JP2005250319A - Light source apparatus, optical scanner, image forming apparatus and color image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光書き込み光学系を構成する光源装置、光走査装置、画像形成装置及びカラー画像形成装置に関する。 The present invention relates to a light source device, an optical scanning device, an image forming device, and a color image forming device that constitute an optical writing optical system.
従来、レーザプリンタ等の画像形成装置の出力速度向上のため、一度に複数の光束により被走査媒体(感光体等の像形成体)上を光走査し画像を形成するマルチビーム光走査装置が開発されてきている。光源としては半導体レーザ(LD)を複数個組み合わせたり、複数の発光点を有する半導体レーザアレイ(LDA)が用いられたりしている。また、二次元的に配設された複数の発光レーザを有する垂直キャビティ面発光レーザアレイ(VCSEL)を単独で使用する方式も開発されている。 Conventionally, in order to improve the output speed of an image forming apparatus such as a laser printer, a multi-beam optical scanning apparatus has been developed that forms an image by optically scanning a scanned medium (an image forming body such as a photoreceptor) at once with a plurality of light beams. Has been. As a light source, a plurality of semiconductor lasers (LD) are combined, or a semiconductor laser array (LDA) having a plurality of light emitting points is used. In addition, a method of independently using a vertical cavity surface emitting laser array (VCSEL) having a plurality of light emitting lasers arranged two-dimensionally has been developed.
従来技術例として、まず、複数光源の組合せに関して、半導体レーザとカップリングレンズの対を主走査方向に並べ、それを支持部材により一体的に支持し(光源部)、その支持部材を副走査方向に並べ、各光源から射出される光束を近接させて射出するビーム合成手段とからなり、主走査方向に投影した場合に各光源部から射出する光束は偏向反射面(ポリゴン反射面)近傍で交差するように構成されることを特徴とした「マルチビーム光源装置」及び「マルチビーム走査装置」がある(例えば、特許文献1,2参照)。
As an example of the prior art, first, regarding a combination of a plurality of light sources, a pair of a semiconductor laser and a coupling lens is arranged in the main scanning direction, and is integrally supported by a support member (light source unit). And beam combining means for emitting the light beams emitted from the respective light sources close to each other. When projected in the main scanning direction, the light beams emitted from the respective light source portions intersect in the vicinity of the deflection reflection surface (polygon reflection surface). There are a “multi-beam light source device” and a “multi-beam scanning device” characterized by being configured to do so (see, for example,
一方、二次元的に発光点を配設した光源に関して、書き込み速度を確保しつつ、記録画像の濃度むらを有効に軽減する「マルチビーム走査装置」や走査速度を確保しながら記録画像の濃度むらを有効に低減でき、また、熱ストロークの問題を回避し、かつ記録画像の高密度化を実現する「マルチビーム走査装置」がある(例えば、特許文献3,4参照)。また、上記特許文献3及び4と基本構成が同じものとして、「多重光線レーザースキャナの面発光レーザーパターン」や「マルチビーム光源、光走査装置、並びに画像形成方法および装置」がある(例えば、特許文献5,6参照)。
しかしながら、上記特許文献1及び2記載の発明は、ビーム合成手段は半導体レーザの偏光を利用しており、光利用効率を考慮すると各半導体レーザのビームの発散方向(活性層の方向)はそろえておく必要があるため、光路の途中に1/2波長板を必要とする。よってビーム合成手段はコストアップしてしまう。
However, in the inventions described in
上記特許文献3及び4記載の発明は、複数の発光源を二次元的に配列した光源を用いて光走査装置を構成しているが、光源は1個から成り、光源を複数個組み合わせる場合の方法に関しては述べられていない。
In the inventions described in
上記特許文献5及び6記載の発明は、光源として、二次元的に配設された複数の発光レーザを有する垂直キャビティ面発光レーザアレイ(VCSEL)が開示されているが、それを複数組み合わせる場合に関しては述べられていない。
In the inventions described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上記面発光レーザアレイを複数組み合わせて光源装置を構成し、更なる高速化を図る光源装置、光走査装置、画像形成装置及びカラー画像形成装置を提供することを目的とする。本発明の具体的な目的は以下の通りである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a light source device is configured by combining a plurality of the surface emitting laser arrays to achieve higher speed, a light source device, an optical scanning device, an image forming device, and a color image forming device. The purpose is to provide. Specific objects of the present invention are as follows.
本発明は、光源として、二次元的に配設された複数の発光レーザを有する垂直キャビティ面発光レーザアレイを用い、それとカップリングレンズとの組み(光源部)を、複数組み組み合わせることにより、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度の向上を図ることを目的とする。 The present invention uses a vertical cavity surface emitting laser array having a plurality of light emitting lasers arranged two-dimensionally as a light source, and combines a plurality of sets (light source portions) of the same with a coupling lens. An object of the present invention is to increase the number of light beams for optical scanning on a scanning medium and improve the output speed of the image forming apparatus.
また、本発明は、各光源から射出する光束が主走査方向において交差するように構成することにより、偏向反射面上における各光束の分離を小さくし、偏向反射面を小さくすることを可能とし、それにより偏向器を小さくすることを可能にすることを目的とする。 Further, the present invention is configured such that the light beams emitted from the respective light sources intersect in the main scanning direction, thereby making it possible to reduce the separation of each light beam on the deflection reflection surface and to reduce the deflection reflection surface, The object is to make it possible to reduce the size of the deflector.
また、本発明は、被走査面上の走査光束の結像像面の倒れを低減でき、各光スポットの結像性能(像面湾曲、倍率誤差、等)の劣化を防ぐことを目的とする。 Another object of the present invention is to reduce the tilt of the imaging image plane of the scanning light beam on the surface to be scanned, and to prevent the deterioration of the imaging performance (field curvature, magnification error, etc.) of each light spot. .
また、本発明は、各光源部を近接して保持することにより、温度変動等による環境変動の影響が略等しくし、光学特性(走査ピッチや結像位置変動)に対する影響を小さくすることを目的とする。 Another object of the present invention is to hold each light source unit close to each other so that the influences of environmental fluctuations due to temperature fluctuations are substantially equal, and the influence on optical characteristics (scanning pitch and imaging position fluctuations) is reduced. And
また、本発明は、面発光レーザは動作電流が小さいため発熱量も小さく、配列された隣接発光点間の熱干渉の影響も小さい事を利用してマルチビーム光源ユニットを構成することを目的とする。 Another object of the present invention is to construct a multi-beam light source unit by utilizing the fact that a surface emitting laser has a small operating current and therefore generates a small amount of heat and has little influence of thermal interference between adjacent light emitting points arranged. To do.
また、本発明は、ビーム合成プリズムにより合成される光束の偏光方向を90°異ならせる事により、1/2波長板が不要な構成とすることを目的とする。 Another object of the present invention is to eliminate the need for a half-wave plate by changing the polarization direction of light beams synthesized by a beam synthesis prism by 90 °.
また、本発明は、上記光源装置を組み込むことにより、マルチビーム書き込みが可能な光走査装置、画像形成装置及びカラー画像形成装置を形成することを目的とする。 Another object of the present invention is to form an optical scanning device, an image forming device, and a color image forming device capable of multi-beam writing by incorporating the light source device.
かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、独立して変調可能な複数の発光点を二次元的の配設した光源と、光源から射出した発散光束をカップリングするカップリングレンズと、からなる組みを複数組み合わせて構成したことを特徴とする。
In order to achieve this object, the invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、光源と、カップリングレンズとからなる複数の組みは、支持部材を介して一体的に支持され、主走査平面に投影して見た場合に、射出する複数の光束が交差するように構成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of sets of the light source and the coupling lens are integrally supported via the support member, and are projected onto the main scanning plane. In this case, the plurality of emitted light beams intersect with each other.
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、光源と、カップリングレンズとからなる組みは、光束を合成する光束合成手段により合成されるように構成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the combination of the light source and the coupling lens is configured to be combined by a light beam combining unit that combines the light beams. .
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、光源と、カップリングレンズとからなる複数の組みは、支持部材を介して一体的に支持され、主走査平面に投影して見た場合に、射出する複数の光束が交差するように構成された光源部を複数有し、各光源部より射出される光束を合成する光束合成手段により合成されるように構成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of sets of the light source and the coupling lens are integrally supported via the support member, and are projected onto the main scanning plane. A plurality of light source sections configured such that a plurality of emitted light beams intersect with each other, and are configured to be combined by a beam combining unit that combines the light beams emitted from the respective light source sections. And
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、光源は、二次元的に配設された複数の発光点を有する垂直キャビティ面発光レーザアレイであることを特徴とする。
The invention according to
請求項6記載の発明は、請求項3から5のいずれか1項に記載の発明において、合成される複数の光源の偏光方向は、少なくとも1つの光源が他の光源と異なる偏光方向であることを特徴とする。
The invention according to
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の光源装置を搭載したことを特徴とする。
The invention according to
請求項8記載の発明は、請求項7記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする。
The invention according to
請求項9記載の発明は、請求項7記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、1つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができることにより、偏向器による消費電力を低減でき、発熱量も下げることができる。また、偏向器を構成するモータを小さくすることができ、材料消費の削減が図れる。 According to the present invention, the rotational speed of the deflector can be reduced compared with the case where the scanned medium is optically scanned by the light flux from one light emitting point, so that the power consumption by the deflector can be reduced and the amount of heat generated can be reduced. Can be lowered. In addition, the motor constituting the deflector can be reduced, and material consumption can be reduced.
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の光源装置を含むマルチビーム光走査装置の全体構成の一例を主走査方向から見た状態を模式的に示す図である。なお、各光学素子の保持部品は省略している。
二次元的に配設された複数の発光点を有する垂直キャビティ面発光レーザアレイ(VCSEL)からなる光源1Aと、光源1Aからの発散光束を集光するカップリングレンズ2A(第1結像光学系)とからなる組みと、光源1Bからの発散光束を集光するカップリングレンズ2Bとからなる組みは一体的に支持部材(図示せず)により支持され、光源部12を構成する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the overall configuration of a multi-beam optical scanning device including a light source device of the present invention as viewed from the main scanning direction. Note that the holding parts of each optical element are omitted.
A
光源部12およびその周辺部の構造の詳細を説明する。光源部12は、光源1Aおよび光源1Bをアルミダイキャスト製のホルダ101A、101B(図示せず)に各々固定され、各ホルダは裏側よりネジをとおして共通の支持部材102(図示せず)に固定される。ホルダ101A、101Bは板状部材を裏側よりネジをとおして間に光源1A、1Bを挟み込み保持する構成としても良いし、かん合穴に各々圧入する構成としても良い。
Details of the structure of the
カップリングレンズ2A、2Bは、対応する光源1A、1Bの発散光束をカップリングし、平行光束、収束光束、発散光束の任意の状態となるようにレンズ光軸方向の位置を合わせて、光源と対に支持部材102上に形成したV溝形状またはU溝形状の支持部103A、103B(図示せず)との隙間(又はレンズと支持部接触面の周りの隙間)にUV硬化接着剤を塗布し固定される。ここで、上記ホルダ101A、101Bと支持部材102は、1つの部品として一体的に形成しても良い。
The
光源部12は、支持部材上に形成された円筒部104(図示せず)を保持部材105(図示せず)の裏側よりかん合穴106に上記円筒部を係合させ、各支持部材上に形成した位置決め部を基準に当接し、保持部材105の表側よりネジをとおして固定する。ここで、支持部材102は円筒部104の中心を回転中心として回転可能とし、任意の位置にて固定する構造とする。これにより支持部材から射出する光束の配列を傾けることができる。
The
上記のように構成した保持部材105は、走査光学手段を収納する光学ハウジング108(図示せず)に組み付けられ走査光学手段に複数のビームを入射せしめる。保持部材105は、直接光学ハウジングに組み付けても良いし、ブラケットを介して組み付けても良い。
一方、光源である面発光レーザアレイの駆動回路が形成される基板109(図示せず)が支柱110(図示せず)に固定され、半導体レーザのリードをハンダづけして回路接続がなされる。
以上が光源装置の説明である。
The holding member 105 configured as described above is assembled to an optical housing 108 (not shown) that houses the scanning optical means, and allows a plurality of beams to enter the scanning optical means. The holding member 105 may be assembled directly to the optical housing or may be assembled via a bracket.
On the other hand, a substrate 109 (not shown) on which a driving circuit of a surface emitting laser array as a light source is formed is fixed to a support 110 (not shown), and a semiconductor laser lead is soldered to make a circuit connection.
The above is the description of the light source device.
光源部12において、光源1Aから射出した複数の光束は、開口絞り3Aにより光束幅を規制され、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ5(第2結像光学系)により偏向器6(ポリゴンスキャナ)の偏向反射面6A近傍に主走査方向に長い線状に集光される。
In the
偏向器6は回転軸6Bを軸として等角速度で回転しており、入射光束を等角速度的に偏向する。偏向器6と被走査媒体9との間に、第3結像光学系7(走査光学系:図中では2枚レンズ構成であるが、枚数は問わず、また反射光学系で構成しても、組み合わせて構成しても良い)を配置し、偏向反射面6Aにより偏向された光束8Aは被走査媒体9上に光スポット10Aを形成する。実際には、光源1Aは面発光レーザアレイから構成されるため、複数本の光束が同時に偏向反射面6Aにより偏向され、複数個の光スポットを被走査媒体上に形成するが、ここでは代表して1つの光束および光スポットでそれを示している。光スポット10Aは偏向器6の回転(図中矢印方向)によって被走査媒体9上を、図中矢印方向へ光走査する。
The
同様に、光源1Bからの射出した複数の光束は、開口絞り3Bにより光束幅を規制され、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ5(第2結像光学系)により偏向器6(ポリゴンスキャナ)の偏向反射面6A近傍に主走査方向に長い線状に集光される。ここで、開口絞り3Aと3Bは別体であっても良いし、一体に形成しても良い。
Similarly, the width of light beams emitted from the light source 1B is restricted by the
偏向反射面6Aにより偏向された光束8Bは被走査媒体9上に光スポット10Bを形成する。ここでも、光源1Bは面発光レーザアレイから構成されるため、複数本の光束が光走査されるが、上記と同様に代表して1つの光束および光スポットでそれを示している。光スポット10Bは偏向器6の回転(図中矢印方向)によって被走査媒体9上を、図中矢印方向へ光走査する。
The
光源1Aから射出した光束と、光源1Bから射出した光束は、偏向反射面6A近傍で交差するように構成する。光源1Aから射出した光束に対し、光源1Bから射出した光束は、光源1A、1Bそれぞれの射出光束の成す角φの半分の角度(φ/2)偏向器6をずらした状態で偏向走査するように構成する。そのように構成することにより、偏向反射面6Aにより反射した光源1A、1Bそれぞれから射出した光束8A、8Bは、走査光学系である第3結像光学系における光路を略同じくすることができ、それにより、被走査面上の走査光束の結像像面の倒れを低減でき、各光スポットの結像性能(像面湾曲、倍率誤差、等)の劣化を防ぐことができる。つまり、主走査平面上に投影したときに、光源部12の各光源からの複数の射出光束の中心線が偏向器の偏向反射面6A近傍で交差するように配置構成する事である。
The light beam emitted from the
光源部12は、光源1A、1Bそれぞれからの複数の射出光束の中心線(射出軸)の交差点近傍を通る、各射出軸の空間的な中心線14(又は14と略平行な軸)を回転軸として回転可能な構成とする。これにより各光源部から射出する光束の配列を傾けることができる。
The
同期検知光学系11は、偏向器6により偏向された光束を、ミラー11−3と同期検知用結像素子11−2を経た後、フォトダイオード等により構成される同期検知センサー11−1に偏向光束を導く。そして光束が同期検知センサー11−1上を通過する際に同期信号を発し、同期回路(図示せず)により演算処理され、書き込み開始信号をあるタイミングの後発信する。ここで言うあるタイミングとは、同期検知センサー11−1の検知位置から書き込み開始位置に光束が至るまでの時間である(但しこの間光源は発光していない)。
The synchronization detection
同期検知用結像素子11−2は、副走査方向にのみパワー(屈折力)を持つレンズ、主走査方向にのみパワーを持つレンズ、主副両方向にパワーを持つレンズのいずれでも良い。また、同期検知用結像素子11−2として、レンズの代わりに、パワーを持つ曲面ミラー等を用いても良い。また、同期検知用結像素子11−2を用いず、ミラー11−3に上述のようなパワーを持たせて同期検知センサー11−1に直接導くようにして、同期検知光学系11を構成しても良い。以上が光走査装置の説明である。
The synchronization detection imaging element 11-2 may be a lens having power (refractive power) only in the sub-scanning direction, a lens having power only in the main scanning direction, or a lens having power in both main and sub directions. Further, as the synchronization detection imaging element 11-2, a curved mirror having power may be used instead of the lens. In addition, the synchronization detection
図2は図1で示した光源部12を2個、光束合成手段を用いて合成し、被走査面9上を走査する光束の本数をさらに増加させた構成例である。
FIG. 2 shows a configuration example in which two
第1の光源部12において、光源1A−1から射出した複数の光束は、開口絞り3A−1により光束幅を規制され、光束合成手段であるビーム合成プリズム4を介し(透過)、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ5(第2結像光学系)により偏向器6(ポリゴンスキャナ)の偏向反射面6A近傍に主走査方向に長い線状に集光される。
In the first
光源1B−1からの射出した光束も同様で、ビーム合成プリズム4を介し(透過)、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ5(第2結像光学系)により偏向器6(ポリゴンスキャナ)の偏向反射面6A近傍に主走査方向に長い線状に集光される。
The same applies to the light beam emitted from the light source 1B-1 (through the beam combining prism 4 (transmission)), and the deflector 6 (polygon scanner) by the cylindrical lens 5 (second imaging optical system) which is a line image imaging optical system. Near the deflecting / reflecting
光源1A−1から射出した複数の射出光束の中心線と、光源1B−1から射出した複数の射出光束の中心線は、被走査面上における各光スポットの結像性能の劣化を防ぐため、偏向反射面6A近傍で交差するように構成する。
The center lines of the plurality of emitted light beams emitted from the
同様に、第2の光源部13においても、光源1A−2からの射出した光束は、開口絞り3A−2により光束幅を規制され、ビーム合成プリズム4を介し(反射)、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ5(第2結像光学系)により偏向器6(ポリゴンスキャナ)の偏向反射面6A近傍に主走査方向に長い線状に集光される。光源1B−2からの射出した光束も同様である。
Similarly, in the second
また、光源部12と同様に、被走査面上における各光スポットの結像性能の劣化を防ぐため、光源1A−2から射出した複数の射出光束の中心線と、光源1B−2から射出した複数の射出光束の中心線は、偏向反射面6A近傍で交差するように構成する。
Similarly to the
光源部12は、光源1A−1、1B−1それぞれからの複数の射出光束の中心線(射出軸)の交差点近傍を通る、各射出軸の空間的な中心線14(又は14と略平行な軸)を回転軸として回転可能な構成とする。
The
同様に、光源部13も、光源それぞれからの複数の射出光束の中心線(射出軸)の交差点近傍を通る、各射出軸の空間的な中心線15(又は15と略平行な軸)を回転軸として回転可能な構成とする。これにより各光源部から射出する光束の配列を傾けることができる。
Similarly, the
偏向反射面6Aにより偏向された各光束は被走査媒体9上に光スポットを形成し、光スポットは偏向器6の回転(図中矢印方向)によって被走査媒体9上を、図中矢印方向へ光走査する。
Each light beam deflected by the deflecting / reflecting
光束合成手段であるビーム合成プリズム4は、偏光分離膜4Aを有し、光源部12からの射出光束は偏光分離膜4Aを透過し、光源部13からの射出光束は、偏光分離膜4Aで反射されてビーム合成プリズム4から射出する様に構成する。
The beam combining prism 4 which is a light beam combining means has a
特開平9−236763号公報(特許文献2)や特開平11−23988号公報(特許文献1)で開示されているように、従来は光源部13からの光束がビーム合成プリズム4に入射する手前に1/2波長板を配設し、各光源部からの光束の偏光分離膜4Aにおける偏光方向を90゜異ならせ、透過もしくは反射させることにより光束を合成していた。この理由は、従来光源として利用していた端面発光型の半導体レーザ(LD)は、LDの活性層に水平な方向と垂直な方向で光束の発散角が異なるため、光源であるLDの偏光方向を各光源部で90゜回転させる事ができなかったためで、以下にその説明を記す。
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-236763 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-23988 (Patent Document 1), the light flux from the
図3(a)は半導体レーザ(LD)から射出する光束の発散状態を説明する図で、半導体レーザ16内部で電子が共振しエネルギーレベルが有るレベルに達すると、活性層17aの発光点17bよりレーザ光が放射される。このレーザ光は、発光点17bにおける回折により、活性層と垂直な方向と水平な方向で放射角が異なり、強度分布は楕円状にレーザ光は放射される。
FIG. 3A is a diagram for explaining the divergence state of the light beam emitted from the semiconductor laser (LD). When the electrons resonate inside the
このため、光源であるLDを90゜回転させると、図4(a)に示すように、開口絞り23の開口径に対し、開口絞り23を照射する各光束は光束24、25の様に強度分布の楕円の方向が90゜回転してしまう。これにより、開口絞り23に対する光束24、25の関係が異なることにより、各光束の被走査面上における光スポットの光量およびビームスポット径に違いが生じ、画像品質の劣化の要因となってしまう。
Therefore, when the LD, which is the light source, is rotated by 90 °, each light beam that irradiates the
これに対し、二次元的に配設された複数の発光点を有する垂直キャビティ面発光レーザアレイ(VCSEL)は、図3(b)に示すように、面発光レーザアレイ20の基板面上に配設された発光点(21a〜21d)から、強度分布は略円形状にレーザ光は放射される。これにより、図4(b)に示すように、開口絞り23の開口径に対し、開口絞り23を照射する光束26の強度分布は略円形になるため、レーザの偏光方向により強度分布は影響を受けない。但し、発光点の位置が異なるため、図5に示すようにカップリングレンズ2から射出した各光束の主光線の方向が異なってしまう。このため、開口絞り3の配置位置によっては、各光束の開口絞りに対する照射状態に差が出てしまい、上述の各光束の被走査面上における光スポットの光量およびビームスポット径の違いが生じてしまい、画像品質の劣化の要因となる。
In contrast, a vertical cavity surface emitting laser array (VCSEL) having a plurality of light emitting points arranged two-dimensionally is arranged on the substrate surface of the surface emitting
そこで、開口絞り3をカップリングレンズの焦点位置Sに配置することにより、各光束の開口絞り3の照射状態が等しくなり、上記課題を解決することができる。
Therefore, by arranging the
二次元的に配設された複数の発光点を有する垂直キャビティ面発光レーザアレイ(VCSEL)は、偏光方向のそろったものを用いる。そうすることにより、ビーム合成プリズム4によりビームを合成することが可能になる。そして、ビーム合成プリズム4に入射する光束の偏光方向を、光束を透過させる側と反射させる側で90゜異ならせる事により、従来ビーム合成を行う場合に必要であった1/2波長板が不要になり、ビーム合成プリズムの構成を簡単にすることにより、部品のコストダウンが可能になる。 A vertical cavity surface emitting laser array (VCSEL) having a plurality of light emitting points arranged two-dimensionally has a uniform polarization direction. By doing so, the beam can be synthesized by the beam synthesis prism 4. Further, by changing the polarization direction of the light beam incident on the beam combining prism 4 by 90 ° between the light transmitting side and the light reflecting side, a half-wave plate that is conventionally required for beam combining is unnecessary. Thus, by simplifying the configuration of the beam combining prism, the cost of the parts can be reduced.
光源部12からの射出光束と光源部13からの射出光束は、偏光方向を90度ずらしているため、ビーム合成プリズム4以降の各光学素子への入射角(または反射角)に対する透過または反射特性が異なるため、被走査面上の各走査位置において照射光量に差が生じ、それにより光量むらが発生する。この光量むらは、特にカラー画像出力機においては、出力画像の濃度むらとして現れ、画像品質の劣化要因となってしまう。この光量むらを低減する方法としては、ビーム合成プリズム4の直後に1/4波長板を配置し、光束の偏光方向を45度旋回することにより低減可能である。
Since the emitted light beam from the
図6に光束合成手段であるビーム合成プリズムを用いた別の構成の光源装置の例を示す。光源部112、113は保持部材111に保持され、光源部112から光束112A、112Bが、光源部113から光束113A、113Bが射出される。光源は面発光レーザアレイから構成されるため、複数本の光束が同時に射出されるが、前記と同様にここでは代表して1つの光束で表現している。
FIG. 6 shows an example of a light source device having another configuration using a beam combining prism which is a light beam combining means. The
ビーム合成プリズム27は偏光分離膜27Bを有し、光源部112からの射出光束は偏光分離膜27Bを透過する。光源部113の面発光レーザアレイの偏光方向は、光源部112の面発光レーザアレイの偏光方向に対し90度回転した状態で組み付けられ、光源部113からの射出光束はプリズム面27Aと偏光分離膜27Bで順次反射されて、ビーム合成プリズム27から射出する様に構成する。
The
このような構成にする事により、光源部112と113は同一の平面上に配置することができるため、光源である面発光レーザアレイを駆動させるための駆動ボードを1枚構成にすることができ、構成を簡素化することが可能になる。なお、図6に示す構成は、主走査方向から見た構成としても良いし、副走査方向から見た構成としても良い。
With this configuration, the
また、このような構成にすることにより、各光源部は近接して共通の保持部材105に保持することになり、温度変動等による環境変動の影響が略等しくなり、光学特性(走査ピッチや結像位置変動)に対する影響を小さくすることができる。さらに、光源部を構成しているホルダと支持部材、光源部を共通に保持する保持部材の線膨張係数が近い材質、もしくは同一の材質を用いることにより、温度変動による各部材の伸縮の比率を略等しくし、温度変動が生じたときに歪みによる変形や、ネジ締結部で発生する応力による歪みによる変形を低減し、各光源からの射出光束の被走査面上における相対的な位置関係を維持できるようになる。 In addition, with such a configuration, each light source unit is held close to the common holding member 105, and the influence of environmental fluctuations due to temperature fluctuations and the like becomes substantially equal, and the optical characteristics (scanning pitch and connection). The influence on the image position fluctuation) can be reduced. Furthermore, by using a material having a linear expansion coefficient close to the holder and the supporting member constituting the light source unit, or a holding member that holds the light source unit in common, or the same material, the ratio of expansion and contraction of each member due to temperature fluctuations can be set. It is approximately the same, reducing deformation caused by distortion when temperature fluctuations occur and distortion caused by stress generated at the screw fastening part, and maintaining the relative positional relationship of the light flux emitted from each light source on the scanned surface. become able to.
被走査面上における、各光源から射出した光束の照射位置の構成例を図7により説明する。
図7は、光源である面発光レーザアレイからの射出光束の被走査面上における照射位置を模式的に示した図である。図7(a)は、光源1A’と1B’それぞれによる光スポットが、走査線としては交互に(千鳥に)並ぶように構成した例である。1つの光源からの射出光束の各光束の間を、別の光源からの射出光束で補完する様にした構成である。
A configuration example of the irradiation position of the light beam emitted from each light source on the surface to be scanned will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram schematically showing the irradiation position on the surface to be scanned of the luminous flux emitted from the surface emitting laser array as a light source. FIG. 7A shows an example in which the light spots by the
このような構成は、発光点同士の間隔がドループの問題やクロストークの問題により狭くすることができない場合に、上記のように光源を複数組み合わせることにより被走査面上の走査ピッチをより狭く(狭ピッチ)する事ができ、より高密度な光書き込みが可能になる。
図7(b)は、1つの光源から射出した光束に続いて、次の光源から射出した光束により被走査面上を光走査する場合の例である。
In such a configuration, when the interval between the light emitting points cannot be reduced due to a droop problem or a crosstalk problem, the scanning pitch on the surface to be scanned is made narrower by combining a plurality of light sources as described above ( (Narrow pitch) and higher density optical writing becomes possible.
FIG. 7B shows an example in which the surface to be scanned is optically scanned with the light beam emitted from the next light source following the light beam emitted from one light source.
このほかの構成例としては、飛び越し走査方式(インターレース走査方式)と呼ばれる方式がある。これは特許第2508871号公報や特許第2939813号公報に開示されているように、光束の間を複数回の走査により埋めていく方式であり、図7(a)の方式よりさらに高密度な書き込みが可能になるが、ラインデータをため込んでおくためのメモリを大量に必要とする課題も有する。 As another configuration example, there is a method called an interlaced scanning method (interlace scanning method). As disclosed in Japanese Patent No. 2508871 and Japanese Patent No. 2939813, this is a method of filling a space between light beams by a plurality of scans, and writing with higher density than the method of FIG. Although it becomes possible, there is a problem that a large amount of memory is required for storing line data.
図7の例は、光源である面発光レーザアレイを2個組み合わせた場合の例であるが、もっと多くを組み合わせる場合も上記と同様である。 The example of FIG. 7 is an example in which two surface emitting laser arrays as light sources are combined, but the same applies to the case where more are combined.
副走査方向において、光源である面発光レーザアレイの各発光点どおしの位置関係と、被走査媒体上の各光スポットの相対的な位置関係は、光源と被走査媒体との間にある結像系(図1の例ではカップリングレンズ、シリンドリカルレンズ5、第3結像光学系7)の副走査方向の合成倍率:βに応じて決定され、被走査媒体上における各走査線の走査間隔(走査ピッチ)が所望の値になるように設定される。
In the sub-scanning direction, the positional relationship between each light emitting point of the surface emitting laser array that is a light source and the relative positional relationship between each light spot on the scanned medium are between the light source and the scanned medium. The scanning magnification of the imaging system (coupling lens,
上記の実施例は、1つの光源部に光源である面発光レーザアレイとカップリングレンズ(第1結像光学系)からなる組みを2個組み合わせた場合の例であるが、さらに多くを組み合わせても良い。例えば、図6において光源部112と113のどちらか一方又は両方を3個の光源として構成しても良い。
The above embodiment is an example in the case where two sets of a surface emitting laser array as a light source and a coupling lens (first imaging optical system) are combined in one light source unit. Also good. For example, in FIG. 6, one or both of the
同様に上記の実施例は、光源装置として2つの光源部を組み合わせた場合の例であるが、さらに多くの光源部を組み合わせて光源装置を構成しても良い。また逆に、ビーム合成手段であるビーム合成プリズムにより合成される光源部の片方を、1つの光源からの光束としその他の光源部からの光束を複数の光源からの光束としても良い。 Similarly, the above embodiment is an example in which two light source units are combined as a light source device, but a light source device may be configured by combining more light source units. Conversely, one of the light source units combined by the beam combining prism as the beam combining unit may be a light beam from one light source, and a light beam from the other light source unit may be a light beam from a plurality of light sources.
このように複数の光源を用い光源部を構成し、さらに光源部を複数個組み合わせることにより、被走査媒体9上を走査する光束の数を増やすことができる。これより、本書き込み光学系を搭載する画像形成装置の出力速度の向上を図ることができる。また、逆に出力速度を変えなくて良い場合は、偏向器の回転速度の低減を図ることができ、消費電力の低減、発熱量の低減、等環境に対し配慮した書き込み光学系を構成することが可能になる。
In this way, by configuring a light source unit using a plurality of light sources and further combining a plurality of light source units, the number of light beams scanned on the scanned
図8は本発明の走査光学系が搭載される画像形成装置30を説明する図である。原稿31はコンタクトガラス32上に置かれ、ランプ33で照らされ、照射された原稿による画像はミラーでスキャナレンズブロック34へ導かれ、CCDにより画像データとして処理され、画像データ35は本発明のマルチビーム光走査装置36にデータ転送され、画像信号に基づきLDはON/OFFを繰り返し、感光体ドラム46上を光スポットが走査する。帯電器40により帯電された感光体上を光走査し静電潜像を形成し、現像器37によりトナー像として現像され、給紙トレイ38から紙が給紙ローラー39により感光体へ導かれ、転写ローラー45により転写され、定着器41により定着され、排紙ローラー44により排紙トレイ42に排出される。感光体46は除電・クリーナー43により除電およびクリーニングがなされ、再び帯電からの工程を繰り返す。
FIG. 8 is a view for explaining an
上記画像形成装置に、本発明の光源ユニット、または光走査装置を組み込むことにより、光利用効率に無駄のないマルチビーム書き込みが可能な画像形成装置を形成することができる。 By incorporating the light source unit or the optical scanning device of the present invention into the image forming apparatus, it is possible to form an image forming apparatus capable of multi-beam writing without wasteful light utilization efficiency.
また、本発明の光源ユニット、または光走査装置を、感光体ドラムを複数本並べ、カラートナーによる像を重ね合わせカラー画像を形成するカラー画像形成装置に組み込むことにより、高速出力が可能なカラー画像形成装置を形成することができる。 A color image capable of high-speed output can be obtained by incorporating the light source unit or the optical scanning device of the present invention into a color image forming apparatus in which a plurality of photosensitive drums are arranged and color toner images are superimposed to form a color image. A forming device can be formed.
さらに本発明の画像形成装置と電子演算装置(コンピュータ等)、画像情報通信システム(ファクシミリ等)等とをネットワークを介し接続することにより、1台の画像形成装置で複数の機器からの出力を処理することができる情報処理システムを形成することができる。また、ネットワーク上に複数の画像形成装置を接続すれば、各出力要求から各画像形成装置の状態(ジョブの混み具合、電源が入っているかどうか、故障しているかどうか等)を知ることができ、一番状態の良い(使用者の希望に一番適した)画像出力装置を選択し、出力を行うことができるようになる。 Furthermore, by connecting the image forming apparatus of the present invention to an electronic arithmetic device (computer, etc.), an image information communication system (facsimile etc.), etc. via a network, a single image forming apparatus processes the output from a plurality of devices. An information processing system that can do this can be formed. In addition, if multiple image forming devices are connected to the network, the status of each image forming device (the degree of job congestion, whether the power is on, whether it is broken, etc.) can be known from each output request. Thus, it is possible to select and output an image output device that is in the best condition (best suited to the user's wishes).
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、複数の光束により被走査媒体上を光走査するマルチビーム書き込み光学系に関することから、1つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができる。これにより、偏向器による消費電力を低減でき、発熱量も下げることができる。また、偏向器を構成するモータを小さくすることができ、材料消費の削減が図れる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, since the present invention relates to a multi-beam writing optical system that optically scans a scanned medium with a plurality of light beams, the light beams from one light emitting point are scanned on the scanned medium. The rotational speed of the deflector can be reduced compared to the case of optical scanning. Thereby, the power consumption by a deflector can be reduced and the emitted-heat amount can also be reduced. In addition, the motor constituting the deflector can be reduced, and material consumption can be reduced.
また、本発明の実施例によれば、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度を上げることができる。 Further, according to the embodiment of the present invention, the number of light beams for optical scanning on the scanned medium can be increased, and the output speed of the image forming apparatus can be increased.
また、本発明の実施例によれば、偏向反射面上における各光束の分離を小さくし、偏向反射面を小さくすることを可能とし、それにより偏向器を小さくすることができる。被走査面上の走査光束の結像像面の倒れを低減でき、各光スポットの結像性能(像面湾曲、倍率誤差、等)の劣化を防ぐことができる。 In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the separation of each light beam on the deflection reflection surface and to reduce the deflection reflection surface, thereby reducing the deflector. The tilt of the imaging image plane of the scanning light beam on the surface to be scanned can be reduced, and the deterioration of the imaging performance (field curvature, magnification error, etc.) of each light spot can be prevented.
また、本発明の実施例によれば、温度変動等による環境変動の影響が略等しくし、光学特性(走査ピッチや結像位置変動)に対する影響を小さくすることができる。 Further, according to the embodiment of the present invention, the influence of environmental fluctuations due to temperature fluctuations can be made substantially equal, and the influence on optical characteristics (scanning pitch and imaging position fluctuations) can be reduced.
また、本発明の実施例によれば、面発光レーザの利点を利用したマルチビーム光源ユニットを構成することができる。 Further, according to the embodiment of the present invention, a multi-beam light source unit utilizing the advantages of the surface emitting laser can be configured.
また、本発明の実施例によれば、1/2波長板が不要となる。 Further, according to the embodiment of the present invention, the half-wave plate is not necessary.
また、本発明の実施例によれば、マルチビーム書き込みが可能な光走査装置、画像形成装置、及びカラー画像形成装置を形成することができる。 Further, according to the embodiment of the present invention, an optical scanning device, an image forming device, and a color image forming device capable of multi-beam writing can be formed.
以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, it is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary.
本発明は、光書き込み光学系を搭載したレーザプリンタ、レーザ複写機、レーザファックス、印刷機等に適用できる。 The present invention can be applied to a laser printer, a laser copying machine, a laser fax machine, a printing machine and the like equipped with an optical writing optical system.
1A,1B 光源
2A,2B カップリングレンズ
3A,3B,23 開口絞り
4,27 ビーム合成プリズム
4A,27B 偏光分離膜
5 シリンドリカルレンズ(第2結像光学系)
6 偏向器
6A 偏向反射面
6B 回転軸
7 第3結像光学系
8A,8B,24,25 光束
9 被走査媒体
10A,10B 光スポット
11 同期検知光学系
11−1 同期検知センサー
11−2 同期検知用結像素子
11−3 ミラー
12,13 光源部
14,15 中心線
17a 活性層
17b,21a,21b,21c,21d 発光点
20 面発光レーザアレイ
27A プリズム面
30 画像形成装置
31 原稿
32 コンタクトガラス
33 ランプ
34 スキャナレンズブロック
35 画像データ
36 マルチビーム光走査装置
37 現像器
38 給紙トレイ
39 給紙ローラー
40 帯電器
41 定着器
42 排紙トレイ
43 除電・クリーナー
44 排紙ローラー
45 転写ローラー
46 感光体ドラム
111 保持部材
112,113 光源部
112A,112B,113A,113B 光束
1A,
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光源から射出した発散光束をカップリングするカップリングレンズと、
からなる組みを複数組み合わせて構成したことを特徴とする光源装置。 A light source having a two-dimensional arrangement of a plurality of light emitting points that can be modulated independently;
A coupling lens for coupling a divergent light beam emitted from the light source;
A light source device comprising a combination of a plurality of combinations.
前記各光源部より射出される光束を合成する光束合成手段により合成されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の光源装置。 A plurality of sets including the light source and the coupling lens are integrally supported via a support member, and are configured such that a plurality of emitted light beams intersect when projected onto the main scanning plane. A plurality of light source sections,
The light source device according to claim 1, wherein the light source device is configured to be combined by a light beam combining unit that combines light beams emitted from the light source units.
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