(57)【要約】【課題】感光体面上でのビームの光量ばらつきを精度良く補正し、全ての走査位置において高画質の画像を安定して得られる光走査装置を提供する。【解決手段】ポリゴンミラー２０へのビーム入射角度が大きくなるほどＳ偏光成分は反射率が高く、Ｐ偏光成分は反射率が低く両者は乖離していくのに対し、補正ウィンドウ３１はビーム入射角度が大きくなるほどＰ偏光成分は透過率が高く、Ｓ偏光成分は透過率が低くなるので両者を合成すれば走査開始位置から走査終了位置に至るまでポリゴンミラー２０と補正ウィンドウ３１との、Ｓ偏光成分／Ｐ偏光成分に対する合成透過率の変動／乖離を最小限に抑えることができるので、偏光角度の異なる複数のビームスポットにおいて結像時における走査開始から走査終了までの光量差を抑制することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、前記複数の光源から発せられる複数の光ビームを被走査物の表面に結像させる複数の光学素子からなる光学系と、
前記複数の光ビームを主走査方向に偏向し被走査物の表面を走査露光する偏向素子と、
を備えた光走査装置であって、
前記偏向素子の出射側に設けられ、偏向された光ビームが透過する補正用光学素子を備え、
前記偏向素子上における任意の偏向角で、前記偏向素子と前記補正用光学素子との合成透過率がほぼ等しくなるように前記補正用光学素子を設置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記補正用光学素子への入射光軸が主走査方向中央の走査位置における前記偏向素子からの入射光軸に対して主走査面内で傾いて設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記補正用光学素子の各偏光成分に対する透過率と、前記偏向素子の各偏向成分に対する反射率との積が、任意の走査位置においてほぼ一定であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項４】
前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面のうち少なくとも一面はコーティングを施さないことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面は両面とも平面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面は互いに平行な平面であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光走査装置。
【請求項７】
前記複数の光源から発せられる複数の光ビームは直線偏光であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光走査装置。
【請求項８】
前記光源は面発光レーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光走査装置に関し、特に複数の光源から発せられた光ビームを偏向素子にて偏向し走査露光を行う光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタやデジタル複写機の高速化・高画質化を達成する技術手段として、３２ビームＶＣＳＥＬアレイ(面発光レーザアレイ）を用いた走査光学系が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
レーザ光源である面発光レーザは直線偏光を発生するが、その偏光方向はレーザの発振強度によって回転する。この回転の程度は、面発光レーザの有する複数の光源毎に異なる。原因は各面発光レーザの発振モードがレーザ間で異なるためであるが、発振モードはレーザキャビティ内の温度分布や屈折率分布に依存する。レーザキャビティ内の温度分布や屈折率分布は、レーザに印加される電流量、発振レーザ光の分布、放熱の状態によって変動するため、一つの面発光レーザアレイ内の複数のレーザ間で偏光方向を揃えることは困難である。
【０００４】
上記のような偏光ばらつきが発生すると、画像走査面（ここでは、感光体面）での光量変動が発生することになり、画像にムラ等の画質劣化をもたらす。
【０００５】
例えば図１０に示すような走査光学系において、ＬＤアレイ１４上の発光点、ＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのレーザ光の偏光方向は、ＬＤ−Ａが副走査方向と、ＬＤ−Ｂが主走査方向と一致しているものとする。このときＬＤからシリンダーレンズ１８までの光学素子およびｆθレンズ２２、２３に対する、主走査方向と副走査方向の直線偏光の反射率／透過率はほぼ等しい。
【０００６】
しかし、ポリゴンミラー２０はビームを偏向するために回転し、ビーム（レーザ光）のポリゴンミラー２０に対する入射角は主走査の位置によって変化する。すなわち、走査開始時は図１１のようにＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビームスポット光量が略同一だったとしても、図１２のように主走査方向中央付近では偏光方向の違いによる反射率／透過率の差が光量に影響し始め、走査終了時には図１３のように大きな光量差となってしまう。
【０００７】
つまり図１４に示すような、アルミ反射鏡にフッ化マグネシウムをコーティングした通常構成のミラーにおいては図６のようにＰ偏光成分とＳ偏光成分でミラーへの入射角度に対する反射率の変動具合が異なるためであり、ポリゴンミラー２０においても同様の事態が発生する。
【０００８】
これは図１５と同様、ポリゴンミラー２０の入射角度による反射率変化が、Ｐ偏光とＳ偏光によって異なるためであり、ＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビームは、図６の様に入射角の変化に伴って反射率が異なる変化を見せる。よって、図１１ないし図１３のように主走査位置によって、ビーム間で光量に差が発生してしまう。各レーザビームの偏光方向によって反射率およびその変動は異なるため、結果として露光面において大幅な光量変動をもたらし、得られる画像にすじやムラを発生し、最終的に感光体上で結像される際の光量差は無視できないものとなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は上記問題を解決するため、ポリゴンミラーなどの偏向素子による走査において、全ての走査位置での主走査方向と副走査方向の偏光成分に対する総合透過率または総合反射率をほぼ同一とする光走査装置を提供することを目的とする。
【非特許文献１】市川順一、池田周穂、植木伸明、マルチビーム面発光レーザ素子を用いたプリンタ用露光装置、第２９回光学シンポジウム、日本光学会、２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事実を考慮し、感光体面上でのビームの光量ばらつきを精度良く補正し、高画質の画像を安定して得られる光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の光走査装置は、複数の光源と、前記複数の光源から発せられる複数の光ビームを被走査物の表面に結像させる複数の光学素子からなる光学系と、前記複数の光ビームを主走査方向に偏向し被走査物の表面を走査露光する偏向素子と、を備えた光走査装置であって、前記偏向素子の出射側に設けられ、偏向された光ビームが透過する補正用光学素子を備え、前記偏向素子上における任意の偏向角で、前記偏向素子と前記補正用光学素子との合成透過率がほぼ等しくなるように前記補正用光学素子を設置したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成の発明では、ポリゴンミラーなどの偏向素子による走査において、全ての走査位置での主走査方向と副走査方向の偏光成分に対する総合透過率または総合反射率をほぼ同一とすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の光走査装置は、前記補正用光学素子への入射光軸が主走査方向中央の走査位置における前記偏向素子からの入射光軸に対して主走査面内で傾いて設けられたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成の発明では、補正用光学素子へのビーム入射角度を最適な値に設定することができる。
【００１５】
請求項３に記載の光走査装置は、前記補正用光学素子の各偏光成分に対する透過率と、前記偏向素子の各偏向成分に対する反射率との積が、任意の走査位置においてほぼ一定であることを特徴とする。
【００１６】
上記構成の発明では、全ての走査位置での主走査方向と副走査方向の偏光成分に対する総合透過率をほぼ同一とすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の光走査装置は、前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面のうち少なくとも一面はコーティングを施さないことを特徴とする。
【００１８】
上記構成の発明では、コーティングを施さない面でＳ偏光とＰ偏光に対する透過率の差を大きく取ることが可能であり、他の光学系の各偏光に対する反射率や透過率のばらつきの影響を補正することができる。
【００１９】
請求項５に記載の光走査装置は、前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面は両面とも平面であることを特徴とする。
【００２０】
上記構成の発明では、補正用ウインドウとして平面を採用することで、光学系の結像性能への影響を小さくすることが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の光走査装置は、前記補正用光学素子において前記光ビームが透過する面は互いに平行な平面であることを特徴とする。
【００２２】
上記構成の発明では、補正用ウインドウとして平行平板を採用することで、光学系の結像性能への影響を小さくすることが可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の光走査装置は、前記複数の光源から発せられる複数の光ビームは直線偏光であることを特徴とする。
【００２４】
上記構成の発明では、円偏光／楕円偏光と比較して振動方向が時間に拘わらず一定な直線偏光としたことで、正確な光量制御を行うことができる。
【００２５】
請求項８に記載の光走査装置は、前記光源は面発光レーザであることを特徴とする。
【００２６】
上記構成の発明では、近接した複数の発光点を備えた面発光レーザにおいてもビームごとの光量差を抑え、ドットごとの明るさを揃えることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は上記構成としたので、感光体面上でのビームの光量ばらつきを精度良く補正し、全ての走査位置において高画質の画像を安定して得られる光走査装置とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜基本構成＞
図１には本発明の第１実施形態に係る光走査装置が示されている。
【００２９】
図１に示すように、光走査装置１０はＬＤアレイ１４を光源として光ビームを射出し、コリメータ１６にて平行光とした光ビームをアパーチャ１２で絞り、シリンダーレンズ１８を通ったのち回転するポリゴンミラー２０の反射面で偏向され主走査方向に往復・走査露光する光ビームとする。
【００３０】
主走査方向にパワーを持つｆθレンズ２２、２３を通りシリンダーミラー２４、２５で反射された光ビームは走査面２８上でビームスポットとして結像される。結像されたビームスポットはポリゴンミラー２０の回転に伴って主走査方向に走査面２８を走査する。これにより走査面２８にはビームスポットによる画像が形成される。
＜基本概念＞
図２には本発明に係る光学系が示されている。
【００３１】
図２に示すように、光路上のポリゴンミラー２０よりも下流側、具体的にはレーザビーム偏向後のｆθレンズ２２、２３間に透過型の補正ウインドウ３１を設置し、走査レンズの光軸に対してウインドウ３１を主走査面内で傾けることにより、ポリゴンミラーでのＳ偏光とＰ偏光の反射率の変化を相殺可能とする。
【００３２】
これにより全ての走査位置での主走査方向と副走査方向の偏光成分に対する総合透過率または総合反射率をほぼ同一とすることができ、結像時における走査開始から走査終了までの光量差を抑制することができる。
【００３３】
従来は、前述のようにＬＤアレイ１４からシリンダーレンズ１８までの光学素子およびｆθレンズ２２、２３に対する、主走査方向と副走査方向の直線偏光の反射率／透過率はほぼ等しいのに対してポリゴンミラー２０はビームを偏向するために回転し、ビーム（レーザ光）のポリゴンミラー２０に対する入射角は主走査の位置によって変化するため、走査開始時は図１１のようにＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビームスポット光量が略同一だったとしても、図１２のように主走査方向中央付近では偏光方向の違いによる反射率／透過率の差が光量に影響し始め、走査終了時には図１３のように大きな光量差となってしまうことが避けられなかった。
【００３４】
つまりポリゴンミラー２０の入射角度による反射率変化が、Ｐ偏光とＳ偏光によって異なるため、ＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビームは、図６のように入射角の変化に伴って反射率が異なる変化を見せる。よって、図１１ないし図１３のように主走査位置によって、ビーム間で光量に差が発生してしまう。各レーザビームの偏光方向によって反射率およびその変動は異なるため、結果として露光面において大幅な光量変動をもたらし、得られる画像にすじやムラを発生し、最終的に感光体上で結像される際の光量差は無視できないものとなってしまう。
【００３５】
特に、図６に示すようにポリゴンミラー２０へのビーム入射角度が大きくなるほどＰ偏光成分は反射率が小さくなり、逆にＳ偏光成分は反射率が大きくなるので、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との反射率の乖離は大きくなる一方であり、例えば走査開始時点（ＳＯＳ近傍）で両者の光量が同一であったとしても、走査終了時点（ＥＯＳ近傍）では両者の光量差は画質に影響を与えるほど大きくなってしまう。
【００３６】
つまり走査終了時点（ＥＯＳ近傍）ではＰ偏光成分のみ反射率が低下するので、走査開始時点（ＳＯＳ近傍）では十分な光量のあったＰ偏光成分が、走査終了時には光量不足となってしまう。前述のように各ビームスポットにより偏光方向はまちまちであり、制御することは困難であるため、ビームスポットごとに走査開始／走査終了の光量比がバラバラとなり、副走査方向にスジ／線ムラの発生する原因となる。
【００３７】
本発明では透過型の補正ウィンドウ３１をｆθレンズ２２、２３間に設け、走査レンズの光軸に対してウインドウ３１を設置したことにより以下のような効果をもつ。
【００３８】
図３に示すように走査開始時にはＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビームスポット光量は略等しいものとする。ポリゴンミラー２０の、Ｐ偏光成分／Ｓ偏光成分ごとの入射角度と反射率の関係を図６に、補正ウィンドウ３１のＰ偏光成分／Ｓ偏光成分ごとの入射角度と透過率の関係を図７に、両者を合成した結果の合成透過率を図８に示す。
【００３９】
ＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのレーザビームはポリゴンミラー２０に入射するが、主走査方向へのビーム走査に伴ってポリゴンミラー２０への入射角が大きくなる。図３〜図５に、この様子を示す。ポリゴンミラー２０へのビームの入射角は、走査位置１（ＳＯＳ近傍）で３０°、走査位置２（ＣＯＳ近傍）で４５°、走査位置３（ＥＯＳ近傍）で６０°である。図４に示すように入射角θ１のとき、ビームは走査位置２の方向へ反射され、図５に示すように入射角θ２のとき走査位置３の方向に反射される。
【００４０】
このとき、ポリゴンミラー２０へのビームの入射角θ１とθ２は、
θ１＜θ２
なので、各偏光に対するθ１のときの反射率ＰＳ１、ＲＰ１と  θ２のときの反射率ＲＳ２、ＲＰ２は、図６より
ＲＳ１  ＜  ＲＳ２
ＲＰ１  ＞  ＲＰ２
となる。このとき、Ｓ偏光は入射角が大きくなるに従って反射率は大きくなり、逆にＰ偏光は入射角が大きくなるに従って反射率は小さくなる。
【００４１】
本発明ではポリゴンミラー２０によるビーム偏向後に平行平板の補正ウインドウ３１を図５のように走査レンズの光軸に対し、主走査面内で傾けて設置する。このとき、補正ウインドウ３１へのビームの入射角を、走査位置２（ＣＯＳ近傍）のときθ３、走査位置３（ＥＯＳ近傍）のときθ４としたとき、
θ３＜θ４
となるように設置すると、ウインドウでの各偏光に対するθ３のときの透過率ＴＳ３／ＴＰ３と、θ４のときの透過率ＴＳ４／ＴＰ４は、図７より
ＴＳ３  ＞  ＴＳ４
ＴＰ３  ＜  ＴＰ４
となる。
【００４２】
ここで、走査位置２（ＣＯＳ近傍）の方向のビームの総合透過率は
Ｓ偏光総合透過率  ＝  ＲＳ１×ＴＳ３      （式１）
Ｐ偏光総合透過率  ＝  ＲＰ１×ＴＰ３      （式２）
であり、走査位置３（ＥＯＳ近傍）の方向のビームの総合透過率は
Ｓ偏光総合透過率  ＝  ＲＳ２×ＴＳ４      (式３)
Ｐ偏光総合透過率  ＝  ＲＰ２×ＴＰ４      （式４）
となる。
【００４３】
上式の各右辺は、大きい反射率・透過率と、小さい反射率・透過率の組合せとなり、総合透過率の差を小さくすることが可能となる。つまり図８に示す、ポリゴンミラー２０と補正ウィンドウ３１との合成透過率の変動をＳ偏光成分とＰ偏光成分で比較すれば、図６に示すようなポリゴンミラー２０単体でのＳ偏光成分とＰ偏光成分の反射率変動および反射率の差に比べて乖離が少ないことがわかる。
【００４４】
よって、ＬＤ−ＡとＬＤ−Ｂからのビーム、すなわちビームＡとビームＢの、ポリゴンミラー２０と補正ウインドウ３１を通過後の総合反射率差は小さくなり、２本のビームの光量を揃えることが可能となる。
（実施例の説明）
本発明では補正ウインドウ３１を、例えば図３〜図５に示すように走査レンズの光軸に対し１５°傾けて設置している。
【００４５】
ポリゴンミラー２０へのビームの入射角は、走査位置１のＳＯＳ近傍で３０°、走査位置２のＣＯＳ近傍で４５°、走査位置３のＥＯＳ近傍で６０°であり、それぞれの走査位置でのビームの補正ウインドウ３１への入射角は、走査位置１のＳＯＳ近傍で−１５°、走査位置２のＣＯＳ近傍で＋１５°、走査位置３のＥＯＳ近傍で＋４５°である。
【００４６】
式１ないし式４の考え方を用いて各走査位置での各偏光の総合透過率を求めると図８のようになり、図６と比べると明らかである通り、Ｓ偏光とＰ偏光の各走査位置での光量差を小さくすることが可能となる。
【００４７】
すなわち、図６に示すようにポリゴンミラー２０へのビーム入射角度が大きくなるほどＳ偏光成分は反射率が高く、Ｐ偏光成分は反射率が低く両者は乖離していくのに対し、図７のように補正ウィンドウ３１はビーム入射角度が大きくなるほどＰ偏光成分は透過率が高く、Ｓ偏光成分は透過率が低くなるので、両者を合成すればＳ偏光成分とＰ偏光成分との合成透過率の乖離を小さく抑えることができるのは上記の通りである。
【００４８】
ここで、図７に示すように補正ウィンドウ３１のＰ偏光成分とＳ偏光成分の入射角度に対する透過率の変動はリニアなものではなく、またＳ偏光成分に対する変動の方が大きいため、単純に走査光学系の光軸に対して垂直に補正ウィンドウ３１を設置したのではポリゴンミラー２０におけるＳ偏光成分／Ｐ偏光成分の光量差を相殺するのに不十分であるか、あるいは過剰にＳ偏光成分の透過率が不足する恐れがある。
【００４９】
そこで本発明では補正ウインドウ３１を、走査レンズの光軸に対し１５°傾けて設置している。これにより走査開始位置（ＳＯＳ近傍）から走査終了位置（ＥＯＳ近傍）に至るまでポリゴンミラー２０と補正ウィンドウ３１との、Ｓ偏光成分／Ｐ偏光成分に対する合成透過率の変動／乖離を最小限に抑えることができる。
＜まとめ＞
以上のように複数の光源から発せられるレーザビームの偏光方向が異なっていても、走査角度（走査位置）によらず、各ビームに対する透過率／反射率を揃えることが可能となった。
【００５０】
また、レーザ変調時にレーザキャビティ内のレーザ発振モードが変動して偏光方向が瞬時に変わった場合でも、変動した偏光方向に対してビームの透過率／反射率は走査角度（走査位置）によって変化しないため、複数のレーザビームのダイナミックな光量変動も回避可能となる。これにより感光体面上でのビームの光量ばらつきを精度良く補正することが可能であり、高い画質の画像を安定して得ることができた。
【００５１】
また、レーザアレイの個々の偏光方向に依存することなく、任意の偏光方向をもつビームについて走査角度（走査位置）によらず光学系透過率を調整することが可能となり、高い画質を得るとともに、走査光学系の組立時に発生するビーム間光量ばらつきに対する走査光学系の歩留まりを、大幅に向上させることができた。
【００５２】
また、本発明の実施形態は補正ウインドウの追加のみで対応可能であり、他の特別な構成部品が不要であって、走査光学系を安価に製造可能となった。
＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【００５３】
すなわち本実施形態では透過型補正ウィンドウへの入射角度により各偏光成分の透過率を制御したが、光学素子として透過型補正ウィンドウにかえて反射型の光学素子、例えばミラーなどを用いてもよいことは言うまでもない。
【００５４】
あるいは複数の光源と光学素子とを備え、各光源ごとの光量差が問題となるような機器に対して本発明を利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る光走査装置を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る光走査装置を示す模式図である。
【図３】本発明に係る光学系の走査開始位置を示す図である。
【図４】本発明に係る光学系の走査中央位置を示す図である。
【図５】本発明に係る光学系の走査終了位置を示す図である。
【図６】本発明に係るポリゴンミラーの入射角度と反射率を示す図である。
【図７】本発明に係る補正ウィンドウの入射角度と透過率を示す図である。
【図８】本発明に係る光学系透過率の入射角度による変化を示す図である。
【図９】従来の光走査装置を示す斜視図である。
【図１０】従来の光走査装置を示す模式図である。
【図１１】従来の光学系の走査開始位置を示す図である。
【図１２】従来の光学系の走査中央位置を示す図である。
【図１３】従来の光学系の走査終了位置を示す図である。
【図１４】従来のミラーの表面コーティングを示す図である。
【図１５】従来のミラーの偏光方向別反射率の入射角度による変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    光走査装置
１２    アパーチャ
１４    ＬＤアレイ
１６    コリメータ
１８    シリンダーレンズ
２０    ポリゴンミラー
２２    ｆθレンズ
２３    ｆθレンズ
２４    シリンダーミラー
２５    シリンダーミラー
２８    走査面
【図１】
2007156248.tif 000003
【図２】
2007156248.tif 000004
【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】
2007156248.tif 000011
【図１０】
2007156248.tif 000012
【図１１】
2007156248.tif 000013
【図１２】
2007156248.tif 000014
【図１３】
2007156248.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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