JPH07306371A - Optical scanner - Google Patents
Optical scannerInfo
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- JPH07306371A JPH07306371A JP9670194A JP9670194A JPH07306371A JP H07306371 A JPH07306371 A JP H07306371A JP 9670194 A JP9670194 A JP 9670194A JP 9670194 A JP9670194 A JP 9670194A JP H07306371 A JPH07306371 A JP H07306371A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザビームプリンタ等
に用いられる光走査装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device used in a laser beam printer or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、レーザビームプリンタ等に用いら
れる光走査装置は、半導体レーザ等の光源から射出し、
コリメータレンズによって集束されたビームを回転多面
鏡で偏向走査し、ｆθレンズによって被走査面上にビー
ムスポットを形成していた。回転多面鏡の角速度は一定
なので、被走査面上での走査速度を一定にするために、
ｆθレンズに負の歪曲収差特性を与え、等速走査を実現
していた。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical scanning device used in a laser beam printer or the like emits light from a light source such as a semiconductor laser,
The beam focused by the collimator lens is deflected and scanned by the rotary polygon mirror, and the beam spot is formed on the surface to be scanned by the fθ lens. Since the angular velocity of the rotating polygon mirror is constant, in order to keep the scanning speed on the surface to be scanned constant,
The fθ lens is given a negative distortion aberration characteristic to realize constant-speed scanning.
【０００３】ところで、光走査装置の光学系に要求され
る収差特性は以下の２点である。一つは、等速走査性を
得るために、特定の負の歪曲収差を持たせることであ
り、もう一つは、ビームスポット径を回折限界に近くす
るために、像面湾曲を小さくして像面の平坦性を得るこ
とである。負の歪曲収差を発生させるためには、幾何光
学的には入射瞳の後方に正のレンズを配置するか、ある
いは入射瞳の前方に負のレンズを配置すればよい。従来
の光走査装置では、正のパワーを有しているｆθレンズ
を入射瞳、すなわち偏向点から後方に配設し、負の歪曲
収差を発生させていた。よりよいレンズ性能を得るに
は、ｆθレンズの枚数は多い方が望ましいが、枚数が増
加すればコストが高くなり、調整が複雑化し、ビームの
強度が低下するといった問題が生じる。Incidentally, the aberration characteristics required for the optical system of the optical scanning device are the following two points. One is to give a certain negative distortion aberration in order to obtain the uniform scanning property, and the other is to reduce the field curvature in order to bring the beam spot diameter close to the diffraction limit. To obtain flatness of the image plane. In order to generate the negative distortion, geometrically optics, a positive lens may be arranged behind the entrance pupil, or a negative lens may be arranged in front of the entrance pupil. In the conventional optical scanning device, the fθ lens having a positive power is disposed behind the entrance pupil, that is, from the deflection point to generate negative distortion. In order to obtain better lens performance, it is desirable that the number of fθ lenses is large. However, if the number of fθ lenses is increased, the cost increases, the adjustment becomes complicated, and the beam intensity decreases.
【０００４】しかしながら、そのような従来の光走査装
置では、ｆθレンズに負の歪曲収差を与えるために、ｆ
θレンズは入射瞳、すなわち偏向点から後方に大きく離
して配設される必要があり、ｆθレンズが大口径となり
高価であり、装置の大型化とコスト高の主要因であっ
た。However, in such a conventional optical scanning device, in order to give a negative distortion aberration to the fθ lens, f
The θ lens needs to be disposed far away from the entrance pupil, that is, from the deflection point, and the fθ lens has a large aperture and is expensive, which is a main factor of increasing the size and cost of the apparatus.
【０００５】このため、本発明者らは、特開平６−７５
１６２号において、新規かつ進歩性のある光走査装置を
提案した。この構成によれば、回転多面鏡の代わりに、
ビームの偏向作用とレンズ作用とを合わせ持つ偏向器が
用いられ、偏向器が収差補正の働きをも有し、装置の小
型化に寄与させることができる。For this reason, the inventors of the present invention have disclosed in JP-A-6-75.
In 162, a new and inventive optical scanning device was proposed. According to this configuration, instead of the rotary polygon mirror,
A deflector having both a beam deflecting action and a lens action is used, and the deflector also has an aberration correcting action, which can contribute to downsizing of the apparatus.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平６−
７５１６２号記載の光走査装置では、回転レンズ鏡の主
走査断面の有効部において、主走査方向の局所的な屈折
力は不均一となる。相対的に比較すると、走査中心を走
査するビームが受ける屈折力は大きく、走査端を走査す
るビームが受ける屈折力は小さい。ここで、屈折力と
は、絶対値としての屈折力ではなく、正負を含めた値と
しての屈折力をいう。By the way, JP-A-6-
In the optical scanning device described in Japanese Patent No. 75162, the local refracting power in the main scanning direction becomes non-uniform in the effective portion of the main scanning section of the rotary lens mirror. In comparison, the beam scanning the scanning center receives a large refractive power, and the beam scanning the scanning end receives a small refractive power. Here, the refracting power does not mean the refracting power as an absolute value, but means the refracting power as a value including positive and negative values.
【０００７】この偏向手段で代表されるように、偏向さ
れた光ビームが走査中心を走査するときの角速度に対
し、走査端を走査するときの角速度の方が小さいような
偏向手段では、走査中心を走査するビームが受ける主走
査方向の屈折力は、走査端を走査するビームが受ける主
走査方向の屈折力に対して大きい。As typified by this deflecting means, in the deflecting means in which the deflected light beam has a smaller angular velocity when scanning the scanning end than the angular velocity when scanning the scanning center, The refracting power in the main scanning direction received by the beam scanning at is larger than that in the main scanning direction received by the beam scanning at the scanning end.
【０００８】そこで本発明は、上述したような偏向手段
の屈折力の不均一を補正するべく設定された結像レンズ
を用い、像面湾曲特性が非常に良好な光走査装置を提供
することを主たる目的とする。Therefore, the present invention is to provide an optical scanning device having a very good field curvature characteristic by using an imaging lens set to correct the nonuniformity of the refracting power of the deflecting means as described above. The main purpose.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光ビームを発生する光源、光ビームを偏向し等角速度で
回転する偏向手段、偏向手段により偏向された光ビーム
を被走査面上に結像させるための結像レンズを有する光
走査装置において、結像レンズの主走査方向における屈
折力について、走査中心を走査する光ビームが通過する
光路における屈折力に対し、走査端を走査する光ビーム
が通過する光路における屈折力の方が大きいことを特徴
とする。The optical scanning device of the present invention comprises:
An optical scanning device having a light source for generating a light beam, a deflection means for deflecting the light beam to rotate at an equal angular velocity, and an imaging lens for forming an image of the light beam deflected by the deflection means on a surface to be scanned, Regarding the refracting power of the image lens in the main scanning direction, the refracting power in the optical path through which the light beam scanning the scanning end passes is larger than the refracting power in the optical path through which the light beam scanning the scanning center passes. To do.
【００１０】また、本発明の光走査装置は、上記構成に
加え、以下のいずれかの構成をとることが望ましい。The optical scanning device of the present invention preferably has any of the following configurations in addition to the above configuration.
【００１１】１）偏向手段により偏向された光ビームが
走査中心を走査するときの角速度に対し、走査端を走査
するときの角速度の方が小さいこと。 ２）結像レンズは、主走査断面で非球面である面を有す
ること。さらに、非球面の主走査断面の有効部におい
て、光軸からの高さをｙ、高さｙでの曲率をｃ（ｙ）と
すると、1) The angular velocity when scanning the scanning end is smaller than the angular velocity when the light beam deflected by the deflecting means scans the scanning center. 2) The imaging lens must have a surface that is an aspherical surface in the main scanning section. Further, when the height from the optical axis is y and the curvature at the height y is c (y) in the effective portion of the main scanning section of the aspherical surface,
【００１２】[0012]
【数３】 [Equation 3]
【００１３】となることが望ましい。 ３）結像レンズのレンズ面Ｓiにおいて、主走査断面の
有効部で、光軸からの高さをｙ、高さｙでのレンズ面の
光軸方向の座標をｚi（ｙ）とし、偏向手段の偏向点か
らレンズ面Ｓiまでの距離をｂi、偏向点から被走査面ま
での距離をａとすると、It is desirable that 3) On the lens surface S i of the imaging lens, the height from the optical axis is y, and the coordinate of the lens surface at the height y in the optical axis direction is z i (y) in the effective portion of the main scanning cross section, If the distance from the deflection point of the deflection means to the lens surface S i is b i and the distance from the deflection point to the surface to be scanned is a,
【００１４】[0014]
【数４】 [Equation 4]
【００１５】となること。 ４）結像レンズの副走査断面において、光軸方向の厚さ
をｔ、副走査方向の高さをｈとすると、 ｈ／ｔ＞２ となること。 ５）結像レンズの主走査断面の有効部において、光軸方
向の厚さの最大値をｔma x、最小値をｔminとすると、 ｔmax／ｔmin＜２ となること。 ６）結像レンズに入射する光ビームが、主走査断面にお
いて集束光であること。 ７）結像レンズは、主走査方向と副走査方向とで屈折力
が異なること。さらに、副走査断面において、偏向点と
被走査面とが光学的共役関係にあることや、結像レンズ
の少なくとも１面において、副走査断面に平行な断面の
曲率が、結像レンズの有効部で主走査方向に沿って連続
的に変化していることが望ましい。また、結像レンズの
副走査断面が、平面と凸面とからなることや、結像レン
ズの両面において、副走査断面に平行な断面の曲率が、
結像レンズの有効部で主走査方向に沿って連続的に変化
していることがより望ましい。To be 4) In the sub-scanning section of the imaging lens, if the thickness in the optical axis direction is t and the height in the sub-scanning direction is h, then h / t> 2. 5) the effective part of the main scanning section of the imaging lens, and the maximum value of the optical axial thickness t ma x, the minimum value and t min, t max / t min <2 become possible. 6) The light beam incident on the imaging lens is focused light in the main scanning section. 7) The imaging lens has different refractive powers in the main scanning direction and the sub scanning direction. Furthermore, in the sub-scanning cross section, the deflection point and the surface to be scanned are in an optically conjugate relationship, and the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section on at least one surface of the imaging lens is the effective portion of the imaging lens. Therefore, it is desirable that it continuously changes along the main scanning direction. Further, the sub-scanning cross section of the imaging lens is composed of a flat surface and a convex surface, and the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section on both surfaces of the imaging lens is
It is more preferable that the effective portion of the imaging lens continuously changes along the main scanning direction.
【００１６】[0016]
【作用】本発明の上記の構成は以下のような作用を有す
るものである。The above structure of the present invention has the following functions.
【００１７】まず、請求項１、２記載の発明において
は、主走査方向において、走査中心で大きく走査端で小
さい屈折力の分布を有する偏向手段の屈折力の不均一性
を、走査中心で小さく走査端で大きい屈折力を有する結
像レンズで打ち消し、像面湾曲を小さくすることができ
る。First, in the first and second aspects of the invention, in the main scanning direction, the nonuniformity of the refracting power of the deflecting means having the distribution of the refracting power which is large at the scanning center and small at the scanning end is small at the scanning center. This can be canceled by an imaging lens having a large refractive power at the scanning end, and the field curvature can be reduced.
【００１８】請求項３記載の発明においては、結像レン
ズに非球面を導入することにより、わずか１枚の結像レ
ンズで十分に収差を補正をすることができるのみなら
ず、結像レンズへの入射ビームの画角も大きくとること
ができる。According to the third aspect of the present invention, by introducing an aspherical surface into the image forming lens, not only the single image forming lens can sufficiently correct the aberration, but also the image forming lens can be corrected. The angle of view of the incident beam can also be made large.
【００１９】請求項４記載の発明においては、結像レン
ズの曲率変化率を所定の範囲内に設定することにより、
ビームスポット形状の崩れを小さくしたものである。According to the fourth aspect of the invention, by setting the curvature change rate of the imaging lens within a predetermined range,
This is to reduce the collapse of the beam spot shape.
【００２０】請求項５記載の発明においては、偏向手段
の反射面近傍の結像点と被走査面上の結像点との間の光
学倍率を一定にするように、所定のレンズ形状にするこ
とにより、副走査方向の光学倍率を均一に、そして解像
度を均一にすることができる。In a fifth aspect of the present invention, a predetermined lens shape is formed so that the optical magnification between the image forming point near the reflecting surface of the deflecting means and the image forming point on the surface to be scanned is constant. This makes it possible to make the optical magnification in the sub-scanning direction uniform and the resolution uniform.
【００２１】請求項６記載の発明においては、結像レン
ズの断面を所定の形状とすることにより、ビームの進行
方向と垂直な方向の屈折率分布を抑制することができ
る。これにより、焦点位置がずれたり結像特性が悪化し
たりすることを防ぐことができる。According to the sixth aspect of the invention, the refractive index distribution in the direction perpendicular to the beam traveling direction can be suppressed by making the cross section of the imaging lens a predetermined shape. As a result, it is possible to prevent the focus position from deviating and the imaging characteristics from deteriorating.
【００２２】請求項７記載の発明においては、結像レン
ズの厚さｔの主走査断面の有効部の形状を特定すること
により、成型時の流動状態の不均一性を防止し、内部歪
を生じないように構成することができる。According to the seventh aspect of the present invention, by specifying the shape of the effective portion of the main scanning cross section of the thickness t of the imaging lens, nonuniformity of the flow state at the time of molding is prevented and internal distortion is prevented. It can be configured so that it does not occur.
【００２３】請求項８記載の発明においては、結像レン
ズに入射するビームが、主走査断面において集束光であ
るので、結像レンズの屈折力が小さくて済むようにな
る。この結果、レンズの厚さを均一に近くすることがで
きる。In the eighth aspect of the present invention, since the beam incident on the imaging lens is focused light in the main scanning section, the refractive power of the imaging lens can be small. As a result, the thickness of the lens can be made nearly uniform.
【００２４】請求項９記載の発明においては、主走査方
向と副走査方向とで屈折率が異なるので、諸収差の補正
を主走査方向と副走査方向とで独立に行うことができ、
光学設計上の自由度が大きくなる。In the ninth aspect of the invention, since the refractive index differs between the main scanning direction and the sub-scanning direction, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The degree of freedom in optical design is increased.
【００２５】請求項１０記載の発明においては、副走査
断面において偏向点と被走査面とが光学的共役関係にあ
るため、回転レンズ鏡の反射面に面倒れがあっても、被
走査面上におけるビームスポットの副走査方向の位置は
変化せず、走査線の位置ずれは発生しない。In the tenth aspect of the present invention, since the deflection point and the surface to be scanned are in an optically conjugate relationship in the sub-scan section, even if the reflecting surface of the rotary lens mirror is tilted, the surface to be scanned is The position of the beam spot in the sub-scanning direction does not change, and the positional deviation of the scanning line does not occur.
【００２６】請求項１１記載の発明においては、結像レ
ンズの射出面は、副走査断面に平行な断面の曲率が、結
像レンズの有効部で主走査方向に沿って連続的に変化し
ているので、結像レンズの有効部のいかなる位置でも、
副走査断面に平行な断面の曲率を任意に設定することが
できる。このため、副走査方向の像面湾曲を完全に補正
することができる。In the eleventh aspect of the present invention, the exit surface of the imaging lens has a curvature of a cross section parallel to the sub-scanning cross section continuously changing along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens. Therefore, at any position of the effective part of the imaging lens,
The curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section can be arbitrarily set. Therefore, the field curvature in the sub-scanning direction can be completely corrected.
【００２７】請求項１２記載の発明においては、結像レ
ンズの２つの面のうち、片方の面を副走査断面で直線と
なるようにすれば、結像レンズの製造が容易になりコス
トを低減することができる。さらに、一つのレンズに光
学曲面が２面存在すると、それらの面の光軸の相対的な
位置精度が問題となり、２本の光軸を一致させることが
厳しく要求されるが、副走査断面で平凸レンズとなるよ
うにすれば、副走査断面ではそのような要求は生じな
い。In the twelfth aspect of the present invention, if one of the two surfaces of the imaging lens is made to be a straight line in the sub-scanning section, the manufacturing of the imaging lens becomes easy and the cost is reduced. can do. Furthermore, if there are two optical curved surfaces on one lens, the relative positional accuracy of the optical axes of those surfaces becomes a problem, and it is strictly required to match the two optical axes. If a plano-convex lens is used, such a requirement does not occur in the sub-scan section.
【００２８】請求項１３記載の発明においては、結像レ
ンズの両面ともを、曲率が連続的に変化している面にす
れば、光学設計の自由度が副走査方向でさらに１自由度
大きくすることができる。この結果、副走査方向のビー
ムスポット径を完全に一定にすることができる。According to the thirteenth aspect of the present invention, if both surfaces of the imaging lens are surfaces with continuously changing curvature, the degree of freedom in optical design is further increased by one in the sub-scanning direction. be able to. As a result, the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant.
【００２９】[0029]
（実施例１）以下、図面に基づき本発明を詳細に説明す
る。(Embodiment 1) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３０】図１は本発明の光走査装置の第１の実施例
としての光走査装置を示したものである。光源としての
半導体レーザ１より射出したビームが、コリメータレン
ズ２によって、わずかに集束するビームに変換され、シ
リンドリカルレンズ３により、副走査方向にのみ集束作
用を受ける。ここで、副走査方向とは、回転レンズ鏡４
の回転軸に平行な方向のことであり、また、副走査方向
と光軸とに垂直な方向を主走査方向という。さらに、ビ
ームは偏向手段としての回転レンズ鏡４の入射面に入射
した後、反射面の近傍で副走査方向でのみ結像し、反射
面で反射され、射出面から射出する。入射面、射出面は
いずれも主走査方向にのみ屈折力を有し、それぞれ凹シ
リンドリカル面、凸シリンドリカル面である。反射面は
平面である。ビームは回転レンズ鏡４の回転に伴って偏
向される。偏向されたビームは結像レンズ５で集束作用
を受け、被走査面６上にビームスポットを形成する。な
お、被走査面６の有効走査領域において、その中心、す
なわち光軸と交わる点を走査中心と呼び、領域の両端で
ある走査開始点および走査終了点を走査端と呼ぶことと
する。FIG. 1 shows an optical scanning device as a first embodiment of the optical scanning device of the present invention. The beam emitted from the semiconductor laser 1 as a light source is converted into a slightly converging beam by the collimator lens 2 and is focused by the cylindrical lens 3 only in the sub-scanning direction. Here, the sub-scanning direction means the rotary lens mirror 4
Is a direction parallel to the rotation axis of the above, and a direction perpendicular to the sub-scanning direction and the optical axis is referred to as a main scanning direction. Further, the beam enters the entrance surface of the rotary lens mirror 4 as the deflecting means, forms an image only in the sub-scanning direction in the vicinity of the reflecting surface, is reflected by the reflecting surface, and exits from the exit surface. Both the incident surface and the exit surface have a refractive power only in the main scanning direction and are a concave cylindrical surface and a convex cylindrical surface, respectively. The reflecting surface is a flat surface. The beam is deflected as the rotary lens mirror 4 rotates. The deflected beam is focused by the imaging lens 5 to form a beam spot on the surface 6 to be scanned. In addition, in the effective scanning area of the surface to be scanned 6, the center thereof, that is, a point intersecting the optical axis is referred to as a scanning center, and the scanning start point and the scanning end point which are both ends of the area are referred to as scanning ends.
【００３１】図２に回転レンズ鏡４の回転に伴ってビー
ムが偏向される様子を示す。入射面Ｓa、射出面Ｓcは、
走査中心を走査するビームがそれらの面を垂直に通過す
るように設定され、また反射面Ｓbは走査中心を走査す
るビームが４５゜の角度で反射面Ｓbに入射するように
設定されている。回転レンズ鏡４の回転軸Ｏは、反射面
Ｓbに内包され、走査中心を走査するビームの反射点を
通る。入射面Ｓaの光軸および射出面Ｓcの光軸は、走査
中心を走査するビームの光路に一致する。回転レンズ鏡
４は回転軸Ｏを中心に回転し、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩのよう
に変位する。入射ビームＬは回転レンズ鏡４の回転に伴
い、入射面Ｓaのそれぞれ異なる位置に異なる角度で入
射するため、屈折により偏向される。ビームは反射面Ｓ
bで反射されて、さらに偏向角を大きくし、射出面Ｓcで
屈折して射出ビームＭ1、Ｍ2、Ｍ3のように偏向され
る。FIG. 2 shows how the beam is deflected as the rotary lens mirror 4 rotates. The entrance surface S a and the exit surface S c are
The beam scanning the scanning center is set to pass vertically through those planes, and the reflecting surface S b is set so that the beam scanning the scanning center is incident on the reflecting surface S b at an angle of 45 °. There is. The rotation axis O of the rotary lens mirror 4 is included in the reflection surface S b and passes through the reflection point of the beam scanning the scanning center. The optical axis of the entrance surface S a and the optical axis of the exit surface S c coincide with the optical path of the beam scanning the scanning center. The rotary lens mirror 4 rotates about the rotation axis O and is displaced as indicated by I, II, and III. As the rotating lens mirror 4 rotates, the incident beam L is incident on different positions on the incident surface S a at different angles, and thus is deflected by refraction. Beam is S
It is reflected by b , further increases the deflection angle, is refracted by the exit surface S c , and is deflected like exit beams M 1 , M 2 , and M 3 .
【００３２】ところで、一般に、光学曲面に入射するビ
ームの入射角が増加すれば、ビームが光学曲面で受ける
屈折力の絶対値も増加する。図２において、入射ビーム
Ｌは入射面Ｓaで負の屈折力を受けるが、回転レンズ鏡
４の位置がＩＩのときには、入射面Ｓaに入射角０゜で
入射し、Ｉ、ＩＩＩのときにはある入射角を持って入射
する。そのため、負の屈折力の絶対値はＩＩのときに対
して、Ｉ、ＩＩＩのときの方が大きくなる。一方、射出
面Ｓcではビームは正の屈折力を受けるが、屈折力の絶
対値はやはりＩＩのときに比べてＩ、ＩＩＩのときの方
が大きい。ただし、ビームの入射角の変化は入射面Ｓa
での方が大きく、射出面Ｓcではビームが偏向されても
入射角はあまり変化しないため、屈折力の変化は入射面
Ｓaで生じる変化の方が支配的である。従って、回転レ
ンズ鏡４の屈折力を絶対値ではなく、正負を含めた値と
して相対的にみると、回転レンズ鏡４がＩＩに位置する
とき、すなわち走査中心を走査するビームの光路では大
きく、ＩあるいはＩＩＩに移動するにつれて、すなわち
ビームが走査中心から走査端へ移動するにつれて小さく
なる。By the way, generally, when the incident angle of the beam incident on the optical curved surface increases, the absolute value of the refractive power received by the beam on the optical curved surface also increases. In FIG. 2, the incident beam L receives a negative refracting power on the incident surface S a , but when the position of the rotary lens mirror 4 is II, it is incident on the incident surface S a at an incident angle of 0 °, and when it is I or III. It is incident with a certain incident angle. Therefore, the absolute value of the negative refracting power is larger in I and III than in II. On the other hand, the beam receives a positive refracting power on the exit surface S c , but the absolute value of the refracting power is still larger in I and III than in II. However, the change of the incident angle of the beam depends on the incident surface S a
Is larger and the incident angle does not change much at the exit surface S c even if the beam is deflected. Therefore, the change in the refractive power is dominated by the change occurring at the entrance surface S a . Therefore, when the refractive power of the rotary lens mirror 4 is viewed not as an absolute value but as a value including positive and negative values, it is large when the rotary lens mirror 4 is located at II, that is, in the optical path of the beam scanning the scanning center, It becomes smaller as it moves to I or III, that is, as the beam moves from the scan center to the scan end.
【００３３】回転レンズ鏡４で偏向されたビームの焦点
の軌跡を示すと図３のようになる。ビームが集束ビーム
である場合の軌跡はＦ1、発散ビームの場合の軌跡はＦ2
である。比較のために、偏向手段として従来技術の回転
多面鏡を用いた場合の軌跡を示すと、破線Ｆ3、Ｆ4のよ
うに偏向手段の回転軸Ｏを中心とする円弧を描く。それ
に対し、回転レンズ鏡４で偏向されたビームの場合は、
ビームが走査端へ移動すると、回転レンズ鏡４の屈折力
が小さくなるため、ビームの焦点位置がビームの進行方
向へ移動し、焦点の軌跡は円弧から離れてビームの進行
方向側へ沿った曲線となる。Ｆ1やＦ2なる軌跡を描くビ
ームを、結像レンズ５で被走査面６の直線上に結像させ
るためには、結像レンズ５の屈折力を端部に行くほど大
きくすればよい。The trajectory of the focal point of the beam deflected by the rotary lens mirror 4 is shown in FIG. The trajectory is F 1 when the beam is a focused beam, and the trajectory is F 2 when the beam is a divergent beam.
Is. For comparison, when the trajectory of the conventional rotating polygon mirror is used as the deflecting means, an arc centered on the rotation axis O of the deflecting means is drawn as indicated by broken lines F 3 and F 4 . On the other hand, in the case of the beam deflected by the rotating lens mirror 4,
When the beam moves to the scanning end, the refracting power of the rotating lens mirror 4 becomes smaller, so the focal position of the beam moves in the beam traveling direction, and the locus of the focus moves away from the arc and curves along the beam traveling direction. Becomes In order to form an image of a beam that draws a locus of F 1 or F 2 on the straight line of the surface 6 to be scanned by the imaging lens 5, the refractive power of the imaging lens 5 may be increased toward the end.
【００３４】次に本実施例における結像レンズ５の構成
について詳細に説明する。結像レンズ５の主走査方向の
屈折力は、走査中心を走査するビームの光路において最
も小さく、走査端にビームが近づくにつれて大きくなる
ようになっている。従って、先述したような回転レンズ
鏡４の屈折力の不均一性、すなわち走査中心で大きく走
査端に行くに従って小さくなる屈折力を、結像レンズ５
で打ち消し合うことができ、主走査方向の像面を平坦化
し、像面湾曲を小さくすることができる。Next, the structure of the imaging lens 5 in this embodiment will be described in detail. The refracting power of the imaging lens 5 in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam scanning the scanning center, and becomes larger as the beam approaches the scanning end. Therefore, the nonuniformity of the refracting power of the rotating lens mirror 4 as described above, that is, the refracting power that becomes large at the scanning center and becomes smaller toward the scanning end, is formed.
Can cancel each other, flatten the image plane in the main scanning direction, and reduce the curvature of field.
【００３５】本実施例における結像レンズ５の入射面、
射出面の主走査断面（光軸を含み主走査方向に平行な
面）の形状は非球面である。結像レンズに非球面を導入
することで、わずか１枚の結像レンズで十分に収差を補
正することができるのみならず、結像レンズへの入射ビ
ームの画角も大きくとることができるため、例えば光走
査装置の有効走査幅が２１６ｍｍであれば、回転レンズ
鏡の回転中心と被走査面との間隔を１５０ｍｍ以下にま
で短くすることができ、光走査装置を小型化することが
できる。The entrance surface of the imaging lens 5 in this embodiment,
The shape of the main scanning cross section (the surface including the optical axis and parallel to the main scanning direction) of the exit surface is an aspherical surface. By introducing an aspherical surface into the imaging lens, not only one imaging lens can sufficiently correct the aberration, but also the angle of view of the incident beam to the imaging lens can be made large. For example, if the effective scanning width of the optical scanning device is 216 mm, the distance between the rotation center of the rotary lens mirror and the surface to be scanned can be shortened to 150 mm or less, and the optical scanning device can be downsized.
【００３６】非球面は曲率が局所的に変化している面で
あるが、その変化が大きくて、ビームの直径の範囲内で
も局所的に曲率が大きく変化するような場合には、非球
面により変換を受けたビームの波面は球面ではなくな
り、結像特性が悪化してしまう。そこで、本実施例にお
ける結像レンズは、非球面の主走査断面において、光軸
からの高さをｙ、ｙの高さでの曲率をｃ（ｙ）としたと
き、有効部で常に、The aspherical surface is a surface whose curvature is locally changed, and when the change is large and the curvature locally changes greatly even within the range of the diameter of the beam, the aspherical surface is used. The wavefront of the converted beam is not a spherical surface, and the imaging characteristics deteriorate. Therefore, in the imaging lens of the present embodiment, when the height from the optical axis is y and the curvature at the height of y is c (y) in the main scanning cross section of the aspherical surface, the effective portion is always
【００３７】[0037]
【数５】 [Equation 5]
【００３８】を満足させている。このようにすれば、ビ
ームスポット形状の崩れは小さく、実用上問題ない程度
となる。上式のｄｃ（ｙ）／ｄｃを曲率変化率ρと呼ぶ
こととする。すなわち、Is satisfied. By doing so, the collapse of the beam spot shape is small, and there is no practical problem. The dc (y) / dc in the above equation will be referred to as the curvature change rate ρ. That is,
【００３９】[0039]
【数６】 [Equation 6]
【００４０】である。ただし、この場合は非球面の曲面
であるのでρ＞０である。It is However, in this case, since it is an aspherical curved surface, ρ> 0.
【００４１】一例を挙げて具体的に計算を行う。図４の
ように、簡単のために結像レンズ５の入射面Ｓdは平面
とし、射出面Ｓeは近軸的には平面であり、それに非球
面変位が付加されているものとする。半径ｗの平行ビー
ムが結像レンズ５を透過する。光軸方向をｚ軸、光軸に
垂直な方向をｙ軸とし、射出面Ｓeと光軸とが交わる点
を原点とする。曲率が変化するような面は３次曲線で代
表される。そこで射出面Ｓeを、 ｚ＝ｋｙ3 と与えると、曲率変化率ρは近軸的にはｙによるｚの３
次微分、すなわち、 ρ＝６ｋ となる。次に、ビームが半径ｗの太さを持っていること
を考慮し、ビームを光線束であると考え、光軸から距離
ｗだけ離れた位置を通る光線Ｎを追跡する。光軸からの
高さｗにおける射出面Ｓeの傾きは３ｋｗ2であり、平行
平板の屈折率をｎとすると、射出面Ｓeから射出された
光線が光軸となす角αは近似的に、 α＝３ｋｗ2（ｎ−１） となる。従って、曲率変化率ρと角αとの関係は、 α＝ρｗ2（ｎ−１）／２ となる。光線Ｎが被走査面６と交わる位置と、射出面Ｓ
に非球面変位がない場合に交わる位置とのずれｍは、射
出面Ｓから被走査面６までの距離をｅとすると、 ｍ＝ρｅｗ2（ｎ−１）／２ となる。以上の計算により、半径ｗのビームを光線束と
考えると、光線は曲率変化率ρを有する面により、被走
査面６において最大でｍのずれを生じる。そのため、焦
点を被走査面６上に設定しても、各々の光線は一点には
集束せず、ビームスポットは大きくなり、結像特性を悪
化させることとなる。An example will be given to specifically perform the calculation. As shown in FIG. 4, for the sake of simplicity, it is assumed that the entrance surface S d of the imaging lens 5 is a flat surface, and the exit surface S e is a paraxially flat surface, and an aspherical displacement is added thereto. A parallel beam having a radius w passes through the imaging lens 5. The optical axis direction is the z-axis, the direction perpendicular to the optical axis is the y-axis, and the point where the exit surface S e and the optical axis intersect is the origin. A surface whose curvature changes is represented by a cubic curve. Therefore, when the exit surface S e is given as z = ky 3 , the curvature change rate ρ is paraxially 3 of z by y.
The second derivative, that is, ρ = 6k. Next, considering that the beam has the thickness of the radius w, the beam is considered to be a bundle of rays, and the ray N passing through a position separated by a distance w from the optical axis is traced. The inclination of the exit surface S e at the height w from the optical axis is 3 kw 2 , and assuming that the refractive index of the parallel plate is n, the angle α formed by the light beam emitted from the exit surface S e with the optical axis is approximately , Α = 3 kw 2 (n−1). Therefore, the relationship between the curvature change rate ρ and the angle α is α = ρw 2 (n-1) / 2. The position where the light ray N intersects the surface 6 to be scanned and the exit surface S
When there is no aspherical surface displacement, the deviation m from the intersecting position is m = ρew 2 (n-1) / 2, where e is the distance from the exit surface S to the surface 6 to be scanned. From the above calculation, assuming that a beam having a radius w is a bundle of rays, the rays have a maximum deviation of m on the surface 6 to be scanned due to the surface having the curvature change rate ρ. Therefore, even if the focal point is set on the surface 6 to be scanned, each light beam is not focused at one point, the beam spot becomes large, and the image forming characteristics are deteriorated.
【００４２】ここで、一般的な値として、仮にρ＝０．
００５、ｅ＝１００ｍｍ、ｗ＝１ｍｍ、ｎ＝１．５とす
ると、ｍ＝０．１２５ｍｍとなる。光走査装置の走査密
度が、例えば３００ｄｐｉであれば、ビームスポットの
半径は０．０６ｍｍ程度に設定される。ここで、ビーム
スポット半径とは、ビームスポットの最大強度に対して
１／ｅ2の強度となる点を連ねた形状の半径のことであ
る。先のずれ量ｍはビームスポット半径の約２倍である
が、最大強度に対して１／ｅ2の位置ではビーム強度は
あまり大きくないので、この程度であればビームスポッ
ト形状はあまり崩れず、問題とはならない。以上の議論
は、光軸上のビームに対してであるが、光軸外の斜めの
ビームに対しても同様のこととなる。Here, as a general value, ρ = 0.
If 005, e = 100 mm, w = 1 mm, and n = 1.5, then m = 0.125 mm. If the scanning density of the optical scanning device is, for example, 300 dpi, the radius of the beam spot is set to about 0.06 mm. Here, the beam spot radius is a radius of a shape in which points having an intensity of 1 / e 2 with respect to the maximum intensity of the beam spot are connected. The above-mentioned shift amount m is about twice the radius of the beam spot, but the beam intensity is not so large at the position of 1 / e 2 with respect to the maximum intensity. It doesn't matter. The above discussion is for a beam on the optical axis, but the same applies to an oblique beam outside the optical axis.
【００４３】ところで、非球面レンズをガラスで製造す
るとコスト高となるため、プラスチックで成型により製
造することがよく行われている。ただし、プラスチック
でレンズを成型する場合、冷却速度の不均一によりレン
ズ内部に歪が生じ、屈折率が不均一となることがある。
そこで、屈折率の分布が問題とならないような条件につ
いて調べた。図５に示すように、単純化するために結像
レンズ５の副走査断面（光軸を含み副走査方向に平行な
面）を矩形とし、光軸方向の厚さをｔ、副走査方向の高
さをｈとする。座標はレンズ断面の中心を原点とし、光
軸方向にｚ軸を、副走査方向にｘ軸をとる。By the way, if the aspherical lens is made of glass, the cost is high. Therefore, the aspherical lens is often made of plastic by molding. However, when molding a lens with plastic, distortion may occur inside the lens due to uneven cooling rate, resulting in uneven refractive index.
Therefore, the conditions under which the distribution of the refractive index does not matter are investigated. As shown in FIG. 5, for simplification, the sub-scanning cross section of the imaging lens 5 (the surface including the optical axis and parallel to the sub-scanning direction) is rectangular, and the thickness in the optical axis direction is t and the thickness in the sub-scanning direction is Let height be h. Coordinates have the center of the lens cross section as the origin, the z axis in the optical axis direction, and the x axis in the sub-scanning direction.
【００４４】断面形状が長方形の場合、冷却時の等温度
曲線は長手方向に沿ってほぼ平行となるため、屈折率は
長手方向にはほぼ均一となるが、それと垂直な方向に分
布を生じることとなる。また、ビームの進行方向に沿っ
た屈折率分布は結像特性に影響を及ぼさないが、それと
垂直な方向に屈折率分布があると、焦点位置がずれたり
結像特性が悪化したりする。従って、厚さｔは小さいほ
ど、また高さｈは大きいほど屈折率分布の影響は小さく
なる。When the cross-sectional shape is rectangular, the isothermal curves during cooling are almost parallel to each other in the longitudinal direction, so that the refractive index is almost uniform in the longitudinal direction, but a distribution is generated in a direction perpendicular to that. Becomes Further, the refractive index distribution along the traveling direction of the beam does not affect the image forming characteristics, but if there is a refractive index distribution in the direction perpendicular to it, the focal position shifts or the image forming characteristics deteriorate. Therefore, the influence of the refractive index distribution becomes smaller as the thickness t becomes smaller and the height h becomes larger.
【００４５】ここで、厚さｔと高さｈとの比によって、
レンズ内部の冷却速度がどのように変化するかを数値計
算により調べた。初期温度Ｔ1で一様なレンズを温度Ｔ2
の環境で冷却する場合について考える。ｘ軸上の各点の
温度Ｔ3がＴ1とＴ2との中間温度、すなわち、 Ｔ3＝（Ｔ1＋Ｔ2）／２ に達するまでの時間を図６に示す。横軸はｈ／２で規格
化したｘ座標であり、縦軸は、レンズ断面の中心点（原
点）の値で規格化した冷却時間である。同図はビームの
進行方向に垂直な方向での冷却時間の分布を示すもので
あるが、ｈ／ｔが大きくなるほど、レンズ中心付近の分
布が均一になる傾向を示している。Here, depending on the ratio of the thickness t and the height h,
We investigated how the cooling rate inside the lens changes by numerical calculation. A uniform lens with an initial temperature T 1 is heated to a temperature T 2
Consider the case of cooling in the environment. FIG. 6 shows the time required for the temperature T 3 at each point on the x-axis to reach the intermediate temperature between T 1 and T 2 , that is, T 3 = (T 1 + T 2 ) / 2. The horizontal axis is the x coordinate standardized by h / 2, and the vertical axis is the cooling time standardized by the value of the center point (origin) of the lens cross section. This figure shows the distribution of the cooling time in the direction perpendicular to the beam traveling direction, but as h / t increases, the distribution near the lens center tends to become more uniform.
【００４６】さらに、射出成型により製造したプラスチ
ックレンズについて実測した屈折率分布を図７に示す。
ｈ／ｔとしては０．５３と１．８８の２種類のものを用
いた。横軸はｈ／２で規格化したｘ座標であり、縦軸は
光軸での屈折率を基準とした屈折率の変動量である。ｈ
／ｔ＝０．５３の場合には、光軸付近で屈折率が変動し
ており、実際にビームを通してみると、屈折率分布型レ
ンズのように屈折率分布が凹レンズとして作用し、焦点
位置がずれ、結像特性も悪化した。一方、ｈ／ｔ＝１．
８８の場合には、光軸付近では屈折率がほぼ一定であ
り、ビームを通しても結像特性の悪化や焦点位置のずれ
は見られなかった。Further, FIG. 7 shows the measured refractive index distribution of a plastic lens manufactured by injection molding.
Two types of h / t were used, 0.53 and 1.88. The horizontal axis is the x coordinate standardized by h / 2, and the vertical axis is the variation amount of the refractive index based on the refractive index on the optical axis. h
When /t=0.53, the refractive index fluctuates in the vicinity of the optical axis, and when actually viewed through the beam, the refractive index distribution acts as a concave lens like a gradient index lens, and the focal position is The shift and the image forming characteristics are also deteriorated. On the other hand, h / t = 1.
In the case of 88, the refractive index was almost constant in the vicinity of the optical axis, and no deterioration of the image forming characteristics or deviation of the focus position was observed even through the beam.
【００４７】以上のことから、（１）ｈ／ｔが大きくな
るほどレンズ中心付近の分布が均一になること、（２）
ｈ／ｔ＝１．８８の場合には良好な結果が得られたこ
と、を考慮するとｈ／ｔ≧１．８８であることが望まし
い。さらに、測定誤差や、特性のばらつきなどを考慮す
ると、図５に示す結像レンズ５の副走査断面において、
光軸方向の厚さｔ、副走査方向の高さｈとの比を、 ｈ／ｔ＞２ なるように設定することがより望ましい。このようにす
れば、結像特性の悪化や焦点位置のずれを実用的に問題
のない程度に抑えることができる。From the above, (1) the larger h / t, the more uniform the distribution near the lens center, (2)
Considering that good results were obtained when h / t = 1.88, it is desirable that h / t ≧ 1.88. Further, in consideration of the measurement error and the variation in characteristics, in the sub-scan section of the imaging lens 5 shown in FIG.
It is more desirable to set the ratio of the thickness t in the optical axis direction to the height h in the sub-scanning direction such that h / t> 2. By doing so, it is possible to suppress the deterioration of the image forming characteristics and the shift of the focus position to the extent that there is no practical problem.
【００４８】一方、ｈ／ｔの上限値であるが、これは製
作上の能力・製造性・コストなどによって決まる。一般
的には、ｈ／ｔ＜５０程度の範囲内に設定するのが好ま
しい。On the other hand, the upper limit of h / t is determined by the manufacturing capability, manufacturability and cost. Generally, it is preferable to set it within the range of h / t <50.
【００４９】ところで、プラスチックレンズでは、レン
ズの強度や成型性を高めるためにレンズ有効部の周囲に
リブを設けることが一般的である。そこで、図８のよう
にリブを含めた高さｈを用いて上式を満足させても、同
様の効果が得られる。By the way, in a plastic lens, a rib is generally provided around the lens effective portion in order to enhance the strength and moldability of the lens. Therefore, even if the above expression is satisfied by using the height h including the rib as shown in FIG. 8, the same effect can be obtained.
【００５０】また、プラスチックレンズでは厚さの不均
一も内部歪を生じる原因となるため、なるべく厚さを均
一にする必要がある。結像レンズをプラスチックで成型
するときには、レンズの厚さｔが主走査断面の有効部に
おいて大きく変化していると、成型時の流動状態が不均
一になり、内部歪を生じてしまう。そこで、本実施例に
おいては、結像レンズの有効部において、光軸方向の厚
さの最大値ｔmaxと最小値ｔminとの比を、 ｔmax／ｔmin＜２ となるようにしている。このようにすれば、内部歪を実
用的に問題のない程度に抑えることができる。なお、理
想的にはｔmax／ｔmin＝１なので、１≦ｔmax／ｔmin＜
２の範囲内に納まるようにするのが望ましい。Further, in the case of a plastic lens, nonuniform thickness also causes internal distortion, so it is necessary to make the thickness as uniform as possible. When the imaging lens is molded with plastic, if the lens thickness t changes greatly in the effective portion of the main scanning cross section, the flow state during molding becomes uneven and internal distortion occurs. Therefore, in this embodiment, the ratio of the maximum value t max and the minimum value t min of the thickness in the optical axis direction is set to t max / t min <2 in the effective portion of the imaging lens. . By doing so, it is possible to suppress the internal distortion to such an extent that there is no practical problem. Since t max / t min = 1 ideally, 1 ≦ t max / t min <
It is desirable to set it within the range of 2.
【００５１】しかも、本実施例においては、結像レンズ
に入射するビームは、主走査断面において集束光であ
る。結像レンズへの入射ビームが、主走査断面で平行光
や発散光となっていると、ビームを被走査面に結像させ
るために、結像レンズは屈折力の大きな正レンズとせね
ばならず、結像レンズの主走査断面の厚さが極めて不均
一となってしまう。そこで、結像レンズへの入射ビーム
を主走査断面で集束光とし、結像レンズの屈折力が小さ
くて済むようにし、レンズの厚さを極力均一になるよう
にしている。Moreover, in the present embodiment, the beam incident on the imaging lens is focused light in the main scanning section. If the incident beam to the imaging lens is parallel light or divergent light in the main scanning cross section, the imaging lens must be a positive lens with a large refractive power in order to form an image on the surface to be scanned. The thickness of the main scanning section of the imaging lens becomes extremely uneven. Therefore, the incident beam to the imaging lens is focused light in the main scanning cross section so that the refractive power of the imaging lens may be small, and the thickness of the lens is made as uniform as possible.
【００５２】本実施例における結像レンズは光軸上での
屈折力が主走査方向と副走査方向とで異なるアナモフィ
ックレンズである。そのため、諸収差の補正を主走査方
向と副走査方向とで独立に行え、光学設計上の自由度が
大きく、主走査方向、副走査方向ともに像面湾曲を小さ
く抑えることができ、等速走査性も良好にすることがで
きる。The image forming lens in this embodiment is an anamorphic lens whose refractive power on the optical axis differs in the main scanning direction and the sub scanning direction. Therefore, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction, the degree of freedom in optical design is large, and the field curvature can be suppressed to be small in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. The property can be improved.
【００５３】従来の光走査装置では、偏向器として回転
多面鏡を用いる場合には、各反射面の面倒れに起因する
走査線の位置ずれを除去するために、光学系に倒れ補正
機能を持たせることがよく行われている。本発明の光走
査装置においてもこのような倒れ補正機能を有してい
る。本発明では、先述したように副走査断面においてビ
ームは回転レンズ鏡の反射面に結像する。そして、副走
査断面において偏向点と被走査面とが光学的共役関係に
あるため、回転レンズ鏡の反射面に面倒れがあっても、
被走査面上におけるビームスポットの副走査方向の位置
は変化せず、走査線の位置ずれは発生しない。In the conventional optical scanning device, when the rotary polygon mirror is used as the deflector, the optical system has a tilt correction function in order to remove the positional deviation of the scanning line due to the surface tilt of each reflecting surface. It is often done. The optical scanning device of the present invention also has such a tilt correction function. In the present invention, as described above, the beam is imaged on the reflecting surface of the rotating lens mirror in the sub scanning section. Since the deflection point and the surface to be scanned have an optical conjugate relationship in the sub-scan section, even if the reflecting surface of the rotary lens mirror has a surface tilt,
The position of the beam spot in the sub-scanning direction on the surface to be scanned does not change, and the positional deviation of the scanning line does not occur.
【００５４】さらに、本実施例における結像レンズの射
出面は、副走査断面に平行な断面の曲率が、結像レンズ
の有効部で主走査方向に沿って連続的に変化している。
このようにすれば、結像レンズの有効部のいかなる位置
でも、副走査断面に平行な断面の曲率を任意に設定でき
るため、副走査方向の像面湾曲を完全に補正することが
できる。Further, in the exit surface of the imaging lens in this embodiment, the curvature of the section parallel to the sub-scanning section continuously changes along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens.
With this configuration, the curvature of the section parallel to the sub-scan section can be arbitrarily set at any position of the effective portion of the imaging lens, so that the field curvature in the sub-scan direction can be completely corrected.
【００５５】ところで、副走査方向の曲率が変化する面
を射出面に限る必要はなく、入射面の副走査方向の曲率
を変化させてもよい。つまり、副走査方向の像面湾曲を
補正するためには、一つの自由度さえ持っていればよ
く、入射面、射出面の少なくとも一方の面を、副走査方
向の曲率が変化するようにすればよい。そうすれば、他
方の面の副走査方向の曲率は任意に設定できる。そこで
本実施例においては、結像レンズの入射面の副走査断面
を直線とし、副走査断面で見ると平凸レンズとしてもよ
い。このように、結像レンズの２つの面のうち、片方の
面を副走査断面で直線となるようにすれば、結像レンズ
の製造が容易になりコストも低減する。さらに、一つの
レンズに光学曲面が２面存在すると、それらの面の光軸
の相対的な位置精度が問題となり、２本の光軸を一致さ
せることが厳しく要求されるが、副走査断面で平凸レン
ズとなるようにすれば、副走査断面ではそのような要求
は生じない。By the way, the surface in which the curvature in the sub-scanning direction changes is not limited to the exit surface, and the curvature in the sub-scanning direction of the incident surface may be changed. In other words, in order to correct the curvature of field in the sub-scanning direction, it is only necessary to have one degree of freedom, and it is necessary to change at least one of the entrance surface and the exit surface so that the curvature in the sub-scanning direction changes. Good. Then, the curvature of the other surface in the sub-scanning direction can be set arbitrarily. Therefore, in the present embodiment, the sub-scan section of the entrance surface of the imaging lens may be a straight line, and a plano-convex lens may be used when viewed in the sub-scan section. In this way, if one of the two surfaces of the imaging lens is made to be a straight line in the sub-scanning section, the manufacturing of the imaging lens becomes easy and the cost is reduced. Furthermore, if there are two optical curved surfaces on one lens, the relative positional accuracy of the optical axes of those surfaces becomes a problem, and it is strictly required to match the two optical axes. If a plano-convex lens is used, such a requirement does not occur in the sub-scan section.
【００５６】先述したように、光走査装置の光学系に要
求される主な特性は、等速走査性と像面の平坦性とであ
るが、さらに付け加えるならば、ビームスポット径の均
一性が要求される。最近では走査密度が高く、解像度も
高い光走査装置が求められているため、有効走査領域に
おいてビームスポット径が一定であることが強く要求さ
れるようになってきた。ビームスポット径を一定にする
ためには、光学系の光学倍率を一定にすればよい。As described above, the main characteristics required for the optical system of the optical scanning device are the constant speed scanning property and the flatness of the image plane. Required. Recently, an optical scanning device having a high scanning density and a high resolution has been demanded, so that a constant beam spot diameter in an effective scanning region has been strongly required. In order to make the beam spot diameter constant, the optical magnification of the optical system may be made constant.
【００５７】ここで、特に副走査方向の光学倍率を一定
にすることを考える。本実施例では、副走査断面で回転
レンズ鏡の反射面近傍にビームが結像するため、反射面
近傍の結像点と被走査面上の結像点との間の光学倍率を
一定にすればよい。Here, it is considered that the optical magnification in the sub-scanning direction is constant. In this embodiment, since the beam forms an image in the vicinity of the reflecting surface of the rotating lens mirror in the sub-scan section, it is possible to keep the optical magnification between the image forming point near the reflecting surface and the image forming point on the surface to be scanned constant. Good.
【００５８】単純化して考えるため、図９に示すよう
に、結像レンズ５を薄肉レンズとし、回転レンズ鏡は副
走査方向に屈折力を持たないので省略する。ビームの偏
向点Ｐから被走査面６までの距離をａ、偏向点Ｐから結
像レンズ５までの距離をｂ、結像レンズ５の主走査断面
の有効部で、光軸からの高さをｙとする。結像レンズ５
と光軸とが交わる点を基準とした、ｙの高さでの結像レ
ンズ５の光軸方向のずれをΔｚ（ｙ）とする。回転レン
ズ鏡の反射面とビームの偏向点Ｐとはほぼ一致するた
め、偏向点Ｐを結像点と考える。光軸からの高さｙの位
置を透過するビームの副走査方向の光学倍率β（ｙ）
は、For simplification, as shown in FIG. 9, the imaging lens 5 is a thin lens, and the rotary lens mirror has no refracting power in the sub-scanning direction, so it is omitted. The distance from the deflection point P of the beam to the scanned surface 6 is a, the distance from the deflection point P to the imaging lens 5 is b, and the height from the optical axis is the effective portion of the main scanning cross section of the imaging lens 5. Let y. Imaging lens 5
The deviation in the optical axis direction of the imaging lens 5 at the height of y is defined as Δz (y) with reference to the point where the and the optical axis intersect. Since the reflecting surface of the rotary lens mirror and the deflection point P of the beam are substantially coincident with each other, the deflection point P is considered as an image forming point. Optical magnification β (y) in the sub-scanning direction of the beam that passes through the position of height y from the optical axis
Is
【００５９】[0059]
【数７】 [Equation 7]
【００６０】である。ところで、本件発明者の実験によ
れば、ビーム径が±２０％以上変動すると、光走査装置
としての解像度が不均一となり、レーザプリンタでの印
字でも、特に細かい網点のようなパターンでは、濃度む
らを生じて印字品質が悪化する。そこで、任意の光軸高
さｙでの光学倍率β（ｙ）を、光軸上の光学倍率β
（０）を基準として、次式で規定する。It is By the way, according to an experiment by the inventor of the present invention, if the beam diameter fluctuates by ± 20% or more, the resolution as an optical scanning device becomes non-uniform, and even when printing with a laser printer, especially in a pattern such as fine halftone dots, the density Print quality deteriorates due to unevenness. Therefore, the optical magnification β (y) at an arbitrary optical axis height y is set to the optical magnification β on the optical axis.
It is defined by the following equation with (0) as a reference.
【００６１】[0061]
【数８】 [Equation 8]
【００６２】この式を計算し近似を施すと、次式のよう
になる。When this formula is calculated and approximated, the following formula is obtained.
【００６３】[0063]
【数９】 [Equation 9]
【００６４】従って、結像レンズのレンズ面Ｓiにおい
て、主走査断面の有効部で、ｙの高さでのレンズ面の光
軸方向の変位量をΔｚi（ｙ）とし、偏向点からレンズ
面Ｓiまでの距離をｂiとすると、Therefore, on the lens surface S i of the imaging lens, the displacement amount in the optical axis direction of the lens surface at the height y is Δz i (y) at the effective portion of the main scanning cross section, and the lens is deflected from the deflection point. If the distance to the surface S i is b i ,
【００６５】[0065]
【数１０】 [Equation 10]
【００６６】となる。ただし、レンズ面は曲面であるの
で、Δｚi（ｙ）＞０である。このようにすれば、副走
査方向の光学倍率が均一で、解像度が均一な光走査装置
が実現できる。また、このような光走査装置をレーザプ
リンタに利用すると、濃度むらがなく良好な印字品質が
得られる。It becomes However, since the lens surface is a curved surface, Δz i (y)> 0. By doing so, an optical scanning device having a uniform optical magnification in the sub-scanning direction and a uniform resolution can be realized. Further, when such an optical scanning device is used in a laser printer, good printing quality can be obtained without uneven density.
【００６７】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
１、表２に示す。ただし、１走査の走査開始から走査終
了までの回転レンズ鏡の回転角を２ωとする。半導体レ
ーザの発光点をＳ1、コリメータレンズの入射面、射出
面をそれぞれＳ2、Ｓ3、シリンドリカルレンズの入射
面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、回転レンズ鏡の入射
面、反射面、射出面をそれぞれＳ6、Ｓ7、Ｓ8、結像レ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ9、Ｓ10とする。各
光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲率半径を
ｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiとし、コリ
メータレンズ、シリンドリカルレンズ、回転レンズ鏡、
結像レンズの屈折率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ6、ｎ9とす
る。また、アナモフィックなレンズ面では、副走査方
向、主走査方向の曲率半径をそれぞれｒix、ｒiyとし、
非球面の曲率半径については、光軸上の値を示す。結像
レンズの主走査断面形状は非球面形状であり、Tables 1 and 2 show optical specifications of typical design examples of this embodiment. However, the rotation angle of the rotary lens mirror from the start of one scan to the end of the scan is 2ω. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance and exit surfaces of the collimator lens are S 2 and S 3 , respectively, the entrance and exit surfaces of the cylindrical lens are S 4 and S 5 , respectively, and the entrance and reflection surfaces of the rotary lens mirror. , S 6 exit surface, respectively, S 7, S 8, the incident surface of the imaging lens to the exit surface of the S 9, S 10, respectively. Regarding the symbols of the respective optical specifications, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial distance from the i-th surface to the next surface is d i , and a collimator lens, a cylindrical lens, a rotary lens mirror,
The refractive indices of the imaging lens are n 2 , n 4 , n 6 and n 9 , respectively. On the anamorphic lens surface, the radii of curvature in the sub-scanning direction and the radii of curvature in the main-scanning direction are r ix and r iy , respectively.
The radius of curvature of the aspherical surface indicates a value on the optical axis. The main scanning cross-sectional shape of the imaging lens is an aspherical shape,
【００６８】[0068]
【数１１】 [Equation 11]
【００６９】で表す。座標は、レンズ面が光軸と交わる
点を原点とし、光軸方向にｚ軸、光軸に垂直で主走査方
向にｙ軸をとっている。Ｋi、Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄi、Ｅi
は非球面係数である。また、結像レンズの射出面は、副
走査断面に平行な断面の曲率が、結像レンズの有効部で
主走査方向に沿って連続的に変化しており、曲率半径Ｒ
iを、 Ｒi＝ｒix＋Ａixｙ2＋Ｂixｙ4＋Ｃixｙ6＋Ｄixｙ8＋Ｅ
ixｙ10 で表す。Ａix、Ｂix、Ｃix、Ｄix、Ｅixは係数である。It is represented by The coordinates have the origin at the point where the lens surface intersects the optical axis, the z axis in the optical axis direction, and the y axis in the main scanning direction perpendicular to the optical axis. K i , A i , B i , C i , D i , E i
Is an aspherical coefficient. Further, the exit surface of the imaging lens has a curvature of a cross section parallel to the sub-scanning cross section continuously changing along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens, and a radius of curvature R
i is R i = r ix + A ix y 2 + B ix y 4 + C ix y 6 + D ix y 8 + E
It is represented by ix y 10 . A ix , B ix , C ix , D ix and E ix are coefficients.
【００７０】[0070]
【表１】 [Table 1]
【００７１】[0071]
【表２】 [Table 2]
【００７２】図１０はこの設計例についての主走査断面
図、図１１はこの設計例の収差図である。なお、収差図
については、像面湾曲は破線が主走査方向、実線が副走
査方向の収差を示している。走査直線性は、ｆθレンズ
の通例では理想像高ｙ＝ｆθからの像高のずれを％で表
すが、本実施例におけるでは回転レンズ鏡が回転するた
め理想像高がｆθとならない。従って、等価な表示方法
として、光軸近傍の光線について、回転レンズ鏡の回転
角に対する像高の変化率をζとして、理想像高Ｙ＝ζθ
からのずれを％で表示している。ωはビームスポットが
被走査面上で走査中心から走査端まで走査する間の、回
転レンズ鏡の回転角である。FIG. 10 is a main-scan sectional view of this design example, and FIG. 11 is an aberration diagram of this design example. Regarding the aberration diagram, the broken line shows the aberration in the main scanning direction, and the solid line shows the aberration in the sub scanning direction. In the scanning linearity, the deviation of the image height from the ideal image height y = fθ is usually expressed by% in the case of the fθ lens, but in the present embodiment, the ideal image height is not fθ because the rotating lens mirror rotates. Therefore, as an equivalent display method, with respect to a light ray near the optical axis, an ideal image height Y = ζθ, where ζ is the rate of change of the image height with respect to the rotation angle of the rotary lens mirror.
The deviation from is displayed in%. ω is the rotation angle of the rotary lens mirror while the beam spot scans the surface to be scanned from the scanning center to the scanning end.
【００７３】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図１２に示す。横軸は入射面でのビームの光軸か
らの高さであり、屈折力はレンズの有効部について示し
ている。屈折力は、ビームが走査中心から走査端に行く
に従って大きくなっており、回転レンズ鏡の主走査方向
の屈折力の変化を打ち消し、図１１に示すように主走査
方向の像面湾曲は±２．０ｍｍ以内と、良好に補正され
ている。１〜２ｍｍ程度の振幅で振動している像面湾曲
は、結像レンズの主走査断面形状の非球面係数を、１２
次までの非球面係数しか用いていないことにより生じる
ものである。より高次の非球面係数を用いれば、像面湾
曲はさらに小さくなる。FIG. 12 shows changes in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. The horizontal axis is the height from the optical axis of the beam at the incident surface, and the refractive power shows the effective portion of the lens. The refracting power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, cancels out the change in the refracting power of the rotating lens mirror in the main scanning direction, and as shown in FIG. 11, the field curvature in the main scanning direction is ± 2. It is well corrected within 0.0 mm. The field curvature oscillating with an amplitude of about 1 to 2 mm has an aspheric coefficient of the main scanning cross section of the imaging lens of 12
This is caused by using only the following aspherical coefficients. If higher-order aspherical coefficients are used, the field curvature becomes smaller.
【００７４】結像レンズの射出面は、副走査断面に平行
な断面の曲率が、結像レンズの有効部で主走査方向に沿
って連続的に変化しているため、図１１に示すように副
走査方向の像面湾曲が±０．２ｍｍ以内と、極めて良好
に補正されている。On the exit surface of the imaging lens, the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section continuously changes along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens, and as shown in FIG. The field curvature in the sub-scanning direction is within ± 0.2 mm, which is extremely well corrected.
【００７５】結像レンズの主走査断面における曲率変化
率ρは、図１３のように有効部の範囲内で０．００５以
下となっており、走査端でのビームスポットの断面強度
分布は、主走査方向で図１４に示すように、裾部がやや
広がっていたり、側部に小さなピークがあるもの、実用
上問題ない程度となっている。The rate of curvature change ρ in the main scanning section of the imaging lens is 0.005 or less within the effective portion as shown in FIG. 13, and the sectional intensity distribution of the beam spot at the scanning end is As shown in FIG. 14 in the scanning direction, the skirt is slightly widened or has a small peak on the side, but there is no problem in practical use.
【００７６】結像レンズの有効部における、光軸方向の
厚さの最大値ｔmaxは５．５ｍｍ、最小値はｔminは３．
９０ｍｍであり、それらの比は、 ｔmax／ｔmin＝１．４１ となり、厚さが均一となっているため、結像レンズをプ
ラスチックで成型するときに、スムーズで均一な流動が
なされ、内部歪の発生はほとんどない。In the effective part of the imaging lens, the maximum value t max of the thickness in the optical axis direction is 5.5 mm, and the minimum value t min is 3.
90 mm, the ratio of them is t max / t min = 1.41 and the thickness is uniform, so when the imaging lens is molded with plastic, smooth and uniform flow is achieved, Almost no distortion occurs.
【００７７】結像レンズへの入射ビームは集束光であ
り、その焦点は結像レンズ入射面から被走査面側へ２１
３．８６ｍｍに位置する。従って、結像レンズの主走査
方向の屈折力は小さくて済み、そのために結像レンズの
厚さを均一にすることが可能となっている。The beam incident on the imaging lens is focused light, and its focal point is 21 from the entrance surface of the imaging lens to the surface to be scanned.
Located at 3.86 mm. Therefore, the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction can be small, and therefore the thickness of the imaging lens can be made uniform.
【００７８】結像レンズのレンズ面の形状変化に基づく
変化量、A change amount based on a change in the shape of the lens surface of the imaging lens,
【００７９】[0079]
【数１２】 [Equation 12]
【００８０】は、図１５のように入射面、射出面のいず
れも、有効部で常に０．２より小さくなっており、副走
査方向のビームスポット直径の変動は、図１６のように
２０％以内に抑えられ、解像度は均一となっている。As shown in FIG. 15, both the incident surface and the exit surface are always smaller than 0.2 in the effective portion, and the variation of the beam spot diameter in the sub-scanning direction is 20% as shown in FIG. It is suppressed within the range and the resolution is uniform.
【００８１】次に、解像度の均一性をさらに良好にする
ことを考える。本実施例の結像レンズでは、副走査断面
に平行な断面の曲率が主走査方向に沿って連続的に変化
している面は、射出面のみである。ところが、結像レン
ズの両面ともを、そのような面とすれば、光学設計の自
由度が副走査方向でさらに１自由度大きくなり、副走査
方向のビームスポット径を完全に一定にすることができ
る。Next, it is considered to further improve the uniformity of resolution. In the imaging lens of the present embodiment, the only surface where the curvature of the cross section parallel to the sub-scanning section continuously changes along the main scanning direction is the exit surface. However, if both surfaces of the imaging lens are made such surfaces, the degree of freedom in optical design is further increased by one in the sub-scanning direction, and the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant. it can.
【００８２】このことを図を用いて説明する。上記した
設計例では、結像レンズは図１０のように屈曲してお
り、副走査断面に平行な断面の主点もその形状にほぼ沿
って屈曲しているため、実用的には問題のない範囲内で
はあるが、結像レンズの副走査方向の倍率は多少変化し
ている。しかしながら、副走査断面に平行な任意の断面
で、両面の曲率半径を任意に設定できれば、図１７
（ａ）〜（ｅ）のようにベンディングにより主点Ｈの位
置も任意に設定できる。そこで、副走査断面に平行な任
意の断面の主点を連ねた線が、光軸に対して垂直な直線
となるように、副走査方向の曲率半径を設定すれば、結
像レンズの副走査方向の光学倍率を、有効走査領域に渡
って完全に一定にすることができ、ビームスポット径も
一定となる。This will be described with reference to the drawings. In the above-described design example, the imaging lens is bent as shown in FIG. 10, and the principal point of the cross section parallel to the sub-scanning section is also bent substantially along the shape thereof, so that there is no practical problem. Although within the range, the magnification of the imaging lens in the sub-scanning direction is slightly changed. However, if the radii of curvature of both surfaces can be arbitrarily set in an arbitrary section parallel to the sub-scan section, FIG.
The position of the principal point H can be arbitrarily set by bending as in (a) to (e). Therefore, if the radius of curvature in the sub-scanning direction is set so that the line connecting the principal points of an arbitrary section parallel to the sub-scanning section becomes a straight line perpendicular to the optical axis, the sub-scanning of the imaging lens The optical magnification in the direction can be made completely constant over the effective scanning area, and the beam spot diameter also becomes constant.
【００８３】（実施例２）図１８は本発明の光走査装置
の第２の実施例としての光走査装置を示したものであ
る。半導体レーザ１より射出したビームがコリメータレ
ンズ２によって平行なビームとされ、回転レンズ鏡４の
入射面に入射した後、反射面で反射され、射出面から射
出する。入射面は凹面、反射面は平面、射出面は凸面で
ある。ビームは回転レンズ鏡４の回転に伴って偏向さ
れ、結像レンズ５で集束作用を受け、被走査面６上にビ
ームスポットを形成する。結像レンズ５は球面レンズで
ある。(Embodiment 2) FIG. 18 shows an optical scanning device as a second embodiment of the optical scanning device of the present invention. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is made into a parallel beam by the collimator lens 2, enters the incident surface of the rotary lens mirror 4, is reflected by the reflecting surface, and is emitted from the emitting surface. The entrance surface is concave, the reflection surface is flat, and the exit surface is convex. The beam is deflected as the rotary lens mirror 4 rotates, and is focused by the imaging lens 5 to form a beam spot on the surface 6 to be scanned. The imaging lens 5 is a spherical lens.
【００８４】本実施例の回転レンズ鏡は、入射面と射出
面とが球面であり実施例１とは異なるが、主走査断面に
関しては、実施例１と同様、それらの面はそれぞれ負、
正の屈折力を持つ。従って、本実施例でも、回転レンズ
鏡の屈折力は、走査中心を走査するビームの光路では大
きく、ビームが走査端へ移動するにつれて小さくなる。
一方、結像レンズの主走査方向の屈折力は、走査中心を
走査するビームの光路において最も小さく、走査端にビ
ームが近づくにつれて大きくなり、回転レンズ鏡の屈折
力の不均一を打ち消し、主走査方向の像面湾曲を小さく
抑えている。The rotary lens mirror of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the entrance surface and the exit surface are spherical surfaces, but with respect to the main scanning section, those surfaces are negative, as in the first embodiment.
Has positive refractive power. Therefore, also in this embodiment, the refractive power of the rotating lens mirror is large in the optical path of the beam scanning the scanning center and becomes small as the beam moves to the scanning end.
On the other hand, the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam scanning the scanning center and increases as the beam approaches the scanning end, canceling out the nonuniformity of the refracting power of the rotating lens mirror, The field curvature in the direction is kept small.
【００８５】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
３に示す。半導体レーザの発光点をＳ1、コリメータレ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ2、Ｓ3、回転レンズ
鏡の入射面、反射面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、
Ｓ6、結像レンズの入射面、射出面をそれぞれＳ7、Ｓ8
とする。各光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲
率半径をｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiと
し、コリメータレンズ、回転レンズ鏡、結像レンズの屈
折率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ7とする。Table 3 shows the optical specifications of a typical design example of this embodiment. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance and exit surfaces of the collimator lens are S 2 and S 3 , respectively, and the entrance, reflection and exit surfaces of the rotary lens mirror are S 4 and S 5 , respectively.
S 6 , the incident surface and the exit surface of the imaging lens are S 7 and S 8 respectively.
And Regarding the symbols of the optical specifications, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial distance from the i-th surface to the next surface is d i, and the refraction of the collimator lens, the rotating lens mirror, and the imaging lens is The rates are n 2 , n 4 and n 7 , respectively.
【００８６】[0086]
【表３】 [Table 3]
【００８７】図１９はこの設計例についての主走査断面
図、図２０はこの設計例の収差図である。FIG. 19 is a main-scan sectional view of this design example, and FIG. 20 is an aberration diagram of this design example.
【００８８】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図２１に示す。実施例１と同様に、屈折力はビー
ムが走査中心から走査端に行くに従って大きくなってお
り、回転レンズ鏡の主走査方向の屈折力変化を打ち消
し、図２０のように主走査方向の像面湾曲は±１．０ｍ
ｍ以内と、良好に補正されている。FIG. 21 shows changes in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. As in the first embodiment, the refracting power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, canceling out the refractive power change of the rotating lens mirror in the main scanning direction, and as shown in FIG. Curvature is ± 1.0 m
It is well corrected within m.
【００８９】（実施例３）図２２は本発明の光走査装置
の第３の実施例としての光走査装置を示したものであ
る。半導体レーザ１より射出したビームがコリメータレ
ンズ２によって平行なビームとされる。偏向手段として
の回動レンズ７および偏向鏡８は共に回転する。コリメ
ータレンズ２から射出された平行ビームは負のパワーを
有する回動レンズ７で発散ビームとされ、偏向鏡８で反
射され、偏向鏡８の回転により偏向される。偏向された
ビームは、結像光学系である結像レンズ５により集束作
用を受け、被走査面６上にビームスポットを形成する。
結像レンズ５は球面レンズである。(Embodiment 3) FIG. 22 shows an optical scanning device as a third embodiment of the optical scanning device of the present invention. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the collimator lens 2. The rotating lens 7 and the deflecting mirror 8 as the deflecting means rotate together. The parallel beam emitted from the collimator lens 2 is made into a divergent beam by the rotating lens 7 having negative power, reflected by the deflecting mirror 8, and deflected by the rotation of the deflecting mirror 8. The deflected beam is focused by the image forming lens 5 which is an image forming optical system to form a beam spot on the surface 6 to be scanned.
The imaging lens 5 is a spherical lens.
【００９０】図２３に回動レンズ７および偏向鏡８の回
転に伴ってビームが偏向される様子を模式的に示す。回
動レンズ７および偏向鏡８は、偏向鏡８の反射面Ｓf内
の回転軸Ｏを中心に回転し、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩのように
変位する。入射ビームＬは回動レンズ７の回転に伴い、
回動レンズ７のそれぞれ異なる位置を透過するため、屈
折により偏向される。ビームはさらに偏向鏡８の反射面
Ｓfで反射されて、さらにその偏向角を大きくし、射出
ビームＭ1、Ｍ2、Ｍ3のように偏向される。FIG. 23 schematically shows how the beam is deflected as the rotary lens 7 and the deflecting mirror 8 rotate. The rotating lens 7 and the deflecting mirror 8 rotate about a rotation axis O in the reflecting surface S f of the deflecting mirror 8 and are displaced as indicated by I, II, and III. The incident beam L is rotated by the rotating lens 7,
Since the light passes through different positions of the rotary lens 7, it is deflected by refraction. The beam is further reflected by the reflecting surface S f of the deflecting mirror 8 to further increase its deflection angle and to be deflected like the outgoing beams M 1 , M 2 and M 3 .
【００９１】入射ビームＬは回動レンズ７で負の屈折力
を受けるが、回動レンズ７の位置がＩＩのときには入射
角０゜で入射し、Ｉ、ＩＩＩのときにはある入射角を持
って入射するため、負の屈折力の絶対値はＩＩのときに
対して、Ｉ、ＩＩＩのときの方が大きくなる。従って、
回動レンズ７の屈折力を絶対値ではなく、正負を含めた
値として相対的にみると、本実施例でも実施例１と同様
に、走査中心を走査するビームの光路では屈折力は大き
く、ビームが走査中心から走査端へ移動するにつれて小
さくなる。The incident beam L receives a negative refracting power at the rotating lens 7, but when the position of the rotating lens 7 is II, it is incident at an incident angle of 0 °, and when it is I or III, it is incident at a certain incident angle. Therefore, the absolute value of the negative refracting power is larger in I and III than in II. Therefore,
When the refractive power of the rotating lens 7 is relatively viewed as a value including positive and negative values instead of an absolute value, the refractive power is large in the optical path of the beam scanning the scanning center in this embodiment as in the first embodiment. It becomes smaller as the beam moves from the scan center to the scan edge.
【００９２】本実施例でも、結像レンズの主走査方向の
屈折力は、走査中心を走査するビームの光路において最
も小さく、走査端にビームが近づくにつれて大きくな
り、回転レンズ鏡の屈折力の不均一を打ち消し、主走査
方向の像面湾曲を小さく抑えている。Also in the present embodiment, the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction is the smallest in the optical path of the beam scanning the scanning center, and becomes larger as the beam approaches the scanning end, so that the refracting power of the rotating lens mirror becomes inadequate. The uniformity is canceled out, and the field curvature in the main scanning direction is kept small.
【００９３】本実施例の代表的な設計例の光学諸元を表
４に示す。半導体レーザの発光点をＳ1、コリメータレ
ンズの入射面、射出面をそれぞれＳ2、Ｓ3、回動レンズ
の入射面、射出面をそれぞれＳ4、Ｓ5、反射鏡の反射面
をＳ6、結像レンズの入射面、射出面をそれぞれＳ7、Ｓ
8とする。各光学諸元の記号については、第ｉ面Ｓiの曲
率半径をｒi、第ｉ面から次の面までの軸上間隔をｄiと
し、コリメータレンズ、回動レンズ、結像レンズの屈折
率をそれぞれｎ2、ｎ4、ｎ7とする。Table 4 shows the optical specifications of a typical design example of this embodiment. The emission point of the semiconductor laser is S 1 , the entrance and exit surfaces of the collimator lens are S 2 and S 3 , the entrance and exit surfaces of the rotating lens are S 4 and S 5 , and the reflection surface of the reflecting mirror is S 6 respectively. , The entrance and exit surfaces of the imaging lens are S 7 and S, respectively.
8 Regarding the symbols of each optical parameter, the radius of curvature of the i- th surface S i is r i , the axial distance from the i-th surface to the next surface is d i, and the refraction of the collimator lens, the rotating lens, and the imaging lens is The rates are n 2 , n 4 and n 7 , respectively.
【００９４】[0094]
【表４】 [Table 4]
【００９５】図２４はこの設計例についての主走査断面
図、図２５はこの設計例の収差図である。FIG. 24 is a main-scan sectional view of this design example, and FIG. 25 is an aberration diagram of this design example.
【００９６】結像レンズの主走査方向における屈折力の
変化を図２６に示す。やはり、屈折力はビームが走査中
心から走査端に行くに従って大きくなっており、回転レ
ンズ鏡の主走査方向の屈折力変化を打ち消し、図２５の
ように主走査方向の像面湾曲は±１．０ｍｍ以内と、良
好に補正されている。FIG. 26 shows changes in the refractive power of the imaging lens in the main scanning direction. Again, the refractive power increases as the beam goes from the scanning center to the scanning end, canceling out the refractive power change of the rotary lens mirror in the main scanning direction, and the field curvature in the main scanning direction is ± 1. It is satisfactorily corrected within 0 mm.
【００９７】本発明はレーザビームプリンタのみなら
ず、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザ走査ディス
プレイ等の画像形成装置やスキャナ等の画像入力装置、
あるいは光学マーク読み取り用レーザ走査装置、表面検
査用レーザ走査装置等にも適用することができ、上述し
たような効果が得られる。The present invention is not limited to laser beam printers, but also includes image forming devices such as digital copying machines, facsimiles, laser scanning displays, and image input devices such as scanners.
Alternatively, it can be applied to a laser scanning device for reading an optical mark, a laser scanning device for surface inspection, etc., and the above-described effects can be obtained.
【００９８】[0098]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果を有する。As described above, the present invention has the following effects.
【００９９】まず、請求項１、２記載の発明によれば、
主走査方向において、走査中心で大きく走査端で小さい
屈折力の分布を有する偏向手段の屈折力の不均一性を、
走査中心で小さく走査端で大きい屈折力を有する結像レ
ンズで打ち消し、像面湾曲を非常に小さくすることがで
きる。First, according to the invention described in claims 1 and 2,
In the main scanning direction, the nonuniformity of the refracting power of the deflecting means having the distribution of the refracting power that is large at the scanning center and small at the scanning end,
It can be canceled by an imaging lens having a small refractive index at the scanning center and a large refractive power at the scanning end, and the curvature of field can be made extremely small.
【０１００】請求項３記載の発明によれば、結像レンズ
に非球面を導入することにより、わずか１枚の結像レン
ズで十分に収差を補正をすることができる。さらに、結
像レンズへの入射ビームの画角も大きくとることができ
る。この結果、光走査装置を一層小型化することができ
る。According to the third aspect of the present invention, by introducing an aspherical surface into the imaging lens, it is possible to sufficiently correct the aberration with only one imaging lens. Furthermore, the angle of view of the incident beam on the imaging lens can be made large. As a result, the optical scanning device can be further downsized.
【０１０１】請求項４記載の発明によれば、ビームスポ
ット形状の崩れを実用上問題のない範囲内に抑えること
ができる。According to the fourth aspect of the invention, the collapse of the beam spot shape can be suppressed within a range that causes no practical problem.
【０１０２】請求項５記載の発明によれば、ビームスポ
ット径を一定にすることができる。この結果光走査装置
としての解像度を均一にすることができる。According to the fifth aspect of the invention, the beam spot diameter can be made constant. As a result, the resolution of the optical scanning device can be made uniform.
【０１０３】請求項６記載の発明によれば、ビームの進
行方向と垂直な方向の屈折率分布を抑制することができ
る。これにより、焦点位置がずれたり結像特性が悪化し
たりすることを防ぐことができる。According to the sixth aspect of the invention, it is possible to suppress the refractive index distribution in the direction perpendicular to the beam traveling direction. As a result, it is possible to prevent the focus position from deviating and the imaging characteristics from deteriorating.
【０１０４】請求項７記載の発明によれば、レンズ成型
時の流動状態の不均一性を防止し、内部歪を生じないよ
うな特性の優れたレンズを製造することができる。According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to manufacture a lens having excellent characteristics that prevents non-uniformity of the flow state during lens molding and does not cause internal distortion.
【０１０５】請求項８記載の発明によれば、結像レンズ
の屈折力が小さくて済むようにすることができる。この
結果、レンズの厚さを均一に近づけることができ、製造
性・コストの点できわめて有効である。According to the eighth aspect of the invention, it is possible to reduce the refractive power of the imaging lens. As a result, the thickness of the lens can be made uniform, which is extremely effective in terms of manufacturability and cost.
【０１０６】請求項９記載の発明によれば、諸収差の補
正を主走査方向と副走査方向とで独立に行うことがで
き、光学設計上の自由度が大きくなる。このことによ
り、主走査方向、副走査方向共に像面湾曲を小さく抑え
ることができ、等速走査性も良好にすることができる。According to the invention described in Item 9, various aberrations can be corrected independently in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the degree of freedom in optical design is increased. As a result, the field curvature can be suppressed to be small in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the uniform speed scanning property can be improved.
【０１０７】請求項１０記載の発明によれば、回転レン
ズ鏡の反射面に面倒れがあっても、被走査面上における
ビームスポットの副走査方向の位置は変化せず、走査線
の位置ずれを防止することができる。According to the tenth aspect of the invention, even if the reflecting surface of the rotary lens mirror is tilted, the position of the beam spot on the surface to be scanned in the sub-scanning direction does not change, and the position of the scanning line is displaced. Can be prevented.
【０１０８】請求項１１記載の発明によれば、結像レン
ズの有効部のいかなる位置でも、副走査断面に平行な断
面の曲率を任意に設定することができる。このため、副
走査方向の像面湾曲を完全に補正することができる。According to the eleventh aspect of the present invention, the curvature of the section parallel to the sub-scan section can be arbitrarily set at any position of the effective portion of the imaging lens. Therefore, the field curvature in the sub-scanning direction can be completely corrected.
【０１０９】請求項１２記載の発明によれば、結像レン
ズの製造が容易になりコストを低減することができる。
さらに、レンズ両面の光軸の相対的な位置精度や、２本
の光軸を一致させることが要求されないので、組み立て
性・レンズ精度の点で非常に有効である。According to the twelfth aspect of the invention, the production of the imaging lens is facilitated and the cost can be reduced.
Further, since relative positional accuracy of the optical axes on both surfaces of the lens and matching of the two optical axes are not required, it is very effective in terms of assemblability and lens accuracy.
【０１１０】請求項１３記載の発明によれば、光学設計
の自由度が副走査方向でさらに１自由度大きくすること
ができる。この結果、副走査方向のビームスポット径を
完全に一定にすることができる。According to the thirteenth aspect of the invention, the degree of freedom in the optical design can be further increased by one in the sub-scanning direction. As a result, the beam spot diameter in the sub-scanning direction can be made completely constant.
【図１】 本発明の実施例１の光走査装置の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例１において、回転レンズ鏡の
回転に伴いビームが偏向される様子を示す図。FIG. 2 is a diagram showing how the beam is deflected as the rotary lens mirror rotates in the first embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施例１において、回転レンズ鏡に
より偏向されるビームの焦点の軌跡を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a trajectory of a focus of a beam deflected by a rotating lens mirror in Embodiment 1 of the present invention.
【図４】 非球面レンズを透過するビームの光路図。FIG. 4 is an optical path diagram of a beam transmitted through an aspherical lens.
【図５】 結像レンズの副走査断面図。FIG. 5 is a sub-scanning sectional view of the imaging lens.
【図６】 結像レンズの冷却速度を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cooling rate of the imaging lens.
【図７】 プラスチックレンズの屈折率の分布図。FIG. 7 is a distribution diagram of the refractive index of a plastic lens.
【図８】 リブ付きの結像レンズの副走査断面図。FIG. 8 is a sub-scanning sectional view of an imaging lens with a rib.
【図９】 本発明の実施例１の光学系の概念図。FIG. 9 is a conceptual diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の実施例１の光学系の断面図。FIG. 10 is a sectional view of an optical system according to Example 1 of the present invention.
【図１１】 本発明の実施例１の光学系の収差図。FIG. 11 is an aberration diagram of the optical system according to Example 1 of the present invention.
【図１２】 本発明の実施例１の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 12 is a diagram showing changes in the refractive power of the imaging lens of Example 1 of the present invention.
【図１３】 本発明の実施例１の結像レンズの曲率変化
率を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a rate of change in curvature of the imaging lens of Example 1 of the present invention.
【図１４】 本発明の実施例１のビームスポットの断面
強度分布図。FIG. 14 is a sectional intensity distribution diagram of a beam spot according to the first embodiment of the present invention.
【図１５】 本発明の実施例１の結像レンズの形状変化
に基づく変化量を示す図。FIG. 15 is a diagram showing an amount of change based on a change in shape of the imaging lens of Example 1 of the present invention.
【図１６】 本発明の実施例１のビームスポット直径を
示す図。FIG. 16 is a diagram showing a beam spot diameter according to the first embodiment of the present invention.
【図１７】 結像レンズのベンディングを示す図。FIG. 17 is a diagram showing bending of the imaging lens.
【図１８】 本発明の実施例２の光走査装置の斜視図。FIG. 18 is a perspective view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.
【図１９】 本発明の実施例２の光学系の断面図。FIG. 19 is a sectional view of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
【図２０】 本発明の実施例２の光学系の収差図。FIG. 20 is an aberration diagram of an optical system according to Example 2 of the present invention.
【図２１】 本発明の実施例２の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 21 is a diagram showing changes in the refractive power of the imaging lens of Example 2 of the present invention.
【図２２】 本発明の実施例３の光走査装置の斜視図。FIG. 22 is a perspective view of an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention.
【図２３】 本発明の実施例３において、回動レンズと
偏向鏡との回転に伴いビームが偏向される様子を示す
図。FIG. 23 is a diagram showing how the beam is deflected as the rotary lens and the deflecting mirror rotate in the third embodiment of the present invention.
【図２４】 本発明の実施例３の光学系の断面図。FIG. 24 is a sectional view of an optical system according to Example 3 of the present invention.
【図２５】 本発明の実施例３の光学系の収差図。FIG. 25 is an aberration diagram of an optical system according to Example 3 of the present invention.
【図２６】 本発明の実施例３の結像レンズの屈折力変
化を示す図。FIG. 26 is a diagram showing changes in the refractive power of the imaging lens of Example 3 of the present invention.
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ 回転レンズ鏡 ５ 結像レンズ ６ 被走査面 1 Semiconductor Laser 2 Collimator Lens 3 Cylindrical Lens 4 Rotating Lens Mirror 5 Imaging Lens 6 Scanned Surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 雄二郎 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 ▲浜▼ 高志 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yujiro Nomura 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano 3-5 Seiko Epson Co., Ltd. (72) Inventor ▲ Hama ▼ Takashi 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Seiko Epson Corporation
Claims (13)
ムを偏向し等角速度で回転する偏向手段と、前記偏向手
段により偏向された光ビームを被走査面上に結像させる
ための結像レンズとを有する光走査装置において、 前記結像レンズの主走査方向における屈折力について、
走査中心を走査する光ビームが通過する光路における屈
折力に対し、走査端を走査する光ビームが通過する光路
における屈折力の方が大きいことを特徴とする光走査装
置。1. A light source for generating a light beam, a deflection means for deflecting the light beam to rotate at an equal angular velocity, and an image forming method for forming an image of the light beam deflected by the deflection means on a surface to be scanned. In the optical scanning device having a lens, regarding the refracting power of the imaging lens in the main scanning direction,
An optical scanning device characterized in that a refracting power in an optical path through which a light beam scanning a scanning end passes is larger than a refracting power in an optical path through which a light beam scanning a scanning center passes.
ームが走査中心を走査するときの角速度に対し、走査端
を走査するときの角速度の方が小さいことを特徴とする
請求項１記載の光走査装置。2. The light according to claim 1, wherein an angular velocity when scanning the scanning end is smaller than an angular velocity when the light beam deflected by the deflecting means scans a scanning center. Scanning device.
である面を有することを特徴とする請求項１記載の光走
査装置。3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the imaging lens has a surface that is an aspherical surface in a main scanning section.
て、光軸からの高さをｙ、前記高さｙでの曲率をｃ
（ｙ）とすると、 【数１】 となることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。4. The height from the optical axis is y, and the curvature at the height y is c in the effective portion of the main scanning section of the aspherical surface.
If (y), then The optical scanning device according to claim 3, wherein:
て、主走査断面の有効部で、光軸からの高さをｙ、前記
高さｙでのレンズ面の光軸方向の変位量をΔｚi（ｙ）
とし、前記偏向手段の偏向点から前記レンズ面Ｓiまで
の距離をｂi、前記偏向点から前記被走査面までの距離
をａとすると、 【数２】 となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。5. On the lens surface S i of the imaging lens, the height from the optical axis is y, and the amount of displacement of the lens surface at the height y in the optical axis direction is Δz at the effective portion of the main scanning section. i (y)
Let b i be the distance from the deflection point of the deflection means to the lens surface S i , and let a be the distance from the deflection point to the surface to be scanned. The optical scanning device according to claim 1, wherein:
光軸方向の厚さをｔ、副走査方向の高さをｈとすると、 ｈ／ｔ＞２ となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。6. A sub-scan section of the imaging lens,
The optical scanning device according to claim 1, wherein when the thickness in the optical axis direction is t and the height in the sub-scanning direction is h, then h / t> 2.
おいて、光軸方向の厚さの最大値をｔmax、最小値をｔ
minとすると、 ｔmax／ｔmin＜２ となることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。7. The maximum value of the thickness in the optical axis direction is t max and the minimum value is t in the effective portion of the main scanning section of the imaging lens.
When min, and an optical scanning apparatus according to claim 1, characterized in that a t max / t min <2.
主走査断面において集束光であることを特徴とする請求
項１記載の光走査装置。8. The light beam incident on the imaging lens comprises:
The optical scanning device according to claim 1, wherein the light is focused light in a main scanning section.
方向とで屈折力が異なることを特徴とする請求項１記載
の光走査装置。9. The optical scanning device according to claim 1, wherein the imaging lens has different refractive powers in the main scanning direction and the sub scanning direction.
記被走査面とが光学的共役関係にあることを特徴とする
請求項９記載の光走査装置。10. The optical scanning device according to claim 9, wherein in the sub-scanning section, the deflection point and the surface to be scanned have an optical conjugate relationship.
いて、副走査断面に平行な断面の曲率が、前記結像レン
ズの有効部で主走査方向に沿って連続的に変化している
ことを特徴とする請求項９記載の光走査装置。11. The curvature of a cross section parallel to the sub-scanning cross section on at least one surface of the imaging lens continuously changes along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens. The optical scanning device according to claim 9.
と凸面とからなることを特徴とする請求項１１記載の光
走査装置。12. The optical scanning device according to claim 11, wherein the sub-scanning cross section of the imaging lens includes a flat surface and a convex surface.
査断面に平行な断面の曲率が、前記結像レンズの有効部
で主走査方向に沿って連続的に変化していることを特徴
とする請求項１１記載の光走査装置。13. The curvature of the cross section parallel to the sub-scanning cross section on both surfaces of the imaging lens continuously changes along the main scanning direction in the effective portion of the imaging lens. The optical scanning device according to claim 11.
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- 1994-05-10 JP JP6096701A patent/JP3003065B2/en not_active Expired - Lifetime
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