(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を発する光源と、
揺動軸を有し、該揺動軸の軸回りに所定の振れ角で正弦揺動しつつ前記光源から発せられる光線を反射し、所定の被走査面の一端から他端を前記光線で走査させる偏向体と、
前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、前記光線を前記被走査面上に結像させる走査レンズと、を備え、
前記走査レンズの面形状は、
前記光線による走査速度が、前記被走査面の前記一端及び他端において最も遅く、前記一端と他端との中間において最も早くなる非等速走査特性を具備し、且つ、
前記光線のビーム径が、前記被走査面の前記一端及び他端において最も大きく、前記一端と他端との中間において最も小さくなる結像特性を具備するように形成され、
前記非等速走査特性及び前記結像特性は、両特性の複合によって、前記被走査面の一端から他端までの走査ライン上の各像高位置において、それぞれ所定の単位時間だけ前記光線で走査させた場合に、各像高における前記光線の強度分布のピーク値を等しくする特性である、光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記光源と前記偏向体との間に配置され、前記光源から発せられる光線を整形する開口を有するアパーチャーをさらに備え、
前記アパーチャーの開口は、前記走査レンズが前記非等速走査特性及び前記結像特性を発揮するビーム径の光線を、前記被走査面に作る形状に設定されている、光走査装置。
【請求項３】
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する、請求項１又は２に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記所定の単位時間は、前記一端と他端との中間において前記静電潜像の１画素に相当する長さを走査する時間である、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動軸の軸回りに揺動しつつ光源から発せられる光線を反射して偏向走査させる偏向体を備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザープリンターや複写機等に用いられる光走査装置において、光源から発せられたレーザー光線を偏向し、感光体ドラムの周面を走査させる偏向体として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたものがある。ＭＥＭＳミラーは、当該ミラーの法線に対して垂直な揺動軸を備え、当該揺動軸の軸回りに往復揺動するよう駆動されることで、感光体ドラムにおける所定の走査範囲にレーザー光線を走査させる。
【０００３】
一般的なＭＥＭＳミラーは、正弦的に揺動される。このため、走査範囲の端部では走査速度が最も遅く、中央部では最も早くなる。これに起因して、走査範囲の全ての像高においてレーザー光線のビーム径が均一にならないという問題が生じる。正弦揺動するＭＥＭＳミラーにて等速走査を実現するには、走査レンズとしてアークサインレンズを用いる必要がある。一方、ビーム径を全像高において均一にするには、走査レンズとしてｆθレンズを用いる必要がある。しかし、アークサインレンズの適用により、等速走査は得られるがビーム径の均一性は得られず、また、ｆθレンズの適用により、ビーム径の均一性は得られるが等速走査は得られず、両者は両立しない。
【０００４】
特許文献１の光走査装置は、走査レンズとしてアークサインレンズを用い、レーザー光線の発光時間及び光量を制御することによって、ビーム径の均一性を確保している。特許文献２の光走査装置は、走査レンズとしてｆθレンズを用い、レーザー光線の発光タイミング及び発光時間を制御することによって、等速走査に相当する効果を得ている。しかし、これらの制御を実現するには、高精度な発光タイミング制御や、非常に広いレンジでの光量制御等が必要となり、発光制御回路が大掛かりで高価となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５４３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−８６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、正弦揺動する偏向体を備えた光走査装置において、制御系を大掛かりにさせることなく、全像高に亘って露光量を一定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面に係る光走査装置は、光線を発する光源と、揺動軸を有し、該揺動軸の軸回りに所定の振れ角で正弦揺動しつつ前記光源から発せられる光線を反射し、所定の被走査面の一端から他端を前記光線で走査させる偏向体と、前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、前記光線を前記被走査面上に結像させる走査レンズと、を備え、前記走査レンズの面形状は、前記光線による走査速度が、前記被走査面の前記一端及び他端において最も遅く、前記一端と他端との中間において最も早くなる非等速走査特性を具備し、且つ、前記光線のビーム径が、前記被走査面の前記一端及び他端において最も大きく、前記一端と他端との中間において最も小さくなる結像特性を具備するように形成され、前記非等速走査特性及び前記結像特性は、両特性の複合によって、前記被走査面の一端から他端までの走査ライン上の各像高位置において、それぞれ所定の単位時間だけ前記光線で走査させた場合に、各像高における前記光線の強度分布のピーク値を等しくする特性である。
【０００８】
上記の光走査装置によれば、例えばＭＥＭＳミラーのような、揺動軸の軸回りに揺動する偏向体に組み合わされる走査レンズとして、非等速走査特性及びビーム径が像高によって変動する特性を有するレンズが用いられる。前者はｆθレンズが用いられた場合、後者はアークサインレンズが用いられた場合に表出する特性であるが、上記走査レンズは、これらの特性の複合によって、各像高における前記光線の強度分布のピーク値を等しくする機能を有する。つまり、上記走査レンズは、ｆθレンズとアークサインレンズとの間の中間的な特性を有しつつ、光線の強度分布のピーク値を全像高において等しくすることができる機能を備える。従って、当該光走査装置によれば、揺動軸の軸回りに揺動する偏向体を用いた光走査装置において、大掛かりな発光制御回路等を用いることなく、全像高に亘って露光量を一定することができ、高品質な画像形成に寄与することができる。
【０００９】
上記の光走査装置において、前記光源と前記偏向体との間に配置され、前記光源から発せられる光線を整形する開口を有するアパーチャーをさらに備え、前記アパーチャーの開口は、前記走査レンズが前記非等速走査特性及び前記結像特性を発揮するビーム径の光線を、前記被走査面に作る形状に設定されていることが望ましい。
【００１０】
上記の光走査装置によれば、アパーチャーによってビーム径が調整されるので、所望の前記非等速走査特性及び前記結像特性を容易且つ確実に創出することができる。
【００１１】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する上記の光走査装置とを備える。
【００１２】
上記の画像形成装置によれば、前記光走査装置によって全像高に亘って露光量を一定することができるので、濃度ムラの無い画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。
【００１３】
上記の画像形成装置において、前記所定の単位時間は、前記一端と他端との中間において前記静電潜像の１画素に相当する長さを走査する時間であることが望ましい。この画像形成装置によれば、光線のオン−オフ単位となる１画素の走査時間が前記単位時間とされるので、露光量の調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御系を大掛かりにさせることなく、全像高に亘って露光量を一定することができる。従って、濃度ムラの無い高品質な画像形成を行い得る光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】光走査装置の主走査断面の構成を示す平面図である。
【図３】本発明に対する比較技術の説明図であって、（Ａ）は像高と発光時間との関係を示すグラフ、（Ｂ）は像高と光量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に対する比較技術の説明図であって、（Ａ）は主走査断面のビームプロファイルの一例を示すグラフ、（Ｂ）及び（Ｃ）は露光強度分布の一例を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は実施例及び比較例に係る走査光学系における、ＭＥＭＳミラーの偏向角と、光線が集光する像高との関係を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）図の点線円Ａ部分の拡大図である。
【図６】実施例及び比較例に係る走査光学系における、ＭＥＭＳミラーの偏向角と走査速度比との関係を示すグラフである。
【図７】実施例に係る走査光学系における、各像高の主走査断面のビームプロファイルを示すグラフである。
【図８】実施例に係る走査光学系における、像高と主走査ビーム径との関係を示すグラフである。
【図９】実施例に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。
【図１０】比較例１に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。
【図１１】比較例２に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光走査装置１１を含む画像形成装置１の構成を概略的に示した断面図である。画像形成装置１は、光走査装置１１、現像器１２、帯電器１３、感光体ドラム１４（像担持体）、転写ローラー１５、定着器１６及び給紙カセット１７を備える。
【００１７】
感光体ドラム１４は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像を担持する。感光体ドラム１４は、図略のモーターからの駆動力を受けて、図１における時計回りの方向に回転される。帯電器１３は、感光体ドラム１４の表面を略一様に帯電する。
【００１８】
光走査装置１１は、レーザーダイオード等の光源、偏向体、走査レンズ及び光学素子等を備え、帯電器１３によって略一様に帯電された感光体ドラム１４の周面（被走査面）に対して、画像データに応じたレーザー光を照射して、画像データの静電潜像を形成する。この光走査装置１１については、後記で詳述する。
【００１９】
現像器１２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１４の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像器１２は、トナーを担持する現像ローラーやトナーを攪拌搬送するスクリューを含む。感光体ドラム１４に形成されたトナー像は、給紙カセット１７から繰り出され搬送路Ｐを搬送される記録紙に転写される。この現像器１２には、図略のトナーコンテナからトナーが補給される。
【００２０】
感光体ドラム１４の下方には転写ローラー１５が対向して配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。転写ローラー１５は、導電性を有するゴム材料等で構成されると共に転写バイアスが与えられ、感光体ドラム１４に形成されたトナー像を前記記録紙に転写させる。
【００２１】
定着器１６は、ヒーターを内蔵する定着ローラー１６０及び定着ローラー１６０と対向する位置に設けられた加圧ローラー１６１を備え、トナー像が形成された記録紙を加熱搬送することにより、記録紙に形成されたトナー像を定着させる。
【００２２】
次に、画像形成装置１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電器１３により感光体ドラム１４の表面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム１４の周面が、光走査装置１１により露光され、記録紙に形成する画像の静電潜像が感光体ドラム１４の表面に形成される。この静電潜像が、現像器１２から感光体ドラム１４の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。一方、給紙カセット１７からは記録紙が搬送路１７０に繰り出される。前記トナー像は、転写ローラー１５と感光体ドラム１４との間のニップ部を記録紙が通過することにより、当該記録紙に転写される。この転写動作が行われた後、記録紙は定着器１６に搬送され、記録紙にトナー像が固着される。
【００２３】
続いて、光走査装置１１の詳細構造について説明する。図２は、光走査装置１１の主走査断面の構成を示す平面図である。光走査装置１１は、レーザーユニット２１（光源）、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、アパーチャー２４、ＭＥＭＳミラー２５（偏向体）、第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂ（走査レンズ）を備える。なお、これらの光学部品を保持するハウジング等の記載は、図２では省略している。
【００２４】
レーザーユニット２１は、所定の波長（単波長）の構成を発する半導体発光素子を備える光源である。前記半導体発光素子としては、例えば６７０ｎｍ帯の単波長レーザー光線を発すレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることができる。レーザーユニット２１は、単一のビームを発するタイプ、或いは複数のビームを発するマルチビームタイプ（モノリシックＬＤ）のいずれであっても良い。
【００２５】
コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３及びアパーチャー２４は、光路上においてレーザーユニット２１とＭＥＭＳミラー２５との間に配置されている。コリメータレンズ２２は、レーザーユニット２１から発せられ拡散する光線を平行光線に変換する。シリンドリカルレンズ２３は、前記平行光線を主走査方向に長い線状光に変換してＭＥＭＳミラー２５に結像させる。
【００２６】
アパーチャー２４は、レーザーユニット２１から発せられＭＥＭＳミラー２５に向かう光線の一部を遮断する。アパーチャー２４は、感光体ドラム１４の周面１４Ｓ（被走査面）に照射される前記光線のビーム径が所望のサイズとなるよう、前記光線を整形する開口を有している。
【００２７】
ＭＥＭＳミラー２５は、前記光線を反射するミラー面と、副走査方向（図２の紙面に対して直交する方向）に平行な揺動軸とを有する。ＭＥＭＳミラー２５は、揺動軸の軸回りに所定の振れ角の範囲内で正弦的に往復揺動しつつ、前記ミラー面に結像された光線を反射し、感光体ドラム１４の周面１４Ｓに設定された被走査領域の一端から他端を前記光線で走査させる。
【００２８】
第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂは、レーザーユニット２１から発せられた光線を、所定の結像特性及び走査特性を具備するように、周面１４Ｓ上で結像、走査させるためのレンズである。第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂは、上記結像特性及び走査特性を実現するための自由曲面からなるレンズ面を各々備えている。これら走査レンズ２６Ａ、２６Ｂは、ＭＥＭＳミラー２５から周面１４Ｓに向かう光軸上で互いに対向して配置されている。ここでは２枚構成の走査レンズを例示しているが、走査レンズは１枚構成、或いは３枚以上の構成としても良い。
【００２９】
図２では図示を省略しているが、前記光線の有効走査領域の範囲外（像高ｙ＝＋ｍａｘ及びｙ＝−ｍａｘの外側）には、ＢＤセンサーが配置されている。光線による走査ライン書き出しタイミングは、前記ＢＤセンサーによる光線の検出タイミングによって制御される。
【００３０】
本実施形態の光走査装置１１のようにＭＥＭＳミラー２５を用いた走査光学系の場合、つまり、正弦揺動によって光線を偏向し、該光線で被走査面を走査させるＭＥＭＳミラーを偏向体として用いた走査光学系の場合、像面（周面１４Ｓ）上における光線のビーム径の均一性と、像面上の走査速度の等速性とは両立しない。これは、像面上の像高ｙでのビーム径Ｄ(ｙ)は、像高ｙを偏向角度θで微分したものに比例し、走査速度ｖは像高ｙを時間ｔで微分したものとなるからである。数式で表すと、
【数１】
0006002737.tif 000002
となる。ビーム径Ｄが像高で均一であるためには、ｄｙ／ｄθが時間ｔや偏向角度θに依存してはならない。さらに、ｄｙ／ｄθが時間ｔ及び偏向角度θに対して独立である場合、走査速度ｖが一定であるためにはｄθ／ｄｔが時間ｔに依存してはならない。しかしながら、一般的なＭＥＭＳミラーは正弦揺動で動作し、像高の中央付近が最も走査速度ｖが早く、像高端部が最も走査速度が遅い走査特性を有する。その動作は次式で表される。なお、Θｍａｘは、偏向角度θが取り得る最大の値（最大偏向角）を示す。
θ＝Θｍａｘｓｉｎ（２πｖｔ）
上式から明らかな通り、ｄθ/ｄｔは時間ｔに依存する。このため、ビーム径の均一性と走査速度の等速性とは両立しなくなる。
【００３１】
光線のビーム径を均一にするためには、
ｙ＝ｆθ
の特性を有するｆθレンズを、走査レンズとして用いる必要がある。一方、ＭＥＭＳミラーの正弦揺動を用いつつ、被走査面を等速走査するためには、
ｙ＝Θｍａｘａｒｃｓｉｎ（θ／Θｍａｘ）
で表されるアークサインレンズを、走査レンズとして用いる必要がある。ここで両者は両立しないので、ＭＥＭＳミラーとアークサインレンズとの組み合わせでは、等速走査が得られるがビーム径は変動する。一方、ＭＥＭＳミラーとｆθレンズとの組み合わせでは、均一なビーム径が得られるが非等速走査となる。
【００３２】
上記の問題を解決する手段として、走査レンズとしてアークサインレンズを用いつつ、ビーム径の変動を光源の発光制御によって抑制する第１の比較技術がある（上掲の特許文献１）。図３は、その発光制御の態様を示す図であって、図３（Ａ）は像高と発光時間との関係を示すグラフ、図３（Ｂ）は像高と光量との関係を示すグラフである。この技術では、図３（Ａ）に示す通り、像高の中央に比べて像高の端部（＋ｍａｘ、−ｍａｘ）において光源の発光時間を短くし、ビーム径が像高端部において大きくなることを抑制する。一方、発光時間の短縮に伴う露光不足を補うために、図３（Ｂ）に示す通り、像高端部の光量を大きくしている。
【００３３】
上記第１の比較技術により、アークサインレンズを用いて等速走査を実現しながら、ビーム径の均一性を全像高に亘って確保し得る。しかしながら、上記第１の比較技術では、像高中心〜像高端部において、光源に対して２つの制御、すなわち発光時間の制御と光量の制御とが必要となる。発光時間を全像高に亘って滑らかに変化させるには、発光時間を定めるベースクロックを像高に応じて変調させるか、クロック周波数を高めて像高に対して発光のクロックのカウント数を変化させる必要がある。これら制御の実現には、高価で複雑な回路を必要とする。また、全像高に亘って光量を変化させるには、光源のパワーを可変にする、或いはミラー等の光学部品の光学効率を像高に応じて変化させるコーティングを施す等の手段がある。しかし、図３（Ｂ）のレベルで光量を変化させるためには高価なパワー制御回路が必要であり、またコーティングを採用する場合でも特殊な構造が必要となる。
【００３４】
上記の問題を解決する他の手段として、ｆθレンズを用いつつ、非等速走査の欠点を光源の発光制御によって補正する第２の比較技術がある（上掲の特許文献２）。ここでの発光制御は、光源の発光タイミング及び発光時間を像高に応じて変化させる制御である。具体的には、１の走査ラインにおける各画素の発光タイミングについて、倍率補正を考慮して像高に応じて発光タイミングを変化させる。また、発光時間は、像高端部に向かうほど長くなるように制御される。この第２の比較技術によれば、全像高に亘って、各画素の光量分布を均一になし得る。しかしながら、当該第２の比較技術においても、光源の発光タイミング及び発光時間を全像高に亘って制御する必要があるので、高価で複雑な回路を要する欠点がある。
【００３５】
さらに、上記の第１及び第２の比較技術では、光線のビームプロファイルについても考慮されるべきである。図４（Ａ）は、主走査方向のビーム径が６０μｍの光線の、主走査断面のビームプロファイルを示すグラフである。このビームプロファイルは、ＭＥＭＳミラー２５がある偏向角で静止した場合の像面上におけるビームプロファイルである。なお、ビーム径は、当該ビームプロファイルにおいて最大光量の１３．５％（１／ｅ２）の強度を有する部分の幅である。
【００３６】
上記第２の比較技術によれば、ｆθレンズを用いることから、ビーム径は全像高に亘って一定である。このため、ＭＥＭＳミラー２５が静止した状態におけるビームプロファイルも、全像高に亘って変化しない。しかしながら、上記第２の比較技術では、発光時間が像高端部に向かうほど長くなるよう制御する。従って、露光量を比較すると、像高中央と像高端部とで異なるようになる。
【００３７】
図４（Ｂ）は、像高中央よりも像高端部において、光源の発光時間を１．５倍程度長くした場合の、露光強度分布の一例を示すグラフである。この例は、ビーム径が６０μｍの光線で、４２．３３μｍ（６００ｄｐｉの１画素分）だけ走査した場合における露光強度分布である。ビームプロファイルが一定であっても、発光時間が長くなると露光量は増えてしまう。このため、露光量は、像高中央と像高端部とで異なることとなり、この事象は露光ムラを発生させる。かかる不具合の解消には、図４（Ｃ）に示すように、光量を像高端部で低下させて、像高端部の露光量を像高中央に合わせ込む制御がさらに必要となる。従って、上記第２の比較技術にあっては、光源の発光タイミング及び発光時間の制御に加え、光量の制御も必要となるので、その制御回路はより複雑化する。また、上記第１の比較技術にあっても、露光量の均一化を考慮した制御が必要であり、やはり複雑な制御系が必要となる。
【００３８】
以上を考慮し、本実施形態では、走査レンズのレンズ特性によって、全像高に亘り均一な露光強度分布を得るものとする。すなわち、第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂのいずれか一方、若しくは双方として、上掲のｆθレンズとアークサインレンズとの中間的なレンズ特性を具備するレンズを用い、均一な露光強度分布を得る。
【００３９】
上記のレンズ特性は、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂの面形状によって達成される。図２を参照して、前記面形状は、レーザーユニット２１から発せられた光線が当該走査レンズ２６Ａ、２６Ｂを通過し、被走査面である感光体ドラム１４の周面１４Ｓを主走査方向に走査する場合に、特定の非等速走査特性を具備するものとする。前記非等速走査特性は、主走査方向の走査速度が、周面１４Ｓの＋像高端部（像高ｙ＝＋ｍａｘ；被走査面の一端）及び−像高端部（像高ｙ＝−ｍａｘ；被走査面の他端）において最も遅く、像高中央（像高ｙ＝０；一端と他端との中間）において最も早くなる特性である。かかる特性は、走査レンズとしてｆθレンズが用いられた場合に表出する特性である。
【００４０】
上記の非等速走査特性に加え、前記面形状は、前記光線のビーム径が、周面１４Ｓの＋像高端部及び−像高端部において最も大きく、像高中心において最も小さくなる結像特性を具備するように形成される。このような結像特性は、走査レンズとしてアークサインレンズが用いられた場合に表出する特性である。
【００４１】
一般に、ｆθ特性を有する走査レンズを用いることで等速走査特性が得られ、アークサイン特性を有する走査レンズを用いることでビーム径が均一となる結像特性が得られる。本実施形態の走査レンズ２６Ａ、２６Ｂの面形状は、等速走査性又はビーム径の均一性のいずれか一方を得て、他方を電気回路的な制御で補填するというのではなく、あえて非等速走査性及びビーム径の不均一性が表出する面形状、つまりｆθレンズ及びアークサインレンズが用いられた場合に表出するネガティブな側面を持つ面形状とする。
【００４２】
その上で、前記非等速走査特性及び前記結像特性は、両特性の複合によって、＋像高端部から−像高端部までの１の主走査における走査ライン上の各像高位置において、それぞれ所定の単位時間だけ前記光線で走査させた場合に、各像高における前記光線の強度分布のピーク値を等しくする特性に設定される。つまり、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂは、ｆθレンズとアークサインレンズとの間の中間的なレンズ特性を有しつつ、光線の強度分布のピーク値を全像高において等しくすることができる機能を備える。これにより、ＭＥＭＳミラー２５を用いた走査光学系を有する光走査装置１１において、大掛かりな発光制御回路等を用いることなく、全像高に亘って露光強度を一定することができる。従って、画像形成装置１は、濃度ムラ等の画像欠陥の無い、高品質な画像形成を行うことができる。
【００４３】
上述の「光線の強度分布のピーク値が全像高において等しい」とは、前記ピーク値が厳格に一致していることを意味しているのではなく、実質的に等しいとみなすことができる範囲を含む。実質的に等しいものとして許容できる範囲は、基準となる強度分布のピーク値に対して±５％程度、好ましくは±２％以下である。この程度のばらつきが存在していたとしても、実質的に画像欠陥が生じないレベルの露光強度分布を得ることができる。なお、基準となるピーク値は、特定の像高（例えばｙ＝０）におけるピーク値、若しくは全像高のピーク値の平均値である。
【００４４】
また、上記の所定の単位時間は、像高中心に描かれる静電潜像の１画素に相当する長さを走査する時間であることが望ましい。例えば、前記単位時間は、６００ｄｐｉの解像度であれば、４２．３３μｍの距離だけ周面１４Ｓを走査するのに要する時間である。光源から発せられる光線は、１画素の単位でオン−オフが為される。従って、前記単位時間を１画素の走査時間とすることで、露光量の調整を容易に行うことができる。
【００４５】
ここで、アパーチャー２４の開口径、特に主走査方向の開口径は、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂのレンズ特性に影響を与える。これは、アパーチャー２４の開口径の大きさが、前記光線が走査レンズ２６Ａ、２６Ｂを通して周面１４Ｓに作るビームスポットのビーム径の大きさを決定するからである。従って、アパーチャー２４の開口径は、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂが前記非等速走査特性及び前記結像特性を発揮するビーム径の光線を、周面１４Ｓに作る形状に設定される。アパーチャー２４によってビーム径を適正に調整することで、所望の前記非等速走査特性及び前記結像特性、つまり露光強度分布の均一性がより優れた特性を創出することができる。
【００４６】
続いて、上記で説明した実施形態の要件を満たす、具体的な実施例を示す。実施例の走査光学系は、図２に示す通り、レーザーユニット２１側から順に、１枚のコリメータレンズ２２、アパーチャー２４、１枚のシリンドリカルレンズ２３、ＭＥＭＳミラー２５、第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂが配置された構成である。ここで、図２において、光線の進行方向をｚ方向、主走査方向をｙ、図２の紙面に垂直な方向（副走査方向）をｘ方向と定義する。このようなローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂのｙｚ断面の形状は、次のサグ量を示す数式により表される自由曲面とされる。なお、次式において、Ｒｙは主走査曲率半径、Ｋは主走査コーニック係数、Ａ２ｉは面形状の高次の係数である。
【数２】
0006002737.tif 000003
【００４７】
表１に、本実施例に係る第１走査レンズ２６Ａ及び第２走査レンズ２６Ｂの各レンズ面の係数を示す。また、表２に、本実施例の走査光学系におけるレンズ面間の距離を示す。図２にも示しているように、表１及び表２においてレンズＡ１は、第１走査レンズ２６Ａの入射面（ＭＥＭＳミラー２５側の面）、レンズＡ２は第１走査レンズ２６Ａの出射面（周面１４Ｓ側の面）である。また、レンズＢ１は、第２走査レンズ２６Ｂの入射面、レンズＢ２は第２走査レンズ２６Ｂの出射面である。
【００４８】
【表１】
0006002737.tif 000004
【００４９】
【表２】
0006002737.tif 000005
【００５０】
表１において、Ｒｘは副走査曲率半径であり、走査レンズの光軸上でのｘｚ断面の形状の曲率半径を表す。この曲率半径は、像高によって倍率や収差を良好に保つため変化させているが、ここではその変化の係数の記載は省略している。走査レンズ２６Ａ、２６Ｂの屈折率は、共に１．５０６２８である。表２においては、ＭＥＭＳミラー２５から被走査面である周面１４Ｓの、光軸上における各面間距離を示している。
【００５１】
実施例の走査光学系において、ＭＥＭＳミラー２５は、最大振れ角＝２５度で、一定の周期で正弦揺動するものを用い、振れ角＝０度の時に反射光線が像高中央に向かうようにハウジングに取り付けた。この場合、光線の反射偏向角は、±５０度の範囲で正弦振動することになる。なお、本走査光学系の＋像高端部（ｙ＝＋ｍａｘ）の像高は＋１１０ｍｍ、−像高端部（ｙ＝−ｍａｘ）の像高は−１１０ｍｍである。
【００５２】
図５（Ａ）は実施例及び比較例に係る走査光学系における、ＭＥＭＳミラー２５による光線の偏向角と、光線が集光する像高との関係を示すグラフ、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の点線円Ａ部分を拡大したグラフである。これらのグラフにおいて、「実施例」は上掲の表１及び表２の走査光学系によるデータを示す。「ｆθレンズ（比較例１）」は、実施例と同じ焦点距離の理想的なｆθレンズを走査レンズ２６Ａ、２６Ｂとして用いた走査光学系のデータ、「アークサインレンズ（比較例２）」は、実施例と同じ焦点距離の理想的なアークサインレンズレンズを走査レンズ２６Ａ、２６Ｂとして用いた走査光学系のデータを各々示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）から明らかな通り、像高中央付近では３種のレンズとも同じ特性であるが、像高端部に向かうに従って特性が分かれている。
【００５３】
図６は、実施例及び比較例に係る走査光学系における、ＭＥＭＳミラー２５による光線の偏向角と走査速度比との関係を示すグラフである。図６では、被走査面上での像高中央の走査速度を１とし、これに対する他の像高における走査速度を比率で示している。既述の通り、アークサインレンズを用いると等速走査特性を得ることができる。ここで、比較例２では理想的なアークサインレンズを適用しているので、走査速度比は全像高に亘って１で一定である。これに対し、実施例及びｆθレンズ（比較例１）では像高端部で走査速度が落ちている。実施例は非等速走査特性を示しているが、ｆθレンズよりも像高端部における走査速度の低下度合いが小さいことがわかる。
【００５４】
図７は、実施例に係る走査光学系における、各像高（ｙ＝０ｍｍ、ｙ＝５７ｍｍ、ｙ＝８９ｍｍ、ｙ＝１１０ｍｍ）の主走査断面のビームプロファイルを示すグラフである。なお、光線のビーム径（ビームプロファイル）は、走査レンズの焦点距離のほか、光線の波長、及びアパーチャーの開口径の影響を受ける。ここでは、レーザーユニット２１が発する光線の波長を６７０ｎｍ、アパーチャー２４の主走査方向の開口長さを３．７９ｍｍとした。
【００５５】
図８は、実施例に係る走査光学系における、像高と主走査ビーム径との関係を示すグラフである。既述の通り、ｆθレンズを用いるとビーム径の均一性を得ることができるが、実施例の走査光学系では、像高中央から像高端部に向かうに従いビーム径は大きくなっている。図７において、像高ｙ＝０ｍｍ、ｙ＝５７ｍｍ、ｙ＝８９ｍｍ、ｙ＝１１０ｍｍの順にビームプロファイルのピーク高さが徐々に低下しているのは、図８に示す如くビーム径が変化していることによる。図８には記載していないが、ｆθレンズ（比較例１）ではビーム径が全像高に亘って均一となり、アークサインレンズ（比較例２）では実施例と同様に像高中央から像高端部に向かうに従いビーム径は大きくなる。
【００５６】
図９は、実施例に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。ここに示す露光強度分布は、像高中央で４２．３３μｍ（解像度６００ｄｐｉの１画素分）を走査するのに要する時間をＴ０とし、図７のビームプロファイル変動特性を有する光線を用いて、各像高において時間Ｔ０だけ走査した際に、像高ｙ＝０ｍｍ、ｙ＝５７ｍｍ、ｙ＝８９ｍｍ、ｙ＝１１０ｍｍで各々形成される露光強度分布である。図９に示すように、各像高の露光強度分布は互いに重なっており、ほとんど露光強度分布の形状に相違は認められない。因みに、像高ｙ＝０ｍｍのときの露光強度分布のピーク値の大きさを１としたとき、ｙ＝５７ｍｍのピーク値は１．００１９、ｙ＝８９ｍｍのピーク値は１．００２１、ｙ＝１１０ｍｍのピーク値は０．９８９３であり、その変動は±２％以下であった。
【００５７】
このように露光強度分布が各像高で等しくなる要因は、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂが有する非等速走査特性とビーム径が変動する結像特性とが互いに補完することによる（両特性の複合）。すなわち、本実施例では、各像高で走査速度は、図６に示したように像高中央から像高端部に向けて徐々に低下するので、同じ走査時間Ｔ０であっても走査距離は像高端部の方が短くなる。このため、１の走査ライン上において、像高中央よりも像高端部のほうが、単位面積当たりに照射される光強度が高まる。このことは、図８に示した通り、像高端部に向かうほどビーム径が大きくなり、図７に示す通りビームプロファイルが像高端部に向かうほど拡張する（つまり、ビームプロファイルのピークが低下する）分を補償することに繋がる。かようなメカニズムによって、各像高における前記光線の強度分布のピーク値を等しくすることができるものである。本実施例の走査光学系によれば、全像高に亘って露光強度分布が等しいので、周面１４Ｓに描かれた静電潜像は均質なものとなり、現像ムラが発生しなくなる。
【００５８】
図１０は、ｆθレンズを用いた比較例１に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。比較例１では、像高中央から像高端部に向けて、露光強度分布のピーク値が大きくなっている。これは、ｆθレンズの場合はビーム径が均一に保たれるので、像高端部において走査速度が低下する分だけ露光量が多くなることに依る。因みに、比較例１では、像高ｙ＝０ｍｍのときの露光強度分布のピーク値の大きさを１としたとき、ｙ＝５７ｍｍのピーク値は１．０２０７、ｙ＝８９ｍｍのピーク値は１．０６０２、ｙ＝１１０ｍｍのピーク値は１．１２２７であり、その変動は１０％を超過するものであった。
【００５９】
図１１は、アークサインレンズを用いた比較例２に係る走査光学系の、各像高の露光強度を示すグラフである。比較例２では、像高中央から像高端部に向けて、比較例１とは逆に露光強度分布のピーク値が小さくなっている。これは、アークサインレンズの場合は等速走査となるので、像高端部においてビームプロファイルのピーク値が低下する分だけ露光量が少なくなることに依る。比較例２では、像高ｙ＝０ｍｍのときの露光強度分布のピーク値の大きさを１としたとき、ｙ＝５７ｍｍのピーク値は０．９６８１、ｙ＝８９ｍｍのピーク値は０．９２６５、ｙ＝１１０ｍｍのピーク値は０．８８５４であり、その変動は１０％を超過するものであった。
【００６０】
以上説明した通り、本実施形態に係る光走査装置１１によれば、制御系を大掛かりにさせることなく、全像高に亘って露光量を一定することができる。従って、画像形成装置１は、濃度ムラの無い高品質な画像形成を行い得る。
【００６１】
本発明は上記で説明した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施形態を適用することができる。例えば、上記実施形態では、走査レンズ２６Ａ、２６Ｂの面形状によって、露光強度分布を一定とする手法を例示したが、必要に応じて光源の制御を併用しても良い。走査光学系によっては、周辺光量低下が生じることがある。光量が変化すると強度分布は一定とならない。そのような場合、周辺光量比分だけ例えば特許文献１に開示されている方法で補正を行うことで露光強度分布を一定とすることができる。この場合、補正するのは周辺光量比分のみ（１０％程度）であるので、廉価な方法で良好な補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  画像形成装置
１１  光走査装置
１４  感光体ドラム（像担持体）
１４Ｓ  周面（被走査面）
２１  レーザーユニット（光源）
２２  コリメータレンズ
２３  シリンドリカルレンズ
２４  アパーチャー
２５  ＭＥＭＳミラー（偏向体）
２６Ａ  第１走査レンズ（走査レンズ）
２６Ｂ  第２走査レンズ（走査レンズ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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