(57)【要約】      （修正有）【課題】有効走査角度が広く、被走査面上での光量分布不均一を抑え良好な画質の光走査装置を提供する。【解決手段】ＥＯＳ／ＳＯＳ光量比は有効走査角度θが大きくなるほど、また有効走査画角中央と偏向反射面２６に入射する光束中心軸のなす角度αが大きくなるほど低下していく。また、Ｄ／Ｗが小さくなるほどＥＯＳ／ＳＯＳ光量比は相対的に低下する。本発明では有効走査画角中央と偏向反射面に入射する光束中心軸のなす角度αを３０°〜７５°に限定することによりＥＯＳ／ＳＯＳ光量比を０．９０以内に抑えることが出来、濃度ムラの少ない良好な画像を提供することができる。【選択図】図４
2007065554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに基づいて変調される光束を射出するレーザ光源と、
光偏向軸を中心に回動可能に支持された偏向反射面にて前記光束を偏向する光偏向器と、
前記光偏向器によって偏向された前記光束を被走査面上に走査結像する結像光学系とを備えた光走査装置であって、
前記光偏向軸は前記偏向反射面近傍に配置され、
前記光束の幅は前記偏向反射面の主走査方向幅より広く、
前記有効走査角度中央と前記偏向反射面に入射する前記光束中心のなす角度αが３０°以上、かつ７５°以下であることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記偏向反射面に入射する前記光束と前記偏向反射面により偏向された光束とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１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、特に光源から出射した光束を往復運動する偏向素子で偏向反射させ、被走査面上を光走査して画像情報を記録する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザービームプリンター等に用いられる光走査装置においては、画像信号に応じてレーザー光源手段から光変調され出射した光束を偏向素子により偏向させ、感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ光走査をして画像記録を行っている。この種の光走査装置に用いられる光偏向装置では複数の反射面を有するポリゴンミラーをモータにより回転させることにより偏向反射を行うタイプが一般的である。
【０００３】
一方、高速化、コンパクト化、及び静音化を実現し得る光偏向装置として半導体プロセスによるマイクロマシニング技術を利用したガルバノミラータイプの反射ミラーを備えた光偏向装置が注目されている。図２にこのような光偏向装置の代表例を示す。
【０００４】
このような光偏向装置は偏向反射面を有する偏向反射ミラーを主走査方向に直交する副走査方向に延びた上下２本の梁により支持体に軸支し、偏向反射ミラーの偏向反射面の裏面に対向して設けられた駆動部（図示せず）から偏向反射ミラーと支持体間に電磁気力もしくは静電気力等を発生させて、梁にねじり振動を与え偏向反射ミラーを揺動させるものであり、図３に示すように時間に対して偏向角が正弦波状に変化するように往復揺動する。
【０００５】
このような光偏向装置では、偏向反射ミラーは偏向反射ミラーと梁からなる構造体の共振周波数で往復揺動するように駆動されている。この構造体の機械特性によって偏向反射ミラーの偏向速度が定められることになる。
【０００６】
走査の高速化を実現しようとする場合、この構造体の形状をその速度に合わせて構成することになるが、一般的に高速化に伴って偏向反射ミラーの大きさは小型化されることが要求される。
【０００７】
ところが、偏向反射ミラーのサイズが小さくなると、偏向反射面上の光束を小さくせざるを得ず、被走査面上でのスポット径を所望のサイズにすることが出来ないという課題があった。
【０００８】
これに対して、偏向素子の偏向反射面へ入射する主走査方向の光束の寸法を該偏向反射面の主走査方向の寸法より長くする、いわゆるオーバーフィルド入射させることにより、偏向反射面を有効に利用することで被走査面上での小スポット径化を実現する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
ところが上記文献に記載の光走査装置では以下に示すような問題があった。すなわち、光走査装置においては主走査方向において入射光束を有効走査角度の外側から角度を付けて光偏向器の偏向反射面に入射させる場合が多い。このように構成することにより光偏向器への入射光束を副走査方向に角度をつけずに構成することが出来るため、副走査方向に角度をつけて入射させる場合と比較し構成が容易であり、また被走査面上において走査線湾曲を生じない等のメリットを有する。
【００１０】
ところが、上記のような構成において特許文献１に記載のごとくオーバーフィルド入射を適用した場合、以下に示すような問題が生じる。
【００１１】
すなわち、図４、５のようにレーザー光源から出射されて偏向反射面Ｄに至る入射光束Ｗは有効走査角度θの外側から走査角度中心軸Ｌｃに対して角度αをつけて偏向反射面Ｄに入射する。偏向反射面Ｄは軸Ｏを中心として揺動し、その偏向角度に応じて入射光束Ｗに対する偏向反射面Ｄの射影幅に相当する部分のみを偏向反射する。代表的に被走査面上の走査開始端（ＳＯＳ）、中心（ＣＯＳ）、終了端（ＥＯＳ）に向かう光束Ｂｓ、Ｂｃ、Ｂｅについて図示する。
【００１２】
図５に示すように各偏向角度に応じて偏向反射面Ｄの入射光束Ｗに対する射影幅が変化する。したがって偏向反射面Ｄで反射されて、走査される光束の光量がＢｓ＞Ｂｃ＞Ｂｅとなって、被走査面上での光量分布が不均一になり、レーザービームプリンター等の画像形成装置では主走査方向両端で光量の差が生じ、画像濃度ムラの原因となる。
【００１３】
一方、複数の偏向反射面を有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）を回転させて光束を偏向させるオーバーフィルド型の光走査装置においては以下に示す被走査面上で光量分布不均一が生じるという課題を解決する技術が従来より知られている。
【００１４】
すなわち偏向反射面の入射光束側に主走査方向に不均一な透過率分布のフィルタを配置し、偏向反射面により反射される光量の不均一を補正する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
また、被走査面上の光量分布が一様となるように入射光束の光量分布中心軸をずらすよう調整する構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
ところが、これらの例では偏向反射面と回転軸が一定距離（ここでは内接円半径）ずれており、偏向反射面が偏向反射角に応じて入射光の幅内で位置を変える場合に適用できる技術であり、偏向反射面が回転軸近傍にあり偏向反射面に移動が伴わない場合、つまり偏向反射面と回転軸が略同一面上にある構成は回転軸の位置が入射光軸中心と常に略一致するので上記の方法は適用できない。
【００１７】
そこで本発明では偏向反射面と回転軸が略同一面上にあっても被走査面上での光量分布がほぼ均一であり、良好な画質を実現しうる光走査装置を提供することを目的とする。
【特許文献１】特開２００２−１８２１４７号公報
【特許文献２】特開平８−１６０３３８号公報
【特許文献３】特開平９−９６７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事実を考慮し、有効走査角度が広く、被走査面上での光量分布不均一を抑え良好な画質の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】
【００１９】
請求項１に記載の光走査装置は、画像データに基づいて変調される光束を射出するレーザ光源と、光偏向軸を中心に回動可能に支持された偏向反射面にて前記光束を偏向する光偏向器と、前記光偏向器によって偏向された前記光束を被走査面上に走査結像する結像光学系とを備えた光走査装置であって、前記光偏向軸は前記偏向反射面近傍に配置され、前記光束の幅は前記偏向反射面の主走査方向幅より広く、前記有効走査角度中央と前記光束中心のなす角度αが３０°以上、かつ７５°以下であることを特徴とする。
【００２０】
上記構成の発明では、有効走査角度中央と光束中心のなす角度αが３０°以上とすることで入射光束と干渉しない範囲で有効走査角度を広くとることができ、装置の小型化、光偏向器のコンパクト化を可能にするとともに、角度αが７５°以下とすることで被走査面上での光量分布不均一を抑えることができる。
【００２１】
請求項２に記載の光走査装置は、前記偏向反射面に入射する前記光束と前記偏向反射面により偏向された光束とが同一平面上にあることを特徴とする。
【００２２】
上記構成の発明では、構成が簡単になり、機械的精度を得やすくすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上記構成としたので、有効走査角度が広く、被走査面上での光量分布不均一を抑え良好な画質の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】
【００２４】
＜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。
【００２５】
図１に示すようにレーザー光源１２から出射された光束はカップリングレンズ１４により平行光束とされ、光偏向器１０に入射する。このとき光束の幅は後述する偏向反射面の主走査方向幅よりも幅の広い、いわゆるオーバーフィルドタイプの光学系とする。
【００２６】
光偏向器１０の偏向反射面に入射した光束は、偏向反射面の揺動により、偏向反射され、走査結像レンズ１６により、被走査面１８上にスポット状に結像するように走査される。走査結像レンズ１６を光偏向器１０よりも光軸上の下流方向に設けたことで、反射光束を被走査面１８上にて結像させる光学系と主走査方向の線速度を一定に、すなわち等速走査可能とする光学系を兼ねることができ、光学エレメントの個数を減らし単純で部品点数の少ない光学系とすることができる。
【００２７】
上記のように入射光束は有効走査角度の外側に配置したレーザー光源１２からカップリングレンズ１４によりコリメートされて偏向反射面に入射されるように構成することにより、入射光束と走査光束が干渉すること無く、同一平面上それぞれの要素を配置できるため、構成が簡単になり、入射光束と走査光束が副走査方向に角度をもって配置される際に発生する、走査線が弓形に湾曲してしまう所謂走査線湾曲が生じることも無い。
＜光偏向器＞
図２には本発明の第１実施形態に係る光偏向器が示されている。
【００２８】
図２に示すように、光偏向器１０は支持体２８に梁部材２０で偏向反射ミラー２４が主走査方向に揺動可能に支持されている。偏向反射ミラー２４は偏向反射面２６を備え、偏向反射面２６は偏向反射ミラー２４の揺動に応じて入射光束を主走査方向に振り、被走査面１８を走査する。
【００２９】
光偏向器１０は偏向反射ミラー２４を主走査方向と直交する方向すなわち副走査方向（図中上下方向）に延びた上下２本の梁部材２０により支持体２８に軸支し、偏向反射ミラー２４に対向して設けられた駆動部（図示せず）から偏向反射ミラー２４と支持体２８間に電磁気力もしくは静電気力等を発生させて偏向反射ミラー２４を主走査方向に駆動する。
【００３０】
梁部材２０はそれ自体がトーションバースプリングであり、梁部材２０にねじり振動を与え偏向反射ミラー２４を揺動させるものであり、時間に対して偏向角φが正弦波状に変化するように往復揺動する。すなわち図３に示すように偏向反射ミラー２４の振動角φは時間に対して正弦波状に変動する。
【００３１】
このとき偏向反射ミラー２４は偏向反射面２６を有する偏向反射ミラー２４と梁部材２０からなる構造体の共振周波数で往復揺動するように駆動される、いわゆるレゾナントスキャナである。この構造体の機械特性によって偏向反射ミラー２４の偏向速度が定められることになる。この構成により安定した偏向速度が得られ、また共振を利用するため偏向反射ミラー２４の駆動に必要な電力を低く抑え省エネルギー化が可能となる。
【００３２】
偏向反射面２６には、図６に示すように主走査方向に偏向反射面２６の主走査方向幅Ｄよりも幅の大きい光束が入射し、偏向角度φに応じて偏向反射面２６の射影幅分の光束を偏向反射する。
＜光学系＞
走査結像レンズ１６は時間に対して偏向角φが正弦波状に変化する偏向反射ミラー２４で偏向された光束を、被走査面１８上では等速走査に変換するためａｒｃ−ｓｉｎレンズが用いられる。すなわち、
偏向反射ミラー２４の偏向角度φ（ｔ）は最大振幅をφ０、共振周波数をｆとして、
φ（ｔ）＝  φ０・ｓｉｎ（２πｆｔ）
で表されるため、
走査結像レンズ１６に
ｙ  ＝  ｋ・２・φ０・ａｒｃ−ｓｉｎ（φ（ｔ）／φ０）  （ｋは定数）
なる走査特性をもたせることにより、
被走査面１８上の走査速度ｖは
ｖ  ＝  （ｄｙ／ｄｔ）  ＝  ｋ・２・φ０・（２πｆ）
となり、被走査面１８上を一定速度で走査することを可能にするものである。
【００３３】
なお、本構成では、光偏向器１０の偏向反射面２６は１面のみであるため、複数の偏向反射面を有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いた場合のように、副走査方向に反射面の角度が不揃いとなり発生する、所謂面倒れが起こらない。このため倒れ補正光学系を構成しておらず、走査結像レンズ１６は共軸光学系で構成されている。
＜光量分布＞
前述のように偏向反射ミラー２４の主走査方向幅Ｄが入射光束の幅Ｗよりも狭い場合、走査開始端（ＳＯＳ）、中心（ＣＯＳ）、終了端（ＥＯＳ）と走査するに連れて光量が変動する。
【００３４】
すなわち、図４のようにレーザー光源１２から出射されて偏向反射面２６（幅Ｄ）に至る入射光束（幅Ｗ）は有効走査角度θの外側から走査角度中心軸Ｌｃに対して角度αをつけて偏向反射面２６に入射する。偏向反射面２６は軸Ｏを中心として揺動し、その偏向角度φに応じて入射光束に対する偏向反射面２６の射影幅に相当する部分のみを偏向反射するようになる。
【００３５】
つまり入射光束の光量分布が図４、図５に示すように略ガウス分布であった場合、図５に示すように各偏向角度に応じて偏向反射面２６の入射光束に対する射影幅が変化するのでＳＯＳでは入射光束の幅を大きく使い、ガウス分布の裾野まで使用しているのに対して（図５のＢｓ）、ＥＯＳでは入射光束の中心部分しか使用しないため（図５のＢｅ）、相対的に光量が低下することになる。
【００３６】
従って偏向反射面２６で反射されて、走査される光束の光量がＢｓ＞Ｂｃ＞Ｂｅとなって被走査面１８上での光量分布が不均一になり、レーザービームプリンター等の画像形成装置では主走査方向両端（ＳＯＳ／ＥＯＳ）で光量の差が生じ、画像濃度ムラの原因となっている。
【００３７】
図７には本発明の第１実施形態に係る光走査装置の被走査面上における光量分布が示されている。
【００３８】
上記構成により、被走査面１８上が走査された場合の被走査面１８上の光量分布の不均一を図７（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００３９】
それぞれ、ピーク値の１３．５％の位置で規定した入射光束の主走査方向幅Ｗに対する偏向反射面２６の幅Ｄの比Ｄ／Ｗで示し（ａ）１．０、（ｂ）０．８、（ｃ）０．６、（ｄ）０．４、（ｅ）０．２の場合をグラフ化したものであり、横軸に有効走査中央Ｌｃと偏向反射面に入射する光束中心軸のなす角度α、縦軸にＥＯＳとＳＯＳの光量比をとり、有効走査角度θを１０°〜３０°までパラメータとして示してある。
【００４０】
図７（ａ）〜（ｅ）からＥＯＳ／ＳＯＳ光量比は有効走査角度θが大きくなるほど、また有効走査画角中央と偏向反射面２６に入射する光束中心軸のなす角度αが大きくなるほど低下していくことがわかる。
【００４１】
また、各図７（ａ）〜（ｅ）の比較より、Ｄ／Ｗが小さくなるほどＥＯＳ／ＳＯＳ光量比は相対的に低下する、すなわち入射光束の幅Ｗが偏向反射面２６の幅Ｄに比較して大きいほど光量分布の不均一が大きいことがわかる。要求される画質は用途により異なるもののＥＯＳ／ＳＯＳ比が０．９０を下回ると濃度ムラとしては許容できる範囲を逸脱してしまう。
【００４２】
さらに、角度αが３０°を下回ると有効走査角度はせいぜい２０°程度しかとることが出来ないため装置全体が光軸方向に大きくなり、結像光学系の焦点距離も大きくなるので装置の大型化を招いてしまう。具体的には結像光学系の焦点距離が３００ｍｍを越える構成はスペース効率の点から望ましくない。
【００４３】
そこで本実施形態では各設計パラメータを
有効走査画角中央と
偏向反射面に入射する光束中心軸のなす角度α：   ４５°
有効走査角度θ                                     ：   ２８°
偏向反射面の主走査方向幅                    ：   ４ｍｍ
ピーク値の１３．５％の位置で規定した
入射光束の主走査方向幅Ｗ                  ：   ５ｍｍ
と設定した。
【００４４】
上記のように諸数値を設定することでＥＯＳ／ＳＯＳ光量比を０．９０とすることが出来、濃度ムラの無い良好な画像を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施例では偏向反射面２６の偏向角度φが正弦波状に変化するように往復揺動するタイプの光偏向器を用いた光走査装置について述べたが、１面もしくは表裏２面の偏向反射面を有する偏向ミラー２４が偏向反射面近傍の回転軸を中心に回転偏向するタイプの光偏向器を用いた光走査装置についても本発明が適用できる。
【００４６】
また、本実施例では倒れ補正を有しない光学系について述べたが、偏向反射面の動的な変形、面精度の光学特性への影響を緩和するために光偏向器の偏向反射面と被走査面を光学的に共役関係とする、いわゆる倒れ補正光学系とすることで光学特性への影響を緩和することが出来る。このような場合にも本発明が適用できる。
＜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。
【００４７】
例えば共振周波数にてミラーが駆動されるレゾナントスキャナ以外でも所謂ガルバノミラー等に応用できることは言うまでもなく、また有効走査角度中心と入射光軸中心のなす角度の関係は光走査装置に限定されず、回転軸と反射面とが接近した反射光学系を用いた構成であれば他にも本発明を応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る光偏向器の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る光偏向器のミラー振動特性を示す図である。
【図４】本発明に係る光偏向器の構成を示す拡大図である。
【図５】本発明に係る光偏向器の構成を示す拡大図である。
【図６】本発明に係る光偏向器のミラー幅と入射光束幅を示す図である。
【図７−１】本発明に係る光走査装置の被走査面における光量分布を示す図である。
【図７−２】本発明に係る光走査装置の被走査面における光量分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    光偏向器
１２    レーザ光源
１４    カップリングレンズ
１６    走査結像レンズ
１８    被走査面
２０    梁部材
２４    偏向反射ミラー
２６    偏向反射面
２８    支持体
【図１】
2007065554.tif 000003
【図２】
2007065554.tif 000004
【図３】
2007065554.tif 000005
【図４】
2007065554.tif 000006
【図５】
2007065554.tif 000007
【図６】
2007065554.tif 000008
【図７−１】
2007065554.tif 000009
【図７−２】
2007065554.tif 000010