(57)【要約】【課題】焦点位置の光軸上の前後において、メインローブのピーク強度を高い値に維持することができる光源ユニットを提供する。【解決手段】光源ユニット１は、レーザー光を発するレーザー光源１１、レーザー光の波面の一部が入射される位相変調領域と、前記波面の他の一部が入射される非位相変調領域とを含み、位相変調領域において前記レーザー光の位相を変調する位相光学素子１４、及び、位相光学素子１４を透過した光を焦点位置に結像させる結像光学系１５を備える。位相光学素子１４は、焦点Ｆの位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度が、焦点位置から光軸ＡＸ方向に所定距離だけ離間した非焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度よりも小さい又は同等となるよう設定された、前記第１領域及び前記第２領域の面パターンを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光源が発する光の波面の一部が入射される第１領域と、前記波面の他の一部が入射される第２領域とを含み、少なくとも前記第１領域において前記光の位相を変調する位相光学素子と、
前記位相光学素子を透過した光を焦点位置に結像させる結像光学系と、を備え、
前記位相光学素子は、前記焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度が、前記焦点位置から光軸方向に所定距離だけ離間した非焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度よりも小さい又は同等となるよう設定された、前記第１領域及び前記第２領域の面パターンを有する、光源ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光源ユニットにおいて、
前記第１領域及び前記第２領域の面パターンは、
光強度プロファイルにおけるメインローブの、光軸に沿ったピーク強度の分布において、前記焦点位置から光の進行方向に所定距離だけ離間した第１非焦点位置と、前記焦点位置から光の進行方向とは逆方向に所定距離だけ離間した第２非焦点位置とに、前記ピーク強度の山部を有し、前記焦点位置において前記ピーク強度の谷部を有するように設定されている、光源ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光源ユニットにおいて、
前記光源は、拡散光を発する点光源であって、
光軸上において前記光源と前記位相光学素子との間に配置され、前記拡散光を平行光に変換するコリメーターレンズと、
前記焦点位置に向かう光のビーム幅を規制するアパーチァーと、
をさらに備える光源ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の光源ユニットにおいて、
前記第１領域の光軸と直交する方向の面形状が、円形又は楕円形であり、
前記第２領域は、当該第１領域の周囲を囲む円形又は楕円形の輪帯である、光源ユニット。
【請求項５】
請求項３に記載の光源ユニットにおいて、
前記第１領域の光軸と直交する方向の面形状が、円形又は楕円形の輪帯であり、
前記第２領域は、当該第１領域の輪帯の内部領域と、当該第１領域の周囲を囲む円形又は楕円形の輪帯領域とを含む、光源ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の光源ユニットにおいて、
前記内部領域に、さらに前記第１領域が配置されている、光源ユニット。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の光源ユニットにおいて、
前記第１領域を透過した光と前記第２領域を通過した光との位相差がπである、光源ユニット。
【請求項８】
請求項３に記載の光源ユニットにおいて、
前記位相光学素子の光軸と直交する方向の面が、前記光軸を中心として同心円状に複数の輪帯領域に区画され、これら輪帯領域が各々異なる位相変調量を有する、光源ユニット。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項に記載の光源ユニットにおいて、
前記アパーチァーと前記位相光学素子とが一体化されている、光源ユニット。
【請求項１０】
請求項３〜９のいずれか１項に記載の光源ユニットにおいて、
前記光源ユニットから発せられた光を偏向する偏向面を有する偏光器と、
前記偏向面に前記平行光を集光させるシリンドリカルレンズと、をさらに備え、
前記結像光学系は、偏向面で偏向された光を被走査面に結像させる走査レンズを含む、光源ユニット。
【請求項１１】
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体の周面を前記被走査面として光を照射する、請求項１０に記載の光源ユニットと、
を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の焦点位置に光を結像させる機能を備えた光源ユニット、及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばレーザープリンターや複写機等の画像形成装置は、感光体ドラムの周面を走査して静電潜像を形成する光走査装置を備える。光走査装置は、レーザー光を発する光源と、前記レーザー光を偏向するポリゴンミラーと、偏向された前記レーザー光（走査光）を感光体ドラムの周面上に結像させる走査レンズとを含む。
【０００３】
光走査装置において一つの重要なポイントは、ドラム周面に対して十分な光量でレーザー光を照射することである。これにより、安定的な静電潜像がドラム周面に形成される。レーザー光の焦点位置がドラム周面に一致していれば、十分な光量でドラム周面を露光することができる。しかしながら、レンズ等の光学部品の製造誤差や組み付け誤差、或いは環境温度の変動等によって、レーザー光の焦点位置にズレが生じることがある。つまり、レーザー光の焦点位置が、光軸方向においてドラム周面より手前側又は奥側にズレてしまうことがある。この場合、光量が不十分となる。これは、レーザー光のメインローブのピーク強度が、焦点位置において最も強く、焦点位置から光軸方向に離間するに連れて単調に減少する特性があることによる。
【０００４】
特許文献１には、上記のようなレーザー光の特性に鑑みながら、レーザー光の位相を変調する位相光学素子を用い、レーザー光のビームスポット径の変動を焦点位置及びその近傍で抑制する技術が開示されている。これにより深度（デフォーカス）余裕が確保され、焦点位置にある程度のズレが生じても、十分な露光光量を得ることができる。しかしながら、メインローブのピーク強度がデフォーカスと共に単調に減少する特性を前提とする限り、焦点位置のズレに対応できる範囲を大きく拡張することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、焦点位置の光軸上の前後においてメインローブのピーク強度を高い値に維持することができる光源ユニット、及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面に係る光源ユニットは、光を発する光源と、前記光源が発する光の波面の一部が入射される第１領域と、前記波面の他の一部が入射される第２領域とを含み、少なくとも前記第１領域において前記光の位相を変調する位相光学素子と、前記位相光学素子を透過した光を焦点位置に結像させる結像光学系と、を備え、前記位相光学素子は、前記焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度が、前記焦点位置から光軸方向に所定距離だけ離間した非焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度よりも小さい又は同等となるよう設定された、前記第１領域及び前記第２領域の面パターンを有する。
【０００８】
この構成によれば、メインローブのピーク強度がデフォーカスと共に単調に減少しない。このため、設計上は焦点位置が照射対象に定められているが、何らかの理由で焦点位置にズレが生じた場合でも、照射対象を十分な光量で照射することができる。従って、当該光源ユニットを用いた各種装置を、ロバスト性の高い装置とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１領域及び前記第２領域の面パターンは、光強度プロファイルにおけるメインローブの、光軸に沿ったピーク強度の分布において、前記焦点位置から光の進行方向に所定距離だけ離間した第１非焦点位置と、前記焦点位置から光の進行方向とは逆方向に所定距離だけ離間した第２非焦点位置とに、前記ピーク強度の山部を有し、前記焦点位置において前記ピーク強度の谷部を有するように設定されていることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、焦点位置が照射対象に対して光軸方向の前側又は後側のいずれにシフトした場合でも、十分な光量で照射対象を照射することができる。また、メインローブのピーク強度がデフォーカスと共に山部を迎えるポイント（第１又は第２非焦点位置）を有するので、各種の光学設計に、より余裕度を持たせることが可能となる。
【００１１】
上記構成において、前記光源は、拡散光を発する点光源であって、光軸上において前記光源と前記位相光学素子との間に配置され、前記拡散光を平行光に変換するコリメーターレンズと、前記焦点位置に向かう光のビーム幅を規制するアパーチァーと、をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、アパーチァーでビーム幅を規制された平行光を位相光学素子に入射させることができる。これにより、焦点位置におけるビームスポット径を安定させることができる。
【００１３】
上記構成において、前記第１領域の光軸と直交する方向の面形状が、円形又は楕円形であり、前記第２領域は、当該第１領域の周囲を囲む円形又は楕円形の輪帯である構成とすることができる。
【００１４】
或いは、前記第１領域の光軸と直交する方向の面形状が、円形又は楕円形の輪帯であり、前記第２領域は、当該第１領域の輪帯の内部領域と、当該第１領域の周囲を囲む円形又は楕円形の輪帯領域とを含む構成とすることができる。この場合、前記内部領域に、さらに前記第１領域が配置されている構成としても良い。
【００１５】
上記構成において、前記第１領域を透過した光と前記第２領域を通過した光との位相差がπであることが望ましい。この構成によれば、光強度プロファイルにおけるメインローブの、光軸に沿ったピーク強度の分布を、焦点位置を挟んで対称にすることができる。従って、焦点位置が照射対象に対して光軸方向の前側又は後側のいずれにシフトした場合でも、同じ光量で照射対象を照射することができる。
【００１６】
上記構成において、前記位相光学素子の光軸と直交する方向の面が、前記光軸を中心として同心円状に複数の輪帯領域に区画され、これら輪帯領域が各々異なる位相変調量を有する構成としても良い。
【００１７】
上記構成において、前記アパーチァーと前記位相光学素子とが一体化されていることが望ましい。この構成によれば、アパーチァーと位相光学素子との位置調整を簡略化することができ、また、アパーチァーと位相光学素子との位置関係の経時変化を抑制することができる。
【００１８】
上記構成において、前記光源ユニットから発せられた光を偏向する偏向面を有する偏光器と、前記偏向面に前記平行光を集光させるシリンドリカルレンズと、をさらに備え、前記結像光学系は、偏向面で偏向された光を被走査面に結像させる走査レンズを含む構成とすることができる。この構成によれば、当該光源ユニットを、所定の被走査面を走査する光走査装置として活用することができる。
【００１９】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光を照射する上記の光源ユニットとを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、焦点位置の光軸上の前後においてメインローブのピーク強度を高い値に維持することができる光源ユニットを提供できる。このような光源ユニットは、何らかの理由で焦点位置にズレが生じた場合でも、照射対象を十分な光量で照射することができる。従って、当該光源ユニットを用いた各種装置、特に画像形成装置を、ロバスト性の高い装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図２】（Ａ）は、本実施形態に係る位相光学素子の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のIIＢ−IIＢ線断面図、（Ｃ）は光の波面の位相光学素子への入射状況を示す模式図である。
【図３】光強度プロファイルにおけるメインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を示すグラフであって、（Ａ）は比較例に係る分布、（Ｂ）及び（Ｃ）は実施例に係る分布をそれぞれ示している。
【図４】実施例１に係る位相光学素子の面パターン及びその比率を示す正面図である。
【図５】メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布測定に用いた測定光学系を示す光路図である。
【図６】（Ａ）は、実施例１に係る位相光学素子のピーク強度の分布を示すグラフ、（Ｂ）は、（Ａ）のグラフの焦点位置付近の拡大グラフである。
【図７】実施例２に係る位相光学素子の面パターン及びその比率を示す正面図である。
【図８】実施例２に係る位相光学素子のピーク強度の分布を示すグラフである。
【図９】実施例３に係る位相光学素子の面パターン及びその比率を示す正面図である。
【図１０】実施例３に係る位相光学素子のピーク強度の分布を示すグラフである。
【図１１】実施例４に係る位相光学素子の面パターン及びその比率を示す正面図である。
【図１２】実施例４に係る位相光学素子のピーク強度の分布を示すグラフである。
【図１３】実施例５に係る位相光学素子の面パターン及びその区画を示す正面図である。
【図１４】各区画の位相変調量を示す表形式の図である。
【図１５】実施例５に係る位相光学素子のピーク強度の分布を示すグラフである。
【図１６】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図１７】上記画像形成装置に搭載される光走査装置の光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光源ユニット１の概略構成図である。光源ユニット１は、レーザー光を発するレーザー光源１１を含む。このレーザー光は、所定の焦点面ＦＳ（焦点位置）に向けて照射される。焦点面ＦＳは、例えば、当該光源ユニット１が画像形成装置の光走査装置等に適用される場合は、感光体ドラムの周面であり、光ピックアップ装置に適用される場合は、光記録媒体の記録面であり、レーザー加工装置に適用される場合は、加工対象となる物体の表面である。
【００２３】
光源ユニット１は、レーザー光源１１側から焦点面ＦＳに向けて光軸ＡＸ上に１順次配置された、コリメーターレンズ１２、アパーチァー１３、位相光学素子１４及び結像光学系１５を備えている。レーザー光源１１は、所定の波長のレーザー光を発するＬＤ素子と、このＬＤ素子を駆動する回路部品がマウントされた基板とを含む。前記ＬＤ素子から発せられるレーザー光は拡散光であり、レーザー光源１１は実質的に点光源とみなすことができる光源である。
【００２４】
コリメーターレンズ１２は、レーザー光源１１から発せられ拡散するレーザー光を平行光若しくは平行に近い光に変換する。コリメーターレンズ１２の配置位置は、レーザー光源１１と位相光学素子１４との間であり、コリメーターレンズ１２を通過した平行光は位相光学素子１４に入射する。
【００２５】
アパーチァー１３は、レーザー光を通過させる円形の開口を備えた板部材であり、焦点面ＦＳに向かうレーザー光のビーム幅を規制し、焦点位置におけるビームスポット径を安定させる。すなわち、焦点面ＦＳに結像されるビームスポットの形状は、このアパーチァー１３の開口形状によって決定される。本実施形態では、アパーチァー１３は光軸ＡＸ上において位相光学素子１４の上流側に配置されているので、アパーチァー１３は位相光学素子１４へ入射するレーザー光を規制していることになる。なお、アパーチァー１３は位相光学素子１４の下流側に配置しても良い。
【００２６】
位相光学素子１４は、当該位相光学素子１４を通過するレーザー光の位相分布を変調する。この位相光学素子１４については、後記で詳述する。なお、アパーチァー１３と位相光学素子１４とは、同一の保持部材に組み付ける等の手段によって一体化することが望ましい（図５に例示）。この一体化によって、アパーチァー１３と位相光学素子１４との位置調整を簡略化することができ、また、アパーチァー１３と位相光学素子１４との位置関係の経時変化を抑制することができる。
【００２７】
結像光学系１５は、位相光学素子１４を透過した平行なレーザー光を焦点面ＦＳに結像させる。図１では、結像光学系１５が、１枚の凸レンズで構成されている例を示している。結像光学系１５は、１枚又は複数枚の結像レンズ、焦点面ＦＳをレーザー光で走査する場合はポリゴンミラー又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等の偏向部材、光路を屈曲させる反射ミラー等を含んでいても良い。
【００２８】
以上の通り構成された光源ユニット１は、当該光源ユニット１の光学系が作る焦点Ｆが、焦点面ＦＳに合致するように設計される。しかしながら、コリメーターレンズ１２や結像光学系１５に含まれるレンズの製造誤差、各部品の組み付け誤差、或いは環境温度の変動による熱膨張などの影響によって、焦点Ｆが焦点面ＦＳから光軸ＡＸ方向の前後にズレてしまうことがある。この場合、従来の光源ユニットでは、焦点面ＦＳに作られるビームスポットＳａは、合焦時に作られるビームスポットＳｏよりも大きくなり、ビームスポットＳｏの範囲内で比較すると前者の光量は低下する。例えば、焦点面ＦＳが感光体ドラムの周面である場合、前記光量の低下は露光量の不足に繋がり、安定的な静電潜像の描画を阻害する。本実施形態の光源ユニット１は、特定の面パターンを有する位相光学素子１４の貢献によって、焦点Ｆが焦点面ＦＳから多少ズレたとしても、焦点面ＦＳを十分な光量で照射することが可能とされている。
【００２９】
図２（Ａ）は位相光学素子１４の正面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のIIＢ−IIＢ線断面図である。位相光学素子１４の実際の平面形状は矩形であるが、ここではアパーチァー１３の円形開口を通してレーザー光が入射される部分を示している。位相光学素子１４は、光軸ＡＸと直交する面において、レーザー光の位相変調を行う位相変調領域Ａ（第１領域）と、レーザー光の位相変調を行わない非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２（第２領域）とを有している。
【００３０】
位相変調領域Ａの光軸ＡＸと直交する方向の面形状は円形の輪帯である。非位相変調領域Ｂ１の面形状は、位相変調領域Ａの周囲を囲む円形の輪帯である。また、非位相変調領域Ｂ２の面形状は円形であって、位相変調領域Ａの輪帯の内部に位置している。この非位相変調領域Ｂ２の中心が光軸ＡＸに位置合わせされる。非位相変調領域Ｂ２、位相変調領域Ａ及び非位相変調領域Ｂ１は、光軸ＡＸを中心とする同心の円又は輪帯である。
【００３１】
位相光学素子１４は、光透過性の部材で形成され、レーザー光は位相光学素子１４を透過する。ここで、図２（Ｂ）に示すように、位相変調領域Ａの光軸方向の厚さは、非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２の光軸方向の厚さに比較して厚肉である。このような厚肉部は、平坦な基板上へ透光性のフォトマスクを形成することによって形成することができる。上記の肉厚差のため、位相変調領域Ａに入射するレーザー光と、非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２へ入射するレーザー光とでは、位相光学素子１４の透過長が相違することになる。光は物質を透過するときに伝搬速度が遅れるため、肉厚差の分だけレーザー光に位相差が発生する。従って、位相光学素子１４を通過するレーザー光の位相分布が、位相変調領域Ａと非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２との面パターンに応じて変調される。
【００３２】
図２（Ｃ）は、レーザー光の波面の位相光学素子１４への入射状況を示す模式図である。コリメーターレンズ１２の射出面の、光軸ＡＸに対してある像高をもつ点Ｐ１（位相変調領域Ａに対向する点）から出射したレーザー光線Ｌ１（平行光）の波面Ｗ１（光の波面の一部）は、位相変調領域Ａに入射する。一方、点Ｐ１よりも高い像高を持つ点Ｐ２（非位相変調領域Ｂ１）に対向する点）から出射したレーザー光線Ｌ２の波面Ｗ２（光の波面の他の一部）は、非位相変調領域Ｂ１に入射する。位相光学素子１４へ入射する前の段階では、波面Ｗ１と波面Ｗ２との位相は同じである。しかし、それぞれ位相変調領域Ａ、非位相変調領域Ｂ１を透過することで、透過長の相違に基づいて、波面Ｗ１と波面Ｗ２との位相は異なるものとなる。
【００３３】
本実施形態では、位相変調領域Ａを透過した光と非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２を通過した光との位相差がπとなるように、位相変調領域Ａの光軸方向の肉厚が選ばれている。これにより、後述する光強度プロファイルにおけるメインローブの、光軸ＡＸに沿ったピーク強度の分布を、焦点Ｆの位置を挟んで対称にすることができる。従って、焦点Ｆの位置が焦点面ＦＳに対して光軸ＡＸ方向の前側又は後側のいずれにシフトした場合でも、同じ光量で焦点面ＦＳを照射することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、積極的な位相変調を企図していない部分を基準肉厚とし、積極的に位相変調を行う部分を前記基準肉厚よりも厚肉として、前者を非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２、後者を位相変調領域Ａとしている。レーザー光の位相光学素子１４の透過によって位相のシフトは全面的に生じるが、本明細書では、積極的に位相変調を行なわないという意味で、基準肉厚の部分を「非位相変調領域」と呼んでいる。一方、基準肉厚に対して肉厚を変化させ、結果として基準肉厚の部分とは異なる位相シフトを生じさせる部分を「位相変調領域」と呼んでいる。なお、両領域の位相差をπにすることができる限りにおいて、位相変調領域Ａを図２（Ｂ）のように凸状部とせず、逆に凹状部とし、基準肉厚よりも薄肉の部分としても良い。
【００３５】
以上の通り構成された位相光学素子１４において重要となるのが、位相変調領域Ａ及び非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２の面パターン（両者の比率）である。本実施形態の位相光学素子１４は、焦点Ｆの位置におけるレーザー光の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度が、焦点Ｆから光軸方向に所定距離だけ離間した非焦点位置の光強度プロファイルにおけるメインローブのピーク強度よりも小さい又は同等となるよう設定された、位相変調領域Ａ及び非位相変調領域Ｂ１、Ｂ２の面パターンを有する。
【００３６】
図３は、レーザー光の光強度プロファイルにおけるメインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布（以下、単に「ピーク強度分布」ということがある）を示すグラフであって、図３（Ａ）は比較例に係る分布、図３（Ｂ）及び（Ｃ）は実施形態に係る分布をそれぞれ示している。これらのグラフの横軸の深度方向は光軸ＡＸの方向であり、深度方向＝０の点が焦点位置である。また、「プラス」方向は、光の進行方向において焦点位置を超える方向、「マイナス」方向は焦点位置よりも手前の方向である。
【００３７】
図３（Ａ）は、位相光学素子１４を光源ユニットに組み入れない場合、若しくは組み入れたものの、前記面パターンが不適切な場合のピーク強度分布２１を示している。このピーク強度分布２１は、レーザー光のメインローブのピーク強度が焦点位置２１Ｆにおいて最も強く、焦点位置２１Ｆから光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向に離間するに連れて単調に減少している。このようなピーク強度分布２１では、深度（デフォーカス）余裕が少なく、焦点位置２１Ｆが焦点面ＦＳから少しでもズレてしまうと、照射光量が大幅に低下することになる。
【００３８】
これに対し、図３（Ｂ）及び（Ｃ）は、位相光学素子１４に適切な前記面パターンを施与した場合のピーク強度分布を示している。図３（Ｂ）に示すピーク強度分布２２は、レーザー光のメインローブのピーク値が焦点位置２２Ｆにおいて最も高い値を示すだけでなく、焦点位置２２Ｆからプラス方向及びマイナス方向に所定距離だけ離間した第１非焦点位置２２Ｄ１及び第２非焦点位置２２Ｄ２においても、焦点位置２２Ｆと同等の値を示している。
【００３９】
図３（Ｃ）に示すピーク強度分布２３では、レーザー光のメインローブのピーク強度が最も高い値を示すのは、焦点位置２３Ｆではなく、その周辺位置である。すなわち、ピーク強度分布２３は、焦点位置２３Ｆからプラス方向に所定距離だけ離間した第１非焦点位置２３Ｄ１と、マイナス方向に所定距離だけ離間した第２非焦点位置２３Ｄ２とに、ピーク強度の山部を有し、焦点位置２３Ｆにおいてピーク強度の谷部を有している。もちろん、谷部であるとはいえ、焦点位置２３Ｆにおけるメインローブのピーク値は、露光に十分な光量に相当する値である。
【００４０】
図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すようなピーク強度分布２２、２３を有していれば、焦点位置２２Ｆ、２３Ｆが不動の焦点面ＦＳに対して光軸方向の前側又は後側のいずれにシフトした場合でも、十分な光量で焦点面ＦＳを照射することができる。また、図３（Ｃ）に示すピーク強度分布２３によれば、メインローブのピーク強度がデフォーカスと共に山部を迎えるポイント（第１非焦点位置２３Ｄ１又は第２非焦点位置２３Ｄ２）を有するので、各種の光学設計に、より余裕度を持たせることが可能となる。
【００４１】
続いて、上記の図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すようなピーク強度分布２２、２３を得ることができる、位相変調領域（第１領域）及び非位相変調領域（第２領域）の面パターンの各種の実施例を挙げる。
【００４２】
＜実施例１＞
図４は、実施例１に係る位相光学素子１４Ａの面パターン及びその比率を示す正面図である。位相光学素子１４Ａは、光軸ＡＸと直交する面において、円形の輪帯からなる位相変調領域Ａ１と、この位相変調領域Ａ１と同心の２つの非位相変調領域Ｂ１１、Ｂ１２とを有している。非位相変調領域Ｂ１１の面形状は、位相変調領域Ａ１の周囲を囲む円形の輪帯である。非位相変調領域Ｂ１２の面形状は円形であって、位相変調領域Ａ１の輪帯の内部に位置している。この非位相変調領域Ｂ１２の中心が光軸ＡＸに位置合わせされる。
【００４３】
これらの領域の大きさの比は次の通りに設定されている。比較のため、最外層に位置する非位相変調領域Ｂ１１の直径を「１」と扱う。この扱いは、以下の実施例でも同様である。なお、非位相変調領域Ｂ１１の直径は、アパーチァー１３の開口径によって定まる。この非位相変調領域Ｂ１１の直径に対する位相変調領域Ａ１の直径の比は「０．４３」、非位相変調領域Ｂ１の直径の比は「０．１２」である。つまり、各領域を表すシンボルＡ１、Ｂ１１、Ｂ１２を、その直径を表すシンボルとして用いて表すと、
Ｂ１１：Ａ１：Ｂ１２＝１：０．４３：０．１２
となるように設定されている（以下の実施例でも同様の表現態様を用いることとする）。
【００４４】
実施例１に係る位相光学素子１４Ａの、メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を測定した。図５は、前記ピーク強度の分布測定に用いた測定光学系を示す光路図である。この測定系は、図１に示した光源ユニット１と同じ光学部品の配列を備えている（レーザー光源１１及びコリメーターレンズ１２の記載は省いている）。但し、アパーチァー１３と位相光学素子１４Ａとは、これらを各々係止して保持する保持部材１６によって一体化されている。レーザー光源１１として、波長が６７０ｎｍのレーザー光（拡散光）を発するＬＤ素子を備える光源を用いた。このレーザー光をコリメーターレンズ１２によって平行光に変換し、光量が均一な平行光がアパーチァー１３に入射するようにした。アパーチァー１３の開口は、直径４ｍｍの円形開口である。結像光学系１５は１枚の両面凸レンズであり、その焦点距離は６０ｍｍである。この凸レンズと、アパーチァー１３との光軸ＡＸ上の距離は３０ｍｍである。つまり、当該測定光学系は、焦点Ｆと射出瞳との光軸ＡＸ上の距離が１２０ｍｍとなる光学配置を有している。
【００４５】
当該測定光学系が作る光像について、焦点Ｆの位置（深度＝０ｍｍ）及びこの焦点位置からプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスした位置における、メインローブのピーク強度を計測した。図６（Ａ）は、実施例１に係る位相光学素子１４Ａを用いた測定光学系が作る光像のピーク強度の分布を示すグラフ、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のグラフの焦点位置付近の拡大グラフである。ここでは、最も高いピーク値を「１」と扱い、他のピーク値をこれに対する比で表している。
【００４６】
図６（Ａ）から明らかな通り、メインローブのピーク強度は、焦点位置（深度＝０ｍｍ）から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向に離間するに連れて単調に減少していない。つまり、実施例１のピーク強度は、プラス方向又はマイナス方向にある程度だけデフォーカスした位置（深度＝＋２ｍｍ又は−２ｍｍの位置）でも、焦点位置のピーク強度に対して遜色ないピーク強度を備えている。むしろ、図６（Ｂ）に示す通り、焦点位置からデフォーカスするにつれてピーク強度は増加し、深度＝＋１ｍｍ及び−１ｍｍにデフォーカスした位置に、ピーク強度の最大値（山部）が存在している。その分布特性は、焦点位置を挟んでシンメトリーである。この結果から、実施例１に係る位相光学素子１４Ａを用いることで、組み付け誤差や熱膨張等によって焦点Ｆが所定の焦点面（例えば光走査装置では感光体ドラムの周面）から光軸ＡＸ方向の前後にズレたとしても、十分な光量を持った光像を焦点面に作り得ることが確認された。
【００４７】
＜実施例２＞
図７は、実施例２に係る位相光学素子１４Ｂの面パターン及びその比率を示す正面図である。位相光学素子１４Ｂは、光軸ＡＸと直交する面において、円形の面形状を有する位相変調領域Ａ２と、この位相変調領域Ａ２と同心であって、位相変調領域Ａ２の周囲を囲む円形の輪帯の面形状を有する非位相変調領域Ｂ２とからなる。位相変調領域Ａ２の中心が光軸ＡＸに位置合わせされる。この非位相変調領域Ｂ２の直径を「１」とするとき、これに対する位相変調領域Ａ２の直径の比は「０．４５」である。つまり、
Ｂ２：Ａ２＝１：０．４５
となるように設定されている。
【００４８】
図８は、位相光学素子１４Ｂの、メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を示すグラフである。当該ピーク強度の分布においても、焦点位置（深度＝０ｍｍ）から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスするにつれてピーク強度は増加し、深度＝＋２．３ｍｍ及び−２．３ｍｍ程度だけデフォーカスした位置に、ピーク強度の最大値（山部）が存在している。また、当該ピーク強度分布は、焦点位置を挟んで概ねシンメトリーである。すなわち、上記の面パターンを有する位相光学素子１４Ｂによっても、メインローブのピーク強度が、焦点位置から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスしても単調に減少せず、前記ピーク強度を十分な光量レベルに維持できることが確認された。
【００４９】
＜実施例３＞
図９は、実施例３に係る位相光学素子１４Ｃの面パターン及びその比率を示す正面図である。位相光学素子１４Ｃは、実施例１の位相光学素子１４Ａと同様の面パターンを有するが、各領域の直径比が異なる。すなわち、位相光学素子１４Ｃは、光軸ＡＸと直交する面において、円形の輪帯からなる位相変調領域Ａ３と、この位相変調領域Ａ３と同心の２つの非位相変調領域Ｂ３１、Ｂ３２とを有している。非位相変調領域Ｂ３１の面形状は、位相変調領域Ａ３の周囲を囲む円形の輪帯である。非位相変調領域Ｂ３２の面形状は円形であって、位相変調領域Ａ３の輪帯の内部に位置している。この非位相変調領域Ｂ３２の中心が光軸ＡＸに位置合わせされる。非位相変調領域Ｂ３１の直径を「１」とするとき、各領域の直径の比は、
Ｂ３１：Ａ３：Ｂ３２＝１：０．５：０．１５
となるように設定されている。
【００５０】
図１０は、位相光学素子１４Ｃの、メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を示すグラフである。当該ピーク強度の分布においても、焦点位置（深度＝０ｍｍ）から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスするにつれてピーク強度は増加し、深度＝＋２．５ｍｍ及び−２．５ｍｍ程度だけデフォーカスした位置に、ピーク強度の最大値（山部）が存在している。また、当該ピーク強度分布は、焦点位置を挟んで概ねシンメトリーである。すなわち、上記の面パターンを有する位相光学素子１４Ｃによっても、メインローブのピーク強度が、焦点位置から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスしても単調に減少せず、前記ピーク強度を十分な光量レベルに維持できることが確認された。
【００５１】
＜実施例４＞
図１１は、実施例４に係る位相光学素子１４Ｄの面パターン及びその比率を示す正面図である。位相光学素子１４Ｄは、光軸ＡＸと直交する面において、円形の輪帯の面形状の位相変調領域Ａ４１と、この位相変調領域Ａ４１の内部領域に配置された円形の面形状の位相変調領域Ａ４２とを有している。さらに、位相光学素子１４Ｄは、位相変調領域Ａ４１の周囲を囲む円形の輪帯の面形状を有する非位相変調領域Ｂ４１と、位相変調領域Ａ４１及びＡ４２間に配置された円形の輪帯の面形状を有する非位相変調領域Ｂ４２とを有する。これら領域Ａ４１、Ａ４２、Ｂ４１、Ｂ４２は同心であり、位相変調領域Ａ４２の中心が光軸ＡＸに位置合わせされる。非位相変調領域Ｂ４１の直径を「１」とするとき、各領域の直径の比は、
Ｂ４１：Ａ４１：Ｂ４２：Ａ４２＝１：０．７：０．６：０．４
となるように設定されている。
【００５２】
図１２は、位相光学素子１４Ｄの、メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を示すグラフである。当該ピーク強度の分布においても、焦点位置（深度＝０ｍｍ）から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスするにつれてピーク強度は増加し、深度＝＋２．５ｍｍ及び−２．５ｍｍ程度だけデフォーカスした位置に、ピーク強度の最大値（山部）が存在している。また、当該ピーク強度分布は、焦点位置を挟んで概ねシンメトリーである。すなわち、上記の面パターンを有する位相光学素子１４Ｄによっても、メインローブのピーク強度が、焦点位置から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスしても単調に減少せず、前記ピーク強度を十分な光量レベルに維持できることが確認された。
【００５３】
＜実施例５＞
図１３は、実施例５に係る位相光学素子１４Ｅの面パターン及びその比率を示す正面図である。上記の実施例では、位相変調領域を透過した光と非位相変調領域を通過した光との位相差がπとなる例を示した。この実施例５では、位相差＝πではない例を示す。位相光学素子１４Ｅは、光軸ＡＸと直交する面において、光軸ＡＸを中心として同心円状に複数の輪帯領域に区画され、これら輪帯領域が異なる位相変調量を有するという面パターンを有している。詳しくは、位相光学素子１４Ｅは、中心円である領域１と、その外側に順次同心で配置され、径方向幅が同一の輪帯領域２〜８とを有し、これら領域１〜８に、図１４に示す位相変調量が割当てられている。領域１〜７が位相変調領域であり、領域８が非位相変調領域である。領域１〜７は、互いに全てが異なる位相変調量を有しているのではなく（勿論、そのような態様であっても良い）、領域２〜４、領域６及び７は同じ位相変調量を有する。従って、領域２〜４からなる領域、領域６及び７からなる領域は、それぞれ１つの輪帯領域と扱うことができる。
【００５４】
図１５は、位相光学素子１４Ｅの、メインローブの光軸に沿ったピーク強度の分布を示すグラフである。当該ピーク強度の分布は、深度＝−１．５ｍｍ付近の位置に谷部を有し、深度＝＋１．５ｍｍ及び−４．０ｍｍ付近の位置に、ピーク強度の最大値（山部）が存在する分布である。このような面パターンを有する位相光学素子１４Ｅによっても、メインローブのピーク強度が、焦点位置から光軸に沿ってプラス方向及びマイナス方向にデフォーカスしても単調に減少しない分布特性が得られることが確認された。
【００５５】
以上例示した実施例１〜５の位相光学素子を用いた光源ユニット１によれば、当該光源ユニットが作る光像のメインローブのピーク強度が、デフォーカスと共に単調に減少しない。このため、設計上は焦点Ｆの位置が焦点面ＦＳに定められているが、何らかの理由で焦点位置にズレが生じた場合でも、焦点面ＦＳを十分な光量で照射させることができる。従って、当該光源ユニット１を用いた各種装置を、ロバスト性の高い装置とすることができる。
【００５６】
続いて、上述の光源ユニット１が適用される装置の一例として、画像形成装置を例示して説明する。図１６は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置３の概略断面図である。画像形成装置３は、感光体ドラム３１（像担持体）、帯電器３２、光走査装置３３、現像器３４、転写ローラー３５、定着器３６及び給紙カセット３７を備えている。
【００５７】
感光体ドラム３１は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム３１は、図略のモーターからの駆動力を受けて、図１６における時計回りの方向に回転される。帯電器３２は、感光体ドラム３１の周面を略一様に帯電する。
【００５８】
光走査装置３３は、レーザーダイオードを有するレーザー光源、偏向体、走査レンズ及び光学素子（上記の光源ユニット１に相当）を含む。光走査装置３３は、帯電器３２によって略一様に帯電された感光体ドラム３１の周面（被走査面）に対して、画像データに応じたレーザー光を照射して、画像データの静電潜像を形成する。
【００５９】
現像器３４は、静電潜像が形成された感光体ドラム３１の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像器３４は、トナーを担持する現像ローラー、及びトナーを攪拌しつつ搬送するスクリューを含む。転写ローラー３５は、感光体ドラム３１の下方に配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。感光体ドラム３１の周面に担持されたトナー像は、給紙カセット３７から繰り出され搬送路３８を搬送される記録紙に、前記転写ニップ部において転写される。
【００６０】
定着器３６は、ヒーターを内蔵する定着ローラー３６１と、該定着ローラー３６１と定着ニップ部を形成する加圧ローラー３６２とを備える。前記定着ニップ部を、トナー像の転写された記録紙が通過することにより、トナー像が記録紙に定着される。
【００６１】
図１７は、光走査装置３３の概略的な光路図である。光走査装置３３は、レーザー光源４１、コリメーターレンズ４２、アパーチァー４３、位相光学素子４４、シリンドリカルレンズ４５、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー４６（偏向器）及び走査レンズ４７（結像光学系）を備えている。ここで、レーザー光源４１、コリメーターレンズ４２、アパーチァー４３及び位相光学素子４４は、それぞれ、上述の光源ユニット１（図１）における、レーザー光源１１、コリメーターレンズ１２、アパーチァー１３及び位相光学素子１４に相当する光学部材であるので、ここでは詳細な説明を省く。なお、位相光学素子４４としては、上記実施例１〜５のいずれかの面パターンを有する位相光学素子を用いることができる。
【００６２】
シリンドリカルレンズ４５は、位相光学素子４４から出射されたレーザー光を主走査方向に長い線状光に変換してＭＥＭＳミラー４６に結像させる。ＭＥＭＳミラー４６は、前記レーザー光を反射して偏向すると共に、偏向したレーザー光によって感光体ドラム３１の周面３１Ｓ（被走査面、上述の焦点面ＦＳに相当する面）を走査させる。ＭＥＭＳミラー４６には、該ＭＥＭＳミラー４６を軸回りに回転揺動させる駆動機構が付設されるなお、ＭＥＭＳミラー４６に代えてポリゴンミラーを用いても良い。走査レンズ４７は、ｆθ特性を有するレンズであり、ＭＥＭＳミラー４６によって偏向されたレーザー光を集光し、感光体ドラム３１の周面３１Ｓに結像させる。
【００６３】
この光走査装置３３においては、アパーチァー４３及び位相光学素子４４が組み込まれているので、深度余裕が確保される。このため、焦点位置が光軸のプラス方向又はマイナス方向にある程度の範囲でズレたとしても、感光体ドラム３１の周面３１Ｓを十分な光量で走査することができる。
【００６４】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、次のような変形実施形態を取ることができる。
【００６５】
（１）上記実施形態では、位相光学素子１４の位相変調部と非位相変調部との面パターンが、円形形状部と円形の輪帯形状部との組み合わせによって形成されている例を示した。これは、位相光学素子１４を通過する光線束が断面円形であることを前提として定められた面パターンである。前記光線束の断面形状が楕円形である場合は、面パターンは楕円形状部と楕円形の輪帯形状部との組み合わせによって形成することができる。この場合、上記実施例１〜５で示した直径比を、楕円の短軸及び長軸のそれぞれに適用して面パターンを設定することができる。
【００６６】
（２）上記実施形態では、光源ユニット１の適用対象として、画像形成装置３を例示した。この他、光源ユニット１は、光記録媒体にレーザー光を照射して情報を書き込む光ピックアップ装置や、各種のレーザー光を利用した加工装置等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  光源ユニット
１１、４１  レーザー光源
１２、４２  コリメーターレンズ
１３、４３  アパーチァー
１４、１４Ａ〜１４Ｅ  位相光学素子
１５  結像光学系
１６  保持部材
３  画像形成装置
３１  感光体ドラム（像担持体）
３１Ｓ  周面
４６  ｆθレンズ（結像光学系）
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４１、Ａ４２  位相変調領域（第１領域）
Ｂ１、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２、Ｂ３１、Ｂ３２、Ｂ４１、Ｂ４２  非位相変調領域（第２領域）
【図１】
2015028564.tif 000003
【図２】
2015028564.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015028564.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015028564.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015028564.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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