JP2004191967A - Scanning optical system and printer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning optical system and a printer in which a side lobe exceeding a threshold is suppressed as much as possible even when a microscopic waviness exists on the optical face of an image formation optical system. <P>SOLUTION: A scanning optical system is so composed that a collimate lens 3, which has a first region 3b which acts to give a predetermined phase difference to a part of a luminous flux other than the luminous flux which passes through the beam axis and its vicinity of a laser beam on an optical face on the emitting side, is arranged on the optical path of the laser beam between a laser light source 1 and a polygon mirror 6. Further, a laser beam printer in which such a scanning optical system is included is composed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a scanning optical system for forming an electrostatic latent image on the surface of a photosensitive drum, and a printer having such a scanning optical system incorporated therein.

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。   As is well known, a scanning optical system is incorporated in a printing apparatus such as a laser beam printer, a facsimile or a copier. The scanning optical system dynamically deflects the laser beam modulated according to the image information by the rotating polygon mirror, and focuses the dynamically deflected laser beam on the surface of the photosensitive drum by the imaging optical system. Scan the photosensitive drum. A plurality of dots are drawn as an electrostatic latent image on the surface of the scanned photosensitive drum (surface to be scanned).

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。
特開平09−080333号公報
In general, the intensity distribution of a laser beam incident on a scanning target surface is not completely Gaussian distribution, and the intensity distribution around a main beam is caused by a diffraction phenomenon at an aperture (aperture) provided in an optical path of the laser beam. It is known to have several rings of light (side lobes) that are lower in intensity than the main beam. It is also known that when the intensity of the side lobe exceeds about 6% of the center intensity of the main beam, the side lobe exposes the photosensitive drum, causing a printing defect called black streak during halftone printing. (See Patent Document 1). However, when the imaging optical system is in an ideal state, the intensity of the side lobe is about 4% of the center intensity of the main beam, and thus no black streak occurs.
JP 09-080333 A

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。   However, if there is microscopic undulation on the optical surface of the imaging optical system, the intensity of the side lobe changes when the laser beam passes through the undulation. If the intensity of the side lobe exceeds the threshold value due to the change, there is a problem that black stripes are generated during halftone printing.

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。   Therefore, an object of the present invention is to provide a scanning optical system capable of suppressing the intensity of a side lobe from exceeding a threshold value as much as possible even when a certain degree of microscopic undulation occurs on an optical surface of an imaging optical system. System and a printer.

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。   The scanning optical system invented to solve the above-described problem and the scanning optical system incorporated in the printer invented to solve the above-mentioned problem are both configured as described below. ing.

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。   That is, the scanning optical system according to the present invention dynamically deflects the laser beam emitted from the light source by the deflector, and converts the dynamically deflected laser beam into spot light on the surface to be scanned by the imaging optical system. By converging, a scanning optical system that scans the spot light on the surface to be scanned along the main scanning direction, comprising a collimating lens on an optical path between the light source and the deflector, One of the optical surfaces of the collimator lens transmits a central region of the laser beam emitted from the light source and transmits a light beam near the central axis of the laser beam and a portion of the light beam incident outside the central region. And a first outer region acting to impart a predetermined first phase difference between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. A part of the light beam excluding the light beam incident on the central region and the first outer region is transmitted, and a predetermined second phase difference is provided between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. And the first phase difference does not include zero phase difference, and the second phase difference includes zero phase difference, and the first phase difference and Are different values.

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。   With this configuration, the first and second phase differences of the light beam after passing through the first and second outer regions are appropriately set, and the size of the first and second outer regions is reduced. If properly selected, the intensity of the side lobe of the laser beam incident on the surface to be scanned can be suppressed to just over 2% of the center intensity of the main beam. Therefore, even if the intensity of the side lobe increases by about several percent due to microscopic undulation of the optical surface of the imaging optical system, it does not exceed the threshold value. As a result, the occurrence of black streaks during halftone printing is suppressed. Further, by providing the phase shift structure in which the first and second phase differences are set on the lens surface of the collimator lens instead of a separate phase shift element, the adjustment of the phase shift element becomes unnecessary, and the beam spot becomes symmetric. The property can be prevented from being lost.

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。
Further, in the scanning optical system and the printer according to the present invention, the first outer region has a specific phase difference θ [not including zero phase difference between the laser beam transmitted through the first outer region and the laser beam transmitted through the central region. rad], and θ is the following conditional expression (1) and (2):
cosθ ≦ 0 --- (1)
0 <θ <10π --- (2)
Is preferable, or the following conditional expressions (6) and (7):
cosθ ≦ 0 --- (6)
-10π <θ <0 --- (7)
Is preferably satisfied. In any of the former and latter cases, assuming that an integer is N, the closer the first phase difference θ is to π × (2N−1) [rad], the more the side lobe is reduced. If the upper limits of conditional expressions (1) and (6) are exceeded, the effect of reducing side lobes will be reduced. When the value exceeds the upper limit of the conditional expression (2), the lens thickness in the first outer region becomes too small as compared with the lens thickness in the central region. When the value goes below the lower limit of conditional expression (7), the lens thickness in the first outer region becomes too large as compared with the lens thickness in the central region.

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。
Further, when the first outer region gives the laser beam passing through the first outer region a first phase difference θ [rad] that satisfies the conditional expressions (1) and (2), the second outer region includes: A specific phase difference θ ′ [rad] including zero phase difference is given to the laser beam transmitted through itself and the laser beam transmitted through the central region, and the θ ′ is given by the following conditional expression. (3) to (5),
0.9 ≦ cosθ '--- (3)
0 ≦ θ ′ <10π --- (4)
θ <θ '--- (5)
Is preferably satisfied. When the first outer region imparts a first phase difference θ [rad] that satisfies the conditional expressions (6) and (7) to the laser beam transmitted through the second outer region, A specific phase difference θ ′ [rad] including zero phase difference is given to the laser beam transmitted through itself and the laser beam transmitted through the central region, and the θ ′ is given by the following conditional expression. (8) to (10),
0.9 ≦ cosθ '--- (8)
−10π <θ ′ ≦ 0 --- (9)
θ '<θ --- (10)
It is preferable to provide a second phase difference θ ′ [rad] satisfying the following condition. In any of the former case and the latter case, assuming that an integer is M, as the second phase difference θ ′ approaches 2π × M [rad], a decrease in center intensity can be suppressed. If the lower limits of conditional expressions (3) and (8) are not reached, the effect of reducing the side lobe will be reduced, and the amount of decrease in the center intensity will also increase. When the value exceeds the upper limit of conditional expression (4), the lens thickness in the second outer region becomes too small as compared with the lens thickness in the central region. When the value goes below the lower limit of conditional expression (9), the lens thickness in the second outer region becomes too large as compared with the lens thickness in the central region. Further, by satisfying conditional expressions (5) and (10), the direction in which the first and second outer regions project from the central region becomes the same direction, so that the mold of the collimator lens is easily processed.

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。
By the way, each first outer region gives the laser beam a first phase difference satisfying the conditional expressions (1) and (2), and each second outer region has the conditional expressions (3) to (5). When the second phase difference that satisfies the conditions (6) and (7) is given to the laser beam, or the first phase difference satisfies the conditional expressions (6) and (7) for the laser beam. In addition, when each second outer region gives the laser beam a second phase difference that satisfies the conditional expressions (8) to (10), the sum of the areas of the first outer regions is appropriately set. It is desirable to be done. For example, assuming that the sum of the areas of the first outer regions where the laser beam is incident is S ′ and the area of a cross section of the laser beam orthogonal to the beam center axis is S, the following conditional expression (11) ),
0.03 <S '/ S <0.3 --- (11)
Can be set so as to satisfy In such a setting condition, when the value is below the lower limit, the effect of reducing the side lobe is reduced. On the contrary, when the value exceeds the upper limit, the amount of decrease in the center intensity of the main beam is increased.

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。   In the scanning optical system and the printer according to the present invention, the collimating lens may include one set of the first and second outer regions, or may include a plurality of sets. As the number increases, the level difference on the optical surface increases and the light amount is lost. Therefore, it is preferable that the number of the first and second outer regions included in the collimating lens is up to about two sets. When a plurality of sets are provided, it is preferable that the first and second outer regions are alternately arranged in a direction away from the central region, and the second outer region is arranged at the outermost side.

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。   Further, in the scanning optical system and the printer according to the present invention, the collimating lens may be integrally provided with a shielding portion functioning as an aperture stop. In this case, it is possible to prevent the symmetry of the beam spot from being lost due to the positional shift between the collimator lens and the aperture stop.

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。   In the scanning optical system according to the present invention, the imaging optical system may be a transmission type using an fθ lens or the like, or a reflection type using an fθ mirror or the like. Further, the deflector may be a rotary polygon mirror or a galvanometer mirror.

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。   As described above, according to the present invention, even when a certain degree of microscopic undulation occurs on the optical surface of the imaging optical system, it is possible to suppress the side lobe from exceeding the threshold as much as possible. it can.

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。   Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The first to third embodiments described below show examples in which the scanning optical system according to the present invention is applied to a laser beam printer.

実施形態1Embodiment 1

<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。
<Schematic configuration of laser beam printer>
First, the schematic configuration of the laser beam printer will be described with reference to the side view of FIG. This laser beam printer is used by being connected to an external personal computer or the like, and prints print data (including image data) transmitted from the personal computer or the like on continuous paper (fanfold paper) P. Things.

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。   In FIG. 1, around the photosensitive drum 12, a charging unit 13, a reflection mirror 11, a developing unit 14, and a transfer unit 15 are sequentially provided clockwise. When the photosensitive drum 12 rotates clockwise in the drawing, first, the charging unit 13 charges the surface of the photosensitive drum 12. Next, the reflecting mirror 11 reflects the scanning light (modulated light) emitted from the laser scanning unit (LSU) 10 in accordance with the print data toward the photosensitive drum 12, and the surface of the photosensitive drum 12 is electrostatically reflected. Form a latent image. Next, the developing unit 14 causes toner to adhere to the electrostatic latent image and visualizes it as a toner image. Next, the transfer unit 15 transfers the toner image onto the fanfold paper P.

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。   The fanfold paper P is a continuous paper drawn from a supply port A to a discharge port B of a laser beam printer, and has feed holes (not shown) at a constant pitch on both side edges. The tractor 16 is a belt conveyor having a large number of protrusions 16a fitted into the feed holes. The tractor 16 conveys the fanfold paper P at the same speed as the rotational speed of the photosensitive drum 12 by the protrusions 16a.

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。   On the downstream side of the fanfold paper P conveyed by the tractor 16, a heat roll 17 and a press roll 18 that sandwich and press the fanfold paper P from both sides are provided. The heat roll 17 incorporates a halogen lamp 19 for heat generation therein, and is rotated by a motor (not shown) at the same peripheral speed as the transport speed of the fanfold paper P. On the other hand, the press roll 18 is pressed against the heat roll 17 at a constant pressure, and is driven to rotate by the rotation of the heat roll 17. Therefore, when the portion of the fanfold paper P on which the toner image is transferred passes between the heat roll 17 and the press roll 18, the toner is crushed by heat and pressure and fused on the fanfold paper P. Thus, the toner image is fixed.

<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
<Optical Configuration of LSU>
Next, the scanning optical system built in the LSU 10 will be described. FIG. 2 is a schematic optical configuration diagram of the scanning optical system. As shown in FIG. 2, the scanning optical system includes a laser light source 1, a cover glass 2, a collimating lens 3, an aperture stop 4, a cylindrical lens 5, a polygon mirror 6, and an fθ lens group 7.

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。   The laser beam emitted from the laser light source 1 as divergent light passes through the cover glass 2 and then passes through the collimating lens 3 to be converted into parallel light having an elliptical cross section. The laser beam converted into parallel light passes through the aperture stop 4 and the cylindrical lens 5 in order, and is dynamically deflected by the reflection surface of the polygon mirror 6 rotating at a constant angular velocity. The laser beam deflected by the polygon mirror 6 sequentially passes through the first to third lenses 7a to 7c constituting the fθ lens group 7 (focal length 135.5 mm), which is an imaging optical system, so that the surface to be scanned is scanned. The light is converged as spot light for exposing on S, and scans the surface (scanning target surface) S of the photosensitive drum 12 at a constant speed along the main scanning direction as the polygon mirror 6 rotates. The spot light draws a linear trajectory (scanning line) on the scanning target surface S, but the scanning target surface S itself is moved at a constant speed in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. On S, a plurality of scanning lines are formed at equal intervals. The laser beam that is repeatedly scanned on the scanning target surface S is modulated on and off according to image information by a modulator (or the laser light source 1 itself) (not shown). , A two-dimensional image composed of a plurality of dots is drawn.

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。
The laser beam transmitted through the cylindrical lens 5 is reflected by the polygon mirror 6 as a parallel light beam in the main scanning direction, and is converged on the scanning target surface S by the convergence power of the fθ lens group 7. In the scanning direction, the light is once converged in the vicinity of the reflection surface of the polygon mirror 6 by the converging power of the cylindrical lens 5, enters the fθ lens group 7 as divergent light, and is again focused on the scanning target surface S by the converging power of the fθ lens group 7. Converged. At this time, since the vicinity of the reflection surface of the polygon mirror 6 and the scanning target surface S are optically conjugated in the sub-scanning direction by the fθ lens group 7, a slight inclination of each reflection surface of the polygon mirror 6 (so-called “slant”) is performed. The displacement of the scanning position on the scanning target surface S in the sub-scanning direction due to “surface tilt” is corrected.

<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。
<Collimate lens>
Next, the collimating lens 3 will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an optical path of a laser beam transmitted through the collimator lens 3. Table 1 shows a specific numerical configuration of the cover glass 2 and the collimator lens 3 on the paraxial axis.

Figure 2004191967
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。
Figure 2004191967
In Table 1, the symbol NO indicates a surface number. Specifically, the first surface and the second surface indicate the cover glass 2, and the third surface and the fourth surface indicate the collimating lens 3, respectively. The symbol P indicates a laser light emitting point, not an optical surface. The symbol R is the radius of curvature of the optical surface on the optical axis (unit is [mm]), and the symbol d is the distance on the optical axis to the next optical surface (unit is [mm]). The symbol n is the refractive index of each lens at the design wavelength of 780 nm. The focal length of the collimating lens 3 is 9.00 mm, and the numerical aperture NA is 0.30.

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。   The optical surface on the incident side of the collimator lens 3 having such a numerical configuration is formed as a rotationally symmetric aspherical surface.

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。
The rotationally symmetric aspheric surface has a height h (= √ (y 2 + z 2 )) where the direction parallel to the optical axis is the x direction and the distance from the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis is height h (= √ (y 2 + z 2 )). Sag amount X (h) in the x direction from the tangent plane on the optical axis at the point of h,
X (h) = Ch 2 / [1 + √ [1- (1 + κ) C 2 h 2 ]] + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 +… --- (12)
Is represented by In the above equation (12), C is the curvature (the reciprocal of the paraxial radius of curvature R), κ is the conic coefficient, and A 4 , A 6 , A 8 ,. 6th, 8th,... Aspherical coefficients.

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。   Table 2 shows specific paraxial curvature radii, conic coefficients, and aspheric coefficients when the incident-side surface shape of the collimator lens 3 is expressed by Expression (12). Note that the aspheric coefficient whose display is omitted is zero.

Figure 2004191967
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。
Figure 2004191967
On the other hand, the surface shape of the exit side of the collimator lens 3 is as follows. FIG. 4 is a rear view of the collimating lens 3 as viewed from the exit side, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the collimating lens 3 cut in half along the line AA in FIG. is there. However, in FIG. 5, the scale in that direction is changed so that the length in the optical axis direction (the left-right direction in the paper plane of FIG. 5) is exaggerated.

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。   As shown in FIG. 4, the exit-side optical surface of the collimator lens 3 has a circular central region 3a located at the center thereof, a ring-shaped first region 3b in which the central region 3a is inscribed, The region 3b is divided into a ring-shaped second region 3c inscribed therein. The first region corresponds to a first outside region, and the second region corresponds to a second outside region. Then, as shown in FIG. 5, the first region 3b projects toward the emission side with respect to the central region 3a, and the second region 3c projects toward the emission side with respect to the first region 3b. However, since the protrusion amounts of the first region 3b and the second region 3c are very small as described later, the exit-side optical surface of the collimator lens 3 is macroscopically, as shown in FIG. It is a smooth curved surface.

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。   In each of the regions 3a to 3c, the central region 3a is formed in a rotationally symmetric aspherical shape, and the first and second regions 3b and 3c are also rotationally symmetrical aspherical surfaces. It is formed in a shape equivalent to a part shifted in the optical axis direction. Table 3 shows specific paraxial curvature radii, conical coefficients, and aspherical coefficients when the surface shapes in these regions 3a to 3c are expressed by Expression (12). Note that the aspheric coefficient whose display is omitted is zero.

Figure 2004191967
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。
Figure 2004191967
In Table 3, the symbol hmax indicates the maximum effective radius (unit: [mm]) of each of the regions 3a to 3c along the radial direction orthogonal to the optical axis. Further, as shown in FIG. 6 which is an explanatory diagram, the symbol ΔD is a surface obtained by extending the optical surface in each of the regions 3b and 3c when the intersection point between the optical surface in the central region 3a and the optical axis is set as the origin. The amount of deviation (unit: [mm]) of the intersection of the optical axis (indicated by the broken line in FIG. 6) and the optical axis is shown, and the direction in which the thickness increases is positive.

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。   The position of the collimating lens 3 is adjusted so that the beam central axis of the laser beam incident from the laser light source 1 via the cover glass 2 and a light beam in the vicinity thereof pass through the central region 3a. . In addition, as shown in FIG. 4 and Table 3, the maximum effective radius of the second region 3c is 2.7 mm, the maximum effective radius of the central region 3a is 2.0925 mm, and the radial direction of the first region 3b is The width is 0.135 mm. On the other hand, the cross section of the laser beam after passing through the collimating lens 3 is shaped into an ellipse whose major axis is directed in the main scanning direction. In the first embodiment, the radius of the major axis is 2. 7 mm, and the radius of the short axis is 1.8 mm (see the broken line in FIG. 4). Therefore, most of the laser beam passes through the central region 3a, and part of the laser beam passes through the first and second regions 3b and 3c.

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。   As described above, since the first and second regions 3b and 3c protrude more in the optical axis direction than the central region 3a, each of the regions 3b and 3c has a central region It works so as to have a predetermined phase difference with the light beam transmitted through 3a.

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。   More specifically, with respect to the light beam transmitted through the central region 3a, the light beam transmitted through the first region 3b is -π [corresponding to an optical path length difference of a half wavelength (λ / 2 [nm]). The luminous flux after passing through the second region 3c has a phase difference θ ′ of −2π [rad]. Therefore, the light beam transmitted through the second region 3c has the same phase as that of the central region 3a. As a result, of the laser beam transmitted through the collimating lens 3, the light flux transmitted through the central area 3a and the second area 3c travels in phase with each other, and only the light flux transmitted through the first area 3b is focused on the central area. A phase difference of -π [rad] is given to the light beam transmitted through 3a. Since the phase differences θ and θ ′ given to the light flux in the first and second regions 3b and 3c are θ = −π and θ ′ = − 2π as described above, cos θ = −1.0 and cos θ. Since '= 1.0, all the conditional expressions (6) to (10) are satisfied.

<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。
<Function of First Embodiment>
Hereinafter, the intensity distribution of the laser beam scanned on the scanning target surface S by the scanning optical system of the first embodiment configured as described above will be described when the first and second regions 3a and 3b are not formed. (When the exit-side optical surface of the collimating lens 3 is constituted only by the surface shape of the central region 3a) and when the first and second regions 3a and 3b are formed will be described in comparison. .

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。   7 and 8 are graphs showing the intensity distribution of the laser beam incident on the scanning target surface S in a range from the beam center axis to 0.25 mm in the main scanning direction. FIG. 7 shows a case where the first and second regions 3b and 3c are not formed, and FIG. 8 shows a case where the first and second regions 3b and 3c are formed. In these graphs, the intensity is indicated by the ratio of the intensity to the center intensity of the beam. 9 and 10 are graphs in which the intensity ratio in the graphs of FIGS. 7 and 8 is enlarged from 0% to 10%.

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。   As shown in FIGS. 7 and 9, when the first and second regions 3b and 3c are not formed, the intensity of each side lobe gradually decreases as the distance from the main beam increases, and the intensity of each side lobe decreases. The intensity of the adjacent side lobe is slightly more than 4%.

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。   On the other hand, when the first and second regions 3b and 3c are formed, as shown in FIGS. 8 and 10, the intensity of each side lobe is less than 2% at any radial position. Has become.

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。   Therefore, even if there is some microscopic undulation on the lens surfaces of the lenses 7a to 7c of the fθ lens group 7, even if the intensity of any one or a plurality of side lobes increases by about several%, the photosensitive drum The threshold value of the intensity exposed to T.12 is rarely exceeded.

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。   Incidentally, the area S ′ of the first region 3b when the collimator lens 3 is viewed from the back (FIG. 4) may be appropriately set with respect to the cross-sectional area S of the laser beam after passing through the collimator lens 3. desirable. In the first embodiment, S ′ / S is 0.06, which satisfies the conditional expression (11).

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。   In the above description, the collimator lens 3 and the aperture stop 4 are separate bodies, but they may be integrally formed. For example, a film (or coating) having a transmittance of 0% and having an opening functioning as an aperture stop 4 may be attached to the optical surface on the exit side of the collimating lens 3. FIG. 11 shows a rear view of the collimating lens 3 to which such a film is attached.

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。   Further, in the above description, an example in which the present invention is applied to a so-called transmission type scanning optical system having the fθ lens group 7 as an imaging optical system has been described. However, the fθ mirror 7 ′ as shown in FIG. The present invention can also be applied to a so-called reflection-type scanning optical system having the above as an imaging optical system. It should be noted that the reflection type scanning optical system has a larger increase in side lobe intensity due to microscopic waviness of the optical surface of the imaging optical system than the transmission type scanning optical system. For this reason, in the reflective scanning optical system, black stripes are more likely to occur during halftone printing. Thus, by applying the present invention to a reflection type scanning optical system, side lobes can be reduced, and the occurrence of black streaks can be further reduced.

実施形態2Embodiment 2

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。   The second embodiment is different from the first embodiment in that a collimating lens including four regions that impart a phase difference to a light beam and having an optical surface that projects toward the emission side with respect to the central region is used. It has the same configuration as the embodiment. Therefore, only the differences from the first embodiment will be described below.

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。   The specific numerical configuration on the paraxial axis of the collimating lens 8 of the second embodiment is as shown in Table 1 above. The surface shape on the incident side of the collimating lens 8 is a rotationally symmetric aspheric surface having a numerical configuration shown in Table 2 above. On the other hand, the surface shape of the exit side of the collimator lens 3 is as follows.

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。   FIG. 13 is a rear view of the collimator lens 8 of the second embodiment, and FIG. 14 is a cross-sectional view of a part of the collimator lens 8 cut in half along the line BB of FIG. However, in FIG. 14, the scale of the direction is changed so that the length in the optical axis direction (the left-right direction in the paper plane of FIG. 14) is exaggerated.

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。   As shown in FIG. 13, the optical surface on the exit side of the collimating lens 8 has a circular central region 8a located at the center thereof, a ring-shaped first region 8b in which the central region 8a is inscribed, An annular second region 8c in which the region 8b is inscribed, a third annular region 8d in which the second region 8c is inscribed, and a fourth annular region 8e in which the third region 8d is inscribed. Have been. The first and third regions 8b and 8d correspond to a first outer region, and the second and fourth regions 8c and 8e correspond to a second outer region.

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。   Then, as shown in FIG. 14, the first region 8b projects toward the emission side with respect to the central region 8a, and the second region 8c projects toward the emission side with respect to the first region 8b. The third region 8c projects toward the emission side with respect to the second region 8b, and the fourth region 8d projects toward the emission side with respect to the third region 8e. However, since the projection amounts of the first to fourth regions 8b to 8e are very small as described later, the optical surface on the exit side of the collimating lens 8 is a macroscopically smooth curved surface.

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。   In each of the regions 8a to 8e, the center region 8a is formed in a rotationally symmetric aspherical shape, and the first to fourth regions 8b to 8d are also rotationally symmetrical aspherical surfaces. It is formed in a shape equivalent to a part shifted in the optical axis direction. Table 4 shows specific paraxial curvature radii, conic coefficients, and aspheric coefficients when the surface shapes in these regions 8a to 8e are expressed by Expression (12). Note that the aspheric coefficient whose display is omitted is zero. In Table 4, the meaning of each symbol is the same as that in Table 2.

Figure 2004191967
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。
Figure 2004191967
The position of the collimating lens 8 is adjusted so that the beam center axis of the laser beam incident from the laser light source 1 via the cover glass 2 and the light beam near the beam center axis pass through the central region 8a. . In addition, as shown in FIG. 13 and Table 4, the maximum effective radius of the fourth region 8e is 2.7 mm, the maximum effective radius of the central region 8a is 1.845 mm, and the radial direction of the first region 8b is The width is 0.09 mm. The maximum effective radius of the second region 8c is 2.385 mm, and the width of the third region 8d in the radial direction is 0.09 mm. On the other hand, the cross section of the laser beam after passing through the collimating lens 8 is shaped into an ellipse whose major axis is directed in the main scanning direction. In the second embodiment, the radius of the major axis is 2. 7 mm, and the radius of the short axis is 1.8 mm (see the broken line in FIG. 13). Therefore, most of the laser beam passes through the central region 8a, and part of the laser beam passes through the first to fourth regions 8b to 8e.

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。   And, as described above, since the first to fourth regions 8b to 8e project more toward the emission side than the central region 8a, each of the regions 8b to 8e receives the central region 8a with respect to the light transmitted therethrough. So that there is a predetermined phase difference between the light beam and the light beam that transmits the light beam.

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。   More specifically, the light beam transmitted through the first region 8b corresponds to the light path length difference of 、 2 wavelength (2λ / 3 [nm]) with respect to the light beam transmitted through the central region 8a. The luminous flux after passing through the second region 8c has a phase difference θ of 4π / 3 [rad] and a phase difference θ ′ of -2π [rad]. The light beam transmitted through the third region 8d has a phase difference θ of −5 / 2π [rad] corresponding to an optical path length difference of 5/4 wavelength (5λ / 4 [nm]). The light beam transmitted through the four regions 8e has a phase difference θ ′ of −4π [rad]. Therefore, the luminous flux after passing through the second and fourth regions 8c and 8e has the same phase as that of the central region 8a. As a result, of the laser beam transmitted through the collimating lens 8, the light flux transmitted through the central region 8a and the second and fourth regions 8c and 8e travels in phase with each other, and the first and third regions 8b and 8b. The light beam transmitted through 8d is given a phase difference of -4π / 3 [rad] and -5 / 2π [rad] with respect to the light beam transmitted through central region 8a, respectively. Since the phase differences θ and θ ′ given to the light flux in the first and second regions 8b and 8c are θ = −4π / 3 and θ ′ = − 2π as described above, cos θ = −0.5. , Cos θ ′ = 1.0, so that all of the conditional expressions (6) to (10) are satisfied. Further, as described above, since the phase differences θ and θ ′ given to the light flux in the third and fourth regions 8 d and 8 e are θ = −5 / 2π and θ ′ = − 4π, cos θ = 0, Since cos θ ′ = 1.0, all the conditional expressions (6) to (10) are satisfied.

<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。
<Function of Second Embodiment>
Hereinafter, the intensity distribution of the laser beam scanned on the scanning target surface S by the scanning optical system according to the second embodiment configured as described above, when the first to fourth regions 8b to 8e are not formed. (When the exit-side surface shape of the collimator lens 8 is constituted only by the surface shape of the central region 8a) and when the first to fourth regions 8b to 8e are formed, a comparison will be described. .

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。   FIG. 15 is a graph showing the intensity distribution of the laser beam incident on the scanning target surface S in a range from the beam center axis to 0.25 mm in the main scanning direction. FIG. 15 shows the case where the first to fourth regions 8b to 8e are formed, but the graph showing the case where the first and second regions 8b to 8e are not formed is shown in FIG. It is shown. FIG. 16 is a graph showing an enlarged range of the intensity ratio from 0% to 10% in the graph of FIG. Further, the graph in which the range of the intensity ratio in the graph of FIG. 7 from 0% to 10% is enlarged is shown in FIG. 9 as described above.

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。   As shown in FIGS. 7 and 9, when the first to fourth regions 8b to 8e are not formed, the intensity of each side lobe gradually decreases as the distance from the main beam increases. The intensity of the adjacent side lobe is slightly more than 4%.

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。   On the other hand, when the first to fourth regions 8b to 8e are formed, as shown in FIG. 15 and FIG. 16, the intensity of each side lobe is 2%. The other side lobes are less than 2%, though slightly more than 10%.

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。   Therefore, even if there is some microscopic undulation on the lens surfaces of the lenses 7a to 7c of the fθ lens group 7, even if the intensity of any one or a plurality of side lobes increases by about several%, the photosensitive drum The threshold value of the intensity exposed to T.12 is rarely exceeded.

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。   By the way, also in the second embodiment, the sum S ′ of the area of the first region 8b and the area of the third region 8d when the collimator lens 8 is viewed from the back (FIG. 13) is the value after transmission through the collimator lens 3. It is desirable that the area be appropriately set with respect to the area S of the cross section of the laser beam. In the second embodiment, S '/ S is 0.08, which satisfies the conditional expression (11).

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。   Note that the collimating lens 8 in FIG. 13 may be integrally formed with the aperture stop 4 as in the collimating lens 3 in FIG. Further, the collimating lens 8 of FIG. 13 may be used in a reflection type scanning optical system as shown in FIG.

実施形態3Embodiment 3

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。   The third embodiment is different from the first embodiment in that a collimating lens including four regions that impart a phase difference to a light beam and having an optical surface that is drawn toward the incident side with respect to the central region is used. It has the same configuration as the embodiment. Therefore, only the differences from the first embodiment will be described below.

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。   The specific numerical configuration on the paraxial axis of the collimator lens 9 of the third embodiment is as shown in Table 1 above. The incident-side surface shape of the collimating lens 9 is a rotationally symmetric aspheric surface having a numerical configuration shown in Table 2 above. On the other hand, the surface shape of the exit side of the collimator lens 9 is as follows.

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。   FIG. 17 is a rear view of the collimator lens 9 of the third embodiment, and FIG. 18 is a cross-sectional view of a part of the collimator lens 9 cut in half along the line CC in FIG. However, in FIG. 18, the scale of the direction of the optical axis is changed so that the length in the optical axis direction (the left-right direction in the paper plane of FIG. 18) is exaggerated.

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。   As shown in FIG. 17, the exit-side optical surface of the collimator lens 9 has a circular central region 9a located at the center thereof, a ring-shaped first region 9b inscribed by the central region 9a, and a first annular region 9b. An annular second region 9c in which the region 9b is inscribed, a third annular region 9d in which the second region 9c is inscribed, and a fourth annular region 9e in which the third region 9d is inscribed. Have been. The first and third regions 9b and 9d correspond to a first outer region, and the second and fourth regions 9c and 9e correspond to a second outer region.

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。   Then, as shown in FIG. 18, the first region 9b is drawn into the incident side with respect to the central region 9a, and the second region 9c is drawn into the incident side with respect to the first region 9b. The third region 9c is drawn toward the incident side with respect to the second region 9b, and the fourth region 9d is drawn toward the incident side with respect to the third region 9e. However, since the amount of pull-in of the first to fourth regions 9b to 9e is very small as described later, the exit-side optical surface of the collimator lens 9 is a macroscopically smooth curved surface.

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。   In each of the regions 9a to 9e, the central region 9a is formed in a rotationally symmetric aspherical shape, and the first to fourth regions 9b to 9d are also rotationally symmetrical aspherical surfaces. It is formed in a shape equivalent to a part shifted in the optical axis direction. Table 5 shows specific paraxial curvature radii, conic coefficients, and aspheric coefficients when the surface shapes in these regions 9a to 9e are expressed by Expression (12). Note that the aspheric coefficient whose display is omitted is zero. In Table 5, the meanings of the symbols are the same as those in Table 2.

Figure 2004191967
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。
Figure 2004191967
The position of the collimating lens 9 is adjusted so that the beam center axis of the laser beam incident from the laser light source 1 via the cover glass 2 and a light beam in the vicinity thereof pass through the central region 9a. . As shown in FIG. 17 and Table 5, the maximum effective radius of the fourth region 9e is 2.7 mm, the maximum effective radius of the central region 9a is 1.823 mm, and the radial direction of the first region 9b is The width is 0.112 mm. The maximum effective radius of the second region 8c is 2.363 mm, and the radial width of the third region 9d is 0.135 mm. On the other hand, the cross section of the laser beam after passing through the collimating lens 9 is shaped into an ellipse whose major axis is directed in the main scanning direction. In the third embodiment, the radius of the major axis is 2. 7 mm, and the radius of its short axis is 1.8 mm (see the broken line in FIG. 17). Therefore, most of the laser beam passes through the central region 9a, and part of the laser beam passes through the first to fourth regions 9b to 9e.

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。   As described above, since the first to fourth regions 9b to 9e are more drawn toward the incident side than the central region 9a, each of the regions 9b to 9e receives the central region 9a with respect to the light transmitted therethrough. So that there is a predetermined phase difference between the light beam and the light beam that transmits the light beam.

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。   More specifically, the light beam transmitted through the first region 9b is different from the light beam transmitted through the central region 9a by 19π corresponding to the optical path length difference of 19/12 wavelength (19λ / 12 [nm]). The luminous flux after passing through the second region 9c has a phase difference θ of 4π [rad]. The luminous flux transmitted through the third region 9d has a phase difference θ of 5π [rad] corresponding to the optical path length difference of 5/2 wavelength (5λ / 2 [nm]), and the fourth region 9e Has a phase difference θ ′ of 8π [rad]. Therefore, the luminous flux after passing through the second and fourth regions 9c and 9e has the same phase as that of the central region 9a. As a result, of the laser beam transmitted through the collimating lens 9, the light flux transmitted through the central region 9a and the second and fourth regions 9c and 9e travels in phase with each other, and the first and third regions 9b and 9b. The light beam transmitted through 9d is given a phase difference of 19π / 6 [rad] and 5π [rad] to the light beam transmitted through central region 9a, respectively. Since the phase differences θ and θ ′ given to the light flux in the first and second regions 9b and 9c are θ = 19π / 6 and θ ′ = 4π as described above, cos θ = −0.87 and cos θ Since '= 1.0, all the conditional expressions (1) to (5) are satisfied. Further, as described above, since the phase differences θ and θ ′ given to the light flux in the third and fourth regions 9d and 9e are θ = 5π and θ ′ = 8π, cos θ = −1.0 and cos θ ′ = Since this is 1.0, all the conditional expressions (1) to (5) are satisfied.

<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。
<Function of Third Embodiment>
Hereinafter, the intensity distribution of the laser beam scanned on the scanning target surface S by the scanning optical system according to the third embodiment configured as described above, when the first to fourth regions 9b to 9e are not formed. (When the surface shape of the exit side of the collimator lens 9 is constituted only by the surface shape of the central region 9a) and when the first to fourth regions 9b to 9e are formed will be described in comparison. .

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。   FIG. 19 is a graph showing the intensity distribution of the laser beam incident on the scanning target surface S in a range from the beam center axis to 0.25 mm in the main scanning direction. Note that FIG. 19 shows a case where the first to fourth regions 9b to 9e are formed, but a graph showing a case where the first and second regions 8b to 8e are not formed is shown in FIG. It is shown. FIG. 20 is an enlarged graph showing the range of the intensity ratio from 0% to 10% in the graph of FIG. Further, the graph in which the range of the intensity ratio in the graph of FIG. 7 from 0% to 10% is enlarged is shown in FIG. 9 as described above.

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。   As shown in FIGS. 7 and 9, when the first to fourth regions 9b to 9e are not formed, the intensity of each side lobe gradually decreases as the distance from the main beam increases, and the intensity of each side lobe decreases. The intensity of the adjacent side lobe is slightly more than 4%.

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。   On the other hand, when the first to fourth regions 9b to 9e are formed, as shown in FIG. 19 and FIG. 20, the intensity of each side lobe is 1%. Other side lobes are less than 1%, though slightly more than 10%.

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。   Therefore, even if there is some microscopic undulation on the lens surfaces of the lenses 7a to 7c of the fθ lens group 7, even if the intensity of any one or a plurality of side lobes increases by about several%, the photosensitive drum The threshold value of the intensity exposed to T.12 is rarely exceeded.

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。   By the way, also in the third embodiment, the sum S ′ of the area of the first region 9b and the area of the third region 9d when the collimator lens 9 is viewed from the rear surface (FIG. 17) is the value after transmission through the collimator lens 9. It is desirable that the area be appropriately set with respect to the area S of the cross section of the laser beam. In the second embodiment, S '/ S is 0.10, which satisfies the conditional expression (11).

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。   Note that the collimator lens 9 in FIG. 17 may be integrally formed with the aperture stop 4 as in the case of the collimator lens 3 in FIG. Further, the collimating lens 9 in FIG. 17 may be used in a reflection type scanning optical system as shown in FIG.

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Schematic configuration diagram of the laser beam printer of the first embodiment 走査光学系の概略的な光学構成図Schematic optical configuration diagram of the scanning optical system コリメートレンズ及びその近傍の光路図Optical path diagram of collimating lens and its vicinity 第1の実施形態のコリメートレンズの背面図Rear view of the collimating lens according to the first embodiment 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FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the collimating lens along the line AA in FIG. 4; 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Explanatory drawing of the amount of deviation from the origin at the intersection of the surface shape of each area and the optical axis 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4 is a graph showing the intensity distribution of a laser beam when there are no first and second regions. 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4 is a graph showing the intensity distribution of the laser beam according to the first embodiment. 図7のグラフの一部を拡大したグラフThe graph which expanded a part of the graph of FIG. 図8のグラフの一部を拡大したグラフThe graph which expanded a part of the graph of FIG. 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Rear view when the collimating lens and the aperture stop are integrally formed 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Perspective view of a reflective scanning optical system incorporating a collimating lens 第2の実施形態のコリメートレンズの背面図Rear view of the collimating lens according to the second embodiment 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Sectional view of a part of the collimator lens along the line BB in FIG. 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4 is a graph showing an intensity distribution of a laser beam according to the second embodiment. 図15のグラフの一部を拡大したグラフThe graph which expanded a part of graph of FIG. 第3の実施形態のコリメートレンズの背面図Rear view of the collimating lens according to the third embodiment 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FIG. 17 is a cross-sectional view of a part of the collimator lens along the line CC in FIG. 17. 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4 is a graph showing an intensity distribution of a laser beam according to a third embodiment. 図19のグラフの一部を拡大したグラフThe graph which expanded a part of graph of FIG.

符号の説明Explanation of reference numerals

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
Reference Signs List 1 laser light source 2 cover glass 3 collimating lens 3a central area 3b first area 3c second area 4 aperture stop 5 cylindrical lens 6 polygon mirror 7 fθ lens group 8 collimating lens 8a central area 8b first area 8c second area 8d third Area 8e Fourth area 9 Collimating lens 9a Central area 9b First area 9c Second area 9d Third area 9e Fourth area

Claims (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。
The laser beam emitted from the light source is dynamically deflected by a deflector, and the dynamically deflected laser beam is converged as a spot light on a scanning target surface by an imaging optical system, so that the spot light is A scanning optical system for scanning along the main scanning direction on the surface to be scanned,
A collimating lens is provided on an optical path between the light source and the deflector,
One of the optical surfaces of the collimating lens,
A central region that transmits a beam central axis of a laser beam emitted from the light source and a light beam in the vicinity thereof,
A first element which transmits a part of the light beam incident on the outside of the central region and acts so as to give a predetermined first phase difference between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. An outer area;
A part of the light beam excluding the light beam incident on the central region and the first outer region is transmitted, and a predetermined second phase difference is provided between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. And a second outer region that acts as
The first phase difference does not include zero phase difference,
The scanning optical system according to claim 1, wherein the second phase difference includes a phase difference of zero, and has a value different from the first phase difference.
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。
When the polarity of the first phase difference is positive when the optical surface of the first outer region is shifted in the direction of decreasing the lens thickness with respect to the optical surface of the central region, the first Phase difference, the following conditional expressions (1) and (2),
cosθ ≦ 0 --- (1)
0 <θ <10π --- (2)
The scanning optical system according to claim 1, wherein θ [rad] is satisfied.
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。
When the polarity of the second phase difference is positive when the optical surface of the second outer region is shifted in the direction of decreasing the lens thickness with respect to the optical surface of the central region, the second surface The phase difference is determined by the following conditional expressions (3) to (5),
0.9 ≦ cosθ '--- (3)
0 ≦ θ ′ <10π --- (4)
θ <θ '--- (5)
The scanning optical system according to claim 2, wherein θ '[rad] is satisfied.
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。
When the polarity of the first phase difference is positive when the optical surface of the first outer region is shifted in the direction of decreasing the lens thickness with respect to the optical surface of the central region, the first Phase difference, the following conditional expressions (6) and (7),
cosθ ≦ 0 --- (6)
-10π <θ <0 --- (7)
The scanning optical system according to claim 1, wherein θ [rad] is satisfied.
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。
When the polarity of the second phase difference is positive when the optical surface of the second outer region is shifted in the direction of decreasing the lens thickness with respect to the optical surface of the central region, the second surface Phase difference, the following conditional expressions (8) to (10),
0.9 ≦ cosθ '--- (8)
−10π <θ ′ ≦ 0 --- (9)
θ '<θ --- (10)
The scanning optical system according to claim 4, wherein θ '[rad] is satisfied.
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。
The scanning optical system according to claim 3, wherein the collimating lens includes a plurality of sets of the first and second outer regions.
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。
The scanning optical system according to claim 6, wherein the collimating lens includes two sets of the first and second outer regions.
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。
The scanning optical system according to claim 3, wherein the first outer region closest to the beam center axis is adjacent to the first outer region outside the central region.
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。
9. The scanning optical system according to claim 3, wherein the second outer region closest to the beam center axis is adjacent to the first outer region outside the first outer region. 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。
The scanning optical system according to any one of claims 6 to 9, wherein the first and second outer regions are alternately arranged in a direction away from the central region.
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。
The sum of the areas of the regions where the laser beam is incident among the first outer regions is S ′, and the beam center axis of the laser beam passing through the range indicated by the effective aperture of the optical surface having the respective regions is When the area of the orthogonal cross section is S, the following conditional expression (11),
0.03 <(S '/ S) <0.3 --- (11)
The scanning optical system according to claim 8, 9 or 10, wherein the following is satisfied.
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。
The scanning optical system according to claim 1, wherein the collimating lens has a blocking portion as an aperture stop, and the opening portion has the central region and the outer regions. .
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。
The scanning optical system according to claim 1, wherein the imaging optical system is an optical system including a reflection surface.
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。
The laser beam emitted from the light source is dynamically deflected by a deflector, and the dynamically deflected laser beam is converged as spot light on a scanning target surface by an imaging optical system, so that the spot light is scanned. A printer including a scanning optical system that scans the target surface along the main scanning direction,
A collimating lens is provided on an optical path between the light source and the deflector,
One of the optical surfaces of the collimating lens,
A central region that transmits a beam central axis of a laser beam emitted from the light source and a light beam in the vicinity thereof,
A first element which transmits a part of the light beam incident on the outside of the central region and acts so as to give a predetermined first phase difference between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. An outer area;
A part of the light beam excluding the light beam incident on the central region and the first outer region is transmitted, and a predetermined second phase difference is provided between the transmitted light beam and the light beam transmitted through the central region. And a second outer region that acts as
The first phase difference does not include zero phase difference,
The printer, wherein the second phase difference includes a phase difference of zero and has a value different from the first phase difference.
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