(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数光源からの各発散光を共通のカップリングレンズによりカップリングし、アパーチ
ャによりビーム整形し、共通のシリンドリカルレンズにより、光偏向手段の偏向反射面近
傍に、主走査方向に長い線像として、副走査方向に分離して形成し、上記光偏向手段によ
り偏向された光ビームを、走査光学系により被走査面上に、副走査方向に分離した複数の
ビームスポットとして集光させ、上記被走査面を複数のビームスポットで同時に光走査す
るマルチビーム光走査装置において、  
光の位相分布を調整可能な位相調整素子を有し、この位相調整素子により、被走査面上
における各ビームスポットのビームスポット径を実質的に拡大させることなく、深度余裕
が拡大するように、光ビームの波面の位相調整を行うものであって、
上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面位置での光強度
プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭ１に対するサイドローブ光のピ
ーク強度ＰＳ１の比率をＰＳ１／ＰＭ１とし、
位相調整を行うとき、上記結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメ
インローブ光のピーク強度：ＰＭに対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳの比率をＰ
Ｓ／ＰＭとするとき、
（１）  ＰＳ／ＰＭ＞ＰＳ１／ＰＭ１
が満足され、且つ、
上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の光軸上の結像位置での
ビームスポットのメインローブ光のピーク強度をＰＭ１とし、
上記結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置におけるメインローブ光のピーク強度をＰＭ２とするとき、
上記ピーク強度ＰＭ２に対するＰＭ１の比率をＰＭ１／ＰＭ２とし、
位相調整を行うとき、上記結像位置以外で、上記領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭＡに対する上記光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭの比率をＰＭ／ＰＭＡとするとき、
（４）    ＰＭ１／ＰＭ２＞ＰＭ／ＰＭＡ
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定したことを特徴とするマルチ
ビーム光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載のマルチビーム光走査装置において、  
位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をＰＭ２とし、
上記位置におけるサイドローブ光のピーク強度をＰＳ２とするとき、
上記ピーク強度：ＰＭ２に対するＰＳ２の比率をＰＳ２／ＰＭ２とし、
位相調整を行うときの、上記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をＰＭＡとし、サイドローブ光のピーク強度をＰＳＡとし、
上記ピーク強度：ＰＭＡに対するＰＳＡの比率をＰＳＡ／ＰＭＡとするとき、
（３）  ＰＳ２／ＰＭ２＞ＰＳＡ／ＰＭＡ
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定したことを特徴とするマルチ
ビーム光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のマルチビーム光走査装置において、  
上記アパーチャと位相調整素子が、カップリングレンズの光軸方向において極く近接、もしくは互いに一体化して設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、  
複数光源の中心から最も離れた光源までの距離：ｄ（ｍｍ）、カップリングレンズの焦点距離：ｆ（ｍｍ）、上記カップリングレンズの後側焦点から位相調整素子までの距離：ｘ（ｍｍ）、アパーチャの開口径：ａ（ｍｍ）、上記アパーチャ上での光束のビーム径：
ｗ（ｍｍ）が、条件：
（２）   ｗ ＞ （ａ＋ｘ・ｄ／ｆ）  
を満足することを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載に記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子、及びシリンドリカルレンズが相互に一体化されて設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項６】
請求項５記載のマルチビーム光走査装置において、
カップリングレンズの焦点距離：ｆに対し、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ間の距離が２・ｆよりも小さいことを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子、及びカップリングレンズが相互に一体化されて設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査差装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
カップリングレンズとシリンドリカルレンズとの少なくとも一方における少なくとも１つの光学面は不連続面であり、不連続部における位相差を、使用する波長に対して２πの整数倍となるように設定したことを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子が、カップリングレンズの光軸と直交する平面に対して傾きを有するように配置されることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項１０】
光走査装置により像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー画像として可視化して画像形成を行う画像形成装置であって、
光走査装置として、請求項１〜９の任意の１に記載のマルチビーム光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像形成装置において、
光走査により１以上の像担持体上に２以上の静電潜像を形成し、これらの静電潜像を異なる色のトナーで可視化し、得られる各色トナー画像を重ね合わせることによりカラー画像を形成する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はマルチビーム光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
この発明の画像系装置は、マルチファンクションプリンタ、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等として実施でき、マルチビーム光走査装置はこれら画像形成装置において画像書込みを行う装置として実施できる。
【背景技術】
【０００３】
「レーザ光源からの光ビームを偏向手段により偏向させ、結像光学系により被走査面上にビームスポットとして集光させ、被走査面を光走査する光走査装置」は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリやレーザプロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られ、具体的な形態にも様々なバリエーションが存在する。  
光走査に関する技術において、常に求められる課題の１つとして「光走査の高速化」がある。光走査による画像形成の高速化の１手法として「マルチビーム光走査」があり、この光走査方法であると、１度の光走査で複数走査線に同時に光書込みできるので、画像形成速度は飛躍的に向上する。
【０００４】
また、近来、面発光型半導体レーザ（以下「ＶＣＳＥＬ」と言う。）が実用化され、ＶＣＳＥＬは、複数の発光源を同一面上に容易に配列できるので、上述のマルチビーム光走査用の光源として好適である。
【０００５】
光走査装置に求められる別の課題として、高精細な画像形成が可能であるように、光書込みにおける画素密度を高めることが求められている。光書込みにより高精細な画像形成のためには「ビームスポット径の小径化と安定化」とが不可欠である。
【０００６】
ビームスポット径の安定化には「ビームスポットの深度余裕を大きくする」ことが必要である。  
光走査装置は、光ビームのビームウエスト位置が被走査面上に合致するように設計されるので「ビームスポット径」は、設計上は、光ビーム集束部に形成される「ビームウエストの径」であり、ビームスポット径を小径化するにはビームウエスト径を小さくする必要がある。一方、光ビームのビーム径は「ビームウエスト位置を境」としてビームウエスト位置を離れるに従って増大する。  
現実に製造される光走査装置では、部品や光学素子の製造誤差や組み立て誤差の存在が不可避的であるから、一般には、ビームウエスト位置と「被走査面の実体をなす感光性の像担持体の表面」とに誤差による「ズレ」が発生する。この「ズレ」により被走査面位置がビームウエスト位置から離れると、「ズレ」が光ビームの進行方向のどちらに発生しても被走査面上のビームスポット径は増大する。このような「ズレによるビームスポット径の増大」は「スポット径太り」と呼ばれ、上記ズレは「デフォーカス」と呼ばれている。
【０００７】
「深度余裕」は、設計上のビームスポット径に対する「スポット径太りの許容範囲」すなわち「ビームスポット径の変化が許容できる範囲（例えば、ビームウエスト径の＋１０％以内）」に収まる光軸方向のデフォーカスの範囲であり、被走査面に対する光ビームのデフォーカスが深度余裕内にあれば、被走査面上における実際のビームスポット径は、スポット径太りの許容範囲内にあり、適正な光走査が可能である。
【０００８】
製造された光走査装置における誤差はこれを小さくするにも限界があるから、深度余裕はなるべく大きいことが好ましい。  
一方において、深度余裕：ｄとビームスポット径：ｗ（波長：λ）との間には、
ｄ∝ｗ２／λ  
の関係があり「大きい深度余裕」は「大きなビームスポット径」を必要とする。即ち、ビームスポット径：ｗの小径化と、深度余裕：ｄの拡大とは相反する関係にあり、ビームスポット径：ｗを小径化すると、通常は深度余裕：ｄが狭小化して、ビームスポット径の安定性が低下する。
【０００９】
深度余裕を狭くすることなく「ビームスポット径の小径化を実現する」ためには、ビームスポットの深度余裕を拡大する必要があり、これを実現できる「光ビーム形態」として、環状の細いスリットや、アキシコンプリズム、あるいはアキシコンプリズムと等価なバイナリ光学素子を用いて生成される「擬似的なベッセルビーム」が知られている（特許文献１〜４）。
【００１０】
また、別の深度余裕拡大方法として「射出瞳上の四隅における強度を中心よりも高くする光学素子を用いる方法」が知られている（特許文献５）。
【００１１】
ベッセルビームや、それに近いビームの発生は、ビームの中央付近を遮光することにより可能であるが、強度が強いビームの中心部を遮光するため光量損失が非常に大きい。光量損失を回避できる、別のベッセルビーム発生方法として、アキシコンプリズム（もしくは、それと等価なバイナリ光学素子）を用いた方法が知られている。  
この方法により、上記遮光による光量損失の問題は緩和されるが、この方法では、ベッセルビームがアキシコンプリズムの近傍に発生するため、レイアウト上の制限を引き起こす恐れがある。例えば、画像形成装置に用いられる光走査装置への適用を考えると、ベッセル領域と被走査面を共役にする必要があり、リレー光学系を新たに付加する等の工夫が必要となり、レンズ枚数の増大や光学系の巨大化、コストアップを招く恐れがある。
【００１２】
また、上記「ベッセルビームにより形成されるビームスポット」は、ビームプロファイルにおける「サイドローブの光強度」が非常に強く、高次のサイドローブ光の光強度も強い。例えば、光ビームの振幅分布として「理想的な（第１種０次の）ベッセル関数の振幅分布」が得られたとすると、第１、第２サイドローブの光強度はメインローブの光強度に対してそれぞれ１６％、９％程度と強い。高次のサイドローブ光は、低次のサイドローブ光に比べると専有面積が広いから、高次のサイドローブ光の光強度が強くなると、メインローブの光強度は大きく低下する。メインローブ光は信号光として利用されるため、実質的に光利用効率が低下する。
【００１３】
また、光走査においては「サイドローブ光はノイズ光である」ため、強すぎるサイドローブ光強度は好ましくない。高次サイドローブ光は光軸から離れた位置に発生するので、最も光強度のピークが大きいメインローブ光とは空間的に分離され、ノイズとして作用しやすい。画像形成装置の光走査装置では、メインローブ光のピークから離れた位置にサイドローブのピークがあると「メインローブ光で形成されたドットの回りに「薄い線の縁取り」が形成されて画質を劣化させることがある。
【００１４】
また、特許文献５の方法の場合、半導体レーザからのビームは「光強度がガウス分布を持つガウスビーム」であり、これをアパーチャの開口部に通すと、アパーチャ上の「開口部の４隅」の光強度は開口部中心の光強度よりも低い。位相分布の変換により「射出瞳上の４隅における光強度を中心よりも高くする」ためには、中心部の光を周辺部に移さなければならないため高次光が発生しやすくなり、このようなビームスポットで光走査を行うと地汚れが発生したりする虞がある。これを避けるため「ガウスビームの中心付近の光のみ」を用いると高次光発生は抑制し易くなるが遮光量が増加して光利用効率が低下する。
【００１５】
【特許文献１】特第３５０７２４４号
【特許文献２】特開平９−６４４４４
【特許文献３】特開平０４−１７１４１５
【特許文献４】特開平１０−２２７９９２
【特許文献５】特開２０００−２４９９５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ビームスポット径の小径化とより大きな深度余裕を両立させ、小径のビームスポット径を大きな深度余裕で安定化させてマルチビーム光走査を行いうるマルチビーム光走査装置を実現すること、また、小径化され安定化されたビームスポットによる高速のマルチビーム光走査により、画像形成装置における画像形成の高速化と高画質化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明のマルチビーム装置は「複数光源からの各発散光を共通のカップリングレンズによりカップリングし、アパーチャによりビーム整形し、共通のシリンドリカルレンズにより、光偏向手段の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として、副走査方向に分離して形成し、光偏向手段により偏向された光ビームを、走査光学系により被走査面上に、副走査方向に分離した複数のビームスポットとして集光させ、被走査面を複数のビームスポットで同時に光走査するマルチビーム光走査装置」である。
【００１８】
「複数光源」は、複数の発光源を有するレーザ光源であり、具体的には、複数の端面発光型半導体レーザからの光ビームをプリズムによりビーム合成するものや、半導体レーザアレイ、あるいは面発光型の半導体レーザ（所謂「ＶＣＳＥＬ」）の発光源を同一素子内で１次元もしくは２次元にアレイ化ものが含まれる。これらのうちで、ＶＣＳＥＬの発光源を同一素子内で１次元もしくは２次元にアレイ化ものは好適である。  
以下、上記複数光源を「マルチビーム光源」とも言う。
【００１９】
「カップリングレンズ」は、光源側から入射する発散光束を、以後の光学系に適した光ビーム形態に変換する機能をもつ。カップリングレンズの作用は、上記発散光束を平行光ビームあるいは弱い発散性もしくは弱い収束性の光ビームに変換するものである。
【００２０】
「アパーチャ」によるビーム整形は、光源側から入射する発散光束の「発散角の製造時のばらつきや経時のばらつき」によりビームスポット径が経時的に変化するのを防止するために用いられる。結像レンズ系（アパーチャ以後の光学系）に入射する光ビームの幅を主走査方向・副走査方向において一定にする。アパーチャを設けることにより、ビームスポット径の変動を大きく抑制できる。
【００２１】
請求項１記載のマルチビーム光走査装置は、以下の如き特徴を有する。  
即ち「光の位相分布を調整可能な位相調整素子」を有し、この位相調整素子により、被走査面上における各ビームスポットのビームスポット径を実質的に拡大させることなく、深度余裕が拡大するように、光ビームの波面の位相調整を行う。  
「光の位相分布」は、光ビームの波面における位相の分布である。  
この「光の位相分布」が位相調整素子により調整される。  
例えば、光ビームが平面波であるとすると、光ビームの同一位相の面である波面は平面である。このような平面波に対し、位相調整素子による位相調整を行うと、位相調整素子により齎される位相調整に応じて同一位相の面は「位相調整前の平面」から変化して、相対的な位相の進み・遅れに応じた「凹凸を持った波面」となる。
【００２２】
請求項１記載のマルチビーム光走査装置においては、位相調整素子による位相調整を行
わないとき、結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光の
ピーク強度：ＰＭ１に対するサイドローブ光のピーク強度ＰＳ１の比率をＰＳ１／ＰＭ１
とし、位相調整を行うとき、結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメ
インローブ光のピーク強度：ＰＭに対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳの比率をＰ
Ｓ／ＰＭとするとき、  
（１）  ＰＳ／ＰＭ＞ＰＳ１／ＰＭ１  
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
また、上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の光軸上の結像位置でのビームスポットのメインローブ光のピーク強度をＰＭ１とし、
上記結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置におけるメインローブ光のピーク強度をＰＭ２とするとき、
上記ピーク強度ＰＭ２に対するＰＭ１の比率をＰＭ１／ＰＭ２とし、
位相調整を行うとき、上記結像位置以外で、上記領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭＡに対する上記光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭの比率をＰＭ／ＰＭＡとするとき、
（４）    ＰＭ１／ＰＭ２＞ＰＭ／ＰＭＡ
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
【００２３】
「結像光学系」は、マルチビーム光源からの被走査面に至る光路上に配置されて光ビームの結像に参与する光学系であり、上記カップリングレンズ、シリンドリカルレンズ、アパーチャ、位相調整素子、走査光学系により構成される。  
「結像光学系の結像面位置」は、結像光学系により光ビームがビームスポットを形成する設計上の面位置であり、設計上の被走査面位置である。
【００２４】
「位相調整素子における位相分布」は、位相調整素子が光ビームの波面に２次元的な位相変化を与えるために、位相調整素子に設定された分布である。  
例えば、位相調整素子として透明な平行平板状のものを考え、この平行平板の厚み：Ｄが「波長オーダで２次元的に変化」しており、平行平板状の座標：ｘ、ｙの関数として、Ｄ（ｘ、ｙ）で表されるものとすると、位相調整素子の材料の屈折率をＮとして、位相調整素子の光学的厚さは「ＮＤ（ｘ、ｙ）」となる。
【００２５】
このような位相調整素子に平面波である光ビームを入射させると、位相調整素子を透過する時間は光学的厚さ：ＮＤ（ｘ、ｙ）により変化し、光学的厚さが厚いほど「透過するのに時間を要する」から、光ビームの位相は、上記ＮＤ（ｘ、ｙ）に比例して遅れることになり、位相調整素子を透過した光ビームの位相はＮＤ（ｘ、ｙ）に対応して２次元的に変化していることになる。
【００２６】
このような位相の変化を与えることが「位相調整」であり、この例で言えば、位相調整素子における光学的厚みの分布：ＮＤ（ｘ、ｙ）が「位相調整素子における位相分布」である。この例では、位相調整素子の材料の屈折率が均一な屈折率：Ｎを有するから、厚みの分布：Ｄ（ｘ、ｙ）が「位相調整素子における位相分布」を決定するが、位相調整素子の厚み：Ｄを均一とし、屈折率」Ｎを２次元的に変化させて、ＤＮ（ｘ、ｙ）としても同様の位相調整を行うことができる。この場合には、ＤＮ（ｘ、ｙ）が「位相調整素子における位相分布」である。
【００２７】
上記の如く、位相調整素子は、光ビームに「面積的な位相の分布」を付与できる素子であり、具体的には、ガラスや樹脂等の透明基板上に、屈折率分布や高さ分布を形成することにより位相分布を実現できるが、「厚みの分布」により位相分布を実現する方が製造的には容易である。
【００２８】
なお、位相調整素子における「位相分布」の２次元的な形態を以下において「位相分布のパターン」と称する。
【００２９】
位相調整素子における位相分布は「面積領域に分布」するが、分布は必ずしも２次元的に限らず、光ビームの波面に対して「１方向の位相調整」を行う１次元的な位相分布も可能である。また、１次元的な位相調整を２箇所で行い、各位置における位相調整を互いに直交させて２次元的な位相調整を行うこともできる。この１次元的な位相分布は、これを２次元的な形態である「位相分布のパターン」としてみれば、例えば、２次元的な平面の１方向に「凹凸による位相調整形状」があり、この１方向に直交する方向においては、凹凸の断面形状が不変であるようなパターンである。
【００３０】
請求項１において「位相調整素子による位相調整を行わないとき」とは、位相調整素子が位相調整機能を有しない場合、例えば、上に例示した平行平板状の位相調整素子の場合であれば、平行平板に位相分布のパターンが形成されていない場合を意味する。
【００３１】
位相調整素子は、上述の平行平板状のものに限らず、また、透光性のみならず反射性の
物を用いることもできる。
請求項１のマルチビーム光走査装置においてはまた、位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をＰＭ２とし、上記位置におけるサイドローブ光のピーク強度をＰＳ２とするとき、上記ピーク強度：ＰＭ２に対するＰＳ２の比率をＰＳ２／ＰＭ２とし、位相調整を行うときの、上記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をＰＭＡとし、サイドローブ光のピーク強度をＰＳＡとし、
上記ピーク強度：ＰＭＡに対するＰＳＡの比率をＰＳＡ／ＰＭＡとするとき、
（３）  ＰＳ２／ＰＭ２＞ＰＳＡ／ＰＭＡ
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定するのが好ましい（請求項２）。
【００３２】
請求項１または２記載の光走査装置において「アパーチャと位相調整素子が、カップリングレンズの光軸方向において極く近接して、もしくは互いに一体化して設けられ」ている構成であることができる（請求項３）。
【００３３】
請求項１〜３のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置は、複数光源の中心から最も離れた光源までの距離：ｄ（ｍｍ）、カップリングレンズの焦点距離：ｆ（ｍｍ）、カップリングレンズの後側焦点から位相調整素子までの距離：ｘ（ｍｍ）、アパーチャの開口径：ａ（ｍｍ）、上記アパーチャ上での光束のビーム径：ｗ（ｍｍ）が、条件：
（２）  ｗ  ＞  （ａ＋ｘ・ｄ／ｆ）
を満足することが好ましい（請求項４）。  
請求項１〜４の何れかに記載の光走査装置は「位相調整素子とシリンドリカルレンズとが相互に一体化されて設けられている」ことができ（請求項５）、この場合、カップリングレンズの焦点距離：ｆ（ｍｍ）に対し、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ間の距離が２・ｆよりも小さいことが好ましい（請求項６）。  
請求項１〜４の何れかに記載の光走査装置は「位相調整素子とカップリングレンズとが相互に一体化されて設けられている」ことができる（請求項７）。  
ここに「一体化」は、一体化される複数のものの空間的な位置関係が固定的であることを意味し、「複数のものを構造的に一体化」する場合のみならず、複数のものが共通の保持手段により相互の位置関係を固定して保持され場合が含まれる。
【００３４】
請求項５〜７のいずれかに記載の光走査装置は、カップリングレンズとシリンドリカルレンズとの少なくとも一方における少なくとも１つの光学面が不連続面であり、不連続部における位相差を「使用する波長に対して２πの整数倍となるように設定した」ものであることができる（請求項８）。
【００３５】
請求項１〜４の何れかに記載の光走査装置において、位相調整素子は「カップリングレンズの光軸と直交する平面に対して傾きを有するように配置される」ことが好ましい（請求項９）。
【００３６】
この発明の画像形成装置は「光走査装置により像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー画像として可視化して画像形成を行う画像形成装置」であり、光走査装置として請求項１〜９の任意の１に記載のマルチビーム光走査装置を用いることを特徴とする（請求項１０）。
【００３７】
「像担持体」は、光導電性の感光体である。  
請求項１０記載の画像形成装置は「光走査により１以上の像担持体上に、２以上の静電潜像を形成し、これら静電潜像を互いに異なる色のトナーで可視化し、得られる各色トナー画像を重ね合わせることによりカラー画像を形成するものであることができる（請求項１１）。
【００３８】
光走査により形成される２以上の静電線像は、単一の像担持体上の同一位置に、時間的にずらして形成しても良いし、あるいは単一の像担持体の異なる位置に形成しても良い。また、複数の像担持体に対して個別に静電線像を形成することもできる。
【発明の効果】
【００３９】
以上に説明したように、この発明のマルチビーム光走査装置においては「光の位相分布を調整可能な位相調整素子」により、被走査面上における各ビームスポットのビームスポット径を実質的に拡大させることなく、深度余裕が拡大するように、光ビームの波面の位相調整を行うので、ビームスポット径を狙い通りに小径にできるとともに、深度余裕の拡大によりビームスポット径を安定させ、良好なマルチビーム光走査を行うことができる。従って、このマルチビーム光走査装置を用いる画像形成装置では、良好な画像形成を高速で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１にマルチビーム光走査装置の光学配置の１例を示す。  
図１は、マルチビーム光源１から、被走査面１１に至る光路を構成する光学系を、１平面内に仮想的に展開して示している。  
マルチビーム光源１はマルチビーム光走査用の「複数の発光源を持つレーザ光源」であり、この実施の形態においては「複数の発光源をアレイ配列したＶＣＳＥＬ」である。
【００４１】
図１に示すように、マルチビーム光源１から放射された複数の光ビーム（図には１つの光ビームの光路のみを示している。）はそれぞれ、カップリングレンズ３により平行光束化され、光学部材１２を通過し、シリンドリカルレンズ５により副走査方向（図面に直交する方向）に集束傾向を与えられ、偏向手段であるポリゴンミラー７の偏向反射面近傍に「副走査方向に分離した、主走査方向に長い線像」として結像する。ポリゴンミラー７は、この実施の形態例においては偏向反射面を４面もつものである。
【００４２】
ポリゴンミラー７の偏向反射面により反射された複数の光ビームは、走査レンズ８、１０の作用により被走査面１１上に「副走査方向に分離したビームスポット」として集光する。走査レンズ８、１０は「走査光学系」をなす。これら走査レンズは、ガラスまたは樹脂で形成することができる。  
ポリゴンミラー７が等速回転すると、偏向反射面により反射された複数の光ビームは等角速度的に偏向し、複数のビームスポットは被走査面１１をマルチビーム光走査する。  
光学部材１２は後述するように「アパーチャと位相調整素子とを一体化したもの」であり、アパーチャにより複数光ビームの周辺光束領域を遮光してビーム整形するとともに、位相調整素子による波面の位相調整を行う。
【００４３】
走査光学系を構成する走査レンズ８、１０は機能的には所謂「ｆθレンズ」であり、等角速度的に偏向する光ビームのビームスポットの被走査面１１上での変位を等速化する機能を有している。  
走査レンズ８、１０はまた、ポリゴンミラー７の偏向反射面位置と被走査面１１の位置とを「副走査方向に関して共役な関係」としており、副走査方向に関しては上記「主走査方向に長い線像」が走査レンズ８、１０によるｆθレンズの物点となるので、ポリゴンミラー７の「面倒れ」が補正されるようになっている。なお、説明中の例では、ｆθレンズを構成する２つの走査レンズ８、１０は共に樹脂製である。樹脂製の走査レンズの環境変動による結像機能の変動を補正するための回折格子を１以上のレンズ面に形成することもできる。
【００４４】
図１における被走査面１１は実体としては「像担持体の感光面」である。  
図１に示した光学配置を持つマルチビーム光走査装置は、光学部材１２における位相調整素子の部分を除けば、従来から広く知られた構成のものである。図１の構成の光走査装置は、図２に示すように組合せることによりタンデム式の光走査装置を構成することができる。  
図２は、タンデム式の光走査装置の光学系部分を、副走査方向、即ち、偏向手段であるポリゴンミラー７の回転軸方向から見た状態を示している。図示の簡単のため、ポリゴンミラー７から光走査位置である各被走査面に至る光路上における光路屈曲用のミラーの図示を省略し、光路が平面上にあるように描いた。
【００４５】
このマルチビーム光走査装置では、４つの被走査面１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋをそれぞれ複数の光ビームでマルチビーム光走査する。４個の被走査面１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの実体をなす像担持体は「光導電性の感光体ドラム」であり、これら４個の感光体ドラムに形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、得られる４色のトナー画像を重ね合わせてカラー画像を形成する。従って、以下において被走査面と、その実体をなす感光体ドラムには共通の符号を付する。
【００４６】
図２において、符号１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは「マルチビーム光源」を示す。マルチビーム光源１Ｙ、１Ｍは、図面に直交する方向である副走査方向に重なりあうように配置されている。マルチビーム光源１Ｍの各発光源は「マゼンタ画像に対応する画像信号」により強度変調され、マルチビーム光源１Ｙの各発光源は「イエロー画像に対応する画像信号」により強度変調される。
【００４７】
同様に、マルチビーム光源１Ｃ、１Ｋも副走査方向に重なりあうように配置されており、マルチビーム光源１Ｃの各発光源は「シアン画像に対応する画像信号」により強度変調され、マルチビーム光源１Ｋの各発光源は「黒画像に対応する画像信号」により強度変調される。
【００４８】
マルチビーム光源１Ｙ、１Ｍの個々から放射された光束は、カップリングレンズ３Ｙ、３Ｍ（副走査方向に重ねて配置され、各レーザ光源からの光束を入射される。）により平行光束化され、光学部材１２Ｙ、１２Ｍ（副走査方向に重なりあうように配置され、各光ビームの周辺光束領域の遮光（ビーム整形）と、位相調整を行う。）を通過したのち、副走査方向に配列されたシリンダレンズ５Ｙ、５Ｍ（副走査方向に重なり合うように配置されている。）により、それぞれ副走査方向へ集光されてポリゴンミラー７に入射する。
【００４９】
シリンダレンズ５Ｙ、５Ｍによる複数の「主走査方向に長い線像」はポリゴンミラー７の偏向反射面近傍に結像し、偏向される複数の光ビームは、それぞれ走査レンズ８Ｙ、８Ｍ、１０Ｙ、１０Ｍを透過し、これらレンズの作用により被走査面１１Ｙ、１１Ｍに複数のビームスポットを形成し、これら被走査面をマルチビーム光走査する。
【００５０】
同様に、マルチビーム光源１Ｃ、１Ｋから放射された複数の光束はカップリングレンズ３Ｃ、３Ｋにより平行光束化され、光学部材１２Ｃ、１２Ｋを通過したのち、副走査方向に配列されたシリンダレンズ５Ｃ、５Ｋによりそれぞれ、副走査方向へ集光され、ポリゴンミラー７に入射して偏向され、それぞれ走査レンズ８Ｃ、８Ｋ、１０Ｃ、１０Ｋを透過し、これらレンズの作用により被走査面１１Ｃ、１１Ｋに複数のビームスポットを形成し、これら被走査面をマルチビーム光走査する。
【００５１】
図３は、図２に示す光走査装置を用いた画像形成装置の構成を示す図である。図３において符号２０で示す部分が、図２に即して説明した「マルチビーム光走査装置」の部分である。  
ポリゴンミラー７は偏向反射面を４面有し、図３に示すように２段構成となっており上段で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３により屈曲された光路により感光体ドラム１１Ｍに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３により屈曲された光路により感光体ドラム１１Ｃに導光される。
【００５２】
また、ポリゴンミラー７の下段側で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーｍＹにより屈曲された光路により感光体ドラム１１Ｙに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーｍＫにより屈曲された光路により感光体ドラム１１Ｋに導光される。
【００５３】
従って、４個のマルチビーム光源１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋからの光束により、４個の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋがマルチビーム光走査される。感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫにより均一帯電され、それぞれ対応するマルチビーム光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書込まれ対応する静電潜像（ネガ潜像）を形成される。
【００５４】
これら静電潜像はそれぞれ現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫにより反転現像され、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。
【００５５】
これら各色トナー画像は、図示されない「転写シート」上に転写される。即ち、転写シートは搬送ベルト１７により搬送され、転写器１５Ｙにより感光体ドラム１１Ｙ上からイエロートナー画像を転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによりそれぞれ、感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１ｋから、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。
【００５６】
このようにして転写シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。このカラー画像は定着装置１９により転写シート上に定着されてカラー画像が得られる。なお、各感光体ドラム上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト上において重ね合わせてカラー画像となし、このカラー画像を転写シート状に転写して定着しても良い。
【００５７】
図３において、ポリゴンミラー７の右側に偏向される光ビームが入射する走査レンズ８Ｙ、８Ｍは、図において分離して描いてあるが、これらは互いに２段に重ねて一体化してもよい。図３において、ポリゴンミラー７の左側に偏向される光ビームが入射する走査レンズ８Ｃ、８Ｋについても同様である。
【００５８】
上に説明した実施の形態では、図１に即して説明したように、光学部材１２は「アパーチャと位相調整素子とを一体化したもの」である。  
前述のように、アパーチャは、ビームスポット径の変動を有効に抑制するために用いられてビーム整形を行うが、アパーチャを設けると、アパーチャでの回折の影響で、ビームスポットのビームプロファイルが「サイドローブを伴ったプロファイル」となる。  
一方、位相調整素子を用いると「位相調整素子においても回折が生じる」ため、光ビームの結像面におけるビームスポットのビームプロファイルは「アパーチャによる回折と位相調整素子における回折が複合したものとして形成」される。従って、位相調整素子の位相分布を変化させることにより、ビームスポットのビームプロファイルを変化させることができ、このことを利用して「ビームスポット径の増大を抑え、かつ、深度余裕の狭小化を軽減もしくは防止する」ことができるのである。
【００５９】
上に説明した実施の形態において、マルチビーム光源１には、複数の発光源がアレイ配列されている。  
図４は「マルチビーム光源とカップリングレンズ、シリンドリカルレンズの関係」を簡単化して示しており、マルチビーム光源の３つの発光源ａ、ｂ、ｃが同一面上に等間隔に配列し、これらの光源ａ、ｂ、ｃから放射される発散光束である光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃがカップリングレンズ３によりカップリングされてシリンドリカルレンズ５に入射する状態を説明図的に示している。
【００６０】
カップリングレンズ３は焦点距離：ｆを有し、その前側焦点面を発光源ａ、ｂ、ｃの配列面に合致されている。  
発光源ａ、ｂ、ｃから放射された光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃは、カップリングレンズ３により平行光束化され、図示のようにカップリングレンズ３の後側焦点面位置で交差したのちシリンドリカルレンズ５に入射する。この図において、図の上下方向は副走査方向である。
【００６１】
アパーチャは、この図に示されていないが、図４におけるカップリングレンズ３の後側焦点面位置に配置される。この位置では３つの光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃが互いに交差するので、この位置にアパーチャの開口を合わせてビーム整形を行うことにより、光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃを均等にビーム整形できる。  
図４に図示されてはいないが、アパーチャの開口の中心はカップリングレンズ３の光軸位置と合致し、図示されない位相調整素子の中心も上記光軸位置に合致して配置される。
【００６２】
このとき、位相調整素子が、例えば、カップリングレンズ３の後側焦点面よりもシリンドリカルレンズ５の側に離れて配置された場合を考えてみると、前述のように「ビームスポットのビームプロファイルは、アパーチャによる回折と位相調整素子による回折が複合して形成される」ので、アパーチャと位相調整素子の相対的な中心位置が変化するとビームスポットのビームプロファイルが変化してしまう。
【００６３】
マルチビーム光源を用いるときは、図４に示すように、カップリングレンズ３を透過した後の光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃの進む方向が光ビーム間で異なるから、上記のように、アパーチャと位相調整素子を光軸方向に離して設置すると、カップリングレンズ３の光軸に合致した光ビームＬＦｂでは「アパーチャと位相調整素子の中心位置はズレていない」が、光ビームＦＬａ、ＦＬｃに対しては「アパーチャと位相調整素子の中心位置はズレている」ことになる。
【００６４】
従って、光ビームＬＦａやＬＦｃによるビームスポットのビームプロファイルやビームスポット径は、光ビームＬＦｂに対するものと異なったものとなり、出力画像品質に悪影響を及ぼす。これを避けるには、位相調整素子をアパーチャに対して、カップリングレンズ３の光軸方向に極く近接させるか、図１の実施の形態における光学部材１２のようにアパーチャと一体化させて配置するのが良い（請求項３）。
【００６５】
また、図４を参照して説明したように、カップリングレンズ３の後側焦点位置で光ビームＦＬａ、ＦＬｂ、ＦＬｃが交差する。通常、レーザ光源から放射される光ビームは「ガウス状の光強度分布」を持つので、カップリングレンズ３の「後側焦点面以外の位置」にアパーチャを設置すると、光ビームＬＦａとＬＦｂ、ＬＦｃの「アパーチャの開口を通過するときの光強度分布（アパーチャ開口部における光強度分布）」が異なり、これらが形成するビームスポットのビームプロファイルに差異が生じる。
【００６６】
この点についてシミュレーション結果を用いて説明する。  
アパーチャに均一光強度の平面波（無限大の広がりを持つ光）を入射させ、アパーチャの開口部を通過した光ビームを結像レンズによりビームスポットとして結像する場合を考え、このとき結像するビームスポットのビームスポット径を１として規格化する。アパーチャはレンズの前側焦点面位置に配置される。
【００６７】
次に、ガウス型の光強度分布を持つ光ビームを考え、アパーチャ開口部の端部における光強度を変化させる。これは、アパーチャの開口部に入射する光ビームのビーム径を変化させることに相当する。
【００６８】
このように「アパーチャ開口部の端部における光強度」を変化させたときのビームスポット径（これを「規格化ビームスポット径」と呼ぶ。）の変化をシミュレーションで調べたところ、図５に示す如きものとなった。図５において「◆」が「規格化ビームスポット径」を示す。
【００６９】
また、「アパーチャ開口部の端部における光強度」を変化させたときのアパーチャ開口部を通過する光量（これを「アパーチャ透過率」と呼ぶ。）の変化をシミュレーションで調べたところ、図５に「□」で示すような変化になった。
【００７０】
「規格化ビームスポット径」のグラフによれば、アパーチャ開口部の端部での光強度が１／ｅ２（＝横軸の座標位置：０．１３５、ピーク強度を１としている。）よりも小さくなると、レンズ焦点位置に結像するビームスポットのビームスポット径が急激に大きくなり、グラフの傾きも急峻になる。グラフの傾きが急峻になることは「アパーチャ開口部の端部における光強度の差で、ビームスポット径の変動が大きくなる」ことを意味する。
【００７１】
マルチビーム光源を用いると、各光ビームで、アパーチャ開口部の端部における光強度が異なる（アパーチャに直交する光ビームＬＦｂと斜めに傾いて入射する光ビームＬＦａ、ＬＦｃの開口部における光ビーム断面積が異なるためである。）ので、規格化ビームスポット径のグラフの傾きが急峻になると、レンズの焦点面位置に結像するビームスポットのビームスポット径が同一にならないため、画像に悪影響を及ぼす。
【００７２】
これを避けるには、アパーチャの開口部の端部での光強度は「全ての光ビームにおいて、１／ｅ２よりも大きくなる」ように設定するのが良い。即ち、以下の式を満足するように、各パラメータを設定するのがよい。
【００７３】
（２）    ｗ  ＞  （ａ＋｜ｘ・ｄ／ｆ｜）  
この式（２）において、「ｄ」はマルチビーム光源の複数の発光源の中心位置から最も離れて位置する発光源までの距離、「ｆ」はカップリングレンズの焦点距離、「ｘ」はカップリングレンズの後側焦点から位相調整素子までの距離、「ａ」はアパーチャの開口径、「ｗ」は、アパーチャ上でのビーム径（１／ｅ２で定義する）であり、これらの単位は「ｍｍ」である。
【００７４】
カップリングレンズからは実質的な平行光束（平行光束もしくは弱い収束光束または弱い発散光束で、平行光束とみなせるもの）が射出するものとし、アパーチャと位相調整は極く近接して設置する条件とした。
【００７５】
上記「ａとｗ」は、主走査方向と副走査方向で通常は異なる値が設定されるが、同じ値でもよい。上式（２）は、主走査方向と副走査方向の少なくとも一方において成立すれば効果があるが、好ましくは、主走査方向と副走査方向の両方で満たされるのがよい。
【００７６】
アパーチャ開口部の端部での光強度が大きいほど、マルチビーム光走査を行う複数のビームスポット間で「ビームスポット径のばらつき」は小さくなるが、アパーチャ透過率が低下し、光利用効率が低下して高速化には不利になる。
【００７７】
図５における「規格化ビームスポット径」のグラフによれば、アパーチャ開口部の端部における光強度が０．５よりも大きくなると、グラフの傾きはほとんど変化してないため、マルチビーム光走査での「ビームスポット径のばらつき」は殆んど改善されない。従って、アパーチャ開口部の端部における光強度は「１／ｅ２（０．１３５）より大きく０．５より小さくなる」ように設定するのがよい。換言すれば、以下の式（３）が成立するようにパラメータを設定するのがよい。
【００７８】
（３）  （ａ＋｜ｘ・ｄ／ｆ｜）＜  ｗ  ＜０．５・ｅ２・（ａ＋｜ｘ・ｄ／ｆ｜）
式（３）は主走査方向と副走査方向の少なくとも一方において成立するのがよく、より好ましくは、主走査方向と副走査方向の両方で満たされるのがよい。
【００７９】
さらに「１／ｅ２（０．１３５）〜２／ｅ２（０．２７）の範囲」では、グラフの傾き
が若干大きいので、より好ましくは「２／ｅ２〜０．５」とするのが良い。即ち、次式：
（５Ａ）  ２（ａ＋｜ｘ・ｄ／ｆ｜）＜ｗ＜０．５・ｅ２・（ａ＋｜ｘ・ｄ／ｆ｜）
が、主走査方向と副走査方向の少なくとも一方において成立するのがよく、より好ましく
は、主走査方向・副走査方向ともに満たされるのがよい。  
式（２）、好ましくは式（５）、さらに好ましくは式（５Ａ）を満たすように各パラメ
ータを設定することで、被走査面上において「マルチビーム間でのビームスポットのビー
ムプロファイルやビームスポット径の違い」を小さく抑えることができ、高画質な画像出
力が可能となる。
【００８０】
また、上記「ｘ」は＋の値（カップリングレンズの後側焦点位置よりも被走査面側）でも、−の値（カップリングレンズの後側焦点位置よりも光源側）のどちらにもなり得るが深度余裕をより広くするには「−の値となる」ようにするのが好ましい。
【００８１】
図６に位相調整素子の例を４例示す。  
図６（ａ）〜（ｄ）は位相調整素子における「位相分布」の４パターンを示している。位相分布のパターンは、図６（ａ）、（ｂ）に示す例のように「微小な矩形形状を２次元的に組合せたパターン」であることもできるし、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、滑らかな輪郭を持つパターンであることもできる。
【００８２】
図６（ａ）下図は、図６（ａ）上図の破線部分での断面形状を示している。図６に示す位相調整素子の４例は、何れも「透明な平行平板状」で均一な屈折率を有し、位相分布は厚み方向における一方の面の高さを変化させて与えられている。即ち、位相分布は「位相調整素子の厚みの２次元的な分布」として与えられている。
【００８３】
位相分布を形成する「面の高さ」は、使用波長：λに対して位相を２ｎπ（ｎ：整数）以外に設定する必要があり、望ましくは、π＋２ｎπ（ｎ：整数）である。即ち、位相分布を構成する「高さの分布」における高さは、これを「ｈ」で表すと、ｈは均一である。
【００８４】
位相分布により与えられる位相差：θ（単位：ｒａｄ）は、位相調整素子の材料の屈折率：Ｎ、使用波長：λ、上記高さ：ｈにより、
θ＝２π（Ｎ−１）ｈ／λ
で与えられる。Ｎは位相調整素子の材料により定まり、使用波長：λは、マルチビーム光源により設計条件として定まるから、θ＝２ｎπ（ｎは整数）以外になるように（望ましくはθ＝π＋２ｎπ（ｎは整数））、位相分布の高さ：ｈを設定するのである。
【００８５】
上に説明した例では、位相分布を与える高さ：ｈが均一な値であり、光ビームに与えられる位相分布は、位相：θ（２ｎπ（ｎは整数）以外であれば良いが、π＋２ｎπが望ましい）と位相：０の２段階であり、位相差：π＋２ｎπとするのが良いが、位相分布の高さを３段階以上に設定できるようにしても良く（例えば、位相：０、位相：π／４、位相：π／２、位相：３π／２、の４段階）、さらには高さ：ｈが位相分布のパターンの位置に応じて連続的に変化するようにしても良い。このようにすると、位相分布の設計の余裕度が広がり好ましい。
【００８６】
被走査面上に形成されるビームスポットのビームプロファイルは、主走査方向・副走査方向のそれぞれに対して「対称な形状」が好ましい。したがって、位相調整素子における位相分布のパターンも、図４に例示する例のように、位相調整素子の中心を通り主走査方向と副走査方向に平行な直線のそれぞれに対し「線対称な高さ分布」に設定するのが好ましい。また、主走査方向と副走査方向では結像倍率が異なるから、位相分布のパターンは主走査方向と副走査方向で独立に設定するのがよい。
【００８７】
このような観点からすると、図６（ａ）、（ｃ）、（ｄ）のように、主走査方向と副走査方向の対称性が互いに異なるパターンが好ましく、特に、図６（ａ）のようなパターンは２次元的なパターン設定の自由度が大きく好ましい。
【００８８】
図６に例示したような位相調整素子は、通常、透明な平行平板の面に凹凸構造により位相分布のパターンを形成することで作製でき、位相分布のパターン以外の部分は平面であるため表面反射が発生し、反射光がマルチビーム光源の発光源に戻り、発光源におけるレーザ発振を不安定にして発光強度変動の原因となり画像に悪影響を及ぼす虞がある。
【００８９】
これを避けるためには、位相調整素子の入射面・射出面の少なくとも一方に反射防止膜を設けてもよいし、位相調整素子の入射面・射出面の少なくとも一方の面に「波長以下の微細構造で実現した反射防止構造」を設けても良いが、位相調整素子自体を「カップリングレンズの光軸に直交する面に対して少し傾けて設置する」のがよい（請求項９）。
【００９０】
位相調整素子は、独立した光学素子として単独で設けることはもちろん可能であるが、単独で設けた場合、マルチビーム光走査装置の光源と被走査面との間にある光学素子の表面が、位相調整素子の２表面分増えることになり、位相調整素子表面での反射の影響で、マルチビーム光走査に対する光利用効率が低下する。上記の如く、位相調整素子の表面に反射防止膜を設けて位相調整素子表面での反射を低減もしくは防止するのも光利用効率の低下に対するひとつの対抗策であるが、位相調整素子を他の光学素子（例えば、カップリングレンズやシリンドリカルレンズ）と構造的に一体化することによっても光利用効率の低下を抑制できる。
【００９１】
図７は、位相調整素子とアパーチャとシリンドリカルレンズとを一体化した実施の１形態を示している。図７左図は断面形状、右図はシリンドリカルレンズの光軸方向から見た状態を、それぞれ説明図的に示している。
【００９２】
図７左図において、符号５Ａで示すシリンドリカルレンズは凸平レンズで、図の左方のレンズ面が凸シリンドリカル面、右方のレンズ面は平面である。符号１２０は位相調整素子、符号１２１はアパーチャを示している。位相調整素子１２０は透明な平行平板状であって、図の左側の面は平面であり、右側の面に位相分布が「平面部から一定の高さを持ったパターン」により形成され、平面の側がシリンドリカルレンズ５Ａの平レンズ面に張り合わせられて一体化されている。また、アパーチャ１２１は位相調整素子１２０の位相分布が形成された側の面に形成されている。
【００９３】
位相調整素子１２０の位相分布のパターン１２０Ａは、図６（ｄ）に示したものと類似の「同心楕円形状」であり、これに応じて、アパーチャ１２１の開口形状も（主走査方向に長い）楕円形状である。
【００９４】
位相調整素子とシリンドリカルレンズとを一体化する方法としては他に、シリンドリカルレンズのレンズ面に直接「位相分布に対応する凹凸構造」を設ける方法が考えられる。この場合、シリンドリカルレンズを樹脂レンズとし、その成形金型に「位相分布に対応する凹凸構造」を形成しておいて、シリンドリカルレンズの成形と同時に、そのレンズ面に位相調整素子が一体化されて形成されるようにしてもよい。位相調整素子を一体化させるシリンドリカルレンズ面は、平レンズ面でもよいが、シリンドリカル面に凹凸構造を一体形成しても良い。
【００９５】
アパーチャ１２１を位相調整素子１２０に一体化する方法としては、樹脂等の別部材として作製したアパーチャを位相調整素子に貼り付ける方法でもよいし、Ｃｒや黒色の有機材料等の「遮光効果のある材料」を、蒸着や印刷により位相調整素子１２０上に形成する方法でもよい。アパーチャ１２１をシリンドリカルレンズ５Ａに一体化する場合も同様である。
【００９６】
図７に示す実施の形態では、アパーチャ１２１を位相調整素子１２０に一体化させているが、アパーチャ１２１をシリンドリカルレンズ５Ａのレンズ面（平レンズ面もしくは凸シリンドリカル面）に一体化させてもよい。即ち、シリンドリカルレンズ・位相調整素子・アパーチャの配置順序は任意である。図７の実施の形態で、光源側からの光ビームの入射側は、図７左図の左方であり、光ビームは、シリンドリカルレンズ５Ａに入射し、位相調整素子１２０とアパーチャ１２１とを通過するが、逆に図７左図の右側を入射側とし、位相調整素子１２０とアパーチャ１２１とを通過した光ビームがシリンドリカルレンズ１２０を透過するようにしても良い。
【００９７】
ここで、カップリングレンズとシリンドリカルレンズとの位置関係について見ると、請求項６に記載されたように、カップリングレンズの焦点距離：ｆに対し、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ間の距離は「２ｆよりも小さくなる」ようにするのがよい。このようにすると「マルチビーム光源の各発光源から放射された光ビームの中心間距離」が、光源上におけるよりも「シリンドリカルレンズ上で小さく」なる。従って、発光源間における「アパーチャを透過するビームの強度分布の違いを小さく」でき、被走査面に形成される複数ビームスポット間のビームプロファイルの差異を低減できる。  
図７の実施の形態において、図７左図の左方を入射側とした場合、マルチビーム光源やカップリングレンズの取り付け誤差や作製誤差の影響で、シリンドリカルレンズ５Ａに入射する光束の位置がずれると、アパーチャ１２１を通過する光ビームの強度分布が設計状態から変化し、ビームスポットのビームプロファイルが劣化して「ビーム径太り」等が発生する。
【００９８】
このような状況に対処できるように、シリンドリカルレンズを、その光軸と直交する面内において調整可能とし、マルチビーム光源やカップリングレンズの取り付け誤差や作製誤差に拘わらず、光ビームがシリンドリカルレンズの適正な位置に入射するようにすることができる。
【００９９】
上には、図７に「アパーチャと位相調整素子とシリンドリカルレンズを一体化する例」を示したが、アパーチャは必ずしも一体化させる必要はなく、別部材として設け、位相調整素子とシリンドリカルレンズを一体化したものの近くに配置することも可能であり、上記と同様の効果が得られる。
【０１００】
図８は、図７に示した実施の形態における、位相調整素子１２０とアパーチャ１２１とを一体化されたシリンドリカルレンズ５Ａを、その光軸（図面に直交する方向）と直交する面内で調整する場合を説明する図であり、保持部材ＨＬに対して、シリンドリカルレンズ５Ａを「光軸方法に突き当てた状態」で、光軸と直交する面内で２次元的に調整したあと、接着剤８０により固定する。保持部材ＨＬは、主走査方向と副走査方向のピント位置を調整するため、光軸方向にも変位できる構成にしておくのがよい。  
上には、位相調整素子とアパーチャをシリンドリカルレンズに一体化する場合を説明したが、「位相調整素子をカップリングレンズに一体化」させてもよい（請求項７）。
【０１０１】
このようにすると、光利用効率の低下を抑制できる。カップリングレンズは、マルチビーム光源に近いため、カップリングレンズに位相調整素子を一体化すると、アパーチャに入射する各発光源からの光ビームの位置が「経時的に変化しにくく」なり、ビームスポットのビームプロファイルの経時的な変化も抑制される。
【０１０２】
位相調整素子をカップリングレンズに一体化する方法としては、カップリングレンズのレンズ面に「位相分布に相当する凹凸構造」を設ける方法を挙げることができる。この場合、カップリングレンズを樹脂レンズとし、成型用の金型の表面に上記凹凸構造を形成し、この凹凸構造を成形時に直接にレンズ面に転写することができる。
【０１０３】
別の一体化方法として、カップリングレンズのレンズ面に位相調整素子を貼り付けてもよい。この場合、カップリングレンズに平面部を設け、その面に位相調整素子を貼り付けしてもよい。また、曲率を持つレンズ面に位相調整素子を一体化してもよい。  
アパーチャを位相調整素子やカップリングレンズに一体化する方法としては、樹脂等の別部材として作製したアパーチャを位相調整素子やカップリングレンズに貼り付ける方法でもよいし、Ｃｒや黒色の有機材料等の「遮光効果のある材料」を、蒸着や印刷により位相調整素子やカップリングレンズ上に形成する方法でもよい。
【０１０４】
上には「アパーチャと位相調整素子とカップリングレンズを一体化する例」を示したが、アパーチャは必ずしも一体化させる必要はなく、別部材として設け、位相調整素子とカップリングレンズを一体化したものの近くに配置することも可能であり、上記と同様の効果が得られる。
【０１０５】
マルチビーム光源とカップリングレンズとの相対的な位置も、マルチビーム光源やカップリングレンズを設置する部材・場所の作製誤差の影響でズレる場合がある。これに対処するため、カップリングレンズは「その光軸と直交する面内」において、マルチビーム光源に対して位置調整可能にしておくのがよい。このようにすれば、マルチビーム光源やカップリングレンズを設置する部材・場所の作製誤差があっても、マルチビーム光源とカップリングレンズの相対的な位置を補正でき、マルチビーム光源からの発散光束をカップリングレンズにより適正にカップリングできる。
【０１０６】
図９は、位相調整素子とアパーチャを一体化されたカップリングレンズ３Ａを、その光軸方向（図面に直交する方向）と直交する面内で調整する場合を示す図であり、保持部材ＨＬ１とカップリングレンズ３Ａの間に光硬化性の接着剤（例えば「ＵＶ硬化樹脂」）８１を充填し、カップリングレンズ３Ａの光軸と直交する面内で２次元的に調整したあと、硬化光を照射して接着剤８１を固化させている。このとき、カップリングレンズ３Ａは、ピント位置調整のため、光軸方向にも調整される。
【０１０７】
請求項８記載のマルチビーム光走査装置では、カップリングレンズとシリンドリカルレンズとの少なくとも一方における少なくとも１つの光学面が不連続面であり、不連続部における位相差が「使用する波長に対して２πの整数倍」となるように設定される。即ち、カップリングレンズとシリンドリカルレンズのうちの少なくとも一方における少なくとも１つの光学面を「回折レンズ面」とするのがよい。  
マルチビーム光源から被走査面に至る光路上には通常、１以上の樹脂レンズが設けられる。樹脂レンズは良く知られたように、温度変化によりレンズパワーが変動する。即ち、温度上昇に伴い、一般にはレンズパワーが減少する。一方、マルチビーム光源から放射されるレーザ光の波長は、温度上昇とともに長波長側へずれる。
【０１０８】
回折レンズ面では、回折効果と屈折効果とによりレンズ面のパワーが決定されているが、温度変化により光ビームの波長が大きくなると、回折レンズ面の回折角が大きくなり、これがレンズパワーの減少を相殺する。従って、回折レンズを採用することにより、温度変動時の焦点位置変動を抑制することができる。また、カップリングレンズやシリンドリカルレンズと位相調整素子の一体化が容易になり、低コスト化も実現できる。
【０１０９】
以下、回折レンズについて説明する。  
まず「従来から知られた回折レンズの構造」を図１０に示す。  
図１０（ａ）は、通常の平凸レンズの「凸レンズ面の形状」を輪帯状に分割し、各輪帯の高さが「ｈ」になるように折り返した構造である。同図（ｂ）は、同図（ａ）の輪帯部分の断面形状を直線で近似して鋸歯形状とした構造であり、同図（ｃ）は、同図（ａ）の輪体部分の断面形状を階段形状で近似したものである。
【０１１０】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示す構造では、回折レンズ面はパワーを有し、入射する光ビームを集光することができる。凹レンズ面を回折レンズ面とすれば、入射する光ビームを発散させることができる。
【０１１１】
図１１には、回折レンズ面がパワーを持たない場合の例を示す。この回折レンズでは、一方の面が平面で、他方の面における各輪帯は「光軸に直交する面による階段形状」となっている。図１０、図１１における「ｈ」は、透過する使用波長光に隣接する輪帯間において「２πの整数倍の位相差」を与えるように設定される。マルチビーム光走査装置に用いるレンズは「主走査方向と副走査方向の倍率」が異なるものがあり、この場合には輪帯を「同心楕円状」にするのが最も望ましい。輪帯を同心円状とし、主走査方向・副走査方向の倍率差はレンズ面の形状により実現するようにしてもよい。
【０１１２】
カップリングレンズとシリンドリカルレンズの両方に回折レンズ面を用いる場合は、カップリングレンズにおける輪帯を同心円状にし、シリンドリカルレンズに用いられる輪帯を直線状にすることにより、これらの回折レンズ面の作用を「同心楕円状の輪帯を用いる回折レンズ面」と同じにすることができる。
【０１１３】
回折レンズ面を持つ回折レンズを採用することにより、温度変動時の焦点位置変動を抑制することができるばかりでなく、カップリングレンズやシリンドリカルレンズと位相型光学素子の一体化が容易になり、低コスト化も実現できる。  
前述の如く、位相調整素子は、カップリングレンズやシリンドリカルレンズに一体化することができるが、カップリングレンズやシリンドリカルレンズを回折レンズとする場合には、回折レンズ面の輪帯を同心円状とし、位相調整素子の位相分布のパターンは「単一もしくは同心円状のリング状」とし、回折レンズ面の部分に「不連続部」を設け、不連続部と周辺部との位相差が、使用波長に対して２πの整数倍となるように「回折レンズと位相調整素子の一体化」が可能である（請求項８）。
【０１１４】
この場合の例を図１２、図１３に示す。  
図１２は、図１０に示した回折レンズの回折レンズ面における「内側（光軸側）から２番目の輪帯（斜線を施された輪帯）」に、高さ：ｄに対応した位相を「位相分布のパターン」として付加した例である。このとき「回折レンズに一体化されるものとして想定された位相調整素子」の形状を図１４に示す。
【０１１５】
図１４上図に示す「斜線を付したリング状部分」が位相分布のパターンで「円形リング状」であり、図１４下図がその断面形状である。高さ：ｄは「不連続部（図１２における光軸側から２番目の輪帯）と周辺部（光軸側から１番目の輪帯および光軸側から３番目の輪帯）との位相差が、使用波長に対して、高さ：ｄに対応した位相差（位相：２ｎπ（ｎは整数）以外の位相差で、望ましくは位相：π＋２ｎπ）となる」ように設定される。
【０１１６】
図１３は、図１０の回折レンズの回折レンズ面における「内側から１番目の輪帯内の一部」に、高さ：ｄに対応した位相を「位相分布のパターン」として付加した例である。このとき「回折レンズに一体化されるものとして想定された位相調整素子」の形状を図１５に示す。  
図１５上図に示す「斜線を付したリング状部分」が位相分布のパターンで「円形リング状」であり、図１５下図がその断面形状である。高さ：ｄは「不連続部（図１３における光軸側から２番目の輪帯内における該輪帯と位相分布のパターンとして付加された部分）と周辺部との位相差が、使用波長に対して、高さ：ｄに対応した位相差（位相：２ｎπ（ｎは整数）以外の位相差で、望ましくは位相：π＋２ｎπ）となる」ように設定される。
【０１１７】
上には、位相調整素子の位相分布のパターンが「回折レンズ面の輪帯と一致する例（図１２）」と「回折レンズ面の１つの輪帯の内部含まれる例（図１３）」を例として説明したが、位相分布のパターンとして回折レンズ面に付加される「不連続部」が「複数の輪帯にまたがる」ようにしてもよく、これら３つの場合を組合せてもよい。
【０１１８】
回折レンズ面は、金型をバイトで切削して所望の形状とした後、樹脂を成形して作製する。図１２、図１３のような回折レンズ面構造にすると、信頼性の高い「従来と全く同じ作製方法」を用いることができ、信頼性の高い光学素子（位相調整素子の位相調整機能を持つ回折レンズ）を実現でき、また、金型作製の際にもコストアップがないメリットがある。
【０１１９】
図１２、図１３では、位相調整素子と一体化される回折レンズとして、図１０の回折レンズ構造を例として説明したが、図１１の回折レンズ構造に対して、図１４、図１５のような位相調整素子を一体化することももちろん可能である。  
位相調整素子の位相分布のパターンとして「円形リング状」の場合を説明したが、図６（ａ）（ｂ）に示すように２次元的に自由に設定できるパターンとすることもできるが、この場合には「バイトを用いた手法」では作製できないので、ドライエッチング等の手法を用いて作製すれば良い。
【０１２０】
また、例えば、図１２に示す例では、２番目の輪帯の高さを変えることにより他の輪帯に対して位相差を付与したが、２番目の輪帯にのみ「新たに材料を塗布」したり、２番目の輪帯の屈折率を変えたりすることによっても「回折レンズと位相調整素子の一体化」は可能である。
【０１２１】
上に説明した例では、位相調整素子が２段階の高さ分布を持つ場合を説明したが、前述のように、位相分布として多段階や連続な高さ分布をもつようにしてもよいし、複数の同心円状（リング状）のパターンの位相分布を設けてもよく、このようにすると設計の自由度を向上できる。
【０１２２】
また、回折レンズの回折レンズ面として「円形状の輪帯」を示したが、楕円形状の輪帯や直線形の輪帯としてもよい。図１６は「一方向のみにパワーのある回折構造」を持つ回折レンズ面を持つ回折レンズを示しており、図１７は「一方向にのみパワーのない回折構造」を持つ回折レンズ面を持つ回折レンズを示している。これらは、シリンドリカルレンズと位相調整素子を一体化したものとして用いることができる。
【０１２３】
これらの回折レンズ面に対して、位相調整素子の機能を持つ「１次元もしくは２次元の位相分布」を、上記の例と同様にして組合せることができる。
【０１２４】
以下に「位相調整素子による位相調整」による深度余裕の拡大を説明する。  
発明者が発見した「高い光利用効率で、ビームスポット径を大きくすることなく、深度余裕を拡大できる方法」は、結像光学系の結像面位置でビームスポットのビームプロファイルのサイドローブのピーク強度を「マルチビーム光走査に問題を与えない程度に増大」させることであり、位相調整素子における位相分布を「マルチビーム光走査に問題を与えない程度にサイドローブのピーク強度を増大」するように設計するのである。
【０１２５】
位相調整素子による位相調整を行うとき、結像光学系の結像面（設計上の被走査面）でのビームスポットの光強度プロファイル（ビームプロファイル）におけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭに対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳの比率：ＰＳ／ＰＭが、位相調整を行わないときの結像光学系の上記結像面位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭ１に対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳ１の比率：ＰＳ１／ＰＳに対し、  
（１）  ＰＳ／ＰＭ＞ＰＳ１／ＰＭ１    
となるように、位相調整素子における位相分布を設定するのである。
【０１２６】
より好ましくは、位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面以外の位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭ２に対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳ２の比をＰＳ２／ＰＭ２とし、位相調整を行うときの上記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭＡに対するサイドローブ光のピーク強度：ＰＳＡの比率をＰＳＡ／ＰＭＡとするとき、
（３）  ＰＳ２／ＰＭ２＞ＰＳＡ／ＰＭＡ    
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定するのがよい。
「結像面以外の位置」は、ビームスポットの変化が、結像面上の結像位置以外で、におけるビームスポットの変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置を言う。この領域は「位相調整を行わない場合」の深度余裕の範囲である。
【０１２７】
また、位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の光軸上の結像位置で
のビームスポットのメインローブ光のピーク強度：ＰＭ１の、結像位置以外の位置でのメインローブ光のピーク強度：ＰＭ２に対する比率をＰＭ１／ＰＭ２とし、位相調整を行う
とき、結像光学系の光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおける
メインローブ光のピーク強度：ＰＭの上記「像位置以外の位置」での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度：ＰＭＡに対する比率をＰＭ／ＰＭＡとするとき、
（４）  ＰＭ１／ＰＭ２＞ＰＭ／ＰＭＡ  
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
「結像位置以外の位置」は、ビームスポットの変化が、光軸上の結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の１０５％以内の領域内での位置をいう。この領域は「位相調整を行わない場合」の光軸上の深度余裕の範囲である。
【０１２８】
上記条件（１）を満足することは、深度余裕拡大の生じる必要条件であり、位相調整素子における位相分布は、条件（１）を満足するように設定される。
また、条件（１）とともに条件（４）を満足させることにより、深度余裕の更なる拡大を実現できる。
【０１２９】
サイドローブのピーク強度の増大量が大きい程「深度余裕の拡大量は増大」するが、サイドローブ光を増大させすぎると、形成される画像を構成するドットのまわりに「トナーのチリ」が発生したり、地汚れが発生したりする現象を誘発する。また、メインローブ光強度の低下量が大きくなりすぎ、マルチビーム光走査の高速化に不利になる恐れもある。
【０１３０】
従って、サイドローブのピーク強度はメインローブのピーク強度の１３．５％以下、好ましくは１０％以下に設定するのが良い。
【０１３１】
以下、位相調整による深度余裕の拡大をシミュレーション結果に基づき説明する。  
図１８は、シミュレーションモデルを説明するための図である。  
図１８において、符号１２Ａはアパーチャ、符号１２Ｂは位相調整素子、符号ＬＮはレンズをそれぞれ示す。  
入射する光ビームは「均一強度の平面波」とし、アパーチャ１２Ａで所望の光ビーム幅（被走査面上において、所望のビームスポット径を実現するように定められる。）に切り取る。位相調整素子１２Ｂは、アパーチャ１２Ａに密接（距離：０）して設けられて光ビームに位相調整を行う。  
レンズＬＮは「無収差の理想レンズ」を想定した。焦点距離を「ｆ」としており、位相調整素子１２ＢはレンズＬＮの前側焦点面に配置される。このとき、光ビームはレンズＬＮの後側焦点位置にビームスポットとして結像する。
【０１３２】
このシミュレーションモデルでは、マルチビーム光源からの発散光束がカップリングレンズにより平行光束化されてアパーチャ１２Ａに入射する状態であり、従って、結像光学系におけるカップリングレンズについてはシミュレーションモデルにおける前提となっている。レンズＬＮは、結像光学系のうち「位相調整素子１２Ｂより以後の部分」を単純化したものである。
【０１３３】
従って、このシミュレーションに用いるレンズＬＮは、実際のマルチビーム光走査装置に用いられるものとは異なるが、実際のものにおいても、以下で示すのと同等の効果が得られる。また、実際のマルチビーム光走査装置における光ビームはガウス型の光強度分布を持つガウスビームであるが、シミュレーションの結果は、光ビームがガウスビームであるときにも成り立つ。これは、この発明の深度余裕の拡大方法が、位相分布のみを制御して結像面上におけるビームプロファイルをコントロールしていることによる。  
アパーチャ１２Ａの開口は「直径：９３０μｍの円形」とし、レンズＬＮの焦点距離：ｆは５０ｍｍとした。また、使用波長は６３２．８ｎｍとした。
【０１３４】
先ず、比較例として、位相調整素子１２Ａによる位相調整を行わない場合（位相調整素子を位相分布のない透明平板として扱う。）のレンズＬＮの焦点位置（結像面位置）に形成されるビームスポットのビームプロファイル（ピーク強度を１に規格化している。）を図１９（ａ）に示す。また「デフォーカスによるビームスポット径（１／ｅ２で定義される。）の変化」を図１９（ｂ）に示す。
【０１３５】
このときのビームスポットのサイドローブのピーク強度は０．０１６（ピーク強度の１．６％）であり、深度余裕の許容範囲として「最小ビームスポット径の１０５％まで」とすると、深度余裕は８．９ｍｍとなる。
【０１３６】
図２０〜図２４に位相調整素子１２Ｂによる位相調整を行ったときのビームスポットのビームプロファイルと「デフォーカスによるビームスポット径の変化」を図１９に倣って示す。図２０〜図２４において、（ａ）は位相調整素子における位相分布のパターン（濃度の高い部分）の形状と寸法を示し、（ｂ）は結像面上におけるビームスポットのビームプロファイル、（ｃ）は「デフォーカスによるビームスポット径の変化」を示している。
【０１３７】
位相分布における位相差は「π」としている。
【０１３８】
また、図２０〜図２４の（ａ）に示すように「位相分布のパターンは全て円形状」であり、アパーチャの中心と位相分布のパターンの中心を一致させている。
【０１３９】
図２０〜図２４のビームプロファイルを、図１９（ａ）のビームプロファイルと比較すると、図２０〜図２４に示すものでは、図１９（ａ）のものに比してビームプロファイルのサイドローブのピークが増大していることが分る。また、深度余裕も拡大していることがわかる。
【０１４０】
即ち、サイドローブのピーク強度を増大させるような位相分布を持つ位相調整素子を用いることにより深度余裕が拡大し、サイドローブのピーク強度が強いものの方が「深度余裕の拡大率」が大きい。
【０１４１】
これらの例では、何れも、深度余裕が拡大しているが、これは「ビームスポット径を増加させること無く、深度余裕が拡大する」ように位相分布を設定したからである。
【０１４２】
位相調整を行っても、位相調整に用いる位相分布によっては、このような効果は得られない。  
１例として「効果のない位相分布を持つ位相調整素子」を用いる場合のシミュレーション結果を図２５に、図２０〜図２４に倣って示す。  
位相分布のパターンを除けば、シミュレーションの条件は図２０〜２４に示す例と同一である。
【０１４３】
図２５の（ｃ）と、図２０〜図２４の（ｃ）とを比較すれば明らかなように、図２５の（ｃ）では、深度余裕が減少している。  
上記のように、位相調整素子の位相分布の適切な設定により、レンズの焦点位置近傍でのビームスポット径の深度が拡大するため、リレー光学系等のレンズの追加等を招くことがなく、レイアウト上、非常に有利である。更に、非常に高い光利用効率を実現できる。
【０１４４】
図１９の結果を与える「位相調整を行わない場合」を位相調整素子０とし、図２０〜図２４の（ａ）に示す位相調整素子を位相調整素子１〜５、図２５（ａ）に示す位相調整素子を位相調整素子６とし、これらの図の場合におけるサイドローブのピーク強度、深度余裕、ビームスポット径を算出した結果を以下に一覧として示す。  
なお、サイドローブのピーク強度（「ＳＰ」と略記する。）はメインローブのピーク強度を１に規格化したときの、メインローブのピーク強度に対する値（％）であり、深度余裕は「ビームスポット径の変化が、最小ビームスポット径の１０５％以内」であるとして算出したものであり、ビームスポット径はビームスポットの光強度分布のピーク値を１として、その「１／ｅ２」になる径として算出している。
【０１４５】
ＳＰ（％）    深度余裕（ｍｍ）    ビームスポット径（μｍ）
位相調整素子０      １．６        ８．９                ５６．４  
位相調整素子１    １０．４      １８．１                ４８．１  
位相調整素子２      ９．６      １５．０                ４７．７  
位相調整素子３      ８．１      １３．８                ５０．７  
位相調整素子４      ５．８      １２．９                ５１．８  
位相調整素子５      ３．８      １１．２                ５３．３  
位相調整素子６      ０．６        ６．４                ５８．４        。
【０１４６】
先ず、ビームスポット径に付いてみると、位相調整を行わない場合（位相調整素子０）におけるビームスポット径：５６．４μｍは「設計において狙いとするビームスポット径」に対応するものと考えられ、位相調整素子１〜５による位相調整の結果、ビームスポット径は何れも、狙いの値よりも小さくなっている。
【０１４７】
深度余裕も、位相調整素子１〜５による位相調整により、狙いとする値よりも拡大している。また、位相調整素子１〜５を用いる場合、高次のサイドローブ光のピーク強度は低く、図２０〜図２４の（ｂ）の「グラフの外側」においても強いピーク強度の高次光は発生しておらず、高い強度のメインローブ光が得られている。
【０１４８】
図２６に、位相調整素子を用いないときと、位相調整素子１〜５を用いたときのそれぞれにおいて、横軸にデフォーカス［ｍｍ］、縦軸にサイドローブピーク強度（メインローブのピーク強度を１に規格化したとき）を表したグラフを示す。上に位相調整素子６として説明したものを用いたときには、結像位置以外におけるビームプロファイルの劣化が激しく、サイドローブ光とメインローブ光が重なりあい「サイドローブのピーク強度とメインローブ光を区別できない」ため図２６には示していない。
【０１４９】
図２６を見ると、結像面位置（デフォーカス：０ｍｍ）においては「位相調整素子なしのサイドローブピーク強度」が最も小さいが、デフォーカスが５〜６ｍｍよりも大きい領域では、位相調整素子を用いた方がサイドローブピーク強度が小さく、好ましい。
【０１５０】
上には、位相分布のパターンとして「回転対称で円形（リング状）」の例を示したが、これに限定されるものではなく、図４（ａ）のように、２次元的に自由で、且つ主走査方向と副走査方向のそれぞれに対して線対称な高さ分布に設定し、且つ「９０度回転対称性がない」ように設定するのが最も良いが、（ｂ）のように９０度回転対称性を設けてもよく、また、（ｃ）、（ｄ）のように「同心楕円状のような位相分布のパターン」に設定することも可能である。
【０１５１】
なお、前述したように、上に説明したシミュレーションは「簡略化したモデル」によるものであり、実際の光学系とは異なっている。シミュレーションの光学系では、ｆ＝５０ｍｍの回転対称なレンズＬＮにより、位相調整素子以降のレンズ系を代表させたが、実際のマルチビーム光走査装置では（アパーチャ以降の光学系の合成焦点距離）が異なるし、主走査方向と副走査方向とでも焦点距離が異なる。
【０１５２】
しかしながら、焦点距離が異なれば、ビームスポット径は変わるが「ビームスポットのビームプロファイル」は殆んど変化しない。ビームプロファイルを変化させずに、ビームスポット径のみを変化させるには、アパーチャの開口部と位相調整素子を比例拡大（もしくは縮小）すればよい。この場合、主走査方向と副走査方向で焦点距離が違うので、主走査方向と副走査方向とで、アパーチャの開口部と位相調整素子の比例拡大（もしくは縮小）の割合を異ならせればよい。一般のマルチビーム光走査装置では、アパーチャ開口部の形状は「主走査方向に長い形状」となる。
【０１５３】
また、シミュレーションモデルでは、入射する光ビームを「均一強度の平面波」としているが、入射する光ビームの強度分布は一般にガウス分布である。入射光ビームの強度分布が変化すると、ビームのプロファイルや大きさは変化するが、アパーチャ開口部を通過する光の強度分布は略均一強度と看做せることが多く、そのまま適用することも可能である（アパーチャ開口部と位相調整素子の比例拡大（もしくは縮小）は必要である）が、入射光ビームの強度分布の違いは「アパーチャ開口部や位相調整素子の形状を少し修正することで、実際のマルチビーム光走査装置においても、簡略化したモデルでのシミュレーション結果と同等な結果を得ることができる。
【０１５４】
この発明のマルチビーム光走査装置を用いることで、被走査面でのビームスポット径の深度余裕を拡大できることから、ビームスポット径の深度余裕を狭くすることなく、ビームスポット径の小径化が実現でき、高画質な画像形成装置を実現できる。
【０１５５】
深度余裕を拡大できるということは、ビームスポット径が安定化するということを意味し、これは「複数あるプロセス制御条件のうちの１つが安定化する」ことを意味する。従って、プロセス制御頻度を低減することができ、省エネ等の環境不可低減が可能である。
【０１５６】
なお、上には、カラー画像形成装置を例として説明したが、単色の画像形成装置に対してもこの発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】光走査装置を説明するための図である。
【図２】タンデム方式の光走査装置を説明するための図である。
【図３】図２の光走査装置を用いるタンデム式の画像形成装置を説明するための図である。
【図４】マルチビーム光源とカップリングレンズ、シリンドリカルレンズの関係を簡単化して示す図である。
【図５】アパーチャ開口部の端部における光強度を変化させたときのビームスポット径の変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】位相調整素子の４例（位相分布の４パターン）を例示する図である。
【図７】位相調整素子とアパーチャとシリンドリカルレンズとを一体化した実施の１形態を示す図である。
【図８】図７に示した実施の形態における、位相調整素子とアパーチャとを一体化されたシリンドリカルレンズを、その光軸と直交する面内で調整する場合を説明する図である。
【図９】位相調整素子とアパーチャを一体化されたカップリングレンズを、その光軸方向と直交する面内で調整する場合を示す図である。
【図１０】従来から知られた回折レンズの構造を説明するための図である。
【図１１】従来から知られた回折レンズの構造を説明するための図である。
【図１２】図１０に示した回折レンズの回折レンズ面に高さ：ｄに対応した位相を付加した例を示す図である。
【図１３】図１０の回折レンズの回折レンズ面に高さ：ｄに対応した位相を付加した例を示す図である。
【図１４】図１２の回折レンズにおいて、図１０の回折レンズに一体化されるものとして想定された位相調整素子の形状を示す図である。
【図１５】図１３の回折レンズにおいて、図１０の回折レンズに一体化されるものとして想定された位相調整素子の形状を示す図である。
【図１６】一方向のみにパワーのある回折構造を持つ回折レンズ面を持つ回折レンズを示す図である。
【図１７】一方向にのみパワーのない回折構造を持つ回折レンズ面を持つ回折レンズを示す図である。
【図１８】位相調整による深度余裕の拡大をシミュレーションするシミュレーションモデルを説明するための図である。
【図１９】図１８にモデルを示すシミュレーションの比較例を説明するための図である。
【図２０】位相調整素子のシミュレーション例を示す図である。
【図２１】位相調整素子のシミュレーション例を示す図である。
【図２２】位相調整素子のシミュレーション例を示す図である。
【図２３】位相調整素子のシミュレーション例を示す図である。
【図２４】位相調整素子のシミュレーション例を示す図である。
【図２５】深度余裕を拡大する効果のない位相調整素子を説明するための図である。
【図２６】位相調整素子を用いないときと、位相調整素子を用いたときのそれぞれにおけるデフォーカスとサイドローブピーク強度を表したグラフを示す図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１      マルチビーム光源
３      カップリングレンズ  
５      シリンドリカルレンズ  
１２    アパーチャと位相調整素子を一体化した光学部材
【図１】
0005476659.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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