JP3034637B2

JP3034637B2 - 光偏向素子および光走査装置

Info

Publication number: JP3034637B2
Application number: JP3120449A
Authority: JP
Inventors: 好茂和田; 伸夫佐久間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH04226415A; US5170278A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光偏向素子および光
走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査は光プリンターやバーコードリー
ダー等、広範な技術領域で利用されているが、光走査に
おいて光を偏向させる光偏向素子としては従来から、回
転多面鏡やホログラムディスク等、種々のものが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来に無い、新規な光偏向素子および光偏向素子を用いた
光走査装置の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光走査装
置において偏向装置の一部として用いられる「折り返し
光偏向素子」は回転可能に形成され、１対以上の反射面
対を有する。

【０００５】各「反射面対」は２面の反射面により構成
される。各反射面対を構成する２面の反射面は「折り返
し光偏向素子の回転軸に対してそれぞれ４５度傾き互い
に直交的に対向」する。即ち、各反射面対は入射光束が
入射してくる側に向って２面の反射面を９０度に開くよ
うに形成される。各反射面対は上記回転軸に関して軸対
称に形成される。

【０００６】そして「任意の反射面に入射する光束を、
この反射面及びこの反射面とともに反射面対をなす反射
面により順次反射して射出させる」ように構成される。

【０００７】折り返し光偏向素子の上記構成は、以下の
各光走査装置に用いられる折り返し光偏向素子として基
本的なものである。

【０００８】請求項１記載の光走査装置は、光源装置お
よび偏向装置と、反射手段とを有する。「光源装置」
は、光走査用の光束を放射する。「偏向装置」は、光源
装置からの光束を偏向させる。この偏向装置は上に説明
した「折り返し光偏向素子」と、この折り返し光偏向素
子を回転軸の回りに回転させる回転駆動手段とにより構
成される。「反射手段」は、偏向装置から射出する光束
を所定の方向へ反射する。上記光源装置は、「放射光束
の強度を変調する変調手段」を有することができ、「被
走査面からの戻り光を受光する受光手段」を有すること
もでき、これら「変調手段と受光手段と」を兼備するこ
ともできる。そして、上記光源装置は「所定の方向へ移
動可能」で、光源装置の変位に伴い、折り返し光偏向素
子に入射する光束を、偏向素子の回転軸に直交する方向
へ移動させる。

【０００９】請求項２の光走査装置は、光源装置と、偏
向装置と、結像光学系とを有する。「光源装置」は、光
走査用の光束を放射する。「偏向装置」は、光源装置か
らの光束を同一平面内で等角速度的に偏向する。「結像
光学系」は、偏向装置により偏向される光束を被走査面
上に光スポットとして結像させる。

【００１０】上記偏向装置は、折り返し光偏向素子と、
この折り返し光偏向素子を回転軸の回りに回転させる回
転駆動手段と、上記折り返し光偏向素子からの射出光束
を所定の方向へ反射させる円錐面反射部材とを有する。

【００１１】「折り返し光偏向素子」は、回転可能に形
成され、回転軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交
的に対向する２面の反射面により構成される反射面対を
ｎ対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対称に有し、任
意の反射面へ上記回転軸に平行に入射する光束を、この
反射面及びこの反射面とともに反射面対をなす反射面に
より順次反射して回転軸に平行に折り返すように構成さ
れる。

【００１２】「円錐面反射部材」は、頂角が９０度をな
す円錐反射面を形成され、円錐反射面の円錐軸を折り返
し光偏向素子の回転軸と合致させ、且つ円錐反射面の頂
点側を折り返し光偏向素子の反射面対に向けて配備され
る。

【００１３】請求項２の光走査装置の場合、「折り返し
光源装置から放射される光束が集束光束であり、折り返
し光偏向素子により折り返されたのち、円錐面反射部材
の円錐反射面上に集束するように集束状態を設定する」
ことができる（請求項３）。

【００１４】請求項４，５の光偏向素子は、請求項２の
光走査装置において用いられる折り返し光偏向素子と円
錐反射面部材とを素子として一体化したものである。

【００１５】請求項４の光偏向素子は、全体が一体とし
て回転可能に形成され、回転軸に対してそれぞれ４５度
傾き互いに直交的に対向する入射鏡面と折り返し鏡面と
により構成される反射面対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転
軸に関して軸対称に有するとともに、頂角が９０度をな
し頂点側を上記反射面対側に向けた円錐反射面が円錐軸
を上記回転軸に合致させ、且つ上記ｎ面の折り返し鏡面
に対応させて形成され、光束の光路が空気領域として設
定される。そして任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射
する光束をこの入射鏡面及びこの入射鏡面とともに反射
面対をなす折り返し鏡面により順次反射し、さらに円錐
反射面により反射させて射出させるように構成される。

【００１６】請求項５の光偏向素子は、透明な材料によ
り回転可能に形成され、回転軸方向の一端部に、回転軸
に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向する入
射鏡面と折り返し鏡面とにより構成される反射面対をｎ
対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対称に形成され、
回転軸方向の他端部に、頂角が９０度をなし頂点側を上
記反射面対側に向けた円錐反射面が円錐軸を上記回転軸
に合致させ、且つ上記ｎ面の折り返し鏡面に対応させて
形成され、任意の反射面へ回転軸に平行に入射する光束
を、この反射面及びこの反射面とともに反射面対をなす
反射面により順次反射し、さらに上記円錐反射面により
反射させて上記回転軸と直交する方向へ射出させるよう
に構成される。

【００１７】請求項４，５の光偏向装置の違いは、請求
項４の光偏向素子では、光束の光路が空気領域であるの
に対し、請求項５の光偏向素子では光束の光路が透明な
材料中にあることである。

【００１８】請求項６の光走査装置は、光源装置と、光
偏向装置と、結像光学系を有する。「光源装置」は、光
走査用の光束を平行光束として放射する。「光偏向装
置」は、光源装置からの光束を偏向する。「結像光学
系」は、光偏向装置により偏向される光束を被走査面上
に光スポットとして結像させる。

【００１９】上記光偏向装置は、折り返し光偏向素子
と、この折り返し光偏向素子からの光束を所定の方向へ
反射させる反射部材と、上記折り返し光偏向素子と反射
部材とを回転軸の回りに回転させる回転駆動手段とを有
する。

【００２０】「折り返し光偏向素子」は、回転可能に形
成され、回転軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交
的に対向する入射鏡面と折り返し鏡面とにより構成され
る反射面対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対
称に有し、任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射する光
束をこの入射鏡面およびこの入射鏡面とともに反射面対
をなす折り返し鏡面により順次反射して回転軸に平行に
折り返すように構成される。

【００２１】「反射部材」は、ｎ面の射出鏡面を上記ｎ
対の反射面対の個々の折り返し鏡面に対応させて上記回
転軸に対して４５度傾けて有し、任意の折り返し鏡面に
より反射された光束をこの折り返し鏡面に対応する射出
鏡面により反射しつつ、「折り返し光偏向素子と一体的
に回転する」ように構成される。

【００２２】光源装置からは、「平行光束」が光偏向素
子の任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射させられる。

【００２３】請求項７，８の光偏向素子は、請求項８の
光走査装置に用いられる折り返し光偏向素子と反射部材
とを素子として一体化したものである。

【００２４】請求項７の光偏向素子は、全体が一体とし
て回転可能に形成され、回転軸に対してそれぞれ４５度
傾き互いに直交的に対向する入射鏡面と折り返し鏡面と
により構成される反射面対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転
軸に関して軸対称に有するとともに、ｎ面の射出鏡面を
上記ｎ対の反射面対の個々の折り返し鏡面に対応させて
上記回転軸に対して45度傾けて有し、光束の光路が空気
領域として設定され、任意の入射鏡面へ回転軸に平行に
入射する光束をこの入射鏡面及びこの入射鏡面とともに
反射面対をなす折り返し鏡面により順次反射し、さらに
この折り返し鏡面に対応する射出鏡面により反射させて
射出させるように構成される。

【００２５】請求項８の光偏向装置は、透明な材料によ
り回転可能に形成され、回転軸方向の一端部に、回転軸
に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向する入
射鏡面と折り返し鏡面とにより構成される反射面対をｎ
対（≧１）、上記回転軸に関して軸対称に有し、回転軸
方向の他端部に、ｎ面の射出鏡面を上記ｎ対の反射面対
の個々の折り返し鏡面に対応させて上記回転軸に対して
４５度傾けて形成されるとともに光束入射部が形成さ
れ、光束の光路が透明材料領域として設定され、任意の
入射鏡面へ上記光束入射部から回転軸に平行に入射する
光束を、この入射鏡面及びこの入射鏡面とともに反射面
対をなす折り返し鏡面により順次反射し、さらにこの折
り返し鏡面に対応する射出鏡面により反射させて射出さ
せるように構成される。

【００２６】請求項８の光偏向素子は、上記の如く透明
な材料により形成され、光束の光路は透明な材料中にあ
る。この場合、光偏向素子の「射出鏡面により反射され
た光束の射出する部分」は、射出光束に直交する平面と
しても良いし（請求項９）、あるいは、射出鏡面により
反射された光束の射出する部分を「回転軸に平行な母線
を持つシリンダー面」としても良い（請求項１０）。

【００２７】なお上記の各光走査装置において、上記構
成要素の他に、光学系レイアウトに応じて光束の光路を
屈曲させるためのミラーを必要に応じて適宜配備できる
ことは言うまでもない。また各折り返し光偏向素子、各
光偏向素子に於いて、各反射面と回転軸の成す角４５
度、反射面対をなす２面の反射面の成す角９０度が、何
れも実質的な角度であること勿論である。

【００２８】また光偏向素子では偏向される光束の方向
は素子の回転軸に直交する方向である。また請求項１
等の折り返し光偏向素子は、その回転が反射部材と一体
化されない限り、即ち光走査装置に用いられる反射部材
が折り返し光偏向素子と同期して回転しない限り、反射
面対を構成する各反射面は何れもが、入射鏡面にも折り
返し鏡面にも成り得がるが、請求項８の折り返し光偏向
素子や各偏向素子のように反射面対と反射部材の回転が
一体化される場合には、反射部材の反射面は折り返し鏡
面に対応して配置されるので、この場合には反射面対の
所定の一方が入射鏡面となり、他方が折り返し鏡面とな
る。

【００２９】

【作用】折り返し光偏向素子では、反射面対をなす反射
面は素子回転軸に対して４５度傾き互いに９０度をなし
て対向するから、反射面の一方に向かって回転軸に平行
に入射する光束は、この反射面に反射されたのち、この
反射面とともに反射面対をなす他の反射面により反射さ
れて、回転軸に平行な方向へ折り返され、素子の回転に
伴い上記回転軸を軸として回転的に偏向する。

【００３０】光偏向素子では、反射面対の回転に伴い回
転軸を軸として回転的に偏向する光束を円錐反射面や射
出鏡面によりさらに反射させることにより、偏向光束の
方向を上記回転軸に直交する方向にする。

【００３１】このように、この発明で光偏向の基本とな
る反射面対による光束の折り返しは、所謂２枚鏡の原理
によるものであり、従って反射面対を構成する各反射面
の回転軸に対する傾き角の精度は比較的ラフでよい。

【００３２】

【実施例】図１に「折り返し光偏向素子」の例を２例示
す。図１（ａ）を参照すると、上側の図において符号１
０は折り返し光偏向素子を示している。折り返し光偏向
素子１０は、回転体の回転軸方向の一端部を「くさび
形」に切り欠いて１対の反射面対を構成した例である。
この実施例の場合、折り返し光偏向素子の実態をなす
「回転体」として例えばモーターの回転軸自体を利用す
ることもできる。

【００３３】符号Ａ１，Ａ２は反射面対をなす反射面を
示す。これら反射面Ａ１，Ａ２は互いに直交的に対向
し、回転軸Ｂに対しては４５度傾いている。

【００３４】図１（ｂ）を参照すると、上側の図におい
て符号１２は折り返し光偏向素子を示している。折り返
し光偏向素子１２は、ガラスやプラスチック等の透明な
材質で形成され、図に示す態位に於ける折り返し光偏向
素子下部に突設させた「くさび形」の凸部に反射層を形
成して反射面Ｃ１，Ｃ２としている。これら反射面Ｃ
１，Ｃ２は互いに直交的に対向し、回転軸Ｄに対しては
４５度傾いている。

【００３５】光束は折り返し偏向素子１２の反射面対の
形成されたのとは逆側の平面状部分から回転軸Ｄに平行
に入射し、反射面対により反射されて上記平面状部分か
ら回転軸に平行に射出する。この実施例の場合、折り返
し光偏向素子１２の材質を適当に選ぶと反射面Ｃ１，Ｃ
２での反射を全反射とすることができ、このような場合
には反射面Ｃ１，Ｃ２に反射層を形成する必要がない。

【００３６】図１（ａ）（ｂ）の下の図は、反射面Ａ
１，Ｃ１への光束の入射状態と、反射面Ａ２，Ｃ２から
の光束の射出状態を回転軸方向から見た状態を示す。符
号ＬＩは入射光束で図面の表側から裏側へ向かい、符号
ＬＯで示す射出光束は図面の裏側から表側へ向かう。即
ち入射光束ＬＩは図１（ａ）（ｂ）の上の図に示すよう
に折り返し光偏向素子の回転軸に平行に入射して反射面
Ａ１，Ｃ１に反射され、次いで反射面Ａ２，Ｃ２に反射
されて射出光束ＬＯとなって射出する。

【００３７】図２は、入射光束ＬＩと射出光束ＬＯとの
関係が折り返し光偏向素子１０の回転とともにどのよう
に変化するかを折り返し光偏向素子１０に即して説明す
るための図である。

【００３８】図２（ａ）から（ｅ）に向かって、折り返
し光偏向素子１０が順次反時計廻りに２２．５度ずつ回
転する。入射光束ＬＩは空間の定位置に入射しており、
入射位置は不変であるが射出光束ＬＯは折り返し光偏向
素子１０の回転方向と同方向へ、折り返し光偏向素子１
０の回転速度の２倍の回転速度で回転する。従って折り
返し光偏向素子１０が１回転する間に射出光束ＬＯは２
回転することになる。

【００３９】上に説明した例は反射面対が一対の場合で
あるが、反射面対は２対以上形成することが可能であ
る。図３（ａ）は、反射面Ｒ１，Ｒ２による反射面対
と、反射面Ｒ３，Ｒ４による反射面対の２対を設けた
例、図３（ｂ）は反射面対を３対、（ｃ）は４対設けた
例である。図３（ｂ）では、反射面Ｒ３とＲ４，Ｒ５と
Ｒ６，Ｒ７とＲ８が３対の反射面対をそれぞれを構成
し、図３（Ｃ）では反射面Ｒ９とＲ１０，反射面Ｒ１１
とＲ１２，反射面Ｒ１３とＲ１４，反射面Ｒ１５とＲ１
６が４対の反射面をそれぞれ構成する。

【００４０】以下、折り返し光偏向素子を用いる光走査
装置の例を説明する。図４に於いて符号４１は光源、符
号４２は集光レンズ、符号４３は折り返し光偏向素子、
符号４４はモーター、符号４５は平面鏡、符号４６は被
走査面をそれぞれ示す。光源４１は半導体レーザーや発
光ダイオードのような発光素子である。ここでは光源４
１として半導体レーザーを想定する。

【００４１】図４（ａ）に示すように、光源４１から放
射された光束は集光レンズ４２により集束光束に変換さ
れる。光源４１と集光レンズ４２とは「光源装置」を構
成する。光源装置から放射された集束光束は折り返し光
偏向素子４３にその回転軸と平行に入射し、反射面対に
より反射されて回転軸と平行に射出する。折り返し光偏
向素子４３は図１（ａ）に示したのと同様のもので、反
射面対は１対形成されている。

【００４２】折り返し光偏向素子４３から射出した光束
は「反射手段」としての平面鏡４５に入射する。平面鏡
４５は、鏡面を折り返し光偏向素子４３側に向け、且つ
折り返し光偏向素子４３の回転軸に関して１３５度傾け
て装置空間の定位置に固設されており、折り返し光偏向
素子４３から射出した光束を被走査面４６に向けて反射
する。平面鏡４５に反射された光束は被走査面４６に直
交的に入射する。

【００４３】「回転駆動手段」としてのモーター４４が
折り返し光偏向素子４３を回転軸の回りに回転させる
と、折り返し光偏向素子４３からの射出光束は、回転軸
を中心として円を描くように回転し、図４（ｂ）に示す
ように被走査面４６上に円弧状の軌跡を描く。

【００４４】光源装置から放射される集束光束は、被走
査面４６上に光スポットとして結像するように集束状態
を調整されている。折り返し光偏向素子４３の２枚鏡と
しての性質により、光源装置から被走査面４６に到る光
路の長さは、折り返し光偏向素子４３の回転に拘らず一
定であるから、光束は被走査面４６上では常に光スポッ
トとして結像している。

【００４５】被走査面４６上の光スポットの軌跡の範囲
は反射手段としての平面鏡４５の大きさにより定まる。
この実施例では平面鏡４５が折り返し光偏向素子４３の
回転軸の右側のみに設けられているので、折り返し光偏
向素子４３の回転に伴って光スポットは被走査面４６上
で半円の軌跡を描く。従って、この例で、光源装置に於
ける光源４１の発光強度を変調することにより、光源装
置からの集束光束の強度を変調すれば被走査面４６に合
致させた記録媒体に半円形に光情報の書込みを行うこと
ができる。

【００４６】図５は、請求項１記載の光走査装置の１実
施例を示す。煩雑を避けるために、混同の恐れが無いと
思われるものに就いては、図４に於けると同一の符号を
用いた。この実施例の特徴は、「光源装置」を構成する
光源４１と集光レンズ４２がケーシング４０により一体
化され、矢印方向、即ち、折り返し光偏向素子４３の回
転軸に直交する方向へ変位可能になっていることであ
る。

【００４７】光源装置を矢印方向に変位させると、折り
返し光偏向素子４３の回転軸と入射光束との距離が変化
し、被走査面４６上の光スポットが描く半円形の軌跡の
半径を変化させることができる。従って、光源装置から
放射される光束の光強度を変調させつつ、それに合わせ
て光源装置を矢印方向へ変位させれば、被走査面４６に
合致して配した記録媒体の半円状の面積部分に光情報
を、同心円弧状もしくは螺旋円弧状に書込むことができ
る。

【００４８】請求項１の光走査装置の他の実施例を示す
図６に於いては、「光源装置」は、光源４１と、集光レ
ンズ４２と、偏向ビームスプリッター４０１と、受光素
子４０３と、１／４波長板４０２とをケーシング４０４
で一体化してなり、矢印方向へ変位可能である。

【００４９】折り返し光偏向素子４３は図４，５に示し
たのと同様のものである。「反射手段」としてはビーム
スプリッター４５０が用いられている。光源４１は半導
体レーザーで、所定方向に直線偏向した光束を放射す
る。この光束は集光レンズ４２で集束光束とされる。こ
の光束が被走査面４６上に光スポットを結像するように
集光レンズ４２の作用が定められている。

【００５０】集束光束は偏向ビームスプリッター４０１
と１／４波長板４０２を透過してビームスプリッター４
５０に入射し、これを透過すると折り返し光偏向素子４
３に入射する。折り返し光偏向素子４３からの射出光束
はビームスプリッター４５０に入射して同スプリッター
４５０に反射され、被走査面４６に入射して光スポット
を形成する。ビームスプリッター４５０は折り返し光偏
向素子からの射出光束を射出位置に拘らず反射する大き
さを持っているため、折り返し光偏向素子４３の回転に
伴い光スポットは被走査面４６上で円形の軌跡を描く。

【００５１】この実施例では被走査面４６に合致させ
て、情報記録媒体５０Ａが配備されている。情報記録媒
体５０Ａには、図７（ａ）に示すように情報が螺旋状に
記録されている。折り返し光偏向素子４３を回転させつ
つ、光源装置を矢印方向へ所定の速さで変位させること
により光スポットに螺旋状の情報トラックを走査させる
ことができる。

【００５２】情報記録媒体５０Ａによる反射光束は記録
された情報により変調され、戻り光となってビームスプ
リッター４５０、折り返し光偏向素子４３、ビームスプ
リッター４５０、１／４波長板４０２、偏向ビームスプ
リッター４０１と逆行する。偏向ビームスプリッター４
０１に戻った状態で戻り光の偏向方向は、１／４波長板
４０３の作用で当初の偏向方向から９０度旋回してお
り、従って戻り光は偏向ビームスプリッター４０１に反
射され、受光手段としての受光素子４０３に入射する。
かくして情報記録媒体５０Ａ上の情報を受光素子４０３
の出力として読み出すことができる。

【００５３】図７（ｂ）に示すような放射状のバーコー
ドや、同図（ｃ）に示すような通常のバーコードを有す
る記録媒体５１Ａ、５２Ａ、或いは同図（ｄ）に示すよ
うな記録媒体５３Ａの同心円状トラックに記録された情
報も同様にして読み出すことができる。

【００５４】図７（ｄ）の記録媒体５３Ａの具体的な例
は光ディスクである。図６の実施例によれば、このよう
な光ディスクの情報を光ディスクを回転させることなく
読みだすことが可能である。また、上記図６の実施例の
場合、光源４１の発光強度を変調させ、被走査面４６に
合致させて「アモルファス合金磁性膜等を有する記録媒
体」を配備すれば、図７（ａ）（ｄ）に示すようなトラ
ックに沿って光情報の書込を行うことができる。

【００５５】図８は、請求項２の光走査装置の１実施例
を示している。煩雑を避けるため、この図においても混
同の慮がないと思われるものに就いては、図４における
と同一の符号を用いる。

【００５６】光源４１から放射された光束は、光源４１
とともに光源装置を構成する集光レンズ４２により集光
光束に変換され、折り返し光偏向素子４３の反射面対に
向かって同素子４３の回転軸に平行に入射する。折り返
し光偏向素子４３は図４の光走査装置に用いられている
ものと同じものであり、図４の装置と同様、回転駆動手
段としてのモーター４４の回転軸自体に反射面対を形成
したものである。

【００５７】折り返し光偏向素子４３の反射面対により
折り返された光束は、上記回転軸に平行に進み、円錐面
反射部材５０に入射する。円錐面反射部材５０は図８
(ｄ)に示すように、頂角９０度の円錐を、円錐軸を含む
平面で半切にした形状を有し、その円錐面部分を反射面
（円錐反射面）に形成され、図示されない支持手段によ
り、装置空間の定位置に固定的に支持されている。支持
手段による反射手段支持が、光束の光路を妨げないよう
になされることは言うまでもない。

【００５８】円錐面反射部材５０は図８(ａ)に示すよう
に、その頂点側を折り返し光偏向素子４３側に向け、円
錐軸を折り返し光偏向素子４３の回転軸に合致させてい
る。光源装置からの光束は前述のごとく集束性である
が、この集束性は「折り返し光偏向素子４３により折り
返された光束が円錐面反射部材５０の円錐反射面上に集
束する」ように調整されている。このため円錐反射面
は、それによる反射光束に対し凸面鏡として作用するこ
とがない。

【００５９】折り返し光偏向素子４３が矢印方向へ回転
すると円錐面反射部材５０による反射光束は図８(ｂ)に
示すように、折り返し光偏向素子４３の回転軸を中心と
して回転するように偏向する。折り返し光偏向素子４３
により偏向される光束は、同素子の回転軸を中心として
円弧を描くように偏向するから、偏向光束の主光線の円
錐反射面への入射位置も円錐軸から一定距離離れてお
り、このため円錐反射面により反射された光束の主光線
の位置は上記回転軸方向へは変動しない。従ってこのと
き、偏向光束の主光線は上記回転軸に直交する平面を掃
引する。

【００６０】このように円錐面反射部材５０により偏向
された光束は、次いで「結像光学系」としてのｆθレン
ズ６０に入射し、同レンズ６０の作用により被走査面４
６上に光スポットとして結像し、図８（ｃ）に符号８で
示す走査線上を矢印方向へ等速的に光走査する。かくし
て被走査面４６の光走査が行われる。被走査面４６に合
致して記録媒体を配備し、記録情報に応じて光源４１の
発光強度を変調させれば情報の書込みを行うことができ
る。また被走査面４６に合致して情報記録媒体を配備
し、情報記録媒体による反射光束を戻り光として、ｆθ
レンズ６０と円錐面反射部材５０と折り返し光偏向素子
４３を介して光源側へ戻し、光源装置もしくは光源の手
前で分離して受光手段へ導くようにすれば情報記録媒体
上の情報の読み出しを行うこともできる。

【００６１】図９は、折り返し光偏向手段と円錐面反射
部材の組み合わせの例を６例示している。図９（ａ−
１）（ａ−２）では、折り返し光偏向素子４３と円錐面
反射部材５０とが分離している例である。図９（ａ−
１）に示す例は、図８の実施例の場合と同様の組み合わ
せである。同図（ａ−２）に示す例では、光源装置から
の光束は折り返し光偏向素子４３の回転軸と直交するよ
うに進み、プリズム５Ａにより反射されて反射面対に入
射する。

【００６２】図９（ｂ−１）（ｂ−２）（ｃ−１）（Ｃ
−２）は折り返し光偏向素子と円錐面反射部材の機能を
「光偏向素子」として一体化した例である。図９（ｂ−
１）は、図８に即して説明したと同様の折り返し光偏向
手段４３と円錐面反射部材５０とを結合手段９Ａにより
一体化した例、同（ｂ−２）図は、折り返し光偏向素子
４３に結合手段９Ｂで一体化される円錐面反射部材５Ｂ
が完全な円錐形状を有し、その円錐反射面の一部を光源
装置からの光束を折り返し光偏向素子４３側へ屈曲させ
る手段として用いた例を示している。これら２つの実施
例では反射円対に入射する状態から、円錐反射面に反射
されて射出する状態に到る光束の光路は空気領域として
設定される。従って、図９（ｂ−１）（ｂ−２）の実施
例は請求項４の光偏向素子の実施例である。

【００６３】図９（ｃ−１）（ｃ−２）に示す例も、折
り返し光偏向素子の機能と円錐面反射部材の機能を持っ
た光偏向素子（請求項５）の実施例である。これら光偏
向素子３Ａ，３Ｂは、透明材質で一体的に形成されてい
る。図９（ｃ−１）に示す光偏向素子３Ａは透明な材料
による円柱状回転体の回転軸方向の一端部（図の下方）
に反射面対を形成し、他端部は円錐の一部をなす形状に
切削して円錐面に当たる部分を円錐反射面とした例であ
る。図９（ｃ−２）の例では、光偏向素子３Ｂでは、円
柱状回転体の、反射面対を形成された側と反対側が頂角
９０度の円錐状に切削され、円錐面にあたる部分が円錐
反射面に形成されている。このような光偏向素子を、図
８の装置例において折り返し光偏向素子４３と円錐面反
射部材５０の代わりに用い得ることは言うまでもない。

【００６４】図１０に、請求項６の光走査装置の実施例
を示す。例によって、混同の慮が無いと思われるものに
就いては、図４におけると同一の符号を付した。図１０
に於いて新たに現れた符号に就き説明すると、符号２１
はコリメートレンズを示す。このコリメートレンズ２１
は、光源４１とともに光源装置を構成し、光源４１から
の光束を実質的な平行光束とする。符号５１は反射部材
を示す。図１１に示すように、反射部材５１は、折り返
し光偏向素子４３の反射面対の折り返し鏡面Ａ２に平行
に対向する平面鏡部分を射出鏡面Ｂ１として有し、図示
されない適当な固定手段により折り返し光偏向素子４３
と一体化される。換言すれば、上記固定手段により一体
化された折り返し光偏向素子４３と反射部材とは請求項
７の光偏向素子の１実施例でもある。

【００６５】反射部材５１の射出鏡面Ｂ１は、射出鏡面
Ａ２と対応するが、この「対応」の意味する所は、「折
り返し鏡面Ａ２により回転軸に平行に反射された光束が
必ず射出鏡面Ｂ１に入射するように両鏡面の位置関係が
定められている」と言う意味である。

【００６６】図１０において、符号６１は「結像光学
系」としてのｆθレンズを示す。光源装置からは上記の
如く、平行光束が射出し、折り返し光偏向素子４３の入
射鏡面（図１１の符号Ａ１）に入射して反射され、折り
返し鏡面Ａ２により更に反射されて、折り返し光偏向素
子４３の回転軸Ｃに平行に折り返されて、反射部材５１
の射出鏡面（図１１の符号Ｂ１）により反射されて回転
軸Ｃと直交する方向に射出光束（図１１の符号ＬＴ）と
なって射出し、ｆθレンズ６１により被走査面４６上に
光スポットとして結像する。

【００６７】折り返し光偏向素子４３と反射部材５１と
が一体として回転すると上記射出光束は偏向する訳であ
るが、射出光束の偏向の様子を図１２を参照して説明す
る。図１２（ａ）は図１１の状態を回転軸Ｃの方向から
見た状態を示している。簡単のために、鏡面Ａ１，Ａ
２，Ｂ１を矩形形状に描いた。破線による円はこれら鏡
面Ａ１，Ａ２，Ｂ１の一体回転に伴い入射光束ＬＩ・折
り返された光束ＬＯが反射面対に対して描く軌跡を示
す。勿論、入射光束ＬＩの入射位置は空間の定位置であ
る。図のように、鏡面Ａ１，Ａ２，Ｂ１が基準の方向
（横軸）から角αだけ回転した状態を考えると、反射の
法則により容易に理解されるように射出光束ＬＴは入射
光束ＬＩの入射位置から見て、基準方向から角αだけ回
転した方向へ射出する。これは鏡面Ａ１とＡ２が互いに
直交するように対向し、鏡面Ａ２とＢ１が互いに平行に
なっているためである。

【００６８】このように、折り返し光偏向素子と反射部
材が一体となって回転すると射出光束ＬＴは「入射光束
ＬＴの主光線を軸として」折り返し光偏向素子・反射部
材の回転と同方向・同回転速度で回転的に偏向すること
になる。従って、折り返し光偏向素子４３と反射部材５
１とが一体として等速回転すると反射部材５１による射
出光束は、図１０(ｂ)に示すように入射光束の主光線を
中心として回転するように等角速度的に偏向する。但
し、この偏向に伴い射出光束の主光線は折り返し光偏向
素子４３の回転軸方向で周期的に変動する。

【００６９】このように反射部材５１により偏向された
光束は、次いで結像光学系としてのｆθレンズ６１に入
射し、同レンズ６１の作用により被走査面４６上に光ス
ポットとして結像し、符号８で示す走査線上を矢印方向
へ等速直線的に光走査する。反射部材５１により反射さ
れて射出する偏向光束ＬＴは平行光束であるから、被走
査面７上に於ける光スポットは、ｆθレンズ６１による
物体側無限遠の像である。従って折り返し光偏向素子４
３・反射部材５１の一体回転に伴い、射出光束自体は、
前述のように、折り返し光偏向素子・反射部材の回転軸
の方向へ変動するが光スポット自体は走査線８上を直線
的に走査する。

【００７０】かくして被走査面４６の光走査が行われ
る。被走査面４６に合致して記録媒体を配備し、記録情
報に応じて光源４１の発光強度を変調させれば情報の書
込みを行うことができる。また被走査面４６に合致して
情報記録媒体を配備し、情報記録媒体による反射光束を
戻り光としてｆθレンズ６１と反射部材５１と折り返し
光偏向素子４３を介して光源側へ戻し、光源装置もしく
は光源の手前で分離して図示されない受光手段へ導くよ
うにすれば情報記録媒体上の情報の読出しを行うことも
できる。

【００７１】図１３は、請求項７，８，９，１０の光偏
向素子の具体的実施例を数例示している。図１３
（ａ），（ａ’）は請求項１１の光偏向素子の１実施例
を示している。この実施例は１対の反射面対と１面の射
出鏡面を有する。図１３（ａ）に断面図として示すよう
に全体は一体構成であり光路部分を「くり抜き形成」さ
れている。符号１Ａ１は入射鏡面、符号１Ａ２は折り返
し鏡面、符号１Ｂ１は射出鏡面、符号５０Ａは射出用
窓、符号５１Ａは光束入射用窓を示す。図１３（ａ’）
は上記射出用窓５０Ａの側から見た側面図である。符号
ＬＩ，ＬＴは図１１におけると同じく、それぞれ入・射
出光束を示す。

【００７２】この実施例に於ける回転軸と直交する面内
の形状としては図１３（ｃ）に示す４角形状や同図
（ｅ）に示す円形状が許容される。光偏向素子を４角柱
形状にする場合、図１３（ｄ）に示すように角の部分を
面取りすると光偏向素子を高速回転するときの空気抵抗
を低減させることができる。

【００７３】図１３（ｂ），（ｂ’）に示す例は光偏向
素子を透明材質で一体的に形成した例であり、請求項８
の光偏向素子の具体的実施例となっている。

【００７４】透明な材料で一体形成された光偏向素子は
回転軸方向の一端部に入射鏡面１Ａ３と折り返し鏡面１
Ａ４とによる反射面対を形成され、この反射面対部分を
モーターの回転軸４１０に係合させて同回転軸４１０に
取り付けられて回転駆動されるようになっている。回転
軸方向の他端部には射出鏡面１Ｂ２と光束入射部３１が
形成されており、光束入射部３１から射出面３２に到る
光束光路は透明材料領域として設定されている。入射・
折り返し鏡面とモーター軸との係合部分には空気層１４
２，１４３が形成され入射鏡面１Ａ３・折り返し鏡面１
Ａ４・射出鏡面１Ｂ２による反射は全反射により行われ
る。

【００７５】回転軸に直交する面内での形状は、図１３
（ｆ）（ｇ）に示すような４角形状もしくは面取りした
４角形状とすることもできるし、同図（ｈ）に示すよう
な円形状や（ｉ）に示す「樽」形状でもよい。（ｆ）
（ｇ）に示す例では射出光束の射出面は平面となる。図
１２（ａ）に即して説明したように、光偏向素子が基準
の方向から角αだけ回転すると射出光束も同方向へ角α
だけ回転するから図１３（ｆ）（ｇ）の実施例の場合、
射出光束ＬＴは常に射出面に直交的に射出することにな
る（請求項９）。

【００７６】これに対し、図１３（ｈ）（ｉ）の場合の
ように、射出面が回転軸に平行な母線を持つシリンダー
面の場合は射出面が射出光束に対し屈折作用を及ぼすこ
とになる（請求項１０）。この場合を図１２（ｂ）に即
して説明すると、同図に示された光偏向素子は図１３
（ｈ）に即して説明したものである。図示のように光偏
向素子が基準の方向（横軸方向）に対し角αだけ回転す
ると射出鏡面により反射された光束は射出面法線方向に
対し有限の角ｉを有する。このため射出光束は射出面で
はスネルの法則に従い、屈折角ｉ’で屈折して射出す
る。この屈折作用は射出光束ＬＴに対して正の歪曲収差
として作用するから、このように射出面をシリンダー面
とすることにより結像光学系としてのｆθレンズの機能
の一部を射出面に負担させることができ、ｆθレンズ単
独で歪曲収差を発生させる場合に比してｆθ特性を弱く
でき、ｆθレンズの設計が容易になる。

【００７７】なお図１３（ｂ），（ｂ’）に示す光偏向
素子の場合、回転軸の回りの質量分布を軸対称的にする
目的で、光束入射部３１を、図１３（ｂ）の状態よりも
低く形成して光偏向素子の重心が回転軸上に位置するよ
うにすることができる。

【００７８】上記各折り返し光偏向素子、各光偏向素子
はガラス等で作成することもできるが、プラスチックを
用いれば成形加工で容易に作成可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば従来に
無い新規な光偏向素子、光走査装置を提供できる。

【００８０】折り返し光偏向素子を用いると、円弧状も
しくは円形状或いは螺旋状のトラックにそって光走査を
行うことができ、情報の読みだしや書込みを行う際に記
録媒体を回転させる必要がない。従って回転させにくい
形状の記録媒体にも簡単に情報の書込み読みだしが可能
である。また組み合わせる反射部材により直線的な光走
査も可能である。

【００８１】請求項１の光走査装置では走査光束が常に
被走査面に直交するように入射するので像面湾曲に起因
するピントぼけを原理的に解決できる。

【００８２】また、この発明による光偏向素子は、従来
の回転多面鏡に比べると回転半径を顕著に小さくでき、
高速の光走査が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の光走査装置で用いられる折り返し光
偏向素子の典型的な２形態を示す図である。

【図２】折り返し光偏向素子による光偏向を説明するた
めの図である。

【図３】２対以上の反射面対を持つ折り返し光偏向素子
の例を３例示す説明図である。

【図４】折り返し光偏向素子を用いる光走査装置の１例
を示す図である。

【図５】請求項１の光走査装置の１実施例を示す図であ
る。

【図６】請求項１の光走査装置の他の実施例を示す図で
ある。

【図７】図６の実施例の光走査装置により走査可能な被
走査媒体を４例示す図である。

【図８】請求項２の光走査装置の１実施例を示す図であ
る。

【図９】請求項４，５の光偏向素子の形態を６例示す図
である。

【図１０】請求項６の光走査装置の１実施例を示す図で
ある。

【図１１】図１０の実施例における光束の偏向を説明す
るための図である。

【図１２】請求項７の光偏向素子による光束の偏向を説
明するための図である。

【図１３】請求項７，８，９，１０の光偏向素子を説明
するための図である。

【符号の説明】

１０折り返し光偏向素子Ａ１，Ａ２反射面対を構成する反射面Ｂ回転軸３Ａ、３Ｂ光偏向素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光走査用の光束を放射する光源装置と、この光源装置からの光束を偏向させる偏向装置と、この偏向装置から射出する光束を所定の方向へ反射する
反射手段とを有し、上記偏向装置が、折り返し光偏向素子と、この折り返し
光偏向素子を回転軸の回りに回転させる回転駆動手段と
により構成され、上記折り返し光変更素子は、回転可能に形成され、回転
軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向する
２面の反射面により構成される反射面対をｎ対（ｎ≧
１）、上記回転軸に関して軸対称に有し、任意の反射面
へ上記回転軸に平行に入射する光束を、この反射面及び
この反射面とともに反射面対をなす反射面により順次反
射して回転軸に平行に折り返すように構成され、上記光源装置が所定の方向へ移動可能であり、光源装置
の変位に伴い、折り返し光偏向素子に入射する光束が、
折り返し光偏向素子の回転軸に直交する方向へ移動する
ようにしたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】光走査用の光束を放射する光源装置と、この光源装置からの光束を同一平面内で等角速度的に偏
向する偏向装置と、この偏向装置により偏向される光束を被走査面上に光ス
ポットとして結像させる結像光学系とを有し、上記偏向装置が、折り返し光偏向素子と、この折り返し
光偏向素子を回転軸の回りに回転させる回転駆動手段
と、上記折り返し光偏向素子からの射出光束を所定の方
向へ反射させる円錐面反射部材とを有し、上記折り返し光偏向素子は、回転可能に形成され、回転
軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向する
２面の反射面により構成される反射面対をｎ対（ｎ≧
１）、上記回転軸に関して軸対称に有し、任意の反射面
へ上記回転軸に平行に入射する光束を、この反射面及び
この反射面とともに反射面対をなす反射面により順次反
射して回転軸に平行に折り返すように構成され、上記円錐面反射部材は、頂角が９０度をなす円錐反射面
を形成され、上記円錐反射面の円錐軸を折り返し光偏向
素子の回転軸と合致させ、且つ円錐反射面の頂点側を上
記折り返し光偏向素子の反射面対に向けて配備されるも
のであることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項２記載の光走査装置に於いて、光源装置から放射される光束が集束光束であり、折り返
し光偏向素子により折り返されたのち円錐面反射部材の
円錐反射面上に集束するように集束状態が設定されてい
ることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】全体が一体として回転可能に形成され、回転軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向
する入射鏡面と折り返し鏡面とにより構成される反射面
対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対称に有す
るとともに、頂角が９０度をなし頂点側を上記反射面対
側に向けた円錐反射面が、円錐軸を上記回転軸に合致さ
せ且つ上記ｎ面の折り返し鏡面に対応させて形成され、
光束の光路が空気領域として設定され、任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射する光束をこの入
射鏡面及びこの入射鏡面とともに反射面対をなす折り返
し鏡面により順次反射し、さらに円錐反射面により反射
させて射出させるように構成されたことを特徴とする光
偏向素子。
【請求項５】透明な材料により回転可能に形成され、回転軸方向の一端部に、回転軸に対してそれぞれ４５度
傾き互いに直交的に対向する入射鏡面と折り返し鏡面と
により構成される反射面対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転
軸に関して軸対称に形成され、回転軸方向の他端部に、頂角が９０度をなし頂点側を上
記反射面対側に向けた円錐反射面が円錐軸を上記回転軸
に合致させ、且つ上記ｎ面の折り返し鏡面に対応させて
形成され、任意の反射面へ回転軸に平行に入射する光束を、この反
射面及びこの反射面とともに反射面対をなす反射面によ
り順次反射し、さらに上記円錐反射面により反射させて
上記回転軸と直交する方向へ射出させるように構成され
たことを特徴とする光偏向素子。
【請求項６】光走査用の光束を平行光束として放射する
光源装置と、この光源装置からの光束を偏向する光偏向装置と、この光偏向装置により偏向される光束を被走査面上に光
スポットとして結像させる結像光学系とを有し、上記光偏向装置が、折り返し光偏向素子と、この折り返
し光偏向素子からの光束を所定の方向へ反射させる反射
部材と、上記折り返し光偏向素子と反射部材とを回転軸
の回りに回転させる回転駆動手段とを有し、上記折り返し光偏向素子は、回転可能に形成され、回転
軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向する
入射鏡面と折り返し鏡面とにより構成される反射面対を
ｎ対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対称に有し、任
意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射する光束を、この入
射鏡面およびこの入射鏡面とともに反射面対をなす折り
返し鏡面により順次反射して回転軸に平行に折り返すよ
うに構成され、上記反射部材は、ｎ面の射出鏡面を上記ｎ対の反射面対
の個々の折り返し鏡面に対応させて上記回転軸に対して
４５度傾けて有し、任意の折り返し鏡面により反射され
た光束をこの折り返し鏡面に対応する射出鏡面により反
射しつつ上記折り返し光偏向素子と一体的に回転するよ
うに構成され、上記光源装置からの平行光束を上記折り返し光偏向素子
の任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射させるように構
成したことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】全体が一体として回転可能に形成され、回転軸に対してそれぞれ４５度傾き互いに直交的に対向
する入射鏡面と折り返し鏡面とにより構成される反射面
対をｎ対（ｎ≧１）、上記回転軸に関して軸対称に有す
るとともに、ｎ面の射出鏡面を上記ｎ対の反射面対の個
々の折り返し鏡面に対応させて上記回転軸に対して４５
度傾けて有し、光束の光路が空気領域として設定され、任意の入射鏡面へ回転軸に平行に入射する光束をこの入
射鏡面及びこの入射鏡面とともに反射面対をなす折り返
し鏡面により順次反射し、さらにこの折り返し鏡面に対
応する射出鏡面により反射させて射出させるように構成
したことを特徴とする光偏向素子。
【請求項８】透明な材料により回転可能に形成され、回転軸方向の一端部に、回転軸に対してそれぞれ４５度
傾き互いに直交的に対向する入射鏡面と折り返し鏡面と
により構成される反射面対をｎ対（≧１）、上記回転軸
に関して軸対称に有し、回転軸方向の他端部に、ｎ面の射出鏡面を上記ｎ対の反
射面対の個々の折り返し鏡面に対応させて上記回転軸に
対して４５度傾けて形成されるとともに光束入射部が形
成され、光束の光路が透明材料領域として設定され、任意の入射鏡面へ上記光束入射部から回転軸に平行に入
射する光束を、この入射鏡面及びこの入射鏡面とともに
反射面対をなす折り返し鏡面により順次反射し、さらに
この折り返し鏡面に対応する射出鏡面により反射させて
射出させるように構成されたことを特徴とする光偏向素
子。
【請求項９】請求項８記載の光偏向素子において、射出鏡面により反射された光束の射出する部分が射出光
束に直交する平面であることを特徴とする光偏向素子。
【請求項１０】請求項８記載の光偏向素子において、射出鏡面により反射された光束の射出する部分が回転軸
に平行な母線を持つシリンダー面であることを特徴とす
る光偏向素子。