JP2023034385A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型且つ簡易な構成で被走査面上における光量ムラを低減することができる光走査装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光走査装置は、光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、偏向器によって偏向された光束を被走査面に導光すると共に、軸上像高と最軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている結像光学系とを備え、軸上光束の主光線の第1の偏向点における反射率に対する、一方の側における最軸外光束のマージナル光線に対する第2の偏向点における反射率の比の値をΔR1、第1の偏向点における反射率に対する、他方の側における最軸外光束のマージナル光線に対する第3の偏向点における反射率の比の値をΔR2としたとき、1.05≦|ΔR1|≦1.501.05≦|ΔR2|≦1.50なる条件を満たすことを特徴とする。【選択図】 図4
Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。
従来、軸上像高と軸外像高とで光束による走査速度が互いに異なる非等速走査特性を有するように構成することで小型化を図った光走査装置が知られている。
そのような光走査装置では、軸上像高と軸外像高との間における走査速度の違いに伴って、単位面積当たりの露光量が被走査面上の各像高において異なることで光量ムラが発生することが知られている。
特許文献1は、軸上像高を走査する光束と軸外像高を走査する光束とのそれぞれに対する光源の発光時間を互いに異ならせることで、被走査面上における光量ムラを低減する光走査装置を開示している。
そのような光走査装置では、軸上像高と軸外像高との間における走査速度の違いに伴って、単位面積当たりの露光量が被走査面上の各像高において異なることで光量ムラが発生することが知られている。
特許文献1は、軸上像高を走査する光束と軸外像高を走査する光束とのそれぞれに対する光源の発光時間を互いに異ならせることで、被走査面上における光量ムラを低減する光走査装置を開示している。
しかしながら特許文献1に開示されている光走査装置では、光源の発光時間を制御するための制御部を新たに設ける必要があるため、構成が複雑化すると共に、大型化してしまう。
そこで本発明は、小型且つ簡易な構成で被走査面上における光量ムラを低減することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
そこで本発明は、小型且つ簡易な構成で被走査面上における光量ムラを低減することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光走査装置は、光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、偏向器によって偏向された光束を被走査面に導光すると共に、軸上像高と最軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている結像光学系とを備え、軸上光束の主光線に対する偏向器の偏向面上の第1の偏向点における反射率に対する、偏向面上の第1の偏向点に対して主走査方向における一方の側において最も離間した第1の最軸外光束のマージナル光線に対する第2の偏向点における反射率の比の値をΔR1、第1の偏向点における反射率に対する、偏向面上の第1の偏向点に対して主走査方向における他方の側において最も離間した第2の最軸外光束のマージナル光線に対する第3の偏向点における反射率の比の値をΔR2としたとき、
1.05≦|ΔR1|≦1.50
1.05≦|ΔR2|≦1.50
なる条件を満たすことを特徴とする。
1.05≦|ΔR1|≦1.50
1.05≦|ΔR2|≦1.50
なる条件を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、小型且つ簡易な構成で被走査面上における光量ムラを低減することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
以下に、本実施形態に係る光走査装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
また以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向(偏向器によって光束が偏向走査される方向)である。副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面である。副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。
また以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向(偏向器によって光束が偏向走査される方向)である。副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面である。副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。
[第一実施形態]
従来、被走査面上を非等速で走査するような特性を有するように設計することで小型化を図った光走査装置が知られている。
そしてそのような光走査装置では、各像高において走査速度の違いに応じて単位面積当たりの露光量が異なるため、被走査面上において光量ムラが発生してしまうことが知られている。
従来、被走査面上を非等速で走査するような特性を有するように設計することで小型化を図った光走査装置が知られている。
そしてそのような光走査装置では、各像高において走査速度の違いに応じて単位面積当たりの露光量が異なるため、被走査面上において光量ムラが発生してしまうことが知られている。
また、そのような光走査装置において発生する光量ムラを低減するための方法も種々提案されている。例えば、各像高において光源の発光時間を異ならせることで、被走査面上における光量ムラを低減する方法が提案されている。
しかしながら、当該方法において光源の発光時間を変化させるためには、光源に対して電気的な制御を行う制御部を新たに設ける必要が生じる。
しかしながら、当該方法において光源の発光時間を変化させるためには、光源に対して電気的な制御を行う制御部を新たに設ける必要が生じる。
また、そのような光走査装置が搭載される画像形成装置において、被走査面の位置に各像高で光感度が異なる感光ドラムを配置することで、形成される画像において光量ムラを低減する方法も提案されている。
しかしながら当該方法では、そのように各像高で光感度が異なる特殊なドラム部材を設ける必要が生じる。
しかしながら当該方法では、そのように各像高で光感度が異なる特殊なドラム部材を設ける必要が生じる。
すなわち、上記に挙げた方法のいずれにおいても新たな構成部品やソフトウェアを設ける必要があるため、構成が複雑化したり、サイズやコストが増大してしまう。
そこで本実施形態は、被走査面上を非等速で走査する特性を有しながら、複雑な構成を必要とすることなく被走査面上において均一な光量分布を実現することができる光走査装置を提供することを目的としている。
そこで本実施形態は、被走査面上を非等速で走査する特性を有しながら、複雑な構成を必要とすることなく被走査面上において均一な光量分布を実現することができる光走査装置を提供することを目的としている。
図1(a)及び(b)はそれぞれ、第一実施形態に係る光走査装置100の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
本実施形態に係る光走査装置100は、光源101、絞り102、入射光学素子103、偏向器104及び結像光学素子105を備えている。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、絞り102及び入射光学素子103によって入射光学系75が構成され、結像光学素子105によって結像光学系85が構成される。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、絞り102及び入射光学素子103によって入射光学系75が構成され、結像光学素子105によって結像光学系85が構成される。
光源101としては、例えば半導体レーザーを用いることができ、発光点の数は一つであっても複数であってもよい。
絞り102は、楕円状の開口部を有しており、光源101から出射した光束の主走査方向及び副走査方向それぞれにおける光束径を制限する。
絞り102は、楕円状の開口部を有しており、光源101から出射した光束の主走査方向及び副走査方向それぞれにおける光束径を制限する。
入射光学素子103は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、絞り102を通過した光束を主走査断面内において平行光束に変換する。なおここで、平行光束とは厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束も含むものとする。本実施形態に係る光走査装置100では、絞り102を通過した光束が弱収束光束に変換されることで、結像光学素子105に必要な屈折力を低減している。
また入射光学素子103は、副走査断面内において正の屈折力を有しており、絞り102を通過した光束を副走査断面内において偏向器104の偏向面104aの近傍に集光することで主走査方向に長い線像を形成する。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104へ入射する際の光束の主走査断面内における幅は、偏向器104の偏向面104aの主走査断面内における幅よりも小さくなっている。
また入射光学素子103は、副走査断面内において正の屈折力を有しており、絞り102を通過した光束を副走査断面内において偏向器104の偏向面104aの近傍に集光することで主走査方向に長い線像を形成する。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104へ入射する際の光束の主走査断面内における幅は、偏向器104の偏向面104aの主走査断面内における幅よりも小さくなっている。
結像光学素子105は、主走査断面内及び副走査断面内それぞれにおいて正の屈折力を有しており、偏向器104によって偏向された光束を主走査断面内及び副走査断面内それぞれにおいて集光することで、被走査面106の近傍にスポット状の像を形成する。
具体的には、結像光学素子105は、入射面及び出射面の二つの光学面(レンズ面)を有しており、偏向器104の偏向面104aによって偏向された光束が主走査断面内において被走査面106上を所望の走査特性で走査するように構成されている。
また結像光学素子105は、副走査断面内において偏向器104の偏向面104aの近傍と被走査面106の近傍とを互いに共役の関係にすることで、面倒れ補償(すなわち、偏向面104aが倒れた際の被走査面106上における副走査方向の走査位置ずれの低減)を行っている。
具体的には、結像光学素子105は、入射面及び出射面の二つの光学面(レンズ面)を有しており、偏向器104の偏向面104aによって偏向された光束が主走査断面内において被走査面106上を所望の走査特性で走査するように構成されている。
また結像光学素子105は、副走査断面内において偏向器104の偏向面104aの近傍と被走査面106の近傍とを互いに共役の関係にすることで、面倒れ補償(すなわち、偏向面104aが倒れた際の被走査面106上における副走査方向の走査位置ずれの低減)を行っている。
このようにして、光源101から出射した光束は、絞り102及び入射光学素子103を通過した後、偏向器104の偏向面104aに入射する。
そして、偏向器104の偏向面104aによって反射偏向された光束は、結像光学素子105によって被走査面106に導光される。
本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104を不図示の駆動部によって一定速度で回転させることによって被走査面106上を矢印Scで示される主走査方向に光走査することで、被走査面106上に静電潜像が形成される。
そして、偏向器104の偏向面104aによって反射偏向された光束は、結像光学素子105によって被走査面106に導光される。
本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104を不図示の駆動部によって一定速度で回転させることによって被走査面106上を矢印Scで示される主走査方向に光走査することで、被走査面106上に静電潜像が形成される。
また本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104が所定の走査角度となった際に偏向された光束を不図示の同期検知光学系によって不図示の同期検知センサーへ導光している。
そして、同期検知センサーによって取得された同期検知信号に基づいて、偏向器104の回転速度が一定になるように制御している。
そして、同期検知センサーによって取得された同期検知信号に基づいて、偏向器104の回転速度が一定になるように制御している。
なお本実施形態に係る光走査装置100において入射光学素子103の代わりに、例えばカップリングレンズとシリンドリカルレンズとの複数の光学素子を設けても構わない。
また本実施形態に係る光走査装置100において入射光学素子103及び結像光学素子105としてはそれぞれ、射出成型によって形成されたプラスチックモールドレンズを用いているが、これに限らずガラスモールドレンズを用いてもよい。
モールドレンズは、非球面形状の形成が容易であると共に、大量生産にも適しているため、モールドレンズを用いることで入射光学素子103及び結像光学素子105それぞれの生産性及び光学性能の向上を図ることができる。
また本実施形態に係る光走査装置100において入射光学素子103及び結像光学素子105としてはそれぞれ、射出成型によって形成されたプラスチックモールドレンズを用いているが、これに限らずガラスモールドレンズを用いてもよい。
モールドレンズは、非球面形状の形成が容易であると共に、大量生産にも適しているため、モールドレンズを用いることで入射光学素子103及び結像光学素子105それぞれの生産性及び光学性能の向上を図ることができる。
次に、本実施形態に係る光走査装置100の諸元値を以下の表1、表2及び表3に示す。
表3に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている入射光学素子103の入射面は、回折格子が形成された回折面に設計されている。
これにより、プラスチック材料を用いた射出成型で形成されている入射光学素子103を、環境変動による屈折力の変化を半導体レーザーから出射する光束の波長の変化に伴う回折パワーの変化によって補償する、所謂温度補償光学系とすることができる。
これにより、プラスチック材料を用いた射出成型で形成されている入射光学素子103を、環境変動による屈折力の変化を半導体レーザーから出射する光束の波長の変化に伴う回折パワーの変化によって補償する、所謂温度補償光学系とすることができる。
入射光学素子103の入射面において、入射光学素子103の光軸との交点を原点とし、主走査断面内及び副走査断面内それぞれにおいて当該光軸と直交する軸をY軸及びZ軸としたとき、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている入射光学素子103の入射面に形成されている回折面は、以下の式(1)に表されるような位相関数によって定義される。
ここで、φは位相関数、Mは回折次数、λは設計波長である。なお、本実施形態に係る光走査装置100では、1次回折光(すなわち、回折次数Mは1)を用いており、設計波長λは790nmとなっている。
また、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105の入射面及び出射面の母線形状は、Yの10次までの関数で表すことができる非球面形状によって構成されている。
具体的には、結像光学素子105の入射面及び出射面それぞれにおいて、結像光学素子105の光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面内において当該光軸と直交する軸をY軸としたとき、母線形状が以下の式(2)のように定義される。
具体的には、結像光学素子105の入射面及び出射面それぞれにおいて、結像光学素子105の光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面内において当該光軸と直交する軸をY軸としたとき、母線形状が以下の式(2)のように定義される。
また、結像光学素子105の入射面及び出射面それぞれにおいて、結像光学素子105の光軸との交点を原点とし、副走査断面内において当該光軸と直交する軸をZ軸としたとき、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105の入射面及び出射面の子線形状は、以下の式(3)のように定義される。
ここで、Sは母線方向の各位置における母線の法線を含み主走査断面に垂直な面内に定義される子線形状である。
また、結像光学素子105の入射面及び出射面それぞれにおける結像光学素子105の光軸から主走査方向にYだけ離間した位置での副走査断面内における曲率半径、すなわち子線曲率半径r’は、以下の式(4)のように定義される。
ここで、rは光軸上における子線曲率半径、E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9及びE10は子線変化係数である。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、光学面の形状を上記に示した式(1)乃至(4)によって定義したが、本発明の権利の範囲はこれに制限されるものではない。
以上のように、式(2)は、主走査断面(XY断面)内における光学面の形状(母線形状)を示しており、式(3)は、任意の像高Yにおける副走査断面(XZ断面)内における光学面の形状(子線形状)を示している。
そしてこのとき、式(4)に示したように、光学面の子線曲率半径r’は、Yの値に応じて変化する。
そしてこのとき、式(4)に示したように、光学面の子線曲率半径r’は、Yの値に応じて変化する。
次に、本実施形態に係る光走査装置100における走査特性について説明する。
本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105は、通過する走査光束が被走査面106上において等速性を有さないような走査特性を有している。
そして、結像光学素子105がこのような走査特性を有することによって結像光学素子105を偏向器104に近接して配置することを可能にすることで、結像光学素子105の小径化及び光走査装置100の小型化を実現することができる。
本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105は、通過する走査光束が被走査面106上において等速性を有さないような走査特性を有している。
そして、結像光学素子105がこのような走査特性を有することによって結像光学素子105を偏向器104に近接して配置することを可能にすることで、結像光学素子105の小径化及び光走査装置100の小型化を実現することができる。
具体的には、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105が有する走査特性は、以下の式(5)のように表される。
ここで、偏向器104による走査角度をθ[rad]、走査角度θの方向に偏向された光束の被走査面106上での主走査方向における集光位置(像高)をY[mm]、軸上像高における結像係数をKK[mm/rad]としている。
なお、本実施形態に係る光走査装置100では、軸上像高とは光軸上の像高(Y=0)を指し、走査角度θ=0に対応する。
また、軸外像高とは光軸外の像高(Y≠0)、すなわち走査角度θ≠0に対応し、最軸外像高とは走査角度θが最大(最大走査画角)となるときの像高を指す。
また、軸外像高とは光軸外の像高(Y≠0)、すなわち走査角度θ≠0に対応し、最軸外像高とは走査角度θが最大(最大走査画角)となるときの像高を指す。
また、式(5)における結像係数KKは、結像光学素子105に完全平行光束が入射する場合の走査特性(fθ特性)Y=fθにおけるfに相当する係数である。
すなわち結像係数KKは、結像光学素子105に完全平行光束以外の光束が入射する場合に、fθ特性と同様に像高Yと走査角度θとを互いに比例関係にするための係数である。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、結像光学素子105へ入射する光束を主走査方向において弱収束光束に設定しており、それに合わせるように軸上像高における結像係数KKを設定している。
すなわち結像係数KKは、結像光学素子105に完全平行光束以外の光束が入射する場合に、fθ特性と同様に像高Yと走査角度θとを互いに比例関係にするための係数である。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、結像光学素子105へ入射する光束を主走査方向において弱収束光束に設定しており、それに合わせるように軸上像高における結像係数KKを設定している。
また式(5)におけるαは、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている結像光学素子105の走査特性を決定するための係数(以下、走査特性係数と称する。)であり、表1に示されているように、正の値に設定されている。
例えばα=0の場合には、式(5)はY=KK・θとなることから、従来の光走査装置に用いられる結像光学素子の走査特性であるY=fθに対応する。
例えばα=0の場合には、式(5)はY=KK・θとなることから、従来の光走査装置に用いられる結像光学素子の走査特性であるY=fθに対応する。
ここで式(7)に示されている(dY/dθ)/KKは、軸上像高に対する各軸外像高における等速性からのずれ量、すなわち軸上像高における部分倍率に対する軸外像高における部分倍率の比の値(部分倍率ずれ)に対応する。
すなわち本実施形態に係る光走査装置100のようにα=0を満たさない場合には、式(6)に示されているように、軸上像高と軸外像高とで光束による走査速度が互いに異なることとなる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置100では、結像光学系85は、軸上像高と軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている。
すなわち本実施形態に係る光走査装置100のようにα=0を満たさない場合には、式(6)に示されているように、軸上像高と軸外像高とで光束による走査速度が互いに異なることとなる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置100では、結像光学系85は、軸上像高と軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている。
図2は、本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれの像高依存性を示している。
図2に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100では、部分倍率は、主走査方向に沿って軸上像高から一方の最軸外像高に行くにつれて大きくなると共に、軸上像高から他方の最軸外像高に行くにつれて大きくなる。
すなわち本実施形態に係る光走査装置100では、軸外像高における走査速度が軸上像高に比べて大きくなるように設定されている。
すなわち本実施形態に係る光走査装置100では、軸外像高における走査速度が軸上像高に比べて大きくなるように設定されている。
これにより、軸外像高における走査位置(単位時間当たりの走査距離)は部分倍率ずれに応じて間延びしてしまう。
そのため、偏向器104を等角速度で回転させながら被走査面106を光走査した場合には、被走査面106上における主走査方向の光量分布においてムラが発生してしまう。
また、式(7)からもわかるように、本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれは、像高に関して二次関数的なプロファイルを呈する。
そのため、偏向器104を等角速度で回転させながら被走査面106を光走査した場合には、被走査面106上における主走査方向の光量分布においてムラが発生してしまう。
また、式(7)からもわかるように、本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれは、像高に関して二次関数的なプロファイルを呈する。
次に、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている偏向器104の構成について説明する。
上述のように本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104を一定の速度で回転させることによって入射光学素子103を通過した光束を走査角度θを変えながら偏向することで、被走査面106上を光走査している。
このとき、偏向面104aへの光束の入射角度は、偏向される走査角度θに応じて異なる。そのため、偏向面104aの反射率に適切な入射角度依存性を付与することによって、上述の非等速走査に伴う被走査面106上における光量ムラを低減することが可能となる。
なおここで、偏向面104aへの光束の入射角度は、偏向面104aへの当該光束の主光線の入射方向が偏向面104aの法線方向に対して成す角度(鋭角)として定義する。
このとき、偏向面104aへの光束の入射角度は、偏向される走査角度θに応じて異なる。そのため、偏向面104aの反射率に適切な入射角度依存性を付与することによって、上述の非等速走査に伴う被走査面106上における光量ムラを低減することが可能となる。
なおここで、偏向面104aへの光束の入射角度は、偏向面104aへの当該光束の主光線の入射方向が偏向面104aの法線方向に対して成す角度(鋭角)として定義する。
具体的に本実施形態に係る光走査装置100では、被走査面106上の軸上像高を走査するように偏向器104によって偏向される光束(以下、軸上光束と称する。)の主光線の偏向面104a上の偏向点(以下、軸上偏向点と称する。)への入射角度は、約45.0°となっている。
また主走査方向の一方の側において軸上偏向点から最も離間した、被走査面106上の一方の最軸外像高(書き始め側)を走査するように偏向器104によって偏向される光束(以下、最軸外光束と称する。)のマージナル光線の偏向面104a上の偏向点(以下、最軸外偏向点と称する。)への入射角度は、約19.5°となっている。
また主走査方向の他方の側において軸上偏向点から最も離間した、被走査面106上の他方の最軸外像高(書き終わり側)を走査するように偏向器104によって偏向される最軸外光束のマージナル光線の偏向面104a上の最軸外偏向点への入射角度は、約70.5°となっている。
また主走査方向の一方の側において軸上偏向点から最も離間した、被走査面106上の一方の最軸外像高(書き始め側)を走査するように偏向器104によって偏向される光束(以下、最軸外光束と称する。)のマージナル光線の偏向面104a上の偏向点(以下、最軸外偏向点と称する。)への入射角度は、約19.5°となっている。
また主走査方向の他方の側において軸上偏向点から最も離間した、被走査面106上の他方の最軸外像高(書き終わり側)を走査するように偏向器104によって偏向される最軸外光束のマージナル光線の偏向面104a上の最軸外偏向点への入射角度は、約70.5°となっている。
また本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104としては、樹脂成形によって形成された基板上に適切な反射率角度特性を有する反射膜が設けられた偏向面を四つ有するポリゴンミラー(多面鏡)が用いられる。
しかしながら、これに限らず金属やガラスによって形成された基板上に適切な反射率角度特性を有する反射膜を設けることによっても、本実施形態の効果を得ることができる。
しかしながら、これに限らず金属やガラスによって形成された基板上に適切な反射率角度特性を有する反射膜を設けることによっても、本実施形態の効果を得ることができる。
また、ポリゴンミラーに限らず、例えばガルバノミラー等の反射素子に適切な反射率角度特性を有する反射膜を設けることによっても、本実施形態の効果を得ることができる。
また、偏向面の数も四つに限られることは無く、例えば五つ以上の偏向面を有するポリゴンミラーにおいても本実施形態の効果を得ることができる。
また、偏向面の数も四つに限られることは無く、例えば五つ以上の偏向面を有するポリゴンミラーにおいても本実施形態の効果を得ることができる。
次に、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aに形成される反射膜の構成について説明する。
上述のように、非等速走査に伴う被走査面106上における光量ムラは、偏向面104aへの光束の入射角度に応じて反射率が変化するような特性を偏向面104aに付与することで、低減することができる。
本実施形態に係る光走査装置100では、具体的には、走査速度が大きくなる軸外像高を走査するように偏向される光束(以下、軸外光束と称する。)の入射角度に対して、反射率を増大させるような反射率角度特性を有する反射膜を偏向面104aに付与すればよい。
すなわち、軸上光束の入射角度に比べて小さい又は大きい入射角度において、反射率を増大させるような反射率角度特性を有する反射膜を偏向面104aに付与すればよい。
本実施形態に係る光走査装置100では、具体的には、走査速度が大きくなる軸外像高を走査するように偏向される光束(以下、軸外光束と称する。)の入射角度に対して、反射率を増大させるような反射率角度特性を有する反射膜を偏向面104aに付与すればよい。
すなわち、軸上光束の入射角度に比べて小さい又は大きい入射角度において、反射率を増大させるような反射率角度特性を有する反射膜を偏向面104aに付与すればよい。
図3(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aにおいて成膜を行うための真空蒸着装置200の模式的断面図及び一部拡大模式的断面図を示している。
真空蒸着装置200には、内部を真空状態に維持することができる成膜室201と、成膜室201を排気する真空ポンプ等から構成される排気系202とが設けられている。
そして成膜室201には、公転軸203を中心に公転駆動が可能な公転部品204が配置されており、駆動機構205によってギア206を介して公転部品204の公転駆動が行われる。
そして成膜室201には、公転軸203を中心に公転駆動が可能な公転部品204が配置されており、駆動機構205によってギア206を介して公転部品204の公転駆動が行われる。
偏向器104は、中心に形成されている孔を成膜室201に設けられている自転軸部品207が貫通するように複数積層されて配置される。
そして、そのように複数の偏向器104が配置された自転軸部品207が、公転部品204に対して角度Sθをなすように傾けて設置され、不図示の駆動機構によって自転軸部品207の自転駆動が行われる。
このように、公転部品204が公転駆動すると共に自転軸部品207が自転駆動することによって、偏向器104が自公転駆動した状態で偏向面104aにおいて成膜が行われる。
そして、そのように複数の偏向器104が配置された自転軸部品207が、公転部品204に対して角度Sθをなすように傾けて設置され、不図示の駆動機構によって自転軸部品207の自転駆動が行われる。
このように、公転部品204が公転駆動すると共に自転軸部品207が自転駆動することによって、偏向器104が自公転駆動した状態で偏向面104aにおいて成膜が行われる。
また真空蒸着装置200には、ライナー208、イオン銃209及び水晶膜厚センサー210が設けられている。
さらに成膜室201には、酸素ガスを導入するための不図示のアルゴン導入ライン及び酸素導入ラインが設けられている。
そしてライナー208は、公転軸203から距離OFSだけ離間すると共に、偏向器104から高さSLだけ離間した位置に配置される。
さらに成膜室201には、酸素ガスを導入するための不図示のアルゴン導入ライン及び酸素導入ラインが設けられている。
そしてライナー208は、公転軸203から距離OFSだけ離間すると共に、偏向器104から高さSLだけ離間した位置に配置される。
また図3(b)に示されているように、複数の偏向器104は自転軸部品207の軸方向に沿って、偏向面104aに垂直な面104bが上方を向くと共に、スペーサ211を介して互いに対して隙間Gだけ離間するように配置される。
なお、偏向器104の偏向面104a上に反射膜を成膜するための成膜方法については、何ら限定されることはなく、公知の成膜技術である真空蒸着法やスパッタリング法等を用いれば所定の特性を有する反射膜を成膜することができる。
なお、偏向器104の偏向面104a上に反射膜を成膜するための成膜方法については、何ら限定されることはなく、公知の成膜技術である真空蒸着法やスパッタリング法等を用いれば所定の特性を有する反射膜を成膜することができる。
次に、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜の構成を以下の表4に示す。
表4に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aには、五層の多層膜から形成される反射膜が付与されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2(二酸化ケイ素)で成膜された第1層が形成されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2(二酸化ケイ素)で成膜された第1層が形成されている。
そして、第1層上において、金属層として金属材料Al(アルミニウム)を主成分として成膜された第2層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第3層(第1の低屈折率誘電体層)、高屈折率誘電体材料Ta2O5(五酸化タンタル)で成膜された第4層(高屈折率誘電体層)、最表層として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第5層(第2の低屈折率誘電体層)の順に積層されるように多層膜が形成されている。なお、ここでいう主成分とは、当該成分が95%以上含まれていることを指す。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜を形成する多層膜は、基板側から順に、下地層、金属層、第1の低屈折率誘電体層、高屈折率誘電体層及び第2の低屈折率誘電体層を含んでいる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜を形成する多層膜は、基板側から順に、下地層、金属層、第1の低屈折率誘電体層、高屈折率誘電体層及び第2の低屈折率誘電体層を含んでいる。
なお低屈折率誘電体材料SiO2は、波長λ=790nmにおける屈折率1.45を有しており、高屈折率誘電体材料Ta2O5は、波長λ=790nmにおける屈折率1.99を有している。
また、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜における膜構成や膜構造は、上記に限られない。
また表4に示されている各層の物理膜厚とは、各層に成膜されている膜の厚さを示している。
また、本実施形態に係る光走査装置100に設けられる偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜における膜構成や膜構造は、上記に限られない。
また表4に示されている各層の物理膜厚とは、各層に成膜されている膜の厚さを示している。
そして偏向面104aにおいて多層膜の成膜を行う際には、成膜室201の圧力が1.3×10-2Paまで減圧されるように排気系202によって排気を行った後、ライナー208によって上記の各材料を偏向面104aに蒸着する。
また成膜速度は、水晶膜厚センサー210によって制御され、具体的には金属材料Al、低屈折率誘電体材料SiO2及び高屈折率誘電体材料Ta2O5それぞれにおいて2.5nm/sec、1.6nm/sec及び0.4nm/secに設定されている。
また低屈折率誘電体材料SiO2及び高屈折率誘電体材料Ta2O5の成膜を行う際には、イオン銃209によってイオンアシストを行っている。
また成膜速度は、水晶膜厚センサー210によって制御され、具体的には金属材料Al、低屈折率誘電体材料SiO2及び高屈折率誘電体材料Ta2O5それぞれにおいて2.5nm/sec、1.6nm/sec及び0.4nm/secに設定されている。
また低屈折率誘電体材料SiO2及び高屈折率誘電体材料Ta2O5の成膜を行う際には、イオン銃209によってイオンアシストを行っている。
図4は、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている偏向器104の偏向面104aの反射率の入射角度依存性を示している。なお図4では、P偏光成分についての反射率のみを示している。
図4に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100では、一方の最軸外光束及び他方の最軸外光束それぞれのマージナル光線の偏向面104a上の最軸外偏向点への入射角度である19.5°及び70.5°近傍において反射率が相対的に大きくなるような特性が設定されている。
一方、軸上光束の主光線の偏向面104a上の軸上偏向点への入射角度である45.0°近傍では、反射率が相対的に小さくなるような特性が設定されている。
一方、軸上光束の主光線の偏向面104a上の軸上偏向点への入射角度である45.0°近傍では、反射率が相対的に小さくなるような特性が設定されている。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104の偏向面104aの反射率は、図4に示されているように入射角度に対して直線的な変化ではなく、上述の走査速度の変化に応じた曲線的な変化を呈している。
これは、被走査面106上における走査速度の増大に伴う露光量の低下を相殺するためである。
これは、被走査面106上における走査速度の増大に伴う露光量の低下を相殺するためである。
ここで、偏向器104の偏向面104a上の軸上偏向点(第1の偏向点)における反射率に対する、主走査方向の一方の側での最軸外偏向点(第2の偏向点)における反射率の比の値をΔR1とする。
また、軸上偏向点における反射率に対する、主走査方向の他方の側での最軸外偏向点(第3の偏向点)における反射率の比の値をΔR2とする。
このとき本実施形態に係る光走査装置100では、以下の条件式(8)及び(9)が満たされている。
また、軸上偏向点における反射率に対する、主走査方向の他方の側での最軸外偏向点(第3の偏向点)における反射率の比の値をΔR2とする。
このとき本実施形態に係る光走査装置100では、以下の条件式(8)及び(9)が満たされている。
条件式(8)又は条件式(9)の上限値を上回るほど軸上偏向点に対する最軸外偏向点の反射率の比の値が大きくなると、偏向面104aにおいてそのような反射率角度特性を実現する膜構成を有する反射膜を形成することが困難となる。
一方、条件式(8)又は条件式(9)の下限値を下回るほど軸上偏向点に対する最軸外偏向点の反射率の比の値が小さくなると、本実施形態に係る光走査装置100のような非等速走査特性によって生じる被走査面106上における光量ムラを十分に低減することが困難となる。
一方、条件式(8)又は条件式(9)の下限値を下回るほど軸上偏向点に対する最軸外偏向点の反射率の比の値が小さくなると、本実施形態に係る光走査装置100のような非等速走査特性によって生じる被走査面106上における光量ムラを十分に低減することが困難となる。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、|ΔR1|=1.20及び|ΔR2|=1.18であることから、条件式(8)乃至(8b)及び条件式(9)乃至(9b)のいずれも満たされていることがわかる。
図5(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置100における主走査方向及び副走査方向のLSF(Line Spread Function)深度中心位置(以下、主走査LSF深度中心位置及び副走査LSF深度中心位置と称する。)の像高依存性を示している。
ここでLSF深度中心位置とは、被走査面106の近傍において結像光学系85の光軸方向にデフォーカスを行った際に、LSFスポット径が所定の大きさ(スライスレベル)以下となる前側ピント許容位置と後側ピント許容位置との間の領域の中心位置のことを指す。
ここでLSF深度中心位置とは、被走査面106の近傍において結像光学系85の光軸方向にデフォーカスを行った際に、LSFスポット径が所定の大きさ(スライスレベル)以下となる前側ピント許容位置と後側ピント許容位置との間の領域の中心位置のことを指す。
なお、主走査方向におけるLSFスポット径とは、スポットプロファイルを各像高において副走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して13.5%の位置でスライスした時の幅のことを指す。
また、副走査方向におけるLSFスポット径とは、スポットプロファイルを各像高において主走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して13.5%の位置でスライスした時の幅のことを指す。
また本実施形態に係る光走査装置100では、主走査方向及び副走査方向双方において、像高全域にわたって120μmをスライスレベルに設定している。
また、副走査方向におけるLSFスポット径とは、スポットプロファイルを各像高において主走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して13.5%の位置でスライスした時の幅のことを指す。
また本実施形態に係る光走査装置100では、主走査方向及び副走査方向双方において、像高全域にわたって120μmをスライスレベルに設定している。
図5(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±1mm以内になっており、良好な結像性能を達成できていることがわかる。
図6は、本実施形態に係る光走査装置100による被走査面106上における光量分布を示している。
なお図6に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
なお図6に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
図6に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100による被走査面106上における光量分布では、全像高にわたって100%±約5%の範囲に光量が維持されており、略均一な光量分布を実現できていることがわかる。
図18(a)は、従来の光走査装置に設けられている偏向器の偏向面の反射率の入射角度依存性を示している。
また図18(b)は、従来の光走査装置による被走査面上における光量分布を示している。
なお、ここでの従来の光走査装置は、偏向器104の代わりに一般的なアルミ製のポリゴンミラーを用いていること以外は、本実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有している。
また図18(b)は、従来の光走査装置による被走査面上における光量分布を示している。
なお、ここでの従来の光走査装置は、偏向器104の代わりに一般的なアルミ製のポリゴンミラーを用いていること以外は、本実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有している。
図18(a)に示されているように、従来の光走査装置では、軸上偏向点における反射率に対する一方の最軸外偏向点における反射率の比の値ΔR1は、1.02となっている。
また、軸上偏向点における反射率に対する他方の最軸外偏向点における反射率の比の値ΔR2は、1.02となっている。
そして図18(b)に示されているように、軸上像高に対して双方の最軸外像高において光量は最大である約17%低下しており、被走査面上において光量ムラが低減できていないことがわかる。
また、軸上偏向点における反射率に対する他方の最軸外偏向点における反射率の比の値ΔR2は、1.02となっている。
そして図18(b)に示されているように、軸上像高に対して双方の最軸外像高において光量は最大である約17%低下しており、被走査面上において光量ムラが低減できていないことがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置100では、以下の条件式(10)乃至(15)の少なくとも一つが満たされていることが好ましい。
ここで、ΔY1はΔR1に対応する最軸外光束(第1の最軸外光束)が到達する最軸外像高(第1の最軸外像高)における部分倍率ずれの大きさ、ΔY2はΔR2に対応する最軸外光束(第2の最軸外光束)が到達する最軸外像高(第2の最軸外像高)における部分倍率ずれの大きさである。
また、ψは入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度(ラジアン)である。
また、θexは偏向面104aの反射率の入射角度依存性において最小値を取るときの角度(ラジアン)であり、換言すると、軸上光束及び軸外光束それぞれの主光線に対する偏向面104a上の偏向点のうち反射率が最も小さい偏向点に入射する際の主光線の入射角度である。
また、ψは入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度(ラジアン)である。
また、θexは偏向面104aの反射率の入射角度依存性において最小値を取るときの角度(ラジアン)であり、換言すると、軸上光束及び軸外光束それぞれの主光線に対する偏向面104a上の偏向点のうち反射率が最も小さい偏向点に入射する際の主光線の入射角度である。
条件式(10)又は条件式(11)の上限値を上回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが大きくなると、被走査面106上における光量分布を均一化させるための偏向面104aにおける反射率角度特性を実現する膜構成を有する反射膜を形成することが困難となる。
一方、条件式(10)又は条件式(11)の下限値を下回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが小さくなると、等速走査系に近づくため、結像光学素子105を偏向器104に近接して配置した場合に結像性能が悪化してしまう。
一方、条件式(10)又は条件式(11)の下限値を下回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが小さくなると、等速走査系に近づくため、結像光学素子105を偏向器104に近接して配置した場合に結像性能が悪化してしまう。
また、条件式(12)又は条件式(13)の上限値を上回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが大きくなる、若しくは軸上偏向点における反射率に対する最軸外偏向点における反射率の比の値が小さくなると、被走査面106上の軸外像高における部分倍率ずれに伴う光量の低下を補正しきれなくなってしまう。
一方、条件式(12)又は条件式(13)の下限値を下回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが小さくなる、若しくは軸上偏向点における反射率に対する最軸外偏向点における反射率の比の値が大きくなると、被走査面106上の軸外像高における部分倍率ずれによる光量の低下を過剰に補正してしまうことで、軸外像高において光量の上昇が発生してしまう。
一方、条件式(12)又は条件式(13)の下限値を下回るほど本実施形態に係る光走査装置100における部分倍率ずれが小さくなる、若しくは軸上偏向点における反射率に対する最軸外偏向点における反射率の比の値が大きくなると、被走査面106上の軸外像高における部分倍率ずれによる光量の低下を過剰に補正してしまうことで、軸外像高において光量の上昇が発生してしまう。
また、条件式(14)の上限値を上回るほど入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度が大きくなると、一方の最軸外像高を走査するように偏向される最軸外光束の偏向器104への入射角度が小さくなり過ぎてしまい、偏向面104a上において当該最軸外光束がケラレてしまう。
一方、条件式(14)の下限値を下回るほど入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度が小さくなると、入射光学系75を通過する光束の光路と結像光学素子105とが互いに干渉してしまうため、同期検知光学系の光路を確保することが困難となる。或いは、入射光学系75を通過する光束の光路と入射光学系75に近い側の軸外像高を走査するように結像光学系85を通過する光束の光路とが互いに干渉してしまうため、光走査装置100の小型化が困難となる。
一方、条件式(14)の下限値を下回るほど入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度が小さくなると、入射光学系75を通過する光束の光路と結像光学素子105とが互いに干渉してしまうため、同期検知光学系の光路を確保することが困難となる。或いは、入射光学系75を通過する光束の光路と入射光学系75に近い側の軸外像高を走査するように結像光学系85を通過する光束の光路とが互いに干渉してしまうため、光走査装置100の小型化が困難となる。
また、条件式(15)の上限値を上回る、若しくは下限値を下回るほど偏向面104aの反射率の入射角度依存性において最小値を取るときの角度が軸上偏向点における入射角度からずれると、被走査面106上における光量分布を均一化させるための偏向面104aにおける反射率角度特性を実現する膜構成が複雑化してしまう。或いは、被走査面106上における光量分布において一方の軸外像高と他方の軸外像高との間での非対称な成分が大きくなってしまう。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、|ΔY1|=1.29、|ΔY2|=1.29であることから、条件式(10)乃至(10b)及び(11)乃至(11b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置100では、|ΔY1/ΔR1|=1.07、|ΔY2/ΔR2|=1.09であることから、条件式(12)乃至(12b)及び(13)乃至(13b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置100では、|ψ|=1.57ラジアン、|θex|=0.83ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置100では、|ΔY1/ΔR1|=1.07、|ΔY2/ΔR2|=1.09であることから、条件式(12)乃至(12b)及び(13)乃至(13b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置100では、|ψ|=1.57ラジアン、|θex|=0.83ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置100では、表1乃至表3に示されている光学系の構成に対して、表4に示されている構成を有する反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与することで、被走査面106上における光量ムラを低減することができる。
なお本実施形態に係る光走査装置100では、金属層として金属材料Alを主成分として成膜された層を用いているが、これに限らず、銅、銀又は金を主成分として形成されている層を用いても構わない。
また本実施形態に係る光走査装置100では、偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜を形成する多層膜は、基板側から順に、下地層、金属層、第1の低屈折率誘電体層、高屈折率誘電体層及び第2の低屈折率誘電体層を含んでいる。
しかしながらこれに限らず、偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜を形成する多層膜は、基板側から順に、下地層、金属層、第1の高屈折率誘電体層、低屈折率誘電体層及び第2の高屈折率誘電体層を含んでいても構わない。
しかしながらこれに限らず、偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜を形成する多層膜は、基板側から順に、下地層、金属層、第1の高屈折率誘電体層、低屈折率誘電体層及び第2の高屈折率誘電体層を含んでいても構わない。
また本実施形態に係る光走査装置100では、低屈折率誘電体層を形成する低屈折率誘電体材料としてSiO2を用いているが、これに限らず、MgF2(フッ化マグネシウム)を用いてもよく、SiO2とMgF2との双方を用いても構わない。
また本実施形態に係る光走査装置100では、高屈折率誘電体層を形成する高屈折率誘電体材料としてTa2O5を用いているが、これに限らず、Nb2O5(五酸化ニオブ)、TiO2(二酸化チタン)、ZrO2(酸化ジルコニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)及びAl2O3(酸化アルミニウム)のいずれかを用いてもよい。さらに、高屈折率誘電体層を上記の高屈折率誘電体材料の複数を用いて形成しても構わない。
[第二実施形態]
図7(a)及び(b)はそれぞれ、第二実施形態に係る光走査装置300の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
なお、本実施形態に係る光走査装置300は第一実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有しているため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。
図7(a)及び(b)はそれぞれ、第二実施形態に係る光走査装置300の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
なお、本実施形態に係る光走査装置300は第一実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有しているため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。
また、本実施形態に係る光走査装置300の諸元値を以下の表5、表6及び表7に示す。
表5に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300では、入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度ψが、1.222ラジアン(約70°)となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置300では、軸上光束の主光線の偏向器104上の軸上偏向点への入射角度は、約35°となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置300では、軸上光束の主光線の偏向器104上の軸上偏向点への入射角度は、約35°となっている。
図8は、本実施形態に係る光走査装置300における部分倍率ずれの像高依存性を示している。
図8に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300では、最軸外像高において軸上像高に対して最大である約130%の部分倍率ずれが発生している。
図8に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300では、最軸外像高において軸上像高に対して最大である約130%の部分倍率ずれが発生している。
次に、本実施形態に係る光走査装置300に設けられる偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜の構成を以下の表8に示す。
表8に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300に設けられる偏向器104の偏向面104aには、九層の多層膜から形成される反射膜が付与されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第1層が形成されている。
そして、第1層上において、金属層として金属材料Alを主成分として成膜された第2層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第3層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第4層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第5層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第6層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第7層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第8層、最表層として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第9層の順に積層されるように多層膜が形成されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第1層が形成されている。
そして、第1層上において、金属層として金属材料Alを主成分として成膜された第2層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第3層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第4層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第5層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第6層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第7層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第8層、最表層として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第9層の順に積層されるように多層膜が形成されている。
図9は、本実施形態に係る光走査装置300に設けられている偏向器104の偏向面104aの反射率の入射角度依存性を示している。なお図9では、P偏光成分についての反射率のみを示している。
上述のように、本実施形態に係る光走査装置300では、軸上光束の主光線の偏向面104a上の軸上偏向点への入射角度は、約35°となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置300では、図9に示されているように、当該反射率が最小値を取る角度が約35°となるように、上記のように九層の多層膜から形成される反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与している。
そのため本実施形態に係る光走査装置300では、図9に示されているように、当該反射率が最小値を取る角度が約35°となるように、上記のように九層の多層膜から形成される反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与している。
図10(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置300における主走査及び副走査LSF深度中心位置の像高依存性を示している。
図10(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±1mm以内になっており、良好な結像性能を達成できていることがわかる。
図10(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±1mm以内になっており、良好な結像性能を達成できていることがわかる。
図11は、本実施形態に係る光走査装置300による被走査面106上における光量分布を示している。
なお図11に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
なお図11に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
図11に示されているように、本実施形態に係る光走査装置300による被走査面106上における光量分布では、全像高にわたって100%乃至約109%の範囲に光量が維持されており、略均一な光量分布を実現できていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ΔR1|=1.26及び|ΔR2|=1.26であることから、条件式(8)乃至(8b)及び条件式(9)乃至(9b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ΔY1|=1.30、|ΔY2|=1.30であることから、条件式(10)乃至(10b)及び(11)乃至(11b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ΔY1|=1.30、|ΔY2|=1.30であることから、条件式(10)乃至(10b)及び(11)乃至(11b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ΔY1/ΔR1|=1.03、|ΔY2/ΔR2|=1.03であることから、条件式(12)乃至(12b)及び(13)乃至(13b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ψ|=1.22ラジアン、|θex|=0.61ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置300では、|ψ|=1.22ラジアン、|θex|=0.61ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置300では、表5乃至表7に示されている光学系の構成に対して、表8に示されている構成を有する反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与することで、被走査面106上における光量ムラを低減することができる。
[第三実施形態]
図12(a)及び(b)はそれぞれ、第三実施形態に係る光走査装置400の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
なお、本実施形態に係る光走査装置400は第一実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有しているため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。
図12(a)及び(b)はそれぞれ、第三実施形態に係る光走査装置400の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
なお、本実施形態に係る光走査装置400は第一実施形態に係る光走査装置100と同一の構成を有しているため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。
また、本実施形態に係る光走査装置400の諸元値を以下の表9、表10及び表11に示す。
表9に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400では、入射光学系75の光軸が結像光学系85の光軸に対してなす角度ψが、1.745ラジアン(約100°)となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置400では、軸上光束の主光線の偏向器104上の軸上偏向点への入射角度は、約50°となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置400では、軸上光束の主光線の偏向器104上の軸上偏向点への入射角度は、約50°となっている。
図13は、本実施形態に係る光走査装置400における部分倍率ずれの像高依存性を示している。
図13に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400では、最軸外像高において軸上像高に対して最大である約129%の部分倍率ずれが発生している。
図13に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400では、最軸外像高において軸上像高に対して最大である約129%の部分倍率ずれが発生している。
次に、本実施形態に係る光走査装置400に設けられる偏向器104の偏向面104aに付与される反射膜の構成を以下の表12に示す。
表12に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400に設けられる偏向器104の偏向面104aには、九層の多層膜から形成される反射膜が付与されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第1層が形成されている。
そして、第1層上において、金属層として金属材料Alを主成分として成膜された第2層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第3層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第4層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第5層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第6層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第7層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第8層、最表層として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第9層の順に積層されるように多層膜が形成されている。
具体的には、所定の樹脂で形成されている母材である第0層と金属層である第2層との間において光学性能に影響を与えずに密着性を向上させるための下地層(密着層)として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第1層が形成されている。
そして、第1層上において、金属層として金属材料Alを主成分として成膜された第2層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第3層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第4層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第5層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第6層、低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第7層、高屈折率誘電体材料Ta2O5で成膜された第8層、最表層として低屈折率誘電体材料SiO2で成膜された第9層の順に積層されるように多層膜が形成されている。
図14は、本実施形態に係る光走査装置400に設けられている偏向器104の偏向面104aの反射率の入射角度依存性を示している。なお図14では、P偏光成分についての反射率のみを示している。
上述のように、本実施形態に係る光走査装置400では、軸上光束の主光線の偏向面104a上の軸上偏向点への入射角度は、約50°となっている。
そのため本実施形態に係る光走査装置400では、図14に示されているように、当該反射率が最小値を取る角度が約50°となるように、上記のように九層の多層膜から形成される反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与している。
そのため本実施形態に係る光走査装置400では、図14に示されているように、当該反射率が最小値を取る角度が約50°となるように、上記のように九層の多層膜から形成される反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与している。
図15(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置400における主走査及び副走査LSF深度中心位置の像高依存性を示している。
図15(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±1mm以内になっており、良好な結像性能を達成できていることが分かる。
図15(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±1mm以内になっており、良好な結像性能を達成できていることが分かる。
図16は、本実施形態に係る光走査装置400による被走査面106上における光量分布を示している。
なお図16に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
なお図16に示されている光量分布は、軸上像高における光量を100%として正規化して示している。
図16に示されているように、本実施形態に係る光走査装置400による被走査面106上における光量分布では、全像高にわたって約100%乃至約108%の範囲に光量が維持されており、略均一な光量分布を実現できていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ΔR1|=1.32及び|ΔR2|=1.28であることから、条件式(8)乃至(8b)及び条件式(9)乃至(9b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ΔY1|=1.29、|ΔY2|=1.29であることから、条件式(10)乃至(10b)及び(11)乃至(11b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ΔY1|=1.29、|ΔY2|=1.29であることから、条件式(10)乃至(10b)及び(11)乃至(11b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ΔY1/ΔR1|=0.97、|ΔY2/ΔR2|=1.01であることから、条件式(12)乃至(12b)及び(13)乃至(13b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ψ|=1.75ラジアン、|θex|=0.92ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
また本実施形態に係る光走査装置400では、|ψ|=1.75ラジアン、|θex|=0.92ラジアンであることから、条件式(14)乃至(14b)及び(15)乃至(15b)のいずれも満たされていることがわかる。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置400では、表9乃至表11に示されている光学系の構成に対して、表12に示されている構成を有する反射膜を偏向器104の偏向面104aに付与することで、被走査面106上における光量ムラを低減することができる。
また、第一乃至第三実施形態に係る光走査装置それぞれにおける条件式(8)乃至(15)に対応する値を以下の表13に示す。
以上、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されることはなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
[画像形成装置]
図17は、第一乃至第三実施形態のいずれかに係る光走査装置である光走査ユニット500が搭載された画像形成装置504の要部副走査断面図を示している。
図17は、第一乃至第三実施形態のいずれかに係る光走査装置である光走査ユニット500が搭載された画像形成装置504の要部副走査断面図を示している。
画像形成装置504には、パーソナルコンピュータ等の外部機器517から出力したコードデータDcが入力される。このコードデータDcは、画像形成装置504内のプリンタコントローラ511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、光走査ユニット500に入力される。そして、この光走査ユニット500からは、画像データDiに応じて変調された光ビーム503が出射され、この光ビーム503によって感光ドラム501の感光面が主走査方向に走査される。
静電潜像担持体(感光体)たる感光ドラム501は、モーター515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、感光ドラム501の感光面が光ビーム503に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム501の上方には、感光ドラム501の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ502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502によって帯電された感光ドラム501の表面に、光走査ユニット500によって走査される光ビーム503が照射されるようになっている。
先に説明したように、光ビーム503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503を照射することによって、感光ドラム501の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム503の照射位置よりもさらに感光ドラム501の回転方向の下流側で感光ドラム501に当接するように配設された現像器507によってトナー像として現像される。
現像器507によって現像されたトナー像は、感光ドラム501の下方で、感光ドラム501に対向するように配設された転写ローラ(転写器)508によって被転写材たる用紙512上に転写される。用紙512は感光ドラム501の前方(図17において右側)の用紙カセット509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509の端部には、給紙ローラ510が配設されており、用紙カセット509内の用紙512を搬送路へ送り込む。
以上のようにして、未定着トナー像が転写された用紙512は、さらに感光ドラム501後方(図17において左側)の定着器550へと搬送される。定着器550は、内部に定着ヒータ(不図示)を有する定着ローラ513と定着ローラ513に圧接するように配設された加圧ローラ514とで構成されている。転写部から搬送されてきた用紙512を定着ローラ513と加圧ローラ514との圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙512上の未定着トナー像は定着せしめられる。更に定着器550の後方には排紙ローラ516が配設されており、定着された用紙512が画像形成装置504の外部に排出せしめられる。
なおプリンタコントローラ511は、データの変換だけでなく、モーター515を始め画像形成装置504内の各部や、光走査ユニット500内のポリゴンモーターなどの制御も行う。
85 結像光学系
100 光走査装置
104 偏向器
104a 偏向面
106 被走査面
100 光走査装置
104 偏向器
104a 偏向面
106 被走査面
Claims (16)
- 光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
該偏向器によって偏向された光束を前記被走査面に導光すると共に、軸上像高と最軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている結像光学系とを備え、
軸上光束の主光線に対する前記偏向器の偏向面上の第1の偏向点における反射率に対する、前記偏向面上の該第1の偏向点に対して主走査方向における一方の側において最も離間した第1の最軸外光束のマージナル光線に対する第2の偏向点における反射率の比の値をΔR1、該第1の偏向点における反射率に対する、前記偏向面上の該第1の偏向点に対して主走査方向における他方の側において最も離間した第2の最軸外光束のマージナル光線に対する第3の偏向点における反射率の比の値をΔR2としたとき、
1.05≦|ΔR1|≦1.50
1.05≦|ΔR2|≦1.50
なる条件を満たすことを特徴とする光走査装置。 - 前記反射率は、主走査方向に沿って前記第1の偏向点から前記第2の偏向点に行くにつれて大きくなると共に、前記第1の偏向点から前記第3の偏向点に行くにつれて大きくなることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記軸上像高における前記部分倍率に対する、前記第1の最軸外光束が到達する第1の前記最軸外像高における前記部分倍率の比の値をΔY1、前記軸上像高における前記部分倍率に対する、前記第2の最軸外光束が到達する第2の前記最軸外像高における前記部分倍率の比の値をΔY2としたとき、
1.05≦|ΔY1|≦1.50
1.05≦|ΔY2|≦1.50
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。 - 前記部分倍率は、主走査方向に沿って前記軸上像高から前記第1の最軸外像高に行くにつれて大きくなると共に、前記軸上像高から前記第2の最軸外像高に行くにつれて大きくなることを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。
- 前記軸上像高における前記部分倍率に対する、前記第1の最軸外光束が到達する第1の前記最軸外像高における前記部分倍率の比の値をΔY1、前記軸上像高における前記部分倍率に対する、前記第2の最軸外光束が到達する第2の前記最軸外像高における前記部分倍率の比の値をΔY2としたとき、
0.80≦|ΔY1/ΔR1|≦1.20
0.80≦|ΔY2/ΔR2|≦1.20
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置。 - 前記偏向器に対して光束を入射させる入射光学系を備え、
該入射光学系の光軸が前記結像光学系の光軸に対してなす角度をψ(ラジアン)としたとき、
1.04≦|ψ|≦2.00
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光走査装置。 - 前記軸上光束及び軸外光束それぞれの主光線に対する前記偏向面上の偏向点のうち反射率が最も小さい前記偏向点に入射する際の前記主光線の入射角度をθexとしたとき、
0.34≦|θex|≦1.14
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の光走査装置。 - 主走査断面内において、前記偏向面に入射する際の光束の幅は前記偏向面の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光走査装置。
- 前記偏向面は、基板上に多層膜が形成されている面であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光走査装置。
- 前記基板は、樹脂で形成されている基板であることを特徴とする請求項9に記載の光走査装置。
- 前記多層膜は、前記基板側から順に、下地層、金属層、第1の低屈折率誘電体層、高屈折率誘電体層及び第2の低屈折率誘電体層を含むか、若しくは下地層、金属層、第1の高屈折率誘電体層、低屈折率誘電体層及び第2の高屈折率誘電体層を含むことを特徴とする請求項9又は10に記載の光走査装置。
- 前記低屈折率誘電体層は、二酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムの少なくとも一方で形成されている層であることを特徴とする請求項11に記載の光走査装置。
- 前記高屈折率誘電体層は、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つで形成されている層であることを特徴とする請求項11または12に記載の光走査装置。
- 前記偏向器は、多面鏡であることを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至14の何れか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至14の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された信号を画像データに変換して該光走査装置に入力するプリンタコントローラとを備えることを特徴とする画像形成装置。
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