JP2508871B2 - Multi-beam scanning optical system - Google Patents

Multi-beam scanning optical system

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JP2508871B2
JP2508871B2 JP4443590A JP4443590A JP2508871B2 JP 2508871 B2 JP2508871 B2 JP 2508871B2 JP 4443590 A JP4443590 A JP 4443590A JP 4443590 A JP4443590 A JP 4443590A JP 2508871 B2 JP2508871 B2 JP 2508871B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 1) 産業上の利用分野 本発明は、デジタル複写機、レーザビームプリンタ、
光ディスク等に光ビームで書込を行うためのレーザビー
ム走査光学系に関し、特に、複数のレーザビームによっ
て同時に書込を行うマルチビーム走査光学系に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Object of the Invention 1) Field of Industrial Application The present invention relates to a digital copying machine, a laser beam printer,
The present invention relates to a laser beam scanning optical system for writing on an optical disc or the like with a light beam, and particularly to a multi-beam scanning optical system for simultaneously writing with a plurality of laser beams.

2) 従来の技術 第3A,3B図はデジタル複写機の書込装置に使用される
従来のレーザ走査装置の一例の説明図で、第3A図は2本
のレーザビームによって感光体上に同時に2ラインの書
込を行うマルチビーム走査光学系の平面図、第3B図は同
側面図を示している。このマルチビーム走査光学系は2
本のレーザビームを同時に出射する半導体レーザ光源と
してのマルチビームダイオードレーザアレイ01(第3A,3
B,4図参照)を備えている。
2) Prior Art FIGS. 3A and 3B are explanatory views of an example of a conventional laser scanning device used in a writing device of a digital copying machine. FIG. 3A shows that two laser beams are simultaneously applied to a photosensitive member. A plan view of a multi-beam scanning optical system for writing lines is shown in FIG. 3B. This multi-beam scanning optical system has 2
Multi-beam diode laser array 01 (3A, 3A, 3) as a semiconductor laser light source that simultaneously emits two laser beams
B, see Fig. 4).

第4図に示すように、前記マルチビームレーザダイオ
ードアレイ01は下面に電極基板02とその上に載置された
LDチップ(レーザダイオードチップ)03とを備え、前記
LDチップ03はチップ基板04の上部に絶縁層05で分離され
た2個の発振領域06および07を有するレーザダイオード
LD1およびLD2を備えている。なお、レーザダイオードLD
1,LD2間の間隔(前記発振領域06,07間の間隔)はr1であ
る。そして、図示しないLD駆動回路に接続された接続端
子Ta,Tbから電極06a,07aを介して駆動電流を供給したと
き、前記各レーザダイオードLD1およびLD2は第1,第2レ
ーザビームL1,L2を前方に、また、バックビームL1′,
L2′を後方に出射するようになっている。なお一般に、
前記レーザビームL1,L2はその出射時の径が2〜4μm
と小さく定めにくいのでその光源としての大きさは広が
り角θによって表される。また、前記レーザアレイ01
はフォトダイオード08を備えており、このフォトダイオ
ード08は前記バックビームL1′,L2′を受光してその光
量信号を図示しない光量制御回路に接続された接続端子
Tcに出力するように配置されている。
As shown in FIG. 4, the multi-beam laser diode array 01 is mounted on the lower surface of the electrode substrate 02 and the electrode substrate 02.
And an LD chip (laser diode chip) 03,
LD chip 03 is a laser diode having two oscillation regions 06 and 07 separated by an insulating layer 05 on a chip substrate 04.
It has LD 1 and LD 2 . Laser diode LD
The interval between 1 and LD 2 (the interval between the oscillation regions 06 and 07) is r 1 . Then, when a drive current is supplied from the connection terminals Ta and Tb connected to an LD drive circuit (not shown) via the electrodes 06a and 07a, the laser diodes LD 1 and LD 2 cause the first and second laser beams L 1 to pass. , L 2 forward, and back beam L 1 ′,
It is designed to emit L 2 ′ backward. Generally,
The laser beams L 1 and L 2 have a diameter of 2 to 4 μm when emitted.
The size of the light source is represented by a spread angle θ 1 . Further, the laser array 01
Is provided with a photodiode 08. The photodiode 08 receives the back beams L 1 ′ and L 2 ′ and outputs a light amount signal thereof to a connection terminal connected to a light amount control circuit (not shown).
It is arranged to output to Tc.

第3A,3B図に示すように、前記発振領域06,07から出射
されたレーザビームL1,L2の光路には焦点距離f1のコリ
メートレンズ010、副走査方向にのみ光学的パワーを有
する焦点距離f2のシリドリカルレンズ012、ミラー013、
回転多面鏡014、f−θレンズ015、及びシリンドリカル
レンズ016より成るマルチビーム走査光学系Mが配設さ
れており、中心軸まわりに回転自在に設けられた走査面
としての感光ドラム018の表面(すなわち、感光体表
面)018aを走査するようになっている。そして、前記コ
リメートレンズ010およびシリンドリカルレンズ012から
構成される第1走査光学系M1の副走査方向の横倍率はm1
であり、f−θレンズ015およびシリンドリカルレンズ0
16から構成される第2走査光学系M2の副走査方向の横倍
率はm2である。なお、感光ドラム018の端部には光セン
サ019が設けられており、この光センサ019の出力するビ
ーム位置検出信号SOS(Start of scan、第3A図参照)に
よって前記各レーザダイオードLD1,LD2への画像信号の
出力タイミングが設定されるように構成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the optical paths of the laser beams L 1 and L 2 emitted from the oscillation regions 06 and 07 have a collimating lens 010 with a focal length f 1 and have optical power only in the sub-scanning direction. A cylindrical lens 012 with a focal length f 2 , a mirror 013,
A multi-beam scanning optical system M including a rotary polygon mirror 014, an f-θ lens 015, and a cylindrical lens 016 is provided, and the surface of the photosensitive drum 018 as a scanning surface rotatably provided around the central axis ( That is, the surface of the photoconductor) 018a is scanned. The lateral magnification in the sub-scanning direction of the first scanning optical system M 1 composed of the collimator lens 010 and the cylindrical lens 012 is m 1
And the f-θ lens 015 and the cylindrical lens 0
The lateral magnification of the second scanning optical system M 2 composed of 16 in the sub-scanning direction is m 2 . An optical sensor 019 is provided at the end of the photosensitive drum 018, and each of the laser diodes LD 1 , LD is detected by a beam position detection signal SOS (Start of scan, see FIG. 3A) output from the optical sensor 019. The output timing of the image signal to 2 is set.

第5,6図は前記マルチビーム走査光学系Mを用いて書
き込む走査をする場合の感光体表面018a上のレーザビー
ムL1,L2のスポットを示す図である。ここで、隣り合っ
た2本のレーザビームL1,L2で走査される各走査ライン
間の間隔r3を走査ライン幅(走査ピッチ)pで割った自
然数iを「飛び越し走査周期」と定義する。
FIGS. 5 and 6 are views showing spots of the laser beams L 1 and L 2 on the surface 018a of the photoconductor when the writing scanning is performed using the multi-beam scanning optical system M. Here, the natural number i obtained by dividing the interval r 3 between the scanning lines scanned by the two adjacent laser beams L 1 and L 2 by the scanning line width (scanning pitch) p is defined as the “interlaced scanning period”. To do.

第5図は、レーザビームの本数が2で飛び越し走査周
期iが1の場合を示している。第1および第2レーザビ
ームL1およびL2の感光体表面018a上のスポットa,bはい
ずれも副走査方向の径がd3で等しくなっている。なお、
この明細書でレーザビームおよびそのスポットの径は、
光の強度が最高強度の(1/e2)=0.135の部分の径を意
味している。そして、a1,b1は前記スポットa,bの第1回
目の走査(図においては、走査番号(1)のように表示
する)時の位置、a2,b2は第2走査時の位置、…、an、b
nは第n(n=1,2,3,…)走査時の位置を示している。
FIG. 5 shows a case where the number of laser beams is 2 and the interlaced scanning period i is 1. The spots a and b of the first and second laser beams L 1 and L 2 on the photoconductor surface 018a are equal in the sub-scanning direction with a diameter d 3 . In addition,
In this specification the diameter of the laser beam and its spot is
It means the diameter of the part where the intensity of light is (1 / e 2 ) = 0.135 of the maximum intensity. Then, a 1 and b 1 are the positions at the time of the first scanning of the spots a and b (displayed as the scanning number (1) in the figure), and a 2 and b 2 are the positions at the second scanning. Position, ..., an, b
n indicates the position at the n-th (n = 1, 2, 3, ...) Scan.

第5図において、第1走査時すなわち走査番号(1)
においてに第1,2レーザビームL1,L2による第1,2走査ラ
インの走査が同時に行われた後、走査番号(2)におい
て第1,2レーザビームL1,L2による第3,4走査ラインの走
査が同時に行われる。以下同様にして走査番号(3)
(4),(5),…の順に2ラインずつの走査が繰り返
されることになる。
In FIG. 5, during the first scan, that is, scan number (1)
First and second laser beam at L 1, after the scanning of the first and second scan lines by L 2 is performed at the same time, the first and second laser in scanning number (2) beams L 1, L 2 of the third, Scanning of four scanning lines is performed simultaneously. Similarly, scan number (3)
The scanning of two lines is repeated in the order of (4), (5), ....

また、第6図に示すように、飛び越し走査周期5の場
合、すなわち、2本のレーザビームL1,L2の間隔r3を5p
(pは走査ピッチ)に設定すると、第6図の走査番号
(1),(2)において第2レーザビームL2が走査ライ
ン2,4の走査を行った後、走査番号(3)以降において
第2レーザビームL2が第6,8,10,…走査ラインの走査を
行うと同時に、第1レーザビームL1は第2レーザビーム
L2より5ライン前の第1,3,5,…走査ラインの走査を同時
に行うことになる。
Further, as shown in FIG. 6, in the case of the interlaced scanning period 5, that is, the interval r 3 between the two laser beams L 1 and L 2 is 5p.
When (p is a scan pitch), the second laser beam L 2 scans the scan lines 2 and 4 at scan numbers (1) and (2) in FIG. The second laser beam L 2 scans the 6th, 8th, 10th, ... Scanning lines, and at the same time, the first laser beam L 1 changes to the second laser beam.
The scanning of the 1st, 3rd, 5th, ... Scanning lines 5 lines before L 2 is simultaneously performed.

以上,第5,6図において2本ビームを例にして従来の
マルチビーム走査装置の概要を説明したが、このような
マルチービムによる飛び越し走査は、一般に前記レーザ
ビームの本数と飛び越し走査周期とが互いに素であれ
ば、すなわち、レーザビームの本数と飛び越し走査周期
が1以外に割り切れる共通の正の整数を持たなければ可
能であり、3本以上のレーザビームを用いたマルチビー
ム走査装置も従来公知である。
The outline of the conventional multi-beam scanning device has been described above with reference to two beams as an example in FIGS. 5 and 6. In the interlaced scanning by such a multi-beam, the number of laser beams and the interlaced scanning period are generally mutually different. It is possible as long as it is a prime number, that is, if the number of laser beams and the interlaced scanning period do not have a common positive integer that is divisible by other than 1, and a multi-beam scanning device using three or more laser beams is also conventionally known. is there.

ところで一般に、再現画像の画質の決定要因として
は、感光体表面に照射されるレーザビームのスポット
径、感光体表面上の走査ライン一本分の幅(すなわち、
走査ピッチ)、およびレーザパワー等がある。
By the way, generally, the factors that determine the image quality of a reproduced image are the spot diameter of the laser beam applied to the surface of the photoconductor, the width of one scanning line on the surface of the photoconductor (that is,
Scanning pitch), laser power, and the like.

たとえば、バックグラウンド露光により、網点による
階調表示を行う場合に再現される画像は、前記スポット
の副走査方向の径が大きすぎると、ハイライト部では着
色される部分が小さくなって画像として再現されなくな
り、シャドー部では白抜けの部分のつぶれが発生する。
また、前記径が小さすぎると、ハイライト部では着色部
分が大きくなりすぎてしまう。すなわち、再現画像の画
質は、感光体表面上のレーザビームのスポット径に依存
する。
For example, an image reproduced when gradation display is performed by halftone dots by background exposure is such that if the diameter of the spot in the sub-scanning direction is too large, the colored portion becomes small in the highlight portion and becomes an image. It will not be reproduced and the shadow part will be crushed.
On the other hand, if the diameter is too small, the colored portion will become too large in the highlight portion. That is, the image quality of the reproduced image depends on the spot diameter of the laser beam on the surface of the photoconductor.

そして、第5,6図において,感光体表面に照射される
レーザビームのスポットの副走査方向の径をd3、感光体
表面上の走査ライン一本分の幅(すなわち、走査ピッ
チ)をpとした場合、k=(d3/p)の値を1.5〜1.8の範
囲に設定すると良好な階調再現性が得られることが知ら
れている(田中:光学四学会、第6回色彩光学コンファ
レンス論文集、P77、1989参照)。
In FIGS. 5 and 6, the diameter of the spot of the laser beam irradiated on the surface of the photoconductor in the sub-scanning direction is d 3 , and the width of one scanning line on the surface of the photoconductor (that is, the scanning pitch) is p. , It is known that good gradation reproducibility can be obtained by setting the value of k = (d 3 / p) in the range of 1.5 to 1.8 (Tanaka: Optics Society of Japan, 6th Color Optics). See Conference Papers, P77, 1989).

3) 発明が解決しようとする課題 ところで、マルチビームを用いたレーザビーム走査光
学系においては、複数のレーザビームL1,L2が同一の走
査光学系を通過している。したがって、前記複数のレー
ザビームL1,L2の感光体表面018aのスポットa,b間の副走
査方向の間隔r3およびスポットa,bの副走査方向の径d3
が、それぞれ光源であるレーザアレイ1の複数のレーザ
ダイオードLD1,LD2間の副走査方向の間隔およびにレー
ザダイオードの発振領域の副走査方向の径(出射時のビ
ーム径)を正確に求めることができるならば、前記複数
のレーザビームL1,L2のスポットa,bの間隔r3を前記走査
ピッチpの整数倍に設定し且つ同時に前記k=(d3/p)
の値を1.5〜1.8の範囲に設定することは容易である。
3) Problem to be Solved by the Invention In a laser beam scanning optical system using multiple beams, a plurality of laser beams L 1 and L 2 pass through the same scanning optical system. Therefore, the distance r 3 in the sub-scanning direction between the spots a and b of the plurality of laser beams L 1 and L 2 on the photosensitive member surface 018a and the diameter d 3 of the spots a and b in the sub-scanning direction.
However, the diameter in the sub-scanning direction (beam diameter at the time of emission) of the oscillation region of the laser diode is accurately obtained with the space in the sub-scanning direction between the plurality of laser diodes LD 1 and LD 2 of the laser array 1 which is the light source. If possible, the interval r 3 between the spots a and b of the plurality of laser beams L 1 and L 2 is set to an integral multiple of the scanning pitch p, and at the same time, k = (d 3 / p)
It is easy to set the value of to within the range of 1.5 to 1.8.

しかしながら、出射時のビーム径は2〜4μmと小さ
いことから正確に求めることは難しく前記スポットa,b
の副走査方向の径d3は、レーザダイオードLD1,LD2から
出射するレーザビームL1,L2の広がり角θによって定
められる。また、レーザビームが走査光学系を通過する
途中で前記光学系のレンズ、回転多面鏡等の構成部材に
よりレーザビームの外周部分が除去されたりするため
(いわゆるレーザビームのケラレが生じるため)、前記
複数のレーザビームL1,L2のスポットa,bの間隔r3を前記
走査ピッチpの飛び越し走査周期倍に設定し且つ同時に
前記k=(d3/p)の値を1.5〜1.8の範囲に設定すること
は困難であった。したがって従来、マルチビーム走査光
学系において階調再現性を良好にすることは容易でなか
った。
However, since the beam diameter at the time of emission is as small as 2 to 4 μm, it is difficult to accurately obtain it, and the spots a, b
The diameter d 3 in the sub-scanning direction is determined by the divergence angle θ 1 of the laser beams L 1 and L 2 emitted from the laser diodes LD 1 and LD 2 . Further, while the laser beam is passing through the scanning optical system, the outer peripheral portion of the laser beam may be removed by the components of the optical system, such as a rotating polygon mirror (so-called laser beam vignetting occurs). The interval r 3 between the spots a and b of the plurality of laser beams L 1 and L 2 is set to be an interlaced scanning period times the scanning pitch p, and at the same time, the value of k = (d 3 / p) is in the range of 1.5 to 1.8. Was difficult to set. Therefore, conventionally, it has not been easy to improve gradation reproducibility in a multi-beam scanning optical system.

そこで、本発明者は次のように考察した。すなわち、
マルチビームを出射する半導体レーザアレイの各レーザ
ダイオード間の間隔r1と、それらの各レーザダイオード
から出射される各レーザビームの広がり角θおよび波
長λと、前記走査光学系の構成要素の焦点維持等のパラ
メータの値により、前記スポットa,bの間隔r3と副走査
方向の系d3とが定まるはずである。したがって、それら
のパラメータ間の関係式が求まれば、その関係式を満足
するように前記各パラメータを定めることにより、前記
複数のレーザビームL1,L2のスポットa,bの間隔r3を前記
走査ピッチpの飛び越し周期倍に設定し且つ同時に前記
k=(d3/p)の値を1.5〜1.8の範囲に設定することは容
易となる。そうすれば、マルチビーム走査光学系の階調
再現性を容易に向上させることができるはずである。
Therefore, the present inventor considered as follows. That is,
The spacing r 1 between the laser diodes of the semiconductor laser array that emits multiple beams, the divergence angle θ 1 and the wavelength λ of each laser beam emitted from each laser diode, and the focus of the components of the scanning optical system. The distance r 3 between the spots a and b and the system d 3 in the sub-scanning direction should be determined by the values of parameters such as maintenance. Therefore, if the relational expression between these parameters is obtained, by defining each of the parameters so as to satisfy the relational expression, the distance r 3 between the spots a and b of the plurality of laser beams L 1 and L 2 is set. It becomes easy to set the interlacing period times the scanning pitch p and simultaneously set the value of k = (d 3 / p) in the range of 1.5 to 1.8. Then, the gradation reproducibility of the multi-beam scanning optical system should be easily improved.

前記考察のもとに検討した結果、前記第3A,3B図に示
すような装置において、前記コリメート光とされた複数
のレーザビーム(L1,L2)が走査光学系の光軸と交わる
位置にアパーチャを配設したマルチビーム走査光学系に
対し、次の関係式(1)を求めることに成功した。
As a result of the examination based on the above consideration, in the device as shown in FIGS. 3A and 3B, the position where the plurality of laser beams (L 1 , L 2 ) that are the collimated light intersect with the optical axis of the scanning optical system. We succeeded in obtaining the following relational expression (1) for the multi-beam scanning optical system in which the aperture is arranged.

但し、 r1…レーザダイオードLD1,LD2間の間隔、 θ…レーザダイオードLD1,LD2から出力されるレー
ザビームL1,L2の副走査方向の広がり角 λ…レーザダイオードLD1,LD2から出力されるレーザ
ビームL1,L2の波長、 i…飛び越し走査周期(感光体表面018a上のレーザビ
ームL1,L2のスポットa,b(第5,6図参照)間の間隔r3
走査ピッチpで割った自然数、 α…前記アパーチャの副走査方向の径に依存する値
で、前記シリンドリカルレンズ12の焦点距離をf2、前記
アパーチャに入射するコリメート光とされたレーザビー
ムL1,L2の副走査方向の径をD、前記回転多面鏡(14)
の反射面に収束するレーザビーム(L1,L2)の副走査方
向の径をd2としたときに、d2=(αλf2)/Dを満たす
値、 k…レーザビームL1,L2の感光体表面018a上のスポッ
トa,bの副走査方向の径d3を走査ラインの幅(走査ピッ
チ)pで割った値、すなわちk=d3/p、 次に、前記式(1)の根拠について説明する。
However, r 1 ... laser diode LD 1, the spacing between the LD 2, θ 1 ... laser diode LD 1, the laser beam L 1 output from the LD 2, L 2 in the sub-scanning direction divergence angle lambda ... laser diode LD 1 , LD 2 output from the laser beams L 1 and L 2 , wavelengths, i ... interlaced scanning period (between spots a and b (see FIGS. 5 and 6) of the laser beams L 1 and L 2 on the photoconductor surface 018a) Is a natural number obtained by dividing the interval r 3 by the scanning pitch p, and α is a value depending on the diameter of the aperture in the sub-scanning direction, and the focal length of the cylindrical lens 12 is f 2 , which is collimated light incident on the aperture. The diameter of the laser beams L 1 and L 2 in the sub-scanning direction is D, and the rotating polygon mirror (14)
When the diameter of the laser beam (L 1 , L 2 ) converging on the reflection surface of the sub scanning direction is d 2 , a value satisfying d 2 = (αλf 2 ) / D, k ... Laser beam L 1 , L 2 is a value obtained by dividing the diameter d 3 of the spots a and b on the surface 018a of the photoconductor in the sub-scanning direction by the width (scanning pitch) p of the scanning line, that is, k = d 3 / p. ) Is explained.

第7A,7B図の前記第3A,3B図と同様のマルチビーム走査
光学系Mにアパーチャ011を付加した走査光学系を示す
図である。前記アパーチャ011はコリメートレンズ010を
通ったレーザビームL1,L2が光軸と交差する位置に配設
されている。
FIG. 7 is a diagram showing a scanning optical system in which an aperture 011 is added to a multi-beam scanning optical system M similar to FIGS. 3A and 3B in FIGS. 7A and 7B. The aperture 011 is arranged at a position where the laser beams L 1 and L 2 that have passed through the collimator lens 010 intersect the optical axis.

第7A,7B図において、符号010〜016で示す光学部材か
ら構成されるマルチビーム走査光学系Mの横倍率をmと
すれば、(2)式が成り立 r3=mr1=m1m2r1 ……(2) また、飛び越し走査周期をiとすれば、次の(3)式
が成り立つ。
In FIGS. 7A and 7B, if the lateral magnification of the multi-beam scanning optical system M composed of the optical members denoted by reference numerals 010 to 016 is m, the equation (2) is established. R 3 = mr 1 = m 1 m 2 r 1 (2) If the interlaced scanning period is i, the following equation (3) is established.

r3=ip=mr1 ……(3) コリメートンレンズ010の焦点距離をf1とし、コリメ
ートレンズ010から出射するレーザビーム径をDとする
と、(4)式が成り立つ。
r 3 = ip = mr 1 (3) If the focal length of the collimation lens 010 is f 1 and the diameter of the laser beam emitted from the collimating lens 010 is D, then equation (4) holds.

D=f1×2sin(θ1/2)=f1θ ……(4) このレーザビームL1,L2はアパーチャ配設位置で光軸
と交わった後、焦点距離f2のシリンドリカルレンズ012
により前記回転多面鏡014の鏡面に結像するので、その
回転多面鏡014の鏡面に結像したレーザビームL1,L2のス
ポットの副走査方向の径d2はフレネルキルヒホッフの回
折積分より(5)式で表せる。
D = f 1 × 2sin (θ 1/2) = f 1 θ 1 ...... (4) After crosses the optical axis at the laser beam L 1, L 2 is the aperture disposed position, the focal length f 2 of the cylindrical lens 012
Since the image is formed on the mirror surface of the rotating polygon mirror 014 by the above, the diameter d 2 of the spots of the laser beams L 1 and L 2 formed on the mirror surface of the rotating polygon mirror 014 in the sub-scanning direction is given by the Fresnel Kirchhoff diffraction integration ( It can be expressed by equation (5).

なお、前記(5)式のαの値は、前記アパーチャ011
の副走査方向の径によって定まる定数である。たとえ
ば、アパーチャ011の径が前記コリメート化された外径
Dのレーザビームの最高強度部分(ビーム中心部分)の
1/2の強度を有する部分の径と同じ大きさの径(以下、
このような大きさの径を「1/2強度径」というように表
現する。この1/2強度径はガウス型の強度分布を有する
ビームの場合D/1.70=0.59Dである。)であるならば、
αの値は、 α=2.5 である。同様に、アパーチャ011の内径が1/e2強度径
(すなわち、レーザビームの最高強度部分の1/e2=0.13
5の強度を有する部分の径と同じ大きさの径)ならば、
αの値は、 α=1.6 である。また、アパーチャ011の内径が前記コリメート
されたレーザビームの径Dよりも非常に大きいかまたは
アパーチャ011を用いない場合には、αの値は、 α=4/π である。
It should be noted that the value of α in the equation (5) is the same as the aperture 011
Is a constant determined by the diameter in the sub-scanning direction. For example, the diameter of the aperture 011 is the maximum intensity portion (beam center portion) of the laser beam having the collimated outer diameter D.
The diameter of the same size as the diameter of the part with 1/2 strength (hereinafter,
The diameter of such a size is expressed as "1/2 strength diameter". This 1/2 intensity diameter is D / 1.70 = 0.59D for a beam having a Gaussian intensity distribution. )If it is,
The value of α is 2.5. Similarly, the inner diameter of the aperture 011 is 1 / e 2 intensity diameter (that is, 1 / e 2 = 0.13 of the highest intensity part of the laser beam).
If the diameter is the same as the diameter of the part with the strength of 5,)
The value of α is α = 1.6. Further, when the inner diameter of the aperture 011 is much larger than the diameter D of the collimated laser beam or when the aperture 011 is not used, the value of α is α = 4 / π 2.

また、焦点距離f1のコリメートレンズ010および焦点
距離f2のシリンドリカルレンズ012から構成される第1
走査光学系M1の横倍率m1は(6)式で表せる。
In addition, a first lens including a collimator lens 010 having a focal length f 1 and a cylindrical lens 012 having a focal length f 2 .
The lateral magnification m 1 of the scanning optical system M 1 can be expressed by equation (6).

m1=f2/f1 ……(6) 前記(4),(5),(6)式より次式(7)が得ら
れる。
m 1 = f 2 / f 1 (6) The following expression (7) is obtained from the expressions (4), (5) and (6).

回転多面鏡014と感光体表面018aとの間の第2走査光
学系M2の絞りはレーザビーム径に対して非常に大きく設
定しておけば、(8)式が成り立つ。
If the diaphragm of the second scanning optical system M 2 between the rotary polygon mirror 014 and the photosensitive member surface 018a is set to be very large with respect to the laser beam diameter, the formula (8) is established.

d3=m2d2 ……(8) (7),(8)式より、 d3=αλm1m2=αλm/θ ……(9) 前述のように、k=d3/pであるから、これと(9)式
より、(10)式が得られる。
d 3 = m 2 d 2 (8) From equations (7) and (8), d 3 = αλm 1 m 2 / θ 1 = αλm / θ 1 (9) As described above, k = d Since it is 3 / p, the equation (10) is obtained from this and the equation (9).

kp=αλm/θ ……(10) 前記(3),(10)式より次式(11)が得られる。kp = αλm / θ 1 (10) The following formula (11) is obtained from the formulas (3) and (10).

k/i=αλ/r1θ ……(11) この(11)式を変形して前記(1)式が得られる。k / i = αλ / r 1 θ 1 (11) The formula (1) is obtained by modifying the formula (11).

前記(1)式において、kの値を1.5〜1.8の範囲で適
当に定めることにより、他のパラメータの値も容易に定
めることが可能になる。
In the equation (1), by appropriately setting the value of k within the range of 1.5 to 1.8, it becomes possible to easily set the values of other parameters.

本発明は、前述の事情および検討結果に鑑み、複数の
レーザビームを用いたマルチビーム走査光学系におい
て、階調再現性を向上させることを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances and examination results, it is an object of the present invention to improve gradation reproducibility in a multi-beam scanning optical system using a plurality of laser beams.

B.発明の構成 1) 課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本出願の第1発明のマル
チビーム走査光学系は、次の構成を備えたことを特徴と
する。すなわち、 各々独立に変調されたLD駆動信号によりそれぞれ駆動
されるとともに発振位置が距離r1離れて配置された複数
のレーザダイオードを有するレーザアレイと、 前記複数のレーザダイオードの出力する広がり角θ
で波長λの複数のレーザビームをコリメート光にするコ
リメートレンズおよび前記コリメート光にされたレーザ
ビームを回転多面鏡の鏡面に収束させる副走査方向に光
学的パワーを有する第1副走査方向パワー光学部材から
成る第1走査光学系と、 前記回転多面鏡と感光体表面との間に配設されたf−
θレンズおよびこのf−θレンズから出射したレーザビ
ームを感光体表面の副走査方向Yに所定の飛び越し走査
周期iだけ離れた位置で収束させる副走査方向Yに光学
的パワーを有する第2副走査方向パワー光学部材とから
成る第2走査光学系と、 を備えたマルチビーム走査光学系において、 前記コリメート光にされた複数のレーザビームが第1
走査光学系の光軸と交わる位置にアパーチャを配設し、 前記各パラメータr1,λ,θ1,およびiが次式を満足
するように定められたマルチビーム走査光学系。
B. Configuration of the Invention 1) Means for Solving the Problems In order to solve the problems, the multi-beam scanning optical system of the first invention of the present application is characterized by having the following structure. That is, a laser array having a plurality of laser diodes which are respectively driven by LD drive signals which are independently modulated and whose oscillation positions are arranged at a distance r 1; and a spread angle θ 1 output by the plurality of laser diodes.
And a first sub-scanning direction power optical member having optical power in the sub-scanning direction for converging the laser beams converted into the collimated light on the mirror surface of the rotating polygon mirror. A first scanning optical system, and f- disposed between the rotary polygon mirror and the surface of the photoconductor.
Second sub-scan having optical power in the sub-scanning direction Y for converging the laser beam emitted from the θ lens and the f-θ lens in the sub-scanning direction Y on the surface of the photoconductor at a position separated by a predetermined interlaced scanning cycle i. A second scanning optical system including a directional power optical member, and a plurality of laser beams converted into the collimated light in the first scanning optical system.
A multi-beam scanning optical system in which an aperture is arranged at a position intersecting the optical axis of the scanning optical system, and the parameters r 1 , λ, θ 1 , and i are determined so as to satisfy the following equation.

但し、 1.5≦k≦1.8であり、αは、アパーチャの副走査方向
Yの径に依存する値で、前記第1副走査方向パワー光学
部材の焦点距離をf2、前記アパーチャに入射するコリメ
ート光とされたレーザビームの副走査方向の径をD、前
記回転多面鏡の鏡面に収束するレーザビームの副走査方
向の径をd2としたときに、d2=(αλf2)/Dを満たす値
である。
However, 1.5 ≦ k ≦ 1.8, α is a value depending on the diameter of the aperture in the sub-scanning direction Y, the focal length of the first sub-scanning direction power optical member is f 2 , and the collimated light incident on the aperture is D 2 = (αλf 2 ) / D, where D is the diameter of the laser beam in the sub-scanning direction and D 2 is the diameter of the laser beam that converges on the mirror surface of the rotating polygon mirror. It is a value.

また、本出願の第2発明のマルチビーム走査光学系
は、前記第1発明のマルチビーム走査光学系において、
α=2.5としたことを特徴とする。
The multi-beam scanning optical system of the second invention of the present application is the multi-beam scanning optical system of the first invention,
The feature is that α = 2.5.

2) 作用 前述の構成を備えた本出願の第1,第2発明によれば、
αiλ/r1θの値が1.5〜1.8の間の適当な値となるよ
うに、前記各パラメータα,i,λ,r1の値を定める
ことにより、感光体表面のレーザビームのスポットの副
走査方向の径を走査ラインの幅(走査ピッチ)で割った
値kが1.5〜1.8の間の適当な値に設定されることにな
る。そしてkがこのような値に設定されたマルチビーム
走査光学系は階調再現性が良好である。
2) Operation According to the first and second inventions of the present application having the above-mentioned configuration,
By setting the values of the parameters α, i, λ, r 1 , θ 1 so that the value of α i λ / r 1 θ 1 is an appropriate value between 1.5 and 1.8, The value k obtained by dividing the diameter of the spot in the sub-scanning direction by the width of the scanning line (scanning pitch) is set to an appropriate value between 1.5 and 1.8. The multi-beam scanning optical system in which k is set to such a value has good gradation reproducibility.

3) 実施例 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。3) Example Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1A図は同実施例の走査光学系の平面図の略図、第1B
図は同側面図の略図である。この第1A,1B図において、
前記第7A,7B図の構成要素に対応する構成要素には、第7
A,7B図の符号の最上位桁の0を除いた符号を付して重複
する詳細な説明は省略する。この第1A,1B図の構成要素1
6は第2副走査方向パワー光学部材であり、前記第7A,7B
図のシリンドリカルレンズ016の代わりにシリンドリカ
ルミラーを採用しているが、他の構成要素は第7A,7B図
と同様の構成要素を採用している。
FIG. 1A is a schematic plan view of the scanning optical system of the embodiment, FIG.
The figure is a schematic view of the same side view. In this Figure 1A, 1B,
The components corresponding to the components of FIGS. 7A and 7B include
Reference numerals other than the most significant digit 0 of the reference numerals in FIGS. 7A and 7B are given and redundant detailed description is omitted. Component 1 of Figures 1A and 1B
6 is a second sub-scanning direction power optical member,
Although a cylindrical mirror is used instead of the cylindrical lens 016 in the figure, the other components adopt the same components as in FIGS. 7A and 7B.

第1A,1B図において、符号10〜13で示された光学部材
により第1走査光学系M1が構成されており、その副走査
方向の横倍率はm1である。
In FIGS. 1A and 1B, the first scanning optical system M 1 is composed of the optical members denoted by reference numerals 10 to 13, and the lateral magnification in the sub-scanning direction is m 1 .

第1B図において、コリメートレンズ10の焦点距離を
f1、シリンドリカルレンズ(第1副走査方向光学部材)
12の焦点距離をf2、f−θレンズ15の焦点距離をf3、シ
リンドリカルミラー16の焦点距離をf4とする。そして、
レーザアレイ1と回転多面鏡14との間に配置された、コ
リメートレンズ10、アパーチャ11、シリンドリカルレン
ズ12およびミラー13から構成される第1走査光学系M1
副走査方向Yの横倍率をm1、とし、回転多面鏡14と感光
体表面18aとの間に配置されたf−θレンズ15およびシ
リンドリカルミラー16から構成された第2走査光学系M2
の副走査方向の横倍率をm2とし、これらの横倍率m1,m2
の両光学系を合成したマルチビーム走査光学系Mの横倍
率をmとする。また、レーザダイオードLD1およびLD2
それぞれのレーザビーム出射位置の間隔をr1、レーザダ
イオードLD1およびLD2から出射するレーザビームL1およ
びL2のそれぞれの広がり角をθとする。そして、これ
らのレーザビームL1およびL2は前記横倍率m1の第1走査
光学系M1を通って、一旦回転多面鏡14に副走査方向の径
d2を形成して収束するように構成されている。そして、
回転多面鏡14で反射したレーザビームL1,L2は前記横倍
率m2の第2走査光学系M2を通って感光体表面18aに副走
査方向Yの径d3のスポットa,bを、副走査方向Yに間隔r
3だけ離れた位置に形成するように構成されている。
In FIG. 1B, the focal length of the collimating lens 10 is
f 1 , cylindrical lens (first sub-scanning direction optical member)
The focal length of 12 is f 2 , the focal length of the f-θ lens 15 is f 3 , and the focal length of the cylindrical mirror 16 is f 4 . And
The lateral magnification in the sub-scanning direction Y of the first scanning optical system M 1 including the collimator lens 10, the aperture 11, the cylindrical lens 12 and the mirror 13 arranged between the laser array 1 and the rotary polygon mirror 14 is m. 1 , and a second scanning optical system M 2 including an f-θ lens 15 and a cylindrical mirror 16 arranged between the rotary polygon mirror 14 and the photosensitive member surface 18a.
Let m 2 be the horizontal magnification in the sub-scanning direction, and these horizontal magnifications m 1 and m 2
Let m be the lateral magnification of the multi-beam scanning optical system M that is a combination of both optical systems. Further, the respective spacings of the laser beam emitting position of the laser diode LD 1 and LD 2 r 1, each of the spread angle of the laser beams L 1 and L 2 emitted from the laser diode LD 1 and LD 2 and theta 1. Then, these laser beams L 1 and L 2 pass through the first scanning optical system M 1 having the lateral magnification m 1 and once enter the rotary polygon mirror 14 in the sub-scanning direction.
It is configured to form d 2 and converge. And
The laser beams L 1 and L 2 reflected by the rotary polygon mirror 14 pass through the second scanning optical system M 2 having the lateral magnification m 2 to form spots a and b having a diameter d 3 in the sub-scanning direction Y on the photoconductor surface 18a. , R in the sub-scanning direction Y
It is configured to form at a position separated by only 3 .

この第1A,1B図に示されたマルチビーム走査光学系の
実施例の前記各パラメータは次のように設定されてい
る。
The respective parameters of the embodiment of the multi-beam scanning optical system shown in FIGS. 1A and 1B are set as follows.

λ=0.78μm r1=10μm θ=20゜=0.35(ラジアン) f1=25mm f2=419.43mm m1=f2/f1=16.78 α=2.5 m2=0.5588 m=m1・m2=9.377 p=31.25μm 前記各パラメータが前述のように設定されている場
合、感光体表面18a上のスポットa,bの副走査方向の径d3
および各スポットa,b間の間隔r3の値を次に計算してみ
る。
λ = 0.78 μm r 1 = 10 μm θ 1 = 20 ° = 0.35 (radian) f 1 = 25mm f 2 = 419.43mm m 1 = f 2 / f 1 = 16.78 α = 2.5 m 2 = 0.5588 m = m 1・ m 2 = 9.377 p = 31.25 μm When each of the above parameters is set as described above, the diameter d 3 of the spots a and b on the photoconductor surface 18a in the sub-scanning direction
Then, the value of the interval r 3 between the spots a and b will be calculated next.

r3=r1・m=93.77μm ∴i=r3/p=93.77/31.25=3 また、 D=f1・θ=25×0.35=8.76mm ∴d2=αλf2/D=92.2μm ∴d3=d2・m2=92.2×0.5588 =51.5μm ∴k=d3/p=51.5μm/31.25μm =1.65 したがって、前述のように各パラメータが設定された
第1A,1B図のマルチビーム走査光学系Mは前記感光体表
面18aに第2図で示すようなレーザビームL1,L2のスポッ
トa,bを形成する。この第2図において、飛び越し走査
周期i=3であり、2本のレーザビームL1,L2の感光体
表面18a上でのスポットa,bの間隔r3=ip=3pである。
r 3 = r 1 · m = 93.77μm ∴i = r 3 /p=93.77/31.25=3 Also, D = = f 1 · θ 1 = 25 × 0.35 8.76mm ∴d 2 = αλf 2 /D=92.2μm ∴d 3 = d 2 · m 2 = 92.2 × 0.5588 = 51.5μm ∴k = d 3 /p=51.5μm/31.25μm = 1.65 Therefore, the multi-parameter shown in Fig. 1A and 1B with each parameter set as described above. The beam scanning optical system M forms spots a and b of the laser beams L 1 and L 2 on the surface 18a of the photoreceptor as shown in FIG. In FIG. 2, the interlaced scanning period i = 3, and the distance r 3 = ip = 3p between the spots a and b of the two laser beams L 1 and L 2 on the photosensitive member surface 18a.

この第2図においては、走査番号(1)において第2
レーザビームL2が第2走査ラインの走査を行った後、走
査信号(2)以降において第2レーザビームL2が第4,6,
…走査ラインの走査を行うと同時に、第1レーザビーム
L1は3ライン前の第1,3,5,…走査ラインの走査を同時に
行うことになる。
In FIG. 2, the second scan number (1) is used.
After the laser beam L 2 is subjected to scanning of the second scan lines, scanning signals (2) a second laser in the subsequent beam L 2 is a 4,6,
--- Simultaneously with scanning the scanning line, the first laser beam
In L 1 , the scanning of the first , third, fifth, ... Scanning lines three lines before is simultaneously performed.

このような走査ピッチp=31.25μmの走査光学系に
おいては、1mm/31.25μm=32dot/mmの解像力で感光体
表面18aに画像を書き込むことができる。
In the scanning optical system having such a scanning pitch p = 31.25 μm, an image can be written on the surface 18a of the photoconductor with a resolving power of 1 mm / 31.25 μm = 32 dots / mm.

そして、前記パラメータの値が前述のように設定され
た第1A,1B図に示す走査光学系は、前記k(=d3/p=1.6
5)の値が1.5〜1.8の範囲に入るので、良好な階調再現
を得ることが可能である。
Then, the scanning optical system shown in FIGS. 1A and 1B in which the values of the parameters are set as described above is the k (= d 3 /p=1.6)
Since the value of 5) falls within the range of 1.5 to 1.8, it is possible to obtain good gradation reproduction.

次に、前記第1A,1B,および2図で説明した解像度が32
dot/mmで、前記k(=d3/p)の値が1.5〜1.8の範囲に入
るようなマルチビーム走査光学系のパラメータの設定方
法について説明する。
Next, the resolution described in FIGS. 1A, 1B, and 2 is 32.
A method of setting the parameters of the multi-beam scanning optical system so that the value of k (= d 3 / p) in dot / mm falls within the range of 1.5 to 1.8 will be described.

ここでは、前記マルチビーム走査光学系のレーザアレ
イ1として、前記レーザダイオードLD1,LD2から出射す
るレーザビームL1,L2の副走査方向(ヘテロ界面に平行
な方向)の広がり角θ=20゜、波長λ=0.78μmのも
のを用いるものとする。なお、レーザダイオードLD1
よびLD2間の距離r1の値は後で決定する。
Here, the multi-beam as a laser array 1 of the scanning optical system, the laser diode LD 1, the spread angle theta 1 of the laser beam L 1 emitted from the LD 2, L 2 in the sub-scanning direction (heterointerface direction parallel to) = 20 °, wavelength λ = 0.78 μm. The value of the distance r 1 between the laser diodes LD 1 and LD 2 will be determined later.

前記解像力32dot/mmの場合、走査ピッチpは、 p=1000/32=31.25(μm) となる。 When the resolution is 32 dots / mm, the scanning pitch p is p = 1000/32 = 31.25 (μm).

また、前述したように、階調再現に好適なk=d3/pの
値は、 1.5≦k(=d3/p)≦1.8 である。そこで、 d3/p=1.65 とすると、 d3=51.5μm となる。
Further, as described above, the value of k = d 3 / p suitable for gradation reproduction is 1.5 ≦ k (= d 3 /p)≦1.8. Therefore, if d 3 /p=1.65, then d 3 = 51.5 μm.

ここで、前記回転多面鏡14と感光体表面18aとの間に
配置する第2走査光学系M2の前記横倍率m2として適当な
値、たとえば、 m2=0.5588 を採用すると、回転多面鏡14に形成されるレーザビーム
L1,L2のスポットの副走査方向Yの径d2は、 d2=d3/m2=92.2μm となる。なお、前記横倍率m2=0.5588となる走査光学系
M2は、その構成要素のパラメータをたとえば、次の
(イ)〜(ホ)のように定めることにより得られる。す
なわち、 (イ) f−θレンズ15の焦点距離f3=358.75mm、 (ロ) シリンドリカルミラー16の焦点距離f4=109.88
mm、 (ハ) 回転多面鏡14の面からf−θレンズ15の主点ま
での距離133.01mm、 (ニ) シリンドリカルミラー16の主点から感光体表面
18aまでの距離147.79mm、 (ホ) f−θレンズ15とシリンドリカルミラー16との
主点間距離210.96mm、 次に、シリンドリカルレンズ12の焦点距離f2として適
当な値、たとえば、 f2=419.43mm を採用し、このシリンドリカルレンズ12に入射するコリ
メート光束のピーク強度の1/e2の強度を持つ部分の副走
査方向Yの径をコリメート光の副走査方向の直径Dと
し、ピーク強度の半値の強度を持つ部分の径に等しい内
径を有するアパーチャ(α=2.5となるアパーチャ)を
用いた場合、フレネルキルヒホッフの回折積分の式よ
り、 d2=(2.5λf2)/D である。ここで、レーザダイオードLD1,LD2の発振波長
λは、 λ=0.78μm であるから、 D=8.76mm となる。また、 D=f1・θ であり、前述のようにθ=20゜(=0.35ラジアン)で
あるから、 f1=25mm となる。
Here, if an appropriate value is adopted as the lateral magnification m 2 of the second scanning optical system M 2 arranged between the rotary polygon mirror 14 and the photosensitive member surface 18a, for example, m 2 = 0.5588, then the rotary polygon mirror Laser beam formed on 14
The diameter d 2 of the spots of L 1 and L 2 in the sub-scanning direction Y is d 2 = d 3 / m 2 = 92.2 μm. A scanning optical system in which the lateral magnification is m 2 = 0.5588
M 2 can be obtained by defining the parameters of its constituent elements, for example, as in the following (a) to (e). That is, (a) the focal length of the f-θ lens 15 f 3 = 358.75 mm, (b) the focal length of the cylindrical mirror 16 f 4 = 109.88.
mm, (c) Distance from the surface of the rotating polygon mirror 14 to the principal point of the f-θ lens 15 133.01 mm, (d) From the principal point of the cylindrical mirror 16 to the photoconductor surface
Distance to 18a is 147.79 mm, (e) Distance between principal points of f-θ lens 15 and cylindrical mirror 16 is 210.96 mm, and then, an appropriate value as focal length f 2 of cylindrical lens 12, for example, f 2 = 419.43. mm is used, and the diameter in the sub-scanning direction Y of the portion having the intensity of 1 / e 2 of the peak intensity of the collimated light beam incident on the cylindrical lens 12 is defined as the diameter D of the collimated light in the sub-scanning direction. When an aperture having an inner diameter equal to the diameter of the portion having the intensity (α = 2.5) is used, d 2 = (2.5λf 2 ) / D is obtained from the Fresnelkirchhoff diffraction integral equation. Here, the oscillation wavelength λ of the laser diodes LD 1 and LD 2 is λ = 0.78 μm, and therefore D = 8.76 mm. Further, since D = f 1 · θ 1 and θ 1 = 20 ° (= 0.35 radian) as described above, f 1 = 25 mm.

前記f1,f2の値より、 m1=f2/f1=16.78 となる。したがって、マルチビーム走査光学系M全体の
横倍率mは、 m=m1・m2=16.78・0.5588 =9.377 となる。ところで、第2図に示す場合、飛び越し走査周
期i=3、走査ピッチp=31.25μmであるから、 r3=i・p=93.75μm である。したがって、レーザアレイ1のレーザダイオー
ドLD1およびLD2間の距離r1は、 r1=r3/m=93.75/9.377 =10μm すなわち、マルチビーム走査光学系Mの各構成要素の
パラメータを前述のようにして設定することにより階調
再現性の良好なレーザ走査装置を得ることができる。
From the values of f 1 and f 2 described above, m 1 = f 2 / f 1 = 16.78. Therefore, the lateral magnification m of the entire multi-beam scanning optical system M is m = m 1 · m 2 = 16.78 · 0.5588 = 9.377. By the way, in the case shown in FIG. 2, since the interlaced scanning period i = 3 and the scanning pitch p = 31.25 μm, r 3 = i · p = 93.75 μm. Therefore, the distance r 1 between the laser diodes LD 1 and LD 2 of the laser array 1 is r 1 = r 3 /m=93.75/9.377 = 10 μm, that is, the parameters of the respective components of the multi-beam scanning optical system M are set as described above. By setting in this way, it is possible to obtain a laser scanning device having good gradation reproducibility.

以上のパラメータの定め方をまとめると次のようであ
る。すなわち、θ=20゜のレーザアレイを用いて、階
調再現性の良好な解像力32dotの走査光学系を得る場
合、先ず、d3の値を定め、次に適当な横倍率m2を有する
第2走査光学系を採用する。そうすると、d2の値が定ま
る。次に、適当な焦点距離f2を有するシリンドリカルレ
ンズ(第1副走査方向パワー光学部材)12を適当に選択
するとともに、フレネルキルヒホッフの回折積分により
定まるαの値として適当な値たとえば、2.5を選択すれ
ば、式(5)からコリメート光の副走査方向の径Dが定
まる。そして、コリメート光の径Dとθよりコリメー
トレンズの焦点距離f1を定めることができる。f1および
f2が定まればm1が定まり、m1とm2からmが定まる。そし
て、mが定まれば、r1が定まる。このようにして、使用
するレーザアレイ1の仕様が定まる。
The method of defining the above parameters is summarized as follows. That is, when a scanning optical system having a resolution of 32 dots with good gradation reproducibility is obtained by using a laser array with θ 1 = 20 °, first, the value of d 3 is determined, and then the appropriate lateral magnification m 2 is set. The second scanning optical system is adopted. Then, the value of d 2 is determined. Next, the cylindrical lens (first optical power member in the sub-scanning direction) 12 having an appropriate focal length f 2 is appropriately selected, and an appropriate value, for example, 2.5 is selected as the value of α determined by the Fresnel Kirchhoff diffraction integral. Then, the diameter D of the collimated light in the sub-scanning direction is determined from equation (5). Then, the focal length f 1 of the collimating lens can be determined from the diameter D of the collimated light and θ 1 . f 1 and
If f 2 is determined, m 1 is determined, and m is determined from m 1 and m 2 . Then, when m is determined, r 1 is determined. In this way, the specifications of the laser array 1 to be used are determined.

ところで、前述のようにα=2.5と定めることは、ア
パーチャ11の副走査方向の内径をコリメート光の副走査
方向の1/2強度径(すなわち、D/1.70=0.59D)にすると
いうことであるが、αをこのように定めると、次の理由
によりきわめてすぐれた走査光学系を得ることができ
る。すなわち、一般にレーザビームの光量分布はガウス
分布をしているため、アパーチャ11の内径を前記コリメ
ート光の1/2強度径よりも小さくしていくと、アパーチ
ャ11によって遮断される光量(ケラレ光量)が急激に増
加する。すなわち、光量の損失が大きくなって都合が悪
い。
By the way, setting α = 2.5 as described above means that the inner diameter of the aperture 11 in the sub-scanning direction is set to 1/2 the intensity diameter of the collimated light in the sub-scanning direction (that is, D / 1.70 = 0.59D). However, if α is set in this way, an extremely excellent scanning optical system can be obtained for the following reason. That is, since the light amount distribution of the laser beam generally has a Gaussian distribution, when the inner diameter of the aperture 11 is made smaller than the 1/2 intensity diameter of the collimated light, the light amount blocked by the aperture 11 (vignetting light amount) Increases rapidly. That is, the loss of the light amount becomes large, which is not convenient.

また、アパーチャ11を通過するレーザ光にはアパーチ
ャ11の内径を直接通過する光と回折して通過する光とが
あるが、感光体表面18aのレーザビームのスポットの径
は、前記2つの光の重ね合わせ、すなわちキルヒホッフ
の回折積分によって定められる。したがって、アパーチ
ャ11の内径を1/2より大きくしていくと回折の影響が減
少するため、レーザビーム径の変動に伴って、前記スポ
ットの径が変動し易くなり、前記スポットの径の調節が
難しくなるのである。
The laser light passing through the aperture 11 includes light that directly passes through the inner diameter of the aperture 11 and light that passes through after being diffracted. However, the diameter of the spot of the laser beam on the photoreceptor surface 18a is It is defined by the superposition, ie the Kirchhoff diffraction integral. Therefore, as the inner diameter of the aperture 11 is made larger than 1/2, the influence of diffraction decreases, so that the diameter of the spot is likely to fluctuate as the laser beam diameter fluctuates, and the diameter of the spot can be adjusted. It becomes difficult.

そして、アパーチャ11の副走査方向の系を常にコリメ
ート光の1/2強度径に設定して走査光学系を設計する
と、ビーム径の変動に伴うスポット径d3の変動が少なく
なり、走査光学系の設計も容易となる。
When the scanning optical system is designed by always setting the system in the sub-scanning direction of the aperture 11 to the 1/2 intensity diameter of the collimated light, the variation of the spot diameter d 3 due to the variation of the beam diameter is reduced, and the scanning optical system is reduced. The design of is also easy.

以上は、レーザダイオードLD1,LD2から出射するレー
ザビームL1,L2の広がり角θ=20゜と波長λ=0.78μ
mとを予め設定しておいて、後で前記k=d3/pを所望の
値に設定するためのr1を決めることにより、階調再現性
の良好なマルチビーム走査光学系を得る方法であるが、
次に、使用するレーザアレイのレーザダイオードLD1,LD
2間の距離r1=10μmおよび波長λ=0.78μmを予め設
定しておいて、後でθを決める場合について説明す
る。
The above is the spread angle θ 1 = 20 ° and the wavelength λ = 0.78 μ of the laser beams L 1 and L 2 emitted from the laser diodes LD 1 and LD 2.
A method for obtaining a multi-beam scanning optical system with good gradation reproducibility by presetting m and then determining r 1 for setting k = d 3 / p to a desired value later. In Although,
Next, the laser diodes LD 1 and LD of the laser array used
A case will be described in which the distance r 1 between the two is 10 μm and the wavelength λ is 0.78 μm, and θ 1 is determined later.

前述と同様に解像力32dot/mmの場合、走査ピッチp
は、 p=1000/32=31.25(μm) となる。
Similar to the above, when the resolution is 32 dots / mm, the scanning pitch p
Is p = 1000/32 = 31.25 (μm).

また、前述したように、階調再現に好適なk=d3/pの
値は、 1.5≦k(=d3/p)≦1.8 である。そこで、 d3/p=1.65 とすると、 d3=51.5μm となる。そして、 r3=i・p=93.75μm となる。したがって、 m=r3/r1=93.75/10 =9.375 となる。
Further, as described above, the value of k = d 3 / p suitable for gradation reproduction is 1.5 ≦ k (= d 3 /p)≦1.8. Therefore, if d 3 /p=1.65, then d 3 = 51.5 μm. Then, r 3 = i · p = 93.75 μm. Therefore, m = r 3 / r 1 = 93.75 / 10 = 9.375.

次に前述と同様にして、前記回転多面鏡14と感光体表
面18aとの間に配置された第2走査光学系M2の前記横倍
率m2を、 m2=0.5588 に設定すると、d2は、 d2=d3/m2=92.2μm となる。次に、シリンドリカルレンズ12として、 f2=419.43mm のものを採用することにすると、前述と同様に、 d2=(2.5λf2)/D である。ここで、d2,λ,f2は既知であるから、 D=8.76mm となる。ところで、 m1=m/m2=f2/f1 であり、m,m2,f2は既知であるから、f1が定まる。ま
た、 D=f1・θ であるから、θが定まる。
Next, in the same manner as described above, when the lateral magnification m 2 of the second scanning optical system M 2 arranged between the rotary polygon mirror 14 and the photosensitive member surface 18a is set to m 2 = 0.5588, d 2 Is d 2 = d 3 / m 2 = 92.2 μm. Next, if a lens with f 2 = 419.43 mm is adopted as the cylindrical lens 12, then d 2 = (2.5λf 2 ) / D, similarly to the above. Here, since d 2 , λ, f 2 are known, D = 8.76 mm. By the way, since m 1 = m / m 2 = f 2 / f 1 and m, m 2 and f 2 are known, f 1 is determined. Further, since D = f 1 · θ 1 , θ 1 is determined.

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載された本発明を逸脱することなく、種々の小設計変更
を行うことが可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various small design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. It is possible to do.

たとえば、前述したパラメータの設定の仕方を利用す
ることにより、各構成要素のパラメータを種々異なる値
に設定しながらk=d3/pの値は1.5〜1.8の範囲にあるマ
ルチビーム走査光学系を容易に得ることが可能である。
また、用いるレーザビームの本数は2以上の任意の数と
することが可能である。さらに、αの値は2.5近辺の任
意の値を採用することが可能である。さらにまた、第1
副走査方向パワー光学部材12としてシリンドカルレンズ
の代わりにシリドリカルミラーを使用したり、第2副走
査方向パワー光学部材16としてシリンドリカルミラーの
代わりにシリンドリカルレンズやホログラム素子等を使
用することが可能である。そして、ミラー13は省略する
ことも可能である。
For example, a multi-beam scanning optical system in which the value of k = d 3 / p is in the range of 1.5 to 1.8 while setting the parameters of the respective components to various values by utilizing the above-described parameter setting method. It can be easily obtained.
Further, the number of laser beams used can be any number of 2 or more. Furthermore, it is possible to adopt an arbitrary value around 2.5 as the value of α. Furthermore, the first
A cylindrical mirror may be used as the sub-scanning direction power optical member 12 instead of the cylindrical lens, and a cylindrical lens, a hologram element, or the like may be used instead of the cylindrical mirror as the second sub-scanning direction power optical member 16. It is possible. Then, the mirror 13 can be omitted.

C.発明の効果 前述の本発明のマルチビーム走査光学系によれば、前
記αiλ/r1θの値が1.5〜1.8の間の適当な値となる
ように、前記各パラメータα,i,λ,r1の値を定め
ることにより、感光体表面のレーザビームのスポットの
副走査方向の系を走査ラインの幅(走査ピッチ)で割っ
た値を1.5〜1.8の間の適当な値に設定することができ
る。
C. Effects of the Invention According to the above-described multi-beam scanning optical system of the present invention, each of the parameters α, i, and i, so that the value of αiλ / r 1 θ 1 becomes an appropriate value between 1.5 and 1.8. By determining the values of λ, r 1 and θ 1, the value obtained by dividing the system of the spot of the laser beam on the surface of the photoconductor in the sub-scanning direction by the width (scanning pitch) of the scanning line is set to an appropriate value between 1.5 and 1.8. Can be set to a value.

したがって、良好な階調再現性を得ることができる。 Therefore, good gradation reproducibility can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1Aおよび1B図はそれぞれ本発明によるマルチビーム走
査光学系の一実施例の平面概略図および側面概略図、第
2図は同実施例の感光体表面上のレーザビーム径と走査
ピッチとの関連を示す図、第3A,3B図はそれぞれマルチ
ビーム走査光学系の従来例の平面図および側面図、第4
図は同従来例のマルチビーム走査光学系のレーザアレイ
光源の説明図、第5図および第6図はそれぞれ同従来例
の感光体表面上のレーザビーム径と走査ピッチとの関連
を示す図、第7A,7B図は同従来例のマルチビーム走査光
学系にアパーチャを配設したものの説明図、である。 a,b……感光体表面のレーザビームのスポット、D……
コリメート光とされたレーザビームの副走査方向の径、
d2……回転多面鏡の反射面のレーザビームの副走査方向
の径、d3……感光体表面のレーザビームの副走査方向の
径、f2……第1副走査方向パワー光学部材の焦点距離、
i……飛び越し走査周期、k……感光体表面のレーザビ
ームの副走査方向の径d3を走査ピッチpで割った値、
L1,L2……レーザビーム、LD1,LD2……レーザダイオー
ド、M1……第1走査光学系、M2……第2走査光学系、M
……マルチビーム走査光学系、p……走査ピッチ、r1
…レーザアレイに設けられた複数のレーザダイオード間
の間隔、r3……感光体表面上のレーザビームのスポット
a,b間の間隔、α……アパーチャの径により依存する値
でキルヒホッフの回折積分により定まる値、θ……レ
ーザダイオードから出射するレーザビームの1/e2強度の
広がり角、λ……レーザビームの波長、 1……レーザアレイ、10……コリメートレンズ、11……
アパーチャ、12……第1副走査方向パワー光学部材(シ
リンドリカルレンズ)、14……回転多面鏡、15……f−
θレンズ、16……第2副走査方向パワー光学部材(シリ
ンドリカルミラー)、18a……感光体表面、
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view and a schematic side view, respectively, of an embodiment of a multi-beam scanning optical system according to the present invention, and FIG. 3A and 3B are a plan view and a side view of a conventional example of a multi-beam scanning optical system, respectively.
FIG. 5 is an explanatory view of a laser array light source of a multi-beam scanning optical system of the conventional example, and FIGS. 5 and 6 are views showing the relationship between the laser beam diameter on the photosensitive member surface and the scanning pitch of the conventional example, FIGS. 7A and 7B are explanatory views of a multi-beam scanning optical system of the same conventional example in which an aperture is arranged. a, b ... laser beam spot on the surface of the photoconductor, D ...
The diameter of the laser beam in the sub-scanning direction that is collimated light,
d 2 …… diameter of the laser beam on the reflecting surface of the rotary polygon mirror in the sub-scanning direction, d 3 …… diameter of the laser beam on the photoconductor surface in the sub-scanning direction, f 2 …… of the first sub-scanning direction power optical member Focal length,
i: interlaced scanning cycle, k: value obtained by dividing the diameter d 3 of the laser beam on the surface of the photoconductor in the sub-scanning direction by the scanning pitch p,
L 1 , L 2 ...... laser beam, LD 1 , LD 2 ...... laser diode, M 1 ...... first scanning optical system, M 2 ...... second scanning optical system, M
...... Multi-beam scanning optical system, p …… scanning pitch, r 1
… Spacing between multiple laser diodes provided in the laser array, r 3 …… Spot of laser beam on photoreceptor surface
Interval between a and b, α: A value that depends on the diameter of the aperture and is determined by Kirchhoff's diffraction integral, θ 1 ...... 1 / e 2 intensity divergence angle of the laser beam emitted from the laser diode, λ ...... Laser beam wavelength, 1 ... Laser array, 10 ... Collimating lens, 11 ...
Aperture, 12 ... 1st sub-scanning direction power optical member (cylindrical lens), 14 ... rotating polygon mirror, 15 ... f-
θ lens, 16 ... Power optical member (cylindrical mirror) in second sub-scanning direction, 18a ... Photoreceptor surface,

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】各々独立に変調されたLD駆動信号によりそ
れぞれ駆動されるとともに発振位置が距離r1離れて配置
された複数のレーザダイオード(LD1,LD2)を有するレ
ーザアレイ(1)と、 前記複数のレーザダイオード(LD1,LD2)の出力する副
走査方向の1/e2強度広がり角θで波長λの複数のレー
ザビーム(L1,L2)をコリメート光にするコリメートレ
ンズ(10)および前記コリメート光にされたレーザビー
ム(L1,L2)を回転多面鏡(14)の鏡面に収束させる副
走査方向に光学的パワーを有する第1副走査方向パワー
光学部材(12)から成る第1走査光学系(M1)と、 前記回転多面鏡(14)と感光体表面(18a)との間に配
設されたf−θレンズ(15)およびこのf−θレンズ
(15)から出射したレーザビーム(L1,L2)を感光体表
面(18a)の副走査方向Yに所定の飛び越し走査周期i
だけ離れた位置で収束させる副走査方向Yに光学的パワ
ーを有する第2副走査方向パワー光学部材(16)とから
成る第2走査光学系(M2)と、 を備えたマルチビーム走査光学系において、 前記コリメート光にされた複数のレーザビーム(L1,
L2)が第1操作光学系(M1)の光軸と交わる位置にアパ
ーチャ(11)を配設し、 前記各パラメータr1,λ,θ1,およびiが次式を満足す
るように定められたマルチビーム走査光学系。 但し、 1.5≦k≦1.8であり、αは、アパーチャ(11)の副走査
方向の径に依存する値で、前記第1副走査方向パワー光
学部材(12)の焦点距離をf2、前記アパーチャ(11)に
入射するコリメート光とされたレーザビーム(L1,L2
の副走査方向の1/e2強度値径をD、前記回転多面鏡(1
4)の鏡面に収束するレーザビーム(L1,L2)の副走査方
向の径をd2としたときに、d2=(αλf2)/Dを満たす値
である。
1. A laser array (1) having a plurality of laser diodes (LD 1 , LD 2 ) which are respectively driven by LD drive signals which are independently modulated and whose oscillation positions are arranged at a distance r 1. A collimator that collimates a plurality of laser beams (L 1 , L 2 ) having a wavelength λ with a 1 / e 2 intensity spread angle θ 1 in the sub-scanning direction output from the plurality of laser diodes (LD 1 , LD 2 ). A first sub-scanning direction power optical member having optical power in the sub-scanning direction for converging the lens (10) and the laser beam (L 1 , L 2 ) converted into the collimated light onto the mirror surface of the rotating polygon mirror (14) ( A first scanning optical system (M 1 ) composed of 12), an f-θ lens (15) arranged between the rotary polygon mirror (14) and the surface of the photoconductor (18a), and this f-θ lens the laser beam emitted from the (15) (L 1, L 2) of the photosensitive member surface (18a) Given in the scanning direction Y interlaced scanning period i
A second scanning optical system (M 2 ) comprising a second sub-scanning direction power optical member (16) having optical power in the sub-scanning direction Y, which converges at a position separated by a distance, and a multi-beam scanning optical system comprising: At the plurality of laser beams (L 1 ,
An aperture (11) is arranged at a position where L 2 ) intersects the optical axis of the first operation optical system (M 1 ) so that the parameters r 1 , λ, θ 1 and i satisfy the following equations. Defined multi-beam scanning optics. However, 1.5 ≦ k ≦ 1.8, α is a value that depends on the diameter of the aperture (11) in the sub-scanning direction, and the focal length of the first sub-scanning direction power optical member (12) is f 2 , and the aperture is Laser beam (L 1 , L 2 ) that is collimated light incident on (11)
The 1 / e 2 intensity value diameter in the sub-scanning direction of D is D, and the rotating polygon mirror (1
This is a value that satisfies d 2 = (αλf 2 ) / D, where d 2 is the diameter in the sub-scanning direction of the laser beam (L 1 , L 2 ) that converges on the mirror surface of 4).
【請求項2】α=2.5とした請求項1記載のマルチビー
ム走査光学系。
2. The multi-beam scanning optical system according to claim 1, wherein α = 2.5.
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