JPH04226416A - 走査端部における揺動を低減させた光学的スキャナ - 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】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、回転多面鏡を利用する光学的
スキャナに関し、より詳細には、走査線の端部における
揺動が低減されるように成した回転多面鏡を利用する光
学的スキャナに関するものである。

【０００２】従来型の多くの光学的ラスタースキャナは
、走査要素として多数の切子面を備えた回転多面鏡を採
用している。例えばレーザからのコリメートされた光ビ
ームは、回転多面鏡の切子面に衝突し、反射した光が回
転多面鏡の回転中心の近傍の軸を廻って直線を走査する
ことになる。反射した光は、結像システムの入力端部に
おける原稿を走査するために利用され、或いは出力モー
ドにおける電子写真式ドラム等の感光媒体に衝突するよ
うに使用され得る。

【０００３】当該分野において、回転多面鏡式の光学的
スキャナによって生じる光学的その他の種々の歪みを克
服するために、多くのシステムが開示されてきた。湾曲
は、切子面への衝突に先立ってビームが正確には水平で
ないことによって生じる光学的走査システムにおける誤
差と規定される。走査線は、直線から逸脱し、走査線の
中央において湾曲されるのである。揺動は、垂直軸に対
して正確には平行でない切子面によって生じるものであ
り、切子面から反射したビームを僅かな量だけ上下に歪
ませる。

【０００４】当該分野においては周知である従来型の１
例の回転多面鏡式光学的スキャナ１０が、図１に関連し
て示されている。レーザビーム１２は、回転多面鏡１６
の切子面１４に衝突する。このレーザビームは、切子面
と同じ水平平面にあり、走査平面において接線方向にオ
フセットしている。図示されていない先行するレンズ要
素により、レーザビーム１２は、走査平面即ち水平平面
においてコリメートされていて、交差走査平面即ち垂直
平面において収束している。このビームは、交差走査平
面において焦点合わせされ、切子面において水平な線を
形成する。

【０００５】切子面から反射したレーザビーム１２は、
走査平面においてはコリメートされたままであり、ここ
では交差走査平面において発散している。そして、ビー
ムは走査レンズ１８を通過する。この走査レンズは、走
査平面においては円筒形であり、交差走査平面において
は平面状のものであり得る。従って、この走査レンズは
、ビームの走査部分を収束させて走査線に焦点合わせさ
せるが、発散するビームの交差走査部分がそのまま通過
することを許容する。

【０００６】そして、ビーム１２は、ビームを走査線２
２へ反射することになる円筒形の揺動ミラー２０に衝突
する。この揺動ミラーは、交差走査平面においては正の
円筒形であり、走査平面においては平面状のものである
。従って、この揺動ミラーは、以前には発散していたビ
ームの交差走査部分を収束させて走査線に焦点合わせさ
せるが、走査レンズによって走査線に焦点合わせされて
収束するビームの交差走査部分がそのまま通過すること
を許容する。

【０００７】走査平面と交差走査平面との両者において
展開されたレーザビーム１２のコリメーション、収束、
発散及び焦点合わせが、図２において示されている。走
査平面において、レーザビーム１２は、コリメートされ
ていて、そのまま回転鏡切子面１４から反射される。こ
のコリメートされたビームは、走査レンズ１８の円筒形
部分によって収束され、そのまま揺動ミラー２０から反
射され、走査線２２に沿って焦点合わせされることにな
る。

【０００８】交差走査平面において、レーザビーム１２
は、収束していて、回転鏡切子面１４における線に沿っ
て焦点合わせされる。反射した発散するビームは、走査
レンズ１８の平面部分をそのまま通過するが、正の円筒
形の揺動ミラー２０からの反射によって収束され、走査
線２２に沿って焦点合わせされるのである。

【０００９】湾曲は、切子面への衝突に先立ってビーム
が正確には水平でないことによって引き起こされる。こ
の先行技術の光学的スキャナでは、湾曲がないのでビー
ムは水平に形成されていることになる。

【００１０】しかし、この光学的スキャナにおいては、
切子面が垂直軸に対して正確には平行でないことによっ
て引き起こされる揺動が存在している。従って、切子面
から反射したビームは、僅かな量だけ上下に歪められて
いる。この揺動の一次的影響は、揺動ミラーを使用する
ことによって除去され得る。交差走査平面即ち垂直方向
においてビームが切子面に焦点合わせされ、更にミラー
がビームを再び走査線に焦点合わせするので、上下いず
れの歪みも除去されることになる。つまり、ビームが僅
かな量だけ上に歪んでいる場合には、ミラーは、ビーム
を再び焦点合わせすることによって、それを同量だけ下
に曲げることになり、同じスポットにおいて走査線に衝
突させる。

【００１１】光学的スキャナ１０に残っている僅かな揺
動が、焦点合わせの問題によって生じる二次的影響であ
る。第１に、ビームは、その視野がガラスの厚さにおけ
る差異によって湾曲しているので、走査レンズの薄い部
分と厚い部分を介して走査するとき、走査線の全体に渡
っては切子面に焦点合わせされ得ない。ビームが走査線
に当たるときに焦点から外れている程度に応じて、走査
線の端部における僅かな揺動を有することになる。

【００１２】先行技術の光学的スキャナ１０に関するも
う１つの問題は、レーザビーム１２を生起させるために
使用される先行レンズ要素のあるものが非常に高価なこ
とである。光学的スキャナ１０の高いコストにおけるも
う１つの要因は、有効かつ適切に機能する光学的走査シ
ステムには高度な製造公差及び組立公差が要求されるこ
とである。

【００１３】揺動が回転多面鏡の切子面からの二重反射
によって取消され、そのような切子面は回転多面鏡の回
転軸に対して平行であるように成すことが提案されてき
た。切子面に垂直に入射する光ビームが切子面によって
反射された後、この光ビームは、偶数個のミラー反射構
成によって第２反射として同じ切子面に戻される。第１
の切子面反射において持ち込まれた揺動は、第２の切子
面反射によって取消される。

【００１４】しかし、多面鏡の回転軸に対して平行であ
り、即ち喫水勾配がゼロである多面鏡切子面を備えたそ
のような光学的走査システムにおいて、湾曲の影響は過
大なものである。

【００１５】本件出願と同一の発明者及び譲受人の名義
による、本出願に引例として組み込まれた米国特許第４
，８９８，４３７号は、湾曲の影響なしに揺動の補正が
達成されるようにした、切子面からの二重反射によって
揺動が補正される図３の回転多面鏡式の光学的スキャナ
２４を開示している。レーザビーム２６は、回転多面鏡
３０の切子面２８に衝突する。このビームは、多面鏡の
軸と同じ垂直平面にあり、サジタル方向においてのみオ
フセットしている。図示されていない先行するレンズ要
素により、レーザビーム２６は、走査平面と交差走査平
面の両方においてコリメートされている。

【００１６】各々の切子面の平面を多面鏡の回転軸に対
して平行にするよりむしろ、この回転鏡の切子面は、回
転の軸に対してある角度即ち喫水角度（ｄｒａｆｔ　ａ
ｎｇｌｅ）　だけ傾斜されている。コリメートされたビ
ームは、第１の入射角度において切子面２８に衝突し、
第１ミラー３２へ反射される。そして、このビームは、
第２の入射角度において切子面２８に向かって戻るよう
に反射されることになる第２ミラー３４へ反射される。 このビームは、切子面から走査レンズ３６へ反射される
。

【００１７】これらの第１と第２のミラーは、切子面と
同様に、光学的能力のない全く平坦な平面である。従っ
て、このビームは、コリメートされたままである。

【００１８】ビーム２６は、走査レンズ３６を通過する
。この走査レンズは、球面であり、ビームを走査平面と
交差走査平面の両方において焦点合わせする。従って、
この走査レンズは、当該平面の走査部分と交差走査部分
の両者を収束させ、走査線３８に沿って焦点合わせする
。

【００１９】走査平面と交差走査平面との両者において
展開されたレーザビーム２６のコリメーション、収束及
び焦点合わせが、図４において示されている。走査平面
において、レーザビーム２６は、コリメートされていて
、回転鏡切子面２８、第１ミラー３２、第２ミラー３４
及び再度切子面２８からそのまま反射される。このコリ
メートされたビームは、球面状の走査レンズ３６によっ
て収束され、走査線３８に沿って焦点合わせされること
になる。

【００２０】交差走査平面において、レーザビーム２６
は、コリメートされていて、回転鏡切子面２８、第１ミ
ラー３２、第２ミラー３４及び再度切子面２８からその
まま反射される。このコリメートされたビームは、球面
状の走査レンズ３６によって収束され、走査線３８に沿
って焦点合わせされる。

【００２１】平面鏡からの更なる２度の反射により、光
ビームは、同じ切子面に再び衝突するように形成されて
、揺動の一次的影響を補正するが、ここでは湾曲の影響
はない。光学的スキャナ２４では、湾曲の影響を減少さ
せるために３種類の設計変数、即ち第１の切子面反射に
おける入射角度、第２の切子面反射における入射角度、
及び回転多面鏡の切子面の喫水勾配が使用されている。

【００２２】米国特許第４，８９８，４３７号の光学的
スキャナは、１インチ当たり３００スポットという走査
線の解像度標準で機能するように開発された。その重要
な特徴は、直線性、走査線の全体に湾曲がないこと、回
折が限定される光学機器、及び揺動が走査線の全域に渡
ってスポットサイズの１０パーセント以下であることで
あった。最新の解像度標準は１インチ当たり４００スポ
ットであるが、この設計は、１インチ当たり６００スポ
ットという次段階の解像度標準まで拡張され得るはずの
ものである。重要な特徴は同じであるが、性能要件が２
倍にされている。

【００２３】米国特許第４，８９８，４３７号の光学的
スキャナは、総ての様相において揺動なしに１インチ当
たり６００スポットで機能することになる。図５（正し
い縮尺では図示されていない）において示されたように
、走査線４０は、端部４２において直線４４から逸脱し
ている。球面レンズを備えたこの先行技術の光学的スキ
ャナによれば、走査線の端部における高次の揺動は、円
筒形走査レンズ及び円筒形揺動ミラーを備えた先行技術
の光学的スキャナより２倍から３倍ほど大きい。この揺
動は、１インチの６００分の１の１０パーセントを超過
している。

【００２４】米国特許第４，８９８，４３７号の光学的
スキャナの走査線の端部における揺動は、光学的走査シ
ステムの要素を調節することによっては補正され得ない
困難な特性なのである。

【００２５】走査線の残りの部分に揺動を与えることな
く走査線全体を湾曲させることもせずに、回転多面鏡式
の光学的スキャナにおける走査線端部の揺動を低減させ
ることが、本発明の目的の１つである。

【００２６】本発明によれば、走査線の端部における揺
動は光学的走査システムから低減されることになる。コ
リメートされたレーザビームは、湾曲及び揺動を取り除
くために、初めに回転多面鏡の喫水勾配の付いた切子面
から２回反射される。なおもコリメートされたビームは
、初めに、走査平面においてビームを走査線に焦点合わ
せすることになる円筒形走査レンズを通過させられ、次
に円筒形ミラーから反射されて交差走査平面においても
ビームを焦点合わせすることになる。

【００２７】本発明のその他の目的及び達成事項は、本
発明の更なる理解と共に、添付図面に関連して示される
以下の説明及び特許請求の範囲を参照することによって
明瞭に認識されるであろう。

【００２８】図１は、先行技術の回転鏡式スキャナを概
略的に示す斜視図である。

【００２９】図２は、図１の先行技術の回転鏡式スキャ
ナを介して伝わるビームを走査平面及び交差走査平面に
おいて展開して示す概略図である。

【００３０】図３は、もう１例の先行技術の回転鏡式ス
キャナの概略的な斜視図である。

【００３１】図４は、図３の先行技術の回転鏡式スキャ
ナを介して伝わるビームを走査平面及び交差走査平面に
おいて展開して示す概略図である。

【００３２】図５は、図３の先行技術の回転鏡式スキャ
ナの走査線を直線と比較して示す概略図（正しい縮尺で
は図示されていない）である。

【００３３】図６は、本発明に従って形成された回転鏡
式スキャナを概略的に示す斜視図である。

【００３４】図７は、図６の回転鏡式スキャナを介して
伝わるビームを走査平面及び交差走査平面において展開
して示す概略図である。

【００３５】ここで図６を注目すると、走査線の端部に
おける揺動を低減させる光学的スキャナ４６が開示され
ている。レーザビーム４８は、回転多面鏡５２の切子面
５０に衝突する。このビームは、多面鏡の軸と同じ垂直
平面にあり、サジタル方向においてのみオフセットして
いる。レーザビーム４６は、好ましくは、長軸即ち走査
平面におけるビームの幅広部分及び短軸即ち交差走査平
面におけるビームの狭隘部分を備えた楕円形の形状のも
のであり、図示されていない先行するレンズ要素によっ
て、或いはビームを生起させるレーザダイオードの使用
の自然な結果として両平面においてコリメートされてい
る。楕円形でない場合、ビームは円形の形状であること
も可能である。

【００３６】この回転鏡の切子面は、多面鏡の回転軸に
対してある角度即ち喫水勾配だけ傾斜されている。コリ
メートされたビームは、第１の入射角度において切子面
５０に衝突し、第１ミラー５４へ反射される。そして、
このビームは、第２の入射角度において切子面５０に向
かって戻るように反射されることになる第２ミラー５６
へ反射される。このビームは、切子面から走査レンズ５
８へ反射される。本発明のこの実施例では２つの平面鏡
が使用されているが、ビームが１回目と２回目に切子面
に衝突する間において偶数回のミラー反射という構成が
存在することだけが要件である。

【００３７】これらの第１と第２のミラーは、切子面と
同様に、光学的能力のない全く平坦な平面である。従っ
て、このビームは、コリメートされたままである。

【００３８】ビーム４８は、少なくとも１つの円筒形走
査レンズから成る円筒形走査レンズシステム５８を通過
する。この走査レンズは、走査平面において円筒形であ
り、交差走査平面においては平面状のものである。従っ
て、この走査レンズは、ビームの走査部分を収束させて
走査線６２に焦点合わせさせるが、ビームのコリメート
された交差走査部分がそのまま通過することを許容する
。本発明のこの実施例のためには、単独の円筒形走査レ
ンズが使用されている。

【００３９】そして、ビーム４８は、ビームを走査線６
２へ反射することになる円筒形ミラー６０に衝突する。 このミラーは、交差走査平面においては正の円筒形であ
り、走査平面においては平面状のものである。従って、
この円筒形ミラーは、ビームのコリメートされた交差走
査部分を収束させて走査線に焦点合わせさせるが、走査
レンズによって走査線に焦点合わせされて収束するビー
ムの交差走査部分がそのまま通過することを許容する。

【００４０】ビームは走査線における走査平面と交差走
査平面の両者における一点に焦点合わせされるので、多
面鏡におけるコリメートされたビームが楕円形状を有し
、走査レンズと円筒形レンズの間の間隔が適切に選択さ
れるならば、走査レンズによって焦点合わせされる走査
平面におけるビームと円筒形ミラーによって焦点合わせ
される交差走査平面におけるビームは同じＦナンバーを
有する。

【００４１】走査平面と交差走査平面との両者において
展開されたレーザビーム４８のコリメート、収束及び焦
点合わせが、図７において示されている。走査平面にお
いて、レーザビーム４８は、コリメートされていて、回
転鏡切子面５０、第１ミラー５４、第２ミラー５６及び
再度切子面５０からそのまま反射される。このコリメー
トされたビームは、走査レンズ５８の円筒形部分によっ
て収束され、円筒形ミラー６０からそのまま反射されて
、走査線６２に沿って焦点合わせされることになる。

【００４２】交差走査平面において、レーザビーム４８
は、コリメートされていて、回転鏡切子面５０、第１ミ
ラー５４、第２ミラー５６及び再度切子面５０からその
まま反射される。このコリメートされたビームは、走査
レンズ５８の平面部分をそのまま通過するが、正の円筒
形ミラー６０から反射されることによって収束され、走
査線６２に沿って焦点合わせされる。

【００４３】円筒形ミラー６０は、先行技術の円筒形揺
動ミラーがするように切子面の画像を走査線に形成する
ものではない。本出願の二重切子面反射は、走査線の中
心においては揺動を補正する。本出願の円筒形ミラー６
０は、走査線の端部においては揺動を低減させることに
なる。

【００４４】先行技術の円筒形揺動ミラーは、その光学
的能力がどのようなものであろうと、ゼロの視野曲率を
有するが、先行技術の対応する円筒形レンズは、切子面
の画像を走査線に形成するために必要とされる強度の光
学的能力の必然的な結果として強度の視野曲率を有する
ことになる。視野曲率は、１インチ当たりのスポットが
３００を越えるとき、考慮すべき重要な問題となる。

【００４５】米国特許第４，８９８，４３７号における
レンズ部品は球面状であって、走査平面と交差走査平面
の両方を走査線に焦点合わせするものであった。走査線
の端部における揺動は、球面走査レンズの交差走査の視
野曲率による。

【００４６】走査線の端部における揺動を除去するか又
は大きく低減させるために、本出願の円筒形走査レンズ
５８は、交差走査平面においては平面状であって、光学
的能力を有するものではない。例え交差走査平面におい
て光学的能力を有するものではなくとも、ビームが交差
走査平面において発散しているか又は収束しているなら
ば、円筒形走査レンズは、なお視野曲率を形成し得る。

【００４７】従って、ビームは、円筒形走査レンズを通
過するとき、交差走査平面においてはコリメートされて
いて、レンズによって影響を受けることはない。ビーム
は、円筒形ミラーによって走査線に焦点合わせされる。 交差走査平面には、光学的能力を有するその他の部品は
存在しないことになる。

【００４８】本発明は、切子面における喫水勾配を利用
して湾曲を取り除き、同じ切子面からの反射の間におけ
る２つのミラーからの反射を利用して揺動の一次的影響
を取り除く。揺動の二次的影響は、光ビームを切子面に
焦点合わせしないことによって取り除かれる。切子面に
焦点が存在しないので、焦点合わせによって引き起こさ
れる二次的揺動も存在しない。揺動は、５回の反射とい
う要因によって走査線の端部において低減される。

【００４９】本発明は特定の実施例に関連して説明され
てきたが、当該分野における熟練者にとって、前述の説
明を考慮すれば、多くの代案、修正及び変更が自明にな
るであろうことが明らかである。従って、本発明は、特
許請求の範囲の精神及び範囲の中に含まれるそのような
総ての代案、修正及び変更を包含するように意図されて
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　先行技術の回転鏡式スキャナを概略的に示
す斜視図である。

【図２】　　図１の先行技術の回転鏡式スキャナを介し
て伝わるビームを走査平面及び交差走査平面において展
開して示す概略図である。

【図３】　　もう１例の先行技術の回転鏡式スキャナの
概略的な斜視図である。

【図４】　　図３の先行技術の回転鏡式スキャナを介し
て伝わるビームを走査平面及び交差走査平面において展
開して示す概略図である。

【図５】　　図３の先行技術の回転鏡式スキャナの走査
線を直線と比較して示す概略図（正しい縮尺では図示さ
れていない）である。

【図６】　　本発明に従って形成された回転鏡式スキャ
ナを概略的に示す斜視図である。

【図７】　　図６の回転鏡式スキャナを介して伝わるビ
ームを走査平面及び交差走査平面において展開して示す
概略図である。

【符号の説明】

４６　　光学的スキャナ、４８　　レーザビーム、５０
　　切子面、５２　　回転多面鏡、５４　　第１ミラー
、５６　　第２ミラー、５８　　円筒形走査レンズ、６
０　　円筒形ミラー、６２　　走査線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　次のものを含む、走査線の端部におけ
   る揺動を低減させる光学的走査システム：多数の切子面
   を有する回転多面鏡、走査平面からサジタル方向にオフ
   セットした位置から前記切子面の１つに導かれるコリメ
   ートされたレーザビーム、前記レーザビームが前記切子
   面から２度目に反射される前に前記レーザビームの偶数
   回の反射を生じさせるミラーシステム、前記切子面から
   ２回反射した前記レーザビームを走査平面において走査
   線に焦点合わせする円筒形の走査レンズシステム、およ
   び前記走査レンズシステムを通過した前記レーザビーム
   を交差走査平面において前記走査線に焦点合わせする円
   筒形ミラー。