JPH02293809A - 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］ 光走査装置は，光束の走査により情報の書込みを行うた
めの装置であり従来から、レーザープリンターやデジタ
ル複写装置，レーザー製版機等に関連して良く知られて
いる． ［発明が解決しようとする課題］ 光走査装置により情報の書込みを良好に行うためには、
被走査面即ち光束により走査される面の上に結像する結
像スポットの径が主走査領域にわたって安定しているこ
とが重要であり、とくに高密度の光走査を行うには、こ
の結像スポット径の安定が是非とも必要である． この結像スポット径の安定化を図るために近時，光束を
偏向させる偏向手段と光源装置との間に配備した結像光
学系を機械的に光軸方向へ変位させたり、あるいは光源
自体を光軸方向へ変位させることが意図されているが，
機械的な変位にはその応答速度に自ずから限界があり高
速の光走査への適用が困難である． 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とする所は光源や結像光学系の機械的な変位なし
に結像スポットの安定化を図り得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． 請求項１の光走査装置は，光源装置と、偏向手段と、結
像光学系と、制御手段とを有する。

『光源装置』は、略直線偏光で略平行な光束を射出する
． 『偏向手段」は、光源装置からの光束を被走査面に向け
て偏向させる． 「結像光学系」は，電気光学媒体による焦点距離可変の
光学素子を含み、光源装置と偏向手段との間に配備され
て光源装置からの光束を被走査面上にスポット状に結像
させる．結像光学系は、光学素子単独、もしくは光学素
子とレンズとの組合せとして構成できる． 「制御手段」は，結像光学系の焦点距離を制御する． 上記結像光学系における［光学素子』は、電気光学媒体
に電極対を設け、各電極の配置位置および形状を、これ
ら電極間に上記制御手段により電圧を印加したとき、射
出光の集束位置を変化させ得るように構成される． 制御手段は光走査に同期して、像面湾曲を除去するよう
に、もしくは結像スポットの径が光走査位置に拘らず略
一定となるように焦点距離制御を行う． 請求項２の光走査装置は、請求項１の光走査装置に於け
ると同じ光源装置、偏向手段を有し、これらの外に，第
１及び第２の結像光学系と制御手段とを有する。

『第１の結像光学系」は，電気光学媒体による焦点距離
可変の光学素子を含み、光源装置と偏向手段との間に配
備される．この第１の結像光学系は上記光学素子単独，
もしくは光学素子とレンズの組合せとして構成できる． 『第２の結像光学系』は、偏向手段と被走査面との間に
配備され，偏向手段による偏向光束を被走査面上に結像
させる． 「制御手段」は、第１の結像光学系の焦点距離を制御す
る。

上記第１の結像光学系における「光学素子」は、電気光
学媒体に電極対を設け、各電極の配置位置および形状を
、これら電極間に制御手段により電圧を印加したとき互
いに直交する２方向の内の少なくとも一方における焦点
位置を変化させ得るように構成される． ここに『互いに直交する２方向の内の少なくとも一方に
おける焦点位置」とは、光学素子からの射出光が上記２
方向に関して集束する位置の少なくとも一方という意味
である． 制御手段は、光走査に同期して主走査方向および／また
は副走査方向の像面湾曲を除去するように、もしくは結
像スポットの系が光走査位置に拘らず略一定となるよう
に焦点距離制御を行う。

請求項３の光走査装置では，上記請求項１，２の光走査
装置の各構成に加え、光学素子と偏向手段との間にビー
ムエキスパンド光学系が設けられる。光源装置側の結像
光学系もしくは第１の結像光学系が光学素子とレンズと
の組み合わせで構成される場合、ビームエキスパンド光
学系は、上記レンズと偏向反射面との間、もしくは光学
素子とレンズとの間に配備される。

請求項１〜３の光走査装置を通じて、偏向手段としては
、回転多面鏡、ガルバノミラー　ビラミダルミラーが利
用できる． また請求項２の光走査装置に於いて、第２の結像光学系
にはｆθレンズや、通常の結像レンズを使用できる。

［作　　用コ 上の説明から明らかなように、本発明の光走査装置は請
求項１〜３の装置とも「光学素子」が使用されているこ
とに特徴の一端がある。

このような「光学素子」は、出願人が先に特願昭６３−
５６７６６号に於いて提案したものであり、同号明細書
に開示された種々の形態の光学素子は何れも本発明の実
施に適宜利用できるのであるが、ここでは後に説明する
実施例に於いて直接使用することとなる３種の「光学素
子」に就いて簡単に説明する。

第２図（Ｉ−Ａ）を参照すると、この図に於いて符号３
００は光学素子を示している．光学素子３００は電気光
学媒体３０に１対の電極３１Ａ，３１Ｂを付したもので
ある．電気光学媒体は、これに電界を作用させた場合に
、電界の強さに応じて屈折率の変化する物質であり、Ｐ
ＬＺＴ電気光学結晶ほか種々の材料が知られている。こ
こでは説明の具体性のため、電気光学媒体３０はＰＬＺ
Ｔ（９／６５／３５）電気光学結晶であるとする．電気
光学媒体３０は直方体形状に形成され，光束はＹ方向へ
透過する． 電極３１Ａ，３１ＢはＹ方向を長手方向とする長方形形
状でありＺ方向から見ると互いに重なり合う．電気光学
媒体３０に電界を印加すると電気光学効果により電界の
作用する部分の屈折率は低下する。

即ち、電界の作用の無いときの屈折率をＮ０とし、２次
電気光学係数のマトリックス成分をＲ３３とすると、Ｚ
方向の電界成分Ｅ２の作用する部分の屈折率Ｎ２は、Ｎ
ｚ”Ｎｏ｛１−（１／２）ＮｇＲｘ３Ｅｉ）で与えられ
る。

即ち電界の作用する部分では屈折率が電界の２乗に比例
して低下する． 第２図（Ｉ−Ｂ）は電気光学媒体３０に電界を作用させ
るために電極３１Ａ，３１Ｂ間に電圧を印加した状態を
示している。この電圧印加により電気光学媒体３０には
図の如き電気力線の分布が生ずる．電気力線の密度は電
界強度に比例するから，図の如き状態では電極３１Ａ，
３１Ｂの近傍ほど屈折率の低下が強く，Ｚ方向に関し電
気光学媒体３０の中央部では屈折率低下が小さい。従っ
て電界を印加された状態では光学素子３００はＹ方向へ
の透過光束（Ｚ方向へ偏光している）に対し、恰もＺ方
向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズと同等の作
用を及ぼす。

従って第２図（Ｉ−Ａ）に示すように、Ｚ方向に偏光し
た光束をＹ方向へ透過させつつ電極３１Ａ，３１Ｂ間に
電圧を印加すると透過光束をＺ方向に関して集束させる
ことができる．そして印加電圧を変化させることにより
光束の隼東位置をＹ方向で変位させることができる。

第２図（ＩＩ−Ａ）に示す光学素子３】０では，電気光
学素子３１０には、Ｚ方向に直交する２つの面に４つの
長方形形状の電極３１Ｃ，３１０．３１Ｅ，３１ＦがＹ
方向に平行に配備されている．Ｚ方向から見ると、電極
３１Ｃと３１Ｅ，電極３１０と３１Ｆとが互いに重なり
合って電極対を構成する． 電圧印加の際、電極３１Ｃ，３１Ｄは同極性の電位とさ
れ、電極３１Ｅ，３１Ｆには電極３１Ｃ，３１０と逆極
性の電位にされる。従って電圧を印加した状態では第２
図（ＩＩ−Ｂ）に示すような電気力線の分布となり、こ
れはＹ方向への透過光束（Ｚ方向へ偏光している）に対
しＸ方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズと同
等の作用を及ぼす。従って第２図（ＩＩ−Ａ）に示すよ
うに，Ｚ方向に偏光した平行光束をＶ方向へ透過させつ
つ光学素子３１０に電圧印加を行うと透過光束はＸ方向
に於いて集束する。そして印加電圧の変化によりＸ方向
の集束位置をＹ方向へ変位させることかできる． 第２図（ＩＩＩ）に示す光学素子３２０は、電気光学媒
体３０に，第２図（Ｉ−Ａ）に示すような電極対３１Ａ
，３１Ｂと、第２図（ＩＩ−Ａ）ニ示すような電極対３
１Ｃ，３１０，３１Ｅ，３１Ｆを図の如く配備したもの
である。これら電極間に電圧を印加しつつ、Ｚ方向に偏
光した平行光束をＹ方向へ透過させると、透過光は先ず
前半の部分ではＺ方向のパワーを持つシリンドリ力ルレ
ンズと同等の作用で２方向へ集束さ九，後半の部分では
Ｘ方向のパワーを持つシリンドリ力ルレンズと同等の作
用でＸ方向へ集束される．従って，その集束傾向を調整
することにより透過光束を１点に集束することができ．
印加電圧の調整により集束位置をＹ方向に変位させるこ
とができる．また、電極対３１Ａ，３１Ｂに印加する電
圧と、電極対３１Ｃ，３１０，３１Ｅ，３１Ｆに印加す
る電圧とを独立に制御すれば、Ｚ方向の集束位置とＸ方
向の集束位置を独立に変位させることができる． 本発明では、光学素子に於けるこのような集束位置変位
機能を利用して被走査面上における結像スポットの安定
化を図るのである。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する．第１図は、請
求項１の発明の１実施例を示している．図に於いて符号
１をもって示す光源装置は半導体レーザーＬＤとコリメ
ートレンズＣＬとの組合せとして構成され，略平行な光
束を射出させる。

符号３は、第２図（ＩＩＩ）に即して説明したような光
学素子を示す．また符号５は偏向手段の偏向反射面を示
している．この実施例および以下に説明する他の実施例
に於いても偏向手段としては回転多面鏡を想定している
．符号７は被走査面を示す．第１図（Ｉ）は、光源装置
１から被走査面７に到る光学配置を光路に沿って展開し
、主走査方向が上下方向となるように描いたものである
．第１図（ＩＩ）は同様に、光源装置１から被走査面７
に到る光学配置を光路に沿って展開し、副走査方向が上
下方向となるように描いたものである．光源としての半
導体レーザーＬＤからの放射光の偏光方向は副走査方向
に対応させられている。従って，光学素子３における電
界の印加力向も副走査方向に対応する． 光学素子３は，副走査対応方向に偏光した平行光束が光
源装置ｌから入射している状態で、電極に電圧を印加す
ることにより射出光束を１点に集束させることができ、
上記電圧を調整することで射出光束の集束位置を変位さ
せることができる。

即ち、光学素子３は主・副走査方向に同一のパワーを持
ち、このパワーを電圧印加の制御により変化させうる。

この電圧印加の制御は、制御手段１０が行う．制御手段
１０は具体的には、例えばマイクロコンピューターであ
る。

さて、第１図（Ｉ）に示すように光学素子３への電圧印
加を調整して、光学素子３による集束光束が被走査面に
おける主走査領域の中央部にスポット状に結像するもの
とする．この状態で偏向手段により光束を偏向させると
、光束の結像点は第１図（ＩＩＩ）に示すように、円弧
状の軌跡１−１を描く。

即ち軌跡１−１は、この場合の像面湾曲である．このよ
うな像面湾曲があると、被走査面７上の結像スポットの
径は主・副走査方向ともに偏向角０の増大とともに増大
してしまう． 上記状態における光学素子３の焦点距超をｆ。、偏向反
射面５と光学素子３との距離を１とすると上記像面湾曲
は光束の偏向角θの関数として（ｆ０一１）｛（１／ｃ
ｏｓθ）−１｝と表される．なお光学素子３への入射角
は０で固定的であるがら、上記像面湾曲は主・副走査．
方向とも共通である． そこで、光学素子３に印加する電圧を調整して光学素子
３の焦点距踵を変化させ、結像点が偏向角θに拘らず常
に被走査面７上にあるようにするには，焦点距ｆｉｆ（
θ）を偏向角θとともに、ｆ（θ）”（ｆｏ−１）　（
１／ｃｏｓθ）＋１　　　　　　　（１）となるように
変化させれば良い．この焦点距離変化が定まると、これ
に応じて光学素子３に印加すべき電圧Ｖの偏向角θとの
関係ｖ（０）が定まる。

また光走査に於ける偏向角θは光走査の同期をとる同期
クロックとの関連で定まる。そこで同期クロックと対応
させて上記Ｖ（θ）を制御手段１０の記憶部に記憶させ
ておき、同期クロックに応じて制御手段１０により対応
するＶ（θ）を光学素子３に印加すれば、像面湾曲】−
１を完全に除去できる．これにより，被走査面７を光走
査する結像スポットのスポット径は有効に安定化さわる
．但し、像面湾曲を完全に補正したからといって結像ス
ポットの径を完全に均一化できる訳ではない．なぜなら
結像スポット径は集束するレーザー光束のビームウエス
ト径として定まるがビームウエスト半径をωとすると、
これは波長λ、結像光学系のＦＮＯと、 ＦＮＯ二π　ωバ２λ） なる関係にある．上に説明した方法では結像光学系を構
成する光学素子３の焦点距踵が変化するのでＦｓｏがθ
とともに変化することになり、それに応じてビームウエ
スト径が変化するからである。

このビームウエスト径変化による結像スポットのスポッ
ト径変化を具体的に評価してみる。

今、偏向角の最大値をθＭＡＸ”３０度、ｌ”０．１ｆ
ｏとしてみると、主走査領域両端部に於ける結像スポッ
トのスポット径は、上記の如く像而湾曲を除去された状
態に於いて、主走査領域中央部に対し、１．１４倍とな
る。結像スポットのスポット径変動の許容範囲は所定の
スポット径に対して±１０％程度とされているから、こ
の場合は変動はプラスマイナス７％と考えられ，実用上
十分な許容範囲内にあると言える． 像面湾曲を除去するかわりに、被走査面７上に於けるビ
ームウエスト径が一定となるようにすることもできる。

この場合には、結像スポットのスポット径を主走査領域
にわたって均一化できる。

このようにするには、光学素子３の偏向角０に対して焦
点距離ｆ（θ）が ｆＭＡｘ＝［ωトｆ（θ）　（　（ｃｏｓθＭＡ３１）
／　（ｃｏｓθ）｝±｛λバπω。）｝・ｆ（０　）”
・ ωｏ−ωｇ　　ＣｏｓθＭＡＸ）／　（ＣＯＳθ））２
＋｛λ／（ｚ　ω。）｝”ｒη／　［　ωｇ　｛　（ｃ
ｏｓ　Ｅｌ　ＭＡＸ）／　（ｃｏｓθ）｝”−｛λ／（
πω。）｝２・｛ｆ（θ）　）”］　　　　　　　　　
　　　　　　（２）なる関係を満足するように光学素子
３への電圧印加を制御すれば良い． 但し（２）式に於いてω。は、偏向角ｅ＝ｏに於ける結
像スポットの半径、λは波長、θＭＡＸは主走査領域端
部に対応する最大偏向角、ｆＭＡＸは偏向角θＭＡＸに
対する焦点距離である． なお、上記（１）もしくは（２）式を正確に満足するよ
うに光学素子３への電圧印加制御を行わずに，これら（
１）もしくは（２）式が近似的に満足されるように電圧
印加制御を行っても良い。

光学素子３の使用に於ける一つの問題点は、比較的短い
焦点距離を実現するのに数１００Ｖ／＋ｍの強い電界の
印加が必要となり、比較的低電圧の制御を実現しようと
すると，光走査装置の大型化につながりかねない点であ
る。このような問題を回避するには、第３図に示す実施
例に示すように光学素子３と偏向手段との間に球面レン
ズによる集束レンズ４を介在させ、結像光学系から光束
集束位置までの距離を短縮化すれば良い。

第３図は、第１図（ＩＩ）にならって描かれたものであ
り上下方向が副走査方向に対応する。また，制御手段は
図示を省略されている。

この実施例では結像光学系が光学素子３と集束レンズ４
とにより構成されている。

光学素子３の焦点距離をｆ，、集束レンズ４の焦点距離
をｆ２、両者の主点間隔をｄとすれば結像光学系の合成
焦点距ＭＦは、 （１７Ｆ）＝（１７ｆｔ）÷（１／ｆｚ）−｛ｄ／（ｆ
，・ｆ２）｝から得られる。

この合成焦点距ｆｉＦを（１）もしくは（２）式のｆ（
ｉｌｌ）に対応させ、（１），　（２）式を満足するＦ
（θ）を与えるｆｔ（θ）を正確にもしくは近似的に実
現するように光学素子３への電圧印加を制御すれば、結
像スポット径の変動なしに、もしくは変動を有効に小さ
くして光走査を実現できる．結像光学系は集束レンズを
有し、合成焦点距離が短いので、光学素子に対する印加
電圧の変動領域は小さくて良い．例えば第１図の実施例
の場合、偏向角θ＝０に対して焦点距離ｆ（θ＝０）＝
２２０ｍ＋ａ，Ｃ２０ａ＋＋ｎ．　θＭＡＸ”３０度と
すると、ｆ（θ＝３０度）＝２５１ｍｍとなり、光学素
子３の電極間に印加する電界は３〜４・１０２Ｖ／ａｍ
となるが，第３図の実施例で集束レンズ４の焦点距離を
２５１■とし、ｄ：１０ｍｍとすると光学素子３の焦点
距離はｆ（　０　＝０）＝１７１０＋ｎｍ，　ｆ（θ：
３０度）＝ωとなり，印加電界は０（ａ＝３０度）〜２
・ｌ０２ｖノＩｌ１１と小さくなる。

第４図には、請求項２の発明の実施例を示す．第４図（
１），（ＩＩ）は、第１図（Ｉ），（ＩＩ）に倣って描
かれ、第４図（Ｉ）では上下方向が主走査方向に対応し
，同図（ＩＩ）では上下方向が副走査方向に対応してい
る．制御手段は回示を省略した。

また、繁雑をさけるため混同の恐れがないと思われるも
のについては第１図におけると同一の符号を用いた。

光源装置１の半導体レーザーＬＤからは，副走査対応方
向に偏光した光束が放射され、従って光源装置１からは
副走査対応方向に偏光した略平行な光束が射出する。こ
の光束は次いで，被走査面７上における結像スポットの
形状を整えるためのアパーチュア２により光束断面形状
を規制され、光学素子３Ａに入射する．光学素子３Ａを
透過した光束は副走査方向にのみパワーを持つシリンド
リ力ルレンズ４Ａに入射し、これを透過すると偏向反射
面５により反射され，ｆＢレンズ６、シリンドリ力ルレ
ンズ８の作用により被走査面７上にスポット状に結像す
る． 光学素子３は、第２図（ＩＩ）に即して説明したごとき
ものであり，２方向が副走査方向に対応するように配備
される．従って光学素子３Ａに印加する電圧の調整で、
生走査方向に関する光束集束位置を調整できる． 光学素子３Ａとシリンドリ力ルレンズ４Ａとは第１の結
像光学系を構成する． 第２の結像光学系を構成するｆθレンズ６とシリンドリ
力ルレンズ８とは、副走査方向に関して偏向反射面の位
置と被走査面の位置とをＪ＋４光学的に略共役な関係と
しており、所謂面倒れ補正光学系を構成している． 光学素子３Ａに電圧を印加しないときの、像面湾曲は第
４図（ＩＩＩ）のごときものである．副走査方向の像面
湾曲４−１は良好に補正されているので，この程度の像
面湾曲による結像スポット径変動は応方向における焦点
距雌調整で補正するのである．この場合、偏向角θの範
囲を０〜±２０度とすると偏向角２０度に対して光学素
子３Ａの焦点距離を主・副走査方向とも無限大とし、θ
が小さくなるほど主走査対応方向の焦点距離が小さくな
るように焦点距離調整を行なえばよい． この実施例における各光学系に関する具体的な元を挙げ
る． 光学素子３Ａの焦点距離は，偏向角θ＝Ｏで、主走査対
応方向の焦点距＠　ｒＭ＝９２１Ｂ、副走査対応方向の
焦点距離ｆ．＝■、偏向角θ＝２０度においてｆＭ＝ｆ
ａ＝ψである． シリンドリ力ルレンズ４Ａに関してその曲率半径は、主
走査対応方向に関してＲＭ”■，副走査方向に対してＲ
．＝１６０，レンズ肉厚ｄ＝３、材質の屈折率はｌ．５
１、偏向角θのときの光学素子３Ａの主点とシリンドリ
力ルレンズ４Ａの物体側面との間隔は１０である．また
、シリンドリ力ルレンズ４Ａの像側のレンズ面と偏向反
射面５との距離は７４．３である。

ｆθレンズ６およびシリンドリ力ルレンズ８に関しては
、上記偏向反射面とｆθレンズ６の物体側面との光軸上
距離をｄｏ，偏向反射面５側から被走査面７に向かって
、第ｉ番目のレンズ面の曲率半径を主走査対応方向に就
きＲＩＸ、副走査方向に対してｕｉｖ、第ｉ番目の面間
隔をｄ，、第ｊ番目のレンズの波長７８０ｎｍの光に対
する屈折率をｎＪ．第４番目の面と被走査面との距離を
ｄ４とすると、これらは以下のように与えられる． ｉ　　　　　Ｒｉｘ　　　　Ｒｉｖ　　　ｄｓ　　　ｊ
　　　　ｎ＊０　　　　　　　　　　　　　１４１．０
１　　　　−１０００　　　−１０００　　　１０　　
　１　　　１．９２　　　　−２１５．８　　　−２１
５．８　　２５３．４３　　　　　ｏｏ１８．９　　　
３　　　２　　　１．４９４　　　　　　　　ｏｏ　　
　　　　　ｏｏ　　　　　４Ｑ第４図（ＩＶ）は光走査
の等速性を表すｆθ特性の図である。

第５図に、請求項２の発明の別実施例を示す．混同の恐
れがないと思われるものについては、第１図におけると
同一の符号を付した。

第５図（１），（ＩＩ）も第１図（Ｉ），（ＩＩ）にな
らって描かれている。光学素子を制御する制御手段は図
示を省略されている． この実施例でも光源装置１からは副走査対応方向に偏光
し、略平行な光束が放射される．第１の結像光学系は光
学素子３Ｂと，副走査対応方向にのみパワーを持つシリ
ンドリカルレンズ４Ｂとにより構成される．第１の結像
光学系を透過した光束は、同光学系の作用により、第５
図（ＩＩ）に示すように、偏光反射面５の位置に主走査
対応方向に長い線像として結像する． 偏向反射面により反射された光束は，第２の結像光学系
であるｆθレンズ６Ｂに入射し、同レンズ６Ｂにより被
走査面７上に結像スポットとして結像する．ｆθレンズ
６Ｂはアナモフィックなレンズ系であり副走査方向に関
して偏向反射面と被走査面の位置とを幾何光学的に略共
役の関係としており、面倒れ補正機能を果たす． さてこの装置の像面湾曲は、光学素子３Ｂに電圧を印加
しない状態において第５図（ＩＩＩ）に示すように副走
査方向の像面湾曲が曲線５−１、主走査方向の像面湾曲
が曲線５−２のごときものである．主走査方向の像面湾
曲は比較的小さいので、必ずしも光学素子３Ｂによる補
正は行なわずともよく、主走査方向の像面湾曲のみを補
正するのであれば第４図に即して説明したのと同じく主
走査対応方向の焦点位置を変化させ得る光学素子（第２
図（ＩＩ）に即して説明した型のもの）を用いて、第４
図の実施例の場合と同様の制御で行なえば良い．また，
第５図（ＩＩＩ）の場合とは異なり、主走査方向の像面
湾曲が良く補正されており、副走査方向の像面湾曲を補
正する必要がある場合であれば、第２図（Ｉ）に即して
説明した型の光学素子を光学素子３Ｂとして用いて像面
湾曲の補正を行なえば良い。ｆθレンズ６Ｂは偏向反射
面５と被走査面７とを副走査方向に関して幾何光学的に
略共役な関係としているからシリンドリカルレンズ４Ｂ
による線像の結像位置が光軸上でΔだけずれれば、この
線像のｆθレンズ６Ｂによる結像位置はｆθレンズ６Ｂ
の横倍率をβとしてβ２Δだけずれる。

従って、光学素子３Ｂにより第１の結像光学系の焦点距
離変化による線像の結像位置を、補正すべき副走査方向
の像面湾曲ｗ（θ）に対し一′ｗ（θ）／β２に従って
変化させれば、副走査方向の像面清曲を除去することが
できる． さらに、第２図（ＩＩＩ）に即して説明した型の光学素
子で、Ｘ，Ｚ両方向の焦点距離を独立に変化させ得るも
のを光学素子３Ｂとして用い、主・副走査方向の像面湾
曲に応じて，主走査方向の焦点距離と副走査方向の焦点
距離を独立に制御すれば、主・副走査方向の像面湾曲を
同時に補正することができる， もちろん、第４図、第５図の実施例の場合いでも、像面
湾曲の補正を行なう，かｂりに被走査面上の結像スポッ
トの径が一定となるように光学素子の制御を行なうこと
もできる．像面湾曲の補正を行なうにせよ、結像スポッ
ト径の均一化を行なうにせよ、厳密な制御のみならず近
似的な制御により像面湾曲の軽減、結像スポット径の変
動の軽減を図り得ることは言うまでもない． 以下、請求項３の発明を説明する。

先に説明したように、光学素子に於いては必要な焦点距
離を実現するのに印加する｛べき電界の強度はＩＯ”Ｖ
／ｍｍのオーダーである。従って，電圧を印加する電極
対の間の距離、換言すれば電気光学媒体の厚さが大きく
なると印加するべき電圧が相当に大きくなる． 従って光学素子の低電圧駆動を実現するためには電気光
学媒体の厚みを小さくする必要があるが，第１図、第３
図、第４図、第５図の実施例で電気光学媒体の厚みを小
さくすることは、光源装置からの光束径を小さくする必
要があり、このようにすると被走査面上に結像する結像
スポットのスポット径を小さくすることが困難になる．
これは上記スポット径を与えるビームウエスト径が結像
光束のＮＡに反比例することに起因する。

そこで請求項３の発明では、光学素子と偏向反射面との
間にビームエキスパンド光学系を挿入して光束のＮＡを
大きくするのである。これによって低電圧で光学素子を
駆動して尚且つ極めてスポット径の小さい結像スポット
による光走査が可能となる． 第１０図を参照すると，符号３Ｄは偏向反射面と光源装
置との間にある結像光学系を示す．この結像光学系の焦
点距離をＦ，とすると、結像光学系には平行光束が入射
するから、射出光束は結像光学系３ＤからＦ，だけ離れ
たＰ１点に結像する．符号ＢＥで示すビームエキスパン
ド光学系は焦点距Ｈ−Ｆ＊を持つ負レンズＢＥＩと正レ
ンズＢＥ２とにより構成される．エキスバンド比をαと
すると、正レンズＢＥ２の焦点距離をαＦ２とし、レン
ズＢＥＩ　，　ＢＥＺ間の距離を（α−１）Ｆ，とすれ
ば良い．このときビームエキスパンド光学系ＢＥは、Ｐ
ｌ点を虚光源として，その実像をＰ！点に結像する．ビ
？ムエキスバンド光学系の性質として、ビームエキスパ
ンド光学系ＢＥに入射する光束の集束角と５ビームエキ
スパンド光学系ＢＥから射出して結像する光束の集束角
とは互いに等しい。

図の距離Ｌ′は、Ｌ’＝αＦよ＋α”　（Ｆｌ−Ｄ−Ｆ
２）であり、またビームエキスパンド光学系ＢＥと結像
光学系３Ｄとの合成焦点距離はαＦ１で与えられる．従
ってＰ，とＰ２との距離は，Ｌξ（Ｆｌ−Ｄ−｛α−１
｝Ｆ２となる．従ってビームエキスパンド光学系を用い
る場合、第１図、第３図、第４図、第５図においてビー
ムエキスパンド光学系から光源装置側の光学系を上記距
離だけ光源側へ全体としてずらせば、偏向反射面以後の
光束状況は上記各図のものと同一になり、従って，上記
各図に示す実施例と同一条件で光走査を行なうことがで
きる。

また、結像光学系の焦点距離を光学素子による焦点距離
制御によりΔＦ■だけ変化させると結像点Ｐ，の位置変
化はα２ΔＦ１となるので、焦点距離制御の効果がエキ
スバンド比に応じて拡大されるので光学素子の焦点距離
制御をより狭い電圧変動領域で実現できる． 第６図は、請求項３の発明を上記第１図の光走査装置に
適用した実施例である．結像光学系を構成する光学素子
３からの集束光束をビームエキスパンド光学系ＢＥと偏
向反射面５とを介して被走査面７上に結像スポットとし
て結像させる．また、第７図は、請求項３の発明を前述
の第３図の光走査装置に適用した実施例を示す．光学素
子３と集束レンズ４とにより構成された結像光学系によ
る集束性の光束をビームエキスパンド光学系ＢＥと偏向
反射面５とを介して被走査面７上に結像スポットとして
結像させる．これら，第６図，第７図の実施例ともビー
ムエキスパンド光学系により光束のＮＡが増大し，その
分、結像スポッ゜トのスポット径を小さく絞り込むこと
ができる． 第８図（１）は，請求項３の発明を上記第４図の光走査
装置に適用した実施例を示している．光学素子３Ａとシ
リンドリ力ルレンズ４Ａとにより構成さ九る第１の結像
光学系と偏向反射面との間に、光束のＮＡを大きくする
ためにビームエキスパンド光学系ＢＥＡが設けられてい
る．このビームエキスパンド光学系ＢＥＡは、主走査対
応方向のみパワーを持つ２枚のシリンドリ力ルレンズに
より構成されており、主走査方向に就いてのみビームエ
キスパンド効果を持ち，副走査対応方向にはビームエキ
スパンド効果を持っていない． これは，シリンドリ力ルレンズ８を被走査面７の近傍に
用いる光学系では，一般に副走査方向の結像スポットの
径を小さくできるので、副走査方向に関して光束を拡張
する必要がないためである．第８図（ＩＩ），（ＩＩＩ
）は、第８図（１）に示す実施例の変形例を示す。

即ち、ビームエキスパンド光学系ＢＥＢを，主走査対応
方向にのみパワーを持つシリンドリ力ルレンズＢＥ３と
球面レンズＢＥ４とで構成している．このビームエキス
パンド光学系ＢＥＢは主走査対応方向に関しては第８図
（ＩＩ）に示すようにエキスバンド効果を持つが、副走
査対応方向に関しては第８図（ＩＩＩ）に示すように集
束光学系の効果を持つ．このようなビームエキスパンド
光学系ＢＥＢを用いると、第８図（Ｉ）の実施例におい
て、第１の結像光学系を構成するシリンドリ力ルレンズ
４Ａの効果をビームエキスパンド光学系ＢＥＨにより肩
代わりすることができ、シリンドリ力ルレンズ４Ａを不
要とすることができる． 第９図（Ｉ），（ＩＩ）は、請求項３の発明を上記第５
図の光走査装置に適用した実施例を示している．この例
では、ビームエキスパンド光学系ＢＥが第１の結像光学
系を摘成する光学素子３Ｂとシリンドリ力ルレンズ４Ｂ
との間に配備されている．主走査方向に就いて見ると第
９図（Ｉ）に示すように、光学素子３Ｂからの光束はビ
ームエキスパンド光学系ＢＥによりビーム径を拡大され
てシリンドリカルレンズ４Ｂを透過し．偏向反射面５と
ｆθレンズ６Ｂを介して被走査面７上に結像する． 副走査方向に就いてみると第９図（ＩＩ）に示すように
ビームエキスパンド光学系からの光束はシリンドリ力ル
レンズ４Ｂにより偏向反射面５の位置に線像を結像した
のち発散しっつｆθレンズ６Ｂに入射し、同レンズ６Ｂ
の作用により被走査面７上に結像する． この例のようにビームエキスパンド光学系を光学素子と
シリンドリ力ルレンズとの間に用いると、次ぎのような
副次的効果がある．即ち、ビームエキスパンド光学系が
ない場合はシリンドリ力ルレンズ４Ｂに径の小さい光束
が入射するので、これを偏向反射面５の位置に結像させ
るにはシリンドリ力ルレンズを偏向反射面にある程度近
接させる必要があり、シリンドリ力ルレンズの存在が偏
向手段の配設条件を大きく制限する．しかしビームエキ
スパンド光学系を用いるとビーム径を拡大された光束が
シリンドリ力ルレンズに入射するため、シリンドリ力ル
レンズを偏向反討面から離して設置してなお、偏向反射
面の位置に線像を結像できるようになるのである． 第９図（ＩＩＩ）　，　（ｒｖ）は、第９図（Ｉ）　，
　（ＩＩ）　ニ示す例の変形例である． 即ちビームエキスパンド光学系ＢＥＣは、シリンドリ力
ルレンズＢＥ５と像側にトーリック面を持つアナモフィ
ックなレンズＢＥ８とにより構成されている．このビー
ムエキスパンド光学系ＢＥＣは主走査対応方向に関して
は第９図（ＩＩＩ）に示すようにエキスバンド効果を持
つが、副走査対応方向に関しては第９図（ＩＶ）に示す
ように集束光学系の効果を持つ．このようなビームエキ
スパンド光学系ＢＥＣを用いると、第９図ＣＩ），（Ｉ
Ｉ）の実施例において、第１の結像光学系を構成するシ
リンドリ力ルレンズ４Ｂの効果をビームエキスパンド光
学系ＢＥＣにより肩代わりすることができ、シリンドリ
力ルレンズ４Ｂを不要とすることができる． 第８図、第９図の実施例も，結像スポットを有効に小さ
く絞り込むことができる。

以上の実施例では、光源装置として半導体レーザーＬＤ
とコリメートレンズＣＬの組み合わせに係るものを説明
してきた．これらの例では半導体レーザーとコリメート
レンズとは，別個のものとして考えられている． 光学素子の光透過方向に直交する電界印加方向の厚さは
１■程度である．そこで半導体レーザーからの光束をビ
ーム径１ｆｆｉＩ１程度にして光学素子に入射させる必
要がある．この場合コリメートレンズの実効的ＮＡは，
コリメートレンズの焦点距離の増大とともに急激に減少
する． 通常のコリメートレンズでは光利用効率の面からＮＡは
０．１５以上が必要である．この条件を満足するコリメ
ートレンズの焦点距踵は，３，３３１ａｍ以下というこ
とになる． 一方、半導体レーザーは一般に防塵・気密用のケーシン
グに゜内装されて長寿命化が図られており、このケーシ
ングのためコリメートレンズの焦点距離が４１Ｉ１１以
下だとコリメートレンズの焦点位置近傍に半導体レーザ
ーの発光部を配置させることができない． このような問題を解消するには、コリメートレンズとし
てマイクロレンズを用い、このマイクロレンズを半導体
レーザーとともにケーシング内に設ければ良い．このよ
うにするとコンパクトで光利用効率のよい光源装置を提
供できる。以下、このような光源装置の２例を説明する
。

第１１図（Ｉ）において、ケーシングＨＧ内に内装され
た半導体レーザーＬＤの前方にはマイクロレンズＭＬが
同じくケーシングＨＧ内に設けられ、半導体レーザーＬ
Ｄからの発散性の光束を平行光束化する．平行光束化さ
れた光はケーシング｝ＩＧに設けられた窓ＣＧから外部
へ射出する．なお符号ｐｓは半導体レーザーＬＤの後部
から放射される光束を受光するモニター用の受光素子を
示す． 第１１図（ＩＩ）に示す例は、マイクロレンズ札を窓Ｃ
Ｇに直接形成した例である．なおこれらの例でマイクロ
レンズはマイクロフレネルレンズであるが，通常のコリ
メート用マイクロレンズでも良い．なお、かかる半導体
レーザー光源装置は既に特開昭６３−３１４５１６号公
報に開示されている．［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．
Ｍ求項１の走査装置は、上記構成となっているので結像
スポット径の変動の少ない良好な光走査を行なうことが
できる． また請求項２の光走査装置では、上記効゛果に加えて偏
向手段における面倒れの補正を行なうことができる。請
求項３の光走査装置では、さらに結像スポットの径を十
分に小さく絞り込んで高密度の光走査を実現できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項１の発明の１実施例を説明するための
図、第２図は、光学素子を説明するための図，第３図は
，請求項１の発明の他の実施例を説明するための図，第
４図は、請求項２の発明の１実施例を説明するための図
、第５図は、請求項２の発明の別実施例を説明するため
の図，第６図は、請求項３の発明の１実施例を示す図、
第７図は、請求項３の発明の別実施例を説明するための
図、第８図は、請求項３の発明の他の実施例を説明する
ための図、第９＠は．ｚｎ求項３の発明のさらに他の実
施例を説明するための図、第１０図は、請求項３の発明
の特徴部分を説明するための図、第１１図は、光源装置
を２例示す図である．ｌ．．．光源装置、３．．．光学
素子、５．．．偏向反射面、７．．．被走査面 ｖ）４゛因 （’Ｍ−Ａ冫 Ｖ）Ｚ図 ！ｆ５ｐｆ図 （ｍ） ／ ４ａυ内 ちσ 因 （Ｎ） −イνｔｔｖｉｐσｒ冫？〕 ＣＩ［） こ■） ｖ）ｌθ口 ＢＥ ）Ｄ 茜 （Ｉ） 形Ｃ 因 ち７幻 ）ｑ 凹 （Ｉ） （Ｉ） （■冫 （力Ｕド４ｋカＮ） （副足棄対ん方Ｉ′１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略直線偏光で略平行な光束を射出する光源装置と、 この光源装置からの光束を被走査面に向けて偏向させる
   偏向手段と、 電気光学媒体による焦点距離可変の光学素子を含み、上
   記光源装置と偏向手段との間に配備されて光源装置から
   の光束を被走査面上にスポット状に結像させる結像光学
   系と、 この結像光学系の焦点距離を制御する制御手段とを有し
   、 上記光学素子は、電気光学媒体に電極対を設け、各電極
   の配置位置および形状を、これら電極間に上記制御手段
   により電圧を印加したとき、射出光の集束位置を変化さ
   せ得るように構成され、上記制御手段により、光走査に
   同期して像面湾曲を除去するように、もしくは結像スポ
   ットの径が光走査位置に拘らず略一定となるように焦点
   距離制御を行うようにしたことを特徴とする、光走査装
   置。 ２、略直線偏光で略平行な光束を射出する光源装置と、 この光源装置からの光束を被走査面に向けて偏向させる
   偏向手段と、 電気光学媒体による焦点距離可変の光学素子を含み、上
   記光源装置と偏向手段との間に配備される第１の結像光
   学系と、 上記偏向手段と被走査面との間に配備され、偏向手段に
   よる偏向光束を被走査面上に結像させる第２の結像光学
   系と、 上記第１の結像光学系の焦点距離を制御する制御手段と
   を有し、 上記光学素子は、電気光学媒体に電極対を設け、各電極
   の配置位置および形状を、これら電極間に上記制御手段
   により電圧を印加したとき互いに直交する２方向の内の
   少なくとも一方における焦点位置を変化させ得るように
   構成され、 上記制御手段により、光走査に同期して主走査方向およ
   び／または副走査方向の像面湾曲を除去するように、も
   しくは結像スポットの径が光走査位置に拘らず略一定と
   なるように焦点距離制御を行うようにしたことを特徴と
   する、光走査装置。 ３、請求項１または２に於いて。 光学素子と偏向手段との間にビームエキスパンド光学系
   を設けたことを特徴とする光走査装置。