(57)【要約】【課題】走査光学系に含まれる回折光学素子で、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を実現する。【解決手段】光源１から放射される光束を第１の光学系２、４により光偏向器６に導光して光偏向器６により偏向させ、偏向光束を第２の光学系６により被走査面８上に光スポットとして形成し、被走査面８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２であって、段差による回折面を形成され、回折面の段差：ｄが、２以上の波長：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長：λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、λｉ／{ｎ(λｉ)−１}の公倍数に実質的に等しく設定されている。【選択図】図１
2008070797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長：λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−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。
【請求項２】
請求項１記載の回折光学素子において、
回折面の面形状が、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を特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
請求項２記載の回折光学素子において、
回折面の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。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の回折光学素子において、
回折面が、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。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の回折光学素子において、
回折面の段差：ｄが、２以上の波長：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
請求項９記載の走査光学系において、
２以上の波長：λｉに対して、実質的に同一の光学特性を有し、波長：λｉ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。
【請求項１１】
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：λｉ（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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０８５４８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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）。
【０００９】
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：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長：λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−１}
の公倍数に実質的に等しく設定されている。
【００１０】
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）。  
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）。
【００１１】
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：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−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）。
【００１２】
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）。
【００１３】
請求項９記載の走査光学系は、２以上の波長：λｉに対して、実質的に同一の光学特性を有し、波長：λｉ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）。
【００１４】
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：λｉ（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）。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
「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。
【００２２】
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。
【００２３】
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：ｆ０に対して以下のように与えられる。  
（２）  ｆ＝[{ｎ(λ)−１}ｄ／λｍ]ｆ０ 
（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：ｆ０に等しい。
【００２４】
ここで２種の波長：λｊ、λｋを考え、これらの波長：λｊ、λｋ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：λｊの光が「ｍｊ波長分の位相差」をもって位相整合し、波長：λｋの光が「ｍｋ波長分の位相差」をもって位相整合するものとする。
【００２５】
この条件が成り立つためには、
（３）    ｄ＝ｍｊλｊ／{ｎ(λｊ)−１}＝ｍkλｋ／{ｎ(λｋ)−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：λｊの光に対して、
（４−１）  ｆｊ＝[{ｎ(λｊ)−１}ｄ／λｊｍｊ]ｆ０
波長：λｋの光に対して、
（４−１）  ｆｋ＝[{ｎ(λｋ)−１}ｄ／λｋｍｋ]ｆ０
となる。
【００２６】
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：λｊ、λｋ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。
【００２７】
（３）式が満足される条件は、段差：ｄが、波長：λｊ、λｋについて、
λｉ／{ｎ(λｉ)−１}、λｋ／{ｎ(λｋ)−１}    
の公倍数であることに帰着する。
【００２８】
即ち、光源の発光波長：λｊ、λｋ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。
【００２９】
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：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長：λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−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：λｉ（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。
【００３０】
なお、２以上の波長：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長：λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、段差：ｄを
λｉ／{ｎ(λｉ)−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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図５右図に示した例では、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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：λｉ（ｉ＝１，２，・・）と、これらの波長λｉに対する素子材料の屈折率：ｎ(λｉ)に対して、
λｉ／{ｎ(λｉ)−１}
の最小公倍数に実質的に等しく設定」するのがよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【発明の効果】
【００４９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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／ｅ２強度」で定義される。
【００５５】
「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。
【００５６】
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／ｅ２以上となる領域のＹ、Ｚ方向幅で与えられる。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。  
【実施例】
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
【表１】
2008070797.tif 000003
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
【表２】
2008070797.tif 000004
【００８３】
なお、「樹脂」の線膨張係数は「７．０×１０−５」である。
【００８４】
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。
【００８５】
「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。
【００８６】
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・Ｒ２
で表される。
【００８７】
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。
【００８８】
【表３】
2008070797.tif 000005
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
カップリングレンズ２の入射面の回折面は「定数係数が０．０５１５４６３９１の放物面」上に「回折溝が同心円状となる階段状回折面」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（回折面のパワー）＝−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形状即ち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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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）。
【００９９】
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）。
【０１００】
「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。
【０１０１】
「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。
【０１０２】
「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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
【表４】
2008070797.tif 000006
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
「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：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、・・・、光軸方向のデプス：Ｘとして周知の次式で表現される。
【０１０８】
Ｘ＝(Ｙ2/Ｒm)／［１＋√｛１−（１＋Ｋm）(Ｙ/Ｒm)2｝］
＋Ａ1Ｙ＋Ａ2Ｙ2＋Ａ3Ｙ3＋Ａ4Ｙ4＋Ａ5Ｙ5＋Ａ6Ｙ6＋・・                    。
【０１０９】
「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：Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、…により次式で表現される。
【０１１０】
Ｃs(Ｙ)＝｛1／Ｒs(０)｝＋Ｂ1Ｙ＋Ｂ2Ｙ2＋Ｂ3Ｙ3＋Ｂ4Ｙ4＋Ｂ5Ｙ5＋Ｂ6Ｙ6＋・・。
【０１１１】
走査レンズ６の入射側面（特殊面）の係数を表５に与える。
【０１１２】
【表５】
2008070797.tif 000007
【０１１３】
走査レンズ６の射出側面（特殊面）の係数を表６に与える。
【０１１４】
【表６】
2008070797.tif 000008
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
【表７】
2008070797.tif 000009
【０１１８】
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。
【０１１９】
【表８】
2008070797.tif 000010
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】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。
【図３】回折面による位相整合を説明するための図である。
【図４】回折面形状の１例を説明するための図である。
【図５】請求項２、３記載の発明を説明するための図である。
【図６】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。
【図７】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２４】
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
【図１】
2008070797.tif 000011
【図２】
2008070797.tif 000012
【図３】
2008070797.tif 000013
【図４】
2008070797.tif 000014
【図５】
2008070797.tif 000015
【図６】
2008070797.tif 000016
【図７】
2008070797.tif 000017