(57)【要約】【課題】本発明の目的は、格子のサイズを小さくすることなく、製造が容易な回折格子を提供し、５００ｎｍ以下の短波長光源を使用した場合においても、色収差補正や温度補償などの効果を有する光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供することにある。【解決手段】５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた回折格子を有する光走査装置において、回折格子の設計次数を２次以上の回折次数とすることで、製造が容易な格子形状とすることができる。【選択図】      図３
2005070124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の５００ｎｍ以下の波長の光束を発する光源手段と、該光源手段から発せられた少なくとも１本の光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された光束を該偏向手段に向かって導光する第１の光学系と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
第１の光学系及び第２の光学系のいずれかに一方に回折格子を有し、該回折格子の設計次数を２次以上の回折次数としていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
少なくとも１本の５００ｎｍ以下の波長の光束を発する光源手段と、該光源手段から発せられた少なくとも１本の光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された光束を該偏向手段に向かって導光する第１の光学系と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
第１の光学系及び第２の光学系のいずれかに一方に回折格子を有し、該回折格子の総格子数をｍ、該回折格子の有効領域をＬ（ｍｍ）、該回折格子の最小格子ピッチをＰ（μｍ）、前記光束の波長をλ（μｍ）としたとき、
ｍ・Ｌ・λ＜３０００００
３０＜Ｐ／λ
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記回折格子の回折次数をｋ、前記光束の波長をλ（μｍ）、該回折格子を形成する材料の屈折率をｎとすると、
１＜ｋ・λ／（ｎ−１）＜５
を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記回折格子の設計次数を２次の回折次数としている請求項１〜３のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項５】
前記回折格子は第２の光学系に含まれている請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項６】
前記回折格子は第１の光学系に含まれ、前記偏向手段の偏向面近傍で副走査方向に一旦結像させるシリンドリカルレンズに形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項７】
前記回折格子は第１の光学系に含まれ、該光源からの発散光束を略平行光に変換するコリメータレンズに形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項８】
前記回折格子はモールド成形により作製されている請求項１〜７のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項９】
前記回折格子はブレーズド型の回折格子である請求項１〜８のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記回折格子は倍率色収差を補正している請求項１〜９のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記回折格子は温度変化によるピント変動を補正していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記光源手段は２本以上の光束を発するマルチビーム光源である請求項１〜１１のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とから成る画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとから成る画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光走査装置を複数備え、該複数の光走査装置の被走査面の位置に配置され、夫々異なった色の画像を形成する複数の像担持体とから成るカラー画像形成装置。
【請求項１６】
更に、外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを備えた請求項１５記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を光偏向手段としてのポリゴンミラーにより反射偏向させ、走査光学系を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機等の装置に好適な光走査装置に係り、
光走査装置に回折格子を用いて倍率色収差補正または温度補償を行うことで、良好なる画像が得られる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。また、複数の光走査装置を用いて各色に対応した複数の像担持体から成るカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１３は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段１から出射した発散光束はコリメーターレンズ３により略平行光束に変換され、絞り２によって該光束を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては集束してポリゴンミラーから成る偏向手段５の偏向面（反射面）５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして偏向手段５の偏向面５ａで偏向された光束をｆθ特性を有する走査光学系６を介して被走査面としての感光ドラム面８上に導光し、偏向手段５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
また、高速化の要求から複数の光源からの光束により同時に複数本の走査線を形成するマルチビーム光走査装置が提案され、各社から製品化がなされている。図１４はマルチビーム光走査装置の要部概略図である。光源８１、８２から出射した２本の光束はコリメーターレンズ８３、８４により平行光束となった後、合成光学素子８５により一つに合成される。合成された光束はシリンドリカルレンズ８６によりポリゴンミラー８７の偏向面近傍で主走査方向に長い線像を形成した後、走査光学系８８により感光体ドラム８９上に光スポットを形成する。このように、１回の光走査で２本の走査線を形成できるため、従来の光走査装置に比べ格段の高速化が図れる。また、マルチビーム光源としては、上述した合成光学素子を用いたものの他、発光点が多数存在するモノリシックなマルチビームレーザーがある。モノリシックマルチビームレーザーを用いた場合、合成光学素子を必要としないため、光学系及び光学調整の簡略化も達成される。
【０００７】
マルチビーム光源を用いた光走査装置においては、複数の光源間の波長差によるジッター（感光体ドラム面上における主走査方向の走査線間隔の変動）を解決するため、光源間の波長差を極力少なくするよう、光源の選別を行うなどの対策を施して来た。光源間の波長差によるジッター（倍率色収差）を走査光学系で補正するためには、分散特性の異なる複数枚のレンズを必要とし、倍率色収差を補正していない走査光学系に比べると、一般的に枚数が増えコストアップする。また、光源の波長選別には限界があり、波長を完全に一致させることが困難であることや、波長選別にかかるコストも問題であった。また、半導体レーザーの立ち上がり時、モードホッピングと呼ばれる波長変動により画像品質が低下する。ゆえに、マルチビーム光源を用いた光走査装置でなくても、画像品質の安定性向上のため、波長変動によるジッターを極力抑える必要がある。
【０００８】
また、従来の光源として使用される半導体レーザーは赤外レーザー（７８０ｎｍ）または可視レーザー（６７５ｎｍ）であったが（特許文献１、２参照）、高解像度化の要求から発振波長が５００ｎｍ以下の短波長レーザーを用い、微小スポット形状が得られる光走査装置の開発が進められている。短波長レーザーを用いる利点は、走査光学系の射出Ｆナンバーを従来並に保ったまま、従来の約半分の微小なスポット径を達成できる点である。赤外レーザーを用い従来の半分のスポット径にするためには、走査光学系の明るさを約倍にしなければならない。焦点深度は使用する光源の波長に比例し、走査光学系の射出Ｆナンバーの２乗に比例するため、同じスポット径を得ようとすると、短波長レーザーに比べて赤外レーザーの焦点深度は約１／２以下になってしまう。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１９７８２０号公報
【特許文献２】
特開平１０−６８９０３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この様な光走査装置において、高精度な画像情報の記録を行なうためには、被走査面全域に渡って像面湾曲が良好に補正されていること、画角θと像高Ｙとの間に等速性をともなう歪曲特性（ｆθ特性）を有していること、像面上でのスポット径が各像高において均一であること等が必要である。この様な光学特性を満足する光走査装置、もしくは走査光学系は従来より種々提案されている。
【００１１】
また、特許文献１、特許文献２に記載されている光走査装置には、走査光学系に回折光学素子を用いて、倍率色収差補正や環境変動に対する被走査面上でのピント変動を低減させた（温度補償）光走査装置が提案されている。
【００１２】
特に、５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた光走査装置においては、走査レンズに使用される材料の分散特性が大きいため、従来の赤外レーザーに対して６〜７倍の倍率色収差が発生する。そのため、マルチビームレーザーを用いた光走査装置においては、主走査方向にジッターが大きく発生し、画像品質を低下させていた。
【００１３】
また、窒化ガリウムなどの材料を用い４０５ｎｍで発振する青紫色レーザーを使用して、赤外レーザーの約半分のスポット径を得た場合、前述したように焦点深度は波長に比例するため、従来の約半分の深度しか許されない。そのため、光走査装置を構成する各部品の精度向上とともに、環境変動した場合でもピント移動が起きないような（温度補償）光走査装置が求められている。
【００１４】
また、格子形状を決定する位相関数φは後述するように波長に反比例する。よって、同じパワーの回折格子を設計した場合、従来の赤外レーザーに比べて５００ｎｍ以下の短波長レーザーは、格子ピッチが小さくなってしまう。
【００１５】
５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた光走査装置においては、上記の理由で、５００ｎｍ以下の短波長の光束を被走査面上に結像させようとすると格子サイズが小さくなってしまう問題を抱えている。
【００１６】
通常、回折光学素子は図１５−Ａに示すように、モールド成形により金型上に形成された格子形状を光学樹脂や光学ガラスに転写後、図１５−Ｂのように金型から離し作製されている。また、ベースとなる基板ガラス（レンズでも可）上に紫外線硬化型樹脂を少量垂らし、同様に金型上に形成された格子形状を紫外線を用い硬化する方法もとられている。
【００１７】
しかし、格子のサイズが小さくなるに従い、
・バイト切削による金型の製造が困難になること。
・金型に形成された格子形状の転写性が悪化すること。
・それに伴い、結像性能の悪化および回折効率の低下。
などの問題が生じてくる。
【００１８】
本発明は、回折格子を用いた光走査装置において、回折格子の設計次数を適切に選択することで、製造が容易な回折格子を提供し、５００ｎｍ以下の短波長光源を使用した場合においても、良好な性能を満足する回折格子を提供することを目的とする。また、回折格子を用いて、色収差補正や温度補償などの効果を有する光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためには、
請求項１の発明は、少なくとも１本の５００ｎｍ以下の波長の光束を発する光源手段と、該光源手段から発せられた少なくとも１本の光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された光束を該偏向手段に向かって導光する第１の光学系と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
第１の光学系及び第２の光学系のいずれかに一方に回折格子を有し、該回折格子の設計次数を２次以上の回折次数としていることを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、少なくとも１本の５００ｎｍ以下の波長の光束を発する光源手段と、該光源手段から発せられた少なくとも１本の光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された光束を該偏向手段に向かって導光する第１の光学系と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
第１の光学系及び第２の光学系のいずれかに一方に回折格子を有し、該回折格子の総格子数をｍ、該回折格子の有効領域をＬ（ｍｍ）、該回折格子の最小格子ピッチをＰ（μｍ）、前記光束の波長をλ（μｍ）としたとき、
ｍ・Ｌ・λ＜３０００００    ・・・（式１）
３０＜Ｐ／λ                ・・・（式２）
を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の光走査装置において、該回折格子の回折次数をｋ、前記光束の波長をλ（μｍ）、回折格子を形成する材料の屈折率をｎとすると、
１＜ｋ・λ／（ｎ−１）＜５    ・・・（式３）
を満足することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における光走査装置の主走査断面図である。
【００２３】
ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸に垂直な方向を示し、副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。また、主走査断面とは主走査方向に平行で走査光学系を構成する屈折光学素子（レンズ）６及び屈折部の出射面に回折格子７ａが形成された回折光学素子（レンズ）７の光軸を含む平面を示す。
【００２４】
光源手段であるシングルビーム半導体レーザー１からの１本の発散光を絞り２により所望のスポット径が得られるように光束幅が制限された後、コリメーターレンズ３により略平行光束に変換される。４は副走査方向のみに所定の屈折力を有したシリンドリカルレンズであって後述する偏向手段５の偏向面５ａ近傍に主走査方向に長手の線像として結像させている。５は例えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）から成る偏向手段であり、モーターの駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。屈折光学素子（レンズ）６及び回折光学素子（レンズ）７はｆθ特性を有する走査光学系であって、偏向手段５によって反射偏向された偏向光束を被走査面としての感光体ドラム面８上に結像させ、且つ該偏向手段５の偏向面５ａの面倒れを補正している。このとき、偏向手段５の偏向面５ａで反射偏向された偏向光束は走査光学系の屈折光学素子（レンズ）６、回折光学素子（レンズ）７を介して感光体ドラム面８上に導光され、ポリゴンミラー５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光体ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより感光体ドラム面上に走査線を形成し、画像記録を行っている。
【００２５】
ここで、本実施例における光学配置及び面形状を表１に示す。
【００２６】
ｆθレンズ６の入射面、出射面ならびに回折光学素子（レンズ）７の入射面の母線形状は、１０次までの関数として表せる非球面形状により構成している。例えば、屈折光学素子（レンズ）６と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【外１】
2005070124.tif 000003
（但し、Ｒは母線曲率半径，Ｋ，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０，は非球面係数）
なる式で表されるものである。
【００２７】
また、副走査方向と対応する子線方向が、
【外２】
2005070124.tif 000004
なる式で表されるものである。Ｓは母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義される子線形状である。
【００２８】
ここで主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Ｒｓ＊が、
【外３】
2005070124.tif 000005
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０は子線変化係数）
なる式で表されるものである。
【００２９】
なお本実施例では面形状を上記数式にて定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。
【００３０】
また、回折光学素子７はｆθ特性を有する屈折部の出射面側には回折格子７ａが形成されており、その格子形状は以下に示す位相関数で定義されている。
主走査方向が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表される回折面
φ＝２πｋ／λ｛ｂ２Ｙ２＋ｂ４Ｙ４＋ｂ６Ｙ６＋ｂ８Ｙ８＋ｂ１０Ｙ１０＋（ｄ０＋ｄ１Ｙ＋ｄ２Ｙ２＋ｄ３Ｙ３＋ｄ４Ｙ４＋ｄ５Ｙ５＋ｄ６Ｙ６）Ｚ２｝
（但し、φは位相関数、ｋは回折次数、λは設計波長（４０５ｎｍ）、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ２，ｂ４，ｂ６，ｂ８，ｂ１０、ｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６は位相係数、本実施形態では＋２次回折光を使用）なる式で表わされる。
【００３１】
表１は、図１の光走査装置の光学系の設計パラメータを示している。レンズ６は、屈折光学素子であり、レンズ７は、屈折ベース面に回折格子を設けた回折光学素子である。
【００３２】
【表１】
2005070124.tif 000006
【００３３】
表２には位相係数と有効範囲内Ｌでの総格子数ｍ及び格子の最小ピッチＰを示す。
【００３４】
【表２】
2005070124.tif 000007
【００３５】
図２は回折光学素子７の模式図であり、鋸歯状（ブレーズド型）の回折格子７ａが主走査方向及び副走査方向に連なっていることがわかる。
【００３６】
本実施例では、λ＝４０５ｎｍの短波長光源を用い、走査全域において主走査方向のスポット径２７μｍ、副走査方向のスポット径３５μｍを達成している。（ここで、スポット径とは、ピーク光量の１／ｅ２でスライスした直径を表している。）
【００３７】
また、図３は本実施例における最小ピッチでの格子形状を示し、比較のために図４に１次回折光で設計した場合の格子形状を合わせて載せてある。図４より、従来の１次回折光では格子高さが１μｍを下回り、最小ピッチＰも２次光の場合の半分となっていることがわかる。また表２からも、回折格子の総格子数ｍも２次光の２倍となることが読み取れる。
【００３８】
このように、回折光学素子７を２次回折光を用いて設計することで、１次回折光の約２倍の格子ピッチと約半分の総格子数にすることができる。
【００３９】
つまり、本実施例では、５００ｎｍ以下の波長の光束に対して２次以上の回折次数を被走査面への結像に寄与する使用回折光として用いている。
【００４０】
図５は、回折光学素子７の金型切削工程を説明するための図である。中央近傍の格子形状は格子ピッチも比較的大きいため、バイトの先端を用い複数回に分けて切削しているが（図５−Ａ）、周辺部においては格子ピッチが小さいため、一回の切削で格子の斜面を削り落としている（図５−Ｂ）。このように回折光学素子の金型加工は常にバイトの先端にダメージを与えながら行っている。そのため、切削中に徐々にバイトが磨耗し、狙い通りの格子形状を加工できないといった問題が発生する。
【００４１】
格子数及び回折光学素子の有効幅が大きくなるに従い、バイト磨耗は大きくなる。
【００４２】
そこで、回折光学素子の総格子数をｍ、回折光学素子の有効領域をＬ（ｍｍ）、光源の波長をλ（μｍ）としたとき、
ｍ・Ｌ・λ＜３０００００    ・・・（式１）
を満足させることで、使用する光源の波長に対して最適な格子形状とすることができる。
【００４３】
また、格子ピッチが小さくても、バイトにかかるダメージは大きくなるため、回折光学素子の最小格子ピッチをＰ（μｍ）としたとき、
３０＜Ｐ／λ    ・・・（式２）
とするのがよい。
【００４４】
本実施例では、ｍ・Ｌ・λ＝２４８４４３、Ｐ／λ＝４３．９５であり、（式１）及び（式２）を共に満足させている。
【００４５】
また、使用波長で回折効率を１００％にする格子深さｈは、回折光学素子の回折次数をｋ、回折光学素子を形成する材料の屈折率をｎとすると、ｈ＝ｋ・λ／（ｎ−１）と表せる。
【００４６】
格子深さは浅すぎると加工精度が出にくく、また深すぎてもバイトへのダメージが大きくなる。そこで、
１＜ｋ・λ／（ｎ−１）＜５    ・・・（式３）
を満足させるように、回折次数、材料を選択することで、使用する光源の波長に対して最適な格子形状とすることができる。
【００４７】
よって、５００ｎｍ以下の短波長光源を使用した回折格子においては、回折格子の設計次数は２次以上５次以下が望ましい。回折次数が１次であると前述したように総格子が多すぎてしまう。６次以上であると、格子深さが深くなりすぎてバイトの切削抵抗が大きくなる。また、６次以上の回折格子の場合は、格子深さばらつきによる回折効率の変動の影響も大きくなってしまう。
【００４８】
本実施例では、回折次数ｋ＝２、λ＝０．４０５（μｍ）、レンズ７を構成する光学樹脂の屈折率ｎ４０５＝１．５４６６２であるため、ｋ・λ／（ｎ−１）＝１．４８１８（μｍ）となり（式３）を満足している。
【００４９】
表３は、実施例１〜実施例３に使用した光学樹脂の屈折率を表している。この値に基き、倍率色収差及び昇温時でのピント変動を計算させている。
【００５０】
本実施例では、回折格子の設計次数として、２次の回折次数を使用したが、３次以上の設計次数を用いても、格子のサイズを小さくすることなく、製造が容易な回折格子を提供し、５００ｎｍ以下の短波長光源を使用した場合においても、色収差補正や温度補償などの効果を有する光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供ができる。
【００５１】
以下の実施例２、３においても回折格子の設計次数として、３次以上の設計次数を用いても良い。
【００５２】
【表３】
2005070124.tif 000008
【００５３】
図６は、本実施形態の効果の１つである主走査方向の倍率色収差についてグラフ化したものである（表１〜表３の設計データを用いている）。波長差Δλ＝５ｎｍ（λ＝４１０ｎｍ）を与えたときの、基準波長（λ＝４０５ｎｍ）との主走査方向の結像位置の差をプロットしている。回折光学素子７を用いず、全て屈折面から構成した屈折光学素子と比較すると、十分な倍率色収差補正効果を有していることがわかる。
【００５４】
上記では、シングルビーム光源１を用いたが、このように倍率色収差が補正されているので、２本以上（例えば、３本、４本）の光束を出射するマルチビーム光源を使用した光走査装置であっても、主走査方向に発生するジッターが低減され、良好な画像品質を達成できる。
【００５５】
更に、２本以上の光束を出射するマルチビーム光源を使用した光走査装置の場合、マルチレーザーの波長差に起因する主走査方向の倍率色収差や、昇温に伴う被走査面上でのピント変動を最小限に留める効果も得られる。
【００５６】
図７は、本実施形態の効果の１つである副走査方向の温度補償について、走査光学系のみでの効果をグラフ化したものである（表１〜表３の設計データを用いている）。尚、温度補償については特許文献１に開示されているように、光走査装置の光学樹脂の温度変動（光学樹脂の屈折率の低下、等）に伴うピント変化が温度変動による光源の波長変動による回折部のパワー変化で補正されたものである。ここでは、使用した光学樹脂の屈折率の変化率ｄｎ／ｄｔ＝−７．９８８Ｅ−０５、レーザ波長の温度特性ｄλ／ｄｔ＝０．０４ｎｍ／℃として計算した。同図に示した通り、回折光学素子７を用いず全て屈折面から構成したものと比較すると、十分な温度補償効果を有していることがわかる。
【００５７】
以上説明した通り、５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた光走査装置において、回折光学素子の回折次数、格子数、有効領域、最小ピッチ、格子深さなどを適切に設定することで、金型切削工程及びモールド成形工程による格子形状の崩れを無くし、製造難易度を下げた回折光学素子を提供することが可能となる。
【００５８】
また、それらを用い倍率色収差を補正したり、温度変動に伴うピント移動を低減したりすることで、常に良好な画像が得られる光走査装置を提供することができる。
【００５９】
本実施例では、走査光学系内の屈折部の表面に回折格子を設けているが、平板上に回折格子を設けても良い。また、走査光学系内の２つ以上のレンズ面に回折格子を設けても良い。
【００６０】
（実施例２）
図８は本発明の第２の実施形態を説明するための図面であり、回折格子がシリンダーレンズ４に形成された実施例を表している。本実施例の回折格子４ａはシリンダーレンズ４の出射面側に形成されており、副走査方向のみにパワーを有するものである。また、シリンダーレンズ自身は光学樹脂からなり、射出成形により安価に製造することが可能である。
【００６１】
表４にシリンダーレンズ４の曲率、回折格子４ａの位相係数などを示す。
【００６２】
ここで用いた位相関数は実施例１と同様のものを用いている。
φ＝２πｋ／λ・ｄ０・Ｚ２（ｋ＝２、λ＝４０５ｎｍ）
また、本実施例においても、実施例１と同様に回折格子４ａを２次の設計次数で構成している。
【００６３】
ここで用いた回折格子はｍ・Ｌ・λ＝１１１、Ｐ／λ＝５６．３５であり、（式１）及び（式２）を共に満足させている。シリンダーレンズに本発明を適用した場合は、格子数と有効幅に対する制限に関しては全く問題ないが、最小格子ピッチに関しては実施例１と同様に注意して設計しなければならない。また、格子深さに関しては、光源の波長と材料の屈折率及び回折次数で決定されるため、格子数や格子ピッチとは無関係である。よって、格子深さの観点からも２次光で回折格子を構成したほうが製造難易度は低減される。本実施例においても、実施例１と同様格子深さは１．４８１８（μｍ）であり、（式３）を満足させている。
【００６４】
表４に本実施例の設計データを示す。
【００６５】
【表４】
2005070124.tif 000009
【００６６】
本実施例においては、副走査方向の温度補償を目的に回折格子４ａを導入した。シリンダーレンズが屈折面のみからなる場合、２５℃の昇温でポリゴンミラー５近傍の焦線の位置が、走査レンズ側に０．１７３５６ｍｍ移動するのに対し、本実施例では回折格子を温度補償として使用することで、全くピント変動しないようにしている。
【００６７】
（実施例３）
図９は本発明の第３の実施形態を説明するための図面であり、回折格子がコリメータレンズ３に形成された実施例を表している。本実施例の回折格子３ａはコリメータレンズの入射面側に形成されており、同心円上の回折格子により１枚のコリメータレンズであるにもかかわらず、軸上色収差が補正された光学系となっている。
【００６８】
表５にコリメータレンズ３の曲率、回折格子３ａの位相係数などを示す。
【００６９】
ここで用いた位相関数は実施例１と同様のものを用いている。
【００７０】
φ＝２πｋ／λ・ｃ０・Ｈ２、Ｈ２＝Ｙ２＋Ｚ２（ｋ＝２、λ＝４０５ｎｍ）
また、本実施例においても、実施例１、２と同様に回折格子を２次の設計次数で構成している。
【００７１】
ここで用いた回折格子３ａはｍ・Ｌ・λ＝４７、Ｐ／λ＝１２９．６０であり、（式１）及び（式２）を共に満足させている。コリメータレンズに本発明を適用した場合は、格子数と有効幅に対する制限に関しては全く問題なく、最小格子ピッチに関しても条件式を十分に満足している。また、格子深さに関しては、光源の波長と材料の屈折率及び回折次数で決定されるため、格子数や格子ピッチとは無関係である。よって、格子深さの観点からも２次光で回折格子を構成したほうが製造難易度は低減される。本実施例においても、実施例１及び２と同様に、格子深さは１．４８１８（μｍ）であり、（式３）を満足させている。
【００７２】
本実施例においては、軸上色収差補正を目的に回折格子を導入した。
【００７３】
表５に本実施例の設計データを示す。
【００７４】
【表５】
2005070124.tif 000010
【００７５】
図１０は出射面側（平行光側）から逆トレースした場合のコリメータレンズの球面収差及び軸上色収差を表している。
【００７６】
図１０−Ａは入射面に回折格子３ａを形成させた場合を、図１０−Ｂは入射面、出射面とも屈折面からなる単レンズの場合を表している。コリメータレンズ３が屈折面のみからなる場合、５ｎｍの波長差で０．０２９ｍｍの軸上色収差が発生しているのに対し、本実施例では回折格子３ａを色収差補正として使用することで、波長差５ｎｍを与えても全く軸上色収差が発生していない。
【００７７】
以下に変形例を示す。
【００７８】
コリメータレンズ３、走査光学系内のレンズ７、シリンドリカルレンズ４の全てに回折格子を設けても良い。また、コリメータレンズ３、走査光学系内のレンズ７、シリンドリカルレンズ４のうちいずれか２つに回折格子を設けても良い。
【００７９】
（実施例４）
図１１は、本発明の実施例１〜３の光走査装置を用いた画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図１１において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、実施例１〜３に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００８０】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【００８１】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【００８２】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図１１において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００８３】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１１において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００８４】
図１１においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８５】
図１２は本発明の実施例１〜３の光走査装置を用いたカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１０において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施例１〜３に示した構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。
【００８６】
図１２において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
【００８７】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【００８８】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００８９】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の効果は、５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた回折格子を有する光走査装置において、回折格子の設計次数を適切に選択することで、製造が容易な格子形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における主走査断面図
【図２】本発明の実施例１における回折光学素子の図
【図３】２次回折光を用いた最小ピッチでの回折格子の断面図
【図４】１次回折光を用いた最小ピッチでの回折格子の断面図
【図５】回折光学素子の金型加工を説明する図
【図６】本発明の実施例１における走査光学系の主走査方向の倍率色収差
【図７】本発明の実施例１における走査光学系の副走査方向のピント変動
【図８】本発明の実施例２における副走査断面図
【図９】本発明の実施例３における断面図
【図１０】本発明の実施例３における球面収差及び軸上色収差
【図１１】本発明の画像形成装置の要部概略図
【図１２】本発明のカラー画像形成装置の要部概要図
【図１３】従来の光走査装置の斜視図
【図１４】従来のマルチビーム光源を用いた光走査装置の斜視図
【図１５】回折光学素子の成形工程を説明する図
【符号の説明】
１  光源手段（半導体レーザー・半導体レーザーアレイ）
２  開口絞り
３  集光レンズ（コリメーターレンズ）
４  シリンドリカルレンズ
５  偏向手段（ポリゴンミラー）
６  走査光学系（ｆθレンズ）
７  走査光学系（ｆθレンズ）
８  被走査面（感光体ドラム）
【図１】
2005070124.tif 000011
【図２】
2005070124.tif 000012
【図３】
2005070124.tif 000013
【図４】
2005070124.tif 000014
【図５】
2005070124.tif 000015
【図６】
2005070124.tif 000016
【図７】
2005070124.tif 000017
【図８】
2005070124.tif 000018
【図９】
2005070124.tif 000019
【図１０】
2005070124.tif 000020
【図１１】
2005070124.tif 000021
【図１２】
2005070124.tif 000022
【図１３】
2005070124.tif 000023
【図１４】
2005070124.tif 000024
【図１５】
2005070124.tif 000025