JP2007102107A - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面発光型半導体レーザを光源とする光走査装置において、被走査面におけるビーム位置、ビームウェスト位置のうち、いずれか一方又は双方を効果的に調整可能であり、色ずれを抑制できるようにする。
【解決手段】２つの面発光型半導体レーザ１１ａ、１１ｂから出射され、各々カップリングレンズ１２ａ、１２ｂにより以降の光学系の特性に応じてカップリングされた２本のレーザビーム２１ａ、２１ｂは、シリンドリカルレンズ１３の作用によりポリゴンミラー１４の偏向反射面上に線像として結像され、走査光学系により、被走査面上をビームスポットとして走査される。シリンドリカルレンズ１３の手前にはレーザビームの位相変調可能な液晶素子４３が配置され、その手前には、ビームの振動方向を回転させて液晶素子４３の光軸と一致させるための偏光変換手段としての旋光子２２が配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光書き込みユニットとしての光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。

［マルチビーム走査装置］
書き込み系に用いられる光走査装置において、記録速度を向上させる手段として偏向手段であるポリゴンミラーの回転速度を上げる方法がある。しかし、この方法ではモータの耐久性や騒音、振動、及びレーザの変調スピード等が問題となり限界がある。
そこで、一度に複数の光ビームを走査して複数ラインを同時に記録する提案がなされている。複数のレーザビームを出射するマルチビーム光源装置の方式として、１チップ上に複数の発光点（発光チャンネル）をもつマルチビーム半導体レーザを光源手段として用いる方式があり、近年では光源手段として面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の適用が実用化されている。

従来の端面発光型半導体レーザの場合には、活性層に沿って複数の発光点を形成することが可能であるため、発光点を一次元的に配列することは比較的容易であるが、発光点を二次元的に配列したい場合には、発光点が一次元に配列した複数のチップを実装する必要があるため、発光点間隔を小さくすることは困難であった。
一方、面発光型半導体レーザは、ウェハ表面から垂直方向にレーザ光を出射する構成であるため、発光点を二次元的に配列する構造とすることも比較的容易であり、端面発光型半導体レーザと比較してさらなるマルチチャンネル化を達成することが可能である。

［位相変調可能な液晶素子］
液晶素子を用いてレーザビームの位相を変調する技術は公知であるが、ここでは、位相変調の一例としてレーザビームの進行方向を偏向する（波面を傾ける）ことの原理について、「独立行政法人通信総合研究所のホームページ」より入手可能な情報に基づいて簡単に説明する。
光路偏向素子として使用される液晶素子は、例えば、図１０に示すように、ホモジニアス分子配列のネマティック液晶層１を２枚のガラス基板２Ｕ、２Ｄで挟んだ構造からなり、これらガラス基板の内側にはそれぞれ、金属酸化物の透明電極３Ｕ、３Ｄが形成されている。

ガラス基板の一方（例えば下面）のガラス基板２Ｄには電気的な接地面を形成するための一様な接地電極が全面にわたって形成され、他方（上面）のガラス基板２Ｕには液晶層に必要な電界分布を与えるための上面電極が形成される。ここでは符号３Ｄで示したのが上記接地電極であり、符号３Ｕで示したのが上記の上面電極である。
上面電極３Ｕは例えば、図１１に示すようにストライプ状を呈している。上面電極３Ｕ、接地電極３Ｄ共に透明電極である。上面電極３Ｕと接地電極３Ｄ間に駆動交流電圧（例えば、数キロヘルツの矩形波）を印加すると、複屈折率（分子の長軸と短軸の屈折率差）を有するネマティック液晶層１のネマティック液晶分子１ａは、電場に沿って傾く。

この傾きの様子を図１０に模式的に示した。図１０において、駆動電圧＝０Ｖ印加時に相当する左側の列においては分子の初期配向角ｐに変化はなく、駆動電圧＞Ｖｔｈ（しきい値）印加時に相当する右側の列においては分子の初期配向角ｐについて部分的に傾きの状態変化が見られる。かかる状態変化の部位は、液晶分子（長軸の向き；これを液晶素子の「光学軸」と呼ぶ）と平行な直線偏光をもった単色光にとって、ネマティック液晶層１は電界分布に応じて局所的に異なった屈折率分布をもった媒質と等価になる。従ってネマティック液晶層１を透過した光の波面には、液晶の印加電圧の面内分布に応じた空間的な波面変調あるいは位相変調が加わることになる。
この原理を利用して、液晶層内の電位分布を適宜制御しレーザビームの波面を傾けることにより、その進行方向を偏向することが可能となる。つまり、液晶素子を用いて位相変調する場合には、入射するレーザビームの直線偏光の振動方向と液晶素子の光学軸の方向を一致させる（平行にする）必要がある。

［カラー画像形成装置］
タンデム型フルカラー画像形成装置においては、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して４つの感光体ドラムを中間転写ベルトの搬送面に沿って列設し、光走査装置により各感光体ドラムに対応して設けられたレーザビームを走査して、当該感光体ドラム周面に静電潜像を形成すると共に該当する色のトナーで顕像化し、これを中間転写ベルトによって搬送されるシート上に順次転写して多色画像を形成する構成を採用している。
上記光走査装置における走査手段はポリゴンモータ等により所定の回転数で回転駆動される。ライン同期信号発生手段は走査手段からのレーザビームを所定の位置で検出してライン同期信号を発生し、このライン同期信号に同期してレーザビームが画像信号により変調されて１ライン分ずつ画像の書き込みが行われる。
中間転写基準信号発生手段は中間転写体上のマークを所定の位置で検出して中間転写基準信号を発生し、感光体上に各色のトナー像を形成する各色の画像形成動作が中間転写基準信号に同期して行われる。

しかし、上記のカラー画像形成装置では、中間転写基準信号とライン同期信号とが非同期であるので、レーザビーム数が増加するほど中間転写基準信号とライン同期信号との位相が大きくずれる可能性があり、副走査方向の画像書き込み開始位置のずれが大きくなって色ずれ（各色のトナー像の位置ずれ）が生じ、カラー画像の劣化が生ずる。
この問題を解決すべく、特開平１０−２３９９３９号公報には、中間転写基準信号とライン同期信号との位相関係に応じて複数のレーザビームのうち感光体に最初に画像を書き込むレーザビームを切り換えることにより副走査方向の各色毎の画像書き込み開始位置を調整して色ずれを補正する補正手段を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置が提案されている。
しかしながらこの提案を採用しても、最大で１ライン分の画像書き込み開始位置ずれが発生する恐れがあった。

さらに、画像形成装置の運搬、設置に伴う振動の影響や使用期間における経時変化、あるいは画像連続プリント出力による機内温度上昇による光学素子の変形や姿勢変化に起因して、感光体ドラム上にレーザビームが照射される位置が変動し、結果として中間転写ベルト上に重ね合わされる多色画像にずれが生じ、出力画像品質の劣化をもたらす恐れがあった。
このような走査位置ずれを補正する方法として、
・折返しミラーを回転する
・シリンドリカルレンズをシフト／回転する
・プリズムをシフト／回転する
・電気光学素子、ＡＯＭを利用する
・半導体レーザとカップリングレンズの間に配設された平行平板を回転する
等、光路を偏向する（レーザビームを微小角度だけ偏向する）「光路偏向手段」の構成が従来より考案されているが、いずれの方法も、装置の大型化を招いたり、消費電力が大きい、構成部品点数が多く信頼性が低い（短寿命）等、実用的には多くの課題点があった。

ここで、その先願の具体例を下記に示す。
（Ａ）特開２００１−１３３７１８号公報においては、複数の走査手段を用いる画像形成装置において、各走査手段（ハウジング）全体を感光体に対し位置調整し、各感光体での走査線を一致させる方式が提案されている。しかし、調整のための機構が複雑になり、調整時間もかかる。また、重量の大きいハウジングを調整するため、温度変化などによる経時的な変化には対応できにくく、プリント中、もしくは使用環境における色ずれを高精度に補正することはできない。
（Ｂ）また、前記問題の別の解決方法として、特開２００１−１００１２７号公報等では、ガルバノミラーを用いて副走査ビーム位置を制御する方法が提案されている。しかしながら、ガルバノミラーは副走査位置を制御するには感度が高すぎるため外部振動の影響を受けやすく、更に良好なビームスポット径を確保するためには高い面精度が要求される（透過面の約４倍）といった問題があった。
（Ｃ）マルチビーム間のずれの問題を解決する方式として、上記特開平１０−２３９９３９号公報に記載のカラー画像形成装置を挙げることができる。しかし、本方式をもってしても１ライン以下の補正はできないため、例えば６００ｄｐｉ書き込みの場合は、少なくとも４２μｍ以上の色ずれを発生する。

特開平１０−２３９９３９号公報 特開２００１−１３３７１８号公報 特開２００１−１００１２７号公報 特開平１０−２１５３５１号公報 特開平９−１８９８７３号公報 特開平１０−２８２５３１号公報

［レーザビーム位置の変動］
光源から被走査面の間の光路内に配備された液晶素子を用いてレーザビームの位相を変調し、その光路を偏向する（レーザビームの進行方向を偏向する）ことにより、被走査面におけるレーザビーム位置を可変することができる。
上述のように、液晶素子を用いて光路偏向するには、「液晶素子の光学軸」と「直線偏光を有するレーザビームの偏光面」を一致させる（平行にする）必要がある。
しかしながら、面発光型半導体レーザの構造によっては、出射する光ビームはランダム偏光である場合があり、このように光ビームが直線偏向ではない場合には、液晶素子を用いて有効に光路偏向を行うことが困難であった。
また、複数の発光部（一次元配列又は二次元配列）を有する面発光型半導体レーザを備えた光走査装置においては、出射する光ビームが１方向に振動する直線偏光となるような構造を有する面発光型半導体レーザを用いた場合でも、被走査面上の副走査ビームピッチを所定値に設定するため、その光学倍率に応じて面発光型半導体レーザを光軸回りに傾けて用いる必要が生じるため、必ずしも光路偏向の方向とレーザビームの偏光面が一致しない場合がある。このような場合にも液晶素子にて有効に光路偏向を行うことができなかった。

［ビームウェスト位置（ピント位置）の変動］
光走査装置内の温度等の環境変化に伴い、光学素子やハウジング部材の熱膨張、収縮等の影響により、被走査面近傍でのビームウェスト位置（ピント位置）が変化する場合がある。特に光学素子やハウジング部材を樹脂材質とした場合に、その影響は顕著となる。
これにより被走査面におけるビームスポット形状が劣化し、光走査装置を画像形成装置の露光装置として用いた場合には、出力画像の品質劣化を招く恐れがあった。

本発明は、面発光型半導体レーザを光源とする光走査装置において、被走査面におけるビーム位置、ビームウェスト位置のうち、いずれか一方又は双方を効果的に調整可能であり、色ずれを抑制できる光走査装置、該光走査装置を露光装置として有し、色ずれの少ない高品質な出力画像を得ることができる画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、光源を出射した光ビームを用いて被走査面上を走査する光走査装置において、光ビームの位相変調可能な液晶素子と、上記光源を出射し上記液晶素子に入射する光ビームの偏光状態を変換する偏光変換手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記液晶素子と上記偏光変換手段は一体に構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記光源は、面発光型半導体レーザであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記光源は、ランダム方向に振動する光ビームを出射する光源であり、上記偏光変換手段として、上記ランダム方向に振動する光ビームの振動方向を１方向に変換するための偏光子を備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記光源は、複数の発光部を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の光走査装置において、上記光源は、出射される光ビームの光軸に略平行な回転軸回りに傾けて配備されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の光走査装置において、上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、副走査方向に略等間隔を維持しながら、共通の被走査面を走査することを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、請求項５に記載の光走査装置において、上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、主走査方向において複数の領域に分割して、共通の被走査面を走査することを特徴とする。

請求項９に記載の発明では、請求項５に記載の光走査装置において、上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、互いに異なる被走査面を走査することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記液晶素子は上記被走査面における光ビーム位置を変化させるように位相変調する機能を有することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記液晶素子は上記被走査面付近における光ビームウェスト位置を変化させるように位相変調する機能を有することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明では、像担持体と、該像担持体に静電潜像を形成する光走査装置と、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、上記光走査装置が、請求項１乃至１１のうちのいずれかに記載のものであることを特徴とする。

本発明によれば、液晶素子の構造、特性に応じて入射ビームの偏光状態を変換することが可能となり、色ずれを高精度に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
通常、「主走査方向」と「副走査方向」は、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味するが、ここでは、光路の各場所で、被走査面の主走査方向と副走査方向に対応する方向を広い意味で、各々「主走査方向」、「副走査方向」と呼んでいる。
＃１［マルチビーム走査装置（ビーム合成方式）の場合］
＃１−１［マルチビーム走査装置（ビーム合成）の概要］
図１は、画像出力装置の露光装置に用いられる光走査装置の一例を示している。本実施形態における光走査装置２０は、光源手段（光源）として、「１つの発光部を有する面発光型半導体レーザ」を２つ備えた、２本の光ビームを同時に走査する「２ビーム走査装置」であるが、面発光型半導体レーザをより多く備えることにより、より多くの本数の光ビームを走査するマルチビーム走査装置に展開可能である。また、光源手段として「面発光レーザ」を用いた例により説明するが、これに限定されるものではない。
「光源」はレーザビーム発光体そのもの又はそのユニットを指し、ここでは、「光源手段」を「光源」と同義に用いている。
２つの面発光型半導体レーザ１１ａ、１１ｂから発射され、各々カップリングレンズ１２ａ、１２ｂにより以降の光学系の特性に応じてカップリングされた２本のレーザビーム２１ａ、２１ｂは、シリンドリカルレンズ１３の作用により偏向器であるポリゴンミラー１４の偏向反射面上に（副走査方向に結像し、主走査方向に長い）線像として結像され、走査光学系（走査レンズ）１５により、被走査面（像担持体としての感光体ドラム）１６上をビームスポットとして走査される。
図１において、符号１５−１は第１走査レンズを、１５−２は第２走査レンズを、１９は同期検知センサをそれぞれ示している。

本実施形態では、２本のレーザビーム２１ａ、２１ｂは、主走査断面にてポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍で互いに交差する構成を採用している。このような構成を採用することにより、ポリゴンミラー１４での反射点の差異に起因する２本のレーザビーム間の光学特性の偏差（結像位置、倍率等）の発生を抑制することが可能となる。
図１においては、ビーム合成手段を用いずに「ビーム合成する」構成を示したが、図２に示すように、ビーム合成手段（例えば、偏光ビームスプリッタ面を利用した「ビーム合成プリズム」１７）を用いてビーム合成する構成を採用しても構わない。このような構成を採用すれば、２本のレーザビーム２１ａ、２１ｂがポリゴンミラー１４付近で交差する角度をより小さくすることが可能であるため、両レーザビーム間の光学特性の偏差の発生をさらに低減することができる。
図２において、点線で囲んだ部分は、光源を含む周辺構成としての光源装置を示している。

副走査方向に略等間隔を維持しながら複数のビームスポットを共通の被走査面を走査する、マルチビーム走査装置においては、被走査面上のビームスポット位置（光ビームの間隔）の初期調整、及び環境、経時変動の補正のため、「光ビーム位置補正手段」が具備されることが多い。
光ビーム位置補正手段の基本構成としては、
・折返しミラーを回転する
・シリンドリカルレンズをシフト／回転する
・プリズムをシフト／回転する
・電気光学素子、ＡＯＭを利用する
・半導体レーザとカップリングレンズの間に配設された平行平板を回転する
等、光路を偏向する（レーザビームを微小角度だけ偏向する）「光路偏向手段」の構成が従来より考案されている。しかし従来の方法では装置が大型化する、消費電力、発熱、騒音が大きい、等の問題があった。

ここで、その先願の具体例を下記に示す。
（１）特開平１０−２１５３５１号公報には、複数の光源から出射される光ビームをビーム合成プリズムを用いて合成する光走査装置が記載されている。ポリゴンミラーの反射面上に線像を形成するためのシリンドリカルレンズを副走査方向にシフトすることにより、光ビームの出射方向を調整することで、被走査面上のビームスポット位置を調整するものである。
（２）特開平９−１８９８７３号公報には、複数の光源から出射される光ビームをハーフミラーを用いて合成する光走査装置が記載されている。光路中に設けられたガルバノミラーの傾き調整及び光源装置の傾き調整により、光ビームの出射方向を調整することで、被走査面上のビームスポット位置を調整するものである。
（３）特開平１０−２８２５３１号公報には、電気光学効果を有する電気光学材料（ニオブ酸リチウム等）の屈折率変化を利用して、レーザビームを偏向するものが記載されている。
しかしながら、上記先願（１）〜（２）の場合には調整感度の設計が困難な場合が多く、また（３）の場合には装置の大型化、高駆動電圧等の問題があった。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、小型、軽量化、省エネルギ対応可能、無騒音、無発熱である等の特徴を有する、レーザビームの位相変調可能な液晶素子４３ａ、４３ｂを光路偏向手段として採用している。
被走査面の光ビーム位置を調整するための位相変調の機能としては、レーザビームの進行方向を偏向する（波面を傾かせる）、あるいはレーザビームを平行シフトする、のいずれの機能としても構わない。
光走査装置の使用中に、装置内の温度上昇や径時変化の影響により、被走査面における走査線間隔が変動した場合には、このような液晶素子４３を用いて、走査線間隔の変化を補正することが可能である。さらには、副走査方向の走査密度を切り替える（例えば、６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉの間で切り替える）ことにも適用可能である。

＃１−２［（１方向に振動する光ビームを出射する面発光型半導体レーザ）を光源手段とした場合］
上述のように、液晶素子４３を用いて光路偏向するには、「液晶素子の光学軸」と「直線偏光を有するレーザビームの偏光面」を一致させる（平行にする）必要がある。
出射するレーザ光の偏光状態を制御するため、面発光型半導体レーザを、例えば、通常の（１００）面の基板から大きく結晶面を傾斜させて光学異方性を有する構造とすることにより、実質的に１方向に振動する光ビームを出射する光源手段とすることが可能である。
このような面発光型半導体レーザを光源手段として採用した場合には、光ビームの振動方向が液晶素子４３の「光学軸」と一致するように、光源手段（面発光型半導体レーザ）を光軸に略平行な回転軸回りに回転させて配備すればよい。
単一の液晶素子４３にて光路偏向する場合、レーザビームの有する偏光特性を利用しているため、２方向（主走査方向、副走査方向）に独立で偏向することは一般には困難であるが、光路偏向の目的は、主として被走査面でのビームスポット位置を副走査方向に移動することであることが多く、従って光路偏向は副走査方向のみにて行える構成としても構わない。

被走査面における光ビーム位置を副走査方向に調整したい場合には、液晶素子４３の光学軸を副走査方向に一致させ、併せて面発光型半導体レーザからの出射ビームの振動方向も副走査方向に一致する構成とすればよい。
一方、被走査面における光ビーム位置を任意の１方向に調整したい場合には、それに適合するように適宜液晶素子４３及び面発光型半導体レーザの配置角度を設定（調整）すればよい。
また、液晶素子４３の光学軸とレーザビームの振動方向を一致させるために、図３に示すように、図１の構成に対して、偏光変換手段としての旋光子２２を設け、振動方向を回転させるようにしている（図１では省略）。
旋光子２２としては、例えば、１／２λ板等が適用可能である。１／２λ板を使用した場合、入射ビーム（直線偏光）の偏光面（すなわち電場ベクトル）と１／２λ板の主面（光学軸）との間の角度θを適宜設定することにより、出射ビームの偏光面を２θ回転する（旋光する）ことが可能である。

＃１−３［（ランダム方向に振動する光ビームを出射する面発光型半導体レーザ）を光源手段とした場合］
液晶素子４３に入射するレーザビームの振動方向が１方向ではなく、ランダム方向に振動している場合には、液晶素子での光路偏向（位相変調）を効果的に行うことはできない。
このような場合には、図４に示すように、ランダム方向の振動を１方向の振動に変換可能な偏光変換手段としての偏光子（偏光板）２３を、液晶素子４３に入射する前の光路上に配備すればよい。
その際、偏光子２３の透過方向を液晶素子４３の光学軸の方向と一致させることで、液晶素子による光路偏向を有効に行うことが可能となる。
偏光子２３としては、
・有機物質を埋め込んだプラスチック製シートを１方向に伸展させて構成分子を１方向に整列させた構造、
・グランテーラープリズム、ブラントムソンプリズム等複屈折性結晶材料からなる構造
等いずれの構造を採用しても構わない。

図３及び図４においては、偏光変換手段（旋光子２２又は偏光子２３）と液晶素子４３を別体構成としたが、両者を一体構成としても構わない。
一体構成を採用することにより、両部品間の取付精度（回転方向の相対的な配置）の高精度化を図ることができ、また部品点数削減（部品管理、ハウジング部材等への組み付け時）を達成することが可能となる。

＃２［マルチビーム走査装置（アレイ光源）の場合］
＃２−１［マルチビーム走査装置（アレイ光源）の概要］
上記＃１においては、複数の面発光型半導体レーザから出射される光ビームを合成する方式を採用したマルチビーム走査装置について、特に走査線間隔を補正する構成に重点を置いて説明した。
ここでは、面発光型半導体レーザが複数の発光部を有する場合について、被走査面を走査する複数のレーザビームの走査位置全体を副走査方向に変位する構成を中心として、説明する。
［マルチビーム走査装置］で述べたように、端面発光型半導体レーザと比較し、面発光型半導体レーザはより多くの発光部を二次元的に備えることが可能である。このような面発光型半導体レーザを光源手段として備えた光走査装置を画像形成装置の露光装置として用いることにより、ポリゴンスキャナの回転数の低減を図りつつ、同時に高速、高密度化を容易に達成することができる。
ポリゴンモータの回転数を増加させることがないため、環境負荷低減（省消費電力化、発熱防止、騒音防止等）を図ることが可能である。

＃２−２［液晶素子を備えた光走査装置にアレイ光源を組み合わせた場合］
例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すような複数（２×２＝４）の発光部を有する面発光型半導体レーザを光源手段としたマルチビーム走査装置について考える。
図５（ａ）の面発光型半導体レーザは、主走査方向及び副走査方向の発光部間隔がｄであり、被走査面での走査線間隔をＤとした場合、走査光学系全系の副走査方向の横倍率（光源から被走査面までの横倍率）ｍが、ｍ＝Ｄ／ｄとなるような走査光学系と組み合わせればよい。
但し、図５（ａ）の光源配置では、被走査面において、発光部ｐ１とｐ２に対応する走査線が互いに重なり、また発光部ｐ３とｐ４に対応する走査線が互いに重なるため、走査密度の高密度化を図ることはできない。

４つの発光部を有効に利用するには、図５（ｂ）に示すように、面発光型半導体レーザを角度φだけ傾けて配備すればよい。本図においては、４つの発光部の副走査方向の間隔を等間隔（ｄ／２）とするために、ｔａｎφ＝１／２、すなわち、φ＝２６．５６５°に設定した。この場合には、全系の副走査倍率が２ｍとなる走査光学系と組み合わせることにより、所望の被走査面での走査密度Ｄを達成することができる。
このような光源手段から発生したレーザビーム（４本）を共通の液晶素子に入射させることにより、図６に示すように、全てのレーザビームを同時に同じ角度だけ光路偏向することでき、被走査面での走査線間隔を変えることなく、走査位置を変更することが可能となる。
一般には、図５（ｃ）に示すように、主走査方向にＮ個（間隔ｄ１）、副走査方向にＭ個（間隔ｄ２）の発光部ｐを有する光源の場合、傾け角度をφとすると、
ｔａｎφ＝（ｄ２／ｄ１）×（１／Ｎ）
となるように、光源を傾ければよい。

なお、＃１−２にて説明したように、面発光型半導体レーザを出射するレーザ光が図５（ａ）及び（ｂ）に示す１方向に振動している場合には、液晶素子の光学軸の方向（通常は副走査方向）に一致するように、１／２λ板等の旋光子を配備すればよい。
あるいは角度φだけ傾けて配備したときに振動の方向が副走査方向と一致するように、面発光型半導体レーザの構造を決定しても構わない。
ランダム偏光を出射する面発光型半導体レーザの場合には、＃１−３にて説明したように、ランダム方向の振動を１方向の振動に変換可能な「偏光子」を、液晶素子に入射する前の光路上に配備すればよい。

＃２−３［タンデム式画像形成装置の露光装置］
図７は、フルカラー画像形成装置の一例としてのタンデム式カラー画像形成装置の一部を示している。本図には、露光装置となる光走査装置２０と、各色に対応する静電潜像を形成する像担持体としての感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ、及び、各感光体ドラム上に形成された静電潜像を顕像化したトナー像（４色に対応）を重ね合わせるための転写ベルト３１のみを示し、本発明の説明に関連しない、現像器、転写器、定着器、帯電器、クリーニング器等は省略している。
４つの面発光型半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを出射したレーザビームは、ポリゴンミラー１４により偏向反射され、走査光学系を介して、各々対応する感光体ドラム１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋに到達する。
このような光源（面発光型半導体レーザ）から被走査面（感光体ドラム）までの光路や光学素子及びそれらを構成するメカ部品やレイアウトを総称して、「ステーション」と呼ぶことにすると、光走査装置２０は、「４ステーション」方式と呼ぶことができる。
本図では、各ステーションに対して、面発光型半導体レーザ１１の発光部数（チャンネル数）に応じた複数本のレーザビームの光路（主光線）を、代表して１本の実線にて図示した。また本図では、ランダム偏光を直線偏光に変換するための偏光子や、直線偏光の振動方向を回転するための旋光子は図示していないが、前述のように、面発光型半導体レーザの構成や配置に従い、必要に応じて適宜追加配備すればよい。

４つの面発光型半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋとポリゴンミラー１４の間には、位相変調可能な液晶素子４３が配備されている。本図においては、独立して位相変調可能な複数（４つ）の有効エリアを有する液晶素子としたが、１つの有効エリアを有する液晶素子を４つ備えた構成としても構わない。
画像情報に基づき変調されたレーザビームにより各色に対応する感光体ドラム１６上に静電潜像が形成され、周知の電子写真プロセスにより、静電潜像は図示しない現像器によりトナー像として顕像化され、顕像化されたトナー像（４色）は、フルカラー画像として重ね合わされるように転写ベルト３１に転写されたのち、出力紙上に一括転写され、その後定着される。
各ステーションにおける被走査面と光学的に等価な位置に同期検知センサ１９が配備されており、これにより得られる電気信号により、主走査方向の各１ライン毎の書込開始（走査開始）タイミングを決定することができる。
また、本図の場合、同期検知センサ１９は走査開始側及び走査終了側に配備されており、機内の温度上昇等に伴う走査光学系の主走査方向の倍率変動を検出することが可能であり、これに基づきレーザビームの変調周波数を調整することで、上記走査光学系の倍率変動を補正することが可能である。

副走査方向の走査開始タイミングはエレキ制御にて決定され、各感光体ドラム上に形成されたトナー像が転写ベルト上に重ね合わされるが、その際、連続して画像出力した場合には機内温度が上昇する等の影響により、光走査装置内の光学素子の形状や配置が変化し、感光体ドラム上のレーザビームの走査位置（副走査方向）が変化する恐れがある。
これにより、ステーション間で相対的な走査位置ずれが発生し、結果として転写ベルト３１上に重ね合わされた画像に色ずれが生じることになる。転写ベルト３１に色ずれ検知用のトナー像３２を形成し（ここでは３箇所）、これを色ずれ検知用センサ３３にて検出する構成を採用することにより、この色ずれ量を検出することが可能である。
このようにして検出した色ずれ量に基づき、液晶素子を駆動して各ステーションのレーザビームの光路を偏向又はシフトすることにより、感光体ドラム１６上の走査位置を補正することができるので、転写ベルト３１上での色ずれの低減を図ることが可能となる。

本実施形態では、各ステーションにおいて１つの面発光型半導体レーザ１１から出射された複数のレーザビームは、液晶素子４３に設けられた各ステーションに対応する有効エリアにて同時に同じ角度だけ光路偏向することできるため、感光体ドラム１６上での走査線間隔を変えることなく、走査位置を調整することが可能である。
なお、＃２−３では、光源手段としてアレイ光源を具体例として説明したが、＃１で説明したビーム合成方式を適用した光源手段に適用しても構わない。

＃３［複数の発光部を有する面発光型半導体レーザから出射されるレーザビームを光路分離する構成］
＃３−１［分割走査型光走査装置］
複数の発光部を有する面発光型半導体レーザから出射されるレーザビームを光路分離して、被走査面を走査する光走査装置の一例として、分離したレーザビームを共通の被走査面上で直列に配列した「分割走査型光走査装置」について、図８（主走査断面）を参照しながら説明する。
２つの発光部を有する面発光型半導体レーザ１１を出射したレーザ光は、カップリングレンズ１２により以降の光学系の特性に応じてカップリングされたのち、光路分離用ミラー２４により図の上下方向に光路分離される。
光路分離された２本のレーザビームは各々、等角速度にて回転するポリゴンミラー１４Ａ及び１４Ｂにより偏向反射され、走査光学系１５Ａ及び１５Ｂを介して、共通の被走査面１６を走査する。

このときＡ側のステーション及びＢ側のステーションにより被走査面１６に形成される走査線は、主走査方向を複数（本例では２つ）の領域に分割して走査しており、これらを繋ぎ合わせることで「１ライン」の走査線を形成することができる。
このように走査光学系を直列に配列することにより、有効書込幅を容易に大きくすることができる。また、同じ有効書込幅であれば、光学素子、偏向器を小型化でき、メカ公差や温度変動によるビームウェスト位置変動が小さくなり、波面収差が低減できる。結果として高品位な出力画像を得ることが可能となる。

しかしながら、装置内の温度変化や経時的な変化に伴い、光学素子の形状や取付（姿勢）が変動した場合、２本の走査線の「繋ぎ部」における走査位置（副走査方向）が一致せず、「１本」の走査線を形成できなくなる恐れがある。このような場合には、Ｂ側のステーションに配備された液晶素子４３によりＢ側のステーションの走査位置を補正することで、「１本」の走査線形状を維持することが可能となる。もちろん、液晶素子は、Ａ側のステーションに配備してもよいし、両ステーションに配備しても構わない。
本実施形態では、２つの発光部を有する面発光型半導体レーザ１１から出射するレーザビームを２つのステーションに光路分離し、被走査面を主走査方向に２つの領域に分割して「１本」の走査線を形成する場合について説明した。
より一般には、より多くの発光部を有する面発光型半導体レーザから出射するレーザビームを適宜２以上のステーションに光路分離し、「複数本」の走査線を形成する構成を採用しても構わない。

＃３−２［タンデム式光走査装置］
複数の発光部を有する面発光型半導体レーザから出射されるレーザビームを光路分離して、被走査面を走査する光走査装置の別の例として、多色画像形成装置の露光装置として適用可能な「タンデム式光走査装置」について、図９（副走査断面）を参照しながら説明する。
２つの発光部を有する面発光型半導体レーザ１１を出射したレーザ光は、カップリングレンズ１２により以降の光学系の特性に応じてカップリングされたのち、光路分離用ミラー２４により図の上下方向に光路分離される。
光路分離された２本のレーザビームは各々、等角速度にて回転するポリゴンミラー１４Ａ及び１４Ｂにより偏向反射され、走査光学系１５Ａ及び１５Ｂを介して、異なる被走査面（感光体ドラム）１６Ａ及び１６Ｂを走査する。
このような光走査装置を２色画像（例えば、黒、赤の２色）用の画像形成装置の露光装置として適用することができる。Ａ側のステーションを黒色、Ｂ側のステーションを赤色に対応するものとすると、＃２−３で説明したように、各色の画像情報に対応して変調されたレーザビームにより感光体ドラム１６Ａ及び１６Ｂ上には静電潜像が形成され、これを図示しない現像器を用いてトナー像として顕像化し、転写ベルト３１上にトナー像を重ね合わせることができる。

このような構成の場合にも、温度変化、経時変化により、各感光体ドラム上の走査位置が変化し、転写ベルト上に形成される画像に色ずれが生じる恐れがあるが、Ｂ側のステーションに配備された液晶素子４３を用いて補正することが可能である。
もちろん、液晶素子４３は、Ａ側のステーションに配備してもよいし、両ステーションに配備しても構わない。
また、本実施形態では、２つの発光部を有する面発光型半導体レーザの場合について説明したが、より多くの発光部を有する面発光型半導体レーザから出射するレーザビームを適宜複数のステーションに光路分離する構成を採用しても構わない（さらなる多色画像化）。

＃４［液晶素子によりピント調整を行う場合］
上記＃１〜＃３においては、液晶素子の位相変調機能として、被走査面におけるビーム位置を可変する、すなわち、レーザビームの光路を偏向又はシフトする構成について説明した。
一方、装置内の温度変化や経時変化に伴い、走査位置ではなく、ビームウェスト位置（ピント位置）が変動し、結果としてビームスポット形状が劣化する恐れがある。ビームスポット形状の劣化により、出力画像の品質が劣化する恐れがある。このような場合には、液晶素子の位相変調機能を利用して、「レンズ」として機能させる（波面にパワー成分を付与する）ことにより、ビームウェスト位置変動を補正することが可能となる。
同時に波面に傾き成分を与えるように位相変調することにより、ビームウェスト位置の補正だけではなく、ビーム位置（走査位置）を補正することも可能となる。

本発明の実施形態における光走査装置の斜視図である。 光源手段の別の例を示す斜視図である。 旋光子を用いて直線偏光の振動方向を回転する例の斜視図である。 偏光子を用いてランダム偏光を直線偏光に変換する例の斜視図である。 面発光型半導体レーザを示す図で、（ａ）は４つの発光部を有する場合を示す図、（ｂ）はそれを傾けて配備した状態を示す図、（ｃ）は発光部数が多数で且つ傾けて配備した状態を示す図である。 複数のレーザビームを共通の液晶素子で光路偏向する例の斜視図である。 フルカラー画像形成装置の一部を示す斜視図である。 レーザビームを分離し、共通の被走査面を主走査方向にて分割走査する例の平面図である。 レーザビームを分離し、異なる被走査面を走査する例の副走査断面図である。 液晶素子の断面図である。 電極パターンの模視的な拡大平面図である。

符号の説明

１１ 光源としての面発光型半導体レーザ
１６ 被走査面
２０ 光走査装置
２１ａ、２１ｂ 光ビーム
２２ 偏光変換手段としての旋光子
２３ 偏光変換手段としての偏光子（偏光板）
４２ 液晶素子
ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４ 発光部

Claims (12)

1. 光源を出射した光ビームを用いて被走査面上を走査する光走査装置において、
   光ビームの位相変調可能な液晶素子と、上記光源を出射し上記液晶素子に入射する光ビームの偏光状態を変換する偏光変換手段とを備えたことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   上記液晶素子と上記偏光変換手段は一体に構成されていることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１に記載の光走査装置において、
   上記光源は、面発光型半導体レーザであることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１に記載の光走査装置において、
   上記光源は、ランダム方向に振動する光ビームを出射する光源であり、上記偏光変換手段として、上記ランダム方向に振動する光ビームの振動方向を１方向に変換するための偏光子を備えたことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１に記載の光走査装置において、
   上記光源は、複数の発光部を有することを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５に記載の光走査装置において、
   上記光源は、出射される光ビームの光軸に略平行な回転軸回りに傾けて配備されることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項５に記載の光走査装置において、
   上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、副走査方向に略等間隔を維持しながら、共通の被走査面を走査することを特徴とする光走査装置。
8. 請求項５に記載の光走査装置において、
   上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、主走査方向において複数の領域に分割して、共通の被走査面を走査することを特徴とする光走査装置。
9. 請求項５に記載の光走査装置において、
   上記光源から出射される複数の光ビームのうち少なくとも２つは、互いに異なる被走査面を走査することを特徴とする光走査装置。
10. 請求項１に記載の光走査装置において、
    上記液晶素子は上記被走査面における光ビーム位置を変化させるように位相変調する機能を有することを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１に記載の光走査装置において、
    上記液晶素子は上記被走査面付近における光ビームウェスト位置を変化させるように位相変調する機能を有することを特徴とする光走査装置。
12. 像担持体と、該像担持体に静電潜像を形成する光走査装置と、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
    上記光走査装置が、請求項１乃至１１のうちのいずれかに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。

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