JP5871119B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数の被走査面を光によって走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラム（以下では、「感光体ドラム」という）の軸方向に光偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、感光体ドラムを回転させ、感光体ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。

近年、画像形成装置において、カラー化及び高速化が進み、感光体ドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及してきている。

複数の感光体ドラムを有する画像形成装置では、感光体ドラム毎に光源を有していた。例えば、感光体ドラムが４つの場合には、４つの光源を有していた。

近年、画像形成装置の更なる小型化及び低コスト化が要求され、それに伴い、光走査装置に対しても、小型化及び低コスト化が要求されている。

そこで、複数の感光体ドラムを有する画像形成装置に用いられる光走査装置における光源の数を減らす試みが提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

また、高速化とともに高解像度化を図るため、複数の発光部が２次元配列されている面発光レーザアレイを搭載した光走査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１〜３に開示されている光走査装置では、高コスト化及び走査精度の低下を招くことなく、小型化を図ることが困難であった。

本発明は、複数の被走査面を主走査方向に沿って光走査する光走査装置であって、第１の発光部及び第２の発光部を有する光源と、前記第１の発光部から射出された光の偏光方向と、前記第２の発光部から射出された光の偏光方向を互いに直交する偏光方向とする偏光調整部材と、前記第１の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第１の光と第２の光に分割し、前記第２の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第３の光と第４の光に分割する光分割素子と、複数の反射面を有し、前記第１の光と前記第３の光が同一の反射面に入射し、前記第２の光と前記第４の光が前記同一の反射面とは異なる同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された前記第１の光と前記第３の光を分離する第１の偏光分離素子と、前記光偏向器で偏向された前記第２の光と前記第４の光を分離する第２の偏光分離素子と、を備え、前記偏光調整部材は、前記第１の発光部から射出された光が入射する第１の領域と、前記第２の発光部から射出された光が入射する第２の領域を有する位相シフト素子を含み、前記第１の領域の進相軸方向と、前記第２の領域の進相軸方向とが、互いに異なる光走査装置である。

本発明の光走査装置によれば、高コスト化及び走査精度の低下を招くことなく、小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。 図１における光走査装置２０１０を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置２０１０を説明するための図（その２）である。 図２における光源ユニットＬＵを説明するための図である。 光源ユニットＬＵにおける光源を説明するための図である。 偏光調製素子を説明するための図である。 半導体レーザチップと偏光調製素子の位置関係、及び偏光調製素子の作用を説明するための図である。 ビームスプリッタを説明するための図（その１）である。 ビームスプリッタを説明するための図（その２）である。 偏光分離素子の偏光分離面を説明するための図である。 ポリゴンミラーの異なる偏向反射面で偏向された２つの光束の光路を説明するための図（その１）である。 ポリゴンミラーの異なる偏向反射面で偏向された２つの光束の光路を説明するための図（その２）である。 ポリゴンミラーの異なる偏向反射面で偏向された２つの光束の光路を説明するための図（その３）である。 走査制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 Ｋステーション及びＣステーションで画像形成が行われているときを説明するための図である。 Ｙステーション及びＭステーションで画像形成が行われているときを説明するための図である。 偏光調製素子の取り付け方法を説明するための図である。 偏光調製素子に設けられた遮光部を説明するための図である。 波長以下の周期で形成された傾斜面を有する透明基材と、該透明基材の傾斜面上に積層された複数の誘電体層とからなり、２つの領域を有する位相シフト素子を説明するための図である。 偏光調製素子の変形例を説明するための図である。 図２０の偏光調製素子における、波長以下の周期で形成された傾斜面を有する透明基材と、該透明基材の傾斜面上に積層された複数の誘電体層とからなり、２つの領域を有する位相シフト素子を説明するための図である。 図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、それぞれ、端面発光型半導体レーザに代えて、面発光レーザアレイが用いられる場合を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２２（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光束によって、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の詳細構成については後述する。

ところで、各感光体ドラムにおける画像情報が書き込まれる走査領域は「有効走査領域」、「画像形成領域」、あるいは「有効画像領域」などと呼ばれている。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここでカラー画像が転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここでトナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

この光走査装置２０１０は、一例として図２及び図３に示されるように、光源ユニットＬＵ、ビームスプリッタ３０、２つのシリンドリカルレンズ（１２_１、１２_２）、ポリゴンミラー１４、２つの走査レンズ（１５_１、１５_２）、２つの偏光分離素子（１６_１、１６_２）、４つの反射ミラー（Ｍ１、Ｍ２、１７_１、１７_２）、４つの折り返しミラー（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）、及び不図示の走査制御装置を有している。そして、これらは、光学ハウジング２３００（図２では図示省略、図３参照）の所定位置に組み付けられている。

光学ハウジング２３００には、各感光体ドラムに向かう光束が通過するスリット状の４つの射出窓（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）が設けられている。各射出窓は、それぞれ防塵ガラスで覆われている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源ユニットＬＵは、一例として図４に示されるように、光源１０_１、該光源１０_１を駆動する光源駆動回路を含む駆動用チップ１０_２、光源１０_１及び駆動用チップ１０_２が実装されている回路基板１０_３、偏光調整部材１３、及びコリメートレンズ１１などを有している。

光源１０_１は、図５に示されるように、１つの半導体レーザチップ１０１を含んでいる。この半導体レーザチップ１０１は、２つの発光部（１０１ａ、１０１ｂ）を有する端面発光型半導体レーザを含み、各発光部からは直線偏光が射出される。各発光部から射出される直線偏光の偏光方向（電界ベクトルの振動面）は、ほぼ同じであり、通常は２つの発光部を結ぶ直線と平行である。なお、上記端面発光型半導体レーザに代えて、複数の発光部が２次元的に配列されている面発光レーザアレイを用いても良い。

以下では、発光部１０１ａから射出された光束を「光束ＬＢ１」といい、発光部１０１ｂから射出された光束を「光束ＬＢ２」という。図４では、各光束の主光線が示されている。

光源１０_１は、Ｚ軸方向に関する２つの発光部の間隔が所定値となるよう、各光束の主光線に平行な軸まわりに回転調整されることがある。この場合、各発光部から射出される直線偏光の偏光方向は、光源１０_１の回転角に依存した方向となり、必ずしもＺ軸方向に平行又は直交する方向とはならない。なお、以下では、偏光方向がＺ軸方向に平行な直線偏光を「縦偏光」、これと直交する方向の直線偏光を「横偏光」という。

偏光調整部材１３は、光源１０_１からの光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２の偏光方向を、互いに直交する偏光方向に調整する。

偏光調整部材１３は、一例として図６に示されるように、半導体レーザチップ１０１からの光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２に個別に対応した２つの領域（１４ａ、１４ｂ）を有する位相シフト素子１４を含んでいる。

ここでは、一例として図７に示されるように、各発光部からは、縦偏光が射出されるものとする。

光源１０_１からの光束ＬＢ１は、位相シフト素子１４の領域１４ａに入射し、偏光方向が９０度回転した状態で領域１４ａから射出される。光源１０_１からの光束ＬＢ２は、位相シフト素子１４の領域１４ｂに入射し、偏光方向を維持したまま領域１４ｂから射出される。

なお、偏光調整部材１３は、各直線偏光の偏光方向を互いに異なる角度だけ回転させ、互いに直交する偏光方向に調整しても良い。例えば、半導体レーザチップ１０１から射出される各直線偏光の偏光方向がＺ軸方向に対して傾斜している場合に、光束ＬＢ１が縦偏光、光束ＬＢ２が横偏光となるように各直線偏光の偏光方向を調整しても良い。

図４に戻り、コリメートレンズ１１は、偏光調整部材１３からの光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２の光路上に配置され、各光束を略平行光とする。コリメートレンズ１１を通過した光束が、光源ユニットＬＵから射出される光束である。

図２に戻り、ビームスプリッタ３０は、光源ユニットＬＵからの光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２の光路上に配置されている。

ビームスプリッタ３０は、入射する縦偏光及び横偏光に対して、透過率と反射率が等しく、かつ入射光の偏光状態を維持したままで射出するビーム分割面を有している。すなわち、該ビーム分割面はハーフミラーである。

ビームスプリッタ３０には、ビーム分割面の法線と入射光の主光線とが含まれる入射面（図８参照）に対して、偏光方向が垂直な光束ＬＢ１（縦偏光）、及び平行な光束ＬＢ２（横偏光）が入射される（図９参照）。

光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２は、ビームスプリッタ３０により反射光と透過光とに等しい光強度で分割される。なお、以下では、光束ＬＢ１の反射光を「光束ＬＢａ」、透過光を「光束ＬＢｄ」といい、光束ＬＢ２の反射光を「光束ＬＢｂ」、透過光を「光束ＬＢｃ」という。各光束は、偏光方向が維持されている。すなわち、光束ＬＢａ及び光束ＬＢｄは縦偏光であり、光束ＬＢｂ及び光束ＬＢｃは横偏光である。

なお、ビームスプリッタ３０に入射する光の偏光方向が入射面に対して垂直及び平行でない場合、偏光方向を維持するためには、ビーム分割面でのｐ偏光とｓ偏光の位相差を正確に０°又は１８０°に設定する必要があり、ビーム分割面の構造が複雑化するため好ましくない。

また、ビームスプリッタ３０から射出される各光束は、ポリゴンミラー１４における偏向面に対して、偏光方向が垂直な光束（縦偏光）、及び平行な光束（横偏光）となる。この場合、ポリゴンミラー１４で偏向された各光束が偏向角によって偏光方向が異なることが防止され、後段での偏光分離に悪影響を及ぼすのを抑制することができる。

シリンドリカルレンズ１２_１は、光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂの光路上に配置され、各光束を反射ミラーＭ１を介して、ポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ１２_２は、光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄの光路上に配置され、各光束を反射ミラーＭ２を介して、ポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

各光源とポリゴンミラー１４との間に配置されている光学系は、偏向器前光学系と呼ばれている。

ポリゴンミラー１４は、一例として４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１４は、Ｚ軸方向に平行な軸まわりに等速回転し、シリンドリカルレンズ１２_１からの、光束ＬＢａ及び、光束ＬＢｂ、シリンドリカルレンズ１２_２からの、光束ＬＢｃ及び、光束ＬＢｄを、Ｚ軸に直交する平面内で等角速度的に偏向する。

なお、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で偏向された光束が経時的に形成する光線束面は、「偏向面」と呼ばれている（特開平１１−２０２２５２号公報参照）。ここでは、偏向面はＸＹ面に平行である。

光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂは、ポリゴンミラー１４の回転軸の−Ｘ側に位置する偏向反射面に入射し、光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄは、該回転軸の＋Ｘ側に位置する偏向反射面に入射する。

Ｚ軸に直交する平面内において、ポリゴンミラー１４に入射する際の、光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂと、光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄとのなす角は、略９０°である（図２参照）。そこで、光束ＬＢａと光束ＬＢｄが、それぞれの対応する感光体ドラムにおける有効走査領域を同時に走査することはない。また同様に、光束ＬＢｂと光束ＬＢｃが、それぞれの対応する感光体ドラムにおける有効走査領域を同時に走査することはない。

光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂはポリゴンミラー１４の−Ｘ側に偏向され、光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄはポリゴンミラー１４の＋Ｘ側に偏向される。

図３に戻り、走査レンズ１５_１は、ポリゴンミラー１４の−Ｘ側であって、ポリゴンミラー１４で偏向された光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂの光路上に配置されている。

偏光分離素子１６_１は、走査レンズ１５_１の−Ｘ側であって、走査レンズ１５_１を介した光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂの光路上に配置されている。

偏光分離素子１６_１は、対応する感光体ドラムの有効走査領域に向かう縦偏光の光を透過させ、横偏光の光を反射する偏光分離素子である（図１０参照）。偏光分離素子としては、例えば、特開２０１０−１３４４１１号公報にて開示されているワイヤグーリッド偏光素子を用いることができる。そこで、光束ＬＢａは偏光分離素子１６_１を透過し、光束ＬＢｂは偏光分離素子１６_１で反射される。

偏光分離素子１６_１を透過した光束ＬＢａは、折り返しミラー１８ａ及び射出窓１９ａを介して感光体ドラム２０３０ａの表面に導光される。

また、偏光分離素子１６_１で反射された光束ＬＢｂは、反射ミラー１７_１、折り返しミラー１８ｂ及び射出窓１９ｂを介して感光体ドラム２０３０ｂの表面に導光される。

走査レンズ１５_２は、ポリゴンミラー１４の＋Ｘ側であって、ポリゴンミラー１４で偏向された光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄの光路上に配置されている。

偏光分離素子１６_２は、走査レンズ１５_２の＋Ｘ側であって、走査レンズ１５_２を介した光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄの光路上に配置されている。

偏光分離素子１６_２は、上記偏光分離素子１６_１と同様な偏光分離素子である。そこで、光束ＬＢｄは偏光分離素子１６_２を透過し、光束ＬＢｃは偏光分離素子１６_２で反射される。

偏光分離素子１６_２を透過した光束ＬＢｄは、折り返しミラー１８ｄ及び射出窓１９ｄを介して感光体ドラム２０３０ｄの表面に導光される。

また、偏光分離素子１６_２で反射された光束ＬＢｃは、反射ミラー１７_２、折り返しミラー１８ｃ及び射出窓１９ｃを介して感光体ドラム２０３０ｃの表面に導光される。

各感光体ドラム上の光スポットは、ポリゴンミラー１４の回転に伴って感光体ドラムの長手方向に移動する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

走査レンズ１５_１と偏光分離素子１６_１と折り返しミラー１８ａは、「Ｋステーション」の走査光学系である。また、走査レンズ１５_１と偏光分離素子１６_１と反射ミラー１７_１と折り返しミラー１８ｂは、「Ｃステーション」の走査光学系である。

このように、走査レンズ１５_１と偏光分離素子１６_１は、２つの画像形成ステーションで共用されている。

走査レンズ１５_２と偏光分離素子１６_２と反射ミラー１７_２と折り返しミラー１８ｃは、「Ｍステーション」の走査光学系である。また、走査レンズ１５_２と偏光分離素子１６_２と折り返しミラー１８ｄは、「Ｙステーション」の走査光学系である。

このように、走査レンズ１５_２と偏光分離素子１６_２は、２つの画像形成ステーションで共用されている。

ここでは、ポリゴンミラー１４における偏向反射面の数が４面であり、反射ミラーＭ１を介した光束（光束ＬＢａ、光束ＬＢｂ）と反射ミラーＭ２を介した光束（光束ＬＢｃ、光束ＬＢｄ）は、互いに異なる偏向反射面に入射する。そして、ポリゴンミラー１４に入射する反射ミラーＭ１を介した光束と反射ミラーＭ２を介した光束とのなす角が、平面視において、略９０°となるように設定されている。

そこで、光束ＬＢａと光束ＬＢｄ、及び光束ＬＢｂと光束ＬＢｃが、それぞれの対応する感光体ドラムにおける有効走査領域を同時に走査することはない。

例えば、図１１に示されるように、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａが、感光体ドラム２０３０ａにおける書き込み開始位置に向かう時、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄは、感光体ドラム２０３０ｄにおける書き込み終了位置よりも＋Ｙ側の位置に向かう。

また、図１２に示されるように、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａが、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域の中央（像高０）位置に向かう時、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄは、＋Ｙ方向に向かう。

そして、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａが、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域の中央（像高０）位置を越えると、光束ＬＢｄを反射するポリゴンミラー１４の偏向反射面が切り替わり、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄの向かう方向は、＋Ｙ方向から−Ｙ方向に切り替わる。

そして、図１３に示されるように、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａが、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域の書き込み終了位置に向かう時、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄは、感光体ドラム２０３０ｄにおける書き込み開始位置よりも−Ｙ側の位置に向かう。

このように、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａが、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄは、感光体ドラム２０３０ｄにおける有効走査領域内には向かわない。

逆に、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｄが、感光体ドラム２０３０ｄにおける有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢａは、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域内には向かわない。

同様に、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｂが、感光体ドラム２０３０ｂにおける有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｃは、感光体ドラム２０３０ｃにおける有効走査領域内には向かわない。

また、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｃが、感光体ドラム２０３０ｃにおける有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー１４の偏向反射面で反射された光束ＬＢｂは、感光体ドラム２０３０ｂにおける有効走査領域内には向かわない。

そこで、光束ＬＢａが感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域を走査するタイミングでは、光束ＬＢ１は、ブラックの画像情報に応じて変調され、光束ＬＢｄが感光体ドラム２０３０ｄにおける有効走査領域を走査するタイミングでは、光束ＬＢ１は、イエローの画像情報に応じて変調される。

同様に、光束ＬＢｂが感光体ドラム２０３０ｂにおける有効走査領域を走査するタイミングでは、光束ＬＢ２は、シアンの画像情報に応じて変調され、光束ＬＢｃが感光体ドラム２０３０ｃにおける有効走査領域を走査するタイミングでは、光束ＬＢ２は、マゼンタの画像情報に応じて変調される。

なお、ポリゴンミラー１４に入射する反射ミラーＭ１を介した光束と反射ミラーＭ２を介した光束とのなす角は、平面視において、９０°から少しずれていても良い。

次に、各感光体ドラムに潜像を形成する際の走査制御装置の動作について図１４のタイミングチャートを用いて説明する。

（１）不図示の同期検知センサが光を検知し、該同期検知センサから出力される同期検知信号がハイレベルからローレベルに変化すると、タイマのカウント値を０リセットする。
（２）ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
（３）タイマのカウント値がｔＢになると、ブラックの画像情報に応じて変調された光束が発光部１０１ａから射出されるように、光源１０_１の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム２０３０ａにおける有効走査領域が光束ＬＢａによって走査される（図１５参照）。同様にタイマのカウント値がｔＣになると、シアンの画像情報に応じて変調された光束が発光部１０１ｂから射出されるように、光源１０_１の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム２０３０ｂにおける有効走査領域が光束ＬＢｂによって走査される（図１５参照）。

理想的にはｔＢとｔＣは等しい値をとるが、温度分布等により色ずれが発生することがある。その場合には、ｔＢとｔＣは異なる値に設定されることがある。

（４）次に、同期検知信号が、ハイレベルからローレベルに変化すると、タイマのカウント値を０リセットする。
（５）ＡＰＣを行う。
（６）タイマのカウント値がｔＹになると、イエローの画像情報に応じて変調された光束が発光部１０１ａから射出されるように、光源１０_１の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム２０３０ｄにおける有効走査領域が光束ＬＢｄによって走査される（図１６参照）。同様にタイマのカウント値がｔＭになると、マゼンタの画像情報に応じて変調された光束が発光部１０１ｂから射出されるように、光源１０_１の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム２０３０ｃにおける有効走査領域が光束ＬＢｃによって走査される（図１６参照）。

理想的にはｔＹとｔＭは等しい値をとるが、温度分布等により色ずれが発生することがある。その場合は、ｔＹとｔＭは異なる値に設定されることがある。

以降、上記（１）〜（６）の動作を繰り返し行う。

これによって、単一の光源１０_１で４つの感光体ドラムに対する書込を行うことができる。ところで、ｔＢ、ｔＣ、ｔＹ及びｔＭは、予め光走査装置毎に適切な値が求められ、走査制御装置のメモリに格納されている。

なお、図１４では光源から射出される光束の光量（以下では、「射出光量」と略述する）を一定としているが、実際には、各光学素子の透過率及び反射率が相対的に異なるため、感光体ドラム毎に到達する光束の光量が異なることがある。この場合には、各感光体ドラムに到達する光束の光量がほぼ同じになるように、走査対象の感光体ドラム毎に射出光量を調整しても良い。

また、ここでは、ブラック、イエロー、シアン及びマゼンタに対応した各走査光がそれぞれ１つの光束からなる場合について説明したが、各走査光がそれぞれ複数の光束からなっても良い。

次に、上記偏光調整部材１３について説明する。

偏光調整部材１３の位相シフト素子１４では、領域１４ａの進相軸方向と領域１４ｂの進相軸方向が、互いに異なる角度に設定されている。

該位相シフト素子１４での位相シフト量は、光束の波長の１／２に相当する量であり、該位相シフト素子１４はいわゆる半波長素子である。

この場合、領域１４ａの進相軸方向と領域１４ｂの進相軸方向とのなす角度を４５度に設定することで、入射する光束の偏光方向がいかなる方向を向いていても、領域１４ａから射出される光束及び領域１４ｂから射出される偏光方向が、確実に直交するように調整できる。

特に、領域１４ａの進相軸方向を、該領域１４ａから射出される光の偏光方向が主走査対応方向に直交する方向となる方向とし、領域１４ｂの進相軸方向を、該領域１４ｂから射出される光の偏光方向が主走査対応方向に平行な方向となる方向としている。これにより、各偏光分離素子での光束分離が容易になる。

例えば、各発光部から射出される光の偏光方向がＺ軸方向に対して角度φ（０°＜φ＜９０°）だけ傾斜しており、偏光調整部材１３から射出される光束ＬＢ１を縦偏光とし、光束ＬＢ２を横偏光とする場合、領域１４ａの進相軸の角度をφ／２、領域１４ｂの進相軸の角度を（９０＋φ）／２に設定すれば良い。

ところで、各発光部から射出される光束は発散光束であり、その発散角は面発光レーザアレイの場合、一般的には半値全幅で１０°前後である。また、２つの発光部の間隔（中心間距離）としては、５０μｍ前後が一般的である。この場合、発光部から位相シフト素子１４までの距離は、２８５μｍ（＝５０（μｍ）／２／ｔａｎ（１０°／２））以内とすれば良い。この間隔をＤとすると、図１７に示されるように、各発光部と位相シフト素子までの距離がＤとなるように、光源１０_１の半導体レーザチップ１０１側の面からスペーサ介して偏光調整部材１３を接着すれば良い。

スペーサを介した張り合わせは、液晶素子で多く取り入れている技術であり、一例として以下のように行うことができる。

先ず、スペーサとして硬化前の紫外線硬化型の接着剤を、位相シフト素子が接着される前の光源１０_１の複数個所に、ディスペンサ等用いて滴下する。

そして、領域１４ａが発光部１０１ａに対向し、領域１４ｂが発光部１０１ｂに対向するように、位相シフト素子１４の位置合わせを行いながら、各発光部と位相シフト素子１４との距離がＤとなるように、偏光調整部材１３を半導体レーザチップ１０１に近接させる。

その後、紫外線を照射して接着剤を硬化させる。

発光部からの光束のうち、半値全幅より外側の発散光が隣接する領域に入射し、ノイズ光（ゴースト光）として振舞うおそれがある。この場合、一例として図１８に示されるように、位相シフト素子１４における２つの領域の境界に遮光部を設けても良い。

位相シフト素子１４は、図１９に示されるように、波長以下の周期で形成された傾斜面を有する透明基材と、前記透明基材の傾斜面上に積層された複数の誘電体層よりなり、領域１４ａと領域１４ｂとで傾斜面の稜線方向が異なっている。

この場合、例えば、稜線方向に平行な方向が遅相軸方向、稜線方向に直交する方向が進相軸方向となるように膜設計をすることができる。具体的には、領域１４ａでの傾斜面の稜線方向と領域１４ｂでの傾斜面の稜線方向とのなす角度を４５°に設定し、稜線方向に平行な偏光成分と稜線方向に直交する偏光成分とで半波長の位相差が発生するように誘電体層を形成すれば良い。

また、位相シフト素子１４での位相シフト量が、光束の波長の１／４に相当する量であっても良い。この位相シフト素子は、いわゆる１／４波長素子である。

この場合、一例として図２０に示されるように、偏光調整部材１３は、光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２に個別に対応した２つの領域（１４_１ａ、１４_１ｂ）を有する１／４波長素子１４_１と、領域分割されていない１／４波長素子１４_２とを組み合わせて構成される。

例えば、各発光部から射出される光の偏光方向がＺ軸方向に対して角度φ（０°＜φ＜９０°）だけ傾斜しているとき、１／４波長素子１４_１の領域１４_１ａの進相軸方向をφ＋４５°、領域１４_１ｂの進相軸方向をφ−４５°に設定する。これにより、１／４波長素子１４_１を通過した光束ＬＢ１は右回り円偏光に、光束ＬＢ２は左回り円偏光に変換される。

そして、１／４波長素子１４_２の進相軸方向をＺ軸方向に対して−４５°傾斜した方向に設定することにより、偏光調整部材１３から射出される光束ＬＢ１を縦偏光とし、光束ＬＢ２を横偏光とすることができる。

１／４波長素子１４_１の各領域の進相軸方向を、光源から射出される光の偏光方向に合せて設計・配置し、１／４波長素子１４_２の進相軸方向を、光走査装置で扱う偏光方向に合せて設計・配置することで、光源が回転調整された場合でも、その回転角に対応した位相シフト素子を準備する必要がなく、設計変更への対応性に優れている。

この場合、図２１に示されるように、領域１４_１ａでの傾斜面の稜線方向と領域１４_１ｂでの傾斜面の稜線方向とのなす角度を９０°に設定し、稜線方向に平行な偏光成分と稜線方向に直交する偏光成分とで１／４波長の位相差が発生するように誘電体層を形成すれば良い。この場合、１／４波長素子１４_１の各領域に稜線方向との角度が±４５°である直線偏光を入射することで、領域１４_１ａ及び領域１４_１ｂで互いに回転方向の異なる円偏光を得ることができる。

各１／４波長素子では、誘電体材料の屈折率と膜厚とで位相を調整することができる。

図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）には、端面発光型半導体レーザに代えて、複数の発光部が２次元的に配列されている面発光レーザアレイが用いられた場合が示されている。

この場合、位相シフト素子は、複数の発光部に個別に対応する複数の領域を有している。また、位相シフト素子は、発光部との間隔を容易に所望の間隔とするため、光の射出方向からみたとき、その外形の大きさは、取り出し電極で囲まれる領域に含まれる大きさであることが好ましい。

面発光レーザアレイと位相シフト素子の接着は、一例として以下のようにして行うことができる。

（ａ）スペーサとしての硬化前の紫外線硬化型の接着剤を、面発光レーザアレイの複数個所に、ディスペンサ等用いて滴下する（図２２（Ａ）では４箇所）。
（ｂ）位相シフト素子を、各発光部と対応する複数の領域の位置合わせを行いながら、各発光部と位相シフト素子との距離が前記Ｄとなるように、偏光調整部材を面発光レーザアレイに近接させる。
（ｃ）紫外線を照射し、接着剤を硬化させる。

複数の発光部から射出された各光束は、それぞれ位相シフト素子の対応する領域を通過し、所定の偏光方向となるように調整される。例えば、発光部の数が３２個であれば、１６個ずつ縦偏光と横偏光に調整される。この場合、ステーション毎に１６ビームによるマルチビーム書込みが可能となる。

ところで、面発光レーザアレイでは、各発光部に設けられた金属微小開口の形状によって、射出される光束の偏光方向を調整することが可能である。この技術としては、例えば「金属微小ホールアレイを用いた表面プラズモン面発光レーザ」，大西，谷川，上田，上田，Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．４，（２００７）に開示されている。

この場合、一の発光部から射出される光束の偏光方向と他の発光部から射出される光束の偏光方向とが直交するように、各発光部の金属微小開口の形状を設定すれば、位相シフト素子を個別に設ける必要がなくなり、小型で信頼性の高い光源を低コストで実現することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、光源ユニットＬＵ、ビームスプリッタ３０、２つのシリンドリカルレンズ（１２_１、１２_２）、ポリゴンミラー１４、２つの走査レンズ（１５_１、１５_２）、２つの偏光分離素子（１６_１、１６_２）、４つの反射ミラー（Ｍ１、Ｍ２、１７_１、１７_２）、４つの折り返しミラー（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）、及び走査制御装置を有している。

光源ユニットＬＵは、光源１０_１、駆動用チップ１０_２、回路基板１０_３、偏光調整部材１３、及びコリメートレンズ１１などを有している。

偏光調整部材１３は、半導体レーザチップ１０１の発光部１０１ａから射出された光束ＬＢ１に対向する領域１４ａと、発光部１０１ｂから射出された光束ＬＢ２に対向する領域１４ｂとを有する位相シフト素子１４を含み、光束ＬＢ１及び光束ＬＢ２の偏光方向を、互いに直交する偏光方向に調整する。

これにより、偏光分離素子１６_１は、光束ＬＢａと光束ＬＢｂを正しく分離することができる。また、偏光分離素子１６_２は、光束ＬＢｃと光束ＬＢｄを正しく分離することができる。

そこで、光走査装置２０１０は、高コスト化及び走査精度の低下を招くことなく、小型化を図ることができる。

そして、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、その結果として、画像品質を低下させることなく、小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、トナー像が感光体ドラムから転写ベルトを介して記録紙に転写される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トナー像が記録紙に直接転写されても良い。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。

また、上記実施形態では、光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

１０_１…光源、１０_２…駆動用チップ、１０_３…回路基板、１１…コリメートレンズ、１２_１，１２_２…シリンドリカルレンズ、１３…偏光調整部材、１４…位相シフト素子、１４ａ，１４ｂ…領域、１４…ポリゴンミラー（光偏向器）、１５_１，１５_２…走査レンズ（走査光学系の一部）、１６_１…偏光分離素子（第１の偏光分離素子）、１６_２…偏光分離素子（第２の偏光分離素子）、１７_１，１７_２…反射ミラー（走査光学系の一部）、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…折り返しミラー（走査光学系の一部）、１９ａ〜１９ｄ…射出窓、３０…ビームスプリッタ、１０１…半導体レーザチップ、１０１ａ，１０１ｂ…発光部、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２０１０…光走査装置、ＬＵ…光源ユニット、Ｍ１，Ｍ２…反射ミラー。

特開２００９−１３９６３９号公報 特開２００６−２８４８２２号公報 特開２００６−３５０１６７号公報

Claims (7)

1. 複数の被走査面を主走査方向に沿って光走査する光走査装置であって、
   第１の発光部及び第２の発光部を有する光源と、
   前記第１の発光部から射出された光の偏光方向と、前記第２の発光部から射出された光の偏光方向を互いに直交する偏光方向とする偏光調整部材と、
   前記第１の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第１の光と第２の光に分割し、前記第２の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第３の光と第４の光に分割する光分割素子と、
   複数の反射面を有し、前記第１の光と前記第３の光が同一の反射面に入射し、前記第２の光と前記第４の光が前記同一の反射面とは異なる同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された前記第１の光と前記第３の光を分離する第１の偏光分離素子と、
   前記光偏向器で偏向された前記第２の光と前記第４の光を分離する第２の偏光分離素子と、を備え、
   前記偏光調整部材は、前記第１の発光部から射出された光が入射する第１の領域と、前記第２の発光部から射出された光が入射する第２の領域を有する位相シフト素子を含み、
   前記第１の領域の進相軸方向と、前記第２の領域の進相軸方向とが、互いに異なる光走査装置。
2. 前記位相シフト素子は、半波長の位相差を発生させ、
   前記第１の領域の進相軸方向と前記第２の領域の進相軸方向とのなす角度が４５度であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１の領域の進相軸方向は、前記第１の領域から射出される光の偏光方向が前記主走査方向に直交する方向となる方向であり、
   前記第２の領域の進相軸方向は、前記第２の領域から射出される光の偏光方向が前記主走査方向に平行な方向となる方向であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記位相シフト素子は、波長以下の周期で形成された傾斜面を有する透明基材と、該透明基材の傾斜面上に積層された複数の誘電体材料よりなり、前記第１の領域と前記第２の領域とで前記傾斜面の稜線方向が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記光源は、面発光レーザアレイを含み、
   前記位相シフト素子は、前記面発光レーザアレイの射出面との間に空隙が設けられた状態で前記面発光レーザアレイに接着されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 複数の被走査面を主走査方向に沿って光走査する光走査装置であって、
   第１の発光部及び第２の発光部を有する光源と、
   前記第１の発光部から射出された光の偏光方向と、前記第２の発光部から射出された光の偏光方向を互いに直交する偏光方向とする偏光調整部材と、
   前記第１の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第１の光と第２の光に分割し、前記第２の発光部から射出された光をその偏光状態を維持したまま第３の光と第４の光に分割する光分割素子と、
   複数の反射面を有し、前記第１の光と前記第３の光が同一の反射面に入射し、前記第２の光と前記第４の光が前記同一の反射面とは異なる同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された前記第１の光と前記第３の光を分離する第１の偏光分離素子と、
   前記光偏向器で偏向された前記第２の光と前記第４の光を分離する第２の偏光分離素子と、を備え、
   前記偏光調整部材は、前記第１の発光部から射出された光が入射する第１の領域と、前記第２の発光部から射出された光が入射する第２の領域を有する第１の位相シフト素子と、該第１の位相シフト素子を通過した光が入射され領域分割されていない第２の位相シフト素子とを含み、
   前記第１の領域の進相軸方向は、前記第１の領域から射出される光が円偏光となる方向であり、前記第２の領域の進相軸方向は、前記第２の領域から射出される光が前記第１の領域から射出される円偏光とは反対回りの円偏光となる方向であり、
   前記第２の位相シフト素子の進相軸方向は、前記第１の領域を通過した光が前記主走査方向に直交する方向の直線偏光となるとともに、前記第２の領域を通過した光が前記主走査方向に平行な方向の直線偏光となる方向である光走査装置。
7. 複数の像担持体と、
   前記複数の像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。