JP3820725B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置に係り、より詳しくは、記録媒体上における光ビームの走査方向の光量分布が略均一となるように補正する機能を備えた光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外周面に複数の反射面を備えた回転多面鏡を用いて光ビームを走査する光走査装置では、回転多面鏡より上流側（光ビームを出射する光源側）の光学系として、回転多面鏡に向けて出射された光ビームを回転多面鏡の一つの反射面の一部分のみに照射するアンダーフィル型多面鏡設計（以下、アンダーフィル設計と称する）が一般的に取り入れられている。
【０００３】
図１３は、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置の一例を、光ビームとしてのレーザビームの光軸を直線として表わした場合の状態で示したものであり、図１３（Ａ）は平面図で、図１３（Ｂ）は側面図である。同図において１２は半導体レーザを、１４はコリメータレンズを、１６は開口板を、２０はシリンドリカルレンズを、２６は回転多面鏡を、２４はｆθレンズを、３０はシリンドリカルミラーを、３２はドラム状の記録媒体としての感光体を各々示している。なお、開口板１６は、略中央部に矩形状の開口が設けられた板状部材により構成されており、図１４に示すように、開口板１６の開口１７の中心が半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３の中心（光軸）と略一致するように配設されている。
【０００４】
図１３に示すように、アンダーフィル設計では半導体レーザ１２から出射されコリメータレンズ１４によって平行ビームとされたレーザビーム１３は開口板１６及びシリンドリカルレンズ２０を介して回転多面鏡２６の一つの反射面の一部に入射される。
【０００５】
このようなアンダーフィル設計に対し、光ビームを回転多面鏡の各反射面の走査方向の全面及び隣接する反射面の一部に照射するオーバフィル型多面鏡設計（以下、オーバフィル設計と称する）は、あまり一般的には取り入れられていなかった。
【０００６】
これらの２つの設計を比較すると、オーバフィル設計では、アンダーフィル設計に比較して、記録媒体上に一定サイズのビームスポットを生じさせるのに必要な反射面の大きさを非常に小さくできるので、同一直径の回転多面鏡に、より多くの反射面を設けることが可能である。このことは、回転多面鏡を比較的低い回転速度で動作させることが可能であり、よりパワーの小さいモータと駆動装置とを回転多面鏡を回転させる駆動系として利用することができることを意味している。
【０００７】
しかしながら、このような効果を有するオーバフィル設計では、光学系の透過効率が低いことと、記録媒体上の光量分布が均一でないことの２つのマイナス要因があるため、あまり一般的には取り入れられていない。光学系の透過効率の低さを補うためには、高出力のレーザダイオード等が必要となる。また、光量分布不均一の問題をより具体的に説明すると次のようになる。
【０００８】
半導体レーザ等の光源から出射されたレーザビームはガウスビーム形状を有しており、オーバフィル設計では回転多面鏡の１つ以上の反射面を照射するようにビームエキスパンダ等によって拡大される。この状態で、記録媒体表面をレーザビームのビームスポットが走査するように回転多面鏡を回転させると、この回転が進むに従って、記録媒体に向けて反射されるレーザビームの光量が変化して光量分布が不均一となるのである。このことは、回転多面鏡の反射面がガウスビームプロファイルの異なる部分を切り出すことと、回転多面鏡が回転するに従って反射面の有効反射幅が変化することに起因する。
【０００９】
上述したオーバフィル設計の持つ２つのマイナス要因のうちの光学系の透過効率が低いことについては、近年、高出力のレーザダイオードが一般に用いられるようになっており、大きな問題ではなくなってきた。一方、光量分布の不均一については、画像濃度の不均一や細線の幅の不均一等の問題を発生させるため、大きな問題となっている。従って、この光量分布の不均一の問題が改善されれば、オーバフィル設計は、回転多面鏡を回転させるモータの負荷が軽減されると共に、省電力、低騒音でありながら高速かつ高解像度の光走査装置を構成することができるものとして広く活用することができる。
【００１０】
従来、オーバフィル設計における光量分布の不均一の問題を解決するための技術として、電気的に補正を行う技術（特開平４−２５５８７４号公報）、光学系によって補正を行う技術（特開平３−８０２１４号公報）、フィルタを用いて補正を行う技術が提案されていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のオーバフィル設計における光量分布の不均一の問題を解決するための技術では、部品構成が複雑であるため光走査装置のコストが高くなると共に光走査装置の信頼性が低くなる、という問題点があった。
【００１２】
また、特に上述した光学系による補正及びフィルタによる補正では、レーザビームの位相波面に影響を及ぼし、ビームスポットの結像特性を悪化させ、画質の劣化を引き起こす恐れがある、という問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたものであり、記録媒体上の光量分布の不均一を改善することができる安価でかつ信頼性の高い光走査装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の光走査装置は、光ビームを出射するビーム出射手段と、複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が前記記録媒体上の走査方向の光量分布が略均一となるように変化された開口を有した開口部材と、を備えた光走査装置であって、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置すると共に、前記開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように前記開口を形成し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
【００１５】
請求項１記載の光走査装置によれば、複数の反射面を備えた回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって回転多面鏡に光ビームが照射されるようにビーム出射手段から出射された光ビームがビーム拡大手段によって拡大される。従って、請求項１記載の光走査装置はオーバフィル設計に基づいて構成されている。
【００１６】
また、ビーム出射手段と回転多面鏡との間の光ビームの光路内に配置され、かつ走査方向に交差する方向の幅が変化された開口を有した開口部材によって記録媒体上の走査方向の光量分布が略均一とされる。
【００１７】
オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置では、上述したように記録媒体上の走査方向の光量分布が、光ビームの走査位置に応じて回転多面鏡の反射面がガウスビームプロファイルの異なる部分を切り出すことと、回転多面鏡の回転に従って回転多面鏡の有効反射幅が変化することにより、ガウス分布波形と余弦波形の積として表わされる値で変化する。従って、記録媒体上の走査方向の光量分布を略均一とするためには、開口部材における開口の形状をガウス分布波形と余弦波形との積に反比例するような形状とするように走査方向に交差する方向の幅を変化させればよい。
【００１８】
このように請求項１記載の光走査装置によれば、開口部材の開口の形状を走査方向に交差する方向の幅が変化するように構成したので、記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができる。
【００１９】
また、このような開口部材は、従来から光走査装置に備えられている開口部材を利用して構成することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価でかつ信頼性を低下させることなく構成することができる。
【００２０】
なお、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置においては、特開昭５９−６９７３０号公報に記載されている技術のように、回転多面鏡で走査された扇状の光路に走査位置に応じて幅を変化させた開口を設け、ビームスポットの歪みを補正する技術が見られるが、これは光量分布補正の機能を持たせたものではない。
【００２１】
また、アンダーフィル設計における上記開口は、回転多面鏡より記録媒体側に配設する必要があるが、走査ビームは回転多面鏡の面倒れによって通過位置にふらつきが生じるため、開口を通過するレーザビームの光量にもふらつきが生じて画像にバンディングと呼ばれる周期的縞模様が生じる。
【００２２】
回転多面鏡の面倒れは、通常、回転多面鏡の反射面と記録媒体表面とを光学的な共役関係位置に置くことにより補正するが、光路途中におけるレーザビームのふらつきまでは完全に補正することはできない。従って、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置における上記開口は、ビームスポットの歪み補正機能に限っても、実用上大きな問題を持つと言える。
【００２８】
特に、請求項１記載の光走査装置は、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置すると共に、前記開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように前記開口を形成し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
【００２９】
請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡が配置されると共に、開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口が形成され、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材が配置される。
【００３０】
回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡が配置された場合においては、回転多面鏡の有効反射幅は、回転多面鏡の回転に伴って徐々に減少するか、又は増加するように変化する。
【００３１】
従って、開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置することによって、回転多面鏡によって反射された光ビームの走査方向の光量分布を略均一にすることができる。
【００３２】
このように請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡を配置すると共に開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置したので、確実に記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができる。
【００３４】
なお、開口の走査方向に交差する方向の幅を段階的に変化させる場合には開口部材を容易に設計、製造でき、連続的に変化させる場合には正確に記録媒体上の光量分布を均一とすることができる。
【００３５】
また、請求項２記載の光走査装置は、請求項１記載の光走査装置における前記開口部材を走査方向に微動調整可能にしたものである。
【００３６】
記録媒体上における光ビームの光量分布は、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントにより、偏りをもつ場合がある。この場合、開口部材を走査方向に微動調整可能なものとし、開口部材を上記偏りに応じて調整することによって、上記偏りを補正することができる。
このように請求項２記載の光走査装置によれば、開口部材を走査方向に微動調整可能にしたので、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントによる光ビームの偏りを容易に補正することができる。
また、上記目的を達成するために請求項３記載の光走査装置は、光ビームを出射するビーム出射手段と、複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように形成した開口を有した開口部材と、を備え、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
更に、請求項４記載の光走査装置は、請求項３記載の光走査装置において、前記開口部材を走査方向に微動調整可能にしたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
〔基本構成〕
まず、図１を参照して、本基本構成に係る光走査装置１０の構成について説明する。
【００３９】
同図に示すように、本基本構成に係る光走査装置１０は、レーザビームを発生する半導体レーザ１２を備えており、半導体レーザ１２からのレーザビームの出射方向には、入射されたレーザビームを平行ビームに変換するコリメータレンズ１４、略中央部に開口１７が設けられた板状部材により構成された開口板１６、後述するｆθレンズ２４との組み合わせにより、入射されたレーザビームを走査方向に拡大する凹レンズ１８、シリンドリカルレンズ２０、及び折り曲げミラー２２が順に配設されている。
【００４０】
なお、開口板１６に設けられた開口１７は、開口１７の左右方向（走査方向）両端部の上下方向（走査方向に垂直な方向）の開口幅が左右方向中央部に比較して大きくされた形状とされており、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の何れかの形状とすることができる。また、開口板１６は、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、開口１７の中心が半導体レーザ１２から出射された後述するレーザビーム１３の中心（光軸）と略一致するように配設されている。
【００４１】
一方、折り曲げミラー２２のレーザビームの反射方向には、ｆθレンズ２４、及び複数（本基本構成では１２）の反射面２８を外周面に備えた回転多面鏡２６が順に配設されており、回転多面鏡２６の反射面２８によるレーザビームの反射方向には、上記ｆθレンズ２４、回転多面鏡２６の面倒れ補正を行うシリンドリカルミラー３０が順に配設されており、シリンドリカルミラー３０のレーザビームの反射方向には、ドラム型の感光体３２が配設されている。
【００４２】
このように、本基本構成に係る光走査装置１０では、折り曲げミラー２２により反射されたレーザビームと回転多面鏡２６の反射面２８により反射されたレーザビームとの双方のレーザビームが同一のｆθレンズ２４を通過するように、ｆθレンズ２４を通過したレーザビームが回転多面鏡２６の反射面２８に斜め上方から入射され、該入射されたレーザビームが回転多面鏡２６の反射面２８によって斜め下方に反射されて再度ｆθレンズ２４に入射されるように各部が配設されている。
【００４４】
次に図３を参照して、以上のように構成された光走査装置１０の作用を説明する。なお、図３は、レーザビーム１３の光軸を直線で表わした場合の図１に示した光走査装置１０の作用を示す図であって、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図である。
【００４５】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３はコリメータレンズ１４により平行ビームに変換された後、開口板１６の開口１７を通過する。開口１７を通過したレーザビーム１３は凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によって走査方向に拡大された後、拡大されたレーザビーム１３の一部が回転多面鏡２６の１つの反射面２８により反射され、再度ｆθレンズ２４を通過することによって感光体３２上にビームスポット３４を結ぶ。なお、ｆθレンズ２４は、上述した役割の他に、回転多面鏡２６の等角速度運動を感光体３２上におけるビームスポット３４の等線速度運動に変換する役割も担っている。
【００４６】
ここで、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの強度分布について考えてみる。半導体レーザ１２のビーム拡がり角（半値全角）が走査方向に３０°、走査方向と垂直の方向に９°であるとし、コリメータレンズ１４の焦点距離が１２．５ｍｍであるとすると、レーザビームの強度がビーム中心の強度の１／ｅ2 （ｅは自然対数の底）となる点におけるコリメート光（コリメータレンズ１４から出射されたレーザビーム）の走査方向及び走査方向と垂直の方向の各々のビーム半径ωx 及びωy は次のようになる。
【００４７】
ωx ＝ｓｉｎ（３０°／２）×１２．５×１．６９＝５．４７ｍｍ
ωy ＝ｓｉｎ（９°／２）×１２．５×１．６９＝１．６６ｍｍ
但し、コリメータレンズ１４の開口によるケラレは考慮しない。また上記各式における定数１．６９は、半値幅と、レーザビームの強度がビーム中心の強度の１／ｅ2 となる２点間の幅との間の補正値である。
【００４８】
この場合のコリメート光の強度分布Ｕ(x,y) は、
Ｕ(x,y) ＝［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）×ｅｘｐ（−ｙ2 ／ωy 2 ）］2
となり、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅が無限大のときの走査方向の光量分布Ｉ(x) は、
Ｉ(x) ＝ＩO ［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）］2
ここで、
【００４９】
【数１】
【００５０】
また、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅が２ａのときの走査方向の光量分布Ｉ(x) は、
Ｉ(x) ＝Ｑ・ＩO ［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）］2
ここで、
【００５１】
【数２】
【００５２】
上記のＩO 及びＱは定数であるので、上記開口幅が異なる時の走査方向の光量分布は、ピークの異なるガウス分布で表わされる。
【００５３】
従って、開口板１６の開口１７を図２（Ａ）に示す形状とした場合の走査方向の光量分布は、図４の上側のグラフの実線で示すように、ピークの異なるガウス分布を組み合わせた状態となる。
【００５４】
回転多面鏡２６の反射面２８上での光量分布は、凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によるビーム拡大率により決定される。このビーム拡大率を大きく取ればガウスビームの中心部のみを使うことになり、光量分布の均一性は良くなるが、光学系の透過率が低下する。
【００５５】
ここで、本基本構成では、レーザビーム１３は回転多面鏡２６に正面から入射するため、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）に順に示すように、回転多面鏡２６が図５矢印Ａ方向に回転する場合、回転多面鏡２６の有効反射幅率（最大有効反射幅に対する有効反射幅の割合）はｃｏｓ−１５°からｃｏｓ１５°の間で変化する。
【００５６】
感光体３２上に結像するレーザビーム１３の光量は、図４の上側のグラフにおいて実線で示した回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布から、回転多面鏡２６の有効反射面が切り出す部分の積分値となる。従って、感光体３２上の光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布に対し、走査方向両端ではｃｏｓ１５°＝ｃｏｓ−１５°≒０．９７の光量低下を発生すると共に、平滑化されて回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布の不連続部分は無くなって滑らかな変化に変わる。
【００５７】
本基本構成では、コリメート光を走査方向両端部の開口幅を中央部より段階的に大きくした開口を通過させた後、凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によって走査方向に３倍に拡大し、反射面２８の走査方向の幅を７ｍｍとした回転多面鏡２６に入射する場合において、上記開口の幅の変化位置を適切に設定することによって、図６に示すように、無補正状態では５％以上あった光量むらを１％以下に抑えることができた。なお、図６では、走査方向中心の光量を１００％として表わしている。
【００５８】
なお、開口形状を図２（Ａ）に示したものとした場合は、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布は急な変化点を持つが、開口形状を図２（Ｂ）に示したように開口幅が変化する部位を斜めにカットすることで、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布を滑らかな曲線で変化させることができる。
【００５９】
以上詳細に説明したように、本基本構成に係る光走査装置１０では、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置１０の開口板１６における開口１７の走査方向に垂直な方向の幅を走査方向に沿って変化させたので、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布を略均一にすることができる。
【００６０】
また、この際に用いられる開口板１６は、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置に従来より備えられているものを利用することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価に構成することができると共に、光走査装置の信頼性を低下させることもない。
【００６１】
〔実施形態〕
次に、本発明の実施形態について説明する。まず、図７を参照して、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂの構成について説明する。なお、図７における図１と同一の符号を付した部分は同一の機能を備えている。
【００６２】
同図に示すように、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂは、レーザビームを発生する半導体レーザ１２を備えており、半導体レーザ１２からのレーザビームの出射方向には、入射されたレーザビームを平行ビームに変換するコリメータレンズ１４、略中央部に開口１７が設けられた板状部材により構成された開口板１６、入射されたレーザビームを拡大するビームエキスパンダレンズ１９、及び折り曲げミラー２２が順に配設されている。
【００６３】
一方、折り曲げミラー２２のレーザビームの反射方向には、シリンドリカルレンズ２０、及び複数（本実施形態では１２）の反射面２８を外周面に備えた回転多面鏡２６が順に配設されており、回転多面鏡２６の反射面２８によるレーザビームの反射方向には、感光体３２上にビームスポット３４を結像するｆθレンズ２４、回転多面鏡２６の面倒れ補正を行うシリンドリカルミラー３０が順に配設されており、シリンドリカルミラー３０のレーザビームの反射方向には、ドラム型の感光体３２が配設されている。
【００６４】
なお、上記半導体レーザ１２が本発明のビーム出射手段に、上記ビームエキスパンダレンズ１９が本発明のビーム拡大手段に、上記開口板１６が本発明の開口部材に、上記感光体３２が本発明の記録媒体に、各々相当する。
【００６５】
次に図８を参照して、以上のように構成された光走査装置１０Ｂの作用を説明する。なお、図８は、レーザビーム１３の光軸を直線で表わした場合の図７に示した光走査装置１０Ｂの作用を示す図であって、図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は側面図である。
【００６６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３はコリメータレンズ１４により平行ビームに変換された後、開口板１６の開口１７を通過する。開口１７を通過したレーザビーム１３はビームエキスパンダレンズ１９によって拡大された後、拡大されたレーザビーム１３の一部が回転多面鏡２６の１つの反射面２８により反射され、ｆθレンズ２４を通過することによって感光体３２上にビームスポット３４を結ぶ。なお、ｆθレンズ２４は、上述した役割の他に、回転多面鏡２６の等角速度運動を感光体３２上におけるビームスポット３４の等線速度運動に変換する役割も担っている。
【００６７】
なお、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂでは、図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）に順に示すように、レーザビーム１３を回転多面鏡２６に対して斜め６０°の方向から入射させており、このため回転多面鏡２６が図９矢印Ａ方向に回転する場合の回転多面鏡２６の有効反射幅率はｃｏｓ１５°からｃｏｓ４５°の間で変化する。
【００６８】
また、開口板１６の開口１７は、図１０に示すように、図１０右半分の走査方向に垂直な方向の開口幅が図１０左半分より段階的に２段階に大きくされた形状としている。この場合、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布は、図１０の上側のグラフの実線で示すように、ピークの異なる３つのガウス分布を組み合わせた状態となる。
【００６９】
感光体３２上に結像するレーザビーム１３の光量は、図１０の上側のグラフにおいて実線で示した回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布から、回転多面鏡２６の有効反射面が切り出す部分の積分値となる。従って、感光体３２上の光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布に対し、走査方向両端では各々ｃｏｓ１５°≒０．９７、ｃｏｓ４５°≒０．７１の光量低下が発生すると共に、平滑化されて回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布の不連続部分は無くなって滑らかな変化に変わる。
【００７０】
本実施形態では、コリメート光を一方の端部の開口幅を他方の端部の開口幅より段階的に徐々に広くした開口を通させた後、ビームエキスパンダレンズ１９によって３倍に拡大し、反射面２８の走査方向の幅を７ｍｍとした回転多面鏡２６に入射する場合において、上記開口幅の変化位置と変化段数を適切に設定することによって、図１１に示すように、無補正状態では３０％以上あった光量むらを２％以下に抑えることができた。なお、図１１では、走査方向中心の光量を１００％として表わしている。
【００７１】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂでは、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置１０Ｂの開口板１６における開口１７の走査方向に垂直な方向の幅を走査方向に沿って変化させたので、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布を略均一にすることができる。
【００７２】
また、この際に用いられる開口板１６は、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置に従来より備えられているものを利用することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価に構成することができると共に、光走査装置の信頼性を低下させることもない。
【００７３】
なお、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布の完全な補正を行うためには、開口板１６にガウス分布と余弦波形の積に反比例する形状（上記実施形態に係る光走査装置１０の開口板１６では、図２（Ｃ）に示した形状）の開口を設ければよいが、この場合、製造上、特に検査を行う際に困難を生じる。
【００７４】
一方、開口の幅を段階的に変化させた場合でも、上記基本構成及び実施形態で説明したように、十分な光量補正効果が得られる。このように、開口の幅を段階的に変化する形状とすることによって、開口板の設計及び製造を容易化することができる。
【００７５】
また、開口の幅を段階的に変化させた場合、連続的に変化させた場合に比較して、同じ光量補正効果が得られる最大開口幅を小さくすることができ、従って開口幅の走査方向に対する変化量（最大開口幅と最小開口幅との差）を小さくすることができるので、ビームスポットサイズへの影響を最小限に抑えることができる。
【００７６】
即ち、集束するビームスポットサイズは、光の回折により有限の寸法を持ち、光の波長に比例すると共に、集束の際の絞り込み角度（≒開口幅／焦点距離）に反比例する性質を持っており、開口幅に応じて変化するので、開口幅の走査方向に対する変化量が小さくなるとビームスポットサイズへの影響を小さくできるのである。
【００７７】
感光体３２上の走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅により決定される。即ち、上述したように集束するビームスポットサイズは絞り込み角度（≒開口幅／焦点距離）に反比例する性質を持っているので、開口幅が大きくなると走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは小さくなる。ビームスポットサイズは設計値より大きいと解像度不良等の画質不良の原因となる場合があるが、小さくなる場合の許容度は大きい。上記基本構成では、走査両端における走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは走査中央に比較して、１割程度小さくなるが、画質上の問題は発生しない。上記実施形態では、この差が上記基本構成に比較して大きくなるが、ビームスポットサイズが小さくなることにより焦点深度が浅くなることに留意すれば実用上の問題はない。
【００７８】
また、光学系の特性としては、走査両端におけるビームスポットサイズが太くなる特性を持つことがあり、この場合は、本発明を適用することによりビームスポットサイズの均一化を図ることもできる。
【００７９】
なお、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームのアライメントにより、偏りをもつ場合がある。この場合、開口板１６を走査方向に微動調整可能なものとすることによって、この偏りを補正することができる。図１２は、開口板１６を走査方向に微動調整可能とした場合の構成を示しており、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はレーザビームが入射される方向から見た側面図である。
【００８０】
同図に示すように、開口板１６は開口板１６をレーザビームの光軸に対して略垂直に保持する保持部材４０ごとエキセントリックシャフト４２等による調整工具を使用して走査方向に微動させることによって光量バランスを調整した後、固定ねじ４４により固定する。
【００８１】
なお、上記基本構成及び実施形態では、開口板１６をコリメータレンズ１４に隣接する位置に配設した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、開口板１６は半導体レーザ１２と回転多面鏡２６との間のレーザビームの光路上の如何なる位置に配設してもよい。但し、この場合、開口板１６の開口のサイズを配設位置に応じて適宜変更する必要がある。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡を配置すると共に開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置したので、確実に記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができると共に、開口部材を、従来から光走査装置に備えられている開口部材を利用して構成することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価でかつ信頼性を低下させることなく構成することができる、という効果が得られる。
【００８５】
また、開口の走査方向に交差する方向の幅を段階的に変化させる場合には開口部材を容易に設計、製造でき、連続的に変化させる場合には正確に記録媒体上の光量分布を均一とすることができる、という効果が得られる。
【００８６】
さらに、請求項２記載の光走査装置によれば、開口部材を走査方向に微動調整可能にしたので、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントによる光ビームの偏りを容易に補正することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基本構成に係る光走査装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】 基本構成に係る光走査装置における開口板の開口形状の３種類の例を示す概略図である。
【図３】 基本構成に係る光走査装置におけるレーザビームの光軸を直線で示した場合の光走査装置の作用を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】 基本構成に係る光走査装置の回転多面鏡に入射するレーザビームの走査方向及び走査方向に垂直な方向の光量分布を示すグラフである。
【図５】 基本構成に係る光走査装置における回転多面鏡の有効反射幅率の説明に用いる図であり、（Ａ）乃至（Ｃ）は各々、回転多面鏡が回転した際の時間経過に伴う回転多面鏡の有効反射幅の変化を示す平面図である。
【図６】 基本構成に係る光走査装置による光量分布の補正の効果を示すグラフである。
【図７】 実施形態に係る光走査装置の概略構成を示す構成図である。
【図８】 実施形態に係る光走査装置におけるレーザビームの光軸を直線で示した場合の光走査装置の作用を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】 実施形態に係る光走査装置における回転多面鏡の有効反射幅率の説明に用いる図であり、（Ａ）乃至（Ｃ）は各々、回転多面鏡が回転した際の時間経過に伴う回転多面鏡の有効反射幅の変化を示す平面図である。
【図１０】 実施形態に係る光走査装置の回転多面鏡に入射するレーザビームの走査方向及び走査方向に垂直な方向の光量分布を示すグラフである。
【図１１】 実施形態に係る光走査装置による光量分布の補正の効果を示すグラフである。
【図１２】 基本構成及び実施形態に係る光走査装置における開口板の走査方向の微動調整を可能とする概略構成を示す構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】 従来のアンダーフィル型多面鏡設計による光走査装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１４】 従来の開口の形状、及び開口とレーザビームとの位置関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１０、１０Ｂ
光走査装置
１２ 半導体レーザ（ビーム出射手段）
１４ コリメータレンズ
１６ 開口板（開口部材）
１８ 凹レンズ
１９ ビームエキスパンダレンズ（ビーム拡大手段）
２０ シリンドリカルレンズ
２２ 折り曲げミラー
２４ ｆθレンズ
２６ 回転多面鏡
２８ 反射面
３０ シリンドリカルミラー
３２ 感光体（記録媒体）
３４ ビームスポット
４０ 保持部材
４２ エキセントリックシャフト
４４ 固定ねじ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置に係り、より詳しくは、記録媒体上における光ビームの走査方向の光量分布が略均一となるように補正する機能を備えた光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外周面に複数の反射面を備えた回転多面鏡を用いて光ビームを走査する光走査装置では、回転多面鏡より上流側（光ビームを出射する光源側）の光学系として、回転多面鏡に向けて出射された光ビームを回転多面鏡の一つの反射面の一部分のみに照射するアンダーフィル型多面鏡設計（以下、アンダーフィル設計と称する）が一般的に取り入れられている。
【０００３】
図１３は、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置の一例を、光ビームとしてのレーザビームの光軸を直線として表わした場合の状態で示したものであり、図１３（Ａ）は平面図で、図１３（Ｂ）は側面図である。同図において１２は半導体レーザを、１４はコリメータレンズを、１６は開口板を、２０はシリンドリカルレンズを、２６は回転多面鏡を、２４はｆθレンズを、３０はシリンドリカルミラーを、３２はドラム状の記録媒体としての感光体を各々示している。なお、開口板１６は、略中央部に矩形状の開口が設けられた板状部材により構成されており、図１４に示すように、開口板１６の開口１７の中心が半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３の中心（光軸）と略一致するように配設されている。
【０００４】
図１３に示すように、アンダーフィル設計では半導体レーザ１２から出射されコリメータレンズ１４によって平行ビームとされたレーザビーム１３は開口板１６及びシリンドリカルレンズ２０を介して回転多面鏡２６の一つの反射面の一部に入射される。
【０００５】
このようなアンダーフィル設計に対し、光ビームを回転多面鏡の各反射面の走査方向の全面及び隣接する反射面の一部に照射するオーバフィル型多面鏡設計（以下、オーバフィル設計と称する）は、あまり一般的には取り入れられていなかった。
【０００６】
これらの２つの設計を比較すると、オーバフィル設計では、アンダーフィル設計に比較して、記録媒体上に一定サイズのビームスポットを生じさせるのに必要な反射面の大きさを非常に小さくできるので、同一直径の回転多面鏡に、より多くの反射面を設けることが可能である。このことは、回転多面鏡を比較的低い回転速度で動作させることが可能であり、よりパワーの小さいモータと駆動装置とを回転多面鏡を回転させる駆動系として利用することができることを意味している。
【０００７】
しかしながら、このような効果を有するオーバフィル設計では、光学系の透過効率が低いことと、記録媒体上の光量分布が均一でないことの２つのマイナス要因があるため、あまり一般的には取り入れられていない。光学系の透過効率の低さを補うためには、高出力のレーザダイオード等が必要となる。また、光量分布不均一の問題をより具体的に説明すると次のようになる。
【０００８】
半導体レーザ等の光源から出射されたレーザビームはガウスビーム形状を有しており、オーバフィル設計では回転多面鏡の１つ以上の反射面を照射するようにビームエキスパンダ等によって拡大される。この状態で、記録媒体表面をレーザビームのビームスポットが走査するように回転多面鏡を回転させると、この回転が進むに従って、記録媒体に向けて反射されるレーザビームの光量が変化して光量分布が不均一となるのである。このことは、回転多面鏡の反射面がガウスビームプロファイルの異なる部分を切り出すことと、回転多面鏡が回転するに従って反射面の有効反射幅が変化することに起因する。
【０００９】
上述したオーバフィル設計の持つ２つのマイナス要因のうちの光学系の透過効率が低いことについては、近年、高出力のレーザダイオードが一般に用いられるようになっており、大きな問題ではなくなってきた。一方、光量分布の不均一については、画像濃度の不均一や細線の幅の不均一等の問題を発生させるため、大きな問題となっている。従って、この光量分布の不均一の問題が改善されれば、オーバフィル設計は、回転多面鏡を回転させるモータの負荷が軽減されると共に、省電力、低騒音でありながら高速かつ高解像度の光走査装置を構成することができるものとして広く活用することができる。
【００１０】
従来、オーバフィル設計における光量分布の不均一の問題を解決するための技術として、電気的に補正を行う技術（特開平４−２５５８７４号公報）、光学系によって補正を行う技術（特開平３−８０２１４号公報）、フィルタを用いて補正を行う技術が提案されていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のオーバフィル設計における光量分布の不均一の問題を解決するための技術では、部品構成が複雑であるため光走査装置のコストが高くなると共に光走査装置の信頼性が低くなる、という問題点があった。
【００１２】
また、特に上述した光学系による補正及びフィルタによる補正では、レーザビームの位相波面に影響を及ぼし、ビームスポットの結像特性を悪化させ、画質の劣化を引き起こす恐れがある、という問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたものであり、記録媒体上の光量分布の不均一を改善することができる安価でかつ信頼性の高い光走査装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の光走査装置は、光ビームを出射するビーム出射手段と、複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が前記記録媒体上の走査方向の光量分布が略均一となるように変化された開口を有した開口部材と、を備えた光走査装置であって、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置すると共に、前記開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように前記開口を形成し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
【００１５】
請求項１記載の光走査装置によれば、複数の反射面を備えた回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって回転多面鏡に光ビームが照射されるようにビーム出射手段から出射された光ビームがビーム拡大手段によって拡大される。従って、請求項１記載の光走査装置はオーバフィル設計に基づいて構成されている。
【００１６】
また、ビーム出射手段と回転多面鏡との間の光ビームの光路内に配置され、かつ走査方向に交差する方向の幅が変化された開口を有した開口部材によって記録媒体上の走査方向の光量分布が略均一とされる。
【００１７】
オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置では、上述したように記録媒体上の走査方向の光量分布が、光ビームの走査位置に応じて回転多面鏡の反射面がガウスビームプロファイルの異なる部分を切り出すことと、回転多面鏡の回転に従って回転多面鏡の有効反射幅が変化することにより、ガウス分布波形と余弦波形の積として表わされる値で変化する。従って、記録媒体上の走査方向の光量分布を略均一とするためには、開口部材における開口の形状をガウス分布波形と余弦波形との積に反比例するような形状とするように走査方向に交差する方向の幅を変化させればよい。
【００１８】
このように請求項１記載の光走査装置によれば、開口部材の開口の形状を走査方向に交差する方向の幅が変化するように構成したので、記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができる。
【００１９】
また、このような開口部材は、従来から光走査装置に備えられている開口部材を利用して構成することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価でかつ信頼性を低下させることなく構成することができる。
【００２０】
なお、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置においては、特開昭５９−６９７３０号公報に記載されている技術のように、回転多面鏡で走査された扇状の光路に走査位置に応じて幅を変化させた開口を設け、ビームスポットの歪みを補正する技術が見られるが、これは光量分布補正の機能を持たせたものではない。
【００２１】
また、アンダーフィル設計における上記開口は、回転多面鏡より記録媒体側に配設する必要があるが、走査ビームは回転多面鏡の面倒れによって通過位置にふらつきが生じるため、開口を通過するレーザビームの光量にもふらつきが生じて画像にバンディングと呼ばれる周期的縞模様が生じる。
【００２２】
回転多面鏡の面倒れは、通常、回転多面鏡の反射面と記録媒体表面とを光学的な共役関係位置に置くことにより補正するが、光路途中におけるレーザビームのふらつきまでは完全に補正することはできない。従って、アンダーフィル設計に基づいて構成された光走査装置における上記開口は、ビームスポットの歪み補正機能に限っても、実用上大きな問題を持つと言える。
【００２８】
特に、請求項１記載の光走査装置は、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置すると共に、前記開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように前記開口を形成し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
【００２９】
請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡が配置されると共に、開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口が形成され、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材が配置される。
【００３０】
回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡が配置された場合においては、回転多面鏡の有効反射幅は、回転多面鏡の回転に伴って徐々に減少するか、又は増加するように変化する。
【００３１】
従って、開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置することによって、回転多面鏡によって反射された光ビームの走査方向の光量分布を略均一にすることができる。
【００３２】
このように請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡を配置すると共に開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置したので、確実に記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができる。
【００３４】
なお、開口の走査方向に交差する方向の幅を段階的に変化させる場合には開口部材を容易に設計、製造でき、連続的に変化させる場合には正確に記録媒体上の光量分布を均一とすることができる。
【００３５】
また、請求項２記載の光走査装置は、請求項１記載の光走査装置における前記開口部材を走査方向に微動調整可能にしたものである。
【００３６】
記録媒体上における光ビームの光量分布は、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントにより、偏りをもつ場合がある。この場合、開口部材を走査方向に微動調整可能なものとし、開口部材を上記偏りに応じて調整することによって、上記偏りを補正することができる。
このように請求項２記載の光走査装置によれば、開口部材を走査方向に微動調整可能にしたので、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントによる光ビームの偏りを容易に補正することができる。
また、上記目的を達成するために請求項３記載の光走査装置は、光ビームを出射するビーム出射手段と、複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように形成した開口を有した開口部材と、を備え、前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置したものである。
更に、請求項４記載の光走査装置は、請求項３記載の光走査装置において、前記開口部材を走査方向に微動調整可能にしたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
〔基本構成〕
まず、図１を参照して、本基本構成に係る光走査装置１０の構成について説明する。
【００３９】
同図に示すように、本基本構成に係る光走査装置１０は、レーザビームを発生する半導体レーザ１２を備えており、半導体レーザ１２からのレーザビームの出射方向には、入射されたレーザビームを平行ビームに変換するコリメータレンズ１４、略中央部に開口１７が設けられた板状部材により構成された開口板１６、後述するｆθレンズ２４との組み合わせにより、入射されたレーザビームを走査方向に拡大する凹レンズ１８、シリンドリカルレンズ２０、及び折り曲げミラー２２が順に配設されている。
【００４０】
なお、開口板１６に設けられた開口１７は、開口１７の左右方向（走査方向）両端部の上下方向（走査方向に垂直な方向）の開口幅が左右方向中央部に比較して大きくされた形状とされており、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の何れかの形状とすることができる。また、開口板１６は、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、開口１７の中心が半導体レーザ１２から出射された後述するレーザビーム１３の中心（光軸）と略一致するように配設されている。
【００４１】
一方、折り曲げミラー２２のレーザビームの反射方向には、ｆθレンズ２４、及び複数（本基本構成では１２）の反射面２８を外周面に備えた回転多面鏡２６が順に配設されており、回転多面鏡２６の反射面２８によるレーザビームの反射方向には、上記ｆθレンズ２４、回転多面鏡２６の面倒れ補正を行うシリンドリカルミラー３０が順に配設されており、シリンドリカルミラー３０のレーザビームの反射方向には、ドラム型の感光体３２が配設されている。
【００４２】
このように、本基本構成に係る光走査装置１０では、折り曲げミラー２２により反射されたレーザビームと回転多面鏡２６の反射面２８により反射されたレーザビームとの双方のレーザビームが同一のｆθレンズ２４を通過するように、ｆθレンズ２４を通過したレーザビームが回転多面鏡２６の反射面２８に斜め上方から入射され、該入射されたレーザビームが回転多面鏡２６の反射面２８によって斜め下方に反射されて再度ｆθレンズ２４に入射されるように各部が配設されている。
【００４４】
次に図３を参照して、以上のように構成された光走査装置１０の作用を説明する。なお、図３は、レーザビーム１３の光軸を直線で表わした場合の図１に示した光走査装置１０の作用を示す図であって、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図である。
【００４５】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３はコリメータレンズ１４により平行ビームに変換された後、開口板１６の開口１７を通過する。開口１７を通過したレーザビーム１３は凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によって走査方向に拡大された後、拡大されたレーザビーム１３の一部が回転多面鏡２６の１つの反射面２８により反射され、再度ｆθレンズ２４を通過することによって感光体３２上にビームスポット３４を結ぶ。なお、ｆθレンズ２４は、上述した役割の他に、回転多面鏡２６の等角速度運動を感光体３２上におけるビームスポット３４の等線速度運動に変換する役割も担っている。
【００４６】
ここで、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの強度分布について考えてみる。半導体レーザ１２のビーム拡がり角（半値全角）が走査方向に３０°、走査方向と垂直の方向に９°であるとし、コリメータレンズ１４の焦点距離が１２．５ｍｍであるとすると、レーザビームの強度がビーム中心の強度の１／ｅ2 （ｅは自然対数の底）となる点におけるコリメート光（コリメータレンズ１４から出射されたレーザビーム）の走査方向及び走査方向と垂直の方向の各々のビーム半径ωx 及びωy は次のようになる。
【００４７】
ωx ＝ｓｉｎ（３０°／２）×１２．５×１．６９＝５．４７ｍｍ
ωy ＝ｓｉｎ（９°／２）×１２．５×１．６９＝１．６６ｍｍ
但し、コリメータレンズ１４の開口によるケラレは考慮しない。また上記各式における定数１．６９は、半値幅と、レーザビームの強度がビーム中心の強度の１／ｅ2 となる２点間の幅との間の補正値である。
【００４８】
この場合のコリメート光の強度分布Ｕ(x,y) は、
Ｕ(x,y) ＝［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）×ｅｘｐ（−ｙ2 ／ωy 2 ）］2
となり、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅が無限大のときの走査方向の光量分布Ｉ(x) は、
Ｉ(x) ＝ＩO ［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）］2
ここで、
【００４９】
【数１】
また、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅が２ａのときの走査方向の光量分布Ｉ(x) は、
Ｉ(x) ＝Ｑ・ＩO ［ｅｘｐ（−ｘ2 ／ωx 2 ）］2
ここで、
【００５１】
【数２】
上記のＩO 及びＱは定数であるので、上記開口幅が異なる時の走査方向の光量分布は、ピークの異なるガウス分布で表わされる。
【００５３】
従って、開口板１６の開口１７を図２（Ａ）に示す形状とした場合の走査方向の光量分布は、図４の上側のグラフの実線で示すように、ピークの異なるガウス分布を組み合わせた状態となる。
【００５４】
回転多面鏡２６の反射面２８上での光量分布は、凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によるビーム拡大率により決定される。このビーム拡大率を大きく取ればガウスビームの中心部のみを使うことになり、光量分布の均一性は良くなるが、光学系の透過率が低下する。
【００５５】
ここで、本基本構成では、レーザビーム１３は回転多面鏡２６に正面から入射するため、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）に順に示すように、回転多面鏡２６が図５矢印Ａ方向に回転する場合、回転多面鏡２６の有効反射幅率（最大有効反射幅に対する有効反射幅の割合）はｃｏｓ−１５°からｃｏｓ１５°の間で変化する。
【００５６】
感光体３２上に結像するレーザビーム１３の光量は、図４の上側のグラフにおいて実線で示した回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布から、回転多面鏡２６の有効反射面が切り出す部分の積分値となる。従って、感光体３２上の光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布に対し、走査方向両端ではｃｏｓ１５°＝ｃｏｓ−１５°≒０．９７の光量低下を発生すると共に、平滑化されて回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布の不連続部分は無くなって滑らかな変化に変わる。
【００５７】
本基本構成では、コリメート光を走査方向両端部の開口幅を中央部より段階的に大きくした開口を通過させた後、凹レンズ１８及びｆθレンズ２４によって走査方向に３倍に拡大し、反射面２８の走査方向の幅を７ｍｍとした回転多面鏡２６に入射する場合において、上記開口の幅の変化位置を適切に設定することによって、図６に示すように、無補正状態では５％以上あった光量むらを１％以下に抑えることができた。なお、図６では、走査方向中心の光量を１００％として表わしている。
【００５８】
なお、開口形状を図２（Ａ）に示したものとした場合は、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布は急な変化点を持つが、開口形状を図２（Ｂ）に示したように開口幅が変化する部位を斜めにカットすることで、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布を滑らかな曲線で変化させることができる。
【００５９】
以上詳細に説明したように、本基本構成に係る光走査装置１０では、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置１０の開口板１６における開口１７の走査方向に垂直な方向の幅を走査方向に沿って変化させたので、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布を略均一にすることができる。
【００６０】
また、この際に用いられる開口板１６は、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置に従来より備えられているものを利用することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価に構成することができると共に、光走査装置の信頼性を低下させることもない。
【００６１】
〔実施形態〕
次に、本発明の実施形態について説明する。まず、図７を参照して、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂの構成について説明する。なお、図７における図１と同一の符号を付した部分は同一の機能を備えている。
【００６２】
同図に示すように、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂは、レーザビームを発生する半導体レーザ１２を備えており、半導体レーザ１２からのレーザビームの出射方向には、入射されたレーザビームを平行ビームに変換するコリメータレンズ１４、略中央部に開口１７が設けられた板状部材により構成された開口板１６、入射されたレーザビームを拡大するビームエキスパンダレンズ１９、及び折り曲げミラー２２が順に配設されている。
【００６３】
一方、折り曲げミラー２２のレーザビームの反射方向には、シリンドリカルレンズ２０、及び複数（本実施形態では１２）の反射面２８を外周面に備えた回転多面鏡２６が順に配設されており、回転多面鏡２６の反射面２８によるレーザビームの反射方向には、感光体３２上にビームスポット３４を結像するｆθレンズ２４、回転多面鏡２６の面倒れ補正を行うシリンドリカルミラー３０が順に配設されており、シリンドリカルミラー３０のレーザビームの反射方向には、ドラム型の感光体３２が配設されている。
【００６４】
なお、上記半導体レーザ１２が本発明のビーム出射手段に、上記ビームエキスパンダレンズ１９が本発明のビーム拡大手段に、上記開口板１６が本発明の開口部材に、上記感光体３２が本発明の記録媒体に、各々相当する。
【００６５】
次に図８を参照して、以上のように構成された光走査装置１０Ｂの作用を説明する。なお、図８は、レーザビーム１３の光軸を直線で表わした場合の図７に示した光走査装置１０Ｂの作用を示す図であって、図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は側面図である。
【００６６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、半導体レーザ１２から出射されたレーザビーム１３はコリメータレンズ１４により平行ビームに変換された後、開口板１６の開口１７を通過する。開口１７を通過したレーザビーム１３はビームエキスパンダレンズ１９によって拡大された後、拡大されたレーザビーム１３の一部が回転多面鏡２６の１つの反射面２８により反射され、ｆθレンズ２４を通過することによって感光体３２上にビームスポット３４を結ぶ。なお、ｆθレンズ２４は、上述した役割の他に、回転多面鏡２６の等角速度運動を感光体３２上におけるビームスポット３４の等線速度運動に変換する役割も担っている。
【００６７】
なお、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂでは、図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）に順に示すように、レーザビーム１３を回転多面鏡２６に対して斜め６０°の方向から入射させており、このため回転多面鏡２６が図９矢印Ａ方向に回転する場合の回転多面鏡２６の有効反射幅率はｃｏｓ１５°からｃｏｓ４５°の間で変化する。
【００６８】
また、開口板１６の開口１７は、図１０に示すように、図１０右半分の走査方向に垂直な方向の開口幅が図１０左半分より段階的に２段階に大きくされた形状としている。この場合、回転多面鏡２６に入射されるレーザビームの光量分布は、図１０の上側のグラフの実線で示すように、ピークの異なる３つのガウス分布を組み合わせた状態となる。
【００６９】
感光体３２上に結像するレーザビーム１３の光量は、図１０の上側のグラフにおいて実線で示した回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布から、回転多面鏡２６の有効反射面が切り出す部分の積分値となる。従って、感光体３２上の光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布に対し、走査方向両端では各々ｃｏｓ１５°≒０．９７、ｃｏｓ４５°≒０．７１の光量低下が発生すると共に、平滑化されて回転多面鏡２６に入射するレーザビームの光量分布の不連続部分は無くなって滑らかな変化に変わる。
【００７０】
本実施形態では、コリメート光を一方の端部の開口幅を他方の端部の開口幅より段階的に徐々に広くした開口を通させた後、ビームエキスパンダレンズ１９によって３倍に拡大し、反射面２８の走査方向の幅を７ｍｍとした回転多面鏡２６に入射する場合において、上記開口幅の変化位置と変化段数を適切に設定することによって、図１１に示すように、無補正状態では３０％以上あった光量むらを２％以下に抑えることができた。なお、図１１では、走査方向中心の光量を１００％として表わしている。
【００７１】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０Ｂでは、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置１０Ｂの開口板１６における開口１７の走査方向に垂直な方向の幅を走査方向に沿って変化させたので、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布を略均一にすることができる。
【００７２】
また、この際に用いられる開口板１６は、オーバフィル設計に基づいて構成された光走査装置に従来より備えられているものを利用することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価に構成することができると共に、光走査装置の信頼性を低下させることもない。
【００７３】
なお、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布の完全な補正を行うためには、開口板１６にガウス分布と余弦波形の積に反比例する形状（上記実施形態に係る光走査装置１０の開口板１６では、図２（Ｃ）に示した形状）の開口を設ければよいが、この場合、製造上、特に検査を行う際に困難を生じる。
【００７４】
一方、開口の幅を段階的に変化させた場合でも、上記基本構成及び実施形態で説明したように、十分な光量補正効果が得られる。このように、開口の幅を段階的に変化する形状とすることによって、開口板の設計及び製造を容易化することができる。
【００７５】
また、開口の幅を段階的に変化させた場合、連続的に変化させた場合に比較して、同じ光量補正効果が得られる最大開口幅を小さくすることができ、従って開口幅の走査方向に対する変化量（最大開口幅と最小開口幅との差）を小さくすることができるので、ビームスポットサイズへの影響を最小限に抑えることができる。
【００７６】
即ち、集束するビームスポットサイズは、光の回折により有限の寸法を持ち、光の波長に比例すると共に、集束の際の絞り込み角度（≒開口幅／焦点距離）に反比例する性質を持っており、開口幅に応じて変化するので、開口幅の走査方向に対する変化量が小さくなるとビームスポットサイズへの影響を小さくできるのである。
【００７７】
感光体３２上の走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは、開口板１６の走査方向に垂直な方向の開口幅により決定される。即ち、上述したように集束するビームスポットサイズは絞り込み角度（≒開口幅／焦点距離）に反比例する性質を持っているので、開口幅が大きくなると走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは小さくなる。ビームスポットサイズは設計値より大きいと解像度不良等の画質不良の原因となる場合があるが、小さくなる場合の許容度は大きい。上記基本構成では、走査両端における走査方向に垂直な方向のビームスポットサイズは走査中央に比較して、１割程度小さくなるが、画質上の問題は発生しない。上記実施形態では、この差が上記基本構成に比較して大きくなるが、ビームスポットサイズが小さくなることにより焦点深度が浅くなることに留意すれば実用上の問題はない。
【００７８】
また、光学系の特性としては、走査両端におけるビームスポットサイズが太くなる特性を持つことがあり、この場合は、本発明を適用することによりビームスポットサイズの均一化を図ることもできる。
【００７９】
なお、感光体３２上におけるレーザビームの光量分布は、回転多面鏡２６に入射するレーザビームのアライメントにより、偏りをもつ場合がある。この場合、開口板１６を走査方向に微動調整可能なものとすることによって、この偏りを補正することができる。図１２は、開口板１６を走査方向に微動調整可能とした場合の構成を示しており、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はレーザビームが入射される方向から見た側面図である。
【００８０】
同図に示すように、開口板１６は開口板１６をレーザビームの光軸に対して略垂直に保持する保持部材４０ごとエキセントリックシャフト４２等による調整工具を使用して走査方向に微動させることによって光量バランスを調整した後、固定ねじ４４により固定する。
【００８１】
なお、上記基本構成及び実施形態では、開口板１６をコリメータレンズ１４に隣接する位置に配設した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、開口板１６は半導体レーザ１２と回転多面鏡２６との間のレーザビームの光路上の如何なる位置に配設してもよい。但し、この場合、開口板１６の開口のサイズを配設位置に応じて適宜変更する必要がある。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１記載の光走査装置によれば、回転多面鏡の有効反射幅が回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるようにビーム出射手段、ビーム拡大手段、及び回転多面鏡を配置すると共に開口の走査方向に交差する方向の幅を走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように開口を形成し、かつ有効反射幅が小さいときに開口の幅が広い部分を通過した光ビームが回転多面鏡の反射面で反射されるように開口部材を配置したので、確実に記録媒体上のビームスポットの光量分布を略均一とすることができると共に、開口部材を、従来から光走査装置に備えられている開口部材を利用して構成することができるので、新規部品を追加する必要がなく、光走査装置を安価でかつ信頼性を低下させることなく構成することができる、という効果が得られる。
【００８５】
また、開口の走査方向に交差する方向の幅を段階的に変化させる場合には開口部材を容易に設計、製造でき、連続的に変化させる場合には正確に記録媒体上の光量分布を均一とすることができる、という効果が得られる。
【００８６】
さらに、請求項２記載の光走査装置によれば、開口部材を走査方向に微動調整可能にしたので、回転多面鏡に入射する光ビームのアライメントによる光ビームの偏りを容易に補正することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基本構成に係る光走査装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】 基本構成に係る光走査装置における開口板の開口形状の３種類の例を示す概略図である。
【図３】 基本構成に係る光走査装置におけるレーザビームの光軸を直線で示した場合の光走査装置の作用を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】 基本構成に係る光走査装置の回転多面鏡に入射するレーザビームの走査方向及び走査方向に垂直な方向の光量分布を示すグラフである。
【図５】 基本構成に係る光走査装置における回転多面鏡の有効反射幅率の説明に用いる図であり、（Ａ）乃至（Ｃ）は各々、回転多面鏡が回転した際の時間経過に伴う回転多面鏡の有効反射幅の変化を示す平面図である。
【図６】 基本構成に係る光走査装置による光量分布の補正の効果を示すグラフである。
【図７】 実施形態に係る光走査装置の概略構成を示す構成図である。
【図８】 実施形態に係る光走査装置におけるレーザビームの光軸を直線で示した場合の光走査装置の作用を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】 実施形態に係る光走査装置における回転多面鏡の有効反射幅率の説明に用いる図であり、（Ａ）乃至（Ｃ）は各々、回転多面鏡が回転した際の時間経過に伴う回転多面鏡の有効反射幅の変化を示す平面図である。
【図１０】 実施形態に係る光走査装置の回転多面鏡に入射するレーザビームの走査方向及び走査方向に垂直な方向の光量分布を示すグラフである。
【図１１】 実施形態に係る光走査装置による光量分布の補正の効果を示すグラフである。
【図１２】 基本構成及び実施形態に係る光走査装置における開口板の走査方向の微動調整を可能とする概略構成を示す構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】 従来のアンダーフィル型多面鏡設計による光走査装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１４】 従来の開口の形状、及び開口とレーザビームとの位置関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１０、１０Ｂ
光走査装置
１２ 半導体レーザ（ビーム出射手段）
１４ コリメータレンズ
１６ 開口板（開口部材）
１８ 凹レンズ
１９ ビームエキスパンダレンズ（ビーム拡大手段）
２０ シリンドリカルレンズ
２２ 折り曲げミラー
２４ ｆθレンズ
２６ 回転多面鏡
２８ 反射面
３０ シリンドリカルミラー
３２ 感光体（記録媒体）
３４ ビームスポット
４０ 保持部材
４２ エキセントリックシャフト
４４ 固定ねじ
Claims (4)
- 光ビームを出射するビーム出射手段と、
複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、
前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、
前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が前記記録媒体上の走査方向の光量分布が略均一となるように変化された開口を有した開口部材と、
を備えた光走査装置であって、
前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置すると共に、前記開口の走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように前記開口を形成し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置した
光走査装置。 - 前記開口部材を走査方向に微動調整可能にした請求項１記載の光走査装置。
- 光ビームを出射するビーム出射手段と、
複数の反射面を備え前記ビーム出射手段から出射されかつ反射面で反射された光ビームが記録媒体上を走査するように回転される回転多面鏡と、
前記回転多面鏡の１つの反射面の走査方向の幅より広い範囲にわたって前記回転多面鏡に光ビームが照射されるように前記ビーム出射手段から出射された光ビームを拡大するビーム拡大手段と、
前記ビーム出射手段と前記回転多面鏡との間の前記光ビームの光路内に配置されると共に走査方向に交差する方向の幅が走査方向一端から他端に向って段階的に徐々に大きくなるように形成した開口を有した開口部材と、
を備え、
前記回転多面鏡の有効反射幅が前記回転多面鏡の回転に伴って徐々に小さくなるか、又は大きくなるように前記ビーム出射手段、前記ビーム拡大手段、及び前記回転多面鏡を配置し、かつ前記有効反射幅が小さいときに前記開口の幅が広い部分を通過した光ビームが前記回転多面鏡の反射面で反射されるように前記開口部材を配置した
光走査装置。 - 前記開口部材を走査方向に微動調整可能にした請求項３記載の光走査装置。
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