JP2005338730A - 回転多面鏡及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な膜厚構成で反射面における反射率の入射角度依存性を低くし、被走査面上の光分布特性を向上できる回転多面鏡及び光走査装置を提供する。
【解決手段】 この回転多面鏡４は、光を反射する複数の反射面８を有し、各反射面に形成された薄膜の膜厚を反射面の中央部８ｂ近傍と端部８ａ、８ｃで異なるようにした。より詳しくは、回転多面鏡において各反射面の中央部の膜厚が端部よりも厚く、各反射面において凸形状とする膜構成にすることで、反射面における反射率の入射角度依存性を低くできる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザ光の走査光学系においてレーザ光を偏光走査する回転多面鏡及び光走査装置に関するものである。

レーザプリンタやレーザ複写機などに用いられているレーザ光走査装置ではレーザ光を回転多面鏡（ポリゴンミラー）で偏向し走査している。下記特許文献１は、走査面の光強度が走査範囲内で０．９５×Ｉ０〜１．０５×Ｉ０の範囲内（Ｉ０：走査中央部の光強度）になるように、オーバーフィルドタイプの光走査装置では、偏向光束幅が画角によって変化することによる光量変化をキャンセルするようにポリゴンミラーの反射率特性を持たせること、及び、アンダーフィールドタイプの光走査装置では、ポリゴンミラーに入射する全光束が反射面で反射偏向されるため、面入射角によって、偏向光束の光量は変化しないが、プラスチックｆθレンズの透過率差（プラスチックには反射防止コーティングが困難なため生じ易い）をキャンセルするようにポリゴンミラー（回転多面鏡）の反射率特性を持たせることを開示する。特許文献１では、上述のような手段で被走査面上の走査有効領域における光量分布を一様に補正している。即ち、光源手段から出射した光束を複数の偏向反射面を有する偏向手段で反射偏向させた後、結像光学系を介して被走査面上に導光し、被走査面上を光走査する光走査装置において、光源手段から出射した光束が偏向反射面へ入射する角度に依存して偏向反射面の反射率を変化させるようにしている。

下記特許文献２は、膜厚のばらつきによる反射率の変動や入射角度による反射率の変動等を少なくすることを目的としてＡｌ_２Ｏ_３層が形成された回転多面鏡において、入射角の最大、最小及び中心での膜厚の変化に対する反射率の変化がＳ成分よりＰ成分の方が小さいのでＰ偏光の状態で入射させること、更にＡｌ_２Ｏ_３層の光学厚膜ｎｄの範囲は、光源部からの光束の波長をλとしたとき、λ／１１．１〜λ／５．０あるいはλ／４．１１〜λ／２．８９あるいはλ／１．７３〜λ／１．４７あるいはλ／１．２８〜λ／１．２０であることを開示する。

特許文献１の光走査装置では、反射率の角度特性を所望の値にする手段に関しては反射率を決定するアルミナ及びそれを保護するサイトップ（コーティング材料の名称）の膜厚を変化させて得るようにしているが、アルミナ及びサイトップの膜厚を変化させて反射率特性を所望の値にするには限界がある。また、特許文献２では、入射角範囲内で反射率変化を小さくするために、偏光成分を変えたり（一般的にはＳ偏光入射であるところをＰ偏光にしている）ミラー面の層厚さを限定して膜厚を形成するようにしているが、かかる手段で反射率特性を所望の値にするには限界がある。
特開２００１−１８３５９７号公報 特開平０５−１９１９２号公報

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、簡単な膜厚構成で反射面における反射率の入射角度依存性を低くし、被走査面上の光分布特性を向上できる回転多面鏡及び光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による回転多面鏡は、光を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡であって、前記各反射面に形成された薄膜の膜厚を前記反射面の中央部近傍と端部で異なるようにしたことを特徴とする。

この回転多面鏡によれば、反射面の薄膜の膜厚が反射面の中央部近傍と端部で異なるような簡単な膜厚構成で、反射面における反射率の入射角度依存性を低くできる。

上記回転多面鏡において前記中央部の膜厚が前記端部よりも厚く前記各反射面において凸形状とする膜構成にすることで、反射面における反射率の入射角度依存性を低くできる。

また、前記中央部近傍の膜厚として像高中心に相当する入射角度の膜厚を基準とし、前記端部の膜厚として入射角度が前記像高中心に相当する入射角度よりも小さい場合には前記基準とした膜厚よりも薄い条件で最大値の反射率を持つ膜厚に設定し、入射角度が前記像高中心に相当する入射角度よりも大きい場合には前記基準とした膜厚よりも厚い条件で最大値の反射率を持つ膜厚に設定するように構成してもよい。

本発明による光走査装置は、上述の回転多面鏡を光源からの光が前記回転多面鏡に入射するようにかつ回転可能に配置し、前記光源からの光が前記回転中の回転多面鏡で偏向されて結像光学系を介して被走査面上に結像する。

この光走査装置によれば、上述の回転多面鏡により反射面における反射率の入射角度依存性を低くできるので、被走査面上における光分布特性を向上できる。

本発明の回転多面鏡及び光走査装置によれば、簡単な膜厚構成で反射面における反射率の入射角度依存性を低くし、被走査面上の光分布特性を向上できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による光走査装置を概略的に示す斜視図である。

図１のように、光走査装置１０は、レーザダイオード等からなるレーザ光源１から照射されたレーザ光Ｌがコリメータレンズ２を通過し、シリンドリカルレンズ３により上下方向に収束されて、回転方向Ａにモータ（図示省略）により回転する回転多面鏡４の各反射面８に対し、その駆動軸に垂直な線像として入射するように構成されている。回転多面鏡４はレーザ光Ｌを主走査方向Ｘに反射し偏向し、その偏向されたレーザ光Ｌがシリンドリカルレンズを含むｆθレンズ５を通過した後、光路上に主走査方向Ｘに延在して設けられたミラー６で反射される。その反射したレーザ光は、主走査方向Ｘと略直角な副走査方向Ｙに搬送されている被走査体Ｓの被走査面７上を主走査方向Ｘに繰り返し主走査する。このようにして、光走査装置１０はレーザ光Ｌを被走査体Ｓの被走査面７の全面にわたって走査させる。

図１の光走査装置１０を例えば画像データに基づいて記録媒体に画像を形成する画像形成装置に適用する場合、画像データに基づいて強度変調されたレーザ光Ｌを回転多面鏡４で偏向することで被走査体Ｓである記録媒体上を主走査方向Ｘに主走査するとともに、被走査体Ｓをレーザ光Ｌに対して副走査方向Ｙに相対移動させて副走査することで、レーザ光Ｌにより記録媒体に画像を形成できる。

次に、図１に示す回転多面鏡４について図２乃至図４を参照して説明する。図２は、図１の回転多面鏡の反射面の断面を模式的に示す一部断面図である。図３は、図１の回転方向Ａに回転する回転多面鏡の反射面の走査開始側の端部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ａ）、反射面の走査中央部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ｂ）、及び反射面の走査終了側の端部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ｃ）である。図４は回転多面鏡の反射面における膜厚と反射率の関係をレーザ光の入射角度毎に示すグラフである。

図１，図２，図３に示すように、回転多面鏡４は、板状のアルミニウムから例えば正六角形状に形成され、正六角形における板厚方向の各端面が複数の反射面８に構成されている。図２のように、各反射面８にはコーティングが施されて薄膜９が形成されており、各反射面８において中央部８ｂの膜厚が各端部８ａ、８ｃの膜厚よりも厚くなっており、薄膜９は中央部８ｂを略中心にして凸状になるように形成されている。薄膜９は、例えば、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３から構成でき、各反射面８の反射率向上や酸化防止の機能を果たす。

図３（ａ）のように、回転多面鏡４が走査中に回転方向Ａに回転し、レーザ光Ｌが走査開始のとき反射面８の端部８ａに入射すると、そのレーザ光Ｌの反射面８の垂線ｓに対する入射角度θ１は例えば１１．５度となり、反射面８でこの角度θ１で反射し、例えば図１の被走査面７における像高位置が一端部側になる。

次に、回転多面鏡４が回転方向Ａに回転し、図３（ｂ）のように、レーザ光Ｌが反射面８の中央部８ｂに入射すると、そのレーザ光Ｌの入射角度θ２は例えば３１．５度となり、反射面８でこの角度θ２で反射し、図１の被走査面７における像高中心に位置する。

更に、回転多面鏡４が回転方向Ａに回転し、図３（ｃ）のように、レーザ光Ｌが走査終了のとき反射面８の端部８ｃに入射すると、そのレーザ光Ｌの入射角度θ３は例えば５１．５度となり、反射面８でこの角度θ３で反射し、図１の被走査面７における像高位置が他端部側になる。

上述のようにして、レーザ光Ｌが回転中の回転多面鏡４の反射面８に対し一端部８ａ〜中央部８ａ〜他端部８ｃの順に入射し反射することで、図１の被走査面７における主走査方向Ｘへの１ライン分の主走査が行われる。

上述のような回転多面鏡４の反射面８における薄膜９の膜厚の決め方について説明する。図４に示す膜厚と反射率の関係は次の条件でシミュレーションにより得たものである。
入射角θ：１０〜５０度
レーザ光の波長λ：７８０ｎｍ
回転多面鏡４の基材：アルミニウム
薄膜９の材料：ＳｉＯ_２ （屈折率１．４５３８）

図４のように、入射角θが１０〜５０度の範囲内で膜厚が零から厚くなるに従い反射面８の反射率はいったん低下するが、膜厚が更に厚くなり約２１０ｎｍを超えると、反射率は大きくなり、入射角θが大きいほど反射率は大きく、また入射角θが大きいほど反射率の最大値が膜厚の厚い側になることが分かる。

図３（ｂ）のようにレーザ光が反射面８の中央部８ｂに入射するときその入射角θがほぼ３０度であるが、図４のθ＝３０度の膜厚と反射率の関係曲線において膜厚の最大値近傍におけるポイントｂの膜厚（約２６０ｎｍ）を基準にし、反射面８の中央部８ｂにおける薄膜９の膜厚を例えば２６０ｎｍとする。

また、図３（ａ）のようにレーザ光が反射面８の端部８ａ（走査開始に対応する位置）に入射するときその入射角θがほぼ１０度であるが、図４のθ＝１０度の膜厚と反射率の関係曲線において、上述のポイントｂの基準の膜厚（約２６０ｎｍ）よりも薄い膜厚とし、最大値近傍におけるポイントａの膜厚とし、反射面８の端部８ａにおける薄膜９の膜厚を例えば２４５ｎｍとする。

また、反射面８の端部８ｃにおける薄膜９の膜厚は端部８ａの膜厚と同じとする。この場合、図３（ｃ）のようにレーザ光が反射面８の端部８ｃ（走査終了に対応する位置）に入射するときその入射角θがほぼ５０度であるが、図４のθ＝５０度の膜厚と反射率の関係曲線におけるポイントｃ（ポイントａに対応する）の膜厚（２４５ｎｍ）における反射率は、その最大値からさほど低い値ではない。

以上のようにして、図４のグラフから３０度の入射角のときの反射面８上の膜厚を基準にし、３０度未満及び３０度を越える入射角のときの反射面８上の膜厚を薄くするように反射面８の一端部８ａ〜中央部８ａ〜他端部８ｃにおける薄膜９の膜厚を設定することにより、回転多面鏡４による主走査中に図４では入射角θが１０〜５０度の範囲で変化しても反射率が８７〜９０％程度変動するだけであり、反射面８の入射角度が変化しても反射率はさほど変化しない。このように、入射角度に対する反射率の変動を小さくすることができるので、反射率の入射角度の依存性を低減でき、図１の被走査面７上の光分布特性を向上できる。

なお、図４を参照すると、膜厚約１２０ｎｍ及び約２１０ｎｍにおいて入射角度依存性がゼロになるが、膜厚約１２０ｎｍ及び約２１０ｎｍでは反射率が低くなってしまい、好ましくない。また、図４内の上記ポイントａ，ｂ，ｃを含む領域Ｗ内では、膜厚と反射率は膜厚が変動しても反射率がさほど変化しない関係になっているので、反射面８における膜厚ばらつきによる反射率変動を抑えることができ、好ましい。

以上のように、本実施の形態による回転多面鏡４を用いた光走査装置において、膜厚と入射角度による反射率特性を考慮し、同一反射面８内で膜厚の厚さを中央部の膜厚を端部の膜厚よりも厚くする簡単な膜厚構成で、反射率の入射角度依存性を低くし、被走査面７上の光分布特性を向上できる。

次に、上述のような膜厚を有する反射面８の回転多面鏡を製造する方法について図５を参照して説明する。図５は図１〜図４の反射面に薄膜を形成して回転多面鏡を製造可能な蒸着装置の要部平面図（ａ）及び要部側面図（ｂ）である。

図５（ａ）、（ｂ）のように、蒸着装置は、真空チャンバ２１内に、反射面に薄膜を形成する前の回転多面鏡４ａを縦方向に複数個連結し、回転方向ｒに自転可能に取り付けている。縦方向に複数個連結した回転多面鏡４ａは複数列が回転中心軸を中心とする円軌道２４（破線で示す）上を回転方向Ｒに公転可能に取り付けられている。

また、真空チャンバ２１の底部には蒸着物質２３が回転中心に配置されている。また、図５（ａ）のように、蒸着物質２３が加熱されてその蒸発した原子が各回転多面鏡４ａの反射面８となる端面に向けて導かれるように複数のスリット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの形成されたガイド部材２２が回転多面鏡４ａと同期して回転方向Ｒに公転可能に取り付けられている。

図５（ａ）、（ｂ）のように、各回転多面鏡４ａが自転しながら公転するとともに、ガイド部材２２もスリット２２ａ〜２２ｄが各回転多面鏡４ａの端面に対向した状態で公転し、加熱された蒸着物質２３から蒸発した原子がガイド部材２２に導かれ各スリット２２ａ〜２２ｄから各回転多面鏡４ａの反射面に向けて導かれる。このとき、図５（ａ）のように、各スリット２２ａ〜２２ｄが各回転多面鏡４ａの反射面の中央部に対向するときは、各回転多面鏡４ａの自転回転速度を遅くし、各スリット２２ａ〜２２ｄが各回転多面鏡４ａの反射面の端部に対向するときは、各回転多面鏡４ａの自転回転速度を比較的速くする。これにより、回転多面鏡４の反射面８の中央部の膜厚を両端部よりも厚く形成できる。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４による膜厚設定は、入射角の範囲やレーザ光の波長や薄膜の材料等の条件が異なれば、その都度、図４と同様の関係曲線を求めて適宜行うことができる。

また、図４において、中央部近傍の膜厚として像高中心に相当するポイントｂにおける入射角度の膜厚を基準とし、入射角度が像高中心に相当する入射角度よりも大きい５０度の場合に、ポイントｃ’のように基準の膜厚よりも厚い条件で最大値の反射率を持つ膜厚（約２９０ｎｍ）に設定し、他端部８ｃの膜厚を約２９０ｎｍとしてもよい。

本実施の形態による光走査装置を概略的に示す斜視図である。 図１の回転多面鏡の反射面の断面を模式的に示す一部断面図である。 図１の回転方向Ａに回転する回転多面鏡の反射面の走査開始側の端部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ａ）、反射面の走査中央部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ｂ）、及び反射面の走査終了側の端部に入射するレーザ光の入射角度と像高位置との関係を示す図（ｃ）である。 本実施の形態における回転多面鏡の反射面における膜厚と反射率の関係をレーザ光の入射角度毎に示すグラフである。 図１〜図４の反射面に薄膜を形成して回転多面鏡を製造可能な蒸着装置の要部平面図（ａ）及び要部側面図（ｂ）である。

符号の説明

１ レーザ光源
４ 回転多面鏡
５ ｆθレンズ
６ ミラー
７ 被走査面
８ 反射面
８ａ 一端部
８ｂ 中央部
８ｃ 他端部
９ 薄膜
１０ 光走査装置
θ 入射角
Ａ 回転方向
Ｌ レーザ光
Ｓ 被走査体
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向

Claims (4)

1. 光を反射する複数の反射面を有する回転多面鏡であって、
   前記各反射面に形成された薄膜の膜厚を前記反射面の中央部近傍と端部で異なるようにしたことを特徴とする回転多面鏡。
2. 前記中央部の膜厚が前記端部よりも厚く前記各反射面において凸形状としたことを特徴とする請求項１に記載の回転多面鏡。
3. 前記中央部近傍の膜厚として像高中心に相当する入射角度の膜厚を基準とし、
   前記端部の膜厚として入射角度が前記像高中心に相当する入射角度よりも小さい場合には前記基準とした膜厚よりも薄い条件で最大値の反射率を持つ膜厚に設定し、入射角度が前記像高中心に相当する入射角度よりも大きい場合には前記基準とした膜厚よりも厚い条件で最大値の反射率を持つ膜厚に設定することを特徴とする請求項１に記載の回転多面鏡。
4. 請求項１，２または３に記載の回転多面鏡を光源からの光が前記回転多面鏡に入射するようにかつ回転可能に配置し、前記光源からの光が前記回転中の回転多面鏡で偏向されて結像光学系を介して被走査面上に結像する光走査装置。
   
   

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