JP2012003045A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光源手段としてＶＣＳＥＬを用いたマルチビーム走査装置における収差の発生を低減し、光利用効率の高い光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】
直線偏光を出射するレーザ光源からなる発光部２１を備える光源装置１０と、偏向器１２と、発光部２１と偏向器１２との間の光路上に配置された偏向器前光学系と、偏向器１２で偏向された光束を被走査面上に走査する走査光学系とを備え、前記偏向器前光学系として、入射面と出射面とが互いに平行な透明体からなる平行平板光学素子２８を少なくとも２つ備え、平行平板光学素子２８の少なくとも２つが、直線偏光３１の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されている光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、画像形成装置の高速化や高解像度化の要求がさらに高まりつつあり、走査速度の向上が望まれている。高速の走査を実現するためには、高速の光偏向装置が必要になるが、例えば回転多面鏡を用いる場合、その回転数の高速化には上限がある。
これに対し、発光点を持つ面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ、以下「ＶＣＳＥＬ」と表す）からの光束を走査し、１回の走査で複数の走査線を同時に走査する、いわゆる「マルチビーム走査装置」を用いた画像形成装置が提案されている。画像出力の高速化を実現するためには、上述のＶＣＳＥＬなどによる複数ビーム化という手段が考えられ、なかでも、高速出力機においてはマルチビーム化された書込光源を用いるのが一般的となっている。

しかしながら、画像形成装置が備える光走査装置における光源手段としてＶＣＳＥＬを用いた場合、温度変化や経時変化に伴って走査用ビームの光量が変化し、最終的に出力される画像（出力画像）に濃度むらが発生するおそれがある。そこで、光走査装置の光源から射出されるレーザビームの一部をモニタ用ビームとしてモニタ素子（例えば、フォトダイオード等のディテクタ）で受光し、その結果に基づいて、光源の駆動信号を制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を実施して濃度むらの発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

ところが、モニタ素子で受光するモニタ用ビームの光量が不十分な場合には、光量を高精度に検出することができないためＡＰＣが正確に機能せず、発光出力を所定値に維持することが困難になる。その結果として、走査用ビームの光量が不安定となり、出力画像の劣化に繋がる恐れがあった。

また、ＶＣＳＥＬの光出力は、反射戻り光の影響を受けやすく、光路中に配置された光学素子における反射光によるノイズが非常に発生しやすく、発光量が変動することにより、画像に濃度むらが発生するという問題もある。すなわち、図１２に示すように、光源１０を出射した発散光がカップリングレンズ２４で平行光に変換され、アパーチャ１６で整形される光学系において、アパーチャ１６の反射率を抑制処理（例えば、墨塗りなど）が不十分であると、微弱な光が光源部（ＶＣＳＥＬ）に戻ってノイズを発生させる。

これに対し、図１３に示すように、カップリングレンズ２４とアパーチャ１６との間に１／４波長板２３を設置する技術が知られている。
光源１０を出射した直線偏光（図の紙面上下方向に振動する直線偏光（ａ））は、１／４波長板２３を透過すると円偏光（ｂ）に変換される。アパーチャ１６で反射された微弱な円偏光（ｄ）は、再び１／４波長板２３を透過して光源を出射したときと垂直方向に振動する直線偏光（図では紙面に垂直な方向に振動する直線偏光（ｃ））に変換される。光源戻り光があっても、光の振動方向が垂直であれば光波が干渉することは無いので、ノイズの発生が無い。このように１／４波長板２３を使うことによりＶＣＳＥＬの光源戻り光に対する感度を低減することができ、さらに図１３に示すように、１／４波長板を紙面内で傾けて配置することにより、入射面（光源部側）での反射光が光源部１０に戻ることを回避することができる。

一般に、発光素子部（半導体レーザチップ）に塵埃等が付着することを回避するため、発光素子部はパッケージ部材内に収納され、レーザビーム射出側には透明ガラス（カバーガラス）により封止される。特許文献２には、１／４波長板を副走査断面内で傾けて配置することにより、開口の副走査幅を狭くして、発生する収差を小さくすることが可能であることが記載されているが、１／４波長板と前記透明ガラスとの相対位置関係を適切に設定（又は調整）することにより、さらに収差の発生量を小さくすることができ、同時に光量の低下を低減することが可能となると考えられるが、そのような技術は開示されていない。

また、特許文献１においては、カップリングレンズを通過した光束であって、被走査面に到達する走査用光束とモニタ用光束のいずれにも利用されない部分を、遮光部材で遮光することにより、光利用効率を低下させることなく、アパーチャミラー及びモニタ光学系を小型化することができることが記載されているが、各光学素子における透過／反射による光量低下を回避することはできないという問題がある。このため、被走査面及びモニタ用センサに入射するレーザビームの光量が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、光源手段としてＶＣＳＥＬを用いたマルチビーム走査装置における収差の発生を低減し、光利用効率の高い光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 光束により被走査面を走査し、該被走査面に画像情報を書き込む光走査装置であって、
直線偏光を出射するレーザ光源からなる発光部をパッケージ部材内部に備える光源装置と、
前記発光部から出射された光束を偏向する偏向器と、
前記発光部と前記偏向器との間の光路上に配置された偏向器前光学系と、
前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に走査する走査光学系とを備え、
前記偏向器前光学系として、入射面と出射面とが互いに平行な透明体からなる平行平板光学素子を少なくとも２つ備え、該平行平板光学素子の少なくとも２つが、前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されていることを特徴とする光走査装置である。
〔２〕 前記光源装置のパッケージ部材は、前記発光部の出射側にカバー部材を備え、
前記偏向器前光学系は、前記発光部から出射された直線偏光を円偏光に変換する変換素子と、前記変換素子により円偏光に変換されたレーザビームをカップリングするカップリング素子とをさらに備え、
前記カバー部材及び前記変換素子は前記平行平板光学素子であり、かつ前記カバー部材及び前記変換素子が前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の光走査装置である。
〔３〕 前記発光部から出射される直線偏光が、前記カバー部材の入射面に対して平行な成分を有するＰ偏光であることを特徴とする前記〔２〕に記載の光走査装置である。
〔４〕 前記変換素子と前記偏向器との間の光路上に配置され、前記カップリング素子を介した光束の最も光強度の高い部分がその中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射したレーザビームをモニタ用ビームとして反射する分離光学素子と、
前記分離光学素子により反射された前記モニタ用ビームを受光して光量を検出するモニタ素子とをさらに備えることを特徴とする前記〔２〕または〔３〕に記載の光走査装置である。
〔５〕 前記変換素子の少なくとも出射面に、無反射コートを施すことを特徴とする前記〔２〕から〔４〕のいずれかに記載の光走査装置。
〔６〕 前記カバー部材に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ１と、前記変換素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ２とが、｜δ２｜＜２×｜δ１｜の関係を満たすことを特徴とする前記〔２〕から〔５〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔７〕 前記発光部を複数備え、
前記光源装置の偏光面内における前記複数の発光部のうち、最も離れた位置に配置された２つの前記発光部間の距離をＰとしたとき、
前記平行平板光学素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δが、δ＜Ｐ／２を満たすことを特徴とする前記〔２〕から〔６〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔８〕 前記分離光学素子と、前記偏向器との間の光路上に、レーザビームの光量を低下させるフィルタ部材を配置したことを特徴とする前記〔４〕から〔７〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔９〕 前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された前記平行平板光学素子のうち、前記発光部に最も近接して配置されたもの以外の前記平行平板光学素子が、前記直線偏光の偏光面と直交する面においても傾斜して配置されることを特徴とする前記〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔１０〕 前記発光部と前記カップリング素子との間の光路上に設けられ、前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された複数の前記平行平板光学素子において、前記平行平板光学素子の光束幅を規定する端部の一方の光路長の合計と、他方の光路長の合計とが等しいことを特徴とする前記〔１〕から〔９〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔１１〕 前記〔１〕から〔１０〕のいずれかに記載の光走査装置。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、光束により被走査面を走査し、該被走査面に画像情報を書き込む光走査装置であって、直線偏光を出射するレーザ光源からなる発光部をパッケージ部材内部に備える光源装置と、前記発光部から出射された光束を偏向する偏向器と、前記発光部と前記偏向器との間の光路上に配置された偏向器前光学系と、前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に走査する走査光学系とを備え、前記偏向器前光学系として、入射面と出射面とが互いに平行な透明体からなる平行平板光学素子を少なくとも２つ備え、該平行平板光学素子の少なくとも２つが、前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されている光走査装置であるため、収差の発生量を小さくすることができ、かつ光量の低下を低減することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の光走査装置において、前記光源装置のパッケージ部材は、前記発光部の出射側にカバー部材を備え、前記偏向器前光学系は、前記発光部から出射された直線偏光を円偏光に変換する変換素子と、前記変換素子により円偏光に変換されたレーザビームをカップリングするカップリング素子とをさらに備え、前記カバー部材及び前記変換素子は前記平行平板光学素子であり、かつ前記カバー部材及び前記変換素子が前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されているため、レーザビームの光軸が進行方向に対する直交方向にシフトする量を低減することができ、かつ収差の発生を有効に低減することができる。
請求項３の発明によれば、請求項２に記載の光走査装置において、前記発光部から出射される直線偏光が、前記カバー部材の入射面に対して平行な成分を有するＰ偏光であるため、光量の低下を低減することができ、特に、後述するモニタ用ビームの光量を確保することができる。
請求項４の発明によれば、請求項２または３に記載の光走査装置において、前記変換素子と前記偏向器との間の光路上に配置され、前記カップリング素子を介した光束の最も光強度の高い部分がその中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射したレーザビームをモニタ用ビームとして反射する分離光学素子と、前記分離光学素子により反射された前記モニタ用ビームを受光して光量を検出するモニタ素子とをさらに備えるため、発光部の発光出力を安定させることが可能となり、また光量の検出精度を維持することができる。
請求項５の発明によれば、請求項２から４のいずれかに記載の光走査装置において、前記変換素子の少なくとも出射面に、無反射コートを施すため、光量低下を抑制でき、かつ、無反射コートを施す面数を最小にすることができる。
請求項６の発明によれば、請求項２から５のいずれかに記載の光走査装置において、前記カバー部材に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ１と、前記変換素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ２とが、｜δ２｜＜２×｜δ１｜の関係を満たすため、シフト量を有効に低減することができる。
請求項７の発明によれば、請求項２から６のいずれかに記載の光走査装置において、前記発光部を複数備え、前記光源装置の偏光面内における前記複数の発光部のうち、最も離れた位置に配置された２つの前記発光部間の距離をＰとしたとき、前記平行平板光学素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δが、δ＜Ｐ／２を満たすため、シフト量の上限値を規定することができ、シフト量を有効に低減することができる。
請求項８の発明によれば、請求項４から７のいずれかに記載の光走査装置において、前記分離光学素子と、前記偏向器との間の光路上に、レーザビームの光量を低下させるフィルタ部材を配置したため、走査用ビーム及びモニタ用ビームの光量を最適化することができる。
請求項９の発明によれば、請求項１から８のいずれかに記載の光走査装置において、前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された前記平行平板光学素子のうち、前記発光部に最も近接して配置されたもの以外の前記平行平板光学素子が、前記直線偏光の偏光面と直交する面においても傾斜して配置されるため、発光部にレーザビームが戻ることを回避することができる。
請求項１０の発明によれば、請求項１から９のいずれかに記載の光走査装置において、前記発光部と前記カップリング素子との間の光路上に設けられ、前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された複数の前記平行平板光学素子において、前記平行平板光学素子の光束幅を規定する端部の一方の光路長の合計と、他方の光路長の合計とが等しいため、各光学素子で発生する波面収差を互いにキャンセルすることができる。
請求項１１の発明によれば、請求項１から１０のいずれかに記載の光走査装置を備えた画像形成装置であるため、マルチビーム走査装置における収差の発生を低減し、光利用効率を向上させることができ、ムラの発生が抑制された画像を出力することができる。

本発明の光走査装置の一例を示す図であり、（Ａ）は主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）、（Ｂ）は副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）である。 図１（Ａ）に示した光源装置付近の領域１００の拡大図であり、（Ａ）は主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）、（Ｂ）は副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）である。 偏向器の入射光と反射光のビームにおける直線偏光及び円偏光を示す説明図である。 入射角度と透過率の関係を示すグラフである。 平行平板ガラスを通過する光軸のシフト（レーザビームの屈折）の様子を示す説明図である。 複数の発光点を備えるＶＣＳＥＬから出射された光束の平行平板硝子を通過する光軸のシフト（レーザビームの屈折）の様子を示す説明図である。 ＮＤフィルタを配置した態様の一例を示すであり、（Ａ）は主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）、（Ｂ）は副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）である。 １／４波長板を、直線偏光の偏光面及び直交する面においても傾斜させた態様の一例を示すであり、（Ａ）は主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）、（Ｂ）は副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）である。 分離光学素子として、光路分離プリズムを配置した態様の一例を示す図である。 平行平板光学素子による波面収差の発生を説明する図である。 本発明の画像形成装置の一例を示す断面図である。 従来の光走査装置における偏向器前光学系の概略構成を示す模式図である。 １／４波長板を配置した偏向器前光学系の概略構成の例を示す模式図である。

以下、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の光走査装置の主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）を図１（Ａ）に、副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）を図１（Ｂ）に示す。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光源装置１０を出射したレーザビーム３０は、シリンドリカルレンズ１１の作用により、光偏向器（ポリゴンスキャナ）１２のポリゴンミラー１３の反射面に、主走査に長い線像として結像する。ポリゴンスキャナ１２により偏向されたレーザビーム３０は、走査レンズ１４を介して、感光体ドラム５２の表面上にビームスポットとして走査される。

図１（Ａ）に示した光源装置１０付近の領域１００の拡大図について、主走査断面（Ｘ−Ｙ断面）を図２（Ａ）に、副走査断面（Ｙ−Ｚ断面）を図２（Ｂ）に示す。図２（Ａ）では、レーザビーム３０の光束幅を図示し、図２（Ｂ）では、レーザビーム３０の主光線を図示している。

図２（Ａ）に示すように、複数の発光部を備えたレーザチップ（ＶＣＳＥＬ）２１がパッケージ部材２０内に収納され、レーザビーム３０の出射側はカバー部材（以下、「カバーガラス」という）２２により封止されている。カバーガラス２２を出射したレーザビームは、変換素子（以下、「１／４波長板」という）２３を通過した後、カップリング素子（以下、「カップリングレンズ」という）２４により以降の光学系の特性に応じて、所定の発散性（平行光束／弱い発散光束／弱い収束光束）及び射出軸方向になるようにカップリングされる。

カップリングレンズ２４から出射したレーザビーム３０は、光路分離素子（以下、「アパーチャミラー」という）１６により、走査用ビーム３０ａとモニタ用ビーム３０ｂに分離される。アパーチャミラー１６に入射するレーザビーム３０の最も光強度の大きい部分が、アパーチャミラー１６の中央部に形成された開口部を通過し、この開口部の周囲に入射したレーザビーム３０はモニタ用光束３０ｂとして反射される。走査用ビーム３０ａは、シリンドリカルレンズに入射する。

一方、モニタ用ビーム３０ｂは、折り返しミラー１７により光路を９０°折り曲げられた後、集光レンズ１８の作用により、モニタ素子（以下、「光量検知用センサ」という）１９に入射する。光量検知用センサ１９による検出結果に基づき、発光部の発光出力が調整される。モニタ用ビーム３０ｂの光量が所定値より小さい場合には、光量検知用センサ１９による検出精度が低下し、発光部の発光出力が不安定となり、出力画像の品質劣化（例えば、濃度むらの発生）の原因となる。

図２（Ｂ）に示すように、カバーガラス２２及び１／４波長板２３は、副走査断面内でそれぞれ傾けて配置されている。カバーガラス２２はβ１＝＋１６°（「＋」は時計方向の回転（＋Ｘ軸回り）を表す）、１／４波長板２３はβ２＝−８°（「−」は反時計方向の回転（−Ｘ軸回り）を表す）の角度で傾けて配置されており、射出ビームの光軸が進行方向に直交する方向にシフトされる。

このようにカバーガラス２２及び１／４波長板２３を配置することにより、両光学素子の入射面及び／又は出射面で反射されたレーザビーム３０が、ＶＣＳＥＬ（活性層）２１に戻り、発光出力の不安定化を回避することができる。また、それぞれの光学素子を互いに逆向きに傾けていることから、１／４波長板２３からの出射光軸がカバーガラス２２への入射光軸からずれる量を低減することができる。さらに、カバーガラス２２及び１／４波長板２３は、ＶＣＳＥＬ２１とカップリングレンズ２４との間、すなわち強い発散光束の光路に配置されているため、波面収差が発生しやすいが、上述のような配置とすることにより、それぞれの光学素子で発生する波面収差をキャンセルすることができる。詳細については後述する。

図３に、偏向器の入射光と反射光のビームにおける直線偏光及び円偏光を示す。
図２及び図３（Ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ２１から発射するレーザビーム３０は、副走査断面に平行な偏光面を有する直線偏光３１である。従って、カバーガラス２２の入射面及び出射面、並びに１／４波長板２３の入射面に対して、Ｐ偏光で入射している。なお、１／４波長板の出射面では、円偏光３２に変換されている。

図４に、Ｐ偏光とＳ偏光のおける透過率の入射角依存性の一例を示す。
図４に示すように、透過率はＳ偏光の場合よりＰ偏光の方が大きい。したがって、図２及び図３に示すような偏光面と平行な面内でカバーガラス２２と１／４波長板２３とを傾けて配置する構成（Ｐ偏光）を採用することにより、偏光面に直交する面内で傾けて配置する構成（Ｓ偏光）と比較して、カバーガラス２２の入射面及び出射面、並びに１／４波長板２３の入射面において生じる光量の低下を低減することができる。

上述のように、光量検知用センサ１９に入射するモニタ用ビーム３０ｂの光量が所定値より小さい場合には、光量検知用センサ１９による検出精度が低下し、発光部の発光出力が不安定と原因となる。そのため、モニタ用ビーム３０ｂ、すなわち、アパーチャミラーに入射するレーザビームの光量は大きいことが望ましい。

なお、図３に示すように、１／４波長板２３の出射面では円偏光３２に変換されているため、Ｐ偏光の場合と比較して透過率が低下する。そこで、少なくとも１／４波長板２３の出射面に、無反射コートを施して、光量の低下を低減することが好ましい。
１／４波長板２３の出射面に無反射コートを施す方法としては、特に限定されず、例えば、表面に無反射コート膜を形成する方法等が挙げられる。

図５に、カバーガラス２２及び１／４波長板２３のような平行平板ガラス２８を通過するレーザビーム（光線）の屈折の様子を示す。
一般に、平行平板ガラス２８を面内で角度θだけ傾けて配置したとき、入射ビームに対する出射ビームのシフト量δは、下記式（１）で表わされる。
δ＝{１−（１／Ｎ）}×Ｄ×θ・・・式（１）
なお、Ｎは屈折率、Ｄは平行平板ガラスの厚みを表わす。

図２（Ｂ）の構成において、レーザビームの光軸（主光線）が、進行方向に対して直交方向にシフトする量を有効に低減する条件を以下に示す。
カバーガラス２２の厚みｄ１、屈折率ｎ１、傾斜角β１と、１／４波長板２３の厚みｄ２、屈折率ｎ２、傾斜角β２を、下記式（２）の関係を満たすように設定する。
｜δ２｜≦２×｜δ１｜・・・式（２）
なお、δ１はカバーガラス２２のシフト量、δ２は１／４波長板２３のシフト量を表す。
これにより、１／４波長板２３を出射したレーザビーム３０のＶＣＳＥＬ２１からのシフト量を、カバーガラス２２によるシフト量以下にすることができる。
すなわち、下記式（３）とすればよい。
｜{１−（１／ｎ２）}×ｄ２×β２｜≦２×｜{１−（１／ｎ１）}×ｄ１×β１｜・・・式（３）
ここで、｜δ2｜＝｜δ1｜とすることが最適である。

表１は、カバーガラスと１／４波長板の設定値の関係を示す表である。

例えば、カバーガラス（ｄ１＝０．３［ｍｍ］、ｎ１＝１．５１）をβ１＝＋１０°で配置した場合、１／４波長板（ｄ２＝０．７［ｍｍ］、ｎ２＝１．６０）は、｜β２｜＜７．７°に設定することが好ましく、さらには、β２＝−３．９°に設定することが最も好ましい。

複数の発光部を備えたＶＣＳＥＬ２１を備える光源装置におけるシフト量低減のための設定について、図６により説明する。
図６に示すように偏光面内において最も離れた発光部の間隔をＰとしたとき、δ＜Ｐ／２となるように、ｄ１、ｎ１、β１をそれぞれ設定することで、カバーガラス２２でのシフト量が不必要に大きくなることを回避することができる。
例えば、カバーガラス２３（ｎ１＝１．５１、ｄ１＝２［ｍｍ］）と、ＶＣＳＥＬ２１（発光部の間隔Ｐ＝０．２［ｍｍ］）の組み合わせの場合には、カバーガラスの傾斜角度β１＝８．５°にてδ＝０．１［ｍｍ］（＝Ｐ／２）となる。
従って、この場合には、｜β１｜＜８．５°とすることが好ましい。

さらに、本発明の光走査装置においては、分離光学素子と偏向器との間の光路に、レーザビームの光量を低下させるためのフィルタ部材（以下「ＮＤフィルタ」という）を配置してもよい。
図７（Ａ）及び（Ｂ）に、ＮＤフィルタ２５を配置した例を示す。
図７（Ａ）に示すように、アパーチャミラー１６の開口部を通過するレーザビーム３０の光量が高い中央部分が走査用ビーム３０ａとなり、開口部の周辺部で反射される部分がモニタ用ビーム３０ｂとなる。従って、通常は、走査用ビーム３０ａは感光体５２の感度に対して十分な光量を確保することができる。一方、モニタ用ビーム３０ｂは、検出精度を確保するために発光部２１からの発光出力を大きくすると、むしろ走査用ビーム３０ａの光量が感光体５２の感度に対して大きくなりすぎることがある。

そこで、このような場合には、アパーチャミラー１６と偏向器１２との間の光路に、レーザビーム３０の光量を所定量だけ低下させるＮＤフィルタ２５を配置することにより、走査用ビーム３０ａとモニタ用ビーム３０ｂの光量を、それぞれ適切な値に設定することができる。
このとき、ＮＤフィルタ２５は、カバーガラス２２及び１／４波長板２３とは異なり、Ｘ−Ｙ平面内で傾けて配置することが望ましい。これにより、ＮＤフィルタで反射したレーザビーム３０がＶＣＳＥＬ２１に戻ることを回避することができる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す態様においては、カバーガラス２２及び１／４波長板２３を、偏光面に平行な平面内でのみ傾けて配置しているが、図８（Ａ）に示すように、カバーガラス２２の次にＶＣＳＥＬ２１に近い位置に配置された１／４波長板２３を、さらに偏光面に直交する平面内で所定の角度傾けて配置してもよい。
このように、１／４波長板２３を２つの方向で傾斜させることにより、１／４波長板２３で反射したレーザビーム３０がＶＣＳＥＬ２１に戻ることを回避することができる。カバーガラス２２より１／４波長板２３の方がＶＣＳＥＬ２１との距離が離れている（光路長が長い）ため、カバーガラス２２を傾けるよりも、所定の傾斜角度を小さくすることができる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す態様においては、アパーチャミラー１６を用いて、走査用ビーム３０ａとモニタ用ビーム３０ｂとの光路を分離しているが、図９に示すように、カバーガラス２２と１／４波長板２３との間の光路にハーフミラー２８を利用した光路分離プリズム２７を配置し、これを用いて分離してもよい。
図９では、カバーガラス２２と１／４波長板２３は、偏光面に平行な平面内で同じ向きに傾斜させ、光路分離プリズム２７はカバーガラス２２や１／４波長板２３とは逆向きに傾斜させている。

このように、ＶＣＳＥＬ２１とカップリングレンズ２４との間の光路（すなわち、強い発散光束）中に平行平板光学素子を傾けて配置した場合に、各光学素子において波面収差が発生する理由を、図１０の模式図を用いて説明する。
各光学素子の傾き（β）は、時計方向を（＋）、反時計方向を（−）とする。また、カバーガラス２２、光路分離プリズム２７、及び１／４波長板２３の厚みをそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３（ただし、ｄ１＜ｄ３＜ｄ２）とし、屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とする。
図１０に示すように、例えば、カバーガラス２２は、時計方向（＋）に角度β１傾斜して配置されている場合、ＶＣＳＥＬ２１を発射した発散光束の拘束幅の＋Ｚ側の最周辺の光路長（カバーガラス２２内）ｎ１・Ｒ１ａは、−Ｚ側の再周辺の光路長ｎ１・Ｒ１ｂよりも長くなる。このように、同一の光学素子内で光路長が異なることが波面収差の発生原因となる。

そこで、各光学素子の厚みに応じて、傾きβの向きを、カバーガラスを（＋）、光路分離プリズムを（−）、１／４波長板を（＋）として、各光路長の関係が、下記式（４）を満たすように設定することにより、各光学素子で発生する波面収差を互いにキャンセルすることができる。
ｎ１・Ｒ１ａ＋ｎ２・Ｒ２ａ＋ｎ３・Ｒ３ａ＝ｎ１・ Ｒ１ｂ＋ｎ２・Ｒ２ｂ＋ｎ３・Ｒ３ｂ・・・式（４）

すなわち、各光学素子からの反射光がＶＣＳＥＬ２１に戻ることを回避するために、各光学素子をＹ−Ｚ平面内で傾けて配置する場合には、「光学素子内の＋Ｚ側の光路長の合計の値」と「光学素子内の−Ｚ側の光路長の合計の値」とが等しくなるように、光学素子の厚さに応じて角度βを設定することが好ましい。

例えば、各光学素子について、厚みｄ、屈折率ｎ、傾斜角βをそれぞれ下記のように設定することにより、上記式（４）を満たすことができる。
カバーガラス２２：ｄ１＝１．０［ｍｍ］、ｎ１＝１．５１、β１＝＋３０度
光路分離プリズム２７：ｄ２＝５．０［ｍｍ］、ｎ２＝１．５１、β２＝−１０°
１／４波長板２３：ｄ３＝４．４［ｍｍ］、ｎ３＝１．６０、β３＝＋５度
この設定により、
ｎ１・Ｒ１ａ＝１．６５４、
ｎ２・Ｒ２ａ＝７．５５２、
ｎ３・Ｒ３ａ＝７．１１１
ｎ１・Ｒ１ｂ＝１．５９９、
ｎ２・Ｒ２ｂ＝７．７１３、
ｎ３・Ｒ３ｂ＝７．０４４、
であるため、
ｎ１・Ｒ１ａ＋ｎ２・Ｒ２ａ＋ｎ３・Ｒ３ａ＝ｎ１・ Ｒ１ｂ＋ｎ２・Ｒ２ｂ＋ｎ３・Ｒ３ｂ＝１６．３１６となる。

本発明の画像形成装置は、本発明の光走査装置を備える。
図１１は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
図１１に示すように、本発明の画像形成装置５０は、感光体５２と、感光体５２の表面を帯電させる帯電手段５１と、帯電した感光体５２の表面に光を照射して静電潜像を形成する本発明の光走査装置である光走査手段５３と、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段と、前記感光体上の前記トナー像を記録媒体である画像記録用紙５６に転写する転写手段と、前記記録媒体上の前記トナー像を定着する定着手段６０とを備える。光走査手段５３は、光源手段としてＶＣＳＥＬを用いている。

画像形成装置５０における画像形成を説明する。
帯電装置５１により帯電された感光体ドラム５２の表面には、本発明の光走査装置５３からレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。その際、レーザ光は感光体ドラム５２の表面の方線に対して所定の入射角で感光体ドラム５２の表面を照射する。静電潜像を形成された感光体ドラム５２を時計回り方向に回転して、現像装置５４により静電潜像をトナーで現像してトナー像にする。

一方、搬送装置５７〜５９により画像記録用紙５６を用紙トレイ等から搬送し、転写装置５５において感光体ドラム５２に圧接して、感光体ドラム５２上のトナー像を画像記録用紙５６上に転写し、定着装置６０へと搬送する。
定着装置６０は、プレヒータ６１、ヒートローラ６２並びにバックアップローラ６３などから構成されており、それらのローラによって画像記録用紙５６に対して加熱と圧力をかけて画像記録用紙５６上のトナー像を定着する。このようにして、画像記録用紙５６上に画像が形成される。

すなわち、帯電装置５１が感光体ドラム５２の表面を帯電する帯電手段に相当し、感光体ドラム５２が感光体に相当し、本発明の光走査装置５３が帯電装置５１によって帯電させた感光体ドラム５２の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段に相当する。
また、現像装置５４が感光体ドラム５２上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段に相当し、転写装置５５が感光体ドラム５２上のトナー像を画像記録用紙５６上に転写する転写手段に相当し、定着装置６０が画像記録用紙５６上のトナー像を定着する定着手段に相当する。

そして、トナー像を画像記録用紙５６に転写した感光体ドラム５２は更に回転を続け、次の画像プロセス（帯電、露光、現像、転写、定着）が繰り返され、用紙トレイ等から画像記録用紙５６を順次供給して、同様にして画像形成が継続的に実行される。

上述のように、本発明の光走査装置によれば、マルチビーム走査装置における収差の発生を低減し、光利用効率を向上させることができ、該光走査装置を備えた画像形成装置は、ムラの発生が抑制された画像を出力することができる。

１０ 光源装置
１１ シリンドリカルレンズ
１２ 偏向器（ポリゴンスキャナ）
１３ ポリゴンミラー
１４ 走査光学系（走査レンズ）
１５ 光学ハウジング
１６ 光路分離素子（アパーチャミラー）
１７ 折返しミラー
１８ 集光レンズ
１９ モニタ素子（光量検知用センサ）
２０ パッケージ部材
２１ 発光部（ＶＣＳＥＬ）
２２ カバー部材（カバーガラス）
２３ 変換素子（１／４波長板）
２４ カップリング素子（カップリングレンズ）
２５ ＮＤフィルタ
２６ ハーフミラー
２７ 光路分離プリズム
２８ 平行平板光学素子
３０ レーザビーム
３１ 直線偏光
３２ 円偏光
５２ 感光体ドラム

特開２０１０−１２２４７３号公報 特開２００９−２９４３２７号公報

Claims (11)

1. 光束により被走査面を走査し、該被走査面に画像情報を書き込む光走査装置であって、
   直線偏光を出射するレーザ光源からなる発光部をパッケージ部材内部に備える光源装置と、
   前記発光部から出射された光束を偏向する偏向器と、
   前記発光部と前記偏向器との間の光路上に配置された偏向器前光学系と、
   前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に走査する走査光学系とを備え、
   前記偏向器前光学系として、入射面と出射面とが互いに平行な透明体からなる平行平板光学素子を少なくとも２つ備え、該平行平板光学素子の少なくとも２つが、前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光源装置のパッケージ部材は、前記発光部の出射側にカバー部材を備え、
   前記偏向器前光学系は、前記発光部から出射された直線偏光を円偏光に変換する変換素子と、前記変換素子により円偏光に変換されたレーザビームをカップリングするカップリング素子とをさらに備え、
   前記カバー部材及び前記変換素子は前記平行平板光学素子であり、かつ前記カバー部材及び前記変換素子が前記直線偏光の偏光面内において互いに逆向きの傾斜で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記発光部から出射される直線偏光が、前記カバー部材の入射面に対して平行な成分を有するＰ偏光であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記変換素子と前記偏向器との間の光路上に配置され、前記カップリング素子を介した光束の最も光強度の高い部分がその中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射したレーザビームをモニタ用ビームとして反射する分離光学素子と、
   前記分離光学素子により反射された前記モニタ用ビームを受光して光量を検出するモニタ素子とをさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の光走査装置。
5. 前記変換素子の少なくとも出射面に、無反射コートを施すことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記カバー部材に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ１と、前記変換素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δ２とが、｜δ２｜＜２×｜δ１｜の関係を満たすことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の光走査装置。
7. 前記発光部を複数備え、
   前記光源装置の偏光面内における前記複数の発光部のうち、最も離れた位置に配置された２つの前記発光部間の距離をＰとしたとき、
   前記平行平板光学素子に入射するレーザビームに対する出射ビームの偏光面内のシフト量δが、δ＜Ｐ／２を満たすことを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 前記分離光学素子と、前記偏向器との間の光路上に、レーザビームの光量を低下させるフィルタ部材を配置したことを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の光走査装置。
9. 前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された前記平行平板光学素子のうち、前記発光部に最も近接して配置されたもの以外の前記平行平板光学素子が、前記直線偏光の偏光面と直交する面においても傾斜して配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光走査装置。
10. 前記発光部と前記カップリング素子との間の光路上に設けられ、前記直線偏光の偏光面内において傾斜して配置された複数の前記平行平板光学素子において、前記平行平板光学素子の光束幅を規定する端部の一方の光路長の合計と、他方の光路長の合計とが等しいことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光走査装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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