JPH0617948B2 - 光ビ−ム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は光ビームを偏向して走査面上を走査させる光ビ
ーム走査装置に関し、特に詳細には走査面上において、
ピッチむら等のない走査線により高精度の走査を行なう
ことのできる光ビーム走査装置に関するものである。

（発明の技術的背景および先行技術） 近年、光ビームを用いて画像の読取りおよび／または記
録を行なうシステムが種々開発されている。このような
システムにおいては、光源から発せられた光ビームは、
回転多面鏡等の偏向器によって反射偏向されて、一定速
度で偏向方向に垂直な方向に送られる（副走査される）
走査面上を走査するようになっている。しかしながら、
従来の走査装置においては光ビームを反射偏向して主走
査を行なわしめる偏向器は軸ぶれを生じやすく、このた
め偏向されて走査面上を走査する走査線は副走査方向に
ゆがみをもったものになるおそれがある。また、特に偏
向器として回転多面鏡を用いる場合には、回転多面鏡の
光ビームが入射する各面をそれぞれ回転軸に対して完全
に平行にすることは技術的に難しく、この回転多面鏡の
面倒れにより走査線のピッチにむらが生じてしまうとい
う問題がある。そこでこの面倒れ等を補正するためにア
ナモルフィック光学系を偏向器と走査面の間に設けるよ
うにした走査装置が種々提案されており、その一例を第
３図および第４図を参照して説明する。

レーザ光源101から発せられた光ビーム102は、ビームエ
キスパンダ103により適当な太さにされた後シリンドリ
カルレンズ104を通過して、偏向器である回転多面鏡105
に回転多面鏡の回転軸に垂直な線像として入射し、回転
多面鏡105が矢印ｍ方向に回転するのに伴って反射偏向
される。第３図はこの反射偏向された光ビーム102の光
路を前記回転軸と平行な方向から見た概略図であり、第
４図は前記光路を前記回転軸と垂直な方向から見た概略
図である。まず第３図により偏向された光ビーム102の
主走査について説明すると、前記回転多面鏡105により
反射偏向された光ビーム102は光路上に設けられたｆθ
レンズ等の球面レンズ107に平行光として入射し、この
球面レンズ107を通過した後球面レンズ107の焦点距離f
₁₀₇だけ球面レンズ107から離れて設けられた走査面108
上に集束し、ａ_１からａ_２の範囲で矢印Ａ方向にくり返
し主走査が行なわれる。また前記球面レンズ107と回転
多面鏡105との間には主走査方向に延びたシリンドリカ
ルレンズ106が回転多面鏡105から自らの焦点距離f₁₀₆だ
け離れて設けられているが、これは入射した光を主走査
方向と垂直方向（副走査方向）にのみ屈折させるレンズ
となっており、第３図においては光ビーム102を透過さ
せるだけである。前記球面レンズ107とこのシリンドリ
カルレンズ106とによりアナモルフィック光学系が構成
されている。なお、前記球面レンズ107はいわゆる走査
レンズであるが、走査レンズとして球面レンズ107の代
わりに軸対称の非球面レンズが用いられる場合もある。

前述したように前記回転多面鏡105は面倒れ等を生じる
ことが多く、これを前記アナモルフィック光学系により
補正するシステムを第４図により説明する。

回転多面鏡105により反射された光ビーム102は前記シリ
ンドリカルレンズ106に入射せしめられ、このシリンド
リカルレンズ106は回転多面鏡105から自らの焦点距離だ
け離れて設けられていることから入射した光ビーム102
を平行光にする。平行光となった光ビーム102は続いて
前記球面レンズ107を通過して球面レンズ107の焦点距離
だけ離れた前記走査面108上に集束する。この時、回転
多面鏡105に面倒れ等がなく、駆動されていれば光ビー
ムは図中の実線で示す光路を通るが、回転多面鏡に面倒
れ等があって、回転多面鏡の105の反射面105aが105a′
の位置にずれた場合には光路は図中一点鎖線で示す位置
に移動してしまうことになる。しかし実線で示す光路中
の光ビームも一点鎖線で示す光路中の光ビームも前記反
射面105a上の同一の点から発せられ、前記シリンドリカ
ルレンズ106により等しく平行光になされて球面レンズ1
07に入射せしめられるので、実線で示す光ビームも一点
鎖線で示す光ビームも共に走査面108上の同一の点ａ_３
に集束し、面倒れ等により第４図の上下方向に光ビーム
の光路がずれてもそのずれを補正することができる。

しかしながら、偏向器として上述のような回転多面鏡を
用いる場合には、光ビームを一定方向から入射させると
回転多面鏡の回転に伴い回転多面鏡の反射面が出入りし
て光ビームの反射される位置が変わるので、光ビームの
光路長が変化して光ビームが常に走査面上で集束しなく
なるという問題がある。この問題について第５図を参照
して説明する。

回転多面鏡105に光ビーム102が一定の方向から入射せし
められると、主走査方向が矢印Ａ方向である場合に回転
多面鏡105が図中実線で示す位置にある時と回転多面鏡
が図中一点鎖線で示す位置にある時とでは第５図から明
らかなように回転多面鏡に入射するまでの光ビームの光
路長が異なってしまう。このため、回転多面鏡が実線の
位置にある時に反射された光ビームが反射位置において
集束しているとすると、一点鎖線で示す回転多面鏡に反
射される光ビームは反射位置において完全に集束せずに
そのビーム形状は楕円状になってしまう。また、実線で
示す回転多面鏡の光ビームの反射位置と、一点鎖線で示
す光ビームの反射位置とは、距離Ｓだけ走査面までの距
離が異なっている。このため、回転多面鏡105が実線で
示す位置にある時の光ビームの反射位置と走査面とが共
役の関係があるとすると、回転多面鏡がそれ以外の位置
にある時にはこの共役の関係がくずれてしまう。このよ
うに反射面の出入りにより走査面と共役の関係にない反
射位置において反射された光ビームは走査面上で完全に
は集束せず、光ビームの焦点がボケてしまうという不都
合が生じる。上記の回転多面鏡の反射面の出入りが走査
面上における光ビームの位置および焦点におよぼす影響
は、回転多面鏡と球面レンズの間に配されているシリン
ドリカルレンズを、球面レンズと走査面の間に配して走
査面にできるだけ付近けるようにすることにより小さく
することができるが、この方法は上記問題を根本的に解
決するものではなく、またこの場合には走査幅に近い長
尺のシリンドリカルレンズが必要となり、長尺のシリン
ドリカルレンズは高価であることから実用的でないとい
う問題がある。

（発明の目的） 本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、光ビームの偏向器として回転多面鏡を用い、アナモ
ルフィック光学系を用いて走査線のピッチむら等の補正
を行なう光ビーム走査装置において、回転多面鏡の回転
に伴なって反射面が出入りして反射位置が変化しても、
常に光ビームが走査面上で結像し、走査面上における光
ビームの焦点がボケることのない光ビーム走査装置を提
供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の光ビーム走査装置は、光ビームを発するビーム
光源と回転多面鏡の間の光ビームの光路上に、前記光ビ
ームの回転多面鏡への入射位置における焦点位置を調整
する可変焦点機構を設け、制御手段によりこの可変焦点
機構を回転多面鏡の回転と同期して調整し、これにより
前記光ビームが前記回転多面鏡へ入射する入射位置にお
いて常に正確な線像となるように制御することを特徴と
するものである。

（実施態様） 以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明す
る。

第１図は本発明の一実施態様による装置の主要部を回転
多面鏡の回転軸方向からみた概略図である。

ビーム光源から発せられ、適当な太さに調整された光ビ
ーム２は光路上に設けられた可変焦点機構９に入射した
後、光路上に設けられたシリンドリカルレンズ４を通過
して回転多面鏡５にこの回転多面鏡の回転軸に垂直な線
像として入射せしめられ、回転多面鏡５により反射偏向
される。この光ビーム２の回転多面鏡５への入射方向
は、回転多面鏡５が偏向の中央の位置にある時に、光ビ
ームの入射方向と反射方向とが互いに垂直になる方向に
設定されている。すなわち、反射偏向された光ビームの
光路上に設けられたシリンドリカルレンズ６と球面レン
ズであるｆθレンズ７とからなるアナモルフィック光学
系の光に対して光ビームの入射方向が垂直になっている
ので、前記回転多面鏡５の回転に伴なって回転多面鏡の
反射面が出入りしても常に反射面上の反射位置と走査面
とは共役関係になる。従って、反射面において常に光ビ
ームが線像として結像しているならば、反射偏向された
光ビームは走査面において常に集束し、ビームの焦点が
ボケることはなくなり、回転多面鏡５に面倒れや軸ぶれ
が生じても走査面上における走査位置を副走査方向に正
しく補正することができる。

次に前記回転多面鏡の回転に伴ない反射面が出入りして
も、常に入射する光ビーム２を反射面上の反射位置にお
いて集束せしめるしくみについて説明する。前述のよう
に光ビーム２の回転多面鏡５への入射前の光路上には可
変焦点機構９が設けられており、この可変焦点機構９は
回転多面鏡５の回転と同期して駆動され、光ビーム２の
焦点位置を調節する。すなわち、回転多面鏡５により反
射偏向された光ビーム２の、走査開始時における光路上
には走査開始検出器10が設けられており、この走査開始
検出器10は光ビーム２が通過する毎に検出信号を発信
し、この検出信号は前記可変焦点機構９を制御する制御
回路11に送られ、回転多面鏡５の回転に同期した可変焦
点機構９の制御が行なわれる。前記走査開始検出器10か
ら発せられた検出信号に基づいて可変焦点機構９を制御
する制御回路11の一例を第２図に示す。

走査開始検出器10から発せられた検出信号は制御回路11
のクロック発生器11Ａに送られ、クロック発生器11Ａか
らはパルス信号が所定の間隔で発信され、アドレス発生
器11Ｂに送られる。アドレス発生器から発せられたアド
レス信号はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）11Ｃに送ら
れ、ＲＯＭ11Ｃからはアドレス信号に基づいて、予め記
憶されていた信号が一定間隔で発せられ、発せられた信
号はＤ−Ａ変換器11Ｄに送られてＤ−Ａ変換が行われ
る。このＤ−Ａ変換器は前記クロック発生器11Ａにより
ＲＯＭ11Ｃからの信号の受信と同期して駆動せしめられ
ている。Ｄ−Ａ変換器11Ｄから発せられた微小電圧は電
圧増幅器11Ｅに送られて増幅されて前記可変焦点機構９
に送られ、可変焦点機構９を駆動せしめる。

上記の走査開始検出器10および制御回路11からなる制御
手段により制御される可変焦点機構９としては様々なも
のを用いることができるが、例えば板状の電気光学結晶
の表面に多数の電極を設け、この電極に異なった電圧を
印加して電界分布を与え、屈折率を変化させるようにし
たものや、ガラスと圧電材料バイモルフとの間に高屈折
率の液体を保持してなる部材を用いる電界により厚さを
変化させるようにしたもの、あるいは圧電材料バイモル
フの表面を鏡面にして変形させる可変形ミラー等が用い
られる。また、リニアモータや圧電素子などを用いて前
記シリンドリカルレンズ４の位置を直接移動させるよう
にしてもよい。なお、光ビーム２の回転多面鏡５への入
射方向は必ずしもシリンドリカルレンズ６およびｆθレ
ンズ７の光に垂直にする必要はなく、可変焦点機構９に
より回転多面鏡５による反射位置において光ビーム２を
集束せしめておき、入射位置と走査面とはｆθレンズ７
等の設計により共役関係になるように調整してもよい。
さらに、シリンドリカルレンズ６を球面レンズ７よりも
走査面側に配置してもよい。

以上説明した本発明の実施態様においては、回転多面鏡
と走査面との間に設けられるアナモルフィック光学系と
して、ｆθレンズ等の球面レンズとシリンドリカルレン
ズとの組合せが用いられているが、本発明に使用可能な
アナモルフィック光学系はこれに限られるものではな
く、回転多面鏡に面倒れ、軸ぶれ等が生じた場合であっ
ても、回転軸に垂直な線像として回転多面鏡に入射せし
められた光ビームを常に走査面上に所定位置に点像とし
て結線せしめて走査レンズとしての機能と共に走査線の
ピッチむらを補正する機能を果たす光学系であればいか
なるものであってもよい。上記球面レンズとシリンドリ
カルレンズとの組合わせ以外の本発明に使用可能なアナ
モルフィック光学系の具体例として下記のものが挙げら
れる。

i) 軸対称の非球面レンズとシリンドリカルレンズとの
組合わせ ii) 球面レンズあるいは軸対称の非球面レンズとトー
リックレンズとの組合せ iii) 球面レンズあるいは軸対称の非球面レンズとシリ
ンドリカルミラーとの組合わせ iv) 球面レンズあるいは軸対称の非球面レンズとトー
リックミラーとの組合わせ v) 両面がトーリック面であるトーリックレンズ vi) シリンドリカルレンズとトーリックレンズとの組
合わせ vii) 球面レンズあるいは軸対称の非球面レンズとシリ
ンドリカルレンズとトーリックレンズとの組合わせ viii) 光軸が直交するように配置された２つのシリン
ドリカルレンズの組合わせ （発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の光ビーム走査装置
によれば、回転多面鏡と同期して駆動される可変焦点機
構を設けたことにより、回転多面鏡の反射面が回転多面
鏡の回転に伴なって出入りし、光ビームの反射位置が変
化しても常に光ビームを走査面上において集束させるこ
とが可能となる。従って、回転多面鏡の面倒れや軸ぶれ
が生じてもその補正をアナモルフィック光学系により高
精度に行なうことができるとともに、ビームの焦点が走
査位置によってボケてしまうという問題も解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様による光ビーム走査装置の
主要部を回転多面鏡の回転軸と平行な方向からみた概略
図、 第２図は上記実施態様における制御回路の一例を示すブ
ロツク図、 第３図は従来の装置における光ビームの光路を回転多面
鏡の回転軸と平行な方向からみた概略図、 第４図は従来の装置における光ビームの光路を回転多面
鏡の回転軸と垂直な方向からみた概略図、 第５図は回転多面鏡の回転に伴なう光ビームの反射位置
の変化を説明するための概略図である。 ２……光ビーム ４，６……シリンドリカルレンズ ５……回転多面鏡、７……ｆθレンズ ９……可変焦点機構、１０……走査開始検出器 １１……制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定速度で連続的に副走査方向に送られる
   走査面上に、回転多面鏡により反射された光ビームを主
   走査方向に走査させる光ビーム走査装置において、ビー
   ム光源から発せられた光ビームを前記回転多面鏡に該回
   転多面鏡の回転軸に垂直な線像として入射させる入射用
   光学系、前記ビーム光源と前記回転多面鏡の間に設けら
   れ、前記光ビームの回転多面鏡への入射位置における焦
   点位置を調整する可変焦点機構、前記光ビームが前記回
   転多面鏡へ入射する入射位置において常に正確に線像と
   なるように前記可変焦点機構を前記回転多面鏡の回転と
   同期して調整する制御手段、前記回転多面鏡により反射
   偏向された光ビームの光路上に設けられたアナモルフィ
   ック光学系を備え、前記アナモルフィック光学系により
   前記回転多面鏡に線像として入射した光ビームを前記走
   査面上に点像として結像せしめることを特徴とする光ビ
   ーム走査装置。