JPH07294837A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】直線偏光を発生する光源から出た光を、偏向走
査手段の手前で、楕円偏光に変換すると共に、旋光（光
の振動方向を振動面内で回転させる）させる偏光補正手
段３を設ける。 【効果】走査内の光量を概略均一にでき、また、反射，
レンズ各面反射率の角度依存性を無くすための、光学薄
膜を省略でき低価格化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光走査装置に係り、特
に、感光体や静電記録体等の像担持体である被走査面を
光走査することにより、画像形成するようにした、例え
ば、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタや
カラーレーザビームプリンタ，マルチカラーレーザプリ
ンタ，レーザファクシミリ等の装置に好適な光走査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザビームプリンタ等の光走
査装置では、特公昭63−36210 号公報に開示されている
ように、回転多面鏡を介して像担持体面上を光り変調さ
れた光束（レーザ光束）で光走査することにより、静電
潜像を形成している。この静電潜像は現像装置によって
トナー像に顕像化され、このトナー像が記録紙に転写さ
れ、この後、定着装置によってトナーが加熱定着される
ことによってプリントが行われる。

【０００３】このような装置に用いられる光源は、レー
ザ光源、特に、装置の低価格化，小型化のために半導体
レーザが多く用いられている。半導体レーザの発光は発
散光束であるために、コリメータレンズでこれを平行な
レーザビームにして使用される。コリメータレンズを経
たレーザビームは回転多面鏡（ポリゴンミラー）で偏向
走査され、更に幾枚かの走査レンズ，反射ミラーを通
過，反射して、被走査面である感光体上に結像され、走
査される。走査レンズは平行なレーザビームを感光体に
結像させる結像機能の他、等角速度で偏向され走査レン
ズに入射するレーザビームに対し、その像点（光スポッ
ト）を感光体上を等速度で移動させるｆθ機能を有する
ものが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レーザビームプリンタ
高品位化の要求が高まっており、これに伴い、光走査装
置に対しても高精細化や階調表現が要求されている。こ
の要求に答えるための前提条件として、１走査内での光
量の均一性向上は必須である。また、上記と合わせて小
型，低価格化の要求も強まっており、いかに簡易，低価
格に１走査内での光量の均一性を向上させるかが課題で
ある。

【０００５】レーザビームはその光路において、偏向反
射面，反射ミラーで反射し、走査レンズで透過，屈折す
るが、同時に吸収，反射等による損失が生じ、それだけ
屈折光のエネルギが減少する。

【０００６】一般に反射による損失の大きさは、光線の
レンズ面に入射する角度によって変化するためにレーザ
ビームプリンタではレーザビームの走査角度、すなわ
ち、走査線の位置によって光ビームのエネルギが変動す
ることになる。

【０００７】そこで、従来のレーザビームプリンタに用
いられる走査光学系では、反射，レンズ各面反射率の角
度依存性を無くすために、表面に単層もしくは幾層かの
光学薄膜を蒸着，コートするなどしてこの問題に対処し
ている。

【０００８】しかし、光学膜厚各層の厚さは１００ｎｍ
付近と極めて薄く、これを安定してコートすることは高
度の技術を必要とし、また、環境による安定性，コスト
等についても問題が大きかった。

【０００９】仮に薄膜コートを廃止した場合は、先に述
べた理由により被走査領域において露光量の不均一が生
じ、これは出力画像では、部分的な文字のかすれ、ある
いはかぶりとなって現われ画質を著しく低下させる。

【００１０】本発明の目的は、光学手段により上記光学
膜厚を不要としたり、その負荷を低減することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、直線偏光を発
生する光源から出た光を、偏向走査手段手前において、
楕円偏光に変換すると共に、旋光（光の振動方向を振動
面内で回転させる）させる偏光補正手段を設ける。

【００１２】

【作用】偏光補正手段により、偏向走査手段，走査レン
ズ，反射ミラーの透過，反射率特性を緩和し、被走査面
である感光体上の露光分布を一様にするものである。具
体的には、偏光補正手段により、最終光折り返し手段を
光が反射した後に、反射光量が走査ライン内での変動
が、最小となるよう光学設定するものである。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の光走査装置を用いた画像形
成装置の説明図である。

【００１４】半導体レーザ１である光源部より出射した
光束を、コリメータレンズ２により平行光束とし、副走
査方向のみに屈折力を持つシリンドリカルレンズ４で集
光し、回転多面鏡等からなる光偏向器５の偏向反射面５
−１へ線状に入射させている。コリメートレンズ２とシ
リンドリカルレンズ４では、結像光学系を構成してい
る。偏向反射面５−１で反射偏向させた光束を、走査レ
ンズ６を構成する球面よりなる負の屈折率のレンズ６−
１と、直交する２方向で互いに屈折力が異なるトーリッ
ク面を有するレンズ６−２とに依って、被走査面である
感光体８上に導光しスポットを形成する。そして、偏向
器５を回転軸５−２を中心にモータ５−３により矢印５
−４方向（主走査方向）に光走査している。また、走査
レンズ６から感光体８までの空間を有効利用したり、感
光体８への入射角を垂直入射付近にする目的で反射ミラ
ー７により複数回折り返される。例えば、図示したよう
に、反射ミラー７−１，反射ミラー７−２のように複数
回折り返す構成となっている。半導体レーザ１は図示し
ないレーザ駆動系によって、感光体上の露光分布が文
字，画像等を表すように明滅制御される。

【００１５】偏光補正手段３は、コリメータレンズ２と
シリンドリカルレンズ４の間に配置され、任意方向に長
軸を持ち、任意形状の楕円偏光を実現できる。この楕円
偏光の設定により、走査内での露光分布を均一にするも
のである。

【００１６】続いて、偏光補正手段３の構成，機能につ
いて詳細に説明する。

【００１７】図２は偏光補正手段３の一構成例である。
偏光補正手段３は、直線偏光を発生する光源から出た光
を、偏向走査手段前において、楕円偏光に変換すると共
に、旋光（光の振動方向を振動面内で回転させる）させ
る偏光補正を目的とし、楕円偏光変換手段２１と旋光手
段２２より構成される。楕円偏光変換手段２１，旋光手
段２２の構成デバイスは、プリズム，偏光板，位相差板
等、目的を達成するために種々のデバイスが考えられる
が、コスト面から考えると、液晶ディスプレイ等で使わ
れている位相差フィルムが有力である。使用法として、
例えば、楕円偏光変換手段２１には使用波長λのλ／４
位相差板としての働きをするように、旋光手段２２には
使用波長λのλ／２位相差板としての働きをするように
材料，フィルム厚を設定すればよい。フィルム仕様に関
しては、最終的に任意偏光が作り出せるなら、上記の値
に固定されるものではない。また、ＥＯ等の電気光学デ
バイスやファラデー素子等の磁気光学デバイスを使用す
ることも考えられる。静的に使用すれば位相差板と同様
の効果が得られ、電場，磁場等を制御して動的に使用す
れば、１ドット毎の詳細な制御が可能となる。

【００１８】図３は偏光偏正手段３による楕円偏光設定
例である。楕円偏光変換手段２１としてλ／４位相差板
を、旋光手段２２としてλ／２位相差板を使用してい
る。半導体レーザから出た光は概略直線偏光であり、こ
の振動方向とλ／４位相差板の光軸との設定により、長
短軸の比率に関して任意の楕円偏光を得ることができ、
得られた楕円偏光の長短軸方向とλ／２位相差板の光軸
との設定により、長短軸を任意方向に設定可能となり、
合わせて任意の楕円偏光を得ることができる。

【００１９】以上が偏光補正手段３の構成についての詳
細であるが、以下では、偏光補正手段３の必要性を詳細
に説明する。先ず、偏光補正手段の必要性、続いて本発
明の偏光補正の必要性，効果を説明する。

【００２０】図４は偏向反射面５−１に対する光の入射
角−反射率特性である。

【００２１】回転多面鏡には多くの場合、材質としてア
ルミニウム（Ａｌ），プラスチック，ガラス等が用いら
れているが、本図はアルミニウムを低価格化のために酸
化膜無しで使用した例である。

【００２２】ここで、光偏向器５に入射する前の光ビー
ムと有効偏向角（走査角）２ωの中心とが成す角度を図
１のようにαと規定する。この際、有効走査内での光偏
向器５の偏向反射面５−１の法線に対する光ビームの入
射角及び反射角は回転多面鏡の回転とともに変化し、そ
の変化する範囲は（α−ω）／２〜（α＋ω）／２と書
くことができる。ここで回転多面鏡の面数を６面、ω＝
４５°，α＝６５°とすると、図４に網点で示されるよ
うに偏向反射面に対する入射角θは、１０°〜５５°と
この間で角度が変動することとなる。図からも明らかよ
うにＰ，Ｓ偏光とも入射角により反射率（Ｒｐ：Ｐ偏光
の反射率、Ｒｓ：Ｓ偏光の反射率）の変動が大きい。こ
の対応策として、図中に示した（Ｒｓ＋Ｒｐ）／２の偏
光状態、つまりＰ，Ｓ偏光を等量持つように偏光状態を
設定すればよい。この時、偏光補正手段を用いないと、
例えば、半導体レーザを４５°傾けて配置する等の方法
が考えられる。

【００２３】この方法は、以下に説明する理由により高
解像度化に不利となる。

【００２４】光走査装置に用いている半導体レーザは、
一般にその構造より直線偏光の光束を放射している。そ
して光束の発散角度は偏光方向とそれと直交方向では異
なっている。

【００２５】また、感光体面上を光走査して画像情報を
形成する際、一般に、光偏向器による光束が走査される
主走査方向のスポット径を副走査方向（光軸を含み主走
査方向に直交する方向）のスポット径より小さく設定し
たほうが画質がよくなる。

【００２６】この二つの要件を考慮した場合、通常コリ
メートレンズの入射円形開口で規定される開口絞りに対
して、半導体レーザの発散角度が大きい方向（レーザ接
合面に直交する方向）を走査方向に設定すればスポット
径を小さく絞り込める。

【００２７】すなわち、レーザ光源を用いて被走査面上
で副走査方向に長いスポット形状となるようにレーザ光
源を配置するとレーザ光源の性質上、放射される光束の
偏光面が副走査方向に振動する光束となってくる。この
光束は光偏向器の偏向反射面に対してＳ偏光として入射
することが望ましい。

【００２８】以上が、半導体レーザを４５°傾けて配置
する等の方法が不利となる説明である。つまり、（Ｒｓ
＋Ｒｐ）／２の偏光状態を作り出すためには、偏光補正
手段を用いることが、解像性向上より必要である。

【００２９】以上が偏光補正手段の必要性の説明であ
る。続いて、本発明の偏光補正の必要性，効果を説明す
る。本発明の偏光補正手段は、任意の楕円偏光を得るた
めのものであり、旋光補正手段は、任意の長軸方向を設
定可能な楕円偏光を得るためのものである。

【００３０】最初に楕円偏光補正の必要性，効果である
が、図５は折り返しミラーで光を反射した際の、折り返
しミラーへの入射角θ１−反射率特性であり、偏向反射
面では上述した薄膜により理想的な反射が行われること
を前提とし、折り返しミラーのみが影響光量変動に影響
する場合である。走査中央部ではＰ，Ｓ偏光とも等量の
反射率を示す。本実施例では、端部に行くにつれて、Ｓ
偏光の反射率がＰ偏光の反射率を上回る。図６は小型化
のために走査レンズの後で複数回（３回）折り返しを行
った際の、偏光・光量状態の変化を表したものである。
形状が偏光状態、大きさが光量に相当する。各図は
（１）直線偏光を入射した場合、（２）円偏光入射した
場合、（３）楕円偏光を入射した場合である。

【００３１】直線偏光に関しては、前述したように偏向
反射面に対してＳ偏光になるように入射される。これ
は、反射ミラーにとってはＰ偏光に相当する。図に示し
たように、反射を繰り返すにつれて周辺部のＰ偏光の減
衰が大きいことが効いて、周辺部の光量が低下する。円
偏光に関しては、折り返しミラーを１回反射した時点で
は光量が等しいが、折り返しを繰り返すにつれて、周辺
部がＳ偏光に寄っていき、直線偏光の場合と逆に周辺光
量が大きくなる。本発明の楕円偏光補正の必要性は、背
景の元に生じたものであり、楕円偏光とすることで、反
射ミラーの最終段を反射した後に光量が一定になるよ
う、初期の楕円偏光を設定するものである。図からも明
らかように、本実施例では初期は反射ミラーから見てＰ
偏光に設定されており、反射ミラーの最終段を反射した
後に、周辺部はＳ偏光方向に、中央部はＰ偏光方向に長
軸を持つ楕円偏光となっている。本発明の特徴として、
中央部、もしくはどちらか一方の周辺部において、初期
に設定された楕円偏光が長軸方向を変えた楕円偏光にな
り、全体として光量のバランスをとることがある。当然
のことながら、振動方向の違いは、感光体上での集光性
に影響を与えるものではない。

【００３２】以上が楕円偏光補正の必要性，効果の説明
である。続いて、旋光補正の必要性，効果について説明
する。

【００３３】先の、説明中に用いられた楕円偏光は、偏
向反射面からみたＰ，Ｓ偏光方向に長軸を持つ楕円偏光
であった。これを実現する際にも、コリメートレンズの
入射円形開口で規定される開口絞りに対して、半導体レ
ーザの発散角度が大きい方向を走査方向に設定する条件
を前提とすると、λ／４位相差板等による偏光制御だけ
では、軸方向を合わせることができず、旋光補正が必要
となる（但し、入力偏光と出力偏光が一意に規定されれ
ば、条件に合った１枚の位相差板でも実現可能であ
る）。

【００３４】本発明は、これを更に発展させて、楕円偏
光長軸方向を偏向反射面からみたＰ，Ｓ偏光方向に対し
て傾けて設定するものである。先の実施例では偏向反射
面での反射光に、偏光状態依存性はないとしたが、コス
ト，製造難易度からみて薄膜面はないほうがよい。この
際、厄介なのが走査内で左右非対称性を生じることであ
る。しかし、偏光反射面の後に、幾段かの折り返しミラ
ーがあるときには以下のように考えることができる。光
を折り返す際、入射光が法線となるように反射ミラーを
置くことは、光が戻って干渉してしまうため通常ありえ
ない。例えば、４５°に折り返されたりする。この時、
反射ミラーからみたＰ，Ｓ偏光座標系は入射角によって
以下の量だけ回転する。

【００３５】

【数１】 δ＝tan^-1（α／β） α＝（１＋sinφ／（cosφ・sinθ))²)^-0・⁵ β＝（sinθ／（cosφ・sinθ))α …（数１） ここで、 θ：折り返しミラーへの偏向入射角 φ：光軸と反射ミラー法線のなす角 この座標回転は、通常中央部（光軸上）では零となり、
左右で逆方向に回転する。つまり、同じ楕円偏光が入っ
ても位置により反射ミラーからみたＰ，Ｓ偏光状態は異
なる。例えば、レーザ側では反時計回り、反レーザ側で
は時計回りな折り返しミラーが設置されているところ
に、反時計回りに１０〜３０°程度回転した方向に長軸
（反射ミラーから見るとＳ偏光方向）を持つ楕円偏光を
入射すると、レーザ側では回転方向が一致し、Ｓ偏光が
メインとなる。逆に反レーザ側ではＰ偏光の比率が増大
し、このミラーを反射した後では、レーザ側が光量大，
反レーザ側が光量小となり、走査内の光量分布を生じ
る。反射ミラーの折り返し構成と入射楕円偏向より走査
内での光量傾斜分布を任意に設定可能となる。

【００３６】以上が、反射ミラーでの走査内光量分布を
持つ内容であるが、これと、偏向反射面での反射により
生じる、走査内光量傾斜分布を互いに打ち消し合うよう
に設定できれば、走査内光量の均一化が図れる。偏光反
射面では、Ｐ，Ｓ偏光座標の回転は起こらないため、反
射率の入射角−偏光状態依存性に関しては、図４からも
明らかなように、レーザ側では偏光状態による反射率の
変動は小さく、反レーザ側でＳ偏光の反射率が大きく、
Ｐ偏光の反射率が小さくなる。つまりＳ偏光成分が大き
い楕円偏光を入射すれば、反レーザ側の光量が大きい走
査内分布となるし、Ｐ偏光成分が大きい楕円偏光を入射
すれば、レーザ側の光量が大きい走査内分布となる。こ
の選択は、ミラー構成により選択してやればよい。

【００３７】本実施例は製品性能の調整という意味でも
有用であると思われる。具体的には、今後ますます走査
内の光量均一性が要求されてきた場合、薄膜等で保証し
ようとしても、製造誤差によるばらつきが無視できなく
なる可能性がある。ライン内での光量ばらつきを位置毎
に光強度補正しようとすると、回転負荷等が大きくなり
現実的でなく、光学的に補正するのが理想である。この
ような場合、偏光方向設定手段を調整可変にしておき、
光学部品を組み終わった時点で、走査内での光量変動が
最小となるように、偏光状態をレーザ発光強度（ライン
内一定）と組み合わせて調整することは、極めて有効で
ある。

【００３８】

【発明の効果】光走査手段手前の偏光補正手段を有し、
偏光補正手段は、最終光折り返し手段を光が反射した後
に、反射光量が走査ライン内での変動が、最小となるよ
う設定することで、走査内の光量を概略均一にできる。
また、反射，レンズ各面反射率の角度依存性を無くすた
めの、光学薄膜を省略可能となり低価格化が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の説
明図。

【図２】偏光補正手段の一構成例の説明図。

【図３】偏光補正手段による楕円偏光設定例の説明図。

【図４】偏向反射面に対する光の入射角−反射率の特性
図。

【図５】折り返しミラーへの入射角−反射率の特性図。

【図６】複数折り返し時の偏光・光量状態の変化説明
図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…コリメータレンズ、３…偏光補
正手段、４…シリンドリカルレンズ、５…光偏向器、５
−１…偏向反射面、５−２…回転軸、５−３…モータ、
５−４…矢印、６…走査レンズ、６−１…負の屈折率の
レンズ、６−２…トーリック面を有するレンズ、７，７
−１，７−２…反射ミラー。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの光源と、偏向走査手段
   と、前記偏向走査手段以降に１回以上の光路を変更する
   光折り返し手段を持つ光走査装置において、前記光走査
   装置の手前に、偏光補正手段を有するとともに前記偏光
   補正手段は、最終光折り返し手段を光が反射した後に、
   反射光量の走査ライン内での変動が、最小となるよう設
   定されていることを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】請求項１において、偏光切り替え手段によ
   り生じる偏光が、前記偏向走査手段から見た際、Ｐ偏光
   方向に長軸を持つ楕円偏光である光走査装置。
3. 【請求項３】請求項２において、走査端部で、偏光状態
   がＰ偏光に長軸を持つ楕円偏光から、Ｓ偏光方向に長軸
   を持つ楕円偏光に変化するよう、前記偏光切り替え手段
   により、偏光状態が設定される光走査装置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記偏光切り替え手段
   が静的に実現される光走査装置。
5. 【請求項５】請求項５において、前記偏光切り替え手段
   が光源の波長に依存した、λ／４位相差部材とλ／２位
   相差部材の光学的配置により実現される光走査装置。
6. 【請求項６】請求項２において、前記偏光切り替え手段
   が動的に実現される光走査装置。
7. 【請求項７】請求項７において、前記偏光切り替え手段
   が電気光学効果，磁気光学効果等を用いて実現される光
   走査装置。
8. 【請求項８】請求項１の光走査装置を用いたレーザプリ
   ンタ。