JP2003107385A

JP2003107385A - 反射型走査光学系

Info

Publication number: JP2003107385A
Application number: JP2001306086A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP4027630B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンドリカルレンズの入出射面で反射を繰り
返すことにより射出される描画に不要な光を描画用のレ
ーザー光束とは異なる方向に向けさせ得る反射型走査光
学系を、提供する。【解決手段】反射型走査光学系１０は、レーザー光源１
とコリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とポリ
ゴンミラー４とｆθミラー５とを備える。シリンドリカ
ルレンズ３は、平面３ａがシリンドリカル面３ｂの母線
と平行な方向から傾けられることによって、構成され
る。シリンドリカルレンズ３のシリンドリカル面３ｂと
平面３ａとによって繰り返し反射されてポリゴンミラー
４側に射出される迷光Ｇは、平面３ａとシリンドリカル
面３ｂとが傾いていることにより、描画用のレーザー光
束とは異なる方向に偏向されるので、ポリゴンミラー３
の周囲を通り抜けて走査対象面に達することがない。ま
た、迷光Ｇの光路上に遮蔽部材１２を配置できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転多面鏡で偏向
したレーザー光束を曲面状の反射面を有する光学素子で
反射して走査対象面上を走査する反射型走査光学系に、
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、走査光学系は、多角柱状の回転
多面鏡をその中心軸周りに回転させ、その回転多面鏡の
各側面にてレーザー光束を動的に偏向することによっ
て、走査対象面上でレーザー光束を走査する。また、走
査対象面上でレーザー光束が走査される方向（主走査方
向）と直交する方向（副走査方向）に、この走査対象面
自体が移動されると、走査対象面上には複数の線状の軌
跡（走査線）が一定の間隔で形成されるので、レーザー
光束が画像情報に従ってオンオフ変調されていれば、走
査対象面上には二次元状の画像が形成される。

【０００３】従来の走査光学系は、等角速度で回転する
回転多面鏡にて偏向されたレーザー光束を走査対象面上
において等速度で走査させるために、回転多面鏡と走査
対象面との間に走査速度補正用のｆθレンズを備えてい
た。また、回転多面鏡の有するいわゆる面倒れ誤差を補
正するために、副走査方向においてレーザー光束を回転
多面鏡の反射面上で一旦集束させるシリンドリカルレン
ズも備えていた。そして、当該反射面と走査対象面とが
ｆθレンズにより副走査方向において共役関係となるよ
うに、ｆθレンズの副走査方向における収束パワーが設
定されていた。

【０００４】最近では、ｆθレンズの代わりに曲面反射
鏡を採用することによって色収差の低減や折り返しによ
る小型化が期待できる反射型走査光学系が、提案されて
いる。その曲面反射鏡は、回転多面鏡により反射された
レーザー光束を走査対象面に向けて更に反射する反射鏡
であり、その反射面は、回転多面鏡の中心軸を含む仮想
平面を対称面とすると、その対称面を挟む両側が面対称
となるアナモフィックな面形状に形成されている。ま
た、この曲面反射鏡は、従来のｆθレンズと同様に、走
査対象面上での走査速度の補正機能，主走査方向の像面
湾曲補正機能，副走査方向の像面湾曲補正機能，及び、
回転多面鏡の面倒れ誤差補正機能を有している。そし
て、反射型走査光学系では、曲面反射鏡の反射面による
収差を防止するために、回転多面鏡に入射するレーザー
光束が上記の仮想平面に沿って進行し、且つ、上記の仮
想平面と走査対象面とが直交するように、光源と回転多
面鏡と曲面反射鏡が、配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したシ
リンドリカルレンズの内部では、以下に説明するような
現象が生じている。即ち、光源側及び回転多面鏡側のレ
ンズ面を夫々第１面及び第２面とすると、光源から発せ
られて第１面より入射したレーザー光束のうちの大部分
は第２面を透過して外部に射出されるとともに、レーザ
ー光束のごく一部分は第２面において反射される。第２
面において反射された光のうちの大部分は第１面を透過
して外部に射出されるとともに、その光のごく一部分は
第１面において更に反射される。そして、第１面におい
て反射された光の大部分は第２面を透過して外部に射出
される。

【０００６】このようにして第２面から射出された光
は、主走査方向においては、ほぼ平行光束として回転多
面鏡側へ進行するが、副走査方向においては、シリンド
リカル面により２度収束されているために、シリンドリ
カルレンズと回転多面鏡との間で一旦収束した後に、回
転多面鏡側に向かって拡散する。

【０００７】このように副走査方向に拡散する光のうち
の一部は、回転多面鏡によって動的に偏向され、シリン
ドリカルレンズ内を一度に透過した描画用のレーザー光
束と同じように、走査対象面上で走査される。このよう
にして走査対象面に達した光は、走査対象面上の同じ箇
所ばかりを露光することもなく、また、元々その強度も
極めて小さいので、描画品質に著しい影響を及ぼすこと
もない。

【０００８】しかしながら、最近の回転多面鏡は軽量化
のために扁平に形成されているので、副走査方向に拡散
する光の大部分は、回転多面鏡の周囲を通り抜ける。こ
のとき、回転多面鏡への入射方向が走査対象側に向いて
いる反射型走査光学系であった場合には、回転多面鏡の
周囲を通り抜けた光が、走査対象面に達することとな
る。このようにして走査対象面に達した光は、その強度
は極めて弱いが、回転多面鏡によって偏向されることな
く走査対象面上の同じ箇所ばかりを露光し続けるので、
走査対象面上の画像内にゴースト像を生じさせ、描画品
質を著しく低下させる。

【０００９】本発明は、上述したような従来技術の有す
る問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、シ
リンドリカルレンズの入出射面において反射を繰り返す
ことにより射出される描画に不要な光を描画用のレーザ
ー光束とは異なる方向に向けさせ得る反射型走査光学系
を、提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに構成された本発明の反射型走査光学系は、レーザー
光束を発する光源と、中心軸周りに等角速度に回転する
ことにより前記光源から発せられるレーザー光束をその
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ー光
束を走査対象面へ向けて反射させるとともにスポット光
として集束させて前記走査対象面上で主走査方向に沿っ
て等速度に走査させる曲面を反射面として有する光学素
子と、前記走査対象面上で前記主走査方向に直交する副
走査方向において前記光源からのレーザー光束を前記回
転多面鏡の反射面近傍に集束させるシリンドリカル面，
及び、前記レーザー光束のビーム軸を前記主走査方向に
偏向させる平面を有するシリンドリカルレンズとを備え
たことを、特徴とする。

【００１１】このように、本発明は、シリンドリカルレ
ンズの平面によってレーザー光束を屈折させる構成とな
っているので、光源から発せられてシリンドリカルレン
ズ内部においてシリンドリカル面と平面とによって繰り
返し反射されて回転多面鏡側に射出された光は、シリン
ドリカルレンズ内を反射されずに透過して回転多面鏡に
向かって進行する描画用のレーザー光束の光路からずれ
た向きへ偏向される。

【００１２】従って、シリンドリカルレンズの入出射面
で反射を繰り返して射出された光は、回転多面鏡に向か
って進行しないので、回転多面鏡の周囲を通り抜けて走
査対象面に達することがない。また、描画用のレーザー
光束の光路以外の位置に遮蔽部材を配置しておけば、シ
リンドリカルレンズの入出射面で反射を繰り返して射出
される光を遮ることができ、この光に因るゴースト像の
発生をより完全に抑制することもできる。

【００１３】なお、シリンドリカルレンズは、その平面
が光源側に向けられていても良いし、その平面が回転多
面鏡側に向けられていても良いが、描画用のレーザー光
束の断面形状をできるだけ円形に保つことを考慮するな
らば、平面が光源側に向けられている方が望ましい。

【００１４】シリンドリカルレンズの平面は、回転多面
鏡に入射するレーザー光束のビーム軸に直交する平面か
ら、少なくとも主走査方向へ傾いていれば良く、副走査
方向へは傾いていても良いし、傾いていなくても良い。
何れの場合も、平面の傾き方向及び傾き量に応じて、回
転多面鏡に入射するレーザー光束のビーム軸に対して、
光源からのレーザー光束のビーム軸を傾ける必要があ
る。

【００１５】さらに、本発明によるシリンドリカルレン
ズは、シリンドリカル面とシリンドリカル面の母線に平
行な平面とからなるシリンドリカルレンズに楔形プリズ
ムを貼り付けることによって構成されていても良いし、
これらのように別体ではなく一体形成されたものであっ
ても良い。なお、シリンドリカルレンズと楔形プリズム
とを貼り合わせた別体構成の場合、シリンドリカルレン
ズと楔形プリズムとが同じ材質であれば、界面となる貼
り合わせ面での光の反射を殆ど無視することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る反射型走査光
学系の実施の形態について、図面を参照しながら説明す
る。本実施形態の反射型走査光学系の光学構成を、図１
に示す。

【００１７】図１に示すように、本実施形態の反射型走
査光学系１０は、レーザー光源１，コリメートレンズ
２，シリンドリカルレンズ３，レーザー光束を偏向する
偏向器としてのポリゴンミラー４，及び、ポリゴンミラ
ー４により偏向された光束を走査対象面上に集束させる
結像光学系としてのｆθミラー５を、備える。

【００１８】レーザー光源１は、レーザー光束を発振す
る半導体レーザーである。コリメートレンズ２は、レー
ザー光源１から発散光として発せられるレーザー光束を
平行光束に変換するレンズである。シリンドリカルレン
ズ３は、各レンズ面が夫々平面３ａ及びシリンドリカル
面３ｂとして形成されたレンズである。ポリゴンミラー
４は、扁平な正六角柱状に形成されており、その各側面
は反射面として構成されている。また、ポリゴンミラー
４は、その中心軸４ａ周りに等角速度で回転駆動される
ようになっている。ｆθミラー５は、ポリゴンミラー４
の中心軸４ａを含む仮想平面（図示略）を対称面とする
と、その対称面を挟む両側が互いに面対称であるアナモ
フィックな面形状の曲面反射鏡である。なお、本実施形
態の反射型走査光学系１０では、円柱状の感光ドラム１
１の外周面が走査対象面となっている。この感光ドラム
１１は、その中心軸が上記の仮想平面と直交し且つその
仮想平面により等分に分割される位置に、配置されてい
る。

【００１９】そして、レーザー光源１から発せられるレ
ーザー光束は、コリメートレンズ２により平行光束とさ
れた後、シリンドリカルレンズ３の平面３ａから入射す
るとともにそのシリンドリカル面３ｂから射出され、そ
のビーム軸Axが上記の仮想平面に沿うように進行して、
ポリゴンミラー４の反射面に入射する。この反射面で反
射されたレーザー光束は、ｆθミラー５によって反射さ
れることにより、感光ドラム１１の外周面上を露光する
スポット光として集束される。このとき、ポリゴンミラ
ー４に入射するレーザー光束は、ポリゴンミラー４の回
転に伴って各反射面で動的に偏向されるので、スポット
光は、感光ドラム１１の外周面上を主走査方向に沿って
走査する。

【００２０】なお、この反射型走査光学系１０をポリゴ
ンミラー４の中心軸４ａの延長線上から見ると、ｆθミ
ラー５は、シリンドリカルレンズ３とポリゴンミラー４
との間に配置され、感光ドラム１１は、ポリゴンミラー
４を挟んでｆθミラー５とは反対側に配置されている。
また、上記の仮想平面に直交する方向（即ち、主走査方
向）に視線を向けて見ると、ｆθミラー５は、ポリゴン
ミラー４に入射するレーザー光束のビーム軸Axに対して
上方に配置され、感光ドラム１１は、ｆθミラー５で反
射されてポリゴンミラー４の近傍を通過するレーザー光
束が入射可能な位置に配置されている。そして、ポリゴ
ンミラー４の何れかの反射面が上記の仮想平面と直交す
る位置にある場合、シリンドリカルレンズ３を透過した
レーザー光束のビーム軸Axは、ポリゴンミラー４により
上記の仮想平面内で折り曲げられた後、更にｆθミラー
５により上記の仮想平面内で折り曲げられ、感光ドラム
１１の外周面に達する。従って、主走査方向に視線を向
けてこの反射型走査光学系１０を見ると、上記の仮想平
面内を進行するビーム軸Axは、略Ｚ字状に進行している
ように見える。

【００２１】ところで、シリンドリカルレンズ３を透過
したレーザー光束は、主走査方向においては、平行光束
のままポリゴンミラー４で反射され、ｆθミラー５の収
束パワーによって走査対象面上にて収束されるが、副走
査方向（走査対象面内で主走査方向に直交する方向）に
おいては、ポリゴンミラー４の反射面近傍で一旦収束さ
れ、発散光としてｆθミラー５に入射し、ｆθミラー５
の収束パワーによって再び走査対象面上に収束される。
このとき、ｆθミラー５によってポリゴンミラー４の反
射面と感光ドラム１１の外周面（走査対象面）とが共役
関係となっているために、ポリゴンミラー４の各反射面
の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）による走査位置の
副走査方向へのずれが、補正される。このため、レーザ
ー光束は、ポリゴンミラー４のどの反射面によって反射
されても、走査対象面における同一線上を走査する。

【００２２】なお、スポット光は、走査対象面上に線状
の軌跡（走査線）を描くが、感光ドラム１１がその中心
軸周りに等速度で回転されるので、感光ドラム１１の外
周面（走査対象面）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上で繰り返し走
査されるレーザー光束は、画像情報に従ってオンオフ変
調されているので、走査対象面上には、画像情報に基づ
く画像が描画される。

【００２３】上述した構成を有する本実施形態の反射型
走査光学系１０では、シリンドリカルレンズ３は、その
シリンドリカル面３ｂの母線と平行な方向（即ち、主走
査方向）に対してその平面３ａが傾いている形状に、形
成されている。また、シリンドリカルレンズ３を透過し
た後のレーザー光束のビーム軸Axが、シリンドリカルレ
ンズ３の平面３ａが傾いていない場合のそれと同軸とな
るように、平面３ａの傾き角度に合わせて、シリンドリ
カルレンズ３に入射するレーザー光束のビーム軸Axが傾
けられている。本実施形態の反射型走査光学系１０がこ
のように構成されているのは、以下の理由による。な
お、主走査方向に視線を向けて見た場合における光の光
路の概略を図２(ａ)に、ポリゴンミラー４の中心軸４ａ
の延長線上から見た場合におけるその光路の概略を図２
(ｂ)に、夫々示す。但し、図２に示す光路は、説明のた
めに、若干誇張されている。

【００２４】即ち、コリメートレンズ２を透過すること
によって平行光束とされたレーザー光束は、シリンドリ
カルレンズ３の平面３ａから内部に入射すると、そのう
ちの大部分は、シリンドリカルレンズ３のシリンドリカ
ル面３ｂを透過して描画用のレーザー光束としてポリゴ
ンミラー４に入射するが、残りの部分は、シリンドリカ
ル面３ｂにおいて反射される。また、シリンドリカル面
３ｂにおいて反射された光のうち、大部分は、平面３ａ
を透過してコリメートレンズ２へ向かうが、残りの部分
は、平面３ａにおいて再度反射される。そして、平面３
ａにおいて反射された光のうちの大部分は、シリンドリ
カル面３ｂを透過して、ポリゴンミラー４側へ進行す
る。

【００２５】このようにしてポリゴンミラー４へ進行す
る迷光Ｇは、シリンドリカル面３ｂにより２度収束され
ているために、図２(ａ)に示すように、シリンドリカル
レンズ３とポリゴンミラー４との間で一旦収束した後、
ポリゴンミラー４及び感光ドラム１１に向かって拡散す
る。

【００２６】しかし、図２(ｂ)に示すように、平面３ａ
は、ビーム軸Axに直交する方向から主走査方向に傾いて
いるために、平面３ａにおいて反射された迷光Ｇは、描
画用のレーザー光束の光路から主走査方向にずれた方向
へ向かって進行する。なお、この迷光Ｇが描画用のレー
ザー光束の光路からずれる向きは、平面３ａがビーム軸
Axに直交する方向から傾くのと同じ向きであり、このず
れ量は、平面３ａのビーム軸Axに直交する方向からの傾
き角度に依存する。従って、平面３ａの傾き方向及び傾
き量を適宜設定すれば、この迷光Ｇを描画用のレーザー
光束から分離できる。

【００２７】また、描画用のレーザー光束の光路を遮ら
ないでこの迷光Ｇのみを遮蔽する遮蔽部材１２をこの迷
光Ｇの光路上に配置すれば、走査対象面上に描画された
画像内でのこの迷光Ｇに因るゴースト像の発生を、ほぼ
完全に防止できる。

【００２８】ところで、図２に示したｆθミラー５は、
前面から入射したレーザー光束を後面で反射して前面か
ら射出する裏面反射タイプの光学素子として示されてい
るが、前面で直接反射する表面反射タイプの光学素子で
あっても良い。何れの場合でも、ビーム軸Axに直交する
方向から平面３ａが傾いていれば、迷光Ｇが描画用のレ
ーザー光束から分離され得ることにかわりはない。な
お、前者のような裏面反射タイプの光学素子の具体例
は、本出願人が先にした特許出願（特開平11-242178
号）において開示されている。また、後者のような表面
反射タイプの光学素子の具体例は、本出願人が先にした
特許出願（特開平11-30710号）において開示されてい
る。

【００２９】以下、実施例を示す。次に示す表１は、本
実施形態の反射型走査光学系１０におけるシリンドリカ
ルレンズ３よりポリゴンミラー４の反射面に至るまでの
近軸における具体的な数値構成を示したものである。こ
の表１において、記号NOは、シリンドリカルレンズ３の
入射側のレンズ面（平面３ａ）を１番としてこのレンズ
面より射出側に向かって昇順に各レンズ面に付された面
番号である。また、記号Ryは、レンズ面の主走査方向の
曲率半径（単位は[mm]）であり、記号Rzは、副走査方向
の曲率半径（単位は[mm]）であり、記号dは、次の面ま
での光軸上での距離（単位は[mm]）であり、記号nは、
設計波長780nmでの各レンズの屈折率である。

【００３０】

【表１】 NO Ry Rz d n 1 ∞ ∞ 4.000 1.48617 2 ∞ -52.424 114.000 -

【００３１】また、ポリゴンミラー４の中心軸４ａの延
長線上から見たときのシリンドリカルレンズ３からポリ
ゴンミラー４までの具体的な光の進行状態を、図３に示
す。なお、図３に示す光束の進行方向は、図２のそれと
は逆である。図３に示すように、シリンドリカルレンズ
３の平面３ａは、描画用のレーザー光束のビーム軸Axに
直交する方向から、ビーム軸Ax方向へ4.0°（プリズム
量）だけ傾けられている。また、シリンドリカルレンズ
３に入射するレーザー光束の光束径は、4.0mmである。
さらに、シリンドリカルレンズ３に入射するレーザー光
束のビーム軸Ax’は、当該レンズ３を透過した後の描画
用のレーザー光束のビーム軸Ax方向から、ビーム軸Axに
直交する方向へ2.0°(=sin^-1[1.48617×sin4°]-4°)だ
け傾けられている。なお、ビーム軸Ax方向からビーム軸
Ax’が傾けられる方向は、ビーム軸Axに直交する方向か
ら平面３ａが傾けられる方向とは、逆方向である。

【００３２】このように構成されていると、第１面（平
面３ａ）で反射した迷光Ｇのビーム軸Axに対する分解角
（偏向角）は、『２×プリズム量×屈折率＝分解角』か
ら求められるように、11.9°となる。そして、迷光Ｇ
は、第２面（シリンドリカル面３ｂ）からビーム軸Ax方
向へ向かって57.0mmの位置においては、ビーム軸Axから
この軸Axに直交する方向へ10.6mm離れた地点から14.6mm
離れた地点までの間を、通過する。

【００３３】従って、シリンドリカルレンズ３とポリゴ
ンミラー４との中間位置（第１面から57.0mm離れた位
置）では、描画用のレーザー光束と迷光Ｇとが互いに8.
6mm(=10.6mm-4.0mm/2)も離れているので、遮蔽部材１２
を配置することが十分可能である。

【００３４】なお、遮蔽部材１２は、レーザー光束を透
過させない材質から製造されていれば何でも良い。ま
た、遮蔽部材１２は、反射型走査光学系１０を内蔵する
走査ユニットの筐体と別体であっても良いし、その筐体
の一部として一体に形成されたものであっても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の反射型
走査光学系によれば、シリンドリカルレンズの入出射面
において反射を繰り返すことにより射出される描画に不
要な光を、描画用のレーザー光束とは異なる方向に向け
させることができる。これにより、不要な光が走査対象
面に到達しないので、画像内にゴースト像を生じさせる
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態である反射型走査光
学系の光学構成図

【図２】反射型走査光学系のシリンドリカルレンズの
入出射面で反射した光の光路を示し、（ａ）主走査方向
に視線を向けて見た状態、及び（ｂ）ポリゴンミラーの
中心軸の延長線上から見た状態の説明図

【図３】シリンドリカルレンズからポリゴンミラーま
での光の進行状態を示す光路図

【符号の説明】

１レーザー光源２コリメートレンズ３シリンドリカルレンズ３ａ平面３ｂシリンドリカル面４ポリゴンミラー５ｆθミラー１０反射型走査光学系１１感光ドラム１２遮蔽部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C362 BA04 BA84 BB04 2H045 AA01 BA02 CA03 CA62 CB63 2H087 KA08 KA19 LA22 LA25 RA07 RA08 TA03 TA06 5C051 AA02 CA07 DB22 DB24 DB30 DC04 FA01 5C072 AA03 BA15 HA02 HA09 HA13 HB08 HB10 XA01 XA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光束を発する光源と、中心軸周りに等角速度に回転することにより前記光源か
ら発せられるレーザー光束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ー光束を走査対
象面へ向けて反射させるとともにスポット光として集束
させて前記走査対象面上で主走査方向に沿って等速度に
走査させる曲面を反射面として有する光学素子と、前記走査対象面上で前記主走査方向に直交する副走査方
向において前記光源からのレーザー光束を前記回転多面
鏡の反射面近傍に集束させるシリンドリカル面，及び、
前記レーザー光束のビーム軸を前記主走査方向に偏向さ
せる平面を有するシリンドリカルレンズとを備えたこと
を特徴とする反射型走査光学系。
【請求項２】前記回転多面鏡に入射するレーザー光束の
ビーム軸は、前記回転多面鏡の前記中心軸を含む仮想平
面内にあり、前記中心軸に対して傾いていることを特徴
とする請求項１記載の反射型走査光学系。
【請求項３】前記光学素子における前記回転多面鏡に対
向する面とは反対側の面が、前記反射面として作用する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の反射型走査光学
系。
【請求項４】前記シリンドリカルレンズの前記平面は、
前記レーザー光束のビーム軸を、前記回転多面鏡の中心
軸に直交する仮想平面内においてのみ屈折させることを
特徴とする請求項１，２又は３記載の反射型走査光学
系。
【請求項５】前記シリンドリカルレンズは、前記シリン
ドリカル面が前記回転多面鏡側に向けられた状態で、配
置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか
に記載の反射型走査光学系。
【請求項６】前記シリンドリカルレンズの入出射面にお
いて繰り返し反射されて前記回転多面鏡側に射出される
光の光路上に、この光を遮蔽するための遮蔽部材を、更
に備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
載の反射型走査光学系。