JP3697048B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像形成装置に関し、特に複数の走査光学装置から出射した複数の光束を用いて対応する複数の像担持体面上を光走査してカラー画像情報を記録するようにした、例えばカラー電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやカラーデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に用いられる走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子（結像素子）によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１４はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から放射した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）９４に入射している。シリンダーレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（反射面）９５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで偏向反射された光束はｆθ特性を有する走査光学素子（ｆθレンズ）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面９８上に画像記録を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は前述した走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の画像情報を記録し、カラー画像を形成するカラー画像形成装置の要部概略図である。
【０００７】
同図において１０１，１０２，１０３，１０４は各々走査光学装置、１１１，１１２，１１３，１１４は各々像担持体としての感光ドラム、１２１，１２２，１２３，１２４は各々現像器、１３１は搬送ベルトである。同図におけるカラー画像形成装置は上記の走査光学装置（１０１，１０２，１０３，１０４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々並行して感光ドラム１１１，１１２，１１３，１１４面上に画像信号を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０００８】
このようなカラー画像形成装置では複数の走査線を重ね合わせ画像形成を行うため、特に各色間の走査線ずれ（以下「レジストレーションずれ」とも称す。）を少なくすることが重要である。このため走査光学装置には、
・初期変化（製造誤差、設置時の変化等）、環境変化（温度上昇等）による走査線ずれを最小限に抑えるため光学系の光路長を短くすること、
・感光ドラム（それを含むカートリッジ）の取り付け誤差やそれ自身の偏心回転による主走査方向の倍率ずれを最小限に抑えるため主走査面内での被走査面（感光ドラム面）への入射角を小さくすること、
等が求められる。
【０００９】
特開平７−１２８６０３号公報はカラー画像形成装置に使用する走査光学装置の走査用光学系をガラスレンズとガラスシリンダーミラーとから構成した例である。同公報では被走査面への光束の入射角は小さいものの光学系の光路長が約４００ｍｍと長いため、上記の諸変動による影響を受けやすく、かつ装置全体の肥大化を招くという問題点を有する。
【００１０】
特開平８−７６０１１号公報は走査光学装置の走査用光学系を非球面を有した単一のトーリックレンズから構成した例である。同公報では光学系の光路長は短いものの、被走査面への光束の入射角がθi ＝３０°と大きく、感光ドラムの偏心回転による影響が受け易いという問題点を有する。
【００１１】
本発明は複数の走査光学装置を有するカラー画像形成装置において、各走査光学装置を該走査光学装置の偏向素子の回転軸から像担持体までの距離を該像担持体における有効走査域の長さよりも短く、かつ該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θi を有効走査域全域において２７°以下となるように設定することにより、諸変動（カラー画像形成装置本体の初期変化、環境変化）によるレジストレーションずれを最小限に抑えることができ、かつ容易な構成で色ずれを少なくすることができるコンパクトなカラー画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のカラー画像形成装置は、偏向素子を有する走査光学装置を複数設け、該複数の走査光学装置から出射された複数の光束を各々対応する複数の像担持体面上に導光し、該複数の光束で該複数の像担持体面上を走査するカラー画像形成装置において、該複数の走査光学装置は各々該走査光学装置の偏向素子の回転軸から該像担持体面までの距離が該像担持体面における有効走査域の長さよりも短い構成であり、該偏向素子で偏向された光束を該像担持体面上に結像させるｆ−θ特性を有する走査光学素子を有し、該走査光学素子はパワーのある屈折光学素子と、パワーのある回折光学素子の２つの光学素子より成り、前記回折光学素子は、前記屈折光学素子より前記像担持体面側に配置されており、該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θiが有効走査域全域において２７°以下となるように設定してあることを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記偏向素子で偏向された光束の前記走査光学素子の光軸に対する最大出射角θPが４０°以上で、かつ６０°以下となるように設定されていることを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記屈折光学素子はプラスチック製のトーリックレンズであることを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記回折光学素子はプラスチック製であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１のカラー画像形成装置の要部概略図である。
【００１８】
同図において１１，１２，１３，１４は各々走査光学装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、４１は搬送ベルトである。本実施形態におけるカラー画像形成装置は後述するように諸変動［カラー画像形成装置本体の初期変化（製造誤差、設置等の変化等）、環境変化（温度上昇等）］によるレジストレーションずれを最小限に抑え、かつ色ずれの少ない上記の走査光学装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々並行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【００１９】
次に本発明の特徴とする諸変動によるレジストレーションずれを最小限に抑え、かつ色ずれを少なくする方法及びその光学素子について説明する。尚、カラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置１１，１２，１３，１４は、その構成及び光学的作用は同様であるので、以下代表して走査光学装置１１について説明する。
【００２０】
図２はこの走査光学装置１１とそれに対応する像担持体２１とを示した要部概略図、図３は図２に示した光学系の主走査方向の要部断面図である。
【００２１】
図２、図３において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段１から出射された発散光束（光ビーム）を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００２２】
５は偏向素子としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２３】
６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と、少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１より成り、該トーリックレンズ６１の主走査方向の両レンズ面は非球面形状より成っている。第３−２の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折光学素子６２より成っている。本実施形態では光偏向器５の回転軸Ｏと感光ドラム２１面（被走査面）の中点より該光偏向器５側にトーリックレンズ６１、該感光ドラム２１面側に回折光学素子６２を配している。走査光学素子６は光偏向器５によって偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム２１面上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。尚、本実施形態における回折光学素子６２は射出成形により製作されたプラスチック製より構成しているが、これに限らず、例えばガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。
【００２４】
本実施形態では光偏向器５の回転軸Ｏから感光ドラム２１面（被走査面）までの距離Ｌが、該感光ドラム２１面における有効走査域の長さＷよりも短くなるように、かつ該感光ドラム２１面に入射する光束の主走査面内での入射角θi が有効走査域全域において２７°以下となるように各要素（走査光学素子）を設定している。また本実施形態では光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角θP が４０°以上で、かつ６０°以下となるように設定している。
【００２５】
本実施形態におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置１１，１２，１３，１４により各々の変調信号に基づいた光束を用いて潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。例えばＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の潜像を対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成し、その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００２６】
本実施形態における走査光学装置１１において半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して感光ドラム２１面上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム２１面上を矢印Ｂ方向に光走査している。そして上述の如く例えばＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の潜像を対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成し、その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００２７】
本実施形態における走査光学装置１１の第３の光学素子６を構成するトーリックレンズ６１と回折光学素子６２との形状はそれぞれ、
▲１▼トーリックレンズ．．主走査方向が１０次までの関数で表せる非球面形状、トーリックレンズの光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、
主走査方向と対応する母線方向が、
【００２８】
【数１】
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ4 、Ｂ6 、Ｂ8 、Ｂ10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００２９】
【数２】
ここで r ’＝r0（1+D2Y2+ D4Y4+ D6Y6+ D8Y8+ D10Y10）
（但し、ｒ0 は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2 、Ｄ4 、Ｄ6 、Ｄ8 、Ｄ10は非球面係数）
▲２▼回折光学素子．．主走査方向が６次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表わされる回折面は、
φ＝ｍλ＝ｂ2 Ｙ2 ＋ｂ4 Ｙ4 ＋ｂ6 Ｙ6
＋（ｄ0 ＋ｄ1 Ｙ＋ｄ2 Ｙ2 ＋ｄ3 Ｙ3 ＋ｄ4 Ｙ4 ）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2 ，ｂ4 ，ｂ6 ，ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は位相係数、実施形態１〜３では＋１次回折光を使用）
なる式で表わされる。
【００３０】
表−１に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１の非球面係数及び回折光学素子６２の位相項を示す。
【００３１】
【表１】
図４は本実施形態における近軸収差（主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差等）を示した説明図である。同図より主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差のいずれの収差も良好に補正されていることが分かる。
【００３２】
ここで感光ドラムの偏心回転や位置ずれによる感光ドラム面（被走査面）の偏心量ｄｘと主走査方向の倍率ずれｄｙとの関係について説明する。これらは感光ドラム面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をパラメーターとして
ｄｙ＝ｄｘ×ｔａｎθi
と表現される。実画像上において各走査線毎のレジストレーションずれを抑え、色ずれを低減するためには、主走査方向の倍率ずれｄｙを感光ドラム面の偏心量ｄｘの半分以下に抑える必要がある。このため感光ドラム面に入射する光束の偏向面内における最大入射角θi が
ｔａｎθi ≦０．５
θi ≦２７° ‥‥‥（１）
になるように各要素（走査光学素子）を設定する必要がある。
【００３３】
本実施形態では感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内における最大入射角がθi ＝２５°であり、そのときの主走査方向の倍率ずれ量ｄｙは、
ｄｙ＝ｄｘ×ｔａｎ２５°
＝０．４６６×ｄｘ
となり、これは感光ドラム２１等の取り付け誤差やそれ自身の偏心回転による各色間の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系（走査光学素子）と成っている。
【００３４】
上記の条件式（１）は感光ドラム２１面に入射する光束の主走査面内での入射角を規定するものである。条件式（１）を外れると感光ドラム２１の偏心回転や位置ずれ等による影響が受け易くなってくるので良くない。
【００３５】
次に諸変動［カラー画像形成装置本体の初期変化（製造誤差、設置等の変化等）、環境変化（温度上昇等）］によるレジストレーションずれに関しては、これを最小限に抑えるためには光偏向器の回転軸から感光ドラム面までの光路長Ｌが有効走査域の長さＷより短いコンパクトな走査光学系（走査光学素子）が必要となる。本実施形態では有効走査域の長さをＷ＝２９７ｍｍ（＝Ａ３サイズ）、光路長をＬ＝２４６ｍｍに設定しており、これは諸変動によるレジストレーションずれが生じにくい構成に成っている。
【００３６】
また本実施形態では光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角をθP としたとき
４０°≦ θP ≦ ６０° ‥‥‥（２）
なる条件を満足するようにしている。
【００３７】
条件式（２）は光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角θP を規定するものであり、条件式（２）を外れると諸変動による影響が受け易く、かつ装置全体の肥大化を招くので良くない。特に条件式（２）の上限値を越えると６面以上のポリゴンミラーでの走査は不可能となり、また５面以下のポリゴンミラーで構成しても面の幅が大きくなりポリゴンミラーの大型化につながるので良くない。
【００３８】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と、感光ドラム２１面側に配した回折光学素子６２とを用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことによって、各色間のレジストレーションずれの少ないカラー画像形成装置を容易な構成で、かつ安価に実現することができる。
【００３９】
尚、本実施形態におけるカラー画像形成装置は複数個の走査光学装置とそれに対応する複数の感光ドラムとより構成したが、該感光ドラムを単一より構成しても本発明は前述の実施形態１と同様に適用することができる。
【００４０】
［実施形態２］
図５は本発明の実施形態２のカラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置のうち１つの走査光学装置と、それに対応する感光ドラムとを抜き出して示した光学系の主走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００４１】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、第３の光学素子１６の一要素を構成する第３−２の光学素子を主走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）６３ａと、主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３とより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００４２】
即ち、同図において１６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１より成っている。第３−２の光学素子は主走査方向にパワー有する単一のプラスチック製のシリンダーレンズ６３ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する回折光学素子６３ｂとが互いに組み合わされた複合光学素子（長尺回折素子）６３より成っている。
【００４３】
表−２に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１、シリンダーレンズ６３ａの非球面係数及び回折光学素子６３ｂの位相項を示す。
【００４４】
【表２】
図６は本実施形態における近軸収差（主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差等）を示した説明図である。同図より主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差のいずれの収差も良好に補正されていることが分かる。
【００４５】
本実施形態では主走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ６３ａを回折光学素子６３ｂに付加している為、感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をθi ＝２３．０°と、より小さくすることができ、これにより感光ドラム等の取り付け誤差や偏心回転による各色の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系と成っている。
【００４６】
また本実施形態では前述の実施形態１と同様に光偏向器５の回転軸から感光ドラム２１面までの光路長Ｌを有効走査域の長さＷより短く設定したことにより、諸変動によるレジストレーションずれの生じにくい構成に成っている。
【００４７】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子１６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と、感光ドラム２１面側に配したシリンダーレンズ６３ａと回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３とを用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことにより、各色間のレジストレーションずれの少ないカラー画像形成装置を容易な構成で、安価に実現することができる。
【００４８】
［実施形態３］
図７は本発明の実施形態３のカラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置のうち１つの走査光学装置と、それに対応する感光ドラムとを抜き出して示した光学系の主走査方向の要部断面図である。同図において図５に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００４９】
本実施形態において前述の実施形態２と異なる点は第３の光学素子２６の一要素を構成する第３−１の光学素子をトーリックレンズ６１と回折光学素子６４とより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００５０】
即ち、同図において２６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と、少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１と、主走査方向にパワーを有する第１の回折光学素子６４とより成っている。第３−２の光学素子は主走査方向にパワーを有する単一のプラスチック製のシリンダーレンズ６３ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する第２の回折光学素子６３ｂとが互いに組み合わされた複合光学素子（長尺回折素子）６３より成っている。
【００５１】
表−３に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１、シリンダーレンズ６３ａの非球面係数及び第１、第２の回折光学素子６４，６３ｂの位相項を示す。
【００５２】
【表３】
図９は本実施形態における近軸収差（主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差等）を示した説明図である。同図より主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差のいずれの収差も良好に補正されていることが分かる。
【００５３】
本実施形態では前述の実施形態２に対して第３−１の光学素子に第１の回折光学素子６４を追加して構成しているため、主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差が高精度に補正されており、より高精細な印字が可能となっている。
【００５４】
また本実施形態においても前述の実施形態２と同様に感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をθi ＝２３．０°と、より小さくすることができ、これにより感光ドラム等の取り付け誤差や偏心回転による各色の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系と成っている。
【００５５】
また本実施形態では前述の実施形態１，２と同様に光偏向器５の回転軸から感光ドラム２１面までの光路長Ｌを有効走査域の長さＷより短く設定したことにより、諸変動によるレジストレーションずれの生じにくい構成に成っている。
【００５６】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子２６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と第１の回折光学素子６４、そして感光ドラム２１面側に配したシリンダーレンズ６３ａと第２の回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３を用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことにより、各色間のレジストレーションずれが少なく、かつ高精細印字に可能なカラー画像形成装置を実現すことができる。
【００５７】
尚、各実施形態で用いている回折光学素子の構成としては、例えば図９に示す１層のキノフォーム形状の１層構成のものや、図１１に示すような格子厚の異なる（又は同一の）２つの層を積層した２層構成のもの等が適用可能である。
【００５８】
図１０は図９に示す回折光学素子１０１の１次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の回折光学素子１０１の構成は、基材１０２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの層１０３を形成している。
【００５９】
図１０で明らかなように設計次数の回折効率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回折光の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につながる。
【００６０】
図１１に示す２つの層１０４，１０５を積層した積層型の回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長依存特性を図１２に示す。
【００６１】
図１１では基材１０２上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）からなる第１層１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５９８、νｄ＝２８）からなる第２層１０５を形成している。この材質の組み合わせでは第１層１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μｍ、第２層１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。
【００６２】
図１２から分かるように積層構造の回折光学素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００６３】
なお、前述の積層構造の回折光学素子として、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第１層１０４を直接基材に形成しても良い。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図１３に示すように２つの層１０４と１０５の格子厚を等しくしても良い。
【００６４】
この場合、回折光学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組立作業性を向上させることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く複数の走査光学装置を有するカラー画像形成装置において、各走査光学装置を該走査光学装置の偏向素子の回転軸から像担持体までの距離を該像担持体における有効走査域の長さよりも短く、かつ該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θi を有効走査域全域において２７°以下となるように設定することにより、諸変動（カラー画像形成装置本体の初期変化、環境変化）によるレジストレーションずれを最小限に抑えることができ、かつ容易な構成で色ずれを少なくすることができるコンパクトなカラー画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１のカラー画像形成装置の要部概略図
【図２】 図１に示した走査光学装置とそれに対応する像担持体を示した要部概略図
【図３】 図２に示した光学系の主走査方向の要部断面図
【図４】 本発明の実施形態１における走査光学装置の近軸収差図
【図５】 本発明の実施形態２のカラー画像形成装置を構成する走査光学装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【図６】 本発明の実施形態２における走査光学装置の近軸収差図
【図７】 本発明の実施形態３のカラー画像形成装置を構成する走査光学装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態３における走査光学装置の近軸収差図
【図９】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１０】 本発明に関わる回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１１】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１２】 本発明に関わる回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１３】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１４】 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図
【図１５】 従来のカラー画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学素子（シリンダーレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
６，１６，２６ 第３の光学素子（走査光学素子）
６１ トーリックレンズ
６２ 回折光学素子
６３ 複合光学素子（シリンダーレンズ＋回折光学素子）
６４ 回折光学素子
１１，１２，１３，１４ 走査光学装置
２１，２２，２３，２４ 像担持体（感光ドラム）
３１，３２，３３，３４ 現像器
４１ 搬送ベルト
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像形成装置に関し、特に複数の走査光学装置から出射した複数の光束を用いて対応する複数の像担持体面上を光走査してカラー画像情報を記録するようにした、例えばカラー電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやカラーデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に用いられる走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子（結像素子）によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１４はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から放射した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）９４に入射している。シリンダーレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（反射面）９５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで偏向反射された光束はｆθ特性を有する走査光学素子（ｆθレンズ）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面９８上に画像記録を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は前述した走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の画像情報を記録し、カラー画像を形成するカラー画像形成装置の要部概略図である。
【０００７】
同図において１０１，１０２，１０３，１０４は各々走査光学装置、１１１，１１２，１１３，１１４は各々像担持体としての感光ドラム、１２１，１２２，１２３，１２４は各々現像器、１３１は搬送ベルトである。同図におけるカラー画像形成装置は上記の走査光学装置（１０１，１０２，１０３，１０４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々並行して感光ドラム１１１，１１２，１１３，１１４面上に画像信号を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０００８】
このようなカラー画像形成装置では複数の走査線を重ね合わせ画像形成を行うため、特に各色間の走査線ずれ（以下「レジストレーションずれ」とも称す。）を少なくすることが重要である。このため走査光学装置には、
・初期変化（製造誤差、設置時の変化等）、環境変化（温度上昇等）による走査線ずれを最小限に抑えるため光学系の光路長を短くすること、
・感光ドラム（それを含むカートリッジ）の取り付け誤差やそれ自身の偏心回転による主走査方向の倍率ずれを最小限に抑えるため主走査面内での被走査面（感光ドラム面）への入射角を小さくすること、
等が求められる。
【０００９】
特開平７−１２８６０３号公報はカラー画像形成装置に使用する走査光学装置の走査用光学系をガラスレンズとガラスシリンダーミラーとから構成した例である。同公報では被走査面への光束の入射角は小さいものの光学系の光路長が約４００ｍｍと長いため、上記の諸変動による影響を受けやすく、かつ装置全体の肥大化を招くという問題点を有する。
【００１０】
特開平８−７６０１１号公報は走査光学装置の走査用光学系を非球面を有した単一のトーリックレンズから構成した例である。同公報では光学系の光路長は短いものの、被走査面への光束の入射角がθi ＝３０°と大きく、感光ドラムの偏心回転による影響が受け易いという問題点を有する。
【００１１】
本発明は複数の走査光学装置を有するカラー画像形成装置において、各走査光学装置を該走査光学装置の偏向素子の回転軸から像担持体までの距離を該像担持体における有効走査域の長さよりも短く、かつ該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θi を有効走査域全域において２７°以下となるように設定することにより、諸変動（カラー画像形成装置本体の初期変化、環境変化）によるレジストレーションずれを最小限に抑えることができ、かつ容易な構成で色ずれを少なくすることができるコンパクトなカラー画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のカラー画像形成装置は、偏向素子を有する走査光学装置を複数設け、該複数の走査光学装置から出射された複数の光束を各々対応する複数の像担持体面上に導光し、該複数の光束で該複数の像担持体面上を走査するカラー画像形成装置において、該複数の走査光学装置は各々該走査光学装置の偏向素子の回転軸から該像担持体面までの距離が該像担持体面における有効走査域の長さよりも短い構成であり、該偏向素子で偏向された光束を該像担持体面上に結像させるｆ−θ特性を有する走査光学素子を有し、該走査光学素子はパワーのある屈折光学素子と、パワーのある回折光学素子の２つの光学素子より成り、前記回折光学素子は、前記屈折光学素子より前記像担持体面側に配置されており、該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θiが有効走査域全域において２７°以下となるように設定してあることを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記偏向素子で偏向された光束の前記走査光学素子の光軸に対する最大出射角θPが４０°以上で、かつ６０°以下となるように設定されていることを特徴としている。
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記屈折光学素子はプラスチック製のトーリックレンズであることを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記回折光学素子はプラスチック製であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１のカラー画像形成装置の要部概略図である。
【００１８】
同図において１１，１２，１３，１４は各々走査光学装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、４１は搬送ベルトである。本実施形態におけるカラー画像形成装置は後述するように諸変動［カラー画像形成装置本体の初期変化（製造誤差、設置等の変化等）、環境変化（温度上昇等）］によるレジストレーションずれを最小限に抑え、かつ色ずれの少ない上記の走査光学装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々並行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【００１９】
次に本発明の特徴とする諸変動によるレジストレーションずれを最小限に抑え、かつ色ずれを少なくする方法及びその光学素子について説明する。尚、カラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置１１，１２，１３，１４は、その構成及び光学的作用は同様であるので、以下代表して走査光学装置１１について説明する。
【００２０】
図２はこの走査光学装置１１とそれに対応する像担持体２１とを示した要部概略図、図３は図２に示した光学系の主走査方向の要部断面図である。
【００２１】
図２、図３において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、光源手段１から出射された発散光束（光ビーム）を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００２２】
５は偏向素子としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２３】
６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と、少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１より成り、該トーリックレンズ６１の主走査方向の両レンズ面は非球面形状より成っている。第３−２の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折光学素子６２より成っている。本実施形態では光偏向器５の回転軸Ｏと感光ドラム２１面（被走査面）の中点より該光偏向器５側にトーリックレンズ６１、該感光ドラム２１面側に回折光学素子６２を配している。走査光学素子６は光偏向器５によって偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム２１面上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。尚、本実施形態における回折光学素子６２は射出成形により製作されたプラスチック製より構成しているが、これに限らず、例えばガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。
【００２４】
本実施形態では光偏向器５の回転軸Ｏから感光ドラム２１面（被走査面）までの距離Ｌが、該感光ドラム２１面における有効走査域の長さＷよりも短くなるように、かつ該感光ドラム２１面に入射する光束の主走査面内での入射角θi が有効走査域全域において２７°以下となるように各要素（走査光学素子）を設定している。また本実施形態では光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角θP が４０°以上で、かつ６０°以下となるように設定している。
【００２５】
本実施形態におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置１１，１２，１３，１４により各々の変調信号に基づいた光束を用いて潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。例えばＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の潜像を対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成し、その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００２６】
本実施形態における走査光学装置１１において半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して感光ドラム２１面上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム２１面上を矢印Ｂ方向に光走査している。そして上述の如く例えばＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の潜像を対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成し、その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００２７】
本実施形態における走査光学装置１１の第３の光学素子６を構成するトーリックレンズ６１と回折光学素子６２との形状はそれぞれ、
▲１▼トーリックレンズ．．主走査方向が１０次までの関数で表せる非球面形状、トーリックレンズの光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、
主走査方向と対応する母線方向が、
【００２８】
【数１】
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００２９】
【数２】
（但し、ｒ0 は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2 、Ｄ4 、Ｄ6 、Ｄ8 、Ｄ10は非球面係数）
▲２▼回折光学素子．．主走査方向が６次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表わされる回折面は、
φ＝ｍλ＝ｂ2 Ｙ2 ＋ｂ4 Ｙ4 ＋ｂ6 Ｙ6
＋（ｄ0 ＋ｄ1 Ｙ＋ｄ2 Ｙ2 ＋ｄ3 Ｙ3 ＋ｄ4 Ｙ4 ）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2 ，ｂ4 ，ｂ6 ，ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は位相係数、実施形態１〜３では＋１次回折光を使用）
なる式で表わされる。
【００３０】
表−１に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１の非球面係数及び回折光学素子６２の位相項を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
ここで感光ドラムの偏心回転や位置ずれによる感光ドラム面（被走査面）の偏心量ｄｘと主走査方向の倍率ずれｄｙとの関係について説明する。これらは感光ドラム面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をパラメーターとして
ｄｙ＝ｄｘ×ｔａｎθi
と表現される。実画像上において各走査線毎のレジストレーションずれを抑え、色ずれを低減するためには、主走査方向の倍率ずれｄｙを感光ドラム面の偏心量ｄｘの半分以下に抑える必要がある。このため感光ドラム面に入射する光束の偏向面内における最大入射角θi が
ｔａｎθi ≦０．５
θi ≦２７° ‥‥‥（１）
になるように各要素（走査光学素子）を設定する必要がある。
【００３３】
本実施形態では感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内における最大入射角がθi ＝２５°であり、そのときの主走査方向の倍率ずれ量ｄｙは、
ｄｙ＝ｄｘ×ｔａｎ２５°
＝０．４６６×ｄｘ
となり、これは感光ドラム２１等の取り付け誤差やそれ自身の偏心回転による各色間の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系（走査光学素子）と成っている。
【００３４】
上記の条件式（１）は感光ドラム２１面に入射する光束の主走査面内での入射角を規定するものである。条件式（１）を外れると感光ドラム２１の偏心回転や位置ずれ等による影響が受け易くなってくるので良くない。
【００３５】
次に諸変動［カラー画像形成装置本体の初期変化（製造誤差、設置等の変化等）、環境変化（温度上昇等）］によるレジストレーションずれに関しては、これを最小限に抑えるためには光偏向器の回転軸から感光ドラム面までの光路長Ｌが有効走査域の長さＷより短いコンパクトな走査光学系（走査光学素子）が必要となる。本実施形態では有効走査域の長さをＷ＝２９７ｍｍ（＝Ａ３サイズ）、光路長をＬ＝２４６ｍｍに設定しており、これは諸変動によるレジストレーションずれが生じにくい構成に成っている。
【００３６】
また本実施形態では光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角をθP としたとき
４０°≦ θP ≦ ６０° ‥‥‥（２）
なる条件を満足するようにしている。
【００３７】
条件式（２）は光偏向器５で偏向された光束の走査光学素子６の光軸に対する最大出射角θP を規定するものであり、条件式（２）を外れると諸変動による影響が受け易く、かつ装置全体の肥大化を招くので良くない。特に条件式（２）の上限値を越えると６面以上のポリゴンミラーでの走査は不可能となり、また５面以下のポリゴンミラーで構成しても面の幅が大きくなりポリゴンミラーの大型化につながるので良くない。
【００３８】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と、感光ドラム２１面側に配した回折光学素子６２とを用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことによって、各色間のレジストレーションずれの少ないカラー画像形成装置を容易な構成で、かつ安価に実現することができる。
【００３９】
尚、本実施形態におけるカラー画像形成装置は複数個の走査光学装置とそれに対応する複数の感光ドラムとより構成したが、該感光ドラムを単一より構成しても本発明は前述の実施形態１と同様に適用することができる。
【００４０】
［実施形態２］
図５は本発明の実施形態２のカラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置のうち１つの走査光学装置と、それに対応する感光ドラムとを抜き出して示した光学系の主走査方向の要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００４１】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、第３の光学素子１６の一要素を構成する第３−２の光学素子を主走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）６３ａと、主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３とより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００４２】
即ち、同図において１６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１より成っている。第３−２の光学素子は主走査方向にパワー有する単一のプラスチック製のシリンダーレンズ６３ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する回折光学素子６３ｂとが互いに組み合わされた複合光学素子（長尺回折素子）６３より成っている。
【００４３】
表−２に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１、シリンダーレンズ６３ａの非球面係数及び回折光学素子６３ｂの位相項を示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
本実施形態では主走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ６３ａを回折光学素子６３ｂに付加している為、感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をθi ＝２３．０°と、より小さくすることができ、これにより感光ドラム等の取り付け誤差や偏心回転による各色の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系と成っている。
【００４６】
また本実施形態では前述の実施形態１と同様に光偏向器５の回転軸から感光ドラム２１面までの光路長Ｌを有効走査域の長さＷより短く設定したことにより、諸変動によるレジストレーションずれの生じにくい構成に成っている。
【００４７】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子１６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と、感光ドラム２１面側に配したシリンダーレンズ６３ａと回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３とを用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことにより、各色間のレジストレーションずれの少ないカラー画像形成装置を容易な構成で、安価に実現することができる。
【００４８】
［実施形態３］
図７は本発明の実施形態３のカラー画像形成装置を構成する複数の走査光学装置のうち１つの走査光学装置と、それに対応する感光ドラムとを抜き出して示した光学系の主走査方向の要部断面図である。同図において図５に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００４９】
本実施形態において前述の実施形態２と異なる点は第３の光学素子２６の一要素を構成する第３−１の光学素子をトーリックレンズ６１と回折光学素子６４とより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態２と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００５０】
即ち、同図において２６はｆθ特性を有する第３の光学素子としての走査光学素子であり、少なくとも１枚の屈折光学素子を含む第３−１の光学素子と、少なくとも１枚の回折光学素子を含む第３−２の光学素子とを有している。本実施形態における第３−１の光学素子は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する単一のプラスチック製のトーリックレンズ６１と、主走査方向にパワーを有する第１の回折光学素子６４とより成っている。第３−２の光学素子は主走査方向にパワーを有する単一のプラスチック製のシリンダーレンズ６３ａと主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する第２の回折光学素子６３ｂとが互いに組み合わされた複合光学素子（長尺回折素子）６３より成っている。
【００５１】
表−３に本実施形態における光学配置とトーリックレンズ６１、シリンダーレンズ６３ａの非球面係数及び第１、第２の回折光学素子６４，６３ｂの位相項を示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
本実施形態では前述の実施形態２に対して第３−１の光学素子に第１の回折光学素子６４を追加して構成しているため、主走査方向、副走査方向の像面湾曲及び歪曲収差が高精度に補正されており、より高精細な印字が可能となっている。
【００５４】
また本実施形態においても前述の実施形態２と同様に感光ドラム２１面に入射する光束の偏向面内（主走査面内）における最大入射角θi をθi ＝２３．０°と、より小さくすることができ、これにより感光ドラム等の取り付け誤差や偏心回転による各色の色ずれの生じにくい、レジストレーションの良い走査光学系と成っている。
【００５５】
また本実施形態では前述の実施形態１，２と同様に光偏向器５の回転軸から感光ドラム２１面までの光路長Ｌを有効走査域の長さＷより短く設定したことにより、諸変動によるレジストレーションずれの生じにくい構成に成っている。
【００５６】
このように本実施形態では上述の如く走査光学装置１１の走査光学素子２６として光偏向器５側に配したトーリックレンズ６１と第１の回折光学素子６４、そして感光ドラム２１面側に配したシリンダーレンズ６３ａと第２の回折光学素子６３ｂとが複合して成る複合光学素子６３を用い、複数個の走査光学装置１１，１２，１３，１４で複数の感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像記録を行うことにより、各色間のレジストレーションずれが少なく、かつ高精細印字に可能なカラー画像形成装置を実現すことができる。
【００５７】
尚、各実施形態で用いている回折光学素子の構成としては、例えば図９に示す１層のキノフォーム形状の１層構成のものや、図１１に示すような格子厚の異なる（又は同一の）２つの層を積層した２層構成のもの等が適用可能である。
【００５８】
図１０は図９に示す回折光学素子１０１の１次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の回折光学素子１０１の構成は、基材１０２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５３０ｎｍで１次回折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの層１０３を形成している。
【００５９】
図１０で明らかなように設計次数の回折効率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回折光の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につながる。
【００６０】
図１１に示す２つの層１０４，１０５を積層した積層型の回折光学素子の１次回折光の回折効率の波長依存特性を図１２に示す。
【００６１】
図１１では基材１０２上に紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）からなる第１層１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５９８、νｄ＝２８）からなる第２層１０５を形成している。この材質の組み合わせでは第１層１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μｍ、第２層１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μｍとしている。
【００６２】
図１２から分かるように積層構造の回折光学素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長全域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００６３】
なお、前述の積層構造の回折光学素子として、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第１層１０４を直接基材に形成しても良い。また各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせによっては図１３に示すように２つの層１０４と１０５の格子厚を等しくしても良い。
【００６４】
この場合、回折光学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の組立作業性を向上させることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く複数の走査光学装置を有するカラー画像形成装置において、各走査光学装置を該走査光学装置の偏向素子の回転軸から像担持体までの距離を該像担持体における有効走査域の長さよりも短く、かつ該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θi を有効走査域全域において２７°以下となるように設定することにより、諸変動（カラー画像形成装置本体の初期変化、環境変化）によるレジストレーションずれを最小限に抑えることができ、かつ容易な構成で色ずれを少なくすることができるコンパクトなカラー画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１のカラー画像形成装置の要部概略図
【図２】 図１に示した走査光学装置とそれに対応する像担持体を示した要部概略図
【図３】 図２に示した光学系の主走査方向の要部断面図
【図４】 本発明の実施形態１における走査光学装置の近軸収差図
【図５】 本発明の実施形態２のカラー画像形成装置を構成する走査光学装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【図６】 本発明の実施形態２における走査光学装置の近軸収差図
【図７】 本発明の実施形態３のカラー画像形成装置を構成する走査光学装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【図８】 本発明の実施形態３における走査光学装置の近軸収差図
【図９】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１０】 本発明に関わる回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１１】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１２】 本発明に関わる回折光学素子の波長依存特性の説明図
【図１３】 本発明に関わる回折光学素子の説明図
【図１４】 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図
【図１５】 従来のカラー画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学素子（シリンダーレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
６，１６，２６ 第３の光学素子（走査光学素子）
６１ トーリックレンズ
６２ 回折光学素子
６３ 複合光学素子（シリンダーレンズ＋回折光学素子）
６４ 回折光学素子
１１，１２，１３，１４ 走査光学装置
２１，２２，２３，２４ 像担持体（感光ドラム）
３１，３２，３３，３４ 現像器
４１ 搬送ベルト
Claims (4)
- 偏向素子を有する走査光学装置を複数設け、該複数の走査光学装置から出射された複数の光束を各々対応する複数の像担持体面上に導光し、該複数の光束で該複数の像担持体面上を走査するカラー画像形成装置において、該複数の走査光学装置は各々該走査光学装置の偏向素子の回転軸から該像担持体面までの距離が該像担持体面における有効走査域の長さよりも短い構成であり、該偏向素子で偏向された光束を該像担持体面上に結像させるｆ−θ特性を有する走査光学素子を有し、該走査光学素子はパワーのある屈折光学素子と、パワーのある回折光学素子の２つの光学素子より成り、前記回折光学素子は、前記屈折光学素子より前記像担持体面側に配置されており、該像担持体面に入射する光束の主走査面内での入射角θiが有効走査域全域において２７°以下となるように設定してあることを特徴とするカラー画像形成装置。
- 前記偏向素子で偏向された光束の前記走査光学素子の光軸に対する最大出射角θPが４０°以上で、かつ６０°以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１のカラー画像形成装置。
- 前記屈折光学素子はプラスチック製のトーリックレンズであること
を特徴とする請求項１又は２のカラー画像形成装置。 - 前記回折光学素子はプラスチック製であることを特徴とする請求項１〜３のいづれか一項のカラー画像形成装置。
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