JPH1184304A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２度入射の光走査装置において、伝達光学系
のアフォーカル光学系の後群の機能と面倒れ補正のため
のレンズの機能とを折り曲げ光路を形成するミラーに持
たせてレンズの枚数を削減して簡素な伝達光学系とす
る。 【解決手段】 光ビーム光源と、その光源からの光ビー
ムを反射偏向させる複数の反射面を有する回転多面鏡４
と、回転多面鏡４の第１反射面５により反射偏向された
光ビームを回転多面鏡４の第２反射面６に伝達入射させ
る伝達光学系２２と、第２反射面６により反射偏向され
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
走査させる走査光学系とを備えた光走査装置であり、伝
達光学系中に曲面反射鏡１０、１３を含んでなる。

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
リンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、特に回
転多面鏡等の複数の反射面を有する偏向器に光ビームを
順に２度入射させる光走査装置において、第１反射面か
ら第２反射面に伝達入射させる伝達光学系の構成に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームプリンタ等の画像記録装
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、被走査面上にお
いて直線あるいは曲線上に光ビームを繰り返し走査し、
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。前
者の光走査装置による走査方向を主走査方向、後者の被
走査媒体の相対移動方向を副走査方向とする。

【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３０
０００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等には使えない。

【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
結像させて用いることが多いが、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持つため、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２５ｍｍ、
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、回転数共
上限があるので、それを越える走査速度を得るために様
々な光走査装置が考案されてきた。

【００１１】例えば、特開昭５１−１００７４２号に記
載された技術では、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号のもので
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。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】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。なお、特開昭５１−３
２３４０号には、伝達光学系を主走査方向においてアフ
ォーカル光学系にすることが記載されている。

【００１５】一方、光走査装置において、回転多面鏡の
回転軸に垂直な走査面に対し角度を持って光ビームを入
射させ偏向を行うものが、例えば特開平１−１６９４２
２号等において知られている。

【００１６】上記のように回転多面鏡の異なる反射面に
順に２度入射させることを、本明細書においては「２度
入射」と呼ぶことにする。また、回転多面鏡の走査面に
角度を有して光ビームを入射させることを、「斜め入
射」と呼ぶことにする。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の２
度入射の光走査装置において、伝達光学系をアフォーカ
ル光学系にすると、アフォーカル光学系を構成する前群
と後群が必要になる。また、伝達光学系の副走査方向に
面倒れ補正機能を持たせると、副走査方向にパワーを有
するレンズも必要になる。

【００１８】このようなことから、伝達光学系を構成す
る伝達レンズは枚数が多く複雑な系になってしまう。ま
た、伝達光学系の折り曲げ光路を形成する第１伝達ミラ
ーと第２伝達ミラーの間にレンズを配置するためには、
伝達光学系の前群、回転多面鏡、第１伝達ミラー、第２
伝達ミラーと伝達光学系中の光ビームとの干渉を避けな
ければならず、配置が困難であったり、配置位置に制約
があり、最も光学特性が良い構成をとるこが困難であっ
た。

【００１９】本発明は従来技術のこのような点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、２度入射の光走査装
置において、伝達光学系のアフォーカル光学系の後群の
機能と面倒れ補正のためのレンズの機能とを折り曲げ光
路を形成するミラーに持たせてレンズの枚数を削減して
簡素な伝達光学系とすることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光走査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光
源からの光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有す
る偏向器と、前記偏向器の第１反射面により反射偏向さ
れた光ビームを前記偏向器の第２反射面に伝達入射させ
る伝達光学系と、前記偏向器の前記第２反射面により反
射偏向された光ビームを被走査面上にビームスポットを
形成させて走査させる走査光学系とを備えた光走査装置
において、前記伝達光学系中に少なくとも１面の曲面反
射鏡を含むことを特徴とするものである。

【００２１】この場合、伝達光学系は、主走査方向にお
いて正屈折力を有する前群と正屈折力を有する後群から
なるアフォーカル光学系を構成しており、副走査方向に
おいて正屈折力を有していて第１反射面と第２反射面と
を共役にしており、その後群が少なくとも第１伝達反射
鏡と第２伝達反射鏡を有し、その中、主走査方向におい
て少なくとも一方の反射鏡が凹面で、それらの合成屈折
力は正であり、副走査方向において少なくとも一方の反
射鏡が凹面で、それらの合成屈折力は正であることが望
ましい。

【００２２】また、偏向器は回転軸を挟んで互いに平行
で互いに１８０°の角度をなして対向する対をなした複
数組の反射面を有する回転多面鏡からなり、光源からの
光ビームは第１反射面に副走査方向に角度を持って入射
し、伝達光学系により伝達された光ビームは第２反射面
に副走査方向に角度を持って入射する配置になってお
り、第１反射面と第２反射面は前記回転多面鏡の回転軸
を挟んで互いに平行で互いに１８０°の角度をなして対
向する反射面に設定されているようにすることができ
る。

【００２３】その場合には、光源からの光ビームを第１
反射面へ入射させる光学系の光軸、伝達光学系の光軸、
走査光学系の光軸が、回転多面鏡の回転軸を含む共通の
副走査面内に配置されているようにすることが望まし
い。

【００２４】本発明においては、伝達光学系中に少なく
とも１面の曲面反射鏡を含むので、伝達光学系のアフォ
ーカル光学系の後群の機能、面倒れ補正のためのレンズ
の機能等をこの曲面反射鏡持たせることができ、レンズ
の構成枚数を削減して簡素な伝達光学系とすることがで
き、高速で良好な画像再現が可能な光走査装置を軽量で
部品点数を少なく構成することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の光走
査装置について詳細に説明する。まず、本発明の光走査
装置の実施例について説明する。図１は本実施例の光走
査装置の構成を示す平面図、図２はその側面図、図３は
その主要部の斜視図、図４はその主要部の側面図であ
る。以下、本発明では、光学系の任意の位置において、
その位置における光学系の光軸を含み偏向器である回転
多面鏡４の回転軸４１に平行な面を副走査面と定義し、
光軸を含み副走査面に垂直な面を主走査面と定義する。
さらに、主走査面内において、光軸に垂直な方向を主走
査方向と定義し、また、副走査面内において、光軸に垂
直な方向を副走査方向と定義する。

【００２６】光源としての半導体レーザー１から射出し
た光ビームは、アパーチャ６１（図５）、第１整形レン
ズ２、第２整形レンズ３を透過して整形され、偏向器と
しての回転多面鏡４の第１反射面５に入射し、１度目の
偏向がなされる。このとき、光ビームは、回転多面鏡４
の回転軸４１に垂直な面に対して角度を持って第１反射
面５に入射するため、入射する光ビームと反射された光
ビームは干渉しない。第１反射面５で反射された光ビー
ムは、第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達
レンズ９を透過して第１伝達ミラー１０で反射され、次
いで第２伝達ミラー１３で反射され、再び回転多面鏡４
の第２反射面６に入射し、２度目の偏向がなされる。こ
のときも、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂
直な面に対して角度を持って第２反射面６に入射するた
め、入射する光ビームと反射された光ビームは干渉しな
い。

【００２７】第２反射面６で反射された光ビームは、第
１走査レンズ１４、第２走査レンズ１５及び第３走査レ
ンズ１６により被走査面１７上に光ビームスポットとし
て結像されて走査される。回転多面鏡４の面数は１２面
（偶数）である。第３走査レンズ１６は、副走査方向に
偏心しており、その方向は図２中の矢印の方向である。
第３走査レンズ１６をこのように偏心させる理由は、回
転多面鏡４の第２反射面６で反射され偏向される光ビー
ムは円錐状の軌跡を描き、その光ビームの断面の座標系
が偏向角に依存して回転してしまい、被走査面１７上の
結像スポットの形状が崩れてしまうが、第３走査レンズ
１６をこのように偏心させることにより、その崩れが防
止できるからである。

【００２８】ところで、半導体レーザー１から第１反射
面５までの間の光学系を整形光学系２１、第１反射面５
から第２反射面６の間の光学系を伝達光学系２２、第２
反射面６から被走査面１７までの間の光学系を走査光学
系２３と称するとすると、回転多面鏡４の第１反射面５
と第２反射面６は回転軸４１を挟んで対向する相互に平
行な反射面であり、かつ、整形光学系２１、伝達光学系
２２、走査光学系２３の光軸は回転軸４１を含む共通の
副走査面内に配置されている。したがって、この光走査
装置は、２度入射で斜め入射でありながら、この副走査
面に関して対称な構成になっている。このような配置に
すると、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系
２３の光軸が主走査面で見て一直線上に配置されるの
で、構造上の主走査方向の基準面が１面に集約され、光
学系を構成する各要素を高精度に配置することができ
る。また、主走査面で見て、伝達光学系２２の光軸が整
形光学系２１及び走査光学系２３の光軸と一部重なるた
め、少ないスペースで配置でき、光走査装置の設置面積
の減少、装置の小型化が図れる。そして、このような配
置により、回転多面鏡４の回転軸４１の偏心に基づく走
査線の副走査方向での位置変動を防止することができ
る。

【００２９】図５に、整形光学系２１の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。主走査
面に垂直で副走査面に平行な接合面を備えカバーガラス
を有する半導体レーザー１から副走査方向に比べて主走
査方向により広がるように射出された光ビームｂは、第
１整形レンズ２の入射面位置に配置された矩形開口のア
パーチャ６１によって周辺部が遮蔽され、非球面コリメ
ータレンズを構成する第１整形レンズ２により平行な光
ビームに変換される。第２整形レンズ２は副走査方向に
のみ正屈折力を有する正シリンドリカルレンズである。
そのため、第２整形レンズ２を透過した光ビームは、主
走査面において平行な光ビームとして第１反射面５に入
射し、副走査面においては第１反射面５近傍に結像（収
束）する。

【００３０】図６に、伝達光学系２２の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１伝
達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９は何
れも主走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレ
ンズであり、第１伝達レンズ７と第２伝達レンズ８は正
シリンドリカルレンズ、第３伝達レンズ９は負シリンド
リカルレンズであり、これら３枚で主走査方向正屈折力
伝達レンズ群２４を構成している。また、第１伝達ミラ
ー１０は凹の球面鏡であり、第２伝達ミラー１３は主走
査断面、副走査断面共凹のトーリック反射面であり、副
走査断面を副走査方向に平行な軸の周りに回転させて形
成される面である。そして、これらの作用は、第１伝達
ミラー１０と第２伝達ミラー１３は主走査方向において
合成で正屈折力（屈折系でないので、パワーと呼ぶ方が
より正しい。）の合成系を形成しており、第１反射面５
で反射された光ビームは、主走査面において、主走査方
向正屈折力伝達レンズ群２４により一旦結像する。伝達
レンズ群２４の像側焦点と、第１伝達ミラー１０と第２
伝達ミラー１３からなる合成系の物体側焦点とは一致し
ていて、主走査面においてアフォーカル光学系を構成し
ている。したがって、主走査面において、主走査方向正
屈折力伝達レンズ群２４がアフォーカル光学系の前群を
構成し、第１伝達ミラー１０と第２伝達ミラー１３から
なる合成系がアフォーカル光学系の後群を構成してい
る。そのため、光ビームは、第２伝達ミラー１３で主走
査面内で再び平行な光ビームに変換され、第２反射面６
に入射する。副走査面においては、第１伝達ミラー１０
と第２伝達ミラー１３の合成正屈折力により、第１反射
面５と第２反射面６とは共役関係になっており、第１反
射面５近傍の収束点を第２反射面６近傍に再び結像す
る。

【００３１】図７に、走査光学系２３の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１走
査レンズ１４は正屈折力を有する球面レンズである。第
２走査レンズ１５は副走査方向にのみ屈折作用を有する
プリズムであり、第３走査レンズ１６は樹脂製の主走査
方向に長い長尺レンズである。第３走査レンズ１６の入
射面は、主走査方向に曲率半径の大きな凹形状となって
おり、副走査面方向には曲率半径の小さな凸形状となっ
ており、主走査方向の断面曲線をその入射面よりも被走
査面１７側に位置す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
は鞍型トーリック面とも呼ばれる。また、第３走査レン
ズ１６の射出面は、主走査方向で曲率半径の大きな凸形
状の非円弧状であり、副走査方向の断面形状は直線であ
り屈折力を有さない。このような構成の走査光学系２３
は、副走査面において、第２反射面６と被走査面１７を
共役関係にして、第２反射面６近傍の収束点を被走査面
１７近傍に結像する。また、主走査面においては、第２
反射面６から反射された平行な光ビームを被走査面１７
近傍に結像する。

【００３２】次に、伝達光学系２２の作用について説明
する。図８は伝達光学系２２の主走査面の断面展開図で
ある。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達
レンズ９により構成される主走査方向正屈折力伝達レン
ズ群２４を、簡素化して単レンズとして示してある。ま
た、第１伝達ミラー１０と第２伝達ミラー１３からなる
合成系も、簡素化して正屈折力の単レンズ１２として示
してある。図８（ａ）と（ｂ）に回転多面鏡４が回転す
るときの光ビームの状態を示す。ところで、図１〜図４
等に示すように、伝達光学系２２の光路は、伝達ミラー
１０、１３により２回反射される。すなわち、偶数回反
射される。図８では、これらの偶数回の反射について展
開しているので、図８（ｂ）のように、第１反射面５と
第２反射面６の回転方向は同じである。

【００３３】第１反射面５に入射する平行な光ビームの
直径はｗ_i である。伝達光学系２２は主走査面内ではア
フォーカル光学系を構成しているので、第２反射面６に
入射する光ビームも平行であり、光ビームの直径はｗ_o
である。伝達レンズ群２４の焦点距離をｆ₁ 、第１伝達
ミラー１０と第２伝達ミラー１３からなる合成系１２の
焦点距離をｆ₂ とすると、ｗ_o をｗ_i 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。

【００３４】図８（ｂ）に示すように、回転多面鏡４が
角度θ₁ だけ回転すると、第１反射面５で光ビームは角
度２θ₁ だけ偏向される。偏向された光ビームは伝達レ
ンズ群２４、合成系１２を透過して、角度θ₂ だけ偏向
される。この光ビームは点Ｑで光軸と交差する。第２反
射面６上において、偏向された光ビームと光軸との距離
はｄであるが、回転多面鏡４が角度θ₁ だけ回転する
と、第２反射面６も同じ距離ｄだけ移動するような位置
関係に設定される。したがって、光ビームの移動量と第
２反射面６の移動量が一致し、第２反射面６から光ビー
ムがはみ出すことはない。

【００３５】このとき、偏向された光ビームは、第２反
射面６に対して角度θ₂ だけ入射角が増大する側に偏向
されるので、第２反射面６で反射された光ビームの走査
角θ_s は、θ_s ＝２θ₁ ＋θ₂ と表わされる。

【００３６】本実施例の伝達光学系２２は主走査面にお
いてアフォーカル光学系であるので、その光学倍率βは
焦点距離ｆ₂ を焦点距離ｆ₁ で除した値であり、上記の
ように、光ビームの直径の比ｗ_o ／ｗ_i にも等しい。ま
た、伝達光学系２２を透過する光ビームは角度２θ₁ か
ら角度θ₂ に偏向角が変化するので、光学倍率βは２θ
₁ ／θ₂ と表すこともできる。したがって、光学倍率β
は次式で表される。

【００３７】 β＝ｗ_o ／ｗ_i ＝ｆ₂ ／ｆ₁ ＝２θ₁ ／θ₂ 本実施例では光学倍率βを、１＜β＜２０としている。

【００３８】本実施例のような回転多面鏡４で光ビーム
が２度の偏向をされる光走査装置は、従来の１度しか偏
向されない光走査装置に比べて、走査速度を速くするこ
とができる。このことについて次に説明する。

【００３９】従来の１度しか偏向しない光走査装置で
は、回転多面鏡が回転すると反射面が移動するため、１
回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れ
るために、回転多面鏡に入射する光ビームの主走査方向
の大きさよりも、反射面の大きさを大きくしなければな
らない。したがって、回転多面鏡の反射面の面数をあま
り多くすることができない。

【００４０】本実施例では、主走査面において、第１反
射面５に平行な光ビームが入射する。また、β＞１であ
るため、第１反射面５上における光ビームの主走査方向
の直径ｗ_i は、第２反射面６上における光ビームの主走
査方向の直径ｗ_o よりも小さい。そのため、従来の光走
査装置に対して第１反射面５の大きさが小さくても、１
回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れ
ることができる。ｗ_iを小さくすればする程、さらに第
１反射面５の大きさを小さくすることができる。また、
２度目の偏向では、回転多面鏡４が回転したときの光ビ
ームの移動量と第２反射面６の移動量が一致するため、
第２反射面６の主走査方向の大きさは、少なくとも入射
する光ビームの大きさと同じ大きさだけあればよい。

【００４１】したがって、従来の１度しか偏向しない光
走査装置に比べて、本実施例の２度の偏向をする光走査
装置では、第２反射面６上における光ビームの主走査方
向の直径ｗ_o に対して、第１反射面５上における光ビー
ムの主走査方向の直径ｗ_i を小さくすることにより、回
転多面鏡４の反射面を小さくすることができるため、反
射面の面数を多くすることができ、それだけ走査速度を
上げることができる。

【００４２】このように構成された光走査装置の具体的
な第１実施例の数値例を表−１に示す。この表−１で
は、シリンドリカル面、トーリック面は副走査方向、主
走査方向の曲率半径をｒ_ix、ｒ_iyとしている（ｉは光源
１から被走査面１７までの面番号を示す。）。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。なお、長さの単位はｍｍである。

【００４３】 注）Ｓ_i ：面番号ｉの面、 ｒ_i ：面番号ｉの曲率半径、 ｄ_i ：面番号ｉとｉ＋１の間の面間隔、 ｎ_i ：面番号ｉとｉ＋１の間の媒体の波長７８０ｎｍの屈折率である。

【００４４】第２整形レンズ２及び第３走査レンズ１６
の非球面を表す式は、ｚ_i ＝（ｙ² ／ｒ_i ）／［１＋
｛１−（Ｋ_i ＋１）（ｙ／ｒ_i ）² ｝^1/2 ］＋Ａ_i ｙ⁴
＋Ｂ_i ｙ⁶ ＋Ｃ_i ｙ⁸であり、その非球面係数を次の表
−２に示す。

【００４５】表−２ 注）Ｓ₄ ：面番号４の非球面係数、 Ｓ_22y ：面番号２２の主走査方向の非球面係数である。

【００４６】この具体例において、第３走査レンズ１６
の入射面Ｓ₂₁は、ｒ_21y ＝−１４７５．３９３７８の円
弧をｒ_21x ＝３７．９５６７５で回転させて形成される
トーリック面である。なお、第２走査レンズ１５、第３
走査レンズ１６を通過するときのように、光路が屈折さ
れるときは、光軸は主光線と同じように屈折されるもの
とし、表−１、表−２のパラメータの基準となる光軸
は、常に走査中心を走査するビームの主光線に一致する
ものとする。

【００４７】また、回転多面鏡４の面数は１２、その内
接円直径は３８．６４ｍｍであり、回転多面鏡４の第１
反射面５、第２反射面６への光ビームの副走査方向の入
射角は何れも６°であり、第１伝達ミラー１０、第２伝
達ミラー１３への光ビームの副走査方向の入射角は何れ
も３°である。また、第２走査レンズ１５の射出面Ｓ₂₀
は副走査断面において１３°傾いており、第３走査レン
ズ１６の入射面Ｓ₂₁は副走査断面において８．７５０３
８７°傾いており、第３走査レンズ１６の射出面Ｓ₂₂は
副走査断面において２．８７５３７４°傾いている。こ
れらの傾き角の向きについては、図２、図４参照。

【００４８】また、第１整形レンズ入射面Ｓ₃ に一致し
て、主走査方向０．７１５４ｍｍ、副走査方向１．０５
２６ｍｍの矩形のアパーチャ６１が配置されている。そ
して、副走査方向において、発光点１と回転多面鏡４の
第１反射面５は幾何光学的共役関係から外れている。た
だし、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６、被
走査面１７の３面は、何れも互いに共役関係にあるた
め、回転多面鏡４の面倒れ補正が行われている。したが
って、発光点１と被走査面１７は共役関係から外れてい
る。しかしながら、回折の影響により、光ビームが最小
となる位置（ビームウエスト）は幾何光学的結像点から
ずれた位置にあり、光ビームが略最小となる位置（ビー
ムウエスト）に被走査面１７が配置されている。

【００４９】なお、上記具体例の伝達光学系２２の主走
査方向の光学倍率βは８．０５、副走査方向の光学倍率
β_t は０．５７９、走査光学系２３の副走査方向の光学
倍率β_s は０．４０６である。

【００５０】ここで、第２走査レンズ１５は、前記した
ように、副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムで
ある。このプリズムの作用について説明する。回転多面
鏡４の反射面６で反射され偏向された光ビームは円錐状
の軌跡を描き、第２走査レンズ１５のプリズムを配置し
ない場合、第３走査レンズ１６の長尺レンズ上で湾曲し
たビーム軌跡となってしまう。このプリズム１６は、図
９に模式的に示すように、円錐状の光ビームａの軌跡を
第３走査レンズ１６の入射面上で直線状のビーム軌跡Ａ
に変換する作用を有している。

【００５１】図１０は、上記の具体例の第３走査レンズ
１６の入射面におけるビーム軌跡を示した図であり、そ
のビーム軌跡を実線で示す。なお、図のＹ方向が主走査
方向、Ｘ方向が副走査方向を示す。比較のために、上記
具体例の光学系の回転多面鏡４の第２反射面６から第３
走査レンズ１６までの距離は変えずに、第２走査レンズ
１５のみを取り除いた場合の、第３走査レンズ１６の入
射面におけるビームの軌跡を破線で示す。図１０より、
第２走査レンズ１５のプリズム作用によりビームの軌跡
を直線状に補正する作用があることが分かる。

【００５２】図１１は、第３走査レンズ１６の副走査断
面を主走査方向の数か所（５か所）の位置で示したもの
で、断面形状の設計値に対する測定値の誤差を示したも
のである。図中、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ副走査方向、主
走査方向、光軸方向とする。図１１のように、第３走査
レンズ１６のような鞍型トーリック面を持つレンズの形
状誤差は、主走査方向の位置によらず略同じ様子を示す
が、副走査方向に周期的に変化する特徴がある。上記の
ように、第２走査レンズ１５のプリズム作用により、第
３走査レンズ１６上のビーム軌跡は直線Ａとなり、ビー
ムは主走査方向の位置に係わらず点Ｂ₁ 〜Ｂ₅ の常に形
状誤差が凸の部分に入射する。主走査方向の何れの位置
においても、第３走査レンズ１６の形状誤差が凸の部分
に光ビームが入射すると、副走査方向の結像位置は設計
された位置より手前にずれるが、走査領域全体にわたっ
て常に同一量だけ手前にずれるため、第３走査レンズ１
６の位置を調整する等、光学系の調整をすれば補正する
ことが可能であり、このような調整により像面湾曲は生
じない。

【００５３】さて、ここで、伝達光学系２２に要求され
る特性について説明すると、主走査方向では面追従特性
と平行性の２つ、副走査方向では像面湾曲特性の１つで
ある。

【００５４】主走査方向の面追従特性とは、図８を用い
て説明したように、回転多面鏡４が回転したときに第２
反射面６の移動量と第２反射面６に入射する光ビームの
移動量とが一致することである。また、主走査方向の平
行性とは、伝達光学系２２から射出される光ビームの平
行性が走査している間常に維持されることである。副走
査方向の像面湾曲特性とは、第２反射面６での像面湾
曲、すなわち、副走査方向における第２反射面６近傍の
結像点による像面湾曲のことである。

【００５５】主走査方向の特性を満足させる構成につい
て、面追従特性が悪いと、第２反射面６に入射する光ビ
ームが第２反射面６からはみ出し、ビームスポットの拡
大や光パワーの損失を引き起こす。第２反射面６からは
み出さなくても、第２反射面６の面精度が良好な領域か
らはみ出せば、ビームスポットの形状の崩れを引き起こ
す。第２反射面６の移動量と第２反射面６に入射する光
ビームの移動量との差は、実際には０．１ｍｍ程度以内
であることが望ましい。

【００５６】平行性については、ディオプターの変動幅
とディオプターの絶対値の２つの観点がある。ここで、
ディオプターとは、第２反射面６から第２反射面６に入
射する光ビームの主走査方向の結像点までの距離をｍ単
位で表したものの逆数である。ディオプターの変動幅に
ついては、例えば走査角により収束する光ビームが発散
する光ビームへ変化するように、走査角による平行性の
変動が大きいと、その変動を走査光学系２３で補正しき
れなくなり、被走査面１７の主走査方向の像面湾曲が悪
化するため、変動幅は０．０２ディオプター以下である
ことが望ましい。

【００５７】ディオプターの変動幅がレンジで０．０２
ディオプターである場合について考える。走査中心で０
ディオプターであり、走査領域の端で＋０．０２ディオ
プターである場合、焦点距離３００ｍｍの走査光学系２
３で、走査光学系２３の主面から３００ｍｍ離れた被走
査面１７にビームスポットを結像させると、走査中心で
は被走査面１７上に焦点を結び像面湾曲は０となる。し
かしながら、走査領域の端では、走査光学系２３に入射
する光ビームは、回転多面鏡４の第２反射面６から５０
０００ｍｍの位置に結像する収束する光ビームであるた
め、走査光学系２３により結像する位置は、結像公式よ
り上記主面から２９８．２１ｍｍの位置となり、像面湾
曲は約１．８ｍｍ生じることとなる。被走査面１７上の
ビームスポットのサイズの変動を１０％以下に抑えるた
めには、通常は像面湾曲はレンジで２ｍｍ以下にする必
要がある。したがって、ディオプターの変動幅がレンジ
で０．０２ディオプター以下にすれば、ビームスポット
のサイズの変動が小さな光走査装置が得られる。

【００５８】ディオプターの絶対値については、走査角
による平行性の変化が小さくても、平行からのずれが大
きく、収束する光ビームあるいは発散する光ビームとな
っていると、回転多面鏡４の各反射面の面毎の位置誤差
により、被走査面１７上のビームスポットの主走査方向
の位置ずれ（ジッタ）を生じるため、絶対値は±１ディ
オプター以内であることが望ましい。

【００５９】ここで、回転多面鏡４の回転軸４１から各
反射面までの距離のばらつきを５０μｍ、走査光学系２
３の焦点距離を３００ｍｍ、回転多面鏡４に入射する光
ビームの入射角の最大値を１５°とすると、ディオプタ
ーの絶対値が１の発散する光ビームが走査光学系２３に
入射するとき、ジッタは１１．５μｍとなる。ジッタは
ドットピッチのおよそ４分の１であることが望ましく、
例えば６００ｄｐｉの場合、ドットピッチは４２μｍで
あるため、ジッタはおよそ１１μｍ以下であることが望
ましい。したがって、ディオプターの絶対値が１ディオ
プター以下であると、ジッタはほとんど目立たなくする
ことができる。

【００６０】以上から、ディオプターの絶対値は１ディ
オプターまで許容されるものの、ディオプターの変動幅
は０．０２ディオプター以下に抑えなければならない。

【００６１】ところで、以上のような特性を持つ伝達光
学系２２のレンズ構成について検討する。伝達光学系２
２は主走査面においてアフォーカル光学系であり、途中
で一旦結像する。何れも主走査面において正の屈折力を
有する前群２４と後群１２で構成される。図１２に示す
ように、回転多面鏡４の第１反射面５で偏向された光の
主光線の集まりｃを１つの主光線束とみなすと、伝達光
学系２２の前群２４の入射側の開口数が大きいため、前
群２４は少なくとも３枚のレンズで構成しなければ以上
のような必要な特性が得られない。一方、後群１２は入
射側の開口数も射出側の開口数も何れも小さいため、正
の屈折力を有する２枚の凹面鏡の組み合わせで必要な特
性が得られる（図１２中では、後群１２は単レンズとし
て示してある。）。

【００６２】上記のように、主走査方向で面追従特性と
平行性の２つの特性を満足するために、伝達光学系２２
の前群２４は少なくとも３枚のレンズで構成する必要が
ある。前記の実施例では、前群２４は第１反射面５側か
ら順に、正・正・負の屈折力を有する第１伝達レンズ
７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９で構成されて
おり、正屈折力と負屈折力を組み合わせることでペッツ
バール和を小さく抑えている。前群２４全体としては正
の屈折力を有するので、正屈折力のレンズを２枚、負屈
折力のレンズを１枚とすることにより、１枚のレンズの
屈折力が極端に大きくならず、良好な面追従特性と平行
性を得ている。正屈折力のレンズ２枚、負屈折力のレン
ズ１枚の組み合わせとしては、図１３に示すように、第
１反射面５側から順に、正・正・負（図（ａ））、正・
負・正（図（ｂ））、負・正・正（図（ｃ））の３通り
存在するが、主面Ｈに対する位置は、正・正・負の場合
は主面Ｈの後方、正・負・正の場合は主面Ｈと略同じ位
置、負・正・正の場合は主面Ｈの前方である。その前群
２４は回転多面鏡４の第１反射面５に入射する光ビーム
との干渉を避ける必要があり、前群２４の構成として
は、主面Ｈの最も後方に配置できる図１３（ａ）の正・
正・負の屈折力配置が望ましい。

【００６３】また、その場合、最も第１反射面５側の正
レンズは、射出側の面が凸であることが望ましい。回転
多面鏡４の第１反射面５で偏向された光の主光線の集ま
りｃを１つの主光線束とみなすと、伝達光学系２２の前
群２４は発散する主光線束を平行に近い状態に変換する
機能を有するが、最も第１反射面５側の正レンズには発
散する主光線束が入射するため、入射側に凸のメニスカ
ス形状であると、球面収差の発生が大きくなり、面追従
特性が悪くなる。そこで、最も第１反射面５側の正レン
ズは、入射側に凹のメニスカス形状、平凸形状、あるい
は両凸形状、すなわち、射出側の面が凸であることが望
ましい。

【００６４】同様に、真中の正レンズは、平行に近い状
態の主光線束が入射し、収束する主光線束を射出する。
そのため、入射側に凹のメニスカス形状であると、球面
収差の発生が大きくなり、面追従特性が悪くなる。そこ
で、真中の正レンズは、入射側に凸のメニスカス形状、
凸平形状、あるいは両凸形状、すなわち、入射側の面が
凸であることが望ましい。

【００６５】なお、第３レンズの負レンズは、入射側の
面が凹であることが望ましい。前記の表−１及び表−２
に示した第１実施例の光走査装置の伝達光学系２２の前
群２４は、主走査断面内で、第１伝達レンズ７は平凸レ
ンズ形状（副走査断面内では両面共平面）、第２伝達レ
ンズ８は凸平レンズ形状（副走査断面内では両面共平
面）、第３伝達レンズ９は凹平レンズ形状（副走査断面
内では両面共平面）をしている。

【００６６】また、第１伝達ミラー１０及び第２伝達ミ
ラー１３に関しては、実施例からも明らかなように、主
走査方向において少なくとも一方は凹面であり、それら
の合成屈折力は正であることを要し、副走査方向におい
て少なくとも一方は凹面であり、それらの合成屈折力は
正であって面倒れ補正作用を有する（第１反射面５と第
２反射面６とを共役関係にする）ことを要する。

【００６７】なお、図１４にこの第１実施例の平行性を
示すグラフ（縦軸は走査角、横軸はディオプター）を、
図１５にこの第１実施例の面追従特性を示すグラフ（縦
軸は走査角、横軸は面追従特性）を、さらに、図１６に
伝達光学系の副走査方向の像面湾曲を示すグラフ（縦軸
は像高、横軸は像面湾曲）をそれぞれ示す。

【００６８】次の表−３に、第２実施例の具体的な数値
例を示す。ただし、面番号Ｓ₇ 〜Ｓ₁₅のみを示し、それ
以外は表−１及び表−２の第１実施例と同じであり省
く。

【００６９】

【００７０】伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率β
は８．０５、副走査方向の光学倍率β_t は３．０４であ
る。

【００７１】この第２実施例においては、第１伝達ミラ
ー１０は主走査断面、副走査断面共凹のトーリック反射
面であり、副走査断面を副走査方向に平行な軸の周りに
回転させて形成される面である。第２伝達ミラー１３は
凹の球面鏡である。これらの作用は第１実施例と同様で
ある。図１７にこの実施例の副走査方向の像面湾曲を示
すグラフを示す。この実施例の平行性を示すグラフは図
１４と、面追従特性を示すグラフは図１５と同じなので
省く。

【００７２】次の表−４に、第３実施例の具体的な数値
例を示す。ただし、面番号Ｓ₇ 〜Ｓ₁₅のみを示し、それ
以外は表−１及び表−２の第１実施例と同じであり省
く。

【００７３】

【００７４】伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率β
は８．０５、副走査方向の光学倍率β_t は１．０１であ
る。

【００７５】この第３実施例においては、第１伝達ミラ
ー１０は主走査断面、副走査断面共凹のトーリック反射
面であり、副走査断面を副走査方向に平行な軸の周りに
回転させて形成される面である。第２伝達ミラー１３も
主走査断面、副走査断面共凹のトーリック反射面であ
り、副走査断面を副走査方向に平行な軸の周りに回転さ
せて形成される面である。これらの作用は第１実施例と
同様である。図１８にこの実施例の副走査方向の像面湾
曲を示すグラフを示す。この実施例の平行性を示すグラ
フは図１４と、面追従特性を示すグラフは図１５と同じ
なので省く。

【００７６】次の表−５に、第４実施例の具体的な数値
例を示す。ただし、面番号Ｓ₇ 〜Ｓ₁₅のみを示し、それ
以外は表−１及び表−２の第１実施例と同じであり省
く。

【００７７】 。

【００７８】伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率β
は８．１６、副走査方向の光学倍率β_t は２．９３であ
る。

【００７９】この第４実施例においては、第１伝達ミラ
ー１０は副走査断面が凹のシリンドリカル反射面であ
り、第２伝達ミラー１３は凹の球面鏡である。これらの
作用は第１実施例と同様である。図１９にこの実施例の
平行性を示すグラフを、図２０に面追従特性を示すグラ
フを、さらに、図２１に副走査方向の像面湾曲を示すグ
ラフをそれぞれ示す。

【００８０】次の表−６に、第５実施例の具体的な数値
例を示す。ただし、面番号Ｓ₇ 〜Ｓ₁₅のみを示し、それ
以外は表−１及び表−２の第１実施例と同じであり省
く。

【００８１】 。

【００８２】伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率β
は８．１６、副走査方向の光学倍率β_t は０．２８８で
ある。

【００８３】この第５実施例においては、第１伝達ミラ
ー１０は平面鏡であり、第２伝達ミラー１３は主走査断
面、副走査断面共凹のトーリック反射面であり、副走査
断面を副走査方向に平行な軸の周りに回転させて形成さ
れる面である。図２２にこの実施例の副走査方向の像面
湾曲を示すグラフを示す。この実施例の平行性を示すグ
ラフは図１９と、面追従特性を示すグラフは図２０と同
じなので省く。

【００８４】次の表−７に、第６実施例の具体的な数値
例を示す。ただし、面番号Ｓ₇ 〜Ｓ₁₅のみを示し、それ
以外は表−１及び表−２の第１実施例と同じであり省
く。

【００８５】 。

【００８６】伝達光学系２２の主走査方向の光学倍率β
は８．１６、副走査方向の光学倍率β_t は１．００であ
る。

【００８７】この第６実施例においては、第１伝達ミラ
ー１０は副走査断面が凹のシリンドリカル反射面であ
る。第２伝達ミラー１３は主走査断面、副走査断面共凹
のトーリック反射面であり、副走査断面を副走査方向に
平行な軸の周りに回転させて形成される面である。図２
３にこの実施例の副走査方向の像面湾曲を示すグラフを
示す。この実施例の平行性を示すグラフは図１９と、面
追従特性を示すグラフは図２０と同じなので省く。

【００８８】なお、以上の実施例では、偏向器として回
転多面鏡を使用するものについて説明したが、偏向器と
して回転多面鏡の他に、回転２面鏡の場合にも同様の効
果を達成することができる。以上、本発明の光走査装置
を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに
限定されず、種々の変形が可能である。

【００８９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光走査装置によれば、伝達光学系中に少なくとも１面
の曲面反射鏡を含むので、伝達光学系のアフォーカル光
学系の後群の機能、面倒れ補正のためのレンズの機能等
をこの曲面反射鏡持たせることができ、レンズの構成枚
数を削減して簡素な伝達光学系とすることができ、高速
で良好な画像再現が可能な光走査装置を軽量で部品点数
を少なく構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の１実施例の構成を示す平
面図である。

【図２】図１の光走査装置の側面図である。

【図３】図１の光走査装置の主要部の斜視図である。

【図４】図１の光走査装置の主要部の側面図である。

【図５】図１の光走査装置の整形光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図６】図１の光走査装置の伝達光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図７】図１の光走査装置の走査光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図８】伝達光学系の作用を説明するための主走査面の
断面展開図である。

【図９】屈折プリズムの補正作用を説明するための図で
ある。

【図１０】本発明の１つの具体例の第３走査レンズの入
射面におけるビーム軌跡を示した図である。

【図１１】本発明の１つの具体例において像面湾曲が発
生しない理由を説明するための図である。

【図１２】伝達光学系の構成を説明するための主走査面
の断面展開図である。

【図１３】伝達光学系の前群のレンズ構成を検討するた
めの図である。

【図１４】第１実施例の平行性を示すグラフである。

【図１５】第１実施例の面追従特性を示すグラフであ
る。

【図１６】第１実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【図１７】第２実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【図１８】第３実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【図１９】第４実施例の平行性を示すグラフである。

【図２０】第４実施例の面追従特性を示すグラフであ
る。

【図２１】第４実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【図２２】第５実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【図２３】第６実施例の像面湾曲を示すグラフである。

【符号の説明】

１…半導体レーザー（光源） ２…第１整形レンズ ３…第２整形レンズ ４…回転多面鏡 ５…回転多面鏡の第１反射面 ６…回転多面鏡の第２反射面 ７…第１伝達レンズ ８…第２伝達レンズ ９…第３伝達レンズ １０…第１伝達ミラー １２…第１伝達ミラーと第２伝達ミラーからなる合成系
（伝達光学系の後群） １３…第２伝達ミラー １４…第１走査レンズ １５…第２走査レンズ（プリズム） １６…第３走査レンズ（長尺レンズ） １７…被走査面 ２１…整形光学系 ２２…伝達光学系 ２３…走査光学系 ２４…主走査方向正屈折力伝達レンズ群（伝達光学系の
前群） ４１…回転多面鏡の回転軸 ６１…アパーチャ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを発生する光源と、前記光源か
   らの光ビームを反射偏向させる複数の反射面を有する偏
   向器と、前記偏向器の第１反射面により反射偏向された
   光ビームを前記偏向器の第２反射面に伝達入射させる伝
   達光学系と、前記偏向器の前記第２反射面により反射偏
   向された光ビームを被走査面上にビームスポットを形成
   させて走査させる走査光学系とを備えた光走査装置にお
   いて、前記伝達光学系中に少なくとも１面の曲面反射鏡
   を含むことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記伝達光学系は、主走査方向において
   正屈折力を有する前群と正屈折力を有する後群からなる
   アフォーカル光学系を構成しており、副走査方向におい
   て正屈折力を有していて前記第１反射面と前記第２反射
   面とを共役にしており、前記後群が少なくとも第１伝達
   反射鏡と第２伝達反射鏡を有し、その中、主走査方向に
   おいて少なくとも一方の反射鏡が凹面で、それらの合成
   屈折力は正であり、副走査方向において少なくとも一方
   の反射鏡が凹面で、それらの合成屈折力は正であること
   を特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記偏向器は回転軸を挟んで互いに平行
   で互いに１８０°の角度をなして対向する対をなした複
   数組の反射面を有する回転多面鏡からなり、前記光源か
   らの光ビームは前記第１反射面に副走査方向に角度を持
   って入射し、前記伝達光学系により伝達された光ビーム
   は前記第２反射面に副走査方向に角度を持って入射する
   配置になっており、前記第１反射面と前記第２反射面は
   前記回転多面鏡の回転軸を挟んで互いに平行で互いに１
   ８０°の角度をなして対向する反射面に設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記光源からの光ビームを前記第１反射
   面へ入射させる光学系の光軸、前記伝達光学系の光軸、
   前記走査光学系の光軸が、前記回転多面鏡の回転軸を含
   む共通の副走査面内に配置されていることを特徴とする
   請求項３記載の光走査装置。