专利名称：光学元件、具有该光学元件的扫描光学系统以及图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的光学元件、和具有该光学元件的扫描光学系统。另外，本发明更优选地用于诸如激光束打印机、数字复印机和具有电子照相处理过程的多功能打印机的图像形成设备，该图像形成设备通过光偏转器(偏转装置)偏转从光源装置发出的光束，并通过包括具有fθ特征和设置有微观结构光栅的光学元件的扫描光学装置，对待扫描的表面进行光学扫描，从而记录图像信息。
背景技术：
在传统的诸如激光束打印机(LBP)的扫描光学系统中，从光源装置发出的根据图像信号进行光学调制的光束被包括如多角镜的光偏转器周期性地偏转，并且在感光记录介质的表面上被聚焦为圆点形状，以便通过具有fθ特征的扫描光学单元对记录介质的表面进行光学扫描，由此执行图像记录。
图11是传统的扫描光学系统的主扫描方向上的主要部分断面图(主扫描断面图)。
在图中，标号91表示包括例如半导体激光器的光源单元。标号92表示聚光透镜，该聚光透镜把从光源单元91发出的散射光束转换为基本上平行的光束。标号93表示孔径光阑，该孔径光阑把穿过的光束限制定形为其光束形状。标号94表示柱面透镜，该柱面透镜具有仅在次扫描方向的预定的放大率，并在次扫描部分中，把已穿过孔径光阑93的光束在下面要讨论的光偏转器95的偏转表面(反射表面)95a上基本上聚焦为线性图像。
标号95表示作为偏转单元的光偏转器，该光偏转器包括，例如有四边结构，并通过如电动机的驱动单元(未展示)沿图中箭头A的方向以恒速旋转的多角镜(旋转多角镜)。
标号96表示用作具有聚光功能和fθ特征的扫描光学单元的扫描透镜系统。该扫描透镜系统96包括第一和第二扫描透镜96a和96b这两个扫描透镜，在用作待扫描表面的感光鼓表面97上，通过光偏转器95基于图像信息的反射和偏转聚焦光束，并在次扫描部分中建立在光偏转器95的偏转表面95a和感光鼓表面97之间的变化关系，从而得到倾斜修正功能。
在图中，由半导体激光器91发出的散射光束通过柱面透镜92被转换为基本上平行的光束，且穿过孔径光阑93的光束被限定为由孔径光阑93定形的光束形状。然后，基本上平行的光束进入柱面透镜94。在主扫描部分上的基本上平行的光束，在进入柱面透镜94中和出来时一样仍然是基本上平行的光束。另外，在次扫描部分上的基本上平行的光束会聚，并在光偏转器95的偏转表面95a上被基本上聚焦为线性图像(线性图像在主扫描方向中是纵向的)。然后，在光偏转器95的偏转表面95a上反射和偏转的光束，通过第一和第二扫描透镜96a和96b在感光鼓表面97上被聚焦为圆点形状，并通过光偏转器95沿箭头A的方向旋转而对感光鼓表面97沿箭头B的方向以相同的速度进行光学扫描。从而，在用作记录介质的感光鼓表面97上执行图像记录。
然而，上述传统扫描光学系统有下述问题。
近年来，用塑料制品制作扫描光学系统的扫描光学单元变得普遍起来，使用塑料制品容易形成和制作非球形表面形状。然而，在塑料透镜中，因为技术原因和涉及到成本的原因，在这些透镜的表面上施加抗反射涂层是困难的。因此，在每一个透镜表面会出现菲涅耳(Fresnel)反射。
图12是展示当光束进入如折射率为n＝1.524的树脂光学单元时P-偏振光反射率和S-偏振光反射率与角度的关系的说明图。如图中所示，在每一个光学表面(透镜表面)上的菲涅耳反射范围，取决于入射角度，从百分之(％)几到10％甚至更多。
因此，在没有抗反射涂层的透镜表面上产生的菲涅耳反射光在其它透镜表面反射，最终到达待扫描表面而变成重影。
例如，作为第一种情形，对于轴向光束，菲涅耳反射光分别在第一和第二扫描透镜96a和96b的入射表面和出射表面中的任意两个表面之间多次反射，并到达待扫描表面97。
作为第二种情形，当如图11所示，第一和第二扫描透镜96a和96b的、离光偏转器95较近的透镜表面96a1具有凹面形状，且入射光束近乎垂直时，在该透镜表面96a1上的菲涅耳反射光返回到光偏转器95，并在光偏转器95的偏转表面(反射表面)95a上被反射通过扫描光学单元96。随后，菲涅耳反射光到达待扫描表面97而变成重影。取决于激光束打印机(LBP)的图像形成系统，当重影光数量超过正常光束的大约1％时，图像的劣化就很明显。
另外，作为第三种情形，在待扫描表面上的一个位置上设置的感光鼓(感光体)的表面97上反射的表面反射光，可以在第一和第二扫描透镜96a和96b的入射表面和出射表面的任意一个上被反射，并再次返回到感光鼓而变成闪光。具有非常大影响的表面是靠近待扫描表面97的第二扫描透镜96b的出射表面96b2。
直到现在，由于这些情形，为了减少重影光的影响，调整放大率的分布来设计扫描光学系统，以便在待扫描表面上不会聚集重影光。结果，就限制了设计的自由度。
作为另一种方法，在例如日本专利申请特开平No.2000-206445和2001-66531中提出了最优化大量传输的光的方法。
在日本专利申请特开平No.2000-206445中，通过适当设定在扫描光学单元中提供的衍射光栅表面的衍射效率来尝试解决该问题。即，设定想要的放大率分布以便校正色差放大倍率或焦距来把光栅切割为想要的间距，并适当地设定在衍射光栅表面上的光栅高度(深度)，由此，从轴上到轴外对所使用的衍射光(初始衍射光)的衍射效率进行改变，这一改变抵消了在其它衍射表面上产生的透射率的改变。
然而，使用这种方法，当减少所使用的衍射光的衍射效率时，另一顺序(也指不必要的衍射光)的衍射光增加了。除非通过适当地提供光屏蔽墙等挡住光，否则增加的另一顺序的衍射光到达待扫描表面变成闪光，成为图像劣化的一个因素。
日本专利申请特开平No.2001-66531披露了通过设计出返回镜的位置和到感光鼓的入射角度，不允许在待扫描表面上的一个位置设置的感光鼓的表面上反射的表面反射光返回到扫描透镜的条件。然而，这也成为在设计期间对部件(光学元件)的设置的一个约束。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够减少会导致闪光和重影的透镜表面上的菲涅耳(表面)反射的光学元件、和具有该光学元件的扫描光学系统。
另外，本发明的一个目的是提供一种不用增加的额外的步骤如涂敷就能够减少在透镜表面的菲涅耳反射的光学元件、和具有该光学元件的扫描光学系统。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种光学元件，该光学元件在至少一个光学表面上设置有微观结构光栅，其特征在于微观结构光栅包含具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于微观结构光栅是第0顺序的光栅。
根据本发明的第三方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于光学表面是透镜表面、偏转表面或镜面，且光学表面的形状是平面或曲面。
根据本发明的第四方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于微观结构光栅是与形成光学表面的衬底一体形成的。
根据本发明的第五方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构基于微观结构光栅的光栅间距、光栅深度和光栅常数中至少一个的改变。
根据本发明的第六方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于微观结构的材料包括透明树脂材料或玻璃材料。
根据本发明的第七方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于，把设置有微观结构光栅上的光学表面的每一个入射角度中反射率的最大值设为Rmax时，满足下列条件Rmax≤1(％)。
根据本发明的第八方面，在根据第一方面的光学元件中，该光学元件特征在于微观结构光栅的光栅间距小于基于当光束进入到微观结构光栅中时的最大入射角度θmax而确定的光栅间距Pmax。
根据本发明的第九方面，提供一种光学系统，其特征在于包括根据第一方面的光学元件。
根据本发明的第十方面，提供一种扫描光学系统，包括用于偏转由光源单元发出的光束的偏转单元；和用于把由偏转单元偏转的光束引导到待扫描表面上的扫描光学单元，其中，该扫描光学单元具有在一个或多个光学表面上设置有微观结构光栅的光学元件，且该微观结构光栅包含具有与进入该光学元件的光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
根据本发明的第十一方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，扫描光学单元具有至少一个折射光学元件，和在折射光学元件的至少一个折射表面上设置有具有与在整个扫描区域上的光束的入射角度相对应的抗反射作用的微观结构光栅。
根据本发明的第十二方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，为了抑制在扫描光学单元中的两个光学表面之间产生的多个表面反射束到达待扫描表面，在两个光学表面中的任一个或两个上设置微光结构光栅。
根据本发明的第十三方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，在设置有微观结构光栅的光学表面上，扫描光学单元的光学表面上的入射角度变成最大。
根据本发明的第十四方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，在扫描光学单元的光学表面中最靠近偏转单元的表面上设置有微观结构光栅。
根据本发明的第十五方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，微观结构光栅的表面设置在扫描光学单元的光学表面中最靠近待扫描表面的表面上。
根据本发明的第十六方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，把在其上设置有微观结构光栅的光学表面的每一个视角中反射率的最大值设设为Rmax，满足下列条件Rmax≤1(％)。
根据本发明的第十七方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，与进入到光学元件中的光束的入射角度相对应的抗反射作用，基于根据光束穿过微观结构光栅的表面到达预定的图像高度的位置中的入射角度，光栅间距、光栅深度和光栅常数的至少一个的改变。
根据本发明的第十八方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，组成扫描光学单元的光学元件由透明树脂材料构成，且在该光学元件的一个或多个光学表面上设置有具有抗反射作用的微观结构光栅。
根据本发明的第十九方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，在其上设置有微观结构光栅的光学表面，是在扫描光学单元的光学元件的光学表面中，进入光学元件的光束的入射角度中改变最大的表面。
根据本发明的第二十方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，在扫描单元的所有光学表面上设置有微观结构光栅。
根据本发明的第二十一方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，微观结构光栅是第0顺序光栅。
根据本发明的第二十二方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，与进入到光学元件中的光束的入射角度相对应的抗反射作用，是由于根据在光束穿过上述微观结构光栅的表面而到达预定的图像高度的位置中的入射角度，微观结构光栅的扫描中心和扫描外围的光栅间距、光栅深度和光栅常数的任一个或多个的不同。
根据本发明的第二十三方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，微观结构光栅的光栅间距小于基于当光束进入到微观结构光栅中时的最大入射角度θmax而确定的光栅间距Pmax。
根据本发明的第二十四方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，微观结构光栅在球形表面、非球形表面、旋转的不对称的弯曲表面、或旋转的不对称的衍射表面的光学表面上形成。
根据本发明的第二十五方面，在根据第十方面的扫描光学系统中，该扫描光学系统特征在于，微观结构光栅在平面形状的光学表面上形成。
根据本发明的第二十六方面，提供一种图像形成设备，其特征在于包括根据第十方面的扫描光学系统；在待扫描表面上设置的感光体；用于对由上述扫描光学系统扫描的光束在上述感光体上形成的作为色剂图像的静电潜像进行显影的显影器件；用于对在其上具有传送图像的材料上已显影的色剂图像进行传送的传送器件；以及用于对在其上具有传送图像的材料上的已传送的色剂图像进行定影的定影器件。
根据本发明的第二十七方面，提供一种图像形成设备，其特征在于包括根据第十方面的扫描光学系统；以及用于把从外部装置输入的代码数据转换为图像信号，并在扫描光学系统中输入图像信号的打印机控制器。
图1是本发明的实施方式1的主扫描断面图；图2是本发明的实施方式1的微观结构光栅的示意图；图3是展示本发明的实施方式1的光栅间距和入射角度之间关系的说明图；图4是展示本发明的实施方式1的透射率和入射角度之间关系的说明图；图5是本发明的实施方式2的主扫描断面图；图6是展示本发明的实施方式2的光栅和透射率之间关系的说明图；图7是展示本发明的实施方式2的图像高度和反射率之间关系的说明图；图8是本发明的实施方式3的主扫描断面图；图9是展示本发明的实施方式3的光栅深度和透射率之间关系的说明图；图10是展示使用本发明的扫描光学系统的图像形成设备(电子照相打印机)的结构的实例的次扫描断面图；图11是传统扫描光学系统的主扫描断面图；图12是展示P偏振光反射率和投射率与入射角度的关系的说明图。
具体实施例方式
(实施方式1)本发明的光学元件是至少在光学表面的一面上设置有微观结构光栅的光学元件，其中，该微观结构光栅包括具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
本发明的光学元件可应用于诸如照相系统、投影系统和图像形成系统的各种光学系统，该光学系统中入射角度从元件的中心部分到外围部分发生变化。
下面，结合图1至4描述本发明的光学元件应用于扫描光学系统的实施方式1。图1是在本发明的扫描光学系统的实施方式1的主扫描方向中的主要部分断面图(主扫描断面图)。
注意，在本说明书中，把光束通过偏转单元被反射和偏转的(偏转和扫描)的方向定义为主扫描方向，把垂直于扫描光学单元和主扫描方向的方向定义为次扫描方向。
在图中，标号1表示包括例如半导体激光器的光源单元。标号2表示聚光透镜(准直透镜)，该聚光透镜把从光源装置1发出的散射光束转换为基本上平行的光束或会聚光束。
标号3表示孔径光阑，该孔径光阑把通过的光束限制定形为其光束形状。标号4表示柱面透镜，该柱面透镜具有仅在次扫描方向的预定的放大率，并在次扫描部分中的下面要讨论的光偏转器5的偏转表面(反射表面)上，把已穿过孔径光阑3的光束基本上聚焦为线性图像。
标号5表示作为偏转单元的光偏转器，该光偏转器包括，例如有四边结构， 并通过如电动机的驱动单元(未展示)沿图中箭头A的方向以恒速旋转的多角镜(旋转多角镜)。
标号6表示用作具有聚光功能和fθ特征的扫描光学单元的扫描透镜系统。该扫描透镜系统6包括由塑料材料(透明树脂材料)制造的第一和第二扫描透镜(调焦元件)6a和6b这两个扫描透镜，在待扫描表面7上通过光偏转器5基于图像信息的反射和偏转聚焦光束，并且在次扫描部分中建立在光偏转器5的偏转表面5a和待扫描表面7之间的变化关系，从而得到倾斜修正功能。
注意来自光源单元1的光束可以不使用上述的光学元件2、3和4而直接进入光偏转器5。
在本实施方式中，第一和第二扫描透镜6a和6b这两个扫描透镜的每一个透镜表面包括图1所展示的主扫描部分中的球形表面或非球形表面形状的弯曲表面。在垂直于主扫描部分的次扫描部分中，采用已知的从轴上(扫描中心)到轴外(扫描外围)曲率变化的特定的非球形表面形状作为基本形状。
在本实施方式中，由透明树脂材料或玻璃材料构成的微观结构光栅8在第一扫描透镜6a的入射表面(最靠近光偏转器5的表面)6a1和出射表面6a2，以及第二扫描透镜6b的入射表面6b1和出射表面(最靠近待扫描表面7的表面)6b2的整个表面上形成。
该微观结构光栅8包括具有与进入扫描透镜的光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构，并减少在待扫描表面7上的来自扫描光学单元6的透镜表面的反射光的入射。
在本实施方式中，由半导体激光器1发出的散射光束通过准直透镜2被转换为基本上平行的光束，且穿过孔径光阑3的光束被限制为由孔径光阑3定形的光束形状，并进入到柱面透镜4。在主扫描部分上的基本上平行的光束，在进入柱面透镜4中和出来时一样仍然是基本上平行光束。另外，在次扫描部分中的基本上平行的光束会聚，并在光偏转器5的偏转表面5a上被基本上聚焦为线性图像(线性图像在主扫描部分中是纵向的)。然后，在光偏转器5的偏转表面5a上，反射和偏转的光束通过第一和第二扫描透镜6a和6b，在待扫描表面7上被聚焦为圆点形状，并且通过沿箭头A的方向旋转光偏转器5，从而对待扫描表面7沿箭头B的方向以相同的速度进行光学扫描。因此，在用作记录介质的待扫描表面7上执行图像记录。
在该情形中，为了对用作待扫描表面7的感光鼓表面进行光学扫描之前调整在感光鼓表面扫描的开始位置的时刻，在光偏转器(多角镜)5的偏转表面5a上反射和偏转的部分光束(BD光束)，通过设置成与扫描透镜6a和6b分离的BD透镜(未图示)，在BD缝隙(未图示)上被聚光，然后被引导到BD传感器(未图示)。接着，使用通过检测来自BD传感器(未图示)的输出信号而得到的写位置检测信号(BD信号)，在感光鼓表面7上调整图像记录的扫描开始位置的时刻。
在本实施方式中，用作光源的半导体激光器1被设置成使进入扫描光学单元6的光束基本上成为P-偏振光。即，半导体激光器1被设置成水平横向模式方向，使得与待扫描表面7基本上平行。
如上所述，在本实施方式中，在扫描光学单元6的第一扫描透镜6a的入射表面6a1和出射表面6a2以及扫描光学单元6的第二扫描透镜6b的入射表面6b1和出射表面6b2的整个表面上，采用特定的非球形表面形状作为基本形状，且在其中的表面上形成图2所示的微观结构光栅8。
在本实施方式中，在组成扫描光学单元6的扫描透镜6a和6b的光学表面上的整个扫描区域(在视图的扫描角度中)中形成第0顺序光栅的微观结构光栅8。
另外，可以在穿过BD光束的BD透镜(未图示)的入射表面上设置为抑制菲涅耳(表面)反射的微观结构光栅。
因此，在本实施方式中，能够随意控制反射率(和透射率)，并且，适当调整在扫描光学单元6的第一扫描透镜6a的入射表面6a1和出射表面6a2之间、以及在扫描光学单元6的第二扫描透镜6b的入射表面6b1和出射表面6b2之间发生的菲涅耳(表面)反射，就能抑制到达待扫描表面7的、在两个透镜表面之间产生的多次表面反射光束，且减少到达待扫描表面7的闪光和重影光。
在本实施方式中，设微观结构光栅8上的透镜表面的每一个视点角度上的反射率的最大值为Rmax，则Rmax被设置为满足下列条件Rmax≤1(％)…(A)Rmax偏离上面的条件表达式(A)是不希望的，因为要减少到达待扫描表面7的闪光和重影光会变得困难。
此外，在本实施方式中，可以在对到达待扫描表面7的闪光和重影光影响最大的一个光学表面(具有最大入射角(入射角上变化最大)的表面等)上设置微观结构光栅8。另外，可以设置一个或多个微观结构光栅8。设置有微观结构光栅8的表面可以是球形表面、非球形表面，或者旋转不对称的弯曲表面，旋转不对称的衍射表面或旋转不对称的平面。
另外，在如上分别描述的本实施方式中，尽管在第一扫描透镜6a的入射表面6a1和出射表面6a1、以及第二扫描透镜6b的入射表面6b1和出射表面6b1的透镜表面的两面上设置有微观结构光栅8，本发明并不限于此，当仅在透镜表面的任一面上设置有微观结构光栅8时，也能够获得本发明的效果。
如图2所示，微观结构光栅8具有重复结构，在该结构中光栅部分81和非光栅部分82的两个部分按照一维方向(主扫描方向)排列。若光栅部分81和非光栅部分82的一个周期的长度被设为光栅间距P，且光栅常数设为F，则光栅部分81的排列方向中的长度L表示为L＝F×P。另外，光栅深度设为D。注意微观结构光栅8可以由形成光学表面的衬底(玻璃衬底或透明树脂衬底)一体形成。
作为微观结构光栅8，选择满足所谓的第0顺序光栅的条件的光栅间距P。微观结构光栅8被称为SWS(次波结构)，该微观结构光栅8具有比普通的衍射光栅的小一到两位数字的光栅间距，并以使用没有衍射作用的第0顺序光作为目标。
如果因为微观结构光栅8而只允许存在第0顺序衍射光，则消除了在第0顺序光之外的方向中的光的发射，且反射光最后消失了。其中的原理在日本公报No.03-70201(日本专利申请特开平No.58-174906)中披露。
第0顺序光栅是在一个周期形状的微观结构光栅中第0顺序光之外不产生衍射光的光栅(参见美国光学协会卷11，第10号/1994年10月/J.Opt.Soc.Am.A p2695)。
通常，在周期结构光栅中，在满足下列衍射条件表达式的衍射角上产生衍射光P(Ns·sinθm-Ni·sinθi)＝mλ…(1)其中，P是光栅间距，Ni是在入射侧面上的(结构光栅的介质的)折射率，θi是入射角度，θm是第m顺序衍射角度，Ns是在出射侧面上的(结构光栅的介质的)折射率，m是衍射顺序，λ是要使用的波长。从条件表达式(1)可明显看出，衍射角度θm≥θ1(M＝1)。作为对+第一顺序的不产生衍射光的条件，美国光学协会指出，因为θ+1≥90°…(2)在垂直入射时，下列表达式是第0顺序光栅的条件P＜λ/(Ns+Ni·sinθi)…(3)此外，在大部分轴外的时间，θ+1是90度或更大，且光栅间距P变得比间距Pa更小。在入射角度不是0度时，有必要使光栅间距P小更多。
在本实施方式中，若把来自光束穿过微观结构光栅8到达在待扫描表面7上的预定图像的高度的中心位置y光栅的间距设为Py，来自光源单元1的光束的波长设为λ，在位置y的光束入射角度设为θi，在微观结构光栅8的入射侧面上的介质的折射率设为Ni，且微观结构光栅8的出射侧面上的介质的折射率设为Ns，则满足下列条件Py＜λ/(Ns+Ni·sinθi)…(4)图3是在曲线图形式的说明图中展示，当透镜的材料的折射率n和要使用的波长λ分别被设为1.524和780mm时，光栅间距P相对于入射角度θi是如何变化的。曲线图展示了满足第0顺序光栅的最大间距。对于比这个最大间距更小的间距，不会生成第0顺序光之外的衍射光。据此，可以看到，如果入射角度θi为0，即，在垂直入射的情形下微观结构光栅的光栅间距P为0.5μm，微观结构光栅就可作为第0顺序光栅使用。然而，如果入射角度θi为45°，则第0顺序光栅的条件不满足微观结构光栅的光栅间距P的0.5μm的条件。可以看到在对于入射角度θi为45°的第0顺序光栅中，光栅间距P需要小于0.35μm。
在本实施方式中的扫描光学系统中，扫描光学单元6的每一个透镜表面，即，第一透镜6a的入射表面6a1和出射表面6a2、以及第二透镜6b的入射表面6b1和出射表面6b2中的每一个透镜表面的入射光束的入射角度θi取决于透镜表面上的位置y。这样，就能够确定在每一个透镜表面上不同的地方满足第0顺序光栅的最大间距。
即，若把进入到微观结构光栅8的光束的最大入射角度设为θymax时而确定的光栅间距被设为Pymax的时候，微观结构光栅8更优选由满足下列条件的光栅间距P组成P＜Pymax…(5)这样，如果最大入射角度θymax被设定为45°，因为Pymax≈0.35μm，选择光栅间距P小于Pymax就足够了。
下面，将描述上面提到的光栅常数F。已知，如果具有光学各向同性的材料被作为比分子大得多而比光的波长更小的粒子整齐地排列，则光栅可作为双折射的结构。在光学原理iii(P1030，Tokai大学出版社)中指出，如图2所示在光栅的排列方向中断面形状是矩形形状的所谓的矩形光栅，能够被成型为带有细光栅部分81和非光栅部分82的平行的平感光板的集合体。
据此，从光栅常数F以及光栅部分81和非光栅部分82的材料的折射率可以看到，与在光栅排列方向和垂直于光栅排列方向相对应的两个轴，显示了不同的折射率。这样，如果确定了光栅的排列方向和所使用的激光的偏振方向，就能定义光栅常数F。
在本实施方式中，微观结构光栅是按光栅排列方向与光束的偏转方向一致而组成的，即，光栅的槽垂直于光束的偏转方向。因为在前面描述中光束的偏振方向是P-偏振(在图1中平行于纸面的方向；光束的偏转方向)，为了避免双折射结构的影响，使光栅的排列方向与光束的偏振方向成平行或垂直关系就足够了。
在本实施方式中，微观结构光栅被优化成无论入射角度如何，在第0顺序光的P-偏振的光的透射率中的改变变小了。结果，设定要使用的波长λ＝780μm，扫描透镜的材料的折射率n＝1.524，光栅间距P＝0.3μm，光栅常数F＝0.65，光栅深度D＝0.16μm，就得到了微观结构光栅的形状。相应于这一光栅形状的入射角度的P-偏振的光的透射率特性(视角与透射率的关系)在图4中展示。
即，对于在光学元件(扫描透镜)上的入射角度在0°到45°的范围的透射率为99.8％或更大。换句话说，菲涅耳反射率最大为0.2％。可以看到在图12的传统的实例中，P-偏振的光的反射率被提高到1/20或少于大约4％，即，对图像上的闪光只有轻微的影响的1％或更少。
在本实施方式中，根据在穿过微观结构光栅8到达预定图像高度，从而在每一个透镜表面生成菲涅耳反射的光束变少的位置处的入射角度来确定光栅间距、光栅深度、和光栅常数。因此，减少了到达待扫描表面7的闪光和重影光，并且，可以提供能够执行满意的图像输出的扫描光学系统。另外，在本实施方式中，在待扫描表面7上大的区域中照度的分布是基本上均匀的。
此外，如果在光栅间距、光栅深度和光栅常数中确定了一个或多个元素，就能够基本上实现目的。
另外，在本实施方式中，第一和第二扫描透镜6a和6b这两个扫描透镜的每一个透镜表面，在主扫描部分中以球形表面形状或非球形表面形状形成，且在次扫描部分中，采用已知的的其中曲率从轴上到轴外变化的特定的非球形表面形状作为基本形状。然而，透镜表面并不限于这一形状，只要需要可以采用任一形状，例如，可以使用所谓的具有为了把在待扫描表面7上的偏转光束聚焦为圆点形状而以相同速度(fθ特征)对待扫描表面7进行光学扫描的功能的fθ透镜。
另外，尽管在本实施方式中光源单元1由单束激光器组成，但光源单元不限于此，例如，可以使用其中单一芯片的多束激光的光学路径的合成多束光源，或者具有多个光发出部分的由束合成单元等合成的单束激光。
此外，在本实施方式中，半导体激光器配置成，进入扫描光学单元6的光束基本上成为P-偏振的光。然而，半导体激光器1的设置并不限于此，例如，可以随意设定S-偏振的光的入射方向或偏振方向，而且，微观结构光栅8的形状可以更优选地以与进入扫描光学单元6的光束的偏振方向成直线地组成。
在本实施方式中，已描述了具有矩形断面形状的光栅的微观结构被按一维方向排列。然而，微观结构并不限于此，可以更优化地选择以下排列，具有如三角形、梯形或波纹形状的断面形状的光栅的微观结构被按一维方向排列，或者具有诸如像三角锥的多角锥、像三棱柱的多棱柱、圆锥或圆柱的断面形状的光栅的微观结构被不仅按一维而且按二维排列。
作为透镜表面上的构成方法，可以在注入成型以形成透镜的模子中雕刻微观结构光栅的形状。
另外，在本实施方式中扫描光学透镜6是由两个透镜组成，但扫描光学透镜6并不限于此，也可以由例如一个或三个或更多的透镜组成。
(实施方式2)图5是本发明的实施方式2在主扫描方向中的主要部分断面图(主扫描断面图)。在图中，对与图1中所示的相同的元件赋予相同的标号。
本实施方式与上述实施方式1不同之处是，其中的微观结构光栅8只在扫描光学单元16的第一透镜16a的入射表面16a1的表面上形成。结构的其它部分和光学作用与实施方式1基本上相同，由此得到相同的效果。
即，在图中，标号16表示作为具有聚光功能和fθ特征的扫描光学单元的扫描透镜系统。该扫描透镜系统16包括用塑料材料制造的第一和第二扫描透镜16a和16b这两个扫描透镜，在待扫描表面7上通过光偏转器5基于反射和偏转的图像信息聚焦光束，并且在次扫描部分中建立在光偏转器5的偏转表面5a和待扫描表面7之间的变化关系，从而获得倾斜修正功能。
在本实施方式中，第一和第二扫描透镜16a和16b这两个扫描透镜的透镜表面，包括图5所展示的主扫描部分中的球形表面或非球形表面的弯曲表面形状。在垂直于主扫描部分的次扫描部分中，采用已知的从轴上(扫描中心)到轴外(扫描外围)曲率变化的特定的非球形表面形状作为基本形状。
在本实施方式中，如上所述，只在扫描光学单元16的第一扫描透镜16a的入射表面16a1的表面上形成微观结构光栅8。
在本实施方式中的微观结构光栅8的形状如下设定，要使用的波长λ＝780nm，折射率n＝1.524。
首先，根据在实施方式1中所述的相同原因，设定光栅间距P为0.3μm。另外，与实施方式1一样，设定光栅深度D为0.16。
其次，如下所述设定光栅常数F。图6展示了在微观结构光栅8的光栅常数F和对于入射角度θi为0°、30°、45°的情形中第0顺序光栅的透射光的数量之间的试验关系的结果(角度特征对光栅F)。根据该结果，如果确定了入射角度θi，通过适当地设定光栅常数F就能够得到任意的透射率和反射率。
另一方面，在本实施方式的扫描光学系统中，在透镜表面上的位置y确定在扫描光学单元16的第一透镜16a的入射表面16a1上的入射光束的入射角度θi。基于这一结果，对与在第一透镜16a的入射表面16a1的透镜表面上的位置y的入射角度θi相关的光栅常数F进行优化是足够的，这样就减少了对任意图像高度的在扫描光学单元16的第一透镜16a的入射表面16a1上的菲涅耳反射光。
换句话说，通过根据光束穿过微观结构光栅8到达预定图像高度的位置的入射角度，设定不同的微观结构光栅8的轴上(扫描中心)和轴外(扫描外围)的光栅常数F，就能够实现反射率的最优化。
图7展示了由上述程序得到的反射率最优化的结果。在图中，展示了扫描光学单元16的第一透镜16a的入射表面16a1的(表面)反射率。
因此，对在第一透镜16a的入射表面16a1上发生的菲涅耳反射光上的闪光和重影光，例如，<1>在第一透镜16a的入射表面16a1上的菲涅耳反射光返回到光偏转器5，并且在光偏转器5的偏转表面(反射表面)5a上被反射，穿过扫描光学单元6之后到达待扫描表面7的重影光，以及<2>在第一透镜16a的入射表面16a1和出射表面16a2的两个表面之间多次反射，并到达待扫描表面7的重影光能够被有效地减少。
(实施方式3)
图8是本发明的实施方式3在主扫描方向中的主要部分断面图(主扫描断面图)。在图中，对与图1中所示的相同的元件赋予相同的标号。
本实施方式与上述实施方式1不同之处是，其中的微观结构光栅8只在扫描光学单元26的第二透镜26b的出射表面26b2的表面上形成。结构的其它部分和光学作用与实施方式1基本上相同，由此得到相同的效果。
即，在图中，标号26表示作为具有聚光功能和fθ特征的扫描光学单元的扫描透镜系统。该扫描透镜系统16包括用塑料材料制造的第一和第二扫描透镜26a和26b这两个扫描透镜，在待扫描表面7上通过光偏转器5基于反射和偏转的图像信息聚焦光束，并且在次扫描部分中建立在光偏转器5的偏转表面5a和待扫描表面7之间的变化关系，从而获得倾斜修正功能。
在本实施方式中，第一和第二扫描透镜26a和26b这两个扫描透镜的透镜表面，包括图8所展示的主扫描部分中的球形表面或非球形表面的弯曲表面形状。在垂直于主扫描部分的次扫描部分中，采用已知的从轴上(扫描中心)到轴外(扫描外围)曲率变化的特定的非球形表面形状作为基本形状。
在本实施方式中，只在扫描光学单元26的第二扫描透镜26b的出射表面26b2的表面上形成微观结构光栅8。
在本实施方式中的微观结构光栅8的形状如下假定，要使用的波长λ＝780nm，折射率n＝1.524。
首先，根据在实施方式1中所述的相同原因，设定光栅间距P为0.3μm。另外，与实施方式1一样，设定光栅常数F为0.65。
其次，如下所述设定光栅深度D。图9展示了在微观结构光栅8的光栅深度D和对于入射角度θi为0°、30°、45°的情形中第0顺序光栅的透射光的数量之间的试验关系的结果(角度特征对光栅深度D)。根据该结果，如果确定了入射角度θi，通过适当地设定光栅深度D就能够得到任意的透射率。
另一方面，在本实施方式的扫描光学系统中，在透镜表面上的位置y中，确定在扫描光学装置26的第二透镜26b的出射表面26b2上的入射光束的入射角度θi。基于这一结果，对与在出射表面26b2的透镜表面上的位置y的入射角度θi相关的光栅深度D进行优化是足够的，这样就减少了对任意图像高度的在扫描光学单元26的第二透镜26b的出射表面26b2上的菲涅耳反射光。
换句话说，通过根据光束穿过微观结构光栅8到达预定图像高度的位置的入射角度，设定不同的微观结构光栅8的轴上(扫描中心)和轴外(扫描外围)的光栅深度D，就能够实现透射率和反射率的最优化。
因此，对在第二透镜26b的出射表面26b2上发生的菲涅耳反射光上的闪光和重影光，例如，<1>在待扫描表面7上反射的，以及在第二透镜26b的出射表面26b2上反射的表面反射光再次返回到待扫描表面7的闪光，以及<2>在第二透镜26b的入射表面26b1和出射表面26b2的两个表面之间多次反射并到达待扫描表面7的重影光能够被有效地减少。
另外，在上述实施方式2和3中，通过取决于光束穿过微观结构光栅8到达预定图像高度的位置的入射角度，设定不同的微观结构光栅8的轴上(扫描中心)和轴外(扫描外围)的光栅常数F和光栅深度D，就能够实现透射率的最优化。然而，最优化并不限于此，例如，通过使所有的光栅间距P、光栅深度D和光栅常数F不同，可以实现最优化。
另外，如果根据光束穿过微观结构光栅8到达预定图像高度的位置的入射角度改变光栅间距、光栅深度和光栅常数中至少一个，本发明的目的就能够基本上实现。
(图像形成设备)图10展示的是，使用上述实施方式1、2和3的扫描光学系统的图像形成设备(电子照相打印机)的实施方式在次扫描部分中的主要部分断面图。在图10中，标号104表示图像形成设备。代码数据Dc从如个人计算机的外部设备117上输入到该图像形成设备104。该代码数据Dc由设备中的打印机控制器111转换为图像数据(点数据)Di。该图像数据Di被输入到具有在实施方式1、2和3的每一个中展示结构的光学扫描单元100中。然后，根据图像数据Di调制的光束103从该光学扫描单元(扫描光学系统)100中发出，且感光鼓101的感光表面被该光束103在主扫描方向上扫描。
用作静电潜像承载元件(感光元件)的感光鼓101被电动机115顺时针旋转。然后，根据该旋转，感光鼓101的感光表面相对于在垂直于主扫描方向的次扫描方向中的光束103移动。用于向感光鼓101的表面均匀地充电的充电滚筒102设置在上述感光鼓101上面，以便紧邻感光鼓101的表面。另外，由上述光学扫描单元100扫描的光束103照射在由充电滚筒102充电的感光鼓101的表面上。
如上所述，由于基于图像数据Di调制光束103，通过其上的光束103的照射而在感光鼓101的表面上形成静电潜像。该静电潜像由被设置在比感光鼓101的旋转部件中的上述光束103的照射位置更后部的、以便与感光鼓101紧邻的显影元件107显影为色剂图像。
由显影元件107显影的色剂图像通过设置在与感光鼓101下面的相对的位置的传送滚筒(传送元件)108，被传送到作为在其上具有传送图像的材料的纸112上。尽管纸112被存储在感光鼓101的前面的纸盒109(图10中的右侧)中，也可以手动提供纸112。进纸滚筒110被设置在纸盒109的末端，把纸盒109中的纸112送进运送路径。
如上所述，其上具有要传送的未定影色剂图像的纸112接着被运送进感光鼓101后面的定影元件(图10中左侧)。该定影元件由其中具有定影加热器(未展示)的定影滚筒113和用作与该定影滚筒113压紧接触的压力滚筒114组成，并在把从传送部分运送来的纸112压入定影滚筒113和压力滚筒114的压触部分时加热，从而定影在纸112上的未定影色剂图像。而且，出纸滚筒116被设置在定影滚筒113后面，把其上具有定影图像的纸112送出到图像形成设备的外面。
尽管在图10中没有示出，打印机控制器不仅执行上述的数据转换，也对诸如电动机115和光学扫描单元100中的多边形电动机等的、在图像形成设备中的每一个单元进行控制。
根据本发明，设置有包括具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构的微观结构光栅的光学元件，被应用于上述的扫描光学系统，由此能够得到可以减少在透镜表面上的导致闪光和重影光的菲涅耳(表面)反射的光学元件、和具有该光学元件的扫描光学系统。
另外，根据本发明，不用增加额外的步骤如上述的涂敷，就能够得到可以减少在透镜表面上的菲涅耳反射的光学元件，和具有该光学元件的扫描光学系统。
权利要求
1.一种光学元件，该光学元件在至少一个光学表面上设置有微观结构光栅，其特征在于上述微观结构光栅包含具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于上述微观结构光栅是第0顺序光栅。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于上述光学表面是透镜表面、偏转表面或镜面，且上述光学表面的形状是平面或曲面。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于上述微观结构光栅是与形成上述光学表面的衬底一体形成的。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的上述结构基于上述微观结构光栅的光栅间距、光栅深度和光栅常数中至少一个的改变。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于上述微观结构的材料包括透明树脂材料或玻璃材料。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，把设置有上述微观结构光栅的上述光学表面的每一个入射角度中反射率的最大值设为Rmax，满足下列条件Rmax≤1(％)。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，上述微观结构光栅的光栅间距小于基于当光束进入到上述微观结构光栅中时的最大入射角度θmax而确定的光栅间距Pmax。
9.一种光学系统，其特征在于包括根据权利要求1所述的光学元件。
10.一种扫描光学系统，包括用于偏转由光源装置发出的光束的偏转装置；和用于把由上述偏转装置偏转的光束引导到待扫描表面上的扫描光学装置，其中，上述扫描光学装置具有在一个或多个光学表面上设置有微观结构光栅的光学元件，且上述微观结构光栅包含具有与进入上述光学元件的光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
11.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于上述扫描光学装置具有至少一个折射光学元件，和在上述折射光学元件的至少一个折射表面上设置有具有与在整个扫描区域上的光束的入射角度相对应的抗反射作用的微观结构光栅。
12.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，为了抑制在上述扫描光学装置中的两个光学表面之间产生的多个表面反射束到达上述待扫描表面，在上述两个光学表面中的任一个或两个上设置上述微观结构光栅。
13.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅设置在光学表面上，在该光学表面上，上述扫描光学装置的上述光学表面上的入射角度变成最大。
14.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，在上述扫描光学装置的上述光学表面中最靠近上述偏转装置的表面上设置有上述微观结构光栅。
15.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅的表面设置在上述扫描光学装置的上述光学表面中最靠近上述待扫描表面的表面上。
16.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，把在其上设置有上述微观结构光栅的上述光学表面的每一个视角中反射率的最大值设为Rmax，满足下列条件Rmax≤1(％)。
17.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，与进入到上述光学元件中的光束的入射角度相对应的上述抗反射作用，基于根据光束穿过上述微观结构光栅的表面到达预定的图像高度的位置中的入射角度，光栅间距、光栅深度和光栅常数的至少一个的改变。
18.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，组成上述扫描光学装置的上述光学元件由透明树脂材料构成，且在上述光学元件的一个或多个光学表面上设置有具有抗反射作用的微观结构光栅。
19.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，在其上设置有上述微观结构光栅的上述光学表面，是在上述扫描光学装置的上述光学元件的上述光学表面中，进入上述光学元件的光束的入射角度中改变最大的表面。
20.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，在上述扫描光学装置的所有上述光学表面上设置有上述微观结构光栅。
21.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅是第0顺序光栅。
22.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，与进入到上述光学元件中的光束的入射角度相对应的上述抗反射作用，是由于根据在光束穿过上述微观结构光栅的表面而到达预定的图像高度的位置中的入射角度，上述微观结构光栅的扫描中心和扫描外围的光栅间距、光栅深度和光栅常数的任一个或多个的不同。
23.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅的光栅间距小于基于当光束进入到上述微观结构光栅中时的最大入射角度θmax而确定的光栅间距Pmax。
24.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅在球形表面、非球形表面、旋转的不对称的弯曲表面、或旋转的不对称的衍射表面的光学表面上形成。
25.根据权利要求10所述的扫描光学系统，其特征在于，上述微观结构光栅在平面形状的光学表面上形成。
26.一种图像形成装置，其特征在于包括根据权利要求10所述的上述扫描光学系统；在上述待扫描表面上设置的感光体；用于对由上述扫描光学系统扫描的光束在上述感光体上形成的作为色剂图像的静电潜像进行显影的显影器件；用于对在其上具有传送图像的材料上已显影的色剂图像进行传送的传送器件；以及用于对在其上具有传送图像的材料上的已传送的色剂图像进行定影的定影器件。
27.一种图像形成装置，其特征在于包括根据权利要求10所述的上述扫描光学系统；以及用于把从外部装置输入的代码数据转换为图像信号，并在上述扫描光学系统中输入图像信号的打印机控制器。
全文摘要
提供一种光学元件、具有该光学元件的扫描光学系统以及图像形成设备。目的在于，获得能够减少在透镜表面上的导致闪光和重影的菲涅耳(表面)反射的光学元件和具有该光学元件的扫描光学系统。为此，提供一种在至少一个光学表面上设置有微观结构光栅的光学元件，该微观结构光栅包括具有与光束的入射角度相对应的抗反射作用的结构。
文档编号G02B1/11GK1602433SQ0282464
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月3日 优先权日2001年12月17日
发明者木村一己 申请人:佳能株式会社