JP2644230B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、光走査装置に関する。

（従来技術） 光走査装置は、光束の走査により情報の書き込みや、
読み取りを行う装置として知られている。このような光
走査装置のうちに、光源からの光束を線状に結像させ、
その線状の結像位置の近傍に反射面を有する回転多面鏡
により、上記光束を等角速度的に偏向し、この偏向光束
を結像レンズ系により走行面上にスポット状に結像させ
て走行面を光走査する方式の装置がある。

このような光走査装置では、回転多面鏡での騒音の発
生、回転多面鏡の汚れ、回転多面鏡用の潤滑油の結像光
学系側への漏れ出し、および結像光学系への付着が問題
となっている。このような問題を解決するために、回転
多面鏡をハウジングで密閉し、このハウジングに窓を穿
設し、この窓に透明な平行平面板をはめ込み、この平行
平面板を介して、光束を回転多面鏡に入射させ、かつ、
偏向光束を結像レンズ系に入射せしめるようにした光走
査装置が提案されている（実開昭59−123812号公報）。
しかし、この光走査装置は、上記ハウジングの窓に設け
られる透明な平行平面板の反射によるゴーストの発生、
平行平面板の非点隔差による結像レンズ系の結像性能へ
の影響にたいし、十分な検討がなされていない。

（目的） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、ハウジングの窓に設けられる透明な平行平面板の非
点隔差による結像性能への影響や、平行平面板の反射に
よるゴーストの発生を考慮し、良好な結像性能と、ゴー
ストの防止とを実現できる、新規な光走査装置の提供を
目的とする。

（構成） 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置は、光源と、光源からの光束を線
状に結像させる第１の結像光学系と、この第１の結像光
学系による線状の結像位置の近傍に反射面を有し、上記
光束を等角速度的に偏向する回転多面鏡と、この回転多
面鏡による偏向光束を走査面上にスポット状に結像させ
る第２の結像光学系と、上記第１、第２の結像光学系と
上記回転多面鏡の反射面との間に共通に設けられる透明
な平行平面板とを有する。

上記平行平面板は、回転多面鏡を密閉するハウジング
の窓に設けられるが、偏向面に直交するように設けられ
る。第１の結像光学系から回転多面鏡に入射する光束は
この平行平面を介して回転多面鏡に入射し、回転多面鏡
による偏向光束は平行平面板を介して第２の結像光学系
に入射する。

上記第２の結像光学系は、副走査方向に関して−１倍
より小なる結像倍率を有し、副走査方向に関して、回転
多面鏡の反射位置と走査面とを、上記平行平面板を介し
て略共役関係に結び付ける機能を有する。

また、上記の回転多面鏡に入射する光束の光軸と第２
の結像光学系の光軸とがなす角をα、第２の結像光学系
の有効最大画角をθmaxとし、上記平行平面板と第２の
結像光学系の光軸がなす角をγとするとき、 θmax＜α≦π/2 （π＋θmax−α）/2＜γ＜π/2 を満足するように上記平行平面板の配設態位が定めら
れ、かつ、第２の結像光学系の像面湾曲は上記平行平面
板を考慮して補正される。

第２の結像光学系の有効最大画角は以下のごとき角を
言う。即ち、第２の結像光学系に入射した偏向光束は、
第２の結像光学系の作用により走査面上にスポット状に
結像して走査面を主走査するが、この主走査が有効に行
われる領域を有効走査領域と称する。

有効走査領域の両端部のうち、平行平面板に反射され
た光束（回転多面鏡に入射する光束の一部が平行平面板
により反射された光束）の向かう方向と同じ側にある端
部を考えるとき、この端部に結像するべく第２の結像光
学系に入射する偏向光束の偏向角（偏向光束と第２の結
像光学系の光軸とが偏向面内でなす角）が有効最大画角
である。

以下、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の光走査装置の１実施例を要部のみ略
示している。

第１図は、光学系を副走査方向すなわち、偏向面に直
交する方向からみた状態を示している。偏向面とは、回
転多面鏡により偏向する理想的な偏向光束の光軸が掃引
する面として定義され、副走査方向は、従って、この偏
向面に対し直交する。

光源としての光源装置１は、発光源もしくは発光源と
集光装置とからなり、光源装置１からの平行光束は、第
１の結像光学系たるシリンダーレンズ２より、透明な平
行平面板３を介して回転多面鏡５の反射面４の近傍に線
像として結像する。

平行平面板３は、回転多面鏡５を密閉するハウジング
（図示されず）の窓に設けられるが、偏向面に対して直
交するように設けられる。このことは平行平面板３の平
面部に立てた法線が偏向面と平行であることを意味す
る。

回転多面鏡５により反射された光束は、平行平面板を
介して第２の結像光学系６により、走査面７上にスポッ
ト状に結像され、回転多面鏡５の矢印方向への等速回転
に従い、走査面７を等速に主走査する。この主走査が有
効に行われる領域が、図１に示す有効走査領域であり、
図中に示す角θmaxが前述した有効最大画角である。

第２の結像光学系６は、所謂ｆθ機能を有する。偏向
面内で見ると結像光学系６は光源側の無限遠と走査面７
の位置とを共役関係に結び付けている。これに対し、偏
向面に直交する面内で見るとこのレンズ系は回転多面鏡
５の反射位置と走査面７とを平行平面板を介して略共役
関係に結び付いている。従って、回転多面鏡の反射面に
面倒れを生じても結像光学系６による、走査面７上の結
像位置は、副走査方向には殆ど移動しない。従って面倒
れは補正される。

第２図において、符号3Nは平行平面板３の面3aに立て
た法線を示している。シリンダーレンズからの入射光束
Ａは、その一部が平行平面板３の表裏の面3a,3bにより
反射されて正反射光B,Cとなる。入射光A,正反射光B,Cは
いずれも光軸光線を示している。正反射光B,Cは互いに
平行であるから、もし、これら正反射光B,Cが第２の結
像光学系６に、有効偏向角内で入射すると、特定の像高
に集光して、ゴーストを生ずる。さて、第２図において
γは平行平面板３と第２の結像光学系６の光軸Ｄとのな
す角を示す。さらにωは光軸Ｄと正反射光B,Cのなす角
を示す。また、αは入射光Ａと光軸Ｄのなす角、即ち、
回転多面鏡５に入射する光束の光軸と第２の結像光学系
６の光軸とがなす角である。

すると第２図に示すように、入射光Ａの平行平面板３
への入射角はα＋γ−π/2であり、反射角は図から明ら
かなようにω＋π/2−γである。入射角は反射角に等し
いから、 α＋γ−π/2＝ω＋π/2−γ が成り立つ。従ってこれから、 ω＝α＋２γ−π （１） という関係が得られる。

結像光学系６の有効最大画角をθmaxとすると、ω＞
θmaxであれば、正反射光B,Cが結像光学系に入射したと
しても、これらが主走査領域内に結像してゴーストを生
ずる事がない。（１）式をγに付いて解くと、 γ＝（π＋ω−α）/2 となるが、ゴーストの生じない条件はω＞θmaxである
から、ゴーストを生じないγの条件は、 γ＞（π＋θmax−α）/2 （２） である。ここでαは第１図から明らかなように、α＞θ
maxであり、さらに一般にα≦π/2である。

また、第２図から明らかなように、角γがπ/2より大
きくなると、平行平面板３の面が入射光束に近づいて、
平行平面板３への入射角（α＋γ−π/2）が大きくな
り、平行平面板３による反射率が増大して光走査におけ
る光利用効率が悪くなる。また、光源側からの光束の、
平行平面板３への入射位置から平行平面板表面に沿って
光軸Ｄに到る距離が大きくなり、平行平面板の大きさが
増大する。このような理由から、角γは、 γ＜π/2 （３） が適当である。

上記（２），（３）から θmax＜α≦π/2 （４） のとき、 （π＋θmax−α）/2＜γ＜π/2 （５） を満足するように、平行平面板３の配設態位を調整すれ
ば、ゴーストの発生を完全に防止することができる。

また、平行平面板３は、それ自身が非点隔差を持って
いるため、結像光学系６の収差、特にスポット径のばら
つきを小さくおさえ、高密度のスポット径を実現するの
に重要な像面湾曲を補正するのに、平行平面板の存在を
考慮しなければならない。以下に、平行平面板３の存在
を考慮して設計された第２の結像光学系６の具体例を２
例あげる。これらの、具体例において、fMは第２の結像
光学系の偏向面内における合成焦点距離を表し、この価
は、100に規格化される。また、θmaxは最大偏向角、α
は入射角、Ｒは回転多面鏡の内接円半径、Fnoは偏向面
内のＦ値、βは回転多面鏡の反射位置と走査面との副走
査方向に関する共役結像倍率、ｔは平行平面板の厚さ、
ntは平行平面板の屈折率を示す。Rixは回転多面鏡の側
から数えてｉ番目のレンズ面の、偏向面内の曲率半径、
Riyはｉ番目のレンズ面の偏向面に直交する面内の曲率
半径、diはｉ番目のレンズ面間距離を、また、niはｉ番
目のレンズの、波長780nmの光に対する屈折率を示す。

以下にあげる２具体例のうち、具体例１は、第１図に
示すような３枚構成のレンズ系を第２の結像光学系とし
て用いる例である。

第１レンズ61は球面メニスカス凹レンズ、第２レンズ
62は球面メニスカス凸レンズ、第３レンズ63はシリンダ
ー面とトーリック面からなるレンズである。

具体例 １ fM＝100,β＝−4.45,θmax＝32.4゜，α＝60゜,R/fM＝
0.132,Fno＝54.7,t/fM＝0.76,γ＝77゜,nt＝1.51118 ｉ Rix Riy di ni １ −20.775 −20.775 2.27 1.51118 ２ −192.913 −192.913 2.01 1.51118 ３ −70.366 −70.366 4.16 1.76605 ４ −27.986 −27.986 0.83 ５ ∞ −53.207 5.3 ６ −49.507 −12.969 次に示す具体例２では、第２の結像光学系は、２枚構
成レンズ系として具体化されている。この例で第１、第
２レンズはいずれもアナモフィックな単レンズであり、
第１レンズは第１面（入射面）が球面、第２面がシリン
ダー面であって、偏向面内で平凹レンズ、偏向面に直交
する面内で両凹レンズである。第２レンズは第１面がシ
リンダー面、第２面がトーリック面であり、偏向面内で
は平凸レンズ、偏向面に直交する面内ではメニスカス凸
レンズである。

具体例２ fM＝100,β＝−3.72,θmax＝32.4゜，α＝60゜,R/fM＝
0.17,Fno＝36.5,t/fM＝0.76,γ＝77゜,nt＝1.51118 ｉ Rix Riy di ni １ −107.778 −107.778 5.67 1.71221 ２ ∞ 58.994 10.97 1.675 ３ ∞ −66.18 6.81 ４ −45.569 −11.931 第３図は具体例１の主走査方向における、球面収差
（実線）、正弦条件（破線）、とｆθ特性を示してい
る。

ｆθ特性は、周知の如く理想像高をｆ・θ、実際の像
高をｈ′とする時 ｛（ｈ′−ｆ・θ）／（ｆ・θ）｝x100％ で定義される量である。

第４図は、具体例１の結像光学系を用いたとき、回転
多面鏡の回転時の主走査方向（破線）と副走査方向（実
線）の像面湾曲を示している。第５図は、具体例１の結
像光学系を用い、平行平面板の配設角γを90゜としたと
きの像面湾曲を示している。第４図と比較して分かるよ
うに、像面湾曲に関しては77゜≦γ≦90゜の範囲で殆ど
変化がなく、このことから平行平面板の取り付け精度は
像面湾曲に関しては比較的緩やかである事を意味してい
る。しかし、具体例１の結像光学系を用い、平行平面板
を用いない場合の像面湾曲は第６図に示す如きものとな
り、第４図と比較すると透明な平行平面板は像面湾曲、
とくに副走査方向の像面湾曲をオーバーに補正する効果
があることが分かる。従って、第２の結像光学系の像面
湾曲は平行平面板を考慮して補正しなければならない。

第７図ないし第10図は具体例２に関する収差図、ｆθ
特性を示す。第７図に示されているのは、主走査方向の
球面収差、正弦条件、ｆθ特性であり、第８図は回転多
面鏡の回転時における像面湾曲を示す。また、第９図
は、具体例２の結像光学系を用い、平行平面板の配設角
γを90゜とした時の像面湾曲を示し、第10図は平行平面
板なしに、具体例２の結像光学系を用いた時の像面湾曲
を示している。

なお、像面湾曲は回転多面鏡の回転時の反射位置の変
動の影響で非対称性を有するため偏向領域全域の様子を
示してある。

（効果） 以上、本発明によれば、新規の光走査装置を提供でき
る。この光走査装置は、上記の如き構成となっているの
で、回転多面鏡での騒音での発生、回転多面鏡の汚れ、
回転多面鏡用の潤滑油の結像光学系側への漏れ出し、お
よび結像光学系への付着といった問題を、窓つきのハウ
ジングで回転多面鏡を密閉することにより、有効に解決
しつつ、上記窓に設けられる透明な平行平面板によるゴ
ーストの発生や、平行平面板の非点隔差による結像レン
ズ系の結像性能への悪影響を有効に防止することができ
る。

なお、前記ゴーストの発生の防止には、平行平面板を
回転多面鏡の軸に対して傾けることも考えられる。この
ようにした場合、平行平面板による反射光束は、光スポ
ットによる有効主走査領域から副走査方向へずれた位置
に入射することになり、反射光束によるスポットが若干
ぼけるのみで、ゴーストはやはり発生してしまう。

副走査方向へのずれを十分に大きくして、反射光束が
走査面に入射しないようにすることも考えられるが、そ
のように大きく平行平面板を傾けると、平行平面板の屈
折により、偏向光束の偏向面が、第２の結像光学系の光
軸に対して副走査方向に曲がり、偏向光束による主走査
の軌跡に曲がりを生じてしまうので好ましくない。

即ち、偏向光束の偏向角の増大に伴い、平行平面板へ
の入射角が大きくなると、平行平面板を透過する透過距
離も増大する。平行平面板を回転多面鏡の回転軸に対し
て傾けると、平行平面板による屈折力が、透過光束を副
走査方向へずらす作用を持っているので、平行平面板を
透過する透過距離が増大すると、平行平面板を透過した
光束の副走査方向へのずれも大きくなり、これが、平行
平面板を透過した偏向光束の偏向面を曲げることにな
り、走査面上における光スポットの軌跡が曲がりを生じ
ることになるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光走査装置の１実施例を示す図、第
２図は、本発明を説明するための図、第３図ないし第10
図は収差図である。 １……光源としての光源装置、２……第１の結像光学系
としてのシリンダーレンズ、３……透明な平行平面板、
５……回転多面鏡、６……第２の結像光学系、７……走
査面

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、光源からの光束を線状に結像させ
   る第１の結像光学系と、この第１の結像光学系による線
   状の結像位置の近傍に反射面を有し、上記光束を等角速
   度的に偏向する回転多面鏡と、この回転多面鏡による偏
   向光束を走査面上にスポット状に結像させる第２の結像
   光学系と、上記回転多面鏡を密閉するハウジングの窓を
   ふさぐとともに上記第１、第２の結像光学系と上記回転
   多面鏡の反射面との間に共通に設けられる透明な平行平
   面板とを有し、 上記平行平面板は偏向面に直交するように設けられ、 上記第２の結像光学系は、副走査方向に関して−１倍よ
   り小なる結像倍率を有し、副走査方向に関して、回転多
   面鏡の反射位置と走査面とを、上記平行平面板を介して
   略共役関係に結び付ける機能を有し、 上記回転多面鏡に入射する光束の光軸と第２の結像光
   学系の光軸とがなす角をαとし、第２の結像光学系の有
   効最大画角をθmaxとし、上記平行平面板と第２の結像
   光学系の光軸がなす角をγとするとき、 θmax＜α≦π/2 （π＋θmax−α）/2＜γ＜π/2 を満足するように上記平行平面板の配設態位を定め、か
   つ、第２の結像光学系の像面湾曲を上記平行平面板を考
   慮して補正したことを特徴とする、光走査装置。