JP2010054858A - 光走査部および光走査装置およびカラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な光走査部・光走査装置およびカラー画像形成装置を実現する。
【解決手段】２個のレーザ光源により互いに偏光方向が直交するレーザ光を生成し、これら２個のレーザ光源からの光束を、ビーム合成手段により偏光方向の違いを利用してビーム合成し、合成された光束を共通の光偏向器１１により偏向させ、偏向された偏向光束を、光偏向器１１に関して同じ側における、副走査方向に分離した２つの走査位置１８、１８’に、走査結像光学系１２、１３、１３’により光源ごとに集光させ、光偏向器１１により偏向された偏向光束を、偏光方向の違いを利用して、ビーム分離手段１４により光源ごとに分離し、２つの走査位置１８、１８’の各々を光走査する光走査部である。
【選択図】図１

Description

この発明は、光走査部および光走査装置およびカラー画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ等で用いられる電子写真式の画像形成装置においてカラー化・高速化が進み、複数（通常は４つ）の光導電性感光体（以下、単に「感光体」と言う。）を有するタンデム方式のカラー画像形成装置が普及しつつある。

タンデム方式のカラー画像形成装置では、４つの感光体に「光走査による画像書込み」を同時に行わなければならず、これを行うのに「光源、ポリゴンミラー、走査結像光学系を有する光走査装置」を独立して４装置搭載する方式があるが、部品点数が多くコストアップになる。また、ポリゴンミラーを回転させるモータも４つ必要で、消費電力が大きく、発熱量も大きい。

これに対し、４つの感光体を光走査する光束の偏向を「共通のポリゴンミラー」で行う方式が提案されている。
このような方式において、共通のポリゴンミラーで偏向された光束を分離して各感光体に導光する方式として、ポリゴンミラーに入射させる複数光束を「副走査方向に平行とし、相互に副走査方向に充分に離し、ポリゴンミラーによる偏向後、ミラー等で分離して、各光導電性感光体へ向う光路を形成する方式が知られている（特許文献１）。

また、複数の光束を、ポリゴンミラーの回転軸に直交する面に対して互いに異なる傾き角傾けて入射（所謂斜め入射）させ、ポリゴンミラーによる偏向光束相互の傾きを利用し、ミラー等で分離して、各光導電性感光体へ向う光路を形成する方式も知られている（特許文献２）。

特許文献１記載の方法は、ポリゴンミラーの副走査方向のサイズが大きくなり易く、ポリゴンミラーの重さや空気抵抗が増大し、モータの負荷が増え、発熱量が増大し易い。

特許文献２記載の方法は、例えば、ポリゴンミラーに最近接した走査レンズを２以上の偏向光束に共通化する場合、走査レンズへの「副走査方向の入射角」が、光束により異なり、各光束による走査線の曲がりを揃えるのに走査レンズに特殊な面が必要となる。

特開２００７−２７９６７０号公報 特許第３４５０６５３号公報

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、新規な光走査部・光走査装置およびカラー画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の光走査部は「複数位置において同時に光走査を行う光走査装置自体」、もしくは「光走査装置の一部」を構成するものであって、２個のレーザ光源と、ビーム合成手段と、光偏向器と、走査結像光学系と、ビーム分離手段とを有する（請求項１）。
２個のレーザ光源は「互いに偏光方向が直交するレーザ光束を生成」する。

「互いに偏光方向が直交するレーザ光束を生成する」には、例えば、直線偏光状態のレーザ光を放射する半導体レーザを２個用い、これら半導体レーザの「発光部の長手方向を互いに直交させ」て、半導体レーザから射出したレーザ光束の偏光方向が「互いに直交する」ようにすることができる。
あるいは、２個の半導体レーザからは「偏光方向が互いに平行なレーザ光束」を放射させ、一方のレーザ光束の偏光方向を「１／２波長板」等で９０度旋回させて、互いに偏光方向が直交する２つのレーザ光を得るようにすることもできる。

このように、レーザ光源は、１／２波長板等の光学素子を有することができ、また、コリメートレンズ等のカップリングレンズを有することができる。
「ビーム合成手段」は、これら２個のレーザ光源からのレーザ光束を「偏光方向の違いを利用してビーム合成」する。

２つのレーザ光源から、それぞれ１本ずつの平行レーザ光束が放射される場合、ビーム合成手段により合成された光束は、偏光方向が互いに直交する２つのレーザ光束が「１本の平行レーザ光束」として合成される。

「光偏向器」は、ビーム合成手段により合成された光束を偏向させるものであり、偏向される光束は合成されているから、２つのレーザ光源から放射されるレーザ光束に対して共通化されている。

光偏向器としては、周知のポリゴンミラーを好適に用いることができるが、これに限らず、揺動鏡を用いるもの等を使用することもできる。また、光偏向器としてポリゴンミラーを用いる場合、ビーム合成手段と光偏向器の偏向反射面との間に、合成されたレーザ光束を、上記偏向反射面の近傍に「主走査方向に長い線像」として結像させる線像結像光学系を設け、この線像を走査結像光学系における「副走査方向の物点とする」ことにより、「ポリゴンミラーの面倒れを補正できる」ことは言うまでもない。

「走査結像光学系」は、光偏向器により偏向された偏向光束を、光偏向器に関して同じ側において「副走査方向に分離した２つの走査位置」に、レーザ光源ごとに集光させる。

即ち、一方の走査位置には「一方のレーザ光源からのレーザ光束」が集光し、他方の走査位置には「他方のレーザ光源からのレーザ光束」が集光する。

「副走査方向に分離した２つの走査位置」は、実体的には「２つの別個の感光体」であることができるが、これに限らず、例えば、無端ベルト状に形成された単一の感光体の感光面上に「副走査方向に最大静電線像長以上離して設定された２つの走査位置」であってもよい。

「ビーム分離手段」は、光偏向器により偏向された偏向レーザ光束を「偏光方向の違いを利用してレーザ光源ごとに分離」し、２つの走査位置の各々用に分離する。

走査結像光学系は、光偏向器から上記「副走査方向に分離した２つの走査位置へ向うレーザ光束ごとに独立した２つの結像光学系」で構成することもできるが、後述する実施の形態に示すように、走査結像光学系を構成する走査レンズのうちで、光偏向器に最も近い１または２以上の走査レンズを「偏向レーザ光束」に共通化することができる。

「各走査位置へ向うレーザ光束ごとに独立した２つの結像光学系」で走査結像光学系を構成する場合には、ビーム分離手段は、光偏向器と走査結像光学系との間で、偏向レーザ光束を副走査方向に分離し、分離したレーザ光束が、それぞれ対応する結像光学系に入射するようにする。

また、走査結像光学系を構成する走査レンズのうちで、光偏向器に最も近い１または２以上の走査レンズを「偏向レーザ光束」に共通化する場合には、共通化した走査レンズの像側においてビーム分離手段による光束分離を行う。

上記の如く、「ビーム合成手段」は、２つのレーザ光源からのレーザ光を「偏光方向の違いを利用してビーム合成」するものであり、「ビーム分離手段」は、ビーム合成手段により合成された光束を「偏光方向の違いを利用してビーム分離」するものである。

これらビーム合成手段および／またはビーム分離手段は「構造複屈折を有する回折光学素子」であることができる（請求項２）。

「構造複屈折を持つ回折光学素子」は波長の数倍以下の凹凸を形成するだけで作製出来るので、一度金型を作ってしまえば、樹脂や低融点のガラスに金型の凹凸を転写することで安く大量生産が可能であり、低コストで自由度の高い光学系を設計できる。

また、ビーム合成手段および／またはビーム分離手段を「偏光ビームスプリッタ」とすることができる（請求項３）。
さらに、これらの組合せとして、ビーム合成手段・ビーム分離手段の一方を「構造複屈折を有する回折光学素子」とし、他方を「偏光ビームスプリッタ」とすることができる。

請求項１〜３の任意の１に記載の光走査部において「光偏向器に関して同じ側において副走査方向に分離した２つの走査位置」が、光偏向器により偏向される偏向光束の偏向面に対して一方の側にあり、ビーム合成手段が「２つのレーザ光源からのレーザ光束の一方を「進行方向を変えることなく通過」させ、上記レーザ光束の他方を「進行方向を変えて通過」させるものであり、上記レーザ光束の他方（進行方法を変えるレーザ光束）の、ビーム合成手段への入射方向が、上記偏向面に対して「他方の側」へ向う向きに設定されていることができる（請求項４）。

若干説明を補足すると、光偏向器により偏向された合成光束が偏向により掃引する面が上記「偏向面」であるが、仮にこの偏向面が水平面であるとした場合、分離された光束が光走査する２つの走査位置は、この水平面の例えば下方に位置される。

この場合には、ビーム合成手段を通過することにより進行方向を変える光束を、ビーム合成手段へ「偏向面のなす水平面よりも下方」から、上方へ向うように入射させる。このようにすると、このレーザ光束が他のレーザ光束と合成されるとき、その一部が「ビーム合成手段」を直進的に透過してしまうような場合にも、この成分が走査位置に「迷光として作用する」ことが無い。

上記請求項４記載の光走査部において、ビーム合成手段が「構造複屈折を有する回折光学素子」であって、屈折率：ｎの基板を有するとともに、回折光学素子周期：Λを有するものである場合、「回折光学素子を通過することにより進行方向を変えないレーザ光束」の回折光学素子への入射角：θａ、上記進行方向を変えないレーザ光束の波長：λ１、屈折率：ｎおよび回折光学素子周期：Λが、条件：
λ１／Λ＋sinθa＞ｎ （１）
を満足することが好ましい（請求項５）。

請求項４または５記載の光走査部において、ビーム合成手段が「構造複屈折を有する回折光学素子」であって、屈折率：ｎの基板を有するとともに、回折光学素子周期：Λを有し、２つのレーザ光源からの光束の一方を「進行方向を変えることなく通過」させ、上記レーザ光束の他方を「進行方向を変えて通過」させるものであり、「回折光学素子を通過することにより進行方向が変わるレーザ光束」の回折光学素子への入射角：θｂ、上記進行方向が変わるレーザ光束の波長：λ２、上記屈折率：ｎおよび回折光学素子周期：Λが、条件：
−２・λ２／Λ＋sinθb＞ｎ （２）
を満足することが好ましい（請求項６）。

このように、２つのレーザ光源から放射されるレーザ光束の波長は、一方がλ１で他方がλ２であり、これらは互いに異なっていても良いが、これらが互いに「実質的に等しい（λ１＝λ２＝λ）」ことが実際的である。なお、λ１≠λ２とする場合には、回折光学素子の設計の自由度が増大して設計が容易になる。

条件（１）を満足する場合には、波長：λ１の光束がビーム合成されるときに「迷光となり得る次数の回折光」が発生せず、条件（２）を満足する場合にも「迷光となり得る次数の回折光」が発生しない。

請求項１〜６の任意の１に記載の光走査部は「ビーム合成手段とビーム分離手段とが、同一の光学的構造を有する」ことができる（請求項７）。即ち、この場合には、ビーム合成手段とビーム分離手段とは「共に構造複屈折を有する回折光学素子」であるか、「共に偏光ビームスプリッタ」であり、ビーム合成手段における「ビーム合成」機能を、光路を逆転させて「ビーム分離機能」として用いることができる。

上記請求項１〜７の任意の１に記載の光走査部において、２つのレーザ光源のそれぞれが「複数の発光源を持つレーザアレイ光源」であり、各レーザアレイ光源の放射するレーザ光束は「同一の偏光方向」を有するものであることができる（請求項８）。

「レーザアレイ光源」は、例えば、半導体レーザアレイである。このように、２つのレーザ光源の各々から放射されるレーザ光束は、単一とは限らず、２以上のレーザ光束が放射され、ビーム合成手段により合成されることができる。

これら合成されたレーザ光束はビーム分離手段により２つの走査位置の個々に対して分離され、各走査位置を「マルチビーム走査」する。

この発明の「光走査装置」は、請求項１〜８の任意の１に記載の光走査部を１つ又は２つ有することを特徴とする（請求項９）。
請求項１〜８の任意の１に記載の「光走査部」は、前述の如く「２つの走査位置で同時に光走査を行う光走査装置自体」もしくは「光走査装置の一部」を構成するものであり、光走査部自体が「光走査装置自体」をなす場合であれば、光走査部は「独立した光走査装置」として、２つの走査位置を同時にシングルビーム方式もしくはマルチビーム走査方式で光走査できるのであるから、走査位置の個々に光導電性の感光体を配備すれば、２つの光導電性感光体を同時に光走査できる。

従って、２つの光走査部を「それぞれを独立した光走査装置」として用いることにより、光走査部ごとに２つの感光体を同時に光走査でき、全部で４つの感光体を同時に光走査するタンデム式の光走査装置を実現できる。

また、光走査部が「光走査装置の一部」を構成する場合であると、例えば、光偏向器としてポリゴンミラーを用い、このポリゴンミラーを共通の光偏向器として「２つのレーザ光源、走査結像光学系、ビーム合成手段、ビーム分離手段」を２組、ポリゴンミラーの両側に配置してポリゴンミラーと組合せ、これら２組と「共通のポリゴンミラー」とにより４つの感光体を同時に光走査する１つの光走査部（１つの光走査装置）を構成することができる。

この発明のカラー画像形成装置は「複数の光導電性感光体に光走査により個別に静電潜像を形成し、これら静電潜像を互いに異なる色のトナーにより可視化してトナー画像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に重ね合わせて転写して合成的にカラー画像の形成を行うタンデム式のカラー画像形成装置」であって、複数の感光体に光走査を行う光走査装置として請求項９記載のものを用いることを特徴とする（請求項１０）。

以上に説明したように、この発明によれば、新規な光走査部・光走査装置およびカラー画像形成装置を実現できる。
この発明の光走査部は、２つのレーザ光源からのレーザ光束をビーム合成して光偏向器で偏向させるので、光偏向器に「副走査方向の大きなサイズ」を必要としない。また、光偏向器により偏向された合成光束を、合成された状態においてビーム分離手段により分離するので、ミラー等による分離に比して分離が容易であり、また、ビーム合成・ビーム分離は、偏光方向の違いを利用して行なわれるので合成効率・分離効率が良い。

従って、この光走査部を用いる光走査装置はコンパクトに構成でき、複数の走査位置の良好な光走査を実現でき、かかる光走査装置を用いるカラー画像形成装置は、コンパクトに構成できて良好なカラー画像形成を実現できる。

以下、実施の形態を説明する。
以下の説明において、偏向されて走査結像光学系により走査位置に集光された光束が光走査を行う方法を「主走査方向」、走査位置に対して光導電性感光体の表面が変位する方向を「副走査方向」とすることは従来からの光走査におけると同様である。

図１は、光走査部の実施の１形態を示す光学配置図で、（ａ）は主走査配置（光学配置を副走査方向（図面に直交する方向）から見た配置図）、（ｂ）は偏向器以後の副走査配置（主走査方向（図面に直交する方向）から見た配置図）を示す。

この光走査部は、光源ユニットＬＵ、シリンドリカルレンズ１０、「光偏向器」としてのポリゴンミラー１１、走査レンズ１２、１３、１３’、「ビーム分離手段」としての回折光学素子１４、同期センサ１５、反射ミラー１６、１７、１７’や、図示されない「処理装置」等を備えている。

図１（ｂ）において、符号１８、１８’は２つの「走査位置」を示している。
光源ユニットＬＵの１例を図２に示す。
図２に示す光源ユニットは、２つの半導体レーザ１、１’、２つのレンズ２、２’、「ビーム合成手段」としての回折光学素子３等を有している。図２の光学配置は「副走査配置」である。

図２に示すビーム合成手段としての回折光学素子３、図１に示すビーム分離手段としての回折光学素子１４は共に「構造複屈折を有する回折光学素子」である。

図２において、半導体レーザ１から放射されるレーザ光束ＬＢ１の偏光方向は、図面に平行な方向であり、半導体レーザ１’から放射されるレーザ光束ＬＢ２の偏光方向は、図面に直交する方向であり、レーザ光束ＬＢ１、ＬＢ２の偏光方向は互いに直交している。

光源ユニットの別例を示す図３のように、半導体レーザ１、１’から、共に図面内の偏光方向を有するレーザ光束ＬＢ１、ＬＢ２０を放射させ、半導体レーザ１’からのレーザ光束ＬＢ２０の偏光方向を、１／２波長板４により９０度旋回させてレーザ光束ＬＢ２とし、ビーム合成手段により合成されるレーザ光束ＬＢ１、ＬＢ２の偏光方向が互いに直交するようにしてもよい。

図２に示した光源ユニットの例では、半導体レーザ１、１’から放射されたレーザ光束は、カップリングレンズ２、２’のコリメート作用により実質的な平行レーザ光束にされ、これら平行レーザ光束はビーム合成手段としての回折光学素子３に入射し、実質的に同一の光路を辿る「単一の平行レーザ光束」に合成される。

即ち、図２の光源ユニットにおいては、半導体レーザ１とカップリングレンズ２とが一方のレーザ光源を構成し、半導体レーザ１’とカップリングレンズ２’とが他方のレーザ光源を構成し、これらのレーザ光源は「互いに偏光方向が直交するレーザ光束を生成」する。

同様に、図３の光源ユニットにおいては、半導体レーザ１とカップリングレンズ２とが一方のレーザ光源を構成し、半導体レーザ１’とカップリングレンズ２’と１／４波長板４とが他方のレーザ光源を構成し、これら２つのレーザ光源は「互いに偏光方向が直交するレーザ光束を生成」する。

半導体レーザ１、１’は何れも「発光源を１つ有するもの」であるが、これに限らず、複数の発光源をアレイ配列した半導体レーザアレイ（各発光源から放射されるレーザ光束は、その偏光方向が互いに平行である。）を用いることもでき、このような半導体レーザアレイを用いることにより、各走査位置を複数の光束でマルチビーム走査することができ、画像形成を光束で行うことができる。

図２、図３において、合成されたレーザ光束が進行する方向は、図１（ｂ）に示すポリゴンミラー１１の回転軸に直交する方向であり、この方向はポリゴンミラー１１により偏向される偏向レーザ光束が掃引する「偏向面」に平行である。
そして、図１（ｂ）に示すように、２つの走査位置１８、１８’は、図において上記偏向面よりも下方に位置し、図２に示す「半導体レーザ１’とカップリングレンズ２’により構成されるレーザ光源」、あるいは、図３に示す「半導体レーザ１’とカップリングレンズ２’と１／２波長板４とにより構成されるレーザ光源」は上記偏向面よりも下方（走査位置１８、１８’が設定されている側）に配備されている。

このため、半導体レーザ１’からのレーザ光束ＬＢ２が、回折光学素子３によりレーザ光ＬＢ１と完全には合成されず、回折光学素子３を「そのまま透過」する０次光が僅かにあったとしても、かかる０次光が走査位置１８、１８’に達することが無く、走査位置１８、１８’に対して上記０次光を遮光する必要がない。

回折光学素子３は、一例として図４に示すように「構造複屈折」を有する。
周知の如く「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 Structur：サブ波長構造）と呼ばれる「入射光の波長よりも小さい周期構造」をなす回折光学素子で発現する。
構造複屈折は上記２つの媒質が「入射光の波長〜その数倍以下の周期構造」、所謂共鳴領域の周期構造（共鳴構造）をなしている回折光学素子においても発現することが知られている。

ビーム合成手段としての回折光学素子３は「サブ波長構造もしくは共鳴構造」により構造複屈折を発現させた光学素子である。
図４を参照して、サブ波長構造を持つ回折光学素子３の構成を説明する。
回折光学素子３は、図４に示すように、平行平板状の基板３Ａの片面に回折格子部３Ｂを形成してなる。

基板３Ａの厚み：Ｄ_０、回折格子部３Ｂの格子深さ：ＤのうちＤ_０は「ｍｍオーダ」、Ｄは通常「μｍオーダ」である。
回折格子部３Ｂにおける格子ピッチ（回折光学素子周期）を「Λ」、格子頂部の幅を図の如く「ｆ・Λ」とするとき、「ｆ」をフィルファクタと呼ぶ。
格子ピッチ：Λも通常「μｍオーダ」である。従って、図４におけるＤ、Ｄ_０、Λの相対的大きさは実際の寸法比とは異なっている。

図４における角：θは「入射角」を表す。

回折光学素子３における「回折効率」は、フィルファクタ：ｆや、格子深さ：Ｄにより制御可能である。

図４に示す回折光学素子３の光学特性を、図５を参照して説明する。
説明の具体性のため、入射光の波長：λ＝０．６３３μｍ、基板３Ａの屈折率：ｎ=１．４５６、格子ピッチ：Λ＝０．３５μｍ、フィルファクタ：ｆ＝０．５、格子深さ：Ｄ＝０．７５μｍ、入射光の入射角：θ＝６０°とする。

この条件で、入射光として平面波が入射した場合の回折角を「格子方程式」に基づいて算出すると、０次光の回折角（基板内での回折角）：θ_０＝３６．５°、−１次光の回折角：θ_−１＝−４０．３°となる。
これら０次光および−１次光は基板３Ａを透過し、基板３Ａの裏面で屈折して空気中に射出する。０次光（０Ｔ）の射出角：θ’＝６０°であり、−１次回折光（−１Ｔ）の射出角：θ’’＝−７０．４°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、各透過光の回折格子部３Ｂでの回折効率を計算すると、０次光（０Ｔ）につき、ＴＥ偏光（紙面に直交する方向の偏光）が入射するときの回折効率：１．４％、ＴＭ偏光（紙面に平行な方向の偏光）が入射するときの回折効率：９８．６％で消光比：９８．６／１．４＝７０である。

また、−１次回折光（−１Ｔ）については、ＴＭ偏光が入射したときの回折効率：０．７％、ＴＥ偏光が入射したときの回折効率：９１．５％で消光比：１３１である。

すなわち、回折光学素子３は、上記の波長・入射角で、ＴＥ偏光が入射した場合は、そのほとんどを−１次回折光（−１Ｔ）として回折して透過させ、ＴＭ偏光が入射した場合は、そのほとんどを０次光（０Ｔ）として透過させる「偏光依存性の回折素子」として振る舞う。

上に説明した図５の光路を「射出側から逆に辿る」ように、−１次回折光（−１Ｔ）の射出角：θ’’を入射角として基板裏面側からＴＥ偏光のレーザ光束を入射させ、０次光（ＯＴ）の射出角：θ’を入射角として基板裏面側からＴＭ偏光のレーザ光束を入射させれば、これらレーザ光束は基板３Ａ・回折格子部３Ｂを通過し、入射光の入射角：θを射出角として１本のレーザ光束にビーム合成される。

図６は、回折光学素子３の裏面側（基板の回折格子部が形成されていない側）から、入射角：θａ＝６０°でＴＭ偏光のレーザ光束ＬＭを入射し、入射角：θｂ＝７０．４°でＴＥ偏光のレーザ光束：ＬＥを入射させた状態を示す。

このとき、図示の如く、レーザ光束ＬＭの０次光と、レーザ光束ＬＥの−１次回折光が、射出角：θｃ＝６０°でビーム合成されて回折光学素子２から出射される。

上に説明した条件では、入射光（レーザ光束ＬＭ、ＬＥ）の波長：λ＝０．６３３μｍ、基板３Ａの屈折率：ｎ=１．４５６、格子ピッチ：Λ＝０．３５μｍである。

レーザ光束ＬＭの入射角：θａと上記λ、Λ、ｎは、条件：
λ／Λ＋sinθa＞ｎ
を満たしている。

このため図６において、図の下方へ向う「−１次以下の次数の透過光」は発生しない。

前述の如く、図６において、回折光学素子３により合成されたレーザ光束ＬＭＥの方向はポリゴンミラーによる偏向面に平行であり、図６において回折光学素子３よりも下方には、走査位置１８、１８’（図１（ｂ））が位置するが、上記の如く「図６の下方へ向う−１次以下の次数の透過光」が発生せず、これらの光が走査位置に対してゴースト光として作用することがない。

また、レーザ光束ＬＥの入射角：θｂと上記λ、Λ、ｎは、条件：
−２λ／Λ＋sinθb＞ｎ
を満たしている。

このため図６において、図の下方へ向う「＋２次以上の次数の透過光」も発生せず、これらの光が走査位置に対してゴースト光として作用することがない。

図１に戻ると、上記の如くして回折光学素子３によりビーム合成されたレーザ光束は、光源ユニットＬＵから射出して、シリンドリカルレンズ１０の作用により、ポリゴンミラー１１の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として集光し、ポリゴンミラー１１の等速回転に伴い等角速度的に偏向される。この偏向に伴って偏向されるレーザ光束が掃引する面が「偏向面」である。

ポリゴンミラー１１により偏向されたレーザ光束は「走査結像光学系」を構成する走査結像レンズ１２、１３、１３’のうち、走査レンズ１２に入射する。
図１（ｂ）に示すように、走査レンズ１２と走査レンズ１３とは走査位置１８に対する結像光学系を構成し、ミラー１７により光路を屈曲されている。
また、走査レンズ１２と走査レンズ１３’とは走査位置１８’に対する結像光学系を構成し、ビーム分離手段１４における回折により光路を屈曲され、さらにミラー１７’により光路を屈曲されている。

このように、走査結像光学系をなす走査レンズ１２、１３、１３’は、走査位置１８、１８’に応じた２系統の結像光学系を構成し、これら２系との結像光学系により、各走査位置に光走査用の光スポットを形成する。

そして、走査レンズ１２は走査位置１８，１８’に対する２系統の結像光学系に対して共通化されている。
走査レンズ１２を透過して「有効画像領域外に向かうレーザ光束の一部」は、反射ミラー１６を介して同期センサ１５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）を出力し、この信号に基づき各レーザ光源の半導体レーザの駆動タイミングを制御する。

ビーム分離手段としての回折光学素子１４は、サイズは異なるがビーム合成手段である回折光学素子３と「同一の光学的構造」を有しており、回折光学素子３における入射側を射出側として用いられる。

即ち、図６に示すように、回折光学素子３によりビーム合成されたレーザ光束ＬＭＥが、回折光学素子１４に図の左方から入射し、レーザ光束ＬＭＮが包含するＴＭ偏光成分とＴＥ偏光成分との偏光方向の違いを利用して、ＴＭ偏光成分のレーザ光束ＬＭとＴＥ偏光成分のレーザ光束ＬＥとに分離される。

即ち、合成されポリゴンミラー１１により偏向され、走査レンズ１２を透過したレーザ光束ＬＭＥは、入射角：θｃ＝６０°で、回折光学素子１４の回折格子部に入射し、ＴＭ偏光成分は０次光が、射出角：θａ＝６０°でレーザ光束ＬＭとして射出し、ＴＥ偏光成分（紙面に垂直）は−１次光が射出角：θｂ＝７０．４°でレーザ光束ＬＥとして射出する。

図１（ｂ）に示すように、レーザ光束ＬＭはミラー１７により光路を屈曲され、走査レンズ１３を介して走査位置１８に光スポットとして集光し、走査位置１８を図面に直交する方向へ光走査する。

また、レーザ光束ＬＥは、走査レンズ１３’とミラー１７’とを介して走査位置１８’に光スポットとして集光し、走査位置１８’を図面に直交する方向へ光走査する。

図７は、実施の別形態を説明するための図である。
図７の形態は、図１に示した光走査部を２つ有する光走査装置の実施の形態である。

即ち、光偏向器としてのポリゴンミラー１１を「２つの光走査部の共通要素」とし、光走査部の他の部分を、ポリゴンミラー１１の左右両側に略対称的に配置した構成である。

光源ユニットＬＵ、シリンドリカルレンズ１０、ポリゴンミラー１１、走査レンズ１２、１３、１３’は「１つの光走査部」を構成する。この部分は、図１に即して説明したものと同一である。

光源ユニットＬＵ’、シリンドリカルレンズ１０’、ポリゴンミラー１１、走査レンズ１２’、１３’’、１３’’’は「他の１つの光走査部」を構成する。この部分も構造的には図１に即して説明したものと同一であるので、上記の説明を援用し、個々では説明を省略する。

この光走査装置では、副走査方向（図の左右方向）に配置された４つの走査位置１８、１８’、１８’’、１８’’’を同時に光走査することができる。符号１７’’、１７’’’は光路屈曲用のミラーである。

図８に他の実施の形態を説明図的に示す。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図７におけると同一の符号を付し、これらに付いての説明は先の説明を援用する。

図８の実施の形態では「ビーム分離手段」として偏光ビームスプリッタ１９、１９’が用いられ、ポリゴンミラー１１により、ポリゴンミラー１１の左右両側に偏向されたレーザ光束（ビーム合成手段によりそれぞれ合成されている。）を「偏光方向の違いを利用して分離」する。

この実施の形態では、走査位置１８、１８’の間隔、走査位置１８’’、１８’’’の間隔を確保するために、走査位置１８’、１８’’’に向う偏向光束の光路をミラー１７Ａ、１７Ａ’により屈曲させている。

図８には、レーザ光源やビーム合成手段、シリンドリカルレンズが図示されていないが、これらは図１、図７に即して説明したものと同じものを用いることができる。ビーム合成手段は回折光学素子に換えて「偏光ビームスプリッタ」を用いることもできる。

図９に、画像形成装置の実施の１形態を示す。
この画像形成装置は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）の各色画像成分を光書込みする光走査装置２０、各走査位置に対応する感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋおよびその付属装置、搬送ベルト８０、定着装置３０、「シート状記録媒体である転写紙」を格納した給紙カセットや排紙トレイ（共に図示されず）を有している。

光走査装置２０は、図７に実施の形態を示したものを好適に用いることができるが、これに限らず、図８に示すものを用いても良いし、あるいは、図１に示す光走査部を２つ、図９の左右方向へ配列したものを用いることもできる。

搬送ベルト８０の上方に配置された感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは同一径のドラム状で、時計回りに回転しつつ帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫによりそれぞれ均一帯電され、光走査装置２０による光走査により上記色の画像成分を書き込まれ「ネガ線像」として静電潜像が形成される。なお、帯電ローラに換えてコロナチャージャを用いることもできる。

形成された静電線像は現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫによりそれぞれ上記色のトナーで反転現像されてトナー画像となる。
搬送ベルト８０の周囲には、感光体１１Ｙよりも転写紙搬送経路上流側に、図示されないレジストローラ、ベルト帯電チャージャが配設され、また、感光体１１Ｋよりも転写紙搬送経路の下流側に、図示されないベルト分離チャージャ、除電チャージャ、クリーニング装置などが順に配設されている。

このように、画像形成装置は、感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの、光走査を受ける部分を「各色毎に設定された走査位置」としている。

図示されない給紙カセットに収納された転写紙の最上位の１枚が、図示されない給紙コロにより給紙される。給紙された転写紙は、その先端部がレジストローラ（図示されず）に捉えられる。
レジストローラは、感光体１１Ｙ〜１１Ｋ上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、転写紙を搬送ベルト８０上に送り込む。搬送ベルト８０は転写紙を世伝吸着して図の左方へ等速で搬送する。

転写紙は搬送ベルト８０に搬送されつつ、転写チャージャ１５Ｙにより光導電性感光体１１Ｙからイエロートナー画像を転写され、転写チャージャ１５Ｍ〜１５Ｋによりそれぞれ、光導電性感光体１１Ｍ〜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。これらトナー画像転写後の各光導電性感光体１１Ｙ〜１１Ｋはクリーニング手段ＢＹ〜ＢＫにより残留トナーや紙粉を除去される。

転写紙上に転写された上記４色のトナー画像は、互いに重畳してカラー画像をなし、定着装置３０により転写紙上に定着され、図示されない排紙トレイ上に排紙される。

上にはカラーモードによるカラー画像形成を説明したが、単色モードを選択する場合には、所望の色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの何れか）のトナー画像のみを形成するように装置各部が制御される。

光走査部を用いる光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。 光源ユニットの１例を説明するための図である。 光源ユニットの他の例を説明するための図である。 ビーム合成手段としての回折光学素子を説明するための図である。 回折光学素子によるビーム合成・ビーム分離を説明するための図である。 回折光学素子によるビーム合成・ビーム分離を説明するための図である。 光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。 光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。 画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。

符号の説明

ＬＵ 光源ユニット
１０ シリンドリカルレンズ
１１ ポリゴンミラー（光偏向器）
１２、１３、１３’ 走査結像光学系を構成する走査レンズ
１４ ビーム分離手段
１８、１８’ 走査位置

Claims (10)

1. 互いに偏光方向が直交するレーザ光束を生成する２個のレーザ光源と、
   これら２個のレーザ光源からのレーザ光束を、偏光方向の違いを利用してビーム合成するビーム合成手段と、
   このビーム合成手段により合成されたレーザ光束を偏向させる光偏向器と、
   この光偏向器により偏向された偏向レーザ光束を、上記光偏向器に関して同じ側において副走査方向に分離した２つの走査位置に、レーザ光源ごとに分離して集光させる走査結像光学系と、
   上記光偏向器により偏向された偏向光束を、偏光方向の違いを利用して、光源ごとに分離し、上記２つの走査位置の各々用に分離するビーム分離手段とを有することを特徴とする光走査部。
2. 請求項１記載の光走査部において、
   ビーム合成手段および／またはビーム分離手段が、構造複屈折を有する回折光学素子であることを特徴とする光走査部。
3. 請求項１記載の光走査部において、
   ビーム分離手段および／またはビーム分離手段が、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光走査部。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の光走査部において、
   光偏向器に関して同じ側において副走査方向に分離した２つの走査位置が、光偏向器により偏向される偏向レーザ光束の偏向面に対して一方の側にあり、
   ビーム合成手段は、２つの光源からのレーザ光束の一方を、進行方向を変えることなく通過させ、上記レーザ光束の他方を、進行方向を変えて通過させるものであり、
   上記他方のレーザ光束の上記ビーム合成手段への入射方向が、上記偏向面に対して他方の側へ向う向きに設定されていることを特徴とする光走査部。
5. 請求項４記載の光走査部において、
   ビーム合成手段が構造複屈折を有する回折光学素子であって、屈折率：ｎの基板を有するとともに回折光学素子周期：Λを有し、
   上記回折光学素子を通過することにより進行方向を変えないレーザ光束の上記回折光学素子への入射角：θａ、上記進行方向を変えない光束の波長：λ１、上記屈折率：ｎおよび回折光学素子周期：Λが、条件：
   λ１／Λ＋sinθa＞ｎ
   を満足することを特徴とする光走査部。
6. 請求項４または５記載の光り走査部において、
   ビーム合成手段が構造複屈折を有する回折光学素子であって、屈折率：ｎの基板を有するとともに回折光学素子周期：Λを有し、２つのレーザ光源からのレーザ光束の一方を、進行方向を変えることなく通過させ、上記レーザ光束の他方を、進行方向を変えて通過させるものであり、
   進行方向が変わるレーザ光束の上記回折光学素子への入射角：θｂ、上記進行方向が変わるレーザ光束の波長：λ２、上記屈折率：ｎおよび回折光学素子周期：Λが、条件：
   −２・λ２／Λ＋sinθb＞ｎ
   を満足することを特徴とする光走査部。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の光走査部において、
   ビーム合成手段とビーム分離手段とが、同一の光学的構造を有することを特徴とする光走査部。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の光走査部において、
   ２つのレーザ光源が、複数の発光源を持つレーザアレイ光源であり、各レーザアレイ光源の放射するレーザ光束は同一方向の偏光面を有することを特徴とする光走査部。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載の光走査部を１つ又は２つ有することを特徴とする光走査装置。
10. 複数の光導電性感光体に光走査により個別に静電潜像を形成し、これら静電潜像を互いに異なる色のトナーにより可視化してトナー画像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に重ね合わせて転写して合成的にカラー画像の形成を行うタンデム式のカラー画像形成装置において、
    複数の光電導性感光体に光走査を行う光走査装置として、請求項９記載のものを用いることを特徴とするカラー画像形成装置。

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