JPH11202242A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感光体上を走査する光ビームの被走査面にお
けるビーム径の均一性及び光量の均一性の向上を図る。 【解決手段】 光源１０と感光体２０との間に配置され
ると共に周面に複数の偏向面を有し、光源からのビーム
を走査方向の偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上
に偏向走査させる偏向器１６を含んで構成され、前記偏
向面への主走査方向入射角が０°以外に設定される光学
走査装置であって、光源１０と偏向器１６との間に位相
シフト機能及び回折機能を併有し、かつ位相シフト量、
回折効率ともに光軸に対して非対称となる特性を有する
光学素子３０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学走査装置に係
り、特に、レーザプリンタやディジタル複写機等の画像
記録装置に用いられ、偏向器としての回転多面鏡の偏向
面の回転方向に沿った幅よりも該回転多面鏡に入射する
光束の幅を大きくした、いわゆるオ一バーフィルドタイ
プの光学走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ビームを回転多面鏡によって主走査方
向に偏向し被走査面上を走査させる光学走査装置として
は、回転多面鏡の偏向面、すなわち反射面の回転方向に
沿った幅（以下、面幅と記す）を、回転多面鏡に入射す
る光ビームの主走査方向に沿った幅よりも大きくした、
いわゆるアンダーフィルド（Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｅｄ）
タイプが一般的である。

【０００３】ところで、レーザプリンタやデジタル複写
機等の画像記録装置では、画像記録の高速化及び高解像
度化が常に要求されている。上述したようなアンダーフ
ィルドタイプの光学走査装置において、高速化等の要求
に応えるには回転多面鏡の回転速度を増加させる方法、
回転多面鏡の偏向面の面数を増加させる方法がある。

【０００４】しかしながら回転多面鏡を回転駆動するモ
ータの回転速度を増加させることは容易ではない。また
回転多面鏡の面幅を保持したまま回転多面鏡の偏向面の
面数を増加させることは回転多面鏡の直径を増大させて
大型化することとなり、大型化した回転多面鏡を回転駆
動するモータの負荷が大きくなるので回転多面鏡を回転
駆動することは困難である。

【０００５】そこで回転多面鏡の大型化を防止し、かつ
偏向面の面数を増加させるために各偏向面の面幅を光ビ
ームの幅よりも小さくした、いわゆるオーバーフイルド
（Ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ）タイプの光学走査装置が知ら
れている。オーバーフィルドタイプの光学走査装置は特
開昭５０−９３７１９号公報に開示されている。

【０００６】オーバーフィルドタイプの光学走査装置で
は回転多面鏡に入射させる光束の一部を走査光束として
切り取るようにして使用するため、走査角（走査位置）
によって、走査光束幅が変化して入射瞳（Ｆナンバー）
が変化し、走査面上での光ビームのビーム径の一様性が
悪化すると共に、走査面上でのビーム光量の一様性が悪
化する。

【０００７】これらを解決する光学走査装置が特開平８
−１７１０６９号、特開平８−１７１０７０号の各公報
に開示されている。特開平８−１７１０６９号公報に記
載の光学走査装置ではポリゴンミラーの偏向面の面幅に
対する入射光束の幅を１．５〜４倍とし、かつ走査角を
３０°〜６０°とすることで光量の一様性を約８４％と
することができるとしている。

【０００８】また特開平８−１７１０７０号公報に記載
された光学走査装置では、最大偏向角αとポリゴンミラ
ーへの入射角βとの関係を次式（１）に示す条件にする
ことによりビーム径の一様性が６０〜９０μｍの範囲に
抑制されるとしている。

【０００９】

【数１】 ＣＯＳ（（β十α）／２）／ＣＯＳ（（β一α）／２）≧０．７５ （１） また、光量の一様性を高める手段として光源とポリゴン
ミラーとの間の光路中に金属膜を用いたフィルタを設け
る技術が特開平８−１６０３３８号公報に開示されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平８
−１７１０６９号、特開平８−１７１０７０号の各公報
に記載された光学走査装置では、ビーム径を変更する光
学素子を用いていないため、近年ますます要求の高まる
高画質化に対応するためにビーム径の均一性をさらに向
上することは困難である。

【００１１】また特開平８−１６０３３８号公報に記載
の光学走査装置では、均一な光量を得るためには金属膜
の光学フィルタを精度良く製造する必要があるため装置
がコストアップになるという間題がある。

【００１２】更に走査面上におけるビーム径の均一性及
び光量の均一性の向上を同時に達成する手段はこれまで
に存在しなかった。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、感光体上を走査する光ビームの被走査面に
おけるビーム径の均一性の向上を図った光学走査装置を
提供することを第１の目的とする。

【００１４】また本発明は感光体上を走査する光ビーム
の被走査面における光ビームの光量の均一性の向上を図
った光学走査装置を提供することを第２の目的とする。

【００１５】更に本発明は感光体上を走査する光ビーム
の被走査面における光ビームのビーム径の均一性及び光
量の均一性の向上を図った光学走査装置を提供すること
を第３の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の目的を達成するた
めに請求項１に記載の発明は、光源と感光体との間に配
置されると共に周面に複数の偏向面を有し、光源からの
ビームを偏向面の走査方向の幅よりも広い範囲に受けて
感光体上に偏向走査させる偏向器を含んで構成され、前
記偏向面への主走査方向入射角が０°以外に設定される
光学走査装置であって、前記光源と偏向器との問に位相
シフト量が光軸に対し非対称となる特性を有する光学素
子を設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項１に記載の発明によれば、光源と偏
向器との間に位相シフト量が光軸に対し非対称である光
学素子、すなわち位相シフト素子を設けたので、位相シ
フトによってビームウェストの位置を調整し、感光体上
のビーム径分布の径が細い部分や太い部分を補正してバ
ラッキの少ないビーム径分布にすることが可能となる。
したがって、Ｆナンバーが走査角に応じて変化するオー
バーフィルド光学系においても、感光体上のビーム径分
布の一様性を確保することが可能となる。

【００１８】第２の目的を達成するために請求項２に記
載の発明は、光源と感光体の間に配置されると共に周面
に複数の偏向面を有し、光源からのビームを走査方向の
偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走査さ
せる偏向器を含んで構成され、前記偏向面への主走査方
向入射角が０°以外に設定される光学走査装置であっ
て、前記光源と偏向器との間に０次光の回折効率が光軸
に対し非対称となる特性を有する光学素子を設けたこと
を特徴とする。

【００１９】請求項２に記載の発明によれば、光源と偏
向器との間に回折効率が光軸に対し非対称である光学素
子、すなわち回折光学素子を設けたので、感光体上の光
量分布の高い部分を補正してバラッキの少ない光量分布
にすることが可能となる。したがって、Ｆナンバーが走
査角に応じて変化するオーバーフィルド光学系において
も、感光体上の光量分布の一様性を確保することが可能
となる。

【００２０】第３の目的を達成するために請求項３に記
載の発明は、光源と感光体の間に配置されると共に周面
に複数の偏向面を有し、光源からのビームを走査方向の
偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走査さ
せる偏向器を含んで構成され、前記偏向面への主走査方
向入射角が０°以外に設定される光学走査装置であっ
て、前記光源と偏向器との間に位相シフト機能及び回折
機能を併有し、かつ位相シフト量、０次光の回折効率共
に光軸に対し非対称となる特性を有する光学素子を設け
たことを特微とする。

【００２１】請求項３に記載の発明によれば、光源と偏
向器との間に位相シフトと回折の機能を併有し、かつ位
相シフト量、回折効率共に光軸に対し非対称となる光学
素子を設けたので、位相シフトによってビームウェスト
の位置を調整し、感光体上のビーム径分布の径が細い部
分や太い部分を補正してバラッキの少ないビーム径分布
にするとともに、感光体上の光量分布の高い部分を補正
してバラツキの少ない光量分布にすることが可能とな
る。したがって、Ｆナンバーが走査角に応じて変化する
オーバーフィルド光学系においても、感光体上のビーム
径分布の一様性および光量分布の一様性を確保すること
が可能となる。

【００２２】講求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかに記載の光学走査装置において、前記位相シ
フト素子、前記回折光学素子および前記位相シフト機能
と回折機能を併有する光学素子等の光学素子は、樹脂成
形またはガラス成形により作製したことを特徴とする。

【００２３】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
乃至３のいずれかに記載の光学走査装置において、位相
シフト素子、回折光学素子および位相シフト機能と回折
機能を併有する光学素子等の光学素子が樹脂成形または
ガラス成形により作製されるので、素子の製造が容易に
なり、コスト的に有利である。

【００２４】請求項５に記載の発明は、請求項１、３ま
たは４に記載の光学走査装置において、前記位相シフト
量は、走査面上の走査方向におけるビーム径の走査領域
内での変動率が１０％以内になるような分布特性を有す
ることを特徴とする。

【００２５】請求項５に記載の発明によれば、請求項
１、３または４に記載の光学走査装置において、位相シ
フト量が走査面上の走査方向におけるビーム径の走査領
域内での変動率が１０％以内になるような分布特性を有
するように前記位相シフト素子、光学素子の形状を形成
したので、高画質の達成が可能となる。

【００２６】請求項６に記載の発明は、請求項２、３ま
たは４に記載の光学走査装置において、前記回折効率
は、走査面上のビーム光量の走査領域内での変動率が１
０％以内になるような分布特性を有することを特徴とす
る。

【００２７】請求項６に記載の発明によれば、請求項
２、３または４に記載の光学走査装置において、回折光
効率が走査面上のビーム光量の走査領域内での変動率が
１０％以内になるような分布特性を有するように前記回
折光学素子、光学素子の形状を形成したので、高画質の
達成が可能となる。

【００２８】請求項５、６において走査面上の走査方向
におけるビーム径の走査領域内での変動率が１０％以内
に、また走査面上のビーム光量の走査領域内での変動率
が１０％以内になるように、それぞれ位相シフト素子、
回折光学素子及び光学素子の形状を特定したのは、光学
走査装置において高画質を得るための条件として、走査
面上の光ビームのビーム径のバラツキが１０％以内、光
量のバラツキが１０％以内であることが知られているか
らである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００３０】図１に本発明の実施の形態に係る光学走査
装置の光学系の概略構成を示す。なお、本発明の実施の
形態に係る光学走査装置は、レーザプリンタ及びデジタ
ル複写機等に用いられるものである。同図において、光
源として略ガウシアン分布の光ビームを発光する半導体
レーザ１０が設けられている。半導体レーザ１０の光ビ
ームの射出側には縦横に異なる拡がり角を有する光ビー
ムがその焦点位置から発光された場合にこの光ビームを
略平行光とする作用を有するコリメータレンズ１２、入
射した光ビームをポリゴンミラー１６の主走査面となる
偏向面近傍において副走査方向に収束させるシリンダレ
ンズ１４及び図示してないモータ等の駆動手段により矢
印Ｐ方向に略等角速度で回転駆動され主走査面となる偏
向面に入射した光ビームを感光体２０上の主走査方向に
偏向する、ポリゴンミラー１６が設けられている。ポリ
ゴンミラー１６と感光体１８との間には主走査方向にの
みレンズパワーを有するｆθレンズ１８が設けられてい
る。

【００３１】更にシリンダレンズ１４とポリゴンミラー
１６との間にはポリゴンミラー１６の主走査面となる偏
向面により切り取られる走査光束のビーム径分布及び光
量分布の一方あるいは双方を補正するための光学素子３
０が設けられている。

【００３２】上記構成において半導体レーザ１０から射
出された光ビームは、コリメータレンズ１２により略平
行光にされ、更にシリンダーレンズ１４によりポリゴン
ミラー１６の主走査面となる偏向面近傍において副走査
方向に収束する。

【００３３】ポリゴンミラー１６に入射する光ビームは
光学素子３０により主走査面となる偏向面により切り取
られる走査光束のビーム径分布または光量分布の一方あ
るいは双方が補正され、この補正された光ビームはポリ
ゴンミラー１６によって被走査面である感光体２０上の
主走査方向に偏向され、感光体２０上を走査する。ポリ
ゴンミラー１６は等角速度速で回転駆動されるが、ｆθ
レンズ１８により偏向された光ビームは感光体２０上を
略等速度で繰り返し走査される。

【００３４】尚、光学素子３０を通過する光ビームの入
射光軸Ｉを中心とする光ビームのビーム径分布、光量分
布と光学素子３０、感光体２０における位置関係は、図
４で定めた座標系で符号＋、−で示すように図１で図
上、光学素子３０、感光体２０付近に示す符号＋、−に
対応している。

【００３５】ポリゴンミラー１６の走査角αと主走査方
向入射角βとの関係を図３に示す。本実施の形態ではポ
リゴンミラー１６は１２面の偏向面を有し、光学走査装
置の中心線ＣＬ（ｆθレンズ１８の光軸に一致する）と
主走査開始側の反射光軸Ｒ１または主走査終了側の反射
光軸Ｒ２とのなす角である走査角α（絶対値）はα＝２
７°、ポリゴンミラー１６に対する入射光軸Ｉと中心線
ＣＬとのなす角である主走査方向入射角β（絶対値）は
β＝４５°である。

【００３６】次に、光源である半導体レーザ１０とポリ
ゴンミラー１６との間に設けられた光学素子３０につい
て詳細に説明する。既述したように図１において半導体
レーザ１０から射出された光ビームはコリメータレンズ
１２により平行光とされ、シリンダレンズ１４によりポ
リゴンミラー１６の主走査面となる偏向面の副走査方向
にのみ収束する。ここで光学素子３０が半導体レーザ１
０とポリゴンミラー１６との間の光路中に設けられてい
ない場合には、レーザビームの光強度はガウシアン分布
になっており、図２に示すように、ポリゴンミラー１６
に入射するレーザビームの光束の一部を主走査面となる
偏向面により走査光束として切り取るようにして使用す
るため、ポリゴンミラー１６の回転に伴い主走査面によ
り切り取られる走査光束幅が走査角（走査位置）によっ
て変化する。図２（Ａ）は図４に示すようにポリゴンミ
ラー１６の主走査面となる偏向面Ｑの幅を１とし、ポリ
ゴンミラー１６への入射光軸Ｉの位置を原点（０）と
し、かつ走査方向をＸ軸とする座標系においてポリゴン
ミラー１６の回転に伴って偏向面ＱのＸ軸方向への投影
面が移動する状態（Ａ→Ｂ→Ｃ）を示しており、偏向面
ＱがＡ→Ｂ→Ｃと移動するにつれて偏向面ＱのＸ軸方向
への投影面積が小さくなる。ポリゴンミラー１６に入射
するビームの強度分布が略ガウシアン分布であるので、
偏向面Ｑの走査位置の変化に伴い、各走査位置において
偏向面Ｑにより切り取られる光ビームの強度分布は図２
（Ｂ）〜（Ｄ）の実線で示すようになる。

【００３７】上述したようにポリゴンミラー１６の回転
に伴い主走査面により切り取られる走査光束幅が走査角
（走査位置）によって変化するので、入射瞳（Ｆナンバ
ー）が変化し感光体２０上での光ビームのビーム径の均
一性が悪化すると共に、感光体２０上での光ビームの光
量の均一性が悪化する。

【００３８】本発明では光学素子３０として位相シフト
素子、回折光学素子、あるいは位相シフト機能及び回折
機能を併有する光学素子を光源と偏向器（ポリゴンミラ
ー）との間に設けることにより解決する。

【００３９】図５はポリゴンミラー１６の主走査面（偏
向面）の移動状態及び図１における光学素子３０として
位相シフト素子を用いた場合における各種の位相シフト
素子の断面形状を示している。

【００４０】図５（Ａ）は図２（Ａ）と同様にポリゴン
ミラー１６の回転に伴い、偏向面ＱのＸ軸方向への投影
面が移動する状態（Ａ→Ｂ→Ｃ）を示しており、偏向面
ＱがＡ→Ｂ→Ｃと移動するにつれて偏向面ＱのＸ軸方向
への投影面積が小さくなるので偏向面により切り取られ
る走査光束幅が小さくなり、入射瞳（Ｆナンバー）が変
化することが判る。

【００４１】Ｆナンバーの変化による感光体２０上の光
ビームのビーム径分布の変化を補正するために屈折率ｎ
が 1.5の透明樹脂またはガラスを用いて図５（Ｂ）に示
すように位相分布Ｐ（ｘ）＝２π（ｘ−0.4 ）² を有す
る位相シフト素子を設けた。図５（Ｂ）に示す位相シフ
ト素子は、入射光軸Ｉに一致するように配置される中央
部近傍よりポリゴンミラー１６に向かって左側（−
側）、具体的には−1.1 ≦Ｘ≦0.4 の区間では位相分布
Ｐ（ｘ）が２π（ｘ−0.4 ）² の曲線に従って連続的に
変化するように断面形状の厚みが形成され、これに伴い
位相シフト量が４πから０まで連続的に変化する。そし
てＸ≧0.4 では位相シフト量が０となるように断面形状
の厚みが一定に形成されている。この位相シフト素子で
は位相シフト量０の領域（Ｘ≧0.4 ）に対してＸ≦−1.
1 の領域では４π相当の位相差が生ずるように変化す
る。

【００４２】また図５（Ｃ）に示す位相シフト素子は、
中央部近傍よりポリゴンミラー１６に向かって左側（−
側）、具体的には−1.1 ≦Ｘ≦−0.6 の領域では位相分
布Ｐ（ｘ）が２π（ｘ−0.4 ）² の曲線に従って連続的
に変化するように断面形状の厚みが形成され、位相が２
πから０まで連続的に変化し、次いで領域−0.6 ≦Ｘ≦
0.4 では位相分布Ｐ（ｘ）が２π（ｘ−0.4 ）² の曲線
に従って連続的に変化するようにで断面形状の厚みが形
成され、これに伴い位相シフト量が２πから０まで連続
的に変化する。

【００４３】このように図５（Ｃ）に示す位相シフト素
子は位相分布Ｐ（ｘ）が図５（Ｅ）に示す位相分布特性
に基づいて連続的に変化するように断面形状の厚みが、
位相シフト量０の領域に対して２π相当の位相差が生じ
るように２段階で繰り返すように形成されている。

【００４４】更に図５（Ｄ）に示す位相シフト素子はバ
イナリオプティクスによるものであり、中央部近傍より
ポリゴンミラー１６に向かって左側（−側）、具体的に
は−1.1 ≦Ｘ≦−0.6 の領域では位相分布Ｐ（ｘ）が２
π（ｘ−0.4 ）² の曲線で近似させて断面形状の厚みが
階段状に変化するように形成され、これに応じて位相が
２πから０まで階段状に変化する。次いで領域−0.6 ≦
Ｘ≦0.4 では位相分布Ｐ（ｘ）が２π（ｘ−0.4 ）² の
曲線に従って断面形状の厚みが連続的に変化するように
形成され、これに伴い位相シフト量が２πから０まで階
段状に変化する。

【００４５】このように図５（Ｄ）に示す位相シフト素
子は位相分布が図５（Ｅ）に示す位相分布特性に基づい
て階段状に変化するように断面形状の厚みが、位相シフ
ト量０の領域に対して２π相当の位相差が生じるように
階段状に２段階で繰り返すように形成されている。

【００４６】位相シフト素子を光源である半導体レーザ
１０とポリゴンミラー１６との間に設けた場合の効果を
図６に示す。同図ではポリゴンミラー１６に対する入射
光軸（中央）における光束のビーム径を1.0 として各部
における光ビームのビーム径との比でビーム径分布を表
している。本発明の実施の形態では入射光軸Ｉに一致す
るように位相シフト素子が配置される中央部近傍よりポ
リゴンミラー１６に向かって左側（−側）ではビーム径
に応じて位相シフト量を変化させることによりビームウ
ェストの位置が調整され、ビーム径の細い部分が太くな
るように補正され、中央部より右側（＋側）では位相シ
フト量の補正が行われない。図６からビーム径分布のバ
ラツキが位相シフト素子を設けない場合（点線で示す）
は２０％以上のあったものを本実施の形態（実線で示
す）では１０％未満に低減されることが判る。

【００４７】図１における光学素子３０として回折光学
素子を用いた場合について図７乃至図１２を参照して説
明する。図７は回折光学素子の機能について示してい
る。この例で使用される回折光学素子は周期ｃの正弦波
位相格子である。同図において入射する平面波は周期ｃ
の正弦波位相格子３０によって、０次光、１次光、−１
次光の回折波となって射出される。ここでは高次の回折
波は省略している。回折波のうち０次光と１次光、−１
次光とのなす角度θはθ＝λ／ｃである。

【００４８】図８に回折光学素子の０次光回折効率を示
す。位相格子のうち、正弦波位相格子と三角波位相格子
について示す。図８は光学走査装置に使用する光の波長
λがλ＝７８０ｎｍ、格子材料（例えば、透明樹脂また
はガラス等が用いられる。）の屈折率ｎ＝１．５のとき
の格子の溝深さに対する０次光回折効率を示しており、
格子の溝深さで０次光回折効率を制御できる。同図にお
いて曲線ｍ１は正弦波位相格子の０次光回折効率を、曲
線ｍ２は三角波位相格子の０次光回折効率をそれぞれ、
示している。

【００４９】図９は回折光学素子３０の光学走査装置に
おける実装位置を示している。同図において光学走査装
置に使用する光の波長λはλ＝７８０ｎｍ、格子材料の
屈折率ｎ＝１．５、位相格子の周期ｃ＝２６μｍであ
り、回折光学素子３０からポリゴンミラー１６までの距
離Ｌ１を１００ｍｍとすれば、ポリゴンミラー１６の偏
向面上における０次光の光軸に対する１次光、−１次光
の各光軸までの距離は各々３ｍｍとなる。ここでポリゴ
ンミラー１６の厚みは３ｍｍでその中央に０次光を入射
させている。したがって１次光、−１次光は共にポリゴ
ンミラー１６の偏向面外を通過する。

【００５０】図１０に回折光学素子３０の形状の一例と
して三角波位相格子を示す。同図に示すように回折格子
と平面とが合成された左右非対象の形状となっている。
具体的にはＸ＜0.4 の領域には図８に示す特性曲線から
０次光回折効率が７５％に相当する深さ（図８から約４
００ｎｍである。）の断面が三角波形の溝が周期２６μ
ｍで平行に多数、穿設されて三角波位相回折格子３０Ａ
が形成され、Ｘ≧0.4の領域には０次光回折効率が１０
０％になるように表面が平坦な平面部３０Ｂとが形成さ
れ、これらが合成されて透明樹脂またはガラスによって
形成されている。

【００５１】このように回折光学素子３０を構成したの
はポリゴンミラー１６の主走査面のＸ軸方向への投影面
積が小さくなるにつれて光量が増加するようにするため
である。すなわち、回折光学素子３０の中央部から図
上、左側に入射する光ビームの光量を低減し、右側に入
射する光ビームの光量を増加させるためである。回折光
学素子３０における回折格子３０Ａと平面部３０Ｂとの
接続部分３０Ｃは、０次光の波面の位相に段差ができな
いよう回折格子３０Ａの溝深さ中央と平面部３０Ｂとの
高さを一致させてある。

【００５２】図１１（Ａ）は、図４に示すようにポリゴ
ンミラー１６の主走査面となる偏向面Ｑの幅を１とし、
ポリゴンミラー１６への入射光軸Ｉの位置を原点（０）
とし、かつ走査方向をＸ軸とする座標系においてポリゴ
ンミラー１６の回転に伴って偏向面ＱのＸ軸方向への投
影面が移動する状態（Ａ→Ｂ→Ｃ）を示しており、偏向
面ＱのＸ軸方向への投影面がＡ→Ｂ→Ｃと移動するにつ
れて小さくなる。

【００５３】また図１１（Ｂ）は、曲線ｒ１で示される
ポリゴンミラー１６に入射するビームの強度分布（破
線）と曲線ｒ２で示される回折光学素子３０の０次光回
折効率特性（一点鎖線）とを示している。回折光学素子
３０に入射される光ビームは既述したようにその強度分
布は略ガウシアン分布となるので、ポリゴンミラー１６
の偏向面Ｑの走査位置の変化に伴い、各走査位置におい
て偏向面Ｑにより切り取られる光ビームの強度分布は回
折光学素子の作用により図１１（Ｃ）〜（Ｅ）の実線で
示すようになる。図１１（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は図１
０に示す回折光学素子３０の０次光回折効率分布を、ｘ
＜０．４で０次光回折効率７５％、ｘ≧０．４で０次光
回折効率１００％に設定したときのポリゴンミラー１６
の偏向面によって切り取ら机る走査光束である。 この
回折光学素子を光源である半導体レーザ１０とポリゴン
ミラー１６との間の光路中に設けたことによる光量分布
補正の効果を図１２に示す。同図に示すようにポリゴン
ミラー１６に対する入射光軸（中央）における光ビーム
の光量を1.0 として各部における光ビームの光量との比
で光量分布を表している。同図から光ビームの光量分布
のバラツキが回折光学素子を設けない場合（点線で示
す）は２０％以上のあったものを本実施の形態（実線で
示す）では１０％未満に低減できることが判る。

【００５４】本実施の形態では回折効率の設定を２段階
としたが、多段階または連続的に変化するようにしても
かまわない。

【００５５】位相シフト素子および回折光学素子の製造
は、金属を切削加工した型を用い、ガラスまたは樹脂を
成形することにより容易に作製できる。バイナリーオプ
チクスの手法により作製することもできる。

【００５６】図１に示す光学走査装置において光学素子
３０として位相シフト素子と回折光学素子の機能を併有
する光学素子を使用するのが望ましいが、図示しないが
位相シフト素子と回折光学素子を個別に組み込んでもよ
いし、位相シフト素子と回折光学素子のうちどちらか一
方の素子を使用してもよい。

【００５７】光学素子の他の例を図１３及び図１４に示
す。図１３及び図１４に示す光学素子４０、５０はシリ
ンダレンズに位相シフト素子の機能と回折光学素子の機
能を持たせたものであり、図１３に示す光学素子４０は
シリンダレンズのシリンダ面の走査方向に位相シフト機
能を持たせ、背面に回折光学素子を形成したものであ
る。

【００５８】図１４に示す光学素子５０はシリンダ面の
背面に回折光学素子を形成するとともに回折光学素子の
形成された面を曲面とすることにより回折光学素子の機
能と位相シフト素子の機能を持たせている。

【００５９】以上では透過型の位相シフト素子、回折光
学素子及び位相シフト機能と回折機能を併有する光学素
子について述べたが、これらは反射型であってもよい。

【００６０】光学走査装置において高画質を得るための
条件として、走査面上の光ビームのビーム径のバラッキ
が１０％以内、光量のバラッキが１０％以内であること
が知られている。したがって、高画質を得るためには、
位相シフト素子と回折光学素子の形状は以下の条件を満
たすものになる。まず、図３に示すポリゴンミラーへの
入射光軸Ｉとポリゴンミラー１６の偏向面に接する点を
原点（０）とし走査方向をＸ軸とする座標系で、ポリゴ
ンミラー１６に入射する光ビームの強度分布をＩ（ｘ）
とすると、複素振幅分布Ｕ₀ （ｘ）は、次式（２）のよ
うに表現できる。

【００６１】

【数２】 Ｕ₀ （ｘ）＝√Ｉ（ｘ） （２） ポリゴンミラー１６の主走査面となる偏向面が入射する
光ビームを切り取る偏向面幅の窓関数Ｗ（θ）は、ポリ
ゴンミラー１６の径と偏向面の面数、ポリゴンミラー１
６の走査角θと偏向面入射角β、およびポリゴンミラー
１６へ入射する光ビームの入射光軸Ｉによって決まる。
図４に示すように走査角θ時の偏向面の境界は、ｘ１，
ｘ２である。したがって、偏向面幅の窓関数Ｗ（θ）
は、式（３）に示すようになる。

【００６２】

【数３】 Ｗ（θ）＝１ ｘ１≦ｘ≦ｘ２ ＝０ ｘ＜ｘ１，ｘ＞ｘ２ （３） ここで図１に示す光学素子３０が位相シフト機能と回折
機能を併有する素子か、あるいは位相シフト素子及び回
折光学素子を組み合わせたものである場合には、位相シ
フト素子の位相分布をＰ（ｘ）、回折光学素子の０次光
回折効率分布をＥ（ｘ）とすると、合成された複素振幅
分布Ｕ₁ （Ｘ，θ）は以下のようになる。

【００６３】

【数４】 Ｕ₁ （ｘ，θ）＝Ｕ₀ （ｘ）×Ｗ（θ）×Ｐ（ｘ）×Ｅ（ｘ）（４） 焦点距離ｆのｆθレンズ１８により感光体２０上に結像
する光ビームの複素振幅分布は、次式（５）に示すＵ₂
（ｕ，θ）に比例している。

【００６４】

【数５】 Ｕ₂ （ｕ，θ）＝Ｆｏｕｒｉｅｒ〔Ｕ₁ （ｘ，θ）〕 （５） ただし、式（５）においてＦｏｕｒｉｅｒ〔Ｕ₁ （ｘ，
θ）〕はＵ₁ （ｘ，θ）のフーリエ変換であり、ｕ＝ｘ
／λｆである。

【００６５】感光体２０上の光ビームの強度分布Ｉ
₂ （ｕ，θ）は、

【００６６】

【数６】 Ｉ₂ （ｕ，θ）＝Ｕ₂ （ｕ，θ）×Ｕ₂ ^* （ｕ，θ） （６） ただしＵ^* はＵの共役複素数である。

【００６７】Ｉ₂ （ｕ，θ）の最大値Ｉmax （θ）で正
規化した感光体２０上の光ビームの強度分布Ｉn （ｕ，
θ）は、

【００６８】

【数７】 Ｉn （ｕ，θ）＝Ｉ₂ （ｕ，θ）／Ｉmax （θ） （７） となる。走査角θにおける光ビームのビーム径ψ（θ〕
は、相対強度１／ｅ²をビーム径と定義すれば、Ｉn
（ｕ，θ）＝１／ｅ² を満たすｕの値から求められる。

【００６９】感光体２０上における光ビームの光量Ｐ
（θ）は、

【００７０】

【数８】 Ｐ（θ）＝∫Ｕ₁ （ｘ，θ）×Ｕ₁ ^* （ｕ，θ）ｄｘ （８） となる。ここで式（８）における記号∫は−∞から＋∞
まで積分することを意味するものとする。

【００７１】以上の関係から位相シフト素子には感光体
２０の被走査面上における走査方向ビーム径ψ（θ）の
走査領域内（−α≦θ≦α）での変動率が１０％以内に
なるような位相分布Ｐ（ｘ）を持たせ、回折光学素子に
は感光体２０の走査面上のビーム光量Ｐ（θ）の走査領
域内（一α≦θ≦α）での変動率が１０％以内になるよ
うな０次光回折効率分布Ｅ（ｘ）を持たせることにより
感光体上を走査する光ビームの被走査面におけるビーム
径分布及び光量分布のバラツキを１０％以内に低減する
ことができる。

【００７２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光源と
偏向器との間に位相シフト量が光軸に対し非対称である
光学素子、すなわち位相シフト素子を設けたので、位相
シフトによってビームウェストの位置を調整し、感光体
上のビーム径分布の径が細い部分や太い部分を補正して
バラッキの少ないビーム径分布にすることが可能とな
る。したがって、Ｆナンバーが走査角に応じて変化する
オーバーフィルド光学系においても、感光体上のビーム
径分布の一様性を確保することが可能となる。

【００７３】請求項２に記載の発明によれば、光源と偏
向器との間に回折効率が光軸に対し非対称である光学素
子、すなわち回折光学素子を設けたので、感光体上の光
量分布の高い部分を補正してバラッキの少ない光量分布
にすることが可能となる。したがって、Ｆナンバーが走
査角に応じて変化するオーバーフィルド光学系において
も、感光体上の光量分布の一様性を確保することが可能
となる。

【００７４】請求項３に記載の発明によれば、光源と偏
向器との間に位相シフトと回折の機能を併有し、かつ位
相シフト量、回折効率共に光軸に対し非対称となる光学
素子を設けたので、位相シフトによってビームウェスト
の位置を調整し、感光体上のビーム径分布の径が細い部
分や太い部分を補正してバラッキの少ないビーム径分布
にするとともに、感光体上の光量分布の高い部分を補正
してバラツキの少ない光量分布にすることが可能とな
る。したがって、Ｆナンバーが走査角に応じて変化する
オーバーフィルド光学系においても、感光体上のビーム
径分布の一様性および光量分布の一様性を確保すること
が可能となる。

【００７５】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
乃至３のいずれか一に記載の光学走査装置において、位
相シフト素子、回折光学素および位相シフト機能と回折
機能を併有する光学素子等の光学素子が樹脂成形または
ガラス成形により作製されるので、素子の製造が容易に
なり、コスト的に有利である。

【００７６】請求項５に記載の発明によれば、請求項
１、３または４に記載の光学走査装置において、位相シ
フト量が走査面上の走査方向におけるビーム径の走査領
域内での変動率が１０％以内になるような分布特性を有
するように前記位相シフト素子、光学素子の形状を形成
したので、高画質の達成が可能となる。

【００７７】請求項６に記載の発明によれば、請求項
２、３または４に記載の光学走査装置において、回折光
効率が走査面上のビーム光量の走査領域内での変動率が
１０％以内になるような分布特性を有するように前記回
折光学素子、光学素子の形状を形成したので、高画質の
達成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光学走査装置の光学
系の概略構成を示す構成図。

【図２】オーバーフィルド型光学走査装置においてポリ
ゴンミラーに入射するレーザビームの光束の一部を主走
査面が走査光東として切り取る状態を示す説明図。

【図３】図１に示す光学走査装置におけるポリゴンミラ
ーによる光ビームの走査角αと偏向面入射角βとの関係
を示す説明図。

【図４】ポリゴンミラーの偏向面の面幅を１とし、かつ
ポリゴンミラーへの入射光軸と偏向面との交点を原点と
すると共に、走査方向をＸ軸とする座標系を示す説明
図。

【図５】位相シフト素子の形状と位相シフト量との関係
を示す説明図。

【図６】位相シフト素子による感光体の被走査面におけ
る光ビームのビーム径分布が補正された結果を位相シフ
ト素子を使用しない場合と対比して示した説明図。

【図７】回折光学素子の回折機能を示す説明図。

【図８】回折光学素子の溝深さに対する０次光回折効率
の関係を示す特性図。

【図９】回折光学素子の光学走査装置における実装位置
を示す説明図。

【図１０】回折光学素子の一例を示す斜視図。

【図１１】回折光学素子が設けられた際のポリゴンミラ
ーの主走査面となる偏向面が移動に伴う該偏向面により
切り取られる走査光束と走査位置との関係を示す説明
図。

【図１２】回折光学素子による感光体の被走査面におけ
る光ビームの光量分布が補正された結果を回折光学素子
を使用しない場合と対比して示した説明図。

【図１３】位相シフト機能と回折機能とを併有する光学
素子の一例を示す斜視図。

【図１４】位相シフト機能と回折機能とを併有する光学
素子の他の例を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ １２ コリメータレンズ １４ シリンダレンズ １６ ポリゴンミラー １８ ｆθレンズ ２０ 感光体 ３０ 光学素子 ４０ 光学素子 ５０ 光学素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と感光体との間に配置されると共に
   周面に複数の偏向面を有し、光源からのビームを偏向面
   の走査方向の幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向
   走査させる偏向器を含んで構成され、前記偏向面への主
   走査方向入射角が０°以外に設定される光学走査装置で
   あって、前記光源と偏向器との問に位相シフト量が光軸
   に対し非対称となる特性を有する光学素子を設けたこと
   を特徴とする光学走査装置。
2. 【請求項２】 光源と感光体の間に配置されると共に周
   面に複数の偏向面を有し、光源からのビームを走査方向
   の偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走査
   させる偏向器を含んで構成され、前記偏向面への主走査
   方向入射角が０°以外に設定される光学走査装置であっ
   て、前記光源と偏向器との間に０次光の回折効率が光軸
   に対し非対称となる特性を有する光学素子を設けたこと
   を特徴とする光学走査装置。
3. 【請求項３】 光源と感光体の間に配置されると共に周
   面に複数の偏向面を有し、光源からのビームを走査方向
   の偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走査
   させる偏向器を含んで構成され、前記偏向面への主走査
   方向入射角が０°以外に設定される光学走査装置であっ
   て、前記光源と偏向器との間に位相シフト機能及び回折
   機能を併有し、かつ位相シフト量、０次光の回折効率共
   に光軸に対し非対称となる特性を有する光学素子を設け
   たことを特微とする光学走査装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子は、樹脂成形またはガラス
   成形により作製したことを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の光学走査装置。
5. 【請求項５】 前記位相シフト量は、走査面上の走査方
   向におけるビーム径の走査領域内での変動率が１０％以
   内になるような分布特性を有することを特徴とする請求
   項１、３または４に記載の光学走査装置。
6. 【請求項６】 前記回折効率は、走査面上のビーム光量
   の走査領域内での変動率が１０％以内になるような分布
   特性を有することを特徴とする請求項２、３または４に
   記載の光学走査装置。