JP2001051221A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光路を折り返す構造を有する光走査装置にお
いて、光路を折り返す手段の反射面に埃が堆積しないよ
うにする。 【解決手段】 ポリゴンミラー２０により偏向された光
ビームを、入射面３３ａと２つの反射面３３ｂ，３３ｃ
を有する台形状の折返しプリズム３３の入射面３３ａに
略直角に入射させる。入射した光ビームは、反射面３３
ｂで反射面３３ｃ側に向けて全反射し、さらに反射面３
３ｃで入射面３３ａ側に向けて全反射し、入射面３３ａ
から入射ビームと略反対方向に出射する。出射した光ビ
ームは、シリンドリカルレンズ３４を通過して、シリン
ドリカルミラー３５により反射されて被走査面４０に向
かい、被走査面４０上で走査スポットを形成する。折返
しプリズム３３の天井側を向いた反射面３３ｃには埃が
付着することとがなく、また、天井側に位置する反射面
３３ｂには防塵カバー３９が被せられているので、同様
に埃付着の問題を生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームを被走査
面上に等速走査させる光走査装置に関し、より詳細に
は、回転多面鏡などの光偏向器によって偏向された光ビ
ームの光路を折り返す構造を有する光走査装置における
埃対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポリゴンミラー（回転多面
鏡）を使用した偏向器によって反射偏向された光ビーム
により光走査を行なう光走査装置がよく知られている。
この種の光走査装置はレーザビームなどを使用する記録
装置や読取装置に用いられているが、その一般的な構成
は、光ビームを出射する光源と、この光源から出射され
た光ビームを偏向するポリゴンミラーと、偏向された光
ビームを所定の被走査面上で収束させるとともに被走査
面上において等速走査させるｆθレンズおよび偏向器の
面倒れによる走査線の位置誤差（ピッチムラ）を補正す
る面倒れ補正レンズなどを用いた走査光学系（結像光学
系）とからなる。

【０００３】ここで、この走査光学系を構成するｆθレ
ンズなどを、ポリゴンミラーにより偏向された光ビーム
の光軸上に単純に１列に配設すると、走査光学系のサイ
ズがこの光軸方向に大きくなってしまう。

【０００４】そこで、例えば図４に示すように、走査光
学系に２枚の反射ミラー１３２，１３３を挿入し、ポリ
ゴンミラー１２０によって偏向されｆθレンズ１３１を
通過した光ビームＬ１の光路を、第１の反射ミラー１３
２により斜めに折り返すとともに、該折り返した光ビー
ムＬ２の光路が第１の反射ミラー１３２に入射する光ビ
ームＬ１の光路と交叉するように、さらに第２の反射ミ
ラー１３３により反射する構造とすることによって、必
要な光路長を確保するとともに走査光学系を小型化する
ことが行なわれている（例えば、特開平３−２２０５１
７号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すように、光ビームの光路を折り返し且つ交叉させる
には、２枚の反射ミラー１３２，１３３の内、必ず１枚
（本例では第１の反射ミラー１３２）が天井側を向く構
造としなければならなず、この天井側を向いた反射ミラ
ーの反射面上には埃が堆積し易く、結果として、このよ
うな構造を有する光走査装置を使用する読取装置などに
おいて、画像ムラやＳ／Ｎ劣化などの問題を生じる。

【０００６】本願発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であって、光ビームの光路を折り返す構造とするととも
に、埃付着の問題を解決することができる光走査装置を
提供すること目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
偏向器から被走査面までの間に、偏向器からの光ビーム
を折り返す手段としての折返しプリズムを挿入すること
により、必要な光路長を確保するとともに、天井側を向
く反射面に埃が付着するという問題を解決したことを特
徴とするものである。

【０００８】すなわち、本発明の光走査装置は、光ビー
ムを発する光源と、該光ビームを所定の方向に偏向する
偏向器と、該偏向器により偏向された光ビームを所定の
被走査面上において等速度走査させる走査光学系とを備
えた光走査装置であって、走査光学系を、偏向器から入
射した光ビームを、該光ビームの入射方向と逆向きに反
射する、少なくとも２つの反射面を有する折返しプリズ
ムを備えたものとしたことを特徴とするものである。

【０００９】ここで「逆向き」とは、折返しプリズムか
ら出射した出射ビームの光軸が、少なくとも、折返しプ
リズムに入射する入射ビームの光軸と反対方向の成分を
有するものであればよく、必ずしも、出射ビームの光軸
が入射ビームの光軸と正反対方向でなくてもよい。

【００１０】「折返しプリズム」は、少なくとも２つの
反射面を用いて、入射した光ビームを、各反射面におい
て順次全反射し、折返しプリズム内への入射方向と逆向
きに光ビームを出射することができるものである限り、
どのような形状のものであっても良い。例えば、この折
返しプリズムとしては、偏向された光ビームが入射する
入射面と、この入射面を透過した光ビームを反射する第
１の反射面と、第１の反射面で反射された光ビームを入
射面に向けて反射する第２の反射面とを有する三角プリ
ズムや台形プリズムなどを使用することができる。

【００１１】さらに、本発明の光走査装置においては、
少なくとも２つの反射面のうち、折返しプリズムの天井
側に配された少なくとも１つの反射面を覆うように、該
少なくとも１つの反射面と空隙を隔てて防塵カバーを配
設する、すなわち天井側に位置する反射面を防塵カバー
で保護する構造とするのが好ましい。

【００１２】また、折返しプリズムに入射し、該折返し
プリズム内で反射される光ビームの光路が、該折返しプ
リズム内で共振を起こさないように設定されているもの
とするのが望ましい。

【００１３】ここで、「共振を起こさないように設定さ
れている」とは、折返しプリズムの形状と、該折返しプ
リズムに入射する入射ビームの入射位置および入射角と
の関係が、折返しプリズム内で光ビームが共振を起こさ
ないように設定されていることを意味する。

【００１４】さらにまた、本発明の光走査装置において
は、入射面に付着する埃の影響を受けることなく、また
コンパクト且つ安価なものとするために、折返しプリズ
ムの入射面における光ビームの径（ビーム中心の光強度
Ｉの１／ｅ² となる点の直径；ｅは自然対数の底）を、
２mm以上１０mm以下とするのが望ましい。

【００１５】また、本発明の光走査装置においては、走
査光学系を、折返しプリズムにより反射された（折り返
された）光ビームを被走査面に向けて反射させる反射ミ
ラーをさらに備えたものとすることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の光走査装置によれば、偏向器か
らの光ビームを折り返す手段として折返しプリズムを使
用するようにしたので、天井側を向く反射面に埃が堆積
する虞れがなくなり、結果として、読取装置などにおい
て、画像ムラやＳ／Ｎ劣化などの問題を生じる虞れがな
くなる。

【００１７】また、折返しプリズムの天井側に位置する
反射面を防塵カバーで保護する構造とすれば、この反射
面の外側に埃が付着して全反射に影響を与えるという問
題も生じない。

【００１８】さらに、折返しプリズム内で共振を起こさ
ないように、折返しプリズムの形状と、折返しプリズム
に入射する入射ビームの入射位置および入射角との関係
を設定すれば、プリズム内部での光ビームの共振による
ノイズの発生を防止することができる。

【００１９】さらにまた、折返しプリズムの入射面にお
けるビーム径を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に抑える
ようにすれば、この微小サイズの埃が入射面に付着して
も、この埃の影響を受けることがなくなり、またコンパ
クトで低コストの光走査装置を構成することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光走査装置の具体
的な実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００２１】図１は本発明の光走査装置の第１実施形態
の概略構成を示す主走査断面図（平面図）（Ａ）および
ポリゴンミラー以降の走査光学系のみについて示した副
走査断面図（側面図）（Ｂ）である。なお、図中の互い
に直交するｘ，ｙ，ｚの各軸の内、ｘ軸方向を主走査方
向とし、ｚ軸方向を副走査方向とする。また、ｘｚ平面
を主走査断面といい、ｙｚ平面を副走査断面という。

【００２２】図１に示す光走査装置１は、波長が６５０
〜６７０ｎｍの光ビーム（レーザビーム）を出射する光
源１１と、光源１１から出射された光ビームを平行光線
束とするコリメータレンズ１２と、６つの偏向面（反射
面）を有し該偏向面に入射した光束を走査光学系（結像
光学系）３０の方向に偏向する偏向器としてのポリゴン
ミラー２０と、副走査方向に関して光ビームを収束させ
るように、すなわちコリメータレンズ１２を通過した平
行光線束をポリゴンミラー２０の偏向面上に線像を結ぶ
ように配置された入射光走査光学系としてのシリンドリ
カルレンズ１４と、ポリゴンミラー２０により偏向され
た光ビームを所定の被走査面４０上に結像するとともに
この走査面上で等速度走査させる走査光学系３０とから
なる構成である。

【００２３】ここで、この光走査装置１に使用される走
査光学系３０は、全体としてポリゴンミラー２０側に凹
面を呈する球面レンズ３１と、球面レンズ３２と、入射
面３３ａおよび２つの反射面３３ｂ，３３ｃを有しポリ
ゴンミラー２０から入射面３３ａに入射した光ビームを
該光ビームの入射方向と逆向きに反射する台形状の折返
しプリズム３３と、折返しプリズム３３側が略平面で且
つ反対側が凹面を呈したシリンドリカルレンズ３４と、
シリンドリカルレンズ３４側に凹面を呈し、折返しプリ
ズム３３により折り返されシリンドリカルレンズ３４を
通過した光ビームを被走査面４０に向けて反射させる反
射ミラーとしてのシリンドリカルミラー３５とをこの順
に配してなる構成である。折返しプリズム３３の天井側
に位置する反射面３３ｂ近傍には、この反射面３３ｂと
空隙を隔てて、埃よけの防塵カバー３９が被せられてい
る。なお、図１（Ｂ）において、シリンドリカルレンズ
３４およびシリンドリカルミラー３５が配された図中下
側を走査光学系３０の１階といい、球面レンズ３１，３
２が配された上側を走査光学系３０の２階という。

【００２４】上記構成の光走査装置１の光学定数を表１
に示す。なお、走査光学系３０のレンズ軸とポリゴンミ
ラー２０への入射ビームのなす角は７９度、ビーム走査
角度は±４２度、被走査面４０上における光ビームの径
は主走査方向および副走査方向ともに、約１００μｍで
ある。

【表１】

【００２５】また、折返しプリズム３３は、光ビームが
入射面３３ａに対して略垂直に入射したとき、折返しプ
リズム３３内で光ビームが共振を起こしてノイズを発生
することがないように、図示した形状のものにおいて
は、入射面３３ａと反射面３３ｂとがなす角θ１と、入
射面３３ａと反射面３３ｃとがなす角θ２とを合計した
角度が９０度とならないように設定する。本例において
は、具体的には、角θ１，θ２の内、いずれか一方を４
５度とし、他方を４５度から少しずれるように設定す
る。

【００２６】次に上記構成の光走査装置１の作用につい
て説明する。

【００２７】光源１１から出射された光ビームは、コリ
メータレンズ１２により平行光線束とされた後、シリン
ドリカルレンズ１４によりポリゴンミラー２０の反射面
上に線像として結像する。

【００２８】ポリゴンミラー２０の反射面において反射
した光ビームは、走査光学系３０の２階に配された球面
レンズ３１および球面レンズ３２を通過して、折返しプ
リズム３３の入射面３３ａに対して略垂直に入射する。

【００２９】折返しプリズム３３内に入射した光ビーム
は、先ず反射面３３ｂで反射面３３ｃ側に向けて全反射
され、さらに反射面３３ｃで入射面３３ａ側に向けて全
反射され、入射面３３ａから、入射方向とは逆向きに出
射する。

【００３０】この入射面３３ａから出射した光ビーム
は、走査光学系３０の１階に配されたシリンドリカルレ
ンズ３４を通過して、シリンドリカルミラー３５により
反射偏向されてｘｚ平面と略並行に配された被走査面４
０に向かい、被走査面４０上に集光されてこの被走査面
４０上で走査スポットを形成する。

【００３１】ここで、ポリゴンミラー２０は軸回りに矢
印Ｒ方向に高速回転されるため、折返しプリズム３３の
入射面３３ａに入射する光ビームは該入射面３３ａ上
を、図（Ａ）中の矢印Ｘ方向に繰り返し主走査する。こ
の矢印Ｘ方向に繰り返し主走査された光ビームは、シリ
ンドリカルミラー３５により反射偏向されるから被走査
面４０上において、図（Ｂ）の奥行き方向に繰り返し主
走査されることになる。

【００３２】ここで、折返しプリズム３３の各反射面３
３ｂ，３３ｃと入射面３３ａとがなす角度は、光ビーム
が入射面３３ａに対して略垂直に入射したとき、共振を
起こさないように設定されているので、ビーム光の共振
によって画像にノイズが生じるなどの問題を生じること
はない。

【００３３】また、天井側を向いた反射面３３ｃは、反
射面３３ｃの外側に埃が堆積することがなく、画像ムラ
やＳ／Ｎ劣化などの問題を生じる虞れがない。さらに、
折返しプリズム３３の天井側に位置する反射面３３ｂ近
傍には、反射面３３ｂすなわち折返しプリズム３３と空
隙を隔てて防塵カバー３９が設けられているので、この
反射面３３ｂの外側に埃が堆積して全反射に影響を与え
るという問題も生じない。

【００３４】なお、このような防塵カバー３９を設ける
ことなく、反射面３３ｂにおいて確実に全反射するよう
に、反射面３３ｂに蒸着膜を塗布するなどしてもよい。

【００３５】一方、光ビームが入射する入射面３３ａに
は埃付着防止用の防塵カバーを設けることは困難であ
る。ここで、付着した埃の大きさを最大φ２００μｍと
すると、ビーム径（１／ｅ² ）が２ｍｍ以下のとき、埃
による光量のロスが１％以上になり、ムラ画像の原因と
なる。

【００３６】他方、折返しプリズムの奥行きｔを１５ｍ
ｍとすると、入射面３３ａの有効高さは１０ｍｍ程度に
なり、ビーム径をこの有効高さ以下に抑える必要があ
る。逆に、ビーム径を有効高さ以上にしようとすると、
折返しプリズム３３の奥行きｔを大きくする必要が生
じ、結果として、光学系のコストアップにつながってし
まう。よって、ビーム径を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範
囲に抑えることにより、奥行きｔが１５ｍｍの折返しプ
リズム３０を使用することができ、φ２００μｍ以下の
大きさの埃によってはムラ画像が生じることがなく、ま
たコンパクト且つ低コストの光走査装置を構成すること
ができる。

【００３７】次に、本発明の光走査装置の第２実施形態
について、図２および表２を参照して説明する。

【００３８】図２は、第２実施形態の光走査装置１の概
略構成を示す主走査断面図（Ａ）およびポリゴン以降の
走査光学系のみについて示した副走査断面図（Ｂ）であ
る。なお、この図２において、図１中の要素と同等の要
素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要
のない限り省略する。この第２実施形態の光走査装置１
の光学定数を表２に示す。

【表２】

【００３９】この第２実施形態の光走査装置１は、上記
第１実施形態の光走査装置１において配されていた、折
返しプリズム３３により折り返されシリンドリカルレン
ズ３４を通過した光ビームを被走査面４０に向けて反射
するシリンドリカルミラー３５を取り除いた構造のもの
である。

【００４０】折返しプリズム３３の入射面３３ａから出
射した光ビームは、走査光学系３０の１階に配されたシ
リンドリカルレンズ３４を通過し直接に被走査面４０に
向かい、ｘｙ平面と略並行に配された被走査面４０上に
集光されて被走査面４０上で走査スポットを形成する。

【００４１】この第２実施形態の光走査装置１において
も、第１実施形態の光走査装置１と同様に、天井側を向
いた反射面３３ｃには埃が堆積することがないので、画
像ムラやＳ／Ｎ劣化などの問題を生じる虞れがなく、ま
た防塵カバー３９が設けられているので、この反射面３
３ｂの外側に埃が堆積して全反射に影響を与えるという
問題も生じない。

【００４２】次に、本発明の光走査装置の第３実施形態
について、図３および表３を参照して説明する。

【００４３】図３は、第３実施形態の光走査装置１の概
略構成を示す主走査断面図（Ａ）および走査光学系のみ
について示した副走査断面図（Ｂ）である。なお、この
図３において、図１中の要素と同等の要素には同番号を
付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略
する。この第３実施形態の光走査装置１の光学定数を表
３に示す。

【表３】

【００４４】この第３実施形態の光走査装置１は、第１
実施形態の光走査装置１において走査光学系３０の１階
に配されていたシリンドリカルレンズ３４を２階に配し
た構造のものである。この第３実施形態の光走査装置１
においては、ポリゴンミラー２０の反射面において反射
した光ビームは、走査光学系３０の２階に配された球面
レンズ３１，３２を通過し、さらにシリンドリカルレン
ズ３４を通過して、折返しプリズム３３の入射面３３ａ
に対して略垂直に入射する。

【００４５】折返しプリズム３３内に入射した光ビーム
は、反射面３３ｂ，３３ｃにおいて夫々全反射した後、
入射面３３ａから、入射方向とは逆向きに出射する。こ
の入射面３３ａから出射した光ビームは、走査光学系３
０の１階に配されたシリンドリカルミラー３５により反
射偏向されて被走査面４０に向かい、被走査面４０上に
集光されてこの被走査面４０上で走査スポットを形成す
る。

【００４６】この第３実施形態の光走査装置１において
も、第１実施形態の光走査装置１と同様に、天井側を向
いた反射面３３ｃには埃が堆積することがないので、画
像ムラやＳ／Ｎ劣化などの問題を生じる虞れがなく、ま
た防塵カバー３９が設けられているので、この反射面３
３ｂの外側に埃が堆積して全反射に影響を与えるという
問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の第１実施形態の概略構成
を示す主走査断面図（Ａ）および副走査断面図（Ｂ）

【図２】本発明の光走査装置の第２実施形態の概略構成
を示す主走査断面図（Ａ）および副走査断面図（Ｂ）

【図３】本発明の光走査装置の第３実施形態の概略構成
を示す主走査断面図（Ａ）および副走査断面図（Ｂ）

【図４】従来の光走査装置の概略構成を示す副走査断面
図

【符号の説明】

１ 光走査装置 １１ レーザ光源 １２ コリメータレンズ １４ シリンドリカルレンズ ２０ ポリゴンミラー ３０ 走査光学系 ３１ 球面レンズ ３２ 球面レンズ ３３ 折返しプリズム ３４ シリンドリカルレンズ ３５ シリンドリカルミラー ３９ 防塵カバー ４０ 被走査面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを発する光源と、該光ビーム
   を所定の方向に偏向する偏向器と、該偏向器により偏向
   された光ビームを所定の被走査面上において等速度走査
   させる走査光学系とを備えた光走査装置において、 前記走査光学系が、前記偏向器から入射した光ビーム
   を、該光ビームの入射方向と逆向きに反射する、少なく
   とも２つの反射面を有する折返しプリズムを備えたこと
   を特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記折返しプリズムが、前記偏向され
   た光ビームが入射する入射面と、該入射面を透過した光
   ビームを反射する第１の反射面と、該第１の反射面で反
   射された光ビームを前記入射面に向けて反射する第２の
   反射面とを有するプリズムであることを特徴とする請求
   項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記少なくとも２つの反射面のうち、
   前記折返しプリズムの天井側に配された少なくとも１つ
   の反射面を覆うように、該少なくとも１つの反射面と空
   隙を隔てて配設された防塵カバーをさらに備えたことを
   特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記折返しプリズムに入射し、該折返
   しプリズム内で反射される光ビームの光路が、該折返し
   プリズム内で共振を起こさないように設定されているこ
   とを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光走
   査装置。
5. 【請求項５】 前記折返しプリズムの入射面における
   前記光ビームの径が２mm以上１０mm以下であることを特
   徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光走査装
   置。
6. 【請求項６】 前記走査光学系が、前記折返しプリズ
   ムにより反射された光ビームを、前記被走査面に向けて
   反射させる反射ミラーをさらに備えたことを特徴とする
   請求項１から５いずれか１項記載の光走査装置。