JP3680893B2 - 光走査装置 - Google Patents

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、特に回転多面鏡の回転軸に垂直な走査面に対して角度を有して光ビームを回転多面鏡に順に２度入射させる光走査装置において、ビームスポット形状の変形を防止した光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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においては、光ビームを偏向走査する偏向器として回転多面鏡が多く用いられてきた。
【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】
近年、上記の装置においては、解像度や処理速度の向上のため、より高速の光走査装置が求められるようになってきている。光ビームの偏向に回転多面鏡を用いた光走査装置では、走査速度（走査周波数）を上げるためには、
（１）回転多面鏡の回転数を上げる。
（２）回転多面鏡の面数を増加させる。
の２つの方法が考えられる。
【０００５】
回転多面鏡の回転数を上げるためには、高速回転可能な軸受が必要になるが、現在最も多く用いられているボールベアリングでは、毎分２００００回転程度が上限となる。エアベアリングを用いれば、毎分３００００回転以上の回転数で使用可能であるが、軸受が高価なため使用できる装置が限られる。特に、一般消費者向けの安価なレーザービームプリンタ等には使えない。
【０００６】
一方、回転多面鏡の面数を増加させると、１つの反射面当りの回転角度が小さくなってしまう。また、個々の反射面の大きさを一定以上確保しようとすると、回転多面鏡の直径が大きくなってしまう。
【０００７】
光走査装置では、被走査面上に光ビームを結像させて用いることが多いが、レーザービームを走査する場合、小さなスポットに結像させるには、光ビームの拡がり角に応じて回転多面鏡の反射面は主走査方向にある一定の大きさが必要である。ところが、回転多面鏡の面数を増加させた場合、１つの反射面での回転角度が小さいため光ビームの走査角も小さくなる。光ビームの走査角が小さいと、所定の走査幅を得るためには走査光学系の焦点距離が長くなり、回転多面鏡から被走査面までの光路長も伸びる。このため、回転多面鏡の反射面上での光ビームの主走査方向の直径も大きくなり、面数が少ない場合に比べてより反射面が大きくなり、さらに一層回転多面鏡の大きさが増加する。
【０００８】
すなわち、回転多面鏡の面数が増加するに従って必要な反射面の大きさは面数の少ない場合に比べてより大きくなるという矛盾した特性を持つため、回転多面鏡の大きさ（内接円筒の大きさ）が決まれば、面数の上限が決まる。例えば、レーザービームプリンタに用いる光走査装置において、所要走査幅３５０ｍｍ、波長７８０ｎｍ、回転多面鏡の内接円筒の半径を２５ｍｍ、被走査面での主走査方向のスポット直径を５０μｍ以下にする場合、面数はおおむね７面が上限となる。
【０００９】
そこで、面数を多く取るために、回転多面鏡の直径を大きくすると、回転多面鏡の重量や慣性２次モーメントが増加し、回転に伴う空気抵抗（風損）も増加するので、回転数が低く制限される。
【００１０】
このように、回転多面鏡の面数、回転数共上限があるので、それを越える走査速度を得るために様々な光走査装置が考案されてきた。
【００１１】
例えば、特開昭５１−１００７４２号に記載された技術では、光源に半導体レーザーアレーを用い、同時に複数のレーザービームで被走査面を走査することで走査速度を向上させている。この方法によれば、回転多面鏡の回転数を上げることなく、素子に集積されたレーザーの個数だけ走査速度を早めることができる。
【００１２】
一方、特開昭５１−３２３４０号のものでは、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方法が開示されている。すなわち、回転多面鏡に光ビームを２度入射させている。
【００１３】
後者の方法においては、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。
【００１４】
このように構成することで、光ビームが最初に回転多面鏡に入射する際には、光ビームの直径を極端に小さくできるので、回転多面鏡の分割角度一杯まで走査可能となる。第１の反射面で偏向された光ビームが伝達光学系を経由して２回目に回転多面鏡に入射する際には、光ビームの直径は被走査面上で所定のスポットを得るのに必要な大きさに拡大されるものの、反射面の回転に追従するため、回転多面鏡の回転角度とは無関係に光ビームの大きさを設定できる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転多面鏡にこのような２度入射でかつ斜め入射を行って偏向する場合、伝達光学系の構成を工夫しないと、被走査面上でのビームスポットの形状が、走査領域の外側に向かうにつれて斜めに変形するという問題が生じる。
【００１８】
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、伝達光学系の構成に基づいて発生するビームスポット形状の変形を防止した２度入射で斜め入射の高速な光走査装置を提供することである。
【００１９】
【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、前記光源からの光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する回転多面鏡と、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と、前記回転多面鏡の前記第２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を備えた光走査装置において、
前記光源からの光ビームは前記第１反射面に副走査方向に角度を持って入射し、前記伝達光学系により２回の反射を経て伝達された光ビームは前記第２反射面に副走査方向に角度を持って、かつ、前記第１反射面に入射する方向とは対向する方向から入射する配置になっており、
前記伝達光学系は、副走査方向において前記第１反射面と前記第２反射面とを略共役関係にしており、かつ、前記第１反射面と前記第２反射面の間の前記伝達光学系の光路において、主走査方向における前記光源の結像回数と、副走査方向における前記光源の前記第１反射面及び前記第２反射面近傍での結像を除いた結像回数との合計が０を含む偶数となるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この場合、伝達光学系は、第１反射面と第２反射面の間の伝達光学系の光路において、例えば、主走査方向における光源の結像回数が１回、副走査方向における光源の第１反射面及び第２反射面近傍での結像を除いた結像回数が１回となるように構成することができる。
【００２１】
なお、回転多面鏡は回転軸を挟んで互いに平行で互いに１８０°の角度をなして対向する対をなした複数組の反射面を有し、第１反射面と第２反射面は回転多面鏡の回転軸を挟んで互いに平行で互いに１８０°の角度をなして対向する反射面に設定されていることが望ましい。
【００２２】
また、光源からの光ビームを第１反射面へ入射させる光学系の光軸、伝達光学系の光軸、走査光学系の光軸が、回転多面鏡の回転軸を含む共通の副走査面内に配置されていることが望ましい。
【００２３】
本発明においては、回転多面鏡への２度入射かつ斜め入射の光走査装置において、伝達光学系は、副走査方向において第１反射面と第２反射面とを略共役関係にしており、かつ、第１反射面と第２反射面の間の伝達光学系の光路において、主走査方向における光源の結像回数と、副走査方向における光源の第１反射面及び第２反射面近傍での結像を除いた結像回数との合計が０を含む偶数となるように構成されているので、被走査面上で光ビームスポット形状が位置に応じて変形することがなくなり、画像にむらが発生せず、正確で良好な画像を再現することができる。
【００２４】
【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実施例について説明する。図１は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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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は入射面が副走査方向に正屈折力を有す得るシリンドリカル面、射出面が正屈折力を有する球面で構成されるレンズである。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。そのため、光ビームは、第５伝達レンズ１２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の正屈折力により第４伝達レンズ１１と第５伝達レンズ１２の間で一旦結像し、第５伝達レンズ１２の正屈折力により第２反射面上に再度結像する。そして、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近傍に結像する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
第１反射面５に入射する平行な光ビームの直径はｗ_i 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ｗ_o 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、ｗ_o をｗ_i 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。
【００３３】
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。
【００３４】
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θ_s は、θ_s ＝２θ₁ ＋θ₂ と表わされる。
【００３５】
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ｗ_o ／ｗ_i 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。
【００３６】
β＝ｗ_o ／ｗ_i ＝ｆ₂ ／ｆ₁ ＝２θ₁ ／θ₂
本実施例では光学倍率βを、１＜β＜２０としている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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ｗ_i 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ｗ_o 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。ｗ_i 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。
【００４０】
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ｗ_o 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ｗ_i 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。
【００４１】
このように構成された光走査装置の具体的な数値例を表−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ｒ_ix、ｒ_iy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。
【００４２】

【００４３】
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、
ｚ_i ＝（ｙ² ／ｒ_i ）／［１＋｛１−（Ｋ_i ＋１）（ｙ／ｒ_i ）² ｝^1/2 ］＋Ａ_i ｙ⁴ ＋Ｂ_i ｙ⁶ ＋Ｃ_i ｙ⁸
であり、その非球面係数を次の表−２に示す。
【００４４】

【００４５】
この具体例において、第３走査レンズ１６の入射面Ｓ₂₅は、ｒ_25y ＝−１４７５．３９３７８の円弧をｒ_25x ＝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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、光源１、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。
【００４８】
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β_t は１．１２、走査光学系２３の副走査方向の光学倍率β_s は０．４０６である。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
さて、本発明においては、以上のような回転多面鏡４の反射面５、６に２度入射させかつ斜め入射させる光走査装置において、第１反射面５と第２反射面６の間、伝達光学系２２により、主走査面において１回、副走査面において１回（第１反射面５、第２反射面６近傍での結像は除く。）の合計２回の偶数回結像させるように構成する理由を説明する。
まず、図１〜図７のような構成において、伝達光学系２２により副走査面において１回も結像させない構成が考えられる。この場合の問題点を説明する。
図１２に伝達光学系２２の主走査面の光路を模式的に示す。整形光学系２１で整形された光源１からの光ビームが回転多面鏡４の第１反射面５に斜めに入射するとき、光ビームの主走査方向での中心光線Ｒ₀ （実線）とビーム端の光線Ｒ₁ （破線）に注目すると、第１反射面５に入射する光線Ｒ₀ と光線Ｒ₁ が第１反射面５で反射される反射点Ｐ₀ 、Ｐ₁ は光軸方向にδ₁ だけずれる。また、第２反射面６に入射する光線Ｒ₀ と光線Ｒ₁ が第２反射面６で反射される反射点Ｑ₀ 、Ｑ₁ はδ₂ だけずれる。
【００５３】
図１３は図１２と同じ状態のときの伝達光学系２２から走査光学系２３までの副走査面の光路を示す。整形光学系２１からの光ビームは第１反射面５に斜めに入射するため、反射点Ｐ₀ 、反射点Ｐ₁ のずれにより、第１反射面５で反射された直後は、図示したように、光線Ｒ₁ は光線Ｒ₀ より上に互いに平行にずれる。第４伝達レンズ１１、第５伝達レンズ１２共副走査方向の正屈折力があまり大きくないとすると、光線Ｒ₁ は第４伝達レンズ１１と第５伝達レンズ１２により屈折され、光線Ｒ₀ と交差し、第２反射面６に入射するときには、光線Ｒ₁ は光線Ｒ₀ より下にずれる。さらに、反射点Ｑ₀ とＱ₁ の光軸方向のずれと、光ビームが第２反射面６右上から左下に斜めに入射することにより、光線Ｒ₁ と光線Ｒ₀ の間隔はさらに拡大される。しかも、第２反射面６で反射された光線Ｒ₁ と光線Ｒ₀ は互いに角度をなしており、第２反射面６から離れるに従って光線Ｒ₁ と光線Ｒ₀ の間隔はさらに大きくなり、第３走査レンズ１６上では光線Ｒ₁ と光線Ｒ₀ の間隔は非常に大きくなる。なお、図１３中では、第２走査レンズ１５は図示を省いてある。
【００５４】
このときの第３走査レンズ１６入射面上でのビームの形状を図１４に示す。光線Ｒ₀ に対して光線Ｒ₁ と反対側の光線を光線Ｒ₂ とし、光線Ｒ₀ 、光線Ｒ₁ 、光線Ｒ₂ が第３走査レンズ１６に入射する位置をそれぞれ点Ｓ₀ 、点Ｓ₁ 、点Ｓ₂ とすると、ビームの断面形状は図示しように平行四辺形となる。アパーチャ６１の形状が矩形であるため、第３走査レンズ１６上のビーム形状は平行四辺形となるが、アパーチャ６１が円形であると、ビーム形状は斜めに傾いた楕円形となる。
【００５５】
走査領域全域における第３走査レンズ１６入射面上のビーム形状を図１５に示す。ビーム形状は１０１〜１０５のように主走査方向の位置に応じて変化する。走査領域の中心を走査する光ビームは、図１３に示したような光線のずれがないため、ビーム形状は矩形１０３となる。第３走査レンズ１６は被走査面１７に最も近いレンズなので、被走査面１７側のＦナンバーは第３走査レンズ１６上のビームの大きさに依存する。図１４において、平行四辺形の大きな対角線方向Ａでは光ビームの径が大きいためにＦナンバーは小さく、逆に平行四辺形の小さな対角線方向ＢではＦナンバー大きい。したがって、被走査面１７におけるビームスポットの形状は、図１６に示すように、方向Ａで小さく、方向Ｂで大きくなり、斜めに変形した形状になってしまう。したがって、走査領域全域における被走査面１７でのスポット形状は図１７に符号１０６〜１１０で示したように位置に応じて変化してしまう。
【００５６】
以上のように、図１〜図７のような光走査装置の構成において、伝達光学系２２により副走査面において１回も結像させない構成をとると、走査領域の外側に向かうにつれて被走査面１７におけるビームスポットの形状が斜めに変形するという問題が生じる。そこで、本発明においては、前記の実施例のように、第４伝達レンズ１１と第５伝達レンズ１２の間で１回結像するようにしている。このように構成すると、上記の被走査面１７上でスポット形状が位置に応じて変形する問題が解決できる。この理由を以下に説明する。
図１８は本発明の前記実施例における伝達光学系２２の主走査面の光路を模式的に示す図である（図１２に対応）。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９を合成した主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４を１枚のレンズとして表してある。図１２と同様に、図１８は整形光学系２１で整形された光源１からの光ビームが回転多面鏡４の第１反射面５に斜めに入射する状態を示しており、光ビームの主走査方向での中心光線Ｒ₀ （実線）とビーム端の光線Ｒ₁ （破線）が第１反射面５で反射される反射点Ｐ₀ 、Ｐ₁ 間の光軸方向のずれはδ₁ であり、第２反射面６で反射される反射点Ｑ₀ 、Ｑ₁ 間の光軸方向のずれはδ₂ である。
【００５７】
図１９は図１８と同じ状態のときの伝達光学系２２から走査光学系２３までの副走査面の光路であり（図１３に対応）、整形光学系２１からの光ビームは第１反射面５に斜めに入射するため、反射点Ｐ₀ 、反射点Ｐ₁ のずれにより、第１反射面５で反射された直後は、図示したように、光線Ｒ₁ は光線Ｒ₀ より上に互いに平行にずれる。光線Ｒ₁ は第４伝達レンズ１１により屈折されて光線Ｒ₀ と交差し、第５伝達レンズ１２により屈折されて再び光線Ｒ₀ と交差し、第２反射面６に入射する直前には、光線Ｒ₁ は光線Ｒ₀ より上にずれる。反射点Ｑ₀ と反射点Ｑ₁ の光軸方向のずれと、光ビームが第２反射面６右上から左下に斜めに入射することにより、第２反射面６で反射された直後は、光線Ｒ₁ は光線Ｒ₀ より下側にずれる。しかし、光線Ｒ₁ と光線Ｒ₀ が互いに角度をなしているので、第２反射面６から離れるに従って光線Ｒ₀ と光線Ｒ₁ の間隔は狭くなり、第３走査レンズ１６上では光線Ｒ₀ と光線Ｒ₁ のずれはほとんどなくなる。
【００５８】
前記の具体的な数値例において、被走査面１７上の走査領域の端のビームスポットの形状を図２０に示す。この図から明らかなように、図１６の場合と比較して良好な形状を示していることが分かる。そのため、走査領域全域における被走査面１７でのスポット形状は略一定で位置に応じて変化することはない。
【００５９】
図１８と図１９を用いた説明から分かるように、伝達光学系２２の光路において、主走査面、副走査面での結像回数は、第１反射面５と第２反射面６での副走査方向の結像は除いて、それぞれ１回ずつであり、合計回数は２回（偶数回）となる。このように、主走査面と副走査面での結像回数の合計を偶数回にすることにより、走査領域全域における被走査面１７でのスポット形状を良好にすることができる。
【００６０】
図１２、図１３に示した構成では、伝達光学系２２の光路において、主走査面、副走査面での結像回数は、第１反射面５と第２反射面６での副走査方向の結像は除いて、それぞれ１回、０回てあり、合計回数は１回（奇数回）である。これに対して、図示はしないが、主走査面での結像回数を０を含む偶数回にした場合（例えば、伝達光学系２２を主走査面において正パワーと負パワーからなるアフォーカル光学系とする。）には、第２反射面６での光線Ｒ₀ に対して光線Ｒ₁ が存在する側が反対側になり、反射点Ｑ₀ に対する反射点Ｑ₁ のずれの方向も図１２の場合とは逆になる。その場合、副走査面での結像回数を０回（偶数）のままに保つと、図２１に示すように、光線Ｒ₀ と光線Ｒ₁ のずれは第３走査レンズ１６上では相殺されるようになり、走査領域全域における被走査面１７でのスポット形状を良好にすることができる。したがって、主走査面での結像回数と副走査面での結像回数の合計を０を含む偶数回にすれば、本発明の上記効果を得ることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
【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、回転多面鏡への２度入射かつ斜め入射の光走査装置において、伝達光学系は、副走査方向において第１反射面と第２反射面とを略共役関係にしており、かつ、第１反射面と第２反射面の間の伝達光学系の光路において、主走査方向における光源の結像回数と、副走査方向における光源の第１反射面及び第２反射面近傍での結像を除いた結像回数との合計が０を含む偶数となるように構成されているので、被走査面上で光ビームスポット形状が位置に応じて変形することがなくなり、画像にむらが発生せず、正確で良好な画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光走査装置の１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】副走査面において１回も結像させない伝達光学系の主走査面の光路を模式的に示す図である。
【図１３】図１２と同じ状態のときの伝達光学系から走査光学系までの副走査面の光路を示す図である。
【図１４】図１２、図１３の構成での第３走査レンズ入射面上でのビームの形状を示す図である。
【図１５】図１２、図１３の構成での走査領域全域における第３走査レンズ入射面上のビーム形状を示す図である。
【図１６】図１４の場合の被走査面におけるビームスポットの形状を示す図である。
【図１７】図１５の場合の走査領域全域における被走査面でのスポット形状を示す図である。
【図１８】本発明の実施例における伝達光学系の主走査面の光路を模式的に示す図である。
【図１９】図１８と同じ状態のときの伝達光学系から走査光学系までの副走査面の光路を示す図である。
【図２０】具体的な数値例にける被走査面上の走査領域の端のビームスポットの形状を示す図である。
【図２１】図１２、図１３の構成を本発明に基づいて変形したときの副走査面の光路を示す図である。
【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
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
２４…主走査方向正屈折力伝達レンズ群
４１…回転多面鏡の回転軸
６１…アパーチャ
１０１〜１０５…第３走査レンズ入射面上のビーム形状
１０６〜１１０…被走査面でのスポット形状

Claims (4)

1. 光ビームを発生する光源と、前記光源からの光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する回転多面鏡と、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と、前記回転多面鏡の前記第２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を備えた光走査装置において、
   前記光源からの光ビームは前記第１反射面に副走査方向に角度を持って入射し、前記伝達光学系により２回の反射を経て伝達された光ビームは前記第２反射面に副走査方向に角度を持って、かつ、前記第１反射面に入射する方向とは対向する方向から入射する配置になっており、
   前記伝達光学系は、副走査方向において前記第１反射面と前記第２反射面とを略共役関係にしており、かつ、前記第１反射面と前記第２反射面の間の前記伝達光学系の光路において、主走査方向における前記光源の結像回数と、副走査方向における前記光源の前記第１反射面及び前記第２反射面近傍での結像を除いた結像回数との合計が０を含む偶数となるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記伝達光学系は、前記第１反射面と前記第２反射面の間の前記伝達光学系の光路において、主走査方向における前記光源の結像回数が１回、副走査方向における前記光源の前記第１反射面及び前記第２反射面近傍での結像を除いた結像回数が１回となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記回転多面鏡は回転軸を挟んで互いに平行で互いに１８０°の角度をなして対向する対をなした複数組の反射面を有し、前記第１反射面と前記第２反射面は前記回転多面鏡の回転軸を挟んで互いに平行で互いに１８０°の角度をなして対向する反射面に設定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。
4. 前記光源からの光ビームを前記第１反射面へ入射させる光学系の光軸、前記伝達光学系の光軸、前記走査光学系の光軸が、前記回転多面鏡の回転軸を含む共通の副走査面内に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光走査装置。

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