JPH01289909A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ等を光源として、その光源からの光束
を利用して情報の記録又は再生を行う走査光学装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、走査光学装置で用いられる偏向器はポリゴンミラ
ーやガルバノミラ−が用いられてきた。

第１１図より第１４図は走査光学装置の一般的な構成を
示す概略図である。また、簡単のため、倒れ補正のため
の光学系は必要がないとして説明する。

第１１図は偏向器としてガルバノミラ−を用いた例であ
る。光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で
平行光にされ、ガルバノミラ−２１のミラー面に入射し
、このミラー面で反射された後、ａｒｃｓｉｎθレンズ
１０を通り、シリンドリカルレンズ１８を通って被走査
面５に結像する。被走査面５の所には光源を記録するた
めの感光ドラム６が置かれている。ガルバノミラ−２１
に入射する光束は被走査面５に垂直、で偏向器の回転軸
３を含む平面（以下、簡単のため図に示したような座標
系が与えられている即し′て、この平面を・・平面履呼
ぶ。）内でガルバノミラ−２１に入射している。シリン
ドリカルレンズ１８は走査される像面がミラー面の回転
につれて２方向に曲がるのを補正男る目的でみれられて
いる。また、１１はガルバノミラ−２１の駆動装置であ
る。

第１２図は偏向器としてポリゴンミラーを用いた例であ
る。光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で
平行光にされ、ポリゴンミラー２２のミラー面に入射し
、このミラー面で反射された後、ｆθレンズ１４を通っ
て被走査面５に結像する。ポリゴンミラー２２に入射す
る光束は被走査面５と偏向器の回転軸３に垂直な面内で
ポリゴンミラー２２に入射している。

第１３図は偏向器としてポリゴンミラーを用いた例であ
る。光束は光源７を発した後コリメーターレンズ８で平
行光にされ、ポリゴンミラー２２のミラー面に入射し、
このミラー面で反射された後、ｆθレンズ１４を通りシ
リンドリカルレンズ１８を通って被走査面５に結像する
。ポリゴンミラー２２に入射するレーザー光はｚｘ平面
内でポリゴンミラー２２に入射している。シリンドリカ
ルレンズ１８は走査される像面がミラー面の回転につれ
て、２方向に曲がるのを補正する目的で入れられている
。また、１５はポリゴンミラー２２の駆動装置である。

以上３つの例ではミラー面は平面であるが、このミラー
面に曲率をもたせたことによりｆθレンズをなくした例
として第１４図の例がある。この例では偏向器はポリゴ
ンミラー２３である。光束は光源７を発した後、コリメ
ーターレンズ８で平行光にされ、結像レンズ１６で集束
光としてポリゴンミラー２３のミラー面に入射し、ここ
で反射された後、シリンドリカルレンズ１８を通って被
走査面５に結像する。ポリゴンミラー２３に入射するレ
ーザー後はｚｘ平面内でポリゴンミラー２３に入射して
いる。シリンドリカルレンズ１８は走査される像面がミ
ラー面の回転につれて、２方向に曲がるのを補正する目
的で入れられている。また、１５はポリゴンミラーの駆
動装置である。

以上のような従来の走査光学装置では、偏向器のミラー
面の回転によって光束を走査するために発生する像面の
曲りを補正し、さら＋Ｌは偏向器の回転による被走査面
上の像の走査速度を一定にする必要があり、そのために
いくつものレンズ系を必要としている。これらのレンズ
系は、ミラー面で反射される光束の方向がミラー面の回
転によって変わっていくので、一般に設計が難しく、構
成が複雑で高価になるという欠点があった。このためミ
ラー面で反射される光束の方向は一平面内で対称である
ことが望まれる。

前記従来例のうち第１２図の例では光束が被走査面５と
偏向器の回転軸３に垂直な面内でミラー面に入射するの
で、反射される光束も同じ平面内で方向を変えている。

しかし、ポリゴンミラー２２の回転によって反射される
光束の方向は非対称形となり、走査される像面の曲りが
非対称となってしまうので、これを補正するレンズ系の
構成は複雑になってしまう。特にミラー面に曲率をつけ
たりすることは非対称性が著しくなるため困難である。

一方、第１１図、第１３図、第１４図のように、光束を
ｚｘ平面内からミラー面に入射させた例では、反射され
る光束の対称性は得られている。しかし、ミラー面の回
転によって、走査される光束の像面は２軸方向に曲って
しまうので、これを補正するためにシリンドリカルレン
ズ１８などを必要としていた。

このシリンドリカルレンズはミラー面の倒れ誤差補正の
目的でも使われているものであるが、この２方向の曲り
は上記従来例ではミラー面の角度の倒れによる影響より
も大きいので、通常その設計。

製作、調整は困難であり、またシリンドリカルレンズ以
外のｒθレンズ、　　ａｒｃ：ｓｉｎθレンズなどの設
計も困難にしていた。さらに第１４図のようにミラー面
に曲率をもたせることでｆθレンズを用いない例でも像
面の２方向の曲りを補正するためにシリンドリカルレン
ズ１８は必要であった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来装置の欠点を解消し、偏向器
の反射面から被走査面までの間のレンズの設計が容易で
、または、レンズの省略することのできる走査光学装置
を提供することにある。

本発明の上記目的は、光源と、該光源から発生する光束
を走査面上で走査するための偏向器と、該光源から発生
する光束を走査面上に結像する結像レンズとを有する走
査光学装置にあって、前記光源から発生する光束は前記
走査面に垂直な方向で前記偏向器に入射し、前記偏向器
に入射する光束と前記偏向器から出射する光束が同一の
面内にある場合に、前記偏向器の回転軸を含み前記走査
面に垂直な面内において、それぞれ、前記偏向器の回転
軸と前記偏向器の反射面とのなす角をβ、前記偏向器の
反射面と前記走査面とのなす角をαとするとき、 ０．５　Ｘ　２αくβ＜１．２Ｘ２α なる条件を満たすことによって達成される。

〔実施例〕

本発明は、光束をｚｘ平面（偏向器の回転軸を含み走査
面に垂直な面）内より偏向器に入射させることで光束の
反射光を対称形にし、さらに光束の像面の２軸方向の曲
りが平面から許容量の範囲に収まるように、偏向器の回
転軸とミラー面を傾けた値に設定し、なおかつ偏向器の
回転軸をｚｘ平而面で傾けて設定したことにより、光束
の像面のＺ軸方向の曲りを平面から許容量の範囲に収ま
るようにしたものである。また、ここでは走査面とＺ軸
方向は平行である。

以下、図を使って詳しく説明する。

第１図は本発明の詳細な説明するための全体図であり、
図に示したように直行座標Ｘ、ｙ、ｚ座標をもつ。第２
図は第１図のｚｘ平面での断面図であり、ミラーの走査
角が０のときを示している。つまり、ミラーに入射する
光束とミラーから出射する光束が同一の面内にある場合
である。第１図において、光源から出た光束は図には示
していないコリメーターレンズなどを通って入射光ｌと
して偏向器のミラー面２に入射し、このミラー面で反射
され、反射光４となって被走査面へ結像する。光束は光
源から被走査面に達するまでの間に必要に応じて用いら
れた図には示していないレンズ系を通ってもよい。

偏向器のミラー面２は偏向器の回転軸３に固定されてお
り、この回転軸のまわりを回転し、それによって反射光
４を被走査面上で走査する。被走査面５のところは記録
を行うための感光ドラム６などが置かれる。次に第２図
で回転軸とミラー面の角度について説明する。まず入射
光はｙ軸より２αの角度で入射している。一方、ミラー
面は回転軸より０でないβの角度で固定されており、走
査角が０のときはミラー面はｙ軸よりαの角度をなすよ
うに設定されているので反射光はｙ軸と平行光になる。

従来例ではβがＯであるため、ミラーが回転するにつれ
て、入射光の方向ベクトルとミラー面の法線ベクトルの
関係が変わり、反射光の方向ベクトルに２方向成分を生
じていた。また、ミラーの回転中心と入射光のミラー面
の位置が異なる場合、入射位置が２方向にずれて、結像
位置が変化していた。

本発明ではミラー面と回転軸を０でないβという角度に
設定したので、ミラーが回転したときに生ずる結像面の
２方向の曲りは許容量の範囲に収まっている。したがっ
て、ミラー面で反射された後被走査面までの間の光線は
平面とみなせる範囲内に収まる。

このβの値は入射光の角度、入射光の位置、ミラー面の
曲率、ミラー面の回転半径（走査角が０゜のときのミラ
ー面での光線の位置の回転軸からの距離）によって異な
った値をとることがわかった。

これらの条件をいろいろと変えて検討した結果、像面の
２方向の曲りが許容量に収まるβは、２αとの関係が０
．５　Ｘ　２α〈β＜、１．２Ｘ２αとなることを得た
。

以下第１表から第２２表にいくつかの入射光の方向に対
する本発明によるβの値とそのβのときのいくつかの走
査角での像面の２方向の位置と従来例による像面の２方
向の位置を示ず。

各表で２αは入射光がｙ軸となす角を意味し、βは本発
明による偏向器の回転軸とミラー面のなす角度、θはミ
ラーの回転角で、ここでは偏向器の回転軸のまわりを回
るミラー面の回転の角度を表わしており、θ＝０°のと
きレーザー光はｚｘ平面内に反射されることとする。像
位置はすべてミラ−の回転中心より２００　ｍ　ｍの所
にあるとし、２方向の位置をｍｍ単位で示している。ミ
ラー面と像面の間にレンズ系は含まない。

第１表から第４表までミラー面が平面でミラーの回転半
径が０の場合を示す。

第５表から第８表まではミラー面が平面鏡で、ミラーの
回転半径ａを変えた場合を示す。

第９表から第２２表まではミラー面が曲率ｒをもち、球
面鏡と円筒面鏡である場合で、ミラーの回転半径ａを変
えた場合を示す。

第１表 ２α＝５゜ 第２表 ２α＝１０゜ 第３表 ２α＝１５゜ 第４表 ２α＝２０８ 第５表 ａ＝０．５ｍｍ 第６表 ａ＝１０ｍｍ ２α＝１０°　　　２α＝１０゜ 本発明　　　従来例　　　本発明　　　従来例β　　４
．９１５°　　０°　　８．８８２°　　０゜θ ０°　　　　ｏ、ｏｏｏ　　　　ｏ、ｏｏｏ　　　　　
ｏ、ｏｏｏ　　　　ｏ、ｏｏ。

５°　　　−０，００８０，２４８−０，０１２０，４
８７１００−０，０２６１，０３０−０，０３９２，０
２４＋＊’　　　　　　　　　ｎｎｑｇ　　　　　　９
ＡＱ’）　　　　　　　　ｎｎＦ＋！；　　　　　　ａ
只６只第７表 ａ＝１５ｍｍ 第８表 ａ＝２０ｍｍ 第９表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝０．５ｍｍ　　　２　ａ　＝
１０゜第１０表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝０．５ｍｍ　　　２α＝２０
゜第１１表 ｒ＝１００ｍｍ　　ａ＝１０ｍｍ　　２　ａ　＝１０゜
第１２表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝１０ｍｍ　　　２　ａ　＝２
０゜第１３表 ｒ＝８０ｍｍ　　　ａ＝１５ｍｍ　　　２　ａ　＝１０
゜第１４表 ｒ＝８０ｍｍ　　　ａ＝＝１５ｍｍ　　−２ａ　＝２０
゜第１５表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝１５ｍｍ　　　２　ａ　＝１
０゜第１６表 ｒ＝１００ｍｍ　　ａ＝１５ｍｍ　　　２　ａ　＝２０
゜第１７表 ｒ＝１５０ｍｍ　　　ａ＝１５ｍｍ　　　２α＝１０゜
第１８表 ｒ＝１５０ｍｍ　　　ａ＝１５ｍｍ　　　２　ａ　＝２
０゜第１９表 ｒ＝＝１００ｍｍ　　　ａ＝２０ｍｍ　　　２　ａ　＝
１０゜第２０表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝２０ｍｍ　　　２α＝２０゜
第２１表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝２５ｍｍ　　　２　α＝ｌＯ
８第２２表 ｒ＝１００ｍｍ　　　ａ＝２５ｍｍ　　　２α＝２０゜
第３図は本発明の第１の実施例であり、偏向器としてガ
ルバノミラ−を利用している。第４図は第３図のガルバ
ノミラ−のみを示した図である。第４図においてガルバ
ノミラ−のミラー９は回転軸３に対して本発明による角
度で傾けるために、図のようなフォーク型の支持具１２
などで回転軸３に固定されている。ミラー９はこの回転
軸３のまわりをミラー駆動装置１２によって正弦振動を
行う。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、ガルバノミラ−のミラー９に入射し、こ
のミラー面で反射された後、ａｒｃｓｉｎθレンズ１０
を通り、被走査面に結像する。

従来例（第１１図）と異なり、この実施例では像面の２
方向への曲りが少ないので、これを補正するためのシリ
ンドリカルレンズは必要としていない。

第５図は本発明の第２の実施例であり、偏向器としてポ
リゴンミラーを用いた例である。第６図は第５図のポリ
ゴンミラー１３の拡大図であり、この図に示されている
ようにポリゴンミラー１３のミラー面は回転軸３に対し
て平行にはされていない。

したがって、第５図のようにポリゴンミラーの回転軸３
は従来例とは違った角度に設定されている。

第５図に示されたとうり光束は光源７を発したのち、コ
リメーターレンズ８で平行光にされた後、ポリゴンミラ
ー１３のミラー面に入射し、このミラー面で反射された
後、ｆθレンズ１４を通って被走査面に結像する。

第７図は本発明の第３の実施例であり、第１の実施例の
ガルバノミラ−のミラーを平面鏡から凸球面鏡を用いた
ことで、ａｒｃｓｉｎθレンズを用いない例である。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、結像レンズ１６で集束光としてガルバノ
ミラ−のミラー１７に入則し、ここで反射された後、被
走査面５に結像する。

第８図は本発明の第４の実施例であり、第３の実施例に
対して、さらにシリンドリカルレンズを加えることによ
ってミラー面の倒れ誤差を補正した例である。

この例ではシリンドリカルレンズを用いているが、像面
の２方向の曲りが強くでる従来例に比べて、像面の２方
向の曲りは少ないのでシリンドリカルレンズの設計、製
作、調整などは従来例より楽になっている。

第９図は本発明の第５の実施例であり、第２の実施例の
ポリゴンミラーのミラーを平面から凸球面にしたことで
、ｆθレンズを用いない例である。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、結像レンズ１６で集束光としてポリゴン
ミラー１９のミラー面に入射し、ここで反射された後、
被走査面５に結像する。

第１Ｏ図は本発明の第６の実施例であり、第５の実施例
に対して、さらに球面レンズを一枚加えることによって
、ｆθ特性の悪化を補正した例である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、偏向器からの反
射光は一平面内で対称形とみなせるようになるので、ミ
ラー面から被走査面までの間のレンズの設計を容易にし
、または省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示した全体図、第２図は本発明
の原理を示した断面図、第３図から第１０図は本発明に
よる実施例を示す図、第１１図から第１４図は従来例を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、該光源から発生する光束を走査面上で走
   査するための偏向器と、該光源から発生する光束を走査
   面上に結像する結像レンズとを有する走査光学装置にあ
   って、 前記光源から発生する光束は前記走査面に垂直な方向で
   前記偏向器に入射し、前記偏向器に入射する光束と前記
   偏向器から出射する光束が同一の面内にある場合に、前
   記偏向器の回転軸を含み前記走査面に垂直な面内におい
   て、それぞれ、前記偏向器の回転軸と前記偏向器の反射
   面とのなす角をβ、前記偏向器の反射面と前記走査面と
   のなす角をαとするとき、 ０．５×２α＜β＜１．２×２α なる条件を満たすことを特徴とする走査光学装置。