专利名称：扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置，特别涉及适用于可以经由利用作为光束偏转器的多边反射镜使从光源装置出射的光束反射偏转并具有fθ特性的、且包含设置了微细构造光栅的光学元件的扫描光学装置来进行被扫描面的光学扫描以便进行信息记录的、例如具有电子照片处理功能的激光打印机或数字式复印机、多函数型打印机(多功能打印机)等图像形成装置。
背景技术：
在以往的激光打印机(LBP)等扫描光学系统中，例如，采用的做法是通过由多边反射镜组成的光偏转器周期地使从对应图像信号进行了光调制的光源装置出射的光束偏转，且具有fθ特性的扫描光学装置将光束会聚成点状扫描在感光性的记录介质面上进行图像记录。
图16是以往的扫描光学系统(光学扫描装置)的主扫描方向的要部断面图(主扫描断面图)。
同图中，91是光源装置，如由半导体激光器等构成的光源装置。92是平行光透镜，用于将光源装置91射出的发散光束变换成准平行光。93是开口光阑，用于限制通过光束并对光束形状进行整形。94是柱面透镜，只在副扫描方向具有规定的光焦度(power)，并近似作为线像，在副扫描面内使通过开口光阑93的光束成像在后述的光偏转器95的偏转面(反射面)95a上。
95是作为偏转装置的光偏转器，如可由4面构成的多边反射镜(旋转多面镜)组成，通过电机等驱动装置(没有图示)的驱动，按恒定的速度在图中箭头A方向上旋转。
96是作为具有聚光功能和fθ特性的扫描光学装置的扫描透镜系统，由第1、第2两片扫描透镜96a、96b组成，通过将基于被光偏转器95反射偏转了的图像信息的光束成像在作为被扫描面的感光转鼓面97上，且使副扫描断面内光偏转器95的偏转面95a和感光转鼓面97之间形成共轭关系，具有歪斜校正功能。
同图中，从半导体激光器91出射的发散光束被平行光透镜92变换成准平行光束，经开口光阑93限制该光束(光通量)后，入射到柱面透镜94上。入射到柱面透镜94的准平行光束中，在主扫描断面内以原样不变的状态出射。而在副扫描断面内则被会聚并作为线像(在主扫描方向长的线像)成像在光偏转器95的偏转面95a上。进而，被光偏转器95的偏转面95a反射偏转了的光束经由第1、第2扫描透镜96a、96b，点状地成像在感光转鼓面97上，通过在箭头A方向旋转该光偏转器95，可以等速地沿箭头B方向(主扫描方向)在该感光转鼓面97上进行光学扫描。由此，可以在作为记录介质的感光转鼓面97上进行图像记录。
但是，在上述的以往的扫描光学系统中存在以下所示的问题。
近年来，扫描光学系统的扫描光学装置(扫描透镜系统)一般已经开始使用易于构成或易于制造非球面形状的塑料进行生产了。但是，因技术的、成本的原因，(塑料透镜)难以在透镜面实施防反射镀膜，故会产生在各光学面的菲涅尔反射。
图17所示是使P偏振光的光束入射到如折射率n＝1.524的树脂光学构件上时的反射率与透过率的角度依存关系的说明图。如同图所示的那样，入射角越增大，则各光学面的表面反射也越大。
因而，一般地，由于扫描光学装置从轴上朝向轴外地变化入射角，故在各光学面的菲涅尔反射也发生很大变化，结果上，轴上和轴外的光通量将产生差分。因为如果入射角从0度一直增大到布儒斯特角反射率将降低(透过率增加)，故整个系统的透过率从轴上朝向轴外地增加。即，被扫描面上的照度分布也是从轴上朝向轴外地增加。由图17可知，最轴外侧的光通量增加达轴上的5％。该结果导致从图像形成装置输出的图像产生在中央部和周边部存在浓度差的弊端。
作为该问题的解决办法，在特开2000-206445号公开专利中曾试图通过适当地设定设置在扫描光学装置中的衍射光栅面的衍射效率来进行解决。即，作为以倍率色差校正或对焦校正为目的的所期望的光焦度分配，按期望的间隙刻划光栅，且通过适当地设定衍射光栅面的光栅的高度(深度)，能够使所使用的衍射光(1级衍射光)的衍射效率在轴上和轴外发生变化，从而抵消在其他的折射面产生的透过率的变化。
但特开2000-206445号公开专利中的这样的衍射光栅存在下面这样的问题。
即，光栅的间隙变得细微，众所周知，如果要形成具有大致与波长相等以下的光栅间隙的微细构造光栅，则需要给出其构造性双折射。
根据东海大学出版会出版的《光学原理III》P1030，当有规律地排列了作为光学上各向同性的物质与分子相比足够地大、且小于光的波长的粒子时，将作为构造性双折射而振动。即，如光学原理给出的那样，在具有波长级以下的周期性的薄的平行平板这样的模型中，相对于平行于平板的电矢量和垂直于平板的电矢量，给出的由平板部的介质的介电常数和非平板部的介质的介电常数得到的实际的介电常数分别为振动的单轴性结晶。
即，在具有近于与波长相等以下的光栅间隙的微细构造光栅中，对应于入射的光束的偏振波面的方向，相对于光栅的排列方向以及垂直于光栅的排列方向的方向的2个轴，其呈现出不同的折射率。
根据这一现象，如果不对应于入射的光束的偏振光设定适当的光栅图案，则将不能得到所期望的透过反射率的特性。关于此点，在特开2000-206445号公开专利(USP6222661)中并没有充分地进行开示。特别是在特开2000-206445号公开专利中，假想同心圆状的光栅，当某一像高的光束横过光栅面时，在光束内光栅的方向并不能成为恒定。
进而，例如，在如特开平11-218699号公开专利那样用偏光光束分离器合成光路并用光偏转器反射偏转2个不同的线偏振光的激光光束，进而利用成像光学元件在被扫描面上扫描成像这样的光束合成方式中，在成像光学元件上将入射2个偏振光状态的光束。如果在这样的扫描光学系统中设置具有上述的构造性双折射的微细构造光栅，则因对应于偏光状态其透过反射率特性不同，结果上，多个激光光束间将在像面上的光通量上产生差分，存在无法进行均匀的曝光之类的问题。
发明内容
本发明之目的即为提供可降低由设置在扫描光学系统的光学面上的微细构造光栅的构造性双折射造成的影响，具有不依赖于入射光束的偏光状态的良好的光学特性的扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置。
此外，本发明的目的还在于提供不增加镀膜等追加工序地、可以降低成为产生光斑或鬼像的原因的、在透镜面的菲涅尔(表面)反射的扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置。
一种扫描光学系统，利用偏转装置偏转从激光光源射出的光束，利用扫描光学装置使被上述偏转装置偏转了的光束成像在被扫描面上并扫描该被扫描面，其特征在于该扫描光学装置具有1个以上带有微细构造光栅的光学面，该微细构造光栅的光栅间隙短于来自该激光光源的光束的波长，该微细构造光栅的排列方向在微细构造光栅面全域为同一方向。
方案1所述的扫描光学系统，其特征在于上述微细构造光栅的排列方向与入射光束的偏振波面的方向为恒定关系。
方案2所述的扫描光学系统，其特征在于相对于入射光束的偏振波面，上述微细构造光栅的排列方向包括平行方向、或垂直方向、或45度方向、或者这些方向中的至少2个方向。
方案1所述的扫描光学系统，其特征在于相对于主扫描面，上述微细构造光栅的排列方向包括平行方向、或垂直方向、或45度方向、或者这些方向中的至少2个方向。
一种扫描光学系统，利用偏转装置偏转从多个激光光源射出的光束，利用扫描光学装置使被上述偏转装置偏转了的光束成像在被扫描面上并扫描该被扫描面，其特征在于该扫描光学装置具有1个以上带有微细构造光栅的光学面，该微细构造光栅的光栅间隙短于来自该激光光源的光束的波长，入射到该微细构造光栅的多条光束的偏光方向相互不同，相对于与该多条光束的偏光方向的矢量的合成方向，线对称地配置了该微细构造光栅的排列方向。
方案5所述的扫描光学系统，其特征在于相对于该微细构造光栅的入射面，入射到上述微细构造光栅的多条光束是P偏振光和S偏振光，该微细构造光栅的排列是扫描面的45度方向。
一种图像形成装置，其特征在于具有方案1乃至于6的任意一项所记载的扫描光学系统；配置在上述被扫描面的感光体；作为调色剂像显像根据上述扫描光学系统扫描的光束形成在上述感光体上的静电潜像的显像器；在转印材料上转印显像后的调色剂像的转印器；使转印后的调色剂像定影在转印材料上的定影器；将外部设备输入的码数据变换成图像信号并将之输入到该扫描光学系统中的打印机控制器。
图1是本发明实施形态1的主扫描断面图；图2所示是入射到本发明实施形态1的微细构造光栅的光束的要部概略图；图3是本发明实施形态1的微细构造光栅的放大图；图4所示是本发明实施形态1的微细构造光栅的排列方向图；图5所示是本发明实施形态1的光栅间隙和入射角的关系图；图6是说明构造性双折射的影响的图；图7所示是本发明实施形态1的透过率和入射角的关系图；图8所示是第2微细构造光栅的排列方向图；图9所示是第2光栅形状图；
图10是本发明实施形态2的主扫描断面图；图11所示是第3微细构造光栅的排列方向图；图12所示是实施形态2的光栅的反射率特性图；图13所示是第4微细构造光栅的排列方向图；图14所示是第3光栅形状图；图15所示是本发明的实施形态的彩色图像形成装置的要部概略图；图16是以往的扫描光学系统的主扫描断面图；图17所示是PS偏振光的反射率的入射角度依存性的说明图。
具体实施例方式
(实施形态1)使用图1～图5说明本发明的实施形态1。图1是本发明的扫描光学系统(光学扫描装置)实施形态1的主扫描方向的要部断面图(主扫描断面图)。图2所示是入射到微细构造光栅的光束(P偏振光)的要部概略图，其夸大地放大给出了该微细构造光栅的光栅部81和非光栅部82。
这里，在本说明书中，将通过偏转装置反射偏转(偏转扫描)的光束的方向定义为主扫描方向，将与扫描光学装置的光轴以及主扫描方向正交的方向定义为副扫描方向。此外，将扫描光束的波面的振动方向称为偏振波面(偏光面)。图1中，偏振波面一致于纸面。
在图1、图2中，1是作为光源装置的激光光源，例如由半导体激光器构成的光源装置。2是平行光透镜，用于将光源装置1射出的发散光束变换成准平行光束。3是开口光阑，用于限制通过光束并对光束形状进行整形。4是柱面透镜，只在副扫描方向具有规定的光焦度，近似作为线像，在副扫描面内使通过了开口光阑3的光束成像在后述的光偏转器5的反射面5a上。
5是作为偏转装置的光偏转器，如，可由4面构成的多边反射镜(旋转多面镜)组成，通过电机等驱动装置(没有图示)的驱动，按恒定的速度在图中箭头A方向上旋转。
6是作为具有聚光功能和fθ特性的扫描光学装置的扫描透镜系统，具有一个以上的带有微细构造光栅的光学面，由利用塑料材料构成的第1、第2两片扫描透镜6a、6b组成，通过将基于被光偏转器5反射偏转了的图像信息的光束成像在作为被扫描面的感光转鼓面7上，且在副扫描断面内使光偏转器5的偏转面5a和感光转鼓面7之间形成共轭关系，具有歪斜校正功能。
这里，也可以不使用上述的光学元件2、3、4地直接使来自光源装置1的光束入射到光偏转器5上。
在图1所示的主扫描断面内，本实施形态的第1、第2两片扫描透镜6a、6b的各个透镜面利用球面或者非球面的曲面形状构成，在与之垂直的副扫描断面内，从轴上(扫描中心)到轴外(扫描周边)地将曲率变化已知的特殊非球面形状作为基本形状。在本实施形态中，第1扫描透镜6a的入射面6a1和出射面6a2以及第2透镜6b的入射面6b1和出射面6b2的整个面上，形成了利用后述的透明树脂材料或者玻璃材料构成的微细构造光栅8。
本发明的微细构造光栅8也可以至少形成在通过基于图像信息的光束的透镜面的有效区域内。因而，既可以在透镜面全域上形成微细构造光栅8，也可以透镜面的有效区域内形成微细构造光栅8。
本实施形态的微细构造光栅8的光栅间隙短于从激光光源1出射的光束的波长，该微细构造光栅8的排列方向在微细构造光栅面全域上为同一方向。
在本实施形态中，从激光光源1出射的发散光束被平行光透镜2变换成准平行光束，经开口光阑3限制该光束(光通量)后，入射到柱面透镜4上。入射到柱面透镜4的准平行光束中，在主扫描断面内以原样不变的状态出射。而在副扫描断面内则被会聚并近似作为线像(在主扫描方向长的线像)成像在光偏转器5的反射面5a上。
进而，被光偏转器5的反射面5a反射偏转了的光束经由第1、第2扫描透镜6a、6b，点状地成像在感光转鼓面7上，通过在箭头A方向旋转该光偏转器5，可以等速地沿箭头B方向(主扫描方向)在该感光转鼓面7上进行光学扫描。由此，可以在作为记录介质的感光转鼓面7上进行图像记录。
图1中，相对于扫描透镜系统6在纸面内(扫描面内)具有偏振波面(偏光面)的光束是P偏振光，在与纸面垂直的方向具有偏振波面(偏光面)的光束是S偏振光。
在本实施形态中，配置的激光光源1可以使入射到扫描透镜系统6的光束以近似在纸面内具有偏振波面的P偏振光入射。即，其配置可以使激光光源1的水平横模方向近似平行于被扫描面7。
在本实施形态中，如上述这样，在扫描光学系统6的第1扫描透镜6a的入射面6a1和出射面6a2以及第2透镜6b的入射面6b1和出射面6b2的整个面上，以特殊非球面形状作为基本形状，在其表面上形成了图3、图4所示的微细构造光栅8。由此，可以谋求降低在各个入出射面的反射光，抑制由透过光通量的视场角导致的变动。
这里，在本实施形态中，也可以在对到达被扫描面7上的鬼像光·光斑光最有影响的一个光学面(入射角度最大的面等)上形成微细构造光栅8。此外，也可以设置一个或者多个微细构造光栅8。设置了微细构造光栅8的面可以是球面或者非球面以及旋转非对称曲面、衍射面、平面。
如图3所示那样，微细构造光栅8为一维方向(主扫描方向)地重复排列光栅部81和非光栅部82两部分而成的构造。所谓的光栅排列方向定义为光栅部81和非光栅部82重复地并列下去的方向，在图3中称左右方向(长手方向)为排列方向。
在取光栅部81和非光栅部82的一个周期程度的长度为光栅间隙P、光栅常数为F时，则光栅部81的排列方向的长度L＝F×P。此外，还取了光栅的深度为D。这里，也可以与形成光学面的基板(玻璃基板或者透明树脂基板)一起整体地形成微细构造光栅8。
此外，如图4所示那样，微细构造光栅8其光栅的方向朝向规定方向。即，在微细构造光栅面全域，排列方向为同一方向。图4是从光偏转器5侧看到的第1扫描透镜6a的入射面6a1的图，其夸大地放大给出了光栅部81和非光栅部82。相对于第1扫描透镜6a的入射面6a1的全面，光栅部81和非光栅部82朝向平行于第1扫描透镜6a的副扫描方向的方向，并列(排列)在主扫描方向上。
如上述那样，入射到第1扫描透镜6a的入射面6a1的光束是P偏振光，即，其偏振波面(偏光面)平行于主扫描方向、也平行于光栅的排列方向的关系不依赖于各像高(视场角)地恒定。进而，其主扫描方向一致于偏振波面、且该偏振波面平行于光栅的排列方向的关系不依赖于各像高(视场角)地恒定。
微细构造光栅8选择了满足作为所谓的0级光栅的条件的光栅间隙P。微细构造光栅8被称为SWS(sub wave structure)，其光栅间隙小于所使用光源的波长级，将没有衍射作用的0级光的使用作为对象。
所谓0级光栅是指在周期状的微细构造光栅中不产生0级光栅以外的衍射光的光栅(参考Optical Society of America Vol.11，No10/October 1994/J.Opt.Soc.Am.A p2695以及特公平03-70201)。
通常，在周期状的构造光栅中，衍射的条件式为P(Ns·sinθm-Ni·sinθi)＝mλ(1)式中，P光栅间隙；Ni入射侧的(构造光栅的介质的)折射率；θi入射角度；θmm级的衍射角度；Ns出射侧的(构造光栅的介质的)折射率；m衍射级数；λ使用波长。并以满足条件式(1)的衍射角度产生衍射光。由条件式(1)可知，衍射角为θm≥θi(m＝1)。在Optical Society of America中，由于作为不产生+1级的衍射光的条件，在垂直入射时为θ+1≥90°(2)故给出了(3)式作为0级光栅的条件，即P≤λ/(Ns+Ni·sinθi) (3)这里，在最轴外时，θ+1为90°以上，光栅间隙P变成了更小的间隙Pa。在入射角度为0度以外时，需要进一步减小光栅间隙P。
在本实施形态中，当设从到达被扫描面7上的规定像高的光束通过微细构造光栅8的中心的位置y的光栅的间隙为Py、来自光源装置1的光束的波长为λ、在该位置y的光束的入射角度为θi、该微细构造光栅8的入射侧的介质的折射率为Ni、该微细构造光栅8的出射侧的介质的折射率为Ns时，满足Py＜λ/(Ns+Ni·sinθi) (4)图5是用曲线给出了取透镜的材质的折射率n＝1.524、使用波长λ＝780nm时，相对于入射角度θi光栅间隙P达到怎样大小的说明图。曲线是满足0级光栅的最大间隙，如果是小于该间隙的间隙，则将不能产生0级以外的衍射光。由此可知，如果在入射角度θi为0、即在垂直入射时，微细构造光栅的光栅间隙P为0.5μm，将作为0级光栅振动。
在本实施形态中，使用了780nm波长的光束，但考虑关系到解像度的感光转鼓面7上的光点直径，故只要是可发射1000nm以下的波长的激光光源1均可适用于本发明。
但是，在入射角度θi为45度时，微细构造光栅的光栅间隙P为0.5μm将不满足0级光栅的条件。可知对应入射角度θi为45度的0级光栅需要光栅间隙P小于0.35μm。
在本实施形态这样的扫描光学系统中，扫描透镜系统6的各个透镜面，即第1扫描透镜6a的入射面6a1和出射面6a2以及第2透镜6b的入射面6b1和出射面6b2的各个透镜面在透镜面上的位置y处确定入射的光束的入射角度θi。因而，在该各个透镜面的各处可以确定满足0级光栅的最大间隙。
即，在取光束入射到微细构造光栅8时的最大入射角度为θymax情况下所确定的光栅间隙为Pymax时，可以按P＜Pymax(5)的光栅间隙P来构成微细构造光栅8。
因而，由于如果取最大入射角度为Pymax＝45°，则Pymax≈0.35μm，故只要选择其以下的光栅间隙P即可。
下面，对上述的光栅常数F进行说明。众所周知，当有规律地排列了光学上各向同性的物质与分子相比足够地大、且作为小于光的波长的粒子时，将作为构造性双折射而振动。在东海大学出版会出版的《光学原理III》P1030中，给出了可以将图3所示那样的、光栅的排列方向的断面形状为矩形形状的所谓矩形光栅作为光栅部81和非光栅部82与薄的平行平板的集合体进行模型化的形态。
根据该形态，由光栅常数F与光栅部81和非光栅部82的材质的折射率可知，其相对于光栅排列方向以及垂直于光栅排列的方向的2个轴，呈现出达到不同的折射率的构造性双折射。即，是由光栅和偏振波面的非对称性产生的构造性双折射。因而，需要注意光栅的排列方向与所使用的激光的偏光方向的关系。
下面，使用图6对构造性双折射的影响进行说明。这里，作为微细构造光栅的形状，取图3那样的矩形光栅，光栅间隙P＝0.3μm、光栅常数F＝0.60、光栅深度D＝0.16μm、材质的折射率n＝1.524、使用波长λ＝780nm，给出了在使偏振波面正交的P偏振光和S偏振光入射到光栅面并变化了入射角度时的0级衍射光的反射率是怎样地变化的情况。
与图17所示的菲涅尔反射的特性相比，具有特征性的地方是入射角度为0度。在图17中，虽然因入射角度为0度而没有在反射率上产生由偏振波面正交的偏光光束形成的差异，但在图6的具有构造性双折射的微细构造光栅中，即便是入射角度为0度，在正交的偏光光束上也将产生特性的差异，如果入射角度变大，则其特性的差异也将变大。换言之，就是意味着因光栅的排列方向和偏振波面的方向的关系而导致反射率特性急剧地变化。因而，在适用微细构造光栅时，需要注意光栅的排列方向和所使用的激光的偏光方向的关系。
因此，在本实施形态中，进行的构成是在微细构造光栅面全域内使光栅的排列方向和偏振波面的方向的关系总是成为恒定的关系。具体言之，就是构成微细构造光栅使光栅的排列方向和入射光束的偏振波面(或者光栅的排列方向与主扫描面)达到平行(光栅的沟与偏振波面垂直)。
即，在图1中，如上述这样，光束的偏光方向为P偏振光(偏振波面平行于纸面的方向，光束的偏光方向)，光束的偏振波面与微细构造光栅的排列方向为平行的关系，且在微细构造光栅全域均满足该关系。
在本实施形态中，进行了微细构造光栅8的最佳化，以便能够不依赖于入射角度地减小0级光的P偏振光的透过率变化。作为结果，微细构造光栅8的形状取使用波长λ＝780nm、扫描透镜的材质的折射率n＝1.524，得到了光栅间隙P＝0.3μm、光栅常数F＝0.65、光栅深度D＝0.16μm的光栅。在该光栅形状下与入射角度关连的透过率特性如图7所示。
即，在对光学元件的入射角度为0°～45°的范围透过率达到99.8％以上，换言之就是菲涅尔反射率最大是0.2％。相对于图17的以往例中P偏振光的反射率约4％可知，已改善到其1/20以下，作为光斑已改善到对图像影响轻微的1％以下。
为了减小在各个透镜面产生的菲涅尔反射，在本实施形态中，对应于到达规定像高的光束通过微细构造光栅8的位置的入射角度确定光栅间隙、光栅的深度、光栅常数，进而排除构造性双折射的影响，由此，可以降低到达被扫描面7上的光斑光或鬼像光，提供可以输出良好的图像的扫描光学系统。
在本实施形态中，设计的是使在各个透镜面产生的菲涅尔反射率达到0.2％以下，但只要在各个透镜面产生的菲涅尔反射率达到1％以下即为可允许的范围。
除此之外，在本实施形态中，可以不增加镀膜等追加工序地降低成为产生光斑或鬼像的原因的、在透镜面的菲涅尔反射，谋求被扫描面上的光量分布的均一化，另外，还可以使被扫描面上的广阔区域的照度分布达到近似均匀。
这里，在本实施形态中，利用球面形状或者非球面形状在主扫描断面内形成第1、第2两片扫描透镜6a、6b的各个透镜面，在副扫描断面内，从轴上朝向轴外，以已知曲率变化的特殊非球面形状作为了基本形状，但不一定非限定于该形状，例如，只要是在被扫描面7上点状地成像被反射偏转了的光束并具有等速进行光学扫描的功能(fθ特性)的所谓的fθ透镜即可，并不受其限制。
此外，在本实施形态中，配置的激光光源使入射到扫描透镜系统6的光束大致以P偏振光入射，但并非仅限定于此，例如，也可以是以S偏振光入射。
另外，微细构造光栅8的排列方向不仅仅是如图4那样地将光栅并列在主扫描方向上，例如，也可以如图8那样地在副扫描方向上并列光栅。此时，只要相对于P偏振光的入射光束的偏振面(或者相对于主扫描面)，成垂直的关系(即，偏振波面与光栅的沟平行)地构成光栅的排列方向即可。再有，除了上述的排列以外，例如，也可以采用偏振波面与光栅的排列方向呈45°方向的构成。当然还可以采用包含平行方向、垂直方向、45°方向中的两个方向的关系的构成。
在本实施形态中，例举了一维方向地排列了矩形断面的光栅形状，但并非一定限定于此，例如，也可以图9所示那样，采用三角形/梯形/正弦波的形状，或者采用阶梯形地堆积的准矩形/准三角形/准梯形/准正弦波的形状。
作为向透镜面上的构成方法，可以采用在注塑成形的金属模具中做入微细构造光栅的形状进行成形的方法。
此外，在本实施形态中，是利用2片透镜构成了扫描透镜系统6，但并非一定限定于此，例如，也可以用单一或者3片以上的透镜进行构成。
(实施形态2)下面，使用图10～图12说明本发明的实施形态2。图10是本发明的扫描光学系统(光学扫描装置)的实施形态1的主扫描方向的要部断面图(主扫描断面图)。同图中，在与图1所示的要素相同的要素上附加了同一符号序号。
在本实施形态中，与前述的实施形态1的不同之处是用两个激光光源1a、1b构成光源装置，使入射到微细构造光栅8的多条光束的偏光方向相互不同，并相对于与多条光束的偏光方向矢量的合成方向，对称地配置了微细构造光栅8的排列。其他的构成以及光学作用与实施形态1大致相同，利用该形态得到了同样的效果。
即，同图中，1a、1b分别是激光光源，例如由半导体激光器构成的光源装置。2a、2b分别是平行光柱面透镜，对应激光光源1a、1b进行配置。该平行光柱面透镜2a、2b用于将分别对应的激光光源1a、1b出射的发散光束在主扫描断面内变换成准平行光束。这里，虽然在本实施形态中用的是在主扫描断面内可将之变换成准平行光束的系统，但并非一定限定于此，既可以是平行光束，也可以是发散光束。
7是光束合成装置，例如，由偏转光束分离器构成，合成被平行光柱面透镜2a、2b变换成平行光束了的2条光束的光路。因此，由于需要使各自的偏振波面(偏光面)正交地配置从2个激光光源1a、1b出射的发散光束，故相对于光束合成装置7，激光光源1a为在垂直于纸面的方向具有偏光面的S偏振光，激光光源1b为在纸面内具有偏振波面的P偏振光。因而，入射到微细构造光栅8的2个光束相对于在该微细构造光栅8的入射面为P偏振光和S偏振光。
这里，也可以使用具有激光光源1a、1b分别带有同一偏振波面的2个以上的发光点的激光光源(多激光光源)。
在本实施形态中，是以合成2个光束的类型为例，但并不是只限定于此。也可以适用于合成3个以上的光束的类型。
此外，本发明并非限定于利用光束合成装置7的光束合成系统，只要是偏光方向不同的2个以上的光束均可以适用。
同图中虽然没有图示，但设置有用于确定被扫描面上的图像的写出位置的时序的同步检测用的光学系统(BD光学系统)。
在本实施形态中，与前述的实施形态1同样地，在第1扫描透镜6a的入射面6a1和出射面6a2以及第2透镜6b的入射面6b1和出射面6b2的整个面上将特殊非球面形状作为基本形状，在其表面形成图3所示的矩形形状的微细构造光栅8。这里，微细构造光栅8的排列方向与实施形态1不同，如图11所示的那样，是相对于与2个光束的偏光方向的矢量的合成方向线对称地进行了配置。由此，可以谋求降低在各个入出射面的反射光，抑制由透过光通量的视场角导致的变动。
本发明的微细构造光栅8也可以至少形成在通过基于图像信息的光束的透镜面的有效区域内。因而，既可以在透镜面全域形成微细构造光栅8，也可以透镜面的有效区域内形成微细构造光栅8。
这里，在本实施形态中，可以在对到达被扫描面7上的鬼像光·光斑光最有影响的一个光学面(入射角度最大的面等)上形成微细构造光栅8。此外，也可以设置一个或者多个微细构造光栅8。设置微细构造光栅8的面可以是球面或者非球面以及旋转非对称曲面、衍射面、平面。
如图3所示那样，微细构造光栅8为一维方向地重复排列光栅部81和非光栅部82两部分而成的构造。这里，如上述这样，微细构造光栅8的排列方向与实施形态1不同，如图11所示的那样，是相对于与2个光束的偏光方向的矢量的合成方向线对称地进行了配置。
在取光栅部81和非光栅部82的一个周期程度的长度为光栅间隙P，取光栅常数为F时，光栅部81的排列方向的长度L＝F×P。此外，还取了光栅的深度为D。这里，也可以与形成光学面的基板(玻璃基板或者透明树脂基板)一起整体地形成微细构造光栅8。
此外，如图11所示那样，上述这样的微细构造光栅8其光栅的方向朝向规定方向。图11是从该光偏转器5侧看到的第1扫描透镜6a的入射面6a1的图，其夸大地放大给出了光栅部81和非光栅部82。光栅部81和非光栅部82对于第1扫描透镜6a的入射面6a1全面，朝向第1扫描透镜6a的主扫描方向以及副扫描方向的中间45°方向并列(排列)。
如上述那样，入射到第1扫描透镜6a的入射面6a1的光束是P偏振光以及S偏振光，即，是偏振波面平行于主扫描方向的光束和偏振波面垂直于主扫描方向的方向，相对于各个光栅的排列方向，其关系不依赖于各像高(视场角)地朝向45°方向恒定。
即，相对于与2个光束的偏光方向的矢量的合成方向(M方向)线对称地排列了光栅的排列方向。
进而，2个光束的偏振波面(P偏振光、S偏振光)与光栅的排列方向不依赖于各像高(视场角)地相互恒定为45°的关系。即，微细构造光栅8的排列方向是扫描面的45°的方向。
微细构造光栅8是所谓的0级光栅，可以与前述的实施形态1同样地确定其间隙。
此外，虽然微细构造光栅8同样地具有构造性双折射，但在本实施形态中，通过使2个光束的偏振波面和光栅的排列方向成为规定的关系，可以谋求降低构造性双折射的影响。
具体地，就是相对于2个光束的偏光面(图11的P、S)的中间方向(图11的M)、即与2个光束的偏光方向的矢量的合成方向(M方向)线对称地排列微细构造光栅8，使该微细构造光栅8的排列方向与各偏振波面所成的角度等同。即，在微细构造光栅面全域，均满足相对于在上述微细构造光栅8的入射面近似为P偏振光和S偏振光的入射光束和相对于偏振波面在45°方向排列了微细构造光栅8的关系。
通过使微细构造光栅8的排列方向与各偏振波面所成的角度达到等同，可以降低由光栅和偏振波面的对称性产生的构造性双折射的影响。
在本实施形态中进行了微细构造光栅8的最佳化，以便能够不依赖于入射角度地使0级光的P偏振光以及S偏振光的透过率较小地变化。作为结果，微细构造光栅8的形状取使用波长λ＝780nm、扫描透镜的材质的折射率n＝1.524，得到了光栅间隙P＝0.3μm、光栅常数F＝0.45、光栅深度D＝0.18μm的光栅。在该光栅形状下与入射角度关连的反射率特性如图12所示。
在本实施形态中，使用了780nm波长的光束，但考虑关系到解像度的感光转鼓面7上的光点直径，故只要是可发射1000nm以下的波长的激光光源1均可适用于本发明。
即，在对光学元件的入射角度为0°～45°的范围，反射率达到0.5％以下，换言之就是透过率的损失最大为0.5％。相对于图17的以往例中P偏振光、S偏振光的反射率特性可知，其已得到了大幅度的改善，作为光斑已改善到了对图像影响轻微的1％以下。
在本实施形态中，设计的是使在各个透镜面产生的菲涅尔反射率达到0.5％以下，但只要在各个透镜面产生的菲涅尔反射率达到1％以下即为可允许的范围。
为了减小在各个透镜面产生的菲涅尔反射，在本实施形态中，确定了光栅间隙、光栅的深度、光栅常数，并进一步排除了构造性双折射的影响，由此，可以降低到达被扫描面7上的光斑光或鬼像光，提供可以输出良好的图像的扫描光学系统。
除此之外，在本实施形态中，可以不增加镀膜等追加工序地降低成为产生光斑或鬼像的原因的、在透镜面的菲涅尔反射，谋求被扫描面上的光量分布的均匀化，另外，还可以使被扫描面上的广阔区域的照度分布达到大致均匀。
这里，微细构造光栅的排列方向也可以如图13所示那样，在主扫描方向和副扫描方向各向同性地排列光栅。此时，相对于入射到微细构造光栅8的2个光束偏振波面的方向的中间方向，也是线对称地构成光栅的排列。具体的光栅的形状也可以是如图14所示那样的四角锥。
此外，在本实施形态中，与前述的实施形态1同样地，利用球面形状或者非球面形状在主扫描断面内形成第1、第2两片扫描透镜6a、6b的各个透镜面，在副扫描断面内，从轴上朝向轴外，以已知曲率变化的特殊非球面形状作为了基本形状，但不一定非限定于该形状，例如，只要是在被扫描面7上点状地成像被反射偏转了的光束并具有等速进行光学扫描的功能(fθ特性)的所谓的fθ透镜即可，并不受该限制。
另外，虽然上面例举的是一维方向地排列了矩形断面的光栅形状，但并非一定限定于此，例如，也可以图9所示那样，采用三角形/梯形/正弦波的形状，或者采用台阶状地堆积的准矩形/准三角形/准梯形/准正弦波的形状，此外，作为向透镜面上的构成方法，也可以采用在注塑成形的金属模具上做入微细构造光栅的形状进行成形的方法。
彩色图像形成装置图15是本发明的实施形态的彩色图像形成装置的要部概略图。本实施形态是并列4个光学扫描装置(扫描光学系统)并分别并行地在作为像承载体的感光转鼓面上记录图像信息的纵列式的彩色图像形成装置。图15中，60是彩色图像形成装置，11、12、13、14分别为具有实施形态1、2给出的某一种构成的光学扫描装置，21、22、23、24分别是作为像承载体的感光转鼓，31、32、33、34分别为显像器，51是传送带。这里，图15中带有在转印材料上转印用显像器显过像的调色剂(硒鼓粉)像的转印器(没有图示)和使被转印了的调色剂像定影在转印材料上的定影器。
图15中，在彩色图像形成装置60中输入来自个人计算机等外部设备52的R(红)、G(绿)、B(兰)的各种彩色信号。这些彩色信号被装置内的打印机控制器53变换成C(氰)、M(品红)、Y(黄)、B(黑)各种图像数据(点阵数据)。这些图像数据被分别输入到光学扫描装置11、12、13、14。进而，从这些光学扫描装置出射被对应各种图像数据调制过的光束41、42、43、44，并在主扫描方向利用这些光束扫描感光转鼓21、22、23、24的感光面。
本实施形态的彩色图像形成装置并列4个光学扫描装置(11、12、13、14)，其分别对应C(氰)、M(品红)、Y(黄)、B(黑)的各种颜色，平行地分别在感光转鼓21、22、23、24的感光面上记录图像信号(图像信息)并高速地印刷彩色图像。
本实施形态的彩色图像形成装置通过如上所述的4个光学扫描装置11、12、13、14，使用基于各自的图像数据的光束在各自对应的感光转鼓21、22、23、24的感光面上形成各种颜色的潜像。此后，在记录材料上进行多重转印，形成一张全彩色图像。
作为上述外部设备51，例如，也可以使用具有CCD传感器的彩色图像读取装置。此时，由该彩色图像读取装置和彩色图像形成装置60可构成彩色数字复印机。
这里，在本发明中，实施形态1或者2的光学扫描装置可适用于彩色图像形成装置，不用说，其当然也可以适用于黑白图像形成装置。
根据本发明，如前所述，通过使设置了由调整因从中心部朝向周边部变化光束的入射角度而产生的透过光量的变化的构成形成的微细构造光栅的光学元件适用于扫描光学系统，可以根据光束的入射角度的变化，容易地调节所产生的透过光量，特别是可以达成能够降低因微细的光栅构造的排列方向与偏振波面的关系而产生的构造性双折射的影响，得到良好的光学性能的扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置。
除此之外，根据本发明，还可以如前述那样，达成不增加镀膜等追加工序地降低在光斑或鬼像保持原状下的透镜面的菲涅尔反射，谋求被扫描面上的光量分布的均一化，以及可以使被扫描面上的广阔区域的照度分布达到大致均匀的扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置。
权利要求
1.一种扫描光学系统，利用偏转装置偏转从激光光源射出的光束，利用扫描光学装置使被上述偏转装置偏转了的光束成像在被扫描面上并扫描该被扫描面，其特征在于该扫描光学装置具有1个以上带有微细构造光栅的光学面，该微细构造光栅的光栅间隙短于来自该激光光源的光束的波长，该微细构造光栅的排列方向在微细构造光栅面全域为同一方向。
2.根据权利要求1所记述的扫描光学系统，其特征在于上述微细构造光栅的排列方向与入射光束的偏振波面的方向为恒定关系。
3.根据权利要求2所记述的扫描光学系统，其特征在于相对于入射光束的偏振波面，上述微细构造光栅的排列方向包括平行方向、或垂直方向、或45度方向、或者这些方向中的至少2个方向。
4.根据权利要求1所记述的扫描光学系统，其特征在于相对于主扫描面，上述微细构造光栅的排列方向包括平行方向、或垂直方向、或45度方向、或者这些方向中的至少2个方向。
5.一种扫描光学系统，利用偏转装置偏转从多个激光光源射出的光束，利用扫描光学装置使被上述偏转装置偏转了的光束成像在被扫描面上并扫描该被扫描面，其特征在于该扫描光学装置具有1个以上带有微细构造光栅的光学面，该微细构造光栅的光栅间隙短于来自该激光光源的光束的波长，入射到该微细构造光栅的多条光束的偏光方向相互不同，相对于与该多条光束的偏光方向的矢量的合成方向，线对称地配置了该微细构造光栅的排列方向。
6.根据权利要求5所记述的扫描光学系统，其特征在于相对于该微细构造光栅的入射面，入射到上述微细构造光栅的多条光束是P偏振光和S偏振光，该微细构造光栅的排列是扫描面的45度方向。
7.一种图像形成装置，其特征在于具有权利要求1乃至于6的任意一项所记载的扫描光学系统；配置在上述被扫描面的感光体；作为调色剂像显像根据上述扫描光学系统扫描的光束形成在上述感光体上的静电潜像的显像器；在转印材料上转印显像后的调色剂像的转印器；使转印后的调色剂像定影在转印材料上的定影器；将外部设备输入的码数据变换成图像信号并将之输入到该扫描光学系统中的打印机控制器。
全文摘要
提供一种扫描光学系统以及使用了该系统的图像形成装置。该扫描光学系统利用偏转装置(5)偏转从激光光源(1)射出的光束、利用扫描光学装置(6)使被该偏转装置偏转了的光束成像在被扫描面(7)上并扫描该被扫描面，该光学扫描装置具有1个以上带有微细构造光栅(8)的光学面，该微细构造光栅的光栅间隙短于来自该激光光源的光束的波长，且该微细构造光栅的排列方向在微细构造光栅面全域为同一方向。从而对应于入射光束的偏振波面适当地设定微细构造光栅的排列方向，以获得可以降低微细光栅构造的构造性双折射的影响并能够得到良好的光学性能。
文档编号B41J2/44GK1444068SQ0312008
公开日2003年9月24日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月13日
发明者木村一巳 申请人:佳能株式会社