JP3680893B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【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。
【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θs は、θs =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。
【0036】
β=wo /wi =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。
【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。
【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。
【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、
zi =(y2 /ri )/[1+{1−(Ki +1)(y/ri )2 }1/2 ]+Ai y4 +Bi y6 +Ci 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、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。
【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。
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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