JP2008070625A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光走査装置の従来の２つの方式の不具合をともに解決し、ポリゴンミラーの多面化を容易にしつつポリゴンスキャナの低消費電力化を達成する光走査装置と走査領域の拡大による広幅走査が達成可能な光走査装置及び該光走査装置を用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】光源装置１０から出射された偏光方向の異なる複数のレーザビームを光偏向器８により主走査方向に偏向走査し、被走査面に向かって集光する走査結像手段を備えるとともに、前記光偏向器８以降に偏光方向の異なる複数のレーザビームの光路を主走査方向に分岐する光路分岐手段（光路分岐光学素子）１５を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザラスタ書込光学系に用いられる光走査装置、及び該光走査装置を用いた画像形成装置に関するものである。

カラーレーザプリンタ等のカラー画像形成装置には、回転駆動される複数の感光体に対して独立して複数の走査結像光学系による光走査手段により複数の異なった色の情報をそれぞれレーザビームの走査ビームで書込み、静電潜像を形成し、これらの静電潜像を複数の顕像化手段により異なった色の顕像にそれぞれ顕像化して転写材上に重ね合わせて転写しカラー画像を得るタンデム型のカラー画像形成装置がある。

上記、光走査手段の各々は、各色の画像情報信号に応じて駆動制御される半導体レーザからレーザビームを出射する。レーザビームは、ポリゴンミラー、レンズ等の光学部品を介して一様に帯電された感光体面に集光されるとともに主走査方向に走査される。そして回転する感光体面に走査ビームに対応した画像信号が書き込まれ、静電潜像が形成される。

従来の光走査装置には、オーバーフィルド光学系と呼ばれる方式とアンダーフィルド光学系の方式がある。オーバーフィルド光学系はポリゴンミラーの反射面をアパーチャ代わりに使用することにより主走査方向の反射面を小さくして、ポリゴンミラーの半径を大径化せずに多面化が可能であることからポリゴンスキャナの消費電力低減が容易である。反面、ポリゴンミラー１面あたりの走査領域が狭くなり、光路長を長くとる必要があり、全体として大型化するといった不具合が有る。また、フレア光の発生のほか、ポリゴンミラーへのレーザビーム入射が副走査方向に角度を有し、いわゆる斜入射となるため走査線曲がりが発生する。

最近では、特許文献１に、オーバーフィルド光学系を採用した光走査装置として、開口部材１１２の開口部１１２Ｈによって、レーザビームＬＢの主走査方向に沿った幅を制限し有効走査領域の外側では主走査方向に低減する幅となるように制限することで、いわゆるフレア光の発生を防止し、光量均一性を向上させることにより、フレア光による画質劣化を防止することの可能な光走査装置と、このような光走査装置を備えた画像形成装置を得る技術が提案されている。しかしながら、この発明であってもなお、オーバーフィルド光学系は原理的に面数が多く（この場合１２面）必要となるため、１面あたりの走査領域が狭くなる。したがって、光路長を長くとる必要があり、全体として大型化するといった不具合が有った。

一方、アンダーフィルド光学系は、上記不具合は原理的には発生しないものの、ポリゴンミラーの面数は４、６面程度であり、それ以上の多面化ではポリゴンミラーの半径が大きくなり、反ってポリゴンスキャナの消費電力が増大するといった不具合がある。

最近では、特許文献２に、それぞれがｐ（≧１）本の光ビームを放射するｍ（１≦ｍ＜ｎ）個の光源１、１’と、各光源からの各光ビームを副走査方向にｑ（２≦ｑ≦ｎ）分割するとともに各光ビームを所定のビーム形態とするする光ビーム分割手段４と、複数の偏向反射面を回転軸の周りに有し、ｍ個の光源からのｑ・ｍｐ本の光ビームを入射され、偏向させる多面鏡式光偏向器７と、多面鏡式光偏向器により偏向されるｎ組の光ビームを、対応する光走査位置へ導光して光スポットを形成するｎ組の走査結像光学系８ａ、１０ａ、８ｂ、１０ｂと、ｎ組の光ビームに対し、組ごとの光走査光路を選択する光路選択手段とを有し、多面鏡式光偏向器７が光路選択手段の少なくとも一部をなすことにより、タンデム方式の画像形成装置において、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする技術が提案されている。しかしながら、この発明であってもなお、ポリゴン面数が４面と少ないためポリゴンスキャナには高速回転が要求され、高速化に伴う振動／騒音および消費電力が増大する。消費電力の増大により、ポリゴンスキャナが温度上昇し、光走査装置のレンズやハウジングの変形を誘発し、ひいては画像の劣化を招くことがあった。

特開２００４−１０９６１０号公報 特開２００５−９２１２９号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、前記２つの方式の不具合をともに解決し、ポリゴンミラーの多面化を容易にしつつポリゴンスキャナの低消費電力化を達成する光走査装置と走査領域の拡大による広幅走査が達成可能な光走査装置及び該光走査装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の（１）〜（１０）の発明である。
（１）光源装置から出射された偏光方向の異なる複数のレーザビームを光偏向器により主走査方向に偏向走査し、被走査面に向かって集光する走査結像手段を備えるとともに、前記光偏向器以降に偏光方向の異なる複数のレーザビームの光路を主走査方向に分岐する光路分岐手段を配置したことを特徴とする光走査装置。
（２）前記光路分岐手段は、前記レーザビームの波長と同等若しくはそれ以下のピッチからなる凹凸構造部を有する光学素子であることを特長とする（１）に記載の光走査装置。
（３）前記凹凸構造部は、少なくとも樹脂材料が成形されてなることを特徴とする（２）に記載の光走査装置。
（４）前記光路分岐された偏光方向の異なるレーザビームは、被走査面上の略同一延長線上を走査されることを特徴とする（１）に記載の光走査装置。
（５）前記光路分岐された偏光方向の異なるレーザビームそれぞれは、前記被走査面上の走査領域の中央に対して主走査方向に対称となる領域を走査されることを特徴とする（４）に記載の光走査装置。
（６）前記被走査面上でのビームスポットの焦点深度を拡大する深度拡大光学素子を設けたことを特徴とする（１）に記載の光走査装置。
（７）前記深度拡大光学素子は、光源と光偏向器の間に配置したことを特徴とする（６）に記載の光走査装置。
（８）前記深度拡大光学素子は、三次元の凹凸構造により、光学素子への入射光の位相を空間的に変調し、レーザビームのプロファイルを変化させて焦点深度を拡大することを特徴とする（６）に記載の光走査装置。
（９）前記光路分岐手段により分岐された複数のレーザビームの被走査面上での光量を同一とするように光源の光量を制御する光量制御手段を設けたことを特徴とする（１）に記載の光走査装置。
（１０）（１）〜（９）のいずれかに記載の光走査装置を備え、該光走査装置の光走査により潜像担持体に潜像を形成し、該潜像を可視化して所望の記録画像を得ることを特徴とする画像形成装置。

請求項１，４，５の発明によれば、光偏向器以降に偏光方向の異なる複数のレーザビームの光路を主走査方向に分岐する光路分岐手段を配置したことにより、ポリゴンミラーの多面化を容易にしつつポリゴンスキャナの低消費電力化を達成する光走査装置と走査領域の拡大による広幅走査が達成可能な光走査装置が提供できる。
請求項２，３の発明によれば、前記光路分岐手段は前記レーザビームの波長と同等若しくはそれ以下のピッチからなる凹凸構造部を有する光学素子からなることにより、高価な光学多層膜のような複雑な工程を経ずに短冊状の形状かつ大面積に対しても量生産性の高く、安価な光路分岐素子が実現でき安価な光走査装置が提供できる。
請求項６の発明によれば、前記被走査面上でのビームスポットの焦点深度を拡大する光学素子を設けたことにより、ビームスポット径の太りおよび１走査ライン上でのビームスポット径の差異（像高間偏差）を抑制することが可能な光走査装置が提供できる。
請求項７の発明によれば、前記光学素子は光源と光偏向器の間に配置することにより、光学素子の小型化が実現でき、全体としても小型で安価な光走査装置が提供できる。
請求項８の発明によれば、前記光学素子は三次元状に形成された凹凸構造により、光学素子への入射光の位相を空間的に変調し、レーザビームのプロファイルを変化させて焦点深度を拡大することにより、光量ロスを抑制でき、光源駆動の消費電力低減が可能な光走査装置が提供できる。
請求項９の発明によれば、前記光路分岐手段により分岐された複数のレーザビームの被走査面上での光量を同一とするように光源の光量を制御する光量制御手段を設けたことにより、感光体での被走査面上の１走査ラインの静電潜像が一定することが可能な光走査装置が提供できる。
請求項１０の発明によれば、請求項１〜９に記載の光走査装置の特徴を有する画像形成装置が提供できる。

以下に、本発明に係る光走査装置、画像形成装置の実施の形態を実施例として説明する。
（光走査装置）
図１に、光偏向器としてポリゴンスキャナを用いた本発明の光走査装置の要部を示す。図１には光源装置１０、深度拡大光学素子１１０、ポリゴンミラー８、fθレンズ１４、光路分岐素子１５、被走査面を示している。

図１の光源装置１０は、半導体レーザとカップリングレンズとレーザビーム合成手段である合成プリズム光学系とシリンドリカルレンズとにより構成される。図２をもとに光源装置１０について詳述する。図２は光源装置の副走査方向断面を示したものである。被走査面上の領域Ａと領域Ｃの画像を書込むための半導体レーザ７１と、領域Ｂの画像を書込むための半導体レーザ８１が各々カップリングレンズ７２（８２）により以後の光学系に適合する光束形態（平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束）に変換され、合成プリズム７３へ入射する。

合成プリズム７３へ入射する際は半導体レーザ７１から放射されるレーザビームはＴＭ偏光に、一方半導体レーザ８１はＴＥ偏光となるように各々調整されている（半導体レーザ８１から放射されるレーザビームはＴＭ偏光であるが、偏光子８３でＴＥ偏光に変換し、合成プリズムへ入射される）。合成プリズム７３の７３ａ、７３ｂ部では、ＴＭ偏光は透過し、ＴＥ偏光は反射するように多層膜からなる光学薄膜が形成されている。合成プリズム７３から出射した各々のレーザビームはシリンドリカルレンズ７４により副走査方向に集束されてポリゴンミラー８反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像される。

図１において、ポリゴンミラー８の回転により同一方向に偏向されたレーザビーム７０，８０は、走査結像光学系のfθレンズ１４を透過し、領域Ａと領域Ｃの画像を書込むレーザビーム７０と領域Ｂの画像を書込むレーザビーム８０（図１ではレーザビーム７０の点線とレーザビーム８０の実線が主走査方向に分離して図示しているが、実際のレーザビーム７０，８０の主走査間隔はなく、また副走査方向には被走査面上で１本の走査線となるように図２のビーム合成手段で設定されている。）は光路分岐素子１５に入射する。光路分岐素子１５は、入射するレーザビームに対して偏光方向が異なることを利用して光路を分岐する回折機能を有する素子であり。入射したＴＥ偏光は透過し、ＴＭ偏光は回折する。

すなわち、ＴＭ偏光である領域Ａと領域Ｃの画像を書込むレーザビームと領域Ｂの画像を書込むレーザビームが分岐され、ＴＥ偏光のレーザビームはfθレンズ１４を透過後、光路分岐素子１５はそのまま透過（回折せずに透過。光学的には平行平板と同じノンパワーの光学素子として作用）して領域Ｂを矢印方向へ走査し、一方ＴＭ偏光のレーザビームはfθレンズ１４を透過後、光路分離素子１５へ入射すると回折により領域Ａ（または領域Ｃ）を矢印方向へ走査する。

回折角は光路分岐素子１５へ入射する位置により決定され、所望の回折角となるように光路分岐素子１５は設計され、後述の微細凹凸形状が形成されている。

また、領域Ｃは領域Ａとは走査領域中央部１００に対して対称となる主走査領域を矢印方向（図中下方向）に走査する。光路分岐素子１５における回折角は領域Ａと同様であるが、走査中央部１００に対して対称となるように設計され、微細凹凸形状が形成されている（凹凸形状のパターンは入射するレーザビーム光束の径により決定され、図１においては走査領域端から走査中央部に相当する間においては主走査方向に非周期な凹凸パターンからなり、走査中央部１００に対して対称なパターンとなる）。

領域Ａと領域Ｂの境界部１０１は副走査方向には略一致（副走査画素密度の１／１０以下。６００ｄｐｉでは４μｍ以下、１２００ｄｐｉでは２μｍ以下となるように設定されている。）しており、画像劣化が視覚認識できない程度までに一致している。また、領域Ａと領域Ｂの境界部１０１の主走査方向は境界部１０１を境にＴＭ偏光のレーザビームとＴＥ偏光のレーザビームによる走査線は連続している。

ポリゴンミラー８の１面で走査される１走査ライン１０３（領域Ａ：点線、領域Ｂ：実線、領域Ｃ：実線、が連続した走査線のこと。実際は被走査面上であるが、理解を容易にするために被走査面と離して描画）の画像情報は各光源７１，８１へ変調信号として送られる。すなわち、１走査ライン１０３のうち領域Ａと領域Ｃの画像情報の変調信号が光源７１へ送られ、領域Ｂの画像情報の変調信号が光源８１へ送られる。光源８１へ送られる変調信号は領域Ａの後、直ちに領域Ｃの変調信号が送られる（ちなみに光源７１へ送られる変調信号は領域Ｂのみである。１００部で連続）。

ポリゴンミラー８の１面で偏光走査されるレーザビームのうちＴＭ偏光のレーザビーム７０とＴＥ偏光のレーザビーム８０は同じタイミングで走査されるので、領域Ａの書き始め１２０と領域Ｂの書き始め１０１から同時に走査される。続いて、領域Ａの書き終わり１０１まで走査されるとＴＭ偏光のレーザビーム７０は領域Ｂを飛ばして領域Ｃの書き始め１０２から走査される。そのときＴＥ偏光のレーザビーム８０は走査領域の中央部１００を連続して領域Ｂの書き終わり１０２向かって走査されている。その後、ＴＭ偏光のレーザビーム７０は書き終わり（走査終了端）１２１まで走査されると同時に、ＴＥ偏光部のレーザビーム８０は領域Ｂの書き終わり１０２まで走査され、以上で１走査ラインが完了する。

図１はポリゴンミラーの反射面が１２面のときであり、従来のオーバーフィルド光学系の１２面では領域Ｂの範囲を走査することしかできなかったが、本発明により、ポリゴン反射面から被走査面までの距離Ｘを延長することなく、走査領域を２倍に拡大できる。また、画角を広げるためにはアンダーフィルド光学系では、面数を少なくする必要があり反面ポリゴンミラーの回転数を面数比、高速化する必要があり消費電力の上昇といった不具合となる。

なお、ｆθレンズの１４の材質は、非球面形状が容易かつ低コストなプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透明性、成形性に優れたポリカーボネートやポリカーボネートを主成分とする樹脂が好適である。

図３は、光路分岐素子１５の実施例である。なお光路分岐素子へ入射するレーザビーム７０、８０は各々ＴＭ偏光、ＴＥ偏光で説明したが、逆であってもよい（その場合には微細凹凸パターンをその偏光に対応するように設計すればよい）。

図３（ａ）は、微細凹凸構造部４１と基板４２が樹脂材により一体化された実施例であり、光走査装置内に配置する際に板バネによる固定時のたわみ変形による光学特性劣化の影響がないように、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）。

図３（ｂ）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上に微細凹凸構造部４３を形成した実施例であり、樹脂よりも機械的強度が高いので、厚さ０．３〜０．５ｍｍでも機械的強度を確保でき、かつ石英基板４４と屈折率の差を大きく異なる（石英の屈折率１．５２に対して０．５以上の樹脂）材料を微細凹凸構造部４３に形成することにより、回折効率を向上することが可能となる。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）で示した微細凹凸構造部のみの形成を容易にするために図３（ａ）の基板部を薄板フィルム状にして微細凹凸構造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例であり、図３（ｂ）と比較して製作コストの低減および微細凹凸構造部のみ取付ける図３（ｂ)と比較して形成精度劣化のない安定した特性を有する光路分岐素子が製作できる。

図４は、樹脂材料からなる光路分岐素子の形成方法の実施例である（主走査方向（長手方向の一部を示したものであり、実際は主走査有効領域に形成される）。台座に固定された光路分岐素子の母材５２に対して、型５１が矢印方向（図面下方）へ移動する（図４（ａ））。ついで型５１の移動、プレスにより母材５２に微細凹凸構造を転写する（図４（ｂ））。

その際、母材５２として使用する樹脂材料の硬化特性により以下のように転写を行えばよい。
（１）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））の場合、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５１をプレスし微細凹凸構造を転写する。
（２）熱硬化性樹脂（熱硬化性ポリイミド）の場合、粘度の低い状態の樹脂材料に型５１をプレスし、その後、熱硬化温度まで加熱することにより微細凹凸構造を転写する。
（３）紫外線硬化性樹脂（ＴＢ３０７８（(株)スリーボンド製）の場合）の場合、粘度の低い状態の樹脂材料に型５１をプレスし、その後、紫外線を照射することにより硬化し、微細凹凸構造を転写する。

その後、型５１を材料から離し（離型）、微細凹凸構造が完成する（図４（ｃ））。本方式の加工を行うことにより、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加工コストの低減が図れる。なお、型５１は大量生産にも対応可能とするため（形状精度かつ摩耗による形状精度劣化の少ない材料）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。

光路分岐光学素子１５について、ポリゴンミラー以降に光路分岐を行うため光路分岐機能を有する有効領域は主走査方向に長く、副走査方向に短い短冊状の形状をしている。具体的には有効領域は主走査方向５０〜３００ｍｍ（走査幅がＡ４版の場合１００〜２００ｍｍがより好適である）、副走査方向３〜１０ｍｍの範囲内でレーザビームの透過する光束の範囲に応じて有効領域を決めている。光路分岐素子１５は前記有効領域と光走査装置内に配置固定するための部分が必要であるため、上記長さよりも主走査、副走査ともに２ｍｍの周辺部を有して光学素子として構成している。前記周辺部は以下に示す微細凹凸構造が形成されていない（必要以上に微細凹凸構造を形成しようとすると構造のばらつきが生じ易く、また加工装置が大型化しコストアップの要因となる）。

光束分岐素子１５へ入射するレーザビームの光束は主走査方向、副走査方向ともに０．５〜２ｍｍの範囲内となり、かつ光源装置、ポリゴンスキャナ、走査レンズ各々の配置精度を考慮して前記有効領域を設定している。

図３（ａ）は、光路分岐素子１５の主走査方向断面を示したものである。４１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を有する周期的な微細凹凸構造であり、ピッチＰ、凸幅Ｄ、溝深さｈおよび材料の屈折率、使用波長によりＴＥ偏光、ＴＭ偏光の透過率、反射率が決定される。前記微細凹凸構造は一次元の周期性構造により光学的には偏光を制御する偏光分離光学素子としての特性を有する。本実施例における波長は可視光〜近赤外領域（４００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下）であり、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。

具体的には波長は６５０ｎｍで、屈折率１．５３の樹脂材料にピッチＰは４００〜６５０ｎｍ（波長と同等若しくはそれ以下のピッチＰ）、溝深さｈ／凸幅Ｄの比率（ｈ／Ｄ＝１〜２）の範囲内でピッチＰおよび溝深さｈ／凸幅Ｄの比率を形成することにより、ＴＥ偏光のレーザビームを透過、ＴＭ偏光のレーザビームを回折(−１次光のみ)するという偏光分岐機能を有することができる。

図３（ｄ）は、走査領域の中央部に相当する光路分岐素子１５の要部を拡大したものである。走査領域の中央部であるので入射角度０°で入射したＴＥ，ＴＭ偏光各々のレーザビームのうち、ＴＥ偏光のレーザビーム８０はそのまま透過（０次光）し、被走査面の走査領域中央部１００へビームスポットを結像する。一方のＴＭ偏光のレーザビーム７０は所望の角度で回折（−１次光）され、被走査面の領域Ｃの書き始め位置１０２へビームスポットを結像する。

走査領域の端部へ向かって、光路分岐素子１５への入射角度が連続的に変化していくのに伴い、出射角度（回折角度）を連続的に変化させる必要があるため、微細凹凸構造（図３のＰ、Ｄ、ｈのいずれか、または全部の値）は主走査方向に異なる構造となっている（図３では便宜上同じＰ，Ｄ，ｈで描画している）。図１では走査領域が走査中央に対して対称としているので、微細凹凸構造も光路分岐素子１５の分岐領域中央部１５ａに対して主走査方向に対称となっている。

光路分岐素子１５を透過するＴＥ偏光のレーザビームと回折したＴＭ偏光のレーザビームは被走査面上での光量が異なる。ＴＭ偏光のレーザビームは回折されることにより、回折効率分の光量低下が生じる。回折効率は設計上の所望な微細凹凸パターンからのパターン誤差により影響を受けるため、ＴＭ偏光のレーザビームの光量を増加させて、被走査面上での光量をＴＥ偏光のレーザビームと同一にするような光量制御手段を設け制御を行っている（回折効率は設計上は８０〜９５％の範囲内の一定値、生産上のパターン誤差は±５％以下である。光量補正量は光走査装置の生産工程の過程で、全領域Ａ、Ｂ、Ｃの各像高における光量を測定して、その測定値から光量の補正値を決定することが好適である。）。

図１のようにＴＥ偏光のレーザビーム８０とＴＭ偏光のレーザビーム７０が同じｆθレンズ１４を透過後ではその光路長が異なるため、被走査面上でのビームスポット径が異なってしまう。ＴＭ偏光に対して光路長の短いＴＥ偏光のレーザビーム８０でビームスポット径が所望となるように設計すると、光路長の長いＴＭ偏光のレーザビーム７０ではビームスポット径が太る。当該現象がビームスポット径の太りおよび１走査ライン上でのビームスポット径の差異（像高間偏差）による画像の劣化が問題となる場合、焦点位置の深度拡大機能を有する回折光学素子を光路中に配置することが好適である。具体的には図１の光源から光偏向器前の光学系内に図示した深度拡大光学素子１１０により、光源装置１０から出射されたレーザビーム７０，８０のビームプロファイルのサイドローブを制御することにより、焦点位置の深度を拡大する。共に深度を拡大するので、焦点位置が異なった時の各々のレーザビーム７０，８０のビームスポット径変化が小さくできる。

図５に深度曲線（デフォーカスに対するビームスポット径（ピーク強度の１／ｅ²））を示す（深度への影響が顕著な走査領域端の像高について示す）。
深度拡大光学素子１１０がない場合の深度曲線８０１はデフォーカスが０の位置（焦点位置）がＴＥ偏光のレーザビームの場合で最小のビームスポット径であるが、ＴＭ偏光のレーザビームの場合、同じｆθレンズ１４を透過しても光路長がＬ長いため、深度曲線中の８１１のポイントがビームスポット径（８２１）となる。

一方、光学素子１１０を配置した場合、深度曲線８０１は８０２となるため、ＴＥ偏光のレーザビーム径は変化せず、光路長がＬ長くなっても、深度曲線中の８１２のポイントがビームスポット径（８２０）となり、ビームスポット径の太径化が軽減されることになる。８２０のビームスポット径は最小径の＋１０％であり、画像劣化に影響を与えないビームスポット径となっている。反面８２１は最小径の２倍以上となってしまっている。
ここでいう、深度拡大とは、最小径の＋１０％の範囲のデフォーカス量Ｄ１がＤ２まで拡大することをいう。

ここで、深度拡大光学素子１１０について詳述する。深度拡大光学素子１１０は先に述べたようにレーザビームのサイドローブを制御することにより、焦点位置の深度を拡大するものである。デフォーカスが変化してもサイドローブが変化しないようにプロファイルを制御する（従来はデフォーカスが変化するとサイドローブも変化して、サイドローブとメインローブが重なりビームプロファイルが変化して、レーザビーム径が太る）。

したがって、ビームプロファイルを制御するのであるが、レーザビームのコヒーレンス光を所望のビームプロファイルとするためには、回折を制御する必要があり、そのためにはレーザビームの振幅分布もしくは位相分布もしくはその両方を空間的に変調することが好適である。そのような素子の振幅分布（透過率分布）もしくは位相分布もしくはその両方を計算で求め、そのような技術はＣＧＨ(Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ)として知られている。ＣＧＨ素子も光路分岐素子と同じ回折光学素子の一種である。

図６に、光学素子１１０を用いて所望のビームプロファイルを得るイメージ図を示す。図６において、平面波が光学素子１１０を通過することで、振幅分布もしくは位相分布もしくはその両方が空間的に変調され、レンズで結像することにより、像面で所望の回折像（ファーフィールドパターン）を得ることができる。光学素子１１０にはレンズ機能を重畳させることも可能であるため、図９におけるレンズはなくてもよい。

仮に光学素子１１０について振幅分布を空間的に変調する、つまり透過率を空間的に変調する構成にすると、光量が低下するという不具合や、所望の透過率を有する素子を作製するのが困難であるという不具合が発生する。そのため本実施例では光学素子１１０は以下の理由から所望の位相分布を与えるものとしている。これにより、光量低下の少ない回折光学素子が得られる。

位相分布を与えるためには、例えば、使用波長域で透明な基板上に凹凸構造を形成することで実現できる。上記のように、凹凸構造を設けた素子を透過させて位相分布を与えても良いし、また、凹凸構造を設けた素子の上に反射膜を形成して、その素子で入射光を反射させることで位相分布を与えてもよい。凹凸形状は使用波長４００〜８００ｎｍであれば、ピッチ及び深さが０．５μｍ〜５μｍ（使用波長の１〜６倍程度）で三次元の微細パターンで構成され、半導体プロセスや微細な転写プロセスにより形成される。一つのセルは５μｍ角のセル構造とし、２５６×２５６のセル構造で形成している。凹凸構造がない領域はアパーチャにより遮光することが好適である（図６）。位相レベル数は、０〜２πまで２５６階調としている。

図７に、本発明に係る光走査装置の第２の実施の形態を示す。２つの領域Ｄ、Ｅからなる走査領域をＴＭ偏光のレーザビーム７０が領域Ｅを走査する（ＴＥ偏光のレーザビーム８０は図１と同じ領域である。ただし、符合は領域Ｄ）。走査領域の分断数が図１よりも少ない（図１にようにＴＭ偏光の領域が分断されず、走査領域中央の３００部のみ）ので、１走査ラインにおける繋ぎ部の画像重なり（抜け）や段差の影響は低減できる。だだし、ＴＥ、ＴＭ偏光の各々のレーザビームの光路長差は図１の実施例よりも大きくなり、深度拡大光学素子３１０の深度拡大量は図１の光学素子１１０よりも増やす必要がある。

図８に、本発明に係る光走査装置の第３の実施の形態を示す。光偏向器として図１のポリゴンスキャナ８をガルバノミラー６０１とした例である。本発明は画角の狭い、偏光反射面の主走査方向の幅が小さいものに対して画角を広げられるため、静電駆動方式のように画角が１０°以下と狭いガルバノミラーに対して好適である。１０°以上の画角を確保するためには電磁駆動方式を用いる必要があり、消費電力が大きいかつ全体として大型化するといった不具合が有る。また、本方式は、図中の矢印のように往復走査することにより走査スピードを上昇することが容易である。

（画像形成装置）
図９に本発明に係る画像形成装置の概略図を示す。
また、画像形成装置７１０は、複数の感光体７０３Ｙ，７０３Ｍ，７０３Ｃ，７０３Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置である。装置上部から順に光走査装置７０５、現像装置７０６、感光体７０３、中間転写ベルト７０２、定着装置７１４、給紙カセット７１１がレイアウトされている。

光走査装置７０５は、図１の光走査装置を単一の光学ハウジングを収納したものであり、カラー画像形成装置７１０内に配置されている（単一の光学ハウジングには図１に示す光走査装置が４つ（４色分）搭載されている。）。また光走査装置７０５は、画像形成装置７１０内の４つの感光体７０３Ｙ、７０３Ｍ、７０３Ｃ、７０３Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。）が並設された作像部の上方に配置されている。

中間転写ベルト７０２には各色に対応した感光体７０３Ｙ、７０３Ｍ、７０３Ｃ、７０３Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体７０３Ｙ、７０３Ｍ、７０３Ｃ、７０３Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体７０３Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置７０５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像装置７０６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体７０３Ｍ，７０３Ｃ，７０３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体７０３Ｙ，７０３Ｍ，７０３Ｃ，７０３Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置７０５からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応するように設けられている。

帯電チャージャにより一様に帯電された感光体７０３Ｙは、矢印ＡＡ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体７０３Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置７０５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体７０３の回転方向下流側には、感光体７０３Ｙにトナーを供給する現像器７０６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器７０６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体７０３Ｍ，７０３Ｃ，７０３Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体７０３Ｙの現像器７０６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト７０２が配置されている。中間転写ベルト７０２は、複数のローラ７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印ＢＢ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト７０２は順に感光体７０３Ｙ、７０３Ｍ、７０３Ｃ、７０３Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト７０２は、感光体７０３Ｙ、７０３Ｍ、７０３Ｃ、７０３Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト７０２上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ７１１から転写紙が矢印ＣＣ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器７１４により定着処理後、フルカラー画像として排紙される。

本発明に係る光走査装置の第１の実施の形態における構成を示す概略図である。 光源装置の構成を示す副走査方向断面図である。 光路分岐光学素子の構成を示す断面図である。 光路分岐光学素子の製造工程図である。 デフォーカスに対するビームスポット径、像高の関係を示す図である。 位相型回折光学素子を用いて所望のビームプロファイルを得るイメージ図である。 本発明に係る光走査装置の第２の実施の形態における構成を示す概略図である。 本発明に係る光走査装置の第３の実施の形態における構成を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

８ ポリゴンミラー
１０ 光源装置
１４ ｆθレンズ
１５ 光路分岐光学素子
４１，４３ 凹凸構造部
４２，４４，４６ 基板
４５ フィルム状部材
５１ 型
５２ 母材
７０，８０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ レーザビーム
７１，８１ 半導体レーザ（光源）
７２，８２ カップリングレンズ
７３ 合成プリズム
７３ａ，７３ｂ 光学薄膜
７４ シリンドリカルレンズ
８３ 偏光子
１００，３００ 走査領域中央部
１０１，６０２ 境界部（領域Ａの書き終わり、領域Ｂの書き始め）
１０２，６０３ 境界部（領域Ｂの書き終わり、領域Ｃの書き始め）
１０３ 走査ライン
１１０，３１０ 深度拡大光学素子
１２０ 領域Ａの書き始め
１２１ 領域Ｃの書き終わり
６０１ ガルバノミラー
７０２ 中間転写ベルト
７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃ ローラ
７０３Ｙ，７０３Ｍ，７０３Ｃ，７０３Ｋ 感光体
７０５ 光走査装置
７０６Ｙ，７０６Ｍ，７０６Ｃ，７０６Ｋ 現像装置
７１１ 給紙カセット
７１４ 定着装置

Claims (10)

1. 光源装置から出射された偏光方向の異なる複数のレーザビームを光偏向器により主走査方向に偏向走査し、被走査面に向かって集光する走査結像手段を備えるとともに、前記光偏向器以降に偏光方向の異なる複数のレーザビームの光路を主走査方向に分岐する光路分岐手段を配置したことを特徴とする光走査装置。
2. 前記光路分岐手段は、前記レーザビームの波長と同等若しくはそれ以下のピッチからなる凹凸構造部を有する光学素子であることを特長とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記凹凸構造部は、少なくとも樹脂材料が成形されてなることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光路分岐された偏光方向の異なるレーザビームは、被走査面上の略同一延長線上を走査されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記光路分岐された偏光方向の異なるレーザビームそれぞれは、前記被走査面上の走査領域の中央に対して主走査方向に対称となる領域を走査されることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記被走査面上でのビームスポットの焦点深度を拡大する深度拡大光学素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
7. 前記深度拡大光学素子は、光源と光偏向器の間に配置したことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記深度拡大光学素子は、三次元の凹凸構造により、光学素子への入射光の位相を空間的に変調し、レーザビームのプロファイルを変化させて焦点深度を拡大することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
9. 前記光路分岐手段により分岐された複数のレーザビームの被走査面上での光量を同一とするように光源の光量を制御する光量制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光走査装置を備え、該光走査装置の光走査により潜像担持体に潜像を形成し、該潜像を可視化して所望の記録画像を得ることを特徴とする画像形成装置。

Images