JP2001051226A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 主走査方向および副走査方向共に所定の角度
をなして光ビームを回転多面鏡に入射させる斜入射光学
系を採用した光走査装置において、回転多面鏡の面出入
りに起因する走査位置変動を確実に抑制することができ
るようにする。 【解決手段】 第２結像光学系３４の中心軸ｚと該中心
軸ｚおよび前記回転軸に垂直な軸ｘとを含む平面をｘ−
ｚ平面、該ｘ−ｚ平面に垂直な軸ｙおよび中心軸ｚを含
む平面をｙ−ｚ平面、ｘ−ｚ平面内において入射ビーム
ａと中心軸ｚのなす角をα、ｙ−ｚ平面内において入射
ビームａと中心軸ｚのなす角をβ、回転多面鏡２０によ
る最大走査角をθｍ、結像光学系の副走査方向の横倍率
をＭ、回転多面鏡２０の面出入り量をＳ、被走査面上に
おける副走査方向の走査線の間隔をＬとしたとき、各要
素の大きさが、２ＳＭｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ
／２）≦Ｌ／５の条件を満たすように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転多面鏡を偏向
器として使用した光走査装置に関し、より詳細には、回
転多面鏡の各反射面の回転軸からの位置ずれに起因する
走査ムラの改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、回転多面鏡（ポリゴンミラ
ー）を使用した偏向器によって偏向反射された光ビーム
により光走査を行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等を光源として使用し
た記録装置や読取装置、例えばプリンタ、スキャナ、放
射線画像情報読取装置等に利用されているが、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平行光束化するコリメートレンズ
と、コリメートレンズからの光ビームを回転多面鏡の反
射面（偏向面）近傍に線像を結ぶように配置したシリン
ドリカルレンズ等の第１結像光学系と、第１結像光学系
からの光ビームを偏向反射する回転多面鏡と、回転多面
鏡により偏向反射された光ビームを所定の被走査面上で
収束させると共に被走査面上において等速走査させるｆ
θレンズおよびシリンドリカルレンズ等からなる第２結
像光学系とから構成される。回転多面鏡の入射側と出射
側に設けられた前記２つのシリンドリカルレンズによっ
て、回転多面鏡の面倒れに起因する、走査線の位置が走
査線の方向に対して略直角な副走査方向に変動する走査
線位置変動（ピッチムラ）を抑制する面倒れ補正レンズ
が構成される。

【０００３】このような光走査装置においては、回転多
面鏡により偏向反射された光ビームを常に含む断面を主
走査断面、第２結像光学系の中心軸（光軸）を含み主走
査断面に垂直な断面を副走査断面としたとき、前記主走
査断面に対し角度をもって光ビームを入射させ偏向を行
う、いわゆる斜入射光学系を採用することが知られてい
る（例えば特開昭６２−３０２１４号）。この特開昭６
２−３０２１４号等を始めとして、斜入射光学系におい
ては、回転多面鏡に入射する光ビームが副走査断面とな
す角、即ち主走査方向の入射角は、通常、０度として考
えられている。

【０００４】このように、主走査方向の入射角０度の状
態で、光ビームを回転多面鏡に入射させるには、第１結
像光学系と第２結像光学系との機械的干渉を避けるため
に、回転多面鏡に入射する光ビームが主走査断面となす
角、即ち副走査方向の入射角をある程度大きくとる必要
がある一方、副走査方向の入射角を大きくすると、被走
査面上の走査線の曲がりが大きくなってしまうという問
題がある。

【０００５】そこで、例えば、主走査方向にも角度をも
たせて回転多面鏡に光ビームを入射させることによって
上記機械的干渉を避けると共に、副走査方向の入射角を
小さくすることにより、走査線の曲がりを抑制すること
が考えられる。

【０００６】一方、上述のように、斜入射光学系を採用
した場合、例え面倒れ補正レンズが設けられていても、
回転多面鏡の製造誤差等に起因して、回転多面鏡の各反
射面の回転軸からの距離が変動し（いわゆる面出入
り）、被走査面上で走査線の位置が走査線の方向に垂直
な副走査方向に変動し（いわゆる走査線位置変動）、画
像ムラが発生し、正確で良好な画像を再現することが困
難となるという現象が生じる。

【０００７】そこで、回転多面鏡の反射面への光ビーム
の副走査方向の入射角、第２結像光学系の副走査方向の
横倍率、回転多面鏡の面出入り量、および被走査面上に
おける副走査方向の走査線の間隔が所定の条件式を満た
すように、前記各要素の大きさを設定することで、走査
線位置変動を抑制する方法が、特開平１０−３２７３０
２号に提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１０−３２７３０２号に記載の条件式は、主走査方
向の入射角については考慮されていない。したがって、
上述のように、主走査方向にも角度をもたせて回転多面
鏡に光ビームを入射させて走査線曲がりを抑制しようと
した場合には、特開平１０−３２７３０２号に記載の条
件式を満足させたとしても、必ずしも走査線位置変動を
抑制することができるとは限らない。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、走査線曲がりを抑制するべく主走査方向にも角
度をもたせて光ビームを入射させる斜入射光学系を採用
する場合においても、回転多面鏡の面出入りに起因する
走査線位置変動を確実に抑制することができる光走査装
置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、主走査方向の
入射角を考慮した条件式を規定したことを特徴とするも
のである。即ち、本発明による光走査装置は、レーザ光
源から出射された光ビームを平行光束化するコリメート
レンズと、光ビームを偏向反射する回転多面鏡と、コリ
メートレンズからの光ビームを回転多面鏡の反射面近傍
に線像を結ぶように配置された第１結像光学系と、第１
結像光学系を通過した後に回転多面鏡により偏向反射さ
れた光ビームを所定の被走査面上で収束させると共に該
被走査面上において等速走査させる第２結像光学系とか
ら構成され、主走査方向および副走査方向共に所定の角
度をなして光ビームを回転多面鏡の反射面に入射させる
光走査装置であって、第２結像光学系の中心軸（ｚ）と
該中心軸（ｚ）および回転多面鏡の回転軸に垂直な軸
（ｘ）とを含む平面をｘ−ｚ平面、該ｘ−ｚ平面に垂直
な軸（ｙ）および中心軸（ｚ）を含む平面をｙ−ｚ平面
とし、前記ｘ−ｚ平面内において前記反射面へ入射する
光ビームと中心軸（ｚ）のなす角をα、ｙ−ｚ平面内に
おいて前記反射面へ入射する光ビームと中心軸（ｚ）の
なす角をβ、回転多面鏡による最大走査角をθｍ、第２
結像光学系の副走査方向の横倍率をＭ、回転多面鏡の面
出入り量をＳ、被走査面上における副走査方向の走査線
の間隔をＬとしたとき、前記各要素（α、β、θｍ、
Ｍ、Ｓ、Ｌ）の大きさが、 ２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ／２）≦Ｌ／５ ・・・（１） の条件を満たすことを特徴とするものである。

【００１１】この場合、前記各要素の大きさが、 ２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ／２）≦Ｌ／１０・・・（２） の条件を満たすものとすれば、一層望ましい。

【００１２】

【発明の効果】本発明による光走査装置によれば、前記
各要素（α、β、θｍ、Ｍ、Ｓ、Ｌ）の大きさが、条件
式（１）或いは（２）を満足するようにしたので、回転
多面鏡の反射面の回動軸に対する位置がずれていても、
被走査面上における走査線位置変動は問題とならず、画
像にむらが発生せず正確で良好な画像を再現することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態による光走査装置の概略斜視図である。

【００１４】図１に示すように、この光走査装置は、光
ビームａを出射する光源（レーザ光源）１０と、この光
源１０から出射された光ビームａを平行光束化するコリ
メートレンズ１１と、コリメートレンズ１１からの光ビ
ームを後述する回転多面鏡２０の反射面（偏向面）近傍
に線像を結ぶように配置したシリンドリカルレンズ１２
およびプリズム１３からなる第１結像光学系１４と、第
１結像光学系１４からの光ビーム（以下入射ビームａと
いう）を偏向反射する回転多面鏡２０と、回転多面鏡２
０により偏向反射された反射ビームｂを所定の被走査面
上で収束させると共に被走査面上において等速走査させ
るｆθレンズ３０、凹シリンドリカルレンズ３２からな
る第２結像光学系３４とから構成されている。

【００１５】ここで、回転多面鏡２０により偏向反射さ
れた反射ビームｂを常に含む断面を主走査断面、第２結
像光学系３４の光軸（中心軸）を含み前記主走査断面に
垂直な断面を副走査断面、回転多面鏡２０の回転軸Ｔに
直交し第２結像光学系３４の光軸に垂直な方向を主走査
方向、回転多面鏡２０の回転軸Ｔを含む面内で光軸に垂
直な方向を副走査方向という。上記構成の光走査装置に
おいては、回転多面鏡２０の反射面２１に対して、主走
査方向および副走査方向共に所定の角度をなして入射ビ
ームａが入射するように、前記各構成要素が配置されて
いる。

【００１６】光源１０から出射された入射ビームａは、
コリメータレンズ１１、シリンドリカルレンズ１２、プ
リズム１３を経由し、回転多面鏡２０の反射面２１に線
状に収束されて入射する。

【００１７】回転多面鏡２０は平面正６角形で６つの反
射面２１を有し、その回転軸Ｔを中心とした回転に伴
い、反射面２１で反射した反射ビームｂが、ｆθレンズ
３０および凹シリンドリカルレンズ３２を透過し被走査
体４０に入射し、走査露光する。

【００１８】ｆθレンズ３０は、回転多面鏡２０により
偏向反射された反射ビームｂを被走査体４０の被走査面
上で収束させると共に、被走査面上において主走査方向
への光ビーム移動の等速化を図るものである。

【００１９】なお、シリンドリカルレンズ１２、プリズ
ム１３および凹シリンドリカルレンズ３２が面倒れ補正
光学系を構成しており、該面倒れ補正光学系により、回
転多面鏡２０の各反射面２１による被走査面上への反射
ビームｂの面倒れ補正を行い、副走査方向への等ピッチ
化が図られる。このｆθレンズ３０および面倒れ補正光
学系は図示のもの以外にも公知のものが適宜使用可能で
ある。

【００２０】ところで、製造誤差や取付誤差等に起因し
て、回転多面鏡２０の各反射面２１の回転軸Ｔからの位
置にずれがあると、面倒れ補正光学系が構成されていて
も、被走査面上で副走査方向に走査位置変動が生じてし
まい、画像にむらが発生し正確で良好な画像を再現する
ことが困難となる。上記構成の光走査装置においては、
上述のように、回転多面鏡２０の反射面２１に対して、
主走査方向および副走査方向共に所定の角度をなして入
射ビームａが入射するように、前記各構成要素が配置さ
れているが、この配置関係は、走査位置変動を抑制する
ことができるように設定されている。以下、この配置関
係について、図２〜図５に示す光路図を参照して詳細に
説明する。

【００２１】先ず、第２結像光学系３４の中心軸（光
軸）Ｒをｚ軸とし、このｚ軸および回転多面鏡２０の回
転軸Ｔに垂直なｘ軸と前記ｚ軸（中心軸Ｒ）とを含むｘ
−ｚ平面に垂直な軸をｙ軸とする直交座標系（ｘ−ｙ−
ｚ）を考える。

【００２２】そして、光学定盤面に対してｘ−ｚ平面を
平行にとり、回転多面鏡２０をｘ−ｚ平面（光学定盤
面）に対して傾け、第２結像光学系３４の中心軸Ｒが光
学定盤面に対して平行となる状態を維持するように、回
転多面鏡２０に入射する光ビームを主走査方向および副
走査方向共に傾けた斜入射光学系を考える。なお、回転
多面鏡２０の回転軸Ｔに直交し第２結像光学系３４の中
心軸Ｒに垂直な方向を主走査方向、回転多面鏡２０の回
転軸Ｔを含む面内で中心軸Ｒに垂直な方向を副走査方向
という。

【００２３】図２は光路図の斜視図、図３は図２につい
てｘ−ｚ平面内で示した光路図である。また、図中のα
はｘ−ｚ平面内において回転多面鏡２０の反射面２１へ
入射する入射ビームａと第２結像光学系３４の中心軸Ｒ
即ちｚ軸のなす角、即ち、入射光ビームａのｘ−ｚ平面
への射影と前記ｚ軸とのなす角であり、またβはｙ−ｚ
平面内において入射ビームａとｚ軸（中心軸Ｒ）のなす
角、即ち前記射影と入射ビームａのなす角である。

【００２４】なお、ｘ−ｚ平面は主走査断面に対応し、
ｙ−ｚ平面は副走査断面に対応する。ここで、「主走査
断面に対応」および「副走査断面に対応」といったの
は、一般的には、回転多面鏡２０により偏向反射された
反射ビームｂを常に含む断面を主走査断面、第２結像光
学系３４の中心軸Ｒを含み主走査断面に垂直な断面を副
走査断面というのに対して、副走査方向だけでなく主走
査方向にも傾けた斜入射光学系とすると、主走査断面が
平面とはならないからである。

【００２５】最初に、走査角θを考慮しない（θ＝０度
に相当）図２および図３を参照して、ｘ−ｚ平面内にお
いて入射ビームａとｚ軸のなす角α、ｙ−ｚ平面内にお
いて入射ビームａとｚ軸のなす角β、結像光学系の副走
査方向の横倍率Ｍ、回転多面鏡２０の面出入り量Ｓおよ
び副走査方向の走査線の間隔Ｌの関係について説明す
る。

【００２６】図２に示すように、入射ビームａは、副走
査方向に角度βをなし、また主走査方向に角度αをなし
て入射する。

【００２７】回転多面鏡２０に面出入りが生じ、反射面
２１が図中実線で示す理想的な位置から図中点線で示す
位置まで移動したとき、この反射面２１の面出入り量を
Ｓ、入射ビームａと図中点線で示す移動した位置におけ
る反射面２１との交点の高さをｈとすると、 ｈ＝（Ｓ／ｃｏｓα）・ｔａｎβ ・・・（３） となる。

【００２８】反射面２１で反射した反射ビームｂがｘ−
ｙ平面と交差する交点の高さは２ｈとなるから、結像光
学系の副走査方向の横倍率Ｍを考慮すると、面出入りに
起因する被走査面上における走査位置変動Δは、 Δ＝２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓα・・・・（４） となる。

【００２９】次に、反射ビームｂをｆθレンズ３０の光
軸に平行に反射する場合のｘ−ｚ平面内の光路図を図４
に示す。この図４から判るように、上記式（３）におけ
る「Ｓ／ｃｏｓα」は、「Ｓ／ｃｏｓ（α／２）」と対
応するようになる。

【００３０】この図４に対して、さらに回転多面鏡２０
を所定角度だけ回転させた、任意の走査角θにおけるｘ
−ｚ平面内の光路図を図５に示す。ここで、走査角θ
は、反射ビームｂとｚ軸とがなす角度とすると共に、ｚ
軸を基準として反時計回りを＋（正）として考えるもの
とする。なお、最大走査角をθｍとすると、任意の走査
角θのとり得る範囲は−θｍ≦θ≦＋θｍとなる。この
図５から判るように、図４における「Ｓ／ｃｏｓ（α／
２）」は、「Ｓ／ｃｏｓ（α／２−θ／２）」と対応す
るようになる。

【００３１】したがって、走査角θの状態においては、
面出入りに起因する被走査面上における走査位置変動Δ
は、 Δ＝２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θ／２）・・・・（５） となる。

【００３２】この走査位置変動Δの許容量は、被走査面
上での副走査方向の走査線の間隔（走査ピッチ）Ｌの大
きさにもよるが、およそＬ／５以下、より好ましくはＬ
／１０以下であり、これを越えると、被走査面における
露光量のむらが問題となる。例えば、走査線の間隔Ｌが
１００μｍの場合には、走査位置変動Δは１０μｍ以下
であるのが好ましい。また、走査角θのとり得る範囲は
−θｍ≦θ≦＋θｍであり、この範囲において常に許容
量を満足する必要があるが、ｃｏｓ（α／２＋θ／２）
が小さくなればなるほど、即ち（α／２＋θ／２）が大
きくなればなるほど式（５）の左辺Δが大きくなるの
で、最終的には、走査位置変動Δは、（α／２＋θ／
２）が最大となる（α／２＋θｍ／２）を用いた下記式
（６）を満足しなければならない。

【００３３】 Δ＝２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ／２） ≦Ｌ／５〜Ｌ／１０ ・・・・（６） 逆に、面出入りが生じていても、この条件式（６）を満
足していると、とり得る走査角θの大きさに拘わらず、
被走査面における走査線の位置変動は問題とならない。
なお、最大走査角θｍは、画像形成において必要な領域
を走査するために必要とする最大の走査角、換言すれ
ば、有効最大走査角であって、回転多面鏡の１つの回転
面の回転角を意味するものではない。

【００３４】したがって、主走査方向および副走査方向
共に所定の角度をなして、光ビームを回転多面鏡の反射
面に入射させる斜入射光学系を採用した光走査装置にお
いて、回転多面鏡の反射面へ入射する入射ビームと第２
結像光学系の中心軸即ちｚ軸のなす角α、ｙ−ｚ平面内
において入射ビームａとｚ軸のなす角β、回転多面鏡に
よる最大走査角θｍ、結像光学系の副走査方向の横倍率
Ｍ、回転多面鏡の面出入り量Ｓ、被走査体上における副
走査方向の走査線の間隔Ｌの、夫々の大きさが、上記条
件式（６）を満足するように、各構成要素を配置するこ
とによって、走査線曲がり、さらには走査位置変動とい
う問題を防止することができる。

【００３５】なお、上述の説明においては、回転多面鏡
２０をｘ−ｚ平面（光学定盤面）に対して傾けると共
に、第２結像光学系３４の中心軸Ｒが光学定盤面に対し
て平行となる状態を維持するように、回転多面鏡２０へ
の入射ビームを主走査方向および副走査方向共に傾けた
斜入射光学系について説明したものであるが、「傾け
る」というのは相対的なものであり、入射ビームを主走
査方向および副走査方向共に傾ける方法は必ずしもこの
ような方法を用いるものでなくてもよい。例えば、第２
結像光学系３４を光学定盤面に対して傾け、回転多面鏡
２０の回転に伴って反射面２１の法線が作る偏向面が光
学定盤面に対して平行となる状態を維持するように、入
射ビームを主走査方向および副走査方向共に傾けた斜入
射光学系としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による光走査装置の概略
斜視図

【図２】走査角を考慮しない状態における光路図（斜視
図）

【図３】図２について、ｘ−ｚ平面内で示した光路図

【図４】反射ビームをｆθレンズの光軸に平行に反射す
る場合のｘ−ｚ平面内の光路図

【図５】図４に対して、さらに回転多面鏡を所定角度だ
け回転させた、任意の走査角におけるｘ−ｚ平面内の光
路図

【符号の説明】

１０ 光源 １１ コリメータレンズ １２ シリンドリカルレンズ １３ プリズム １４ 第１結像光学系 ２０ 回転多面鏡 ３０ ｆθレンズ ３２ 凹シリンドリカルレンズ ３４ 第２結像光学系 ４０ 被走査体 ａ 光ビーム（入射ビーム） ｂ 光ビーム（反射ビーム）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から出射された光ビームを平
   行光束化するコリメートレンズと、光ビームを偏向反射
   する回転多面鏡と、前記コリメートレンズからの光ビー
   ムを前記回転多面鏡の反射面近傍に線像を結ぶように配
   置された第１結像光学系と、該第１結像光学系を通過し
   た後に前記回転多面鏡により偏向反射された光ビームを
   所定の被走査面上で収束させると共に該被走査面上にお
   いて等速走査させる第２結像光学系とから構成され、主
   走査方向および副走査方向共に所定の角度をなして前記
   光ビームを前記反射面に入射させる光走査装置におい
   て、 前記第２結像光学系の中心軸（ｚ）と該中心軸（ｚ）お
   よび前記回転多面鏡の回転軸に垂直な軸（ｘ）とを含む
   平面をｘ−ｚ平面、該ｘ−ｚ平面に垂直な軸（ｙ）およ
   び前記中心軸（ｚ）を含む平面をｙ−ｚ平面とし、前記
   ｘ−ｚ平面内において前記反射面へ入射する光ビームと
   前記中心軸（ｚ）のなす角をα、前記ｙ−ｚ平面内にお
   いて前記反射面へ入射する光ビームと前記中心軸（ｚ）
   のなす角をβ、前記回転多面鏡による最大走査角をθ
   ｍ、前記第２結像光学系の副走査方向の横倍率をＭ、前
   記回転多面鏡の面出入り量をＳ、前記被走査面上におけ
   る副走査方向の走査線の間隔をＬとしたとき、前記各要
   素の大きさが、 ２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ／２）≦
   Ｌ／５ の条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記各要素の大きさが、 ２・Ｓ・Ｍ・ｔａｎβ／ｃｏｓ（α／２＋θｍ／２）≦
   Ｌ／１０ の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光走査
   装置。