(57)【要約】【課題】偏光方向が異なる光の分離特性に優れた偏光分離デバイスを実現する。【解決手段】  偏光分離デバイスは、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射され、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する液晶素子４１１と、該液晶素子４１１から出射された光の光路上に配置され、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ４２１とを有している。この場合には、偏光ビームスプリッタ４２１では、入射光の偏向角に関係なく、Ｐ偏光のほとんどを透過させ、Ｓ偏光のほとんどを反射することができる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光方向を有する第１の光と前記第１の偏光方向と異なる第２の偏光方向を有する第２の光を分離する偏光分離デバイスであって、
前記第１及び第２の光のいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射され、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する第１の光学素子と；
前記第１の光学素子から出射された光の光路上に配置され、前記第１の偏光方向の光を透過させ、前記第２の偏光方向の光を反射する第２の光学素子と；を備える偏光分離デバイス。
【請求項２】
前記第１の光学素子は、液晶素子であることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離デバイス。
【請求項３】
前記液晶素子は、一対の透明板の間に配向膜を介してネマティック液晶層が挟持されており、
前記配向膜の少なくとも一方が、光の入射角に応じて方向の異なる配向処理がなされていることを特徴とする請求項２に記載の偏光分離デバイス。
【請求項４】
前記第１の光学素子は、延伸フィルムの延伸方向を光の入射角に応じて変化させた複屈折ポリマー波長板であることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離デバイス。
【請求項５】
前記第１の光学素子は、斜方蒸着膜の蒸着方向及び蒸着角度を光の入射角に応じて変化させた構造複屈折波長板であることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離デバイス。
【請求項６】
前記第２の光学素子は、誘電体多層膜によって形成された偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の偏光分離デバイス。
【請求項７】
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、一体化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の偏光分離デバイス。
【請求項８】
光束により複数の被走査面を走査する光走査装置であって、
互いに偏光方向が異なる第１光束と第２光束を含む複数の光束を出力する光源ユニットと;
前記光源ユニットからの複数の光束を偏向する偏向器と:
請求項１〜７のいずれか一項に記載の偏光分離デバイスを含み、前記偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面上に個別に集光する走査光学系と;を備える光走査装置。
【請求項９】
前記光源ユニットは、２つの光源を有し、
前記２つの光源のうちの一方の光源は他方の光源に対して直交する姿勢で配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
【請求項１０】
複数の像担持体と；
前記複数の像担持体を光束により走査する少なくとも１つの請求項８又は９に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離デバイス、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、偏光方向が異なる光を分離する偏光分離デバイス、該偏光分離デバイスを用いた光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラムの軸方向に偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ、ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。
【０００３】
近年、画像形成装置において、カラー化、高速化が進み、感光性を有するドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及してきている。
【０００４】
タンデム方式ではドラム数の増加に伴い画像形成装置が大型化する傾向にあり、光走査装置を含め小型化が求められている。小型化のためには、偏向器から各ドラムに向かう走査光の複数の光路を重ね合わせることが有効である。
【０００５】
例えば、特許文献１には、互いに直角を成す方向に直線偏光され、記録すべき信号によって輝度変調されたレーザ光を放射する２つのレーザ光源と、これらレーザ光源から放射される２つのレーザ光を合成する偏光光合成手段と、この合成されたレーザ光を主走査方向に偏向する偏向手段と、この偏向手段により偏向された合成レーザ光を走査記録面で別々のスポットに分離する偏光光分離手段とを具える記録装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、単一のレーザ光源と、光源からのレーザ光の２つの偏光光にそれぞれ異なる情報を与える情報制御手段と、情報制御手段からの情報に基づいて偏光量を制御する偏光制御手段と、偏光制御された光を所定の照射面に走査照射するための走査手段と、走査された光を偏光状態に応じて２つの光に分光する分離手段と、走査手段からの光を分離手段に入射する入射角に応じてレーザ光を旋光制御する旋光制御手段とを有する光走査装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、光源と、複数の偏向反射面を副走査方向に備えた光偏向器と、光源からの光束を複数の偏向反射面のそれぞれに入射する複数の光束に分割する光束分割用回折光学素子と、光偏向器により偏向される光束を被走査面上に集光する走査光学系とを備える光走査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−３２０１９号公報
【特許文献２】特開平７−１４４４３４号公報
【特許文献３】２００７−２７９６７０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の観点からすると、第１の偏光方向を有する第１の光と前記第１の偏光方向と異なる第２の偏光方向を有する第２の光を分離する偏光分離デバイスであって、前記第１及び第２の光のいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射され、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する第１の光学素子と；前記第１の光学素子から出射された光の光路上に配置され、前記第１の偏光方向の光を透過させ、前記第２の偏光方向の光を反射する第２の光学素子と；を備える偏光分離デバイスである。
【００１０】
これによれば、偏光方向が異なる光の分離特性に優れた偏光分離デバイスを実現することができる。
【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、光束により複数の被走査面を走査する光走査装置であって、互いに偏光方向が異なる第１光束と第２光束を含む複数の光束を出力する光源ユニットと;前記光源ユニットからの複数の光束を偏向する偏向器と:本発明の偏光分離デバイスを含み、前記偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面上に個別に集光する走査光学系と;を備える光走査装置である。
【００１２】
これによれば、本発明の偏光分離デバイスを用いているため、結果として、高コスト化及び大型化を招くことなく、ゴースト光の発生を安定して抑制することが可能となる。
【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、複数の像担持体と；前記複数の像担持体を光束により走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
【００１４】
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、小型で、高品質の画像を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。
【図２】光走査装置を説明するための図（その１）である。
【図３】光走査装置を説明するための図（その２）である。
【図４】光源ユニットＬＵ１を説明するための図である。
【図５】光源ユニットＬＵ１における光源を説明するための図である。
【図６】光源ユニットＬＵ２を説明するための図である。
【図７】光源ユニットＬＵ２における光源を説明するための図である。
【図８】液晶素子の概略構成を説明するための図である。
【図９】液晶素子に入射する光束の入射角と偏向角を説明するための図である。
【図１０】光束の入射位置と入射面との関係を説明するための図である。
【図１１】液晶素子４１１に入射する光束と液晶素子４１１から出射される光束の電界ベクトルの方向を説明するための図である。
【図１２】Ｐ偏光の電界ベクトルの角度（偏光回転角）と偏向角との関係を説明するための図である。
【図１３】偏光方向を回転させた場合の偏光方向と反射率との関係を説明するための図である。
【図１４】液晶素子における配向膜のラビング方向を説明するための図である。
【図１５】液晶素子における液晶分子の状態を説明するための図である。
【図１６】液晶素子におけるプレツイスト角およびツイスト角の設定例を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）は液晶素子における入射光の偏光状態を説明するための図であり、図１７（Ｂ）〜図１７（Ｇ）はそれぞれ出射光の偏光状態を説明するための図である。
【図１８】偏光分離デバイス１６１及び反射ミラー１７１の作用を説明するための図である。
【図１９】偏光分離デバイス１６２及び反射ミラー１７２の作用を説明するための図である。
【図２０】走査光学系の変形例を説明するための図である。
【図２１】液晶素子と偏光ビームスプリッタの一体化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。
【００１７】
このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電チャージャ（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。
【００１８】
通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。
【００１９】
感光体ドラム２０３０ａ、帯電チャージャ２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。
【００２０】
感光体ドラム２０３０ｂ、帯電チャージャ２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。
【００２１】
感光体ドラム２０３０ｃ、帯電チャージャ２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。
【００２２】
感光体ドラム２０３０ｄ、帯電チャージャ２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。
【００２３】
各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。また、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。
【００２４】
各帯電チャージャは、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。
【００２５】
光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。
【００２６】
トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｄに供給される。
【００２７】
各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（以下、便宜上「トナー画像」という）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。
【００２８】
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
【００２９】
給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚づつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。
【００３０】
定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。
【００３１】
各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電チャージャに対向する位置に戻る。
【００３２】
次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。
【００３３】
この光走査装置２０１０は、一例として図２及び図３に示されるように、２つの光源ユニット（ＬＵ１、ＬＵ２）、２つのシリンドリカルレンズ（１２１、１２２）、ポリゴンミラー１４、２つのｆθレンズ（１５１、１５２）、２つの偏光分離デバイス（１６１、１６２）、２つの反射ミラー（１７１、１７２）、複数の折り返しミラー（１８ａ、１８ｂ１、１８ｂ２、１８ｃ１、１８ｃ２、１８ｄ）、４つのアナモフィックレンズ（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）及び不図示の走査制御装置を有している。なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。
【００３４】
光源ユニットＬＵ１と光源ユニットＬＵ２は、Ｘ軸方向に関して離れた位置に配置されている。そして、光源ユニットＬＵ１における主走査対応方向を「ｍ１方向」とし、光源ユニットＬＵ２における主走査対応方向を「ｍ２方向」とする。
【００３５】
また、シリンドリカルレンズ１２１の光軸方向を「ｗ１方向」、シリンドリカルレンズ１２２の光軸方向を「ｗ２方向」とする。
【００３６】
光源ユニットＬＵ１は、一例として図４に示されるように、２つの光源（１０ａ、１０ｂ）、及び２つのコリメートレンズ（１１ａ、１１ｂ）を有している。
【００３７】
光源１０ａ及び光源１０ｂは、いずれも同等の半導体レーザを有する光源である。そして、光源１０ａ及び光源１０ｂは、一例として図５に示されるように、それらの半導体レーザから出射される光束の偏光方向が互いに直交するように回路基板上に配置されている。すなわち、２つの光源のうちの一方の光源は他方の光源に対して直交する姿勢で配置されている。ここでは、光源１０ａからＰ偏光が出射され、光源１０ｂからＳ偏光が出射されるものとする。
【００３８】
図４に戻り、コリメートレンズ１１ａは、光源１０ａから出射された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。なお、以下では、光源１０ａから出射された光束を光束ＬＢａともいう。
【００３９】
コリメートレンズ１１ｂは、光源１０ｂから出射された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。なお、以下では、光源１０ｂから出射された光束を光束ＬＢｂともいう。
【００４０】
光源ユニットＬＵ２は、一例として図６に示されるように、２つの光源（１０ｃ、１０ｄ）、及び２つのコリメートレンズ（１１ｃ、１１ｄ）を有している。
【００４１】
光源１０ｃ及び光源１０ｄは、いずれも同等の半導体レーザを有する光源である。そして、光源１０ｃ及び光源１０ｄは、一例として図７に示されるように、それらの半導体レーザから出射される光束の偏光方向が互いに直交するように回路基板上に配置されている。すなわち、２つの光源のうちの一方の光源は他方の光源に対して直交する姿勢で配置されている。ここでは、光源１０ｃからＳ偏光が出射され、光源１０ｄからＰ偏光が出射されるものとする。
【００４２】
図６に戻り、コリメートレンズ１１ｃは、光源１０ｃから出射された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。なお、以下では、光源１０ｃから出射された光束を光束ＬＢｃともいう。
【００４３】
コリメートレンズ１１ｄは、光源１０ｄから出射された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。なお、以下では、光源１０ｄから出射された光束を光束ＬＢｄともいう。
【００４４】
図２に戻り、シリンドリカルレンズ１２１は、光源ユニットＬＵ１からの各光束（ＬＢａ、ＬＢｂ）を、ポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。
【００４５】
シリンドリカルレンズ１２２は、光源ユニットＬＵ２からの各光束（ＬＢｃ、ＬＢｄ）を、ポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。
【００４６】
ポリゴンミラー１４は、一例として４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１４は、Ｚ軸方向に平行な軸の周りに等速回転し、各シリンドリカルレンズからの光束をＸＹ平面に平行な面内で等角速度的に偏向する。
【００４７】
ここでは、シリンドリカルレンズ１２１からの光束はポリゴンミラー１４の−Ｘ側に偏向され、シリンドリカルレンズ１２２からの光束はポリゴンミラー１４の＋Ｘ側に偏向される。なお、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で偏向された光束が経時的に形成する光線束面は、「偏向面」と呼ばれている（特開平１１−２０２２５２参照）。ここでは、偏向面はＸＹ面に平行である。
【００４８】
ｆθレンズ１５１は、ポリゴンミラー１４の−Ｘ側であって、ポリゴンミラー１４で偏向されたシリンドリカルレンズ１２１からの光束の光路上に配置されている。
【００４９】
偏光分離デバイス１６１は、液晶素子４１１、及び偏光ビームスプリッタ４２１を有している。
【００５０】
液晶素子４１１は、ｆθレンズ１５１の−Ｘ側であって、ｆθレンズ１５１を介した光束（光束ＬＢａと光束ＬＢｂ）の光路上に配置されている。そして、偏光ビームスプリッタ４２１は、液晶素子４１１の−Ｘ側であって、液晶素子４１１から出射された光束の光路上に配置されている。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ４２１は、誘電体多層膜によって形成された偏光分離面を有している。そして、この偏光分離面は、偏向面に対して４５°傾斜している。ここでは、偏光分離面は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。なお、偏光分離面を支持する基体はガラス又は透明樹脂で構成することができる。偏光分離面を両側から基体ではさむ構造にすることにより、偏光分離面を汚れや傷から保護することができる。
【００５２】
液晶素子４１１は、一例として図８に示されるように、一対の透明基板（４１０１ａ、４１０１ｂ）、該透明基板間に挟持されたネマティック液晶層４１０４、ネマティック液晶層４１０４と各透明基板の界面に設けられた配向膜（４１０３ａ、４１０３ｂ）などを有している。
【００５３】
そして、図９に示されるように、液晶素子４１１には、ｆθレンズ１５１を介した光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂのいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射される。液晶素子４１１に入射する光束の入射角は、ｆθレンズ１５１のレンズ特性により、ポリゴンミラー１４での偏向角とは異なる大きさである。ところで、ｆθレンズ１５１が液晶素子４１１とポリゴンミラー１４との間に設けられていない場合は、液晶素子４１１に入射する光束の入射角は、該光束のポリゴンミラー１４での偏向角と同じ大きさである。なお、図９では、ｆθレンズ１５１の図示を省略している。
【００５４】
ここでは、便宜上、電界ベクトルが偏向面に平行な偏光状態（Ｓ偏光状態）を第１の偏光状態といい、電界ベクトルが偏向面に垂直な偏光状態（Ｐ偏光状態）を第２の偏光状態という。
【００５５】
そして、第１の偏光状態の光束（ここでは、光束ＬＢｂ）について、液晶素子４１１は、偏光ビームスプリッタ４２１の偏光分離面の法線方向と偏光ビームスプリッタ４２１に入射する光束の主光線方向とが含まれる平面（入射面）に対して、電界ベクトルが垂直になるように偏光方向を回転して出射する。
【００５６】
また、第２の偏光状態の光束（ここでは、光束ＬＢａ）について、液晶素子４１１は、上記入射面に対して電界ベクトルが平行になるよう偏光方向を回転して出射する。
【００５７】
ところで、上記入射面は、一例として図１０に示されるように、偏光分離面における光束の入射位置によって異なっている。すなわち、偏光ビームスプリッタ４２１では、入射光束の偏向角に応じて入射面が回転している。
【００５８】
また、液晶素子４１１に入射する光束の電界ベクトルの方向と、液晶素子４１１から出射される光束の電界ベクトルの方向とが、図１１に示されている。すなわち、液晶素子４１１は、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する。
【００５９】
ところで、図１２には、液晶素子４１１がない場合に、偏光ビームスプリッタ４２１にＰ偏光が入射したときの、偏向角と偏光回転角との関係が示されている。なお、偏光回転角とは、入射面と入射光（Ｐ偏光）の電界ベクトルとのなす角度をいう。
【００６０】
偏向角が０°のときは、電界ベクトルが入射面内にあるため偏光回転角は０°であるが、例えば、偏向角が３５°になると、偏光回転角は２０．７°となる。これがノイズ光の一因となる。これを回避するためには、偏光ビームスプリッタ４２１に入射する光束の偏光方向をあらかじめ逆側に回転させておけば良い。この偏光方向の逆側への回転量は、例えば偏向角が３５°のときは、２０．７°となることが容易に予測される。
【００６１】
偏向角が３５°のときに、偏光ビームスプリッタ４２１に入射する光束の偏光方向と偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光束の光強度との関係が、図１３に示されている。なお、光強度は、計算値の最大値が１になるように規格化されている。これによると、入射する光束の偏光方向を回転させていくと、偏光方向が２０．７°のときに、偏光ビームスプリッタ４２１で反射された光束の光強度が最も低下している。このことから、液晶素子４１１では、入射光束の偏光方向を上記偏光回転角だけ逆側に回転して出射すれば、偏光ビームスプリッタ４２１では入射光束の偏向方向に関係なく、Ｐ偏光のほとんどを透過できることがわかる。
【００６２】
液晶素子４１１の各配向膜に施される配向処理（ラビング）の方向が、一例として図１４に示されている。なお、以下では、光束入射側の配向膜４１０３ａにおけるラビング方向とＹ軸方向とのなす角を「プレツイスト角」という。また、光束出射側の配向膜４１０３ｂにおけるラビング方向と、配向膜４１０３ａにおける対向位置のラビング方向とのなす角を「ツイスト角」という。
【００６３】
光束が液晶に対して垂直に入射する位置（図１４では位置Ｃ）では、ラビング方向は入射光束の偏光方向に平行あるいは垂直となるように設定される。図１４では、プレツイスト角は９０°、ツイスト角は０°に設定されている。そして、この位置から＋Ｙ側（図１４では位置Ｒ側）に離れるにつれて、＋Ｚ方向から時計回りにラビング方向が回転し、−Ｙ側（図１４では位置Ｌ側）に離れるにつれて、＋Ｚ方向から反時計回りにラビング方向が回転している。
【００６４】
液晶素子４１１におけるラビング方向の回転方向は、配向膜の当該位置を通過して偏光ビームスプリッタ４２１に入射する光束ＬＢｂの電界ベクトルが入射面に垂直となる方向であり、光束ＬＢａの電界ベクトルが入射面に平行となる方向である。
【００６５】
このラビング方向の変化は、配向膜にラビング処理を行う際に、ラビング布に対する姿勢を変えながら、配向膜付の透明板を回転しているラビング布に接触させることで実現することができる。
【００６６】
そして、配向膜４１０３ａと配向膜４１０３ｂとの間に挟まれているネマティック液晶層４１０４における液晶分子の方向が、一例として図１５に示されている。図１５における位置Ｌ、位置Ｃ、位置Ｒは、図１４における位置Ｌ、位置Ｃ、位置Ｒと同じ位置である。また、図１５における破線は、ネマティック液晶層４１０４の厚さ方向（Ｘ軸方向）の位置を示している。
【００６７】
図１５に示されるように、液晶分子は配向膜４１０３ａと配向膜４１０３ｂの間でツイストしているが、そのツイスト角は位置Ｌ、位置Ｃ、位置Ｒでそれぞれ異なっている。ここでは、ツイスト角は、偏向角に応じて連続的に変化している。このツイスト構造により、入射光束はネマティック液晶層４１０４を通過する際に偏向角に応じて旋光される。なお、偏向角に対して設定すべきプレツイスト角方向及びツイスト方向は、前記偏光回転角をキャンセルする方向（図１２参照）である。
【００６８】
具体的に、プレツイスト方向及びツイスト方向の各最適角度を計算した例が図１６に示されている。計算では、液晶材料としてＺＬＩ４７９２（メルク社製）の特性値を用い、セルギャップを５μｍにした。
【００６９】
液晶素子４１１に入射する光束の偏光状態、及び液晶素子４１１から出射される光束の偏光状態が、図１７（Ａ）〜図１７（Ｇ）に示されている。図１７（Ａ）〜図１７（Ｇ）には、電界ベクトルの先端の軌跡が示されており、直線偏光の場合は直線で示される。図１７（Ａ）には入射光の偏光状態が示されている。図１７（Ｂ）〜図１７（Ｇ）には各偏向角における出射光の偏光状態が示されている。偏向角が０°のとき（図１７（Ｂ））は、入射光の状態のまま出射される。偏向角が０°以外のときは、図１７（Ｃ）〜図１７（Ｇ）に示されるように、プレツイスト方向及びツイスト方向の設定内容に応じて、直線偏光を保ったまま偏光方向を回転させることができる。
【００７０】
なお、ここで示されている液晶分子は、配向膜面に平行であるが、若干のプレチルトを設けることは光学機能上問題ない。また、電界で液晶分子のツイスト角を変化させ、温度変動に対して最適なツイスト角をアクティブに設定できるように構成しても良い。この場合、電極及び該電極への電圧印加手段が必要となる。
【００７１】
そこで、上記液晶素子４１１による偏光方向の回転によって、液晶素子４１１から出射される光束ＬＢａは、そのほとんどが偏光ビームスプリッタ４２１を透過する。また、液晶素子４１１から出射される光束ＬＢｂは、そのほとんどが偏光ビームスプリッタ４２１で−Ｚ方向に反射される（図１８参照）。
【００７２】
図３に戻り、偏光ビームスプリッタ４２１を透過した光束（ここでは、光束ＬＢａ）は、折り返しミラー１８ａとアナモフィックレンズ１９ａを介して感光体ドラム２０３０ａの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ａの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ａ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ａの回転方向が、感光体ドラム２０３０ａでの「副走査方向」である。
【００７３】
このように、ｆθレンズ１５１と偏光分離デバイス１６１と折り返しミラー１８ａとアナモフィックレンズ１９ａは、「Ｋステーション」の走査光学系である。
【００７４】
一方、偏光ビームスプリッタ４２１で−Ｚ方向に反射された光束（ここでは、光束ＬＢｂ）は、反射ミラー１７１で−Ｘ方向に反射された後、折り返しミラー１８ｂ１と折り返しミラー１８ｂ２とアナモフィックレンズ１９ｂを介して感光体ドラム２０３０ｂの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｂの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｂ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｂの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｂでの「副走査方向」である。
【００７５】
このように、ｆθレンズ１５１と偏光分離デバイス１６１と反射ミラー１７１と折り返しミラー１８ｂ１と折り返しミラー１８ｂ２とアナモフィックレンズ１９ｂは、「Ｃステーション」の走査光学系である。
【００７６】
すなわち、ｆθレンズ１５１と偏光分離デバイス１６１は、２つの画像形成ステーションで共有されている。
【００７７】
図２に戻り、ｆθレンズ１５２は、ポリゴンミラー１４の＋Ｘ側であって、ポリゴンミラー１４で偏向されたシリンドリカルレンズ１２２からの光束の光路上に配置されている。
【００７８】
偏光分離デバイス１６２は、液晶素子４１２、及び偏光ビームスプリッタ４２２を有している。
【００７９】
液晶素子４１２は、ｆθレンズ１５２の＋Ｘ側であって、ｆθレンズ１５２を介した光束（光束ＬＢｃと光束ＬＢｄ）の光路上に配置されている。そして、偏光ビームスプリッタ４２２は、液晶素子４１２の＋Ｘ側であって、液晶素子４１２から出射された光束の光路上に配置されている。
【００８０】
液晶素子４１２は、上記液晶素子４１１と同様な液晶素子であり、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する。
【００８１】
偏光ビームスプリッタ４２２は、上記偏光ビームスプリッタ４２１と同様な偏光ビームスプリッタである。
【００８２】
そこで、上記液晶素子４１２による偏光方向の回転によって、液晶素子４１２から出射される光束ＬＢｄは、そのほとんどが偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。また、液晶素子４１２から出射される光束ＬＢｃは、そのほとんどが偏光ビームスプリッタ４２２で−Ｚ方向に反射される（図１９参照）。
【００８３】
図３に戻り、偏光ビームスプリッタ４２２で−Ｚ方向に反射された光束（ここでは、光束ＬＢｃ）は、反射ミラー１７２で＋Ｘ方向に反射された後、折り返しミラー１８ｃ１と折り返しミラー１８ｃ２とアナモフィックレンズ１９ｃを介して感光体ドラム２０３０ｃの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｃの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｃ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｃの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｃでの「副走査方向」である。
【００８４】
このように、ｆθレンズ１５２と偏光分離デバイス１６２と反射ミラー１７２と折り返しミラー１８ｃ１と折り返しミラー１８ｃ２とアナモフィックレンズ１９ｃは、「Ｍステーション」の走査光学系である。
【００８５】
一方、偏光ビームスプリッタ４２２を透過した光束（ここでは、光束ＬＢｄ）は、折り返しミラー１８ｄとアナモフィックレンズ１９ｄを介して感光体ドラム２０３０ｄの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１４の回転に伴って感光体ドラム２０３０ｄの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム２０３０ｄ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「主走査方向」であり、感光体ドラム２０３０ｄの回転方向が、感光体ドラム２０３０ｄでの「副走査方向」である。
【００８６】
このように、ｆθレンズ１５２と偏光分離デバイス１６２と折り返しミラー１８ｄとアナモフィックレンズ１９ｄは、「Ｙステーション」の走査光学系である。
【００８７】
すなわち、ｆθレンズ１５２と偏光分離デバイス１６２は、２つの画像形成ステーションで共有されている。また、各折り返しミラーは、各画像形成ステーションでの光路長が互いに等しくなるように設けられている。
【００８８】
本実施形態では、ｆθレンズは、ポリゴンミラーと液晶素子の間に設けられている。そして、Ｐ偏光の光路とＳ偏光の光路は、Ｚ軸方向に関してほぼ重なっているため、ｆθレンズを薄くすることができる。
【００８９】
走査制御装置は、各光源に対応した光源制御回路を有している。そして、光源１０ａ及び光源１０ｂに対応した光源制御回路は、光源ユニットＬＵ１の回路基板上に実装されている。また、光源１０ｃ及び光源１０ｄに対応した光源制御回路は、光源ユニットＬＵ２の回路基板上に実装されている。
【００９０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る偏光分離デバイス１６１では、液晶素子４１１によって第１の光学素子が構成され、偏光ビームスプリッタ４２１によって第２の光学素子が構成されている。そして、光束ＬＢａが第１の光であり、光束ＬＢｂが第２の光である。また、偏光分離デバイス１６２では、液晶素子４１２によって第１の光学素子が構成され、偏光ビームスプリッタ４２２によって第２の光学素子が構成されている。そして、光束ＬＢｄが第１の光であり、光束ＬＢｃが第２の光である。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態に係る偏光分離デバイス１６１によると、Ｐ偏光（光束ＬＢａ）とＳ偏光（光束ＬＢｂ）のいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射され、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する液晶素子４１１と、該液晶素子４１１から出射された光の光路上に配置され、Ｐ偏光（第１の偏光方向の光）を透過させ、Ｓ偏光（第２の偏光方向の光）を反射する偏光ビームスプリッタ４２１とを有している。
【００９２】
また、本実施形態に係る偏光分離デバイス１６２によると、Ｐ偏光（光束ＬＢｄ）とＳ偏光（光束ＬＢｃ）のいずれもが、入射位置によって異なる入射角で入射され、入射光の偏光方向をその入射角に応じて回転して出射する液晶素子４１２と、該液晶素子４１２から出射された光の光路上に配置され、Ｐ偏光（第１の偏光方向の光）を透過させ、Ｓ偏光（第２の偏光方向の光）を反射する偏光ビームスプリッタ４２２とを有している。
【００９３】
この場合には、各偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対する入射光束の入射角が大きくても、偏光分離面での光束ＬＢａ及び光束ＬＢｄの反射を従来よりも小さくすることができる。同様に、各偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対する入射光束の入射角が大きくても、偏光分離面での光束ＬＢｂ及び光束ＬＢｃの透過を従来よりも小さくすることができる。そこで、Ｐ偏光とＳ偏光の分離特性を従来よりも向上させることができる。
【００９４】
また、第１の光学素子として液晶素子を用いているため、大面積化あるいは長尺化した場合でも、製造コストを低く抑えることができる。
【００９５】
また、液晶素子の液晶層としてネマティック液晶層を用いているため、強誘電性液晶層に比べて、配向不良の発生を抑制することができる。また、この場合には、容易に配向方向を所望の配向方向とすることができる。
【００９６】
また、第２の光学素子として誘電体多層膜によって形成された偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタを用いているため、大面積化に有利であり、波面収差特性を低下させることなく、低コスト化を図ることができる。
【００９７】
ところで、ワイヤーグリッド偏光子による反射光の波面収差を測定したところ、ＰＶ値で０．２２８μｍであった。一方、誘電体多層膜によって形成された偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタでは、反射光の波面収差はＰＶ値で０．１１２μｍと良好な値を示した。画像形成装置等に用いる光学素子としては、結像性能を確保するために波面収差は厳しく管理される必要があり、光源波長λに対してλ／４以下が求められる。例えば、光源波長λを６３３ｎｍとした場合、波面収差は０．１５８μｍ以下であることが必要である。すなわち、上記ワイヤーグリッド偏光子では結像性能の確保は厳しいが、誘電体多層膜によって形成された偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタでは、結像性能の確保は十分可能である。従って、ワイヤグリッドによって形成された偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタを用いた場合には、反射波面収差が大きくて、被走査面上での結像性能を確保するのが困難である。
【００９８】
そして、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、Ｐ偏光の光束とＳ偏光の光束を出力する光源ユニットと、光源ユニットからの各光束を偏向面内で等角速度的に偏向するポリゴンミラー１４と、偏光分離デバイス（１６１、１６２）を含みポリゴンミラー１４で偏向された各光束を対応する感光体ドラムの表面に個別に集光する走査光学系とを備えている。
【００９９】
この場合に、各偏光分離デバイスにおけるＰ偏光とＳ偏光の分離特性が従来よりも向上しているため、ゴースト光（ノイズ光）の発生を従来よりも低減することができる。そこで、高コスト化及び大型化を招くことなく、ゴースト光の発生を安定的に抑制することが可能である。
【０１００】
また、ｆθレンズと偏光分離デバイスは、２つの画像形成ステーションで共有されているため、小型化を図ることができる。
【０１０１】
また、各光源ユニットでは、２つの光源のうちの一方の光源が他方の光源に対して直交する姿勢で配置されているため、偏光の直交状態を得るための光学素子が不要となり低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
そして、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、光走査装置２０１０を備えているため、高コスト化を招くことなく、小型で、高品質の画像を描画することが可能となる。
【０１０３】
なお、上記実施形態では、液晶のツイスト構造による旋光性を用いて偏光回転を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、液晶素子を通過する間に半波長分のリタデーションを形成することによって偏光方向を回転させても良い。但し、この場合は、光路長が偏向角によって変化するため、偏向角に関係なく半波長分のリタデーションを設けるのは難しい。
【０１０４】
また、上記実施形態において、一例として図２０に示されるように、ポリゴンミラー１４とｆθレンズとの間に偏光分離デバイスを配置しても良い。但し、光束ＬＢａ用のｆθレンズ１５ａと、光束ＬＢｂ用のｆθレンズ１５ｂと、光束ＬＢｃ用のｆθレンズ１５ｃと、光束ＬＢｄ用のｆθレンズ１５ｄが必要となる。この場合には、各ｆθレンズを光束の偏光状態、光路長、結像位置、走査長に適したレンズ形状とすることができる。
【０１０５】
また、上記実施形態において、一例として図２１に示されるように、前記偏光ビームスプリッタ４２１と前記液晶素子４１１を一体化しても良い。この場合には、光路上の界面の数が減少し、波面収差をさらに低減することができる。そして、部品共用化で低コスト化を図ることができる。また、光走査装置内への組み付け工程及び調整工程を簡略化することができる。同様に、前記偏光ビームスプリッタ４２２と前記液晶素子４１２を一体化しても良い。
【０１０６】
また、上記実施形態において、前記液晶素子４１１に代えて、延伸フィルムの延伸方向を光束の入射角に応じて変化させた複屈折ポリマー波長板、あるいは斜方蒸着膜の蒸着方向及び蒸着角度を光束の入射角に応じて変化させた構造複屈折波長板を用いても良い。
【０１０７】
また、上記実施形態では、液晶素子の両側の配向膜に光の入射角に応じて方向の異なる配向処理（ラビング）が施される場合について説明したが、これに限らず、片側の配向膜に、光の入射角に応じて方向の異なる配向処理がなされていても良い。
【０１０８】
また、上記実施形態では、各光源が１つの発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各光源が複数の半導体レーザを有しても良い。また、各光源が複数の発光部を持つ半導体レーザアレイを有しても良い。
【０１０９】
また、上記実施形態では、画像形成装置として４つの感光体ドラムを有するカラープリンタ２０００について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、２つの感光体ドラムを有するプリンタであっても良い。この場合には、１つの光源ユニットが用いられることとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上説明したように、本発明の偏光分離デバイスによれば、偏光方向が異なる光の分離特性を従来よりも向上させるのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、ゴースト光の発生を安定して抑制するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、小型で、高品質の画像を形成するのに適している。
【符号の説明】
【０１１１】
１０ａ〜１０ｄ…光源、１４…ポリゴンミラー（偏向器）、１５１，１５２…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１６１，１６２…偏光分離デバイス、１７１，１７２…反射ミラー（走査光学系の一部）、１８ａ，１８ｂ１，１８ｂ２，１８ｃ１，１８ｃ２，１８ｄ…折り返しミラー（走査光学系の一部）、１９ａ〜１９ｄ…アナモフィックレンズ（走査光学系の一部）、４１１，４１２…液晶素子、４２１，４２２…偏光ビームスプリッタ、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２０１０…光走査装置、ＬＵ１…光源ユニット、ＬＵ２…光源ユニット、４１０１ａ，４１０１ｂ…透明基板（透明板）、４１０３ａ，４１０３ｂ…配向膜、４１０４…ネマティック液晶層。
【図１】
2010160295.tif 000003
【図２】
2010160295.tif 000004
【図３】
2010160295.tif 000005
【図４】
2010160295.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010160295.tif 000009
【図８】
2010160295.tif 000010
【図９】
2010160295.tif 000011
【図１０】
2010160295.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010160295.tif 000015
【図１４】
2010160295.tif 000016
【図１５】
2010160295.tif 000017
【図１６】
2010160295.tif 000018
【図１７】
2010160295.tif 000019
【図１８】
2010160295.tif 000020
【図１９】
2010160295.tif 000021
【図２０】
2010160295.tif 000022
【図２１】
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