光ビーム走査光学装置
【課題】用いる偏向器や走査光学系の種類、装置の設計誤差等に起因して、被走査面上での主走査方向１ライン内でビーム径が主走査方向のみまたは副走査方向のみに変化する場合でも、そのビーム径を均一にして画質を向上させる。
【解決手段】光束幅規制素子では、遮光部材により、入射するレーザ光の光束幅を例えば副走査方向についてのみ規制する。そして、液体レンズにおいて、電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、遮光性液体の開口部を透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。これにより、感光体上での主走査方向１ラインの各位置でのビーム径を例えば主走査方向にのみ変化させることができ、主走査方向１ライン内でビーム径を均一にすることが可能となる。
【解決手段】光束幅規制素子では、遮光部材により、入射するレーザ光の光束幅を例えば副走査方向についてのみ規制する。そして、液体レンズにおいて、電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、遮光性液体の開口部を透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。これにより、感光体上での主走査方向１ラインの各位置でのビーム径を例えば主走査方向にのみ変化させることができ、主走査方向１ライン内でビーム径を均一にすることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタル複写機やレーザプリンタに適用され、光源からの光ビームを液体光学素子を介して偏向器に導き、偏向器にて偏向して被走査面を走査する光ビーム走査光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、１種または２種の液体の界面形状を変化させることにより、その界面を透過する光ビームの透過光量を制御したり、光束幅を可変する液体光学素子が様々な分野で用いられている。例えば特許文献１〜３では、２種の液体を有する液体光学素子を撮像装置に適用し、これを可変ＮＤフィルタ等の各種のフィルタや絞りとして機能させることが開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献４および５では、１種の液体を有する液体光学素子をレーザ走査光学装置に適用した例が開示されている。これらの装置では、電圧印加によって液体の位置および界面の形状を制御することで、上記界面を透過する光源からのレーザ光の被走査面上での集光位置のずれやフォーカスずれを補正するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５６７９２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８３０７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０９６７号公報
【特許文献４】特開２００６−２５１３４３号公報
【特許文献５】特開２００６−２５１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザ走査光学装置においては、光束幅の可変はメカニカルなシャッタ等を用いて行うのが一般的であったが、これでは高速な可変に限界がある。しかし、上記した撮像装置のように液体光学素子を絞り代わりに用いることで、メカニカルなシャッタ等を不要にできるとともに、光束幅の高速な可変にも対応できると考えられる。
【０００６】
一方、被走査面の走査に用いる偏向器として、例えばレゾナントスキャナを用いると、被走査面を等速で走査すべく、走査レンズとしてはＡｒｃＳｉｎ特性を有するものが用いられるが、そのような走査レンズを介して被走査面を走査すると、後述する理由により、被走査面上の主走査方向の両端部でビーム径が主走査方向に太る。
【０００７】
しかし、レゾナントスキャナおよびＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査レンズを用いる構成において、上記の液体光学素子を絞り代わりに用いる構成を単純に適用しただけでは、上記液体光学素子にて主走査方向と副走査方向とで光束幅を同じように可変し、被走査面上で主走査方向と副走査方向とで同じビーム径に可変することになるため、主走査方向の両端部にて主走査方向に太ったビーム径を例えば真円に補正することはできない。その結果、主走査方向の１ライン内でビーム形状を均一にして画質を向上させることができないという問題が生ずる。
【０００８】
なお、主走査方向の１ライン内でビーム形状が主走査方向のみまたは副走査方向のみに変化することによって画質が低下する問題は、偏向器としてレゾナントスキャナ以外のものを用いた場合でも、例えば装置の設計誤差に起因して同様に起こり得ることである。
【０００９】
以下、偏向器としてレゾナントスキャナを用い、ＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査レンズを介して被走査面を走査したときに、主走査方向の両端部でビーム径が太る理由について説明する。
【００１０】
まず、偏向器としてポリゴンミラーを用い、走査レンズとしてｆθレンズを用いた場合の偏向角とビーム径との関係について説明する。
【００１１】
ポリゴンミラーでの偏向角をθ（°）、角速度をｋ／２（°／s）、時間をｔ（ｓ）とすると、これらの間には以下の式（１）の関係が成り立つ。
θ=ｋｔ ・・・（１）
したがって、偏向角θの単位時間当たりの変化量は、式（１）をｔで微分して以下の式（２）のようになる。
∂θ／∂ｔ＝ｋ ・・・（２）
【００１２】
一方、偏向角θ＝０において、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬ0は、焦点距離をｆ0として、以下の式（３）のように表される。
ΔＬ0＝ｆ0×ｋ ・・・（３）
また、画像領域最大偏向角をθMAXとしたとき、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬMAXは、焦点距離をｆMAXとして以下の式（４）のように表される。
ΔＬMAX＝ｆMAX×ｋ／ｃｏｓθMAX ・・・（４）
また、走査レンズとしてｆθレンズを用いた等速書き込みであるから、以下の式（５）が成り立つ。
ΔＬ0＝ΔＬMAX ・・・（５）
よって、式（３）（４）（５）より、以下の式（６）が成り立つ。
ｆMAX＝ｆ0×ｃｏｓθMAX ・・・（６）
【００１３】
一方、被走査面上で各偏向角θの主光線に垂直な面内でのＦナンバーを示すＦＮＯ（θ）は、偏向角θ＝０でのＦＮＯをＦＮＯ（０）として、式（６）より、以下の式（７）のように表される。
ＦＮＯ（θ）＝ＦＮＯ（０）×ｃｏｓθ ・・・（７）
また、各偏向角θの主光線に垂直な面内でのビーム径ｄ⊥(θ)はＦＮＯ（θ）に比例し、被走査面上の各位置での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は、以下の式（８）のように表される。
ｄ（θ）＝ｄ⊥（θ）／ｃｏｓ（θ） ・・・（８）
式（７）（８）より、偏向角θ＝０でのビーム径をｄ（０）とすると、以下の式（９）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０） ・・・（９）
よって、ポリゴンミラーを使った等速走査では、被走査面上での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は偏向角θによらず一定であることがわかる。
【００１４】
次に、偏向器としてレゾナントスキャナを用い、走査レンズとしてｆ・ＡｒｃＳｉｎレンズを用いた場合の偏向角とビーム径との関係について説明する。
【００１５】
レゾナントスキャナの可能な最大偏向角をＡとすると、時間ｔでの偏向角θ（ｔ）は、以下の式（１０）のように表される。
θ（ｔ）＝Ａ×ｓｉｎ（ｋ×ｔ） ・・・（１０）
したがって、単位時間当たりの偏向角θの変化量は、式（１０）をｔで微分して以下の式（１１）のように表される。
∂θ（ｔ）／∂ｔ＝Ａ×ｋ×ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１１）
【００１６】
一方、偏向角θ＝０において、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬ0は、焦点距離をｆ0として、以下の式（１２）のように表される。
ΔＬ0＝ｆ0×Ａ×ｋ ・・・（１２）
また、画像領域最大偏向角をθMAXとし、その時間をｔMAX、としたとき、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬMAXは、焦点距離をｆMAXとして以下の式（１３）のように表される。
ΔＬMAX＝ｆMAX×Ａ×ｋ×ｃｏｓ（ｋ×ｔMAX）／ｃｏｓθMAX ・・・（１３）
また、走査レンズとしてｆ・ＡｒｃＳｉｎレンズを用いた等速書き込みであるから、以下の式（１４）が成り立つ。
ΔＬ0＝ΔＬMAX ・・・（１４）
よって、式（１２）（１３）（１４）より、以下の式（１５）が成り立つ。
ｆMAX＝ｆ0×ｃｏｓθMAX／ｃｏｓ（ｋ×ｔMAX） ・・・（１５）
【００１７】
一方、被走査面上で各偏向角θの主光線に垂直な面内でのＦＮＯ（θ）は、偏向角θ＝０でのＦＮＯをＦＮＯ（０）として、式（１５）より、以下の式（１６）のように表される。
ＦＮＯ（θ）＝ＦＮＯ（０）×ｃｏｓθ／ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１６）
式（８）（１６）より、以下の式（１７）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０）／ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１７）
式（１０）（１７）より、以下の式（１８）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０）／（１−（θ／Ａ）2）1/2 ・・・（１８）
【００１８】
よって、式（１８）より、レゾナントスキャナを使った等速走査においては、被走査面上での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は、偏向角θが大きくなるにつれて大きくなることがわかる。例えば、レゾナントスキャナの最大偏向角θMAXを３０度と仮定したとき、ポリゴンミラーとレゾナントスキャナとの両者において、偏向角と被走査面上での主走査方向のビーム径との関係は、図１４に示すようになる。
【００１９】
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、用いる偏向器や走査光学系の種類、装置の設計誤差等に起因して、被走査面上での主走査方向１ライン内でビーム径が主走査方向のみまたは副走査方向のみに変化する場合でも、そのビーム径を均一にして画質を向上させることができる光ビーム走査光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の光ビーム走査光学装置は、少なくとも１つの光源と、前記光源が発した光ビームを偏向器に導く光源光学系と、前記光源光学系からの光ビームを偏向する偏向器と、前記偏向器にて偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と、を備えた光ビーム走査光学装置において、前記光源光学系は、入射する光ビームを略平行光に変換する変換素子と、入射する光ビームの光束幅を規制する光束幅規制素子とを有しており、前記光束幅規制素子は、主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、入射する光ビームの光束幅を規制する規制部材と、透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、遮光性液体に形成される開口部の大きさを変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を変化させる液体光学素子とを有していることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、光源からの光ビームは、光源光学系の変換素子（例えばコリメータレンズ）にて略平行光に変換され、光束幅規制素子にてその光束幅が規制された後、偏向器に導かれる。偏向器に入射した光ビームは、そこで偏向された後、走査光学系を介して被走査面上に集光される。
【００２２】
ここで、光束幅規制素子では、規制部材により、入射する光ビームの光束幅が主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ規制される。そして、液体光学素子において、透光性液体および遮光性液体の界面形状の変化に応じて遮光性液体の開口部の大きさを変化させることにより、その開口部を透過する光ビームの光束幅が変化する。これにより、光束幅規制素子に入射する光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に可変して出射することができ、光ビームの被走査面上でのビーム径を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に可変することができる。
【００２３】
したがって、例えば、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、光ビームの被走査面上でのビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、そのビーム径を均一にすることができ、画質を向上させることができる。
【００２４】
本発明の光ビーム走査光学装置において、透光性液体および遮光性液体のうちの一方は導電性液体であり、他方は一方と不混和な絶縁性液体であり、前記液体光学素子は、さらに、前記２種の液体を収容するとともに、入射する光ビームを透過させる液体収容器と、前記液体収容器内で導電性液体に接触して設けられる第１の電極と、前記液体収容器内で導電性液体および絶縁性液体と絶縁層を介して設けられる第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有している構成であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、第１および第２の電極への電圧印加前は、導電性液体と第２の電極との間、導電性液体と絶縁性液体との間、絶縁性液体と第２の電極との間に生じる３つの界面張力のバランスで、導電性液体と絶縁性液体との界面の形状が決まっている。電圧印加手段によって第１および第２の電極に電圧を印加すると、導電性液体と第２の電極との界面に電荷が生じ、この電荷により生じる力がさらに加わることによって、２液の界面形状が変化し、それに応じて遮光性液体（導電性液体または絶縁性液体）に形成される開口部の大きさも変化する。したがって、上記構成の液体光学素子を上述した規制部材と組み合わせて用いることにより、光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００２６】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記電圧印加手段は、前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を主走査方向１ライン内で変化させるようにしてもよい。
【００２７】
この場合、遮光性液体の開口部を透過して被走査面に集光される光ビームの被走査面上でのビーム径を、主走査方向１ライン内で変化させることができる。したがって、例えば、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、被走査面上での主走査方向１ライン内でビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、主走査方向１ライン内の各位置ごとにビーム径を均一に補正することができる。
【００２８】
本発明の光ビーム走査光学装置は、被走査面上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、前記光源からの光ビームの出射を制御するタイミング検出手段をさらに備え、前記タイミング検出手段は、さらに、前記検出結果に基づいて、前記液体光学素子の前記界面の形状変化によって前記開口部の大きさを変化させるタイミングを制御してもよい。
【００２９】
このように、タイミング検出手段を光源の制御手段としてだけでなく、液体光学素子の制御手段としても用いることにより、光源および液体光学素子のそれぞれに対応して別々の制御手段を設ける必要がなくなる。これにより、装置の構成を簡素化することができ、また、装置のコストを低減することも可能となる。
【００３０】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記偏向器は、往復振動型の偏向器であることが望ましい。往復振動型の偏向器は、光ビームの偏向をミラー１枚で行うことができるので、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いた場合のような面間誤差の問題が全く無い。また、回転多面鏡に比べて、偏向器の発熱量、消費電力、騒音が小さい。特に、装置内部で温度上昇が起こると、樹脂の歪みで素子の位置や光学特性が変化し、所望の作像を行うことができなくなるが、往復振動型の偏向器は発熱量が小さいので、所望の作像を安定して行うことが可能となる。
【００３１】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記規制部材は、入射する光ビームの光束幅を副走査方向についてのみ規制し、前記液体光学素子は、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅が広がるように、２種の液体の界面の形状を変化させて前記開口部の大きさを変化させるようにしてもよい。
【００３２】
光ビームの光束幅は、規制部材によって副走査方向について規制されるので、液体光学素子にて開口部の大きさを変化させて光ビームの光束幅を広げても、光束幅規制素子から出射される光ビームの光束幅としては、副走査方向には変化せず、主走査方向にのみ広がる。したがって、このように液体光学素子にて光ビームの光束幅を広げることにより、被走査面上でのビーム径を主走査方向にのみ狭めることができる。
【００３３】
よって、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅を広げることにより、被走査面上の主走査方向中央部から両端部に向かうにつれて本来なら主走査方向に次第に太るビーム径を主走査方向にのみ狭め、主走査方向１ライン内でビーム径を確実に均一にすることができる。その結果、画質を確実に向上させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、光束幅規制素子に入射する光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ変化させて、光ビームの被走査面上でのビーム径を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ変化させることができる。これにより、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、被走査面上にてビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、そのビーム径を均一に補正することができ、画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。なお、以下での説明の便宜上、主走査方向は、後述する感光体８の軸方向および画像幅方向に対応し、副走査方向は、主走査方向に垂直な方向および紙の通紙方向に対応するものとする。
【００３６】
図２は、本実施形態のレーザ走査光学装置（光ビーム走査光学装置）の概略の構成を示す説明図である。このレーザ走査光学装置は、光源１と、光源光学系２と、レゾナントスキャナ３と、走査光学系４と、反射ミラー５と、同期センサ６と、制御部７と、感光体８とを有して構成されている。光源１、光源光学系２、レゾナントスキャナ３、走査光学系４、反射ミラー５および同期センサ６は、筐体９の内部に設けられている。
【００３７】
光源１は、光ビームとしてのレーザ光を出射する例えばレーザダイオードで構成されている。この光源１は、カラープリントに対応すべく、異なる波長に対応して複数設けられていてもよい。
【００３８】
光源光学系２は、光源１が発したレーザ光をレゾナントスキャナ３に導く光学系であり、コリメータレンズ２ａと、光束幅規制素子２ｂとで構成されている。コリメータレンズ２ａは、光源１からのレーザ光を略平行光に変換する変換素子である。光束幅規制素子２ｂは、コリメータレンズ２ａを介して入射する光源１からのレーザ光の光束幅を規制するものであるが、その詳細については後述する。
【００３９】
なお、本実施形態では、光束幅規制素子２ｂは、コリメータレンズ２ａに対して光源１とは反対側の光路上に配置されている。これは、光束幅規制素子２ｂの後述する液体レンズ３０（図５、図６参照）自体は平行平板と同等に扱われるため、収差補正上有利となるからである（収差の劣化を回避できるからである）。しかし、光束幅規制素子２ｂをコリメータレンズ２ａに対して光源１側の光路上に配置することも可能である。この場合は、光源１が載置される基板と液体レンズ３０の制御基板とを近くに配置することが可能となり、これによって配線の引き回しなどが簡素化できるというメリットがある。ただし、この場合は、液体レンズ３０による収差劣化をコリメータレンズ２ａにて補正しておく必要がある。
【００４０】
レゾナントスキャナ３は、光源光学系２から出射されたレーザ光を主走査方向に偏向する往復振動型の偏向器であるが、その詳細については後述する。
【００４１】
走査光学系４は、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光を被走査面である感光体８上に集光する走査レンズで構成されている。上記のレゾナントスキャナ３は後述するようにｓｉｎ振動するため、走査光学系４はＡｒｃＳｉｎ特性を有している。これにより、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光で感光体８上を主走査方向に等速走査することが可能となる。
【００４２】
反射ミラー５は、レゾナントスキャナ３にて偏向され、走査光学系４を介して同期センサ６に向かうレーザ光の光路を反射によって折り曲げるミラーである。
【００４３】
同期センサ６は、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光を受光したときに、感光体８における主走査方向の走査開始のタイミングを検知し、その検知信号を制御部７に出力するＳＯＳ（Start Of Scan）検出センサである。制御部７は、同期センサ６から送られる信号に基づいて光源１からのレーザ光の出射を制御するものである。したがって、同期センサ６と制御部７とで、主走査方向の走査開始タイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて光源１からのレーザ光の出射を制御するタイミング検出手段１０が構成されている。
【００４４】
上記の構成において、光源１が発したレーザ光は、光源光学系２のコリメータレンズ２ａにて略平行光に変換され、光束幅規制素子２ｂにて光束幅を規制された後、レゾナントスキャナ３に入射し、そこで感光体８の方向に偏向される。このとき、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光が走査光学系４および反射ミラー５を介して同期センサ６に入射し、同期センサ６からの信号が制御部７に入力されると、制御部７は、感光体８上の主走査方向の書き込み開始位置から画像（静電潜像）が書き込まれるように、光源１からのレーザ光の出射を制御する。レゾナントスキャナ３の往復振動により、レゾナントスキャナ３に入射したレーザ光は感光体８上を主走査方向に偏向、走査され、これによって主走査方向１ライン（例えば数ｋＨｚ程度）の画像の書き込みが行われるとともに、各ラインごとに走査方向が反転しながら画像の書き込みが行われる。
【００４５】
次に、レゾナントスキャナ３の詳細について説明する。
図３は、レゾナントスキャナ３の概略の構成を示す斜視図である。レゾナントスキャナ３は、薄板状の基板１１と、その基板１１上に配置されるミラー１２および駆動コイル１３と、基板１１と空隙を介して配置される２つの永久磁石１４・１４とを有して構成されている。
【００４６】
基板１１において互いに対向する２辺には、ミラー１２の回転軸Ａに沿う方向にトーションバー１１ａが突出してそれぞれ設けられている。２つのトーションバー１１ａ・１１ａは、図示しない支持部にて支持されている。ミラー１２は、基板１１のほぼ中央に配置されており、駆動コイル１３は、このミラー１２を基板１１上で取り囲むように配線されている。永久磁石１４・１４は、一方がＮ極で他方がＳ極の極性を有しており、Ｎ極からＳ極に向かう磁界を駆動コイル１３が横切るように、基板１１におけるトーションバー１１ａ・１１ａが設けられていない他の２辺とそれぞれ空隙を介して対向するように配置されている。
【００４７】
この構成では、駆動コイル１３にａ方向から電流を流すと、その電流が磁界を横切って流れることにより、基板１１には回転軸Ａを中心に回転しようとする力（ローレンツ力）が働き、基板１１とともにミラー１２が所定角度だけ例えばＰ方向に回転する。そして、駆動コイル１３に流す電流をゼロにすると、トーションバー１１ａ・１１ａの復元力により、基板１１とともにミラー１２がＱ方向に回転して元の位置に戻る。続いて、駆動コイル１３に上記とは逆方向のｂ方向から電流を流すと、基板１１とともにミラー１２が所定角度だけＱ方向に回転する。
【００４８】
以降、この動作を繰り返すことにより、ミラー１２は、図４に示すように、時間経過とともにミラー角度がｓｉｎカーブを描いて変化するように振動する。本実施形態では、図４のｓｉｎカーブにおいてほぼリニアな部分（図中の太線部分）の角度範囲を使って、感光体８に画像を書き込むようにしている。
【００４９】
このように、往復振動型のレゾナントスキャナ３は、１枚のミラー１２の振動によってレーザ光の偏向を行うので、ポリゴンミラーを用いた場合のような面間誤差の問題が全く無い（面倒れ補正を考慮する必要が全く無い）。また、装置内部で温度上昇が起こると、樹脂の歪みで素子の位置や光学特性が変化し、所望の作像を行うことができなくなるが、レゾナントスキャナ３は、ポリゴンミラーに比べて発熱量が少なく、この点では非常に有利となる。また、レゾナントスキャナ３は、消費電力が少なく、騒音が小さいという利点も有している。
【００５０】
次に、光束幅規制素子２ｂの詳細について説明する。
図５は、光束幅規制素子２ｂの概略の構成を示す断面図および後述する遮光部材２０の光入射側からの平面図である。同図に示すように、光束幅規制素子２ｂは、遮光部材２０と、液体レンズ３０とで構成されている。
【００５１】
遮光部材２０は、主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、光源１からのレーザ光の光束幅を規制する規制部材であり、本実施形態では、副走査方向よりも主走査方向に長い開口部２０ａを有する薄板状のスリットで構成されている。したがって、遮光部材２０にレーザ光が入射すると、そのレーザ光は副走査方向についてのみ、その光束幅が規制されて開口部２０ａを透過し、液体レンズ３０に入射する。
【００５２】
なお、本実施形態では、遮光部材２０は液体レンズ３０の後述する遮光性液体側、すなわち、光束幅を決める側に配置されているが、透光性液体側に配置されてもよい。ただし、光束幅を決める側に遮光部材２０を配置するほうが、液体レンズ３０に入射するゴースト光を効果的に遮光して、ゴースト光の光束幅への影響を確実に低減できる点で有利である。
【００５３】
液体レンズ３０は、透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させることにより、その界面の形状を変化させる液体光学素子である。以下、液体レンズ３０の詳細について説明する。
【００５４】
図６は、液体レンズ３０の概略の構成を示す断面図である。液体レンズ３０は、導電性液体３１と、絶縁性液体３２と、液体収容器３３と、電極３４・３５と、絶縁層３６と、電圧印加手段３７とを含んで構成されている。
【００５５】
導電性液体３１は、例えば無機塩の水溶液や有機液体など、それ自身が導電性を有する液体や、イオン成分を付加することによって導電性を有する液体であり、例えば食塩水を用いることができる。絶縁性液体３２は、例えばシリコーンオイルやパラフィンオイルなど、導電性液体と混合せず、絶縁性を有する液体である。
【００５６】
導電性液体３１には、遮光性材料として例えばカーボンブラックが含有されており、絶縁性液体３２には遮光性材料は含有されていない。この結果、導電性液体３１は遮光性液体を構成し、絶縁性液体３２は透光性液体を構成している。なお、後述する図９（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁性液体３２にカーボンブラックを含ませて遮光性液体を構成する一方、導電性液体３１を透光性液体としてもよい。
【００５７】
また、図６の例では、遮光性液体である導電性液体３１には、導電性液体３１と絶縁性液体３２との界面Ｂの形状変化に応じて大きさが変化する開口部３１ａが形成されている。この開口部３１ａは、後述する対称軸となる軸Ｃを中心に開口しており、開口部３１ａを介して絶縁性液体３２と液体収容器３３の後述する窓部３３ａとが接触している。なお、開口部３１ａは、界面Ｂの形状変化の仕方（電極３４・３５への印加電圧の大きさ）、導電性液体３１および絶縁性液体３２の材料や体積比等によっては、大きさがゼロ、すなわち消滅する場合もある。
【００５８】
液体収容器３３は、導電性液体３１および絶縁性液体３２を収容する容器である。液体収容器３３内では、導電性液体３１と絶縁性液体３２との界面Ｂは、軸対称（回転対称）で、かつ、光入射側に凸となるように形成されており、その対称の軸Ｃの方向において例えば光入射側に導電性液体３１が収容され、光射出側に絶縁性液体３２が収容されている。また、液体収容器３３における光入射側および光射出側の窓部３３ａ・３３ｂは、液体収容器３３に入射する光源１からのレーザ光を透過させる透光性材料で形成されている。なお、液体収容器３３における他の部位が透光性材料で形成されていても勿論構わない。
【００５９】
電極３４・３５は、ともに軸Ｃを中心軸とする円筒形で形成されており、その内側（中心軸側）に上記の導電性液体３１および絶縁性液体３２が収容されている。電極３４（第１の電極）は、液体収容器３３内で導電性液体３１に接触して設けられている。一方、電極３５（第２の電極）は、液体収容器３３内で導電性液体３１および絶縁性液体３２と絶縁層３６を介して設けられている。これらの電極３４・３５には電圧印加手段３７が接続されており、電圧印加手段３７からの電圧が印加される。
【００６０】
ここで、上記構成の液体レンズ３０において、界面Ｂの形状が変化する原理、および界面Ｂの形状変化に伴う開口部３１ａの大きさの変化について説明する。
【００６１】
図７（ａ）は、図６の液体レンズ３０のＤ部に対応し、電極３４・３５への電圧印加前の界面Ｂの形状を模式的に示す説明図である。なお、同図（ａ）において、γSWは、導電性液体３１と電極３５との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、γOWは、導電性液体３１と絶縁性液体３２との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、γSOは、絶縁性液体３２と電極３５との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、θは、電極３５に対する絶縁性液体３２の接触角度（°）を示す。
【００６２】
電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加前においては、これら３つの界面張力γSW、γOW、γSOと接触角度θとの間には、いわゆるYoung-Laplaceの方程式から以下の関係式が成り立つ。したがって、以下の関係式を満たすように界面Ｂの形状が決まる。
ｃｏｓθ＝（γSW−γSO）／γOW
【００６３】
一方、電圧印加手段３７によって電極３４・３５に電圧を印加すると（電位差を与えると）、図７（ｂ）に示すように、導電性液体３１と電極３５との界面に電荷が生じ、この電荷により生じる力Πがさらに加わることによって、界面Ｂの形状が変化する。ここで、Π、およびｃｏｓθは、以下の式で表される。なお、εは絶縁層３６の誘電率を示し、ε0は真空誘電率（Ｆ／ｍ）を示し、ｅは絶縁層３６の厚さ（ｍ）を示し、Ｖは印加電圧（Ｖ）を示す。
Π ＝（１／２）・（ε・ε0／ｅ）・Ｖ2
ｃｏｓθ＝（γSW−γSO）／γOW−Π
＝（γSW−γSO）／γOW−（１／２）・（ε・ε0／ｅ）・Ｖ2
【００６４】
つまり、電極３４・３５に電圧を印加すると、電圧印加前に比べてθが大きくなるように界面Ｂの形状が変化する。特に、電極３４・３５が上述のように円筒形で形成されている場合には、電極３４・３５に電圧を印加する前後で、界面Ｂの形状は軸対称のまま変化する。そして、そのような界面Ｂの形状変化に応じて、開口部３１ａの大きさも円形のまま変化する。
【００６５】
図８（ａ）は、電極３４・３５への電圧印加前における液体レンズ３０の断面図および導電性液体３１の光入射側からの平面図を示し、図８（ｂ）は、電極３４・３５への電圧印加後における液体レンズ３０の断面図および導電性液体３１の光入射側からの平面図を示す。これらの図に示すように、電極３４・３５への電圧印加による界面Ｂの形状変化によって、開口部３１ａの大きさは電圧印加前よりも電圧印加後で小さくなる。その結果、開口部３１ａを透過するレーザ光の光束幅は、電圧印加前のＤ1（ｍｍ）から電圧印加後にはＤ2（ｍｍ）へと小さくなる。
【００６６】
このように、液体レンズ３０においては、上述した構成により、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面Ｂの形状変化に応じて開口部３１ａの大きさを変化させることにより、開口部３１ａを透過するレーザ光の光束幅を変化させることが可能となる。
【００６７】
特に、上記構成の液体レンズ３０を、上述した遮光部材２０（図５参照）と組み合わせて用いることにより、遮光部材２０にて副走査方向の光束幅が規制されて液体レンズ３０に入射するので、遮光部材２０の開口部２０ａ（図５参照）の副走査方向の幅よりも液体レンズ３０の開口部３１ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、液体レンズ３０から出射されるレーザ光の光束幅が副走査方向に変化することはなく、光束幅規制素子２ｂ全体から出射されるレーザ光の光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００６８】
なお、遮光部材２０が液体レンズ３０に対して光射出側（絶縁性液体３２側）に配置される場合でも、液体レンズ３０の開口部３１ａを透過したレーザ光は遮光部材２０によって副走査方向の光束幅が規制されるので、開口部２０ａの副走査方向の幅よりも開口部３１ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、光束幅規制素子２ｂから出射されるレーザ光としては、その光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００６９】
また、図６の液体レンズ３０では、図８（ａ）（ｂ）に示すように、電圧印加前（電源オフの状態）と電圧印加後（界面Ｂの形状の最大変化時）とで界面Ｂの形状変化を小さくすることができるので、消費電力を小さく抑えることが可能となる。
【００７０】
ところで、図９（ａ）（ｂ）は、液体レンズ３０と同等の機能を有する液体レンズ３０’の構成を示すものであって、図９（ａ）は、電極３４・３５への電圧印加前における液体レンズ３０’の断面図および絶縁性液体３２の光射出側からの平面図を示し、図９（ｂ）は、電極３４・３５への電圧印加後における液体レンズ３０’の断面図および絶縁性液体３２の光射出側からの平面図を示す。
【００７１】
液体レンズ３０’では、導電性液体３１を透光性液体で構成している一方、絶縁性液体３２を遮光性液体で構成している。つまり、絶縁性液体３２に遮光性材料として例えばカーボンブラックが含有されている。また、導電性液体３１および絶縁性液体３２の界面Ｂは、軸対称で、かつ、光射出側に凸となるように形成されている。
【００７２】
また、液体レンズ３０’においては、電極３４・３５への電圧無印加時には遮光性液体である絶縁性液体３２に開口部が形成されず、電極３４・３５への電圧印加時には上述した開口部３１ａと同様の開口部３２ａが絶縁性液体３２に形成されるように、導電性液体３１および絶縁性液体３２の材料や体積比等が選定されている。この開口部３２ａは、上述した開口部３１ａと同様に、電極３４・３５への電圧印加によって界面Ｂの形状が変化し、その界面形状の変化に応じてその大きさが変化する。特に、液体レンズ３０’では、電極３４・３５への印加電圧が高くなるほど、電極３５に対する絶縁性液体３２の接触角度θが大きくなることによって、開口部３２ａの形状は大きくなる方向に変化する。
【００７３】
したがって、このような液体レンズ３０’の構成であっても、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面Ｂの形状変化に応じて開口部３２ａの大きさを変化させることにより、開口部３２ａを透過するレーザ光の光束幅を変化させることが可能となる。その結果、上記構成の液体レンズ３０’を、上述した遮光部材２０と組み合わせて用いることにより、遮光部材２０の開口部２０ａの副走査方向の幅よりも開口部３２ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、光束幅規制素子２ｂから出射されるレーザ光としては、その光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００７４】
特に、液体レンズ３０’においては、電極３４・３５への電圧無印加時に絶縁性液体３２に開口部が形成されないので、入射するレーザ光を絶縁性液体３２にて完全に遮光することができる。したがって、電圧無印加時に光漏れが無く、安全面で有効となる。
【００７５】
次に、主走査方向１ライン内でのビーム径の補正について説明する。
偏向器としてレゾナントスキャナ３を用い、ＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査光学系４を介して感光体８を走査したときには、前述の理由によって感光体８上の主走査方向の両端部でビーム径が主走査方向に太る。図１０は、主走査方向１ライン内の各位置ごとの主走査方向のビーム径の変化率を示している。なお、この変化率は、主走査方向の中央位置での主走査方向ビーム径を基準とし、これに対する主走査方向の各位置での主走査方向ビーム径の比を示すものである。また、同図中、ＳＯＩ（Start Of Imaging）、ＣＯＩ（Center Of Imaging）およびＥＯＩ（End Of Imaging）は、それぞれ、主走査方向１ラインにおける画像書き込みの開始位置、中央位置および終了位置を示す。
【００７６】
このように主走査方向の各位置ごとに変化する主走査方向のビーム径を補正するには、理論的には、図１０に示した各位置ごとのビーム径変化率に対応する量だけ、主走査方向の光束幅を光束幅規制素子２ｂにて変化させればよい。図１１は、主走査方向１ライン内の各位置に入射するレーザ光の主走査方向の光束幅の可変率を示している。なお、この可変率は、主走査方向光束幅を変化前に対してどれだけ変化させるかを示す値である。例えば、主走査方向の両端部のＳＯＩおよびＥＯＩでは、ビーム径変化率は約１．１９（図１０参照）であるので、ＳＯＩおよびＥＯＩに入射するレーザ光の主走査方向の光束幅を、光束幅規制素子２ｂによって約１．１９倍広げることにより（図１１参照）、ＳＯＩおよびＥＯＩでのビーム径をＣＯＩでのビーム径と等しくなるように狭めることができる。
【００７７】
ここで、光束幅を広げることによってビーム径を狭めることができる理由は、以下の通りである。
【００７８】
光源１から出射されるレーザ光の波長をλとし、走査光学系４（走査レンズ）の明るさ（Ｆナンバー）をＦＮＯで表すと、一般的に、ビーム径ｄは、以下の式で表される。なお、ここでのλおよびｄの単位はｍ（メートル）である。
ｄ＝４×（λ／π）×ＦＮＯ
したがって、ＦＮＯの値を小さくすることにより（明るくすることにより）、ビーム径ｄを小さくすることが可能となる。このとき、走査光学系４の焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、走査光学系４に入射するレーザ光の光束幅をＤ（ｍｍ）とすると、ＦＮＯは、以下の式で表される。
ＦＮＯ＝ｆ／Ｄ
よって、光束幅Ｄを広げる（大きくする）ことにより、ＦＮＯ（ビーム径）を小さくすることができるので、ビーム径ｄを小さくすることが可能となる。
【００７９】
また、図１２（ａ）（ｂ）は、走査光学系４に入射するレーザ光の光束幅Ｄと、感光体８上におけるビーム径ｄとの関係を模式的に示す説明図であり、図１２（ａ）は光束幅Ｄが相対的に狭く、図１２（ｂ）は光束幅Ｄが相対的に広い場合のものを示している。図１２（ａ）のように光束幅Ｄが狭い場合、レーザ光は幾何学的には感光体８上で１点に集光するが（破線の光路参照）、波動光学的には１点には集光せず（実線の光路参照）、感光体８上でビーム径ｄが広くなる。これに対して、図１２（ｂ）のように光束幅Ｄが広い場合、レーザ光は幾何学的には感光体８上で１点に集光し（破線の光路参照）、波動光学的には、図１２（ａ）の場合よりも狭いビーム径ｄで集光する（実線の光路参照）。このことからも、光束幅Ｄを広げることにより、感光体８上でのビーム径ｄを小さくできることがわかる。
【００８０】
次に、主走査方向１ライン内でのビーム径の補正の具体的な方法について説明する。
本実施形態では、図２に示した同期センサ６によって主走査方向の走査開始のタイミングが検知され、制御部７が同期センサ６からの信号を検出すると、制御部７はレーザ光の検知から所定時間Δｔ経過後（例えば数ｍｓｅｃ後）、つまり、感光体８への画像書き込み開始以降、液体レンズ３０または液体レンズ３０’の電圧印加手段３７に図１または図１３に示す電圧を電極３４・３５に印加させる。
【００８１】
ここで、図１は、図８（ａ）（ｂ）に示した液体レンズ３０の電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加のタイミングチャートを示しており、図１３は、図９（ａ）（ｂ）に示した液体レンズ３０’の電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加のタイミングチャートを示している。このように、本実施形態では、電圧印加手段３７が、電極３４・３５に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、開口部３１ａ（または開口部３２ａ）を透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。より具体的には、電圧印加手段３７は、感光体８上の主走査方向の各位置ごとのビーム径変化率（図１０参照）または光束幅可変率（図１１参照）に対応する電圧を電極３４・３５に印加し、主走査方向の各位置に対応してレーザ光の主走査方向の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。
【００８２】
つまり、図１および図１３の例では、感光体８上の主走査方向１ライン内において、ＳＯＩおよびＥＯＩにレーザ光を照射して画像を書き込む場合には、それらの位置のビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧Ａ1が電極３４・３５に印加される。一方、ＣＯＩにレーザ光を照射して画像を書き込む場合には、その位置のビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧Ａ2が電極３４・３５に印加される。また、ＳＯＩ、ＣＯＩ、ＥＯＩの各位置の間にレーザ光を照射して画像を書き込む場合でも、照射される各位置におけるビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧が各位置ごとに印加される。
【００８３】
ただし、液体レンズ３０においては、電圧無印加時に開口部３１ａが大きく開き（図８（ａ）参照）、印加電圧が高くなるにつれて開口部３１ａが狭くなるので（図８（ｂ）参照）、印加電圧の変化を示すグラフは、主走査方向１ライン内でＡ1＜Ａ2となる上に凸の曲線となる（図１参照）。一方、液体レンズ３０’においては、電圧無印加時に開口部が消滅し（図９（ａ）参照）、印加電圧が高くなるにつれて開口部３２ａが大きく開くので（図９（ｂ）参照）、印加電圧の変化を示すグラフは、主走査方向１ライン内でＡ1＞Ａ2となる下に凸の曲線となる（図１３参照）。
【００８４】
なお、図１および図１３では、印加電圧の変化が図１０や図１１の場合と同様に曲線的となっているが、様々な要因（例えば導電性液体３１や絶縁性液体３２の材料、導電性液体３１の導電率など）によって直線的となる場合もあり得る。しかし、主走査方向１ラインにおいて、印加電圧の変化がＣＯＩを中心に左右対称のグラフとなる点は変わらない。
【００８５】
このように、電圧印加手段３７が、電極３４・３５に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、主走査方向１ラインを走査する間に開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の形状を変化させ、そこを透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させることができる。これにより、上述した理由により、感光体８上でのビーム径を主走査方向１ライン内で変化させることができ、主走査方向の各位置で主走査方向のビーム径が均一となるように、すなわち各位置における主走査方向のビーム径がＣＯＩでの主走査方向のビーム径と等しくなるように、ビーム径を補正することが可能となる。
【００８６】
以上のように、光束幅規制素子２ｂは、入射するレーザ光の光束幅を副走査方向についてのみ規制する上述した遮光部材２０と、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさを変化させることにより、そこを透過するレーザ光の光束幅を変化させる液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）とを有して構成されているので、光束幅規制素子２ｂに入射するレーザ光の光束幅を主走査方向にのみ変化させて出射することができ、感光体８上でのビーム径を主走査方向にのみ変化させることができる。
【００８７】
これにより、偏向器としてレゾナントスキャナ３を用いるとともに、走査光学系４としてＡｒｃＳｉｎ特性を有するものを用いることによって、あるいは装置の設計誤差等に起因して、感光体８上においてビーム径が主走査方向にのみ変化する場合でも、主走査方向のビーム径を主走査方向の各位置で均一にすることができ、画質を向上させることができる。また、例えばページごとにＤＰＩ（Dot Per Inch）を切り替えることも可能となり、多彩なプリントを実現することも可能となる。
【００８８】
また、例えば、装置の設計誤差等に起因して、ビーム形状が副走査方向にのみ変化する場合もあり得る。しかし、このような場合でも、例えば、入射するレーザ光の光束幅を主走査方向についてのみ規制するように遮光部材２０を構成し（例えば本実施形態の遮光部材２０を軸Ｃを中心に９０°回転させて配置し）、これと上述した液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）とを組み合わせることにより、副走査方向のビーム径を主走査方向の各位置で均一にして画質を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施形態では、同期センサ６および制御部７からなるタイミング検出手段１０が、感光体８上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）の界面Ｂの形状変化に応じて開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさを変化させるタイミング（電極３４・３５への電圧印加タイミング）を制御している。つまり、タイミング検出手段１０を光源１の制御手段としてだけでなく、液体レンズ３０・３０’の制御手段としても用いている。これにより、光源１および液体レンズ３０・３０’のそれぞれに対応して別々の制御手段を設ける必要がなくなり、装置の構成の簡素化および装置のコスト低減を図ることが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態では、遮光部材２０として、入射するレーザ光の光束幅を副走査方向についてのみ規制するものを用い、液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）において、図１または図１３に示したような、主走査方向１ラインの各位置に応じた電圧を電極３４・３５に印加している。これにより、界面Ｂの形状変化とともに開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさが変化することによって、そこを透過するレーザ光の光束幅が、主走査方向１ラインにおいてＣＯＩに比べてＳＯＩおよびＥＯＩに向かうレーザ光ほど主走査方向に広がることになる。したがって、ＣＯＩからＳＯＩおよびＥＯＩに向かうにつれて本来なら主走査方向に次第に太るビーム径を主走査方向にのみ狭めることができる。その結果、主走査方向１ライン内でビーム径を確実に均一にすることができ、画質を確実に向上させることができる。
【００９１】
なお、本実施形態の光束幅規制素子２ｂは、遮光部材２０を削除して、液体レンズ３０のみまたは液体レンズ３０’のみで構成することが可能である。ただし、この場合、例えば液体レンズ３０・３０’の電極３４・３５を断面楕円形に構成したり、電極３４・３５を軸Ｃを含む平面で複数に分割して個々の電極に印加する電圧を異ならせることにより、開口部３１ａまたは開口部３２ａを主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ偏平な形状に変化させる必要がある。このように光束幅規制素子２ｂを構成しても、開口部３１ａまたは開口部３２ａを透過するレーザ光の光束幅をどちらか一方向にのみ変化させることができるので、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、往復振動型の偏向器としてレゾナントスキャナ３を用いた例について説明したが、ガルバノスキャナを用いても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、例えばデジタル複写機やレーザプリンタに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の一形態に係るレーザ走査光学装置に適用される液体レンズの電圧印加手段による電極への電圧印加のタイミングチャートを示す説明図である。
【図２】上記レーザ走査光学装置の概略の構成を示す説明図である。
【図３】上記レーザ走査光学装置に適用されるレゾナントスキャナの概略の構成を示す斜視図である。
【図４】上記レゾナントスキャナの速度特性を示す説明図である。
【図５】上記レーザ走査光学装置に適用される光束幅規制素子の概略の構成を示す断面図および遮光部材の光入射側からの平面図である。
【図６】上記液体レンズの概略の構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、上記液体レンズにおいて、電極への電圧印加前の２液の界面の形状を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後の２液の界面の形状を模式的に示す説明図である。
【図８】（ａ）は、電極への電圧印加前における上記液体レンズの断面図および導電性液体の光入射側からの平面図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後における上記液体レンズの断面図および導電性液体の光入射側からの平面図である。
【図９】（ａ）は、電極への電圧印加前における他の液体レンズの断面図および絶縁性液体の光射出側からの平面図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後における他の液体レンズの断面図および絶縁性液体の光射出側からの平面図である。
【図１０】主走査方向１ライン内の各位置ごとの主走査方向のビーム径の変化率を示す説明図である。
【図１１】主走査方向１ライン内の各位置に入射するレーザ光の主走査方向の光束幅の可変率を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は、走査光学系に入射するレーザ光の光束幅と、感光体上におけるビーム径との関係の一例を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光束幅と上記ビーム径との関係の他の例を模式的に示す説明図である。
【図１３】上記他の液体レンズの電圧印加手段による電極への電圧印加のタイミングチャートを示す説明図である。
【図１４】ポリゴンミラーとレゾナントスキャナとの両者において、偏向角と被走査面上での主走査方向のビーム径との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 光源
２ 光源光学系
２ａ コリメータレンズ（変換素子）
２ｂ 光束幅規制素子
３ レゾナントスキャナ（偏向器）
４ 走査光学系
６ 同期センサ（タイミング検出手段）
７ 制御部（タイミング検出手段）
８ 感光体（被走査面）
１０ タイミング検出手段
２０ 遮光部材（規制部材）
３０ 液体レンズ（液体光学素子）
３０’ 液体レンズ（液体光学素子）
３１ 導電性液体
３１ａ 開口部
３２ 絶縁性液体
３２ａ 開口部
３３ 液体収容器
３３ａ 窓部（液体収容器）
３３ｂ 窓部（液体収容器）
３４ 電極（第１の電極）
３５ 電極（第２の電極）
３６ 絶縁層
３７ 電圧印加手段
Ｂ 界面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタル複写機やレーザプリンタに適用され、光源からの光ビームを液体光学素子を介して偏向器に導き、偏向器にて偏向して被走査面を走査する光ビーム走査光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、１種または２種の液体の界面形状を変化させることにより、その界面を透過する光ビームの透過光量を制御したり、光束幅を可変する液体光学素子が様々な分野で用いられている。例えば特許文献１〜３では、２種の液体を有する液体光学素子を撮像装置に適用し、これを可変ＮＤフィルタ等の各種のフィルタや絞りとして機能させることが開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献４および５では、１種の液体を有する液体光学素子をレーザ走査光学装置に適用した例が開示されている。これらの装置では、電圧印加によって液体の位置および界面の形状を制御することで、上記界面を透過する光源からのレーザ光の被走査面上での集光位置のずれやフォーカスずれを補正するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５６７９２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８３０７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０９６７号公報
【特許文献４】特開２００６−２５１３４３号公報
【特許文献５】特開２００６−２５１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザ走査光学装置においては、光束幅の可変はメカニカルなシャッタ等を用いて行うのが一般的であったが、これでは高速な可変に限界がある。しかし、上記した撮像装置のように液体光学素子を絞り代わりに用いることで、メカニカルなシャッタ等を不要にできるとともに、光束幅の高速な可変にも対応できると考えられる。
【０００６】
一方、被走査面の走査に用いる偏向器として、例えばレゾナントスキャナを用いると、被走査面を等速で走査すべく、走査レンズとしてはＡｒｃＳｉｎ特性を有するものが用いられるが、そのような走査レンズを介して被走査面を走査すると、後述する理由により、被走査面上の主走査方向の両端部でビーム径が主走査方向に太る。
【０００７】
しかし、レゾナントスキャナおよびＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査レンズを用いる構成において、上記の液体光学素子を絞り代わりに用いる構成を単純に適用しただけでは、上記液体光学素子にて主走査方向と副走査方向とで光束幅を同じように可変し、被走査面上で主走査方向と副走査方向とで同じビーム径に可変することになるため、主走査方向の両端部にて主走査方向に太ったビーム径を例えば真円に補正することはできない。その結果、主走査方向の１ライン内でビーム形状を均一にして画質を向上させることができないという問題が生ずる。
【０００８】
なお、主走査方向の１ライン内でビーム形状が主走査方向のみまたは副走査方向のみに変化することによって画質が低下する問題は、偏向器としてレゾナントスキャナ以外のものを用いた場合でも、例えば装置の設計誤差に起因して同様に起こり得ることである。
【０００９】
以下、偏向器としてレゾナントスキャナを用い、ＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査レンズを介して被走査面を走査したときに、主走査方向の両端部でビーム径が太る理由について説明する。
【００１０】
まず、偏向器としてポリゴンミラーを用い、走査レンズとしてｆθレンズを用いた場合の偏向角とビーム径との関係について説明する。
【００１１】
ポリゴンミラーでの偏向角をθ（°）、角速度をｋ／２（°／s）、時間をｔ（ｓ）とすると、これらの間には以下の式（１）の関係が成り立つ。
θ=ｋｔ ・・・（１）
したがって、偏向角θの単位時間当たりの変化量は、式（１）をｔで微分して以下の式（２）のようになる。
∂θ／∂ｔ＝ｋ ・・・（２）
【００１２】
一方、偏向角θ＝０において、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬ0は、焦点距離をｆ0として、以下の式（３）のように表される。
ΔＬ0＝ｆ0×ｋ ・・・（３）
また、画像領域最大偏向角をθMAXとしたとき、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬMAXは、焦点距離をｆMAXとして以下の式（４）のように表される。
ΔＬMAX＝ｆMAX×ｋ／ｃｏｓθMAX ・・・（４）
また、走査レンズとしてｆθレンズを用いた等速書き込みであるから、以下の式（５）が成り立つ。
ΔＬ0＝ΔＬMAX ・・・（５）
よって、式（３）（４）（５）より、以下の式（６）が成り立つ。
ｆMAX＝ｆ0×ｃｏｓθMAX ・・・（６）
【００１３】
一方、被走査面上で各偏向角θの主光線に垂直な面内でのＦナンバーを示すＦＮＯ（θ）は、偏向角θ＝０でのＦＮＯをＦＮＯ（０）として、式（６）より、以下の式（７）のように表される。
ＦＮＯ（θ）＝ＦＮＯ（０）×ｃｏｓθ ・・・（７）
また、各偏向角θの主光線に垂直な面内でのビーム径ｄ⊥(θ)はＦＮＯ（θ）に比例し、被走査面上の各位置での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は、以下の式（８）のように表される。
ｄ（θ）＝ｄ⊥（θ）／ｃｏｓ（θ） ・・・（８）
式（７）（８）より、偏向角θ＝０でのビーム径をｄ（０）とすると、以下の式（９）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０） ・・・（９）
よって、ポリゴンミラーを使った等速走査では、被走査面上での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は偏向角θによらず一定であることがわかる。
【００１４】
次に、偏向器としてレゾナントスキャナを用い、走査レンズとしてｆ・ＡｒｃＳｉｎレンズを用いた場合の偏向角とビーム径との関係について説明する。
【００１５】
レゾナントスキャナの可能な最大偏向角をＡとすると、時間ｔでの偏向角θ（ｔ）は、以下の式（１０）のように表される。
θ（ｔ）＝Ａ×ｓｉｎ（ｋ×ｔ） ・・・（１０）
したがって、単位時間当たりの偏向角θの変化量は、式（１０）をｔで微分して以下の式（１１）のように表される。
∂θ（ｔ）／∂ｔ＝Ａ×ｋ×ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１１）
【００１６】
一方、偏向角θ＝０において、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬ0は、焦点距離をｆ0として、以下の式（１２）のように表される。
ΔＬ0＝ｆ0×Ａ×ｋ ・・・（１２）
また、画像領域最大偏向角をθMAXとし、その時間をｔMAX、としたとき、被走査面上での単位時間当たりの走査幅ΔＬMAXは、焦点距離をｆMAXとして以下の式（１３）のように表される。
ΔＬMAX＝ｆMAX×Ａ×ｋ×ｃｏｓ（ｋ×ｔMAX）／ｃｏｓθMAX ・・・（１３）
また、走査レンズとしてｆ・ＡｒｃＳｉｎレンズを用いた等速書き込みであるから、以下の式（１４）が成り立つ。
ΔＬ0＝ΔＬMAX ・・・（１４）
よって、式（１２）（１３）（１４）より、以下の式（１５）が成り立つ。
ｆMAX＝ｆ0×ｃｏｓθMAX／ｃｏｓ（ｋ×ｔMAX） ・・・（１５）
【００１７】
一方、被走査面上で各偏向角θの主光線に垂直な面内でのＦＮＯ（θ）は、偏向角θ＝０でのＦＮＯをＦＮＯ（０）として、式（１５）より、以下の式（１６）のように表される。
ＦＮＯ（θ）＝ＦＮＯ（０）×ｃｏｓθ／ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１６）
式（８）（１６）より、以下の式（１７）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０）／ｃｏｓ（ｋ×ｔ） ・・・（１７）
式（１０）（１７）より、以下の式（１８）が得られる。
ｄ（θ）＝ｄ（０）／（１−（θ／Ａ）2）1/2 ・・・（１８）
【００１８】
よって、式（１８）より、レゾナントスキャナを使った等速走査においては、被走査面上での主走査方向のビーム径ｄ（θ）は、偏向角θが大きくなるにつれて大きくなることがわかる。例えば、レゾナントスキャナの最大偏向角θMAXを３０度と仮定したとき、ポリゴンミラーとレゾナントスキャナとの両者において、偏向角と被走査面上での主走査方向のビーム径との関係は、図１４に示すようになる。
【００１９】
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、用いる偏向器や走査光学系の種類、装置の設計誤差等に起因して、被走査面上での主走査方向１ライン内でビーム径が主走査方向のみまたは副走査方向のみに変化する場合でも、そのビーム径を均一にして画質を向上させることができる光ビーム走査光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の光ビーム走査光学装置は、少なくとも１つの光源と、前記光源が発した光ビームを偏向器に導く光源光学系と、前記光源光学系からの光ビームを偏向する偏向器と、前記偏向器にて偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と、を備えた光ビーム走査光学装置において、前記光源光学系は、入射する光ビームを略平行光に変換する変換素子と、入射する光ビームの光束幅を規制する光束幅規制素子とを有しており、前記光束幅規制素子は、主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、入射する光ビームの光束幅を規制する規制部材と、透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、遮光性液体に形成される開口部の大きさを変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を変化させる液体光学素子とを有していることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、光源からの光ビームは、光源光学系の変換素子（例えばコリメータレンズ）にて略平行光に変換され、光束幅規制素子にてその光束幅が規制された後、偏向器に導かれる。偏向器に入射した光ビームは、そこで偏向された後、走査光学系を介して被走査面上に集光される。
【００２２】
ここで、光束幅規制素子では、規制部材により、入射する光ビームの光束幅が主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ規制される。そして、液体光学素子において、透光性液体および遮光性液体の界面形状の変化に応じて遮光性液体の開口部の大きさを変化させることにより、その開口部を透過する光ビームの光束幅が変化する。これにより、光束幅規制素子に入射する光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に可変して出射することができ、光ビームの被走査面上でのビーム径を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に可変することができる。
【００２３】
したがって、例えば、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、光ビームの被走査面上でのビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、そのビーム径を均一にすることができ、画質を向上させることができる。
【００２４】
本発明の光ビーム走査光学装置において、透光性液体および遮光性液体のうちの一方は導電性液体であり、他方は一方と不混和な絶縁性液体であり、前記液体光学素子は、さらに、前記２種の液体を収容するとともに、入射する光ビームを透過させる液体収容器と、前記液体収容器内で導電性液体に接触して設けられる第１の電極と、前記液体収容器内で導電性液体および絶縁性液体と絶縁層を介して設けられる第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有している構成であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、第１および第２の電極への電圧印加前は、導電性液体と第２の電極との間、導電性液体と絶縁性液体との間、絶縁性液体と第２の電極との間に生じる３つの界面張力のバランスで、導電性液体と絶縁性液体との界面の形状が決まっている。電圧印加手段によって第１および第２の電極に電圧を印加すると、導電性液体と第２の電極との界面に電荷が生じ、この電荷により生じる力がさらに加わることによって、２液の界面形状が変化し、それに応じて遮光性液体（導電性液体または絶縁性液体）に形成される開口部の大きさも変化する。したがって、上記構成の液体光学素子を上述した規制部材と組み合わせて用いることにより、光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００２６】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記電圧印加手段は、前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を主走査方向１ライン内で変化させるようにしてもよい。
【００２７】
この場合、遮光性液体の開口部を透過して被走査面に集光される光ビームの被走査面上でのビーム径を、主走査方向１ライン内で変化させることができる。したがって、例えば、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、被走査面上での主走査方向１ライン内でビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、主走査方向１ライン内の各位置ごとにビーム径を均一に補正することができる。
【００２８】
本発明の光ビーム走査光学装置は、被走査面上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、前記光源からの光ビームの出射を制御するタイミング検出手段をさらに備え、前記タイミング検出手段は、さらに、前記検出結果に基づいて、前記液体光学素子の前記界面の形状変化によって前記開口部の大きさを変化させるタイミングを制御してもよい。
【００２９】
このように、タイミング検出手段を光源の制御手段としてだけでなく、液体光学素子の制御手段としても用いることにより、光源および液体光学素子のそれぞれに対応して別々の制御手段を設ける必要がなくなる。これにより、装置の構成を簡素化することができ、また、装置のコストを低減することも可能となる。
【００３０】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記偏向器は、往復振動型の偏向器であることが望ましい。往復振動型の偏向器は、光ビームの偏向をミラー１枚で行うことができるので、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いた場合のような面間誤差の問題が全く無い。また、回転多面鏡に比べて、偏向器の発熱量、消費電力、騒音が小さい。特に、装置内部で温度上昇が起こると、樹脂の歪みで素子の位置や光学特性が変化し、所望の作像を行うことができなくなるが、往復振動型の偏向器は発熱量が小さいので、所望の作像を安定して行うことが可能となる。
【００３１】
本発明の光ビーム走査光学装置において、前記規制部材は、入射する光ビームの光束幅を副走査方向についてのみ規制し、前記液体光学素子は、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅が広がるように、２種の液体の界面の形状を変化させて前記開口部の大きさを変化させるようにしてもよい。
【００３２】
光ビームの光束幅は、規制部材によって副走査方向について規制されるので、液体光学素子にて開口部の大きさを変化させて光ビームの光束幅を広げても、光束幅規制素子から出射される光ビームの光束幅としては、副走査方向には変化せず、主走査方向にのみ広がる。したがって、このように液体光学素子にて光ビームの光束幅を広げることにより、被走査面上でのビーム径を主走査方向にのみ狭めることができる。
【００３３】
よって、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅を広げることにより、被走査面上の主走査方向中央部から両端部に向かうにつれて本来なら主走査方向に次第に太るビーム径を主走査方向にのみ狭め、主走査方向１ライン内でビーム径を確実に均一にすることができる。その結果、画質を確実に向上させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、光束幅規制素子に入射する光ビームの光束幅を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ変化させて、光ビームの被走査面上でのビーム径を主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ変化させることができる。これにより、用いる偏向器および走査光学系の種類や装置の設計誤差等に起因して、被走査面上にてビーム径が主走査方向または副走査方向のどちらか一方向に変化する場合でも、そのビーム径を均一に補正することができ、画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。なお、以下での説明の便宜上、主走査方向は、後述する感光体８の軸方向および画像幅方向に対応し、副走査方向は、主走査方向に垂直な方向および紙の通紙方向に対応するものとする。
【００３６】
図２は、本実施形態のレーザ走査光学装置（光ビーム走査光学装置）の概略の構成を示す説明図である。このレーザ走査光学装置は、光源１と、光源光学系２と、レゾナントスキャナ３と、走査光学系４と、反射ミラー５と、同期センサ６と、制御部７と、感光体８とを有して構成されている。光源１、光源光学系２、レゾナントスキャナ３、走査光学系４、反射ミラー５および同期センサ６は、筐体９の内部に設けられている。
【００３７】
光源１は、光ビームとしてのレーザ光を出射する例えばレーザダイオードで構成されている。この光源１は、カラープリントに対応すべく、異なる波長に対応して複数設けられていてもよい。
【００３８】
光源光学系２は、光源１が発したレーザ光をレゾナントスキャナ３に導く光学系であり、コリメータレンズ２ａと、光束幅規制素子２ｂとで構成されている。コリメータレンズ２ａは、光源１からのレーザ光を略平行光に変換する変換素子である。光束幅規制素子２ｂは、コリメータレンズ２ａを介して入射する光源１からのレーザ光の光束幅を規制するものであるが、その詳細については後述する。
【００３９】
なお、本実施形態では、光束幅規制素子２ｂは、コリメータレンズ２ａに対して光源１とは反対側の光路上に配置されている。これは、光束幅規制素子２ｂの後述する液体レンズ３０（図５、図６参照）自体は平行平板と同等に扱われるため、収差補正上有利となるからである（収差の劣化を回避できるからである）。しかし、光束幅規制素子２ｂをコリメータレンズ２ａに対して光源１側の光路上に配置することも可能である。この場合は、光源１が載置される基板と液体レンズ３０の制御基板とを近くに配置することが可能となり、これによって配線の引き回しなどが簡素化できるというメリットがある。ただし、この場合は、液体レンズ３０による収差劣化をコリメータレンズ２ａにて補正しておく必要がある。
【００４０】
レゾナントスキャナ３は、光源光学系２から出射されたレーザ光を主走査方向に偏向する往復振動型の偏向器であるが、その詳細については後述する。
【００４１】
走査光学系４は、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光を被走査面である感光体８上に集光する走査レンズで構成されている。上記のレゾナントスキャナ３は後述するようにｓｉｎ振動するため、走査光学系４はＡｒｃＳｉｎ特性を有している。これにより、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光で感光体８上を主走査方向に等速走査することが可能となる。
【００４２】
反射ミラー５は、レゾナントスキャナ３にて偏向され、走査光学系４を介して同期センサ６に向かうレーザ光の光路を反射によって折り曲げるミラーである。
【００４３】
同期センサ６は、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光を受光したときに、感光体８における主走査方向の走査開始のタイミングを検知し、その検知信号を制御部７に出力するＳＯＳ（Start Of Scan）検出センサである。制御部７は、同期センサ６から送られる信号に基づいて光源１からのレーザ光の出射を制御するものである。したがって、同期センサ６と制御部７とで、主走査方向の走査開始タイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて光源１からのレーザ光の出射を制御するタイミング検出手段１０が構成されている。
【００４４】
上記の構成において、光源１が発したレーザ光は、光源光学系２のコリメータレンズ２ａにて略平行光に変換され、光束幅規制素子２ｂにて光束幅を規制された後、レゾナントスキャナ３に入射し、そこで感光体８の方向に偏向される。このとき、レゾナントスキャナ３にて偏向されたレーザ光が走査光学系４および反射ミラー５を介して同期センサ６に入射し、同期センサ６からの信号が制御部７に入力されると、制御部７は、感光体８上の主走査方向の書き込み開始位置から画像（静電潜像）が書き込まれるように、光源１からのレーザ光の出射を制御する。レゾナントスキャナ３の往復振動により、レゾナントスキャナ３に入射したレーザ光は感光体８上を主走査方向に偏向、走査され、これによって主走査方向１ライン（例えば数ｋＨｚ程度）の画像の書き込みが行われるとともに、各ラインごとに走査方向が反転しながら画像の書き込みが行われる。
【００４５】
次に、レゾナントスキャナ３の詳細について説明する。
図３は、レゾナントスキャナ３の概略の構成を示す斜視図である。レゾナントスキャナ３は、薄板状の基板１１と、その基板１１上に配置されるミラー１２および駆動コイル１３と、基板１１と空隙を介して配置される２つの永久磁石１４・１４とを有して構成されている。
【００４６】
基板１１において互いに対向する２辺には、ミラー１２の回転軸Ａに沿う方向にトーションバー１１ａが突出してそれぞれ設けられている。２つのトーションバー１１ａ・１１ａは、図示しない支持部にて支持されている。ミラー１２は、基板１１のほぼ中央に配置されており、駆動コイル１３は、このミラー１２を基板１１上で取り囲むように配線されている。永久磁石１４・１４は、一方がＮ極で他方がＳ極の極性を有しており、Ｎ極からＳ極に向かう磁界を駆動コイル１３が横切るように、基板１１におけるトーションバー１１ａ・１１ａが設けられていない他の２辺とそれぞれ空隙を介して対向するように配置されている。
【００４７】
この構成では、駆動コイル１３にａ方向から電流を流すと、その電流が磁界を横切って流れることにより、基板１１には回転軸Ａを中心に回転しようとする力（ローレンツ力）が働き、基板１１とともにミラー１２が所定角度だけ例えばＰ方向に回転する。そして、駆動コイル１３に流す電流をゼロにすると、トーションバー１１ａ・１１ａの復元力により、基板１１とともにミラー１２がＱ方向に回転して元の位置に戻る。続いて、駆動コイル１３に上記とは逆方向のｂ方向から電流を流すと、基板１１とともにミラー１２が所定角度だけＱ方向に回転する。
【００４８】
以降、この動作を繰り返すことにより、ミラー１２は、図４に示すように、時間経過とともにミラー角度がｓｉｎカーブを描いて変化するように振動する。本実施形態では、図４のｓｉｎカーブにおいてほぼリニアな部分（図中の太線部分）の角度範囲を使って、感光体８に画像を書き込むようにしている。
【００４９】
このように、往復振動型のレゾナントスキャナ３は、１枚のミラー１２の振動によってレーザ光の偏向を行うので、ポリゴンミラーを用いた場合のような面間誤差の問題が全く無い（面倒れ補正を考慮する必要が全く無い）。また、装置内部で温度上昇が起こると、樹脂の歪みで素子の位置や光学特性が変化し、所望の作像を行うことができなくなるが、レゾナントスキャナ３は、ポリゴンミラーに比べて発熱量が少なく、この点では非常に有利となる。また、レゾナントスキャナ３は、消費電力が少なく、騒音が小さいという利点も有している。
【００５０】
次に、光束幅規制素子２ｂの詳細について説明する。
図５は、光束幅規制素子２ｂの概略の構成を示す断面図および後述する遮光部材２０の光入射側からの平面図である。同図に示すように、光束幅規制素子２ｂは、遮光部材２０と、液体レンズ３０とで構成されている。
【００５１】
遮光部材２０は、主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、光源１からのレーザ光の光束幅を規制する規制部材であり、本実施形態では、副走査方向よりも主走査方向に長い開口部２０ａを有する薄板状のスリットで構成されている。したがって、遮光部材２０にレーザ光が入射すると、そのレーザ光は副走査方向についてのみ、その光束幅が規制されて開口部２０ａを透過し、液体レンズ３０に入射する。
【００５２】
なお、本実施形態では、遮光部材２０は液体レンズ３０の後述する遮光性液体側、すなわち、光束幅を決める側に配置されているが、透光性液体側に配置されてもよい。ただし、光束幅を決める側に遮光部材２０を配置するほうが、液体レンズ３０に入射するゴースト光を効果的に遮光して、ゴースト光の光束幅への影響を確実に低減できる点で有利である。
【００５３】
液体レンズ３０は、透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させることにより、その界面の形状を変化させる液体光学素子である。以下、液体レンズ３０の詳細について説明する。
【００５４】
図６は、液体レンズ３０の概略の構成を示す断面図である。液体レンズ３０は、導電性液体３１と、絶縁性液体３２と、液体収容器３３と、電極３４・３５と、絶縁層３６と、電圧印加手段３７とを含んで構成されている。
【００５５】
導電性液体３１は、例えば無機塩の水溶液や有機液体など、それ自身が導電性を有する液体や、イオン成分を付加することによって導電性を有する液体であり、例えば食塩水を用いることができる。絶縁性液体３２は、例えばシリコーンオイルやパラフィンオイルなど、導電性液体と混合せず、絶縁性を有する液体である。
【００５６】
導電性液体３１には、遮光性材料として例えばカーボンブラックが含有されており、絶縁性液体３２には遮光性材料は含有されていない。この結果、導電性液体３１は遮光性液体を構成し、絶縁性液体３２は透光性液体を構成している。なお、後述する図９（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁性液体３２にカーボンブラックを含ませて遮光性液体を構成する一方、導電性液体３１を透光性液体としてもよい。
【００５７】
また、図６の例では、遮光性液体である導電性液体３１には、導電性液体３１と絶縁性液体３２との界面Ｂの形状変化に応じて大きさが変化する開口部３１ａが形成されている。この開口部３１ａは、後述する対称軸となる軸Ｃを中心に開口しており、開口部３１ａを介して絶縁性液体３２と液体収容器３３の後述する窓部３３ａとが接触している。なお、開口部３１ａは、界面Ｂの形状変化の仕方（電極３４・３５への印加電圧の大きさ）、導電性液体３１および絶縁性液体３２の材料や体積比等によっては、大きさがゼロ、すなわち消滅する場合もある。
【００５８】
液体収容器３３は、導電性液体３１および絶縁性液体３２を収容する容器である。液体収容器３３内では、導電性液体３１と絶縁性液体３２との界面Ｂは、軸対称（回転対称）で、かつ、光入射側に凸となるように形成されており、その対称の軸Ｃの方向において例えば光入射側に導電性液体３１が収容され、光射出側に絶縁性液体３２が収容されている。また、液体収容器３３における光入射側および光射出側の窓部３３ａ・３３ｂは、液体収容器３３に入射する光源１からのレーザ光を透過させる透光性材料で形成されている。なお、液体収容器３３における他の部位が透光性材料で形成されていても勿論構わない。
【００５９】
電極３４・３５は、ともに軸Ｃを中心軸とする円筒形で形成されており、その内側（中心軸側）に上記の導電性液体３１および絶縁性液体３２が収容されている。電極３４（第１の電極）は、液体収容器３３内で導電性液体３１に接触して設けられている。一方、電極３５（第２の電極）は、液体収容器３３内で導電性液体３１および絶縁性液体３２と絶縁層３６を介して設けられている。これらの電極３４・３５には電圧印加手段３７が接続されており、電圧印加手段３７からの電圧が印加される。
【００６０】
ここで、上記構成の液体レンズ３０において、界面Ｂの形状が変化する原理、および界面Ｂの形状変化に伴う開口部３１ａの大きさの変化について説明する。
【００６１】
図７（ａ）は、図６の液体レンズ３０のＤ部に対応し、電極３４・３５への電圧印加前の界面Ｂの形状を模式的に示す説明図である。なお、同図（ａ）において、γSWは、導電性液体３１と電極３５との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、γOWは、導電性液体３１と絶縁性液体３２との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、γSOは、絶縁性液体３２と電極３５との間に働く界面張力（ｍＮ／ｍ）を示し、θは、電極３５に対する絶縁性液体３２の接触角度（°）を示す。
【００６２】
電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加前においては、これら３つの界面張力γSW、γOW、γSOと接触角度θとの間には、いわゆるYoung-Laplaceの方程式から以下の関係式が成り立つ。したがって、以下の関係式を満たすように界面Ｂの形状が決まる。
ｃｏｓθ＝（γSW−γSO）／γOW
【００６３】
一方、電圧印加手段３７によって電極３４・３５に電圧を印加すると（電位差を与えると）、図７（ｂ）に示すように、導電性液体３１と電極３５との界面に電荷が生じ、この電荷により生じる力Πがさらに加わることによって、界面Ｂの形状が変化する。ここで、Π、およびｃｏｓθは、以下の式で表される。なお、εは絶縁層３６の誘電率を示し、ε0は真空誘電率（Ｆ／ｍ）を示し、ｅは絶縁層３６の厚さ（ｍ）を示し、Ｖは印加電圧（Ｖ）を示す。
Π ＝（１／２）・（ε・ε0／ｅ）・Ｖ2
ｃｏｓθ＝（γSW−γSO）／γOW−Π
＝（γSW−γSO）／γOW−（１／２）・（ε・ε0／ｅ）・Ｖ2
【００６４】
つまり、電極３４・３５に電圧を印加すると、電圧印加前に比べてθが大きくなるように界面Ｂの形状が変化する。特に、電極３４・３５が上述のように円筒形で形成されている場合には、電極３４・３５に電圧を印加する前後で、界面Ｂの形状は軸対称のまま変化する。そして、そのような界面Ｂの形状変化に応じて、開口部３１ａの大きさも円形のまま変化する。
【００６５】
図８（ａ）は、電極３４・３５への電圧印加前における液体レンズ３０の断面図および導電性液体３１の光入射側からの平面図を示し、図８（ｂ）は、電極３４・３５への電圧印加後における液体レンズ３０の断面図および導電性液体３１の光入射側からの平面図を示す。これらの図に示すように、電極３４・３５への電圧印加による界面Ｂの形状変化によって、開口部３１ａの大きさは電圧印加前よりも電圧印加後で小さくなる。その結果、開口部３１ａを透過するレーザ光の光束幅は、電圧印加前のＤ1（ｍｍ）から電圧印加後にはＤ2（ｍｍ）へと小さくなる。
【００６６】
このように、液体レンズ３０においては、上述した構成により、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面Ｂの形状変化に応じて開口部３１ａの大きさを変化させることにより、開口部３１ａを透過するレーザ光の光束幅を変化させることが可能となる。
【００６７】
特に、上記構成の液体レンズ３０を、上述した遮光部材２０（図５参照）と組み合わせて用いることにより、遮光部材２０にて副走査方向の光束幅が規制されて液体レンズ３０に入射するので、遮光部材２０の開口部２０ａ（図５参照）の副走査方向の幅よりも液体レンズ３０の開口部３１ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、液体レンズ３０から出射されるレーザ光の光束幅が副走査方向に変化することはなく、光束幅規制素子２ｂ全体から出射されるレーザ光の光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００６８】
なお、遮光部材２０が液体レンズ３０に対して光射出側（絶縁性液体３２側）に配置される場合でも、液体レンズ３０の開口部３１ａを透過したレーザ光は遮光部材２０によって副走査方向の光束幅が規制されるので、開口部２０ａの副走査方向の幅よりも開口部３１ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、光束幅規制素子２ｂから出射されるレーザ光としては、その光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００６９】
また、図６の液体レンズ３０では、図８（ａ）（ｂ）に示すように、電圧印加前（電源オフの状態）と電圧印加後（界面Ｂの形状の最大変化時）とで界面Ｂの形状変化を小さくすることができるので、消費電力を小さく抑えることが可能となる。
【００７０】
ところで、図９（ａ）（ｂ）は、液体レンズ３０と同等の機能を有する液体レンズ３０’の構成を示すものであって、図９（ａ）は、電極３４・３５への電圧印加前における液体レンズ３０’の断面図および絶縁性液体３２の光射出側からの平面図を示し、図９（ｂ）は、電極３４・３５への電圧印加後における液体レンズ３０’の断面図および絶縁性液体３２の光射出側からの平面図を示す。
【００７１】
液体レンズ３０’では、導電性液体３１を透光性液体で構成している一方、絶縁性液体３２を遮光性液体で構成している。つまり、絶縁性液体３２に遮光性材料として例えばカーボンブラックが含有されている。また、導電性液体３１および絶縁性液体３２の界面Ｂは、軸対称で、かつ、光射出側に凸となるように形成されている。
【００７２】
また、液体レンズ３０’においては、電極３４・３５への電圧無印加時には遮光性液体である絶縁性液体３２に開口部が形成されず、電極３４・３５への電圧印加時には上述した開口部３１ａと同様の開口部３２ａが絶縁性液体３２に形成されるように、導電性液体３１および絶縁性液体３２の材料や体積比等が選定されている。この開口部３２ａは、上述した開口部３１ａと同様に、電極３４・３５への電圧印加によって界面Ｂの形状が変化し、その界面形状の変化に応じてその大きさが変化する。特に、液体レンズ３０’では、電極３４・３５への印加電圧が高くなるほど、電極３５に対する絶縁性液体３２の接触角度θが大きくなることによって、開口部３２ａの形状は大きくなる方向に変化する。
【００７３】
したがって、このような液体レンズ３０’の構成であっても、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面Ｂの形状変化に応じて開口部３２ａの大きさを変化させることにより、開口部３２ａを透過するレーザ光の光束幅を変化させることが可能となる。その結果、上記構成の液体レンズ３０’を、上述した遮光部材２０と組み合わせて用いることにより、遮光部材２０の開口部２０ａの副走査方向の幅よりも開口部３２ａの副走査方向の幅が狭くならない限り、光束幅規制素子２ｂから出射されるレーザ光としては、その光束幅を主走査方向についてのみ変化させることが可能となる。
【００７４】
特に、液体レンズ３０’においては、電極３４・３５への電圧無印加時に絶縁性液体３２に開口部が形成されないので、入射するレーザ光を絶縁性液体３２にて完全に遮光することができる。したがって、電圧無印加時に光漏れが無く、安全面で有効となる。
【００７５】
次に、主走査方向１ライン内でのビーム径の補正について説明する。
偏向器としてレゾナントスキャナ３を用い、ＡｒｃＳｉｎ特性を有する走査光学系４を介して感光体８を走査したときには、前述の理由によって感光体８上の主走査方向の両端部でビーム径が主走査方向に太る。図１０は、主走査方向１ライン内の各位置ごとの主走査方向のビーム径の変化率を示している。なお、この変化率は、主走査方向の中央位置での主走査方向ビーム径を基準とし、これに対する主走査方向の各位置での主走査方向ビーム径の比を示すものである。また、同図中、ＳＯＩ（Start Of Imaging）、ＣＯＩ（Center Of Imaging）およびＥＯＩ（End Of Imaging）は、それぞれ、主走査方向１ラインにおける画像書き込みの開始位置、中央位置および終了位置を示す。
【００７６】
このように主走査方向の各位置ごとに変化する主走査方向のビーム径を補正するには、理論的には、図１０に示した各位置ごとのビーム径変化率に対応する量だけ、主走査方向の光束幅を光束幅規制素子２ｂにて変化させればよい。図１１は、主走査方向１ライン内の各位置に入射するレーザ光の主走査方向の光束幅の可変率を示している。なお、この可変率は、主走査方向光束幅を変化前に対してどれだけ変化させるかを示す値である。例えば、主走査方向の両端部のＳＯＩおよびＥＯＩでは、ビーム径変化率は約１．１９（図１０参照）であるので、ＳＯＩおよびＥＯＩに入射するレーザ光の主走査方向の光束幅を、光束幅規制素子２ｂによって約１．１９倍広げることにより（図１１参照）、ＳＯＩおよびＥＯＩでのビーム径をＣＯＩでのビーム径と等しくなるように狭めることができる。
【００７７】
ここで、光束幅を広げることによってビーム径を狭めることができる理由は、以下の通りである。
【００７８】
光源１から出射されるレーザ光の波長をλとし、走査光学系４（走査レンズ）の明るさ（Ｆナンバー）をＦＮＯで表すと、一般的に、ビーム径ｄは、以下の式で表される。なお、ここでのλおよびｄの単位はｍ（メートル）である。
ｄ＝４×（λ／π）×ＦＮＯ
したがって、ＦＮＯの値を小さくすることにより（明るくすることにより）、ビーム径ｄを小さくすることが可能となる。このとき、走査光学系４の焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、走査光学系４に入射するレーザ光の光束幅をＤ（ｍｍ）とすると、ＦＮＯは、以下の式で表される。
ＦＮＯ＝ｆ／Ｄ
よって、光束幅Ｄを広げる（大きくする）ことにより、ＦＮＯ（ビーム径）を小さくすることができるので、ビーム径ｄを小さくすることが可能となる。
【００７９】
また、図１２（ａ）（ｂ）は、走査光学系４に入射するレーザ光の光束幅Ｄと、感光体８上におけるビーム径ｄとの関係を模式的に示す説明図であり、図１２（ａ）は光束幅Ｄが相対的に狭く、図１２（ｂ）は光束幅Ｄが相対的に広い場合のものを示している。図１２（ａ）のように光束幅Ｄが狭い場合、レーザ光は幾何学的には感光体８上で１点に集光するが（破線の光路参照）、波動光学的には１点には集光せず（実線の光路参照）、感光体８上でビーム径ｄが広くなる。これに対して、図１２（ｂ）のように光束幅Ｄが広い場合、レーザ光は幾何学的には感光体８上で１点に集光し（破線の光路参照）、波動光学的には、図１２（ａ）の場合よりも狭いビーム径ｄで集光する（実線の光路参照）。このことからも、光束幅Ｄを広げることにより、感光体８上でのビーム径ｄを小さくできることがわかる。
【００８０】
次に、主走査方向１ライン内でのビーム径の補正の具体的な方法について説明する。
本実施形態では、図２に示した同期センサ６によって主走査方向の走査開始のタイミングが検知され、制御部７が同期センサ６からの信号を検出すると、制御部７はレーザ光の検知から所定時間Δｔ経過後（例えば数ｍｓｅｃ後）、つまり、感光体８への画像書き込み開始以降、液体レンズ３０または液体レンズ３０’の電圧印加手段３７に図１または図１３に示す電圧を電極３４・３５に印加させる。
【００８１】
ここで、図１は、図８（ａ）（ｂ）に示した液体レンズ３０の電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加のタイミングチャートを示しており、図１３は、図９（ａ）（ｂ）に示した液体レンズ３０’の電圧印加手段３７による電極３４・３５への電圧印加のタイミングチャートを示している。このように、本実施形態では、電圧印加手段３７が、電極３４・３５に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、開口部３１ａ（または開口部３２ａ）を透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。より具体的には、電圧印加手段３７は、感光体８上の主走査方向の各位置ごとのビーム径変化率（図１０参照）または光束幅可変率（図１１参照）に対応する電圧を電極３４・３５に印加し、主走査方向の各位置に対応してレーザ光の主走査方向の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させる。
【００８２】
つまり、図１および図１３の例では、感光体８上の主走査方向１ライン内において、ＳＯＩおよびＥＯＩにレーザ光を照射して画像を書き込む場合には、それらの位置のビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧Ａ1が電極３４・３５に印加される。一方、ＣＯＩにレーザ光を照射して画像を書き込む場合には、その位置のビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧Ａ2が電極３４・３５に印加される。また、ＳＯＩ、ＣＯＩ、ＥＯＩの各位置の間にレーザ光を照射して画像を書き込む場合でも、照射される各位置におけるビーム径変化率または光束幅可変率に対応する電圧が各位置ごとに印加される。
【００８３】
ただし、液体レンズ３０においては、電圧無印加時に開口部３１ａが大きく開き（図８（ａ）参照）、印加電圧が高くなるにつれて開口部３１ａが狭くなるので（図８（ｂ）参照）、印加電圧の変化を示すグラフは、主走査方向１ライン内でＡ1＜Ａ2となる上に凸の曲線となる（図１参照）。一方、液体レンズ３０’においては、電圧無印加時に開口部が消滅し（図９（ａ）参照）、印加電圧が高くなるにつれて開口部３２ａが大きく開くので（図９（ｂ）参照）、印加電圧の変化を示すグラフは、主走査方向１ライン内でＡ1＞Ａ2となる下に凸の曲線となる（図１３参照）。
【００８４】
なお、図１および図１３では、印加電圧の変化が図１０や図１１の場合と同様に曲線的となっているが、様々な要因（例えば導電性液体３１や絶縁性液体３２の材料、導電性液体３１の導電率など）によって直線的となる場合もあり得る。しかし、主走査方向１ラインにおいて、印加電圧の変化がＣＯＩを中心に左右対称のグラフとなる点は変わらない。
【００８５】
このように、電圧印加手段３７が、電極３４・３５に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、主走査方向１ラインを走査する間に開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の形状を変化させ、そこを透過するレーザ光の光束幅を主走査方向１ライン内で変化させることができる。これにより、上述した理由により、感光体８上でのビーム径を主走査方向１ライン内で変化させることができ、主走査方向の各位置で主走査方向のビーム径が均一となるように、すなわち各位置における主走査方向のビーム径がＣＯＩでの主走査方向のビーム径と等しくなるように、ビーム径を補正することが可能となる。
【００８６】
以上のように、光束幅規制素子２ｂは、入射するレーザ光の光束幅を副走査方向についてのみ規制する上述した遮光部材２０と、界面Ｂの形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさを変化させることにより、そこを透過するレーザ光の光束幅を変化させる液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）とを有して構成されているので、光束幅規制素子２ｂに入射するレーザ光の光束幅を主走査方向にのみ変化させて出射することができ、感光体８上でのビーム径を主走査方向にのみ変化させることができる。
【００８７】
これにより、偏向器としてレゾナントスキャナ３を用いるとともに、走査光学系４としてＡｒｃＳｉｎ特性を有するものを用いることによって、あるいは装置の設計誤差等に起因して、感光体８上においてビーム径が主走査方向にのみ変化する場合でも、主走査方向のビーム径を主走査方向の各位置で均一にすることができ、画質を向上させることができる。また、例えばページごとにＤＰＩ（Dot Per Inch）を切り替えることも可能となり、多彩なプリントを実現することも可能となる。
【００８８】
また、例えば、装置の設計誤差等に起因して、ビーム形状が副走査方向にのみ変化する場合もあり得る。しかし、このような場合でも、例えば、入射するレーザ光の光束幅を主走査方向についてのみ規制するように遮光部材２０を構成し（例えば本実施形態の遮光部材２０を軸Ｃを中心に９０°回転させて配置し）、これと上述した液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）とを組み合わせることにより、副走査方向のビーム径を主走査方向の各位置で均一にして画質を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施形態では、同期センサ６および制御部７からなるタイミング検出手段１０が、感光体８上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）の界面Ｂの形状変化に応じて開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさを変化させるタイミング（電極３４・３５への電圧印加タイミング）を制御している。つまり、タイミング検出手段１０を光源１の制御手段としてだけでなく、液体レンズ３０・３０’の制御手段としても用いている。これにより、光源１および液体レンズ３０・３０’のそれぞれに対応して別々の制御手段を設ける必要がなくなり、装置の構成の簡素化および装置のコスト低減を図ることが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態では、遮光部材２０として、入射するレーザ光の光束幅を副走査方向についてのみ規制するものを用い、液体レンズ３０（または液体レンズ３０’）において、図１または図１３に示したような、主走査方向１ラインの各位置に応じた電圧を電極３４・３５に印加している。これにより、界面Ｂの形状変化とともに開口部３１ａ（または開口部３２ａ）の大きさが変化することによって、そこを透過するレーザ光の光束幅が、主走査方向１ラインにおいてＣＯＩに比べてＳＯＩおよびＥＯＩに向かうレーザ光ほど主走査方向に広がることになる。したがって、ＣＯＩからＳＯＩおよびＥＯＩに向かうにつれて本来なら主走査方向に次第に太るビーム径を主走査方向にのみ狭めることができる。その結果、主走査方向１ライン内でビーム径を確実に均一にすることができ、画質を確実に向上させることができる。
【００９１】
なお、本実施形態の光束幅規制素子２ｂは、遮光部材２０を削除して、液体レンズ３０のみまたは液体レンズ３０’のみで構成することが可能である。ただし、この場合、例えば液体レンズ３０・３０’の電極３４・３５を断面楕円形に構成したり、電極３４・３５を軸Ｃを含む平面で複数に分割して個々の電極に印加する電圧を異ならせることにより、開口部３１ａまたは開口部３２ａを主走査方向または副走査方向のどちらか一方向にのみ偏平な形状に変化させる必要がある。このように光束幅規制素子２ｂを構成しても、開口部３１ａまたは開口部３２ａを透過するレーザ光の光束幅をどちらか一方向にのみ変化させることができるので、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、往復振動型の偏向器としてレゾナントスキャナ３を用いた例について説明したが、ガルバノスキャナを用いても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、例えばデジタル複写機やレーザプリンタに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の一形態に係るレーザ走査光学装置に適用される液体レンズの電圧印加手段による電極への電圧印加のタイミングチャートを示す説明図である。
【図２】上記レーザ走査光学装置の概略の構成を示す説明図である。
【図３】上記レーザ走査光学装置に適用されるレゾナントスキャナの概略の構成を示す斜視図である。
【図４】上記レゾナントスキャナの速度特性を示す説明図である。
【図５】上記レーザ走査光学装置に適用される光束幅規制素子の概略の構成を示す断面図および遮光部材の光入射側からの平面図である。
【図６】上記液体レンズの概略の構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、上記液体レンズにおいて、電極への電圧印加前の２液の界面の形状を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後の２液の界面の形状を模式的に示す説明図である。
【図８】（ａ）は、電極への電圧印加前における上記液体レンズの断面図および導電性液体の光入射側からの平面図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後における上記液体レンズの断面図および導電性液体の光入射側からの平面図である。
【図９】（ａ）は、電極への電圧印加前における他の液体レンズの断面図および絶縁性液体の光射出側からの平面図であり、（ｂ）は、電極への電圧印加後における他の液体レンズの断面図および絶縁性液体の光射出側からの平面図である。
【図１０】主走査方向１ライン内の各位置ごとの主走査方向のビーム径の変化率を示す説明図である。
【図１１】主走査方向１ライン内の各位置に入射するレーザ光の主走査方向の光束幅の可変率を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は、走査光学系に入射するレーザ光の光束幅と、感光体上におけるビーム径との関係の一例を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光束幅と上記ビーム径との関係の他の例を模式的に示す説明図である。
【図１３】上記他の液体レンズの電圧印加手段による電極への電圧印加のタイミングチャートを示す説明図である。
【図１４】ポリゴンミラーとレゾナントスキャナとの両者において、偏向角と被走査面上での主走査方向のビーム径との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 光源
２ 光源光学系
２ａ コリメータレンズ（変換素子）
２ｂ 光束幅規制素子
３ レゾナントスキャナ（偏向器）
４ 走査光学系
６ 同期センサ（タイミング検出手段）
７ 制御部（タイミング検出手段）
８ 感光体（被走査面）
１０ タイミング検出手段
２０ 遮光部材（規制部材）
３０ 液体レンズ（液体光学素子）
３０’ 液体レンズ（液体光学素子）
３１ 導電性液体
３１ａ 開口部
３２ 絶縁性液体
３２ａ 開口部
３３ 液体収容器
３３ａ 窓部（液体収容器）
３３ｂ 窓部（液体収容器）
３４ 電極（第１の電極）
３５ 電極（第２の電極）
３６ 絶縁層
３７ 電圧印加手段
Ｂ 界面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源と、
前記光源が発した光ビームを偏向器に導く光源光学系と、
前記光源光学系からの光ビームを偏向する偏向器と、
前記偏向器にて偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と、を備えた光ビーム走査光学装置において、
前記光源光学系は、
入射する光ビームを略平行光に変換する変換素子と、
入射する光ビームの光束幅を規制する光束幅規制素子とを有しており、
前記光束幅規制素子は、
主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、入射する光ビームの光束幅を規制する規制部材と、
透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、遮光性液体に形成される開口部の大きさを変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を変化させる液体光学素子とを有していることを特徴とする光ビーム走査光学装置。
【請求項２】
透光性液体および遮光性液体のうちの一方は導電性液体であり、他方は一方と不混和な絶縁性液体であり、
前記液体光学素子は、さらに、
前記２種の液体を収容するとともに、入射する光ビームを透過させる液体収容器と、
前記液体収容器内で導電性液体に接触して設けられる第１の電極と、
前記液体収容器内で導電性液体および絶縁性液体と絶縁層を介して設けられる第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査光学装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を主走査方向１ライン内で変化させることを特徴とする請求項２に記載の光ビーム走査光学装置。
【請求項４】
被走査面上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、前記光源からの光ビームの出射を制御するタイミング検出手段をさらに備え、
前記タイミング検出手段は、さらに、前記検出結果に基づいて、前記液体光学素子の前記界面の形状変化によって前記開口部の大きさを変化させるタイミングを制御す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光ビーム走査光学装置。
【請求項５】
前記偏向器は、往復振動型の偏向器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光ビーム走査光学装置。
【請求項６】
前記規制部材は、入射する光ビームの光束幅を副走査方向についてのみ規制し、
前記液体光学素子は、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅が広がるように、２種の液体の界面の形状を変化させて前記開口部の大きさを変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ビーム走査光学装置。
【請求項１】
少なくとも１つの光源と、
前記光源が発した光ビームを偏向器に導く光源光学系と、
前記光源光学系からの光ビームを偏向する偏向器と、
前記偏向器にて偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系と、を備えた光ビーム走査光学装置において、
前記光源光学系は、
入射する光ビームを略平行光に変換する変換素子と、
入射する光ビームの光束幅を規制する光束幅規制素子とを有しており、
前記光束幅規制素子は、
主走査方向と副走査方向とのうちでどちらか一方についてのみ、入射する光ビームの光束幅を規制する規制部材と、
透光性液体および遮光性液体からなる２種の液体の界面の形状を印加電圧に応じて変化させるとともに、その界面形状の変化に応じて、遮光性液体に形成される開口部の大きさを変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を変化させる液体光学素子とを有していることを特徴とする光ビーム走査光学装置。
【請求項２】
透光性液体および遮光性液体のうちの一方は導電性液体であり、他方は一方と不混和な絶縁性液体であり、
前記液体光学素子は、さらに、
前記２種の液体を収容するとともに、入射する光ビームを透過させる液体収容器と、
前記液体収容器内で導電性液体に接触して設けられる第１の電極と、
前記液体収容器内で導電性液体および絶縁性液体と絶縁層を介して設けられる第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査光学装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧を主走査方向１ライン内で変化させることにより、前記開口部を透過する光ビームの光束幅を主走査方向１ライン内で変化させることを特徴とする請求項２に記載の光ビーム走査光学装置。
【請求項４】
被走査面上における主走査方向の走査開始のタイミングを検出するとともに、その検出結果に基づいて、前記光源からの光ビームの出射を制御するタイミング検出手段をさらに備え、
前記タイミング検出手段は、さらに、前記検出結果に基づいて、前記液体光学素子の前記界面の形状変化によって前記開口部の大きさを変化させるタイミングを制御す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光ビーム走査光学装置。
【請求項５】
前記偏向器は、往復振動型の偏向器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光ビーム走査光学装置。
【請求項６】
前記規制部材は、入射する光ビームの光束幅を副走査方向についてのみ規制し、
前記液体光学素子は、被走査面上の主走査方向中央部に比べて主走査方向両端部に向かう光ビームほど光束幅が広がるように、２種の液体の界面の形状を変化させて前記開口部の大きさを変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ビーム走査光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２５３３９（Ｐ２００９−２５３３９Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８５３６０（Ｐ２００７−１８５３６０）
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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