JPS61185716A - 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】 （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ｔＡ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、回転多面境
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−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１１ｊ　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
、前記回転多面境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の焦点路１ｉｆｔ　ｆ　＋
ＯＴ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、ａｌからａ２の範囲で矢印六方向に
くり返し主走査が行なわれる。また前記球面レンズ１０
７と回転多面ｌｉｄ　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が回転多面境１０５か
ら自らの焦点路ｌ１ｌｌｔｆ、、６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１
０６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！１１０５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。

回転多面境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１０Ｇ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、回転多面境
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１
０５ａ’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１０７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１
０８上の同一の点ａ３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、主走査方向が矢印六方向である場合
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、回転多面境
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＃ＩＳ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１
０５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にあるとすると、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でしま
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近付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、回転多面境の回転
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＃１９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
過して回転多面境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「θレンズ７とからなるアナモルフィック光学
系の光軸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
面とは兵役関係になる。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１１３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＞１
１Ｃ１，：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
−Ａｖ換が行なわれる。このＤ−Ａ変換器は前記クロッ
ク発生器１１ＡによりＲＯＭ　１１Ｃ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
が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つとしては様々
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Ｔｉ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て電界により
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の光軸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ｕｔ５による反射位置において光
ビーム２を集束往しめておき、入射位置と走査面とはｆ
θ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の所定位置に点像として
結像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。

１）　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 １１）　　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わせ 山）　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 ■）　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 ■）　両面がトーリック面であるトーリックレンズ■）
　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 ｖＤ　　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で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
ロック図、 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 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   。