JP3559711B2 - 走査光学装置及びマルチビーム走査光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びマルチビーム走査光学装置に関し、特に光源手段から射出される光束（光ビーム）を回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体面である被走査面上に導光し、該被走査面上を該光束で走査することにより、文字や情報等を記録するようにした、例えばレーザービームプリンタやデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられている走査光学装置は、光源手段から射出された光束を偏向手段で偏向し、該偏向された光束を走査光学手段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、該被走査面上を走査している。
【０００３】
近年、この種の走査光学装置における走査光学手段は低価格化及びコンパクト化の要求から、プラスチック材料より成るプラスチックレンズを使用したもので主流となっている。しかしながらプラスチックレンズは使用環境の変化（特に温度変化）に伴ない屈折率が変化するという性質を持つため、該プラスチックレンズを用いた走査光学装置では環境変動による主走査方向のピント変化や倍率変化等が生じるという問題点がある。
【０００４】
このような問題点を解決するため、例えば特開平１０−６８９０３号公報で提案されている走査光学装置ではレンズ面上に回折光学素子を形成し、該走査光学装置の温度変動に伴なう主走査方向のピント変化や倍率変化等を、走査光学手段の屈折部と回折部とのパワー変化と、光源手段である半導体レーザーの波長変動により補正している。
【０００５】
図２７は同公報で提案されている走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において半導体レーザー等より成る光源手段１１から射出した光束はコリメーターレンズ１２によって略平行光束に変換される。該変換された略平行光束は開口絞り１３によって最適なビーム形状に整形され、シリンドリカルレンズ１４に入射する。該シリンドリカルレンズ１４は副走査方向にパワーを有し、回転多面鏡等より成る光偏向器１５の偏向面１５ａ近傍に主走査方向に長手の線状光束として結像する。ここで主走査方向とは偏向走査方向に平行な方向、副走査方向とは偏向走査方向に垂直な方向であり、以後同様とする。そして該線状光束は光偏向器１５により等角速度で反射偏向され、ｆθ特性を有する走査光学手段としての単玉のｆθレンズ１６により、被走査面である感光ドラム面（記録媒体面）１７上にスポット状に結像され、該感光ドラム面１７上を等速度で光走査している。
【０００６】
同公報においては単玉のｆθレンズ１６の被走査面１７側に回折光学素子１８が形成されており、走査光学装置の温度変動に伴なう主走査方向のピント変化や倍率変化等を走査光学手段１６の屈折部と回折部とのパワー変化と、光源手段である半導体レーザー１１の波長変動により補正している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら同公報では走査光学手段に単玉レンズを使用しているために収差補正上の自由度が低く、今後の更なる高精細化の要求に対して困難が生じる傾向にある。この具体例として図２８に同公報の実施形態１の走査光学手段における主走査方向の瞳１０割光線のコマ収差を示す。同図において横軸は像高（単位：ｍｍ）、縦軸はコマ収差（単位：波長λ）である。ここでのコマ収差とは主走査断面瞳±１０割の波面収差の差分を２で割った値を用い、非対称成分を評価している。このときの主走査方向のスポット径は８０μｍに設定している。同図から明らかなように中間像高ではコマ収差が約０．１２λ程度発生している。
【０００８】
一般的にコマ収差が０．１λを越えてくると主方向方向にサイドローブの発生が目立つようになり、良好なるスポット形状が得られず、印字画像に影響を及ぼす。高精細化の為に、更にスポット径を小さくした場合、コマ収差は急激に悪化しスポット形状の乱れを生じさせてしまう。
【０００９】
また副走査方向においても高精細化の為にスポット径をさらに小さくした場合、波面収差の発生が顕著になり、スポット形状が乱れてしまう。さらに一般的に走査光学手段では倒れ補正を行なうために偏向手段の偏向面付近で光束を副走査方向に一旦結像させ、偏向面と被走査面間を共役結像関係に設定している。その為、主走査方向に比べて副走査方向の方がパワーが強い為に環境変動に伴なうピント変化も大きく発生する。高精細化の為にスポット形状を小さくした場合、焦点深度も狭くなる為、ピント変化によって副走査方向のスポット径が大きく変化してしまう。
【００１０】
また近年、高速化の要求に対して複数の光束（光ビーム）を用いて被走査面上を走査するマルチビーム走査光学装置が種々と提案されている。
【００１１】
しかしながら各光束の波長に差が生じる場合、ｆθ特性が波長によって異なるために倍率色収差が発生する。そのため各光束によって被走査面を走査する長さが異なり、例えば書き出し側を一致させたとしても、書き終わり側は各々異なる位置となり、ジッタとして画像に影響を及ぼすことになる。
【００１２】
また加工の容易性を考慮すると、回折光学素子は平面上に形成することが適しているが、収差補正上の自由度が減ることにより、良好なる光学性能を得ることが困難になる。特に非球面形状を用いることにより良好な補正が可能となっている部分倍率やｆθ特性に対する影響は大きく、レンズ枚数の増加、レンズの大型化等の弊害を伴なってしまう。
【００１３】
本発明の第１の目的は走査光学装置において、走査光学手段を構成する複数の光学素子のうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置の提供にある。
【００１４】
本発明の第２の目的はマルチビーム走査光学装置において、走査光学手段を構成する複数の光学素子のうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化や倍率変化等に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型のマルチビーム走査光学装置の提供にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、
光源手段から射出された光束を偏向手段に導光し、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スポット状に結像させ、該被走査面上を光走査する走査光学装置において、
該走査光学手段は複数の光学素子を有し、そのうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成したことを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記回折光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、
前記回折光学素子は主走査方向に正のパワーを有することを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、
前記回折光学素子は主走査方向、副走査方向ともに異なる正のパワーを有することを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１の発明において、
前記回折光学素子は装置の環境変動によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、該環境変動によって生じる前記光源手段の波長変動を利用することによって相殺するように機能することを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、
前記回折光学素子は前記光学素子の前記被走査面側の面上に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明のマルチビーム走査光学装置は、
複数の発光部を有する光源手段から射出された複数の光束を偏向手段に導光し、該偏向手段により偏向された複数の光束を走査光学手段により被走査面上にスポット状に結像させ、該被走査面上を該複数の光束で同時に光走査するマルチビーム走査光学装置において、
該走査光学手段は複数の光学素子を有し、そのうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成したことを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、
前記回折光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴としている。
請求項９の発明は、請求項７の発明において、
前記回折光学素子は主走査方向に正のパワーを有することを特徴としている。
請求項１０の発明は、請求項７の発明において、
前記回折光学素子は主走査方向、副走査方向ともに異なる正のパワーを有することを特徴としている。
請求項１１の発明は、請求項７乃至１０のいずれか１項の発明において、
前記回折光学素子は装置の環境変動によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、該環境変動によって生じる前記光源手段の波長変動を利用することによって相殺するように機能することを特徴としている。
請求項１２の発明は、請求項７乃至１０のいずれか１項の発明において、
前記回折光学素子は前記複数の発光部を有する光源手段の発振波長の差によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、相殺するように機能することを特徴としている。
請求項１３の発明は、請求項７乃至１２のいずれか１項の発明において、
前記回折光学素子は前記光学素子の前記被走査面側の面上に形成されていることを特徴としている。
請求項１４の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至請求項６記載のいずれか１項記載の走査光学装置と、前記被走査面が感光ドラム面であることを特徴としている。
請求項１５の発明の画像形成装置は、
請求項７乃至請求項１３記載のいずれか１項記載のマルチビーム走査光学装置と、前記被走査面が感光ドラム面であることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００２０】
同図において１は光源手段であり、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、光源手段１から射出した発散光束を収束光束に変換している。３は開口絞りであり、コリメーターレンズ２から射出した光束を所望の最適なビーム形状に形成している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向に所定のパワー（屈折力）を有し、開口絞り３から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）させている。５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡より成り、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。
【００２１】
６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、第１、第２の光学素子（ｆθレンズ系）６ａ，６ｂを有している。第１の光学素子６ａは第１面（光線入射面）６ａ１、第２面（光線射出面）６ａ２ともに被走査面側に正（凸）を向けた球面で構成され、回折系によるパワーが主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第２面６ａ２に回折光学素子８が形成されている。第２の光学素子６ｂは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）のパワーを有するアナモフィックレンズより成り、第１面（光線入射面）６ｂ１、第２面（光線射出面）６ｂ２ともにトーリック面で構成されている。主走査方向は第１面６ｂ１、第２面６ｂ２ともに非球面形状であり、副走査方向は第１面６ｂ１、第２面６ｂ２ともに曲率半径が光軸から離れるに従い連続的に変化している。第１、第２の光学素子６ａ，６ｂはともにプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面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。７は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体面）である。
【００２２】
本実施形態において半導体レーザー１より射出した発散光束はコリメーターレンズ２により収束光束に変換され、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形して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の偏向面５ａにほぼ線像（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５の偏向面５ａで反射偏向された光束は走査光学手段６により感光ドラム面７上にスポット形状に結像され、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である感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
【００２３】
本実施形態における走査光学手段６を構成する第１の光学素子６ａ及び第２の光学素子６ｂの屈折系及び回折系の形状は各光学素子面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に垂直な方向をＹ軸、副走査断面内において光軸に垂直な方向をＺ軸とすると、各々次のように表わせる。
【００２４】
▲１▼屈折系 主走査方向…下式の１０次までの関数で表される非球面形状
【００２５】
【数１】

＋Ｂ_８ Ｙ^８ ＋Ｂ_１０Ｙ^１０
但し、Ｒは曲率半径、ｋ，Ｂ_４ ，Ｂ_６ ，Ｂ_８ ，Ｂ_１０は非球面係数
（係数に添字ｕが付く場合、光軸よりレーザー側
係数に添字ｌが付く場合、光軸より反レーザー側）
副走査方向…曲率半径がＹ軸方向に連続的に変化する球面形状
ｒ´＝ｒ（１＋Ｄ_２ Ｙ^２ ＋Ｄ_４ Ｙ^４ ＋Ｄ_６ Ｙ^６ ＋Ｄ_８ Ｙ^８ ＋Ｄ_１０Ｙ^１０）
但し、ｒは曲率半径、Ｄ_２ ，Ｄ_４ ，Ｄ_６ ，Ｄ_８ ，Ｄ_１０は非球面係数
（係数に添字ｕが付く場合、光軸よりレーザー側
係数に添字ｌが付く場合、光軸より反レーザー側）
▲２▼回折系 Ｙ、Ｚの１０次までの巾多項式の位相関数で表される回折面
Ｗ＝Ｃ_１ Ｙ＋Ｃ_２ Ｙ^２ ＋Ｃ_３ Ｙ^３ ＋Ｃ_４ Ｙ^４ ＋Ｃ_５ Ｙ^５ ＋Ｃ_６ Ｙ^６ ＋Ｃ_７ Ｙ^７ ＋Ｃ_８ Ｙ^８ ＋Ｃ_９ Ｙ^９ ＋Ｃ_１０Ｙ^１０＋Ｅ_１ Ｚ^２ ＋Ｅ_２ ＹＺ^２ ＋Ｅ_３ Ｙ^２ Ｚ^２ ＋Ｅ_４ Ｙ^３ Ｚ^２ ＋Ｅ_５ Ｙ^４ Ｚ^２ ＋Ｅ_６ Ｙ^５ Ｚ^２ ＋Ｅ_７ Ｙ^６ Ｚ^２ ＋Ｅ_８ Ｙ^７ Ｚ^２ ＋Ｅ_９ Ｙ^８ Ｚ^２
（Ｃ_１ 〜Ｃ_１０、Ｅ_１ 〜Ｅ_９ は位相係数）
表−１に本実施形態における光学配置を示し、表−２に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。
【００２６】
ここでθ１は偏向手段前後の光学系の、各々の光軸の成す角、θｍａｘは最軸外を走査したときの光束と走査光学手段の光軸との成す角、ｆは像高をＹ、走査角をθとしたときにＹ＝ｆθで与えられる定数である。
【００２７】
図２、図３、図４、図５は各々第１の光学素子６ａの第２面６ａ２における回折光学素子８の形態を示す図である。各図において横軸は回折光学素子８におけるＹ軸座標を表わす。図２は主走査断面内の位相量（単位：λ）、図３は主走査断面内の１次回折光での回折格子のピッチ（単位：μｍ）、図４は主走査方向のパワー、図５は副走査方向のパワーを示す図である。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

図４、図５から明らかなように本実施形態では回折系のパワーを主走査方向、副走査方向ともに所望の正（凸）パワーに設定している。回折系のパワーを所望の正（凸）に設定することにより、走査光学手段６の環境変動によるレンズ材質の屈折率変化で生じるピント移動（収差変動）を、光源手段１の波長変動に起因する回折パワーの変化によって補正することができる。つまり例えば温度が上昇するとプラスチック材料の屈折率は小さくなるために、ピント位置は走査光学手段６から遠ざかる方向に変化する。しかしながらこのとき光源手段である半導体レーザー１の波長は長波長側へシフトする為、回折系の正（凸）のパワーは強くなり、ピント位置を走査光学手段６側に変化させる。従って走査光学装置全系において、ピント変化を相殺させて温度補償効果を有することができる。
【００３０】
図６は本実施形態における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図７は本実施形態における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図８は本実施形態における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図６、図７に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子６ａ及び第２の光学素子６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２２１
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００３１】
本実施形態においては走査光学手段６を２枚のレンズで構成している為、主走査方向のコマ収差を良好に補正することができる。図２９にスポット径を８０μｍに設定したきの各像高における瞳１０割光線のコマ収差（単位：波長λ、横軸：像高）を示す。最も収差の大きい中間像高においても０．０６λ程度であり、さらにスポット径を小さくすることができる。
【００３２】
また本実施形態においては回折光学素子８を第１の光学素子６ａの光線射出側である第２面６ａ２に形成している。これは主走査断面内において回折光学素子（回折光学面）に対する光線の入射角度（図２６における角度θｉ）を小さく抑えることを目的としている。例えば入射角度が大きくなればなるほど、使用次数以外の他次数回折光の発生が大きくなり、回折効率の低下、及び他次数回折光によるフレア等の弊害を招いてしまう。回折光学面を第２面６ａ２に形成することにより、弊害の低減を図ることができる。
【００３３】
本実施形態における回折格子形状は図２６で示す鋸歯状のブレーズド回折格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。図２６において、Ｐは格子ピッチ、ｈは格子高さで、屈折率をｎとすると、
ｈ＝λ／（ｎ−１）
で与えられる。本実施形態における使用回折光は１次光であるが、例えば２次光を使用することにより、パワー変化無しにピッチＰと高さｈを２倍にすることができる。
【００３４】
このように本実施形態では上述の如く走査光学手段６を構成する第１、第２の光学素子６ａ，６ｂのうち第１の光学素子６ａ面上に回折光学素子８を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ることができる。
【００３５】
尚、本実施形態では回折系によるパワーが主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように第１の光学素子６ａの第２面６ａ２上に回折光学素子８を形成したが、例えば第１の光学素子６ａ面上に主走査方向に正のパワーを有する回折光学素子、第２の光学素子６ｂ面上に副走査方向に正のパワーを有する回折光学素子を形成しても良い。またその逆の構成（第１の光学素子６ａ面上に副走査方向に正のパワーを有する回折光学素子、第２の光学素子６ｂ面上に主走査方向に正のパワーを有する回折光学素子）であっても良い。
【００３６】
また本実施形態では回折光学素子を主走査方向、副走査方向ともに正の回折パワーを有するように構成したが、どちらか一方向のみであっても良い。
【００３７】
図９は本発明の実施形態２の走査光学装置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。
【００３８】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は第２の光学素子面上に回折光学素子を形成したことである。その他の構成及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。
【００３９】
即ち、同図において２６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、第１、第２の光学素子（ｆθレンズ系）２６ａ，２６ｂを有している。第１の光学素子２６ａは第１面（光線入射面）２６ａ１、第２面（光線射出面）２６ａ２ともに被走査面側に正（凸）を向けた球面で構成されている。第２の光学素子２６ｂは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）のパワーを有するアナモフィックレンズより成り、第１面（光線入射面）２６ｂ１、第２面（光線射出面）２６ｂ２ともにトーリック面で構成されている。主走査方向は第１面２６ｂ１、第２面２６ｂ２ともに非球面形状であり、副走査方向は第１面２６ｂ１、第２面２６ｂ２ともに曲率半径が光軸から離れるに従い連続的に変化している。回折系によるパワーは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）になるように、第２面２６ｂ２に回折光学素子２８が形成されている。これらの第１、第２の光学素子２６ａ，２６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段２６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面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。
【００４０】
表−３に本実施形態における光学配置を示し、表−４に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。図１０、図１１、図１２、図１３は各々第２の光学素子２６ｂの第２面２６ｂ２における回折光学素子２８の形態を示す図である。各図において横軸は回折光学素子２８におけるＹ軸座標を表わす。図１０は主走査断面内の位相量（単位：λ）、図１１は主走査断面内の１次回折光での回折格子のピッチ（単位：μｍ）、図１２は主走査方向のパワー、図１３は副走査方向のパワーを示す図である。
【００４１】
【表３】

【００４２】
【表４】

図１２、図１３から明らかなように本実施形態では回折系のパワーを主走査方向、副走査方向ともに所望の正（凸）パワーに設定している。
【００４３】
本実施形態では前述の実施形態１と同様に走査光学装置全系において、ピント変化を相殺させて温度補償効果を有すことができる。さらに主走査方向においては非球面効果を有し、副走査方向においては軸上から軸外にかけてパワーを変化させることによって収差補正に寄与している。
【００４４】
図１４は本実施形態における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図１５は本実施形態における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図１６は本実施形態における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図１４、図１５に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子２６ａ及び第２の光学素子２６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２２１
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より主走査方向、副走査方向ともにピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００４５】
本実施形態においては走査光学手段２６を２枚のレンズで構成している為、主走査方向のコマ収差を良好に補正することができる。図３０にスポット径を８０μｍに設定したきの各像高における瞳１０割光線のコマ収差（単位：波長λ、横軸：像高）を示す。最も収差の大きい中間像高においても０．０７λ程度であり、さらにスポット径を小さくすることができる。
【００４６】
また本実施形態においては回折光学素子２８を第２の光学素子２６ｂの光線射出側である第２面２６ｂ２に形成している。回折光学素子を第２面に形成することにより、他次数回折光による弊害の低減を図ることができる。
【００４７】
本実施形態における回折格子形状は図２６で示す鋸歯状のブレーズド回折格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。図２６においてＰは格子ピッチ、ｈは格子高さで、屈折率をｎとすると、
ｈ＝λ／（ｎ−１）
で与えられる。本実施形態における使用回折光は１次光であるが、例えば２次光を使用することにより、パワー変化無しにピッチＰと高さｈを２倍にすることができる。
【００４８】
このように本実施形態では上述の如く走査光学手段２６を構成する第１、第２の光学素子２６ａ，２６ｂのうち第２の光学素子２６ｂ面上に回折光学素子２８を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を得ることができる。
【００４９】
図１７は本発明の実施形態３のマルチビーム走査光学装置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。
【００５０】
同図において２１は複数の発光部（本実施形態では第１、第２の２つの発光部）を有する光源手段であり、例えばマルチ半導体レーザーより成っている。３６はｆθ特性を有する走査光学手段であり、第１、第２の光学素子（ｆθレンズ系）３６ａ，３６ｂを有している。第１の光学素子３６ａは第１面（光線入射面）３６ａ１、第２面（光線射出面）３６ａ２ともに被走査面側に正（凸）を向けた球面で構成され、回折系による副走査方向のパワーが正（凸）になるように第２面３６ａ２に回折光学素子３８が形成されている。第２の光学素子３６ｂは主走査方向、副走査方向ともに異なる正（凸）のパワーを有するアナモフィックレンズより成り、第１面（光線入射面）３６ｂ１、第２面（光線射出面）３６ｂ２ともにトーリック面で構成されている。主走査方向は第１面３６ｂ１、第２面３６ｂ２ともに非球面形状であり、副走査方向は第１面３６ｂ１、第２面３６ｂ２ともに曲率半径が光軸から離れるに従い連続的に変化している。回折系による主走査方向のパワーが正（凸）になるように、第２面３６ｂ２に回折光学素子３９が形成されている。これらの第１、第２の光学素子３６ａ，３６ｂは共にプラスチック材料で成形されている。さらに走査光学手段３６は副走査断面内において偏向面５ａと被走査面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。
【００５１】
本実施形態においてマルチ半導体レーザー２１より射出した複数の発散光束はコリメーターレンズ２により収束光束に変換され、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形して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に入射した複数の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収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（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５の偏向面５ａで反射偏向された複数の光束は走査光学手段６により感光ドラム面７上にスポット形状に結像され、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上を複数の光束で矢印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７上に画像記録を行なっている。
【００５２】
表−５に本実施形態における光学配置を示し、表−６に屈折系の非球面係数及び回折系の位相係数を示す。図１８、図１９、図２０は各々第２の光学素子３６ｂの第２面３６ｂ２における回折光学素子３９の形態を示す図、図２１は第１の光学素子３６ａの第２面３６ａ２における回折光学素子の形態を示す図である。各図において横軸は回折光学素子におけるＹ軸座標を表わす。図１８は主走査断面内の位相量（単位：λ）、図１９は主走査断面内の１次回折光での回折格子のピッチ（単位：μｍ）、図２０は主走査方向のパワー、図２１は副走査方向のパワーを示す図である。
【００５３】
【表５】

【００５４】
【表６】

図２１から明らかなように本実施形態では回折系のパワーを副走査方向に所望の正（凸）パワーに設定している。
【００５５】
本実施形態では回折系のパワーを所望の正（凸）に設定することにより、走査光学手段３６の環境変動によるレンズ材質の屈折率変化で生じるピント移動（収差変動）を、光源手段１の波長変動に起因する回折パワーの変化によって補正することができる。つまり例えば温度が上昇するとプラスチック材料の屈折率は小さくなるために、ピント位置は走査光学手段３６から遠ざかる方向に変化する。しかしながらこのとき光源手段である半導体レーザー１の波長は長波長側へシフトする為、回折系の正（凸）パワーは強くなり、ピント位置を走査光学手段３６側に変化させる。従って走査光学装置全系において、ピント変化を相殺させて温度補償効果を有することができる。
【００５６】
図２２は本実施形態における昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示した図、図２３は本実施形態における昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示した図、図２４は本実施形態における歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれ等を示した図である。図２２、図２３に示した像面湾曲において点線は常温２５℃での像面湾曲、実線は２５℃昇温した５０℃ときの像面湾曲を示している。ここで２５℃昇温したときの第１の光学素子３６ａ及び第２の光学素子３６ｂの屈折率ｎ＊、及び光源手段１の波長λ＊は各々、
ｎ＊＝１．５２２１
λ＊＝７８６．４ｎｍ
である。同図より副走査方向においてピント移動が良好に補正されていることが解る。
【００５７】
図２０から明らかなように本実施形態では倍率色収差を良好に補正するために回折系のパワーを主走査方向に所望の弱正（凸）パワーに設定している。図２５に本実施形態における倍率色収差を示す。ここで横軸は像高、縦軸は像高差である。マルチビーム走査光学装置において、例えば第１、第２の発光部を有する光源手段から射出される各光束の波長に差が生じた場合、各々の光束で像高差、倍率色収差等が発生する。この色収差を補正するために回折系のパワーを弱正（凸）パワーに設定する。ここで波長差が生じたときの例えば第２の発光部に対する第１、第２の光学素子３６ａ，３６ｂの屈折率ｎ＊＊、及び第２の発光部の波長λ＊＊は各々、
ｎ＊＊＝１．５２４０
λ＊＊＝７９０．０ｎｍ
である。図２５により各発光部の波長における全走査幅の差、即ちジッタ量は１μｍ以下であり、倍率色収差が良好に補正されていることが分かる。
【００５８】
本実施形態においては走査光学手段３６を２枚のレンズで構成している為、主走査方向のコマ収差を良好に補正することができる。図３１にスポット径を８０μｍに設定したきの各像高における瞳１０割光線のコマ収差（単位：波長λ、横軸：像高）を示す。最も収差の大きい中間像高においても０．０６λ程度であり、さらにスポット径を小さくすることができる。
【００５９】
また本実施形態においては主走査方向にパワーを有する回折光学素子３９を第２の光学素子３６ｂの光線射出側である第２面３６ｂ２に形成している。これは主走査断面内において回折光学素子（回折光学面）に対する光線の入射角度（図２６における角度θｉ）を小さく抑えることを目的としている。例えば入射角度が大きくなればなるほど、使用次数以外の他次数回折光の発生が大きくなり、回折効率の低下、及び他次数回折光によるフレア等の弊害を招いてしまう。回折光学面を第２面３６ｂ２に形成することにより、弊害の低減を図ることができる。
【００６０】
本実施形態における回折格子形状は図２６で示す鋸歯状のブレーズド回折格子であるが、階段状の回折格子から成るバイナリー回折格子でも良い。図２６において、Ｐは格子ピッチ、ｈは格子高さで、屈折率をｎとすると、
ｈ＝λ／（ｎ−１）
で与えられる。本実施形態における使用回折光は１次光であるが、例えば２次光を使用することにより、パワー変化無しにピッチＰと高さｈを２倍にすることができる。
【００６１】
このように本実施形態では上述の如く走査光学手段３６を構成する第１、第２の光学素子３６ａ，３６ｂの双方の光学素子面上に回折光学素子を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化や倍率変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型のマルチビーム走査光学装置を得ることができる。
【００６２】
尚、本実施形態では主走査方向、副走査方向ともに異なる正のパワーを有する２つの回折光学素子３８，３９を各々第１、第２の光学素子３６ａ，３６ｂ面上に形成したが、前述の実施形態１、２と同様に第１、第２の光学素子のうち、どちらか一方のみの光学素子面上に形成しても良い。
【００６３】
また各実施形態においては光源手段から射出された光束を主走査断面内において収束光束に変換して偏向手段により偏向する収束光学系を用いて説明したが、もちろん光源手段から射出された光束を主走査断面内において平行光束に変換して偏向手段に偏向する平行光学系にも適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
第１の発明によれば前述の如く走査光学装置において、走査光学手段を構成する複数の光学素子のうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型の走査光学装置を達成することができる。
【００６５】
第２の発明によれば前述の如くマルチビーム走査光学装置において、走査光学手段を構成する複数の光学素子のうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成することにより、環境変動（温度変化）によるピント変化や倍率変化に強く、かつ簡易な構成で、高精細な印字が得られる小型のマルチビーム走査光学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の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２】本発明の実施形態１の第１の光学素子の回折系の位相量を示す図
【図３】本発明の実施形態１の第１の光学素子の回折格子のピッチを示す図
【図４】本発明の実施形態１の第１の光学素子の主走査方向の回折パワー示す図
【図５】本発明の実施形態１の第１の光学素子の副走査方向の回折パワー示す図
【図６】本発明の実施形態１の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図７】本発明の実施形態１の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図８】本発明の実施形態１の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図９】本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１０】本発明の実施形態２の第２の光学素子の回折系の位相量を示す図
【図１１】本発明の実施形態２の第２の光学素子の回折格子のピッチを示す図
【図１２】本発明の実施形態２の第２の光学素子の主走査方向の回折パワー示す図
【図１３】本発明の実施形態２の第２の光学素子の副走査方向の回折パワー示す図
【図１４】本発明の実施形態２の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図１５】本発明の実施形態２の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図１６】本発明の実施形態２の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図１７】本発明の実施形態３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１８】本発明の実施形態３の第２の光学素子の回折系の位相量を示す図
【図１９】本発明の実施形態３の第２の光学素子の回折格子のピッチを示す図
【図２０】本発明の実施形態３の第２の光学素子の主走査方向の回折パワー示す図
【図２１】本発明の実施形態３の第１の光学素子の副走査方向の回折パワー示す図
【図２２】本発明の実施形態３の昇温前後の主走査方向の像面湾曲を示す図
【図２３】本発明の実施形態３の昇温前後の副走査方向の像面湾曲を示す図
【図２４】本発明の実施形態３の歪曲収差（ｆθ特性）及び像高ずれを示す図
【図２５】本発明の実施形態３の倍率色収差を示す収差図
【図２６】回折格子形状を示す図
【図２７】従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図２８】従来の走査光学装置の主走査方向のコマ収差を示す図
【図２９】本発明の実施形態１の主走査方向のコマ収差を示す図
【図３０】本発明の実施形態２の主走査方向のコマ収差を示す図
【図３１】本発明の実施形態３の主走査方向のコマ収差を示す図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
２ 変換光学素子
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 偏向面
６，２６，３６ 走査光学手段
６ａ，２６ａ，３６ａ 第１の光学素子
６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 第２の光学素子
７ 被走査面（感光ドラム面）
８，２８，３８，３９ 回折光学素子

Claims (15)

1. 光源手段から射出された光束を偏向手段に導光し、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スポット状に結像させ、該被走査面上を光走査する走査光学装置において、
   該走査光学手段は複数の光学素子を有し、そのうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成したことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記回折光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 前記回折光学素子は主走査方向に正のパワーを有することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
4. 前記回折光学素子は主走査方向、副走査方向ともに異なる正のパワーを有することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
5. 前記回折光学素子は装置の環境変動によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、該環境変動によって生じる前記光源手段の波長変動を利用することによって相殺するように機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の走査光学装置。
6. 前記回折光学素子は前記光学素子の前記被走査面側の面上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の走査光学装置。
7. 複数の発光部を有する光源手段から射出された複数の光束を偏向手段に導光し、該偏向手段により偏向された複数の光束を走査光学手段により被走査面上にスポット状に結像させ、該被走査面上を該複数の光束で同時に光走査するマルチビーム走査光学装置において、
   該走査光学手段は複数の光学素子を有し、そのうち少なくとも１つの曲面上に回折光学素子を形成したことを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
8. 前記回折光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴とする請求項７記載のマルチビーム走査光学装置。
9. 前記回折光学素子は主走査方向に正のパワーを有することを特徴とする請求項７記載のマルチビーム走査光学装置。
10. 前記回折光学素子は主走査方向、副走査方向ともに異なる正のパワーを有することを特徴とする請求項７記載のマルチビーム走査光学装置。
11. 前記回折光学素子は装置の環境変動によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、該環境変動によって生じる前記光源手段の波長変動を利用することによって相殺するように機能することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載のマルチビーム走査光学装置。
12. 前記回折光学素子は前記複数の発光部を有する光源手段の発振波長の差によって発生する前記走査光学手段の収差変動を、相殺するように機能することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載のマルチビーム走査光学装置。
13. 前記回折光学素子は前記光学素子の前記被走査面側の面上に形成されていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項記載のマルチビーム走査光学装置。
14. 請求項１乃至請求項６記載のいずれか１項記載の走査光学装置と、前記被走査面が感光ドラム面であることを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項７乃至請求項１３記載のいずれか１項記載のマルチビーム走査光学装置と、前記被走査面が感光ドラム面であることを特徴とする画像形成装置。

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