JPH0192716A - 光走査装置 - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は光走査装置に関し、特に光ビームを走査して情
報を読取りまたは記録するための光走査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の光走査装置では、第１０図に示すように、例えば
半導体レーザ１でなる光源から放射されたレーザ光２が
、コリメータレンズ３によって平行光束にされ、結像レ
ンズ８を通過し偏向器５によって偏向されて走査集束光
になり、ｒθレンズ系９を通過して副走査方向に一定速
度で移動される走査面７上に結像されるようになってい
る。

ところで、第１２図に示すようなｆθレンズ系９を使用
しない一般的なポストオブジェクティブ型の光走査装置
では、偏向器５が回転多面鏡（ポリゴンミラー）のよう
な等角速度運動を行う偏向器で形成されている場合、第
１３図に示すように、走査面７上での走査集束光の主走
査方向の走査速度Ｖは、偏向角をθ、走査中心０での走
査速度をＶ。

とすると、 ■””　Ｖ　ｏ　／ｃｏｓ”θ で表されるので、走査端部に至るほど走査速度Ｖが速く
なり、歪曲収差、非点収差などの走査歪が生じる。

これらの走査歪を解消するために、第１０図に示すよう
に、従来の光走査装置では、ｒθレンズ系９を用いて走
査面７上での走査集束光の主走査方向の走査速度Ｖが等
速度となるように変換する方法が一般に用いられてきた
（第１１図に示す主走査方向に関する略図参照）。

なお、ｆθレンズ系９は、−ａ的には２枚以上の曲率を
有する凸レンズあるいは凹レンズによって構成されてい
るが、単一のｒθレンズによって上述の走査歪を補正す
る方法も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の光走査装置では、一般に走査歪の補正の
ためにｆθレンズ系９を用いているが、光学設計が複雑
になり、レンズ自体が高価になるために光走査装置全体
が高価になるという問題点があった。

また、ｒθレンズ系９とは別に偏向器５自体による走査
誤差（回転多面鏡の場合の面倒れによる走査歪等）を補
正するための光学部材が必要になるなどの問題点があっ
た。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、安価でしかも少ない
光学部材を使用して主走査方向の走査歪および偏向器の
而倒れによる副走査方向の走査誤差を容易に補正するこ
とができるようにした光走査装置を捷供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光走査装置は、前記目的を達成するために、光
源から放射されコリメータレンズによって平行光束とさ
れた光ビームを偏向器に入射して偏向させることにより
走査面上を走査する光走査装置において、主走査方向の
みを老番面上に結像せしめる第１シリンドリカル光学部
材をコリメータレンズと偏向器との間に配置し、副走査
方向のみを走査面上に結像せしめる第２シリンドリカル
光学部材を偏向器と走査面との間でしかも走査面に十分
に近い位置に配置するようにしたものである。

〔作用〕

本発明の光走査装置では、光源と偏向器との間に配置さ
れ走査面の主走査方向にのみ集束作用を存する第１シリ
ンドリカル光学部材により一軸方向にのみ集束された集
束光が偏向器によりて偏向されて走査集束光となり、偏
向器と走査面との間の走査面に十分近い位置に配置され
た第２シリンドリカル光学部材により主走査方向におい
ては走査集束光の走査速度がほぼ一定にされて走査歪が
補正され、副走査方向においては偏向器の面倒れによる
走査誤差が補正される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図〜第３図は、本発明の一実施例に係る光走査装置
を示す斜視図、主走査方向に関する略図および副走査方
向に関する略図である０本実施例の光走査装置は、レー
ザ光２を放射する光源としての半導体レーザ１と、半導
体レーザ１から放射されたレーザ光２を平行光束に変換
するコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３からの
平行光束を走査面７の主走査方向にのみ結像せしめる第
１凸シリンドリカルレンズ４と、第１凸シリンドリカル
レンズ４からの一軸方向のみの集束光を走査集束光とし
て偏向する偏向器５と、偏向器５からの走査集束光を走
査面７の副走査方向にのみ結像せしめる第２凸シリンド
リカルレンズ６と、第２凸シリンドリカルレンズ６から
の走査集束光が集束され副走査方向に一定速度で移動さ
れる走査面７とから、その主要部が構成されている。

半導体レーザｌは、コリメータレンズ３により平行光束
が得られるようにコリメータレンズ３の焦点位置に配置
されている。

第１凸シリンドリカルレンズ４は、コリメータレンズ３
からの平行光束を走査面７の主走査方向にのみ集束して
焦点の位置にある走査面７上に結像させる光学系であり
、コリメータレンズ３と偏向器５との間の光路中に主走
査方向に対して曲率を有する第１凸シリンドリカルレン
ズ面を偏向器５側に向けて主走査方向と平行に配置され
ている。

偏向器５は、例えば回転多面鏡で形成されていて、第１
凸シリンドリカルレンズ４と第２凸シリンドリカルレン
ズ６との間の光路中に配置されており、一定の回転角速
度で回転して第１凸シリンドリカルレンズ４からの一軸
方向のみの集束光を走査集束光とするものである。

第２凸シリンドリカルレンズ６は、偏向器５からの偏向
集束光を走査面７の副走査方向に対してのみ集束して焦
点位置にある走査面７上に結像させる光学系であり、偏
向器５と走査面７との間の光路中に走査面７の近傍とな
るように副走査方向に対して曲率を存する第２凸シリン
ドリカルレンズ面を走査面７側に向けて主走査方向と平
行に配置されている。

走査面７は、回転軸が主走査方向に平行に配置され、一
定の回転角速度で（あるいは一定時間間隔で一定ピンチ
ずつ）回転する感光ドラム等で形成されている。

次に、このように構成された本実施例の光走査装置にお
ける走査歪の補正効果について主走査方向に限定して定
性的に説明する。

第１凸シリンドリカルレンズ４によって一軸方向にのみ
集束された光ビームは偏向器５によって偏向されて走査
面７上に達するが、偏向器５と走査面７との間に配置さ
れた第２凸シリンドリカルレンズ６が主走査方向におい
ては平行平面透明光学部材と同等に作用し、光ビームの
走査歪を補正する効果を生じる。

第５図（ａｌ〜（Ｃ１は、走査集束光の光路をわかりや
すくするために主光線について図示した説明図である。

第５図（ａｌは偏向角θが大きい場合、第５図ｆｂ）は
偏向角θが中くらいの場合、第５図ｔｃ＋は偏向角θが
小さい場合である。第５図［ａ）〜（Ｃ１は、いずれも
第１凸シリンドリカルレンズ４−から出射された一軸方
向のみの集束光が偏向器５によって偏向されて走査集束
光となり第２凸シリンドリカルレンズ６を透過して走査
面７上に到達した場合の主光線の光路を示す、第２凸シ
リンドリカルレンズ６に入射した走査集束光が走査面７
上に到達するまでの光線は一点鎖線で示されており、第
２凸シリンドリカルレンズ６が光路中に存在しない場合
の光線が点線で示されている。

第５図（ａｌ〜（Ｃ１からも明らかなように、走査集束
光の偏向角θが大きくなればなるほど走査歪の補正効果
は大きくなり、偏向角θ−０のときには走査歪の補正効
果は零となる。

次に、第６図を参照しながら第２凸シリンドリカルレン
ズ６による走査歪の補正効果について詳しい計算を行う
。

偏向器５から第２凸シリンドリカルレンズ６までの距離
をｄ３、第２凸シリンドリカルレンズ６の副走査方向の
中心位置での厚さをｄｔ、第２凸シリンドリカルレンズ
６の副走査方向の中心位置から走査面７までの距離をｄ
５、距離ｄ１の媒質の屈折率をｎｌ、第２凸シリンドリ
カルレンズ６°の屈折率をｎｔ、距離ｄｓの媒質の屈折
率をｎ３、偏向器５により偏向される走査集束光の偏向
角をθとすると、走査面７上に到達する走査集束光の走
査位置ｙ１は光の屈折の法則により次のように表すこと
ができる。

ここで、距Ｍｄｌおよびｄ８の媒質を空気としｎｌ　−
ｎ１需１とすると、（１１式は、＋　ｄ　１ｔａｎθ　
　　　　　　　　　・・・（２）となる、すなわち、距
ＨｄＩの媒質における光線の角度と距離ｄ、の媒質にお
ける光線の角度が等しいことを示している。（２）弐を
整理すると、Ｙ＋　Ｒ（ｄＩ　＋ｄｓ　）ｔａｎθ ここで、ｄ、＋ｄｔ＋ｄ、胃りとおくと、となる。

第６図において第２凸シリンドリカルレンズ６が存在し
ない場合の走査面７上における走査集束光の走査位置ｙ
、は、 ｙ８雪Ｄ　ｔａｎθ よって、第２凸シリンドリカルレンズ６による走査歪の
補正効果の量は、 となる。

第８図は、本実施例の光走査装置における走査歪の補正
効果を示すｖＡ図である。直線■はｙ−Ｄ・Ｔ（ただし
、Ｔ−θ×π／１８０　）であり、理想的に走査された
場合の走査特性を示す、また、曲線■はｙ−Ｄｔａｎθ
であり、第２凸シリンドリカルレンズ６を使用しない場
合の走査特性を示す。

さらに、曲線■は、本実施例の光走査装置における第２
凸シリンドリカルレンズ６を使用した場合（（４）式）
の走査特性を示す、なお、曲線■には、後述する第２凸
シリンドリカルレンズ６による正の像面湾曲収差も加味
されている。

例えば、Ｔ−１５”のときに曲線■は直線■に対して大
きくプラスしているのに対し、曲線■は直線■に対して
比較的近い値で収まっており、明らかに第２凸シリンド
リカルレンズ６による走査歪の補正効果が現れているこ
とが確認できる。

ところで、第１２図に示したようなポストオブジェクテ
ィブ型の光走査装置の場合、結像レンズ８による集束光
が偏向器５により偏向走査されるために、走査集束光は
走査面７上に平面的に結像されず、第１４図に示すよう
な湾曲された結像像面（すなわち、走査集束光の集束す
る点の軌跡）１０が得られる。偏向角θが大きくなれば
なるほど、走査面７と結像像面１０とのずれが大きくな
る。

これに対して、本実施例の光走査装置では、偏向器５と
走査面７との間の光路中に第２凸シリンドリカルレンズ
６が介在するので、第２凸シリンドリカルレンズ６が主
走査方向について平行平面透明光学部材と同様に有する
正の像面湾曲収差により走査面７と結像像面とのずれが
第７図に示すように補正される。すなわち、走査集束光
の結像像面１１は点線で示すようになり、第２凸シリン
ドリカルレンズ６が介在しない場合の結像像面１０に比
べてより走査面７に近い位置となる。このとき、結像像
面１０と結像像面１１とのずれ量δは、第２凸シリンド
リカルレンズ６の屈折率をｎｔ、厚さをｄｉ、周囲の媒
質の屈折率をｆｉ　、　！　ｎ、　！　ｌとすると、 ただし、 となる、このずれ量δは偏向角θが小さいときには変化
が少ないのでその補正効果は小さく、偏向角θが大きく
なるに従ってその補正効果は大きくなる。

なお、第２凸シリンドリカルレンズ６に入射する走査集
束光のビーム径が大きい場合は、第２凸シリンドリカル
レンズ６に入射する角度が大きいときに非点収差やコマ
収差が発生するために注意が必要であり、走査集束光の
ビーム径が小さい場所、すなわち走査面７の近傍に第２
凸シリンドリカルレンズ６を配置することが望ましい、
また、後述する偏向器５０面倒れによる副走査方向の走
査誤差の補正効果のためにも、走査面７の近傍に第２凸
シリンドリカルレンズ６を配置することが最良である。

以上のように、本実施例の光走査装置の主走査方向につ
いての走査歪の補正は、第２凸シリンドリカルレンズ６
の屈折作用および正の像面湾曲収差を利用したものであ
り、偏向角θがあまり大きくなると補正作用が走査歪を
カバーしきれなくなるので、走査集束光の最大偏向角が
比較的小さな走査光学系を使用する光走査装置に対して
特に有効である。

次に、本実施例の光走査装置における偏向器５の面倒れ
による走査誤差の補正効果について副走査方向に限定し
て定性的に説明する。

第１２図に示した偏向器５の面倒れを補正していない一
般的なポストオブジェクティブ型の光走査装置の副走査
方向に関する略図を第９図（ａｌに示す。

また、本実施例の光走査装置において第２凸シリンドリ
カルレンズ６が偏向器５に近い位置にある場合の副走査
方向に関する略図を第９図中）に示す。

さらに、本実施例の光走査装置において第２凸シリンド
リカルレンズ６が走査面７に近い位置にある場合の副走
査方向に関する略図を第９図（Ｃ）に示す。

第９図（ａｌでの光線軌跡は、コリメータレンズ３によ
って平行光束となった光ビームが面倒れによる偏向角差
Δφのある偏向器５に入射して反射された場合の走査集
束光の主光線を示す、第９図（ｂｌおよび（Ｃ）での光
線軌跡は、コリメータレンズ３によって平行光束となっ
た光ビームが面倒れによる偏向角差Δφのある偏向器５
に入射した場合の走査集束光が第２凸シリンドリカルレ
ンズ６によって副走査方向の走査誤差を補正されている
状態の主光線を示す、なお、第９図中）およびＴｅｌ中
の点線は、第９図Ｔａｌの光線軌跡を示す。

第９図（ａｌの場合、偏向器５から走査面７までの距離
をＤとすると、偏向器５の面倒れによる走査面７上での
走査誤差Δｘ、は、 ΔＸ＋　ｍＤｔａｎΔφ となる。

第９図中）およびＴｅｌの場合、第２凸シリンドリカル
レンズ６の焦点距離をそれぞれＦ！およびＦ。

とすると、偏向器５の面倒れによる走査面７上での走査
誤差Δｘ３およびΔＸ、は、 ΔＸｔ＝ＦｚＬａｎΔφ。

Δ　Ｘ、　舅Ｆｌｔａ口Δ　φ で表される。

ここで、第９図（ａ）、第９図（ｂｌおよび第９図（Ｃ
１の各場合について一般的な具体値を代入して、その面
倒れの補正効果の差を比較する。

偏向器５と走査面７との距離をＤ”２００ｍｍ、面倒れ
による偏向角差Δφ−１′、第２凸シリンドリカルレン
ズ６の焦点路ＭＦｔ　＝１４０　ｍｍおよびＦｓ−４０
ｍｍとした場合の面倒れによる走査面７上での走査誤差
Δｘ、（ｎ＝１．２．３）は、ΔＸ＋−ＤｔａｎΔφ−
２００Ｘｔａｎｌ　”　−５８，２μｍ。

Δｘ！ｓｗＦ、ｔａｎΔφ−１４０ｘ　ｔａｎ　１　’
　−４０，７μｍ。

Δｘ３＝Ｆ３ｔａｎΔφ−４Ｑｘｔａｎｌ　”　＝１１
．６μｍとなり、ΔＸ、が走査面７上での走査誤差が最
も小さい、したがって、走査面７に第２凸シリンドリカ
ルレンズ６を近づけること、すなわち第２凸シリンドリ
カルレンズ６の焦点距離が小さいほど、偏向器５の面倒
れによる走査面７上での走査誤差の補正効果が大きいこ
とが明らかである。

しかし、主走査位置が走査端部になるほど第２凸シリン
ドリカルレンズ６と走査面７との距離が長くなるため、
光ビーム径が大きい場合には焦点深度が短（なり、走査
面７上で結像しずらくなるので、偏向角θが比較的小さ
く、またコリメータレンズ３を通過後のレーザ光２のビ
ーム径が比較的小さい光走査装置に対して特に有効であ
る。

第４図は、本発明の他の実施例に係る光走査装置を示す
副走査方向に関する略図であ゛る０本実施例の光走査装
置は、第１図〜第３図に示した光走査装置の第１凸シリ
ンドリカルレンズ４と偏向器５との間にスリット１２を
配置するようにしたものである。このスリット１２は、
レーザ光２の副走査方向の周辺部分のみを遮断せしめる
ように主走査方向に対して平行に配置されている。

このように構成された本実施例の光走査装置では、コリ
メータレンズ３によって平行光束になったレーザ光２が
スリット１２によってビーム径を小さく絞られるために
焦点深度が深くなり、その結果、走査端部での光路長差
によるコマ収差が補正されるという効果を生じる。

スリット１２を配置する位置は、コリメータレンズ３−
と第２凸シリンドＩＪ−カルレンズ６との間であれば前
記の効果があるが、コリメータレンズ３と偏向器５との
間の方がスリット１２の主走査方向の長さを短くするこ
とができ、調整も容易に行うことができる。

ただし、スリット１２の幅は、レーザ光２の強度分布を
考慮して、走査面７上での光量が少なくなり過ぎないよ
うにする必要がある。

なお、上記各実施例では、第１シリンドリカル光学部材
および第２シリンドリカル光学部材として第１凸シリン
ドリカルレンズ４および第２凸シリンドリカルレンズ６
を使用した場合について説明したが、第１シリンドリカ
ル光学部材および第２シリンドリカル光学部材のいずれ
か一方またはは双方が凹面シリンドリカルミラーであっ
ても同様の作用および効果が得られることはいうまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、第１シリンドリ
カル光学部材および第２シリンドリカル光学部材という
安価でしかも少ない光学部材を使用することにより、主
走査方向の走査歪および偏向器の面倒れによる副走査方
向の走査誤差を容易に補正、することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る光走査装置を示す斜
視図、 第２図は、本実施例の光走査装置の主走査方向に関する
略図、 第３図は、本実施例の光走査装置の副走査方向に関する
略図、 第４図は、第１図〜第３図に示した光走査装置にスリッ
トを加えた本発明の他の実施例の光走査装置の副走査方
向に関する略図、 第５図（δ）〜（Ｃ）は、本実施例の光走査装置におけ
る主走査方向の走査歪の補正効果を定性的に示す図、 第６図は、本実施例の光走査装置における主走査方向の
走査歪の補正効果を計算によって示すための図、 第７図は、本実施例の光走査装置における主走査方向の
正の像面湾曲収差の補正効果を定性的に示す図、 第８図は、本実施例の光走査装置による主走査方向の走
査特性を理想的な場合および補正なしの場合と比較して
示す線図、 第９図＋ａ）〜（ｃ）は、本実施例の光走査装置におけ
る偏向器の面倒れによる副走査方向の走査誤差の補正効
果を補正なしの場合と比較して定性的に示す図、 第１０図は、従来の光走査装置の一例を示す斜視図、 第１１図は、第１０図に示した従来の光走査装置の主走
査方向に関する略図、 第１２図は、ポストオブジェクティブ型の光走査装置の
主走査方向に関する略図、 第１３図は、第１２図に示した光走査装置における主走
査方向の走査歪を説明するための図、第１４図は、第１
２図に示した光走査装置における走査面と結像像面との
ずれを説明するための図である。 図において、 ｌ・・・半導体レーザ（光源）、 ２・・・レーザ光、 ３・・・コリメータレンズ、 ４・・・第１凸シリンドリカルレンズ （第１シリンドリカル光学部材）、 ５・・・偏向器、 ６・・・第２凸シリンドリカルレンズ （第２シリンドリカル光学部材）、 ７・・・走査面、 １１・・・結像像面、 １２・・・スリットである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ビームを放射する光源と、前記光ビームを平行光束に
   するコリメータレンズと、前記平行光束を偏向走査させ
   る偏向器と、副走査方向に一定速度で移動される走査面
   とを具備する光走査装置において、 前記コリメータレンズと前記偏向器との間に配置され前
   記走査面の主走査方向にのみ結像作用を有する第１シリ
   ンドリカル光学部材と、 前記偏向器と前記走査面との間に前記走査面の近傍とな
   るように配置され前記走査面の副走査方向にのみ結像作
   用を有する第２シリンドリカル光学部材と、 を備えたことを特徴とする光走査装置。