JPH1020235A

JPH1020235A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH1020235A
Application number: JP19010196A
Authority: JP
Inventors: Tama Takada; 球高田; Nozomi Inoue; 望井上; 高志 ▲はま▼; Takashi Hama; Yujiro Nomura; 雄二郎野村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】二度偏向型の光走査装置において、被走査面
上の走査線を直線として良好な画像を形成することがで
きる小型化した二度偏向型の光走査装置を提供する。【解決手段】光ビームを発生する光源１と、上記光源
からの光ビームを偏向させる少なくとも二面以上の反射
面を有する走査器３と、上記走査器の第１反射面４によ
り偏向された光ビームｂを伝達光学系７，８，９，１
０，１１により再度上記第１反射面とは異なる走査器の
第２反射面５に入射させ，偏向した光ビームを被走査面
１４上にビームスポットを形成させて走査する光走査装
置において、上記走査器３の第１反射面４から反射され
偏向した光ビームｂを伝達光学系を介して副走査方向に
おいて角度を有して第２反射面５に入射させ、この第２
反射面で反射され偏向した光ビームｃを、走査光学系１
２，１３を走査器の第２反射面５と被走査面１４とが副
走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係になるよう
に構成した光走査装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレーザビームプリ
ンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に偏向手段で
ある走査器で光ビームを二度偏向させ、被走査面上に結
像させて走査する光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビームプリンタ等に用いら
れる光走査装置は、一般的に半導体レーザ等の光源から
射出した光ビームを整形光学系を経て偏向手段である回
転多面鏡などの走査器で１回だけ偏向させ、この偏向さ
れた光ビームをｆ・θレンズである結像レンズ系によっ
て被走査面上にビームスポットを形成して走査するよう
に構成している。このような走査器による１回だけの偏
向では、走査器の反射面上で主走査方向の光ビームの大
きさは大きく、走査器が回転したときに光ビーム全体を
二度目の反射面に入れようとすると反射面を大きく形成
しなければならず、走査器の反射面数をあまり多く形成
することができない。そこで、最近、回転多面鏡などの
走査器の第１反射面で偏向した光ビームを伝達光学系を
介して再度回転多面鏡などの走査器の第２反射面に導
き、二度目の偏向した光ビームの偏向角を増大させ、こ
れを走査光学系により被走査面上を走査するように構成
した光走査装置が、その装置を小型化して高速化するこ
とができるなどの点から種々提案がなされている。

【０００３】例えば、特開昭５３−９７４４８号公報に
記載された自己増幅偏向走査光学系では、走査器の第１
反射面で反射された光ビームを該走査器の第１反射面と
は異なる第２の反射面に入射させ、アフォーカルな伝達
光学系を配し、走査器の第２反射面に入射する光ビーム
を第１反射面に入射する光ビームと平行にして再び第２
反射面に入射させて偏向を行い、走査器の回転または回
動方向に対して逆方向に移動するように伝達光学系を設
けて構成するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この二度偏向方式のも
のは走査角度を大きくできる点で優れたものであるが、
走査器の走査面と角度を有する光ビームを入射させて偏
向させているので、被走査線上で走査線が直線となら
ず、湾曲してしまう不具合がある。

【０００５】この発明はこのような点に鑑みてなされた
もので、走査光学系により回転多面鏡の第２反射面と被
走査面が幾何光学的にほぼ共役関係にすることにより、
被走査面上の走査線が湾曲することがなく直線で走査で
きるように補正することができることを見いだした。こ
の発明の目的は、簡単な手段ながら被走査面上の走査線
が直線となり良好な画像を形成することができる小型化
した二度偏向型の光走査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、光ビームを
発生する光源と、上記光源からの光ビームを偏向させる
少なくとも二面以上の反射面を有する走査器と、上記走
査器の第１反射面により偏向された光ビームを伝達光学
系により上記第１反射面とは異なる走査器の第２反射面
に再度入射させ、偏向した光ビームを被走査面上にビー
ムスポットを形成させて走査する光走査装置において、
上記走査器の第１反射面から反射されて偏向した光ビー
ムを伝達光学系を介して副走査方向において角度を有し
て第２反射面に入射させ、この第２反射面で反射されて
偏向した光ビームを、走査器の第２反射面と被走査面と
が副走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係になる
ように構成した走査光学系により被走査面上にビームス
ポットを形成することを特徴とする光走査装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいてこの発明の
実施の形態を説明する。図１は一実施例の光走査装置の
構成を示す斜視図である。以下、この発明では、走査器
として回転多面鏡を用い、走査器の回動軸である回転多
面鏡の回転軸に直交する方向を主走査方向とし、回転多
面鏡の回転軸と平行な方向を副走査方向と定義する。ま
た、光源１から回転多面鏡の一度目の偏向を行う第１反
射面との間に設ける光学系を整形光学系と呼び、回転多
面鏡の一度目の偏向を行う第１反射面と二度目の偏向を
行う第２反射面との間に設けられる光学系を伝達光学
系、第２反射面と被走査面との間に設けられる光学系を
走査光学系と呼ぶことにし、同一の走査器に光ビームを
二度入射させて偏向を行うことを二度偏向と定義する。

【０００８】図１において、光源としての半導体レーザ
ー１から射出した光ビームａは第１整形レンズ２を透過
して整形され、走査器としての回転多面鏡３の第１反射
面４に副走査方向において下方から角度を有して入射し
一度目の偏向がなされる。この第１反射面４から副走査
方向において上方に角度を有して反射された光ビームｂ
は第１伝達レンズ７を透過して第１伝達ミラー８で反射
され、第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０を透
過して第２伝達ミラー１１で反射され、再び回転多面鏡
３の第２反射面５に副走査方向において上方から角度を
有して入射し二度目の偏向がなされる。この第２反射面
５から副走査方向において下方に角度を有して偏向され
た光ビームｃは第１走査レンズ１２およびプラスチック
製の第２走査レンズ１３により被走査面１４にビームス
ポットとして結像されて走査するように構成される。な
お、光ビームｄは水平同期信号用のもので、光ビームｃ
の走査端において分離され、水平同期ミラー８１，水平
同期レンズ８２を介して水平同期センサー８３に導入す
るように形成されている。

【０００９】上記整形レンズ２と第１伝達レンズ７は、
光軸の回りに回転対称な非球面レンズであり、第２伝達
レンズ９は副走査方向にのみパワーを有するシリンドリ
カルレンズで、第３伝達レンズ１０は主走査方向にのみ
パワーを有するシリンドリカルレンズである。また、第
１走査レンズ１２は球面レンズである。そして、第２走
査レンズ１３はプラスチックス製レンズであり、その入
射面は主走査方向で曲率半径の大きな凹形状となってお
り、副走査方向は曲率半径の小さな凸形状となってい
る。また、主走査方向の断面曲線を入射面よりも被走査
面１４側にある主走査方向に平行な軸の回りに回転させ
ることにより形成される面である。このような面は通常
鞍型トーリック面と呼ばれる。また、射出面は主走査方
向で曲率半径の大きな凸形状の非円弧（主走査方向のみ
非球面なので、非円弧と呼ぶ。）である。副走査方向の
断面は直線である。このような面は非円弧シリンドリカ
ル面あるいは非円柱面とも呼ばれることがある。

【００１０】走査器である回転多面鏡３の第１反射面４
および第２反射面５に入射する光ビームａおよび光ビー
ムｂは、主走査方向で第１反射面４および第２反射面５
にそれぞれ垂直に入射するように構成されている。従来
の回転多面鏡の反射面で一度だけ偏向を行う光走査装置
では、回転多面鏡の反射面上で主走査方向の入射する光
ビームの大きさは、この発明の目的とする二度偏向の光
走査装置の場合に比べて大きく、必要な走査角を得るた
めの角度だけ回転多面鏡が回転したときに、常に光ビー
ム全体を同一反射面に入れようとすると、反射面の大き
さはある程度以上の大きさが必要であり、回転多面鏡の
反射面の面数をあまり多く形成することができないこと
になる。これに対し、本発明の二度偏向方式の光走査装
置では、一度目の偏向を行う第１反射面４の付近に主，
副走査両方向で光ビームを結像させ、第１反射面４での
光ビームａの大きさが一度偏向の光走査装置に比べて極
めて小さいため、回転多面鏡３の第１反射面４の主走査
方向の大きさが小さくても、必要な走査角を得るための
角度だけ回転多面鏡３が回転したときに常に光ビーム全
体を第１反射面に入れることができる。従って、回転多
面鏡３の反射面が小さくて済むことになる。また、二度
目の偏向では、回転多面鏡３の第２反射面５へ入射する
光ビームｂの主走査方向の大きさは大きいものの、回転
多面鏡３が回転したときの光ビームｂの移動と第２反射
面の移動が一致する。このことを面追従という。このた
め、第２反射面５の主走査方向の大きさは入射する光ビ
ームｂの大きさと同じだけあればよく、やはり第２反射
面５も小さくて済むことになる。従って、一度偏向方式
の光走査装置に比べて回転多面鏡３の反射面の大きさを
小さくすることが可能なため、反射面数を多く形成でき
ることになり、それだけ走査速度を上げることができ
る。

【００１１】また、回転多面鏡３の第１反射面４および
第２反射面５に入射する光ビームａおよび光ビームｂ
と、これらの第１反射面４および第２反射面５から偏向
された光ビームｂおよび光ビームｃをそれぞれ立体的に
分離させるため、光ビームａおよび光ビームｂはそれぞ
れ副走査方向においてある角度をもって回転多面鏡３の
第１反射面４および第２反射面５に入射させるようにし
ている。これにより、整形光学系（第１整形レンズ２）
と伝達光学系（第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９お
よび第３伝達レンズ１０）が、また、伝達光学系と走査
光学系（第１走査レンズ１２および第２走査レンズ１
３）が回転多面鏡３の回転軸６方向においてそれぞれ
上，下方向に離隔して配置することができ、それぞれの
光ビームａ，ｂ，ｃは相互に干渉することがなく分離す
ることができ、光学系の配置を自由に選択することが可
能となる。

【００１２】次に、このように構成された光走査装置の
具体的な数値例を表１に示す。この表では、アナモフィ
ック面は副走査方向，主走査方向の曲率半径をそれぞれ
ｒｉｘ，ｒｉｙとしている。また、非球面である面につ
いては、曲率半径は光軸上の値を示している。

【表１】

【００１３】第１整形レンズ２および第１伝達レンズ７
の非球面の数式は次の数１に示すとおりであり、その非
球面係数を次の表２に示す。

【数１】

【表２】

【００１４】上記表１に示す実施例では、１走査の走査
開始から走査終了までの回転多面鏡３の回転角は２ω＝
２４°である。また、回転多面鏡３への光ビームａの第
１反射面４での副走査方向の入射角αと光ビームｂの第
２反射面５での副走査方向の入射角βはともに６°であ
り、回転多面鏡３の面数は１２面、回転多面鏡３の内接
円半径は１７ｍｍ、第１反射面４と第２反射面５のなす
角度は９０°、光源１の光ビームであるレーザー光の波
長は６７０ｎｍである。

【００１５】この実施例において、光ビームａは、副走
査方向では回転多面鏡３の第１反射面４の近傍と、回転
多面鏡３の第２反射面５の近傍においてそれぞれ結像す
るように構成している。言い換えれば、伝達光学系（第
１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レン
ズ１０）により第１反射面４と第２反射面５が幾何光学
的にほぼ共役関係にあり、また、走査光学系（第１走査
レンズ１２および第２走査レンズ１３）により第２反射
面５と被走査面１４がほぼ共役関係にあるように構成さ
れる。従って、回転多面鏡３の第１反射面４および第２
反射面５の面倒れが良く補正され、しかも副走査方向の
走査位置が一定となる。以下、この点を図面を参照して
さらに詳細に説明する。

【００１６】図２（ａ）〜（ｅ）は、回転多面鏡３の第
１反射面４と第２反射面５との間の副走査方向における
展開図である。本実施例の場合は、回転多面鏡３の第１
反射面４の近傍の結像点Ｐは、図２（ａ）に示すように
厳密には第１反射面４から僅かにずれており、第１反射
面４と第１伝達レンズ７ａとの間に存在する。ここでは
光源１からの光ビームａの主走査方向，副走査方向とも
にこの結像点Ｐに結像させるように構成されている。

【００１７】回転多面鏡３の第１反射面４からの結像点
Ｐのずれの量ｌが大きすぎると、第１反射面４の面倒れ
による被走査面１４上の走査線のずれが大きくなり問題
となる。逆に、このずれの量ｌが小さいと、第１反射面
４上での光ビームａの大きさが小さすぎて回転多面鏡３
の第１反射面４に存在する傷，埃の影響を受けて光ビー
ムａが散乱され、被走査面１４上に小さなビームスポッ
トを形成することができない。従って、この結像点Ｐの
ずれの量ｌは適正な値が存在する。この例では、このず
れの量ｌを１１ｍｍとしている。これは回転多面鏡３の
第１反射面４から第２反射面５までの伝達光学系の光路
長３００ｍｍに比べれば十分に小さい値であるため、面
倒れの補正の効果は十分に得られる。

【００１８】次に、具体的な計算例を示す。即ち、整形
光学系による結像点Ｐの回転多面鏡３の第１反射面４か
らのずれの量ｌ＝１１ｍｍ、伝達光学系の副走査方向の
光学倍率βｄ＝１．５７、走査光学系の副走査方向の光
学倍率βｓ＝０．４１８である。これは、回転多面鏡３
の第１反射面４の面倒れθ＝３ｅ−４〔ｒａｄ〕（０．
０１７２°）とすると、被走査面１４上での走査線のず
れδ＝２・ｌ・θ・βｄ・βｓ＝０．００４３３〔ｍ
ｍ〕であり、この程度なら問題ない。また、本実施例で
の第１反射面４に入射する光ビームａの直径は、主走査
方向で０．８４ｍｍ，副走査方向で０．１３ｍｍであ
る。従って、第１反射面４での光ビームａの大きさが十
分に大きく、第１反射面４による傷や埃の影響を受ける
ことがない。一般に、主走査方向，副走査方向の少なく
とも一方向の光ビームの直径が０．５ｍｍ程度あれば回
転多面鏡３の反射面での傷や埃の影響を受けることがな
い。

【００１９】この実施例では、第２反射面５の近傍の結
像点Ｑは、丁度第２反射面５上に位置させている。ただ
し、これは第２反射面５からずれていても有効である。
このことについてさらに詳しく説明する。図２（ａ）の
伝達光学系７ａは仮の存在であるが、第１反射面４と第
２反射面５が共役となる屈折力を有している。第１反射
面４からｌだけずれた位置Ｐに結像する光ビームａが、
光ビームｂとして仮の伝達光学系７ａにより第２反射面
５の近傍に再び結像する位置をＱとする。実際の第２反
射面５近傍の結像点は第２反射面５と再び結像する位置
Ｑを含め、これらの間に存在することが望ましい。

【００２０】まず、第２反射面５近傍の光ビームｂの結
像点Ｑが、上記の範囲の両端にある場合について説明す
る。図２（ｂ），（ｃ）は、伝達光学系７ｂにより第１
反射面４と第２反射面５とが完全に共役で、伝達光学系
７ｂによる結像点がＱに一致し、これに続く走査光学系
１２ａによる第２反射面５と被走査面１４との関係は若
干共役からずれており、光ビームｃが被走査面１４に結
像する場合である。この場合は、図２（ｃ）に示すよう
に第１反射面４の面倒れ４´は完全に補正され、第２反
射面５の面倒れ５´によるずれが被走査面１４にΔとし
て生じる。図２（ｄ），（ｅ）は、伝達光学系７ｃによ
る第１反射面４と第２反射面５との関係は若干共役から
ずれて構成されている場合で、伝達光学系７ｃによる結
像点が第２反射面５に一致し、走査光学系１２ｂにより
第２反射面５と被走査面１４とが完全に共役で、光ビー
ムｂが光ビームｃとして被走査面１４上に結像する場合
である。この場合は、図２（ｅ）に示すように、逆に第
２反射面５の面倒れ５´は完全に補正され、第１反射面
４による面倒れ４´が被走査面１４上にずれΔ´として
生じる。なお、主光線を破線で示している。従って、第
２反射面５近傍の結像点が第２反射面５と結像点Ｑとの
間にあれば第１反射面４と第２反射面５の面倒れ４´，
５´が逆方向の場合、面倒れ４´，５´によるずれが打
ち消されて被走査面１４上の走査線の位置ずれが小さく
なる。例え同方向であっても、このずれ量は図２
（ｃ），（ｅ）に示す場合と同じか良くなるわけで、少
なくとも悪くなることはない。

【００２１】次に、伝達光学系の構成について説明す
る。光ビームの主走査方向において、伝達光学系に必要
な機能は、第１反射面４近傍のＰ点に結像する光ビーム
ａを、平行ビームにして第２反射面５に導くこと、回転
多面鏡３の回転に伴って第２反射面５上を移動する光ビ
ームｂの移動が第２反射面５の移動に追従することの二
つである。

【００２２】図３は、伝達光学系の一例を示す主走査方
向の断面展開図で、この発明の実施例を示す図ではない
が、光ビームの主走査方向の機能からすれば、この図に
示すように近軸的には伝達光学系のレンズ枚数はレンズ
２０１の１枚だけあればよい。しかし、１枚のレンズ２
０１で伝達光学系を構成すると、レンズ２０１の口径が
大きくなりすぎ実用的ではない。そのため、図４の主走
査方向の断面展開図に示すように、２枚のレンズ２０
２，２０３で伝達光学系を構成すればレンズ口径を小さ
くすることができて実用的である。従って、伝達光学系
に主走査方向の機能を持たせるためには、主走査方向に
屈折力を有するレンズを２枚以上で構成することが望ま
しいことになる。一方、副走査方向おいて伝達光学系に
必要な機能は、第１反射面４近傍の結像点Ｑに結像する
光ビームａを光ビームｂとして第２反射面５の近傍に結
像させることのみである。図５に伝達光学系の副走査方
向の断面展開図を示す。副走査方向の機能からすれば、
伝達光学系のレンズ枚数はレンズ２０４の１枚あればよ
い。以上のことから、伝達光学系に主走査方向の機能と
副走査方向の機能を両方持たせるためには、３枚のレン
ズで構成することがよいことになる。また、この伝達光
学系は、副走査方向に屈折力を有するレンズと、主走査
方向に屈折力を有するレンズを組み合わせて１枚にすれ
ば、伝達光学系のレンズ枚数を２枚にすることも可能で
ある。この実施例では以上のことから第１伝達レンズ
７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０の３枚
のレンズで伝達光学系を構成している。

【００２３】次に、図６を参照して光ビームの光軸との
交差について説明する。図６は実施例の伝達光学系の主
走査方向の断面展開図であり、第１伝達ミラー８および
第２伝達ミラー１１について展開した断面図である（図
１参照）。即ち、回転多面鏡３は走査の期間、図示の位
置を中心にして角度θ1 だけ回転する。従って、回転多
面鏡３の第１反射面４では角度θ1 の２倍の２θ1 だけ
光ビームａは偏向される。偏向された光ビームｂは伝達
光学系である第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９およ
び第３伝達レンズ１０を通過して、角度θ2 だけ偏向さ
れる。この光ビームｂは点Ｒで光軸Ｏと交差する。そし
て、交差した後に回転多面鏡３の第２反射面５に入射す
る位置において、偏向された光ビームｂと光軸Ｏとの距
離は回転多面鏡３が角度θ1 だけ回転したときの反射面
の移動量δに等しくなる。

【００２４】このとき、偏向された光ビームｂは回転多
面鏡３の第２反射面５に対して角度θ2 だけ入射角度が
増大する側に偏向されるので、第２反射面５で反射され
た光ビームｃは２・θ1 ＋θ2 だけ偏向されることにな
る。即ち、通常の一度きり回転多面鏡に入射させて偏向
する方式の光走査装置に比べて光ビームの偏向角度をθ
2 だけ増大させることができる。従って、伝達光学系で
走査領域の走査端を走査する光ビームｂが光軸Ｏと交差
すると、第２反射面５で偏向した光ビームｃの偏向角を
２・θ1 ＋θ2 だけ増大させることができる。

【００２５】次に、図７および図８に基づいて伝達光学
系のミラー枚数と光ビームの光軸との交差回数の関係を
説明する。伝達光学系のミラー枚数から、走査端の光ビ
ームが光軸と交差する回数を引いた数が奇数である。即
ち、図７（ａ）に示す場合は、ミラー枚数，交差回数に
関して本実施例と同じ構成である。伝達光学系に使用さ
れるミラー枚数は第１伝達ミラー８と第２伝達ミラー１
１の２枚である。図８（ａ）にその展開図を示すよう
に、この場合には光軸Ｏとの交差回数は破線の主光線で
示されるように１回である。また、図７（ｂ）で示す例
では、ミラー枚数は第１伝達ミラー８，第２伝達ミラー
１１および第３伝達ミラー１５の３枚である。図８
（ｂ）に示すその展開図から分かるように、この場合の
光軸Ｏとの交差回数は２回である。従って、図７（ａ）
に示す本実施例においては、二度目の偏向で回転多面鏡
３が回転したときの第２反射面５上での光ビームｂの移
動方向δと、第２反射面５の移動方向が同じ方向にな
り、第２反射面５に入射する光ビームｂを第２反射面５
に確実に面追従させることができる。

【００２６】次に、図９から図１５に基づいてこの発明
の特徴である伝達光学系で発生する光ビームの回転の補
正について詳しく説明する。整形光学系を介して光源１
からの光ビームａが副走査方向に角度を持って下方から
回転多面鏡３の第１反射面４に入射され、一度目の偏向
が行われる。この一度目の偏向から光ビームｂとして二
度目の偏向の間の光路が副走査方向に角度を持っている
ため、第２反射面５上の光ビームｂの座標系が回転して
しまう。即ち、主走査方向をｙ，副走査方向をｘ，光軸
方向をｚとする座標系を有する光ビームａが、副走査方
向に角度をもって第１反射面４で反射され、さらに、第
１伝達ミラー８で反射されると、図９に示されるように
反射後の光ビームｂの座標系が回転してしまう。この光
ビームｂはさらに第２伝達ミラー１１で反射され、回転
多面鏡３の第２反射面５に入射されるときには、図１０
に示されるように光ビームｂの座標系が回転してしま
う。即ち、光ビームｂのｙ方向と主走査方向や、光ビー
ムｂのｘ方向と副走査方向が所定の角度θだけずれてし
まうことになる。

【００２７】このように、光ビームｂが回転多面鏡５で
二度目の偏向が行われ光ビームｃとなるときには、図１
１に示されるように偏向された光ビームｃの座標系は常
に角度θ傾いている。角度θ傾いた光ビームｃは、アナ
モルフィックな走査光学系で被走査面１４上に結像させ
ても一点に結像されず、ビームスポットの形状が崩れて
しまう。このような場合、図１２に示すように副走査方
向に屈折力を有するシリンドリカルレンズ２１１を光ビ
ームｃの傾きθに沿ように傾けて配置すれば、被走査面
１４上に結像する光ビームｃの結像特性は良好となる
が、シリンドリカルレンズ２１１の副走査方向の有効径
を大きくする必要がある。また、被走査面１４上での走
査線がシリンドリカルレンズ２１１の傾きに応じて傾い
てしまうという問題点を有する。

【００２８】図１３は伝達光学系の光路を主走査方向に
投影した図である。回転多面鏡３の第１反射面４による
一度目の偏向後の光軸Ｏ₁ と回転多面鏡３の第２反射面
５による二度目の偏向前の光軸Ｏ₂ とのなす角度をγと
する。第１反射面４および第２反射面５への光ビームａ
および光ビームｂの副走査方向の入射角をそれぞれα，
βとする。図１４に光ビームｂの回転角度を計算した結
果を示す。回転角度θは反時計回りが正である。ただ
し、次の条件に基づく。回転多面鏡３の大きさに対して、第１反射面４から
第２反射面５までの光路長が十分に大きい。１度目の偏向後の光軸Ｏ₁ と２度目の偏向前の光軸
Ｏ₂ の２等分線に関して、第１反射面４から第２反射面
５までの光路が対称である。図１４に示されるように、
副走査方向における第１反射面４および第２反射面５へ
の入射角αおよび入射角βが同じ場合と、γが１８０°
の場合に回転角度θがゼロになる。なお、上記条件，
とは異なり、光路長に対して回転多面鏡３の大きさが
無視できない場合には、第１反射面４および第２反射面
５への入射角αおよび入射角βが異なれば、回転角度θ
の値は回転多面鏡３の大きさに若干依存する。また、光
路が対称でない場合にも、入射角αと入射角βが異なれ
ば回転角度θの値は若干変動する。ただし、入射角α＝
入射角βであれば、常に回転角度θ＝０となる。

【００２９】本実施例において、第１反射面４および第
２反射面５への光ビームａの入射角αおよび光ビームｂ
の入射角βのみを変更し、仮に光ビームａの第１反射面
４への入射角α＝３°，光ビームｂの第２反射面への入
射角β＝６°とすると、走査端の光ビームｃによるビー
ムスポット形状は、図１５に示すように崩れた形状とな
る。この図はビームスポットの等強度線図である。な
お、ビームスポットの形状の崩れはビームスポットの大
きさに依存し、より小さいビームスポットを形成しよう
とすると形状の崩れはいっそう悪くなってしまう。

【００３０】そこで、入射角α＝入射角βとすれば、図
１４に示されるように回転角度θ＝０となり、ビームス
ポットの形状が良好となる。本実施例では入射角α＝入
射角β＝６°であり、走査端の光ビームｃ１，ｃ２によ
るビームスポット形状は図１６に示すようになり良好で
ある。また、γ＝１８０°であっても回転角度θ＝０と
なるので、この場合にもビームスポット形状は良好とな
る。

【００３１】次に、γ＝１８０°、即ち、第１反射面４
と第２反射面５が平行な場合について説明する。図１３
において、光軸Ｏ₁ と光軸Ｏ₂ のなす角度がγである
が、この角度は第１反射面４と第２反射面５とのなす角
度に等しい。本実施例の場合、γ＝９０°であるが、本
実施例とは別に、第１反射面４と第２反射面５が平行で
ある場合には、γ＝１８０°となり、図１４のグラフか
ら光ビームの回転角度θ＝０となる。この場合の光路図
を図２５に示す。即ち、回転多面鏡３の第１反射面４で
上方に偏向された光ビームｂは第１伝達ミラー８で反射
され、回転多面鏡３の直上を通過し回転軸６と交差し、
第２伝達ミラー１１で反射されて回転多面鏡３の第２反
射面５に上方から入射し、ここで下方に偏向されて光ビ
ームｃとなる。

【００３２】次に、偏向で発生する光ビームの回転補正
について図１７から図２２に基づいて説明する。副走査
方向において角度を有して走査器の反射面に入射させる
タイプの光走査装置では、図１７（ａ）に示すように主
走査方向ｙ，副走査方向ｘ，光軸方向ｚの座標系を有す
る光ビームｂが副走査方向に角度をもって回転多面鏡３
の第２反射面５に入射すると、ここで偏向された光ビー
ムｃは湾曲し、光ビームｃの座標系が回転してしまう。
このとき、走査中心の光ビームｃ₀ は回転しないが、走
査端のビームｃ₁ ，ｃ₂ は図１７（ｂ）に示すように両
走査端で互いに異なる方向に回転される。この走査端の
傾いた光ビームｃ₁ ，ｃ₂ は、アナモルフィックな走査
光学系で被走査面１４上に結像しても一点に結像され
ず、ビームスポット形状が崩れてしまい、被走査面１４
上での走査線が良好な結像とはならない。

【００３３】本実施例においては、第２走査レンズ１３
を偏心させて配置しているが、例えば、第２走査レンズ
１３の偏心量をゼロに変更して配置し偏心していない状
態にすると、走査端の光ビームｃ₁ ，ｃ₂ によるビーム
スポット形状は図１８に示すような崩れた形状となる。
なお、上述したと同様に、ビームスポットの形状の崩れ
は光ビームの大きさに依存し、より小さいビームスポッ
トを形成しようとすると、形状の崩れはいっそう悪くな
る。なお、本実施例においては整形光学系の第１整形レ
ンズ２は光軸回りに回転対称なレンズなので、回転多面
鏡３の第１反射面４に入射する光ビームａの結像は、主
走査方向，副走査方向とで区別がない。従って、第１反
射面４により偏向された光ビームｂの回転は問題となら
ない。

【００３４】上述したとおり本実施例においては、第２
走査レンズ１３を副走査方向に偏心させて配置して補正
している。ここで、第２走査レンズ１３の入射面は副走
査方向において凸であり、主走査方向の曲率半径は極め
て大きいのでシリンドリカル面とみなして、図２０に図
示する。図２０に示すように走査端を走査する光ビーム
ｃは、第２走査レンズ１３の光軸に対して斜めに入射す
る。そして、第２走査レンズ１３が偏心して配置されて
いるため、光ビームｃは副走査方向においても斜めに入
射することになる。

【００３５】第２走査レンズ１３に入射する光ビームｃ
の主光線に垂直なあらゆる方向のうち、入射面により最
も強い屈折力を受ける方向は入射面の周方向Ｌでなく、
周方向Ｌに対して角度φを持った方向Ｍである。図２０
に示す場合には、周方向Ｌに対する方向Ｍの回転方向は
光ビームｃの進行方向に向かって見て時計回りである。
第２走査レンズ１３の副走査方向への偏心方向が逆の場
合、あるいは主走査方向の入射位置が光軸Ｏに関し反対
側の場合、あるいは入射面が副走査方向において凹であ
る場合には、周方向Ｌに対する回転方向Ｍの方向は図２
０とは逆の反時計回りとなる。

【００３６】周方向Ｌに対する角度φの大きさは、副走
査方向の偏心量，主走査方向の入射角，入射面の曲率半
径に依存する。それぞれの偏向角において、図１７
（ｂ）に示した偏向された光ビームｃの回転方向と図２
０に示した周方向Ｌに対する方向Ｍの回転方向が一致す
れば、ビームスポット形状が良好となる。従って、図１
９に矢印Ｂで示される方向に第２走査レンズ１３を偏心
して配置すれば良い。本実施例の第２走査レンズ１３は
副走査方向において、伝達光学系の存在する側に向かっ
て２．６７ｍｍ偏心させて配置している。この第２走査
レンズ１３は入射面が屈折力を有するが、射出面が凸の
正の屈折力を有するレンズであっても、同様の方向に偏
心させれば同様の効果が得られる。さらに、副走査方向
において負の屈折力を有するレンズであれば、逆方向の
に偏心させれば同様の効果が得られる。なお、走査中心
の光ビームｃ₀ は偏向による座標系の回転が生じていな
いため、元々ビームスポット形状が崩れるという問題を
生ぜず、第２走査レンズ１３が偏心しても周方向Ｌと方
向が一致するため、ビームスポット形状に影響を及ぼさ
ない。従って、ビームスポット形状はやはり良好であ
る。また、偏心により若干の球面収差が生じるが、これ
は実質的に問題とならない。

【００３７】本実施例では、上記のように第２走査レン
ズ１３が偏心して配置しているため、走査端の光ビーム
ｃ₁ ，ｃ₂ によるビームスポット形状は図１６に示すよ
うに良好である。また、この補正は第２走査レンズ１３
が主走査方向に平行な軸を中心にして傾いているように
配置して構成してもよい。即ち、図２１に示すように第
２走査レンズ１３ａを主走査方向に平行な軸の回りに傾
けて配置すれば、副走査方向に偏心させた場合と同様に
副走査方向においても斜めに光ビームｃが入射するため
同様の効果が得られる。さらに、別の解決手段として第
２走査レンズ１３が副走査方向に湾曲したものを形成し
配置してもよい。即ち、図２２に示すように第２走査レ
ンズ１３ｂを副走査方向に湾曲させ、湾曲した中心線Ｎ
に光ビームｃをこの湾曲に沿うように入射するように配
置すれば、それぞれの偏向角における回転した光ビーム
ｃの座標系とレンズの局所的な位置での主軸方向と副軸
方向の座標系とが一致し、ビームスポットの形状が良好
なものとなる。

【００３８】次に、走査線の湾曲補正について説明す
る。図２６に示すすように回転多面鏡３の第２反射面５
に副走査方向に角度を有して光ビームｂが入射すると、
反射されて偏向した光ビームｃは湾曲し、走査中心では
実線のような光ビームｃ０となるが、走査端では破線の
ような光ビームｃ１，ｃ２となる。ところが、副走査方
向において、回転多面鏡３の第２反射面５と被走査面１
４が幾何光学的に共役関係にあると、走査中心の光ビー
ムｃ０も走査端の光ビームｃ１，ｃ２も被走査面１４上
では副走査方向において同じ位置に到達し、被走査面１
４上での走査線は直線となる。

【００３９】また、この実施例では、第１伝達レンズ７
および第１走査レンズ１２に主走査方向の長さに対して
副走査方向の長さが短い形状のレンズを使用している。
これらのレンズは、副走査方向の長さが極めて短く、光
ビームが透過するために必要な最小限の長さとなってい
る。従って、回転多面鏡３へ入射する光ビームａは第１
伝導レンズ７に干渉せず、光ビームｂも第１走査レンズ
１２に干渉しない。また、光ビームとレンズが干渉しな
いため、回転多面鏡３への光ビームａおよび光ビームｂ
の副走査方向の入射角を小さくすることができ、それぞ
れの反射面で偏向された光ビームｂおよび光ビームｃの
湾曲が小さくなり、第２伝達レンズ９，第３伝達レンズ
１０，第２走査レンズ１３の副走査方向の口径を小さく
することが可能である。さらに、本実施例では、第１伝
達レンズ７および第１走査レンズ１２の入射面の副走査
方向の口径が、それぞれの反射面の位置における回転多
面鏡３へ入射する光ビームａおよび光ビームｂと偏向さ
れた光ビームｂおよび光ビームｃとの距離が一致する。
図２３において、実線は、ずれのない走査中心の光ビー
ムｂ₀ ，ｃ₀ であり、破線で示された副走査方向のずれ
が最大となる走査端の光ビームｂ₁ ，ｃ₁ とｂ₂ ，ｃ₂
について、レンズ口径がこれより大きいと入射光ビーム
ｂおよび光ビームｃがレンズと干渉してしまう。逆にレ
ンズ口径がこれより小さいと反射光ビームｂおよび光ビ
ームｃがレンズ外側を通過してしまう。従って、上記構
成にすると、光ビームｂおよび光ビームｃの副走査方向
へのずれの許容値が最大になる。

【００４０】次に、図２４に基づいて走査領域のシフト
について説明する。従来の光走査装置においては、走査
光学系の光軸に関して走査開始位置と走査終了位置が対
称であり、水平同期信号検出位置はその外側に設けられ
る。このような構成であると、走査レンズ系の利用領域
を水平同期信号検出側にのみ大きくとる必要があるが、
製造上では一般的にレンズは光軸に関して対称であるこ
とが望ましいため、このような場合にはレンズの口径を
大きく形成しなければならなかった。特に走査レンズの
ような正レンズでは、口径が大きくなるとレンズ外周の
厚みを確保するために光軸方向のレンズの厚さもそれだ
け大きくしなければならない。本発明では、水平同期信
号検出位置と走査終了位置が走査光学系の光軸に関して
対称であるように配置している。従って、第１走査レン
ズ１２の主走査方向の口径を小さくすることができる。

【００４１】次に、水平同期レンズを傾けることについ
て説明する。上述した偏向で発生する光ビームの回転補
正で説明したとおり、副走査方向に角度を有して入射さ
せる光走査装置においては、主走査方向ｙ，副走査方向
ｘ，光軸方向ｚの座標系を有する光ビームｂが副走査方
向に角度をもって回転多面鏡３の第２反射面５に入射
し、偏向された光ビームｃは湾曲して偏向され、そのた
め光ビームｃの座標系が回転してしまう（図１７参
照）。回転多面鏡３の第２反射面５の偏向により光ビー
ムｄが回転すると、水平同期信号光ビームｄによるビー
ムスポットが一点に結像されず、そのビームスポット形
状が崩れ、検出精度が悪くなる。このため、この実施例
では図１に示されるように水平同期レンズ８２がビーム
進行方向に向かって見て、光軸を回転軸として矢印Ｃで
示すように時計回りに２．４°傾けて配置している。従
って、回転した光ビームｄの座標系と水平同期レンズ８
２の母線方向、周方向の座標系とが一致し、ビームスポ
ットの形状が良好となって水平同期センサー８３に導入
され、検出精度が向上したものとなる。

【００４２】次に、水平同期センサー８３を傾けること
について説明する。この実施例では、上記水平同期レン
ズ８２を傾けると同時に、水平同期センサー８３も水平
同期レンズ８２と同じ角度２．４°だけ矢印Ｄ方向に傾
けて配置している。従って、水平同期レンズ８２が傾い
ている場合、水平同期センサー８３上をビームスポット
が走査する方向も同じ角度だけ傾くことになる。そこ
で、水平同期センサー８３上を水平同期信号光ビームｄ
が垂直に走査するため、さらに、検出感度が向上したも
のとなる。

【００４３】この実施例では、走査器として回転多面鏡
を使用するものについて説明したが、これは回転多面鏡
に限らず少なくとも２面以上の反射面を有すればよく、
回転多面鏡の他に回転２面鏡、回動軸を中心に正弦振動
を行なうガルバノミラーの表裏両面を使用するものでも
よい。また、レーザープリンタに用いられると特に有効
であるが、その他デジタル複写機，ファクシミリ、レー
ザー走査ディスプレイなどの画像形成装置や、スキャナ
などの画像入力装置、あるいは光学マーク読取用レーザ
ー装置、表面検査用レーザー走査装置などにも適用する
ことができることは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の光走査
装置によれば、面倒れを良く補正することができるとと
もに、二度偏向させる整形光学系，伝達光学系および走
査光学系の配置が比較的に自由である。そして、面追従
を良く行うことができるとともに、光ビームの湾曲を補
正して走査線を直線とし、画像の良好な光走査装置を提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の光走査装置の構成を示す斜視図、

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、
副走査方向の面倒れと走査位置が一定となることを説明
するための展開図、

【図３】伝達光学系の主走査方向の展開図、

【図４】伝達光学系の副走査方向の展開図、

【図５】伝達光学系の副走査方向の展開図、

【図６】光ビームの交差を説明するための伝達光学系の
主走査方向の展開図、

【図７】（ａ），（ｂ）は、伝達光学系のミラー枚数と
光ビームの交差を説明するための平面図、

【図８】（ａ），（ｂ）は、図７の伝達光学系の主走査
方向の展開図、

【図９】伝達光学系で発生する光ビームの回転を説明す
るための側面図、

【図１０】光ビームの回転を説明するための回転多面鏡
の側面図、

【図１１】光ビームの回転を説明するための回転多面鏡
の側面図、

【図１２】走査光学系の偏心を説明するためのシリンド
リカルレンズの正面図、

【図１３】伝達光学系の光路を主走査方向に投影した光
路図、

【図１４】回転角度と第１反射面と第２反射面の光軸の
なす角との関係を示すグラフ、

【図１５】ビームスポットの等強度線図、

【図１６】ビームスポットの等強度線図、

【図１７】（ａ），（ｂ）は、第２反射面での光ビーム
の回転を説明するための斜視図、および座標系を示す説
明図、

【図１８】ビームスポットの等強度線図、

【図１９】走査レンズの偏心を説明するための第２走査
レンズの正面図、

【図２０】走査レンズの偏心を説明するための第２走査
レンズの一部の斜視図、

【図２１】走査レンズの偏心を説明するための第２走査
レンズの側面図、

【図２２】走査レンズの偏心を説明するための第２走査
レンズの正面図、

【図２３】走査線の湾曲補正を説明するための説明図、

【図２４】走査領域のシフトを説明するための説明図、

【図２５】反射面のなす角度を説明するための光走査器
の側面図である。

【図２６】走査線の湾曲補正を説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

１光源（半導体レーザー）２整形レンズ３回転多面鏡４第１反射面５第２反射面６回転軸７第１伝達レンズ８第１伝達ミラー９第２伝達レンズ１０第３伝達レンズ１１第２伝達ミラー１２第１走査レンズ１３第２走査レンズ１４被走査面８１水平同期ミラー８２水平同期レンズ８３水平同期センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村雄二郎長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを発生する光源と、上記光源か
らの光ビームを偏向させる少なくとも二面以上の反射面
を有する走査器と、上記走査器の第１反射面により偏向
された光ビームを伝達光学系により上記第１反射面とは
異なる走査器の第２反射面に再度入射させて偏向した光
ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査
する光走査装置において、上記走査器の第１反射面から反射されて偏向した光ビー
ムを伝達光学系を介して副走査方向において角度を有し
て第２反射面に入射させ、この第２反射面で反射されて
偏向した光ビームを、走査器の第２反射面と被走査面と
を副走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係になる
ように構成した走査光学系により被走査面上にビームス
ポットを形成することを特徴とする光走査装置。