JP4078023B2

JP4078023B2 - Multi-beam scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same

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Publication number: JP4078023B2
Application number: JP2000305850A
Authority: JP
Inventors: 加藤　　学
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: JP2001174730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチビーム走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に複数の発光点（発光部）を有する光源手段から出射した複数の光束を偏向素子で偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調された複数の光束を、例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子（結像光学系）によって感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ、光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
近年、これらの走査光学装置はＬＢＰ本体の高速化、高解像化の流れから、複数の光束を同時に記録媒体面上に走査するマルチビーム走査光学装置が主流となっている。
【０００４】
図６は従来のマルチビーム走査光学装置の要部概略図である。同図において画像情報に応じてマルチ半導体レーザー８１から光変調され出射した２本の発散光束は開口絞り８２によってその光束断面の大きさが制限され、コリメーターレンズ８３により略平行光束もしくは収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ８４に入射する。シリンドリカルレンズ８４に入射した複数の光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器８５の偏向面８５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器８５の偏向面８５ａで反射偏向された２本の光束は走査光学素子８６により感光ドラム面８７上にスポット状に結像され、該光偏向器８５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８７上に画像記録を行なっている。
【０００５】
このとき感光ドラム面８７上を光走査する前に該感光ドラム面８７上の走査開始位置のタイミングを調整する為に、光偏向器８５で反射偏向された２本の光束の一部を走査光学素子８６を介してＢＤミラー９５で反射させてＢＤスリット９１面上に集光した後にＢＤセンサー９２に導光している。そしてＢＤセンサー９２からの出力信号を検知して得られたＢＤ信号を用いて感光ドラム面８７上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。尚、ＢＤミラー９５、ＢＤスリット９１、そしてＢＤセンサー９２等の各要素は同期検出手段（ＢＤ光学系）の一要素を構成している。また同図においては２本の光束のうちの１本の光束のみ図示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、これらの走査光学装置はＬＢＰ本体の小型化の流れに伴い、コンパクトに配置可能なものが求められる。とりわけ２本の光束を同時に走査するマルチビーム走査光学装置においては主走査方向の走査開始位置の書き出しタイミングの検知を行うためのＢＤ光学系が偏向素子や走査光学素子を固定する筐体（光学箱）の中だけで完結していることが望ましいため、より一層コンパクトな光学系が要求される。
【０００７】
例えばＢＤ光学系を小型化した例としては折返しミラーを多数使用し、ＢＤ光路を取り回す方法や、ＢＤ光学系の主走査方向の焦点距離を短くし、同期検出位置を被走査面より極端に手前の位置に配置する方法が考えられる。
【０００８】
しかしながら前者の例は折返しミラーを多数使用しておりＢＤセンサーに光束を導光するためにミラーの副走査方向のあおり調整を必要としコスト高になるという問題点がある。一方、後者の方法は光源と同期検出位置にあるＢＤスリットとの主走査方向の結像倍率が低下するため、例えば図７に示すように２本の光束によるスポットの主走査方向の空間的離間が難しくなる。さらに結像倍率の低下によりスポット径自体が小さくなり深度が狭くなるため、製造誤差等によりスポット径が肥大しやすくスポットの空間的離間が一層難しくなるという傾向がある。
【０００９】
また同期検出位置（ＢＤスリット位置）において２本の光束のスポットが重複した場合、本来検出すべきスポットのプロファイルの他に他の光束のスポットプロファイルが加算されるため、主走査方向の同期検出精度が低下し、画像にジッターを生じるという問題点がある。
【００１０】
本発明は走査光学素子と同期検出用光学素子との各々の主走査方向の焦点距離の比を適当な値に設定することにより、ＢＤ光学系のコンパクト化、複数スポットの空間的重複防止による同期検出の高精度化を容易な方法で実現することができるマルチビーム走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１１】
さらに本発明は同期検出用光学素子の主走査方向の焦点距離を走査光学素子の焦点距離より短くしたまま、光源手段から射出する複数の光束のＦ_NO（Ｆナンバー）を適当な値に設定することにより、同期検出位置における隣接スポットの第３暗輪同士を空間的に分離し、ＢＤ光学系のコンパクト性を維持したまま一層の同期検出精度の向上を実現することができるマルチビーム走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のマルチビーム走査光学装置は、主走査方向に間隔をあけて配置された複数の発光部を有する光源手段と、前記複数の発光部から出射された複数の光束を主走査方向に偏向する光偏向器と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された複数の光束を検出して、前記被走査面上での複数の光束の各々の画像記録の走査開始位置のタイミングを決める同期信号を発生する同期検出素子と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された複数の光束を前記同期検出素子に導光する同期検出用光学素子と、を有するマルチビーム走査光学装置であって、
前記同期検出素子に導光される複数の光束は、前記結像光学系を通過することなく前記同期検出用光学素子に入射しており、
前記光源手段の隣接する発光部間隔の主走査方向の距離をＬ、前記結像光学系の主走査断面内の焦点距離をｆ_ＳＣ、前記同期検出用光学素子の主走査断面内の焦点距離をｆ_ＢＤ、主走査方向の横倍率をｍとしたとき、
０．２（ｍｍ）＜（ｍ・Ｌ）・（ｆ _ＢＤ／ｆ _ＳＣ）
ｍ≦１０
（ｆ _ＢＤ／ｆ _ＳＣ）＜１．０
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記複数の発光部から出射された複数の光束の各々の波長をλ、前記複数の発光部から出射された複数の光束の各々の主走査断面内の射出ＦナンバーをＦ_ｍｉとしたとき、
Ｆ_ｍｉ＜Ｌ／（６．６５６×λ）×（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明の画像形成装置は、請求項１又は２に記載のマルチビーム走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記マルチビーム走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとから成ることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明のマルチビーム走査光学装置をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００３５】
同図において１は主走査方向に間隔をあけて配置された２本の発光点（発光部）を有する光源手段であり、例えばマルチビーム半導体レーザーより成っている。２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、マルチビーム半導体レーザー１から出射した複数の光束を略平行光束としている。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査断面内に関して所定の屈折力を有している。３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。尚、コリメーターレンズ２、シリンドリカルレンズ４、開口絞り３等の各要素は第１の光学系１２の一要素を構成している。
【００３６】
５は偏向素子としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、ポリゴンモーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に均一速度で回転している。
【００３７】
６はｆθ特性と結像性能を有する走査光学素子（結像光学系）であり、屈折光学素子６１と長尺の回折光学素子６２とを有している。屈折光学素子６１は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズより成っている。本実施形態ではポリゴンミラー５の回転軸と被走査面８の中点よりポリゴンミラー５側にトーリックレンズ６１、被走査面８側に長尺の回折光学素子６２を配している。長尺の回折光学素子６２は射出成形により製作されたプラスチック製であるが、ガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。これらの光学素子６１，６２は共に主走査方向と副走査方向とに異なるパワーを有しており、ポリゴンミラー５からの偏向光束を被走査面８上にスポット状に結像させるとともに偏向面（ポリゴン面）５ａの倒れを補正している。
【００３８】
８は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体面）である。
【００３９】
７は同期検出用光学素子（以下、「ＢＤレンズ」と記す。）であり、プラスチック製のアナモフィックレンズより成っており、後述するスリット面上に同期信号検知用の複数の光束（ＢＤ光束）７３をスポット状に結像させている。７５は同期検出用の折り返しミラー（以下、「ＢＤミラー」と記す。）であり、感光ドラム面７上の走査開始位置のタイミングを調整する為の複数のＢＤ光束７３を後述する同期検出素子側へ反射させている。７１は同期検出用のスリット（以下、「ＢＤスリット」と記す。）であり、画像の書き出し位置を決めている。７２は同期検出素子としての光センサー（以下、「ＢＤセンサー」と記す。）であり、本実施形態では該ＢＤセンサー７２からの出力信号を検知して得られた同期信号（ＢＤ信号）を用いて感光ドラム面８上への画像記録の走査開始位置のタイミングを複数のＢＤ光束７３毎に調整している。
【００４０】
尚、ＢＤレンズ７、ＢＤミラー７５、ＢＤスリット７１、そしてＢＤセンサー７２等の各要素は同期検出手段（以下、「ＢＤ光学系」と記す。）１３の一要素を構成している。またＢＤ光学系１３はポリゴンミラー５による反射偏向（偏向走査）面内に構成されている。
【００４１】
本実施形態において画像情報に応じてマルチビーム半導体レーザー１から光変調され出射した２本の発散光束（図中には１光束のみ図示、以下の図も同様）はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出し、開口絞り３によってその光束断面の大きさが制限される。また副走査断面内においては収束して開口絞り３によってその光束断面の大きさが制限され、ポリゴンミラー５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そしてポリゴンミラー５の偏向面５ａで反射偏向された複数の光束は走査光学素子６により感光ドラム面８上にスポット状に結像され、該ポリゴンミラー５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。
【００４２】
このとき感光ドラム面８上を光走査する前に該感光ドラム面８上の走査開始位置のタイミングを調整する為に、ポリゴンミラー５で反射偏向された２つの光束の一部をＢＤレンズ７によりＢＤミラー７５を介してＢＤスリット７１面上にスポット状に集光させた後、ＢＤセンサー７２に導光している。そしてＢＤセンサー７２からの出力信号を検知して得られた同期信号（ＢＤ信号）を用いて感光ドラム面８上への画像記録の走査開始位置のタイミングを各ＢＤ光束７３毎に調整している。
【００４３】
ここでＢＤ光学系１３のコンパクト化と複数スポットの空間的重複防止による同期検出の高精度化の条件について考察する。
【００４４】
マルチビーム半導体レーザー１の隣接する発光点間隔の主走査方向の距離（隣接する発光点間隔の線分を主走査断面に投射したときの距離）をＬ（mm）、該マルチビーム半導体レーザー１と感光ドラム面８間の主走査方向の横倍率をｍ、走査光学素子６とＢＤレンズ７の主走査方向( 主走査断面内 )の焦点距離を各々ｆ_ＳＣ（mm）、ｆ_ＢＤ（mm）としたとき、
感光ドラム面８上での主走査方向の隣接する２本の光束のスポット間隔Ｓ１（mm)は、
Ｓ１＝ｍ・Ｌ
同期検出位置（ＢＤスリット位置）での主走査方向の隣接スポット間隔Ｓ２（mm)は、
Ｓ２＝ｍ・Ｌ×（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ）
となる。
【００４５】
同期検出位置における隣接スポットの空間的重複を防止するためにはスポット間隔として少なくとも０．２ｍｍ以上離間する必要がある。そのため、
０．２（ｍｍ）＜（ｍ・Ｌ）・（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ） ‥‥‥（４）
なる条件を満たすことが必要となる。
【００４６】
また一般的なマルチビーム走査光学装置の主走査方向の横倍率ｍの取りうる範囲を考えると、ｍ≦１０となる。
【００４７】
次にＢＤ光学系１３のコンパクト化について考察する。
【００４８】
従来例のように走査光学素子を介して同期検出用光学素子によりＢＤ光束を結像している場合、両者の主走査方向の焦点距離は等しくなり、同期検出位置を被走査面と光学的に同等な位置にする必要がある。
【００４９】
ここではＢＤレンズ７の主走査方向の焦点距離ｆ_BDを走査光学素子６の焦点距離ｆ_SCに対して小さくすることによって、即ち下記の条件式（１）を満たすことによってＢＤ光学系１３のコンパクト化を図る。
【００５０】
ｆ_BD／ｆ_SC＜１．０ ‥‥‥‥（１）
以上よりＢＤ光学系１３をコンパクト化と複数スポットの空間的重複防止による同期検出の高精度化を両立させる配置として、両者の焦点距離ｆ_BD，ｆ_SCの比を、（１）、（４）式より
０．２( ｍｍ ) ／（ｍ・Ｌ）＜ｆ_BD／ｆ_SC ＜１．０ ‥‥‥（２）
となる条件を満足するように設定すれば良いことがわかる。
【００５１】
表−１に本実施形態におけるＢＤ光学系１３の光学配置の設定値を示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
本実施形態ではプラスチック材料で単独成形したＢＤレンズ７を同期検出光束（ＢＤ光束）７３中に配置している。そのＢＤレンズ７の主走査方向の焦点距離ｆ_BDは、
ｆ_BD＝１２８．７５ｍｍ
である。
【００５４】
一方、走査光学素子６を構成するトーリックレンズ６１と長尺の回折光学素子６２との主走査方向の合成焦点距離ｆ_SCは、ｆ_SC＝１８９．０８ｍｍであり、上記のＢＤレンズ７の焦点距離ｆ_BDとの比は、ｆ_BD／ｆ_SC＝０．６８１である。
又、（ｍ・Ｌ）＝０．３３３である。これよりＳ２＝（ｍ・Ｌ）・（ｆ _ＢＤ／ｆ _ＳＣ）＝０．２２７（ｍｍ）である。これは上記条件式（１）及び（２）を満足させている。
【００５５】
この光学配置により同期検出位置（ＢＤスリット位置）における２本のスポットは主走査方向に０．２２７ｍｍ離間し、空間的に重複することはない。またＢＤ光学系１３はＢＤレンズ７から同期検出位置までの距離をほぼ焦点距離分（約５９ｍｍ）短縮することが可能となった。
【００５６】
また本実施形態ではＢＤ光学系１３をポリゴンミラー５の反射偏向面内で構成したことにより、ＢＤスリット７１を傾ける等の複雑なメカ構成にすることなく、更にマルチビーム走査光学装置における複数の光束間の主走査方向におけるジッターの発生を無くすことができる。
【００５７】
このように本実施形態では上述の如くマルチビーム走査光学装置のＢＤレンズ７と走査光学素子６の主走査方向の焦点距離ｆ_BD，ｆ_SCの比を適当な値に設定することにより、即ち、条件式（２）を満足させつつＢＤスリット７１面上における隣接する光束間の主走査方向のスポット間隔Ｓ２を感光ドラム面８上における隣接する光束間の主走査方向のスポット間隔Ｓ１よりも小さくなるように設定することにより、マルチビームの高精度な同期検出とＢＤ光学系１３のコンパクト化を両立させている。
【００５８】
尚、本実施形態では走査光学素子６を屈折光学素子６１と回折光学素子６２とから構成しているが、これに限らず、屈折光学素子のみから構成されたものにおいても同等の効果を有することができる。また本実施形態では光源手段の発光点の数を２としているが、３以上のマルチビーム半導体レーザに適用しても同等の効果を得られるものである。
【００５９】
本実施形態では２本の発光点が主走査方向に間隔を空けて配置されているが、副走査方向に関しては２本の発光点が間隔を空けて配置されていても、間隔なく配置されていても良い。
【００６０】
［画像形成装置］
次に本発明に適用される画像形成装置の説明を行う。
【００６１】
図８は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図８において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット（マルチビーム走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００６２】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【００６３】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【００６４】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図８において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００６５】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図８において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００６６】
図８においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００６７】
［実施形態２］
図２は本発明のマルチビーム走査光学装置をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの実施形態２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６８】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、走査光学素子６の一要素を構成するトーリックレンズ６１とＢＤレンズ（同期検出用光学素子）７４とをプラスチック材料により一体成形したことと、ＢＤレンズ７４の主走査方向の焦点距離をさらに短くし、ＢＤ光学系１３のさらなるコンパクト化を実現したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６９】
即ち、本実施形態においてはＢＤレンズ７４と走査光学素子６の一要素を構成するトーリックレンズ６１とをプラスチック材料により一体成形し、装置全体の簡素化を図っている。
【００７０】
表−２に本実施形態におけるＢＤ光学系１３の光学配置の設定値を示す。
【００７１】
【表２】

【００７２】
本実施形態においてＢＤ光学系１３のＢＤレンズ７４の主走査方向の焦点距離ｆ_BDは、
ｆ_BD＝７３．１５９ｍｍ
である。
【００７３】
一方、走査光学素子６を構成するトーリックレンズ６１と長尺の回折光学素子６２との主走査方向の合成焦点距離ｆ_SCは、
ｆ_SC＝１８９．０８ｍｍ
であり、上記ＢＤレンズ７４の焦点距離ｆ_BDとの比は、
ｆ_BD／ｆ_SC＝０．３８７
である。これは前記条件式（１）及び（２）を満足させている。
【００７４】
本実施形態においても実施形態１と同様に、同期検出位置（スリット位置）における２本のスポットは主走査方向に０．２３２ｍｍ離間し、空間的に重複することはない。また実施形態１と比較してＢＤレンズ７４の焦点距離を短くしているため、ＢＤ光学系１３の更なるコンパクト化を実現している。
【００７５】
このように本実施形態においては上述の如くＢＤレンズ７４と走査光学素子６との主走査方向の焦点距離ｆ_BD，ｆ_SCの比を適当な値に設定することにより、マルチビームの高精度な同期検出と、より一層のＢＤ光学系１３のコンパクト化を両立させている。
【００７６】
［実施形態３］
図３は本発明のマルチビーム走査光学装置をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの実施形態３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００７７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、マルチビーム半導体レーザー１の発光点間隔の距離Ｌを更に接近させたことと、マルチビーム半導体レーザー１から射出する光束の主走査方向のＦ_NOを明るくし、走査光学装置の主走査方向の横倍率を大きくしたことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７８】
即ち、本実施形態のようにマルチビーム半導体レーザー１の発光点間隔の距離Ｌを実施形態１に比して更に接近させた場合、複数スポットの空間的重複防止を行うためにはマルチビーム半導体レーザー１の射出Ｆ_NOを明るくし、走査光学装置の主走査方向の横倍率を大きくする必要がある。このとき必要とされる射出Ｆ_NOをスポットプロファイルから算出する。
【００７９】
一般に走査光学装置のスポットプロファイルは入射光学系の開口絞り３のフラウンフォーファー回折像であることが知られている。図４に開口（絞り）が円形である場合の回折像の強度分布を示す。同図に示すように強度分布は中央部のメインロブの他、それを取り巻くようにサイドロブがあり、その間には強度が０となる点が存在（エアリーディスクの暗輪）することが分かる。この暗輪と明輪の位置及び強度は解析的に以下に示す表−３のようになる。
【００８０】
【表３】

【００８１】
λ：発振波長、Ｆ_me：被走査面への入射Ｆ_NO
表−３から第３明輪以降は強度として０．２％以下であるため無視し、隣接スポットにおいて共に第３暗輪が重なり合わないことを複数スポットの空間的重複防止の条件とする。
【００８２】
この条件より、
ｍ・Ｌ・（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ）＞２×３．３２８・λ・Ｆ_ｍｅ
（Ｆ_ｍｅ／Ｆ_ｍｉ）×Ｌ×（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ）＞６．６５６・λ・Ｆ_ｍｅ
Ｆ_ｍｉ＜Ｌ／（６．６５６・λ）×（ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ）‥（３）
但し、
Ｆ_ｍｉ：マルチビーム半導体レーザーから出射する複数の光束の走査方向（主走査断面内）の射出Ｆ_ＮＯ
となるマルチビーム半導体レーザー１の射出ＦＮＯを選択することが必要となる。またＢＤ光学系１３のコンパクト化を図るためには同時に、
ｆ_ＢＤ／ｆ_ＳＣ＜１．０
も満足する必要がある。
【００８３】
表−４に本実施形態におけるＢＤ光学系１３の光学配置の設定値を示す。
【００８４】
【表４】

【００８５】
本実施形態ではマルチビーム半導体レーザー１の主走査方向の発光点間隔Ｌは３０μｍ、マルチビーム半導体レーザー１の発振波長は７８０ｎｍである。上式より同期検出位置（ＢＤスリット位置）における複数スポットの空間的重複防止のためには、
Ｆ_mi＜Ｌ／（６．６５６・λ）×（ｆ_BD／ｆ_SC）
Ｆ_mi＜４．５４
であり、マルチビーム半導体レーザー１から出射する複数の光束の射出Ｆ_NOを４．５４より明るくする必要がある。
【００８６】
本実施形態ではマルチビーム半導体レーザー１から出射する複数の光束の主走査方向の射出Ｆ_NOを４．５と設定することによって、同期検出位置における２本のスポットは主走査方向に０．２１０ｍｍ離間し、これにより複数スポットの空間的分離を可能としている。図５に同期検出位置におけるスポットの離間の様子を示す。同図よりスポットプロファイルの第３暗輪まで考慮しても空間的に重複していないことがわかる。またＢＤレンズ７と走査光学素子６の主走査方向の焦点距離ｆ_BD，ｆ_SCの比を、
ｆ_BD／ｆ_SC＝０．７８６
とすることにより、ＢＤ光学系１３のコンパクト化も同時に実現している。
【００８７】
このように本実施形態では特にマルチビーム半導体レーザー１の主走査方向の隣接する発光点間隔が小さい場合においても、ＢＤレンズ７と走査光学素子６との主走査方向の焦点距離ｆ_BD，ｆ_SCの比、かつマルチビーム半導体レーザー１から出射する複数の光束の射出Ｆ_NOを適当な値に設定することにより、マルチビームの高精度な同期検出と、より一層のＢＤ光学系１３のコンパクト化を両立することができる。
【００８８】
尚、各実施形態においてはＢＤ光学系１３を走査光学素子６の光軸に対して第１の光学系１２と反対側の領域に配置したが、同じ側の領域に配置しても良い。このときＢＤレンズ（同期検出用光学素子）と第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズとをプラスチック射出成形により一体成形して構成しても良い。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学素子と同期検出用光学素子との各々の主走査方向の焦点距離の比を適当な値に設定することにより、同期検出用光学系のコンパクト化、複数スポットの空間的重複防止による同期検出の高精度化を実現することができるマルチビーム走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【００９０】
また本発明によれば前述の如く同期検出用光学素子の主走査方向の焦点距離を走査光学素子の焦点距離より短くしたまま、マルチビーム半導体レーザーから射出する複数の光束のＦ_NOを適当な値に設定することにより、同期検出位置における隣接スポットの第３暗輪同士を空間的に分離し、ＢＤ光学系のコンパクト性を維持したまま一層の同期検出精度の向上を実現することができ、またこれらにより容易な方法で、かつジッターの少ない高精度の印字が可能なマルチビーム走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の主走査断面図
【図２】本発明の実施形態２の主走査断面図
【図３】本発明の実施形態３の主走査断面図
【図４】円形開口のフラウンフォーファー回折像の強度分布を示す図
【図５】本発明の実施形態３における同期検出位置での複数スポットの離間を示す図
【図６】従来の走査光学装置の光学系の主走査断面図
【図７】同期検出位置での複数スポットの離間を示す図
【図８】本発明の画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１光源手段（マルチビーム半導体レーザー）
２第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３開口絞り
４第２の光学素子（シリンドリカルレンズ）
５偏向素子（ポリゴンミラー）
６走査光学素子
６１トーリックレンズ
６２回折光学素子
７，７４同期検出用光学素子（ＢＤレンズ）
７１同期検出用スリット（ＢＤスリット）
７２同期検出素子（ＢＤセンサー）
７３同期検出光束（ＢＤ光束）
７５同期検出用折返しミラー（ＢＤミラー）
８被走査面（感光ドラム面）
１００マルチビーム走査光学装置
１０１感光ドラム
１０２帯電ローラ
１０３光ビーム
１０７現像装置
１０８転写ローラ
１０９用紙カセット
１１０給紙ローラ
１１１プリンタコントローラ
１１２転写材（用紙）
１１３定着ローラ
１１４加圧ローラ
１１５モータ
１１６排紙ローラ
１１７外部機器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-beam scanning optical apparatus and an image forming apparatus using the same, and in particular, a scanning optical having fθ characteristics by deflecting a plurality of light beams emitted from a light source means having a plurality of light emitting points (light emitting portions) by a deflecting element. The image forming apparatus is suitable for an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine having an electrophotographic process, in which image information is recorded by optically scanning the surface to be scanned through an element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a scanning optical device such as a laser beam printer (LBP) or a digital copying machine, a plurality of light beams light-modulated from a light source means according to an image signal are periodically deflected by an optical deflector composed of, for example, a polygon mirror. , Fθ characteristics are focused on a surface of a photosensitive recording medium by a scanning optical element (imaging optical system), and image recording is performed by optical scanning.
[0003]
In recent years, a multi-beam scanning optical device that scans a plurality of light beams simultaneously on the surface of a recording medium has become the mainstream because of the trend toward higher speed and higher resolution of the LBP main body.
[0004]
FIG. 6 is a schematic view of a main part of a conventional multi-beam scanning optical apparatus. In the figure, the two divergent light beams modulated and emitted from the multi-semiconductor laser 81 in accordance with image information are limited in size by the aperture stop 82, and the collimator lens 83 converts the divergent light beam into a substantially parallel light beam or a convergent light beam. The light is converted and enters the cylindrical lens 84. Among the plurality of light beams incident on the cylindrical lens 84, the light exits as it is in the main scanning section. In the sub-scan section, the light beam converges to form a substantially line image (line image elongated in the main scanning direction) on the deflecting surface 85a of the optical deflector 85. The two light beams reflected and deflected by the deflecting surface 85a of the optical deflector 85 are spot-formed on the photosensitive drum surface 87 by the scanning optical element 86, and the optical deflector 85 is rotated in the direction of arrow A. Thus, optical scanning is performed on the photosensitive drum surface 87 in the direction of arrow B (main scanning direction) at a constant speed. As a result, an image is recorded on the photosensitive drum surface 87 as a recording medium.
[0005]
At this time, in order to adjust the timing of the scanning start position on the photosensitive drum surface 87 before optical scanning on the photosensitive drum surface 87, a part of the two light beams reflected and deflected by the optical deflector 85 is scanned optically. The light is reflected by the BD mirror 95 via the element 86, condensed on the surface of the BD slit 91, and then guided to the BD sensor 92. The timing of the scanning start position of image recording on the photosensitive drum surface 87 is adjusted using the BD signal obtained by detecting the output signal from the BD sensor 92. Each element such as the BD mirror 95, the BD slit 91, and the BD sensor 92 constitutes one element of the synchronization detecting means (BD optical system). In the figure, only one of the two light beams is shown.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, these scanning optical devices are required to be compactly arranged with the trend toward miniaturization of LBP main bodies. In particular, in a multi-beam scanning optical device that simultaneously scans two light beams, a BD optical system for detecting the writing start timing of the scanning start position in the main scanning direction is a housing (optical box) that fixes the deflection element and the scanning optical element. ), It is desirable that the optical system be completed only in (2), so that a more compact optical system is required.
[0007]
For example, as an example of downsizing the BD optical system, a large number of folding mirrors are used, the BD optical path is routed, the focal length of the BD optical system in the main scanning direction is shortened, and the synchronization detection position is made extremely far from the scanning surface A method of arranging in the front position is conceivable.
[0008]
However, the former example uses a large number of folding mirrors, and there is a problem that the tilt adjustment in the sub-scanning direction of the mirror is required to guide the light beam to the BD sensor, resulting in high cost. On the other hand, in the latter method, since the imaging magnification in the main scanning direction between the light source and the BD slit at the synchronization detection position is reduced, for example, as shown in FIG. Becomes difficult. Furthermore, since the spot diameter itself becomes smaller and the depth becomes narrower due to a reduction in imaging magnification, the spot diameter tends to enlarge due to manufacturing errors and the like, and the spatial separation of the spots tends to be more difficult.
[0009]
Further, when two light beam spots overlap at the synchronization detection position (BD slit position), the spot profile of another light beam is added in addition to the spot profile to be detected originally, so that the synchronization detection accuracy in the main scanning direction is added. There is a problem that the image quality decreases and jitter occurs in the image.
[0010]
In the present invention, by setting the ratio of the focal lengths of the scanning optical element and the synchronization detecting optical element in the main scanning direction to an appropriate value, the BD optical system can be made compact, and synchronization by preventing spatial overlap of a plurality of spots can be achieved. An object of the present invention is to provide a multi-beam scanning optical apparatus capable of realizing high detection accuracy by an easy method and an image forming apparatus using the same.
[0011]
Further, according to the present invention, the F of a plurality of light beams emitted from the light source means is maintained while the focal length in the main scanning direction of the synchronization detecting optical element is shorter than the focal length of the scanning optical element._NOBy setting the (F number) to an appropriate value, the third dark circles of adjacent spots at the synchronization detection position are spatially separated, and the synchronization detection accuracy is further improved while maintaining the compactness of the BD optical system. An object of the present invention is to provide a multi-beam scanning optical apparatus capable of realizing the above and an image forming apparatus using the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The multi-beam scanning optical apparatus according to claim 1 is a light source unit having a plurality of light emitting units arranged at intervals in the main scanning direction, and a plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units in the main scanning direction. An optical deflector that deflects the light beam, an imaging optical system that forms an image of a plurality of light beams deflected on the deflecting surface of the optical deflector on the surface to be scanned, and the deflected surface of the optical deflector. A synchronization detecting element that detects a plurality of light beams and generates a synchronization signal that determines the timing of the scanning start position of each of the plurality of light beams on the scanned surface, and a deflection surface of the optical deflector A multi-beam scanning optical device having a synchronization detection optical element for guiding a plurality of deflected light beams to the synchronization detection element,
  A plurality of light beams guided to the synchronization detection element are incident on the synchronization detection optical element without passing through the imaging optical system,
  The distance in the main scanning direction between the adjacent light emitting portions of the light source means is L, and the focal length in the main scanning section of the imaging optical system is f._SC, The focal length in the main scanning section of the synchronous detection optical element is f_BDWhen the horizontal magnification in the main scanning direction is m,
0.2 (mm) <(m · L) · (f _BD / F _SC )
m ≦ 10
(F _BD / F _SC <1.0
It is characterized by satisfying the following conditions.
[0013]
  According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the wavelength of each of the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units is λ, and the main scanning cross section of each of the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units The injection F number inside is F_miWhen
        F_mi<L / (6.656 × λ) × (f_BD/ F_SC)
It is characterized by satisfying the following conditions.
[0014]
  According to a third aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: the multi-beam scanning optical apparatus according to the first or second aspect; and a printer that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the multi-beam scanning optical apparatus. It consists of a controller.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view (main scanning cross-sectional view) of the main scanning direction of Embodiment 1 when the multi-beam scanning optical apparatus of the present invention is applied to an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine.
[0035]
In the figure, reference numeral 1 denotes light source means having two light emitting points (light emitting portions) arranged at intervals in the main scanning direction, and is composed of, for example, a multi-beam semiconductor laser. Reference numeral 2 denotes a collimator lens as a first optical element, and a plurality of light beams emitted from the multi-beam semiconductor laser 1 are substantially parallel light beams. A cylindrical lens 4 as a second optical element has a predetermined refractive power in the sub-scan section. Reference numeral 3 denotes an aperture stop, which adjusts the diameter of a passing light beam. Each element such as the collimator lens 2, the cylindrical lens 4, and the aperture stop 3 constitutes one element of the first optical system 12.
[0036]
An optical deflector 5 serving as a deflecting element is composed of, for example, a polygon mirror (rotating polygon mirror), and is rotated at a uniform speed in the direction of arrow A in the figure by a driving means (not shown) such as a polygon motor.
[0037]
Reference numeral 6 denotes a scanning optical element (imaging optical system) having fθ characteristics and imaging performance, and includes a refractive optical element 61 and a long diffractive optical element 62. The refractive optical element 61 is composed of a single plastic toric lens having different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction. In the present embodiment, a toric lens 61 is disposed on the polygon mirror 5 side from the rotational axis of the polygon mirror 5 and the midpoint of the scanned surface 8, and a long diffractive optical element 62 is disposed on the scanned surface 8 side. The long diffractive optical element 62 is made of plastic manufactured by injection molding, but the same effect can be obtained even if a diffraction grating is manufactured as a replica on a glass substrate. These

optical elements

61 and 62 have different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and form an image of the deflected light beam from the polygon mirror 5 on the surface to be scanned 8 in the form of a spot. (Polygon surface) 5a is corrected.
[0038]
Reference numeral 8 denotes a photosensitive drum surface (recording medium surface) as a surface to be scanned.
[0039]
Reference numeral 7 denotes an optical element for synchronization detection (hereinafter referred to as “BD lens”), which is made of a plastic anamorphic lens, and has a plurality of light beams (BD light beams) 73 for detecting a synchronization signal on a slit surface to be described later. Is imaged in a spot shape. Reference numeral 75 denotes a synchronization detection folding mirror (hereinafter referred to as a “BD mirror”), and a plurality of BD light fluxes 73 for adjusting the timing of the scanning start position on the photosensitive drum surface 7 are described later on the synchronization detection element side. It is reflected to. Reference numeral 71 denotes a synchronization detection slit (hereinafter referred to as a “BD slit”), which determines an image writing position. Reference numeral 72 denotes an optical sensor (hereinafter referred to as “BD sensor”) as a synchronization detection element. In this embodiment, a synchronization signal (BD signal) obtained by detecting an output signal from the BD sensor 72 is used. Thus, the timing of the scanning start position of image recording on the photosensitive drum surface 8 is adjusted for each of the plurality of BD light beams 73.
[0040]
Each element such as the BD lens 7, the BD mirror 75, the BD slit 71, and the BD sensor 72 constitutes one element of the synchronization detecting means (hereinafter referred to as “BD optical system”) 13. Further, the BD optical system 13 is configured in a reflection deflection (deflection scanning) plane by the polygon mirror 5.
[0041]
In the present embodiment, two divergent light beams that are light-modulated and emitted from the multi-beam semiconductor laser 1 according to image information (only one light beam is shown in the figure, and the following figures are also the same) are collimated by the collimator lens 2. And is incident on the cylindrical lens 4. Out of the light beam incident on the cylindrical lens 4, the light beam exits as it is in the main scanning cross section, and the aperture stop 3 limits the size of the light beam cross section. In the sub-scan section, the light beam cross-section is converged and the size of the light beam section is limited by the aperture stop 3, and an almost line image (line image elongated in the main scanning direction) is formed on the deflection surface 5 a of the polygon mirror 5. The plurality of light beams reflected and deflected by the deflecting surface 5a of the polygon mirror 5 are imaged in a spot shape on the photosensitive drum surface 8 by the scanning optical element 6, and the polygon mirror 5 is rotated in the direction of arrow A, thereby Optical scanning is performed on the photosensitive drum surface 8 in the direction of arrow B (main scanning direction) at a constant speed. As a result, an image is recorded on the photosensitive drum surface 8 as a recording medium.
[0042]
At this time, in order to adjust the timing of the scanning start position on the photosensitive drum surface 8 before optically scanning the photosensitive drum surface 8, a part of the two light beams reflected and deflected by the polygon mirror 5 is applied by the BD lens 7. After being condensed in a spot shape on the surface of the BD slit 71 via the BD mirror 75, the light is guided to the BD sensor 72. The timing of the scanning start position of image recording on the photosensitive drum surface 8 is adjusted for each BD light beam 73 using a synchronization signal (BD signal) obtained by detecting the output signal from the BD sensor 72. .
[0043]
Here, consideration will be given to conditions for improving the accuracy of synchronization detection by making the BD optical system 13 compact and preventing spatial overlap of a plurality of spots.
[0044]
  The distance in the main scanning direction between adjacent light emitting point intervals of the multi-beam semiconductor laser 1 (distance when a line segment of adjacent light emitting point intervals is projected onto the main scanning section) is L (mm). The horizontal magnification in the main scanning direction between the photosensitive drum surfaces 8 is m, and the main scanning direction of the scanning optical element 6 and the BD lens 7( Within main scanning section )The focal length of each_SC(Mm), f_BD(Mm)
  The spot interval S1 (mm) between two adjacent light beams in the main scanning direction on the photosensitive drum surface 8 is:
        S1 = m · L
  The adjacent spot interval S2 (mm) in the main scanning direction at the synchronization detection position (BD slit position) is
        S2 = m · L × (f_BD/ F_SC)
It becomes.
[0045]
  In order to prevent spatial overlap of adjacent spots at the synchronization detection position, it is necessary to separate at least 0.2 mm as a spot interval. for that reason,
0.2(Mm)<(M ・ L) ・(F_BD/ F_SC)(4)
It is necessary to satisfy the following condition.
[0046]
  Considering a possible range of the lateral magnification m in the main scanning direction of a general multi-beam scanning optical apparatus, m ≦ 10.The
[0047]
Next, the compactization of the BD optical system 13 will be considered.
[0048]
When the BD light beam is imaged by the synchronous detection optical element via the scanning optical element as in the conventional example, the focal lengths in both main scanning directions are equal, and the synchronous detection position is optically aligned with the surface to be scanned. Must be in the same position.
[0049]
Here, the focal length f of the BD lens 7 in the main scanning direction._BDThe focal length f of the scanning optical element 6_SCTherefore, the BD optical system 13 can be made compact by satisfying the following conditional expression (1).
[0050]
f_BD/ F_SC<1.0 (1)
  As described above, the BD optical system 13 is arranged so as to achieve both compactness and high accuracy of synchronous detection by preventing spatial overlap of a plurality of spots._BD, F_SCThe ratio ofFrom formulas (1) and (4)
0.2( mm ) / (M ・ L)<F_BD/ F_SC <1.0 (2)
It can be seen that it should be set so as to satisfy the following conditions.
[0051]
Table 1 shows set values of the optical arrangement of the BD optical system 13 in the present embodiment.
[0052]
[Table 1]

[0053]
In the present embodiment, a BD lens 7 that is molded solely from a plastic material is disposed in a synchronization detection light beam (BD light beam) 73. The focal length f of the BD lens 7 in the main scanning direction_BDIs
f_BD= 128.75mm
It is.
[0054]
On the other hand, the combined focal length f in the main scanning direction of the toric lens 61 and the long diffractive optical element 62 constituting the scanning optical element 6._SCIs f_SC= 189.08 mm, and the focal length f of the BD lens 7 described above_BDThe ratio to is f_BD/ F_SC= 0.681.
Further, (m · L) = 0.333. From this, S2 = (m · L) · (f _BD / F _SC ) = 0.227 (mm).This satisfies the conditional expressions (1) and (2).
[0055]
With this optical arrangement, the two spots at the synchronization detection position (BD slit position) are separated by 0.227 mm in the main scanning direction and do not overlap spatially. In addition, the BD optical system 13 can shorten the distance from the BD lens 7 to the synchronization detection position by approximately the focal length (about 59 mm).
[0056]
In the present embodiment, since the BD optical system 13 is configured within the reflection deflection surface of the polygon mirror 5, a plurality of light beams in the multi-beam scanning optical apparatus can be obtained without using a complicated mechanical configuration such as tilting the BD slit 71. It is possible to eliminate the occurrence of jitter in the main scanning direction.
[0057]
Thus, in this embodiment, the focal length f in the main scanning direction of the BD lens 7 and the scanning optical element 6 of the multi-beam scanning optical apparatus as described above._BD, F_SCIs set to an appropriate value, that is, the spot interval S2 in the main scanning direction between adjacent light beams on the surface of the BD slit 71 is satisfied on the photosensitive drum surface 8 while satisfying the conditional expression (2). By setting it to be smaller than the spot interval S1 in the main scanning direction between the light beams, high-accuracy synchronous detection of multi-beams and compactness of the BD optical system 13 are compatible.
[0058]
In this embodiment, the scanning optical element 6 is composed of the refractive optical element 61 and the diffractive optical element 62. However, the present invention is not limited to this. Can do. In the present embodiment, the number of light emitting points of the light source means is 2. However, even when applied to three or more multi-beam semiconductor lasers, the same effect can be obtained.
[0059]
In the present embodiment, the two light emitting points are arranged at intervals in the main scanning direction, but the two light emitting points are arranged at intervals in the sub-scanning direction even if they are arranged at intervals. May be.
[0060]
[Image forming apparatus]
Next, an image forming apparatus applied to the present invention will be described.
[0061]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part in the sub-scanning direction showing the embodiment of the image forming apparatus of the present invention. In FIG. 8, reference numeral 104 denotes an image forming apparatus. Code data Dc is input to the image forming apparatus 104 from an external device 117 such as a personal computer. The code data Dc is converted into image data (dot data) Di by a printer controller 111 in the apparatus. This image data Di is input to the optical scanning unit 100. The light scanning unit (multi-beam scanning optical device) 100 emits a light beam (light beam) 103 modulated according to the image data Di, and the light beam 103 causes the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 to perform main scanning. Scanned in the direction.
[0062]
The photosensitive drum 101 serving as an electrostatic latent image carrier (photoconductor) is rotated clockwise by a motor 115. With this rotation, the photosensitive surface of the photosensitive drum 101 moves in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction with respect to the light beam 103. Above the photosensitive drum 101, a charging roller 102 for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 101 is provided so as to contact the surface. The surface of the photosensitive drum 101 charged by the charging roller 102 is irradiated with the light beam 103 scanned by the optical scanning unit 100.
[0063]
As described above, the light beam 103 is modulated based on the image data Di, and by irradiating the light beam 103, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 101. The electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing unit 107 disposed so as to contact the photosensitive drum 101 further downstream in the rotation direction of the photosensitive drum 101 than the irradiation position of the light beam 103.
[0064]
The toner image developed by the developing unit 107 is transferred onto a sheet 112 as a transfer material by a transfer roller 108 disposed below the photosensitive drum 101 so as to face the photosensitive drum 101. The paper 112 is stored in the paper cassette 109 in front of the photosensitive drum 101 (on the right side in FIG. 8), but can be fed manually. A paper feed roller 110 is provided at the end of the paper cassette 109, and feeds the paper 112 in the paper cassette 109 into the transport path.
[0065]
As described above, the sheet 112 on which the unfixed toner image has been transferred is further conveyed to a fixing device behind the photosensitive drum 101 (left side in FIG. 8). The fixing device includes a fixing roller 113 having a fixing heater (not shown) therein and a pressure roller 114 disposed so as to be in pressure contact with the fixing roller 113 and has been fed from a transfer unit. The unfixed toner image on the sheet 112 is fixed by heating the sheet 112 while being pressed by the pressure contact portion between the fixing roller 113 and the pressure roller 114. Further, a paper discharge roller 116 is disposed behind the fixing roller 113, and the fixed paper 112 is discharged out of the image forming apparatus.
[0066]
Although not shown in FIG. 8, the print controller 111 not only converts the explanation data, but also controls each part in the image forming apparatus including the motor 115 and the polygon motor in the optical scanning unit 100. .
[0067]
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a cross-sectional view (main scanning cross-sectional view) of the main scanning direction of Embodiment 2 when the multi-beam scanning optical apparatus of the present invention is applied to an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine. In the figure, the same elements as those shown in FIG.
[0068]
This embodiment is different from the first embodiment described above in that a toric lens 61 and a BD lens (synchronous detection optical element) 74 constituting one element of the scanning optical element 6 are integrally formed of a plastic material, and BD. This is that the focal length of the lens 74 in the main scanning direction is further shortened, and the BD optical system 13 is further downsized. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the first embodiment, and the same effects are obtained.
[0069]
That is, in this embodiment, the BD lens 74 and the toric lens 61 constituting one element of the scanning optical element 6 are integrally formed of a plastic material to simplify the entire apparatus.
[0070]
Table 2 shows set values of the optical arrangement of the BD optical system 13 in the present embodiment.
[0071]
[Table 2]

[0072]
In the present embodiment, the focal length f in the main scanning direction of the BD lens 74 of the BD optical system 13._BDIs
f_BD= 73.159mm
It is.
[0073]
On the other hand, the combined focal length f in the main scanning direction of the toric lens 61 and the long diffractive optical element 62 constituting the scanning optical element 6._SCIs
f_SC= 189.08mm
The focal length f of the BD lens 74_BDThe ratio is
f_BD/ F_SC= 0.387
It is. This satisfies the conditional expressions (1) and (2).
[0074]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the two spots at the synchronization detection position (slit position) are 0.232 mm apart in the main scanning direction and do not overlap spatially. In addition, since the focal length of the BD lens 74 is shortened compared to the first embodiment, the BD optical system 13 is further downsized.
[0075]
Thus, in the present embodiment, the focal length f in the main scanning direction between the BD lens 74 and the scanning optical element 6 as described above._BD, F_SCBy setting this ratio to an appropriate value, both high-accuracy synchronous detection of multi-beams and further downsizing of the BD optical system 13 are achieved.
[0076]
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a cross-sectional view (main scanning cross-sectional view) of the main scanning direction of Embodiment 3 when the multi-beam scanning optical apparatus of the present invention is applied to an image forming apparatus such as a laser beam printer or a digital copying machine. In the figure, the same elements as those shown in FIG.
[0077]
This embodiment differs from the first embodiment described above in that the distance L between the light emitting points of the multi-beam semiconductor laser 1 is made closer, and the light flux emitted from the multi-beam semiconductor laser 1 is F in the main scanning direction._NOAnd the lateral magnification of the scanning optical apparatus in the main scanning direction is increased. Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the first embodiment, and the same effects are obtained.
[0078]
That is, when the distance L between the light emitting points of the multi-beam semiconductor laser 1 is made closer as compared with the first embodiment as in the present embodiment, the multi-beam semiconductor laser is used to prevent spatial overlap of a plurality of spots. 1 injection F_NOAnd the lateral magnification in the main scanning direction of the scanning optical device needs to be increased. Injection F required at this time_NOIs calculated from the spot profile.
[0079]
In general, it is known that a spot profile of a scanning optical device is a Fraunhofer diffraction image of an aperture stop 3 of an incident optical system. FIG. 4 shows the intensity distribution of the diffraction image when the aperture (aperture) is circular. As shown in the figure, in addition to the main lob in the central part, there is a side lob surrounding the intensity distribution, and there is a point where the intensity becomes 0 between them (airy disk dark ring). The positions and intensities of the dark and bright wheels are analytically as shown in Table 3 below.
[0080]
[Table 3]

[0081]
λ: oscillation wavelength, F_me: Incident F on the surface to be scanned_NO
From Table 3, since the intensity after the third bright ring is 0.2% or less, it is ignored and the condition that the third dark ring does not overlap in adjacent spots is a condition for preventing the spatial overlap of a plurality of spots.
[0082]
  From this condition,
      m ・ L ・ (f_BD/ F_SC)> 2 × 3.328 · λ · F_me
      (F_me/ F_mi) × L × (f_BD/ F_SC)> 6.656 ・ λ ・ F_me
      F_mi<L / (6.656 · λ) × (f_BD/ F_SC(3)
          However,
      F_mi: Scanning direction of multiple beams emitted from a multi-beam semiconductor laser(Within main scanning section)Injection F_NO
It is necessary to select the emission FNO of the multi-beam semiconductor laser 1 to be In order to make the BD optical system 13 more compact,
      f_BD/ F_SC<1.0
Need to be satisfied.
[0083]
Table 4 shows set values of the optical arrangement of the BD optical system 13 in the present embodiment.
[0084]
[Table 4]

[0085]
In the present embodiment, the emission point interval L in the main scanning direction of the multi-beam semiconductor laser 1 is 30 μm, and the oscillation wavelength of the multi-beam semiconductor laser 1 is 780 nm. In order to prevent spatial overlap of multiple spots at the synchronization detection position (BD slit position) from the above equation,
F_mi<L / (6.656 · λ) × (f_BD/ F_SC)
F_mi<4.54
Ejection of a plurality of light beams emitted from the multi-beam semiconductor laser 1_NONeeds to be brighter than 4.54.
[0086]
In the present embodiment, a plurality of light beams emitted from the multi-beam semiconductor laser 1 are emitted in the main scanning direction F._NOBy setting 4.5 to 4.5, the two spots at the synchronization detection position are separated by 0.210 mm in the main scanning direction, thereby enabling spatial separation of a plurality of spots. FIG. 5 shows how the spots are separated at the synchronization detection position. From the figure, it can be seen that there is no spatial overlap even when the third dark ring of the spot profile is considered. The focal length f of the BD lens 7 and the scanning optical element 6 in the main scanning direction is also shown._BD, F_SCThe ratio of
f_BD/ F_SC= 0.786
As a result, the BD optical system 13 can be made compact at the same time.
[0087]
As described above, in the present embodiment, the focal length f in the main scanning direction between the BD lens 7 and the scanning optical element 6 is particularly large even when the interval between adjacent light emitting points of the multi-beam semiconductor laser 1 is small._BD, F_SCAnd the emission F of a plurality of light beams emitted from the multi-beam semiconductor laser 1_NOBy setting to a suitable value, it is possible to achieve both high-accuracy synchronous detection of multi-beams and further downsizing of the BD optical system 13.
[0088]
In each embodiment, the BD optical system 13 is disposed in a region opposite to the first optical system 12 with respect to the optical axis of the scanning optical element 6, but may be disposed in the same region. At this time, the BD lens (synchronous detection optical element) and the cylindrical lens as the second optical element may be integrally formed by plastic injection molding.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, by setting the ratio of the focal lengths of the scanning optical element and the synchronous detection optical element in the main scanning direction to an appropriate value, the synchronous detection optical system can be made compact. It is possible to achieve a multi-beam scanning optical apparatus and an image forming apparatus using the same, which can realize high accuracy of synchronous detection by preventing spatial overlap.
[0090]
According to the present invention, as described above, the F of the plurality of light beams emitted from the multi-beam semiconductor laser is maintained while the focal length in the main scanning direction of the optical element for synchronization detection is shorter than the focal length of the scanning optical element._NOIs set to an appropriate value to spatially separate the third dark circles of adjacent spots at the synchronization detection position, thereby realizing further improvement in synchronization detection accuracy while maintaining the compactness of the BD optical system. In addition, it is possible to achieve a multi-beam scanning optical apparatus and an image forming apparatus using the same, which can perform high-precision printing with a simple method and less jitter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main scanning sectional view of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a main scanning sectional view of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a main scanning sectional view of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the intensity distribution of a Fraunhofer diffraction image of a circular aperture
FIG. 5 is a diagram showing the separation of a plurality of spots at a synchronization detection position in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a main scanning sectional view of an optical system of a conventional scanning optical apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing the separation of a plurality of spots at a synchronization detection position.
FIG. 8 is a schematic diagram of a main part of the image forming apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Light source means (multi-beam semiconductor laser)
2 First optical element (collimator lens)
3 Aperture stop
4 Second optical element (cylindrical lens)
5 Deflection element (polygon mirror)
6 Scanning optical elements
61 Toric Lens
62 Diffractive optical element
7,74 Synchronous detection optical element (BD lens)
71 Synchronization detection slit (BD slit)
72 Synchronization detector (BD sensor)
73 Synchronous detection beam (BD beam)
75 Folding mirror for synchronization detection (BD mirror)
8 Scanned surface (photosensitive drum surface)
100 Multi-beam scanning optical device
101 Photosensitive drum
102 Charging roller
103 Light beam
107 Developing device
108 Transfer roller
109 Paper cassette
110 Paper feed roller
111 Printer controller
112 Transfer material (paper)
113 Fixing roller
114 Pressure roller
115 motor
116 Paper discharge roller
117 External equipment

Claims

Light source means having a plurality of light emitting portions arranged at intervals in the main scanning direction, an optical deflector for deflecting a plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting portions in the main scanning direction, and An imaging optical system for imaging a plurality of light beams deflected by the deflecting surface on the surface to be scanned, and detecting a plurality of light beams deflected by the deflecting surface of the optical deflector on the surface to be scanned A synchronization detection element that generates a synchronization signal that determines the timing of the scanning start position of each image recording of the plurality of light beams at the light beam, and a plurality of light beams deflected by the deflection surface of the optical deflector to the synchronization detection element. A multi-beam scanning optical device having a synchronous detection optical element that emits light,
A plurality of light beams guided to the synchronization detection element are incident on the synchronization detection optical element without passing through the imaging optical system,
The distance in the main scanning direction between the adjacent light emitting sections of the light source means is L, the focal length in the main scanning section of the imaging optical system is f _SC , and the focal length in the main scanning section of the synchronization detecting optical element. f _BD , where the horizontal magnification in the main scanning direction is m,
0.2 (mm) <(m · L) · (f _BD / f _SC )
m ≦ 10
(F _BD / f _SC ) <1.0
A multi-beam scanning optical apparatus satisfying the following conditions:

When the wavelength of each of the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units is λ, and the emission F number in the main scanning section of each of the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units is F _mi ,
F _mi <L / (6.656 × λ) × (f _BD / f _SC )
The multi-beam scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

3. An image forming system comprising: the multi-beam scanning optical apparatus according to claim 1; and a printer controller that converts code data input from an external device into an image signal and inputs the image signal to the multi-beam scanning optical apparatus. apparatus.