JP3656698B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、面倒れ等に基づくジッタを低減させた光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザービームプリンタ等の画像記録装置や、各種画像読込み、測定装置に用いられる光走査装置は、一般的に半導体レーザー等の光源から射出した光ビームを整形光学系を経て偏向手段である回転多面鏡等の偏向器で偏向させ、この偏向された光ビームをｆ・θレンズである結像レンズ系によって被走査面上にビームスポットを形成して走査するように構成している。
【０００３】
これらの装置においては、被走査面上において直線あるいは曲線上に光ビームを繰り返し走査し、被走査面に位置する被走査媒体を前記の走査方向とはおおむね直交方向に相対移動させ２次元の走査を行う。前者の光走査装置による走査方向を主走査方向、後者の被走査媒体の相対移動方向を副走査方向とする。
【０００４】
このような光走査装置において、解像度や処理速度の向上のために、光源から射出された光ビームを主走査方向に非常に直径の小さい状態で回転多面鏡に入射させ、偏向された光ビームを伝達光学系を介して再び回転多面鏡に入射させる高速光走査装置が、特開昭５１−３２３４０号等において提案されている。この回転多面鏡に光ビームを２度入射させる光走査装置は、光ビームが最初に回転多面鏡に入射するときの主走査方向の光ビームの直径を２回目に入射する場合に比べて極めて小さくし、かつ、２回目に回転多面鏡に入射する光ビームが回転する反射面の主走査方向の中心点を追従するように伝達光学系を構成している。
【０００５】
一方、光走査装置において、回転多面鏡の回転軸に垂直な走査面に対し角度を持って光ビームを入射させ偏向を行うものが、例えば特開平１−１６９４２２号等において知られている。
【０００６】
上記のように回転多面鏡の異なる反射面に順に２度入射させることを、本明細書においては「２度入射」と呼ぶことにする。また、回転多面鏡の走査面に角度を有して光ビームを入射させることを、「斜め入射」と呼ぶことにする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の斜め入射の光走査装置においては、同期信号発生用光ビーム検出部と走査光学系で回転多面鏡の面倒れに基づいて主走査方向のタイミングのずれ（ジッタ）が発生し、構成によってはそのジッタが非常に大きなものとなる。光ビームを走査面内で回転多面鏡に入射させる光走査装置において、ジッタを少なくするために同期信号発生用光ビーム検出部のシリンドリカルレンズの母線を主走査方向に平行にするものは、特公平７−４３４６２号に記載されているが、上記の斜め入射の場合に面倒れによるジッタを少なくするための構成や、同期信号発生用光ビーム検出部の構成については、従来何ら検討されたものはない。
【０００８】
本発明は従来技術のこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、斜め入射の光走査装置において回転多面鏡の面倒れやその他の原因に基づくジッタを低減させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光走査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光源から副走査方向に角度を持って入射する光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する偏向器と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査させる走査光学系と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを前記被走査面上の走査の前に検出して同期信号を発生する受光素子とを備えた光走査装置において、
前記受光素子へ光ビームを導くアナモルフィックレンズ（シリンドリカルレンズを含む）が配置されており、前記アナモルフィックレンズの傾き角と偏心量の少なくとも一方を調節することによって、前記受光素子上での前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる光ビームのずれ量を調節することにより、前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる前記被走査面上での主走査方向のジッタが最小となる点が、前記被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向と面倒れによる光ビームの変位方向とが略一致するように配置されていることが望ましい。
【００１２】
また、受光素子により光ビームが検出される瞬間のアナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第１の軸の回りで傾けられていることが望ましい。
その場合、アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向が第３の軸と角度をなすように第１の軸の回りで傾けられるようにすることが望ましい。
【００１３】
また、受光素子により光ビームが検出される瞬間のアナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第３の軸の回りで傾けられ、かつ、第３の軸に沿って偏心させられていてもよい。
【００１４】
また、以上において、光源と受光素子が主走査方向において略共役に配置されていることが望ましい。
【００１５】
また、偏向器は回転多面鏡からなり、回転多面鏡の第１反射面により反射偏向された光ビームを回転多面鏡の第２反射面に伝達入射させる伝達光学系を備え、第２反射面により反射偏向された光ビームを走査光学系により被走査面上にビームスポットを形成させて走査させるように構成することもできる。
【００１６】
本発明においては、偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによるジッタが最小となる点が、被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されているので、面倒れによるジッタと面倒れ以外の要因によるジッタとを合わせた総合的なジッタの最大値を小さく抑えることができ、斜め入射の光走査装置においてジッタの低減を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の光走査装置について詳細に説明する。
まず、本発明の光走査装置の基本実施例について説明する。図１は本基本実施例の光走査装置の構成を示す平面図、図２はその側面図、図３はその主要部の斜視図、図４はその主要部の側面図である。以下、本発明では、光学系の任意の位置において、その位置における光学系の光軸を含み偏向器である回転多面鏡４の回転軸４１に平行な面を副走査面と定義し、光軸を含み副走査面に垂直な面を主走査面と定義する。さらに、主走査面内において、光軸に垂直な方向を主走査方向と定義し、また、副走査面内において、光軸に垂直な方向を副走査方向と定義する。
【００１８】
光源としての半導体レーザー１から射出した光ビームは、アパーチャ６１（図５）、第１整形レンズ２、第２整形レンズ３を透過して整形され、偏向器としての回転多面鏡４の第１反射面５に入射し、１度目の偏向がなされる。このとき、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂直な面に対して角度を持って第１反射面５に入射するため、入射する光ビームと反射された光ビームは干渉しない。第１反射面５で反射された光ビームは、第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９を透過して第１伝達ミラー１０で反射され、第４伝達レンズ１１、第５伝達レンズ１２を透過して第２伝達ミラー１３で反射され、再び回転多面鏡４の第２反射面６に入射し、２度目の偏向がなされる。このときも、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂直な面に対して角度を持って第２反射面６に入射するため、入射する光ビームと反射された光ビームは干渉しない。
【００１９】
第２反射面６で反射された光ビームは、第１走査レンズ１４、第２走査レンズ１５及び第３走査レンズ１６により被走査面１７上に光ビームスポットとして結像されて走査される。回転多面鏡４の面数は１２面（偶数）である。第３走査レンズ１６は、副走査方向に偏心しており、その方向は図２中の矢印の方向である。第３走査レンズ１６をこのように偏心させる理由は、回転多面鏡４の第２反射面６で反射され偏向される光ビームは円錐状の軌跡を描き、その光ビームの断面の座標系が偏向角に依存して回転してしまい、被走査面１７上の結像スポットの形状が崩れてしまうが、第３走査レンズ１６をこのように偏心させることにより、その崩れが防止できるからである。
【００２０】
ところで、第２反射面６で反射され、第１走査レンズ１４と第２走査レンズ１５を経て走査される光ビームｃは有効走査領域を走査する直前に主走査（水平）同期信号発生用光ビーム検出部３０のミラー３１に入射して反射され、レンズ３２を介して受光素子３３に導入される。受光素子３３により光ビームｃが検出される時点を基準に、被走査面１７上の走査の開始の同期を取る。レンズ３２は副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズからなり、副走査面において、第２反射面６と受光素子３３は略共役になるように構成されており、また、主走査方向において、半導体レーザー１と受光素子３３は略共役に配置されている。
【００２１】
ところで、半導体レーザー１から第１反射面５までの間の光学系を整形光学系２１、第１反射面５から第２反射面６の間の光学系を伝達光学系２２、第２反射面６から被走査面１７までの間の光学系を走査光学系２３と称するとすると、回転多面鏡４の第１反射面５と第２反射面６は回転軸４１を挟んで対向する相互に平行な反射面であり、かつ、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系２３の光軸は回転軸４１を含む共通の副走査面内に配置されている。したがって、この光走査装置は、２度入射で斜め入射でありながら、この副走査面に関して対称な構成になっている。このような配置にすると、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系２３の光軸が主走査面で見て一直線上に配置されるので、構造上の主走査方向の基準面が１面に集約され、光学系を構成する各要素を高精度に配置することができる。また、主走査面で見て、伝達光学系２２の光軸が整形光学系２１及び走査光学系２３の光軸と一部重なるため、少ないスペースで配置でき、光走査装置の設置面積の減少、装置の小型化が図れる。そして、このような配置により、回転多面鏡４の回転軸４１の偏心に基づく走査線の副走査方向での位置変動を防止することができる。
【００２２】
図５に、整形光学系２１の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。主走査面に垂直で副走査面に平行な接合面を備えカバーガラスを有する半導体レーザー１から副走査方向に比べて主走査方向により広がるように射出された光ビームｂは、第１整形レンズ２の入射面位置に配置された矩形開口のアパーチャ６１によって周辺部が遮蔽され、非球面コリメータレンズを構成する第１整形レンズ２により平行な光ビームに変換される。第２整形レンズ２は副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンドリカルレンズである。そのため、第２整形レンズ２を透過した光ビームは、主走査面において平行な光ビームとして第１反射面５に入射し、副走査面においては第１反射面５近傍に結像（収束）する。
【００２３】
図６に、伝達光学系２２の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９は何れも主走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、第１伝達レンズ７と第２伝達レンズ８は正シリンドリカルレンズ、第３伝達レンズ９は負シリンドリカルレンズであり、これら３枚で主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４を構成している。また、第４伝達レンズ１１は副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンドリカルレンズであり、第５伝達レンズ１２は正屈折力を有する球面レンズである。そして、これらの作用は、第１反射面５で反射された光ビームは、主走査面において、主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４により一旦結像する。伝達レンズ群２４の像側焦点と第５伝達レンズ１２の物体側焦点は一致し、主走査面においてアフォーカル光学系を構成している。したがって、主走査面において、主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４がアフォーカル光学系の前群を構成し、第５伝達レンズ１２がアフォーカル光学系の後群を構成している。そのため、光ビームは、第５伝達レンズ１２で主走査面内で再び平行な光ビームに変換され、第２反射面６に入射する。副走査面においては、第４伝達レンズ１１と第５伝達レンズ１２の合成正屈折力により、第１反射面５と第２反射面６とは共役関係になっており、第１反射面５近傍の収束点を第２反射面６近傍に再び結像する。
【００２４】
図７に、走査光学系２３の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１走査レンズ１４は正屈折力を有する球面レンズである。第２走査レンズ１５は副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムであり、第３走査レンズ１６は樹脂製の主走査方向に長い長尺レンズである。第３走査レンズ１６の入射面は、主走査方向に曲率半径の大きな凹形状となっており、副走査面方向には曲率半径の小さな凸形状となっており、主走査方向の断面曲線をその入射面よりも被走査面１７側に位置する主走査方向に平行な軸の回りに回転させることにより形成される面である。このような面は鞍型トーリック面とも呼ばれる。また、第３走査レンズ１６の射出面は、主走査方向で曲率半径の大きな凸形状の非円弧状であり、副走査方向の断面形状は直線であり屈折力を有さない。このような構成の走査光学系２３は、副走査面において、第２反射面６と被走査面１７を共役関係にして、第２反射面６近傍の収束点を被走査面１７近傍に結像する。また、主走査面においては、第２反射面６から反射された平行な光ビームを被走査面１７近傍に結像する。
【００２５】
次に、伝達光学系２２の作用について説明する。図８は伝達光学系２２の主走査面の断面展開図である。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９により構成される主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４を、簡素化して単レンズとして示してある。第４伝達レンズ１１は主走査方向の屈折力を持たないため、図示していない。図８（ａ）と（ｂ）に回転多面鏡４が回転するときの光ビームの状態を示す。ところで、図１〜図４等に示すように、伝達光学系２２の光路は、伝達ミラー１０、１３により２回反射される。すなわち、偶数回反射される。図８では、これらの偶数回の反射について展開しているので、図８（ｂ）のように、第１反射面５と第２反射面６の回転方向は同じである。
【００２６】
第１反射面５に入射する平行な光ビームの直径はｗi である。伝達光学系２２は主走査面内ではアフォーカル光学系を構成しているので、第２反射面６に入射する光ビームも平行であり、光ビームの直径はｗo である。伝達レンズ群２４の焦点距離をｆ1 、第５伝達レンズ１２の焦点距離をｆ2 とすると、ｗo をｗi で除した光ビームの直径の比の値は、ｆ2 をｆ1 で除した値に等しい。
【００２７】
図８（ｂ）に示すように、回転多面鏡４が角度θ1 だけ回転すると、第１反射面５で光ビームは角度２θ1 だけ偏向される。偏向された光ビームは伝達レンズ群２４、第５伝達レンズ１２を透過して、角度θ2 だけ偏向される。この光ビームは点Ｑで光軸と交差する。第２反射面６上において、偏向された光ビームと光軸との距離はｄであるが、回転多面鏡４が角度θ1 だけ回転すると、第２反射面６も同じ距離ｄだけ移動するような位置関係に設定される。したがって、光ビームの移動量と第２反射面６の移動量が一致し、第２反射面６から光ビームがはみ出すことはない。
【００２８】
このとき、偏向された光ビームは、第２反射面６に対して角度θ2 だけ入射角が増大する側に偏向されるので、第２反射面６で反射された光ビームの走査角θs は、θs ＝２θ1 ＋θ2 と表わされる。
【００２９】
本基本実施例の伝達光学系２２は主走査面においてアフォーカル光学系であるので、その光学倍率βは焦点距離ｆ2 を焦点距離ｆ1 で除した値であり、上記のように、光ビームの直径の比ｗo ／ｗi にも等しい。また、伝達光学系２２を透過する光ビームは角度２θ1 から角度θ2 に偏向角が変化するので、光学倍率βは２θ1 ／θ2 と表すこともできる。したがって、光学倍率βは次式で表される。
【００３０】
β＝ｗo ／ｗi ＝ｆ2 ／ｆ1 ＝２θ1 ／θ2
本基本実施例では光学倍率βを、１＜β＜２０としている。
【００３１】
本基本実施例のような回転多面鏡４で光ビームが２度の偏向をされる光走査装置は、従来の１度しか偏向されない光走査装置に比べて、走査速度を速くすることができる。このことについて次に説明する。
【００３２】
従来の１度しか偏向しない光走査装置では、回転多面鏡が回転すると反射面が移動するため、１回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れるために、回転多面鏡に入射する光ビームの主走査方向の大きさよりも、反射面の大きさを大きくしなければならない。したがって、回転多面鏡の反射面の面数をあまり多くすることができない。
【００３３】
本基本実施例では、主走査面において、第１反射面５に平行な光ビームが入射する。また、β＞１であるため、第１反射面５上における光ビームの主走査方向の直径ｗi は、第２反射面６上における光ビームの主走査方向の直径ｗo よりも小さい。そのため、従来の光走査装置に対して第１反射面５の大きさが小さくても、１回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れることができる。ｗi を小さくすればする程、さらに第１反射面５の大きさを小さくすることができる。また、２度目の偏向では、回転多面鏡４が回転したときの光ビームの移動量と第２反射面６の移動量が一致するため、第２反射面６の主走査方向の大きさは、少なくとも入射する光ビームの大きさと同じ大きさだけあればよい。
【００３４】
したがって、従来の１度しか偏向しない光走査装置に比べて、本基本実施例の２度の偏向をする光走査装置では、第２反射面６上における光ビームの主走査方向の直径ｗo に対して、第１反射面５上における光ビームの主走査方向の直径ｗi を小さくすることにより、回転多面鏡４の反射面を小さくすることができるため、反射面の面数を多くすることができ、それだけ走査速度を上げることができる。
【００３５】
このように構成された光走査装置の具体的な基本実施例の数値例を表−１に示す。この表−１では、シリンドリカル面、トーリック面は副走査方向、主走査方向の曲率半径をｒix、ｒiyとしている（ｉは光源１から被走査面１７までの面番号を示す。）。また、非球面である面については、曲率半径は光軸上の値を示している。なお、長さの単位はｍｍである。
【００３６】
注）Ｓi ：面番号ｉの面、
ｒi ：面番号ｉの曲率半径、
ｄi ：面番号ｉとｉ＋１の間の面間隔、
ｎi ：面番号ｉとｉ＋１の間の媒体の波長７８０ｎｍの屈折率である。
【００３７】
第２整形レンズ２及び第３走査レンズ１６の非球面を表す式は、
であり、その非球面係数を次の表−２に示す。
【００３８】
注）Ｓ4 ：面番号４の非球面係数、
Ｓ26y ：面番号２６の主走査方向の非球面係数である。
【００３９】
この具体例において、第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25は、ｒ25y ＝−１４７５．３９３７８の円弧をｒ25x ＝３７．９５６７５で回転させて形成されるトーリック面である。なお、第２走査レンズ１５、第３走査レンズ１６を通過するときのように、光路が屈折されるときは、光軸は主光線と同じように屈折されるものとし、表−１、表−２のパラメータの基準となる光軸は、常に走査中心を走査するビームの主光線に一致するものとする。
【００４０】
また、回転多面鏡４の面数は１２、その内接円直径は３８．６４ｍｍであり、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６への光ビームの副走査方向の入射角は何れも６°であり、第１伝達ミラー１０、第２伝達ミラー１３への光ビームの副走査方向の入射角は何れも３°である。また、第２走査レンズ１５の射出面Ｓ24は副走査断面において１３°傾いており、第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25は副走査断面において８．７５０３８７°傾いており、第３走査レンズ１６の射出面Ｓ26は副走査断面において２．８７５３７４°傾いている。これらの傾き角の向きについては、図２、図４参照。
【００４１】
また、第１整形レンズ入射面Ｓ3 に一致して、主走査方向０．７１５４ｍｍ、副走査方向１．０５２６ｍｍの矩形のアパーチャ６１が配置されている。そして、副走査方向において、発光点１と回転多面鏡４の第１反射面５は幾何光学的共役関係から外れている。ただし、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６、被走査面１７の３面は、何れも互いに共役関係にあるため、回転多面鏡４の面倒れ補正が行われている。したがって、発光点１と被走査面１７は共役関係から外れている。しかしながら、回折の影響により、光ビームが最小となる位置（ビームウエスト）は幾何光学的結像点からずれた位置にあり、光ビームが略最小となる位置（ビームウエスト）に被走査面１７が配置されている。この点は後で説明する。
【００４２】
なお、上記具体例の伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率βは８．２４、副走査方向の光学倍率βt は１．１２、走査光学系２３の副走査方向の光学倍率βs は０．４０６である。
【００４３】
ここで、第２走査レンズ１５は、前記したように、副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムである。このプリズムの作用について説明する。回転多面鏡４の反射面６で反射され偏向された光ビームは円錐状の軌跡を描き、第２走査レンズ１５のプリズムを配置しない場合、第３走査レンズ１６の長尺レンズ上で湾曲したビーム軌跡となってしまう。このプリズム１６は、図９に模式的に示すように、円錐状の光ビームａの軌跡を第３走査レンズ１６の入射面上で直線状のビーム軌跡Ａに変換する作用を有している。
【００４４】
図１０は、上記の具体例の第３走査レンズ１６の入射面におけるビーム軌跡を示した図であり、そのビーム軌跡を実線で示す。なお、図のＹ方向が主走査方向、Ｘ方向が副走査方向を示す。比較のために、上記具体例の光学系の回転多面鏡４の第２反射面６から第３走査レンズ１６までの距離は変えずに、第２走査レンズ１５のみを取り除いた場合の、第３走査レンズ１６の入射面におけるビームの軌跡を破線で示す。図１０より、第２走査レンズ１５のプリズム作用によりビームの軌跡を直線状に補正する作用があることが分かる。
【００４５】
図１１は、第３走査レンズ１６の副走査断面を主走査方向の数か所（５か所）の位置で示したもので、断面形状の設計値に対する測定値の誤差を示したものである。図中、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ副走査方向、主走査方向、光軸方向とする。図１１のように、第３走査レンズ１６のような鞍型トーリック面を持つレンズの形状誤差は、主走査方向の位置によらず略同じ様子を示すが、副走査方向に周期的に変化する特徴がある。上記のように、第２走査レンズ１５のプリズム作用により、第３走査レンズ１６上のビーム軌跡は直線Ａとなり、ビームは主走査方向の位置に係わらず点Ｂ1 〜Ｂ5 の常に形状誤差が凸の部分に入射する。主走査方向の何れの位置においても、第３走査レンズ１６の形状誤差が凸の部分に光ビームが入射すると、副走査方向の結像位置は設計された位置より手前にずれるが、走査領域全体にわたって常に同一量だけ手前にずれるため、第３走査レンズ１６の位置を調整する等、光学系の調整をすれば補正することが可能であり、このような調整により像面湾曲は生じない。
【００４６】
さて、ここで、上記のような斜め入射の光走査装置において発生するジッタについて検討する。
まず、主走査同期信号発生用光ビーム検出部３０における基準軸の定義をする。受光素子３３により光ビームｃが検出される瞬間のレンズ３２に入射する光ビームｃの主光線を第１の軸とし、光ビームｃによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とする。
【００４７】
まず、受光素子３３の位置で回転多面鏡４の面倒れによるジッタが発生することを説明する。図１２は前記の基本実施例のレンズ３２を光ビームｃの進行方向に向かって示した図である。光ビームｃの軌跡は第２の軸５１に沿っており、回転多面鏡の回転に伴って光ビームｃは矢印の方向に移動する。回転多面鏡には製造誤差により反射面の面倒れが存在するが、反射面の面倒れにより光ビームｃは点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 のように変位する。面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３は、第３の軸５２に対して角度をなしている。このように、斜め入射の場合には、第３の軸５２と面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３は一致しない。
【００４８】
図１２に示すように、光ビーム検出用のレンズ３２を第１軸の回りで傾け、母線３４を面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３に対して垂直になるように配置すると、点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 に入射した光ビームｃは、受光素子３３上で同一の点Ｅに結像し、受光素子３３でジッタを生じることはない。なお、結像した光ビームスポットは、回転多面鏡の回転に伴って母線３４に平行に矢印の方向に移動する。
【００４９】
しかしながら、図１３に示すように、母線３４方向と面倒れにより光ビームが変位する方向５３が垂直でないと、点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 に入射した光ビームは受光素子３３上でそれぞれ点Ｆ0 、点Ｆ1 、点Ｆ2 に結像するが、結像した光ビームスポットは母線３４に平行に矢印の方向に移動するので、最大で距離ｅのずれを生じ、その分だけ被走査面１７上での書き出しタイミングがずれてジッタを生じる。
このように、主走査同期信号発生用光ビーム検出部３０に配置するレンズ３２の向きにより、受光素子３３における面倒れによるジッタの発生量が異なる。ただし、このことは、特に斜め入射に限らない。
【００５０】
次に、走査光学系２３で面倒れによるジッタが発生することを説明する。一般に斜め入射では、走査光学系で面倒れによるジッタが生じる。図１４は偏向された光ビームの走査光学系２３に入射する前の軌跡を光ビームの進行方向に向かって示したものであり、面倒れがあると、走査中心の光ビームは点Ｇ0 、点Ｇ1 、点Ｇ2 のように変位し、走査の始点では点Ｈ0 、点Ｈ1 、点Ｈ2 のように変位し、走査の終点ではＪ0 、点Ｊ1 、点Ｊ2 のように変位する。
【００５１】
走査の中心では、面倒れがあっても光ビームは主走査方向に変位しないが、走査の中心以外では、主走査方向への変位が存在し、被走査面上の光ビームスポットも主走査方向に変位しジッタを生じる。走査の中心を挟んだ両側では、主走査方向への変位は互いに反対方向となり、走査の中心から離れるに従って変位は大きくなる。本基本実施例では、プリズムである第２走査レンズ１５で光ビームの軌跡の直線化をしているが、図１５に示すように、面倒れによる主走査方向への光ビームの変位は存在する。
【００５２】
ただし、第３走査レンズ１６の偏心量を適当に選べば、面倒れによるジッタを走査光学系２３で生じないようにすることができる。また、第３走査レンズ１６の偏心量によっては、第３走査レンズ１６に入射する前において、面倒れにより変位する光ビームの主走査方向への変位方向と、被走査面１７において光ビームスポットが変位する方向が逆になることもある。本基本実施例では、先述したように第３走査レンズ１６の偏心量は、被走査面１７上の結像スポットの形状の崩れを防止するために決められており、上記の面倒れによりジッタが生じないようにするための偏心量とは異なるため、走査光学系２３で面倒れによるジッタが生じる。
【００５３】
次に、このような面倒れによるジッタを最小にする構成について説明する。面倒れによるジッタは、受光素子３３の位置で発生する分（図１３）と、走査光学系２３で発生する分（図１５）とが合成されたものになる。ある方向に面倒れがあるときに、受光素子３３における光ビームスポットのずれの方向と、走査光学系２３で生じる被走査面上の光ビームスポットのずれの方向とが同じ方向であれば、それらのずれは相互にキャンセルされてジッタは小さくなるが、それらの方向が逆方向であると、それらのずれは相互に足し合わされてジッタは大きくなる。
【００５４】
ある量の面倒れがあるとき、走査光学系２３で発生する被走査面１７上の光ビームスポットのずれを、光ビームスポットの走査方向を正として、図１６の実線のようになったとする。走査の始点をＬ0 、走査の中心をＬ1 、走査の終点をＬ2 とする。このとき、受光素子３３で面倒れによる光ビームのスポットの変位がなければ、受光素子３３の位置で発生するずれと走査光学系２３で発生するずれを合成したものは、やはり図１６の実線となる。ジッタはずれ幅を大きさで表したものであるので、このときのジッタは図１７の実線のように、走査の中心Ｌ1 で０となる。
【００５５】
ここで、受光素子３３の位置での変位を走査の始点Ｌ0 と同じ方向に同じ量になるようにすると、走査の始点Ｌ0 での変位は相殺されて０となり、走査の終点Ｌ2 では加算されて図１６の破線のようになる。ジッタは、図１７の破線のようになる。また、逆に、受光素子３３の位置での変位を走査の始点Ｌ0 と逆方向に同じだけにすると、ずれは図１６の一点鎖線のようになり、ジッタは図１７の一点鎖線のようになる。
【００５６】
したがって、受光素子３３において面倒れによるジッタを生じないようにすれば、面倒れによるジッタは図１７の実線のようになり、走査領域における最大値を最も小さくすることができる。
【００５７】
ところで、ジッタの原因には、以上説明した回転多面鏡４の面倒れによるものの他に、回転多面鏡４を回転するモーターの回転むらや、回転多面鏡４の反射面の平面度誤差等の要因で発生する。これらの要因によるジッタは、受光素子３３での光ビームｃの検出を基準としているので、走査の始点Ｌ0 では極めて小さいが、走査の終点Ｌ2 に向かうに従い略比例して大きくなる傾向がある。
【００５８】
そこで、以上の面倒れによるジッタと他の要因によるジッタとを総合すると、図１８のようになる。図１７で示したように、光ビーム検出用のレンズ３２を適切に配置し、受光素子３３で生じるずれ量を適切に選ぶことにより、面倒れによるジッタを変化させることができる。そこで、面倒れ以外の要因によるジッタの大きさに合わせて、被走査面１７上の走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることを考える。
【００５９】
図１８（ａ）は、面倒れ以外の要因によるジッタ９２が小さい場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を略走査の中心Ｌ1 にすることで、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。図１８（ｂ）は、面倒れによるジッタ９１と面倒れ以外の要因によるジッタ９２が同じ程度の場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 の間にすることで、走査の始点と終点のジッタが同じ値となり、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。図１８（ｃ）は、面倒れによるジッタ９１に比べて面倒れ以外の要因によるジッタ９２が大きい場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を走査の終点Ｌ2 にすることで、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。
【００６０】
このように、面倒れによるジッタが０となる点を、走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 を含めてそれら２点間の領域内に設定することで、走査領域におけるジッタの最大値を最小にすることができる。また、スキャナモーターの回転むらや反射面の面精度誤差にばらつきがある場合は、面倒れ以外の要因によるジッタが個々の光走査装置によって異なるが、面倒れによるジッタが０となる点を、走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 を含めてそれら２点間の領域内に設定しておけば、走査領域におけるジッタの最大値を小さく抑えることができる。
【００６１】
また、上記したように、第３走査レンズ１６の偏心量を適当に選べば、面倒れによるジッタを走査光学系２３で生じないようにすることができる。その場合には、面倒れによるジッタを受光素子３３の位置でも生じないように設定すれば、走査の全領域で面倒れによるジッタは０となる。
【００６２】
なお、実際の光走査装置において、ジッタの許容量はおよそ３０μｍであり、これ以上大きいとジッタを目視で認識できるようになる。
以下に、上記基本実施例を基にした本発明の光走査装置のいくつかの実施例について説明する。
【００６３】
（実施例１）
図１において、水平同期信号発生用の光ビームｃはレンズ３２に垂直に入射する。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、面倒れにより光ビームが変位する方向５３に対して垂直に配置されている（図１２）。したがって、受光素子３３では面倒れによるジッタは生じない。母線３４は第２の軸５１に対して第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝１．０１°の傾きをなしている。第３走査レンズ１６は、図２の矢印で示す方向に５．７７ｍｍ偏心している。これは基本実施例の第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25、射出面Ｓ26の傾きに相当する。
【００６４】
本実施例は、受光素子３３で面倒れによるジッタを生じないので、面倒れによるジッタは走査光学系２３で生じる分のみである。面倒れによるジッタの値を示す。以下の全ての実施例において、面倒れが１００秒のときのジッタの値は図１９に示すように、走査の中心が０であり、走査の両端に向かうに従って大きくなり、走査の両端で同じ値をとり、その値は１１μｍである。
【００６５】
なお、回転多面鏡４に光ビームが２度入射するので、回転多面鏡４の第１反射面５と第２反射面６の両面の面倒れが影響する。面倒れの主因は、スキャナモーターに回転多面鏡４を嵌合する際の製造誤差により、スキャナモーターの回転軸４１に対して回転多面鏡４の中心軸が傾くことである。そこで、互いに対面にある第１反射面５と第２反射面６は平行のまま維持され、同じ角度だけ傾くように倒れることを前提としている。
【００６６】
（実施例２）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、第２の軸５１に対して、第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝０．１５°の傾きをなしている。
面倒れによるジッタは図２０のようになり、受光素子３３で面倒れによるジッタを生じ、走査の終点において受光素子３３で生じるジッタと走査光学系２３で生じるジッタが相殺される。
【００６７】
（実施例３）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、第２の軸５１に対して第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝０．４７°の傾きをなしている。
面倒れによるジッタは図２１のようになり、走査の中心と走査の終点に間で面倒れによるジッタが０となる。
【００６８】
（実施例４）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、図２２に示すように、第３の軸５２（図２２の面に略垂直な軸）の回りにθ＝２２．６°傾け、図２２の矢印の方向から見た図２３のように、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．３８ｍｍ偏心させている。
このように、レンズ３２を第３の軸５２の回りに傾け、第３の軸５２に沿って偏心させ、それらの傾きの角度と偏心量を適正に与えても、受光素子３３で面倒れによるジッタを十分に小さくすることができる。ただし、完全に０とはならず、面倒れによる受光素子３３上での光ビームスポットの位置のずれは図２４のようになる。面倒れが０秒での曲線の傾きが０であるため、面倒れが増加しても光ビームスポットの位置のずれは小さく抑えられている。面倒れによるジッタは図２５のようになり、走査の中心で最小となるが０にはならない。図２４における位置ずれが、面倒れが０秒で傾き０となるためのレンズ３２の傾きの角度と偏心量の関係を図２６に示す。
【００６９】
（実施例５）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、第３の軸５２の回りにθ＝２２．６°傾け、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．０６ｍｍ偏心させている。面倒れによるジッタは図２７のようになり、走査の終点で面倒れによるジッタが最小となる。
【００７０】
（実施例６）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、第３の軸５２の回りにθ＝２２．６°傾け、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．１８ｍｍ偏心させている。面倒れによるジッタは図２８のようになり、走査の中心と走査の終点の間で面倒れによるジッタが最小となる。
【００７１】
（変形例）
上記実施例は、レンズ３２を第１の軸の回りに傾けるか、第３の軸５２の回りに傾け、第３の軸５２に沿って偏心するのかの何れかであったが、これらを組み合わせても構わない。
【００７２】
ジッタを生じないようにするため、傾き角度や偏心量は光学系により異なり、回転多面鏡４に入射する光ビームの副走査方向の入射角（斜め入射の入射角）や、受光素子３３で光ビームを検出するときの偏向角や、レンズ３２の曲率半径や、伝達光学系２２の副走査方向の光学倍率や、第２走査レンズ１５のプリズムとしての頂角等に依存する。
【００７３】
また、レンズ３２は、シリンドリカルレンズには限らず、一方向に強い屈折力を有する光学素子であればよく、例えば一方向に強い屈折力を有するアナモルフィックレンズであってもよい。その場合、図１２において、受光素子３３位置でジッタを生じないようにするには、強い屈折力の方向を面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３に一致するようにそのアナモルフィックレンズ３２を第１軸の回りで傾ける。
【００７４】
なお、以上の実施例では、偏向器として回転多面鏡を使用するものについて説明したが、偏向器として回転多面鏡の他に、回転２面鏡の場合にも同様の効果を達成することができる。また、回転多面鏡の反射面で２度反射されるものだけでなく、１度だけ入射して反射偏向される光走査装置にも適用できる。
以上、本発明の光走査装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光走査装置によれば、偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによるジッタが最小となる点が、被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されているので、面倒れによるジッタと面倒れ以外の要因によるジッタとを合わせた総合的なジッタの最大値を小さく抑えることができ、斜め入射の光走査装置においてジッタの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光走査装置の基本実施例の構成を示す平面図である。
【図２】図１の光走査装置の側面図である。
【図３】図１の光走査装置の主要部の斜視図である。
【図４】図１の光走査装置の主要部の側面図である。
【図５】図１の光走査装置の整形光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図６】図１の光走査装置の伝達光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図７】図１の光走査装置の走査光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図８】伝達光学系の作用を説明するための主走査面の断面展開図である。
【図９】屈折プリズムの補正作用を説明するための図である。
【図１０】本発明の１つの具体例の第３走査レンズの入射面におけるビーム軌跡を示した図である。
【図１１】本発明の１つの具体例において像面湾曲が発生しない理由を説明するための図である。
【図１２】基本実施例の光ビーム検出部のレンズを光ビームの進行方向に向かって示した図である。
【図１３】レンズの配置によって受光素子上でジッタが生じる理由を説明するための図である。
【図１４】偏向された光ビームの走査光学系に入射する前の軌跡を光ビームの進行方向に向かって示した図である。
【図１５】基本実施例において面倒れによる主走査方向への光ビームの変位が存在する様子を示す図である。
【図１６】面倒れがあるときの走査光学系で発生する光ビームスポットのずれを示す図である。
【図１７】図１６の場合のジッタを示す図である。
【図１８】面倒れによるジッタと他の要因によるジッタと合わせた総合的なジッタを示す図である。
【図１９】基本実施例において面倒れが１００秒のときのジッタの値を示す図である。
【図２０】実施例２の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２１】実施例３の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２２】実施例４のレンズの配置を説明する図１と同様の図である。
【図２３】図２２の矢印の方向から見た図である。
【図２４】実施例４の面倒れによる受光素子上での光ビームスポットの位置のずれを示す図である。
【図２５】実施例４の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２６】実施例４のレンズの配置においてレンズの傾きの角度と偏心量の関係を示す図である。
【図２７】実施例５の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２８】実施例６の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザー（光源）
２…第１整形レンズ
３…第２整形レンズ
４…回転多面鏡
５…回転多面鏡の第１反射面
６…回転多面鏡の第２反射面
７…第１伝達レンズ
８…第２伝達レンズ
９…第３伝達レンズ
１０…第１伝達ミラー
１１…第４伝達レンズ
１２…第５伝達レンズ（伝達光学系の後群）
１３…第２伝達ミラー
１４…第１走査レンズ
１５…第２走査レンズ（プリズム）
１６…第３走査レンズ（長尺レンズ）
１７…被走査面
２１…整形光学系
２２…伝達光学系
２３…走査光学系
３０…主走査（水平）同期信号発生用光ビーム検出部
３１…ミラー
３２…レンズ
３３…受光素子
４１…回転多面鏡の回転軸
５１…第２の軸
５２…第３の軸
５３…面倒れにより光ビームが変位する方向
６１…アパーチャ
９１…面倒れによるジッタ
９２…面倒れ以外の要因によるジッタ
Ｌ0 …走査の始点
Ｌ1 …走査の中心
Ｌ2 …走査の終点
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、面倒れ等に基づくジッタを低減させた光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザービームプリンタ等の画像記録装置や、各種画像読込み、測定装置に用いられる光走査装置は、一般的に半導体レーザー等の光源から射出した光ビームを整形光学系を経て偏向手段である回転多面鏡等の偏向器で偏向させ、この偏向された光ビームをｆ・θレンズである結像レンズ系によって被走査面上にビームスポットを形成して走査するように構成している。
【０００３】
これらの装置においては、被走査面上において直線あるいは曲線上に光ビームを繰り返し走査し、被走査面に位置する被走査媒体を前記の走査方向とはおおむね直交方向に相対移動させ２次元の走査を行う。前者の光走査装置による走査方向を主走査方向、後者の被走査媒体の相対移動方向を副走査方向とする。
【０００４】
このような光走査装置において、解像度や処理速度の向上のために、光源から射出された光ビームを主走査方向に非常に直径の小さい状態で回転多面鏡に入射させ、偏向された光ビームを伝達光学系を介して再び回転多面鏡に入射させる高速光走査装置が、特開昭５１−３２３４０号等において提案されている。この回転多面鏡に光ビームを２度入射させる光走査装置は、光ビームが最初に回転多面鏡に入射するときの主走査方向の光ビームの直径を２回目に入射する場合に比べて極めて小さくし、かつ、２回目に回転多面鏡に入射する光ビームが回転する反射面の主走査方向の中心点を追従するように伝達光学系を構成している。
【０００５】
一方、光走査装置において、回転多面鏡の回転軸に垂直な走査面に対し角度を持って光ビームを入射させ偏向を行うものが、例えば特開平１−１６９４２２号等において知られている。
【０００６】
上記のように回転多面鏡の異なる反射面に順に２度入射させることを、本明細書においては「２度入射」と呼ぶことにする。また、回転多面鏡の走査面に角度を有して光ビームを入射させることを、「斜め入射」と呼ぶことにする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の斜め入射の光走査装置においては、同期信号発生用光ビーム検出部と走査光学系で回転多面鏡の面倒れに基づいて主走査方向のタイミングのずれ（ジッタ）が発生し、構成によってはそのジッタが非常に大きなものとなる。光ビームを走査面内で回転多面鏡に入射させる光走査装置において、ジッタを少なくするために同期信号発生用光ビーム検出部のシリンドリカルレンズの母線を主走査方向に平行にするものは、特公平７−４３４６２号に記載されているが、上記の斜め入射の場合に面倒れによるジッタを少なくするための構成や、同期信号発生用光ビーム検出部の構成については、従来何ら検討されたものはない。
【０００８】
本発明は従来技術のこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、斜め入射の光走査装置において回転多面鏡の面倒れやその他の原因に基づくジッタを低減させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光走査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光源から副走査方向に角度を持って入射する光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する偏向器と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査させる走査光学系と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを前記被走査面上の走査の前に検出して同期信号を発生する受光素子とを備えた光走査装置において、
前記受光素子へ光ビームを導くアナモルフィックレンズ（シリンドリカルレンズを含む）が配置されており、前記アナモルフィックレンズの傾き角と偏心量の少なくとも一方を調節することによって、前記受光素子上での前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる光ビームのずれ量を調節することにより、前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる前記被走査面上での主走査方向のジッタが最小となる点が、前記被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向と面倒れによる光ビームの変位方向とが略一致するように配置されていることが望ましい。
【００１２】
また、受光素子により光ビームが検出される瞬間のアナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第１の軸の回りで傾けられていることが望ましい。
その場合、アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向が第３の軸と角度をなすように第１の軸の回りで傾けられるようにすることが望ましい。
【００１３】
また、受光素子により光ビームが検出される瞬間のアナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第３の軸の回りで傾けられ、かつ、第３の軸に沿って偏心させられていてもよい。
【００１４】
また、以上において、光源と受光素子が主走査方向において略共役に配置されていることが望ましい。
【００１５】
また、偏向器は回転多面鏡からなり、回転多面鏡の第１反射面により反射偏向された光ビームを回転多面鏡の第２反射面に伝達入射させる伝達光学系を備え、第２反射面により反射偏向された光ビームを走査光学系により被走査面上にビームスポットを形成させて走査させるように構成することもできる。
【００１６】
本発明においては、偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによるジッタが最小となる点が、被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されているので、面倒れによるジッタと面倒れ以外の要因によるジッタとを合わせた総合的なジッタの最大値を小さく抑えることができ、斜め入射の光走査装置においてジッタの低減を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の光走査装置について詳細に説明する。
まず、本発明の光走査装置の基本実施例について説明する。図１は本基本実施例の光走査装置の構成を示す平面図、図２はその側面図、図３はその主要部の斜視図、図４はその主要部の側面図である。以下、本発明では、光学系の任意の位置において、その位置における光学系の光軸を含み偏向器である回転多面鏡４の回転軸４１に平行な面を副走査面と定義し、光軸を含み副走査面に垂直な面を主走査面と定義する。さらに、主走査面内において、光軸に垂直な方向を主走査方向と定義し、また、副走査面内において、光軸に垂直な方向を副走査方向と定義する。
【００１８】
光源としての半導体レーザー１から射出した光ビームは、アパーチャ６１（図５）、第１整形レンズ２、第２整形レンズ３を透過して整形され、偏向器としての回転多面鏡４の第１反射面５に入射し、１度目の偏向がなされる。このとき、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂直な面に対して角度を持って第１反射面５に入射するため、入射する光ビームと反射された光ビームは干渉しない。第１反射面５で反射された光ビームは、第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９を透過して第１伝達ミラー１０で反射され、第４伝達レンズ１１、第５伝達レンズ１２を透過して第２伝達ミラー１３で反射され、再び回転多面鏡４の第２反射面６に入射し、２度目の偏向がなされる。このときも、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂直な面に対して角度を持って第２反射面６に入射するため、入射する光ビームと反射された光ビームは干渉しない。
【００１９】
第２反射面６で反射された光ビームは、第１走査レンズ１４、第２走査レンズ１５及び第３走査レンズ１６により被走査面１７上に光ビームスポットとして結像されて走査される。回転多面鏡４の面数は１２面（偶数）である。第３走査レンズ１６は、副走査方向に偏心しており、その方向は図２中の矢印の方向である。第３走査レンズ１６をこのように偏心させる理由は、回転多面鏡４の第２反射面６で反射され偏向される光ビームは円錐状の軌跡を描き、その光ビームの断面の座標系が偏向角に依存して回転してしまい、被走査面１７上の結像スポットの形状が崩れてしまうが、第３走査レンズ１６をこのように偏心させることにより、その崩れが防止できるからである。
【００２０】
ところで、第２反射面６で反射され、第１走査レンズ１４と第２走査レンズ１５を経て走査される光ビームｃは有効走査領域を走査する直前に主走査（水平）同期信号発生用光ビーム検出部３０のミラー３１に入射して反射され、レンズ３２を介して受光素子３３に導入される。受光素子３３により光ビームｃが検出される時点を基準に、被走査面１７上の走査の開始の同期を取る。レンズ３２は副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズからなり、副走査面において、第２反射面６と受光素子３３は略共役になるように構成されており、また、主走査方向において、半導体レーザー１と受光素子３３は略共役に配置されている。
【００２１】
ところで、半導体レーザー１から第１反射面５までの間の光学系を整形光学系２１、第１反射面５から第２反射面６の間の光学系を伝達光学系２２、第２反射面６から被走査面１７までの間の光学系を走査光学系２３と称するとすると、回転多面鏡４の第１反射面５と第２反射面６は回転軸４１を挟んで対向する相互に平行な反射面であり、かつ、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系２３の光軸は回転軸４１を含む共通の副走査面内に配置されている。したがって、この光走査装置は、２度入射で斜め入射でありながら、この副走査面に関して対称な構成になっている。このような配置にすると、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系２３の光軸が主走査面で見て一直線上に配置されるので、構造上の主走査方向の基準面が１面に集約され、光学系を構成する各要素を高精度に配置することができる。また、主走査面で見て、伝達光学系２２の光軸が整形光学系２１及び走査光学系２３の光軸と一部重なるため、少ないスペースで配置でき、光走査装置の設置面積の減少、装置の小型化が図れる。そして、このような配置により、回転多面鏡４の回転軸４１の偏心に基づく走査線の副走査方向での位置変動を防止することができる。
【００２２】
図５に、整形光学系２１の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。主走査面に垂直で副走査面に平行な接合面を備えカバーガラスを有する半導体レーザー１から副走査方向に比べて主走査方向により広がるように射出された光ビームｂは、第１整形レンズ２の入射面位置に配置された矩形開口のアパーチャ６１によって周辺部が遮蔽され、非球面コリメータレンズを構成する第１整形レンズ２により平行な光ビームに変換される。第２整形レンズ２は副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンドリカルレンズである。そのため、第２整形レンズ２を透過した光ビームは、主走査面において平行な光ビームとして第１反射面５に入射し、副走査面においては第１反射面５近傍に結像（収束）する。
【００２３】
図６に、伝達光学系２２の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９は何れも主走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、第１伝達レンズ７と第２伝達レンズ８は正シリンドリカルレンズ、第３伝達レンズ９は負シリンドリカルレンズであり、これら３枚で主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４を構成している。また、第４伝達レンズ１１は副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンドリカルレンズであり、第５伝達レンズ１２は正屈折力を有する球面レンズである。そして、これらの作用は、第１反射面５で反射された光ビームは、主走査面において、主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４により一旦結像する。伝達レンズ群２４の像側焦点と第５伝達レンズ１２の物体側焦点は一致し、主走査面においてアフォーカル光学系を構成している。したがって、主走査面において、主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４がアフォーカル光学系の前群を構成し、第５伝達レンズ１２がアフォーカル光学系の後群を構成している。そのため、光ビームは、第５伝達レンズ１２で主走査面内で再び平行な光ビームに変換され、第２反射面６に入射する。副走査面においては、第４伝達レンズ１１と第５伝達レンズ１２の合成正屈折力により、第１反射面５と第２反射面６とは共役関係になっており、第１反射面５近傍の収束点を第２反射面６近傍に再び結像する。
【００２４】
図７に、走査光学系２３の主走査方向の光路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１走査レンズ１４は正屈折力を有する球面レンズである。第２走査レンズ１５は副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムであり、第３走査レンズ１６は樹脂製の主走査方向に長い長尺レンズである。第３走査レンズ１６の入射面は、主走査方向に曲率半径の大きな凹形状となっており、副走査面方向には曲率半径の小さな凸形状となっており、主走査方向の断面曲線をその入射面よりも被走査面１７側に位置する主走査方向に平行な軸の回りに回転させることにより形成される面である。このような面は鞍型トーリック面とも呼ばれる。また、第３走査レンズ１６の射出面は、主走査方向で曲率半径の大きな凸形状の非円弧状であり、副走査方向の断面形状は直線であり屈折力を有さない。このような構成の走査光学系２３は、副走査面において、第２反射面６と被走査面１７を共役関係にして、第２反射面６近傍の収束点を被走査面１７近傍に結像する。また、主走査面においては、第２反射面６から反射された平行な光ビームを被走査面１７近傍に結像する。
【００２５】
次に、伝達光学系２２の作用について説明する。図８は伝達光学系２２の主走査面の断面展開図である。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９により構成される主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４を、簡素化して単レンズとして示してある。第４伝達レンズ１１は主走査方向の屈折力を持たないため、図示していない。図８（ａ）と（ｂ）に回転多面鏡４が回転するときの光ビームの状態を示す。ところで、図１〜図４等に示すように、伝達光学系２２の光路は、伝達ミラー１０、１３により２回反射される。すなわち、偶数回反射される。図８では、これらの偶数回の反射について展開しているので、図８（ｂ）のように、第１反射面５と第２反射面６の回転方向は同じである。
【００２６】
第１反射面５に入射する平行な光ビームの直径はｗi である。伝達光学系２２は主走査面内ではアフォーカル光学系を構成しているので、第２反射面６に入射する光ビームも平行であり、光ビームの直径はｗo である。伝達レンズ群２４の焦点距離をｆ1 、第５伝達レンズ１２の焦点距離をｆ2 とすると、ｗo をｗi で除した光ビームの直径の比の値は、ｆ2 をｆ1 で除した値に等しい。
【００２７】
図８（ｂ）に示すように、回転多面鏡４が角度θ1 だけ回転すると、第１反射面５で光ビームは角度２θ1 だけ偏向される。偏向された光ビームは伝達レンズ群２４、第５伝達レンズ１２を透過して、角度θ2 だけ偏向される。この光ビームは点Ｑで光軸と交差する。第２反射面６上において、偏向された光ビームと光軸との距離はｄであるが、回転多面鏡４が角度θ1 だけ回転すると、第２反射面６も同じ距離ｄだけ移動するような位置関係に設定される。したがって、光ビームの移動量と第２反射面６の移動量が一致し、第２反射面６から光ビームがはみ出すことはない。
【００２８】
このとき、偏向された光ビームは、第２反射面６に対して角度θ2 だけ入射角が増大する側に偏向されるので、第２反射面６で反射された光ビームの走査角θs は、θs ＝２θ1 ＋θ2 と表わされる。
【００２９】
本基本実施例の伝達光学系２２は主走査面においてアフォーカル光学系であるので、その光学倍率βは焦点距離ｆ2 を焦点距離ｆ1 で除した値であり、上記のように、光ビームの直径の比ｗo ／ｗi にも等しい。また、伝達光学系２２を透過する光ビームは角度２θ1 から角度θ2 に偏向角が変化するので、光学倍率βは２θ1 ／θ2 と表すこともできる。したがって、光学倍率βは次式で表される。
【００３０】
β＝ｗo ／ｗi ＝ｆ2 ／ｆ1 ＝２θ1 ／θ2
本基本実施例では光学倍率βを、１＜β＜２０としている。
【００３１】
本基本実施例のような回転多面鏡４で光ビームが２度の偏向をされる光走査装置は、従来の１度しか偏向されない光走査装置に比べて、走査速度を速くすることができる。このことについて次に説明する。
【００３２】
従来の１度しか偏向しない光走査装置では、回転多面鏡が回転すると反射面が移動するため、１回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れるために、回転多面鏡に入射する光ビームの主走査方向の大きさよりも、反射面の大きさを大きくしなければならない。したがって、回転多面鏡の反射面の面数をあまり多くすることができない。
【００３３】
本基本実施例では、主走査面において、第１反射面５に平行な光ビームが入射する。また、β＞１であるため、第１反射面５上における光ビームの主走査方向の直径ｗi は、第２反射面６上における光ビームの主走査方向の直径ｗo よりも小さい。そのため、従来の光走査装置に対して第１反射面５の大きさが小さくても、１回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れることができる。ｗi を小さくすればする程、さらに第１反射面５の大きさを小さくすることができる。また、２度目の偏向では、回転多面鏡４が回転したときの光ビームの移動量と第２反射面６の移動量が一致するため、第２反射面６の主走査方向の大きさは、少なくとも入射する光ビームの大きさと同じ大きさだけあればよい。
【００３４】
したがって、従来の１度しか偏向しない光走査装置に比べて、本基本実施例の２度の偏向をする光走査装置では、第２反射面６上における光ビームの主走査方向の直径ｗo に対して、第１反射面５上における光ビームの主走査方向の直径ｗi を小さくすることにより、回転多面鏡４の反射面を小さくすることができるため、反射面の面数を多くすることができ、それだけ走査速度を上げることができる。
【００３５】
このように構成された光走査装置の具体的な基本実施例の数値例を表−１に示す。この表−１では、シリンドリカル面、トーリック面は副走査方向、主走査方向の曲率半径をｒix、ｒiyとしている（ｉは光源１から被走査面１７までの面番号を示す。）。また、非球面である面については、曲率半径は光軸上の値を示している。なお、長さの単位はｍｍである。
【００３６】
ｒi ：面番号ｉの曲率半径、
ｄi ：面番号ｉとｉ＋１の間の面間隔、
ｎi ：面番号ｉとｉ＋１の間の媒体の波長７８０ｎｍの屈折率である。
【００３７】
第２整形レンズ２及び第３走査レンズ１６の非球面を表す式は、
【００３８】
Ｓ26y ：面番号２６の主走査方向の非球面係数である。
【００３９】
この具体例において、第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25は、ｒ25y ＝−１４７５．３９３７８の円弧をｒ25x ＝３７．９５６７５で回転させて形成されるトーリック面である。なお、第２走査レンズ１５、第３走査レンズ１６を通過するときのように、光路が屈折されるときは、光軸は主光線と同じように屈折されるものとし、表−１、表−２のパラメータの基準となる光軸は、常に走査中心を走査するビームの主光線に一致するものとする。
【００４０】
また、回転多面鏡４の面数は１２、その内接円直径は３８．６４ｍｍであり、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６への光ビームの副走査方向の入射角は何れも６°であり、第１伝達ミラー１０、第２伝達ミラー１３への光ビームの副走査方向の入射角は何れも３°である。また、第２走査レンズ１５の射出面Ｓ24は副走査断面において１３°傾いており、第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25は副走査断面において８．７５０３８７°傾いており、第３走査レンズ１６の射出面Ｓ26は副走査断面において２．８７５３７４°傾いている。これらの傾き角の向きについては、図２、図４参照。
【００４１】
また、第１整形レンズ入射面Ｓ3 に一致して、主走査方向０．７１５４ｍｍ、副走査方向１．０５２６ｍｍの矩形のアパーチャ６１が配置されている。そして、副走査方向において、発光点１と回転多面鏡４の第１反射面５は幾何光学的共役関係から外れている。ただし、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６、被走査面１７の３面は、何れも互いに共役関係にあるため、回転多面鏡４の面倒れ補正が行われている。したがって、発光点１と被走査面１７は共役関係から外れている。しかしながら、回折の影響により、光ビームが最小となる位置（ビームウエスト）は幾何光学的結像点からずれた位置にあり、光ビームが略最小となる位置（ビームウエスト）に被走査面１７が配置されている。この点は後で説明する。
【００４２】
なお、上記具体例の伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率βは８．２４、副走査方向の光学倍率βt は１．１２、走査光学系２３の副走査方向の光学倍率βs は０．４０６である。
【００４３】
ここで、第２走査レンズ１５は、前記したように、副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムである。このプリズムの作用について説明する。回転多面鏡４の反射面６で反射され偏向された光ビームは円錐状の軌跡を描き、第２走査レンズ１５のプリズムを配置しない場合、第３走査レンズ１６の長尺レンズ上で湾曲したビーム軌跡となってしまう。このプリズム１６は、図９に模式的に示すように、円錐状の光ビームａの軌跡を第３走査レンズ１６の入射面上で直線状のビーム軌跡Ａに変換する作用を有している。
【００４４】
図１０は、上記の具体例の第３走査レンズ１６の入射面におけるビーム軌跡を示した図であり、そのビーム軌跡を実線で示す。なお、図のＹ方向が主走査方向、Ｘ方向が副走査方向を示す。比較のために、上記具体例の光学系の回転多面鏡４の第２反射面６から第３走査レンズ１６までの距離は変えずに、第２走査レンズ１５のみを取り除いた場合の、第３走査レンズ１６の入射面におけるビームの軌跡を破線で示す。図１０より、第２走査レンズ１５のプリズム作用によりビームの軌跡を直線状に補正する作用があることが分かる。
【００４５】
図１１は、第３走査レンズ１６の副走査断面を主走査方向の数か所（５か所）の位置で示したもので、断面形状の設計値に対する測定値の誤差を示したものである。図中、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ副走査方向、主走査方向、光軸方向とする。図１１のように、第３走査レンズ１６のような鞍型トーリック面を持つレンズの形状誤差は、主走査方向の位置によらず略同じ様子を示すが、副走査方向に周期的に変化する特徴がある。上記のように、第２走査レンズ１５のプリズム作用により、第３走査レンズ１６上のビーム軌跡は直線Ａとなり、ビームは主走査方向の位置に係わらず点Ｂ1 〜Ｂ5 の常に形状誤差が凸の部分に入射する。主走査方向の何れの位置においても、第３走査レンズ１６の形状誤差が凸の部分に光ビームが入射すると、副走査方向の結像位置は設計された位置より手前にずれるが、走査領域全体にわたって常に同一量だけ手前にずれるため、第３走査レンズ１６の位置を調整する等、光学系の調整をすれば補正することが可能であり、このような調整により像面湾曲は生じない。
【００４６】
さて、ここで、上記のような斜め入射の光走査装置において発生するジッタについて検討する。
まず、主走査同期信号発生用光ビーム検出部３０における基準軸の定義をする。受光素子３３により光ビームｃが検出される瞬間のレンズ３２に入射する光ビームｃの主光線を第１の軸とし、光ビームｃによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とする。
【００４７】
まず、受光素子３３の位置で回転多面鏡４の面倒れによるジッタが発生することを説明する。図１２は前記の基本実施例のレンズ３２を光ビームｃの進行方向に向かって示した図である。光ビームｃの軌跡は第２の軸５１に沿っており、回転多面鏡の回転に伴って光ビームｃは矢印の方向に移動する。回転多面鏡には製造誤差により反射面の面倒れが存在するが、反射面の面倒れにより光ビームｃは点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 のように変位する。面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３は、第３の軸５２に対して角度をなしている。このように、斜め入射の場合には、第３の軸５２と面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３は一致しない。
【００４８】
図１２に示すように、光ビーム検出用のレンズ３２を第１軸の回りで傾け、母線３４を面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３に対して垂直になるように配置すると、点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 に入射した光ビームｃは、受光素子３３上で同一の点Ｅに結像し、受光素子３３でジッタを生じることはない。なお、結像した光ビームスポットは、回転多面鏡の回転に伴って母線３４に平行に矢印の方向に移動する。
【００４９】
しかしながら、図１３に示すように、母線３４方向と面倒れにより光ビームが変位する方向５３が垂直でないと、点Ｄ0 、点Ｄ1 、点Ｄ2 に入射した光ビームは受光素子３３上でそれぞれ点Ｆ0 、点Ｆ1 、点Ｆ2 に結像するが、結像した光ビームスポットは母線３４に平行に矢印の方向に移動するので、最大で距離ｅのずれを生じ、その分だけ被走査面１７上での書き出しタイミングがずれてジッタを生じる。
このように、主走査同期信号発生用光ビーム検出部３０に配置するレンズ３２の向きにより、受光素子３３における面倒れによるジッタの発生量が異なる。ただし、このことは、特に斜め入射に限らない。
【００５０】
次に、走査光学系２３で面倒れによるジッタが発生することを説明する。一般に斜め入射では、走査光学系で面倒れによるジッタが生じる。図１４は偏向された光ビームの走査光学系２３に入射する前の軌跡を光ビームの進行方向に向かって示したものであり、面倒れがあると、走査中心の光ビームは点Ｇ0 、点Ｇ1 、点Ｇ2 のように変位し、走査の始点では点Ｈ0 、点Ｈ1 、点Ｈ2 のように変位し、走査の終点ではＪ0 、点Ｊ1 、点Ｊ2 のように変位する。
【００５１】
走査の中心では、面倒れがあっても光ビームは主走査方向に変位しないが、走査の中心以外では、主走査方向への変位が存在し、被走査面上の光ビームスポットも主走査方向に変位しジッタを生じる。走査の中心を挟んだ両側では、主走査方向への変位は互いに反対方向となり、走査の中心から離れるに従って変位は大きくなる。本基本実施例では、プリズムである第２走査レンズ１５で光ビームの軌跡の直線化をしているが、図１５に示すように、面倒れによる主走査方向への光ビームの変位は存在する。
【００５２】
ただし、第３走査レンズ１６の偏心量を適当に選べば、面倒れによるジッタを走査光学系２３で生じないようにすることができる。また、第３走査レンズ１６の偏心量によっては、第３走査レンズ１６に入射する前において、面倒れにより変位する光ビームの主走査方向への変位方向と、被走査面１７において光ビームスポットが変位する方向が逆になることもある。本基本実施例では、先述したように第３走査レンズ１６の偏心量は、被走査面１７上の結像スポットの形状の崩れを防止するために決められており、上記の面倒れによりジッタが生じないようにするための偏心量とは異なるため、走査光学系２３で面倒れによるジッタが生じる。
【００５３】
次に、このような面倒れによるジッタを最小にする構成について説明する。面倒れによるジッタは、受光素子３３の位置で発生する分（図１３）と、走査光学系２３で発生する分（図１５）とが合成されたものになる。ある方向に面倒れがあるときに、受光素子３３における光ビームスポットのずれの方向と、走査光学系２３で生じる被走査面上の光ビームスポットのずれの方向とが同じ方向であれば、それらのずれは相互にキャンセルされてジッタは小さくなるが、それらの方向が逆方向であると、それらのずれは相互に足し合わされてジッタは大きくなる。
【００５４】
ある量の面倒れがあるとき、走査光学系２３で発生する被走査面１７上の光ビームスポットのずれを、光ビームスポットの走査方向を正として、図１６の実線のようになったとする。走査の始点をＬ0 、走査の中心をＬ1 、走査の終点をＬ2 とする。このとき、受光素子３３で面倒れによる光ビームのスポットの変位がなければ、受光素子３３の位置で発生するずれと走査光学系２３で発生するずれを合成したものは、やはり図１６の実線となる。ジッタはずれ幅を大きさで表したものであるので、このときのジッタは図１７の実線のように、走査の中心Ｌ1 で０となる。
【００５５】
ここで、受光素子３３の位置での変位を走査の始点Ｌ0 と同じ方向に同じ量になるようにすると、走査の始点Ｌ0 での変位は相殺されて０となり、走査の終点Ｌ2 では加算されて図１６の破線のようになる。ジッタは、図１７の破線のようになる。また、逆に、受光素子３３の位置での変位を走査の始点Ｌ0 と逆方向に同じだけにすると、ずれは図１６の一点鎖線のようになり、ジッタは図１７の一点鎖線のようになる。
【００５６】
したがって、受光素子３３において面倒れによるジッタを生じないようにすれば、面倒れによるジッタは図１７の実線のようになり、走査領域における最大値を最も小さくすることができる。
【００５７】
ところで、ジッタの原因には、以上説明した回転多面鏡４の面倒れによるものの他に、回転多面鏡４を回転するモーターの回転むらや、回転多面鏡４の反射面の平面度誤差等の要因で発生する。これらの要因によるジッタは、受光素子３３での光ビームｃの検出を基準としているので、走査の始点Ｌ0 では極めて小さいが、走査の終点Ｌ2 に向かうに従い略比例して大きくなる傾向がある。
【００５８】
そこで、以上の面倒れによるジッタと他の要因によるジッタとを総合すると、図１８のようになる。図１７で示したように、光ビーム検出用のレンズ３２を適切に配置し、受光素子３３で生じるずれ量を適切に選ぶことにより、面倒れによるジッタを変化させることができる。そこで、面倒れ以外の要因によるジッタの大きさに合わせて、被走査面１７上の走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることを考える。
【００５９】
図１８（ａ）は、面倒れ以外の要因によるジッタ９２が小さい場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を略走査の中心Ｌ1 にすることで、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。図１８（ｂ）は、面倒れによるジッタ９１と面倒れ以外の要因によるジッタ９２が同じ程度の場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 の間にすることで、走査の始点と終点のジッタが同じ値となり、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。図１８（ｃ）は、面倒れによるジッタ９１に比べて面倒れ以外の要因によるジッタ９２が大きい場合で、面倒れによるジッタ９１が０となる点を走査の終点Ｌ2 にすることで、走査領域におけるジッタの最大値を最も小さくすることができる。
【００６０】
このように、面倒れによるジッタが０となる点を、走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 を含めてそれら２点間の領域内に設定することで、走査領域におけるジッタの最大値を最小にすることができる。また、スキャナモーターの回転むらや反射面の面精度誤差にばらつきがある場合は、面倒れ以外の要因によるジッタが個々の光走査装置によって異なるが、面倒れによるジッタが０となる点を、走査の中心Ｌ1 と走査の終点Ｌ2 を含めてそれら２点間の領域内に設定しておけば、走査領域におけるジッタの最大値を小さく抑えることができる。
【００６１】
また、上記したように、第３走査レンズ１６の偏心量を適当に選べば、面倒れによるジッタを走査光学系２３で生じないようにすることができる。その場合には、面倒れによるジッタを受光素子３３の位置でも生じないように設定すれば、走査の全領域で面倒れによるジッタは０となる。
【００６２】
なお、実際の光走査装置において、ジッタの許容量はおよそ３０μｍであり、これ以上大きいとジッタを目視で認識できるようになる。
以下に、上記基本実施例を基にした本発明の光走査装置のいくつかの実施例について説明する。
【００６３】
（実施例１）
図１において、水平同期信号発生用の光ビームｃはレンズ３２に垂直に入射する。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、面倒れにより光ビームが変位する方向５３に対して垂直に配置されている（図１２）。したがって、受光素子３３では面倒れによるジッタは生じない。母線３４は第２の軸５１に対して第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝１．０１°の傾きをなしている。第３走査レンズ１６は、図２の矢印で示す方向に５．７７ｍｍ偏心している。これは基本実施例の第３走査レンズ１６の入射面Ｓ25、射出面Ｓ26の傾きに相当する。
【００６４】
本実施例は、受光素子３３で面倒れによるジッタを生じないので、面倒れによるジッタは走査光学系２３で生じる分のみである。面倒れによるジッタの値を示す。以下の全ての実施例において、面倒れが１００秒のときのジッタの値は図１９に示すように、走査の中心が０であり、走査の両端に向かうに従って大きくなり、走査の両端で同じ値をとり、その値は１１μｍである。
【００６５】
なお、回転多面鏡４に光ビームが２度入射するので、回転多面鏡４の第１反射面５と第２反射面６の両面の面倒れが影響する。面倒れの主因は、スキャナモーターに回転多面鏡４を嵌合する際の製造誤差により、スキャナモーターの回転軸４１に対して回転多面鏡４の中心軸が傾くことである。そこで、互いに対面にある第１反射面５と第２反射面６は平行のまま維持され、同じ角度だけ傾くように倒れることを前提としている。
【００６６】
（実施例２）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、第２の軸５１に対して、第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝０．１５°の傾きをなしている。
面倒れによるジッタは図２０のようになり、受光素子３３で面倒れによるジッタを生じ、走査の終点において受光素子３３で生じるジッタと走査光学系２３で生じるジッタが相殺される。
【００６７】
（実施例３）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２のシリンドリカル面の母線３４は、第２の軸５１に対して第１の軸の回りに光ビームｃの進行方向に向かって反時計回りにθ＝０．４７°の傾きをなしている。
面倒れによるジッタは図２１のようになり、走査の中心と走査の終点に間で面倒れによるジッタが０となる。
【００６８】
（実施例４）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、図２２に示すように、第３の軸５２（図２２の面に略垂直な軸）の回りにθ＝２２．６°傾け、図２２の矢印の方向から見た図２３のように、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．３８ｍｍ偏心させている。
このように、レンズ３２を第３の軸５２の回りに傾け、第３の軸５２に沿って偏心させ、それらの傾きの角度と偏心量を適正に与えても、受光素子３３で面倒れによるジッタを十分に小さくすることができる。ただし、完全に０とはならず、面倒れによる受光素子３３上での光ビームスポットの位置のずれは図２４のようになる。面倒れが０秒での曲線の傾きが０であるため、面倒れが増加しても光ビームスポットの位置のずれは小さく抑えられている。面倒れによるジッタは図２５のようになり、走査の中心で最小となるが０にはならない。図２４における位置ずれが、面倒れが０秒で傾き０となるためのレンズ３２の傾きの角度と偏心量の関係を図２６に示す。
【００６９】
（実施例５）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、第３の軸５２の回りにθ＝２２．６°傾け、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．０６ｍｍ偏心させている。面倒れによるジッタは図２７のようになり、走査の終点で面倒れによるジッタが最小となる。
【００７０】
（実施例６）
実施例１と次の点で構成が異なる。レンズ３２の配置として、第３の軸５２の回りにθ＝２２．６°傾け、第３の軸５２に沿ってｄ＝０．１８ｍｍ偏心させている。面倒れによるジッタは図２８のようになり、走査の中心と走査の終点の間で面倒れによるジッタが最小となる。
【００７１】
（変形例）
上記実施例は、レンズ３２を第１の軸の回りに傾けるか、第３の軸５２の回りに傾け、第３の軸５２に沿って偏心するのかの何れかであったが、これらを組み合わせても構わない。
【００７２】
ジッタを生じないようにするため、傾き角度や偏心量は光学系により異なり、回転多面鏡４に入射する光ビームの副走査方向の入射角（斜め入射の入射角）や、受光素子３３で光ビームを検出するときの偏向角や、レンズ３２の曲率半径や、伝達光学系２２の副走査方向の光学倍率や、第２走査レンズ１５のプリズムとしての頂角等に依存する。
【００７３】
また、レンズ３２は、シリンドリカルレンズには限らず、一方向に強い屈折力を有する光学素子であればよく、例えば一方向に強い屈折力を有するアナモルフィックレンズであってもよい。その場合、図１２において、受光素子３３位置でジッタを生じないようにするには、強い屈折力の方向を面倒れにより光ビームｃが変位する方向５３に一致するようにそのアナモルフィックレンズ３２を第１軸の回りで傾ける。
【００７４】
なお、以上の実施例では、偏向器として回転多面鏡を使用するものについて説明したが、偏向器として回転多面鏡の他に、回転２面鏡の場合にも同様の効果を達成することができる。また、回転多面鏡の反射面で２度反射されるものだけでなく、１度だけ入射して反射偏向される光走査装置にも適用できる。
以上、本発明の光走査装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光走査装置によれば、偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによるジッタが最小となる点が、被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されているので、面倒れによるジッタと面倒れ以外の要因によるジッタとを合わせた総合的なジッタの最大値を小さく抑えることができ、斜め入射の光走査装置においてジッタの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光走査装置の基本実施例の構成を示す平面図である。
【図２】図１の光走査装置の側面図である。
【図３】図１の光走査装置の主要部の斜視図である。
【図４】図１の光走査装置の主要部の側面図である。
【図５】図１の光走査装置の整形光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図６】図１の光走査装置の伝達光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図７】図１の光走査装置の走査光学系の主走査方向と副走査方向の光路図である。
【図８】伝達光学系の作用を説明するための主走査面の断面展開図である。
【図９】屈折プリズムの補正作用を説明するための図である。
【図１０】本発明の１つの具体例の第３走査レンズの入射面におけるビーム軌跡を示した図である。
【図１１】本発明の１つの具体例において像面湾曲が発生しない理由を説明するための図である。
【図１２】基本実施例の光ビーム検出部のレンズを光ビームの進行方向に向かって示した図である。
【図１３】レンズの配置によって受光素子上でジッタが生じる理由を説明するための図である。
【図１４】偏向された光ビームの走査光学系に入射する前の軌跡を光ビームの進行方向に向かって示した図である。
【図１５】基本実施例において面倒れによる主走査方向への光ビームの変位が存在する様子を示す図である。
【図１６】面倒れがあるときの走査光学系で発生する光ビームスポットのずれを示す図である。
【図１７】図１６の場合のジッタを示す図である。
【図１８】面倒れによるジッタと他の要因によるジッタと合わせた総合的なジッタを示す図である。
【図１９】基本実施例において面倒れが１００秒のときのジッタの値を示す図である。
【図２０】実施例２の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２１】実施例３の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２２】実施例４のレンズの配置を説明する図１と同様の図である。
【図２３】図２２の矢印の方向から見た図である。
【図２４】実施例４の面倒れによる受光素子上での光ビームスポットの位置のずれを示す図である。
【図２５】実施例４の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２６】実施例４のレンズの配置においてレンズの傾きの角度と偏心量の関係を示す図である。
【図２７】実施例５の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【図２８】実施例６の面倒れによるジッタの様子を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザー（光源）
２…第１整形レンズ
３…第２整形レンズ
４…回転多面鏡
５…回転多面鏡の第１反射面
６…回転多面鏡の第２反射面
７…第１伝達レンズ
８…第２伝達レンズ
９…第３伝達レンズ
１０…第１伝達ミラー
１１…第４伝達レンズ
１２…第５伝達レンズ（伝達光学系の後群）
１３…第２伝達ミラー
１４…第１走査レンズ
１５…第２走査レンズ（プリズム）
１６…第３走査レンズ（長尺レンズ）
１７…被走査面
２１…整形光学系
２２…伝達光学系
２３…走査光学系
３０…主走査（水平）同期信号発生用光ビーム検出部
３１…ミラー
３２…レンズ
３３…受光素子
４１…回転多面鏡の回転軸
５１…第２の軸
５２…第３の軸
５３…面倒れにより光ビームが変位する方向
６１…アパーチャ
９１…面倒れによるジッタ
９２…面倒れ以外の要因によるジッタ
Ｌ0 …走査の始点
Ｌ1 …走査の中心
Ｌ2 …走査の終点
Claims (7)
- 光ビームを発生する光源と、前記光源から副走査方向に角度を持って入射する光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する偏向器と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査させる走査光学系と、前記偏向器の反射面により反射偏向された光ビームを前記被走査面上の走査の前に検出して同期信号を発生する受光素子とを備えた光走査装置において、
前記受光素子へ光ビームを導くアナモルフィックレンズが配置されており、前記アナモルフィックレンズの傾き角と偏心量の少なくとも一方を調節することによって、前記受光素子上での前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる光ビームのずれ量を調節することにより、前記偏向器の複数の反射面の副走査方向の面倒れによる前記被走査面上での主走査方向のジッタが最小となる点が、前記被走査面上の走査の中心と走査の終点を含めてそれら２点間の領域内に設定されていることを特徴とする光走査装置。 - 前記アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向と前記面倒れによる光ビームの変位方向とが略一致するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
- 前記受光素子により光ビームが検出される瞬間の前記アナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第１の軸の回りで傾けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
- 前記アナモルフィックレンズの屈折力が強い方向が第３の軸と角度をなすように第１の軸の回りで傾けられていることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
- 前記受光素子により光ビームが検出される瞬間の前記アナモルフィックレンズに入射する光ビームの主光線を第１の軸とし、その光ビームによって掃引される面内にあり、第１の軸に垂直な軸を第２の軸とし、第１の軸と第２の軸に垂直な軸を第３の軸とするとき、そのレンズが第３の軸の回りで傾けられ、かつ、第３の軸に沿って偏心させられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
- 前記光源と前記受光素子が主走査方向において略共役に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光走査装置。
- 前記偏向器は回転多面鏡からなり、前記回転多面鏡の第１反射面により反射偏向された光ビームを前記回転多面鏡の第２反射面に伝達入射させる伝達光学系を備え、前記第２反射面により反射偏向された光ビームを前記走査光学系により前記被走査面上にビームスポットを形成させて走査させるように構成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光走査装置。
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