JP3397638B2 - Optical scanning optical system and image forming apparatus using the same - Google Patents
Optical scanning optical system and image forming apparatus using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光走査光学系及びそ
れを用いた画像形成装置に関し、特に光偏向器に対して
光源手段側に配置した第1の光学系と被走査面側に配置
した第2の光学系のうち少なくとも一方の光学系に回折
光学素子を設けることにより、装置に環境変動(特に温
度変化)が生じても収差変動(ピント変化)が生じない
高精細印字に適した、例えばレーザービームプリンタ
(LBP)やデジタル複写機等の画像形成装置に好適な
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light scanning optical system and an image forming apparatus using the same, and particularly to a first optical system arranged on the light source means side of an optical deflector and a surface to be scanned. By providing a diffractive optical element in at least one of the second optical systems, it is suitable for high-definition printing in which aberration variation (focus variation) does not occur even when environmental variation (especially temperature variation) occurs in the apparatus. For example, it is suitable for an image forming apparatus such as a laser beam printer (LBP) and a digital copying machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等に用いられる走査光学系においては画像信
号に応じて光源手段から光変調され射出した光束を、例
えば回転多面鏡(ポリゴンミラー)より成る光偏向器に
より周期的に偏向させ、fθ特性を有する走査光学素子
(結像素子)によって感光性の記録媒体(感光ドラム)
面上にスポット状に収束させ、その面上を光走査して画
像記録を行なっている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a scanning optical system used in a laser beam printer, a digital copying machine or the like, a light beam which is light-modulated from a light source means in accordance with an image signal and is emitted is composed of, for example, a light composed of a rotating polygon mirror. A recording medium (photosensitive drum) which is photosensitive by a scanning optical element (imaging element) having an fθ characteristic, which is periodically deflected by a deflector.
An image is recorded by converging a spot on the surface and optically scanning the surface.
【0003】この種の光走査光学系において、その光学
系に回折光学素子を応用したものが、例えば特開平3−
125111号公報で提案されている。同公報では主走
査方向にのみパワーを有するホログラフィックfθレン
ズと、副走査方向にパワーを有する円柱レンズとから光
学系を構成して、fθ特性と面倒れ補正及び1次回折光
とその他の次数の回折光の分離等を行なっている。In this type of optical scanning optical system, a system in which a diffractive optical element is applied to the optical system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
It is proposed in Japanese Patent No. 125111. In this publication, an optical system is configured by a holographic fθ lens having power only in the main scanning direction and a cylindrical lens having power in the subscanning direction, and fθ characteristics, surface tilt correction, first-order diffracted light, and other orders are obtained. Separation of diffracted light is performed.
【0004】又、米国特許5,486,694号ではト
ーリックレンズに回折面を設けた面倒れ補正効果を有し
た光走査光学系が開示されている。US Pat. No. 5,486,694 discloses an optical scanning optical system having a toric lens provided with a diffractive surface and having a surface tilt correction effect.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平3
−125111号公報における円柱レンズは、例えば該
円柱レンズの材質をガラス材で形成した場合、従来の複
数のレンズを組み合わせたfθレンズよりはコスト的に
有利ではあるが、やはりガラス材の円柱レンズはプラス
チックレンズに比べると高価である。一方、コストを低
く抑える為に円柱レンズをプラスチック材で形成する
と、環境変動、特に温度変化によって副走査方向のピン
トズレが発生してしまう。これを防止する為には円柱レ
ンズを被走査面に近づけてやれば良いが、そうすると該
円柱レンズが大きくなってしまい、その結果、装置全体
が大型化になり、かつコストが高くなるという問題点が
生じてくる。[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
The cylindrical lens in the -125111 publication has a cost advantage over the conventional fθ lens in which a plurality of lenses are combined, for example, when the cylindrical lens is made of a glass material. It is more expensive than a plastic lens. On the other hand, if the cylindrical lens is made of a plastic material in order to keep the cost low, environmental shift, particularly temperature change, causes a focus shift in the sub-scanning direction. In order to prevent this, it suffices to bring the cylindrical lens close to the surface to be scanned, but then the cylindrical lens becomes large, and as a result, the entire apparatus becomes large and the cost becomes high. Will occur.
【0006】米国特許5,486,694号ではレーザ
ー光の波長変動による回折角の変化によって生じる収差
の劣化に対して考慮されていないという問題点がある。There is a problem in US Pat. No. 5,486,694 that no consideration is given to the deterioration of aberration caused by the change of the diffraction angle due to the wavelength variation of the laser light.
【0007】一方、走査光学系における走査光学素子
(fθレンズ)は低コスト化及びコンパクト化の要求か
らプラスチックレンズを使用したものが主流となってい
る。On the other hand, as the scanning optical element (fθ lens) in the scanning optical system, a plastic lens is mainly used because of the demand for cost reduction and compactness.
【0008】図8はこの種の従来の光走査光学系の要部
概略図である。同図において光源手段81から射出した
発散光束はコリメーターレンズ82により略平行光束と
され、絞り83によって該光束(光量)を制限して副走
査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレン
ズ84に入射している。シリンドリカルレンズ84に入
射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま
光平行光束の状態で射出する。又副走査断面においては
収束して回転多面鏡(ポリゴンミラー)から成る光偏向
器85の偏向面(反射面)85aにほぼ線像として結像
している。FIG. 8 is a schematic view of a main part of a conventional optical scanning optical system of this type. In the figure, the divergent light beam emitted from the light source means 81 is made into a substantially parallel light beam by the collimator lens 82, and the light beam (amount of light) is limited by the diaphragm 83 to form a cylindrical lens 84 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. It is incident. Within the main scanning cross section, the parallel light flux that has entered the cylindrical lens 84 is emitted as it is in the state of an optical parallel light flux. Further, in the sub-scanning cross section, they converge and form a substantially linear image on the deflecting surface (reflecting surface) 85a of the optical deflector 85 composed of a rotating polygon mirror (polygon mirror).
【0009】そして光偏向器85の偏向面で偏向された
光束をfθ特性を有する走査光学素子(fθレンズ)8
6を介して被走査面としての感光ドラム面87上に導光
し、該光偏向器85を矢印A方向に回転させることによ
って、該感光ドラム面87上を矢印B方向に光走査して
いる。これにより記録媒体である感光ドラム面87上に
画像記録を行なっている。尚、コリメータレンズ82、
絞り83、そしてシリンドリカルレンズ84の各要素は
第1の光学系L81の一要素を構成しており、fθレンズ
86は第2の光学系L82の一要素を構成している。A scanning optical element (f.theta. Lens) 8 having the f.theta. Characteristic for the light beam deflected by the deflecting surface of the optical deflector 85.
Light is guided onto the photosensitive drum surface 87 as a surface to be scanned via 6 and the optical deflector 85 is rotated in the direction of arrow A, so that the photosensitive drum surface 87 is optically scanned in the direction of arrow B. . As a result, an image is recorded on the photosensitive drum surface 87, which is a recording medium. The collimator lens 82,
Each element of the diaphragm 83 and the cylindrical lens 84 constitutes one element of the first optical system L 81 , and the fθ lens 86 constitutes one element of the second optical system L 82 .
【0010】この種の光走査光学系においては前述した
如くfθレンズの低コスト化及びコンパクト化の要求に
より、該fθレンズを非球面形状より成るプラスチック
レンズ1枚だけで構成することが多くなっている。しか
しながらプラスチック材料は使用環境の変化(特に温度
変化)に伴い屈折率が変化するという性質を持つため、
これらの走査光学系では環境変動によってピント変化が
生じてしまう。現状のピント変動量は実際の画像に影響
を与えない程度に設定している為に問題は生じないが、
更に高精細印字を目的として被走査面上での集光ビーム
のスポット径を絞りたい場合や、更に低コスト化及びコ
ンパクト化を目的にfθレンズを小型化しようとして該
fθレンズを光偏向器に近づけようとする場合には、上
述したピント変動、特に副走査方向のピント変動が許容
できなくなってきてしまうという問題点がある。In the optical scanning optical system of this type, due to the demand for cost reduction and downsizing of the fθ lens as described above, the fθ lens is often constructed by only one plastic lens having an aspherical shape. There is. However, since the plastic material has the property that the refractive index changes with changes in the operating environment (especially temperature changes),
In these scanning optical systems, focus changes occur due to environmental changes. There is no problem because the current focus fluctuation amount is set so as not to affect the actual image,
When it is desired to reduce the spot diameter of the focused beam on the surface to be scanned for the purpose of high-definition printing, and for the purpose of further cost reduction and size reduction, the fθ lens is used as an optical deflector in order to make it smaller. When trying to bring them closer to each other, there is a problem that the above-mentioned focus fluctuation, especially the focus fluctuation in the sub-scanning direction becomes unacceptable.
【0011】本発明は上記の問題点を解決する為に光偏
向器に対して光源手段側に配置した第1の光学系と被走
査面側に配置した第2の光学系のうち少なくとも一方の
光学系に回折光学素子を設けることにより、装置に環境
変動(特に温度変化)が生じても収差変動(ピント変
化)が生じない高精細印字に適したコンパクトな走査光
学系及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とす
る。In order to solve the above problems, the present invention provides at least one of a first optical system arranged on the light source means side and a second optical system arranged on the scanned surface side of the optical deflector. By providing a diffractive optical element in the optical system, a compact scanning optical system suitable for high-definition printing in which aberration fluctuation (focus change) does not occur even if environmental fluctuations (especially temperature fluctuations) occur in the apparatus, and images using the same An object is to provide a forming apparatus.
【0012】請求項1の発明の光走査光学系は光源手段
から射出した光束を第1の光学系を介して偏向手段に導
光し、該偏向手段で偏向された光束を屈折部と回折部を
有する第2の光学系を介して被走査面上に結像させて、
該被走査面上を光走査する光走査光学系において、第2
の光学系は、環境変動による屈折部の副走査方向のパワ
ー変化および環境変動による回折部の副走査方向のパワ
ー変化が生じており、第2の光学系の屈折部の副走査方
向のパワーと回折部の副走査方向のパワーを各々φL及
びφBとしたとき、 1.0≦ φL/φB ≦2.6 なる条件を満足することを特徴としている。
請求項2の
発明の光走査光学系は光源手段から射出した光束を第1
の光学系を介して偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向
された光束を第2の光学系を介して被走査面上に結像さ
せて、該被走査面上を光走査する光走査光学系におい
て、第2の光学系は屈折部と回折部を有し、温度変動で
起こる屈折率の変化による第2の光学系の屈折部の副走
査方向のパワー変化及び温度変動で起こる光源手段の波
長変動による第2の光学系の屈折部の副走査方向のパワ
ー変化が、温度変動で起こる光源手段の波長変動による
第2の光学系の回折部の副走査方向のパワー変化により
補正されていることを特徴としている。請求項3の発明
は請求項1又は2の発明において第2の光学系の屈折部
は、プラスチックレンズを有することを特徴としてい
る。請求項4の発明の光走査光学系は光源手段から放射
した光束を回折部を有する第1の光学系を介して偏向手
段に導光し、該偏向手段で偏向された光束を屈折部と回
折部とを有する第2の光学系を介し被走査面上に結像さ
せて、該被走査面上を走査する光走査光学系であって、
第2の光学系の屈折部は、プラスチックレンズを有し、
前記プラスチックレンズの温度変動に伴う副走査方向の
収差変動が該温度変動による光源手段の波長変動による
第1の光学系の回折部のパワー変化及び第2の光学系の
回折部のパワー変化で補正されるようにしていることを
特徴としている。請求項5の発明の光走査光学系は光源
手段から放射した光束を第1の光学系を介して偏向手段
に導光し、該偏向手段で偏向された光束を屈折部と回折
部とを有する第2の光学系を介し被走査面上に結像させ
て、該被走査面上を走査する光走査光学系であって、第
2の光学系の屈折部は、プラスチックレンズを有し、前
記プラスチックレンズの温度変動に伴う副走査方向の収
差変動が該温度変動による光源手段の波長変動による回
折部のパワー変化で補正されるようにしていることを特
徴としている。請求項6の発明は請求項5の発明におい
て前記プラスチックレンズの温度変動に伴う副走査方向
の収差変動は、温度変動で起こる前記プラスチックレン
ズの屈折率の変化及び温度変動で起こる光源手段の波長
変動によるプラスチックレンズの屈折率の変化による副
走査方向のパワー変化により生じることを特徴としてい
る。請求項7の発明は請求項2、4、5又は6の発明に
おいて第2の光学系における回折部のパワーをφB、屈
折部のパワーをφLとしたとき、 1.0≦φL/φB≦2.6 なる条件を満足することを特徴としている。 The optical scanning optical system according to the invention of claim 1 is a light source means.
The light flux emitted from the first optical system to the deflection means.
Light, and the light beam deflected by the deflecting means is refracted and diffracted.
An image is formed on the surface to be scanned through the second optical system that has,
In the optical scanning optical system for optically scanning the surface to be scanned,
The optical system of the
-Power in the sub-scanning direction of the diffraction part due to changes and environmental changes
-A change has occurred and the sub-scanning direction of the refraction part of the second optical system
Direction power and diffractive part power in the sub-scanning direction are φL and
And φB, 1.0 ≦ φL / φB ≦ 2.6 is satisfied. In the optical scanning optical system according to a second aspect of the invention, the light beam emitted from the light source means is first
Light is guided to the deflection means through the optical system of and is deflected by the deflection means.
The formed light flux is imaged on the surface to be scanned via the second optical system.
The optical scanning optical system that optically scans the surface to be scanned.
The second optical system has a refraction part and a diffraction part, and
Sub-running of the refraction part of the second optical system due to the change in the refractive index that occurs
Wave of light source means caused by power fluctuation in the scanning direction and temperature fluctuation
Power in the sub-scanning direction of the refracting portion of the second optical system due to long fluctuations
-Change due to wavelength fluctuation of light source means caused by temperature fluctuation
Due to the power change in the sub-scanning direction of the diffractive part of the second optical system
It is characterized by being corrected. The invention of claim 3 is the refracting portion of the second optical system in the invention of claim 1 or 2.
Is characterized by having a plastic lens
It The optical scanning optical system according to the invention of claim 4 radiates from the light source means.
The deflected light beam through the first optical system having the diffractive portion.
The light beam guided to the step and the light beam deflected by the deflecting means is rotated together with the refracting portion.
An image is formed on the surface to be scanned through the second optical system having a folded portion.
And an optical scanning optical system for scanning the surface to be scanned,
The refraction part of the second optical system has a plastic lens,
In the sub-scanning direction due to temperature fluctuations of the plastic lens
Aberration variation due to wavelength variation of the light source means due to the temperature variation
It is characterized in that the correction is made by the power change of the diffractive part of the first optical system and the power change of the diffractive part of the second optical system. The optical scanning optical system according to the invention of claim 5 is a light source.
Deflection means for deflecting the luminous flux emitted from the means through the first optical system
The light beam deflected by the deflecting means and diffracts to the refraction part.
An image on the surface to be scanned through a second optical system having
An optical scanning optical system for scanning the surface to be scanned,
The refraction part of the optical system of 2 has a plastic lens,
The sub-scanning direction convergence due to the temperature fluctuation of the plastic lens
The difference fluctuation is caused by the wavelength fluctuation of the light source means due to the temperature fluctuation.
The feature is that it is corrected by the power change at the fold.
It is a sign. According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the sub-scanning direction according to the temperature variation of the plastic lens
The aberration variation of the plastic lens is caused by the temperature variation.
Wavelength of light source means caused by changes in refractive index and temperature changes
Change due to the change in the refractive index of the plastic lens
Characterized by a change in power in the scanning direction
It The invention of claim 7 is the invention of claim 2, 4, 5 or 6, wherein the power of the diffractive portion in the second optical system is φB,
It is characterized in that the condition of 1.0 ≦ φL / φB ≦ 2.6 is satisfied when the power of the folded portion is φL .
【0013】請求項8の発明は請求項1〜7のいずれか
1項の発明において前記収差変動は、ピント変動である
ことを特徴としている。請求項9の発明は請求項1〜8
のいずれか1項の発明において前記回折部は、格子構造
が階段状の光学素子より成ることを特徴としている。請
求項10の発明は請求項1〜8のいずれか1項の発明に
おいて前記回折部は、格子構造が連続なフレネル状の光
学素子より成ることを特徴としている。請求項11の発
明は請求項1〜10のいずれか1項の発明において第1
の光学系は、前記偏向手段の偏向面に光束を主走査方向
に長手の線像として結像させる機能を有することを特徴
としている。請求項12の発明は請求項1〜11のいず
れか1項の発明において第1の光学系は、シリンドリカ
ルレンズを有し、該シリンドリカルレンズ面上に回折部
を備えたことを特徴としている。請求項13の発明は請
求項1〜12のいずれか1項の発明において第1の光学
系は、コリメータレンズを有し、該コリメータレンズ面
上に回折部を備えたことを特徴としている。請求項14
の発明は請求項1〜13のいずれか1項の発明において
前記光走査光学系の屈折部の温度変動に伴う主走査方向
のヒント変化が該温度変動による光源手段の波長変動に
よる回折部のパワー変化で補正されるようにしているこ
とを特徴としている。請求項15の発明は請求項1〜1
4のいずれか1項の発明において前記光走査光学系は、
光源手段を備え、前記光源手段は、半導体レーザである
ことを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to seventh aspects, the aberration variation is focus variation.
It is characterized by that. The invention of claim 9 relates to claims 1 to 8.
In the invention of any one of paragraphs 1, the diffractive portion has a lattice structure.
Is composed of a stepwise optical element. According to a tenth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, the diffractive portion is a Fresnel-shaped light having a continuous grating structure.
It is characterized by consisting of scientific elements. The invention of claim 11 is the first aspect of the invention of any one of claims 1 to 10 .
The optical system of the above makes the light beam on the deflection surface of the deflection means in the main scanning direction.
It has the function of forming a long line image on the
I am trying. The invention of claim 12 is the invention of any one of claims 1 to 11, wherein the first optical system is a cylindrical
A lens, and a diffractive portion on the surface of the cylindrical lens.
It is characterized by having. The invention of claim 13 is the first optical element according to any one of claims 1 to 12.
The system has a collimator lens, and the collimator lens surface
It is characterized by having a diffractive part on the top. Claim 14
The invention according to any one of claims 1 to 13
Main scanning direction due to temperature fluctuation of the refraction part of the optical scanning optical system
Changes in the wavelength of the light source means due to the temperature change
The power of the diffractive part
It is characterized by. The invention of claim 15 is claims 1 to 1.
In the invention of any one of 4 above, the optical scanning optical system is
A light source means is provided, and the light source means is a semiconductor laser.
It is characterized by that.
【0014】請求項16の発明の画像形成装置は請求項
1〜15のいずれか1項に記載の光走査光学系と、前記
被走査面として感光ドラム面を使用したことを特徴とし
ている。 [0014] The image forming apparatus of the invention of claim 16 according to claim
16. The optical scanning optical system according to any one of 1 to 15,
The feature is that the photosensitive drum surface is used as the surface to be scanned.
ing.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の走査
光学系をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の
画像形成装置に適用したときの主走査方向の要部断面図
(主走査断面図)である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view of a main part in a main scanning direction (main scanning section) when a scanning optical system according to a first embodiment of the present invention is applied to an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine. Figure).
【0016】同図において1は光源手段であり、例えば
半導体レーザーより成っている。2はコリメーターレン
ズであり、光源手段1から放射された発散光束(光ビー
ム)を略平行光束に変換している。3は開口絞りであ
り、通過光束(光量)を制限してビーム形状を整形して
いる。In the figure, reference numeral 1 denotes a light source means, which is composed of, for example, a semiconductor laser. A collimator lens 2 converts a divergent light beam (light beam) emitted from the light source means 1 into a substantially parallel light beam. An aperture stop 3 limits the passing light flux (light quantity) to shape the beam shape.
【0017】4は回折面を有する回折光学素子であり、
例えばガラス材もしくはプラスチック材で形成された平
板の後述する光偏向器5側の平面に付加している。回折
光学素子4は副走査方向にパワー(回折パワー)を有
し、開口絞り3を通過した光束を副走査断面内で光偏向
器5の偏向面5aにほぼ線像として結像させている。Reference numeral 4 is a diffractive optical element having a diffractive surface,
For example, a flat plate formed of a glass material or a plastic material is added to the flat surface on the side of the optical deflector 5 described later. The diffractive optical element 4 has a power (diffraction power) in the sub-scanning direction, and forms the light flux passing through the aperture stop 3 on the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 as a substantially linear image in the sub-scanning cross section.
【0018】本実施形態における回折光学素子4は、例
えば格子構造が例えばフォトエッチングによる階段状の
回折格子からなるバイナリー回折光学素子や、表面切削
による鋸歯状の回折格子からなるフレネル状の回折光学
素子等より成っている。尚、コリメータレンズ2、絞り
3、そして回折光学素子4の各要素は第1の光学系L1
の一要素を構成している。The diffractive optical element 4 in this embodiment has, for example, a binary diffractive optical element whose grating structure is a stepped diffractive grating formed by photoetching, or a Fresnel diffractive optical element which is a sawtooth diffractive grating formed by surface cutting. Etc. Each element of the collimator lens 2, the diaphragm 3, and the diffractive optical element 4 includes the first optical system L 1
It constitutes one element.
【0019】5は偏向手段としての例えばポリゴンミラ
ー(回転多面鏡)より成る光偏向器であり、モーター等
の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度
で回転している。Denoted at 5 is an optical deflector composed of, for example, a polygon mirror (rotary polygon mirror) as a deflecting means, which is rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the figure by a driving means (not shown) such as a motor.
【0020】6はfθ特性を有するfθレンズ(走査光
学素子)であり、プラスチック材料で形成された単レン
ズより成り、該単レンズの主走査方向の両レンズ面を非
球面形状より構成しており、主走査方向と副走査方向と
で異なる屈折力を有している。fθレンズ6は光偏向器
5によって偏向された画像情報に基づく光束を被走査面
である感光ドラム面7上に結像させ、かつ光偏向器5の
偏向面の面倒れを補正している。尚、fθレンズ6は第
2の光学系L2 の一要素を構成している。Reference numeral 6 denotes an fθ lens (scanning optical element) having an fθ characteristic, which is composed of a single lens made of a plastic material, and both lens surfaces in the main scanning direction of the single lens are aspherical. , Have different refractive powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction. The fθ lens 6 forms a light beam based on the image information deflected by the optical deflector 5 on the photosensitive drum surface 7 that is the surface to be scanned and corrects the surface tilt of the deflecting surface of the optical deflector 5. The fθ lens 6 constitutes one element of the second optical system L 2 .
【0021】本実施形態において半導体レーザー1から
射出した発散光束はコリメータレンズ2により略平行光
束に変換され、開口絞り3によって該光束(光量)を制
限して回折光学素子4に入射している。回折光学素子4
に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはその
ままの状態で射出する。又副走査断面においては収束し
て光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長
手の線像)として結像している。そして光偏向器5の偏
向面5aで偏向された光束はfθレンズ6を介して感光
ドラム面7上に導光され、該光偏向器5を矢印A方向に
回転させることによって該感光ドラム面7上を矢印B方
向に光走査している。これにより記録媒体である感光ド
ラム面7上に画像記録を行なっている。In this embodiment, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2, and the light beam (amount of light) is limited by the aperture stop 3 to enter the diffractive optical element 4. Diffractive optical element 4
The parallel light flux incident on the light exits as it is in the main scanning cross section. In the sub-scanning section, they converge and form a substantially linear image (longitudinal line image in the main scanning direction) on the deflection surface 5a of the optical deflector 5. Then, the light beam deflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 is guided onto the photosensitive drum surface 7 via the fθ lens 6, and the optical deflector 5 is rotated in the direction of arrow A so that the photosensitive drum surface 7 is rotated. The upper part is optically scanned in the direction of arrow B. As a result, an image is recorded on the photosensitive drum surface 7, which is the recording medium.
【0022】ここで本実施形態における副走査方向のピ
ント変動の補正の原理を図2を用いて説明する。図2は
本実施形態の光学系の副走査方向の要部断面図である。
同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を
付している。Here, the principle of correction of focus fluctuation in the sub-scanning direction in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view of an essential part of the optical system of the present embodiment in the sub-scanning direction.
In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【0023】ここで例えば走査光学系が環境変動の影響
で温度が上昇したと仮定する。fθレンズ6をプラスチ
ック材料で形成すると、一般にプラスチック材料は温度
が上昇すると屈折率が低下する特性を持っている為、副
走査方向のピント位置は図中のP点からQ点へと変動し
てピントずれを起こしてしまう。Here, it is assumed that the temperature of the scanning optical system rises due to the influence of environmental changes. If the fθ lens 6 is made of a plastic material, the refractive index of the plastic material generally decreases as the temperature rises, so the focus position in the sub-scanning direction fluctuates from point P to point Q in the figure. It causes out of focus.
【0024】ところが光源である半導体レーザー1は通
常温度が上昇すると、その発振波長が長くなるという特
性を持っている。発振波長が長くなると回折光学素子4
で回折される回折角が大きくなる為に、本来光偏向器5
の偏向面近傍のR点に線状に結像されていた光束が、同
図に示すようにR点より半導体レーザー1側のS点に線
状に結像されることになる。そうするとfθレンズ6の
屈折率の低下によってQ点に変動していたピント位置が
再度P点に戻されることになる。However, the semiconductor laser 1 as a light source has a characteristic that its oscillation wavelength becomes longer as the temperature rises. When the oscillation wavelength becomes long, the diffractive optical element 4
Since the diffraction angle diffracted by becomes large, the optical deflector 5 originally
The linearly imaged light flux at the point R near the deflection surface is linearly imaged at the point S on the semiconductor laser 1 side of the point R as shown in FIG. Then, the focus position, which has changed to the point Q due to the decrease in the refractive index of the fθ lens 6, is returned to the point P again.
【0025】以上のような原理に基づき、本実施形態に
おいては回折光学素子4とfθレンズ6との副走査方向
のパワーを最適に設定することによって、装置の環境変
動(特に温度変化)による副走査方向のピント変動(収
差変動)を半導体レーザー1の波長変動を利用してほぼ
完全に補正できるようにしている。Based on the above principle, in the present embodiment, the powers of the diffractive optical element 4 and the f.theta. The focus variation (aberration variation) in the scanning direction can be almost completely corrected by utilizing the wavelength variation of the semiconductor laser 1.
【0026】表−1、表−2に本実施形態における光学
配置とfθレンズ6の非球面係数及び回折光学素子4の
位相項を示す。Tables 1 and 2 show the optical arrangement, the aspherical coefficient of the fθ lens 6 and the phase term of the diffractive optical element 4 in this embodiment.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】[0028]
【表2】
本実施形態における回折光学素子4の回折面4aは光偏
向器5側に構成されており、位相関数をφ(y,z)と
して、光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、主走
査面内において光軸と直交する軸をy軸、副走査面内に
おいて光軸と直交する軸をz軸としたとき、[Table 2] The diffractive surface 4a of the diffractive optical element 4 in the present embodiment is configured on the optical deflector 5 side, the phase function is φ (y, z), the intersection with the optical axis is the origin, and the optical axis direction is the x-axis. , Where the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning plane is the y axis and the axis orthogonal to the optical axis in the sub scanning plane is the z axis,
【0029】[0029]
【数1】 なる式で表わされる。[Equation 1] It is expressed by
【0030】又、fθレンズ6のレンズ形状は、各レン
ズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、主走
査面内において光軸と直交する軸をy軸、副走査面内に
おいて光軸と直交する軸をz軸としたとき、主走査断面
形状は、The lens shape of the fθ lens 6 is such that the origin is at the intersection of each lens surface and the optical axis, the optical axis direction is the x-axis, the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning plane is the y-axis, and the sub-scan is performed. When the axis orthogonal to the optical axis in the plane is the z-axis, the main scanning sectional shape is
【0031】[0031]
【数2】
なる式で表わされる。尚、Rは曲率半径、K,B4 〜B
10は非球面係数である。ここでyの値が正のときは非球
面係数として添字uのついたku,B4 u〜B10uを用
いて計算されたレンズ形状となっており、yの値が負の
ときは非球面係数として添字lのついたkl,B4 lー
B10lを用いて計算されたレンズ形状となっている。[Equation 2] It is expressed by In addition, R is a radius of curvature, K, B 4 to B
10 is an aspherical coefficient. Here, when the value of y is positive, the lens shape is calculated using ku and B 4 u to B 10 u with the subscript u as the aspherical surface coefficient, and when the value of y is negative, The lens shape is calculated using kl, B 4 l-B 10 l with the subscript 1 as the spherical coefficient.
【0032】又、副走査断面においては、その曲率半径
が連続的に変化しており、主走査面上におけるレンズ座
標はyであるところの曲率半径r’がr’=r(1+D
2 y2 +D4 y4 +D6 y6 +D8 y8 +D10y10)な
る式で表わされるものである。尚、rは光軸上における
曲率半径、D2 〜D10は各係数である。ここでyの値が
正のときは係数として添字uのついたD2 u〜D10uを
用いて計算された曲率半径r’となっており、yの値が
負のときは係数として添字lのついたD2 l〜D10lを
用いて計算された曲率半径r’となっている。In the sub-scanning section, the radius of curvature continuously changes, and the radius of curvature r'where the lens coordinate is y on the main scanning plane is r '= r (1 + D
2 y 2 + D 4 y 4 + D 6 y 6 + D 8 y 8 + D 10 y 10 ). In addition, r is a radius of curvature on the optical axis, and D 2 to D 10 are respective coefficients. Here, when the value of y is positive, the radius of curvature r ′ is calculated using D 2 u to D 10 u with the subscript u as a coefficient, and when the value of y is negative, the subscript is used as a coefficient. The radius of curvature r ′ is calculated using D 2 l to D 10 l with l.
【0033】図3は本実施形態の昇温前後の副走査方向
の像面湾曲を示す収差図であり、実線は常温での特性、
点線は25℃昇温が生じたときの特性を示している。こ
の図から昇温前後の副走査方向のピント変化が殆ど無い
ことがわかる。FIG. 3 is an aberration diagram showing the field curvature in the sub-scanning direction before and after the temperature rise of this embodiment, the solid line shows the characteristics at room temperature,
The dotted line shows the characteristics when a temperature rise of 25 ° C. occurs. From this figure, it can be seen that there is almost no focus change in the sub-scanning direction before and after the temperature rise.
【0034】このように本実施形態では、従来第1の光
学系の一要素として使用されていたシリンドリカルレン
ズ(図8参照)の代わりに回折光学素子4を用いて構成
し、該回折光学素子4の副走査方向のパワー(回折パワ
ー)とfθレンズ6の副走査方向のパワー(屈折パワ
ー)とを各々適切に設定することにより、装置の温度変
動に伴なう副走査方向のピント変化を半導体レーザー1
の波長変動を利用して効果的に補正している。これによ
り環境変動に強く、しかも高精細印字に適した走査光学
系をコンパクトで、かつ安価に得ることができる。As described above, in this embodiment, the diffractive optical element 4 is used in place of the cylindrical lens (see FIG. 8) which has been conventionally used as one element of the first optical system, and the diffractive optical element 4 is used. By appropriately setting the power (diffraction power) in the sub-scanning direction and the power (refractive power) in the sub-scanning direction of the fθ lens 6, the focus change in the sub-scanning direction due to the temperature change of the device can be prevented. Laser 1
It is effectively corrected by utilizing the wavelength variation of. This makes it possible to obtain a scanning optical system that is resistant to environmental changes and that is suitable for high-definition printing in a compact size and at a low cost.
【0035】図4は本発明の実施形態2の走査光学系を
画像形成装置に適用したときの主走査方向の要部断面図
である。同図において図1に示した要素と同一要素には
同符番を付している。FIG. 4 is a sectional view of the main part in the main scanning direction when the scanning optical system according to the second embodiment of the present invention is applied to an image forming apparatus. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【0036】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第2の光学系を構成するfθレンズの光偏向器
側のレンズ面に回折光学素子を付加し、第1の光学系を
構成する各要素を従来の構成(図8参照)と同様にコリ
メータレンズ、絞り、そしてシリンドリカルレンズとの
各要素で構成したことである。その他の構成及び光学的
作用は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同
様な効果を得ている。This embodiment differs from the first embodiment in that a diffractive optical element is added to the lens surface on the optical deflector side of the fθ lens forming the second optical system to form the first optical system. Each element is composed of a collimator lens, a diaphragm, and a cylindrical lens as in the conventional configuration (see FIG. 8). Other configurations and optical actions are substantially the same as those in the first embodiment, and the same effect is obtained.
【0037】即ち、同図において46は第2光学系L42
としてのfθレンズであり、プラスチック材料で成形さ
れた非球面形状の単レンズより成り、その単レンズの光
偏向器5側のレンズ面(第1面)Raに副走査方向にパ
ワー(回折パワー)を有する回折光学素子48を付加し
て構成しており、その回折光学素子48の回折面48a
は前述した実施形態1と同一の式によって表わされる。That is, in the figure, reference numeral 46 designates the second optical system L 42.
Fθ lens, which is composed of an aspherical single lens formed of a plastic material, and has power (diffraction power) in the sub-scanning direction on the lens surface (first surface) Ra of the single lens on the optical deflector 5 side. Is formed by adding a diffractive optical element 48 having
Is represented by the same formula as in the first embodiment described above.
【0038】即ち、fθレンズ46の第1面Raに付加
されている回折光学素子48の回折面48aは位相関数
をφ(y,z)として、該第1面Raと光軸との交点を
原点とし、光軸方向をx軸、主走査面内において光軸と
直交する軸をy軸、副走査面内において光軸と直交する
軸をz軸としたときThat is, the diffractive surface 48a of the diffractive optical element 48 added to the first surface Ra of the fθ lens 46 has a phase function of φ (y, z), and the intersection of the first surface Ra and the optical axis is defined as When the origin is set, the optical axis direction is the x axis, the axis orthogonal to the optical axis in the main scanning plane is the y axis, and the axis orthogonal to the optical axis in the sub scanning plane is the z axis.
【0039】[0039]
【数3】 なる式で表わされる。[Equation 3] It is expressed by
【0040】44は第1の光学系L41の一要素を構成す
るシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定の屈
折力を有している。A cylindrical lens 44 constitutes one element of the first optical system L 41 , and has a predetermined refractive power in the sub-scanning direction.
【0041】ここで本実施形態における副走査方向のピ
ント変動の補正の原理について説明する。Here, the principle of correction of focus variation in the sub-scanning direction in this embodiment will be described.
【0042】今、本実施形態における走査光学装置が環
境温度t℃にあったとき、fθレンズ46の屈折率を
n、半導体レーザー1の発振波長をλとする。Now, when the scanning optical device in this embodiment is at the environmental temperature t ° C., the refractive index of the fθ lens 46 is n, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 is λ.
【0043】
fθレンズ46の屈折率の温度依存係数を dn/dt
半導体レーザー1の波長の温度依存係数を dλ/dt
fθレンズ46の屈折率の波長依存係数を dn/dλ
とすると、環境温度がΔtだけ変化したときのfθレン
ズ46の屈折率n′及び半導体レーザー1の波長λ′
は、それぞれIf the temperature dependence coefficient of the refractive index of the fθ lens 46 is dn / dt and the temperature dependence coefficient of the wavelength of the semiconductor laser 1 is dλ / dt, the wavelength dependence coefficient of the refractive index of the fθ lens 46 is dn / dλ. Refractive index n ′ of fθ lens 46 and wavelength λ ′ of semiconductor laser 1 when it changes by Δt
Respectively
【0044】[0044]
【数4】 と表わされる。[Equation 4] Is represented.
【0045】一方、fθレンズ46の第1面Raに形成
された回折光学素子48のパワーφB は、回折面48a
上の光線通過点における格子空間周波数をHとすると、On the other hand, the power φ B of the diffractive optical element 48 formed on the first surface Ra of the fθ lens 46 is equal to the power φ B of the diffractive surface 48a.
If the lattice spatial frequency at the upper ray passing point is H,
【0046】[0046]
【数5】 で表わされる。[Equation 5] It is represented by.
【0047】よって、fθレンズ46の第1面Raの副
走査断面の光軸上における曲率半径をr1 、第2面Rb
の副走査断面の光軸上における曲率半径をr2 とし、簡
単の為に薄肉系を仮定して、回折光学素子48のパワー
と屈折によるパワーが同じ所に存在すると仮定すると、
環境温度t℃のときのfθレンズ46の副走査方向のパ
ワーφt は、以下の式で表わされる。Therefore, the radius of curvature of the first surface Ra of the fθ lens 46 in the sub-scan section on the optical axis is r 1 , and the second surface Rb is
Let r 2 be the radius of curvature of the sub-scanning cross section on the optical axis, and assume that a thin system is used for the sake of simplicity and that the power of the diffractive optical element 48 and the power of refraction exist at the same position.
The power φ t in the sub-scanning direction of the fθ lens 46 at the environmental temperature t ° C. is expressed by the following equation.
【0048】[0048]
【数6】
一方、環境温度がΔtだけ変化したときのfθレンズ4
6の副走査方向のパワーφt ′は、以下の式で表わされ
る。[Equation 6] On the other hand, the fθ lens 4 when the environmental temperature changes by Δt
The power φ t ′ of 6 in the sub-scanning direction is expressed by the following equation.
【0049】[0049]
【数7】
ここで環境温度によらずfθレンズ46の副走査方向の
パワーが常に一定に保たれていれば副走査方向のピント
変動は原理的に発生しない。[Equation 7] In principle, if the power of the fθ lens 46 in the sub-scanning direction is kept constant irrespective of the environmental temperature, focus fluctuation in the sub-scanning direction does not occur in principle.
【0050】よって、(1)式と(2)式が等しいとす
ると、最終的にTherefore, assuming that equations (1) and (2) are equal, finally
【0051】[0051]
【数8】
回折次数を1次としてfθレンズ46の回折光学素子
(回折部)48のパワーφB は[Equation 8] The power φ B of the diffractive optical element (diffraction part) 48 of the fθ lens 46 with the diffraction order as the first order is
【0052】[0052]
【数9】
fθレンズ46の回折光学素子以外(屈折部)のパワー
φL は[Equation 9] The power φ L of the fθ lens 46 other than the diffractive optical element (refraction portion) is
【0053】[0053]
【数10】 (3)式は[Equation 10] Equation (3) is
【0054】[0054]
【数11】
となり、この式を満足するようにfθレンズ46の回折
部のパワーφB 及び屈折部のパワーφL を確定すれば、
環境温度の変化によるピント変動をほぼ完全に補正する
ことができる。[Equation 11] Therefore, if the power φ B of the diffractive portion and the power φ L of the refractive portion of the fθ lens 46 are determined so as to satisfy this equation,
It is possible to almost completely correct the focus fluctuation due to the change in the environmental temperature.
【0055】ここで、dλ/dt,dn/dt,dn/
dλの実際のとり得る値を考慮すると、最終的にfθレ
ンズ46の回折部の副走査方向のパワーをφB 、屈折部
の副走査方向のパワーをφL としたとき、
1.0≦ φL /φB ≦2.6 ・・・・・・(5)
なる条件を満足するように各パワーを設定することが望
ましい。Here, dλ / dt, dn / dt, dn /
Considering the actual possible value of dλ, when the power of the diffractive portion of the fθ lens 46 in the sub-scanning direction is φ B and the power of the refracting portion in the sub-scanning direction is φ L , 1.0 ≦ φ L / φ B ≦ 2.6 ····················· (5) It is desirable to set each power.
【0056】条件式(5)はfθレンズ46を構成する
屈折部のパワーと回折部のパワーとの比に関するもので
あり、条件式(5)を外れると装置の環境変動に伴なう
副走査方向のピント変化を補正することが難しくなって
くるので良くない。Conditional expression (5) relates to the ratio between the power of the refracting portion and the power of the diffracting portion which compose the fθ lens 46. If the conditional expression (5) is not satisfied, the sub-scanning due to the environmental change of the apparatus will occur. It is not good because it becomes difficult to correct the focus change in the direction.
【0057】本実施形態においては、 φL /φB =1.171 とし、条件式(5)を満足させている。In the present embodiment, φ L / φ B = 1.171 and conditional expression (5) is satisfied.
【0058】表−3,表−4に本実施形態における光学
配置とfθレンズ46の非球面係数及び回折光学素子4
8の位相項を示す。Tables 3 and 4 show the optical arrangement, the aspherical coefficient of the fθ lens 46 and the diffractive optical element 4 in this embodiment.
8 shows the phase term of 8.
【0059】[0059]
【表3】 [Table 3]
【0060】[0060]
【表4】
図5は本実施形態の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を
示す収差図であり、実線は常温での特性、点線は25℃
昇温が生じたときの特性を示している。この図から昇温
前後の副走査方向のピント変化が殆ど無いことがわか
る。[Table 4] FIG. 5 is an aberration diagram showing the field curvature in the sub-scanning direction before and after the temperature rise of this embodiment. The solid line shows the characteristics at room temperature, and the dotted line shows 25 ° C.
The characteristics when the temperature rises are shown. From this figure, it can be seen that there is almost no focus change in the sub-scanning direction before and after the temperature rise.
【0061】このように本実施形態では、上述の如く第
2の光学系L42であるfθレンズ46の光偏向器5側の
レンズ面Raに回折光学素子48を付加し、該fθレン
ズ46の回折部の副走査方向のパワー(回折パワー)と
屈折部の副走査方向のパワー(回折パワー)を各々適切
に設定することにより、装置の温度変動に伴なう副走査
方向のピント変化を半導体レーザー1の波長変動を利用
して良好に補正している。これにより環境変動に強く、
しかも高精細印字に適した走査光学系をコンパクトで、
かつ安価に得ることができる。As described above, in this embodiment, as described above, the diffractive optical element 48 is added to the lens surface Ra of the fθ lens 46 which is the second optical system L 42 on the optical deflector 5 side, and the fθ lens 46 of the fθ lens 46 is added. By appropriately setting the power of the diffractive portion in the sub-scanning direction (diffraction power) and the power of the refraction portion in the sub-scanning direction (diffraction power), the focus change in the sub-scanning direction due to the temperature fluctuation of the device can be prevented. The wavelength variation of the laser 1 is used for good correction. This makes it resistant to environmental changes,
Moreover, the scanning optical system suitable for high-definition printing is compact,
And it can be obtained at low cost.
【0062】図6は本発明の実施形態3の走査光学系を
画像形成装置に適用したときの主走査方向の要部断面図
である。同図において図4に示した要素と同一要素には
同符番を付している。FIG. 6 is a sectional view of the main part in the main scanning direction when the scanning optical system according to the third embodiment of the present invention is applied to an image forming apparatus. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.
【0063】本実施形態において前述の実施形態2と異
なる点は第1の光学系の一要素を構成するシリンドリカ
ルレンズの1面にも回折光学素子を付加して構成したこ
とである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形
態1と略同様であり、これにより同様な効果を得てい
る。The present embodiment differs from the second embodiment described above in that a diffractive optical element is added to one surface of a cylindrical lens which constitutes one element of the first optical system. Other configurations and optical actions are substantially the same as those in the first embodiment, and the same effect is obtained.
【0064】即ち、同図において64は第1の光学系L
61の一要素を構成するシリンドリカルレンズであり、該
シリンドリカルレンズ64の光源手段1側のレンズ面を
副走査方向に所定のパワーを有するシリンドリカル面よ
り構成し、光偏向器5側のレンズ面(平面)に副走査方
向にパワー(回折パワー)を有する回折光学素子68を
付加して構成している。46は前述の実施形態2と同様
のfθレンズである。That is, in the figure, 64 is the first optical system L.
61 is a cylindrical lens constituting one element, and the lens surface on the light source means 1 side of the cylindrical lens 64 is constituted by a cylindrical surface having a predetermined power in the sub-scanning direction, and the lens surface on the optical deflector 5 side (planar surface). ) Is added with a diffractive optical element 68 having a power (diffraction power) in the sub-scanning direction. Reference numeral 46 is an fθ lens similar to that of the second embodiment.
【0065】本実施形態においては前述した実施形態1
において説明した副走査方向のピント変化の補正原理
と、実施形態2において説明した副走査方向のピント変
化の補正原理の双方を利用して装置の温度変動に伴なう
副走査方向のピント変化を良好に補正している。これに
よって本実施形態ではシリンドリカルレンズ64及びf
θレンズ46の各回折部(回折光学素子)の副走査方向
のパワーを小さく設定することができ、この結果、各回
折光学素子68,48の格子ピッチを大きくすることが
できるので製造上非常に有利となる。In this embodiment, the above-described first embodiment is used.
The focus change in the sub-scanning direction due to the temperature change of the apparatus is utilized by using both the correction principle of the focus change in the sub-scanning direction described in 1) and the correction principle of the focus change in the sub-scanning direction described in the second embodiment. Corrected well. As a result, in the present embodiment, the cylindrical lenses 64 and f
The power of each diffractive portion (diffractive optical element) of the θ lens 46 in the sub-scanning direction can be set to a small value, and as a result, the grating pitch of each diffractive optical element 68, 48 can be increased, which is extremely advantageous in manufacturing. Be advantageous.
【0066】表−5、表−6に本実施形態における光学
配置、fθレンズ46の非球面係数、シリンドリカルレ
ンズ64の形状、そして各回折光学素子68,48の位
相項を示す。Tables 5 and 6 show the optical arrangement, the aspherical coefficient of the fθ lens 46, the shape of the cylindrical lens 64, and the phase terms of the diffractive optical elements 68 and 48 in this embodiment.
【0067】[0067]
【表5】 [Table 5]
【0068】[0068]
【表6】
図7は本実施形態の昇温前後の副走査方向の湾面湾曲を
示す収差図であり、実線は常温での特性、点線は25℃
昇温が生じたときの特性を示している。この図から昇温
前後の副走査方向のピント変化が殆どないことがわか
る。[Table 6] FIG. 7 is an aberration diagram showing the curvature of the bay surface in the sub-scanning direction before and after the temperature rise of the present embodiment. The solid line shows the characteristics at room temperature, and the dotted line shows 25 ° C.
The characteristics when the temperature rises are shown. From this figure, it can be seen that there is almost no focus change in the sub-scanning direction before and after the temperature rise.
【0069】このように本実施形態では上述の如く第1
の光学系L61と第2の光学系L42の両方に各々回折光学
素子を設けることにより、該各回折光学素子の格子ピッ
チを大きく設定することができ、これにより非常に製造
しやすい走査光学系を構成することができる。尚、本実
施形態においてはシリンドリカルレンズ64の1面に回
折光学素子を付加したが、これに限定されることはな
く、コリメーターレンズ2の1面に回折光学素子を付加
して構成しても良い。As described above, in this embodiment, as described above, the first
By providing diffractive optical elements in both the optical system L 61 and the second optical system L 42 , it is possible to set the grating pitch of each diffractive optical element to a large value, which makes it very easy to manufacture scanning optics. The system can be configured. Although the diffractive optical element is added to one surface of the cylindrical lens 64 in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the diffractive optical element may be added to one surface of the collimator lens 2. good.
【0070】上記に示した実施形態2,3においては回
折光学素子を各光学系を構成する光学素子の少なくとも
1面に付加したが、これに限定されることはなく、光路
内に独立させて構成しても良い。In Embodiments 2 and 3 described above, the diffractive optical element is added to at least one surface of the optical element constituting each optical system, but the present invention is not limited to this, and the diffractive optical element may be independently provided in the optical path. It may be configured.
【0071】又、各実施形態においては装置の温度変動
に伴なう副走査方向のピント変化についての補正方法を
述べてきたが、もちろん主走査方向のピント変化につい
ても主走査方向に回折作用を有する回折光学素子を用い
ることにより容易に補正することができる。Further, in each of the embodiments, the correction method for the focus change in the sub-scanning direction due to the temperature change of the apparatus has been described. Of course, the focus change in the main scanning direction is also diffracted in the main scanning direction. It can be easily corrected by using the diffractive optical element.
【0072】[0072]
【発明の効果】本発明によれば前述の如く光偏向器に対
して光源手段側に配置した第1の光学系と被走査面側に
配置した第2の光学系のうち少なくとも一方の光学系に
回折光学素子を設け、装置の環境変動(特に温度変化)
に伴なう副走査方向の収差変動(ピント変化)を回折光
学素子のパワー変化と、半導体レーザーの波長変動によ
り補正することにより、環境変動の影響を受けない高精
細印字に適したコンパクトな走査光学系及びそれを用い
た画像形成装置を達成することができる。According to the present invention, as described above, at least one of the first optical system arranged on the light source means side and the second optical system arranged on the scanned surface side of the optical deflector. A diffractive optical element is installed on the device to change the environment of the device (especially temperature change)
Aberration fluctuations (focus changes) in the sub-scanning direction due to fluctuations are corrected by power fluctuations of the diffractive optical element and wavelength fluctuations of the semiconductor laser, so compact scanning suitable for high-definition printing that is not affected by environmental fluctuations An optical system and an image forming apparatus using the same can be achieved.
【0073】特に回折光学素子を第2の光学系に設ける
場合には前述の条件式(5)を満足させるように各要素
のパワーを適切に設定することにより、環境変動の影響
を受けない高精細印字に適したコンパクトな走査光学系
及びそれを用いた画像形成装置を達成することができ
る。In particular, when the diffractive optical element is provided in the second optical system, the power of each element is appropriately set so as to satisfy the above-mentioned conditional expression (5), so that it is not affected by environmental fluctuation. A compact scanning optical system suitable for fine printing and an image forming apparatus using the same can be achieved.
【図1】 本発明の実施形態1の主走査方向の要部断面
図FIG. 1 is a sectional view of a main part in a main scanning direction according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施形態1における副走査方向のピ
ント変動の補正原理を説明する説明図FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a principle of correcting focus variation in the sub-scanning direction according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施形態1の副走査方向の像面湾曲
を示す図FIG. 3 is a diagram showing field curvature in the sub-scanning direction according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の実施形態2の主走査方向の要部断面
図FIG. 4 is a sectional view of a main part in a main scanning direction according to a second embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の実施形態2の副走査方向の像面湾曲
を示す図FIG. 5 is a diagram showing field curvature in the sub-scanning direction according to the second embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の実施形態3の主走査方向の要部断面
図FIG. 6 is a sectional view of a main part in a main scanning direction according to a third embodiment of the present invention.
【図7】 本発明の実施形態3の副走査方向の像面湾曲
を示す図FIG. 7 is a diagram showing field curvature in the sub-scanning direction according to the third embodiment of the present invention.
【図8】 従来の走査光学系の要部概略図FIG. 8 is a schematic view of a main part of a conventional scanning optical system.
1 光源手段(半導体レーザー) 2 コリメータレンズ 3 開口絞り 4,48,68 回折光学素子 5 偏向手段(ポリゴンミラー) 6,46 結像手段(fθレンズ) 7 被走査面(感光ドラム面) 44,64 シリンドリカルレンズ L1 ,L41,L61 第1の光学系 L2 ,L42 第2の光学系1 Light Source Means (Semiconductor Laser) 2 Collimator Lens 3 Aperture Stops 4, 48, 68 Diffractive Optical Element 5 Deflection Means (Polygon Mirror) 6,46 Image Forming Means (fθ Lens) 7 Scanned Surface (Photosensitive Drum Surface) 44, 64 Cylindrical lenses L 1 , L 41 , L 61 First optical system L 2 , L 42 Second optical system
Claims (16)
系を介して偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向されたThe light is guided to the deflecting means through the system and is deflected by the deflecting means.
光束を屈折部と回折部を有する第2の光学系を介して被The light beam is projected through a second optical system having a refraction part and a diffraction part.
走査面上に結像させて、該被走査面上を光走査する光走Optical scanning that forms an image on the scanning surface and optically scans the surface to be scanned.
査光学系において、In the inspection optical system, 第2の光学系は、環境変動による屈折部の副走査方向のThe second optical system operates in the sub-scanning direction of the refraction part due to environmental changes.
パワー変化および環境変動による回折部の副走査方向のIn the sub-scanning direction of the diffraction part due to power changes and environmental changes
パワー変化が生じており、Power change is occurring, 第2の光学系の屈折部の副走査方向のパワーと回折部のThe power of the refraction part of the second optical system in the sub-scanning direction and the diffraction part
副走査方向のパワーを各々φL及びφBとしたとき、When the powers in the sub-scanning direction are φL and φB, respectively, 1.0≦ φL/φB ≦2.61.0 ≤ φL / φB ≤ 2.6 なる条件を満足することを特徴とする光走査光学系。An optical scanning optical system characterized by satisfying the following condition.
系を介して偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向されたThe light is guided to the deflecting means through the system and is deflected by the deflecting means.
光束を第2の光学系を介して被走査面上に結像させて、The light flux is imaged on the surface to be scanned through the second optical system,
該被走査面上を光走査する光走査光学系において、In an optical scanning optical system for optically scanning the surface to be scanned, 第2の光学系は屈折部と回折部を有し、The second optical system has a refraction part and a diffraction part, 温度変動で起こる屈折率の変化による第2の光学系の屈The bending of the second optical system due to the change of the refractive index caused by the temperature change
折部の副走査方向のパワー変化及び温度変動で起こる光Light caused by power change and temperature change in the sub-scanning direction
源手段の波長変動による第2の光学系の屈折部の副走査Sub-scanning of refraction section of second optical system due to wavelength variation of source means
方向のパワー変化が、温度変動で起こる光源手段の波長Directional power change is the wavelength of the light source means caused by temperature fluctuations
変動による第2の光学系の回折部の副走査方向のパワーPower in the sub-scanning direction of the diffraction part of the second optical system due to fluctuations
変化により補正されていることを特徴とする光走査光学Optical scanning optics characterized by being corrected by changes
系。system.
レンズを有することを特徴とする請求項1又は請求項2It has a lens, Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
に記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to.
する第1の光学系を介して偏向手段に導光し、該偏向手The light is guided to the deflection means via the first optical system for
段で偏向された光束を屈折部と回折部とを有する第2のA second beam having a refraction part and a diffraction part
光学系を介し被走査面上に結像させて、該被走査面上をAn image is formed on the surface to be scanned through the optical system, and the surface to be scanned is imaged.
走査する光走査光学系であって、An optical scanning optical system for scanning, 第2の光学系の屈折部は、プラスチックレンズを有し、The refraction part of the second optical system has a plastic lens, 前記プラスチックレンズの温度変動に伴う副走査方向のIn the sub-scanning direction due to temperature fluctuations of the plastic lens
収差変動が該温度変動による光源手段の波長変動によるAberration variation due to wavelength variation of the light source means due to the temperature variation
第1の光学系の回折部のパワー変化及び第2のThe power change of the diffractive part of the first optical system and the second 光学系のOptics
回折部のパワー変化で補正されるようにしていることをThe fact that it is corrected by the power change of the diffractive part
特徴とする光走査光学系。Characteristic optical scanning optical system.
系を介して偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向されたThe light is guided to the deflecting means through the system and is deflected by the deflecting means.
光束を屈折部と回折部とを有する第2の光学系を介し被The light beam is transmitted through a second optical system having a refracting portion and a diffracting portion.
走査面上に結像させて、該被走査面上を走査する光走査Optical scanning that forms an image on the scan surface and scans the scan surface
光学系であって、An optical system, 第2の光学系の屈折部は、プラスチックレンズを有し、The refraction part of the second optical system has a plastic lens, 前記プラスチックレンズの温度変動に伴う副走査方向のIn the sub-scanning direction due to temperature fluctuations of the plastic lens
収差変動が該温度変動による光源手段の波長変動によるAberration variation due to wavelength variation of the light source means due to the temperature variation
回折部のパワー変化で補正されるようにしていることをThe fact that it is corrected by the power change of the diffractive part
特徴とする光走査光学系。Characteristic optical scanning optical system.
う副走査方向の収差変動は、温度変動で起こる前記プラThe aberration variation in the sub-scanning direction is caused by the temperature variation
スチックレンズの屈折率の変化及び温度変動で起こる光Light caused by change in refractive index and temperature change of stick lens
源手段の波長変動によるプラスチックレンズの屈折率のOf the refractive index of the plastic lens due to the wavelength variation of the source means
変化による副走査方向のパワー変化により生じることをChange caused by power change in the sub-scanning direction
特徴とする請求項5記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to claim 5, which is characterized in that.
φB、屈折部のパワーをφLとしたとき、When φB and the power of the refraction part are φL, 1.0≦φL/φB≦2.61.0 ≦ φL / φB ≦ 2.6 なる条件を満足することを特徴とする請求項2又は請求The following conditions are satisfied:
項4又は請求項5又は請求項6記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to claim 4, claim 5, or claim 6.
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光走8. The light traveling according to any one of claims 1 to 7, characterized in that
査光学系。Inspection optics.
素子より成ることを特徴とする請求項1〜8のいずれか9. An element according to any one of claims 1 to 8, characterized by comprising an element.
1項に記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to item 1.
ネル状の光学素子より成ることを特徴とする請求項1〜A flannel-shaped optical element.
8のいずれか1項に記載の光走査光学系。8. The optical scanning optical system according to any one of items 8.
面に光束を主走査方向に長手の線像として結像させる機A machine that forms a light beam on the surface as a line image that is long in the main scanning direction.
能を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかIt has a function, Any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned.
1項に記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to item 1.
ズを有し、該シリンドリカルレンズ面上に回折部を備えAnd a diffractive portion on the surface of the cylindrical lens.
たことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記It described in any one of Claims 1-11 characterized by the above.
載の光走査光学系。Optical scanning optical system.
有し、該コリメータレンズ面上に回折部を備えたことをAnd having a diffractive portion on the collimator lens surface.
特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光走The light traveling according to any one of claims 1 to 12, characterized in that
査光学系。Inspection optics.
に伴う主走査方向のヒント変化が該温度変動による光源The change in the hint in the main scanning direction due to the
手段の波長変動による回折部のパワー変化で補正されるCorrected by the power change of the diffractive part due to the wavelength fluctuation of the means
ようにしていることを特徴とする請求項1〜13のいずAny of claims 1 to 13 characterized in that
れか1項に記載の光走査光学系。The optical scanning optical system according to item 1.
え、前記光源手段は、半導体レーザであることを特徴とThe light source means is a semiconductor laser.
する請求項1〜14のいずれか1項に記載の光走査光学Optical scanning optics according to any one of claims 1 to 14.
系。system.
の光走査光学系と、前記被走査面として感光ドラム面をOptical scanning optical system and the photosensitive drum surface as the surface to be scanned.
使用したことを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus characterized by being used.
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