JP4853015B2 - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置に係り、特に、電子写真方式にて潜像を形成するための露光光源として面発光レーザのような複数の発光ビームを有する光走査装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による画像形成装置では、半導体レーザを用いた光源からの光ビームを回転多面鏡で偏向し、帯電された感光体上を露光走査する光走査装置を用いて所望の潜像を形成する方式が知られている。このような方式において、光源として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode）を用いたものが知られている。この面発光レーザは、端面出射型のレーザ（端面発光レーザ）と異なり、真円形状のビームプロファイルのため光学系を簡略化し易い、レーザアレイの二次元化が容易、低消費電力／高速駆動等の利点があり、各分野で利用が活発化している。

一方、半導体レーザを用いて光走査装置を構成するには、通常、半導体レーザ自体の発光量をモニタして、これを基にレーザのパワーコントロール（光量制御）を行う必要がある。この場合、端面出射型のレーザでは後方出射光を利用することが可能であるが、面発光レーザでは前方出射光を利用するしかない。そのため、例えば図６に示すように、面発光レーザ１０１から前方に出射される出射光が通過する光学系内にビームスプリッタ１０２を挿入し、このビームスプリッタ１０２で出射光の一部を分岐させてモニタ光１０３とすることが提案されている（特許文献１参照）。

また、面発光レーザの基本形状は等方形のため、偏光方向は基本的にランダムであり、同一素子でも注入電流（駆動電流）によって偏光方向に変化がある。そのため、共振器の断面形状を楕円形にしたり、配線によってストレスを与えることで複数ビームの偏光方向を所定の方向に揃えるようにした提案もなされている。
しかしながら、面発光レーザの複数ビームの偏光方向を揃える効果は、面発光レーザの構造や製造方法によって異なり、全ての面発光レーザに対して効果があるわけではない。そのため、面発光レーザは端面発光レーザほどの偏光比を確保することは困難であり、更に、その比が注入電流（駆動電流）によって変化することもある。

一方、光学部品への各種コーティングは、その反射率がビームの偏光方向に対して依存性を有する。そのため、例えばハーフミラーへのコーティングによっては、偏光比が悪くなったり、偏光比が変動するようになると、回転多面鏡によって偏向されたビームを折り返す折り返しミラーの反射率が走査角度によって変化するようになり、結像面（感光体）上を均一な光量で露光することが難しくなる。

また、光量制御のためにビームスプリッタ（ハーフミラー）を用いた場合、このハーフミラーの透過／反射比に偏光方向依存性があると、偏光比によってモニタ光を受光する受光素子と結像面（感光体）上の光量との相関関係が変化してしまい、光量検出精度が悪化し、適正な光量制御ができなくなるという問題がある。

このような問題に対し、図７に示すように、面発光レーザ１１１の結晶成長のＡ軸方向からＢ軸方向に４５度傾斜した方向に直線偏光素子（偏光ビームスプリッタ）１１２を配置することによって、Ａ軸とＢ軸の中間の４５度に偏光されたビームだけを取り出して出力を安定化させる技術も知られている（特許文献２参照）。

特開平８−３３０６６１号公報（実施例、図１１） 実開平４−１２１７７１号公報（実施例、図１） 特開平８−２６４８７３号公報（実施例、図１） 特開平２００２−４０３５０号公報（発明の実施の形態、図９）

しかしながら、この方式では、ビームの大部分が所望の偏光方向となっていても、光量は約半分に減衰してしまい、光量の利用効率が常に低くなってしまう問題があった。
面発光レーザは、端面発光レーザよりも共振器長が短いため、端面発光レーザより出力が小さい。更に、上述したように、所望の偏光方向以外のビームを除去するようにすれば、実効パワーは益々小さくなる。そのため、光量検出用（モニタ光検出用）の受光素子の感度よりも各ビームのパワーが小さくなりすぎて受光素子での光量検出ができなかったり、検出精度が低下するようにもなる。

このような問題に対し、本件出願人は、ビーム１本ずつではなく、複数本まとめて受光素子に入射させて検出光量を稼ぎ、各ビームの駆動電流と発光強度の関係を予め測定して記憶しておくことで、ばらつき分を考慮しながら、光量制御を全ビームの総和光量で行うようにした方式を提案した（特許文献３参照）。しかし、各ビームの駆動電流に対する発光強度は、使用温度や経時によって変化するためビーム毎に変化の仕方が異なり、ビーム間でのばらつき自体が大きくなってしまう懸念がある。更に、偏光方向は駆動電流によって変動するため、ベタ画像を露光する際の露光強度の変動は吸収されるものの、駆動電流に依存して起こるレーザ発光立ち上がり時の透過率変動を補正できず、ハーフトーン画像を露光する際の露光変動を抑制することができない懸念もある。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、面発光レーザのような偏光方向が異なる複数の光束を出射するレーザ光源の駆動電流依存性を抑制し、露光強度の安定性、特に、ハーフトーン画像露光時の露光強度の安定性を維持するようにした光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

以上のような問題に対し、本件出願人は、複数のビームを平行光化した後、アパーチャによって絞り、また、１／４波長板を用いることで、ビームスプリッタへの偏光を全て円偏光にすることで、ビームスプリッタや折り返しミラーでの反射率の影響を低減させるようにした方式を提案した（特許文献４参照）。しかしながら、面発光レーザによるビームの偏光方向は一様でないため、１／４波長板を透過した光線を全て円偏光にすることができず、所望の特性を得ることが困難であった。そのため、本件発明者らは、光量の安定化を図るため、波長板の特性に更に着目し、本件発明を見出すに至った。

すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、夫々の偏光方向成分の比率ｐ／（ｐ＋ｓ）が異なり且つ駆動電流による偏光方向成分の比率が変動する複数の光束を出射する光源１と、光源１から出射された複数の光束を集光する光束集光手段２と、集光された光束を偏向走査する光束偏向手段３と、偏向走査された光束を結像面５に結像させる結像光学手段４とを備え、光束集光手段２は、光源１から出射された光束を略平行な光束にする平行光束変換部材２ａと、平行光束変換部材２ａからの平行光束を透過光束及び反射光束に分岐すると共にその反射面が前記光束偏向手段３の反射面と略平行又は略直交するように配設された光束分岐部材２ｄと、平行光束変換部材２ａと光束分岐部材２ｄとの間に設けられ且つ光束分岐部材２ｄでの反射率が光束の偏光方向成分の比率が変動しても一定となるように配設される１／４波長板２ｃとを具備することを特徴とするものである。

このような技術的手段において、光源１としては複数の光束が出射されるものであればよく、光源１の数量は特に限定されない。例えば１個の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）にて複数の光束を出射するようなタイプでもよいし、面発光レーザや端面発光レーザを複数備えるようなタイプでもよい。尚、複数の端面発光レーザの偏光方向を揃えて並べる態様は本件には含まない。
また、通常、面発光レーザを使用すると、偏光方向のｐ成分（反射面に平行な成分）とｓ成分（反射面に垂直な成分）との比率ｐ／（ｐ＋ｓ）が異なると共に、駆動電流による偏光方向成分の比率が変動する。そのため、この安定化が要請されるようになる。

更に、光束偏向手段３は、入射される光束を偏向走査できるものであればよく、代表的態様としては回転するポリゴンミラーが挙げられる。更に、結像光学手段４は、光束偏向手段３によって偏向走査された光束を結像面５上に結像させるようになっていればよく、例えば反射鏡やｆθレンズ等で構成される。
そして、本発明での光束集光手段２は、光源１から出射された光束を集光して光束偏光手段３に照射できればよく、光源１側に配置され且つ光源１から出射された光束を略平行な光束にする平行光束変換部材２ａと、光束偏向手段３側に配置され且つ平行光束を等価光束及び反射光束に分岐すると共にその反射面が光束偏向手段３の反射面と平行又は直交するように設定された光束分岐部材２ｄと、両者の間に設けられた１／４波長板２ｃを含むものである。
ここで、平行光束変換部材２ａとしては、光源１からの光束を平行光束に変換するものであり、代表的態様としてはコリメータレンズが挙げられる。また、光束分岐部材２ｄとしては、光束を透過光束と反射光束に分岐するものであり、ハーフミラーを用いた態様やビームスプリッタを用いた態様が挙げられる。尚、本件でいう「反射面」とは、ある境界面に対し、入射光と出射光（反射光）とがなす平面を意味する。

本発明では、１／４波長板２ｃを光学軸が光束分岐部材２ｄの反射面に対し±４５度傾斜して配置している。このように配置することで、この波長板に入射する光束の偏光方向が各種あっても、１／４波長板２ｃを通過した光束は直線偏光、円偏光、楕円偏光のいずれかになり、夫々の偏光は異なるが、時間平均した振幅反射率はいずれも等しくなり、光源１側の光束の偏光によらず、安定した光束として捉えることができるようになる。そのため、光束分岐部材２ｄでの透過光束及び反射光束の双方を共に安定させることができる。尚、±４５度とは実際に波長板を設置する際の許容差を含み、略±４５度を意味する。

また、本発明は、光束分岐部材２ｄによる透過光束又は反射光束のいずれかの光束の強度に基づいて光源１の出射強度を補正する光強度補正手段６を備えることが好ましく、これによれば、光源１から出射される光束の安定化を図ることができるようになる。

更に、本件発明における光束集光手段２は、平行光束変換部材２ａと光束偏向手段３との間に平行光束を形状規制する光束規制部材２ｂを備えることが好ましく、これによれば、光束偏向手段３へ入射される光束を有効に絞ることができ、結像面５でのビームスポットが絞り易くなる。また、前述した１／４波長板２ｃは、光束規制部材２ｂと光束分岐部材２ｄとの間に配置してもよいし、平行光束変換部材２ａと光束規制部材２ｂとの間に配置するようにしても差し支えないが、光束規制部材２ｂによる光束の形状規制がなされたものの後に配置する方が、特性の安定性を向上させる観点から好ましい。

また、本発明における結像光学手段４は、反射鏡を有し、この反射鏡の光束偏向手段３による主走査方向中央部にて反射される光束の当該反射鏡における反射面が光束分岐部材２ｄの反射面と略直交又は略平行するように配置されていることが好ましく、結像光学手段４にこのような反射鏡を備えることで、レイアウトの自由度、小型化が促進されるようになる。
更に、この反射鏡は、反射される光束の偏光方向のｐ成分とｓ成分との差が共に互いの２％以下になるように当該反射鏡表面に反射防止層を備えていることが好ましく、これによれば、反射される光束のｐ成分とｓ成分との差が２％以下と小さいため、反射鏡での反射による偏光の影響を無視できるようになる。また、反射防止層を備えることで、反射鏡表面での不要な反射を防ぎ、反射境界面での反射を確実に行うことができるようになる。
そして、反射防止層としては、互いに屈折率の異なる複数の薄膜層を積層した積層膜とすることが好ましく、更には、４層以上の薄膜層からなる積層膜であることが好ましい。これによれば、反射される光束のｐ成分とｓ成分との差を２％以下にすることも比較的容易になされるようになる。

また、本発明の複数の光束を出射する光源１は、１個の面発光レーザであることが好ましく、この場合、設計の自由度を大きく向上させることができるようになる。
更に、本発明は光走査装置に限らず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、静電潜像が担持される像担持体と、この像担持体上に結像可能な光走査装置として、上述の光走査装置を備えるようにすればよい。

本発明によれば、複数の光束を出射する光源と、光束集光手段と、光束偏向手段と、結像光学手段とを備え、光束集光手段には、平行光束変換部材と、平行光束変換部材からの平行光束を透過光束及び反射光束に分岐すると共にその反射面が前記光束偏向手段の反射面と略平行又は略直交するように配設された光束分岐部材と、平行光束変換部材と光束分岐部材との間に設けられ且つ光束分岐部材での反射率が光束の偏光方向成分の比率が変動しても一定となるように光学軸が光束分岐部材の反射面に対し＋４５度又は−４５度傾けて配設される１／４波長板とを具備するようにしたので、複数の光束の偏光方向が異なっても、安定した光量制御が可能になり、露光強度を安定化させることができるようになる。そのため、特に、ハーフトーン画像露光時の露光強度を安定させることができ、高画質な潜像形成が可能な光走査装置を提供することができる。
また、このような光走査装置を用いることで、高画質、特にハーフトーン画像をも高画質化可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す。
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、装置本体５０内に、感光体ドラム２０と、この感光体ドラム２０からトナー像を転写させるために感光体ドラム２０に対向配置される中間転写ベルト３０とを備え、４色のカラー画像を得るために中間転写ベルト３０上に４回の多重転写を行う所謂４サイクル方式の中間転写型カラー画像形成装置である。
本実施の形態において、感光体ドラム２０は光の照射によって抵抗値が低下する感光層を備えたものであり、この感光体ドラム２０の周囲には、感光体ドラム２０を帯電する帯電装置２１と、帯電された感光体ドラム２０上に各色成分（本例ではブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ））の静電潜像を書込む光走査装置（露光装置）６０と、感光体ドラム２０上に形成された各色成分潜像を各色成分トナーにて可視像化するロータリ型現像装置２３と、中間転写ベルト３０と、感光体ドラム２０上の残留トナーを清掃するクリーニング装置２７とが配設されている。

ここで、帯電装置２１としては、例えば帯電ロールが用いられるが、コロトロン等の帯電器を用いてもよい。また、ロータリ型現像装置２３は各色成分トナーが収容された現像器２３ａ〜２３ｄを回転可能に搭載したものであり、例えば感光体ドラム２０上で露光によって電位が低下した部分に各色成分トナーを付着させるものであれば適宜選定して差し支えなく、使用するトナーも形状、粒径等特に制限はなく、感光体ドラム２０上の静電潜像上に正確に載るものであればよい。尚、本例では、ロータリ型現像装置２３が用いられているが、４台の現像装置を用いるようにしてもよい。更に、クリーニング装置２７は、感光体ドラム２０上の残留トナーを清掃するものであれば、ブレードクリーニング方式を採用したもの等適宜選定して差し支えない。ただし、転写率の高いトナーを使用する場合にはクリーニング装置２７を使用しない態様もあり得る。

また、中間転写ベルト３０は、３つの張架ロール３１〜３３に掛け渡されるものであって、例えば張架ロール３１を駆動ロールとして循環移動するようになっている。
ここで、中間転写ベルト３０は、ポリイミド樹脂等の樹脂材を適宜選定して差し支えないが、ホロキャラクター等の画質欠陥を有効に抑えるには、感光体ドラム２０との接触面圧を下げることが必要であり、また、ウォークレス及びテンショナーレスという観点を考慮すれば、弾性ゴムを基体（弾性層）としたウレタンゴム等のゴム製ベルト材を使用することが好ましい。

更に、本実施の形態において、中間転写ベルト３０の感光体ドラム２０に対向する部位では、中間転写ベルト３０の裏面側に一次転写部材としての一次転写ロール２５が接触配置されており、所定の一次転写バイアスが印加されている。
更にまた、中間転写ベルト３０の張架ロール３２に対向した部位には、二次転写部材としての二次転写ロール３５が張架ロール３２をバックアップロールとして対向配置されており、例えば二次転写ロール３５に所定の二次転写バイアスが印加され、バックアップロールを兼用する張架ロール３２が接地されている。
尚、中間転写ベルト３０の張架ロール３１に対向した部位にはベルトクリーニング装置３６が配設され、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するようになっている。
また、用紙などの記録材４０は、図示外の供給トレイ内に収容されており、フィードロール４１にて供給された後、レジストロール４２を経て二次転写部位に導かれ、二次転写ロール３５によって中間転写ベルト３０上に多重転写されたトナー像が記録材上に一括転写される。トナー像が一括転写された記録材は搬送ベルト４３を介して定着装置４５へと搬送され、しかる後、搬送ロール４６、排出ロール４７を経て装置本体５０上部に形成された排出トレイ４８へ収容されるようになっている。

そして、特に、本実施の形態における光走査装置６０は、図３に示すように、複数の発光ビームを出射する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）６１、ＶＣＳＥＬ６１から出射された発光ビームを集光する集光装置７０、集光装置７０によって集光された光束を偏向走査するポリゴンミラー８０、ポリゴンミラー８０によって偏向走査された光束を感光体ドラム２０上に結像する結像光学装置９０とで構成されている。尚、本実施の形態のＶＣＳＥＬ６１は、活性層に対して発光ビームが垂直に出射されるので偏光方向が不規則になり易い性質を持っている。

また、集光装置７０は、ＶＣＳＥＬ６１から出射された発光ビームを平行光化（コリメート）し平行光束にするコリメータレンズ７１、コリメータレンズ７１による平行光束の断面形状を整形する光束規制部材としての絞り７２、整形された光束が透過する１／４波長板７３、１／４波長板を透過した光束を透過光束と反射光束に分岐するハーフミラー７４、ハーフミラー７４を透過した光束を副走査方向に沿って集光するシリンドリカルレンズ７５とで構成されている。
更に、絞り７２は、コリメータレンズ７１の像側焦点位置に配置されており、ＶＣＳＥＬ６１から出射された複数の発光ビームが絞り７２に設けられた開口部（アパーチャ）７２ａの位置で交差するようになる。そのため、複数の発光ビームを１つのアパーチャ７２ａで等価的に整形することができるようになる。尚、アパーチャ７２ａの開口幅は光学系の横倍率と感光体ドラム２０のスポットサイズに依存することから、所望の光学系横倍率とスポットサイズが選択されるように、アパーチャ７２ａ形状が決められている。
更にまた、１／４波長板７３は、アパーチャ７２ａで整形された光束が透過する際、偏光方向のｐ成分とｓ成分との間に位相差が生じる複屈折素子であり、位相差が９０度になるものとなっている。

ここで、集光装置７０を中心にしたレイアウトについて、図４を用いて詳細に説明する。
１／４波長板（λ／４板）７３は、その軸がハーフミラー７４の反射面（ハーフミラー７４への入射光と反射光とがなす面）に対して、＋４５度あるいは−４５度傾斜されて設けられている。また、ハーフミラー７４の反射面は、ポリゴンミラー８０の反射面と平行になるように配置されている。尚、本実施の形態では、ハーフミラー７４の反射面とポリゴンミラー８０の反射面とが平行になるように配置されているが、垂直になるように配置される構成であっても差し支えない。

そして、本実施の形態では、ハーフミラー７４によって反射された光束によってＶＣＳＥＬ６１の出射強度を補正するため、ハーフミラー７４による反射光束を受光する受光素子６２と、この受光素子６２からの信号に基づいてＶＣＳＥＬ６１を制御する制御装置６３が設けられている。これによって、受光素子６２へ入射された光束によって光電変換された出力信号が制御装置６３に入力され、ＶＣＳＥＬ６１の駆動電流を制御することで、ＶＣＳＥＬ６１が所定の出力となるように制御される。そのため、所謂ＡＰＣ制御（Automatic Power Control）が行われている。
尚、アパーチャ７２ａの位置で交差した複数の光束は、その後徐々に離れていくため、ハーフミラー７４によって反射されて受光素子６２に入射される光束は拡がる傾向になり、受光素子６２の受光面は入射される光束より広い方が好ましい。また、ハーフミラー７４と受光素子６２との間に別途集光レンズを設けるようにすれば、受光面の面積を小さくすることも可能になる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、ポリゴンミラー８０は、側面に複数の反射境界面が設けられた正多角形状（本例では正六角形）となっており、図示外のポリゴンモータに軸着されており、ポリゴンモータの駆動力によって図中矢印Ｒ方向に所定の回転速度で回転するようになっている。そのため、ポリゴンミラー８０に入射された光束は、その回転に伴って結像光学装置９０内を主走査方向、すなわち、感光体ドラム２０をその軸線方向に沿って偏向走査するようになる。

一方、結像光学装置９０は、ポリゴンミラー８０によって偏向走査された光束を感光体ドラム２０表面での走査速度を一定にするための結像レンズ系として、例えばシリンドリカルレンズ９１、トーリックレンズ９２、結像レンズ９３を有している。尚、本実施の形態では、結像レンズ系としてこのような構成を示したが、これに限定されず、感光体ドラム２０表面での走査速度が一定になる結像レンズ系であれば他の構成によっても差し支えない。
また、本実施の形態における結像光学装置９０では、結像レンズ系を透過した光束が２つの反射鏡、すなわち、放物面を備えたシリンドリカルミラー９４と、平面鏡の折り返しミラー９５を経由して、感光体ドラム２０表面にスポット像として結像され、画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム２０上に形成されるようになっている。
更に、結像光学装置９０には、結像レンズ系を透過した光束の一部（ポリゴンミラー８０の各反射境界面によって走査開始位置に相当する光束）を反射するミラー９６と、このミラー９６からの反射光を検知するフォトディテクタ等からなるＳＯＳ（Start of Scan）受光部９７が設けられている。そのため、このＳＯＳ受光部９７によって感光体ドラム２０へのライン毎（主走査方向）の走査開始タイミングが検知されるようになっている。尚、ＳＯＳ受光部９７はポリゴンミラー８０によって偏向走査される光束の領域外に設けられていることは云うまでもない。

また、本実施の形態では、シリンドリカルミラー９４と折り返しミラー９５は、夫々の主走査方向中央部での反射面が集光装置７０のハーフミラー７４の反射面と直交するように設けられている。更に、これらの反射鏡表面には、屈折率の異なる層を４層以上積層した反射防止層を設け、反射される光束のｐ成分とｓ成分との差が２％以下になるようになっている。そのため、ハーフミラー７４の反射面と平行な反射面を有するポリゴンミラー８０による偏向方向に依存した反射が、シリンドリカルミラー９４や折り返しミラー９５で可能であり、また、ＶＣＳＥＬ６１での駆動電流や発光ビーム間のばらつきによる反射率変動を最小限に抑えることができるようになる。
尚、シリンドリカルミラー９４や折り返しミラー９５の反射面を上述した面と直交するように配置しても差し支えない。

ここで、反射防止層について詳述する。本実施の形態の反射防止層としては、高屈折率の膜（例えばＺｎＳｅ：ｎ＝２．５５、ＺｎＴｅ：ｎ＝２．９２、ＺｎＳ：ｎ＝２．３７、ＴｉＯ_２：ｎ＝２．４５等）と低屈折率の膜（例えばＭｇＦ_２：ｎ＝１．３９、ＮａＦ：ｎ＝１．３２、ＬｉＦ：ｎ＝１．３９等）を交互に積層した多層膜コーティングを施すことで、反射率のｐ／ｓ差を軽減することができるようになっている。
このとき、各層の厚みは、λ／４相当で、基板側から順に、低屈折率層、高屈折率層、空気層となるように必要な層を積層する。ただし、基板が誘電体ではなく、金属鏡のように金属面（例えばＡｌ等）に接する最下層の厚みは、λ／４に対して１０％程度薄くする必要がある。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、光走査装置６０を中心に説明する。図３において、ＶＣＳＥＬ６１から出射された複数の発光ビームは、コリメータレンズ７１によって平行光の光束になり、絞り７２のアパーチャ７２ａによって平行光束の一部は遮蔽され、整形された光束のみが絞り７２を透過する。
整形された光束はλ／４板７３を透過する。このとき、ＶＣＳＥＬ６１から出射された複数の発光ビームの偏光方向（ｐ成分とｓ成分の比率）は駆動電流や発光ビーム間のばらつきによって変化するが、λ／４板７３は、その遅相軸が後続のハーフミラー７４の反射面に対し＋４５度あるいは−４５度傾けて設けられていることから、λ／４板７３への入射光がいずれの状態であっても、λ／４板７３を透過した光束は次の３種に絞り込むことができる。
すなわち、円偏光、ハーフミラー７４の反射面に対し＋４５度又は−４５度傾いた楕円偏光、ハーフミラー７４の反射面に対し＋４５度又は−４５度傾いた直線偏光となる。
そのため、ハーフミラー７４での反射率（ハーフミラー７４を透過する透過率も等しくなる）が等しくなり、ＶＣＳＥＬ６１の駆動電流による変化（すなわち、偏光方向依存性）や発光ビーム間でのばらつきをなくすことができるようになる。

ここで、本実施の形態におけるλ／４板の作用について詳述する。図５は、λ／４板を単色光の電場内にセットしたときの様子を示したもので、光線の中心線を基点として、夫々の位置での電場ベクトルを描き、そのベクトルの先端を結んだ曲線が示されている。
同図において、λ／４板は、その遅相軸が４５度傾斜するように設置されているため、入射光線として４５度傾いた直線偏光（図に示す）がλ／４板を透過すると、そのまま４５度傾いた直線偏光となる。また、λ／４板の入射光線として、垂直偏光（ｙ軸方向）であれば、透過光は円偏光になる。更に、入射光線がこれらと異なる角度の直線偏光であれば、透過光は楕円偏光になる。

次に、直線偏光に位相板（波長板）を挿入する効果について検証する。
今、ｘ軸からΩ傾いた偏波面を持った直線偏光
Ex = A cosΩ cos 2πνt、 Ey = A sinΩ cos 2πνt (1)
の座標軸を、位相板の遅相軸がｘ軸となす角ωだけ回転すると、新しい軸について、
Ex’＝Ex cosω＋Ey sinω
＝A cos 2πνt ( cosΩ cosω＋sinΩ sinω)＝A cos2πνt cos(Ω−ω)
Ey’＝−Ex sinω＋Ey cosω
＝A cos 2πνt (−cosΩ sinω＋sinΩ cosω)＝A cos2πνt sin(Ω−ω) (2)
と書くことができる。
(2)が位相板を通過すると、位相板による位相の差（δ）のために、次のように変化する。
Ex’＝A cos 2πνt cos(Ω−ω)
Ey’＝A cos(2πνt＋δ) sin(Ω−ω) (3)
(3)を元の軸について書き直すために−ω回転すると、
Ex ＝ Ex’ cosω−Ey’ sinω
＝ A { cos 2πνt cos(Ω−ω) cosω−cos (2πνt＋δ) sin(Ω−ω) sinω}
＝ A { cos 2πνt cos(Ω−ω) cosω−cos 2πνt cosδsin(Ω−ω) sinω
＋ sin 2πνt sinδsin(Ω−ω) sinω}
＝ A [ cos 2πνt { cos(Ω−ω) cosω−cosδsin(Ω−ω) sinω}
＋ sin 2πνt sinδsin(Ω−ω) sinω]
Ey ＝ Ex’ sinω＋Ey’ cosω
＝ A { cos 2πνt cos(Ω−ω) sinω＋cos(2πνt＋δ) sin(Ω−ω) cosω}
＝ A { cos 2πνt cos(Ω−ω) sinω＋cos 2πνt cosδsin(Ω−ω) cosω
−sin 2πνt sinδsin(Ω−ω) cosω}
＝ A [ cos 2πνt { cos(Ω−ω) sinω＋ cosδsin(Ω−ω) cosω}
−sin 2πνt sinδsin(Ω−ω) cosω] (4)
となる。
(4)は楕円偏光であるから、
Ex ＝ Ap cos(2πνt＋δp) ＝ Ap (cos2πνt cosδp−sin2πνt sinδp)
Ey ＝ As cos(2πνt＋δs) ＝ As (cos2πνt cosδs−sin2πνt sinδs) (5)
と書くことができるが、
Ex ＝ P cos 2πνt ＋ Q sin 2πνt
Ey ＝ S cos 2πνt ＋ T sin 2πνt (6)
とおき (5) と比較すると、
P ＝ Ap cosδp、Q ＝ −Ap sinδp、S ＝ As cosδs、T ＝ −As sinδs (7)
(4) と比較すると、
P ＝ A{ cos(Ω−ω) cosω−cosδsin(Ω−ω) sinω}
Q ＝ A sinδsin(Ω−ω) sinω
S ＝ A { cos(Ω−ω) sinω＋cosδsin(Ω−ω) cosω}
T ＝ −A sinδsin(Ω−ω) cosω (8)
(7) より、
Ap²＝ P² ＋ Q²、As² ＝ S² ＋ T²、tanδp ＝ − Q / P、tanδs ＝ − T / S (9)
であるが、(8)を代入すると、
Ap² ＝ A²[{cos (Ω−ω) cosω−cosδsin(Ω−ω) sinω}²
＋sin²δsin²(Ω−ω) sin²ω]
＝ A²{cos² (Ω−ω) cos²ω−2cosδsin(Ω−ω) cos(Ω−ω) sinω cosω
＋cos²δsin²(Ω−ω) sin²ω＋sin²δsin²(Ω−ω) sin²ω}
＝ A²{cos² (Ω−ω) cos²ω＋sin²(Ω−ω) sin²ω
−2cosδsin(Ω−ω) cos(Ω−ω) sinω cosω｝
As² ＝ A²[{cos (Ω−ω) sinω＋cosδsin(Ω−ω) cosω}²
＋sin²δsin²(Ω−ω) cos²ω]
＝ A²[{cos² (Ω−ω) sin²ω＋2cosδsin(Ω−ω) cos(Ω−ω) sinω cosω
＋cos²δsin²(Ω−ω) cos²ω＋sin²δsin²(Ω−ω) cos²ω]
＝ A²[{ cos² (Ω−ω) sin²ω＋sin²(Ω−ω) cos²ω
＋2cosδsin(Ω−ω) cos(Ω−ω) sinω cosω] (10)
となる。この和（光の強度）は、
Ap² ＋ As² ＝ A² (11)
となり、Ωとωによって偏光度が変わるが、エネルギーの損失はないので、光の強度（Ap² ＋ As² ）は一定である。

したがって、λ／４板をλ／４だけ傾けて挿入した場合、(10)式にω＝π/4、δ=π/2を代入すればよいので、
Ap² ＝ A²{ cos²(Ω−π/4) cos²π/4＋sin²(Ω−π/4) sin²π/4
−2cosπ/2sin(Ω−π/4) cos(Ω−π/4) sinπ/4 cosπ/4}
＝ A²/√2
また、同様に、
As² ＝ A²/√2
となる。
よって、入射光の偏光方向Ωによらず、
Ap² ＝ As²
が成り立つようになる。

すなわち、入射光線の直線偏光がいずれの角度であっても、λ／４板を透過した透過光のｐ成分とｓ成分の強度は等しくなることから、ｐ成分とｓ成分の反射率も等しくなる。

以上のように、１／４波長板（λ／４板）７３をハーフミラー７４の反射面に対し±４５度傾けて設置することで、入射光線によらず、λ／４板７３を透過した光線の反射率が等しくなることから、λ／４板７３に入射される光束の偏光方向によるハーフミラー７４での反射率と透過率の変動をキャンセルすることができ、ＶＣＳＥＬ６１での駆動電流による変化（偏光方向依存）や発光ビーム間のばらつきをなくすことができるようになる。そのため、ハーフトーン露光像の露光量変動を低減できるようになる。
仮に、λ／４板７３を４５度以外で配置するようにすると、ＶＣＳＥＬ６１によって出射された発光ビームの偏光方向のずれによって、ハーフミラー７４での反射率と透過率が変動し、特に、ハーフトーン画像での露光量に変動を来すようにもなり、画質の劣化が発生するようになる。

本実施の形態では、結像光学装置９０内に、シリンドリカルミラー９４と折り返しミラー９５とを備える構成を示したが、反射鏡の構成としてはこれに限定されるものではなく、例えば折り返しミラーを２枚備えるようにしてもよい。
また、本実施の形態の画像形成装置は、４サイクル方式の画像形成装置を示したが、例えば感光体ドラム２０を並列に４個備えた所謂タンデム方式の画像形成装置にも適用できることは云うまでもない。

本発明に係る光走査装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用された実施の形態に係る画像形成装置を示す説明図である。 実施の形態の光走査装置の概要を示す説明図である。 実施の形態の光走査装置の集光装置を示す平面図である。 １／４波長板の作用の一例を示す説明図である。 従来のビームスプリッタを用いた例を示す説明図である。 従来の偏光ビームスプリッタを用いた例を示す説明図である。

符号の説明

１…光源，２…光束集光手段，２ａ…平行光束変換部材，２ｂ…光束規制部材，２ｃ…１／４波長板，２ｄ…光束分岐部材，３…光束偏向手段，４…結像光学手段，５…結像面，６…光強度補正手段

Claims (9)

1. 夫々の偏光方向成分の比率ｐ／（ｐ＋ｓ）が異なり且つ駆動電流による偏光方向成分の比率が変動する複数の光束を出射する光源と、
   光源から出射された複数の光束を集光する光束集光手段と、
   集光された光束を偏向走査する光束偏向手段と、
   偏向走査された光束を結像面に結像させる結像光学手段とを備え、
   光束集光手段は、光源から出射された光束を略平行な光束にする平行光束変換部材と、
   平行光束変換部材からの平行光束を透過光束及び反射光束に分岐すると共にその反射面が前記光束偏向手段の反射面と略平行又は略直交するように配設された光束分岐部材と、
   平行光束変換部材と光束分岐部材との間に設けられ且つ光束分岐部材での反射率が光束の偏光方向成分の比率が変動しても一定となるように光学軸が光束分岐部材の反射面に対し＋４５度又は−４５度傾けて配設される１／４波長板とを具備することを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   更に、光束分岐部材による透過光束又は反射光束のいずれかの光束の強度に基づいて光源の出射強度を補正する光強度補正手段を備えることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１記載の光走査装置において、
   光束集光手段は、平行光束変換部材と光束偏向手段との間に平行光束を形状規制する光束規制部材を備えることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１記載の光走査装置において、
   結像光学手段は、反射鏡を有し、この反射鏡の光束偏向手段による主走査方向中央部にて反射される光束の当該反射鏡における反射面が光束分岐部材の反射面と略直交又は略平行するように配置されていることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、
   前記反射鏡は、反射される光束の偏光方向のｐ成分とｓ成分との差が共に互いの２％以下になるように当該反射鏡表面に反射防止層を備えていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５記載の光走査装置において、
   前記反射防止層は、互いに屈折率の異なる複数の薄膜層を積層した積層膜であることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６記載の光走査装置において、
   前記積層膜は、４層以上の薄膜層にて構成されていることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１記載の光走査装置において、
   複数の光束を出射する光源は、１つの面発光レーザであることを特徴とする光走査装置。
9. 静電潜像が担持される像担持体と、
   この像担持体上に結像可能な請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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