JP4107123B2

JP4107123B2 - Tandem laser scanner

Info

Publication number: JP4107123B2
Application number: JP2003084999A
Authority: JP
Inventors: 義弘稲垣
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004294640A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタンデム型のレーザー走査装置に関するものであり、例えばカラーレーザープリンタ，カラーデジタル複写機等の画像形成装置において、複数のレーザー光束を走査しながら複数の被走査面上に画像を露光記録するタンデム型のレーザー走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタンデム型のレーザー走査装置の分野では、例えば特許文献１に示されているように、カラー画像形成用の４色に対応した光学系を光学的に同等(つまり光学的なパワーを有する光学素子に関して全く同一か又は鏡像の状態)に構成して、単一のポリゴンミラーを用いた偏向走査により、４色に対応した４つの感光体に対して描画を行う技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１９８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載されているような従来のレーザー走査装置では、画像形成上都合が良いように４つの感光体を直線的又はほぼ直線的に配置したとき、ポリゴンミラーとの位置関係が各感光体で異なるにもかからず、同じ大きさの光路長をその位置関係に合わせる必要がある。このため、多数の平面ミラーを用いて光路を折り曲げなければならなくなる。これが部品点数の増大によるコストアップや装置の大型化を招き、また、平面ミラーの振動に起因する画像劣化を生じさせやすくする原因となっている。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光路を折り曲げる平面ミラーを多用することなく光学配置の自由度を向上させて、安価・小型で高性能なタンデム型のレーザー走査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザー走査装置は、互いに異なる波長のレーザー光を発する２以上の光源と、各光源から発せられたレーザー光を主走査方向に偏向させる偏向器と、偏向後の２以上のレーザー光を対応する被走査面に光路分離して導くとともに、前記偏向器からの光路長が互いに異なる各被走査面上で集光走査させる走査光学系と、を備えたタンデム型のレーザー走査装置であって、前記走査光学系が主走査方向に回折力を有する複数の回折面を光路分離前に有し、各被走査面が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、前記偏向器で偏向される角度の幅が各レーザー光で互いに異なることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明のレーザー走査装置は、上記第１の発明において、前記複数の回折面のうちの少なくとも１面が副走査方向に回折力を有することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明のレーザー走査装置は、上記第１又は第２の発明において、前記偏向器に入射する際の各レーザー光の光束状態が、主走査方向の収束度合い又は発散度合いに関して互いに異なることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明のレーザー走査装置は、上記第１，第２又は第３の発明において、前記偏向器に入射する際の各レーザー光の主光線を主走査平面内に射影した直線が互いに平行でないことを特徴とする。
【００１０】
第５の発明のレーザー走査装置は、上記第４の発明において、各被走査面が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、前記偏向器に入射する際の前記主光線に対応した直線が前記走査光学系に近いレーザー光ほど、前記偏向器で偏向される角度の幅が大きいことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したレーザー走査装置を、図面を参照しつつ説明する。ここで挙げる各実施の形態は、カラーレーザープリンタ，カラーデジタル複写機等のカラー画像形成装置に使用されるものであり、例えばＹ(黄)，Ｍ(マゼンタ)，Ｃ(シアン)，Ｋ(黒)の各色に対応した４つの感光体に対して、レーザー光で同時に画像記録を行うタイプのタンデム型レーザー走査装置である。ただし、１つの光源が１本のレーザー光を射出し、１つの感光体に対する露光走査を１本のレーザー光で行う構成に限らず、例えば、２本以上のレーザー光を射出するマルチビームタイプの光源を用いて、１つの感光体に対する露光走査を２本以上のレーザー光で行う構成にしてもよい。
【００１２】
図１に、タンデム型レーザー走査装置の一実施の形態を示す。図１中、1a,1bはレーザーダイオード(光源)、2は集光レンズ、3はアパーチャ(光束規制素子)、4はシリンダレンズ、5はポリゴンミラー(偏向器)、5sは偏向反射面、6は第１レンズ、7は第２レンズ、8はダイクロイックミラー、9は平面ミラー、10sは被走査面、10a,10bは被走査面(10s)を構成する感光体、Laは波長７８０ｎｍのレーザー光、Lbは波長６５０ｎｍのレーザー光である。このレーザー走査装置の光学構成は単一のポリゴンミラー(5)を中心として面対称になっており、面対称に配置された各走査光学系において互いに波長の異なる２本のレーザー光(La,Lb)を各々光路分離する方式を採用している。具体的には、波長７８０ｎｍのレーザー光(La)を１本発するレーザーダイオード(1a)と、波長６５０ｎｍのレーザー光(Lb)を１本発するレーザーダイオード(1b)と、を２つずつ有しており、集光レンズ(2)，アパーチャ(3)及びシリンダレンズ(4)から成る光源光学系を４セット、第１レンズ(6)，第２レンズ(7)，ダイクロイックミラー(8)及び平面ミラー(9)から成る走査光学系を２セット有している。なお、上記面対称の対称面は、走査光学系の光路展開状態において、ポリゴンミラー(5)の回転軸を含むとともに被走査面(10s)に平行な平面である。
【００１３】
２つのレーザーダイオード(1a)から発せられた波長７８０ｎｍのレーザー光(La)は、それぞれ集光レンズ(2)によって発散光から緩い収束光に変換され、アパーチャ(3)によって光束規制される。その後、シリンダレンズ(4)によって副走査方向にのみ集光して、ポリゴンミラー(5)の両側の異なる位置にある偏向反射面(5s)上で線状の光源像を形成する。一方、２つのレーザーダイオード(1b)から発せられた波長６５０ｎｍのレーザー光(Lb)は、それぞれ集光レンズ(2)によって発散光から平行光に変換され、アパーチャ(3)によって光束規制される。その後、シリンダレンズ(4)によって副走査方向にのみ集光して、ポリゴンミラー(5)の両側の異なる位置にある偏向反射面(5s)上で線状の光源像を形成する。ポリゴンミラー(5)に入射した４本のレーザー光(La,Lb)は、２本ずつポリゴンミラー(5)の同一偏向反射面(5s)での同時反射により主走査方向に偏向して、各走査光学系に入射する。
【００１４】
ポリゴンミラー(5)を中心として面対称に配置されている各走査光学系には、ポリゴンミラー(5)で偏向反射された２本のレーザー光(La,Lb)が入射する。走査光学系において光学的なパワーを有する光学素子は、第１レンズ(6)と第２レンズ(7)から成る走査レンズである。第１レンズ(6)の光入射側面(第１面)は、軸対称非球面上に軸対称な回折構造を有する回折面であり、第１レンズ(6)の光射出側面(第２面)は自由曲面から成る屈折レンズ面である。第２レンズ(7)の光入射側面(第３面)は、平面上に自由形状の回折構造を有する回折面であり、第２レンズ(7)の光射出側面(第４面)は自由曲面から成る屈折レンズ面である。２本のレーザー光(La,Lb)は、第１レンズ(6)と第２レンズ(7)で順に屈折及び回折された後、ダイクロイックミラー(8)で光路分離される。ダイクロイックミラー(8)は、波長７８０ｎｍの光を反射させ、かつ、波長６５０ｎｍの光を透過させる分光特性を有している。したがって、その光路分離においては、一方のレーザー光(La)がダイクロイックミラー(8)で反射され、他方のレーザー光(Lb)がダイクロイックミラー(8)を透過する。
【００１５】
ダイクロイックミラー(8)で反射されたレーザー光(La)は感光体(10a)上でスポット状に集光し、一方、ダイクロイックミラー(8)を透過したレーザー光(Lb)は平面ミラー(9)で反射された後、感光体(10b)上でスポット状に集光する。したがって、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)は、主走査方向及び副走査方向に集光したレーザー光(La,Lb)で、主走査方向に露光走査されることになる。この露光走査により、ＹＭＣＫの４色に対応した画像が４つの感光体(10a,10b)にそれぞれ形成され、４つの感光体(10a,10b)に形成された画像が同じ紙に転写されることによってカラー画像が形成される。なお、各感光体(10a,10b)に対するレーザー光(La,Lb)の偏向走査の方向が主走査方向に対応し、その主走査方向と被走査面(10s)の法線とに対して垂直な方向が副走査方向に対応する。
【００１６】
上記のようにして各走査光学系は、偏向後の２本のレーザー光(La,Lb)を対応する２つの感光体(10a,10b)に１本ずつ光路分離して導くとともに、各レーザー光(La,Lb)をスポット状に集光させて各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)上で露光走査させる。したがって、ポリゴンミラー(5)の片側にある１セットの走査光学系は、２本のレーザー光(La,Lb)に対して作用する２つの走査光学系、つまり、波長７８０ｎｍのレーザー光(La)に対して作用する第１走査光学系と、波長６５０ｎｍのレーザー光(Lb)に対して作用する第２走査光学系と、から成るものと考えることができる。
【００１７】
そこで、図１のレーザー走査装置を構成している走査光学系の一例(実施例１)として、図２(Ａ)に第１走査光学系の主走査断面を示し、図２(Ｂ)に第２走査光学系の主走査断面を示し、図２(Ｃ)に第１，第２走査光学系から成る１セットの走査光学系の副走査断面を示す。ただし図２(Ａ)(Ｂ)において、平面反射面については記載を省略して、光路展開状態(つまり平面反射面による光路の折り曲げがない状態)での光学構成を示す。図２(Ａ)に示す第１走査光学系の走査幅は２１０ｍｍであり、そのときの偏向角の幅は８３．９度である。図２(Ｂ)に示す第２走査光学系の走査幅は２１０ｍｍであり、そのときの偏向角の幅は６６．０度である。図２(Ｃ)に示す２本のレーザー光(La,Lb)の感光体(10a,10b)入射位置は、高さが同じで距離が５０ｍｍ(光路展開状態では５１．６７ｍｍ)離れている。
【００１８】
表１〜表６に、このレーザー走査装置に用いられている走査光学系(実施例１)のコンストラクションデータを示す(ただし片側の１セットのみを示す。)。表１は第１走査光学系のコンストラクションデータを光学面の座標データで示しており、表２は第２走査光学系のコンストラクションデータを光学面の座標データで示している。これらの座標データは、グローバルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)におけるローカルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)の原点及びベクトルで各光学面(面頂点基準)の配置を表しており、その評価面が各感光体(10a,10b)の表面{すなわち被走査面(10s)}に相当する。第１，第２レンズ(6,7)は樹脂から成っており、その屈折率は波長(λ)：７８０ｎｍに対して１．５３７、波長(λ)：６５０ｎｍに対して１．５４１である。また、ダイクロイックミラー(8)はガラスから成っており、その屈折率は波長６５０ｎｍに対して１．５１５である。
【００１９】
表３〜表６は、実施例１の第１，第２走査光学系を構成している光学面の面構成(面形状，回折構造)を示している(ただし、E-n=×10^-nであり、表記の無い係数は０であり、平面から成る光学面と評価面については記載を省略する。)。自由曲面の面形状は以下の式($1)によって表現され(ａ_ij：自由曲面係数)、軸対称非球面の面形状は以下の式($2)によって表現される(ａ_i：非球面係数)。回折構造が平面に構成された回折面の位相関数は以下の式(#1)によって表現され(ｂ_ij：位相係数)、回折構造が軸対称非球面に構成された回折面の位相関数は以下の式(#2)によって表現される(ｂ_i：位相係数)。回折構造を示す式(#1,#2)は、回折による位相のズレ量を多項式の形で表現したものであり、ｐが整数値をとるようなｙとｚの位置に段差が形成されることによって回折構造が構成される。
【００２０】
【数１】

【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
【表４】

【００２５】
【表５】

【００２６】
【表６】

【００２７】
図３に、実施例１に用いられている回折構造の概略構成を、光軸方向(すなわちｘ軸方向)から回折面を見たときの溝形状として示す(図示の長手方向が主走査方向に対応する。)。実際の溝の間隔は大変狭く描画が困難であるため、ここでは見やすくするために溝を１００本に１本の割合で表示している。図３(Ａ)は第１レンズ(6)の光入射側面(第１面)の回折構造を示しており、図３(Ｂ)は第２レンズ(7)の光入射側面(第３面)の回折構造を示している。前述したように、第１面は軸対称非球面上に軸対称な回折構造が形成されており、第３面は平面上に自由形状の回折構造が形成されている。仮に回折構造が直線的であれば、その直線に平行な方向では回折力を持たないことになるが、図３(Ａ)(Ｂ)から分かるように、２つの回折面は主走査方向・副走査方向ともに回折力を持っている。
【００２８】
上記のように走査光学系が主走査方向に回折力を有する複数の回折面を光路分離前に有しているため、互いに異なる波長のレーザー光(La,Lb)がその回折面に入射すると、各レーザー光(La,Lb)について主走査方向に光学的なパワーの差が大きく発生することになる。その結果、各レーザー光(La,Lb)に対して生じた焦点距離の差により、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長も互いに異なったものとなり、光学配置の自由度が向上することになる。したがって図１に示すように、画像形成上都合が良いように４つの感光体(10a,10b)を直線的(又はほぼ直線的)に配置した場合でも、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長に差{前述の５０ｍｍ，図２(Ｃ)参照。}があるため、ポリゴンミラー(5)と各感光体(10a,10b)との位置関係に光路長を容易に合わせることが可能となる。その結果、光路を折り曲げるための平面ミラーを多用する必要がなくなるので、部品点数の削減によるコストダウンや装置の小型化が可能となる。また、平面ミラーが削減される結果、その振動に起因する画像劣化が生じにくくなるため、光学性能を向上させることも可能となる。回折面を１面用いただけでも、上記光路長の差を発生させることは可能である。しかし、回折面１面で各レーザー光(La,Lb)に対する焦点距離に差をつけただけでは、歪曲収差，像面湾曲等が生じてしまう。そこで、上記走査光学系では回折面を複数用いることにより、収差補正の自由度を向上させている。したがって、走査光学系に用いる回折面は２面以上であることが収差補正上好ましい。
【００２９】
先に述べたように、カラー画像は４つの感光体(10a,10b)に形成された画像が同じ紙に転写されることによって形成される。したがって、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)上で画像を形成するために走査される幅を、同じ大きさに揃える必要がある。しかし、上述したように各レーザー光(La,Lb)に対する焦点距離には差があるため、ｆθ特性を考慮すると焦点距離ｆの差に応じた偏向角θの差が必要になる。そこで上記走査光学系では、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、ポリゴンミラー(5)で偏向される角度の幅が各レーザー光(La,Lb)で互いに異なる構成としている。具体的には、第１，第２走査光学系の走査幅を２１０ｍｍとし、そのときの偏向角の幅を第１走査光学系では８３．９度、第２走査光学系では６６．０度としている。
【００３０】
ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長に差を生じさせると、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)と各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)との副走査方向の共役関係にズレが生じる。そこで、上記走査光学系では副走査方向にも回折力を有する回折面を用いることにより、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)と各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)との副走査方向の共役関係を合わせている。副走査方向の光学的なパワーの差を回折力で生じさせることは、例えば図３(Ａ)に示すように加工容易な軸対称回折面を用いることにより簡単に達成することができる。したがって、各走査光学系に有する複数の回折面のうちの少なくとも１面は、副走査方向に回折力を有することが望ましい。
【００３１】
ポリゴンミラー(5)によって偏向されるレーザー光(La,Lb)は、各レーザーダイオード(1a,1b)と集光レンズ(2)との間隔差及び波長差により主走査方向についての収束度合いが異なっている。つまり、レーザー光(La)はポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から７４０ｍｍの位置で収束するような緩い収束光になっており、一方、レーザー光(Lb)は平行光になっている。このようにポリゴンミラー(5)に入射する際の各レーザー光(La,Lb)の光束状態は、主走査方向の収束度合い又は発散度合いに関して互いに異なることが望ましい。収差補正に関しては、前述した複数の回折面により各レーザー光(La,Lb)に対応した個別の自由度が得られるが、偏向反射させる入射光の主走査方向の収束・発散度合いを変えれば、個別の自由度が増えるため、諸収差の補正が更に容易になる。図１のレーザー走査装置では、各レーザーダイオード(1a,1b)と集光レンズ(2)との間隔差及び波長差を自由度にして、収差補正上都合が良いように収束・発散度合いを最適化しているが、各レーザー光(La,Lb)に対して屈折力，回折力等のレンズ特性が個別に最適化された集光レンズ(2)を用いてもよい。
【００３２】
また、各レーザー光(La,Lb)で波長や焦点距離が異なっていても、感光体(10a,10b)上でのビーム径は同じ大きさに揃っている必要があるので、アパーチャ(3)のサイズは各レーザー光(La,Lb)に対して個別に設定されている。具体的には、第１走査光学系に入射させるレーザー光(La)が通るアパーチャ(3)の開口を、長径２．８ｍｍ，短径０．９ｍｍの楕円に設定しており、第２走査光学系に入射させるレーザー光(Lb)が通るアパーチャ(3)の開口を、長径２．７ｍｍ，短径１．０ｍｍの楕円に設定している。
【００３３】
図４に、主走査断面におけるポリゴンミラー(5)付近の光学配置とその光路を拡大して示す。図４(Ａ)はレーザー光(La)の光路を示しており、図４(Ｂ)はレーザー光(Lb)の光路を示している。図４(Ａ)(Ｂ)から分かるように、２本のレーザー光(La,Lb)は各々異なった角度からポリゴンミラー(5)に入射する。その際、ポリゴンミラー(5)の角で光束にケラレが生じないように、２本のレーザー光(La,Lb)の入射位置は最適化されている。また、ポリゴンミラー(5)の面倒れによるピッチむらを防ぐために、副走査方向の集光位置が各レーザー光(La,Lb)について最適化されている。上記光束のケラレに関しては、ポリゴンミラー(5)に対する入射光束を走査光学系からより遠い側に配置した方が、反射の際に入射光束と偏向反射面(5s)の法線とが成す角度が大きくなるため不利になる。図２(Ａ)及び図４(Ａ)に示す第１走査光学系の光路よりも、図２(Ｂ)及び図４(Ｂ)に示す第２走査光学系の光路の方が偏向角の幅が狭いため、入射光路の配置に余裕がある。したがって、第２走査光学系に入射させるレーザー光(Lb)の光路を走査光学系から遠い側に配置している。つまり、ポリゴンミラー(5)に入射する際の各レーザー光(La,Lb)の主光線を主走査平面内に射影した直線は互いに平行でないことが好ましく、さらに、各被走査面(10s)が画像形成のためにレーザー光(La,Lb)で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、ポリゴンミラー(5)に入射する際の前記主光線に対応した直線が走査光学系に近いレーザー光ほど、ポリゴンミラー(5)で偏向される角度の幅が大きいことが好ましい。
【００３４】
図５に、図１のレーザー走査装置(実施例１)の光学性能を示す{横軸：主走査方向の像高(ｍｍ)}。図５(Ａ)は第１走査光学系を通って結像するレーザー光(La)の像面湾曲を主走査方向(□)と副走査方向(◆)の各像面(ｍｍ)で示しており、図５(Ｂ)は第１走査光学系を通って結像するレーザー光(La)の歪曲(◆，％)を示している。また、図５(Ｃ)は第２走査光学系を通って結像するレーザー光(Lb)の像面湾曲を主走査方向(□)と副走査方向(◆)の各像面(ｍｍ)で示しており、図５(Ｄ)は第２走査光学系を通って結像するレーザー光(Lb)の歪曲(◆，％)を示している。
【００３５】
図６に、タンデム型レーザー走査装置の他の実施の形態を示す。図６中、1a,1bはレーザーダイオード(光源)、2は集光レンズ、3はアパーチャ(光束規制素子)、4はシリンダレンズ、5はポリゴンミラー(偏向器)、5sは偏向反射面、6は第１レンズ、7は第２レンズ、9a,9bは平面ミラー、10sは被走査面、10a,10bは被走査面(10s)を構成する感光体、Laは波長７８０ｎｍのレーザー光、Lbは波長６３０ｎｍのレーザー光である。このレーザー走査装置の光学構成も、図１のレーザー走査装置と同様、単一のポリゴンミラー(5)を中心として面対称になっており、面対称に配置された各走査光学系において互いに波長の異なる２本のレーザー光(La,Lb)を各々光路分離する方式を採用している。具体的には、波長７８０ｎｍのレーザー光(La)を１本発するレーザーダイオード(1a)と、波長６３０ｎｍのレーザー光(Lb)を１本発するレーザーダイオード(1b)と、を２つずつ有しており、集光レンズ(2)，アパーチャ(3)及びシリンダレンズ(4)から成る光源光学系を４セット、第１レンズ(6)，第２レンズ(7)及び平面ミラー(9a,9b)から成る走査光学系を２セット有している。なお、上記面対称の対称面は、走査光学系の光路展開状態において、ポリゴンミラー(5)の回転軸を含むとともに被走査面(10s)に平行な平面である。
【００３６】
２つのレーザーダイオード(1a)から発せられた波長７８０ｎｍのレーザー光(La)は、それぞれ集光レンズ(2)によって発散光から緩い収束光に変換され、アパーチャ(3)によって光束規制される。その後、シリンダレンズ(4)によって副走査方向にのみ集光して、ポリゴンミラー(5)の両側の異なる位置にある偏向反射面(5s)上で線状の光源像を形成する。一方、２つのレーザーダイオード(1b)から発せられた波長６３０ｎｍのレーザー光(Lb)は、それぞれ集光レンズ(2)によって発散光から平行光に変換され、アパーチャ(3)によって光束規制される。その後、シリンダレンズ(4)によって副走査方向にのみ集光して、ポリゴンミラー(5)の両側の異なる位置にある偏向反射面(5s)上で線状の光源像を形成する。ポリゴンミラー(5)に入射した４本のレーザー光(La,Lb)は、２本ずつポリゴンミラー(5)の同一偏向反射面(5s)での同時反射により主走査方向に偏向して、各走査光学系に入射する。
【００３７】
ポリゴンミラー(5)を中心として面対称に配置されている各走査光学系には、ポリゴンミラー(5)で偏向反射された２本のレーザー光(La,Lb)が入射する。走査光学系において光学的なパワーを有する光学素子は、第１レンズ(6)と第２レンズ(7)から成る走査レンズである。第１レンズ(6)の光入射側面(第１面)は、軸対称非球面上に軸対称な回折構造を有する回折面であり、第１レンズ(6)の光射出側面(第２面)は自由曲面から成る屈折レンズ面である。第２レンズ(7)の光入射側面(第３面)は、平面上に自由形状の回折構造を有する回折面であり、第２レンズ(7)の光射出側面(第４面)は自由曲面から成る屈折レンズ面である。２本のレーザー光(La,Lb)は、第１レンズ(6)と第２レンズ(7)で順に屈折及び回折された後、１枚目の平面ミラー(9a)で空間的に光路分離される。つまり、一方のレーザー光(La)は１枚目の平面ミラー(9a)で反射され、他方のレーザー光(Lb)は平面ミラー(9a)で反射されることなく２枚目の平面ミラー(9b)で反射される。
【００３８】
１枚目の平面ミラー(9a)で反射されたレーザー光(La)は感光体(10a)上でスポット状に集光し、一方、２枚目の平面ミラー(9b)で反射されたレーザー光(Lb)は感光体(10b)上でスポット状に集光する。したがって、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)は、主走査方向及び副走査方向に集光したレーザー光(La,Lb)で、主走査方向に露光走査されることになる。この露光走査により、ＹＭＣＫの４色に対応した画像が４つの感光体(10a,10b)にそれぞれ形成され、４つの感光体(10a,10b)に形成された画像が同じ紙に転写されることによってカラー画像が形成される。なお、各感光体(10a,10b)に対するレーザー光(La,Lb)の偏向走査の方向が主走査方向に対応し、その主走査方向と被走査面(10s)の法線とに対して垂直な方向が副走査方向に対応する。
【００３９】
上記のようにして各走査光学系は、偏向後の２本のレーザー光(La,Lb)を対応する２つの感光体(10a,10b)に１本ずつ光路分離して導くとともに、各レーザー光(La,Lb)をスポット状に集光させて各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)上で露光走査させる。したがって、図１のレーザー走査装置と同様、ポリゴンミラー(5)の片側にある１セットの走査光学系は、２本のレーザー光(La,Lb)に対して作用する２つの走査光学系、つまり、波長７８０ｎｍのレーザー光(La)に対して作用する第１走査光学系と、波長６３０ｎｍのレーザー光(Lb)に対して作用する第２走査光学系と、から成るものと考えることができる。
【００４０】
そこで、図６のレーザー走査装置を構成している走査光学系の一例(実施例２)として、図７(Ａ)に第１走査光学系の主走査断面を示し、図７(Ｂ)に第２走査光学系の主走査断面を示し、図７(Ｃ)に第１，第２走査光学系から成る１セットの走査光学系の副走査断面を示す。ただし図７(Ａ)(Ｂ)において、平面反射面については記載を省略して、光路展開状態(つまり平面反射面による光路の折り曲げがない状態)での光学構成を示す。図７(Ａ)に示す第１走査光学系の走査幅は２１０ｍｍであり、そのときの偏向角の幅は８３．９度である。図７(Ｂ)に示す第２走査光学系の走査幅は２１０ｍｍであり、そのときの偏向角の幅は６６．０度である。図７(Ｃ)に示す２本のレーザー光(La,Lb)の感光体(10a,10b)入射位置は、高さが同じで距離が５０ｍｍ(光路展開状態では５１．６７ｍｍ)離れている。図７(Ｃ)から分かるように、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)上では２本のレーザー光(La,Lb)が同じ高さにあるが、副走査方向に角度差を持っているために、第１，第２レンズ(6,7)及び平面ミラー(9a)上では副走査方向に高さの差が生じている。したがって、１枚目の平面ミラー(9a)で片方のレーザー光(La)のみを反射させることが可能になる。
【００４１】
表７〜表１２に、このレーザー走査装置に用いられている走査光学系(実施例２)のコンストラクションデータを示す(ただし片側の１セットのみを示す。)。表７は第１走査光学系のコンストラクションデータを光学面の座標データで示しており、表８は第２走査光学系のコンストラクションデータを光学面の座標データで示している。これらの座標データは、グローバルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)におけるローカルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)の原点及びベクトルで各光学面(面頂点基準)の配置を表しており、その評価面が各感光体(10a,10b)の表面{すなわち被走査面(10s)}に相当する。第１，第２レンズ(6,7)は樹脂から成っており、その屈折率は波長(λ)：７８０ｎｍに対して１．５３７、波長(λ)：６３０ｎｍに対して１．５４２である。
【００４２】
表９〜表１２は、実施例２の第１，第２走査光学系を構成している光学面の面構成(面形状，回折構造)を示している(ただし、E-n=×10^-nであり、表記の無い係数は０であり、平面から成る光学面と評価面については記載を省略する。)。自由曲面の面形状は前記式($1)によって表現され(ａ_ij：自由曲面係数)、軸対称非球面の面形状は前記式($2)によって表現される(ａ_i：非球面係数)。回折構造が平面に構成された回折面の位相関数は前記式(#1)によって表現され(ｂ_ij：位相係数)、回折構造が軸対称非球面に構成された回折面の位相関数は前記式(#2)によって表現される(ｂ_i：位相係数)。前述したように回折構造を示す式(#1,#2)は、回折による位相のズレ量を多項式の形で表現したものであり、ｐが整数値をとるようなｙとｚの位置に段差が形成されることによって回折構造が構成される。
【００４３】
【表７】

【００４４】
【表８】

【００４５】
【表９】

【００４６】
【表１０】

【００４７】
【表１１】

【００４８】
【表１２】

【００４９】
実施例２に用いられている回折構造も前記実施例１(図３)とほぼ同じであり、第１面は軸対称非球面上に軸対称な回折構造が形成されており、第３面は平面上に自由形状の回折構造が形成されている。そして、２つの回折面は主走査方向・副走査方向ともに回折力を持っている。図１のレーザー走査装置と同様、走査光学系が主走査方向に回折力を有する複数の回折面を光路分離前に有しているため、互いに異なる波長のレーザー光(La,Lb)がその回折面に入射すると、各レーザー光(La,Lb)について主走査方向に光学的なパワーの差が大きく発生することになる。その結果、各レーザー光(La,Lb)に対する焦点距離に差が生じて、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長も互いに異なったものとなり、光学配置の自由度が向上することになる。
【００５０】
したがって図６に示すように、画像形成上都合が良いように４つの感光体(10a,10b)を直線的(又はほぼ直線的)に配置した場合でも、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長に差{前述の５０ｍｍ，図７(Ｃ)参照。}があるため、ポリゴンミラー(5)と各感光体(10a,10b)との位置関係に光路長を容易に合わせることが可能となる。その結果、光路を折り曲げるための平面ミラーを多用する必要がなくなるので、部品点数の削減によるコストダウンや装置の小型化が可能となる。また、平面ミラーが削減される結果、その振動に起因する画像劣化が生じにくくなるため、光学性能を向上させることも可能となる。回折面を１面用いただけでも、上記光路長の差を発生させることは可能である。しかし、回折面１面で各レーザー光(La,Lb)に対する焦点距離に差をつけただけでは、歪曲収差，像面湾曲等が生じてしまう。そこで、上記走査光学系では回折面を複数用いることにより、収差補正の自由度を向上させている。したがって、走査光学系に用いる回折面は２面以上であることが収差補正上好ましい。
【００５１】
先に述べたように、カラー画像は４つの感光体(10a,10b)に形成された画像が同じ紙に転写されることによって形成される。したがって、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)上で画像を形成するために走査される幅を、同じ大きさに揃える必要がある。しかし、上述したように各レーザー光(La,Lb)に対する焦点距離には差があるため、ｆθ特性を考慮すると焦点距離ｆの差に応じた偏向角θの差が必要になる。そこで上記走査光学系では、各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、ポリゴンミラー(5)で偏向される角度の幅が各レーザー光(La,Lb)で互いに異なる構成としている。具体的には、第１，第２走査光学系の走査幅を２１０ｍｍとし、そのときの偏向角の幅を第１走査光学系では８３．９度、第２走査光学系では６６．０度としている。
【００５２】
ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)までの光路長に差を生じさせると、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)と各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)との副走査方向の共役関係にズレが生じる。そこで、上記走査光学系では副走査方向にも回折力を有する回折面を用いることにより、ポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)と各感光体(10a,10b)の被走査面(10s)との副走査方向の共役関係を合わせている。副走査方向の光学的なパワーの差を回折力で生じさせることは、例えば図３(Ａ)に示すように加工容易な軸対称回折面を用いることにより簡単に達成することができる。したがって、各走査光学系に有する複数の回折面のうちの少なくとも１面は、副走査方向に回折力を有することが望ましい。
【００５３】
ポリゴンミラー(5)によって偏向されるレーザー光(La,Lb)は、各レーザーダイオード(1a,1b)と集光レンズ(2)との間隔差及び波長差により主走査方向についての収束度合いが異なっている。つまり、レーザー光(La)はポリゴンミラー(5)の偏向反射面(5s)から４２６ｍｍの位置で収束するような緩い収束光になっており、一方、レーザー光(Lb)は平行光になっている。このようにポリゴンミラー(5)に入射する際の各レーザー光(La,Lb)の光束状態は、主走査方向の収束度合い又は発散度合いに関して互いに異なることが望ましい。収差補正に関しては、前述した複数の回折面により各レーザー光(La,Lb)に対応した個別の自由度が得られるが、偏向反射させる入射光の主走査方向の収束・発散度合いを変えれば、個別の自由度が増えるため、諸収差の補正が更に容易になる。図６のレーザー走査装置では、各レーザーダイオード(1a,1b)と集光レンズ(2)との間隔差及び波長差を自由度にして、収差補正上都合が良いように収束・発散度合いを最適化しているが、各レーザー光(La,Lb)に対して屈折力，回折力等のレンズ特性が個別に最適化された集光レンズ(2)を用いてもよい。
【００５４】
また、各レーザー光(La,Lb)で波長や焦点距離が異なっていても、感光体(10a,10b)上でのビーム径は同じ大きさに揃っている必要があるので、アパーチャ(3)のサイズは各レーザー光(La,Lb)に対して個別に設定されている。具体的には、第１走査光学系に入射させるレーザー光(La)が通るアパーチャ(3)の開口を、長径２．９ｍｍ，短径１．３ｍｍの楕円に設定しており、第２走査光学系に入射させるレーザー光(Lb)が通るアパーチャ(3)の開口を、長径２．７ｍｍ，短径１．４ｍｍの楕円に設定している。
【００５５】
図６のレーザー走査装置においても、図１のレーザー走査装置と同様、２本のレーザー光(La,Lb)は各々異なった角度からポリゴンミラー(5)に入射する。その際、ポリゴンミラー(5)の角で光束にケラレが生じないように、２本のレーザー光(La,Lb)の入射位置は最適化されている。また、ポリゴンミラー(5)の面倒れによるピッチむらを防ぐために、副走査方向の集光位置が各レーザー光(La,Lb)について最適化されている。上記光束のケラレに関しては、ポリゴンミラー(5)に対する入射光束を走査光学系からより遠い側に配置した方が、反射の際に入射光束と偏向反射面(5s)の法線とが成す角度が大きくなるため不利になる。図７(Ａ)に示す第１走査光学系の光路よりも、図７(Ｂ)に示す第２走査光学系の光路の方が偏向角の幅が狭いため、入射光路の配置に余裕がある。したがって、第２走査光学系に入射させるレーザー光(Lb)の光路を走査光学系から遠い側に配置している。つまり、ポリゴンミラー(5)に入射する際の各レーザー光(La,Lb)の主光線を主走査平面内に射影した直線は互いに平行でないことが好ましく、さらに、各被走査面(10s)が画像形成のためにレーザー光(La,Lb)で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、ポリゴンミラー(5)に入射する際の前記主光線に対応した直線が走査光学系に近いレーザー光ほど、ポリゴンミラー(5)で偏向される角度の幅が大きいことが好ましい。
【００５６】
図８に、図６のレーザー走査装置(実施例２)の光学性能を示す{横軸：主走査方向の像高(ｍｍ)}。図８(Ａ)は第１走査光学系を通って結像するレーザー光(La)の像面湾曲を主走査方向(□)と副走査方向(◆)の各像面(ｍｍ)で示しており、図８(Ｂ)は第１走査光学系を通って結像するレーザー光(La)の歪曲(◆，％)を示している。また、図８(Ｃ)は第２走査光学系を通って結像するレーザー光(Lb)の像面湾曲を主走査方向(□)と副走査方向(◆)の各像面(ｍｍ)で示しており、図８(Ｄ)は第２走査光学系を通って結像するレーザー光(Lb)の歪曲(◆，％)を示している。
【００５７】
なお、前述した各実施の形態には、以下の構成(i)〜(ix)を有する発明が含まれており、その構成により、光学配置の自由度が高く、安価・小型で高性能なカラー画像形成装置を実現することができる。
(i) 互いに異なる波長のレーザー光を発する２以上の光源と、各光源から発せられたレーザー光を主走査方向に偏向させる偏向器と、偏向後の２以上のレーザー光を対応する被走査面に光路分離して導くとともに、前記偏向器からの光路長が互いに異なる各被走査面上で集光走査させる走査光学系と、前記被走査面を構成する感光体と、を備えたタンデム型のカラー画像形成装置であって、前記走査光学系が主走査方向に回折力を有する複数の回折面を光路分離前に有し、各被走査面が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、前記偏向器で偏向される角度の幅が各レーザー光で互いに異なることを特徴とするカラー画像形成装置。
(ii) 前記走査光学系が、前記複数の回折面を有する走査レンズと、前記光路分離を行うミラーと、を有することを特徴とする上記(i)記載のカラー画像形成装置。
(iii) 前記光路分離を行うミラーがダイクロイックミラーであり、その分光特性により前記光路分離を行うことを特徴とする上記(ii)記載のカラー画像形成装置。
(iv) 前記光路分離を行うミラーが平面ミラーであり、偏向後の２以上のレーザー光が副走査方向に角度差を持っており、その角度差を利用して前記平面ミラーが空間的に光路分離を行うことを特徴とする上記(ii)記載のカラー画像形成装置。
(v) 各光源から発せられたレーザー光が前記偏向器の同一面での同時反射により偏向することを特徴とする上記(i)〜(iv)のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
【００５８】
(vi) 前記複数の回折面のうちの少なくとも１面が副走査方向に回折力を有することを特徴とする上記(i)〜(v)のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
(vii) 前記偏向器に入射する際の各レーザー光の光束状態が、主走査方向の収束度合い又は発散度合いに関して互いに異なることを特徴とする上記(i)〜(vi)のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
(viii) 前記偏向器に入射する際の各レーザー光の主光線を主走査平面内に射影した直線が互いに平行でないことを特徴とする上記(i)〜(vii)のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
(ix) 各被走査面が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、前記偏向器に入射する際の前記主光線に対応した直線が前記走査光学系に近いレーザー光ほど、前記偏向器で偏向される角度の幅が大きいことを特徴とする上記(viii)記載のカラー画像形成装置。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、互いに異なる波長のレーザー光に対し主走査方向に回折力を有する複数の回折面が用いられており、各被走査面が画像形成のためにレーザー光で走査される幅を同じ大きさに揃えたときに、偏向器で偏向される角度の幅が各レーザー光で互いに異なる構成になっているため、偏向器との位置関係が各被走査面で異なっていても、その位置関係に光路長を合わせることができる。光学配置に高い自由度を持っているため、光路を折り曲げる平面ミラーを多用する必要がなく、したがって、安価・小型で高性能なタンデム型のレーザー走査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー走査装置の一実施の形態を示す概略斜視図。
【図２】図１のレーザー走査装置を構成している第１，第２走査光学系とその光路を主走査断面と副走査断面で示す光学構成図。
【図３】図１のレーザー走査装置の第１，第２走査光学系に用いられている回折構造の概略イメージを示す平面図。
【図４】図１のレーザー走査装置におけるポリゴンミラー付近の光学配置とその光路を主走査断面で示す拡大図。
【図５】図１のレーザー走査装置(実施例１)の光学性能を示すグラフ。
【図６】レーザー走査装置の他の実施の形態を示す概略斜視図。
【図７】図６のレーザー走査装置を構成している第１，第２走査光学系とその光路を主走査断面と副走査断面で示す光学構成図。
【図８】図６のレーザー走査装置(実施例２)の光学性能を示すグラフ。
【符号の説明】
1a,1b …レーザーダイオード(光源)
5 …ポリゴンミラー(偏向器)
5s …偏向反射面
6 …第１レンズ(走査光学系の一部)
7 …第２レンズ(走査光学系の一部)
8 …ダイクロイックミラー(走査光学系の一部)
9 …平面ミラー(走査光学系の一部)
9a,9b …平面ミラー(走査光学系の一部)
10a,10b …感光体
10s …被走査面
La,Lb …レーザー光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tandem type laser scanning apparatus. For example, in an image forming apparatus such as a color laser printer or a color digital copying machine, an image is exposed and recorded on a plurality of scanned surfaces while scanning a plurality of laser light beams. The present invention relates to a tandem type laser scanning device.
[0002]
[Prior art]
In the field of conventional tandem laser scanning devices, for example, as shown in Patent Document 1, an optical system corresponding to four colors for color image formation is optically equivalent (that is, an optical system having optical power). There has been proposed a technique for drawing on four photoconductors corresponding to four colors by deflection scanning using a single polygon mirror.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-121983
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional laser scanning device described in Patent Document 1, when four photoconductors are arranged linearly or almost linearly for convenience of image formation, the positional relationship with the polygon mirror is not good. Although each photoconductor is different, it is necessary to match the optical path length of the same size with the positional relationship. For this reason, the optical path must be bent using a large number of plane mirrors. This causes an increase in cost due to an increase in the number of parts and an increase in the size of the apparatus, and also causes image deterioration due to vibration of the plane mirror.
[0005]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to improve the degree of freedom of optical arrangement without using many plane mirrors that bend the optical path, and to achieve a low-cost, compact, and high-performance tandem type. It is an object of the present invention to provide a laser scanning apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser scanning device of the present invention includes two or more light sources that emit laser beams having different wavelengths, a deflector that deflects the laser beams emitted from each light source in the main scanning direction, and a deflection A tandem provided with a scanning optical system that separates and guides two or more later laser beams to corresponding scanning surfaces, and condenses and scans the scanning surfaces having different optical path lengths from the deflector Type of laser scanning device, wherein the scanning optical system has a plurality of diffractive surfaces having diffractive power in the main scanning direction before optical path separation, and each scanned surface is scanned with laser light for image formation When the widths are set to the same size, the width of the angle deflected by the deflector is different for each laser beam.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the laser scanner according to the first aspect, wherein at least one of the plurality of diffractive surfaces has a diffractive power in the sub-scanning direction.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the laser scanning device according to the first or second aspect, wherein the light beam states of the respective laser beams incident on the deflector are different from each other with respect to the degree of convergence or divergence in the main scanning direction. Features.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, the straight lines obtained by projecting chief rays of the respective laser beams into the main scanning plane when entering the deflector are not parallel to each other. It is characterized by that.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the laser scanning device according to the fourth aspect, wherein each of the scanned surfaces is incident on the deflector when the widths scanned by the laser light for image formation are equal. The laser beam having a straight line corresponding to the chief ray closer to the scanning optical system has a larger angle of deflection by the deflector.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A laser scanning apparatus embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. Each embodiment described here is used for a color image forming apparatus such as a color laser printer, a color digital copying machine, and the like. For example, Y (yellow), M (magenta), C (cyan), K (black) ) Is a tandem type laser scanning device that simultaneously records images with laser light on the four photoconductors corresponding to the respective colors. However, the configuration is not limited to a configuration in which one light source emits one laser beam and exposure scanning for one photoconductor is performed by one laser beam. For example, a multi-beam type that emits two or more laser beams. You may make it the structure which performs the exposure scanning with respect to one photoconductor with a 2 or more laser beam using a light source.
[0012]
FIG. 1 shows an embodiment of a tandem laser scanning apparatus. In FIG. 1, 1a and 1b are laser diodes (light sources), 2 is a condenser lens, 3 is an aperture (flux restricting element), 4 is a cylinder lens, 5 is a polygon mirror (deflector), 5s is a deflecting reflecting surface, 6 Is a first lens, 7 is a second lens, 8 is a dichroic mirror, 9 is a plane mirror, 10s is a surface to be scanned, 10a and 10b are photoreceptors constituting the surface to be scanned (10s), and La is a laser beam having a wavelength of 780 nm. , Lb is a laser beam having a wavelength of 650 nm. The optical configuration of this laser scanning device is plane-symmetric about a single polygon mirror (5), and two laser beams (La, Lb) having different wavelengths in each scanning optical system arranged in plane symmetry. ) Is used to separate the optical paths. Specifically, it has two laser diodes (1a) that emit one laser beam (La) with a wavelength of 780 nm and two laser diodes (1b) that emit one laser beam (Lb) with a wavelength of 650 nm. 4 sets of light source optical system consisting of condenser lens (2), aperture (3) and cylinder lens (4), first lens (6), second lens (7), dichroic mirror (8) and plane mirror Two sets of scanning optical systems consisting of (9) are provided. The plane symmetry plane is a plane that includes the rotation axis of the polygon mirror (5) and is parallel to the surface to be scanned (10s) in the optical path development state of the scanning optical system.
[0013]
Laser light (La) having a wavelength of 780 nm emitted from the two laser diodes (1a) is converted from divergent light into loosely convergent light by the condenser lens (2), and the light flux is restricted by the aperture (3). Thereafter, the light is condensed only in the sub-scanning direction by the cylinder lens (4), and a linear light source image is formed on the deflecting / reflecting surface (5s) at different positions on both sides of the polygon mirror (5). On the other hand, the laser light (Lb) having a wavelength of 650 nm emitted from the two laser diodes (1b) is converted from diverging light into parallel light by the condenser lens (2), and the light flux is restricted by the aperture (3). Thereafter, the light is condensed only in the sub-scanning direction by the cylinder lens (4), and a linear light source image is formed on the deflecting / reflecting surface (5s) at different positions on both sides of the polygon mirror (5). The four laser beams (La, Lb) incident on the polygon mirror (5) are deflected in the main scanning direction by two simultaneous reflections on the same deflecting reflection surface (5s) of the polygon mirror (5). The light enters the scanning optical system.
[0014]
Two laser beams (La, Lb) deflected and reflected by the polygon mirror (5) are incident on each scanning optical system arranged symmetrically about the polygon mirror (5). An optical element having optical power in the scanning optical system is a scanning lens including a first lens (6) and a second lens (7). The light incident side surface (first surface) of the first lens (6) is a diffractive surface having an axially symmetric diffraction structure on an axisymmetric aspheric surface, and the light exit side surface (second surface) of the first lens (6). Is a refractive lens surface made of a free-form surface. The light incident side surface (third surface) of the second lens (7) is a diffractive surface having a free-form diffraction structure on the plane, and the light emission side surface (fourth surface) of the second lens (7) is a free-form surface. A refractive lens surface. The two laser beams (La, Lb) are sequentially refracted and diffracted by the first lens (6) and the second lens (7), and then separated by the dichroic mirror (8). The dichroic mirror (8) has a spectral characteristic that reflects light having a wavelength of 780 nm and transmits light having a wavelength of 650 nm. Therefore, in the optical path separation, one laser beam (La) is reflected by the dichroic mirror (8), and the other laser beam (Lb) is transmitted through the dichroic mirror (8).
[0015]
The laser beam (La) reflected by the dichroic mirror (8) is focused in a spot shape on the photoreceptor (10a), while the laser beam (Lb) transmitted through the dichroic mirror (8) is a plane mirror (9). Then, the light is condensed in a spot shape on the photoreceptor (10b). Therefore, the scanning surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is exposed and scanned in the main scanning direction with the laser light (La, Lb) condensed in the main scanning direction and the sub-scanning direction. . By this exposure scanning, images corresponding to the four colors of YMCK are formed on the four photoconductors (10a, 10b), respectively, and the images formed on the four photoconductors (10a, 10b) are transferred to the same paper. As a result, a color image is formed. The direction of deflection scanning of the laser beam (La, Lb) for each photoconductor (10a, 10b) corresponds to the main scanning direction, and is perpendicular to the main scanning direction and the normal line of the surface to be scanned (10s). Direction corresponds to the sub-scanning direction.
[0016]
As described above, each scanning optical system guides the two deflected laser beams (La, Lb) to the corresponding two photoconductors (10a, 10b) one by one while separating each laser beam. (La, Lb) is condensed in a spot shape and exposed and scanned on the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b). Therefore, one set of scanning optical system on one side of the polygon mirror (5) has two scanning optical systems that act on two laser beams (La, Lb), that is, a laser beam (La) having a wavelength of 780 nm. It can be considered that the first scanning optical system that acts on the laser beam and the second scanning optical system that acts on the laser beam (Lb) having a wavelength of 650 nm can be considered.
[0017]
Therefore, as an example (Example 1) of the scanning optical system constituting the laser scanning device of FIG. 1, FIG. 2A shows a main scanning section of the first scanning optical system, and FIG. A main scanning section of the two-scanning optical system is shown, and FIG. 2C shows a sub-scanning section of a set of scanning optical systems including the first and second scanning optical systems. However, in FIGS. 2A and 2B, description of the planar reflecting surface is omitted, and an optical configuration in an optical path unfolded state (that is, a state in which the optical path is not bent by the planar reflecting surface) is shown. The scanning width of the first scanning optical system shown in FIG. 2A is 210 mm, and the width of the deflection angle at that time is 83.9 degrees. The scanning width of the second scanning optical system shown in FIG. 2B is 210 mm, and the deflection angle width at that time is 66.0 degrees. The incident positions of the two laser beams (La, Lb) shown in FIG. 2C are the same and the distance is 50 mm (51.67 mm in the optical path unfolded state).
[0018]
Tables 1 to 6 show construction data of the scanning optical system (Example 1) used in this laser scanning apparatus (however, only one set on one side is shown). Table 1 shows the construction data of the first scanning optical system as coordinate data of the optical surface, and Table 2 shows the construction data of the second scanning optical system as coordinate data of the optical surface. These coordinate data represent the placement of each optical surface (plane vertex reference) with the origin and vector of the local Cartesian coordinate system (x, y, z) in the global Cartesian coordinate system (X, Y, Z). The evaluation surface corresponds to the surface {that is, the scanned surface (10s)} of each photoconductor (10a, 10b). The first and second lenses (6, 7) are made of resin and have a refractive index of 1.537 for wavelength (λ): 780 nm and 1.541 for wavelength (λ): 650 nm. The dichroic mirror (8) is made of glass, and its refractive index is 1.515 with respect to a wavelength of 650 nm.
[0019]
Tables 3 to 6 show the surface configurations (surface shapes, diffraction structures) of the optical surfaces constituting the first and second scanning optical systems of Example 1 (where En = × 10). ^-n The coefficient without description is 0, and the description of the optical surface and evaluation surface made of a plane is omitted. ). The surface shape of a free-form surface is expressed by the following equation ($ 1) (a _ij : Free-form surface coefficient), the surface shape of an axisymmetric aspherical surface is expressed by the following equation ($ 2) (a _i : Aspheric coefficient). The phase function of the diffractive surface in which the diffractive structure is planar is expressed by the following equation (# 1) (b _ij : Phase coefficient), the phase function of the diffractive surface whose diffractive structure is axisymmetric aspherical surface is expressed by the following equation (# 2) (b) _i : Phase coefficient). Expressions (# 1, # 2) indicating the diffraction structure express the amount of phase shift due to diffraction in the form of a polynomial, and a step is formed at positions y and z such that p takes an integer value. This constitutes a diffractive structure.
[0020]
[Expression 1]

[0021]
[Table 1]

[0022]
[Table 2]

[0023]
[Table 3]

[0024]
[Table 4]

[0025]
[Table 5]

[0026]
[Table 6]

[0027]
FIG. 3 shows a schematic configuration of the diffractive structure used in Example 1 as a groove shape when the diffractive surface is viewed from the optical axis direction (that is, the x-axis direction) (the longitudinal direction in the drawing is the main scanning direction). Corresponding.) Since the actual groove interval is very narrow and drawing is difficult, here, the groove is displayed at a ratio of 1 to 100 for easy viewing. FIG. 3A shows the diffractive structure of the light incident side surface (first surface) of the first lens 6, and FIG. 3B shows the light incident side surface (third surface) of the second lens 7. The diffraction structure is shown. As described above, the first surface has an axially symmetric diffractive structure formed on an axisymmetric aspheric surface, and the third surface has a free-form diffractive structure formed on a plane. If the diffractive structure is linear, it will have no diffractive power in the direction parallel to the straight line. However, as can be seen from FIGS. It has diffractive power in both scanning directions.
[0028]
Since the scanning optical system has a plurality of diffractive surfaces having diffractive power in the main scanning direction as described above before the optical path separation, when laser beams having different wavelengths (La, Lb) are incident on the diffractive surfaces, For each laser beam (La, Lb), a large optical power difference occurs in the main scanning direction. As a result, due to the difference in focal length generated for each laser beam (La, Lb), the surface to be scanned (10s) of each photoconductor (10a, 10b) from the deflection reflection surface (5s) of the polygon mirror (5) The optical path lengths up to are different from each other, and the degree of freedom in optical arrangement is improved. Therefore, as shown in FIG. 1, even when the four photoconductors (10a, 10b) are arranged linearly (or almost linearly) for the convenience of image formation, the deflecting reflecting surface (5) of the polygon mirror (5) 5s) to the optical path length from each photoconductor (10a, 10b) to the scanned surface (10s) {see the above 50 mm, see FIG. 2 (C). }, The optical path length can be easily adjusted to the positional relationship between the polygon mirror (5) and the respective photoconductors (10a, 10b). As a result, it is not necessary to use a large number of plane mirrors for bending the optical path, so that the cost can be reduced and the apparatus can be downsized by reducing the number of parts. In addition, as a result of the reduction of the plane mirror, image deterioration due to the vibration is less likely to occur, so that the optical performance can be improved. Even if only one diffractive surface is used, the difference in optical path length can be generated. However, only by making a difference in focal length with respect to each laser beam (La, Lb) on one diffractive surface, distortion, curvature of field, etc. occur. Therefore, the degree of freedom of aberration correction is improved by using a plurality of diffraction surfaces in the scanning optical system. Therefore, it is preferable in terms of aberration correction that the number of diffraction surfaces used in the scanning optical system is two or more.
[0029]
As described above, a color image is formed by transferring images formed on the four photoconductors (10a, 10b) onto the same paper. Therefore, it is necessary to make the width scanned to form an image on the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) the same size. However, as described above, since there is a difference in focal length with respect to each laser beam (La, Lb), a difference in deflection angle θ corresponding to the difference in focal length f is required in consideration of the fθ characteristic. Therefore, in the above scanning optical system, when the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is scanned with a laser beam for image formation, the polygon mirror (5) The width of the angle deflected by is different for each laser beam (La, Lb). Specifically, the scanning width of the first and second scanning optical systems is 210 mm, and the width of the deflection angle at that time is 83.9 degrees for the first scanning optical system and 66.0 degrees for the second scanning optical system. Yes.
[0030]
If a difference occurs in the optical path length from the deflecting / reflecting surface (5s) of the polygon mirror (5) to the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b), the deflecting / reflecting surface (5s) of the polygon mirror (5) ) And the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is misaligned in the sub-scanning direction. Therefore, in the above scanning optical system, by using a diffractive surface having diffraction power also in the sub-scanning direction, the deflection reflection surface (5s) of the polygon mirror (5) and the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b). ) In the sub-scanning direction. Generation of the optical power difference in the sub-scanning direction by the diffraction force can be easily achieved by using an axially symmetric diffraction surface that can be easily processed, for example, as shown in FIG. Accordingly, it is desirable that at least one of the plurality of diffractive surfaces included in each scanning optical system has a diffractive power in the sub-scanning direction.
[0031]
The degree of convergence of the laser beam (La, Lb) deflected by the polygon mirror (5) differs in the main scanning direction depending on the distance difference and wavelength difference between each laser diode (1a, 1b) and the condenser lens (2). ing. That is, the laser beam (La) is a light beam that converges gently at a position 740 mm from the deflecting reflection surface (5s) of the polygon mirror (5), while the laser beam (Lb) is a parallel beam. Yes. Thus, it is desirable that the light beam states of the respective laser beams (La, Lb) when entering the polygon mirror (5) are different from each other with respect to the degree of convergence or the degree of divergence in the main scanning direction. Regarding aberration correction, individual degrees of freedom corresponding to each laser beam (La, Lb) can be obtained by the above-mentioned plurality of diffraction surfaces, but if the degree of convergence / divergence in the main scanning direction of incident light to be deflected and reflected is changed, Since individual degrees of freedom increase, correction of various aberrations becomes easier. In the laser scanning device of FIG. 1, the distance and wavelength difference between the laser diodes (1a, 1b) and the condenser lens (2) are made flexible, and the degree of convergence and divergence is optimized for convenient aberration correction. However, a condensing lens (2) in which lens characteristics such as refractive power and diffraction power are individually optimized for each laser beam (La, Lb) may be used.
[0032]
Even if the wavelength and focal length are different for each laser beam (La, Lb), the beam diameter on the photoconductor (10a, 10b) must be the same size, so the aperture (3) Are individually set for each laser beam (La, Lb). Specifically, the aperture of the aperture (3) through which the laser beam (La) incident on the first scanning optical system passes is set to be an ellipse having a major axis of 2.8 mm and a minor axis of 0.9 mm. The aperture of the aperture (3) through which the laser beam (Lb) incident on the system passes is set to an ellipse having a major axis of 2.7 mm and a minor axis of 1.0 mm.
[0033]
FIG. 4 shows an enlarged optical arrangement and its optical path in the vicinity of the polygon mirror (5) in the main scanning section. 4A shows the optical path of the laser beam (La), and FIG. 4B shows the optical path of the laser beam (Lb). As can be seen from FIGS. 4A and 4B, the two laser beams (La, Lb) are incident on the polygon mirror 5 from different angles. At this time, the incident positions of the two laser beams (La, Lb) are optimized so that vignetting does not occur at the corners of the polygon mirror (5). Further, in order to prevent pitch unevenness due to surface tilt of the polygon mirror (5), the condensing position in the sub-scanning direction is optimized for each laser beam (La, Lb). Regarding the vignetting of the light beam, the angle formed between the incident light beam and the normal of the deflecting reflection surface (5s) is larger when the incident light beam on the polygon mirror (5) is arranged farther from the scanning optical system. It becomes disadvantageous because it grows. The optical path of the second scanning optical system shown in FIGS. 2 (B) and 4 (B) is wider than the optical path of the first scanning optical system shown in FIGS. 2 (A) and 4 (A). Is narrow, so there is a margin in the arrangement of the incident optical path. Therefore, the optical path of the laser beam (Lb) incident on the second scanning optical system is arranged on the side far from the scanning optical system. That is, it is preferable that the straight lines obtained by projecting the principal rays of the respective laser beams (La, Lb) when entering the polygon mirror (5) into the main scanning plane are not parallel to each other, and further, each scanned surface (10s) is The straight line corresponding to the principal ray when entering the polygon mirror (5) is close to the scanning optical system when the width scanned with the laser beam (La, Lb) is made the same size for image formation It is preferable that the width of the angle deflected by the polygon mirror (5) is larger for the laser beam.
[0034]
FIG. 5 shows the optical performance of the laser scanning device (Example 1) of FIG. 1 {horizontal axis: image height (mm) in the main scanning direction}. FIG. 5 (A) shows the field curvature of the laser beam (La) imaged through the first scanning optical system in each image plane (mm) in the main scanning direction (□) and the sub-scanning direction (♦). FIG. 5B shows the distortion (♦,%) of the laser beam (La) imaged through the first scanning optical system. FIG. 5C shows the field curvature of the laser beam (Lb) imaged through the second scanning optical system in each image plane (mm) in the main scanning direction (□) and the sub-scanning direction (♦). FIG. 5D shows the distortion (♦,%) of the laser beam (Lb) imaged through the second scanning optical system.
[0035]
FIG. 6 shows another embodiment of the tandem type laser scanning device. In FIG. 6, 1a and 1b are laser diodes (light sources), 2 is a condenser lens, 3 is an aperture (flux restricting element), 4 is a cylinder lens, 5 is a polygon mirror (deflector), 5s is a deflecting reflecting surface, 6 Is a first lens, 7 is a second lens, 9a and 9b are plane mirrors, 10s is a surface to be scanned, 10a and 10b are photoreceptors constituting the surface to be scanned (10s), La is a laser beam having a wavelength of 780 nm, and Lb is This is laser light having a wavelength of 630 nm. The optical configuration of this laser scanning device is also symmetrical with respect to the single polygon mirror (5) as in the case of the laser scanning device of FIG. A system in which two different laser beams (La, Lb) are separated from each other is adopted. Specifically, it has two laser diodes (1a) that emit one laser beam (La) with a wavelength of 780 nm and two laser diodes (1b) that emit one laser beam (Lb) with a wavelength of 630 nm. 4 sets of light source optical system consisting of a condenser lens (2), an aperture (3) and a cylinder lens (4), from a first lens (6), a second lens (7) and a plane mirror (9a, 9b) It has two sets of scanning optical systems. The plane symmetry plane is a plane that includes the rotation axis of the polygon mirror (5) and is parallel to the surface to be scanned (10s) in the optical path development state of the scanning optical system.
[0036]
Laser light (La) having a wavelength of 780 nm emitted from the two laser diodes (1a) is converted from divergent light into loosely convergent light by the condenser lens (2), and the light flux is restricted by the aperture (3). Thereafter, the light is condensed only in the sub-scanning direction by the cylinder lens (4), and a linear light source image is formed on the deflecting / reflecting surface (5s) at different positions on both sides of the polygon mirror (5). On the other hand, the laser light (Lb) having a wavelength of 630 nm emitted from the two laser diodes (1b) is converted from divergent light into parallel light by the condenser lens (2), and the light flux is restricted by the aperture (3). Thereafter, the light is condensed only in the sub-scanning direction by the cylinder lens (4), and a linear light source image is formed on the deflecting / reflecting surface (5s) at different positions on both sides of the polygon mirror (5). The four laser beams (La, Lb) incident on the polygon mirror (5) are deflected in the main scanning direction by two simultaneous reflections on the same deflecting reflection surface (5s) of the polygon mirror (5). The light enters the scanning optical system.
[0037]
Two laser beams (La, Lb) deflected and reflected by the polygon mirror (5) are incident on each scanning optical system arranged symmetrically about the polygon mirror (5). An optical element having optical power in the scanning optical system is a scanning lens including a first lens (6) and a second lens (7). The light incident side surface (first surface) of the first lens (6) is a diffractive surface having an axially symmetric diffraction structure on an axisymmetric aspheric surface, and the light exit side surface (second surface) of the first lens (6). Is a refractive lens surface made of a free-form surface. The light incident side surface (third surface) of the second lens (7) is a diffractive surface having a free-form diffraction structure on the plane, and the light emission side surface (fourth surface) of the second lens (7) is a free-form surface. A refractive lens surface. The two laser beams (La, Lb) are sequentially refracted and diffracted by the first lens (6) and the second lens (7), and then spatially separated by the first plane mirror (9a). The That is, one laser beam (La) is reflected by the first plane mirror (9a), and the other laser beam (Lb) is not reflected by the plane mirror (9a), but the second plane mirror (9b). ) Is reflected.
[0038]
The laser beam (La) reflected by the first plane mirror (9a) is focused in a spot shape on the photoreceptor (10a), while the laser beam reflected by the second plane mirror (9b). (Lb) is condensed in a spot shape on the photoreceptor (10b). Therefore, the scanning surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is exposed and scanned in the main scanning direction with the laser light (La, Lb) condensed in the main scanning direction and the sub-scanning direction. . By this exposure scanning, images corresponding to the four colors of YMCK are formed on the four photoconductors (10a, 10b), respectively, and the images formed on the four photoconductors (10a, 10b) are transferred to the same paper. As a result, a color image is formed. The direction of deflection scanning of the laser beam (La, Lb) for each photoconductor (10a, 10b) corresponds to the main scanning direction, and is perpendicular to the main scanning direction and the normal line of the surface to be scanned (10s). Direction corresponds to the sub-scanning direction.
[0039]
As described above, each scanning optical system guides the two deflected laser beams (La, Lb) to the corresponding two photoconductors (10a, 10b) one by one while separating each laser beam. (La, Lb) is condensed in a spot shape and exposed and scanned on the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b). Therefore, like the laser scanning device of FIG. 1, one set of scanning optical systems on one side of the polygon mirror (5) has two scanning optical systems acting on two laser beams (La, Lb), that is, The first scanning optical system acting on the laser beam (La) having a wavelength of 780 nm and the second scanning optical system acting on the laser beam (Lb) having a wavelength of 630 nm can be considered.
[0040]
Therefore, as an example (Example 2) of the scanning optical system constituting the laser scanning device of FIG. 6, FIG. 7A shows a main scanning section of the first scanning optical system, and FIG. A main scanning section of the two-scanning optical system is shown, and FIG. 7C shows a sub-scanning section of one set of the scanning optical system including the first and second scanning optical systems. However, in FIGS. 7A and 7B, description of the planar reflection surface is omitted, and an optical configuration in an optical path unfolded state (that is, a state where the optical path is not bent by the planar reflection surface) is shown. The scanning width of the first scanning optical system shown in FIG. 7A is 210 mm, and the width of the deflection angle at that time is 83.9 degrees. The scanning width of the second scanning optical system shown in FIG. 7B is 210 mm, and the width of the deflection angle at that time is 66.0 degrees. The incident positions of the two laser beams (La, Lb) shown in FIG. 7C are the same and the distance is 50 mm (51.67 mm in the optical path unfolded state). As can be seen from FIG. 7C, the two laser beams (La, Lb) are at the same height on the deflection reflection surface (5s) of the polygon mirror (5), but have an angular difference in the sub-scanning direction. Therefore, there is a difference in height in the sub-scanning direction on the first and second lenses (6, 7) and the plane mirror (9a). Therefore, it is possible to reflect only one laser beam (La) with the first plane mirror (9a).
[0041]
Tables 7 to 12 show construction data of the scanning optical system (Example 2) used in this laser scanning apparatus (however, only one set on one side is shown). Table 7 shows the construction data of the first scanning optical system as coordinate data of the optical surface, and Table 8 shows the construction data of the second scanning optical system as coordinate data of the optical surface. These coordinate data represent the placement of each optical surface (plane vertex reference) with the origin and vector of the local Cartesian coordinate system (x, y, z) in the global Cartesian coordinate system (X, Y, Z). The evaluation surface corresponds to the surface {that is, the scanned surface (10s)} of each photoconductor (10a, 10b). The first and second lenses (6, 7) are made of resin and have a refractive index of 1.537 for wavelength (λ): 780 nm and 1.542 for wavelength (λ): 630 nm.
[0042]
Tables 9 to 12 show the surface configurations (surface shapes, diffraction structures) of the optical surfaces constituting the first and second scanning optical systems of Example 2 (where En = × 10). ^-n The coefficient without description is 0, and the description of the optical surface and evaluation surface made of a plane is omitted. ). The surface shape of the free-form surface is expressed by the above equation ($ 1) (a _ij : Free-form surface coefficient), the surface shape of the axisymmetric aspherical surface is expressed by the above equation ($ 2) (a _i : Aspheric coefficient). The phase function of the diffractive surface in which the diffractive structure is formed in a plane is expressed by the above equation (# 1) (b _ij : Phase coefficient), the phase function of the diffractive surface in which the diffractive structure is axisymmetric aspherical surface is expressed by the above equation (# 2) (b) _i : Phase coefficient). As described above, the equations (# 1, # 2) indicating the diffraction structure express the phase shift amount due to diffraction in the form of a polynomial, and the step difference between y and z such that p takes an integer value. Are formed to form a diffractive structure.
[0043]
[Table 7]

[0044]
[Table 8]

[0045]
[Table 9]

[0046]
[Table 10]

[0047]
[Table 11]

[0048]
[Table 12]

[0049]
The diffractive structure used in Example 2 is substantially the same as that of Example 1 (FIG. 3). The first surface has an axially symmetric diffractive structure formed on an axially symmetric aspheric surface, and the third surface has A free-form diffraction structure is formed on the plane. The two diffractive surfaces have diffractive power in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. Similar to the laser scanning device of FIG. 1, since the scanning optical system has a plurality of diffraction surfaces having diffraction power in the main scanning direction before the optical path separation, laser beams (La, Lb) having different wavelengths are diffracted. When incident on the surface, a large optical power difference occurs in the main scanning direction for each laser beam (La, Lb). As a result, there is a difference in focal length with respect to each laser beam (La, Lb), from the deflecting reflection surface (5 s) of the polygon mirror (5) to the scanned surface (10 s) of each photoconductor (10a, 10b). The optical path lengths are also different from each other, and the degree of freedom in optical arrangement is improved.
[0050]
Therefore, as shown in FIG. 6, even when the four photoconductors (10a, 10b) are arranged linearly (or almost linearly) for the convenience of image formation, the deflecting reflection surface ( 5s) to the optical path length from each photoconductor (10a, 10b) to the scanned surface (10s) {see the above 50 mm, see FIG. 7C. }, The optical path length can be easily adjusted to the positional relationship between the polygon mirror (5) and the respective photoconductors (10a, 10b). As a result, it is not necessary to use a large number of plane mirrors for bending the optical path, so that the cost can be reduced and the apparatus can be downsized by reducing the number of parts. In addition, as a result of the reduction of the plane mirror, image deterioration due to the vibration is less likely to occur, so that the optical performance can be improved. Even if only one diffractive surface is used, the difference in optical path length can be generated. However, only by making a difference in focal length with respect to each laser beam (La, Lb) on one diffractive surface, distortion, curvature of field, etc. occur. Therefore, the degree of freedom of aberration correction is improved by using a plurality of diffraction surfaces in the scanning optical system. Therefore, it is preferable in terms of aberration correction that the number of diffraction surfaces used in the scanning optical system is two or more.
[0051]
As described above, a color image is formed by transferring images formed on the four photoconductors (10a, 10b) onto the same paper. Therefore, it is necessary to make the width scanned to form an image on the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) the same size. However, as described above, since there is a difference in focal length with respect to each laser beam (La, Lb), a difference in deflection angle θ corresponding to the difference in focal length f is required in consideration of the fθ characteristic. Therefore, in the above scanning optical system, when the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is scanned with a laser beam for image formation, the polygon mirror (5) The width of the angle deflected by is different for each laser beam (La, Lb). Specifically, the scanning width of the first and second scanning optical systems is 210 mm, and the width of the deflection angle at that time is 83.9 degrees for the first scanning optical system and 66.0 degrees for the second scanning optical system. Yes.
[0052]
If a difference occurs in the optical path length from the deflecting / reflecting surface (5s) of the polygon mirror (5) to the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b), the deflecting / reflecting surface (5s) of the polygon mirror (5) ) And the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b) is misaligned in the sub-scanning direction. Therefore, in the above scanning optical system, by using a diffractive surface having diffraction power also in the sub-scanning direction, the deflection reflection surface (5s) of the polygon mirror (5) and the scanned surface (10s) of each photoconductor (10a, 10b). ) In the sub-scanning direction. Generation of the optical power difference in the sub-scanning direction by the diffraction force can be easily achieved by using an axially symmetric diffraction surface that can be easily processed, for example, as shown in FIG. Accordingly, it is desirable that at least one of the plurality of diffractive surfaces included in each scanning optical system has a diffractive power in the sub-scanning direction.
[0053]
The degree of convergence of the laser beam (La, Lb) deflected by the polygon mirror (5) differs in the main scanning direction depending on the distance difference and wavelength difference between each laser diode (1a, 1b) and the condenser lens (2). ing. That is, the laser beam (La) is a light beam that converges at a position 426 mm away from the deflecting reflection surface (5s) of the polygon mirror (5), while the laser beam (Lb) is a parallel beam. Yes. Thus, it is desirable that the light beam states of the respective laser beams (La, Lb) when entering the polygon mirror (5) are different from each other with respect to the degree of convergence or the degree of divergence in the main scanning direction. Regarding aberration correction, individual degrees of freedom corresponding to each laser beam (La, Lb) can be obtained by the above-mentioned plurality of diffraction surfaces, but if the degree of convergence / divergence in the main scanning direction of incident light to be deflected and reflected is changed, Since individual degrees of freedom increase, correction of various aberrations becomes easier. In the laser scanning device of FIG. 6, the degree of convergence and divergence are optimized so that aberration correction is convenient, with the distance difference and wavelength difference between each laser diode (1a, 1b) and condenser lens (2) being flexible. However, a condensing lens (2) in which lens characteristics such as refractive power and diffraction power are individually optimized for each laser beam (La, Lb) may be used.
[0054]
Even if the wavelength and focal length are different for each laser beam (La, Lb), the beam diameter on the photoconductor (10a, 10b) must be the same size, so the aperture (3) Are individually set for each laser beam (La, Lb). Specifically, the aperture of the aperture (3) through which the laser beam (La) incident on the first scanning optical system passes is set to be an ellipse having a major axis of 2.9 mm and a minor axis of 1.3 mm. The aperture of the aperture (3) through which the laser beam (Lb) incident on the system passes is set as an ellipse having a major axis of 2.7 mm and a minor axis of 1.4 mm.
[0055]
Also in the laser scanning device of FIG. 6, the two laser beams (La, Lb) are incident on the polygon mirror (5) from different angles as in the laser scanning device of FIG. At this time, the incident positions of the two laser beams (La, Lb) are optimized so that vignetting does not occur at the corners of the polygon mirror (5). Further, in order to prevent pitch unevenness due to surface tilt of the polygon mirror (5), the condensing position in the sub-scanning direction is optimized for each laser beam (La, Lb). Regarding the vignetting of the light beam, the angle formed between the incident light beam and the normal of the deflecting reflection surface (5s) is larger when the incident light beam on the polygon mirror (5) is arranged farther from the scanning optical system. It becomes disadvantageous because it grows. Since the optical path of the second scanning optical system shown in FIG. 7B has a smaller deflection angle than the optical path of the first scanning optical system shown in FIG. 7A, there is a margin in the arrangement of the incident optical path. . Therefore, the optical path of the laser beam (Lb) incident on the second scanning optical system is arranged on the side far from the scanning optical system. That is, it is preferable that the straight lines obtained by projecting the principal rays of the respective laser beams (La, Lb) when entering the polygon mirror (5) into the main scanning plane are not parallel to each other, and further, each scanned surface (10s) is The straight line corresponding to the principal ray when entering the polygon mirror (5) is close to the scanning optical system when the width scanned with the laser beam (La, Lb) is made the same size for image formation It is preferable that the width of the angle deflected by the polygon mirror (5) is larger for the laser beam.
[0056]
FIG. 8 shows the optical performance of the laser scanning device (Example 2) of FIG. 6 {horizontal axis: image height (mm) in the main scanning direction}. FIG. 8A shows the field curvature of the laser beam (La) imaged through the first scanning optical system in the main scanning direction (□) and the sub-scanning direction (♦). FIG. 8B shows the distortion (♦,%) of the laser beam (La) imaged through the first scanning optical system. FIG. 8C shows the field curvature of the laser beam (Lb) imaged through the second scanning optical system in each image plane (mm) in the main scanning direction (□) and the sub-scanning direction (♦). FIG. 8D shows the distortion (♦,%) of the laser beam (Lb) imaged through the second scanning optical system.
[0057]
Each of the above-described embodiments includes an invention having the following configurations (i) to (ix). With this configuration, a color with a high degree of freedom in optical arrangement, low cost, small size, and high performance. An image forming apparatus can be realized.
(i) Two or more light sources that emit laser beams having different wavelengths, a deflector that deflects the laser beams emitted from each light source in the main scanning direction, and a surface to be scanned corresponding to the two or more laser beams after deflection A tandem type comprising: a scanning optical system that separates and guides the light path to each of the scanned surfaces with different optical path lengths from the deflector; and a photosensitive member that constitutes the scanned surface. A color image forming apparatus, wherein the scanning optical system has a plurality of diffractive surfaces having diffractive power in the main scanning direction before optical path separation, and each scanned surface is scanned with laser light for image formation A color image forming apparatus characterized in that when the laser beams are arranged to have the same size, the width of the angle deflected by the deflector is different for each laser beam.
(ii) The color image forming apparatus according to (i), wherein the scanning optical system includes a scanning lens having the plurality of diffractive surfaces and a mirror for performing the optical path separation.
(iii) The color image forming apparatus according to (ii), wherein the mirror that performs the optical path separation is a dichroic mirror, and the optical path separation is performed based on spectral characteristics thereof.
(iv) The mirror that performs the optical path separation is a plane mirror, and two or more laser beams after deflection have an angle difference in the sub-scanning direction, and the plane mirror is spatially optical path using the angle difference. The color image forming apparatus according to (ii), wherein the separation is performed.
(v) The color image forming apparatus according to any one of (i) to (iv), wherein the laser light emitted from each light source is deflected by simultaneous reflection on the same surface of the deflector. .
[0058]
(vi) The color image forming apparatus according to any one of (i) to (v), wherein at least one of the plurality of diffractive surfaces has a diffractive power in a sub-scanning direction.
(vii) In any one of the above (i) to (vi), the light beam states of the respective laser beams incident on the deflector are different from each other with respect to the degree of convergence or divergence in the main scanning direction. The color image forming apparatus described.
(viii) Any one of (i) to (vii) above, wherein the straight lines obtained by projecting the principal rays of the respective laser beams when entering the deflector into the main scanning plane are not parallel to each other. Color image forming apparatus.
(ix) A straight line corresponding to the principal ray at the time of incidence on the deflector when each scanned surface is scanned with a laser beam for image formation to have the same width. The color image forming apparatus as described in (viii) above, wherein the laser beam closer to is larger in angle width deflected by the deflector.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of diffractive surfaces having diffractive power in the main scanning direction are used for laser beams having different wavelengths, and each surface to be scanned is a laser beam for image formation. When the scanned width is made the same size, the angle width deflected by the deflector is different for each laser beam, so the positional relationship with the deflector differs for each scanned surface. Even so, the optical path length can be adjusted to the positional relationship. Since the optical arrangement has a high degree of freedom, it is not necessary to use a large number of plane mirrors that bend the optical path. Therefore, an inexpensive, small, and high-performance tandem laser scanning device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a laser scanning device.
FIG. 2 is an optical configuration diagram showing first and second scanning optical systems constituting the laser scanning device of FIG. 1 and their optical paths in a main scanning section and a sub-scanning section.
3 is a plan view showing a schematic image of a diffractive structure used in the first and second scanning optical systems of the laser scanning device of FIG. 1. FIG.
4 is an enlarged view showing an optical arrangement near a polygon mirror and its optical path in a main scanning section in the laser scanning device of FIG. 1;
5 is a graph showing optical performance of the laser scanning device (Example 1) of FIG.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing another embodiment of a laser scanning device.
7 is an optical configuration diagram showing a first scanning optical system and a second scanning optical system constituting the laser scanning apparatus of FIG. 6 and their optical paths in a main scanning section and a sub-scanning section.
8 is a graph showing the optical performance of the laser scanning device (Example 2) of FIG.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... Laser diode (light source)
5… Polygon mirror (deflector)
5s ... deflection reflective surface
6 ... 1st lens (part of scanning optical system)
7… Second lens (part of scanning optical system)
8 ... Dichroic mirror (part of scanning optical system)
9 ... Flat mirror (part of scanning optical system)
9a, 9b ... Flat mirror (part of scanning optical system)
10a, 10b… Photoconductor
10s ... surface to be scanned
La, Lb ... Laser light

Claims

Two or more light sources that emit laser beams of different wavelengths, a deflector that deflects the laser beams emitted from each light source in the main scanning direction, and an optical path separation of the deflected two or more laser beams into corresponding scanning surfaces A tandem type laser scanning device comprising: a scanning optical system that performs condensing scanning on each scanning surface having different optical path lengths from the deflector;
When the scanning optical system has a plurality of diffractive surfaces having diffractive power in the main scanning direction before the optical path separation, and the widths of the scanned surfaces are scanned with laser light to form the same size for image formation In addition, the laser scanning device is characterized in that the width of the angle deflected by the deflector is different for each laser beam.

2. The laser scanning device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of diffractive surfaces has a diffractive power in a sub-scanning direction.

3. The laser scanning device according to claim 1, wherein light flux states of the respective laser beams incident on the deflector are different from each other with respect to a convergence degree or a divergence degree in the main scanning direction.

4. The laser scanning device according to claim 1, wherein straight lines obtained by projecting chief rays of laser beams incident on the deflector into a main scanning plane are not parallel to each other.

A laser whose straight line corresponding to the principal ray when entering the deflector is close to the scanning optical system when the scanned surfaces are scanned with laser light to form the same image. 5. The laser scanning device according to claim 4, wherein the width of the angle deflected by the deflector is larger as the light is irradiated.