JP2010066314A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供する。
【解決手段】光源１と、複数の偏向反射面を副走査方向に備えた光偏向器７と、光源からの光束を複数の偏向反射面の夫々に入射する複数の光束に分割する第１の回折光学素子１３と、第１の回折光学素子で偏向される方向に対し副走査方向において逆方向に偏向する第２の回折光学素子１４と、光偏向器により偏向される光束を被走査面上に集光する走査光学系とを備えた光走査装置において、第１と第２の回折光学素子１３，１４は、表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有し、第１と第２の回折光学素子１３，１４の格子周期は等しく光源波長以下であり、第１と第２の回折光学素子は平行であり、第１の回折光学素子によって分割される光束は０次回折光と１次回折光であり、第１の回折光学素子に対して光束は斜入射する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に具備される光走査装置、及び、その光走査装置を備えたレーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等で用いられる電子写真方式の画像形成装置においては、近年、カラー化、高速化が進み、像担持体である感光体を複数（通常は４つ）有するタンデム方式対応の画像形成装置が普及してきている。このタンデム方式の画像形成装置では、シート状記録媒体（記録紙、葉書、ＯＨＰシート等の記録材）を搬送する搬送ベルト（または中間転写ベルト）に沿って例えば４つの感光体を並設し、各感光体を帯電手段で帯電した後、書込ユニットで各感光体上に潜像を形成し、各感光体上の潜像を現像手段の色の異なる現像剤（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー）で各々現像して可視像化し、この各色の画像を搬送ベルトで搬送される記録材（または中間転写ベルト）に重ね合わせて転写し、カラー画像を形成する。

また、電子写真方式のカラー画像形成装置としては、感光体を１つのみ有し、色の数だけ感光体を回転して中間転写体に順次重ね合わせて転写し、中間転写体上にカラー画像を形成した後、記録材に一括して転写するという、所謂１ドラム−中間転写方式のものもあるが、この場合には、４色、１ドラムだと、１枚の画像形成毎に感光体を４回転する必要が有り、タンデム方式に比べて生産性が劣る。

このようにタンデム方式の画像形成装置では、１ドラム−中間転写方式に比べて高速化が図れ、カラー画像形成の生産性を向上することができるが、タンデム方式の画像形成装置の場合、光走査装置を用いた書込ユニットで複数の感光体に光書込みを行うために、どうしても光走査装置の光源数が増えてしまい（例えば感光体が４つの場合には、通常４つの光源が必要となる）、それに伴い、部品点数の増加、複数光源間の波長差に起因する色ずれ、コストアップ等の問題が生じてしまう。
また、書込ユニットの故障の原因として半導体レーザの劣化が挙げられている。このため光源数が多くなると、故障の確率が増え、リサイクル性が劣化する。

そこで、これまでにも、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の目的を達成するために、「共通の光源からのビームを分割し、異なる段の反射鏡にビームを入射させ、異なる被走査面を走査する」という方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。
（Ａ）光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供する。
（Ｂ）（Ａ）に伴い、部品点数の低減、低コスト化を実現する。
（Ｃ）（Ａ）に伴い、ユニット全体の故障率を減少させて、リサイクル性を向上させる。

前述の方式においては、共通の光源からのビームを分割するための手段を備えていて、例えば以下の方式で光束を分割している。
（ａ）ハーフミラープリズムを用いる方式。
（ｂ）ハーフミラーとミラーを組み合わせる方式。
（ｃ）複数の開口部を設けることで、出射したビームを空間的に分割する方式。

しかしながら、（ａ）、（ｂ）の両方式とも、分離手段にミラーを用いているため、ミラーの面精度ばらつきの影響、及び、配置誤差の影響により、ビームスポット径の劣化が発生し易い。また、（ａ）のハーフミラープリズムは非常に高価であり、コストアップとなる。
（ｂ）のハーフミラーとミラーを組み合わせる方式は、レイアウトが困難であり、なおかつ、偏向回転面内で開き角を有するため、ビームスポット径等の光学特性が劣化する。
（ｃ）の複数の開口部で光束を分割する方式は、光源からのビームの周辺部を用いるため、光量不足や、ビームスポット径太りを生じる。

そこで本出願人は先に、「共通の光源からのビームを分割し、異なる段の反射鏡にビームを入射させ、異なる被走査面を走査する」という方式を前提とすることで、（Ａ）光源の数を減らしながらも高速な画像出力を可能にする、（Ｂ）部品点数の低減、低コスト化を実現する、（Ｃ）ユニット全体の故障率が減少してリサイクル性が向上する、というメリットを維持しつつ、なおかつ、前述の問題点を解決することができる光走査装置を提案している（特許文献２参照）。

この特許文献２に記載の方式においては、共通の光源からのビームを分割するための手段を備えていて、以下の方式で光束を分割している。
（１）体積位相型回折格子を用い、０次透過光と１次項に分ける。
（２）ブレーズ（鋸歯）状の表面形状、または、ブレーズ（鋸歯）状の表面形状を階段状に近似した形状を持つ回折格子を用い、０次透過光と１次光に分ける。
（３）Ｄｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが連続的に変化する矩形凸凹型の回折格子を用い、０次透過光と１次項に分ける。

特開２００５−９２１２９号公報 特開２００７−２７９６７０号公報

しかしながら、前述の特許文献２に記載の方式においても以下のような問題がある。
（１）の体積位相型回折格子は化学反応を用いて作成するため、大量生産に向かず、コストも高い。
（２）および（３）は格子周期の中に更に微細構造を持っており、金型の加工に高精度の治具と時間がかかり、コストが高くなる他、射出成形ではあまりに微細過ぎて転写できない懸念もある。よって、格子周期が波長以下の物は作ることが不可能である。
また、格子周期が細かいほど１次光の射出角が大きく取れるので、（２）および（３）では大きな射出角は取れず、十分な光束分離間隔を取るには光束分離用回折光学素子と回折光学素子の間を長く取る必要があり、装置が大きくなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大量生産が可能で、低コストでコンパクトな光走査装置を提供すること、また、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供することを目的とし、さらには、その光走査装置を備え、部品点数の低減、低コスト化を実現でき、ユニット全体の故障率を減少させて、リサイクル性を向上させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、光源と、複数の偏向反射面を副走査方向に備えた光偏向器と、前記光源からの光束を前記複数の偏向反射面のそれぞれに入射する複数の光束に分割する第１の回折光学素子と、前記第１の回折光学素子で偏向される方向に対し副走査方向において逆方向に偏向する第２の回折光学素子と、前記光偏向器により偏向される光束を被走査面上に集光する走査光学系とを備え、前記光偏向器に入射する複数の光束がそれぞれ異なる被走査面上を走査する光走査装置において、前記第１と第２の回折光学素子は、表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有し、且つ前記第１と第２の回折光学素子の格子周期は等しく、光源波長以下であり、且つ前記第１と第２の回折光学素子は平行であり、且つ前記第１の回折光学素子によって分割される光束は０次回折光と１次回折光であり、且つ前記第１の回折光学素子に対して光束は斜入射することを特徴とする。

本発明の第２の手段は、第１の手段の光走査装置において、前記第１及び第２の回折光学素子は、熱可塑性樹脂製であることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の光走査装置において、前記第２の回折光学素子の格子の深さは、前記第１の回折光学素子の２倍であることを特徴とする。

本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλ、入射角をθとしたときに、条件式：
２Λ sinθ＝λ
を概略満たすことを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第４の手段の光走査装置において、前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλとしたときに、条件式：
Λ≦０．７０７×λ
を満たすことを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第３乃至第５のいずれか一つの手段の光走査装置において、前記第２の回折光学素子は、前記第１の回折光学素子の張り合わせであることを特徴とする。

本発明の第７の手段は、複数の像担持体に光走査により個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を現像して可視像化し、得られる画像を直接または中間転写体を介して同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行うタンデム式の画像形成装置において、前記複数の像担持体に光走査を行う光走査手段として、第１乃至第６のいずれか一つの手段の光走査装置を備えたことを特徴とする。
さらに本発明の第８の手段は、第７の手段の画像形成装置において、前記像担持体は光電導性の感光体であることを特徴とする。

第１の手段の光走査装置では、前記第１と第２の回折光学素子は表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有するため、大量生産が可能で、低コストな光走査装置が実現でき、且つ、前記第１と第２の回折光学素子の格子周期は等しく、光源波長以下であるため、分離角を大きくできるので、コンパクトな光走査装置を実現でき、且つ、前記第１と第２の回折光学素子は平行なので位置合せが容易である。

第２の手段の光走査装置では、第１の手段の構成及び効果に加え、前記第１及び第２の回折光学素子は熱可塑性樹脂製であるので、大量生産が可能で、低コストな光走査装置が実現できる。
また、第３の手段の光走査装置では、第１または第２の手段の構成及び効果に加え、前記第２の回折光学素子の格子の深さは前記第１の回折光学素子の２倍であるので、第１の回折光学素子を二つ重ねることにより、第２の回折光学素子になり、該第１及び第２の回折光学素子のピッチを完全に合わせ、平行な２光束に分けることができる。

第４の手段の光走査装置では、第１乃至第３のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλ、入射角をθとしたときに、条件式：
２Λ sinθ＝λ
を概略満たすので、損失の少ない光束分離ができ、光源パワーが抑えられ、省エネルギーとなる。
また、第５の手段の光走査装置では、第４の手段の構成及び効果に加え、前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλとしたときに、条件式：
Λ≦０．７０７×λ
を満たすので、光束分離角が９０°以上になり、コンパクトな光走査装置が可能になる。
さらに第６の手段の光走査装置では、第３乃至第５のいずれか一つの手段の構成及び効果に加え、前記第２の回折光学素子は前記第１の回折光学素子の張り合わせであるので、２つの素子のピッチが完全に一致し、金型も１つで済むので、高信頼で低コストな光走査装置が可能になる。

第７、第８の手段の画像形成装置では、複数の像担持体（光電導性の感光体）に光走査を行う光走査手段として、第１乃至第６のいずれか一つの手段の光走査装置を備えたことにより、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を用いて、部品点数の低減、低コスト化を実現でき、ユニット全体の故障率を減少させて、リサイクル性を向上させることができる画像形成装置を実現することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光走査装置、画像形成装置、光束分割用回折光学素子、並びに回折光学素子の実施例について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、光走査装置が被走査面上を光走査する方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。

［光走査装置の構成例］
図１は、本発明が実施される光走査装置の基本的な構成例を示す光学配置図である。図１において、符号１，１’は光源としての半導体レーザ、２は半導体レーザ１，１’を保持するベース、３，３’はカップリングレンズ、４は光束分離手段としてのハーフミラープリズム、５ａ，５ｂはシリンドリカルレンズ、７は２段のポリゴンミラー（回転多面鏡）７ａ，７ｂを有してなる光偏向器、をそれぞれ示している。また、符号６は、光偏向器７の図示しない防音ハウジングの窓に設けられた防音ガラスを示している。

半導体レーザ１，１’は、画像信号に基づき変調駆動され、それぞれ１本の発散光ビームを射出する。半導体レーザ１，１’から出射された各光ビームは、カップリングレンズ３，３’により以降の光学系に適したビーム形態（平行光束あるいは弱い発散性もしくは弱い収束性の光束）にカップリングされる。
カップリングレンズ３，３’を通過した各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチャ１２の開口部を通過してビーム整形されたのちにハーフミラープリズム４に入射し、各光ビームはハーフミラープリズム４の作用により副走査方向に２分割される。

このように、半導体レーザ１からの１本の光ビームがハーフミラープリズム４で分割されて２本の光ビームとなり、同様に、半導体レーザ１’から射出された１本の光ビームがハーフミラープリズム４で分割されて２本の光ビームとなる。
ハーフミラープリズム４を通過した４本の光ビームは、シリンドリカルレンズ５ａ，５ｂに入射し、シリンドリカルレンズ５ａ，５ｂの作用により副走査方向に集光され、光偏向器７の２段のポリゴンミラー（回転多面鏡）７ａ，７ｂの偏向反射面上または偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像する。
なお、ハーフミラープリズム４を通過した光ビームは、防音ガラス６を介して、光偏向器７に入射する。

光偏向器７を構成するポリゴンミラー７ａ，７ｂは、副走査方向に上下２段に重ねて配置されていて、駆動モータ（図示省略）によって一定速度で回転駆動されている。上段のポリゴンミラー７ａには、半導体レーザ１から射出されてハーフミラープリズム４で分割された２本の光ビームが入射する。下段のポリゴンミラー７ｂには、半導体レーザ１’から射出されてハーフミラープリズム４で分割された２本の光ビームが入射する。

ここで、上段のポリゴンミラー７ａと下段のポリゴンミラー７ｂは、共に４面の偏向反射面を持つ同一形状のものであるが、下段のポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は、上段のポリゴンミラー７ａの偏向反射面に対して、回転方向へ所定角：θ（＝４５°）ずれている。なお、上段のポリゴンミラー７ａと下段のポリゴンミラー７ｂは、一体的に形成してもよいし、別体として組み付けても良い。

符号８（８ａ，８ｂ）は第１走査レンズ、１０ａ，１０ｂは第２走査レンズ、９ａ，９ｂは光路折り曲げミラー、１１ａ，１１ｂは光走査面である像担持体（光導電性の感光体）を示している。
第１走査レンズ８ａ、第２走査レンズ１０ａ、光路折り曲げミラー９ａは、１組の走査結像光学系を構成し、上段のポリゴンミラー７ａにより偏向される２本の光ビームを、対応する光走査面である感光体１１ａ上に導光し、副走査方向に分離した２つの光ビームスポットを形成する。
また、第１走査レンズ８ｂ、第２走査レンズ１０ｂ、光路折り曲げミラー９ｂは、１組の走査結像光学系を構成し、下段のポリゴンミラー７ｂにより偏向される２本の光ビームを、対応する光走査面である感光体１１ｂ上に導光し、副走査方向に分離した２つの光ビームスポットを形成する。

半導体レーザ１，１’から射出された光ビームは、光偏向器７の回転軸方向から見て、偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められている。したがって、偏向反射面に入射してくる対を成す２本の光ビーム相互は、開き角、すなわち、偏向反射面の側から光源の側を見たとき、２本の光ビームの回転軸に直交する面への射影が成す角を有する。この開き角により、感光体１１ａ，１１ｂのそれぞれに形成される２つの光ビームスポットは主走査方向にも分離している。このため、各感光体１１ａ，１１ｂを光走査する２本の光ビームを個別的に検出し、光ビームごとに光走査開始の同期を取ることができる。

このように、光偏向器７の上段のポリゴンミラー７ａにより偏向される２本の光ビームにより、感光体１１ａが２本の光ビームによりマルチビーム走査される。また、光偏向器７の下段のポリゴンミラー７ｂにより偏向される２本の光ビームにより、感光体１１ｂが２本の光ビームによりマルチビーム走査される。

光偏向器７の上段のポリゴンミラー７ａと下段のポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は、互いに回転方向に４５度ずれている。そのため、上段のポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームが感光体１１ａの光走査を行うとき、下段のポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームは、感光体１１ｂには導光されない。また、上段のポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームが感光体１１ｂの光走査を行うとき、下段のポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームは、感光体１１ａには導光されない。すなわち、感光体１１ａ，１１ｂの光走査は、「時間的にずれて交互」に行われる。

図７は、この状況を説明する図であって、上下段のポリゴンミラー７ａ，７ｂによる光走査の時間的ずれの説明図である。光偏向器７に入射する光ビームは、実際には４本であるが、１本の入射光として描かれており、上下段のポリゴンミラー７ａ，７ｂによって偏向される光ビームをそれぞれ偏向光ａ、偏向光ｂとして示している。
図７（ａ）は、入射光が光偏向器７に入射し、上段のポリゴンミラー７ａで反射されて偏向された偏向光ａが光走査面（感光体１１ａ）へ導光されるときの状況を示している。このとき、下段のポリゴンミラー７ｂによる偏向光ｂは、光走査面（感光体１１ｂ）には向かわない。
また、図７（ｂ）は、入射光が光偏向器７に入射し、下段のポリゴンミラー７ｂで反射されて偏向された偏向光ｂが光走査面（感光体１１ｂ）へ導光されるときの状況を示している。このとき、上段のポリゴンミラー７ａによる偏向光ａは、光走査面（感光体１１ａ）には向かわない。

なお、一方のポリゴンミラーによる偏向光が光走査位置へ導光されている間に、他方のポリゴンミラーによる偏向光がゴースト光として作用しないように、図７に示すように適宜の位置に遮光手段（例えば遮光部材ＳＤ）を配置し、光走査面へ導光されない偏向光を遮光手段（遮光部材ＳＤ）で遮光するように構成するとよい。
また、光源の変調駆動のタイミングを、上段と下段でずらし、上段に対応する感光体１１ａを走査するときは、上段に対応する色（例えばブラック）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行い、下段に対応する感光体１１ｂを走査するときは下段に対応する色（例えばマゼンダ）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行うとよい。

図８は、共通の光源、例えば図１に示した半導体レーザ１，１’によりブラック画像とマゼンダ画像を書き込み、それぞれの静電潜像を形成する場合において、有効走査領域において全点灯する場合のタイムチャートを示している（図中、実線はブラック画像の書き込みに相当する部分、破線はマゼンダ画像の書き込みに相当する部分を示す）。ブラック画像、マゼンダ画像の書き出しの主走査タイミングは、有効走査領域外に配備されている周知の同期検知手段（図１では図示を省略している。通常はフォトダイオードが用いられる。）で光走査位置へ向かう光ビームを検知することにより決定される。

なお、図８では、ブラック画像とマゼンダ画像を書き込む時間領域での光源の発光強度を同じに設定しているが、実際には、光源から感光体１１ａ，１１ｂに至る各光路において、光学素子の透過率や反射率に相対的な差異が存在する場合には、各感光体に到達する光ビームの光量が異なる。そこで図９に示すように、各色に対応する各々の感光体面を走査するときに、光源における発光強度（発光光量）を異ならせることで、異なる感光体面上に到達する光量を等しくすることができる。

以上、本発明に係る光走査装置の基本的な構成・動作の一例について説明したが、本発明では、図１に示すような構成の光走査装置において、光束分離手段として、ハーフミラープリズム４に代えて、図２に示すような２つの回折光学素子１３，１４からなる光束分離手段を用いている。
なお、図２は、本発明に係る光束分離手段の要部を示す、光偏向器７（２段の回転多面鏡７ａ，７ｂ）以前の光学系の副走査断面図である。

図２において、光束分離手段は第１と第２の回折光学素子１３，１４からなり、この第１と第２の回折光学素子１３，１４は、表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有し、且つ第１と第２の回折光学素子１３，１４の格子周期は等しく、光源波長以下であり、且つ第１と第２の回折光学素子１３，１４は平行であり、且つ第１の回折光学素子１３によって分割される光束は０次回折光と１次回折光であり、且つ第１の回折光学素子１３に対して光束は斜入射するようになっている。以下、第１と第２の回折光学素子１３，１４の具体的な実施例を示す。

［実施例１］
先ず、本発明の第１の実施例を示す。
半導体レーザ（ＬＤ）などの光源１からの出射光は、カップリングレンズ（例えばコリメートレンズ）３により平行ビームとなり、第１の回折光学素子１３に斜入射して、入射光と同じ方向に進む０次回折光と、図中紙面内の上方に回折する１次回折光（ここでは「−１次回折光」とする）が生じる。０次回折光は、下段のポリゴンミラー７ｂの偏向反射面に入射する。一方、−１次回折光は、第２の回折光学素子１４に入射して、この第２の回折光学素子１４で再び回折され、上段のポリゴンミラー７ａに入射する。第１の回折光学素子１３、第２の回折光学素子１４と回転多面鏡７の間には、開口を規定するアパーチャ１２およびシリンドリカルレンズ５ａ，５ｂが配置されている。

上段のポリゴンミラー７ａに入射する光ビームは、第２の回折光学素子１４で再回折後、第１の回折光学素子１３で偏向される方向に対し副走査方向について逆方向に偏向されるようにする。こうすることで、半導体レーザ１の波長変化が生じた場合の光偏向器（回転多面鏡）７への入射角変化を低減することができるので、異なる被走査線に向かう光ビームの副走査方向のビームスポット位置変動を低減でき、なおかつ、走査線曲がり変動を低減することができる。

また、更に望ましくは、上段のポリゴンミラー７ａに入射する光ビームが第１の回折光学素子１３への入射光と平行になるようにするとよい。このときは、上下段とも光偏向器（回転多面鏡）７への副走査方向入射角が同一になり、好ましくは、光偏向器（回転多面鏡）７の回転軸に対し垂直に入射するようにする。これにより、半導体レーザ１の波長変化が生じた場合の、光偏向器（回転多面鏡）７への入射角変化を０にすることができ、異なる被走査線に向かうビームの副走査方向のビームスポット位置変動を低減でき、なおかつ、走査線曲がり変動を低減することができる。このようにするには、第１の回折光学素子１３と第２の回折光学素子１４の格子ピッチが等しく、且つ、各回折面は互いに平行になるようにするすることで実現することができる。
また、第１の回折光学素子１３、第２の回折光学素子１４共に熱可塑性樹脂製であり、射出成形等で低コストで大量生産が可能である。

このときの第１の回折光学素子１３の構成及び光学特性を図３を用いて説明する。
一例として、波長λ＝０．６５５μm、偏光方向は副走査方向、基板の屈折率Ｎ＝１．５２５、回折面の格子の周期Λ＝０．５７５μm、フィルファクターｆ＝０．５６５、格子の深さＤ＝０．７２μmとした。
ここで、図４にベクトル回折理論に基づくフーリエモード法で計算した、第１の回折光学素子１３の回折効率の入射角θ依存性を示す。
図４から明らかなように、θ＝３４．７２°で、最も−１次回折光の回折効率が高いので、これを入射角とする。
また、２Λsinθ＝０．６５５μmとなり、波長λと一致している。

第１の回折光学素子１３の回折角を格子方程式に基づいて求めると、０次回折光は入射光と同じ方向に透過し、−１次回折光に関してはθ_−１＝２１．９３°、θ’＝３４．７２°となり、入射光に対して約７０°にもなる。−１次回折光の射出角が約７０°にもなるのは、Λ＜λだからである。
このように、高角度なので半導体レーザ−ポリゴンミラー間が狭くても充分光束分離間隔が取れる。
また、−１次回折光の回折効率を０次回折光より大きく取っているのは、−１次回折光の第２の回折光学素子１４での損失を考慮して設計しているためにある。

次に第２の回折光学素子１４の構成及び光学特性を図５を用いて説明する。
基板の屈折率Ｎ＝１．５２５、回折面の格子の周期Λ＝０．５７５μm、フィルファクターｆ＝０．５６５、格子の深さＤ＝１．４４μmとした。θ’＝３４．７２、θ”＝２１．９３°となり−１次回折光は入射光と同じ方向に射出する。また、−１次回折光の回折効率は９３．８％となる。

［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例を示す。
本実施例では、第２の回折光学素子１４の構成以外は第１の実施例と同一である。
第１の実施例で、第２の回折光学素子１４の格子深さは第１の回折光学素子１３の深さの２倍にしている。
よって、図６に示すように、第２の回折光学素子１４の代わりに、第１の回折光学素子１３を２つ貼り合せても同じ効果が得られる。
さらに、図６の回折光学素子を用いることにより、全て同じ金型で作ることができるので、周期Λがずれること無く、良好な性能が得られる。

［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例を示す。
本発明の第３の実施例では、第１の回折光学素子１３の格子周期と第２の回折光学素子１４の格子周期を共に周期Λ＝０．４６３μm（＝０．７０７×λ）とし、第１の回折光学素子１３の格子深さをＤ＝０．９４μm、入射角θ＝４５°、第２の回折光学素子１４の格子深さをＤ＝１．８８μmとし、他は第１の実施例と同じにした。このようにすると、θ_−１＝２７．６３°、θ’＝４５°となり、第１の回折光学素子１３からの射出光は入射光に対して９０°となり、光束分離間隔に関わらず狭いスペースで光束分離が可能になる。

以上の実施例１〜３に示したように、本発明に係る光走査装置では、第１と第２の回折光学素子１３，１４は表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有するため、大量生産が可能で、低コストな光走査装置が実現でき、且つ、第１と第２の回折光学素子１３，１４の格子周期Λは等しく、光源波長λ以下であるため、分離角を大きくできるので、コンパクトな光走査装置を実現でき、且つ、第１と第２の回折光学素子１３，１４は平行なので位置合せが容易である。
また、本発明に係る光走査装置では、第１及び第２の回折光学素子１３，１４は熱可塑性樹脂製であるので、大量生産が可能で、低コストな光走査装置が実現できる。
さらに、本発明に係る光走査装置では、第２の回折光学素子１４の格子の深さは第１の回折光学素子１３の２倍であるので、図６に示したように第１の回折光学素子１３を二つ重ねることにより第２の回折光学素子になり、第１及び第２の回折光学素子の格子ピッチΛを完全に合わせ、平行な２光束に分けることができる。

本発明に係る光走査装置では、第１の回折光学素子１３に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλ、入射角をθとしたときに、条件式：
２Λ sinθ＝λ
を概略満たすので、損失の少ない光束分離ができ、光源パワーが抑えられ、省エネルギーとなる。
また、第１の回折光学素子１３に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλとしたときに、条件式：
Λ≦０．７０７×λ
を満たすので、光束分離角が９０°以上になり、コンパクトな光走査装置が可能になる。
さらに本発明に係る光走査装置では、第２の回折光学素子１４を、第１の回折光学素子１３の張り合わせで構成することにより、２つの素子の格子ピッチΛが完全に一致し、金型も１つで済むので、高信頼で低コストな光走査装置が可能になる。

［画像形成装置の構成例］
次に、上述した本発明の光走査装置を備えた画像形成装置の実施例について説明する。
図１０は本発明の一実施例を示す多色画像形成装置の概略構成図であり、カラー画像の高速出力に有利なタンデム方式のレーザプリンタの一例を示している。
この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に対応する走査光学系を備えた光走査装置３３、各走査光学系に対応する感光体３１Ｘ（Ｘ：Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、以下同じ。）、駆動ローラ３８ａと従動ローラ３８ｂに張架された搬送ベルト３７、定着装置３９、シート状記録媒体である記録紙を備えた給紙カセット４０、排紙トレイ（図示省略）を有してなる。
搬送ベルト３７の上方には、光走査装置３３によって露光され静電潜像が形成される像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体３１Ｘが、搬送ベルト３７の移動方向の上流側からイエロー用（３１Ｙ）、マゼンタ用（３１Ｍ）、シアン用（３１Ｃ）、ブラック用（３１Ｋ）の順に配設されている。なお、感光体１Ｘの径は、全て同一である。

各感光体３１Ｘの周囲には、帯電手段（例えば帯電ローラ）３２Ｘ、現像手段（１成分現像剤（各色のトナー）または２成分現像剤（各色のトナーとキャリア）を用いて静電潜像をトナーで可視像化する現像装置）３４Ｘ、転写手段（転写チャージャまたは転写ローラ）３６Ｘ、クリーニング手段（クリーニングブレード、クリーニングブラシ等からなるクリーニング装置）３５Ｘなどの電子写真方式（電子写真プロセス）に従うプロセス部材が順に配設されている。なお、帯電手段としては、帯電ローラに代えてコロナチャージャを用いることもできる。

搬送ベルト３７の周囲には、感光体３１Ｘよりも記録紙搬送経路の上流側にレジストローラ４５、ベルト帯電チャージャ（図示省略）が配設され、また、感光体３１Ｘよりも記録紙搬送経路の下流側にベルト分離チャージャ（図示省略）、除電チャージャ（図示省略）、クリーニング装置（図示省略）などが順に配設されている。
このように、画像形成装置は、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋを各色毎に設定された光走査面とし、それぞれに対して走査光学系が１対１の対応関係で設けられている。ただし、光偏向器は各色で共有する。

光走査装置３３は、感光体３１Ｘに光書込を行う光書込装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電手段３２Ｘで均一に帯電された感光体３１Ｘの表面を走査して静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、いわゆるネガ潜像であって画像部が露光されている。この静電潜像は、現像手段３４Ｘにより反転現像され、感光体３１Ｘ上にトナー画像が形成される。
なお、光走査装置３３としては、前述の本発明に係る光走査装置（基本的な構成は図１と同様であり、ハーフミラープリズム４に代えて、実施例１〜３のいずれかの光束分離手段を用いたもの）が用いられている。

給紙カセット４０に収納されたシート状記録媒体（例えば定形の記録紙）Ｓの最上位の１枚が給紙コロ４１により給紙され、給紙された記録紙Ｓは、分離ローラ４２、搬送ローラ４３，４４を経てレジストローラ４５に搬送され、その先端部がレジストローラ４５に捕らえられる。レジストローラ４５は、感光体３１Ｘ上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、記録紙Ｓを転写部へ送り込む。送り込まれた記録紙Ｓは、転写部においてトナー像と重ね合わせられ転写手段３６Ｘの作用により、トナー画像を静電転写される。

トナー画像を転写された記録紙Ｓは定着装置３９へ送られ、定着装置３９においてトナー画像を定着され、図示しない搬送路を通り、排紙ローラ（図示省略）により排紙トレイ（図示省略）に排出される。トナー画像が転写された後の感光体３１Ｘの表面は、クリーニング装置３５Ｘによりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。

このように構成されたタンデム方式の画像形成装置においては、例えば複数色モード（フルカラーモード）選択時であれば、各感光体３１Ｘに対して、対応する色の画像信号に応じた光走査装置３３の露光走査により、各々の感光体上に静電潜像が形成される。これらの静電潜像は、各々の現像装置３４Ｘの対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト３７上に静電的に吸着されて搬送される記録紙Ｓ上に順次転写されることにより、重ね合わせられる。そして、定着装置３９によりカラー画像として定着された後、記録紙Ｓは排紙トレイに排紙される。

また、単色モード選択時であれば、ある色Ｓ（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのいずれか）として、他の色の感光体及びプロセス部材は非動作状態となる。ここで、感光体３１Ｓに対してのみ、光走査装置３３の露光走査により静電潜像が形成され、ある色Ｓのトナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト３７上に静電的に吸着されて搬送される記録紙Ｓ上に転写される。そして、定着装置３９により単色画像として定着された後、記録紙Ｓは排紙トレイに排紙される。

なお、図１に示した光走査装置では、２つの感光体１１ａ，１１ｂに対応する図のみ示しているが、図１０に示す画像形成装置の光走査装置３３内には、図１に示す光走査装置と同様の構成に加えて、光偏向器７を挟んで、図示された光学系と同様の走査光学系が対称な位置に配備された構成となっており、上記の４つの感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋに対応した光走査を行うことができるようになっている。

以上の本実施例の画像形成装置では、複数の感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋに光走査を行う光走査手段として、前述の実施例で説明した構成の光走査装置３３を備えたことにより、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を用いて、部品点数の低減、低コスト化を実現でき、ユニット全体の故障率を減少させて、リサイクル性を向上させることができる。

本発明が実施される光走査装置の基本的な構成例を示す光学配置図である。 本発明に係る光束分離手段の要部を示す、光偏向器（２段の回転多面鏡）以前の光学系の副走査断面図である。 第１の回折光学素子の概略要部断面図である。 第１の回折光学素子の回折効率の入射角依存性を示す図である。 第２の回折光学素子の概略要部断面図である。 第１の回折光学素子を２つ貼り合せて形成した第２の回折光学素子の概略要部断面図である。 図１に示す光走査装置の光偏向器（２段のポリゴンミラー）による光走査を説明するための図である。 複数色用の露光のタイミングチャートを示す図である。 色によって露光量を異ならせるためのタイミングチャートを示す図である。 本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の一実施例を示す図であって、タンデム方式のレーザプリンタの概略構成図である。

符号の説明

１，１’：光源（半導体レーザ）
２：ベース
３，３’：カップリングレンズ
４：光束分離手段
５ａ，５ｂ：シリンドリカルレンズ
６：防音ガラス
７：光偏向器
７ａ，７ｂ：ポリゴンミラー（回転多面鏡）
８（８ａ，８ｂ）：第１走査レンズ
９ａ，９ｂ：折り返しミラー
１０ａ，１０ｂ：第２走査レンズ
１１ａ，１１ｂ：光走査面としての感光体
１２：開口絞り（アパーチャ）
１３：第１の回折光学素子
１４：第２の回折光学素子
３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋ：感光体（像担持体）
３２Ｙ，３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｋ：帯電手段
３３：光走査装置
３４Ｙ，３４Ｍ，３４Ｃ，３４Ｋ：現像手段
３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋ：クリーニング手段
３６Ｙ，３６Ｍ，３６Ｃ，３６Ｋ：転写手段
３７：搬送ベルト
３８ａ：駆動ローラ
３８ｂ：従動ローラ
３９：定着装置
４０：給紙カセット
４１：給紙コロ
４２：分離ローラ
４３，４４：搬送ローラ
４５：レジストローラ
Ｓ：記録紙（シート状記録媒体）

Claims (8)

1. 光源と、複数の偏向反射面を副走査方向に備えた光偏向器と、前記光源からの光束を前記複数の偏向反射面のそれぞれに入射する複数の光束に分割する第１の回折光学素子と、前記第１の回折光学素子で偏向される方向に対し副走査方向において逆方向に偏向する第２の回折光学素子と、前記光偏向器により偏向される光束を被走査面上に集光する走査光学系とを備え、前記光偏向器に入射する複数の光束がそれぞれ異なる被走査面上を走査する光走査装置において、
   前記第１と第２の回折光学素子は、表面レリーフ型のＤｕｔｙ ｆａｃｔｏｒが場所に寄らず一定のバイナリ回折面を有し、且つ前記第１と第２の回折光学素子の格子周期は等しく、光源波長以下であり、且つ前記第１と第２の回折光学素子は平行であり、且つ前記第１の回折光学素子によって分割される光束は０次回折光と１次回折光であり、且つ前記第１の回折光学素子に対して光束は斜入射することを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記第１及び第２の回折光学素子は、熱可塑性樹脂製であることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２記載の光走査装置において、
   前記第２の回折光学素子の格子の深さは、前記第１の回折光学素子の２倍であることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、
   前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλ、入射角をθとしたときに、条件式：
   ２Λ sinθ＝λ
   を概略満たすことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、
   前記第１の回折光学素子に対して、格子ピッチをΛ、光束の波長をλとしたときに、条件式：
   Λ≦０．７０７×λ
   を満たすことを特徴とする光走査装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか一つに記載の光走査装置において、
   前記第２の回折光学素子は、前記第１の回折光学素子の張り合わせであることを特徴とする光走査装置。
7. 複数の像担持体に光走査により個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を現像して可視像化し、得られる画像を直接または中間転写体を介して同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行うタンデム式の画像形成装置において、
   前記複数の像担持体に光走査を行う光走査手段として、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７記載の画像形成装置において、
   前記像担持体は光電導性の感光体であることを特徴とする画像形成装置。

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