JP5515723B2 - 光走査装置、画像形成装置および光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置および光通信システムに関し、さらに詳しくは、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等またはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に用いられる、光源として垂直共振器型面発光レーザを用いた光走査装置、光走査装置を備えた画像形成装置および光通信システムに関する。

近年、画像形成装置においては、高速化、高密度化、高画質化といった要求が高まってきている。これらの要求に対して、複数の発光点を有し、１つの被走査面を複数のビームで走査するマルチビーム書込方式を用いた画像形成装置が実用化されてきている。

光走査装置、特に半導体レーザを用いたレーザ走査装置は、その構造の簡素さ、高速性、解像度の高さから、画像表示装置や画像記録装置などの画像形成装置に広く用いられてきた。なかでも電子写真方式のプリンタの露光装置として最適なものであり、レーザビームプリンタとして多くの製品が市場に出回っている。

さらに近年の画像形成装置では、高速化や高解像度化の要求が一層高まりつつあり、走査速度の向上が望まれている。高速の走査を実現するためには速度の速い偏向装置が必要になるが、例えば偏向装置として回転多面鏡を用いる場合、回転数の高速化には上限がある。
その解決策の１つとして、例えば特許文献１に示されているように、独立に変調可能な複数の発光点を持つ面発光レーザである垂直共振器型面発光レーザ（Ｖertical Ｃavity Ｓurface Ｅmitting Ｌaser：以下、「ＶＣＳＥＬ」と略称する）からの光束を走査し、１回の走査で複数の走査線を同時に走査する、いわゆるマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置が提案されている。

上述したような複数発光領域を持つＶＣＳＥＬを用いた従来の光走査装置の一例を図１５に示す。図１５において、複数の発光領域を有し、この発光点を制御する発光制御手段を有する光源１０１から複数のレーザビームが射出され、カップリングレンズ１０２と、アパーチャ１０４と、シリンドリカルレンズ１０３とからなるカップリング光学系によってカップリングされ光束が成形される。複数のレーザビームは、カップリングされた後に回転多面鏡からなる偏向手段としての偏向器１０５によって偏向反射されて、主走査方向に走査される。さらに、走査・結像光学系である第１走査レンズ１０６ａおよび第２走査レンズ１０６ｂによって像面である被走査面（感光体）１０８、ここでは感光性の媒体を支持する円柱状の像担持体の上に走査線１０９として結像される。図１５において、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは、第２走査レンズ１０６ｂを透過したレーザビームを折り返し反射する第１、第２、第３折り返しミラーを示す。

像担持体は図１５の円柱の軸を中心に回転し、像面を主走査方向とは垂直の方向に移動させ、光走査を行って画像を形成する。
画像出力の高速化を実現するためには上述のＶＣＳＥＬなどによる複数ビーム化という手段が考えられる。なかでも、高速出力機においてはマルチビーム化された書込み光源を用いるのが一般的となっている。

また、後述する本発明の解決しようとする課題との関係において、特許文献２には、光源から射出される光ビームを透過して感光体上に結像させるｆθレンズに、反射防止用のコーティング無しのｆθレンズを採用した場合、ｆθレンズからの光源への戻り光（反射光）を防止する目的で、光量減衰コーティングが光源側の面に施されたシリンドリカルレンズについて開示されている。

特許文献３には、光源側を平面とする平凸のシリンダーレンズの入射側の平レンズ面に、または光源からのレーザ光束を平行光束化するコリメートレンズの射出側のレンズ面に、直線偏光を実質的な円偏光に変換するコーティングを、複屈折性を有する酸化物により施すことにより、シェーディング補正機能を持たせるようにした光走査装置が開示されている。

特許文献４には、シングルモードの半導体レーザから出射した光ビームの一部を複数の面間で多重反射させた上で、残余の光ビームとともに進行・透過させる光学素子として平行平板を用い、この平行平板内での多重干渉を半導体レーザのモードホッピング検知に利用していることが開示されている。

しかしながら、端面発光型レーザダイオード（ＬＤ）に比べて量産実績の少ないＶＣＳＥＬ光源は、現状では出力する光量（光出力）範囲が端面発光型ＬＤに比べて狭いという問題がある。
光走査装置に搭載される光源には、以下に記載する第１ないし第３の理由で、ある程度以上の広い光出力範囲が要求される。

[第１の理由]
光走査装置に搭載された光源から出射された光は、第１の光学系（以下、「第１光学系」ともいう）、第２の光学系（以下、「第２光学系」ともいう）、回転多面鏡、第３の光学系（以下、「第３光学系」ともいう）を透過して感光体に到達する。これら光学系の光学素子を量産すると、それぞれの透過率・反射率がばらつくため、光源から出た光エネルギーと感光体に到達したエネルギーの比、すなわち光利用効率がそれぞれの光走査装置でばらつく。よって、各画像形成装置で感光体上で同じ光エネルギーが欲しい場合には、光源からの出射エネルギーを調整する必要がある。

[第２の理由]
第１の理由のばらつきに加えて、回転多面鏡と第３光学系とのばらつきによる、シェーディング特性のばらつきも考慮しなくてはいけない。ここで、シェーディング特性とは、主走査方向の光量分布で、感光体中心とそれ以外の周辺の光量比をいう。
このシェーディング特性を補正するためには、すなわち主走査方向中心から周辺までの感光体上の光量を等しくするためには、図１６に示すように周辺の光量が主走査方向中心よりも高いときは周辺の光量を下げたり、あるいは周辺の光量が主走査方向中心よりも低いときは周辺の光量を上げたりするといった作業を行っている。これにより、図１７に示すように、シェーディング補正後において、主走査方向中心から周辺までの感光体上の光量が等しくなることで、欲しい光量が得られる。もちろん、主走査方向中心の光量を周辺に合わせて上げるといった方法もあるが、今はシェーディング補正の例として上記の方法を示しただけで、ここでは問題としない。
このシェーディング補正を行うには、周辺の光量を上下するために、光源からの出射エネルギーを調整する必要がある。
すなわち、図１８に示すように、感光体中心の光利用効率ばらつきに加え、感光体周辺の光利用効率ばらつき分だけ、光源に対して光出力範囲の拡大が要求される。

[第３の理由]
ところで、画像形成装置を組立て後、第１および第２の理由で感光体および光走査装置の光利用効率ばらつきに合わせて設定された光源からの光エネルギーであるが、画像形成装置を長い時間稼働していくうちに、感光体の劣化や環境変化の影響などにより、要求される光エネルギー量が変化する。光源はこのような時間的な変化にも対応しなくてはいけない。

光源が第１ないし第３の理由に対応する光出力範囲を満足しないときに、これを少しでも救う方法がある。それは減光フィルタ（以下、「ＮＤフィルタ」という）を利用して、各光走査装置間の光利用効率ばらつきを小さくする方法である。これは、光利用効率が、例えば４つの光走査装置間で１.０５，１.０３，１.００，０.９７というようにばらついた場合には、光利用効率１.００を超える各光走査装置にはそれぞれ透過率１／１.０５のＮＤフィルタと、１／１.０３のＮＤフィルタを設置すれば、光利用効率ばらつきが当初０.９７〜１.０５だったものを０.９７〜１.００まで小さくできるという手法である。

このように、ＮＤフィルタは、書込光学系の光利用効率ばらつきを低減することでＶＣＳＥＬ光源の光出力範囲不足を補う有効な手段であるが、ＶＣＳＥＬ光源と相性が悪く、以下に述べる問題がある。
すなわち、ＮＤフィルタの基板には、通常、ガラスやプラスチックの平板が使用される。例えば図１５に示した従来の光走査装置におけるカップリングレンズとシリンドリカルレンズとの間に、第１の面（以下、「第１面」ともいう）と第２の面（以下、「第２面」ともいう）とが平行な平板ガラス基板からなるＮＤフィルタを配置したとき、カップリングレンズからの出射光が平行光であれば（多くの光走査装置ではカップリングレンズからの出射光は平行光である）、図１９に示すように、ＮＤフィルタ２００に入射した平行光は屈折率ｎのガラス基板内で多重反射・多重干渉を起こす。
図１９の数式（１）、（２）において、ｄは基板の厚みを、θは屈折角を、λはレーザ光の波長を、n（BC＋CD）−BEは隣接する透過光の光路差をそれぞれ表している。

一方、ＶＣＳＥＬは端面発光型ＬＤに比べて、発振スペクトルが良好な単一波長である（例えば、非特許文献１参照）。とはいえ、ＶＣＳＥＬへの入力電流を上げるに従って、１ｎｍ未満の範囲で微妙に波長が変化する。波長が微妙に変化すると、各ＮＤフィルタから出射する光同士の位相が変化し、多重反射光の強め合い、弱め合いの度合いが変化する。したがって、入力電流に対し、ＮＤフィルタ出射光の光強度の一次関数的線形性が保たれなくなる。

この現象を図１９で説明する。波長λが入力電流で微妙に変化すると、ＮＤフィルタ２００における屈折率ｎと屈折角θとが微妙に変化し、透過光の強め合い・弱め合いが変化してしまうのである。

上述したように、特許文献１ないし４および非特許文献１等を含め、従来の光走査装置に関する技術では、本願発明者らの知り得る範囲において、上記した第１ないし第３の理由に対応して光出力範囲を満足しない場合に、ＮＤフィルタを配置して各光走査装置間の光利用効率ばらつきを小さくするよう調整・対策するとき、ＶＣＳＥＬレーザ光のＮＤフィルタ内での多重干渉によって感光体上の光強度がＶＣＳＥＬへの入力電流で変動してしまうという、新たな課題を提起ないし言及しているものは見受けられない。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＶＣＳＥＬ光源を用いた場合に、ＮＤフィルタ内での多重干渉を防止できる光量調整素子に代わる構成を採用することにより、高速で安定した光走査、高画質な画像形成を行える光走査装置、画像形成装置および光通信システムを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・発明特定事項（以下、「構成」という）を採っている。
請求項１記載の発明は、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、レーザ光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系とを具備する光走査装置において、前記光源と前記偏向手段との間に、第１および第２の面を持つ基板を備えた光量調整素子を有し、前記光量調整素子は、第１の面に減光コーティングを施し、かつ、第２の面に減反射コーティングを施すことにより、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなり、前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式１を満足することを特徴とする。前記構成により、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光点間の光量差を抑制することができ、光量調整素子の第２の面の透過率を上げる（反射率を下げる）ことで、光量調整素子での多重干渉を防ぐことができる。

ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式２から計算される値である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光量調整素子は、第１の面に減光コーティングを施し、かつ、第２の面に多層膜コーティングを施すかまたはサブ波長格子（ＳＷＳ）を形成することにより、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなることを特徴とする。前記構成により、光量調整素子の第２の面の透過率を上げる（反射率を下げる）ことで、光量調整素子での多重干渉を防ぐことができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記光量調整素子は、収束光または発散光の光路に配置されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、第１の光学系からのレーザ光束は収束光であり、前記光量調整素子は、第１の光学系と第２の光学系との間に配置されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、第１の光学系からのレーザ光束は発散光であり、前記光量調整素子は、第１の光学系と第２の光学系との間に配置されることを特徴とする。
請求項３〜５記載の発明では、前記構成のとおり、光量調整素子に入射するレーザ光束を収束光あるいは発散光にすることで、光量調整素子での多重干渉を防ぐことができる。

請求項６記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、前記光量調整素子は、前記光源と第１の光学系との間に配置されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、レーザ光束の太さを制限する光束制限素子と、第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、前記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を備え、この偏向反射面により光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系とを具備する光走査装置において、第２の光学系に曲面を備えたシリンドリカルレンズを有し、該シリンドリカルレンズの前記曲面側に減光コーティングを施し、前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式３を満足することを特徴とする。前記構成により、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光点間の光量差を抑制することができ、多重干渉を防ぐことができる。

ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式４から計算される値である。

ただし、シリンドリカルレンズからの反射光が光源に集まると光出力が不安定になるため、シリンドリカルレンズの平面側には減反射コーティングを設けない。シリンドリカルレンズの曲面側からの反射光は、光源上で拡散光になるように、面の曲率と、シリンドリカルレンズから光源までの距離を設定する必要がある。すなわち、請求項８記載の発明では、請求項７記載の光走査装置において、前記シリンドリカルレンズの前記曲面側の反射光による集光点は、前記光源近傍にないことを特徴とする。

さらに、シリンドリカルレンズの反射光が光源に戻らないようにシリンドリカルレンズを光軸に対して傾ける場合には、シリンドリカルレンズを複数（２枚以上）の構成として、シリンドリカルレンズからの出射光の収束点が光軸上に乗るように、２枚のレンズの傾きを設定するとよい。すなわち、請求項９記載の発明は、請求項８記載の光走査装置において、第２の光学系は、複数のシリンドリカルレンズを有し、前記複数のシリンドリカルレンズのうちの１つのシリンドリカルレンズの前記曲面側に前記減光コーティングを施したことを特徴とする。

さらに、請求項１０または１１記載の発明では請求項１ないし９以外の構成で、光源からのレーザ光量を調整することができる。すなわち、請求項１０記載の発明は、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、レーザ光束の太さを制限する光束制限素子と、第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、前記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を備え、この偏向反射面により光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系とを具備する光走査装置において、前記光源と前記偏向手段との間に、遮光部材を有し、前記遮光部材は、前記光束制限素子を通過するレーザ光束の一部を遮光してなり、前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式５を満足することを特徴とする。

ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式６から計算される値である。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光走査装置において、前記遮光部材は、前記光束制限素子と一体的に構成されていることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか一つに記載の光走査装置において、前記垂直共振器型面発光レーザでは、光出力の増減があっても、縦モードホップが生じないことを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２の何れか一つに記載の光走査装置において、前記垂直共振器型面発光レーザの隣接モード抑圧比は、−３５ｄＢ以下であることを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし1３の何れか一つに記載の光走査装置において、前記垂直共振器型面発光レーザの共振器長は、１０μｍ以下であることを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、請求項１ないし１４の何れか一つに記載の光走査装置において、前記光量調整素子の前記光源側の面は、該光源側の面での反射光が第３の光学系に配設されている少なくとも１つのレンズに入射されることのないように、前記レーザ光束の主光線の進行方向に対して傾けて配置されることを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、請求項１ないし１５の何れか一つに記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置であることにより、多重干渉を防ぐことによって、各光走査装置間の光利用効率のばらつきを低減し、光源の光出力範囲不足を補い高速・高密度な光走査が可能となるので、良好な画像形成を行うことができる。

請求項１７記載の発明は、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、光量調整素子と、受光素子とを含む光通信システムにおいて、前記光量調整素子は、第１および第２の面を持つ基板を備え、第１の面に減光コーティングを施し、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなり、前記光源からのレーザ出射光が、前記受光素子に到るまでに前記光量調整素子を介すことによりレーザ光量が調整され、前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式７を満足することを特徴とする。前記構成により、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光点間の光量差を抑制することができ、光伝送に使用したい通常のレーザ光とは別の多重干渉光を含むことを防止できる。

ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式８から計算される値である。

本発明によれば、上記課題を解決して新規な光走査装置、画像形成装置および光通信システムを提供することができる。主な発明の効果を挙げれば、以下のとおりである。
本発明によれば、前記構成により、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源を用いた場合に、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光点間の光量差を抑制することができ、多重干渉を防止できるので、光利用効率のばらつきを低減し、光源の光出力範囲不足を補い高速・高密度な光走査を行うことができ、また良好な画像形成を行うことができる（請求項１ないし１１、１６）。

本発明によれば、前記構成により、縦モードホップが生じることなく、ビームスポット径変動やビームスポット位置変動を避けられる（請求項１２）。
本発明によれば、前記構成により、単一モード性を高めることで、縦モードホップが生じることなく、ビームスポット径変動やビームスポット位置変動を避けられる（請求項１３、１４）。

本発明によれば、前記構成により、ゴースト光として予期せぬ露光が行われる虞を未然に防止できる（請求項１５）。

また、本発明によれば、前記構成により、垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源を光通信システムに用いた場合に、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光点間の光量差を抑制することができ、従来のような多重干渉光を含むことを防止でき、これにより垂直共振器型面発光レーザの光出力変動と光量調整素子からの透過光量を線形の関係にすることができるので、高速で良好な光通信を行うことができる（請求項１７）。

本発明の実施形態１における光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。 実施形態１の光走査装置に用いられるＮＤフィルタの構成を示す図である。 本発明の実施形態２における光走査装置の光学系の要部を示す図である。 実施形態２の光走査装置に用いられるＮＤフィルタの構成および作用を示す図である。 実施形態２の光走査装置に用いられるＮＤフィルタの構成および作用効果を示す図である。 実施形態２の変形例における光走査装置の光学系の要部を示す図である。 本発明の実施形態３における光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。 実施形態３の光走査装置の光学系全体を副走査断面から見た図である。 実施形態３の光走査装置に用いられるシリンドリカルレンズの構成および作用効果を示す図である。 実施形態３の光走査装置の要部光学系の構成および作用効果を示す図である。 実施形態３の別の光走査装置に用いられる２枚のシリンドリカルレンズの構成を示す図である。 本発明の実施形態４における光走査装置に用いられるアパーチャに一体的に形成された遮光部材を示す図である。 本発明の実施形態５における光走査装置を用いた画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態６における光通信システムの光送信モジュールを示す図である。 従来の光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。 本発明の課題を説明する図であって、シェーディング補正前における、感光体上の主走査方向位置と感光体上の光量との関係を説明する図である。 本発明の課題を説明する図であって、シェーディング補正後における、感光体上の主走査方向位置と感光体上の光量との望ましい関係を説明する図である。 本発明の課題を説明する図であって、感光体上の主走査方向位置と光走査装置の光利用効率との関係である、走査光学系の光利用効率ばらつきを説明する図である。 本発明の課題を説明する図であって、ＮＤフィルタを用いた場合のＮＤフィルタ内での多重干渉を説明する図およびその数式を示す図である。 本発明の実施例１における光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。 波長とレーザ共振器長との関係を説明する図である。 縦モードを説明する図である。 ピーク発振波長と電流との関係により、縦モードホップ現象を説明する図である。 ＤＦＢ（分布帰還型）レーザの縦モードの例を示すグラフである。 ＮＤフィルタにおける光の干渉を説明する図である。 ＮＤフィルタにおける光の干渉を説明する図である。 ＶＣＳＥＬへの入力電流ごとにＮＤフィルタでの干渉状態が変化する現象を説明する図である。 実施例２における光走査装置の要部光学系の構成および作用を示す図である。 透過率うねりの計算結果の一例を示すグラフである。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を詳細に説明する。各実施形態、変形例等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り同一符号を付す。

（実施形態１）
図１および図２を参照して、本発明の実施形態１における光走査装置を説明する。図１は、実施形態１における光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。
図１に示すように、実施形態１の光走査装置は、複数の発光点を有する垂直共振器型面発光レーザＶＣＳＥＬ１と、ＶＣＳＥＬ１からのレーザ光束（以下、「レーザビーム」、または単に「光束」ともいう）をカップリングする第１光学系としてのカップリングレンズ２と、カップリングレンズ２から出射される平行光束の太さを制限する光束制限素子としてのアパーチャ３と、ＶＣＳＥＬ１と偏向器６との間に配置され、光走査装置の光利用効率を調整する光量調整素子としてのＮＤフィルタ４と、アパーチャ３により制限されＮＤフィルタ４を透過した光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２光学系としてのシリンドリカルレンズ５と、略線状の集光部の近傍に偏向反射面を備えた回転多面鏡（以下、「ポリゴンミラー」ともいう）を有し、ポリゴンミラーにより光束を偏向する偏向手段としての偏向器６と、偏向器６による偏向光束を被走査面（感光体）８上に光スポットとして集光する第３光学系を構成する第１走査レンズ７ａおよび第２走査レンズ７ｂとから主に構成されている。

ＶＣＳＥＬ１から複数のレーザ光束が射出され、これがカップリングレンズ２でカップリングされて平行光束となり、カップリングレンズ２から出射された平行光束はアパーチャ３によってその太さが制限され、シリンドリカルレンズ５によって光束が成形される。複数のレーザ光束は、カップリングされた後に回転多面鏡を備えた偏向器６によって偏向反射されて、主走査方向に走査される。さらに、第１走査レンズ７ａおよび第２走査レンズ７ｂによって像面である被走査面８、ここでは像担持体としての感光体ドラムの感光体上に露光することで、潜像を形成した後、画像形成を行う。

図２を参照して、ＮＤフィルタ４の特徴について説明する。ＮＤフィルタのタイプとして、第１および第２面を持つ基板としての透明な平板からなるガラス基板（以下、「ガラス板」という）の表面に、クロム、インコネルなどの金属膜あるいは誘電体膜等の光減衰膜をコーティングし、この光減衰膜により一部の光を反射あるいは吸収し、減衰せしめるものが知られている。ここでは、ガラス板の光源（ＶＣＳＥＬ１）側の第１面（一方の面）に減光コーティングを施すことによりクロム膜を形成して、一部の光を反射するものとする（この具体例は、特に断らない限り、後述の実施形態２およびその変形例等でも同様とする）。

さて、ＮＤフィルタ４の第２面（他方の面）をこのままにしておくと、ＮＤフィルタ４に平行光束を入射した時に、ガラス板の第２面からの反射光が第１面に戻り、多重干渉を起こしてしまう。そこで、第２面には第１面よりも反射率を落とすべく、減反射コーティングとして多層膜コーティングを施すことにより、反射率をできるだけ０に近づけることが望ましい。

光学薄膜の形成は、一般に真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（Ｃhemicai Ｖapor Ｄeposition）といったドライプロセスにて行われる。反射防止膜の性能として、広い入射角範囲で低い反射率を有することが要求されている。これらの性能要求に応えるために、異なる屈折率を有する複数のコーティング材料を組み合わせて多層膜を形成すれば良いことが知られている。さらに、多層膜においては、使用する種々のコーティング材料の屈折率の差が大きい程、また種々の使用コーティング材料の最低屈折率が低い程、多層膜の光学性能が向上することが知られている。以上がＮＤフィルタの第２面が多層膜であることが望ましい理由である。

図１および後述する図２０は偏向器の回転軸に垂直な平面における光走査装置の素子の配置図である。ＮＤフィルタ４は、ＶＣＳＥＬ１，１Ａ側の第１面での反射光がＶＣＳＥＬ１，１Ａに戻ることなく、かつ、その反射光が第１走査レンズ７ａに入射することのないように、レーザ光束の主光線の進行方向に対して傾けて配置することが望ましい。すなわち、図１および図２０に示されているＮＤフィルタ４の一端部４ａが他端部４ｂより光源側に位置するよう傾け（傾き角β）、ＶＣＳＥＬ１，１Ａ側の第１面での反射光がＶＣＳＥＬ１，１Ａに戻ることなく、かつ、その反射光が第１走査レンズ７ａに入射することのないようにすることが望ましい。
ＮＤフィルタ４の第１面での反射光がＶＣＳＥＬ１，１Ａに戻ると、光出力が不安定になるという問題が生じる。また、反射光が第１走査レンズ７ａを介して感光体に入射することにより、ゴースト光として予期せぬ露光が行われる可能性がある。上記問題を抑止するため、ＮＤフィルタ４はレーザ光束の主光線の進行方向に対して図１および図２０に示すように、ＮＤフィルタ４の一端部４ａが他端部４ｂより光源側に位置するよう傾けて配置することが望ましい。

ＮＤフィルタ４としては、上記した説明では透明な平板からなるガラス基板を用いた例であったが、透明な平板からなるプラスチック基板を用いたものでもよい。
ＮＤフィルタ４の第２面は、反射率を落とす作用があればよいので、減反射コーティングとしての多層膜コーティングを施すことに限らず、使用レーザの波長以下の微細構造を形成、すなわちサブ波長格子（ＳＷＳ：Ｓub-Ｗavelength Ｓtructure）のような微細加工処理をＮＤフィルタ４の第２面に施すことでも当然問題はない（請求項２）。

（実施形態２）
図３〜図５を参照して、実施形態２の光走査装置を説明する。図３は、実施形態２の光走査装置の要部を示す。実施形態２は、図１に示した実施形態１の光走査装置と比較して、図３に示すように、第１光学系でＶＣＳＥＬ１から出射するレーザ光束を屈折する度合いを変えた点が相違する。この相違点以外の実施形態２の構成は、図１に示した実施形態１の光走査装置と同様である。

第１光学系でＶＣＳＥＬ１から出射するレーザ光束を屈折する度合いを変えることには、カップリングレンズ自体の構成である例えば曲面の形状である曲率を変えることで収束度合いを変えたり、ＶＣＳＥＬ１に対する配置位置を変えたりすること、あるいはこれらの組み合わせた構成が含まれる。
本実施形態においては、ＮＤフィルタ４Ａは、減光コーティングを施されたガラス板の第１面のみで、反対側の第２面には減反射コーティングを施していなくても良い。つまり、第２面の減反射コーティングを省くことも可能である。

さらに具体的には、図３に示すように、実施形態１ではＶＣＳＥＬ１からのレーザ光束をカップリングレンズ２で平行光束にしていたが、実施形態例２では平行光束よりもわずかに発散光束となるように構成・配置されたカップリングレンズ２を用いるとともに、カップリングレンズ２（第１光学系）とシリンドリカルレンズ５（第２光学系）との間に、ＮＤフィルタ４Ａを配置したものである。

図４および図５を参照して、実施形態２の効果を説明する。図４（あるいは上述した図１９）に示すように、ＮＤフィルタ４Ａに平行光束を入射した場合、光束内の各光線は、ガラス板内での光路長が（反射回数が同じ光線どうしは）それぞれ等しいので、多重干渉を起こしてしまう。

しかしながら、図５に示すように、ＮＤフィルタ４Ａに発散光束を入射すれば、光束内の各光線は、反射回数が同じでも、ガラス板内での光路長が異なるので、干渉を起こさない。それ故に、カップリングレンズ出射光を発散あるいは収束光束とすることは、多重干渉防止に効果があり望ましい。

図６に、実施形態２の変形例を示す。この変形例は、実施形態１と比較して、ＮＤフィルタ４に代えて、ガラス板における光源（ＶＣＳＥＬ１）側の第１面にのみ減光コーティングを施した光量調整素子としてのＮＤフィルタ４Ａを用いた点、およびＶＣＳＥＬ１とカップリングレンズ２との間にＮＤフィルタ４Ａを配置した点が相違する。
このように、ＶＣＳＥＬ１とカップリングレンズ２との間にＮＤフィルタ４Ａを配置すれば、ＶＣＳＥＬ１から出射されるレーザ光束は発散光束であり、ＮＤフィルタ４Ａへの入射光は発散光束なので多重干渉は起こらないし、カップリングレンズ２からの出射光を平行光束にすることができる。

（実施形態３）
図７〜図１１を参照して、実施形態３における光走査装置を説明する。図７は、実施形態２における光走査装置の光学系の全体構成を示す図である。図８は、図７に示した光走査装置の光学系全体を副走査断面から見た図である。
実施形態３は、実施形態１と比較して、実施形態１の光走査装置の構成からＮＤフィルタ４を除去した点、および曲面を備えたシリンドリカルレンズ５に代えて、その曲面（この例の場合、図８に示すシリンドリカルレンズ５Ａのポリゴンミラー側の面を指す）に減光コーティングを施したシリンドリカルレンズ５Ａを用いる点が主に相違する。
シリンドリカルレンズ５Ａのポリゴンミラー側の曲面に対する減光コーティングを施す具体的内容は、実施形態１で説明した一般的な光学薄膜の形成と同様に行うことができることは無論である。

図９および図１０を参照して、シリンドリカルレンズ５Ａを用いた効果を説明する。図９に示すように、シリンドリカルレンズ５Ａに入射した平行光束は、偏向器６のポリゴンミラー側の曲面で屈折し出射した光線と、ポリゴンミラー側の曲面で反射した後、ポリゴン側の曲面から出射した光線とでは位相が等しくならない（部分的に等しくなる光線もあるが、光束全体が多重干渉する事態にはなりえない）。

ただし、シリンドリカルレンズ５Ａの曲面からの反射光がＶＣＳＥＬ１上に集まらないことが条件としてある。前述のようにＶＣＳＥＬ１に反射光が戻ると光出力が安定しないからである。具体的には、図１０に示すように、反射光がＶＣＳＥＬ１とシリンドリカルレンズ５Ａとの間で一度収束した後、発散することが望ましい。

ＶＣＳＥＬ１への戻り光が心配な場合は、シリンドリカルレンズを傾けてもよい。このとき、光軸に対してシリンドリカルレンズを垂直に配置した場合よりも収差が悪化したり、光軸上から集光点が外れたりするので、シリンドリカルレンズの屈折力を２枚のレンズに分けて、すなわち図１１に示すように、１枚のシリンドリカルレンズ５Ａを傾けて配置するとともに、他の１枚のシリンドリカルレンズ５を互いの曲面側が向き合うよう配置することで、集光点を光軸に戻し、収差も改善することが可能となる。

（実施形態４）
図１２を参照して、実施形態４における光走査装置を説明する。実施形態４は、実施形態３と比較して、減光コーティングを施したシリンドリカルレンズ５Ａに代えて、実施形態１と同様のシリンドリカルレンズ５を用いる点、および図１２に示す光束通過可能なスリット模様（白抜き部）を備えた遮光部材１０をアパーチャ３Ａ内に配置した点が主に相違する。

アパーチャ３Ａは、アパーチャ３と比較して、図１２に示すようにアパーチャ３Ａ通過口をＶＣＳＥＬ１側から見た場合に、遮光部材１０が一体的に形成されている点が相違する。このように、遮光部材１０でカップリングレンズ２から出射されるレーザの光量を落としてしまえばＮＤフィルタでの多重干渉を心配することがなくなる。遮光部材１０におけるレーザ光束通過開口のパターンを工夫することで、ビームスポット径への影響も最低限に抑えられる。

本発明に係る光走査装置は、以上説明した実施形態１〜４や変形例等の光走査装置に限らず、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）光源と上述したような特有の光量調整素子（ＮＤフィルタ）とを有すれば、基本的には成立するものであり、この点からは本発明に係る光走査装置を広義に表現すると以下のようになる。
すなわち、本発明に係る光走査装置は、垂直共振器型面発光レーザを射出する光源と、該光源からのレーザ光束を集光する少なくとも１つのレンズと、レーザ光束を偏向する偏向手段とを具備する光走査装置において、前記光源と前記偏向手段との間に、第１および第２の面を持つ基板を備えた光量調整素子を有し、前記光量調整素子は、第１の面に減光コーティングを施し、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなる構成であってもよい。

（実施形態５）
図１３は、本発明の実施形態５における光走査装置を用いた画像形成装置の概略構成を示す図である。
図１３に示す画像形成装置は、例えば現像剤としてのイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナーおよびブラックトナーの４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成するフルカラー画像形成装置である。フルカラー画像形成装置は、同図に示すように、像担持体としての光導電性の感光体４０２ａ〜４０２ｄは図中の矢印に示したように時計回りに略等速回転する。ここで、感光体４０２ａ〜４０２ｄはフルカラー画像を形成するために４つ設けているが、用いる色トナーによって異なるのみで他の構成については同様であるため感光体に係る各部の符号表記の末尾は省略する。光走査装置４０１は、上述した実施形態１〜４等の光走査装置を含む。

感光体４０２の表面は、帯電手段４０５によって均一に帯電され、感光体４０２上に、光走査装置４０１によって露光走査をされる。この露光によって静電潜像を書込まれた感光体４０２は、現像手段４０３によってトナー画像として可視化され、第１転写手段４０６によって複数の感光体４０２上に可視化されたトナー画像が１つの画像として形成されるように順次、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト４０８上に転写され、重ねられたフルカラー画像を形成する。この中間転写ベルト４０８上のフルカラー画像は第２転写手段４０９によってシート状記録媒体Ｓに一括転写され、定着手段４０７によって定着されることで画像形成を完了し、適宜装置の外へ排出される。

感光体４０２は、転写しきれずに残留したトナーや紙粉をクリーニング手段４０４によって取り除かれる。その後、再び帯電手段４０５によって帯電される。また、中間転写ベルト４０８上に残留したトナーや紙粉は、図示しないベルトクリーニング手段によって取り除かれる。

このようなフルカラー画像形成装置において、光走査装置４０１に前述した光走査装置を用いれば、各光走査装置間の光利用効率ばらつきを小さくして、高速で高解像度の良好な画像形成を行うことができる。

上記実施形態では、中間転写体に転写した後、シート状記録媒体に一括転写するタンデム型の画像形成装置を例示して説明したが、無端ベルトでシート状記録媒体を搬送しながら順次転写して重ね合わせる直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置においても同様に実施することができる。

（実施形態６）
図１４を参照して、本発明の実施形態６における光通信システムを説明する。本発明の技術思想は、光源としてのＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）とＮＤフィルタとを組み合わせた際に生じる問題を解決するものである。そのため、発明の対象を、光走査装置、画像形成装置に限る必要はなく、光通信においても活用できる。

図１４は、実施形態６の光通信システムに係る光送信モジュールを示す図である。同図に示すように、本実施形態の光通信システムに係る光送信モジュールは、面発光レーザアレイチップと光ファイバと光量調整素子としてのＮＤフィルタとを組み合わせたものとなっている。
本実施形態例では、光源としての面発光レーザ１１〜１４からのレーザ光がカップリングレンズ１５によってカップリング・成形された後、光ファイバ１６に入力されて伝送され、受光素子２１〜２４で受光される。同時により多くのデータを伝送するために、複数の面発光レーザが集積した面発光レーザアレイを用いた並列伝送が可能となっている。

この際、光源としての面発光レーザ１１〜１４と、受光素子２１〜２４との間にＮＤフィルタ３１を配置し、光量調節を可能としている。ＮＤフィルタ３１は、実施形態１等で説明したと同様に、光源側の第１面に減光コーティングを施すことで、例えばクロム膜を形成している。第２面が第１面よりも反射率を落とすように、第２面に多層膜コーティングを施すことで反射率を０に近づけている。

このように、光伝送の過程に本願発明の光量調整素子としてのＮＤフィルタ３１を入れることにより、次の問題を解決することができる。すなわち、従来のＮＤフィルタでは、ＮＤフィルタに入射した光が、フィルタ内部の第１面と第２面間で多重反射による多重干渉を起こす。このため、従来のＮＤフィルタの出射光は、光伝送に使用したい通常の光とは別に、この多重干渉光を含んでいる。この多重干渉光の光量は、面発光レーザアレイチップの光出力変動に伴う波長変動によって増減する。よって、従来のＮＤフィルタでは、ＮＤフィルタ透過光量が光出力変動と線形に対応しない問題がある（前記光伝送に使用したい通常の光は対応する）。本実施形態のＮＤフィルタ３１によれば、面発光レーザ１１〜１４からのレーザ出射光が受光素子２１〜２４に到るまでに、上述の多重干渉光を０（ゼロ）に近づけ、かつ、レーザ光量が調整されることで、面発光レーザアレイチップの光出力変動とＮＤフィルタ透過光量を線形の関係、すなわち１：１の関係にすることができるようになった。

図２０〜図２７を参照して、上記した実施形態１の実施例１を説明する。
本願発明は、上述したとおり、ＶＣＳＥＬとＮＤフィルタとを有するポリゴンミラー前の光学システムにおいて、ＶＣＳＥＬの特性とＮＤフィルタの特性とを有機的に組み合わせることにより、相乗的な効果を発揮して上述の顕著な効果を奏するものである。実施例１および後述する実施例２においては、ＶＣＳＥＬとＮＤフィルタとの各特性における下記密接な関連性に着目して説明する。すなわち、第１に、ＶＣＳＥＬとＮＤフィルタ反射率との関連性、第２に、ＮＤフィルタの厚みとＮＤフィルタ反射率との関連性、第３に、ＶＣＳＥＬとＮＤフィルタの厚みとＮＤフィルタ反射率との関連性についてである。これらＶＣＳＥＬとＮＤフィルタとの相互の関連性を明確にすることで、後述するように、より「透過率うねり」に起因する発光点間の光量差を抑制できる構成を提示するものである。

端面発光型ＬＤと同様にＶＣＳＥＬの単一波長性が低ければ、ＶＣＳＥＬとＮＤフィルタを有するポリゴンミラー前の光学システムを用いても、ＶＣＳＥＬへの入力電流の上昇、すなわちＶＣＳＥＬの光出力増加に対して、ＮＤフィルタ透過光量の一次関数的線形性が失われることはない。つまり、ＮＤフィルタの透過率がＶＣＳＥＬの光出力ごとに変化することはない。
しかしながら、そのようなＶＣＳＥＬを用いると、単一波長性が高いことの利点、すなわち、波長とび（縦モードホップ）によって発生する感光体上でのビームスポット位置変動やビームスポット径変動が小さいという利点が失われる。

例えば、図２０に示す実施例１の光走査装置で、ＶＣＳＥＬ１Ａにおいて縦モードホップが発生すると、波長が変動し、カップリングレンズ２、シリンドリカルレンズ５、第１走査レンズ７ａ、第２走査レンズ７ｂといった全ての透過型光学素子の屈折率が変化し、これにより被走査面８（感光体）上でのピントずれやビームスポット位置のずれが発生してしまう。
同図に示す実施例１の光走査装置は、図１に示した実施形態１のそれと比較して、ＶＣＳＥＬ１に代えて、垂直共振器型面発光レーザを射出する光源としてのＶＣＳＥＬ１Ａを用いる点のみ相違する。この点を除き、実施例１の光走査装置は、図１に示した光走査装置と同様である。

実施例１は、単一波長性の高いＶＣＳＥＬ１ＡとＮＤフィルタ４とを有する光学システムを用いることによって、マルチビームによるポリゴンミラー回転数減少（例えば発光点を２次元配列できるＶＣＳＥＬ１Ａの利点）、ビームスポット位置変動減少、ビームスポット径変動減少（単一波長性の利点）、・書込光学系の光利用効率ばらつき低減（ＮＤフィルタ１の利点）という各利点を得つつ、ＶＣＳＥＬ１Ａの光出力に対するＮＤフィルタ４の透過率変動という不利益を抑制する、ＶＣＳＥＬ１ＡとＮＤフィルタ４とを有するポリゴンミラー前光学システムを有する光走査装置である。

ここで、本実施例で用いる用語の「単一波長性を高める」ということは、縦モードホップが生じないことを意味する。図２１に示すように、レーザ共振器内の内側では、両方の反射ミラー３２ａ，３２ｂ表面上で節を持つ波（定在波）のみが存在する。つまり、レーザ共振器内では半波長の整数倍になる光波のみが存在する。ここに、λ＝２Ｌ／Ｎ（λは波長、Ｌはレーザ共振器長、Ｎは整数）。この飛び飛びの波長を縦モードという（図２２参照）。
図２２において最も光強度の強い、中心の波長λを「ピーク発振波長」と呼ぶとすると、ピーク発振波長は、図２３に示すようにレーザに入力する電流を上げるに従って、長波長側にジャンプさせながら変動していくことがある。この現象を「縦モードホップ」と呼んでいる。

例えば、レーザ共振器長Ｌ＝３００μｍの端面発光型ＬＤで、波長１０００ｎｍの光を発振しようとした場合、共振モードの次数Ｎ＝６００であり、隣接する波長は１００１．７ｎｍと９９８．３ｎｍであり、隣接する波長が受ける利得はピーク発振波長との差が小さく、発振しやすい。よって、電流の増加につれて、比較的簡単に縦モードホップを起こす。

これに対して、共振器長Ｌ＝１μｍのＶＣＳＥＬを用いた場合、共振波長は２０００ｎｍ、１０００ｎｍ、６６７ｎｍとなる。この場合、発振の利得を波長１０００ｎｍに最適化したＶＣＳＥＬであれば、波長２０００ｎｍと６６７ｎｍは発振できない。

図２４は，参考文献としての「わかる半導体レーザの基礎と応用」ＣＱ出版社 第４版 Ｐ９３に掲載されているＤＦＢ（分布帰還型）レーザの縦モードの例である。縦軸は１メモリ１０ｄＢであり、２番目に強いモードとの強度比（抑圧比）は３０ｄＢを軽く越えていて、つまり１０００倍以上の強さでピーク発振波長が発振していることが分かる。参考文献としての「面発光レーザ」オーム社 Ｐ３０によると、この抑圧比（隣接モード抑圧比）が−３５ｄＢ以下であれば、あるいはレーザ共振器長が１０μｍ以下であれば、ＶＣＳＥＬはＤＦＢレーザと同等の単一波長性を持つ、換言すれば縦モードホップが生じないと言える。

実施例１では、ＶＣＳＥＬ１Ａの特性として、
・波長λ＝７８０ｎｍ
・レーザ共振器長Ｌ＝７８０ｎｍとし、
ＮＤフィルタ４の特性として、図２５において、
・光源側の面は金属膜、ポリゴンミラー側の面は誘電体膜とする。
・成膜するガラス基板は、光学ガラスの屈折率ｎ＝１．５とする。
・ガラス基板の厚みｄ＝１．０ｍｍ
・光源側の面の振幅透過率ｔ１＝０．４
・ポリゴンミラー側の面の振幅透過率ｔ２’＝０．９９
・ガラス基板から光源側の面に向かう光の振幅反射率ｒ１’＝０．５
・ガラス基板からポリゴンミラー側の面に向かう光の振幅反射率ｒ２’＝０．０７とする。

図２５において、入射光の電界Ｅｉ＝1とすると、下記の数式９、１０が成立する。

誘電体膜側の点Ｄで反射した光は、非常に弱くなるので、これ以降の多重反射光は考慮しないものとし、（１）と（２）との二光束干渉で、出射光量Ｉｔを解くと、以下の数式１１になる。

数式１１において、ｃｏｓは−１から１までの値を取るので、Ｉｔは０．１５７×０．９３（＝０．１４６）から、０．１５７×１．０７（＝０．１６８）までの値を取る。すなわち、ＶＣＳＥＬ１Ａの入力電流を変えると光出力が変化し、これより波長λと屈折率ｎ（それによりθ）が変化する。よって、ＮＤフィルタ４の透過率はＶＣＳＥＬ光出力に対して、０．１４６から０．１６８の間で変化することとなる。

この０．０２２程度の透過率変化をより小さくするには、ｒ１’あるいはｒ２’をさらに小さくすればよい。実施例１では、ｒ２’を０．０７という非常に小さい値にすることで、透過率変化を０．０２２程度に抑えているが、ポリゴンミラー側の面に誘電体膜を付与しないと、０．２程度の振幅反射率を与えてしまうことになり、透過率変化が拡大する。
実施例１から分かるように、ＶＣＳＥＬ１Ａのレーザ共振器長（あるいは抑圧比）とＮＤフィルタ４との反射率には密接な関係があり、両者を同時に最適化する必要がある。

図２６において、レーザ光がＮＤフィルタ４を透過するときに、その金属膜面で一部のレーザ光が反射される。ＮＤフィルタ４の内部で偶数回反射したレーザ光（同図の（２）、（３）・・・）がＮＤフィルタ透過光（１）と干渉すると，干渉が発生しない場合に比べて、ＮＤフィルタ透過光量には無視できない差が生じる。
透過光と内部反射光との干渉で、レーザ光が強め合うか弱め合うかは、レーザ光の波長λに依存する。ＶＣＳＥＬ１Ａへの入力電流ｉを変えると、波長λが変化するので、入力電流ｉごとに干渉状態が変化する（図２７参照）。これがＶＣＳＥＬ１Ａへの入力電流ｉごとにＮＤフィルタ４の透過率が変化する「透過率うねり現象」の原因である。

実施例２は、実施例１と同じ光走査装置（図２０参照）の構成で、実施例１と比較して、ＮＤフィルタ４のガラス基板の厚みｄを変えたことのみ相違する。

数式１２が成立すれば、Ｉｔの式で、ｃｏｓの中の項が０〜１の間に入るので、ＮＤフィルタ４の透過率変化が０．１５７×１．０から、０．１５７×１．０７の間に入り、実施例１に比べて半分にできる。
具体的には、ＶＣＳＥＬ１Ａ出力での波長７８０ｎｍ、ガラス基板の屈折率が１．５である。ＶＣＳＥＬ１Ａへの入力電流を３倍程度まで増し、このときの波長が７８０．５ｎｍ、ガラス基板の屈折率を１．５０１１とする。θの寄与は小さいので、ここでは定数扱いし、αが１０°なので、θは６．７°である。これを基に計算すると、ｄ＝０．７１ｍｍである。

次に、図２８を参照して、ＮＤフィルタ４の厚みを「透過率うねり」が発生しないほど薄くした場合（単調増加または減少）について説明する。同図において、ｔ、ｒはそれぞれ、ＮＤフィルタ４の第１面の振幅透過率、振幅反射率を、ｔ’、ｒ’はそれぞれ、ＮＤフィルタ４の第２面の振幅透過率、振幅反射率を表している。また、ｄはＮＤフィルタ４の厚み、αはＮＤフィルタ４へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向とＮＤフィルタ４のＶＣＳＥＬ１Ａ（光源）側の面の法線とのなす角（図２５参照）を、それぞれ表しているとき、本発明者らが創作した数式１３（「透過率うねりの計算式」近似式）が成立する。

数式１３において、ｃｏｓの中が，任意のＶＣＳＥＬ出力間でπ/2以下なら，ＮＤフィルタ４の「透過率うねり」は、「単調増加または減少」で済むので，透過率が正弦波的にうねった場合よりも，発光点間の光量差が半分で済む。つまり、数式１３中のｃｏｓの項のｄが小さければ小さいほど、同式の中でｃｏｓに掛かる項が変化しない、すなわち透過率がうねらなくなることを表している。
この観点で数式１３のｃｏｓの中を解くと，以下の数式１４になる（請求項１、７、１０、１７の条件式参照）。

数式１４において、ｄはＮＤフィルタ４の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、複数の発光点を有してなるＶＣＳＥＬ１Ａの任意の１発光点からのレーザ光束を、ＮＤフィルタ４に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、ＮＤフィルタ４の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、ＮＤフィルタ４へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向とＮＤフィルタ４のＶＣＳＥＬ１Ａ（光源）側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式１５から計算される値である。

数式１４の条件式は、数式１３の変形であり、数式１３のｃｏｓの中の項がπ／２以下になることを示しており、ｃｏｓの項部分が１／４周期しか変化しないので、単調増加になることを表している。上述のとおり、透過率うねりが正弦波状ではなく，単調増加（または減少）になるので，発光点間の透過率差が正弦波状の透過率うねりに比べて半分になる。

例えば、図２９において、横軸に波長λに対応した平均発光電流設定値を取り、縦軸に「透過率うねり」の割合（％）を取ると、サンプルＡの線の変化が、横軸１２０〜１５０の間までしか変化しないような例が挙げられる。
同図において、評価方法を次のようにした。すなわち、ＶＣＳＥＬ１Ａに入力する平均発光電流設定を、１００〜３５０まで１０ピッチで上げた時、すなわち入力電流を初期値から３．５倍まで０．１倍ピッチで上げた時、各電流値でのＮＤフィルタ透過光量を、ＮＤフィルタ４を設置したときと、ＮＤフィルタ４を設置しないときの２通りで測定した。（ＮＤフィルタ設置したときの光量）÷（ＮＤフィルタ設置しない時の光量）−（透過率平均値）を、ＮＤフィルタ透過率うねりとして評価した。この式で言う透過率平均値とは、（ＮＤフィルタ設置したときの光量）÷（ＮＤフィルタ設置しないときの光量）の平均値である。

以下、実施例１および２において参考にした文献を挙げておく。
・レーザー基礎の基礎 オプトロニクス社 第１版 Ｐ４４〜４５参照
・わかる半導体レーザの基礎と応用 ＣＱ出版社 第４版 Ｐ９３〜９４、Ｐ１９３参照
・応用光エレクトロニクスハンドブック 昭晃堂 Ｐ９３〜９５参照
・フォトニクス オーム社 Ｐ２４１〜２５０参照
・面発光レーザ オーム社 Ｐ２９〜３０参照

以上述べたように、本発明を特定の実施形態や変形例等について説明したが、本発明が開示する技術内容は、上述した実施形態や変形例あるいは実施例等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。

１，１Ａ ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザ、光源）
２，１５ カップリングレンズ（第１の光学系）
３，３Ａ アパーチャ（光束制限素子）
４，４Ａ，３１ ＮＤフィルタ（光量調整素子、減光フィルタ）
５，５Ａ シリンドリカルレンズ（第２の光学系）
６ 偏向器（偏向手段）
７ａ，７ｂ 第１、第２走査レンズ（第３の光学系）
８ 被走査面
１０ 遮光部材
１１，１２，１３，１４ 面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ、光源）
１６ 光ファイバ
２１，２２，２３，２４ 受光素子
４０１ 光走査装置
４０２，４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃ，４０２ｄ 感光体（像担持体）
４０３ 現像手段
４０４ クリーニング手段
４０５ 帯電手段
４０６ 第１転写手段
４０７ 定着手段
４０８ 中間転写ベルト
４０９ 第２転写手段

特許第３２２７２２６号公報 特開２００８−３３０６２号公報 特許第３２４３０１３号公報 特開平０５−１６０４６７号公報

オーム社「フォトニクス」２００７年１２月発行

Claims (17)

1. 垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、
   前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、
   第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、
   レーザ光束を偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系と、
   を具備する光走査装置において、
   前記光源と前記偏向手段との間に、第１および第２の面を持つ基板を備えた光量調整素子を有し、
   前記光量調整素子は、第１の面に減光コーティングを施し、かつ、第２の面に減反射コーティングを施すことにより、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなり、
   前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式１を満足することを特徴とする光走査装置。
   

   

   ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式２から計算される値である。
   

   
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記光量調整素子は、第１の面に減光コーティングを施し、かつ、第２の面に多層膜コーティングを施すかまたはサブ波長格子（ＳＷＳ）を形成することにより、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記光量調整素子は、収束光または発散光の光路に配置されることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３記載の光走査装置において、
   第１の光学系からのレーザ光束は収束光であり、前記光量調整素子は、前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置されることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項３記載の光走査装置において、
   第１の光学系からのレーザ光束は発散光であり、前記光量調整素子は、前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置されることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項３記載の光走査装置において、
   前記光量調整素子は、前記光源と前記第１の光学系との間に配置されることを特徴とする光走査装置。
7. 垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、
   前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、
   レーザ光束の太さを制限する光束制限素子と、
   第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、
   前記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を備え、この偏向反射面により光束を偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系と、
   を具備する光走査装置において、
   第２の光学系に曲面を備えたシリンドリカルレンズを有し、該シリンドリカルレンズの前記曲面側に減光コーティングを施し、
   前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式３を満足することを特徴とする光走査装置。
   

   

   ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式４から計算される値である。
   

   
8. 請求項７記載の光走査装置において、
   前記シリンドリカルレンズの前記曲面側の反射光による集光点は、前記光源近傍にないことを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置において、
   第２の光学系は、複数のシリンドリカルレンズを有し、
   前記複数のシリンドリカルレンズのうちの１つのシリンドリカルレンズの前記曲面側に前記減光コーティングを施したことを特徴とする光走査装置。
10. 垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、
    前記光源からのレーザ光束をカップリングする第１の光学系と、
    レーザ光束の太さを制限する光束制限素子と、
    第１の光学系からのレーザ光束を主走査方向に長く略線状に集光する第２の光学系と、
    前記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を備え、この偏向反射面により光束を偏向する偏向手段と、
    前記偏向手段による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３の光学系と、
    を具備する光走査装置において、
    前記光源と前記偏向手段との間に、遮光部材を有し、
    前記遮光部材は、前記光束制限素子を通過するレーザ光束の一部を遮光してなり、
    前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式５を満足することを特徴とする光走査装置。
    

    

    ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式６から計算される値である。
    

    
11. 請求項１０記載の光走査装置において、
    前記遮光部材は、前記光束制限素子と一体的に構成されていることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１ないし１１の何れか一つに記載の光走査装置において、
    前記垂直共振器型面発光レーザでは、光出力の増減があっても、縦モードホップが生じないことを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１ないし１２の何れか一つに記載の光走査装置において、
    前記垂直共振器型面発光レーザの隣接モード抑圧比は、−３５ｄＢ以下であることを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１ないし１３の何れか一つに記載の光走査装置において、
    前記垂直共振器型面発光レーザの共振器長は、１０μｍ以下であることを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１ないし１４の何れか一つに記載の光走査装置において、
    前記光量調整素子の前記光源側の面は、該光源側の面での反射光が第３の光学系に配設されている少なくとも１つのレンズに入射されることのないように、前記レーザ光束の主光線の進行方向に対して傾けて配置されることを特徴とする光走査装置。
16. 請求項１ないし１５の何れか一つに記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。
17. 垂直共振器型面発光レーザを用いてレーザ光束を射出する光源と、光量調整素子と、受光素子とを含む光通信システムにおいて、
    前記光量調整素子は、第１および第２の面を持つ基板を備え、第１の面に減光コーティングを施し、第２の面が第１の面よりも反射率を落としたものからなり、
    前記光源からのレーザ出射光が、前記受光素子に到るまでに前記光量調整素子を介すことによりレーザ光量が調整され、
    前記垂直共振器型面発光レーザは、複数の発光点を有してなり、以下の条件式である数式７を満足することを特徴とする光通信システム。
    

    

    ただし、ｄは前記光量調整素子の厚み、ｎ，ｎ’，λ，λ’はそれぞれ、前記複数の発光点を有してなる前記垂直共振器型面発光レーザの任意の１発光点からのレーザ光束を、前記光量調整素子に透過させたときに、任意の光出力での波長をλ、前記光量調整素子の屈折率をｎ、これと異なる光出力での波長をλ’、屈折率をｎ’、θは、前記光量調整素子へ入射するレーザ光束の主光線の進行方向と前記光量調整素子の前記光源側の面の法線とのなす角をαとしたときに、以下のスネルの法則に基づく数式８から計算される値である。
    

    

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