JP2009168923A - Optical scanning device and image forming apparatus - Google Patents

Optical scanning device and image forming apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2009168923A
JP2009168923A JP2008004468A JP2008004468A JP2009168923A JP 2009168923 A JP2009168923 A JP 2009168923A JP 2008004468 A JP2008004468 A JP 2008004468A JP 2008004468 A JP2008004468 A JP 2008004468A JP 2009168923 A JP2009168923 A JP 2009168923A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scanning device
phase
optical scanning
optical
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008004468A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeaki Imai
重明 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2008004468A priority Critical patent/JP2009168923A/en
Publication of JP2009168923A publication Critical patent/JP2009168923A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning device in which depth tolerance is increased while keeping a beam spot diameter small as well as changes in an imaging position caused by environmental changes are effectively suppressed. <P>SOLUTION: The optical scanning device includes a light source, an aperture, a phase optical element, a deflecting means and a scanning lens. In the device, one optical plane of the phase optical element is divided into a plurality of regions An (n=1, 2, ...) to form the optical plane as a discontinuous plane figure, and a phase distribution figure BP of a structure pattern B different from the figure of the regions An (n=1, 2, ...) is provided, so that a function of correcting a positional shift of an imaging plane due to environmental changes is imparted to the discontinuous face figure comprising the plurality of regions An and that a function of increasing the depth of focus of a light spot is imparted to the structural pattern B. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は光走査装置及び画像形成装置に関する。この発明の光走査装置はデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ、MFP(マルチファンクションプリンタ)等に用いることができ、画像形成装置はこれらの装置として実施できる。   The present invention relates to an optical scanning device and an image forming apparatus. The optical scanning device of the present invention can be used in digital copying machines, laser printers, laser facsimiles, MFPs (multifunction printers), etc., and the image forming apparatus can be implemented as these devices.

近年、光走査により画像形成を行う「MFP等の画像形成装置」の出力画像の画質に対する要求水準が高くなり、光走査におけるビームスポット径の小径化及び安定化が強く求められている。「ビームスポット径の安定化」は、ビームの深度余裕(許容するビームスポット径以下となる光軸方向のデフォーカス距離)を大きくすることにより達成できるが、深度余裕:dとビームスポット径:W、光走査における使用波長:λとの間には、周知の如く、
d∝w/λ
の関係があり、深度余裕の増大はビームスポット径の増大をもたらすため、ビームスポット径の「小径化と安定化」を両立するのは困難であった。
ビームスポット径を小さく保ちつつ「深度余裕を拡大」する方法として、ベッセルビームを用いる方法が考えられる。ベッセルビームは、特許文献1等により知られているが、サイドローブ光強度が非常に強く、高次のサイドローブ光の強度も強いため、ベッセルビームにより光走査を行う場合、光利用効率の低下が考えられ、昨今要望されている画像形成の高速化の観点からすると問題なしとしない。
In recent years, the required level of image quality of an output image of an “image forming apparatus such as an MFP” that forms an image by optical scanning has increased, and there has been a strong demand for reducing and stabilizing the beam spot diameter in optical scanning. “Stabilization of the beam spot diameter” can be achieved by increasing the beam depth margin (defocus distance in the optical axis direction that is equal to or less than the allowable beam spot diameter), but the depth margin: d and the beam spot diameter: W As is well known, between the wavelength used in optical scanning: λ,
d∝w 2 / λ
Since the increase in the depth margin results in an increase in the beam spot diameter, it is difficult to achieve both “reduction and stabilization” of the beam spot diameter.
As a method of “expanding the depth margin” while keeping the beam spot diameter small, a method using a Bessel beam is conceivable. Although the Bessel beam is known from Patent Document 1, etc., the side lobe light intensity is very strong and the intensity of the high-order side lobe light is also strong. From the viewpoint of speeding up image formation that has been recently requested, there is no problem.

また、光走査による画像形成には「環境変動の影響」を受けやすいという問題がある。光走査が行われる環境条件である温度や湿度が変化すると、光源として用いられるレーザ光源の波長が変化したり、あるいはレンズの熱変形に伴い光学特性が変化したりして光走査を行うビームの結像面の位置ずれが生じる。環境変動による上記結像面の位置ずれを、回折レンズを用いて低減することが提案されている(特許文献2等)。   Further, there is a problem that image formation by optical scanning is easily affected by “environmental fluctuation”. When the temperature and humidity, which are the environmental conditions in which optical scanning is performed, change, the wavelength of the laser light source used as the light source changes, or the optical characteristics change due to thermal deformation of the lens. The image plane is displaced. It has been proposed to reduce the displacement of the image plane due to environmental fluctuations using a diffractive lens (Patent Document 2, etc.).

特許第3507244号公報Japanese Patent No. 3507244 特開2005−258392JP-A-2005-258392 特開2006−235069JP 2006-235069 A

この発明は上述したところに鑑み、光走査装置において、ビームスポット径を小さく保ちつつ深度余裕を拡大し、同時に、環境変化に起因する結像面位置の変動を有効に抑制することを課題とする。   In view of the above, it is an object of the present invention to increase the depth margin while keeping the beam spot diameter small, and at the same time, to effectively suppress fluctuations in the image plane position due to environmental changes. .

この発明の光走査装置は「光源と、この光源からの光束の一部のみを透過するアパーチャと、位相型光学素子と、前記光束を偏向し走査する偏向手段と、この偏向手段により走査された走査ビームを被走査面に結像する走査レンズとを有する光走査装置」である。   The optical scanning device according to the present invention is “a light source, an aperture that transmits only a part of the light beam from the light source, a phase-type optical element, a deflection unit that deflects and scans the light beam, and a beam scanned by the deflection unit. An optical scanning device having a scanning lens that forms an image of a scanning beam on a surface to be scanned.

請求項1記載の光走査装置は以下の如き特徴を有する。   The optical scanning device according to claim 1 has the following characteristics.

即ち、位相型光学素子の1つの光学面を複数の領域:An(n=1,2・・)に分割して光学面を不連続面形状とし、この不連続面形状における不連続部分における領域間の位相差を「使用波長に対して略2πの整数倍となる」ように設定するとともに、前記光学面に領域:An(n=1,2・・)と形状が異なる構造パターン:Bを設け、この構造パターン:Bとその周辺部との位相差が「使用波長に対して2πとは異なる」ように構造パターン:Bの構造を設定する。そして、複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状に「環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能」を持たせ、構造パターン:Bに「光スポットの焦点深度を拡大する機能」を持たせる。   That is, one optical surface of the phase-type optical element is divided into a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) So that the optical surface has a discontinuous surface shape. The phase difference between them is set to be “an integral multiple of approximately 2π with respect to the used wavelength”, and the structure pattern: B having a different shape from the region: An (n = 1, 2,...) Is formed on the optical surface. The structure of the structure pattern: B is set so that the phase difference between the structure pattern: B and its peripheral portion is “different from 2π with respect to the wavelength used”. Then, a discontinuous surface shape by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Is provided with a “function for correcting the positional deviation of the imaging surface due to environmental fluctuations”, and the structure pattern: B It has a function to expand the depth of focus.

請求項1記載の光走査装置において、位相型光学素子の複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状は「使用波長の光束を収束または発散させる機能を持たない」ように設定できる(請求項2)。   2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the discontinuous surface shape of the plurality of regions of the phase-type optical element: An (n = 1, 2,...) “Does not have a function of converging or diverging a light beam having a working wavelength”. (Claim 2).

請求項1または2記載の光走査装置における位相型光学素子の「不連続面形状における複数の領域:An(n=1,2・・)の不連続部分」は、直線状もしくは円形状もしくは楕円形状で、構造パターン:Bは「2次元状パターン」であることができる(請求項3)。この場合、位相型光学素子における構造パターン:Bの2次元状パターンは「主走査方向および副走査方向に線対称性を有し、且つ回転角:90度に対する回転対称性を持たない」ことが好ましい(請求項4)。「回転角:90度に対する回転対称性を持たない」とは、2次元状パターンをパターン面内で90度回転させたときに、回転前のパターン形状と同一にならないことを意味する。   3. The “plurality of regions in the discontinuous surface shape: Discontinuous portions of An (n = 1, 2,...)” Of the phase optical element in the optical scanning device according to claim 1 or 2 is linear, circular, or elliptical. In shape, the structure pattern B can be a “two-dimensional pattern”. In this case, the two-dimensional pattern of the structural pattern B in the phase-type optical element “has line symmetry in the main scanning direction and sub-scanning direction and does not have rotational symmetry with respect to a rotation angle of 90 degrees”. Preferred (claim 4). “Rotation angle: not having rotational symmetry with respect to 90 degrees” means that when a two-dimensional pattern is rotated 90 degrees in the pattern plane, it is not the same as the pattern shape before the rotation.

請求項4記載の光走査装置における位相型光学素子における構造パターン:Bの2次元状パターンは「楕円リング形状の少なくとも一部を含み、この楕円リング形状の幅が均一でない」ことができる(請求項5)。   The two-dimensional pattern B of the phase type optical element in the optical scanning device according to claim 4 can be “including at least part of an elliptical ring shape, and the width of the elliptical ring shape is not uniform” (claimed) Item 5).

請求項1〜5の任意の1に記載の光走査装置における位相型光学素子の「複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状と構造パターン:Bとを形成された面」と反対側の面は「屈折レンズ面」を形成することができる(請求項6)。   6. The phase-type optical element of the optical scanning device according to claim 1, wherein a plurality of regions: a discontinuous surface shape by An (n = 1, 2,...) And a structural pattern: B are formed. The surface opposite to the “surface” can form a “refractive lens surface”.

請求項1〜6の任意の1に記載の光走査装置において「光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャ」は、その開口部が「4隅を面取りした矩形形状」であることができ(請求項7)、請求項1〜7の任意の1に記載の光走査装置において「光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャ」は、位相型光学素子に極近接して配置されるか、もしくは位相型光学素子と密着もしくは一体化されることができる(請求項8)。この場合「光源をマルチビーム光源とする」ことができる(請求項9)。   The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6, wherein the "aperture that allows passage of only a part of the light beam from the light source" may have a "rectangular shape with four corners chamfered". (Aspect 7) In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 7, the "aperture that allows only a part of the light beam from the light source to pass" is disposed in close proximity to the phase optical element. Alternatively, it can be in close contact with or integrated with the phase type optical element. In this case, the “light source can be a multi-beam light source” (claim 9).

請求項1〜9に任意の1に記載の光走査装置における位相型光学素子における「複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状」は切削により、構造パターン:Bはエッチングにより形成されることが好ましい(請求項10)。   The discontinuous surface shape by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) In the phase-type optical element in the optical scanning device according to any one of claims 1 to 9 is cut to form a structural pattern: B Is preferably formed by etching.

この発明の画像形成装置は「光走査による画像書き込みを光導電性の感光体に行って静電潜像を形成する方式の画像形成装置」であって、光走査による画像書き込みを請求項1〜10の任意の1に記載の光走査装置により行うことを特徴とする(請求項11)。   The image forming apparatus of the present invention is an "image forming apparatus of a type that forms an electrostatic latent image by performing image writing by optical scanning on a photoconductive photosensitive member", and image writing by optical scanning is performed. It is performed by the optical scanning device according to any one of 10 (claim 11).

請求項11記載の画像形成装置は「複数の光導電性の感光体に異なる色成分の画像書き込みを行い、各感光体に形成される静電潜像を異なる色のトナーで可視化してトナー画像とし、これら色違いのトナー画像を同一の記録媒体上で重ね合わせてカラーもしくは多色の画像を形成する」ように構成することができる。   12. The image forming apparatus according to claim 11, wherein toner images are formed by performing image writing of different color components on a plurality of photoconductive photoconductors and visualizing electrostatic latent images formed on the photoconductors with different color toners. The toner images of different colors are superimposed on the same recording medium to form a color or multi-color image ”.

なお、光走査装置による被走査面の光走査は「シングルビーム方式」でも「マルチビーム方式」でもよい。   The optical scanning of the surface to be scanned by the optical scanning device may be a “single beam system” or a “multibeam system”.

若干、説明を補足する。
先ず、複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状に持たせられる「環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能」について簡単に説明する。
説明の具体性のために、位相型光学素子が、光源と光偏向手段との間に配置され、光源からの光束がコリメートされて平行光束として位相型光学素子に入射するものとし、位相型光学素子は光透過性であるとする。
このとき、平行光束は位相型光学素子を透過すると、領域:Anに応じて複数の光束部分に分かれるが、領域間の位相差が「使用波長に対して略2πの整数倍」であるので、これら分割された光束相互は位相が整合し、透過光束は全体として平面波、即ち平行光束の状態を保っている。
A little supplementary explanation.
First, the “function for correcting the positional deviation of the imaging plane due to environmental fluctuations” given to the discontinuous surface shape by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Will be briefly described.
For the sake of concreteness, it is assumed that the phase type optical element is disposed between the light source and the light deflecting means, and the light beam from the light source is collimated and enters the phase type optical element as a parallel light beam. The element is assumed to be light transmissive.
At this time, when the parallel light beam passes through the phase type optical element, it is divided into a plurality of light beam portions according to the region: An, but the phase difference between the regions is “an integral multiple of approximately 2π with respect to the used wavelength”. The phases of the divided light beams are matched, and the transmitted light beam as a whole maintains a plane wave, that is, a parallel light beam.

光源として一般に用いられる半導体レーザや面発光型レーザ等の発光波長は、温度の上昇に伴い「発光波長が長波長側にずれる」という一般的な性質を有している。一方、光走査装置の走査レンズは、偏向された光ビームを被走査面上に集光させるため、正の屈折力を有するのが一般であるが、レンズの熱変形や屈折率変化による影響は、正レンズでは正のパワーが弱くなるように、また負レンズでは負のパワーが弱くなるように現れるのが一般的である。   The emission wavelength of a semiconductor laser or surface-emitting laser generally used as a light source has a general property that “the emission wavelength shifts to the longer wavelength side” as the temperature rises. On the other hand, the scanning lens of an optical scanning device generally has a positive refractive power in order to focus the deflected light beam on the surface to be scanned. Generally, the positive lens appears to have a weak positive power, and the negative lens has a negative power to appear weak.

説明の具体性のために、走査レンズが正レンズで、温度上昇にともなって正のパワーが弱まる場合を考えると、上記のように、使用波長において透過光束が平行光束であるような位相型光学素子の場合、温度上昇により波長が大きくなった場合、領域:Anの個々を透過した光束部分の位相が互いにずれることになる。このとき、領域:Anによる不連続面形状を調整することにより、波長が増大した光束が位相型光学素子を透過した後「収束性の光束」となるようにすることができる。   For the sake of concreteness, considering the case where the scanning lens is a positive lens and the positive power becomes weaker as the temperature rises, as described above, phase-type optics in which the transmitted light beam is a parallel light beam at the wavelength used. In the case of an element, when the wavelength increases due to a temperature rise, the phases of the light beam portions transmitted through each region: An are shifted from each other. At this time, by adjusting the shape of the discontinuous surface by the region: An, the light beam having an increased wavelength can be made to be a “convergent light beam” after passing through the phase optical element.

このように「収束性の光束」となった光束が「正のパワーの弱まった走査レンズ」に入射すると、走査レンズにおける正のパワーの減少が「光束の収束性」により軽減される。そして、前記不連続面形状を調整することにより、光束の収束性への変化が「走査レンズにおける正のパワーの減少」を相殺するようにできる。環境変動の影響を受けるレンズが負レンズである場合にも、不連続面形状を調整することにより「走査レンズにおける負のパワーの減少」を相殺するようにできる。   Thus, when the light beam that has become a “convergent light beam” enters the “scanning lens with a weak positive power”, the decrease in positive power in the scanning lens is reduced by the “convergence property of the light beam”. Then, by adjusting the shape of the discontinuous surface, the change to the convergence of the light beam can cancel out the “decrease in positive power in the scanning lens”. Even when the lens affected by the environmental fluctuation is a negative lens, the “reduction in negative power in the scanning lens” can be canceled by adjusting the shape of the discontinuous surface.

このようにして、複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状に「環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能」を与えることができる。上には、走査レンズのパワー変動の補正を説明したが、一般に、光源から被走査面に至る光路上に配置されるレンズのパワー変動に起因する結像面位置の変動を、前記不連続面形状の調整により補正することができる。
一方、構造パターン:Bは「その周辺部との位相差が使用波長に対して2πとは異なるように構造を設定する」ことにより、後述する例のように「光スポットの焦点深度を拡大する機能」を持たせることが可能となる。
In this way, a “function for correcting the positional deviation of the imaging plane due to environmental fluctuations” can be given to the discontinuous surface shape by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...). Although the correction of the power fluctuation of the scanning lens has been described above, generally, the fluctuation of the imaging plane position caused by the power fluctuation of the lens arranged on the optical path from the light source to the scanned surface is referred to as the discontinuous surface. It can be corrected by adjusting the shape.
On the other hand, the structure pattern: B “expands the depth of focus of the light spot as in the example described later” by “setting the structure so that the phase difference with the peripheral portion is different from 2π with respect to the wavelength used”. "Function" can be provided.

前記不連続面形状や構造パターン:Bは、入射ビームに対して2次元的な位相分布を付与する。この位相分布は、例えば「ガラスや樹脂等の透明基板上に、屈折率分布や高さの分布を形成する」ことにより実現できるが、通常は素子の作り易さの面から、高さの分布で実現することが多い。なお、以下では、光ビームに所望の位相分布を与えるために不連続面形状や構造パターンBに与える屈折率分布や高さの分布を「位相型光学素子における位相分布」と呼ぶことにする。   The discontinuous surface shape or structure pattern B gives a two-dimensional phase distribution to the incident beam. This phase distribution can be realized by, for example, “forming a refractive index distribution or a height distribution on a transparent substrate such as glass or resin”. It is often realized with. In the following, the refractive index distribution and the height distribution given to the discontinuous surface shape and the structural pattern B in order to give a desired phase distribution to the light beam will be referred to as “phase distribution in the phase type optical element”.

発明者は「ビームスポット径を大きくすることなく、深度余裕を拡大できる方法」として以下の方法を見出した。
即ち、この方法は、走査レンズの結像面位置で、ビームスポットのビームプロファイルにおけるサイドローブ光(メインローブ光のすぐ外側のサイドローブ光)のピーク強度を「光走査に問題を与えない程度に増大」させることであり、この発明においては、これを実現するために、位相型光学素子における構造パターン:Bとその周辺部との位相分布を「光走査に問題を与えない程度にサイドローブ光のピーク強度を増大する」ように設計するのである。
The inventor has found the following method as “a method capable of expanding the depth margin without increasing the beam spot diameter”.
That is, in this method, the peak intensity of the side lobe light (the side lobe light just outside the main lobe light) in the beam profile of the beam spot at the image plane position of the scanning lens is set so as not to cause a problem with optical scanning. In order to realize this, in the present invention, the phase distribution of the phase pattern optical element B and its peripheral portion is changed to “the sidelobe light so as not to cause a problem in optical scanning”. It is designed to increase the peak intensity.

位相型光学素子による位相調整を行うとき、走査レンズの結像面(設計上の被走査面)でのビームスポットの光強度プロファイル(ビームプロファイル)におけるメインローブ光のピーク強度:PMに対するサイドローブ光のピーク強度:PSの比:PS/PMが、位相調整を行わないときの前記結像面位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PM1に対するサイドローブ光のピーク強度:PS1の比:PS1/PSに対し、
(1) PS/PM>PS1/PM1
となるように、位相型光学素子における位相分布を設定するのである。
When phase adjustment is performed by the phase type optical element, the peak intensity of the main lobe light in the light intensity profile (beam profile) of the beam spot on the imaging surface (designed scanning surface) of the scanning lens: side lobe light with respect to PM Peak intensity: PS ratio: PS / PM is the ratio of the peak intensity of the main lobe light in the light intensity profile at the imaging plane position when phase adjustment is not performed: the peak intensity of the side lobe light: PM1 : For PS1 / PS,
(1) PS / PM> PS1 / PM1
Thus, the phase distribution in the phase type optical element is set.

さらに、位相型光学素子による位相調整を行う場合における走査レンズの「結像面以外での光軸上位置」の光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PM2に対するサイドローブ光のピーク強度:PS2の比をPS2/PM2とし、位相調整を行わないときの前記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMAに対するサイドローブ光のピーク強度:PSAの比率をPSA/PMAとするとき、
(2) PS2/PM2<PSA/PMA
が満足されるように、位相型光学素子における位相分布を設定するのがよい。
Further, in the case of performing phase adjustment by the phase type optical element, the peak intensity of the main lobe light in the light intensity profile of the “position on the optical axis other than the imaging plane” of the scanning lens: the peak intensity of the side lobe light with respect to PM2: PS2 When the ratio is PS2 / PM2, the peak intensity of the main lobe light in the light intensity profile at the position when phase adjustment is not performed: the peak intensity of the side lobe light with respect to PMA: the ratio of PSA is PSA / PMA,
(2) PS2 / PM2 <PSA / PMA
Is preferably set so that the phase distribution in the phase-type optical element is satisfied.

あるいは更に、位相調整を行った場合の「結像面位置での走査レンズの光軸上位置の光強度プロファイル」におけるメインローブ光のピーク強度:PM3に対する「結像面以外の位置での光強度プロファイル」におけるメインローブ光のピーク強度:PM4の比率:PM4/PM3が、位相型光学素子による位相調整を行わないときの「結像面位置での光強度プロファイル」におけるメインローブ光のピーク強度:PM5に対する「結像面以外の位置での光強度プロファイル」におけるメインローブ光のピーク強度:PM6の比率:PM6/PM5に対し、
(3) PM4/PM3> PM6/PM5
となるようにするのが良い。
Alternatively, the peak intensity of the main lobe light in the “light intensity profile at the position on the optical axis of the scanning lens at the image plane position” when phase adjustment is performed: “light intensity at a position other than the image plane at PM3” Peak intensity of the main lobe light in the “profile”: PM4 ratio: PM4 / PM3 does not perform phase adjustment by the phase optical element, and the peak intensity of the main lobe light in the “light intensity profile at the imaging plane position”: With respect to PM5, the peak intensity of the main lobe light in the “light intensity profile at a position other than the imaging plane”: PM6 ratio: PM6 / PM5,
(3) PM4 / PM3> PM6 / PM5
It is good to be.

一般に、「結像面位置から外れた位置」におけるビームスポットの光強度プロファイルのピーク強度は、結像面位置におけるピーク強度よりも小さい。上記のように、結像面位置から外れた位置におけるピーク強度の減少量が抑制されると、画像形成装置において、経時的に「感光体の設置位置が変動」した場合にも、感光体を露光する光エネルギの減少量を低減でき、露光エネルギ変動に伴う「書き込みドットの大きさの変動」を小さく抑えることができ出力画像の高画質化に貢献できる。   In general, the peak intensity of the light intensity profile of the beam spot at “a position deviating from the imaging plane position” is smaller than the peak intensity at the imaging plane position. As described above, if the amount of decrease in the peak intensity at a position deviating from the image plane position is suppressed, the image forming apparatus can also remove the photoconductor even when the “photographer installation position varies” over time. The amount of light energy to be exposed can be reduced, and the “change in the size of the writing dots” accompanying the fluctuation in the exposure energy can be kept small, which can contribute to the improvement of the image quality of the output image.

上記条件(1)を満足することは、深度余裕拡大を生じさせる必要条件であり、位相型光学素子における位相分布は、条件(1)を満足するように設定される。   Satisfying the condition (1) is a necessary condition for causing an increase in the depth margin, and the phase distribution in the phase optical element is set so as to satisfy the condition (1).

サイドローブ光のピーク強度の増大量が大きい程「深度余裕の拡大量は増大」するが、サイドローブ光のピーク強度を増大させすぎると、形成される画像を構成するドットのまわりに「トナーのチリ」が発生したり、地汚れが発生したりする現象を誘発する。また、メインローブ光強度の低下量が大きくなりすぎ光走査の高速化に不利になる恐れもある。   The larger the amount of increase in the peak intensity of the sidelobe light, the “the amount of increase in the depth margin increases”. However, if the peak intensity of the sidelobe light is increased too much, It induces the phenomenon of “Chile” and soiling. In addition, the amount of decrease in the main lobe light intensity becomes too large, which may be disadvantageous for speeding up the optical scanning.

従って、サイドローブ光のピーク強度はメインローブ光のピーク強度の13.5%以下、好ましくは10%以下に設定するのが良い。   Therefore, the peak intensity of the side lobe light is set to 13.5% or less, preferably 10% or less of the peak intensity of the main lobe light.

以上に説明したように、この発明によれば新規な光走査装置及び画像形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、光走査のビームスポット径を小さく保ちつつ深度余裕を拡大し、同時に、環境変化に起因する結像位置の変動を有効に抑制できるので、環境に左右されること無く安定した光走査を実現できる。従って、この発明の光走査装置を用いる画像形成装置は、環境変動に拘わらず安定した画像形成を実現できる。   As described above, according to the present invention, a novel optical scanning device and image forming apparatus can be realized. The optical scanning device according to the present invention increases the depth margin while keeping the beam spot diameter of the optical scanning small, and at the same time, can effectively suppress the fluctuation of the imaging position due to the environmental change, so that it is not influenced by the environment. Stable optical scanning can be realized. Therefore, the image forming apparatus using the optical scanning device of the present invention can realize stable image formation regardless of environmental changes.

図1に光走査装置の光学配置の1例を示す。
図1は、光源1から、被走査面11に至る光路を構成する光学系を、1平面内に仮想的に展開して示している。
図1に示すように、光源1から放射された光ビームはカップリングレンズ3により平行光束化され、光学部材12を通過し、シリンドリカルレンズ5により副走査方向(図面に直交する方向)に集束傾向を与えられ、偏向手段であるポリゴンミラー7の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。ポリゴンミラー7は、この実施の形態例においては偏向反射面を4面もつものである。
FIG. 1 shows an example of the optical arrangement of the optical scanning device.
FIG. 1 shows an optical system constituting an optical path from the light source 1 to the surface to be scanned 11 virtually developed in one plane.
As shown in FIG. 1, the light beam emitted from the light source 1 is collimated by the coupling lens 3, passes through the optical member 12, and tends to converge in the sub-scanning direction (direction orthogonal to the drawing) by the cylindrical lens 5. Is formed as a “line image long in the main scanning direction” in the vicinity of the deflection reflection surface of the polygon mirror 7 which is the deflection means. In this embodiment, the polygon mirror 7 has four deflection reflection surfaces.

ポリゴンミラー7の偏向反射面により反射された光ビームは「走査レンズ」を構成するレンズ8、10の作用により被走査面11上にビームスポットとして集光する。レンズ8、10はガラスまたは樹脂で形成することができる。
ポリゴンミラー7が等速回転すると、偏向反射面により反射された光ビームは等角速度的に偏向し、ビームスポットは被走査面11を光走査する。
光学部材12は「アパーチャと位相型光学素子とを極近接させたもの」であり、アパーチャにより光ビームの周辺光束領域を遮光してビーム整形するとともに、位相型光学素子による波面の位相調整を行って深度余裕を拡大し、環境変動の影響を補正する。
The light beam reflected by the deflection reflection surface of the polygon mirror 7 is condensed as a beam spot on the surface 11 to be scanned by the action of the lenses 8 and 10 constituting the “scanning lens”. The lenses 8 and 10 can be formed of glass or resin.
When the polygon mirror 7 rotates at a constant speed, the light beam reflected by the deflecting reflecting surface is deflected at a uniform angular velocity, and the beam spot optically scans the scanned surface 11.
The optical member 12 is “aperture and phase optical element that are in close proximity to each other”, and the aperture shape blocks the light beam area around the light beam and shapes the beam, and the phase of the wave front is adjusted by the phase optical element. Increase the depth margin to compensate for the effects of environmental fluctuations.

レンズ8、10により構成される走査レンズは機能的には所謂「fθレンズ」であり、等角速度的に偏向する光ビームのビームスポットの被走査面11上での変位を等速化する機能を有している。
レンズ8、10による走査レンズはまた、ポリゴンミラー7の偏向反射面位置と被走査面11の位置とを「副走査方向に関して共役な関係」としており、副走査方向に関しては前記「主走査方向に長い線像」が走査レンズの物点となるので、ポリゴンミラー7の「面倒れ」が補正されるようになっている。なお、説明中の例では、走査レンズを構成する2枚のレンズ8、10は共に樹脂製である。
The scanning lens constituted by the lenses 8 and 10 is a so-called “fθ lens” in terms of function, and has a function of making the displacement of the beam spot of the light beam deflected at a constant angular velocity on the scanned surface 11 constant. Have.
The scanning lens by the lenses 8 and 10 also has a position of the deflecting reflection surface of the polygon mirror 7 and the position of the surface 11 to be scanned “in a conjugate relationship with respect to the sub-scanning direction”. Since the “long line image” becomes an object point of the scanning lens, the “face tilt” of the polygon mirror 7 is corrected. In the example being described, the two lenses 8 and 10 constituting the scanning lens are both made of resin.

図1における被走査面11は実体としては「光導電性の感光体の感光面」である。
図1に示した光学配置を持つ光走査装置は、光学部材12における位相型光学素子の部分を除けば、従来から広く知られた構成のものである。図1の構成の光走査装置は、図2に示すように組合せることにより「タンデム式の光走査装置」を構成することができる。 図2は、タンデム式の光走査装置の光学系部分を、副走査方向、即ち、偏向手段であるポリゴンミラー7の回転軸方向から見た状態を示している。図示の簡単のため、ポリゴンミラー7から光走査位置である各被走査面に至る光路上における光路屈曲用のミラーの図示を省略し、光路が平面上にあるように描いた。
The actual surface 11 to be scanned in FIG. 1 is a “photoconductive surface of a photoconductive photoconductor”.
The optical scanning device having the optical arrangement shown in FIG. 1 has a configuration that has been widely known so far, except for the phase-type optical element portion of the optical member 12. The optical scanning device having the configuration shown in FIG. 1 can be combined as shown in FIG. 2 to constitute a “tandem optical scanning device”. FIG. 2 shows a state in which the optical system portion of the tandem type optical scanning device is viewed from the sub-scanning direction, that is, the rotational axis direction of the polygon mirror 7 which is a deflecting means. For the sake of simplicity of illustration, the illustration of the mirror for bending the optical path on the optical path from the polygon mirror 7 to each scanned surface that is the optical scanning position is omitted, and the optical path is drawn on a plane.

この光走査装置では、4つの被走査面11Y、11M、11C、11Kをそれぞれ光ビームで光走査する。4つの被走査面11Y、11M、11C、11Kの実体は「光導電性の感光体ドラムの感光面」であり、これら4個の感光体ドラムに形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、得られる4色のトナー画像を重ね合わせてカラー画像を形成する。従って、以下において被走査面と、その実体をなす感光体ドラムには共通の符号を付する。   In this optical scanning device, the four scanned surfaces 11Y, 11M, 11C, and 11K are optically scanned with light beams, respectively. The substance of the four scanned surfaces 11Y, 11M, 11C, and 11K is “the photosensitive surface of the photoconductive photosensitive drum”, and the electrostatic latent images formed on the four photosensitive drums are magenta, yellow, Visualization is individually performed with cyan and black toners, and the obtained four color toner images are superimposed to form a color image. Accordingly, in the following description, a common reference numeral is assigned to the surface to be scanned and the photosensitive drum that forms the surface.

図2において、符号1Y、1M、1C、1Kは「光源」を示す。光源1Y、1Mは、図面に直交する方向である副走査方向に重なりあうように配置されている。光源1Mの発光源は「マゼンタ画像に対応する画像信号」により強度変調され、光源1Yの発光源は「イエロー画像に対応する画像信号」により強度変調される。   In FIG. 2, reference numerals 1Y, 1M, 1C, and 1K denote “light sources”. The light sources 1Y and 1M are arranged so as to overlap in the sub-scanning direction that is a direction orthogonal to the drawing. The light source of the light source 1M is intensity-modulated by “image signal corresponding to magenta image”, and the light source of the light source 1Y is intensity-modulated by “image signal corresponding to yellow image”.

同様に、光源1C、1Kも副走査方向に重なりあうように配置され、光源1Cの発光源は「シアン画像に対応する画像信号」により強度変調され、光源1Kの発光源は「黒画像に対応する画像信号」により強度変調される。   Similarly, the light sources 1C and 1K are also arranged so as to overlap in the sub-scanning direction, the light source of the light source 1C is intensity-modulated by “image signal corresponding to a cyan image”, and the light source of the light source 1K “corresponds to a black image”. The intensity is modulated by the “image signal”.

光源1Y、1Mの個々から放射された光束は、カップリングレンズ3Y、3M(副走査方向に重ねて配置され、各光源からの光束を入射される。)により平行光束化され、光学部材12Y、12M(副走査方向に重なりあうように配置され、各光ビームの周辺光束領域の遮光(ビーム整形)と、深度余裕拡大のための位相調整を行う。)を通過したのち、副走査方向に配列されたシリンダレンズ5Y、5M(副走査方向に重なり合うように配置されている。)により、それぞれ副走査方向へ集光されてポリゴンミラー7に入射する。   The light beams emitted from each of the light sources 1Y and 1M are converted into parallel light beams by the coupling lenses 3Y and 3M (which are arranged in the sub-scanning direction so that the light beams from the respective light sources are incident). After passing through 12M (arranged so as to overlap each other in the sub-scanning direction, light shielding (beam shaping) of the peripheral luminous flux region of each light beam and phase adjustment for increasing the depth margin) are performed, and then arrayed in the sub-scanning direction The cylinder lenses 5Y and 5M (disposed so as to overlap in the sub-scanning direction) are condensed in the sub-scanning direction and enter the polygon mirror 7.

シリンダレンズ5Y、5Mによる複数の「主走査方向に長い線像」はポリゴンミラー7の偏向反射面近傍に結像し、偏向される光ビームは、それぞれレンズ8Y、8M、10Y、10Mを透過し、これらレンズの作用により被走査面11Y、11Mにビームスポットを形成し、これら被走査面を光走査する。   A plurality of “line images that are long in the main scanning direction” by the cylinder lenses 5Y and 5M are imaged in the vicinity of the deflecting reflection surface of the polygon mirror 7, and the deflected light beams are transmitted through the lenses 8Y, 8M, 10Y, and 10M, respectively. The beam spots are formed on the scanned surfaces 11Y and 11M by the action of these lenses, and the scanned surfaces are optically scanned.

同様に、マルチビーム光源1C、1Kから放射された光束は、カップリングレンズ3C、3Kにより平行光束化され、光学部材12C、12Kを通過したのち、副走査方向に配列されたシリンダレンズ5C、5Kによりそれぞれ、副走査方向へ集光され、ポリゴンミラー7に入射して偏向され、それぞれレンズ8C、8K、10C、10Kを透過し、これらレンズの作用により被走査面11C、11Kにビームスポットを形成し、これら被走査面を光走査する。レンズ8Yとレンズ10Y、レンズ8Mとレンズ10M、レンズ8Cとレンズ10C、レンズ8Kとレンズ10Kはそれぞれ走査レンズを構成する。   Similarly, the light beams emitted from the multi-beam light sources 1C and 1K are converted into parallel light beams by the coupling lenses 3C and 3K, and after passing through the optical members 12C and 12K, the cylinder lenses 5C and 5K arranged in the sub-scanning direction. Are condensed in the sub-scanning direction, incident on the polygon mirror 7, deflected, and transmitted through the lenses 8C, 8K, 10C, and 10K, respectively, and a beam spot is formed on the scanned surfaces 11C and 11K by the action of these lenses. These scanned surfaces are optically scanned. The lens 8Y and the lens 10Y, the lens 8M and the lens 10M, the lens 8C and the lens 10C, and the lens 8K and the lens 10K respectively constitute a scanning lens.

図3は、図2に示す光走査装置を用いた画像形成装置の構成を示す図である。図3において符号20で示す部分が、図2に即して説明した「光走査装置」の部分である。
ポリゴンミラー7は偏向反射面を4面有し、図3に示すように「2段構成」となっており、上段で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーmM1、mM2、mM3により屈曲された光路により感光体ドラム11Mに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーmC1、mC2、mC3により屈曲された光路により感光体ドラム11Cに導光される。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an image forming apparatus using the optical scanning device shown in FIG. In FIG. 3, the portion indicated by reference numeral 20 is the portion of the “optical scanning device” described with reference to FIG.
The polygon mirror 7 has four deflecting reflecting surfaces, and has a “two-stage configuration” as shown in FIG. 3. One of the light beams deflected in the upper stage is bent by the optical path bending mirrors mM1, mM2, and mM3. The light path is guided to the photosensitive drum 11M by the optical path, and the other light beam is guided to the photosensitive drum 11C by the optical path bent by the optical path bending mirrors mC1, mC2, and mC3.

また、ポリゴンミラー7の下段側で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーmYにより屈曲された光路により感光体ドラム11Yに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーmKにより屈曲された光路により感光体ドラム11Kに導光される。   Further, one of the light beams deflected on the lower side of the polygon mirror 7 is guided to the photosensitive drum 11Y by the optical path bent by the optical path folding mirror mY, and the other light beam is bent by the optical path folding mirror mK. The light is guided to the photosensitive drum 11K through the optical path.

従って、前記4個の光源1Y、1M、1C、1Kからの光束により、4個の感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kが光走査される。感光体ドラム11Y〜11Kは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラTY、TM、TC、TKにより均一帯電され、それぞれ対応する光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書込まれ対応する静電潜像(ネガ潜像)を形成される。   Accordingly, the four photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K are optically scanned by the light beams from the four light sources 1Y, 1M, 1C, and 1K. Each of the photosensitive drums 11Y to 11K is rotated at a constant speed in the clockwise direction, and is uniformly charged by the charging rollers TY, TM, TC, and TK that form a charging unit, and is subjected to the corresponding optical scanning, thereby yellow, magenta, cyan, and black. Each color image is written and a corresponding electrostatic latent image (negative latent image) is formed.

これら静電潜像はそれぞれ現像装置GY、GM、GC、GKにより反転現像され、感光体ドラム11Y、11M、11C、11K上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。   These electrostatic latent images are reversed and developed by developing devices GY, GM, GC, and GK, respectively, and a yellow toner image, a magenta toner image, a cyan toner image, and a black toner image are respectively formed on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K. It is formed.

これら各色トナー画像は、図示されない「転写シート」上に転写される。即ち、転写シートは搬送ベルト17により搬送され、転写器15Yにより感光体ドラム11Y上からイエロートナー画像を転写され、転写器15M、15C、15Kによりそれぞれ、感光体ドラム11M、11C、11Kから、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。   These color toner images are transferred onto a “transfer sheet” (not shown). That is, the transfer sheet is conveyed by the conveying belt 17, the yellow toner image is transferred from the photosensitive drum 11Y by the transfer device 15Y, and magenta from the photosensitive drums 11M, 11C, and 11K by the transfer devices 15M, 15C, and 15K, respectively. The toner image, cyan toner image, and black toner image are sequentially transferred.

このようにして転写シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。このカラー画像が定着装置19により転写シート上に定着される。なお、各感光体ドラム上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト上において重ね合わせてカラー画像となし、このカラー画像を転写シート上に転写・定着しても良い。   In this way, a yellow toner image to a black toner image are superimposed on the transfer sheet to compose a color image synthetically. This color image is fixed on the transfer sheet by the fixing device 19. The toner images formed on the respective photosensitive drums may be superimposed on the intermediate transfer belt to form a color image, and the color image may be transferred and fixed on the transfer sheet.

図3において、ポリゴンミラー7の右側に偏向される光ビームが入射するレンズ8Y、8Mは、図においては分離して描いてあるが、これらは互いに2段に重ねて一体化してもよい。図3において、ポリゴンミラー7の左側に偏向される光ビームが入射するレンズ8C、8Kについても同様である。   In FIG. 3, the lenses 8Y and 8M on which the light beam deflected to the right side of the polygon mirror 7 is incident are drawn separately in the figure, but they may be integrated in two stages. In FIG. 3, the same applies to the lenses 8C and 8K on which the light beam deflected to the left side of the polygon mirror 7 enters.

上に説明した実施の形態では、図1に即して説明したように、光学部材12は「アパーチャと位相型光学素子とを極近接して配置したもの」である。
後述のように、アパーチャは、ビームスポット径の変動を有効に抑制するために用いられてビーム整形を行うが、アパーチャを設けると、アパーチャでの回折の影響で、ビームスポットのビームプロファイルが「メインローブ光の周りにサイドローブ光を伴ったプロファイル」となる。
一方、位相型光学素子を用いると「位相型光学素子においても回折が生じる」ため、光ビームの結像面におけるビームスポットのビームプロファイルは「アパーチャによる回折と位相型光学素子における回折が複合したものとして形成」される。従って、位相型光学素子の位相分布を変化させることにより、ビームスポットのビームプロファイルを変化させることができ、このことを利用して「ビームスポット径の増大を抑えつつ、深度余裕の狭小化を軽減もしくは防止する」ことができる。
In the embodiment described above, as described with reference to FIG. 1, the optical member 12 is “the aperture and the phase optical element are arranged in close proximity”.
As will be described later, the aperture is used to effectively suppress fluctuations in the beam spot diameter, and performs beam shaping. However, when the aperture is provided, the beam profile of the beam spot is changed to “main” due to the influence of diffraction at the aperture. “Profile with side lobe light around the lobe light”.
On the other hand, if a phase type optical element is used, “diffracting also occurs in the phase type optical element”, the beam profile of the beam spot on the image plane of the light beam is “a combination of diffraction by the aperture and diffraction by the phase type optical element. Formed as ". Therefore, by changing the phase distribution of the phase type optical element, the beam profile of the beam spot can be changed, and this is used to reduce the narrowing of the depth margin while suppressing the increase of the beam spot diameter. Or you can prevent.

図4(a)〜(d)に、位相型光学素子の構造パターン:Bの具体例を4例示す。   4A to 4D show four specific examples of the structural pattern B of the phase type optical element.

図4の例において位相型光学素子における構造パターン:B(色の濃い部分)の位相分布は、図4(a)に例示するように「高さ:hの分布」であり、高さ:hは、使用波長:λに対して「2π(rad)以外の位相」になるように設定される。図示の例の如く「0、hの2段階の高さ」のみを用いる分布のときは「π(rad)近傍」になるように高さ:hを設定するのがよい。
高さ:h、使用波長:λ、材料の屈折率:nに対し、位相:θ(rad)は
θ=2π(n−1)h/λ
で表される。
In the example of FIG. 4, the phase distribution of the structural pattern: B (dark portion) in the phase type optical element is “height: h distribution” as illustrated in FIG. 4A, and the height: h Is set to be “a phase other than 2π (rad)” with respect to the used wavelength: λ. In the case of a distribution using only “the two-step heights of 0 and h” as in the illustrated example, it is preferable to set the height: h so as to be “near π (rad)”.
For height: h, wavelength used: λ, material refractive index: n, phase: θ (rad) is
θ = 2π (n−1) h / λ
It is represented by

図4の例では、2段階の高さ分布による位相分布を示したが、多段階や連続値とすることにより設計の余裕度が広がる利点がある。また、結像面でのビームプロファイルは「主走査・副走査方向のそれぞれに対して対称な形状」が好ましいため、位相型光学素子における構造パターン:Bの位相分布は、図4(a)〜(d)に示すように「素子の中心を通り、主走査・副走査のそれぞれの方向に対して「線対称な高さ分布」にするのがよい。   In the example of FIG. 4, the phase distribution by the two-stage height distribution is shown, but there is an advantage that the design margin can be widened by using multiple stages or continuous values. In addition, since the beam profile on the imaging surface is preferably “symmetrical with respect to the main scanning direction and the sub-scanning direction”, the phase distribution of the structural pattern B in the phase type optical element is shown in FIGS. As shown in (d), “a height distribution that is line-symmetric with respect to the main scanning and sub-scanning directions through the center of the element” is preferable.

図4の(a)、(b)に示す構造パターン:Bはピクセル構造で「2次元的に自由な位相分布」を設定した例であり、(a)は「主走査方向と副走査方向とが異なる対称性」を有するもの、(b)は「主走査方向と副走査方向とが同じ対象性」を有するものである。   Structure patterns B shown in FIGS. 4A and 4B are examples in which “two-dimensional free phase distribution” is set in a pixel structure, and FIG. 4A shows “main scanning direction and sub-scanning direction”. (B) has "the same objectivity in the main scanning direction and the sub-scanning direction".

図4の(c)は楕円状リング構造、(d)は「楕円形状(もしくは円形状)の一部を組合せた構造」であり、何れも位相型光学素子における構造パターン:Bの位相分布に適する。勿論、構造パターン:Bのパターンは図4のものに限定されるものではない。   4C shows an elliptical ring structure, and FIG. 4D shows a “structure in which a part of elliptical shapes (or circular shapes) are combined”, both of which have a phase distribution of the structural pattern B in the phase type optical element. Suitable. Of course, the pattern of the structure pattern B is not limited to that shown in FIG.

図1〜図3に示した光走査装置に用いる場合、走査レンズは主走査方向と副走査方向で倍率が異なるため、図4の(a)、(c)、(d)のように「90度回転に対する対称性を持たないパターン」が良い。位相型光学素子における構造パターン:Bの位相分布のパターンとしては、図4(a)の例のように、2次元的に自由なパターンで、主走査方向と副走査方向のそれぞれに対して線対称な高さ分布を設定し、且つ、90度回転に対する対称性を持たないように設定するのが好適である。   When used in the optical scanning device shown in FIGS. 1 to 3, since the scanning lens has different magnifications in the main scanning direction and the sub-scanning direction, “90” as shown in FIGS. 4A, 4C, and 4D. “Pattern without symmetry with respect to degree rotation” is good. The pattern of the phase distribution of the phase type optical element: B is a two-dimensional free pattern as shown in the example of FIG. 4A, and is a line in each of the main scanning direction and the sub-scanning direction. It is preferable to set a symmetric height distribution and not to have symmetry with respect to a 90 degree rotation.

以下に「位相型光学素子における構造パターン:Bによる位相調整」による深度余裕の拡大を説明する。
前記事項を満たすように位相型光学素子の構造パターン:Bを設計したときのシミュレーション結果を以下で示す。以下、深度余裕を拡大できる位相型光学素子を「深度拡大素子」とも呼ぶ。
Hereinafter, the expansion of the depth margin by the “structural pattern in the phase type optical element: phase adjustment by B” will be described.
The simulation results when the structural pattern B of the phase type optical element is designed so as to satisfy the above items are shown below. Hereinafter, a phase-type optical element capable of expanding the depth margin is also referred to as a “depth expanding element”.

シミュレーションに用いた光学系は図5に示す如くである。
図5において、符号121はアパーチャ、符号122は位相型光学素子、符号Lはレンズ、符号ISは結像面を示している。
入射ビームは「均一強度の平面波」とし、アパーチャ121で所望のビーム断面形状に整形し、アパーチャ121に密接(距離:0)して設けられた位相型光学素子122により所望の位相分布を光ビームに付与し、焦点距離:fの理想レンズ(無収差レンズ)により結像面IS位置に結像させる。アパーチャ121および位相型光学素子122は、レンズLの前側焦点位置に設置されている。シミュレーションの各種パラメータは以下のとおりである。
The optical system used for the simulation is as shown in FIG.
In FIG. 5, reference numeral 121 denotes an aperture, reference numeral 122 denotes a phase-type optical element, reference numeral L denotes a lens, and reference numeral IS denotes an imaging plane.
The incident beam is a “plane wave of uniform intensity”, shaped into a desired beam cross-sectional shape by the aperture 121, and a desired phase distribution by the phase-type optical element 122 provided in close contact (distance: 0) with the aperture 121. And an image is formed at the position of the image plane IS by an ideal lens (no aberration lens) having a focal length of f. The aperture 121 and the phase type optical element 122 are installed at the front focal position of the lens L. The various parameters of the simulation are as follows.

アパーチャ:直径:930μmの円形状
レンズ焦点距離:f=50mm
使用波長:632.8nm
入射ビームは「均一強度の平面波」としているが、光走査装置に光源として用いられる半導体レーザ等の強度分布はガウス分布である。しかし、以下の説明は、入射ビームがガウスビームであるときにも成り立つ。これは、構造パターン:Bによる深度余裕の拡大が「位相分布のみを制御して、結像面上におけるビームプロファイルをコントロールしている」ことによる。
Aperture: Diameter: 930μm circular shape
Lens focal length: f = 50mm
Wavelength used: 632.8 nm
The incident beam is a “plane wave of uniform intensity”, but the intensity distribution of a semiconductor laser or the like used as a light source in the optical scanning device is a Gaussian distribution. However, the following description also holds when the incident beam is a Gaussian beam. This is because the expansion of the depth margin by the structure pattern B is “controlling the beam profile on the image plane by controlling only the phase distribution”.

上記のアパーチャ121、位相型光学素子122、レンズLは、例えば、図1の光学配置において、光学部材12と、シリンドリカルレンズ5、走査レンズ8、10を簡単化したモデルであり、実際の光走査装置における光学系構成とは異なるが、実際の光走査装置においても、以下に示すのと定性的に同等の効果が得られる。   The aperture 121, the phase-type optical element 122, and the lens L are, for example, a simplified model of the optical member 12, the cylindrical lens 5, and the scanning lenses 8, 10 in the optical arrangement of FIG. Although different from the optical system configuration in the apparatus, the actual optical scanning apparatus can also provide the same qualitative effects as shown below.

「深度拡大素子を設けないとき」
まず、図5のモデルにおいて深度拡大素子122を設けないときの「結像面位置におけるビームプロファイル」のシミュレーション結果を図6(a)に示す。ピーク強度を1に規格化している。このときのサイドローブ光のピーク強度は0.016(ピーク強度の1.6%)である。
“When no depth expansion element is provided”
First, FIG. 6A shows a simulation result of the “beam profile at the imaging plane position” when the depth expanding element 122 is not provided in the model of FIG. The peak intensity is normalized to 1. At this time, the peak intensity of the sidelobe light is 0.016 (1.6% of the peak intensity).

図6(b)は「ビームスポット径(単位:μm)を縦軸、デフォーカス(レンズの結像位置からのずれ、単位:mm)を横軸とする深度曲線」であり、ビームスポット径はピーク強度に対して「1/e」となる強度の部分の大きさである。深度余裕として「ビームスポット径の増大量を最小ビームスポット径の105%まで許容する」ものとすれば、図6の場合の深度余裕は8.9mmとなる。 FIG. 6B is a “depth curve with the beam spot diameter (unit: μm) as the vertical axis and the defocus (deviation from the lens imaging position, unit: mm) as the horizontal axis”. This is the size of the intensity portion that is “1 / e 2 ” with respect to the peak intensity. If the depth allowance is “allowing the increase in beam spot diameter to 105% of the minimum beam spot diameter”, the depth allowance in the case of FIG. 6 is 8.9 mm.

「深度拡大素子を設けたとき」
以下、5種類の深度拡大素子(5種類の構造パターン:B)を用いたときのシミュレーション結果を図7〜図11に示す。図7〜図11に共通して、(a)は「深度拡大素子における構造パターン:Bの位相分布」を示し、(b)は「結像面位置におけるビームプロファイル」、(c)はビームスポット径を縦軸、デフォーカスを横軸とする「深度曲線」を示す。「ビームプロファイル」は全て「ピーク強度を1に規格化」している。
"When a depth expansion element is provided"
Hereinafter, simulation results when five types of depth expanding elements (five types of structural patterns: B) are used are shown in FIGS. In common with FIGS. 7 to 11, (a) shows “structural pattern in depth-enlarging element: B phase distribution”, (b) shows “beam profile at image plane position”, and (c) shows beam spot. A “depth curve” is shown with the diameter on the vertical axis and the defocus on the horizontal axis. All the “beam profiles” “normalize peak intensity to 1”.

図7〜図11における(a)において構造パターン:Bは「色の濃い部分」であり、構造パターン:Bに対して地の部分となる「薄色部分」と構造パターン:Bとの位相差を「π(薄色部分:0、濃い色の部分:π)」に設定している。   7A to 11A, the structural pattern B is a “dark portion”, and the phase difference between the structural pattern B and the “light color portion” that is the ground portion and the structural pattern B. Is set to “π (light color portion: 0, dark color portion: π)”.

図7〜図11の(a)に示す「深度拡大素子」を順次、深度拡大素子1〜5と呼ぶ。図7〜図11の(a)に示す深度拡大素子は何れも、構造パターン:Bの位相分布が「中空の円形状」で、それぞれ図示の外径・内径を有し、円形状の位相分布の中心を「アパーチャの中心」に一致させている。   The “depth expanding elements” shown in FIGS. 7A to 11A are sequentially referred to as depth expanding elements 1 to 5. Each of the depth expanding elements shown in FIGS. 7 to 11A has a phase distribution of the structure pattern: B having a “hollow circular shape”, and each has an outer diameter and an inner diameter as shown in the figure, and a circular phase distribution. The center of is matched with the “center of the aperture”.

図7〜図11の(b)に示すように、深度拡大素子1〜5を用いても高次サイドローブ光のピークが低く(図7〜図11の(b)のグラフの外側においても強い強度の高次光は発生していない。)、高い強度のメインローブ光が得られている。また、深度拡大素子を用いない場合のビームプロファイルを示す図6(a)との対比から明らかなように、深度拡大素子1〜5が用いられることにより、ビームプロファイルに於けるメインローブ光に隣接するサイドローブ光のピーク値が増大している。   As shown in FIG. 7 to FIG. 11B, the peak of the high-order sidelobe light is low even when the depth expanding elements 1 to 5 are used (strong outside the graphs of FIG. 7 to FIG. 11B). Intense high-order light is not generated.) High-intensity main lobe light is obtained. Further, as is clear from the comparison with FIG. 6A showing the beam profile when the depth expanding element is not used, the use of the depth expanding elements 1 to 5 makes it adjacent to the main lobe light in the beam profile. The peak value of the sidelobe light to be increased.

また、深度拡大素子1〜5を用いることにより、図7〜図11の(c)に示す「深度曲線」から明らかなように、デフォーカスに対するビームスポット径の変化が小さくなり、深度余裕が増大している。   Further, by using the depth expanding elements 1 to 5, as apparent from the “depth curve” shown in FIGS. 7 to 11C, the change of the beam spot diameter with respect to the defocus is reduced, and the depth margin is increased. is doing.

「深度拡大機能のない構造パターンの位相型光学素子を用いた場合」
図12に示す構造パターンは深度拡大素子1〜5と同様、位相分布が「中空の円形状で位相差:π」であり、図示の外径・内径を有し、円形状の位相分布の中心を「アパーチャの中心」に一致させている。
しかし、この場合に得られるビームプロファイルは図12(b)に示すように、メインローブ光に隣接するサイドローブ光のピーク値が小さく、同図(c)からも明らかなように、深度拡大を行う機能を持たない。
"When using a phase-type optical element with a structure pattern without depth expansion"
In the structure pattern shown in FIG. 12, the phase distribution is “hollow circular shape with phase difference: π”, similar to the depth expanding elements 1 to 5, and has the outer and inner diameters shown in the figure, and the center of the circular phase distribution. Is matched with the “center of the aperture”.
However, the beam profile obtained in this case has a small peak value of the sidelobe light adjacent to the main lobe light as shown in FIG. 12B, and as is clear from FIG. Has no function to do.

図13に、上に説明した各場合のサイドローブ光のピーク強度、深度余裕、ビームスポット径を一覧表として示す。   FIG. 13 shows a list of the peak intensity, depth margin, and beam spot diameter of the sidelobe light in each case described above.

「ビームプロファイル」は、全てピーク強度を1に規格化しており、深度余裕は「最小ビームスポット径の105%までビームスポット径の増大が許容される」ものとして算出した。図13において「深度拡大素子なし」は図6に示した場合であり、「本発明でない深度拡大素子」は、図12に示した「深度拡大機能のない構造パターンの位相型光学素子」である。   The “beam profile” is calculated assuming that the peak intensity is standardized to 1 and the depth margin is “allowing an increase in beam spot diameter to 105% of the minimum beam spot diameter”. In FIG. 13, “no depth expansion element” is the case shown in FIG. 6, and “the depth expansion element not according to the present invention” is “a phase type optical element having a structure pattern without a depth expansion function” shown in FIG. .

「サイドローブ光のピーク強度を増大させるような位相型光学素子(深度拡大素子1〜5)を設けることにより、深度余裕が拡大し、サイドローブ光のピーク強度が強いものの方が、深度余裕の拡大率が大きい」ことが理解される。   “By providing phase-type optical elements (depth expansion elements 1 to 5) that increase the peak intensity of the sidelobe light, the depth margin is expanded, and the one with the strong peak intensity of the sidelobe light has a greater depth margin. It is understood that the enlargement rate is large.

「深度拡大機能のない構造パターンの位相型光学素子」を用いた場合には、図13から、逆に深度余裕が減少しているのがわかる。   In the case of using “a phase type optical element having a structure pattern without a depth expansion function”, it can be seen from FIG. 13 that the depth margin is decreased.

上記のように、構造パターン:Bを持つ深度拡大素子用いると、レンズ焦点位置近傍でのビームスポット径の深度余裕が拡大するため、リレー光学系等のレンズの追加等を招くことがなく、レイアウト上、非常に有利である。更に「高い光利用効率」を実現できる。   As described above, when the depth expanding element having the structural pattern B is used, the depth margin of the beam spot diameter in the vicinity of the lens focal point position is expanded, so that a layout such as the addition of a lens such as a relay optical system is not caused. Above all, it is very advantageous. Furthermore, “high light utilization efficiency” can be realized.

図14には、「深度拡大素子を用いない」ときと深度拡大素子1〜5を用いたときのそれぞれについて、横軸にデフォーカス(mm)、縦軸にサイドローブ光のピーク強度(メインローブ光のピーク強度を1に規格化したとき)を取って両者の関係を示す。図12の構造パターンを用いたときには、焦点位置以外におけるビームプロファイルの劣化が激しく、サイドローブ光とメインローブ光が重なりあい、サイドローブ光のピーク強度とメインローブ光を区別できないため図示されていない。   FIG. 14 shows the defocus (mm) on the horizontal axis and the peak intensity of the sidelobe light (main lobe) on the vertical axis when “no depth expansion element is used” and when each of the depth expansion elements 1 to 5 is used. (When the peak intensity of light is normalized to 1), the relationship between the two is shown. When the structure pattern of FIG. 12 is used, the beam profile is not significantly deteriorated except at the focal position, the side lobe light and the main lobe light overlap, and the peak intensity of the side lobe light and the main lobe light cannot be distinguished from each other. .

図14を参照すると、焦点位置(結像面位置、デフォーカス:0mm)においては、深度拡大素子を用いないときのサイドローブ光のピーク強度が最も小さいが、デフォーカス:5〜6mmよりも大きなデフォーカス領域では、深度拡大素子を用いた方がサイドローブ光のピーク強度が小さくなっている。   Referring to FIG. 14, at the focal position (image plane position, defocus: 0 mm), the peak intensity of the sidelobe light when the depth expanding element is not used is the smallest, but the defocus is larger than 5 to 6 mm. In the defocus region, the peak intensity of the sidelobe light is smaller when the depth expanding element is used.

上には構造パターン:Bの位相分布として「中空の円形状(リング状)」のものを示したが、これに限定されるものではなく、前述のように「メインローブ光のすぐ外側のサイドローブ光のピーク強度を増大させる」ように設計された位相分布を持つ構造パターン:Bを用いることができ、例えば、図4のような位相分布の設定が可能である。   Although the “hollow circular (ring-shaped)” phase distribution of the structural pattern B is shown above, it is not limited to this, and as described above, “the side just outside the main lobe light” A structural pattern B having a phase distribution designed to “increase the peak intensity of the lobe light” can be used. For example, the phase distribution as shown in FIG. 4 can be set.

上には、図5に示す簡単な光学系で説明したが、上記のことは、実際の光走査装置に適用可能である。このことを以下で説明する。
一般の光走査装置において、カップリングレンズを透過した光束は略平行光となってアパーチャに入射する。アパーチャを透過した光束は、シリンドリカルレンズと走査レンズとを透過して被走査面に到達する。上記シリンドリカルレンズと走査レンズとは、擬似的に1枚のレンズと見なせる。ただし、主走査方向と副走査方向のパワーは異なり、一般に副走査方向のパワーが強い。従って、擬似的に1枚と見なしたレンズはアナモフィックレンズである。
In the above, the simple optical system shown in FIG. 5 has been described, but the above can be applied to an actual optical scanning device. This will be described below.
In a general optical scanning device, the light beam that has passed through the coupling lens becomes substantially parallel light and enters the aperture. The light beam that has passed through the aperture passes through the cylindrical lens and the scanning lens and reaches the surface to be scanned. The cylindrical lens and the scanning lens can be regarded as a single lens in a pseudo manner. However, the power in the main scanning direction and the sub-scanning direction are different, and generally the power in the sub-scanning direction is strong. Therefore, a lens that is regarded as a single pseudo lens is an anamorphic lens.

また、アパーチャの開口部は一般に主走査方向の幅の広い形状(長方形形状もしくは楕円形状が多い)である。従って、図5に示したシミュレーション用のレンズをアナモフィックレンズと考えれば、一般の光走査装置に対応する。なお、焦点距離は光走査装置によって異なるが、上記の深度拡大は、焦点距離に依存しない。   In addition, the aperture opening generally has a wide shape in the main scanning direction (many rectangular or elliptical shapes). Accordingly, if the simulation lens shown in FIG. 5 is considered as an anamorphic lens, it corresponds to a general optical scanning device. Although the focal length differs depending on the optical scanning device, the above-described depth expansion does not depend on the focal length.

以上は、構造パターン:Bによる「焦点深度拡大機能」の説明である。以下には、複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状による「環境変動による結像面の位置ずれ補正」の機能を説明する。   The above is the description of the “depth-of-focus function” by the structure pattern B. In the following, the function of “image plane displacement correction due to environmental fluctuations” due to the discontinuous surface shape of a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Will be described.

「環境変動による結像面の位置ずれ補正」を行う機能を持ったレンズとして、回折レンズが知られている。図15は、従来から知られた回折レンズの構造の例(上の図は光軸方向から見た図、下の各図は断面図)を示している。   A diffractive lens is known as a lens having a function of performing “correction of image plane position displacement due to environmental fluctuations”. FIG. 15 shows an example of a structure of a conventionally known diffractive lens (the upper figure is a view seen from the optical axis direction, and the lower figures are sectional views).

図15(a)は、通常のレンズの形状を輪帯群に分割し、各輪帯の高さが「h」になるように折り返した構造である。
図15(b)は、(a)の輪帯の斜面部を円錐面で近似した形状(鋸波状断面)のものである。
FIG. 15A shows a structure in which the shape of a normal lens is divided into ring zones, and folded so that the height of each ring zone is “h”.
FIG. 15B shows a shape (sawtooth cross section) in which the inclined surface of the annular zone in FIG.

図15(c)は、(a)の輪帯を「階段状の断面を持つ形状で近似したもの」である。   FIG. 15C is an “approximation of the annular zone of (a) with a shape having a step-like cross section”.

これらの例における個々の輪帯部分が、複数の領域:An(n=1,2・・)の個々の領域であり、輪帯群は全体として「不連続面形状」をなしている。そして、この不連続面形状が「環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能」を有するように設定されるのである。   The individual annular zone portions in these examples are individual regions of a plurality of regions: An (n = 1, 2,...), And the annular zone group has a “discontinuous surface shape” as a whole. The discontinuous surface shape is set so as to have “a function for correcting the positional deviation of the imaging surface due to environmental fluctuations”.

図15(a)〜(c)における不連続面形状は「使用波長(設計波長)」においてパワーを有し、入射したビームを集光(もしくは発散)させる。
図16に示す例は「使用波長においてパワーを持たない回折レンズ」である。複数の領域:Anを構成する各輪帯は、光軸に対して垂直な平面となっている。
The discontinuous surface shapes in FIGS. 15A to 15C have power at the “use wavelength (design wavelength)” and collect (or diverge) the incident beam.
The example shown in FIG. 16 is a “diffractive lens having no power at the wavelength used”. Each annular zone constituting the plurality of regions: An is a plane perpendicular to the optical axis.

図15、図16に示す高さ「h」は、使用波長に対して「2πの整数倍」の位相差となるように設定される。   The height “h” shown in FIGS. 15 and 16 is set to have a phase difference of “integer multiple of 2π” with respect to the used wavelength.

光走査装置内の温度が上昇した場合を考えると、光源として半導体レーザが用いられている場合、光源の発光波長は一般に長波長側にずれるが、回折レンズのパワーは波長に比例して大きくなる。
温度上昇時には、屈折作用を持つレンズ(特に樹脂製レンズ)は膨張し、レンズ面の曲率が減少しレンズパワーは弱くなる。従って1つの光学系内に、回折レンズと屈折レンズの両方を設けると、温度変化時におけるパワー変化を、回折レンズと屈折レンズで相殺でき、温度変化によるパワー変化を抑制できる。即ち、回折レンズにおける回折面のパワー変化は「温度変化によるレンズの膨張・収縮によるパワー変化の方向」と逆であり、温度変化時の結像面位置の変化を抑制できる。
Considering the case where the temperature in the optical scanning device rises, when a semiconductor laser is used as the light source, the light emission wavelength of the light source generally shifts to the longer wavelength side, but the power of the diffractive lens increases in proportion to the wavelength. .
When the temperature rises, a lens having a refractive action (particularly a resin lens) expands, the curvature of the lens surface decreases, and the lens power becomes weak. Therefore, if both the diffractive lens and the refractive lens are provided in one optical system, the power change at the time of temperature change can be canceled by the diffractive lens and the refractive lens, and the power change due to the temperature change can be suppressed. That is, the power change of the diffractive surface in the diffractive lens is opposite to the “direction of power change due to expansion / contraction of the lens due to temperature change”, and the change of the image plane position when the temperature changes can be suppressed.

図17に、回折レンズのレンズ面の不連続面形状(複数の領域:Anによる不連続面形状)を3種示す。(a)では複数の領域は「同心円状」に分割された輪帯群、(b)では複数の領域は「同心楕円状」に分割された輪帯群であり、(c)では複数の領域は直線状の分割ラインで分割された短冊状の領域群である。(b)、(c)の不連続面形状によれば「アナモフィックな回折パワー」を実現できる。   FIG. 17 shows three types of discontinuous surface shapes (a plurality of regions: discontinuous surface shapes by An) of the lens surface of the diffractive lens. In (a), the plurality of regions are annular zones divided into “concentric circles”, in (b) the plurality of regions are annular zones divided into “concentric ellipses”, and in (c), the plurality of regions Is a strip-shaped region group divided by a linear dividing line. According to the discontinuous surface shapes of (b) and (c), “anamorphic diffraction power” can be realized.

光走査装置では一般に、主走査方向と副走査方向で光学系の倍率が異なるため、回折レンズによる、温度変化時の結像面位置の変化量が、主走査方向と副走査方向とで異なるように設定するのが好ましい。このためには、図17(b)に示すような楕円状の輪帯を持つ回折レンズ面を1面用いるか、もしくは、図17(a)に示すような同心円状の輪帯を持つ回折レンズ面と、図17(c)に示すような直線状の分割ラインで分割された回折レンズ面を組合せて用いるのが良い。   In general, since the optical system magnification is different between the main scanning direction and the sub-scanning direction in the optical scanning device, the amount of change in the image plane position caused by the diffraction lens when the temperature changes is different between the main scanning direction and the sub-scanning direction. It is preferable to set to. For this purpose, one diffractive lens surface having an elliptical annular zone as shown in FIG. 17 (b) is used, or a diffractive lens having concentric annular zones as shown in FIG. 17 (a). It is preferable to use a combination of the surface and a diffractive lens surface divided by a linear dividing line as shown in FIG.

なお、光走査装置では一般に、副走査方向の倍率が高く、主走査方向の倍率は比較的小さいので、温度変化時の結像面位置変化については特に副走査方向の変化が問題になる。   In general, since the magnification in the sub-scanning direction is high and the magnification in the main scanning direction is relatively small in the optical scanning device, a change in the sub-scanning direction is particularly problematic with respect to a change in the imaging plane position when the temperature changes.

従って、図17(a)に示すような同心円状の輪帯を持つ回折レンズ面1面か、図17(c)に示すような回折レンズ面1面でも効果はある。   Therefore, the effect can be obtained even with one diffractive lens surface having a concentric ring zone as shown in FIG. 17A or one diffractive lens surface as shown in FIG.

上には、温度変化にともない回折面のパワーを変化させる原理を説明したが、これは回折面で球面波(発散、もしくは収束)を発生させていることに相当する。これを応用すると、温度変化時に任意の波面を発生させることができ、例えば温度変化時に発生する様々な収差を打ち消すような波面を発生させることもできる。これは、領域:Anの分割の仕方や、領域:Anの幅や大きさを変えることで実現できる。   The principle of changing the power of the diffractive surface with a change in temperature has been described above. This corresponds to generating a spherical wave (divergent or convergent) on the diffractive surface. By applying this, an arbitrary wavefront can be generated when the temperature changes, and for example, a wavefront that cancels various aberrations that occur when the temperature changes can be generated. This can be realized by changing the method of dividing the region: An and changing the width and size of the region: An.

上には、構造パターン:Bによる「深度余裕を拡大する機能」と、複数の領域:Anによる不連続面形状による「環境変動の影響の補正機能」を個別的に説明した。これらの2つの機能は、独立した光学現象を利用するものであるので、これらを組合せることにより、2つの機能を同時に機能させることができる。   Above, “the function of expanding the depth margin” by the structure pattern: B and “the function of correcting the influence of environmental variation” by the discontinuous surface shape by the plurality of regions: An are individually described. Since these two functions utilize independent optical phenomena, the two functions can be made to function simultaneously by combining them.

即ち、この発明においては請求項1記載のように、同一の位相型光学素子の「1つの光学面」を、複数の領域:An(n=1,2・・)に分割して光学面を不連続面形状とし、この不連続面形状における不連続部分における領域間の位相差を、使用波長に対して略2πの整数倍となるように設定するとともに、前記光学面に領域:An(n=1,2・・)と形状が異なる構造パターン:Bを設け、この構造パターン:Bとその周辺部との位相差が、使用波長に対して2πとは異なるように構造パターン:Bの構造を設定し、複数の領域:Anによる不連続面形状に「環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能」を持たせ、構造パターン:Bに「光スポットの焦点深度を拡大する機能(深度余裕を拡大する機能)」を持たせるのである。   That is, according to the present invention, as described in claim 1, “one optical surface” of the same phase type optical element is divided into a plurality of regions: An (n = 1, 2,...), And the optical surface is divided. A discontinuous surface shape is set, and the phase difference between the regions in the discontinuous portion of the discontinuous surface shape is set to be an integral multiple of approximately 2π with respect to the used wavelength, and the region: An (n = 1, 2,...) Having a different structure pattern: B, and the structure pattern: B so that the phase difference between this structure pattern: B and its peripheral portion is different from 2π with respect to the wavelength used Is set to a discontinuous surface shape by a plurality of areas: An having “a function of correcting the positional deviation of the imaging surface due to environmental fluctuations”, and a structure pattern: B “function to expand the depth of focus of a light spot ( It has a function to expand the depth margin).

図18に、位相型光学素子の同一の光学面に「回折レンズ構造(不連続面形状)と深度拡大構造(構造パターン:B)を集積化」した例を2例示す。回折レンズ構造と深度拡大構造を同一面に集積することは、回折レンズ構造を基準にして「深度拡大構造の部分を高くするかもしくは低くする」ことで実現できる。   FIG. 18 shows two examples of “integrating a diffractive lens structure (discontinuous surface shape) and a depth expansion structure (structure pattern: B)” on the same optical surface of a phase optical element. The integration of the diffractive lens structure and the depth expanding structure on the same plane can be realized by “raising or lowering the depth expanding structure portion” with reference to the diffractive lens structure.

図18(a)、(b)において、斜線でハッチを施したパターン(符号BPで示す。)が深度拡大構造に対応する構造パターン:Bの部分であり、その高さを、回折レンズ構造の領域面An(n=1、2、・・)に対して「hだけ低く」している。 In FIGS. 18A and 18B, a hatched pattern (indicated by reference numeral BP) is a portion of the structure pattern B corresponding to the depth-enlarging structure, and the height of the pattern is the height of the diffractive lens structure. It is “lower by h 2 ” with respect to the area surface An (n = 1, 2,...).

図に示す「h」と「h」とは異ならせる必要があり、hは「使用波長に対して位相差:πを与える大きさ」であることが好ましく、このような位相差により深度拡大効果を効率よく発生させることができる。図18(a)、(b)において、回折レンズ構造(領域:Anの個々に対応する輪帯)はどちらも「楕円形状」としている。 “H” and “h 2 ” shown in the figure need to be different from each other, and h 2 is preferably “a phase difference with respect to the used wavelength: a magnitude that gives π”. The enlargement effect can be generated efficiently. In FIGS. 18A and 18B, the diffractive lens structure (area: annulus corresponding to each of An) is both “elliptical”.

図18(a)は、深度拡大構造である構造パターン:Bを「2次元状の自由なパターンBP」とした場合、図18(b)は、深度拡大構造である構造パターン:Bを「幅が均一でない楕円リング状パターンBP」で構成した場合である。前述の如く、深度拡大構造は「主走査方向および副走査方向において線対称性を有し、且つ90゜回転対称性を持たない構造パターン:B」とするのが良い。   18A shows a structure pattern B having a depth expansion structure: B is “two-dimensional free pattern BP”, and FIG. 18B shows a structure pattern B having a depth expansion structure “width”. Is an elliptical ring-shaped pattern BP that is not uniform. As described above, the depth-enlarging structure is preferably “structure pattern: B having line symmetry in the main scanning direction and sub-scanning direction and not having 90 ° rotational symmetry”.

勿論、回折レンズ構造(不連続面形状)や深度拡大構造(構造パターン:B)は図18の例に限定されるものではなく、回折レンズ構造は、図17に示した同心円状や同心楕円状、あるいは直線状とすることもでき、深度拡大構造は、図4に示したような様々な構造や、上に図7〜図11に即して説明した中空円形状(リング状)とすることもできる。   Of course, the diffractive lens structure (discontinuous surface shape) and the depth expansion structure (structure pattern: B) are not limited to the example of FIG. 18, and the diffractive lens structure may be concentric or concentric elliptical as shown in FIG. Alternatively, the depth expansion structure may be a variety of structures as shown in FIG. 4 or a hollow circular shape (ring shape) described above with reference to FIGS. You can also.

深度拡大構造(不連続面形状)は、図4(a)や図18(a)の例のように「2次元状の任意のパターン」とするのが性能上最も好ましいが、型の作成が難しくなり、また、微細構造が多く存在するため型の耐久性が低下する恐れがある。製造上の安定性を考慮すると、深度拡大構造としては、図4の(c)、(d)や図18の(b)に示すような「楕円リング形状、あるいは楕円リング形状を一部に含むパターン」にするのが良い。   The depth expansion structure (discontinuous surface shape) is most preferably “two-dimensional arbitrary pattern” as in the examples of FIG. 4A and FIG. It becomes difficult, and the durability of the mold may be reduced due to the presence of many fine structures. In consideration of manufacturing stability, the depth expansion structure includes “elliptical ring shape as shown in FIGS. 4C and 4D and FIG. It is better to use “pattern”.

また、楕円リング形状を用いて、深度拡大機能を効果的に発生させるには、楕円リング形状の幅を一定とせず、副走査方向の幅よりも主走査方向の幅の方を太くする(例えば、図18(b)のようなパターン)のがよい。   Also, in order to effectively generate the depth expansion function using the elliptical ring shape, the width of the elliptical ring shape is not constant, and the width in the main scanning direction is made larger than the width in the sub-scanning direction (for example, , A pattern as shown in FIG.

この発明の光走査装置は、請求項1に記載されたように「光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャ」を構成要件としている。   As described in claim 1, the optical scanning device of the present invention has “aperture that allows passage of only a part of the light beam from the light source” as a constituent feature.

光走査装置における光源としては、端面発光レーザや面発光レーザ等の半導体レーザが一般的に用いられているが、これらは個体間に「発散角のばらつき」があるため、そのまま光走査装置の光源として用いると、光走査装置間で「感光体上のビームスポット径」に大きなばらつきが発生してしまう。アパーチャの機能は「走査レンズへ入射するビームの幅を一定にし、半導体レーザに個体間での発散角ばらつきに拘わらず、結像面位置(感光体表面)におけるビームスポット径の変化を安定化する」ことにある。   Semiconductor lasers such as edge-emitting lasers and surface-emitting lasers are generally used as light sources in optical scanning devices, but these have “divergence of divergence angle” between individuals, so the light source of the optical scanning device is used as it is. As a result, a large variation in the “beam spot diameter on the photoconductor” occurs between the optical scanning devices. The function of the aperture is “to make the width of the beam incident on the scanning lens constant, and stabilize the change of the beam spot diameter at the imaging plane position (photoreceptor surface) regardless of the divergence angle variation among the individual semiconductor lasers. "There is.

光走査装置では一般に、副走査方向において「面倒れ補正」を行うために、主走査方向と副走査方向とで倍率を異ならせており、感光体上におけるビームスポット径も主走査方向と副走査方向とで異なる。走査レンズは、主走査方向と副走査方向で面形状が異なるアナモフィック光学系となり、アパーチャは一般的には「主走査方向に長い形状」となる。   In general, in an optical scanning device, in order to perform “surface tilt correction” in the sub-scanning direction, the magnification is different between the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the beam spot diameter on the photosensitive member is also different from that in the main scanning direction. It depends on the direction. The scanning lens is an anamorphic optical system having different surface shapes in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the aperture is generally “long in the main scanning direction”.

請求項1記載のように、深度拡大機能を持つ構造パターン:Bと不連続面形状(回折レンズ面形状)を組合せて用いることにより、深度余裕の拡大と環境変化時の像面位置ずれ抑制効果を同時に得ることができ、感光体上でのビームスポット径を安定化できる。   As described in claim 1, by using a combination of a structural pattern having a depth expansion function: B and a discontinuous surface shape (a diffractive lens surface shape), an effect of suppressing an increase in depth margin and an image plane position shift at the time of environmental change Can be obtained simultaneously, and the beam spot diameter on the photoreceptor can be stabilized.

前述の如く、不連続面形状による「環境変動による結像面位置変動を補正する機能」と、構造パターン:Bによる深度余裕拡大機能とは独立した光学原理を利用するものであるから、これらを光学系内に別個に設けることも可能であり、例えば「位相型光学素子の一方の面に回折レンズ面(複数の領域:Anによる不連続面)、他方の面を構造パターン:Bを有する面」としてもよい。
しかしこの場合、回折レンズ面と構造パターン:Bとを高精度に位置合わせする必要が生じ、素子製造上の難易度が増大して素子のコストが高くなるか、あるいはコストの低減を優先して位置合わせの制度を犠牲にすると素子品質の劣化につながる。また、位相型光学素子を「金型を用いて樹脂により作製」することを考えると、複雑な面形状の金型は作製が難しく、寿命も短いため、成形面を多くするのは品質劣化を招きやすく、好ましくない。
As described above, since the “function to correct the imaging plane position fluctuation due to the environmental fluctuation” due to the discontinuous surface shape and the depth margin enlargement function by the structure pattern B are used, the optical principle is independent. It is also possible to provide them separately in the optical system. For example, “a surface having a diffractive lens surface (a plurality of regions: discontinuous surfaces by An) on one surface of a phase-type optical element and a structural pattern: B on the other surface. It is good also as.
However, in this case, it is necessary to align the diffractive lens surface and the structure pattern B with high precision, and the difficulty in element manufacture increases, and the cost of the element increases, or priority is given to cost reduction. If the alignment system is sacrificed, the quality of the device will deteriorate. In addition, considering that the phase type optical element is “made with resin using a mold”, it is difficult to manufacture a mold having a complicated surface shape and its life is short. It is easy to invite and is not preferable.

さらに、位相型光学素子には「通常の屈折面」も付与した方が、部品点数削減による低コスト化および光利用効率向上を実現できるが、前述の不連続面と構造パターン:Bを有する面とを片面ずつに振り分けた光学素子に屈折面の機能も付与しようとすると、不連続面形状もしくは構造パターン:Bを有する面の一方に、さらに屈折面を集積化する必要があり、素子製造の難易度がさらに増大してしまう。   Furthermore, the phase-type optical element also provided with a “normal refracting surface” can realize cost reduction and improved light utilization efficiency by reducing the number of components, but the surface having the above-described discontinuous surface and structural pattern: B In order to provide a function of a refracting surface to an optical element that is divided into one surface, it is necessary to further integrate a refracting surface on one of the surfaces having a discontinuous surface shape or a structural pattern: B. The difficulty level will increase further.

従って、請求項1に記載のように、位相型光学素子の1つの光学面に複数の領域:Anによる不連続面と構造パターン:Bとを設けるのが好ましく、このようにすることで、部品点数を最小限に抑えることができ、低コスト化および高い光利用効率を実現できるほか、回折面の数を減らすことができて素子作製の難易度を低減でき、金型を用いて素子を作製する場合は金型の寿命も増大させることができ製造上の品質を安定化できる。   Therefore, as described in claim 1, it is preferable to provide a plurality of regions: a discontinuous surface by An and a structural pattern: B on one optical surface of the phase-type optical element. In addition to minimizing the number of points, cost reduction and high light utilization efficiency can be achieved, and the number of diffraction surfaces can be reduced to reduce the difficulty of element fabrication. In this case, the service life of the mold can be increased, and the manufacturing quality can be stabilized.

光学素子の1つの面に不連続面形状と構造パターン:Bを設けるとき、不連続面形状の輪帯構造と、構造パターン:Bの構造が「相似な関係」となるようにすると、金型の作製は容易となるが、輪帯形状は「主走査方向と副走査方向の倍率」によって決まるのに対し、構造パターン:Bの位相分布の形状はアパーチャの形状に大きく影響を受けるため「両者の構造を相似の関係にする」のは難しい。結像面位置変化の抑制と深度余裕の拡大を両立させるためには、不連続面形状と構造パターン:Bの形状を異ならせるのがよい。   When a discontinuous surface shape and a structure pattern: B are provided on one surface of an optical element, a mold is formed so that the discontinuous surface shape of the annular structure and the structure of the structure pattern: B have a “similar relationship”. Although the ring shape is determined by “magnification in the main scanning direction and the sub-scanning direction”, the shape of the phase distribution of the structure pattern B is greatly affected by the shape of the aperture. It is difficult to make the structure of "similar". In order to achieve both suppression of the image plane position change and expansion of the depth margin, it is preferable to make the discontinuous surface shape and the structure pattern B different.

位相型光学素子は「光源と偏向手段の間」に設けるのがよく、例えば、カップリングレンズとシリンドリカルレンズの間に設けることができる。パワーのある不連続面形状を用いれば、カップリングレンズやシリンドリカルレンズの代用とすることが可能となる。   The phase type optical element is preferably provided “between the light source and the deflecting means”, and can be provided, for example, between the coupling lens and the cylindrical lens. If a discontinuous surface shape having power is used, a coupling lens or a cylindrical lens can be substituted.

位相型光学素子の不連続面・構造パターン:Bを設けた面の反対側の面に屈折レンズ面を設けることにより屈折レンズ面を「カップリングレンズやシリンドリカルレンズ」の代わりに用いることができ部品点数を削減できる。   Discontinuous surface / structure pattern of phase type optical element: By providing a refractive lens surface on the surface opposite to the surface provided with B, the refractive lens surface can be used in place of a “coupling lens or cylindrical lens”. The score can be reduced.

カップリングレンズの代わりに用いるときは、屈折レンズ面を回転対称非球面とするのが良く、不連続面形状は同心円状の輪帯で形成するのが良い。シリンドリカルレンズに、図17(c)に示したような直線状の分割ラインで分割された不連続面を設けることにより、光走査装置内の温度が変化しても主走査方向と副走査方向の像面位置変化を抑制できる。   When used in place of the coupling lens, the refractive lens surface is preferably a rotationally symmetric aspheric surface, and the discontinuous surface shape is preferably formed by concentric annular zones. By providing the cylindrical lens with a discontinuous surface divided by linear dividing lines as shown in FIG. 17C, the temperature in the optical scanning device changes in the main scanning direction and the sub-scanning direction. The image plane position change can be suppressed.

シリンドリカルレンズの代わりに用いるときは、屈折レンズ面を「副走査方向にのみ曲率を持つ球面もしくは非球面」とするのが良く、不連続面形状は、図17(c)に示したような直線状の分割ラインで分割された形状とするのが良い。さらに、カップリングレンズに同心円状の輪帯による不連続面形状を設けてもよい。また、シリンドリカルレンズの不連続面形状を同心楕円状の輪帯で形成すると、カップリングレンズには不連続面形状がなくても同等の機能を実現できる。   When used in place of a cylindrical lens, the refractive lens surface is preferably a “spherical or aspherical surface having a curvature only in the sub-scanning direction”, and the discontinuous surface shape is a straight line as shown in FIG. It is good to make it the shape divided | segmented by the shape-like division line. Further, the coupling lens may be provided with a discontinuous surface shape by concentric annular zones. Further, when the discontinuous surface shape of the cylindrical lens is formed by a concentric elliptical ring zone, the same function can be realized even if the coupling lens does not have the discontinuous surface shape.

この発明の光走査装置は前述したように「シングルビーム走査方式」とすることも「マルチビーム走査方式」とすることもできるが、マルチビーム走査方式とする場合に、光源をマルチビーム光源とするときは、カップリングレンズの位置では複数ビーム間での「素子への入射位置の差」は小さいが、シリンドリカルレンズの位置では複数ビーム間において「入射位置の差」が経時変化も含めて大きくなる傾向にある。従って、位相型光学素子は、シリンドリカルレンズの代用とするよりも「カップリングレンズの代用とする」方が複数ビーム間で「性能(像面位置変動の抑制効果、深度余裕拡大効果)の差」が出にくいためより好ましい。   As described above, the optical scanning device of the present invention can be of a “single beam scanning system” or a “multibeam scanning system”. However, when the multibeam scanning system is used, the light source is a multibeam light source. In some cases, the “difference in the incident position on the element” between the multiple beams is small at the position of the coupling lens, but the “difference in the incident position” between the multiple beams at the position of the cylindrical lens is large, including changes over time. There is a tendency. Therefore, the phase-type optical element is “substituting for a coupling lens” rather than replacing a cylindrical lens with “difference in performance (effect of suppressing variation in image plane position, depth margin expansion effect) between multiple beams”. Is more preferable because

不連続面形状と構造パターン:Bとを同じ光学面に設けた位相型光学素子の製造方法として、不連続面形状は「バイトを用いた切削加工」で作製し、構造パターン:Bはドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチングにより作製するのがよい。このような方法により、まず型を作製し、その後、インプリントや射出成型等により、位相型光学素子を樹脂により作製するのが良い。具体的には、例えば、以下のようにするのが良い。   As a manufacturing method of a phase type optical element in which a discontinuous surface shape and a structural pattern: B are provided on the same optical surface, the discontinuous surface shape is produced by “cutting using a cutting tool”, and the structural pattern: B is dry-etched. Further, it is preferable to fabricate by etching such as wet etching. By using such a method, a mold is first prepared, and then a phase-type optical element is preferably formed from a resin by imprinting or injection molding. Specifically, for example, the following is preferable.

(1)バイトもしくは型を回転(同心円回転もしくは楕円回転)させ、不連続面形状をなす輪帯構造を切削加工する。
(2)レジストを塗布する。
(3)電子ビームや光ビームにより構造パターン:Bの位相分布形状を描画するか、もしくはマスクを用いて構造パターン:Bの位相分布形状を露光し、現像する。
(4)(必要に応じて)クロム等のエッチングレートの遅い材料を蒸着してリフトオフする。
(5)ドライエッチングを行う。
(1) A bite or a mold is rotated (concentric or elliptical) to cut a ring zone structure having a discontinuous surface shape.
(2) Apply a resist.
(3) The structure pattern: B phase distribution shape is drawn by an electron beam or a light beam, or the structure pattern: B phase distribution shape is exposed and developed using a mask.
(4) Evaporate a material with a slow etching rate such as chromium (if necessary) and lift off.
(5) Perform dry etching.

全てを切削加工で行おうとすると、構造パターン:Bが不連続面形状の複数に輪帯にまたがるため、加工が非常に難しい。
また、パワーがない不連続面形状の段数(領域:Anの数)は数10段と非常に多く、エッチングにより作製しようとすると、マスク露光や電子・光ビーム露光の際の位置あわせ誤差の影響が出やすく、高い回折効率を得るのが難しくなる。パワーがある不連続面形状の場合も、高い回折効率を得ようとすると8〜16段の構造が必要であり、構造パターン:Bと合わせて4〜5枚のマスクが必要となり、位置合わせ誤差の影響により「高い回折効率を得る」のは困難となる。
If all are to be performed by cutting, the structure pattern: B spans a ring zone in a plurality of discontinuous surface shapes, which makes machining extremely difficult.
In addition, the number of steps (region: number of An) of the discontinuous surface shape without power is as large as several tens, and the effect of alignment errors during mask exposure and electron / light beam exposure is likely to be produced by etching. Is likely to occur, and it becomes difficult to obtain high diffraction efficiency. Even in the case of a discontinuous surface shape with power, if an attempt is made to obtain high diffraction efficiency, a structure of 8 to 16 steps is required, and 4 to 5 masks are required in combination with the structure pattern: B, resulting in an alignment error. It is difficult to “obtain high diffraction efficiency” due to the influence of the above.

従って、切削加工とエッチングを併用することで高精度に型を作製することができ、波面収差の発生を小さく抑え、且つ高い回折効率を有する位相型光学素子を作製することができる。このように型を用いて樹脂またはガラスで位相型光学素子を作製することにより位相型光学素子を低コストで実現できる。   Therefore, by using cutting and etching together, a mold can be manufactured with high accuracy, and a phase-type optical element having high diffraction efficiency can be manufactured while suppressing generation of wavefront aberration. Thus, a phase type optical element is realizable at low cost by producing a phase type optical element with resin or glass using a type | mold.

上記のように、不連続面形状の加工を切削加工で行うときは、パワーを持たないタイプの方が加工し易く、高精度な加工を実現でき、高精度且つ高回折効率で安定した位相型光学素子の作製が可能となる。なお、上記の切削加工の代わりに、研削加工とすることもできる。   As mentioned above, when machining discontinuous surface shapes by cutting, the type without power is easier to machine, can achieve high-precision machining, and is a phase type that is stable with high accuracy and high diffraction efficiency. An optical element can be manufactured. In addition, it can also be set as a grinding process instead of said cutting process.

さらに、構造パターン:Bを加工する際「高さ方向に平坦でない面」を加工しようとすると加工面に「うねり」が発生して、ビームスポット径を増大させる虞がある。従って、全てを平坦な面を加工することで(加工する領域中に段差はあってもよい)、高精度な加工を実現でき波面収差の発生を小さく抑えることができる。   Further, when processing the “surface that is not flat in the height direction” when processing the structural pattern B, “swell” occurs on the processed surface, which may increase the beam spot diameter. Therefore, by processing all flat surfaces (there may be a step in the region to be processed), highly accurate processing can be realized, and the occurrence of wavefront aberration can be suppressed to a small level.

この発明では深度余裕の拡大を「走査レンズの結像面位置近傍において、サイドローブ光のピーク強度を増大」させることにより行っている。
サイドローブ光はノイズ光でもあるため、その「発生させ方」を適切に設計しなければ出力画像に悪影響を及ぼす可能性がある。「矩形状の開口部」を持つアパーチャを設けた場合のサイドローブ光は、主走査方向と副走査方向に局在して発生し、出力画像に悪影響を及ぼす恐れがある。
In the present invention, the depth margin is increased by “increasing the peak intensity of the sidelobe light in the vicinity of the position of the image plane of the scanning lens”.
Since sidelobe light is also noise light, the output image may be adversely affected if the “generation” is not properly designed. Sidelobe light in the case where an aperture having a “rectangular opening” is provided is generated in a localized manner in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and may adversely affect the output image.

この点を考慮すると、アパーチャにおける開口部の形状は、図19に示すように「矩形形状に対して4隅を面取りした形状」、即ち、光束断面における4隅を遮光する開口形状にするのがよい。このような開口形状とすることにより「サイドローブ光が、主走査方向と副走査方向に局在する」ことを避け、メインローブ光の周りを取り囲むように発生させることができ、出力画像への悪影響を回避できる。   In consideration of this point, the shape of the aperture in the aperture is, as shown in FIG. 19, “a shape in which four corners are chamfered with respect to the rectangular shape”, that is, an aperture shape that shields the four corners in the light beam cross section. Good. By adopting such an aperture shape, it is possible to avoid that “side lobe light is localized in the main scanning direction and sub-scanning direction” and to surround the main lobe light, and to generate an output image. Adverse effects can be avoided.

図19(a)は「4隅が直線形状で面取り」された開口径状、図19(b)は「4隅が楕円弧で面取り」された開口径状、図19(c)は「楕円状の開口径状」を示し、これらは何れも請求項7の発明の実施の形態例である。また、面取りする4隅の面積の総和は、矩形開口の面積の10%以上であることが望ましい。   19A is an opening diameter shape with “four corners chamfered with a straight line”, FIG. 19B is an opening diameter shape with “four corners chamfered with an elliptical arc”, and FIG. 19C is an “oval shape”. These are all examples of an embodiment of the invention of claim 7. Further, the total sum of the areas of the four corners to be chamfered is desirably 10% or more of the area of the rectangular opening.

位相型光学素子とアパーチャとを離して設置すると、設置時のばらつきや経時変化により、構造パターン:Bとアパーチャ開口部の中心位置ずれが発生し、感光体上のビームプロファイルを劣化させ、ビームスポット径を増大させる恐れがある。これを避けるには、位相型光学素子とアパーチャ部材は「密着もしくは極近接」させるか、または一体化するのがよい。最も好ましいのは「位相型光学素子とアパーチャを一体化する」ことであり、位相型光学素子の不連続面形状・構造パターン:Bが形成された面もしくは反対側の面の周辺に遮光領域を形成するのがよい。   If the phase type optical element and the aperture are separated from each other, the center position of the structural pattern B and the aperture opening is shifted due to variations in the installation and changes over time, the beam profile on the photoconductor is deteriorated, and the beam spot There is a risk of increasing the diameter. In order to avoid this, the phase optical element and the aperture member may be “closely or in close proximity” or integrated. The most preferable is to “integrate the phase type optical element and the aperture”, and to form a discontinuous surface shape / structure pattern of the phase type optical element: a light shielding region around the surface on which the B is formed or the opposite surface. It is good to form.

さらに、光源をマルチビーム光源とするとき、例えば、カップリングレンズを位相型光学素子とした場合、位相型光学素子の後に離間させてアパーチャ部材を設置すると、構造パターン:Bとアパーチャ開口部の中心位置ずれが発生しやすくなる。   Further, when the light source is a multi-beam light source, for example, when the coupling lens is a phase type optical element, if the aperture member is placed after the phase type optical element, the structure pattern: B and the center of the aperture opening Misalignment is likely to occur.

図20はこの様子を示す。屈折面と不連続面形状・構造パターン:B(図中の「回折構造面」)を有するカップリングレンズCPを透過した複数の光束は平行光束化されるとともに相互に角度を持って伝搬する。光束相互がなす角は光束間で異なる。ある角度を持ってアパーチャAPに入射するビームは、ビームから見て「位相型光学素子の不連続面形状の中心とアパーチャの中心」を全てのビームについて一致させることはできず、アパーチャAPが位相型光学素子から離れれば離れるほど中心ずれは大きくなる。従って、光源をマルチビーム光源とするときは、位相型光学素子とアパーチャAPを密着もしくは極近接させるかもしくは一体化するのがよいのである。   FIG. 20 shows this state. A plurality of light beams transmitted through a coupling lens CP having a refracting surface and a discontinuous surface shape / structural pattern: B (“diffractive structure surface” in the figure) are converted into parallel light beams and propagate with an angle to each other. The angle between the light beams differs between the light beams. A beam incident on the aperture AP at a certain angle cannot match the center of the discontinuous surface shape of the phase-type optical element and the center of the aperture with respect to all the beams when viewed from the beam. The further the distance from the mold optical element, the larger the center deviation. Therefore, when the light source is a multi-beam light source, the phase type optical element and the aperture AP are preferably brought into close contact with each other or in close proximity to each other or integrated.

なお、マルチビーム光源としては、例えば、端面発光レーザが1次元状に配列されたレーザダイオードアレイや、面発光レーザが2次元的に配列された面発光レーザアレイを用いることができる。   As the multi-beam light source, for example, a laser diode array in which edge emitting lasers are arranged one-dimensionally or a surface emitting laser array in which surface emitting lasers are arranged two-dimensionally can be used.

光走査装置の光学配置の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of the optical arrangement | positioning of an optical scanning device. タンデム式の光走査装置の光学配置の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the optical arrangement | positioning of a tandem-type optical scanning device. 画像形成装置の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of an image forming apparatus. 位相型光学素子の構造パターン:Bの具体例を4例示す図である。It is a figure which shows four examples of the structural pattern: B of a phase type optical element. 深度余裕の拡大のシミュレーションに用いた光学系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical system used for the simulation of expansion of a depth margin. 位相型光学素子による位相調整を行わないときのビームプロファイルと深度曲線を示す図である。It is a figure which shows a beam profile and a depth curve when not performing phase adjustment by a phase type optical element. 構造パターン:Bの1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of structure pattern: B. 構造パターン:Bの1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of structure pattern: B. 構造パターン:Bの1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of structure pattern: B. 構造パターン:Bの1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of structure pattern: B. 構造パターン:Bの1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one example of structure pattern: B. 深度余裕を拡大する機能を持たない位相形状の1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase shape which does not have a function which expands a depth margin. サイドローブ光のピーク強度、深度余裕、ビームスポット径の表である。It is a table | surface of the peak intensity of a side lobe light, a depth margin, and a beam spot diameter. 深度拡大素子を用いないときと深度拡大素子1〜5を用いたときのそれぞれについて、デフォーカスとサイドローブ光のピーク強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the defocus and the peak intensity of sidelobe light about each when not using a depth expansion element and when using the depth expansion elements 1-5. 従来から知られた回折レンズの構造の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the structure of the diffraction lens known conventionally. 基準波長においてパワーを持たない回折レンズの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the diffractive lens which does not have power in a reference wavelength. 回折レンズのレンズ面の不連続面形状を3種示す図である。It is a figure which shows three types of discontinuous surface shapes of the lens surface of a diffraction lens. 位相型光学素子の同一の光学面に不連続面形状と構造パターン:Bを集積化した例を2例示す図である。It is a figure which shows two examples which integrated discontinuous surface shape and structural pattern: B on the same optical surface of a phase type optical element. アパーチャの開口形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the opening shape of an aperture. 請求項8記載の発明の特徴部分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characterizing part of invention of Claim 8.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
3 カップリングレンズ
12 光学素子(アパーチャと位相型光学素子)
5 シリンドリカルレンズ
7 偏向手段
8、10 走査レンズを構成するレンズ
11 被走査面
1 Light source
3 Coupling lens
12 Optical elements (Aperture and phase type optical elements)
5 Cylindrical lens
7 Deflection means
8, 10 Lens constituting the scanning lens
11 Scanned surface

Claims (12)

光源と、この光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャと、位相型光学素子と、前記光束を偏向し走査する偏向手段と、この偏向手段により走査された走査ビームを被走査面に結像する走査レンズとを有する光走査装置において、
位相型光学素子の1つの光学面を複数の領域:An(n=1,2・・)に分割して光学面を不連続面形状とし、この不連続面形状における不連続部分における領域間の位相差を、使用波長に対して略2πの整数倍となるように設定するとともに、前記光学面に前記領域:An(n=1,2・・)と形状が異なる構造パターン:Bを設け、この構造パターン:Bとその周辺部との位相差が、使用波長に対して2πとは異なるように前記構造パターン:Bの構造を設定し、
前記複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状に、環境変動による結像面の位置ずれを補正する機能を持たせ、前記構造パターン:Bに、光スポットの焦点深度を拡大する機能を持たせたことを特徴とする光走査装置。
A light source, an aperture that allows only a part of the light beam from the light source to pass through, a phase optical element, a deflecting unit that deflects and scans the light beam, and a scanning beam scanned by the deflecting unit is connected to the surface to be scanned. In an optical scanning device having a scanning lens for imaging,
One optical surface of the phase-type optical element is divided into a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) To make the optical surface a discontinuous surface shape, and between the regions in the discontinuous portion in the discontinuous surface shape. The phase difference is set to be an integer multiple of approximately 2π with respect to the wavelength used, and the optical surface is provided with a structure pattern: B having a shape different from that of the region: An (n = 1, 2,...) The structure of the structure pattern: B is set so that the phase difference between the structure pattern: B and its peripheral portion is different from 2π with respect to the wavelength used.
The discontinuous surface shape of the plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Is provided with a function of correcting the positional deviation of the imaging surface due to environmental fluctuations, and the structure pattern: B has a focus of the light spot. An optical scanning device characterized by having a function of expanding the depth.
請求項1記載の光走査装置において、
位相型光学素子の複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状が、使用波長の光束を収束または発散させる機能を持たないことを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device characterized in that the discontinuous surface shape by a plurality of regions of the phase-type optical element: An (n = 1, 2,...) Does not have a function of converging or diverging a light beam having a working wavelength.
請求項1または2記載の光走査装置において、
位相型光学素子の不連続面形状における複数の領域:An(n=1,2・・)の不連続部分が直線状もしくは円形状もしくは楕円形状状であり、構造パターン:Bは2次元状パターンであることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1 or 2,
The discontinuous portions of the plurality of regions: An (n = 1, 2,...) In the discontinuous surface shape of the phase optical element are linear, circular, or elliptical, and the structural pattern: B is a two-dimensional pattern An optical scanning device characterized by that.
請求項3記載の光走査装置において、
位相型光学素子における構造パターン:Bの2次元状パターンが、主走査方向および副走査方向に線対称性を有し、且つ回転角:90度に対する回転対称性を持たないことを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 3.
A light in which the two-dimensional pattern of the structural pattern B in the phase-type optical element has line symmetry in the main scanning direction and the sub-scanning direction and does not have rotation symmetry with respect to a rotation angle of 90 degrees. Scanning device.
請求項4記載の光走査装置において、
構造パターン:Bの2次元状パターンが、楕円リング形状の少なくとも一部を含み、この楕円リング形状の幅が均一でないことを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 4.
Structure pattern: An optical scanning device, wherein the two-dimensional pattern of B includes at least a part of an elliptical ring shape, and the width of the elliptical ring shape is not uniform.
請求項1〜5の任意の1に記載の光走査装置において、
位相型光学素子の、複数の領域:An(n=1,2・・)による不連続面形状と構造パターン:Bとを形成された面と反対側の面に、屈折レンズ面が形成されたことを特徴とする光走査装置。
In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
A refractive lens surface is formed on the surface opposite to the surface on which the discontinuous surface shape and the structural pattern: B are formed by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Of the phase type optical element. An optical scanning device.
請求項1〜6の任意の1に記載の光走査装置において、
光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャの開口部が、4隅を面取りした矩形形状であることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
An optical scanning device characterized in that an aperture opening that allows passage of only part of a light beam from a light source has a rectangular shape with four corners chamfered.
請求項1〜7の任意の1に記載の光走査装置において、
光源からの光束の一部のみを通過させるアパーチャが、位相型光学素子に極近接して配置されるか、もしくは前記位相型光学素子と密着もしくは一体化されていることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
An optical scanning device characterized in that an aperture that allows passage of only part of a light beam from a light source is disposed in close proximity to the phase optical element, or is in close contact with or integrated with the phase optical element .
請求項8記載の光走査装置において、
光源がマルチビーム光源であることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to claim 8.
An optical scanning device characterized in that the light source is a multi-beam light source.
請求項1〜9に任意の1に記載の光走査装置において、
位相型光学素子の複数の領域:An(n=1,2・・・)による不連続面形状が切削により形成され、構造パターン:Bはエッチングにより形成されることを特徴とする光走査装置。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 9,
An optical scanning device characterized in that a discontinuous surface shape by a plurality of regions: An (n = 1, 2,...) Of a phase-type optical element is formed by cutting, and a structural pattern: B is formed by etching.
光走査による画像書き込みを光導電性の感光体に行って静電潜像を形成する方式の画像形成装置において、
光走査による画像書き込みを請求項1〜10の任意の1に記載の光走査装置により行うことを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus of a method for forming an electrostatic latent image by performing image writing by optical scanning on a photoconductive photosensitive member,
An image forming apparatus, wherein image writing by optical scanning is performed by the optical scanning device according to any one of claims 1 to 10.
請求項11記載の画像形成装置において、
複数の光導電性の感光体に異なる色成分の画像書き込みを行い、各感光体に形成される静電潜像を異なる色のトナーで可視化してトナー画像とし、これら色違いのトナー画像を同一の記録媒体上で重ね合わせてカラーもしくは多色の画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 11.
Images of different color components are written on a plurality of photoconductive photoconductors, and electrostatic latent images formed on the photoconductors are visualized with toners of different colors to form toner images. These different color toner images are the same. An image forming apparatus for forming a color or multicolor image by superimposing on the recording medium.
JP2008004468A 2008-01-11 2008-01-11 Optical scanning device and image forming apparatus Pending JP2009168923A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008004468A JP2009168923A (en) 2008-01-11 2008-01-11 Optical scanning device and image forming apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008004468A JP2009168923A (en) 2008-01-11 2008-01-11 Optical scanning device and image forming apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009168923A true JP2009168923A (en) 2009-07-30

Family

ID=40970192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008004468A Pending JP2009168923A (en) 2008-01-11 2008-01-11 Optical scanning device and image forming apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009168923A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6248240B1 (en) * 2016-12-09 2017-12-20 ナルックス株式会社 Mold, optical element manufacturing method, and optical element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6248240B1 (en) * 2016-12-09 2017-12-20 ナルックス株式会社 Mold, optical element manufacturing method, and optical element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5476659B2 (en) Multi-beam optical scanning device and image forming apparatus
JP5343370B2 (en) Optical scanning apparatus and image forming apparatus
JP5309627B2 (en) Optical scanning apparatus and image forming apparatus
JP4997516B2 (en) Optical scanning apparatus and image forming apparatus
JP5103673B2 (en) Optical scanning device and image forming apparatus
JP2008052247A (en) Optical scanner and image forming apparatus
US20080259426A1 (en) Light scanning device and image forming apparatus
JP2006259336A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP2008033251A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP5022253B2 (en) Optical scanning apparatus and image forming apparatus
US8570620B2 (en) Light scanning unit and electrophotographic image forming apparatus using the same
JP2008026586A (en) Light source unit, optical scanning apparatus, image forming device, and optical pick-up apparatus
JP2008026661A (en) Beam spot shaping method, optical scanning apparatus, and image forming device
JP2006171117A (en) Scanning optical system
JP2008070792A (en) Phase type optical element, light source unit, optical scanner and image forming apparatus
JP2008076506A (en) Optical scanner, optical scanner unit, image forming apparatus and multicolor image forming apparatus
JP2009168923A (en) Optical scanning device and image forming apparatus
JP5151118B2 (en) A diffractive optical element, an optical scanning device, and an image forming apparatus.
JP2006171419A (en) Optical scanner and image forming apparatus using the same
JP2006235069A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP2007322876A (en) Optical scanner, image forming apparatus, and optical scanning method
JP2016151590A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP2008039964A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP2005241850A (en) Optical scanner and image forming apparatus
JP5105253B2 (en) Optical scanning apparatus, image forming apparatus, and multicolor image forming apparatus