JPS62278523A - 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】 ３、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けるピ
ッチむらを解消するとともに、ビームのボケが周期的に
生じることのない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
録を行なう光ビーム走査装置が種々開発されでいる。こ
のような装置においては、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射偏向されて、一
定速度で相対的に偏向方向に垂直な方向に送られる（副
走査される）走査面上を主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用いられる回転
多面鏡は、光ビームが入射する各反射面をそれぞれ回転
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。

そこでこの而倒れ等を補正するために７ナモルフィッー
ク光学系を回転多面鏡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いる。

すなわち、アナモルフィック光学系を協えた光ビーム走
査装置は、ビーム光源と回転多面鏡の間にシリンドリカ
ルレンズ等の入射用光学系を設【す、光ビームを回転多
面鏡に、回転多面鏡の回転軸に垂直な線像として入射さ
せると共に、回転多面鏡と走査面の間に、ｎ１走査方向
において回転多面鏡と走査面とを共役関係にし、回転多
面鏡に線像として入射せしめられた光ビームを走査面上
において点像に結像せしめるアナモルフィック光学系を
設けて、面倒れの有無にかかわらず、光ビームを走査面
上の所定の位置に結像させるようにしたものである。

このような装置において、面倒れを補正し、走査面上で
光ビームを確実に集束させるためには、回転多面鏡と走
査面が正しく共役関係にある必要がある。しかしながら
、実際には回転多面鏡の各反射面を、回転多面鏡の回転
軸から厳密に等距離とすることは困難であり、各反射面
毎に面の出入りが生じてしまうことが多い。このため、
反射面によっては上記共役関係が崩れ、走査面上におい
て光ビームがボケでしまうという不都合が生じる。

またこの反射面の出入りｍは各反射面毎に固有のもので
あり、走査面上におけるビームの結像状態は反射面の出
入りによって決まるため、走査線のボケは周期的に繰り
返して生じ、極めて目立ち易いものになる。

（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、回転多面鏡の各反射面に出入りが生じても、この出
入りにより走査面上において周期的に光ビームがボケる
ことを防止し光ビームのボケを目立たなくすることので
きる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、ビーム光源から発せられ
た光ビームを、回転多面Ｓｎの反射面に、該回転多面鏡
の回転軸に垂直なｊｌＡ＆に集束せしめて入射ざぜる入
射用光学系、および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、前記反射面に線像とし
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
しめるアナモルフィック光学系を備え、これらの光学系
により回転多面鏡の而倒れを補正する光ビーム走査装置
において、前記入射用光学系による前記光ビームの集束
位置をランダムに微小移動させる集束位置調整手段を備
えたことを特徴とするものである。

すなわら、上記集束位置調整手段が設けられたことによ
り、光ビームは回転多面鏡の反射面の出入りにかかわら
ずランダムに集束位置を移動せしめられるので走査面上
においてランダムに結像状態が変化せしめられる。従っ
て走査面上において反射面の出入りによる周期的なビー
ムのボケは生じなくなり、ビームのボケは目立ちにくい
ものとなる。なお、ここでランダムとは集束位置の移動
のタイミングおよび／または移動量がランダムであるこ
とを意味し、タイミングが一定である場合には各走査線
毎に上記移動を行なってもよいし、−回の主走査を行な
う間には複数回一定間隔に移動を行なってもよい。また
移動量は移動のタイミングが一定である場合にはランダ
ムになるようにし、またタイミングがランダムである場
合には一定であってもランダムであってもよい。また集
束位置の微小移動とは、その移動量が、回転多面鏡の反
射面の出入りとして通常考えられる光ビームの反射位置
の変化に相当する範囲内の移動を意味するものとする。

（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図および第２図は本発明の一実施態様による光
ビーム走査装置の概要を示す平面図および側面図である
。

第１図および第２図に示すようにレーザ光源１から発せ
られた光ビーム２は、ビームエキスパンダ３により適当
な太さにされた後入射用光学系であるシリンドリカルレ
ンズ４を通過して、偏向器である回転多面鏡５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！
１５が矢印八万向に回転するのに伴って反射偏向される
。第１図は光ビーム２の光路を前記回転軸と平行な方向
から見た図であり、第２図は前記光路を前記回転軸と垂
直な方向から見た展開図である。まず第１図により偏向
された光ビーム１０２による主走査について説明すると
、前記回転多面鏡５により反ｒＦ１偏向された光ビーム
２は光路上に設けられたｆθレンズ６に平行光として入
射し、このｆθレンズ６を通過したＩｆθレンズ６によ
る光ビーム２の集束位置に配された走査面８上をａｌか
らａ２の範囲で矢印Ｂ方向にくり返し主走査する。また
前記ｆθレンズ６と走査面８との間には主走査方向に延
びたシリンドリカルレンズ７が設けられているが、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１図においては
光ビーム２を透過させるだけである。本装置において、
前記ｆθレンズ６とこのシリンドリカルレンズ７とによ
りアナモルフィック光学系が構成されている。

前述したように、前記゛回転多面鏡５には、面倒れ等が
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２図により説明する。

レーザ光源１から発ぜられ、ビームエキスパンダ３によ
り適当な太さにされた光ビーム２は、シリンドリカルレ
ンズ４により回転多面鏡の反射面５ａに線像として入射
せしめられる。回転多面鏡５により反射された光ビーム
２は前記ｆθレンズ６に入射せしめられ、さらに前記シ
リンドリカルレンズ７を通過してｆθレンズ６の焦点距
離だけ離れた前記走査面８上に集束する。この時、回転
多面鏡５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５の反射面５ａが５ａ’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。しかし回転多面鏡５への入射
光ビームはシリンドリカルレンズ４により線像とされて
おり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５ａ上の同一の点で反射され
、前記反射面５ａと走査面８は共役な位置にあるので、
実線で示す光ビームも一点鎖線で示ず光ビームも共に走
査面８上の同一の点ａ３に集束し、面倒れ等により第２
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。なお、上記アナモルフィック光学
系は、上述したｆθレンズとシリンドリカルレンズの組
合わせに限られるものではなく、回転多面鏡に面倒れが
生じても、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ｆθ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としては例えばシリンドリカル
レンズに代りシリンドリカルミラーを用いる、あるいは
ｆθレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせる代り
にトーリックレンズを用いることができる。

ところで、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、前述したように回転多面鏡の各反射面を、
回転多面鏡の回転軸から等距離になるようにすることは
技術的に難しく１回転多面鏡が偏心する等して回転多面
鏡の反射面が変わる毎に反射面が出入りして光ビーム２
の反射される位置が変わり、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。すなわち、第３図に示すように、回転多面鏡の
ある反射面５ｂが、正しい位置にある反射面５ａに比べ
て回転軸から離れている場合には、光ビーム２は前記シ
リンドリカルレンズ４により十分に集束せしめられない
位置において反射されるので、第４図に示すように副走
査方向における反射面５ｂと蓬査面８の共役関係がくず
れ、反射面５ｂにより反射された光ビーム２ｂの光路は
第４図中破線で示ずものとなり、そのアナモルフィック
光学系通過後の結像位置ａ４は走査面８の後方となって
走査面８上において光ビームはボケたものとなる。

またある反射面５Ｃの回転軸からの距離が、反射面５ａ
の回転軸からの距離よりも小さくなっている場合には、
光ビーム２はシリンドリカルレンズ４により集束せしめ
られて再び広がった位置において反射されるので、反射
面５Ｃにより反射された光の光路は第４図中一点鎖線で
示すものとなり、そのアナモルフィック光学系通過凌の
Ｍ像位置ａ６は走査面８の手前となって走査面８上にお
ける光ビームはやはりボケたものとなる。またこの光ビ
ームのボケは回転多面鏡５の反射面に応じて一定となる
ので走査面８上においては一定の周期で上記ボケがあら
れれ、極めて目立ち易いものとなってしまう。そこで、
本実施態様の装置においては、前記シリンドリカルレン
ズ４を、第１図に示すように矢印Ｃ方向にランダムに移
動させて光ビーム２の集束位置を微小移動させる、集束
位置調整手段であるシリンドリカルレンズ移動手段９が
設けられており、走査面８上におけるビームのボケを目
立ちにくくするようになっている。すなわち、例えば光
ビーム２が第３図および第４図に示す反射面５ｂに入射
する場合には、シリンドリカルレンズ４を回転多面鏡５
から遠ざけて反射面５ｂの手前で光ビーム２を集束させ
るようにすれば、反射面５ｂにより反射された光ビーム
の発散・集束状態を反射面５ａにより反射された光ビー
ムと同様にすることができる。また、光ビームが反射面
５Ｃに入射する場合には、シリンドリカルレンズ４を回
転多面鏡５に近づけて、反射面５Ｃに、シリンドリカル
レンズ４により完全に集束されていない光ビームを入射
させるようにすれば反射面５Ｇにより反射された光ビー
ムを同じく所定の発散・集束状態にすることができる。

このようにシリンドリカルレンズ４を移動させてシリン
ドリカルレンズ４から回転多面！［５までの光ビーム２
の光路長を変え、シリンドリカルレンズ４による集束位
置を微小移動させれば、走査面８上における光ビームの
結像状態を変化させることができるので上記のようにシ
リンドリカルレンズ移動手段９によりシリンドリカルレ
ンズ４をランダムに移動ざぜれば走査面８上のビームの
ボケの周期性を崩すことができる。

前記移動手段９としてはりニヤモータや圧電材料等が好
適に用いられ、これらの移動手段は一例として回転多面
鏡５が一回反射偏向を行なう間に複数回一定のタイミン
グで移動量がランダムになるように微小移動を行なうよ
うにすればよい。このような微小移動が行なわれること
により、走査面８上にお【プる各主走査線は、１本の主
走査線の中でビーム径がランダムに少しずつ異なったも
のとなり、反射面の出入りにより周期的に光ビームの反
射位置が変わっても走査面上において周期的なビームの
ボケはあられれなくなる。

なお、上記移動手段９の作動のタイミングは一回主走査
が行なわれる間に複数回微小移動を行なう他に、主走査
が開始される毎であってもよい。

その場合には各主走査線内のビーム径は一定となるがビ
ーム径の走査線毎の変化はランダムにあられれるように
なるので、周期的なビームのボケが生じる場合に比ベビ
ームのボケが目立ちにくくなる。また移動手段９は移動
０がランダムであるものの他に、ランダムなタイミング
で一定の移動を行なわせるものであってもよく、移！Ｆ
ＪＪｆｆｉ、タイミング共にランダムであってもよい。

また、いずれの場合にも、個々の回転多面鏡の反射面の
出入りを予め測定しておき、測定された値に基づいて反
射面に入射光ビームが線像として入射するように補正し
た上、収束位置をランダムに移動するよう移動手段９の
駆動量を決めるようにすれば、効果的に周期的なビーム
のボケを解消することができる。

また、シリンドリカルレンズ４と回転多面Ｒ５の間の光
ビーム２の光路長を変えるには、上記のようにシリンド
リカルレンズ４を移動させる他に以下のような方法を用
いることもできる。

すなわら、第５図に示すように、光ビーム１２として直
線偏光している光を用い、この光ビームを前記シリンド
リカルレンズ４に入射せしめた侵、光ビーム１２の偏光
方向の光を反射し、光ビームの偏光方向と垂直な偏光方
向の光を透過させる偏光ビームスプリッタ１３に入射せ
しめて反射させる。

反射された光ビーム１２の光路上には図示のように１／
４波長板１４と反射ミラー１５が設けられており、光ビ
ーム１２は１／４波長板１４を通過した後、反射ミラー
１５に反射され再び１／４波長板１４を通過して偏光ビ
ームスプリッタ１３に入射する。光ビーム１２は１／４
波長板１４を２回通過したことにより偏光方向が９０°
変化しており、偏光ビームスプリッタ１３により透過さ
れて回転多面鏡へ入射する方向に射出する。上記のよう
な光学系において前記反射ミラー１５を矢印り方向に移
動させれば、光ビーム１２の光路長を変え、シリンドリ
カルレンズ４による光ビーム１２の集束位置を変えるこ
とができる。

従って反射ミラー１５に一例としてピエゾ素子１６を接
続し、このピエゾ素子をランダムに駆動させて反射ミラ
ー１５を移動させてもよい。さらに、シリンドリカルレ
ンズ４と回転多面鏡５の間に、第６図に示すような平行
平板１７を設け、この平行平板１７をランダムに回転さ
せて平板１１内を通過する光ビームの光路長を変化させ
、シリンドリカルレンズ４通過少の光ビームの光路長を
ランダムに変化させてもよい。

なお、上記のように回転多面鏡の反射面の出入りによる
ビームのボケを不規則なものにするためには、シリンド
リカルレンズによる集束位置をランダムに微小移動させ
る集束位置調整手段が設けられていればよく、前述した
各実施態様において上記集束位置調整手段は、シリンド
リカルレンズや反射ミラーを移動させる等、光ビームの
光路長を変化させるものとなっているが、調整手段はこ
のように光ビームの光路長を変化させる以外のものであ
ってもよい。例えばビーム光源と回転多面鏡の間にＤＩ
走査方向のみに光ビームを集束させる、圧電材料バイモ
ルフの表面を鏡面にして形成された可変形ミラーを設け
、このミラーをランダムに変形させ、光ビームの焦点位
置を微小移動するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の光ビーム走査装置によれ
ば、入射用光学系による光ビームの集束位置をランダム
に微小移動させる集束位置調整手段を設けたことにより
、回転多面鏡の反射面に出入りが生じても走査面上にお
けるビームのボケを不規則なものとすることができる。

従って、回転多面鏡の面倒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、ビームのボケが走査面上において周期的に生
じることを防止して、光ビームのボケを目立ちにくくす
ることができる。

【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を
回転多面鏡の回転軸と平行な方向からみた平面図、 第２図は上記装置を回転多面鏡の回転軸と垂直な方向か
らみた側面展開図、 第３図は回転多面鏡の反射面の出入りを示す概略図、 第４図は上記反射面の出入りによる光ビームの光路を示
す側面図、 第５図および第６図は本発明の他の実ｌｌ１１態様によ
る集束位置調整手段の例を示す概略図である。 １・・・ビーム光源　　　　　　２・・・光ビーム４・
・・シリンドリカルレンズ ５・・・回転多面鏡 ５ａ、　５ｂ、　５ｃｍ・・反　射　面６・・・ｆθレ
ンズ ７・・・シリンドリカルレンズ ８・・・走　査　面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 相対的に副走査方向に送られる走査面上を、複数の反射
   面を有する回転多面鏡により反射偏向された光ビームで
   主走査方向に走査す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、前記回転多面鏡の反
   射面に、該回転多面鏡の回転軸に垂直な線像に集束せし
   めて入射させる入射用光学系、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、前記反射面
   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
   して結像せしめるアナモルフィック光学系、および 前記入射用光学系による前記光ビームの集束位置をラン
   ダムに微小移動させる集束位置調整手段を備えたことを
   特徴とする光ビーム走査装置。