JPS62127819A - 走査光学系 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザビームプリンタ等に利用される走査光学
系に関する。

（発明の背景） 光ビームを走査するための偏向器としては、回転多面鏡
、ガルバノミラ−１回折格子等が使用されているが、例
えば回転多面鏡等の製作誤差による偏向面の面倒れは、
走査線のピッチむらを生じるので有害である。

したがって、これを光学的に補正するために色々工夫さ
れている。例えば、特公昭５２−２８６６６号公報のも
のは、回転多面鏡の前後に２個のシリンドリカルレンズ
を配置して、回転多面鏡の偏向面の面倒れに起因する走
査線ピッチむらを補正しようとするものであり、実公昭
５５−２４５６８号公報のものは、回転多面鏡の前後に
２個のシリンドリカルレンズを集束用球面レンズを挟ん
で配置することにより、回転多面鏡の偏向面の面倒れに
起因する走査線ピンチむらを補正しようとするものであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の方式はシリンドリカルレンズの一
方をトロイダルレンズにしないと走査線上での像面湾曲
が大きく、トロイダルレンズは加工が極めて困難で、コ
ストが非常に高くなるので実用に供しない、また、倒れ
補正後の走査線形状が発散曲線になる。後者の方式は走
査線長に比例して集束用球面レンズが大きくなるため、
走査線長に限界がある。また、倒れ補正用のシリンドリ
カルレンズが像面近くになるため、シリンドリカルレン
ズの製作誤差の影響が大きく、きず、ごみ、はこり等に
よって光量変動を生じやすい。また、前方光学系からの
散乱光、迷光、フレア、ゴーストを集光してしまうため
、走査線上でのスポット形状が不良になる。

本発明は上記欠点に迄みてなされたものであり、上記問
題点を解決しつつ、偏向器（回転多面鏡、ガルバノミラ
−１回折格子）の偏向面の面倒れ等による走査線ピッチ
むらの発生を抑える走査光学系を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の構成は、偏向器と走
査面と回転対称反射鏡を備え、偏向器の偏向点と走査面
上の走査線とが光学的共役関係が成り立つように回転対
称反射鏡を配置したことを特徴とする。

（実施例） 第１図は回転多面鏡ｌの偏向点Ｐと走査ｇｓ上の中心点
Ｐ１とが光学的共役関係が成り立つように、回転対称反
射鏡２（曲面は球面、非球面のどちらでもよい）を配置
した走査光学系の斜視図、第２図（ａ）はその平面図（
展開図）、第２図（ｂ）はその側面図（展開図）である
。

上記走査光学系において、回転対称反射鏡２の焦点距離
をｆ、偏向点Ｐと回転対称反射鏡２の入射側主点（前側
主点）との間の距離をａ、回転対称反射鏡２の出射側主
点（後側主点）と走査線Ｓとの間の距離をｂと定義した
場合、 １　／　ａ　＋　１　／　ｂ　＝　１　／　ｒの関係が
成り立つように（これを物点と像点との関係、あるいは
光学的共役関係と称する）、回転対称反射鏡２が配置さ
れている。

この場合、回転多面鏡ｌによって偏向された光ビーム３
は、回転多面鏡１の偏向面４の面倒れによって、走査方
向に対し垂直の面内において破線で示すように偏向して
も、被偏向ビーム３は同一の像点ＰＩを通過する。即ち
、回転多面鏡１の偏向面４の倒れ補正が実現できること
を意味する。

本方式は倒れ角補正許容範囲が広いため、回転多面鏡ｌ
の製作誤差が大きくてもよく、コストの安い偏向器を使
用することができる。また、偏向面４の倒れ補正とＵＱ
な性質のガルバノミラ−の軸ぶれ補正、回折格子の偏向
ぶれ補正等にも適用できる。

なお、本方式において、光学的共役関係を若干外して配
置すれば、回転対称反射鏡２のみで倒れ補正を行いなが
ら走査することができる。この系は比較的狭い領域を走
査する場合に、高精度に走査が行えるため、非常に有効
な走査手段となる。

次に、上記方式において、回転多面鏡１と走査面２０の
間に走査方向にのみパワーを有する光学系を配置するこ
とによって、回転多面鏡ｌの偏向面４の倒れ補正効果を
維持したまま、走査領域を広く実現する走査光学系を示
す。

第３図はその走査光学系の斜視図、第４図（ａ）はその
平面図、第４図（ｂ）はその側面図、第５図（ａ）はそ
の要部平面図（展開図）、第５図（ｂ）はその要部側面
図（展開図）をそれぞれ示したものである。

この走査光学系は、回転対称反射鏡２と走査面２０の間
に凹シリンドリカルレンズ系５を配置して、走査領域を
広くしたものである。なお、像高をｙ、走査光学系の焦
点距離を「、光ビーム３の偏向角をθとすると、ｙｓｒ
θが成り立つように回転対称反射鏡２と凹シリンドリカ
ルレンズ系５を調整しである。光ビーム発生器６から出
射された光ビーム３は、ビーム整形光学系７を通って所
望のビーム形状に整形され、反射鏡８を経て回転多面鏡
１に入射する。回転多面鏡１によって偏向された光ビー
ム３は、回転対称反射鏡２で反射され、凹シリンドリカ
ルレンズ系５を通って、走査線Ｓ上で集束し、走査する
。

この場合、走査方向においては、光ビーム３は回転多面
鏡ｌの回転に従って３ａの状態から３ｂの状態に偏向さ
れ、回転対称反射鏡２）凹シリンドリカルレンズ系５を
通って走査面２０上に集束する。そしてこの場合、走査
線Ｓと平行な方向には凹シリンドリカルレンズ系５はパ
ワーを有しているので、偏向光ビーム３は走査面２０上
の走査線Ｓ上を走査する。

一方、走査方向に対し垂直な方向においては、凹シリン
ドリカルレンズ系５はレンズ作用を示さず、偏向点Ｐと
走査線Ｓとは、当該光学系の物点と像点の関係を満足す
る、即ち光学的共役関係にある。したがって、回転多面
鏡１の偏向面４の面倒れによって、光ビーム３が走査方
向に対し垂直の面内において破線で示すような偏向を受
けても、同一の走査線Ｓ上に集束する。このように、走
査方向に対し垂直の面内においては、偏向光ビーム３は
その方向に関係なく一定の走査線Ｓ位置に集束するので
、走査線ピッチむらを生じることなく、一定の走査線ピ
ッチを得ることができる。

第６図〜第１２図は、上記と同様に回転多面鏡１と走査
面２０の間に走査方向にのみパワーを有する光学系を配
置することによって、回転多面鏡の偏向面の倒れ補正効
果を維持したまま、走査領域を広く実現する走査光学系
を示す。

第６〜８図に示す走査光学系は、回転対称反射鏡２と走
査面２０との間に凹シリンドリカル反射鏡９を配置して
、走査領域を広く実現するものである。

第９図に示す走査光学系は、回転対称反射鏡２と回転多
面鏡Ｉとの間に凹シリンドリカルレンズ系５を配置した
系である。

第１０図に示す走査光学系は、回転対称反射鏡２と回転
多面鏡Ｉとの間に凸シリンドリカルレンズ系１０を配置
した系で、光ビーム３は中心軸と交差し、反対側へ集束
される。

第１１図に示す走査光学系は、回転対称反射鏡２と回転
多面鏡１との間に凸シリンドリカル反射鏡１１を配置し
た系である。

第１２図に示す走査光学系は、回転対称反射鏡２と回転
多面鏡ｌとの間に凹シリンドリカル反射鏡９を配置した
系である。

第１３図は第６〜８図に示す走査光学系に対応する構成
を備えた走査光学系で、光ビーム３の集束状態を示すも
のである。第１３図（ａ）は平面図（展開図）、第１３
図（ｂ）は側面図（展開図）である。

図では、光ビーム発生器６として半導体レーザ６ａの場
合を示しているが、他のガスレーザ、液体レーザ、固体
レーザ等でもよいことは勿論である。また、ビーム整形
光学系７としては走査方向と垂直な方向にのみパワーを
有するシリンドリカルレンズ系７ａを用いた。

半導体レーザ６ａから出射された光ビーム３は、コリメ
ータレンズ１２によってほぼ平行な光ビーム３になり、
この平行光ビーム３はビーム整形光学系として走査方向
と垂直な方向にのみパワーを有するシリンドリカルレン
ズ系７ａにより、走査方向と垂直な方向に集束されて、
偏向点Ｐでは走査方向に扁平の像形状に整形される。そ
して偏向された光ビーム３は、回転対称反射鏡２）凹シ
リンドリカル反射鏡９を通って、走査線Ｓ上で所望のビ
ームスポット径に集束され、走査を行う、このように偏
向点でスポットが扁平な形状とされることにより、走査
線上でほぼ円形のビームスポットが得られるものである
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、回転対称反射鏡、
走査方向にのみパワーを有する光学系を用いることによ
り、偏向器の偏向面の面倒れ等に起因する走査線のピッ
チむらを無（すことができる、また、走査線の近くに光
学素子を配置しなくてよいので、光学素子の製作誤差の
影響が少ない。

したがって、加工許容誤差を大きくとれるので、コスト
ダウンが図れる。また、光学素子に特異な面形状（トロ
イダルあるいはトーリンク形状等）を必要としないので
、加工が容易である。また、倒れ角補正許容範囲が広い
ため、倒れ角の大きい回転多面鏡等を使用できる。した
がって、加工許容誤差を大きくとれ、加工が容易となる
。また、レンズを用いた場合のレンズ内部多重反射が無
く、質の良い光ビームを集束、発散できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は回転多面鏡の偏
向点と走査面上の走査線とが光学的共役関係が成り立つ
ように、回転対称反射鏡を配置した走査光学系の斜視図
、第２図（ａ）はその平面図（展開図）、第２図（ｂ）
はその側面図（展開図）である。第３図は第１〜２図に
おいて回転多面鏡と走査面の間に走査方向にのみパワー
を有する凹シリンドリカルレンズ系を配置した走査光学
系の斜視図、第４図（ａ）はその平面図、第４図（ｂ）
はその側面図、第５図（ａ）はその要部平面図（展開図
）、第５図（ｂ）はその要部側面図（展開図）である。 第６図〜第１２図は、第３〜５図に示すものと同様に回
転多面鏡と走査面の間に走査方向にのみパワーを有する
光学系を配置した他の例で、第６図は第１〜２図におい
て回転多面鏡と走査面の間に走査方向にのみパワーを有
する凹シリンドリカル反射鏡を配置した走査光学系の斜
視図、第７図（ａ）はその平面図、第７図（ｂ）はその
側面図、第８図（ａ）はその要部平面図（展開図）、第
８図（ｂ）はその要部側面図（展開図）である。第９図
（ａ）は回転対称反射鏡の前に凹シリンドリカルレンズ
系を配置した走査光学系の要部平面図（展開図）、第９
図（ｂ）はその要部側面図（展開図）、第１Ｏ図（ａ）
は回転対称反射鏡の前に凸シリンドリカルレンズ系を配
置した走査光学系の要部平面図（展開図）、第１０図（
ｂ）はその要部側面図（展開図）、第１１図（ａ）は回
転対称反射鏡の前に凸シリンドリカル反射鏡を配置した
走査光学系の要部平面図（展開図）、第１１図（ｂ）は
その要部側面図（展開図）、第１２図＜ａ＞は回転対称
反射鏡の前に凹シリンドリカル反射鏡を配置した走査光
学系の要部平面図（展開図）、第１２図（ｂ）はその要
部側面図（展開図）である。第１３図は第６〜８図に示
す走査光学系に対応する構成を備えた走査光学系で、第
１３図（ａ）は平面図（展開図）、第１３図（ｂ）は側
面図（展開図）である。 ｌは回転多面鏡、２は回転対称反射鏡、３は光ビーム、
４は偏向面、５は凹シリンドリカルレンズ系、６は光ビ
ーム発生器、６ａは半導体レーザ、７はビーム整形光学
系、７ａはシリンドリカルレンズ系、８は反射鏡、９は
凹シリンドリカル反射鏡、ｌＯは凸シリンドリカルレン
ズ系、１１は凸シリンドリカル反射鏡、１２はコリメー
タレンズ、２０は走査面、Ｐは偏向点、Ｐｌは走査画素
、Ｓは走査線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏向器と走査面と回転対称反射鏡を備え、偏向器
   の偏向点と走査面上の走査線とが光学的共役関係が成り
   立つように回転対称反射鏡を配置したことを特徴とする
   走査光学系。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の走査光学系において
   、偏向器と走査面の間に走査方向にのみパワーを有する
   光学系を配置したことを特徴とする走査光学系。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の走査光学系において
   、前記走査方向にのみパワーを有する光学系が反射光学
   系であることを特徴とする走査光学系。
4. （４）特許請求の範囲第２項又は第３項記載の走査光学
   系において、像高をｙ、走査光学系の焦点距離をｆ、光
   ビームの偏向角をθとすると、ｙ≒ｆθが成り立つこと
   を特徴とする走査光学系。
5. （５）特許請求の範囲第２項記載の走査光学系において
   、光ビーム発生器、ビーム整形光学系を備え、偏向面上
   で扁平に結像するように偏向器に入射することを特徴と
   する走査光学系。