JP4330489B2

JP4330489B2 - レーザー走査装置

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Inventors: 義弘稲垣
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Description

本発明は、光源から出射されるレーザー光をポリゴンミラーにて偏向させ、少なくとも１枚の平面ミラーを介して感光体を走査するレーザー走査装置に関するものである。

従来から、レーザー走査装置の分野では、感光体上での画像幅方向の光量分布を均一にする工夫が種々試みられている。例えば特許文献１のレーザー走査装置では、ポリゴンミラーに対する入射光を、副走査方向には角度をつけて入射させ、主走査方向については偏向角の中央から入射させるようにしている。この構成では、ポリゴンミラーでの反射角が、画像幅方向の左右で等しくなるので、感光体上での光量分布に左右差が生じるのを回避することができる。

しかし、この構成では、ポリゴンミラーに対する入射光が副走査方向に角度がついて入射するので、ポリゴンミラーの回転軸と光反射面との距離に、光反射面ごとにわずかに異なる誤差がある場合に、感光体への入射高さがポリゴンミラーの光反射面ごとにわずかに副走査方向に異なることになり、画像にピッチむらが出る。また、ポリゴンミラーの光反射面の面倒れによって、感光体への入射高さがポリゴンミラーの光反射面ごとにわずかに主走査方向に異なることになり、画像にジッタが出る。

そこで、例えば特許文献２のレーザー走査装置では、ポリゴンミラーに対する入射光を偏向角（偏向範囲）の外側から入射させるようにしている。この構成では、ポリゴンミラーへの入射光が副走査方向に角度がついて入射しないので、画像にピッチむらやジッタが生じるのを回避することができる。また、上記レーザー走査装置では、ポリゴンミラーより後の光路中に配置される折り返しミラー（平面ミラー）にＳ偏光およびＰ偏光の反射率が略等しくなるようなコーティングを施すことで、感光体上での画像幅方向の光量分布の均一化が試みられている。
特開２００１−６６５２７号公報特開２００２−１８２１４３号公報

しかし、特許文献２の構成では、平面ミラーにてＳ偏光およびＰ偏光の反射率を均一にしたとしても、ポリゴンミラーの影響が全く考慮されていないため、ポリゴンミラーでの反射率の差（例えば画像両端に対応する光のポリゴンミラーでの反射率の差）が、ほぼそのまま感光体上での光量分布の画像幅方向の左右差となって現れる。また、ポリゴンミラーでの反射率の差を無くすようなコーティングをそのポリゴンミラーに施せば、例えば偏向角が１００度を超えるような広角の走査光学系の場合、ポリゴンミラーに対する入射角の範囲が広いために、反射率の差を無くすようなコーティングは層数を増やさざるを得ず、コスト増を招く。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ポリゴンミラーでの反射率の差が感光体上で画像幅方向の光量分布の左右差となって現れるのを安価な構成で抑制することができ、これによって画像品位を良好にできる高精度のレーザー走査装置を提供することにある。

本発明のレーザー走査装置は、レーザー光を出射する光源と、上記レーザー光を偏向させるポリゴンミラーと、上記ポリゴンミラーによって偏向された上記レーザー光を感光体方向に反射させる少なくとも１枚の平面ミラーとを備え、上記ポリゴンミラーにおける入射光と反射光とが、上記ポリゴンミラーの回転軸に垂直な偏向平面内にあるレーザー走査装置であって、上記平面ミラーのうちで上記ポリゴンミラーより後の光路中で最も上流側に位置する平面ミラーでの法線と上記偏向平面とのなす角度が、２０度以上７０度以下の範囲内であり、上記レーザー光の偏光方向と上記偏向平面とのなす角度が、１５度以上５０度以下の範囲内であり、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、上記ポリゴンミラーでの反射光が上記光源に近い側の偏向角で、上記最も上流側に位置する平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合が、上記ポリゴンミラーでの反射光が上記光源から遠い側の偏向角で、上記最も上流側に位置する平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さいことを特徴としている。

上記の構成によれば、光源から出射されたレーザー光は、ポリゴンミラーにて偏向され、少なくとも１枚の平面ミラーを介して感光体に照射される。このとき、光路の最も上流側に位置する平面ミラーについての法線と、ポリゴンミラーの回転軸に垂直な偏向平面とのなす角度が、２０度以上７０度以下の範囲内であるので、画像両端に対応するそれぞれの偏向角で平面ミラーに入射する光の平面ミラーでの反射率にある程度の差を持たせることができる。これにより、平面ミラーでの反射率を偏向角の変化に伴って変化させることができる。

しかも、レーザー光の偏光方向と偏向平面とのなす角度が、１５度以上５０度以下の範囲内に設定されている。このとき、レーザー光の偏光方向の偏向平面に対する傾き方向（回転方向）としては、正逆の両方向が考えられるが、どちらの方向に傾くかは以下の条件で決まる。すなわち、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、ポリゴンミラーでの反射光が光源に近い側の偏向角で上記平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合が、ポリゴンミラーでの反射光が光源から遠い側の偏向角で上記平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さくなるように、レーザー光の偏光方向が偏向平面に対して上記範囲の角度で傾く。

このようなレーザー光の偏光方向の偏向平面に対する傾きにより、偏向角変化に伴うポリゴンミラーでの反射率の変化を、偏向角変化に伴う平面ミラーでの反射率の変化で打ち消す、または緩和することができる。したがって、画像両端に対応する光のポリゴンミラーでの反射率の差に起因して、感光体上で画像幅方向に光量むらが生じるのを、上記のような簡単な光学設計で抑制することができ、安価で高精度のレーザー走査装置を実現することができる。

このとき、レーザー光の偏光方向と偏向平面とのなす角度が２０度以上４０度以下の範囲内であれば、偏向角変化に伴うポリゴンミラーでの反射率の変化を、偏向角変化に伴う平面ミラーでの反射率の変化でほとんど打ち消すことができるため、そのように設定することが好ましい。

本発明のレーザー走査装置において、上記ポリゴンミラーにおける画像幅に対応する偏向角の範囲は、１００度以上であることが好ましい。偏向角が１００度以上の広角の走査光学系においては、画像両端に対応する光についてのポリゴンミラーでの反射率の差が大きくなるので、画像幅方向の光量分布の不均一性がより目立ちやすくなる。したがって、このような広角の走査光学系に本発明を適用すれば、広角の走査光学系において画像幅方向の光量分布を均一にすることができ、本発明の効果が特に大きなものとなる。また、ポリゴンミラーでの反射率の差を無くすような層数の多いコーティングをポリゴンミラーに施す必要もなく、さらに安価にレーザー走査装置を実現することができる。さらに、ポリゴンミラーから感光体までの光路を短くできるので、装置を小型化することもできる。

本発明のレーザー走査装置においては、上記平面ミラーでの法線と偏向平面とのなす角度は、３０度以上６５度以下の範囲内であることが好ましい。この場合、画像両端に対応するそれぞれの光についての平面ミラーでの反射率に大幅に差を持たせることができるので、偏向角変化に伴うポリゴンミラーでの反射率の変化を、偏向角変化に伴う平面ミラーでの反射率の変化で確実に打ち消す（または緩和）することができる。

本発明のレーザー走査装置においては、光源が、複数の発光点を持つアレイ型半導体レーザーであることが好ましい。この場合、複数のレーザー光で１つの画像を描画することができ、高速な描画を達成することができる。

本発明によれば、光路の最も上流側に位置する平面ミラーについての法線と偏向平面とのなす角度、レーザー光の偏光方向と偏向平面とのなす角度、偏光方向の偏向平面に対する回転方向を適切に設定することで、偏向角変化に伴うポリゴンミラーでの反射率の変化を、偏向角変化に伴う平面ミラーでの反射率の変化で打ち消す、または緩和することができる。したがって、画像両端に対応する光のポリゴンミラーでの反射率の差に起因して、感光体上で画像幅方向に光量むらが生じるのを、上記のような簡単な光学設計で抑制することができ、安価で高精度のレーザー走査装置を実現することができる。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。このレーザー走査装置は、レーザーダイオード１と、コリメータレンズ２と、シリンダレンズ３と、ポリゴンミラー４と、走査光学系第１レンズ５と、平面ミラー６と、走査光学系第２レンズ７と、ウインドウ８とを、レーザーダイオード１から感光体９に至る光路に沿って有している。

レーザーダイオード１は、ほぼ直線偏光のレーザー光を出射する光源である。このレーザーダイオード１は、複数（例えば２つ）の発光点を持つアレイ型半導体レーザーで構成されている。コリメータレンズ２は、入射光を平行光にして出射する。シリンダレンズ３は、主走査方向においては入射光をそのまま平行光で出射する一方、副走査方向においては入射光を収束させてポリゴンミラー４の光反射面に集光させる。なお、主走査方向とは、画像幅方向に対応する方向を指し、副走査方向とは、主走査方向に垂直な方向を指すものとする。

ポリゴンミラー４は、入射光すなわちレーザーダイオード１から出射されるレーザー光を偏向させるものであり、複数の光反射面を有する回転多面鏡（本実施形態では平面視で正方形状）で構成されている。つまり、レーザーダイオード１からのレーザー光は、ポリゴンミラー４の光反射面にて反射されるとともに、ポリゴンミラー４自体が回転することによって、反射光の反射方向が主走査方向に変化し、これによって、入射光が偏向される。

本実施形態では、ポリゴンミラー４における入射光と反射光とが、ポリゴンミラー４の回転軸に垂直な平面である偏向平面内にある。つまり、ポリゴンミラー４に対して入射光が副走査方向に角度がついて入射しない。これにより、ポリゴンミラー４の回転軸と光反射面との間の距離に、光反射面ごとにわずかに異なる誤差がある場合でも、画像にピッチむらが出るのを回避することができ、また、ポリゴンミラー４の光反射面の面倒れに起因して画像にジッタが出るのを回避することができる。

走査光学系第１レンズ５は、入射光すなわちポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光を屈折させて平面ミラー６に導く。平面ミラー６は、入射光を感光体９方向に反射させる折り返しミラーとして機能している。本実施形態では、平面ミラー６は、ポリゴンミラー４より後の光路中に１枚のみ設けられているが、上記光路中に複数枚設けられていても構わない。走査光学系第２レンズ７は、平面ミラー６を介して入射する光を屈折させ、ウインドウ８を介して感光体９に導く。

つまり、上記構成のレーザー走査装置では、レーザーダイオード１が発したレーザー光は、コリメータレンズ２によって平行光とされた後、シリンダレンズ３によってポリゴンミラー４の光反射面上に副走査方向にのみ集光する。そして、上記光反射面にて入射光が反射されるとともに、ポリゴンミラー４の回転により、その反射方向が主走査方向に変化する。このようにポリゴンミラー４にて偏向されたレーザー光は、走査光学系第１レンズ５によって屈折された後、平面ミラー６によって反射され、走査光学系第２レンズ７によって再び屈折された後、ウインドウ８を透過して感光体９上に集光する。

次に、本実施形態のレーザー走査装置における光学設計について、実施例１として以下に説明する。

表１は、本実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものである。この座標データは、グローバルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけるローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点およびベクトルで各光学面（面頂点基準）の配置を表しており、その評価面（面番号１３）が感光体９の表面に相当している。なお、Ｚ軸は、副走査方向の軸であり、Ｙ軸は、主走査方向の軸であり、Ｘ軸は、ＹＺ平面に垂直な軸である。

また、表１における面番号１ないし１２は、それぞれ、コリメータレンズ２の光入射側の面および光射出側の面、シリンダレンズ３の光入射側の面および光射出側の面、ポリゴンミラー４の光反射面、走査光学系第１レンズ５の光入射側の面および光射出側の面、平面ミラー６の光反射面、走査光学系第２レンズ７の光入射側の面および光射出側の面、ウインドウ８の光入射側の面および光射出側の面をそれぞれ示している。

また、ポリゴンミラー４の座標は、画像中央を描画する時の光反射面の座標である。本実施例の各光学素子は、樹脂またはガラスで構成されている。より具体的には、コリメータレンズ２は、屈折率１．８２５のガラスである。シリンダレンズ３とウインドウ８は、屈折率１．５１１のガラスである。走査光学系第１レンズ５および走査光学系第２レンズ７は、いずれも屈折率１．５３７の樹脂である。屈折率はいずれも、波長７８０ｎｍにおける数値である。

また、表２ないし表７は、光学面の面構成（面形状）を示している。ただし、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

なお、自由曲面の面形状は、次の数１式によって表現される。ただし、ａ_ijは、自由曲面係数とする。

また、軸対称非球面の面形状は、次の数２式によって表現される。ただし、ａ_iは、非球面係数とする。

また、シリンダ面の面形状は、次の数３式によって表現される。

図２は、コリメータレンズ２側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。なお、同図中、ｚ軸は、副走査方向を示す軸であり、グローバルな直交座標系におけるＺ軸と同方向である。また、ｙ軸は、レーザー光の進行方向ベクトルとｚ軸とに垂直な軸であり、グローバルな直交座標系におけるＹ軸とは異なっている。

本実施例では、レーザーダイオード１における２つの発光点の間隔は１４μｍであり、レーザー光の偏光方向は、２つの発光点が並ぶ方向と一致している。そして、レーザーダイオード１は、コリメータレンズ２の光軸回りに、水平（偏向平面）から３１．３度傾いている。この構成により、レーザー光は、主走査にも副走査にもずれた２点から射出されるので、光学系を介して感光体９に入射したときの集光位置も２つのレーザー光で主走査にも副走査にもずれた位置になる。本実施例では、２つのレーザー光は、主走査方向に８５μｍ、副走査方向に４２μｍ離れた位置に集光する。

また、本実施例では、画像密度は６００ｄｐｉであり、２つのレーザー光の集光位置の差は、ちょうど隣接ライン間隔と一致するように設計されている。このように設計することで、複数のレーザー光で１つの画像を描画することが可能になり、高速な描画を達成することができる。

図３は、本実施例での感光体９上での光量分布を示す説明図である。図３では、ポリゴンミラー４にて反射される光の偏向角の変化に伴って変化する感光体９への照射光量を、その最大値１で規格化して示している。

なお、偏向角とは、ポリゴンミラー４での反射光を主走査方向に振る角度を指すが、ここでは特に、ポリゴンミラー４の光反射面と走査光学系第１レンズ５または平面ミラー６とを結ぶ光軸を基準（０度）とし、その光軸と反射光とのなす角度のことを指すものとする。そして、ポリゴンミラー４での反射光が上記光軸に対してレーザーダイオード１側に反射する場合の偏向角を正、上記光軸に対してレーザーダイオード１とは反対側に反射する場合の偏向角を負とする。ちなみに、本実施例では、偏向角はプラス側とマイナス側とでそれぞれ最大５５度となっており、画像幅方向に対応する偏向角の範囲としては、１１０度となっている。

図４は、本実施例でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。また、図５は、本実施例での走査光学系第１レンズ５、走査光学系第２レンズ７およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。ポリゴンミラー４以降の各素子は、偏向角によって反射率や透過率が異なるが、特にポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化が大きいことがわかる。

本実施例では、図４に示すように、偏向角の変化に伴うポリゴンミラー４での反射率の変化を、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化で打ち消すように、光学系を設計している。このような光学系を実現するためには、後述する比較例やその他の実験例を参照することにより、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角（レーザー光の偏光方向と偏向平面とのなす角度γ）およびその回転方向、平面ミラー６の法線と偏向平面とのなす角度ηを適切な範囲に設定する必要がある。これらの設定の詳細については後述するが、このように光学系を設計することで、図３に示したように、偏向角の変化に伴う感光体９での光量分布を画像幅方向にほぼ均一化することができる。このように光学系を設計した点に本発明の最も大きな特徴がある。

図６は、レーザーダイオード１の傾きを実施例１と逆方向にした場合、つまり、レーザーダイオード１をコリメータレンズ２の光軸回りに水平（偏向平面）から実施例１とは逆向きに３１．３度傾けた場合において、コリメータレンズ２側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。なお、レーザーダイオード１をこのように配置した光学系を比較例１とする。

図７は、比較例１での感光体９上での光量分布を示す説明図である。図７においても、ポリゴンミラー４にて反射される光の偏向角の変化に伴って変化する感光体９への照射光量を、その最大値１で規格化して示している。また、図８は、比較例１でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。また、図９は、比較例１での走査光学系第１レンズ５、走査光学系第２レンズ７およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。

比較例１でも、２つのレーザー光は、主走査方向に８５μｍ、副走査方向に４２μｍ離れた位置に集光するので、複数光での描画が可能である。しかし、図７に示すように、感光体９上の光量分布は、偏向角の両端（±５５度）で実施例１と比べて大きな差が生じていることがわかる。これは、レーザーダイオード１の光軸回りの回転方向を図６のように逆転させると、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化の仕方が図４の場合とは逆になり（図８参照）、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消すことができないからである。

以下、本実施例において、偏向角の変化に伴うポリゴンミラー４での反射率の変化を、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化で打ち消すようにする光学系の設計の詳細について説明する。

図１０は、ポリゴンミラー４または平面ミラー６への入射角の変化に伴うＳ偏光およびＰ偏光の反射率の変化を示す説明図である。実施例１および比較例１では、ポリゴンミラー４および平面ミラー６は、いずれもアルミの上に単層の保護コートを施したものである。保護コートの屈折率は１．４６であり、その膜厚は０．２６７μｍである。この膜厚は、基準波長を７８０ｎｍとしたときの光学膜厚で１／２波長に相当する。このとき、入射角が０度から７０度の範囲では、入射角の増大に伴ってＳ偏光の反射率は増大し、Ｐ偏光の反射率は減少することがわかる。

ここで、ポリゴンミラー４への入射角は、入射開角と偏向角とから求まる。入射開角とは、走査光学系第１レンズ５の光軸、すなわち、偏向角が変化する範囲の中央に位置する光軸とポリゴンミラー４への入射光とのなす角度を示す。ポリゴンミラー４への入射角は、具体的には、入射開角と偏向角との差をとり、それを２で割り、絶対値をとれば良い。本実施例では、入射開角は８５度、偏向角は±５５度としているため、
（８５−５５）／２＝１５
（８５＋５５）／２＝７０
となり、ポリゴンミラー４への入射角は、最小で１５度、最大で７０度となる。

一方、平面ミラー６への入射角は、偏向角０度付近では最小の４５度となり、偏向角の絶対値が増大するに伴って増大する。

図１１は、実施例１でのポリゴンミラー４および平面ミラー６における偏向角と入射角との関係を示す説明図である。ポリゴンミラー４への入射角の範囲（７０−１５＝５５度）は、偏向角の範囲（５５−（−５５）＝１１０度）の半分となる。また、実施例１のように、ポリゴンミラー４への入射光の光路を偏向角が変化する範囲の外側に位置させた場合、入射角は０度を含まない範囲となるため、本実施例のように偏向角が１００度を越える広角の走査光学系では、ポリゴンミラー４での反射率が偏向角のプラス側およびマイナス側の両端で大きな差を持つことになる。

また、レーザー光の偏光方向は、２つの発光点が並ぶ方向と一致しているので、入射光の光量を１としたとき、ポリゴンミラー４への入射時のＰ偏光成分の光量は、cos²３１．３°を計算して０．７３であり、Ｓ偏光成分の光量は、sin²３１．３°を計算して０．２７である。この光量と図１０のデータとから、図４および図８に示したポリゴンミラー４での反射率を算出することができる。

一方、平面ミラー６では、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率が偏向角の変化に伴って変化する。ここでは、偏光の状態がポリゴンミラー４での反射によって変化せず、ほぼ直線偏光のままであり、単に鏡像の状態になるものと仮定する。なお、この仮定は入射角が大きくなると成立しなくなるが、その詳細については後述する。

この仮定のもとでは、光線が平面ミラー６に入射するとき、偏光の状態は直線偏光で、その偏光方向を示すベクトルと偏向平面であるＸＹ平面（ポリゴンミラー４によって光線が走査される面）とのなす角度γは、上述の３１．３度のままである。ただし、ポリゴンミラー４で反射されたときに鏡像の状態になっているために、符号は逆転している。

Ｓ偏光とＰ偏光との光量比は、偏光方向がわかれば、入射する面の法線ベクトルと光線の進行方向ベクトルとを使って計算することができる。具体的には、入射する面の法線ベクトルと光線の進行方向ベクトルとの外積をとった結果のベクトルを長さ１にしたものと、偏光方向を示すベクトルとの内積をとり、その二乗を計算すれば、光量を１としたときのＳ偏光成分の光量を求めることができる。また、Ｐ偏光成分の光量は、１からＳ偏光成分の光量を引けば良い。

ここで、図１２は、走査光学系第１レンズ５および平面ミラー６について、ＸＹ平面内での光線の角度を示す説明図であり、図１３は、走査光学系第１レンズ５および平面ミラー６について、ＸＺ平面内での光線および面の角度を示す説明図である。なお、これらの図中、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、表１で面の座標を示している座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と同じ軸である。

偏向角をθ、平面ミラー６に入射する光線がＸ軸となす角度をψとおくと、画像両端および画像中央に相当する偏向角においては、角度ψはそれぞれ図１２に示す値となっている。また、平面ミラー６の法線がＸＹ平面となす角度ηは４５度である。

図１４は、平面ミラー６に入射する光の偏光方向を示した図である。この図における座標系は光線を基準とした座標系であり、図の紙面垂直方向（ｙｚ平面に垂直な方向）が光線の進行方向ベクトルと一致する。ただし、図１４におけるｚ軸は、副走査方向を示す軸であり、図１２および図１３で示したＺ軸と同じ向きである。一方、図１４におけるｙ軸は、主走査方向を示す軸であるが、図１２および図１３で示したＹ軸とは違い、光線の進行方向ベクトルとｚ軸とに垂直なベクトルとなっている。

既に述べたように、ポリゴンミラー４で反射されたときは鏡像の状態になっているため、ポリゴンミラー４での反射前は図２に示した２つの発光点を結ぶ方向と偏光の方向とが一致している状態であったものが、ポリゴンミラー４での反射後は、レーザー光の偏光方向と偏向平面（ＸＹ平面）とのなす角度γは、その符号が逆転してγ＝−３１．３°となっている。図１２、図１３および図１４に示したψ、η、γを使って上述のＳ偏光成分の光量を計算すると、
（cosψtanη＋sinψsinγ）²／（tan²η＋sin²γ）
となる。一方、Ｐ偏光成分の光量は、
（sinψtanη−cosψsinγ）²／（tan²η＋sin²γ）
となる。図１５は、これらの式による、平面ミラー６への入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量計算結果を示したものである。また、図１６は、図１０、図１１および図１５に示したデータを使用して計算した平面ミラー６での反射率の概算結果を示したものである。

ところで、この結果は、上述のように、ポリゴンミラー４での反射後に偏光状態が変化しない（反射光がほぼ直線偏光である）と仮定して計算したものである。しかし、実際には、ポリゴンミラー４での反射時にＳ偏光とＰ偏光とで位相のずれが生じ、反射光は楕円偏光となる。位相のずれはポリゴンミラー４への入射角に応じて変化し、入射角が大きくなると位相のずれも大きくなる。

図１７は、ポリゴンミラー４での反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算した結果を示したものである。この比が０ならば直線偏光、１ならば円偏光である。図１８は、この位相のずれを正しく計算したときの、平面ミラー６への入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量計算結果を示したものである。

偏向角がマイナス側の端の方、すなわち、ポリゴンミラー４での反射光が光軸に対してレーザーダイオード１から遠ざかる方では、ポリゴンミラー４への入射角が大きいために、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光量計算結果は、位相ずれを無視して計算した図１５の場合と差が大きくなっている。その結果として、図４に示した平面ミラー６の反射率および図１６に示した結果の誤差が、偏向角がマイナス側の端の方で現れる。

ただし、偏向角マイナス側および偏向角プラス側での、Ｓ偏光成分の光量の差は依然として顕著であり、基本的な考え方には変わりはない。つまり、画像両端に対応する光のポリゴンミラー４での反射率の差を、同じく画像両端に対応する光の平面ミラー６での反射率の差で打ち消すためには、平面ミラー６への入射光について、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比が偏向角のプラス側とマイナス側とで差が生じるようにすれば良く、また、そのためには、レーザーダイオード１を光軸回りに回転させればよい。このとき、回転方向を逆にしてしまうと、図８で示したように、画像両端に対応する光についての反射率で最も大きいほうが、ポリゴンミラー４と平面ミラー６とで偏向角の同じ側（例えばプラス側）となり、画像両端に対応する光の反射率の差がさらに拡大してしまう結果となるため、適切に回転方向を選ぶことが必要である。

ここで、図１９は、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角、すなわち、レーザー光の偏光方向が偏向平面であるＸＹ平面となす角度γであり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５５度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５５度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率で割った数値である。なお、レーザーダイオード１の角度以外の構成については、実施例１のままである。

本実施例では、横軸の値は３１．３度であるが、その付近ではポリゴンミラー４についての反射率比と平面ミラー６についての反射率比とが反射率比１を挟んで反対側にある状態であり、両者が互いに打ち消し合う状態であることがわかる。ただし、ちょうどその値でなくとも、光量の不均一性を緩和することは可能である。

したがって、図１８に示したように、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さくなるようにレーザーダイオード１を光軸回りに回転させる場合、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、図１９より、上記回転角（角度γ）の上限は、５０度以下であることが望ましく、４０度以下であることがより望ましいと言える。また、上記回転角の下限は、１５度以上であることが望ましく、２０度以上であることがより望ましいと言える。

よって、上記回転角の適正な範囲としては、上述した上限および下限を組み合わせることにより種々設定することができる。例えば、上記回転角の範囲は、１５度以上５０度以下の範囲であればある程度の効果を期待でき、さらには２０度以上４０度以下の範囲であればより望ましいと言える。また、上記回転角の範囲としては、１５度以上４０度以下の範囲を考えてもよく、また、２０度以上５０度以下の範囲を考えてもよいと言える。

一方、上記回転角が６０度以上の範囲では、ポリゴンミラー４についての反射率比と平面ミラー６についての反射率比とがいずれも１より小さい側にある。しかし、上述したようにレーザーダイオード１の回転方向を逆にすれば、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化を逆転させることができる（図８参照）。この場合、レーザーダイオード１の回転角の変化に伴う平面ミラー６についての反射率比の変化の仕方は、ちょうど図１９で示した平面ミラー６についてのグラフを、反射率比１を境にして全体的に上へ折り返したようなグラフとなる。

したがって、レーザーダイオード１の回転方向を逆にした場合でも、ポリゴンミラー４についての反射率比と平面ミラー６についての反射率比とが反射率比１を挟んでほぼ対称となる回転角の範囲を選択すれば、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ことができる。そのような回転角（絶対値）の上限としては、８５度以下であることが望ましく、８０度以下であることがより望ましいと言える。また、上記回転角（絶対値）の下限としては、６０度以上であることが望ましく、７０度以上であることがより望ましいと言える。

よって、上記回転角（絶対値）の範囲としては、例えば、６０度以上８５度以下の範囲内に設定されれば、ある程度の効果を期待でき、さらには７０度以上８０度以下の範囲内に設定されることがより望ましいと言える。また、上記回転角（絶対値）の範囲としては、６０度以上８０度以下の範囲を考えてもよく、７０度以上８５度以下の範囲を考えてもよい。

ただし、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、偏向角の変化に伴うＳ偏光およびＰ偏光の光量の変化の仕方は、図１８で示したものとは逆になる。すなわち、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも大きくなる。

また、図２０は、平面ミラー６の角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は平面ミラー６の法線とＸＹ平面とのなす角度ηであり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５５度）における平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５５度）における平面ミラー６での反射率で割った数値である。なお、平面ミラー６よりも前段の光学系の構成など、平面ミラー６の角度以外については実施例１のままである。

横軸が０度のときは、反射光がレンズに向かって射出されるので、別の部材で光路分離しない限り、平面ミラー６より後の光学系を配置できず、現実には不可能な角度設定である。また、光量差の問題に関しても、画像幅方向の左右で差が生じず、ポリゴンミラー４での光量差を打ち消すことができない。

一方、本実施例のように平面ミラー６をＸＹ平面に対して傾けて配置する場合、同図に示すように、画像両端に対応する偏向角での反射率の比が、角度ηの変化に伴って変化する。ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、当然、平面ミラー６への入射光について、偏向角のプラス側とマイナス側とで反射率にある程度の差を持たせることが必要である。この点を考慮すると、図２０より、平面ミラー６の角度ηの上限としては、７０度以下が望ましく、６５度以下がより望ましく、６０度以下がより一層望ましいと言える。また、平面ミラー６の下限としては、２０度以上が望ましく、３０度以上がより望ましく、４０度以上がより一層望ましいと言える。

したがって、平面ミラー６の角度ηの適正な範囲としては、上述した上限および下限を組み合わせることにより種々設定することができる。例えば、平面ミラー６の角度ηの範囲は、例えば２０度以上７０度以下の範囲であることが望ましく、３０度以上６５度以下の範囲であることがより望ましく、４０度以上６０度以下の範囲であることがより一層望ましいと言える。また、その他にも、平面ミラー６の角度ηの範囲としては、２０度以上６５度以下の範囲、２０度以上６０度以下の範囲、３０度以上７０度以下の範囲、３０度以上６０度以下の範囲、４０度以上７０度以下の範囲または４０度以上６５度以下の範囲を考えることもできる。

なお、本実施例で説明したレーザー走査装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本実施例のレーザー走査装置は、レーザー光を出射するレーザーダイオード１と、レーザー光を偏向させるポリゴンミラー４と、ポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光を感光体９方向に反射させる平面ミラー６とを備え、ポリゴンミラー４における入射光と反射光とが、ポリゴンミラー４の回転軸に垂直な偏向平面内にあるレーザー走査装置であって、平面ミラー６での法線と上記偏向平面とのなす角度が、２０度以上７０度以下の範囲内であり、レーザー光の偏光方向と上記偏向平面とのなす角度が、１５度以上５０度以下の範囲内であり、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、上記ポリゴンミラーでの反射光がレーザーダイオード１に近い側の偏向角で、平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、ポリゴンミラー４での反射光がレーザーダイオード１から遠い側の偏向角で、平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さくなるように、レーザーダイオード１を光軸回りに回転させる構成である。

また、本実施例のレーザー走査装置は、レーザー光を出射するレーザーダイオード１と、レーザー光を偏向させるポリゴンミラー４と、ポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光を感光体９方向に反射させる平面ミラー６とを備え、ポリゴンミラー４における入射光と反射光とが、ポリゴンミラー４の回転軸に垂直な偏向平面内にあるレーザー走査装置であって、平面ミラー６での法線と上記偏向平面とのなす角度が、２０度以上７０度以下の範囲内であり、レーザー光の偏光方向と上記偏向平面とのなす角度が、６０度以上８５度以下の範囲内であり、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、上記ポリゴンミラーでの反射光がレーザーダイオード１に近い側の偏向角で、平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、ポリゴンミラー４での反射光がレーザーダイオード１から遠い側の偏向角で、平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも大きくなるように、レーザーダイオード１を光軸回りに回転させる構成である。

なお、本実施例では、ポリゴンミラー４での偏向角の範囲が１１０度となる広角走査光学系に本発明を適用した例について説明したが、偏向角の範囲が１１０度以下の走査光学系にも本発明を適用することは可能である。この点は、以下の実施例でも同様である。ただし、偏向角が１００度以上の広角の走査光学系においては、画像両端に対応する光についてのポリゴンミラー４での反射角が大きく異なり、その結果、反射率の差が大きくなるので、画像幅方向の光量分布の不均一性がより目立ちやすくなる。したがって、広角走査光学系に本発明を適用すれば、画像幅方向の光量分布を均一にできるという本発明の効果が特に大きなものとなる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図２１は、本実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。このレーザー走査装置は、実施の形態１のコリメータレンズ２およびシリンダレンズ３を、光学素子１０で置き換えた以外は、実施の形態１と同様の構成である。

光学素子１０は、単一の樹脂製の素子であり、回折面と反射面とを有している。より詳しくは、光学素子１０における光入射面および光射出面は軸対称非球面の回折面であり、その間の光路中に自由曲面からなる２つの反射面が配されている。反射面は全反射するように設計されている。

本実施形態のように光源側の光学系を樹脂で構成する場合、透過面に屈折力を持たせると、温度変化が起きたとき、樹脂では屈折率変化がガラスに比べて大きいという影響を受けて、大きなデフォーカスを生じてしまう。そこで、光学素子１０では、反射面に集光作用を持たせることと、回折面の波長依存性とを利用することによって、温度変化時のデフォーカスが小さくなるようにしている。

本実施形態のレーザー走査装置では、レーザーダイオード１が発したレーザー光は、光学素子１０に入射し、光学素子１０にて主走査方向は平行光、副走査方向は収束光となり、ポリゴンミラー４の光反射面上に副走査方向にのみ集光する。そして、上記光反射面にて入射光が反射されるとともに、ポリゴンミラー４の回転により、その反射方向が主走査方向に変化する。このようにポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光は、走査光学系第１レンズ５によって屈折された後、平面ミラー６によって反射され、走査光学系第２レンズ７によって再び屈折された後、ウインドウ８を透過して感光体９上に集光する。

次に、本実施形態のレーザー走査装置における光学設計について、実施例２として以下に説明する。

表８は、本実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものである。この座標データの表し方は、実施例１と同様である。なお、表８における面番号１および４は、光学素子１０における光入射側の回折面および光射出側の回折面を示し、面番号２および３は、光入射側の回折面と光射出側の回折面との間の光路中に配される２つの反射面をそれぞれ示している。

また、ポリゴンミラー４の座標は、画像中央を描画する時の光反射面の座標である。本実施例の各光学素子は、樹脂またはガラスで構成されている。より具体的には、光学素子１０は、屈折率１．５２４の樹脂である。走査光学系第１レンズ５および走査光学系第２レンズ７は、いずれも屈折率１．５３７の樹脂である。ウインドウ８は屈折率１．５１１のガラスである。屈折率はいずれも、波長７８０ｎｍにおける数値である。

また、表９ないし表１６は、光学面の面構成（面形状）を示している。ただし、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

なお、軸対称回折面の面形状は、次の数４式によって表現される。ただし、ａ_iは、非球面係数とする。

また、軸対称回折面の位相関数は、次の数５式によって表現される。ただし、ｂ_iは、位相係数とする。

図２２は、光学素子１０側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。本実施例においても、レーザーダイオード１は発光点を２つ持っており、その間隔は１４μｍである。レーザー光の偏光方向は、２つの発光点が並ぶ方向と一致している。そして、このレーザーダイオード１は、光学素子１０の光軸回りに水平（偏向平面）から−２９．８度傾いている。つまり、本実施例では、レーザー光の偏光方向の偏向平面からの傾き方向が実施例１とは逆である。

この構成であっても、レーザー光は、主走査にも副走査にもずれた２点から射出されるので、光学系を介して感光体９に入射した時の集光位置も２つのレーザー光で主走査にも副走査にもずれた位置になる。本実施例では、２つのレーザー光は、主走査方向に８５μｍ、副走査方向に４２μｍ離れた位置に集光する。

図２３は、本実施例での感光体９上での光量分布を示す説明図である。図２３では、ポリゴンミラー４にて反射される光の偏向角の変化に伴って変化する感光体９への照射光量を、その最大値１で規格化して示している。

図２４は、本実施例でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。また、図２５は、本実施例での走査光学系第１レンズ５、走査光学系第２レンズ７およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。

本実施例の光学素子１０が持つ自由曲面の反射面では、レーザー光は全反射する。このとき、入射側でレーザー光の偏光方向が垂直であれば、反射面ではほぼすべてＰ偏光となり、入射側でレーザー光の偏光方向が水平であれば、反射面ではほぼすべてＳ偏光となる。これらの場合、光学素子１０から射出される光の偏光の状態は、入射前と同じ方向の直線偏光である。

しかし、入射側でレーザー光の偏光方向が垂直でも水平でもなく角度を持っている場合、反射面でＳ偏光とＰ偏光とが混在することになる。この場合、反射後の位相についてＳ偏光とＰ偏光とで差が生じ、射出されるレーザー光は楕円偏光となる。本実施例では、ポリゴンミラー４に入射するレーザー光の偏光の状態は楕円偏光となっていて、この点で実施例１とは異なっている。

ただし、ポリゴンミラー４への入射時にＳ偏光となる成分は、光学素子１０の光反射面に入射するときは２面ともＰ偏光の成分である。一方、ポリゴンミラー４への入射時にＰ偏光となる成分は、光学素子１０の光反射面に入射するときは２面ともＳ偏光の成分である。したがって、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角が同じなら、Ｓ偏光およびＰ偏光のそれぞれの強度は、実施例１の場合と変わらない。

実施例１と実施例２とでは、偏向角も、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角の絶対値も、同じではないが似通っているため、図４のポリゴンミラー４の反射率と図２４のポリゴンミラー４の反射率とは、その変化の仕方が似通っている。しかし、平面ミラー６の反射率は、光学素子１０による楕円偏光化の影響が出て、その挙動が異なっている。

ここで、図２６は、レーザーダイオード１の傾きを実施例２と逆方向にした場合、つまり、レーザーダイオード１を光学素子１０の光軸回りに水平（偏向平面）から実施例２とは逆向きに２９．８度傾けた場合における、光学素子１０側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。なお、レーザーダイオード１をこのように配置した光学系を比較例２とする。

図２７は、比較例２での感光体９上での光量分布を示す説明図である。図２７においても、ポリゴンミラー４にて反射される光の偏向角の変化に伴って変化する感光体９への照射光量を、その最大値１で規格化して示している。また、図２８は、比較例２でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。また、図２９は、比較例２での走査光学系第１レンズ５、走査光学系第２レンズ７およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。

比較例２でも、２つのレーザー光は、主走査方向に８５μｍ、副走査方向に４２μｍ離れた位置に集光するので、複数光での描画が可能である。しかし、図２７で示したように、感光体９上の光量分布は、偏向角の両端（±５８度）で実施例２と比べて大きな差が生じていることがわかる。これは、レーザーダイオード１の光軸回りの回転方向を図２６のように逆転させると、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化の仕方が図２４の場合とは逆になり（図２８参照）、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消すことができないからである。

図３０は、ポリゴンミラー４での反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算したものである。この比が０ならば直線偏光、１ならば円偏光である。図３１は、本実施例にて、偏向角変化に伴って変化する平面ミラー６への入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量をそれぞれ示す説明図である。ポリゴンミラー４への入射光は楕円偏光であるが、上述のように、ポリゴンミラー４への入射角が大きくなるとＳ偏光とＰ偏光との位相ずれが大きくなってくるために、ポリゴンミラー４での反射後の偏光の状態は偏向角によって異なっており、偏向角マイナス側では直線偏光に近い状態になっている。結果的に、偏向角プラス側と偏向角マイナス側とでは、平面ミラー６への入射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分との比が変化しており、平面ミラー６での反射率に差が生じている。

図３２は、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角、すなわち、光の偏光方向がＸＹ平面となす角度γであり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５８度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５８度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率で割った数値である。なお、レーザーダイオード１の角度以外の構成については、実施例１のままである。

本実施例では、横軸が−２９．８度の場所であり、図３２での計算範囲も−９０度から０度の範囲でとっているが、絶対値を考えれば（回転角だけを考えれば）、画像両端に対応する光のポリゴンミラー４での反射率の差を平面ミラー６での反射率の差で打ち消すための望ましい条件は、実施例１の場合と変わらない。無論、それぞれの条件で望ましい回転方向は異なり、逆に回転させると反射率の差を強め合ってしまうので、回転角の絶対値だけでなく回転方向も適切に選ぶことが重要である。

すなわち、図３１に示したように、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さくなるようにレーザーダイオード１を光軸回りに回転させた場合、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、上記回転角（絶対値）の上限は、５０度以下であることが望ましく、４０度以下であることがより望ましいと言える。また、上記回転角（絶対値）の下限は、１５度以上であることが望ましく、２０度以上であることがより望ましい。

よって、上記回転角（絶対値）の適正な範囲としては、上述した上限および下限を組み合わせることにより種々設定することができ、例えば、１５度以上５０度以下の範囲、２０度以上４０度以下の範囲、１５度以上４０度以下の範囲、２０度以上５０度以下の範囲などを考えることができる。

また、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化を逆転させることができる。この場合、レーザーダイオード１の回転角の変化に伴う平面ミラー６についての反射率比の変化の仕方は、ちょうど図３２で示した平面ミラー６についてのグラフを、反射率比１を境にして全体的に上へ折り返したようなグラフとなる。

よって、上記回転角（絶対値）の範囲としては、例えば、６０度以上８５度以下の範囲、７０度以上８０度以下の範囲、６０度以上８０度以下の範囲、７０度以上８５度以下の範囲を考えることができる。

ただし、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、偏向角の変化に伴うＳ偏光およびＰ偏光の光量の変化の仕方は、図３１で示したものとは逆になる。すなわち、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも大きくなる。

また、図３３は、平面ミラー６の角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は、平面ミラー６での法線がＸＹ平面（偏向平面）となす角度ηであり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５８度）における平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５８度）における平面ミラー６での反射率で割った数値である。なお、平面ミラー６よりも前段の光学系の構成など、平面ミラー６の角度以外については実施例２のままである。

実施例１と同様に、平面ミラー６をＸＹ平面に対して傾けて配置する本実施例の場合でも、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、当然、平面ミラー６への入射光について、偏向角のプラス側とマイナス側とで反射率にある程度の差を持たせることが必要である。この点を考慮すると、図３３より、平面ミラー６の角度ηの上限としては、７０度以下が望ましく、６５度以下がより望ましく、６０度以下がより一層望ましいと言える。また、平面ミラー６の下限としては、２０度以上が望ましく、３０度以上がより望ましく、４０度以上がより一層望ましいと言える。

したがって、平面ミラー６の角度ηの適正な範囲としては、上述した上限および下限を組み合わせることにより種々設定することができ、例えば、２０度以上７０度以下の範囲、３０度以上６５度以下の範囲、４０度以上６０度以下の範囲、２０度以上６５度以下の範囲、２０度以上６０度以下の範囲、３０度以上７０度以下の範囲、３０度以上６０度以下の範囲、４０度以上７０度以下の範囲、４０度以上６５度以下の範囲などを考えることができる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１および２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図３４は、本実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。このレーザー走査装置は、レーザーダイオード１と、コリメータレンズ２と、シリンダレンズ３と、ポリゴンミラー４（本実施形態では平面視で正五角形状）と、平面ミラー６（第１平面ミラー）と、走査レンズ１１と、平面ミラー１２（第２平面ミラー）と、ウインドウ８とを、レーザーダイオード１から感光体９に至る光路に沿って有している。すなわち、本実施形態のレーザー走査装置は、走査光学系レンズとして１個の走査レンズ１１を用い、平面ミラーとして２枚の平面ミラー６・１２を用いた点以外は、実施の形態１と同様の構成である。

走査レンズ１１は、平面ミラー６からの入射光を屈折させて平面ミラー１２に導くものであり、平面ミラー６・１２の間の光路中に設けられている。平面ミラー１２は、平面ミラー６から走査レンズ１１を介して入射する光を感光体９方向に反射させるための折り返しミラーである。

上記構成のレーザー走査装置では、レーザーダイオード１が発したレーザー光は、コリメータレンズ２によって平行光とされた後、シリンダレンズ３によってポリゴンミラー４の光反射面上に副走査方向にのみ集光する。そして、上記光反射面にて入射光が反射されるとともに、ポリゴンミラー４の回転により、その反射方向が主走査方向に変化する。このようにポリゴンミラー４によって偏向されたレーザー光は、平面ミラー６によって反射され、走査レンズ１１によって屈折された後、平面ミラー１２にて再度反射され、ウインドウ８を透過して感光体９上に集光する。

次に、本実施形態のレーザー走査装置における光学設計について、実施例３として以下に説明する。

表１７は、本実施例の光学系を光学面の座標データで数値的に示したものである。この座標データの表し方は、実施例１と同様である。なお、表１７における面番号１ないし１２は、それぞれ、コリメータレンズ２の光入射側の面および光射出側の面、シリンダレンズ３の光入射側の面および光射出側の面、ポリゴンミラー４の光反射面、平面ミラー６の光反射面、走査レンズ１１の光入射側の面および光射出側の面、平面ミラー１２の光反射面、ウインドウ８の光入射側の面および光射出側の面、感光体９の表面（評価面）をそれぞれ示している。

また、ポリゴンミラー４の座標は、画像中央を描画する時の光反射面の座標である。本実施例の各光学素子は、樹脂またはガラスで構成されている。より具体的には、コリメータレンズ２は、屈折率１．８２５のガラスである。シリンダレンズ３およびウインドウ８は、屈折率１．５１１のガラスである。走査レンズ１１は、屈折率１．５１９の樹脂である。屈折率はいずれも、波長７８０ｎｍにおける数値である。

また、表１８ないし表２１は、光学面の面構成（面形状）を示している。ただし、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

図３５は、コリメータレンズ２側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。なお、同図中の矢印は、レーザー光の偏光方向を示している。本実施例では、発光点は１つしかなく、また、レーザー光の偏光方向は主走査平面（偏向平面）から−８０度の傾きを持っている。

図３６は、本実施例での感光体９上での光量分布を示す説明図である。図３６では、ポリゴンミラー４にて反射される光の偏向角の変化に伴って変化する感光体９への照射光量を、その最大値１で規格化して示している。

図３７は、本実施例でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。また、図３８は、本実施例での走査レンズ１１およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。ポリゴンミラー４以降の各素子は、偏向角によって反射率や透過率が異なるが、特にポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化が大きいことがわかる。

また、第１平面ミラーである平面ミラー６での反射率の変化は、第２平面ミラーである平面ミラー１２での反射率の変化に比べて大きい。これは、走査レンズ１１によって光線が屈折されることで、平面ミラー１２に入射する光線の主走査面内での角度が小さくなるためである。

図３９は、走査レンズ１１および平面ミラー６・１２について、ＸＹ平面内での光線の角度を示す説明図であり、図４０は、走査レンズ１１および平面ミラー６・１２について、ＸＺ平面内で光線や面の角度関係を示す説明図である。図３９においては、平面ミラー６での反射を無視して、Ｘ軸の方向に走査レンズ１１と平面ミラー１２とがあるものとして描画している。図３９では、平面ミラー６への入射光がＸ軸となす角度（ψ１とおく）は、偏向角と同じであり、平面ミラー１２への入射光がＸ軸となす角度（ψ２とおく）は、偏向角よりも絶対値が小さくなっている。

本実施例のように平面ミラーが複数ある場合、各平面ミラーへの入射光がＸ軸となす角度の大小関係は、走査光学系の設計によって変わりうるが、偏向角の範囲が１００度を超えるような広角の走査光学系の場合、その角度をより広げるようなレンズを上流側に配置すると設計が困難になる。したがって、より上流側に配置された平面ミラーほど、その平面ミラーへの入射光がＸ軸となす角度が大きくなると考えてほぼ差し支えない。つまり、平面ミラーが複数ある場合、画像両端に対応する光のポリゴンミラー４での反射率の差と、ポリゴンミラー４よりも後の光路中で最も上流側に位置する平面ミラーにおける画像両端に対応する光の反射率の差とが、互いに打ち消し合うようにしておかないと、トータルとしてバランスをとることは難しくなる。

ここで、図４１は、比較例３ないし５において、コリメータレンズ２側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。比較例３では、レーザーダイオード１の傾きを実施例３と逆方向にしている。つまり、比較例３では、レーザーダイオード１をコリメータレンズ２の光軸回りに水平（偏向平面）から８０度傾けている。一方、比較例４では、レーザーダイオード１の傾きを０度とし、比較例５では、レーザーダイオード１の傾きを９０度としている。

また、図４２は、比較例３での感光体９上での光量分布を示す図である。また、図４３は、比較例３でのポリゴンミラー４および平面ミラー６において、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。図４４は、比較例３での走査レンズ１１およびウインドウ８において、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。図４５は、比較例４および５での感光体９上での光量分布を示す図である。なお、図４２および図４５では、感光体９への照射光量をその最大値１で規格化している。

実施例３の場合、実施例１および実施例２のような２ビーム方式の場合と違って、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角は自由に選べるが、比較例３ないし５のいずれの場合でも、画像幅方向の光量の分布は実施例３よりも不均一になっている。したがって、１ビーム方式の本実施例においても、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消すために、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角およびその回転方向を適切に設定することが必要である。

図４６は、実施例３において、ポリゴンミラー４での反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算したものである。この比が０ならば直線偏光であり、１ならば円偏光である。実施例３では、レーザー光の偏光方向が−８０度と垂直に近く、ポリゴンミラー４への入射光のＰ偏光成分がＳ偏光成分に比べて少ないため、入射角が大きくなっても反射光は直線偏光に近い状態になっている。

図４７は、実施例３において、平面ミラー６への入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量をそれぞれ示したものである。本実施例においても、偏向角マイナス側と偏向角プラス側とでＳ偏光成分の光量に差があるため、基本的な考え方は実施例１および２と同様である。つまり、画像両端に対応する光のポリゴンミラー４での反射率の差を、同じく画像両端に対応する光の平面ミラー６での反射率の差で打ち消すためには、平面ミラー６への入射光について、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比が偏向角のプラス側とマイナス側とで差が生じるようにすれば良く、また、そのためには、レーザーダイオード１を光軸回りに回転させればよい。

図４８は、レーザーダイオード１の光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は、光の偏光方向がＸＹ平面となす角度であり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５０．４度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５０．４度）におけるポリゴンミラー４および平面ミラー６での反射率で割った数値である。レーザーダイオード１の角度以外は実施例３のままである。

本実施例では、横軸が−８０度の場所であり、図４８での計算範囲も−９０度から０度の範囲でとっているが、絶対値を考えれば（回転角だけを考えれば）、画像両端に対応する光のポリゴンミラー４での反射率の差を平面ミラー６での反射率の差で打ち消すための望ましい条件は、実施例１の場合と変わらない。無論、それぞれの条件で望ましい回転方向は異なり、逆に回転させると反射率の差を強め合ってしまうので、回転角の絶対値だけでなく回転方向も適切に選ぶことが重要である。

また、本実施例では、横軸の値は−８０度であるが、その付近ではポリゴンミラー４についての反射率比と平面ミラー６についての反射率比とが反射率比１を挟んで反対側にある状態であり、両者が互いに打ち消し合う状態であることがわかる。ただし、ちょうどその値でなくとも、光量の不均一性を緩和することは可能である。

したがって、図４７に示したように、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも大きくなるようにレーザーダイオード１を光軸回りに回転させた場合、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、上記回転角（絶対値）の上限は、８５度以下であることが望ましく、８０度以下であることがより望ましいと言える。また、上記回転角（絶対値）の下限としては、６０度以上であることが望ましく、７０度以上であることがより望ましいと言える。

また、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、偏向角の変化に伴う平面ミラー６での反射率の変化を逆転させることができる。この場合、レーザーダイオード１の回転角の変化に伴う平面ミラー６についての反射率比の変化の仕方は、ちょうど図４８で示した平面ミラー６についてのグラフを、反射率比１を境にして全体的に上へ折り返したようなグラフとなる。

したがって、レーザーダイオード１の回転方向を逆にした場合でも、ポリゴンミラー４についての反射率比と平面ミラー６についての反射率比とが反射率比１を挟んでほぼ対称となる回転角の範囲を選択すれば、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ことができる。そのような回転角（絶対値）の上限としては、５０度以下であることが望ましく、４０度以下であることがより望ましいと言える。また、上記回転角（絶対値）の下限は、１５度以上であることが望ましく、２０度以上であることがより望ましい。

ただし、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、偏向角の変化に伴うＳ偏光およびＰ偏光の光量の変化の仕方は、図４７で示したものとは逆になる。すなわち、レーザーダイオード１の回転方向を逆にすると、画像両端に対応する２つの偏向角のうち、偏向角プラス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合が、偏向角マイナス側で平面ミラー６に入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さくなる。

また、図４９は、平面ミラー６の角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。横軸は平面ミラー６の光反射面における法線がＸＹ平面（偏向平面）となす角度γであり、縦軸は最も光源寄りの偏向角（＋５０．４度）における平面ミラー６での反射率を、逆側の端の偏向角（−５０．４度）における平面ミラー６での反射率で割った数値である。平面ミラー６よりも以前の光学系については、平面ミラー６の角度以外は実施例３のままである。

実施例１と同様に、平面ミラー６をＸＹ平面に対して傾けて配置する本実施例の場合でも、ポリゴンミラー４での反射率の変化を平面ミラー６での反射率の変化で打ち消す（緩和する）ためには、当然、平面ミラー６への入射光について、偏向角のプラス側とマイナス側とで反射率にある程度の差を持たせることが必要である。この点を考慮すると、図４９より、平面ミラー６の角度ηの上限としては、７０度以下が望ましく、６５度以下がより望ましく、６０度以下がより一層望ましく、５０度以下がさらに望ましいと言える。また、平面ミラー６の下限としては、２０度以上が望ましく、３０度以上がより望ましく、４０度以上がより一層望ましいと言える。

したがって、平面ミラー６の角度ηの適正な範囲としては、上述した上限および下限を組み合わせることにより種々設定することができ、例えば、２０度以上７０度以下の範囲、３０度以上６５度以下の範囲、４０度以上６０度以下の範囲の他、２０度以上６５度以下の範囲、２０度以上６０度以下の範囲、２０度以上５０度以下の範囲、３０度以上７０度以下の範囲、３０度以上６０度以下の範囲、３０度以上５０度以下の範囲、４０度以上７０度以下の範囲、４０度以上６５度以下の範囲、４０度以上５０度以下の範囲などを考えることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。上記レーザー走査装置において、コリメータレンズ側からレーザーダイオードの発光点を観察した状態を示す説明図である。第１実施例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第１実施例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第１実施例での走査光学系第１レンズ、走査光学系第２レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。第１比較例において、コリメータレンズ側からレーザーダイオード１の発光点を観察した状態を示す説明図である。第１比較例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第１比較例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第１比較例での走査光学系第１レンズ、走査光学系第２レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。ポリゴンミラーまたは平面ミラーへの入射角の変化に伴うＳ偏光およびＰ偏光の反射率の変化を示す説明図である。第１実施例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおける偏向角と入射角との関係を示す説明図である。第１実施例におけるＸＹ平面内での光線の角度を示す説明図である。第１実施例におけるＸＺ平面内での光線および面の角度を示す説明図である。第１実施例における平面ミラーに入射する光の偏光方向を示す説明図である。第１実施例における平面ミラーへの入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量計算結果を示す説明図である。第１実施例における平面ミラーでの反射率の概算結果を示す説明図である。第１実施例において、ポリゴンミラーでの反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算した結果を示す説明図である。第１実施例において、位相のずれを加味した平面ミラーへの入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量計算結果を示す説明図である。第１実施例において、レーザーダイオードの光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。第１実施例において、平面ミラーの角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。上記レーザー走査装置において、光学素子側からレーザーダイオードの発光点を観察した状態を示す説明図である。第２実施例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第２実施例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第２実施例での走査光学系第１レンズ、走査光学系第２レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。第２比較例において、光学素子側からレーザーダイオードの発光点を観察した状態を示す説明図である。第２比較例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第２比較例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第２比較例での走査光学系第１レンズ、走査光学系第２レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。第２実施例において、ポリゴンミラーでの反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算した結果を示す説明図である。第２実施例において、平面ミラーへの入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量をそれぞれ示す説明図である。第２実施例において、レーザーダイオードの光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。第２実施例において、平面ミラーの角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。本発明の第３実施形態に係るレーザー走査装置の概略の構成を示す斜視図である。上記レーザー走査装置において、コリメータレンズ側からレーザーダイオードの発光点を観察した状態を示す説明図である。第３実施例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第３実施例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第３実施例での走査レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。第３実施例におけるＸＹ平面内での光線の角度を示す説明図である。第３実施例におけるＸＺ平面内での光線や面の角度関係を示す説明図である。第３比較例ないし第５比較例において、コリメータレンズ側からレーザーダイオードの発光点を観察した状態を示す説明図である。第３比較例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第３比較例でのポリゴンミラーおよび平面ミラーにおいて、偏向角変化に伴う反射率の変化をそれぞれ示す説明図である。第３比較例での走査レンズおよびウインドウにおいて、偏向角変化に伴う透過率の変化をそれぞれ示す説明図である。第４比較例および第５比較例における感光体上での光量分布を示す説明図である。第３実施例において、ポリゴンミラーでの反射後の楕円偏光について、短径と長径との比を計算した結果を示す説明図である。第３実施例において、平面ミラーへの入射光のＳ偏光成分およびＰ偏光成分の光量をそれぞれ示す説明図である。第３実施例において、レーザーダイオードの光軸回りの回転角の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。第３実施例において、平面ミラーの角度の変化に伴う反射率比の変化を示す説明図である。

符号の説明

１レーザーダイオード（光源）
４ポリゴンミラー
６平面ミラー
９感光体

Claims

レーザー光を出射する光源と、
上記レーザー光を偏向させるポリゴンミラーと、
上記ポリゴンミラーによって偏向された上記レーザー光を感光体方向に反射させる少なくとも１枚の平面ミラーとを備え、上記ポリゴンミラーにおける入射光と反射光とが、上記ポリゴンミラーの回転軸に垂直な偏向平面内にあるレーザー走査装置であって、
上記平面ミラーのうちで上記ポリゴンミラーより後の光路中で最も上流側に位置する平面ミラーでの法線と上記偏向平面とのなす角度が、２０度以上７０度以下の範囲内であり、
上記レーザー光の偏光方向と上記偏向平面とのなす角度が、１５度以上５０度以下の範囲内であり、
画像両端に対応する２つの偏向角のうち、上記ポリゴンミラーでの反射光が上記光源に近い側の偏向角で、上記最も上流側に位置する平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合が、上記ポリゴンミラーでの反射光が上記光源から遠い側の偏向角で、上記最も上流側に位置する平面ミラーに入射する光に占めるＳ偏光の割合よりも小さいことを特徴とするレーザー走査装置。
上記レーザー光の偏光方向と上記偏向平面とのなす角度が、２０度以上４０度以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー走査装置。
上記ポリゴンミラーにおける画像幅に対応する偏向角の範囲が、１００度以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー走査装置。
上記最も上流側に位置する平面ミラーでの法線と上記偏向平面とのなす角度が、３０度以上６５度以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザー走査装置。
上記光源が、複数の発光点を持つアレイ型半導体レーザーであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザー走査装置。