JP4323652B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光偏向器と感光ドラム（感光体）との間に配置された反射部材により、該感光ドラム面上における光量分布が略均一となるようにした、例えばレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザビームプリンタ等の光走査装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系により感光性の記録媒体面上にスポット状に集光させ、その面上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】
図１１は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から出射した光束は集光レンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束（光量）を制限して副走査走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（以下「ファセット」とも称す。）９６にほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９６で偏向された光束はｆθ特性を有する結像光学系９７により折り返しミラー９８を介して被走査面としての感光ドラム面９９上に導光され、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面９９上を矢印Ｂ方向（主走査方向）光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
近年、走査光学系をより高速化することが望まれており、例えば光偏向器の偏向面の主走査方向の面幅より広い光束が該光偏向器に入射することを特徴としたオーバーフィルド光学系（ＯＦＳ）が再認識されている。
【０００７】
図１２はこの種のオーバーフィルド光学系において光偏向器近傍の要部概略図である。
【０００８】
同図において光源手段（不図示）からの入射光束８２は光偏向器９５としてのポリゴンミラーにファセット９６の主走査方向の幅よりも広い範囲に入射している。そして入射光束８２の一部はファセット９６によって反射偏向されて偏向光束８５となり被走査面（不図示）へ導光される。このとき偏向光束８５の主走査方向の幅はポリゴンミラー９５によって反射偏向される角度によって変化する。つまり画角によってＦＮｏ（Ｆナンバー）が変化することになる。入射光束８２のガウス強度分布がフラットなとき、偏向光束８５の光強度は該偏向光束８５のＦＮｏに比例して変化するため、被走査面（感光ドラム面）上における光量分布（ライン画像の光量分布）は不均一となる。
【０００９】
そこで従来では上記の問題点を解決するために、例えば特開平08-160338 号公報では光源手段と光偏向器との間の光路中に透過率分布が設定されたフィルタを設けて、偏向光束のＦＮｏの変化による光量分布の不均一を補正した光走査装置を提案している。
【００１０】
しかしながら同公報においては光源手段と光偏向器との間における光束幅が狭く、その範囲内で透過率を所望の値に変化させることは難しく、公差も厳しいという問題点がある。また透過率が不連続に変化するフィルタを設けた場合は被走査面上の光量分布をなだらかに補正することができないため、出力画像にスジが発生する等の問題点が発生する虞がある。
【００１１】
またファセット幅よりも狭い光束を光偏向器に入射させるアンダーフィルド光学系においても被走査面上の光量分布を略均一に補正した例がある。例えば特開平09-80334号公報の光走査装置では発光継続時間の変化による光量の変化を折り返しミラーの反射率により補正して、被走査面上の光量分布を略均一化にしている。
【００１２】
また実際に光走査装置にも結像光学系の透過率変化よる周辺部での光量落ちを２枚の折り返しミラーの反射率を変化させて、被走査面上における光量分布を略均一化に補正した例がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらにはＯＦＳが故に生じる偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による光量落ちが考慮されていない。またＯＦＳにおいて被走査面上の光量分布が不均一となる要因は発光継続時間の変化や結像光学系の透過率変化によるものよりも偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による周辺部での光量落ちの方が遥かに大きい。
【００１４】
本発明はこの偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による周辺部での光量落ちを積極的に問題視したものである。
【００１５】
本発明はオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、光偏向器と感光ドラムとの間の光路中に設けた反射部材の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、被走査面上における光量分布を略均一にすることができる簡易な構成の光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査装置は、光源手段と、光偏向器と、前記光源手段から出射した光束を前記光偏向器の偏向面に導く入射光学系と、前記光偏向器の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、前記光偏向器と前記被走査面の間の光路中に配置されたミラーと、を備えた光走査装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の光束幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも大きく、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、前記偏向面に対して副走査方向において斜め方向から前記偏向面に入射しており、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、主走査方向において走査範囲の中心から前記偏向面に入射しており、
前記ミラーの反射率は、主走査方向に沿って軸上から軸外に向うに従い大きくなっており、
前記ミラーの軸上の反射率をＲ０、前記ミラーの軸外の反射率をＲθとしたとき、
【数４】
【数５】
Ｍ：前記光偏向器の偏向面の面数
Ｄ：走査効率
Ｆ：前記入射光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：前記光源手段の半値全幅によって示される放射角
【数６】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光体と、前記感光体の上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴としている。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明の実施形態１の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。ここで光源手段から出射した光束（光ビーム）が光偏向器により走査される方向を主走査方向、光束の進行方向と主走査方向とに垂直な方向を副走査方向とする。
【００４７】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は集光レンズ（コリメーターレンズ）であり 光源手段１から出射した発散光束を弱発散光束にしている。３は開口絞りであり、集光レンズ２から射出した光束を所望の最適なビーム形状に形成している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定のパワー（屈折力）を有し、開口絞り３から射出した光束を後述する光偏向器の偏向面上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）させている。尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４等の各要素は第１の光学系２７の一要素を構成している。
【００４８】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成り、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。本実施形態では第１の光学系２７を通過した光束をポリゴンミラー５に主走査方向においては正面（ポリゴンミラー５の偏向角の略中央、即ち主走査方向に沿った走査範囲の略中央）から入射させ、また副走査方向においては斜め下方から入射させている。更に第１の光学系２７を通過した光束をポリゴンミラー５の偏向面（以下「ファセット」とも称す。）６の主走査方向の幅よりも広い状態で入射させている（所謂オーバーフィルド光学系（ＯＦＳ））。
【００４９】
７はｆθ特性を有する第２の光学系としての結像光学系であり、負のパワーを有するレンズ７ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有するレンズ７ｂとを有している。尚、第２の光学系７は第１の光学系２７の一部を構成している。また集光レンズ２と結像光学系７の各要素は入射光学系の一要素を構成している。
【００５０】
８は反射部材としてのシリンドリカルミラー（折り返しミラー）であり、副走査方向に所定のパワーを有しており、該シリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させて形成している。
【００５１】
即ち、本実施形態ではこのシリンドリカルミラー８を該シリンドリカルミラー８への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏光成分（例えばＰ成分）を有する偏光光の反射光量が軸外の該偏光成分（Ｐ成分）と他方の偏光成分（例えばＳ成分）の合成の反射光量よりも低くなるように各偏光成分の反射率を設定している。
【００５２】
９は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体面）である。
【００５３】
本実施形態において光源手段１から出射した発散光束は集光レンズ２により弱発散光束とされ、結像光学系７で略平行光束としてポリゴンミラー５に入射している。
このとき主走査方向はファセット６幅より広い光束とされている。ポリゴンミラー５に入射した光束の一部はファセット６で反射偏向され、再び結像光学系７で屈折されてシリンドリカルミラー８を介して被走査面９上に導光される。そしてポリゴンミラー５を図中矢印Ａ方向に回転させることによって被走査面９上を主走査方向に光走査している。副走査方向は集光レンズ２からの弱発散光束を開口絞り３で制限し、シリンドリカルレンズ４によってファセット６近傍に主走査方向に長手の線像を形成している。そしてポリゴンミラー５によって反射偏向された光束はシリンドリカルミラー８によって被走査面９上に結像され、該被走査面９上を該光束で光走査することによって画像記録を行なっている。
【００５４】
図３は本実施形態における半導体レーザ１からポリゴンミラー５にかけての概要を示す主走査方向の要部断面図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５５】
同図において半導体レーザ１から出射された光束は集光レンズ２と結像光学系７とからなる入射光学系１１によって略平行光束である入射光束１２とされ、ファセット６幅よりも広い範囲でポリゴンミラー５へ入射する。該ポリゴンミラー５で反射偏向された偏向光束１５は入射光束１２の一部がファセット６により反射偏向されたものであり、不図示の被走査面上を光走査する。
【００５６】
ここでポリゴンミラー５の外接円半径：Ｒｐ、ファセット面数：Ｍ、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａとの間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
ＯＦＳでは入射光束１２の一部をポリゴンミラー５で反射偏向しているため、偏向光束１５の幅（以下、「偏向光束幅」とも称す。）は入射光束１２から見た見かけ上のファセット６幅によって決定される。
【００５９】
ここで偏向光束幅：Ｗθｉ、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａ、半導体レーザ１からの光束がファセット６ヘ入射する面入射角（入射光束１２とファセットの面法線１３とが成す角度）：θｉ（１４）との間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００６０】
Ｗθｉ＝Ｆａ×ＣＯＳθｉ ………▲２▼
この各関係式▲１▼，▲２▼から偏向光束幅は入射光束１２のＣＯＳθｉ分だけ狭くなることが解る。すなわち画角によって偏向光束１５のＦＮｏが変化する。偏向光束１５の光強度は偏向光束幅に比例して変化するため、面入射角θｉの増加と共に減少し、その結果、被走査面上における光量分布は不均一となってしまう。
【００６１】
本実施形態ではポリゴンミラー５の外接円半径：Ｒｐ＝４０ｍｍ、ファセット面数：Ｍ＝１２面であり、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａ＝１０．３５ｍｍである。
【００６２】
図１中の軸上（被走査面９上の走査有効領域の中央部）へ向かう光束がファセット６に入射するときの面入射角：θｉ＝０°であり、上記▲１▼式より偏向光束幅：Ｗ０°＝Ｆａである。また軸外（被走査面９上の走査有効領域の周辺部）へ向かう光束がファセット６に入射するときの面入射角：θｉ＝１３．５°であり、偏向光束幅：Ｗ１３．５°＝Ｆａ×ＣＯＳ１３．５°である。よって偏向光束幅は軸上に比べ軸外で９７．２％に減少する。
【００６３】
また偏向光束１５の光量は偏向光束幅に比例して変化するため、同様に軸外では軸上に比べ９７．２％に減少する。尚、このとき半導体レーザ１の放射角（α：半値全幅）１０は１７°であり、これに対して入射光学系１１の実効ＦＮｏはＦＮｏ＝２２と暗いため、入射光束１２内のガウス強度分布はフラットとみなし、実用上問題は無いものとする。
【００６４】
そこで本実施形態では偏向光束１５の光量の変化による被走査面９上における光量分布の不均一を相殺するように前述の如くシリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。表１に本実施形態におけるシリンドリカルミラー８の反射率を示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１における偏向光束の光量比は有る画角における光量と軸上の光量との比を取ったものであり、走査有効全域において軸上の±５％以内となるように設定している。これにより本実施形態では被走査面上における光量分布を実用上問題無いレベルで略均一に補正している。尚、略均一とは被走査面上における光量分布が軸上に対して走査有効全域で±５％以内のことをいう。
【００６７】
このように本実施形態では上述の如く光偏向器５と感光ドラムとの間の光路中に配置されたシリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、画角による変化が問題となるＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化によって生じる周辺部での光量落ちを画角毎に補正することができ、これにより被走査面９上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。また本実施形態では部品点数も増やさずに済むためコスト的にもメリットがある。
【００６８】
［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図５は本発明の実施形態２の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図４、図５において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６９】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は集光レンズのパワーを強めて半導体レーザと集光レンズとの間隔を短くし入射光学系の半導体レーザー側の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６と明るくした点と、反射部材として平面ミラーを用いたことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７０】
即ち、同図において１８は反射部材としての平面ミラー（折り返しミラー）であり、該平面ミラー１８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【００７１】
即ち、本実施形態ではこの平面ミラー１８を該平面ミラー１８への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に後述する条件式（１）を満足するように軸上と軸外での反射率の関係を適切に設定している。
【００７２】
本実施形態では集光レンズ２のパワーを強めて半導体レーザ１と集光レンズ２との間隔を短くし、入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６とし、前述の実施形態１（実効ＦＮｏ＝２２）と比較して非常に明るい実効ＦＮｏで使用している。尚、実効ＦＮｏとは実際に光束が通過する範囲でのＦＮｏであり、後述する図６中に点線で示した光束で決定されるＦＮｏのことである。
【００７３】
本実施形態のように実効ＦＮｏを明るくすると取り込み光量が大きくなり、光源手段の出力が少なくて済むためコスト的に大きなメリットがある。
【００７４】
図６は本実施形態における半導体レーザ１からポリゴンミラー５にかけての概要を示す主走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００７５】
同図に示すように半導体レーザ１の放射角１０に対して入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏが明るい場合、ファセット６で反射偏向される偏向光束１５の光量が画角によって大きく変化する。それは偏向光束１５の幅が変化するのみならず、入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配が大きくなり、その影響を大きく受けるからである。
【００７６】
本実施形態のようにＯＦＳでは偏向光束１５は画角によって入射光束１２内の反射偏向される部分が異なる。さらに入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏを明るく設定した場合、入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配が大きく生じて中心部から周辺部へ向かうほど光量が減少する。即ち偏向光束１５の光束幅の変化に加えて入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配の変化量が大きいことが起因して画角によって光量が著しく変化してしまい被走査面上の光量分布に不均一が生じることが問題となる。
【００７７】
また半導体レーザ１はＳ偏光で使用しており、主走査方向の最小放射角は２３（ｄｅｇ）であり、このとき入射光束のガウス強度分布と偏向光束のＦＮｏの変化による周辺部での光量落ちは中心部に比べ９４．９％となる。
【００７８】
この周辺部での光量落ちを補正するため本実施形態では平面ミラー８の反射率を上げて被走査面９上における光量分布が略均一になるように補正している。具体的には平面ミラー８の軸上の反射率をＲ０、軸外の反射率をＲθとしたとき、
【００７９】
【数１４】
【００８０】
但し、
【００８１】
【数１５】
【００８２】
Ｍ：光偏向器の面数
Ｄ：走査効率
【００８３】
【数１６】
【００８４】
Ｆ：第１の光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：光源手段の放射角 （半値全幅）
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【００８５】
表２に本実施形態における平面ミラー８の反射率を示す。尚、本実施形態では平面ミラー８の膜厚公差を量産時に可能となる値とするため、膜をできるだけ減らし、２層膜で構成した平面ミラー８を使用している。
【００８６】
【表２】
【００８７】
本実施形態のように入射光学系の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６と明るいものを使用したＯＦＳにおいても、周辺部での光量落ちを補正し、被走査面９上における光量分布を略均一にすることができる。
【００８８】
このように本実施形態においては上述の如く平面ミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させ、特に軸上と軸外との反射率の関係を条件式（１）を満足するように設定することにより、画角による変化が問題となるＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化や入射光束のガウス強度分布の勾配により生じる周辺部での光量落ちを画角毎に補正することができ、これにより被走査面上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。
【００８９】
また本実施形態では結像性能を持たない平面ミラー１８に反射率変化を与えているので、光学系の結像関係とは無関係に配置することができ、これにより角度や位置の自由度を増やすことができる。また反射率特性を決定する誘電体膜を付ける面が平面であるので製作が容易になる。
【００９０】
［実施形態３］
図７は本発明の実施形態３の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図８は本発明の実施形態３の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図７、図８において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００９１】
本実施形態において前述の実施形態２と異なる点は入射光学系の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝４と更に明るくした点と、それに伴ない反射率が変化する反射部材としての平面ミラーを２枚用いて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００９２】
即ち、同図において２８ａ，２８ｂは各々反射部材としての第１、第２の平面ミラー（折り返しミラー）であり、該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【００９３】
即ち、本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）を各々該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に後述する条件式（２）を満足するように軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を適切に設定している。
【００９４】
前述の実施形態２では２層膜で平面ミラー１８の反射率比を軸外で約６％上げているので軸上の絶対反射率が３３．５％と低くなってしまう。本実施形態のように最大走査角が２７（ｄｅｇ）と狭い場合では、実効ＦＮｏをＦＮｏ＝４と更に明るくして光量分布を十分に補正することを１枚の平面ミラーで行なうのは難しい。また絶対反射率も更に低下するので被走査面９上の絶対光量も問題となる。
【００９５】
そこで本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）に各々反射率変化を持たせて補正効果を分担し、これにより被走査面９上における光量を低下させずに光量分布を略均一にしている。
【００９６】
このとき第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の軸上の反射率の積をＲ´０、軸外の反射率の積をＲ´θとしたとき、
【００９７】
【数１７】
【００９８】
但し、
【００９９】
【数１８】
【０１００】
Ｍ：光偏向器の面数
Ｄ：走査効率
【０１０１】
【数１９】
【０１０２】
Ｆ：第１の光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：光源手段の放射角 （半値全幅）
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【０１０３】
表３に本実施形態における第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を示す。
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
ここで軸上と軸外における第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率の比を取ってみると、本実施形態では第１の平面ミラー２８ａの反射率の比に対して第２の平面ミラー２８ｂの反射率の比を上げている。ここでは特に偏光方向の反射率の違いを利用して軸外の反射率を上げており、第１の平面ミラー２８ａよりも第２の平面ミラー２８ｂのＰ偏光とＳ偏光との反射率差を大きく設定している。本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）ヘ入射する光束の偏光方向はＰ偏光であり、該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）ともＰ偏光の反射率よりもＳ偏光の反射率を高くしている。これにより本実施形態では入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏを明るくとり、半導体レーザ１の出力の利用効率を高めた場合でも、被走査面９上における光量分布を略均一に設定した高品質で且つ簡易な構成の光走査装置を提供することができる。
【０１０６】
尚、本実施形態では軸上と最軸外に関して偏向光束の光量比を補正したが、それに限定されることはなく、例えば光量変化が大きい軸上と最軸外との中間点から最軸外にかけての少なくとも１画角で光量比を補正しても、本発明は前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１０７】
このように本実施形態では上述の如く２枚の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させ、特に軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を条件式（２）を満足するように設定することにより、ＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化や入射光束のガウス強度分布の勾配により生じる周辺部での光量落ちを補正することができ、これにより被走査面上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。また本実施形態では補正効果を大きくすることができるため、光源手段１から出射される光束の取り込み効果を上げることができ、これにより被走査面９上の光量を大きく稼ぐことができる。更には光源手段１の出力を小さくすることができるため、コスト的なメリットもある。また本実施形態では被走査面９に最も近い第２の平面ミラー２８ｂにおいて軸上の偏向成分ではないもう一方の偏向成分が最大となるところで偏光方向による反射率差を最大としたことにより、偏光方向の反射率の違いを利用した光量補正効果を最大限に利用することができる。
【０１０８】
［実施形態４］
図９は本発明の実施形態４の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１０は本発明の実施形態４の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図９、図１０において図７、図８に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１０９】
本実施形態において前述の実施形態３と異なる点は反射部材としての第１、第２の平面ミラーを同一の膜構造を有する平面ミラーより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態３と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１１０】
即ち、同図において３８ａ，３８ｂは各々同一の膜構造を有する反射部材としての第１、第２の平面ミラー（折り返しミラー）であり、該第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【０１１１】
即ち、本実施形態では第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）を各々該第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に前述した条件式（２）を満足するように軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を適切に設定している。
【０１１２】
表４に本実施形態における第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を示す。
【０１１３】
【表４】
【０１１４】
本実施形態における第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）には入射角によって反射率を変化させる反射率角度依存特性と偏光方向によって反射率を変化させる反射率偏光依存特性とを与えている。
【０１１５】
第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）は結像に関係しないので、各平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）ヘの入射角を反射率に合わせて自由に設定することができる。また第１の平面ミラー３８ａで反射された後の光束は偏光方向が回転して第２の平面ミラー３８ｂへ入射するため、反射率偏光依存性を大きく付加した平面ミラーを使用することにより周辺部での光量落ちを補正する効果を高めることができる。さらに入射角や偏光方向は画角が変化するにつれて連続的に変化するため、第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を連続的に変化させることができる。本実施形態ではこの２つの反射率特性によって所望の反射率になるように第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の入射角度を設定している。
【０１１６】
このように本実施形態では上述の如く同一の膜構造を有する反射部材としての平面ミラーを２枚使用した場合でも被走査面上における光量分布を実用上、問題のないレベルとすることが可能であると共に、膜の製造や蒸着に必要な装置あるいは設計や製造や保管に必要な条件が一通りで済むためコスト的に大きなメリットがある。
【０１１７】
図１３は、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例である、電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図である。図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１〜４のいずれかの光走査装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、光走査装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【０１１８】
光ビーム１０３は、画像データに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム１０１の前方（図１３において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０１１９】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図1 ３において左側）の定着手段としての定着器へと搬送される。該定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３と該定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を上記定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２をプリンタの外に排出せしめる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如くオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、光偏向器と感光ドラムとの間の光路中に設けた反射部材の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、被走査面上における光量分布を略均一することができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【０１２１】
また本発明によれば前述の如く光源手段から出射される光束の取り込み効率を上げることによって入射光束のガウス分布の勾配が急になり周辺光量が大きく減少することによる被走査面上の光量分布の不均一も同様に補正することができ、これにより常に高精細で高画質な画像を得ることができ、さらに光源手段の出力の利用効率を高めることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図３】 本発明の実施形態１の主要部分の主走査方向の要部断面図
【図４】 本発明の実施形態２の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図５】 本発明の実施形態２の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図６】 本発明の実施形態２の主要部分の主走査方向の要部断面図
【図７】 本発明の実施形態３の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態３の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図９】 本発明の実施形態４の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の実施形態４の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図１１】 従来の光走査装置の要部概略図
【図１２】 ＯＦＳの主要部分の主走査方向の要部断面図
【図１３】 本発明の光走査装置を用いた電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザ）
２ 集光レンズ（コリメータレンズ）
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 偏向面（ファセット）
７ 第２の光学系（結像光学系）
８ 反射部材（シリンドリカルミラー）
２７ 第１の光学系
１８ 反射部材（平面ミラー）
２８ａ，２８ｂ 反射部材（平面ミラー）
３８ａ，３８ｂ 反射部材（平面ミラー）
９ 被走査面（感光体）
１０ 半導体レーザの放射角
１１ 入射光学系
１２ 入射光束
１３ 面法線
１４（θｉ） 面入射角
１５ 偏向光束
１６ ガウス強度分布
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明はオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光偏向器と感光ドラム（感光体）との間に配置された反射部材により、該感光ドラム面上における光量分布が略均一となるようにした、例えばレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザビームプリンタ等の光走査装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系により感光性の記録媒体面上にスポット状に集光させ、その面上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】
図１１は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から出射した光束は集光レンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束（光量）を制限して副走査走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（以下「ファセット」とも称す。）９６にほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９６で偏向された光束はｆθ特性を有する結像光学系９７により折り返しミラー９８を介して被走査面としての感光ドラム面９９上に導光され、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面９９上を矢印Ｂ方向（主走査方向）光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
近年、走査光学系をより高速化することが望まれており、例えば光偏向器の偏向面の主走査方向の面幅より広い光束が該光偏向器に入射することを特徴としたオーバーフィルド光学系（ＯＦＳ）が再認識されている。
【０００７】
図１２はこの種のオーバーフィルド光学系において光偏向器近傍の要部概略図である。
【０００８】
同図において光源手段（不図示）からの入射光束８２は光偏向器９５としてのポリゴンミラーにファセット９６の主走査方向の幅よりも広い範囲に入射している。そして入射光束８２の一部はファセット９６によって反射偏向されて偏向光束８５となり被走査面（不図示）へ導光される。このとき偏向光束８５の主走査方向の幅はポリゴンミラー９５によって反射偏向される角度によって変化する。つまり画角によってＦＮｏ（Ｆナンバー）が変化することになる。入射光束８２のガウス強度分布がフラットなとき、偏向光束８５の光強度は該偏向光束８５のＦＮｏに比例して変化するため、被走査面（感光ドラム面）上における光量分布（ライン画像の光量分布）は不均一となる。
【０００９】
そこで従来では上記の問題点を解決するために、例えば特開平08-160338 号公報では光源手段と光偏向器との間の光路中に透過率分布が設定されたフィルタを設けて、偏向光束のＦＮｏの変化による光量分布の不均一を補正した光走査装置を提案している。
【００１０】
しかしながら同公報においては光源手段と光偏向器との間における光束幅が狭く、その範囲内で透過率を所望の値に変化させることは難しく、公差も厳しいという問題点がある。また透過率が不連続に変化するフィルタを設けた場合は被走査面上の光量分布をなだらかに補正することができないため、出力画像にスジが発生する等の問題点が発生する虞がある。
【００１１】
またファセット幅よりも狭い光束を光偏向器に入射させるアンダーフィルド光学系においても被走査面上の光量分布を略均一に補正した例がある。例えば特開平09-80334号公報の光走査装置では発光継続時間の変化による光量の変化を折り返しミラーの反射率により補正して、被走査面上の光量分布を略均一化にしている。
【００１２】
また実際に光走査装置にも結像光学系の透過率変化よる周辺部での光量落ちを２枚の折り返しミラーの反射率を変化させて、被走査面上における光量分布を略均一化に補正した例がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらにはＯＦＳが故に生じる偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による光量落ちが考慮されていない。またＯＦＳにおいて被走査面上の光量分布が不均一となる要因は発光継続時間の変化や結像光学系の透過率変化によるものよりも偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による周辺部での光量落ちの方が遥かに大きい。
【００１４】
本発明はこの偏向光束のＦＮｏ変化やガウス強度分布の勾配による周辺部での光量落ちを積極的に問題視したものである。
【００１５】
本発明はオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、光偏向器と感光ドラムとの間の光路中に設けた反射部材の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、被走査面上における光量分布を略均一にすることができる簡易な構成の光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査装置は、光源手段と、光偏向器と、前記光源手段から出射した光束を前記光偏向器の偏向面に導く入射光学系と、前記光偏向器の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、前記光偏向器と前記被走査面の間の光路中に配置されたミラーと、を備えた光走査装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の光束幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも大きく、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、前記偏向面に対して副走査方向において斜め方向から前記偏向面に入射しており、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、主走査方向において走査範囲の中心から前記偏向面に入射しており、
前記ミラーの反射率は、主走査方向に沿って軸上から軸外に向うに従い大きくなっており、
前記ミラーの軸上の反射率をＲ０、前記ミラーの軸外の反射率をＲθとしたとき、
【数４】
【数５】
Ｍ：前記光偏向器の偏向面の面数
Ｄ：走査効率
Ｆ：前記入射光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：前記光源手段の半値全幅によって示される放射角
【数６】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光体と、前記感光体の上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴としている。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明の実施形態１の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。ここで光源手段から出射した光束（光ビーム）が光偏向器により走査される方向を主走査方向、光束の進行方向と主走査方向とに垂直な方向を副走査方向とする。
【００４７】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は集光レンズ（コリメーターレンズ）であり 光源手段１から出射した発散光束を弱発散光束にしている。３は開口絞りであり、集光レンズ２から射出した光束を所望の最適なビーム形状に形成している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定のパワー（屈折力）を有し、開口絞り３から射出した光束を後述する光偏向器の偏向面上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）させている。尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４等の各要素は第１の光学系２７の一要素を構成している。
【００４８】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成り、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。本実施形態では第１の光学系２７を通過した光束をポリゴンミラー５に主走査方向においては正面（ポリゴンミラー５の偏向角の略中央、即ち主走査方向に沿った走査範囲の略中央）から入射させ、また副走査方向においては斜め下方から入射させている。更に第１の光学系２７を通過した光束をポリゴンミラー５の偏向面（以下「ファセット」とも称す。）６の主走査方向の幅よりも広い状態で入射させている（所謂オーバーフィルド光学系（ＯＦＳ））。
【００４９】
７はｆθ特性を有する第２の光学系としての結像光学系であり、負のパワーを有するレンズ７ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有するレンズ７ｂとを有している。尚、第２の光学系７は第１の光学系２７の一部を構成している。また集光レンズ２と結像光学系７の各要素は入射光学系の一要素を構成している。
【００５０】
８は反射部材としてのシリンドリカルミラー（折り返しミラー）であり、副走査方向に所定のパワーを有しており、該シリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させて形成している。
【００５１】
即ち、本実施形態ではこのシリンドリカルミラー８を該シリンドリカルミラー８への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏光成分（例えばＰ成分）を有する偏光光の反射光量が軸外の該偏光成分（Ｐ成分）と他方の偏光成分（例えばＳ成分）の合成の反射光量よりも低くなるように各偏光成分の反射率を設定している。
【００５２】
９は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体面）である。
【００５３】
本実施形態において光源手段１から出射した発散光束は集光レンズ２により弱発散光束とされ、結像光学系７で略平行光束としてポリゴンミラー５に入射している。
このとき主走査方向はファセット６幅より広い光束とされている。ポリゴンミラー５に入射した光束の一部はファセット６で反射偏向され、再び結像光学系７で屈折されてシリンドリカルミラー８を介して被走査面９上に導光される。そしてポリゴンミラー５を図中矢印Ａ方向に回転させることによって被走査面９上を主走査方向に光走査している。副走査方向は集光レンズ２からの弱発散光束を開口絞り３で制限し、シリンドリカルレンズ４によってファセット６近傍に主走査方向に長手の線像を形成している。そしてポリゴンミラー５によって反射偏向された光束はシリンドリカルミラー８によって被走査面９上に結像され、該被走査面９上を該光束で光走査することによって画像記録を行なっている。
【００５４】
図３は本実施形態における半導体レーザ１からポリゴンミラー５にかけての概要を示す主走査方向の要部断面図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５５】
同図において半導体レーザ１から出射された光束は集光レンズ２と結像光学系７とからなる入射光学系１１によって略平行光束である入射光束１２とされ、ファセット６幅よりも広い範囲でポリゴンミラー５へ入射する。該ポリゴンミラー５で反射偏向された偏向光束１５は入射光束１２の一部がファセット６により反射偏向されたものであり、不図示の被走査面上を光走査する。
【００５６】
ここでポリゴンミラー５の外接円半径：Ｒｐ、ファセット面数：Ｍ、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａとの間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
ＯＦＳでは入射光束１２の一部をポリゴンミラー５で反射偏向しているため、偏向光束１５の幅（以下、「偏向光束幅」とも称す。）は入射光束１２から見た見かけ上のファセット６幅によって決定される。
【００５９】
ここで偏向光束幅：Ｗθｉ、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａ、半導体レーザ１からの光束がファセット６ヘ入射する面入射角（入射光束１２とファセットの面法線１３とが成す角度）：θｉ（１４）との間には、次式で示される関係が成り立つ。
【００６０】
Ｗθｉ＝Ｆａ×ＣＯＳθｉ ………▲２▼
この各関係式▲１▼，▲２▼から偏向光束幅は入射光束１２のＣＯＳθｉ分だけ狭くなることが解る。すなわち画角によって偏向光束１５のＦＮｏが変化する。偏向光束１５の光強度は偏向光束幅に比例して変化するため、面入射角θｉの増加と共に減少し、その結果、被走査面上における光量分布は不均一となってしまう。
【００６１】
本実施形態ではポリゴンミラー５の外接円半径：Ｒｐ＝４０ｍｍ、ファセット面数：Ｍ＝１２面であり、ファセット６の主走査方向の面幅：Ｆａ＝１０．３５ｍｍである。
【００６２】
図１中の軸上（被走査面９上の走査有効領域の中央部）へ向かう光束がファセット６に入射するときの面入射角：θｉ＝０°であり、上記▲１▼式より偏向光束幅：Ｗ０°＝Ｆａである。また軸外（被走査面９上の走査有効領域の周辺部）へ向かう光束がファセット６に入射するときの面入射角：θｉ＝１３．５°であり、偏向光束幅：Ｗ１３．５°＝Ｆａ×ＣＯＳ１３．５°である。よって偏向光束幅は軸上に比べ軸外で９７．２％に減少する。
【００６３】
また偏向光束１５の光量は偏向光束幅に比例して変化するため、同様に軸外では軸上に比べ９７．２％に減少する。尚、このとき半導体レーザ１の放射角（α：半値全幅）１０は１７°であり、これに対して入射光学系１１の実効ＦＮｏはＦＮｏ＝２２と暗いため、入射光束１２内のガウス強度分布はフラットとみなし、実用上問題は無いものとする。
【００６４】
そこで本実施形態では偏向光束１５の光量の変化による被走査面９上における光量分布の不均一を相殺するように前述の如くシリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。表１に本実施形態におけるシリンドリカルミラー８の反射率を示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１における偏向光束の光量比は有る画角における光量と軸上の光量との比を取ったものであり、走査有効全域において軸上の±５％以内となるように設定している。これにより本実施形態では被走査面上における光量分布を実用上問題無いレベルで略均一に補正している。尚、略均一とは被走査面上における光量分布が軸上に対して走査有効全域で±５％以内のことをいう。
【００６７】
このように本実施形態では上述の如く光偏向器５と感光ドラムとの間の光路中に配置されたシリンドリカルミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、画角による変化が問題となるＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化によって生じる周辺部での光量落ちを画角毎に補正することができ、これにより被走査面９上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。また本実施形態では部品点数も増やさずに済むためコスト的にもメリットがある。
【００６８】
［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図５は本発明の実施形態２の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図４、図５において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６９】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は集光レンズのパワーを強めて半導体レーザと集光レンズとの間隔を短くし入射光学系の半導体レーザー側の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６と明るくした点と、反射部材として平面ミラーを用いたことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７０】
即ち、同図において１８は反射部材としての平面ミラー（折り返しミラー）であり、該平面ミラー１８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【００７１】
即ち、本実施形態ではこの平面ミラー１８を該平面ミラー１８への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に後述する条件式（１）を満足するように軸上と軸外での反射率の関係を適切に設定している。
【００７２】
本実施形態では集光レンズ２のパワーを強めて半導体レーザ１と集光レンズ２との間隔を短くし、入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６とし、前述の実施形態１（実効ＦＮｏ＝２２）と比較して非常に明るい実効ＦＮｏで使用している。尚、実効ＦＮｏとは実際に光束が通過する範囲でのＦＮｏであり、後述する図６中に点線で示した光束で決定されるＦＮｏのことである。
【００７３】
本実施形態のように実効ＦＮｏを明るくすると取り込み光量が大きくなり、光源手段の出力が少なくて済むためコスト的に大きなメリットがある。
【００７４】
図６は本実施形態における半導体レーザ１からポリゴンミラー５にかけての概要を示す主走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００７５】
同図に示すように半導体レーザ１の放射角１０に対して入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏが明るい場合、ファセット６で反射偏向される偏向光束１５の光量が画角によって大きく変化する。それは偏向光束１５の幅が変化するのみならず、入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配が大きくなり、その影響を大きく受けるからである。
【００７６】
本実施形態のようにＯＦＳでは偏向光束１５は画角によって入射光束１２内の反射偏向される部分が異なる。さらに入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏを明るく設定した場合、入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配が大きく生じて中心部から周辺部へ向かうほど光量が減少する。即ち偏向光束１５の光束幅の変化に加えて入射光束１２のガウス強度分布１６の勾配の変化量が大きいことが起因して画角によって光量が著しく変化してしまい被走査面上の光量分布に不均一が生じることが問題となる。
【００７７】
また半導体レーザ１はＳ偏光で使用しており、主走査方向の最小放射角は２３（ｄｅｇ）であり、このとき入射光束のガウス強度分布と偏向光束のＦＮｏの変化による周辺部での光量落ちは中心部に比べ９４．９％となる。
【００７８】
この周辺部での光量落ちを補正するため本実施形態では平面ミラー８の反射率を上げて被走査面９上における光量分布が略均一になるように補正している。具体的には平面ミラー８の軸上の反射率をＲ０、軸外の反射率をＲθとしたとき、
【００７９】
【数１４】
【００８０】
但し、
【００８１】
【数１５】
【００８２】
Ｍ：光偏向器の面数
Ｄ：走査効率
【００８３】
【数１６】
【００８４】
Ｆ：第１の光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：光源手段の放射角 （半値全幅）
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【００８５】
表２に本実施形態における平面ミラー８の反射率を示す。尚、本実施形態では平面ミラー８の膜厚公差を量産時に可能となる値とするため、膜をできるだけ減らし、２層膜で構成した平面ミラー８を使用している。
【００８６】
【表２】
【００８７】
本実施形態のように入射光学系の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝６と明るいものを使用したＯＦＳにおいても、周辺部での光量落ちを補正し、被走査面９上における光量分布を略均一にすることができる。
【００８８】
このように本実施形態においては上述の如く平面ミラー８の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させ、特に軸上と軸外との反射率の関係を条件式（１）を満足するように設定することにより、画角による変化が問題となるＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化や入射光束のガウス強度分布の勾配により生じる周辺部での光量落ちを画角毎に補正することができ、これにより被走査面上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。
【００８９】
また本実施形態では結像性能を持たない平面ミラー１８に反射率変化を与えているので、光学系の結像関係とは無関係に配置することができ、これにより角度や位置の自由度を増やすことができる。また反射率特性を決定する誘電体膜を付ける面が平面であるので製作が容易になる。
【００９０】
［実施形態３］
図７は本発明の実施形態３の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図８は本発明の実施形態３の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図７、図８において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００９１】
本実施形態において前述の実施形態２と異なる点は入射光学系の実効ＦＮｏをＦＮｏ＝４と更に明るくした点と、それに伴ない反射率が変化する反射部材としての平面ミラーを２枚用いて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００９２】
即ち、同図において２８ａ，２８ｂは各々反射部材としての第１、第２の平面ミラー（折り返しミラー）であり、該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【００９３】
即ち、本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）を各々該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に後述する条件式（２）を満足するように軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を適切に設定している。
【００９４】
前述の実施形態２では２層膜で平面ミラー１８の反射率比を軸外で約６％上げているので軸上の絶対反射率が３３．５％と低くなってしまう。本実施形態のように最大走査角が２７（ｄｅｇ）と狭い場合では、実効ＦＮｏをＦＮｏ＝４と更に明るくして光量分布を十分に補正することを１枚の平面ミラーで行なうのは難しい。また絶対反射率も更に低下するので被走査面９上の絶対光量も問題となる。
【００９５】
そこで本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）に各々反射率変化を持たせて補正効果を分担し、これにより被走査面９上における光量を低下させずに光量分布を略均一にしている。
【００９６】
このとき第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の軸上の反射率の積をＲ´０、軸外の反射率の積をＲ´θとしたとき、
【００９７】
【数１７】
【００９８】
但し、
【００９９】
【数１８】
【０１００】
Ｍ：光偏向器の面数
Ｄ：走査効率
【０１０１】
【数１９】
【０１０２】
Ｆ：第１の光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：光源手段の放射角 （半値全幅）
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【０１０３】
表３に本実施形態における第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を示す。
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
ここで軸上と軸外における第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率の比を取ってみると、本実施形態では第１の平面ミラー２８ａの反射率の比に対して第２の平面ミラー２８ｂの反射率の比を上げている。ここでは特に偏光方向の反射率の違いを利用して軸外の反射率を上げており、第１の平面ミラー２８ａよりも第２の平面ミラー２８ｂのＰ偏光とＳ偏光との反射率差を大きく設定している。本実施形態では第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）ヘ入射する光束の偏光方向はＰ偏光であり、該第１、第２の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）ともＰ偏光の反射率よりもＳ偏光の反射率を高くしている。これにより本実施形態では入射光学系１１の半導体レーザ１側の実効ＦＮｏを明るくとり、半導体レーザ１の出力の利用効率を高めた場合でも、被走査面９上における光量分布を略均一に設定した高品質で且つ簡易な構成の光走査装置を提供することができる。
【０１０６】
尚、本実施形態では軸上と最軸外に関して偏向光束の光量比を補正したが、それに限定されることはなく、例えば光量変化が大きい軸上と最軸外との中間点から最軸外にかけての少なくとも１画角で光量比を補正しても、本発明は前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１０７】
このように本実施形態では上述の如く２枚の平面ミラー（２８ａ・２８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させ、特に軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を条件式（２）を満足するように設定することにより、ＯＦＳにおける偏向光束のＦＮｏ変化や入射光束のガウス強度分布の勾配により生じる周辺部での光量落ちを補正することができ、これにより被走査面上における光量を低下させずに光量分布を略均一にすることができる。また本実施形態では補正効果を大きくすることができるため、光源手段１から出射される光束の取り込み効果を上げることができ、これにより被走査面９上の光量を大きく稼ぐことができる。更には光源手段１の出力を小さくすることができるため、コスト的なメリットもある。また本実施形態では被走査面９に最も近い第２の平面ミラー２８ｂにおいて軸上の偏向成分ではないもう一方の偏向成分が最大となるところで偏光方向による反射率差を最大としたことにより、偏光方向の反射率の違いを利用した光量補正効果を最大限に利用することができる。
【０１０８】
［実施形態４］
図９は本発明の実施形態４の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１０は本発明の実施形態４の光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図９、図１０において図７、図８に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１０９】
本実施形態において前述の実施形態３と異なる点は反射部材としての第１、第２の平面ミラーを同一の膜構造を有する平面ミラーより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態３と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１１０】
即ち、同図において３８ａ，３８ｂは各々同一の膜構造を有する反射部材としての第１、第２の平面ミラー（折り返しミラー）であり、該第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を各々中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させている。
【０１１１】
即ち、本実施形態では第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）を各々該第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）への光束の入射角が大きくなるにつれ反射率が連続的に高くなるように形成しており、また軸上で大きな偏向成分を有する偏光光の反射率が他方の偏向成分の偏光光の反射率よりも低くなるように形成している。更に前述した条件式（２）を満足するように軸上の反射率の積と軸外の反射率の積との関係を適切に設定している。
【０１１２】
表４に本実施形態における第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を示す。
【０１１３】
【表４】
【０１１４】
本実施形態における第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）には入射角によって反射率を変化させる反射率角度依存特性と偏光方向によって反射率を変化させる反射率偏光依存特性とを与えている。
【０１１５】
第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）は結像に関係しないので、各平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）ヘの入射角を反射率に合わせて自由に設定することができる。また第１の平面ミラー３８ａで反射された後の光束は偏光方向が回転して第２の平面ミラー３８ｂへ入射するため、反射率偏光依存性を大きく付加した平面ミラーを使用することにより周辺部での光量落ちを補正する効果を高めることができる。さらに入射角や偏光方向は画角が変化するにつれて連続的に変化するため、第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の反射率を連続的に変化させることができる。本実施形態ではこの２つの反射率特性によって所望の反射率になるように第１、第２の平面ミラー（３８ａ・３８ｂ）の入射角度を設定している。
【０１１６】
このように本実施形態では上述の如く同一の膜構造を有する反射部材としての平面ミラーを２枚使用した場合でも被走査面上における光量分布を実用上、問題のないレベルとすることが可能であると共に、膜の製造や蒸着に必要な装置あるいは設計や製造や保管に必要な条件が一通りで済むためコスト的に大きなメリットがある。
【０１１７】
図１３は、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例である、電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図である。図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１〜４のいずれかの光走査装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、光走査装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【０１１８】
光ビーム１０３は、画像データに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム１０１の前方（図１３において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０１１９】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図1 ３において左側）の定着手段としての定着器へと搬送される。該定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３と該定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を上記定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２をプリンタの外に排出せしめる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如くオーバーフィルド光学系を用いた光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、光偏向器と感光ドラムとの間の光路中に設けた反射部材の反射率を中心部から周辺部へ向かうにつれ変化させることにより、被走査面上における光量分布を略均一することができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【０１２１】
また本発明によれば前述の如く光源手段から出射される光束の取り込み効率を上げることによって入射光束のガウス分布の勾配が急になり周辺光量が大きく減少することによる被走査面上の光量分布の不均一も同様に補正することができ、これにより常に高精細で高画質な画像を得ることができ、さらに光源手段の出力の利用効率を高めることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図３】 本発明の実施形態１の主要部分の主走査方向の要部断面図
【図４】 本発明の実施形態２の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図５】 本発明の実施形態２の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図６】 本発明の実施形態２の主要部分の主走査方向の要部断面図
【図７】 本発明の実施形態３の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態３の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図９】 本発明の実施形態４の光走査装置の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の実施形態４の光走査装置の副走査方向の要部断面図
【図１１】 従来の光走査装置の要部概略図
【図１２】 ＯＦＳの主要部分の主走査方向の要部断面図
【図１３】 本発明の光走査装置を用いた電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザ）
２ 集光レンズ（コリメータレンズ）
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 偏向面（ファセット）
７ 第２の光学系（結像光学系）
８ 反射部材（シリンドリカルミラー）
２７ 第１の光学系
１８ 反射部材（平面ミラー）
２８ａ，２８ｂ 反射部材（平面ミラー）
３８ａ，３８ｂ 反射部材（平面ミラー）
９ 被走査面（感光体）
１０ 半導体レーザの放射角
１１ 入射光学系
１２ 入射光束
１３ 面法線
１４（θｉ） 面入射角
１５ 偏向光束
１６ ガウス強度分布
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
Claims (2)
- 光源手段と、光偏向器と、前記光源手段から出射した光束を前記光偏向器の偏向面に導く入射光学系と、前記光偏向器の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、前記光偏向器と前記被走査面の間の光路中に配置されたミラーと、を備えた光走査装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の光束幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも大きく、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、前記偏向面に対して副走査方向において斜め方向から前記偏向面に入射しており、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束は、主走査方向において走査範囲の中心から前記偏向面に入射しており、
前記ミラーの反射率は、主走査方向に沿って軸上から軸外に向うに従い大きくなっており、
前記ミラーの軸上の反射率をＲ０、前記ミラーの軸外の反射率をＲθとしたとき、
Ｄ：走査効率
Ｆ：前記入射光学系の光源手段側の実効ＦＮｏ
α：前記光源手段の半値全幅によって示される放射角
- 請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光体と、前記感光体の上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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