(57)【要約】【課題】  タンデム方式の画像形成装置において用いられる光走査装置内の光源数を減らしながらも、レーザビームを遮光するなどの措置をとらずとも良く、かつ、光源の光量を増加させずに済み、安価で高速かつ高密度な画像出力を可能にする光デバイスを提供する。【解決手段】  本発明の光デバイスは、レーザビームを第１の方向に偏向する第１の偏向領域部とレーザビームを第１の方向とは異なる第２の方向に偏向する第２の偏向領域部とを備えた偏向手段４ａと、前記偏向手段４ａの第１の偏向領域部からのレーザビームを出射する第１の出射部と、前記偏向手段の第２の偏向領域部からのレーザビームを出射する第２の出射部とを有し、前記偏向手段４ａの第１の偏向領域部と第２の偏向領域部に交互にレーザビームを入射させることにより、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっている。【選択図】      図９
2008233160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを第１の方向に偏向する第１の偏向領域部とレーザビームを第１の方向とは異なる第２の方向に偏向する第２の偏向領域部とを備えた偏向手段と、前記偏向手段の第１の偏向領域部からのレーザビームを出射する第１の出射部と、前記偏向手段の第２の偏向領域部からのレーザビームを出射する第２の出射部とを有し、前記偏向手段の第１の偏向領域部と第２の偏向領域部に交互にレーザビームを入射させることにより、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光デバイスにおいて、前記偏向手段は、円板状部材からなり、第１の偏向領域部と第２の偏向領域部が円周方向交互に形成され、円板状部材が回転することにより第１の偏向領域部と第２の偏向領域部とに交互にレーザビームが入射し、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光デバイスにおいて、前記第２の偏向領域部は、レーザビームを偏向せずに透過する非偏向領域部であることを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の光デバイスにおいて、前記偏向手段の第１の偏向領域部は、前記レーザビームの波長と同等もしくはそれ以下のピッチからなる凹凸構造部をもつ回折作用を有する領域として形成されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
１個の光源からのレーザビームを時分割に偏向し、副走査方向に分割された複数のレーザビームを交互に出射する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光デバイスと、副走査方向に複数段のポリゴンミラーを有し、各段のポリゴンミラーの反射面が回転方向に所定角度ずれて配置されている光偏向手段とを有し、該光偏向手段は、前記光デバイスから交互に出射される副走査方向に分割されたレーザビームを、対応する段のポリゴンミラーによって主走査方向に偏向走査するようになっており、これにより、複数の被走査面上へ向かう光走査光路を時間的に順次選択し、１個の光源からのレーザビームで複数の被走査面上を光走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５記載の光走査装置において、３つ以上の被走査面上へ向かうレーザビームを請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の単一の光デバイスに入射させることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項５記載の光走査装置において、請求項２記載の光デバイスの第１の偏向領域部と第２の偏向領域部の円周方向の分割数は、前記ポリゴンミラーの反射面の整数倍となっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項５記載の光走査装置において、請求項２記載の光デバイスは、ポリゴンミラーと回転数及び回転位相が一定となるように駆動制御されることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
潜像担持体に光走査により潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスおよび光走査装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、１個の光源の出射光束を光束分割手段で２本に分け、互いに角度をずらして重ねた２枚の（上下段の）ポリゴンミラーを同軸で回転させる偏向手段（上下段のポリゴンミラー）にそれぞれ入射させ、偏向手段（上下段のポリゴンミラー）によって相異なるタイミングで偏向走査された各光束は、それぞれ所定の光学系である第１走査レンズ，ミラー，第２走査レンズを経て個別の感光体に至り、主走査を行う技術が示されている。
【０００３】
特許文献１の光走査装置においては、従来のタンデム方式のように光源数の増加、それに伴い、部品点数の増加、複数光源間の波長差に起因する色ずれ、コストアップがないといった利点があるものの、１個の光源を常に副走査方向に分割するため、被走査面上へ向かわないレーザビームを遮光する必要があり、かつ、光源の光量が２倍必要となる。したがって、光源の寿命短縮や逆に大出力光源を使用する必要があり、コストアップとなるとともに、発熱、温度上昇により光走査装置内のレンズ等の変形を発生させ、光走査装置の走査位置変動を誘発するなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００６−２８４８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、タンデム方式の画像形成装置において用いられる光走査装置内の光源数を減らしながらも、レーザビームを遮光するなどの措置をとらずとも良く、かつ、光源の光量を増加させずに済み、安価で高速かつ高密度な画像出力を可能にする光デバイスおよび光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、レーザビームを第１の方向に偏向する第１の偏向領域部とレーザビームを第１の方向とは異なる第２の方向に偏向する第２の偏向領域部とを備えた偏向手段と、前記偏向手段の第１の偏向領域部からのレーザビームを出射する第１の出射部と、前記偏向手段の第２の偏向領域部からのレーザビームを出射する第２の出射部とを有し、前記偏向手段の第１の偏向領域部と第２の偏向領域部に交互にレーザビームを入射させることにより、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっていることを特徴とする光デバイスである。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光デバイスにおいて、前記偏向手段は、円板状部材からなり、第１の偏向領域部と第２の偏向領域部が円周方向交互に形成され、円板状部材が回転することにより第１の偏向領域部と第２の偏向領域部とに交互にレーザビームが入射し、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光デバイスにおいて、前記第２の偏向領域部は、レーザビームを偏向せずに透過する非偏向領域部であることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光デバイスにおいて、前記偏向手段の第１の偏向領域部は、前記レーザビームの波長と同等もしくはそれ以下のピッチからなる凹凸構造部をもつ回折作用を有する領域として形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５記載の発明は、１個の光源からのレーザビームを時分割に偏向し、副走査方向に分割された複数のレーザビームを交互に出射する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光デバイスと、副走査方向に複数段のポリゴンミラーを有し、各段のポリゴンミラーの反射面が回転方向に所定角度ずれて配置されている光偏向手段とを有し、該光偏向手段は、前記光デバイスから交互に出射される副走査方向に分割されたレーザビームを、対応する段のポリゴンミラーによって主走査方向に偏向走査するようになっており、これにより、複数の被走査面上へ向かう光走査光路を時間的に順次選択し、１個の光源からのレーザビームで複数の被走査面上を光走査することを特徴とする光走査装置である。
【００１０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の光走査装置において、３つ以上の被走査面上へ向かうレーザビームを請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の単一の光デバイスに入射させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の光走査装置において、請求項２記載の光デバイスの第１の偏向領域部と第２の偏向領域部の円周方向の分割数は、前記ポリゴンミラーの反射面の整数倍となっていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項８記載の発明は、請求項５記載の光走査装置において、請求項２記載の光デバイスは、ポリゴンミラーと回転数及び回転位相が一定となるように駆動制御されることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項９記載の発明は、潜像担持体に光走査により潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、レーザビームを第１の方向に偏向する第１の偏向領域部とレーザビームを第１の方向とは異なる第２の方向に偏向する第２の偏向領域部とを備えた偏向手段と、前記偏向手段の第１の偏向領域部からのレーザビームを出射する第１の出射部と、前記偏向手段の第２の偏向領域部からのレーザビームを出射する第２の出射部とを有し、前記偏向手段の第１の偏向領域部と第２の偏向領域部に交互にレーザビームを入射させることにより、第１の出射部と第２の出射部から交互にレーザビームが出射されるようになっているので、高効率で高速に光路を切替えることが可能な光デバイスを実現できる。
【００１５】
また、請求項５乃至請求項８記載の発明によれば、１個の光源からのレーザビームを時分割に偏向し、副走査方向に分割された複数のレーザビームを交互に出射する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光デバイスと、副走査方向に複数段のポリゴンミラーを有し、各段のポリゴンミラーの反射面が回転方向に所定角度ずれて配置されている光偏向手段とを有し、該光偏向手段は、前記光デバイスから交互に出射される副走査方向に分割されたレーザビームを、対応する段のポリゴンミラーによって主走査方向に偏向走査するようになっており、これにより、複数の被走査面上へ向かう光走査光路を時間的に順次選択し、１個の光源からのレーザビームで複数の被走査面上を光走査するので、光源数を減らしながらも、レーザビームを遮光するなどの措置をとらずとも良く、かつ光源の光量を増加させずに済み、安価で高速かつ高密度な画像出力を可能にする光走査装置を実現できる。
【００１６】
特に、請求項６記載の発明によれば、３つ以上の被走査面上へ向かうレーザビームを前記請求項１乃至請求項４記載の単一の光デバイスに入射させるようにしたため、光デバイスの個数を低減させ、光走査装置内のレイアウト性を向上させ、小型、低コスト化が可能な光走査装置が実現できる。
【００１７】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の光走査装置において、請求項２に記載の光デバイスの第１の偏向領域部と第２の偏向領域部の円周方向の分割数は、前記ポリゴンミラーの反射面の整数倍となっているので、偏向手段を回転駆動する回転駆動部の消費電力を低減することができ、発熱の少ない光走査装置を実現できる。
【００１８】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項５記載の光走査装置において、請求項２記載の光デバイスは、ポリゴンミラーと回転数及び回転位相が一定となるように駆動制御されるので、複数の被走査面への主走査タイミングを確実にすることが可能な光走査装置を実現できる。
【００１９】
また、請求項９記載の発明によれば、潜像担持体に光走査により潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられるので、画像形成装置の高画質化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る光走査装置の構成例を示す図である。図１を参照すると、この光走査装置は、光源である半導体レーザ１，１’から放射されたレーザビームが光デバイス４により副走査方向に時分割で偏向され、副走査方向に時分割で偏向されたレーザビーム（図９（ａ）に示すレーザビームＬ１１）がシリンドリカルレンズ５ａに入射し、また、光デバイス４を透過して出射されたレーザビーム（図９（ｂ）に示すレーザビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ５ｂに入射するように構成されている（図９（ａ），（ｂ）に示されている光デバイス４については後に詳述する）。
【００２２】
なお、図１において、符号７はポリゴンミラーからなる光偏向器であり、符号６はポリゴンミラーからなる光偏向器７の図示しない光学ハウジングの窓に設けられた防音ガラスである。
【００２３】
ここで、光偏向器７は、上ポリゴンミラー７ａ，下ポリゴンミラー７ｂが副走査方向（回転軸方向）に上下２段に積設されて構成され、図示していない駆動モータにより回転軸の周りに回転させられるようになっている。上ポリゴンミラー７ａ，下ポリゴンミラー７ｂは、図１の例においては、共に、４面の偏向反射面をもつ同一形状のものであるが、上ポリゴンミラー７ａの偏向反射面に対し、下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は、回転方向へ所定角θｐ（＝４５度）ずれている。
【００２４】
また、図１において、符号８ａ，８ｂは第１走査レンズであり、符号１０ａ，１０ｂは第２走査レンズであり、符号９ａ，９ｂは光路折り曲げミラーである。また、符号１１ａ，１１ｂは感光体である。また、符号１０１ａ，１０１ｂはレーザビーム検出器（走査位置検出モジュール）であり、走査されるレーザビームの副走査方向の位置を検出するものである。
【００２５】
第１走査レンズ８ａ，第２走査レンズ１０ａと光路折り曲げミラー９ａは、光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａにより偏向される２本のレーザビームを、対応する光走査位置である感光体１１ａ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系として構成されている。
【００２６】
同様に、第１走査レンズ８ｂ，第２走査レンズ１０ｂと光路折り曲げミラー９ｂは、光偏向器７の下ポリゴンミラー７ｂにより偏向される２本のレーザビームを、対応する光走査位置である感光体１１ｂ上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系として構成されている。
【００２７】
図１の構成では、光源側からの４本のレーザビーム（半導体レーザ１から出射し光デバイス４で副走査方向に時分割で偏向された２本のレーザビームと半導体レーザ１’から出射して光デバイス４で同様に時分割で偏向された２本のレーザビームを合わせて計４本）は、防音ガラス６を介して光偏向器７に入射し、光偏向器７で偏向されたレーザビームは防音ガラス６を介して走査結像光学系側へ射出される。
【００２８】
なお、ここで、半導体レーザ１，１’から放射されたレーザビームは、光偏向器７の回転軸方向から見て、偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められており、従って、偏向反射面に入射してくる２光束の各対はレーザビーム相互が「開き角（偏向反射面の側から光源側を見たとき、２本のレーザビームの回転軸に直交する面への射影がなす角をいう。）」を有している。
【００２９】
このようにして、光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａにより偏向される２本のレーザビームにより、感光体１１ａ面上に２本のレーザビームによりマルチビーム走査がなされ、同様に、光偏向器７の下ポリゴンミラー７ｂにより偏向される２本のレーザビームにより、感光体１１ｂ面上に２本のレーザビームによりマルチビーム走査がなされる。
【００３０】
光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａと下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は互いに回転方向に４５度ずれているので、上ポリゴンミラー７ａによる偏向レーザビームが感光体１１ａの光走査を行うとき、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向レーザビームは、感光体１１ｂには導光されず、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向レーザビームが感光体１１ｂの光走査を行うとき、上ポリゴンミラー７ａによる偏向レーザビームは、感光体１１ａには導光されない。即ち、感光体１１ａ，１１ｂの光走査は、時間的にずれて交互に行われることになる。
【００３１】
図２（ａ），（ｂ）は、従来例を説明するための図（後述の光デバイスではなく、光束分割素子であり、図１５のようにＬ１がＬ１１とＬ１２に常に分割され、Ｌ１１およびＬ１２の光量はＬ１の１／２となる）である。なお、図２（ａ），（ｂ）は説明図であるので、煩雑を避け、光偏向器へ入射するレーザビーム（実際には４本である）を「入射光」、偏向されるレーザビームを「偏向光ａ、偏向光ｂ」として示している。図２（ａ）は、入射光が光偏向器７に入射し、上ポリゴンミラー７ａで反射されて偏向された「偏向光ａ」が光走査位置へ導光されるときの状況を示している。このとき、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ｂは光走査位置へは向かわない。図２（ｂ）は、下ポリゴンミラー７ｂで反射されて偏向された「偏向光ｂ」が光走査位置へ導光されるときの状況を示している。このとき、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ａは光走査位置へは向かわない。
【００３２】
なお、従来では、一方のポリゴンミラーによる偏向光が光走査位置へ導光されている間に、他方のポリゴンミラーによる偏向光が「ゴースト光」として作用しないように、図２（ａ），（ｂ）に示すように適宜の遮光手段ＳＤを用いて、光走査位置へ導光されない偏向光を遮光する必要があった。
【００３３】
これに対し、図３（ａ），（ｂ）は本発明を説明するための図であり、図２と同様に、煩雑を避け、光偏向器へ入射するレーザビームを「入射光Ｌ１１またはＬ１２」、偏向されるレーザビームを「偏向光ａ、偏向光ｂ」として示している。ここで、図３（ａ）には、入射光Ｌ１１が光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａにのみ入射し、偏向された「偏向光ａ」が光走査位置へ導光される場合が示され、また、図３（ｂ）には、入射光Ｌ１２が下ポリゴンミラー７ｂにのみ入射し偏向された「偏向光ｂ」が光走査位置へ導光されるときの状況が示されている。なお、このとき、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ｂは光走査位置へは向かわないので、従来例のような遮光手段ＳＤを用いる必要が無い。
【００３４】
また、図４は、レーザビーム検出器１０１ａ，１０１ｂによって検出された検出位置に基づいて走査レーザビームを所望の副走査位置へ補正する液晶偏向素子１０２の構造を示す図であり、液晶偏向素子１０２は、駆動回路４１で矩形波または正弦波電圧が入力されると、入射するレーザビームを図５に示すように副走査方向に偏向する（非動作の場合には、偏向せずに透過する）機能を有する光学素子である。上記のように、レーザビーム検出器１０１ａ，１０１ｂで検出された検出位置に基づいて、液晶偏向素子１０２を駆動制御して走査レーザビームを所望の副走査位置へ補正することができる。液晶偏向素子１０２は、４本のレーザビームに対応するように４つの独立して制御できる液晶偏向領域を有しており、各々のレーザビームを独立に制御することが可能となっている。したがって、光デバイス４の出射側に配置されるのが好ましい。
【００３５】
上記のように、図１の例では、感光体１１ａ，１１ｂの（マルチビーム方式の）光走査は交互に行われるので、例えば、感光体１１ａの光走査が行われるときは光源の光強度を「ブラック画像の画像信号」で変調し、感光体１１ｂの光走査が行われるときは光源の光強度を「シアン画像の画像信号」で変調すれば、感光体１１ａには黒画像の静電潜像を、感光体１１ｂにはシアン画像の静電潜像を書込むことができる。
【００３６】
図６は「共通の光源（図１の半導体レーザ１，１’）」によりブラック画像とシアン画像の書込みを行う場合において、「有効走査領域において全点灯する場合」のタイムチャートを示している。実線はブラック画像の書込みに相当する部分、破線はシアン画像の書込みに相当する部分を示す。ブラック画像，シアン画像の書き出しの主走査タイミングは、有効走査領域外に配備されるレーザビーム検出器１０１ａ，１０１ｂで光走査開始位置へ向かうレーザビームを検知することにより決定される（すなわち、レーザビーム検出器１０１ａ，１０１ｂは、レーザビームの副走査方向の位置を検出する機能とともに、主走査方向の同期検知機能を有している）。ブラック画像を書込む時間領域とシアン画像を書込む時間領域での「光源の発光強度」を同じに設定すると、光源から感光体１１ａ、１１ｂに至る各光路において、光デバイス４の偏向手段の第１の偏向領域部と第２の偏向領域部（後に詳述）の透過率やその他の光学素子の透過率や反射率に相対的な差異が存在する場合には、各感光体に到達するレーザビームの光量が異なるので、図６に示すように、異なる感光体面を光走査するときに光源における発光強度を異ならせることにより、異なる感光体面上に到達する光量を等しくすることができる。
【００３７】
また、レーザビーム検出器１０１ａ（１０１ｂ）は、図１に示したように、感光体１１ａ（１１ｂ）の面上を走査するレーザビームと光学的（特にｆθ特性）に等価となる位置に配置されている。図１に示したような感光体面の走査延長上が望ましいが、レイアウトの都合上、図示しない反射ミラーを経由してレーザビーム検出器内をレーザビームが走査する構成などとしてもよい。
【００３８】
図７（ａ），（ｂ）はレーザビーム検出器１０１ａ（１０１ｂ）の構成と検出信号を説明するための図である。すなわち、図７（ａ）はレーザビーム検出器の構成を示す図であり、図７（ｂ）はレーザビーム検出器の出力信号を示す図である。図７（ａ）において、符号１９は検出器、ＰＤ１は第１系統の受光素子、ＰＤ２は第２系統の受光素子、Ｄは最大素子幅（主走査方向の全幅）、Ｈは副走査方向の有効検出高さ、θは受光素子傾斜辺の角度、ＡＭＰは増幅器、ＣＭＰは比較器である。
【００３９】
図７（ａ）を参照すると、第１系統の受光素子ＰＤ１，第２系統の受光素子ＰＤ２は、主走査方向に隣接して配置され、ともに、レーザビームが通過する領域において互いに非平行に形成された２つの受光領域に分かれている。それぞれの領域は、受光素子ＰＤ１とＰＤ２で隣接して配置され、隣接している端縁部は互いに平行に直線的に形成されている。各々の受光素子の２つの受光領域の間の角度は、角度θ（０＜θ＜９０°）をもたせて配置する。
【００４０】
２つの受光領域のうち一方をレーザビームの走査方向に対し垂直に形成すると、レーザビームが副走査方向にずれた場合もセンサ出力のタイミングが変化しないので、水平同期信号を得るのに好適である。
【００４１】
受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の出力信号をそれぞれ増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２により電流電圧変換と電圧増幅を行った後、比較器ＣＭＰにて電圧比較を行い、ＡＭＰ２の出力信号レベルがＡＭＰ１の出力信号レベルより低くなったときに、ＣＭＰからは出力信号が出力される。このようにＡＭＰ１とＡＭＰ２のクロスポイントを検知しているので、レーザビームの光量が変化しても検出精度に影響を与えない高精度検出が可能となる。そのために、２系統の受光素子の主走査方向の隣接間隔は、通過するレーザビーム径より小さく設定している。
【００４２】
また、図７（ｂ）には、レーザビームが受光素子ＰＤ１，ＰＤ２を通過したときのレーザビーム検出器の出力信号が示されている。図７（ｂ）からわかるように、レーザビームの通過により２つのパルスが出力され、その２つのパルスの立下りから立下りまでの時間間隔Ｔｓは、レーザビームが走査される副走査の位置に依存する。例えばレーザビームがＸ１からＸ２の位置に変化したときに時間間隔差がΔＴｓのとき、レーザビームの副走査位置変化Δｈは、次式（数１）から求められる。
【００４３】
【数１】
2008233160.tif 000003
【００４４】
ここで、ｖは走査されるレーザビームの速度である。
【００４５】
なお、１つの光源ユニットがレーザビームを複数本有する、所謂、マルチビーム光源ユニットである場合のように、ポリゴンミラー１面で複数本のレーザビームが同時に走査されるような場合、レーザビーム検出器を走査するときのみ任意の１つのレーザビームが走査するように、他のレーザビームはその時のみ検知しない程度に減光または消光する。これは、複数のレーザビームがレーザビーム検出器の受光部を走査してしまうと検出値が誤った結果を出力するからである。
【００４６】
実際のポリゴンミラーにおいては、面倒れ，ジッター成分が存在するため、上記時間間隔に誤差（ばらつき）が発生する。本発明では、誤差成分による検出精度の悪化を防止するため以下の対応を行っている。
【００４７】
すなわち、図８（ａ）は連続回転しているポリゴンミラーから得られるＣＭＰ出力信号の一部を示しており、時間間隔にはレーザビーム検出器内を走査するときのＴｓ（ＰＤ１からＰＤ２までの時間間隔）とＴＬ（ＰＤ２から次のポリゴンミラー面で走査されるＰＤ１までの時間間隔）とが存在する。ＴｓとＴＬの比率は、走査幅とポリゴンミラー回転数（走査速度）等によって決まるものであり、例えば（Ｔｓ：ＴＬ＝１：２００〜４００）のように顕著な比率となる。
【００４８】
図８（ｂ）は上記時間間隔についてグラフ化したものである。ポリゴンミラーによる時間間隔のばらつきの影響を軽減するために、時間間隔の計測データを順次記憶手段にメモリしておき２つの時間間隔グループに分け、時間間隔の短い方の平均値をレーザビームの副走査位置と判断している。時間間隔の短い方を分離する方法として、２つのグループ間隔は大きな差であることから、ＴｓとＴＬの中間時間間隔を演算して、フィルタをかける方法がある。
【００４９】
なお、レーザビームの副走査位置の変化については、基準となる時間間隔値を基準位置の情報として予め記憶手段に記憶させておき、レーザビーム検出器で検出された時間間隔と基準となる時間間隔の差分を演算することにより、レーザビームの副走査位置の変化を検出することが可能となる。基準となる時間間隔値は、工場出荷時や補正開始時のレーザビームの走査位置に相当する時間間隔値としている。上記基準位置は、補正制御のもととなる副走査位置データとなるため、非常に重要であり、レーザビーム検出器での計測は少なくとも３回以上同じ計測を行い、内１回が他の副走査位置データよりも著しく異なる場合（３回以上の平均＋標準偏差σよりも大きい場合）には、その副走査位置データを削除し、再度計測を行い、再度上記チェックを行い、基準位置とすることが好ましい。
【００５０】
上記のようなレーザビームの副走査位置の変化の検出結果に基づき、各色に対応して光路内に配置されている液晶偏向素子（図４を参照）を駆動し、フィードバック補正することで、色ずれの少ない高画質カラー画像を形成することが可能となる。フィードバック補正は任意の基準色に相当するレーザビームの副走査位置変化に対して、他の色のレーザビームの副走査位置が中間転写ベルト上で合致するように液晶偏向素子を駆動し補正する。なお、基準色を予め設定しておくことにより、その色に相当する液晶偏向素子を削除することによる低コスト化も可能である。その際には駆動しない時の液晶偏向素子の横倍率と等価なレーザ透過部材（平板ガラス）を挿入することが好適である。
【００５１】
また、レーザビーム検出器は、画像の走査領域外に配置されるため、従来のような偏向反射面が６面のような場合には走査画角が狭く、光学特性が劣化する問題があった。これに対し、図１の例のように、走査画角が広く確保できる４面の偏向反射面では、光学特性の劣化が少ないものの、劣化がないわけではないので、できる限り画像の走査領域内にレーザビーム検出器を近づけるようにすることが望ましい。
【００５２】
なお、レーザビーム検出器１０１ａ（１０１ｂ）は副走査方向に移動可能となっている。レーザビーム検出器は、図示しない光学ハウジングに固定され、当該光学ハウジングに対してネジ機構などにより副走査方向に移動可能となっている。移動調整は光走査装置の製造（組立）過程で走査ビームがレーザビーム検出器内の受光素子の副走査検出可能領域Ｈ（図７（ａ）を参照）の略中央となるように初期調整する。略中央とする理由は、走査ビームの副走査方向の位置が副走査上流，下流側に変化する可能性があるため、できるだけ検出範囲を副走査上流，下流を同程度に確保しておくためである。なお、略中央とは、厳密に中央というのは困難なので、中央部に対して副走査検出可能領域Ｈの１／１０の領域範囲内に調整することが好ましい。
【００５３】
次に、図９（ａ），（ｂ）に示す光デバイス４について詳述する。なお、図９（ａ），（ｂ）は、ポリゴンスキャナの回転軸方向の断面図となっている。
【００５４】
図９（ａ），（ｂ）の例では、光デバイス４は、第一の偏向手段である円板状の平行平板からなる光学素子４ａと、第二の偏向手段である平行平板からなる光学素子４ｂとで構成されている（なお、ここでいう偏向とは、回折の一種を偏向機能として作用させるものであり、後述の微細凹凸構造部のピッチをレーザビームの波長以下に最適化形成することにより、高次成分をもたず任意の次数の回折光を高効率で達成することができる）。
【００５５】
また、図９（ａ），（ｂ）の例では、光学素子４ａの一端側表面には、後述の図１０（ａ），（ｂ）に示すように、微細凹凸パターン（凹凸構造部）が形成された第１の偏向領域部４ａ１と第２の偏向領域部４ａ２とが円周方向に等分割されて交互に形成されている。なお、図９（ａ），（ｂ），図１０（ａ），（ｂ）の例では、第２の偏向領域部４ａ２には凹凸構造部は形成されておらず、従って、第２の偏向領域部４ａ２は、レーザビームを偏向せずに透過する非偏向領域部として構成されている。なお、光学素子４ａ，４ｂは、後述する良さから樹脂材料で構成されている。
【００５６】
このような構成の光デバイス４では、図９（ａ）に示すように光学素子４ａの第１の偏向領域部４ａ１に光源装置からのレーザビームＬ１が入射すると、図９（ａ）に示すように偏向角δをもって副走査方向に偏向され、偏向されたレーザビームは光学素子４ｂの偏向領域４ｂ１（後述の図１０（ｃ）を参照）へ入射し、同じ偏向角δをもって、光デバイス４の第１の出射部からＬ１１として出射され、光偏向器７の上段ポリゴンミラー反射面７ａへ入射する。光学素子４ａは図示しない駆動モータにより回転し、図９（ｂ）に示すように光学素子４ａの第２の偏向領域部（図９（ｂ）の例では非偏向領域部）４ａ２にレーザビームＬ１が入射すると、光学素子４ａを透過して（光学素子４ｂを経ず）、光デバイス４の第２の出射部からＬ１２として出射され、下段のポリゴンミラー反射面７ｂへ入射する。
【００５７】
このように光デバイス４は、回折現象を原理とした偏向機能を利用し、ポリゴンミラーへ入射するレーザビームを時分割で上下段に振り分けており、この作用を、「時分割で偏向している」と表現する。
【００５８】
光学素子４ａの回転は、ポリゴンミラーの回転と同期して制御され、上段ポリゴンミラー反射面７ａで主走査されるタイミングのときは偏向領域４ａ１にレーザビームＬ１がくるように、また下段ポリゴンミラー反射面７ｂで主走査されるタイミングのときは偏向領域４ａ２にレーザビームＬ１がくるように、光偏向器７と光学素子４ａとは回転数及び回転位相が一定となるように駆動制御される。具体的には、ポリゴンミラーの偏向走査によりレーザビーム検出器で検出された信号に対して、光偏向器７及び光デバイス４の駆動モータの回転位置信号が同期するように制御される。制御方式は高精度化が可能なＰＬＬ制御が好ましい。
【００５９】
図１０（ａ），（ｂ）は上述した第一の偏向手段である光学素子４ａの具体例を示す図であり、図１０（ａ）の例では、ポリゴンミラーの反射面数と光学素子４ａに形成された第１の偏向領域部４ａ１と第２の偏向領域部（非偏向領域部）４ａ２の分割数とが同数の「４」となっている。また、図１０（ｂ）の例では、光学素子４ａの第１の偏向領域部４ａ１と第２の偏向領域部（非偏向領域部）４ａ２の分割数とが同数の「８」となっており、この場合、光学素子４ａの回転数は光偏向器７の回転数の１／２で良く、消費電力の低減に効果的である。この例のように、光学素子４ａの第１の偏向領域部４ａ１と第２の偏向領域部（非偏向領域部）４ａ２の分割数は、ポリゴンミラーの反射面数の整数倍であればよく、偏向領域の有効範囲サイズにしたがって、できるだけ分割数を多くした方が回転数を低減できるので好適である。
【００６０】
また、図１０（ｃ）は第二の偏向手段である光学素子４ｂの具体例を示す図である。光学素子４ｂの偏向領域部４ｂ１は、光学素子４ａの第１の偏向領域部４ａ１の有効範囲と同等サイズでよく、光学素子４ｂは、偏向領域部４ｂ１によって偏向されるレーザビームＬ１１が上段ポリゴンミラー７ａに入射可能な位置に配置される。
【００６１】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は光デバイス４の光学素子４ａ，４ｂの偏向領域部４ａ１，４ｂ１に形成される凹凸構造部（偏向領域（回折格子））の例を示す図である。
【００６２】
図１１（ａ）の例では、凹凸構造部は、凹凸パターン部４１と基板４２とが樹脂材により一体形成されたものとなっている。この場合、回転時の変形が光学特性に影響しないように機械的剛性を上げる必要があり、基板厚さｔは１ｍｍ以上として機械的強度を確保している（ヤング率３０００Ｍｐａ以下である樹脂製のレーザ透過部材の場合）。
【００６３】
また、図１１（ｂ）の例では、凹凸構造部は、レーザ透過部材（以下の説明により高いヤング率７３０００Ｍｐａを有する石英が好適である）からなる基板４４上に凹凸パターン部４３が形成されたものとなっている。この場合、石英基板４４は、樹脂よりも機械的強度が高いので、基板厚さが０．３〜０．５ｍｍでも機械的強度を確保でき、かつ石英基板４４と屈折率を大きく異にする材料（石英の屈折率１．５２に対して０．５以上の樹脂）で凹凸パターン部４３を形成することにより、回折効率を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、図１１（ｃ）の例では、図１１（ｂ）で示した凹凸パターン部のみの形成を容易にするために、図１１（ａ）の基板４２の部分を薄板フィルム状にして凹凸パターン部を一体構造としたフィルム状部材４５を基板４６上に接着等により固着したものとなっており、図１１（ｂ）と比較して製作コストの低減を図ることができるとともに、凹凸パターン部のみ取付ける図１１（ｂ）の構成と比較して形成精度劣化のない安定した特性を有する回折光学素子を提供できる。図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような凹凸構造部は、光学素子４ａ，４ｂの表層に形成されている。また、偏向領域部４ａ１，４ｂ１は、例えば図１０（ｂ）に示すように、主走査方向のサイズＤ１がレーザビームの光束幅（具体的には３ｍｍ以上）で、副走査方向（ポリゴンミラーの回転軸方向）のサイズＤ２がポリゴンミラー反射面へ入射する線像幅以上となる１ｍｍ以上で良い。
【００６５】
また、凹凸パターン部は、板状の部材表面に形成されたレーザビームの波長レベルのピッチＰを有する径方向に周期的な微細凹凸構造であり、使用波長における所望の偏向角（回折角）、回折効率を満足するピッチＰ、凸幅Ｄ、溝深さｈおよび材料が最適設計化されている。より具体的に、凹凸パターン部は、径方向に一次元の周期性構造により光学的には−１次光（回折光）のみを回折する。本発明において使用されるレーザビームの波長は可視光〜近赤外領域（４００ｎｍ乃至８００ｎｍ）であり、凹凸パターン部のピッチなどは光走査装置におけるレーザビーム径および感光体の波長感度の特性に応じて設定されている。具体的には、レーザビームの波長が６５０ｎｍで、樹脂材料の屈折率１．５３である場合、凹凸パターン部のピッチＰを４００〜６５０ｎｍの範囲とし（レーザビームの波長と同等若しくはそれ以下のピッチとし）、溝深さｈ／凸幅Ｄの比率ｈ／Ｄを１〜２の範囲とすることにより、９８％以上の回折効率を達成することができる。
【００６６】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は樹脂材料からなる凹凸構造部（回折光学素子）の形成方法の一例を示す図である。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、台座に固定された回折光学素子の母材１５２に対して、型１５１を矢印方向（図面下方）へ移動させ（図１２（ａ））、型１５１の移動，プレスによって母材１５２に凹凸パターン部を転写する（図１２（ｂ））。その際、樹脂は、硬化特性により以下のように適宜設定される。
【００６７】
すなわち、熱可塑性樹脂（アクリル樹脂，ポリスチレン，ポリカーボネート，ゼオネックス（日本ゼオン株製）など）の場合は、樹脂材料を予めガラス転移点以上に加熱して変形容易な状態にしておき、その状態で型１５１をプレスして凹凸パターン部を転写する。熱可塑性樹脂の中でも、成形性の良さと低吸水率から、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）やシクロオレフィンコポリマ（ＣＯＣ）が好適である。また、熱硬化性樹脂（熱硬化性ポリイミドなど）の場合は、粘度の低い状態の樹脂材料に型１５１をプレスし、その後、熱硬化温度まで加熱することにより凹凸パターン部を転写する。また、紫外線硬化性樹脂（ＴＢ３０７８（（株）スリーボンド製）など）の場合は、粘度の低い状態の樹脂材料に型１５１をプレスし、その後、紫外線を照射することにより硬化し、凹凸パターン部を転写する。
【００６８】
このようにして母材１５２に凹凸パターン部を転写した後、型１５１を母材１５２から離し（離型）、凹凸構造部が完成する（図１２（ｃ））。
【００６９】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）の方式では、エッチングによる高価で生産性の低い加工方法を行うことなく、安価なプレス方式によるであるので、加工コストの低減が図れる。なお、型１５１は大量生産にも対応可能とするため、形状精度が高くかつ摩耗による形状精度劣化の少ない材料で形成されるのが良い。具体的には、石英材料にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）描画，エッチングによって加工した微細構造のマスタを型として使用することができる。
【００７０】
図１３は図１に示した光走査装置を光偏向器７を挟んで対向する位置に配置したものであり、４色対応でタンデム型の光走査装置である（４つの被走査面を有する）。図１３は光走査装置の光学系部分を、副走査方向、即ち、光偏向器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、光偏向器７から光走査位置に至る光路上の光路屈曲用のミラーについては図示を省略し、光路が直線となるように描いた。この光走査装置は、４つの光走査位置をそれぞれ１本のレーザビームで光走査する例としている。また、光走査位置のそれぞれには、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが配置され、これら４個の感光体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、カラー画像を形成するようになっている。
【００７１】
図１３において、符号１ＹＭ，１ＣＫはそれぞれ半導体レーザである。これら半導体レーザ１ＹＭ，１ＣＫはそれぞれが１本のレーザビームを放射する。半導体レーザ１ＹＭは「イエロー画像に対応する画像信号」と「マゼンタ画像に対応する画像信号」で交互に強度変調される。また、半導体レーザ１ＣＫは「シアン画像に対応する画像信号」と「黒画像に対応する画像信号」で交互に強度変調される。半導体レーザ１ＹＭから放射されたレーザビームは、カップリングレンズ３ＹＭにより平行光束化され、アパーチュア１２ＹＭを通過してビーム整形された後、光デバイス４００に入射して、副走査方向にレーザビームが時分割で偏向される。光デバイス４００は、図９に即して説明した光デバイス４と機能としては同様のものであるが、タンデム型の光走査装置にて単一の光デバイス４００を配置し、図９で示した第一の偏向手段を共有している。
【００７２】
光デバイス４００から交互に出射されたレーザビームのうち１本はイエロー画像を書込むのに使用され、他の１本はマゼンタ画像を書込むのに使用される。副走査方向に時分割で偏向されたレーザビームは、液晶偏向素子１０２ＹＭにより必要に応じて副走査位置を補正するように制御され、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ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、光偏向器７に入射する。光偏向器７は、図１，図３に即して説明したものと同様のものであり、具体的には、例えば４面の偏向反射面を持つポリゴンミラーを回転軸方向へ２段に積設し、ポリゴンミラー相互の偏向反射面を回転方向へずらして一体化したものである。シリンドリカルレンズ５Ｙ，５Ｍによる主走査方向に長い線像は、各ポリゴンの偏向反射面位置近傍に結像する。  
【００７３】
光偏向器７により偏向されるレーザビームは、それぞれ第１走査レンズ８Ｙ、８Ｍ、第２走査レンズ１０Ｙ、１０Ｍを透過し、これらレンズの作用により光走査位置１１Ｙ、１１Ｍに光スポットを形成し、これら光走査位置を光走査する。半導体レーザ１ＣＫから放射されたレーザビームも前記と同様である。
【００７４】
図１４はカラー画像形成装置の構成例を示す図である。図１４において、符号２０で示す部分が光走査装置であり、カラー機用として４色分（イエロ，マゼンダ，シアン，ブラック）の走査結像光学系をもち、各色に相当するレーザビームが感光体に集光する様子が示されている。
【００７５】
図１４を参照すると、光偏向器７の上段のポリゴンミラーにより偏向されるレーザビームのうち一方は、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光走査位置の実体をなす感光体１１Ｍに導光され、他方のレーザビームは、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光走査位置の実体をなす感光体１１Ｃに導光される。
【００７６】
また、光偏向器７の下段のポリゴンミラーにより偏向されるレーザビームのうち一方は、光路折り曲げミラーｍＹにより屈曲された光路により光走査位置の実体をなす感光体１１Ｙに導光され、他方のレーザビームは、光路折り曲げミラーｍＫにより屈曲された光路により光走査位置の実体をなす感光体１１Ｋに導光される。
【００７７】
従って、２個の半導体レーザ１ＹＭ，１ＣＫからのレーザビームがそれぞれハーフミラープリズム４ＹＭ，４ＣＫで２本のレーザビームに分割されて４本のレーザビームとなり、これら４本のレーザビームにより、４個の感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが光走査される。感光体１１Ｙと１１Ｍとは半導体レーザ１ＹＭからのレーザビームを２分割した各レーザビームにより、光偏向器７の回転に伴い交互に光走査され、感光体１１Ｃと１１Ｋとは半導体レーザ１ＣＫからのレーザビームを２分割した各レーザビームにより、光偏向器７の回転に伴い交互に光走査される。
【００７８】
感光体１１Ｙ〜１１Ｋはいず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、それぞれ対応するレーザビームの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。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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が合成的に構成される。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。
【００８１】
図１３，図１４の例では、単一の光デバイス４００に４色分のレーザビームを入射させているが、４色分のかわりに、３原色のＲＧＢでも良い。すなわち、本発明の光走査装置としては、３つ以上の被走査面上へ向かうレーザビームを本発明の単一の光デバイスに入射させるものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る光走査装置の構成例を示す図である。
【図２】従来例を説明するための図である。
【図３】本発明を説明するための図である。
【図４】液晶偏向素子の構造を示す図である。
【図５】液晶偏向素子の動作を説明するための図である。
【図６】画像の書込みを説明するための図である。
【図７】レーザビーム検出器の構成と検出信号を説明するための図である。
【図８】ポリゴンミラーによる時間間隔のばらつきの影響を軽減するを説明するための図である。
【図９】光デバイスを説明するための図である。
【図１０】光デバイスの光学素子を説明するための図である。
【図１１】光デバイスの光学素子の偏向領域に形成される凹凸構造部（偏向領域（回折格子））の例を示す図である。
【図１２】樹脂材料からなる凹凸構造部（回折光学素子）の形成方法の一例を示す図である。
【図１３】４色対応でタンデム型の光走査装置を示す図である。
【図１４】カラー画像形成装置の構成例を示す図である。
【図１５】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１’        半導体レーザ
４              光デバイス
４ａ，４ｂ      光学素子
４ａ１          第１の偏向領域部
４ａ２          第２の偏向領域部
５ａ，５ｂ      シリンドリカルレンズ
７              光偏向器
８ａ，８ｂ      第１走査レンズ
９ａ，９ｂ      光路折り曲げミラー
１０ａ，１０ｂ  第２走査レンズ
１１ａ，１１ｂ      感光体
１０１ａ，１０１ｂ  レーザビーム検出器
【図１】
2008233160.tif 000004
【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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