JP4366147B2 - 走査光学系及びプリンター - Google Patents

Description

本発明は、感光ドラムの表面に静電潜像を形成するための走査光学系と、このような走査光学系が内部に組み込まれたプリンターとに、関する。

周知のように、レーザービームプリンターやファクシミリやコピー機などの印刷装置には、走査光学系が組み込まれている。走査光学系は、画像情報に従って変調されたレーザービームを回転多面鏡によって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって感光ドラムの表面上に収束させることにより、感光ドラムを走査する。走査された感光ドラムの表面（走査対象面）には、複数のドットが静電潜像として描画される。

一般に、走査対象面に入射するレーザービームの強度分布は、完全なガウス分布とはなっておらず、レーザービームの光路中に設けられた開口（アパーチャー）での回折現象により、メインビームの周囲にメインビームより光量の低い幾つかの光の輪（サイドローブ）を有していることが、知られている。また、このサイドローブの強度が、メインビームの中心強度の約６％を超えると、サイドローブが感光ドラムを感光させて、黒スジと呼ばれる印字不良をハーフトーン印字時に発生させることも、知られている（特許文献１参照）。但し、結像光学系が理想的な状態では、サイドローブの強度は、メインビームの中心強度の４％程度であるため、黒スジは発生しない。
特開平０９−０８０３３３号公報

ところが、結像光学系の光学面に微視的なうねりがあると、うねりの部分をレーザービームが通過した際に、サイドローブの強度が変化する。その変化によってサイドローブの強度が閾値を超えてしまうと、ハーフトーン印字時に黒スジが発生するという問題があった。

そこで、本発明の課題は、結像光学系の光学面に或る程度の微視的なうねりが生じている場合でも、サイドローブの強度が閾値を超えることをできるだけ抑制することができる走査光学系と、このような走査光学系が内部に組み込まれたプリンターとを、提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明による走査光学系，及び、本発明によるプリンターの内部に組み込まれた走査光学系は、以下のような構成を採用した。

すなわち、この走査光学系は、光源から発せられた平行なレーザービームを偏向器によ
って動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系であって、前記光源と前記偏向器との間の光路上に、光学素子を備え、前記光学素子は、前記光源から発せられる平行なレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、前記中央領域及び前記第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域とを有し、前記各外側領域は、前記中央領域から前記主走査方向における両側に向かって順に、配置されており、前記第１の位相差は、整数をＮとしたとき、（２Ｎ−１）π[rad]であるとともに、前記第２の位相差は、整数をＭとしたとき、２Ｍπ[rad]であることを、特徴としている。

このように構成されると、第１及び第２外側領域をそれぞれ透過した後の光束の第１及び第２の位相差状態が、適宜設定され、且つ、第１及び第２外側領域の大きさが、適宜選択されていれば、走査対象面に入射するレーザービームのサイドローブの強度を、メインビームの中心強度の２％弱にまで抑えることができる。従って、サイドローブの強度が、結像光学系の光学面の微視的なうねりに因って数％程度上昇したとしても、閾値を超えることがない。その結果、ハーフトーン印字時の黒スジの発生が抑えられる。

なお、本発明による走査光学系及びプリンターでは、光学素子は、中央領域から外側に向かって順に第１及び第２外側領域を有していても良い。

また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、第１外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、以下の条件式(1)、
cosθ≦０ ---(1)
を満たす位相差θ[rad]を付与することが好ましく、整数をＮとしたとき、その位相差θがπ×(２Ｎ−１)[rad]に近くなるほど、サイドローブ低減の効果がある。

また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、第２外側領域が、自身を透過するレーザービームに対し、以下の条件式(2)、
０．９≦cosθ’ ---(2)
を満たす位相差θ’[rad]を付与することが好ましく、エネルギーの利用効率および製造時の加工容易性の観点からすると、整数をＭとしたとき、その位相差θ'が２π×Ｍ[rad]であることが望ましい。

また、本発明による走査光学系及びプリンターでは、光学素子は、第１及び第２外側領域を１組備えていても良いし、複数組備えていても良い。複数組備えている場合には、各第１及び第２外側領域を、中央領域から離れる方向に向かって交互に配置することができる。さらに、交互に配置する場合においては、第２外側領域が最も外側に配置されることが望ましい。

ところで、各第１外側領域が、条件式(1)を満たす位相差をレーザービームに対して付与するとともに、各第２外側領域が、条件式(2)を満たす位相差をレーザービームに対して付与する場合、第１外側領域の面積の総和は、適切に設定されることが望ましい。例えば、第１外側領域のうちのレーザービームが入射する領域の面積の総和をＳ’とし、レーザービームにおけるビーム中心軸に直交する断面の面積をＳとしたとき、以下の条件式(3)、
０．０３＜Ｓ’／Ｓ＜０．３ ---(3)
を満足するように、設定することができる。なお、このような設定条件において、下限を下回るとサイドローブを低減させる効果が小さくなり、逆に、上限を上回るとサイドローブを効果的に低減できるものの、メインビームの中心強度の減少量が大きくなる。

なお、本発明による走査光学系において、偏向器は、回転多面鏡であっても良いし、ガルバノミラーであっても良い。

以上に説明したように、本発明によれば、結像光学系の光学面に或る程度の微視的なうねりが生じている場合でも、サイドローブが閾値を超えることをできるだけ抑制することができる。

以下、図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下に説明する第１乃至第３の実施形態は、本発明による走査光学系を、レーザービームプリンターに適用した例を示すものである。

実施形態１

＜レーザービームプリンターの概略構成＞
まず、このレーザービームプリンターの概略構成を、図１の側面構成図に基づいて説明する。このレーザービームプリンターは、外部のパソコン等に接続されて使用されるとともに、このパソコン等から送信されてきた印字データ（画像データを含む）を、連続紙（ファンフォールド紙）Ｐ上に印字するものである。

図１において、この感光ドラム１２の周囲には、時計回りに、帯電部１３，反射ミラー１１，現像部１４，及び、転写部１５が順に設けられている。そして、感光ドラム１２が図中時計回りに回転すると、先ず、帯電部１３が感光ドラム１２の表面を帯電させる。次に、反射ミラー１１が、レーザースキャニングユニット（ＬＳＵ）１０から印字データに応じて出射された走査光（変調光）を、感光ドラム１２に向けて反射し、この感光ドラム１２の表面に静電潜像を形成する。次に、現像部１４がこの静電潜像にトナーを付着させて、トナー像として顕像化する。次に、転写部１５が、ファンフォールド紙Ｐ上にこのトナー像を転写する。

このファンフォールド紙Ｐは、レーザービームプリンターの供給口Ａから排出口Ｂまで引き通された連続紙であり、その両側縁には、一定ピッチで送り孔（図示略）が開けられている。トラクタ１６は、この送り孔に嵌合する突起１６ａが多数形成されたベルトコンベアであり、この突起１６ａによって、ファンフォールド紙Ｐを感光ドラム１２の回転周速と同一速度で搬送する。

このトラクタ１６によって搬送されるファンフォールド紙Ｐの下流側には、このファンフォールド紙Ｐを両面側から挟み込んで圧接するヒートロール１７及びプレスロール１８が設けられている。このヒートロール１７は、その内部に発熱用のハロゲンランプ１９を内蔵しており、図示せぬモータによってファンフォールド紙Ｐの搬送速度と同一の回転周速で回転駆動される。一方、プレスロール１８は、一定圧力でヒートロール１７に圧接しており、ヒートロール１７の回転により回転駆動される。従って、ファンフォールド紙Ｐのトナー像が転写されている部分がこのヒートロール１７とプレスロール１８との間を通過すると、トナーが熱と圧力によって押し潰されてファンフォールド紙Ｐ上に溶着されて、トナー像が定着されるのである。

＜ＬＳＵの光学構成＞
次に、ＬＳＵ１０に内蔵されている走査光学系について、説明する。図２は、走査光学系の概略的な光学構成図である。図２に示されるように、この走査光学系は、レーザー光源１，コリメートレンズ（コリメータ）２，位相シフト素子３、開口絞り４，シリンドリカルレンズ５，ポリゴンミラー６及びｆθレンズ群７を、備えている。

レーザー光源１から発散光として射出されるレーザービームは、コリメートレンズ２を透過することによって断面楕円形の平行光束に変換された後、位相シフト素子３，開口絞り４及びシリンドリカルレンズ５を順に経て、等角速度で回転するポリゴンミラー６の反射面によって動的に偏向される。ポリゴンミラー６により偏向されたレーザービームは、結像光学系であるｆθレンズ群７（焦点距離１３５．５ｍｍ）を構成する第１乃至第３レンズ７ａ〜７ｃを順に透過することにより、走査対象面Ｓ上を露光するスポット光として収束され、ポリゴンミラー６の回転に伴って感光ドラム１２の表面（走査対象面）Ｓ上を主走査方向に沿って等速度に走査する。スポット光は、走査対象面Ｓ上に線状の軌跡（走査線）を描くが、走査対象面Ｓ自体が、主走査方向に直交する副走査方向へ等速度で移動されるので、走査対象面Ｓ上には、複数の走査線が等間隔に形成される。また、このように走査対象面Ｓ上で繰り返し走査されるレーザービームは、図示せぬ変調器（又はレーザー光源１そのもの）により、画像情報に従ってオンオフ変調されているので、走査対象面Ｓ上には、複数のドットからなる二次元状の画像が描画される。

なお、シリンドリカルレンズ５を透過したレーザービームは、主走査方向においては、平行光束のままポリゴンミラー６で反射され、ｆθレンズ群７の収束パワーによって走査対象面Ｓ上にて収束されるが、副走査方向においては、シリンドリカルレンズ５の収束パワーによってポリゴンミラー６の反射面近傍で一旦収束され、発散光としてｆθレンズ群７に入射し、ｆθレンズ群７の収束パワーによって再び走査対象面Ｓ上に収束される。このとき、ポリゴンミラー６の反射面近傍と走査対象面Ｓとがｆθレンズ群７によって副走査方向において光学的に共役となっているために、ポリゴンミラー６の各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による走査対象面Ｓ上の走査位置の副走査方向へのずれが、補正される。

＜位相シフト素子＞
次に、位相シフト素子３について、説明する。この位相シフト素子３は、コリメートレンズ２から射出されるレーザービームの一部光束に対して位相差を付与する光学素子であり、レーザービームのビーム中心軸に対して直交するように配置される矩形の透明平板である。

図３(ａ)は、位相シフト素子３の正面図である。図３(ａ)に示されるように、この位相シフト素子３を構成する透明平板の一側面（正面）は、その中心に位置する円形の中央領域３ａと、この中央領域３ａが内接する輪帯状の第１領域３ｂと、この第１領域３ｂが内接する開口円を内部中心に有する矩形の第２領域３ｃとに、区分されている。

中央領域３ａは、レーザー光源１からコリメートレンズ２を介して入射するレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる領域である。一方、第１及び第２領域３ｂ，３ｃは、入射してくるレーザービームの一部を透過させるとともに、中央領域３ａを透過する光束との間に所定の位相差をもたせるようにその光束に対して作用する領域である。

より具体的には、第１領域３ｂは、自身を透過する光束に対して所定の位相差を持たせるために、光軸方向の厚みを中央領域３ａの厚みよりも僅かな量だけ増量又は減量されている。また、第２領域３ｃは、自身を透過する光束に対して所定の位相差を持たせるために、光軸方向の厚みを中央領域３ａの厚みよりも僅かな量だけ増量又は減量され、或いは、中央領域３ａの光軸方向の厚みと同じ厚みにされている。

これら第１及び第２領域３ｂ，３ｃにおける光軸方向の厚みの増量又は減量Δｄ[nm]は、その材質の屈折率をｎ、レーザービームの波長をλ[nm]、目的とする位相差をΔφ[rad]とすると、Δｄ＝Δφ・λ／２π(ｎ−１)によって決定されている。

第１の実施形態では、中央領域３ａを透過した後の光束に対し、第１領域３ｂを透過した後の光束が持つ位相差θは、半波長(λ／２[nm])の光路長差に相当するπ[rad]に、設定されている。また、中央領域３ａを透過した後の光束に対し、第２領域３ｃを透過した後の光束が持つ位相差θ'は、０[rad]に設定されている。なお、これらは、cosθ=-1、cosθ'=1となり、条件式(1)及び(2)を満足している。

従って、位相シフト素子３の側面図である図３(ｂ)に示されるように、第１の実施形態では、第１領域３ｂは、光軸方向の厚みを中央領域３ａの厚みよりも僅かな量だけ増されているとともに、第２領域３ｃは、中央領域３ａの光軸方向の厚みと同じになっている。すなわち、位相シフト素子３全体は、円環体（母線が矩形である回転体）状の突出部３ｄが透明平板と一体に形成されたものとなっている。但し、図３(ｂ)では、第１領域３ｂの光軸方向の厚みは誇張されており、実際には、位相シフト素子３の正面は殆ど平坦である。

なお、上述した円環体状の突出部３ｄは、金型を用いた成型やエッチングによって透明平板とともに一体形成されても良いが、別体に形成されても良い、別体の場合には、この突出部３ｄは、蒸着などにより透明平板に施されたコーティング、若しくは透明平板に貼り付けられたフィルムとして、構成され得る。

ところで、位相シフト素子３に入射してくるレーザービームの断面は、上述したように、コリメートレンズ２によって楕円形状に整形される（図３(ａ)の破線を参照）とともに、その長軸が主走査方向に、その短軸が副走査方向に向けられる。第１の実施形態では、位相シフト素子３に入射してくるレーザービームの断面形状における長軸の半径は、１．３５ｍｍに設定されており、その短軸の半径は、０．５ｍｍに設定されている。また、図３(ｂ)に示されるように、第１領域３ｂの径方向の幅は、０．０５ｍｍであり、その内径は、１．９０ｍｍである。このため、位相シフト素子３へ入射した光束は、中央領域３ａ並びに第１及び第２領域３ｂ，３ｃの何れかを透過することとなる。

図３(ｃ)は、レーザービームが位相シフト素子３を透過する前後での波面の状態を示す概念図である。この図３(ｃ)に示されるように、中央領域３ａを透過した光束の波面を基準とすると、第１領域３ｂを透過した光束には、π[rad]の位相差が付与され、第２領域３ｃを透過した光束には、０[rad]の位相差が付与される。従って、第１の実施形態では、コリメートレンズ２からのレーザービームのうち、大部分の光束（中央領域３ａ及び第２領域３ｃに入射するの光束）は、透明平板をそのまま透過するとともに、ほんの一部の光束（第１領域３ｂに入射する光束）だけが、π[rad]の位相差を付与される。

＜開口絞り＞
次に、開口絞り４について、説明する。この開口絞り４は、図４に示されるように、主走査方向に長手方向を向けたスリット４ａが開口（アパーチャ）として穿たれている平板である。

＜第１の実施形態の機能＞
以下、以上のように構成される第１の実施形態の走査光学系によって走査対象面Ｓ上で走査されるレーザービームの強度分布を、位相シフト素子３がなかったときと、位相シフト素子３があったときと、六分の一波長(λ／６[nm])の光路差に相当するπ／３[rad]の位相差を付与するように設定された位相シフト素子が仮にあったときとで比較して説明する。

図５は、走査対象面Ｓに入射するレーザービームの強度分布を、そのビーム中心軸から主走査方向へ０．２５ｍｍまでの範囲において、示したグラフである。このグラフでは、各地点の強度は、ビーム中心軸上での最大強度値に対する比率によって表示されている。また、図６は、図５のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフである。そして、これら図５及び図６では、破線によって示される曲線が、位相シフト素子３がなかったときの強度分布を示し、実線によって示される曲線が、位相シフト素子３があったときの強度分布を示し、二点鎖線によって示される曲線が、位相差をπ／ ３[rad]にするように設定された位相シフト素子が仮にあったときの強度分布を示す。

位相シフト素子３がなかったとき（図５及び図６の破線参照）は、サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、４％強となっている。

また、位相差をπ／ ３[rad]にするように設定された位相シフト素子が仮にあったとき（図５及び図６の二点鎖線参照）も、サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、３．５％程度となっている。

これらに対し、位相シフト素子３があったとき（図５及び図６の実線参照）は、サイドローブの強度は、ほぼ平均的であり、何れも、２％弱となっている。

従って、ｆθレンズ群７の各レンズ７ａ〜７ｃのレンズ面に多少の微視的なうねりがあり、サイドローブの強度が、数％程度だけ上昇したとしても、感光ドラム１２に感光される強度の閾値を、超えることは少ない。

ところで、位相シフト素子３を正面から見たとき（図３(ａ)）において、第１領域３ｂのうちのレーザービームが入射する領域の面積Ｓ'は、レーザービームの断面の面積Ｓに対し、適切に設定されることが望ましい。第１の実施形態では、Ｓ’は０．０８であり、Ｓは２．１２であるので、Ｓ’／Ｓは０．０４である。従って、第１の実施形態の走査光学系は、上記条件式(3)を満足している。

なお、上記の説明では、第１領域３ｂは、輪帯状に形成されている（図３(ａ)参照）が、これに限られるものではなく、例えば、矩形や多角形の環状に形成されていても良い。そのうえ、上記の説明のように、レーザービームの断面形状を円形ではなく楕円状にすることによって、第１領域３ｂにレーザービームが入射しない部分が存在する場合には、第１領域３ｂを、その部分を持たないように形成することもできる。この場合、第１領域３ｂは、互いに離れた幾つかの部分から構成されることとなる。

また、上記の説明では、位相シフト素子３と開口絞り４とが別体であるとしたが、これらは、一体に構成されたものであっても良い。例えば、位相シフト素子３と開口絞り４とが接着されることによって一体に構成されたものであっても良いし、図７に示されるように、上記スリット４ａと等価な開口が形成された透過率０％のフィルム（若しくはコーティング）を、上記位相シフト素子３における突出部３ｄのない側面に貼り付けたものであっても良い。

さらに、上記の説明では、ｆθレンズ群７を結像光学系として有するいわゆる透過型の走査光学系に対して本発明を適用した例を示したが、図８に示されるようなｆθミラー７’を結像光学系として有するいわゆる反射型の走査光学系に対して本発明を適用することもできる。なお、反射型の走査光学系では、透過型に比べると、結像光学系の光学面の微視的なうねりに因るサイドローブ強度の増加量が大きい。そのため、反射型の走査光学系では、ハーフトーン印字時の黒スジがより発生し易くなる。そこで、反射型の走査光学系に本発明を適用することによる、サイドローブを低減し、黒スジの発生をより少なくすることができる。

実施形態２

第２の実施形態は、位相シフト素子の第２領域が光束に付与する位相差が第１の実施形態のものと異なる他は、第１の実施形態と同じ構成を有する。従って、以下では、第１の実施形態との相違点のみについて、説明する。

図９(ａ)は、第２の実施形態の位相シフト素子８の正面図であり、図９(ｂ)は、この位相シフト素子８の側面図であり、図９(ｃ)は、この位相シフト素子８をレーザービームが透過する前後での波面の状態を示す概念図である。

図９(ａ)に示されるように、第２の実施形態の位相シフト素子８も、第１の実施形態の位相シフト素子３と同様に、中央領域８ａと、この中央領域８ａが内接する輪帯状の第１領域８ｂと、この第１領域８ｂが内接する開口円を内部中心に有する矩形の第２領域８ｃとを、有する。

但し、第１の実施形態とは異なり、中央領域８ａを透過した後の光束に対し、第２領域８ｃを透過した後の光束が持つ位相差θ'は、一波長（λ[nm]）の光路長差に相当する−２π[rad]に設定されている。これは、cosθ'=1となり、条件式(2)を満足している。なお、中央領域８ａを透過した後の光束に対し、第１領域８ｂを透過した後の光束が持つ位相差θは、第１の実施形態と同様に、半波長(λ／２[nm])の光路長差に相当する−π[rad]に、設定されている。よって、これは、cosθ=-1となり、条件式(1)を満足している。

従って、図９(ｂ)に示されるように、第２の実施形態では、第１領域８ｂの光軸方向の厚みは、中央領域８ａの厚みよりも僅かな量Δｄ[nm]だけ薄くなっているとともに、第２領域８ｃの光軸方向の厚みは、第１領域８ｂの厚みが減らされている分の２倍の量２Δｄ[nm]だけ、中央領域８ａの厚みよりも薄くなっている。つまり、位相シフト素子８全体は、段状の突出部８ｄが透明平板と一体に形成されたものとなっている。但し、図９(ｂ)では、第１及び第２領域８ｂ，８ｃの光軸方向の厚みは誇張されており、実際には、位相シフト素子８の正面は殆ど平坦である。

そして、図９(ｃ)の概念図に示されるように、中央領域８ａを透過した光束を基準とすると、第１領域８ｂを透過した光束には、半波長(λ／２[nm])の光路長差に相当する−π[rad]だけ、位相差が付与され、第２領域８ｃを透過した光束には、一波長(λ)の光路長差に相当する−２π[rad]だけ、位相差が付与される。従って、中央領域８ａと第２領域８ｃを透過した光束は同位相となり、第１領域８ｂに入射した光束のみに、−π[rad]の位相差が付与されることになる。このため、図９の位相シフト素子８は、図３の位相シフト素子３と同等に機能することになる。すなわち、第２の実施形態の位相シフト素子８を走査光学系に用いても、図５及び図６と同じ結果が得られる。

なお、図９の位相シフト素子８も、図３の位相シフト素子３と同様に、開口絞り４と一体に構成されていても良い。また、図９の位相シフト素子８は、図８のような反射型の走査光学系に用いられても良い。さらに、位相差をつける方向が逆向きでも良い。

実施形態３

第３の実施形態は、光束に位相差を付与する領域を４つ備えた位相シフト素子を用いている他は、第１の実施形態と同じ構成を有する。従って、以下では、第１の実施形態との相違点のみについて、説明する。

図１０(ａ)は、第３の実施形態の位相シフト素子９の正面図であり、図１０(ｂ)は、この位相シフト素子９の側面図であり、図１０(ｃ)は、この位相シフト素子９をレーザービームが透過する前後での波面の状態を示す概念図である。

第３の実施形態の位相シフト素子９も、光軸に対して直交するように配置される矩形の透明平板である。この位相シフト素子９を構成する透明平板の一側面（正面）は、図１０(ａ)に示されるように、その中心に位置する円形の中央領域９ａと、この中央領域９ａが内接する輪帯状の第１領域９ｂと、この第１領域９ｂが内接する輪帯状の第２領域９ｃと、この第２領域９ｃが内接する輪帯状の第３領域９ｄと、この第３領域９ｄが内接する開口円を内部中心に有する矩形の第４領域９ｅとに、区分されている。

中央領域９ａは、レーザー光源１からコリメートレンズ２を介して入射するレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる領域である。一方、第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅは、入射してくるレーザービームの一部を透過させるとともに、中央領域９ａを透過する光束との間に所定の位相差をもたせるようにその光束に対して作用する領域である。

第３の実施形態では、中央領域９ａを透過した後の光束に対し、第１領域９ｂ及び第３領域９ｄを透過した後の光束が持つ位相差θは、半波長(λ／２[nm])の光路長差に相当するπ[rad]に、設定されている。また、中央領域９ａを透過した後の光束に対し、第２領域９ｃ及び第４領域９ｅを透過した後の光束が持つ位相差θ'は、０[rad]に設定されている。なお、これらは、cosθ=-1、cosθ'=1となり、条件式(1)及び(2)を満足している。

従って、図１０(ｂ)に示されるように、第３の実施形態では、第１領域９ｂ及び第３領域９ｄは、光軸方向の厚みを中央領域８ａの厚みよりも僅かな量だけ増されているとともに、第２領域９ｃ及び第４領域９ｅは、中央領域９ａの光軸方向の厚みと同じ厚みになっている。すなわち、位相シフト素子９全体は、一方の外径が他方の内径よりも小さい２つの円環体状の突出部が透明平板と一体に形成されたものとなっている。但し、図１０(ｂ)では、第１及び第３領域９ｂ，９ｄの光軸方向の厚みは誇張されており、実際には、位相シフト素子９の正面は殆ど平坦である。

ところで、位相シフト素子９に入射してくるレーザービームの断面は、コリメートレンズ２によって楕円形状に整形される（図１０(ａ)の破線を参照）とともに、その長軸が主走査方向に、その短軸が副走査方向に向けられる。第３の実施形態では、位相シフト素子９に入射してくるレーザービームの断面形状における長軸の半径は、１．３５ｍｍに設定されており、その短軸の半径は、０．５ｍｍに設定されている。また、図１０(ｂ)に示されるように、第１領域９ｂの径方向の幅は、０．０２ｍｍであり、その内径は、１．８０ｍｍである。また、第２領域９ｃの径方向の幅は、０．０８ｍｍであり、第３領域９ｄの径方向の幅は、０．０３ｍｍである。このため、位相シフト素子９へ入射した光束は、中央領域９ａ及び第１乃至第４領域９ｂ〜９ｅの何れかを透過することとなる。

そして、図１０(ｃ)に示されるように、中央領域９ａを透過した光束の波面を基準とすると、第１領域９ｂ及び第３領域９ｄを透過した光束には、π[rad]の位相差が付与され、第２領域９ｃ及び第４領域９ｅを透過した光束には、０[rad]の位相差が付与される。従って、第３の実施形態では、コリメートレンズ２からのレーザービームのうち、大部分の光束（中央領域９ａ，第２領域９ｃ及び第４領域９ｅに入射するの光束）は、透明平板をそのまま透過するとともに、ほんの一部の光束（第１領域９ｂ及び第３領域９ｄに入射する光束）だけが、π[rad]の位相差を付与される。

＜第３の実施形態の機能＞
以下、以上のように構成される第３の実施形態の走査光学系によって走査対象面Ｓ上で走査されるレーザービームの強度分布を、位相シフト素子９がなかったときと、位相シフト素子９があったときとで比較して説明する。

図１１は、走査対象面Ｓに入射するレーザービームの強度分布を、そのビーム中心軸から主走査方向へ０．２５ｍｍまでの範囲において、示したグラフである。このグラフでは、各地点の強度は、ビーム中心軸上での最大強度値に対する比率によって表示されている。また、図１２は、図１１のグラフにおける強度比率が０％から１０％までの範囲を拡大して示したグラフである。そして、これら図１１及び図１２では、破線によって示される曲線が、位相シフト素子９がなかったときの強度分布を示し、実線によって示される曲線が、位相シフト素子９があったときの強度分布を示す。

位相シフト素子９がなかったとき（図１１及び図１２の破線参照）は、サイドローブの強度は、メインビームから離れるに従って徐々に弱くなっており、メインビームに隣接するサイドローブの強度は、４％強となっている。

これに対し、位相シフト素子９があったとき（図１１及び図１２の実線参照）は、サイドローブの強度は、ほぼ平均的であり、何れも、２％弱となっている。

従って、ｆθレンズ群７の各レンズ７ａ〜７ｃのレンズ面に多少の微視的なうねりがあり、サイドローブの強度が、数％程度だけ上昇したとしても、感光ドラム１２に感光される強度の閾値を、超えることは少ない。

ところで、位相シフト素子３を正面から見たとき（図１０(ａ)）において、第１領域９ｂのうちのレーザービームが入射する領域の面積と第３領域９ｄのうちのレーザービームが入射する領域の面積との総和Ｓ’は、レーザービームの断面の面積Ｓに対し、適切に設定されることが望ましい。第３の実施形態では、Ｓ’は０．０８であり、Ｓは２．１２であるので、Ｓ’／Ｓは０．０４である。従って、第３の実施形態の走査光学系は、上記条件式(3)を満足している。

なお、図１０の位相シフト素子９も、図３の位相シフト素子３と同様に、開口絞り４と一体に構成されていても良い。また、図１０の位相シフト素子９は、図８のような反射型の走査光学系に用いられても良い。

本発明の第１の実施形態であるレーザービームプリンターの概略的な構成図 レーザービームプリンターに内蔵される走査光学系の概略的な光学構成図 位相シフト素子の(ａ)正面図，(ｂ)側面図及び(ｃ)透過光の波面の概念図 開口絞りの正面図 位相シフト素子があるとき、位相シフト素子がないとき、π／３の位相差を付与する位相シフト素子が仮にあるときのレーザービームの強度分布を示すグラフ 図５のグラフの一部を拡大したグラフ 位相シフト素子及び開口絞りを一体形成した例を示す説明図 本発明が適用された反射型走査光学系の概略的な構成図 第２の実施形態の位相シフト素子の(ａ)正面図，(ｂ)側面図及び(ｃ)透過光の波面の概念図 第３の実施形態の位相シフト素子の(ａ)正面図，(ｂ)側面図及び(ｃ)透過光の波面の概念図 位相シフト素子があるとき、位相シフト素子がないときのレーザービームの強度分布を示すグラフ 図１１のグラフの一部を拡大したグラフ

符号の説明

１ レーザー光源
２ コリメートレンズ
３ 位相シフト素子
３ａ 中央領域
３ｂ 第１領域
３ｃ 第２領域
４ 開口絞り
４ａ スリット（アパーチャー）
５ シリンドリカルレンズ
６ ポリゴンミラー
７ ｆθレンズ群
８ 位相シフト素子
８ａ 中央領域
８ｂ 第１領域
８ｃ 第２領域
９ 位相シフト素子
９ａ 中央領域
９ｂ 第１領域
９ｃ 第２領域
９ｄ 第３領域
９ｅ 第４領域

Claims (10)

1. 光源から発せられた平行なレーザービームを偏向器によって動的に偏向するとともに、動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系であって、
   前記光源と前記偏向器との間の光路上に、光学素子を備え、
   前記光学素子は、
   前記光源から発せられる平行なレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、
   前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、
   前記中央領域及び前記第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域と
   を有し、
   前記各外側領域は、前記中央領域から前記主走査方向における両側に向かって順に、配置されており、
   前記第１の位相差は、整数をＮとしたとき、（２Ｎ−１）π[rad]であるとともに、
   前記第２の位相差は、整数をＭとしたとき、２Ｍπ[rad]である
   ことを特徴とする走査光学系。
2. 前記第１外側領域は、前記中央領域の外側においてこれと隣接している
   ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
3. 前記第２外側領域は、前記第１外側領域の外側においてこれと隣接している
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の走査光学系。
4. 前記光学素子は、前記第１及び第２外側領域を複数組備えている
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の走査光学系。
5. 前記各第１及び第２外側領域は、前記中央領域から離れる方向に向かって、交互に配置されている
   ことを特徴とする請求項４記載の走査光学系。
6. 前記各外側領域のうちの互いに同じ位相差を光束に付与する領域同士は、前記中央領域を挟む両側における対称位置に、配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の走査光学系。
7. 前記第１外側領域のうちの前記レーザービームが入射する領域の面積の総和をＳ’とし、前記レーザービームにおけるビーム中心軸に直交する断面の面積をＳとしたとき、以下の条件式(3)、
   ０．０３＜(Ｓ’／Ｓ)＜０．３ ---(3)
   を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の走査光学系。
8. 前記結像光学系は、反射面を含む光学系である
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の走査光学系。
9. 前記光学素子は、開口絞りとしての遮蔽部分を有し、その開口部分に、前記中央領域及び前記各外側領域を、有する
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の走査光学系。
10. 光源から発せられた平行なレーザービームを偏向器によって動的に偏向するとともに動的に偏向されたレーザービームを結像光学系によって走査対象面上にスポット光として収束させることにより、前記スポット光を前記走査対象面上で主走査方向に沿って走査させる走査光学系を、備えるプリンターであって、
    前記光源と前記偏向器との間の光路上に、光学素子を備え、
    前記光学素子は、
    前記光源から発せられる平行なレーザービームのうちのビーム中心軸及びその近傍の光束を透過させる中央領域と、
    前記中央領域の外側に入射する光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第１の位相差を付与するように作用する第１外側領域と、
    前記中央領域及び前記第１外側領域に入射する光束を除く光束の一部を透過させるとともに透過後の光束が前記中央領域を透過した光束に対して所定の第２の位相差を付与するように作用する第２外側領域と
    を有し、
    前記各外側領域は、前記中央領域から前記主走査方向における両側に向かって順に、配置されており、
    前記第１の位相差は、整数をＮとしたとき、（２Ｎ−１）π[rad]であるとともに、
    前記第２の位相差は、整数をＭとしたとき、２Ｍπ[rad]である
    ことを特徴とするプリンター。

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