JP2008122811A - 回折光学素子、光走査装置及び画像形成装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】光走査装置において、光源と光偏向器との間に用いられる回折面を有する回折光学素子であって、回折面が有効な回折機能を有しながら製造の容易なものを実現する。
【解決手段】光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置において、光源と光偏向器との間に用いられる光透過性の回折光学素子であって、少なくとも片面に溝による回折面Ｆが形成され、回折面Ｆを構成する溝の深さ：Ｈが、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、λ／｛ｎ（λ）−１｝の２以上の整数倍に実質的に等しく設定され、入射光束の通過領域において、溝の数が６以上である。
【選択図】図１

Description

この発明は回折光学素子、光走査装置及び画像形成装置に関する。

光走査装置は従来から、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られているが、近時、低価格化とともに環境変動の影響を受け難く、高精細な画像を形成できるものが求められている。
光走査装置の低価格化に有効な手立てとして、光走査装置に用いられる各種のレンズを樹脂材料で形成することが広く行われている。樹脂製レンズは軽量で低コストで形成できるとともに、非球面に代表される特殊な面形状の形成が容易であるため、樹脂製レンズに特殊面を採用することにより、光学的な特性を向上させるとともに、光学系を構成するレンズ枚数を低減させることもできる。

しかし反面、良く知られたように、樹脂製レンズは、環境変化、特に温度変化に伴って、形状が変化したり、屈折率が変化したりするので、光学特性とくにパワーが設計値から変化し、被走査面上の光スポットの径である「ビームスポット径」が環境変動により変動する問題がある。

温度変化に伴う樹脂製レンズのパワー変動は、正レンズと負レンズとで互いに逆に発生するので、光走査装置の光学系内に、正と負の樹脂製レンズを含め、これら正・負樹脂製レンズにおいて発生する「環境変化に起因する光学特性変化」を互いに相殺させる方法は良く知られている。

また、光走査装置の光源として一般的な半導体レーザは、温度が上昇すると発光波長が長波長側へずれるという性質（「温度変化による波長変化」）がある。光源における波長変化は、光走査装置に用いられる光学系の色収差による特性変化を惹起し、この特性変化もビームスポット径変動の原因となる。

温度変化に伴う光学素子の光学特性変化と、光源における波長変化とを考慮し、回折面を採用して光学特性を安定させた光走査装置として、特許文献１記載のものが知られている。

回折面の採用は光走査装置における光学特性の安定化に有効であるが、回折面の形成には一般に微細加工の技術が必要でその精度も極めて高いものが要求される。例えば、球面レンズと等価なパワーを持つ回折面は、同心円状の溝により形成され得るが、溝の間隔は同心円の半径の増大と共に急速に小さくなり、高精度の溝形状を実現するのは必ずしも容易でなく、低価格での回折面形成に対する障壁となっている。

特開２００２−２８７０６２

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、光走査装置において、光源と光偏向器との間に用いられる「回折面を有する回折光学素子」であって、回折面が有効な回折機能を有しながら製造の容易なものを実現すること、かかる回折光学素子を用いて環境変動に対して安定した光走査特性を有する光走査装置、さらには、かかる光走査装置を用いる画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の回折光学素子は「光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置において、光源と光偏向器との間に用いられる光透過性の回折光学素子」であって、以下の点を特徴とする。

即ち、少なくとも片面に「溝による回折面」が形成されている。
回折面を構成する溝の深さ：Ｈは、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、
λ／｛ｎ（λ）−１｝
の「２以上の整数倍」に実質的に等しく設定されている。
そして、入射光束の通過領域において「溝の数が６以上」である。
「回折面」は、回折によるレンズパワーを持つ回折面である。

請求項１記載の回折光学素子における「溝による回折面の断面形状」は、連続関数：ｆ(ｙ)で決定される元形状を「深さ：Ｈで折り返した形状」にできる（請求項２）。
あるいは「溝による回折面の断面形状」を階段状とし、ステップ高さ：ｈを、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、
λ／｛ｎ（λ）−１｝
の２以上の整数倍に実質的に等しく設定するとともに、入射光束の通過領域における全ステップ数を６以上とし、「回折面のパワーを実質的に０」としたものとすることができる（請求項３）。

このように、請求項１における「溝による回折面」は、その形態の１つとして「断面形状が階段状」である場合を含んでいる。この場合「階段状における足場に相当する部分」は、光軸に直交する平面状であり、ステップ高さ：ｈは、隣接する足場に相当する部分の光軸方向の間隔であるが、このステップ高さが「溝による回折面」における溝の深さ：Ｈに相当する。

また「入射光束の通過領域における全ステップ数」というのは、上記光軸を含み、入射光束の通過する領域に存在する全てのステップの数である。例えば、回折面の階段状の断面形状が、光軸を対称軸として対称的であるとすれば、光軸の片側にｎステップがあるとすれば、全ステップ数は２ｎであって、これが６以上である。

「階段状の断面形状を持つ回折面」は、必然的に凸または凹の面となり、ステップ高さは波長オーダと小さいので、この面は凹もしくは凸の屈折面として機能する。
「回折面のパワーが実質的に０」であるとは、このような回折面の階段状断面により形成される屈折面としてのパワーと、回折面自体のレンズパワーとが互いに相殺することを意味し、このような場合には回折面の断面形状は必然的に階段状になる。

溝数あるいは全ステップ数を６以上とするのは、回折面を通過する光束に対して、有効な回折効果を実現するためである。

請求項１〜３の任意の１に記載の回折光学素子は「回折面が片面に形成され、他方の面は平面もしくはレンズ曲面である」構成とすることができる（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の回折光学素子は「樹脂材料により形成されている」ことができる（請求項５）。勿論、これに限らず、回折光学素子はガラスや石英等の材料で構成してもよい。

この発明の光走査装置は「光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置」であって、光源と光偏向器との間に、請求項１〜５の任意の１に記載の回折光学素子を有することを特徴とする（請求項６）。

請求項６記載の光走査装置は「光源を半導体レーザとし、樹脂製の光学素子を含み、回折光学素子の回折面が、光源における波長変化、光源から被走査面までの全ての光学素子の、温度変化に起因する形状変化、屈折率変化等に基づく主走査方向および／または副走査方向のビームウェスト位置の変動を略０とするように設定されている」ことが好ましい（請求項７）。

この発明の回折光学素子は、請求項１に記載のように「光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置において、光源と光偏向器との間に用いられる光透過性の回折光学素子」であるので、光走査装置に用いられる場合、その前提として、光源は「コヒーレント長が長い光束を放射するもの」であることが必要であるが、半導体レーザから放射される光束は「数十ｍｍ〜数ｍのコヒーレント長」を有するので、このような光源として好適である。勿論、これに限らず、ガスレーザ等を光源とすることもあり得る。

光源として「コヒーレント長の長い光束」を放射するものを用いるのは、回折光学素子の回折面において「不要な回折次数の回折光」が発生するのを避けるためである。

この発明の画像形成装置は、「感光性の像担持体（以下「感光体」という。）に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置」であって、像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項６または７記載の光走査装置を１以上有することを特徴とする（請求項８）。

若干補足すると、後述するように、回折面の溝の深さ：Ｈを「λ／{ｎ(λ)−１}の２以上の整数倍」に実質的に等しく設定することにより、隣接する溝の間隔が大きくなり、回折面の加工が容易となって回折光学素子の製造が容易となる。もとより「階段状の断面構造を持つ回折面は形成が容易」であり、かかる回折面を有する回折光学素子も製造が容易である。

また、この発明の回折光学素子は溝数あるいはステップ数が、入射光束の通過する範囲において６以上であり「コヒーレント長の長い光束」に対して用いられるので、良好な回折機能を実現できる。

以上に説明したように、この発明によれば新規な回折光学素子を実現できる。この回折光学素子は製造が容易であり、且つ良好な回折効果を実現できる。従って、かかる回折光学素子を光走査装置や画像形成装置に用いることにより、良好な光走査や画像形成を実現できる。

以下、発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号Ｆ、Ｆ０は「溝による回折面」を示している。これらの回折面の断面形状は、元形状である連続関数：ｆ(ｘ)を「所定の溝深さで折り返した形状」である。図１において、上記「所定の溝深さ」を（ｂ）において「Ｈ０」、（ａ）において「Ｈ」とする。回折光学素子としては、透明平行平板の片面に上記回折面Ｆ、Ｆ０が形成されているものを想定している。

「所定の溝深さ」は、元形状：ｆ(ｘ)を折り返したときの高さであるが、このようにして得られる回折面に入射する光束の波長をλ、回折面を形成された媒質の屈折率をｎとするとき、上記Ｈ、Ｈ０は「λ／｛ｎ(λ)−１｝」の整数倍である。
図１（ｂ）の例においては溝深さ：Ｈ０は「λ／{ｎ(λ)−１}」に実質的に等しく設定されている。このとき、この回折面Ｆ０を形成された回折光学素子に平行光束が入射すると、原理的には「回折面Ｆ０による１次回折光」が１００％の透過率で射出し、ある焦点距離で結像する。

しかしながら、図１（ｂ）から明らかなように、回折面Ｆ０は、その断面形状において隣接する溝の間隔：Ｄ０が、周辺部（図の左右方向の端部側）へ向かうにつれて急速に減少する。回折光学素子の光線有効範囲（図１に「光束幅」として示す。）が大きくなるほど、その間隔：Ｄ０は回折面周辺部で極めて狭くなり、回折面Ｆ０の形状加工を精度良く行うことが困難になる。

図１（ａ）に示す回折面形状はこの発明の場合であり、回折面Ｆを構成する溝の深さ：Ｈが、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し「λ／{ｎ(λ)−１}」の２倍に実質的に等しく設定されている。また、入射光束の通過領域（「光束幅」として示す。）において、溝の数が６以上である。

このように、回折面Ｆでは溝深さ：Ｈは「λ／{ｎ(λ)−１}」の２倍であるので、原理的には「回折面Ｆによる２次回折光」が１００％の透過率で射出し、ある焦点距離で結像する。一般に、回折光学素子に形成された回折面の溝深さを「λ／{ｎ(λ)−１}」のＮ（≧２）倍にした場合には原理的に「Ｎ次回折光」が１００％の透過率で射出し、ある焦点距離で結像する。

このとき、図１の（ｂ）と（ａ）を比較すれば明らかなように、溝深さ：Ｈを、「λ／{ｎ(λ)−１}」の２倍（一般にはＮ（≧２）倍）に設定することにより、隣接する溝の間隔：Ｄが大きくなり、回折光学素子の周辺部においても大きな間隔：Ｄが得られるので、回折面の形成が容易になる。光学特性の観点からしても、回折次数が１次回折光から２次回折光（一般にはＮ次回折光）に変わるだけで、原理的には「不要な回折次数の回折光」が発生するわけでもない。

実際には、溝深さ：Ｈを「λ／{ｎ(λ)−１}」で算出される値（図１（ｂ）のＨ０）よりも大きくすると、所望次数の回折光は１００％の透過率では射出せず、不要な回折次数の回折光が発生する。不要な回折次数の回折光の発生は「回折光学素子にどのような性質の光束が入射しているか」に大きく左右される。請求項１に記載されているように、この発明の回折光学素子は「コヒーレント長の長い光束」に対して用いられるものであり、このようにコヒーレント長の長い光束を入射させた場合には「不要な回折次数の回折光」の発生は実質的に無視できるレベルである。

このように、この発明の回折光学素子においては、回折面形状を規定する元形状を折り返す溝深さ：Ｈを「λ／{ｎ(λ)−１}」のＮ（≧２の整数）倍に実質的に等しく設定しているので、有効領域内の溝間隔を周辺部でも広く確保でき、回折面形状の形成が容易になる。「溝間隔の大ききを確保する」観点からすると、溝深さは深いほうがよく「Ｎの値は大きいほうが良い」ことになるが、Ｎを大きくすると「回折光学素子を通過する光束中に存在する溝数」が減るため、回折面としての効果が減少し、回折効率の低下を生じ、所望の回折光の光量低下と、不要な回折次光の発生という好ましくない現象を招来する。

一般に、カップリングレンズやシリンドリカルレンズのような小さな光学素子を樹脂化すると、それだけで透過率は９０％程度になってしまう（ガラスのように反射防止コートをしないため）。一方で、光走査装置により光走査される被検面の実体をなす感光体を露光するためには、光源と感光体との間にある光学素子の１つあたり８０％以上の透過率があるのが好ましい。

これを回折光学素子について見ると、回折光学素子で所望次数の回折光に対する回折効率として必要とされる最小限の値は、
０．８／０．９＝８９％
程度である。

ここで、図２のような「バイナリ型の回折面形状」を考えた場合、回折効率は
「｛ｓｉｎ（π／Ｎ）／（π／Ｎ）｝^２」
で表され、Ｎ＝６のときに回折効率は８９％を超える。従って、回折効率：８９％以上をバイナリ型の回折面形状で実現するには「回折面の断面の段差」として６段以上の段差が必要になる。この原理を、図１のような「元形状：ｆ(ｘ)を所定の溝深さ：Ｈで折り返した」回折面形状に適用すると、回折光学素子を通過する光束の領域（図１に「光束幅」と記載されている。）中に６以上の溝がないと、８９％以上の透過率を持って光束は射出されないということになる。

従って、光束が回折光学素子を通過する領域において、回折面をなす溝の数は６以上になるように、倍数：Ｎの上限値が制限されるのである。

ところで、元形状：ｆ(ｘ)を折り返す溝深さ：Ｈを「λ／{ｎ(λ)−１}」のＮ（≧２の整数）倍に設定する場合、たとえば、２つの波長：λ１、λ２について、溝深さ：Ｈが、波長：λ１の光に対しては「λ１／{ｎ(λ１)−１}」のＮ１（≧２の整数）倍、波長：λ２の光に対しては「λ２／{ｎ(λ２)−１}」のＮ２（≧２の整数）倍（Ｎ１≠Ｎ２）となるようにすることができる。

このように溝深さ：Ｈを設定した回折面を持つ回折光学素子は、回折面が「波長：λ１の光に対してはＮ１次の回折光」を発生させ、「波長：λ２の光に対してはＮ２次の回折光」を発生させる。即ち、同一の回折光学素子を「異なる波長：λ１、λ２の光に対して異なる次数の回折光を発生させる光学素子」として使用することができる。

例えば、７８０ｎｍの発光波長の半導体レーザを用いた光走査装置に「５次回折光を抽出できるように設計された回折面形状（Ｎ＝５）を光学面として採用した回折光学素子」をカップリングレンズとして用いる場合、この回折光学素子を６５０ｎｍの発光波長の半導体レーザを用いた光走査装置のカップリングレンズとして用いると「６次回折光を抽出できる回折光学素子（Ｎ＝６）」として機能させることができ、しかも、各々の回折効率は略１００％となる。

一般的には、７８０ｎｍの波長に最適に設計された回折光学素子を別の波長の回折光学素子として使用すると回折効率が著しく低下し、そのような使い方はできないが、上記の如き特定の条件を満足するようにすると、複数の波長に対応した光学素子を設計することができる。即ち、使用を考えている複数の波長：λｉ（ｉ＝１、２、・・）で、溝深さ：λｉ/{ｎ(λｉ)−１}を求め、その最小公倍数として溝の深さ：Ｈを決定すればよい。

通常、光走査装置に用いられる半導体レーザの波長は、７８０ｎｍ、６５０ｎｍが主流であるため、上記のように回折面形状を設定しておくと、全く形状を変えることなくその２つに適用できる回折光学素子を実現でき、大幅なコストダウンを見込むことができる。

上に説明した回折光学素子は、透明平行平板の片面に溝による回折面を形成するタイプであるが、この発明の回折光学素子は、このようなものに限らず、請求項３に記載されたような回折面を有するものであてもよい。

図３は、このような回折光学素子の実施の１形態を説明するための図である。
図３の回折光学素子３００は、溝による回折面３Ａの断面形状が「階段状」であって、ステップ高さ：ｈが、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、
λ／｛ｎ（λ）−１｝
の２以上の整数倍に実質的に等しく設定され、入射光束の通過領域における全ステップ数が６以上（図３の例で６）であり、回折面のパワーが実質的に０である。

溝による回折面３Ａの断面形状を階段状にするには、回折面３Ａの「回折部」のパワーと「屈折部（階段状の断面形状を滑らかに均した場合の曲面）」のパワーを「絶対値が等しく異符号」とすればよい。このとき得られる回折面は必然的に階段状となる。このような構造を取ると「回折面とバックカットの関係」はどこでも略直角となり、計測が容易になるばかりでなく、加工も非常に容易であるという利点がある。

得られる回折面３Ａはノンパワーであるから、反対側の面３Ｂに対する偏心があっても偏心による影響が極めて少なく、加工精度に対する要求も抑えることが可能となる。また、階段状の回折面は「シェーパ加工のような加工痕を発生させないような形成方法」を採用でき、加工時間の短縮化も可能である。加工時間の短縮化は、加工時における熱の発生の低減など副次的なメリットも派生し、高精度の回折面を得るのに好ましい。

また、回折光学素子３００のレンズとしてのパワーは「入射面と射出面のパワーの合成として与えられる」が、一方の面３Ａがノンパワーでも反対側の面３Ｂのパワーを適切に設定することで、所望のレンズパワーを得ることができる。従って、このような階段状の断面形状を持つ回折面は、いかなるパワーのレンズにも採用することができる。

回折面３Ａの面精度も「局所的に非平面であるところ」がないため、非常に滑らかに仕上げることができる、散乱光の発生やビームスポット径の太りの発生も殆どない。

さらに、この階段状の断面形状を持つ回折面３Ａを、マルチビーム光源を用いた光走査装置に使用した場合には、この回折光学素子による光軸方向の回転による、被走査面上の走査線ピッチの変動が起こりにくいというメリットもある。

なお、図３の回折光学素子３００は、光軸に対して回転対称であり、回折面のステップは同心円状であるが、この形状を同心楕円状とすることによりアナモフィックなレンズを実現することもできる。

実際の回折光学素子における回折面を構成する溝の数あるいはステップ数は、数十〜数百である。

図４は、光走査装置の実施の１形態の光学配置を示している。
半導体レーザ１から放射された発散性の光束は、カップリングレンズ２により所望の形態の光束に変換され、アパーチュア３によりビーム整形されてアナモフィック光学素子４に入射する。アナモフィック光学素子４を透過した光束は、副走査方向に集束しつつ防音ガラスＧ１を透過して光偏向器としてのポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像し、偏向反射面に反射されると、防音ガラスＧ１を透過して走査レンズ６に入射する。

走査レンズ６は、１枚のレンズにより構成され、走査レンズ６を透過した光束は防塵ガラスＧ２を介して被走査面８に入射し、走査レンズ６の作用により被走査面８上に光スポットを形成する。

ポリゴンミラー５が等速回転すると、偏向反射面により反射された光束は等角速度的に偏向する。走査レンズ６は等角速度的に偏向しつつ入射してくる光束による光スポットが、被走査面上において主走査方向（図の上下方向）へ等速的に移動するようにするｆθ特性を有しており、光スポットは、被走査面８を等速的に光走査する。

走査レンズ６はアナモフィックなレンズで、副走査方向においてはポリゴンミラー５の偏向反射面位置と被走査面位置とを幾何光学的な共役関係としており、これによりポリゴンミラーの面倒れを補正している。被走査面８は実体的には「感光体の感光面」である。

ここで、光走査装置の光学系に樹脂製レンズが含まれる場合に、環境変動や波長変化に対して「被走査面に向かって集光される光束」のビームウェスト位置の変動を簡単に説明する。説明の具体性のために、カップリングレンズ２がガラスレンズ、アナモフィック光学素子４、走査レンズ６が樹脂製レンズであるとする。

先ず、温度変動によるビームウェスト位置変動の原因となるのは、温度変動に伴う「樹脂製レンズの屈折率自体の変化」、「樹脂製レンズの形状変化」、「半導体レーザの波長変化による樹脂製レンズの屈折率変化（色収差）」が考えられる。

「樹脂製レンズの屈折率自体」は温度上昇に伴う膨張による低密度化により減少する。

「樹脂製レンズの形状」は、温度上昇に伴う膨張によりレンズ面の曲率が減少する。
「半導体レーザの発光波長」は、一般に温度上昇とともに長波長側へずれる。波長が長波長側へずれると、樹脂製レンズの屈折率は、一般に、減少する側へずれる。
即ち、樹脂製レンズは、正レンズであるか負レンズであるかに拘わらず、温度上昇とともにその「パワーの絶対値」が減少するように変化する。

一方、回折面の「回折部」によるパワーは、回折角が波長に比例するところから、回折面の「回折部」のパワーは、それが正であっても負であっても、パワーの絶対値は「波長が長くなると大きくなる」傾向を持つ。

従って、例えば、光走査装置の光学系における「樹脂製レンズの合成パワー」が正（または負）である場合には、回折面の「回折部」のパワーを正（または負）とすることにより、樹脂製レンズにおける「温度変動に伴うパワー変化」を、回折面の「回折部」における「温度変動に伴うパワー変化」で相殺することが可能になる。回折面は、例えば、カップリングレンズ２のレンズ面に形成することもできるし、アナモフィック光学系４のレンズ面に形成することもできる。

回折面は必ずしも平面に形成されたものではなく、球面やシリンドリカル面に形成されたものを含んでおり、回折面を形成している基板自体の球面形状やシリンドリカル形状もパワーを持つ。この基板自体の球面形状等によるパワーを除く「回折面の回折作用のみによるパワー」を「回折部のパワー」と呼ぶ。

いま少し具体的に説明するために、光学系内に含まれる樹脂製レンズのパワーと、回折面の「回折部」のパワーがともに正である場合に、環境温度が上昇した場合を考える。このとき
樹脂製レンズの屈折率の変化によるビームウェスト位置変動量：Ａ
樹脂製レンズの形状変化によるビームウェスト位置変動量：Ｂ
半導体レーザの発光波長変化に起因する樹脂製レンズの屈折率変化によるビームウェスト位置変動量：Ｃ
半導体レーザの発光波長変化に起因する回折面の「回折部」のパワー変化によるビームウェスト位置変動量：Ｄ
とすると、Ａ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０で、Ｄ＜０（光偏向器から離れる向きの変化を正としている。）である。そして、この温度変化に伴うトータルのビームウェスト位置変動量は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ」である。

Ａ〜Ｃは、樹脂製レンズを含む光学系が定まれば定まるので、ビームウェスト位置変動量が０となる条件：Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ＝０を満たすように回折光学素子の回折面の「回折部のパワー」を設定することにより、温度変化に伴うビームウェスト位置変動を良好に補正できる。

図５は、画像形成装置の実施の１形態を略示している。

この画像形成装置は「タンデム型フルカラー光プリンタ」である。

図５（ａ）は、画像形成装置の光走査装置の光学系部分を、副走査方向、即ち、光偏向器であるポリゴンミラー５の回転軸方向から見た状態を示している。図示の簡単のため、ポリゴンミラー５から光走査位置である被走査面に至る光路上における光路屈曲用のミラーの図示を省略し、光路が直線となるように描いた。

この光走査装置は、４つの被走査面をそれぞれ１本の光束で光走査する。
図５（ｂ）に示すように、４個の被走査面は実体的には光導電性でドラム状の感光体８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋであり、これら４個の感光体に形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成する。以下において、符号中のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋでイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを区別する。

図５（ａ）において、符号１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは「光源」としての半導体レーザを示す。半導体レーザ１Ｙ、１Ｍは、図面に直交する方向である副走査方向に重なりあうように配置されている。半導体レーザ１Ｍは「マゼンタ画像に対応する画像信号」により強度変調され、半導体レーザ１Ｙは「イエロー画像に対応する画像信号」により強度変調される。同様に、半導体レーザ１Ｃ、１Ｋも副走査方向に重なりあうように配置されており、半導体レーザ１Ｃは「シアン画像に対応する画像信号」により強度変調され、半導体レーザ１Ｋは「黒画像に対応する画像信号」により強度変調される。

半導体レーザ１Ｙ、１Ｍの個々から放射された光束は、カップリングレンズ２Ｙ、２Ｍ（副走査方向に重ねて配置され、各半導体レーザからの光束を入射される。）により平行光束化されたのち、アパーチュア３Ｙ、３Ｍ（副走査方向に重なりあうように配置されている。）を通過してビーム整形されたのち、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ４Ｙ、４Ｍ（副走査方向に重なり合うように配置されている。）により、それぞれ副走査方向へ集光されてポリゴンミラー５に入射する。シリンドリカルレンズ４Ｙ、４Ｍによる主走査方向に長い線像はポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に結像する。

ポリゴンミラー５により偏向される光ビームは、それぞれ走査レンズ６Ｙ、６Ｍを透過し、これらレンズの作用により被走査面の実体をなす感光体８Ｙ、８Ｍ上に光スポットを形成し、これらを光走査する。

同様に、半導体レーザ１Ｃ、１Ｋから放射された光束はカップリングレンズ２Ｃ、２Ｋにより平行光束化され、アパーチュア３Ｃ、３Ｋを通過してビーム整形されたのち、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ４Ｃ、４Ｋによりそれぞれ、副走査方向へ集光され、ポリゴンミラー５に入射して偏向され、それぞれ走査レンズ６Ｃ、６Ｋを透過し、これらレンズの作用により被走査面の実体をなす感光体８Ｃ、８Ｋに光スポットを形成し、これらを光走査する。

図５（ｂ）に符号２０で示す部分が光走査装置で、図５（ａ）に即して説明した部分である。図５（ｂ）に示すように、ポリゴンミラー５の上部側で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３により屈曲された光路により感光体８Ｍに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３により屈曲された光路により感光体８Ｃに導光される。

また、ポリゴンミラー５の下部側で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーｍＹにより屈曲された光路により感光体８Ｙに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーｍＫにより屈曲された光路により感光体８Ｋに導光される。

従って、４個の半導体レーザ１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋからの４本の光束により、４個の感光体８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋが光走査される。感光体８Ｙ〜８Ｋは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫにより均一帯電され、それぞれ対応する光束の光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書込まれ対応する静電潜像（ネガ潜像）を形成される。

これら静電潜像はそれぞれ現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫにより反転現像され、感光体８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。

これら各色トナー画像は、図示されない「転写シート」上に転写される。
即ち、転写シートは搬送ベルト１７により搬送され、転写器１５Ｙにより感光体８Ｙ上からイエロートナー画像を転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによりそれぞれ、感光体８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ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。

このようにして転写シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。このカラー画像は定着装置１９により転写シート上に定着されてカラー画像が得られる。

かかる画像形成装置に、上に説明した「回折光学素子を有する光走査装置」を用いることにより、温度変動にかかわらず常に安定したビームスポット径を得ることができ、高精細な印字に適した画像形成装置をコンパクトで且つ安価に実現できる。

図５の画像形成装置における光走査装置２０の部分は、図４の光走査装置を４個、ポリゴンミラー５を共通にして配置したものであるが、これに限らず、図４に示す如き光学配置の光走査装置を４個、感光体ごとに別個に設けても良いことは言うまでもない。

この発明の回折光学素子の回折面を説明するための図である。 この発明の回折光学素子で所望の回折効率を実現するための条件を説明するための図である。 請求項３記載の回折光学素子の実施の１形態を説明するための図である。 光走査装置の実施の１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

Ｆ 回折面
ｆ(ｘ) 元形状
Ｄ 隣接する溝の間隔
Ｈ 溝による回折面を形成するために元形状：ｆ(ｘ)を折り返す溝深さ

Claims (8)

1. 光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走査装置において、上記光源と上記光偏向器との間に用いられる光透過性の回折光学素子であって、
   少なくとも片面に溝による回折面が形成され、
   回折面を構成する溝の深さ：Ｈが、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、
   λ／｛ｎ（λ）−１｝
   の２以上の整数倍に実質的に等しく設定され、
   上記入射光束の通過領域において、上記溝の数が６以上であることを特徴とする回折光学素子。
2. 請求項１記載の回折光学素子において、
   溝による回折面の断面形状が、連続関数：ｆ(ｙ)で決定される元形状を、深さ：Ｈで折り返した形状であることを特徴とする回折光学素子。
3. 請求項１記載の回折光学素子において、
   溝による回折面の断面形状が、階段状であって、ステップ高さ：ｈが、入射光束の波長：λ、回折光学素子材料の上記波長：λに対する屈折率：ｎ（λ）に対し、
   λ／｛ｎ（λ）−１｝
   の２以上の整数倍に実質的に等しく設定され、
   入射光束の通過領域における全ステップ数が６以上であり、回折面のパワーが実質的に０であることを特徴とする回折光学素子。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の回折光学素子において、
   回折面が片面に形成され、他方の面は平面もしくはレンズ曲面であることを特徴とする回折光学素子。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の回折光学素子において、
   樹脂材料により形成されていることを特徴とする回折光学素子。
6. 光源からのコヒーレント長の長い光束を光偏向器により偏向させ、被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走査装置において、
   光源と光偏向器との間に、請求項１〜５の任意の１に記載の回折光学素子を有することを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６記載の光走査装置において、
   光源が半導体レーザであり、樹脂製の光学素子を含み、
   回折光学素子の回折面が、光源における波長変化、上記光源から被走査面までの全ての光学素子の、温度変化に起因する形状変化、屈折率変化等に基づく主走査方向および／または副走査方向のビームウェスト位置の変動を略０とするように設定されていることを特徴とする光走査装置。
8. 感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置において、
   像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項６または７記載の光走査装置を１以上有することを特徴とする画像形成装置。

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