JP2004086019A

JP2004086019A - Scanning optical system

Info

Publication number: JP2004086019A
Application number: JP2002249028A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 飯塚　隆之
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP4395291B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning optical system in which intervals of light beams can be adjusted on a surface to be scanned by moving one lens needed for the original functions of the scanning optical system. <P>SOLUTION: Laser beams which are emitted from each light emission point of a laser light source 10 and made parallel by a collimator lens 11 are converged in a sub-scanning direction by a cylindrical lens 12 nearby reflecting surfaces of a polygon mirror 13. Laser beam reflected by each reflecting surface is made incident on a second optical system 20 while dynamically deflected in a main scanning direction. The second optical system 20 comprises a first lens group 21 having power for converging laser beam mainly in the main scanning direction and a second lens group 22 having power for converging laser beam mainly in the sub-scanning direction and has its total sub-scanning magnification designed to ×-0.9 to ×1.1. This second lens group 22 is moved along the optical axis to adjust intervals of scanning lines on the object surface S to be scanned. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の発光点から発光した複数の光束を、夫々、第１光学系によって偏向器の反射面の近傍において副走査方向に収束させるとともに、この偏向器によって主走査方向へ動的に偏向し、第２光学系によって走査対象面上に点状に収束させる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の走査光学系によると、偏向器の一反射面での走査によって同時に複数本の走査線を走査対象面上に描画することができるので、各光束を夫々変調することによって、高速な印字が可能になる。
【０００３】
このような走査光学系の光源としては、特開昭５７−５４９１４号公報第１０図に示される様に、複数の発光点を有する単一の素子を用いることも可能であるし、特開昭６０−１２６６２０号公報に示される様に、夫々一個の発光点を有する複数の素子を用いることも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
但し、これらの何れの光源を用いる走査光学系によっても、走査対象面上での光束同士の間隔が、正確に（一反射面での走査の間における走査対象面の移動量／光束本数となるように）調整されていなければ、上記特開昭５７−５４９１４号公報の第４図に示されるように、走査対象面上での走査線同士のピッチが不均一となってしまい（即ち、同時に描画された走査線同士の間隔と、別走査によって描画された走査線同士の間隔とがズレてしまう）、印刷される画像の品質を劣化させる。従って、何らかの手段によって、走査対象面上での光束同士の間隔を調整する必要がある。
【０００５】
例えば、上記特開昭６０−１２６６２０号公報記載の走査光学系のように、複数の素子を用いる場合には、各素子の位置を夫々調整して相対位置を変化させることによって、走査対象面上での光束同士の間隔を調整することができる。しかしながら、素子そのものを移動するとなると、その移動量が光学系全体の横倍率によって拡大されて、走査対象面上での光束の移動量（走査線の方向に直行する副走査方向への移動量）として現れてしまう。そのため、各素子の調整は、シビアにならざるを得ないので、非熟練者が簡単にできるものではない。
【０００６】
一方、特開昭５７−５４９１４号公報第１０図記載の走査光学系のように、複数の発光点を有する単一の素子を用いる場合には、発光点同士の間隔は設計値に安定するものの、他の光学部品との関係で発生する光学系全体の製造上の倍率誤差に因って光束同士の間隔が設計値からズレてしまった場合には、発光点同士の間隔を調整することはできない。そこで、特開昭５７−５４９１４号公報第１０図記載の走査光学系では、同第５図に示すような３群構成を有するアフォーカル・アナモフィック・ズームレンズ系４３を、コリメータレンズ４２とシリンドリカルレンズ４４との間に配置して、光学系全体の倍率を補正することによって、走査対象面上でのレーザー光束同士の間隔を調整している。しかしながら、このようなアフォーカル・アナモフィック・ズームレンズ系４３は、本来の走査光学系の機能からは不要な構成であるので、徒にコストを上昇させてしまうものである。
【０００７】
そこで、本発明は、構成レンズ枚数を増やすことなく、走査光学系の本来の機能の為に必要な一枚のレンズを移動させることで、走査対象面上での光束同士の間隔を調整することができる走査光学系の提供を、課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために案出された本発明による走査光学系は、光源から発した複数の光束を走査対象面上で主走査方向に走査する走査光学系であって、夫々光束を発する複数の発光点を有する光源と、この光源の各発光点から発した光束を、前記主走査方向においては平行光とするとともに、前記主走査方向に直交する副走査方向においては収束させる第１光学系と、この第１光学系によって前記各光束が前記副走査方向において収束される位置近傍において、これら各光束を同時に前記主走査方向へ動的に偏向する偏向器と、この偏向器によって同時に偏向された前記各光束を前記主走査方向及び前記副走査方向において前記走査対象面近傍に収束させる第２光学系とを備え、前記第２光学系の副走査方向の倍率ｍｚが条件：−１．１＜ｍｚ＜−０．９を満足することを、特徴とする。
【０００９】
このように構成されると、偏向器と走査対象面との間において第２光学系をその光軸方向に移動させることによってその副走査方向における倍率（即ち、偏向器近傍にて副走査方向に収束された光束の線像と走査対象面との第２光学系による倍率）を変化させても、その焦点位置（即ち、偏向器近傍にて副走査方向に収束された光束の線像に対する第２光学系の焦点位置）は、その光軸方向にあまりずれない。従って、走査対象面上に形成される画像の画質を劣化させることなく、第２光学系の倍率を変化させることによって、走査対象面上における各光束の間隔（即ち、走査線同士の間隔）を調整することができる。
【００１０】
本発明において、第２光学系は、１群構成であっても２群構成であっても良い。１群構成である場合には、更に、１枚構成であっても２枚構成であっても良い。第２光学系が１枚のレンズからなる場合には、その倍率を変化させるためには、そのレンズが移動すれば良い。第２光学系が複数枚のレンズからなる場合には、その倍率を変化させるためには、そのうちの１枚のみが移動すれば良い。このように移動するレンズは、副走査方向の結像作用を担うレンズである必要があり、レンズ移動に起因する主走査方向における焦点位置への影響を防止するためには、主走査方向の結像作用を担わないレンズであることが望ましい。何れにしても、第２光学系全体の副走査倍率ｍｚが上記条件を満たしていれば良い。
【００１１】
また、本発明において、第１光学系は、光源が各発光点から平行光束を発するものであるならば、一枚のシリンドリカルレンズであれば良く、光源が各発光点から各光束を発散光として発するものであるならば、一枚のコリメータレンズと一枚のシリンドリカルレンズから構成されれば良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による走査光学系の構成を示す光学構成図である。この図１に示すように、この走査光学系１は、複数のレーザー光束を発するレーザー光源１０，このレーザー光源１０から夫々発したレーザー光束を平行光にするコリメータレンズ１１，コリメータレンズ１１からの各レーザー光束を後述する副走査方向にのみ線状に収束するシリンドリカルレンズ１２，その各側面がレーザー光を反射する反射面として形成された正多角柱形状を有するともにその中心軸を中心に回転する偏向器であるポリゴンミラー１３，回転するポリゴンミラー１３の各反射面にて反射されることによって動的に偏向された各レーザー光束を夫々収束させる第２光学系２０，及び、その外周面が走査対象面Ｓとして機能する感光ドラムから、構成されている。なお、以下の説明の理解を容易にするために、走査対象面上でポリゴンミラー１３の中心軸１３ａに直交する面と平行な方向を「主走査方向」と定義し、中心軸１３ａと平行な方向を「副走査方向」と定義する。
【００１４】
レーザー光源１０は、副走査方向（図１の上下方向）に並ぶように形成された各発光点から夫々レーザー光束を発散光として射出する単一素子からなるモノリシックマルチビームレーザーダイオードである。
【００１５】
コリメータレンズ１１は、その前側焦点が、レーザー光源１０における各発光点同士を結ぶ線の中心に合致するように、配置されている。従って、各発光点から発散光として発した各レーザー光束は、コリメータレンズ１１を透過することによって平行光になるとともに、その後側焦点にて互いに交差するように進行する。
【００１６】
平行光としてシリンドリカルレンズ１２に入射した各レーザー光束は、このシリンドリカルレンズ１２を透過することにより、副走査方向において、シリンドリカルレンズ１２の焦点面（シリンドリカルレンズ１２の後側焦線を含みコリメータレンズ１１の光軸に直交する面）にて収束する。
【００１７】
ポリゴンミラー１３は、シリンドリカルレンズ１２から射出された各レーザー光束が、何れかの反射面に対して、主走査方向において斜めに、常時入射するとともに、その反射面の近傍にて副走査方向に収束するように、配置されている。このポリゴンミラー１３は、その中心軸１３ａを中心として回転するので、ある反射面に入射した各レーザー光束は、ポリゴンミラー１３の回転に伴ってその反射面に対する主走査方向の入射角が変化することによって、主走査方向へ動的に偏向される。
【００１８】
ポリゴンミラー１３によって動的に偏向された各レーザー光束は、主走査方向においては平行光束のまま、副走査方向においては収束点から発散しつつ、第２光学系としての第２光学系２０に入射する。この第２光学系２０は、主走査方向においては、入射した各レーザー光束を、走査対象面Ｓ上における光軸からｙ＝ｋ・θ（ｋ：走査係数，θ：光軸を基準としたレーザー光束の傾斜角）離れた位置に収束させ、副走査方向においては、入射した各レーザー光束を、光軸に対して反転させて走査対象面Ｓ上に収束させる。従って、各レーザー光束によって走査対象面Ｓ上に形成されたスポットは、この走査対象面Ｓ上を、主走査方向に等速度に走査する。また、副走査方向において、第２光学系２０によってポリゴンミラー１３の各反射面と走査対象面Ｓとがほぼ共役関係となっているために、各レーザー光束は、ポリゴンミラー１３のどの反射面によって反射されても、各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）の有無に拘わらず、走査対象面Ｓにおける同一線上を走査する。
【００１９】
第２光学系２０は、より詳細には、第１レンズ群２１とこの第１レンズ群２１よりも走査対象面Ｓ側に配置される第２レンズ群２２とから、構成される。このうち、第１レンズ群２１は、主に主走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有する（主走査方向の結像作用を担う）レンズであり、第２レンズ群２２は、主に副走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有する（副走査方向の結像作用を担う）レンズである。第２光学系２０の光軸は、主走査方向においては、各反射面の中央にて反射されたレーザー光束のビーム軸と重なり、副走査方向においては、ポリゴンミラー１３の中心軸１３ａの中央に直交している。
【００２０】
なお、第２光学系２０を構成する各レンズ群２１，２２のレンズ面は、回転非対称非球面である場合もあるが、そのような形状を持つレンズ面には本来の意味での光軸を、定義することができない。そのため、以下、「光軸」との文言は、各レンズ面の面形状を式によって表現する時に設定される原点を通る軸（光学面基準軸）との意味で、用いられるものとする。
【００２１】
ところで、副走査方向において、各光学部材の形状や組み付けに誤差が生じると、走査光学系全体としての倍率が変化してしまう。例えば、第１光学系を構成するシリンドリカルレンズ１２が設計値に対して焦点距離誤差を持つと、第１光学系の倍率が変化するので、走査光学系全体としての倍率が変化してしまう。同様に、走査光学系２０を構成する各レンズ群２１，２２の位置が設計位置から光軸方向にずれると、第２光学系の倍率が変化するので、走査光学系全体としての倍率が変化してしまう。そのようにして走査光学系全体としての倍率が設計値から変化する結果、走査対象面Ｓ上における各レーザー光束のスポット間の距離が、設計値からずれてしまうのである。また、光源としての発光点間隔誤差もスポット間の距離に影響を与える。
【００２２】
このような走査光学系全体としての倍率変化を補正して、走査対象面Ｓ上における各レーザー光束のスポット間の距離を設計値に戻すために、本実施形態では、副走査方向における第２光学系２０全体の設計倍率を約−１倍（−１．１〜−０．９倍）にするとともに、主として副走査方向への結像作用を担う第２レンズ群２２を光軸方向へ移動調整することによって、主走査方向におけるスポット結像位置に影響を与えることなく（第２レンズ群２２が主として副走査方向への結像作用を担っていることに因る）、副走査方向において、焦点位置ズレを最小限に抑えつつ、第２光学系２０全体の倍率を設計倍率から変化させている。
【００２３】
以下、第２光学系２０の設計倍率を−１倍にすることによって、焦点位置ズレを最小限に抑えつつ倍率を変化させられる事を、数値を挙げて説明する。
【００２４】
いま、第２光学系２０全体を、厚さを有さないとともに６２．５ｍｍの副走査方向焦点距離を有する仮想の薄肉レンズに置換して、ポリゴンミラー１３から走査対象面Ｓまでの距離を２５０ｍｍに設定する。この場合、ポリゴンミラー１３から１２５ｍｍの位置に第２光学系２０を置くと、副走査方向におけるポリゴンミラー１３に対する第２光学系２０の横倍率（以下、「副走査倍率」という）ｍｚは丁度−１倍となる。従って、この設計倍率となる位置において、第２光学系２０の像距離（第２光学系２０の主点からポリゴンミラー１３と共役な点までの距離）Ｓ’は丁度１２５．００ｍｍとなるので、ポリゴンミラー１３の像と走査対象面Ｓとの焦点位置ズレ量ΔＰは０．００ｍｍとなる。この設計位置から１ｍｍづつ前後に夫々第２光学系２０を移動させた場合における副走査倍率ｍｚ，像距離Ｓ’，焦点位置ズレ量ΔＰ，及び、副走査倍率の変化率（即ち、設計状態での副走査倍率［−１倍］に対する移動後の副走査倍率ｍｚの比率，以下、「副走査倍率調整量」という）Δｍｚ／ｍｚを、夫々計算して表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
なお、この表１において、Ａは、ポリゴンミラー１３から第２光学系２０の主点までの距離であり、Ｂは、第２光学系２０の主点から走査対象面Ｓまでの距離である。また、焦点位置ズレ量ΔＰは、走査対象面Ｓよりも後方に焦点位置が存在する場合に正の符号をとる。
【００２７】
一方、第２光学系２０全体の副走査方向焦点距離を６０ｍｍとし、ポリゴンミラー１３から１５０ｍｍの位置に第２光学系２０を置くと、副走査倍率ｍｚは−０．６６６７倍となる。従って、この設計位置において、第２光学系２０の像距離Ｓ’は丁度１００．００ｍｍとなるので、ポリゴンミラー１３の像と走査対象面Ｓとの焦点位置ズレ量ΔＰは０．００ｍｍとなる。この設計倍率の位置から１ｍｍづつ前後に夫々第２光学系２０を移動させた場合における副走査倍率ｍｚ，像距離Ｓ’，焦点位置ズレ量ΔＰ，及び、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚを、夫々計算して表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
図２は、表１及び表２に列挙された第２光学系２０の各位置毎の副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚ及び焦点位置ズレ量ΔＰを、横軸を副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚ，縦軸を焦点位置ズレ量ΔＰとして夫々プロットしたグラフである。図２において、実線は、表１に示された設計倍率＝−１倍の場合における副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対する焦点位置ズレ量ΔＰの変化曲線を示し、破線は、表２に示された設計倍率＝−０．６６７倍の場合における副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対する焦点位置ズレ量ΔＰの変化曲線を示す。
【００３０】
この図２から明らかなように、設計倍率＝−０．６６７倍の場合には、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対して焦点位置ズレ量ΔＰが略リニアに変化する為に、設計倍率（副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚ＝０．０％）近辺における焦点位置ズレ量の変化率が大きく、しかも、焦点位置ズレ量ΔＰの絶対量も大きい。これに比べて、設計倍率＝−１倍の場合には、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対して焦点位置ズレ量ΔＰが二次曲線的に変化して原点近傍において横軸と接するので、設計倍率（副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚ＝０．０％）近辺における焦点位置ズレ量ΔＰの変化率が小さく、しかも、焦点位置ズレ量ΔＰの絶対量は小さい。
【００３１】
このように、第２光学系２０の設計副走査倍率を−１倍とすれば、焦点位置ズレ量ΔＰを最小限に抑えつつ、その副走査倍率ｍｚを設計倍率から変化させることができる。このような効果は、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対して焦点位置ズレ量ΔＰが曲線状に変化しさえすれば、設計副走査倍率が−１倍から変動しても、ある程度得られる。即ち、設計倍率が−１倍から−０．６６７倍に近づいていくと、図２上において、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対する焦点位置ズレ量ΔＰの変化曲線は、実線に示す状態から全体的に時計方向に回転して破線に近づくが、その途中までは、原点付近において横軸と略平行である。逆に、設計倍率が−１倍よりも大きく（絶対値が大きく）なると、図２上において、副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対する焦点位置ズレ量ΔＰの変化曲線は、実線に示す状態から全体的に反時計方向に回転するが、その途中までは、原点付近において横軸と略平行である。
【００３２】
本発明者が様々にシュミレーションをした結果、設計副走査倍率が−１．１倍から−０．９倍までの範囲内であれば、副走査倍率ｍｚの設計副走査倍率からの変化に伴う焦点位置ズレ量ΔＰの変化率を、許容値内に抑えるられることが判った。
【００３３】
ところで、第２光学系２０全体の倍率は、その一部のレンズを光軸方向に移動させるだけでも変化させることができる。また、１枚のレンズのみを移動させることによって、レンズ移動に伴う各収差の発生も最小限に抑えることが可能となる。そこで、本実施形態においては、レンズ移動に伴う主走査方向における光学特性の変化をも防止すべく、第２光学系２０を構成する各レンズのうち、主に副走査方向にレーザー光束を収束させるパワーを有する１枚のレンズである第２レンズ群２２を、移動させている。
【００３４】
以下、設計副走査倍率を−１．１倍から−０．９倍までの範囲内に設定するとともに第２光学系２０中の第２レンズ群２２のみを移動する走査光学系の実施例を、３例示す。
【００３５】
【実施例１】
図３は、実施例１の走査光学系１の主走査方向における光学構成図である。
【００３６】
実施例１では、走査係数ｋは１８０であり、第２光学系２０全体としての焦点距離は１７９．９９ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での走査幅（レーザー光束が走査される主走査方向幅）は２１６ｍｍである。
【００３７】
実施例１におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表３に示す。
【００３８】
【表３】

【００３９】
表３において、「面番号」の数字は、第２光学系（結像光学系）の面番号を示し、１乃至４が、第１レンズ群２１を構成する２枚のレンズの各レンズ面に対応し、５及び６が、第２レンズ群２２を構成する１枚のレンズの各レンズ面に対応する。また、表３において、「Ｒｙ」は、主走査方向における近軸曲率半径（単位［ｍｍ］）であり、「Ｒｚ」は、副走査方向における近軸曲率半径（単位　［ｍｍ］）であり、回転対称面においては省略されている。また、表３において、「面間隔」は、光軸上における次の面までの距離（単位　［ｍｍ］）であり、「屈折率」は、次の面までの間の媒質の設計波長：７８０ｎｍに対する屈折率（空気については省略）である。
【００４０】
表３に示されたシリンドリカルレンズ１２の前面は、シリンドリカル面であり、その後面は、平面である。
【００４１】
第１レンズ群２１を構成する面番号１及び２のレンズ面は、夫々、回転対称非球面である。従って、その断面形状は、光軸からの半径（ｈ）の点における光軸での接平面からのサグ量Ｘ（ｈ）として、下記式（１）により表される。
【００４２】
Ｘ（ｈ）＝１／Ｒｙ・ｈ^２／［１＋√［１−（κ＋１）^２ｈ^２／Ｒｙ^２］］＋Ａ_４ｈ^４＋Ａ_６ｈ^６＋Ａ_８ｈ^８　　…（１）
式（１）において、Ｒｙは表３に挙げられた主走査方向近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ_４，ＡＭ_６，ＡＭ_８は、夫々、４次，６次，８次の非球面係数である。実施例１において面番号１及び２の各レンズ面の具体的形状を特定するために式（１）に適用される各係数を、表４に示す。
【００４３】
【表４】

【００４４】
第１レンズ群２１を構成する面番号３及び４のレンズ面は、夫々、球面である。
【００４５】
第２レンズ群２２を構成する面番号５のレンズ面は、主走査方向に回転軸を持つトーリック面であり、面番号６のレンズ面は、球面である。
【００４６】
実施例１において、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ（設計副走査倍率）を計算すると、−０．９８倍となり、−１．１倍から−０．９倍までの範囲内に含まれる。
【００４７】
実施例１において、第２レンズ群２２を、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚが設計副走査倍率（−０．９８倍）となる位置から光軸に沿って前後に１．０ｍｍづつ移動させた場合における第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ，焦点位置ズレ量ΔＰ，及び第２レンズ群２２単独の副走査倍率を、表５に列挙した。
【００４８】
【表５】

【００４９】
この表５に示すように、実施例１によると、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を設計副走査倍率から上下約２％変化させても、焦点位置ズレ量は最大１．４４ｍｍに留まるので、焦点位置ズレに起因する解像度悪化を生じることなく、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を調整することによって、走査対象面Ｓ上における走査線間隔を一定に揃えることが可能となる。
【００５０】
なお、実施例１の第２光学系２０の諸収差図を、図４に示す。図４（ａ）は、ｆθ誤差図（縦軸はｙ＝ｋθによって定まる走査対象面Ｓでの光軸からの高さｙ，横軸は走査対象面Ｓ上での実際のスポット位置とｙとのズレ量）であり、図４（ｂ）は、像面湾曲図（縦軸は走査対象面Ｓでの光軸からの高さｙ，横軸は光軸方向における焦点位置ズレであって、Ｓは副走査方向，Ｍは主走査方向のものである）である。
【００５１】
【実施例２】
図５は、実施例２の走査光学系１の主走査方向における光学構成図である。
【００５２】
実施例２では、走査係数ｋは２００であり、第２光学系２０全体としての焦点距離は２００．００ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での走査幅（レーザー光束が走査される主走査方向幅）は３００ｍｍである。
【００５３】
実施例２におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表６に示す。
【００５４】
【表６】

【００５５】
表６における各欄の意味は、上述した表３のものと同じである。
【００５６】
表６に示されたシリンドリカルレンズ１２の前面は、シリンドリカル面であり、その後面は、平面である。
【００５７】
第１レンズ群２１を構成する面番号１及び２のレンズ面は、夫々、回転対称非球面である。実施例２において面番号１及び２の各レンズ面の具体的形状を特定するために上記式（１）に適用される各係数を、表７に示す。
【００５８】
【表７】

【００５９】
第２レンズ群２２を構成する面番号３のレンズ面は、アナモフィック非球面（即ち、主走査断面は光軸からの主走査方向の関数，副走査断面は曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として、独立に定義される非球面）である。従って、その主走査断面における形状は、光軸からの高さ（ｙ）の点における光軸での接平面からのサグ量Ｘ（ｙ）として、下記式（２）により表され、主走査方向の各高さ（ｙ）での副走査方向における形状は、円弧の曲率１／［Ｒｚ（ｙ）］として、下記式（３）により表される。
【００６０】
Ｘ（ｙ）＝１／Ｒｙ・ｙ^２／［１＋√［１−（κ＋１）^２ｙ^２／Ｒｙ^２］］
＋ＡＭ_１ｙ＋ＡＭ_２ｙ^２＋ＡＭ_３ｙ^３＋ＡＭ_４ｙ^４＋ＡＭ_５ｙ^５＋ＡＭ_６ｙ^６＋ＡＭ_７ｙ^７＋ＡＭ_８ｙ^８…　…（２）
１／［Ｒｚ（ｙ）］＝１／Ｒｚ
＋ＡＳ_１ｙ＋ＡＳ_２ｙ^２＋ＡＳ_３ｙ^３＋ＡＳ_４ｙ^４＋ＡＳ_５ｙ^５＋ＡＳ_６ｙ^６＋ＡＳ_７ｙ^７＋ＡＳ_８ｙ^８…　　…　（３）
これら式（２），（３）において、Ｒｙは表６に挙げられた主走査方向近軸曲率半径であり、Ｒｚは副走査方向近軸曲率半径であり、κは円錐係数であり、ＡＭ_１，ＡＭ_２，ＡＭ_３，ＡＭ_４，ＡＭ_５，ＡＭ_６，ＡＭ_７，ＡＭ_８…は夫々主走査方向に関する１次，２次，３次，４次，５次，６次，７次，８次…の非球面係数であり、ＡＳ_１，ＡＳ_２，ＡＳ_３，ＡＳ_４，ＡＳ_５，ＡＳ_６，ＡＳ_７，ＡＳ_８…は夫々副走査方向に関する１次，２次，３次，４次，５次，６次，７次，８次…の非球面係数である。実施例２において面番号３のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式（２），（３）に適用される各係数を、表８に示す。
【００６１】
【表８】

【００６２】
また、面番号４のレンズ面は、球面である。
【００６３】
実施例２において、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ（設計副走査倍率）を計算すると、−１．０５倍となり、−１．１倍から−０．９倍までの範囲内に含まれる。
【００６４】
実施例２において、第２レンズ群２２を、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ設計副走査倍率（−１．０５倍）となる位置から光軸に沿って前後に１．０ｍｍづつ移動させた場合における第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ，焦点位置量ΔＰ，及び第２レンズ群２２単独の副走査倍率を、表９に列挙した。
【００６５】
【表９】

【００６６】
この表９に示すように、実施例２によると、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を設計副走査倍率から上下約２％変化させても、焦点位置ズレ量は最大１．４９ｍｍに留まるので、焦点位置ズレに起因する解像度悪化を生じることなく、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を調整することによって、走査対象面Ｓ上における走査線間隔を一定に揃えることが可能となる。
【００６７】
なお、実施例２の第２光学系２０の諸収差図を、図６に示す。図６（ａ）は、ｆθ誤差図であり、図６（ｂ）は、像面湾曲図である。
【００６８】
【実施例３】
図７は、実施例３の走査光学系１の主走査方向における光学構成図である。
【００６９】
実施例３では、走査係数ｋは２００であり、第２光学系２０全体としての焦点距離は１９９．９９ｍｍであり、走査対象面Ｓ上での走査幅（レーザー光束が走査される主走査方向幅）は３００ｍｍである。
【００７０】
実施例３におけるシリンドリカルレンズ１２から走査対象面Ｓに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表１０に示す。
【００７１】
【表１０】

【００７２】
表１０における各欄の意味は、上述した表３のものと同じである。
【００７３】
表１０に示されたシリンドリカルレンズ１２の前面は、シリンドリカル面であり、その後面は、平面である。
【００７４】
第１レンズ群２１を構成する面番号１のレンズ面は、回転対称非球面である。実施例３において面番号１のレンズ面の具体的形状を特定するために上記式（１）に適用される各係数を、表１１に示す。
【００７５】
【表１１】

【００７６】
また、面番号２のレンズ面は、シリンドリカル面である。
【００７７】
第２レンズ群２２を構成する面番号３のレンズ面は、アナモフィック非球面である。実施例３において面番号３のレンズ面の具体的形状を特定するために上記各式（２），（３）に適用される各係数を、表１２に示す。
【００７８】
【表１２】

【００７９】
また、面番号４のレンズ面は、回転対称非球面である。実施例３において面番号４のレンズ面の具体的形状を特定するために上記式（１）に適用される各係数は、表１１に示した通りである。
【００８０】
実施例３において、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ（設計副走査倍率）を計算すると、−０．９８倍となり、−１．１倍から−０．９倍までの範囲内に含まれる。
【００８１】
実施例３において、第２レンズ群２２を、第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚが設計副走査倍率（−０．９８倍）となる位置から光軸に沿って前後に１．０ｍｍづつ移動させた場合における第２光学系２０全体の副走査倍率ｍｚ，焦点位置量ΔＰ，及び第２レンズ群２２単独の副走査倍率ｍｚ（２２）を、表１３に列挙した。
【００８２】
【表１３】

【００８３】
この表１３に示すように、実施例３によると、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を設計副走査倍率から上下約２％変化させても、焦点位置ズレ量は最大０．３０ｍｍに留まるので、焦点位置ズレに起因する解像度悪化を生じることなく、第２レンズ群２２全体の副走査倍率を調整することによって、走査対象面Ｓ上における走査線間隔を一定に揃えることが可能となる。
【００８４】
なお、実施例３の第２光学系２０の諸収差図を、図８に示す。図８（ａ）は、ｆθ誤差図であり、図８（ｂ）は、像面湾曲図である。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査光学系の本来の機能に必要のないレンズを追加することなく、走査光学系の本来の機能の為に必要な一枚のレンズのみを移動させることで、副走査方向における焦点位置ズレに起因する画像劣化を生じることなく、走査対象面上での光束同士の間隔を調整することが、可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である走査光学系の副走査方向における光学構成を示す光学構成図
【図２】各設計副走査倍率毎に副走査倍率調整量Δｍｚ／ｍｚに対する焦点位置ズレ量ΔＰの変化を示すグラフ
【図３】実施例１の光学構成を示す主走査方向における光学構成図
【図４】実施例１の諸収差図
【図５】実施例２の光学構成を示す主走査方向における光学構成図
【図６】実施例２の諸収差図
【図７】実施例３の光学構成を示す主走査方向における光学構成図
【図８】実施例３の諸収差図
【符号の説明】
１　　　　走査光学系
１０　　　　レーザー光源
１２　　　　シリンドリカルレンズ
１３　　　　ポリゴンミラー
２０　　　　第２光学系（結像光学系）
２１　　　　第１レンズ群
２２　　　　第２レンズ群
Ｓ　　　　走査対象面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a plurality of light beams emitted from a plurality of light emitting points are respectively converged in the sub-scanning direction near the reflecting surface of the deflector by the first optical system, and dynamically deflected in the main scanning direction by the deflector. The present invention relates to a scanning optical system that deflects light and converges it on a scanning target surface in a point shape by a second optical system.
[0002]
[Prior art]
According to this type of scanning optical system, a plurality of scanning lines can be simultaneously drawn on the surface to be scanned by scanning on one reflecting surface of the deflector, so that high-speed printing can be performed by modulating each light beam individually. Becomes possible.
[0003]
As a light source of such a scanning optical system, as shown in FIG. 10 of JP-A-57-54914, a single element having a plurality of light emitting points can be used. As shown in JP-A-60-126620, it is also possible to use a plurality of elements each having one light emitting point.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the scanning optical system using any of these light sources, the interval between the light beams on the scanning target surface is exactly (the amount of movement of the scanning target surface / the number of light beams during scanning on one reflecting surface). If it is not adjusted, the pitch between the scanning lines on the surface to be scanned becomes non-uniform as shown in FIG. The interval between the drawn scanning lines and the interval between the scanning lines drawn by another scan are shifted), and the quality of the printed image is deteriorated. Therefore, it is necessary to adjust the interval between the light beams on the scanning target surface by some means.
[0005]
For example, when a plurality of elements are used as in the scanning optical system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-126620, by adjusting the position of each element and changing the relative position, the position on the surface to be scanned is changed. The distance between the light beams can be adjusted. However, when the element itself is moved, the movement amount is enlarged by the lateral magnification of the entire optical system, and the movement amount of the light beam on the scanning target surface (the movement amount in the sub-scanning direction perpendicular to the direction of the scanning line). Will appear as. Therefore, the adjustment of each element is unavoidably severe, and is not easily performed by an unskilled person.
[0006]
On the other hand, when a single element having a plurality of light-emitting points is used as in the scanning optical system shown in FIG. 10 of JP-A-57-54914, the distance between the light-emitting points is stabilized at a design value. If the spacing between the light beams deviates from the design value due to a manufacturing magnification error of the entire optical system that occurs due to the relationship with other optical components, it is not possible to adjust the spacing between the light emitting points. Can not. Therefore, in the scanning optical system shown in FIG. 10 of JP-A-57-54914, an afocal anamorphic zoom lens system 43 having a three-group configuration as shown in FIG. The distance between the laser beams on the scanning target surface is adjusted by correcting the magnification of the entire optical system by disposing the laser beam between the laser beams. However, such an afocal anamorphic zoom lens system 43 is unnecessary in terms of the function of the original scanning optical system, and thus increases the cost.
[0007]
Therefore, the present invention adjusts the interval between light beams on the scanning target surface by moving one lens necessary for the original function of the scanning optical system without increasing the number of constituent lenses. An object of the present invention is to provide a scanning optical system capable of performing the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A scanning optical system according to the present invention devised to achieve the above object is a scanning optical system that scans a plurality of light beams emitted from a light source on a surface to be scanned in a main scanning direction. And a first optical system that converges a light beam emitted from each light emitting point of the light source into parallel light in the main scanning direction and converges in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. And a deflector for dynamically deflecting each light beam in the main scanning direction at the same time near the position where each light beam is converged in the sub-scanning direction by the first optical system; A second optical system for converging each light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction in the vicinity of the scanning target surface, and a magnification mz of the second optical system in the sub-scanning direction is -1.1. To satisfy the mz <-0.9, and features.
[0009]
With this configuration, by moving the second optical system in the optical axis direction between the deflector and the scanning target surface, the magnification in the sub-scanning direction (that is, in the sub-scanning direction near the deflector). Even when the line image of the converged light beam and the magnification of the scanning target surface by the second optical system are changed, the focal position (that is, the line image of the light beam converged in the sub-scanning direction near the deflector) is changed. (The focal positions of the two optical systems) do not shift much in the optical axis direction. Therefore, by changing the magnification of the second optical system without deteriorating the image quality of the image formed on the scanning target surface, the interval between the light beams on the scanning target surface (that is, the interval between scanning lines) can be reduced. Can be adjusted.
[0010]
In the present invention, the second optical system may have a one-group configuration or a two-group configuration. In the case of a single-unit configuration, a single-unit configuration or a two-unit configuration may be used. When the second optical system includes one lens, the lens may be moved in order to change the magnification. When the second optical system includes a plurality of lenses, only one of them needs to move to change the magnification. The lens that moves in this way needs to be a lens that performs an image forming operation in the sub-scanning direction. To prevent the movement of the lens from affecting the focal position in the main scanning direction, the lens in the main scanning direction must be formed. It is desirable that the lens does not perform the image function. In any case, the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system may satisfy the above condition.
[0011]
In the present invention, if the light source emits a parallel light beam from each light emitting point, the first optical system may be a single cylindrical lens, and the light source emits each light beam from each light emitting point as divergent light. If it emits light, it may be composed of one collimator lens and one cylindrical lens.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the scanning optical system according to the present invention will be described.
[0013]
FIG. 1 is an optical configuration diagram showing a configuration of a scanning optical system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the scanning optical system 1 includes a laser light source 10 for emitting a plurality of laser light beams, a collimator lens 11 for converting the laser light beams emitted from the laser light source 10 into parallel light, and a collimator lens 11 for each. A cylindrical lens 12 that converges a laser beam linearly only in a sub-scanning direction, which will be described later. Each side surface of the cylindrical lens 12 has a regular polygonal prism shape formed as a reflection surface that reflects laser light, and a deflection that rotates about its central axis. Optical system 20 that converges each laser beam that is dynamically deflected by being reflected by each of the polygon mirror 13 and the rotating polygon mirror 13 that are rotating, and the outer peripheral surface of which is to be scanned. It comprises a photosensitive drum functioning as the surface S. In order to facilitate understanding of the following description, a direction parallel to a plane orthogonal to the central axis 13a of the polygon mirror 13 on the surface to be scanned is defined as a "main scanning direction", and the direction parallel to the central axis 13a is defined. The direction is defined as “sub-scanning direction”.
[0014]
The laser light source 10 is a monolithic multi-beam laser diode including a single element that emits a laser beam as divergent light from each light emitting point formed so as to be arranged in the sub-scanning direction (the vertical direction in FIG. 1).
[0015]
The collimator lens 11 is arranged such that its front focal point coincides with the center of a line connecting the light emitting points of the laser light source 10. Therefore, each laser beam emitted as a divergent light from each light emitting point becomes parallel light by passing through the collimator lens 11 and proceeds so as to intersect each other at the rear focal point.
[0016]
Each laser beam incident on the cylindrical lens 12 as parallel light passes through the cylindrical lens 12, so that the focal plane of the cylindrical lens 12 (including the rear focal line of the cylindrical lens 12 and the collimator lens 11) in the sub-scanning direction. (A plane perpendicular to the optical axis).
[0017]
The polygon mirror 13 allows each laser beam emitted from the cylindrical lens 12 to always enter the reflecting surface obliquely in the main scanning direction and converge in the sub-scanning direction near the reflecting surface. It is arranged to be. Since the polygon mirror 13 rotates about its central axis 13a, the angle of incidence of each laser beam incident on a certain reflection surface with respect to the reflection surface in the main scanning direction changes with the rotation of the polygon mirror 13. Is dynamically deflected in the main scanning direction.
[0018]
Each laser beam dynamically deflected by the polygon mirror 13 is incident on the second optical system 20 as the second optical system while diverging from the convergence point in the sub-scanning direction while maintaining a parallel beam in the main scanning direction. I do. In the main scanning direction, the second optical system 20 converts each incident laser beam from the optical axis on the scanning target surface S to y = k · θ (k: scanning coefficient, θ: laser based on the optical axis). In the sub-scanning direction, the incident laser light beams are inverted with respect to the optical axis and converged on the scanning target surface S in the sub-scanning direction. Therefore, the spot formed on the scanning target surface S by each laser beam scans the scanning target surface S at a constant speed in the main scanning direction. Further, in the sub-scanning direction, since each reflecting surface of the polygon mirror 13 and the scanning target surface S are substantially conjugated by the second optical system 20, each laser beam is transmitted by any reflecting surface of the polygon mirror 13. Even if reflected, the scanning is performed on the same line on the scanning target surface S regardless of whether or not each reflecting surface has a slight inclination (so-called “surface tilt”).
[0019]
More specifically, the second optical system 20 includes a first lens group 21 and a second lens group 22 disposed closer to the scanning target surface S than the first lens group 21 is. Among them, the first lens group 21 is a lens having a power for converging a laser beam mainly in the main scanning direction (having an image forming action in the main scanning direction), and the second lens group 22 is mainly a sub-scanning lens. The lens has a power to converge the laser beam in the direction (has an image forming function in the sub-scanning direction). The optical axis of the second optical system 20 overlaps the beam axis of the laser beam reflected at the center of each reflecting surface in the main scanning direction, and is located at the center of the central axis 13a of the polygon mirror 13 in the sub-scanning direction. Are orthogonal.
[0020]
Although the lens surfaces of the

lens groups

21 and 22 constituting the second optical system 20 may be rotationally asymmetrical aspherical surfaces, the lens surface having such a shape has an optical axis in its original meaning. , Can not be defined. Therefore, hereinafter, the term “optical axis” is used to mean an axis (optical surface reference axis) passing through the origin set when the surface shape of each lens surface is expressed by an equation.
[0021]
By the way, if an error occurs in the shape or assembly of each optical member in the sub-scanning direction, the magnification of the entire scanning optical system changes. For example, if the cylindrical lens 12 constituting the first optical system has a focal length error with respect to a design value, the magnification of the first optical system changes, so that the magnification of the entire scanning optical system changes. Similarly, when the positions of the

lens groups

21 and 22 constituting the scanning optical system 20 deviate from the design position in the optical axis direction, the magnification of the second optical system changes, so that the magnification of the entire scanning optical system changes. Would. As a result, the magnification of the entire scanning optical system changes from the design value, and as a result, the distance between the spots of the respective laser beams on the scanning target surface S deviates from the design value. Further, a light emitting point interval error as a light source also affects the distance between spots.
[0022]
In the present embodiment, in order to correct such a change in magnification of the entire scanning optical system and return the distance between the spots of the respective laser beams on the scanning target surface S to the design value, the second optical system in the sub-scanning direction is used. The design magnification of the entire system 20 is set to about -1 (-1.1 to -0.9), and the second lens group 22 mainly responsible for the image forming operation in the sub-scanning direction is moved and adjusted in the optical axis direction. By doing so, the focal point in the sub-scanning direction can be adjusted without affecting the spot imaging position in the main scanning direction (due to the fact that the second lens group 22 mainly performs the image forming operation in the sub-scanning direction). The magnification of the entire second optical system 20 is changed from the design magnification while minimizing the positional deviation.
[0023]
Hereinafter, it will be described with numerical values that the magnification can be changed while minimizing the focal position deviation by setting the design magnification of the second optical system 20 to −1.
[0024]
Now, the entire second optical system 20 is replaced with a virtual thin lens having no thickness and having a focal length in the sub-scanning direction of 62.5 mm so that the distance from the polygon mirror 13 to the scanning target surface S is 250 mm. Set to. In this case, when the second optical system 20 is placed at a position 125 mm from the polygon mirror 13, the lateral magnification (hereinafter referred to as “sub-scanning magnification”) mz of the second optical system 20 with respect to the polygon mirror 13 in the sub-scanning direction is exactly −. It becomes 1 time. Accordingly, at the position where the design magnification is set, the image distance (distance from the principal point of the second optical system 20 to the point conjugate with the polygon mirror 13) S ′ of the second optical system 20 is exactly 125.00 mm, The focal position shift amount ΔP between the image of the polygon mirror 13 and the scanning target surface S is 0.00 mm. The sub-scanning magnification mz, the image distance S ′, the focal position shift amount ΔP, and the rate of change of the sub-scanning magnification when the second optical system 20 is moved back and forth by 1 mm from this design position (that is, in the design state) Table 1 shows the calculated ratio of the post-movement sub-scanning magnification mz to the sub-scanning magnification [-1 ×] (hereinafter referred to as “sub-scanning magnification adjustment amount”) Δmz / mz.
[0025]
[Table 1]

[0026]
In Table 1, A is the distance from the polygon mirror 13 to the principal point of the second optical system 20, and B is the distance from the principal point of the second optical system 20 to the scanning target surface S. The focal position shift amount ΔP has a positive sign when the focal position exists behind the scanning target surface S.
[0027]
On the other hand, when the focal length in the sub-scanning direction of the entire second optical system 20 is 60 mm and the second optical system 20 is placed at a position 150 mm from the polygon mirror 13, the sub-scanning magnification mz becomes -0.6667 times. Accordingly, at this design position, the image distance S ′ of the second optical system 20 is just 100.00 mm, and the focal position shift amount ΔP between the image of the polygon mirror 13 and the scanning target surface S is 0.00 mm. The sub-scanning magnification mz, the image distance S ′, the focal position shift amount ΔP, and the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz when the second optical system 20 is moved back and forth by 1 mm from the position of the design magnification, respectively, The calculated values are shown in Table 2.
[0028]
[Table 2]

[0029]
FIG. 2 shows the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz and the focal position deviation amount ΔP for each position of the second optical system 20 listed in Tables 1 and 2, and the horizontal axis shows the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz. And the vertical axis is plotted as the focal position shift amount ΔP. In FIG. 2, a solid line shows a change curve of the focal position shift amount ΔP with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz when the design magnification shown in Table 1 is −1, and a broken line shows in Table 2. 7 shows a change curve of the focal position shift amount ΔP with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz when the design magnification is −0.667 times.
[0030]
As is apparent from FIG. 2, when the design magnification is −0.667, the focal position deviation amount ΔP changes substantially linearly with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz. The change rate of the focal position shift amount near the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz = 0.0%) is large, and the absolute amount of the focal position shift amount ΔP is also large. On the other hand, when the design magnification is −1, the focal position deviation amount ΔP changes in a quadratic curve with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz and comes into contact with the horizontal axis near the origin. The rate of change of the focal position shift amount ΔP near the design magnification (sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz = 0.0%) is small, and the absolute amount of the focal position shift amount ΔP is small.
[0031]
As described above, if the designed sub-scanning magnification of the second optical system 20 is set to −1, the sub-scanning magnification mz can be changed from the designed magnification while minimizing the focal position shift amount ΔP. Such an effect can be obtained to some extent as long as the focal position shift amount ΔP changes in a curve shape with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz, even if the designed sub-scanning magnification changes from −1. That is, as the design magnification approaches -1 to -0.667, the change curve of the focal position shift amount ΔP with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz in FIG. Although it rotates clockwise and approaches the broken line, it is almost parallel to the horizontal axis near the origin up to the middle. Conversely, when the design magnification is larger than -1 (the absolute value is larger), the change curve of the focal position shift amount ΔP with respect to the sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz in FIG. Although it rotates counterclockwise, it is almost parallel to the horizontal axis near the origin up to that point.
[0032]
As a result of various simulations performed by the present inventor, if the design sub-scanning magnification is in the range of -1.1 to -0.9, the focus associated with a change in the sub-scanning magnification mz from the design sub-scanning magnification. It has been found that the rate of change of the positional deviation amount ΔP can be suppressed within an allowable value.
[0033]
Incidentally, the magnification of the entire second optical system 20 can be changed only by moving a part of the lens in the optical axis direction. Further, by moving only one lens, it is possible to minimize the occurrence of each aberration due to the movement of the lens. Therefore, in the present embodiment, in order to prevent a change in the optical characteristics in the main scanning direction due to the movement of the lens, the laser beam is converged mainly in the sub-scanning direction among the lenses constituting the second optical system 20. The second lens group 22, which is a single lens having power, is moved.
[0034]
Hereinafter, an embodiment of the scanning optical system in which the design sub-scanning magnification is set within the range of -1.1 to -0.9 and the second lens group 22 in the second optical system 20 is moved alone will be described. Three examples are shown.
[0035]
Embodiment 1
FIG. 3 is an optical configuration diagram of the scanning optical system 1 according to the first embodiment in the main scanning direction.
[0036]
In the first embodiment, the scanning coefficient k is 180, the focal length of the second optical system 20 as a whole is 179.99 mm, and the scanning width on the scanning target surface S (the width in the main scanning direction in which the laser beam is scanned). ) Is 216 mm.
[0037]
Table 3 shows a specific numerical configuration of each surface on the optical path from the cylindrical lens 12 to the surface S to be scanned in the first embodiment.
[0038]
[Table 3]

[0039]
In Table 3, the number of “surface number” indicates the surface number of the second optical system (imaging optical system), and 1 to 4 are assigned to each lens surface of the two lenses constituting the first lens group 21. Correspondingly, 5 and 6 correspond to each lens surface of one lens constituting the second lens group 22. In Table 3, “Ry” is a paraxial radius of curvature (unit [mm]) in the main scanning direction, “Rz” is a paraxial radius of curvature (unit [mm]) in the sub-scanning direction, It is omitted in the rotational symmetry plane. In Table 3, “surface interval” is the distance (unit [mm]) to the next surface on the optical axis, and “refractive index” is the design wavelength of the medium to the next surface: 780 nm. (Not shown for air).
[0040]
The front surface of the cylindrical lens 12 shown in Table 3 is a cylindrical surface, and the rear surface is a flat surface.
[0041]
The lens surfaces of

surface numbers

1 and 2 constituting the first lens group 21 are respectively rotationally symmetric aspherical surfaces. Therefore, the cross-sectional shape is expressed by the following equation (1) as a sag amount X (h) from a tangent plane on the optical axis at a point of a radius (h) from the optical axis.
[0042]
X (h) = 1 / Ry · h ² / [1 + √ [1- (κ + 1) ² h ² / Ry ² ]] + A ₄ h ⁴ + A ₆ h ⁶ + A ₈ h ⁸ … (1)
In the equation (1), Ry is a paraxial radius of curvature in the main scanning direction listed in Table 3, κ is a conic coefficient, and A is ₄ , AM ₆ , AM ₈ Are the fourth-order, sixth-order, and eighth-order aspherical coefficients, respectively. Table 4 shows each coefficient applied to Expression (1) for specifying the specific shape of each lens surface of

surface numbers

1 and 2 in Example 1.
[0043]
[Table 4]

[0044]
The lens surfaces of surface numbers 3 and 4 constituting the first lens group 21 are spherical surfaces, respectively.
[0045]
The lens surface of surface number 5 constituting the second lens group 22 is a toric surface having a rotation axis in the main scanning direction, and the lens surface of surface number 6 is a spherical surface.
[0046]
In the first embodiment, when the sub-scanning magnification mz (design sub-scanning magnification) of the entire second optical system 20 is calculated, it is -0.98 times, which is included in the range from -1.1 times to -0.9 times. It is.
[0047]
In the first embodiment, the second lens group 22 is moved by 1.0 mm forward and backward along the optical axis from a position where the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20 becomes the designed sub-scanning magnification (−0.98 times). Table 5 lists the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20, the focal position shift amount ΔP, and the sub-scanning magnification of the second lens group 22 alone when moved.
[0048]
[Table 5]

[0049]
As shown in Table 5, according to the first embodiment, even if the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 is changed by approximately 2% from the designed sub-scanning magnification, the focal position shift amount remains at a maximum of 1.44 mm. Therefore, by adjusting the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 without deteriorating the resolution due to the focal position shift, it becomes possible to make the scanning line intervals on the scanning target surface S uniform.
[0050]
FIG. 4 shows various aberration diagrams of the second optical system 20 according to the first embodiment. FIG. 4A is an fθ error diagram (the vertical axis is the height y from the optical axis on the scanning target surface S determined by y = kθ, and the horizontal axis is the actual spot position and y on the scanning target surface S. FIG. 4B is a field curvature diagram (the vertical axis represents the height y from the optical axis on the scanning target surface S, and the horizontal axis represents the focal position deviation in the optical axis direction. S is in the sub-scanning direction, and M is in the main scanning direction).
[0051]
Embodiment 2
FIG. 5 is an optical configuration diagram of the scanning optical system 1 according to the second embodiment in the main scanning direction.
[0052]
In the second embodiment, the scanning coefficient k is 200, the focal length of the entire second optical system 20 is 200.00 mm, and the scanning width on the scanning target surface S (the width in the main scanning direction in which the laser beam is scanned). ) Is 300 mm.
[0053]
Table 6 shows a specific numerical configuration of each surface on the optical path from the cylindrical lens 12 to the surface S to be scanned in the second embodiment.
[0054]
[Table 6]

[0055]
The meaning of each column in Table 6 is the same as that in Table 3 described above.
[0056]
The front surface of the cylindrical lens 12 shown in Table 6 is a cylindrical surface, and the rear surface is a flat surface.
[0057]
The lens surfaces of

surface numbers

1 and 2 constituting the first lens group 21 are respectively rotationally symmetric aspherical surfaces. Table 7 shows each coefficient applied to the above equation (1) for specifying the specific shape of each lens surface of

surface numbers

1 and 2 in Example 2.
[0058]
[Table 7]

[0059]
The lens surface of surface number 3 constituting the second lens group 22 has an anamorphic aspheric surface (that is, the main scanning section is a function of the main scanning direction from the optical axis, and the sub-scanning section has a curvature of the main scanning direction from the optical axis. Aspheric surface independently defined as a function of distance). Therefore, the shape in the main scanning cross section is expressed by the following equation (2) as the sag amount X (y) from the tangent plane on the optical axis at the point of the height (y) from the optical axis. The shape in the sub-scanning direction at each height (y) is expressed by the following equation (3) as the curvature of the arc 1 / [Rz (y)].
[0060]
X (y) = 1 / Ry · y ² / [1 + √ [1- (κ + 1) ² y ² / Ry ² ]]
+ AM ₁ y + AM ₂ y ² + AM ₃ y ³ + AM ₄ y ⁴ + AM ₅ y ⁵ + AM ₆ y ⁶ + AM ₇ y ⁷ + AM ₈ y ⁸ …… (2)
1 / [Rz (y)] = 1 / Rz
+ AS ₁ y + AS ₂ y ² + AS ₃ y ³ + AS ₄ y ⁴ + AS ₅ y ⁵ + AS ₆ y ⁶ + AS ₇ y ⁷ + AS ₈ y ⁸ …… (3)
In these equations (2) and (3), Ry is a paraxial radius of curvature in the main scanning direction listed in Table 6, Rz is a paraxial radius of curvature in the sub-scanning direction, κ is a conic coefficient, and AM ₁ , AM ₂ , AM ₃ , AM ₄ , AM ₅ , AM ₆ , AM ₇ , AM ₈ ... are aspherical coefficients of first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth,. ₁ , AS ₂ , AS ₃ , AS ₄ , AS ₅ , AS ₆ , AS ₇ , AS ₈ Are aspherical coefficients of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, etc. in the sub-scanning direction, respectively. Table 8 shows each coefficient applied to each of the equations (2) and (3) for specifying the specific shape of the lens surface of the surface number 3 in the second embodiment.
[0061]
[Table 8]

[0062]
The lens surface of surface number 4 is a spherical surface.
[0063]
In the second embodiment, when the sub-scanning magnification mz (design sub-scanning magnification) of the entire second optical system 20 is calculated, it is -1.05 times, which is included in the range from -1.1 times to -0.9 times. It is.
[0064]
In the second embodiment, the second lens group 22 is moved 1.0 mm forward and backward along the optical axis from a position where the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20 is the designed sub-scanning magnification (−1.05 times). Table 9 lists the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20, the focal position amount ΔP, and the sub-scanning magnification of the second lens group 22 alone.
[0065]
[Table 9]

[0066]
As shown in Table 9, according to the second embodiment, even if the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 is changed by approximately 2% from the designed sub-scanning magnification, the focal position shift amount remains at a maximum of 1.49 mm. Therefore, by adjusting the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 without deteriorating the resolution due to the focal position shift, it becomes possible to make the scanning line intervals on the scanning target surface S uniform.
[0067]
FIG. 6 shows various aberration diagrams of the second optical system 20 according to the second embodiment. FIG. 6A is an fθ error diagram, and FIG. 6B is a field curvature diagram.
[0068]
Embodiment 3
FIG. 7 is an optical configuration diagram of the scanning optical system 1 according to the third embodiment in the main scanning direction.
[0069]
In the third embodiment, the scanning coefficient k is 200, the focal length of the entire second optical system 20 is 199.99 mm, and the scanning width on the scanning target surface S (the width in the main scanning direction in which the laser beam is scanned). ) Is 300 mm.
[0070]
Table 10 shows a specific numerical configuration of each surface on the optical path from the cylindrical lens 12 to the surface S to be scanned in the third embodiment.
[0071]
[Table 10]

[0072]
The meaning of each column in Table 10 is the same as that in Table 3 described above.
[0073]
The front surface of the cylindrical lens 12 shown in Table 10 is a cylindrical surface, and the rear surface is a flat surface.
[0074]
The lens surface of surface number 1 that constitutes the first lens group 21 is a rotationally symmetric aspheric surface. Table 11 shows each coefficient applied to the above equation (1) for specifying the specific shape of the lens surface of the surface number 1 in the third embodiment.
[0075]
[Table 11]

[0076]
The lens surface of surface number 2 is a cylindrical surface.
[0077]
The lens surface of surface number 3 that constitutes the second lens group 22 is an anamorphic aspheric surface. Table 12 shows coefficients applied to the above equations (2) and (3) for specifying the specific shape of the lens surface of surface number 3 in the third embodiment.
[0078]
[Table 12]

[0079]
The lens surface of surface number 4 is a rotationally symmetric aspherical surface. In Example 3, each coefficient applied to the above equation (1) for specifying the specific shape of the lens surface of surface number 4 is as shown in Table 11.
[0080]
In the third embodiment, when the sub-scanning magnification mz (design sub-scanning magnification) of the entire second optical system 20 is calculated, it is -0.98 times, which is included in the range from -1.1 times to -0.9 times. It is.
[0081]
In the third embodiment, the second lens group 22 is moved by 1.0 mm forward and backward along the optical axis from a position where the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20 becomes the designed sub-scanning magnification (−0.98 times). Table 13 lists the sub-scanning magnification mz of the entire second optical system 20, the focal position amount ΔP, and the sub-scanning magnification mz (22) of the second lens group 22 alone when moved.
[0082]
[Table 13]

[0083]
As shown in Table 13, according to the third embodiment, even if the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 is changed from the designed sub-scanning magnification by about 2% in the upper and lower directions, the focal position shift amount remains at 0.30 mm at maximum. Therefore, by adjusting the sub-scanning magnification of the entire second lens group 22 without deteriorating the resolution due to the focal position shift, it becomes possible to make the scanning line intervals on the scanning target surface S uniform.
[0084]
8 shows various aberration diagrams of the second optical system 20 according to the third embodiment. FIG. 8A is an fθ error diagram, and FIG. 8B is a field curvature diagram.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, only one lens required for the original function of the scanning optical system is moved without adding a lens unnecessary for the original function of the scanning optical system. Accordingly, it is possible to adjust the interval between the light beams on the scanning target surface without causing image deterioration due to the focal position shift in the sub-scanning direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical configuration diagram showing an optical configuration in a sub-scanning direction of a scanning optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a change in a focal position shift amount ΔP with respect to a sub-scanning magnification adjustment amount Δmz / mz for each designed sub-scanning magnification.
FIG. 3 is an optical configuration diagram in the main scanning direction showing the optical configuration of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing various aberrations of the first embodiment.
FIG. 5 is an optical configuration diagram in a main scanning direction showing an optical configuration according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing various aberrations of the second embodiment.
FIG. 7 is an optical configuration diagram in a main scanning direction showing an optical configuration of a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing various aberrations of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Scanning optical system
10 Laser light source
12 cylindrical lens
13 Polygon mirror
20 Second optical system (imaging optical system)
21 First lens group
22 Second lens group
S Scan target surface

Claims

A scanning optical system that scans a plurality of light beams emitted from a light source on a surface to be scanned in a main scanning direction,
A light source having a plurality of light-emitting points each emitting a light beam,
A first optical system that converts a light beam emitted from each light emitting point of the light source into parallel light in the main scanning direction and converges in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction;
A deflector that dynamically deflects each light beam in the main scanning direction at the same time in the vicinity of a position where each light beam is converged in the sub-scanning direction by the first optical system;
A second optical system that converges each of the light beams simultaneously deflected by the deflector to the vicinity of the scanning target surface in the main scanning direction and the sub-scanning direction,
The magnification mz in the sub-scanning direction of the second optical system satisfies the condition -1.1 <mz <-0.9.
A scanning optical system characterized by satisfying the following.

The second optical system includes:
A first lens group arranged on the deflector side and mainly responsible for the imaging operation in the main scanning direction;
2. The scanning device according to claim 1, further comprising a single-lens second lens group disposed between the first lens group and the surface to be scanned, and mainly having an image forming function in the sub-scanning direction. Optical system.

3. The scanning optical system according to claim 2, wherein an installation position of the second lens group can be changed in an optical axis direction.

The magnification mz (22) in the sub-scanning direction of the second lens group is in a condition of -1.1 <mz (22) <-0.9.
5. The scanning optical system according to claim 4, wherein:

3. The scanning optical system according to claim 2, wherein the first lens group has a single lens configuration.

3. The scanning optical system according to claim 2, wherein the first lens group has a two-lens configuration.

The scanning optical system according to claim 1, wherein the light source is an element in which the plurality of light emitting points are integrally formed.

The scanning optical system according to claim 7, wherein an arrangement direction of the light emitting points coincides with a sub-scanning direction.

The light source emits the light flux as divergent light from each of the light emitting points,
The first optical system includes a collimator lens that converts each light beam emitted from each of the light-emitting points into parallel light, and a cylindrical lens that converges a plurality of light beams converted into parallel light by the collimator lens only in the sub-scanning direction. The scanning optical system according to claim 7, comprising a lens.