JP2003270569A - 走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細構造格子の配列方向を入射光束の偏波面
に応じて適切に設定し、微細格子構造の構造性複屈折の
影響を低減し良好なる光学性能が得られる走査光学系及
びそれを用いた画像形成装置を得ること。 【解決手段】 レーザ光源１から射出された光束を偏向
手段５により偏向し、該偏向手段により偏向された光束
を走査光学手段６により被走査面７上に結像させ、該被
走査面上を走査する走査光学系において、該走査光学手
段は微細構造格子８を持つ光学面を１以上有し、該微細
構造格子の格子ピッチは、該レーザ光源からの光束の波
長より短く、該微細構造格子の配列方向は微細構造格子
面全域において同一方向であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査光学系及びそれ
を用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から射出し
た光束を光偏向器としてのポリゴンミラーにより反射偏
向させ、ｆθ特性を有し、かつ微細構造格子を設けた光
学素子を含む走査光学手段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やデジタル複写
機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）
等の画像形成装置に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザービームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）等の走査光学系においては画像信号に応じて光変調
された光源手段から射出された光束を、例えばポリゴン
ミラーから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手段によって感光性の記録媒体面
上にスポット状に集束させ光走査して画像記録を行って
いる。

【０００３】図１６は従来の走査光学系（光走査装置）
の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。

【０００４】同図において９１は光源手段であり、例え
ば半導体レーザー等より成っている。９２はコリメータ
ーレンズであり、光源手段９１から射出された発散光束
を略平行光束に変換している。９３は開口絞りであり、
通過光束を制限してビーム形状を整形している。９４は
シリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の
パワーを有しており、開口絞り９３を通過した光束を副
走査断面内で後述する光偏向器９５の偏向面（反射面）
９５ａにほぼ線像として結像させている。

【０００５】９５は偏向手段としての光偏向器であり、
例えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成
っており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中
矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

【０００６】９６は集光機能とｆθ特性とを有する走査
光学手段としての走査レンズ系であり、第１、第２の２
枚の走査レンズ９６ａ，９６ｂより成り、光偏向器９５
によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査
面としての感光ドラム面９７上に結像させ、かつ副走査
断面内において光偏向器９５の偏向面９５ａと感光ドラ
ム面９７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正
機能を有している。

【０００７】同図において半導体レーザー９１から射出
した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光
束に変換され、開口絞り９３によって該光束（光量）が
制限され、シリンドリカルレンズ９４に入射している。
シリンドリカルレンズ９４に入射した略平行光束のうち
主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また
副走査断面内においては収束して光偏向器９５の反射面
９５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結
像している。そして光偏向器９５の反射面９５ａで反射
偏向された光束は第１、第２の走査レンズ９６ａ，９６
ｂを介して感光ドラム面９７上にスポット状に結像さ
れ、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによ
って、該感光ドラム面９７上を矢印Ｂ方向（主走査方
向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体と
しての感光ドラム面９７上に画像記録を行なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の走査光学系においては以下に示す課題を有する。

【０００９】近年、走査光学系の走査光学手段（走査レ
ンズ系）は、非球面形状を構成しやすく製造しやすいプ
ラスチックで生産されることが一般的になってきてい
る。ところがプラスチックレンズは技術的、コスト的な
理由からレンズ面に反射防止コートを施すことが困難で
あり、各光学面でのフレネル反射が発生してしまう。

【００１０】図１７は、例えば屈折率ｎ＝１．５２４の
樹脂光学部材にＰ偏光の光束を入射させたときの反射率
及び透過率の角度依存性を示した説明図である。同図に
示すように各光学面における表面反射は入射角が増大す
るほど大きなものとなる。

【００１１】したがって、走査光学手段は一般に軸上か
ら軸外に向かうと入射角が変化するので、各光学面での
フレネル反射も大きく変化し、結果軸上と軸外の光量に
差分が生じる。入射角度が０度からブルースター角まで
増大すると反射率が低下（透過率が増加）するので、全
系の透過率が軸上から軸外に向かって増加する。即ち、
被走査面上における照度分布も軸上から軸外に向かって
増加する。図１７によれば最軸外の光量は軸上の５％増
しになることが分かる。この結果、画像形成装置から出
力される画像が、中央部と周辺部での濃度差があるよう
な弊害が発生してしまう。

【００１２】これの解決策として特開２０００−２０６
４４５号公報では走査光学手段の中に設けられた回折格
子面の回折効率を適時設定することで解決を試みてい
る。即ち、倍率色収差補正やピント補正を目的に所望の
パワー配分として所望のピッチで格子が刻まれ、かつ回
折格子面の格子の高さ（深さ）を適時設定することで使
用する回折光（１次回折光）の回折効率を軸上と軸外で
変化させ、他の屈折面で生じる透過率の変化と打ち消し
あうようにしている。

【００１３】しかしながら、特開２０００−２０６４４
５号公報のような回折格子は、以下のような問題があ
る。

【００１４】格子のピッチが微細になり、概ね波長と同
等以下の格子ピッチの微細構造格子になると構造性複屈
折性を示すことが知られている。

【００１５】光学の原理III 東海大学出版会 Ｐ１０３
０によれば、光学的に等方な物質が、分子より十分に大
きくかつ光の波長より小さな粒子として規則的に配列し
た場合、構造性複屈折として振舞う。即ち、光学の原理
に示されるように波長オーダー以下の周期性をもたせた
薄い平行平板の集合体のようなモデルでは、平板部の媒
質の誘電率と非平板部の媒質の誘電率によって得られる
実効的な誘電率が、平板に平行な電気ベクトルと平板に
垂直な電気ベクトルに対して別々に振舞う１軸性結晶に
なると示されている。

【００１６】つまり、概ね波長と同等以下の格子ピッチ
の微細構造格子では、入射する光束の偏波面の方向に応
じて、格子の配列方向および格子の配列方向に垂直な方
向の２軸に対して異なる屈折率を呈するのである。

【００１７】このことから入射する光束の偏光に応じて
適正な格子パターンを設定しないと所望の透過反射率の
特性が得られないのである。この点について特開２００
０−２０６４４５号公報では十分に開示されていない。
特に特開２０００−２０６４４５号公報では同心円状の
格子を想定しており、ある像高のビームが格子面を横切
る時、光束内で格子の方向は一定とはならない。

【００１８】更に例えば特開平１１−２１８６９９号公
報のように２つの異なる直線偏光のレーザ光束を偏光ビ
ームスプリッターで光路を合成して光偏向器で反射偏向
し、結像光学素子で被走査面に走査結像するようなビー
ム合成方式では、結像光学素子には２つの偏光状態の光
束が入射することになる。このような走査光学系に前記
の構造性複屈折を有する微細構造格子を設けると、偏光
状態に応じて透過反射率特性が異なり、結果複数のレー
ザ光束間で像面上の光量に差分が生じ、均等な露光が出
来なくなるという問題点がある。

【００１９】本発明は走査光学系の光学面上に設けられ
る微細構造格子の構造性複屈折による影響を低減し、入
射光束の偏光状態に依存しない良好なる光学特性を有す
る走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提供を目
的とする。

【００２０】この他、本発明はコーティングなどの追加
工程を増やすことなく、フレアーやゴーストの元となる
レンズ面でのフレネル（表面）反射を低減させることが
できる走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提供
を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の走査光
学系は、レーザ光源から射出された光束を偏向手段によ
り偏向し、該偏向手段により偏向された光束を走査光学
手段により被走査面上に結像させ、該被走査面上を走査
する走査光学系において、該走査光学手段は微細構造格
子を持つ光学面を１以上有し、該微細構造格子の格子ピ
ッチは、該レーザ光源からの光束の波長より短く、該微
細構造格子の配列方向は微細構造格子面全域において同
一方向であることを特徴としている。

【００２２】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記微細構造格子の配列方向は、入射光束の偏波面
に対して、平行方向、もしくは垂直方向、もしくは４５
°方向又はこれらの方向のうちの２つの方向を含んでい
ることを特徴としている。

【００２３】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、前記微細構造格子の配列方向は、主走査面に対し
て、平行方向、もしくは垂直方向、もしくは４５°方向
又はこれらの方向のうちの２つの方向を含んでいること
を特徴としている。

【００２４】請求項４の発明の走査光学系は、複数のレ
ーザ光源から射出された複数の光束を偏向手段により偏
向し、該偏向手段により偏向された光束を走査光学手段
により被走査面上に結像させ、該被走査面上を走査する
走査光学系において、該走査光学手段は微細構造格子を
持つ光学面を１以上有し、該微細構造格子の格子ピッチ
は、該レーザ光源からの光束の波長より短く、該微細構
造格子に入射する複数の光束の偏光方向は互いに異なっ
ており、該微細構造格子の配列は、該複数の光束の偏光
方向のベクトルとの合成方向に対して線対称に配置した
ことを特徴としている。

【００２５】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記微細構造格子に入射する複数の光束は、該微細
構造格子での入射面に対してＰ偏光とＳ偏光であり、該
微細構造格子の配列は、該微細構造格子での入射面の４
５°方向に対して対称に配置したことを特徴としてい
る。

【００２６】請求項６の発明は請求項４の発明におい
て、前記微細構造格子に入射する複数の光束は、該微細
構造格子での入射面に対して１つの光束はＰ偏光と他の
１つの光束はＳ偏光であり、該微細構造格子の配列は、
走査面の４５°方向であることを特徴としている。

【００２７】請求項７の発明の画像形成装置は、請求項
１乃至６の何れか１項に記載の走査光学系と、前記被走
査面に配置された感光体と、前記走査光学系で走査され
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、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、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該走査光学系に入力せ
しめるプリンタコントローラとを有していることを特徴
としている。

【００２８】請求項８の発明のレーザービームプリンタ
は、請求項１乃至６の何れか１項の走査光学系を用い
て、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光す
ることを特徴としている。

【００２９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１〜図５を用い
て本発明の実施形態１を説明する。図１は本発明の走査
光学系（光走査装置）の実施形態１の主走査方向の要部
断面図（主走査断面図）である。図２は微細構造格子に
入射する光束(Ｐ偏光)を示した要部概略図であり、該微
細構造格子の格子部８１と非格子部８２を誇張して大き
く表現している。

【００３０】尚、本明細書において偏向手段によって光
束が反射偏向（偏向走査）される方向を主走査方向、走
査光学手段の光軸及び主走査方向と直交する方向を副走
査方向と定義する。また走査光束の波面の振動方向を偏
波面（偏光面）と称す。図１において偏波面は紙面に一
致する。

【００３１】図１、図２において１は光源手段としての
レーザ光源であり、例えば半導体レーザーより成ってい
る。２はコリメーターレンズであり、レーザ光源１から
射出された発散光束を略平行光束に変換している。３は
開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形
している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方
向にのみ所定のパワーを有しており、開口絞り３を通過
した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の反射面
５ａにほぼ線像として結像させている。

【００３２】５は偏向手段としての光偏向器であり、例
えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っ
ており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢
印Ａ方向に一定速度で回転している。

【００３３】６は集光機能とｆθ特性とを有する走査光
学手段としての走査レンズ系であり、微細構造格子を持
つ光学面を１以上有し、プラスチック材料より成る第
１、第２の２枚の走査レンズ６ａ，６ｂより成り、光偏
向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を
被走査面としての感光ドラム面７上に結像させ、かつ副
走査断面内において光偏向器５の反射面５ａと感光ドラ
ム面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機
能を有している。

【００３４】尚、上記の光学要素２，３，４を用いない
で光源手段１からの光束を直接、偏向手段５に入射させ
るようにしても良い。

【００３５】本実施形態における第１、第２の２枚の走
査レンズ６ａ，６ｂの各レンズ面は図１に示す主走査断
面内においては球面もしくは非球面の曲面形状より成
り、それと垂直な副走査断面内においては軸上（走査中
心）から軸外（走査周辺）に向かって曲率が変化する既
知の特殊非球面形状をベース形状としている。本実施形
態においては第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１と出
射面６ａ２及び第２のレンズ６ｂの入射面６ｂ１と出射
面６ｂ２の全面に後述する透明樹脂材又はガラス材より
成る微細構造格子８を形成している。

【００３６】本実施形態における微細構造格子８の格子
ピッチは、レーザ光源１からの光束の波長より短く、該
微細構造格子８の配列方向は微細構造格子面全域におい
て同一方向である。

【００３７】本実施形態においてレーザ光源１より射出
した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束
に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限
され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリン
ドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断
面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断
面内においては収束して光偏向器５の反射面５ａにほぼ
線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。

【００３８】そして光偏向器５の反射面５ａで反射偏向
された光束は第１、第２の走査レンズ６ａ，６ｂを介し
て感光ドラム面７上にスポット状に結像され、該光偏向
器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ド
ラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走
査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面
７上に画像記録を行なっている。

【００３９】図１において走査レンズ系６に対して紙面
内（走査面内）に偏波面（偏光面）がある光束がＰ偏
光、紙面と垂直方向に偏波面がある光束がＳ偏光であ
る。

【００４０】本実施形態では走査レンズ系６に入射する
光束がほぼ紙面内に偏波面を有するＰ偏光で入射するよ
うにレーザ光源１を配置している。つまりレーザ光源１
の水平横モード方向が被走査面７に略平行となるように
配置している。

【００４１】本実施形態では上記の如く走査レンズ系６
の第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１と出射面６ａ２
及び第２のレンズ６ｂの入射面６ｂ１と出射面６ｂ２の
全面に特殊非球面形状をベース形状とし、その表面に図
３、図４に示す微細構造格子８を形成している。これに
より各入出射面での反射光を低減し、透過光量の画角に
よる変動の抑制を狙っている。

【００４２】尚、本実施形態においては被走査面７上に
達するゴースト光・フレア光に最も影響のある１つの光
学面（入射角度が最も大きな面など）に微細構造格子８
を設けても良い。この他１つ又は複数の微細構造格子８
を設けても良い。微細構造格子８を設ける面は球面又は
非球面又は回転非対称な曲面、回折面、平面でも良い。

【００４３】微細構造格子８は図３に示すように格子部
８１と非格子部８２の２つの部分が一次元方向（主走査
方向）に配列され繰り返し構造となっている。格子の配
列方向とは格子部８１と非格子部８２が繰り返して並ん
でいく方向と定義し、図３では左右方向（長手方向）を
配列方向という。

【００４４】格子部８１と非格子部８２の１周期分の長
さを格子ピッチＰとし、格子定数Ｆとしたとき、格子部
８１の配列方向の長さＬはＬ＝Ｆ×Ｐである。また格子
の深さをＤとする。尚、微細構造格子８は光学面を形成
する基板（ガラス基板もしくは透明樹脂基板）と一体的
に構成しても良い。

【００４５】また微細構造格子８は図４に示すように格
子の方向が所定方向を向いている。即ち、配列方向は微
細構造格子面全域において同一方向となっている。図４
は第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１を該光偏向器５
側から見た図であり、格子部８１と非格子部８２を誇張
して大きく表現している。第１の走査レンズ６ａの入射
面６ａ１全面に対し、格子部８１と非格子部８２は第１
の走査レンズ６ａの副走査方向に平行な方向に向き、主
走査方向に並べら（配列さ）れている。

【００４６】第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１に入
射する光束は上記の如くＰ偏光、即ち、偏波面（偏光
面）が主走査方向に平行であり、格子の配列方向にも平
行な関係が各像高（画角）によらず一定である。更に偏
波面と主走査方向は一致しており、該偏波面は格子の配
列方向に平行な関係が各像高（画角）によらず一定であ
る。

【００４７】微細構造格子８は、いわゆる０次格子とし
ての条件を満たす格子ピッチＰが選択される。微細構造
格子８はＳＷＳ（ｓｕｂｗａｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ）と称され、その格子ピッチは使用光源の波長オーダ
ー以下であり、回折作用を有さない０次光の使用を対象
としている。

【００４８】０次格子とは、周期状の微細構造格子にお
いて０次格子以外の回折光が生じない格子である(Optic
al Society of America Vol.11,No10/October 1994/J.O
pt.Soc.Am.A p2695 参照)。

【００４９】通常、周期状の構造格子では回折の条件式 Ｐ（Ｎｓ・ｓｉｎθｍ−Ｎｉ・ｓｉｎθｉ）＝ｍλ ‥‥（１） 但し、Ｐ：格子ピッチ、Ｎｉ：入射側の（構造格子の媒
質の）屈折率、θｉ：入射角度、θｍ：ｍ次の回折角
度、Ｎｓ：射出側の(構造格子の媒質の)屈折率、ｍ：回
折次数、λ：使用波長 を満たす回折角度で回折光が発生する。条件式（１）よ
り明らかであるが回折角はθｍ≧θ₁（ｍ＝１）であ
る。Optical Society of Americaでは、＋１次の回折光
が発生しない条件として、垂直入射のときは θ₊₁≧９０° ‥‥（２） であるので、 Ｐ＜λ／（Ｎｓ＋Ｎｉ・ｓｉｎθｉ） ‥‥（３） が０次格子の条件であることが示されている。

【００５０】尚、最軸外のときはθ₊₁が９０度以上と成
り、格子ピッチＰは更に小さいピッチＰａとなる。入射
角度が０度以外のときは格子ピッチＰは更に小さくする
必要がある。

【００５１】本実施形態では被走査面７上の所定像高に
達する光束が微細構造格子８を通過する中心からの位置
ｙにおける格子のピッチをＰｙ、光源手段１からの光束
の波長をλ、該位置ｙでの光束の入射角度をθｉ、該微
細構造格子８の入射側の媒質の屈折率をＮｉ、該微細構
造格子８の射出側の媒質の屈折率をＮｓとするとき、 Ｐｙ＜λ／（Ｎｓ＋Ｎｉ・ｓｉｎθｉ） ‥‥（４） を満足している。

【００５２】図５はレンズの材質の屈折率ｎ＝１．５２
４、使用波長λ＝７８０ｎｍとしたとき、入射角度θｉ
に対して格子ピッチＰがどのようになるかをグラフで示
した説明図である。グラフは０次格子を満たす最大ピッ
チであり、これ以下のピッチであれば０次以外の回折光
が発生しないことになる。これによれば入射角度θｉが
ゼロ、即ち、垂直入射の場合では微細構造格子の格子ピ
ッチＰが０．５μｍならば、０次格子として振舞うこと
が分かる。

【００５３】しかしながら入射角度θｉが４５°の場合
は微細構造格子の格子ピッチＰが０．５μｍでは０次格
子の条件を満たさない。入射角度θｉが４５°に対する
０次格子は格子ピッチＰが０．３５μｍより小さいこと
が必要となることがわかる。

【００５４】本実施形態のような走査光学系において、
走査レンズ系６の各レンズ面、即ち、第１のレンズ６ａ
の入射面６ａ１と出射面６ａ２及び第２のレンズ６ｂの
入射面６ｂ１と出射面６ｂ２の各レンズ面はレンズ面上
の位置ｙにおいて、入射する光束の入射角度θｉが決ま
ってしまう。よってこの各レンズ面の各所において０次
格子を満たす最大ピッチを決めることができる。

【００５５】即ち、光束が微細構造格子８に入射すると
きの最大入射角度をθｙｍａｘとしたときに決定される
格子ピッチをＰｙｍａｘとするとき、 Ｐ＜Ｐｙｍａｘ ‥‥（５） となる格子ピッチＰで微細構造格子８を構成するとよ
い。

【００５６】よって最大入射角度θｙｍａｘ＝４５°と
すれば、Ｐｙｍａｘ≒０．３５μｍなので、これ以下の
格子ピッチＰを選択すれば良いことになる。

【００５７】次に上記の格子定数Ｆについて説明する。
光学的に等方なる物質が、分子より十分に大きく、かつ
光の波長より小さな粒子として規則的に配列した場合、
構造性複屈折として振舞うことが知られている。光学の
原理III 東海大学出版会 Ｐ１０３０では図３に示すよ
うな格子の配列方向の断面形状が矩形形状のいわゆる矩
形格子を、格子部８１と非格子部８２が薄い平行平板と
の集合体としてモデル化できることが示されている。

【００５８】これによれば格子定数Ｆと格子部８１と非
格子部８２の材質の屈折率から、格子配列方向および格
子配列に垂直な方向の２軸に対して異なる屈折率になる
構造性複屈折を呈することが分かる。つまり、格子と偏
波面の非対称性から構造性複屈折が生じるのである。よ
って格子の配列方向と使用レーザの偏光方向の関係に注
意を要する。

【００５９】図６を用いて構造性複屈折の影響について
説明する。ここでは微細構造格子の形状として、図３の
ような矩形格子で格子ピッチＰ＝０．３μｍ、格子定数
Ｆ＝０．６０、格子深さＤ＝０．１６μｍ、材質の屈折
率ｎ＝１．５２４、使用波長λ＝７８０ｎｍとし、偏波
面が直交するＰ偏光とＳ偏光を格子面に入射させ入射角
度を変化させた時０次回折光の反射率がどのように変化
するかを示している。

【００６０】図１７に示したフレネル反射の特性と比べ
て特徴的なのは入射角度がゼロ度のところである。図１
７では入射角度ゼロ度で偏波面が直交する偏光光束で反
射率に差はないが、図６の構造性複屈折のある微細構造
格子ではたとえ入射角度ゼロ度でも直交する偏光光束に
特性の差が生じ、入射角度が大きくなるとその特性の差
が大きくなってしまう。言い換えると、格子の配列方向
と偏波面の方向の関係によって反射率特性が急激に変わ
ることを意味する。よって、微細構造格子を適用する場
合は、格子の配列方向と使用レーザの偏光方向の関係に
注意を要するのである。

【００６１】そこで本実施形態では格子の配列方向と偏
波面の方向との関係が微細構造格子面全域で常に一定関
係になるように構成している。具体的には格子の配列方
向と入射光束の偏波面(もしくは格子の配列方向と主走
査面)とが平行（格子の溝と偏波面は垂直）となるよう
に微細構造格子を構成している。

【００６２】つまり図１では光束の偏光方向は上記の如
くＰ偏光（偏波面が紙面に平行な方向、光束の偏光方
向）であり、光束の偏波面と微細構造格子の配列方向は
平行な関係で、微細構造格子全域でこの関係を満たして
いる。

【００６３】本実施形態では０次光のＰ偏光透過率が入
射角度によらず変化が小さくなるように微細構造格子８
の最適化を行っている。その結果、微細構造格子８の形
状は使用波長λ＝７８０ｎｍ、走査レンズの材質の屈折
率ｎ＝１．５２４として、格子ピッチＰ＝０．３μｍ、
格子定数Ｆ＝０．６５、格子深さＤ＝０．１６μｍを得
ている。この格子形状で入射角度による透過率特性は図
７に示す如くである。

【００６４】即ち、光学素子への入射角度が０°〜４５
°の範囲で透過率が９９．８％以上、言い換えるとフレ
ネル反射率は最大０．２％である。図１７の従来例でＰ
偏光の反射率約４％に対して１／２０以下、フレアーと
して画像に影響が軽微である１％以下に改善しているこ
とが分かる。

【００６５】本実施形態では各レンズ面で発生するフレ
ネル反射が小さくなるように所定像高に達する光束が微
細構造格子８を通過する位置における入射角度に応じ
て、格子ピッチ、格子の深さ、格子定数を決めており、
さらに構造性複屈折の影響を排除して、これにより被走
査面７上に達するフレアー光やゴースト光を低減し、良
好なる画像出力が可能な走査光学系の提供を可能として
いる。

【００６６】この他、本実施形態ではコーティングなど
の追加工程を増やすことなく、フレアーやゴーストの元
となるレンズ面でのフレネル反射を低減させ、被走査面
上の光量分布の均一化を図ることができ、また被走査面
上の広い領域での照度分布を略均一にすることができ
る。

【００６７】尚、本実施形態においては第１、第２の２
枚の走査レンズ６ａ，６ｂの各レンズ面を主走査断面内
においては球面形状もしくは非球面形状より形成し、副
走査断面内においては軸上から軸外にむかって曲率が変
化する既知の特殊非球面形状をベース形状としたが、必
ずしもこの形状に限られるのもではなく、例えば反射偏
向された光束を被走査面７上にスポット形状に結像して
等速度で光走査する機能（ｆθ特性）をもった、いわゆ
るｆθレンズであればこの限りではない。

【００６８】また本実施形態おいては走査レンズ系６に
入射する光束がほぼＰ偏光で入射するようにレーザ光源
１を配置したが、これに限定されるものではなく、例え
ばＳ偏光で入射させても良い。

【００６９】また微細構造格子８の配列方向は図４のよ
うに主走査方向に格子が並んでいくものばかりではな
く、例えば図８のように副走査方向に格子を並べてもよ
い。この場合、Ｐ偏光の入射光束の偏波面に対して（も
しくは主走査面に対して）、格子の配列方向は垂直な関
係（即ち、偏波面と格子の溝は平行）と成るように構成
すれば良い。また上記の配列以外に例えば偏波面と格子
の配列方向が４５°方向と成るように構成しても良い。
または平行方向、垂直方向、４５°方向のうちの２つの
方向を含んだ関係と成るように構成しても良い。

【００７０】また本実施形態では矩形断面を１次元方向
に配列した格子形状を取り上げたが、これに限定される
ものではなく、例えば図９に示すように三角形／台形／
サイン波の形状、もしくは階段状に積層した略矩形／略
三角形／略台形／略サイン波の形状でも良い。

【００７１】レンズ面への構成方法としては、射出成形
の金型に微細構造格子の形状を作りこんで成形すること
が可能である。

【００７２】また本実施形態おいては走査レンズ系６を
２枚のレンズより構成したが、これに限定されるもので
はなく、例えば単一、もしくは３枚以上のレンズより構
成しても良い。

【００７３】（実施形態２）図１０〜図１２を用いて本
発明の実施形態２を説明する。図１０は本発明の走査光
学系（光走査装置）の実施形態１の主走査方向の要部断
面図（主走査断面図）である。同図において図１に示し
た要素と同一要素には同符番を付している。

【００７４】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は光源手段を２つのレーザ光源１ａ，１ｂより構
成し、微細構造格子８に入射する複数の光束の偏光方向
を互いに異ならせ、かつ微細構造格子８の配列を、複数
の光束の偏光方向のベクトルとの合成方向に対して線対
称に配置したことである。その他の構成および光学的作
用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果
を得ている。

【００７５】即ち、同図において１ａ，１ｂは各々レー
ザ光源であり、例えば半導体レーザーより成っている。
２ａ，２ｂは各々コリメーターシリンダレンズであ
り、、レーザ光源１ａ，１ｂに対応して配置されてい
る。このコリメーターシリンダレンズ２ａ，２ｂは各々
対応するレーザ光源１ａ，１ｂから射出した発散光束を
主走査断面内で略平行光束に変換している。尚、本実施
形態では主走査断面内で略平行光束となるように変換す
る系であるが、必ずしもこれに限られるものではなく、
略収束光束でも発散光束でもよい。

【００７６】７はビーム合成手段であり、例えば偏向ビ
ームスプリッターより成っており、コリメーターシリン
ダレンズ２ａ，２ｂで略平行光束に変換された２つの光
束の光路を合成している。このため２つのレーザ光源１
ａ，１ｂより射出される発散光束は、それぞれ偏波面
（偏光面）が直交するように配置する必要があるので、
ビーム合成手段７に対してレーザ光源１ａが紙面と垂直
方向に偏光面を有するＳ偏光、レーザ光源１ｂが紙面内
に偏波面を有するＰ偏光となる。よって微細構造格子８
に入射する２つの光束は、該微細構造格子８での入射面
に対してＰ偏光とＳ偏光である。

【００７７】尚、レーザ光源１ａ，１ｂが各々同一の偏
波面を有する２以上の発光点を有するもの（マルチレー
ザ光源）を用いても良い。

【００７８】同図においては不図示ではあるが、被走査
面上の画像の書き出し位置のタイミングを決定するため
の同期検知用の光学系（ＢＤ光学系）が設けられてい
る。

【００７９】本実施形態では前述の実施形態１と同様に
走査レンズ系６の第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１
と出射面６ａ２及び第２のレンズ６ｂの入射面６ｂ１と
出射面６ｂ２の全面に特殊非球面形状をベース形状と
し、その表面に図３示す矩形形状の微細構造格子８を形
成している。ただし、微細構造格子８の配列方向は実施
形態１とは異なり図１１に示すように２つの光束の偏光
方向のベクトルとの合成方向に対して線対称に配置して
いる。これにより各入出射面での反射光を低減し、透過
光量の画角による変動の抑制を狙っている。

【００８０】尚、本実施形態においては被走査面７上に
達するゴースト光・フレア光に最も影響のある１つの光
学面（入射角度が最も大きな面など）に微細構造格子８
を設けても良い。この他１つ又は複数の微細構造格子８
を設けても良い。微細構造格子８を設ける面は球面又は
非球面又は回転非対称な曲面、回折面、平面でも良い。

【００８１】微細構造格子８は図３に示すように格子部
８１と非格子部８２の２つの部分が一次元方向に配列さ
れ繰り返し構造となっている。ただし、上述した如く微
細構造格子８の配列方向は実施形態１とは異なり図１１
に示すように２つの光束の偏光方向のベクトルとの合成
方向に対して線対称に配置している。

【００８２】格子部８１と非格子部８２の１周期分の長
さを格子ピッチＰとし、格子定数Ｆとしたとき、格子部
８１の配列方向の長さＬはＬ＝Ｆ×Ｐである。また格子
の深さをＤとする。尚、微細構造格子８は光学面を形成
する基板（ガラス基板もしくは透明樹脂基板）と一体的
に構成しても良い。

【００８３】また上記の如く微細構造格子８は図１１に
示すように格子の方向が所定方向を向いている。図１１
は第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１を該光偏向器５
側から見た図であり、格子部８１と非格子部８２を誇張
して大きく表現している。第１の走査レンズ６ａの入射
面６ａ１全面に対し、格子部８１と非格子部８２は第１
の走査レンズ６ａの主走査方向および副走査方向の中間
方向４５°に向き、並べら（配列さ）れている。

【００８４】第１の走査レンズ６ａの入射面６ａ１に入
射する光束は上記の如くＰ偏光およびＳ偏光、即ち、偏
波面が主走査方向に平行な光束と偏波面が主走査方向に
垂直な方向であり、それぞれ格子の配列方向に対して４
５°を向く関係が各像高（画角）によらず一定である。

【００８５】即ち、格子の配列方向を２つの光束の偏光
方向のベクトルとの合成方向（Ｍ方向）に対して線対称
に配列している。

【００８６】更にふたつの光束の偏波面（P偏光、S偏
光）と格子の配列方向が互いに４５°の関係が各像高
（画角）によらず一定である。即ち、微細構造格子８の
配列は、走査面の４５°方向である。

【００８７】微細構造格子８は、いわゆる０次格子であ
り、前述の実施形態１と同様にピッチを決めることがで
きる。

【００８８】また同様に微細構造格子８は構造性複屈折
を有するが、本実施形態では２つの光束の偏波面と格子
の配列方向を所定の関係にすることで構造性複屈折の影
響を低減しようとしている。

【００８９】具体的には２つの光束の偏光面（図１１の
Ｐ，Ｓ）の中間方向（図１１のＭ）、即ち２つの光束の
偏光方向のベクトルとの合成方向（Ｍ方向）に対して線
対称に微細構造格子８を配列しており、該微細構造格子
８の配列方向と各偏波面とがなす角度を同等にしてい
る。即ち、前記微細構造格子８での入射面に対して概ね
Ｐ偏光とＳ偏光である入射光束と、偏波面に対して４５
°方向に配列した微細構造格子８の関係が微細構造格子
面全域で満たされている。

【００９０】微細構造格子８の配列方向と各偏波面とが
なす角度が同等になることで、格子と偏波面の対称性か
ら生じるで構造性複屈折の影響を低減できるのである。

【００９１】本実施形態では０次光のＰ偏光およびＳ偏
光の透過率が入射角度によらず変化が小さくなるように
微細構造格子８の最適化を行った。その結果、微細構造
格子８の形状は使用波長λ＝７８０ｎｍ、走査レンズの
材質の屈折率ｎ＝１．５２４として、格子ピッチＰ＝
０．３μｍ、格子定数Ｆ＝０．４５、格子深さＤ＝０．
１８μｍを得た。この格子形状で入射角度による反射率
特性は図１２に示す如くである。

【００９２】即ち、光学素子への入射角度が０°〜４５
°の範囲で反射率が０．５％以下、言い換えると透過率
の損失は最大０．５％である。図１７の従来例でＰ偏光
Ｓ偏光の反射率特性に対して大幅に改善しており、フレ
アーとして画像に影響が軽微である１％以下に改善して
いることが分かる。

【００９３】本実施形態では各レンズ面で発生するフレ
ネル反射が小さくなるように、格子ピッチ、格子の深
さ、格子定数を決めており、さらに構造性複屈折の影響
を排除して、これにより被走査面７上に達するフレア光
やーゴースト光を低減し、良好なる画像出力が可能な走
査光学系の提供を可能としている。

【００９４】この他、本実施形態ではコーティングなど
の追加工程を増やすことなく、フレアーやゴーストの元
となるレンズ面でのフレネル反射を低減させ、被走査面
上の光量分布の均一化を図ることができ、また被走査面
上の広い領域での照度分布を略均一にすることができ
る。

【００９５】尚、微細構造格子の配列方向は図１３のよ
うに主走査方向と副走査方向とに等方的に格子を並べて
もよい。このときも微細構造格子８に入射する２つの光
束の偏波面の方向の中間方向に対して格子の配列は線対
称に成っている。具体的な格子の形状は図１４に示され
る如く四角柱であってもよい。

【００９６】また本実施形態においては前述の実施形態
１と同様に第１、第２の２枚の走査レンズ６ａ，６ｂの
各レンズ面を主走査断面内においては球面形状もしくは
非球面形状より形成し、副走査断面内においては軸上か
ら軸外にむかって曲率が変化する既知の特殊非球面形状
をベース形状としたが、必ずしもこの形状に限られるの
もではなく、例えば反射偏向された光束を被走査面７上
にスポット形状に結像して等速度で光走査する機能（ｆ
θ特性）をもった、いわゆるｆθレンズであればこの限
りではない。

【００９７】また矩形断面を１次元方向に配列した格子
形状を取り上げたが、これに限定されるものではなく、
例えば図９に示すように三角形／台形／サイン波の形
状、もしくは階段状に積層した略矩形／略三角形／略台
形／略サイン波の形状でも良く、またレンズ面への構成
方法としては、射出成形の金型に微細構造格子の形状を
作りこんで成形することも可能である。

【００９８】［カラー画像形成装置］図１５は本発明の
実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本
実施形態は、光走査装置（走査光学系）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
１５において、６０はカラー画像形成装置、１１，１
２，１３，１４は各々実施形態１、２に示したいずれか
の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。尚、図１
５においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に
転写する転写器（不図示）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を有している。

【００９９】図１５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４１，４２，４３，４
４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２
１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査され
る。

【０１００】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。

【０１０１】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２１，２２，２３，２
４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。

【０１０２】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。

【０１０３】尚、本発明ではカラー画像形成装置に実施
形態１又は２の光走査装置を適用したが、もちろんモノ
クロ画像形成装置に適用しても良い。

【０１０４】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く中心部から周
辺部にかけて光束の入射角度が変化することで生じる透
過光量の変化を調整する構成より成る微細構造格子を設
けた光学素子を走査光学系に適用することにより、光束
の入射角度が変化することから生ずる透過光量を容易に
調節することができ、特に微細な格子構造の配列方向と
偏波面との関係から生じる構造性複屈折の影響を低減
し、良好なる光学性能を得ることができる走査光学系及
びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。

【０１０５】この他、本発明によれば前述の如くコーテ
ィングなどの追加工程を増やすことなく、フレアーやゴ
ーストの元となるレンズ面でのフレネル反射を低減さ
せ、被走査面上の光量分布の均一化を図ることができ、
また被走査面上の広い領域での照度分布を略均一にする
ことができる走査光学系及びそれを用いた画像形成装置
を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の主走査断面図

【図２】 本発明の実施形態１の微細構造格子に入射す
る光束を示した要部概略図

【図３】 本発明の実施形態１の微細構造格子の拡大図

【図４】 本発明の実施形態１の微細構造格子の配列方
向を示した図

【図５】 本発明の実施形態１の格子ピッチと入射角と
の関係を示した図

【図６】 構造性複屈折の影響を説明する図

【図７】 本発明の実施形態１の透過率と入射角との関
係を示した図

【図８】 第２の微細構造格子の配列方向を示した図

【図９】 第２の格子形状を示した図

【図１０】 本発明の実施形態２の主走査断面図

【図１１】 第３の微細構造格子の配列方向を示した

【図１２】 実施形態２の格子の反射率特性を示した図

【図１３】 第４の微細構造格子の配列方向を示した

【図１４】 第３の格子形状を示した図

【図１５】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の
要部概略図

【図１６】 従来の走査光学系の主走査断面図

【図１７】 ＰＳ偏光の反射率の入射角度依存性を示す
説明図

【符号の説明】

１ 光源手段（半導体レーザ） ２ コリメータ−レンズ ３ 開口絞り ４ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段（光偏向器） ５ａ 反射面 ６ 走査光学手段（走査レンズ系） ６ａ 第１の走査レンズ ６ｂ 第２の走査レンズ ７ 被走査面（感光ドラム面） ８ 微細構造格子 ９ ビーム合成手段 １１、１２、１３、１４ 走査光学装置 ２１、２２、２３、２４ 像担持体（感光ドラム） ３１、３２、３３、３４ 現像器 ４１，４２，４３，４４ 光ビーム ５１ 搬送ベルト ５２ 外部機器 ５３ プリンタコントローラ ６０ カラー画像形成装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ Ｆターム(参考） 2C362 BA86 DA29 2H045 BA22 CA63 CB35 CB63 2H087 KA08 KA19 LA22 NA18 TA01 TA03 TA08 5C051 AA02 CA07 DA02 DB02 DB22 DB24 DB30 DC04 DC07 5C072 AA03 BA17 HA02 HA09 HA13 HA20 XA01 XA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から射出された光束を偏向手
   段により偏向し、該偏向手段により偏向された光束を走
   査光学手段により被走査面上に結像させ、該被走査面上
   を走査する走査光学系において、 該走査光学手段は微細構造格子を持つ光学面を１以上有
   し、該微細構造格子の格子ピッチは、該レーザ光源から
   の光束の波長より短く、 該微細構造格子の配列方向は微細構造格子面全域におい
   て同一方向であることを特徴とする走査光学系。
2. 【請求項２】 前記微細構造格子の配列方向は、入射光
   束の偏波面に対して、平行方向、もしくは垂直方向、も
   しくは４５°方向又はこれらの方向のうちの２つの方向
   を含んでいることを特徴とする請求項１記載の走査光学
   系。
3. 【請求項３】 前記微細構造格子の配列方向は、主走査
   面に対して、平行方向、もしくは垂直方向、もしくは４
   ５°方向又はこれらの方向のうちの２つの方向を含んで
   いることを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
4. 【請求項４】 複数のレーザ光源から射出された複数の
   光束を偏向手段により偏向し、該偏向手段により偏向さ
   れた光束を走査光学手段により被走査面上に結像させ、
   該被走査面上を走査する走査光学系において、 該走査光学手段は微細構造格子を持つ光学面を１以上有
   し、該微細構造格子の格子ピッチは、該レーザ光源から
   の光束の波長より短く、 該微細構造格子に入射する複数の光束の偏光方向は互い
   に異なっており、該微細構造格子の配列は、該複数の光
   束の偏光方向のベクトルとの合成方向に対して線対称に
   配置したことを特徴とする走査光学系。
5. 【請求項５】 前記微細構造格子に入射する複数の光束
   は、該微細構造格子での入射面に対してＰ偏光とＳ偏光
   であり、該微細構造格子の配列は、該微細構造格子での
   入射面の４５°方向に対して対称に配置したことを特徴
   とする請求項４記載の走査光学系。
6. 【請求項６】 前記微細構造格子に入射する複数の光束
   は、該微細構造格子での入射面に対して１つの光束はＰ
   偏光と他の１つの光束はＳ偏光であり、該微細構造格子
   の配列は、走査面の４５°方向であることを特徴とする
   請求項４記載の走査光学系。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１項に記載の走
   査光学系と、前記被走査面に配置された感光体と、前記
   走査光学系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、
   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、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
   該走査光学系に入力せしめるプリンタコントローラとを
   有していることを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６の何れか１項の走査光学
   系を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束
   を導光することを特徴とするレーザービームプリンタ。