(57)【要約】【課題】結像光学系の光学面に微視的なうねりがある場合でも、サイドローブが閾値を超えるのをできるだけ抑制することができる走査光学系及びプリンターを提供する。【解決手段】レーザービームにおけるビーム中心軸及びその近傍の光束以外の光束のうちの一部に対して所定の位相差を持たせるように作用する第１領域３ｂを射出側の光学面に有するコリメートレンズ３が、レーザー光源１からポリゴンミラー６までにおけるレーザービームの光路上に、配置されるように、走査光学系を構成する。また、このような走査光学系が内蔵されるように、レーザービームプリンターを構成する。【選択図】図３
2004191967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられたレーザービームを偏向器によって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系であって、
前記光源と前記偏向器との間の光路上に、コリメートレンズを備え、
前記コリメートレンズの何れか一方の光学面は、
前記光源から発せられるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、
前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、
前記中央領域及び第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域と
を有し、
前記第１の位相差は、位相差ゼロを含まず、
前記第２の位相差は、位相差ゼロを含むとともに、前記第１の位相差とは異なる値である
ことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
前記第１外側領域の光学面が、前記中央領域の光学面に対し、レンズ厚が薄くなる方向にシフトしている場合における前記第１の位相差の極性を正としたとき、その第１の位相差が、以下の条件式(1)及び(2)、
cosθ≦０          ---(1)
０＜θ＜１０π     ---(2)
を満足するθ[rad]である
ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
【請求項３】
前記第２外側領域の光学面が、前記中央領域の光学面に対し、レンズ厚が薄くなる方向にシフトしている場合における前記第２の位相差の極性を正としたとき、前記第２の位相差が、以下の条件式(3)乃至(5)、
０．９≦cosθ’    ---(3)
０≦θ’＜１０π   ---(4)
θ＜θ’           ---(5)
を満足するθ’[rad]である
ことを特徴とする請求項２記載の走査光学系。
【請求項４】
前記第１外側領域の光学面が、前記中央領域の光学面に対し、レンズ厚が薄くなる方向にシフトしている場合における前記第１の位相差の極性を正としたとき、その第１の位相差が、以下の条件式(6)及び(7)、
cosθ≦０          ---(6)
−１０π＜θ＜０   ---(7)
を満足するθ[rad]である
ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
【請求項５】
前記第２外側領域の光学面が、前記中央領域の光学面に対し、レンズ厚が薄くなる方向にシフトしている場合における前記第２の位相差の極性を正としたとき、前記第２の位相差が、以下の条件式(8)乃至(10)、
０．９≦cosθ’    ---(8)
−１０π＜θ’≦０ ---(9)
θ’＜θ           ---(10)
を満足するθ’[rad]である
ことを特徴とする請求項４記載の走査光学系。
【請求項６】
前記コリメートレンズは、前記第１及び第２外側領域を複数組備えている
ことを特徴とする請求項３，４又は５記載の走査光学系。
【請求項７】
前記コリメートレンズは、前記第１及び第２外側領域を二組備えている
ことを特徴とする請求項６記載の走査光学系。
【請求項８】
前記ビーム中心軸に最も近い位置にある前記第１外側領域は、前記中央領域の外側においてこれと隣接している
ことを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の走査光学系。
【請求項９】
前記ビーム中心軸に最も近い位置にある前記第２外側領域は、前記第１外側領域の外側においてこれと隣接している
ことを特徴とする請求項３乃至８の何れかに記載の走査光学系。
【請求項１０】
前記各第１及び第２外側領域は、前記中央領域から離れる方向に向かって、交互に配置されている
ことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の走査光学系。
【請求項１１】
前記各第１外側領域のうちの前記レーザービームが入射する領域の面積の総和をＳ’とし、前記各領域を有する光学面の有効口径により示される範囲内を通過するレーザービームにおけるビーム中心軸に直交する断面の面積をＳとしたとき、以下の条件式(11)、
０．０３＜(Ｓ’／Ｓ)＜０．３    ---(11)
を満足する
ことを特徴とする請求項８，９又は１０記載の走査光学系。
【請求項１２】
前記コリメートレンズは、開口絞りとしての遮蔽部分を有し、その開口部分に、前記中央領域及び前記各外側領域を、有する
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の走査光学系。
【請求項１３】
前記結像光学系は、反射面を含む光学系である
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の走査光学系。
【請求項１４】
光源から発せられたレーザービームを偏向器によって動的に偏向するとともに動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系を、備えるプリンターであって、
前記光源と前記偏向器との間の光路上に、コリメートレンズを備え、
前記コリメートレンズの何れか一方の光学面は、
前記光源から発せられるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、
前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、
前記中央領域及び第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域と
を有し、
前記第１の位相差は、位相差ゼロを含まず、
前記第２の位相差は、位相差ゼロを含むとともに、前記第１の位相差とは異なる値である
ことを特徴とするプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光ドラムの表面に静電潜像を形成するための走査光学系と、このような走査光学系が内部に組み込まれたプリンターとに、関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、レーザービームプリンターやファクシミリやコピー機などの印刷装置には、走査光学系が組み込まれている。走査光学系は、画像情報に従って変調されたレーザービームを回転多面鏡によって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって感光ドラムの表面上に収束させることにより、感光ドラムを走査する。走査された感光ドラムの表面（走査対象面）には、複数のドットが静電潜像として描画される。
【０００３】
一般に、走査対象面に入射するレーザービームの強度分布は、完全なガウス分布とはなっておらず、レーザービームの光路中に設けられた開口（アパーチャー）での回折現象により、メインビームの周囲にメインビームより光量の低い幾つかの光の輪（サイドローブ）を有していることが、知られている。また、このサイドローブの強度が、メインビームの中心強度の約６％を超えると、サイドローブが感光ドラムを感光させて、黒スジと呼ばれる印字不良をハーフトーン印字時に発生させることも、知られている（特許文献１参照）。但し、結像光学系が理想的な状態では、サイドローブの強度は、メインビームの中心強度の４％程度であるため、黒スジは発生しない。
【特許文献１】特開平０９−０８０３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、結像光学系の光学面に微視的なうねりがあると、うねりの部分をレーザービームが通過した際に、サイドローブの強度が変化する。その変化によってサイドローブの強度が閾値を超えてしまうと、ハーフトーン印字時に黒スジが発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、結像光学系の光学面に或る程度の微視的なうねりが生じている場合でも、サイドローブの強度が閾値を超えることをできるだけ抑制することができる走査光学系及びプリンターを、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために発明された走査光学系，及び、上記の課題を解決するために発明されたプリンターに組み込まれる走査光学系は、何れも、以下に記述されるように、構成されている。
【０００７】
すなわち、本発明による走査光学系は、光源から発せられたレーザービームを偏向器によって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系であって、前記光源と前記偏向器との間の光路上に、コリメートレンズを備え、前記コリメートレンズの何れか一方の光学面は、前記光源から発せられるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、前記中央領域及び第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに、透過する光束に対し、前記中央領域を透過した光束との間に所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域とを有し、前記第１の位相差は、位相差ゼロを含まず、前記第２の位相差は、位相差ゼロを含むとともに、前記第１の位相差とは異なる値であることを、特徴としている。
【０００８】
このように構成されると、第１及び第２外側領域をそれぞれ透過した後の光束の第１及び第２の位相差が、適宜設定され、且つ、第１及び第２外側領域の大きさが、適宜選択されていれば、走査対象面に入射するレーザービームのサイドローブの強度を、メインビームの中心強度の２％強にまで抑えることができる。従って、サイドローブの強度が、結像光学系の光学面の微視的なうねりに因って数％程度上昇したとしても、閾値を超えることがない。その結果、ハーフトーン印字時の黒スジの発生が抑えられる。また、第１及び第２の位相差が設定された位相シフト構造を、別体の位相シフト素子ではなくコリメートレンズのレンズ面に設けることにより、位相シフト素子の調整が不要となり、ビームスポットの対称性が崩れることを防止できる。
【０００９】
また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、第１外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、中央領域を透過したレーザービームとの間に位相差ゼロを含まない特定の位相差θ［rad］を付与し、然も、このθが、以下の条件式(1)及び(2)、
cosθ≦０          ---(1)
０＜θ＜１０π     ---(2)
を満足することが好ましく、或いは、以下の条件式(6)及び(7)、
cosθ≦０          ---(6)
−１０π＜θ＜０   ---(7)
を満足することが好ましい。前者及び後者の何れの場合であっても、整数をＮとしたとき、第１の位相差θがπ×(２Ｎ−１)[rad]に近くなるほど、サイドローブ低減の効果がある。また、条件式(1)及び(6)の上限を上回ると、サイドローブを低減する効果が薄れる。さらに、条件式(2)の上限を上回ると、中央領域のレンズ厚に比べて第１外側領域のレンズ厚が小さくなりすぎる。また、条件式(7)の下限を下回ると、中央領域でのレンズ厚に比べて第１外側領域でのレンズ厚が大きくなりすぎる。
【００１０】
さらに、第１外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、上記条件式(1)及び(2)を満足する第１の位相差θ[rad]を付与する場合、第２外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、中央領域を透過したレーザービームとの間に位相差ゼロを含む特定の位相差θ’［rad］を付与し、然も、そのθ’が、以下の条件式(3)乃至(5)、
０．９≦cosθ’    ---(3)
０≦θ’＜１０π   ---(4)
θ＜θ’           ---(5)
を満足することが好ましい。また、第１外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、上記条件式(6)及び(7)を満足する第１の位相差θ[rad]を付与する場合、第２外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、中央領域を透過したレーザービームとの間に位相差ゼロを含む特定の位相差θ’［rad］を付与し、然も、そのθ’が、以下の条件式(8)乃至(10)、
０．９≦cosθ’    ---(8)
−１０π＜θ’≦０ ---(9)
θ’＜θ           ---(10)
を満足する第２の位相差θ’[rad]を付与することが好ましい。前者及び後者の何れの場合であっても、整数をＭとしたとき、その第２の位相差θ’が２π×Ｍ[rad]に近くなるほど、中心強度の減少を抑えられる。また、条件式(3)及び(8)の下限を下回ると、サイドローブを低減する効果が薄れるとともに、中心強度の減少量も大きくなる。また、条件式(4)の上限を上回ると、中央領域でのレンズ厚に比べて第２外側領域でのレンズ厚が小さくなりすぎる。また、条件式(9)の下限を下回ると、中央領域でのレンズ厚に比べて第２外側領域でのレンズ厚が大きくなりすぎる。また、条件式(5)及び(10)を満たすことにより、中央領域に対して第１及び第２外側領域の張り出す方向が同じ方向となるので、コリメートレンズの金型が加工し易くなる。
【００１１】
ところで、各第１外側領域が、条件式(1)及び(2)を満たす第１の位相差をレーザービームに対して付与するとともに、各第２外側領域が、条件式(3)乃至(5)を満たす第２の位相差をレーザービームに対して付与する場合、若しくは、各第１外側領域が、条件式(6)及び(7)を満たす第１の位相差をレーザービームに対して付与するとともに、各第２外側領域が、条件式(8)乃至(10)を満たす第２の位相差をレーザービームに対して付与する場合、各第１外側領域の面積の総和は、適切に設定されることが望ましい。例えば、各第１外側領域のうちの前記レーザービームが入射する領域の面積の総和をＳ’とし、レーザービームにおけるビーム中心軸に直交する断面の面積をＳとしたとき、以下の条件式(11)、
０．０３＜Ｓ’／Ｓ＜０．３  ---(11)
を満足するように、設定することができる。なお、このような設定条件において、下限を下回るとサイドローブを低減させる効果が小さくなり、逆に、上限を上回るとメインビームの中心強度の減少量が大きくなる。
【００１２】
また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、コリメートレンズは、第１及び第２外側領域を一組備えていても良いし、複数組備えていても良いが、第１及び第２外側領域の数が多数になると、それだけ光学面に段差が増えて光量が損失する。従って、コリメートレンズが備える第１及び第２外側領域は、二組程度までとする方が好ましい。複数組備えている場合には、各第１及び第２外側領域を、中央領域から離れる方向に向かって交互に配置し、かつ、第２外側領域を最も外側に配置することが望ましい。
【００１３】
また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、コリメートレンズには、開口絞りとして機能する遮蔽部分を一体に有していても良い。この場合、コリメートレンズと開口絞りとの位置ずれによるビームスポットの対称性が崩れることを防止できる。
【００１４】
なお、本発明による走査光学系において、結像光学系は、ｆθレンズ等を用いた透過型であっても良いし、ｆθミラー等を用いた反射型であっても良い。また、偏向器は、回転多面鏡であっても良いし、ガルバノミラーであっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明によれば、結像光学系の光学面に或る程度の微視的なうねりが生じている場合でも、サイドローブが閾値を超えることをできるだけ抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下に説明する第１乃至第３の実施形態は、本発明による走査光学系を、レーザービームプリンターに適用した例を示すものである。
【実施形態１】
【００１７】
＜レーザービームプリンターの概略構成＞
まず、このレーザービームプリンターの概略構成を、図１の側面構成図に基づいて説明する。このレーザービームプリンターは、外部のパーソナルコンピュータ等に接続されて使用されるとともに、このパーソナルコンピュータ等から送信されてきた印字データ（画像データを含む）を連続紙（ファンフォールド紙）Ｐ上に印字するものである。
【００１８】
図１において、この感光ドラム１２の周囲には、時計回りに、帯電部１３，反射ミラー１１，現像部１４，及び転写部１５が順に設けられている。そして、感光ドラム１２が図中時計回りに回転すると、先ず、帯電部１３が感光ドラム１２の表面を帯電させる。次に、反射ミラー１１が、レーザースキャニングユニット（ＬＳＵ）１０から印字データに応じて出射された走査光（変調光）を、感光ドラム１２に向けて反射し、この感光ドラム１２の表面に静電潜像を形成する。次に、現像部１４がこの静電潜像にトナーを付着させて、トナー像として顕像化する。次に、転写部１５が、ファンフォールド紙Ｐ上にこのトナー像を転写する。
【００１９】
このファンフォールド紙Ｐは、レーザービームプリンターの供給口Ａから排出口Ｂまで引き通された連続紙であり、その両側縁には、一定ピッチで送り孔（図示略）が開けられている。トラクタ１６は、この送り孔に嵌合する突起１６ａが多数形成されたベルトコンベアであり、この突起１６ａによって、ファンフォールド紙Ｐを感光ドラム１２の回転周速と同一速度で搬送する。
【００２０】
このトラクタ１６によって搬送されるファンフォールド紙Ｐの下流側には、このファンフォールド紙Ｐを両面側から挟み込んで圧接するヒートロール１７及びプレスロール１８が設けられている。このヒートロール１７は、その内部に発熱用のハロゲンランプ１９を内蔵しており、図示せぬモータによってファンフォールド紙Ｐの搬送速度と同一の回転周速で回転駆動される。一方、プレスロール１８は、一定圧力でヒートロール１７に圧接しており、ヒートロール１７の回転により回転駆動される。従って、ファンフォールド紙Ｐのトナー像が転写されている部分がこのヒートロール１７とプレスロール１８との間を通過すると、トナーが熱と圧力によって押し潰されてファンフォールド紙Ｐ上に溶着されて、トナー像が定着されるのである。
【００２１】
＜ＬＳＵの光学構成＞
次に、ＬＳＵ１０に内蔵されている走査光学系について、説明する。図２は、走査光学系の概略的な光学構成図である。図２に示されるように、この走査光学系は、レーザー光源１，カバーガラス２，コリメートレンズ３，開口絞り４，シリンドリカルレンズ５，ポリゴンミラー６，及びｆθレンズ群７を、備えている
。
【００２２】
レーザー光源１から発散光として射出されるレーザービームは、カバーガラス２を透過後、コリメートレンズ３を透過することによって断面楕円形の平行光に変換される。平行光に変換されたレーザービームは、開口絞り４及びシリンドリカルレンズ５を順に経て、等角速度で回転するポリゴンミラー６の反射面によって動的に偏向される。ポリゴンミラー６により偏向されたレーザービームは、結像光学系であるｆθレンズ群７（焦点距離１３５．５ｍｍ）を構成する第１乃至第３レンズ７ａ〜７ｃを順に透過することにより、走査対象面Ｓ上を露光するスポット光として収束され、ポリゴンミラー６の回転に伴って感光ドラム１２の表面（走査対象面）Ｓ上を主走査方向に沿って等速度に走査する。スポット光は、走査対象面Ｓ上に線状の軌跡（走査線）を描くが、走査対象面Ｓ自体が、主走査方向に直交する副走査方向へ等速度で移動されるので、走査対象面Ｓ上には、複数の走査線が等間隔に形成される。また、このように走査対象面Ｓ上で繰り返し走査されるレーザービームは、図示せぬ変調器（又はレーザー光源１そのもの）により、画像情報に従ってオンオフ変調されているので、走査対象面Ｓ上には、複数のドットからなる二次元状の画像が描画される。
【００２３】
なお、シリンドリカルレンズ５を透過したレーザービームは、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー６で反射され、ｆθレンズ群７の収束パワーによって走査対象面Ｓ上にて収束されるが、副走査方向においては、シリンドリカルレンズ５の収束パワーによってポリゴンミラー６の反射面近傍で一旦収束され、発散光としてｆθレンズ群７に入射し、ｆθレンズ群７の収束パワーによって再び走査対象面Ｓ上に収束される。このとき、ポリゴンミラー６の反射面近傍と走査対象面Ｓとがｆθレンズ群７によって副走査方向において光学的に共役となっているために、ポリゴンミラー６の各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による走査対象面Ｓ上の走査位置の副走査方向へのずれが、補正され
る。
【００２４】
＜コリメートレンズ＞
次に、コリメートレンズ３について、説明する。図３は、コリメートレンズ３を透過するレーザービームの光路を示す断面図である。表１は、カバーガラス２とコリメートレンズ３の近軸における具体的な数値構成を示す。
【００２５】
【表１】
2004191967.tif 000003
この表１において、記号NOは面番号を示す。具体的には、第１面及び第２面はカバーガラス２を、第３面及び第４面はコリメートレンズ３を、それぞれ示す。なお、記号Ｐは、光学面ではなく、レーザーの発光点を示す。また、記号Ｒは、光軸上での光学面の曲率半径（単位は[mm]）であり、記号ｄは、次の光学面までの光軸上での距離（単位は[mm]）であり、記号ｎは、設計波長780nmでの各レンズの屈折率である。また、コリメートレンズ３の焦点距離は、９．００ｍｍであり、開口数ＮＡは、０．３０である。
【００２６】
このような数値構成を有するコリメートレンズ３の入射側の光学面は、回転対称な非球面として形成されている。
【００２７】
その回転対称非球面は、光軸と平行な方向をｘ方向とし、光軸に垂直な方向への光軸からの距離を高さh(=√(y2+z2))とすると、高さhの点での光軸上の接平面からのｘ方向のサグ量X(h)、
X(h)=Ch2/[1+√[1-(1+κ)C2h2]]+A4h4+A6h6+A8h8+…  ---(12)
によって、表現される。なお、上式(12)中、Cは、曲率（近軸の曲率半径Ｒの逆数）であり、κは円錐係数であり、A4，A6，A8，…は、それぞれ、４次，６次，８次，…の非球面係数である。
【００２８】
そして、コリメートレンズ３の入射側の面形状を式(12)によって表現したときの具体的な近軸曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表２に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。
【００２９】
【表２】
2004191967.tif 000004
一方、コリメートレンズ３の射出側の面形状は、以下の通りである。図４は、コリメートレンズ３をその射出側から見たときの背面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿って半分に切断されたコリメートレンズ３の一部の断面図である。但し、図５において、光軸方向（図５の紙面内における左右方向）の長さが誇張されるように、その方向の縮尺が変えられている。
【００３０】
図４に示されるように、コリメートレンズ３の射出側の光学面は、その中心に位置する円形の中央領域３ａと、この中央領域３ａが内接する輪帯状の第１領域３ｂと、この第１領域３ｂが内接する輪帯状の第２領域３ｃとに、区分されている。第１領域が第１外側領域に、第２領域が第２外側領域に相当する。そして、図５に示されるように、第１領域３ｂは、中央領域３ａに対して射出側に張り出しており、第２領域３ｃは、第１領域３ｂに対して射出側に張り出している。但し、第１領域３ｂ及び第２領域３ｃの張り出し量は、後述するようにごく僅かであるので、コリメートレンズ３の射出側の光学面は、図３に示されるように、巨視的には、滑らかな曲面である。
【００３１】
そして、各領域３ａ〜３ｃのうち、中央領域３ａ内は、回転対称な非球面の形状に形成されており、更に、第１及び第２領域３ｂ，３ｃ内も、それぞれ、回転対称非球面の一部を光軸方向にずらしたのと等価な形状に、形成されている。これら各領域３ａ〜３ｃにおける面形状を式(12)によって表現したときの具体的な近軸曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表３に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。
【００３２】
【表３】
2004191967.tif 000005
この表３において、記号hmaxは、光軸に直交する径方向に沿った各領域３ａ〜３ｃの最大有効半径（単位は[mm]）を示す。また、記号ΔＤは、説明図である図６に示されるように、中央領域３ａ内の光学面と光軸との交点を原点としたとき、各領域３ｂ，３ｃ内の光学面を延長した面（図６内の破線部分）と光軸との交点の原点からのずれ量（単位は[mm]）を示し、厚みが増す方向を正とする。
【００３３】
なお、コリメートレンズ３の位置は、レーザー光源１からカバーガラス２を介して入射してくるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束が中央領域３ａを透過するように、調整されている。また、図４及び表３に示されるように、第２領域３ｃの最大有効半径は２．７ｍｍであり、中央領域３ａの最大有効半径は２．０９２５ｍｍであり、第１領域３ｂの径方向の幅は０．１３５ｍｍである。これに対し、このコリメートレンズ３を透過した後のレーザービームの断面は、長軸が主走査方向に向けられた楕円形状に整形され、第１の実施形態では、その長軸の半径は２．７ｍｍであり、その短軸の半径は１．８ｍｍである（図４の破線参照）。このため、レーザービームの大部分は、中央領域３ａを通過し、その一部が、第１及び第２領域３ｂ，３ｃを通過する。
【００３４】
そして、上述したように、第１及び第２領域３ｂ，３ｃは、中央領域３ａよりも光軸方向へ張り出しているので、これら各領域３ｂ，３ｃは、自身を透過する光束に対し、中央領域３ａを透過する光束との間に所定の位相差を持たせるように、作用する。
【００３５】
より具体的には、中央領域３ａを透過した後の光束に対し、第１領域３ｂを透過した後の光束は、半波長(λ／２[nm])の光路長差に相当する−π[rad]の位相差θを持ち、また、第２領域３ｃを透過した後の光束は、−２π[rad]の位相差θ’を持つ。従って、第２領域３ｃを透過した後の光束は、中央領域３ａのそれと同位相となる。その結果、コリメートレンズ３を透過した後のレーザービームのうち、中央領域３ａ及び第２領域３ｃを透過した光束は、互いに同位相で進行し、第１領域３ｂを透過した光束にだけ、中央領域３ａを透過する光束に対し、−π[rad]の位相差が、付与されることとなる。なお、第１及び第２領域３ｂ，３ｃにおいて光束に付与される位相差θ，θ’は、上述したように、θ=−π、θ’=−２πであるため、cosθ=-1.0、cosθ’=1.0となるので、条件式(6)乃至(10)を全て満足している。
【００３６】
＜第１の実施形態の機能＞
以下、以上のように構成される第１の実施形態の走査光学系によって走査対象面Ｓ上で走査されるレーザービームの強度分布を、第１及び第２領域３ａ，３ｂが形成されていないとき（コリメートレンズ３の射出側の光学面が中央領域３ａの面形状だけで構成されているとき）と、第１及び第２領域３ａ，３ｂが形成されているときとで、比較して説明する。
【００３７】
図７及び図８は、走査対象面Ｓに入射するレーザービームの強度分布を、そのビーム中心軸から主走査方向へ０．２５ｍｍまでの範囲において、示したグラフである。なお、図７は、第１及び第２領域３ｂ，３ｃが形成されていないときを、図８は、第１及び第２領域３ｂ，３ｃが形成されているときを、それぞれ示す。これらのグラフでは、強度は、ビームの中心強度に対する比率によって表示されている。また、図９及び図１０は、図７及び図８のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフである。
【００３８】
図７及び図９に示されるように、第１及び第２領域３ｂ，３ｃが形成されていないときは、各サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、４％強となっている。
【００３９】
これに対し、第１及び第２領域３ｂ，３ｃが形成されているときは、図８及び図１０に示されるように、各サイドローブの強度は、何れの径方向位置においても２％弱となっている。
【００４０】
従って、ｆθレンズ群７の各レンズ７ａ〜７ｃのレンズ面に多少の微視的なうねりがあり、何れか一つ又は複数のサイドローブの強度が、数％程度だけ上昇したとしても、感光ドラム１２に感光される強度の閾値を、超えることは少ない。
【００４１】
ところで、コリメートレンズ３を背面から見たとき（図４）の第１領域３ｂの面積Ｓ’は、コリメートレンズ３を透過後のレーザービームの断面の面積Ｓに対し、適切に設定されることが望ましい。第１の実施形態では、Ｓ’／Ｓは、０．０６であるので、上記条件式(11)を満足している。
【００４２】
なお、上記の説明では、コリメートレンズ３と開口絞り４とが別体であるとしたが、これらは、一体に構成されたものであっても良い。例えば、コリメートレンズ３の射出側の光学面に、開口絞り４として機能する開口が形成された透過率０％のフィルム（若しくはコーティング）を貼り付けたものであっても良い。このようなフィルムが貼り付けられたコリメートレンズ３の背面図を、図１１に示す。
【００４３】
また、上記の説明では、ｆθレンズ群７を結像光学系として有するいわゆる透過型の走査光学系に対して本発明を適用した例を示したが、図１２に示されるようなｆθミラー７’を結像光学系として有するいわゆる反射型の走査光学系に対して本発明を適用することもできる。なお、反射型の走査光学系では、透過型に比べると、結像光学系の光学面の微視的なうねりに因るサイドローブ強度の増加量が大きい。そのため、反射型の走査光学系では、ハーフトーン印字時の黒スジがより発生し易くなる。そこで、反射型の走査光学系に本発明を適用することによる、サイドローブを低減し、黒スジの発生をより少なくすることができる。
【実施形態２】
【００４４】
第２の実施形態は、光束に位相差を付与する領域を４つ備えるとともにこれら領域が中央領域に対して射出側へ張り出している光学面を有するコリメートレンズを用いている他は、第１の実施形態と同じ構成を有する。従って、以下では、第１の実施形態との相違点のみについて、説明する。
【００４５】
第２の実施形態のコリメートレンズ８の近軸における具体的な数値構成は、上記表１にて示される通りである。また、このコリメートレンズ８の入射側の面形状は、上記表２にて示される数値構成を有する回転対称非球面である。一方、コリメートレンズ３の射出側の面形状は、以下の通りである。
【００４６】
図１３は、第２の実施形態のコリメートレンズ８の背面図であり、図１４は、図１３のＢ−Ｂ線に沿って半分に切断されたコリメートレンズ８の一部の断面図である。但し、図１４において、光軸方向（図１４の紙面内における左右方向）の長さが誇張されるように、その方向の縮尺が変えられている。
【００４７】
図１３に示されるように、コリメートレンズ８の射出側の光学面は、その中心に位置する円形の中央領域８ａと、この中央領域８ａが内接する輪帯状の第１領域８ｂと、この第１領域８ｂが内接する輪帯状の第２領域８ｃと、この第２領域８ｃが内接する輪帯状の第３領域８ｄと、この第３領域８ｄが内接する輪帯状の第４領域８ｅとに、区分されている。第１及び第３領域８ｂ，８ｄは第１外側領域に、第２及び第４領域８ｃ，８ｅは第２外側領域に相当する。
【００４８】
そして、図１４に示されるように、第１領域８ｂは、中央領域８ａに対して射出側に張り出しており、第２領域８ｃは、第１領域８ｂに対して射出側に張り出しており、第３領域８ｃは、第２領域８ｂに対して射出側に張り出しており、第４領域８ｄは、第３領域８ｅに対して射出側に張り出している。但し、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅの張り出し量は、後述するようにごく僅かであるので、コリメートレンズ８の射出側の光学面は、巨視的には、滑らかな曲面である。
【００４９】
そして、各領域８ａ〜８ｅのうち、中央領域８ａ内は、回転対称な非球面の形状に形成されており、更に、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｄ内も、それぞれ、回転対称非球面の一部を光軸方向にずらしたのと等価な形状に、形成されている。これら各領域８ａ〜８ｅにおける面形状を式(12)によって表現したときの具体的な近軸曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表４に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。また、この表４において、各記号の意味は、表２のものと同じである。
【００５０】
【表４】
2004191967.tif 000006
なお、コリメートレンズ８の位置は、レーザー光源１からカバーガラス２を介して入射してくるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束が中央領域８ａを透過するように、調整されている。また、図１３及び表４に示されるように、第４領域８ｅの最大有効半径は２．７ｍｍであり、中央領域８ａの最大有効半径は１．８４５ｍｍであり、第１領域８ｂの径方向の幅は０．０９ｍｍである。また、第２領域８ｃの最大有効半径は２．３８５ｍｍであり、第３領域８ｄの径方向における幅は０．０９ｍｍである。これに対し、このコリメートレンズ８を透過した後のレーザービームの断面は、長軸が主走査方向に向けられた楕円形状に整形され、第２の実施形態では、その長軸の半径は２．７ｍｍであり、その短軸の半径は１．８ｍｍである（図１３の破線参照）。このため、レーザービームの大部分は、中央領域８ａを通過し、その一部が、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅを通過する。
【００５１】
そして、上述したように、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅは、中央領域８ａよりも射出側へ張り出しているので、これら各領域８ｂ〜８ｅは、自身を透過する光束に対し、中央領域８ａを透過する光束との間に所定の位相差を持たせるように、作用する。
【００５２】
より具体的には、中央領域８ａを透過した後の光束に対し、第１領域８ｂを透過した後の光束は、２／３波長(２λ／３[nm])の光路長差に相当する−４π／３[rad]の位相差θを持ち、また、第２領域８ｃを透過した後の光束は、−２π[rad]の位相差θ’を持つ。また、第３領域８ｄを透過した後の光束は、５／４波長(５λ／４[nm])の光路長差に相当する−５／２π[rad]の位相差θを持ち、また、第４領域８ｅを透過した後の光束は、−４π[rad]の位相差θ’を持つ。従って、第２及び第４領域８ｃ，８ｅを透過した後の光束は、中央領域８ａのそれと同位相となる。その結果、コリメートレンズ８を透過した後のレーザービームのうち、中央領域８ａ並びに第２及び第４領域８ｃ，８ｅを透過した光束は、互いに同位相で進行し、第１及び第３領域８ｂ，８ｄを透過した光束には、中央領域８ａを透過する光束に対し、それぞれ−４π／３[rad]及び−５／２π[rad]の位相差が、付与されることとなる。なお、第１及び第２領域８ｂ，８ｃにおいて光束に付与される位相差θ，θ’は、上述したように、θ=−４π／３、θ’=−２πであるため、cosθ=-0.5、cosθ’=1.0となるので、条件式(6)乃至(10)を全て満足している。また、第３及び第４領域８ｄ，８ｅにおいて光束に付与される位相差θ，θ’は、上述したように、θ=−５／２π、θ’=−４πであるため、cosθ=0、cosθ’=1.0となるので、条件式(6)乃至(10)を全て満足している。
【００５３】
＜第２の実施形態の機能＞
以下、以上のように構成される第２の実施形態の走査光学系によって走査対象面Ｓ上で走査されるレーザービームの強度分布を、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅが形成されていないとき（コリメートレンズ８の射出側の面形状が中央領域８ａの面形状だけで構成されているとき）と、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅが形成されているときとで、比較して説明する。
【００５４】
図１５は、走査対象面Ｓに入射するレーザービームの強度分布を、そのビーム中心軸から主走査方向へ０．２５ｍｍまでの範囲において、示したグラフである。なお、図１５は、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅが形成されているときを示しているが、第１乃至第２領域８ｂ〜８ｅが形成されていないときを示すグラフは、図７に示されている。また、図１６は、図１５のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフである。さらに、図７のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフは、上述したように、図９に示されている。
【００５５】
図７及び図９に示されるように、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅが形成されていないときは、各サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、４％強となっている。
【００５６】
これに対し、第１乃至第４領域８ｂ〜８ｅが形成されているときは、図１５及び図１６に示されるように、各サイドローブの強度は、メインビームに隣接するサイドローブの強度が２％強ではあるものの、その他のサイドローブは、２％未満となっている。
【００５７】
従って、ｆθレンズ群７の各レンズ７ａ〜７ｃのレンズ面に多少の微視的なうねりがあり、何れか一つ又は複数のサイドローブの強度が、数％程度だけ上昇したとしても、感光ドラム１２に感光される強度の閾値を、超えることは少ない。
【００５８】
ところで、第２の実施形態においても、コリメートレンズ８を背面から見たとき（図１３）の第１領域８ｂの面積と第３領域８ｄの面積の総和Ｓ’は、コリメートレンズ３を透過後のレーザービームの断面の面積Ｓに対し、適切に設定されることが望ましい。第２の実施形態では、Ｓ’／Ｓは、０．０８であるので、上記条件式(11)を満足している。
【００５９】
なお、図１３のコリメートレンズ８も、図３のコリメートレンズ３と同様に、開口絞り４と一体に構成されていても良い。また、図１３のコリメートレンズ８は、図１２のような反射型の走査光学系に用いられても良い。
【実施形態３】
【００６０】
第３の実施形態は、光束に位相差を付与する領域を４つ備えるとともにこれら領域が中央領域に対して入射側へ引き込んでいる光学面を有するコリメートレンズを用いている他は、第１の実施形態と同じ構成を有する。従って、以下では、第１の実施形態との相違点のみについて、説明する。
【００６１】
第３の実施形態のコリメートレンズ９の近軸における具体的な数値構成は、上記表１にて示される通りである。また、このコリメートレンズ９の入射側の面形状は、上記表２にて示される数値構成を有する回転対称非球面である。一方、コリメートレンズ９の射出側の面形状は、以下の通りである。
【００６２】
図１７は、第３の実施形態のコリメートレンズ９の背面図であり、図１８は、図１７のＣ−Ｃ線に沿って半分に切断されたコリメートレンズ９の一部の断面図である。但し、図１８において、光軸方向（図１８の紙面内における左右方向）の長さが誇張されるように、その方向の縮尺が変えられている。
【００６３】
図１７に示されるように、コリメートレンズ９の射出側の光学面は、その中心に位置する円形の中央領域９ａと、この中央領域９ａが内接する輪帯状の第１領域９ｂと、この第１領域９ｂが内接する輪帯状の第２領域９ｃと、この第２領域９ｃが内接する輪帯状の第３領域９ｄと、この第３領域９ｄが内接する輪帯状の第４領域９ｅとに、区分されている。第１及び第３領域９ｂ，９ｄは第１外側領域に、第２及び第４領域９ｃ，９ｅは第２外側領域に相当する。
【００６４】
そして、図１８に示されるように、第１領域９ｂは、中央領域９ａに対して入射側に引き込んでおり、第２領域９ｃは、第１領域９ｂに対して入射側に引き込んでおり、第３領域９ｃは、第２領域９ｂに対して入射側に引き込んでおり、第４領域９ｄは、第３領域９ｅに対して入射側に引き込んでいる。但し、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅの引き込み量は、後述するようにごく僅かであるので、コリメートレンズ９の射出側の光学面は、巨視的には、滑らかな曲面である。
【００６５】
そして、各領域９ａ〜９ｅのうち、中央領域９ａ内は、回転対称な非球面の形状に形成されており、更に、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｄ内も、それぞれ、回転対称非球面の一部を光軸方向にずらしたのと等価な形状に、形成されている。これら各領域９ａ〜９ｅにおける面形状を式(12)によって表現したときの具体的な近軸曲率半径，円錐係数，及び非球面係数を、表５に示す。なお、表示が省略されている非球面係数は、ゼロである。また、この表５において、各記号の意味は、表２のものと同じである。
【００６６】
【表５】
2004191967.tif 000007
なお、コリメートレンズ９の位置は、レーザー光源１からカバーガラス２を介して入射してくるレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束が中央領域９ａを透過するように、調整されている。また、図１７及び表５に示されるように、第４領域９ｅの最大有効半径は２．７ｍｍであり、中央領域９ａの最大有効半径は１．８２３ｍｍであり、第１領域９ｂの径方向の幅は０．１１２ｍｍである。また、第２領域８ｃの最大有効半径は２．３６３ｍｍであり、第３領域９ｄの径方向における幅は０．１３５ｍｍである。これに対し、このコリメートレンズ９を透過した後のレーザービームの断面は、長軸が主走査方向に向けられた楕円形状に整形され、第３の実施形態では、その長軸の半径は２．７ｍｍであり、その短軸の半径は１．８ｍｍである（図１７の破線参照）。このため、レーザービームの大部分は、中央領域９ａを通過し、その一部が、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅを通過する。
【００６７】
そして、上述したように、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅは、中央領域９ａよりも入射側へ引き込んでいるので、これら各領域９ｂ〜９ｅは、自身を透過する光束に対し、中央領域９ａを透過する光束との間に所定の位相差を持たせるように、作用する。
【００６８】
より具体的には、中央領域９ａを透過した後の光束に対し、第１領域９ｂを透過した後の光束は、１９／１２波長(１９λ／１２[nm])の光路長差に相当する１９π／６[rad]の位相差θを持ち、また、第２領域９ｃを透過した後の光束は、４π[rad]の位相差θ’を持つ。また、第３領域９ｄを透過した後の光束は、５／２波長(５λ／２[nm])の光路長差に相当する５π[rad]の位相差θを持ち、また、第４領域９ｅを透過した後の光束は、８π[rad]の位相差θ’を持つ。従って、第２及び第４領域９ｃ，９ｅを透過した後の光束は、中央領域９ａのそれと同位相となる。その結果、コリメートレンズ９を透過した後のレーザービームのうち、中央領域９ａ並びに第２及び第４領域９ｃ，９ｅを透過した光束は、互いに同位相で進行し、第１及び第３領域９ｂ，９ｄを透過した光束には、中央領域９ａを透過する光束に対し、それぞれ１９π／６[rad]及び５π[rad]の位相差が、付与されることとなる。なお、第１及び第２領域９ｂ，９ｃにおいて光束に付与される位相差θ，θ’は、上述したように、θ=１９π／６、θ’=４πであるため、cosθ=-0.87、cosθ’=1.0となるので、条件式(1)乃至(5)を全て満足している。また、第３及び第４領域９ｄ，９ｅにおいて光束に付与される位相差θ，θ’は、上述したように、θ=５π、θ’=８πであるため、cosθ=-1.0、cosθ’=1.0となるので、条件式(1)乃至(5)を全て満足している。
【００６９】
＜第３の実施形態の機能＞
以下、以上のように構成される第３の実施形態の走査光学系によって走査対象面Ｓ上で走査されるレーザービームの強度分布を、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅが形成されていないとき（コリメートレンズ９の射出側の面形状が中央領域９ａの面形状だけで構成されているとき）と、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅが形成されているときとで、比較して説明する。
【００７０】
図１９は、走査対象面Ｓに入射するレーザービームの強度分布を、そのビーム中心軸から主走査方向へ０．２５ｍｍまでの範囲において、示したグラフである。なお、図１９は、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅが形成されているときを示しているが、第１乃至第２領域８ｂ〜８ｅが形成されていないときを示すグラフは、図７に示されている。また、図２０は、図１９のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフである。さらに、図７のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフは、上述したように、図９に示されている。
【００７１】
図７及び図９に示されるように、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅが形成されていないときは、各サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、４％強となっている。
【００７２】
これに対し、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅが形成されているときは、図１９及び図２０に示されるように、各サイドローブの強度は、メインビームに隣接するサイドローブの強度が１％強ではあるものの、その他のサイドローブは、１％未満となっている。
【００７３】
従って、ｆθレンズ群７の各レンズ７ａ〜７ｃのレンズ面に多少の微視的なうねりがあり、何れか一つ又は複数のサイドローブの強度が、数％程度だけ上昇したとしても、感光ドラム１２に感光される強度の閾値を、超えることは少ない。
【００７４】
ところで、第３の実施形態においても、コリメートレンズ９を背面から見たとき（図１７）の第１領域９ｂの面積と第３領域９ｄの面積の総和Ｓ’は、コリメートレンズ９を透過後のレーザービームの断面の面積Ｓに対し、適切に設定されることが望ましい。第２の実施形態では、Ｓ’／Ｓは、０．１０であるので、上記条件式(11)を満足している。
【００７５】
なお、図１７のコリメートレンズ９も、図３のコリメートレンズ３と同様に、開口絞り４と一体に構成されていても良い。また、図１７のコリメートレンズ９は、図１２のような反射型の走査光学系に用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１の実施形態のレーザービームプリンターの概略的な構成図
【図２】走査光学系の概略的な光学構成図
【図３】コリメートレンズ及びその近傍の光路図
【図４】第１の実施形態のコリメートレンズの背面図
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿ったコリメートレンズの一部の断面図
【図６】各領域の面形状と光軸との交点の原点からのずれ量の説明図
【図７】第１及び第２領域がないときのレーザービームの強度分布を示すグラフ
【図８】第１の実施形態のレーザービームの強度分布を示すグラフ
【図９】図７のグラフの一部を拡大したグラフ
【図１０】図８のグラフの一部を拡大したグラフ
【図１１】コリメートレンズと開口絞りとを一体形成したときの背面図
【図１２】コリメートレンズが組み込まれた反射型の走査光学系の斜視図
【図１３】第２の実施形態のコリメートレンズの背面図
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線に沿ったコリメートレンズの一部の断面図
【図１５】第２の実施形態のレーザービームの強度分布を示すグラフ
【図１６】図１５のグラフの一部を拡大したグラフ
【図１７】第３の実施形態のコリメートレンズの背面図
【図１８】図１７のＣ−Ｃ線に沿ったコリメートレンズの一部の断面図
【図１９】第３の実施形態のレーザービームの強度分布を示すグラフ
【図２０】図１９のグラフの一部を拡大したグラフ
【符号の説明】
【００７７】
１      レーザー光源
２      カバーガラス
３      コリメートレンズ
３ａ    中央領域
３ｂ    第１領域
３ｃ    第２領域
４      開口絞り
５      シリンドリカルレンズ
６      ポリゴンミラー
７      ｆθレンズ群
８      コリメートレンズ
８ａ    中央領域
８ｂ    第１領域
８ｃ    第２領域
８ｄ    第３領域
８ｅ    第４領域
９      コリメートレンズ
９ａ    中央領域
９ｂ    第１領域
９ｃ    第２領域
９ｄ    第３領域
９ｅ    第４領域
【図１】
2004191967.tif 000008
【図２】
2004191967.tif 000009
【図３】
2004191967.tif 000010
【図４】
2004191967.tif 000011
【図５】
2004191967.tif 000012
【図６】
2004191967.tif 000013
【図７】
2004191967.tif 000014
【図８】
2004191967.tif 000015
【図９】
2004191967.tif 000016
【図１０】
2004191967.tif 000017
【図１１】
2004191967.tif 000018
【図１２】
2004191967.tif 000019
【図１３】
2004191967.tif 000020
【図１４】
2004191967.tif 000021
【図１５】
2004191967.tif 000022
【図１６】
2004191967.tif 000023
【図１７】
2004191967.tif 000024
【図１８】
2004191967.tif 000025
【図１９】
2004191967.tif 000026
【図２０】
2004191967.tif 000027