JPH02178610A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光走査装置に関する。

［従来の技術］ 光源装置からの略平行な光束を第１の光学系により主走
査対応方向に平行な線像に結像させ、この線像の結像位
置の近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により上記光
束を偏向させ、偏向光束を第２の光学系により被走査面
上にスポット状に結像させて被走査面を光走査する光走
査装置は良く知られている。

第７図は、この種の光走査装置の典型的な１例を要部の
み略示している。

第７図において符号１は光源装置を示す。この光源装置
１は光源もしくは光源と集束光学系とからなり略平行な
光束を放射する。この平行光束は第１の光学系であるシ
リンドリカルレンズ２に入射し一方向性の集束光束とな
り、線像ＬＩとして結像する。線像ＬＩの長手方向は主
走査方向に対応する方向である。

回転多面鏡３は上記線像ＬＩの近傍に偏向反射面４を有
し、この偏向反射面４により光束を反射する０反射光束
は回転多面鏡３が回転軸３Ａの回りに回転すると偏向す
るが、この偏向は回転多面鏡３の回転に伴い偏向反射面
が切り換わる度に繰り返される。回転多面鏡３による偏
向光束は第２の光学系である結像レンズを構成するレン
ズ５．６を透過し、被走査面７上にスポット状に結像し
、被走査面７を主走査方向へ光走査する。

レンズ５．６により構成される結像レンズは主走査方向
と副走査方向とでパワーが異なるアナモフィックなレン
ズ系であり、主走査方向に関しては、入射側の無限遠と
被走査面位置とを幾何光学的に略共役関係となし、副走
査方向に関しては偏向反射面による偏向の起点の近傍と
被走査面位置とを幾何光学的に略共役な関係とする。

［発明が解決しようとする課題］ さて、本発明により解決しようとする課題とは以下の如
きものである。

回転多面鏡３は例えばアルミニウム等の軽金属で形成さ
れるが、加工誤差や駆動モーターへの取り付は誤差を完
全に除去するのは困難である。

第８図に於いて偏向反射面４は、正常な状態では図の如
く実線の位置で光束を反射するが、加工誤差や駆動モー
ターへの取り付は誤差があると、例えば符号４゛で示す
破線の位置で・光束を反射する。

すると反射光束の主光線は正常な状態では符号９で示す
ように反射されるが、誤差のある状態では符号９“で示
すように反射される。

第９図は、第７図の光走査装置を光束の光路に沿って展
開した状態を主走査対応方向から見た状態を示している
。第９図（ａ）は、偏向反射面４の位置が正常な場合で
あって、偏向反射面４の位置（線像の位置と合致してい
る）と被走査面７の位置がレンズ５，６により共役関係
とされている。

この状態では、偏向光束は副走査方向に於いて偏向反射
面位置における光束断面形状の像を被走査面７上に結像
する。第９図（ｂ）は、偏向反射面４の位置が加工誤差
や取り付は誤差により正常な位置（破線の位置）から符
号４゛で示す位置までずれた状態を示している。

このとき線像と偏向反射面４゛とのずれを図の如くΔＸ
とすれば、このずれは被走査面の位置では結像レンズの
横倍率をβとして、 Δｘ’＝β２　・ΔＸ だけ結像位置のずれを生ずる。

ここで説明の具体性のために、結像レンズ（第２の光学
系）を構成するレンズ５．６の諸元を具体的に与えると
次のようになる。

回転多面鏡３の側から数えて第ｉ番目のレンズ面の曲率
半径を主走査方向に関してｒＸ（、副走査方向に関して
ｒｙｔ　　（ｉ＝１〜４）、第ｉ番目の面間隔をｄ、（
ｉ・１〜３）、第ｉ番目のレンズの波長７８０ｎｍの光
に対する屈折率をｎｊ　（ｊ＝１〜２）とする。

ｌ　　ｒｘ＋　　　　ｒｖｔ　　　　　ｄ＋　　　　Ｊ
　　　ｎｊｌ−１０７，７７４Ｃｏ　　　　５．６７２
　　１　１．７１２２１２　　ｃｙｓ　　　　　ｃｘ：
＞　　　１０．９６６３　ω　　−５２，５６５６，８
０７２１，６７５４−４５，５６９−１２，０５２ なお、この結像レンズの焦点距離は主走査方向に於いて
ｆ、＝１００、副走査方向に於いてｆ、＝２２．６９８
、明るさは、主走査方向に於いてＦ／Ｎｏ＝５４．７で
あり、前述の横倍率β＝−４，１２である。また、回転
多面鏡３による偏向角は６７．８°、回転多面鏡３への
入射光束の中心光線と結像レンズの光軸とがなす角は６
０°であり、回転多面鏡３の内接円半径Ｒと上記ｆｍと
の比Ｒ／ｆＭ”０．１３２である。

第１０図は、この結像レンズによる像面湾曲を示してい
る。符号１０により示す像面湾曲は主走査方向のもので
ある。この主走査方向の像面湾曲は、回転多面Ｒ３の偏
向反射面の誤差の影響を殆ど受けない。実線の収差曲線
は副走査方向に関する像面湾曲であり、こちらは回転多
面鏡３の偏向反射面に対する前述の誤差、即ち加工誤差
や駆動モーターへの取り付は誤差の影響を強く受ける。

即ち符号１１で示す曲線は、上記Ｒ／ｆ、＝０．１３２
の中心値における副走査方向の像面湾曲であるが、△（
Ｒ／ｆＭ）＝＋０．０００２だけ内接円半径が大きくな
ると像面湾曲は曲線１２のようになり、また、△（Ｒ／
ｆＭ戸−０，０００２だけ内接円半径が小さくなると像
面湾曲は曲線１３のようになる。この説明で内接円半径
の変化は偏向反射面の加工誤差や取り付は誤差に対応す
る。

さて、周知の如くレーザー光束の強度分布はガウス型の
分布であり、従って光源装置ｌの光源としてレーザー光
源を用いると、これを被走査面上にスポット状に結像さ
せた場合、走査スポットの強度分布もガウス型の分布に
なる。

第１４図は、この走査スポットの光強度分布を示してい
る。同図（ａ）はＲ／ｆ、・０．１３２の場合であり、
光束を偏向させている偏向反射面に加工誤差や取り付は
誤差が無いときの状態を示す。作像レベル即ち被走査面
として走査される感光性の媒体における感光エネルギー
のしきい値を図の如きものとすると、走査スポット径は
図の２ωとなる。しかるに回転多面＃！３の光束を偏向
させつつある偏向反射面の位置が、加工誤差等により正
規の位置からずれると像面湾曲の変動により走査スポッ
ト副走査方向の光強度分布は第８図（ｂ）に示すように
幅が広がり、しかも作像レベルは一定であるから、この
ときの走査スポットの副走査方向の径は図の２ω′（〉
２ω）となってしまう。

走査スポット径は、光走査により記録される画像の解像
力等を定める重要な因子であるから、上記のような走査
スポット径の変動は光走査の良否を直接に左右する問題
であり、この変動は極力抑えられねばならない。従来、
回転多面鏡の加工誤差や駆動モーターへの取り付は誤差
による偏向反射面単位での走査スポット径変化の問題は
全く考慮されていなかった。

また、回転多面鏡３はポリゴン形状を有し、回転軸の回
りの質量分布が一様ではないので、回転に伴い偏向反射
面が隣接しあう「角」の部分には他の部分よりも遠心力
が強く作用する。このために回転多面鏡の形状は第１１
図に符号３゛で示すように変形し、偏向反射面は若干凹
面形状となる。この変形は回転軸に平行な方向には生じ
ないので上記凹面形状は回転軸方向を母線方向とする凹
シリンダー面となる。

このように偏向反射面が回転により変形して凹シリンダ
ー面となった場合、その曲率半径は以下の様にして算出
できる。第１２図に於いて、Ａを回転多面鏡の一辺の長
さ、δを変形量とすると、曲率半径Ｒｅ、Ａ、　　δの
間には、 Ｒ３＝　（Ａ／２）”＋　（ＲＯ−δ）２が成り立つの
で、これからＲｏを算出できる。

このように偏向反射面が凹シリンダー面となると偏向反
射面自体がパワーを持つことになるため反射光束の結像
位置は主走査方向に於いて変化することになる。即ち上
記偏向反射面の変形は、主走査方向の像面湾曲に変動を
もたらす。

例えば第１３図に於いて曲線１３−１は回転多面鏡に変
形がないときの主走査方向の像面湾曲示す。回転多面鏡
を中速回転させると上記像面湾曲は曲線１３−２のよう
になり、さらに高速で回転させると曲線１３−３のよう
になる。しかし、上記変形は副走査方向の像面湾曲（第
１３図に図示されていない）には殆ど影響しない。

従って、回転多面鏡の回転速度に応じた回転多面鏡の変
形に伴い、主走査方向の像面湾曲の変動による主走査方
向のスポット径変動が生ずることになる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、第１に回転多面鏡の加工誤差や駆
動モーターへの取り付は誤差に起因する走査スポット径
の変動を有効に軽減しつる新規な光走査装置の提供にあ
り、第２に、回転多面鏡の回転速度に伴う回転多面鏡の
変形に起因する走査スポット径の変動を有効に軽減しろ
る新規な光走査装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置は、請求項１．２の装置とも「光源
装置からの略平行な光束を第１の光学系により主走査対
応方向に平行な線像に結像させ、この線像の結像位置の
近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により上記光束を
偏向させ、偏向光束を第２の光学系により被走査面上に
スポット状に結像させて被走査面を光走査する装置」で
あって、「光源装置の光源としてレーザー光源を用い」
、「レーザー光の強度を調整する走査光強度調整手段」
を有する。

請求項１の光走査装置は、「回転多面鏡の各偏向反射面
を順次に検出する反射面検出手段」と、「反射面検出手
段による検出結果に応じて上記走査光強度調整手段への
調整信号を発生する調整信号発生手段」とを有する。そ
して「上記走査光強度調整手段は、上記調整信号に応じ
て、偏向反射面に拘らず走査スポット径が略一定となる
ように走査光強度を制御する」機能を有する。

また、請求項２の光走査装置は、「回転多面鏡の回転数
に応じて上記走査光強度調整手段への調整信号を発生゛
する調整信号発生手段」を有する。

そして、「上記走査光強度調整手段は、上記調整信号に
応じて、回転多面鏡の回転数に拘らず走査スポット径が
略一定となるように走査光強度を制御する」機能を有す
る。

［作　　用］ 以下、本発明の詳細な説明する。第１４図（ａ）、（ｂ
）に即して説明したように、同一の光強度で光走査を行
う場合、走査スポットの大きさは像面湾曲の変動に伴う
デフォーカスにより変形し、変形後の走査スポット径２
ω°は、変形前における正規の走査スポット径２ωより
大きい。

第１４図（Ｃ）に於いて曲線１４−１．１４−２は被走
査面上の同一位置に結像させた走査スポットの光強度分
布を示している０両分布の違いは、被走査面に入射する
レーザー光の強度の違いである。即ち、弱い強度のレー
ザー光を被走査面上に結像させた時の分布が曲線１４−
２であり、曲線１４−１は上記レーザー光の強度のみを
大きくしたときの分布を与えている０作像レベルは一定
であるから、このようにレーザー光の強度を変化させる
と、強度の小さいときの分布１４−２に対する走査スポ
ット径を２ω１とすれば、強度を大きくしたときのそれ
は２ω１となり、２ω１゛＜２ω１である。

本発明は、この事実を利用するのである。

即ち、第１５図を参照するとこの図に於いて、符号１５
−１で示す曲線は回転多面鏡に加工誤差等の誤差が無い
場合、あるいは回転数による変形が一定の場合、もしく
は変形がない場合の正規の走査スポットの光強度分布を
示している。

従って、この図に示す２ω２は正規の走査スポット径を
与えている。

一方、曲線１５−２は回転多面鏡の変形や誤差によリデ
フォ・−力スした走査スポットの光強度分布を示してい
る。このときの走査スポット径は２ω。

と大きくなる。このとき、レーザー光の光強度を小さく
して走査スポットの光強度分布を曲線１５−３の如くに
できれば、走査スポット径を正規の大きさ２ω２に補正
することができる。

回転多面鏡の加工誤差や駆動モーターへの取り付は誤差
は回転多面鏡の各偏向反射面に固有の量であるから予め
各偏向反射面毎に知ることができる。従って、光走査の
状態に於いて各偏向反射面を順次に検出し、検出された
偏向反射面の誤差に応じて走査光の光強度を制御するこ
とにより、上記誤差に基づく走査スポット径の変動を補
正して偏向反射面に拘らず、光走査における副走査方向
の走査スポット径を略一定にすることができるのである
。

また、回転多面鏡の回転による変形は回転数に応じて一
義的に定まるから回転多面鏡の回転数に応じて走査光強
度を制御することにより、回転数に拘りなく主走査方向
のスポット径を略一定にすることができる。

［実施例コ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

以下にのべる実施例は、先に第７図に即して説明した光
走査装置に本発明を適用した例である。

第１図を参照すると、この図は光源装置の光源と、走査
光強度調整手段を示している。

即ち、光源装置の光源はこの実施例に於いて半導体レー
ザー３２であり、従って光源装置は光源たる半導体レー
ザー３２と図示されないコリメートレンズとにより構成
される。

半導体レーザー３２から後方へ放射されるレーザー光を
受光して光電変換するフォトダイオード３４と、その出
力信号を増幅する増幅器３６、この増幅器３６の出力が
入力される比較器３８、及び制御回路４０は、走査光強
度調整手段を構成している。

この第１図を参照して、走査光強度調整につき簡単に説
明する。この実施例に於いて走査光強度の調整は光源で
ある半導体レーザー３２の発光強度を調整することによ
り行われる。

半導体レーザー３２の発光強度は半導体レーザー駆動回
路３０の駆動電圧により定まり、この駆動電圧を変調信
号で変調することにより変調信号に従って強度の変化す
るレーザー光が得られるのである。

半導体レーザー３２の発光強度を調整することは基準の
発光強度を調整することであり、従ってこの基準の発光
強度を与える駆動電圧を調整することに他ならない。こ
の実施例では半導体レーザー３２からの発光強度をフォ
トセンサー３４で光電変換し、その光電変換信号を増幅
器３６で増幅して信号電圧ＶＭとして比較器に取り込む
。そして比較器３８は、この取り込んだ信号■２を基準
電圧Ｖｒｅｆと比較し、その差に応じた信号を制御回路
に送る。制御回路４０は比較器３８からの信号に応じて
、前記駆動電圧を変化させる信号を発して駆動電圧を変
化させ、結局、増幅器３６から比較器３８に取り込まれ
る信号電圧ＶＭが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように
する。この様にして、半導体レーザー３２の発光強度が
調整される。基準電圧Ｖｒｅｆを変えることにより、半
導体レーザー３２の発光強度を任意に調整できる。

従って、請求項１の発明では、検出された偏向反射面に
応じた調整信号を上記基準電圧Ｖｒｅｆとして使用し、
請求項２の発明では、回転多面鏡の回転数に応じた調整
信号を上記基準電圧Ｖｒ　ｅ　ｆとして使用するのであ
る。

なお、第１図の如き走査光強度調整手段はすでに、特開
昭６１−１７５６５６号公報、同６１−１７５６５５号
公報、同６１−１０９３７１号公報等により良く知られ
ており、本発明を実施するにあたっては第１図の走査光
強度調整手段は、具体的にはこれら公知のものを用いて
構成すれば良い。

さて、請求項１の発明に於いて上記調整信号を発生する
には以下のようにする。

第２図に於いて（Ｉ）は回転多面鏡３を平面図的に見た
状態を示し、（ＩＩ）は回転多面鏡３を側面図的に見た
状態を示す０図のように回転多面鏡３「角」の一つの近
傍にマークＭを付し、このマークＭをホトセンサーＰＳ
で検出するようにする。回転多面鏡３を等速回転させる
と、ホトセンサーＰＳから得られる信号は第３図の信号
ＰＳＹＮＣの如くになる。信号ＬＳ’ｆＮＣは主走査の
同期信号である。

第４図に示すように、信号ＰＳＹＮＣと同期信号ＬＳＹ
ＮＣをカウンター４１に印加し、カウンター４１を信号
ＰＳＹＮＣでクリアし、カウンター４１により同期信号
ＬＳＹＮＣをカウントアツプする。

こうしてカウンター４１のカウント値として各偏向反射
面を順次に検出できる。従って、上記マークＭ１ホトセ
ンサーＰＳ１カウンター４１．図示されない同期信号発
生手段は「反射面検出手段」を構成する。

カウンター４１は、そのカウント値を面信号としてＲＯ
Ｍ４３に印加する。ＲＯＭ４３には、予め測定により決
定された、各偏向反射面ごとの誤差、即ち、光束を偏向
させる状態における理想の偏向反射面位置と現実の偏向
反射面位置とのずれ量に応じ、各偏向反射面に対し光源
の発光強度をどのように一補正するかという補正量が記
憶されており、面信号により検出された、現に光束を偏
向させつつある偏向反射面に応じた補正量を信号として
Ｄ／Ａ変換器４５に印加する。

Ｄ／Ａ変換器４５には基準の信号電圧Ｖｒ＊ｆＯが印加
されており、入力される補正量信号に応じて調整信号Ｖ
ｅｓｔを出力する。この調整信号Ｌａｆは第１図の比較
器３８に基準信号として印加され。レーザー゛光強度は
、現に光束を偏向させる偏向反射面の誤差に応じて調整
される。従って光走査は偏向反射面に拘らず結像スポッ
トの径が一定に制御される。

即ち、この実施例ではＲＯＭ４３、Ｄ／Ａ変換器４５が
調整信号発生手段を構成する。

なお、第２図に示すように回転多面鏡３はその偏向反射
面が６面と想定されている。第３図では、カウント値が
６，０の場合があるが、ＲＯＭ４３にはカウント値６，
０に対して、同じデータを記憶させであるので問題はな
い、なおりランターを６進としてカウント値５の次ぎに
カウント値０がくるようにしても良い。

なお、第４図のＲＯＭ４３に替えて、第５図の回路を用
いても良い。スイッチ列ＳＷＩ〜ＳＷ８を有するスイッ
チ回路Ｓｗの各スイッチには、スイッチＳＷＩを代表し
て示すような抵抗列が接続されている。

スイッチ列Ｓｗ１〜ＳＷ６はカウント値により切り替え
られる０例えば光束の偏向が第１の偏向反射面により行
なわれる場合にスイッチＳＷＩがオンとなると基準定電
圧ＶｒｓｆＯに対し、ｖ、、ｒｏ−（Ｒ／（Ｒ＋Ｒｖｋ
＋））の電圧が調整信号Ｖｒｓｆとして出力される。こ
の回路では、各偏向反射面に対するレーザー光強度補正
量を抵抗ＲＶｌｉｌｌ等により記憶するのである。従っ
て、個々の光走査装置に於いて抵抗抵抗ＲＶＲＩ等を調
整するのみで、光走査装置の個体差に対応できる。第４
図の場合は、個々の光走査装置ごとにＲＯＭ　４５ｔ７
）データを替える必要がある。

第６図は、請求項２の発明に於ける調整信号発生部を簡
略化して示している。モーター回転数設定信号がモータ
ー制御回路６４に印加されると、同回路６４は駆動モー
ター６０を回転駆動し、その回転数がエンコーダー６２
により信号化されてモーター制御回路６４にフィードバ
ックされる。このフィードバック信号に基づきモーター
制御回路６４は駆動モーター６０の回転数をモーター回
転数設定信号により設定された回転数に安定させる。

一方、モーター回転数設定信号は、ＲＯＭ６ｇに印加さ
れる。ＲＯＭ６８には、回転数に応じたレーザー光強度
の補正量が記憶されており、入力された回転数情報に応
じて、対応する補正量を信号として出力する。この信号
はＤ／Ａ変換器６６に印加され、基準電圧ＶｐｅｆＯを
変調し、調整信号Ｌｓｆが算出力される。そしてこの調
整信号に応じて、第１図の回路によりレーザー光の強度
が回転数に応じて調整され、回転多面鏡の回転数に拘ら
ず、一定した結像スポット径で光走査が実現される。

従って、第６図のＲＯＭ６８、Ｄ／Ａ変換器６６は請求
項２の発明における調整信号発生手段を構成する。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

請求項１の装置は、上記の如く構成されているので回転
多面鏡の加工誤差や駆動モーターへの取り付は誤差に起
因するスポット径の変動を有効に軽減できる。また、請
求項２の装置は、上記のごとき構成となっているので回
転多面鏡の回転速度を切り替えて光走査速度を変換して
気も、回転多面鏡の変形に基づくスポット径の変動を有
効に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、走査光強度調整手段を説明するための図、第
２図乃至第５図は請求項１の発明の詳細な説明するため
の図、第６図は、請求項２の実施例を説明するための図
、第７図ないし第１４図は、本発明の解決課題を説明す
るための図、第１５図は、本発明の詳細な説明するため
の図である。 ３２、　、、光源としての半導体レーザー、３４．　、
　、ホト′ｖ）１ 尺 故を絽う ｖ）４幻 Ｖｒｅｆσ ％ｖ 口 カウント々１ （ｆｎ１色・う・ン １ｙｆ）Ｚ欝 （Ｉ） ちσ 幻 あ７ 図 幕δ 図 めＪθ圀 形ｑ 口 う１σ 園 Ｖ５４４η

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源装置からの略平行な光束を第１の光学系により
   主走査対応方向に平行な線像に結像させ、この線像の結
   像位置の近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により上
   記光束を偏向させ、偏向光束を第２の光学系により被走
   査面上にスポット状に結像させて被走査面を光走査する
   装置であって、光源装置の光源がレーザー光源であり、 レーザー光の強度を調整する走査光強度調整手段と、 回転多面鏡の各偏向反射面を順次に検出する反射面検出
   手段と、 反射面検出手段による検出結果に応じて各偏向反射面ご
   とに上記走査光強度調整手段への調整信号を発生する調
   整信号発生手段とを有し、 上記走査光強度調整手段は、上記調整信号に応じて、偏
   向反射面に拘らず走査スポット径が略一定となるように
   走査光強度を制御する機能を有することを特徴とする光
   走査装置。 ２、光源装置からの略平行な光束を第１の光学系により
   主走査対応方向に平行な線像に結像させ、この線像の結
   像位置の近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により上
   記光束を偏向させ、偏向光束を第２の光学系により被走
   査面上にスポット状に結像させて被走査面を光走査する
   装置であつて、光源装置の光源がレーザー光源であつて
   、 レーザー光の強度を調整する走査光強度調整手段と、 回転多面鏡の回転数に応じて上記走査光強度調整手段へ
   の調整信号を発生する調整信号発生手段とを有し、 上記走査光強度調整手段は、上記調整信号に応じて、回
   転多面鏡の回転数に拘らず走査スポット径が略一定とな
   るように走査光強度を制御する機能を有することを特徴
   とする光走査装置。