光学素子、マルチビーム光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置
【課題】大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを出射することができるマルチビーム光源ユニットを提供する。
【解決手段】シングルビーム光源ＬＤ１と偏光光学素子２との間の光路上に、コリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に入射光に対して構造複屈折を発現し入射光の偏光方向を９０°変化させる格子が設けられているレンズ１を配置する。これにより、シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ１で整形されるとともに、ＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。
【解決手段】シングルビーム光源ＬＤ１と偏光光学素子２との間の光路上に、コリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に入射光に対して構造複屈折を発現し入射光の偏光方向を９０°変化させる格子が設けられているレンズ１を配置する。これにより、シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ１で整形されるとともに、ＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、マルチビーム光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、凹凸の周期構造が光学面に形成された光学素子、複数のビームを出射できるマルチビーム光源ユニット、該マルチビーム光源ユニットからの光を用いて被走査面上を走査する光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置では、画像情報に応じて変調された光源からの光を光偏向器及び走査レンズなどを介して感光体上に集光させるとともに、感光体上を所定の方向（主走査方向）に走査させ、感光体上に潜像（静電潜像）を形成している。そして、その潜像にトナーを付着させることにより、画像情報を顕像化させている。
【０００３】
近年、画像形成装置の印字速度の向上、及び書込密度の向上が望まれている。それらの要求を達成する１つの方法として、画像形成装置の一部を構成する光走査装置の光偏向器における偏向速度の高速化がある。しかしながら、この方法には、高速回転に伴う騒音や熱等の問題があり、偏向速度の高速化には限界がある。そこで、１度に複数の光ビームを出射できるマルチビーム光源ユニットを利用して、１度に複数の光ビームを走査させる方法が考案された。
【０００４】
上記マルチビーム光源ユニットは、複数の光ビームを発生するレーザアレイ光源（１つのパッケージ内に複数の発光点を持つレーザアレイを用いた光源）を用いることで実現できる。しかしながら、レーザアレイ光源は、製造プロセス上、発光点数を４，８，・・・と増やしていくにつれて技術的難易度が高くなり、非常に高価となる。
【０００５】
一方、従来のシングルビーム光源（１つのパッケージ内に１つの発光点を持つレーザを用いた光源）を複数個用いて、マルチビーム光源ユニットとすることが多数提案されている。シングルビーム光源は低コストで大量生産されており、例えば４個のシングルビーム光源と、４つの発光点を持つレーザアレイ光源とでは、前者の方がコスト的に優位である。
【０００６】
ところで、マルチビーム光源ユニットを複数のシングルビーム光源を用いて構成するために、各光源からの光ビームを同一方向の光軸に合わせることが必要となり、そのための光学素子（ビーム合成素子）が種々提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１には、ビーム合成素子として偏光ビームスプリッタを用いたマルチ光ビーム走査光学装置が開示されている。特許文献２には、ビーム合成素子として偏光ビーム合成プリズムを用いた複数ビーム走査装置が開示されている。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に開示されている装置では、入射する光ビームの偏光方向の違いを利用して光ビームを合成している。そこで、入射する２つの光ビームの偏光方向が９０°異なっている必要がある。
【０００８】
ところで、半導体レーザの活性層から放出される光ビームは、ファーフィールドパターンにおいて楕円状の分布を示しており、偏光方向は活性層に平行である。そこで、２つの光ビームの偏光方向を９０°異ならせるためには、（１）直線偏光を持つ半導体レーザを、その偏光方向が９０°異なるように物理的に配置する、（２）偏光方向が９０°異なるように偏光方向を変化させる素子（例えばλ/２板）を用いる、といった方法がある。ここでλ/２板は、ある偏光方向を持つ光ビームが透過すると、その偏光方向が９０°回転するような、一般的には複屈折性結晶を用いた素子である。すなわち、偏光方向が同じ方向を持つように配置された半導体レーザの一方をλ/２板を透過させることによって、その偏光方向を９０°異ならせることができる。
【０００９】
しかしながら、上記（１）の方法では、半導体レーザの配置方向が互いに異なるため、光ビームのファーフィールドパターンが互いに異なる。この異なるファーフィールドパターンを持つ光ビームをビーム合成素子で合成し、所望の光学系を透過させた場合、ファーフィールドパターンの違いに起因して，光学系を透過させた後の光ビームプロファイルが互いに異なってしまうという不都合が発生する。一方、上記（２）の方法では、偏光方向を変化させる光学素子を追加しなくてはならないため、構成によっては、光学系のサイズが大きくなったり、光学素子のレイアウト自由度が減少したり、光学素子の追加による調整精度の向上が必要になったり、コストアップを生じたりする、という不都合が生じる。
【００１０】
ところで、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 Structure；サブ波長構造）とも呼ばれる、入射光の波長よりも小さい周期構造をなしているときには、構造複屈折と呼ばれる光学的異方性が発現する（例えば、非特許文献１参照）。なお、微細な凹凸の周期構造の形成は、平板状のＳｉＯ２や樹脂に対して行われるのが一般的であった。最近では、曲面状の光学面に微細構造を設けることが特許文献３や特許文献４に開示されているが、いずれも反射防止を目的とする微細構造である。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２３０２６０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３４３３号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５０８３号公報
【特許文献４】特開２００４−３６１９０６号公報
【非特許文献１】菊田久男、岩田耕一、「波長より細かな格子構造による光制御」、光学、２７巻、第1号、ｐ．１２−１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、入射光の偏光状態を変化させる機能が付加された光学素子を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを出射することができるマルチビーム光源ユニットを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第３の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第４の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、第１の観点からすると、入射光に対して構造複屈折を発現し、前記入射光の偏光状態を変化させる格子が、少なくとも１つの曲面状の光学面上に形成されている光学素子である。
【００１７】
これによれば、少なくとも１つの曲面状の光学面上に、入射光に対して構造複屈折を発現し、入射光の偏光状態を変化させる格子が設けられているため、入射光の偏光状態を変化させる機能を付加することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第２の観点からすると、偏光方向が互いに同一の光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；前記第１の光源から出射された光ビームの光路上に配置され、その少なくとも１つの曲面状の光学面上に、前記第１の光源から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現し、該光ビームの偏光方向を変化させる格子が設けられた少なくとも１つの光学素子を含み、前記第１の光源から出射された光ビームを整形するとともに、前記第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる第１の整形光学系と；前記第２の光源から出射された光ビームを整形する第２の整形光学系と；前記第１及び第２の整形光学系を介した各光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニットである。
【００１９】
これによれば、第１の整形光学系が、第１の光源から出射された光ビームを整形する機能と第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる機能とを有することとなる。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを出射することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第３の観点からすると、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットと；前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを偏向する偏向手段と；前記マルチビーム光源ユニットと前記偏向手段との間に配置され、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを前記偏向手段に導く導光光学系と；前記偏向手段にて偏向された複数の光ビームを前記被走査面上に集光する集光光学系と；を備える光走査装置である。
【００２１】
これによれば、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットを備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００２２】
本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの走査対象物と；前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置である。
【００２３】
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１００の概略構成が示されている。
【００２５】
図１に示されるレーザプリンタ１００は、光走査装置９００、走査対象物としての感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【００２６】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【００２７】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【００２８】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【００２９】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム９０１の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。また、感光体ドラム９０１における走査開始位置から走査終了位置までの主走査方向の走査領域のうち、潜像が形成される領域を「有効画像形成領域」ともいう。この光走査装置９００の構成については後述する。
【００３０】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。このトナーカートリッジ９０４内のトナー量は、電源投入時や印刷終了時などにチェックされ、残量が少ないときには不図示の表示部に交換を促すメッセージが表示される。
【００３１】
現像ローラ９０３は、回転に伴ってその表面にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーが帯電されて薄く均一に付着される。また、この現像ローラ９０３には、感光体ドラム９０１における帯電している部分（光が照射されなかった部分）と帯電していない部分（光が照射された部分）とで互いに逆方向の電界が生じるような電圧が印加されている。そして、この電圧によって、現像ローラ９０３の表面に付着しているトナーは、感光体ドラム９０１の表面の光が照射された部分にだけ付着する。すなわち、現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【００３２】
給紙トレイ９０６には転写対象物としての記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【００３３】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【００３４】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【００３５】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【００３６】
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図２を用いて説明する。
【００３７】
この光走査装置９００は、光源ユニットＬＵ、シリンドリカルレンズ１４、光偏向器１５、２枚の走査結像レンズ１７、同期センサ１８、反射ミラー１９、及び処理装置（図２では図示省略）などを備えている。
【００３８】
光源ユニットＬＵは、一例として図３に示されるように、２つのシングルビーム光源（ＬＤ１、ＬＤ２）、２つのレンズ（１、４）、及び偏光光学素子２などを有している。
【００３９】
シングルビーム光源ＬＤ１は、＋Ｙ方向にＴＭ偏光の光を出射する。レンズ１は、シングルビーム光源ＬＤ１の＋Ｙ側に配置されている。そして、偏光光学素子２は、レンズ１の＋Ｙ側に配置されている。
【００４０】
シングルビーム光源ＬＤ２は、シングルビーム光源ＬＤ１の−Ｚ側に配置され、偏光光学素子２に向けてＴＭ偏光の光を出射する。そして、レンズ４は、シングルビーム光源ＬＤ２と偏光光学素子２との間の光路上に配置されている。
【００４１】
なお、一例として各シングルビーム光源は、波長が７８０ｎｍのレーザ光をそれぞれ出射するものとする。
【００４２】
レンズ１は、一例として図４に示されるように、ベースとなるコリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に、シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現させる格子Ｋが設けられた光学素子である。この格子Ｋは、その周期がシングルビーム光源ＬＤ１から出射された光の波長よりも小さい、いわゆるサブ波長構造の格子（以下、「サブ波長格子」ともいう）であり、ＴＭ偏光の光の偏光方向を９０°変化させる機能を有している。すなわち、レンズ１は、シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光ＬＢ１を、略平行光に整形するとともに、偏光状態をＴＥ偏光とする。なお、格子Ｋの素材はベースと同じであるものとする。
【００４３】
ここで、サブ波長格子について説明する。ここでは、説明を簡略化するため、平行平板の一側の面にサブ波長格子が形成されているものとする。サブ波長格子では、ＴＥ偏光に対する有効屈折率ｎ（TE）は、次の（１）式で示され、ＴＭ偏光に対する有効屈折率ｎ（TM）は、次の（２）式で示される。ここで、ｎはサブ波長格子の素材の屈折率、ｆはサブ波長格子のフィリングファクタである。
【００４４】
ｎ（TE）＝√｛ｆｎ２＋（１−ｆ）｝ ……（１）
ｎ（TM）＝√［ｎ２／｛ｆ＋（１−ｆ）ｎ２｝］ ……（２）
【００４５】
そして、サブ波長格子によって付与される光学的位相差φは、次の（３）式で示される。ここで、ｄはサブ波長格子の厚さ、λは入射光の波長である。
【００４６】
φ＝２π｛ｎ（TE）−ｎ（TM）｝ｄ／λ ……（３）
【００４７】
ところで、サブ波長格子に直線偏光を斜め４５°から入射して直線偏光の方向を９０°回転させるためには、サブ波長格子がπの位相差を持つλ／２板として機能すれば良い。そこで、上記（３）式においてφ＝πとすると、次の（４）式が導かれる。
【００４８】
λ／ｄ＝２｛ｎ（TE）−ｎ（TM）｝ ……（４）
【００４９】
例えば、ｎ＝１．４５、ｆ＝０．５であれば、上記（１）式からｎ（TE）＝１．２４５、上記（２）式からｎ（TM）＝１．１６４となり、λ＝７８０ｎｍであれば、上記（４）式からｄ＝４８１５ｎｍとなる。
【００５０】
そこで、一例として格子Ｋは、ｎ＝１．４５、Λ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５、ｄ＝４８１５ｎｍとしている。
【００５１】
また、格子Ｋは、回折光を発生しない０次格子である。これにより、ゴースト光及びフレア光が発生しないため、光量ロスがなくなるとともに、不要光の除去を考慮する必要がなくなる。
【００５２】
ここで、０次格子について簡単に説明する。格子に対して入射光が垂直に入射されるとき、次の（５）式の関係が満たされる場合に、その格子は０次格子である。
【００５３】
Λ＜λ／ｎ ……（５）
【００５４】
ここでは、格子Ｋは、ｎ＝１．４５、Λ＝４００ｎｍであり、λ＝７８０ｎｍの入射光に対して、上記（５）式の関係を満たしている。
【００５５】
図３に戻り、レンズ４は、シングルビーム光源ＬＤ２から出射された光ＬＢ２を略平行光に整形する。
【００５６】
レンズ１を介した光ＬＢ１は、偏光光学素子２に垂直に入射し、界面でのフレネル反射を除いて１００％透過する。レンズ４を介した光ＬＢ２は、偏光光学素子２に対して角度θをなして入射し、偏光光学素子２による回折作用によって、その一部が＋Ｙ方向に曲げられる。すなわち、偏光光学素子２は、レンズ１を介した光ＬＢ１及びレンズ４を介した光ＬＢ２を互いに同一方向（ここでは、＋Ｙ方向）の光軸に合わせる。なお、ＹＺ平面における偏光光学素子２に入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは０°でも良いし、９０°でも良いし、もちろん、鋭角でも鈍角でも構わない。
【００５７】
すなわち、シングルビーム光源ＬＤ１から出射され、レンズ１、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第１光ビーム」ともいう）と、シングルビーム光源ＬＤ２から出射され、レンズ４、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第２光ビーム」ともいう）とが、光源ユニットＬＵから出射される。なお、第１光ビーム及び第２光ビームは、感光体ドラム９０１の表面において副走査方向に所定の間隔で集光されるように、略同一方向に出射される。
【００５８】
ところで、一例として図５に示されるように、偏光光学素子２からの反射光や、偏光光学素子２における所望の回折次数以外の回折光は不要な光となるが、これらの不要な光は、光走査装置内及び光走査装置外の少なくとも一方において、アパーチャなどのメカ部品及びその他の光学部品によって、感光体ドラム９０１上に光スポットを形成しないように遮光されている。
【００５９】
また、第１光ビームと第２光ビームの光量差については、各シングルビーム光源の発光パワーを調整することにより、ほぼ０にすることができる。
【００６０】
図２に戻り、光源ユニットＬＵから出射された第１光ビーム及び第２光ビームは、それぞれシリンドリカルレンズ１４に入射する。このシリンドリカルレンズ１４は、各光ビームに対して、主走査方向に対応する方向に細長い線像を、光偏向器１５の偏向反射面（ポリゴンミラー面）近傍にそれぞれ結像する。
【００６１】
光偏向器１５で偏向された各光ビームは、走査結像レンズ１７によってそれぞれ結像され、感光体ドラム９０１表面上の、副走査方向に互いに所定の間隔だけ離れた位置に、光スポットとして集光される。
【００６２】
なお、光偏向器１５は、ポリゴンモータ（不図示）によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って偏向反射面近傍に結像された各光ビームは等角速度的に偏向され、感光体ドラム９０１上の各光スポットは、主走査方向に等速移動する。すなわち、感光体ドラム９０１上を主走査方向に２ライン同時に走査する。
【００６３】
また、走査結像レンズ１７を透過して有効画像領域外に向かう光の一部は、反射ミラー１９を介して同期センサ１８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）を出力する。
【００６４】
処理回路は、図６に示されるように、信号調整回路６０、変調データ生成回路３０、シリアル信号生成回路３５、画像データ生成回路４０、及びレーザ駆動回路５０などを有している。
【００６５】
信号調整回路６０は、同期センサ１８の出力信号を増幅、反転及び２値化し、同期信号を生成する。
【００６６】
画像データ生成回路４０は、上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成する。
【００６７】
変調データ生成回路３０は、信号調整回路６０からの同期信号及び画像データ生成回路４０からの画像データに基づいて変調データを生成する。
【００６８】
シリアル信号生成回路３５は、変調データ生成回路３０からの変調データをシリアル信号に変換する。
【００６９】
レーザ駆動回路５０は、シリアル信号生成回路３５からのシリアル信号に基づいて、シングルビーム光源ＬＤ１及びＬＤ２の駆動信号を生成する。ここで生成された各駆動信号は光源ユニットＬＵに出力される。
【００７０】
ここで、曲面状の光学面上に構造複屈折を発現する微細構造の格子（以下、「微細構造格子」ともいう）を形成する方法について説明する。
【００７１】
先ず、レーザ干渉露光法について説明する。このレーザ干渉露光法は、通常、青〜紫外領域の波長を持つレーザ光を干渉させて感光性の高分子材料（レジスト）に照射し、その干渉パターンを利用して微細構造格子を形成する方法である。具体的には、（１）曲面状の光学面上にレジストをスピンコートあるいはディッピング等により塗布する（図７（Ａ）参照）。（２）２方向から紫外レーザ光を照射する二光束干渉法により、レジストに微細構造の格子パターンを形成する（図７（Ｂ）参照）。なお、二光束干渉法では、微細構造のピッチはレーザ光の波長の１／２まで微細化することが可能である。（３）レジストを現像し、曲面状の光学面上にレジスト材料の微細構造格子を形成する（図７（Ｃ）参照）。（４）ドライエッチングを行い、基板に微細構造格子を形成する（図７（Ｄ）参照）。レーザ干渉露光法では、基板材料としてガラス、石英、ポリマー、シリコン等多くの材料を用いることができる。
【００７２】
次に、電子ビーム露光法について説明する。この電子ビーム露光法は、電子ビームをレジストに集光するとともに、レジスト上を走査して微細構造格子を形成する方法である。
【００７３】
前記格子Ｋは、これらの方法を用いて形成することができる。
【００７４】
また、レジストを用いないで、直接光学素子材料に微細構造格子を形成することもできる。例えば、光硬化法やレーザアブレーション法が知られている。
【００７５】
図８には、光硬化法を用いた例が示されている。この光硬化法では、レーザ光を光硬化性材料中に集光し、多光子吸収過程によってその集光点近傍においてその材料を硬化させ、レーザ光を３次元的に走査することにより微細構造格子を形成する。Nd:YAGレーザやTi:Sapphireレーザなどのレーザ装置から出射されたレーザ光は、１／２波長板とグラントムソンプリズムによってその光強度が調整された後、空間フィルタによって波形整形される。そして、ガルバノミラーによって光路を変えながら、リレーレンズ、結像レンズ、及び対物レンズを介して基板上の光硬化性材料中に集光される。また、集光点はピエゾステージによって基板垂直方向にも移動可能である。このように、ガルバノミラーとピエゾステージの組み合わせにより、３次元的に構造を作製することが可能である。このとき光硬化性材料としては、光硬化性樹脂や、光硬化性の有機・無機ハイブリッド材料などがあり、この光硬化性材料がそのまま光学素子として機能できる。なお、この加工装置の構成は１つの例であって、この限りではない。
【００７６】
レーザアブレーション法としては、レーザ光を干渉させ、その干渉パターンによって微細構造格子を形成する方法や、レーザ光を直接照射して微細構造格子を形成する方法がある。以下、後者について図９を用いて説明する。
【００７７】
レーザ装置から出射されたレーザ光は、フォトマスクによってレーザ光の一部が透過され、そのレーザ光パターンはミラーを介して集光レンズによって縮小投影され、光学素子材料に照射される。また、光学素子材料はＸＹＺステージ上に設置され、３次元的に移動可能である。もちろん、ミラーの代わりにガルバノミラー等を設けて、レーザ光を走査してもよい。また、フォトマスクには複数のパターン（図９では２種類）が用意され、加工したいパターンや加工対象である光学素子材料などに応じて選択することができる。これらＸＹＺステージの移動やパターンの選択はＰＣ（パソコン）によって制御されている。なお、この加工素子の構成は１つの例であることは言うまでもない。
【００７８】
また、上記いずれの方法においても、レーザ光のパルス幅が１０ピコ秒以下である極短パルスレーザを使用することができる。極短パルスレーザの利用により、熱伝播による溶融、ダメージ層の低減、多光子吸収断面積の増加が可能であるといった利点があり、近年用いられるようになってきている。また多光子吸収断面積を増加させることが可能であることから光硬化法において、より効果的、低エネルギーで行うことが可能となる。
【００７９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置９００では、光源ユニットＬＵによってマルチビーム光源ユニットが実現されている。そして、シングルビーム光源ＬＤ１によって第１の光源が実現され、シングルビーム光源ＬＤ２によって第２の光源が実現され、レンズ１によって第１の整形光学系が実現され、レンズ４によって第２の整形光学系が実現され、偏光光学素子２によって偏光回折素子が実現されている。また、シリンドリカルレンズ１４によって導光光学系が実現され、光偏向器１５によって偏向手段が実現され、走査結像レンズ１７によって集光光学系が実現されている。
【００８０】
また、レンズ１によって本発明に係る光学素子が実現されている。
【００８１】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００では、帯電チャージャ９０２と現像ローラ９０３とトナーカートリッジ９０４と転写チャージャ９１１とによって転写装置が構成されている。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態に係るレンズ１によると、コリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に、入射光に対して構造複屈折を発現し、入射光の偏光方向を９０°変化させる格子が設けられている。これにより、レンズ１は、入射光を整形するとともに、ＴＭ偏光の光をＴＥ偏光とすることができる。すなわち、コリメートレンズに、入射光の偏光状態を変化させる機能を付加することが可能となる。
【００８３】
なお、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、入射光の波長程度からその数倍以下の周期構造、いわゆる共鳴領域の周期構造（共鳴構造）をなしている格子においても発現することが知られている。そこで、格子Ｋは、共鳴構造格子であっても良い。
【００８４】
また、本実施形態に係る光源ユニットＬＵによると、シングルビーム光源ＬＤ１と偏光光学素子２との間の光路上にレンズ１を配置しているため、シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ１で整形されるとともに、ＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニットＬＵを用いているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００によると、光走査装置９００を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態において、一例として図１０に示されるように、前記偏光光学素子２に代えて、偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いても良い。この場合には、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは９０°となる。
【００８８】
また、上記実施形態において、一例として図１１に示されるように、前記偏光光学素子２に代えて、偏光ビーム合成プリズムＰＢＰを用いても良い。この場合には、偏光ビーム合成プリズムＰＢＰに入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは０°となる。
【００８９】
ところで、アスペクト比（ｄ／Λ）の大きなサブ波長格子を作製するには非常に高度な技術を要する。そこで、所望の光学的位相差（ここでは、π）のサブ波長格子を作製するのが難しい場合には、一例として図１２に示されるように、２つの光学面のそれぞれに厚さを半分にしたサブ波長格子を設けても良い。また、サブ波長格子の素材として屈折率を高いものを用いることにより、アスペクト比を小さく抑えることができる。また、所望の光学的位相差を得るために、アスペクト比の小さなサブ波長格子を複数組み合わせたり、サブ波長格子を加工しやすい光学面に形成することも可能である。
【００９０】
上記実施形態では、前記格子Ｋの素材がベースと同じ場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、格子Ｋの素材として、酸化チタン（ＴｉＯ２）のように屈折率が２を超えるような酸化物を用いると、ｎ（TE）−ｎ（TM）を大きくとることができ、厚さｄを小さくすることが可能である。例えば、波長λを７８０ｎｍ、屈折率ｎを２．２３、フィリングファクタｆを０．５としたとき、上記（１）式からｎ（TE）＝１．７２８、上記（２）式からｎ（TM）＝１．２９０となり、上記（４）式から、光学的位相差をπとするための厚さｄは８９０ｎｍとなり、上記実施形態の約１／５となる。
【００９１】
また、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料とを組み合わせてサブ波長格子を形成しても良い。具体的には、（１）曲面状の光学面上に、高い屈折率の膜と低い屈折率の膜とを積層して多層膜を形成し（図１３（Ａ））、（２）その上にレジストを塗布する（図１３（Ｂ））。（３）レーザ光あるいは電子ビームを照射してレジストを感光させる（図１３（Ｃ））。このときレーザ光あるいは電子ビームの集光位置を制御して走査することにより、曲面状のレジストに微細構造格子のパターンを形成することができる。（４）レジストを現像し、多層膜上に微細構造格子を形成できる（図１３（Ｄ））。（５）ドライエッチング等により多層膜の一部を除去する。（６）残ったレジストを除去する（図１３（Ｅ））。ここでは、多層膜の各層は曲面状の光学面に沿った構造となっている。
【００９２】
また、上記実施形態において、前記レンズ１に代えて、２つのレンズを用いてレンズ１と同等の作用を実現しても良い。この場合に、一例として図１４に示されるように、各レンズの一方の光学面にそれぞれ前記格子Ｋの１／２の厚さのサブ波長格子を設けても良いし、どちらか一方のレンズの両面に前記格子Ｋの１／２の厚さのサブ波長格子を設けても良い。
【００９３】
ところで、前記偏光光学素子２によって合成された２つの光ビームは、その偏光方向が９０°異なっているため、光源ユニットＬＵから放出された光ビームを用いる光学系では、偏光方向による透過率及び反射率の違いから、その光学系を透過した後の２つの光ビームの光量が異なってしまう場合がある。光源ユニットＬＵの用途によってはこれでも良い場合もあるが、２つの光ビーム間で偏光状態を等しくしたいという用途もある。この場合には、一例として図１５に示されるように、前記偏光光学素子２の後方にλ／４板６を挿入すると良い。これにより、直線偏光を円偏光に変化させることができ、偏光状態を等しくすることが可能である。
【００９４】
この場合に、上記λ／４板６を挿入するのに代えて、図１６に示されるように、前記シリンドリカルレンズ１４の少なくとも１つの光学面に、光源ユニットＬＵからの各光ビームに対して構造複屈折を発現し、直線偏光を円偏光に変化させる格子Ｋａを設けても良い。この格子Ｋａは、前記格子Ｋの厚さを１／２にしたものである。そして、この格子Ｋａが設けられたシリンドリカルレンズ１４は、本発明に係る光学素子である。
【００９５】
また、上記実施形態において、前記格子Ｋの周期、厚さ、フィルファクタのうちの少なくとも１つを、前記ベースの曲面状の光学面での位置によって変化させても良い。前記曲面が球面であれば、曲面の傾斜は常に一定であるが、非球面（球面でない、自由曲面も含む）であれば、曲面の傾斜は曲面上の位置によって異なり、構造複屈折特性が不均一となるおそれがある。そこで、前記曲面が非球面のときに、周期、厚さ、フィルファクタのうちの少なくとも１つを変化させることにより、構造複屈折特性を均一化することができる。また、これにより、設計の自由度が高くなる。図１７（Ａ）には、中心から周辺に行くに従って周期が大きくなる例が示され、図１７（Ｂ）には、周辺に行くに従って厚さが大きくなる例（ここでは頂点の高さが揃っている例）が示され、図１７（Ｃ）には、周辺に行くに従ってフィルファクタが大きくなる例が示されている。もちろん、これらを組み合わせても良い。
【００９６】
図１７（Ａ）の格子は、前述した微細構造格子を形成する方法において、レーザ光あるいは電子ビームの照射位置を変調することにより実現可能である。図１７（Ｃ）の格子は、前述した微細構造格子を形成する方法において、レーザ光あるいは電子ビームの照射強度を変調することにより実現可能である。
【００９７】
図１７（Ｂ）の格子を形成する方法の一例を説明する。（１）格子がその上に形成される基板の光学面を光硬化性樹脂に浸液する（図１８（Ａ））。（２）紫外線レーザを集光して照射し、光学面から液底面部まで光硬化性樹脂を硬化させる（図１８（Ｂ））。レーザ光を走査しながら光硬化を順次行うことで、基板上に高さのそろった光硬化樹脂の格子を形成することが可能である。このとき高さは液面の高さで調整することが可能である。（３）その後、未硬化の樹脂を取り除く（図１８（Ｃ））。
【００９８】
また、前記格子Ｋの凹凸を、複数段のステップ状としても良い。一例として図１９に２段の場合が示されている。この図１９に示される微細構造格子を複製によって作製する方法の一例を説明する。（１）基板上にレジストを塗布し（図２０（Ａ））、（２）電子ビーム露光やレーザ露光等でレジストの格子パターンを作成し（図２０（Ｂ））、（３）表面に金属等の導電膜を付加する（図２０（Ｃ））。（４）電鋳により、格子パターンをNi等の金属で被覆し、（図２０（Ｄ））、（５）その金属を分離して反転型とする（図２０（Ｅ））。（６）この反転型を金型として、射出成形法等の複製法を用いて、透明樹脂材料等にその形状を転写する（図２０（Ｆ））。これにより、複数段のステップ状の凹凸を有する微細構造格子を持った光学素子を作製することができる（図２０（Ｇ））。この場合には、上記（１）の基板は、使用波長に対して透明な光学材料である必要はない。
【００９９】
また、上記実施形態において、光源ユニットＬＵから出射される光ビーム数を増やしても良い。例えば図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）に示されるように、前記シングルビーム光源ＬＤ１に代えて、２つのシングルビーム光源（ＬＤ１ａ、ＬＤ１ｂ）を用い、前記シングルビーム光源ＬＤ２に代えて、２つのシングルビーム光源（ＬＤ２ａ、ＬＤ２ｂ）を用いても良い。この場合には、前記レンズ１に代えて、前記レンズ１と同等の２つのレンズ（１ａ、１ｂ）が用いられ、前記レンズ４に代えて、前記レンズ４と同等の２つのレンズ（４ａ、４ｂ）が用いられる。
【０１００】
また、例えば図２２に示されるように、前記シングルビーム光源ＬＤ１に代えて、マルチビーム光源ＬＡ１を用い、前記シングルビーム光源ＬＤ２に代えて、マルチビーム光源ＬＡ２を用いても良い。図２２では、各マルチビーム光源は２つの発光点を持っている。
【０１０１】
さらに、高価ではあるが、４つの発光点を持つマルチビーム光源や、さらに多くの発光点を持つマルチビーム光源を用いることも可能である。また、２つの発光点を持つマルチビーム光源４つ用いて８本の光ビームを構成したり、４つの発光点を持つマルチビーム光源を４つ用いて１６本の光ビームを構成することも可能である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、前記シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光の偏光方向をＴＥ偏光に変換する場合について説明したが、これに限らず、前記シングルビーム光源ＬＤ４から出射された光の偏光方向をＴＥ偏光に変換しても良い。この場合には、前記レンズ１と前記レンズ４の配置位置が入れ替わることとなる。そして、偏光光学素子２は、ＴＥ偏光の光を回折するように設定される。
【０１０３】
また、上記実施形態では、画像形成装置がレーザプリンタ１００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、高品質の画像を高速に形成することが可能となる。
【０１０４】
また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、安価で高速に画像を形成することが可能となる。
【０１０５】
また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、画像情報毎に感光ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】図２における光源ユニットを説明するための図である。
【図４】図３におけるレンズ１を説明するための図である。
【図５】不要な光ビームを説明するための図である。
【図６】処理回路を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ微細構造格子の作製方法１を説明するための図である。
【図８】微細構造格子の作製方法２を説明するための図である。
【図９】微細構造格子の作製方法３を説明するための図である。
【図１０】図３の光源ユニットの変形例１を説明するための図である。
【図１１】図３の光源ユニットの変形例２を説明するための図である。
【図１２】レンズ１の変形例を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｅ）は、それぞれ微細構造格子の作製方法４を説明するための図である。
【図１４】図３の光源ユニットの変形例３を説明するための図である。
【図１５】図３の光源ユニットの変形例４を説明するための図である。
【図１６】図２におけるシリンドリカルレンズの変形例を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、それぞれ微細構造格子の変形例を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、それぞれ図１７（Ｂ）の微細構造格子の作製方法を説明するための図である。
【図１９】微細構造格子の変形例を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）〜図２０（Ｇ）は、それぞれ図１９の微細構造格子の作製方法を説明するための図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、それぞれ図３の光源ユニットの変形例５を説明するための図である。
【図２２】図３の光源ユニットの変形例６を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…レンズ（第１の整形光学系、光学素子）、２…偏光光学素子（偏光回折素子）、４…レンズ（第２の整形光学系）、１４…シリンドリカルレンズ（導光光学系、光学素子）、１５…光偏向器（偏向手段）、１７…走査結像レンズ（集光光学系）、１００…レーザプリンタ（画像形成装置）、９００…光走査装置、９０１…感光体ドラム（走査対象物）、９０２…帯電チャージャ（転写装置の一部）、９０３…現像ローラ（転写装置の一部）、９０４…トナーカートリッジ（転写装置の一部）、９０９…定着ローラ（転写装置の一部）、９１１…転写チャージャ（転写装置の一部）、９１３…記録紙（転写対象物）、ＬＤ１…シングルビーム光源（第１の光源）、ＬＤ２…シングルビーム光源（第２の光源）、ＬＵ…光源ユニット（マルチビーム光源ユニット）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、マルチビーム光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、凹凸の周期構造が光学面に形成された光学素子、複数のビームを出射できるマルチビーム光源ユニット、該マルチビーム光源ユニットからの光を用いて被走査面上を走査する光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置では、画像情報に応じて変調された光源からの光を光偏向器及び走査レンズなどを介して感光体上に集光させるとともに、感光体上を所定の方向（主走査方向）に走査させ、感光体上に潜像（静電潜像）を形成している。そして、その潜像にトナーを付着させることにより、画像情報を顕像化させている。
【０００３】
近年、画像形成装置の印字速度の向上、及び書込密度の向上が望まれている。それらの要求を達成する１つの方法として、画像形成装置の一部を構成する光走査装置の光偏向器における偏向速度の高速化がある。しかしながら、この方法には、高速回転に伴う騒音や熱等の問題があり、偏向速度の高速化には限界がある。そこで、１度に複数の光ビームを出射できるマルチビーム光源ユニットを利用して、１度に複数の光ビームを走査させる方法が考案された。
【０００４】
上記マルチビーム光源ユニットは、複数の光ビームを発生するレーザアレイ光源（１つのパッケージ内に複数の発光点を持つレーザアレイを用いた光源）を用いることで実現できる。しかしながら、レーザアレイ光源は、製造プロセス上、発光点数を４，８，・・・と増やしていくにつれて技術的難易度が高くなり、非常に高価となる。
【０００５】
一方、従来のシングルビーム光源（１つのパッケージ内に１つの発光点を持つレーザを用いた光源）を複数個用いて、マルチビーム光源ユニットとすることが多数提案されている。シングルビーム光源は低コストで大量生産されており、例えば４個のシングルビーム光源と、４つの発光点を持つレーザアレイ光源とでは、前者の方がコスト的に優位である。
【０００６】
ところで、マルチビーム光源ユニットを複数のシングルビーム光源を用いて構成するために、各光源からの光ビームを同一方向の光軸に合わせることが必要となり、そのための光学素子（ビーム合成素子）が種々提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１には、ビーム合成素子として偏光ビームスプリッタを用いたマルチ光ビーム走査光学装置が開示されている。特許文献２には、ビーム合成素子として偏光ビーム合成プリズムを用いた複数ビーム走査装置が開示されている。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に開示されている装置では、入射する光ビームの偏光方向の違いを利用して光ビームを合成している。そこで、入射する２つの光ビームの偏光方向が９０°異なっている必要がある。
【０００８】
ところで、半導体レーザの活性層から放出される光ビームは、ファーフィールドパターンにおいて楕円状の分布を示しており、偏光方向は活性層に平行である。そこで、２つの光ビームの偏光方向を９０°異ならせるためには、（１）直線偏光を持つ半導体レーザを、その偏光方向が９０°異なるように物理的に配置する、（２）偏光方向が９０°異なるように偏光方向を変化させる素子（例えばλ/２板）を用いる、といった方法がある。ここでλ/２板は、ある偏光方向を持つ光ビームが透過すると、その偏光方向が９０°回転するような、一般的には複屈折性結晶を用いた素子である。すなわち、偏光方向が同じ方向を持つように配置された半導体レーザの一方をλ/２板を透過させることによって、その偏光方向を９０°異ならせることができる。
【０００９】
しかしながら、上記（１）の方法では、半導体レーザの配置方向が互いに異なるため、光ビームのファーフィールドパターンが互いに異なる。この異なるファーフィールドパターンを持つ光ビームをビーム合成素子で合成し、所望の光学系を透過させた場合、ファーフィールドパターンの違いに起因して，光学系を透過させた後の光ビームプロファイルが互いに異なってしまうという不都合が発生する。一方、上記（２）の方法では、偏光方向を変化させる光学素子を追加しなくてはならないため、構成によっては、光学系のサイズが大きくなったり、光学素子のレイアウト自由度が減少したり、光学素子の追加による調整精度の向上が必要になったり、コストアップを生じたりする、という不都合が生じる。
【００１０】
ところで、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 Structure；サブ波長構造）とも呼ばれる、入射光の波長よりも小さい周期構造をなしているときには、構造複屈折と呼ばれる光学的異方性が発現する（例えば、非特許文献１参照）。なお、微細な凹凸の周期構造の形成は、平板状のＳｉＯ２や樹脂に対して行われるのが一般的であった。最近では、曲面状の光学面に微細構造を設けることが特許文献３や特許文献４に開示されているが、いずれも反射防止を目的とする微細構造である。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２３０２６０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３４３３号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５０８３号公報
【特許文献４】特開２００４−３６１９０６号公報
【非特許文献１】菊田久男、岩田耕一、「波長より細かな格子構造による光制御」、光学、２７巻、第1号、ｐ．１２−１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、入射光の偏光状態を変化させる機能が付加された光学素子を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを出射することができるマルチビーム光源ユニットを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第３の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することができる光走査装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第４の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、第１の観点からすると、入射光に対して構造複屈折を発現し、前記入射光の偏光状態を変化させる格子が、少なくとも１つの曲面状の光学面上に形成されている光学素子である。
【００１７】
これによれば、少なくとも１つの曲面状の光学面上に、入射光に対して構造複屈折を発現し、入射光の偏光状態を変化させる格子が設けられているため、入射光の偏光状態を変化させる機能を付加することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第２の観点からすると、偏光方向が互いに同一の光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；前記第１の光源から出射された光ビームの光路上に配置され、その少なくとも１つの曲面状の光学面上に、前記第１の光源から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現し、該光ビームの偏光方向を変化させる格子が設けられた少なくとも１つの光学素子を含み、前記第１の光源から出射された光ビームを整形するとともに、前記第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる第１の整形光学系と；前記第２の光源から出射された光ビームを整形する第２の整形光学系と；前記第１及び第２の整形光学系を介した各光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニットである。
【００１９】
これによれば、第１の整形光学系が、第１の光源から出射された光ビームを整形する機能と第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる機能とを有することとなる。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを出射することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第３の観点からすると、光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットと；前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを偏向する偏向手段と；前記マルチビーム光源ユニットと前記偏向手段との間に配置され、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを前記偏向手段に導く導光光学系と；前記偏向手段にて偏向された複数の光ビームを前記被走査面上に集光する集光光学系と；を備える光走査装置である。
【００２１】
これによれば、少なくとも１つの本発明のマルチビーム光源ユニットを備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００２２】
本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの走査対象物と；前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置である。
【００２３】
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１００の概略構成が示されている。
【００２５】
図１に示されるレーザプリンタ１００は、光走査装置９００、走査対象物としての感光体ドラム９０１、帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、トナーカートリッジ９０４、クリーニングブレード９０５、給紙トレイ９０６、給紙コロ９０７、レジストローラ対９０８、転写チャージャ９１１、定着ローラ９０９、排紙ローラ９１２、及び排紙トレイ９１０などを備えている。
【００２６】
帯電チャージャ９０２、現像ローラ９０３、転写チャージャ９１１及びクリーニングブレード９０５は、それぞれ感光体ドラム９０１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム９０１の回転方向に関して、帯電チャージャ９０２→現像ローラ９０３→転写チャージャ９１１→クリーニングブレード９０５の順に配置されている。
【００２７】
感光体ドラム９０１の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム９０１は、図１における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。
【００２８】
帯電チャージャ９０２は、感光体ドラム９０１の表面を均一に帯電させる。
【００２９】
光走査装置９００は、帯電チャージャ９０２で帯電された感光体ドラム９０１の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム９０１の表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム９０１の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って現像ローラ９０３の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム９０１の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。また、感光体ドラム９０１における走査開始位置から走査終了位置までの主走査方向の走査領域のうち、潜像が形成される領域を「有効画像形成領域」ともいう。この光走査装置９００の構成については後述する。
【００３０】
トナーカートリッジ９０４にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ９０３に供給される。このトナーカートリッジ９０４内のトナー量は、電源投入時や印刷終了時などにチェックされ、残量が少ないときには不図示の表示部に交換を促すメッセージが表示される。
【００３１】
現像ローラ９０３は、回転に伴ってその表面にトナーカートリッジ９０４から供給されたトナーが帯電されて薄く均一に付着される。また、この現像ローラ９０３には、感光体ドラム９０１における帯電している部分（光が照射されなかった部分）と帯電していない部分（光が照射された部分）とで互いに逆方向の電界が生じるような電圧が印加されている。そして、この電圧によって、現像ローラ９０３の表面に付着しているトナーは、感光体ドラム９０１の表面の光が照射された部分にだけ付着する。すなわち、現像ローラ９０３は、感光体ドラム９０１の表面に形成された潜像にトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム９０１の回転に伴って転写チャージャ９１１の方向に移動する。
【００３２】
給紙トレイ９０６には転写対象物としての記録紙９１３が格納されている。この給紙トレイ９０６の近傍には給紙コロ９０７が配置されており、該給紙コロ９０７は、記録紙９１３を給紙トレイ９０６から１枚づつ取り出し、レジストローラ対９０８に搬送する。該レジストローラ対９０８は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ９０７によって取り出された記録紙９１３を一旦保持するとともに、該記録紙９１３を感光体ドラム９０１の回転に合わせて感光体ドラム９０１と転写チャージャ９１１との間隙に向けて送り出す。
【００３３】
転写チャージャ９１１には、感光体ドラム９０１の表面上のトナーを電気的に記録紙９１３に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム９０１の表面の潜像が記録紙９１３に転写される。ここで転写された記録紙９１３は、定着ローラ９０９に送られる。
【００３４】
この定着ローラ９０９では、熱と圧力とが記録紙９１３に加えられ、これによってトナーが記録紙９１３上に定着される。ここで定着された記録紙９１３は、排紙ローラ９１２を介して排紙トレイ９１０に送られ、排紙トレイ９１０上に順次スタックされる。
【００３５】
クリーニングブレード９０５は、感光体ドラム９０１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム９０１の表面は、再度帯電チャージャ９０２の位置に戻る。
【００３６】
次に、前記光走査装置９００の構成及び作用について図２を用いて説明する。
【００３７】
この光走査装置９００は、光源ユニットＬＵ、シリンドリカルレンズ１４、光偏向器１５、２枚の走査結像レンズ１７、同期センサ１８、反射ミラー１９、及び処理装置（図２では図示省略）などを備えている。
【００３８】
光源ユニットＬＵは、一例として図３に示されるように、２つのシングルビーム光源（ＬＤ１、ＬＤ２）、２つのレンズ（１、４）、及び偏光光学素子２などを有している。
【００３９】
シングルビーム光源ＬＤ１は、＋Ｙ方向にＴＭ偏光の光を出射する。レンズ１は、シングルビーム光源ＬＤ１の＋Ｙ側に配置されている。そして、偏光光学素子２は、レンズ１の＋Ｙ側に配置されている。
【００４０】
シングルビーム光源ＬＤ２は、シングルビーム光源ＬＤ１の−Ｚ側に配置され、偏光光学素子２に向けてＴＭ偏光の光を出射する。そして、レンズ４は、シングルビーム光源ＬＤ２と偏光光学素子２との間の光路上に配置されている。
【００４１】
なお、一例として各シングルビーム光源は、波長が７８０ｎｍのレーザ光をそれぞれ出射するものとする。
【００４２】
レンズ１は、一例として図４に示されるように、ベースとなるコリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に、シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現させる格子Ｋが設けられた光学素子である。この格子Ｋは、その周期がシングルビーム光源ＬＤ１から出射された光の波長よりも小さい、いわゆるサブ波長構造の格子（以下、「サブ波長格子」ともいう）であり、ＴＭ偏光の光の偏光方向を９０°変化させる機能を有している。すなわち、レンズ１は、シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光ＬＢ１を、略平行光に整形するとともに、偏光状態をＴＥ偏光とする。なお、格子Ｋの素材はベースと同じであるものとする。
【００４３】
ここで、サブ波長格子について説明する。ここでは、説明を簡略化するため、平行平板の一側の面にサブ波長格子が形成されているものとする。サブ波長格子では、ＴＥ偏光に対する有効屈折率ｎ（TE）は、次の（１）式で示され、ＴＭ偏光に対する有効屈折率ｎ（TM）は、次の（２）式で示される。ここで、ｎはサブ波長格子の素材の屈折率、ｆはサブ波長格子のフィリングファクタである。
【００４４】
ｎ（TE）＝√｛ｆｎ２＋（１−ｆ）｝ ……（１）
ｎ（TM）＝√［ｎ２／｛ｆ＋（１−ｆ）ｎ２｝］ ……（２）
【００４５】
そして、サブ波長格子によって付与される光学的位相差φは、次の（３）式で示される。ここで、ｄはサブ波長格子の厚さ、λは入射光の波長である。
【００４６】
φ＝２π｛ｎ（TE）−ｎ（TM）｝ｄ／λ ……（３）
【００４７】
ところで、サブ波長格子に直線偏光を斜め４５°から入射して直線偏光の方向を９０°回転させるためには、サブ波長格子がπの位相差を持つλ／２板として機能すれば良い。そこで、上記（３）式においてφ＝πとすると、次の（４）式が導かれる。
【００４８】
λ／ｄ＝２｛ｎ（TE）−ｎ（TM）｝ ……（４）
【００４９】
例えば、ｎ＝１．４５、ｆ＝０．５であれば、上記（１）式からｎ（TE）＝１．２４５、上記（２）式からｎ（TM）＝１．１６４となり、λ＝７８０ｎｍであれば、上記（４）式からｄ＝４８１５ｎｍとなる。
【００５０】
そこで、一例として格子Ｋは、ｎ＝１．４５、Λ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５、ｄ＝４８１５ｎｍとしている。
【００５１】
また、格子Ｋは、回折光を発生しない０次格子である。これにより、ゴースト光及びフレア光が発生しないため、光量ロスがなくなるとともに、不要光の除去を考慮する必要がなくなる。
【００５２】
ここで、０次格子について簡単に説明する。格子に対して入射光が垂直に入射されるとき、次の（５）式の関係が満たされる場合に、その格子は０次格子である。
【００５３】
Λ＜λ／ｎ ……（５）
【００５４】
ここでは、格子Ｋは、ｎ＝１．４５、Λ＝４００ｎｍであり、λ＝７８０ｎｍの入射光に対して、上記（５）式の関係を満たしている。
【００５５】
図３に戻り、レンズ４は、シングルビーム光源ＬＤ２から出射された光ＬＢ２を略平行光に整形する。
【００５６】
レンズ１を介した光ＬＢ１は、偏光光学素子２に垂直に入射し、界面でのフレネル反射を除いて１００％透過する。レンズ４を介した光ＬＢ２は、偏光光学素子２に対して角度θをなして入射し、偏光光学素子２による回折作用によって、その一部が＋Ｙ方向に曲げられる。すなわち、偏光光学素子２は、レンズ１を介した光ＬＢ１及びレンズ４を介した光ＬＢ２を互いに同一方向（ここでは、＋Ｙ方向）の光軸に合わせる。なお、ＹＺ平面における偏光光学素子２に入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは０°でも良いし、９０°でも良いし、もちろん、鋭角でも鈍角でも構わない。
【００５７】
すなわち、シングルビーム光源ＬＤ１から出射され、レンズ１、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第１光ビーム」ともいう）と、シングルビーム光源ＬＤ２から出射され、レンズ４、及び偏光光学素子２を介した光（以下、便宜上「第２光ビーム」ともいう）とが、光源ユニットＬＵから出射される。なお、第１光ビーム及び第２光ビームは、感光体ドラム９０１の表面において副走査方向に所定の間隔で集光されるように、略同一方向に出射される。
【００５８】
ところで、一例として図５に示されるように、偏光光学素子２からの反射光や、偏光光学素子２における所望の回折次数以外の回折光は不要な光となるが、これらの不要な光は、光走査装置内及び光走査装置外の少なくとも一方において、アパーチャなどのメカ部品及びその他の光学部品によって、感光体ドラム９０１上に光スポットを形成しないように遮光されている。
【００５９】
また、第１光ビームと第２光ビームの光量差については、各シングルビーム光源の発光パワーを調整することにより、ほぼ０にすることができる。
【００６０】
図２に戻り、光源ユニットＬＵから出射された第１光ビーム及び第２光ビームは、それぞれシリンドリカルレンズ１４に入射する。このシリンドリカルレンズ１４は、各光ビームに対して、主走査方向に対応する方向に細長い線像を、光偏向器１５の偏向反射面（ポリゴンミラー面）近傍にそれぞれ結像する。
【００６１】
光偏向器１５で偏向された各光ビームは、走査結像レンズ１７によってそれぞれ結像され、感光体ドラム９０１表面上の、副走査方向に互いに所定の間隔だけ離れた位置に、光スポットとして集光される。
【００６２】
なお、光偏向器１５は、ポリゴンモータ（不図示）によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って偏向反射面近傍に結像された各光ビームは等角速度的に偏向され、感光体ドラム９０１上の各光スポットは、主走査方向に等速移動する。すなわち、感光体ドラム９０１上を主走査方向に２ライン同時に走査する。
【００６３】
また、走査結像レンズ１７を透過して有効画像領域外に向かう光の一部は、反射ミラー１９を介して同期センサ１８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）を出力する。
【００６４】
処理回路は、図６に示されるように、信号調整回路６０、変調データ生成回路３０、シリアル信号生成回路３５、画像データ生成回路４０、及びレーザ駆動回路５０などを有している。
【００６５】
信号調整回路６０は、同期センサ１８の出力信号を増幅、反転及び２値化し、同期信号を生成する。
【００６６】
画像データ生成回路４０は、上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成する。
【００６７】
変調データ生成回路３０は、信号調整回路６０からの同期信号及び画像データ生成回路４０からの画像データに基づいて変調データを生成する。
【００６８】
シリアル信号生成回路３５は、変調データ生成回路３０からの変調データをシリアル信号に変換する。
【００６９】
レーザ駆動回路５０は、シリアル信号生成回路３５からのシリアル信号に基づいて、シングルビーム光源ＬＤ１及びＬＤ２の駆動信号を生成する。ここで生成された各駆動信号は光源ユニットＬＵに出力される。
【００７０】
ここで、曲面状の光学面上に構造複屈折を発現する微細構造の格子（以下、「微細構造格子」ともいう）を形成する方法について説明する。
【００７１】
先ず、レーザ干渉露光法について説明する。このレーザ干渉露光法は、通常、青〜紫外領域の波長を持つレーザ光を干渉させて感光性の高分子材料（レジスト）に照射し、その干渉パターンを利用して微細構造格子を形成する方法である。具体的には、（１）曲面状の光学面上にレジストをスピンコートあるいはディッピング等により塗布する（図７（Ａ）参照）。（２）２方向から紫外レーザ光を照射する二光束干渉法により、レジストに微細構造の格子パターンを形成する（図７（Ｂ）参照）。なお、二光束干渉法では、微細構造のピッチはレーザ光の波長の１／２まで微細化することが可能である。（３）レジストを現像し、曲面状の光学面上にレジスト材料の微細構造格子を形成する（図７（Ｃ）参照）。（４）ドライエッチングを行い、基板に微細構造格子を形成する（図７（Ｄ）参照）。レーザ干渉露光法では、基板材料としてガラス、石英、ポリマー、シリコン等多くの材料を用いることができる。
【００７２】
次に、電子ビーム露光法について説明する。この電子ビーム露光法は、電子ビームをレジストに集光するとともに、レジスト上を走査して微細構造格子を形成する方法である。
【００７３】
前記格子Ｋは、これらの方法を用いて形成することができる。
【００７４】
また、レジストを用いないで、直接光学素子材料に微細構造格子を形成することもできる。例えば、光硬化法やレーザアブレーション法が知られている。
【００７５】
図８には、光硬化法を用いた例が示されている。この光硬化法では、レーザ光を光硬化性材料中に集光し、多光子吸収過程によってその集光点近傍においてその材料を硬化させ、レーザ光を３次元的に走査することにより微細構造格子を形成する。Nd:YAGレーザやTi:Sapphireレーザなどのレーザ装置から出射されたレーザ光は、１／２波長板とグラントムソンプリズムによってその光強度が調整された後、空間フィルタによって波形整形される。そして、ガルバノミラーによって光路を変えながら、リレーレンズ、結像レンズ、及び対物レンズを介して基板上の光硬化性材料中に集光される。また、集光点はピエゾステージによって基板垂直方向にも移動可能である。このように、ガルバノミラーとピエゾステージの組み合わせにより、３次元的に構造を作製することが可能である。このとき光硬化性材料としては、光硬化性樹脂や、光硬化性の有機・無機ハイブリッド材料などがあり、この光硬化性材料がそのまま光学素子として機能できる。なお、この加工装置の構成は１つの例であって、この限りではない。
【００７６】
レーザアブレーション法としては、レーザ光を干渉させ、その干渉パターンによって微細構造格子を形成する方法や、レーザ光を直接照射して微細構造格子を形成する方法がある。以下、後者について図９を用いて説明する。
【００７７】
レーザ装置から出射されたレーザ光は、フォトマスクによってレーザ光の一部が透過され、そのレーザ光パターンはミラーを介して集光レンズによって縮小投影され、光学素子材料に照射される。また、光学素子材料はＸＹＺステージ上に設置され、３次元的に移動可能である。もちろん、ミラーの代わりにガルバノミラー等を設けて、レーザ光を走査してもよい。また、フォトマスクには複数のパターン（図９では２種類）が用意され、加工したいパターンや加工対象である光学素子材料などに応じて選択することができる。これらＸＹＺステージの移動やパターンの選択はＰＣ（パソコン）によって制御されている。なお、この加工素子の構成は１つの例であることは言うまでもない。
【００７８】
また、上記いずれの方法においても、レーザ光のパルス幅が１０ピコ秒以下である極短パルスレーザを使用することができる。極短パルスレーザの利用により、熱伝播による溶融、ダメージ層の低減、多光子吸収断面積の増加が可能であるといった利点があり、近年用いられるようになってきている。また多光子吸収断面積を増加させることが可能であることから光硬化法において、より効果的、低エネルギーで行うことが可能となる。
【００７９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置９００では、光源ユニットＬＵによってマルチビーム光源ユニットが実現されている。そして、シングルビーム光源ＬＤ１によって第１の光源が実現され、シングルビーム光源ＬＤ２によって第２の光源が実現され、レンズ１によって第１の整形光学系が実現され、レンズ４によって第２の整形光学系が実現され、偏光光学素子２によって偏光回折素子が実現されている。また、シリンドリカルレンズ１４によって導光光学系が実現され、光偏向器１５によって偏向手段が実現され、走査結像レンズ１７によって集光光学系が実現されている。
【００８０】
また、レンズ１によって本発明に係る光学素子が実現されている。
【００８１】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００では、帯電チャージャ９０２と現像ローラ９０３とトナーカートリッジ９０４と転写チャージャ９１１とによって転写装置が構成されている。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態に係るレンズ１によると、コリメートレンズの１つの曲面状の光学面上に、入射光に対して構造複屈折を発現し、入射光の偏光方向を９０°変化させる格子が設けられている。これにより、レンズ１は、入射光を整形するとともに、ＴＭ偏光の光をＴＥ偏光とすることができる。すなわち、コリメートレンズに、入射光の偏光状態を変化させる機能を付加することが可能となる。
【００８３】
なお、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、入射光の波長程度からその数倍以下の周期構造、いわゆる共鳴領域の周期構造（共鳴構造）をなしている格子においても発現することが知られている。そこで、格子Ｋは、共鳴構造格子であっても良い。
【００８４】
また、本実施形態に係る光源ユニットＬＵによると、シングルビーム光源ＬＤ１と偏光光学素子２との間の光路上にレンズ１を配置しているため、シングルビーム光源ＬＤ１から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ１で整形されるとともに、ＴＥ偏光とされて、偏光光学素子２に入射する。一方、シングルビーム光源ＬＤ２から出射されたＴＭ偏光の光ビームは、レンズ４で整形されて、偏光光学素子２に入射する。偏光光学素子２に入射した各光ビームは、互いに同一方向に出射される。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、複数の光ビームを安定して出射することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源ユニットＬＵを用いているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、精度良く、複数の光を用いて被走査面上を走査することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１００によると、光走査装置９００を備えているため、結果として、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態において、一例として図１０に示されるように、前記偏光光学素子２に代えて、偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いても良い。この場合には、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは９０°となる。
【００８８】
また、上記実施形態において、一例として図１１に示されるように、前記偏光光学素子２に代えて、偏光ビーム合成プリズムＰＢＰを用いても良い。この場合には、偏光ビーム合成プリズムＰＢＰに入射する光ＬＢ１に対する光ＬＢ２の入射角度θは０°となる。
【００８９】
ところで、アスペクト比（ｄ／Λ）の大きなサブ波長格子を作製するには非常に高度な技術を要する。そこで、所望の光学的位相差（ここでは、π）のサブ波長格子を作製するのが難しい場合には、一例として図１２に示されるように、２つの光学面のそれぞれに厚さを半分にしたサブ波長格子を設けても良い。また、サブ波長格子の素材として屈折率を高いものを用いることにより、アスペクト比を小さく抑えることができる。また、所望の光学的位相差を得るために、アスペクト比の小さなサブ波長格子を複数組み合わせたり、サブ波長格子を加工しやすい光学面に形成することも可能である。
【００９０】
上記実施形態では、前記格子Ｋの素材がベースと同じ場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、格子Ｋの素材として、酸化チタン（ＴｉＯ２）のように屈折率が２を超えるような酸化物を用いると、ｎ（TE）−ｎ（TM）を大きくとることができ、厚さｄを小さくすることが可能である。例えば、波長λを７８０ｎｍ、屈折率ｎを２．２３、フィリングファクタｆを０．５としたとき、上記（１）式からｎ（TE）＝１．７２８、上記（２）式からｎ（TM）＝１．２９０となり、上記（４）式から、光学的位相差をπとするための厚さｄは８９０ｎｍとなり、上記実施形態の約１／５となる。
【００９１】
また、高い屈折率の材料と低い屈折率の材料とを組み合わせてサブ波長格子を形成しても良い。具体的には、（１）曲面状の光学面上に、高い屈折率の膜と低い屈折率の膜とを積層して多層膜を形成し（図１３（Ａ））、（２）その上にレジストを塗布する（図１３（Ｂ））。（３）レーザ光あるいは電子ビームを照射してレジストを感光させる（図１３（Ｃ））。このときレーザ光あるいは電子ビームの集光位置を制御して走査することにより、曲面状のレジストに微細構造格子のパターンを形成することができる。（４）レジストを現像し、多層膜上に微細構造格子を形成できる（図１３（Ｄ））。（５）ドライエッチング等により多層膜の一部を除去する。（６）残ったレジストを除去する（図１３（Ｅ））。ここでは、多層膜の各層は曲面状の光学面に沿った構造となっている。
【００９２】
また、上記実施形態において、前記レンズ１に代えて、２つのレンズを用いてレンズ１と同等の作用を実現しても良い。この場合に、一例として図１４に示されるように、各レンズの一方の光学面にそれぞれ前記格子Ｋの１／２の厚さのサブ波長格子を設けても良いし、どちらか一方のレンズの両面に前記格子Ｋの１／２の厚さのサブ波長格子を設けても良い。
【００９３】
ところで、前記偏光光学素子２によって合成された２つの光ビームは、その偏光方向が９０°異なっているため、光源ユニットＬＵから放出された光ビームを用いる光学系では、偏光方向による透過率及び反射率の違いから、その光学系を透過した後の２つの光ビームの光量が異なってしまう場合がある。光源ユニットＬＵの用途によってはこれでも良い場合もあるが、２つの光ビーム間で偏光状態を等しくしたいという用途もある。この場合には、一例として図１５に示されるように、前記偏光光学素子２の後方にλ／４板６を挿入すると良い。これにより、直線偏光を円偏光に変化させることができ、偏光状態を等しくすることが可能である。
【００９４】
この場合に、上記λ／４板６を挿入するのに代えて、図１６に示されるように、前記シリンドリカルレンズ１４の少なくとも１つの光学面に、光源ユニットＬＵからの各光ビームに対して構造複屈折を発現し、直線偏光を円偏光に変化させる格子Ｋａを設けても良い。この格子Ｋａは、前記格子Ｋの厚さを１／２にしたものである。そして、この格子Ｋａが設けられたシリンドリカルレンズ１４は、本発明に係る光学素子である。
【００９５】
また、上記実施形態において、前記格子Ｋの周期、厚さ、フィルファクタのうちの少なくとも１つを、前記ベースの曲面状の光学面での位置によって変化させても良い。前記曲面が球面であれば、曲面の傾斜は常に一定であるが、非球面（球面でない、自由曲面も含む）であれば、曲面の傾斜は曲面上の位置によって異なり、構造複屈折特性が不均一となるおそれがある。そこで、前記曲面が非球面のときに、周期、厚さ、フィルファクタのうちの少なくとも１つを変化させることにより、構造複屈折特性を均一化することができる。また、これにより、設計の自由度が高くなる。図１７（Ａ）には、中心から周辺に行くに従って周期が大きくなる例が示され、図１７（Ｂ）には、周辺に行くに従って厚さが大きくなる例（ここでは頂点の高さが揃っている例）が示され、図１７（Ｃ）には、周辺に行くに従ってフィルファクタが大きくなる例が示されている。もちろん、これらを組み合わせても良い。
【００９６】
図１７（Ａ）の格子は、前述した微細構造格子を形成する方法において、レーザ光あるいは電子ビームの照射位置を変調することにより実現可能である。図１７（Ｃ）の格子は、前述した微細構造格子を形成する方法において、レーザ光あるいは電子ビームの照射強度を変調することにより実現可能である。
【００９７】
図１７（Ｂ）の格子を形成する方法の一例を説明する。（１）格子がその上に形成される基板の光学面を光硬化性樹脂に浸液する（図１８（Ａ））。（２）紫外線レーザを集光して照射し、光学面から液底面部まで光硬化性樹脂を硬化させる（図１８（Ｂ））。レーザ光を走査しながら光硬化を順次行うことで、基板上に高さのそろった光硬化樹脂の格子を形成することが可能である。このとき高さは液面の高さで調整することが可能である。（３）その後、未硬化の樹脂を取り除く（図１８（Ｃ））。
【００９８】
また、前記格子Ｋの凹凸を、複数段のステップ状としても良い。一例として図１９に２段の場合が示されている。この図１９に示される微細構造格子を複製によって作製する方法の一例を説明する。（１）基板上にレジストを塗布し（図２０（Ａ））、（２）電子ビーム露光やレーザ露光等でレジストの格子パターンを作成し（図２０（Ｂ））、（３）表面に金属等の導電膜を付加する（図２０（Ｃ））。（４）電鋳により、格子パターンをNi等の金属で被覆し、（図２０（Ｄ））、（５）その金属を分離して反転型とする（図２０（Ｅ））。（６）この反転型を金型として、射出成形法等の複製法を用いて、透明樹脂材料等にその形状を転写する（図２０（Ｆ））。これにより、複数段のステップ状の凹凸を有する微細構造格子を持った光学素子を作製することができる（図２０（Ｇ））。この場合には、上記（１）の基板は、使用波長に対して透明な光学材料である必要はない。
【００９９】
また、上記実施形態において、光源ユニットＬＵから出射される光ビーム数を増やしても良い。例えば図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）に示されるように、前記シングルビーム光源ＬＤ１に代えて、２つのシングルビーム光源（ＬＤ１ａ、ＬＤ１ｂ）を用い、前記シングルビーム光源ＬＤ２に代えて、２つのシングルビーム光源（ＬＤ２ａ、ＬＤ２ｂ）を用いても良い。この場合には、前記レンズ１に代えて、前記レンズ１と同等の２つのレンズ（１ａ、１ｂ）が用いられ、前記レンズ４に代えて、前記レンズ４と同等の２つのレンズ（４ａ、４ｂ）が用いられる。
【０１００】
また、例えば図２２に示されるように、前記シングルビーム光源ＬＤ１に代えて、マルチビーム光源ＬＡ１を用い、前記シングルビーム光源ＬＤ２に代えて、マルチビーム光源ＬＡ２を用いても良い。図２２では、各マルチビーム光源は２つの発光点を持っている。
【０１０１】
さらに、高価ではあるが、４つの発光点を持つマルチビーム光源や、さらに多くの発光点を持つマルチビーム光源を用いることも可能である。また、２つの発光点を持つマルチビーム光源４つ用いて８本の光ビームを構成したり、４つの発光点を持つマルチビーム光源を４つ用いて１６本の光ビームを構成することも可能である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、前記シングルビーム光源ＬＤ１から出射された光の偏光方向をＴＥ偏光に変換する場合について説明したが、これに限らず、前記シングルビーム光源ＬＤ４から出射された光の偏光方向をＴＥ偏光に変換しても良い。この場合には、前記レンズ１と前記レンズ４の配置位置が入れ替わることとなる。そして、偏光光学素子２は、ＴＥ偏光の光を回折するように設定される。
【０１０３】
また、上記実施形態では、画像形成装置がレーザプリンタ１００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、高品質の画像を高速に形成することが可能となる。
【０１０４】
また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、安価で高速に画像を形成することが可能となる。
【０１０５】
また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、画像情報毎に感光ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置を示す概略図である。
【図３】図２における光源ユニットを説明するための図である。
【図４】図３におけるレンズ１を説明するための図である。
【図５】不要な光ビームを説明するための図である。
【図６】処理回路を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ微細構造格子の作製方法１を説明するための図である。
【図８】微細構造格子の作製方法２を説明するための図である。
【図９】微細構造格子の作製方法３を説明するための図である。
【図１０】図３の光源ユニットの変形例１を説明するための図である。
【図１１】図３の光源ユニットの変形例２を説明するための図である。
【図１２】レンズ１の変形例を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｅ）は、それぞれ微細構造格子の作製方法４を説明するための図である。
【図１４】図３の光源ユニットの変形例３を説明するための図である。
【図１５】図３の光源ユニットの変形例４を説明するための図である。
【図１６】図２におけるシリンドリカルレンズの変形例を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、それぞれ微細構造格子の変形例を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、それぞれ図１７（Ｂ）の微細構造格子の作製方法を説明するための図である。
【図１９】微細構造格子の変形例を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）〜図２０（Ｇ）は、それぞれ図１９の微細構造格子の作製方法を説明するための図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、それぞれ図３の光源ユニットの変形例５を説明するための図である。
【図２２】図３の光源ユニットの変形例６を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…レンズ（第１の整形光学系、光学素子）、２…偏光光学素子（偏光回折素子）、４…レンズ（第２の整形光学系）、１４…シリンドリカルレンズ（導光光学系、光学素子）、１５…光偏向器（偏向手段）、１７…走査結像レンズ（集光光学系）、１００…レーザプリンタ（画像形成装置）、９００…光走査装置、９０１…感光体ドラム（走査対象物）、９０２…帯電チャージャ（転写装置の一部）、９０３…現像ローラ（転写装置の一部）、９０４…トナーカートリッジ（転写装置の一部）、９０９…定着ローラ（転写装置の一部）、９１１…転写チャージャ（転写装置の一部）、９１３…記録紙（転写対象物）、ＬＤ１…シングルビーム光源（第１の光源）、ＬＤ２…シングルビーム光源（第２の光源）、ＬＵ…光源ユニット（マルチビーム光源ユニット）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対して構造複屈折を発現し、前記入射光の偏光状態を変化させる格子が、少なくとも１つの曲面状の光学面上に設けられている光学素子。
【請求項２】
前記格子は、サブ波長構造又は共鳴構造を有する格子であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記格子は、０次格子であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記格子の少なくとも一部は、前記格子の周期、厚さ、及びフィルファクタのうちの少なくとも１つが、前記光学面上における位置によって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学素子。
【請求項５】
前記格子は、レーザ光の多光子吸収工程を含む光硬化法により作製された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学素子。
【請求項６】
前記格子は、レーザ光を用いたレーザアブレーション法により作製された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学素子。
【請求項７】
前記レーザ光は、パルス幅が１０ピコ秒以下である極短パルスレーザ光であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記格子は、直線偏光の偏光方向を変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記格子は、直線偏光を円偏光に、又は円偏光を直線偏光に変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
偏光方向が互いに同一の光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；
前記第１の光源から出射された光ビームの光路上に配置され、その少なくとも１つの曲面状の光学面上に、前記第１の光源から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現し、該光ビームの偏光方向を変化させる格子が設けられた少なくとも１つの光学素子を含み、前記第１の光源から出射された光ビームを整形するとともに、前記第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる第１の整形光学系と；
前記第２の光源から出射された光ビームを整形する第２の整形光学系と；
前記第１及び第２の整形光学系を介した各光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光学素子は、請求項８に記載の光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項１２】
前記格子は複数の光学面上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項１３】
光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、
少なくとも１つの請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマルチビーム光源ユニットと；
前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを偏向する偏向手段と；
前記マルチビーム光源ユニットと前記偏向手段との間に配置され、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを前記偏向手段に導く導光光学系と；
前記偏向手段にて偏向された複数の光ビームを前記被走査面上に集光する集光光学系と；を備える光走査装置。
【請求項１４】
前記導光光学系の少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの光学面に、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームに対して構造複屈折を発現し、該複数の光ビームの偏光状態を直線偏光から円偏光に変化させる格子が、設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記導光光学系の少なくとも１つの光学素子は、請求項９に記載の光学素子であることを特徴とする請求項１４に記載の光走査装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの走査対象物と；
前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の光走査装置と；
前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置。
【請求項１７】
前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
【請求項１】
入射光に対して構造複屈折を発現し、前記入射光の偏光状態を変化させる格子が、少なくとも１つの曲面状の光学面上に設けられている光学素子。
【請求項２】
前記格子は、サブ波長構造又は共鳴構造を有する格子であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記格子は、０次格子であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記格子の少なくとも一部は、前記格子の周期、厚さ、及びフィルファクタのうちの少なくとも１つが、前記光学面上における位置によって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学素子。
【請求項５】
前記格子は、レーザ光の多光子吸収工程を含む光硬化法により作製された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学素子。
【請求項６】
前記格子は、レーザ光を用いたレーザアブレーション法により作製された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学素子。
【請求項７】
前記レーザ光は、パルス幅が１０ピコ秒以下である極短パルスレーザ光であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記格子は、直線偏光の偏光方向を変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記格子は、直線偏光を円偏光に、又は円偏光を直線偏光に変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
偏光方向が互いに同一の光ビームを出射する第１の光源及び第２の光源、を含む複数の光源と；
前記第１の光源から出射された光ビームの光路上に配置され、その少なくとも１つの曲面状の光学面上に、前記第１の光源から出射された光ビームに対して構造複屈折を発現し、該光ビームの偏光方向を変化させる格子が設けられた少なくとも１つの光学素子を含み、前記第１の光源から出射された光ビームを整形するとともに、前記第１の光源から出射された光ビームの偏光方向を９０°変化させる第１の整形光学系と；
前記第２の光源から出射された光ビームを整形する第２の整形光学系と；
前記第１及び第２の整形光学系を介した各光ビームの少なくとも一部を互いに同一方向に出射する偏光回折素子と；を備えるマルチビーム光源ユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光学素子は、請求項８に記載の光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項１２】
前記格子は複数の光学面上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のマルチビーム光源ユニット。
【請求項１３】
光ビームによって被走査面上を走査する光走査装置であって、
少なくとも１つの請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマルチビーム光源ユニットと；
前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを偏向する偏向手段と；
前記マルチビーム光源ユニットと前記偏向手段との間に配置され、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームを前記偏向手段に導く導光光学系と；
前記偏向手段にて偏向された複数の光ビームを前記被走査面上に集光する集光光学系と；を備える光走査装置。
【請求項１４】
前記導光光学系の少なくとも１つの光学素子の少なくとも１つの光学面に、前記マルチビーム光源ユニットから出射された複数の光ビームに対して構造複屈折を発現し、該複数の光ビームの偏光状態を直線偏光から円偏光に変化させる格子が、設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記導光光学系の少なくとも１つの光学素子は、請求項９に記載の光学素子であることを特徴とする請求項１４に記載の光走査装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの走査対象物と；
前記少なくとも１つの走査対象物に対して画像情報が含まれる複数の光ビームを走査する少なくとも１つの請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の光走査装置と；
前記少なくとも１つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と；を備える画像形成装置。
【請求項１７】
前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図７】
【図１３】
【図１８】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図７】
【図１３】
【図１８】
【図２０】
【公開番号】特開２００７−２１２４８５（Ｐ２００７−２１２４８５Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０９６（Ｐ２００６−２９０９６）
【出願日】平成１８年２月７日（２００６．２．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月７日（２００６．２．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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