JPS5876810A - 光ビ−ム走査装置 - 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】 本発明は、光源からの光ビームを、回転多面鏡で反射し
、集光レンズを介して被走査面に与え、走査を行う光レ
ーム走査装置に関する。

この種の光ビーム走査装置は、その概略を第１図に示し
たように、本来は回転多面＊／に入射したレーザコ等か
らの光ビームが、矢印方向に回転する回転多面鏡ｌの鏡
面で反射して、集光レンズ（ｆ・θ　レンズ）３ｔ−通
って被走査面ｓｐの上に、走査方向（Ｘ方向）に一様な
速度で移動する光スポットを結ぶように構成されている
。ところが１回転多面鏡ｌの回転軸に対して各鏡面が平
行でなく、その角度に不揃い（倒れ角誤差）があると、
走査方向に直角な方向（ｙ方向）に光スポットが不均一
にシフトし、例えば、第２図に示す如く、倒れ角誤差が
Δθあると、被走査面ｓｐでΔｄ＝コｆ・Δθ（ただし
、ｆは集光レンズ３の焦点距離）のシフト量が生じてし
ｉう。この倒れ角誤差や回転軸のプレは走査線のピッチ
むらｔ生じさせるため、何らかの対策をとる必要がある
。その一つとして、工作精度を上げて倒れ角誤差を微小
化することが考えられるが、実際には工作精度上の限界
に近く、たとえ工作できるにしても、工数がかかり、量
産は雌しく、極めて高価になるという問題がある。又、
従来から、第３図及び第参図に示す如く、円柱レンズ弘
等を用いて、光ビームを回転多面鏡ｌに走査方向に平行
な線状のビームとして入射させ、回転多面鏡／と被走査
ｌ１ｉＳＰとの間に配置した、円柱レンズ（あるいはト
ロイダルレンズ）！及び集光レンズ３により、前記線状
のビームと走査位置を走査方向と直角な方向に関し、光
学的共役として補正するもの（％開昭ａｔ−≠り３１！
号）がある。しかし、円柱レンズｊｔ−用いると、全走
査幅にわたって一様なスポットサイズを得ることができ
ないし、円柱レンズ！の代わりにトロイダルレンズを用
いると・一様なスポットサイズは得られるが、トロイダ
ルレンズが高価な丸め、光ビーム走査装置が高コストに
なるという新たな問題が生ずる。

更に、他の従来例として、第３図及び第６図に示す如く
、円柱レンズ６及び７によって偏平（第７図）で、且つ
平行に近い光ビームを回転多面鏡ｌに入射させると共に
、集光レンズ３と被走査ｇｓｐとの閾に単に円柱レンズ
Ｉｆ設けたものもある。この装置についても、全走査幅
にわたって一様なスポットサイズが得られないという問
題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、光源から
の光ビームを回転多面鏡で反射し、集光レンズを介して
被走査面に与え走査を行う光ビーム走査装置において、
前記光源と前記回転多面鏡との間に、走査方向に幅が広
く偏平なしかも略平行な光ビームを形成するビーム整形
手段を設けると共に、前記被走査面付近に、走査方向に
対し直角な方向にのみ光の収束効果ｔ−有する光学素子
を設け、更に、前記回転多“面鏡の反射面と被走査面と
が幾何光学的共役関係にあるよう罠構成し、しかも、走
査方向に対し直角な方向に関し、前記集光レンズと前記
光学素子の間でｉ＠ｌのビームウェストが生じ、前記被
走査面付近で第２のビームウェストが生じるように構成
することにより、全走査幅にわたって一様なスポットサ
イズが得られ、走ｆ４ｍピッチむらを生じない光ビーム
走査装置ｔ”簡単な構成で且つ安価に実現したものであ
る。

以下、本発明の詳細な説明する。

第を図は、本発明に係る光ビーム走査装置における、回
転多面鏡と被走査面の間の光ビーム及び光学系の概略構
成図で、（ｂ）は上面図、（−）は走査中央でのＩＩＩ
Ｉ面図、（−）は走査端での＠面図を示している。図中
、ｌ／は回転多面鏡で、その反射ｒｆＪ＜鏡面）には１
図示しないビーム整形手段から、走査方向に幅が広く偏
平なしかも平行に近い光ビームが入射している。１２は
回転多面鏡／／の反射ビームを受ける集光レンズ（ここ
ではｆ・θ　レンズが使用されている）、１３は被走査
面一（通常、平面である）ｓｐ付近に配置された凸円柱
レンズである。この凸円柱レンズ１３は一方向にのみ収
束効果を有する光学素子の一つで、走査方向（Ｘ方向）
に対し直角な方向（ｙ方向）にのみ屈折力を有するレン
ズである。

本発明装置では、回転多面鏡／／の反射面と被走査面ｓ
ｐは、幾何光学的に共役罠なっており、集光レンズｌコ
を通過し、走査幅の中央に向う光ビームは、円柱レンズ
１３の手前で１方向に関し第１のビームウェストＷＩを
もち（Ｘ方向の集光レンズ／Ｊから被走査面ＢＰに向い
一様に収束する）、その後、再び拡散する光ビームが、
円柱レンズ１３により、被走査面ＳＰで所望の大きさを
もった第一のビームウェストを生ずるように構成されて
いる。ここで、回転多面鏡／ＩによｐｆＩＩ向を受けた
光ビームが、走査中央から走査端へ移動するにつれて、
ｙ方向の第１のビームウェストは弧を描き円柱レンズ１
３への入射点での１方向光東径は走査中央に比べ大とな
る。円柱レンズ１３の実効的焦点距離は、光と一′ムが
斜めに入射することによシ輝くなるため、光ビームが走
査中央から離れるにつれて、円柱レンズ１３通過後の光
ビームの第２のｙ方向ビームウェストは、被走査面ｓｐ
の前方に移動し、又、その位置におけるビームウェスト
径は、走査中央に比べて小さくなる。第２のｙ方向ビー
ムウェストを通過し九九ビームは、ｙ方向に発散し、被
走査面ｓｐにおいて、光束径をやや増して被走査面に入
射する。

ここで回転多面鏡ｌ／、集光レンズフコ１円柱レンズ１
３、被走査面ｓｐの相対位置、焦点距離、この系へ入射
する光ビームの径、波面曲率半径等を適当に定めること
により、被走査面ＢＰ上で、スポットの１方向直径が全
走査幅にわ九ってほぼ一様になるようにすることができ
る。

光ビームの集束１発散の状況を知ったり・光ビーム全追
跡して所望のスポットを得たりするときに＃考になる関
係式として、次のものがある。ただし、光源としてレー
ザを用い、光ビーム内の光強度分布がガウス型であると
する。

（１）　、　（２）式Ｈ，ビームウェストにおいて、波
兼λで半径（中心の強度のｌ／−になる位置で定義され
る）がω。である光ビームが、ビームウェストから２だ
け離れた位置にて光束半径ωと波面曲率半径Ｒ１与える
。逆に、ある位置で光ビームの半径ωと波面曲率半径Ｒ
が与えられれば、その位置から、次式に基づき、ビーム
ウェストまでノ距離２・、ビームウェストにおける光束
半径ωｏヲ求めることができる。

”＝／＋（、、）”　　　・・・・・・（３）（３）式
より、Ｒが大きく、ωが小さいとき、ビームウェストは
、幾何光学的に定められる焦点ｚｅ　＝Ｒよりも手前に
生ずることがわかる。又、レンズのような屈折力をもつ
光学素子に入射し九九ビームは、屈折面で、波面曲率半
径のみ次式で示されるような変換を受ける。

ｌ ｎ　＜　−−−）＝ｎ’（Ｌ−’−ｚ）・・・・−・（
５）ｒ８　　　　　　　　　ｒ８ ここで、”ｗｔｌ′は屈折面前後の媒質の屈折率・ｒは
屈折面の曲率半径、Ｓ％Ｓ′　は屈折面前後における波
面曲率半径でおる。尚、（５）式の代りにレンズの焦点
距離ｆを用い次式で概略の計算を行うことも可能である
。

このように、レーザから発した光ビームの収束１発散等
の状況は、（１）〜（６）式から知り得る。

スポットの一様性（スポットＥ）形状が真円である必ｇ
７！はなく、楕円でも良いが、その形状は走査方向にわ
たって一様であること）を得るための条件としては、所
望のスポット径により、円柱レンズ１３と伎走ｆ面ｓｐ
の距離が制限され、スポット径が小さくなるにつれて、
円柱レンズ１３が被走査面ｓｐに近いことが要求される
。

次に具体的な実施例を示す。

実施例　／ 光源・・・Ｈ・−Ｎ・レーザ 集光レンズ・・・ｔ−３ｔｏ、（ｔ・０レンズ）円柱レ
ンズ・・・ｔ＝１０゜ 円柱レンズ・・・被走査面間圧ｉｌｌ　　１０．−２１
ｗ回転回転鏡への入射光束 ｙ方向　光束半径＝０．参λＯ関 ｙ方向　波面曲率半径＝ｊ７３りＵ 光源・・・Ｈ・−ｃａレーザ 集光レンズ・・・ｆ＝３ｊＯｗａ（ｆ・θレンズ）円柱
レンズ・・・ｆ＝≠４’、４’／Ｉｕ円柱レンズ・・・
被走査面間距離　参１．！ｆｒｕ回転多面鏡への入射光
束 ｙ方向　光束半径＝０．２６０ｍ５ ｙ方向　波面曲率半径＝１０り０１１１上記実施例に対
して、集光レンズと円柱レンズとの間に第１のビームウ
ェストをもたない従来装置での特性は、次のとおりであ
る。

光源・・・Ｈ・−Ｎ・レーザ 回転多面鏡への入射光束 １方向　光束半径＝０．ＪＯ／ｗａ ｙ方向　波面曲率半径＝−３１１，，７ψ關（回転多面
鏡の前方にビームウェストラもつ） 集光レンズ・・・ｆ＝３ｊ（ｈｓｓ（ｆ・θレンズ）円
柱レンズ・・・ｆ＝ｊＯ□ 円柱レンズ・・・被走査面間圧＠　　１６．１−間上記
データから明らかなように、本発明装置は、被走査面上
の入射点における光束半径が、従来装置に比べて格段に
優れている。、現実に、従来装置の光学系を主走査手段
とし、等速で移動する台に写真用印画紙ｔ−Ｊ１２９付
け、文字記録全行ったところ、走査中央付近では、良好
な記録が得られたが、走査端では、線の太り、画像の切
れ等の劣化が生じた。これに対し、実施例／の光学系で
は、走査の全幅にわたって良好な記録が行われた。実施
例−２の光学系を露光システムとして、電子写真システ
ムに記録した所、全幅にわたって良好な記録が行われた
。

尚、第を図にはビーム整形手段を示さなかったが、この
ビーム整形手段は、例えば、第２図及び第１０図に示す
如く、レーザｌ≠からのレーザビームを受ける球面レン
ズによるビーム拡大手Ｒｉｇと、ビーム拡大手段／ｊ通
過後のレーザビームが入射する兼焦点円柱レンズ１６及
び短焦点円柱レンズとから構成できる。又、第１／図に
示す如く、レーザ／Ｆから出射されたレーザビームを変
調器／Ｉを介して受ける単一の円柱レンズｌりと、円柱
レンズｌり通過後のレーザビームが入射する球面レンズ
でなるビーム拡大手段−２０とからも構成できる。この
ような光束でもって回転多面鏡ＩＩに光ビーム全入射す
る理由は、回転多面鏡／／へ入射する光ビームの１方向
波面曲率半径が非常に大であシ、光ｒ−五幅が小さいこ
とから、光路長が極端に長くなることを避ける丸めであ
る。更に、第１図等には、一方向にのみ収束効果をもつ
光学素子として円柱レンズを用いたが、第７λ図に示す
ように、凹面円筒反射鏡！Ｏｆ用いてもよい。

以上詳細に説明し九ように、本発明では、回転多面鏡の
反射面と被走査面とが、集光レンズと円柱レンズから成
る光学系で、ｙ方向に関して幾何光学的にほぼ共役とな
るようになし、これによって、回転多面鏡の九おれた角
誤差による走査ピッチむらの発生を防止すると同時に集
光レンズと円柱レンズ等との中間に波動光学的に定めら
れるｙ方向ビームラ再ストを形成し、これによって、被
走査面上でのスポットの大きさを一様とするものである
。これは、前述のように光′束の主光線の進行方向が幾
何光学的に定まるのに対し、光束の収束、発散が波動光
学的に定まることも利用した結果、可能となったもので
ある。又、本発明によれば、低ｎＫで低コストの回転多
面鏡を用いることができ、かつ高価なトロイダルレンズ
を用いる必要が゛ない。したがって、走査による読取り
を行う装置あるいは記碌を行う装置として、優れた性能
のものを、低コストで構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ビーム走査装置の主要部の基本・的な構成図
、第２図は倒れ角誤差の説明図、第３図乃至第７図は従
来装置の説明図、第を図は本発明装置の構成図、第り図
乃至第１１図はビーム整形手段の説明図、第１コ図は本
発明の他の実施例の説明図である。 ≠〜ｒ、ｉ３．ｔｔ、ｉ７．ｉり・・・円柱し、／ズλ
、ｌ参・・・レーザ　　ｌｊ、λ０・・・ビーム拡大手
段ｉｔ・・・変ｖ４器　　　　８Ｐ・・・被走査面特許
出願人　小西六写真工業株式会社 代理人升理士井１４藤治

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光ビームを回転多面鏡で反射し、集光
   レンズを介して被走査面に与え、走査を行う光ビーム走
   査装置において、前記光源と前記回転多面鏡との間に、
   走査方向に幅が広く偏平な、しかも略平行な光ビームを
   形成するビーム整形子ＩＲを設けると共に、前記被走査
   面付近に、走査方向に対し直角な方向にのみ光の収束効
   果を有する光学素子を設け、更に、前記回転多面鏡の反
   射面と被走査面とが幾何光学的共役関係にあるように構
   成し、しかも、走査方向に対し直角力方向に関し、前記
   集光レンズと前記光学素子の間に第１のビームウェスト
   が生じ、前記被走査面付近で第２の′ビームウェストが
   生じるように構成したことｔ％黴とする光ビーム走査装
   置。
2. （２）　　前記光ビームがレーザ光線であること金特徴
   とする％ｌＦＦ請求の範囲第１項記載の光ビーム走査装
   置。
3. （３）前記光学素子として、その光の収束効果が走査方
   向に亘って一様な円柱レンズ又は凹面反射鏡を用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   光ビーム走査装置０
4. （４）前記ビーム整形手段として、球面レンズによるビ
   ーム拡大手段と、該ビーム拡大手段通過後の光ビームが
   入射する長焦点円柱レンズ及び短焦点円柱レンズとから
   成るものを用いたことｔ−特徴とする特許請求の範囲第
   １項、′ｓ２項又は５ｇ３項記載の光ビームた査装置。
5. （５）前記ビーム整形手段として、単一の円柱レンズと
   、該円柱レンズ通過後の光ビームが入射する球面レンズ
   でなる拡大手段とから成るものを用いたことｔ−特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項、又は第３項記載の
   光ビーム走査装置。