JP5445839B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真の画像記録では、レーザを光源に用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は、光源から射出された光束で感光体ドラムの表面を走査し、感光体ドラムの表面に潜像を形成するための光走査装置を備えている。

一般的な光走査装置は、光学系として、光源から射出された光束が入射する偏向器前光学系、該偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器（例えば、ポリゴンミラー）、及び偏向器で偏向された光束を感光体ドラムの表面に導く走査光学系などを有している（例えば、特許文献１参照）。

近年、画像形成装置は、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷にも用いられるようになり、それに伴って、さらに画像品質が優れた画像形成装置が求められている。

そこで、画像品質を向上させるため、偏向器前光学系に含まれるシリンドリカルレンズにコーティングを施すことが考えられた（例えば、特許文献２参照）。

また、特許文献３には、透明基板面上に可視域の波長域で屈折率と消衰係数が１．０から３．０の範囲にある２種以上の金属酸化物を用いて構成され、該２種類以上の金属酸化物の透過率の波長依存性が互いに変化を相殺し合う関係にあるＮＤフィルタが開示されている。

また、特許文献４には、光ビームの一部を複数の面間で多重反射させた上で、残余の光ビームとともに進行させる光学素子を用い、半導体レーザのモードホッピングの有無を検出する検出装置が開示されている。

また、特許文献５及び特許文献６には、複数の光ビームで感光体上の各画素内の同一点の少なくとも一部を多重露光する画像形成装置が開示されている。

光走査装置に用いられている光学素子は、量産品であり、光の透過率や反射率にある程度のばらつきがある。また、複数の光走査装置間での各光学素子の位置についても、ある程度の製造誤差がある。そこで、光源から射出される光の利用効率（以下では、「光利用効率」という）は、光走査装置毎に異なることが考えられる。

また、同じ光走査装置であっても、使用環境の温度変化や経時変化等によって光学素子の光学特性が変化すると、光利用効率が変化する。

さらに、使用環境の温度変化や経時変化等によって感光体ドラムの感光特性が変化すると、同じ画像形成装置であっても、画像品質が変化する。

しかしながら、特許文献２及び特許文献３に開示されている方法では、光利用効率を簡単に調整するのは困難であった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、大型化を招くことなく、光利用効率を簡単に調整することができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、大型化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、前記少なくとも２つの光量変更素子は、互いに光の透過率が異なる２つのフィルタであり、前記被走査面上における像高０の位置近傍での光量が他の像高位置での光量よりも小さく、前記いずれかの光学素子は、前記２つのフィルタのうち光の透過率が小さいほうのフィルタである光走査装置である。
本発明は、第２の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、前記少なくとも２つの光量変更素子は、互いに光の透過率が異なる２つのフィルタであり、前記被走査面上における像高０の位置近傍での光量が他の像高位置での光量よりも大きく、前記いずれかの光学素子は、前記２つのフィルタのうち光の透過率が大きいほうのフィルタである光走査装置である。
本発明は、第３の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、前記光源は、２次元的に配列された複数の発光部を有する光走査装置である。
本発明は、第４の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、前記複数の光学素子は、入射光をそのまま透過させるガラス板あるいは樹脂板を含む光走査装置である。

本発明の光走査装置によれば、大型化を招くことなく、光利用効率を簡単に調整することが可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、本発明の光走査装置を備えているために、結果として、大型化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を示す概略図である。 図２における光源に含まれる２次元アレイを説明するための図である。 図２における可動フィルタ装置を説明するための図（その１）である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、それぞれ可動フィルタ装置を説明するための図（その２）である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれスライド機構を説明するための図である。 第１のＮＤフィルタが選択されたときの可動フィルタ装置を説明するための図である。 第２のＮＤフィルタが選択されたときの可動フィルタ装置を説明するための図である。 ガラス板が選択されたときの可動フィルタ装置を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれシェーディングを説明するための図である。 複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲を説明するための図である。 第２のＮＤフィルタが選択されたときの、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲を説明するための図である。 第１のＮＤフィルタが選択されたときの、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲を説明するための図である。 他のシェーディングを説明するための図である。 図１４のシェーディングに類似した形状のシェーディングがあるときに、第１のＮＤフィルタが選択されたときの、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲の一例を説明するための図である。 図１４のシェーディングに類似した形状のシェーディングがあるときに、第２のＮＤフィルタが選択されたときの、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲の一例を説明するための図である。 走査制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、それぞれ可動フィルタ装置の変形例１を説明するための図である。 図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ可動フィルタ装置の変形例２を説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ可動フィルタ装置の変形例３を説明するための図である。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ可動フィルタ装置の変形例４を説明するための図である。 多重干渉の条件を説明するための図である。 入射側の面に誘電体多層膜がコーティングされているときの干渉成分の光強度を説明するための図である。 入射側の面に金属膜がコーティングされているときの干渉成分の光強度を説明するための図である。 入射側の面に誘電体膜＋金属膜＋誘電体膜がコーティングされているＮＤフィルタを説明するための図である。 ビームスポット間に重なりがない場合を説明するための図である。 ビームスポット間に重なりがある場合を説明するための図である。 入射側の面にクロム膜、射出側の面に誘電体膜がコーティングされているＮＤフィルタを説明するための図である。 図２８のＮＤフィルタの変形例を説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１７に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面に、画像情報に対応した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、２つの光検知センサ（１８ａ、１８ｂ）、２つの光検知用ミラー（１９ａ、１９ｂ）、可動フィルタ装置１２０、及び走査制御装置２２（図２では図示省略、図１７参照）などを備えている。そして、これらは、ハウジング２１の中の所定位置に組み付けられている。

なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズ（１１ａ、１１ｂ）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。また、光源１４からポリゴンミラー１３に向かう光束の進行方向を、以下では、便宜上「Ｗ方向」とする。

また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源１４は、一例として図３に示されるように、２次元的に配列された４０個の発光部が１つの基板上に形成された２次元アレイ１００を有している。図３におけるＭ方向は光源１４における主走査対応方向であり、Ｓ方向は光源１４における副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）である。また、図３におけるＴ方向は、Ｍ方向からＳ方向に向かって傾斜した方向である。

４０個の発光部は、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときに等間隔となるように配置されている。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

また、各発光部は、発振波長が７８０ｎｍ帯の垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下では、「ＶＣＳＥＬ」ともいう）である。すなわち、２次元アレイ１００は、いわゆる面発光レーザアレイである。

図２に戻り、カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束を整形する。

可動フィルタ装置１２０は、開口板１６の＋Ｗ側に配置されている。ここでは、可動フィルタ装置１２０は、一例として図４に示されるように、長方形の板状部材であるベース板１２１と、該ベース板１２１の一方の長辺近傍に固定されている壁板１２２とを有している。なお、以下では、便宜上、ベース板１２１の表面に垂直な方向をｚ軸方向、ベース板１２１の長手方向をｙ軸方向、ｚ軸方向及びｙ軸方向のいずれにも直交する方向をｘ軸方向として説明する。そして、壁板１２２は、ベース板１２１の＋ｘ側端部に固定されているものとする。

ベース板１２１の−ｘ側の端部近傍には、ｙ軸方向に延びる長穴１２３が形成されている。また、壁板１２２には、３つの窓（１２４_１、１２４_２、１２４_３）が形成されている。

そして、一例として図５（Ａ）に示されるように、壁板１２２の−ｘ側の面はｙ軸方向に対して傾斜している。

また、一例として図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示されるように、壁板１２２の−ｘ側の面には、壁板１２２の３つの窓（１２４_１、１２４_２、１２４_３）を塞ぐように、それぞれ、第１のＮＤフィルタ１２５ａ、第２のＮＤフィルタ１２５ｂ、ガラス板１２５ｃが貼り付けられている。ここでは、一例として、第１のＮＤフィルタ１２５ａの光透過率は０．５５であり、第２のＮＤフィルタ１２５ｂの光透過率は０．４０である。

さらに、可動フィルタ装置１２０は、一例として図６（Ａ）に示されるように、ベース板１２１の−ｚ側に配置された支持板１３０を有している。支持板１３０は、図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図６（Ｂ）に示されるように、２つの案内用の突起部１３１を有し、これらの突起部１３１がベース板１２１の長穴１２３に挿入される。また、支持板１３０には、２つの突起部１３１を結ぶ線のほぼ中央にねじ穴が形成されている。そして、そのねじ穴に、ベース板１２１の長穴１２３を貫通してねじ１２６がねじ込まれるようになっている。

この場合に、ねじ１２６をゆるめると、支持板１３０に対してベース板１２１及び壁板１２２を、ｙ軸方向に移動（スライド）させることができる。なお、支持板１３０は、ハウジング２１に固定されている。

そこで、ｘ軸方向とＷ方向とが一致するように、支持板１３０を光走査装置１０１０のハウジング２１に固定すると、一例として図７〜図９に示されるように、開口板１６の開口部を通過した光束が、第１のＮＤフィルタ１２５ａ、第２のＮＤフィルタ１２５ｂ、及びガラス板１２５ｃのいずれかに入射するようにすることができる。

ところで、ＶＣＳＥＬは、端面発光型のレーザダイオード（ＬＤ）に比べて、射出される光束の光量（光出力）の範囲が狭い。一方、光走査装置に搭載される光源には、以下に記載する３つの理由（理由Ａ、理由Ｂ、理由Ｃ）で、ある程度以上の広い光出力範囲が要求される。

１．理由Ａ
光源から射出された光束は、偏向器前光学系、ポリゴンミラー、走査光学系を介して感光体ドラムに到達する。これらの光学系を構成する光学素子は、量産品であり、光の透過率や反射率にある程度のばらつきがある。そのため、光源から射出された光束の光量と感光体ドラムに到達した光束の光量との比、すなわち光利用効率が光走査装置毎に異なることが考えられる。そこで、複数の画像形成装置において感光体ドラムの表面で同じ光量が欲しい場合には、それぞれの光走査装置における光源から射出される光束の光量を調整する必要がある。

２．理由Ｂ
複数の光走査装置間でのポリゴンミラー及び走査光学系のばらつきによる、シェーディングのばらつきも考えられる。なお、シェーディングとは、感光体ドラムの表面での光量が主走査方向の位置（像高位置）によって異なることをいう。このシェーディングを補正するには、（１）感光体ドラムの表面における像高０の位置近傍での光量（以下、「中央光量」ともいう）が他の像高位置での光量（以下、「周辺光量」ともいう）よりも小さい場合（図１０（Ａ）参照）は周辺光量を下げ、（２）感光体ドラムの表面における中央光量が周辺光量よりも大きい場合（図１０（Ｂ）参照）は周辺光量を上げる、といった作業が行われている。このようなシェ−ディング補正を行なうには、周辺光量を上下させるために、光源から射出される光束の光量を調整する必要がある。

そして、複数の光走査装置間でのシェーディングのばらつきに、複数の光走査装置間での感光体ドラムの像高０の位置における光利用効率のばらつきを加えると、光源に光出力範囲の拡大が要求される（図１１参照）。

３．理由Ｃ
長期間の使用による感光体ドラムの感光特性の劣化や環境温度の変化などにより、感光体ドラムの表面で必要とされる光量が変化することが考えられる。光源はこのような時間的な変化にも対応しなければならない。

光源が上記３つの理由に対応可能な光出力範囲を有していない場合であっても、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつきを小さくする方法の一つとして、ＮＤフィルタを利用することが考えられる。

例えば、複数の光走査装置における光利用効率の平均値を１．００としたとき、光利用効率が１．０５の光走査装置に対しては光透過率が１／１．０５のＮＤフィルタを設け、光利用効率が１．０３の光走査装置に対しては光透過率が１／１．０３のＮＤフィルタを設けることにより、複数の光走査装置間の光利用効率のばらつきを小さくすることが可能である。

ここでは、感光体ドラムの表面における中央光量が周辺光量よりも小さい場合（図１０（Ａ）参照）には、光透過率が小さいほうのフィルタである第２のＮＤフィルタ１２５ｂを選択することにより、一例として図１２に示されるように、光利用効率のばらつき範囲を小さくすることができる。

反対に、感光体ドラムの表面における中央光量が周辺光量よりも大きい場合（図１０（Ｂ）参照）は、光透過率が大きいほうのフィルタである第１のＮＤフィルタ１２５ａを選択することにより、一例として図１３に示されるように、光利用効率のばらつき範囲を小さくすることができる。

また、一例として図１４に示されるように、感光体ドラムの表面における光量が一端から他端に向かって直線的に変化している場合は、光利用効率のばらつき範囲を大きくしないように、光量の最大値及び最小値に応じて、いずれかのＮＤフィルタが選択される。例えば、一例として図１５に示されるように、第１のＮＤフィルタ１２５ａを選択すると光利用効率のばらつき範囲が大きくなるときは、第２のＮＤフィルタ１２５ｂが選択される。反対に、一例として図１６に示されるように、第２のＮＤフィルタ１２５ｂを選択すると光利用効率のばらつき範囲が大きくなるときは、第１のＮＤフィルタ１２５ａが選択される。

図２に戻り、シリンドリカルレンズ１７は、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）に強いパワーを有し、可動フィルタ装置１２０を介した光束をポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍で副走査対応方向に関して結像する。また、シリンドリカルレンズ１７は、各走査レンズと共同し、副走査対応方向に関して面倒れ補正系を構成している。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６と可動フィルタ装置１２０とシリンドリカルレンズ１７とから構成されている。

ポリゴンミラー１３は、４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、Ｚ軸方向に平行な軸の周りに等速回転し、シリンドリカルレンズ１７からの光束を偏向する。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂを介した光束は、感光体ドラム１０３０の表面に集光され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。

光検知センサ１８ａには、ポリゴンミラー１３で偏向され、走査光学系を介した光束のうち１走査における書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー１９ａを介して入射する。また、光検知センサ１８ｂには、ポリゴンミラー１３で偏向され、走査光学系を介した光束のうち１走査における書き込み終了後の光束の一部が、光検知用ミラー１９ｂを介して入射する。

各光検知センサはいずれも、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

走査制御装置２２は、一例として図１７に示されるように、画素クロック生成回路２１５、画像処理回路２１６、書込制御回路２１９、及び光源駆動回路２２１などを有している。なお、図１７における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

画素クロック生成回路２１５は、光検知センサ１８ａの出力信号と光検知センサ１８ｂの出力信号とから、各光検知センサの間を光束が走査するのに要した時間を求め、その時間に予め設定されている数のパルスが収まるように周波数を設定し、該周波数の画素クロック信号ＰＣＬＫを生成する。ここで生成された画素クロック信号ＰＣＬＫは、画像処理回路２１６及び書込制御回路２１９に供給される。また、光検知センサ１８ａの出力信号は、同期信号として書込制御回路２１９に出力される。

画像処理回路２１６は、プリンタ制御装置１０６０を介して上位装置から受信した画像情報をラスター展開するとともに、所定の中間調処理などを行った後、画素クロック信号ＰＣＬＫを基準とした各画素の階調を表す画像データを発光部毎に作成する。そして、画像処理回路２１６は、光検知センサ１８ａの出力信号に基づいて走査開始を検出すると、画素クロック信号ＰＣＬＫに同期して画像データを書込制御回路２１９に出力する。

書込制御回路２１９は、画像処理回路２１６からの画像データ、画素クロック生成回路２１５からの画素クロック信号ＰＣＬＫ及び同期信号に基づいてパルス変調信号を生成する。

光源駆動回路２２１は、書込制御回路２１９からのパルス変調信号に基づいて２次元アレイ１００の各発光部を駆動する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置１０１０では、ベース板１２１と壁板１２２と支持板１３０とによって保持部材が構成されている。そして、長穴１２３と突起部１３１とによってスライド機構が構成されている。

また、第１のＮＤフィルタ１２５ａと第２のＮＤフィルタ１２５ｂとガラス板１２５ｃとによって複数の光学素子が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、面発光レーザアレイを含む光源１４と、光源１４からの光束をカップリングするカップリングレンズ１５と、互いに光透過率が異なる２つのＮＤフィルタ及びガラス板１２５ｃをそれぞれ保持するとともに、それらのいずれかをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させるためのスライド機構を有する可動フィルタ装置１２０とを備えている。

この場合には、大型化を招くことなく、光利用効率を簡単に調整することができる。

そして、感光体ドラム１０３０の表面における中央光量が周辺光量よりも小さい場合に、２つのＮＤフィルタのうち光透過率が小さいほうのＮＤフィルタをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させている。この場合には、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつきを従来よりも小さくすることができる。

また、感光体ドラム１０３０の表面における中央光量が周辺光量よりも大きい場合に、２つのＮＤフィルタのうち光透過率が大きいほうのＮＤフィルタをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させている。この場合には、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつきを従来よりも小さくすることができる。

また、可動フィルタ装置１２０は、支持板１３０がハウジング２１に固定されているため、カップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させるＮＤフィルタを変更する際の位置決めが容易である。

また、可動フィルタ装置１２０は、入射光をそのまま透過させるガラス板１２５ｃを保持するとともに、カップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させることができる。この場合、ガラス板１２５ｃをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させた状態で光学系の調整を行っていれば、ＮＤフィルタをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させたときに光路長が変化するのを抑制することができる。

また、壁板１２２の−ｘ側の面がｙ軸方向に対して傾斜しているため、ＮＤフィルタあるいはガラス板１２５ｃで反射された光束が光源１４に戻るのを防止することができる。

そして、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、大型化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる。

なお、上記実施形態において、ＮＤフィルタによる光路長の変化を考慮する必要がない場合には、一例として図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）に示されるように、前記ガラス板１２５ｃがなくても良い。すなわち、壁板１２２の窓１２４_３は、素通しであっても良い。

また、上記実施形態では、第１のＮＤフィルタ１２５ａの光透過率が０．５５であり、第２のＮＤフィルタ１２５ｂの光透過率が０．４０である場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、前記ガラス板１２５ｃに代えて、透明な樹脂板を用いても良い。

また、上記実施形態では、壁板１２２に３つの窓（１２４_１、１２４_２、１２４_３）が形成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示されるように、壁板１２２に２つの窓（１２４_１、１２４_２）が形成されても良い。この場合には、窓１２４_１に第１のＮＤフィルタ１２５ａが貼り付けられ、窓１２４_２に第２のＮＤフィルタ１２５ｂが貼り付けられる。

また、例えば、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されるように、壁板１２２に４つの窓（１２４_１、１２４_２、１２４_３、１２４_４）が形成されても良い。この場合には、窓１２４_１に第１のＮＤフィルタ１２５ａが貼り付けられ、窓１２４_３に第２のＮＤフィルタ１２５ｂが貼り付けられ、窓１２４_４にガラス板１２５ｃが貼り付けられる。そして、第１のＮＤフィルタ１２５ａと第２のＮＤフィルタ１２５ｂの中間の光透過率（例えば、０．５０）を有する第３のＮＤフィルタ１２５ｄが窓１２４_２に貼り付けられる。

この場合に、複数の光走査装置間での光利用効率のばらつき範囲を拡大するおそれがないとき、第３のＮＤフィルタ１２５ｄをカップリングレンズ１５を介した光束の光路上に位置させると、感光体ドラム１０３０の表面での光束の特性を所望の特性に維持しつつ、２次元アレイ１００の寿命を長くすることが可能である。

そして、この場合に、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示されるように、前記ガラス板１２５ｃがなくても良い。すなわち、壁板１２２の窓１２４_４は、素通しであっても良い。

また、上記実施形態では、壁板１２２の−ｘ側の面がｙ軸方向に対して傾斜している場合について説明したが、ＮＤフィルタ及びガラス板１２５ｃで反射された光束が光源１４に戻るおそれがない場合には、壁板１２２の−ｘ側の面がｙ軸方向に対して平行であっても良い。

ところで、ＮＤフィルタは、書込光学系における光利用効率のばらつきを低減することで、ＶＣＳＥＬの光出力範囲の不足を補う有効な手段であるが、ＶＣＳＥＬとの相性はあまり良くない。

ＶＣＳＥＬは、その共振器構造体の厚さが１０μｍ以下であるため、安定した単一縦モード動作が可能である。そこで、ＶＣＳＥＬから射出される光は、コヒーレンス性が非常に良い。

ＮＤフィルタの基板には、通常、ガラスやプラスチックの平板が使用されている。

そこで、例えば、カップリングレンズとシリンドリカルレンズの間に平板ガラスを基板とするＮＤフィルタを配置したとき、カップリングレンズから射出される光が平行光であれば、ＮＤフィルタに入射した光は、ガラス基板内で多重反射・多重干渉を起こす（図２２参照）。なお、多くの光走査装置では、カップリングレンズから射出される光は平行光である。

ＶＣＳＥＬは、端面発光型のレーザダイオードにくらべて、発振スペクトルが良好な単一波長（例えば、２００７年１２月発行、オーム社「フォトニクス」参照）であり、上記多重反射・多重干渉を非常に起こしやすい。

また、ＶＣＳＥＬは、供給される電流の大きさが大きくなるにつれて、１ｎｍ未満の範囲で波長が変化（シフト）する。ＮＤフィルタは、入射光の波長が変化すると、ＮＤフィルタから射出される複数の光の間の位相が変化し、多重反射光の強め合い及び弱めあいの度合いが変化する。そこで、ＶＣＳＥＬに供給される電流とＮＤフィルタから射出される光束の光強度との関係は、線形性を有さないこととなる。

この現象を図２２で説明する。波長λが変化すると、屈折率ｎ及び屈折角θが変化し、透過波の強め合い・弱め合いが変化する。

この透過波の強めあい・弱めあいの問題（ＮＤフィルタの透過率の不安定問題）は、特に、複数の発光部からの光束で、１画素あるいは１画素の一部を多重露光する場合に、該多重露光される部分で拡大する。

例えば、１画素を３つあるいは４つのビームスポットで一部多重露光した場合に、ＮＤフィルタの透過率の不安定問題は、３倍あるいは４倍に拡大する。なお、「ビームスポット径」とは、光強度の最大値を１としたときに１／ｅ^２以上の光強度を有する領域の直径をいう。

ＮＤフィルタの透過率の不安定問題は、感光体への露光量の不安定問題となり、結果として画像形成装置（プリンターなど）の画像濃度の不安定問題に発展する。

不安定問題は、特に誘電体多層膜で形成されたＮＤフィルタで発生しやすい。例えば、図２３に示されるように、ＮＤフィルタにおける誘電体多層膜が蒸着された面の透過率を５０％とすると、光吸収がないので反射率も５０％である。そこで、対向する面で反射して誘電体多層膜に戻ってきた光の反射率も５０％である。

これに対して、消衰係数ｋ＞０の膜、例えば金属膜を使えば、例えば図２４に示されるように、ＮＤフィルタにおける金属膜が蒸着されている面の透過率を５０％、光吸収率を４０％、反射率を１０％とすると、対向する面で反射して誘電体多層膜に戻ってきた光の反射率は１０％であり。透過光に含まれる多重干渉光成分を数分の１に減少することができる。

さらに、図２４における金属膜を、誘電体と金属膜からなる多層膜にすれば、透過率を５０％に保ったまま、光吸収率を高めて、反射率を１０％よりも小さくすることが可能となる。

実施例１のＮＤフィルタが図２５に示されている。このＮＤフィルタは、透明ガラス基板上に２層の誘電体膜と１層の金属膜からなる多層膜がコーティングされ、対向する感光体側の面は無コート面である。

光源からの入射光は多層膜側の面に入射し、金属膜を透過することで、金属膜の消衰係数ｋと膜の厚さで決まる量のエネルギーを吸収され、ガラス基板を透過して、一部のエネルギーが対向する感光体側の面で反射されるが、ほとんどのエネルギーがガラス基板を透過し、走査光学系で感光体に導かれる。

図２５に示される構成で、各誘電体膜の厚さは、物理的な厚さに屈折率を掛けた所謂光路長を、それぞれλ／４（λは入射光の波長）に設定することで、反射光Ａ（すなわち光源側への反射光）、反射光Ｂ（すなわちガラス基板内の多重反射光）を弱くすることができる。つまり、例えば反射光Ａについては、光源側から入射し誘電体層膜の表面で反射された光と、誘電体膜を透過して金属膜表面で反射された光とは、位相がλ／２異なるので、それらは互いに弱めあうこととなる。

この場合、光源から射出され、カップリング光学系を介した平行光束は、ＮＤフィルタ内で多重反射を起こすが、その多重反射光は弱い。そして、ＮＤフィルタから射出された光束は、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、及び走査光学系によって感光体ドラムに導かれる。

感光体ドラムの表面では、ポリゴンミラーの回転に伴って、走査方向にビームスポットが移動する。ここで、一例として図２６に示されるように、走査線の間隔がビームスポット径よりも広い場合には、ビームスポット間に重なりがない。一方、一例として図２７に示されるように、走査線の間隔がビームスポット径よりも狭い場合には、ビームスポット間に重なりができる。この場合には、感光体ドラムの表面におけるこの部分は、２重露光されるため、ＮＤフィルタ内の多重干渉によって透過率が通常と異なるときには、その影響を２倍受けることになる。

このため、部分的にでも多重露光がある場合には、ＮＤフィルタの透過率の不安定問題が拡大されるので、ＮＤフィルタには消衰係数ｋ＞０の材料を用いることが望ましい。

なお、アルミニウムは、屈折率ｎ＝０．９３、消衰係数ｋ＝６．３３（波長λ＝５７８ｎｍに対して）であり、クロムは、屈折率ｎ＝２．４８、消衰係数ｋ＝２．３０（波長λ＝５４６ｎｍに対して）である。

さらに、実施例１のＮＤフィルタにおいて、感光体側の面にＡＲコーティングを施しても良い。これにより、図２２におけるＢからＣに向かう光が弱められ、ガラス基板内部の多重反射光をより弱めることができる。

ＮＤフィルタの別の実施例が図２８に示されている。このＮＤフィルタは、光源側の面にクロム膜をコーティングするとともに、感光体側の面にＡＲコーティングを施している。感光体側の面にＡＲコーティングを施すことにより、図２４における反射率Ｒ_２を小さくする効果があり、光源側の面のコーティングを多層膜にしなくても、多重干渉光成分を弱くすることができる。

この場合に、一例として図２９に示されるように、光源側の面を、法線方向が光の入射方向に対して傾斜するようにしても良い。この場合は、多重干渉の現象自体を軽減することができる。

ＮＤフィルタに入射する光の光量Ｉと、ＮＤフィルタで反射される光の光量Ｒと、ＮＤフィルタを透過する光の光量Ｔとは、次の（１）式の関係を満たすことが望ましい。

｛Ｉ−（Ｔ＋Ｒ）｝／Ｉ＞０．０３ ……（１）

上記（１）式の関係が満たされると、ＮＤフィルタ内で光の吸収が起こるため、面で反射される光の光量が低減し、多重干渉光成分を弱くすることができる。ここで、上記（１）式の右辺の０．０３は、面の粗さ（製造誤差）による散乱等の比率が３％程度は存在するということを示している。

上記（１）式の関係が満たされるということは、金属膜には光吸収成分があるので、透過率を下げつつ、反射率はそれなりに低く抑えることができることを示している。なお、誘電体膜は透過率を下げると反射率が上がるので、多重干渉光が強くなる。

また、上記実施形態では、光量変更素子としてＮＤフィルタの場合について説明したが、これに限らず、入射光の光量よりも大きな光量の光を射出するものであっても良い。例えば、光増幅器を用いても良い。

また、上記実施形態では、２次元アレイ１００が４０個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、光源１４が２次元アレイ１００を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、光源１４が前記２次元アレイ１００に代えて、複数の発光部が一列に配置されている１次元アレイを有していても良い。また、光源１４が前記２次元アレイ１００に代えて、１つの発光部を有していても良い。

また、上記実施形態において、必要に応じて既知の方法によりシェーディングを抑制しても良い。

なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば良い。

例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、例えば、図３０に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図３０中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットがそれぞれ配置されている。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光走査が行われ、各感光体ドラムに潜像が形成される。

そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置２０１０は、前記可動フィルタ装置１２０と同様な可動フィルタ装置を色毎に有している。従って、前記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。

そして、カラープリンタ２０００は、前記レーザプリンタ１０００と同様な効果を得ることができる。

なお、タンデム方式の多色カラープリンタでは、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、点灯させる発光部を選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。

また、このカラープリンタ２０００において、光走査装置を１色毎に設けても良いし、２色毎に設けても良い。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、大型化を招くことなく、光利用効率を簡単に調整するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、大型化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成するのに適している。

１４…光源、１５…カップリングレンズ（カップリング光学系）、２１…ハウジング、１００…２次元アレイ、１２１…ベース板（保持部材の一部）、１２２…壁板（保持部材の一部）、１２３…長穴（スライド機構の一部）、１２５ａ…第１のＮＤフィルタ（フィルタ）、１２５ｂ…第２のＮＤフィルタ（フィルタ）、１２５ｃ…ガラス板、１２５ｄ…第３のＮＤフィルタ（フィルタ）、１３０…支持板（保持部材の一部）、１３１…突起部（スライド機構の一部）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特許第３２２７２２６号公報 特開２００８−３３０６２号公報 特許第３３５９１１４号公報 特開平０５−１６０４６７号公報 特開２００２−２６４３９１号公報 特開２００８−０３３２５１号公報

Claims (15)

1. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；
   入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；
   前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、
   前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、
   前記少なくとも２つの光量変更素子は、互いに光の透過率が異なる２つのフィルタであり、
   前記被走査面上における像高０の位置近傍での光量が他の像高位置での光量よりも小さく、
   前記いずれかの光学素子は、前記２つのフィルタのうち光の透過率が小さいほうのフィルタである光走査装置。
2. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；
   入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；
   前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、
   前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、
   前記少なくとも２つの光量変更素子は、互いに光の透過率が異なる２つのフィルタであり、
   前記被走査面上における像高０の位置近傍での光量が他の像高位置での光量よりも大きく、
   前記いずれかの光学素子は、前記２つのフィルタのうち光の透過率が大きいほうのフィルタである光走査装置。
3. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；
   入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；
   前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、
   前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、
   前記光源は、２次元的に配列された複数の発光部を有する光走査装置。
4. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   前記光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と；
   入射光の光量を互いに異なる光量に変更して射出する少なくとも２つの光量変更素子と；
   前記少なくとも２つの光量変更素子を含む複数の光学素子を保持する保持部材と；を備え、
   前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子が前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置し、
   前記複数の光学素子は、入射光をそのまま透過させるガラス板あるいは樹脂板を含む光走査装置。
5. 前記複数の光学素子のうちのいずれかの光学素子を前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置させる際には、前記保持部材をスライドさせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記カップリング光学系は、ハウジング内に収容され、
   前記保持部材は、前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記保持部材は、開口部を有し、
   前記開口部は、前記保持部材を動かすことによって、前記カップリング光学系を介した光束の光路上に位置することができることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記複数の発光部を個別に駆動することができる光源駆動装置を有し、
   該光源駆動装置は、１画素が多重露光によって形成されるとき、該多重露光に関与する少なくとも２つの発光部を同時に点灯させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
9. 前記光源は、垂直共振器型の面発光レーザを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置。
10. 前記被走査面上において、走査線間隔がビームスポット径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
11. 前記少なくとも２つの光量変更素子は、少なくとも一面に、金属層がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光走査装置。
12. 前記少なくとも２つの光量変更素子は、少なくとも一面に、誘電体層及び金属層を含む多層膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光走査装置。
13. 前記少なくとも２つの光量変更素子は、少なくとも一面に、反射防止膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光走査装置。
14. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を走査する少なくとも１つの請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
15. 前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。

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