JP5256659B2

JP5256659B2 - Optical scanning device

Info

Publication number: JP5256659B2
Application number: JP2007203572A
Authority: JP
Inventors: 義弘稲垣
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: JP2009037170A

Description

本発明は、光走査装置、特に、画像データに基づいて変調された複数の光束を単一の偏向器を用いて複数の被走査面上を走査する光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device, and more particularly to an optical scanning device that scans a plurality of scanned surfaces using a single deflector with a plurality of light beams modulated based on image data.

近年、フルカラーの複写機やプリンタなどの画像形成装置にあっては、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応して四つの感光体を並置し、各感光体上に形成された各色の画像を中間転写ベルトに転写して合成するタンデム方式が主流となっている。そして、この種のタンデム方式の画像形成装置には、例えば、各感光体上に単一の偏向器（ポリゴンミラー）を用いて４本の光束を同時に走査して画像を描画する光走査装置が搭載されている。 In recent years, in an image forming apparatus such as a full-color copying machine or printer, four photoconductors are juxtaposed corresponding to each color of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black). The tandem method in which images of the respective colors formed on the respective photoconductors are transferred to an intermediate transfer belt and synthesized is the mainstream. In this type of tandem image forming apparatus, for example, there is an optical scanning device that draws an image by simultaneously scanning four light beams using a single deflector (polygon mirror) on each photoconductor. It is installed.

この種の光走査装置としては、特許文献１に、偏向器の同一反射面に四つの光束を入射させ、偏向後に四つの光束が透過する共通のレンズと、ミラーによって光路を分離した後に四つの光束のそれぞれが透過する個別のレンズを設けることによって、４色に対応した感光体のそれぞれに光束を同時に照射し、カラー画像を高速に印字する技術が提案されている。 As this type of optical scanning device, in Patent Document 1, four light beams are incident on the same reflecting surface of a deflector, and four optical beams are transmitted after being deflected. There has been proposed a technique for printing a color image at a high speed by providing individual lenses through which each of the light beams passes to simultaneously irradiate each of the photoconductors corresponding to the four colors with the light beams.

しかしながら、前記光走査装置では、四つの光束を偏向器上で副走査方向に同じ高さに集光させると、それぞれの光束の光路を偏向器の前で合成して偏向器での偏向後に再び分離する場所で互いの光路を分離しておくことが必要になるため、偏向器に入射する光束の副走査方向の傾き（以下、副走査方向入射角と称する）が大きくなり、偏向器の面倒れによるジッタや偏向器の軸面間距離誤差に伴うピッチむらが発生し、画質が悪化するという問題点を有していた。 However, in the optical scanning device, when the four light beams are condensed at the same height in the sub-scanning direction on the deflector, the optical paths of the respective light beams are combined in front of the deflector and again after being deflected by the deflector. Since it is necessary to separate the optical paths from each other at the separation location, the inclination of the light beam incident on the deflector in the sub-scanning direction (hereinafter referred to as the incident angle in the sub-scanning direction) increases, and the deflector is troublesome. There is a problem in that the image quality deteriorates due to jitter caused by this and uneven pitch due to the error in the distance between the axial surfaces of the deflectors.

一方、偏向器に入射する四つの光束を互いに平行に設定すれば、偏向器の面倒れによるジッタや偏向器の軸面間距離誤差に伴うピッチむらは発生しないが、偏向器を大型化することが必要となり、コストアップを招来する問題点を有していた。また、四つの光束を偏向器上で副走査方向に同じ高さに集光させつつ、偏向器での偏向後の各光路の分離を容易にする目的で、副走査方向入射角を不等間隔にして、最上位と最下位の光束のうち、偏向器に近い側で光路を分離する光束について、隣接する光束との角度差を大きくした場合、前記個別のレンズをそれぞれ最適化すると、レンズ製作用の金型の種類を増やさざるを得ず、初期投資が増大するという問題点を生じ、金型の種類を減らすとレンズを個別最適化した場合に比べて走査線湾曲や結像性能が低下し、画質が悪化するという問題点を生じていた。
特開２００４−７０１９０号公報 On the other hand, if the four light beams incident on the deflector are set parallel to each other, jitter due to tilting of the deflector and uneven pitch due to the distance error between the axial surfaces of the deflector will not occur, but the deflector must be enlarged. Is necessary and has a problem incurring cost increase. Also, in order to facilitate separation of each optical path after deflection by the deflector while concentrating the four light beams on the deflector at the same height in the sub-scan direction, the incident angles in the sub-scan direction are set at unequal intervals. If the angle difference between the light flux separating the optical path on the side closer to the deflector and the light flux adjacent to the deflector is increased, the lens is manufactured by optimizing each individual lens. As a result, there is a problem that the number of molds for use must be increased and the initial investment increases, and if the number of molds is decreased, the scanning line curvature and imaging performance are degraded compared to the case of individually optimizing the lens. However, the image quality deteriorates.
JP 2004-70190 A

そこで、本発明の目的は、レンズなどの光学素子の配置の自由度を増し、小型で安価な、かつ、性能の良好な光走査装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical scanning device that increases the degree of freedom of arrangement of optical elements such as lenses, is small and inexpensive, and has good performance.

以上の目的を達成するため、本発明に係る光走査装置は、
四つの光源と、
前記四つの光源からそれぞれ放射された光束を同一面で同時に反射する反射面を有する偏向器と、
前記偏向器によって偏向された四つの光束のうち二つの光束を反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束のうち一つの光束を反射する第２のミラーと、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうち一つの光束を反射する第３のミラーと、
前記第１のミラーで反射され前記第２のミラーで反射された光束が透過する第１のレンズと、
前記第１のミラーで反射され前記第２のミラーで反射されない光束が透過する第２のレンズと、
前記第１のミラーで反射されず前記第３のミラーで反射された光束が透過する第３のレンズと、
前記第１のミラーで反射されず前記第３のミラーで反射されない光束が透過する第４のレンズと、
を備え、
前記偏向器は、一つの軸を中心に回転し、その反射面は平面でかつ該回転中心軸と平行であり、
前記第１のミラーで反射される二つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度が０°ではなく互いに異なっており、かつ、該角度が前記垂直な平面に対して上向き又は下向きのいずれか一方であり、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうちの一つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が前記第１のミラーで反射される二つの光束のうち前記角度の絶対値が大きい光束の角度と等しく、かつ、該角度が前記垂直な平面に対してそれぞれ逆向きであり、偏向器の反射面近傍で主光線が交差し、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうちの他の一つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が前記第１のミラーで反射される二つの光束のうち前記角度の絶対値が小さい光束の角度と等しく、かつ、該角度が前記垂直な平面に対してそれぞれ逆向きであり、偏向器によって偏向される前に主光線が交差し、
前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が大きい光束と小さい光束は、偏向器に入射する主走査方向の角度が互いに異なること、
を特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical scanning device according to the present invention includes:
With four light sources,
A deflector having a reflecting surface for simultaneously reflecting the light beams emitted from the four light sources on the same surface;
A first mirror that reflects two of the four light beams deflected by the deflector;
A second mirror that reflects one of the two light beams reflected by the first mirror;
A third mirror for reflecting one of the two light beams not reflected by the first mirror;
A first lens through which the light beam reflected by the first mirror and reflected by the second mirror is transmitted;
A second lens that transmits a light beam reflected by the first mirror but not reflected by the second mirror;
A third lens that transmits the light beam reflected by the third mirror without being reflected by the first mirror;
A fourth lens through which a light beam not reflected by the first mirror but not reflected by the third mirror passes;
With
The deflector rotates around one axis, and its reflecting surface is flat and parallel to the rotation center axis.
The two light beams reflected by the first mirror are different from each other in an angle formed with a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector, and the angles are different from each other. Either upward or downward relative to the plane,
The absolute value of the angle formed by one of the two light beams not reflected by the first mirror and the plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector is reflected by the first mirror. Among the two light beams, the absolute value of the angle is equal to the angle of the large light beam, and the angles are respectively opposite to the vertical plane, and the chief rays intersect in the vicinity of the reflecting surface of the deflector,
The other one of the two light beams not reflected by the first mirror reflects the absolute value of the angle formed by a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector by the first mirror. Of the two luminous fluxes, the absolute value of the angle is equal to that of the small luminous flux, and the angles are opposite to each other with respect to the vertical plane, and the chief rays intersect before being deflected by the deflector And
A light beam having a large absolute value and a light beam having a small absolute value of an angle formed with a plane perpendicular to the rotation center axis when incident on the deflector have different angles in the main scanning direction incident on the deflector;
It is characterized by.

即ち、本発明に係る光走査装置においては、四つの光束のうち、副走査方向入射角の大きい二つの光束を偏向器の反射面近傍で交差するようにし、副走査方向入射角の小さい二つの光束を偏向器の前で交差するようにし、前者と後者とで副走査方向入射角を変え、さらに、第１のミラーで前者の一つの光束と後者の一つの光束を反射するようにしたため、第１のミラーによる光路分離の際の余裕を大きく設定することができる。それゆえ、副走査方向入射角を等間隔にした場合に比べて、四つの光束の副走査方向入射角の最大値を小さめに設定しても十分な光路分離マージンを確保することができ、副走査方向入射角に起因するジッタやピッチむらを小さく抑えることが可能になる。また、副走査方向入射角の絶対値は２種類であるので、四つの光路のそれぞれに配置される個別レンズも２種類で済み、副走査方向入射角を不等間隔にして四つの個別レンズをそれぞれ最適化した場合に比較してレンズ製作用金型の種類を少なくでき、コストダウンを図ることができる。 That is, in the optical scanning device according to the present invention, of the four light beams, two light beams having a large sub-scanning direction incident angle intersect each other in the vicinity of the reflecting surface of the deflector, and two light beams having a small sub-scanning direction incident angle are intersected. Since the light beams intersect in front of the deflector, the incident angle in the sub-scanning direction is changed between the former and the latter, and further, the first mirror and the latter one are reflected by the first mirror. A large margin can be set for the optical path separation by the first mirror. Therefore, a sufficient optical path separation margin can be secured even if the maximum value of the sub-scanning direction incident angles of the four light beams is set smaller than when the sub-scanning direction incident angles are equally spaced. Jitter and pitch unevenness due to the incident angle in the scanning direction can be reduced. In addition, since the absolute values of the incident angles in the sub-scanning direction are two types, only two types of individual lenses are required for each of the four optical paths, and the four individual lenses are arranged at unequal intervals in the sub-scanning direction. Compared to the case where each is optimized, the types of lens working molds can be reduced, and the cost can be reduced.

以下、本発明に係る光走査装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of an optical scanning device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１実施例、図１〜図８参照）
本発明に係る光走査装置の第１実施例について、図１に立体配置関係を示し、図２にポリゴンミラー４から各感光体ドラム１１ａ〜１１ｄまでの副走査方向断面の光路を示す。 (Refer 1st Example and FIGS. 1-8)
As for the first embodiment of the optical scanning apparatus according to the present invention, FIG. 1 shows a three-dimensional arrangement relationship, and FIG. 2 shows an optical path in the sub-scanning direction from the polygon mirror 4 to each of the photosensitive drums 11a to 11d.

この光走査装置は、タンデム方式の電子写真法による画像形成装置の露光ユニットとして構成され、四つの感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上にそれぞれの色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像を形成するように構成されている。なお、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に形成された４色の画像（静電潜像）はトナーにて現像された後、図示しない中間転写ベルト上に１次転写／合成され、記録材上に２次転写される。この種の画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。 This optical scanning device is configured as an exposure unit of an image forming apparatus based on tandem electrophotography, and forms images of respective colors (yellow, magenta, cyan, black) on four photosensitive drums 11a to 11d. It is configured as follows. The four-color images (electrostatic latent images) formed on the photoconductive drums 11a to 11d are developed with toner, and then primary-transferred / combined on an intermediate transfer belt (not shown), on the recording material. Secondary transferred. This type of image forming process is well known and will not be described.

この光走査装置において、光源部は四つのレーザダイオード１ａ〜１ｄ、コリメータレンズ２ａ〜２ｄにて構成されている。各レーザダイオード１ａ〜１ｄから放射された光束（拡散光）はコリメータレンズ２ａ〜２ｄにより平行光とされ、自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂによって副走査方向Ｚのみに収束されるように反射された後、ポリゴンミラー４の同一の反射面上に入射する。ポリゴンミラー４は中心軸４ａを中心に図示しないモータによって回転駆動され、６面で構成された反射面は中心軸４ａと平行である。 In this optical scanning device, the light source section is composed of four laser diodes 1a to 1d and collimator lenses 2a to 2d. After the light beams (diffused light) emitted from the laser diodes 1a to 1d are collimated by the collimator lenses 2a to 2d and reflected so as to be converged only in the sub-scanning direction Z by the free-form surface mirror arrays 3a and 3b. The light enters the same reflecting surface of the polygon mirror 4. The polygon mirror 4 is driven to rotate about a central axis 4a by a motor (not shown), and a reflecting surface composed of six surfaces is parallel to the central axis 4a.

ポリゴンミラー４から光束の進行方向に関しては、第１のレンズ５、第１のミラー６、第２及び第３のミラー７ａ，７ｂ、第２〜第５のレンズ８ａ〜８ｄ、第４〜第７のミラー９ａ〜９ｄ、防塵用のウインドウガラス１０ａ〜１０ｄが配置されている。 Regarding the traveling direction of the light beam from the polygon mirror 4, the first lens 5, the first mirror 6, the second and third mirrors 7a and 7b, the second to fifth lenses 8a to 8d, and the fourth to seventh. Mirrors 9a to 9d and window glasses 10a to 10d for dust prevention are arranged.

ポリゴンミラー４の同一反射面で同時に偏向された四つの光束は、それぞれ、第１のレンズ５によって屈折された後、第１のミラー６によって光束Ｂａ，Ｂｂと光束Ｂｃ，Ｂｄに分離される。光束Ｂａ，Ｂｂは第１のミラー６によって折り返され、光束Ｂａは第２のミラー７ａによって折り返され、光束Ｂａ，Ｂｂに分離される。第１のミラー６によって折り返されなかった光束Ｂｃ，Ｂｄのうち光束Ｂｄは第３のミラー７ｂによって折り返され、光束Ｂｃ，Ｂｄに分離される。 The four light beams deflected simultaneously by the same reflecting surface of the polygon mirror 4 are refracted by the first lens 5 and then separated by the first mirror 6 into light beams Ba and Bb and light beams Bc and Bd. The light beams Ba and Bb are folded back by the first mirror 6, and the light beam Ba is folded by the second mirror 7a and separated into the light beams Ba and Bb. Of the light beams Bc and Bd that have not been folded by the first mirror 6, the light beam Bd is folded by the third mirror 7b and separated into the light beams Bc and Bd.

その後、各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄは各光路に個別に配置された第２〜第５のレンズ８ａ〜８ｄを透過するとともに、第４〜第７のミラー９ａ〜９ｄで折り返され、ウインドウガラス１０ａ〜１０ｄを介して感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に結像し、主走査方向Ｙに走査される。 Thereafter, the light beams Ba, Bb, Bc, and Bd are transmitted through the second to fifth lenses 8a to 8d that are individually arranged in the respective optical paths, and are folded back by the fourth to seventh mirrors 9a to 9d. Images are formed on the photosensitive drums 11a to 11d through the glasses 10a to 10d, and scanned in the main scanning direction Y.

なお、各符号の添え字ａ〜ｄは、レーザダイオード１ａ〜１ｄ及びコリメータレンズ２ａ〜２ｄに付けたものと個別レンズ８ａ〜８ｄ以降に付けたものを対応させているため、光源側と感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ側ではａとｂの並びが入れ替わっている。 Note that the subscripts a to d of the respective symbols correspond to those attached to the laser diodes 1a to 1d and the collimator lenses 2a to 2d and those attached to the individual lenses 8a to 8d and thereafter, so that the light source side and the photoconductor The arrangement of a and b is switched on the drums 11a to 11d side.

図３はポリゴンミラー４から第１のミラー６までの光路を拡大して各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの主光線のみを示している。各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄは、ポリゴンミラー４の反射面近傍で副走査方向Ｚのみに集光している。その集光位置（副走査方向Ｚの高さ）では光束Ｂａ，Ｂｄがほぼ同じ高さであり、光束Ｂｂは若干高く、光束Ｂｃは若干低い。高さがほぼ一致する光束Ｂａ，Ｂｄでは副走査方向入射角が逆向きになっている。光束Ｂｂ，Ｂｃでも副走査方向入射角が逆向きになっている。また、主光線に着目すると、回転中心軸４ａに垂直な平面に対して、光束Ｂａ，Ｂｄは２．２°、光束Ｂｂ，Ｂｃは１．４°とされている。 FIG. 3 shows only the principal rays of the light beams Ba, Bb, Bc, and Bd by enlarging the optical path from the polygon mirror 4 to the first mirror 6. Each light beam Ba, Bb, Bc, Bd is condensed only in the sub-scanning direction Z in the vicinity of the reflection surface of the polygon mirror 4. At the condensing position (height in the sub-scanning direction Z), the light beams Ba and Bd are substantially the same height, the light beam Bb is slightly high, and the light beam Bc is slightly low. In the light beams Ba and Bd having substantially the same height, the incident angles in the sub-scanning direction are reversed. Even in the light beams Bb and Bc, the incident angle in the sub-scanning direction is reversed. Focusing on the principal ray, the light beams Ba and Bd are 2.2 ° and the light beams Bb and Bc are 1.4 ° with respect to a plane perpendicular to the rotation center axis 4a.

図４は本第１実施例における副走査方向Ｚの光路で、自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂからポリゴンミラー４までを示している。自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂは反射面が自由曲面をなし、反射する各光束ごとに異なる形状となっている。 FIG. 4 shows the optical path in the sub-scanning direction Z in the first embodiment, from the free-form surface mirror arrays 3a and 3b to the polygon mirror 4. In the free-form surface mirror arrays 3a and 3b, the reflecting surface is a free-form surface, and has a different shape for each reflected light beam.

図５はポリゴンミラー４の反射面近傍を拡大して各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの主光線のみを示している。 FIG. 5 shows only the principal rays of the light beams Ba, Bb, Bc, and Bd by enlarging the vicinity of the reflecting surface of the polygon mirror 4.

図６は本第１実施例における主走査方向Ｙの光路で、光源から第１ミラー６までを示している。自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂは主走査方向Ｙにおいて離れて配置されている。 FIG. 6 shows an optical path in the main scanning direction Y in the first embodiment, from the light source to the first mirror 6. The free-form mirror arrays 3a and 3b are arranged apart from each other in the main scanning direction Y.

図４及び図５に示されている副走査方向Ｚの断面は、自由曲面ミラー３ｂで反射される光束Ｂｂ，Ｂｃの主光線を含む平面に、他の光束Ｂａ，Ｂｄの主光線を射影して示したものである。図４では自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂの四つの反射面のうち上側の光束Ｂｃ，Ｂｄと下側の光束Ｂａ，Ｂｂが近接して余裕がないように描かれているが、実際には図６に示すように、主走査方向Ｙにおいて離れて配置されているので問題はない。 The cross section in the sub-scanning direction Z shown in FIGS. 4 and 5 projects the principal rays of the other light beams Ba and Bd onto a plane including the principal rays of the light beams Bb and Bc reflected by the free-form surface mirror 3b. It is shown. In FIG. 4, among the four reflecting surfaces of the free-form mirror arrays 3a and 3b, the upper light beams Bc and Bd and the lower light beams Ba and Bb are drawn so as not to have a margin. As shown in FIG. 6, there is no problem because they are arranged apart in the main scanning direction Y.

また、図５に示しているように、副走査方向入射角が小さい二つの光束Ｂｂ，Ｂｃはポリゴンミラー４への入射前に副走査方向Ｚにおいて交差している。また、図３及び図５に示しているように、副走査方向入射角が大きい二つの光束Ｂａ，Ｂｄはポリゴンミラー４の反射面近傍で副走査方向Ｚにおいて交差している。 As shown in FIG. 5, the two light beams Bb and Bc having a small incident angle in the sub scanning direction intersect in the sub scanning direction Z before entering the polygon mirror 4. As shown in FIGS. 3 and 5, the two light beams Ba and Bd having a large incident angle in the sub-scanning direction intersect in the sub-scanning direction Z in the vicinity of the reflection surface of the polygon mirror 4.

このように構成したことで、第１のミラー６上では上側の二つの光束Ｂａ，Ｂｂと下側の二つの光束Ｂｃ，Ｂｄとの間隔が若干開いている。第１のミラー６上では上側の二つの光束のみを反射しなければならないので、上側の光束Ｂａ，Ｂｂと下側の光束Ｂｃ，Ｂｄの間が開いていることが好都合である。 With this configuration, on the first mirror 6, the distance between the upper two light beams Ba and Bb and the lower two light beams Bc and Bd is slightly increased. Since only the upper two light beams must be reflected on the first mirror 6, it is convenient that the upper light beams Ba and Bb and the lower light beams Bc and Bd are open.

仮に、ポリゴンミラー４上で四つの光束を同じ高さに集光させたとすると、副走査方向入射角を同じにすれば、第１のミラー６での分離余裕が小さくなってしまう。逆に、分離余裕を同じだけ設定しようとすると、副走査方向入射角を大きくせざるを得ない。副走査方向入射角が大きくなると、ポリゴンミラー４の軸面間距離誤差によるピッチむらと面倒れによるジッタとが大きくなり、画質が低下することは従来から知られている。 Assuming that four light beams are condensed at the same height on the polygon mirror 4, if the incident angles in the sub-scanning direction are the same, the separation margin at the first mirror 6 becomes small. Conversely, if the same separation margin is to be set, the incident angle in the sub-scanning direction must be increased. It has been conventionally known that when the incident angle in the sub-scanning direction increases, the pitch unevenness due to the distance error between the axes of the polygon mirror 4 and the jitter due to the surface tilt increase, and the image quality deteriorates.

なお、ポリゴンミラー４の面倒れによるジッタは、副走査方向入射角が大きいほど大きく、また、ポリゴンミラー４の反射面への入射光と反射光との角度差が大きいほど大きくなる。本第１実施例においては、副走査方向入射角の大きい光束Ｂａ，Ｂｄに対応する自由曲面ミラー３ａを、自由曲面ミラー３ｂよりも第１のレンズ５に近い側に配置することによって、ポリゴンミラー４への入射光と反射光との角度差を小さめにして、トータルでポリゴンミラー４の面倒れによるジッタを小さくするようにしている。 Note that the jitter due to surface tilt of the polygon mirror 4 increases as the incident angle in the sub-scanning direction increases, and increases as the angle difference between the incident light on the reflecting surface of the polygon mirror 4 and the reflected light increases. In the first embodiment, the polygonal mirror is formed by arranging the free-form curved mirror 3a corresponding to the light beams Ba and Bd having a large incident angle in the sub-scanning direction closer to the first lens 5 than the free-form curved mirror 3b. The angle difference between the incident light on 4 and the reflected light is made smaller so that the jitter due to the surface tilt of the polygon mirror 4 is reduced in total.

また、四つの光束全てをポリゴンミラー４の前段で副走査方向Ｚに交差するように構成した場合、副走査方向入射角の大きい光束Ｂａ，Ｂｄは小さい光束Ｂｂ，Ｂｃよりもポリゴンミラー４上での副走査方向Ｚの差が増大してしまい、ポリゴンミラー４を厚くすることが必要となり、コストアップを招来する。ポリゴンミラー４の厚みをなるべく薄くするためには、前述のように、ポリゴンミラー４の反射面近傍で副走査方向Ｚに集光する位置では、副走査方向入射角の大きい二つの光束Ｂａ，Ｂｄの副走査方向Ｚの高さがほぼ一致するように構成することが望ましい。 Further, when all four light beams are configured to intersect the sub-scanning direction Z in the preceding stage of the polygon mirror 4, the light beams Ba and Bd having a large incident angle in the sub-scanning direction on the polygon mirror 4 than the small light beams Bb and Bc. The difference in the sub-scanning direction Z increases, and it is necessary to make the polygon mirror 4 thick, resulting in an increase in cost. In order to reduce the thickness of the polygon mirror 4 as much as possible, as described above, two light beams Ba and Bd having a large incident angle in the sub-scanning direction are arranged near the reflection surface of the polygon mirror 4 in the sub-scanning direction Z. It is desirable that the height in the sub-scanning direction Z be substantially the same.

以上説明した第１実施例において、以下に示す表１〜表４に各光路を構成するそれぞれの光学素子のコンストラクションデータを示す。自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂのそれぞれの座標を参照すると、副走査方向Ｚの座標値が０．３又は−０．３あるいは０となっており、これはそれぞれの反射面による焦線の副走査方向Ｚの高さを示している。 In the first embodiment described above, the construction data of each optical element constituting each optical path is shown in Tables 1 to 4 shown below. Referring to the respective coordinates of the free-form surface mirror arrays 3a and 3b, the coordinate value in the sub-scanning direction Z is 0.3, −0.3, or 0, which is the focal line sub-scanning by the respective reflecting surfaces. The height in the direction Z is shown.

各コリメータレンズ２ａ〜２ｄを透過した後の光路は水平であり、自由曲面ミラーアレイ３ａ，３ｂの各反射面の高さも各コリメータレンズ２ａ〜２ｄの高さと等しくなっている。 The optical path after passing through each of the collimator lenses 2a to 2d is horizontal, and the height of each reflecting surface of the free-form surface mirror arrays 3a and 3b is also equal to the height of each collimator lens 2a to 2d.

また、表５に第１のレンズ５の入射面の自由曲面係数データを示し、表６に第１のレンズ５の射出面の自由曲面係数データを示す。さらに、表７に第２及び第５のレンズ８ａ，８ｄの射出面の自由曲面係数データを示し、表８に第３及び第４のレンズ８ｂ，８ｃの射出面の自由曲面係数データを示す。これらの表中において、Ｅ−ｎは×１０^-nである。 Table 5 shows free-form surface coefficient data of the entrance surface of the first lens 5, and Table 6 shows free-form surface coefficient data of the exit surface of the first lens 5. Further, Table 7 shows free-form surface coefficient data of the exit surfaces of the second and fifth lenses 8a and 8d, and Table 8 shows free-form surface coefficient data of the exit surfaces of the third and fourth lenses 8b and 8c. In these tables, ^En is ^x10 -n.

第１のレンズ５は入射面、射出面ともに自由曲面であり、その他のレンズは入射面が平面で射出面が自由曲面である。これらの自由曲面は式（１）に示す自由曲面式にて算出される。また、各表で表記のない係数は０である。 The first lens 5 has a free-form surface for both the incident surface and the exit surface, and the other lenses have a flat entrance surface and a free-form surface for the exit surface. These free-form surfaces are calculated by the free-form surface equation shown in Equation (1). In addition, a coefficient not described in each table is 0.

ところで、ポリゴンミラー４の後段に配置された第１のレンズ５、第２〜第５のレンズ８ａ〜８ｄは、いずれも樹脂製で、使用波長における屈折率は１．５７２である。ウインドウガラス１０ａ〜１０ｄの使用波長における屈折率は１．５１１である。 By the way, the first lens 5 and the second to fifth lenses 8a to 8d arranged at the subsequent stage of the polygon mirror 4 are all made of resin, and the refractive index at the used wavelength is 1.572. The refractive index at the used wavelength of the window glasses 10a to 10d is 1.511.

第１のレンズ５は副走査方向Ｚについて０次項しか使用しておらず、副走査方向Ｚについて平坦な形状である。第１のミラー６によって上側の光束Ｂａ，Ｂｂが反射された後、光束Ｂａ，Ｂｂと光束Ｂｃ，Ｂｄは光学的には等価になる。 The first lens 5 uses only the 0th-order term in the sub-scanning direction Z, and has a flat shape in the sub-scanning direction Z. After the upper light beams Ba and Bb are reflected by the first mirror 6, the light beams Ba and Bb and the light beams Bc and Bd are optically equivalent.

第２〜第５のレンズ８ａ〜８ｄの自由曲面では、Ｚは０次と１次と２次が使用されている。Ｚ１次の項を使用することで、副走査方向入射角によって発生する走査線湾曲と波面のねじれを補正している。副走査方向入射角が異なる場合には、それらの収差の発生量が異なるため、異なるレンズを使用することが必要になる。 In the free-form surfaces of the second to fifth lenses 8a to 8d, zero-order, first-order, and second-order Z are used. By using the Z1 order term, the scanning line curvature and the wavefront twist caused by the incident angle in the sub-scanning direction are corrected. When the incident angles in the sub-scanning direction are different, the generation amounts of these aberrations are different, so that it is necessary to use different lenses.

また、本第１実施例ではミラーの配置と枚数を工夫している。即ち、副走査方向入射角の絶対値の等しい２本の光束Ｂｂ，Ｂｄと光束Ｂａ，Ｂｃについて、第４〜第７ミラー９ａ〜９ｄの前段のミラー枚数を、前者を奇数、後者を偶数とすることによって、第２のレンズ８ａ及び第５のレンズ８ｄについて入射前の光束が等価となるようにし、また、第３のレンズ８ｂ及び第４のレンズ８ｃについて入射前の光束が等価となるようにしている。従って、第２のレンズ８ａと第５のレンズ８ｄは同一形状であり、第３のレンズ８ｂと第４のレンズ８ｃは同一形状である。副走査方向入射角を四つの光束でそれぞれ異ならせた場合には、４種類のレンズが必要になることに比べると、２種類で済むので金型投資額が少なくて高精度を達成できる。 In the first embodiment, the arrangement and number of mirrors are devised. That is, for the two light beams Bb and Bd and the light beams Ba and Bc having the same absolute value of the incident angle in the sub-scanning direction, the number of mirrors in the first stage of the fourth to seventh mirrors 9a to 9d is the odd number and the latter is the even number. By doing so, the light flux before incidence is made equivalent for the second lens 8a and the fifth lens 8d, and the light flux before incidence is made equivalent for the third lens 8b and the fourth lens 8c. I have to. Therefore, the second lens 8a and the fifth lens 8d have the same shape, and the third lens 8b and the fourth lens 8c have the same shape. When the incident angles in the sub-scanning direction are different for each of the four light beams, two types are sufficient as compared to the need for four types of lenses, so that high precision can be achieved with a small amount of mold investment.

図７は、表７及び表８に示されている射出面において、Ｚ＝０におけるＸＺ断面内での曲率半径を示すグラフである。また、図８は、図７における半径差を示すグラフである。図８に示すグラフは傾きを持っており、Ｙ座標の＋側と−側とでは曲率半径の変化の様子が異なっている。これは、ポリゴンミラー４に入射する光束が主走査方向Ｙの断面内で角度が異なるために、副走査方向Ｚの像面湾曲を補正するための曲率半径の変化に差が出ていることを示している。 FIG. 7 is a graph showing the radius of curvature in the XZ cross section at Z = 0 on the exit surfaces shown in Tables 7 and 8. FIG. 8 is a graph showing the difference in radius in FIG. The graph shown in FIG. 8 has an inclination, and the change in the radius of curvature differs between the + side and the − side of the Y coordinate. This is because there is a difference in the change in radius of curvature for correcting curvature of field in the sub-scanning direction Z because the light beams incident on the polygon mirror 4 have different angles within the cross section in the main scanning direction Y. Show.

（第２実施例、図９〜図１４参照）
本発明に係る光走査装置の第２実施例について、図９に立体配置関係を示し、図１０にポリゴンミラー４から各感光体ドラム１１ａ〜１１ｄまでの副走査方向断面の光路を示す。 (Refer 2nd Example and FIGS. 9-14)
With respect to the second embodiment of the optical scanning device according to the present invention, FIG. 9 shows a three-dimensional arrangement relationship, and FIG. 10 shows an optical path in a sub-scanning direction section from the polygon mirror 4 to each of the photosensitive drums 11a to 11d.

この光走査装置は、タンデム方式の電子写真法による画像形成装置の露光ユニットとして構成されている点は前記第１実施例と同様であり、第１実施例と異なっているのは、自由曲面ミラーアレイ３を単体で構成した点である。自由曲面ミラーアレイ３上での各光束の合成のための余裕を確保するために、副走査方向入射角を光束Ｂａ，Ｂｄは２．８°、光束Ｂｂ，Ｂｃは１．２°とされており、光束Ｂａ，Ｂｄの副走査方向入射角は第１実施例よりも大きく設定されている。 This optical scanning device is the same as the first embodiment in that it is configured as an exposure unit of an image forming apparatus based on tandem electrophotography, and is different from the first embodiment in that a free-form surface mirror This is the point that the array 3 is configured as a single unit. In order to ensure a margin for combining the light beams on the free-form mirror array 3, the incident angles in the sub-scanning direction are set to 2.8 ° for the light beams Ba and Bd and 1.2 ° for the light beams Bb and Bc. Thus, the incident angles of the light beams Ba and Bd in the sub-scanning direction are set larger than those in the first embodiment.

図１１は第２実施例におけるポリゴンミラー４から第１のミラー６までの光路を拡大して各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの主光線のみを示し、図３に対応している。 FIG. 11 shows only the principal rays of the light beams Ba, Bb, Bc, and Bd by enlarging the optical path from the polygon mirror 4 to the first mirror 6 in the second embodiment, and corresponds to FIG.

図１２は第２実施例における副走査方向Ｚの光路で、自由曲面ミラーアレイ３からポリゴンミラー４までを示し、図４に対応している。 FIG. 12 shows the optical path in the sub-scanning direction Z in the second embodiment, from the free-form surface mirror array 3 to the polygon mirror 4, and corresponds to FIG.

図１３は第２実施例におけるポリゴンミラー４の反射面近傍を拡大して各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの主光線のみを示し、図５に対応している。 FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of the reflecting surface of the polygon mirror 4 in the second embodiment to show only the principal rays of the light beams Ba, Bb, Bc, Bd, and corresponds to FIG.

図１４は第２実施例における主走査方向Ｙの光路で、光源から第１ミラー６までを示し、図６に対応している。 FIG. 14 shows the optical path in the main scanning direction Y in the second embodiment, from the light source to the first mirror 6, and corresponds to FIG.

次に、第２実施例において、以下に示す表９〜表１２に各光路を構成するそれぞれの光学素子のコンストラクションデータを示す。自由曲面ミラーアレイ３のそれぞれの座標を参照すると、副走査方向Ｚの座標値が０．４又は−０．４あるいは０となっており、これはそれぞれの反射面による焦線の副走査方向Ｚの高さを示している。 Next, in the second embodiment, construction data of each optical element constituting each optical path is shown in Tables 9 to 12 shown below. Referring to the respective coordinates of the free-form mirror array 3, the coordinate value in the sub-scanning direction Z is 0.4, −0.4, or 0, which is the sub-scanning direction Z of the focal line by each reflecting surface. Indicates the height.

また、表１３に第１のレンズ５の入射面の自由曲面係数データを示し、表１４に第１のレンズ５の射出面の自由曲面係数データを示す。さらに、表１５に第２及び第５のレンズ８ａ，８ｄの射出面の自由曲面係数データを示し、表１６に第３及び第４のレンズ８ｂ，８ｃの射出面の自由曲面係数データを示す。 Table 13 shows free-form surface coefficient data of the entrance surface of the first lens 5, and Table 14 shows free-form surface coefficient data of the exit surface of the first lens 5. Further, Table 15 shows free-form surface coefficient data of the exit surfaces of the second and fifth lenses 8a and 8d, and Table 16 shows free-form surface coefficient data of the exit surfaces of the third and fourth lenses 8b and 8c.

（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

(Other examples)
The optical scanning device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the gist thereof.

本発明に係る光走査装置の第１実施例を示す立体配置図である。1 is a three-dimensional layout diagram illustrating a first embodiment of an optical scanning device according to the present invention. 第１実施例におけるポリゴンミラーから感光体ドラムまでの光路構成を示す副走査方向の断面図である。It is sectional drawing of the subscanning direction which shows the optical path structure from the polygon mirror in 1st Example to the photoreceptor drum. 第１実施例におけるポリゴンミラーから第１のミラーまでの光路図である。It is an optical path figure from the polygon mirror in the 1st example to the 1st mirror. 第１実施例における自由曲面ミラーアレイからポリゴンミラーまでの光路図である。It is an optical path diagram from the free-form surface mirror array to the polygon mirror in the first embodiment. 第１実施例におけるポリゴンミラーの反射面近傍の光路図である。It is an optical path figure of the reflective surface vicinity of the polygon mirror in 1st Example. 第１実施例における光源から第１ミラーまでの主走査方向の光路図である。It is an optical path figure of the main scanning direction from the light source in a 1st Example to the 1st mirror. 第２〜第５のレンズの射出面におけるＸＺ断面内での曲率半径を示すグラフである。It is a graph which shows the curvature radius in the XZ cross section in the exit surface of the 2nd-5th lens. 図７に示した曲率半径差を示すグラフである。It is a graph which shows the curvature radius difference shown in FIG. 本発明に係る光走査装置の第２実施例を示す立体配置図である。It is a three-dimensional arrangement | positioning figure which shows 2nd Example of the optical scanning device based on this invention. 第２実施例におけるポリゴンミラーから感光体ドラムまでの光路構成を示す副走査方向の断面図である。It is sectional drawing of the subscanning direction which shows the optical path structure from the polygon mirror in 2nd Example to the photoconductive drum. 第２実施例におけるポリゴンミラーから第１のミラーまでの光路図である。It is an optical path diagram from the polygon mirror in the 2nd example to the 1st mirror. 第２実施例における自由曲面ミラーアレイからポリゴンミラーまでの光路図である。It is an optical path figure from the free-form surface mirror array in a 2nd Example to a polygon mirror. 第２実施例におけるポリゴンミラーの反射面近傍の光路図である。It is an optical path figure of the reflective surface vicinity of the polygon mirror in 2nd Example. 第２実施例における光源から第１ミラーまでの主走査方向の光路図である。It is an optical path figure of the main scanning direction from the light source in a 2nd Example to the 1st mirror.

符号の説明Explanation of symbols

１ａ〜１ｄ…レーザダイオード
３，３ａ，３ｂ…自由曲面ミラーアレイ
４…ポリゴンミラー（偏向器）
５…第１のレンズ
６…第１のミラー
７ａ…第２のミラー
７ｂ…第３のミラー
８ａ〜８ｄ…第２〜第５のレンズ
９ａ〜９ｄ…第４〜第７のミラー
１１ａ〜１１ｄ…感光体ドラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d ... Laser diode 3, 3a, 3b ... Free-form surface mirror array 4 ... Polygon mirror (deflector)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... 1st lens 6 ... 1st mirror 7a ... 2nd mirror 7b ... 3rd mirror 8a-8d ... 2nd-5th lens 9a-9d ... 4th-7th mirror 11a-11d ... Photosensitive drum

Claims

四つの光源と、
前記四つの光源からそれぞれ放射された光束を同一面で同時に反射する反射面を有する偏向器と、
前記偏向器によって偏向された四つの光束のうち二つの光束を反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束のうち一つの光束を反射する第２のミラーと、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうち一つの光束を反射する第３のミラーと、
前記第１のミラーで反射され前記第２のミラーで反射された光束が透過する第１のレンズと、
前記第１のミラーで反射され前記第２のミラーで反射されない光束が透過する第２のレンズと、
前記第１のミラーで反射されず前記第３のミラーで反射された光束が透過する第３のレンズと、
前記第１のミラーで反射されず前記第３のミラーで反射されない光束が透過する第４のレンズと、
を備え、
前記偏向器は、一つの軸を中心に回転し、その反射面は平面でかつ該回転中心軸と平行であり、
前記第１のミラーで反射される二つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度が０°ではなく互いに異なっており、かつ、該角度が前記垂直な平面に対して上向き又は下向きのいずれか一方であり、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうちの一つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が前記第１のミラーで反射される二つの光束のうち前記角度の絶対値が大きい光束の角度と等しく、かつ、該角度が前記垂直な平面に対してそれぞれ逆向きであり、偏向器の反射面近傍で主光線が交差し、
前記第１のミラーで反射されない二つの光束のうちの他の一つの光束は、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が前記第１のミラーで反射される二つの光束のうち前記角度の絶対値が小さい光束の角度と等しく、かつ、該角度が前記垂直な平面に対してそれぞれ逆向きであり、偏向器によって偏向される前に主光線が交差し、
前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が大きい光束と小さい光束は、偏向器に入射する主走査方向の角度が互いに異なること、
を特徴とする光走査装置。 With four light sources,
A deflector having a reflecting surface for simultaneously reflecting the light beams emitted from the four light sources on the same surface;
A first mirror that reflects two of the four light beams deflected by the deflector;
A second mirror that reflects one of the two light beams reflected by the first mirror;
A third mirror for reflecting one of the two light beams not reflected by the first mirror;
A first lens through which the light beam reflected by the first mirror and reflected by the second mirror is transmitted;
A second lens that transmits a light beam reflected by the first mirror but not reflected by the second mirror;
A third lens that transmits the light beam reflected by the third mirror without being reflected by the first mirror;
A fourth lens through which a light beam not reflected by the first mirror but not reflected by the third mirror passes;
With
The deflector rotates around one axis, and its reflecting surface is flat and parallel to the rotation center axis.
The two light beams reflected by the first mirror are different from each other in an angle formed with a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector, and the angles are different from each other. Either upward or downward relative to the plane,
The absolute value of the angle formed by one of the two light beams not reflected by the first mirror and the plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector is reflected by the first mirror. Among the two light beams, the absolute value of the angle is equal to the angle of the large light beam, and the angles are respectively opposite to the vertical plane, and the chief rays intersect in the vicinity of the reflecting surface of the deflector,
The other one of the two light beams not reflected by the first mirror reflects the absolute value of the angle formed by a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector by the first mirror. Of the two luminous fluxes, the absolute value of the angle is equal to that of the small luminous flux, and the angles are opposite to each other with respect to the vertical plane, and the chief rays intersect before being deflected by the deflector And
A light beam having a large absolute value and a light beam having a small absolute value of an angle formed with a plane perpendicular to the rotation center axis when incident on the deflector have different angles in the main scanning direction incident on the deflector;
An optical scanning device characterized by the above.

前記第１ないし第４のレンズのうち、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が大きい光束が透過する二つのレンズが同一形状であり、前記絶対値が小さい光束が透過する二つのレンズが同一形状であり、かつ、前者のレンズと後者のレンズとでは形状が異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。 Among the first to fourth lenses, two lenses that transmit a light beam having a large absolute value of an angle formed with a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector have the same shape, and the absolute value 2. The optical scanning device according to claim 1 , wherein two lenses through which a small luminous flux passes have the same shape, and the former lens and the latter lens have different shapes.

前記第１ないし第４のレンズのうち、前記偏向器に入射するときの回転中心軸に垂直な平面となす角度の絶対値が大きい光束が透過するレンズと前記絶対値が小さい光束が透過するレンズとでは、副走査方向の断面における曲率半径の差が、主走査方向について非対称に変化していることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。 Among the first to fourth lenses, a lens that transmits a light beam having a large absolute value and a lens that transmits a light beam having a small absolute value are formed with respect to a plane perpendicular to the rotation center axis when entering the deflector. The optical scanning device according to claim 2 , wherein the difference in radius of curvature in the cross section in the sub-scanning direction changes asymmetrically in the main scanning direction.