(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、
少なくとも１面の偏光ビームスプリッタ面を含み、入射したｎ本の光ビームを列状のｍ本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２）と、
互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と、１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手段から出射されるｍ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段と、を備え、
ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている、  ことを特徴とするビーム合成装置。
【請求項２】
ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、
互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２）と、
互いに平行な１面の偏光ビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段と、を備え、
ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている、  ことを特徴とするビーム合成装置。
【請求項３】
前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を被合成ビームに近い方から順にＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 とし、前記各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，２，…，ｍ−１）としたとき、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、Ｒ2 ＝Ｔ1 ／Ｒ1 又は Ｒ2 ＝Ｒ1 ／Ｔ1Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１）
Ｒm-1 ＝Ｔm-1なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のビーム合成装置。
【請求項４】
各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、
実質的に、Ｒ1 ：Ｔ1 ＝(ｍ−１)：１ 又は Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：(ｍ−１)Ｒi ：Ｔi ＝１：(ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）、  なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項３記載のビーム合成装置。
【請求項５】
前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の光損失を各々δとしたとき、  各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、Ｒ1 ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}又は、Ｒ1 ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}Ｒi ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）、なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項３記載のビーム合成装置。
【請求項６】
ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、
互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第１のビーム合成部と、互いに平行に列状に並設された（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第２のビーム合成部とよりなり、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｍ′＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２、かつ、ｍ′＝ｍ又はｍ′＝ｍ−１）と、
１面の偏光ビームスプリッタ面を有し、前記第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、
ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−１）面及び前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている、
ことを特徴とするビーム合成装置。
【請求項７】
前記第１のビーム合成手段における前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面、前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面を被合成ビームに近い方から順に各々ＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，ＢＳ2′ ，…，ＢＳm-1′ とし、前記各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi（ｉ＝１，２，…，ｍ−１）、Ｒi′ ，Ｔi′ （ｉ＝１，２，…，ｍ′−１）としたとき、
各反射率Ｒi ，Ｒi′ 及び透過率Ｔi ，Ｔi′ が、実質的に、
Ｒ2 ＝Ｔ1 ／Ｒ1 又は Ｒ2 ＝Ｒ1 ／Ｔ1Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１）、
Ｒm-1 ＝Ｔm-1Ｒ2′ ＝Ｔ1′ ／Ｒ1′ 又は Ｒ2′ ＝Ｒ1′ ／Ｔ1′Ｒi′ ＝Ｒi-1′ ／Ｔi-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｍ′−１）、Ｒm-1′ ＝Ｔm-1′、なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項６記載のビーム合成装置。
【請求項８】
各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、
Ｒ1 ：Ｔ1 ＝(ｍ−１)：１ 又は Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：(ｍ−１)Ｒi ：Ｔi ＝１：(ｍ−ｉ)
（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝(ｍ′−１)：１ 又は Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝１：(ｍ′−１)Ｒi′ ：Ｔi′ ＝１：(ｍ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１）、  なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項７記載のビーム合成装置。
【請求項９】
前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面、前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面の光損失を各々δとしたとき、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、
Ｒ1 ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}、又は、
Ｒ1 ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}Ｒi ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
Ｒ1′ ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m′)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m′)−１}又は、Ｒ1′ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m′)−１}Ｒi′ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m′)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１）  なる条件を満たすように設定されている、
ことを特徴とする請求項７記載のビーム合成装置。
【請求項１０】
偏光特性を有する光ビームを射出するｎ（ｎ＞４）個の光源と、これらの各光源から射出されるｎ本の光ビームが入射される、請求項１ないし９の何れか一に記載のビーム合成装置とを備えるマルチビーム光源装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のマルチビーム光源装置と、このマルチビーム光源装置のビーム合成装置から合成されて出力されるｎ本の光ビームを偏向走査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向走査されるｎ本の光ビームを感光体上に光スポットとして結像させる結像光学系とを備えるマルチビーム走査装置。
【請求項１２】
前記第１のビーム合成手段と前記第２のビーム合成手段とが一体に構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし１１いずれか記載のマルチビーム走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ等における高速光書込系に利用されるビーム合成装置、マルチビーム走査装置及びマルチビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高速記録を行なうため、複数本の光ビームを感光体上に同時に走査させて画像記録を行なうマルチビーム走査装置が知られている。この場合のマルチビーム走査装置としては、光源として複数個の半導体レーザを用い、偏光ビームスプリッタ等により各半導体レーザからの光ビームを合成するビーム合成方式（例えば、特開平６−３３１９１３号公報参照）と、光源として複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用いるアレイ方式（例えば、特開平５−５３０６８号公報参照）とが、一般によく知られている。これらのマルチビーム走査装置におけるビーム数は、通常、２ビームであるが、高速記録の要求に対してさらなる多ビーム化の実現が望まれている。
【０００３】
アレイ方式の場合、半導体レーザアレイ自体の入手が困難で、また、入手できたとしても非常に高価である。特に、発光点の数、即ち、射出し得る光ビーム数が増えるに従ってこの傾向が増す。一方、ビーム合成方式によれば、通常の汎用されている半導体レーザを用い得るため、３ビーム以上のマルチビーム化を図る上では、コスト面においてアレイ方式より有利と考えられる。
【０００４】
ビーム合成方式で３ビーム以上のマルチビーム化を図ったものとしては、例えば、特開平７−１８１４１２号公報に示されるものがある。即ち、ｎ個の半導体レーザからの光ビームを（ｎ−１）面のビームスプリッタ面と１個のミラー面とを一体的に構成した合成プリズムに入射させることにより合成するようにしたものである。このような合成プリズムの一例として、ビームスプリッタ面を全て偏光ビームスプリッタ面として構成する例が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように複数個の偏光ビームスプリッタを用いても、３ビーム以上の光ビームを実質的な光損失なしに合成することは原理的に不可能である。即ち、偏光ビームスプリッタにより合成された２本の光ビームは互いに垂直な直線偏光光束となるので、これらの光を次の偏光ビームスプリッタに入射させるときにはλ／２板又はλ／４板などの偏光素子が別途必要となり、構成が複雑化する上に、この偏光ビームスプリッタ射出後の何れかの光ビームの光量は入射前の少なくとも１／２以下となってしまう。
【０００６】
従って、このような合成プリズムの場合、複数の偏光ビームスプリッタ面を用いるメリットがあまりなく、（ｎ−１）面のビームスプリッタ面の内、１面のみを偏光ビームスプリッタ面とし、残りの（ｎ−２）個は通常のビームスプリッタ面とするか、或いは、（ｎ−１）面の全てを通常のビームスプリッタ面とするかの何れかの方式が考えられる。
【０００７】
例えば、図３５に示すように、１面の反射面Ｍと、（ｎ−１）面のビームスプリッタ面ＢＳi （ｉ＝１，…，ｎ−１）とにより、ｎ本の光ビームＢＭi （ｉ＝１，…，ｎ）を合成する合成プリズム１００の場合を考える。ここでは、全てのビームスプリッタ面ＢＳi を通常のビームスプリッタ面とし、各ビームスプリッタ面ＢＳi がその透過率と反射率とがとも０．５のハーフミラー構成とした場合、各光ビームＢＭi のビーム合成前後の光量比、即ち、光利用効率ηi は、
ηi ＝０．５＾i （但し、ｉ＝１，…，ｎ−１）
ηn ＝０．５＾(n-1)
として表される。しかし、ハーフミラー反射（又は、透過）回数に応じて光量が減衰していくため、合成すべき光ビーム数の増加に伴い光利用効率のビーム間偏差が大きくなってしまう。例えば、
ｎ＝４の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝0.25，η3 ＝η4 ＝0.125
ｎ＝６の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝0.25，η3 ＝0.125，η4 ＝0.0625，η5 ＝η6 ＝0.03125
ｎ＝８の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝0.25，η3 ＝0.125，η4 ＝0.0625，η5 ＝0.03125，
η6 ＝0.0156，η7 ＝η8 ＝0.0078
の如くなり、合成プリズム１００における光利用効率のビーム間偏差が大きくなる。
【０００８】
また、仮にビームスプリッタ面ＢＳn-1 のみを偏光ビームスプリッタ面とした場合を考えると、各光ビームＢＭi のビーム合成前後の光利用効率ηi は、
ηi ＝０．５＾i （但し、ｉ＝１，…，ｎ−２）
ηn-1 ＝ηn ＝０．５＾(n-1)
として表され、同様に、光ビーム数の増加に従い、光利用効率のビーム間偏差が大きくなってしまう。例えば、
ｎ＝４の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝η3 ＝η4 ＝0.25
ｎ＝６の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝0.25，η3 ＝0.125，η4 ＝η5 ＝η6 ＝0.0625
ｎ＝８の場合、
η1 ＝0.5，η2 ＝0.25，η3 ＝0.125，η4 ＝0.0625，η5 ＝0.03125，
η6 ＝η7 ＝η8 ＝0.0156
の如くなり、合成プリズム１００における光利用効率のビーム間偏差が大きくなる。
【０００９】
このように、何れの方式にしても、光利用効率が低下すると高出力の光源が必要となり、光源が高価となる。また、光利用効率のビーム間偏差が大きいので、合成プリズム１００から射出後の光量を各光ビーム間で均一化させるためには、ＮＤフィルタ等の光減衰手段が別途必要になったり、合成プリズム１００への入射前の光量、即ち、各光源自体の発光出力を、各光ビームの光利用効率に応じて大きく異ならせるように設定する必要が生ずる。
【００１０】
従って、光源としてｎ個の半導体レーザを用いる場合を考えると、同種の半導体レーザを使用する場合には最低の光利用効率に合わせて高出力の半導体レーザとする必要があり、コスト高になるとともに、光利用効率の高い光ビームに対応する半導体レーザの発光出力が定格より著しく小さくなるため、ＬＥＤ発光成分の比率が高くなり結像性能が劣化したり半導体レーザのモニタ電流が微弱となり出力制御に支障を来すおそれがある。また、出力定格の異なる複数種類の半導体レーザを使用する場合には、種類が異なることにより半導体レーザの光学的・電気的特性（例えば、波長、拡がり角、モニタ電流、周波数応答特性等）が異なるため、各半導体レーザの出力制御や感光体に対する結像性能に支障を来すことが多くなる。
【００１１】
そこで、本発明は、４ビーム以上のマルチビーム化を図る上で、ビーム合成前後の光量比なる光利用効率が高く、かつ、その光利用効率を各光ビーム間で均一化し得る簡易な構成のビーム合成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらには、このようなビーム合成装置を利用することにより、合成出力される各光ビームの光出力を均一化し得るマルチビーム光源装置及びマルチビーム走査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のビーム合成装置は、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、少なくとも１面の偏光ビームスプリッタ面を含み、入射したｎ本の光ビームを列状のｍ本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２）と、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手段から出されるｍ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている。
【００１４】
ｎ本の光ビームは、まず、第１のビーム合成手段の偏光ビームスプリッタ面により各々２本ずつの光ビーム対として合成され、ほぼ半数のｍ本の列状の光ビームに合成される。第１のビーム合成手段から出射されるｍ本の光ビームは、第２のビーム合成手段に入射し、１面の反射面と所定の透過率、反射率に設定されて互いに平行な（ｍ−１）面のビームスプリッタ面により順次合成され、最終的に実質的に１本の光ビームに合成される。ここに、第１のビーム合成手段は偏光ビームスプリッタ面によりビーム合成を行うので、入射ビームの偏光特性を適正に設定することによりｎ本の光ビームは光損失最小でほぼ半数のｍ本の光ビームに合成される。第２のビーム合成手段は、１面の反射面と平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面で構成されているので、ｍ本の列状の光ビームを実質的に１本の光ビームに好適に合成できる。特に、各ビームスプリッタ面の透過率及び反射率の設定を適正にするだけで、ｎ本の光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができ、入射側において各光ビームの光量を調整したり発光出力の異なる複数種類の光源を用いたりする必要がなく、入射側の制約が大幅に軽減される。
【００１５】
請求項２記載の発明のビーム合成装置は、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２）と、互いに平行な１面の偏光ビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている。
【００１６】
概略的には、請求項１記載の発明における第１のビーム合成手段と第２のビーム合成手段とを入れ替えた構成とされている。従って、２列状に入射したｎ本の光ビームは第１のビーム合成手段の各ビームスプリッタ面及び１面の反射面により順次合成されて２本の光ビームに合成される。合成されたこれらの２本の光ビームは偏光ビームスプリッタ面を有する第２のビーム合成手段に入射され、その入射ビームの偏光特性に従い、実質的に１本の光ビームに合成される。この際、第１のビーム合成手段は互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有するので、ｍ本及び（ｎ−ｍ）本の２列状のｎ本の光ビームを好適に実質的に２本の光ビームに合成することができる。また、第２のビーム合成手段は偏光ビームスプリッタ面によりビーム合成を行なうので、入射ビームの偏光特性を適切に設定することにより、入射する２本の合成光ビームを光損失最小なる状態で１本の光ビームに合成できる。また、第１のビーム合成手段の各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率をビーム合成前後の光量比が均一となるように設定したので、入射ビームの光量をビーム間で同一としたまま合成後の各ビームの光量を均一にすることができる。これにより、高い光利用効率での多ビームの合成が可能となり、また、入射光量を大きく異ならせたり発光出力の異なる複数種類の光源としたりすることなく、ビーム合成後の光量をビーム間で均一とすることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のビーム合成装置において、前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を被合成ビームに近い方から順にＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 とし、前記各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，２，…，ｍ−１）としたとき、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、
Ｒ2 ＝Ｔ1 ／Ｒ1   又は  Ｒ2 ＝Ｒ1 ／Ｔ1
Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１）
Ｒm-1 ＝Ｔm-1
なる条件を満たすように設定されている。
【００１８】
従って、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段を通過前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。特に、他方の第１又は第２のビーム合成手段が偏光ビームスプリッタを含む構成であり、微少な光損失でビーム合成が行われるため、全体として、ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一かつ高効率なる状態でビーム合成を行える。
【００１９】
ここに、本発明及び以下の発明において、「実質的に」とは、光ビーム合成前後の光量比のビーム間偏差が、機能上、問題がない程度の誤差を含み得ることを意味する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のビーム合成装置において、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、
Ｒ1 ：Ｔ1 ＝(ｍ−１)：１  又は  Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：(ｍ−１)
Ｒi ：Ｔi ＝１：(ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
なる条件を満たすように設定されている。
【００２１】
従って、ビームスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さいとした場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のビーム合成装置において、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の光損失を各々δとしたとき、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、
Ｒ1 ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}
又は、
Ｒ1 ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}
Ｒi ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
なる条件を満たすように設定されている。
【００２３】
従って、ビームスプリッタ面の光損失を或る一定値δで近似できる場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、これらのビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【００２４】
請求項６記載の発明のビーム合成装置は、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第１のビーム合成部と、互いに平行に列状に並設された（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第２のビーム合成部とよりなり、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段（但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｍ′＝ｎ／２、ｎが奇数の場合はｍ＝（ｎ＋１）／２、かつ、ｍ′＝ｍ又はｍ′＝ｍ−１）と、１面の偏光ビームスプリッタ面を有し、前記第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−１）面及び前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されている。
【００２５】
従って、概略的には、請求項１記載の発明における第１のビーム合成手段と第２のビーム合成手段とを入れ替え、第１のビーム合成手段を第１，２のビーム合成部を有する構成とされている。ｎ本の光ビームは第１のビーム合成手段の第１，２のビーム合成部における各ビームスプリッタ面及び１面の反射面によりｍ本、（ｎ−ｍ）本が順次合成されて１本の光ビームに合成され、両方で２本の光ビームに合成される。合成されたこれらの２本の光ビームは偏光ビームスプリッタ面を有する第２のビーム合成手段に入射され、その入射ビームの偏光特性に従い、実質的に１本の光ビームに合成される。この際、第１のビーム合成手段は、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第１のビーム合成部と、互いに平行に列状に並設された（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第２のビーム合成部とを有するので、ｍ本及び（ｎ−ｍ）本の各列状の合計ｎ本の光ビームを好適に実質的に２本の光ビームに合成することができる。また、第２のビーム合成手段は偏光ビームスプリッタ面によりビーム合成を行なうので、入射ビームの偏光特性を適切に設定することにより、入射する２本の合成光ビームを光損失最小なる状態で１本の光ビームに合成できる。また、第１のビーム合成手段の第１，２のビーム合成部における各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率をビーム合成前後の光量比が均一となるように設定したので、入射ビームの光量をビーム間で同一としたまま合成後の各ビームの光量を均一にすることができる。これにより、高い光利用効率での多ビームの合成が可能となり、また、入射光量を大きく異ならせたり発光出力の異なる複数種類の光源としたりすることなく、ビーム合成後の光量をビーム間で均一とすることができる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のビーム合成装置において、前記第１のビーム合成手段における前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面、前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面を被合成ビームに近い方から順に各々ＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，ＢＳ2′ ，…，ＢＳm-1′ とし、前記各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，２，…，ｍ−１）、Ｒi′ ，Ｔi′ （ｉ＝１，２，…，ｍ′−１）としたとき、各反射率Ｒi ，Ｒi′ 及び透過率Ｔi ，Ｔi′ が、実質的に、
Ｒ2 ＝Ｔ1 ／Ｒ1   又は  Ｒ2 ＝Ｒ1 ／Ｔ1
Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１）
Ｒm-1 ＝Ｔm-1
Ｒ2′ ＝Ｔ1′ ／Ｒ1′   又は  Ｒ2′ ＝Ｒ1′ ／Ｔ1′
Ｒi′ ＝Ｒi-1′ ／Ｔi-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｍ′−１）
Ｒm-1′ ＝Ｔm-1′
なる条件を満たすように設定されている。
【００２７】
従って、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、第１のビーム合成手段を通過前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。特に、他方の第２のビーム合成手段が偏光ビームスプリッタを含む構成であり、微少な光損失でビーム合成が行われるため、全体として、ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一かつ高効率なる状態でビーム合成を行える。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のビーム合成装置において、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、
Ｒ1 ：Ｔ1 ＝(ｍ−１)：１  又は  Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：(ｍ−１)
Ｒi ：Ｔi ＝１：(ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝(ｍ′−１)：１  又は  Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝１：(ｍ′−１)
Ｒi′ ：Ｔi′ ＝１：(ｍ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１）
なる条件を満たすように設定されている。
【００２９】
従って、ビームスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さいとした場合に、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【００３０】
請求項９記載の発明は、請求項６記載のビーム合成装置において、前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面、前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面の光損失を各々δとしたとき、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、
Ｒ1 ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}
又は、
Ｒ1 ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}
Ｒi ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）
Ｒ1′ ＝{(１＋δ)(１−δ)＾(2-m′)−１}／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m′)−１}
又は、
Ｒ1′ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m′)−１}
Ｒi′ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)＾(i-m′)−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１）
なる条件を満たすように設定されている。
【００３１】
従って、ビームスプリッタ面の光損失を或る一定値δで近似できる場合に、各反射率Ｒi ，Ｒi′ 及び透過率Ｔi ，Ｔi′ が実質的に所定の条件を満たすように設定されているので、第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【００３２】
請求項１０記載の発明のマルチビーム光源装置は、偏光特性を有する光ビームを射出するｎ（ｎ＞４）個の光源と、これらの各光源から射出されるｎ本の光ビームが入射される請求項１ないし９の何れか一に記載のビーム合成装置とを備える。
【００３３】
従って、ビーム合成装置から合成されて出力される各光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で均一化され、かつ、光利用効率が高いので、光源としては比較的低出力の同種のものを使用することができ、よって、比較的低コストにてビーム間の特性のばらつきの少ないマルチビーム光源装置となる。
【００３４】
請求項１１記載の発明のマルチビーム走査装置は、請求項１０記載のマルチビーム光源装置と、このマルチビーム光源装置のビーム合成装置から合成されて出力されるｎ本の光ビームを偏向走査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向走査されるｎ本の光ビームを感光体上に光スポットとして結像させる結像光学系とを備える。
【００３５】
従って、各ビーム間の特性のばらつきの少ない状態で良好に感光体に対して光書込みを行わせることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム合成装置１に適用されている。このビーム合成装置１は、偶数本なるｎ（ｎ≧４）本の偏光特性を有する光ビームＢＭ1 ，ＢＭ2 ，…，ＢＭn を一旦ｍ本（ｍ＝ｎ／２）の列状の光ビームに合成する第１のビーム合成手段Ｓ１と、第１の合成手段Ｓ１から出射されるｍ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成して被合成ビーム１又は被合成ビーム２として射出する第２のビーム合成手段Ｓ２との組合せとして構成されている。第１のビーム合成手段Ｓ１はｍ個分の偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-1 とミラーＭ2 ，Ｍ4 ，…，Ｍn との対が互いに平行に列状に並設された構成とされている。第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射した光ビーム中、奇数番目の光ビームＢＭ1 ，ＢＭ3 ，…，ＢＭn-1 はそのｐ偏光成分が各偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-1 をそのまま透過し、偶数番目の光ビームＢＭ2 ，ＢＭ4 ，…，ＢＭn は各ミラーＭ2 ，Ｍ4 ，…，Ｍn で反射された後、そのｓ偏光成分が各偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-1 で反射されることで、対をなす対応する奇数番目の光ビームＢＭ1 ，ＢＭ3 ，…，ＢＭn-1 と合成されて、ｍ本の列状の光ビームとして出射される。第２のビーム合成手段Ｓ２は、第１のビーム合成手段Ｓ１から出射されて同一方向から入射するｍ（＝ｎ／２）本の光ビームを合成して出力するものであって、（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 と１枚のミラーＭとが、互いに平行に列状に並設された構成とされている。なお、いうまでもないが、本実施の形態の構成においては、ミラーの表面又は裏面には反射面が形成され、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の表面又は裏面にはビームスプリッタ面が形成されており、ミラーＭと反射面とは等価的であり、ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 とビームスプリッタ面とは等価的である。
【００３７】
これにより、基本的には、列状に合成されて同一方向（各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 及びミラーＭに対して約４５°の方向）から入射するｍ本の光ビームがこれらのミラーＭ及び各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 により適宜反射・透過を繰り返すことで順次合成され、最終的には、ビームスプリッタＢＳ1 からｎ本の光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭn が全て合成され、入射ビームに平行な方向１への被合成ビーム１又は入射ビームに直交する方向２への被合成ビーム２として出射される。
【００３８】
ここに、（ｍ−１）枚のビームスプリッタに関して、被合成ビームに近い方から順に、ＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 とし、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，…，ｍ−１）（Ｒi ＋Ｔi ≦１）としたとき、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、下記の条件（１）
0003689746.tif 000002
を満たすように設定されている。
【００３９】
条件（１）は、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において各光ビームの合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(1-1) は被合成ビーム１の場合、条件(1-1)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。また、「実質的に」とは、ビーム合成前後の光量比のビーム間偏差が、機能上、問題がない程度の誤差を含み得ることを意味し、厳密に偏差が零である必要がないことを意味する（以下の各実施の形態においても同様である）。
【００４０】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１から第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射するｍ本の光ビームに関して、被合成ビーム１とする場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(1-1)，(1-2)，(1-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000003
となり、ｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηn が等しくなる。
【００４１】
従って、第１のビーム合成手段Ｓ１において、入射する光ビームを例えばλ／２板等の偏光手段により予め所定の偏光状態（図示例では、奇数番目の光ビームをｐ偏光、偶数番目の光ビームをｓ偏光）に設定しておくことにより、最小の光損失でｍ本の光ビームに合成することができ、このようなｍ本の光ビームを第２のビーム合成手段Ｓ２で上記のように合成するので、結局、ｎ本の全ての光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭn に関して、合成前後の光量比のビーム間偏差が小さくて実質的に同一の光利用効率となる状態で合成できる。
【００４２】
同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、被合成ビーム２の場合のｍ本の光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(1-1)′，(1-2)，(1-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000004
となり、ｍ本全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【００４３】
ちなみに、ｍ＝２の場合であれば、Ｒ1 ＝Ｔ1 に設定し、ｍ＝３の場合であれば、Ｒ2 ＝Ｔ2 、Ｔ1 ／Ｒ1 ＝Ｒ2 （被合成ビーム１のとき）又はＲ1 ／Ｔ1 ＝Ｒ2 （被合成ビーム２のとき）に設定すればよい。
【００４４】
なお、幾つかの変形例について図２ないし図１２を参照して説明する。図２に示す第１の変形例は、光ビーム数ｎ（ｎ≧５）を奇数とする場合のビーム合成装置２である。この場合、第１のビーム合成手段Ｓ１ではｍ＝（ｎ＋１）／２本の光ビームに合成するもので、（ｍ−１）個分の偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-2 とミラーＭ2 ，Ｍ4 ，…，Ｍn-1 との対が互いに平行に列状に並設された構成とされている。即ち、光ビームＢＭn に対応する偏光ビームスプリッタは存在せず、第１のビーム合成手段Ｓ１をそのまま透過して第２のビーム合成手段Ｓ２に入射する構成とされている。第２のビーム合成手段Ｓ２は、（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 と１枚のミラーＭとが、互いに平行に列状に並設された構成とされている。ｎ本の各光ビームに関して所定の偏光状態に設定され、かつ、これらのビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、前述した条件（１）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置２の場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が得られる。
【００４５】
図３に示す第２の変形例は、ビーム合成装置１に対応するビーム合成装置３をプリズム構成により一体化構造としたものである。従って、図１における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構成され、接着等により一体化されている。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１にあってはｍ個の偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-1 が各々偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 ，…，ＰＢＳn-1 として構成され、ｍ個のミラーＭ2 ，Ｍ4 ，…，Ｍn が各々反射面Ｍ2 ，Ｍ4 ，…，及び、内面反射面Ｍn として構成されている。また、第２のビーム合成手段Ｓ２にあってはビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 が各々ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 として構成され、１枚のミラーＭが内面反射面Ｍとして構成されている。第２のビーム合成手段Ｓ２におけるこれらのビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、前述した条件（１）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置３の場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が得られる。特に、この変形例のようにプリズム構成とした場合には、内面反射面Ｍでは光ビームが全反射するために内面反射面Ｍでの光損失を殆ど生じない上に、全体が一体化構造となるため、コンパクトとなり、ビーム合成装置３が傾いたり位置ずれを起こしても各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 間の相対角度が変動することがなく、ビーム合成後の各ビーム間の角度は一定に保たれ、安定したビーム合成を行えるものとなる。また、第１，２ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２間もプリズム構造の接着等により一体化されているので、振動等による外乱や経時変化などがあっても各面が全て同時に動くため、射出ビームの方向を安定させることができる。
【００４６】
図４に示す第３の変形例は、ビーム合成装置１に対応するビーム合成装置４をビーム合成装置３と同様にプリズム構成により一体化構造としたものであるが、特に、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して、両端を内面反射面Ｍ1 ，Ｍn により構成したものである。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１を構成するビーム合成プリズムに関して、偏光ビームスプリッタ面と内面反射面との任意対の順序を逆に構成し、併せて、対応する光ビームの偏光状態を逆に設定したものである。具体的には、ｍ面の偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ2 ，ＰＢＳ4 ，…，ＰＢＳn-5 ，ＰＢＳn-3 ，ＰＢＳn-1 と、ｍ面の反射面Ｍ3 ，…，Ｍn-4 ，Ｍn-2 、内面反射面Ｍ1 ，Ｍn とにより構成されている。この変形例による場合、基本的には第２の変形例のビーム合成装置３の場合と同様な効果が得られるが、特に、第１のビーム合成手段Ｓ１において両端が内面反射面Ｍ1 ，Ｍn により構成されており、全反射させるので、光損失をより低減させることができ、小型化を図る上でも有利となる。
【００４７】
図５に示す第４の変形例のビーム合成装置５は、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して、対をなす偏光ビームスプリッタ面と内面反射面とを各々独立したｍ個のプリズムとして構成し、第２のビーム合成手段に接着等により一体化させたものである。図示例は、ｎ＝４であり、偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ1 と内面反射面Ｍ2 とが１つのプリズムを形成し、偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ3 と内面反射面Ｍ4 とが１つのプリズムを形成している。この変形例によれば、第１のビーム合成手段Ｓ１において全ての反射面が全反射面として構成されるので、光損失を最小にすることができる。
【００４８】
図６に示す第５の変形例は、ｎ＝５（奇数）の場合のビーム合成装置２に対応するビーム合成装置６をプリズム構成により一体化構造としたものである。従って、図２における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構成され、接着等により一体化されている。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１にあっては２（＝ｍ−１）個の偏光ビームスプリッタＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 が各々偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ1 ，ＰＢＳ3 として構成され、２（＝ｍ−１）個のミラーＭ2 ，Ｍ4 が各々反射面Ｍ2 ，Ｍ4 として構成されている。また、第２のビーム合成手段Ｓ２にあってはビームスプリッタＢＳ1 ，ＢＳ2 が各々ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，ＢＳ2 として構成され、１枚のミラーＭが内面反射面Ｍとして構成されている。従って、光ビームＢＭ５ に対する偏光ビームスプリッタ面及び反射面を有しないものであり、図中に破線で示す部分はプリズム構造として必須ではなく、第２のビーム合成手段Ｓ２側に直接入射させるようにしてもよい。図７に示す第６の変形例は、ｎ＝７（奇数）の場合のビーム合成装置２に対応するビーム合成装置７をプリズム構成により一体化構造としたものであり、ビーム合成装置６の場合と同様である。第２のビーム合成手段Ｓ２におけるビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、前述した条件（１）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置６，７の場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が得られる。
【００４９】
図８ないし図１１に示す第７の変形例のビーム合成装置８は、例えば、光ビーム数ｎが偶数の場合において、第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２とが互いに直交する方向でビーム合成を行う構成とされている。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１はｘ，ｙ両方向に対して４５度の角度で互いに平行に設定された１面の内面反射面Ｍ１ と１面の偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳとを有する偏光ビームスプリッタにより構成されている。所定の偏光状態に設定されてｍ（＝ｎ／２）本ずつ２列状にｘ方向に入射されるｎ本の光ビームが、各々共通な１面の内面反射面Ｍ１ と１面の偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳとによりｘ‐ｙ平面内で光損失が最小の状態で列状のｍ本の光ビームに合成されて第２のビーム合成手段Ｓ２に入射する。第２のビーム合成手段Ｓ２では、ｘ，ｚ両方向に対して４５度の角度で互いに平行に設定された１面の反射面Ｍと（ｍ−１）面のビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 とを有すビーム合成プリズムであり、入射するｍ本の列状の光ビームをｙ‐ｚ平面内で反射面Ｍと各ビームスプリッタ面ＢＳm-1 ，ＢＳm-3 ，…，ＢＳ1 により順次合成し、最終的に、ビームスプリッタＢＳ1 からｎ本の光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭn を全て合成し、入射ビームに平行な方向１への被合成ビーム１又は入射ビームに直交する方向２への被合成ビーム２として出射する。第２のビーム合成手段Ｓ２におけるビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒｉ 及び透過率Ｔｉ が、実質的に、前述した条件（１）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置８の場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が得られるが、特に、入射する光ビームを２列に列状にさせることができ、同数の光ビームを合成する際にビーム合成装置８のサイズ（高さ方向）を半減させることができ、装置の小型化を図る上で都合がよい。また、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して構造を単純化させることができる。
【００５０】
図１２に示す第８の変形例のビーム合成装置９は、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して、各々独立したｍ個のキューブ型偏光ビームスプリッタにより構成し、奇数番目、偶数番目で対をなす入射光同士を９０度異なる方向から入射させるようにしたものである。これによれば、第１のビーム合成手段Ｓ１に必ずしも反射面を必要とせず、かつ、ビーム配列方向に長い一体的な構成とする必要もなく、汎用のキューブ型偏光ビームスプリッタを用いて構成できる。
【００５１】
ここに、本実施の形態及び各変形例において、第２のビーム合成手段Ｓ２に関する条件（１）は各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi （＝１−Ｒi −Ｔi ）（ｉ＝１，…，ｍ−１）に依らず、ビーム合成前後の光量比を一定とするための条件である。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi が決まれば、条件(1-3) によりビームスプリッタ面ＢＳm-1 の反射率Ｒm-1 、透過率Ｔm-1 の設定値は、
Ｒn-1 ＝Ｔn-1 ＝(１−δm-1 )／２
として求められる。次に、ビームスプリッタ面ＢＳm-2 の反射率Ｒm-2 、透過率Ｔm-2 の設定値は、一般式：Ｒm-2 ＋Ｔm-2 ＝１−δm-2 、及び、条件(1-2) から導出される式：Ｒm-2 ／Ｔm-2 ＝Ｒm-1 により、
Ｒm-2 ＝Ｒm-1・(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
Ｔm-2 ＝(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
として求められる。以下、同様に、一般式：Ｒi ＋Ｔi ＝１−δi 、及び、条件(1-2) に基づき、各ビームスプリッタ面ＢＳm-3 ，…，ＢＳ2 の各々の反射率及び透過率の設定率が順次求められ、最後に、条件(1-1) 又は条件(1-1)′ によりビームスプリッタ面ＢＳ1 の反射率Ｒ1 、透過率Ｔ1 の設定値が求められる。
【００５２】
ところで、ビームスプリッタ面には、様々な種類があるが、一般には、ガラス等の基体上に金属や誘電体膜をコーティングすることにより作製される。例えば、クロム等による金属コーティングしたものは、光損失は比較的大きいが、入射ビームの波長、偏光状態による影響が少なく、かつ、角度依存性も小さいという特長がある。また、誘電体多層膜コーティングしたものは、入射ビームの波長、偏光状態による影響を受けやすく、かつ、角度依存性が大きいが、光損失が殆どないという特長がある。さらに、全誘電体無偏光コーティングされたものは、光損失が小さく入射ビームの偏光状態の影響も受けにくいという特長がある。また、金属＋誘電体なるハイブリッドコーティングされたものは、双方の長所を併有する特長がある。これらは何れも使用可能であり、ビーム合成装置１〜９の用途に応じて適宜選択される。
【００５３】
また、このようなビーム合成装置１〜９に関して、入射側と出射側とを逆にすれば、ビーム分割装置として機能し得ることはいうまでもない（以下の各実施の形態のビーム合成装置でも同様である）。即ち、被合成ビーム１又は２の射出側から無偏光又は円偏光の１本の光ビームを入射させることにより、均一な光量のｎ本の光ビームに分割して射出させることができる。さらに、同一のビームスプリッタ面や反射面に対して各々複数本の光ビームを入射させるようにすれば、ｎ本以上の光ビームを合成させることも可能であり、特に、ｐ（ｐ≧２）個の発光部を有するｎ個の半導体レーザアレイと組合せれば、ｐ×ｎ本の光ビームを同時に合成させることができる（以下の各実施の形態のビーム合成装置でも同様である）。
【００５４】
本発明の第二の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置１に適用されており、基本的には、第一の実施の形態の場合と同様であるが、第２のビーム合成手段Ｓ２における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ≦１）が、実質的に、下記の条件（２）
0003689746.tif 000005
を満たすように設定されている。
【００５５】
条件（２）は、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭn の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(2-1) は被合成ビーム１の場合、条件(2-1)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。
【００５６】
具体的に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、被合成ビーム１の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(2-1)，(2-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000006
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【００５７】
従って、第１のビーム合成手段Ｓ１ではｎ本の光ビームを所定の偏光状態とすることにより微少な光損失でｍ本に合成できるので、上記のようなｍ本の光ビームが入射される第２のビーム合成手段Ｓ２を通すことにより、結局、ｎ本全ての光ビームを実質的に同一な光利用効率（≒１／ｍ）で合成することができる。
【００５８】
同様に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、被合成ビーム２の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(2-1)′，(2-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000007
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【００５９】
なお、本実施の形態でも、変形例として例示した各ビーム合成装置２〜９に同様に適用できる。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、前述した条件（２）を満たすように設定されていればよい。
【００６０】
ここで、一例として、被合成ビーム１を得る場合の条件（２）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：１，Ｒ1 ＝0.5  ，  Ｔ1 ＝0.5
ηi ＝0.5  （＝１／ｍ）（ｉ＝１，２）
光ビーム数：ｎ＝５又は６（ｍ＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝２：１，Ｒ1 ＝0.667，  Ｔ1 ＝0.333
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：１，Ｒ2 ＝0.5  ，  Ｔ2 ＝0.5
ηi ＝0.333（＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３）
光ビーム数：ｎ＝７又は８（ｍ＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝３：１，Ｒ1 ＝0.75 ，  Ｔ1 ＝0.25
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：２，Ｒ2 ＝0.333，  Ｔ2 ＝0.667
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：１，Ｒ3 ＝0.5  ，  Ｔ3 ＝0.5
ηi ＝0.25 （＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３，４）
光ビーム数：ｎ＝９又は１０（ｍ＝５）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝４：１，Ｒ1 ＝0.8  ，  Ｔ1 ＝0.2
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：３，Ｒ2 ＝0.25，   Ｔ2 ＝0.75
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：２，Ｒ3 ＝0.333，  Ｔ3 ＝0.667
ＢＳ4     Ｒ4 ：Ｔ4 ＝１：１，Ｒ4 ＝0.5  ，  Ｔ4 ＝0.5
ηi ＝0.2  （＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３，４，５）
光ビーム数：ｎ＝１１又は１２（ｍ＝６）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝５：１，Ｒ1 ＝0.833，  Ｔ1 ＝0.167
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝４：１，Ｒ2 ＝0.2  ，  Ｔ2 ＝0.8
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：３，Ｒ3 ＝0.25，   Ｔ3 ＝0.75
ＢＳ4     Ｒ4 ：Ｔ4 ＝１：２，Ｒ4 ＝0.333，  Ｔ4 ＝0.667
ＢＳ5     Ｒ5 ：Ｔ5 ＝１：１，Ｒ5 ＝0.5  ，  Ｔ5 ＝0.5
ηi ＝0.167（＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３，４，５，６）
となる。
【００６１】
なお、被合成ビーム２を得る場合の条件（２）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 とＴ1 の数値を入替えればよい。
【００６２】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来のように全てハーフミラーとしたときの光利用効率は、その最小値をηmin 、最大値をηmax とすると、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.125  、ηmax＝0.5、ηmax：ηmin＝  ４：１
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.03125、ηmax＝0.5、ηmaｘ：ηmin＝１６：１
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00781、ηmax＝0.5、ηmax：ηmin＝６４：１
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。例えば、仮に光利用効率のビーム間偏差が２：１まで許容されると仮定すると、各ビームスプリッタ面の反射率Ｒi 、透過率Ｔi の上記設定値の許容範囲として、Ｒi 、Ｔi の内で大きい方をＳi としたときにＳi に対して概ね±｛（√２）＾1/(m-1)−１｝×１００％程度まで許容されることになり、許容範囲の大きいものとなる。
【００６３】
本発明の第三の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置１に適用されており、基本的には、第一の実施の形態の場合と同様であるが、第２のビーム合成手段Ｓ２における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がほぼ等しい一定値δを持つ場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ＝１−δ）が、実質的に、下記の条件（３）
0003689746.tif 000008
を満たすように設定されている。
【００６４】
条件（３）は、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つ場合に、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームの合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(3-1) は被合成ビーム１の場合、条件(3-1)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。
【００６５】
ここで、条件(3-2) より、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の透過率Ｔi は、
0003689746.tif 000009
であるので、Ｔi ＝Ｒi ／Ｒi+1 （ｉ＝２，…，ｍ−２）、即ち、Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （ｉ＝３，…，ｍ−１）と表される。また、条件(3-2) より、
0003689746.tif 000010
となる。
【００６６】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が一定値δを持つものとして、被合成ビーム１の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(3-1)，(3-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000011
となり、第２のビーム合成手段Ｓ２に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m))−１}として等しくなる。
【００６７】
従って、第１のビーム合成手段Ｓ１ではｎ本の光ビームを所定の偏光状態とすることにより微少な光損失でｍ本に合成できるので、上記のようなｍ本の光ビームが入射される第２のビーム合成手段Ｓ２を通すことにより、結局、ｎ本全ての光ビームを実質的に同一な光利用効率で合成することができる。
【００６８】
同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つものとして、被合成ビーム２の場合のｍ本の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(3-1)′，(3-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000012
となり、第２のビーム合成手段Ｓ２に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}として等しくなる。
【００６９】
なお、本実施の形態でも、変形例として例示した各ビーム合成装置２〜９に適用できる。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、前述した条件（３）を満たすように設定されていればよい。
【００７０】
ここで、一例として、光損失が一定値δ＝0.1 のときに被合成ビーム１を得る場合の条件（３）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.45 ，Ｔ1 ＝0.45
ηi ＝0.45（ｉ＝１，２）
光ビーム数：ｎ＝５又は６（ｍ＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.621，Ｔ1 ＝0.279
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.45 ，Ｔ2 ＝0.45
ηi ＝0.279（ｉ＝１，２，３）
光ビーム数：ｎ＝７又は８（ｍ＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.703，Ｔ1 ＝0.197
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.279，Ｔ2 ＝0.621
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.45 ，Ｔ3 ＝0.45
ηi ＝0.197（ｉ＝１，２，３，４）
光ビーム数：ｎ＝１１又は１２（ｍ＝６）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.784，Ｔ1 ＝0.116
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.148，Ｔ2 ＝0.752
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.197，Ｔ3 ＝0.703
ＢＳ4     Ｒ4 ＝0.279，Ｔ4 ＝0.621
ＢＳ5     Ｒ5 ＝0.45 ，Ｔ5 ＝0.45
ηi ＝0.116（ｉ＝１，２，…，６）
光ビーム数：ｎ＝１５又は１６（ｍ＝８）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.823，Ｔ1 ＝0.077
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.094，Ｔ2 ＝0.806
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.116，Ｔ3 ＝0.784
ＢＳ4     Ｒ4 ＝0.148，Ｔ4 ＝0.752
ＢＳ5     Ｒ5 ＝0.197，Ｔ5 ＝0.703
ＢＳ6     Ｒ6 ＝0.279，Ｔ6 ＝0.621
ＢＳ7     Ｒ7 ＝0.45 ，Ｔ7 ＝0.45
ηi ＝0.077（ｉ＝１，２，…，８）
となる。
【００７１】
なお、被合成ビーム２を得る場合の条件（３）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 とＴ1 の数値を入替えればよい。
【００７２】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来のように全てハーフミラー（Ｔ＝Ｒ＝0.45）としたときの光利用効率は、その最小値をηmin 、最大値をηmax とすると、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.091  、ηmax＝0.45、ηmax：ηmin＝    ４．９：１
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.0185 、ηmax＝0.45、ηmax：ηmin＝  ２４．３：１
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00374、ηmax＝0.45、ηmax：ηmin＝１２０：１
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。
【００７３】
本発明の第四の実施の形態を図１３及び図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、マルチビーム光源装置ないしはマルチビーム走査装置に関し、レーザプリンタに適用されている。まず、ｎ本のマルチビームを同時に射出し得るマルチビーム光源装置１１が設けられている。このマルチビーム光源装置１１はｎ（ｎ≧４）個の半導体レーザ１２1 〜１２n と、各半導体レーザ１２1 〜１２n から発せられるｎ本の光ビームを各々実質的な平行光束（又は、所定の発散光束、或いは集光光束）とするｎ個のコリメートレンズ１３1 〜１３n と、平行光束化されたｎ本の光ビームを合成するビーム合成装置１４とにより構成されている。即ち、複数の半導体レーザ１２1 〜１２n からの光ビームを各々コリメートし、ビーム合成装置１４を通すことにより合成前後の光量比がビーム間で均一なｎ本の合成された被合成ビーム１として出射される。
【００７４】
ビーム合成装置１４は、前述した各実施の形態或いは各変形例におけるビーム合成装置１〜９の何れかであるが、本実施の形態では、特に、ビーム合成装置８が用いられている。即ち、ｎ本の光ビームを２列状に第１のビーム合成手段Ｓ１に入射させるものであり、半導体レーザ１２1 〜１２n 等もビーム合成装置１４（ビーム合成装置８）に対して２列状に配列されている。なお、第１のビーム合成手段Ｓ１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ側に対する入射面にはλ／２板１５が介在されている。即ち、偶数番列のｍ本の光ビームは、λ／２板１５によりその直線偏光の方向を９０°回転させてからビーム合成装置１４に入射させることにより、高効率でビーム合成が行われるとともに、各光ビームの合成前後の光量比が均一化される。もっとも、λ／２板１５を設けずに、対応する半導体レーザ１２2 ，…，１２n の設定方向を工夫することで他方の光ビームと偏光方向が直交するようにしてもよい。また、λ／４板１６は必要に応じてビーム合成装置１４の出射側前方に設けられ、ｎ本の光ビームを各々円偏光に揃えることにより、感光体１７に至る各光ビームの特性が概ね均一化される。
【００７５】
マルチビーム光源装置１１より射出したｎ本の光ビームは、副走査方向にパワーを持つシリンダレンズ１８に入射し、副走査方向に集光光束とされ、偏向手段としての回転多面鏡１９の同一反射面に入射する。回転多面鏡１９は複数の偏向反射面を有し、入射した光ビームをその回転により各偏向反射面で順次偏向走査する。
【００７６】
回転多面鏡１９の偏向反射面で反射されたｎ本の光ビームは走査光学系２０に入射し、感光体１７面上に光スポットとして結像されながら、一括して露光走査される。ここに、走査光学系２０はｆθレンズ２１とトロイダルレンズ２２とにより構成されており、入射した光ビームを感光体１７上に結像させるとともに、感光体１７上を略等速走査させる。なお、走査光学系２０としてはこのような構成に限らず、例えば、ｆθレンズ２１に代えてｆθミラーを用いるような構成であってもよい。シリンダレンズ１８及び走査光学系２０により結像光学系２３が構成され、マルチビーム光源装置１１から射出されたｎ本の光ビームを各々感光体１７上に所定の光スポットとなるように結像させる。
【００７７】
従って、図１３に示すような基本的構成において、回転多面鏡１９が等速回転すると、ｎ本の光ビームは等角速度的に偏向され、感光体１７上にはｎ本の光ビームによりｎ本の走査線が一括して等速走査されることになる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、光源として半導体レーザを用いたが、ＬＥＤ等を用いてもよい。また、単なる半導体レーザに代えて、各々ｐ（ｐ≧２）個の発光点を有するｎ個の半導体レーザアレイを光源として用いれば、図１３と同様な構成のまま、ｐ×ｎ本の光ビームを同時に走査させ得るマルチビーム走査装置となる。
【００７９】
また、複数の光源の配列方向は任意であり、必ずしも図１３に示すように副走査方向にする必要はない。
【００８０】
ところで、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置１１の組立構成例を図１４を参照して説明する。まず、２列状に配列されて用いる半導体レーザ１２1 〜１２n を位置決め用の切欠部（図示せず）の位置を基準として各半導体レーザのヘテロ接合面が概ね平行となるように各々の支持体３１1 〜３１n に圧入固定され、支持体３１1 〜３１n を介して基体３２にねじ止め固定される。
【００８１】
また、各々鏡筒に納められたコリメートレンズ１３1 〜１３n を、基体３２に形成された嵌合穴３４に各半導体レーザ１２1 〜１２n と位置合わせして係合・接着する。この際、いわゆるコリメート調整が、半導体レーザとコリメートレンズとの対に対して順次行われ、各光ビームが各々平行光束或いは所定の発散光束（又は、集光光束）とされる。次に、各半導体レーザ１２1 〜１２n からの光ビームを整形するアパーチャ３５1 〜３５n が形成されたアパーチャ部材３６、λ／２板１５、ビーム合成装置１４（ビーム合成装置８）及びλ／４板１６を収容・支持したフランジ部３７を基体３２に対してねじ止め固定する。ここに、フランジ部３７の光ビーム射出部には円筒状の凸部３８が形成されている。マルチビーム光源装置１１はこの円筒状の凸部３８をガイドとして図１３に示したようなマルチビーム走査装置の本体と接合される。また、ビーム整形用のアパーチャ部材３６はビーム合成装置１４の前方でシリンダレンズ１８の後方の何れかの位置に配設すればよい。もっとも、やや大きめのｎ個のアパーチャ３５1 〜３５n が形成されたアパーチャ部材３６をコリメートレンズ１３1 〜１３n とビーム合成装置１４との間に配設することにより、有害光を除去し得る効果が得られる。また、λ／２板１５やλ／４板１６は前述した如く必須ではなく、アパーチャ部材３６も必ずしも一体的としなくてもよい。なお、前述したコリメート調整時には、各光ビームは光軸（ｘ方向）を中心に互いに所定の微小角度（数分ないし数十分程度）ずつずれるように設定され、フランジ部３７には設定されたアーム部をマイクロメータヘッド等により押圧しマルチビーム光源装置１１全体を光軸を中心に回転することにより、感光体１７上にｎ本の光ビームが所定の走査ピッチとなるように設定・調整される。
【００８２】
本発明の第五の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム合成装置４１に適用されている。このビーム合成装置４１は、偶数本なるｎ（ｎ≧４）本の偏光特性を有する光ビームの内、ｍ（＝ｎ／２）本のＢＭ1 ，ＢＭ2 ，…，ＢＭm が入射される第１のビーム合成部Ｓ１１と、残りの（ｎ−ｍ）本のＢＭm+1 ，ＢＭm+2 ，…，ＢＭn が入射される第２のビーム合成部Ｓ１２とにより構成されて、２本の光ビームＢＭc1，ＢＭc2に合成する第１のビーム合成手段Ｓ１と、第１の合成手段Ｓ１から出射される２本の光ビームＢＭc1，ＢＭc2を実質的に１本の光ビームに合成して被合成ビーム１又は被合成ビーム２として射出する第２のビーム合成手段Ｓ２との組合せとして構成されている。
【００８３】
第１のビーム合成手段Ｓ１中の、第１のビーム合成部Ｓ１１は、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）個のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1と１個のミラーＭとを有する構成とされ、第２のビーム合成部Ｓ１２は、互いに平行に列状に並設された（ｍ′−１）個のビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′と１個のミラーＭ′とを有する構成とされている。第１のビーム合成部Ｓ１１へ入射したｍ本の光ビームは、ミラーＭ及び各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1により順次合成されて実質的に１本の光ビームＢＭc1とされ、同様に、第２のビーム合成部Ｓ１２へ入射したｍ′本の光ビームは、ミラーＭ′及び各ビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′により順次合成されて実質的に１本の光ビームＢＭc2とされる。本実施の形態の場合のように、ｎが偶数の場合であれば、第１の光源部Ｓ１１と第２の光源部Ｓ１２とは、基本的に同一の構成とすることができる。なお、いうまでもないが、本実施の形態の構成においては、ミラーの表面又は裏面には反射面が形成され、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′の表面又は裏面にはビームスプリッタ面が形成されており、ミラーＭ、Ｍ′と反射面とは等価的であり、ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′とビームスプリッタ面とは等価的である。
【００８４】
第２のビーム合成手段Ｓ２は、１個分の偏光ビームスプリッタＰＢＳと１個のミラーＭ１との対が互いに平行に並設された構成とされている。第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する２本の光ビーム中、第１のビーム合成部Ｓ１１からの光ビームＢＭc1はそのｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタＰＢＳをそのまま透過し、第２のビーム合成部Ｓ１２からの光ビームＢＭc2はミラーＭ１で反射された後、そのｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されることで、光ビームＢＭc1とともに方向１への被合成ビーム１として射出される。また、第１のビーム合成部Ｓ１１からの光ビームＢＭc1はそのｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、第２のビーム合成部Ｓ１２からの光ビームＢＭc2はミラーＭ１で反射された後、そのｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタＰＢＳをそのまま透過することで、光ビームＢＭc1とともに方向２への被合成ビーム２として射出される。
【００８５】
ここに、第１のビーム合成部Ｓ１１の（ｍ−１）枚のビームスプリッタに関して、被合成ビームに近い方から順に、ＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 とし、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，…，ｍ−１）（Ｒi ＋Ｔi ≦１）とし、第２のビーム合成部Ｓ１２の（ｍ′−１）枚のビームスプリッタに関して、被合成ビームに近い方から順に、ＢＳ1′ ，ＢＳ2′ ，…，ＢＳm-1′ とし、各ビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の反射率及び透過率を各々Ｒi′ ，Ｔi′ （ｉ＝１，…，ｍ′−１）（Ｒi′ ＋Ｔi′ ≦１）としたとき、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、下記の条件（４）
0003689746.tif 000013
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合にはｍ＝ｍ′＝ｎ／２であり、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋）／２、ｍ′＝ｍ又はｍ′＝ｍ−１であり、より具体的には、第１のビーム合成部Ｓ１１のビームスプリッタ面は（ｍ−１）面、入射ビーム数はｍであり、第２のビーム合成部Ｓ１２のビームスプリッタ面は（ｍ′−１）面、入射ビーム数は（ｎ−ｍ）である。
【００８６】
条件(4-1)〜(4-3)は、第１のビーム合成部Ｓ１１において、各光ビームのビーム合成前後の光量比をｍ本のビーム間で実質的に略均一とするための条件である。この内、条件(4-1)は入射ビームと同一方向に被合成ビーム１（ＢＭc1）を取り出す場合、条件(4-1)′は入射ビームと直交する方向に被合成ビーム２（ＢＭc1）に取り出す場合の条件を示す。
【００８７】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、第１のビーム合成部Ｓ１１へ入射するｍ本の光ビームに関して、被合成ビーム１とする場合の合成前後の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(4-1)，(4-2)，(4-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000014
となり、ｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる（η1 ＝…＝ηm＝Ｔ1）。
【００８８】
同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、被合成ビーム２の場合のｍ本の光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(4-1)′，(4-2)，(4-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000015
となり、ｍ本全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる（η1 ＝…＝ηn＝Ｒ1）。
【００８９】
一方、条件(4-4)〜(4-6)は、第２のビーム合成部Ｓ１２において、各光ビームのビーム合成前後の光量比をｍ′本のビーム間で実質的に略均一とするための条件である。この内、条件(4-4)は入射ビームと同一方向に被合成ビーム１（ＢＭc2）を取り出す場合、条件(4-4)′は入射ビームと直交する方向に被合成ビーム２（ＢＭc2）に取り出す場合の条件を示す。
【００９０】
基本的には、上述の第１のビーム合成部Ｓ１１側の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいものとして、第２のビーム合成部Ｓ１２へ入射するｍ′（＝ｎ−ｍ）本の光ビームに関して、被合成ビーム１とする場合の合成前後の各光ビームの光利用効率ηm+1 ，…，ηn を考えると、条件(4-4)，(4-5)，(4-6) を満足する場合、ｍ′本の全ての光ビームの光利用効率ηm+1 ，…，ηn が等しくなる（ηm+1 ＝…＝ηn＝Ｔ1′）。同様に、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいものとして、被合成ビーム２の場合のｍ′（＝ｎ−ｍ）本の光ビームの光利用効率ηm+1 ，…，ηn を考えると、条件(4-4)′，(4-5)，(4-6) を満足する場合、ｍ′本の全ての光ビームの光利用効率ηm+1 ，…，ηn が等しくなる（ηm+1 ＝…＝ηn＝R1′）。
【００９１】
このように、条件(4-1)〜(4-3)を満足するとき、第１のビーム合成部Ｓ１１へ入射したｍ本の光ビームのこの第１のビーム合成部Ｓ１１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなり、また、条件(4-4)〜(4-6)を満足するとき、第２のビーム合成部Ｓ１２へ入射したｍ′本の光ビームのこの第２のビーム合成部Ｓ１２によるビーム合成時の光利用効率は等しくなることがわかる。
【００９２】
ちなみに、ｍ＝２，ｍ′＝２の場合であれば、Ｒ1 ＝Ｔ1 ，Ｒ1 ′＝Ｔ1 ′に設定し、ｍ＝３，ｍ′＝３の場合であれば、Ｒ2 ＝Ｔ2 、Ｔ1 ／Ｒ1 ＝Ｒ2 ，Ｒ2 ′＝Ｔ2 ′、Ｔ1′ ／Ｒ1′ ＝Ｒ2′ （被合成ビーム１のとき）又はＲ1 ／Ｔ1 ＝Ｒ2 ，Ｒ1′ ／Ｔ1′ ＝Ｒ2′ （被合成ビーム２のとき）に設定すればよい。
【００９３】
ここで、総ビーム数ｎが本実施の形態の場合のように偶数の場合には、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を基本的に同一構成とすることができるので、条件（４）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。また、総ビーム数ｎが奇数の場合でも、後述するように（図１７等参照）、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を同一構成とすれば、条件（４）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。
【００９４】
また、第２のビーム合成手段Ｓ２において、入射する光ビームを例えば図１５中に破線で示すようにλ／２板等の偏光手段により予め所定の偏光状態に設定（図示例では、方向１へのビーム合成例であり、第１のビーム合成部Ｓ１１側の光ビームをｐ偏光、第２のビーム合成部Ｓ１２側の光ビームをｓ偏光に設定）しておくことにより、最小の光損失でｍ本の光ビームに合成することができ、入射ビームを所定の偏光状態とすることにより、ｎ本の光ビームを微小な光損失で１本に合成することができるので、結局、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成することができるとともに、高い光利用効率を得ることができる。なお、図１５において方向２への合成とする場合であれば、第１のビーム合成部Ｓ１１側へ入射する光ビームをｓ偏光、第２のビーム合成部Ｓ１２側へ入射する光ビームをｐ偏光に設定しておけば、方向２へのビーム合成を最適に行なえる。また、付加するλ／２板等の偏光手段は、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２の間に配設するようにしてもよい。、
なお、本実施の形態の幾つかの変形例について図１６ないし図２６を参照して説明する。図１６に示す第１の変形例は、光ビーム数ｎ（ｎ≧５）を奇数とする場合のビーム合成装置４２である。ここでは、ｎ本の光ビームの内、ｍ＝（ｎ＋１）／２本の光ビームＢＭ1 ，ＢＭ2 ，…，ＢＭm が入力される第１のビーム合成部Ｓ１１が互いに平行に並設された（ｍ−１）個のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 と１枚のミラーＭとにより構成されている。ｎ本の光ビームの内、残りの（ｍ−１）本の光ビームＢＭm+1 ，ＢＭm+2 ，…，ＢＭn が入力される第２のビーム合成部Ｓ１２が互いに平行に並設された（ｍ−２）個のビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-2′ と１枚のミラーＭ′とにより構成されている。後は、図１５で説明した場合と同様であり、ｎ本の各光ビームに関して所定の偏光状態に設定され、かつ、これらのビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-2′ に関して、各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が、実質的に、前述した条件（４）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置４２の場合にも、ビーム合成装置４１と同様な効果が得られる。
【００９５】
ところで、この変形例のように、総ビーム数ｎが奇数で、第２のビーム合成部Ｓ１２のビームスプリッタ数を（ｍ−２）個とした場合（ｍ′＝ｍ−１）、第１のビーム合成部Ｓ１１とは光利用効率に若干の差異を生ずることになる。もし、この差異が支障を来す場合には、λ／２板を第２のビーム合成部Ｓ１２の後方に配設し（後述する図２６参照）、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭc2（又は、ＢＭc1）の直線偏光方向を適切に設定することにより、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成することができるとともに、高い光利用効率が得られる。
【００９６】
図１７に示す第２の変形例は、総ビーム数ｎが奇数の場合のビーム合成装置４２に対する変形例としてのビーム合成装置４３の構成例を示す。即ち、図１６に示した第２のビーム合成部Ｓ１２中のミラーＭ′をビームスプリッタＢＳm-1′ に置き換えることで、（ｍ−１）個のビームスプリッタを有する構成としたしたものである。これにより、第２のビーム合成部Ｓ１２も基本的には第１のビーム合成部Ｓ１１と同様な構成となるので、各ビームスプリッタは第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の間で共通とすることができ（部品の共通化）、奇数なるｎ本の光ビームに対してビーム合成前後の光量比をより均一にすることができる。もっとも、図１７中に仮想線で示すように、第２のビーム合成部Ｓ１２中にミラーＭ′（ダミー）を付加した構成とし、第１のビーム合成部Ｓ１１と全く同一の構成としてもよい。
【００９７】
図１８に示す第３の変形例のビーム合成装置４４は、第１のビーム合成部Ｓ１１と第２のビーム合成部Ｓ１２とを背中合せに配設し、光ビームを逆方向から入射させて２本の合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を入射方向に直交する同一方向に取り出す構成とし、その取り出し部分に第２のビーム合成手段Ｓ２を組合せたものである。この変形例によれば、図面からも分かるように、第２のビーム合成手段Ｓ２を小型化させることができる。
【００９８】
なお、後述するように、合成された光ビームＢＭc1，ＢＭc2を光ビームの入射方向と同一方向に取り出す構成とするか、入射方向に直交する方向に取り出す構成とするか（図１９参照）によって、最終出射部分のビームスプリッタＢＳ1，ＢＳ1′の透過率、反射率の最適な設定値が異なる（透過率と反射率とが入れ替わる）。
【００９９】
図２０に示す第４の変形例は、ビーム合成装置４１に対応するビーム合成装置４５をプリズム構成により一体化構造としたものである。従って、図１５における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構成され、接着等により一体化されている。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１にあってはビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ が各々ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′として構成され、１枚のミラーＭ，Ｍ′が内面反射面Ｍ，Ｍ′として構成されている。第２のビーム合成手段Ｓ２にあっては偏光ビームスプリッタＰＢＳが偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳとして構成され、ミラーＭ１が反射面Ｍ１として構成されている。また、第１のビーム合成手段Ｓ１におけるこれらのビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′に関して、各反射率Ｒi ，Ｒi′及び透過率Ｔi ，Ｔi′ が、実質的に、前述した条件（４）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置４５の場合にも、ビーム合成装置４１と同様な効果が得られる。特に、この変形例のようにプリズム構成とした場合には、全体が一体化構造となるため、コンパクトとなり、ビーム合成装置４５が傾いたり位置ずれを起こしても各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′間の相対角度が変動することがなく、ビーム合成後の各ビーム間の角度は一定に保たれ、安定したビーム合成を行えるものとなる。また、第１，２ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２間もプリズム構造の接着等により一体化されているので、振動等による外乱や経時変化などがあっても各面が全て同時に動くため、射出ビームの方向を安定させることができる。
【０１００】
図２１に示す第５の変形例は、ビーム合成装置４１に対応するビーム合成装置４６をビーム合成装置４５の場合と同様にプリズム構成により一体化構造としたものであるが、特に、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を線対称に一体化配置させたものである。これによれば、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の端部内面反射面Ｍ，Ｍ′とすることができ、全反射させるので光損失をより低減させることができる。同時に、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の出射部分が接近するため、第２のビーム合成手段Ｓ２を小型化することもできる。
【０１０１】
図２２に示す第６の変形例のビーム合成装置４７は、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を別体のプリズムとして構成し、第２のビーム合成手段Ｓ２に接着等により一体化させたものである。図示例は、ｎ＝４であり、ビームスプリッタ面ＢＳ1 と内面反射面Ｍとが第１のビーム合成部Ｓ１１なるプリズムを形成し、ビームスプリッタ面ＢＳ1′ と内面反射面Ｍ′とが第２のビーム合成部Ｓ１２なるプリズムを形成している。この変形例によれば、第１のビーム合成手段Ｓ１において全ての反射面が全反射面として構成されるので、光損失を最小にすることができる。
【０１０２】
図２３に示す第７の変形例は、ビーム合成装置４４に対応するビーム合成装置４８をプリズム構成により一体化構造としたものである。従って、図１８における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構成され、接着等により一体化されている。即ち、第１のビーム合成手段Ｓ１にあってはビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′が各々ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′として構成され、１枚のミラーＭ，Ｍ′が内面反射面Ｍ，Ｍ′として構成されている。第２のビーム合成手段Ｓ２にあっては偏光ビームスプリッタＰＢＳが偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳとして構成され、ミラーＭ１が反射面Ｍ１として構成されている。第１のビーム合成手段Ｓ１におけるビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′に関して、各反射率Ｒi ，Ｒi′及び透過率Ｔi ，Ｔi′ が、実質的に、前述した条件（４）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置４８の場合にも、ビーム合成装置４４と同様な効果が得られる。
【０１０３】
図２４に示す第８の変形例のビーム合成装置４９は、直交する方向から入射するｍ本ずつの光ビームを合成して出力する構成例であり、第１のビーム合成手段Ｓ１を構成する第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２が直交配置されている。その交差部に配置される第２のビーム合成手段Ｓ２は偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳのみを有する構成とされている。即ち、第２のビーム合成手段Ｓ２に関して反射面が不要とされており、汎用キューブ型偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【０１０４】
図２５に示す第９の変形例のビーム合成装置５０も、直交する方向から入射するｍ本ずつの光ビームを合成して出力する構成例であり、第１のビーム合成手段Ｓ１を構成する第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２によるビームＢＭc1，ＢＭc2の出射方向が直交する方向に設定されている。これらのビームＢＭc1，ＢＭc2の交差部に配置される第２のビーム合成手段Ｓ２は偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳのみを有する構成とされている。即ち、図２４の場合と同様に、第２のビーム合成手段Ｓ２に関して反射面が不要とされており、汎用キューブ型偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【０１０５】
なお、図２５に示す構成例で、第２のビーム合成手段Ｓ２（汎用キューブ型偏光ビームスプリッタ）を第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の何れか一方又は両方に接着等により一体化させれば、ビーム合成装置５０全体を小型化できるとともに、振動等による外乱の影響や経時変化を生じにくい安定したビーム合成を行なえる。
【０１０６】
ここに、本実施の形態及び各変形例において、第１のビーム合成手段Ｓ１に関する条件（４）は各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi （＝１−Ｒi −Ｔi ）（ｉ＝１，…，ｍ−１）に依らず、ビーム合成前後の光量比を一定とするための条件である。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi が決まれば、条件(4-3) によりビームスプリッタ面ＢＳm-1 の反射率Ｒm-1 、透過率Ｔm-1 の設定値は、
Ｒn-1 ＝Ｔn-1 ＝(１−δm-1 )／２
として求められる。次に、ビームスプリッタ面ＢＳm-2 の反射率Ｒm-2 、透過率Ｔm-2 の設定値は、一般式：Ｒm-2 ＋Ｔm-2 ＝１−δm-2 、及び、条件(4-2) から導出される式：Ｒm-2 ／Ｔm-2 ＝Ｒm-1 により、
Ｒm-2 ＝Ｒm-1・(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
Ｔm-2 ＝(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
として求められる。以下、同様に、一般式：Ｒi ＋Ｔi ＝１−δi 、及び、条件(4-2) に基づき、各ビームスプリッタ面ＢＳm-3 ，…，ＢＳ2 の各々の反射率及び透過率の設定率が順次求められ、最後に、条件(4-1) 又は条件(4-1)′ によりビームスプリッタ面ＢＳ1 の反射率Ｒ1 、透過率Ｔ1 の設定値が求められる。各ビームスプリッタ面ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ 側についての条件(4-4)〜(4-6)を満たす反射率Ｒ1′ 、透過率Ｔ1′ の設定値の算出も同様である。
【０１０７】
ところで、ビームスプリッタ面には、様々な種類があるが、一般には、ガラス等の基体上に金属や誘電体膜をコーティングすることにより作製される。例えば、クロム等による金属コーティングしたものは、光損失は比較的大きいが、入射ビームの波長、偏光状態による影響が少なく、かつ、角度依存性も小さいという特長がある。また、誘電体多層膜コーティングしたものは、入射ビームの波長、偏光状態による影響を受けやすく、かつ、角度依存性が大きいが、光損失が殆どないという特長がある。さらに、全誘電体無偏光コーティングされたものは、光損失が小さく入射ビームの偏光状態の影響も受けにくいという特長がある。また、金属＋誘電体なるハイブリッドコーティングされたものは、双方の長所を併有する特長がある。これらは何れも使用可能であり、ビーム合成装置４１〜５０の用途に応じて適宜選択される。
【０１０８】
また、本実施の形態及び各変形例のビーム合成装置４１〜５０に関しても、入射側と出射側とを逆にすれば、ビーム分割装置として機能し得ることはいうまでもない。即ち、被合成ビーム１又は２の射出側から無偏光又は円偏光の１本の光ビームを入射させることにより、均一な光量のｎ本の光ビームに分割して射出させることができる。さらに、同一のビームスプリッタ面や反射面に対して各々複数本の光ビームを入射させるようにすれば、ｎ本以上の光ビームを合成させることも可能であり、特に、ｐ（ｐ≧２）個の発光部を有するｎ個の半導体レーザアレイと組合せれば、ｐ×ｎ本の光ビームを同時に合成させることができる。
【０１０９】
本発明の第六の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置４１に適用されており、基本的には、第五の実施の形態の場合と同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１の第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、（ｍ′−１）枚のビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ≦１）、各反射率Ｒi′ 及び透過率Ｔi′ （Ｒi′ ＋Ｔi′ ≦１）、が実質的に、下記の条件（５）
0003689746.tif 000016
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合にはｍ＝ｍ′＝ｎ／２であり、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋）／２、ｍ′＝ｍ又はｍ′＝ｍ−１であり、より具体的には、第１のビーム合成部Ｓ１１のビームスプリッタ面は（ｍ−１）面、入射ビーム数はｍであり、第２のビーム合成部Ｓ１２のビームスプリッタ面は（ｍ′−１）面、入射ビーム数は（ｎ−ｍ）である。
【０１１０】
条件(5-1)，(5-1)′，(5-2)は、第１のビーム合成部Ｓ１１の各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭm の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(5-1) は被合成ビーム１の場合、条件(5-1)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。
【０１１１】
具体的に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、被合成ビーム１の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(5-1)，(5-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000017
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１１２】
同様に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、被合成ビーム２の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(5-1)′，(5-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000018
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１１３】
一方、条件(5-3)，(5-3)′，(5-4)は、第２のビーム合成部Ｓ１２の各ビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームＢＭm+1 ，…，ＢＭn の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(5-3) は被合成ビーム１の場合、条件(5-3)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。
【０１１４】
これらの条件も、基本的には、第１のビーム合成部Ｓ１１側の条件(5-1)，(5-1)′，(5-2)と同じであるので、詳細は省略するが、結果として、条件(5-3)又は(5-3)′及び(5-4)を満足するときには、第２のビーム合成部Ｓ１２でも（ｎ−ｍ）本の光ビームの光利用効率を等しくすることができる。
【０１１５】
このように、条件(5-1)〜(5-2)を満足するとき、第１のビーム合成部Ｓ１１へ入射したｍ本の光ビームのこの第１のビーム合成手段Ｓ１１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなり、また、条件(5-3)〜(5-4)を満足するとき、第２のビーム合成部Ｓ１２へ入射したｍ′本の光ビームのこの第２のビーム合成手段Ｓ１２によるビーム合成時の光利用効率は等しくなることがわかる。
【０１１６】
ここで、総ビーム数ｎが本実施の形態の場合のように偶数の場合には、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を基本的に同一構成とすることができるので、条件（５）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。また、総ビーム数ｎが奇数の場合でも、図１７の場合のように、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を同一構成とすれば、条件（５）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。
【０１１７】
なお、本実施の形態でも、変形例として例示した各ビーム合成装置４２〜５０に同様に適用できる。即ち、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi 、各反射率Ｒi′ 及び透過率Ｔi′ が実質的に、前述した条件（５）を満たすように設定されていればよい。この場合、第１の変形例のように、総ビーム数ｎが奇数で、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の光利用効率に若干の差異を生じ、その差異が支障を来す場合には、図２６に示すように、λ／２板を第２のビーム合成部Ｓ１２の後方に配設し、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭc2（又は、ＢＭc1）の直線偏光方向を適切に設定すれば、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成することができるとともに、高い光利用効率が得られる。
【０１１８】
ここで、一例として、被合成ビーム１を得る場合の条件（５）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝ｍ′＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：１，Ｒ1 ＝0.5  ，  Ｔ1 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝１：１，Ｒ1′ ＝0.5  ，  Ｔ1′ ＝0.5
η1 ＝η2 ＝η3 ＝η4 ＝0.5  （＝１／ｍ）
ηmin＝0.5  、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝５（ｍ＝３，ｍ′＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝２：１，Ｒ1 ＝0.667，  Ｔ1 ＝0.333
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：１，Ｒ2 ＝0.5  ，  Ｔ2 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝２：１，Ｒ1′ ＝0.667，  Ｔ1′ ＝0.333
η1 ＝η2 ＝η3 ＝0.333（＝１／ｍ）
η4 ＝η5 ＝0.5  （＝１／（ｍ−１））（λ／２板等による補正無し）
ηmin＝0.333  、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝１.5
光ビーム数：ｎ＝６（ｍ＝ｍ′＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝２：１，Ｒ1 ＝0.667，  Ｔ1 ＝0.333
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：１，Ｒ2 ＝0.5  ，  Ｔ2 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝２：１，Ｒ1′ ＝0.667，  Ｔ1′ ＝0.333
ＢＳ2′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝１：１，Ｒ1′ ＝0.5  ，  Ｔ1′ ＝0.5
ηi ＝0.333（＝１／ｍ）（ｉ＝１〜６）
ηmin＝0.333  、ηmax＝0.333  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝７（ｍ＝４，ｍ′＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝３：１，Ｒ1 ＝0.75   Ｔ1 ＝0.25
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：２，Ｒ2 ＝0.333，  Ｔ2 ＝0.667
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：１，Ｒ3 ＝0.5  ，  Ｔ3 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝２：１，Ｒ1′ ＝0.667，  Ｔ1′ ＝0.333
ＢＳ2′   Ｒ2′ ：Ｔ2′ ＝１：１，Ｒ2′ ＝0.5  ，  Ｔ2′ ＝0.5
η1 ＝η2 ＝η3 ＝η4 ＝0.25（＝１／ｍ）
η5 ＝η6 ＝η7 ＝0.333  （＝１／（ｍ−１））（λ／２板等による補正無し）
ηmin＝0.25  、ηmax＝0.333  、ηmax／ηmin＝１.33
光ビーム数：ｎ＝８（ｍ＝ｍ′＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝３：１，Ｒ1 ＝0.75   Ｔ1 ＝0.25
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：２，Ｒ2 ＝0.333，  Ｔ2 ＝0.667
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：１，Ｒ3 ＝0.5  ，  Ｔ3 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝２：１，Ｒ1′ ＝0.667，  Ｔ1′ ＝0.333
ＢＳ2′   Ｒ2′ ：Ｔ2′ ＝１：１，Ｒ2′ ＝0.5  ，  Ｔ2′ ＝0.5
ＢＳ3′   Ｒ3′ ：Ｔ3′ ＝１：１，Ｒ3′ ＝0.5  ，  Ｔ3′ ＝0.5
ηi ＝0.25（＝１／ｍ）（ｉ＝１〜８）
ηmin＝0.25  、ηmax＝0.25  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝１０（ｍ＝ｍ′＝５）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝４：１，Ｒ1 ＝0.8   Ｔ1 ＝0.2
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：３，Ｒ2 ＝0.25   Ｔ2 ＝0.75
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：２，Ｒ3 ＝0.333，  Ｔ3 ＝0.667
ＢＳ4     Ｒ4 ：Ｔ4 ＝１：１，Ｒ4 ＝0.5  ，  Ｔ4 ＝0.5
ＢＳ1′   Ｒ1′ ：Ｔ1′ ＝４：１，Ｒ1′ ＝0.8   Ｔ1′ ＝0.2
ＢＳ2′   Ｒ2′ ：Ｔ2′ ＝１：３，Ｒ2′ ＝0.25   Ｔ2′ ＝0.75
ＢＳ3 ′  Ｒ3′ ：Ｔ3′ ＝１：２，Ｒ3′ ＝0.333，  Ｔ3′ ＝0.667
ＢＳ4 ′  Ｒ4′ ：Ｔ4′ ＝１：１，Ｒ4′ ＝0.5  ，  Ｔ4′ ＝0.5
ηi ＝0.25（＝１／ｍ）（ｉ＝１〜１０）
ηmin＝0.2  、ηmax＝0.2  、ηmax／ηmin＝１
なお、被合成ビーム２を得る場合の条件（５）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 ，Ｒ1′ とＴ1 ，Ｔ1′ の数値数値を入替えればよい。
【０１１９】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来（図３５）のように全てハーフミラーとしたときの光利用効率は、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.125  、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝  ４
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.03125、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝１６
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00781、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝６４
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。例えば、仮に光利用効率のビーム間偏差が２倍まで許容されると仮定すると、各ビームスプリッタ面の反射率Ｒ1 ，Ｒ1′ と、透過率Ｔ1 ，Ｔ1′ の上記設定値の許容範囲として、Ｒi 、Ｔi の内で大きい方をＳi 、Ｒ1′ 、Ｔ1′ の内で大きい方をＳi′ としたときにＳi ，Ｓi′ に対して概ね±｛（√２）＾1/(m-1)−１｝×１００％程度まで許容されることになり、許容範囲の大きいものとなる。
【０１２０】
本発明の第七の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置４１に適用されており、基本的には、第五の実施の形態の場合と同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１の第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、（ｍ′−１）枚のビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の光損失がほぼ等しい一定値δを持つ場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ≦１）、各反射率Ｒi′ 及び透過率Ｔi′ （Ｒi′ ＋Ｔi′ ≦１）、が実質的に、下記の条件（６）
0003689746.tif 000019
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合にはｍ＝ｍ′＝ｎ／２であり、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋）／２、ｍ′＝ｍ又はｍ′＝ｍ−１であり、より具体的には、第１のビーム合成部Ｓ１１のビームスプリッタ面は（ｍ−１）面、入射ビーム数はｍであり、第２のビーム合成部Ｓ１２のビームスプリッタ面は（ｍ′−１）面、入射ビーム数は（ｎ−ｍ）である。
【０１２１】
条件(6-1)，(6-1)′，(6-2)は、第１のビーム合成部Ｓ１１の各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つ場合に、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームの合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(6-1) は被合成ビーム１の場合、条件(6-1)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。
【０１２２】
ここで、条件(6-2) より、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の透過率Ｔi は、
0003689746.tif 000020
であるので、Ｔi ＝Ｒi ／Ｒi+1 （ｉ＝２，…，ｍ−２）、即ち、Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （ｉ＝３，…，ｍ−１）と表される。また、条件(6-2) より、
0003689746.tif 000021
となる。
【０１２３】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が一定値δを持つものとして、被合成ビーム１の場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(6-1)，(6-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000022
となり、第１のビーム合成部Ｓ１１に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}として等しくなる。
【０１２４】
同様に、第１のビーム合成部Ｓ１１において、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つものとして、被合成ビーム２の場合のｍ本の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(6-1)′，(6-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000023
となり、第１のビーム合成部Ｓ１１に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}として等しくなる。
【０１２５】
一方、条件(6-3)，(6-3)′，(6-4)は、第２のビーム合成部Ｓ１２の各ビームスプリッタＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ の光損失が無視できない一定値δを持つものとして、被合成ビーム１又は被合成ビーム２において、各光ビームＢＭm+1 ，…，ＢＭn の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(6-3) は被合成ビーム１の場合、条件(6-3)′ は被合成ビーム２の場合の条件を示す。′
これらの条件も、基本的には、第１のビーム合成部Ｓ１１側の条件(6-1)，(6-1)′，(6-2)と同じであるので、詳細は省略するが、結果として、条件(6-3)又は(6-3)′及び(6-4)を満足するときには、第２のビーム合成部Ｓ１２でも（ｎ−ｍ）本の光ビームの光利用効率を等しくすることができる。
【０１２６】
このように、条件(6-1)〜(6-2)を満足するとき、第１のビーム合成部Ｓ１１へ入射したｍ本の光ビームのこの第１のビーム合成手段Ｓ１１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなり、また、条件(6-3)〜(6-4)を満足するとき、第２のビーム合成部Ｓ１２へ入射したｍ′本の光ビームのこの第２のビーム合成手段Ｓ１２によるビーム合成時の光利用効率は等しくなることがわかる。
【０１２７】
ここで、総ビーム数ｎが本実施の形態の場合のように偶数の場合には、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を基本的に同一構成とすることができるので、条件（６）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。また、総ビーム数ｎが奇数の場合でも、図１７の場合のように、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２を同一構成とすれば、条件（６）を満足することにより、ｎ本の全ての光ビームに対して第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成時の光利用効率は等しくなる。
【０１２８】
なお、本実施の形態でも、変形例として例示した各ビーム合成装置４２〜５０に同様に適用できる。即ち、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 、ＢＳ1′ ，…，ＢＳm-1′ に関して、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi 、各反射率Ｒi′ 及び透過率Ｔi′ が実質的に、前述した条件（５）を満たすように設定されていればよい。この場合、第１の変形例のように、総ビーム数ｎが奇数で、第１，２のビーム合成部Ｓ１１，Ｓ１２の光利用効率に若干の差異を生じ、その差異が支障を来す場合には、図２６に示すように、λ／２板を第２のビーム合成部Ｓ１２の後方に配設し、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭc2（又は、ＢＭc1）の直線偏光方向を適切に設定すれば、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成することができるとともに、高い光利用効率が得られる。
【０１２９】
ここで、一例として、光損失が一定値δ＝0.1 のときに被合成ビーム１を得る場合の条件（６）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝ｍ′＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.45 ，Ｔ1 ＝0.45
ＢＳ1′   Ｒ1′ ＝0.45 ，Ｔ1′ ＝0.45
ηi ＝0.45（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.45  、ηmax＝0.45  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝５（ｍ＝３，ｍ′＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.621，Ｔ1 ＝0.279
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.45 ，Ｔ2 ＝0.45
ＢＳ1′   Ｒ1′ ＝0.45 ，Ｔ1′ ＝0.45
η1 ＝η2 ＝η3 ＝0.279
η4 ＝η5 ＝0.45（λ／２板等による補正無し）
ηmin＝0.279  、ηmax＝0.45  、ηmax／ηmin＝１.6
光ビーム数：ｎ＝６（ｍ＝ｍ′＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.621，Ｔ1 ＝0.279
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.45 ，Ｔ2 ＝0.45
ＢＳ1′   Ｒ1′ ＝0.621，Ｔ1′ ＝0.279
ＢＳ2′   Ｒ2′ ＝0.45 ，Ｔ2′ ＝0.45
ηi ＝0.279（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.279  、ηmax＝0.279  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝７（ｍ＝４，ｍ′＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.703，Ｔ1 ＝0.197
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.279，Ｔ2 ＝0.621
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.45 ，Ｔ3 ＝0.45
ＢＳ1′     Ｒ1′ ＝0.621，Ｔ1′ ＝0.279
ＢＳ2′   Ｒ2′ ＝0.45 ，Ｔ2′ ＝0.45
η1 ＝η2 ＝η3 ＝η4 ＝0.197
η5 ＝η6 ＝η7 ＝0.279（λ／２板等による補正無し）
ηmin＝0.197  、ηmax＝0.279  、ηmax／ηmin＝１.42
光ビーム数：ｎ＝８（ｍ＝ｍ′＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.703，Ｔ1 ＝0.197
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.279，Ｔ2 ＝0.621
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.45 ，Ｔ3 ＝0.45
ＢＳ1′   Ｒ1′ ＝0.703，Ｔ1′ ＝0.197
ＢＳ2′   Ｒ2′ ＝0.279，Ｔ2′ ＝0.621
ＢＳ3′   Ｒ3′ ＝0.45 ，Ｔ3′ ＝0.45
ηi ＝0.197（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.197  、ηmax＝0.197  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝１０（ｍ＝ｍ′＝５）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.752，Ｔ1 ＝0.148
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.197，Ｔ2 ＝0.703
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.279，Ｔ3 ＝0.621
ＢＳ4     Ｒ4 ＝0.45 ，Ｔ4 ＝0.45
ＢＳ1′   Ｒ1′ ＝0.752，Ｔ1′ ＝0.148
ＢＳ2′   Ｒ2′ ＝0.197，Ｔ2′ ＝0.703
ＢＳ3′   Ｒ3′ ＝0.279，Ｔ3′ ＝0.621
ＢＳ4′   Ｒ4′ ＝0.45 ，Ｔ4′ ＝0.45
ηi ＝0.148（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.148  、ηmax＝0.148  、ηmax／ηmin＝１
なお、被合成ビーム２を得る場合の条件（６）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 とＴ1 の数値を入替えればよい。
【０１３０】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来のように全てハーフミラー（Ｔ＝Ｒ＝0.45）としたときの光利用効率は、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.091  、ηmax＝0.45、ηmax／ηmin＝    ４．９
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.0185 、ηmax＝0.45、ηmax／ηmin＝  ２４．３
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00374、ηmax＝0.45、ηmaxηmin＝１２０
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。
【０１３１】
本発明の第八の実施の形態を図２７ないし図３０に基づいて説明する。図２７は斜視図、図２８はその側面図、図２９はその平面図、図３０は分解斜視図である。本実施の形態のビーム合成装置５１では、例えば、光ビーム数ｎが偶数の場合において、ｘ方向からｍ（＝ｎ／２）本ずつ２列で光ビームが同一方向から平行に入射される第１のビーム合成手段Ｓ１が、ｘ，ｚ両方向に対して４５度の角度で互いに平行に設定された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 と１面の反射面Ｍとを一体に有するビーム合成プリズムとして構成されている。この第１のビーム合成手段Ｓ１は、所定の偏光状態に設定されてｘ方向からｍ本ずつ２列状に入射されるｎ本の光ビームをこれらの反射面Ｍ及びビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 によりｘ−ｙ平面内において順次合成され、２本の光ビームＢＭc1，ＢＭc2としてビームスプリッタ面ＢＳ1 から入射方向と同一方向に射出される。
【０１３２】
このビームスプリッタ面ＢＳ1 の射出位置には、第２のビーム合成手段Ｓ２が配設されている。この第２のビーム合成手段Ｓ２は、ともにｘ，ｚ両方向に対して４５度の角度で互いに平行に設定された１面の内面反射面Ｍ１と１面の偏光ビームスプリッタＰＢＳとを有する偏光ビームスプリッタとして構成されている。この第２のビーム合成手段Ｓ２に入射した光ビームの内、ビームＢＭc1はそのｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳをそのまま透過し、ビームＢＭc2は内面反射面Ｍで反射された後、そのｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳで反射され、ビームＢＭc1とともに方向１へ被合成ビーム１として射出される。第２のビーム合成手段Ｓ２に入射した光ビームの内、ビームＢＭc1はそのｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳで反射され、ビームＢＭc2は内面反射面Ｍで反射された後、そのｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳを透過することで、ビームＢＭc1とともに方向２へ被合成ビーム２として射出される。つまり、図８ないし図１１に示したビーム合成装置８における第１，２のビーム合成手段を入れ替えた如き構成といえる。
【０１３３】
ここで、第１のビーム合成手段Ｓ１におけるビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 に関して、各反射率Ｒｉ 及び透過率Ｔｉ が、実質的に、後述する条件（７）を満たすように設定されている。よって、このようなビーム合成装置５１の場合にも、入射ビームを必要に応じてλ／２板等の偏光手段を用いて予め所定の偏光状態に設定しておくことより、第２のビーム合成手段Ｓ２により最小の光損失でビーム合成を行なえるとともに、第１のビーム合成手段Ｓ１によりｎ本の光ビーム全てに対してビーム合成前後の光量比のビーム間偏差が小さいビーム合成を行なえる。また、特に、入射する光ビームを２列に列状にさせることができ、同数の光ビームを合成する際にビーム合成装置５１のサイズ（高さ方向）を半減させることができ、装置の小型化を図る上で都合がよい。また、第１のビーム合成手段Ｓ１に関して構造を単純化させることができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態の場合であれば、ビームＢＭ1 ，…，ＢＭm を偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳに対してｐ偏光、ビームＢＭm+1 ，…，ＢＭn を偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳに対してｓ偏光に設定することにより方向１へのビーム合成を最適に行なわせることができる。また、逆に、ビームＢＭ1 ，…，ＢＭm を偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳに対してｓ偏光、ビームＢＭm+1 ，…，ＢＭn を偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳに対してｐ偏光に設定することにより方向２へのビーム合成を最適に行なわせることができる。
【０１３５】
さらに、λ／２板等の偏光手段は第１のビーム合成手段Ｓ１の後方、又は、第１のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２間等に必要に応じて配設される。また、図示例では、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２が接着等により一体に構成されているので、振動等による外乱や環境変動等による経時変化があっても、各面が同時に動くため、被合成ビームの射出方向を安定に維持させることができる。
【０１３６】
もっとも、図２７等に示すビーム合成装置５１に関して、第１のビーム合成手段Ｓ１を一体的なビーム合成プリズムではなく、互いに平行に設定された（ｍ−１）個のビームスプリッタと１面のミラーとで構成してもよく、第２のビーム合成手段Ｓ２に関しても一体的なビーム合成プリズムではなく、互いに平行に設定された１個の偏光ビームスプリッタと１面のミラーとで構成してもよい。
【０１３７】
ここで、本実施の形態の変形例について図３１及び図３２を参照して説明する。図３１に示す第１の変形例のビーム合成装置５２は、ビーム数ｎが奇数の場合の適用例である。このビーム合成装置５２は、構成自体はビーム合成装置５１と全く同一であり、入射ビームの何れか１本を除去させたものである。ビーム数ｎが奇数の場合には、第１のビーム合成手段Ｓ１のビームスプリッタ面の数が（ｍ−１）＝（ｎ−１）／２であり、第１のビーム合成手段Ｓ１へはｍ本及び（ｍ−１）本の光ビームが入射することになる。
【０１３８】
図３２に示す第２の変形例のビーム合成装置５３は、ビーム合成装置５１に関して、第１のビーム合成手段Ｓ１による２本の合成ビームＢＭc1，ＢＭc2が入射ビームの入射方向（ｘ方向）と直交する方向（ここでは、ｙ方向）に取り出すように構成されている。また、第２のビーム合成手段Ｓ２は、ともにｘ，ｚ両方向に対して４５度の角度に互いに平行に設定された１面の内面反射面Ｍ１と１面の偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳとよる偏光ビームスプリッタとして構成されている。
【０１３９】
ところで、ビームスプリッタ面には、様々な種類があるが、一般には、ガラス等の基体上に金属や誘電体膜をコーティングすることにより作製される。例えば、クロム等による金属コーティングしたものは、光損失は比較的大きいが、入射ビームの波長、偏光状態による影響が少なく、かつ、角度依存性も小さいという特長がある。また、誘電体多層膜コーティングしたものは、入射ビームの波長、偏光状態による影響を受けやすく、かつ、角度依存性が大きいが、光損失が殆どないという特長がある。さらに、全誘電体無偏光コーティングされたものは、光損失が小さく入射ビームの偏光状態の影響も受けにくいという特長がある。また、金属＋誘電体なるハイブリッドコーティングされたものは、双方の長所を併有する特長がある。これらは何れも使用可能であり、ビーム合成装置５１〜５３の用途に応じて適宜選択される。
【０１４０】
また、本実施の形態及び各変形例のビーム合成装置５１〜５３に関しても、入射側と出射側とを逆にすれば、ビーム分割装置として機能し得ることはいうまでもない。即ち、被合成ビーム１又は２の射出側から無偏光又は円偏光の１本の光ビームを入射させることにより、均一な光量のｎ本の光ビームに分割して射出させることができる。さらに、同一のビームスプリッタ面や反射面に対して各々複数本の光ビームを入射させるようにすれば、ｎ本以上の光ビームを合成させることも可能であり、特に、ｐ（ｐ≧２）個の発光部を有するｎ個の半導体レーザアレイと組合せれば、ｐ×ｎ本の光ビームを同時に合成させることができる。
【０１４１】
ところで、本実施の形態及びその変形例の場合の第１のビーム合成手段Ｓ１におけるビームスプリッタに要求される条件について説明する。ここに、（ｍ−１）枚のビームスプリッタに関して、被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2に近い方から順に、ＢＳ1 ，ＢＳ2 ，…，ＢＳm-1 とし、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の反射率及び透過率を各々Ｒi ，Ｔi （ｉ＝１，…，ｍ−１）（Ｒi ＋Ｔi ≦１）としたとき、各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が、実質的に、下記の条件（７）
0003689746.tif 000024
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋１）／２である。
【０１４２】
条件（７）は、被合成ビームＢＭc1又はＢＭc2に関して各光ビームの合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(7-1) は図２７等に示すように入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示し、条件(7-1)′ は図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示す。
【０１４３】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmに関して、図２７等の場合と同様に入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1として取り出す場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(7-1)，(7-2)，(7-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000025
となり、ｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１４４】
同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さいものとして、図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1を取り出す場合のｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(7-1)′，(7-2)，(7-3) を満足する場合、
0003689746.tif 000026
となり、ｍ本全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１４５】
これらの場合において、被合成ビームＢＭc2として取り出す残りの（ｎ−ｍ）本のビームＢＭm+1〜ＢＭnに関しても第１のビーム合成手段Ｓ１において上記の場合と同一の経路を通るので、ηm+1 ＝η1 ，ηm+2 ＝η2 ，…となるので、結局、ｎ本の全ての光ビームについて、第１のビーム合成手段Ｓ１による光利用効率は等しくなる。
【０１４６】
また、第２のビーム合成手段Ｓ２では、入射ビームを所定の偏光状態とすることにより、ｎ本の光ビームを微小な光損失で１本に合成できるので、結局、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成できるとともに、高い光利用効率を得ることができる。
【０１４７】
ここに、本実施の形態及び各変形例において、第１のビーム合成手段Ｓ１に関する条件（７）は各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi （＝１−Ｒi −Ｔi ）（ｉ＝１，…，ｍ−１）に依らず、ビーム合成前後の光量比を一定とするための条件である。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失δi が決まれば、条件(7-3) によりビームスプリッタ面ＢＳm-1 の反射率Ｒm-1 、透過率Ｔm-1 の設定値は、
Ｒn-1 ＝Ｔn-1 ＝(１−δm-1 )／２
として求められる。次に、ビームスプリッタ面ＢＳm-2 の反射率Ｒm-2 、透過率Ｔm-2 の設定値は、一般式：Ｒm-2 ＋Ｔm-2 ＝１−δm-2 、及び、条件(7-2) から導出される式：Ｒm-2 ／Ｔm-2 ＝Ｒm-1 により、
Ｒm-2 ＝Ｒm-1・(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
Ｔm-2 ＝(１−δm-2 )／(１＋Ｒm-1)
として求められる。以下、同様に、一般式：Ｒi ＋Ｔi ＝１−δi 、及び、条件(7-2) に基づき、各ビームスプリッタ面ＢＳm-3 ，…，ＢＳ2 の各々の反射率及び透過率の設定率が順次求められ、最後に、条件(7-1) 又は条件(7-1)′ によりビームスプリッタ面ＢＳ1 の反射率Ｒ1 、透過率Ｔ1 の設定値が求められる。
【０１４８】
ちなみに、ｍ＝２の場合であれば、Ｒ1 ＝Ｔ1 に設定し、ｍ＝３の場合であれば、Ｒ2 ＝Ｔ2 、Ｔ1 ／Ｒ1 ＝Ｒ2 （図２７等のように入射ビームの方向と同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を射出させる場合）又はＲ1 ／Ｔ1 ＝Ｒ2 （図３２等のように入射ビームの方向と直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を射出させる場合）に設定すればよい。
【０１４９】
本発明の第九の実施の形態を図２７ないし３２を参照して説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置５１,５２又は５３に適用されており、基本的には、第八の実施の形態の場合と同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ≦１）が、実質的に、下記の条件（８）
0003689746.tif 000027
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋１）／２である。
【０１５０】
条件（８）は、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、被合成ビームＢＭc1又はＢＭc2に関して、各光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭm 、ＢＭm+1 ，…，ＢＭn の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(8-1) は図２７等に示すように入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示し、条件(8-1)′ は図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示す。
【０１５１】
具体的に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmに関して、図２７等の場合と同様に入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1として取り出す場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(8-1)，(8-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000028
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１５２】
同様に、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がない（Ｒi ＋Ｔi ＝１）ものとして、図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1を取り出す場合のｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(8-1)′，(8-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000029
となり、全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm が等しくなる。
【０１５３】
これらの場合において、被合成ビームＢＭc2として取り出す残りの（ｎ−ｍ）本のビームＢＭm+1〜ＢＭnに関しても第１のビーム合成手段Ｓ１において上記の場合と同一の経路を通るので、ηm+1 ＝η1 ，ηm+2 ＝η2 ，…となるので、結局、ｎ本の全ての光ビームについて、第１のビーム合成手段Ｓ１による光利用効率は等しくなる。
【０１５４】
また、第２のビーム合成手段Ｓ２では、入射ビームを所定の偏光状態とすることにより、ｎ本の光ビームを微小な光損失で１本に合成できるので、結局、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成できるとともに、高い光利用効率を得ることができる。
【０１５５】
ここで、一例として、図２７等に示すように入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件（２）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝１：１，Ｒ1 ＝0.5  ，  Ｔ1 ＝0.5
ηi ＝0.5  （＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３，４）
ηmin＝0.5  、ηmax＝0.5  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝５又は６（ｍ＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝２：１，Ｒ1 ＝0.667，  Ｔ1 ＝0.333
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：１，Ｒ2 ＝0.5  ，  Ｔ2 ＝0.5
ηi ＝0.333（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.333  、ηmax＝0.333  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝７又は８（ｍ＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝３：１，Ｒ1 ＝0.75 ，   Ｔ1 ＝0.25
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：２，Ｒ2 ＝0.333，  Ｔ2 ＝0.667
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：１，Ｒ3 ＝0.5  ，  Ｔ3 ＝0.5
ηi ＝0.25 （＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.25  、ηmax＝0.25  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝９又は１０（ｍ＝５）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝４：１，Ｒ1 ＝0.8  ，  Ｔ1 ＝0.2
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝１：３，Ｒ2 ＝0.25 ，  Ｔ2 ＝0.75
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：２，Ｒ3 ＝0.333， Ｔ3 ＝0.667
ＢＳ4     Ｒ4 ：Ｔ4 ＝１：１，Ｒ4 ＝0.5  ，  Ｔ4 ＝0.5
ηi ＝0.2  （＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.2  、ηmax＝0.2  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝１１又は１２（ｍ＝６）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ：Ｔ1 ＝５：１，Ｒ1 ＝0.833，  Ｔ1 ＝0.167
ＢＳ2     Ｒ2 ：Ｔ2 ＝４：１，Ｒ2 ＝0.2  ，   Ｔ2 ＝0.8
ＢＳ3     Ｒ3 ：Ｔ3 ＝１：３，Ｒ3 ＝0.25 ，  Ｔ3 ＝0.75
ＢＳ4     Ｒ4 ：Ｔ4 ＝１：２，Ｒ4 ＝0.333，  Ｔ4 ＝0.667
ＢＳ5     Ｒ5 ：Ｔ5 ＝１：１，Ｒ5 ＝0.5  ，   Ｔ5 ＝0.5
ηi ＝0.167（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0167  、ηmax＝0.167  、ηmax／ηmin＝１
となる。
【０１５６】
なお、図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件（８）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 とＴ1 の数値を入替えればよい。
【０１５７】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来のように全てハーフミラーとしたときの光利用効率は、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.125  、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝  ４
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.03125、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝１６
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00781、ηmax＝0.5、ηmax／ηmin＝６４
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。例えば、仮に光利用効率のビーム間偏差が２倍まで許容されると仮定すると、各ビームスプリッタ面の反射率Ｒi 、透過率Ｔi の上記設定値の許容範囲として、Ｒi 、Ｔi の内で大きい方をＳi としたときにＳi に対して概ね±｛（√２）＾1/(m-1)−１｝×１００％程度まで許容されることになり、許容範囲の大きいものとなる。
【０１５８】
ちなみに、本実施の形態の場合も、ｍ＝２の場合であれば、Ｒ1 ＝Ｔ1 に設定し、ｍ＝３の場合であれば、Ｒ2 ＝Ｔ2 、Ｔ1 ／Ｒ1 ＝Ｒ2 （図２７等のように入射ビームの方向と同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を射出させる場合）又はＲ1 ／Ｔ1 ＝Ｒ2 （図３２等のように入射ビームの方向と直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を射出させる場合）に設定すればよい。
【０１５９】
本発明の第十の実施の形態を図２７ないし図３２に基づいて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置５１，５２又は５３１に適用されており、基本的には、第八の実施の形態の場合と同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失がほぼ等しい一定値δを持つ場合に適用されている。このような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi （Ｒi ＋Ｔi ＝１−δ）が、実質的に、下記の条件（９）
0003689746.tif 000030
を満たすように設定されている。但し、ｎが偶数の場合はｍ＝ｎ／２、ｎが奇数の場合にはｍ＝（ｎ＋１）／２である。
【０１６０】
条件（９）は、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つ場合に、被合成ビームＢＭc1又はＢＭc2に関して、各光ビームＢＭ1 ，…，ＢＭm 、ＢＭm+1 ，…，ＢＭn の合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。これらの内、条件(9-1) は図２７等に示すように入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示し、条件(9-1)′ は図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件を示す。
【０１６１】
ここで、条件(9-2) より、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の透過率Ｔi は、
0003689746.tif 000031
であるので、Ｔi ＝Ｒi ／Ｒi+1 （ｉ＝２，…，ｍ−２）、即ち、Ｒi ＝Ｒi-1 ／Ｔi-1 （ｉ＝３，…，ｍ−１）と表される。また、条件(9-2) より、
0003689746.tif 000032
となる。
【０１６２】
具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が一定値δを持つものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmに関して、図２７等の場合と同様に入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1として取り出す場合の各光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(9-1)，(9-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000033
となり、第１のビーム合成手段Ｓ１に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}として等しくなる。
【０１６３】
同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さく、各ビームスプリッタＢＳ1 ，…，ＢＳm-1 の光損失が無視できない一定値δを持つものとして、図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1を取り出す場合のｍ本の光ビームＢＭ1〜ＢＭmの光利用効率η1 ，…，ηm を考えると、条件(9-1)′，(9-2)を満足する場合、
0003689746.tif 000034
となり、第１のビーム合成手段Ｓ１に入射したｍ本の全ての光ビームの光利用効率η1 ，…，ηm がδ／{(１＋δ)(１−δ)＾(1-m)−１}として等しくなる。
【０１６４】
これらの場合において、被合成ビームＢＭc2として取り出す残りの（ｎ−ｍ）本のビームＢＭm+1〜ＢＭnに関しても第１のビーム合成手段Ｓ１において上記の場合と同一の経路を通るので、ηm+1 ＝η1 ，ηm+2 ＝η2 ，…となるので、結局、ｎ本の全ての光ビームについて、第１のビーム合成手段Ｓ１による光利用効率は等しくなる。
【０１６５】
また、第２のビーム合成手段Ｓ２では、入射ビームを所定の偏光状態とすることにより、ｎ本の光ビームを微小な光損失で１本に合成できるので、結局、ｎ本の全ての光ビームを実質的に同一の光利用効率で合成できるとともに、高い光利用効率を得ることができる。
【０１６６】
ここで、一例として、光損失が一定値δ＝0.1 のときに、図２７等に示すように入射ビームと同一方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件（９）の具体的数値例を示すと、
光ビーム数：ｎ＝４（ｍ＝２）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.45 ，Ｔ1 ＝0.45
ηi ＝0.45（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.45  、ηmax＝0.45  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝５又は６（ｍ＝３）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.621，Ｔ1 ＝0.279
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.45 ，Ｔ2 ＝0.45
ηi ＝0.279（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.279  、ηmax＝0.279  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝７又は８（ｍ＝４）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.703，Ｔ1 ＝0.197
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.279，Ｔ2 ＝0.621
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.45 ，Ｔ3 ＝0.45
ηi ＝0.197（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.197  、ηmax＝0.197  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝９又は１０（ｍ＝５）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.752，Ｔ1 ＝0.148
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.197，Ｔ2 ＝0.703
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.279，Ｔ3 ＝0.621
ＢＳ4     Ｒ4 ＝0.45 ，Ｔ4 ＝0.45
ηi ＝0.148（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.148  、ηmax＝0.148  、ηmax／ηmin＝１
光ビーム数：ｎ＝１１又は１２（ｍ＝６）の場合
ＢＳ1     Ｒ1 ＝0.784，Ｔ1 ＝0.116
ＢＳ2     Ｒ2 ＝0.148，Ｔ2 ＝0.752
ＢＳ3     Ｒ3 ＝0.197，Ｔ3 ＝0.703
ＢＳ4     Ｒ4 ＝0.279，Ｔ4 ＝0.621
ＢＳ5     Ｒ5 ＝0.45 ，Ｔ5 ＝0.45
ηi ＝0.116（ｉ＝１，…，ｎ）
ηmin＝0.116  、ηmax＝0.116  、ηmax／ηmin＝１
となる。
【０１６７】
なお、図３２等に示すように入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭc1，ＢＭc2を取り出す場合の条件（９）の具体例としては、上記数値例中のＲ1 とＴ1 の数値を入替えればよい。
【０１６８】
ちなみに、ビームスプリッタ面を従来のように全てハーフミラー（Ｔ＝Ｒ＝0.45）としたときの光利用効率は、
光ビーム数：ｎ＝４の場合
ηmin＝0.091  、ηmax＝0.45、ηmax／ηmin＝    ４．９
光ビーム数：ｎ＝６の場合
ηmin＝0.0185 、ηmax＝0.45、ηmax／ηmin＝  ２４．３
光ビーム数：ｎ＝８の場合
ηmin＝0.00374、ηmax＝0.45、ηmax／ηmin＝１２０
となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明らかである。
【０１６９】
本発明の第十一の実施の形態を図３３及び図３４に基づいて説明する。本実施の形態は、マルチビーム光源装置ないしはマルチビーム走査装置に関し、レーザプリンタに適用されている。まず、ｎ本のマルチビームを同時に射出し得るマルチビーム光源装置６１が設けられている。このマルチビーム光源装置６１はｎ（ｎ≧４）個の半導体レーザ６２1 〜６２n と、各半導体レーザ６２1 〜６２n から発せられるｎ本の光ビームを各々実質的な平行光束（又は、所定の発散光束、或いは集光光束）とするｎ個のコリメートレンズ６３1 〜６３n と、平行光束化されたｎ本の光ビームを合成するビーム合成装置６４とにより構成されている。即ち、複数の半導体レーザ６２1 〜６２n からの光ビームを各々コリメートし、ビーム合成装置６４を通すことにより合成前後の光量比がビーム間で均一なｎ本の合成された被合成ビーム１として出射される。
【０１７０】
ビーム合成装置６４は、前述した各実施の形態或いは各変形例におけるビーム合成装置４１〜５３の何れかであるが、本実施の形態では、特に、ビーム合成装置５１が用いられている。即ち、ｎ本の光ビームをｍ本ずつ２列状に第１のビーム合成手段Ｓ１に入射させるものであり、半導体レーザ６２1 〜６２n 等もビーム合成装置６４（ビーム合成装置５１）に対して２列状に配列されている。なお、第１のビーム合成手段Ｓ１の入射面半分にはλ／２板６５が介在されている。即ち、１列目のｍ本の光ビームは、λ／２板６５によりその直線偏光の方向を９０°回転させてからビーム合成装置６４に入射させることにより、高効率でビーム合成が行われるとともに、各光ビームの合成前後の光量比が均一化される。もっとも、λ／２板６５を設けずに、対応する半導体レーザ６２1 ，…，６２n の設定方向を工夫することで他方の光ビームと偏光方向が直交するようにしてもよい。また、λ／４板６６は必要に応じてビーム合成装置６４の出射側前方に設けられ、ｎ本の光ビームを各々円偏光に揃えることにより、感光体６７に至る各光ビームの特性が概ね均一化される。
【０１７１】
マルチビーム光源装置６１より射出したｎ本の光ビームは、副走査方向にパワーを持つシリンダレンズ６８に入射し、副走査方向に集光光束とされ、偏向手段としての回転多面鏡６９の同一反射面に入射する。回転多面鏡６９は複数の偏向反射面を有し、入射した光ビームをその回転により各偏向反射面で順次偏向走査する。
【０１７２】
回転多面鏡６９の偏向反射面で反射されたｎ本の光ビームは走査光学系７０に入射し、感光体６７面上に光スポットとして結像されながら、一括して露光走査される。ここに、走査光学系７０はｆθレンズ７１とトロイダルレンズ７２とにより構成されており、入射した光ビームを感光体６７上に結像させるとともに、感光体６７上を略等速走査させる。なお、走査光学系７０としてはこのような構成に限らず、例えば、ｆθレンズ７１に代えてｆθミラーを用いるような構成であってもよい。シリンダレンズ６８及び走査光学系７０により結像光学系７３が構成され、マルチビーム光源装置６１から射出されたｎ本の光ビームを各々感光体６７上に所定の光スポットとなるように結像させる。
【０１７３】
従って、図３３に示すような基本的構成において、回転多面鏡６９が等速回転すると、ｎ本の光ビームは等角速度的に偏向され、感光体６７上にはｎ本の光ビームによりｎ本の走査線が一括して等速走査されることになる。
【０１７４】
なお、本実施の形態では、光源として半導体レーザを用いたが、ＬＥＤ等を用いてもよい。また、単なる半導体レーザに代えて、各々ｐ（ｐ≧２）個の発光点を有するｎ個の半導体レーザアレイを光源として用いれば、図３３と同様な構成のまま、ｐ×ｎ本の光ビームを同時に走査させ得るマルチビーム走査装置となる。
【０１７５】
また、複数の光源の配列方向は任意であり、必ずしも図３３に示すように副走査方向にする必要はない。
【０１７６】
ところで、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置６１の組立構成例を図３４を参照して説明する。まず、２列状に配列されて用いる半導体レーザ６２1 〜６２n を位置決め用の切欠部（図示せず）の位置を基準として各半導体レーザのヘテロ接合面が概ね平行となるように各々の支持体８１1 〜８１n に圧入固定され、支持体８１1 〜８１n を介して基体８２にねじ止め固定される。
【０１７７】
また、各々鏡筒に納められたコリメートレンズ６３1 〜６３n を、基体８２に形成された嵌合穴８４に各半導体レーザ６２1 〜６２n と位置合わせして係合・接着する。この際、いわゆるコリメート調整が、半導体レーザとコリメートレンズとの対に対して順次行われ、各光ビームが各々平行光束或いは所定の発散光束（又は、集光光束）とされる。次に、各半導体レーザ６２1 〜６２n からの光ビームを整形するアパーチャ８５1 〜８５n が形成されたアパーチャ部材８６、λ／２板６５、ビーム合成装置６４（ビーム合成装置５１）及びλ／４板６６を収容・支持したフランジ部８７を基体８２に対してねじ止め固定する。ここに、フランジ部８７の光ビーム射出部には円筒状の凸部８８が形成されている。マルチビーム光源装置６１はこの円筒状の凸部８８をガイドとして図３３に示したようなマルチビーム走査装置の本体と接合される。また、ビーム整形用のアパーチャ部材８６はビーム合成装置６４の前方でシリンダレンズ６８の後方の何れかの位置に配設すればよい。もっとも、やや大きめのｎ個のアパーチャ８５1 〜８５n が形成されたアパーチャ部材８６をコリメートレンズ６３1 〜６３n とビーム合成装置６４との間に配設することにより、有害光を除去し得る効果が得られる。また、λ／２板６５やλ／４板６６は前述した如く必須ではなく、アパーチャ部材８６も必ずしも一体的としなくてもよい。なお、前述したコリメート調整時には、各光ビームは光軸（ｘ方向）を中心に互いに所定の微小角度（数分ないし数十分程度）ずつずれるように設定され、フランジ部８７には設定されたアーム部をマイクロメータヘッド等により押圧しマルチビーム光源装置６１全体を光軸を中心に回転することにより、感光体６７上にｎ本の光ビームが所定の走査ピッチとなるように設定・調整される。
【０１７８】
なお、上述したビーム合成装置は、必ずしも方向１又は方向２の何れかへの１本の光ビームに合成する必要はなく、例えば、方向１，２の両方向へ所定の光量比で分割した２本の光ビームとし、何れか一方の光ビームをビーム合成特性の検出やフィードバック用として使用できるように構成してもよい。この場合、図３３で説明したように、例えば、第２のビーム合成手段Ｓ２の後方の何れかに配設したλ／２板等の偏光手段により、各光ビームの偏光特性を制御することにより、両方向への光ビームの光量の分割比は容易に制御できる。
【０１７９】
また、上述した全てのビーム合成装置において、第１又は第２のビーム合成手段における偏光ビームスプリッタ面をハーフミラー等の通常のビームスプリッタ面に置き換えることも可能である。この場合には、各光ビームの光利用効率が約１／２に低下するものの、比較的高い光利用効率を維持できるとともに、１／２波長板等の偏光手段が不要となり、構成が簡易となる。
【０１８０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のビーム合成装置によれば、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、少なくとも１面の偏光ビームスプリッタ面を含み、入射したｎ本の光ビームを列状のｍ本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段と、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、第１のビーム合成手段から出射されるｍ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されているので、第１のビーム合成手段にあってはｎ本の光ビームの偏光状態を適正に設定し、第２のビーム合成手段にあっては各ビームスプリッタ面の透過率及び反射率の設定を適正にするだけで、ｎ本の光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができ、特に、第１のビーム合成手段が偏光ビームスプリッタを含む構成であり、微少な光損失でビーム合成が行われるため、全体として、ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一かつ高効率なる状態でビーム合成を行うことができる。
【０１８１】
請求項２記載の発明のビーム合成装置によれば、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段と、互いに平行な１面の偏光ビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように（ｍ−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されているので、第１のビーム合成手段にあっては各ビームスプリッタ面の透過率及び反射率の設定を適正にし、第２のビーム合成手段にあってはｎ本の光ビームの偏光状態を適正に設定するだけで、ｎ本の光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができ、特に、第２のビーム合成手段が偏光ビームスプリッタを含む構成であり、微少な光損失でビーム合成が行われるため、全体として、ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一かつ高効率なる状態でビーム合成を行うことができる。
【０１８２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載のビーム合成装置において、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が満たすべき条件を明らかにしたので、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段を通過前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８３】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載のビーム合成装置において、各ビームスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さいとした場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が満たすべき条件を明らかにしたので、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８４】
請求項５記載の発明によれば、請求項３記載のビーム合成装置において、各ビームスプリッタ面の光損失を或る一定値δで近似できる場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi 及び透過率Ｔi が満たすべき条件を明らかにしたので、（ｍ−１）面のビームスプリッタ面を有する方の第２又は第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８５】
請求項６記載の発明のビーム合成装置によれば、ｎ（ｎ＞４）本の偏光特性を有する光ビームを合成するビーム合成装置であって、互いに平行に列状に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第１のビーム合成部と、互いに平行に列状に並設された（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有する第２のビーム合成部とよりなり、入射したｎ本の光ビームを２本の光ビームに合成する第１のビーム合成手段と、１面の偏光ビームスプリッタ面を有し、第１のビーム合成手段から入射した２本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、ｎ本の光ビームについてビーム合成前後の各光ビームの光量比が各ビーム間で略均一となるように（ｍ−１）面及び（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されているので、第１のビーム合成手段にあっては第１，２のビーム合成部の各ビームスプリッタ面の透過率及び反射率の設定を適正にし、第２のビーム合成手段にあってはｎ本の光ビームの偏光状態を適正に設定するだけで、ｎ本の光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができ、特に、第２のビーム合成手段が偏光ビームスプリッタを含む構成であり、微少な光損失でビーム合成が行われるため、全体として、ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一かつ高効率なる状態でビーム合成を行うことができる。
【０１８６】
請求項７記載の発明のビーム合成装置によれば、請求項６記載のビーム合成装置において、第１のビーム合成手段における第１，２のビーム合成部の各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が満たすべき条件を明らかにしたので、第１のビーム合成手段を通過前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８７】
請求項８記載の発明のビーム合成装置によれば、請求項７記載のビーム合成装置において、第１のビーム合成手段における第１，２のビーム合成部の各ビームスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さいとした場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が満たすべき条件を明らかにしたので、第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８８】
請求項９記載の発明のビーム合成装置によれば、請求項７記載のビーム合成装置において、第１のビーム合成手段における第１，２のビーム合成部の各ビームスプリッタ面の光損失を或る一定値δで近似できる場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率Ｒi，Ｒi′及び透過率Ｔi，Ｔi′が満たすべき条件を明らかにしたので、第１のビーム合成手段での光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させることができる。
【０１８９】
請求項１０記載の発明のマルチビーム光源装置によれば、偏光特性を有する光ビームを射出するｎ（ｎ＞４）個の光源と、これらの各光源から射出されるｎ本の光ビームが入射される請求項１ないし９の何れか一に記載のビーム合成装置とを備えることで、ビーム合成装置から合成されて出力される各光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で均一化され、かつ、光利用効率が高くされているので、光源としては比較的低出力の同種のものを使用することができ、よって、比較的低コストにてビーム間の特性のばらつきの少ないマルチビーム光源装置を提供することができる。
【０１９０】
請求項１１記載の発明のマルチビーム走査装置によれば、請求項１０記載のマルチビーム光源装置と、このマルチビーム光源装置のビーム合成装置から合成されて出力されるｎ本の光ビームを偏向走査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向走査されるｎ本の光ビームを感光体上に光スポットとして結像させる結像光学系とを備えるので、各ビーム間の特性のばらつきの少ない状態で良好に感光体に対して光書込みを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一、二及び三の実施の形態を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２】第１の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図３】第２の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図４】第３の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図５】第４の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図６】第５の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図７】第６の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図８】第７の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図９】その原理的側面図である。
【図１０】  その平面図である。
【図１１】分解斜視図である。
【図１２】第８の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図１３】本発明の第四の実施の形態を示すマルチビーム光源装置及びマルチビーム走査装置の斜視図である。
【図１４】そのマルチビーム光源装置の組立構成例を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明の第五、六及び七の実施の形態を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図１６】第１の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図１７】第２の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図１８】第３の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図１９】第１のビーム合成手段の方向性を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２０】第４の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２１】第５の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２２】第６の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２３】第７の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２４】第８の変形例を示すビーム合成装置の原理的側面図である。
【図２５】第９の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図２６】λ／２板の配置例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図２７】本発明の第八、九及び十の実施の形態を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図２８】その原理的側面図である。
【図２９】  その平面図である。
【図３０】分解斜視図である。
【図３１】第１の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図３２】第２の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜視図である。
【図３３】本発明の第十一の実施の形態を示すマルチビーム光源装置及びマルチビーム走査装置の斜視図である。
【図３４】そのマルチビーム光源装置の組立構成例を示す分解斜視図である。
【図３５】従来例を示す原理的側面図である。
【符号の説明】
１〜９，１４、４１〜５３      ビーム合成装置
１１，６１      マルチビーム光源装置
１２，６２      光源
１８，６８      感光体
２１，７１      偏向手段
２５，７５      結像光学系
Ｓ１      第１のビーム合成手段
Ｓ１１    第１のビーム合成部
Ｓ１２    第２のビーム合成部
Ｓ２      第２のビーム合成手段
ＰＢＳ    偏光ビームスプリッタ面
ＢＳ      ビームスプリッタ面
Ｍ        反射面
【図１】
0003689746.tif 000035
【図２】
0003689746.tif 000036
【図３】
0003689746.tif 000037
【図４】
0003689746.tif 000038
【図５】
0003689746.tif 000039
【図６】
0003689746.tif 000040
【図７】
0003689746.tif 000041
【図８】
0003689746.tif 000042
【図９】
0003689746.tif 000043
【図１０】
0003689746.tif 000044
【図１１】
0003689746.tif 000045
【図１２】
0003689746.tif 000046
【図１３】
0003689746.tif 000047
【図１４】
0003689746.tif 000048
【図１５】
0003689746.tif 000049
【図１６】
0003689746.tif 000050
【図１７】
0003689746.tif 000051
【図１８】
0003689746.tif 000052
【図１９】
0003689746.tif 000053
【図２０】
0003689746.tif 000054
【図２１】
0003689746.tif 000055
【図２２】
0003689746.tif 000056
【図２３】
0003689746.tif 000057
【図２４】
0003689746.tif 000058
【図２５】
0003689746.tif 000059
【図２６】
0003689746.tif 000060
【図２７】
0003689746.tif 000061
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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