts a cross-sectional shape of light from the light source into a predetermined shape; and a first lens that is disposed between the deflection unit and the surface to be scanned, and is at least two plastic lenses. Where z is the axis of the lens surface optical axis with the intersection of the lens surface optical axis and the lens surface as the origin, y is the axis formed by the symmetric plane of the lens surface, and z = g _i (y); where i is a constant representing a surface, and when the generatrix of the entrance surface and the exit surface of each lens is defined by: The magnitude relationship between the second and second derivative values is at a position other than the optical axis Along with the change put,
First- and second-order differential values of the entrance surface and the exit surface of the first lens and the second lens with respect to the z at the respective y positions through which the same light of the second lens passes. Is defined so as to be substantially opposite to the magnitude relationship between the first and second derivative values of z with respect to the y of the entrance surface and the exit surface of the first lens. And a post-deflection optical means for forming an image of the deflected light near the surface to be scanned.