JP2013218038A - レーザ走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】複屈折が大きな材料からなる走査光学素子を用いた場合でも、被走査面上での光量むらの変化を低減可能なレーザ走査光学系を提供すること。
【解決手段】レーザ走査光学系は、直線偏光した光ビームを出射する光源と、出射光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された光ビームを被走査面上に結像させる走査光学素子と、入射光ビームを前記被走査面に向けて反射する反射部材と、を備えている。また、前記走査光学素子は、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、前記反射部材は、単層の光学薄膜を含んでいる。ここで、前記光ビームの波長をλとすると、前記単層の光学薄膜の膜厚は、０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さく、さらに、前記被走査面の有効走査域の最大像高の両端に向かう光ビームの、前記反射部材への入射角は１０度以上５５度未満とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、直線偏光した光ビーム束を偏向し、偏光した光ビーム束を、少なくとも一つの走査光学素子を介して被走査面上に走査するレーザ走査光学系に関する。

従来、上記レーザ走査光学系において、被走査面での光量むら（シェーディング）を補正する手法としては、例えば下記の特許文献１〜４がある。これら特許文献１〜４に記載の手法では、走査光学素子に入射される光ビーム束の偏光状態が規定され、光量むらが小さくなるように、走査光学素子の一例であるレンズの透過率特性や、他の例である反射部材の反射率特性が最適化されている。

特許第２７２７５７２号公報 特許第４３３０４８９号公報 特許第４５６６３９８号公報 特開２００９−１６９２４８号公報

ところで、従来のレーザ走査光学系の光路上で、走査光学素子より偏向器側に光学異方性物質が配置されていると、該走査光学素子への入射光束の偏光状態は、該光学異方性物質での複屈折の影響で、光源からの放射時の偏光状態から変化することが想定される。

複屈折の影響は、光学異方性物質の状態または該光学異方性物質における光束の通過位置により変化すると考えられるので、偏光状態の変化を正確に予測することは難しい。したがって、想定した偏光状態で光量むらが低減できるようにレーザ走査光学系が設計されたとしても、偏光状態が想定以上に変化した場合には光量むらが悪化することが考えられる。

それゆえに、本発明の目的は、複屈折が大きな材料からなる走査光学素子を用いた場合でも、被走査面上での光量むらの変化を低減可能なレーザ走査光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザ走査光学系であって、直線偏光した光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビーム束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段により偏向された光ビーム束を被走査面上に結像させる、一つ以上の走査光学素子と、前記一つ以上の走査光学素子を透過した光ビーム束が入射されると、該入射光ビーム束を前記被走査面に向けて反射する、一つ以上の反射部材と、を備えている。

また、少なくとも一つの前記走査光学素子は、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、前記一つ以上の反射部材は、基材と、該基材に蒸着された金属膜および単層の光学薄膜と、を含んでいる。

ここで、本発明の第一局面では、前記光ビームの波長をλとすると、前記単層の光学薄膜の膜厚は、０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さく、さらに、前記被走査面の有効走査域における最大像高の両端に向かう光ビームの、前記反射部材への入射角は１０度以上５５度未満とする。

また、本発明の第二局面では、前記光ビームの波長をλとし、前記単層の光学薄膜の膜厚をＤとすると、Ｄは、０．１８λ＜Ｄ＜０．２２λまたは０．３６λ＜Ｄ＜０．４１λであり、前記被走査面の有効走査域の最大像高の両端に向かう光ビームの、前記反射部材への入射角は５５度以上６９度未満とする。

第一および第二局面によれば、被走査面上の光量むらへの悪影響を一定以下に抑えることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係るレーザ走査光学系の斜視図である。 図１のレーザ走査光学系のＹＺ平面に平行な縦中心面に沿う断面図である。 各実施形態における反射部材の断面図である。 第一実施形態の反射部材への入射角に対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の特性曲線を示す図である。 図３の反射部材への入射角を示す斜視図である。 光ビームの偏光状態が変化した場合における第一実施形態の反射部材の反射むらのシミュレーション結果を示すグラフである。 光ビームの偏光状態が変化した場合における被走査面での光量むらのシミュレーション結果の第一例を示すグラフである。 比較例の反射部材を備えるレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例の反射部材を備えるレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。 第一実施形態の反射部材での反射率むらの変化量と、比較例の反射部材でのそれとのシミュレーション結果を示すグラフである。 入射角が１０度以上５５度未満における光学薄膜の膜厚に対する反射率むらの最悪値のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係るレーザ走査光学系の斜視図である。 図１２のレーザ走査光学系のＹＺ平面に平行な縦中心面に沿う断面図である。 第二実施形態の反射部材への入射角に対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の特性曲線を示す図である。 第二実施形態の反射部材での反射率むらの変化量と、比較例の反射部材でのそれとのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第三実施形態に係るレーザ走査光学系の斜視図である。 図１６のレーザ走査光学系のＹＺ平面に平行な縦中心面に沿う断面図である。 光ビームの偏光状態が変化した場合における第三実施形態の各反射部材の反射率むらのシミュレーション結果を示すグラフである。 光ビームの偏光状態が変化した場合における第三実施形態の被走査面での光量むらのシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例の反射部材を備えるレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例の反射部材を備えるレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。 入射角が５５度以上６９度未満の場合における、光学薄膜５３の膜厚に対する反射率むらの最悪値を示すシミュレーション結果である。

（はじめに）
以下、本発明の各実施形態に係るレーザ走査光学系の説明を行う。まず、図面において、Ｘ軸は、レーザ走査光学系における光ビームの主走査方向を示し、Ｙ軸は、該光ビームの副走査方向を示し、Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸の双方に直交する方向を示す。また、参照符号の後に記載されたアルファベット小文字のａ、ｂ、ｃ、ｄは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）を表す添え字である。例えば、被走査面２９ａはイエロー用の被走査面２９を意味する。また、ａ〜ｄの添え字が無い参照符号はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色用であることを意味する。例えば、被走査面２９は、各色用の被走査面を意味する。

（第一実施形態）
第一実施形態のレーザ走査光学系は、典型的にはＭＦＰ（Multi-Function Peripheral）のような画像形成装置に適用される。画像形成装置は、画像形成のために電子写真方式を、また、フルカラー画像を形成するためにタンデム方式を採用している。

レーザ走査光学系は、図１および図２に示すように、所謂片側偏向方式を採用しており、光源１１ａ〜１１ｄ、コリメータレンズ１２ａ〜１２ｄ、合成ミラー１４ａ〜１４ｄ、ミラー１５、シリンドリカルレンズ１６、偏向器１７、走査光学素子群２０、第一反射部材２４ａ〜２４ｃ、第二反射部材２５ａ〜２５ｄ、第三反射部材２６ｃ、防塵用ウインドウ２７ａ〜２７ｄ、および、感光体ドラム２８ａ〜２８ｄを備える。感光体ドラム２８ａ〜２８ｄは、被走査面２９ａ〜２９ｄを有し、図示しないモータからの駆動力により副走査方向に回転する。また、回転する被走査面２９ａ〜２９ｄには、下記の光ビームＢａ〜Ｂｄが主走査方向に１ラインずつ順次的に走査される。

光源１１は、各色用の各光路の最上流位置に設けられ、光ビームＢを出射する。より具体的には、光源１１ａは、Ｙ用の画像データが自身に入力されると、入力画像データで変調された光ビームＢａを出射する。光源１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、Ｍ，Ｃ，Ｂｋ用の画像データが入力されると、自身への入力画像データで変調された光ビームＢｂ，Ｂｃ，Ｂｄを出射する。

ここで、光源１１の好ましい配置条件について説明する。各光源１１は、各走査レンズ２１〜２３（後述）の光軸近傍（換言すると、後述のＣＯＩ）への入射光ビームＢの直線偏光における振動方向が該光軸近傍の複屈折の軸方位と略同一となるように、配置されることが好ましい。また、各光源１１は、直線偏光の振動方向が偏向器１７のポリゴンミラーの回転軸Ａ（後述）の方向と概ね一致するように配置されることが、より好ましい。

コリメータレンズ１２ａ〜１２ｄはそれぞれ、光源１１ａ〜１１ｄに対し下流側に設けられ、光ビームＢａ〜Ｂｄを平行光に変換する。また、都合上、図１，図２では図示は省略されるが、各色用の絞りがコリメータレンズ１２ａ〜１２ｄの下流側に設けられている。各色用の絞りは、平行光となった光ビームＢａ〜Ｂｄの副走査方向幅を所定値になるように整形する。

合成ミラー１４ａ〜１４ｄは、各色用の絞りの下流側に設けられ、副走査方向幅が整形された光ビームＢａ〜Ｂｄを反射して、光ビームＢａ〜Ｂｄの進行方向を同方向に揃える。ミラー１５は、各合成ミラー１４ａ〜１４ｄの下流側に設けられ、進行方向が揃えられた光ビームＢａ〜Ｂｄを反射する。シリンドリカルレンズ１６は、光ビームＢａ〜Ｂｄを透過させ、光ビームＢａ〜Ｂｄが偏向器１７のポリゴンミラー反射面近傍で線状に結像するように集光する。

偏向器１７は、モータ（図示せず）と、ポリゴンミラーとを有する。偏向器１７において、ポリゴンミラーは、モータの駆動力で回転軸Ａを中心として回転し、これによって、シリンドリカルレンズ１６を透過した光ビームＢａ〜Ｂｄを主走査方向に偏向する。

走査光学素子群２０は、偏向器１７により偏向された光ビームＢａ〜Ｂｄを被走査面２９ａ〜２９ｄに結像させる。より詳細には、走査光学素子群２０は、被走査面２９ａ〜２９ｄにおける光ビームＢａ〜Ｂｄの走査速度を一定にすると共に、光ビームＢａ〜Ｂｄのビーム径を均一とする光学特性を有する。このような走査光学素子群２０は、複数の走査レンズの一例として、各色で共通の共通走査レンズ２１，２２と、色毎に設けられる個別走査レンズ２３ａ〜２３ｄとを含む。

走査レンズ２１〜２３はそれぞれ、主に低コスト化の観点から、複屈折が大きな材料（つまり、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料）からなる。また、各走査レンズ２１〜２３の画角は８０度以上である。その具体例として、走査レンズ２１〜２３はそれぞれ、光弾性係数が４３×１０^-12［Ｐａ^-1］のポリカーボネートのような熱可塑性樹脂からなり、９６度の画角を有する。

走査レンズ２１，２２，２３ａは、この順番で、偏向器１７の下流側に設けられている。同様に、個別走査レンズ２３ｂ〜２３ｄは共通走査レンズ２２の下流に設けられる。また、各走査レンズ２１〜２３の光軸近傍では、一般的に、軸方位が副走査方向と略同一とされる。

第一反射部材２４ａ〜２４ｃは、Ｙ，Ｍ，Ｃの光路上で、共通走査レンズ２２の下流側に設けられ、入射光ビームＢａ〜Ｂｃを個別走査レンズ２３ａ〜２３ｃに向けて反射する。

また、第二反射部材２５ａ〜２５ｄは、個別走査レンズ２３ａ〜２３ｄの下流側に設けられ、入射光ビームＢａ〜Ｂｄを被走査面２９ａ〜２９ｄに向けて反射する。第二反射部材２５ａ，２５ｂ，２５ｄでの反射光ビームＢａ，Ｂｂ，Ｂｄは、防塵用ウインドウ２７ａ，２７ｂ，２７ｄを通過して、被走査面２９ａ，２９ｂ，２９ｄで結像する。また、第二反射部材２５ｃでの反射光ビームＢｃは、第三反射部材２６ｃで反射された後、防塵用ウインドウ２７ｃを通過して、被走査面２９ｃで結像する。

（反射部材の詳細について）
各反射部材２４〜２６は、図３の断面図に示すように、基材５１と、該基材５１に蒸着された金属膜５２および単層の光学薄膜５３と、を含んでいる。基材５１は例えばガラスからなる。金属膜５２は、アルミニウムまたは銀からなる。また、光学薄膜５３は、単層、つまり単一材料で形成される。ここで、光学薄膜５３の材料は、典型的には、シリコンまたはフッ化マグネシウムである。

以下、反射部材２４〜２６を代表して、反射部材２４について詳細に説明する。反射部材２４には、以下のような光ビームＢが入射される。すなわち、光源１１から出射された直線偏光の光ビームは、振動方向が互いに直角な二つの偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）を有する。また、複屈折の大きな走査レンズでは、偏光成分毎で屈折率が互いに異なる。したがって、走査レンズを通過した二つの偏光成分間で位相差が生じる。その結果、直線偏光の光ビームでは偏向方向が変化したり、直線偏光が楕円偏光に変化したりする。また、複屈折の大きさは走査レンズの場所によって異なるので、走査レンズにおける光ビームの通過場所が異なれば、透過後の偏光状態も互いに異なる。以上のような光ビームＢが反射部材２４に入射される。

ところで、従来のレーザ走査光学系では、反射部材への入射光ビームの偏光状態を予測して、該反射部材での反射率むらを最適化していた。しかし、上記走査光学素子を通過後の光ビーム束の偏光状態を予測することは非常に困難であった。仮に、偏光状態を予測できたとしても、レーザ走査光学系の組み立て誤差等により、光ビームの通過位置がずれると、偏光状態も変わってしまうため、ある偏光状態を仮定してレーザ走査光学系を最適化した場合、かえって光量むらが大きくなる場合が考えられる。そこで、入射光ビームの偏光状態が予測不能な場合であっても被走査面での光量むらを抑えるべく、偏光状態が任意の状態にある時でも反射率むらが小さくなるような反射率特性を有する光学薄膜の反射部材を使用する手法が考えられている。

本実施形態では、反射部材２４は、下記条件（Ａ）に沿うように配置され、下記条件（Ｂ）を満たすように構成される。
（Ａ）反射部材２４への入射光ビームのうち、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの入射角が１０度以上５５度未満とする。
（Ｂ）光学薄膜５３の膜厚Ｄを０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さくする。ここで、λは光ビームの波長である。

ここで、図４を参照して、反射部材２４（膜厚Ｄが０．２０λ）への入射角に対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の特性（以下、入射角特性という）を説明する。図４中、横軸は入射角であり、縦軸は反射率である。

まず、入射角について定義する。図５に示すように、入射角は、反射部材２４への入射光ビームＢと、法線ベクトルｎとがなす角である。ここで、法線ベクトルｎは、光ビームＢの入射位置を始点とし、反射部材２４の反射面に垂直なベクトルである。この入射角は、各被走査面２９の有効走査域の中心像高に向かう光ビームＢと、最大像高に向かう光ビームＢとの間では異なる。

上記入射角特性により、図４に示すように、反射部材２４では反射率むらが発生する。反射率むらは、被走査面２９に向かう光ビームＢ毎の反射率の比であるが、一般的に、反射率は、互いに異なる入射角特性を有するｐ偏光反射率とｓ偏光反射率とに分けられるため、入射光ビームの偏光状態（偏光比率（ｐ偏光とｓ偏光との比率））が変わると変化する。

反射部材２４での反射率むらが最大となるのは、下記（Ｃ），（Ｄ）の場合である。
（Ｃ）有効走査域の最大像高の両端に向かう二つの光ビームの一方について、反射部材２４への入射時の偏光状態がｓ偏光のみであり、他方について反射部材への入射時の偏光状態がｐ偏光のみである場合
（Ｄ）有効走査域の中心像高に向かう光ビームＢについて、反射部材２４への入射時の偏光状態がｓ偏光のみである。

（Ｃ）について詳細に述べると、例えば、図４において、有効走査域の両端に向かう光ビームの入射角が６９度以上９０度以下とした場合、ｓ偏光のみの反射率は、９０度の時に約１００％で最大となり、ｐ偏光のみの反射率は、６９度の時に約８１％で最小となる。この場合、反射率むら（つまり反射率の差）の最大値は約１９％と大きくなる。それに対し、上記入射角が５５度未満であれば、反射率むらの最大値は相対的に小さい。ただし、設計上、上記入射角が１０度未満の範囲で反射部材２４を使用することは無い。このような観点で、本実施形態では、反射部材２４への入射光ビームのうち、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの入射角が１０度以上５５度未満とする。

図６は、光ビームＢの偏光状態が変化した場合における各反射部材２４の反射率むらのシミュレーション結果を示すグラフである。図示した例では、三種類の偏光状態（１）〜（３）毎の反射率むらが示され、偏光状態が変わると、反射部材２４の反射率むらも変化する。ここで、図６の偏光状態（１）〜（３）は、下記表１の通りである。

より具体的には、上記表１には、反射部材２４への光ビームＢの入射位置毎に、偏光状態の典型例としてｐ偏光比率が示される。表１において、ＣＯＩ（Center Of Imaging）は、被走査面２９における有効走査域の中心像高およびその近傍に向かう光ビームＢの入射位置であり、ＳＯＩ（Start Of Imaging）およびＥＯＩ（End Of Imaging）は、同有効走査域における最大像高およびその近傍に向かう光ビームＢの入射位置である。また、表１および図６には、上記以外にも、Ｓ−Ｃ間およびＣ−Ｅ間の偏光状態も示される。Ｓ−Ｃ間はＳＯＩおよびＣＯＩの中間位置であり、Ｃ−Ｅ間はＣＯＩおよびＥＯＩの中間位置である。

また、反射部材２４での入射位置毎の光ビームＢの入射角度は、下記表２に示す通りである。特に、ＳＯＩおよびＥＯＩでの入射角度は、５１．８度であり、上記条件（Ａ）を満たしている。

また、図７は、光ビームの偏光状態が変化した場合における被走査面２９での光量むらのシミュレーション結果を示すグラフである。また、図８および図９は、本実施形態の反射部材２４を、比較例の反射部材に置換したレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらおよび光量むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。図６および図７（本実施形態の反射部材の特性）と、図８および図９（比較例の反射部材の特性）を比較すれば分かるように、本実施形態の反射部材２４での反射率むら、および本実施形態の被走査面２９での光量むらが小さくなっている。

また、図１０は、本実施形態の反射部材２４と、比較例の反射部材とにおける反射率むらの変化量のシミュレーション結果を示すグラフである。より具体的には、上記偏光状態（１）における反射率むらと、上記偏光状態（３）における反射率むらとの差を比較したものである。図１０に示した通り、反射部材２４における反射率むらの変化量は、従来のものと比較して小さい。

以上説明した通り、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの反射部材２４への入射角が１０度以上５５度未満であれば、反射率むらを小さくすることが可能となる。

また、本願発明者は、上記入射角が１０度以上５５度未満の場合における、膜厚Ｄに対する反射率むらの最悪値をシミュレーションした。その結果を、図１１に示す。図１１のシミュレーション結果から、反射率むらを１０％以下の小さな値に抑えるには、膜厚Ｄは０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さくすればよいことが分かる。

（第一実施形態の作用・効果）
第一実施形態では、金属膜５２および単層の光学薄膜５３が蒸着された反射部材２４〜２６を利用した場合、光学薄膜５３の膜厚Ｄが０．１５λよりも大きくかつ０．４λよりも小さくされる（上記条件（Ｂ））。さらに、被走査面２９上の有効走査域の両端に向かう光ビームＢの反射部材２４〜２６への入射角が１０度以上５５度未満の範囲とされる（上記条件（Ａ））。複屈折が大きな材料からなる走査光学素子を用いた場合であっても、二つの条件（Ａ），（Ｂ）を満たせば、走査レンズ２１〜２３により光ビームＢがどのような偏光状態となったとしても、反射部材２４〜２６における反射率むらは、１０％以下という小さな値とすることができる。これにより、被走査面２９上の光量むらへの悪影響を一定以下に抑えることが可能となる。

また、入射角が１０度以上５５度未満の範囲におけるｐ偏光反射率とｓ偏光反射率の差も従来と比較して小さくすることが可能となるので、複屈折分布により、光ビームＢの通過位置毎に偏光状態が変化し、反射部材２４〜２６への入射角毎にｐ偏光とｓ偏光との比率が変動した場合であっても反射率むらの変動を低減することが可能となる。

また、第一実施形態では、各光源１１は、走査レンズ２１〜２３のＣＯＩ近傍への入射光ビームＢの直線偏光における振動方向が該光軸近傍の複屈折の軸方位と略同一となるように、配置される。これにより、複屈折による偏光状態の変化が生じなくなるので、被走査面２９の有効走査域の中心像高近傍に向かう光ビームが反射部材２４〜２６に入射される際の偏光状態の予測が可能となる。よって、被走査面２９での光量むらの一部最適化が可能となる。なお、この点については、第二および第三実施形態でも同様である。

また、走査レンズ２１〜２３の光軸近傍では、一般的に、軸方位が副走査方向と略同一であることが知られている。それゆえ、第一実施形態では、各光源１１は、直線偏光の振動方向が偏向器１７のポリゴンミラーの回転軸Ａ（後述）の方向と概ね一致するように配置される。その結果、被走査面２９の有効走査域の中心像高近傍に向かう光ビームＢの直線偏光の振動方向は、上記走査レンズ２１〜２３の光軸近傍への入射時に、該走査レンズ２１〜２３の光軸近傍の複屈折の軸方位と一致する。それゆえ、被走査面２９の有効走査域の中心像高近傍に向かう光ビームＢには、複屈折による偏光状態の変化が生じないので、光ビームＢは、反射部材２４〜２６の入射面に対して直線偏光の振動方向が略平行のまま該反射部材２４〜２６に入射される。

上記のように、入射面に対する直線偏光の振動方向が略平行のままであれば、入射光ビームＢはほぼｐ偏光成分のみとなる。よって、被走査面２９の有効走査域の中心像高近傍に向かう光ビームＢの反射部材２４〜２６での反射率はほぼｐ偏光反射率によって決まることになる。この反射率は、被走査面２９の有効走査域に中心像高近傍以外に向かう光ビームＢの反射部材２４〜２６での反射率のとりうる範囲（ｓ偏光反射率からｐ偏光反射率まで）の平均に近い範囲に収まる。よって、被走査面２９の中心像高近傍に対する中心像高近傍以外の光量むらは一定以下に抑えることが可能となる。この点についても、第二実施形態および第三実施形態でも同様に当てはまる。

また、第一実施形態では、一つの光路において、三個の走査レンズ２１〜２３が設けられ、各走査レンズ２１〜２３は、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなる。この場合、複屈折による偏光状態の変動が大きくなるため、その変動を予測することは非常に困難となる。この条件下では、第一実施形態のような反射部材２４〜２６を採用することは非常に効果的である。なお、二個以上の走査レンズ２１〜２３のうち二個の光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の場合でも、偏光状態の変動を予測することは困難であるため、第一実施形態のような反射部材２４〜２６を採用することは効果的である。この点については、第二実施形態でも同様に当てはまる。

また、第一実施形態では、各走査レンズ２１〜２３として、画角が８０度以上のものが用いられる。この場合、画角に対する入射角の範囲が大きく、複屈折による反射率むらが大きくなりやすくなる。それゆえ、第一実施形態のような反射部材２４〜２６を採用することは非常に効果的である。この点については、第二実施形態および第三実施形態でも同様に当てはまる。

また、第一実施形態のレーザ走査光学系は、複数の光源１１および複数の被走査面２９を備え、光源１１および被走査面２９の組み毎に光路が設けられる。各光路に共通走査レンズ２１，２２が配置されても、配置されなくとも、複屈折による偏光状態の変動は光路毎で異なる。それゆえ、一つ以上の光路に対し、第一実施形態のような反射部材２４〜２６が配置されることが効果的である。また、偏向器１７への入射光ビームが副走査方向に対し角度を有する場合にも、効果的となる。この点について、第二実施形態にも同様に当てはまる。

（第二実施形態）
上記第一実施形態では、片側偏向を採用したレーザ走査光学系に各反射部材２４〜２６を適用した例が示されていた。しかし、これに限らず、図１２および図１３に示すような両側偏向を採用したレーザ走査光学系に上記各反射部材２４，２５を適用しても、反射率むらおよび光量むらを小さくすることが可能となる。

図１２および図１３では、要部にのみ参照符号を付し、図１および図２の構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。

また、両側偏向のレーザ走査光学系では、例えば光ビームＢａの光路と、光ビームＢｄの光路とが偏向器１７の回転軸Ａを含む平面に対して概ね対称に、また、光ビームＢｂの光路と、光ビームＢｃの光路とが同平面に対して概ね対称になるよう、各構成が配置される。それゆえ、以下の説明では、光ビームＢａ，Ｂｂの光路について説明し、光ビームＢｃ，Ｂｄの光路の説明を省略する。

図１２および図１３において、光源１１ａ，１１ｂからの光ビームＢａ，Ｂｂは、シリンドリカルレンズ１６等を介して偏向器１７のポリゴンミラーに入射される。

偏向器１７は、ポリゴンミラーのある一面を用いて、入射光ビームＢａ，Ｂｂを主走査方向に偏向する。共通走査レンズ２１，２２は、偏向器１７で偏向された光ビームＢａ，Ｂｂの光路上で、上流側および下流側に配置される。また、光ビームＢａ，Ｂｂの光路上で、共通走査レンズ２２の下流側には、個別走査レンズ２３ａ，２３ｂが配置される。

第一反射部材２４ａ，２４ｂは、光ビームＢａ，Ｂｂの光路上で、共通走査レンズ２２の下流側で、かつ個別走査レンズ２３ａ，２３ｂの上流に設けられる。また、第二反射部材２５ｂは、個別走査レンズ２３ｂの下流側に設けられる。

第一反射部材２４ａ，２４ｂは、共通走査レンズ２２を通過した光ビームＢａ，Ｂｂが入射されると、入射光ビームＢａ，Ｂｂを個別走査レンズ２３ａ，２３ｂに向けて反射する。個別走査レンズ２３ａを透過した光ビームＢａは、防塵用ウインドウ２７ａを通過して、被走査面２９ａで結像する。個別走査レンズ２３ｂを透過した光ビームＢｂは、第二反射部材２５ｂで反射された後、防塵用ウインドウ２７ｂを通過して、被走査面２９ｂで結像する。

（反射部材の詳細について）
本実施形態でも、各反射部材２４，２５は、第一実施形態と同様の条件（Ａ），（Ｂ）を満たすよう配置および形成される。ここで、図１４を参照して、反射部材２４，２５への入射角に対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の特性（以下、入射角特性という）を説明する。図１４中、横軸は入射角であり、縦軸は反射率である。また、光学薄膜５３の膜厚は０．３７５λである。

反射部材２４での反射率むらが最大となる条件（Ｃ）について詳細に述べると、図１４の例においても、両端に向かう光ビームの入射角が５５度未満であれば、反射率むらを相対的に小さくすることが可能となる。ただし、設計上、両端に向かう光ビームの入射角が１０度未満の範囲で反射部材２４，２５を使用することは無い。このような観点で、本実施形態でも、反射部材２４，２５への入射光ビームのうち、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの入射角が１０度以上５５度未満とする。

ここで、図１５は、本実施形態の反射部材２４の反射率むらの変化量と、比較例の反射部材（第一実施形態を参照）とにおける反射率むらの変化量とのシミュレーション結果を示すグラフである。図１５においても、第一実施形態と同様、上記表１の偏光状態（１）と偏光状態（３）の反射率むらの差が示されている。また、反射部材２４への光ビームＢの入射角度および比較例の反射部材への光ビームの入射角度は、下記表３に示す通りである。

図１５に示す場合においても、本実施形態に係る反射部材２４における反射率むらの変化量は、従来のものと比較して小さくなっている。

また、膜厚Ｄに関しては、第一実施形態で図１１を参照して説明したのと同様に、反射率むらを約１０％以下に抑えるには、光学薄膜５３の膜厚を０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さくすればよいことが分かる。

（第二実施形態の作用・効果）
第二実施形態でも、第一実施形態と同様に、反射部材２４〜２６の反射率むらを１０％以下に抑えることで、被走査面上の光量むらへの悪影響を一定以下に抑えることが可能となる。

（第三実施形態）
第三実施形態に係るレーザ走査光学系は、典型的にはモノクロプリンタのような画像形成装置に適用される。このレーザ走査光学系は、図１６および図１７に示すように、大略的に、光源６１、コリメータレンズ６２、シリンドリカルレンズ６６、偏向器６７、単一の走査レンズ７１、反射部材７２および感光体ドラム６８を備える。感光体ドラム６８は、被走査面６９を有しており、図示しないモータからの駆動力により副走査方向に回転する。また、回転する被走査面６９には、下記の光ビームＢが主走査方向に１ラインずつ順次的に走査される。

光源６１は、単一の光路の最上流位置に設けられ、光ビームＢを出射する。より具体的には、光源１１は、画像データが自身に入力されると、入力画像データで変調された光ビームＢを出射する。

ここで、光源６１の好ましい配置条件は、第一実施形態で説明した光源１１の好ましい配置条件と同様である。

コリメータレンズ６２は、光源６１に対し下流側に設けられ、光ビームＢを平行光に変換する。シリンドリカルレンズ６６は、平行光となった光ビームＢを、偏向器６７のポリゴンミラーの反射面で線状に結像するように集光する。偏向器６７は、モータ（図示せず）と、ポリゴンミラーとを有する。偏向器６７において、ポリゴンミラーは、モータの駆動力によって回転軸Ａを中心として回転し、これによって、シリンドリカルレンズ６６から出射された光ビームＢを主走査方向に偏向する。

走査レンズ７１は、偏向器６７からの入射光ビームＢの走査速度を一定にすると共に、光ビームＢの径を均一とする光学特性を有する。このような走査レンズ７１は、主に低コスト化の観点から、複屈折が大きな材料（つまり、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料）からなる。また、走査レンズ７１の画角は８０度以上である。その具体例として、走査レンズ７１は、光弾性係数が４３×１０^-12［Ｐａ^-1］のポリカーボネートのような熱可塑性樹脂からなり、９６度の画角を有する。

反射部材７２は、走査レンズ７１を通過した光ビームＢが入射されると、入射光ビームＢを被走査面６９に向けて反射して、該被走査面６９で結像させる。

（反射部材の詳細について）
反射部材７２は、第一実施形態の反射部材２４と同様に、基材５１と、該基材５１に蒸着された金属膜５２および単層の光学薄膜５３と、を含んでいる（図３を参照）。

本実施形態では、反射部材７２は、以下の条件（Ａ’），（Ｂ’）を満たす。
（Ａ’）反射部材７２への入射光ビームのうち、被走査面６９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの入射角が５５度以上６９度未満とする。
（Ｂ’）各光学薄膜５３の膜厚を０．１８λよりも大きく０．２２λよりも小さくする、もしくは、０．３６λよりも大きく０．４１λよりも小さくする。ここで、λは光ビームの波長である。

ここで、図４を参照して、反射部材７２（膜厚Ｄが０．２０λ）への入射角に対するｐ偏光およびｓ偏光の反射率の特性（以下、入射角特性という）を説明する。反射部材７２もまた入射角特性を有しており、その結果、反射部材７２では反射率むらが発生する。この反射部材７２でも反射率むらが最大となるのは、第一実施形態で述べた（Ｃ），（Ｄ）の場合である。

（Ｃ）について詳細に述べると、両端に向かう光ビームの入射角が５５度以上６９度未満であっても、６９度以上の場合と比較して、反射率むらは相対的に小さくなる。それゆえ、本実施形態では、反射部材７２への入射光ビームのうち、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの入射角は５５度以上６９度未満に設定される。

図１８は、光ビームの偏光状態が変化した場合における反射部材７２の反射率むらのシミュレーション結果を示すグラフである。図示した例では、三種類の偏光状態（１）〜（３）毎の反射率むらが示され、偏光状態が変わると、反射部材７２の反射率むらも変化する。なお、偏光状態（１）〜（３）は、上記表１の通りである。

また、反射部材７２での入射位置毎の光ビームＢの入射角度は、下記表４に示す通りである。

また、図１９は、光ビームの偏光状態が変化した場合における被走査面６９での光量むらのシミュレーション結果を示すグラフである。また、図２０および図２１は、本実施形態の反射部材７２を、比較例の反射部材に置換したレーザ走査光学系において、偏光状態を変化させた場合における反射率むらおよび光量むらを示すシミュレーション結果を示すグラフである。図１８および図１９（本実施形態の反射部材）と、図２０および図２１（比較例の反射部材）を比較すれば分かるように、本実施形態の反射部材７２での反射率むら、および本実施形態の被走査面６９での光量むらが小さくなっている。

以上から分かるように、被走査面２９の有効走査域における最大像高をとる両端位置に向かう光ビームの反射部材２４への入射角が５５度以上６９度未満としても、反射率むらを小さくすることが可能である。

また、図２２は、上記入射角が５５度以上６９度未満の場合における、光学薄膜５３の膜厚に対する反射率むらの最悪値を示すシミュレーション結果である。図２２に示すように、反射率むらを小さく抑えるには、光学薄膜５３の膜厚を０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さくすればよいことが分かる。

また、本願発明者は、上記入射角が５５度以上６９度未満の場合における、膜厚Ｄに対する反射率むらの最悪値をシミュレーションした。その結果を、図２２に示す。図２２のシミュレーション結果から、膜厚Ｄは０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さくすれば、反射率むらを１０％以下の小さな値にすることができる。

（第三実施形態の作用・効果）
第三実施形態では、金属膜５２および単層の光学薄膜５３が蒸着された反射部材７２を利用した場合、光学薄膜５３の膜厚Ｄが０．１８λ＜Ｄ＜０．２２λまたは０．３６λ＜Ｄ＜０．４１の範囲とされる（上記条件（Ｂ’））。さらに、被走査面６９での有効走査域の両端に向かう光ビームＢの反射部材２４〜２６への入射角が５５度以上６９度未満の範囲とされる（上記条件（Ａ’））。複屈折が大きな材料からなる走査光学素子を用いた場合であっても、二つの条件（Ａ’），（Ｂ’）を満たせば、走査レンズ７１により光ビームＢがどのような偏光状態となったとしても、反射部材７２における反射率むらは、１０％以下という小さな値とすることができる。これにより、被走査面６９上の光量むらへの悪影響を一定以下に抑えることが可能となる。

また、入射角が５５度以上６９度未満の範囲におけるｐ偏光反射率とｓ偏光反射率の差も従来と比較して小さくすることが可能となるので、複屈折分布により、光ビームＢの通過位置毎に偏光状態が変化し、反射部材７２への入射角毎にｐ偏光とｓ偏光との比率が変動した場合であっても反射率むらの変動を低減することが可能となる。

特に、第三実施形態では、レーザ走査光学系は、単一の走査レンズ７１を備える。この場合にも、複屈折による偏光状態の変動があるため、反射部材７２により反射率むらの変動を低減することが可能となる。

本発明に係るレーザ走査光学系は、複屈折が大きな材料からなる走査光学素子を用いた場合でも、被走査面上での光量むらの変化を低減可能であり、ＭＦＰやモノクロプリンタ以外にも、コピー機、カラープリンタ、ファクシミリ等に有用である。

１１，６１ 光源
１７，６７ 偏向器
２０ 走査光学素子群
２１，２２ 共通走査レンズ
２３ 個別走査レンズ
２４ 第一反射部材
２５ 第二反射部材
２６ 第三反射部材
２８，６８ 感光体ドラム
２９，６９ 被走査面
５１ 基材
５２ 金属膜
５３ 光学薄膜
７１ 走査レンズ
７２ 反射部材
Ａ 回転軸
Ｂ 光ビーム
Ｄ 膜厚

Claims (10)

1. 直線偏光した光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に結像させる、一つ以上の走査光学素子と、
   前記一つ以上の走査光学素子を透過した光ビームが入射されると、該入射光ビームを前記被走査面に向けて反射する、一つ以上の反射部材と、を備え、
   少なくとも一つの前記走査光学素子は、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、
   前記一つ以上の反射部材は、基板と、該基板に蒸着された金属膜および単層の光学薄膜と、を含み、
   前記光ビームの波長をλとすると、前記単層の光学薄膜の膜厚は、０．１５λよりも大きく、０．４０λよりも小さく、
   前記被走査面の有効走査域における最大像高の両端に向かう光ビームの、前記反射部材への入射角は１０度以上５５度未満とする、レーザ走査光学系。
2. 直線偏光した光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを偏向する偏向手段と、
   光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に結像させる、一つ以上の走査光学素子と、
   前記一つ以上の走査光学素子を透過した光ビームが入射されると、該入射光ビームを前記被走査面に向けて反射する、一つ以上の反射部材と、を備え、
   少なくとも一つの前記走査光学素子は、光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、
   前記反射部材は、基板と、該基板に蒸着された金属膜および単層の光学薄膜と、を含み、
   前記光ビームの波長をλとし、前記単層の光学薄膜の膜厚をＤとすると、Ｄは、０．１８λ＜Ｄ＜０．２２λまたは０．３６λ＜Ｄ＜０．４１λであり、
   前記被走査面の有効走査域の最大像高の両端に向かう光ビームの、前記反射部材への入射角は５５度以上６９度未満とする、レーザ走査光学系。
3. 前記被走査面のＣＯＩ（Center Of Imaging）近傍への入射光ビームの直線偏光の振動方向が、前記少なくとも一つの走査光学素子の光軸近傍の複屈折の軸方位と略同一になるように、前記光源は配置される、請求項１または２に記載のレーザ走査光学系。
4. 前記偏光手段の回転軸の向きと、前記光源からの出射光ビームの直線偏光の振動方向とは略同一である、請求項３に記載のレーザ走査光学系。
5. 光弾性係数が２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の材料からなり、前記一つ以上の走査光学素子と同一光路上に設けられ、前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に結像させる、一つ以上の別の走査光学素子を、さらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ走査光学系。
6. 少なくとも一つの前記走査光学素子の画角は８０度以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ走査光学系。
7. 前記一つ以上の反射部材の全てが、基板と、該基板に蒸着された金属膜および単層の光学薄膜と、を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ走査光学系。
8. 前記一つ以上の走査光学素子の全て、および前記一つ以上の別の走査光学素子の全てが、２０×１０^-12［Ｐａ^-1］以上の光弾性係数を有する材料からなる、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ走査光学系。
9. 複数の光路を有しており、光路毎に、前記光源と前記被走査面とが設けられる、請求項１〜８のいずれかに記載のレーザ走査光学系。
10. 少なくとも一つの光路を有しており、該少なくとも一つの光路において、単一の前記走査光学素子が設けられる、請求項１〜４および６〜９のいずれかに記載のレーザ走査光学系。

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