JP2011191632A - 光学素子及びそれを用いた光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で回折格子を作製することができると共に、回折格子の回折面の断面形状を直線で加工しても位相誤差（スポット劣化）の発生が少ない光学素子及びそれを用いた光走査装置を得ること。
【解決手段】 回折面の断面形状が直線で形成されている回折格子からなる回折光学面を少なくとも一面に有する光学素子であって、回折光学面において、軸上に集束する光束が受ける回折パワーと、回折格子が形成されている屈折面の屈折パワーをそれぞれφDO、φrefとするとき、回折パワーφDOと屈折パワーφrefの符号は逆符号で、かつ
0＜φDO＜1.8×10^-3(1/mm)
なる条件を満足すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学素子及びそれを用いた光走査装置に関し、特に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、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。

従来から、一般的な光学系の色収差の低減や環境変動による光学性能の劣化を低減するために、曲面状の屈折光学素子の光入出射面に回折格子を設けることが知られている。この方法は、光学系の屈折面と回折面（回折光学面）とでは、ある基準波長の光線に対する色収差の出方が逆方向に発現するという物理現象を利用したものである。さらに、回折格子の格子部の周期構造の周期を変化させることにより非球面レンズのような色収差以外の収差低減に大きな効果が得られることも知られている（特許文献１参照）。

特に、レーザービームプリンタやデジタル複写機の画像形成装置に用いられている光走査装置は、光源手段から射出された光束を入射光学系により偏向手段としての光偏向器に導光している。そして光偏向器により偏向走査された光束を結像光学系（fθ光学系）により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該光束で感光ドラム面上を光走査している。

このような光走査装置においては、光源手段から射出した光束をコリメータレンズ等で平行光束に変換し、倒れ補正を行うために平行光束に変換された光束を、シリンドリカルレンズで光偏向器の偏向面に線像を形成している。そして光偏向器の偏向面で偏向された光束は、結像光学系により感光ドラム面上を等速走査し、スポットを形成する。

また、このような光走査装置において、入射光学系や結像光学系（結像レンズ系）は屈折光学素子や回折光学素子(回折格子）を用いて光束を収束または発散させている。回折光学素子を用いると周期的構造の周期（ピッチ）を変化させることで非球面レンズのような効果を発生させることができ、収差の低減と環境変動による光学性能の劣化の低減に大きな効果が得られる。

しかしながら、屈折光学素子の屈折面では一本の光線は屈折後も一本の光線であるのに対して、回折光学素子の回折面の回折においては、回折次数によって光が分かれてしまう。従って、結像光学系として回折光学素子を用いる場合は使用波長に対して特定の次数（設計回折次数）を設定し、一本の光線が設計回折次数に集中するように格子形状を決定する必要がある。さらに、格子部の格子形状が所望の形状からはずれてくると設計回折次数以外の回折次数の光線が発生し、ゴースト光が発生する。また、所望の波面に対する位相ずれ（波面収差）が発生し、スポットのピーク光量低下等が発生し、高精細な画像形成の妨げとなる場合がある。したがって、回折光学素子を使用する結像光学系では格子部の格子形状が所望の形状になるよう留意して設計、製作を行う必要がある。

従来より回折光学素子を用いた光走査装置は種々と提案されている（特許文献２、３、４参照）。

特許文献２の光走査装置では、環境変動に伴う主走査方向の光学性能の変化を補正するために屈折パワーと回折パワーを最適にする技術が開示されている。特許文献３の光走査装置では、楕円の回折格子を高速かつ高精細に加工する技術が開示されている。特許文献４の光走査装置では、入射光学系に階段状の回転対象の回折面を形成し、温度変化による光学性能の劣化を低減する技術が開示されている。

特開２００１−４２１１２号公報 特開平１０−６８９０３号公報 特開２００１−１２９７１４号公報 特開２００７−２９３１８２号公報

一般に回折面が鋸歯状に形成された楕円形状の回折格子を有する走査光学系(光走査装置）は、光軸上の格子（格子部）（M0）が位相関数で定められた形状で加工されているが、それ以外の格子部は型加工の制約から斜面が直線で形成されている。

また、特許文献１に開示されているような一般的な回転対称より成る光学素子においても、バイトの先端をワークに接触させ、ワークを回転させながらバイトを高さ方向に連続的に変化させることにより位相関数通りの格子部の形状を形成している。

従来の一般的な回折光学素子は、回折格子を加工するための時間が長いため、加工機の周辺温度変化や振動等により加工精度が低下するという課題が発生する。

しかしながら、回折格子の加工時間を短縮するために、格子部の斜面を直線で加工した場合、加工された回折格子と設計上の理想的な回折格子とのずれにより光学性能が劣化するという新たな課題が発生する。

ここで、回折格子(回折光学素子）の回折パワーが弱い光学系においては、回折面に鋸歯状に形成された格子部の格子ピッチが広くなる。このため、格子部の斜面を直線で加工する方法を用いると、所望の格子部の形状からの誤差（加工誤差）が大きくなってしまう。このように回折格子の格子部の形状の誤差が大きくなると、設計上回折面で付与すべき波面の位相に対するずれ（波面収差）が大きくなり、ＭＴＦの低下や、スポットの劣化が発生し、所望の光学特性を得ることが難しくなるという課題がある。特に楕円形状の回折格子を形成する場合は回折面（斜面）の断面形状を曲線で加工することは困難であるため、誤差が大きくなるという課題を有する。

本発明は短時間で回折格子を作製することができると共に、回折格子の回折面の断面形状を直線で加工しても位相誤差（スポット劣化）の発生が少ない光学素子及びそれを用いた光走査装置の提供を目的とする。

本発明の光学素子は、回折面の断面形状が直線で形成されている回折格子からなる回折光学面を少なくとも一面に有する光学素子であって、前記回折光学面において、軸上に集束する光束が受ける回折パワーと、回折格子が形成されている屈折面の屈折パワーをそれぞれφDO、φrefとするとき、前記回折パワーφDOと前記屈折パワーφrefの符号は逆符号で、かつ
0＜φDO＜1.8×10^-3(1/mm)
なる条件を満足すること。

本発明によれば短時間で回折格子を作製することができると共に、回折格子の回折面の断面形状を直線で加工しても位相誤差（スポット劣化）の発生が少ない光学素子及びそれを用いた光走査装置を達成することができる。

本発明の実施例１の主走査断面図 本発明の実施例１の副走査断面図 本発明の実施例１の光源手段の模式図 本発明の実施例１の成形駒の加工方法を示す模式図 本発明の実施例１の屈折パワーとM1輪帯の加工誤差を示す図 本発明の実施例１の光学性能を示す図 本発明の実施例１の波長差1.5nmでの主走査方向ピント移動量を示す図 本発明の実施例１の25℃昇温時の倍率色収差を示す図 本発明の実施例１の25℃昇温時のピッチムラ劣化量を示す図 本発明の実施例４のＭ0〜Ｍ2輪帯の回折格子斜面部の加工誤差を示す図 本発明の実施例１の回折格子の斜面の加工誤差を説明する図 本発明の画像形成装置の要部断面図 本発明のカラー画像形成装置の要部断面図

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１の主走査方向要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明における実施例１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。

尚、以下の説明において、副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

図中、１は光源手段であり、例えば８つの発光点（発光部）を有する半導体レーザー(波長λ＝６７０ｎｍ)より成っている。半導体レーザー1は、光学系の色収差による光学性能の劣化を低減するために、８つの発光点間の波長ばらつきが１．５ｎｍ以下に抑えられている。また、半導体レーザー１は複数の発光点のうち、少なくとも１つの発光点が、後述するコリメータレンズ３の光軸からの距離が他の１つの発光点の光軸からの距離と異なっている。本実施例では図３に示すように発光点１ａ，１ｂ‥‥が主走査方向に角度α傾いて一次元状に配列し、８個の発光点から成る半導体レーザーで構成されている。尚、発光点の数は８個に限定されることはなく、それ以外の数でも良い。

２は矩形形状からなる第１の絞りであり、副走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形している。本実施例では第１の絞り２を光源手段１近傍に配置している。これにより副走査方向の射出瞳位置を後述する第２の結像レンズ6b上に配置し、複数の発光部からの光束が副走査断面内において、第２の結像レンズ6b上でクロスするようにし、各ビームの副走査方向の光学性能を一致しやすくしている。

３は集光レンズ(以下、「コリメータレンズ」と称す。)である。本実施例のコリメータレンズ３は後述する光偏向器１０側の面が回転対称な非円弧（非球面）になっており、屈折のパワー(屈折力）により発光点間のスポット径差を低減するとともに、光源手段１から出射された発散光束を平行光束に変換している。

４は第１の光学系としてのレンズ系(以下、「シリンドリカルレンズ」と称す。)であり、副走査断面内(副走査方向)にのみ屈折のパワーを有している。本実施例のシリンドリカルレンズ４はコリメータレンズ３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器１０の偏向面（反射面）１０ａに線像として結像させている。

５は第２の絞りであり、主走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形している。本実施例における第２の絞り５はコリメータレンズ３の光偏向器１０側に配置されており、主走査方向の光束幅を制限するとともに、偏向面上での各発光点からの光束の主光線を近接させることによって、マルチビーム時に発生する縦線ゆらぎを低減している。

尚、コリメータレンズ３とシリンドリカルレンズ４を１つの光学素子より構成しても良い。またコリメータレンズ３は単レンズではなく複数枚で構成してもよい。尚、第１の絞り２、コリメータレンズ３、シリンドリカルレンズ４、そして第２の絞り５の各要素は光源手段１から出射した光束を偏向手段１０に導光する入射光学系ＬＡの一要素を構成している。

本実施例において入射光学系ＬＡは表１に示す数値例より構成されている。コリメータレンズ３は主走査方向が１４次までの関数で表わされる非球面形状で構成されている。また、コリメータレンズ３は、該コリメータレンズ３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方向をＹ軸、副走査断面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、以下の関数で表せる。

但し、Ｒは近軸曲率半径、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、F、Gは各々非球面係数である。

また、本実施例では光源手段１としての半導体レーザーを50μmピッチの8ビームレーザーより構成し、主走査方向に対して9.2度傾けている。発光部の配列を主走査方向に並べることにより、副走査方向の光学倍率を高くでき、発光部の間隔の広い半導体レーザーを使用することができるとともに、熱特性のよいレーザー素子を用いることができる。また、不図示の書き出し位置検知手段でビームが重ならないようにできるので、より高精細な光走査装置を提供できる。

１０は偏向手段としての光偏向器であり、外接円径３４mmで反射面が５面のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、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。尚、本実施例では回転多面鏡を用いたが、正弦振動により拘束を偏向するガルバノミラー等を用いることもできる。

６は集光機能とｆθ特性とを有する第２の光学系としての結像光学系（fθレンズ系）であり、光学素子としての第１、第２の結像レンズ（ｆθレンズ）６ａ，６ｂを有している。第１、第２の結像レンズ（ｆθレンズ）６ａ，６ｂは、共に主走査断面内で非球面形状のアナモフィック光学素子より形成されている。

本実施例では結像光学系６を構成する複数の結像レンズのうち、第２の結像レンズ６ｂの出射面６ｂ１に回折面の断面形状が直線で形成されている回折格子からなる回折光学面（光学面）を形成している。それ以外の面は屈折パワー(屈折力）のみを有する面（屈折面）で形成している。

結像光学系６は光偏向器１０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１０の偏向面１０ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正を行っている。７は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施例において画像情報に応じて光源手段１から光変調され出射した複数（本実施例では８本）の光束は第１の絞り２により副走査方向の光束幅が制限され、コリメータレンズ３により平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射して第２の絞り５により主走査方向の光束幅が制限される。また副走査断面内においては収束して第２の絞り５を通過し（主走査方向の光束幅が制限される）光偏向器１０の偏向面１０ａに線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器１０の偏向面１０ａで反射偏向された複数の光束は各々主に主走査方向に正（凸）のパワーを有する第１の結像レンズ６ａに入射する。そして、折り返しミラー（平面ミラー）8a、8bで反射され、主に副走査方向に正（凸）のパワーを有する第２の結像レンズ６ｂに入射する。そして、第２の結像レンズ６ｂを通過した光束は折り返しミラー8cで反射し感光ドラム面７上にスポット状に結像する。そして、光偏向器１０を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面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である感光ドラム面上に複数の走査線を同時に形成し、画像記録を行っている。

［回折格子の加工］
次に本発明に関わる回折格子の加工方法について図４(a)〜（d）を用いて説明する。図４(a)〜（d）は各々本発明の実施例１の回折格子の加工方法を示す図である。図４(a)において、100はワークとしての光学面（回折光学面）を形成する成形駒（鏡面駒）である。101は工作機械（スピンドル）であり、回転軸103中心にバイト（切刃チップ）102を回転させるとともに、Y、Z方向及び角度104を変化させ、バイト102の位置と高さ及び角度が変わるように構成されている。

図４(a)に示すようにスピンドル101の外周面に切刃チップ102を設け、X、Y及び回転可能なワークテーブル上の成形駒100を所定形状にフライカットするようになっている。回転対称な回折格子は図４（b）に示すように切刃の先端部で曲面形状を加工する。

一方、アナモフィックな回折パワーを有する回折格子は輪体が楕円形状のため、第一輪帯（M1）以降の輪体は図４(c)に示すように1回の切削で格子部の回折面を削り落としている。このように加工することにより数百〜数千の輪帯を短時間で加工している。図４（d）に示すように全格子加工後の成形駒100を用いて射出成型により結像レンズ（回折光学素子）を成形している。

次に回折格子の回折面（斜面）の加工誤差について図１１(a)、（b）を用いて説明する。図１１(a)は回折格子の斜面の加工誤差を示す図である。回折格子の斜面（回折面）における加工誤差とは、設計上の曲線で表される位相関数（設計形状）と切削加工で加工された直線形状（加工形状）との差ΔＨである。図１１(b)は回折格子の斜面の各部の長手方向（Ｙ方向）における加工誤差ΔＨを示す図である。加工誤差は一つの格子部の中心付近で最大（ΔＨmax）となり、格子部の両端で最小となる。また、Ｍ２以降の輪帯は、Ｍ１輪帯の加工誤差ΔＨmaxより小さくなる。以下、ΔＨmaxを加工誤差と称す。

本実施例における結像光学系６はそれぞれ結像レンズと光軸との交点を原点とし、図１に示すように光軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査面内で光軸と直交する方向をＺ軸とする。そのとき、各面の形状は以下の関数で表せる。
（主走査方向）

但し、Rは曲率半径、K、B₄、B₆、B₈、B₁₀は非球面係数である。

位相関数φ(y,z)は、

但し、ｍは回折次数、E₁からE₁₀、F₀からF₁₀は位相係数である。ここで、E₁からE₁₀が副走査方向のパワーを表す項となっている。F₀からF₁₀は副走査方向のパワーを表わす項である。y=0、z=0のときが光軸上に相当する。

本実施例では、第１の結像レンズ６ａの入射面の主走査方向の形状を光軸に対し対称に構成し、出射面の形状を光軸に対して非対称に変化させている。また第２の結像レンズ６ｂの入射面は主走査方向の形状が非円弧であり、１０次の非円弧関数で表され、出射面６ｂ１は、屈折パワーと位相関数で表される回折パワーを有する面で構成されている。

後述する表２に示すように、回折パワーは、軸上から軸外にかけて連続的に変化させている。これは主走査方向の回折パワーは、走査光学手段で発生する倍率色収差（波長変動による主走査方向の印字位置ずれ）を低減するように構成されているためである。通常、倍率色収差は、走査角が小さい軸上（軸上近傍）では小さく、走査角の大きい、つまり軸外へ向かうにつれて大きくなるので、回折パワーも軸上から軸外へ連続的に変化させる必要がある。また、軸上における回折格子の格子面の斜面形状（回折面形状）を平面に近づけるために、軸上に集束する光束が受ける屈折パワーと回折パワーとがキャンセル方向になるよう設定している。

つまり、本実施例では、回折光学面において、軸上に集束する光束が受ける回折パワーと屈折パワーをそれぞれφDO、φrefとするとき、回折パワーφDOと屈折パワーφrefの符号が逆符号になるように設定している。

本実施例における主走査方向の回折パワーφDO（φ_DOf）と屈折パワーφrefは、設計波長λ0、使用波長λ、回折次数m、屈折率Nとするとき、

で計算できる。

本実施例においては回折パワーφDOを以下の条件式(1)を満足するように軸上の回折パワーφDOが比較的弱くなるように設定している。

0＜φDO＜1.8×10^-3(1/mm)・・・(1)
条件式(1)は回折パワーφDOの値を規定するためのものである。条件式(1)を逸脱すると回折パワーφDOが強くなりすぎ、軸上色収差が発生し、レーザー波長のロッド間のばらつきによるピント変動が発生するのでよくない。さらに望ましくは条件式(1)を次の如く設定するのが良い。

0＜φDO＜ 5×10^-4(1/mm)・・・(1a)
また、本実施例において、回折面と屈折面は軸上において、
0.5｜φDO｜＜｜φref｜＜1.5｜φDO｜・・・(2)
なる条件を満足するように形成されている。

条件式(2)は屈折パワーφrefと回折パワーφDOを規定するためのものである。条件式(2)を逸脱すると設計上の理想的な回折格子の格子面の斜面形状が平面から外れてくるため、波面の位相誤差が大きくなり、スポットが劣化するのでよくない。さらに望ましくは条件式(2)を次の如く設定するのが良い。

0.6｜φDO｜＜｜φref｜＜ 1.3 ｜φDO｜・・・(2a)
本実施例では、回折パワーφDOを正（凸）、また屈折パワーφrefを負（凹）となるように、以下の如く設定している。

φDO＝３．９８×１０^-４(1/mm)
φref＝−２．５×１０^-４(1/mm)
これにより、本実施例では、レーザー波長のばらつきによるピント変動とスポット劣化を同時に低減させている。

また、本実施例では、後述する表２に示す如く回折パワーφDOがメリディオナル方向(主走査方向）とサジタル方向(副走査方向）とで互いに異なるように設定している。

図５に、回折パワーφDO＝3.98×10^-４における屈折パワーφrefとM1輪帯の加工誤差の関係を示す。本実施例の加工誤差はφref＝-2.5×10^-４より19.9nmである。また、加工誤差がゼロになる屈折パワーφrefは、2×E₂＝2×（−1.99E-4）＝3.98×10^-4である。また、屈折パワーφrefは、φref＝0のときの加工誤差が54.3nmである。

本実施例の加工誤差は0.1λ（67nm）以下でありスポット劣化を低減している。また、更に望ましくは加工誤差を0.05λ（33.5nm）以下にするとスポット劣化をより低減できる。更に、本実施例では、回折面を第２の結像レンズ６ｂの出射面６ｂ１に設け、光学素子の成形時の膨張による格子とられの影響を低減している。

本実施例では軸上（軸上近傍）の回折格子のみに着目したが、軸外の回折格子は設計上の格子ピッチが軸上に比べて狭く、格子ピッチが広い軸上の波面収差を低減させれば軸外の波面収差の影響は無視できるほど小さくなるので問題ない。

尚、本実施例では結像光学系を２枚の結像レンズで構成しているが、これに限らず、１枚もしくは３枚以上の結像レンズで構成しても上記の実施例と同様の効果を得ることができる。

［結像レンズ６の副走査方向の形状］
本実施例の結像レンズ６の副走査方向の形状は、光軸に対して走査開始側と走査終了側で第２の結像レンズ６ｂの副走査断面(光軸を含み主走査断面と直交する面)内の曲率をレンズの有効部内において連続的に変化させている。さらに主走査方向、副走査方向の形状を光軸に対して非対称に構成している。

また、結像レンズ６の副走査方向の形状は光軸に対して走査開始側と走査終了側で光軸をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査断面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、以下の連続関数で表せる。

ｒ1〜ｒ4面の副走査方向の関数

(ｒ’は副走査方向曲率半径、D₂、D₄、D₆、D₈、D₁₀は係数)、係数のサフィックスsは走査開始側、サフィックスeは走査終了側を表している。

副走査方向の曲率半径とは主走査方向の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径である。

位相関数φ(y,z)は、

但し、ｍは回折次数、E₁からE₁₀、F₀からF₁₀は位相係数である。ここで、F₀からF₁₀が副走査方向のパワーを表す項となっている。E₁からE₁₀は主走査方向のパワーを表す項である。

前述したように本実施例の副走査方向の光学性能の特徴は、25℃昇温した環境下で偏向反射面が副走査方向に3分倒れた場合に発生する感光ドラム上の光線ずれ（ピッチムラ）を低減していることである。後述する表２に示すように、副走査方向の回折パワーと屈折パワー配置を最適化し、昇温しても副走査方向の走査線ピッチが変化し難いようにしている。これにより屈折光学系のみで構成した場合より、環境変動による画像にモアレが発生し難い光学系を提供している。

本実施例の結像光学系６は、結像光学素子（結像レンズ）６ａ、６ｂを光透過性のパワーを有するプラスティックレンズ（屈折率N=1.527275）で構成している。これにより結像光学素子の軽量化を達成するとともに、非球面を用いることにより設計上の自由度を向上させることも可能としている。しかしながら、本実施例では、これに限らず、ガラス製であっても回折格子の斜面を平面に近づけることができるという同様の効果を得られる。

また、本実施例では、図２に示すように光路折り曲げ用の平面ミラー8a、8b、8cを用いることにより走査光学系の光路をコンパクトに折り畳むことができ、後述する画像形成装置を小型化できる。

表２に本発明の実施例１における光走査装置の各数値を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示しており、以下の実施例においても同様である。Ｒ１面は第１の結像レンズ６ａの光偏向器１０側の面、Ｒ２面は第１の結像レンズ６ａの被走査面７側の面、Ｒ３面は第２の結像レンズ６ｂの光偏向器１０側の面、Ｒ４面は第２の結像レンズ６ｂの被走査面７側の面である。

図６に本実施例の被走査面上における像面湾曲を示す。同図から分かるように屈折及び回折の非球面効果により像面湾曲を低減している。

図7に本実施例における波長差Δλ＝1.5nmでの主走査方向のピント変動（軸上色収差）を示す。本実施例では回折パワーを比較的弱くしているので、軸上色収差は0.1mm以下抑えられている。本実施例のレーザー光源は、発光部間のピント相対差が1.5nm以下に抑えられているので、軸上色収差による光源間のピント差はほとんど発生しない。

図８に本実施例における25℃昇温した環境における波長差Δλ＝1.5nmでの倍率色収差を示す。前述した回折パワーを用いることにより、屈折系のみで構成した場合の1/4以下に抑えられており、カラー画像形成装置の主走査方向の色ずれを抑制している。

図９に本実施例における25℃昇温した環境下で偏向反射面が副走査方向に3分倒れた場合に発生するドラム上光線ずれ（ピッチムラ）を示す。前述した回折パワーを用いることにより、屈折系のみで構成した場合の1/2以下に抑えられており、環境変動により画像にモアレが発生することを抑制している。

以上のように、本実施例では第２の結像レンズ６ｂの少なくとも一面（出射面）に回折面を形成し、屈折パワーφrefと回折パワーφDOを最適化することにより、格子斜面の断面形状を直線で加工しても、スポット劣化の少ない高精細な光走査装置を提供できる。

［実施例２］
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例の光走査装置の主走査方向及び副走査方向の断面図は前記図１及び図２に示した実施例１と同等である。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、回折格子を形成している第２の結像レンズ6bの出射面6b1における主走査方向の屈折パワーφrefを異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

本実施例では回折格子を形成している面の回折パワーφDO、及び屈折パワーφrefを前述した条件式(1)及び(2)を満たすように以下のように設定している。これによりレーザー波長のばらつきによるピント変動とスポット劣化を同時に低減させている。

φDO＝３．９８×１０^-４(1/mm)
φref＝−５．０×１０^-４(1/mm)
本実施例では実施例１より屈折の負（凹）のパワーφrefを強くし、光偏向器の偏向面から被走査面までの距離を短縮して光走査装置をコンパクトにしている。また、M1輪帯の加工誤差を14.9nmに設定し、実施例１より波面収差を低減させ、スポット劣化を抑制している。

このように本実施例では主走査方向の屈折パワーφrefをより強くして偏向面から被走査面までの距離が短いコンパクトな光走査装置を提供できる。表３に本発明の実施例２における光走査装置の各数値を示す。

［実施例３］
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例の光走査装置の主走査断面図及び副走査断面図は前記図１及び図２に示した実施例１と同等である。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、回折格子を形成している第２の結像レンズ6bの出射面6b1における主走査方向の屈折パワーφrefを異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

本実施例では回折格子を形成している面の回折パワーφDO、及び屈折パワーφrefを前述した条件式(1)及び(2)を満たすように以下のように設定している。これにより、レーザー波長のばらつきによるピント変動とスポット劣化を同時に低減させている。

φDO＝３．９８×１０^-４(1/mm)
φref＝３．９８×１０^-４(1/mm)
また、M1輪帯の加工誤差を0nmにすることで、実施例１よりM1輪帯の加工誤差が小さくなっており、波面収差によるスポット劣化がより低減されている。

以上のように、本実施例では、回折格子の斜面部を直線で加工しても、設計上の加工誤差が発生せず、スポット劣化が発生し難い光走査装置を提供できる。表４に本発明の実施例３における光走査装置の各数値を示す。

［実施例４］
次に本発明の実施例４について説明する。本実施例の光走査装置の主走査方向及び副走査方向の断面図は前記図１及び図２に示した実施例１と同等である。

本実施例において前述の実施例３と異なる点は、入射光学系のコリメータレンズ3の入射面3a1に回折面を形成し、コリメータレンズ3で発生する軸上色収差を低減させたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例３と同様であり、これにより同様な効果を得ている。表５に本発明の実施例４における光走査装置の各数値を示す。

本実施例におけるコリメータレンズ3の位相関数は以下の数式で表されている。

但し、ｍは回折次数（本実施例では1）であり、

C1からC4は位相係数である。

また、コリメータレンズ3の入射面3a1に回折格子を形成しており、回折パワーφDO（φ_DOf）と屈折パワーφrefは、設計波長λ0、使用波長λ、回折次数m、屈折率Nとして

で計算できる。

本実施例のコリメータレンズ3は、モールディングプロセスにより作製され、回折格子を形成しているコリメータレンズ3のレンズ面の回折パワーφDO及び屈折パワーφrefを前述した条件式(1)及び(2)を満たすように構成し、軸上色収差を低減している。これにより、屈折パワーφrefと回折パワーφDOがキャンセルされ、格子斜面を直線で加工しても加工誤差が少なくスポット劣化が発生しないコリメータレンズ3を製作することができる。

φDO＝１．７４×１０^-3(1/mm)
φref＝−１．７４×１０^-3(1/mm)
図１０に本実施例におけるM0輪帯からM2輪帯までの加工誤差ΔHを示す。

本実施例ではコリメータレンズ3の入射面3a1の屈折パワーφrefと回折パワーφDOを適切に設定することにより、加工誤差をM0輪帯が0.1nm、M1輪帯は0.02nmに抑えている。従って、M0輪帯の加工誤差もほぼゼロに抑えられているため、全ての回折格子の斜面を直線で加工でき、型作製時間を大幅に短縮し、加工精度を向上させることができる。

以上のように、レンズ枚数を増加させることなく軸上色収差が補正された高精度な回転対称レンズを提供することができ、マルチビームのレーザー波長ばらつきによるピント変動を低減できる。

このように各実施例においては、第１、第２の光学系のうち、少なくとも一方の光学系は、回折面の断面形状が直線で形成されている回折格子からなる回折光学面を少なくとも一面有する光学素子を少なくとも1つ有している。そして回折面において、屈折パワーφrefと回折パワーφDOを最適化することにより、格子斜面の断面形状を直線で加工しても、スポット劣化の少ない高精細な光走査装置を得ている。

［画像形成装置］
図１２は、本発明の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。本実施例の画像形成装置は、被走査面に配置された感光体(感光ドラム）１０１と、実施例１乃至４に示した構成を有する光走査装置１００で走査された光束によって感光体１０１の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１０７と、を有している。さらに、現像されたトナー像を被転写材である用紙１１２の上に転写する転写器(転写ローラ１０８等）と、転写されたトナー像を用紙１１２に定着させる定着器（定着ローラ１１３等）と、を有している。

さらに、外部機器１１７から入力したコードデータＤｃを画像信号に変換して光走査装置１００に入力せしめるプリンタコントローラ１１１を有している。

尚、プリントコントローラ１１１は、データの変換だけでなく、モーター１１５を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット内の駆動モーターなどの制御を行う。

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されないが、高い画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１乃至４の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図１３は本発明における実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、実施例１乃至４に示した構成を有する光走査装置を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。

本実施例のカラー画像形成装置６０は、光走査装置１１〜１４の被走査面に配置され、互いに異なった色Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の画像を形成する複数の像担持体である感光ドラム２１〜２４を有している。

さらに外部機器５２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１１〜１４に入力せしめるプリンタコントローラ５３を有している。

３、６ａ、６ｂ 光学素子(レンズ）

Claims (8)

1. 回折面の断面形状が直線で形成されている回折格子からなる回折光学面を少なくとも一面に有する光学素子であって、
   前記回折光学面において、軸上に集束する光束が受ける回折パワーと、回折格子が形成されている屈折面の屈折パワーをそれぞれφDO、φrefとするとき、前記回折パワーφDOと前記屈折パワーφrefの符号は逆符号で、かつ
   0＜φDO＜1.8×10^-3(1/mm)
   なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
2. 前記回折パワーφDOは、メリディオナル方向とサジタル方向とで互いにパワーが異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記回折光学面は、軸上において、
   0.5｜φDO｜＜｜φref｜＜1.5｜φDO｜
   なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記回折パワーφDOは、正であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記屈折パワーφrefは、負であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 光源手段と、前記光源手段から出射した光束を偏向手段に導光する第１の光学系と、前記偏向手段からの光束を被走査面の上に導光する第２の光学系と、を有する光走査装置において、
   前記第１、第２の光学系のうち、少なくとも一方の光学系は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子を有していることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６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の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を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６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を有していることを特徴とする画像形成装置。