JP5359209B2 - 光走査装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ（レーザアレイを含む）を光源に用いて被照射部を光走査する光走査装置、およびこれを用いた画像形成装置に関する。

カラー画像形成装置で、光源からの光をハーフミラーで二分し、各々位相差付き２段ポリゴンミラーで偏向し、２つの感光体に交互に、画像を形成する提案がある（例えば、特許文献１ 参照。）。通常では感光体１本について光源１個を対応させていたので、それに比べて光源数を１／２にすることができ、コンパクト化や低コスト化に有効であるが、常に、ビームを二分しており、片方の感光体に走査ビームを照射している時間は、もう一方のビームは書き込みに寄与しない。したがって、常時、光量の２分の１が損失になっている。
そこで、本出願人は、常に光源光を２分していたところを、液晶を用いたスイッチング素子によってビームを切り替え、光利用効率を２倍に向上した提案を行った（特願２００７−１４８３６５）。これにより、これまでのハーフミラーで光利用効率が半減していたところを、ほぼ１００％に向上できた。

用途によってはさらに高速なスイッチングを必要とすることがあり、そのような目的に、偏光・旋光手段として電気光学効果、または、磁気光学効果を用いた素子で偏光方向を高速に切り換える提案がある（例えば、特許文献２ 参照。）。 電気光学効果を用いる場合には電気光学材料へ数百Ｖの印加電圧が必要となり、磁気光学効果を用いた場合には数Ａの電流が必要となるため、ドライバの負担が大きくなる。さらに、この素子をレーザ光源からビームスプリッタまでの間に配置するため、光学系が大きくなる。
同様な目的に使用可能なスイッチング素子として偏光双安定ＶＣＳＥＬが着目されている（非特許文献１ 参照。）。偏光双安定ＶＣＳＥＬは偏光方向を高速スイッチングすることができる光源であり、偏光方向の切り替え方法として、外部偏光光を照射する方法と、電流制御を行う方法がある。

特開２００５−０９２１２９号公報 特開平７−１４４４３４号公報 第９６回微小光学研究会（河口仁司、「ＶＣＳＥＬの偏波スイッチング」、ＭＩＣＲＯＯＰＴＩＣＳ ＮＥＷＳ微小光学系研究グループ機関誌、日本、応用物理学会／日本光学会／微小光学研究グループ、２００５年５月１９日、ＶＯＬ２３、Ｎｏ．２、１５〜２０頁）

本発明は、偏光双安定ＶＣＳＥＬを用い、電流制御方法を利用することで、光走査装置の光源数を従来の１／２にし、かつ、その偏光スイッチングをナノ秒オーダーの高速化を図るにもかかわらず、見かけ上、追加部品を発生させないコンパクト、超高速、高光利用効率な光走査装置、および、これを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、且つ、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、前記偏光分離手段の分離比率の選定によって低減させることを特徴とする。

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、前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂは共に前記画像の１走査線の描画に相当する時間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２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間を任意数に等分割したパルス幅に相当する時間であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、請求項２に記載の光走査装置において、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ２による偏光に対応する光路中に配置された光減衰手段によって低減させることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなり、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間であり、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ１に対応する時間帯と、該注入電流値Ｉ２に対応する時間帯の時間幅を、光強度の逆比に設定することによって低減させることを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなり、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間を任意数に等分割したパルス幅に相当する時間であり、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ１に対応する時間帯と、該注入電流値Ｉ２に対応する時間帯の時間幅を、光強度の逆比に設定することによって低減させることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記光源はレーザ光を発生する少なくとも１層の活性層と、該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振領域と、該共振領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜が矩形のメサ形状に加工された面発光型半導体レーザを基本構成と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９に記載の光走査装置において、前記光源は前記基本構成の面発光型半導体レーザが１次元または２次元に配列されたアレイ状光源であ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ないし１０のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記偏向素子は回転多面鏡であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の光走査装置において、前記回転多面鏡は回転軸方向に多段に構成されていることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記偏向素子はガルバノミラーまたは圧電素子からなる光走査素子であることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の光走査装置の２組が前記偏向素子を共有してなる光走査装置を特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、複数の感光体と、光走査手段と、それぞれの感光体に対応する複数の現像手段と、転写手段と、定着手段と、を有する画像形成装置において、前記光走査手段は請求項１ないし１４に記載の光走査装置であることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明では、互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の上限を超える注入電流値Ｉ２のパルスを発生させることにより、一方の偏光の発振を開始させる機能と、少なくとも該一方の偏光が発振中に他方の偏光の発振に切り替えるときは、前記双安定になる注入電流の下限を下回る注入電流値Ｉ１のパルスを発生させることにより、他方の偏光の発振を開始させる機能と、前記光源が発振を開始した後は前記双安定になる注入電流領域内の注入電流値Ｉ３を注入する機能と、を有することを特徴とする。

請求項１７に記載の発明では、請求項１６に記載の光走査装置において、前記パルスは、前記光源が所望の偏光を発振可能なパルス幅以上であって、画像の１画素に必要な光強度時間積分量の３分の１以下であることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明では、請求項１６または１７に記載の光走査装置において、前記光源はレーザ光を発生する少なくとも１層の活性層と、該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振領域と、該共振領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜が矩形のメサ形状に加工された面発光型半導体レーザを基本構成とすることを特徴とする。

請求項１９に記載の発明では、請求項１８に記載の光走査装置において、前記光源は前記基本構成の面発光型半導体レーザが１次元または２次元に配列されたアレイ状光源であることを特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記偏向素子は回転多面鏡であることを特徴とする。
請求項２１に記載の発明では、請求項２０に記載の光走査装置において、前記回転多面鏡は回転軸方向に２段に構成され、それぞれの段には前記偏光方向の異なるレーザ光をそれぞれ対応させることを特徴とする。

請求項２２に記載の発明では、請求項２１に記載の光走査装置において、前記２段の回転多面鏡は反射面の配置が互いに同相に配置され、前記偏光方向の異なるレーザ光を１画素単位で切り替えることを特徴とする。
請求項２３に記載の発明では、請求項２１に記載の光走査装置において、前記２段の回転多面鏡は反射面の配置が互いに１走査線周期の２分の１の位相差を持たせて配置され、前記偏光方向の異なるレーザ光を１走査線単位で切り替えることを特徴とする。

請求項２４に記載の発明では、請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記偏向素子はガルバノミラーまたは圧電素子からなる光走査素子であるを特徴とする。
請求項２５に記載の発明では、請求項２０ないし２４のいずれか１つに記載の光走査装置の２組が前記偏向素子を共有してなることを特徴とする。
請求項２６に記載の発明では、請求項２０に記載の光走査装置において、前記偏光分離手段は偏光分離方向が前記回転多面鏡の回転軸に直交する方向であることを特徴とする。

請求項２７に記載の発明では、複数の感光体と、光走査手段と、それぞれの感光体に対応する複数の現像手段と、転写手段と、定着手段と、を有する画像形成装置において、前記光走査手段は請求項１６ないし２６のいずれか１つに記載の光走査装置であることを特徴とする。
請求項２８に記載の発明では、請求項２７に記載の画像形成装置において、前記レーザ光が前記感光体を外れた位置に受光素子を置き、前記レーザ光が該受光素子を走査する時間帯に前記双安定になる注入電流領域の下限と上限の電流値間を往復する注入電流波形を前記光源に与え、前記受光素子からの受光信号を処理することによって、前記注入電流値Ｉ３の値を補正することを特徴とする。

本発明によれば、外見上の装置の構成は、偏光双安定ＶＣＳＥＬを用いる点以外は従来と殆ど変わらず、しかも、高速スイッチングが可能になることにより、光走査装置としての設計の自由度を大幅に向上することができるようになる。

図１は本発明の光源として用いるＶＣＳＥＬの基本構造を説明するための図である。
同図において符号３１はメサ構造、３２は上部のＤＢＲ層、３３は下部のＤＢＲ層、３４は活性層、３５は基板をそれぞれ示す。
面発光レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser：略称ＶＣＳＥＬ）は、同図に示すようにＧａＡｓ、またはＩｎＰの基板３５から順に、下部のＤＢＲ層３３、活性層３４、上部のＤＢＲ層３２からなり、少なくとも上部ＤＢＲ層３２はフォトリソなどの加工によってメサ構造３１をもたせ、光導波路特性をもたせている。

図２はＶＣＳＥＬの動作サイクルを説明するための図である。同図（ａ）は電流に対する発光強度の図、同図（ｂ）は注入電流に対する主偏光方向の遷移を説明するための図である。線図のうち、実線と破線は偏光方向の違いを示す。
矩形断面のメサ構造を有するＶＣＳＥＬは２つの独立し直交する偏光モードを有することが知られている。このようなＶＣＳＥＬへの注入電流を増加させていくと、しきい値電流（Ｉｔｈ）を超えると、まず発振しやすい方の偏光（仮にある基準線に対して９０°方向であるとする）の光強度が増加する（同図実線矢印Ａ１）。この間、それと直交する方向（ここでは０°方向と呼ぶ）の偏光が微少量発光している（同図破線矢印Ｂ１）。電流がＩｈ２を超えると、突然、主偏光方向が０°の偏光に切り替わる（破線矢印Ｂ２、Ｂ３）。このとき、９０°方向の光強度は急激に減少するが（実線矢印Ａ３）、０にはならず、若干発光が残っている。

逆に、注入電流を下げていくときには、Ｉｈ２を超えてＩｈ１まで０°偏光が持続する（破線矢印Ｂ４）。Ｉｈ１を超えて下がると９０°偏光に切り替わる（破線矢印Ｂ５、実線矢印Ａ５）。Ｉｈ１からＩｈ２までの間は、同じ電流値に対して２つの偏光モードが存在するため、偏光双安定と呼ばれる。なお、図では見やすさを考慮して、Ｉｈ１とＩｈ２の位置に限り幅を持たせて表現してある。
電流の与え方を上記のように連続的変化ではなく、Ｉｈ２以下の特定の電流値を突然与えたときは、それ以前に発光していなかった場合、若しくは、既に他の電流値を与えられて９０°方向に発振していた場合は９０°方向の発振になる。既に０°方向に発振していた場合は、与えた電流値がＩｈ１以上であれば、０°方向の発振が維持され、Ｉｈ１以下であれば９０°方向の偏光に切り替わる。与えた電流値がＩｈ２以上であれば、前歴に関係なく０°方向の発振となり、Ｉｈ１以下（ただしＩｔｈ以上）であれば前歴に関係なく９０°方向の発振となる。
したがって、注入電流をＩｔｈを超えてＩｈ１未満の例えばＩ１に動作点を選ぶと（動作点１）９０°偏光が発振し、Ｉｈ２を超える電流値Ｉ２（ただし、光源が破壊しない範囲）に動作点２を選ぶと０°偏光が発振する。注入電流の大きさをこの２点で変化（スイッチング）させるだけでＶＣＳＥＬの出射光の偏光状態が切り替わることになり、そのスイッチングはナノ秒オーダーが期待できる。

図３は偏光双安定ＶＣＳＥＬを光源とする光走査装置を説明するための図である。
図４は直交する偏光方向の光が２方向に切り替えられる原理を説明するための図である。
両図において符号１１は偏光双安定ＶＣＳＥＬ、１２は偏光分離素子、１３はシリンドリカルレンズ、１４は偏向素子としての位相差付き二段ポリゴンミラー、１５はｆθレンズ、１６は結像光学系、１７は感光体、Ａ、Ｂは切り替えられた２つの光束をそれぞれ示す。なお、添え字ａ、ｂは光束Ａ、Ｂに対応する光学系の区別を示す。
偏光双安定ＶＣＳＥＬ１１から放射された光はコリメートレンズで平行ビームとなって偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と偏向プリズム（全反射ミラーでも良い）からなる偏光分離素子１２に入射される。ＰＢＳに対してｐ偏光なら透過しシリンドリカルレンズ１３を介して位相差付き二段ポリゴンミラー１４の上段ポリゴン１４ａに入射する。一方、ＶＣＳＥＬ１１からの出射光がｓ偏光のときにはＰＢＳと偏向プリズムでともに反射し、下段ポリゴンミラー１４ｂに入射される。ポリゴンミラー１４で反射した光はｆθレンズ（１５ａ，１５ｂ）を含む結像光学系１６ａ，１６ｂを経て感光体１７ａ，１７ｂ上を走査する。上述した二つの動作点を選ぶように注入電流を１走査線ごとに切り替えてビームの偏光面を９０°スイッチングすることで、走査線単位で順次（交互に）、感光体１７ａ，１７ｂを走査することが可能になる。

図５は本発明を４本の感光体を用いる画像形成装置に適用する実施形態を説明するための平面図である。
図３に示した光走査装置を２組用意し、両者の偏向手段を共有化することによって、フルカラー画像形成装置を構成することができる。
すなわち、図３では感光体が２本しかないが、２段ポリゴンミラーを共有とし、さらに２本の感光体と、光源およびｆθレンズを含む結像光学系を、ポリゴンミラーに関し反対側にほぼ対称的に配置することによって４本の感光体をセッティングしたカラー用の光走査装置を構築できる。
したがって、この構成では、偏光双安定ＶＣＳＥＬ光源を２個、光源用ドライバを２個、各光源に対応させた偏光分離素子を２個、偏向手段を１個、結像光学系を２個、感光体を４個、有することになる。

図６は偏光双安定ＶＣＳＥＬのドライブ方法（注入電流波形）の例を示す概念図である。同図（ａ）は１走査線毎に偏光方向を切り替える例、同図（ｂ）は１画素毎に偏光方向を切り替える例、同図（ｃ）はパルス幅変調を行う例をそれぞれ示している。
同図において符号Ｔａ、Ｔｂは相異なる偏光方向のそれぞれに割り当てる時間を示す。
同図（ａ）は一本の走査線の画素数を１０個で表現した例で、感光体１７ａ，１７ｂともに論理値０，１，０，１，０，１，０，１，０，１の画像信号とした。このとき、走査線の切り替え時に無駄な時間がないものとしたとき、Ｔａ、Ｔｂは共に１走査に要する時間になる。
光源を駆動するドライバは、感光体１７ａで論理値１の信号（信号１と略す）のときには注入電流Ｉ２（図２の動作点２）を与え、感光体１７ｂで信号１の画素にはＩ１（動作点１）を与えるパルス列を生成する。ともに信号０のときは光源を発振させない。ただし、ここで示した論理値１、０は相対的な関係であって、回路構成の都合により、論理値０のとき光源を発光させる構成にすることにしてもかまわない。

同図（ｂ）において、画素１ａと画素２ａのそれぞれに割り当てている時間がＴａであり、画素１ｂと画素２ｂに割り当てている時間がそれぞれＴｂであり、Ｔａ＝Ｔｂにしてある。Ｔａ、Ｔｂは発光時間そのものではない。この時間内に信号１が与えられれば発光させ、信号０が与えられれば発光させない。
ここで、Ｔａ＋Ｔｂは１走査線に要する時間を、１走査線で描くべき画素数で割った時間（Ｔｔとする）になる。この図では、どの画素も信号１が入力された場合を示している。
この方式の場合は、偏向素子としてのポリゴンミラー１４は位相差つきでない２段ポリゴンにする必要がある。なぜなら、２つの偏光方向によるそれぞれの走査線が、僅か２分の１画素の遅れ（時間Ｔａ）のみで、同時進行で描画されるからである。

中間調（０より大きく１よりも小さい場合）を表現したい場合は、１画素のパルス幅を必要な幅にする。すなわち、パルス幅変調をかけることによって表現可能となる。ただし、ここでいう１とは、最大画像濃度を引き出す光強度時間積算値（すなわち、露光量）に相当する電流積分値とする。通常は、許された時間内の最大のパルス幅を与えたとき、最大画像濃度が得られるように設定しておく。
同図（ｃ）において、画素１ａと画素２ａでは画素２ａのパルス幅が画素１ａのパルス幅の約半分になっている。したがって、画素２ａは画素１ａの約半分の電流積分値となり、中間調が表現できる。因みに、画素１ａも与え得る最大のパルス幅（時間幅Ｔａ）の約半分になっている。すなわち、画素２ａは最大の電流積分値の約４分の１程度の電流積分値になる。
なお、画素１ｂ、２ｂのパルス幅はそれぞれＴｂの約４分の３、４分の１である例を示している。
パルス幅の狭められる限界は感光体の感度に依存する。電流積分値と露光量は必ずしも比例関係にないのと、露光量と画像濃度との関係も必ずしも比例関係にはないので、所望の濃度に対応した電流積分値が必要であれば、実測値を元に両者の間の関係を求めることになる。

図７は１画素の露光時間内で偏光スイッチングをする場合の実施例の説明図である。同図（Ａ）は上段の偏向素子に対応するパルス列、同図（Ｂ）は下段の偏向素子に対応するパルス列、同図（Ｃ）は光源に対する注入電流波形をそれぞれ示す図である
同図では２つの画素のみを図示した。
本実施例では、１画素を時分割で二つの感光体に振り分けながら階調表現する。各画素の時間幅を複数等分にしてパルス幅階調する。同図では４等分にしておりその階調数は５となる。すなわち、０を含め、同一幅のパルス１本から４本までを選択でき、２つの感光体に対し、スイッチングしながら交互に光束を振り分ける。この例の場合、１本ごとのパルス幅に与えられる時間がＴａあるいはＴｂである。したがって、Ｔａ＋Ｔｂ＝Ｔｔ／４となる。露光の濃度（すなわち階調）を便宜上、０から４と表すことにする。画素１ａ、１ｂの上下段の階調を表１のような画像信号がＶＣＳＥＬドライバに入力されたとする。

この場合、ＶＣＳＥＬへの注入電流は同図（ａ）のようになる。この波形によって動作点２、すなわち上段用の光信号は同図（ｂ）に示す光波形となり、下段用の光信号は同図（ｃ）に示す光波形が得られる。したがって、上段のビームは２つの画素を順に４，３の濃度で感光体１７ａを露光し、下段用ビームは順に２，３の濃度で感光体１７ｂを露光することが出来る。

なお、これまでの実施例はポリゴンミラーを用いて説明したが、ガルバノミラーや圧電素子を用いた偏向素子に置き換えても良い。これらの偏向素子は往復動作により光走査をするので、１つの感光体に対し、往動作と復動作をともに利用することはできない。なぜなら、感光体は副走査方向に移動することにより、往復走査をすると描かれる走査線はジグザグ模様になるからである。通常の構成では、２つの感光体を用い、１走査線内で時分割して２つの感光体に画像形成する場合も、走査線毎に交互に感光体を切り替えて画像形成する場合（ミラーの片道走査に要する時間が１走査線に要する時間と同等かそれより僅かに長い場合）も、２つの感光体に対し共に往動作で走査するか、共に復動作で走査するようにしないと画像の重ね合わせが正しく行えなくなる。したがって、１走査線毎の偏光方向切り替え方式を採用する場合には、図３に示した構成と同じ考え方で、偏向素子を２段にして互いに位相差を与え、一方が往動作中は他方が復動作になるよう設定して、どちらの感光体も共に例えば往動作の時に画像信号を与えるようにする必要がある。

ガルバノミラーや圧電素子を用いた偏向素子で、往動作と復動作をともに利用したい場合は、以下に示すような問題を克服する必要がある。
すなわち、転写により最終画像を得るために複数の（この場合は２つの）感光体に記録媒体を接触させるため、感光体は記録媒体の進行方向に合わせて同方向に回転させる必要がある。感光体が回転している最中に露光をしながら走査線を描くので、一つの走査線を描き始めてから描き終わるまでの間に感光体は若干回転している。そのため、原理的には走査線が感光体の回転軸に対して傾斜することになる。それでも、次の走査線は前の走査線の描き始めの位置に対し隙間なく隣接して描かれるように構成されているので、１本の走査線の両端におけるずれ量は走査線間隔の約半分もしくはそれ以下になっている。２つの感光体ともに、すべての走査線が同じ傾きをしている限り、この傾斜は画像の品質に全く影響を与えないと同時に、２つの感光体に形成された２つの画像（例えば同一画像を色分解した色違いの画像）を記録媒体上で重ね合わせを行っても色むらを発生させる懼れはない。以下はガルバノミラーを例にとって説明する。

図８はガルバノミラーを往動作・復動作ともに利用するときの走査線の問題を説明するための模式図である。同図（ａ）は往動作による走査線の傾斜方向、同図（ｂ）は復動作による走査線の傾斜方向、同図（ｃ）は重ね合わせたときの問題、をそれぞれ示す図である。ただし、走査線の間隔は誇張して描いてある。
同図において符号Ｌａは往動作のみによって転写紙に転写された走査線、Ｌｂは復動作のみによって転写紙に転写された走査線をそれぞれ示す。
同図は記録媒体上に転写された走査線を模式的に示している。実線は情報の記録された走査線、破線はミラーの戻りに対応する非記録線（光が到達していれば記録されるはずの線）をそれぞれ表している。
走査方向が互いに逆方向であると、同図（ａ）、（ｂ）に示すように走査線の傾斜方向が逆になるので、同図（ｃ）のように、そのままでは走査線同士がきれいに重なり合わないため部分的な色むらが発生する。

図９は一方の走査線傾きを他方の走査線傾きに一致させた例を示す図である。同図（ａ）は前図（ｂ）に対応する図、同図（ｂ）は走査線傾きを変えた図である。
同図において点線は前図（ａ）に相当する走査線Ｌａを示しており、見分けを容易にするために故意に位置をずらしてある。
先に述べたように、走査線の傾きは走査線間隔の約半分かそれ以下であり、例えば、解像度が通常よく使われる１ｍｍ当たり１６本として計算すると、両端のずれ量は感光体軸線に平行な直線に対しておよそ３０μｍになる。この傾きを逆方向に同程度傾けるためには、一方の端を他方の端に比べて約６０μｍずれるように調整すればよい。具体的な方法としては、例えば感光体の軸線を初めから傾けておく方法、あるいは、図３における光学系のうち、最終反射面の反射方向を現状からさらに僅かに傾けて、結果として上記６０μｍ程度逆方向に傾くようにする方法がある。いずれも、調整量が非常に小さいので、通常よく使われる調整機構を採用すれば十分である。その結果、同図（ｂ）に示すように、２つの感光体から転写された画像は互いに走査線が平行であるため、双方の走査線が完全に重ならなくとも、部分的な色むらが発生することはない。

なお、往動作・復動作による走査線がそれぞれの感光体の回転軸に平行になるよう、初めからミラー等の角度を合わせた設計にしておけば、上記の例ではそれぞれが３０μｍの角度変更で済むため画質には全く影響を与えない。
上記調整量は形成すべき画像の解像度に依存するので、もし、画像形成装置として複数の解像度が選択できる構成であったら、必要とするずれ量の平均値を選んでその値に設定しておくか、さもなくば、調整量が小さいので、自動調整機構を採用して、要求される解像度毎に調整量を加減しても良い。
往動作で形成する画像に対し、復動作で形成する画像は走査線毎にパルス列を逆順に与えることは従来公知の技術で実施できる。

図２からも明らかであるが、動作点１、２ではレーザ光強度は動作点２の方が大きくなる。このため、電流値Ｉ１を与える感光体とＩ２を与える感光体との間に露光量の差がついてしまう。この差を低減するいくつかの方法がある。ひとつは強度が高いほうの光学系の途中に濃度調整フィルタ（ＮＤフィルタ）を配置する方法である。二つ目にＰＢＳの分離比を１：１ではなく、両ビームが感光体上で差が無いようにＰＢＳ分離比を所定の比率となるように作製する方法である。ただし、ＰＢＳの分離比を変えると、Ｉ２によるレーザ光の光強度が低減されて所定の感光体に到達する代わりに、他方の感光体にも僅かな光が到達することになる。その光量があまり大きいと、他方の感光体にも画像形成が行われ、本来の露光による画像にゴースト的な画像として重なってしまう。しかし、実際は電流値Ｉ１とＩ２による光強度の差分だけの分離比変更であるから、他方の感光体に至る光量は非常に小さいので、感光体の最小感度レベルを超えない限り、ゴーストの発生は心配ない。そのためにも、Ｉ１とＩ２は可能な限り近い値に選んでおくのがよい。当然ながらそれと同時にＩ２による光路中にＮＤフィルタ入れることもできる。
さらには電流値Ｉ１とＩ２のパルス幅の比率（デューティ比）を変えて露光量（光強度と時間の積に比例する値）をそろえる方法がある。この場合は駆動回路の設計のみで対処できるため、構成部品は従来のものをそのまま利用できる点でさらに好ましい。

図１０は露光のデューティ比を変えたときの波形例を示す図である。同図（ａ）は１走査線毎の偏光方向切り替えの場合、同図（ｂ）は一画素毎の偏光方向切り替えの場合を図６（ｃ）に対応させて示している。
同図（ａ）の場合、Ｔｂの時間帯では画像信号が１のときには１画素に割り当てられた時間内で電流値Ｉ１を維持させるが、時間帯Ｔａでは画像信号が１のパルス幅を短くし、光信号の光強度とパルス幅の積が０°偏光と９０°偏光で同じになるように調整する。同図 (ｂ)では画素ごとに偏光をスイッチングする場合、電流値Ｉ２の光強度がＩ１での光強度のα倍であれば、画素１ａ、画素１ｂの補正後のパルス幅を補正前のパルス幅の１／αとする。これによって、各画素の同じ階調同士が同じ露光量となる。

偏光双安定ＶＣＳＥＬの注入電流によって偏光を切り換える速度は上述のように、最速ナノ秒オーダーが期待できる。このため、各走査ごとに切り換える方法以外にも、１画素ごとに切り換えることも十分可能になる（図６（ｂ）、（ｃ）、図７、図１０（ｂ））。このように１走査期間中に上段と下段ポリゴンにビームを振分ける場合、前述のように、２段ポリゴンミラーを位相差付きにすることができなくなる。すなわち、同相の２段ポリゴンミラーでなければならないが、同相２段ポリゴンミラーは位相差付きに比べて作製しやすいため、むしろ、光走査装置の低コスト化に貢献できる。

図１１は露光のデューティ比を変える他の実施例を説明するための図である。同図（ａ）は階調変調をしていない場合の図、同図（ｂ）は１画素内を時分割発光にして階調変調を行う例を示す図である。同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図７のそれらと同じ。
この実施例は画素毎の偏光方向切換の場合にのみ適用できる。
１画素に割り振ることのできる時間幅は、１走査線に与えられた時間を１走査線に指定された画素数で割った時間Ｔｔとなる。これまでの説明では、１画素毎の偏光方向切換の場合、このような値Ｔｔを２等分してＴａとＴｂに割り当てていた（すなわち、Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｔ／２）が、前述のＩ１とＩ２による光量差のために露光のデューティ比を変えるのであれば、上記割り当て時間そのものを変えることでも達成できる。すなわち、ＴａとＴｂを等しくするのではなく、Ｉ１とＩ２の違いによる露光レベルの違いに応じて時間配分を異ならせる。ただし、発振する光強度は注入電流に比例するわけではないので、それぞれの電流値Ｉ１とＩ２における光強度をＬＰ１とＬＰ２（ＬＰ１＜ＬＰ２）とすると、同図（ａ）の場合、Ｔａ／Ｔｂ＝ＬＰ１／ＬＰ２（ただしＴａ＋Ｔｂ＝Ｔｔ）というように、時間配分を光強度の逆比になるよう割り当てる。
この例でもパルス幅変調によって階調表現を行うことはできる。それぞれのパルス幅の決め方は、Ｔａ、Ｔｂを基本としてそれとの比で定めれば、同じ比の場合それぞれの感光体において同じ露光量が保証できる。

同図（ｂ）の場合は図７と類似の考え方で、１画素の時間Ｔｔをｎ等分（同図では４等分）した値をさらに、ＴａとＴｂで割り振る例を示している。このとき、ＴａとＴｂの比は上記と同じであるがＴａとＴｂの和の値が異なる。すなわち、Ｔａ／Ｔｂ＝ＬＰ１／ＬＰ２（ただしＴａ＋Ｔｂ＝Ｔｔ／ｎ）となる。
上述記載の実施例では、偏光分離手段がＰＢＳと偏向ミラーで構成され、これらが光源からポリゴンミラーまでの間に配置されている。

図１２は本発明の光走査装置の他の実施形態を説明するための図である。同図（ａ）は主要部の斜視図、同図（ｂ）はポリゴンミラーから後の光学系の側面模式図である。
本実施形態は、偏光分離手段を感光体の近くに配置した例である。同図はＰＢＳのみからなる偏光分離手段６５が感光体６６の直前に配置された実施例を示す。偏光双安定半導体レーザ１１からの出射光をコリメートレンズ６１で平行光束にして、シリンドリカルレンズ６２でビーム断面の一方向をポリゴンミラーに集光させる。ポリゴンミラーで偏向されたビーム６７はｆθレンズ６４やその他結像光学素子（図示を省略）をへてＰＢＳ６５に入射される。偏光双安定半導体レーザ１１への注入電流がＩ１（ＰＢＳに対してｓ偏光）が選ばれたとき、ＰＢＳでビームが反射して感光体６６ｂに結像される。一方、注入電流Ｉ２（ＰＢＳに対してｐ偏光）の場合にはＰＢＳを透過して感光体６６ａに結像される。偏光を切り替える周期などは前述のとおりである。本実施例では、ＰＢＳ６５までの光学系、すなわり、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズを含む結像光学系は偏光分離前の光束が通過するため、両偏光方向の光に共通で使える。このため、低コスト化や、装置のコンパクト化に寄与できる。

図１３は本発明の光走査装置を用いたタンデム型のカラー画像形成装置を説明するための図である。
同図において符号２０は光走査装置、２１は転写ベルト、２２は感光体、２３は帯電器、２４は現像器、２５は転写手段、２６はクリーニング手段、ｙ、ｃ、ｍ、ｋはイエロー、シアン、マゼンタ、黒の現像色をそれぞれ示す。
カラー画像形成装置は、転写ベルト２１の移動方向に沿って並置された４つの感光体２２ｙ、２２ｍ、２２ｃ、２２ｋを有している。イエロー画像形成用の感光体２２ｙの周りには、その矢印で示す回転方向において順に、帯電器２３ｙ、現像器２４ｙ、転写手段２５ｙ、クリーニング手段２６ｙが配置されている。他の色についても同様の構成を有しており、帯電器２３は、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。帯電器２３と現像器２４の間において感光体表面に光走査装置２０によりビームが照射され、感光体２２に静電潜像が形成されるようになっている。そして、静電潜像に基づき、現像器２４により感光体面上にトナー像が形成される。転写手段２５により、転写ベルト２１で搬送される記録媒体（転写紙：図示せず）に各色の転写トナー像が順次転写され、最終的に定着手段２７により重ね合わせ画像が転写紙に定着される。

図１４は他の実施形態の光走査装置を用いたタンデム型画像形成装置の光路を説明するための図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
同図において符号７０は感光体を示す。
本実施形態は、図５に示した実施形態をガルバノミラー用に再構成したものである。
図１２に示した光走査装置の構成において、偏向素子をガルバノミラーに置き換えて、２組用意し、両者の偏向素子を共有化することによって、本実施形態が構築できる。
両面が反射面に形成されたガルバノミラーを挟んで、対称的に光源１１ａ、１１ｂおよび関連光学系を配置する。ガルバノミラーは光源からのレーザ光に対し４５°傾斜した位置を基準位置として所定角度内の振動をする。それぞれの光源から出たレーザ光は、ガルバノミラーの往復振動により、ガルバノミラーの回転中心を点対称の中心として対称的に往復走査される。それぞれの光源は、往動作と復動作で偏光方向を異ならせ、且つ、異なる感光体に対する画像データにより変調され、往・復とも途中までは同じ光学系を経由し、ＰＢＳのみからなる偏光分離手段６５に到って初めて経路が分かれ、互いに異なる感光体に到る。各光源からのレーザ光がそれぞれ２つの感光体に描画を行うことにより、合計４個の感光体にそれぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色に対応した画像を形成し、所定の記録媒体に転写することでフルカラー画像を形成する。

図１５は説明の都合で図２を簡略化して示した図である。同図（ａ）は発光の双安定ループを説明するための図、同図（ｂ）は注入電流の変化と偏光方向の関係を説明するための図、同図（ｃ）は発光強度波形を説明するための図、同図（ｄ）は比較例として定常電流を用いない場合の光強度波形を説明するための図である。
同図において符号１２１は高電流パルス部、１２２は低電流パルス部、１２３は定常電流部をそれぞれ示す。
同図（ａ）において、横軸は注入電流Ｉ、縦軸は光出力の強度をそれぞれ示す。
ＶＣＳＥＬ１への注入電流を増加させて、しきい値電流（Ｉｔｈ）を超えると、まず発振しやすい方の偏光１の光強度が増加する。電流がＩｈ２を超えると、偏光２の偏光に切り替わる。偏光２は偏光１と直交した振動面である。逆に、注入電流を下げていくときには、Ｉｈ１まで偏光２が維持され、Ｉｈ１以下で偏光１に切り替わる。Ｉｈ１からＩｈ２までは２つの偏光モードが存在するため、偏光双安定と呼ばれる。また、この偏光双安定が発現する領域を偏光双安定領域と呼んでいる。

注入電流波形は同図（ｂ）のように、偏光双安定領域の上限を超える高電流パルス部１２１（電流値Ｉ１）と、偏光双安定領域の下限値Ｉｔｈを下回る低電流パルス部１２２（電流値Ｉ２）、および、偏光双安定領域内の波高値部である定常電流部１２３（電流値Ｉ３）で構成される。このときの光強度波形を同図（ｃ）に示す。同図において、上段は光強度波形、下段は同図（ｂ）の向きを変えて時間軸を横に表示した図である。これらの図は、１画素単位で偏光方向を切り替える構成の場合を示している。これは、画像形成装置として、２段の回転多面鏡のそれぞれの反射面の配置が互いに同相に配置されている構成の場合に対応している。
偏光１の光強度時間波形は実線で、偏光２の光強度時間波形は点線で表した。光通信の分野ではＶＣＳＥＬ内部の寄生容量を小さくするなどの工夫によって１０Ｇｂｐｓの伝送に成功している。このため、本構成でも１ＧＨｚ程度の繰返し周波数の応答性が期待できる。この高応答性によって、低電流パルス部１２２の値Ｉ２は実質０であっても、パルス幅が高電流パルス部１２１のパルス幅と同程度にすることができる。したがって、電流値Ｉ２の範囲としては、０からＩｔｈの間の値であればよい。

同図において、図中のｔ（小文字）は時間軸を、Iは電流、Lは光強度の軸であることを示している。以下の図においても同様である。
比較例として、偏光双安定領域内での定常電流部を持たせず、偏光双安定領域をまたぐように２種の電流波高値Ｉ１およびＩ２による注入電流波形を与える場合を同図（ｄ）に示す。同図において、上段は光強度波形、下段は注入電流波形をそれぞれ示す。
この場合、偏光１と偏光２の光強度の時間積算量（すなわち、露光量）が大きく異なり、レーザプリンタ、レーザ加工機などに使う際にはデメリットとなる。これに比べ、本構成では両偏光の時間積算量の差は小さくなる特徴を有する。なお、パルス部１２１、１２２の時間幅が所定波高値部（定常電流部）１２３の時間幅に比べて短いほど両偏光の光強度時間積算量がそろうことは言うまでもない。実験によれば、画素の光量差が目立つようになるのは、パルス部が１画素の光強度時間積分量の３分の１を超える場合であることが分かった。したがってパルス部をこの範囲以下に収めていれば実用上の問題はなくなる。
本方式を採用することで、部品点数を増やさず、かつ、高速に偏光を切り換えることができ、さらに、両偏光の光強度の差を低減でき光利用効率が向上される。

図１６は光走査装置のＶＣＳＥＬ１への他の注入電流波形例を示す図である。
図４の偏光分離手段を参照して、図１５の偏光１がＰＢＳに対してｐ偏光で、偏光２はｓ偏光となる配置として説明する。これらの図は、１走査線毎に偏光方向を切り替える構成の場合を示している。これは、画像形成装置として、２段の回転多面鏡の反射面の配置が互いに１走査線周期の２分の１の位相差を持たせて配置されている構成の場合に対応している。
下段ポリゴンミラーを経て感光体１７ｂを光走査する画像信号に対して波形列１５１のように、偏光双安定領域の上限を超える高電流パルス部１５３（電流値Ｉ２）と、偏光双安定領域内で維持する定常電流波形部１５４（電流値Ｉ３）と、実質的に光強度０となる部分とで構成される。周期Ｔは１画素分の時間帯を表している。本実施例の光走査装置で感光体上のビームスポットの階調を表現するには、パルス幅階調することが好ましい。波形列１５１では３画素分を表しており、各画素の階調は、順に、０．５、０、１に相当する。次に、感光体１７ａに光走査するための波形列１５２は、偏光双安定領域内で維持する定常電流波形部１５４（電流値Ｉ３）と、実質的に光強度０となる部分とで構成される。波形列１５２も、階調が順に０．５、０、１となる画素の場合を表している。
なお、実質０とは、感光体の感度未満であれば光強度がわずかに有っても機能上、問題無いという意味である。

図１５の説明から理解されるが、図１６の波形列１５１ではｓ偏光が、波形列１５２ではｐ偏光が発振される。波形列１５１の偏光双安定領域の上限を超えるパルス部分のうち、偏光双安定領域の上限を超えるまでの時間帯はｐ偏光が発振するが、ＶＣＳＥＬの寄生容量を低減させるなどの工夫によってサブナノ秒の立ち上がり時間が得られるため、特に、レーザプリンタへの応用では問題にならない。
偏光双安定領域の上限を超える波高値と、偏光双安定領域の下限を下回る波高値のパルス列で駆動する図１５（ｄ）に示す方式では、両パルスによる光強度が異なるために、光強度の高いビームを光路中に配置した減衰手段で他方のビーム強度と揃える、もしくは、他方よりも短いパルスにして、露光量を揃える必要があった。しかし、本発明によれば、両ビームによる露光量（すなわち光強度の時間積分値）の差を低減できるため、減衰手段や、パルス幅を故意に短くする必要がなくなる。減衰手段を用いないということは、光損失を無くすことに繋がる。ＶＣＳＥＬは端面発光型半導体レーザにくらべて光共振器長が短いために高出力化が困難なレーザであるため、損失の少ない光学系であることは、長期信頼性の面でも非常にメリットが高い。また、パルス幅による露光量調整をする場合、レーザプリンタの高速化にともない1画素に要す時間が１０ナノ秒前後と非常に短くなりつつある。このため、故意にパルス幅を短くしていくとレーザの応答が追いつかなくなり、必要な光強度が得られなくなるばかりか、階調再現性を低下させることになる。

図１７は場合によってパルスが省略できる例を説明するための図である。
以下１走査線毎に偏光方向を切り替える場合について考える。
ｐ偏光発振を必要とする場合は、注入電流を双安定領域まで上げるだけで所望の発振が得られるので、注入電流０からスタートする場合は、パルス部は必要なくなる。
もし、ｓ偏光に対応する画素列の階調が１で、例えば１、１、１のように複数画素連続する場合であれば、同図に示すように、最初の画素のみ、高電流パルス部１５３（電流値Ｉ１）を与えてすぐ定常電流波形部１５４（電流値Ｉ３）に切り替えると、以後電流をオフにしなければ、ｐ偏光が続くので、再度の高電流パルス部１５３を与えなくとも済む。

図１８は同相２段ポリゴンを用いる場合の注入電流を説明するための図である。
同図において符号１７１ないし１７４は画素に対応する電流波形、１７５は高電流パルス部、１７６は低電流パルス部、１７７は定常電流部をそれぞれ示す。
電流波形は、感光体３７ｂへの画像信号となる電流波形１７１、１７３と、感光体３７ａへの画像信号となる電流波形１７２、１７４とからなる。
電流波形１７１、１７３は、対応する画素の階調が０．５、１の場合を示しており、電流波形１７２、１７４も順に階調０．５、１の場合を示している。電流波形１７１、１７３では偏光双安定領域の上限を超える高電流パルス部１７５（電流値Ｉ２）ののちに偏光双安定領域で維持する定常電流波形部１７７（電流値Ｉ３）で構成される。上述のとおり、この場合、ｓ偏光が発振するため、同相二段ポリゴンミラーの下段ミラーを介して感光体３７ｂへビームが届く。一方、電流波形１７２は実質０の強度ののちに偏光双安定領域を維持する定常電流部１７７のみであるため、ｐ偏光が発振し、上段ポリゴンミラーをへて感光体３７ａに到達する。電流波形１７４は、偏光双安定領域の下限を下回る低電流パルス部１７６（電流値Ｉ１）と偏光双安定領域を維持する定常電流部１７７からなり、ｓ偏光が発振されることになる。なお、偏光双安定領域の下限を下回る低電流パルス部１７６（電流値Ｉ１）は光強度が０になるまで下げても良い。
本構成では、位相付き二段ポリゴンミラーに比べて作製しやすい同相二段ポリゴンミラーを用いるため、低コスト化に有利である。
以上の各実施形態において、高密度化や高速化のために偏光双安定ＶＣＳＥＬは１次元もしくは２次元のアレイ構造としてもよい。

図１９は他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号８２はＰＢＳ、８３は全反射鏡等の偏向手段、８４はポリゴンミラーをそれぞれ示す。
これまでの実施形態では、図４に示したように、偏光分離手段によって偏光分離された光束（ｓ偏光）が、２段ポリゴンミラーの回転軸に平行な方向に向かっていた。
本実施形態では、図１９に示すように、偏光分離された光束（ｓ偏光）が、２段ポリゴンミラーの回転軸に直交する方向に向くように設定されている。そして、ｐ偏光とｓ偏光の分離距離は、それぞれの光束がポリゴンミラーの相異なる２つの面に入射できる距離となるように設定する。相異なる面とは、ポリゴンを構成する面数によって異なるが、例えば、４面ポリゴンであれば互いに隣接する面となり、６面ポリゴンであれば、同図に示すように１つ間を空けて隣接する面となる。

同図において、ＶＣＳＥＬからなる光源１ａ、ＰＢＳ８２ａ、偏向手段８３ａとポリゴンミラー８４の組み合わせ（これをＡの系と呼ぶ）について説明する。
光源１ａから出射された画像情報を担った光束は、ＰＢＳ８２ａに入射し、偏光分離されて、ＰＢＳ８２ａにとってＰ偏光であれば、直進してポリゴンミラー８４に到りポリゴンの回転に伴う偏向走査が感光体１に対して行われ、ＰＢＳ８２ａにとってｓ偏光であれば、反射されて偏向手段８３ａに入射し、偏向されてポリゴンミラー８４に到りポリゴンの回転に伴う偏向走査が感光体２に対して行われる。この系だけで見ればポリゴンは１段で足りる。すなわち、同一のポリゴンにより走査を行っても、感光体を配置する位置がポリゴンを挟んで互いに逆側にあるため、ｆθレンズその他の光学系を配置する場合に互いの干渉が生じない。ただし、感光体１と感光体２では走査方向が逆となり、ポリゴンミラーの回転方向が同図のように時計回りであったとすると、感光体１では同図において下から上の方向に走査され、感光体２では逆に上から下に走査される。したがって、それらの画像を重ね合わせで１つの多色画像を構成する場合は走査線の向きの違いを考慮した配置が必要になる（図９参照）。

図１９において光源１ｂ、ＰＢＳ８２ｂ、偏向手段８３ｂとポリゴンミラー８４の組み合わせ（これをＢの系と呼ぶ）は、上述のＡの系とポリゴンの回転中心に関して対称である点以外は同様なので、詳細な説明は省略する。
Ａの系とＢの系を同図のように併用した場合、１度に４つの感光体を走査することが可能になる。ただし、光学系の配置に関し、互いの干渉を避けるためポリゴンミラーを２段にすることが好ましい。例えば、Ａの系を上の段に対応させ、Ｂの系を下の段に対応させても良い。このように配置すると、ポリゴンに対し同じ側に配置する光学系の一部を共用させることができる。いずれの場合においても、走査線の走査方向が互いに逆になる分を補正する工夫の必要性は変わらない。
６面体のポリゴンミラーを用いる配置では、同じ１つの光源から異なる感光体を走査するとき、走査開始のタイミングは必ずしも一致するとは限らない。しかし、同一の光源から同時に異なる感光体を走査するタイミングが必ずあるので、このときの光源の画像情報による変調は図１８に示したように、１画素毎に偏光方向を切り替える方法が使用される。
これまでの実施形態に記載の光走査装置で、偏光分離素子はＰＢＳと偏向プリズム（またはミラー）とで構成しているが、これらの組み合わせだけに限らず、偏光依存性回折格子を二枚用いたり、偏光依存性回折格子とミラー（または偏向プリズム）を用いることも可能である。

図２０は走査線端を検出する手段を設けた画像形成装置主要部を示す図である。
偏光双安定領域の上限と下限は温度によって変化することが知られている（非特許文献 Optical and Quantum Electronics, 19 (1987), S94 参照。）。このため、偏光双安定ＶＣＳＥＬを高精度に温度調整することで偏光を正しく切り替えることができる。ただし、画像信号によってＶＣＳＥＬ活性層の温度変化量が変わるため、常に高精度な温度制御をすることは困難である。
そこで、本実施形態ではＶＣＳＥＬの温度調整を不要、もしくは、簡略な温度調整であっても偏光の切り替えが確実に行なうことのできる手段を具備する光走査装置について説明する。

図２１は温度変化を補正するための検出器出力とその信号処理を説明する図である。同図（ａ）は検出器に入射するタイミングにおける光源注入電流の変化、同図（ｂ）は検出器への入力信号、同図（ｃ）は検出器信号を微分した信号をそれぞれ示す。
感光体３７ｂの近傍に検出器としての受光素子９１ｂが配置される。まず、感光体３７ｂの画像信号の書込みが終わると、同図（ａ）に示すように、偏光双安定領域を確実に越えるだけの注入電流１０１でｓ偏光を発振させる。その後、後述のタイミング信号を受けて、所定の電流波形１０２を印加する。本実施例では、走査光が受光素子９１ｂを外れる前に完結する三角波となる波形１０２とした。受光素子９１ｂに光が到達すると同図（ｂ）のように受光信号が得られる。この信号の時間微分波形が同図（ｃ）である。光が到達した瞬間、微分波形ではパルス１０３が得られる。このパルス１０３をタイミング信号に利用し、注入電流波形１０１を終了させ次の波形１０２を開始させる。電流波形１０２は偏光双安定領域を往復で横切るような波形である。受光信号の微分波形をみると、パルス１０３以外には、電流波形１０１が終了するとき（１０４）と、偏光双安定領域の上限を越える瞬間（１０５）と、偏光双安定領域の下限を下回る瞬間（１０６）の３箇所でパルス波形が得られる。このうちパルス１０４からパルス１０５までの時間Ｔ１と、パルス１０４からパルス１０６までの時間Ｔ２を計測することによって、入力した三角波形との関係から、偏光双安定領域の上限と下限の電流値を推定することができる。この領域内に入るように、例えば、上限値と下限値の平均値を定常電流値Ｉ３に設定することで、偏光双安定領域を維持することが出来る。

さらに、偏光双安定ＶＣＳＥＬを温度調整している場合には、上記の電流推定値から、偏光双安定領域の変動を低減するように温度調整素子へのフィードバック量を発生することも可能となる。なお、受光素子９１ｂは感光体３７ｂの光走査を終えた後となる位置に配置したが、感光体３７ｂを走査する直前の位置９２ｂ（図２０ 参照）に配置しても良い。

図２２は温度変化を補正するための検出器出力とその信号処理の他の方法を説明する図である。
ｐ偏光、すなわち感光体３７ａの近傍に配置した受光素子の場合について説明する。図２０のように、受光素子は光走査開始付近９２ａまたは光走査終了付近９１ａのどちらかに配置する。光走査のビームが受光素子（９１ａ、または９２ａ）に照射される前に偏光双安定領域を越えないレベル（ｐ偏光）でＶＣＳＥＬを発振させておく（図２２の波形１１１）。受光素子にビームが届くと同図（ｂ）の受光信号が得られる。これを時間微分した波形（ｃ）でパルス１１２をタイミング信号に利用する。このタイミング信号を受けて、ＶＣＳＥＬ注入電流に三角波形１０２をあたえる。時間微分波形は電流波形１０２が開始されたとき（１１３）、ｓ偏光からｐ偏光に切り替ったとき（偏光双安定領域の上限を超える瞬間）（１１４）、ｐ偏光からｓ偏光に切り替ったとき（偏光双安定領域の下限を下回る瞬間）（１１５）の３箇所でパルスが発生する。パルス１１３からパルス１１４までの時間Ｔ１、および、パルス１１３からパルス１１５までの時間を計測することによって前記と同様に偏光双安定領域の上限と下限の電流値を推定することができる。したがって、安定した偏光スイッチングができ、高品質の画像を安定して出力できる。
受光素子９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂのうち一つを用いることで、偏光双安定領域を維持するための注入電流の定常電流値を設定しつづけることが出来る。さらに、受光素子を２個（９１ａ，９１ｂ、もしくは、９２ａ，９２ｂ）使用することによって、各感光体用の走査ビーム毎に定常電流値を設定しつづけることができ、より信頼性の高い光走査装置を提供できる。

図１５ないし図２２で説明した各実施形態は、図１３、１４で示した画像形成装置に適用することができる。
それによって、用いる光源数を従来に比べて半減しながら、波面収差の生じない高品質の画像形成が可能となる。

本発明の本発明の光源であるＶＣＳＥＬの基本構造を説明する図である。 ＶＣＳＥＬの動作サイクルを説明するための図である。 ＶＣＳＥＬを光源とする光走査装置を説明するための図である。 直交する偏光方向の光を２方向に切り替える原理説明図である。 本発明を４本の感光体を用いる画像形成装置に適用する例を説明するための平面図である。 ＶＣＳＥＬのドライブ方法（注入電流波形）の例を示す概念図である。 １画素の露光時間内で偏光スイッチングをする場合の説明図である。 ガルバノミラーを往動作・復動作ともに利用するときの走査線の問題を説明するための模式図である。 一方の走査線傾きを他方の走査線傾きに一致させた例を示す図である。 露光のデューティ比を変えたときの波形例を示図である。 露光のデューティ比を変える他の実施例を説明するための図である。 本発明の光走査装置の他の実施形態を説明するための図である。 本発明の光走査装置を用いたタンデム型のカラー画像形成装置を説明するための図である。 他の実施形態の光走査装置を用いたタンデム型画像形成装置の光路を説明するための図である。 説明の都合で図２を簡略化して示した図である。 光走査装置のＶＣＳＥＬ１への他の注入電流波形例を示す図である。 場合によってパルスが省略できる例を説明するための図である。 同相２段ポリゴンを用いる場合の注入電流を説明するための図である。 他の実施形態を説明するための図である。 走査線端を検出する手段を設けた画像形成装置を示す図である。 温度変化を補正するための検出器出力とその信号処理を説明する図である。 温度変化を補正するための他の方法を説明する図である。

符号の説明

１１ 光源
１２ 偏光分離素子
１４ 偏向素子
１６ 結像光学系
１７、２２、６６、７０ 感光体
３１ ＶＣＳＥＬ
６５ ＰＢＳ
Ｔａ 一方の偏光方向の発振に割り振る時間
Ｔｂ 他方の偏光方向の発振に割り振る時間
Ｔｔ １走査線に要する時間を１走査線の画素数で割った時間
１２１、１５３、１７５ 高電流パルス部
１２２、１７６ 低電流パルス部
１２３、１５４、１７７ 定常電流部

Claims (28)

1. 互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、
   該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、
   前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、
   前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、且つ、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、前記偏光分離手段の分離比率の選定によって低減させる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、前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂは共に前記画像の１走査線の描画に相当する時間であることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間であることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項２に記載の光走査装置において、前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間を任意数に等分割したパルス幅に相当する時間であることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項２に記載の光走査装置において、前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ２による偏光に対応する光路中に配置された光減衰手段によって低減させることを特徴とする光走査装置。
7. 互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、
   該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、
   前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、
   前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、
   前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、
   前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、
   該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなり、
   前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間であり、
   前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ１に対応する時間帯と、該注入電流値Ｉ２に対応する時間帯の時間幅を、光強度の逆比に設定することによって低減させることを特徴とする光走査装置。
8. 互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、
   該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、
   前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、
   前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、
   前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の下限値より小さく且つ発振のしきい値電流より大きい任意の注入電流値Ｉ１と、前記双安定になる注入電流領域の上限値より大きい任意の注入電流値Ｉ２を、前記２つの画像に割り当て、該２つの画像に応じて前記光源に対する注入電流値を前記注入電流値Ｉ１と前記注入電流値Ｉ２のいずれかに切り替えることによって、前記偏光分離手段への入射光の偏光方向を切り替え、
   前記ドライバは、画像信号が論理値０のとき出力を０とし、論理値１のとき前記注入電流値Ｉ１若しくは前記注入電流値Ｉ２を出力するパルス列を生成し、
   該パルス列は、前記２つの画像の一方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔａと、他方の画像からの画像信号に割り当てる時間帯Ｔｂとを交互に配列してなり、
   前記時間帯Ｔａと前記時間帯Ｔｂの和は前記画像信号の１画素分に相当する時間を任意数に等分割したパルス幅に相当する時間であり、
   前記注入電流値Ｉ１と、前記注入電流値Ｉ２による偏光の光強度の差を、該注入電流値Ｉ１に対応する時間帯と、該注入電流値Ｉ２に対応する時間帯の時間幅を、光強度の逆比に設定することによって低減させることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の光走査装置において、
   前記光源はレーザ光を発生する少なくとも１層の活性層と、該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振領域と、該共振領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜が矩形のメサ形状に加工された面発光型半導体レーザを基本構成とすることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項９に記載の光走査装置において、
    前記光源は前記基本構成の面発光型半導体レーザが１次元または２次元に配列されたアレイ状光源であることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記偏向素子は回転多面鏡であることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１１に記載の光走査装置において、
    前記回転多面鏡は回転軸方向に多段に構成されていることを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記偏向素子はガルバノミラーまたは圧電素子からなる光走査素子であることを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の光走査装置の２組が前記偏向素子を共有してなることを特徴とする光走査装置。
15. 複数の感光体と、光走査手段と、それぞれの感光体に対応する複数の現像手段と、転写手段と、定着手段と、を有する画像形成装置において、
    前記光走査手段は請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
16. 互いに直交する２つの独立した偏光のレーザ光が双安定的に発振し得る半導体レーザ光源と、
    該光源の注入電流をそれぞれの偏光に対応させた２つの画像からの画像信号に応じて駆動するためのドライバと、
    前記レーザ光を受け入れ、該レーザ光の偏光方向に応じて出射位置を異ならせるための偏光分離手段と、
    前記レーザ光を偏向するための偏向素子と、
    前記偏向素子に偏向されたレーザ光を所望の位置に結像させるための結像光学系と、を有する光走査装置において、
    前記ドライバは、前記光源の発振が双安定になる注入電流領域の上限を超える注入電流値Ｉ２のパルスを発生させることにより、一方の偏光の発振を開始させる機能と、少なくとも該一方の偏光が発振中に他方の偏光の発振に切り替えるときは、前記双安定になる注入電流の下限を下回る注入電流値Ｉ１のパルスを発生させることにより、他方の偏光の発振を開始させる機能と、前記光源が発振を開始した後は前記双安定になる注入電流領域内の注入電流値Ｉ３を注入する機能と、を有することを特徴とする光走査装置。
17. 請求項１６に記載の光走査装置において、
    前記パルスは、前記光源が所望の偏光を発振可能なパルス幅以上であって、画像の１画素に必要な光強度時間積分量の３分の１以下であることを特徴とする光走査装置。
18. 請求項１６または１７に記載の光走査装置において、
    前記光源はレーザ光を発生する少なくとも１層の活性層と、該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振領域と、該共振領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜が矩形のメサ形状に加工された面発光型半導体レーザを基本構成とすることを特徴とする光走査装置。
19. 請求項１８に記載の光走査装置において、
    前記光源は前記基本構成の面発光型半導体レーザが１次元または２次元に配列されたアレイ状光源であることを特徴とする光走査装置。
20. 請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記偏向素子は回転多面鏡であることを特徴とする光走査装置。
21. 請求項２０に記載の光走査装置において、
    前記回転多面鏡は回転軸方向に２段に構成され、それぞれの段には前記偏光方向の異なるレーザ光をそれぞれ対応させることを特徴とする光走査装置。
22. 請求項２１に記載の光走査装置において、
    前記２段の回転多面鏡は反射面の配置が互いに同相に配置され、前記偏光方向の異なるレーザ光を１画素単位で切り替えることを特徴とする光走査装置。
23. 請求項２１に記載の光走査装置において、
    前記２段の回転多面鏡は反射面の配置が互いに１走査線周期の２分の１の位相差を持たせて配置され、前記偏光方向の異なるレーザ光を１走査線単位で切り替えることを特徴とする光走査装置。
24. 請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の光走査装置において、
    前記偏向素子はガルバノミラーまたは圧電素子からなる光走査素子であることを特徴とする光走査装置。
25. 請求項２０ないし２４のいずれか１つに記載の光走査装置の２組が前記偏向素子を共有してなることを特徴とする光走査装置。
26. 請求項２０に記載の光走査装置において、
    前記偏光分離手段は偏光分離方向が前記回転多面鏡の回転軸に直交する方向であることを特徴とする光走査装置。
27. 複数の感光体と、光走査手段と、それぞれの感光体に対応する複数の現像手段と、転写手段と、定着手段と、を有する画像形成装置において、
    前記光走査手段は請求項１６ないし２６のいずれか１つに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
28. 請求項２７に記載の画像形成装置において、
    前記レーザ光が前記感光体を外れた位置に受光素子を置き、前記レーザ光が該受光素子を走査する時間帯に前記双安定になる注入電流領域の下限と上限の電流値間を往復する注入電流波形を前記光源に与え、前記受光素子からの受光信号を処理することによって、前記注入電流値Ｉ３の値を補正することを特徴とする画像形成装置。

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