JP2002023088A - 走査光学系 - Google Patents
走査光学系Info
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Abstract
学系を備えた走査光学系であって、描画面上に形成され
る走査線から副走査方向へゴースト像が分離された場合
でも、その際に走査線が湾曲され難い走査光学系を、提
供する。 【解決手段】走査光学系1は、レーザ光源10,レーザ
光源10から発される光束を偏向するポリゴンミラー3
0,ポリゴンミラー30により偏向された光束を描画面
上に結像させるfθレンズ40等を備えている。ポリゴ
ンミラー30へ入射するレーザ光は、fθレンズ40の
光軸を含む主走査面に対して副走査方向へ0.165 度傾い
た方向から、fθレンズの光軸Axと反射面31との交
点へ入射されている。ポリゴンミラー30は、主走査面
に直交する副走査方向から回転軸30aを0.1度傾けて
配置されている。
Description
て描画面上を走査する走査光学系に、関する。
ザ描画装置に利用される走査光学系は、レーザ光を発す
る光源と、光源からのレーザ光を偏向する偏向器として
の回転多面鏡と、回転多面鏡により偏向されたレーザ光
を描画面上に結像させる結像光学系としてのfθレンズ
とを、主要な構成としている。回転軸を中心として等角
速度にて回転駆動される回転多面鏡は、複数の反射面を
備えている。回転多面鏡の回転に伴って各反射面におい
て偏向されたレーザ光は、fθレンズを透過することに
よりビームスポットとして集束され、主走査方向に沿っ
て等速度に描画面上を走査する。
含み主走査方向と平行な平面(以下「主走査面」と称す
る)に対して回転軸が直交するように設置され、光源か
ら発せられたレーザ光は、主走査面に沿って回転多面鏡
の反射面へ入射する。
トが描画面上を走査する際、そのスポット光のごく一部
が描画面において反射されてfθレンズ側へ向かって拡
散し、その拡散する反射光の一部がfθレンズを介して
回転多面鏡へ入射し、回転多面鏡で反射された光が再度
fθレンズを経て描画面に到達することにより、極めて
微弱な強度を有するゴースト像が描画面に形成されるこ
とが知られている。
転多面鏡の反射面(実際には、光源からのレーザ光を直
接反射している反射面に隣接する反射面)で反射された
光によって形成されるにも拘わらず、描画面上の一定の
箇所に停滞するために、例えば描画対象が感光体である
と、感光するのに十分な露光量を描画面上の一箇所に与
えてしまい、描画品質を著しく低下させる。
多面鏡の反射面の数(面数),描画面上における有効走
査幅,及び、走査光学系の後側焦点距離からなる条件式
を用いて、主走査面内において回転多面鏡の反射面へ入
射するレーザ光に対して結像光学系の光軸がなす角度を
選定することにより、走査線上における有効走査範囲の
外側にゴースト像を位置させるという技術が示されてい
る。
して回転対称なレンズからなる結像光学系を備えた走査
光学系において、主走査面に沿って回転多面鏡の反射面
へ入射するレーザ光の入射方向を、当該反射面上の入射
位置を変えずに、この主走査面に沿った方向から、主走
査面に直交する副走査方向へ傾けることにより、走査線
から副走査方向へゴースト像を分離させるという技術も
示されている。この特公平3−5562に示された技術
によると、走査線上からゴースト像を分離することがで
きるので、このゴースト像を形成する光束の光路上に遮
蔽板などを配置することにより、ゴースト像を除去する
ことができる。
た走査光学系において、描画速度を速めようとして回転
多面鏡の面数を増加させた場合、特公平3−5562に
示されている条件式によると、主走査面内において回転
多面鏡の反射面へ入射するレーザ光に対して結像光学系
の光軸がなす角度がより小さい角度に選定される。する
と、回転多面鏡へ入射するレーザ光の光路に有効走査範
囲を重ねなければならなくなるが、実際には走査光学系
をそのように配置することは困難である。従って、回転
多面鏡の面数を増やす場合、走査線上における有効走査
範囲の外側へゴースト像を分離することは、実質的に不
可能となる。
対称なレンズからなる結像光学系を備えた走査光学系に
おいて、走査線上から副走査方向へゴースト像を分離さ
せようとして、回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光
の入射方向を主走査面に沿った方向から副走査方向へ傾
けると、走査線は湾曲してしまう。
反射された光が回転多面鏡で反射されることにより描画
面上に形成するゴースト像を、走査線上から分離できる
にも拘わらず、その際に走査線を殆ど湾曲させない走査
光学系を、提供することにある。
めに構成された本発明は、レーザ光を発する光源と、回
転軸周りに回転することにより前記光源から発せられる
レーザ光をその外周面に配置される複数の反射面におい
て偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向さ
れたレーザ光を描画面上にて走査するスポットとして結
像させる結像光学系とを備えた走査光学系であって、前
記結像光学系は、光軸に対して回転対称なレンズから構
成され、前記回転多面鏡の前記反射面へ入射するレーザ
光のビーム軸は、前記回転多面鏡の前記回転軸と平行で
前記結像光学系の光軸を含む副走査面に投影される方向
が前記結像光学系の光軸に対して所定回転方向へ傾くよ
うに、配置されているとともに、前記回転多面鏡の前記
回転軸は、前記副走査面に投影されたときの方向が前記
結像光学系の光軸に直交する方向から前記所定回転方向
とは逆の回転方向に傾くように、配置されていること
を、特徴とする。
するレーザ光のビーム軸は、副走査面に投影されたとき
の方向が結像光学系の光軸に対して所定回転方向へ傾く
ように配置されているので、スポットによって描画面上
に形成される走査線は、結像光学系の光軸を含んで副走
査面と直交する主走査面に対し、回転多面鏡の反射面へ
入射するレーザ光のビーム軸が配置された側とは逆側に
形成されるとともに、この主走査面に向かって凸状に湾
曲される。
投影されたときの方向が結像光学系の光軸に直交する方
向から所定回転方向とは逆の回転方向に傾くように配置
されているので、走査線には、主走査面から更に離れる
方向に作用が働くとともに、この主走査面に向かって凹
状に湾曲する方向に作用が働く。
する方向において、互いに対向する側に向かって突出す
るように湾曲させる作用が夫々働くので、副走査面に投
影されたときの結像光学系の光軸に対するレーザ光のビ
ーム軸を傾ける角度と、光軸に直交する方向に対する回
転多面鏡の回転軸を傾ける角度とを夫々適宜選択するこ
とにより、走査線に作用される湾曲を打ち消し合わせる
ことができる。
されることにより生じた反射光が回転多面鏡の反射面で
反射されることにより描画面上に形成されるゴースト像
は、主走査面を挟んで走査線が形成される側とは逆の側
に生じる。
を走査線上から分離した場合でも、その際に走査線を殆
ど湾曲しないよう直線状に整形することができる。
実施形態について図面を参照しながら説明する。
主走査方向の説明図である。また、図2は、本実施形態
による走査光学系1の副走査方向の説明図である。
10,ピエゾミラー20,レーザ光源10から発せられ
る光束を偏向する偏向器としてのポリゴンミラー30,
及び、ポリゴンミラー30により偏向された光束を描画
面50上に結像させる結像光学系としてのfθレンズ4
0を、備えている。ここで、図1中及び図2中のy及び
zは、夫々描画面50上での主走査方向及び副走査方向
を示す。
レーザ光は、図示せぬビームエキスパンダーにより光束
径を変換されるとともに図示せぬ変調器で変調された後
に、ピエゾミラー20により反射され、回転軸30a周
りに等角速度にて回転駆動されるポリゴンミラー30に
より偏向される。ポリゴンミラー30により偏向された
レーザ光は、fθレンズ40を透過することにより、主
走査方向に沿って等速度に描画面50上を走査するスポ
ットとして形成される。なお、ポリゴンミラー30の各
反射面ごとに偏向されるレーザ光は、ピエゾミラー20
によって各反射面の面倒れによる誤差が補正されるため
に、夫々描画面50上の同じ位置を走査する。
ー30側から順に、第1レンズ41,第2レンズ42,
第3レンズ43,第4レンズ44,及び、第5レンズ4
5から構成される。これら第1乃至第5レンズ41〜4
5のレンズ面は、何れも回転対称な平面又は球面であ
る。
おけるポリゴンミラー30の反射面31より描画面50
に至るまでの具体的な数値構成を示す。この表1におい
て、記号Rはレンズ面の曲率半径(単位は[mm])、記号
Dは面間の光軸上の距離(単位は[mm])、記号Nは各レ
ンズの屈折率である。また、全系の焦点距離fは、 f=
699.52[mm]である。
射面31を示している。また、第1面及び第2面はfθ
レンズ40の第1レンズ41,第3面及び第4面は第2
レンズ42,第5面及び第6面は第3レンズ43,第7
面及び第8面は第4レンズ44,第9面及び第10面は
第5レンズ45を、示している。また、第0面,第4面
及び第10面は平面であり、これら以外のレンズ面であ
る第1面〜第3面と第5面〜第9面は球面である。
xを含み主走査方向と平行な平面を「主走査面」(図2
の紙面に垂直)と称し、図2において上側(矢印zが指
す方向)を「上」とする。また、fθレンズ40の光軸
Axを含み主走査面に垂直な平面を「副走査面」(図1
の紙面に垂直)と称し、fθレンズ40に対してポリゴ
ンミラー30がある側を「前」とする。このfθレンズ
40の光軸Axは、描画面50に対して交点Oにおいて
直交し、上記の主走査面と副走査面は、夫々描画面50
に対して直交している。
レンズ40の光軸Axとポリゴンミラー30の反射面3
1との交点である入射点Hへ、主走査面に対して下方へ
0.165 度傾く方向から入射させている。このとき、反射
面31にて反射されたレーザ光は、副走査面に沿って進
行して描画面50に達する。また、本例の走査光学系1
は、ポリゴンミラー30の回転軸30aを、主走査面に
直交する副走査方向から、図2の紙面内における反時計
回り(以下、単に「反時計回り」と表現する)に0.1 度
傾けている。なお、図2では、副走査方向に対して回転
軸30aが傾く角度が極めて小さいために、副走査方向
に対する回転軸30aの傾きが表されていない。
て、主走査面の下方から入射点Hへ斜めにレーザ光を入
射させるとともに、ポリゴンミラー30の回転軸30a
を副走査方向に対して傾けているのは、以下の理由によ
る。
像S及びゴースト像Gが形成される描画面50上の主走
査方向の位置を示す説明図であり、図4の(a)〜
(d)は、走査光学系1によって描画像S及びゴースト
像Gが形成される描画面50上の副走査方向の位置を示
す説明図である。なお、図4の(b)〜(d)では、説
明のために、fθレンズ40の光軸(一点鎖線)Axに
対して入射点Hへ入射するレーザ光がなす角度と,ポリ
ゴンミラー30の回転軸30aが副走査方向に対して傾
く角度とが、実際より大きな角度に誇張されている。
が、図4の(a)に示す状態、即ち、レーザ光が主走査
面に沿って入射点Hへ入射しているとともに、ポリゴン
ミラー30の回転軸30aが主走査面に直交している状
態に変形されているものとする。
ポリゴンミラー30の反射面31へ入射し、反射面31
により反射されたレーザ光(描画光L2)は、fθレンズ
40によりビームスポットとして集束されて描画面50
上に点状の描画像Sを形成する。また、このスポットと
して集束された光束の一部は、描画面50上で反射及び
拡散し、その拡散する反射光の一部(拡散光L3)は、f
θレンズ40を介して、ポリゴンミラー30における反
射面31に隣接する反射面32へ、入射する。そして、
この反射面32によって反射された光の一部(ゴースト
光L4)は、fθレンズ40を介して描画面50に入射
し、描画面50上にゴースト像Gを形成する。
ー30の回転軸30aが上記の主走査面に直交し、入射
光L1が主走査面に沿って反射面31に入射するために、
上記の描画光L2,拡散光L3,ゴースト光L4は、何れも主
走査面に沿って進行する。従って、この図4の(a)の
場合、主走査面に沿って描画面50上を走査するスポッ
トにより直線状に形成された走査線(描画像Sの集合)
上には、ゴースト像Gが形成されてしまう。
主走査面の下方から入射点Hへ斜めに入射光L1を入射さ
せた場合、その反射光である描画光L2は、主走査面より
も上側に描画像Sを形成し、ゴースト光L4は、主走査面
よりも下側にゴースト像Gを形成する。従って、この場
合、走査線(描画像Sの集合)からは、ゴースト像Gを
分離することができる。
面に直交するポリゴンミラー30の回転軸30aを反時
計回りに傾けた(描画光L2が主走査面の上側へ反射され
るよう傾けた)場合、主走査面に沿って反射面31へ入
射した入射光L1は、回転軸30aの傾きに応じて主走査
面の上側へ反射される。そして、その反射光である描画
光L2は、主走査面よりも上側に描画像Sを形成し、ゴー
スト光L4は、描画面50と主走査面との交線上にゴース
ト像Gを形成する。従って、この場合にも、走査線(描
画面Sの集合)から、ゴースト像Gを分離することがで
きる。
(a)〜(d)に示す状態に配置した場合に、副走査方
向における描画面50と光軸Axの交点Oから描画像S
までの距離と,副走査方向における描画面50と主走査
面との交線からゴースト像Gまでの距離と,副走査方向
における両像S,Gの分離量の具体的な数値を示す。表
2中において、変位量及び分離量の単位は[mm]である。
いて、主走査面に対して下方へ0.165 度傾く方向から入
射点Hへ入射光L1を入射させると(図4の(b)の場
合)、描画像Sは、描画面50上において交点Oから2.
015 [mm]上方に形成され、ゴースト像Gは、描画面50
と主走査面との交線から2.015 [mm]下方に形成される。
対して直交するポリゴンミラー30の回転軸30aを反
時計回りに0.1 度傾けると(図4の(c)の場合)、描
画像Sは、描画面50上において交点Oから1.737 [mm]
上方に形成され、ゴースト像Gは、描画面50と主走査
面との交線上に形成される。
に図4の(b)又は(c)に示す状態に配置した場合に
は、走査線(描画像Sの集合)から下方へゴースト像G
を分離することができる。しかし、この場合、図5及び
図6に示すように、走査線が湾曲してしまう。
4の(b)〜(d)に示す状態に配置したときの走査線
湾曲を示すグラフである。これら図5乃至図7において
は、yz両座標軸の交点を、描画面50と光軸Axとの
交点Oではなく、走査線と副走査面との交点に一致させ
ている。また、縦軸yは像高、即ち、走査線と副走査面
との交点を基準にした主走査方向の距離を示すととも
に、横軸zは副走査方向への偏位を示し、両軸とも単位
は[mm]である。
宜的に図4の(b)に示す状態に配置した場合、即ち、
主走査面の下方から入射点Hへ斜めに入射光L1を入射さ
せた場合、図5において一点鎖線で示すように、走査線
は、z軸における負の方向(図4における下方)に向か
って凸状に突出するように湾曲する。
の(c)に示す状態に配置した場合、即ち、主走査面に
対して直交するポリゴンミラー30の回転軸30aを反
時計回りに傾けた場合、図6において一点鎖線で示すよ
うに、走査線は、z軸における正の方向(図4における
上方)に向かって凸状に突出するように湾曲する。
(c)に示すように、主走査面の下方から入射点Hへ斜
めに入射光L1を入射させた場合も、ポリゴンミラー30
の回転軸30aを反時計回りに傾けた場合も、ともに走
査線に対してゴースト像Gを下方へ分離させる作用が働
くにも拘わらず、図5及び図6に示すように、走査線に
対しては、互いに対向する向きに向かって凸状に突出す
るように湾曲させる作用が夫々働いている。
主走査面の下方から入射点Hへ斜めに入射光L1を入射さ
せるとともに、主走査面に対して直交するポリゴンミラ
ー30の回転軸30aを反時計回りに傾けることによ
り、走査線に生じる湾曲を互いに打ち消し合わせながら
走査線の下方へゴースト像Gを分離している。
曲の発生量は互いにほぼ等しく、且つ、夫々の走査線の
形状はy軸を挟んでほぼ対称な形状となっているため、
図4の(b)及び(c)の状態を組み合わせた図4の
(d)の状態、即ち、主走査面から下方へ0.165 度傾く
方向から入射点Hへ入射光L1を入射させるとともに、主
走査面に対して直交するポリゴンミラー30の回転軸3
0aを図4の紙面内における反時計回りに0.1 度傾けた
場合には、図7における一点鎖線で示すように、描画面
50上に描画される走査線の形状は、ほぼ直線となる。
像Sは、描画面50上において交点Oから3.752 [mm]上
方に形成され、ゴースト像Gは、描画面50と主走査面
との交線より2.015 [mm]下方に形成される。そして、描
画像Sとゴースト像Gとの副走査方向における分離量は
5.767 [mm]となる。このため、図4の(b)の場合にお
ける両像S,Gの分離量4.030 [mm]や図4の(c)の場
合における両像S、Gの分離量1.737 [mm]と比較する
と、図4の(d)に示す本例の走査光学系1の場合に
は、走査線に対してより遠くへゴースト像Gを分離する
ことができる。
学系1によると、走査線(描画像Sの集合)から副走査
方向へゴースト像Gを分離させようとして、主走査面の
下方から入射点Hへ斜めに入射光L1を入射させたため
に、走査線を副走査方向に向かって凸状に突出するよう
に湾曲させる作用が働いた場合でも、主走査面に対して
直交するポリゴンミラー30の回転軸30aを傾けるこ
とにより、走査線に生じている湾曲を打ち消す向きへ、
この走査線を湾曲させることができ、この際、走査線に
対してゴースト像Gが分離している方向へさらにゴース
ト像Gを引き離す作用が働く。
と、走査線からゴースト像Gを分離することができるに
も拘わらず、走査線の湾曲を抑えることができる。
4の(d)に示すように、ゴースト光L4の光路上に遮蔽
部材60を配置しても良い。これにより、描画面50上
からゴースト像Gを除去することができる。
学系によれば、描画面において反射された光が回転多面
鏡で反射されることにより描画面上に形成するゴースト
像を、走査線上から分離でき、然も、その際に走査線を
殆ど湾曲させない。
説明図
説明図
ト像が形成される描画面上の主走査方向の位置を示す説
明図
ト像が形成される描画面上の副走査方向の位置を示す説
明図
に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
Claims (3)
- 【請求項1】レーザ光を発する光源と、 回転軸周りに回転することにより前記光源から発せられ
るレーザ光をその外周面に配置された複数の反射面にお
いて偏向する回転多面鏡と、 前記回転多面鏡により偏向されたレーザ光を描画面上に
て走査するスポットとして結像させる結像光学系とを備
えた走査光学系であって、 前記結像光学系は、光軸に対して回転対称なレンズから
構成され、 前記回転多面鏡の前記反射面へ入射するレーザ光のビー
ム軸は、前記回転多面鏡の前記回転軸と平行で前記結像
光学系の光軸を含む副走査面に投影されたときの方向が
前記結像光学系の光軸に対して所定回転方向へ傾くよう
に、配置されているとともに、 前記回転多面鏡の前記回転軸は、前記副走査面に投影さ
れたときの方向が前記結像光学系の光軸に直交する方向
から前記所定回転方向とは逆の回転方向に傾くように、
配置されていることを特徴とする走査光学系。 - 【請求項2】前記結像光学系により前記描画面上に結像
される前記スポットは、前記スポットが前記描画面にお
いて反射されることにより生じた反射光がレーザ光が偏
向されている反射面以外の反射面で反射することにより
前記描画面上に形成されるゴースト像に対し、前記副走
査面と前記描画面との交線と平行な方向において、この
交線に直交して前記結像光学系の光軸を含む主走査面を
挟む位置に形成され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】前記回転多面鏡により偏向されて前記結像
光学系を透過して前記描画面に到達するレーザ光以外の
光を遮蔽する遮蔽部材を、前記結像光学系と前記描画面
との間に、更に備えたことを特徴とする請求項1又は2
記載の走査光学系。
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