JP2009265614A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行う光走査装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】光源１、偏向器前光学系、ポリゴンミラー５、及び走査光学系７、８を備え、偏向器前光学系には少なくとも一つの回折光学素子を有している。回折光学素子はガラスレンズ母材に樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズであり、回折面は該樹脂層に設けられている。該回折面は光軸に略垂直な複数の輪帯面と各輪帯面に隣接する複数のステップ面を有するマルチステップ形状である。これにより、加工の容易性及び低コストを確保しつつ環境変動や予期せぬ光源１の発振波長の変動が生じたとしても高品質の画像を安定して形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

近年、光プリンタ装置、デジタル複写機、及び光プロッタ等の画像形成装置には低価格化とともに、温度変化に対する画像品質の高い安定性が求められている。

温度変化による画像品質の低下は主に温度変化に起因する主走査および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動によるものである。温度変化による光学素子の体積変化及び温度変化による半導体レーザの発振波長の変化により、上記主走査および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動が誘発されるのである。

半導体レーザの発振波長の変化は温度変化時に限らない。温度変化が無い場合においても発振波長の変化することが知られている。この場合、光走査装置に用いられる光学系の色収差による特性変化を惹起する。この特性変化に対する画像品質の高い安定性についても求められている。

温度変化による光学素子の体積変化及び発振波長の変化が要因となる画像品質の低下および／または温度変化を要因としない発振波長の変化により生じる画像品質の低下に対する有効な技術としてマルチステップ形状の回折面を有する回折光学素子を用いることが提案された（特許文献１）。この回折面は回折効果を有する第１の面と屈折効果を有する第２の面とが合成された面であり、第１面のパワーと第２面のパワーが互いに相殺されることを特徴としている。この回折光学素子を用いることにより、温度変化による画像品質低下のみならず、温度変化を要因としない発振波長の変化による画像品質の低下の抑制を図っている。

しかしながら、特許文献１に開示されているレーザ走査装置では、マルチステップ形状の回折面を有する回折光学素子が樹脂製であるため、回折光学素子自身の線膨張係数が７．０×１０^-5／Ｋと比較的大きい。そのため、幅広い温度変化を想定した場合、主走査および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動補正に必要な回折光学素子の位相関数係数は大きく、すなわち回折パワーを大きくする必要がある。また、マルチステップ形状の回折面のステップを多段にする必要があるため加工が困難となり、また温度変化に依存しない波長変化に弱くなるという場合がある。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、加工の容易性を確保しつつ、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、光源と、前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と、前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と、前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と、を備えた光走査装置にであって、前記回折光学素子はガラスレンズ母材に樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズであり、前記回折面は、光軸に略垂直な複数の輪帯面と各輪帯面に隣接する複数のステップ面とを有するマルチステップ形状を有し、マルチステップ形状の回折面は前記樹脂層に形成されていることを特徴とする光走査装置である。

本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と、前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と、を備える画像形成装置である。

本発明によれば、偏向器前光学系が少なくとも１つの回折光学素子を含み、該少なくとも１つの回折格子はガラスレンズ母材に樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズであり、該回折面は、光軸に略垂直な複数の輪帯面と各輪帯面に隣接する複数のステップ面とを有するマルチステップ形状を有し、マルチステップ形状の回折面は樹脂層に形成されているため、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る光走査装置の例を示す概略図である。 図１におけるカップリングレンズ２を説明するための図である。 図１におけるカップリングレンズ２の回折面を説明するための図である。 図１におけるカップリングレンズ２の回折面を説明するための図である。 回折面での反射光を説明するための図（その１）である。 回折面での反射光を説明するための図（その２）である。 マルチステップ回折面の第２の面の曲率半径とステップ数の関係を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を示す図である。

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形態の光学配置の例を示している。本実施形態に係る光走査装置は、光源である半導体レーザ１、カップリングレンズ２、アパーチャ３、線像形成レンズ４、光偏向器である回転多面鏡のポリゴンミラー５、ポリゴンミラー５を収納する防音ハウジング（図示されず）の窓を塞ぐ防音ガラス６、走査光学系７、８、図1の光学系を収納するハウジングの偏向光ビームの射出部に設けられた防塵ガラス９、被走査面１０を有している。

半導体レーザ１から放射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２により実質的な平行ビームに変換され、アパーチャ３によりビーム整形されて線像形成レンズ４に入射する。線像形成レンズ４を透過した光ビームは、副走査方向に集束しつつ防音ガラス６を透過してポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像し、偏向反射面に反射されると、防塵ガラス６を透過して走査光学系７に入射する。

走査光学系７、８を透過した光ビームは防塵ガラス９を介して被走査面１０に光スポットを形成する。走査光学系７、８は樹脂性のレンズからなる。樹脂レンズは温度変化による膨張収縮量はガラス製のレンズより大きい。しかし、射出成型により作られるため、面形状の自由度が高い特殊面を用いることが可能であり、近年の高画質な画像形成装置に対応した走査光学系には必須である。

ポリゴンミラー５が等速回転すると、偏向反射面により反射された光ビームは等角速度的に偏向する。走査光学系７、８は等角速度的に偏向しつつ入射してくる光ビームによる光スポットが、被走査面上において主走査方向（図のy方向）へ等速的に移動するようにするf-θ特性を有しており、光スポットは被走査面１０に等速的に光走査する。

表１に、光偏向器以降に配置されている光学系データを示す。

表１において、各走査レンズの入射面・射出面をそれぞれ第１面・第２面とし、R_yは「主走査方向の近軸曲率半径」、R_zは「副走査方向の近軸曲率半径」であり、Xは光軸方向の「各光学素子の各光学面の原点から次の光学素子の光学面の原点までの相対距離」を表している。単位はmmである。

走査レンズ７の第１面（入射面）および走査レンズ８の第１面、第２面（入射面、射出面）はそれぞれ特殊トロイダル面である。各特殊トロイダル面は、主走査方向のレンズの高さに応じて副走査方向の曲率が変化する面であり、次の（１）式および（２）式により表現される。

ここで、Xは光軸方向のデプス、R_yは主走査方向に対応する方向（ここでは、y方向）の近軸曲率半径、R_zは副走査方向に対応する方向（ここでは、z方向）の近軸曲率半径、Yは光軸からの主走査方向に対応する方向の距離、Zは光軸からの副走査方向に対応する方向の距離、Kは円錐定数、A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、B₁、B₂、B₃、・・・はいずれも係数である。

走査レンズ７の第１面（入射面）の係数を表２に挙げる。

走査レンズ８の第１面（入射面）の係数を表３に挙げる。

走査レンズ８の第２面（射出面）の係数を表４に挙げる。

また、走査レンズ７の第２面（射出面）は、回転対称非球面である。ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をC、光軸からの高さをHとするとき、次の（３）式により表現される。

走査レンズ７の第２面（射出面）の係数を表５に挙げる。

半導体レーザ（光源）１は、設計上の発振波長が６５５nmの端面発光型のレーザ（端面発光レーザ）である。本実施形態では一つの光源を用いているが、光源の数は一つに限られることではない。また端面発光レーザに限られることではなく、複数の発光部を有する垂直共振器型の面発光レーザアレイであってもよい。

カップリングレンズ２は、光源部１からの光束の光路上に配置されている。光源部１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ２により変換された光束形態は平行光束であることも、弱い発散性、あるいは弱い集束性の光束であることもできる。

カップリングレンズ２はガラスレンズ母材に紫外線硬化樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズである。ガラスレンズ母材の素材は２５℃においてd線(波長λ＝５８９nm)の屈折率nd=１．５８３１３、アッベ数νd=５９．４６、波長λ＝６５５nmでの屈折率n(６５５)＝１．５８０２１であり、温度が基準温度から２０℃上昇したときの波長λ＝６５５nmでの屈折率n(６５５)はn(６５５)＝１．５８０２８となる。このガラスレンズ母材の線膨張係数は７.０×１０^-6である。一方、樹脂層の素材は２５℃においてnd=１．５２０２０、νｄ=５２．０２、n(６５５)＝１．５１７２４６であり、線膨張係数は７.０×１０^-5である。樹脂層の中心肉厚は０．０５mmである。

カップリングレンズ２において、ガラスレンズ母材部に屈折面を、樹脂層に回折面を設けている。ここで屈折面は回転対称の非球面形状を有している。本実施形態では入射面に回折面を、射出面に屈折面を用いている。

図２に示してあるように本実施形態では接合面はパワーを有さない平面形状としている。接合面を平面にすることにより、ガラスレンズ母材部と樹脂層の回折面との軸ずれによる影響を低減することができ、より容易に製造することができることとなる。

カップリングレンズ２は、入射面に回折面が用いられている。そして、この回折面は、図３(A)に示されるように、回折効果を有する面（以下、便宜上「第１の面」ともいう）と屈折効果を有する面（以下、便宜上「第２の面」ともいう）とが合成された面であり、前記第１の面のパワーと前記第２の面のパワーは互いに相殺されるように設定されている。従って、カップリングレンズ２の回折面は、幾何光学的にノンパワーとなる。

カップリングレンズ２の回折面は光軸に略垂直な複数の輪帯面を有し、隣接する輪帯面間ごとに所定のピッチ及び段差を有している。すなわち、カップリングレンズ２の回折面ではマルチステップ形状に複数の回折溝が形成されている。本実施形態のように、回折面の面形状をマルチステップ形状にすると、回折面の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となり、金型製作上の簡便性が更に向上する。本実施形態では回折溝は同心円状であるが、楕円状であってもよい。

ここで、上記のマルチステップ形状の回折面（以下では、便宜上「マルチステップ回折面」と略述する）を樹脂層に設け、その樹脂層をガラスレンズ母材に接合してなるハイブリッドレンズの作製法の例を述べる。ガラスレンズ母材と、回折面形状の金型を用意する。金型上に紫外線硬化樹脂を適量塗布し、金型を密着させる。その後、紫外線照射して樹脂部を硬化させ、回折面形状を転写する。以上より樹脂層に回折面を有し、ガラスレンズ母材に紫外線硬化樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズが作製される。

本実施形態では、一例として図４に示されるように、光軸を含む断面内において、輪帯面と該輪帯面に隣接するステップ面とがなす角θを全て鈍角となるように構成している。具体的には、輪帯面間に光軸方向に関して高さ１．１３５μｍの段差を生じさせるため、ステップ面を高さ方向に６μｍ程度の幅とし、輪帯面とステップ面とがなす角θを１６５°としている。

本実施形態の各カップリングレンズは、θが鈍角であり十分な抜き勾配が設けられることとなり、成形後における成型品の型からの抜けが良くなるため、成形性が向上する。なお、θは、１３５°よりも大きく、１７０°より小さいことが好ましい。

上記マルチステップ回折面は温度補償を目的として設計される。そこで環境変動や波長変化に対する、被走査面に向かって集光される光ビームの結像位置の変動について簡単に述べる。先ず、温度変化による結像位置変動の原因となるのは、
１．温度変化に起因するレンズの屈折率自体の変化、
２．温度変化に起因するレンズの形状変化、
３．温度変化に起因する半導体レーザ１の発振波長変化によるレンズの屈折率変化（色収差）
が考えられる。

レンズの屈折率自体の変化は、温度上昇に伴う膨張による低密度化により屈折率が減少する現象として現れる。レンズの形状変化は、温度上昇に伴う膨張によりレンズ面の曲率が減少する現象として現れる。半導体レーザ１の発振波長変化は、一般に温度上昇とともに長波長側へずれる現象として現れる。波長が長波長側へずれると、樹脂製レンズの屈折率は、一般に、減少する側へずれる。

このように、レンズは、正レンズであるか負レンズであるかに拘わらず、温度上昇とともに、そのパワーの絶対値が減少するように変化する。一方、マルチステップ回折面のパワーは、回折角が波長に比例するところから、マルチステップ回折面のパワーは、それが正であっても負であっても、マルチステップ回折面のパワーの絶対値は、波長が長くなると大きくなる傾向を持つ。従って、例えば、光走査装置の光学系におけるレンズの合成パワーが正（または負）である場合には、マルチステップ回折面のパワーを正（または負）とすることにより、レンズの温度変化に起因するパワー変化を、マルチステップ回折面における温度変化に起因するパワー変化で相殺することが可能になる（図３(B)参照）。

上述したように、マルチステップ回折面における温度変化に起因するパワー変化を設計することによりレンズの温度変化に起因するパワー変化は相殺できる。しかし、温度変化には依存しない発振波長の変化が生じた場合は被走査面に向かって集光される光ビームの結像位置の変動が問題となる。

そこで温度変化には依存しない発振波長の変化が生じた場合の、本実施形態に使用するガラスレンズ母材に樹脂層を接合してなる回折光学素子（以下では、ハイブリッドレンズと略述する）と素材が樹脂のみで作製される回折光学素子（以下では、樹脂レンズと略述する）との比較を以下に挙げる。前記ハイブリッドレンズと前記樹脂レンズは各々温度補償を目的としたマルチステップ回折面を設けている。

表６に温度補償を目的としたハイブリッドレンズと樹脂レンズの前記第１の面の位相関数係数と前記第２の面の曲率半径を示す。

ここで、前記第１の面の位相関数係数について説明する。前記第１の面の位相関数W（H）は、光軸と垂直な面における光軸からの距離をHとおくと、次式（4）で示され、C_Hが位相関数の係数を表す。なお、光軸上の点をH=０とする。

次に温度変化に依存しない半導体レーザ１の発振波長の変化が起こった場合の主走査方向に関する結像位置の変化量を表７に示す。この際、発振波長の変化量は２nmとする。

温度補償を目的としたマルチステップ回折面を有する光走査装置において、温度に依存しない半導体レーザ１の発振波長が変化した場合、結像位置の変化量は回折パワーすなわち前記第１の面の位相関数係数の大きさに比例する。温度補償を目的とした場合、ハイブリッドレンズの前記第１の位相関数係数の大きさは、樹脂レンズの位相関数係数に比べ小さい（表６参照）。そのため、温度に依存しない半導体レーザ１の発振波長の変化が生じた場合、ハイブリッドレンズの主走査方向に関する結像位置の変化量は樹脂レンズに比べ非常に小さくなる。表７のデータを参照すれば、発振波長が２nm変化した場合、樹脂レンズは０．８９mm結像位置が変化したのに対し、ハイブリッドレンズでは０．２０mmの変化量となり、温度に依存しない半導体レーザ１の発振波長の変化に対するロバスト性が樹脂レンズに比べハイブリッドレンズの方が高いことがわかる。

ところで、近年の画像形成装置に対する高速・高密度化の要求に応じるため、複数の発光部を有するマルチビーム光源を用いることが提案されている。しかしながら、発光部の数が多くなると、発光部間の波長のばらつきにより結像位置がビーム間で異なり、画像劣化を引き起こすおそれがあった。一般にLDアレイでは２CHから４CH、ＶＣＳＥＬでは４０ビームを超えるものも存在し、波長のばらつきによる結像位置のずれが無視できなくなってきている。

そこで複数の発光点を有する光源（例えばＬＤアレイ）において、各発光点からの光の波長に差（ＣＨ間波長偏差）がある場合についての主走査方向に関する結像位置の変化量の比較も行った。変化量を以下の表８に示す。この際、各発光点からの光の波長の差は２nmとする。

複数の光源において、各光源の発振する波長に差（ＣＨ間波長偏差）がある場合、ハイブリッドレンズの主走査方向に関する結像位置の変化量は樹脂レンズに比べ非常に小さい。このように、ハイブリッドレンズとすることにより波長ばらつきに対しより強い光学系を提供することができる。特に、ＬＤアレイのような複数の発光点を有する光源に対して用いるのに適している。複数の発光点間の波長ばらつきによる結像位置ずれは光学素子の配置位置の調整により補正することは困難であるが、ハイブリッドレンズを用いることで波長ばらつきによる結像位置ずれの影響を低減することができる。

ところで、図５（A）に示されるように、マルチステップ回折面に平行光が入射すると、マルチステップ回折面は幾何光学的にノンパワーであるため、マルチステップ面での反射光は、入射光と同じ光路を経て戻る。一方、図５（B）に示されるように、マルチステップ回折面に非平行光が入射するとマルチステップ回折面での反射光は発散光となる。

そこで、一例として図６（A）に示されるように、仮にカップリングレンズ２の射出面側にマルチステップ回折面が設けられていると、光源１からの光束は、射出面に到達する前に既に平行光束となっているため、マルチステップ回折面からの反射光は、入射光と同じ光路を経て光源１に戻る。この戻り光は、光源１における出力を不安定にし、画像品質を劣化させる要因となる。

本実施形態では、カップリングレンズ２の入射面側にマルチステップ回折面が設けられるため、一例として図６（B）に示されるように、マルチステップ回折面からの反射光は、発散光となり、光源における出力を不安定にするおそれはない。

次に前記カップリングレンズ２のマルチステップ回折面が楕円形状の場合を説明する。カップリングレンズ２は、焦点レンズが１５mmのハイブリッドレンズであり、カップリングレンズ２の屈折面は曲率半径が−８．７mmの回転非球面である。ここで用いられる非球面は、（３）式での係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀がそれぞれＡ₄＝−１．０９８５×１０^-4、Ａ₆＝−１．０４２７×１０^-6、Ａ₈＝−２．４０１５×１０^-8、Ａ₁₀＝＋８．２３９１×１０^-10となる。

また、カップリングレンズ２は、入射面には回折面、射出面に屈折面を設けており、前記第１の面は、光軸と垂直な面における光軸からの主走査方向の距離をY、副走査方向の距離をZとおくと、この第１の面の位相関数W(Y,Z)は次の（５）式で示される。なお、光軸上の点を(Y,Z)=(0,0)とする。

本実施形態において主走査方向及び副走査方向ともに温度補償効果を有するようマルチステップ回折面を設けた。この際、上記（５）式の係数C_y 、C_zは C_y＝−１．３６１×１０^-3、C_z＝−３．０３８×１０^-2である。

前記第２の面は、主走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_y）及び副走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_z）が互いに異なる放物面形状である。ここでは、一例として、Ｒ_y＝−１９０ｍｍ、Ｒ_z＝−９．５ｍｍとしている。

ここで、カップリングレンズ２の回折面における複数の回折溝は、光軸を中心とする楕円状で階段状となる。すなわち、カップリングレンズ２の回折面には、複数の楕円状の回折溝がマルチステップ形状に形成されている。

この回折溝が楕円となるマルチステップ回折面を有するハイブリッドレンズについて１０℃から４０℃及び１０℃から６０℃までの温度変化時の各像高での結像位置の平均変化量を以下の表９に示す。

表９より主走査方向・副走査方向ともに、結像位置の変化量は０．１ｍｍ以下であり、良好に温度補償がなされていることがわかる。

次に回折溝が楕円となるマルチステップ回折面を有するハイブリッドレンズについての別の実施形態について述べる。本実施形態において用いた回折溝が楕円となるマルチステップ回折面を有するハイブリッドレンズは上記（５）式の係数C_y 、C_zを C_y＝−８．２８８６４×１０^-4、C_z＝−３．６２６２８×１０^-3とした。

すなわち、扁平率（C_y ／C_z）は４．３８であり、加工の容易性及び低コストを確保している。この扁平率（C_y ／C_z）が５．５より大きくなると、加工が困難となり高コスト化を招くことになり、加工の容易性及びコスト面を鑑みた場合、扁平率（C_y ／C_z）を５．５以下とすることが望ましい。

前記第２の面は、主走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_y）及び副走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_z）が互いに異なる放物面形状である。ここでは、一例として、Ｒ_y＝−３５０ｍｍ、Ｒ_z＝−８０ｍｍとしている。

温度が変化すると、レンズの屈折率、レンズの形状、半導体レーザの発振波長が変化し、その結果結像位置のずれが生じる。この結像位置のずれを低減するよう第２の曲率半径（回折パワー）を設計する。本実施形態のように画像形成装置に用いられる走査光学系では、通常、主走査方向に対応する方向と副走査方向に対応する方向とで光学系の倍率が異なるアナモフィック光学系としている。このため、回折光学素子で温度変化に起因する結像位置のずれ補正を行おうとする場合は、主走査方向に対応する方向と副走査方向に対応する方向とで必要な回折パワーが異なる。

図７（A）には、前記第２の面の曲率半径とマルチステップ回折面に必要な段数との関係が示されている。このように前記第２の面の曲率半径が小さくなるにつれて指数的に段数が増加する。

図７（B）には、主走査方向に対応する方向に関する、前記第２の面の曲率半径と温度変化（２５℃→４５℃）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が３５０ｍｍのときに、温度変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、約１１段である。

図７（C）には、副走査方向に対応する方向に関する、第２の曲率半径と温度変化（２５℃→４５℃）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が９ｍｍのときに、温度変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、３００段以上となり加工が非常に困難となる。

図７（D）には、副走査方向に対応する方向に関する、第２の曲率半径と波長変化（６５５ｎｍ→６６５ｎｍ）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が８０ｍｍのときに、波長変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、約５０段である。

ここで具体的にマルチステップ形状の段差・ピッチ（図２参照）及び段数について説明する。本実施形態でのマルチステップ回折面における段差は１．２６６μｍである。そして、主走査方向に対応する方向に関しては、最小ピッチ（最外輪帯）は１７６．９μｍ、段数は１１段であり、副走査方向に対応する方向に関しては、最小ピッチ（最外輪帯）は４０．２μｍ、段数は４９段である。

本実施形態では、主走査方向に対応する方向に関しては、温度変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、つまり温度変化によって生じるレンズの体積変化による屈折率の変化及び温度変化に依存する波長変化による結像位置のずれを補正する効果をもたせている。また副走査方向に対応する方向に関しては、温度変化を要因としない波長変化に起因する結像位置のずれを補正する効果をもたせている。これにより、副走査方向に対応する方向の回折面に必要な段数を大幅に低減している。この場合には十分に加工が可能となる。これにより、加工上の難易度と光学性能とコスト面とをバランスさせることができる。すなわち、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。

次に、カップリングレンズ２のガラスレンズ母材と樹脂層との接合面が前記第２の面と同一の曲率を有する場合について説明する。カップリングレンズ２は、焦点レンズが２７mmのハイブリッドレンズであり、カップリングレンズ２の屈折面は曲率半径が−１５．６mmの回転非球面である。ここで用いられる非球面は、（３）式での係数Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀がそれぞれＡ₄＝１．９４８１×１０^-5、Ａ₆＝４．４４８５×１０^-8、Ａ₈＝１．１６７３×１０^-9、Ａ₁₀＝―２．１０６５×１０^-11となる。

温度２５℃から４５℃までの温度変化の補償を設けた際、（４）式で表される前記第１の面の位相関数の係数はC_H＝−１．３６１２×１０^-3となる。また、前記第２の面は、主走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_y）及び副走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒ_z）が等しいＲ_y＝Ｒ_z＝−１９０ｍｍの放物面形状である。

この際、マルチステップ回折面における段差は１．２６６mｍであり、最小ピッチ（最外輪帯）は８０．６mｍ、段数は１８段である。

本実施形態のハイブリッドレンズの主走査方向の温度変化を補正するために必要なマルチステップ回折面の位相関数係数はC_H＝−１．３６１２×１０^-3と、樹脂レンズに比べ非常に小さい。そのため、マルチステップ回折面で必要とされる段数が少なく済み、加工容易性を保つことができる。また、位相関数係数が小さくてすむため、回折パワーも小さくなり、そのため温度変化を要因としない光源１の発振波長の変化に対するロバスト性も高い。

図８は、画像形成装置の実施の形態の例を略示している。この画像形成装置は「タンデム型フルカラー光プリンタ」である。装置下部側には、水平方向に配設された給紙カセット１３から給紙される転写紙（図示されず）を搬送する搬送ベルト１７が設けられている。搬送ベルト１７の上部には、イエローＹ用の感光体２７Ｙ、マゼンタＭ用の感光体２７Ｍ、シアンＣ用の感光体２７Ｃ、及びブラックＫ用の感光体２７Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下において、符号中のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋでイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを区別する。

感光体２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋは全て同一径に形成され、その周囲に、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体２７Ｙを例に採れば、帯電チャージャ２８Ｙ、光走査装置２９の光走査光学系２６Ｙ、現像装置３０Ｙ、転写チャージャ１１Ｙ、クリーニング装置１２Ｙ等が順に配設されている。他の感光体２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋについても同様である。

即ち、この画像形成装置は、感光体２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋを各色に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置２９の光走査光学系２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋが１対１の対応関係で設けられている。

搬送ベルト１７の周囲には、感光体２７Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ１６と、ベルト帯電チャージャ２０が設けられ、感光体２７Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ２１、除電チャージャ２２、クリーニング装置２３等が設けられている。ベルト分離チャージャ２１よりも搬送方向下流側には定着装置２４が設けられ、排紙トレイ２６に向けて排紙ローラ２５で結ばれている。

このような構成において、例えば、フルカラーモード時であれば、各感光体２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋに対し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の画像信号に基づき光走査装置２９の光走査光学系２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋによる光走査で静電潜像が形成される。これら静電潜像は対応する色トナーで現像されてトナー画像となり、搬送ベルト１７上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、定着装置２４によりフルカラー画像として定着された後、排紙トレイ２６上に排紙される。

これによれば、少なくとも１つの本実施形態の光走査装置を備えているため、高コスト化を招くことなく、環境変動や予期せぬ光源の発振波長の変動が生じたとしても高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

本実施形態により、本実施形態に係る光走査装置においては、偏向器前光学系が少なくとも１つの回折光学素子を含み、該少なくとも１つの回折格子はガラスレンズ母材に樹脂層を接合してなるハイブリッドレンズであり、該回折面は、光軸に略垂直な複数の輪帯面と、各輪帯面に隣接する複数のステップ面と、を有するマルチステップ形状を有し、マルチステップ形状の回折面は樹脂層に形成されているため、加工の容易性及び低コストを確保しつつ環境変動や予期せぬ光源１の発振波長の変動が生じたとしても高品質の画像を安定して形成することができる。また、本実施形態に係る画像形成装置は、少なくとも1つの上記光走査装置を備えるため、高コスト化を招くことなく、環境変動や予期せぬ光源１の発振波長の変動が生じたとしても高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した光走査装置及び画像形成装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。

１ 光源（半導体レーザ）
２ カップリングレンズ（回折光学素子）
３ アパーチャ
４ 線像形成レンズ
５ ポリゴンミラー
６ 防音ガラス
７、８ 走査光学系
９ 防塵ガラス
１０ 被走査面

特開２００７−２４１１８２号公報

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と、
   前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と、
   前記偏向器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と、を備える光走査装置であって、
   前記回折光学素子は、ガラスレンズ母材に樹脂層を接合されており、
   前記回折光学素子の回折面は、光軸に略垂直な複数の輪帯面と各輪帯面に隣接する複数のステップ面とを有するマルチステップ形状であって、
   前記回折面は前記樹脂層に形成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置であって、
   前記ガラスレンズ母材に屈折面を設け、該屈折面が非球面形状であることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置であって、
   前記ガラスレンズ母材と前記樹脂層との接合面が平面形状であることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１乃至３に記載の光走査装置であって、
   前記回折面は、光軸に略垂直な複数の輪帯面と各輪帯面に隣接する複数のステップ面とを有するマルチステップ状を有し、該回折面の前記光軸が含まれる断面形状において、各輪帯面と各ステップ面とのなす角が鈍角であることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１乃至４に記載の光走査装置であって、
   前記回折面が、光束の入射側及び射出側の面のうち、その面で反射する光束の発散度の大きい側に設けられていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１乃至５に記載の光走査装置であって、
   前記回折面は室温でパワーを持たないことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１乃至６に記載の光走査装置であって、
   前記回折面が、回折効果を有する第１の面と屈折効果を有する第２の面とが合成された面であり、前記第１の面のパワーと前記第２の面のパワーは互いに相殺されることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１乃至７に記載の光走査装置であって、
   前記回折光学素子が、前記光源から発光される光ビームを集光するカップリングレンズに用いられることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１乃至８に記載の光走査装置であって、
   前記回折光学素子の前記輪帯面の形状が楕円又は真円であることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項1乃至９に記載の光走査装置であって、
    光源部には複数の発光点を有し、偏向器の同一偏向面により同時に単一の被走査面を偏向走査することを特徴とした光走査装置。
11. 請求項1乃至１０に記載の光走査装置であって、
    前記光源が、前記複数の発光部を有する垂直共振器型の面発光レーザアレイを含むことを特徴とする光走査装置。
12. 少なくとも１つの像担持体と、
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する請求項１乃至１１に記載の光走査装置の少なくとも１つと、を備える画像形成装置。
13. 前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

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