JPH0980333A

JPH0980333A - 走査光学系

Info

Publication number: JPH0980333A
Application number: JP23692195A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kobayashi; 雅也小林
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】黒筋の発生を防止するレーザ光学系の走査光
学系を提供する。【構成】光源から発する光束が入射光学系を介して偏
向器で偏向され、走査光学系を介して被走査媒体に結像
する光学系において、透過率が光軸周辺ではほぼ１番大
きく、走査方向に光軸から離れるに従い、透過率が小さ
くなるような強度分布変更手段を入射光学系に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源を備えたレ
ーザ光学系に係わり、特にレーザプリンタ、デジタル複
写機等に使用されるレーザ光学系による走査光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ、レーザＦＡＸ、デジタ
ル複写機等の普及に伴い、走査光学系はますます安価で
しかもコンパクト、高性能なものが要求されつつある。
そのため、最近はレーザプリンタ等の走査光学系におい
ても、レンズ枚数を減らし、又コンパクト化のために非
球面レンズが多用されるが、この非球面レンズを安価に
得るためにプラスチックレンズの利用が不可欠になって
いる。

【０００３】しかし、プラスチックレンズは樹脂成形用
金型により製造されるため、金型の加工精度が非常に重
要で、超高精度な加工精度が要求され、又成形技術も高
度なものが要求されている。レーザ光学系による走査光
学系に使用されるプラスチックレンズも、同様に非常に
高精度なものが要求されてはいるが、必ずしも満足のい
くものが提供されてはいなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近レ
ーザプリンタ等のさらなる高解像度化、高濃度階調化に
伴い走査光学系への性能向上の要求はさらに厳しくなり
つつある。

【０００５】例えば、図１のような走査光学系におい
て、Ｓ４面が１部に図２（ａ）のようなＰＶ０．０５μ
ｍ以上ＰＶ０．１μｍ以下の部分的なうねりが主走査方
向に存在するタイプＡのような金型面であると、印字結
果において、ハーフトーン印字の時だけ、うねりに対応
する部分に副走査方向の黒筋が発生する場合がある。
又、図２（ａ）の面とは違い同じ位置で、図２（ｂ）の
ようなうねりの少ない形状パターンのタイプＢの金型面
であると、あまり黒筋は発生しない。

【０００６】又このとき、前記面上のうねりに対応する
像面でのビーム径をみると、印字における黒筋と対応を
とることができる。一般的な走査光学系のビーム径評価
法は、図３のように像面におけるビーム強度分布（以後
ビームプロファイルと言う）に対して、最大強度に対し
て１／ｅ²（１３．５％）の強度における径（以後クリ
ップレベル１３．５％と言う）を測定しているが、通常
これは解像度評価として用いており、印字黒筋の状態を
顕著に表すことは難しい。

【０００７】しかし図３のように、ビームプロファイル
においてクリップレベルを１３．５％より下げて測定を
行うと、印字における黒筋に対応することができる。

【０００８】前記タイプＡ，タイプＢについて図２
（ａ），（ｂ）に相当する像高（＋８５ｍｍから＋１２
５ｍｍ）に対して像高１ｍｍピッチ、クリップレベル４
％，６％，８％，１０％，１３．５％で測定した結果を
図４〜７に示す。

【０００９】ここで図４，５は各々、面がタイプＡの時
の、主走査、副走査測定結果、図６，７は各々、面がタ
イプＢの時の、主走査、副走査の結果である。

【００１０】主走査方向のタイプＡ，タイプＢのビーム
径測定結果、図４，６を比較すると、クリップレベル１
３．５％のビーム径については、あまり大きな変化は見
られないが、クリップレベル４％から８％で見るとタイ
プＡのビーム径は大きく変動して、それに比べてタイプ
Ｂの変動は少ない。

【００１１】これは、面のうねりの測定結果（図２
（ａ），（ｂ））とまた印字結果と対応が取れている。
また、副走査方向については、図５，７を見て分かる様
にクリップレベルを下げても大きなビーム径変化は見ら
れない。

【００１２】以上の結果から、印字における黒筋は面の
部分的なうねりが像面における主走査方向のビームプロ
ファイルに影響を及ぼし、その微妙なビーム形状の変化
が黒筋の要因となっていることが予想される。

【００１３】このため、さらに部分的なうねりをＰＶ
０．０５μｍ以内に押さえるように加工技術の高精度化
を計らなければならないが、この場合加工機の限界の領
域となり、少なくとも１０ｎｍ以内の精度の加工機が必
要となる。又今後、さらに高階調の感光体の開発が見込
まれ、さらに要求精度は厳しくなってくる可能性があ
り、プラスチックレンズで要求精度を満たすには限界で
あった。

【００１４】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものである。即ち、このような状況において、本発
明は黒筋の発生を防止するレーザ光学系の走査光学系を
提供することを目的としたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的は、下記構成を
採ることによって達成される。

【００１６】（１）光源から発する光束が入射光学系を
介して偏向器で偏向され、走査光学系を介して被走査媒
体に結像する光学系において、透過率が光軸周辺ではほ
ぼ１番大きく、走査方向に光軸から離れるに従い、透過
率が小さくなるような強度分布変更手段を入射光学系に
備えていることを特徴とする走査光学系。

【００１７】（２）前記強度分布変更手段が強度分布変
更フィルタであることを特徴とする前記（１）記載の走
査光学系。

【００１８】（３）前記強度分布変更手段が入射光学系
内の光学素子のコート膜であることを特徴とする前記
（１）記載の走査光学系。

【００１９】（４）前記強度分布変更手段の透過率分布
は走査方向にのみ存在し、副走査方向については透過率
分布が均一であることを特徴とする前記（１），（２）
又は（３）記載の走査光学系。

【００２０】（５）前記強度分布変更手段に入射する有
効光束の走査方向の端部に相当する振幅透過率をＴｍａ
ｘとして、光軸周辺での振幅透過率をＴｏとすると、Ｔ
ｍａｘ／Ｔｏ≦０．３の関係を満たす強度分布変更手段
を設定したことを特徴とする前記（１）記載の走査光学
系。

【００２１】

【作用】請求項１に係わる作用は、均一な光量分布の光
が入射すると、像面においてビームプロファイル形状は
サイドローブが無収差の状態でも、ある程度の強度で発
生する。このため、残留収差が残って、しかも光束がう
ねりの存在する屈折媒体（レンズ）を通ると、うねりの
位相の変化に応じてコマ収差が変動して、サイドローブ
の強度が変動する。これが黒筋の原因となる。

【００２２】そこで、光軸周辺の強度が最大で光軸から
はなれるに従い、強度が小さくなる光が入射すると、無
収差の状態ではビームプロファイルサイドローブは小さ
くなる。このため、ある程度の残留収差が存在してうね
りが存在しても、黒筋発生に対して許容できる屈折媒体
の面のうねりのＰＶ値を大きくできる。

【００２３】又黒筋の発生は、走査方向の屈折媒体のう
ねりによる影響によることが大きいことが実験的に分か
っている。

【００２４】以上のことから、透過率が光軸周辺ではほ
ぼ１番大きく、走査方向に光軸から離れるに従い、透過
率が小さくなるような強度分布変更手段を用いることは
有効である。

【００２５】請求項２に係わる作用は、強度分布変更手
段が強度分布変更フィルタであると、配置も容易で光学
系も簡単にできる。

【００２６】請求項３に係わる作用は、入射光学系内の
光学素子のコート膜を前記強度分布変更手段とすること
により、部品点数を増やさずにすみ、コスト的メリット
が大きい。

【００２７】請求項４に係わる作用は、走査方向にのみ
透過率分布をつけることにより、よりコストダウンとな
る。

【００２８】請求項５に係わる作用は、Ｔｍａｘ／Ｔｏ
≦０．３とすることにより、ビームプロファイルにおけ
るサイドローブがより小さくなり、多様な感光体にも対
処でき、光学系内の残留収差及び屈折媒体に微小なうね
りのＰＶ値に対しても黒筋発生に対する許容幅が大きく
なる。

【００２９】

【実施例】以下に実施例を示す。先ず、実施例の効果を
説明するために用いた強度分布変更手段の検証法（シミ
ュレーション法）について説明する。

【００３０】＊検証法検証法としては、走査光学系を簡単なモデルにおきか
え、ビームプロファイル（ＰＳＦ：点像分布関数）を算
出する。

【００３１】以下にその手法を説明する。

【００３２】（１）ＰＳＦ（ビームプロファイル）の算
出法実際に光学面の部分的なうねりがビームプロファイルに
どのように影響するか解析するため簡単なモデルを考え
た。このモデルを図８に示す。

【００３３】これは走査レンズの主走査方向について想
定し、そのパワーを集約した理想レンズＬと、このレン
ズと像面の間に配設される厚さが極めて薄い、連続的な
正弦波を想定した面のうねりを想定した、位相媒体を置
いた２次元モデルである。

【００３４】尚、副走査方向については図５，図７の結
果からみてわかるように、印字時において黒筋発生にほ
とんど影響を及ぼさないため、考慮にいれない。また、
レンズの直前には幅２Ｄのスリットがあり、そのスリッ
トを通るビームはレーザを想定してガウス分布の強度分
布を持つ平行光が入射する。また、この入射光にはコリ
メータからの射出光の収差や走査光学系内で設計値とし
て存在する収差をまとめた波面収差を想定している。

【００３５】このときのスリットの座標系をｘ₁、位相
媒体の座標系をｘ₀、像面の座標系をｘ_fとする。また、
ガウシアンビームの振幅分布をＧ（ｘ₁）、スリットの
窓関数をΠ（ｘ₁／Ｄ）、スリットにおける波面収差を
Ｗ_E（ｘ₁）、位相媒体による振幅分布変化をＵ_P（ｘ₀）
とすると像面Ｉにおける振幅分布Ｕ_f（ｘ_f）は

【００３６】

【数１】

【００３７】という形で表される。ここで

【００３８】

【数２】

【００３９】ここで、ｆはレンズＬの焦点距離、λは波
長、ｋ＝２π／λ、ｄは位相媒体から像面までの距離を
表す。

【００４０】

【数３】

【００４１】また、Ｐ（ｘ₁）は瞳関数を想定できる
が、ここではｘ₁座標での振幅分布で

【００４２】

【数４】

【００４３】で表すことができる。また

【００４４】

【数５】

【００４５】となるので（１）式は次の様に置き換える
ことができる。

【００４６】

【数６】

【００４７】ここでガウシアン振幅分布Ｇ（ｘ₁）はＧ（ｘ₁）＝Ｇ₁ｅｘｐ（−αｘ₁ ²）・・・（５）また、位相媒体による振幅変化Ｕ_p（ｘ₀）はＵ_p（ｘ₀）＝Ｂｅｘｐ〔ｊＷ（ｘ₀）〕・・・（６）（Ｂは定数）Ｗ（ｘ₀）は位相媒体による波面収差で

【００４８】

【数７】

【００４９】で表される。ここで、ｎは位相媒体の屈折
率、Ｆ（ｘ₀）はうねりの形状を表す関数を表す。

【００５０】（４）式を見ると積分内部は、フーリエ変
換の形となっている。（４）式を手計算で解くのはかな
り困難であるが、モデル１と同様に高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）の数値計算を用いれば良い。

【００５１】また、結像面での点像分布関数（ＰＳＦ）
を、ＰＳＦ（ｘ_f）とするとＰＳＦ（ｘ_f）＝‖Ｕ_f（ｘ_f）‖² ・・・（８）となり（８）式が像面におけるビームプロファイルとな
る。

【００５２】さらにスリットに入射する振幅分布関数に
ついて各々説明する。振幅分布関数は、（４）式から、
スリットに到達するレーザの光量振幅分布Ｇ₁（ｘ₁）と
スリットを規定するΠ（ｘ₁／Ｄ）、位相媒体による振
幅変化Ｕ_p（ｘ₁）、位相媒体を除く光学系（コリメータ
等）により発生する残留波面収差Ｗ_E（ｘ₁）からなる。

【００５３】（２）ガウシアンビームの広がり度合いと
スリット幅の関係図９のようにレーザから発する光がコリメータを介して
スリットに到達するとき、ガウシアン分布を持つレーザ
の振幅Ｇ₁（ｘ₁）がスリットΠ（ｘ₁／Ｄ）によって、
どのくらいケラレるかによって、評価しようとする像面
におけるＰＳＦ形状が異なってくる。

【００５４】ここで

【００５５】

【数８】

【００５６】このため、ここではガウシアンビームのけ
られ度合いも考慮しなければならない。（５）式におけ
るガウシアンビームの振幅分布関数Ｇ（ｘ₁）は（９）
式で表すことができる。

【００５７】Ｇ（ｘ₁）＝Ｇ₁・ｅｘｐ（−α・ｘ₁ ²）・・・（９）（Ｇ₁：光軸上での振幅値）ここでαは、レーザ光源からの光がコリメータを介して
スリットに到達するレーザ光の振幅分布において、ガウ
シアン分布の広がり度合いを表す定数であり、コリメー
タの開口数ＮＡ_COLとレーザの主走査方向の広がり角
（ここでは半角とする）θ_LD、スリット幅２Ｄで決ま
る。

【００５８】コリメータの開口数ＮＡ_COLはコリメータ
の焦点距離をｆ_COLとすると、ＮＡ_COL＝Ｄ／ｆ_COL で表すことができる。

【００５９】また、レーザの広がり角θ_LDは、ガウシア
ン分布を持つ強度分布プロファイルの最大強度に対して
１／ｅ²での角度と定義する。

【００６０】この広がり角を開口数ＮＡ_LDで表現するとＮＡ_LD＝ＳＩＮ（θ_LD）・・・（１０）で表すことができる。

【００６１】広がり角θ_LDの定義は、強度分布に対して
最大強度の１／ｅ²での角度と定義しているので振幅分
布においては、最大振幅に対して１／ｅの位置での角度
となる。これに対応するスリット上での位置ｘ_1LDをも
とめるとＧ₁（ｘ_1LD）＝１／ｅとなり、（９）式から

【００６２】

【数９】

【００６３】となる。

【００６４】このとき、図１０から

【００６５】

【数１０】

【００６６】の関係が成立する。

【００６７】スリットによるレーザ光のけられ度合い
は、コリメータの開口数ＮＡ_COLとレーザの発散角によ
る開口数ＮＡ_LDの関係によって決まる。このためけられ
度εを導入して ε＝ＮＡ_COL／ＮＡ_ＬＤと定義すると

【００６８】

【数１１】

【００６９】となる。けられ度εの値が小さいと、レー
ザから発する光のスリットによるケラレは大きくなり、
けられ度εが大きいとケラレは小さくなる。

【００７０】（３）位相媒体の説明と実際の走査光学系
のモデルとの対応位相媒体のうねりの関数をＦ（ｘ_０）として、この位相
媒体により発生する波面収差をＷ（ｘ₀）とすると、位
相媒体のうねりと波面収差の関係は（７）式に示される
様に

【００７１】

【数１２】

【００７２】で表すことができる（ｎは位相媒体の屈折
率）。ここで位相媒体の厚みは極めて薄いと仮定する。
このためこのモデルにおいて、位相媒体の平行平面板の
効果としての波面収差及びバックフォーカス変化はな
い。そのため、位相媒体による振幅分布の変化は

【００７３】

【数１３】

【００７４】となる。

【００７５】ここでは位相媒体のうねりの形状を正弦関
数として考える。うねりの形状Ｆ（ｘ₀）は

【００７６】

【数１４】

【００７７】で表される図１２は、図１１のうねりを横
にして見たときの正弦関数である。

【００７８】また、ａはうねりの振幅、Ｔｐはうねりの
ピッチ、δはうねりの光軸に対する位相を表す。また、
うねりのＰＶ値は必然的にＰＶ＝２ａ・・・（１４）実際に走査光学系においては図１３で示す様に、ポリゴ
ンミラーによりビームがスキャンされＳ４面にうねりが
存在する時、ビームは周期的なうねりをほぼ等速に通過
する。

【００７９】この事項について上記モデルで考えると、
図１３のポリゴンミラーによる走査は、図１４の位相媒
体を光軸に対してシフトすることと等しいと考えること
ができる。

【００８０】そしてうねりの周期Ｔｐに対して、位相δ
＝０（Ａ）の時のビームと、位相δ＝Ｔｐ／４（Ｂ）の
時のビーム、位相δ＝Ｔｐ／２（Ｃ）の時のビームによ
るプロファイルの形状の違いが、黒筋となって現れるこ
とが推測される。

【００８１】（４）残留波面収差モデル２においてはより現実に近づけるために、入射ビ
ームに波面収差ものせて考える。

【００８２】実際の光学系においては、このシミュレー
ションでの入射ビームを作るコリメータ光学系に残留収
差が存在し、また走査光学系内においても像高を持つと
設計的なコマ収差が若干存在する。これらの残留収差が
黒筋に影響を及ぼす可能性がある。

【００８３】このモデルでは主走査方向でしか論じてお
らず、１次元であるので、波面収差としてコマ収差及び
球面収差をのせる。波面収差を近似的にツェルニケ展開
を１次元化した形とすると、

【００８４】

【数１５】

【００８５】となる。ρは瞳半径をノーマライズした値
である。ＳＡは球面収差のツェルニケ係数で、ＣＭはコ
マ収差のツェルニケ係数である。またＳＡｒｍｓは球面
収差のｒｍｓ値、ＣＭｒｍｓはコマ収差のｒｍｓ値とす
ると、

【００８６】

【数１６】

【００８７】となる。

【００８８】以上をふまえて（４）式、（８）式を解析
する。

【００８９】以下のシミュレーションにおいては、高速
フーリエ変換を用いて数値解析を行った。また本シミュ
レーションにおいては、必要な結果はＰＳＦビームプロ
ファイルの各クリップレベルにおけるビーム径であるた
め、ＰＳＦは最大強度でノーマライズしてある。このた
め（４）式の定数Ａ，（５）式の定数Ｇ₁，（６）式の
定数Ｂはそれぞれ１とした。

【００９０】＊実施例シミュレーション（１）共通条件主走査のみの議論とする。レンズは焦点距離ｆ＝２８０
ｍｍで、位相媒体は像面から１００ｍｍの位置に設け
る。即ち、・焦点距離ｆ＝２８０ｍｍ（波長７８０ｎｍ）・位相媒体の位置は像面から１００ｍｍの位置・位相媒体の屈折率１．４８５９５・波長７８０ｎｍ・けられ度εは前記の通り、コリメータレンズのＮＡ（
_COL）と、レーザの強度で１／ｅ²での拡がり角によるＮ
Ａ（_LD）によりＮＡ（_COL）／ＮＡ（_LD）で決まるが、
レーザの拡がり角のばらつきを考慮して、３種類の値で
シミュレーションを行う。

【００９１】ε＝０．７６７ ε＝０．６２３ ε＝１．０００・本発明の強度分布変更手段が無い場合、ある場合を含
めて、うねり（ＰＶ０μｍ）がなく残留収差もない（球
面収差ｒｍｓ値＝０λ、コマ収差ｒｍｓ値＝０λ、λ＝
７８０ｎｍ）状態で解像度を設定するため１／ｅ²（１
３．５％）でのビーム径がけられ度ε＝０．７６７でほ
ぼ６０μｍとなる様にスリットを設定する。

【００９２】（２）シミュレーション法シミュレーションは次に説明する，の順序でおこな
った。

【００９３】レーザ拡がり角の中心値を想定してけら
れ度ε＝０．７６７に対して、本発明が無い状態と本発
明の実施例での位相媒体のうねりのＰＶ値及び、残留収
差を０としたときクリップレベル１／ｅ²（１３．５
％）におけるビーム径がほぼ６０μｍとなるように

【００９４】

【数１７】

【００９５】から、スリット幅２Ｄとガウシアン係数α
をもとめる。

【００９６】このスリット幅２Ｄとαに対して、条件で
述べた３種類のεの値で位相媒体のうねりのＰＶ及び残
留収差の値が０となるときのシミュレーションをおこな
い、１／ｅ²でのビーム径を算出し、ビーム径のばらつ
きを見る。

【００９７】この状態で、レンズ面に存在する微妙な
うねりを想定したシミュレーションを行う。

【００９８】レンズ面のうねりを想定した位相媒体の条
件・うねりのＰＶ値：０．０５μｍ（加工限界）・うねりの周期：位相媒体にあたる光束に対してうねり
１．６５周期分となるよう設定する。スリット幅２Ｄ＝
６ｍｍで前記条件の場合、Ｔｐ＝ｄ／ｆ・２Ｄ／１．６５≒１．３ｍｍ・うねりの位相：０から２πまで１周期分・残留収差：ＬＢＰの場合ＬＤ及びコリメータ系に存在
する収差及び、走査光学系で設計時から発生している収
差を想定し、総括して残留収差を１次元的に波面収差ｒ
ｍｓ値で設定する。（コマ収差、球面収差）（３）強度分布変更手段がないときの場合スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３ｍｍ、ガウシアン
係数α＝０．０６５３この結果

【００９９】

【表１】

【０１００】となる。

【０１０１】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．３ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１０２】結果図１５（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００この結果、図１５（ａ），（ｂ）のようにεの値が小さ
いとサイドローブの影響を受ける位相と受けない位相が
存在し、クリップレベル６％でのビーム径変化は極端に
大きくなっていることが分かる。これが印字において黒
筋が発生すると考えられる。

【０１０３】εが大きくなると、図１５（ｃ）のように
サイドローブの影響は受けなくなり、クリップレベルが
６％ではビーム径の変動は小さくなる。このため、けら
れ度εが小さい方が黒筋は発生しにくいことが分かる。
しかしながら、光源として半導体レーザを用いると、そ
の拡がり角のばらつきがかなり大きく、レーザの拡がり
角のばらつきにより、印字時に黒筋が発生することが分
かる。

【０１０４】（４）強度分布変更手段の具体的実施例強度分布変更手段の実施例として図１６のから、図
１７の，の主走査方向における透過率分布を持つ計
６種類の強度分布変更手段を用いた。

【０１０５】実施例１実施例１は図１６ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ５
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺までリ
ニアに下がる。

【０１０６】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、Ｔ（ｘ）＝（１−０．５・ｘ／Ｄ）としている。

【０１０７】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１０８】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３．４ｍｍ、ガウシ
アン係数α＝０．０５０９この結果

【０１０９】

【表２】

【０１１０】となる。

【０１１１】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．５ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１１２】結果図１８（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図１８（ａ）から図１８（ｃ）を見ても分かるように、
クリップレベル６％のビーム径ではサイドローブによる
影響は受けていない。強度分布変更手段が無い場合と比
較すると、実施例１の強度分布変更手段を用いた場合の
方が、サイドローブの影響を受けていないことが分か
る。

【０１１３】図１８（ａ），（ｂ）のように、けられ度
εが小さい値（ε＝０．６２３）で、強度分布変更手段
を通過する前の光の主走査方向の光量分布が均一光量に
近づくと、クリップレベル４％のビーム径でサイドロー
ブの影響を受けているが、これはほとんど実際の画像に
は影響しない。但し、感度の高い感光体を使用する場合
には影響を受ける場合があるので、この場合はクリップ
レベル４％でのビーム径変化はあまり影響を受けないレ
ーザと感光体を用いることが望ましい。

【０１１４】実施例２実施例２は図１６ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ２
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺までリ
ニアに下がる。

【０１１５】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、Ｔ（ｘ）＝（１−０．８・ｘ／Ｄ）としている。

【０１１６】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１１７】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３．９ｍｍ、ガウシ
アン係数α＝０．０３８７この結果

【０１１８】

【表３】

【０１１９】となる。

【０１２０】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．７ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１２１】結果図１９（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図１９（ａ）から図１９（ｃ）を見ても分かるように、
クリップレベル４％，６％のビーム径ではサイドローブ
による影響は受けていない。強度分布変更手段が無い場
合と比較すると、実施例２の強度分布変更手段を用いた
場合の方が、サイドローブの影響を受けていないことが
分かる。

【０１２２】又、実施例２の強度分布変更手段は、クリ
ップレベル４％でのビーム径でもサイドローブの影響を
受けず、うねりの位相変化に対してあまり大きなビーム
径変動はないため実施例１の強度分布変更手段に比べて
黒筋が発生しにくい。

【０１２３】実施例３実施例３は図１６ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ５
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺まで２
次関数的に下がる。

【０１２４】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、Ｔ（ｘ）＝（１−０．５・（ｘ／Ｄ）²）としている。

【０１２５】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１２６】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３．３５ｍｍ、ガウ
シアン係数α＝０．０５２４この結果

【０１２７】

【表４】

【０１２８】となる。

【０１２９】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．５ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１３０】結果図２０（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図２０（ａ），（ｂ）のように、けられ度εが小さい値
で、強度分布変更手段を通過する前の光の主走査方向の
光量分布が均一光量に近づくと、クリップレベル４％の
ビーム径でサイドローブの影響を受けている。又、けら
れ度ε＝０．６２３の場合、クリップレベル６％のビー
ム径でもサイドローブの影響を受けやすくなり、ＰＶ
０．０５μｍのうねりの位相変化に対してビーム径の変
動が大きくなっているが、強度分布変更手段が無い場合
と比較すると、サイドローブによるビーム径への影響が
少ない。

【０１３１】実施例４実施例４は図１６ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ２
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺まで２
次関数的に下がる。

【０１３２】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、Ｔ（ｘ）＝（１−０．８・（ｘ／Ｄ）²）としている。

【０１３３】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１３４】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３．７０ｍｍ、ガウ
シアン係数α＝０．０４３０この結果

【０１３５】

【表５】

【０１３６】となる。

【０１３７】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．６ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１３８】結果図２１（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図２１（ａ）から図２１（ｃ）を見ても分かるようにク
リップレベル６％のビーム径ではサイドローブによる影
響は受けていない。強度分布変更手段が無い場合と比較
すると、明らかなようにサイドローブの影響を受けてい
ないことが分かる。

【０１３９】図２１（ｂ）のように、けられ度εが小さ
い値（ε＝０．６２３）で、強度分布変更手段を通過す
る前の光の主走査方向の光量分布が均一光量に近づく
と、クリップレベル４％のビーム径でサイドローブの影
響を受けている。この実施例も実施例１と同様にクリッ
プレベル４％でのビーム径変化はあまり影響を受けない
レーザと感光体を用いることが望ましい。

【０１４０】実施例５実施例５は図１７ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ５
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺まで余
弦的に下がる。

【０１４１】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、

【０１４２】

【数１８】

【０１４３】としている。

【０１４４】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１４５】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝３．５０ｍｍ、ガウ
シアン係数α＝０．０４８０この結果

【０１４６】

【表６】

【０１４７】となる。

【０１４８】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．５ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１４９】結果図２２（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図２２（ａ）から図２２（ｃ）を見ても分かるようにク
リップレベル６％のビーム径ではサイドローブによる影
響は受けていない。強度分布変更手段が無い場合と比較
すると、明らかなようにサイドローブの影響を受けてい
ないことが分かる。

【０１５０】図２２（ｂ）のように、けられ度εが小さ
い値（ε＝０．６２３）で、強度分布変更手段を通過す
る前の光の主走査方向の光量分布が均一光量に近づく
と、クリップレベル４％のビーム径でサイドローブの影
響を受けている。又、実施例１よりもＰＶ０．０５μｍ
のうねりの位相変化に対してのビーム径変動への影響は
少ない。この実施例も実施例１と同様、クリップレベル
４％でのビーム径変化はあまり影響を受けないレーザと
感光体を用いることが望ましい。

【０１５１】実施例６実施例６は図１７ののような主走査方向の振幅透過率
の強度分布変更手段で、光軸周辺の振幅透過率はほぼ１
００％で、主走査方向開口周辺では振幅透過率はほぼ２
０％となる。又、この強度分布変更手段の透過率分布
は、主走査方向において、光軸周辺から開口周辺まで余
弦的に下がる。

【０１５２】光軸を原点としたときの主走査方向の座標
をｘとし、強度分布変更手段の振幅透過率をＴ（ｘ）
（単位：％）、開口の半径（あるいは開口の光軸から端
部までの距離）をＤとしたとき、強度分布変更手段の振
幅透過率は、

【０１５３】

【数１９】

【０１５４】としている。

【０１５５】この強度分布変更手段を用いた場合の前記
モデルを用いたシミュレーションを行って、効果の検証
を行った。

【０１５６】シミュレーション検証スリット幅とガウシアン係数の決定 ε＝０．７６７で１／ｅ²でのビーム径をほぼ６０μｍ
にするには、スリット幅の半値Ｄ＝４．１０ｍｍ、ガウ
シアン係数α＝０．０３５０この結果

【０１５７】

【表７】

【０１５８】となる。

【０１５９】各けられ度εに対するＰＶ０．０５μｍ
のうねり位相媒体を入れたときの、うねりの光軸に対す
る位相変化によるビーム径の変化を検証・残留収差：球面収差ｒｍｓ＝０．０２５λ、コマｒｍ
ｓ＝０．０２５λ ・うねりの周期：Ｔｐ＝１．８ｍｍ（位相媒体にあたる
光束に対してうねり約１．６５周期分）・うねりの位相：０から２πまで変化したときのビーム
径変化を見る。

【０１６０】結果図２３（ａ） ε＝０．７６７（ｂ） ε＝０．６２３（ｃ） ε＝１．０００図２３（ａ）から図２３（ｃ）を見ても分かるようにク
リップレベル４％，６％のビーム径ではサイドローブに
よる影響は受けていない。強度分布変更手段が無い場合
と比較すると、明らかにサイドローブの影響を受けてい
ないことが分かる。又、本実施例の強度分布変更手段は
クリップレベル４％でのビーム径でもサイドローブの影
響を受けず、うねりの位相変化に対してあまり大きなビ
ーム径変動は無いため黒筋が発生しない。

【０１６１】以上の実施例に示した強度分布変更手段
は、均一光量分布をもつ光束が通過したときに、その光
束を位相分布変化のない所定の振幅分布を有する光束に
変更できるものであれば良く、強度分布変更フィルタあ
るいは光学素子のコート膜で構成することができる。
尚強度分布変更手段がフィルタである場合は、スリット
と一体としてもよい。

【０１６２】

【発明の効果】請求項１に係わる発明の効果は、黒筋の
発生を防止することができる。

【０１６３】請求項２に係わる発明の効果は、さらに配
置も容易で光学系も簡単にできる。

【０１６４】請求項３に係わる発明の効果は、さらに部
品点数を増やさずにすみ、光学配置の自由度が大きい。

【０１６５】請求項４に係わる発明の効果は、強度分布
変更手段を簡単に作成でき、大量生産しやすい。

【０１６６】請求項５に係わる発明の効果は、黒筋発生
に対する許容幅が大きくなる。

【０１６７】このように本発明により、黒筋の発生を防
止することができ、コスト的メリットが大きい走査光学
系が提供されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査光学系の１例を示す図。

【図２】レンズ面の極微小うねり測定結果を示す図。

【図３】ビームプロファイルと各クリップレベルを示す
図。

【図４】ビームプロファイルのレンズ面のうねりと各ク
リップレベルでの主走査測定値の図。

【図５】ビームプロファイルのレンズ面のうねりと各ク
リップレベルでの副走査測定値の図。

【図６】ビームプロファイルの別のレンズ面のうねりと
各クリップレベルでの主走査測定値の図。

【図７】ビームプロファイルの別のレンズ面のうねりと
各クリップレベルでの副走査測定値の図。

【図８】光学面のうねりがビームプロファイルに与える
影響を解析するモデルの図。

【図９】レーザから発する光がコリメータを介してスリ
ットに到達する図。

【図１０】ガウシアン分布とスリットの図。

【図１１】正弦関数のうねりを有する位相媒体の図。

【図１２】図１１のうねりを横にして見た図。

【図１３】走査光学系のポリゴンミラーによるビームス
キャンの図。

【図１４】図１３のビームスキャンによるビームプロフ
ァイルａ，ｂ，ｃの相当図。

【図１５】各けられ度でのうねりの位相変化（０〜２
π）時のビーム径変化の図。

【図１６】強度分布変更手段による〜４種の透過率
分布を示す図。

【図１７】強度分布変更手段による，２種の透過率
分布を示す図。

【図１８】実施例１によるビーム径変化の図。

【図１９】実施例２によるビーム径変化の図。

【図２０】実施例３によるビーム径変化の図。

【図２１】実施例４によるビーム径変化の図。

【図２２】実施例５によるビーム径変化の図。

【図２３】実施例６によるビーム径変化の図。

【符号の説明】

ａうねりの振幅 δ うねりの光軸に対する位相Ｄスリット幅の半値Ｌ理想レンズｎ屈折率Ｐ位相媒体ＳスリットＴｐうねりのピッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発する光束が入射光学系を介し
て偏向器で偏向され、走査光学系を介して被走査媒体に
結像する光学系において、透過率が光軸周辺ではほぼ１
番大きく、走査方向に光軸から離れるに従い、透過率が
小さくなるような強度分布変更手段を入射光学系に備え
ていることを特徴とする走査光学系。
【請求項２】前記強度分布変更手段が強度分布変更フ
ィルタであることを特徴とする請求項１記載の走査光学
系。
【請求項３】前記強度分布変更手段が入射光学系内の
光学素子のコート膜であることを特徴とする請求項１記
載の走査光学系。
【請求項４】前記強度分布変更手段の透過率分布は走
査方向にのみ存在し、副走査方向については透過率分布
が均一であ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。
【請求項５】前記強度分布変更手段に入射する有効光
束の走査方向の端部に相当する振幅透過率をＴｍａｘと
して、光軸周辺での振幅透過率をＴｏとすると以下の関
係を満たす強度分布変更手段を設定したことを特徴とす
る請求項１記載の走査光学系。Ｔｍａｘ／Ｔｏ≦０．３