JP2005215188A - Scanning optical apparatus - Google Patents

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一身 佐藤
Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
Hiroki Yoshida
博樹 吉田
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幸生 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact scanning optical apparatus suitable for inexpensive and highly precise printing, in which contradictory characteristics are compatible with each other and image irregularity and color shifts accompanying dislocated imaging position are prevented. <P>SOLUTION: The scanning optical apparatus, in which an image is formed by scanning with a laser luminous flux emitted from a semiconductor laser with a deflector and scanning an image carrier with the luminous flux with a refraction element and a diffraction element, is characterized by that the variation in the imaging position in a main scanning direction on the image carrier due to an environmental variation of the scanning optical apparatus is corrected by the variation in power of the refraction element and the refraction element in the scanning optical apparatus and the wavelength variation of the semiconductor laser, and that a surface light emission semiconductor laser is used as a light source having a plurality of light fluxes. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザービームプリンターやレーザーファクシミリ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置に関するものである。   The present invention relates to a scanning optical device used in an image forming apparatus such as a laser beam printer or a laser facsimile.

従来よりレーザービームプリンターやデジタル複写機の画像形成装置に用いられる走査光学装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、fθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ光走査して画像記録を行っている。   Conventionally, in a scanning optical device used in an image forming apparatus of a laser beam printer or a digital copying machine, a light beam which is light-modulated from a light source means in accordance with an image signal and is emitted periodically by, for example, an optical deflector composed of a polygon mirror. Image recording is performed by deflecting, focusing in a spot shape on the surface of a photosensitive recording medium by an imaging optical system having an fθ characteristic, and performing optical scanning.

図7は特許文献1に開示される従来の走査光学装置の概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional scanning optical device disclosed in Patent Document 1. In FIG.

図7において、光源手段91から出射した発散光束は、コリメーターレンズ92により略平行光とされ、絞り93によって該光束を制限して副走査方向のみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ94に入射する。シリンドリカルレンズ94に入射した略平行光束のうち主走査面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。又、副走査面内においては集束してポリゴンミラーから成る光偏向器95の反射面にほぼ線像として結像する。   In FIG. 7, the divergent light beam emitted from the light source means 91 is converted into substantially parallel light by the collimator lens 92, and the light beam is limited by the diaphragm 93 and is incident on the cylindrical lens 94 having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. . Of the substantially parallel light beam incident on the cylindrical lens 94, the light beam exits in the state of the substantially parallel light beam as it is within the main scanning plane. In the sub-scanning plane, the light beam is focused and formed as a substantially linear image on the reflection surface of the optical deflector 95 composed of a polygon mirror.

そして、光偏向器95の反射面で偏向反射された光束をfθ特性を有する走査光学系(fθレンズ)96を介して被走査面98に導光し、該光偏向器95を矢印方向に回転させることによって、該感光ドラム面98上を矢印9B方向に光走査して画像情報の記録を行っている。   Then, the light beam deflected and reflected by the reflecting surface of the optical deflector 95 is guided to the scanned surface 98 via the scanning optical system (fθ lens) 96 having the fθ characteristic, and the optical deflector 95 is rotated in the direction of the arrow. By doing so, the image information is recorded by optically scanning the photosensitive drum surface 98 in the direction of the arrow 9B.

又、近年の装置の高速化により、光源として、複数の光束を発光するマルチビームが用いられることが多い。   In addition, due to the recent increase in speed of devices, a multi-beam that emits a plurality of light beams is often used as a light source.

特開平11−223783号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-223783

図8は前述の走査光学装置11〜14を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム21〜24に各色毎の画像情報を記録しカラー画像を形成する装置を示す。このような画像形成装置では複数の走査線を重ね合わせて画像形成を行うため、特に各色間の走査線ずれ(以下、レジストレーションずれ)を少なくすることが重要である。そのため。この走査光学装置には、以下の2つの性能が要求されている。   FIG. 8 shows an apparatus for forming a color image by simultaneously using a plurality of the scanning optical devices 11 to 14 and recording image information for each color on different photosensitive drums 21 to 24, respectively. In such an image forming apparatus, since a plurality of scanning lines are superimposed to form an image, it is particularly important to reduce scanning line deviation (hereinafter referred to as registration deviation) between colors. for that reason. This scanning optical device is required to have the following two performances.

1)光源である半導体レーザの波長変動や、複数の走査光学装置毎のレーザ波長のばらつきに伴う主走査方向の結像位置変化(スポットの位置ずれ)が補償されていること。   1) Compensation for variations in the imaging position (spot misalignment) in the main scanning direction due to variations in the wavelength of the semiconductor laser as the light source and variations in the laser wavelength for each of the plurality of scanning optical devices.

更に、マルチビームレーザーに代表される1つの素子に複数の発光点を持つような複数光源を使用する場合、各光源間の波長差により複数光束によるジッターが発生し画像品位が著しく低下するため、スポット結像位置の波長補償を行うことが一層重要となる。   Furthermore, when using a plurality of light sources having a plurality of emission points in one element typified by a multi-beam laser, jitter due to a plurality of light beams occurs due to the wavelength difference between the light sources, and the image quality is significantly reduced. It is more important to perform wavelength compensation of the spot imaging position.

レーザビーム用の光源として、コストの安いファブリ・ペロー共振器型の端面発光レーザが用いられることが主流であるが、一般に、半導体レーザでは、数10nm程度の広い波長範囲に亘って利得分布を有している。又、ファブリ・ペロー共振器は、例えば発振波長0.78μm、共振器長300μmの場合、約3Å間隔で多くの共振ピークを有している。この2つのことより、ファブリ・ペローレーザはCW駆動の状態においても多モード発振し易い。更に、直接変調した場合、緩和振動時のキャリア密度の変動により、多モード発振化を増長する。その結果、波長スペクトルの広がりは数nmとなる動的単一モード性に優れたレーザ、例えば、DFB(Distributed Feedback)レーザやDBR(Distributed Bragg Reflector )レーザを用いればこのような欠点を除去することができるが、レーザのコストが高くなってしまう。   As a light source for a laser beam, an inexpensive edge-emitting laser of a Fabry-Perot resonator type is mainly used. In general, a semiconductor laser has a gain distribution over a wide wavelength range of about several tens of nm. doing. Further, the Fabry-Perot resonator has many resonance peaks at intervals of about 3 mm when the oscillation wavelength is 0.78 μm and the resonator length is 300 μm, for example. For these two reasons, the Fabry-Perot laser easily oscillates in a multimode even in the CW drive state. Further, in the case of direct modulation, the multimode oscillation is increased by the change in carrier density during relaxation oscillation. As a result, the wavelength spectrum broadens to several nanometers and has excellent dynamic single mode characteristics, such as DFB (Distributed Feedback) laser and DBR (Distributed Bragg Reflector) laser. However, the cost of the laser becomes high.

更に、もう1つの要求される性能として、次のようなものがある。   Further, another required performance is as follows.

2)昇温等の環境変動(温度変動)に伴う主走査方向の倍率変化(スポットの位置ずれ)が補償されていること。   2) A change in magnification (spot position deviation) in the main scanning direction accompanying an environmental change (temperature change) such as a temperature rise is compensated.

これは、近年、fθレンズには大量生産が可能なプラスティックレンズが多く用いられるが、ガラスレンズと比較して熱膨張率が大きく、上記2)の問題を解決することも重要である。   In recent years, plastic lenses that can be mass-produced are often used as fθ lenses, but they have a larger coefficient of thermal expansion than glass lenses, and it is also important to solve the above problem 2).

特開平10−197820には上記1)の課題に対して、屈折レンズと回折レンズの組み合わせによって、光源の経時変化による波長変動による主走査の位置ずれを補正する構成の例が記載されているが、上記2)の温度変化にともなう光学素子の形状や屈折/回折効率の変化に対してはさらに悪影響を出してしまう。   Japanese Patent Laid-Open No. 10-197820 describes an example of a configuration for correcting the position deviation of main scanning due to wavelength variation due to a change in the light source over time by combining the refractive lens and the diffractive lens with respect to the problem 1). The change in the shape of the optical element and the change in refraction / diffraction efficiency due to the temperature change in the above 2) will be further adversely affected.

又、特開平11−223783号公報には、上記2)の課題に対して、屈折レンズと回折レンズの組み合わせによって、環境温度の変化により屈折率の変化や形状の変化を見越し、この時に発生するピントの移動量を環境温度の変化で発生するモードホッピングによる波長変化を積極的に用い倍率色収差で発生するピントの移動量とキャンセルするような構成の例が記載されているが、やはり前記1)の波長の変化や各光源間の波長のばらつきに対しては、主走査方向の結像位置ずれを起こしてしまう。   Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-223783, in response to the above problem 2), a combination of a refractive lens and a diffractive lens allows for a change in refractive index and a change in shape due to a change in environmental temperature. An example of a configuration is described in which the amount of focus movement caused by a change in environmental temperature is used positively to cancel the amount of focus movement caused by chromatic aberration of magnification by actively using a wavelength change due to mode hopping. With respect to the change in the wavelength and the variation in the wavelength between the light sources, the imaging position shifts in the main scanning direction.

本発明は上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、相反する特性を両立させ、結像位置ずれに伴う画像ムラや色ずれを防止することができ、しかも、安価で高精度な印字に適したコンパクトな走査光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, can achieve both conflicting characteristics, can prevent image unevenness and color misregistration due to image formation position deviation, and is inexpensive and highly accurate. An object is to provide a compact scanning optical device suitable for printing.

上記目的を達成するため、本発明は、半導体レーザから出射されたレーザ光束を偏向器によって走査し、屈折素子と回折素子によって前記光束を像担持体上に走査し画像を形成する走査光学装置において、該走査光学装置の環境変動による像担持体面上での主走査方向の結像位置変化が、該走査光学装置内の屈折素子と回折素子とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により補正され、且つ、複数の光速の光源として面発光半導体レーザを用いることを特徴としている。   To achieve the above object, the present invention provides a scanning optical device that scans a laser beam emitted from a semiconductor laser with a deflector, scans the beam with an refracting element and a diffractive element, and forms an image. The change in the imaging position in the main scanning direction on the surface of the image carrier due to the environmental variation of the scanning optical device is corrected by the power variation of the refracting element and the diffractive element in the scanning optical device and the wavelength variation of the semiconductor laser. In addition, a surface emitting semiconductor laser is used as a light source having a plurality of light speeds.

又、複数の走査光学装置からの光束を複数の像担持体上に走査しカラー画像を形成する走査光学装置において、該走査光学装置の環境変動による像担持体面上での主走査方向の結像位置変化が、該走査光学装置内の屈折素子と回折素子とのパワー変化と、半藤体レーザの波長変動により補正され、且つ、前記複数の光速の光源として面発光半導体レーザを用いることを特徴としている。   Further, in a scanning optical device for forming a color image by scanning light beams from a plurality of scanning optical devices onto a plurality of image carriers, imaging in the main scanning direction on the surface of the image carrier due to environmental fluctuations of the scanning optical devices The position change is corrected by the power change of the refracting element and the diffractive element in the scanning optical device and the wavelength variation of the half-body laser, and a surface emitting semiconductor laser is used as the light source having the plurality of light speeds. Yes.

又、面発光半導体レーザは、複数個アレイ化されていると良い。   A plurality of surface emitting semiconductor lasers may be arrayed.

又、前記屈折素子はプラスチック材料により製作されていると良い。   The refractive element is preferably made of a plastic material.

本発明によれば、光源に面発光半導体レーザを用いたため、各素子毎の潜在的な波長差を気にすることなく、走査光学装置の環境変動に伴う収差変化を各々の装置の走査光学素子の屈折部と回折部とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により各々補正することにより、容易な構成で各色間のレジストレーションずれや各色間の画像濃度ムラを小さく抑えることができ、しかも、高精細な印字に適したコンパクトな走査光学装置を得ることができる。   According to the present invention, since the surface emitting semiconductor laser is used as the light source, the change in aberration associated with the environmental variation of the scanning optical device can be detected without worrying about the potential wavelength difference of each device. By correcting the power change between the refracting portion and the diffracting portion and the wavelength variation of the semiconductor laser, it is possible to suppress registration deviation between colors and image density unevenness between colors with a simple configuration, A compact scanning optical device suitable for high-definition printing can be obtained.

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る走査光学装置を含むカラー画像形成装置の要部概略図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a color image forming apparatus including a scanning optical apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

同図において11,12,13,14は各々走査光学装置、21,22,23,24は各々像担持体としての感光ドラム、31,32,33,34は各々現像器、41は搬送ベルトである。本実施形態におけるカラー画像形成装置は後述するように環境変動(温度変動)による収差変動を小さく抑えた上記の走査光学装置(11,12,13,14)を4個並べ、各々がC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の各色に対応し、各々並行して感光ドラム21,22,23,24面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。   In the figure, 11, 12, 13, and 14 are scanning optical devices, 21, 22, 23, and 24 are photosensitive drums as image carriers, 31, 32, 33, and 34 are developing units, and 41 is a conveyor belt. is there. As will be described later, the color image forming apparatus according to this embodiment includes four scanning optical devices (11, 12, 13, and 14) that suppress aberration fluctuations due to environmental fluctuations (temperature fluctuations). ), M (magenta), Y (yellow), and B (black), and image signals (image information) are recorded on the surfaces of the photosensitive drums 21, 22, 23, and 24 in parallel. Is printed at high speed.

次に、本発明の特徴とする走査光学装置の環境変動に伴う収差変化と波長変動に伴う収差を良好に補正する方法と及びその光学素子について説明する。尚、カラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置11,12,13,14は、その構成及び光学的作用は同様であるので、以下代表して走査光学装置11について説明する。   Next, a method for satisfactorily correcting the aberration change accompanying the environmental fluctuation and the aberration accompanying the wavelength fluctuation of the scanning optical apparatus, which is a feature of the present invention, and its optical element will be described. Since the scanning optical devices 11, 12, 13, and 14 constituting the color image forming apparatus have the same configuration and optical action, the scanning optical device 11 will be described below as a representative.

図2はこの走査光学装置11とそれに対応する像担持体21とを示した要部概略図、図3は図2に示した光学系の主走査方向の要部断面図、図4は面発光半導体レーザ1の主要概念図である。   FIG. 2 is a schematic view of the principal part showing the scanning optical device 11 and the image carrier 21 corresponding thereto, FIG. 3 is a sectional view of the principal part in the main scanning direction of the optical system shown in FIG. 2, and FIG. 1 is a main conceptual diagram of a semiconductor laser 1. FIG.

図4を用いて面発光レーザ1の構造を簡単に説明する。   The structure of the surface emitting laser 1 will be briefly described with reference to FIG.

n型GaAs基板601上に、n型半導体多層反射膜602、n型AlGaAsクラッド層603、i(intrinsic)−InGaAs活性層604、p型AlGaAsクラッド層、p型半導体多層反射膜606を、MBE等の方法で順次成長したものである。そして、2つの電極610,611によって活性層604に電流を注入して光を励起し、上下の反射膜602,606によって共振させ、基板601に対して垂直方向に光を取り出すものである。このように光源として面発光レーザを用いると、活性層は数10nm程度の広い波長範囲に亘って利得分布を有しているが、共振器長が数100nm〜数μmと短い。例えば、発振波長0.78μm、共振器長0.23μmの場合、共振ピーク間隔は数100nmとなり、共振モードは実質的に1つしか存在できない。よって、変調時においても単一モード発振とすることができる。更に、99%以上の反射率を有するミラーで共振器を構成しているのでフィネスが大きく、共振器長が非常に小さいレーザであっても1nm以下のスペクトル線幅(半値全幅)が得られる。従って、設計値通りの走査倍率を得ることができ、各走査光学装置毎の差が発生しない。又、各カラー画像形成装置毎の走査倍率もほぼ設計値通りとなる。   On the n-type GaAs substrate 601, an n-type semiconductor multilayer reflective film 602, an n-type AlGaAs cladding layer 603, an i (intrinsic) -InGaAs active layer 604, a p-type AlGaAs cladding layer, a p-type semiconductor multilayer reflective film 606, MBE, etc. It is the one that grew up sequentially by the method of. Then, current is injected into the active layer 604 by the two electrodes 610 and 611 to excite light, resonate by the upper and lower reflective films 602 and 606, and light is extracted in a direction perpendicular to the substrate 601. Thus, when a surface emitting laser is used as a light source, the active layer has a gain distribution over a wide wavelength range of about several tens of nm, but the resonator length is as short as several hundreds of nm to several μm. For example, when the oscillation wavelength is 0.78 μm and the resonator length is 0.23 μm, the resonance peak interval is several hundred nm, and there can be substantially only one resonance mode. Therefore, single mode oscillation can be achieved even during modulation. Further, since the resonator is constituted by a mirror having a reflectivity of 99% or more, the spectral line width (full width at half maximum) of 1 nm or less can be obtained even with a laser having a large finesse and a very small resonator length. Therefore, the scanning magnification as designed can be obtained, and no difference occurs for each scanning optical device. Also, the scanning magnification for each color image forming apparatus is almost as designed.

図2及び図3において、2は第1の光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段1から出射された発散光束(光ビーム)を略平行光束に変換している。3は開口絞りであり、通過光束(光量)を制限している。4は第2の光学素子としてのシリンドリカルレンズ(シリンダーレンズ)であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り3を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像として結像させている。   2 and 3, reference numeral 2 denotes a collimator lens as a first optical element, which converts a divergent light beam (light beam) emitted from the light source means 1 into a substantially parallel light beam. Reference numeral 3 denotes an aperture stop, which limits a passing light beam (light quantity). Reference numeral 4 denotes a cylindrical lens (cylinder lens) as a second optical element, which has a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction, and the light deflection which will be described later in the sub-scan section in the sub-scan section. An image is formed on the deflection surface 5a of the vessel 5 as a substantially line image.

5は偏向素子としての、例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で回転している。   Reference numeral 5 denotes an optical deflector composed of, for example, a polygon mirror (rotating polygonal mirror) as a deflecting element, and is rotated at a constant speed in the direction of arrow A in the figure by a driving means (not shown) such as a motor.

6はfθ特性を有する第3の光学素子としての走査光学素子であり、屈折部と回折部とを有している。屈折部は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ61より成り、該トーリックレンズ61の主走査方向の両レンズ面は非球面形状より成っている。回折部は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折光学素子62より成っている。   Reference numeral 6 denotes a scanning optical element as a third optical element having an fθ characteristic, which has a refracting part and a diffractive part. The refracting portion is composed of a single plastic toric lens 61 having different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and both lens surfaces of the toric lens 61 in the main scanning direction are aspherical. The diffractive portion is composed of a long diffractive optical element 62 having different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction.

本実施の形態では、光偏向器5の回転軸と感光ドラム21面(被走査面)の中点より該光偏向器5側にトーリックレンズ61、該感光ドラム21面側に回折光学素子62を配している。走査光学素子6は光偏向器5によって偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム21面上に結像させ、且つ、副走査断面内において光偏向器5の偏向面5aの面倒れを補正している。尚、本実施の形態における回折光学素子62は射出成形により製作されたプラスチック製より構成しているが、これに限らず、例えばガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。   In the present embodiment, a toric lens 61 is provided on the optical deflector 5 side and a diffractive optical element 62 is provided on the photosensitive drum 21 surface side from the midpoint between the rotation axis of the optical deflector 5 and the surface of the photosensitive drum 21 (scanned surface). Arranged. The scanning optical element 6 forms an image of a light beam based on the image information deflected by the optical deflector 5 on the surface of the photosensitive drum 21, and corrects the surface tilt of the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 in the sub-scanning section. ing. The diffractive optical element 62 in the present embodiment is made of plastic made by injection molding. However, the present invention is not limited to this, and for example, the same effect can be obtained even if a diffraction grating is produced by a replica on a glass substrate. Is obtained.

本実施の形態におけるカラー画像形成装置は上述のように4つの走査光学装置11,12,13,14により各々の変調信号に基づいた光束を用いて潜像を各々対応する感光ドラム21,22,23,24面上に形成している。例えば、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の潜像を対応する感光ドラム21,22,23,24面上に形成し、その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。   As described above, the color image forming apparatus according to the present embodiment uses the four scanning optical devices 11, 12, 13, and 14 to use the light beams based on the respective modulation signals, and the corresponding photosensitive drums 21, 22 and 22 correspond to the latent images. 23, 24 on the surface. For example, latent images of C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and B (black) are formed on the corresponding photosensitive drums 21, 22, 23, and 24, and then multiple transferred onto a recording material. One full-color image is formed.

本実施の形態における走査光学装置11において半導体レーザ1から出射した複数の発散光束はコリメーターレンズ2により略平行光束に変換され、開口絞り3によって該光束(光量)を制限してシリンドリカルレンズ4に入射している。シリンドリカルレンズ4に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。又、副走査断面内においては、収束して光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。そして、光偏向器5の偏向面5aで偏向された光束は、トーリックレンズ61と回折光学素子62とを介して感光ドラム21面上に導光され、該光偏向器5を矢印A方向に回転させることによって、該感光ドラム21面上を矢印B方向に光走査している。そして、上述のように例えばC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の潜像を対応する感光ドラム21,22,23,24面上に形成し、その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。   In the scanning optical device 11 according to the present embodiment, a plurality of divergent light beams emitted from the semiconductor laser 1 are converted into substantially parallel light beams by the collimator lens 2, and the light beam (light quantity) is limited by the aperture stop 3 to form the cylindrical lens 4. Incident. Of the substantially parallel light beam incident on the cylindrical lens 4, the light beam is emitted as it is in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam converges and forms a substantially linear image (a linear image longitudinal in the main scanning direction) on the deflecting surface 5a of the optical deflector 5. The light beam deflected by the deflecting surface 5a of the optical deflector 5 is guided onto the surface of the photosensitive drum 21 through the toric lens 61 and the diffractive optical element 62, and the optical deflector 5 is rotated in the direction of arrow A. By doing so, the surface of the photosensitive drum 21 is optically scanned in the direction of arrow B. Then, as described above, for example, C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and B (black) latent images are formed on the corresponding photosensitive drums 21, 22, 23, and 24, and then recorded. A full color image is formed by multiple transfer onto the material.

本実施の形態では、走査光学装置11の環境変動(温度変動)による感光ドラム21面上での主走査方向の収差変化をトーリックレンズ61と回折光学素子62とのパワー変化と、半導体レーザー1の波長変動により補正している。この主走査方向の収差変化は倍率変化又は/及びピント変化である。   In the present embodiment, the aberration change in the main scanning direction on the surface of the photosensitive drum 21 due to the environmental fluctuation (temperature fluctuation) of the scanning optical device 11 is the power change between the toric lens 61 and the diffractive optical element 62 and the semiconductor laser 1. It is corrected by wavelength variation. This aberration change in the main scanning direction is a magnification change or / and a focus change.

図5は本実施の形態における環境変動前後の近軸収差(主走査方向の像面湾曲と倍率(位置)ずれ等)を示した説明図であり、実線は環境変動前の特性(設計値)であり、破線は走査光学装置が+25℃昇温したときの特性(実効値)である。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing paraxial aberration (field curvature in the main scanning direction and magnification (position) deviation, etc.) before and after the environmental change in the present embodiment, and the solid line shows the characteristic (design value) before the environmental change. The broken line is a characteristic (effective value) when the scanning optical device is heated by + 25 ° C.

一般に複数の走査光学装置から複数の感光ドラム面上に各色毎の画像情報を記録し、カラー画像を形成する際、各色間のレジストレーションずれや各色間の画像濃度ムラを視覚上目立たなくするためには、各走査光学装置において環境変動(温度変動)による倍率ずれを40μm以下、主走査方向のピントずれを±1.0mm以下とすることが必要である。   Generally, when image information for each color is recorded on a plurality of photosensitive drum surfaces from a plurality of scanning optical devices and a color image is formed, registration deviation between colors and image density unevenness between colors are made visually inconspicuous. In each scanning optical device, it is necessary that the magnification deviation due to environmental fluctuations (temperature fluctuations) is 40 μm or less and the focal deviation in the main scanning direction is ± 1.0 mm or less.

本実施の形態では、図5に示すように、+25℃昇温による主走査方向の倍率(位置)ずれは31μmであり、これは例えば解像度600dpiのプリンターの場合、約3/4画素相当以内の画素(位置)ずれに抑えることができる。又、主走査方向のピントずれは+0.7mmであり、これは共に視覚上問題のないレベルに抑えることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the magnification (position) deviation in the main scanning direction due to the + 25 ° C. temperature rise is 31 μm, which is, for example, within about 3/4 pixels in the case of a printer with a resolution of 600 dpi. Pixel (position) shift can be suppressed. Further, the focus deviation in the main scanning direction is +0.7 mm, and both of them can be suppressed to a level causing no visual problem.

尚、本実施の形態では、昇温時の挙動を中心に説明したが、例えば温度低下等の他の環境変動においても上記と同様な効果を得ることができる。   In the present embodiment, the behavior at the time of temperature increase has been mainly described. However, for example, the same effect as described above can be obtained in other environmental fluctuations such as a temperature drop.

又、本実施の形態では、これらの環境変動の補償を全てプラスチック製の光学素子で行っており、これにより成形による製造コストの低減や、非球面を用いた高画角収差補正による短光路長化等を同時に達成することができる。   In this embodiment, all these environmental fluctuations are compensated by a plastic optical element, thereby reducing the manufacturing cost by molding, and shortening the optical path length by correcting the high angle of view using an aspherical surface. Can be achieved simultaneously.

このように本実施の形態では、上述のように走査光学装置11の走査光学素子6としてトーリックレンズ61と回折光学素子62とを用い、複数個の走査光学装置11,12,13,14で複数の感光ドラム21,22,23,24面上に画像記録を行うことにより、昇温等の環境変動による各色間のレジストレーションずれが少なく、又、各色間の画像濃度ムラの少ないカラー画像形成装置を容易な構成で、且つ、安価に実現することができる。   As described above, in this embodiment, the toric lens 61 and the diffractive optical element 62 are used as the scanning optical element 6 of the scanning optical device 11 as described above, and a plurality of scanning optical devices 11, 12, 13, and 14 are used. By recording an image on the photosensitive drums 21, 22, 23, and 24, a color image forming apparatus in which there is little registration shift between colors due to environmental fluctuations such as temperature rise, and there is little unevenness in image density between colors. Can be realized with a simple configuration and at a low cost.

又、光源に面発光レーザを用いることによって、複数ある偏向走査装置の光源間の波長差を抑えることができるため、回折格子型集光素子のような波長依存性の強い光学素子と組み合わせて光学系を形成する場合においても、集光効率の低下やスポット径の増加を引き起こすことなく特性の良い光学系が得られる。   Also, by using a surface emitting laser as the light source, it is possible to suppress the wavelength difference between the light sources of a plurality of deflection scanning devices, so that it is optically combined with an optical element having a strong wavelength dependency such as a diffraction grating type condensing element. Even when the system is formed, an optical system having good characteristics can be obtained without causing a decrease in light collection efficiency and an increase in spot diameter.

<実施の形態2>
本発明の実施の形態2は、装置の高速化のため、図6に示すような、光源である半導体レーザを複数個アレイ化した場合である。ファブリ・ペローレーザの端面はへき開によって形成しているため、複数個アレイ化してマルチビーム光源として用いた場合、共振器長がレーザごとにばらついたり、へき開端面の状態によって反射率が変動したりする。これは、レーザごとに特性(閾値電流、動作電流、電圧等)が異なる原因となり、特性の揃ったレーザアレイを得るためにはレーザアレイのスクリーニングが必要でコストが掛かるといった欠点がある。又、動作電流がレーザごとに異なるため、個々のレーザの温度に差が生じ、発振波長に差が生じてしまう。この点も、回折格子型光学素子と組み合わせて用いる場合には不利となる。
<Embodiment 2>
The second embodiment of the present invention is a case where a plurality of semiconductor lasers as light sources are arrayed as shown in FIG. 6 in order to increase the speed of the apparatus. Since the end face of the Fabry-Perot laser is formed by cleavage, when a plurality of arrays are used as a multi-beam light source, the resonator length varies from laser to laser, and the reflectivity varies depending on the state of the cleavage end face. This causes a difference in characteristics (threshold current, operating current, voltage, etc.) for each laser, and there is a drawback in that it is necessary to screen the laser array in order to obtain a laser array with uniform characteristics, which is expensive. In addition, since the operating current is different for each laser, a difference occurs in the temperature of each laser, resulting in a difference in oscillation wavelength. This is also disadvantageous when used in combination with a diffraction grating type optical element.

DFBレーザやDBRレーザをアレイ化する場合、ファブリ・ペローレーザよりも更にに端面の状態に敏感で、端面での反射位相の違いで発振波長に差が生じてしまう。反射位相を合わせることは非常に困難であるので現実的ではない。   When DFB lasers and DBR lasers are arrayed, they are more sensitive to the state of the end face than the Fabry-Perot laser, and the oscillation wavelength differs due to the difference in the reflection phase at the end face. Since it is very difficult to match the reflection phase, it is not realistic.

一方、面発光半導体レーザの場合、元基板上にエピタキシャル成長することで、下部ミラー層、活性層、上部ミラー層を一括して作製しており、へき開プロセスを施すことなく共振器が構成されている。よって、アレイ化した場合の発振波長のばらつきは、共振波長のばらつき、即ち、成長の際の面内分布による組成、膜厚のばらつきに依存することになる。現在のエピタキシャル成長技術は非常に安定しており、面発光半導体レーザ構造を作製した場合、成長ウエハ内の30mm離れた点での共振波長の差は数nmである。レーザアレイのピッチを60μmとして、4個並べた場合、両端の間隔は180μmとなるが、この範囲においては、共振波長は1Å以下のばらつきで安定している。実際に面発光レーザアレイを作製した場合、作製プロセスのばらつきによる素子特性の差を考慮しても数Å程度のばらつきに抑えることができる。従って、面発光レーザアレイと回折格子型集光素子を組み合わせて光学系を形成した場合、各レーザにおいてほぼ設計通りの性能を引き出すことができる。   On the other hand, in the case of a surface-emitting semiconductor laser, the lower mirror layer, the active layer, and the upper mirror layer are collectively manufactured by epitaxial growth on the original substrate, and the resonator is configured without performing a cleavage process. . Therefore, the variation of the oscillation wavelength in the case of arraying depends on the variation of the resonance wavelength, that is, the variation of the composition and the film thickness due to the in-plane distribution during growth. The current epitaxial growth technique is very stable. When a surface emitting semiconductor laser structure is manufactured, the difference in resonance wavelength at a point 30 mm away in the growth wafer is several nm. When four laser arrays are arranged with a pitch of 60 μm, the distance between both ends is 180 μm. In this range, the resonance wavelength is stable with a variation of 1 mm or less. When a surface emitting laser array is actually manufactured, even if a difference in element characteristics due to variations in manufacturing processes is taken into consideration, the surface emitting laser array can be suppressed to a few variations. Therefore, when an optical system is formed by combining a surface emitting laser array and a diffraction grating type condensing element, performance as designed can be obtained for each laser.

従って、各発光点ごとのレーザ光束の波長差が微小となるため、倍率色収差を気にすることなく、環境変動時の倍率補償側に設計することができる。   Therefore, since the wavelength difference of the laser beam for each light emitting point is small, it can be designed on the magnification compensation side when the environment changes without worrying about chromatic aberration of magnification.

尚、本実施の形態におけるカラー画像形成装置は複数個の走査光学装置とそれに対応する複数の感光ドラムとより構成したが、該感光ドラムを単一より構成しても良い。この場合は複数の走査光学装置から出射された複数の光束を単一の感光ドラム面上の異なる領域に各々導光し、該複数の光束で該感光ドラム面上を走査してカラー画像を形成するようにすれば良い。   Although the color image forming apparatus according to the present embodiment includes a plurality of scanning optical devices and a plurality of photosensitive drums corresponding thereto, the photosensitive drum may be configured as a single unit. In this case, a plurality of light beams emitted from a plurality of scanning optical devices are respectively guided to different regions on a single photosensitive drum surface, and a color image is formed by scanning the photosensitive drum surface with the plurality of light beams. You should do it.

本発明は、レーザービームプリンターやレーザーファクシミリ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置に対して適用可能である。   The present invention is applicable to a scanning optical device used in an image forming apparatus such as a laser beam printer or a laser facsimile.

本発明の実施の形態1に係る走査光学装置を備えるカラー画像形成装置要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part of a color image forming apparatus provided with the scanning optical apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 図1に示した走査光学装置とそれに対応する像担持体を示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the scanning optical device shown in FIG. 1 and an image carrier corresponding thereto. 図2に示した光学系の主走査方向の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part in the main scanning direction of the optical system shown in FIG. 2. 面発光半導体レーザの模式的断面図である。It is a typical sectional view of a surface emitting semiconductor laser. 本発明の実施の形態1に係る走査光学装置の近軸収差図である。It is a paraxial aberration diagram of the scanning optical apparatus according to the first embodiment of the present invention. アレイ化した半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the arrayed semiconductor laser. 従来の走査光学装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional scanning optical apparatus. 従来の走査光学装置を備えるカラー画像形成装置の断面図である。It is sectional drawing of a color image forming apparatus provided with the conventional scanning optical apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源手段
2 第1の光学素子(コリメーターレンズ)
3 開口絞り
4 第2の光学素子(シリンダーレンズ)
5 偏向素子(光偏向器)
6 第3の光学素子(走査光学素子)
61 トーリックレンズ
62 回折光学素子
11〜14 走査光学装置
21〜24 像担持体(感光ドラム)
31〜34 現像器
41 搬送ベルト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source means 2 1st optical element (collimator lens)
3 Aperture stop 4 Second optical element (cylinder lens)
5 Deflection element (optical deflector)
6 Third optical element (scanning optical element)
61 toric lens 62 diffractive optical element 11-14 scanning optical device 21-24 image carrier (photosensitive drum)
31-34 Developer 41 Conveyor belt

Claims (4)

半導体レーザから出射されたレーザ光束を偏向器によって偏向し、屈折素子と回折素子によって前記光束を像担持体上に走査し画像を形成する走査光学装置において、
該走査光学装置の環境変動による像担持体面上での主走査方向の結像位置変化が、該走査光学装置内の屈折素子と回折素子とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により補正され、且つ、光束の光源として面発光半導体レーザを用いることを特徴とする走査光学装置。
In a scanning optical device that deflects a laser light beam emitted from a semiconductor laser by a deflector and scans the light beam on an image carrier by a refracting element and a diffractive element to form an image,
The change in the imaging position in the main scanning direction on the surface of the image carrier due to the environmental variation of the scanning optical device is corrected by the power variation of the refractive element and the diffractive element in the scanning optical device and the wavelength variation of the semiconductor laser, A scanning optical apparatus using a surface emitting semiconductor laser as a light source of a light beam.
複数の走査光学装置からの光束を複数の像担持体上に走査しカラー画像を形成する走査光学装置において、
該走査光学装置の環境変動による像担持体面上での主走査方向の結像位置変化が、該走査光学装置内の屈折素子と回折素子とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により補正され、且つ、前記複光束の光源として面発光半導体レーザを用いることを特徴とする走査光学装置。
In a scanning optical device that forms a color image by scanning light beams from a plurality of scanning optical devices on a plurality of image carriers,
The change in the imaging position in the main scanning direction on the surface of the image carrier due to the environmental variation of the scanning optical device is corrected by the power variation of the refractive element and the diffractive element in the scanning optical device and the wavelength variation of the semiconductor laser, A scanning optical apparatus using a surface emitting semiconductor laser as the light source of the double light beam.
前記面発光半導体レーザは、複数個アレイ化されていることを特徴とする請求項1又は2記載の走査光学装置。   3. The scanning optical device according to claim 1, wherein a plurality of the surface emitting semiconductor lasers are arrayed. 前記屈折素子は、プラスチック材料により製作されていることを特徴とする請求項1又は2記載の走査光学装置。   The scanning optical device according to claim 1, wherein the refractive element is made of a plastic material.
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