(57)【要約】    【課題】  被走査面上の光束の速度変化や偏向面の反射率の入射角依存性に起因する被走査面上の像面照度分布を改善する。    【解決手段】  光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と偏向走査された光束を被走査面上に結像する結像光学系とを有し、偏向素子は単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、発光点からの光束は偏向素子の回動軸と結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射しており、被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布ＳspがＳsp＜１．０５の場合、発光点から出射する光束の偏光方向が偏向面の最軸外光束の偏向点において、偏向面に対しＰ偏光で入射するよう設定することにより結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償していること。【選択図】    図１
2010169855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、前記光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と、前記偏向素子の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系とを有する走査光学装置において、
前記偏向素子は、単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、
前記発光点から出射した光束は前記偏向素子の回動軸と前記結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射しており、
前記偏向素子による前記被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおいたとき、
Ｓsp＜１．０５
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
の場合、前記発光点から出射する光束の偏光方向が、前記偏向面の最軸外光束の偏向点において、前記偏向面に対しＰ偏光で入射するよう設定しており、
これにより前記結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償していることを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
光源手段と、前記光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と、前記偏向素子の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系とを有する走査光学装置において、
前記偏向素子は単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、
前記発光点から出射した光束は前記偏向素子の回動軸と前記結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射しており、
前記偏向素子による前記被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおいたとき、
Ｓsp≧１．０５
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
の場合、前記発光点から出射する光束の偏光方向が、前記偏向面の最軸外光束の偏向点において、前記偏向面に対しＳ偏光で入射するよう設定しており、
これにより前記結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償していることを特徴とする走査光学装置。
【請求項３】
前記結像光学系の光学効率の画角依存性による像面照度分布をＳsl、
前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布をＳdeとするとき、
0.90／Ｓsl×Ｓsp≦Ｓde≦1.10／Ｓsl×Ｓsp
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記偏向素子の偏向面はシリコン基盤上にアルミニウムを蒸着して構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記結像光学系の光入出射面は反射防止コーティングが施されていないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の走査光学装置。
【請求項６】
前記結像光学系は筐体内に収納配置されており、前記結像光学系と被走査面との間には、筐体内に塵埃が侵入するのを防止するための平板ガラスが設けられており、前記平板ガラスの光入出射面は反射防止コーティングが施されていないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザービームプリンタ（LBP）等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から放射した光束を光変調している。そして光変調された光束を例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１７は従来の走査光学装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段１から放射した発散光束はコリメータレンズ２により平行光束に近い光束となり、開口絞り３によって該光束を制限してシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した平行光束のうち主走査面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査面内においては集束してポリゴンミラーから成る偏向手段（偏向素子）９５の偏向面（反射面）９５ａに線像として結像する。
【０００５】
偏向手段９５の偏向面で偏向走査された光束はｆθ特性を有する結像光学素子（結像光学系）６を介して被走査面８に導光される。そして偏向手段９５を矢印Ａ方向に回転させることによって被走査面８上を矢印Ｂ方向(主走査方向）に走査している。
【０００６】
近年、これらの走査光学装置は画像形成装置本体の小型化、高精度化の流れに伴い、コンパクトで、かつ高精細に対応した光学系が求められている。とりわけ偏向手段であるポリゴンミラーとそれを回転駆動させる駆動モータに対する小型化の要望は強い。これらの要望を満たすべく偏向面が軸周りに往復運動する共振型の偏向素子の検討が進められている。
【０００７】
この共振型の偏向素子を用いた走査光学装置が従来より種々と提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００８】
図１８に代表的な共振型の偏向素子の要部概略図を示す。
【０００９】
同図において、共振型の偏向素子５６の偏向子５７は枠体５８内に位置し、主走査面（偏向走査面）に直交する副走査方向に延びた２本のトーションバー５９で保持されている。偏向面５７ａと枠体５８の間には静電気力、磁力、ローレンツ力等による引斥力が働き偏向面が往復運動するようになっている。そして偏向子５７の偏向面５７ａには光源手段(不図示）からの光束が入射しており、偏向子５７の往復運動により光束が偏向走査される。
【００１０】
この往復運動は正弦振動による共振状態で使用することにより高速化を行うことが可能となり、近年ではポリゴンミラーを用いた回転型偏向手段では実現できないレベルまで高速化が図られている。
【００１１】
その一方、半導体プロセスによるマイクロマシニング技術により小型化が進められ、使用電力、騒音等も回転型偏向手段を凌ぐものとなってきている。
【００１２】
この共振型の偏向素子を使用する上での課題の一つは被走査面の走査速度の不均一性である。
【００１３】
ポリゴンミラーの場合、等角速度走査のためｆθレンズと組み合わせることにより、容易に被走査面上でのスポットの等速性を確保できる。
【００１４】
一方、共振型の偏向素子は正弦振動のため被走査面上での等速性を補正するためにはアークｓｉｎθレンズと組み合わせる必要がある。
【００１５】
しかしながらこのような組み合わせでは等速性は補正できても光軸外でスポット径が肥大する。
【００１６】
特許文献１には共振型の偏向素子をｆθレンズと組み合わせ、スポット径の肥大を低減した事例が開示されている。
【００１７】
特許文献２には基本波で正弦振動する振動子の上に２倍波で正弦振動する偏向子を重畳させることで、偏向子をある領域において擬似的に等速運動させる事例が開示されている。
【００１８】
２つ目の課題は偏向素子の偏向面の反射率及びその入射角特性である。
【００１９】
共振型の偏向素子は副走査方向の走査線間隔の不均一性による画像劣化を避けるため、主走査、副走査の両方向走査では用いず一方向走査で用いるのが一般的であり、ポリゴンミラーと比較し光の利用効率が低いため高反射率の偏向面が求められる。さらに被走査面上での像面照度分布を均一にするためには、偏向面の使用入射角全域に渡って反射率の変化が少ないことが求められる。
【００２０】
この高反射率と反射率の低角度依存性を両立させるために、偏向手段の偏向面のベースとなるシリコン基盤上に金または銅を蒸着した事例がある。しかしながら、このような材料を用いてシリコン基盤上に蒸着するのは難しい。よって、アルミニウム等の保護膜での使用が望まれている。
【００２１】
これら２つの共振型の偏向素子固有の課題により、同偏向素子を用いた走査光学装置は偏向手段にポリゴンミラーを用いたものと比較し、被走査面上での像面照度分布に問題を生じやすい。さらにプラスチック製の結像光学素子、防塵ガラス等を蒸着膜を成膜しない状態で使用することや、反射光学素子の反射率画角依存性による像面照度分布の劣化は、この問題を一層深刻化している。
【００２２】
このような被走査面上の像面照度分布を補正する走査光学装置が従来より種々と提案されている（特許文献３、４、５参照）。
【００２３】
特許文献３には走査速度による要因で発生する像面照度分布を電気的に光源手段の発光パワーで補正する事例が開示されている。
【００２４】
特許文献４には光偏向器の反射率の偏光依存性を用いて結像光学素子で発生する像面照度分布を補正する事例が開示されている。
【００２５】
特許文献５には光偏向器の反射率角度依存性を用いてオーバフィルドタイプ走査系固有の光偏向器の回転に伴う光束けられによる像面照度分布を補正する事例が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２５８２０４号公報
【特許文献２】特開２００８−３５３０号公報
【特許文献３】特公平８−５２１０号公報
【特許文献４】特開平１−１４０１１６号公報
【特許文献５】特開２００１−１８３５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
特許文献１における走査光学装置は被走査面上での等速性の補正が困難で、光軸上に対し軸外での走査速度が低下、つまり光軸上に対し軸外の露光量が大きくなるという問題点がある。
【００２７】
特許文献２における走査光学装置は正弦波の重ね合わせのため完全に正弦運動している訳ではなく、被走査面上では一定量の露光量変化を生じるという課題がある。
【００２８】
特許文献３における走査光学装置は電気的な補正のため補正回路の追加のため装置全体が複雑化になるという問題点がある。また補正精度が低いという問題点もある。
【００２９】
特許文献４、５における走査光学装置は共振型の偏向素子で発生する走査速度変化に起因する像面照度分布を光学的に補正する事例が開示されていない。
【００３０】
本発明は被走査面上の光束の速度変化や偏向面の反射率の入射角依存性に起因する被走査面上の像面照度分布を改善することができる走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
請求項１の発明の走査光学装置は、
光源手段と、前記光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と、前記偏向素子の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系とを有する走査光学装置において、
前記偏向素子は、単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、
前記発光点から出射した光束は前記偏向素子の回動軸と前記結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射しており、
前記偏向素子による前記被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおいたとき、
Ｓsp＜１．０５
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
の場合、前記発光点から出射する光束の偏光方向が、前記偏向面の最軸外光束の偏向点において、前記偏向面に対しＰ偏光で入射するよう設定しており、
これにより前記結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償していることを特徴としている。
【００３２】
請求項２の発明の走査光学装置は、
光源手段と、前記光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と、前記偏向素子の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系とを有する走査光学装置において、
前記偏向素子は単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、
前記発光点から出射した光束は前記偏向素子の回動軸と前記結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射しており、
前記偏向素子による前記被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおいたとき、
Ｓsp≧１．０５
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
の場合、前記発光点から出射する光束の偏光方向が、前記偏向面の最軸外光束の偏向点において、前記偏向面に対しＳ偏光で入射するよう設定しており、
これにより前記結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償していることを特徴としている。
【００３３】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記結像光学系の光学効率の画角依存性による像面照度分布をＳsl、
前記偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布をＳdeとするとき、
0.90／Ｓsl×Ｓsp≦Ｓde≦1.10／Ｓsl×Ｓsp
を満足することを特徴としている。
【００３４】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記偏向素子の偏向面はシリコン基盤上にアルミニウムを蒸着して構成されていることを特徴としている。
【００３５】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、
前記結像光学系の光入出射面は反射防止コーティングが施されていないことを特徴としている。
【００３６】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、
前記結像光学系は筐体内に収納配置されており、前記結像光学系と被走査面との間には、筐体内に塵埃が侵入するのを防止するための平板ガラスが設けられており、前記平板ガラスの光入出射面は反射防止コーティングが施されていないことを特徴としている。
【００３７】
請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。
【００３８】
請求項８の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば被走査面上の光束の速度変化や偏向面の反射率の入射角依存性に起因する被走査面上の像面照度分布を改善することができる走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の走査光学装置は、光源手段と、光源手段の発光点から出射した光束を偏向走査する偏向素子と、偏向素子の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系とを有している。
【００４１】
偏向素子は、単一の偏向面が回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子であり、発光点から出射した光束は偏向素子の回動軸と結像光学系の光軸を含む面内から偏向面に入射している。
【００４２】
偏向素子による被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおく。そのとき像面照度分布Ｓspの値によって、発光点から出射する光束の偏光方向が、偏向面の最軸外光束の偏向点において、偏向面に対し適切なる偏光方向で入射するよう設定している。これにより結像光学系の光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償している。
【００４３】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００４４】
図１は本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明の実施例１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００４５】
尚、以下の説明において、副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段（偏向素子）の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。
【００４６】
図１において１は光源手段であり、例えば半導体レーザより成っている。２は光束変換手段としてのコリメータレンズであり、光源手段1の発光点（発光部）から出射した光束の状態を他の状態に変換している。本実施例では光源手段1の発光点から出射した発散光束を収束光束に変換している。
【００４７】
４はシリンドリカルレンズであり、副走査断面内（副走査方向）のみにパワー（屈折力）を有している。シリンドリカルレンズ４は副走査断面内においてコリメータレンズ２で収束光束とされた光束を後述する偏向手段としての共振型の偏向素子５の偏向面５aに線像として結像している。またシリンドリカルレンズ４は後述する結像レンズ６ａと一体的に形成されているが、本実施例ではこれに限定されるものではない。
【００４８】
尚、コリメータレンズ２、シリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学系ＬＡの一要素を構成している。
【００４９】
５は偏向手段であり、単一の偏向面５ａが回動軸周りに往復運動する共振型の偏向素子より成っている。
【００５０】
６は結像光学系であり、主走査方向と副走査方向とで異なるパワーを有するプラスチック材料より成る単一の結像光学素子としての結像レンズ(ｆθレンズ、トーリックレンズ)６ａより成っており、筐体内に収納配置されている。結像光学系６は共振型の偏向素子５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面としての感光ドラム面８上に結像させ、副走査断面内においては共振型の偏向素子５の偏向面５ａの面倒れ補正を行っている。
【００５１】
本実施例では、結像光学系６を単一の結像光学素子６ａより構成しているが、２枚以上の結像光学素子で構成しても良い。
【００５２】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００５３】
本実施例において画像情報に応じて光源手段１から光変調され出射した発散光束は、コリメータレンズ２によって収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ４に入射する。そしてシリンドリカルレンズ４に入射した収束光束のうち、主走査断面内においては共振型の偏向素子５の振動角（偏向角）の中央から偏向面５aに入射（正面入射）する。また副走査断面内においては偏向素子５の回動軸と結像レンズ６ａの光軸を含む面内から偏向面５ａに入射（斜入射）し、該偏向面５a上に線像として結像する（斜入射光学系）。
【００５４】
そして共振型の偏向素子５の偏向面５aの往復運動により主走査方向に偏向走査された光束は、結像レンズ６ａを介して感光ドラム面８上に導光される。そして共振型の偏向素子５の偏向面５aを往復運動させることによって、感光ドラム面８上を主走査方向に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面８上に画像記録を行っている。
＜共振型の偏向素子＞
図３、図４は各々本発明の実施例１の共振型の偏向素子５を示す説明図である。図３は共振型の偏向素子５の正面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００５５】
共振型の偏向素子５において、まずデバイス側であるが、偏向面５ａを有する偏向子５１、駆動子５２、トーションバー５３とそれらを固定する枠体がシリコン基盤上に一体形成され、駆動子５２には着磁されたマグネット５６が添付されている。
【００５６】
一方、アクチュエータはコア５４を中心にコイル５５が巻かれており、それに交流電圧をかけることで電磁誘導により磁場を発生させている。このとき交流の周波数をデバイスのねじれモードの固有振動数に近づけることで、デバイスが共振運動をすることになる。
【００５７】
なお、デバイスを駆動子５２と偏向子５１の２段構造にしているのは、基本波で正弦振動する駆動子５２の上に２倍波で正弦振動する偏向子５１を重畳させることで、偏向子５１をある領域において擬似的に等速運動をさせるためである。
＜光束の走査速度の偏向角依存性＞
先に説明したとおり本実施例は正弦振動する駆動子の上に２倍波で正弦振動する偏向子を重畳させた２段構造の共振型の偏向素子であり、擬似的に偏向面は等速運動をしている。
【００５８】
図５は本実施例における偏向素子の角速度を示す説明図である。図５において、横軸は偏向角θ、縦軸は角速度ｄθ／ｄｔである（グラフは光軸上の値で正規化している）。
【００５９】
本実施例ではこの偏向素子に結像光学素子としてｆθレンズ(結像レンズ）を組み合わせている。ｆθレンズはｄＹ／ｄθ＝一定であるため、被走査面上における走査速度ｄＹ／ｄｔは、以下の(1)式で示すとおり偏向面の角速度ｄθ／ｄｔに比例する。
【００６０】
ｄＹ／ｄｔ＝ｄθ／ｄｔ×ｄＹ／ｄθ∝ｄθ／ｄｔ                …(1)
ここで走査速度と露光量との関係は逆比例の関係にある、つまり走査速度が遅くなると露光量は大きくなるため、ｄＹ／ｄtの逆数が露光量と比例することとなる。この露光量を全画角で連ねたものが像面照度分布（図９に示す点線）である。
【００６１】
なお、本実施例は完全なるｆθレンズで議論を進めたが、結像光学素子が他の特性を有する場合は、(1)式に当てはめて走査速度ｄＹ／ｄｔを算出し、正規化した上で逆数をとれば露光量が算出可能である。
＜偏向素子の反射率の入射角依存性＞
本実施例の共振型の偏向素子の偏向面は少ない電力で効率良く駆動させるため、半導体材料としてシリコンを用いている。偏向面はシリコンの素材のままでは反射率が低いためシリコン基盤上にアルミニウム、SiO2、保護膜等を蒸着し、簡易な増反射処理を施している。
【００６２】
図６はこのときの反射率角度依存性を示す説明図である。図６において、実線はＰ偏光、点線はＳ偏光で入射したときのデータである。
【００６３】
図６よりＰ偏光の場合は入射角度が大きくなるに従い反射率が低下し、逆にＳ偏光の場合は入射角度が大きくなるに従い反射率が上がるため、光束の偏光方向の設定により像面照度分布を補償することが可能であることが読み取れる。なお、この反射率依存性は蒸着物質の材料、膜厚、層数を変化させることによりある範囲内において変えることができるため、像面照度分布の微修正に使用することが可能である。
【００６４】
偏光素子の反射率の入射角依存性を像面照度分布補償に用いるためには、光束を偏向素子の回動軸と結像光学系（結像光学素子）の光軸で定義される面内から入射させる、つまり偏向面に対し主走査方向に対称な位置から入射させる必要がある。これは図６からも分かるとおり偏向面への入射角が主走査方向に非対称となると像面照度分布も非対称となり、これを補償することが困難なためである。
＜結像光学素子（結像光学系）の光学効率の画角依存性＞
本実施例における結像光学素子は先に述べたとおりプラスチック製の単玉トーリックレンズであり、その光入出射面（光学面）には反射防止コーティングを施していない。
【００６５】
図７は本実施例における結像光学素子の入射角に対する光学効率（レンズの場合は透過率、回折素子の場合は回折効率）を示す説明図である。図７において、横軸は画角、縦軸は光学効率（透過率）である。
【００６６】
本実施例では軸外においてＰ偏光で入射するため、画角が大きくなるに従い光学効率が良くなる、つまり軸外において高くなる像面照度分布となる。
＜像面照度分布補償＞
ここまでにおいて被走査面上の光束の走査速度の偏向角依存性、偏向手段の反射率の入射角依存性、結像光学素子の光学効率の画角依存性に起因する像面照度分布を補償関係にするためには、光源手段からの光束の偏光方向を適切に設定する必要があると述べた。
【００６７】
ここで結像光学素子の形状は収差補正との兼ね合いから容易に変えることができない。さらに共振型の偏向素子の偏向面の反射率の入射角依存性も変えられる範囲は限定される。したがって被走査面上の光束の走査速度が決まると、像面照度分布を補償するための適切な偏光方向は限定される。
【００６８】
より具体的には、偏向素子５による被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布をＳspとおく。このとき、
Ｓsp＜１．０５                  …(2)
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
の場合、発光点から出射する光束の偏光方向が、偏向面５ａの最軸外光束の偏向点において、偏向面５ａに対しＰ偏光で入射するよう設定する。
【００６９】
なお、Ｐ偏光とは、該Ｐ偏光の成分比が９０％以上であることを指している。最軸外光束の偏向点において僅かに反対の偏向成分であるＳ偏光が残存する理由は、本実施例が共振型の偏向素子の偏向面に対してその回動軸と結像光学系（結像光学素子）の光軸を含む面内から、副走査方向に斜め入射しているためである。
【００７０】
また、本実施例において、像面照度分布Ｓspが、
Ｓsp≧１．０５                  …(3)
の場合、発光点から出射する光束の偏光方向が、偏向面５ａの最軸外光束の偏向点において、偏向面５ａに対しＳ偏光で入射するよう設定する。
【００７１】
なお、Ｓ偏光とは、該Ｓ偏光の成分比が９０％以上であることを指している。最軸外光束の偏向点において僅かに反対の偏向成分であるＰ偏光が残存する理由は、本実施例が共振型の偏向素子の偏向面に対してその回動軸と結像光学系の光軸を含む面内から、副走査方向に斜め入射しているためである。
【００７２】
ここで、偏向素子による被走査面上における光束の走査速度の偏向角依存性による像面照度分布Ｓspは、以下のように表わされる。
【００７３】
但し、Ｓsp＝前記被走査面の最軸外に入射する最軸外光束の露光量／前記被走査面の光軸上に入射する軸上光束の露光量
＝光軸上光束の走査速度／最軸外光束の走査速度
図８は本実施例における偏向面への入射角と各偏光光束の成分比を示す説明図である。図８において、実線はＰ偏光、点線はＳ偏光を示している。
【００７４】
図８より軸上偏向点近傍では副走査斜入射によりＳ偏光の成分比が上がるものの、軸外に向かうに従い、主走査方向の偏向角が大となりＰ偏光成分が支配的となり、Ｓ偏光成分は実質的に無視しても差し支えないレベルとなる。なお、ここではＰ偏光を例に挙げて説明したが、Ｓ偏光の場合も同様である。
【００７５】
表１に本実施例における発生要因別の像面照度分布を示す。
【００７６】
【表１】
2010169855.tif 000003
表１より本実施例における像面照度分布Ｓspは、
Ｓｓｐ＝1.01
である。よって、像面照度分布を補正をするためには、上記(2)式より偏向素子の最軸外光束の偏向点において偏向面に対しＰ偏光で入射するよう光束の偏光を設定する必要がある。
【００７７】
そこで、本実施例では、発光点から出射する光束の偏光方向が、偏向面５ａの最軸外光束の偏向点において、偏向面５ａに対しＰ偏光で入射するよう設定している。これにより結像レンズ６ａの光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、偏向面５ａの反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償している。
【００７８】
また、本実施例において、さらに像面照度分布を実効的に問題ない範囲内に補償するには、結像レンズ６ａの光学効率の画角依存性による像面照度分布をＳsl、偏向面５ａの反射率の入射角依存性による像面照度分布をＳdeとする。
【００７９】
そのとき、上記像面照度分布Ｓdeを以下の(4)式を満足するよう設定すると良い。
【００８０】
0.90／Ｓsl×Ｓsp≦Ｓde≦1.10／Ｓsl×Ｓsp      …(４)
ここで、偏向面５ａの反射率の入射角依存性による像面照度分布Ｓdeおよび結像レンズ６ａの光学効率の画角依存性による像面照度分布Ｓslは、以下のように表わされる。
【００８１】
Ｓde＝最軸外光束の反射率／光軸上光束の反射率
Ｓsl＝最軸外光束の光学効率／光軸上光束の光学効率
条件式(4)の上限値または下限値のどちらを超えても像面照度分布が劣化し、濃度むら等の画像劣化を生じる。
【００８２】
さらに望ましくはカラー用の走査光学装置や高精細印字を目的とした走査光学装置においては、
0.95／Ｓsl×Ｓsp≦Ｓde≦1.05／Ｓsl×Ｓsp        …(5)
を満足するよう像面照度分布Ｓdeを設定すると良い。
【００８３】
本実施例においては表１より、
0.85≦Ｓde≦1.04
望ましくは
0.90≦Ｓde≦0.99
となるよう像面照度分布Ｓdeを設定すると良く、本実施例では表１より
Ｓde＝0.98
として像面照度分布の補正を行っている。
【００８４】
図９は本実施例における像面照度分布を示す説明図である。図９において、横軸は像高（画角）、縦軸は像面照度分布であり、全てのデータは光軸上のデータで正規化したものである。
【００８５】
ここで図９において、実線（細線）は走査速度による要因、一点鎖線は偏向面の反射率の入射角依存性による要因、点線は結像光学素子の光学効率の画角依存性による要因、太線は３者を掛け合せたトータルの像面照度分布を示している。同図より本実施例における像面照度分布は良好に補正されていることが分かる。
【００８６】
このように本実施例においては像面照度分布Ｓspの値によって、発光点からの光束の偏光方向を適切に設定することにより、結像レンズの光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償している。
【００８７】
これにより共振型の偏向素子の偏向面の反射率や、被走査面上の走査速度等の像面照度分布の劣化に関わる要因を個別に改善することなく、容易な構成で走査光学装置トータルの像面照度分布を改善することが可能となる。そして小型で高速かつ高精細印字に適した走査光学装置を実現することができる。
【実施例２】
【００８８】
図１０は本発明の実施例２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１１は本発明の実施例２の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１０、図１１において前記図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００８９】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、共振型の偏向素子として前記図１８に示した正弦振動タイプの偏向素子１５を用いた点、さらに結像光学素子６ａと被走査面８との間に防塵ガラス７を配置した点である。さらに、これらに伴い光源手段１の発光点からの光束の偏光方向をＳ偏光に変えた点である。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００９０】
つまり、図１０、図１１において、１５は偏向手段であり、単一の偏向面１５ａ(前記図１８では符号５７ａ）が回動軸周りに往復運動する共振型（正弦振動タイプ）の偏向素子より成っている。
【００９１】
７は平板ガラスであり、結像レンズ６と被走査面８との間に設けられており、筐体内に塵埃が侵入するのを防止している。平板ガラス７の光入出射面は反射防止コーティングが施されていない。
【００９２】
本実施例において画像情報に応じて光源手段１から光変調され出射した発散光束は、コリメータレンズ２によって収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ４に入射する。そしてシリンドリカルレンズ４に入射した収束光束のうち、主走査断面内においては共振型の偏向素子１５の振動角（偏向角）の中央から偏向面１５ａに入射（正面入射）する。また副走査断面内においては偏向素子１５の回動軸と結像レンズ６ａの光軸を含む面内から偏向面１５ａに入射（斜入射）し、該偏向面１５a上に線像として結像する（斜入射光学系）。
【００９３】
そして共振型の偏向素子１５の偏向面１５ａの往復運動により主走査方向に偏向走査された光束は、結像レンズ６ａを介して感光ドラム面８上に導光される。そして共振型の偏向素子１５の偏向面１５ａを往復運動させることによって、感光ドラム面８上を主走査方向に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面８上に画像記録を行っている。
【００９４】
図１２は本実施例における偏向素子の角速度を示す説明図である。図１２において、横軸は偏向角θ、縦軸は角速度ｄθ／ｄｔである（グラフは光軸上の値で正規化している）。
【００９５】
先に説明したとおり、本実施例においては一般的な正弦振動タイプの偏向素子を用いているため軸外において偏向素子の角速度は低下し、ｆθ特性を有する結像光学素子と組合わせた場合、被走査面上における光束の走査速度も低下する。前述の実施例１において言及したとおり、走査速度と露光量は逆比例の関係となるため、露光量は光軸上に対して軸外で増加する。
【００９６】
本実施例における偏向素子の偏向面の反射膜構成は実施例１と同様である。しかしながら本実施例においては実施例１と異なり、偏向面に対しＳ偏光で入射させているため、その反射率の角度依存性は図６の点線で示すように、入射角が大きくなるに従い反射率は増大する特性となる。
【００９７】
図１３は本実施例における結像光学素子、防塵用平板ガラスの入射角に対する光学効率を示す説明図である。図１３において、横軸は画角、縦軸は光学効率（透過率）である。
【００９８】
本実施例では軸外においてＳ偏光で入射するため、画角が大きくなるに従い光学効率が劣化する、つまり軸外において低くなる像面照度分布となる。
【００９９】
なお、本実施例ではその表面に反射防止コーティングを施していない平板ガラス７を有しているため、軸外における像面照度分布の低下が特に大きい。
【０１００】
表２に本実施例における発生要因別の像面照度分布を示す。
【０１０１】
【表２】
2010169855.tif 000004
表２より本実施例における像面照度分布Ｓspは、
Ｓｓｐ＝1.08
である。よって、像面照度分布を補正をするためには、上記(3)式より偏向素子の最軸外光束の偏向点において偏向面に対しＳ偏光で入射するよう光束の偏光を設定する必要がある。
【０１０２】
そこで、本実施例では、発光点から出射する光束の偏光方向が、偏向面１５ａの最軸外光束の偏向点において、偏向面１５ａに対しＳ偏光で入射するよう設定している。これにより結像レンズ６ａの光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、偏向面１５ａの反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償している。
【０１０３】
さらに像面照度分布を実効的に問題ない範囲内に補償するには、上述した(4)式を満足させる必要があり、更に望ましくは上述した(5)式も満足させるよう上記像面照度分布Ｓdeを設定すると良い。
【０１０４】
本実施例においては表２より、
0.93≦Ｓde≦1.13、
望ましくは
0.97≦Ｓde≦1.08
となるよう像面照度分布Ｓdeを設定すると良く、本実施例では表２より
Ｓde＝1.02
として像面照度分布の補正を行っている。
【０１０５】
図１４は本実施例における像面照度分布を示す説明図である。図１４において、横軸は像高（画角）、縦軸は像面照度分布であり、全てのデータは光軸上のデータで正規化したものである。
【０１０６】
ここで図１４において、実線（細線）は走査速度による要因、一点鎖線は偏向面の反射率の入射角依存性による要因、点線は結像光学素子の光学効率の画角依存性による要因、太線は３者を掛け合せたトータルの像面照度分布を示している。同図より本実施例における像面照度分布は良好に補正されていることが分かる。
【０１０７】
このように本実施例においては像面照度分布Ｓspの値によって、発光点からの光束の偏光方向を適切に設定することにより、結像レンズの光学効率の画角依存性により生じる像面照度分布と、偏向面の反射率の入射角依存性による像面照度分布を補償している。
【０１０８】
これにより結像光学素子の光学効率や、被走査面上の走査速度等の要因により発生する像面照度分布が大きい走査光学装置においても、これらの要因を個別に改善することなく容易な構成で走査光学装置トータルの像面照度分布を改善することが可能となる。そして小型で高速、かつ高精細印字に適した走査光学装置を実現することができる。
【０１０９】
［画像形成装置］
図１５は本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。
【０１１０】
同図において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータDｃが入力する。このコードデータDｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Dｉに変換される。この画像データDｉは、実施例に示した構成を有する走査光学装置１００に入力される。そして、この走査光学装置１００からは、画像データDｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【０１１１】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記走査光学装置１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【０１１２】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データDｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【０１１３】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０１１４】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１５において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【０１１５】
図１５においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、走査光学装置内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１１６】
本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１〜２の構成はより効果を発揮する。
【０１１７】
［カラー画像形成装置］
図１６は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、走査光学装置（光走査光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１６において、６０はカラー画像形成装置、６１，６２，６３，６４は各々実施例１、２に示したいずれかの構成を有する走査光学装置である。７１，７２，７３，７４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、８１は搬送ベルトである。尚、図１６においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。
【０１１８】
図１６において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器８２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ８３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査光学装置６１，６２，６３，６４に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム７１，７２，７３，７４の感光面が主走査方向に走査される。
【０１１９】
本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（６１，６２，６３，６４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム７１，７２，７３，７４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１２０】
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置６１，６２，６３，６４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム７１，７２，７３，７４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１２１】
前記外部機器８２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施例１の走査光学装置の主走査断面図
【図２】本発明の実施例１の走査光学装置の副走査断面図
【図３】本発明の実施例１の走査光学装置の共振型の偏向素子の正面図
【図４】図３における共振型の偏向素子のA-A断面図
【図５】本発明の実施例１の偏向手段の角速度の偏向角依存性を示す図
【図６】本発明の実施例１の偏向手段の反射率の入射角依存性を示す図
【図７】本発明の実施例１の結像光学素子の光学効率の画角依存性を示す図
【図８】本発明の実施例１における偏向面への入射角と各偏光光束の成分比を示す図
【図９】本発明の実施例１の走査光学装置における像面照度分布を示す図
【図１０】本発明の実施例２の走査光学装置の主走査断面図
【図１１】本発明の実施例２の走査光学装置の副走査断面図
【図１２】本発明の実施例２の偏向手段の角速度の偏向角依存性を示す図
【図１３】本発明の実施例２の結像光学素子の光学効率の画角依存性を示す図
【図１４】本発明の実施例２の走査光学装置における像面照度分布を示す図
【図１５】本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図
【図１６】本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１７】従来例における走査光学装置の要部斜視図
【図１８】共振型の偏向素子の概念図
【符号の説明】
【０１２３】
１  光源手段（半導体レーザー）
２  光束変換手段（コリメータレンズ）
４  シリンドリカルレンズ
５、１５  偏向手段（共振型の偏向素子）
５ａ、１５ａ  偏向面
ＬＡ  入射光学系
６  結像光学系
６ａ  結像光学素子（結像レンズ）
８  被走査面（感光ドラム面）
５１  偏向子
５２  駆動子
５３  トーションバー
５４  コア
５５  コイル
５６  マグネット
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ  検出手段
９４  ハーフミラー
９２、９６  演算装置
９３，９７  移動機構
６１、６２、６３、６４    走査光学装置
７１、７２、７３、７４    像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４    現像器
４１、４２、４３、４４    光ビーム
８１    搬送ベルト
８２    外部機器
８３    プリンタコントローラ
６０    カラー画像形成装置
１００  走査光学装置
１０１  感光ドラム
１０２  帯電ローラ
１０３  光ビーム
１０４  画像形成装置
１０７  現像装置
１０８  転写ローラ
１０９  用紙カセット
１１０  給紙ローラ
１１１  プリンタコントローラ
１１２  転写材（用紙）
１１３  定着ローラ
１１４  加圧ローラ
１１５  モータ
１１６  排紙ローラ
１１７  外部機器
【図１】
2010169855.tif 000005
【図２】
2010169855.tif 000006
【図１０】
2010169855.tif 000007
【図１１】
2010169855.tif 000008
【図３】
2010169855.tif 000009
【図４】
2010169855.tif 000010
【図５】
2010169855.tif 000011
【図６】
2010169855.tif 000012
【図７】
2010169855.tif 000013
【図８】
2010169855.tif 000014
【図９】
2010169855.tif 000015
【図１２】
2010169855.tif 000016
【図１３】
2010169855.tif 000017
【図１４】
2010169855.tif 000018
【図１５】
2010169855.tif 000019
【図１６】
2010169855.tif 000020
【図１７】
2010169855.tif 000021
【図１８】
2010169855.tif 000022