JP5009574B2 - Diffractive optical element, scanning optical system, optical scanning apparatus, and image forming apparatus - Google Patents

Diffractive optical element, scanning optical system, optical scanning apparatus, and image forming apparatus Download PDF

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この発明は、回折光学素子および走査光学系および光走査装置および画像形成装置に関する。   The present invention relates to a diffractive optical element, a scanning optical system, an optical scanning device, and an image forming apparatus.

光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、被走査面の光走査を行う光走査装置は、デジタル複写機、ファクシミリ装置、光プリンタや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。   The light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is formed as a light spot on the surface to be scanned by the second optical system. 2. Description of the Related Art Optical scanning devices that perform surface optical scanning are widely known in connection with image forming apparatuses such as digital copying machines, facsimile machines, optical printers, and optical plotters.

このような画像形成装置の光源として一般に用いられる半導体レーザやLEDは実質的な単色光源であるが、その発光波長は半導体レーザやLEDの種類により異なる。光走査装置により光走査される感光体は、その種類により光感度の分光特性が異なり、光源は感光体の感光特性に適した発光波長のものが選択されるのが一般である。   A semiconductor laser or LED generally used as a light source of such an image forming apparatus is a substantially monochromatic light source, but its emission wavelength varies depending on the type of the semiconductor laser or LED. The photoconductor that is optically scanned by the optical scanning device has different spectral characteristics of photosensitivity depending on the type, and the light source generally has a light emission wavelength suitable for the photosensitivity of the photoconductor.

一方、光走査装置において、光源から放射された光を感光体上に光スポットとして集光させる走査光学系は、屈折光学系であるレンズを含むが、レンズ材料の屈折率は材料に固有の分散を有し、波長により異なる。このため、従来、走査光学系は、用いられる光源の発光波長を前提として設計されており、走査光学系に用いられる光学素子は光源波長に対する互換性がなかった。   On the other hand, in an optical scanning device, a scanning optical system that condenses light emitted from a light source as a light spot on a photosensitive member includes a lens that is a refractive optical system, but the refractive index of the lens material is a dispersion inherent in the material. And varies depending on the wavelength. For this reason, conventionally, the scanning optical system is designed on the assumption of the emission wavelength of the light source used, and the optical element used in the scanning optical system is not compatible with the light source wavelength.

走査光学系に用いられる光学素子に回折機能を有する「回折光学素子」を用い、他のレンズとの組合せにより「走査光学系のピント位置の温度変化による変動」を低減することが知られている(特許文献1)が、光源波長に対する「回折光学素子の互換性」を向上させるものではない。   It is known that "diffractive optical element" having a diffraction function is used for the optical element used in the scanning optical system, and that "variation due to temperature change in focus position of the scanning optical system" is reduced by combining with other lenses. (Patent Document 1) does not improve “compatibility of diffractive optical elements” with respect to the light source wavelength.

特開2006−085487JP 2006-085487 A

この発明は上述したところに鑑み、走査光学系に含まれる回折光学素子であって、発光波長の異なる2以上の光源に対して互換性を有する回折光学素子の実現、かかる回折光学素子を用いる走査光学系、光走査装置、画像形成装置の実現を課題とする。   In view of the above, the present invention realizes a diffractive optical element included in a scanning optical system, which is compatible with two or more light sources having different emission wavelengths, and scans using such a diffractive optical element. An object is to realize an optical system, an optical scanning device, and an image forming apparatus.

この発明の回折光学素子は「光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、被走査面の光走査を行う光走査装置における第1および/または第2の光学系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(請求項1)。   According to the diffractive optical element of the present invention, the light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is projected onto the surface to be scanned by the second optical system. A light-transmitting diffractive optical element formed as a light spot and used in the first and / or second optical system in an optical scanning device that performs optical scanning of the surface to be scanned, and is characterized by the following points (Claim 1).

即ち、回折光学素子は「段差による回折面」を形成されている。
「回折面」は、この面に入射する光束に回折作用を作用させる面である。
上記回折面の段差:dは、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長:λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の公倍数に実質的に等しく設定されている。
That is, the diffractive optical element has a “diffractive surface due to a step”.
A “diffractive surface” is a surface that causes a diffractive action on a light beam incident on this surface.
The step of the diffractive surface: d is greater than or equal to two wavelengths: λ i (i = 1, 2,...) And the refractive index of the element material for these wavelengths: λ i : n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
Is set to be substantially equal to the common multiple of.

請求項1記載の回折光学素子の「回折面の面形状」は、「回折部のパワーが屈折部のパワーと相殺する」ように設定されていることができ(請求項2)、この場合において、回折面の形状は「マルチステップ型」であることが好ましい(請求項3)。
即ち、請求項2における回折面は「屈折によるパワーを持つ屈折部に、段差による回折部を重畳させた面形状」を持ち、この面形状は「回折部のパワーと屈折部の屈折によるパワーとが相殺する」ように設定されているのである。
請求項3における回折面は「屈折によるパワーを持つ屈折部に、段差による回折部を重畳させて形成した表面形状」をもち、その形状がマルチステップ型である。
請求項1〜3の任意の1に記載の回折光学素子における回折面は「主走査方向および/または副走査方向に平行な直線状の溝形状」により形成されていることが好ましい(請求項4)。
The “surface shape of the diffractive surface” of the diffractive optical element according to claim 1 can be set so that “the power of the diffractive part cancels the power of the refracting part” (Claim 2). The shape of the diffractive surface is preferably “multi-step type”.
In other words, the diffractive surface in claim 2 has a “surface shape in which a diffractive portion due to a step is superimposed on a refracting portion having power due to refraction”, and this surface shape is expressed as “power of the diffracting portion and power due to refraction of the refracting portion” Is set to cancel.
The diffractive surface in claim 3 has a “surface shape formed by superimposing a diffractive part due to a step on a refracting part having power by refraction”, and the shape is a multi-step type.
Preferably, the diffractive surface of the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 3 is formed by a “linear groove shape parallel to the main scanning direction and / or the sub-scanning direction”. ).

請求項1〜4の任意の1に記載の回折光学素子における回折面の段差:dは、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の最小公倍数に実質的に等しく設定されていることが好ましい(請求項5)。
請求項1〜5の任意の1に記載の回折光学素子の「回折面における最大ピッチ」は、回折面に入射する光束幅よりも小さい(請求項6)。
請求項1〜6の任意の1に記載の回折光学素子は「光源からの光束をカップリングするカップリングレンズ」として形成されていることができる(請求項7)。
請求項1〜7の任意の1に記載の回折光学素子における回折面は「温度変動に伴う第1および/または第2の光学系の光学機能変化を補償する機能」を有することができる(請求項8)。
The step of the diffractive surface in the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein d is two or more wavelengths: λ i (i = 1, 2,...), And elements for these wavelengths λ i For the refractive index of the material: n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
Preferably, it is set to be substantially equal to the least common multiple of (Claim 5).
The “maximum pitch on the diffractive surface” of the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 5 is smaller than a width of a light beam incident on the diffractive surface (claim 6).
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 6 can be formed as "a coupling lens for coupling a light beam from a light source" (claim 7).
The diffractive surface in the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7 can have a "function to compensate for a change in optical function of the first and / or second optical system due to temperature fluctuation" (claim). Item 8).

この発明の走査光学系は「光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、被走査面の光走査を行う光走査装置において、第1および第2の光学系により構成される走査光学系」であって、第1および/または第2の光学系が請求項1〜8の任意の1に記載の回折光学素子を1以上含むことを特徴とする(請求項9)。   According to the scanning optical system of the present invention, the light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is projected on the surface to be scanned by the second optical system. In an optical scanning device that is formed as a light spot and performs optical scanning of a surface to be scanned, it is a scanning optical system composed of first and second optical systems ”, and the first and / or second optical systems are One or more diffractive optical elements according to any one of claims 1 to 8 are included (claim 9).

請求項9記載の走査光学系は、2以上の波長:λに対して、実質的に同一の光学特性を有し、波長:λの光を放出する2以上の光源に対して「走査光学系として共通化」されていることができる(請求項10)。 The scanning optical system according to claim 9, wherein the two or more wavelength relative lambda i, have substantially the same optical characteristics, wavelength: "scanning for two or more light sources that emit light of lambda i It can be shared as an optical system ”(claim 10).

この発明の光走査装置は「光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、被走査面の光走査を行う光走査装置」であって、第1および第2の光学系により構成される走査光学系として請求項9または10記載の走査光学系を有し、光源として「2以上の波長:λ(i=1,2,・・)のうちの何れかを放射するもの」を有することを特徴とする(請求項11)。 The optical scanning device according to the present invention is directed to “a light beam emitted from a light source is guided to an optical deflector by a first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is projected onto a surface to be scanned by a second optical system. 11. An optical scanning device that forms an optical spot and performs optical scanning of a surface to be scanned ”, and has the scanning optical system according to claim 9 or 10 as a scanning optical system constituted by the first and second optical systems. And a light source having a wavelength of “two or more wavelengths: λ i (i = 1, 2,...)” (Claim 11).

この発明の画像形成装置は「光走査により画像形成を行う画像形成装置」であって、光走査を行う光走査装置として請求項11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12)。即ち、請求項12記載の画像形成装置の光走査装置は1つであることもできるし複数であることもできる。なお、複数の光走査装置を有する場合、複数の光走査装置における光偏向器を「ポリゴンミラー」とし、このポリゴンミラーによる光偏向器を「複数の光走査装置に対して共通化する」ことができる。   The image forming apparatus according to the present invention is an “image forming apparatus that forms an image by optical scanning”, and has at least one optical scanning device according to claim 11 as an optical scanning device that performs optical scanning. Item 12). In other words, the number of optical scanning devices of the image forming apparatus according to the twelfth aspect may be one or plural. In the case of having a plurality of optical scanning devices, the optical deflector in the plurality of optical scanning devices may be referred to as a “polygon mirror”, and the optical deflector based on the polygon mirror may be “shared with multiple optical scanning devices”. it can.

請求項12記載の画像形成装置は「複数の光源を有し、マルチビーム走査による画像形成を行う」ものであることができる(請求項13)。この場合もマルチビーム走査を行う光走査装置は単一でも複数でもよい。   The image forming apparatus according to a twelfth aspect of the present invention may be “having a plurality of light sources and performing image formation by multi-beam scanning” (claim 13). Also in this case, the optical scanning device that performs multi-beam scanning may be single or plural.

請求項12または13記載の画像形成装置は、複数の光源を有し、複数の光走査対象に対して光走査を行い、各光走査対象に形成された画像を重ね合わせて画像形成を行う構成とすることができる(請求項14)。このような画像形成装置は、例えば「タンデム方式のカラー画像形成装置」として実施することができる。   The image forming apparatus according to claim 12 or 13 includes a plurality of light sources, performs optical scanning on a plurality of optical scanning targets, and forms an image by superimposing images formed on the respective optical scanning targets. (Claim 14). Such an image forming apparatus can be implemented as, for example, a “tandem color image forming apparatus”.

説明を補足すると、上記第1および第2の光学系としては、従来から知られた各種のものを適宜に用いうることができる。例えば、第1の光学系の最も簡単な構成として、光源からの光束を平行光束や弱い発散光束あるいは弱い収束光束に変換するカップリングレンズのみにより構成し、カップリングされた上記光束を光偏向器に導光するようにすることができる。   Supplementing the description, various types of conventionally known optical systems can be used as the first and second optical systems. For example, as the simplest configuration of the first optical system, the light beam from the light source is configured only by a coupling lens that converts a light beam from a light source into a parallel beam, a weak divergent beam, or a weak convergent beam, and the coupled light beam is an optical deflector. It can be made to guide to.

あるいはまた、光源からの光束を平行光束や弱い発散光束あるいは弱い収束光束に変換するカップリングレンズと、カップリングされた光束を光偏向器の偏向反射面位置に主走査方向に長い線像として結像させるシリンドリカルレンズのような線像結像光学系とで構成することができる。   Alternatively, a coupling lens that converts the light beam from the light source into a parallel light beam, a weak divergent light beam, or a weak convergent light beam, and the coupled light beam as a line image that is long in the main scanning direction at the position of the deflecting reflection surface of the optical deflector. It can be constituted by a line image imaging optical system such as a cylindrical lens for imaging.

第2の光学系は1枚以上のレンズからなる周知のfθレンズ、あるいはfθ機能を付与された反射面によるfθミラーや、1枚以上のレンズやミラーにより所望の光学特性を実現するもの等を適宜に用いることができる。
光偏向器としてもポリゴンミラーや回転2面鏡、回転単面鏡等、公知の適宜のものを利用することができる。
The second optical system is a known fθ lens composed of one or more lenses, or an fθ mirror with a reflecting surface provided with an fθ function, or one that realizes desired optical characteristics with one or more lenses or mirrors. It can be used appropriately.
As the optical deflector, a known appropriate one such as a polygon mirror, a rotating dihedral mirror, and a rotating single mirror can be used.

「回折光学素子」には様々な形態のものがあるが、フレネルレンズのように「段差で区切られた輪帯が光軸から周辺に行くに従い狭くなる」ような透過型(位相型)の回折光学素子を例に取って説明する。以下の説明に用いる数式は「スカラー回折理論」によるものである。   There are various types of “diffractive optical elements”, but like a Fresnel lens, a transmission type (phase type) diffraction in which a ring zone divided by steps becomes narrower as it goes from the optical axis to the periphery. An optical element will be described as an example. Formulas used in the following explanation are based on “scalar diffraction theory”.

波長:λの光束が段差:dの回折面を持つ回折光学素子(集光性のもの)に入射する場合、回折面形状が自然数:mについて、以下の(1)式を満たしていれば、段差によって区切られた各輪帯を透過する光束は「m波長分の位相差」をもって位相整合し「m次の回折光として集光」する。
(1) d=mλ/{n(λ)−1}
(1)式において「n(λ)」は、波長:λに対する素子材料の屈折率である。
When a light beam having a wavelength of λ is incident on a diffractive optical element having a diffractive surface having a step difference of d (condensing light), if the diffractive surface shape satisfies the following formula (1) for a natural number: m, The luminous flux transmitted through each annular zone divided by the steps is phase-matched with “a phase difference for m wavelengths” and “collected as m-order diffracted light”.
(1) d = mλ / {n (λ) −1}
In the formula (1), “n (λ)” is the refractive index of the element material with respect to the wavelength: λ.

このような「m次の回折光を集光させる集光性の回折光学素子」の焦点距離:fは、0次光に対する焦点距離:fに対して以下のように与えられる。
(2) f=[{n(λ)−1}d/λm]f
(1)式により、(2)式右辺中の[{n(λ)−1}d/λm]は1に等しいから、m次の回折光に対する回折光学素子の焦点距離は、0次光に対する焦点距離:fに等しい。
Such focal length of the "m-th order diffracted light diffractive optical element light-collecting condensing the": f is the focal length for the zero-order light: given as follows with respect to f 0.
(2) f = [{n (λ) −1} d / λm] f 0
According to the equation (1), [{n (λ) −1} d / λm] in the right side of the equation (2) is equal to 1, so that the focal length of the diffractive optical element with respect to the mth order diffracted light is equal to f 0: the focal length.

ここで2種の波長:λ、λを考え、これらの波長:λ、λに対して位相整合するように上記回折光学素子の段差:dを設定する場合を考える。即ち、段差:dに対して、波長:λの光が「m波長分の位相差」をもって位相整合し、波長:λの光が「m波長分の位相差」をもって位相整合するものとする。 Here, two types of wavelengths: λ j and λ k are considered, and a case where the step: d of the diffractive optical element is set so as to be phase-matched to these wavelengths: λ j and λ k is considered. That is, with respect to the step: d, the light of wavelength: λ j is phase matched with “phase difference for m j wavelengths”, and the light of wavelength: λ k is phase matched with “phase difference for m k wavelengths”. Shall.

この条件が成り立つためには、
(3) d=mλ/{n(λ)−1}=mkλ/{n(λ)−1}
が成り立てばよく、このとき回折光学素子の焦点距離は、波長:λの光に対して、
(4−1) f=[{n(λ)−1}d/λ]f
波長:λの光に対して、
(4−1) f=[{n(λ)−1}d/λ]f
となる。
In order for this condition to hold,
(3) d = m j λ j / {n (λ j ) −1} = m k λ k / {n (λ k ) −1}
May be the Naritate, the focal length of the time the diffractive optical element, wavelength: For the lambda j light,
(4-1) f j = [{n (λ j ) −1} d / λ j m j ] f 0
Wavelength: For light of λ k
(4-1) f k = [{n (λ k ) −1} d / λ k m k ] f 0
It becomes.

即ち、回折面の段差:dが(3)式を満足するときには、回折光学素子の焦点距離は2種の波長:λ、λに対して同一となり、これらの2波長に対して同一の光学機能を果たすことになる。 That is, when the step of the diffractive surface: d satisfies the expression (3), the focal length of the diffractive optical element is the same for the two wavelengths: λ j and λ k , and the same for these two wavelengths. It will perform the optical function.

(3)式が満足される条件は、段差:dが、波長:λ、λについて、
λ/{n(λ)−1}、λ/{n(λ)−1}
の公倍数であることに帰着する。
The condition that the expression (3) is satisfied is that the step: d is the wavelength: λ j , λ k .
λ i / {n (λ i ) -1}, λ k / {n (λ k ) -1}
The result is a common multiple of.

即ち、光源の発光波長:λ、λが異なる「2種の光走査装置」を考えたとき、これらの光走査装置の第1及び/又は第2の光学系のうちに、(3)式を満足する回折光学素子を用いるものとすれば、この回折光学素子は「異なる発光波長の光源の何れか」を有する2種の光走査装置の何れに対しても同一の光学機能を持つ光学素子として使用することができる。換言すれば、この回折光学素子は、これら2種の光走査装置に対して互換性を有するのである。 That is, when “two types of optical scanning devices” having different light emission wavelengths: λ j and λ k are considered, among the first and / or second optical systems of these optical scanning devices, (3) If a diffractive optical element satisfying the equation is used, this diffractive optical element is an optical device having the same optical function for any of two types of optical scanning devices having “one of light sources having different emission wavelengths”. It can be used as an element. In other words, the diffractive optical element is compatible with these two types of optical scanning devices.

上の説明は一般化することができ「光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、被走査面の光走査を行う光走査装置における第1および/または第2の光学系に用いられる光透過性の回折光学素子」が、段差による回折面を形成され、段差:dが、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長:λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の公倍数に実質的に等しく設定されているならば、この回折光学素子は、波長:λ(i=1,2,・・)の2以上の光源に対して互換性を持つことになる。
The above explanation can be generalized: "The light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is scanned by the second optical system. A light-transmitting diffractive optical element formed as a light spot on the surface and used in the first and / or second optical system in the optical scanning device that scans the surface to be scanned forms a diffractive surface due to a step. The step: d is greater than or equal to two wavelengths: λ i (i = 1, 2,...) And the refractive index of the element material for these wavelengths: λ i : n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
If the diffractive optical element is set to be substantially equal to a common multiple of λ, the diffractive optical element is compatible with two or more light sources having wavelengths λ i (i = 1, 2,...).

なお、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長:λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、段差:dを
λ/{n(λ)−1}
の公倍数に等しく設定する場合に、段差:dを上記「公倍数」に厳密に合致させることは技術的にも必ずしも容易ではないが、回折光学素子は上記複数の波長に対して実質的に同一の光学機能を有すれば良いのであるから「段差と公倍数」とは、このような実用上の観点から「複数の波長に対して実質的に同一の光学機能」を実現できる範囲で一致すればよい。請求項1において「段差:dが・・・公倍数と実質的に等しく設定される。」とはこの意味である。
Note that, for two or more wavelengths: λ i (i = 1, 2,...) And the refractive index of the element material for these wavelengths: λ i : n (λ i ), the step: d is set to λ i / {n (λ i ) −1}
However, it is not always technically easy to make the step: d exactly match the above-mentioned “common multiple”. However, the diffractive optical element is substantially the same for the plurality of wavelengths. Since it is only necessary to have an optical function, the “step and common multiple” need only match within a range in which “substantially the same optical function for a plurality of wavelengths” can be realized from such a practical viewpoint. . In claim 1, “step difference: d is set to be substantially equal to a common multiple” means this.

回折光の集光に関する特徴は、その焦点距離が波長に反比例すること、即ち、パワーが波長に比例することである。光走査装置の光源に用いられる半導体レーザやLEDの発光波長領域では、回折光学素子の「波長変動によるパワー変動」は、材料の屈折率の分散によるパワー変動よりも圧倒的に大きい。   A characteristic regarding the collection of diffracted light is that its focal length is inversely proportional to the wavelength, that is, the power is proportional to the wavelength. In the emission wavelength region of a semiconductor laser or LED used as a light source of an optical scanning device, the “power fluctuation due to wavelength fluctuation” of the diffractive optical element is overwhelmingly larger than the power fluctuation due to dispersion of the refractive index of the material.

即ち、材料の屈折率の分散により(3)式が厳密に成立しない場合でも、当初の波長差によるパワー差に比べて極めて小さいパワー差にしかならないため、請求項1記載の回折光学素子は異なる発光波長の光源に対して互換性を持つ光学素子として使用できる。また、光量面でも同じ理由で回折効率の落ち込みを小さく出来る。   That is, even if the expression (3) is not strictly established due to the dispersion of the refractive index of the material, the power difference is very small compared to the power difference due to the initial wavelength difference, so the diffractive optical element according to claim 1 is different. It can be used as an optical element having compatibility with a light source having an emission wavelength. Also, the drop in diffraction efficiency can be reduced for the same reason in terms of light quantity.

このように、請求項1記載の回折光学素子は、異なった発光波長の光源を用いる複数のタイプの光走査装置に対して互換性を持つため、複数種の光走査装置の実施に対して部品点数低減、低価格化をもたらすことができる。   Thus, since the diffractive optical element according to claim 1 is compatible with a plurality of types of optical scanning devices using light sources having different emission wavelengths, the diffractive optical element is a component for implementing a plurality of types of optical scanning devices. This can reduce the number of points and reduce the price.

次に、回折面の面形状の面からすると、回折面の面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されていることが好ましい(請求項2)。
前述のフレネルレンズの場合を例に取ると、回折面の回折部は、図4に示すように「屈折部の面形状を適切な段差、ピッチで折り返した形状」であり、屈折部と同じくパワーを有するため、回折面の形状とパワーは「回折部のものと屈折部のものを合わせたもの」になる。通常、回折部の段差のピッチは、図5の左の図に例示するように、レンズ周辺部に向かうに従い微細になるため、回折部を成形で形成する場合には、回折部を形成するのが困難となりやすい。
Next, in terms of the surface shape of the diffractive surface, the surface shape of the diffractive surface is preferably set such that the power of the diffractive portion and the power of the refracting portion cancel each other (claim 2).
Taking the case of the aforementioned Fresnel lens as an example, the diffractive part of the diffractive surface is “a shape obtained by folding the surface shape of the refracting part with an appropriate step and pitch” as shown in FIG. Therefore, the shape and power of the diffractive surface is “a combination of the diffractive part and the refractive part”. Normally, the pitch of the step of the diffractive part becomes finer as it goes to the lens peripheral part as illustrated in the left figure of FIG. 5, so when forming the diffractive part by molding, the diffractive part is formed. Tends to be difficult.

このような場合に、請求項2記載のように「回折部(図5の左図)のパワー(正のパワー)と屈折部(図5の中央の図)のパワー(負のパワー)が相殺する」ように設定すると、図5右図の回折面形状のように、回折部の折返し部分が鈍角となり成形が容易となる。
即ち、図5の中央の図に示すような「負のパワーを持つ屈折面」を屈折部とし、この屈折面形状に対して図5の左図に示すような「正のパワーを持つ回折部」の形状を重ね合わせて「回折面」とする。そして、これら重畳された屈折部と回折部の互いに逆のパワーが、相殺しあうように屈折部および回折部のパワーを設定するのである。
In such a case, as described in claim 2, the power (positive power) of the diffractive part (left figure of FIG. 5) and the power (negative power) of the refracting part (middle figure of FIG. 5) cancel each other. If set to “Yes”, the folded portion of the diffractive portion becomes obtuse as in the shape of the diffractive surface in the right diagram of FIG.
That is, a “refractive surface having negative power” as shown in the center diagram of FIG. 5 is used as a refracting portion, and a “diffractive portion having positive power” as shown in the left diagram of FIG. ”Are overlapped to form a“ diffractive surface ”. Then, the powers of the refracting unit and the diffractive unit are set so that the powers opposite to each other of the superimposed refracting unit and diffracting unit cancel each other.

図5右図に示した例では、屈折部に回折部を重ね合わせた回折面の回折面形状は「マルチステップ型(請求項3)」であって上記「折返し部分の角度」が直角となり、光軸に対称な階段状の形状である。このようなマルチステップ型の回折面は成形が更に容易であり、光学的には0次光と1次以上の次数の回折光が同一でノンパワーの面と等価であり、偏心に対して光学性能が劣化しにくい。 In the example shown in the right diagram of FIG. 5, the diffraction surface shape of the diffractive surface obtained by superimposing the diffractive portion on the refracting portion is “multi-step type (Claim 3)”, and the “angle of the folded portion” is a right angle. It has a stepped shape symmetrical to the optical axis. Such a multi-step type diffractive surface is easier to mold. Optically, the 0th-order light and the 1st-order or higher-order diffracted light are the same and equivalent to a non-powered surface, and are optical with respect to decentration. Performance is unlikely to deteriorate.

回折面の回折部のパワーは「主・副走査方向に対して独立に設定」することができ、このように主・副走査方向について独立にパワー設定した回折部を同一面に設ける場合、光軸方向から回折面を見ると、回折部の折返し部分は同心楕円状や同心円状になる。しかし同心楕円状や同心円状の回折面は金型成形で形成する場合、軸を出す手間や「バイトの逃げ」に工夫が必要になる。   The power of the diffractive part of the diffractive surface can be set “independently in the main / sub-scanning direction”. When the diffractive parts set independently in the main / sub-scanning direction are provided on the same surface in this way, When the diffractive surface is viewed from the axial direction, the folded portion of the diffractive portion becomes a concentric ellipse or a concentric circle. However, when concentric elliptical or concentric diffractive surfaces are formed by mold forming, it is necessary to devise the effort to put out the axis and "the escape of the bite".

このような場合、請求項4記載のように、1つの回折面を「ある方向(主走査方向もしくは副走査方向)に対してのみ回折部のパワーが作用する形状」、即ち「主走査方向および/または副走査方向に平行な直線状の溝形状」により形成することにより金型の作製が容易になる。   In such a case, as described in claim 4, one diffractive surface has a “shape in which the power of the diffraction part acts only in a certain direction (main scanning direction or sub-scanning direction)”, that is, “main scanning direction and By forming with “/ a linear groove shape parallel to the sub-scanning direction”, the mold can be easily manufactured.

即ち、回折面の形状は金型の切削により実現されるが、直線状の溝形状の場合、切削のバイトを一方向に走らせるだけで切削でき、バイトを逃がすのに何の問題も生じない。また、請求項3記載の場合のように、光軸に関して対称な階段状形状であれば、バイトを当る角度が略直角となるため、金型作製は更に容易になる。   That is, the shape of the diffractive surface is realized by cutting the mold, but in the case of a straight groove shape, the cutting tool can be cut only by running in one direction, and there is no problem in letting the tool escape. . Further, as in the case of the third aspect, if the stepped shape is symmetric with respect to the optical axis, the angle for hitting the cutting tool becomes almost a right angle, so that the mold can be manufactured more easily.

回折光学素子の回折面の段差が大きくなりすぎると、段差の部分で「幾何光学的なケラレ」が発生したり、平行光でない光束が入射した場合に大きな球面収差が発生したりすることがある。   If the step of the diffractive surface of the diffractive optical element becomes too large, "geometrical vignetting" may occur at the step, or large spherical aberration may occur when a light beam that is not parallel light is incident. .

このような問題を回避する観点から、段差の大きさは必要最小限とすることが好ましく、具体的には請求項5記載のように、回折面の段差:dを「2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の最小公倍数に実質的に等しく設定」するのがよい。
From the viewpoint of avoiding such a problem, it is preferable to minimize the size of the step. Specifically, as described in claim 5, the step of the diffractive surface: d is set to “2 or more wavelengths: λ. i (i = 1, 2,...) and the refractive index of the element material for these wavelengths λ i : n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
Should be set substantially equal to the least common multiple of ".

また、回折面の段差が大きくなると、それに伴い最大ピッチも大きくなる。しかし、最大ピッチが回折面に入射する光束幅を超えてしまうと、光束にとって回折光学素子は単なる屈折面と等しくなり回折特有の効果を発揮できない。従って、請求項6記載の如く「回折面における最大ピッチが、回折面に入射する光束幅よりも小さく」なるように、入射光束径と「回折面の最大ピッチ」との大小関係を調整する。   Further, when the level difference of the diffractive surface increases, the maximum pitch increases accordingly. However, if the maximum pitch exceeds the width of the light beam incident on the diffractive surface, the diffractive optical element is equal to a simple refracting surface for the light beam, and the effect peculiar to diffraction cannot be exhibited. Accordingly, the magnitude relationship between the incident light beam diameter and the “maximum pitch of the diffractive surface” is adjusted so that “the maximum pitch on the diffractive surface is smaller than the width of the light beam incident on the diffractive surface”.

請求項9、10記載の走査光学系のように、発光波長の異なる複数波長に対して互換性を持つ回折光学素子を持つ場合や、走査光学系として2以上の波長に共通化されている場合においても、レンズには必ず分散特性が存在するため、波長が変わると幾何光学的な集光位置は必然的に変化する。この問題を回避するためには、走査光学系に含まれる光学素子中に設定位置を調整可能なものを含めておけば、波長の異なる光源の交換に伴う幾何光学的な集光位置のずれに対処することができる。   When the diffractive optical element is compatible with a plurality of wavelengths having different emission wavelengths, or the scanning optical system is shared by two or more wavelengths as in the scanning optical system according to claims 9 and 10 However, since the lens always has dispersion characteristics, the geometrical optical focusing position inevitably changes when the wavelength changes. In order to avoid this problem, if the optical element included in the scanning optical system includes an element that can adjust the set position, the geometric optical converging position shifts due to replacement of light sources having different wavelengths. Can be dealt with.

光走査により画像形成を行う画像形成装置について若干付言すると、光走査装置により光走査される光走査対象である感光体としては種々のものの使用が可能である。例えば、感光体として銀塩フィルムを用いることができ、この場合、光走査による書込みで形成される潜像は、通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化できる。かかる画像形成装置は光製版装置や、CTスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。   To add a little about an image forming apparatus that forms an image by optical scanning, various types of photoconductors that are optical scanning targets that are optically scanned by the optical scanning apparatus can be used. For example, a silver salt film can be used as the photoreceptor, and in this case, a latent image formed by writing by optical scanning can be visualized by processing by a normal silver salt photographic process. Such an image forming apparatus can be implemented as an optical plate making apparatus or an optical drawing apparatus that draws a CT scan image or the like.

感光体としてはまた、光走査の際にビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体(ポジの印画紙)を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。感光体としてはまた「光導電性の感光体」を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等、ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるものを用いることができる。   As the photoreceptor, a coloring medium (positive photographic paper) that develops color by the thermal energy of the beam spot during optical scanning can be used. In this case, a visible image can be directly formed by optical scanning. A “photoconductive photoreceptor” can also be used as the photoreceptor. As the photoconductive photoreceptor, a sheet-like one such as zinc oxide paper can be used, or a drum-type or belt-like one such as a selenium photoreceptor or an organic optical semiconductor can be used. it can.

光導電性の感光体を用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光体上に直接的に定着され、感光体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やOHPシート(オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート)等のシート状記録媒体に転写・定着される。   When a photoconductive photoconductor is used, an electrostatic latent image is formed by uniform charging of the photoconductor and optical scanning by an optical scanning device. The electrostatic latent image is visualized as a toner image by development. The toner image is directly fixed on the photoconductor when the photoconductor is in the form of a sheet such as zinc oxide paper, and transfer paper or an OHP sheet when the photoconductor can be used repeatedly. It is transferred and fixed on a sheet-like recording medium such as (plastic sheet for overhead projector).

光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写(直接転写方式)しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写(中間転写方式)するようにしてもよい。このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。   The transfer of the toner image from the photoconductive photosensitive member to the sheet-like recording medium may be directly transferred from the photosensitive member to the sheet-like recording medium (direct transfer method), or may be temporarily transferred from the photosensitive member to an intermediate transfer belt or the like. After transfer to the intermediate transfer medium, transfer from the intermediate transfer medium to a sheet-like recording medium (intermediate transfer method) may be performed. Such an image forming apparatus can be implemented as an optical printer, an optical plotter, a digital copying apparatus, or the like.

また、この発明の画像形成装置は、上記光導電性の感光体を複数個、シート状記録媒体の搬送路に沿って配置し、複数の光走査装置を用いて感光体ごとに静電潜像を形成し、これらを可視化して得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体に転写・定着して合成的にカラー画像や多色画像を得るタンデム式の画像形成装置として実施することができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including a plurality of the photoconductive photoconductors arranged along a conveyance path of a sheet-like recording medium, and an electrostatic latent image for each photoconductor using a plurality of optical scanning devices. Can be implemented as a tandem type image forming apparatus that synthetically obtains a color image or a multicolor image by transferring and fixing a toner image obtained by visualizing the toner image to the same sheet-like recording medium.

以上に説明したように、この発明によれば、発光波長の異なる2以上の光源に対して互換性を有する回折光学素子、かかる回折光学素子を用いる走査光学系、光走査装置、画像形成装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, a diffractive optical element having compatibility with two or more light sources having different emission wavelengths, a scanning optical system using the diffractive optical element, an optical scanning apparatus, and an image forming apparatus are provided. Can be realized.

以下、発明の実施の形態を説明する。
図1は、光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。
符号1で示す光源は「面発光型半導体レーザ」である。光源1から放射される光束は、カップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ2を透過した光束は、アパーチャ3の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されてビーム整形され、線像結像光学系である線像結像レンズ4に入射する。線像結像レンズ4は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持つシリンドリカルレンズであり、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、光偏向器であるポリゴンミラー5の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として集光させる。
即ち、カップリングレンズ2と線像結像レンズ4とは「第1の光学系」を構成する。
Embodiments of the invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of an optical scanning device.
The light source denoted by reference numeral 1 is a “surface emitting semiconductor laser”. The light beam emitted from the light source 1 is coupled to the subsequent optical system by the coupling lens 2. When the light beam that has passed through the coupling lens 2 passes through the opening of the aperture 3, the periphery of the light beam is blocked and shaped, and enters the line image forming lens 4 that is a line image forming optical system. The line image forming lens 4 is a cylindrical lens having a power-less direction in the main scanning direction and a positive power in the sub-scanning direction, and converges an incident light beam in the sub-scanning direction. Is condensed as a long line image in the main scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the polygon mirror 5.
That is, the coupling lens 2 and the line image forming lens 4 constitute a “first optical system”.

偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー5の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、第2の光学系を構成する走査レンズ6を透過し、光束を被走査面に導光するための折り曲げミラー7により光路を折曲げられ、被走査面の実体をなす光導電性の感光体8上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する。   The light beam reflected by the deflecting and reflecting surface is deflected at a constant angular velocity as the polygon mirror 5 rotates at a constant speed, and is transmitted through the scanning lens 6 constituting the second optical system to guide the light beam to the surface to be scanned. The optical path is bent by the bending mirror 7 for focusing, and the light is condensed as a light spot on the photoconductive photosensitive member 8 forming the substance of the surface to be scanned, and the surface to be scanned is optically scanned.

図1の実施の形態では、第2の光学系を1枚の走査レンズ6で構成しているが、勿論、第2の光学系を複数枚のレンズで構成することもできる。   In the embodiment of FIG. 1, the second optical system is configured by a single scanning lens 6, but of course, the second optical system may be configured by a plurality of lenses.

ポリゴンミラー5による偏向光束は、感光体8の光走査に先立って、同期ミラー9により反射され、同期レンズ10により同期検知部11に主走査方向に集光される。同期検知部11の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。   Prior to the optical scanning of the photoconductor 8, the deflected light beam by the polygon mirror 5 is reflected by the synchronization mirror 9 and condensed by the synchronization lens 10 on the synchronization detection unit 11 in the main scanning direction. Based on the output of the synchronization detector 11, the write start timing of optical scanning is determined.

若干付言すると、この明細書中において「光スポットのスポット径」は、被走査面上の光スポットにおける「光強度分布のラインスプレッド関数における1/e強度」で定義される。 In other words, in this specification, the “spot diameter of the light spot” is defined as “1 / e 2 intensity in the line spread function of the light intensity distribution” in the light spot on the surface to be scanned.

「ラインスプレッド関数」は、被走査面上に形成された光スポットの中心座標を基準として主走査方向及び副走査方向の座標:Y、Zにより光スポットの光強度分布:f(Y,Z)を定めたとき、Z方向のラインスプレッド関数:LSZは
LSZ(Z)=∫f(Y,Z)dY
(積分はY方向におけるビームスポットの全幅について行う)で定義され、Y方向のラインスプレッド関数:LSYは、
LSY(Y)=∫f(Y、Z)dZ
(積分はZ方向におけるビームスポットの全幅について行う)で定義される。
The “line spread function” is a light spot light intensity distribution: f (Y, Z) based on coordinates Y, Z in the main scanning direction and the sub-scanning direction with reference to the center coordinates of the light spot formed on the surface to be scanned. Is determined, the line spread function in the Z direction: LSZ is
LSZ (Z) = ∫f (Y, Z) dY
(Integration is performed for the full width of the beam spot in the Y direction) and the line spread function in the Y direction: LSY is
LSY (Y) = ∫f (Y, Z) dZ
(Integration is performed for the full width of the beam spot in the Z direction).

これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)は、通常、略ガウス分布型の形状であり、Y方向及びZ方向のスポット径は、これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)が、その最大値の1/e以上となる領域のY、Z方向幅で与えられる。 These line spread functions: LSZ (Z), LSY (Y) are generally of a Gaussian distribution type, and the spot diameters in the Y direction and Z direction are determined by the line spread functions: LSZ (Z), LSY (Y ) Is given by the width in the Y and Z directions of a region that is 1 / e 2 or more of the maximum value.

ラインスプレッド関数により上記の如く定義されるスポット径は、光スポットをスリットで等速光走査し、スリットを通った光を光検出器で受光し、受光量を積分することにより容易に測定可能であり、このような測定を行う装置も市販されている。   The spot diameter defined above by the line spread function can be easily measured by scanning the light spot at a constant speed with a slit, receiving the light passing through the slit with a photodetector, and integrating the amount of light received. There are also commercially available devices for performing such measurements.

図2は、実施の別形態を説明するための図である。繁雑をさけるため、混同の虞がないと思われるものについては、図1におけると同一の符号を付した。
図2に示す実施の形態は「マルチビーム走査」を行う光走査装置の光学配置を平面的に展開して示している。符号1、1’は面発光型半導体レーザである光源、符号2、2’はカップリングレンズ、符号3、3’はアパーチャ、符号4Aは線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ、符号DMはミラー、符号5はポリゴンミラー、符号61、62は「第2の光学系」を構成する走査レンズ、符号8は被走査面(実態的には感光体の感光面)を示す。また、符号G1はポリゴンミラー5を封止するハウジングの防音ガラス、符号G2は光走査装置のハウジングの防塵ガラスを示している。図1には図示されていないが、防音ガラスG1、防塵ガラスG2は、図1に示す実施の形態においても用いられている。
FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment. In order to avoid complications, the same reference numerals as those in FIG.
The embodiment shown in FIG. 2 shows an optical arrangement of an optical scanning device that performs “multi-beam scanning” in a planar manner. Reference numerals 1 and 1 ′ are light sources that are surface-emitting semiconductor lasers, reference numerals 2 and 2 ′ are coupling lenses, reference numerals 3 and 3 ′ are apertures, reference numeral 4A is a cylindrical lens that is a line image imaging optical system, and reference numeral DM is Reference numeral 5 denotes a polygon mirror, reference numerals 61 and 62 denote scanning lenses constituting a “second optical system”, and reference numeral 8 denotes a surface to be scanned (actually, a photosensitive surface of a photosensitive member). Reference numeral G1 denotes a soundproof glass of the housing that seals the polygon mirror 5, and reference numeral G2 denotes a dustproof glass of the housing of the optical scanning device. Although not shown in FIG. 1, the soundproof glass G1 and the dustproof glass G2 are also used in the embodiment shown in FIG.

光源1、1’から放射された光束はそれぞれカップリングレンズ2、2’によりカップリングされ、アパーチャ3、3’によりビーム成形され、シリンドリカルレンズ4Aを透過し、ミラーDMにより反射され、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する。これらの線像は副走査方向に所定間隔分離している。   The luminous fluxes emitted from the light sources 1 and 1 ′ are respectively coupled by the coupling lenses 2 and 2 ′, beam-formed by the apertures 3 and 3 ′, transmitted through the cylindrical lens 4A, reflected by the mirror DM, and polygon mirror 5 Is formed as a long line image in the main scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface. These line images are separated by a predetermined interval in the sub-scanning direction.

ポリゴンミラー5により反射された2光束は、ポリゴンミラー5の等速回転と共に等角速度的に偏向し、走査レンズ61、62、防塵ガラスG2を透過し、被走査面8上に「副走査方向に分離した2つの光スポット」を形成し、被走査面8を同時に2ライン分、光走査する。   The two light beams reflected by the polygon mirror 5 are deflected at a constant angular velocity along with the constant speed rotation of the polygon mirror 5, pass through the scanning lenses 61 and 62 and the dust-proof glass G 2, and are “in the sub-scanning direction” Two separated light spots "are formed, and the scanned surface 8 is optically scanned for two lines simultaneously.

図2に示されていないが、図1の実施の形態と同様の方法で、各光スポットによる光走査の書込開始タイミングが決定される。   Although not shown in FIG. 2, the write start timing of optical scanning by each light spot is determined by the same method as in the embodiment of FIG.

図6を参照して画像形成装置の実施の1形態を説明する。
この画像形成装置は「レーザプリンタ」である。
レーザプリンタ100は感光性の像担持体(光走査対象)111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
An embodiment of the image forming apparatus will be described with reference to FIG.
This image forming apparatus is a “laser printer”.
The laser printer 100 includes a “photoconductive photosensitive member formed in a cylindrical shape” as a photosensitive image carrier (optical scanning target) 111. Around the image carrier 111, a charging roller 112 as a charging unit, a developing device 113, a transfer roller 114, and a cleaning device 115 are provided. A “corona charger” can also be used as the charging means.

レーザ光束LBにより光走査を行う光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「光書込による露光」を行うようになっている。   An optical scanning device 117 that performs optical scanning with the laser beam LB is provided, and “exposure by optical writing” is performed between the charging roller 112 and the developing device 113.

図6において、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイ、符号Pはシート状記録媒体としての転写紙を示している。   In FIG. 6, reference numeral 116 denotes a fixing device, reference numeral 118 denotes a cassette, reference numeral 119 denotes a registration roller pair, reference numeral 120 denotes a paper feed roller, reference numeral 121 denotes a conveyance path, reference numeral 122 denotes a discharge roller pair, reference numeral 123 denotes a tray, reference numeral P Indicates transfer paper as a sheet-like recording medium.

画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転し、その表面が帯電ローラ112により均一帯電され、光走査装置117のレーザ光束LBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。   When image formation is performed, the image carrier 111 that is a photoconductive photosensitive member rotates at a constant speed in the clockwise direction, and the surface thereof is uniformly charged by the charging roller 112, so that the optical writing of the laser beam LB of the optical scanning device 117 is performed. An electrostatic latent image is formed upon exposure to the image. The formed electrostatic latent image is a so-called “negative latent image”, and the image portion is exposed.

この静電潜像は現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。転写紙Pを収納したカセット118は、画像形成装置100本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対119に銜えられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。   This electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 113, and a toner image is formed on the image carrier 111. The cassette 118 storing the transfer paper P is detachable from the main body of the image forming apparatus 100. When the transfer paper P is mounted as shown in the drawing, the uppermost sheet of the stored transfer paper P is fed by the paper supply roller 120. The transferred transfer paper P is fed to the registration roller pair 119 at the leading end. The registration roller pair 119 feeds the transfer paper P to the transfer unit at the timing when the toner image on the image carrier 111 moves to the transfer position.

送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ114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転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。
トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115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。
The transferred transfer paper P is superimposed on the toner image at the transfer portion, and the toner image is electrostatically transferred by the action of the transfer roller 114. The transfer paper P to which the toner image is transferred is sent to the fixing device 116, where the toner image is fixed by the fixing device 116, passes through the conveyance path 121, and is discharged onto the tray 123 by the discharge roller pair 122.
The surface of the image carrier 111 after the toner image has been transferred is cleaned by a cleaning device 115 to remove residual toner, paper dust, and the like.

光走査装置117としてこの発明の光走査装置を用いることにより、複数種の光源に対して互換性のある画像形成装置が得られる。
図7に画像形成装置の実施の別形態を要部のみ示す。
この画像形成装置は、タンデム式のカラー画造形成装置である。図中の符号においてYとあるのはイエロー、Mとあるのはマゼンタ、Cとあるのはシアン、Kとあるのは黒に関するものであることを示す。光走査対象である感光体11Y、11M、11C、11Kは時計回りに回転可能であり、これら各感光体の周囲には、回転方向に順に帯電器TY、TM、TC、TK、現像器GY、GM、GC、GK、転写器15Y、15M、15C、15K、クリーニング手段BY、BM、BC、BKが配備されている。
By using the optical scanning device of the present invention as the optical scanning device 117, an image forming apparatus compatible with a plurality of types of light sources can be obtained.
FIG. 7 shows only the main part of another embodiment of the image forming apparatus.
This image forming apparatus is a tandem type color image forming apparatus. In the reference numerals in the figure, Y indicates yellow, M indicates magenta, C indicates cyan, and K indicates black. The photoconductors 11Y, 11M, 11C, and 11K, which are optical scanning targets, can rotate clockwise. Around these photoconductors, the chargers TY, TM, TC, TK, the developing units GY, GM, GC, GK, transfer units 15Y, 15M, 15C, 15K and cleaning means BY, BM, BC, BK are provided.

帯電器TY、TM、TC、TKと現像器GY、GM、GC、GKの間の感光体表面に光走査装置20による光走査が行われて、各感光体に静電潜像が形成されるようになっている。そして、各感光体上の静電潜像が、対応する現像器により現像されて感光体面上にY、M、C、Kの各色トナー像が形成される。   Optical scanning is performed by the optical scanning device 20 on the surface of the photosensitive member between the chargers TY, TM, TC, TK and the developing units GY, GM, GC, GK, and an electrostatic latent image is formed on each photosensitive member. It is like that. Then, the electrostatic latent image on each photoconductor is developed by a corresponding developing device, and Y, M, C, and K color toner images are formed on the photoconductor surface.

転写ベルト17は反時計回りに回転しつつ、その上側周面にシート状記録媒体を静電吸着させて搬送する。感光体11Y上のイエロートナー画像は転写器15Yにより上記シート状記録媒体上に転写される。感光体11M、11C、11K上の各色トナー画像は転写器15M、15C、15Kにより順次上記シート状記録媒体上に転写される。このようにして、4色のトナー画像がシート状記録媒体上に重ね合わせられて転写され、カラー画像が形成される。このカラー画像は定着装置19によりシート状記録媒体に定着される。   While the transfer belt 17 rotates counterclockwise, the sheet-like recording medium is electrostatically adsorbed and conveyed on the upper peripheral surface thereof. The yellow toner image on the photoreceptor 11Y is transferred onto the sheet-like recording medium by the transfer device 15Y. The color toner images on the photoconductors 11M, 11C, and 11K are sequentially transferred onto the sheet-like recording medium by the transfer units 15M, 15C, and 15K. In this way, four color toner images are superimposed and transferred onto the sheet-like recording medium, and a color image is formed. This color image is fixed on the sheet-like recording medium by the fixing device 19.

図7には、光走査装置20の光偏向器50以下の光路部分が描かれている。図7に図示されていないが、光走査装置20は感光体11Y〜11K用に4種の光源を有し、これら光源からの光束はそれぞれ第1の光学系により光偏向器50に導光される。これら、各光源に応じた第1の光学系は、図1あるいは図2に即して説明したものと同様のものであり、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ、アパーチャ等を有する。   In FIG. 7, the optical path portion below the optical deflector 50 of the optical scanning device 20 is depicted. Although not shown in FIG. 7, the optical scanning device 20 has four types of light sources for the photoconductors 11Y to 11K, and light beams from these light sources are respectively guided to the optical deflector 50 by the first optical system. The The first optical system corresponding to each light source is the same as that described with reference to FIG. 1 or 2, and includes a coupling lens, a cylindrical lens, an aperture, and the like.

光偏向器50は軸方向に長いポリゴンミラーであり、各光源から第1の光学系により導光された光束を図の如く、偏向させる。
1例として、感光体11Mを光走査する光束につき説明すると、この光束は画像形成するべきカラー画像のマゼンタ色成分の画像情報により強度変調されており、光偏向器50により偏向されると、走査レンズ8Mを透過し、折り曲げミラーmM1、mM2、mM3により順次反射されて光路を折り曲げられ、走査レンズ10Mを透過して感光体11M上に導光され、第2の光学系を構成する走査レンズ8M、10Mの作用により感光体11M上に光スポットを形成する。他の感光体の光走査も同様に行われる。
The optical deflector 50 is a polygon mirror that is long in the axial direction, and deflects the light beam guided from each light source by the first optical system as shown in the figure.
As an example, a description will be given of a light beam that optically scans the photoconductor 11M. This light beam is intensity-modulated by image information of a magenta color component of a color image to be imaged and scanned when deflected by the optical deflector 50. The scanning lens 8M that passes through the lens 8M, is sequentially reflected by the folding mirrors mM1, mM2, and mM3 to bend the optical path, passes through the scanning lens 10M, and is guided onto the photoconductor 11M, thereby constituting the second optical system. A light spot is formed on the photoconductor 11M by the action of 10M. Optical scanning of other photoconductors is performed in the same manner.

光走査装置20としてこの発明の光走査装置を用いることにより、複数種の光源に対して互換性のある画像形成装置が得られる。   By using the optical scanning device of the present invention as the optical scanning device 20, an image forming apparatus compatible with a plurality of types of light sources can be obtained.

以下、図1に即して説明した光走査装置に即して、具体的な実施例を説明する。
先に説明したように、図1には図示されていないが、図1の光走査装置は、ポリゴンミラー5を封止するハウジングの防音ガラス、光走査装置のハウジングの防塵ガラスを有している。このこれら防音ガラス・防塵ガラスは共に、厚さ:1.9mmであり、防音ガラスはポリゴンミラー5の回転軸に直交する平面内で「主走査方向に平行な方向」に対して10度傾いている。
A specific embodiment will be described below in accordance with the optical scanning device described with reference to FIG.
As described above, although not shown in FIG. 1, the optical scanning device of FIG. 1 has a soundproof glass for a housing that seals the polygon mirror 5 and a dustproof glass for the housing of the optical scanning device. . Both the soundproof glass and the dustproof glass have a thickness of 1.9 mm, and the soundproof glass is inclined by 10 degrees with respect to the “direction parallel to the main scanning direction” in a plane perpendicular to the rotation axis of the polygon mirror 5. Yes.

説明中の実施例の光走査装置における走査光学系は、発光波長:655nm、785nmの2種の光源に対して共通化されている。なお、上記発光波長は25℃におけるものである。   The scanning optical system in the optical scanning device of the embodiment in the description is made common to two types of light sources having emission wavelengths of 655 nm and 785 nm. The emission wavelength is at 25 ° C.

上記防音ガラス・防塵ガラスの材料である「ガラス」の波長:655nmおよび785nmに対する屈折率およびその温度変動、線膨張係数を以下に示す。   The refractive index with respect to the wavelength: 655 nm and 785 nm, the temperature fluctuation, and the linear expansion coefficient of the “glass” which is the material of the above soundproof glass / dustproof glass are shown below.

ガラス 中央値 温度変動 線膨張係数
波長:655nm 1.514350 1.514290 7.5×10−6
波長:785nm 1.511076 1.511027 7.5×10−6
「中央値」とあるのは基準温度:25℃における屈折率、「温度変動」とあるのは、温度が基準温度から20度上昇したときの各波長に対する屈折率である。
Glass Median Temperature fluctuation Linear expansion coefficient Wavelength: 655 nm 1.514350 1.514290 7.5 × 10 −6
Wavelength: 785 nm 1.511076 1.511027 7.5 × 10 −6
“Median” is the refractive index at the reference temperature: 25 ° C., and “temperature fluctuation” is the refractive index for each wavelength when the temperature is raised by 20 degrees from the reference temperature.

上記2種の光源を光源1、光源2と呼ぶ。光源1、2に対する25℃における発光波長と、温度遷移量(温度変化:1℃あたりの波長変化量)を表1に示す。   The two types of light sources are referred to as light source 1 and light source 2. The emission wavelength at 25 ° C. for the light sources 1 and 2 and the temperature transition amount (temperature change: wavelength change amount per 1 ° C.) are shown in Table 1.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

第1の光学系を構成するカップリングレンズ2、シリンドリカルレンズ4および走査レンズ6は、何れも「同一の樹脂材料」により形成されている。この樹脂材料を以下、単に「樹脂」という。   The coupling lens 2, the cylindrical lens 4 and the scanning lens 6 constituting the first optical system are all made of “the same resin material”. Hereinafter, this resin material is simply referred to as “resin”.

この「樹脂」の、上記2種の発光波長に対する屈折率を表2に示す。   Table 2 shows the refractive indexes of the “resins” with respect to the two types of emission wavelengths.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

なお、「樹脂」の線膨張係数は「7.0×10−5」である。 The linear expansion coefficient of “resin” is “7.0 × 10 −5 ”.

表2において「波長」、「中央値」とあるのは、基準温度:25℃における屈折率、「温度変動」とあるのは、温度が基準温度から20度上昇したときの各波長に対する屈折率である。
第1の光学系を構成するカップリングレンズ2とシリンドリカルレンズ4およびこれらの間に配設されるアパーチャ3について説明する。
In Table 2, “wavelength” and “median” are the refractive index at the reference temperature: 25 ° C., and “temperature fluctuation” is the refractive index for each wavelength when the temperature rises 20 degrees from the reference temperature. It is.
The coupling lens 2 and the cylindrical lens 4 constituting the first optical system and the aperture 3 disposed between them will be described.

「カップリングレンズ」
カップリングレンズ2は上記「樹脂」により形成され、焦点距離:約5mmで、光源からの発散性の光束を「弱い発散性の光束」に変換する機能を有するように配置される。
カップリングレンズ2は、入射面に回折面が用いられ、射出面は非球面形状となっている。非球面形状は「カップリングされた光束の波面収差を充分に補正」するように設定されている。
"Coupling lens"
The coupling lens 2 is formed of the “resin” and has a focal length of about 5 mm and is disposed so as to have a function of converting a divergent light beam from a light source into a “weak divergent light beam”.
In the coupling lens 2, a diffractive surface is used as an incident surface, and an exit surface has an aspherical shape. The aspherical shape is set so that “the wavefront aberration of the coupled light beam is sufficiently corrected”.

カップリングレンズ2の入射側の回折面は、その位相関数:φ(R)が、Cを係数として、
φ(R)=C・R
で表される。
The diffractive surface on the incident side of the coupling lens 2 has a phase function: φ (R), where C is a coefficient.
φ (R) = C ・ R 2
It is represented by

上記光源1、2の発光波長の光に対する係数:Cの値を表3に示す。   Table 3 shows values of the coefficient C for the light emission wavelengths of the light sources 1 and 2.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

波長が異なると材料分散による屈折率の差異があるので、同一の形状でも波長によって位相関数(従って、係数:C)は異なる。   Since there is a difference in refractive index due to material dispersion when the wavelength is different, the phase function (and hence the coefficient: C) differs depending on the wavelength even in the same shape.

半導体レーザ1とカップリングレンズ2とは、線膨張係数:1.7×10−5の材質による保持部材に固定的に保持されている。 The semiconductor laser 1 and the coupling lens 2 are fixedly held by a holding member made of a material having a linear expansion coefficient of 1.7 × 10 −5 .

カップリングレンズ2の入射面である回折面は「定数係数が0.051546391の放物面(屈折部)」上に「回折溝が同心円状の回折部」が重畳されて「階段状の表面形状」として形成されている。このとき、カップリングレンズ2の入射面におけるパワーは、主走査・副走査方向ともP1(回折部のパワー)=−P2(屈折部をなす放物面のパワー)となり、出来上がった回折面は「階段状の表面形状」を持つマルチステップ型になる。カップリングレンズ2の入射側面のパワーは主走査、副走査ともノンパワーとなる。
回折面の「段差:d」は7496.38nmである。
Diffraction surface is an incident surface of the coupling lens 2 is superimposed "parabolic constant coefficient 0.051546391 (refracting portion)", "the diffractive portion diffraction grooves of concentric circles" on "stepped surface shape ". In this case, power on the incident surface of the coupling lens 2, the main scanning and sub-scanning direction with P1 (power of the diffractive portion) = - P2 (power paraboloid forming the refraction portion), and the resulting diffraction surface " It becomes a multi-step type having a “stepped surface shape” . The power on the incident side surface of the coupling lens 2 is non-power in both main scanning and sub-scanning.
The “step difference: d” of the diffraction surface is 7496.38 nm.

カップリングレンズ2の材料である「樹脂」の屈折率:n(λ)は、波長:785nmに対して1.523859、波長:655nmに対して1.527235である。従って、
λ/{n(λ)−1}
の値は、波長:785nmに対して1.499μm、波長:655nmに対して1.249である。
The refractive index: n (λ) of the “resin” that is the material of the coupling lens 2 is 1.523859 for the wavelength: 785 nm and 1.527235 for the wavelength: 655 nm. Therefore,
λ / {n (λ) −1}
The values are 1.499 μm for the wavelength: 785 nm and 1.249 for the wavelength: 655 nm.

このとき、
1.499×5=7.495μm
1.249×6=7.494μm
となるから、上記段差:
d=7496.38nm≒7.496μm
は、波長:785nm、655nmに対して、λ/{n(λ)−1}の最小公倍数と実質的に等しい。
At this time,
1.499 × 5 = 7.495 μm
1.249 × 6 = 7.494 μm
So, the above step:
d = 7496.38 nm≈7.496 μm
Is substantially equal to the least common multiple of λ / {n (λ) −1} for wavelengths: 785 nm and 655 nm.

即ち、実施例の回折面は、波長:785nmの光にとっては5次回折光、波長:655nmの光にとっては6次回折光に最適化された形状である。   That is, the diffractive surface of the embodiment has a shape optimized for fifth-order diffracted light for light with a wavelength of 785 nm and for sixth-order diffracted light for light with a wavelength of 655 nm.

図3は、回折面の段差における位相整合の様子を示している。符号30で示す部分が樹脂の部分である。回折面はカップリングレンズの入射側の面に形成されているので、光は図の右側から入射する。   FIG. 3 shows a state of phase matching at the step of the diffractive surface. A portion indicated by reference numeral 30 is a resin portion. Since the diffractive surface is formed on the incident side surface of the coupling lens, light enters from the right side of the figure.

図3(a)は、波長:785nmに対する位相整合の状態であり、空気部分を伝搬する10波長目と樹脂部分を伝搬する15波長目とで位相整合が生じ5次回折光が生じる。
図3(b)は、波長:655nmに対する位相整合の状態であり、空気部分を伝搬する12波長目と樹脂部分を伝搬する18波長目とで位相整合が生じ6次回折光が生じる。
FIG. 3A shows a state of phase matching with respect to the wavelength: 785 nm. Phase matching occurs at the 10th wavelength propagating through the air portion and the 15th wavelength propagating through the resin portion, and fifth-order diffracted light is generated.
FIG. 3B shows a state of phase matching with respect to the wavelength: 655 nm. Phase matching occurs between the 12th wavelength propagating through the air portion and the 18th wavelength propagating through the resin portion, and sixth-order diffracted light is generated.

段差:dが光源1、2から放射されるレーザ光のコヒーレンス長以内であれば、任意のm次回折光を利用する回折光学素子を設計可能である。上記コヒーレンス長はこの発明の回折光学素子における「回折機能の原理的な限界」を示すものでもある。一般的に半導体レーザのスペクトルは1nm以下の半値全幅であり、そのコヒーレンス長は数mmから数mに及ぶと言われているので、数μm程度の段差であれば充分な回折光が得られる。   If the step difference d is within the coherence length of the laser light emitted from the light sources 1 and 2, a diffractive optical element using any m-th order diffracted light can be designed. The coherence length also indicates “the fundamental limit of the diffraction function” in the diffractive optical element of the present invention. In general, the spectrum of a semiconductor laser has a full width at half maximum of 1 nm or less, and the coherence length is said to range from several mm to several m. Therefore, if the step is about several μm, sufficient diffracted light can be obtained.

上記段差:dを持つ回折面は、波長:785nmと波長:655nmの光源に対して共通に使用可能であることになる。
上記回折面による両回折光(5次回折光、6次回折光)の幾何光学的な集光位置の差異は「材料分散の影響のみによる微小な差異」でしかない。この幾何光学的な差異を吸収するために、カップリングレンズ2は、光軸方向へ位置調整可能となっており、光源の発光波長に応じて「カップリングレンズ2を筐体に接着する接着層」の厚さを調整するようになっている。
上記の如く、回折面はその面形状が「回折部のパワー:P1が屈折部のパワー:−P2と相殺する」ように設定されており(請求項2)、マルチステップ型である(請求項3)。
The diffractive surface having the step: d can be used in common for light sources having a wavelength of 785 nm and a wavelength of 655 nm.
The difference between the geometric optical condensing positions of the two diffracted lights (5th order diffracted light and 6th order diffracted light) by the diffractive surface is only “a minute difference due only to the influence of material dispersion”. In order to absorb this geometrical difference, the position of the coupling lens 2 can be adjusted in the direction of the optical axis, and “adhesive layer for bonding the coupling lens 2 to the housing” is selected according to the emission wavelength of the light source. The thickness of “is adjusted.
As described above, the surface shape of the diffractive surface is set so that “the power of the diffractive part: P1 cancels the power of the refracting part: −P2” (Claim 2), and is a multi-step type (Claim). 3).

また、この実施例においては「温度変動により光学系全体のパワーが変動するのを回折面の負分散特性によって補正するパワー」を回折面に設けている(請求項8)。   Further, in this embodiment, “the power for correcting the fluctuation of the power of the entire optical system due to the temperature fluctuation by the negative dispersion characteristic of the diffraction surface” is provided on the diffraction surface (claim 8).

「アパーチャ」
シリンドリカルレンズ4とカップリングレンズ2との間に配備されたアパーチャ3はビームウエスト径(光スポット径)を決定する。アパーチャ3は主走査方向の開口径:2.72mm、副走査方向の開口径:2.28mmの「長方形形状の開口」であり、カップリングレンズ2によりカップリングされた光束をビーム整形する。勿論、アパーチャ径は、像面上における所望のスポット径を狙った光学系の設計次第で決定される。
"aperture"
The aperture 3 disposed between the cylindrical lens 4 and the coupling lens 2 determines a beam waist diameter (light spot diameter). The aperture 3 is a “rectangular aperture” having an aperture diameter of 2.72 mm in the main scanning direction and an aperture diameter of 2.28 mm in the sub-scanning direction, and shapes the light beam coupled by the coupling lens 2. Of course, the aperture diameter is determined depending on the design of the optical system aimed at a desired spot diameter on the image plane.

「シリンドリカルレンズ」
シリンドリカルレンズ4は上記「樹脂」製で、入射面が副走査曲率半径:19.72mmを持つシリンドリカル面で、射出面が平レンズ面である。線像結像レンズもこの発明を適用した回折面を持つこともできる。シリンドリカルレンズ4の設計値は光学系のレイアウトにより決定されるものである。
以下に、光偏向器以下の光学系について説明する。
"Cylindrical lens"
The cylindrical lens 4 is made of the “resin”, and the incident surface is a cylindrical surface having a sub-scanning radius of curvature of 19.72 mm, and the exit surface is a flat lens surface. The line image forming lens can also have a diffractive surface to which the present invention is applied. The design value of the cylindrical lens 4 is determined by the layout of the optical system.
Hereinafter, the optical system below the optical deflector will be described.

「光偏向器」
光偏向器であるポリゴンミラー5は、反射面数:6面で内接円半径:13mmのものである。また、光源側から入射する光束の進行方向と、偏向反射面により「被走査面8における像高:0の位置へ向けて反射される光束の進行方向」のなす角:θは68度である。
"Optical deflector"
The polygon mirror 5 which is an optical deflector has a number of reflecting surfaces: 6 and an inscribed circle radius of 13 mm. The angle θ between the traveling direction of the light beam incident from the light source side and the “traveling direction of the light beam reflected toward the position of the image height 0 on the scanned surface 8” by the deflection reflecting surface is 68 degrees. .

光偏向器から被走査面に至る光路上の光学系のデータを表4以下に示す。   Table 4 below shows data of the optical system on the optical path from the optical deflector to the surface to be scanned.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

表4において、Rmは「主走査方向の近軸曲率」、Rsは「副走査方向の近軸曲率」であり、Dx、Dyは「各光学素子の原点から次の光学素子の原点までの相対距離」を表している。単位は「mm」である。
例えば、光偏向器に対するDx、Dyについてみると、光偏向器(ポリゴンミラー5)の回転軸から見て、走査レンズ6の入射面の原点(入射側面の光軸位置)は、光軸方向に43.0mm離れ、主走査方向に6.7mm離れている。前述の如く、光偏向器5と走査レンズ6との間には防音ガラスが、走査レンズ6と被走査面8の間には防塵ガラスが配置される。
In Table 4, Rm is “paraxial curvature in the main scanning direction”, Rs is “paraxial curvature in the sub-scanning direction”, and Dx and Dy are “relative from the origin of each optical element to the origin of the next optical element”. Distance ". The unit is “mm”.
For example, regarding Dx and Dy with respect to the optical deflector, when viewed from the rotation axis of the optical deflector (polygon mirror 5), the origin of the incident surface of the scanning lens 6 (the optical axis position of the incident side surface) is in the optical axis direction. 43.0 mm away and 6.7 mm away in the main scanning direction. As described above, the soundproof glass is disposed between the optical deflector 5 and the scanning lens 6, and the dustproof glass is disposed between the scanning lens 6 and the scanned surface 8.

走査レンズ6の各面は非球面である。各面とも、主走査方向には「非円弧形状」で「副走査断面(光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面)内の曲率が主走査方向に変化」する特殊面である。   Each surface of the scanning lens 6 is aspheric. Each surface is a special surface having a “non-arc shape” in the main scanning direction and “a curvature in the sub-scanning section (a virtual section parallel to the optical axis and the sub-scanning direction) changes in the main scanning direction”.

「非円弧形状」
主走査断面(光軸を含み主走査方向に平行な仮想的断面)内の近軸曲率半径:Rm、光軸からの主走査方向の距離:Y、円錐定数:Km、高次の係数:A、A、A、A、・・・、光軸方向のデプス:Xとして周知の次式で表現される。
"Non-arc shape"
Paraxial radius of curvature in the main scanning section (virtual section including the optical axis and parallel to the main scanning direction): Rm, distance in the main scanning direction from the optical axis: Y, conic constant: Km, higher order coefficient: A 1 , A 2 , A 3 , A 4 ,..., Depth in the optical axis direction: X is expressed by the following well-known expression.

X=(Y2/Rm)/[1+√{1−(1+Km)(Y/Rm)2}]
+A1Y+A22+A33+A44+A55+A66+・・ 。
X = (Y 2 / Rm) / [1 + √ {1- (1 + Km) (Y / Rm) 2 }]
+ A 1 Y + A 2 Y 2 + A 3 Y 3 + A 4 Y 4 + A 5 Y 5 + A 6 Y 6 +.

「副走査断面内における曲率の変化」
副走査断面内の曲率:Cs(Y)(Y:光軸位置を原点とする主走査方向の座標)が主走査方向に変化する状態を表現する式は、光軸を含む副走査断面内の曲率半径:Rs(0)、係数:B、B、B、…により次式で表現される。
"Change in curvature in the sub-scan section"
An expression expressing a state in which the curvature in the sub-scanning section: Cs (Y) (Y: coordinates in the main scanning direction with the optical axis position as the origin) changes in the main scanning direction is expressed in the sub-scanning section including the optical axis. Radius of curvature: Rs (0), coefficients: B 1 , B 2 , B 3 ,...

Cs(Y)={1/Rs(0)}+B1Y+B22+B33+B44+B55+B66+・・。 Cs (Y) = {1 / Rs (0)} + B 1 Y + B 2 Y 2 + B 3 Y 3 + B 4 Y 4 + B 5 Y 5 + B 6 Y 6 + ··.

走査レンズ6の入射側面(特殊面)の係数を表5に与える。   Table 5 gives the coefficient of the incident side surface (special surface) of the scanning lens 6.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

走査レンズ6の射出側面(特殊面)の係数を表6に与える。   The coefficients of the exit side surface (special surface) of the scanning lens 6 are given in Table 6.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

偏向器前の第1の光学系・偏向器後の第2の光学系における光学素子の配置は「全光学系の主走査方向/副走査方向の結像位置が被走査面近傍になる」ように適切に配置している。   The arrangement of the optical elements in the first optical system before the deflector and the second optical system after the deflector is such that “the imaging positions in the main scanning direction / sub-scanning direction of the entire optical system are in the vicinity of the scanned surface”. Properly arranged.

この実施例において、カップリングレンズ2が回折面を持たない場合、温度が20度変化すると、主走査方向のビームウエスト位置の変動は表7のようになる。   In this embodiment, when the coupling lens 2 does not have a diffractive surface, when the temperature changes by 20 degrees, the variation in the beam waist position in the main scanning direction becomes as shown in Table 7.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

これに対し、カップリングレンズ2が回折面を持つこの実施例において、温度が20度変化した場合の主走査方向のビームウエスト位置変動は表8のようになる。   On the other hand, in this embodiment in which the coupling lens 2 has a diffractive surface, the beam waist position fluctuation in the main scanning direction when the temperature changes by 20 degrees is as shown in Table 8.

Figure 0005009574
Figure 0005009574

カップリングレンズ2に上記の如く回折面を用いることにより「温度変動による主走査方向のビームウエスト位置変動に対して強固な光走査装置」が、発光波長の異なる光源1、光源2いずれに対しても実現されている。   By using a diffractive surface as described above for the coupling lens 2, the “optical scanning device that is robust against fluctuations in the beam waist position in the main scanning direction due to temperature fluctuations” can be applied to both the light sources 1 and 2 having different emission wavelengths. Has also been realized.

実施例では、カップリングレンズ2として光源からの発散光束の発散性を弱める機能を持つものを示したが、これに限らず、カップリングレンズとして光源からの光束を平行光束化する機能のものや、光源からの光束を「弱い集束光束」や「弱い発散光束」に変換する機能を持つもの等を用いることができる。   In the embodiment, the coupling lens 2 has the function of weakening the divergence of the divergent light beam from the light source. However, the present invention is not limited to this, and the coupling lens 2 has a function of converting the light beam from the light source into a parallel light beam. A light source having a function of converting a light beam from a light source into a “weak focused light beam” or a “weak divergent light beam” can be used.

回折面は、カップリングレンズのみならず、線像結像光学系や走査レンズに用いることができる。第1の光学系や第2の光学系は上に説明したものの他、公知の適宜のものを用いることができ、画像形成装置としても上に説明したものの他、公知の「適宜の構成のもの」を利用できる。   The diffractive surface can be used not only for a coupling lens but also for a line image imaging optical system and a scanning lens. As the first optical system and the second optical system, well-known appropriate ones can be used in addition to those described above, and as the image forming apparatus described above, well-known “appropriately structured” Can be used.

光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of an optical scanning device. マルチビーム走査方式の光走査装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of the optical scanning device of a multi-beam scanning system. 回折面による位相整合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase matching by a diffraction surface. 回折面形状の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of a diffraction surface shape. 請求項2、3記載の発明を説明するための図である。It is a figure for demonstrating invention of Claim 2, 3. 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。It is a figure for demonstrating one Embodiment of an image forming apparatus. 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。It is a figure for demonstrating one Embodiment of an image forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 カップリングレンズ
3 アパーチャ
4 シリンドリカルレンズ
5 ポリゴンミラー
6 走査レンズ
8 被走査面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Coupling lens 3 Aperture 4 Cylindrical lens 5 Polygon mirror 6 Scan lens 8 Scanned surface

Claims (14)

光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して上記光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、上記被走査面の光走査を行う光走査装置における上記第1および/または第2の光学系に用いられる光透過性の回折光学素子であって、
段差による回折面を形成され、
上記回折面の段差:dが、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長:λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の公倍数に実質的に等しく設定されていることを特徴とする回折光学素子。
The light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is formed as a light spot on the scanned surface by the second optical system, A light-transmitting diffractive optical element used in the first and / or second optical system in an optical scanning device that performs optical scanning of a surface to be scanned,
A diffractive surface is formed by steps,
The step of the diffraction surface: d is 2 or more wavelengths: λ i (i = 1, 2,...), And the refractive index of the element material for these wavelengths: λ i : n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
A diffractive optical element characterized by being set to be substantially equal to a common multiple of.
請求項1記載の回折光学素子において、
回折面は、屈折によるパワーを持つ屈折部に、段差による回折部を重畳させた面形状を持ち、
上記回折面の上記面形状は、上記回折部のパワーと上記屈折部の屈折によるパワーとが相殺するように設定されていることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 1,
The diffractive surface has a surface shape in which a diffractive part due to a step is superimposed on a refracted part having power by refraction,
The above-sectional shape of the diffraction surface, the diffraction optical element, characterized in that the power by refraction power and the bent portion of the diffraction section is configured so as to offset.
請求項2記載の回折光学素子において、
屈折によるパワーを持つ屈折部に、段差による回折部を重畳させた回折面の表面形状がマルチステップ型であることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to claim 2,
A diffractive optical element characterized in that the surface shape of a diffractive surface in which a diffractive part due to a step is superimposed on a refracting part having power by refraction is a multi-step type.
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、主走査方向および/または副走査方向に平行な直線状の溝形状により形成されていることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 3,
A diffractive optical element, wherein the diffractive surface is formed in a linear groove shape parallel to the main scanning direction and / or the sub-scanning direction.
請求項1〜4の任意の1に記載の回折光学素子において、
回折面の段差:dが、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)と、これらの波長λに対する素子材料の屈折率:n(λ)に対して、
λ/{n(λ)−1}
の最小公倍数に実質的に等しく設定されていることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4,
With respect to the step of the diffraction surface: d is 2 or more, the wavelength: λ i (i = 1, 2,...) And the refractive index of the element material for these wavelengths λ i : n (λ i )
λ i / {n (λ i ) −1}
A diffractive optical element characterized in that it is set to be substantially equal to the least common multiple.
請求項1〜5の任意の1に記載の回折光学素子において、
回折面における最大ピッチが、回折面に入射する光束幅よりも小さいことを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 5,
A diffractive optical element, wherein a maximum pitch on the diffractive surface is smaller than a width of a light beam incident on the diffractive surface.
請求項1〜6の任意の1に記載の回折光学素子において、
光源からの光束をカップリングするカップリングレンズとして形成されていることを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 6,
A diffractive optical element formed as a coupling lens for coupling a light beam from a light source.
請求項1〜7の任意の1に記載の回折光学素子において、
回折面が、温度変動に伴う第1および/または第2の光学系の光学機能変化を補償する機能を有することを特徴とする回折光学素子。
The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7,
A diffractive optical element, wherein the diffractive surface has a function of compensating for a change in optical function of the first and / or second optical system due to temperature fluctuation.
光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して上記光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、上記被走査面の光走査を行う光走査装置において、上記第1および第2の光学系により構成される走査光学系であって、
第1および/または第2の光学系が、請求項1〜8の任意の1に記載の回折光学素子を1以上含むことを特徴とする走査光学系。
The light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is formed as a light spot on the scanned surface by the second optical system, In an optical scanning device that performs optical scanning of a surface to be scanned, a scanning optical system configured by the first and second optical systems,
A scanning optical system, wherein the first and / or second optical system includes one or more diffractive optical elements according to any one of claims 1 to 8.
請求項9記載の走査光学系において、
2以上の波長:λに対して、実質的に同一の光学特性を有し、波長:λの光を放出する2以上の光源に対して共通化されていることを特徴とする走査光学系。
The scanning optical system according to claim 9, wherein
2 or more wavelength relative lambda i, have substantially the same optical characteristics, wavelength scanning optical, characterized in that it is common to two or more light sources that emit light of lambda i system.
光源から放射される光束を第1の光学系により光偏向器に導光して上記光偏向器により偏向させ、偏向光束を第2の光学系により被走査面上に光スポットとして形成し、上記被走査面の光走査を行う光走査装置において、
第1および第2の光学系により構成される走査光学系として、請求項9または10記載の走査光学系を有し、
光源として、2以上の波長:λ(i=1,2,・・)のうちの何れかを放射するものを有することを特徴とする光走査装置。
The light beam emitted from the light source is guided to the optical deflector by the first optical system and deflected by the optical deflector, and the deflected light beam is formed as a light spot on the scanned surface by the second optical system, In an optical scanning device that performs optical scanning of a surface to be scanned,
As a scanning optical system constituted by the first and second optical systems, the scanning optical system according to claim 9 or 10,
An optical scanning device having a light source that emits any one of two or more wavelengths: λ i (i = 1, 2,...).
光走査により画像形成を行う画像形成装置において、
光走査を行う光走査装置として、請求項11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。
In an image forming apparatus that forms an image by optical scanning,
An image forming apparatus comprising at least one optical scanning device according to claim 11 as an optical scanning device for performing optical scanning.
請求項12記載の画像形成装置において、
複数の光源を有し、マルチビーム走査による画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 12.
An image forming apparatus having a plurality of light sources and performing image formation by multi-beam scanning.
請求項12または13記載の画像形成装置において、
複数の光源を有し、複数の光走査対象に対して光走査を行い、各光走査対象に形成された画像を重ね合わせて画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 12 or 13,
An image forming apparatus having a plurality of light sources, performing optical scanning on a plurality of optical scanning targets, and performing image formation by superimposing images formed on the respective optical scanning targets.
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