JPS62257119A - 光走査装置 - 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】 （技術分野） 本発明は光走査装置に関する。

（従来の技術） 光走査装置は従来、光プリンター等に比して知られてい
るが、一般に光ビームを偏向させる手段とｆθレレンと
を有し、ｆθレレンを、光偏向手段からはなれた位置に
配置しようとすると、ｆｅレレンが大型化して、コスト
が高くなり、ｆθレレンを小型化しようとすると、ｆθ
レレンを光偏向手段に近接させる必要があり、光学系の
レイアウトが困難になるという問題があった。

（目　　　的） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされてものであって
、その目的とするところは、独立したｆθレレンを必要
としない新規な光走査装置の提供にある。

（構　　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置は、回転光偏向素子と、走査線補正
手段とを有する。

回転光偏向素子は、少なくとも一部が透明体で形成され
、回転軸に対して傾く、反射用斜面を１まは偶数個有す
る。上記反射用斜面には、偏向されるべき光ビームが、
回転光偏向素子の内部側から照射されるにの光ビームは
、反射用斜面により反射されたのち、回転光偏向素子か
ら射出する。

従って、少なくとも反射光が射出する部位は、透明でな
ればならない。

回転光偏向素子が回転すると、反射光すなわち反射用斜
面で反射された光ビームは偏向する。そして、回転光偏
向素子の、反射光が射出する部位の形状は、上記反射光
に対しｆθ特性を与えるように定ぬれている。

すなわち、回転光偏向素子から射出する光ビームが１回
転光偏向素子の等速回転に応じて、被走査面を主走査方
向においては実質的に等速走査するような形状に、上記
射出部位の形状が定められているのである。

走査線補正手段は、回転光偏向素子による偏向光束によ
る、被走査面上の走査軌跡を直線化するための手段であ
る。この走査線補正手段は、具体的には、シリンドリカ
ルレンズ、あるいは、平面鏡とこれを駆動する駆動手段
との組合せ等である。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施例に即して説
明する。なお、簡単のため、以下では、回転光偏向素子
を単に光偏向素子と称する。

第１図は１本発明による光走査装置の一実施例を示して
いる。

第１図（Ｉ）において、符号１０は光偏向素子、符号１
２は走査線補正手段としてのシリンドリカルレンズを、
また符号ＰＬは被走査面をそれぞれ示す。

光偏向素子１０は全体が透明である。光偏向素子を構成
する透明材としては、ガラス、透明プラスチック、アク
リル、ポリスチロール、ポリカーボネート等を用いるこ
とができる。ガラスを用いるときは研磨で、又樹脂材を
用いるときは、成形によって作製できる。

光偏向素子１０は、回転軸ＡＸに対してαだけ傾いた反
射用斜面１０Ａを有する。この例ではαは４５度である
が、αは４５度以外の角でもよい。

この反射用斜面１０Ａに、素子の内側から光ビームＬを
回転軸ＡＸに平行に入射させると、光ビームＬは斜面１
０Ａにより反射されて、第１図（Ｉ）に示す如く射出す
る。なお、反射用斜面１０Ａの反射率を高めるために、
全反射を利用してもよいし、あるいは反射用斜面１０Ａ
に反射膜を形成してもよい。さて、反射光ビームが射出
する面１０Ｂは、非円筒面に形成されている。

この非円筒面１０Ｂは、第１図（りに示すように１回転
軸ＡＸに平行な方向では無曲率であるが、平面図第１図
（ＩＩ）が示すように、回転軸ＡＸに直交する面内での
形状は特殊な非円筒面形状となっている。

偏向されるべき光ビームＬは、第１図（１）に示すよう
に、素子の内側から、反射用の斜面ＩＯＡのＰ点に入射
する。この例では、光ビームＬは回転軸ＡＸに平行に、
反射用斜面１０Ａに入射しているが、これに限らず、回
転軸に対して傾けて入射させてもよい。ただし、光ビー
ムＬの斜面への入射位置Ｐは、回転軸ＡＸと反射用斜面
１０Ａとの光点以外の位置でなければならない、なお、
上において、光ビームＬの反射用斜面１０Ａへの入射位
置Ｐとのべたが、素子１０の回転により、この入射位！
２１ｆＰは反射用斜面１０Ａに対しては相対的に変化す
る。斜面１０Ａに入射する光ビームＬと回転軸ＡＸとの
位置関係は不変である。

さて、非円筒面１０Ｂは特殊な面形状であるとのべたが
、この非円筒面１０Ｂは、光偏向素子１０を等速回転す
るとき、この非円筒面１０Ｂから射出する光ビームがｆ
θ特性をもつように定められるのである６ｆθ特性とは
、偏向光ビームが所定の平面を走査するとき、主走査方
向の走査速度成分が等速となるような特性をいう。

そこで、光偏向素子１０に関し、回転軸ＡＸの方向を２
方向として、第２図の如（ｘｙ座標を定める。

ｘｙ座標は空間に固定的とし、このｘｙ座標に対し、第
２図の如き態位にあるときを、光偏向素子１０の基準態
位とする。基準態位にあるとき、光ビームは、Ｘ軸上を
通って、非円筒面１０Ｂから射出することは容易に理解
されよう。次に第３図に示すように、光偏向素子１０が
ｘｙ座標に対し基準状態から角θだけ傾いた状態を考え
てみる。

Ｐ点において、斜面１０Ａより反射された光ビームＬは
、素子内部においては、Ｘ軸に対して角θだけ傾いてい
るが、非円筒面１０Ｂから射出する際、屈折により、角
βだけ方向を転する。従って、素子１０を角θだけ回転
すると、非円筒面１０Ｂから射出する光ビームは、角（
θ−β）だけ偏向する。

角βの値は、非円筒面１０Ｂの形状、光偏向素子の屈折
率、回転軸ＡＸと、これに平行に入射する光ビームＬと
の間の距離Ｄｅ（第２図参照）によって、−Ｍ的に、θ
の函数として定まるので、これらを適当に選んで、偏向
光ビームがｆθ特性を持つようにすることができるので
ある。

例えば、α＝４５°、素子材料の屈折率を１．５、上記
Ｄｅを２ｍｍとし、非円筒面１０Ｂの形状を、第２図に
示す標準状態で、 ｌｘｌ　＝　ｆ　−（ａｙ”＋ｂｙ”＋ｃｙ’＋ｄｙ’
＋ｅｙ２）　　　（１）とあられし、定数ａｙ　ｂ　＋
　Ｑ　＋　ｄ　＋　ｅ　Ｈｆの値を種々に選んで、ｆθ
特性を調べたところ、 ａ＝−２，０８５Ｘ１０　’、ｂ＝１．２１５ｘｌＯ’
、ｃ＝−３，１０２Ｘ１０　’、ｄ＝２．０８２Ｘ１０
　”。

ｅ＝１．３０７Ｘ１０　ｓ、　ｆ　＝　１としたときに
、良好なｆθ特性を得ることができた。

ｘ、ｙの単位は１ｍｍである。第２図に示す基準態位に
おいて非円筒面１０ＢとＸ軸との光点Ｘ。は、（１）式
でｙ＝０として与えられるから、ｘ＝ｆであり、ｆ＝Ｐ
より、回転軸ＡＸとｘｏとの距離は１ｍｍである。

第４図に、光偏向素子１０による光ビームＬの偏向の様
子を示す。光偏向素子１ｏが矢印方向へ回転するにつれ
て、偏向光ビームは、第４図（■）。

（ＩＩ）、（ｍ）のように変化する。すなわち、素子１
゜の回転角がθの時、光ビームの位置は被走査面ＰＬ上
でＡ点にあり（第４図（１））、　　θ＝０のときはＣ
点にあり（第４図（■））、回転角θ′のときはＢ点に
ある。一般に、第４図（１）に示すように、回転角θの
とき、被走査面ＰＬ上で、Ｃ点とＡ点との間の距ａＳを
（θ）とする。光偏向素子が、完全なｆθ特性をもつな
らば、Ｓ（θ）二〇・Ｌｏである。ただし、Ｌｏは偏向
点すなりち２点と被走査面ＰＬとの間の距離である。

そこで、 １１１−Ｌ−８±Ｌｌ−ｘ　　１００％　　　゛（２）
θ　・　Ｌｏ をもってｆθ特性値と称する。理想のｆθ特性では、ｆ
θ特性値（２）はθの値に拘らず常に０である。

上記例のｆθ特性を第５図に示す。縦軸は、偏向角すな
わち光偏向素子１０の回転角θと補正角βの差（θ−β
）、横軸は上記（２）式で示されるｆθ特性である。曲
線５−１はＬ　０＝　２００ｍｍに対するものであり、
曲線５−２はＬ　、　＝　３００ｍｍ　ｔｔニ一対すル
モノである。Ｌ　。＝、　２００ｍｍのときはθ−β＝
３１．４”まで０．０４７％（０，１８１ｎｍ）、　Ｌ
、＝３００＋ｎｌ１１のときはθ−β＝２１．４＠　ま
で０．０２３％（０，０５５ｍｍ）と、すぐれたｆθ特
性を示し、Ｌｏの変化に拘らず、同一の光偏向素子を使
用できる。

ここで、走査線補正手段としてのシリンドリカルレンズ
１２の役割を説明する。

すでにのべたように、反射用斜面１０Ａへの、光ビーム
Ｌの入射位１１Ｐは、光偏向素子１ｏの回転軸ＡＸと、
斜面１０Ａとの光点がらずれている。このずれ量は、第
２図に示すように、回転軸に直交するｘｙ面での射影で
は、Ｄｅであるから、光偏向素子１０が回転すると、斜
面１０Ａへの入射点は、回転軸の方向から見ると、回転
軸を中心とし、Ｄｅを半径とする弧を描いて、斜面１０
Ａに対して変化する。

しかるに、斜面１０Ａは、回転軸ＡＸに対して傾いてい
るから、上記の如く、斜面１０Ａに対する光ビームＬの
入射点が変化すると、この入射点の位置は、光偏向素子
１０の回転とともに第１図（１）で上下方向にずれるこ
ととなり、これに伴い、反射ビームの方向も、第１図（
１）において上下方向に変動するところとなって、走査
線は、シリンドリカルレンズ１２がないとすれば、被走
査面ＰＬ上において直線とならない。

そこで、シリンドリカルレンズ１２を、その焦点線（焦
点をパワーのない方向にっらねてできる直線）が走査線
に合致するように、かつ、光軸面（光軸をパワーのない
方向にっらねてできる平面）が、反射ビームと平行にな
るように配することによって、走査線を直線化するので
ある。

走査線を直線化するには、シリンドリヵルレンズを用い
るほかに、第６図、第７図に示すような方法も考えられ
る。

第６図に示す方法は、第６図左右方向へ可動の平面鏡１
２Ａと、この平面鏡１２Ａを移動させる移動機構（図示
されず）とによって走査線補正手段を構成し、光偏向素
子１００回転に同期して、光ビームＬの、斜面１０Ａへ
の入射位置をずらし、反射ビームの高さが変化しないよ
うにして、走査線の直線性を確保する方法である。

第７図に示す方法は、揺動可能な平面鏡１２Ｂと、これ
を揺動させる機構（図示されず）とによって走査線補正
手段を構成し、光偏向素子１０の回転に同期して、光ビ
ームＬの斜面ＩＯＡへの入射位置と入射角とを変化させ
、走査線を直線化するのである。

これら、第６．第７図に示す方法の場合は、光偏向素子
１０の回転に従って、光ビームＬの入射位置が変化する
ので、反射光射出部の設計にあたっては、この事実を考
慮しなければならない。

さて、上に説明した例において、光偏向素子１０は、中
実である。このため、反射光に対し、ｆθ特性を与える
には、−面しか利用できず、このため１反射光の射出部
の形状は、非円筒面となってしまう。また、光偏向素子
１０を、樹脂によって成形しようとすると、中実である
ため、成形時の収縮によりひげが発生しやすく、成形サ
イクルが長くなってしまう。また、光学的補正を一面で
行なうため、像面湾曲の補正まで行なうことができない
。

このような問題を解決する方法として、光偏向素子を、
中空構造とすることが考えられる。

第８図に示す光偏向素子１００は、このような中空構造
のものの一例を示している。

第８図（１）は平面図、第８図（ＩＩ）は対称面による
断端面図である。

反射用斜面として、内側の斜面１００Ａを利用する。

反射光の射出する部分は、内側の面１００ＢＩと、外側
の面１００Ｂ２を有する。従って、ｆθ特性等のための
光学的補正を、面１００８１，１００８２で行ないうる
ので補正を行なうことが容易となる。

第９図は、光偏向素子１００を用いる場合の、第３図に
対応する図であり、光偏向素子１００が基準状態からθ
だけ回転した状態を示す。このとき。

素子から射出した反射ビームは、基準状態における方向
から０−βだけ偏向される。また、射出光束は走査線の
方向において集束する。

反射用斜面（第８図（ＩＩ）の面１００Ａ）による反射
点と走査面との間の距離が、上記反射点と、面１００Ｂ
Ｉとの間の距離゛に比して十分小さければ、ｆＯ特性を
反射光束に対して与えるには、上記βとθとが β＝ｔａｎ−”θ−θ　　　　　　　　　（１）を満足
するようにすればよく、この条件（１）を満足するよう
に、面１００ＢＩ　、　１００Ｂ２の形状を定めればよ
い。（１）を満足させることは、近似的には、面１００
ＢＩ、１００８２を円筒面とすることで達成できる。

また、像面湾曲の補正は、偏向角θが大になるぼど、反
射点から結像点までの距離Ｆを大きくする必要があり、
面１００８１への入射光束が平行光束であるとすると。

Ｆ　＝　Ｌ、／ｃｏｓ（２θ−ｔａｎ″″１θ）（２）
が満足されるようにすればよい。

条件（１）、　（２）を同時に充足することは、面１０
０ＢＩ。

１００Ｂ２をともに円筒面としたのでは不可能である。

これを達成するには、非円筒面を組み合わせて、第１０
図の曲線１Ｏ−１のように１球面収差を正となるように
すればよい。なお第１０図において、曲線１０−２は、
円筒面による球面収差を示す。上記において、非円筒面
を組合わせるとは１面１００ＢＩ、１００Ｂ２ともに非
円筒面とする場合、および、これらの面の一方を円筒面
、他方を非円筒面とする場合をいう。

第１１図、［（■）は平面図、（ＩＩ）は入射ビームＬ
の主光線と回転軸ＡＸとを含む面による断断面図］に示
す。光偏向素子２００は、やはり中空のものであって、
反射用斜面２００Ａ１とこの斜面２００Ａ１による反射
光の射出部２００Ｂ１、および、反射用斜面２００ＡＺ
と、これに対応する射出部２００Ｂ２と対をなし、かつ
、斜面、射出部の対が、互いに対称に組合せられている
。光ビームは１回転軸ＡＸに対して傾いて入射する。

このような素子を用いると、光偏向素子２００の一回転
につき走査面を二回走査できる。

この第１１図の例は、反射用斜面を２個有する場合であ
るが１反射用斜面を４個以上の偶数とし。

それぞれの斜面に対して射出部を設け、斜面、射出部の
対を、上記偶数対にして対称的に組合せてもよい。

中空の光偏向素子に対しても、シリンドリカルレンズや
、第６図、第７図に関して説明した走査線補正手段が用
いられることはいうまでもない。

（効　　果） 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この光走査装置は、回転光偏向手段自体がｆθレレンの
機能を有しているので、高価なｆθレレンを用いる必要
がなく、また走査線補正手段を有しているので、直線的
な光走査が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図ないし
第５図は回転光偏向素子を説明するための図、第６図お
よび第７図は走査線補正手段の二側を説明するための図
、第８図ないし第１０図は中空の回転光偏向素子を説明
するための図、第１１図は中空の回転光偏向素子の他の
例を説明するための図である。 １０・・・回転光偏向素子、１２・・・走査線補正手段
としてのシリンドリカルレンズ、　ＰＬ・・・走査面一
。 ／ＩＴ）Ｄ　　印 一内角（θ−勾 ｂｑ　圀 β α） へ８へ −　　　Ｎ　　　　　　　　Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転光偏向素子と走査線補正手段とを有し、上記回転光
   偏向素子は、少なくとも一部が透明体で形成され、回転
   軸に対して傾く反射用斜面を１まは偶数個有し、上記反
   射用斜面に、回転光偏向素子内部から光をあてるとき、
   反射光が射出する部分が、反射光に対しｆθ特性を与え
   るように形状を定められており、 上記走査線補正手段は、上記回転光偏向素子による偏向
   光束による、被走査面上の走査軌跡を直線化する機能を
   有することを特徴とする、光走査装置。