(57)【要約】【課題】偏光切換え素子に使用可能な液晶材料のコーン角２θが４５°でなくても光学性能が劣化しないようにし、偏光切換え素子の使用可能な液晶材料の選択幅を拡大し、かつ切換え時間の高速化及び光学性能の温度特性を向上した光路切換え装置を実現する。【解決手段】入射光の偏光方向を切換える偏光切換え素子２０と、直交する偏光方向をそれぞれ異なる光路に分離する偏光分離素子３０とからなる光路切換え装置４において、偏光切換え素子２０は、平坦な一対の透明基板２１と、透明基板に設けられた透明電極膜と配向膜と、透明基板間に保持され極性の異なる電界により２つの安定な配向状態を有し該２つの安定状態の配向軸がなす角度（コーン角）２θが４５°とは異なる強誘電性液晶層２４とからなる表面安定型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）素子であり、ＳＳＦＬＣ素子の液晶層２４は偏光分離素子３０と垂直な入射光軸から傾いて配置されている構成とした。【選択図】図１
2009276538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の偏光方向を切換える偏光切換え素子と、直交する偏光方向をそれぞれ異なる光路に分離する偏光分離素子と、からなる光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、平坦な一対の透明基板と、該透明基板に設けられた透明電極膜と配向膜と、前記一対の透明基板間に保持され極性の異なる電界により２つの安定な配向状態を有し前記２つの安定状態の配向軸がなす角度であるコーン角２θが４５°とは異なる強誘電性液晶層と、からなる表面安定型強誘電性液晶素子（以下、ＳＳＦＬＣ素子と言う）であり、
前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層は前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾いて配置されていることを特徴とする光路切換え装置。
【請求項２】
入射光の偏光方向を切換える偏光切換え素子と、直交する偏光方向をそれぞれ異なる光路に分離する偏光分離素子と、からなる光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、入射光軸に対して垂直面と傾斜面を有する一対の透明基板と、該透明基板の傾斜面に設けられた透明電極膜と配向膜と、前記一対の透明基板の傾斜面が平行となるように対向配置され傾斜面側基板間に保持された極性の異なる電界により２つの安定な配向状態を有し前記配向状態の軸がなす角度であるコーン角２θが４５°とは異なる強誘電性液晶層と、からなる表面安定型強誘電性液晶素子（以下、ＳＳＦＬＣ素子と言う）であり、
前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層は前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾いて配置されていることを特徴とする光路切換え装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略平行方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向と直交する方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする光路切換え装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略直交方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向と直交する方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする光路切換え装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略平行方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする光路切換え装置。
【請求項６】
請求項１または２記載の光路切換え装置において、
前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略直交方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする光路切換え装置。
【請求項７】
光源と、該光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記光源と前記偏向手段との間に、請求項１〜６のいずれか一つに記載の光路切換え装置を具備してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
複数の光源と、該複数の光源からの光ビームを偏向する共通の偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを複数の被走査面に結像する結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記複数の光源と前記偏向手段との間に、請求項１〜６のいずれか一つに記載の光路切換え装置を具備してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の光走査装置において、
前記偏向手段は、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡からなることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一つに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像形成装置において、
被走査面となる１つまたは複数の像担持体を備え、前記光走査装置からの光ビームにより前記像担持体上に潜像を形成し、該潜像を現像手段で現像して顕像化し、該顕像を転写媒体に転写し、単色、多色またはカラー画像を形成す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、光走査装置、その光走査装置を備えた画像形成装置、直視型表示または投影型表示に用いられる画像表示装置、光通信に用いられる光スイッチ等に利用することができる光路切換え装置に関するものであり、より詳しくは、入射光の偏光方向を切換える（略９０°回転する）機能を有する表面安定型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）からなる偏光切換え素子と、直交する偏光方向の光をそれぞれ異なる光路に分離する機能を有する偏光分離素子とからなる光路切換え装置に関し、さらには、その光路切換え装置を備えた光走査装置及び、その光走査装置を備えたレーザープリンタ、レーザープロッタ、デジタル複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光路切換え機能を有する光学素子および光学装置として、従来より、ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ），ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ），ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅなど第１次電気光学効果（ポッケルス効果）の大きな材料や、ＫＴＮ，ＳｒＴｉＯ３，ＣＳ２，ニトロベンゼン等の第２次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学デバイスや、ガラス、シリカ、ＴｅＯ２などの材料を用いた音響光学デバイスが知られている。これらは、一般的に、十分大きな光偏向量を得るためには光路長を長く取る必要があり、また、材料が高価であるため用途が制限されている。
【０００３】
一方で、液晶材料を用いて光路切換え機能を有する光学素子および光学装置も各種提案されており、その数例を以下に挙げる。
例えば、特許文献１（米国特許第６０６１１０３号公報）によれば、画像を光学的にシフトさせる手段として、ツイストネマチック（ＴＮ）液晶素子と複屈折素子とを組み合わせた構成の光路シフト素子が開示されている。複屈折素子は、入射する光の偏光方向によって光の屈折方向が変わる材料から形成されたものであり、複屈折素子に入射する光の偏光方向をＴＮ液晶素子によって切換えることで、複屈折素子から出る光の光軸をシフトさせることができる。
また、特許文献２（特許第３２３０３７７号公報）によれば、光路の高速シフトを実現するために、光路シフト手段として強誘電液晶（ＦＬＣ）を用いた偏光面回転素子と複屈折素子を用いた構成が開示されている。
さらに他の構成としては、特許文献３（特開平０６−０１８９４０号公報）に、２枚のくさび形の透明基板を互いに逆向きに配置し、前記透明基板間に液晶層を挟んだ光ビームシフタ、及びマトリクス形偏光制御素子の後面に前記光ビームシフタを多段接続した光ビームシフタが開示されている。
【０００４】
ここで、前記したような光路切換え機能を有する光学素子および光学装置において、代表的な構成としては、偏光面を制御する偏光切換え素子と、異なる偏光面を異なる光路に分離する偏光分離素子がある。この構成は大きな光路シフト量を得るためには非常に有効であり、この構成における各素子の主な作用としては、偏光分離素子は光路シフト量を決定し、偏光切換え素子は光路シフト性能の応答性や光学特性を決定している。
すなわち、光路シフト性能を向上するためには、偏光切換え素子の性能を向上すればよく、偏光切換え素子の応答性を高速化するためには、公知技術にあるように高速応答性を示す強誘電性液晶を使用することが有効である。
【０００５】
しかし、強誘電性液晶を用いた偏光切換え素子において、偏光切換え素子の光学性能は強誘電性液晶の物性のコーン角２θに大きく依存し、コーン角２θが４５°からずれると光学性能は劣化する。また、コーン角２θは偏光切換えの他の性能とも相関があり、応答性の高速化にはコーン角２θは小さい方がよく、温度特性の向上（使用温度範囲の拡大）にはコーン角２θは大きい方が良いといった関係がある。すなわち、光学性能を劣化させずに高速化、温度特性の向上を実現するためにはコーン角２θが４５°である材料を選択する必要があり、材料選択幅が非常に限定される。したがって、多くの場合、材料開発が必要となる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６０６１１０３号公報
【特許文献２】特許第３２３０３７７号公報
【特許文献３】特開平０６−０１８９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、偏光切換え素子と偏光分離素子からなる光路切換え装置において、偏光切換え素子に使用可能な液晶材料のコーン角２θが４５°でなくても光学性能が劣化しないようにし、偏光切換え素子の使用可能な液晶材料の選択幅を拡大し、かつ切換え時間の高速化、および光学性能の温度特性を向上した光路切換え装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その光路切換え装置を用いた信頼性の高い光走査装置を提供すること、その光走査装置を備えた低コスト、高速、高画質対応の画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明では、偏光切換え素子と偏光分離素子からなる光路切換え装置において、偏光切換え素子の配置構成を特徴としている。通常は偏光切換え素子は光軸に対して垂直配置であるが、本発明では、偏光切換え素子を入射光の光軸から傾けた配置構成とし、２θが４５°からずれる場合においても光学性能は劣化させずに、更なる高速応答化、温度特性の向上を実現するものである。すなわち、使用可能な材料の選択幅が広がるといった効果がある。より具体的には、本発明では以下のような解決手段を採っている。
【０００９】
本発明の第１の手段は、入射光の偏光方向を切換える偏光切換え素子と、直交する偏光方向をそれぞれ異なる光路に分離する偏光分離素子と、からなる光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、平坦な一対の透明基板と、該透明基板に設けられた透明電極膜と配向膜と、前記一対の透明基板間に保持され極性の異なる電界により２つの安定な配向状態を有し前記２つの安定状態の配向軸がなす角度であるコーン角２θが４５°とは異なる強誘電性液晶層と、からなる表面安定型強誘電性液晶素子（以下、ＳＳＦＬＣ素子と言う）であり、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層は前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾いて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の手段は、入射光の偏光方向を切換える偏光切換え素子と、直交する偏光方向をそれぞれ異なる光路に分離する偏光分離素子と、からなる光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、入射光軸に対して垂直面と傾斜面を有する一対の透明基板と、該透明基板の傾斜面に設けられた透明電極膜と配向膜と、前記一対の透明基板の傾斜面が平行となるように対向配置され傾斜面側基板間に保持された極性の異なる電界により２つの安定な配向状態を有し前記配向状態の軸がなす角度であるコーン角２θが４５°とは異なる強誘電性液晶層と、からなる表面安定型強誘電性液晶素子（以下、ＳＳＦＬＣ素子と言う）であり、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層は前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾いて配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略平行方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向と直交する方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする。
また、本発明の第４の手段は、第１または第２の手段の光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略直交方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向と直交する方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の手段は、第１または第２の手段の光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略平行方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする。
また、本発明の第６の手段は、第１または第２の手段の光路切換え装置において、前記偏光切換え素子は、前記入射光の偏光方向と、前記偏光切換え素子の前記表面安定型の強誘電性液晶層の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向とを、略直交方向となるように配置し、かつ、前記入射光の偏光方向を基準として、前記ＳＳＦＬＣ素子の液晶層が前記偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７の手段は、光源と、該光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を有する光走査装置において、前記光源と前記偏向手段との間に、第１〜第６のいずれか一つの手段の光路切換え装置を具備してなることを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、複数の光源と、該複数の光源からの光ビームを偏向する共通の偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを複数の被走査面に結像する結像光学系と、を有する光走査装置において、前記複数の光源と前記偏向手段との間に、第１〜第６のいずれか一つの手段の光路切換え装置を具備してなることを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第７または第８の手段の光走査装置において、前記偏向手段は、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０の手段は、画像形成装置であって、第７〜第９のいずれか一つの手段の光走査装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、第１０の手段の画像形成装置において、被走査面となる１つまたは複数の像担持体を備え、前記光走査装置からの光ビームにより前記像担持体上に潜像を形成し、該潜像を現像手段で現像して顕像化し、該顕像を転写媒体に転写し、単色、多色またはカラー画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、偏光切換え素子と偏光分離素子からなる光路切換え装置において、偏光切換え素子内の液晶層を偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾けて配置したことを特徴としており、このように偏光切換え素子内の液晶層を偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾けて配置することで、偏光切換え素子に使用可能な液晶材料の物性値（コーン角２θ）は４５°でなくても光学性能は劣化しない。そのため、使用材料の選択幅を拡大し、かつ切換え時間の高速化、および光学性能の温度特性を向上した光路切換え装置を実現することができる。
【００１６】
また、本発明では、偏光切換え素子と偏光分離素子からなる光路切換え装置において、入射光の偏光方向と、偏光切換え素子の液晶層の１つの安定状態の方向とを平行方向となるように配置し、かつ、入射光の偏光方向と直交する方向を基準として、偏光切換え素子の液晶層が偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することで、偏光切換え素子に使用可能な液晶材料の物性値（コーン角２θ）は４５°より小さくても光学性能は劣化せず、切換え時間が高速化した光路切換え装置を実現することができる。
【００１７】
さらに本発明では、偏光切換え素子と偏光分離素子からなる光路切換え装置において、入射光の偏光方向と、偏光切換え素子の液晶層の１つの安定状態の方向とを平行方向となるように配置し、かつ、入射光の偏光方向を基準として、偏光切換え素子の液晶層が偏光分離素子と垂直な入射光軸から傾く方向となるように配置することで、偏光切換え素子に使用可能な液晶材料の物性値（コーン角２θ）は４５°より大きくても光学性能は劣化せず、光学性能の温度特性が向上した光路切換え装置を実現することができる。
【００１８】
さらに本発明では、上記の光路切換え装置を具備することにより、低コスト、高速、高画質対応の光走査装置を実現することができる。
また、本発明では、上記の光走査装置を備えることにより、低コスト、高速、高画質対応の画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る構成、動作及び作用効果を、図面を参照して詳細に説明する。
まず本発明に関連する光路切換え装置の基本的な構成および動作について図３を参照して説明する。
図３に示すように、本発明に係る光路切換え装置４の基本的な構成としては、偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０からなる。詳細は後述するが、偏光切換え素子２０はツイストネマチック液晶や強誘電性液晶等を用いた液晶光学素子にて実現でき、特に高速応答性を示す強誘電性液晶は偏光切換えの高速化に非常に有効である。また、偏光分離素子３０は複屈折素子や偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズム、偏光依存性を示す回折光学素子等を用いて実現できる。
【００２０】
光路切換え装置４を構成するそれぞれの素子の動作機能としては、偏光切換え素子２０は、入射光の偏光方向を、互いに直交する２つの偏光成分（偏光方向１、偏光方向２）に切換える機能を有している。すなわち、入射光の偏光面方向を略９０°切換えることができる。ここで、図示しないが偏光の切換えは素子へ作用する外場スイッチングで実現でき、外場は電界印加等にて実現できる。また、偏光分離素子３０は互いに直交する２つの偏光成分（偏光方向１、偏光方向２）を、それぞれ異なる光路（光路１、光路２）に分離する機能を有している。すなわち、前記の偏光切換え素子２０により切換えられた２つの偏光成分を、それぞれ異なる光路に導く（切換える）ことができる。
【００２１】
このようにして、偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０の構成により光路切換え装置４が実現できる。この光路切換え装置４の光路切換え性能に与える影響は装置を構成するそれぞれの素子により異なり、偏光切換え素子２０は主に光路切換えの応答性、光学特性に影響を及ぼし、偏光分離素子３０は主に光路切換えの光路シフト量に影響を及ぼす。
【００２２】
ここで、光路シフト量は素子を通過する光路長に大きく依存するため、偏光分離素子３０の素子サイズを適宜設定することで、所望の光路シフト量を得る事ができる。また、偏光分離素子３０は小さいシフト量であれば複屈折素子が有効であり、ある程度大きいシフト量を必要とする場合はＰＢＳプリズムが有効である。
【００２３】
ここで、強誘電性液晶を用いた偏光切換え素子２０の構成および動作について図４〜６を参照して説明する。
図４に偏光切換え素子２０の概略構成を示す。この偏光切換え素子２０は、一対の透明基板２１と、該一対の透明基板２１に設けられ透明基板面に対して略垂直方向に電界印加を可能とする一対の透明電極２２と、該一対の透明電極２２上に設けられた水平配向膜２３と、前記一対の透明基板間に保持されホモジニアス配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶層２４と、図示しない電界印加手段とからなる構成とされている。配向膜２３はＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等に用いられるポリイミド等の通常の配向膜が利用でき、良好な耐光性を示す無機配向膜およびＳｉＯ２、ＳｉＯ等の無機蒸着膜も利用できる。また、液晶ダイレクタの方向を強く規制するため、ラビング処理や光配向処理を別途施すことが好ましい。また、透明電極２２にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等を用いることができる。
【００２４】
図５は表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）のスイッチングを説明する模式図である。一般にキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶層はらせん構造を有しているが、そのらせんピッチより薄いセルギャップｄ間に挟持すると、らせん構造がほどけ、表面安定化強誘電性液晶層（ＳＳＦＬＣ）となる。ＳＳＦＬＣは図５（ａ）に示すように、液晶分子がスメクチック層法線に対してチルト角（傾き角）−θ（ここでは、θ＝２２．５°）だけ傾いて安定する配向状態と、同図（ｂ）に示すように、逆方向に＋θだけ傾いて安定する配向状態とが混在する状態が実現できる。図５において、Ｗはスメクチック層法線方向、ｎは液晶分子の長軸方向（ダイレクタ方向）、○内に●の記号と、○内に＋の記号は自発分極の方向を表す。紙面に垂直な方向に電界を印加することにより、液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃えることができ、その状態を保持しておくことができる。そして、印加する電界の極性を切換えることによって、図５（ａ），（ｂ）の２つの状態間のスイッチングを行うことができる。すなわち、図５において−Ｅの電界を印加すると、（ａ）のスメクチック層法線方向Ｗから−θだけ傾いた配向状態１に、＋Ｅの電界を印加すると、（ｂ）のスメクチック層法線方向Ｗからθだけ傾いた配向状態２に安定化することができる。ここでθ＝２２．５°とする場合、配向状態１から４５°傾いた配向状態２に安定させることができる。
【００２５】
図６（ａ），（ｂ）は、前述したＳＳＦＬＣを用いた偏光切換え手段の偏光回転の動作を示す模式図である。図６において、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは、入射光の波長λ（例えば６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）と液晶材料の波長λ（６５０ｎｍまたは７８０ｎｍ）における屈折率異方性Δｎによって決まり、
Δｎ×ｄ＝λ／２
を満たすように（すなわち、半波長板条件を満たすように）決定し、かつ２θが４５°にあることで、偏光面の９０°回転が実現できる。
【００２６】
ここで、入射偏光方向は液晶層における液晶分子配向の２つの配向状態のうち、どちらか一方の配向状態における液晶分子の短軸方向または長軸方向と位置するように調整配置する必要がある（ここでは、図６（ａ）の−Ｅの電界を印加した時の配向状態１の短軸方向としている）。調整法としては、位相板の配置により偏光方向を調整すること、または液晶素子自体を回転調整しても可能である。
【００２７】
このような構成とすることで、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、透明電極間に−Ｅの電界を印加した場合、液晶分子はスメクチック層法線方向Ｗから−θだけ傾いた配向状態（配向状態１）をとり、入射偏光は、そのままの偏光方向を保持したまま出射する。一方、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、透明電極に＋Ｅの電界を印加した場合、液晶分子はスメクチック層法線方向Ｗから＋θだけ傾いた配向状態、（配向状態２）をとる。ここではθ＝２２．５°としているので、入射偏光に対して、液晶分子長軸方向（ダイレクタ）は２θ＝４５°傾いて配向する。その結果、半波長板条件の成立から、出射偏光は入射偏光から９０°回転した偏光方向となる。
すなわち、電界制御により偏光回転の切り換えが実現でき、液晶光学素子（偏光切換え素子）２０の透過後に偏光分離素子３０を配置することで光路切り換えが実現できる。前述したように強誘電性液晶はネマチック液晶に比べて非常に速い応答性を示すため、偏光回転切り換えに有する応答速度は数十μsec〜数百μsecと高速応答である。
【００２８】
ここで、図６のような２θが４５°である液晶素子の偏光解析をシミュレーション（ＬＣＤマスター：シンテック）により検証した。ここで今回、理想モデル（配向状態）での偏光状態を解析するため、前提条件として、液晶はネマチック（ＺＬＩ−２２９３*）、印加電圧０Ｖ、プレチルト角０°とした。以下にシミュレーション１の詳細を示す。
【００２９】
［シミュレーション１］
計算アルゴリズム：２×２マトリックス
空気環境下（屈折率：１）
透過タイプ
＜入射光＞
光源ランプ：Ｄ６５
入射偏光方向：０°（ｐ偏光）
【００３０】
【表１】
2009276538.tif 000003
【００３１】
＜液晶詳細＞
＊液晶材料：ＺＬＩ−２２９３（メルク社）
⇒複屈折率Δｎ（＝異常光屈折率ｎe−常光屈折率ｎo）：0.130（1.626−1.496）
※波長は６５０ｎｍ
【００３２】
【表２】
2009276538.tif 000004
【００３３】
シミュレーション１の入射偏光方向は０deg（ｐ偏光）であり、表２のモデル１における液晶分子の方向は０degとｐ偏光と同じ方向である。そのため、入射光は液晶の複屈折は感じないで、偏光方向はそのまま出射されて、ｐ偏光の透過率が１００％、ｓ偏光の透過率が０％となっている。また、表２のモデル２における液晶分子の方向はｐ偏光から４５deg傾いており、入射光は液晶の複屈折を大きく感じるため、前述した、
［液晶複屈折Δｎ×セルギャップｄ＝波長λ／２］
の条件を満たすことで、９０°偏光方向が回転する。
ここで、シミュレーション１では波長λ：６５０ｎｍ、液晶の複屈折Δｎ：０．１３０、セルギャップｄ=２．５０μｍであることから、上記の式を満たしており、モデル２では入射光の偏光方向が９０°回転された結果、ｐ偏光の透過率が０％、ｓ偏光の透過率が１００％となっている。すなわち理想モデルにおいて、９０°偏光回転機能が確認できる。参考として波長λが７８０ｎｍの場合、液晶は波長分散があるため、若干複屈折は小さくなりΔｎ：０．１２５とすると、９０°偏光回転機能を有するセルギャップｄ＝３．１１μｍとなる。
このように２θが４５°の場合、偏光面は９０°回転し、理想的な光学性能が得られることがわかる。
【００３４】
ここで、コーン角２θが４５°からずれた場合について説明する。
図７に示すようにコーン角２θが４０°（２θ＜４５°）の液晶素子の偏光解析をシミュレーション（ＬＣＤマスター：シンテック）により検証した。ここでも、理想モデル（配向状態）での偏光状態を解析するため、前提条件として、液晶はネマチック（ＺＬＩ−２２９３*）、印加電圧０Ｖ、プレチルト角０°とした。以下にシミュレーション２の詳細を示す。
【００３５】
［シミュレーション２］
計算アルゴリズム：２×２マトリックス
空気環境下（屈折率：１）
透過タイプ
＜入射光＞
光源ランプ：Ｄ６５
入射偏光方向：０°（ｐ偏光）
【００３６】
【表３】
2009276538.tif 000005
【００３７】
＜液晶詳細＞
＊液晶材料：ＺＬＩ−２２９３（メルク社）
⇒複屈折率Δｎ（＝異常光屈折率ｎe−常光屈折率ｎo）：0.130（1.626−1.496）
※波長は６５０ｎｍ
【００３８】
【表４】
2009276538.tif 000006
【００３９】
シミュレーション２の入射偏光方向は０deg（ｐ偏光）であり、表４のモデル１における液晶分子の方向は０degとｐ偏光と同じ方向である。そのため、入射光は液晶の複屈折は感じないで、偏光方向はそのまま出射されて、ｐ偏光の透過率が１００％、ｓ偏光の透過率が０％となっている。また、２θは４０°としているため、表４のモデル２の液晶分子の方向は、ｐ偏光から４０deg傾いている。この場合、入射光は液晶の複屈折を大きく感じるため、出射光の偏光方向は回転し、この回転角は２θが４０°であることに起因して（９０°より小さく）８０°となっている。このとき、ｐ偏光の透過率は３％、ｓ偏光の透過率は９７％となっており、偏光変換効率［|(Ｔｐ−Ｔｓ)／(Ｔｐ＋Ｔｓ)|］としては２θが４５°の場合と比較して約６％低下し、光学特性が劣化していることがわかる。
【００４０】
次に、図８に示すようにコーン角２θが５０°（２θ＞４５°）の液晶素子の偏光解析をシミュレーション（ＬＣＤマスター：シンテック）により検証した。ここでも、理想モデル（配向状態）での偏光状態を解析するため、前提条件として、液晶はネマチック（ＺＬＩ−２２９３*）、印加電圧０Ｖ、プレチルト角０°とした。以下にシミュレーション３の詳細を示す。
【００４１】
［シミュレーション３］
計算アルゴリズム：２×２マトリックス
空気環境下（屈折率：１）
透過タイプ
＜入射光＞
光源ランプ：Ｄ６５
入射偏光方向：０°（ｐ偏光）
【００４２】
【表５】
2009276538.tif 000007
【００４３】
＜液晶詳細＞
＊液晶材料：ＺＬＩ−２２９３（メルク社）
⇒複屈折率Δｎ（＝異常光屈折率ｎe−常光屈折率ｎo）：0.130（1.626−1.496）
※波長は６５０ｎｍ
【００４４】
【表６】
2009276538.tif 000008
【００４５】
シミュレーション３の入射偏光方向は０deg（ｐ偏光）であり、表６のモデル１における液晶分子の方向は０degとｐ偏光と同じ方向である。そのため、入射光は液晶の複屈折は感じないで、偏光方向はそのまま出射されて、ｐ偏光の透過率が１００％、ｓ偏光の透過率が０％となっている。また、２θは５０°としているため、モデル２の液晶分子の方向は、ｐ偏光から５０deg傾いている。この場合、入射光は液晶の複屈折を大きく感じるため、出射光の偏光方向は回転し、この回転角は２θが５０°であることに起因して（９０°より大きく）１００°となっている。このとき、ｐ偏光の透過率は３％、ｓ偏光の透過率は９７％となっており、偏光変換効率［|(Ｔｐ−Ｔｓ)／(Ｔｐ＋Ｔｓ)|］としては２θが４５°の場合と比較して約６％低下し、光学特性が劣化していることがわかる。
【００４６】
このようにコーン角２θが４５°からずれる（大小問わず）場合、偏光面は９０°回転からずれるため、光学特性が劣化することがわかる。
【００４７】
以上、本発明に関連する光路切換え装置の基本的な構成および動作と、シミュレーション結果を説明したが、本発明の光路切換え装置では、偏光切換え素子２０の配置構成を特徴としている。通常は偏光切換え素子２０は、図３に示したように光軸に対して垂直配置であるが、本発明では図１（または図２）に示すように、偏光切換え素子２０の液晶層２４を入射光の光軸から傾けた配置構成とし、コーン角２θが４５°からずれる場合においても光学性能は劣化させずに、さらなる高速応答化、温度特性の向上を実現するものである。
【００４８】
本発明の一実施形態として、液晶層２４を入射光軸から傾斜させた場合について説明する。
まずここで、２θが４０°（２θ＜４５°）でかつ、図９（ａ），（ｂ）に示すように、入射偏光方向と液晶分子の２つの安定な配向状態のうちの１つの安定状態の配向軸方向（ここでは配向状態１）とが平行であり、入射光の偏光方向（配向状態１）と直交する方向を基準（傾け回転軸）として、素子の液晶層を入射光軸から４５°傾けたときの液晶素子の偏光解析をシミュレーション（ＬＣＤマスター：シンテック）により検証した。ここでも、理想モデル（配向状態）での偏光状態を解析するため、前提条件として、液晶はネマチック（ＺＬＩ−２２９３*）、印加電圧０Ｖ、プレチルト角０°とした。以下にシミュレーション４の詳細を示す。
【００４９】
［シミュレーション４］
計算アルゴリズム：２×２マトリックス
空気環境下（屈折率：１）
透過タイプ
＜入射光＞
光源ランプ：Ｄ６５
入射偏光方向：０°（ｐ偏光）
【００５０】
【表７】
2009276538.tif 000009
【００５１】
＜液晶詳細＞
＊液晶材料：ＺＬＩ−２２９３（メルク社）
⇒複屈折率Δｎ（＝異常光屈折率ｎe−常光屈折率ｎo）：0.130（1.626-1.496）
※波長は６５０ｎｍ
【００５２】
【表８】
2009276538.tif 000010
【００５３】
シミュレーション４の入射偏光方向は０deg（ｐ偏光）であり、表８のモデル１における液晶分子の方向は０degとｐ偏光と同じ方向である。そのため、入射光は液晶の複屈折はほとんど感じないため、偏光方向はそのまま出射されて、ｐ偏光の透過率が９６％、ｓ偏光の透過率が０％となっている。また、２θは４０°としているため、表８のモデル２の液晶分子の方向は、ｐ偏光から４０deg傾いている。この場合、入射光は液晶の複屈折を大きく感じるため、出射光の偏光方向は回転する。ここで、偏光方向の回転は入射光が感じる配向状態１と配向状態２のなす角度２θによる。すなわち、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、入射光が感じる配向状態１と配向状態２のなす角２θは傾けなしと傾けありにより異なり、図９に示すような傾け配置構成とした場合、見かけ上の２θ’は実際の２θより大きくなり、２θが４０°の場合においても偏光方向の回転は８７°と略９０°回転することができる。
ここで、光学特性の結果はｐ偏光の透過率は０．３％、ｓ偏光の透過率は９９．７％であり、２θが４５°の場合と比較して偏光変換効率［|(Ｔｐ−Ｔｓ)／(Ｔｐ＋Ｔｓ)|］の低下は約１％であり、光学特性がほとんど劣化していないことがわかる。
【００５４】
また、ここで、２θが５０°（２θ＜４５°）でかつ、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、入射偏光方向と液晶分子の２つの安定な配向状態のうち１つの安定状態の配向軸方向（ここでは配向状態１）とが平行であり、入射光の偏光方向（配向状態１）を基準（傾け回転軸）として、素子の液晶層を入射光軸から４５°傾けたときの液晶素子の偏光解析をシミュレーション（ＬＣＤマスター：シンテック）により検証した。ここでも、理想モデル（配向状態）での偏光状態を解析するため、前提条件として、液晶はネマチック（ＺＬＩ−２２９３*）、印加電圧０Ｖ、プレチルト角０°とした。以下にシミュレーション５の詳細を示す。
【００５５】
［シミュレーション５］
計算アルゴリズム：２×２マトリックス
空気環境下（屈折率：１）
透過タイプ
＜入射光＞
光源ランプ：Ｄ６５
入射偏光方向：０°（ｐ偏光）
【００５６】
【表９】
2009276538.tif 000011
【００５７】
＜液晶詳細＞
＊液晶材料：ＺＬＩ−２２９３（メルク社）
⇒複屈折率Δｎ（＝異常光屈折率ｎe−常光屈折率ｎo）：0.130（1.626−1.496）
※波長は６５０ｎｍ
【００５８】
【表１０】
2009276538.tif 000012
【００５９】
シミュレーション５の入射偏光方向は０deg（ｐ偏光）であり、表１０のモデル１における液晶分子の方向は０degとｐ偏光と同じ方向である。そのため、入射光は液晶の複屈折はほとんど感じないため、偏光方向はそのまま出射されて、ｐ偏光の透過率が９６％、ｓ偏光の透過率が０％となっている。また、２θは５０°としているため、表１０のモデル２の液晶分子の方向は、ｐ偏光から５０deg傾いている。この場合、入射光は液晶の複屈折を大きく感じるため、出射光の偏光方向は回転する。ここで、偏光方向の回転は入射光が感じる配向状態１と配向状態２のなす角度２θによる。すなわち、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、入射光が感じる配向状態１と配向状態２のなす角２θは傾けなしと傾けありにより異なり、図１１に示すような傾け配置構成とした場合、見かけ上の２θ’は実際の２θより小さく、２θが５０°の場合においても偏光方向の回転は９３°と略９０°回転することができる。
ここで、光学特性の結果はｐ偏光の透過率は０．３％、ｓ偏光の透過率は９９．７％であり、２θが４５°の場合と比較して偏光変換効率［|(Ｔｐ−Ｔｓ)／(Ｔｐ＋Ｔｓ)|］の低下は約１％であり、光学特性がほとんど劣化していないことがわかる。
【００６０】
前述のシミュレーション４、シミュレーション５の結果からコーン角２θが４５°からずれても液晶層を入射光軸から傾けた配置構成とすることで光学性能は劣化しないことがわかる。すなわち、コーン角２θが４５°ではない材料も偏光切換え素子として使用可能となるため、液晶材料の選択幅が広がる。また、シミュレーション４、シミュレーション５のように、傾け配置の方向は１軸方向の傾けのみ説明しているが、見かけの２θが略４５°となれば、２軸の傾け配置も可能である。
【００６１】
ここで、コーン角２θが４５°からずれた場合の素子の特性に関して、コーン角２θと応答性および温度の関係にて説明する。
まず、応答性との関係について説明する。図１３にＳＳＦＬＣ物性の粘度γとコーン角２θとの関係を示す（クラリアント製ＦＬＣカタログデータ参考）。凡例はＦＬＣの配向モードの違いを示しており、様々な配向モードにおいて、コーン角２θが小さくなると粘度γも小さくなる傾向にあることがわかる。一般にＦＬＣの応答性は、
τ＝γｒ/Ｐs・Ｅ  （液晶とディスプレイ応用の基礎：コロナ社参考）
の式で近似でき、Ｐs：自発分極、Ｅ：電界との関係にもよるが、粘度γ（γｒ）が小さくなると応答速度が速くなる傾向にある。また、前記の応答性の式は、
τ＝γ0・sin2θ/Ｐs・Ｅ  （γ0：Ｎ相の粘性、θ：チルト角、２θ：コーン角）
にも変形でき、コーン角２θが小さくなると応答速度が速くなる関係も一般的に知られている。実際にクラリアント製ＦＬＣ（FELIX-015/100〜019/100：５種類）を用いたＳＳＦＬＣの応答性とコーン角２θの関係を図１４に示す。図１４からコーン角２θが小さくなると応答速度が速くなる傾向を示す事がわかる。
【００６２】
また、コーン角２θと温度との関係について説明する。図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）にＳＳＦＬＣ物性のコーン角２θの温度依存性を示す（クラリアント製ＦＬＣカタログデータ参考）。コーン角２θは温度が高くなると小さくなる傾向にあることがわかる。この温度依存性はＳＡ−ＳＣ相転移温度と関係が有り、コーン角２θが急激に低下する温度は、ＳＡ−ＳＣ相転移温度から約５〜１０℃低い温度にある。すなわち、使用温度範囲を拡大するためには、ＳＡ−ＳＣの相転移温度が高い方がよく、図１６に示すＳＡ−ＳＣの相転移温度とコーン角２θの関係から、コーン角２θは大きい方がよいことがわかる。例えば、使用温度の上限を６０℃とすると、ＳＡ−ＳＣ相転移温度は７０℃が必要であり、図１６からコーン角２θは５０°となる。このように素子の使用温度範囲を大きくするためにはコーン角２θが理想的な４５°より大きくなる傾向がある。
【００６３】
前述したコーン角２θと応答性および温度の関係から、本発明のように偏光切換え素子２０を入射光の光軸から傾けて配置することで、光学性能を劣化させることなく、高速化または温度特性を向上した光路切換え装置が実現できる。
【００６４】
ここで、前述したコーン角２θの温度依存性に関して補足する。本発明のような傾け配置構成において、傾け配置を固定とする場合、温度依存性による光学特性の劣化抑制には限界がある。そこで、入射光軸に対する液晶層の傾き配置は固定ではなく、１軸または多軸（２軸以上）で任意に調整できる機構（例えば、サーボモーターなど）を具備し、かつ、その調整は周囲の温度環境に対応する（周囲の温度環境によらず見かけのコーン角２θが４５°となるように調整する）ことで、温度が変化しても安定した光学性能を得ることができる。
【実施例】
【００６５】
以下に本発明の光路切換え装置と、それを用いた光走査装置および画像形成装置の具体的な実施例を示す。
【００６６】
［実施例１］
本発明の光路切換え装置の実施例に関して、図１、図２を参照して説明する。図１または図２に示すように、光路切換え装置４は偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０の構成からなる。
まず、一つの実施例としては、図１に示すように偏光切換え素子２０自体を傾けて配置し、その傾け配置は素子内の液晶層２４が偏光分離素子３０と垂直な入射光軸から傾くようにした構成がある。なお、この実施例の場合には、偏光切換え素子２０の構成は図４と同じである。
【００６７】
次に、別の実施例としては、図２に示すように偏光切換え素子２０を構成する透明基板２１に傾斜面が設けてあり、その傾斜面の傾斜配置は素子内の液晶層２４が偏光分離素子３０と垂直な入射光軸から傾くようにした構成がある。なお、この実施例の場合には、一対の透明基板２１の対向する傾斜面に透明電極と配向膜が設けられている。
【００６８】
図２の構成では偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０を取り付け配置する基準面は平行でよいが、図１の構成においては偏光切換え素子２０の傾け度合いによって取り付け面を適宜設定する必要がある。
【００６９】
また、図１、図２の構成において、各構成とも入射光軸に対して傾斜面を有するため、入射光軸に対する光路１は、図１の構成の場合は基板２１の厚さおよび液晶層２４の光路長分、図２の構成の場合は液晶層２４の光路長分が平行シフトする。このシフト量は非常に微小であるが、応用によって問題となる場合には、平行シフトする光路長分をキャンセルする光路長補正素子を偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０の間、または光路切換え装置４の前後に配置すればよい。光路長補正素子としては光路切換え装置４に用いる偏光切換え素子２０と同じ素子を用いても良い。その場合、平行シフトする光路長分をキャンセルさせるように液晶層２４の傾斜配置を逆方向とすればよい。
【００７０】
［実施例２］
次に本発明の光走査装置の実施例について図１７〜１９にて説明する。
図１７は光走査装置の一部を示す図である。この光走査装置は、レーザー光源１、カップリングレンズ（コリメートレンズ）３、光路切換え手段４、共通の回転軸を有し複数の段からなる多面反射鏡（ポリゴンミラー）７ａ，７ｂを有する偏向手段（光偏向器）７とで構成されている。なお、図１７ではシリンドリカルレンズ、被走査面への結像光学系を省略している。
【００７１】
図１７の光走査装置に用いる光路切換え手段（光路切換え装置）４は、図１８に示すような電界印加手段４０を具備した強誘電性液晶光学素子（ＳＳＦＬＣ素子）からなる偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０とで構成されており、電界印加制御にて異なる光路を通る。ここでは偏光分離素子３０として、ｐ偏光成分を透過し、ｓ偏光成分を反射する偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）としているが、これに限定されず、偏光依存性を示す回折光学素子を多段配列としてもよい。
また、偏光切換え素子２０は、図１に示した構成のように傾斜して配置されるか、あるいは図２に示した構成のような基板に傾斜面を有する偏光切換え素子２０が用いられる。
【００７２】
ここで、光走査装置の動作について説明する。レーザー光源１から出射したビームは、前述の光路切換え手段である光路切換え装置４における電界印加制御により、副走査方向にビーム光路（上段光路と下段光路）が平行シフトされ、時間分割で光偏向器７の上下段のポリゴンミラー７ａ，７ｂにそれぞれ入射される。ここでは、電界印加制御において、−Ｅ電界印加時に上段光路、＋Ｅ電界印加時に下段光路を通過するようにしているが、＋Ｅ電界印加時に上段光路、−Ｅ電界印加時に下段光路を通過するような構成としてもよい。
ここで上下段のポリゴンミラー７ａ，７ｂは、４５°位相をずらした４面のポリゴンミラーを用いた構成としている。このような構成において、光路切り換え手段４における電界印加を制御することで、図１９（ａ）に示すように上段ポリゴンミラー７ａからのビームが被走査面（例えば感光体面）を走査しているときは、ビームは略上段光路のみを通過し、下段光路はほとんど通過しない。また、図１９（ｂ）に示すように下段ポリゴンミラー７ｂからのビームが被走査面（例えば感光体面）を走査しているときは、ビームは略下段光路のみを通過し、上段光路はほとんど通過しないという動作が実現できる。すなわち、光源１からのビーム光量のロスはなく、光源パワーを効率的に利用でき、光源の長寿命化や劣化確立の低減に繋がる。特に高密度化に有効な面発光レーザーを光源として用いた場合には、効果が大きくなる。
【００７３】
次に図２０に光走査装置の具体的な構成例を示す。
図２０において、符号１，１’は半導体レーザー（ＬＤ）（図示されていない）、２はＬＤベース、３，３’はカップリングレンズ、４は光路切換え手段である光路切換え装置（偏光切換え素子２０と偏光分離素子３０および電界印加手段４０から構成される）、５，５’はシリンドリカルレンズ、６は防音ガラス、７は光偏向器（光走査手段）、７ａは上段ポリゴンミラー、７ｂは下段ポリゴンミラー、８ａ，８ｂは第１走査レンズ（例えばｆθレンズ）、９はミラー、１０ａ，１０ｂは第２走査レンズ（例えばｆθレンズ、トロイダルレンズ等）、１１ａ，１ｂは被走査面である感光体、５０は開口絞りである。
【００７４】
図示しないが、レーザー光源（２ＬＤユニット）１，１’から光路切換え装置４の後のシリンドリカルレンズ５ａ，５ｂまでの前段の光学系（光学系１）、および、第１走査レンズ（例えばｆθレンズ）８ａ，８ｂを含む結像光学系（光学系２）のそれぞれを２セット用い、２段のポリゴンミラー７ａ，７ｂを有する光偏向器７を用いることによって２ビームで４箇所の被走査面への光走査を行う光走査装置を構築できる。４個所の被走査面は４色（例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））に対応する感光体（図２０では２箇所の感光体１１ａ，１１ｂのみ図示しているが、光偏向器７を挟んで反対側に、同様の構成の結像光学系（光学系２）と感光体が配置されている））であり、４つの感光体に対して光走査を行い、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））に対応する潜像を書き込むことによって多色画像形成装置を構築することができる。
【００７５】
［実施例３］
次に、図２１に多色画像形成装置の基本的な構成例を示す。
図２１において、符号１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは感光体、１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋは帯電装置、１３は書き込みユニット（光走査装置）、１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは現像装置、１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ１５Ｋは転写装置、１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋはクリーニング装置、１７は転写ベルト、１８は定着装置であり、符号に付けたＹはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックにそれぞれ対応していることを示している。
【００７６】
図２１において、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは図中の矢印の方向に回転し、回転方向の順に帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ、現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ、転写装置１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ、クリーニング装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋが配備されている。帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋは、感光体表面を均一に帯電するためのものであり、帯電ローラ等の帯電部材で構成されている。この帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの間の感光体表面に書き込みユニット（光走査装置）１３によりレーザービームが照射され、各感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋに各色対応の静電潜像が形成される。各感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋに形成された静電潜像は、現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの各色のトナーによって現像され、各感光体面上に各色のトナー像が形成される。このトナー像の形成にタイミングを合わせて、図示しない給紙部から記録紙（図示せず）が給紙され、転写ベルト１７に搬送される。そして転写ベルト１７で担持搬送される記録紙に、各感光体上の各色のトナー像が転写装置（例えば転写用帯電器等）１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋにより順次重ね合わせて転写され、記録紙上に４色を重ね合わせた画像が形成される。画像が形成された記録紙は定着装置１８に搬送され、定着装置１８により記録紙に画像が定着される。画像が定着された記録紙は、図示しない排紙トレイ等に排紙される。
【００７７】
前述したような電界制御により光路が切り換え可能な光路切換え装置４を備えた光走査装置を用いた画像形成装置においては、複数段のポリゴンミラー７ａ，７ｂからの走査記録に対応して、レーザー光源の光路切換えおよび光量を変調駆動することで、各色に対応する感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを順次走査記録することができ、光源数を減らしながらも、ビームパワーのロスがなく、高速な画像出力を可能とする画像形成装置が実現できる。また、図２０、図２１のような４ドラム・タンデム方式において、２段のポリゴンミラー７ａ，７ｂからなる光偏向器７を用いる場合、順次走査記録は、例えば、イエローとマゼンダ、シアンとブラックのそれぞれ２つの感光体を交互に走査記録することができる。
また、本発明の光路切換え装置４を光走査装置に用いた画像形成装置は、その応答速度の速い点から高速印刷、高速走査も可能であり、その書き込み速度も自在に上げていくことができる。したがって、低コスト、高速、高画質対応でかつ、安定した多色画像形成装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上の実施例では、本発明の光路切換え装置４を、光走査装置やそれを備えた画像形成装置に用いた例を示したが、本発明の光路切換え装置４は、直視型表示または投影型表示に用いられる画像表示装置や、光通信に用いられる光スイッチ等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、光路切換え装置の構成および動作を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す図であって、光路切換え装置の構成および動作を示す図である。
【図３】本発明に係る光路切換え装置の基本的な構成および動作を示す図である。
【図４】偏光切換え素子の概略構成を示す断面図である。
【図５】表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）のスイッチングを説明する模式図である。
【図６】ＳＳＦＬＣを用いた偏光切換え手段の偏光回転の動作の一例を示す模式図である。
【図７】ＳＳＦＬＣを用いた偏光切換え手段の偏光回転の動作の別の例を示す模式図である。
【図８】ＳＳＦＬＣを用いた偏光切換え手段の偏光回転の動作の別の例を示す模式図である。
【図９】液晶層を入射光軸から傾斜させた場合の説明図である。
【図１０】液晶層を入射光軸から傾斜させた場合の配向状態の説明図である。
【図１１】液晶層を入射光軸から傾斜させた場合の別の説明図である。
【図１２】液晶層を入射光軸から傾斜させた場合の配向状態の別の説明図である。
【図１３】ＳＳＦＬＣ物性の粘度γとコーン角２θとの関係を示す図である。
【図１４】ＳＳＦＬＣの応答性とコーン角２θの関係を示す図である。
【図１５】コーン角２θと温度との関係を示す図である。
【図１６】ＳＡ−ＳＣの相転移温度とコーン角２θの関係を示す図である。
【図１７】本発明に係る光走査装置の一部を示す概略図であり、（ａ）は光走査装置の一部の側面図、（ｂ）は偏向手段（光偏向器）の斜視図である。
【図１８】図１７に示す光走査装置に用いる光路切換え装置の構成および動作を示す図である。
【図１９】図１７に示す光走査装置における光ビームの偏向走査状態を示す図である。
【図２０】本発明に係る光走査装置の具体的な構成例を示す要部斜視図である。
【図２１】本発明に係る画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１’：光源（半導体レーザー）
２：ＬＤベース
３，３’：カップリングレンズ
４：光路切換え装置（光路切換え手段）
５ａ，５ｂ：シリンドリカルレンズ
６：防音ガラス
７：光偏向器（偏向手段）
７ａ：上段ポリゴンミラー（多面反射鏡）
７ｂ：下段ポリゴンミラー（多面反射鏡）
８ａ，８ｂ：第１走査レンズ
９：ミラー
１０ａ，１０ｂ：第２走査レンズ
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ：感光体
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ：帯電装置
１３：書き込みユニット（光走査装置）
１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ：現像装置
１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ１５Ｋ：転写装置
１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ：クリーニング装置
１７：転写ベルト
１８：定着装置
２０：偏光切換え素子
２１：透明基板
２２：透明電極
２３：配向膜
２４：強誘電性液晶層（ＳＳＦＬＣ）
３０：偏光分離素子
４０：電界印加手段
５０：開口絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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