(57)【要約】    【課題】  簡易な構成で被走査面上の光量分布を一定に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得ること。    【解決手段】  光源手段１と、該光源手段から発せられた光束を偏向走査する偏向手段５と、該偏向手段により偏向走査された光束を被走査面８上に結像させる結像光学系ＬＢを有し、該偏向手段は往復運動を行う偏向面５ａを有し、該偏向面で偏向走査された光束で該被走査面上を主走査方向に往復偏向する走査光学装置において、該偏向手段の偏向面に入射する光束は、主走査方向の光束幅が該偏向面の主走査方向の幅より広くする構成であって、条件式（ａ）を満足するように各要素を設定すること。【選択図】    図１
2008197453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により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を有し、該偏向手段は往復運動を行う偏向面を有し、該偏向面で偏向走査された光束で該被走査面上を主走査方向に往復偏向する走査光学装置において、
該偏向手段の偏向面に入射する光束は、主走査方向の光束幅が該偏向面の主走査方向の幅より広く、
該偏向手段へ入射する光束の主光線と該結像光学系の光軸との成す角度をα［ｒａｄ］、時刻をｔ、該時刻ｔにおける該偏向面で偏向走査された光束の主光線と該結像光学系の光軸との成す走査角をθ（ｔ）［ｒａｄ］、走査角θのときの該被走査面上における該結像光学系の光軸からの高さをＹ［ｍｍ］、該被走査面上の画像有効領域に対応する有効走査角の半画角をθｍａｘ［ｒａｄ］、該偏向面の変位角をφ［ｒａｄ］、θ＝０となる時刻をｔ０、０≦θ（ｔ´）≦θｍａｘを満たす任意の時刻をｔ´とするとき、
０．９≦｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝×｛（ｄφ／ｄｔ）t=t0／（ｄφ／ｄｔ）t=t´｝×｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝≦１．１
なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記偏向面の往復運動は正弦振動であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記偏向手段は、複数の可動子と、該複数の可動子を直列に連結する同一軸上に配置された複数のねじりバネと、該複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、該可動子の少なくとも一つにトルクを印加する駆動手段と、該駆動手段を制御する駆動制御手段とを有し、
該複数のねじりバネと該複数の可動子からなる系は、分離した複数の固有振動モードを有し、該分離した複数の固有振動モードの中に、基準周波数の固有振動モードである基準振動モードと、該基準周波数の整数倍の周波数の固有振動モードである整数倍振動モードが存在することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記光源手段から発せられた光束は入射光学系を介して前記偏向面に入射しており、前記偏向面に入射する光束の主光線を主走査断面に投影した場合、前記偏向面に入射する光束の主光線は、前記結像光学系の光軸と一致することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記走査光学装置は面倒れ補正機構を有していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置。
【請求項６】
前記光源手段はマルチビーム光源であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか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ビーム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、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の何れか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、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ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ー（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光変調され出射した光束を、偏向手段により周期的に偏向させている。そして偏向走査された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
この種の走査光学装置に用いられる偏向手段は、複数の偏向面（偏向走査面）を有する回転型の偏向素子(ポリゴンミラー)が一般的である。一方、画像情報の書き込みの高速化やコンパクト化を図るために往復型（往復振動型）の偏向素子（ガルバノミラー）も用いられている。
【０００４】
図２３は往復型の偏向素子を用いた走査光学装置の主走査断面内に各要素を投影したときの要部概略図である。
【０００５】
同図において光源手段８１、コリメータレンズ８２、絞り８３は紙面の下方に配置されている。光源手段８１から出射した発散光束はコリメータレンズ８２により平行光束になり、絞り８３によって光束径が制限され、往復型の偏向素子（ガルバノミラー）８５の偏向面８５ａへ正面（偏向角の中央）から入射している。偏向素子８５は駆動装置（不図示）により往復運動されている。偏向素子８５に入射した光束は往復運動をしている偏向面８５ａにより偏向され、結像光学系８６を介し、被走査面(感光ドラム面)８９上に結像される。
【０００６】
そして偏向素子８５の偏向面８５ａを駆動装置で往復運動させることによって、被走査面８９上に画像記録を行っている。
【０００７】
このような往復振動型の偏向素子を用いた走査光学装置は従来から種々と提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
往復型の偏向素子はその構造上、主走査方向の偏向面の幅（偏向面径）を大きくとれないという問題点が存在する。この問題点を解決するため偏向素子８５の偏向面８５aに入射する光束を該偏向面８５ａの主走査方向の幅より広い状態で入射させる構成（以下、「オーバーフィルド[OverFilled]タイプ」と称す。）としている。
【０００９】
このオーバーフィルドタイプの光学系を用いた走査光学装置は従来から種々と提案されている（特許文献２参照）。
【００１０】
このオーバーフィルドタイプを用いることで偏向面８５ａを有効に使用することができ、これにより小スポット径が可能となり、コンパクト性や高速性といった往復型の偏向素子が持つメリットを活かした光学走査装置を実現することができる。
【００１１】
このようなオーバーフィルドタイプを用いた構成の走査光学装置における課題の一つに、被走査面(感光ドラム面)上の光量分布の不均一性が挙げられる。
【００１２】
オーバーフィルドタイプでは、偏向素子に入射されるガウス強度分布のビームの一部ずつを切り取るように用いることから、偏向角ごとによって瞳径が変化してしまう。それに伴い、被走査面上での各像高位置で像の明るさを表わすＦナンバー（Ｆｎｏ）の値も変化し、光量分布が変化してしまう。
【００１３】
そして各像高位置における光量が不均一となれば、画像中央部と画像端部において濃度ムラを引き起こし、結果として良好なる画像を形成することができなくなる。
【００１４】
上記の課題を考慮した走査光学装置は従来から種々と提案されている（特許文献３，４，５，６参照）。
【特許文献１】特公平６−７０６８８号公報
【特許文献２】特開平２００２−１８２１４７号公報
【特許文献３】特開平８−１６０３３８号公報
【特許文献４】特開平９−２１１３６６号公報
【特許文献５】特開平１１−１２５７７６号公報
【特許文献６】特開２００５−２１５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献３では、オーバーフィルドタイプを用いた場合のＦナンバーの変化による光量分布の不均一性を防ぐため、金属薄膜のコーティングが施された吸収剤を備えたフィルタを入射光学系の正（凸）レンズと偏向素子との間の光路中に配設している。しかしながら、この光学走査装置では、吸収剤を備えたフィルタを光路内に設置することで、装置全体が複雑化してしまうという問題点があった。
【００１６】
特許文献４では、往復型の偏向素子でオーバーフィルドタイプを用いた場合のＦナンバーの変化による光量分布の不均一性を防ぐため、非対称形のアパーチャを入射光学系の光路内に配設している。この走査光学装置においても、アパーチャを設置することで、装置全体が複雑化してしまうという問題点があった。
【００１７】
特許文献５では、半導体レーザー及びコリメータレンズが収容されたケーシングと、ベースとの間にシムを複数枚配置することで、スリットを通過する光量を調節し、感光ドラムへの光ビームの照射光量を調整している。しかしながら、この走査光学装置では、感光ドラムの走査領域で一律に光量を変化させることは可能であるが、感光ドラム面上での各像高位置での光量を均一に揃えることは構造上、困難である。
【００１８】
特許文献６では、光源手段の光量を変調させることで、感光ドラム面上での各像高位置での光量を均一にしている。しかしながら、光源手段の光量を各像高位置で変調させる構造にすることで、変調を制御する電気的な回路が余分に必要となり、結果的に装置全体が複雑化してしまうという問題点があった。
【００１９】
本発明は簡易な構成で被走査面上の光量分布を一定に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】
【００２０】
請求項１の発明の走査光学装置は、
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により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を有し、該偏向手段は往復運動を行う偏向面を有し、該偏向面で偏向走査された光束で該被走査面上を主走査方向に往復偏向する走査光学装置において、
該偏向手段の偏向面に入射する光束は、主走査方向の光束幅が該偏向面の主走査方向の幅より広く、
該偏向手段へ入射する光束の主光線と該結像光学系の光軸との成す角度をα［ｒａｄ］、時刻をｔ、該時刻ｔにおける該偏向面で偏向走査された光束の主光線と該結像光学系の光軸との成す走査角をθ（ｔ）［ｒａｄ］、走査角θのときの該被走査面上における該結像光学系の光軸からの高さをＹ［ｍｍ］、該被走査面上の画像有効領域に対応する有効走査角の半画角をθｍａｘ［ｒａｄ］、該偏向面の変位角をφ［ｒａｄ］、θ＝０となる時刻をｔ０、０≦θ（ｔ´）≦θｍａｘを満たす任意の時刻をｔ´とするとき、
０．９≦｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝×｛（ｄφ／ｄｔ）t=t0／（ｄφ／ｄｔ）t=t´｝×｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝≦１．１
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記偏向面の往復運動は正弦振動であることを特徴としている。
【００２２】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記偏向手段は、複数の可動子と、該複数の可動子を直列に連結する同一軸上に配置された複数のねじりバネと、該複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、該可動子の少なくとも一つにトルクを印加する駆動手段と、該駆動手段を制御する駆動制御手段とを有し、
該複数のねじりバネと該複数の可動子からなる系は、分離した複数の固有振動モードを有し、該分離した複数の固有振動モードの中に、基準周波数の固有振動モードである基準振動モードと、該基準周波数の整数倍の周波数の固有振動モードである整数倍振動モードが存在することを特徴としている。
【００２３】
請求項４の発明は請求項１乃至３の何れか１項の発明において、
前記光源手段から発せられた光束は入射光学系を介して前記偏向面に入射しており、前記偏向面に入射する光束の主光線を主走査断面に投影した場合、前記偏向面に入射する光束の主光線は、前記結像光学系の光軸と一致することを特徴としている。
【００２４】
請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において、
前記走査光学装置は面倒れ補正機構を有していることを特徴としている。
【００２５】
請求項６の発明は請求項１乃至５の何れか１項の発明において、
前記光源手段はマルチビーム光源であることを特徴としている。
【００２６】
請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６の何れか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ビーム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、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。
【００２７】
請求項８の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６の何れか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】
【００２８】
本発明によれば簡易な構成で被走査面上の光量分布を一定に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】
【００２９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の実施例１の走査光学装置を主走査断面内に各要素を投影したときの要部断面図（主走査断面図）、図２は副走査断面内に投影したときの要部断面図（副走査断面図）である。図３は偏向手段の動きを示した要部概略図である。
【００３１】
尚、以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは偏向手段の軸及び結像光学系の光軸（Ｘ方向）に垂直な方向（偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ方向）とは偏向手段の軸と平行な方向である。主走査断面とは結像光学系の光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは主走査断面に垂直な断面である。
【００３２】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は光学素子であるコリメータレンズであり、光源手段１から出射された発散光束を平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。７は反射ミラーであり、開口絞り３で制限された光束を後述する偏向手段５側へ反射させている。尚、コリメータレンズ２、開口絞り３、反射ミラー7等の各要素は入射光学系ＬＡの一要素を構成している。
【００３３】
５は偏向手段としての往復型の偏向素子であり、偏向面５ａが軸５ｂを回動軸として往復運動することにより、光束を被走査面(感光ドラム面)８へ向け偏向走査（偏向反射）しており、例えばガルバノミラー（振動ミラー）より成っている。この偏向素子５は偏向面５ａが静電気力等の駆動手段(不図示)により正弦共振振動（正弦振動）をしている。
【００３４】
ＬＢはｆθ特性を有する結像光学系であり、単一の結像レンズ（ｆθレンズ）６よりなり、偏向素子５で偏向走査された光束を被走査面８上に結像させている。上記ｆθレンズ６はガラス材で製作されている。ｆθレンズ６は、
Ｌ＝ｆ・θ
但し、Ｌ：走査距離
ｆ：焦点距離
θ：入射角度（走査角）
の関係を持つレンズである。
【００３５】
８は被走査面（感光ドラム面）である。
【００３６】
本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー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によって平行光束に変換され、開口絞り３によって光量が制限される。そして主走査断面内においては反射ミラー7を介した光束が偏向素子５の偏向角の中央から偏向面５ａに入射（正面入射）する。このとき偏向面５ａに入射する光束の主走査方向の光束幅（寸法）は該偏向面５ａの主走査方向の幅（偏向面径）より広い（長い）状態で入射する（オーバーフィルド光学系(OFS)）。
【００３７】
また副走査断面内においては、偏向面５ａに対し副走査方向に角度を持って入射（斜入射）する（斜入射光学系）。このとき偏向面５ａに入射する光束の副走査方向の幅（寸法）は該偏向面５ａの入射光学系ＬＡの光軸を含み主走査方向と直交する副走査方向の幅より狭い（短い）状態で入射する。
【００３８】
尚、本実施例の走査光学装置は、偏向素子５の偏向面５ａで偏向走査する光束が被走査面８の中央に入射する位置にあるとき、入射光学系ＬＡの光軸Ｌ１と、結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２とのなす相対角度差が0.5度以内である。
【００３９】
このように、入射光学系ＬＡの光軸Ｌ１が結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２と一致していることで、被走査面８の中央に対して光学系の対称性を確保することができる。
【００４０】
そして偏向素子５の偏向面５ａで偏向走査された光束は結像光学系ＬＢを介して被走査面８（感光ドラム面）上に導光され、該偏向素子５の偏向面５ａを往復運動させることによって、該被走査面８上を図中矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査（往復偏向）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。
【００４１】
本実施例において、被走査面８上の走査角θ＝０［ｄｅｇ］のときの光量をＥ０、任意の走査角θ［ｄｅｇ］における光量をＥθとするとき、光量比Ｅθ／Ｅ０が主に以下に示す３つの要因に起因し、変化する。このとき要因に対する光量比が、
０．９≦Ｅθ／Ｅ０≦１．１        ‥‥‥（１）
となるように各要素を設定している。
【００４２】
第１の要因のオーバーフィルドタイプ（ＯＦＳ）を用いたことに起因する光量比は次の通りである。
【００４３】
偏向素子５の偏向面５ａへ入射する光束の主光線と結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２との成す角度（以下、「偏向面入射角」と称す。）をα［ｒａｄ］、時刻をｔとする。さらに時刻ｔにおける偏向面５ａで偏向走査された光束の主光線と結像光学系ＬＢの光軸との成す走査角をθ（ｔ）［ｒａｄ］とする。さらに被走査面８上の画像有効領域に対応する有効走査角の半画角をθｍａｘ［ｒａｄ］、θ＝０となる時刻をｔ０、０≦θ（ｔ´）≦θｍａｘを満たす任意の時刻をｔ´とする。θ（ｔ´）は任意の時刻ｔ´における走査角［ｒａｄ］である。
【００４４】
走査角θ＝０［ｄｅｇ］のときの光量をＥａ０とする。任意の走査角θにおける光量をＥａ１とする。走査角θ＝０の軸上光線に対する走査角θにおける光量比（Ｅａ１／Ｅａ０）は、
Ｅａ１／Ｅａ０＝｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝    ‥‥‥（１ａ）
となる。
【００４５】
第２の要因の偏向手段に往復型の偏向素子５を用いることで被走査面８の主走査方向に走査するときの走査速度が変化し、これより生じる光量比は次の通りである。
【００４６】
偏向面５ａの変位角をφ［ｒａｄ］とする。時刻ｔにおける角速度はｄφ／ｄｔである。時刻ｔ＝ｔ０のときの角速度を（ｄφ／ｄｔ）t=ｔ0とする。任意の時刻ｔ＝ｔ´のときの角速度を（ｄφ／ｄｔ）t=ｔ´とする。このときｔ＝ｔ０の軸上光線に対する時刻ｔ´における光量比（Ｅｂ１／Ｅｂ０）は、
Ｅｂ１／Ｅｂ０＝｛（ｄφ／ｄｔ）t=t0  ／  （ｄφ／ｄｔ）t=t´｝‥‥‥（１ｂ）
となる。
【００４７】
第３の要因の結像レンズ６の光学特性による要因である。結像光学系ＬＢにｆθレンズ６を用いれば走査角をθ［ｒａｄ］としたとき、被走査面８上における結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２からの高さ（走査位置、像高）をＹとしたときの走査角θの変化に対する像高Ｙの変化量ｄＹ／ｄθの値は常に一定値である。
【００４８】
本実施例に用いる結像光学系ＬＢはｆθレンズに限定されず、像高Ｙの変化量ｄＹ／ｄθも走査角θ（ｔ´）毎で変化しても良い。走査角θのときの被走査面８上における結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２からの高さ（像高）をＹ［ｍｍ］とする。走査角θ＝０のときと、θ＝θ（ｔ´）のときの走査角の変化に対する像高Ｙの変化量を各々（ｄＹ／ｄθ）θ=0、（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)とする。このときのθ＝０の軸上光線に対するθ＝θ（ｔ´）における像高での光量比（Ｅｃ１／Ｅｃ０）は、
（Ｅｃ１／Ｅｃ０）＝｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝‥‥‥（１ｃ）
となる。
【００４９】
本実施例ではオーバーフィルド光学系が及ぼす光量比（Ｅａ１／Ｅａ０）、往復型の偏向素子を用いたことによる走査速度の変化が及ぼす光量比（Ｅｂ１／Ｅｂ０）、そして結像レンズ６のレンズ形状による走査速度の変化が及ぼす光量比（Ｅｃ１／Ｅｃ０）の影響も加味した３者の積が０．９以上１．１以下となるようにしている。
【００５０】
即ち、（１）、（１ａ）、（１ｂ）、（１ｃ）式より、
Ｅθ／Ｅ０＝（Ｅａ１／Ｅａ０）×（Ｅｂ１／Ｅｂ０）×（Ｅｃ１／Ｅｃ０）
より、
０．９≦｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝×｛（ｄφ／ｄｔ）t=t0／（ｄφ／ｄｔ）t=t´｝×｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝≦１．１            ‥‥‥‥（ａ）
を満足するように各要素を特定している。
【００５１】
尚、さらに望ましくは上記条件式（ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．９１≦｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝×｛（ｄφ／ｄｔ）ｔ＝ｔ０／（ｄφ／ｄｔ）ｔ＝ｔ´｝×｛（ｄＹ／ｄθ）θ＝０／（ｄＹ／ｄθ）θ＝θ（ｔ´）｝≦１．０９            ‥‥‥（ａ´）
図４は本実施例における偏向手段及びそれに入射する光束のプロファイルを示した説明図である。
【００５２】
同図において、偏向素子５の偏向面５ａは枠体５２内に位置し、副走査方向に延びた２本のトーションバー５３で保持されている。偏向面５ａと枠体５２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、該偏向面５ａが往復運動することになっている。
【００５３】
本実施例において偏向面５ａに入射する光束５４は上述した如く該偏向面５ａの主走査方向の幅より広い状態で入射する。即ち主走査方向の光束５４の光束径は偏向面５ａより大きい（オーバーフィルド）。更に偏向面５ａに入射する光束５４は該偏向面５ａの光軸を含み主走査方向と直交する副走査方向の幅より狭い状態で入社する。即ち副走査方向の光束５４の光束径は偏向面５ａより小さい（アンダーフィルド）。
【００５４】
ここで、本実施例において偏向素子５に入射する光束を偏向面５ａの主走査方向の幅より広い状態で入射（オーバーフィルド）させる理由について説明する。
【００５５】
まず、被走査面８上におけるスポット径ρ［μｍ］は以下のように表記される。
【００５６】
ρ＝０．８２３×Ｆｎｏ・λ
＝０．８２３×（ｆ／Ｄ）×λ
＝０．８２３×（Ｗ・λ）／（Ｄ・θ）
θ：走査角（偏向走査後の半分の画角（半画角））［ｒａｄ］
ｆ：焦点距離［ｍｍ］
Ｄ：偏向面径（主走査方向）［ｍｍ］
Ｗ：有効走査範囲［ｍｍ］
λ：波長［ｍｍ］
ここで、スポット径ρはフラウンフォーファ回折像の中心強度に比べて１／ｅ２の強度を径としている。
【００５７】
また、Ｗ、λ、ρ等の各パラメータは本実施例をプリンタ等の画像形成装置に適用したときを想定して
Ｗ＝２１０〜３０５ｍｍ（Ａ４幅〜１２ｉｎｃｈに拘束）
λ＝６８０〜７８０ｍｍ（ＬＤ光源仕様）
ρ＝４０〜９０μｍ（解像度仕様）
としている。
【００５８】
上式のパラメータのうち、有効走査範囲Ｗ及び波長λは仕様上の選択範囲が限られるため、スポット径ρを小さくするためには偏向面径Ｄ及び走査角θを大きくする必要があることがわかる。しかしながら、往復型の偏向素子５ではその構造上、偏向面径Ｄ及び走査角θを容易に大きくすることが困難である。
【００５９】
そこで本実施例では入射光学系ＬＡで光束を制限してから偏向面５ａの主走査方向の長さよりも短い細い光束を偏向面５ａに入射させるのではなく、偏向面５ａの主走査方向の幅より広い光束を入射させ偏向面５ａを有効に使用しスポット径の微細化を行っている。
【００６０】
また本実施例は同時に入射光学系ＬＡの光束径を制限していないため、該入射光学系ＬＡの位置調整等がいらなくなる等の副次作用も有する。また本実施例における結像光学系ＬＢでは、正弦振動をする偏向素子５でも走査スポットの等速性を可能にするアークサインレンズ（ａｒｃｓｉｎレンズ）を用いず、ｆθレンズ６を用いたため、走査スポットは非等速のままである。これを調整するため、本実施例では画像中心部と画像周辺部でドット当たりの光源手段１の発光時間を変更することにより、電気的に走査方向の歪曲特性を調整している。
【００６１】
ここで本実施例における被走査面８上における光量分布の不均一性に関して説明する。
【００６２】
はじめに、この問題の発生要因として、オーバーフィルドタイプ（ＯＦＳ）を用いたことによる影響が挙げられる。
【００６３】
オーバーフィルドタイプにおいては、偏向素子に入射されるガウス強度分布のビームの一部ずつを切り取るように用いる。そのため、偏向面直後の主走査断面内のビーム幅（つまり瞳径）Ｄ［ｍｍ］、主走査方向の偏向面幅Ｆａ［ｍｍ］、走査角θ（ｔ´）［ｒａｄ］、偏向面入射角α［ｒａｄ］との間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００６４】
Ｄ＝Ｆａ×ｃｏｓ［｛θ（ｔ´）＋α｝／２］
したがって走査角θ（ｔ´）が変化するにつれ、瞳径Ｄも変化する。
【００６５】
また、レンズによる像の明るさの度合いを表すＦナンバー（Ｆｎｏ）と、焦点距離ｆと、瞳径Ｄとの間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００６６】
Ｆｎｏ＝ｆ／Ｄ
なお、焦点距離ｆは、偏向素子５と感光体ドラム面８との間にｆθレンズ６が配置されているため、走査角θ（ｔ´）とは無関係に一定である。
【００６７】
従って、上記オーバーフィルドタイプの光学系ではＦナンバーは走査角θ（ｔ´）に応じて変化することが判る。そしてＦナンバーが変化した場合には、被走査面８上の走査位置によって光量が変化することになる。総じていえば、オーバーフィルドタイプでは、偏向素子５に入射されるガウス強度分布の光ビームの一部ずつを走査角θ（ｔ´）に対応して切り取るように用いる。このことから、Ｆナンバーの変化をもたらし、これにより被走査面８上の光量分布の一様性が保たれないという不具合がある。
【００６８】
ここで本実施例において、オーバーフィルドタイプを用いたことに起因する光量分布の不均一性を図５と表１を用いて説明する。図５において横軸は走査角θ［ｄｅｇ］、縦軸は走査角θ＝０［ｄｅｇ］のときの光量Ｅａ０に対して、任意の走査角θにおける光量Ｅａ１の光量比（Ｅａ１／Ｅａ０）である。
【００６９】
尚、本実施例は主走査断面内の結像光学系ＬＢの光軸を挟んで対称形になっていることから、簡略のため走査角θは正の値のみで検討することにした。ただし、ここで言う正の値とは、図１の主走査断面内での結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２から向かって、反光源手段１側に向かう向きを正の向きと定め、検討を進めた。
【００７０】
図５より走査角θが大きくなればなるほど、光量比Ｅａ１／Ｅａ０は軸上光線であるθ＝０［ｄｅｇ］の光量Ｅａ０に比べて小さくなることが見て取れる。また、その数値データを表１に示す。
【００７１】
【表１】
2008197453.tif 000003
【００７２】
上記表１から、本実施例において、オーバーフィルドタイプの光学系がもたらす影響として、θ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線のときに対する、θ＝６０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が１３．４％減少していることがわかる。
【００７３】
尚、ここで検討した軸上光線に対する光量比（Ｅａ１／Ｅａ０）は、上記条件式（ａ）に記載された、｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝に相当する部分である。
【００７４】
以上より、オーバーフィルドタイプの光学系を用いたことで生じる光量分布の不均一性について説明してきた。
【００７５】
ここで、本実施例では、偏向手段に往復型の偏向素子５を用いることで走査速度を変化させ、オーバーフィルドタイプを用いたことで生じた光量分布の不均一性を調整する。
【００７６】
以下、走査速度の変化が光量分布に及ぼす影響について説明する。
【００７７】
本実施例で用いた往復型の偏向素子５は、ポリゴンミラーのような回転型の偏向素子とは異なり、時間につれ角速度が変化してしまう特性を持つ。この結果、走査角θに応じて走査速度が変化し、被走査面８上での光量分布も変化する。これは即ち、走査速度が遅くなるほど被走査面８上に蓄積される光量は大きくなり、被走査面８上での光量は走査速度に反比例する。
【００７８】
本実施例では、正弦振動をさせていることから、偏向素子５の変位角φ、角速度ｄφ／ｄｔは次式で与えられる。
【００７９】
φ＝φｍａｘ×ｓｉｎ（ωｔ）
ｄφ／ｄｔ＝（φｍａｘ・ω）×ｃｏｓ（ωｔ）
ただし、φｍａｘ：最大変位角、ω：角振動数、ｔ：時刻である。
【００８０】
ここで、任意の偏向角φ１（−φｍａｘ≦φ１≦φｍａｘ）における時刻ｔ´は次式により求まる。
【００８１】
ｔ´＝（１／ω）×ｓｉｎ−１（φ１／φｍａｘ）
この時刻ｔ´における角速度（ｄφ／ｄｔ）t=t´は、
（ｄφ／ｄｔ）t=t´  ＝（φｍａｘ・ω）×ｃｏｓ（ωｔ´）
＝（φｍａｘ・ω）×ｃｏｓ（ｓｉｎ−１（φ１／φｍａｘ））
となる。
【００８２】
そして、結像レンズ６がｆθ特性を持つものと仮定すれば、この角速度変化の関係は被走査面８上での主走査方向における走査速度変化の関係と対応する。具体的には、走査角θが０［ｒａｄ］、即ち偏向素子５の変位角φ＝０［ｒａｄ］のときの走査速度に対して、偏向素子５の変位角φ１のときの走査速度は、ｃｏｓ（ｓｉｎ−１（φ１／φｍａｘ））倍になる。したがって、光量としてはその逆数、１／ｃｏｓ（ｓｉｎ−１（φ１／φｍａｘ））倍になる。
【００８３】
以上のことを踏まえ、図６は本実施例において、走査速度の変化に起因する光量分布の不均一性を説明するグラフである。図６において横軸は走査角θ［ｄｅｇ］、縦軸は走査角θ＝０［ｄｅｇ］のときの光量Ｅｂ０に対して、任意の走査角θにおける光量Ｅｂ１の光量比（Ｅｂ１／Ｅｂ０）である。
【００８４】
本実施例においても、主走査断面の結像光学系ＬＢの光軸Ｌ２を挟んで対称形になっていることから、走査角θは正の値のみで検討することにした。
【００８５】
尚、本実施例での設計パラメータとして、偏向面入射角α＝０［ｄｅｇ］、偏向素子５の最大変位角φｍａｘ＝５０［ｄｅｇ］、偏向後の光束の最大走査角θｍａｘ＝６０［ｄｅｇ］を与えた。
【００８６】
図６より走査角θが大きくなればなるほど、光量比Ｅｂ１／Ｅｂ０は軸上光線であるθ＝０［ｄｅｇ］の光量Ｅｂ０に比べて大きくなることが見て取れる。また、その数値データを表２に示す。
【００８７】
【表２】
2008197453.tif 000004
【００８８】
上記表２から、本実施例において、走査速度の変化がもたらす影響として、θ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線のときに対する、θ＝６０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が２５．０％増加していることが分る。
【００８９】
また、ここで検討した、軸上光線に対する光量比（Ｅｂ１／Ｅｂ０）は、上記条件式（ａ）に記載された、｛（ｄφ／ｄｔ）ｔ＝ｔ０／（ｄφ／ｄｔ）ｔ＝ｔ´｝に相当する部分である。
【００９０】
以上、オーバーフィルドタイプを用いたとき、及び往復型の偏向素子５を用いたとき、各々での光量分布について検討してきた。ここで、オーバーフィルドタイプを用いたことによる影響と走査速度の変化が及ぼす影響は夫々独立の事象であるので、双方を合わせて評価するためには積を取って考える必要がある。
【００９１】
この結果が図７であり、その数値データを表３に示す。
【００９２】
【表３】
2008197453.tif 000005
【００９３】
上記表３から、本実施例において、オーバーフィルドタイプを用いたことによる影響と走査速度の変化が及ぼす影響の両者を合わせて考慮する。そうするとθ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線のときに対する、θ＝６０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が８．３％のみの増加に抑えられていることが分る。
【００９４】
現像プロセスによっても異なるが、被走査面８上の光量が軸上光線であるθ＝０に対して、各像高位置での光量が１０％以内の範囲にあれば、実用上問題無いと言える。
【００９５】
このように本実施例では上述の如く、往復型の偏向素子５でオーバーフィルドタイプを用いた構成の走査光学装置において、アパーチャ等の部品などを用いない簡易な構成で被走査面８上での光量分布を一定にすることができる。
【００９６】
尚、本実施例では結像光学系ＬＢを１枚の結像レンズより構成したが、２枚以上の結像レンズより構成しても良い。また本実施例では結像レンズ６をガラス材料より形成したが、プラスチック材料より形成しても良い。また結像光学系ＬＢを回折光学素子を含ませて構成しても良い。
【００９７】
尚、本実施例では偏向面５ａ以前のレンズで該偏向面５ａにある程度集光するようにするタイプのポストオブジェクトタイプを用いても良い。
【実施例２】
【００９８】
図８は本発明の実施例２の走査光学装置を副走査断面内に各要素を投影したときの要部断面図（副走査断面図）である。同図において図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００９９】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、副走査断面内において偏向素子５の偏向面５ａと被走査面８とを光学的に共役関係にしたこと（面倒れ補正機構を設けたこと）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、これにより同様の効果を得ている。
【０１００】
即ち、同図において４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向(副走査断面内)にのみ屈折力(パワー)を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で偏向素子５の偏向面５ａに線像として結像させている。尚、コリメータレンズ２、シリンドリカルレンズ４を１つの光学素子（アナモフィックレンズ）で構成しても良い。
【０１０１】
本実施例において半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメータレンズ２によって平行光束に変換される。この平行光束は絞り３によって光量を制限されシリンドリカルレンズ４に入射する。このうち主走査方向の光束は偏向素子５の偏向面５ａに結像される。したがって偏向面５ａに入射する光束は主走査方向に長手の線像となる。
【０１０２】
偏向面５ａは正弦共振振動をしており、そこで偏向走査された光束は結像光学系ＬＢに入射する。結像光学系ＬＢを通過した後の光束は、被走査面８上に結像して、該被走査面８上を光走査する。
【０１０３】
また、本実施例における結像光学系ＬＢにおいても、正弦振動をする偏向素子５でも走査スポットの等速性を可能にするアークサインレンズ（ａｒｃｓｉｎレンズ）を用いず、ｆθレンズを用いたため、走査スポットは非等速のままである。これを調整するため、本実施例では画像中心部と画像周辺部でドット当たりの光源手段１の発光時間を変更することにより、電気的に走査方向の歪曲特性を調整している。
【０１０４】
また本実施例における偏向素子５の偏向面５ａは１面しか有していないが、該偏向面５ａと被走査面８を副走査断面内において光学的に共役にすることで面倒れを補償している。
【０１０５】
これは往復型の偏向素子５が外乱に弱いため、万一往復運動中に面倒れを生じても走査線位置ずれによるピッチムラを生じさせないためである。
【０１０６】
図９は本実施例における偏向素子５及びそれに入射する光束のプロファイルを示した説明図である。同図において図４に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１０７】
図９に示すように偏向面５ａに入射する光束５４は、該偏向面５ａの主走査方向の幅より広い状態で入射し（オーバーフィルド）、また光軸を含めこれと直交する副走査方向では偏向面５ａ上で結像状態（主走査方向に長手の線像）と成っている。
【０１０８】
本実施例では、その設計パラメータとして偏向面入射角α＝０［ｄｅｇ］、偏向素子５の最大変位角φｍａｘ＝５０［ｄｅｇ］、偏向後の光束の最大走査角θｍａｘ＝６０［ｄｅｇ］を与えている。そして主走査断面の光軸を挟んで対称形になっていることから走査角θは正の値のみで検討した。
【０１０９】
前述の実施例１と同様に、軸上に対する走査角θにおける光量比を、オーバーフィルドタイプによる影響、走査速度の変化による影響、及びその両者の積の３項目で評価したものが図１０である。またその数値データを表４に示す。
【０１１０】
【表４】
2008197453.tif 000006
【０１１１】
上記表４から本実施例においてオーバーフィルドタイプを用いたことによる影響と走査速度の変化とがもたらす影響の両者を合わせて考慮する。そうするとθ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線の時に対する、θ＝６０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が８．３％のみの増加に抑えられていることが分る。
【０１１２】
現像プロセスによっても異なるが、被走査面８上の光量が軸上光線であるθ＝０に対して、各像高位置での光量が１０％以内の範囲にあれば、実用上問題無いと言える。
【０１１３】
このように本実施例では上述の如く、往復型の偏向素子５でオーバーフィルドタイプを用いた構成の走査光学装置において、アパーチャ等の部品などを用いない簡易な構成で被走査面８上での光量分布を一定にすることができる。
【０１１４】
さらに、本実施例の固有の効果として面倒れ補正光学系を採用したことにより、外乱に強い往復型の偏向素子５を用いた走査光学装置の実現が可能である。
【実施例３】
【０１１５】
図１１は本発明の実施例３の走査光学装置を主走査断面内に各要素を投影したときの要部断面図（主走査断面図）、図１２は副走査断面内に投影したときの要部断面図（副走査断面図）である。両図において図１及び図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１１６】
本実施例において前述の実施例２と異なる点は、実施例２とは異なる構成の偏向手段１１３１を用いたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例２と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
【０１１７】
即ち、図中、１１３１は偏向手段としての往復型の偏向素子である。偏向素子１１３１は後述する図１３、図１４に示すように複数の可動子１００１〜１００３と、該複数の可動子を直列に連結する同一軸上に配置された複数のねじりバネ１０１１〜１０１３と、該複数のねじりバネの一部を支持する支持部１０２１とを有している。さらに前記可動子の少なくとも一つにトルクを印加する駆動手段１１４１と、該駆動手段を制御する駆動制御手段１１５１とを有している。
【０１１８】
上記複数のねじりバネ１０１１〜１０１３と複数の可動子１００１〜１００３からなる系は、分離した複数の固有振動モードを有している。そして分離した複数の固有振動モードの中に、基準周波数の固有振動モードである基準振動モードと、該基準周波数の整数倍の周波数の固有振動モードである整数倍振動モードが存在している。
【０１１９】
図１３は本実施例における偏向手段（揺動素子）の原理を説明する図である。図１３において、１００１〜１００３はｎ個の可動子、１０１１〜１０１３はｎ個のねじりバネ、１０２１は支持部を模式化している。ねじりバネ１０１１〜１０１３は一直線上に配置されており、可動子１００１〜１００３は、ねじりバネ１０１１〜１０１３のねじれの軸回りに揺動できるようになっている。この系の自由振動の方程式は以下で与えられる。
【０１２０】
【数１】
2008197453.tif 000007
【０１２１】
但し、Ｉｋ：可動子の慣性モーメント、ｋｋ：ねじりバネのバネ定数、φｋ：可動子のねじれ角である（ｋ＝１〜ｎ）。この系のＭ−１Ｋの固有値をλｋとすると（ｋ＝１〜ｎ）、固有モードの角振動数ωｋは、
【０１２２】
【数２】
2008197453.tif 000008
【０１２３】
で与えられる。本実施例のマイクロ揺動体の特徴は、これら固有モードの角振動数ωｋの中に基準周波数とその略整数倍の周波数があることである。尚、ここでいう略整数倍とは基準周波数の０．９９ｎ〜１．０１ｎ倍程度（ｎは任意の整数）の数値範囲のことである。
【０１２４】
例として、図１４に示すような可動子の数が２つの共振型偏向素子について考える。１１０１、１１０２は可動子、１１１１、１１１２はねじりバネである。１１２１は支持部、１１３１は可動子１１０１上に配置された偏向素子（光反射素子）、１１４１は駆動手段、１１５１は駆動制御手段である。ここで、
Ｉ１＝１．３９５１Ｅ−１１［ｋｇｍ２］、
Ｉ２＝１．７１４３Ｅ−１０［ｋｇｍ２］、
ｋ１＝７．９１９１４Ｅ−０３［Ｎ／ｍ］、
ｋ２＝３．０１２３Ｅ−０２［Ｎ／ｍ］
とする。尚、「Ｅ−X」の表示は「×１０-X」を意味している。
【０１２５】
このとき、Ｍ−１Ｋの固有値は、
λ１＝１．５７９０Ｅ+０８、
λ２＝６．３１６６Ｅ+０８
となるので、対応する固有振動数は、
ω１＝２π×２０００［Ｈｚ］、
ω２＝２π×４０００［Ｈｚ］
となる。即ち、
ω２＝２ω１
となっている。これらの振動モードを以下モード１、モード２と称する。
【０１２６】
さらに、本実施例においては、複数の可動子１１０１、１１０２とねじりバネ１１１１、１１１２が構成する系が、基準周波数及びその整数倍の周波数で同時に振動するように駆動制御手段１１５１が駆動手段１１４１を制御する。その際に、基準周波数及びその整数倍の周波数の可動子における振幅と位相を様々に変化させることで、色々な駆動を行うことができる。
【０１２７】
一例として、駆動制御手段１１５１が、駆動手段１１４１を制御して、モード１における可動子１１０１の振動振幅が１．６ａとなり、モード２における可動子１１０１の振動振幅が０．２になるようにし、それぞれの位相が１８０度異なるようにしたとする。
【０１２８】
ここで、ａは任意の定数である。モード１、２に対応する固有ベクトルは、
ｖ１＝［１，０．７２１７４］Ｔ、
ｖ２＝［１，−０．１１２７５］Ｔ
であるので、可動子１１０１、１１０２の振動振幅φ１、φ２は、
φ１＝ａ｛１．６ｓｉｎ（ω１ｔ）−０．２ｓｉｎ（２ω１ｔ）｝、
φ２＝ａ｛１．６（０．７２１７４）ｓｉｎ（ω１ｔ）−０．２（−０．１１２７５）ｓｉｎ（２ω１ｔ）｝
で与えられることになる。可動子１１０１には、偏向素子１１３１が配置されているので、該偏向素子１１３１の動きはφ１で与えられる。また可動子１１０１の角速度ｄφ／ｄｔは以下で表される。
【０１２９】
ｄφ／ｄｔ＝ａω１｛１．６ｃｏｓ（ω１ｔ）−２×０．２ｃｏｓ（２ω１ｔ）｝
以上までで、本実施例における偏向手段の原理を説明してきた。
【０１３０】
ここで、図１５Ａ、図１５Ｂは各々本実施例で用いた偏向手段を説明するための説明図である。
【０１３１】
図１５Ａはシリコンウェハをエッチング加工で作成するプレート部材２００の上面図である。平板上の可動子１８１は、図中の上下を２本のねじりバネ１７１ａ、ｂを支持しており、図中の上下を２本のねじりバネ１７２ａ、ｂで支持されている。枠形状の支持枠１９１は、その内側においてねじりバネ１７２ａ、ｂを支持している。可動子１８１、１８２及びねじりバネ１７１ａ、１７１ｂ、１７２ａ、１７２ｂは、２つの振動モードを有するが、それらの周波数がおよそ２倍になるように調整が施される。例として、可動子１８１、１８２の慣性モーメントをＩ１、Ｉ２とし、ねじりバネ１７１ａ、ｂのバネ定数をｋ１／２、ねじりバネ１７２ａ、ｂのバネ定数をｋ２／２とする。そして図１４の説明で使用したパラメータを用いると、２つの固有角振動数ω１、ω２は、
ω１＝２π×２０００［Ｈｚ］、
ω２＝２π×４０００［Ｈｚ］
となる。
【０１３２】
図１５Ｂは偏向手段を説明するための模式図である。図中、プレート部材２００は、図１５Ａの切断線１９０で切断した断面を図示している。可動子１８１の上面には、光反射膜１３１が成膜され、下面には永久磁石１４１が接着されている。図中、プレート部材２００は、答辞率の高い材料で作成されたヨーク１４４に接着されている。ヨーク１４４の、永久磁石１４１に相対する部位には、透磁率の高い材料で作成されたコア１４３が配置され、コア１４３の周囲にはコイル１４２が周回されている。永久磁石１４１、コイル１４２、コア１４３、ヨーク１４４は、電磁アクチュエータ１４０を構成しており、コイル１４２に電流を流すと、永久磁石１４１にトルクが作用し、可動子１８１を駆動する。
【０１３３】
コントローラ１５０において、基準クロック生成器１５１から生成された周波数２ｎｆのクロック信号は２つに分岐し、その一方は分周期１５２に入力され半分の周波数ｎｆになる。これらの２つの信号はそれぞれカウンタ１５３と１５４のインクリメント信号に入力される。カウンタ１５３と１５４は、最大値ｎに達すると０に戻るデジタルカウンタである。カウンタ１５３と１５４の出力は、それぞれ正弦関数器１５５と１５６に入力される。正弦関数器１５５と１５６は、入力をＸとするとｓｉｎ（２πＸ／ｎ）の出力を返す関数器である。
【０１３４】
正弦関数器１５５と１５６は、それぞれ周波数２ｆとｆのデジタル正弦信号を生成する。正弦関数器１５５と１５６はそれぞれ掛算器１５７と１５８でゲインＡ、ゲインＢを掛けられ、加算器１５９で足しあわされる。加算器１５９の出力はＤＡコンバータ１６０でアナログ信号に変換され、パワーアンプ１６１で増幅され、コイル１４２に電流を流す。
【０１３５】
次に本実施例の偏向手段の使用方法について説明する。
【０１３６】
調整を行うために可動子１８１の変位を計測する変位計測手段を用意する。まず、基準クロック生成器１５１の発生周波数を調整し、可動子１８１がモード１及びモード２で同時に共振する周波数に合わせる。
【０１３７】
次に、その周波数において、可動子１８１のモード１とモード２の振幅が所望の値になるように、掛算器１５７と１５８のゲインを調整する。そして、可動子１８１のモード１とモード２の位相が所望の位相になるように、カウンタ１５３のインクリメント／デクリメントを行う。
【０１３８】
ここで、ゲインと位相の調整は逆の順番でもかまわない。例えばモード１の振幅とモード２の振幅の比が１．６：０．２になるようにし、走査中心での位相が逆になるように調整を行うと、可動子１８１は、変位角と角速度がそれぞれ図１６、図１７で表されるように駆動されることになる。
【０１３９】
また、本実施例における結像光学系ＬＢでは、ｆθレンズ６を用いたため、偏向素子１１３１の角速度が変化すれば、走査スポットの速度も変化してしまう。これを調整するため、本実施例においても画像中心部と画像周辺部でドット当たりの光源の発光時間を変更することにより、電気的に走査方向の歪曲特性を調整している。
【０１４０】
本実施例での設計パラメータとして、偏向面入射角α＝０［ｄｅｇ］、偏向素子１１３１の最大変位角φｍａｘ＝５０［ｄｅｇ］、偏向後の光束の最大走査角θｍａｘ＝６０［ｄｅｇ］を与えている。そして主走査断面の光軸を挟んで対称形になっていることから走査角θは正の値のみで検討した。
【０１４１】
前述の実施例１、２と同様に、軸上に対する走査角θにおける光量比を、オーバーフィルドタイプによる影響、走査速度の変化による影響、及びその両者の積の３項目で評価したものが図１８であり、その数値データを表５に示す。
【０１４２】
【表５】
2008197453.tif 000009
【０１４３】
上記表５から本実施例においてオーバーフィルドタイプを用いたことによる影響と走査速度の変化とがもたらす影響の両者を合わせて考慮する。そうするとθ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線の時に対する、θ＝６０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が６．７％のみの減少に抑えられていることが分る。
【０１４４】
現像プロセスによっても異なるが、被走査面８上の光量が軸上光線であるθ＝０に対して、各像高位置での光量が１０％以内の範囲にあれば、実用上問題無いと言える。
【０１４５】
このように本実施例では上述の如く、往復型の偏向素子１１３１でオーバーフィルドタイプを用いた構成の走査光学装置において、アパーチャ等の部品などを用いない簡易な構成で被走査面８上での光量分布を一定にすることができる。
【０１４６】
さらに、実施例２と同様、面倒れ補正光学系を採用したことにより、外乱に強い往復型の偏向素子１１３１を用いた走査光学装置の実現が可能である。
【実施例４】
【０１４７】
図１９は本発明の実施例４の走査光学装置を主走査断面内に各要素を投影したときの要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１４８】
本実施例において前述の実施例３と異なる点は、偏向素子１１３１の最大変位角φｍａｘ及び偏向後の光束の最大走査角θの値を変更したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例３と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
【０１４９】
本実施例における結像光学系ＬＢでは、ｆθレンズ６を用いたため、偏向素子１１３１の角速度が変化すれば、走査スポットの速度も変化してしまう。これを調整するため、本実施例においても画像中心部と画像周辺部でドット当たりの光源の発光時間を変更することにより、電気的に走査方向の歪曲特性を調整している。
【０１５０】
本実施例での偏向素子１１３１においても、モード１の振幅とモード２の振幅の比が１．６：０．２になるようにし、また走査中心での位相が逆になるように調整を行うことで、実施例３と同様のものとした。また、設計パラメータとして、偏向面入射角α＝０［ｄｅｇ］、偏向素子の最大変位角φｍａｘ＝３０［ｄｅｇ］、偏向後の光束の最大走査角θｍａｘ＝２０［ｄｅｇ］を与えている。そして主走査断面の光軸を挟んで対称形になっていることから走査角θは正の値のみで検討した。
【０１５１】
実施例３迄と同様に、軸上に対する走査角θにおける光量比を、オーバーフィルドタイプによる影響、走査速度の変化による影響、及びその両者の積の３項目で評価したものが図２０であり、その数値データを表６に示す。
【０１５２】
【表６】
2008197453.tif 000010
【０１５３】
上記表６から本実施例において走査速度の変化とがもたらす影響とオーバーフィルドタイプを用いたことによる影響の両者を合わせて考慮する。そうするとθ＝０［ｄｅｇ］の軸上光線の時に対する、θ＝４０［ｄｅｇ］での被走査面８上の光量が５．７％のみの減少に抑えられていることが分る。
【０１５４】
現像プロセスによっても異なるが、被走査面８上の光量が軸上光線であるθ＝０に対して、各像高位置での光量が１０％以内の範囲にあれば、実用上問題無いと言える。
【０１５５】
このように本実施例では上述の如く、往復型偏向手段でオーバーフィルドタイプを用いた構成の走査光学装置において、アパーチャ等の部品などを用いない簡易な構成で被走査面８上での光量分布を一定にすることができる。
【０１５６】
さらに前述の実施例２、３と同様、面倒れ補正光学系を採用したことにより、外乱に強い往復型の偏向素子を用いた走査光学装置の実現が可能である。
【０１５７】
尚、上記実施例１〜４においては結像光学系にｆθレンズを用いたことから走査角をθとしたとき、被走査面上における結像光学系の光軸からの高さ（走査位置、像高）をＹとしたときの走査角θの変化に対する像高Ｙの変化量ｄＹ／ｄθの値は常に一定であった。
【０１５８】
本発明はこれに限定されず、ｄＹ／ｄθも走査角θ（ｔ´）毎で変化させることで、光量分布の一様性を目指しても良い。
【０１５９】
即ち、実施例１〜４においてはオーバーフィルドが及ぼす光量比（Ｅａ１／Ｅａ０）と往復型の偏向素子を用いたことによる走査速度の変化が及ぼす光量比（Ｅｂ１／Ｅｂ０）の両者の積が０．９以上１．１以下になることを示している。本発明はこれに限定されず、この両者に加えレンズ形状による走査速度の変化が及ぼす光量比の影響｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝も加味した３者の積が０．９以上１．１以下となるように目指しても良い。
【０１６０】
即ち、
０．９≦｛ｃｏｓ｛（θ（ｔ´）＋α）／２｝／ｃｏｓ（α／２）｝×｛（ｄφ／ｄｔ）t=t0／（ｄφ／ｄｔ）t=t´｝×｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝≦１．１            ‥‥‥‥（ａ）
これにより、光量補正に関するパラメータが１つ増える結果、光量ばらつきを少なくするための設計自由度を向上させることが可能となる。尚、レンズ形状による走査速度の変化が及ぼす光量比とは上記条件式（ａ）において｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝で示した部分である。
【０１６１】
しかしこの場合は、（ｄＹ／ｄθ）を走査角θ（ｔ´）毎で変化させると共にスポット径ρも変化してしまうデメリットも発生してしまう。従って軸上光線に対する比の逆数｛（ｄＹ／ｄθ）θ=0／（ｄＹ／ｄθ）θ=θ(t´)｝を０．９〜１．１の範囲に抑えて変化させることが望ましい。
【０１６２】
尚、実施例１〜４においては光源手段を単一の発光部より構成したが、これに限らず、複数の発光部を有するマルチビーム半導体レーザー（マルチビーム光源）より構成しても、本発明は前述の実施例１〜４と同様に適用することができる。
【０１６３】
［画像形成装置］
図２１は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。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１から４のいずれかに示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット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によって感光体ドラム（感光体）１０１の感光体面が主走査方向に走査される。
【０１６４】
静電潜像担持体（感光ドラム）たる感光ドラム１０１は、モーター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、感光体ドラム１０１の感光体面が光ビーム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。感光体ドラム１０１の上方には、感光体ドラム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体ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【０１６５】
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体ドラム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体ドラム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。
【０１６６】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光体ドラム１０１の下方で、感光体ドラム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は感光体ドラム１０１の前方（図２１において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０１６７】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光体ドラム１０１後方（図２１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。
【０１６８】
図２１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、先に説明したデータの変換だけでなく、モーター１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のモーターなどの制御を行う。
【０１６９】
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１〜４の構成はより効果を発揮する。
【０１７０】
［カラー画像形成装置］
図２２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（結像光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光体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２２において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施例１から４の何れかに示した構成を有する走査光学装置である。２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光体ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、７１は搬送ベルトである。尚、図２２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。
【０１７１】
図２２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７２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７３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１１，１２，１３，１４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体ドラム２１，２２，２３，２４の感光体面が主走査方向に走査される。
【０１７２】
本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（１１，１２，１３，１４）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２１，２２，２３，２４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。
【０１７３】
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１１，１２，１３，１４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体ドラム２１，２２，２３，２４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。
【０１７４】
前記外部機器５３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】
【０１７５】
【図１】本発明の実施例１における主走査断面図
【図２】本発明の実施例１における副走査断面図
【図３】本発明の実施例１における偏向手段の動きを示した要部概略図
【図４】本発明の実施例１における偏向手段及びそれに入射する光束のプロファイルを示す説明図
【図５】本発明の実施例１において、オーバーフィルドタイプを用いたことに起因する光量分布の変化を示すグラフ
【図６】本発明の実施例１において、走査速度の変化に起因する光量分布の変化を示すグラフ
【図７】本発明の実施例１において、走査速度の変化及びオーバーフィルドタイプを用いたことの両者に起因する光量分布の変化を示すグラフ
【図８】本発明の実施例２における副走査断面図
【図９】本発明の実施例２における偏向手段及びそれに入射する光束のプロファイルを示す説明図
【図１０】本発明の実施例２において、走査速度の変化及びオーバーフィルドタイプを用いたことの両者に起因する光量分布の変化を示すグラフ
【図１１】本発明の実施例３における主走査断面図
【図１２】本発明の実施例３における副走査断面図
【図１３】本発明の実施例３における偏向手段の原理を示す説明図
【図１４】本発明の実施例３における偏向手段を示す説明図
【図１５Ａ】本発明の実施例３における偏向手段を示す説明図
【図１５Ｂ】本発明の実施例３における偏向手段の模式図
【図１６】本発明の実施例３における偏向手段の変位角を説明するグラフ
【図１７】本発明の実施例３における偏向手段の角速度を説明するグラフ
【図１８】本発明の実施例３において、走査速度の変化及びオーバーフィルドタイプを用いたことの両者に起因する光量分布の変化を示すグラフ
【図１９】本発明の実施例４における主走査断面図
【図２０】本発明の実施例４において、走査速度の変化及びオーバーフィルドタイプを用いたことの両者に起因する光量分布の変化を示す図
【図２１】本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図
【図２２】本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図
【図２３】従来の走査光学装置の主走査断面図
【符号の説明】
【０１７６】
１  光源手段
２  光学素子（コリメータレンズ）
３  開口絞り
４  シリンドリカルレンズ
ＬＡ  入射光学系
５  偏向手段（往復型の偏向素子）
５ａ  偏向面
ＬＢ  結像光学系
６  結像レンズ
７  反射ミラー
８  被走査面（感光体ドラム面）
５２  外枠
５３  トーションバー
５４  光束
２００  プレート部材
１８１，１８２，１００１，１００２，１００３，１１０１，１１０２  可動子
１７１ａ，１７１ｂ，１７２ａ，１７２ｂ，１０１１〜１０１３，１１１１，１１１２  ねじりバネ
１９１  支持枠
１０２１，１１２１  支持部
１３１  光反射膜
１１３１  偏向素子（光反射素子）
１１４１  駆動手段
１１５１  駆動制御手段
１４０  電磁アクチュエータ
１４１  永久磁石
１４２  コイル
１４３  コア
１４４  ヨーク
１５０  コントローラ
１９０  切断線
１５１  基準クロック生成器
１５２  分周器
１５３，１５４  カウンタ
１５５，１５６  正弦関数器
１５７，１５８  掛算器
１５９  加算器
１６０  ＤＡコンバータ
１６１  パワーアンプ
１１、１２、１３、１４  走査光学装置
２１、２２、２３、２４  像担持体（感光体ドラム）
３１、３２、３３、３４  現像器
４１、４２、４３、４４  光ビーム
７１  搬送ベルト
７２  外部機器
７３  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  感光体ドラム
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  モーター
１１６  排紙ローラ
１１７  外部機器
【図１】
2008197453.tif 000011
【図２】
2008197453.tif 000012
【図３】
2008197453.tif 000013
【図４】
2008197453.tif 000014
【図５】
2008197453.tif 000015
【図６】
2008197453.tif 000016
【図７】
2008197453.tif 000017
【図８】
2008197453.tif 000018
【図９】
2008197453.tif 000019
【図１０】
2008197453.tif 000020
【図１１】
2008197453.tif 000021
【図１２】
2008197453.tif 000022
【図１３】
2008197453.tif 000023
【図１４】
2008197453.tif 000024
【図１５Ａ】
2008197453.tif 000025
【図１５Ｂ】
2008197453.tif 000026
【図１６】
2008197453.tif 000027
【図１７】
2008197453.tif 000028
【図１８】
2008197453.tif 000029
【図１９】
2008197453.tif 000030
【図２０】
2008197453.tif 000031
【図２１】
2008197453.tif 000032
【図２２】
2008197453.tif 000033
【図２３】
2008197453.tif 000034