JP2008209803A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents

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Nobuyuki Arai
伸幸 新井
Yoshiaki Hayashi
善紀 林
Daisuke Ichii
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner capable of forming a high quality image by scanning in a multibeam system using a plurality of light beams, with its cost reduced. <P>SOLUTION: A rotating polygon mirror is miniaturized by setting respective elements so that, for an example, the size of the rotating polygon mirror is minimized within an extent that a predetermined condition is satisfied while preventing the vignetting of the light beams in a main scanning direction. Thus the cost reduction of apparatus is made possible. Further, the energy consumption and the heat emission are reduced in the driving system of the rotating polygon mirror by miniaturizing the rotating polygon mirror. Accordingly, it is made possible to suppress the deterioration in various optical characteristics such as the increase in the light beam spot diameter, the nonuniformity in the scanning pitch and the variation in the beam pitch in a subscanning direction or the like, due to the variation in temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly, to an optical scanning apparatus that scans a surface to be scanned with a light beam, and an image forming apparatus including the optical scanning apparatus.

現在の光走査装置、及びそれを用いた画像形成装置においては、画像の高画質化及びフルカラー化、画像形成速度の高速化、装置の低コスト化等に対する要求が高まってきている。画像の高画質化を達成するための課題は、走査線の湾曲の低減、ビームスポット径の被走査面上でのばらつきの低減、等速特性を向上することによるビームスポットの位置ずれの低減などである。   In the current optical scanning device and an image forming apparatus using the same, there are increasing demands for high image quality and full color, high image forming speed, low cost of the apparatus, and the like. Challenges to achieve higher image quality include reduction in scan line curvature, reduction in beam spot diameter variation on the surface to be scanned, reduction in beam spot misalignment by improving constant velocity characteristics, etc. It is.

画像形成速度の高速化を達成するための課題は、複数の光ビームで同時に被走査面を走査することが可能な光走査装置の実現であり、近年では、一度に複数の走査ラインの走査が可能な、マルチビーム方式の画像形成装置が登場するに至っている。この主の画像形成装置では、光ビームを射出する光源が副走査方向にある程度の距離をもつため、走査ライン間で湾曲形状が異なってしまい、結果的に画像品質が低減してしまうという不都合がある。   The challenge for achieving higher image forming speed is the realization of an optical scanning device that can simultaneously scan the surface to be scanned with a plurality of light beams. In recent years, scanning of a plurality of scanning lines has been performed at once. Possible multi-beam image forming apparatuses have appeared. In this main image forming apparatus, since the light source that emits the light beam has a certain distance in the sub-scanning direction, the curved shape differs between the scanning lines, and as a result, the image quality is reduced. is there.

特に、複数色にそれぞれ対応する被走査面を、異なる走査光学系によって走査し、各色に対応するトナー像を重ね合わせるフルカラー対応方式の画像形成装置、例えばタンデム型画像形成装置においては、副走査方向の色ずれや、画像の濃淡の差が発生することに起因する画像品質の低下が問題となる。   In particular, in a full-color image forming apparatus that scans the scanned surfaces corresponding to a plurality of colors with different scanning optical systems and superimposes toner images corresponding to the respective colors, for example, a tandem image forming apparatus, the sub-scanning direction The problem is that the image quality deteriorates due to the occurrence of color misregistration and the difference in image density.

光ビームを射出する発光点を1つの素子上に多数形成する事が容易な垂直共振器型面発光レーザー(以下VCSELと略記)を用いることはマルチビーム化に特に有効であるが、ビーム数が増えるほど発光点が配置される領域は光軸を中心に広くなり、上述の問題は非常に大きくなる。具体的には、発光点が多いためチャンネルごとに光ビームが通る光学素子の位置が異なり、各チャンネル間の光学特性の差が大きくなることで、主走査方向又は副走査方向のビームスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの増大など様々な問題がでてくる。   The use of a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter abbreviated as VCSEL) that can easily form a large number of light emitting points for emitting a light beam on one element is particularly effective for multi-beams. As the number increases, the region where the light emitting points are arranged becomes wider around the optical axis, and the above problem becomes very large. Specifically, since there are many light emitting points, the position of the optical element through which the light beam passes differs from channel to channel, and the difference in optical characteristics between the channels increases, so that the beam spot diameter in the main scanning direction or sub-scanning direction is increased. Various problems such as an increase, unevenness in scanning pitch, and an increase in beam pitch in the sub-scanning direction arise.

更に、通常使用時には良好な画像を得ることができても、室温の変動や、連続プリントによる装置内の温度上昇などの環境変動により、装置内の光学素子の配置や形状が微小に変化し、光ビームの経路が変動することによって、光ビームの副走査方向の間隔が変動し、出力画像に色ずれが生じてしまう。この環境変動による色ずれは、高密度化及び高画質化が進む画像形成装置、特に、カラー画像形成装置においては大きな問題であり対策が必須である。そこで、この問題に対しては、例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3に記載された技術が提案されている。   In addition, even if a good image can be obtained during normal use, the arrangement and shape of the optical elements in the device change slightly due to changes in the room temperature and environmental changes such as temperature rise in the device due to continuous printing. As the path of the light beam fluctuates, the interval in the sub-scanning direction of the light beam fluctuates, causing a color shift in the output image. This color shift due to environmental fluctuations is a serious problem in image forming apparatuses, in particular color image forming apparatuses, which are increasing in density and image quality, and countermeasures are essential. Therefore, for this problem, for example, techniques described in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 have been proposed.

しかしながら、特許文献1に記載のVCSELを用いた画像形成装置では、主走査方向に最も離間した光源間の距離が、副走査方向に最も離間した光源間の距離よりも短くなっているため、装置の低コスト化、画像の超高密度化、光ビームの光量の確保等の条件を全て満足することは困難である。   However, in the image forming apparatus using the VCSEL described in Patent Document 1, the distance between the light sources that are the most separated in the main scanning direction is shorter than the distance between the light sources that are the most separated in the sub-scanning direction. It is difficult to satisfy all the conditions such as cost reduction, ultra-high image density, and securing of the light quantity of the light beam.

また、特許文献2に記載の画像形成装置は、複数の光ビームの走査光学系について、複数のシリンダミラーに対して、スキュー調整及び副走査方向の角度調整を行うことで、走査ラインの湾曲を調整し、画像の高画質化を図ることが可能な装置である。しかしながら、シリンダミラーは高価であるため、装置の低コスト化に限界がある。   In addition, the image forming apparatus described in Patent Document 2 performs skew adjustment and angle adjustment in the sub-scanning direction with respect to a plurality of cylinder mirrors in a scanning optical system of a plurality of light beams, thereby curving a scanning line. It is an apparatus that can adjust and improve the image quality. However, since the cylinder mirror is expensive, there is a limit to reducing the cost of the apparatus.

また、特許文献3には、偏向器の入射側の光学系において、回折面と屈折面とを組み合わせることにより、温度変動によるピント位置変動を低減することが可能な画像形成装置が開示されている。しかしながら、この特許文献には、同一の感光体を複数の光ビームで走査する方式における課題については言及されていない。   Patent Document 3 discloses an image forming apparatus capable of reducing a focus position variation due to a temperature variation by combining a diffractive surface and a refracting surface in an optical system on the incident side of a deflector. . However, this patent document does not mention a problem in a method of scanning the same photosensitive member with a plurality of light beams.

また、上述の特許文献1〜3には、2次元的に配列された発光点から複数の光ビームを発生させる面発光レーザ光源の適切な発光点間距離や、面発光レーザに対応する走査光学系の条件などの記述は無い。また、走査時の光量不足に起因する走査速度の低下、高価な光学素子を利用することによる装置の高コスト化、ビームスポット径の増大等の問題の解決策も開示されておらず、画像の高画質化、画像形成速度の高速化、及び装置の低コスト化等の課題はクリアできていないのが現状である。   In Patent Documents 1 to 3 described above, an appropriate distance between light emitting points of a surface emitting laser light source that generates a plurality of light beams from two-dimensionally arranged light emitting points, and scanning optics corresponding to a surface emitting laser. There is no description of system conditions. Also, there is no disclosure of solutions for problems such as a decrease in scanning speed due to insufficient light quantity during scanning, an increase in cost of the apparatus by using expensive optical elements, an increase in beam spot diameter, etc. At present, the problems such as high image quality, high image forming speed, and low cost of the apparatus have not been cleared.

特開2004−287292号公報JP 2004-287292 A 特開2005−309301号公報JP 2005-309301 A

本発明は、係る事情の下になされたもので、その第1の目的は、装置の低コスト化を図りつつ、複数の光ビームを用いるマルチビーム方式の走査により、高品質な画像を形成することが可能な光走査装置を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances. A first object of the present invention is to form a high-quality image by multi-beam scanning using a plurality of light beams while reducing the cost of the apparatus. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of performing the above.

また、本発明の第2の目的は、装置の低コスト化を図りつつ、高品質な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming a high-quality image while reducing the cost of the apparatus.

本発明は、第1の観点からすると、2次元的に配置された複数の発光点を有する光源と、前記発光点から射出された複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズを含む第1光学系と、前記カップリングレンズの焦点位置又は該焦点位置の近傍に配置されたアパーチャ部材と、複数の偏向面を有し、前記アパーチャ部材を通過した複数の光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡に偏向された前記複数の光ビームを、被走査面の書込み領域に集光する第2光学系とを備え、前記複数の光ビームで前記被走査面上の書込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置において、前記複数の発光点のうち、前記主走査方向に関して最も離間した発光点間の距離をW、前記アパーチャ部材に設けられた開口の前記主走査方向の寸法をE、前記回転多面鏡の内接円半径をA、前記回転多面鏡の前記偏向面の数をM、前記光ビームが前記偏向面に入射する入射角をα、前記書込み領域の走査開始から走査終了までの前記第2光学系の画角をφ、前記アパーチャ部材から前記回転多面鏡までの距離をx、前記カップリングレンズの焦点距離をfとしたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする光走査装置である。 According to a first aspect of the present invention, a first optical system includes a light source having a plurality of light emitting points arranged two-dimensionally and a coupling lens for coupling a plurality of light beams emitted from the light emitting points. A rotating polygon mirror having a system, an aperture member disposed at or near the focal position of the coupling lens, a plurality of deflection surfaces, and deflecting a plurality of light beams that have passed through the aperture member; A second optical system for condensing the plurality of light beams deflected by the rotary polygon mirror onto the writing area of the surface to be scanned, and main scanning the writing area on the surface to be scanned with the plurality of light beams In the optical scanning device that scans in the direction, among the plurality of light emitting points, the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is W, and the dimension in the main scanning direction of the opening provided in the aperture member is E. The inscribed circle radius of the rotary polygon mirror is A, the number of the deflection surfaces of the rotary polygon mirror is M, the incident angle at which the light beam is incident on the deflection surface is α, and from the start of scanning of the writing area to the end of scanning. When the angle of view of the second optical system is φ, the distance from the aperture member to the rotary polygon mirror is x, and the focal length of the coupling lens is f 1 , the following equation is satisfied: An optical scanning device characterized by the above.

Figure 2008209803
Figure 2008209803

これによれば、上記の条件を満足する範囲内で、例えば回転多面鏡の大きさが最小限となるように各要素を設定すれば、主走査方向における光ビームが蹴られることを回避しつつ、回転多面鏡の小型化を図ることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。また、回転多面鏡の小型化により、回転多面鏡の駆動系における消費エネルギー及び発熱量を低減することができる。したがって、温度変動による光ビームのスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの変動など各種光学特性の劣化を抑制することが可能となる。また、回転多面鏡を従来の大きさとした場合でも、被走査面を走査する画角を大きくすることができる。これにより、回転多面鏡以降の光ビームの経路を短くすることができるので、光走査装置の小型化、及び低コスト化を図ることが可能となる。   According to this, within the range that satisfies the above conditions, for example, if each element is set so that the size of the rotary polygon mirror is minimized, the light beam in the main scanning direction is avoided from being kicked. Therefore, it is possible to reduce the size of the rotary polygon mirror. As a result, the cost of the apparatus can be reduced. In addition, the downsizing of the rotary polygon mirror can reduce energy consumption and heat generation in the drive system of the rotary polygon mirror. Therefore, it is possible to suppress deterioration of various optical characteristics such as an increase in the spot diameter of the light beam due to temperature fluctuation, unevenness in scanning pitch, and fluctuation in beam pitch in the sub-scanning direction. Further, even when the rotary polygon mirror has a conventional size, the angle of view for scanning the surface to be scanned can be increased. Thereby, since the path of the light beam after the rotary polygon mirror can be shortened, it is possible to reduce the size and cost of the optical scanning device.

本発明は、第2の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と;前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus for forming an image by fixing a toner image formed based on a latent image obtained from information relating to an image to a recording medium. An optical scanning device; a photosensitive member on which a latent image is formed by the optical scanning device; a developing unit that visualizes the latent image formed on the surface to be scanned of the photosensitive member; And a transfer unit that fixes the toner image to the recording medium.

これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、装置の低コスト化を図りつつ、記録媒体に精度よく画像を形成することが可能となる。   According to this, the image forming apparatus includes the optical scanning device of the present invention. Therefore, it is possible to accurately form an image on the recording medium while reducing the cost of the apparatus.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図16に基づいて説明する。図1には、本実施形態に係る画像形成装置200の概略構成が示されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of an image forming apparatus 200 according to the present embodiment.

画像形成装置200は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙(用紙)上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置200は、図1に示されるように、光走査装置100、感光ドラム201、帯電チャージャ202、トナーカートリッジ204、クリーニングケース205、給紙トレイ206、給紙コロ207、レジストローラ対208、転写チャージャ211、定着ローラ209、排紙ローラ212、排紙トレイ210、及びこれらを収容するハウジング215などを備えている。   The image forming apparatus 200 is a printer that prints an image by transferring a toner image onto plain paper (paper) using a Carlson process. As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 200 includes an optical scanning device 100, a photosensitive drum 201, a charging charger 202, a toner cartridge 204, a cleaning case 205, a paper feeding tray 206, a paper feeding roller 207, and a registration roller pair 208. A transfer charger 211, a fixing roller 209, a paper discharge roller 212, a paper discharge tray 210, and a housing 215 for housing them.

前記ハウジング215は略直方体状で、+X側及び−X側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。   The housing 215 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and openings that communicate with the internal space are formed on the side walls on the + X side and the −X side.

前記光走査装置100は、ハウジング215の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向(図1におけるY軸方向)へ偏向することにより、感光ドラム201の表面を走査する。なお、光走査装置100の構成については後述する。   The optical scanning device 100 is disposed above the housing 215 and scans the surface of the photosensitive drum 201 by deflecting a light beam modulated based on image information in the main scanning direction (Y-axis direction in FIG. 1). To do. The configuration of the optical scanning device 100 will be described later.

前記感光ドラム201は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置100の下方にY軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図1における時計回り(図1の矢印に示される方向)に回転されている。そして、その周囲には、図1における12時(上側)の位置に帯電チャージャ202が配置され、2時の位置にトナーカートリッジ204が配置され、6時の位置に転写チャージャ211が配置され、10時の位置にクリーニングケース205が配置されている。   The photosensitive drum 201 is a cylindrical member in which a photosensitive layer having a property that becomes conductive when irradiated with a light beam on the surface thereof. The direction is arranged as a longitudinal direction, and is rotated clockwise in FIG. 1 (direction indicated by an arrow in FIG. 1) by a rotation mechanism (not shown). In the vicinity thereof, the charging charger 202 is disposed at the 12 o'clock (upper) position in FIG. 1, the toner cartridge 204 is disposed at the 2 o'clock position, and the transfer charger 211 is disposed at the 6 o'clock position. A cleaning case 205 is disposed at the hour position.

前記帯電チャージャ202は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム201の表面を所定の電圧で帯電させる。   The charging charger 202 is disposed with a predetermined clearance with respect to the surface of the photosensitive drum 201, and charges the surface of the photosensitive drum 201 with a predetermined voltage.

前記トナーカートリッジ204は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム201とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム201の表面に供給する。   The toner cartridge 204 includes a cartridge main body filled with toner, a developing roller charged with a voltage having a polarity opposite to that of the photosensitive drum 201, and the toner charged in the cartridge main body via the developing roller. Supply to the surface.

前記クリーニングケース205は、Y軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム201の表面に接するように配置されている。感光ドラム201の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム201の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース205の内部に回収される。   The cleaning case 205 includes a rectangular cleaning blade whose longitudinal direction is the Y-axis direction, and is disposed so that one end of the cleaning blade is in contact with the surface of the photosensitive drum 201. The toner adsorbed on the surface of the photosensitive drum 201 is peeled off by the cleaning blade as the photosensitive drum 201 rotates, and is collected in the cleaning case 205.

前記転写チャージャ211は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ202とは逆極性の電圧が印加されている。   The transfer charger 211 is arranged with a predetermined clearance with respect to the surface of the photosensitive drum 201, and a voltage having a polarity opposite to that of the charging charger 202 is applied.

前記給紙トレイ206は、ハウジング215の+X側の側壁に形成された開口から+X側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙213を複数枚収容することが可能となっている。   The paper feed tray 206 is disposed in a state where the + X side end protrudes from an opening formed in the side wall on the + X side of the housing 215 and can accommodate a plurality of sheets 213 supplied from the outside. .

前記給紙コロ207は、給紙トレイ206から用紙213を1枚ずつ取り出し、1対の回転ローラから構成されるレジストローラ対208を介して、感光ドラム201と転写チャージャ211によって形成される隙間に導出する。   The sheet feeding roller 207 takes out the sheets 213 one by one from the sheet feeding tray 206, and enters a gap formed by the photosensitive drum 201 and the transfer charger 211 via a registration roller pair 208 including a pair of rotating rollers. To derive.

前記定着ローラ209は、1対の回転ローラから構成され、用紙61を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ212へ導出する。   The fixing roller 209 is composed of a pair of rotating rollers, overheats and pressurizes the paper 61, and guides it to the paper discharge roller 212.

前記排紙ローラ212は、1対の回転ローラなどから構成され、ハウジング215の−X側の側壁に形成された開口から−X側端が突出した状態で配置された排紙トレイ210に対し、定着ローラ209から送られる用紙213を順次スタックする。   The paper discharge roller 212 is composed of a pair of rotating rollers and the like, and with respect to the paper discharge tray 210 disposed with the −X side end protruding from the opening formed in the −X side side wall of the housing 215, The sheets 213 sent from the fixing roller 209 are sequentially stacked.

次に、光走査装置100の構成について説明する。図2は光走査装置100の概略構成を示す図である。図2に示されるように、光走査装置100は、光源10と、光源10から左斜め下70度の方向に順次配列された、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12、線像形成レンズ13、及びポリゴンミラー15と、該ポリゴンミラー15の+X側に順次配置された第1走査レンズ16、及び第2走査レンズ17と、第2走査レンズ17を通過した光ビーム反射して感光ドラム201へ導く反射ミラー18とを備えている。以下、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12、線像形成レンズ13、及びポリゴンミラー15の配列方向をx軸方向とする座標系を定義し、適宜この座標系に基づく説明を行う。   Next, the configuration of the optical scanning device 100 will be described. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the optical scanning device 100. As shown in FIG. 2, the optical scanning device 100 includes a light source 10, a coupling lens 11, an aperture member 12, a line image forming lens 13, The polygon mirror 15, the first scanning lens 16 and the second scanning lens 17 that are sequentially arranged on the + X side of the polygon mirror 15, and the light beam that has passed through the second scanning lens 17 is reflected and guided to the photosensitive drum 201. And a mirror 18. Hereinafter, a coordinate system in which the arrangement direction of the coupling lens 11, the aperture member 12, the line image forming lens 13, and the polygon mirror 15 is defined as the x-axis direction is defined, and an explanation based on this coordinate system will be given as appropriate.

前記光源10は、発光点として例えばVCSELが2次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、図3に示されるように、発光面(−x側の面)上に、40のVCSELが、y軸と角度θ1をなす直線L1と平行な方向を行方向とし、z軸と平行な方向を列方向とする4行10列のマトリクス状に配置されている。また、各VCSELは、ニア・フィールド・パターンの直径が4μmであり、波長が780nmの光ビームが、主走査方向及び副走査方向の発散角を7±1度としてそれぞれ射出される。また、本実施形態では、行間隔Dzは25.0μmで、列間隔Dyは30.0μmとなっており、各VCSELのZ軸方向(副走査方向)に関し隣り合うVCSELの間隔dzは2.5μm(4800dpi時)となっている。   The light source 10 is a surface-emitting type semiconductor laser array in which, for example, VCSELs are two-dimensionally arranged as light emitting points. As shown in FIG. 3, 40 VCSELs on the light emitting surface (the surface on the −x side) They are arranged in a matrix of 4 rows and 10 columns with the direction parallel to the straight line L1 forming an angle θ1 with the y axis as the row direction and the direction parallel to the z axis as the column direction. Each VCSEL has a near-field pattern diameter of 4 μm, and a light beam having a wavelength of 780 nm is emitted with a divergence angle of 7 ± 1 degrees in the main scanning direction and the sub-scanning direction. In this embodiment, the row interval Dz is 25.0 μm, the column interval Dy is 30.0 μm, and the interval dz between adjacent VCSELs in the Z-axis direction (sub-scanning direction) of each VCSEL is 2.5 μm. (At 4800 dpi).

前記カップリングレンズ11は、焦点距離が47.7mmのレンズであり、光源10からの光ビームを射出側の焦点位置でカップリングする。   The coupling lens 11 is a lens having a focal length of 47.7 mm, and couples the light beam from the light source 10 at the focal position on the emission side.

前記アパーチャ部材12は、y軸方向(主走査方向)の大きさが5.44mm、z軸方向(副走査方向)の大きさが2.10mmの矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ11の焦点位置近傍に位置するように配置されている。   The aperture member 12 has a rectangular or elliptical opening having a size in the y-axis direction (main scanning direction) of 5.44 mm and a size in the z-axis direction (sub-scanning direction) of 2.10 mm. It arrange | positions so that an aperture center may be located in the focus position vicinity of the coupling lens 11. FIG.

前記線像形成レンズ13は、焦点距離が107.0mmのシリンドリカルレンズであり、アパーチャ部材12を通過した光ビームを、ポリゴンミラー15の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。   The line image forming lens 13 is a cylindrical lens having a focal length of 107.0 mm, and forms an image of the light beam that has passed through the aperture member 12 in the vicinity of the reflecting surface of the polygon mirror 15 in the sub-scanning direction.

前記ポリゴンミラー15は、上面が半径7mmの円に内接する正方形である4角柱状の部材である。このポリゴンミラー15の4つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、Z軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー15に入射した光ビームはY軸方向に偏向(走査)される。   The polygon mirror 15 is a quadrangular prism-shaped member whose upper surface is a square inscribed in a circle having a radius of 7 mm. Deflection surfaces are formed on the four side surfaces of the polygon mirror 15, and are rotated at a constant angular velocity around an axis parallel to the Z axis by a rotation mechanism (not shown). As a result, the light beam incident on the polygon mirror 15 is deflected (scanned) in the Y-axis direction.

前記第1走査レンズ16、及び前記第2走査レンズ17は、それぞれ中心(光軸上)の肉厚が13.5mm、及び3.5mmの、例えば樹脂製の走査レンズであり、これらの光学面形状は、次式(1)、及び次式(2)で示される関数で表される。ただし、Yは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、Rmはレンズの曲率半径であり、a00,a01,a02,…は主走査形状の非球面係数であり、RS0は副走査方向の光軸上の曲率であり、b00,b01,b02,…は副走査形状の非球面係数である。また、各係数の値は次表1に示される通りである。 The first scanning lens 16 and the second scanning lens 17 are, for example, resin-made scanning lenses having thicknesses of 13.5 mm and 3.5 mm at the center (on the optical axis), and their optical surfaces. The shape is represented by a function represented by the following formula (1) and the following formula (2). Where Y is the coordinate in the main scanning direction with the optical axis position as the origin, Rm is the radius of curvature of the lens, a 00 , a 01 , a 02 ,... Are the aspherical coefficients of the main scanning shape, and R S0 is the curvature on the optical axis in the sub-scanning direction, and b 00 , b 01 , b 02 ,... Are aspherical coefficients of the sub-scanning shape. The values of the coefficients are as shown in Table 1 below.

Figure 2008209803
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図4(A)は、式(2)で示される、第1走査レンズ16の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示しており、図4(A)に点線で示される曲線は入射面L1R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L1R2の光学面形状を示している。また、図4(B)は、式(2)で示される、第2走査レンズ17の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示しており、図4(B)に点線で示される曲線は入射面L2R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L2R2の光学面形状を示している。   FIG. 4A shows a function Cs (Y) for each lens height of the curvature in the sub-scanning direction of the first scanning lens 16 represented by Expression (2), and is shown by a dotted line in FIG. 4A. The curved line indicates the optical surface shape of the entrance surface L1R1, and the curve indicated by the solid line indicates the optical surface shape of the exit surface L1R2. FIG. 4B shows a function Cs (Y) for each lens height of the curvature in the sub-scanning direction of the second scanning lens 17 shown by the equation (2). The dotted line in FIG. The curve indicated by indicates the optical surface shape of the entrance surface L2R1, and the curve indicated by the solid line indicates the optical surface shape of the exit surface L2R2.

また、図5(A)は、式(2)で示される、第1走査レンズ16の主走査断面内の形状を示しており、図5(A)に点線で示される曲線は入射面L1R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L1R2の光学面形状を示している。また、図5(B)は、第2走査レンズ17の主走査断面内の形状を示しており、図5(B)に点線で示される曲線は入射面L2R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L2R2の光学面形状を示している。なお、縦軸は光軸方向の座標X、横軸はレンズ高さを示し、光軸とは特に断らない限りは、式(2)において、Y=0としたときの副走査方向において、中央の点を通る軸をいうものとする。   FIG. 5A shows the shape of the first scanning lens 16 in the main scanning section shown by the equation (2), and the curve shown by the dotted line in FIG. 5A is the incident surface L1R1. The optical surface shape is shown, and the curve indicated by the solid line shows the optical surface shape of the exit surface L1R2. FIG. 5B shows the shape of the second scanning lens 17 in the main scanning section, and the curve shown by the dotted line in FIG. 5B shows the optical surface shape of the incident surface L2R1, and is a solid line. The curve shown shows the optical surface shape of the exit surface L2R2. The vertical axis indicates the coordinate X in the optical axis direction, the horizontal axis indicates the lens height, and the center in the sub-scanning direction when Y = 0 in Equation (2) unless otherwise specified. The axis that passes through the point.

なお、図2に示される各素子間の光学的距離d1、d3、d4、d6、d7、d9、d11及び各素子の光軸方向の大きさd2、d5、d8、d10は次表2に示される通りであり、光走査装置100に含まれる光学系全系の副走査方向の横倍率は2.18倍、ポリゴンミラー15より被走査面側の光学系のみの副走査倍率は−0.97倍となっている。そして、光走査装置100では、被走査面上でのビームスポット径の狙いとして、主走査方向で52μm、副走査方向で55μmに設定されている。また、書込み領域は、図2示される点Oを中心として、主走査方向(Y軸方向)へ±161.5mmの範囲となっており、この範囲を走査するときのポリゴンミラー15の回転角(画角)は36度で、画角は72度となっている。なお、点Oは、図2においてポリゴンミラー15の回転中心を通りX軸に平行な直線と感光ドラム201の被走査面が交わる点である。   The optical distances d1, d3, d4, d6, d7, d9, d11 between the elements shown in FIG. 2 and the sizes d2, d5, d8, d10 of each element in the optical axis direction are shown in Table 2 below. The horizontal magnification in the sub-scanning direction of the entire optical system included in the optical scanning device 100 is 2.18 times, and the sub-scanning magnification of only the optical system on the scanning surface side from the polygon mirror 15 is -0.97. It has doubled. In the optical scanning device 100, the aim of the beam spot diameter on the surface to be scanned is set to 52 μm in the main scanning direction and 55 μm in the sub-scanning direction. The writing area has a range of ± 161.5 mm in the main scanning direction (Y-axis direction) with the point O shown in FIG. 2 as the center, and the rotation angle of the polygon mirror 15 when scanning this range ( The angle of view is 36 degrees and the angle of view is 72 degrees. Note that point O is a point where a straight line passing through the rotation center of the polygon mirror 15 and parallel to the X axis in FIG. 2 intersects the surface to be scanned of the photosensitive drum 201.

Figure 2008209803
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次に、上述のように構成された画像形成装置200の動作について説明する。上位装置から画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置100が駆動され、光源ユニット70からは、画像情報に基づいて変調された40本の光ビームが射出される。これらの光ビームは、カップリングレンズ11によって略平行光に成形された後に、アパーチャ部材12を通過する。   Next, the operation of the image forming apparatus 200 configured as described above will be described. When image information is received from the host device, the optical scanning device 100 is driven by the modulation data based on the image information, and 40 light beams modulated based on the image information are emitted from the light source unit 70. These light beams are formed into substantially parallel light by the coupling lens 11 and then pass through the aperture member 12.

アパーチャ部材12を通過した各光ビームは、線像形成レンズ13によりポリゴンミラー15の偏向面に集光されると、ポリゴンミラー15によってY軸方向に偏向され、第1走査レンズ16及び第2走査レンズ17によって光ビームのスポットの主走査方向の移動速度等が調整されたのち、反射ミラー18を介して感光ドラム201の表面に集光される。   When each light beam that has passed through the aperture member 12 is condensed on the deflection surface of the polygon mirror 15 by the line image forming lens 13, it is deflected in the Y-axis direction by the polygon mirror 15, and the first scanning lens 16 and the second scanning are performed. After the moving speed of the light beam spot in the main scanning direction is adjusted by the lens 17, the light is condensed on the surface of the photosensitive drum 201 via the reflection mirror 18.

感光ドラム201の表面は、帯電チャージャ202によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー15により偏向された光ビームにより、感光ドラム201が走査されると、光ビームを照射したところの感光層においてキャリア(電荷)が生成され、その部分では電荷移動がおこり電位が低下する。したがって、図1の矢印の方向に回転している感光ドラム201が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、表面に電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。   The surface of the photosensitive drum 201 is charged with a predetermined voltage by the charging charger 202, so that charges are distributed at a constant charge density. Then, when the photosensitive drum 201 is scanned by the light beam deflected by the polygon mirror 15, carriers (charges) are generated in the photosensitive layer irradiated with the light beam, and charge movement occurs in that portion and the potential is lowered. To do. Accordingly, the photosensitive drum 201 rotating in the direction of the arrow in FIG. 1 is scanned with a light beam modulated based on image information, thereby forming an electrostatic latent image defined by the charge distribution on the surface. Is done.

感光ドラム201の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ203の現像ローラにより、感光ドラム201それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ203の現像ローラは感光ドラム201と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム201と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム201の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム201の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙213に付着された後、定着ローラ209により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙213は、排紙ローラ212により排紙され、順次排紙トレイ210にスタックされる。   When an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 201, toner is supplied to the surface of each photosensitive drum 201 by the developing roller of the toner cartridge 203. At this time, since the developing roller of the toner cartridge 203 is charged with a voltage having a polarity opposite to that of the photosensitive drum 201, the toner attached to the developing roller is charged with the same polarity as that of the photosensitive drum 201. Therefore, no toner adheres to the portion of the surface of the photosensitive drum 201 where the electric charges are distributed, and the toner adheres only to the scanned portion, so that the electrostatic latent image is visualized on the surface of the photosensitive drum 201. A toner image is formed. The toner image is attached to the sheet 213 by the transfer charger and then fixed by the fixing roller 209 to form an image on the sheet. The paper 213 on which the image is formed in this manner is discharged by the paper discharge roller 212 and sequentially stacked on the paper discharge tray 210.

本実施形態に係る光走査装置100においては、ポリゴンミラー15に入射する光ビームから見たときの、ポリゴンミラー15に対する余裕幅δは、光源10の主走査方向に最も離間した発光点間距離をW(=270μm)、アパーチャ部材12に設けられた開口の主走査方向の大きさをE(=5.44mm)、ポリゴンミラー15の内接円半径をA(=7mm)、ポリゴンミラー15の偏光面の数をM(=4)、ポリゴンミラー15に光ビームが入射する入射角をα(=70度)、書き込み領域を走査するときの画角をφ(=72度)、アパーチャ部材12からポリゴンミラー15の偏光面までの距離をx(=61mm)、カップリングレンズ11の焦点距離をf(=47.7mm)としたとき、次式(3)で表現することができる。そして、本実施形態では、余裕幅δは0.93となり、零より大きくなっている。 In the optical scanning device 100 according to the present embodiment, the margin width δ with respect to the polygon mirror 15 when viewed from the light beam incident on the polygon mirror 15 is the distance between the light emitting points most distant in the main scanning direction of the light source 10. W (= 270 μm), the size of the aperture provided in the aperture member 12 in the main scanning direction is E (= 5.44 mm), the inscribed circle radius of the polygon mirror 15 is A (= 7 mm), and the polarization of the polygon mirror 15 The number of surfaces is M (= 4), the incident angle at which the light beam enters the polygon mirror 15 is α (= 70 degrees), the angle of view when scanning the writing area is φ (= 72 degrees), and the aperture member 12 When the distance to the polarization plane of the polygon mirror 15 is x (= 61 mm) and the focal length of the coupling lens 11 is f 1 (= 47.7 mm), it can be expressed by the following equation (3). In this embodiment, the margin width δ is 0.93, which is larger than zero.

Figure 2008209803
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式(3)で示される条件を満足する範囲内で、例えばポリゴンミラー15の大きさが最小限となるように各要素を設定すれば、主走査方向における光ビームが蹴られることを回避しつつ、ポリゴンミラー15の小型化を図ることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。また、ポリゴンミラー15の小型化により、ポリゴンミラー15の駆動系における消費エネルギー及び発熱量を低減することができる。したがって、温度変動による光ビームのスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの変動など各種光学特性の劣化を抑制することが可能となり、連続プリントにおいても高画質な画像を得ることができる。また、回転多面鏡を従来の大きさとした場合でも、被走査面を走査する画角を大きくすることができる。これにより、回転多面鏡以降の光ビームの経路を短くすることができるので、光走査装置の小型化、及び低コスト化を図ることが可能となる。   For example, if each element is set so that the size of the polygon mirror 15 is minimized within the range satisfying the condition expressed by the expression (3), the light beam in the main scanning direction is avoided from being kicked. Therefore, the polygon mirror 15 can be downsized. As a result, the cost of the apparatus can be reduced. Further, by reducing the size of the polygon mirror 15, it is possible to reduce energy consumption and heat generation in the drive system of the polygon mirror 15. Therefore, it is possible to suppress deterioration of various optical characteristics such as an increase in the spot diameter of the light beam due to temperature variation, uneven scanning pitch, and variation in beam pitch in the sub-scanning direction, and high-quality images can be obtained even in continuous printing. be able to. Further, even when the rotary polygon mirror has a conventional size, the angle of view for scanning the surface to be scanned can be increased. Thereby, since the path of the light beam after the rotary polygon mirror can be shortened, it is possible to reduce the size and cost of the optical scanning device.

なお、ポリゴンミラー15の形状以外は同一の光学系で、例えば、偏光面の数が6で内接円半径13mmのポリゴンミラーを使用した場合は、余裕幅δは−1.23となり、式(3)で示される条件を満足せず、この場合にはポリゴンミラーに入射する光ビームに蹴られが発生する。偏光面の数が6のポリゴンミラーを使用する場合は、内接円半径が18mmのものを使用すると、余裕幅δは0.37となり、式(3)で示される条件を満足し、光ビームの蹴られを回避して、各種光学特性の劣化の少ない光走査装置を得ることができる。   In the case of using the same optical system except for the shape of the polygon mirror 15 and using, for example, a polygon mirror having six polarization planes and an inscribed circle radius of 13 mm, the margin width δ is −1.23, and the formula ( The condition shown in 3) is not satisfied, and in this case, the light beam incident on the polygon mirror is kicked. When a polygon mirror having 6 polarization planes is used, if the inscribed circle radius is 18 mm, the margin width δ is 0.37, which satisfies the condition expressed by the expression (3), and the light beam Thus, an optical scanning device with little deterioration of various optical characteristics can be obtained.

なお、式(3)の第1項における、2A・tan(π/M)は反射面の主走査方向の長さを表し、COS((α+(φ/4)/2)を乗じることで、ポリゴンミラー15の偏光面の光ビームの射影の長さを表している。第3項は、回転多面鏡に入射する主走査方向の光束幅を表している。第4項は、反射面の主走査方向の中心が、1ライン走査するときの移動距離の、光ビームの入射方向から見た長さを表している。以上より、第1項から第2,3,4項を引いた値が0より大きくなることで、回転多面鏡による蹴られのない光走査装置を得ることができる。   In the first term of Equation (3), 2A · tan (π / M) represents the length of the reflecting surface in the main scanning direction and is multiplied by COS ((α + (φ / 4) / 2). This represents the length of the projection of the light beam on the polarization plane of the polygon mirror 15. The third term represents the width of the light beam in the main scanning direction incident on the rotary polygon mirror, and the fourth term represents the main length of the reflecting surface. The center in the scanning direction represents the length of the moving distance when scanning one line as viewed from the incident direction of the light beam.From the above, the value obtained by subtracting the second, third, and fourth terms from the first term. By being larger than 0, it is possible to obtain an optical scanning device that is not kicked by a rotating polygon mirror.

また、本実施形態では、光源10の発光点は、副走査方向に隣接する発光点の間隔が2.5μm(4800dpi時)の等間隔となっており、直線L1に平行な方向に配列された発光点の個数が10個で、副走査方向に配列された発光点の個数が4個となっている。そして、主走査方向において最も離れた発光点間の距離よりも副走査方向において最も離れた発光点間の距離が小さくなっている。これにより副走査方向よりも主走査方向に数多く発光点が配列されることとなり、次のような利点がある。   In the present embodiment, the light emitting points of the light source 10 are arranged in a direction parallel to the straight line L1 with the interval between the light emitting points adjacent in the sub-scanning direction being equal to 2.5 μm (at 4800 dpi). The number of light emitting points is ten, and the number of light emitting points arranged in the sub-scanning direction is four. The distance between the light emitting points farthest in the sub-scanning direction is smaller than the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction. As a result, more light emission points are arranged in the main scanning direction than in the sub-scanning direction, and the following advantages are obtained.

光源10では、主走査方向に10個の発光点を並べており、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は270μm(Dm×9)、発光点の総数は40であるため、副走査方向において最も離れた発光点間の距離は97.5μm(=d×39)である。高密度な走査を行うために副走査方向に発光点を密集させ、なおかつ素子の性能及び歩留、寿命の向上のためには、発光点の配列領域は副走査方向よりも主走査方向に長い形態にすることが望ましい。副走査方向に広い範囲に渡って発光点を配列すると、温度変化による光学性能の劣化が著しく増大する。温度変化に伴う走査レンズの膨張、屈折率の変化による光学倍率の変化によって副走査方向のドット位置ずれが起こるが、これは光学系の光軸から副走査方向に離れているほど大きくなる。また走査線間隔のばらつきの温度による影響は副走査方向に最も離れた発光点の間で最大となる。その理由は、走査光学系における副走査横倍率の差のために、光軸に対して副走査方向に+側の発光点による走査線と−側の発光点による走査線とは、曲がり方が逆方向になるからである。逆方向に曲がった走査線同士が隣接するときに発生する走査線間隔の大きな誤差は、副走査方向のドット位置ずれとなり、一走査ごとに現れるバンディングとして知覚されてしまい走査品質が劣化する原因となる。装置の低コスト化のために走査レンズを樹脂製の成形品にした場合には、ガラスよりも熱膨張や屈折率の温度変化が大きいため、この問題がさらに顕著になる。本発明では、これらの問題が効果的に改善される。   In the light source 10, ten light emitting points are arranged in the main scanning direction, the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is 270 μm (Dm × 9), and the total number of light emitting points is 40. The distance between the light emitting points farthest from each other is 97.5 μm (= d × 39). In order to perform high-density scanning, light emission points are concentrated in the sub-scanning direction, and in order to improve the performance, yield, and life of the element, the light-emitting point array region is longer in the main scanning direction than in the sub-scanning direction. It is desirable to have a form. If the light emitting points are arranged over a wide range in the sub-scanning direction, the deterioration of the optical performance due to the temperature change is remarkably increased. The dot position shift in the sub-scanning direction occurs due to the expansion of the scanning lens accompanying a change in temperature and the change in optical magnification due to the change in refractive index, but this increases as the distance from the optical axis of the optical system increases in the sub-scanning direction. Further, the influence of the variation in the scanning line interval due to the temperature becomes the maximum among the light emitting points farthest in the sub scanning direction. The reason for this is that due to the difference in sub-scanning lateral magnification in the scanning optical system, the scanning line by the + side emission point and the scanning line by the − side emission point in the sub-scanning direction with respect to the optical axis are bent. This is because the direction is reversed. A large error in the scanning line interval that occurs when scanning lines that are bent in the opposite direction are adjacent to each other is a dot position shift in the sub-scanning direction, which is perceived as banding that appears in each scanning, causing the scanning quality to deteriorate. Become. In the case where the scanning lens is made of a resin-made product in order to reduce the cost of the apparatus, this problem becomes more prominent because the thermal expansion and the temperature change of the refractive index are larger than those of glass. In the present invention, these problems are effectively improved.

図6には、光源10の変形例が示されている。なお、ここではDyは40μm、Dzは45μm、dzは4.5μm(2400dpi時)であり、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は360μm、副走査方向において最も離れた発光点間の距離は85.5mmである。したがって、2400dpi時においても、装置の低コスト化かつ高品質な光走査を実現するためには、発光点配列領域の副走査方向の幅は100μm以下とすることが望ましい。この光源を使用した場合の余裕幅δは0.81となり、ch間による光学特性の劣化や変動が少ない。   FIG. 6 shows a modification of the light source 10. Here, Dy is 40 μm, Dz is 45 μm, dz is 4.5 μm (at 2400 dpi), the distance between light emitting points farthest in the main scanning direction is 360 μm, and between light emitting points farthest in the sub scanning direction. The distance is 85.5 mm. Therefore, even at 2400 dpi, in order to realize low-cost and high-quality optical scanning of the apparatus, it is desirable that the width in the sub-scanning direction of the light emitting point array region is 100 μm or less. When this light source is used, the margin width δ is 0.81, and there is little deterioration or fluctuation in optical characteristics between channels.

次に、光学系の倍率、発光部のニア・フィールド・パターン、及びビームスポット径の関係について述べる。   Next, the relationship among the magnification of the optical system, the near field pattern of the light emitting portion, and the beam spot diameter will be described.

カップリングレンズの焦点距離が47.7mmの光学系(主走査方向の横倍率が約5.0倍、副走査方向の横倍率が2.0倍)を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係のシミュレーション結果が、図7(A)〜図10(B)に示されている。図7(A)は、主走査方向に関するニア・フィールド・パターン(Amとする)が無限小(=0)のときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図7(B)は、副走査方向に関するニア・フィールド・パターン(Asとする)が無限小(=0)のときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図8(A)は、Amが2μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図8(B)は、Asが2μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図9(A)は、Amが4μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図9(B)は、Asが4μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図10(A)は、Amが6μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図10(B)は、Asが6μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。   Beam spot diameter and defocus when using an optical system with a coupling lens focal length of 47.7 mm (horizontal magnification in the main scanning direction is approximately 5.0 times and lateral magnification in the sub-scanning direction is 2.0 times). The simulation result of the relationship with the quantity is shown in FIG. 7 (A) to FIG. 10 (B). FIG. 7A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when the near field pattern (Am) in the main scanning direction is infinitesimal (= 0), and FIG. 7B shows the sub-scanning. The beam spot diameter in the sub-scanning direction when the near field pattern (As) in the direction is infinitesimal (= 0) is shown. FIG. 8A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 2 μm, and FIG. 8B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 2 μm. 9A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 4 μm, and FIG. 9B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 4 μm. FIG. 10A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 6 μm, and FIG. 10B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 6 μm.

従来の、カップリングレンズの焦点距離が26.8mmの光学系(主走査方向の横倍率が約8.9倍、副走査方向の横倍率が4.5倍)を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係のシミュレーション結果が、図11(A)〜図14(B)に示されている。図11(A)は、Amが無限小(=0)のときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図11(B)は、Asが無限小(=0)のときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図12(A)は、Amが2μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図12(B)は、Asが2μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図13(A)は、Amが4μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図13(B)は、Asが4μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図14(A)は、Amが6μmのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図14(B)は、Asが6μmのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。   Beam spot diameter when using a conventional optical system with a coupling lens focal length of 26.8 mm (horizontal magnification in the main scanning direction is about 8.9 times and lateral magnification in the sub-scanning direction is 4.5 times) 11A to 14B show simulation results of the relationship between the distance and the defocus amount. FIG. 11A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is infinitesimal (= 0), and FIG. 11B shows the sub-scanning direction when As is infinitesimal (= 0). The beam spot diameter is shown. 12A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 2 μm, and FIG. 12B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 2 μm. 13A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 4 μm, and FIG. 13B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 4 μm. 14A shows the beam spot diameter in the main scanning direction when Am is 6 μm, and FIG. 14B shows the beam spot diameter in the sub-scanning direction when As is 6 μm.

これらの光学系で、主走査方向に関するビームスポット径の目標値を52±5μm、副走査方向に関するビームスポット径の目標値を55±5μmとし、図7(A)〜図14(B)の各図中にその境界線が破線で示されている。   In these optical systems, the target value of the beam spot diameter in the main scanning direction is 52 ± 5 μm, the target value of the beam spot diameter in the sub-scanning direction is 55 ± 5 μm, and each of FIGS. The boundary line is indicated by a broken line in the figure.

従来の光学系では、Amが2μmまでは焦点深度が十分確保されており、ビームスポット径のばらつきはあまり大きくない。しかし、Am=4μm以上では、主走査方向において焦点深度が急激に減少し、ばらつきが大きくなりやすい装置となってしまう。一方、本実施形態と同様の光学系では、Am=6まで焦点深度は確保され、ビームスポット径の増大も許容される範囲である。   In the conventional optical system, the depth of focus is sufficiently secured until Am is 2 μm, and the variation of the beam spot diameter is not so large. However, if Am = 4 μm or more, the depth of focus is drastically decreased in the main scanning direction, resulting in a device in which variation tends to increase. On the other hand, in the optical system similar to the present embodiment, the depth of focus is ensured up to Am = 6, and the increase of the beam spot diameter is allowed.

これにより、ニア・フィールド・パターンが数μm以上あるような光源に対しては、低い横倍率の光学系が必要であることがわかる。VCSELはこのような光源であるため、副走査方向に対応する方向及び主走査方向に対応する方向の少なくとも一方の方向に関して、ニア・フィールド・パターンA、走査光学系を含む光学系全体の横倍率β、被走査面上でのビームスポット径ωを用いて、次の(4)式が満足されることが望ましい。
{(ω/β・A)−1/2}−2<0.7 …(4)
Thus, it is understood that a low lateral magnification optical system is required for a light source having a near field pattern of several μm or more. Since the VCSEL is such a light source, the lateral magnification of the entire optical system including the near field pattern A and the scanning optical system in at least one of the direction corresponding to the sub-scanning direction and the direction corresponding to the main scanning direction. It is desirable that the following expression (4) is satisfied using β and the beam spot diameter ω on the surface to be scanned.
{(Ω / β · A) 2 −1/2} −2 <0.7 (4)

このことを図15を用いて説明する。図15には、デフォーカス量が0における、(β×A)=0(すなわち、A=0)のときのビームスポット径と(β×A)>0のときとのビームスポット径の差を、図7(A)〜図14(B)から求め、プロットしたものである。図15における曲線は、次の(5)式を示す曲線である。ここで、ωはA=0のときのビームスポット径であり、A≠0でのビームスポット径ωとの関係は、次の(6)式となると仮定している。 This will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows the difference between the beam spot diameter when (β × A) = 0 (ie, A = 0) and the beam spot diameter when (β × A)> 0 when the defocus amount is 0. FIG. 7 (A) to FIG. 14 (B) are obtained and plotted. The curve in FIG. 15 is a curve showing the following equation (5). Here, ω 0 is the beam spot diameter when A = 0, and it is assumed that the relationship with the beam spot diameter ω when A ≠ 0 is expressed by the following equation (6).

Figure 2008209803
Figure 2008209803

Figure 2008209803
Figure 2008209803

図15から、実際の書込光学系におけるビームスポット径の増大と、上記仮定とがよく一致していることが分かる。Aが大きさを持つために発生するビームスポット径の増大率δは、次の(7)式で示される。ただし、k=βA/ωである。 From FIG. 15, it can be seen that the increase in the beam spot diameter in the actual writing optical system agrees well with the above assumption. An increase rate δ of the beam spot diameter generated because A has a magnitude is expressed by the following equation (7). However, k = βA / ω 0 .

Figure 2008209803
Figure 2008209803

本実施形態では、主走査方向に関して、k=5.0×4÷50=0.40であり、このときδは4%程度に抑えられ、主走査方向に関するビームスポット径も52μmと殆んど変化しない。副走査方向に関しては、k=0.14となるため、さらに変化は小さく、ω=55μmに対して略変化せず55.5μmとなる。 In the present embodiment, k = 5.0 × 4 ÷ 50 = 0.40 with respect to the main scanning direction. At this time, δ is suppressed to about 4%, and the beam spot diameter in the main scanning direction is almost 52 μm. It does not change. Since k = 0.14 in the sub-scanning direction, the change is further small, and substantially no change with respect to ω 0 = 55 μm, and becomes 55.5 μm.

上記従来例では、主走査方向に関して、横倍率は8.9倍であるため、k=0.712となりω=56μmと10%以上の増大となってしまう。また、ニア・フィールド・パターンを大きくすると、例えば、A=7μmとした場合には、横倍率が5倍で目標のビームスポット径が50μmの場合、k=0.7となりω=56μmになってしまうため、これも高画質化のためには望ましくない。k=0.65(例えばβ=5、A=6.5、ω=50)であれば、ω=55μmで略10%程度の変化に留まるため、画質の劣化は許容範囲内である。 In the conventional example, since the lateral magnification is 8.9 times in the main scanning direction, k = 0.712, and ω = 56 μm, which is an increase of 10% or more. When the near field pattern is increased, for example, when A = 7 μm, when the lateral magnification is 5 and the target beam spot diameter is 50 μm, k = 0.7 and ω = 56 μm. Therefore, this is also not desirable for improving the image quality. If k = 0.65 (for example, β = 5, A = 6.5, ω 0 = 50), the change in image quality is within an allowable range because ω = 55 μm and the change is about 10%.

従って、少なくともk=βA/ω<0.7であることが望ましく、このとき実際のビームスポット径ωとの関係は、上記(7)式より、次の(8)式となる。 Therefore, it is desirable that at least k = βA / ω 0 <0.7. At this time, the relationship with the actual beam spot diameter ω is expressed by the following equation (8) from the above equation (7).

Figure 2008209803
Figure 2008209803

VCSELは1〜2mW程度しかなく、課題として光出力向上があるが、ニア・フィールド・パターンが大きい方が、これに対しては有利であることが知られている。マルチモード発振しない領域で径を大きくすることが出来、光出力増加が出来たとしても、ビームスポット径が小径化できなければ画質の向上は達成できない。そこで、上記(4)式が満たされるように設定することで、光量において有利なVCSELを用いながら、ビームスポット径の小径化を実現することができる。   The VCSEL has only about 1 to 2 mW, and there is an improvement in light output as a problem. However, it is known that a larger near field pattern is advantageous for this. Even if the diameter can be increased and the light output can be increased in a region where no multimode oscillation occurs, the image quality cannot be improved unless the beam spot diameter can be reduced. Therefore, by setting so that the above expression (4) is satisfied, the beam spot diameter can be reduced while using a VCSEL advantageous in light quantity.

また、本実施形態の光源10は、主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離が270μmで、副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離97.5μmよりも長く、光走査装置100の主走査方向の横倍率が、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きくなっている。したがって、高密度な書き込みを行う際に、副走査方向のビームピッチを所望の大きさにすることができる。以下、図16(A)及び図16(B)に基づいて説明する。   In the light source 10 of the present embodiment, the distance between the light emitting points arranged farthest in the main scanning direction is 270 μm, and the distance between the light emitting points arranged farthest in the sub scanning direction is 97.5 μm. The lateral magnification in the main scanning direction of the optical scanning device 100 is larger than the lateral magnification in the sub-scanning direction of the optical system. Therefore, when performing high-density writing, the beam pitch in the sub-scanning direction can be set to a desired size. Hereinafter, a description will be given based on FIGS. 16A and 16B.

図16(A)には、2次元配列された従来型の面発光レーザが示されている。図16(A)に示されるように、従来型の面発光レーザは、略主走査方向を列方向、副走査方向を行方向とすると、発光点としてのVCSELが8行4列のマトリクス状に配置されている。略主走査方向にNn個配列された発光点間隔をDn、副走査方向にNm個配列された発光点間隔をDmとするとき、主走査方向に最も離間した発光点間距離は(Nn−1)×Dn=3Dn(Nn=4)となり、副走査方向に最も離間した発光点間距離は(Nm−1)×Dm=7Dm(Nm=8)となり、7Dm>3Dnとなる。このとき、被走査面上における走査線間隔のピッチは、|β|×Dn/4となり、高密度対応の場合に所望のピッチを得るのが困難となる。例えば2400dpiの場合には、25.4/2400=10.6μm、4800dpiの場合には、25.4mm/4800=5.3μmとなるが、|β|×Dn/Nnをこの値と等しくする必要がある。なお、βは光走査装置100の主走査方向の横倍率である。 FIG. 16A shows a conventional surface emitting laser arranged two-dimensionally. As shown in FIG. 16A, in the conventional surface emitting laser, when the main scanning direction is substantially the column direction and the sub-scanning direction is the row direction, the VCSELs as the light emitting points are arranged in a matrix of 8 rows and 4 columns. Has been placed. When the interval between Nn light emitting points arranged substantially in the main scanning direction is Dn and the light emitting point interval arranged Nm in the sub-scanning direction is Dm, the distance between the light emitting points most distant in the main scanning direction is (Nn−1). ) × Dn = 3Dn (Nn = 4), and the distance between the light emitting points farthest in the sub-scanning direction is (Nm−1) × Dm = 7Dm (Nm = 8), and 7Dm> 3Dn. At this time, the pitch of the scanning line interval on the surface to be scanned is | β m | × Dn / 4, and it is difficult to obtain a desired pitch in the case of high density correspondence. For example, in the case of 2400 dpi, 25.4 / 2400 = 10.6 μm, and in the case of 4800 dpi, 25.4 mm / 4800 = 5.3 μm, but | β m | × Dn / Nn is made equal to this value. There is a need. Β m is a lateral magnification of the optical scanning apparatus 100 in the main scanning direction.

これを解決するための手段の1つを図16(B)を参照しつつ説明する。図16(B)に示される光源は、発光点が4行8列のマトリクス状に配置されている。従って、主走査方向に最も離れた発光点間の距離は(Nn−1)×Dn=7Dn(Nn=8)となり、副走査方向に最も離れた発光点間の距離は(Nm−1)×Dm=3Dm(Nm=4)となり、7Dn>3Dmとなる。従って、主走査方向に最も離れた発光点間の距離は副走査方向に最も離れた発光点間の距離よりも長くなっている。このとき、被走査面上の走査線間隔のピッチは|β|×Dn/7となり、従来例に比べ、高密度対応の場合に所望のピッチを得るのが容易となる。つまり、主走査方向に最も離間した発光点間の距離を、副走査方向にもっとも離間した発光点間の距離よりも長くすると高密度への対応が容易になる。 One means for solving this will be described with reference to FIG. In the light source shown in FIG. 16B, the light emitting points are arranged in a matrix of 4 rows and 8 columns. Therefore, the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is (Nn−1) × Dn = 7Dn (Nn = 8), and the distance between the light emitting points farthest in the sub scanning direction is (Nm−1) ×. Dm = 3Dm (Nm = 4), and 7Dn> 3Dm. Therefore, the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is longer than the distance between the light emitting points farthest in the sub scanning direction. At this time, the pitch of the scanning line interval on the surface to be scanned is | β m | × Dn / 7, which makes it easier to obtain a desired pitch in the case of high density support than in the conventional example. That is, if the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is set longer than the distance between the light emitting points farthest in the sub scanning direction, it is easy to cope with high density.

また、光走査装置100の副走査方向の横倍率の絶対値|β|を主走査方向の横倍率|β|よりも小さくすることで、被走査面上のピッチを小さくでき、高密度走査への対応が容易になる。なお、主走査方向に最も離間した発光点間の距離を、副走査方向に最も離間した発光点間の距離よりも短くし、|β|を小さくするという方法も考えられるが、光利用効率の低下をはじめとした様々な問題が発生する。 Further, by making the absolute value | β m | of the lateral magnification in the sub-scanning direction of the optical scanning device 100 smaller than the lateral magnification | β n | in the main scanning direction, the pitch on the surface to be scanned can be reduced and the density is high. Correspondence to scanning becomes easy. Although a method is also conceivable in which the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is made shorter than the distance between the light emitting points farthest in the sub scanning direction and | β m | Various problems occur, such as a decrease in

また、本実施形態では、光源10の発光点は、副走査方向に関して等間隔となるように、かつ直線L1に平行な方向には10個の発光点が配列され、副走査方向には4個の発光点が配列されている。このように、発光点を、副走査方向に関して等間隔となるように、かつ、主走査方向と所定の角度を成す直線L1に沿った方向へ配列された発光点の個数が副走査方向に平行な方向に配列された発光点の個数よりも多くすることで、高密度な書き込みを行う際に、副走査方向のビームピッチを所望の大きさにすることができる。   Further, in the present embodiment, the light emitting points of the light source 10 are arranged at equal intervals in the sub scanning direction, and 10 light emitting points are arranged in a direction parallel to the straight line L1, and four light emitting points are arranged in the sub scanning direction. Are arranged. In this way, the number of light emitting points arranged in the direction along the straight line L1 that forms a predetermined angle with the main scanning direction so that the light emitting points are equally spaced in the sub scanning direction is parallel to the sub scanning direction. By increasing the number of light emitting points arranged in any direction, the beam pitch in the sub-scanning direction can be set to a desired size when performing high-density writing.

また、本実施形態では、主走査方向に隣接する発光点間の距離Dy(=30μm)よりも、副走査方向の発光点間の距離Dz(=25μm)の方が小さくなっている。前述したように、被走査面上での走査線間隔をいかに小さくできるかが大きな課題である。DzがDyより小さくなるようにして、副走査方向での高密度化に影響のない主走査方向の素子間隔を広げることで、各素子間の熱干渉の影響を低減し、各素子への配線を通すために必要なスペースを確保することができる。   In this embodiment, the distance Dz (= 25 μm) between the light emitting points in the sub-scanning direction is smaller than the distance Dy (= 30 μm) between the light emitting points adjacent in the main scanning direction. As described above, how to reduce the scanning line interval on the surface to be scanned is a big problem. By making Dz smaller than Dy and widening the element spacing in the main scanning direction that does not affect the density increase in the sub-scanning direction, the influence of thermal interference between the elements is reduced, and wiring to each element is performed. The space necessary for passing through can be secured.

また、本実施形態において、第1光学系の光学素子を、回折光学面を有する光学素子とすることで、温度変動による像面湾曲の発生を低減すると共に、光学素子の低コスト化を図ることが可能となる。   In the present embodiment, the optical element of the first optical system is an optical element having a diffractive optical surface, thereby reducing the occurrence of curvature of field due to temperature fluctuations and reducing the cost of the optical element. Is possible.

回折光学効果と屈折の効果の組み合わせで、温度変化に伴うビームウエスト位置(ピント位置)変化を低減することができるが、以下のような問題がある。例えば、第1光学系の光学素子に非球面を有する樹脂製レンズを用いる場合、ポリゴンスキャナの回転による発熱や画像形成装置の定着手段により、光走査装置内で温度上昇が起こると、波長増加、屈折率低減、素子形状の膨張などが起こる。   The combination of the diffractive optical effect and the refraction effect can reduce the beam waist position (focus position) change accompanying the temperature change, but there are the following problems. For example, when a resin lens having an aspheric surface is used as the optical element of the first optical system, if the temperature rises in the optical scanning device due to heat generated by rotation of the polygon scanner or fixing means of the image forming apparatus, the wavelength increases. Refractive index reduction, element shape expansion, and the like occur.

通常の屈折面を用いる場合、波長増加等により、ビームウエスト位置が偏向手段から離れる方向(ここではプラス方向とする)に変化する。ところが、回折面は波長が長くなると、焦点距離が短くなるように変化し、温度上昇が発生した場合に、焦点距離が短くなる方向(ここではマイナス方向とする)に変化し、この変化が上記、屈折面による変動と相殺され、トータルとして温度変動時の焦点距離を低減することができる。   When a normal refracting surface is used, the beam waist position changes in a direction away from the deflecting means (here, a plus direction) due to an increase in wavelength or the like. However, the diffractive surface changes so that the focal length becomes shorter as the wavelength becomes longer. When the temperature rises, the diffractive surface changes in the direction in which the focal length becomes shorter (in this case, the negative direction). This cancels out the fluctuation caused by the refracting surface, and as a total, the focal length at the time of temperature fluctuation can be reduced.

ところで、複数ビームが回折面を通過する場合には、以下の課題がある。
1)複数ビーム間の波長差に起因する回折効率の差
2)複数ビーム間の走査線間隔を均一に保つ
3)複数ビームでのビームスポット小径化
ここで、波長差に起因する回折効率の差は回折面を1次次数で設計した場合、回折面が少なければ少ない程良く、前述したビームウエスト位置の安定化を考慮すると、複数ビームの場合、第1光学系に回折面を1面のみ設定するのが良い。例えば、中心値が780nmの半導体レーザを複数用いる場合を考えると、半導体レーザの仕様は通常780−10/+15nmとなり、最大で25nm程度の差が発生しうる。このとき、回折面が1面だけであれば、回折効率の差は0.35%となり、高画質対応の光走査装置としても許容レベル内であるが、回折面を2面用いると回折効率の差は0.7%となってしまい、高画質対応の光走査装置としても問題が発生する。また、複数ビームの場合に、波長差に起因する複数ビーム間の走査線間隔の変動、複数ビームでのビームスポット小径化の獲得のためには、第一光学系に回折面を1面のみ有するのが良い。なお、ここでは、走査レンズに樹脂製レンズを用いた場合について説明したが、第1光学系の光学素子にガラス製レンズを用いる場合にも本発明は適用可能である。
By the way, when a plurality of beams pass through the diffraction surface, there are the following problems.
1) Difference in diffraction efficiency due to wavelength difference between multiple beams
2) Keep the scanning line spacing between multiple beams uniform
3) Reduction in beam spot diameter with multiple beams Here, the difference in diffraction efficiency due to the wavelength difference is better when the diffraction surface is designed with a first order, the smaller the diffraction surface, the more stable the beam waist position described above. In consideration of the optimization, in the case of a plurality of beams, it is preferable to set only one diffraction surface in the first optical system. For example, considering the case where a plurality of semiconductor lasers having a center value of 780 nm are used, the specification of the semiconductor laser is normally 780-10 / + 15 nm, and a difference of about 25 nm at maximum may occur. At this time, if there is only one diffractive surface, the difference in diffraction efficiency is 0.35%, which is within the allowable level for an optical scanning device compatible with high image quality. The difference is 0.7%, which causes a problem as an optical scanning device compatible with high image quality. Further, in the case of a plurality of beams, the first optical system has only one diffractive surface in order to obtain fluctuations in scanning line intervals between the plurality of beams due to wavelength differences and a reduction in beam spot diameter in the plurality of beams. Is good. Here, the case where a resin lens is used as the scanning lens has been described, but the present invention can also be applied to a case where a glass lens is used as the optical element of the first optical system.

なお、上記実施形態では、走査装置100が単色の画像形成装置200に用いられる場合について説明したが、画像形成装置はカラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。   In the above embodiment, the case where the scanning device 100 is used in the single-color image forming apparatus 200 has been described. However, the image forming apparatus corresponds to a color image and may be a tandem color machine including a plurality of photosensitive drums. good.

以下、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備える多色画像形成装置1000Aについて図17(A)及び図17(B)を用いて説明する。画像形成装置1000Aは、複数の被走査面を走査露光することで複数色の画像を可視化し、該複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する装置である。   Hereinafter, a multicolor image forming apparatus 1000A that corresponds to a color image and includes a plurality of photosensitive drums will be described with reference to FIGS. 17A and 17B. The image forming apparatus 1000 </ b> A is an apparatus that visualizes a plurality of color images by scanning and exposing a plurality of scanned surfaces and superimposing the plurality of images to form a color image.

画像形成装置1000Aでは、光導電性の感光体1302a〜1302dは図中の矢印に示されるように時計回りに等速回転する。感光体1302a〜1302dの表面は、帯電装置1305によって均一に帯電され、上述の画像形成装置200と同様に感光体表面は、光走査装置1301によって走査される。この走査によって感光体1302a〜1302dに形成された静電潜像は、現像装置1303によってそれぞれトナー画像として可視化される。そして、それぞれのトナー画像は転写手段1306によって中間転写ベルト1308上に重ね合った状態で転写され、転写手段1309によってトナー像が用紙S上に定着されることでフルカラー画像が形成される。   In image forming apparatus 1000A, photoconductive photoreceptors 1302a to 1302d rotate at a constant speed in a clockwise direction as indicated by arrows in the drawing. The surfaces of the photoreceptors 1302a to 1302d are uniformly charged by the charging device 1305, and the surface of the photoreceptor is scanned by the optical scanning device 1301 similarly to the image forming apparatus 200 described above. The electrostatic latent images formed on the photoreceptors 1302a to 1302d by this scanning are visualized as toner images by the developing device 1303, respectively. Each toner image is transferred in a state of being superimposed on the intermediate transfer belt 1308 by the transfer unit 1306, and the toner image is fixed on the paper S by the transfer unit 1309, thereby forming a full color image.

なお、感光体1302a〜1302dの対応色は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKとすることができ、1302のa〜dとの対応は自由に選択し最適化することが出来る。例えば、本実施例においては、abcdの順にYMCKの色に対応させて構成している。走査品質の向上が難しい位置に対応する光走査装置や、調整などの工程を削減したい感光体に対応する光走査装置に対しては、明度の高低や視認性の高低に応じて、対応色を選択することが望ましい。例えば、光学特性の最もよくない(像面湾曲が大きい、走査線曲がりが大きい等)光学系に対応する感光体には、視認性の低い、または明度の高いイエローYを用いることが望ましい。また、感光体のサイズは、例えば、ブラックKに対応する感光体を大きくするなどして、使用頻度の高いものの耐久性を高く設定することで装置全体の安定性を向上することもできる。また、多色画像形成装置1000Aの変形例としては、図17(B)に示される多色画像形成装置1000Bのように、光走査装置を複数用いる方式を採用することもできる。   Note that the corresponding colors of the photoreceptors 1302a to 1302d can be cyan C, magenta M, yellow Y, and black K, and the correspondence with 1302a to d can be freely selected and optimized. For example, in this embodiment, it is configured to correspond to the colors of YMCK in the order of abcd. For optical scanning devices corresponding to positions where it is difficult to improve scanning quality, and optical scanning devices corresponding to photoreceptors that require reduction of adjustment processes, the corresponding colors can be selected according to the level of brightness and visibility. It is desirable to choose. For example, it is desirable to use yellow Y having low visibility or high brightness for a photoreceptor corresponding to an optical system having the worst optical characteristics (large curvature of field, large scanning line curvature, etc.). Also, the stability of the entire apparatus can be improved by setting the durability of the photoconductor that is frequently used, for example, by increasing the size of the photoconductor corresponding to black K, for example. Further, as a modification of the multicolor image forming apparatus 1000A, a system using a plurality of optical scanning devices can be adopted as in the multicolor image forming apparatus 1000B shown in FIG.

なお、上記各実施形態では、本発明の光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。   In each of the above embodiments, the case where the optical scanning device of the present invention is used in a printer has been described. However, the image forming device other than the printer, for example, a copier, a facsimile, or a multifunction machine in which these are integrated. Is preferred.

本発明の第1の実施形態に係るプリンタ200の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a printer 200 according to a first embodiment of the present invention. 光走査装置100の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical scanning device 100. FIG. 光源10を示す図である。It is a figure which shows the light source. 図4(A)は、第1走査レンズ16の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示す図であり、図4(B)は、第2走査レンズ17の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示す図である。4A is a diagram illustrating a function Cs (Y) of the first scanning lens 16 in the sub-scanning direction for each lens height, and FIG. 4B is a diagram illustrating the second scanning lens 17 in the sub-scanning direction. It is a figure showing function Cs (Y) for every lens height of curvature. 図5(A)は、第1走査レンズ16の主走査断面内の形状を示す図であり、図5(B)は、第2走査レンズ17の主走査断面内の形状を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the shape of the first scanning lens 16 in the main scanning section, and FIG. 5B is a diagram showing the shape of the second scanning lens 17 in the main scanning section. 光源10の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light source. 図7(A)及び図7(B)は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その1)である。FIGS. 7A and 7B are views (No. 1) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the same optical system as that of the present embodiment is used. 図8(A)及び図8(B)は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その2)である。FIGS. 8A and 8B are views (No. 2) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the same optical system as that of the present embodiment is used. 図9(A)及び図9(B)は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その3)である。FIGS. 9A and 9B are views (No. 3) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the same optical system as that of the present embodiment is used. 図10(A)及び図10(B)は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その4)である。FIGS. 10A and 10B are diagrams (No. 4) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the same optical system as that of the present embodiment is used. 図11(A)及び図11(B)は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その1)である。FIG. 11A and FIG. 11B are views (No. 1) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when a conventional optical system is used, respectively. 図12(A)及び図12(B)は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その2)である。FIGS. 12A and 12B are views (No. 2) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the conventional optical system is used, respectively. 図13(A)及び図13(B)は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その3)である。FIGS. 13A and 13B are views (No. 3) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when the conventional optical system is used. 図14(A)及び図14(B)は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図(その4)である。FIGS. 14A and 14B are views (No. 4) for explaining the relationship between the beam spot diameter and the defocus amount when a conventional optical system is used, respectively. デフォーカス量が0における、(β×A)=0のときのビームスポット径と(β×A)>0のときとのビームスポット径の差を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference of the beam spot diameter when a defocus amount is 0, and the beam spot diameter when ((beta) * A) = 0 and (beta * A)> 0. 図16(A)及び図16(B)は、主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離を、副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離よりも長く、光走査装置100の主走査方向の横倍率を、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きくしたときに得られる効果を説明するための図である。16A and 16B, the distance between the light emitting points arranged farthest in the main scanning direction is longer than the distance between the light emitting points arranged farthest in the sub scanning direction. FIG. 10 is a diagram for explaining an effect obtained when the lateral magnification in the main scanning direction of the optical scanning device 100 is made larger than the lateral magnification in the sub-scanning direction of the optical system. 図17(A)は、画像形成装置1000Aの概略構成を示す図であり、図17(B)は、画像形成装置1000Bの概略構成を示す図である。FIG. 17A is a diagram illustrating a schematic configuration of the image forming apparatus 1000A, and FIG. 17B is a diagram illustrating a schematic configuration of the image forming apparatus 1000B.

符号の説明Explanation of symbols

10…光源、11…カップリングレンズ、12…アパーチャ部材、13…線像形成レンズ、15…ポリゴンミラー、16…第1走査レンズ、17…第2走査レンズ、18…反射ミラー、200…画像形成装置、201…感光ドラム、202…帯電チャージャ、204…トナーカートリッジ、205…クリーニングケース、206…給紙トレイ、207…給紙コロ、208…レジストローラ対、209…定着ローラ、210…排紙トレイ、211…転写チャージャ、212…排紙ローラ、213…用紙、215…ハウジング。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light source, 11 ... Coupling lens, 12 ... Aperture member, 13 ... Line image formation lens, 15 ... Polygon mirror, 16 ... 1st scanning lens, 17 ... 2nd scanning lens, 18 ... Reflection mirror, 200 ... Image formation Device 201: Photosensitive drum 202: Charger charger 204 ... Toner cartridge 205 ... Cleaning case 206 ... Paper feed tray 207 ... Paper feed roller 208 ... Registration roller pair 209 ... Fixing roller 210 ... Paper discharge tray 211, transfer charger, 212, paper discharge roller, 213, paper, 215, housing.

Claims (7)

2次元的に配置された複数の発光点を有する光源と、前記発光点から射出された複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズを含む第1光学系と、前記カップリングレンズの焦点位置又は該焦点位置の近傍に配置されたアパーチャ部材と、複数の偏向面を有し、前記アパーチャ部材を通過した複数の光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡に偏向された前記複数の光ビームを、被走査面の書込み領域に集光する第2光学系とを備え、前記複数の光ビームで前記被走査面上の書込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置において、
前記複数の発光点のうち、前記主走査方向に関して最も離間した発光点間の距離をW、前記アパーチャ部材に設けられた開口の前記主走査方向の寸法をE、前記回転多面鏡の内接円半径をA、前記回転多面鏡の前記偏向面の数をM、前記光ビームが前記偏向面に入射する入射角をα、前記書込み領域の走査開始から走査終了までの、前記第2光学系の画角をφ、前記アパーチャ部材から前記回転多面鏡までの距離をx、前記カップリングレンズの焦点距離をfとしたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
Figure 2008209803
A light source having a plurality of light emitting points arranged two-dimensionally, a first optical system including a coupling lens for coupling a plurality of light beams emitted from the light emitting points, and a focal position of the coupling lens or An aperture member disposed in the vicinity of the focal position, a rotating polygon mirror having a plurality of deflecting surfaces and deflecting a plurality of light beams that have passed through the aperture member, and the plurality of deflected beams by the rotating polygon mirror A second optical system that focuses the light beam on the writing area of the surface to be scanned; and an optical scanning device that scans the writing area on the surface to be scanned in the main scanning direction with the plurality of light beams.
Among the plurality of light emitting points, the distance between the light emitting points farthest in the main scanning direction is W, the dimension of the opening provided in the aperture member is E, and the inscribed circle of the rotary polygon mirror The radius of A, the number of deflection surfaces of the rotary polygon mirror M, the incident angle of incidence of the light beam on the deflection surface α, and the second optical system from the start of scanning to the end of scanning of the writing area. An optical scanning device characterized by satisfying the following expression, where φ is the angle of view, x is the distance from the aperture member to the rotary polygon mirror, and f 1 is the focal length of the coupling lens: .
Figure 2008209803
前記光源は、垂直共振器型面発光レーザであり、
前記発光点のニア・フィールド・パターンの前記主走査方向又は該主走査方向に直交する副走査方向に関する大きさをA、前記第1光学系と前記第2光学系とからなる光学系の横倍率をβ、前記光ビームのスポット径をωとしたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
Figure 2008209803
The light source is a vertical cavity surface emitting laser;
A size of the near-field pattern of the light emitting point in the main scanning direction or the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction is A, and the lateral magnification of the optical system composed of the first optical system and the second optical system The optical scanning device according to claim 1, wherein β satisfies a condition represented by the following expression, where β is a spot diameter of the light beam and ω is a spot diameter of the light beam.
Figure 2008209803
前記光源は、前記主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離が、前記副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離よりも長く、
前記第1光学系と前記第2光学系とからなる光学系の主走査方向の横倍率が、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
In the light source, the distance between the light emitting points arranged farthest in the main scanning direction is longer than the distance between the light emitting points arranged farthest in the sub scanning direction,
The lateral magnification in the main scanning direction of the optical system including the first optical system and the second optical system is larger than the lateral magnification in the sub-scanning direction of the optical system. Optical scanning device.
前記発光点は、前記副走査方向に関して等間隔となるように、前記主走査方向と所定の角度を成す第1の配列方向と、前記副走査方向に平行な第2の配列方向とに2次元的に配置され、
前記第1の配列方向に配列された発光点の個数は、前記第2の配列方向に配列された発光点の個数よりも多いことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
The light emitting points are two-dimensionally arranged in a first arrangement direction that forms a predetermined angle with the main scanning direction and a second arrangement direction that is parallel to the sub-scanning direction so that the light emitting points are equally spaced with respect to the sub-scanning direction. Arranged,
4. The optical scanning device according to claim 3, wherein the number of light emitting points arranged in the first arrangement direction is larger than the number of light emission points arranged in the second arrangement direction. 5.
前記複数の発光点は、前記第1の配列方向に第1の間隔で配列され、前記第2の配列方向に、前記第1の間隔よりも小さい第2の間隔で配列されていることを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。   The plurality of light emitting points are arranged at a first interval in the first arrangement direction, and are arranged at a second interval smaller than the first interval in the second arrangement direction. The optical scanning device according to claim 4. 前記第1光学系は、回折光学面を有する光学素子を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, wherein the first optical system includes an optical element having a diffractive optical surface. 画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光走査装置と;
前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;
前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;
前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an image by fixing a toner image formed based on a latent image obtained from information about an image to a recording medium,
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 6;
A photoreceptor on which a latent image is formed by the optical scanning device;
Developing means for visualizing a latent image formed on the surface to be scanned of the photoreceptor;
An image forming apparatus comprising: a transfer unit that fixes the toner image visualized by the developing unit to the recording medium.
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