JP2005049509A

JP2005049509A - Optical scanner and image forming apparatus

Info

Publication number: JP2005049509A
Application number: JP2003204592A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamaguchi; 雅夫山口
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve image quality by decreasing variance in the diameter and the light quantity of a main scanning beam. <P>SOLUTION: The number N of the reflection surfaces of an optical scanning means, the diameter Dp of an inscribed circle on the reflection surface, and beam diameter DL in a main scanning direction of a light beam made incident on the optical scanning means are set to satisfy the relation [4.15×tan(π/N)×Dp]≤DL. A laser diode is used as a light source. A pre-deflection optical system is provided on the side of the light source of the optical scanning means, and the pre-deflection optical system includes a lens having different powers in the main scanning direction and the subscanning direction. The image forming apparatus is provided with: the optical scanner; a photoreceptor drum 23 on which a latent picture is formed on the basis of the light beam emitted from the optical scanner; a developing device 25 which supplies toner to the latent picture formed on the circumferential surface of the photoreceptor drum 23; and a transfer device 26 which transfers a toner picture developed on the circumferential surface of the photoreceptor drum 23 onto a recording medium. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特にポリゴンミラーへ入射する光ビームの主走査方向（ポリゴンミラーの回転方向に沿う方向）の幅が、ポリゴンミラーにおける反射面の主走査方向の面の幅よりも広いオーバーイルミネーションタイプの光走査装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビームを用いて静電潜像を形成し、その静電潜像を現像して可視（現像剤）像を得る静電複写方式の画像形成装置であるレーザプリンタ装置やデジタル複写装置等においては、出力すべき画像（元の画像）を、第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向に分解し、分解された第１の方向と第２の方向のいずれかの方向の画像データに基づいて光強度を変化した光ビームを、概ね直線状に、所定の時間間隔で繰り返し、出力すなわち走査する光走査装置が用いられる。
【０００３】
このような光走査装置においては、光ビームが走査される方向すなわち第１の方向は、通常、主走査方向と呼ばれる。また、第１の方向と直交する第２の方向は、通常、副走査方向と呼ばれる。
【０００４】
光走査装置は、光ビーム（レーザビーム）を出射する光源である半導体レーザ素子、半導体レーザ素子から出射された光ビームの断面ビーム径および断面形状を所定の大きさおよび形状に整える第１のレンズ群、第１のレンズ群により所定の大きさおよび形状に整えられた光ビームを、記録媒体または潜像保持体が移動される方向と直交する方向に連続的に反射して偏向（走査）する偏向装置および偏向装置により偏向された光ビームを、記録媒体または潜像保持体の所定位置に結像させる第２のレンズ群等を含む。
【０００５】
画像形成装置は、像（潜像）を保持する記録媒体または潜像保持体、記録媒体または潜像保持体を、光走査装置により１ライン分の画像データが照射される毎に１ライン分だけ移動させて、１ライン分の画像が１ライン分の画像と直交する方向に、順に整列された画像を形成する。なお、画像形成装置は、潜像を可視化する方法および潜像を記録媒体に直接形成するか否かに応じて、湿式（液体式）と乾式および直接式と転写式（間接式）に分類可能である。
【０００６】
一方、記録媒体または潜像保持体（像面）に案内された光ビームの断面ビーム径（主走査方向と副走査方向とで異なる場合は、主走査方向のビーム径）は、第２のレンズ群（結像光学系）のＦナンバーＦｎに比例する。ＦナンバーＦｎは、結像光学系の焦点距離をｆ、およびポリゴンミラーにおける任意の反射面での光ビームの主走査方向の径をＤとすると、Ｆｎ＝ｆ／Ｄで表される。従って、解像度を高めるために、走査対象物（像面）すなわち記録媒体または潜像保持体（感光体）上での光ビームの断面ビーム径を小さくしようとすると、ポリゴンミラーの各反射面上での主走査方向の断面ビーム径を、大きくする必要がある。したって、今日、多くの画像形成装置で利用されているアンダーイルミネーションタイプ（オーバーイルミネーションタイプと比較する際の総称）の光走査装置においては、ポリゴンミラーの各反射面の画幅を増大し、さらに反射面の面数を増大すると、ポリゴンミラーの大きさが大型になる。
【０００７】
しかしながら、大型のポリゴンミラーを高速で回転させるためには、トルクの大きな大型のモータが要求される。この場合、当然、モータコストが上昇する。同時に、騒音や振動も増大され、さらに多くの熱が発生するため、これらの対策が必要になる。この対策として、オーバーイルミネーションタイプの光走査装置がある。オーバーイルミネーションを用いた光走査装置の原理は、例えばＬａｓｅｒＳｃａｎｎｉｎｇＮｏｔｅｂｏｏｋ（ＬｅｏＢｅｉｓｅｒ著，ＳＰＩＥＯＰＴＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＰＲＥＳＳ）等に開示されている。
【０００８】
オーバーイルミネーションタイプの光走査装置では、ポリゴンミラーの各反射面に照射される光ビームの主走査方向の幅が、ポリゴンミラーの個々の反射面の主走査方向の幅よりも大きく設定されることから、各反射面の全面で光ビームを反射させることができる。従って、ポリゴンミラーの大きさ、特に直径を、必要以上に増大することなく、画像形成速度および解像度を高めるために、ポリゴンミラーの反射面の数を増やすことができる。
【０００９】
また、高デューティーサイクル（ｄｕｔｙｃｙｃ１ｅ）が可能となる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３２８３２３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンダーイルミネーションタイプの場合、ポリゴンミラーにより偏向された光束の主走査方向に対応する幅は走査位置（角度）に関係なく一定であった。
【００１２】
しかし、オーバーイルミネーションタイプの場合、走査角度によって光束の幅は変動する。図２は、ポリゴンミラーへ入射するビームと偏向後光学系の光軸とが主走査平面上で角度をなす場合（０°でない場合）の、ポリゴンミラーで反射される光束の幅を示している。ここで、ポリゴンミラーへの入射側（ａ）と走査領域の中心位置（ｂ）、入射側と反対側（ｃ）での反射幅をそれぞれＤａ，Ｄｂ，Ｄｃとすると、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｄｃとなる。よって、走査位置（角度）によってＦナンバーが変化し、像面での主走査ビーム径にばらつきが発生する。
【００１３】
また、図２はオーバーイルミネーションタイプの光走査装置は走査位置により光量変化が大きいことを示す図である。図で（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のビーム幅が異なることと、使用される光束の強度分布がガウシアン分布をもつレーザビームであることから、Ｓａ＞Ｓｃ、Ｓｂ＞Ｓｃである。即ち、像面での光量をそれぞれ、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃとすると、Ｐａ＞Ｐｃ、Ｐｂ＞Ｐｃとなる。よって、光量ばらつきは、従来光学系であるアンダーイルミネーション光学系よりも、オーバーイルミネーション光学系の方が大きい。
【００１４】
このように、オーバーイルミネーション光学系では、主走査ビーム径及び光量がばらつくという問題点がある。
【００１５】
この発明の目的は、オーバーイルミネーション光学系の主走査ビーム径及び光量のばらつきを解消して正確な光走査を可能にした光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る光走査装置は、光源からの光ビームを走査対象物に対して走査する光走査手段を備えた光走査装置において、前記光走査手段の反射面数をＮ、反射面の内接円直径をＤｐ、前記光走査手段に入射する光ビームの主走査方向ビーム径をＤＬとするとき、［４．１５×ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ］≦ＤＬを満たすことを特徴とする。
【００１７】
前記構成により、光走査手段に入射する主走査ビーム径を、光走査手段の面幅より４．１５倍以上大きくすることで、ガウシアン分布の裾野が拡がり、各偏向位置において強度変化が小さくなる。その結果、主走査ビーム径及び光量のばらつきが小さくなり、高画質化が可能となる。
【００１８】
前記光源はレーザダイオードであること、偏向前光学系は主走査方向と副走査方向とでパワーの異なるレンズを含むことが望ましい。
【００１９】
前記構成により、主走査ビーム径及び光量のばらつきを解消して正確な光走査が可能になる。
【００２０】
第２の発明に係る画像形成装置は、上記第１の発明に係る光走査装置と、この光走査装置から出射される光ビームに基づいて潜像画像が作成される感光体と、この感光体の外周面に形成された潜像画像にトナーを供給する現像装置と、前記感光体の外周面に現像されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記構成により、主走査ビーム径及び光量のばらつきを解消して高画質化が可能な画像形成装置を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、この発明の実施の形態である光走査装置を有する画像形成装置としてのデジタル複写機を示すものである。
【００２４】
このデジタル複写機１は、スキャナ部１０と、プリンタ部２０とを有して構成されている。
【００２５】
スキャナ部１０は、図中の矢印の方向に移動可能に形成された第１キャリッジ１１、第１キャリッジ１１に従動して移動される第２キャリッジ１２、第２キャリッジ１２からの光に所定の結像特性を与える光学レンズ１３、光学レンズ１３により所定の結像特性が与えられた光を光電変換して電気信号を出力する光電変換素子（ＣＣＤセンサ）１４、原稿Ｄを保持する原稿台１５、原稿台１５に原稿Ｄを押しつける原稿固定カバー１６等を有している。
【００２６】
第１キャリッジ１１には、原稿Ｄを照明する光源１７、ミラー１８ａが設けられている。第２キャリッジ１２には、ミラー１８ｂ、ミラー１８ｃが設けられている。これにより、原稿台１５に載置された原稿Ｄは、光源１７によって照明され、画像の有無に対応する光の明暗が分布する反射光を反射する。この原稿Ｄの反射光は、原稿Ｄの画像情報として、ミラー１８ａ，１８ｂおよび１８ｃを経由して、光学レンズ１３に入射される。光学レンズ１３に案内された原稿Ｄからの反射光は、光学レンズ１３により、光電変換素子１４の受光面に集光される。
【００２７】
図示しない操作パネルまたは外部装置から画像形成の開始が入力されると、図示しないキャリッジ駆動用モータの駆動により第１キャリッジ１１と第２キャリッジ１２が原稿台１５に対して所定の位置関係となるよう定められているホーム位置に一旦移動される。その後、原稿台１５に沿って所定の速度で移動されることで、原稿Ｄの画像情報すなわち原稿Ｄから反射された画像光が、順次取り出され、原稿Ｄの全ての画像情報が光電変換素子１４に案内される。なお、光電変換素子１４から出力される電気信号はアナログ信号であり、図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタルル信号に変換されて、画像信号として図示しない画像メモリに、一時的に記憶される。
【００２８】
以上のようにして、原稿台１５上に載置された原稿Ｄの画像は、光電変換素子１４により、ミラー１８ａが延出されている第１の方向に沿った１ラインごとに図示しない画像処理部において画像の濃淡を示す例えば８ビットのデジタル画像信号に変換される。
【００２９】
プリンタ部２０は、原稿の情報に対応して光を走査させる光走査装置２１と、記録用紙Ｐ上に画像を形成する画像形成部２２とを有して構成されている。
【００３０】
画像形成部２２は、静電潜像が形成される感光体ドラム２３、感光体ドラム２３の表面に所定極性の表面電位を与える帯電装置２４、感光体ドラム２３に光走査装置２１により形成された静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置２５、現像装置２５により感光体ドラム２３の外周に形成されたトナー像に所定の電界を与えて記録用紙Ｐに転写する転写装置２６、転写装置でトナー像が転写された記録用紙Ｐおよび記録用紙Ｐと感光体ドラム２３との間のトナーを、感光体ドラム２３との静電吸着から解放して（感光体ドラム２３から）分離する分離装置２７、転写後に感光体ドラム２３の外周面に残ったトナーを除去すると共に感光体ドラム２３の電位分布を帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に戻すクリーニング装置２８等を有している。
【００３１】
なお、帯電装置２４、現像装置２５、転写装置２６、分離装置２７およびクリーニング装置２８は、感光体ドラム２３が回転される矢印方向に沿って、順に配列されている。また、光走査装置２１からのレーザビームは、帯電装置２４と現像装置２５と間の感光体ドラム２３上の所定位置Ｘに照射される。
【００３２】
スキャナ部１０で原稿Ｄから読み取られた画像信号は、図示しない画像処理部において、輪郭補正や階調処理等の処理により印字信号に変換され、さらにレーザ変調信号に変換される。
【００３３】
後述する光走査装置２１の半導体レーザ素子４１は、前記レーザ変調信号に従って強度変調され、所定の画像データに対応して走査されて、前記感光体ドラム２３の所定位置に静電潜像を記録するように発光する。この半導体レーザ素子４１からの光は、光走査装置２１の偏向装置であるポリゴンミラー５０によりスキャナ部１０の読み取りラインと同一の方向である第１の方向に偏向されて、感光体ドラム２３の外周上の所定位置Ｘに照射される。
【００３４】
感光体ドラム２３が所定速度で矢印方向に回転されることで、スキャナ部１０の第１キャリッジ１１および第２キャリッジ１２が原稿台１５に沿って移動されると同様に、ポリゴンミラー５０により順次偏向される半導体レーザ素子４１からのレーザビームが１ライン毎に、感光体ドラム２３上の外周に所定間隔で露光される。このようにして、感光体ドラム２３の外周上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【００３５】
感光体ドラム２３の外周に形成された静電潜像は、現像装置２５からのトナーにより現像され、感光体ドラム２３の回転により転写装置２６と対向する位置に搬送され、用紙カセット２９から、給紙ローラ３０および分離ローラ３１により１枚取り出され、アライニンクローラ３２でタイミングが整合されて供給される記録用紙Ｐ上に、転写装置２６からの電界によって転写される。トナー像が転写された記録用紙Ｐは、分離装置２７によりトナーとともに分離され、搬送装置３３により定着装置３４に案内される。定着装置３４に案内された記録用紙Ｐは、定着装置３４からの熱と圧力によりトナー（トナー像）が定着されたのち、排紙ローラ３５によりトレイ３６に排出される。
【００３６】
一方、転写装置２６によりトナー像（トナー）を記録用紙Ｐに転写させた後の感光体ドラム２３は、引き続く回転の結果、クリーニング装置２８と対向され、外周に残っている転写残りトナー（残留トナー）が除去されて、さらに帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態である初期状態に戻され、次の画像形成が可能となる。
【００３７】
以上のプロセスが繰り返されることで、連続した画像形成動作が可能となる。このように、原稿台１５にセットされた原稿Ｄは、スキャナ部１０で画像情報が読み取られ、読み取られた画像情報がプリンタ部２０でトナー像に変換されて記録用紙Ｐに出力されることで複写される。
【００３８】
なお、上述した画像形成装置の説明は、デジタル複写機を例としたが、例えば画像読取部が存在しないプリンタ装置等の他の装置でのよいことは言うまでもない。
【００３９】
次に、光走査装置２１について図４及び図５に基づいて説明する。図４は、光走査装置２１の全体構成を概略的に示す平面図、図５は光走査装置２１の全体構成を概略的に示す側面図である。なお、図４は、光走査装置２１の半導体レーザ素子４１と感光体ドラム２３との間に配列される光学要素を、副走査方向（ポリゴンミラー５０から感光体ドラム２３に向かう光ビームがポリゴンミラー５０により走査される方向と平行な方向である主走査方向と直交する方向）から見るとともにミラーによる折り返しを展開して説明した概略図である。図５は、図４に示した方向である主走査方向と直交する副走査方向が平面となるように示した概略図である。
【００４０】
光走査装置２１は、図示すように、偏向前光学系４０を有している。この偏向前光学系４０は、例えば、７８０ｎｍのレーザビーム（光ビーム）を出射する光源である半導体レーザ素子４１、半導体レーザ素子４１から出射されたレーザビームの断面ビーム形状を集束光、平行光又は発散光に変換するレンズ４２、レンズ４２を通過されたレーザビームの光量（光束幅）を所定の大きさに制限するアパーチャ４３、アパーチャ４３により光量が制限されたレーザビームの断面形状を所定の断面ビーム形状に整えるために副走査方向のみに正のパワーが与えられたシリンドリカルレンズ４４、および上記各素子（有限焦点レンズもしくはコリメートレンズ４２、アパーチャ４３、およびシリンドリカルレンズ４４）により断面形状が所定の断面ビーム形状に整えられた半導体レーザ素子４１からのレーザビームを所定の方向に折り曲げるミラー４５等を備えている。
【００４１】
前記偏向前光学系４０により所定の断面ビーム形状が与えられたレーザビームが進行する方向にはポリゴンミラー５０が設けられている。このポリゴンミラー５０は、所定の速度で回転するポリゴンミラーモータ５０Ａと一体に形成され、シリンドリカルレンズ４４により断面ビーム形状が所定の形状に整えられたレーザビームを、後段に位置される感光体ドラム２３に向けて走査する。
【００４２】
ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間には結像光学系６０が設けられている。この結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反射されたレーザビームを、感光体ドラム２３の軸線方向に沿って、概ね直線状に結像させる。
【００４３】
結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０の個々の反射面で連続して反射されるレーザビームを、感光体ドラム２３に照射される際の感光体ドラム２３上での位置とポリゴンミラー５０の各反射面の回転角とを比例させながら図３に示した露光位置Ｘにおいて感光体ドラム２３の長手（軸線）方向の一端から他端に照射し、感光体ドラム２３上の長手方向のどの位置においても、所定の断面ビーム径となるように、ポリゴンミラー５０が回転される角度に基づいて、所定の関係が与えられた集束性を提供可能な結像レンズ（通常、ｆθレンズと呼ばれる）６１と、画像形成部２２内を浮遊するトナー、塵あるいは紙粉等が光走査装置２１の図示しないハウジング内に回り込むことを防止する防塵ガラス６２等からなる。
【００４４】
なお、光走査装置２１内の半導体レーザ素子４１から感光体ドラム２３までのレーザビームの光路は、図示しない複数のミラー等により、光走査装置２１の図示しないハウジング内で折り曲げられている。また、結像レンズ６１の主走査方向および副走査方向の曲率およびポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間の光路が最適化されることで、結像レンズ６１と図示しないミラーの少なくとも１つが一体に形成されてもよい。
【００４５】
また、図４，５に示した光走査装置２１においては、ポリゴンミラー５０の各反射面に向けられる入射レーザビームの主光線が沿う軸ＯＩと結像光学系６０の光軸ＯＲを、それぞれ主走査平面に投影したときの両者のなす角度αは、α＝５°である。走査角度βは２６°である。また、光走査装置２１を副走査断面から見た状態で、入射レーザビームと結像光学系の光軸ＯＲとのなす角度は２°である。
【００４６】
図６は、図４，５に示した光走査装置２１を含むデジタル複写装置の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。
【００４７】
主制御装置としてのＣＰＵ１０１には、所定の動作規則やイニシャルデータが記憶されているＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１０２、入力された制御データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３、光電変換素子１４からの画像データまたは外部装置から供給される画像データを保持するとともに、以下に示す画像処理回路に対して画像データを出力する共有（画像）ＲＡＭ１０４、バッテリバックアップにより、複写装置１への通電が遮断された場合であってもそれまでに記憶されたデータを保持するＮＶＭ（不揮発性メモリ）１０５、および画像ＲＡＭ１０４に記憶されている画像データに所定の画像処理を付加して、以下に説明するレーザドライバに出力する画像処理装置１０６等が接続されている。
【００４８】
ＣＰＵ１０１にはまた、光走査装置２１半導体レーザ素子４１を発光させるレーザドライバ１２１、ポリゴンミラー５０を回転するポリゴンモータ５０Ａを駆動するポリゴンモータドライバ１２２、および感光体ドラム２３や、付随する用紙（被転写材）の搬送機構等を駆動するメインモータ２３Ａを駆動するためのメインモータドライバ１２３等が接続されている。
【００４９】
図４，５に示した光走査装置２１では、半導体レーザ素子４１から放射された発散性のレーザビームは、レンズ４２により、断面ビーム形状が集束光又は平行光又は発散光に変換される。断面ビーム形状が所定形状に変換されたレーザビームは、アパーチャ４３を通過することで光束幅および光量が最適に設定されるとともに、シリンドリカルレンズ４４により副走査方向にのみ所定の収束性が与えられる。これにより、レーザビームは、ポリゴンミラー５０の各反射面上で主走査方向に延びた線状となる。ポリゴンミラー５０の各反射面に案内され、ポリゴンミラー５０が回転されることにより連続して反射されることで直線状に走査（偏向）されたレーザビームは、結像光学系６０の結像レンズ６１によって、感光体ドラム２３（像面）上で、断面ビーム径が少なくとも主走査方向に関して、概ね均一になるように所定の結像特性が与えられ、感光体ドラム２３の表面に、概ね直線状に結像される。また、結像レンズ６１により、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角度と感光体ドラム２３上に結像された光ビームの結像位置すなわち走査位置が、比例関係を持つように補正される。
【００５０】
従って、結像レンズ６１により、感光体ドラム２３上に、直線状に走査される光ビームの速度は、全走査域で一定となる。なお、結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０の各反射面が副走査方向に対して個々に非平行である、すなわち各反射面に倒れが生じている影響による副走査方向の走査位置のずれも補正できる曲率（副走査方向曲率）が与えられている。更に、副走査方向の像面湾曲も補正している。これら光学特性を補正するために、副走査方向の曲率は走査位置により変化させている。
【００５１】
結像レンズ６１のレンズ面の形状は、図７（表１）及び以下の式（２）
【数１】

により定義されている。ここで、ｙは主走査方向、ｚは副走査方向、ｘは光軸方向を表す。
【００５２】
また、結像レンズ６１の材質は、アクリル（ＰＭＭＡ）である。また、結像レンズ６１の厚さは、光軸（レーザビームが進行する方向）上のデフォーカス方向で２４ｍｍ、副走査方向の高さは２５ｍｍである。
【００５３】
このような結像レンズ６１を用いることで、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角θと感光体ドラム２３上に結像されるレーザビームの位置とが概ね比例されるので、レーザビームが感光体ドラム２３上に結像される際の位置が補正可能となる。
【００５４】
結像レンズ６１はまた、ポリゴンミラー５０の各反射面相互の副走査方向の傾きの偏差すなわち面倒れ量のばらつきによって生じる副走査方向の位置すれを補正可能である。詳細には、結像レンズ６１のレーザビーム入射面（ポリゴンミラー５０側）と出射面（感光体ドラム２３側）とにおいて、概ね光学的に共役の関係とすることで、ポリゴンミラー５０の任意の反射面とポリゴンミラー５０の回転軸との間に定義される傾きが（個々の反射面毎に）異なる場合でも、感光体ドラム２３上に案内されるレーザビームの副走査方向の走査位置のずれを補正することができる。
【００５５】
なお、レーザビームの断面ビーム径は、半導体レーザ素子４１が放射する光ビームの波長に依存することから、レーザビームの波長を６５０ｎｍまたは６３０ｎｍ、もしくはより短い波長とすることで、レーザビームの断面ビーム径を、一層小径化できる。
【００５６】
なお、図４，５に示した各光走査装置２１において、結像レンズ６１に複数本のレーザビームが入射されるマルチビーム系の場合には、（２）式における非球面項のＺの次数に奇数項を含ませた以下の式
【数２】

により、結像レンズ６１のレンズ面を定義することが望ましい。ここで、ｙは主走査方向、ｚは副走査方向、ｘは光軸方向を表す。
【００５７】
偏向後の折り返しミラーは平面で構成されている。すなわち、面倒れ補正はｆθレンズのみで行っている。また、ｆθレンズに光透過率を上げることが可能になる。
【００５８】
ｆθレンズ面形状は、主走査軸に対して回転対称軸をもち走査位置により副走査方向の曲率が異なる、例えばトーリックレンズであっても良い。こうすることで、副走査方向の屈折力が走査位置により異なり、走査線曲がりを補正することが可能となる。更に、副走査方向の曲面が回転対称軸をもつ場合に、副走査方向の曲率の自由度が広がり、より高い精度で補正することが可能となる。
【００５９】
前記ポリゴンミラー５０は、例えば、正１２面体であり、その内接円直径Ｄｐが２９ｍｍに形成されている。ポリゴンミラー５０の各反射面（１２面）の主走査方向の幅Ｗｐは、ポリゴンミラー５０の反射面の数をＮとすると、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ
から求めることができる。この例では、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／１２）×２９＝７．７７ｍｍ
である。
【００６０】
これに対し、ポリゴンミラー５０の各反射面に照射されるレーザビームの主走査方向のビーム幅ＤＬは、概ね３３ｍｍであり、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の主走査方向の幅Ｗｐ＝７．７７ｍｍに比較して、広く設定されている。ビーム幅は主走査方向に広いほど像面での走査端と走査中心との光量ばらつきは低減する。
【００６１】
ここで、多値階調の場合、光量のばらつきにより、画像濃度への影響を受けやすく、濃淡ムラが発生してしまう。
【００６２】
図８（表２）は、ポリゴンミラー５０に入射する主走査ビーム径とポリゴンミラー反射面の主走査幅との比（Ｗｐ／ＤＬ）と、像面の画像領域での光量ばらつき量（光量の最大値と最小値の比（％））、画像の濃淡ムラの評価結果を示す。図９は光量ばらつき量を示すグラフである。
【００６３】
Ｗｐ／ＤＬが４．１５以上になると、光量ばらつきは画像の濃淡ムラに影響せず、画質は良好になる。すなわち、走査手段であるポリゴンミラー５０の反射面数をＮ、反射面の内接円半径をＤｐ、ポリゴンミラー（走査手段）５０に入射する主走査方向ビーム径をＤＬとするとき、
［４．１５×ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ］≦ＤＬ
を満たすように、ポリゴンミラー５０に入射する偏向前光学系４０からのレーザビームの主走査方向ビーム径ＤＬと、ポリゴンミラー５０の各反射面の主走査方向の幅Ｗｐを設定する。
【００６４】
これにより、偏向前光学系４０からのレーザビームの主走査方向ビーム径ＤＬのレーザビームのうち、ポリゴンミラー５０の幅Ｗｐの反射面で反射させて感光体ドラム２３に照射される光束は、中央部分のみとなる。この中央部分（レーザビームの主走査方向ビーム径ＤＬの中央部分）では、入射側、中央位置及び反対側でほとんど違いがなく、それら位置での反射幅Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃがほぼ等しくなる。即ち、ガウシアン分布の裾野が拡がり、各偏向位置において強度変化が小さくなる。その結果、像面での主走査ビーム径及び光量のばらつきが小さくなり、画像の濃淡ムラに影響せず、画質は良好になる。即ち、高画質化が可能となる。
【００６５】
［変形例］
上記実施形態では、白黒のデジタル複写機１について説明したが、カラーのデジタル複写機にも使用することができる。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光走査装置及び画像形成装置では次のような効果を奏することができる。
【００６７】
光走査手段の反射面数Ｎ、反射面の内接円直径Ｄｐ、光走査手段に入射する主走査方向ビーム径ＤＬに対して、［４．１５×ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ］≦ＤＬを満たすようにしたので、ガウシアン分布の裾野が拡がり、各偏向位置において強度変化が小さくなる。その結果、主走査ビーム径及び光量のばらつきを低減することができ、高画質化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の光走査装置を示す概略構成図である。
【図２】従来の画像形成装置の光走査装置を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係るデジタル複写機を示す概略構成図である。
【図４】本実施形態に係るデジタル複写機の光走査装置の概略構成を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係るデジタル複写機の光走査装置の概略構成を示す側面図である。
【図６】デジタル複写機の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。
【図７】結像レンズのレンズ面の形状を定義する図表である。
【図８】ポリゴンミラーに入射する主走査ビーム径とポリゴンミラー反射面の主走査幅との比と、像面の画像領域での光量ばらつき量、画像の濃淡ムラの評価結果を示す図表である。
【図９】ポリゴンミラー５０に入射する主走査ビーム径とポリゴンミラー反射面の主走査幅との比と、光量ばらつき量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：デジタル複写機、１０：スキャナ部、１１：第１キャリッジ、１２：第２キャリッジ、１３：光学レンズ、１４：光電変換素子、１５：原稿台、１６：原稿固定カバー、１７：光源、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ：ミラー、２０：プリンタ部、２１：光走査装置、２２：画像形成部、２３：感光体ドラム、２４：帯電装置、２５：現像装置、２６：転写装置、２７：分離装置、２８：クリーニング装置、２９：用紙カセット、３０：給紙ローラ、３１：分離ローラ、３２：アライニンクローラ、３３：搬送装置、３４：定着装置、３５排紙ローラ、３６：トレイ、４０：偏向前光学系、４１：半導体レーザ素子、４２：レンズ、４３：アパーチャ、４４：シリンドリカルレンズ、４５：ミラー、５０：ポリゴンミラー、５０Ａ：ポリゴンミラーモータ、６０：結像光学系、６１：結像レンズ、６２：防塵ガラス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning device used in a laser printer, a digital copying machine, and the like, and an image forming apparatus using the same, and more particularly to a main scanning direction of a light beam incident on a polygon mirror (a direction along the rotation direction of the polygon mirror). The present invention relates to an over-illumination type optical scanning device and an image forming apparatus in which the width of the reflective surface of the polygon mirror is wider than the width of the surface in the main scanning direction.
[0002]
[Prior art]
In laser printers and digital copying machines, which are electrostatic copying image forming apparatuses that form an electrostatic latent image using a light beam and develop the electrostatic latent image to obtain a visible (developer) image. The image to be output (original image) is decomposed into a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the decomposed first direction or the second direction An optical scanning device is used that repeatedly outputs, that is, scans, a light beam whose light intensity has been changed based on image data substantially linearly at predetermined time intervals.
[0003]
In such an optical scanning device, the direction in which the light beam is scanned, that is, the first direction is usually referred to as the main scanning direction. Also, the second direction orthogonal to the first direction is usually called the sub-scanning direction.
[0004]
The optical scanning device includes a semiconductor laser element that is a light source that emits a light beam (laser beam), and a first lens that adjusts a cross-sectional beam diameter and a cross-sectional shape of the light beam emitted from the semiconductor laser element to a predetermined size and shape. The light beams adjusted to a predetermined size and shape by the first lens group and the first lens group are continuously reflected and deflected (scanned) in a direction orthogonal to the direction in which the recording medium or the latent image holder is moved. A deflecting device and a second lens group that forms an image of the light beam deflected by the deflecting device at a predetermined position of the recording medium or the latent image holding member are included.
[0005]
The image forming apparatus has a recording medium or latent image holding body for holding an image (latent image), a recording medium or a latent image holding body for one line every time one line of image data is irradiated by the optical scanning device. By moving the image, an image in which an image for one line is arranged in order in a direction orthogonal to the image for one line is formed. Image forming devices can be classified into wet (liquid type), dry type, direct type and transfer type (indirect type) depending on the method of visualizing the latent image and whether the latent image is directly formed on the recording medium. It is.
[0006]
On the other hand, the cross-sectional beam diameter of the light beam guided to the recording medium or the latent image holding body (image surface) (the beam diameter in the main scanning direction when the main scanning direction and the sub scanning direction are different) is the second lens. It is proportional to the F number Fn of the group (imaging optical system). The F number Fn is represented by Fn = f / D, where f is the focal length of the imaging optical system and D is the diameter of the light beam in the main scanning direction on an arbitrary reflecting surface of the polygon mirror. Therefore, in order to increase the resolution, if an attempt is made to reduce the cross-sectional beam diameter of the light beam on the scanning object (image surface), that is, the recording medium or the latent image holding member (photoreceptor), on each reflection surface of the polygon mirror. It is necessary to increase the cross-sectional beam diameter in the main scanning direction. Therefore, in the under-illumination type optical scanning device used today in many image forming apparatuses (a general term for comparing with the over-illumination type), the image width of each reflecting surface of the polygon mirror is increased and further reflected. Increasing the number of surfaces increases the size of the polygon mirror.
[0007]
However, in order to rotate a large polygon mirror at high speed, a large motor with a large torque is required. In this case, the motor cost naturally increases. At the same time, noise and vibration are increased and more heat is generated, so these measures are necessary. As a countermeasure, there is an over illumination type optical scanning device. The principle of an optical scanning device using over illumination is disclosed in, for example, Laser Scanning Notebook (written by Leo Beiser, SPIE OPTICAL ENGINEERING PRESS).
[0008]
In the over illumination type optical scanning device, the width in the main scanning direction of the light beam applied to each reflecting surface of the polygon mirror is set larger than the width in the main scanning direction of each reflecting surface of the polygon mirror. The light beam can be reflected on the entire surface of each reflecting surface. Accordingly, the number of reflecting surfaces of the polygon mirror can be increased in order to increase the image forming speed and resolution without increasing the size, particularly the diameter, of the polygon mirror more than necessary.
[0009]
Further, a high duty cycle (duty cyc1e) is possible.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-328323 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional under illumination type, the width corresponding to the main scanning direction of the light beam deflected by the polygon mirror is constant regardless of the scanning position (angle).
[0012]
However, in the case of the over illumination type, the width of the light beam varies depending on the scanning angle. FIG. 2 shows the width of the light beam reflected by the polygon mirror when the beam incident on the polygon mirror and the optical axis of the post-deflection optical system form an angle on the main scanning plane (when it is not 0 °). . Here, if the reflection widths on the incident side (a) to the polygon mirror, the center position (b) of the scanning region, and the opposite side (c) are Da, Db and Dc, respectively, Da>Db> Dc. Become. Therefore, the F number changes depending on the scanning position (angle), and the main scanning beam diameter on the image plane varies.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing that the light quantity change is large depending on the scanning position in the over-illumination type optical scanning device. In the figure, Sa> Sc and Sb> Sc because the beam widths of (a), (b), and (c) are different and the intensity distribution of the luminous flux used is a laser beam having a Gaussian distribution. That is, if the light amounts on the image plane are Pa, Pb and Pc, respectively, then Pa> Pc and Pb> Pc. Therefore, the variation in the amount of light is larger in the over illumination optical system than in the under illumination optical system which is a conventional optical system.
[0014]
As described above, the over-illumination optical system has a problem that the main scanning beam diameter and the amount of light vary.
[0015]
An object of the present invention is to provide an optical scanning apparatus and an image forming apparatus that can perform accurate optical scanning by eliminating variations in the main scanning beam diameter and light amount of an over illumination optical system.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
An optical scanning device according to a first aspect of the present invention is an optical scanning device including an optical scanning unit that scans a scanning target with a light beam from a light source. When the inscribed circle diameter is Dp and the beam diameter in the main scanning direction of the light beam incident on the optical scanning means is DL, [4.15 × tan (π / N) × Dp] ≦ DL is satisfied. To do.
[0017]
With the above configuration, by increasing the main scanning beam diameter incident on the optical scanning unit by 4.15 times or more than the surface width of the optical scanning unit, the base of the Gaussian distribution is expanded, and the intensity change is reduced at each deflection position. As a result, variations in main scanning beam diameter and light quantity are reduced, and high image quality is possible.
[0018]
The light source is preferably a laser diode, and the pre-deflection optical system preferably includes lenses having different powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0019]
With the above-described configuration, variations in main scanning beam diameter and light amount are eliminated, and accurate optical scanning becomes possible.
[0020]
An image forming apparatus according to a second invention includes the optical scanning device according to the first invention, a photoconductor for generating a latent image based on a light beam emitted from the optical scanning device, and the photoconductor And a transfer device for transferring the toner image developed on the outer peripheral surface of the photosensitive member to a recording medium.
[0021]
With the above-described configuration, it is possible to realize an image forming apparatus capable of improving image quality by eliminating variations in main scanning beam diameter and light amount.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an optical scanning device and an image forming apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 3 shows a digital copying machine as an image forming apparatus having an optical scanning device according to an embodiment of the present invention.
[0024]
The digital copying machine 1 includes a scanner unit 10 and a printer unit 20.
[0025]
The scanner unit 10 has a predetermined connection to light from the first carriage 11 formed to be movable in the direction of the arrow in the drawing, the second carriage 12 moved by following the first carriage 11, and the light from the second carriage 12. An optical lens 13 that provides image characteristics, a photoelectric conversion element (CCD sensor) 14 that photoelectrically converts light given predetermined imaging characteristics by the optical lens 13 and outputs an electrical signal, a document table 15 that holds a document D, A document fixing cover 16 for pressing the document D against the document table 15 is provided.
[0026]
The first carriage 11 is provided with a light source 17 for illuminating the document D and a mirror 18a. The second carriage 12 is provided with a mirror 18b and a mirror 18c. As a result, the document D placed on the document table 15 is illuminated by the light source 17 and reflects the reflected light in which the brightness of the light corresponding to the presence or absence of the image is distributed. The reflected light of the document D enters the optical lens 13 via the

mirrors

18a, 18b and 18c as image information of the document D. The reflected light from the document D guided by the optical lens 13 is condensed on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 14 by the optical lens 13.
[0027]
When the start of image formation is input from an operation panel (not shown) or an external device, the first carriage 11 and the second carriage 12 are in a predetermined positional relationship with respect to the document table 15 by driving a carriage drive motor (not shown). It is once moved to a predetermined home position. Thereafter, the image information of the document D, that is, the image light reflected from the document D is sequentially taken out by moving along the document table 15 at a predetermined speed, and all the image information of the document D is converted into the photoelectric conversion element 14. Be guided to. The electric signal output from the photoelectric conversion element 14 is an analog signal, converted into a digital signal by an A / D converter (not shown), and temporarily stored in an image memory (not shown) as an image signal.
[0028]
As described above, the image of the document D placed on the document table 15 is subjected to image processing (not shown) for each line along the first direction in which the mirror 18a is extended by the photoelectric conversion element 14. For example, the image is converted into an 8-bit digital image signal indicating the density of the image.
[0029]
The printer unit 20 includes an optical scanning device 21 that scans light in accordance with document information, and an image forming unit 22 that forms an image on a recording paper P.
[0030]
The image forming unit 22 is formed by the photosensitive drum 23 on which the electrostatic latent image is formed, the charging device 24 that applies a surface potential of a predetermined polarity to the surface of the photosensitive drum 23, and the optical scanning device 21 on the photosensitive drum 23. A developing device 25 that supplies toner to the electrostatic latent image and develops it, a transfer device 26 that applies a predetermined electric field to the toner image formed on the outer periphery of the photosensitive drum 23 by the developing device 25 and transfers the toner image onto the recording paper P, transfer Separation in which the recording sheet P onto which the toner image has been transferred by the apparatus and the toner between the recording sheet P and the photosensitive drum 23 are separated from the electrostatic adsorption with the photosensitive drum 23 (from the photosensitive drum 23). A cleaning device that removes toner remaining on the outer peripheral surface of the photosensitive drum 23 after transfer and returns the potential distribution of the photosensitive drum 23 to a state before the surface potential is supplied by the charging device 24; It has a 28, and the like.
[0031]
Note that the charging device 24, the developing device 25, the transfer device 26, the separation device 27, and the cleaning device 28 are arranged in order along the direction of the arrow in which the photosensitive drum 23 is rotated. The laser beam from the optical scanning device 21 is applied to a predetermined position X on the photosensitive drum 23 between the charging device 24 and the developing device 25.
[0032]
An image signal read from the document D by the scanner unit 10 is converted into a print signal by processing such as contour correction and gradation processing in an image processing unit (not shown), and further converted into a laser modulation signal.
[0033]
A semiconductor laser element 41 of the optical scanning device 21 to be described later is intensity-modulated in accordance with the laser modulation signal, scanned according to predetermined image data, and records an electrostatic latent image at a predetermined position on the photosensitive drum 23. So that it emits light. The light from the semiconductor laser element 41 is deflected in a first direction which is the same direction as the reading line of the scanner unit 10 by the polygon mirror 50 which is a deflecting device of the optical scanning device 21, and the outer periphery of the photosensitive drum 23. Irradiated to a predetermined position X above.
[0034]
When the photosensitive drum 23 is rotated at a predetermined speed in the direction of the arrow, the first carriage 11 and the second carriage 12 of the scanner unit 10 are sequentially deflected by the polygon mirror 50 in the same manner as the document carriage 15 is moved. The laser beam from the semiconductor laser element 41 is exposed on the outer periphery of the photosensitive drum 23 at predetermined intervals for each line. In this way, an electrostatic latent image corresponding to the image signal is formed on the outer periphery of the photosensitive drum 23.
[0035]
The electrostatic latent image formed on the outer periphery of the photosensitive drum 23 is developed with toner from the developing device 25, conveyed to a position facing the transfer device 26 by the rotation of the photosensitive drum 23, and supplied from the paper cassette 29. One sheet is taken out by the paper roller 30 and the separation roller 31, and transferred by the electric field from the transfer device 26 onto the recording paper P supplied with the timing aligned by the aligning roller 32. The recording paper P to which the toner image has been transferred is separated together with the toner by the separation device 27 and guided to the fixing device 34 by the transport device 33. The recording paper P guided to the fixing device 34 is discharged onto the tray 36 by the paper discharge roller 35 after the toner (toner image) is fixed by heat and pressure from the fixing device 34.
[0036]
On the other hand, the photosensitive drum 23 after the toner image (toner) is transferred to the recording paper P by the transfer device 26 is opposed to the cleaning device 28 as a result of the subsequent rotation, and the transfer residual toner (residual toner) remaining on the outer periphery. ) Is removed, and the charging device 24 returns to the initial state which is the state before the surface potential is supplied, and the next image formation is possible.
[0037]
By repeating the above process, a continuous image forming operation can be performed. As described above, the document D set on the document table 15 is read by the scanner unit 10, and the read image information is converted into a toner image by the printer unit 20 and output to the recording paper P. Duplicated.
[0038]
Although the above description of the image forming apparatus has been made with a digital copying machine as an example, it is needless to say that the image forming apparatus may be another apparatus such as a printer without an image reading unit.
[0039]
Next, the optical scanning device 21 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view schematically showing the overall configuration of the optical scanning device 21, and FIG. 5 is a side view schematically showing the overall configuration of the optical scanning device 21. 4 shows an optical element arranged between the semiconductor laser element 41 of the optical scanning device 21 and the photosensitive drum 23 in the sub-scanning direction (the light beam directed from the polygon mirror 50 toward the photosensitive drum 23 is a polygon mirror). FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the folding by a mirror while being viewed from a direction parallel to the main scanning direction that is parallel to the direction scanned by 50. FIG. 5 is a schematic diagram showing that the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction which is the direction shown in FIG. 4 is a plane.
[0040]
As shown in the figure, the optical scanning device 21 has a pre-deflection optical system 40. This pre-deflection optical system 40 is, for example, a semiconductor laser element 41 that is a light source that emits a 780 nm laser beam (light beam), and a cross-sectional beam shape of the laser beam emitted from the semiconductor laser element 41 is focused light, parallel light, or A lens 42 for converting to diverging light, an aperture 43 for limiting the amount of light (light beam width) of the laser beam that has passed through the lens 42 to a predetermined size, and a cross-sectional shape of the laser beam whose amount of light is limited by the aperture 43 to a predetermined cross section A cylindrical lens 44 to which a positive power is given only in the sub-scanning direction for adjusting the beam shape, and the above-described elements (finite focus lens or collimating lens 42, aperture 43, and cylindrical lens 44) have a predetermined cross-sectional shape. The laser beam from the semiconductor laser element 41 adjusted to the beam shape is And a mirror 45 or the like for bending a constant direction.
[0041]
A polygon mirror 50 is provided in the direction in which the laser beam given a predetermined cross-sectional beam shape by the pre-deflection optical system 40 travels. The polygon mirror 50 is formed integrally with a polygon mirror motor 50A that rotates at a predetermined speed, and a laser beam whose cross-sectional beam shape is adjusted to a predetermined shape by a cylindrical lens 44 is used as a photosensitive drum 23 positioned at a subsequent stage. Scan towards
[0042]
An imaging optical system 60 is provided between the polygon mirror 50 and the photosensitive drum 23. The imaging optical system 60 forms an image of the laser beam continuously reflected by each reflecting surface of the polygon mirror 50 in a substantially linear shape along the axial direction of the photosensitive drum 23.
[0043]
The image forming optical system 60 is arranged so that the position on the photosensitive drum 23 when the laser beam continuously reflected by the individual reflecting surfaces of the polygon mirror 50 is irradiated on the photosensitive drum 23 and each of the polygon mirror 50 are set. Irradiating from one end to the other end in the longitudinal (axis) direction of the photosensitive drum 23 at the exposure position X shown in FIG. 3 while making the rotation angle of the reflecting surface proportional, and at any position in the longitudinal direction on the photosensitive drum 23 Also, an imaging lens (usually called an fθ lens) 61 that can provide a focusing property given a predetermined relationship based on an angle at which the polygon mirror 50 is rotated so as to have a predetermined cross-sectional beam diameter; The image forming unit 22 includes a dust-proof glass 62 that prevents toner, dust, paper dust, and the like floating in the image forming unit 22 from entering into a housing (not shown) of the optical scanning device 21.
[0044]
The optical path of the laser beam from the semiconductor laser element 41 to the photosensitive drum 23 in the optical scanning device 21 is bent in a housing (not shown) of the optical scanning device 21 by a plurality of mirrors (not shown). Further, by optimizing the curvature of the imaging lens 61 in the main scanning direction and the sub-scanning direction and the optical path between the polygon mirror 50 and the photosensitive drum 23, at least one of the imaging lens 61 and a mirror (not shown) is provided. It may be formed integrally.
[0045]
In the optical scanning device 21 shown in FIGS. 4 and 5, the axis OI along which the principal ray of the incident laser beam directed to each reflecting surface of the polygon mirror 50 and the optical axis OR of the imaging optical system 60 are respectively set as the main. The angle α between the two when projected onto the scanning plane is α = 5 °. The scanning angle β is 26 °. In addition, the angle between the incident laser beam and the optical axis OR of the imaging optical system is 2 ° when the optical scanning device 21 is viewed from the sub-scanning section.
[0046]
FIG. 6 is a schematic block diagram showing an example of a drive circuit of a digital copying apparatus including the optical scanning device 21 shown in FIGS.
[0047]
The CPU 101 as the main control device includes a ROM (read only memory) 102 in which predetermined operation rules and initial data are stored, a RAM 103 in which input control data is temporarily stored, and image data from the photoelectric conversion element 14. Alternatively, when the image data supplied from the external apparatus is held and the energization to the copying apparatus 1 is interrupted by the shared (image) RAM 104 that outputs the image data to the image processing circuit shown below and battery backup. Predetermined image processing is added to the image data stored in the NVM (non-volatile memory) 105 and the image RAM 104 that holds the data stored up to that time, and is output to the laser driver described below. An image processing apparatus 106 and the like are connected.
[0048]
The CPU 101 also includes a laser driver 121 that emits light from the semiconductor laser element 41 of the optical scanning device 21, a polygon motor driver 122 that drives a polygon motor 50 </ b> A that rotates the polygon mirror 50, a photosensitive drum 23, and accompanying paper (transferred paper). A main motor driver 123 for driving a main motor 23A for driving a material transport mechanism and the like is connected.
[0049]
In the optical scanning device 21 shown in FIGS. 4 and 5, the divergent laser beam emitted from the semiconductor laser element 41 is converted by the lens 42 into a focused beam, a parallel beam, or a divergent beam. The laser beam in which the cross-sectional beam shape is converted into a predetermined shape passes through the aperture 43 so that the light beam width and the light amount are optimally set, and a predetermined convergence is given only in the sub-scanning direction by the cylindrical lens 44. As a result, the laser beam has a linear shape extending in the main scanning direction on each reflecting surface of the polygon mirror 50. The laser beam guided to each reflecting surface of the polygon mirror 50 and continuously scanned (deflected) by being continuously reflected by the rotation of the polygon mirror 50 is converted into an imaging lens of the imaging optical system 60. 61 gives a predetermined imaging characteristic on the photosensitive drum 23 (image surface) so that the cross-sectional beam diameter is substantially uniform at least in the main scanning direction, and the surface of the photosensitive drum 23 is substantially linear. Is imaged. Further, the imaging lens 61 corrects the rotation angle of each reflecting surface of the polygon mirror 50 and the imaging position of the light beam imaged on the photosensitive drum 23, that is, the scanning position, to have a proportional relationship. .
[0050]
Accordingly, the speed of the light beam scanned linearly on the photosensitive drum 23 by the imaging lens 61 is constant in the entire scanning region. Note that the imaging lens 61 is also free from deviations in the scanning position in the sub-scanning direction due to the influence of the respective reflecting surfaces of the polygon mirror 50 being non-parallel to the sub-scanning direction. A curvature (sub-scanning direction curvature) that can be corrected is given. Furthermore, field curvature in the sub-scanning direction is also corrected. In order to correct these optical characteristics, the curvature in the sub-scanning direction is changed depending on the scanning position.
[0051]
The shape of the lens surface of the imaging lens 61 is shown in FIG. 7 (Table 1) and the following equation (2).
[Expression 1]

Defined by Here, y represents the main scanning direction, z represents the sub-scanning direction, and x represents the optical axis direction.
[0052]
The material of the imaging lens 61 is acrylic (PMMA). The imaging lens 61 has a thickness of 24 mm in the defocus direction on the optical axis (the direction in which the laser beam travels), and a height in the sub-scanning direction of 25 mm.
[0053]
By using such an imaging lens 61, the rotation angle θ of each reflecting surface of the polygon mirror 50 and the position of the laser beam imaged on the photosensitive drum 23 are approximately proportional, so that the laser beam is The position at which the image is formed on the photosensitive drum 23 can be corrected.
[0054]
The imaging lens 61 can also correct the deviation in the sub-scanning direction between the reflecting surfaces of the polygon mirror 50, that is, the positional deviation in the sub-scanning direction caused by the variation in the amount of surface tilt. More specifically, an arbitrary optical conjugation relationship between the laser beam incident surface (polygon mirror 50 side) and the exit surface (photosensitive drum 23 side) of the imaging lens 61 is obtained. Even when the inclination defined between the reflecting surface and the rotation axis of the polygon mirror 50 is different (for each reflecting surface), the deviation of the scanning position of the laser beam guided on the photosensitive drum 23 in the sub-scanning direction is different. Can be corrected.
[0055]
Since the cross-sectional beam diameter of the laser beam depends on the wavelength of the light beam emitted from the semiconductor laser element 41, the cross-sectional beam of the laser beam can be reduced by setting the wavelength of the laser beam to 650 nm, 630 nm, or a shorter wavelength. The diameter can be further reduced.
[0056]
4 and 5, in the case of a multi-beam system in which a plurality of laser beams are incident on the imaging lens 61, the order of Z of the aspheric term in equation (2). The following expression with odd terms included in
[Expression 2]

Thus, it is desirable to define the lens surface of the imaging lens 61. Here, y represents the main scanning direction, z represents the sub-scanning direction, and x represents the optical axis direction.
[0057]
The deflecting mirror after deflection is formed of a plane. That is, the surface tilt correction is performed only with the fθ lens. In addition, it is possible to increase the light transmittance of the fθ lens.
[0058]
The fθ lens surface shape may be, for example, a toric lens having a rotationally symmetric axis with respect to the main scanning axis and having a different curvature in the sub-scanning direction depending on the scanning position. By doing so, the refractive power in the sub-scanning direction varies depending on the scanning position, and the scanning line bending can be corrected. Further, when the curved surface in the sub-scanning direction has a rotationally symmetric axis, the degree of freedom of curvature in the sub-scanning direction is widened and correction can be performed with higher accuracy.
[0059]
The polygon mirror 50 is, for example, a regular dodecahedron and has an inscribed circle diameter Dp of 29 mm. The width Wp in the main scanning direction of each reflecting surface (12 surfaces) of the polygon mirror 50 is N, where N is the number of reflecting surfaces of the polygon mirror 50.
Wp = tan (π / N) × Dp
Can be obtained from In this example,
Wp = tan (π / 12) × 29 = 7.77 mm
It is.
[0060]
On the other hand, the beam width DL in the main scanning direction of the laser beam applied to each reflecting surface of the polygon mirror 50 is approximately 33 mm, and the width Wp in the main scanning direction of each reflecting surface of the polygon mirror 50 = 7. It is set wider than 77mm. The wider the beam width in the main scanning direction, the smaller the variation in light quantity between the scanning end and the scanning center on the image plane.
[0061]
Here, in the case of multi-valued gradation, it is easy to be influenced by the image density due to the variation in the amount of light, and uneven density occurs.
[0062]
FIG. 8 (Table 2) shows the ratio (Wp / DL) between the main scanning beam diameter incident on the polygon mirror 50 and the main scanning width of the polygon mirror reflecting surface, and the amount of light amount variation (the amount of light in the image area). The ratio between the maximum value and the minimum value (%)), and the evaluation result of the shading unevenness of the image are shown. FIG. 9 is a graph showing the amount of light quantity variation.
[0063]
When Wp / DL is equal to or greater than 4.15, the variation in the light amount does not affect the density unevenness of the image, and the image quality is improved. That is, when the number of reflection surfaces of the polygon mirror 50 as the scanning means is N, the inscribed circle radius of the reflection surface is Dp, and the beam diameter in the main scanning direction incident on the polygon mirror (scanning means) 50 is DL,
[4.15 × tan (π / N) × Dp] ≦ DL
The main scanning direction beam diameter DL of the laser beam from the pre-deflection optical system 40 incident on the polygon mirror 50 and the width Wp of each reflecting surface of the polygon mirror 50 in the main scanning direction are set so as to satisfy the above.
[0064]
As a result, of the laser beam from the pre-deflection optical system 40 having the beam diameter DL in the main scanning direction, the light beam reflected on the reflecting surface having the width Wp of the polygon mirror 50 and irradiated onto the photosensitive drum 23 is centered. Only part. In this central part (the central part of the beam diameter DL in the main scanning direction of the laser beam), there is almost no difference between the incident side, the central position, and the opposite side, and the reflection widths Da, Db, Dc at these positions are almost equal. That is, the base of the Gaussian distribution is expanded, and the intensity change is reduced at each deflection position. As a result, variations in the main scanning beam diameter and the light amount on the image plane are reduced, and the image quality is improved without affecting the density unevenness of the image. That is, high image quality can be achieved.
[0065]
[Modification]
In the above embodiment, the monochrome digital copying machine 1 has been described. However, the present invention can also be used for a color digital copying machine. Also in this case, the same operations and effects as the above embodiment can be achieved.
[0066]
【The invention's effect】
As described above in detail, the optical scanning device and the image forming apparatus of the present invention can provide the following effects.
[0067]
[4.15 × tan (π / N) × Dp] ≦ DL with respect to the number N of reflection surfaces of the optical scanning unit, the inscribed circle diameter Dp of the reflection surface, and the main scanning direction beam diameter DL incident on the optical scanning unit. Thus, the base of the Gaussian distribution is expanded, and the intensity change is reduced at each deflection position. As a result, variations in main scanning beam diameter and light amount can be reduced, and high image quality can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical scanning device of an image forming apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an optical scanning device of a conventional image forming apparatus.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a digital copying machine according to the present embodiment.
FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of an optical scanning device of a digital copying machine according to the present embodiment.
FIG. 5 is a side view showing a schematic configuration of the optical scanning device of the digital copying machine according to the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating an example of a driving circuit of a digital copying machine.
FIG. 7 is a chart defining the shape of the lens surface of the imaging lens.
FIG. 8 is a chart showing a ratio between a main scanning beam diameter incident on a polygon mirror and a main scanning width of a polygon mirror reflecting surface, a light amount variation amount in an image area of an image surface, and evaluation results of unevenness in image density. .
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the main scanning beam diameter incident on the polygon mirror 50 and the main scanning width of the polygon mirror reflecting surface and the amount of light quantity variation;
[Explanation of symbols]
1: digital copier, 10: scanner unit, 11: first carriage, 12: second carriage, 13: optical lens, 14: photoelectric conversion element, 15: document table, 16: document fixing cover, 17: light source, 18a , 18b, 18c: mirror, 20: printer unit, 21: optical scanning device, 22: image forming unit, 23: photosensitive drum, 24: charging device, 25: developing device, 26: transfer device, 27: separation device, 28: cleaning device, 29: paper cassette, 30: paper feed roller, 31: separation roller, 32: aligning roller, 33: transport device, 34: fixing device, 35 paper discharge roller, 36: tray, 40: before deflection Optical system, 41: semiconductor laser element, 42: lens, 43: aperture, 44: cylindrical lens, 45: mirror, 50: polygon mirror, 50A: polygon mirror Motor, 60: an imaging optical system, 61: imaging lens, 62: dust-proof glass.

Claims

In an optical scanning device provided with an optical scanning means for scanning a scanning object with a light beam from a light source
When the number of reflection surfaces of the light scanning means is N, the inscribed circle diameter of the reflection surface is Dp, and the beam diameter in the main scanning direction of the light beam incident on the light scanning means is DL,
[4.15 × tan (π / N) × Dp] ≦ DL
An optical scanning device characterized by satisfying the above.

The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device, wherein the light source is a laser diode.

The optical scanning device according to claim 1 or 2,
A pre-deflection optical system on the light source side of the light scanning means;
An optical scanning device, wherein the pre-deflection optical system includes lenses having different powers in a main scanning direction and a sub-scanning direction.

An optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
A photoreceptor on which a latent image is created based on a light beam emitted from the optical scanning device;
A developing device for supplying toner to the latent image formed on the outer peripheral surface of the photoreceptor;
An image forming apparatus comprising: a transfer device that transfers a toner image developed on the outer peripheral surface of the photosensitive member to a recording medium.