(57)【要約】【課題】大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することができるマルチビーム光源ユニットを提供する。【解決手段】シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームはレンズ１で整形された後、λ／２板５でＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは回折光学素子３で偏向された後、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。これにより、偏光光学素子２に入射する各光ビームの入射方向を任意に設定することができる。【選択図】図３
2007214153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が互いに異なる光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源を含む複数の光源と；
前記第１の光源から出射された光ビームを整形する第１の光学系と；
前記第２の光源から出射された光ビームを偏向する偏向光学素子と；
前記偏向光学素子で偏向された光ビームを整形する第２の光学系と；
前記第１の光学系を介した光ビームと第２の光学系を介した光ビームとが入射され、前記第１の光学系を介した光ビームの少なくとも一部及び前記第２の光学系を介した光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニット。
【請求項２】
偏光方向が互いに等しい光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源を含む複数の光源と；
前記第１の光源から出射された光ビームを整形する第１の光学系と；
前記第２の光源から出射された光ビームを偏向する偏向光学素子と；
前記偏向光学素子で偏向された光ビームを整形する第２の光学系と；
前記第１の光学系を介した光ビームと第２の光学系を介した光ビームとが入射され、前記第１の光学系を介した光ビームの少なくとも一部及び前記第２の光学系を介した光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；
前記第１の光源と前記偏光回折素子との間の光路上、あるいは前記第２の光源と前記偏光回折素子との間の光路上に配置され、前記偏光回折素子に入射する２つの光ビームの偏光方向が互いに異なるように、入射光の偏光方向を変更する第３の光学系と；を備えるマルチビーム光源ユニット。
【請求項３】
前記偏光回折素子は、構造複屈折を発現する回折格子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項４】
前記偏光回折素子から出射される前記第２の光学系を介した光ビームの少なくとも一部の出射方向は、該光ビームの波長に依存しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項５】
前記偏向光学素子は、回折光学素子であり、
前記偏向光学素子及び前記偏光回折素子は、それぞれの回折格子の周期が互いに異なることを特徴とする請求項４に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項６】
前記第２の光源と前記偏向光学素子は、一体化されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項７】
画像情報が含まれる複数の光ビームを偏向器で偏向しつつ被走査面上を走査する光走査装置において、
前記複数の光ビームは、少なくとも１つの請求項１〜６のいずれか一項に記載のマルチビーム光源ユニットから出射される複数の光ビームであることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
少なくとも１つの走査対象物と；
前記少なくとも１つの走査対象物に対して複数の光ビームを走査する少なくとも１つの請求項７に記載の光走査装置と；
前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置。
【請求項９】
前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチビーム光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数のビームを出射するマルチビーム光源ユニット、該マルチビーム光源ユニットからの光を用いて被走査面上を走査する光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置では、画像情報に応じて変調された光源からの光を光偏向器及び走査レンズなどを介して感光体上に集光させるとともに、感光体上を所定の方向（主走査方向）に走査させ、感光体上に潜像（静電潜像）を形成している。そして、その潜像にトナーを付着させることにより、画像情報を顕像化させている。
【０００３】
近年、画像形成装置の印字速度の向上、及び書込密度の向上が望まれている。それらの要求を達成する１つの方法として、画像形成装置の一部を構成する光走査装置の光偏向器における偏向速度の高速化がある。しかしながら、この方法には、高速回転に伴う騒音や熱等の問題があり、偏向速度の高速化には限界がある。そこで、１度に複数の光ビームを出射できるマルチビーム光源ユニットを利用して、１度に複数の光ビームを走査させる方法が考案された。
【０００４】
上記マルチビーム光源ユニットは、複数の光ビームを発生するレーザアレイ光源（１つのパッケージ内に複数の発光点を持つレーザアレイを用いた光源）を用いることで実現できる。しかしながら、レーザアレイ光源は、製造プロセス上、発光点数を４，８，・・・と増やしていくにつれて技術的難易度が高くなり、非常に高価となる。
【０００５】
一方、従来のシングルビーム光源（１つのパッケージ内に１つの発光点を持つレーザを用いた光源）を複数個用いて、マルチビーム光源ユニットとすることが多数提案されている。シングルビーム光源は低コストで大量生産されており、例えば４個のシングルビーム光源と、４つの発光点を持つレーザアレイ光源とでは、前者の方がコスト的に優位である。
【０００６】
ところで、マルチビーム光源ユニットを複数のシングルビーム光源を用いて構成するためには、各光源からの光ビームを同一方向の光軸に合わせることが必要となり、そのための光学素子（いわゆるビーム合成素子）が種々提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１には、ビーム合成素子としてハーフミラーを用いたマルチビーム走査装置が開示されている。特許文献２には、ビーム合成素子として偏光ビームスプリッタを用いたマルチ光ビーム走査光学装置が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている装置では、ハーフミラー及び偏光ビームスプリッタの特性上、これらに入射する２つの光ビームの入射方向は互いに９０度異なることが必要とされるため、マルチビーム光源ユニットの設計が制限され、小型化に悪影響を及ぼすおそれがあった。また、偏光ビームスプリッタでは、三角プリズムが薄膜を介して接合されており、この薄膜は設計された波長及び入射角において用いられる場合には高い特性を示すが、設計値からずれたときの特性劣化が大きいという欠点を持っている。また、偏光ビームスプリッタはその形が示すように製造工程も多く高価な光学素子である。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１８９８７３号公報
【特許文献２】特開平９−２３０２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することができるマルチビーム光源ユニットを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１の観点からすると、偏光方向が互いに異なる光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；前記第１の光源から出射された光ビームを整形する第１の光学系と；前記第２の光源から出射された光ビームを偏向する偏向光学素子と；前記偏向光学素子で偏向された光ビームを整形する第２の光学系と；前記第１の光学系を介した光ビームと第２の光学系を介した光ビームとが入射され、前記第１の光学系を介した光ビームの少なくとも一部及び前記第２の光学系を介した光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニットである。
【００１３】
これによれば、第１の光源及び第２の光源から偏光方向が互いに異なる光ビームが出射され、第１の光源から出射された光ビームは第１の光学系で整形され、第２の光源から出射された光ビームは偏向光学素子で偏向された後、第２の光学系で整形される。そして、第１及び第２の光学系で整形された各光ビームの少なくとも一部は偏光回折素子によって互いに同一方向に出射される。従って、偏光回折素子に入射する各光ビームの入射方向を任意に設定することができ、その結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することが可能となる。
【００１４】
本発明は、第２の観点からすると、偏光方向が互いに等しい光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；前記第１の光源から出射された光ビームを整形する第１の光学系と；前記第２の光源から出射された光ビームを偏向する偏向光学素子と；前記偏向光学素子で偏向された光ビームを整形する第２の光学系と；前記第１の光学系を介した光ビームと第２の光学系を介した光ビームとが入射され、前記第１の光学系を介した光ビームの少なくとも一部及び前記第２の光学系を介した光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；前記第１の光源と前記偏光回折素子との間の光路上、あるいは前記第２の光源と前記偏光回折素子との間の光路上に配置され、前記偏光回折素子に入射する２つの光ビームの偏光方向が互いに異なるように、入射光の偏光方向を変更する第３の光学系と；を備えるマルチビーム光源ユニットである。
【００１５】
これによれば、第１の光源及び第２の光源から偏光方向が互いに等しい光ビームが出射され、第１の光源から出射された光ビームは第１の光学系で整形され、第２の光源から出射された光ビームは偏向光学素子で偏向された後、第２の光学系で整形され、第１及び第２の光学系で整形された各光ビームの少なくとも一部は偏光回折素子によって互いに同一方向に出射される。なお、偏光回折素子に入射する第１の光源からの光ビーム及び第２の光源からの光ビームの一方は、偏光回折素子に入射する前に、各光ビームの偏光方向が互いに異なるように、第３の光学系によってその偏光方向が変更される。従って、偏光回折素子に入射する各光ビームの入射方向を任意に設定することができ、その結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することが可能となる。
【００１６】
本発明は、第３の観点からすると、画像情報が含まれる複数の光ビームを偏向器で偏向しつつ被走査面上を走査する光走査装置において、前記複数の光ビームは、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットから出射される複数の光ビームであることを特徴とする光走査装置である。
【００１７】
これによれば、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットを備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの走査対象物と；前記少なくとも１つの走査対象物に対して複数の光ビームを走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置である。
【００１９】
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１００の概略構成が示されている。
【００２１】
図１に示されるレーザプリンタ１００は、光走査装置９００、走査対象物としての感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【００２２】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【００２３】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【００２４】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【００２５】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム９０１の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。また、感光体ドラム９０１における走査開始位置から走査終了位置までの主走査方向の走査領域のうち、潜像が形成される領域を「有効画像形成領域」ともいう。なお、この光走査装置９００の構成については後述する。
【００２６】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。このトナーカートリッジ９０４内のトナー量は、電源投入時や印刷終了時などにチェックされ、残量が少ないときには不図示の表示部に交換を促すメッセージが表示される。
【００２７】
現像ローラ９０３は、回転に伴ってその表面にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーが帯電されて薄く均一に付着される。また、この現像ローラ９０３には、感光体ドラム９０１における帯電している部分（光が照射されなかった部分）と帯電していない部分（光が照射された部分）とで互いに逆方向の電界が生じるような電圧が印加されている。そして、この電圧によって、現像ローラ９０３の表面に付着しているトナーは、感光体ドラム９０１の表面の光が照射された部分にだけ付着する。すなわち、現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【００２８】
給紙トレイ９０６には転写対象物としての記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【００２９】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【００３０】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【００３１】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【００３２】
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図２を用いて説明する。
【００３３】
この光走査装置９００は、光源ユニットＬＵ、シリンドリカルレンズ１４、光偏向器１５、２枚の走査結像レンズ１７、同期センサ１８、反射ミラー１９、及び処理装置（図２では図示省略）などを備えている。
【００３４】
光源ユニットＬＵは、一例として図３に示されるように、２つのシングルビーム光源（ＬＤ１、ＬＤ２）、２つのレンズ（１、４）、偏光光学素子２、回折光学素子３、及びλ／２板５などを有している。ここでは、一例として各シングルビーム光源は、いずれもＴＭ偏光の光を出射するものとする（図４参照）。
【００３５】
レンズ１は、シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光を略平行光に整形する。λ／２板５は、レンズ１からの光に１／２波長の光学的位相差を付与する。従って、λ／２板５を通過した光はＴＥ偏光となる。回折光学素子３は、シングルビーム光源ＬＤ２から出射された光を偏向する。レンズ２は、回折光学素子３からの光を略平行光に整形する。偏光光学素子２は、λ／２板５からの光及びレンズ２からの光を互いに同一方向の光軸に合わせる。なお、偏光光学素子２によって合成されない不要な光は、感光体ドラム９０１上に光スポットを形成しないように、光走査装置内及び光走査装置外の少なくとも一方において遮光されている。
【００３６】
すなわち、シングルビーム光源ＬＤ１から出射され、レンズ１、λ／２板５、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第１光ビーム」ともいう）と、シングルビーム光源ＬＤ２から出射され、回折光学素子３、レンズ４、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第２光ビーム」ともいう）とが、光源ユニットＬＵから出射される。なお、第１光ビーム及び第２光ビームは、感光体ドラム９０１の表面において副走査方向に所定の間隔で集光されるように、略同一方向に出射される。
【００３７】
偏光光学素子２は、一例として図５に示されるように、構造複屈折を発現する回折格子を有している。構造複屈折は、屈折率の異なる２つの媒質（例えば、一方が空気で、他方が等方性媒質）が、ＳＷＳ（Subwavelength Structure；サブ波長構造）とも呼ばれる、入射光の波長よりも小さい周期構造をなしている回折格子で発現する。また、構造複屈折は、上記２つの媒質が、入射光の波長程度からその数倍以下の周期構造、いわゆる共鳴領域の周期構造（共鳴構造）をなしている回折格子においても発現することが知られている。
【００３８】
そこで、偏光光学素子２の回折格子は、サブ波長構造又は共鳴構造の回折格子である。
【００３９】
そして、回折効率は、回折格子のフィルファクタｆや深さＤで制御することが可能である。なお、実際上では、ミリオーダーの厚さＤｓの基板（例えば、ガラス基板）に対して、回折格子の周期Λ及び深さＤはマイクロメートルオーダーであり、図５では回折格子が誇張して図示されている。
【００４０】
偏光光学素子２の光学特性について図５及び図６を用いて説明する。一例として、波長λ＝０．６３３μｍ、基板の屈折率Ｎ＝１．４５６、周期Λ＝１．５λ、フィルファクタｆ＝０．２、深さＤ＝２．２μｍ、入射光の入射角θ＝１９．５°、とし、平面波が入射されたときの、回折角を格子方程式に基づいて求めると、θ０＝１３．２°、θ−１＝−１３．２°となる。そして、基板裏面での屈折を考慮すると、０次透過光（０Ｔ）の出射角θ´＝１９．５°となり、−１次回折光（−１Ｔ）の出射角θ"＝−１９．５°となる。次に、ベクトル回折理論に基づくフーリエモード法を用いて透過光の回折効率を計算した結果、０次透過光（０Ｔ）に対して、ＴＥ偏光（紙面に垂直）が入射したときの回折効率は７６．１％、ＴＭ偏光（紙面に平行）が入射したときの回折効率は０．４％となり、消光比は７６．１／０．４＝１９０である。また、−１次回折光（−１Ｔ）に対して、ＴＭ偏光が入射したときの回折効率は８９．７％、ＴＥ偏光が入射したときの回折効率は１．２％となり、消光比は７５である。なお、実際には、各シングルビーム光源から出射される光はガウシアン分布を持ち、本実施形態では発散光束中に偏光光学素子２が配置されるため、上記の回折効率とは若干異なるが、それほど大きな差はない。
【００４１】
すなわち、偏光光学素子２は、ＴＥ偏光が入射した場合には、そのほとんどを０次光（０Ｔ）として透過させ、ＴＭ偏光が入射した場合には、そのほとんどを−１次光（−１Ｔ）として回折する偏光依存性の回折素子として振る舞うことが分かる。従って、図７に示されるように、この偏光光学素子２に、入射角θａ＝１９．５°でＴＥ偏光を入射し、入射角θｂ＝−１９．５°でＴＭ偏光を入射すれば、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光は、いずれも出射角θｃ＝１９．５°で偏光光学素子２から出射されることになる。
【００４２】
ところで、シングルビーム光源ＬＤ２から出射される光ビームの波長が変化すると、回折光学素子３での回折角が変化する（図８参照）。この回折光学素子３での回折角の変化は、光源ユニットＬＵから出射される第２光ビームの出射方向の変化を招来する。そこで、本実施形態では、偏光光学素子２と回折光学素子３と適切に組み合わせることによって、光源ユニットＬＵから出射される第２光ビームの出射方向が、シングルビーム光源ＬＤ２から出射される光ビームの波長に依存しないようにしている。これについて、図９を用いて以下に説明する。なお、ここでは、わかりやすくするために、回折光学素子３を薄肉の回折格子とし、入射側及び出射側の屈折率は１とする。また、偏光光学素子２と回折光学素子３とは、互いに平行となるように配置されている。
【００４３】
先ず、偏光光学素子２と回折光学素子３との間にレンズ４がない場合を考える。回折光学素子３に入射するシングルビーム光源ＬＤ２からの光の入射角をθ2、出射角をθ2´、回折光学素子３での回折次数をｍ2、回折格子の格子周期をΛ2、偏光光学素子２に入射する回折光学素子３からの光の入射角をθ1、出射角をθ1´、偏光光学素子２での回折次数をｍ1、回折格子の格子周期をΛ1、とする。シングルビーム光源ＬＤ２から出射される光の波長をλとしたときの格子方程式は、次の（１）式及び（２）式で示される。
【００４４】
sinθ1＋ｍ1λ／Λ1＝sinθ1´  ……（１）
sinθ2＋ｍ2λ／Λ2＝sinθ2´  ……（２）
【００４５】
光源ＬＤ２から出射される光の波長がλ"に変化すると、回折光学素子３における出射角はθ2"に変化し、偏光光学素子２への入射角もθ1"に変化する。この場合であっても、偏光光学素子２における出射角を変化させないためには、次の（３）式及び（４）式の格子方程式が満足するように、ｍ1、ｍ2、Λ1、及びΛ2を設定すれば良い。
【００４６】
sinθ1"＋ｍ1λ"／Λ1＝sinθ1´  ……（３）
sinθ2＋ｍ2λ"／Λ2＝sinθ2"  ……（４）
【００４７】
ここでは、偏光光学素子２と回折光学素子３とが互いに平行であり、θ1＝θ2´であるので、上記（１）式と（２）式から、次の（５）式が得られる。
【００４８】
sinθ2＋λ（ｍ1／Λ1＋ｍ2／Λ2）＝sinθ1´  ……（５）
【００４９】
同様に、θ1"＝θ2"であるので、上記（３）式と（４）式から、次の（６）式が得られる。
【００５０】
sinθ2＋λ"（ｍ1／Λ1＋ｍ2／Λ2）＝sinθ1´  ……（６）
【００５１】
上記（５）式と（６）式から、次の（７）式が満たされると、光源ＬＤ２から出射される光の波長に関係なく、θ1´＝θ2となる。すなわち、光源ＬＤ２から出射される光の波長が変化しても、偏光光学素子２における第２光ビームの出射方向が変化しないようにすることができる。
【００５２】
ｍ1／Λ1＋ｍ2／Λ2＝０  ……（７）
【００５３】
次に、偏光光学素子２と回折光学素子３との間にレンズ４がある場合を考える。主光線を考えれば、上記（１）式及び（２）式はレンズ４の焦点距離に関わらず成り立つ。なお、発散光中にあるので、主光線以外については厳密には成立しないが、レンズ４によって光線方向や収差が補正されるので大きな違いはない。光源ＬＤ２から出射される光の波長がλからλ"に変化すると、上記（４）式はそのまま成り立つ。そして、レンズ４に依存して、偏光光学素子２への入射角がθ1からψに変化しても、偏光光学素子２における第２光ビームの出射方向を変化させないためには、上記（４）式と次の（８）の格子方程式が満足されるように、ｍ1、ｍ2、Λ1、及びΛ2を設定すれば良い。
【００５４】
sinψ＋ｍ1λ"／Λ1＝sinθ1´  ……（８）
【００５５】
ここでは、偏光光学素子２と回折光学素子３とが互いに平行であり、θ1＝θ2´であるので、上記（５）式が得られ、これと、上記（４）式及び（８）式とから、次の（９）式が得られる。
【００５６】
（sinθ2" −ｍ2λ"／Λ2）＋λ（ｍ1／Λ1＋ｍ2／Λ2）＝sinψ＋ｍ1λ"／Λ1  ……（９）
【００５７】
上記（９）式を変形すると、次の（１０）式となる。
【００５８】
sinθ2"−sinψ＝（λ"−λ）（ｍ1／Λ1＋ｍ2／Λ2）  ……（１０）
【００５９】
すなわち、上記（１０）式が満足されるように、ｍ1、ｍ2、Λ1、及びΛ2を設定すれば良い。ところで、ｍ2／Λ2が与えられれば、λからλ"への波長変動に対してθ2"が求まる。レンズ４は固定されているので、θ2"に対するψが求まる。よって、ｍ１／Λ１も決まることになる。なお、ここでθ1＝θ2´であるが、偏光光学素子２と回折光学素子３とが平行でなくても、偏光光学素子２における第２光ビームの出射方向を変化させないための条件を求めることは可能である。
【００６０】
一般的に、（λ"−λ）に対して（sinθ2"−sinψ）は比例的に変化しないが、実際の波長変動（数ｎｍ程度の波長変動）領域では、（λ"−λ）と（sinθ2"−sinψ）との間に比例関係が成り立つとみなすことができる。
【００６１】
また、偏光光学素子２及び回折光学素子３が、いずれも１次回折光を用いるならば、Λ1＝Λ2＋β（βは０でない定数）と変形できるので、偏光光学素子２及び回折光学素子３における回折格子の周期を互いに異ならせれば良い。
【００６２】
なお、ここでは、偏光光学素子２がＴＭ偏光の光を回折する場合について説明したが、ＴＥ偏光の光ビームを回折する場合であっても、同様に、波長変化に対して偏光光学素子２における第２光ビームの出射方向を変化させないようにすることは可能である。
【００６３】
図２に戻り、光源ユニットＬＵから出射された各光ビームは、シリンドリカルレンズ１４に入射する。このシリンドリカルレンズ１４は、各光ビームに対して、主走査方向に対応する方向に細長い線像を、光偏向器１５の偏向反射面（ポリゴンミラー面）近傍にそれぞれ結像する。
【００６４】
光偏向器１５で偏向された各光ビームは、それぞれ走査結像レンズ１７によって結像され、感光体ドラム９０１表面上の、副走査方向に互いに所定の間隔だけ離れた位置に、光スポットとして集光される。
【００６５】
なお、光偏向器１５は、ポリゴンモータ（不図示）によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って偏向反射面近傍に結像された各光ビームは等角速度的に偏向され、感光体ドラム９０１上の各光スポットは、主走査方向に等速移動する。すなわち、感光体ドラム９０１上を主走査方向に２ライン同時に走査する。
【００６６】
また、走査結像レンズ１７を透過して有効画像領域外に向かう光の一部は、反射ミラー１９を介して同期センサ１８で受光される。同期センサ１８は、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。
【００６７】
前記処理回路は、図１０に示されるように、信号調整回路６０、変調データ生成回路３０、シリアル信号生成回路３５、画像データ生成回路４０、及びレーザ駆動回路５０などを有している。
【００６８】
信号調整回路６０は、同期センサ１８の出力信号を増幅、反転及び２値化する。
【００６９】
画像データ生成回路４０は、上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成する。
【００７０】
変調データ生成回路３０は、信号調整回路６０からの信号及び画像データ生成回路４０からの画像データに基づいて変調データを生成する。
【００７１】
シリアル信号生成回路３５は、変調データ生成回路３０からの変調データをシリアル信号に変換する。
【００７２】
レーザ駆動回路５０は、シリアル信号生成回路３５からのシリアル信号に基づいて、シングルビーム光源ＬＤ１及びＬＤ２の駆動信号を生成する。ここで生成された各駆動信号は光源ユニットＬＵに出力される。
【００７３】
ここで、サブ波長構造又は共鳴構造の格子（以下、「微細構造格子」ともいう）の作製方法について説明する。
【００７４】
微細構造格子は、可視光の波長領域に対して、サブμｍ〜数μｍ程度の周期を持つことになる。この微細構造格子を作製する方法はそれほど多いわけではなく、一般的にはレーザ（干渉）露光法や電子ビーム露光法が広く用いられている。
【００７５】
レーザ干渉露光法では、通常、青〜紫外領域の波長を持つレーザ光を干渉させて感光性の高分子材料（レジスト）に照射し、その干渉パターンを利用して微細構造格子を作製する。この場合、基板上に形成されるレジストに微細構造格子が形成されることになる。一方、電子ビーム露光法では、電子ビームを集光し、レジスト上を走査することによって微細構造格子を作製する。この場合も同様に、基板上に塗布されたレジストに微細構造格子が形成されることになる。
【００７６】
これらの方法では、レジスト以外（石英ガラスなどの光学素子材料等）に微細構造格子を作製する場合には、このレジストに形成された微細構造格子を基にして、さらに反応性ドライエッチングやリフトオフなどを用いる必要がある。前記偏光光学素子２は、上記一般的な方法を用いて作製することが可能である。
【００７７】
また、レジストにではなく、直接光学素子材料上に微細構造格子を形成することもできる。この方法について図１１及び図１２を用いて説明する。
【００７８】
図１１には、光硬化法を用いた例が示されている。光硬化法とは、レーザ光を光硬化性材料中に集光し、多光子吸収過程によってその集光点近傍においてその材料を硬化させ、レーザ光を３次元的に走査することにより微細構造格子を作製する方法である。Nd:YAGレーザやTi:Sapphireレーザなどのレーザ装置から出射されたレーザ光は、１／２波長板とグラントムソンプリズムによってその光強度が調整された後、空間フィルタによって波形整形される。そして、ガルバノミラーによって光路を変えながら、リレーレンズ、結像レンズ、及び対物レンズを介して基板上の光硬化性材料中に集光される。また、集光点はピエゾステージによって基板垂直方向にも移動可能である。このように、ガルバノミラーとピエゾステージの組み合わせにより、３次元的に凹凸の微細構造を作製することが可能である。このとき光硬化性材料としては、光硬化性樹脂や、光硬化性の有機・無機ハイブリッド材料などがあり、この光硬化性材料がそのまま光学素子として機能できる。なお、この図１１に示される加工装置は１例であって、この限りではない。
【００７９】
また、レーザアブレーション法を用いた加工法もある。レーザアブレーション法としては、加工に用いるレーザ光を干渉させて、その干渉パターンによって光学素子材料を直接加工する方法や、図１２に示されるように、レーザ光を直接加工対象である光学素子材料に照射して、その一部を選択的に除去する方法がある。以下、図１２を用いて説明する。
【００８０】
レーザ装置から出射されたレーザ光は、フォトマスクによってレーザ光の一部が透過され、そのレーザ光パターンはミラーを介して集光レンズによって縮小投影され、光学素子材料に照射される。また、光学素子材料はＸＹＺステージ上に設置され、３次元的に移動可能である。もちろん、ミラーの代わりにガルバノミラー等を設けて、レーザ光を走査しても良い。また、フォトマスクには複数のパターン（図１２では２種類）が用意され、加工したいパターンや加工対象である光学素子材料などに応じて選択することができる。これらＸＹＺステージの移動やパターンの選択はＰＣ（パソコン）によって制御されている。なお、この図１２に示される加工装置は１例であることは言うまでもない。
【００８１】
また、上記いずれの加工法においても、レーザ光のパルス幅が１０ピコ秒以下である極短パルスレーザを使用することができる。極短パルスレーザの利用により、熱伝播による溶融、ダメージ層の低減、多光子吸収断面積の増加が可能であるといった利点があり、近年用いられるようになってきている。また多光子吸収断面積を増加させることが可能であることから、光硬化法において、より効果的に、低エネルギーで加工を行うことが可能となる。
【００８２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置９００では、光源ユニットＬＵによってマルチビーム光源ユニットが実現されている。そして、シングルビーム光源ＬＤ１によって第１の光源が実現され、シングルビーム光源ＬＤ２によって第２の光源が実現され、レンズ１によって第１の光学系が実現され、レンズ４によって第２の光学系が実現され、回折光学素子３によって偏向光学素子が実現され、偏光光学素子２によって偏光回折素子が実現され、λ／２板５によって第３の光学系が実現されている。
【００８３】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００では、帯電チャージャ９０２と現像ローラ９０３とトナーカートリッジ９０４と転写チャージャ９１１とによって転写装置が構成されている。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態に係る光源ユニットＬＵによると、シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームはレンズ１で整形された後、λ／２板５でＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは回折光学素子３で偏向された後、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。従って、偏光光学素子２に入射する各光ビームの入射方向を任意に設定することができ、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニットＬＵを用いているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００によると、光走査装置９００を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態において、一例として図１３に示されるように、前記シングルビーム光源ＬＤ２と前記回折光学素子３とを一体化しても良い。半導体レーザは、通常、その発光部を防塵する等の目的からパッケージングされ、カバーガラスで封止されている。そこで、このカバーガラスに前記回折光学素子３と同等の機能を付加しても良い。これにより、部品点数を削減することができるとともに、シングルビーム光源ＬＤ２とレンズ４との間のスペースに自由度を持たせることができ、素子レイアウト上のメリットも生み出すことができる。この場合に、一例として図１４に示されるように、回折光学素子３を斜めに配置しても良い。
【００８８】
また、上記実施形態では、前記λ／２板５を用いて光ビームの偏光状態を変換しているが、これに限定されるものではない。要するに光ビームの偏光方向が９０°変更されれば良い。
【００８９】
また、上記実施形態では、前記各シングルビーム光源からＴＭ偏光の光が出射される場合について説明したが、これに限らず、前記各シングルビーム光源からＴＥ偏光の光が出射されても良い。但し、この場合には、前記偏光光学素子２に代えて、ＴＭ偏光が入射した場合に、そのほとんどを０次光（０Ｔ）として透過させ、ＴＥ偏光が入射した場合に、そのほとんどを−１次光（−１Ｔ）として回折する偏光光学素子が用いられることとなる。
【００９０】
また、上記実施形態において、一例として図１５に示されるように、シングルビーム光源ＬＤ１からＴＥ偏光の光を出射しても良い。これにより、前記λ／２板５が不要となる。
【００９１】
また、上記実施形態では、第１の光学系としてレンズ１が用いられる場合について説明したが、これに限らず、例えばミラーが用いられても良い。更に、第１の光学系が複数の光学素子で構成されても良い。
【００９２】
また、上記実施形態では、第２の光学系としてレンズ４が用いられる場合について説明したが、これに限らず、例えばミラーが用いられても良い。更に、第２の光学系が複数の光学素子で構成されても良い。
【００９３】
また、上記実施形態では、前記光源ユニットＬＵは、第１光ビームと第２光ビームとが、略同一方向に出射される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１光ビームと第２光ビームとが互いに異なる方向に出射されるようにしても良い。
【００９４】
また、上記実施形態では、画像形成装置がレーザプリンタ１００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【００９５】
また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【００９６】
また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、画像情報毎に感光ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。図１６には、前記光源ユニットＬＵを、光偏向器１５に対向して２つ配置した光走査装置が示されている。このように構成することによって、１つの光源ユニットＬＵから２つの光ビームが出射されているので、計４つの光ビームが光偏向器１５に向けて出射され、各光ビームが、ＹＭＣＫ各色毎に設けられた感光ドラム上を走査することができる。なお、実際の画像形成装置内では、前記走査結像レンズ１７と被走査面との間に折り返しミラーを挿入して、各光ビームを対応する感光体ドラムへ導いているが、ここでは折り返しミラーを省略して図示している。
【００９７】
図１７には、前記光源ユニットＬＵを２個、光偏向器１５の１つの反射面に対して、角度をつけて配置した光走査装置が示されている。この場合も同様に、計４本の光ビームが光偏向器１５に向けて出射され、各光ビームが対応する色の感光ドラム上を走査することができる。
【００９８】
なお、前記各シングルビーム光源に代えて、１つのパッケージに２つの発光点を持つレーザアレイ光源を用いることにより、計８本の光ビームが光偏向器１５に向けて出射され、各色の感光体ドラムに２本ずつ走査することができる。また、１つのパーケージに４つの発光点を持つレーザアレイ光源を用いることにより、計１６本の光ビームが光偏向器１５に向けて出射され、各色の感光体ドラムに４本ずつ走査することができる。これにより、更に高速な画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】図２における光源ユニットを説明するための図である。
【図４】図３における各シングルビーム光源から出射される光を説明するための図である。
【図５】図３における偏光光学素子を説明するための図である。
【図６】図５の偏光光学素子の作用を説明するための図（その１）である。
【図７】図５の偏光光学素子の作用を説明するための図（その２）である。
【図８】波長変化による回折光学素子での回折角の変化を説明するための図である。
【図９】偏光光学素子と回折光学素子との関係を説明するための図である。
【図１０】処理回路を説明するための図である。
【図１１】偏光光学素子の作製方法１を説明するための図である。
【図１２】偏光光学素子の作製方法２を説明するための図である。
【図１３】シングルビーム光源と回折光学素子との一体化を説明するための図（その１）である。
【図１４】シングルビーム光源と回折光学素子との一体化を説明するための図（その２）である。
【図１５】図３の光源ユニットの変形例を説明するための図である。
【図１６】タンデムカラー機に用いることができる光走査装置（その１）を説明するための図である。
【図１７】タンデムカラー機に用いることができる光走査装置（その２）を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…レンズ（第１の光学系）、２…偏光光学素子（偏光回折素子）、３…回折光学素子（偏向光学素子）、４…レンズ（第２の光学系）、５…λ／２板（第３の光学系）、１００…レーザプリンタ（画像形成装置）、９００…光走査装置、９０１…感光体ドラム（走査対象物）、９０２…帯電チャージャ（転写装置の一部）、９０３…現像ローラ（転写装置の一部）、９０４…トナーカートリッジ（転写装置の一部）、９０９…定着ローラ（転写装置の一部）、９１１…転写チャージャ（転写装置の一部）、９１３…記録紙（転写対象物）、ＬＤ１…シングルビーム光源（第１の光源）、ＬＤ２…シングルビーム光源（第２の光源）、ＬＵ…光源ユニット（マルチビーム光源ユニット）。
【図１】
2007214153.tif 000003
【図２】
2007214153.tif 000004
【図３】
2007214153.tif 000005
【図４】
2007214153.tif 000006
【図５】
2007214153.tif 000007
【図６】
2007214153.tif 000008
【図７】
2007214153.tif 000009
【図８】
2007214153.tif 000010
【図９】
2007214153.tif 000011
【図１０】
2007214153.tif 000012
【図１１】
2007214153.tif 000013
【図１２】
2007214153.tif 000014
【図１３】
2007214153.tif 000015
【図１４】
2007214153.tif 000016
【図１５】
2007214153.tif 000017
【図１６】
2007214153.tif 000018
【図１７】
2007214153.tif 000019