JPH10239621A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転多面鏡に光ビームを２度入射させて光ビ
ームの偏向・走査を行なう光走査装置において、伝達光
学系を構成するレンズや反射鏡などを高精度に取り付け
ることが可能あって、かつ光走査装置全体を収納する光
学ケースを安価に製造することを目的とする。 【解決手段】 光源と、光源からの光ビームを所定の特
性の整形光ビームに変換するビーム整形光学系と、整形
光ビームを第１の反射面で偏向し、少なくとも第１の反
射面と第２の反射面を有する回転多面鏡と、回転多面鏡
を駆動する偏向モーターと、回転多面鏡の第１の反射面
により偏向された光ビームを回転多面鏡の第２の反射面
に入射させる伝達光学系と、回転多面鏡の第２の反射面
で偏向された走査光ビームを所定の被走査面に結像させ
る走査光学系を有し、走査光ビームで被走査面を走査す
る光走査装置において、伝達光学系及び偏向モーターを
支持するベース部材を光走査装置のケースとは異なる部
材で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザービームプリ
ンターなどに用いられる光走査装置に関するもので、特
に回転多面鏡の反射面に光ビームが２度入射する光学系
を用いた光走査装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームプリンターなど画像記録
装置や、各種画像読込み、測定装置に用いられる光走査
装置においては、光ビームを偏向走査する偏向器として
回転多面鏡が多く用いられてきた。

【０００３】これらの装置においては光ビームを被走査
面上において、直線あるいは曲線上を光走査装置によっ
て繰り返し走査し、被走査面に位置する被走査媒体を前
記の走査方向とはおおむね直交方向に相対移動させ２次
元の走査を行う。なお、前者の光走査装置による走査方
向を「主走査方向」とし、後者の被走査媒体の相対移動
方向を「副走査方向」と定義する。

【０００４】近年、上記の装置においては解像度や処理
速度の向上のため、より高速の光走査装置が求められる
ようになってきている。光ビームの偏向に回転多面鏡を
用いた光走査装置では、走査速度（走査周波数）を上げ
るためには、 （１）回転多面鏡の回転数を上げる （２）回転多面鏡の面数を増加させる の２つの方法が考えられる。

【０００５】回転多面鏡の回転数を上げるためには、高
速回転可能な軸受が必要になるが、現在最も多く用いら
れているボールベアリングでは毎分２００００回転程度
が上限となる。エアベアリングを用いれば毎分３０００
０回転以上の回転数で使用可能であるが、軸受が高価な
ため使用できる装置が限られる。特に、一般消費者向け
の安価なレーザービームプリンターなどには使えない。

【０００６】一方、回転多面鏡の面数を増加させると、
１つの反射面当りの回転角度が小さくなってしまう。ま
た、個々の反射面の大きさを一定以上確保しようとする
と、回転多面鏡の直径が大きくなってしまう。

【０００７】光走査装置では被走査面上に光ビームを結
像させて用いるが、レーザービームを走査する場合、小
さなスポットに結像させるには、光ビームの拡がり角に
応じて回転多面鏡の反射面は主走査方向にある一定の大
きさが必要である。ところが、回転多面鏡の面数を増加
させた場合、１つの反射面での回転角度が小さいため光
ビームの走査角も小さくなる。光ビームの走査角が小さ
いと、所定の走査幅を得るためには走査光学系の焦点距
離が長くなり、回転多面鏡から被走査面までの光路長も
伸びる。このため、回転多面鏡の反射面上での光ビーム
の主走査方向の直径も大きくなり、面数が少ない場合に
比べてより反射面が大きくなり、さらに一層回転多面鏡
の大きさが増加する。

【０００８】すなわち回転多面鏡の面数が増加するに従
って、必要な反射面の大きさは面数の少ない場合に比べ
てより大きくなるという矛盾した特性をもつため、回転
多面鏡の大きさ（内接円筒の大きさ）が決まれば、面数
の上限が決まる。例えば、レーザービームプリンターに
用いる光走査装置において、所要走査幅３５０ｍｍ、波
長７８０ｎｍ、回転多面鏡の内接円筒の半径を２５ｍ
ｍ、被走査面での主走査方向のスポット直径を５０μｍ
以下にする場合、面数はおおむね７面が上限となる。

【０００９】そこで、面数を多く取るために、回転多面
鏡の直径を大きくすると、回転多面鏡の重量や慣性２次
モーメントが増加し、回転に伴う空気抵抗（風損）も増
加するので、回転数が低く制限される。

【００１０】このように回転多面鏡の面数、回転数とも
上限があり、かつ各々が矛盾する特性を有するので、そ
れを越える走査速度を得るために様々な走査装置が考案
されてきた。

【００１１】例えば、特開昭５１−１００７４２号公報
記載の技術では、光源に半導体レーザーアレーを用い、
同時に複数のレーザービームで被走査面を走査すること
で、走査速度を向上させている。この方法によれば、回
転多面鏡の回転数を上げることなく、素子に集積された
レーザーの個数だけ走査速度を早めることができる。

【００１２】一方、特開昭５１−３２３４０号公報で
は、光源から射出された光ビームを主走査方向に非常に
直径の小さい状態で回転多面鏡に入射させ、偏向された
光ビームを伝達光学系を介して再び回転多面鏡に入射さ
せる方法が開示されている。２回目に回転多面鏡に入射
した後に、光ビームは走査光学系によって被走査面上に
スポットとして結像する。すなわち、回転多面鏡に光ビ
ームを２度入射させている。

【００１３】この後者の方法においては、光ビームが最
初に回転多面鏡に入射するときの主走査方向の光ビーム
の直径を２回目に入射する場合に比べて極めて小さく
し、かつ２回目に回転多面鏡に入射する光ビームが回転
する反射面の主走査方向の中心点を追従するように伝達
光学系を構成している。

【００１４】このように構成することで、光ビームが最
初に回転多面鏡に入射する際には、光ビームの直径を極
端に小さくできるので、回転多面鏡の分割角度一杯まで
走査可能となる。第１の反射面で偏向された光ビームが
伝達光学系を経由して、２回目に回転多面鏡に入射する
際には、光ビームの直径は被走査面上で所定のスポット
を得るのに必要な大きさに拡大されるものの、反射面の
回転に追従するため、回転多面鏡の回転角度とは無関係
に光ビームの大きさを設定できる。従って、回転多面鏡
の反射面の主走査方向の大きさを小さくすることが可能
となり、小径で面数の多い回転多面鏡が使用可能とな
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように回転多面鏡
に光ビームが２度入射する光走査装置では、伝達光学系
を構成するレンズや反射鏡を高精度に取り付ける必要が
あるので、高精度の加工や成形技術が要求される。たと
えば収縮の少ないプラスチックの射出成形や、ダイキャ
ストの鋳物に対してさらに必要な部分に切削加工を行な
うなどの方法で製作される。ところが、このような方法
で製作された部品は、一般的なプラスチックの射出成形
部品や板金部品に比べて高価なものとなるという課題を
有していた。

【００１６】上記の課題に鑑み本発明では、回転多面鏡
に光ビームを２度入射させて光ビームの偏向・走査を行
なう光走査装置において、伝達光学系を構成するレンズ
や反射鏡などを高精度に取り付けることが可能あって、
かつ光走査装置全体を収納する光学ケースを安価に製造
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の光走査装置では、光源と、光源からの光ビ
ームを所定の特性の整形光ビームに変換するビーム整形
光学系と、整形光ビームを第１の反射面で偏向し、少な
くとも第１の反射面と第２の反射面を有する回転多面鏡
と、回転多面鏡を駆動する偏向モーターと、回転多面鏡
の第１の反射面により偏向された光ビームを回転多面鏡
の第２の反射面に入射させる伝達光学系と、回転多面鏡
の第２の反射面で偏向された走査光ビームを所定の被走
査面に結像させる走査光学系を有し、走査光ビームで被
走査面を走査する光走査装置において、伝達光学系及び
偏向モーターを支持するベース部材を光走査装置のケー
スとは異なる部材で構成したことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１、図２は本発明による光走査
装置の実施例の概観を示す斜視図であって、図２は図１
より補正レンズ６２及び第３の折り返し鏡９３を取り除
いた状態を示す斜視図である。また、図３、図４は本発
明による光走査装置の実施例の主走査断面での平面図を
示す。図３、図４において回転多面鏡３０の第１の反射
面３１以降の光ビームについては、ビーム検出位置、走
査開始位置、走査光学系の光軸位置、走査終了位置の４
ヵ所での光ビーム位置を示している。図３は走査光学系
及び光ビーム検出光学系とその中を通過する光ビームを
示し、図４は伝達光学系とビーム整形光学系とその中を
通過する光ビームを示している。さらに、図５には本発
明による光走査装置の実施例のビーム整形光学系を含ん
だ副走査面内の断面図を示し、図６には本発明による光
走査装置の実施例の走査光学系を含んだ副走査面内の断
面図を示す。

【００１９】光源には半導体レーザー１１が用いられて
おり、発散光として射出されたレーザービームはコリメ
ータレンズ２１で緩やかな集束角を持つ集束光ビームに
整形される。コリメータレンズ２１の射出面は、球面収
差を減ずるために光軸に回転対称な非球面形状に形成さ
れている。

【００２０】コリメータレンズ２１を射出した光ビーム
は、入射側が平面で射出側が凹のシリンドリカル面であ
る整形レンズ２２に入射する。整形レンズ２２は主走査
方向にのみ負の屈折力を有しており、入射した集束光ビ
ームは主走査方向には比較的小さな直径の平行な光ビー
ムに変換される。一方、副走査方向においては、コリメ
ータレンズ２１によって変換された集束光ビームのまま
である。以上に述べたコリメータレンズ２１と整形レン
ズ２２とでビーム整形光学系を構成している。

【００２１】すなわち、図４に示すように回転多面鏡３
０の第１の反射面３１に入射する光ビームは、主走査方
向には通常の光走査装置に比べて小さい直径を有する平
行光ビームで、副走査方向には第１の反射面３１上に結
像するような集束光ビームである。なお、回転多面鏡３
０については後ほど説明する。

【００２２】上記のように本発明の実施例においては、
半導体レーザー１１から射出した光ビームの直径がある
程度広がった位置で、コリメータレンズ２１で緩い集束
光ビームに変換し、さらにこのコリメータレンズ２１か
ら距離をおいて凹のシリンドリカルレンズである整形レ
ンズ２２を配して、主走査方向にのみ平行光ビームに変
換する。このため、コリメータレンズ２１の焦点距離を
比較的大きくでき、そのことによってコリメータレンズ
２１のレンズ面の曲率半径も大きくでき、レンズ面ある
いはそれを成形する金型の加工が容易になる。また、レ
ンズ面の大きさが大きくなることで、収差上レンズ面に
要求される精度が緩和され製造が容易となると同時に、
被走査面への結像性能も向上することが期待できる。

【００２３】また、本発明の実施例においては、図４に
示すように、光源である半導体レーザー１１から回転多
面鏡３０の第１の反射面３１に入射するまでの光路を長
く取れるので、主走査面内で見た場合の第１の反射面３
１から後で述べる伝達光学系の第１の反射鏡５１までの
距離より、第１の反射面３１から光源部までの距離を長
くなる。そのため、図５に示すように、光源部の上下方
向の空間的な制約がなく、特に半導体レーザー１１の駆
動回路基板の大きさを任意に設定できる。そのため、半
導体レーザー１１の高度な制御、特に階調制御を行なう
ための電子回路を半導体レーザー１１の直近に集積する
ことができる。

【００２４】整形レンズ２２を出た光ビームは、回転多
面鏡３０の第１の反射面３１に入射する。第１の反射面
３１に入射する光ビームが通過するビーム整形光学系の
光軸と、反射された光ビームが通過する伝達光学系の光
軸は、図４に示すように主走査面内では重なっている。
一方、図５に示すように、副走査面内において第１の反
射面３１の垂線とは角度γ１を有している、すなわち副
走査面内で入射角γ１で入射している。従って、第１の
反射面３１で反射され偏向される光ビームと入射光ビー
ムは副走査面内において角度２・γ１をなしており、互
いに干渉することがない。本実施例ではγ１を６゜とし
ている。

【００２５】第１の反射面３１で反射かつ偏向された光
ビームは、伝達光学系を構成する伝達レンズ第１群４１
に入射する。伝達レンズ第１群４１は入射側から順に、
平面と凸のシリンドリカル面からなる第１伝達レンズ、
凸のシリンドリカル面と平面からなる第２伝達レンズ、
凹のシリンドリカル面と平面からなる第３伝達レンズの
３枚で構成され、いずれのレンズも主走査方向にのみ屈
折力を有する。

【００２６】伝達レンズ第１群４１を出た光ビームは、
主走査方向に関しては集束光ビームとなり、伝達レンズ
第１群４１の後ろ側焦点に一旦結像する。一旦結像した
光ビームは発散光ビームとなり、反射鏡５１で反射され
て伝達レンズ第２群４２に向かう。伝達レンズ第２群４
２は、入射側が凸のシリンドリカル面で射出側が平面の
第４伝達レンズ１枚で構成されている。伝達レンズ第２
群４２は副走査方向にのみ屈折力を有する。

【００２７】伝達レンズ第２群４２を出た光ビームは、
伝達レンズ第３群４３に入射する。伝達レンズ第３群４
３は、入射側が平面で、射出側が凸のシリンドリカル面
の第５伝達レンズ１枚で構成されている。伝達レンズ第
３群４３は主走査方向にのみ屈折力を有する。

【００２８】伝達レンズ第３群４３を出た光ビームは、
主走査方向に関してはほぼ平行な光ビームとなる。この
平行光ビームは反射鏡５２で光軸の向きを変えられて、
回転多面鏡３０の第２の反射面３２に入射する。第２の
反射面３２に入射する光ビームは第１の反射面３１での
偏向にともない、第２の反射面３２の中心に追従するよ
う光ビームの中心が移動する。これらの伝達レンズ第１
群４１から第３群４３までの３群のレンズで伝達光学系
を構成している。

【００２９】第２の反射面３２に入射する平行光ビーム
の主走査方向の直径は、第１の反射面３１に入射する平
行光ビームの直径に比べて数倍大きくなるが、第２の反
射面３２の回転移動に追従して光ビームが移動するの
で、反射面の大きさをはみ出ることはない。

【００３０】また、第２の反射面３２に入射する光ビー
ムが通過する伝達光学系の光軸と、偏向された光ビーム
のが通過する走査光学系の光軸は、図４に示すように主
走査面内では重なっている。一方、図６に示すように回
転多面鏡３０の回転軸を含む面内すなわち副走査面内で
は、第２の反射面３２に対して垂直とは異なる斜め方向
に配置されている。この実施例においては、副走査面内
での第２の反射面３２に入射する光ビームが反射面の垂
線に対する角度、すなわち入射角γ２を６゜としてい
る。

【００３１】伝達光学系に置かれている反射鏡５１、反
射鏡５２には、フロートガラスの表面に反射膜を蒸着し
たミラーを用いている。連続的に生産されるフロートガ
ラスは、製造工程の進行方向とその直交方向で平面度が
異なる。本発明の実施例では、その平面度の良好な方向
を主走査方向に一致させることで、安価な反射鏡が利用
可能にしている。なお、ガラスの平面度を維持させるに
は所定の厚みが必要なことは、研磨ガラスでもフロート
ガラスでも同様であり、本実施例でも反射鏡５１、５２
には厚み５ｍｍのガラスを用いて十分な平面度を得てい
る。

【００３２】また、伝達光学系に限らずビーム整形光学
系に反射鏡を介在させる場合も上記と全く同様に、主走
査方向に平面度の良好な方向を一致させることで、安価
なフロートガラスが使用可能となる。さらに、このよう
なビーム整形光学系に介在する反射鏡は、本発明の実施
例のような回転多面鏡の反射面に光ビームが２度入射す
るような光学系のみならず、一般の走査光学系におい
て、回転多面鏡に光源からの光ビームを導く光学系に広
く適用できる。

【００３３】本発明の実施例の伝達光学系を副走査断面
内で見ると、伝達レンズ第２群４２のみが光学的に屈折
力を有しており、第１の反射面３１と第２の反射面３２
が光学的な共役関係になるように配置されている。この
ため、回転多面鏡３０の第１の反射面３１の各々が副走
査方向に倒れ誤差をもっていても、反射された光ビーム
は第２の反射面３２上では副走査方向に同じ位置に入射
する。すなわち倒れ補正機能を有している。

【００３４】次に、第２の反射面３２で偏向された光ビ
ームは結像レンズ６１、補正レンズ６２に入射して集束
光ビームに整形された後に被走査面７１上に結像する。
結像レンズ６１と補正レンズ６２とで、走査光学系を構
成しており、一定速度で回転する回転多面鏡３０の回転
に伴って、等角速度で走査される光ビームを等線速で被
走査面上７１を走査させる。

【００３５】図６に示すように、結像レンズ６１を出た
光ビームは、第１の折り返し鏡９１で、回転多面鏡３０
の上方に折り返される。この折り返された光ビームはさ
らに第２の折り返し鏡９２で折り返され、補正レンズ６
２に入射する。補正レンズ６２を出た光ビームは最後に
第３の折り返し鏡９３で折り返されて、被走査面７０に
向かう。これら３つの折り返し鏡は光走査装置の容器と
なる光学ケース８２に取り付けられている。

【００３６】このように、走査光学系の光軸を含む副走
査面内で見ると、後で述べるベース部材８１あるいは光
学ケース８２の上に、（Ａ）伝達光学系の第２の反射鏡
５２から回転多面鏡３０の第２の反射面３２に至る部
分、（Ｂ）走査光学系の回転多面鏡３０の第２の反射面
３２から、結像レンズ６１を含み第１の折り返し鏡９１
に至る部分、（Ｃ）第１の折り返し鏡９１から第２の折
り返し鏡９２に至る部分、（Ｄ）第２の折り返し鏡９３
から、補正レンズ６２と経由して第３の折り返し鏡９３
に至る部分、の４段に光路が折り重なっている。

【００３７】本発明の実施例においては、このような構
造をとることで、走査光学系全体の光路長にかかわら
ず、光走査装置の走査光学系の光軸方向の長さを短縮で
きる。

【００３８】また、走査光学系内においては、光ビーム
が回転偏向するので、回転多面鏡３０の第２の反射面３
２から離れるに従って、走査される光ビームの振れ幅が
増加し、必要な折り返し鏡の幅も増加していく。これに
対して上記のような構造の場合、光学ケース８２の底面
から離れるに従って折り返し鏡の幅も増加するので、折
り返し鏡の両側にその保持部分を設けた場合に、下方
（光学ケース８２の底面側）に位置するレンズや、走査
される光ビームに干渉することが避けられる。

【００３９】また、光学ケースの表面側、すなわち回転
多面鏡や走査光学系を構成するレンズ群が載置されてい
る側に全ての折り返し鏡を配置しているので、組立・調
整・検査作業が容易なため製造費用が低下するととも
に、装置の信頼性も増す。

【００４０】特に本発明の実施例のように、光学ケース
８２の底面に近い側に、伝達光学系が位置する場合に
は、伝達光学系を構成する各伝達レンズや反射鏡を避け
て、折り返し鏡の支持部を設けることが容易となる。

【００４１】被走査面上７１に光ビームが結像して得ら
れるスポットは、回転多面鏡３０の回転に応じた方向に
直線状に移動して走査線を形成する。本発明の実施例に
おいては、既に述べたように副走査面内おいて、回転多
面鏡３０の回転軸に対して直角とは異なる方向で光ビー
ムが入射し、得られる偏向光ビームも回転多面鏡３０の
回転軸に直角な方向とは異なる角度をもって偏向される
ので、偏向光ビームが掃引してできる面は平面ではなく
円錐面となる。従って、結像レンズ６１や補正レンズ６
２に入射する光ビームの軌跡も湾曲しているが、被走査
面上７１で得られる走査線は直線となるように、走査光
学系が構成されている。

【００４２】被走査面７１には走査対象物が設置され
る。本発明の光走査装置は主走査方向一方向にしか光ビ
ームを走査しないので、２次元走査を実現させるために
は走査対象物を主走査方向とは直交する副走査方向に移
動させる必要がある。この副走査方向の移動は、平板状
の媒体を直線状に移動させてもよいし、走査線の方向に
平行な回転軸を持つ円筒状の媒体を回転移動させてもよ
い。例えば本発明の光走査装置をレーザービームプリン
ターに用いる場合には、秘走査面７１には感光体が置か
れ、光ビームの走査によって静電潜像を形成する。

【００４３】ここで本発明の実施例の伝達光学系の光路
の配置の特徴について説明する。ここまでで述べたよう
に、本発明の実施例では、主走査面内で光走査装置の走
査範囲の中央付近を走査する時点での回転多面鏡３０の
位置において、ビーム整形光学系の光軸と第１の反射面
３１、あるいは回転多面鏡３０の第２の反射面３２に入
射する伝達光学系の光軸と回転多面鏡３０の第２の反射
面３２との位置関係は、各光学系の光軸が各反射面に対
してほぼ垂直になるように配置されている。

【００４４】別の言い方をすると、回転多面鏡の２箇所
の反射面へ光ビームを導く各光学系の光軸が、回転多面
鏡の回転軸に対して、空間的な「ねじれの位置」にな
く、ほぼ交差する状態である。光学系の光軸と反射面の
このような位置関係を以後「正面入射」状態と定義す
る。

【００４５】本発明の実施例では、このように「正面入
射」の配置をとることで、光ビームの断面直径に対し
て、回転多面鏡３０の第２の反射面３２の大きさを最も
有効に使用している。また、回転多面鏡３０の第１の反
射面３１に対して、ビーム整形光学系から入射する光ビ
ームは相対的に移動するが、反射点は入射する光ビーム
の対してほぼ垂直な方向に移動するので、移動に対する
反射面の大きさも最小限ですむ。

【００４６】このように各反射面の大きさを小さくでき
るので、回転多面鏡３０の大きさを最小にできる。従っ
て、回転多面鏡の慣性２次モーメント、重量、反射面に
働く遠心力を小さくでき、より高い回転数まで回転させ
ることが可能となった。

【００４７】また、図６に示すように伝達光学系を構成
する各レンズや反射鏡と、走査光学系を構成するレンズ
を副走査面内において分離して配置できるので、これら
のレンズや反射鏡が主走査面内において互いに干渉する
ことがないので、レンズの大きさに制約がなく、良好な
光学特性を得ることができる。

【００４８】次に伝達光学系の２つの反射鏡と各レンズ
の位置関係について考察する。上記のように本発明の実
施例では、図５、図６に示すように、伝達光学系の内で
第２の反射鏡５２以降の部分の光軸と、走査光学系の光
軸は副走査面内で角度をもって配置されているので、主
走査面内ではレンズの大きさに制約がない。

【００４９】さらに本発明の実施例では、回転多面鏡の
第１の反射面３１と第１の反射鏡５１の間に、伝達レン
ズ第１群４１が位置しており、第２の反射鏡５２と第２
の反射面３２の間には、伝達レンズ第２群４２、及び伝
達レンズ第３群４３が位置している。すなわち、第２の
反射鏡５２以降の伝達光学系の光軸上にはレンズが存在
しないので、伝達光学系のレンズと走査光学系のレンズ
が主走査面で見ても重なることがない。このため、走査
光学系のレンズ、特に結像レンズ６１の大きさや取り付
け方法に制約がなくなり、光学的に最適な位置、大きさ
の結像レンズを用いることが可能となる。

【００５０】次に本発明の実施例の伝達光学系とビーム
整形光学系あるいは走査光学系の位置関係について説明
する。

【００５１】また図５あるいは図６でわかるように、伝
達光学系とビーム整形光学系あるいは走査光学系が主走
査面内で重なっている部分において、各レンズやミラー
を支えるベース部材８１に対する光軸の上下関係を見る
と、伝達光学系の上あるいはベース部材８１の底面から
遠い側にビーム整形光学系あるいは走査光学系が重なる
構造となっている。

【００５２】本発明の実施例においては、このような構
造をとることで、ベース部材８１から一体に成形されて
いて伝達光学系を構成するレンズや反射鏡を支持する部
分のベース部材８１からの突出高さを低く押さえること
が可能となり、これらのレンズや反射鏡を精度よくベー
ス部材８１に取り付けることができる。

【００５３】これに対して、走査光学系を構成する結像
レンズ６１、あるいは補正レンズ６２の取り付け精度は
伝達光学系に比べればさほど高くなくてもよいので、ベ
ース部材８１から高い位置に支持しても問題とならな
い。一方、ビーム整形光学系のレンズや光源の位置精度
は非常に厳しいが、あまりに要求精度が厳しいために調
整せざるを得ない。このため、ビーム整形光学系のレン
ズなどを支持する部材自身の位置精度はさほど高くなく
てもよく、むしろ調整の容易な構造が望まれる。この観
点においても、ビーム整形光学系が伝達光学系の上に位
置するほうが、調整作業が容易になり好ましい。

【００５４】本発明においては、図８に示すように伝達
光学系の各レンズと２枚の反射鏡及び回転多面鏡を一体
の高精度の加工方向で製造されたベース部材８１に取り
付け、他の部分は一般的な製造方法で製作される光学ケ
ース８２に取り付けている。

【００５５】例えば、ベース部材８１の製造には、金属
をダイキャストで鋳造したものをレンズや反射鏡の取付
面のように精度の必要な部分のみ機械加工を施す方法が
好適である。また、プラスチックの射出成形方法を用い
る場合でも、最近開発されている成形後の収縮の小さい
特殊な成形方法等を用いれば所期の精度が得られる。

【００５６】これに対して、光学ケース８２は一般的な
加工方法で製作可能で、例えばガラス繊維入りのポリカ
ーボネイド樹脂を射出成形することで安価に製造でき
る。また、形状の工夫によっては板金のプレス加工によ
っても製作できる。

【００５７】このように本発明においては、精度の必要
なベース部材８１を必要最小限の大きさにとどめ、それ
以外の光学ケース８２を比較的安価な製造方法で製作す
ることで、装置全体の製造コストを削減できる。

【００５８】なお、この実施例においては平面的に見て
伝達光学系の上方に位置する結像レンズ６１及び整形レ
ンズ２２は、わざわざ光学ケース８２に取り付けるよ
り、ベース部材８１に取り付ける方が構造が簡単で、そ
のことによりベース部材８１の大きさが増加することも
ないので、ベース部材８１に取り付けてある。

【００５９】次に、本発明の光走査装置の実施例の伝達
光学系の回転多面鏡３０の反射面に対する追従作用を詳
しく説明する。図７は図４で説明した本発明の光走査装
置の伝達光学系を反射鏡５１、反射鏡５２について折り
返さずに引伸ばして主走査断面について示した図であ
る。但し、伝達レンズ第２群４２は、主走査方向には屈
折力を持たないので省略してある。

【００６０】伝達光学系を主走査方向について見ると、
伝達レンズ第１群４１の後側焦点位置Ｐに、伝達レンズ
第３群４３の前側焦点が一致するように置かれており、
これら２群のレンズ群でアフォーカル光学系を構成して
いる。従って伝達レンズ第３群４３を通過した光ビーム
は再び平行光ビームとなり、反射鏡５２で光軸の向きを
変えられて、回転多面鏡３０の第２の反射面３２に入射
する。

【００６１】いま、第１の反射面３１に入射する平行光
ビームのこの反射面の位置での直径ｗｉとする。伝達光
学系はアフォーカル光学系を構成しているので、第２の
反射面３２の位置では直径ｗｏの平行な光ビームに変換
される。ここで伝達レンズ第１群４１の焦点距離をｆ
１、伝達レンズ第３群４３の焦点距離をｆ２とすると、
ｗｏをｗｉで除した光ビームの直径の比の値は、ｆ２を
ｆ１で除した値に等しい。

【００６２】ここで、回転多面鏡３０がθ１だけ回転す
ると、第１の反射面３１で光ビームは２・θ１だけ偏向
される。偏向された光ビームは伝達レンズ第１群４１、
同第３群４３を通過して、角度θ２で偏向される。この
光ビームは点Ｑで光軸と交差する。交差した後に第２の
反射面３２に入射する位置において、偏向された光ビー
ムと光軸との距離はδとなり、このδは回転多面鏡３が
θ１回転したときの反射面の移動量に等しい。

【００６３】このとき、偏向された光ビームは第２の反
射面３２に対して角度θ２だけ入射角度が増大する側に
偏向するので、第２の反射面で反射された光ビームの走
査角θｓは、θｓ＝２・θ１＋θ２とあらわされる。す
なわち、通常の１度しか回転多面鏡に入射しない方式、
あるいは第２の反射面３２に対して光ビームが平行移動
しながら追従する方式に比べて光ビームの偏向角をθ２
だけ増大させることができる。

【００６４】ところで、上記のように回転多面鏡の第１
の反射面３１で偏向された光ビームの中心光線が伝達光
学系の光軸と交差する場所が回数がＱ点のみの１箇所で
ある場合には、伝達光学系の途中にある光路折り返しの
ための反射鏡の数が偶数であると、第２の反射面３２の
回転移動方向と光ビームが移動する方向が一致する。

【００６５】より一般的に検討すると、偏向された光ビ
ームが光軸と交差する回数が奇数回のときは、折り返し
の反射鏡の数を偶数にすればいいことがわかる。伝達光
学系の折り返しの反射鏡は、その平面度が被走査面への
結像性能に影響を及ぼし、かつ反射率によって光学系の
パワー効率が低下させるので、なるべく数が少ない方が
よい。しかし、少なくとも１枚の反射鏡がないと、同一
の回転多面鏡に光ビームを戻すことができないので、最
小値は１となる。

【００６６】また、回転多面鏡の第１の反射面から第２
の反射面までの距離を短くするためには、偏向された光
ビームが光軸と交差する回数も少ないほうがよく、現実
的にはまったく交差しないか、１回だけ交差するように
設定するのが望ましい。

【００６７】これらの条件を考え合わせると、以下の４
つの組み合わせが現実的な選択肢である。 （１）偏向された光ビームが光軸と交差する回数が０回
で、折り返しの反射鏡の数が１枚。 （２）偏向された光ビームが光軸と交差する回数が０回
で、折り返しの反射鏡の数が３枚。 （３）偏向された光ビームが光軸と交差する回数が１回
で、折り返しの反射鏡の数が２枚。 （４）偏向された光ビームが光軸と交差する回数が１回
で、折り返しの反射鏡の数が４枚。

【００６８】ところが（１）の場合では、反射鏡の数が
１であって、本発明のように回転多面鏡の２つの異なる
反射面に対して同時に「正面入射」状態を実現すること
ができないので採用できない。

【００６９】また、（２）の場合は反射鏡の数が多いた
め、反射鏡の平面度の影響により結像性能が劣化する危
険性が増す。また、１つの反射鏡あたりの反射率を８５
％とすると、反射鏡３面を経由した場合の光パワーの効
率は６１％になってしまう。さらに、各反射面の取り付
け角度精度がそれぞれ光軸の方向に影響を与えるので、
光ビームが通過する位置精度を確保する上でも好ましく
ない。同様に（４）の場合はもう１枚反射鏡の数が増加
するので、上記（２）の課題はより厳しくなる。

【００７０】従って、本発明に実施例では、図４に示す
ように、上記の（３）に相当する伝達光学系の光路の折
り返しの反射鏡の数を２とし、伝達光学系の中を偏向さ
れて移動する光ビームと伝達光学系の光軸との交差個所
を１ヵ所にすることで、回転多面鏡３０への光ビームの
入射を正面入射とした上で、反射鏡の数を最小にして光
パワーの減衰を小さくすると同時に、伝達光学系の光路
長も短縮することが可能となった。

【００７１】次に回転多面鏡３０の反射面数について説
明する。本発明の実施例においては、回転多面鏡３０の
面数を４の倍数である１２としている。回転多面鏡３０
の面数を４の倍数とすることで、回転多面鏡３０の同時
に使用する２つの反射面のなす角度を９０度とすること
が可能である。回転多面鏡３０の回転軸に対する反射面
の倒れ誤差や位置誤差の内、１回転の中で緩やかに（お
おむね正弦波状に）変化する成分については、２つの反
射面の位相が９０度ずれているため、第１の反射面３
１、第２の反射面３２の両方が同時に最悪の値となる場
合がないので、反射面の倒れ誤差や位置誤差の影響を緩
和できる。また、この効果は本発明の実施例のように正
面入射する構成をとる光学系のみならず、同一の回転多
面鏡に光ビームが２度入射する光走査装置に広くあては
まるものである。

【００７２】また、図４に示すように主走査面内におい
て第１の反射面３１に入射する光ビームと、伝達光学系
を経由して第２の反射面３２に入射する光ビームのなす
角度ηを９０度とすることが可能となった。このように
配置することで、第１の反射面３１から第２の反射面３
２に至る光軸上の距離を適切に確保でき、最適な構成の
伝達光学系を得ることができる。

【００７３】さらに、光走査装置の機構的な設計を考え
ると、ビーム整形光学系の光軸と、走査光学系の光軸が
直交している方が、各要素をレイアウトするのが容易で
あるというで利点もある。

【００７４】一方、回転多面鏡の加工方法を考察する
と、反射面の加工機械における割り出し角度が整数に限
定されることが多い。つまり隣接反射面の角度が３６０
の約数となる。従って、回転多面鏡の形状を正多角形
（正多面体）にするためには、１０面、１２面、１５
面、１８面等の面数の多面鏡は加工できるが、１１面、
１３面、１４面、１６面、１７面は加工できない場合が
ある。この条件と上記に述べた４の倍数である条件とを
考慮すると、本発明の実施例に示すごとく回転多面鏡３
０の面数Ｎは１２面であるのが、装置の設計上も、多面
鏡の加工上も好適である。

【００７５】もちろん、回転多面鏡の各反射面のなす角
度を均等ではないようにすれば上記の制約はないが、各
反射面の大きさが不同になり、小さい反射面にあわせて
光学系を設計せねばならぬため多面鏡の大きさには無駄
が生ずる。

【００７６】次に本発明の実施例の光ビーム検出方法に
ついて説明する。一般に光走査装置を画像記録装置や画
像入力装置に応用する場合には、各走査の基点となる同
期信号を発生させる手段が必要になる。本発明の光走査
装置の実施例においては、被走査面上の有効走査領域を
走査する手前の位置で、光ビームを光ビーム検出器６３
に導き、光ビームの到達を電気信号に変換することで同
期信号を得ている。この光ビーム検出器６３は必ずしも
被走査面上７１になくてもよい。しかし、光走査装置と
しては、この光ビーム検出器６３の位置から有効走査領
域の後端までが所要の走査範囲となる。

【００７７】より詳しく説明すると、回転多面鏡３０で
偏向された光ビームは、結像レンズ６１で主走査方向に
集束光ビームに変換された後に、第１の折り返し鏡９
１、第２の折り返し鏡９２で折り返され、図９に示すよ
うに補正レンズの直前に設けられた分離鏡６４で本来の
被走査面７１へ向かう光路とは分離された後に、再び第
２の折り返し鏡９２を経て、光ビーム検出レンズ６５で
副走査方向に集束する光ビームに変換された後に、光ビ
ーム検出器６３に入射する。図９では光ビーム検出器６
３に入射する光ビームをＬｓという記号で示している。

【００７８】このように、折り返し鏡を何枚も用いて走
査光学系の光路を複雑に折り返したような光走査装置に
おいても、検出用の光ビームを検出器に導く反射鏡を新
たに設ける必要がないため、走査光学系の構成が非常に
シンプルになる。

【００７９】回転多面鏡３０の第２の反射面３２を基準
とすると、光ビーム検出器６３は走査光学系の光軸上に
おいては被走査面７１と同じ距離にある。また、副走査
面内でみると、光ビーム検出器６３の位置は、被走査面
７１と同様に回転多面鏡３０の第２の反射面３２に対し
て光学的に共役となるように、光ビーム検出レンズ６５
が設けられている。

【００８０】光ビームの偏向の周期の中で、光ビームが
分離鏡６４を横切る間は被走査面７１には光ビームは到
達しない。光ビーム検出器６３で、光ビームの到達を検
出するためには、光ビームが光ビーム検出器６３に達す
る直前に、光源を点灯させる必要がある。この点灯期間
における光ビームが、補正レンズ６２に入射しないよう
に、分離鏡６４の取付部の走査上流に位置する部分に
は、遮蔽板６６が設けられている。

【００８１】また、本発明の実施例においては、図８に
示すように、主走査面内において、光ビーム検出器６３
の表面は入射してくる光ビームに対して傾斜しており、
光ビーム検出器６３の素子を封入してあるパッケージの
表面、あるいは素子自体の表面で反射される反射光Ｌｇ
は、第２の折り返し鏡９２で反射されて上記の遮蔽板６
６に向かうため、補正レンズ６２を通過して被走査面７
１に達してしまうことを防止している。

【００８２】次に本発明の実施例の光走査装置のゴース
ト像の発生を防止する構造について説明する。本発明の
実施例においては、図１０に示すように反射面３３と結
像レンズ６１の間に遮蔽板３４を設けて、平面である伝
達レンズ第１群の第１伝達レンズの入射面で反射された
光ビームが、結像レンズ６１に入射するのを防止してい
る。また遮蔽板３４は、回転多面鏡３０の第２の反射面
３２で偏向される本来の走査光ビームを遮らない位置に
置かれていることは言うまでもない。

【００８３】なお、光学系の構成によっては、ゴースト
像を生じさせる光ビームは第１の反射面３１に隣接する
反射面３３ではなくさらに隣の反射面である場合も有り
得る。そのような場合でも問題となる反射面と結像レン
ズ３１の間に遮蔽板３４を置くことで全く同様な効果を
有する。

【００８４】次に以上に述べた実施例の光学系の調整方
法について図２、図４を用いて説明する。ビーム整形光
学系から出た整形光ビームは回転多面鏡３０の第１の反
射面３１に入射するが、その光軸の延長線上に、副走査
方向に平行なエッジを持つナイフエッジ（Ｍ）８３、主
走査方向に平行なエッジを持つナイフエッジ（Ｓ）８４
が光学ケース８２と一体に設けられている。またこれら
のナイフエッジの先端がビーム整形光学系の光軸Ｌ１と
一致している。なお、本実施例では光学ケース８２の側
壁の下部を切り欠いてナイフエッジ（Ｓ）８４を設けて
いる。

【００８５】この２つのナイフエッジの周辺には、図４
に示すように前記のビーム整形光学系の光軸上におい
て、ナイフヘッジ（Ｍ）８３の手前に切り欠き部Ａ、ナ
イフエッジ（Ｍ）８３とナイフエッジ（Ｓ）８４の間に
切り欠き部Ｂが設けられており、ナイフエッジの通過前
後の光パワーを検出するためのセンサが進入できるよう
になっている。

【００８６】実際の調整作業は、回転多面鏡３０を取り
外した状態で、ビーム整形光学系を通過した光ビームを
上記の２つのナイフエッジに照射することで行なう。ビ
ーム整形光学系を通過した光ビームは、主走査方向にお
いては平行な光ビームである。一方、副走査方向におい
ては回転多面鏡３０の第１の反射面３１に結像するよう
な集束光ビームである。従って、ナイフエッジの位置に
おいては、光ビームは副走査方向にはある程度広がって
いる。

【００８７】まず、上記の切り欠き部Ａに光パワーを検
出するセンサを挿入し、光ビームのパワーを測定する。
次に切り欠き部Ｂにセンサを挿入し、ナイフエッジ
（Ｍ）８３を通過する光ビームの光パワーを測定する。
このときナイフエッジ（Ｍ）８３の先端はビーム整形光
学系の光軸に一致しているので、切り欠き部Ｂでの光パ
ワーを切り欠き部Ａで計った光パワーのちょうど半分に
なるように半導体レーザー１１あるいはコリメータレン
ズ２１を主走査方向に調整すれば、ビーム整形光学系の
主走査方向の調整が正しく行われたことになる。

【００８８】同様に切り欠き部Ｂの光パワーとナイフエ
ッジ（Ｓ）８４の後ろ側、すなわち光学ケース８１の外
側の光パワーを比較し、ちょうど半分の光パワーにるよ
うに半導体レーザー１１あるいはコリメータレンズ２１
を副走査方向に調整すれば、ビーム整形光学系の副走査
方向の調整が終わる。既に述べたようにナイフエッジの
位置では副走査方向には光ビームが広がっているので、
検出精度は低下するが実用上は十分な精度であり問題は
ない。

【００８９】このような調整方法を用いることで、光学
ケース８２に半導体レーザー１１とビーム整形光学系を
取り付けただけで他の光学素子を取り付けない状態で調
整作業が可能となるので、回転多面鏡３０の反射面３１
以降に位置する光学素子の誤差の影響を受けずに正確な
調整が可能となる。

【００９０】また、光走査装置の組立工程の中間ステッ
プでの光学特性の確認が可能であるので、段階的な品質
保証が可能となり、製品の品質確保作業が容易になる。

【００９１】さらに、ナイフエッジを通過する光パワー
を比較するだけで調整作業が行えるので、被走査面７１
上で結像性能を測定する場合に必要となるような大がか
りな測定装置が不要となる。

【００９２】その上、２つのナイフエッジは光学ベース
８２に一体に成形されているので、別部材で構成された
治具を使用する場合に比べて、光ビームの位置を正確に
調整することが可能となる。

【００９３】このようなビーム整形光学系の光軸と直交
方向への光ビームの位置の調整作業は、半導体レーザー
１１を移動させて行うか、あるいはコリメータレンズ２
１を移動させても行える。本実施例では半導体レーザー
１１をその駆動回路を実装した回路基板と一体で、光軸
と直交方向の上下左右に移動させて調整しているが、コ
リメータレンズ２１を移動させても同様の効果が発揮さ
れる。

【００９４】このように、調整されたビーム整形光学系
を射出した光ビームも、伝達光学形に存在する反射鏡５
１、反射鏡５２や、走査光学系の３つの折り返し鏡を通
過することで、各ミラーの副走査方向の取付角度精度の
影響を受け、補正レンズ６２に副走査方向に入射する位
置が変動する。

【００９５】本発明の実施例においては、伝達光学系の
第１の反射鏡５１あるいは第２の反射鏡５２、さらに走
査光学系内の第１の折り返し鏡９１、第２の折り返し鏡
９２、第３の折り返し鏡９３の５箇所の反射ミラーのう
ちのいずれかを副走査面内に回転させることで、補正レ
ンズ６２に入射する光ビームの位置を調整している。

【００９６】例えば第１の反射鏡５１を副走査面内で回
転させて調整することで、他の反射ミラーの調整は不要
になる。特に第１の反射鏡５１は上記の５つの反射ミラ
ーの中で最も光源に近いので、それより下流にある反射
ミラーを調整する場合に比べて、光路の途中の誤差を小
さくできる。

【００９７】このように補正レンズ６２に対する光ビー
ムの副走査方向の位置を基準に、上記の５箇所の反射ミ
ラーの内の１つの副走査方向の角度を調整することで、
他の４箇所の反射ミラーを調整する必要はなくなる。さ
らに、１箇所の反射ミラーを調整するだけで、補正レン
ズ６２に対して光ビームを副走査方向において正確な位
置に入射させることが可能になり、光ビームの被走査面
上での良好な結像性能を得ることができる。

【００９８】また、補正レンズ６２上において副走査方
向に光ビームの入射位置が所定の範囲に入るように調整
されるので、補正レンズ６２の直後にある被走査面７１
上に結像するスポット、あるいはその軌跡として形成さ
れる走査線の副走査方向の位置もおおむね正規の位置に
おかれる。

【００９９】あるいは本発明の実施例においては、回転
多面鏡の第１の反射面３１以降にある５箇所の反射ミラ
ーの調整は一切行わず、第１の補正レンズ６２を副走査
方向に変位させることで、補正レンズ６１に入射する光
ビームに対する副走査方向の相対位置を所定の範囲にし
ている。そして、このような調整を補正レンズ６２の左
右、すなわち走査の開始端、終了端で独立して行うこと
ができるので、開始側、終了側それぞれ独立して最適な
結像性能をうることができる。

【０１００】

【発明の効果】以上で述べたように本発明の光走査装置
では、伝達光学系を構成するレンズ群及び反射鏡、回転
多面鏡を高精度なベース部材に取り付けて、他の光学素
子を比較的精度の低い加工方法で製造される光学ケース
に取り付けることで、装置全体の製造費用を削減できる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における光走査装置の全体の概
観を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例における光走査装置において長
尺レンズ及び第３の折り返し鏡を除いて描いた全体の概
観を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例における光走査装置の走査光学
系を含む主走査面内での平面図である。

【図４】本発明の実施例における光走査装置の伝達光学
系を含む主走査面内での平面図である。

【図５】本発明の実施例における光走査装置のビーム整
形光学系を含む副走査面内での断面図である。

【図６】本発明の実施例における光走査装置の走査光学
系を含む副走査面内での断面図である。

【図７】本発明の実施例における光走査装置の伝達光学
系の主走査面内における展開図である。

【図８】本発明の実施例における光走査装置の光学ベー
スと光学ケースの関係を示す斜視図である。

【図９】本発明の実施例における光走査装置の光ビーム
検出器に光ビームを導く光学系の斜視図である。

【図１０】本発明の実施例における光走査装置の回転多
面鏡の周囲と遮蔽板を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ ・・・・ 半導体レーザー ２１ ・・・・ コリメータレンズ ２２ ・・・・ 整形レンズ ３０ ・・・・ 回転多面鏡 ４１、４２、４３・・・ 伝達レンズ ５１、５２ ・・・・ 反射鏡 ６１ ・・・・ 結像レンズ ６２ ・・・・ 補正レンズ ６３ ・・・・ 光ビーム検出器 ７１ ・・・・ 被走査面 ８１ ・・・・ 光学ベース ８２ ・・・・ 光学ケース ９１、９２、９３ ・・・・ 折り返し鏡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源からの光ビームを所定の
   特性の整形光ビームに変換するビーム整形光学系と、前
   記整形光ビームを第１の反射面で偏向し、少なくとも前
   記第１の反射面と第２の反射面を有する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡を駆動する偏向モーターと、前記回転多
   面鏡の前記第１の反射面により偏向された光ビームを前
   記回転多面鏡の前記第２の反射面に入射させる伝達光学
   系と、前記回転多面鏡の前記第２の反射面で偏向された
   走査光ビームを所定の被走査面に結像させる走査光学系
   を有し、前記走査光ビームで前記被走査面を走査する光
   走査装置において、前記伝達光学系及び前記偏向モータ
   ーを支持するベース部材を前記光走査装置のケースとは
   異なる部材で構成したことを特徴とする光走査装置。