JP2006243482A - Optical scanner in image forming apparatus - Google Patents

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Hiroto Kondo
浩人 近藤
Yoshinobu Yoneima
義伸 米今
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner in an image forming apparatus which is so composed to scan a photoreceptor at a same speed via a scanning optical system of an fθ lens, a toroidal lens and others by reflecting and deflecting a plurality of light beams modulated by image data with a rotating polygon mirror, thereby a positional deviation of scanning, which is generated when a light beam guided to a sensor for detecting the begining position of scanning is not passed through all lenses of the scanning optical system for the purpose of saving space, is compensated by a simple structure. <P>SOLUTION: In the non-image region side part of some of lenses composing the scanning optical system existing in the optical path of laser light made incident to the sensor, a face form is so formed that the respective light beams are focused on the positions on one and the same line perpendicular to the moving direction of the light beams on the sensor when the incident angles of the respective light beams onto the scanning optical system on the downstream side of the rotating polygon mirror become the same, and beginning positions of scanning of the image region of the respective light beams are made exactly coincident in a main scanning direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に用いられる光走査装置に係り、特に、複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し(この偏向走査方向を主走査方向と称する)、それぞれの光ビームの感光体上における走査位置を副走査方向(主走査方向に垂直な方向)の異なった位置とすると共に、それぞれの光ビームの感光体上における画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させる機構を有した画像形成装置における光走査装置に関するものである。   The present invention relates to an optical scanning device used in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a composite machine using an electrophotographic method, and more particularly, reflects and deflects a plurality of light beams with a rotating polyhedral mirror ( The deflection scanning direction is referred to as the main scanning direction), and the scanning position of each light beam on the photosensitive member is set to a different position in the sub-scanning direction (direction perpendicular to the main scanning direction). The present invention relates to an optical scanning device in an image forming apparatus having a mechanism for precisely matching an image region scanning start position on a body in a main scanning direction.

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における感光体を露光する装置としては、回転多面体鏡を用いて光源からの画像データで変調された光ビームを反射偏向し、感光体上を走査するようにした光走査装置や、レーザダイオードをアレイ状に配列し、セルフォクレンズなどを用いて露光する形式の露光装置などが用いられている。   As an apparatus for exposing a photosensitive member in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a composite machine using an electrophotographic method, a light beam modulated by image data from a light source using a rotating polyhedral mirror is used. An optical scanning device that reflects and deflects and scans the photosensitive member, and an exposure device that uses a self-lens or the like in which laser diodes are arranged in an array are used.

このうち、回転多面体鏡を用いた光走査装置は感光体上を高速に走査することが可能であり、さらに、特許文献1に開示され、図7にその概略構成を示したように、複数(図7に示した例では2つ)の光ビーム55a、55bを回転軸58を中心に回転する回転多面体鏡57で反射偏向し、それぞれの光ビーム55a、55bの感光体60上における走査位置を、副走査方向62の異なった位置として同時に感光体60上を走査し、高速化を計るようにした光走査装置も提案されている。   Among these, the optical scanning device using the rotating polyhedral mirror is capable of scanning the photosensitive member at high speed. Further, as disclosed in Patent Document 1 and shown in FIG. The two light beams 55a and 55b in the example shown in FIG. 7 are reflected and deflected by the rotating polyhedral mirror 57 rotating around the rotation axis 58, and the scanning positions of the respective light beams 55a and 55b on the photosensitive member 60 are determined. An optical scanning device has also been proposed in which the photosensitive member 60 is simultaneously scanned at different positions in the sub-scanning direction 62 to increase the speed.

すなわち、この図7において51a、51bはレーザダイオード(以下、LDと略称する)であり、このLD51a、51bから発射された光ビーム55a、55bは、カップリングレンズ52a、52bから旋光手段としての1/2波長板53a、53bに入って偏光され、液晶素子54a、54b、シリンドリカルレンズ56を介して回転反射鏡57に結像される。そして、走査光学系(fθレンズ、トロイダルレンズなどの走査レンズ)59を経て、像担持体としてのドラム状の感光体60の周面に、前記1/2波長板53a、53bと液晶素子54a、54bとの作用によって副走査方向62の異なった位置(例えば1ドット分の間隔)にビームスポットとして結像され、光ビーム55a、55bを画像データで変調して主走査方向61の方向に走査し、感光体60上に潜像を形成するようになっている。   That is, in FIG. 7, 51a and 51b are laser diodes (hereinafter abbreviated as LDs), and light beams 55a and 55b emitted from the LDs 51a and 51b are 1 as optical rotation means from the coupling lenses 52a and 52b. / 2 Wave plates 53a and 53b enter polarized light, and are imaged on a rotary reflecting mirror 57 via liquid crystal elements 54a and 54b and a cylindrical lens 56. Then, after passing through a scanning optical system (scanning lens such as an fθ lens and a toroidal lens) 59, the half-wave plates 53 a and 53 b and the liquid crystal element 54 a are formed on the peripheral surface of a drum-shaped photosensitive member 60 as an image carrier. 54b is formed as a beam spot at a different position in the sub-scanning direction 62 (for example, an interval of one dot) by the action of 54b, and the light beams 55a and 55b are modulated with image data and scanned in the main scanning direction 61 direction. A latent image is formed on the photoconductor 60.

この光走査装置においては、光ビーム55a、55bの感光体上における画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させるため、走査光学系59を通過した光ビーム55a、55bを反射ミラー63により、回転反射鏡57から感光体60までの光路長と同一距離となる位置に設けたセンサ64に導き、このセンサ64を光ビーム55a、55bが通過した時間を基準とし、所定時間後から画像データによる感光体60への走査がおこなわれるようにしてある。   In this optical scanning device, the light beams 55 a and 55 b that have passed through the scanning optical system 59 are reflected by the reflecting mirror 63 in order to accurately match the image region scanning start position of the light beams 55 a and 55 b on the photosensitive member with the main scanning direction. Then, it is guided to a sensor 64 provided at a position that is the same distance as the optical path length from the rotary reflecting mirror 57 to the photosensitive member 60, and the image data is transmitted after a predetermined time with reference to the time when the light beams 55a and 55b pass through the sensor 64. The photosensitive member 60 is scanned by the above.

このようにすると、図10(A)に示したように、回転多面体鏡57に入射した光ビーム55aが角度θで反射され、走査光学系59、59を介して感光体60の周面に結像する光学系光軸からの距離h1は、図10(B)に示したように、回転多面体鏡57に入射した光ビーム55bが角度θで反射され、走査光学系59、59を介して感光体60の周面に結像する光学系光軸からの距離h2と同一となり、差が生じない。 In this way, as shown in FIG. 10A, the light beam 55a incident on the rotating polyhedral mirror 57 is reflected at an angle θ, and the circumferential surface of the photoconductor 60 via the scanning optical systems 59 1 and 59 2. As shown in FIG. 10B, the distance h1 from the optical axis of the optical system that forms an image is reflected by the light beam 55b incident on the rotating polyhedral mirror 57 at an angle θ, and the scanning optical systems 59 1 and 59 2 are reflected. The distance h2 from the optical axis of the optical system that forms an image on the peripheral surface of the photoconductor 60 via the gap is the same, and no difference occurs.

すなわち図11(A)に回転多面体鏡57の回転による反射点の移動状態を示したように、例え光ビーム55a、55bの回転多面体鏡57への入射角度が異なっても、回転多面体鏡57の回転角によって光ビーム55a、55bの反射角度がθで示したように同一になるときがあり、このとき、回転多面体鏡57から感光体60の周面までの距離T1(光ビーム55aの距離)とT2(光ビーム55bの距離)は異なったものとなるが、図11(B)に示したように、それぞれの光ビーム55a、55bが平行に走査光学系59に入射するから、走査光学系59、59が適切に収差補正されていれば感光体60の周面上の結像点は、光学系光軸からの距離(すなわちh1、h2)が同一になる。 That is, as shown in FIG. 11A, the reflection point is moved by the rotation of the rotating polyhedral mirror 57. Even if the incident angles of the light beams 55a and 55b to the rotating polyhedral mirror 57 are different, Depending on the rotation angle, the reflection angles of the light beams 55a and 55b may be the same as indicated by θ, and at this time, the distance T1 (distance of the light beam 55a) from the rotating polyhedral mirror 57 to the peripheral surface of the photoreceptor 60. If because T2 (distance of the light beam 55b) is becomes different, as shown in FIG. 11 (B), each of the light beams 55a, 55b is incident parallel to the scanning optical system 59 1, the scanning optical If the aberrations of the systems 59 1 and 59 2 are appropriately corrected, the imaging points on the peripheral surface of the photoreceptor 60 have the same distance from the optical axis of the optical system (that is, h1 and h2).

しかしながら、画像形成装置も高速化と共に省スペース化のために小型化が要求され、それを達成するため図8に示したように、LDからの光ビーム65をシリンドリカルレンズ66により回転多面体鏡67に結像させ、走査光学系(fθレンズ、トロイダルレンズなどの走査レンズ)68、69を通過させた後、反射ミラー70で光路を直角あるいは所定方向に曲げて感光体71に結像させ、光走査装置の全長を短くした画像形成装置も提案されている。なお、この図8に示した光走査装置も、複数の光ビーム65のそれぞれは、図7に示した光走査装置と同様、感光体71における副走査方向の異なった位置(例えば1ドット分の間隔)に結像するよう光学系が構成されている。   However, the image forming apparatus is also required to be miniaturized for speeding up and space saving, and in order to achieve this, the light beam 65 from the LD is converted into a rotating polyhedral mirror 67 by a cylindrical lens 66 as shown in FIG. After image formation and passing through scanning optical systems (scanning lenses such as fθ lenses and toroidal lenses) 68 and 69, the optical path is bent at a right angle or in a predetermined direction by a reflection mirror 70 to form an image on the photosensitive member 71, and optical scanning is performed. An image forming apparatus in which the entire length of the apparatus is shortened has also been proposed. In the optical scanning device shown in FIG. 8, each of the plurality of light beams 65 has a different position (for example, one dot) in the sub-scanning direction on the photosensitive member 71, as in the optical scanning device shown in FIG. The optical system is configured to form an image at an interval.

光走査装置をこのように構成した場合、図7において感光体上の画像領域走査開始位置を揃えるために設けたセンサ64の設置位置が制限され、走査光学系のうち、例えばfθレンズ68を通過してfθレンズ69に入射する前の光ビームを反射ミラー72で反射し、回転反射鏡67から感光体71までの光路長と同一距離となる位置に設けたセンサ73に導き、検出するようにした光学系が提案されている。   When the optical scanning device is configured in this manner, the installation position of the sensor 64 provided to align the image region scanning start position on the photosensitive member in FIG. 7 is limited, and passes through, for example, the fθ lens 68 in the scanning optical system. Then, the light beam before being incident on the fθ lens 69 is reflected by the reflection mirror 72 and guided to the sensor 73 provided at the same distance as the optical path length from the rotary reflection mirror 67 to the photoconductor 71 so as to be detected. An optical system has been proposed.

しかしながら、このように複数のレンズで構成された走査光学系68、69のうち、一方のレンズを通過させない(すなわち69を通過させない)光学系でセンサ73に光ビームを導いた場合、前記図10、図11で説明したような異なった入射角度で回転多面体鏡57に入射した光ビーム55a、55bが、感光体60の周面上における光学系光軸から同一距離に結像する原理が成り立たず、図12に示したように結像位置がΔhだけずれてしまう。   However, when the light beam is guided to the sensor 73 by an optical system that does not allow one of the scanning optical systems 68 and 69 configured by a plurality of lenses to pass through (that is, does not allow 69 to pass), FIG. The principle that the light beams 55a and 55b incident on the rotating polyhedral mirror 57 at different incident angles as described with reference to FIG. 11 form an image at the same distance from the optical axis on the peripheral surface of the photosensitive member 60 does not hold. As shown in FIG. 12, the imaging position is shifted by Δh.

すなわちこの図12に示す光学系の模式図では、説明を容易にするため図8における反射ミラー72を省略して光路が直接感光体71方向に至るよう表現しているが、レンズ68を通過した光ビームはレンズ69を通過せずにそのまま感光体71に結像するようにされているため、図11(B)に示した場合と同様レンズ68(図11(B)の59に対応)への入射角度は同じθであるが、レンズ69(図11(B)の59に対応)を通過していないために感光体71上で両者のビーム収束位置が一致せず、結像位置がΔhだけずれてしまう。 That is, in the schematic diagram of the optical system shown in FIG. 12, the reflection mirror 72 in FIG. 8 is omitted for easy explanation, and the optical path directly reaches the direction of the photoconductor 71, but it passes through the lens 68. since the light beam is adapted to form an image as it is photosensitive member 71 without passing through the lens 69, similarly to the case shown in FIG. 11 (B) lens 68 (corresponding to 59 1 of FIG. 11 (B)) While the incident angle to the same theta, does not match both the beam convergence position on the photosensitive member 71 to the lens 69 does not pass through (FIG. 11 (B) corresponds to 59 second), the imaging position Is shifted by Δh.

しかし図11(B)に示したように、画像データで変調されて走査レンズ68と69の両方を通過して感光体71に結像する光ビーム65は、前記図10で説明したようにいずれも光学系光軸から同一距離に結像し、そのため、センサ73がそれぞれの光ビームを検出してから同一時間後に画像データによる走査を開始すると、図9に示したように走査開始位置が、センサ73への光ビームの結像位置ズレΔhに相当する時間差ΔTだけずれてしまう。すなわちこの図9においてLD1、LD2は光ビームを表し、例えばLD1を基準となる光ビームとして、その光ビームLD1をセンサ73が検出した時間を0、画像データによる走査を開始する時間をTとすると、LD1、LD2のセンサ73上の結像位置が図12に示したようにΔhだけずれていた場合、LD2をセンサ73が検出する時間がΔTだけずれ、画像データによる走査を開始する時間がTとなって検出時間差ΔTだけずれるわけである。 However, as shown in FIG. 11B, the light beam 65 which is modulated by the image data and passes through both the scanning lenses 68 and 69 and forms an image on the photosensitive member 71, as described with reference to FIG. Are imaged at the same distance from the optical axis of the optical system. Therefore, when scanning by image data is started after the same time after the sensor 73 detects each light beam, the scanning start position is as shown in FIG. The time difference ΔT corresponding to the image formation position deviation Δh of the light beam to the sensor 73 is shifted. That represents LD1, LD2 is the light beam in Fig. 9, for example LD1 as a light beam as a reference, the light beam LD1 time sensor 73 detects a 0, the time to start scanning by the image data and T 2 Then, when the imaging positions of the LD1 and LD2 on the sensor 73 are shifted by Δh as shown in FIG. 12, the time for detecting the LD2 by the sensor 73 is shifted by ΔT, and the time for starting scanning with image data is started. become a T 1 is not shifted by the detection time difference ΔT.

そのため、せっかく複数の光ビームを用いて高速化を図ろうとしているにもかかわらず、光ビームによるドットの形成位置がずれ、図13に示したように主走査方向にドットが位置ズレを起こした画像が形成されることになってしまう。現在の画像形成装置における解像度は、おおむね600〜1200dpiであるが、例えば600dpiの場合1ドットが42μmとなり、位置ずれが許容される範囲はせいぜい1/8ドット分、すなわち約5.25μmとなる。これは、図8のように構成した光走査装置におけるfθレンズなどを用いた走査レンズ68、69の焦点距離を200mm、回転多面体鏡の回転数を35000rpm、回転多面体鏡の面数を6面とすると、この600dpiにおける1ドットの点灯時間は約30nsとなるから、図9におけるΔTの許容範囲は0nsから約3.75nsの間となる。   For this reason, the dot formation position by the light beam is shifted despite the attempt to increase the speed by using a plurality of light beams, and the dots are displaced in the main scanning direction as shown in FIG. An image will be formed. The resolution in the current image forming apparatus is approximately 600 to 1200 dpi. For example, in the case of 600 dpi, one dot is 42 μm, and the allowable range of displacement is 1/8 dot, that is, approximately 5.25 μm. This is because the focal length of the scanning lenses 68 and 69 using the fθ lens in the optical scanning apparatus configured as shown in FIG. 8 is 200 mm, the rotational speed of the rotating polyhedral mirror is 35000 rpm, and the number of surfaces of the rotating polyhedral mirror is 6 surfaces. Then, since the lighting time of one dot at 600 dpi is about 30 ns, the allowable range of ΔT in FIG. 9 is between 0 ns and about 3.75 ns.

特開2004−184527号公報JP 2004-184527 A

そのため本発明においては、画像データで変調した複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し、fθレンズ、トロイダルレンズなどの走査光学系を介して感光体上を等速で走査するよう構成した光走査装置において、走査開始位置検出用センサへ導く光ビームを省スペース化のため、走査光学系の全てのレンズを通過させないようにしたときに生じる走査位置ズレを、簡単な構成で補償するようにした画像形成装置における光走査装置を提供することが課題である。   For this reason, in the present invention, a plurality of light beams modulated by image data are reflected and deflected by a rotating polyhedral mirror and scanned on the photosensitive member at a constant speed via a scanning optical system such as an fθ lens and a toroidal lens. In the scanning device, in order to save the space of the light beam guided to the scanning start position detection sensor, the scanning position deviation that occurs when all the lenses of the scanning optical system are not passed is compensated with a simple configuration. It is an object to provide an optical scanning device in an image forming apparatus.

上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置における光走査装置は、
画像データで変調されてそれぞれ異なった角度で回転多面体鏡に入射し、反射偏向される複数の光源から発せられた複数の光ビームと、
複数のレンズで構成され、前記複数の光ビームを電子写真方式で画像を形成する感光体上における、回転多面体鏡による偏向方向に対して直角の方向である副走査方向の異なった位置に結像させて等速で走査させるよう構成した走査光学系と、
該走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部が走査方向上流側に存在して前記走査光学系の像面とは異なった位置に配置され、前記各光ビームを検出して各光ビームによる感光体上の画像領域走査開始位置を主走査方向に揃えるセンサとを有した画像形成装置における光走査装置において、
前記センサに入射するレーザー光の光路中に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズは、非画像領域の側部に、前記回転多面体鏡下流の走査光学系への前記各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に結像するよう面形状が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical scanning device in an image forming apparatus according to the present invention includes:
A plurality of light beams emitted from a plurality of light sources that are modulated by image data and incident on a rotating polyhedral mirror at different angles and reflected and deflected;
Consists of a plurality of lenses and images the light beams at different positions in the sub-scanning direction, which is perpendicular to the direction of deflection by the rotating polyhedral mirror, on a photoconductor that forms an image by electrophotography. Scanning optical system configured to scan at a constant speed, and
At least a part of the lenses constituting the scanning optical system exists on the upstream side in the scanning direction and is arranged at a position different from the image plane of the scanning optical system, and detects the light beams to detect the light beams. In the optical scanning device in the image forming apparatus having the sensor for aligning the image region scanning start position on the photosensitive member by the main scanning direction by
A part of the lenses constituting the scanning optical system existing in the optical path of the laser light incident on the sensor are arranged on the side of the non-image area, and the light beams to the scanning optical system downstream of the rotating polyhedral mirror A surface shape is formed so that each light beam forms an image at a position on the same straight line perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor when the incident angles are the same. .

このように、回転多面体鏡の下流に設けた走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に前記各光ビームが結像するよう、センサに入射するレーザー光の光路中に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズにおける非画像領域の側部面形状を形成することにより、例え、前記センサが前記走査光学系の像面とは異なった位置に配置されても、前記図11で説明したように、回転多面体鏡下流の走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となると各光ビームは光学系光軸から同一の距離に結像するのと同一の効果が得られるから、各光ビームの画像領域走査開始位置は主走査方向に正確に一致させることができ、簡単な構成で各光ビームの画像領域走査開始位置を一致させた画像形成装置における光走査装置を提供することができる。   As described above, when the incident angles of the respective light beams to the scanning optical system provided downstream of the rotating polyhedral mirror are the same, they are positioned on the same straight line perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor. For example, by forming a side surface shape of a non-image area in a part of the lenses constituting the scanning optical system existing in the optical path of laser light incident on the sensor so that the respective light beams are imaged, Even if the sensor is disposed at a position different from the image plane of the scanning optical system, as described with reference to FIG. 11, the incident angles of the respective light beams to the scanning optical system downstream of the rotating polyhedral mirror are the same. Since each light beam has the same effect as being formed at the same distance from the optical axis of the optical system, the image area scanning start position of each light beam can be accurately matched with the main scanning direction, and simple Image of each light beam with configuration It is possible to provide an optical scanning device in the image forming apparatus to match the frequency scanning start position.

本発明によれば、例え、走査光学系を走査光学系の像面とは異なった位置に前記各光ビームを検出するセンサを設けても、簡単な構成で、各光ビームの画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させることができ、画像形成装置を小型に、精度良く構成することができる。   According to the present invention, even if the scanning optical system is provided with a sensor for detecting each light beam at a position different from the image plane of the scanning optical system, scanning of the image area of each light beam can be started with a simple configuration. The position can be made to exactly match the main scanning direction, and the image forming apparatus can be made small and accurate.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.

図1は本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略図、図2は本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系の設計例を説明するための図、図3はその設計パラメータの一例、図4はfθ特性と主走査方向像面湾曲のうち像面速度(A)と焦点位置の主走査方向像面湾曲(B)をそれぞれ示したグラフ、図5は本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系を構成する一部のレンズの非画像領域側部に設けた、各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に結像するようにした面形状を示した図、図6はその設計パラメータの一例である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of an optical scanning device in an image forming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a design example of a scanning optical system of the optical scanning device in the image forming apparatus according to the present invention, and FIG. An example of the design parameters, FIG. 4 is a graph showing the image surface speed (A) and the main scanning direction field curvature (B) of the focal position among the fθ characteristics and the main scanning direction field curvature, and FIG. 5 shows the present invention. Each light beam provided on the side of the non-image area of a part of the lenses constituting the scanning optical system of the optical scanning device in the image forming apparatus is perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor. FIG. 6 is a diagram showing the shape of a surface that forms an image at a position on the line, and FIG. 6 shows an example of the design parameters.

図1は本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略であり、図中11、12は、画像データにより変調された光ビームを発するレーザダイオード(LD)で、このLD11、12から出た光ビームは、図示を省略しているがシリンドリカルレンズ等で回転多面体鏡10における反射面13に収束されながらそれぞれ異なった角度で入射し、反射偏向されて、fθレンズやトロイダルレンズなどの走査レンズで構成された走査光学系14、15を介し、感光体などの周面18における副走査方向(回転多面体鏡による偏向方向と直角の方向)の異なった位置(例えば1ドット分の間隔をおいた位置)を等速で走査する。なお、図1に示した光学系は一例であり、走査レンズ14、15の数なども2つだけに限らないことはあきらかである。   FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of an optical scanning device in an image forming apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numerals 11 and 12 denote laser diodes (LDs) that emit light beams modulated by image data. Although not shown, the light beam is incident on the reflection surface 13 of the rotating polyhedral mirror 10 at different angles while being converged by a cylindrical lens or the like, is reflected and deflected, and is a scanning lens such as an fθ lens or a toroidal lens. Through the scanning optical systems 14 and 15 configured as described above, different positions (for example, one dot interval) in the sub-scanning direction (direction perpendicular to the deflection direction by the rotating polyhedral mirror) on the peripheral surface 18 of the photosensitive member or the like are provided. Position) at a constant speed. Note that the optical system shown in FIG. 1 is an example, and it is obvious that the number of scanning lenses 14 and 15 is not limited to two.

そして、図8で説明したように、画像形成装置も高速化と共に省スペース化のために小型化が要求されるため、感光体などの周面18における21、22で示した画像領域走査範囲を走査する光ビームは、図示していない反射ミラー等で光路を所定方向に曲げて光走査装置の全長を短くするようにし、感光体などの周面18上の画像領域走査開始位置(例えば21)を揃えるために設けるLD11、12から出た光ビーム20を検出するセンサ17は、感光体などの周面18ではなく、例えばfθレンズ15に入射する前に反射ミラー16などで光路を曲げ、画像領域走査範囲を遮らない位置に設置してある。   As described with reference to FIG. 8, since the image forming apparatus is also required to be downsized for speeding up and space saving, the image area scanning range indicated by 21 and 22 on the peripheral surface 18 of the photosensitive member or the like is set. The scanning light beam is bent in a predetermined direction by a reflecting mirror (not shown) to shorten the entire length of the optical scanning device, and an image region scanning start position (for example, 21) on the peripheral surface 18 such as a photoconductor. The sensor 17 for detecting the light beam 20 emitted from the LDs 11 and 12 provided for aligning the light beams is not the peripheral surface 18 such as a photosensitive member, but the light path is bent by the reflecting mirror 16 before entering the fθ lens 15, for example. It is installed at a position that does not obstruct the area scanning range.

そして本発明においては、前記図11で説明したように、回転多面体鏡10の光軸方向下流側の走査光学系を構成する例えばfθレンズ14への前記LD11、12から出た各光ビームの入射角度が同一となったとき、各光ビームが前記センサ17上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるよう、センサ17の上流側に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズ14の非画像領域側部に19で示したような面形状を形成し、センサ17がLD11、12からのそれぞれの光ビーム20を検出してから同一時間後に画像データによる走査を開始(例えば21の画像領域走査開始位置)しても、走査開始位置がズレないようにしたものである。   In the present invention, as described with reference to FIG. 11, the light beams emitted from the LDs 11 and 12 are incident on, for example, the fθ lens 14 constituting the scanning optical system downstream of the rotating polyhedral mirror 10 in the optical axis direction. The scanning optical system existing on the upstream side of the sensor 17 is configured so that each light beam is positioned on the same straight line perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor 17 when the angles are the same. A surface shape as indicated by 19 is formed on the side of the non-image area of some of the lenses 14, and scanning with image data is performed after the same time after the sensor 17 detects the respective light beams 20 from the LDs 11 and 12. Even if the operation is started (for example, 21 image region scanning start position), the scanning start position is not shifted.

本発明における光走査装置の基本光学系は、構成一例の概略断面図を図2に示したように、基本光学系を構成する例えばfθレンズ14、15は、材質としてPMMAを用いて設計波長を780nm、屈折率をn=1.486169とし、設計は本特許の本質から考えて走査面内のみとして、レンズ14における図1の回転多面体鏡10の反射面13からS1面までの光軸上の距離をd0、厚さをd1、S2面からレンズ15におけるS3面までの光軸上の距離をd2、厚さをd3、S4面から感光体の周面18までの光軸上の距離をd4としたとき、次の(1)式を用い、図3の表に示した設計パラメータを用いて設計した。

Figure 2006243482
The basic optical system of the optical scanning apparatus according to the present invention has a design wavelength using, for example, PMMA as a material for the fθ lenses 14 and 15 constituting the basic optical system, as shown in FIG. 780 nm, the refractive index is n = 1.486169, and the design is only within the scanning plane in consideration of the essence of this patent, and on the optical axis from the reflecting surface 13 to the S1 surface of the rotating polyhedral mirror 10 in FIG. The distance is d0, the thickness is d1, the distance on the optical axis from the S2 surface to the S3 surface of the lens 15 is d2, the thickness is d3, and the distance on the optical axis from the S4 surface to the peripheral surface 18 of the photoreceptor is d4. Then, the following equation (1) was used to design using the design parameters shown in the table of FIG.
Figure 2006243482

そして、その走査光学系による光ビームの等速度合いを示すfθ特性と主走査方向像面湾曲のうち、像面速度(A)と焦点位置の主走査方向像面湾曲(B)とは、それぞれ図4に示したグラフのようになる。   Of the fθ characteristic indicating the constant velocity of the light beam by the scanning optical system and the main scanning direction field curvature, the image surface speed (A) and the main scanning direction field curvature (B) at the focal point are respectively The graph is as shown in FIG.

このように構成した光走査装置の基本光学系に、本発明においては前記したように、例えば前記LD11、12から出た各光ビームのfθレンズ14への入射角度が同一となったとき、各光ビームが前記センサ17上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるよう、センサ17の上流側に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズ14の非画像領域側部に19で示したような面形状を形成したもので、この面形状19の部分は図5に示したようになり、その設計パラメータの一例は、図6に示した表のようになる。   In the basic optical system of the optical scanning device thus configured, as described above in the present invention, for example, when the incident angles of the light beams emitted from the LDs 11 and 12 to the fθ lens 14 are the same, A non-image of a part of the lenses 14 constituting the scanning optical system existing on the upstream side of the sensor 17 so that the light beam is positioned on the same straight line perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor 17. A surface shape as indicated by 19 is formed on the side of the region. The surface shape 19 is as shown in FIG. 5, and an example of the design parameters is as shown in the table shown in FIG. Become.

そしてこの面形状19の部分の諸元の一例は図6の表に示した通りであり、設計は次の(2)式を用いておこなった。なお、図5に示した図では、この面形状19の部分へ入射している光ビームは3本であり、この面形状19の部分から出た光ビームは、光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線19’上の位置に結像しているものとして示してある。

Figure 2006243482
An example of specifications of the surface shape 19 is as shown in the table of FIG. 6, and the design was performed using the following equation (2). In the drawing shown in FIG. 5, there are three light beams incident on the surface shape 19 portion, and the light beams emitted from the surface shape 19 portion are in the moving direction of the light beam. It is shown that the image is formed at a position on the same vertical straight line 19 '.
Figure 2006243482

このように、回転多面体鏡10の下流に設けた走査光学系14への前記LD11、12からの各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に前記各光ビームが結像するようセンサ17の上流側に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズにおける非画像領域の側部面形状19を形成することにより、例え、前記センサ17が前記走査光学系の像面とは異なった位置に配置されても、前記図11で説明したように、回転多面体鏡下流の走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となると各光ビームは光学系光軸から同一の距離に結像するのと同一の効果が得られるから、各光ビームの画像領域走査開始位置は主走査方向に正確に一致させることができ、簡単な構成で各光ビームの画像領域走査開始位置を一致させた画像形成装置における光走査装置を提供することができる。   In this way, when the incident angles of the light beams from the LDs 11 and 12 to the scanning optical system 14 provided downstream of the rotating polyhedral mirror 10 are the same, the movement direction of the light beam on the sensor is as follows. Forming a side surface shape 19 of a non-image region in a part of the lenses constituting the scanning optical system existing on the upstream side of the sensor 17 so that each of the light beams forms an image at a vertical position on the same straight line. Thus, even if the sensor 17 is arranged at a position different from the image plane of the scanning optical system, as described in FIG. 11, each light beam is incident on the scanning optical system downstream of the rotating polyhedral mirror. If the angles are the same, each light beam has the same effect as being imaged at the same distance from the optical axis of the optical system. Therefore, the image area scanning start position of each light beam must be exactly aligned with the main scanning direction. Can be simple It is possible to provide an optical scanning device in the image forming apparatus to match the image area scanning start position of each light beam formed.

本発明によれば、画像データで変調した複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し、fθレンズ、トロイダルレンズなどの走査光学系を介して感光体上を走査するよう構成した光走査装置において、走査開始位置検出用センサへ導く光ビームを、省スペース化のため、走査光学系の全てのレンズを通過させないようにしたときに生じる走査位置ズレを簡単な構成で補償でき、画像形成装置を小型で精度良く製造することができる。   According to the present invention, in an optical scanning device configured to reflect and deflect a plurality of light beams modulated by image data by a rotating polyhedral mirror and scan the photosensitive member via a scanning optical system such as an fθ lens and a toroidal lens. In order to save space, the light beam guided to the scanning start position detection sensor can compensate for the scanning position deviation that occurs when all the lenses of the scanning optical system are not allowed to pass through with a simple configuration. Small and can be manufactured with high accuracy.

本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of an optical scanning device in an image forming apparatus according to the present invention. 本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系の設計例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of a design of the scanning optical system of the optical scanning device in the image forming apparatus which becomes this invention. 本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系設計パラメータの一例である。It is an example of the scanning optical system design parameter of the optical scanning device in the image forming apparatus according to the present invention. 本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系のfθ特性と、主走査方向像面湾曲のうち像面速度(A)と焦点位置の主走査方向像面湾曲(B)をそれぞれ示したグラフである。The fθ characteristic of the scanning optical system of the optical scanning device in the image forming apparatus according to the present invention and the image surface speed (A) and the main scanning direction field curvature (B) of the focal position in the main scanning direction field curvature are shown respectively. It is a graph. 本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系を構成する一部のレンズの非画像領域側部に設けた、各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に結像するようにした面形状を示した図である。In the image forming apparatus according to the present invention, each light beam provided on the side of the non-image area of a part of the lenses constituting the scanning optical system of the optical scanning device is perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor. It is the figure which showed the surface shape made to image in the position on the same straight line. 本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系を構成する一部のレンズの非画像領域側部に設けた面形状の設計パラメータの一例である。It is an example of the design parameter of the surface shape provided in the non-image area side part of the one part lens which comprises the scanning optical system of the optical scanning device in the image forming apparatus which becomes this invention. 複数の光ビームを用いた従来の光走査装置の構成概略図である。It is the structure schematic of the conventional optical scanning device using a several light beam. 複数の光ビームを用い、光走査装置を小型に構成するため感光体へ至る光路を反射ミラーで曲げた従来の光走査装置の構成概略図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional optical scanning device using a plurality of light beams and bending a light path leading to a photosensitive member by a reflecting mirror in order to make the optical scanning device compact. 複数の光ビームと複数のfθレンズなどで構成された走査レンズを用いた光走査装置において、全ての走査レンズを通さずにそれぞれの光ビームの通過をセンサで検出したときに生じる実際の走査位置とのずれを説明するための図である。In an optical scanning apparatus using a scanning lens composed of a plurality of light beams and a plurality of fθ lenses, etc., an actual scanning position generated when the passage of each light beam is detected by a sensor without passing through all the scanning lenses It is a figure for demonstrating deviation | shift. 複数の光ビームを用いた従来の光走査装置において、それぞれの光ビームの回転多面体鏡への入射角度が異なっても、感光体上の光学系光軸からの距離が同じになることを説明するための図である。In a conventional optical scanning device using a plurality of light beams, the distance from the optical system optical axis on the photosensitive member is the same even if the incident angles of the light beams to the rotating polyhedral mirror are different. FIG. 複数の光ビームを用いた従来の光走査装置において、(A)は、それぞれの光ビームの回転多面体鏡への入射角度が異なっても回転多面体鏡の回転により、反射角度が同一になることを説明するための図であり、(B)は、走査レンズへの入射角度が同一の平行光は、感光体上の光学系光軸からの距離が同じ位置に結像することを説明するための図である。In the conventional optical scanning device using a plurality of light beams, (A) shows that even if the incident angles of the respective light beams to the rotating polyhedral mirror are different, the reflection angle becomes the same by the rotation of the rotating polyhedral mirror. It is a figure for demonstrating, (B) is for demonstrating that the parallel light with the same incident angle to a scanning lens forms an image in the position where the distance from the optical system optical axis on a photoreceptor is the same. FIG. 複数の光ビームと複数のfθレンズなどで構成された走査レンズを用いた光走査装置において、全ての走査レンズを通さずにそれぞれの光ビームを感光体に結像させたとき、同一角度で走査レンズに入射させた光ビームが、入射位置によって感光体への光学系光軸からの距離が異なる位置へ結像することを説明するための図である。In an optical scanning device using a scanning lens composed of a plurality of light beams and a plurality of fθ lenses, scanning is performed at the same angle when each light beam is imaged on the photosensitive member without passing through all the scanning lenses. It is a figure for demonstrating that the light beam made to enter into a lens image-forms to the position from which the distance from the optical system optical axis to a photosensitive body changes with incident positions. 複数の光ビームを用いた光走査装置において、光ビームによって感光体への光学系光軸からの距離が異なる位置へ結像する場合に生じる主走査方向へのドット位置ズレを説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining dot position misalignment in the main scanning direction that occurs when an image is formed at a position where the distance from the optical axis of the optical system to the photosensitive member is different due to the light beam in the optical scanning device using a plurality of light beams. It is.

符号の説明Explanation of symbols

10 回転多面体鏡
11、12 レーザダイオード(LD)
13 反射面
14、15 走査光学系
16 反射ミラー
17 センサ
18 感光体などの周面
19 走査光学系を構成するレンズの面形状を異ならせた部分
20 LDからの光ビーム
21、22 画像領域走査範囲を走査する光ビーム
10 Rotating polyhedral mirrors 11, 12 Laser diode (LD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Reflecting surface 14, 15 Scanning optical system 16 Reflecting mirror 17 Sensor 18 Peripheral surface 19 such as a photoconductor A portion 20 having different surface shapes of lenses constituting the scanning optical system 20 Light beams 21 and 22 from the LD Image region scanning range Scanning light beam

Claims (1)

画像データで変調されてそれぞれ異なった角度で回転多面体鏡に入射し、反射偏向される複数の光源から発せられた複数の光ビームと、
複数のレンズで構成され、前記複数の光ビームを電子写真方式で画像を形成する感光体上における、回転多面体鏡による偏向方向に対して直角の方向である副走査方向の異なった位置に結像させて等速で走査させるよう構成した走査光学系と、
該走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部が走査方向上流側に存在して前記走査光学系の像面とは異なった位置に配置され、前記各光ビームを検出して各光ビームによる感光体上の画像領域走査開始位置を主走査方向に揃えるセンサとを有した画像形成装置における光走査装置において、
前記センサに入射するレーザー光の光路中に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズは、非画像領域の側部に、前記回転多面体鏡下流の走査光学系への前記各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に結像するよう面形状が形成されていることを特徴とする画像形成装置における光走査装置。
A plurality of light beams emitted from a plurality of light sources that are modulated by image data and incident on a rotating polyhedral mirror at different angles and reflected and deflected;
Consists of a plurality of lenses and images the light beams at different positions in the sub-scanning direction, which is perpendicular to the direction of deflection by the rotating polyhedral mirror, on a photoconductor that forms an image by electrophotography. Scanning optical system configured to scan at a constant speed, and
At least a part of the lenses constituting the scanning optical system exists on the upstream side in the scanning direction and is arranged at a position different from the image plane of the scanning optical system, and detects the light beams to detect the light beams. In the optical scanning device in the image forming apparatus having the sensor for aligning the image region scanning start position on the photosensitive member by the main scanning direction by
A part of the lenses constituting the scanning optical system existing in the optical path of the laser light incident on the sensor are arranged on the side of the non-image area, and the light beams to the scanning optical system downstream of the rotating polyhedral mirror A surface shape is formed so that each light beam forms an image at a position on the same straight line perpendicular to the moving direction of the light beam on the sensor when the incident angles are the same. An optical scanning device in an image forming apparatus.
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