JPS63167329A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、光走査装置に関する。

（従来の技術） 光走査装置は、光ビームを偏向させて％感光性の記録媒
体を走査して光情報の書込を行ったり、あるいは原稿を
走査して原稿情報を光信号に変換したシする装置として
、光プリンター等として実用化されている。

光走査装置において光ビームを偏向する方式には種々の
ものがあるが、最も実用的なのは回転多面境やガルバノ
ミラ−等、反射性の偏向面の回転もしくは揺動を利用す
る方法である。

しかし、偏向面の回転や揺動で光ヒームの偏向を行う場
合、周知の如く、面倒れの補正を行う必要がある。

面倒れの補正として従来知られているものとしては、上
記偏向面に入射する光ビームを、副走査方向へ集束させ
て、上記偏向面上に、主走査方向に平行な＃！像として
結像せしめるとともに、光偏向器と走査結像面との間に
配備された。結像レンズとシリンダーレンズとにより、
偏向の起点と。

走査結像面とを副走査方向に関し共役関係にむすびつけ
る方法が知られている（特公昭５２−２８６６６号公報
）。

また、この方法の変形とし、主走査方向には１０機能を
有する結像レンズとして作用し、副走査方向については
、上記偏向の起点と走査結像面とを共役関係にむすびつ
けるような作用を有する、特殊形態のレンズを用いる方
法が知られている（特開昭５９−１４７３１６号公報）
。これらの面倒れ補正方式を、以下、便宜上、共役補正
方式と呼ぶことにする。

面倒れを補正する別の方法としては１面倒れにともなう
結像スポットの変動量が、偏向器と走査結像面との間に
配備されたレンズ系の、副走査方向に関する合成焦点距
離に比例する点に着目し、上記レンズ系の主走査方向に
関する合成焦点距離に対し、副走査方向のそれを小さく
する方法が提案されている（特公昭５８−１５７６７号
公報）ウ　この方法を、以下、短焦点距離化法と呼ぶこ
とにする。

（発明が解決しようとする問題点） さて、上述の共役補正方式の補正には、次の如き問題が
ある。すなわち、この方法では、偏向面に入射する光が
、偏向面上に線像として結像するため、光走査が偏向面
のきすや汚れの影響を受はヤスイ。また、光ビームのエ
ネルギーが偏向面の特定の部位に集中するので、偏向面
の焼付きが発生しやすい。また、副走査方向の入射側Ｎ
Ａが極めて小さいため、光エネルギーの利用効率が悪い
。

一方、上記短焦点距離化法による面倒れ補正には以下の
如き問題点がある。

すなわち、走査結像面を主走査する結像スポットの形状
は１円形状であることが望ましいのであるが、短焦点距
離化法では、円形状の結像スポットを得るためには、光
偏向器により偏向される光ビームの光束断面を、主走査
方向に長い楕円形状にするため、特殊な光学系が必要と
なるのである。

周知の如く、走査結像面に結像する結像スポットの大き
さは、ビームウェストＷｄによシ定まシ、このビームウ
ェストＷｄは、レンズ系の焦点距離をｆ、入射光ビーム
の径をｄ、波長をλとすると、で与えられる。しかるに
、短焦点距離化法では、光偏向器と走査結像面との間に
配備されるレンズの主走査方向に対する合成焦点距離ｊ
ｐと、副走査方向に関する合成焦点距離ｆｓとが等しく
なく　ｆｐ＞ｆｓであるので、結像スポットの主走査方
向の径Ｗｄｐ　、副走査方向の径Ｗｄｓを等しくするた
めには、上記α）式から明らかなように、入射光ビーム
の主走査方向の径ｔｉｐを副走査方向の径ｄｓよシ大き
くシ。

がなり立つようにしなければならず、かかる光束断面を
実現するために、特殊な光学系を必要とするのである。

従って、本発明の目的は、上記共役補正方式における種
々の問題点を解消し、かつ、特殊な光学系を用い、光束
断面形状を整形することなく容易に、略真円形状の結像
スポットを実現しつる。新規な光走査装置の提供にある
。

（問題を解決するための手段） 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置はビームウェストが焦点距離に関係
していることに着目してなされたもので。

照射手段と、光偏向器と、結像レンズ系と、第１および
第２のアナモルフィックレンズ系とを有する。

照射手段は、光源からの光ビームを所定の径で略円形の
光束断面を有する平行光束として射出させるためのもの
であり、光源とコリメートレンズもしくは、これらとビ
ームエキスパンダーとの組合せで実現できる。光源とし
ては、半導体レーザーや、各種のガスレーザー、固体レ
ーザーを用いることができる。

光偏向器は、偏向面を有し、上記照射手段から照射され
る平行光束を偏向させる。具体的には、この光偏向器は
１回転多面鏡もしくはガルバノミラ−である。

結像レンズ系は、光偏向器によシ偏向された光束を結像
させるためのものであシ、主走査の等速性を光学的に実
現する場合には、光偏向器が回転多面鏡であるかガルバ
ノミラ−であるかに応じて。

ｆθ特性ないしｆｓｉｎ−’θ特性を付与される。上記
主走査の等速性を光学的に実現しない場合は、通常の結
像機能でよい。

第１のアナモルフィックレンズ系は、上記結像レンズ系
と走査結像面との間に配備され、もしくは上記結像レン
ズ系の一部として形成され、副走査方向に正の屈折力を
有する。この副走査方向の正の屈折力のため、第１のア
ナモルフィックレンズ系は、副走査方向における合成焦
点距離を小さくする作用を有する。

第２のアナモルフィックレンズ系は、照射手段と第１の
アナモルフィックレンズ系との間に、結像レンズ系と別
個に設けられるか、もしくは、結像レンズ系の一部とし
て形成される。従って、第２のアナモルフィックレンズ
系は、第１のアナモルフィックレンズ系の入射側に配備
されるが、結像レンズと別個に設けられるときは、結像
レンズの入射側にあっても射出がわにあってもよい。

第２のアナモルフィックレンズ系は、副走査方向に負の
屈折力を有する。

前述の如く、第１のアナモルフィックレンズ系は、その
、副走査方向の正の屈折力により、副走査方向における
合成焦点距離を短距離化する機能を有する。このため、
何らかの策をほどこさねば。

光束の結像位置は、主走査方向と副走査方向とで大きく
ずれ１．非点収差が生じてしまう。第２のアナモルフィ
ックレンズ系の、副走査方向における負の屈折力は、こ
の、結像位置のずれを補正し、非点収差の増大を防止し
ようとするためのものである。

さて、上記結像レンズ、第１、第２のアナモルフィック
レンズ系により、走査光束は、主走査方向において、走
査結像面上に結像する。光偏向器により偏向される光束
は、平行光束または副走査方向に若干の広がりをもった
平行光束であるから。

このことは、上記各種レンズの合成焦点の位置が。

主走査方向においては、走査結像面に一致することを意
味する。

なお、これまで走査結像面について特に述べなかったが
、走査結像面は、光走査されるべき面である。

一方、副走査方向に関しては、各種レンズの合成焦点の
位置が、走査結像面の位置から光軸方向へ所定の距離ず
らされる。ずらす方向は、光軸方向、すなわち上記結像
レンズの光軸の方向であるが、ずらす向きは、どちら向
きでもよい。すなわち、走査結像面の手前側へずらして
もよいし、背後側へずらせてもよい。

先にのべたように第１のアナモルフィックレンズ系は、
副走査方向に関する合成焦点用ｍを短距離化する機能を
有し、第２のアナモルフィックレンズ系は、上記短距離
化に伴う、主・副走査方向の結１象点のずれを補正する
ため、すなわち非点収差の増大を防止するために配備さ
れる。従って。

第２のアナモルフィックレンズ系の作用により。

上記合成焦点距離の短距離化にもかかわらず１本来、走
査光束は、走査結像面上に、主・副走査方向とも集束す
るのであるが、本発明においては。

ニー副走査方向の焦点距離の相違により発生するビーム
ウェストの差に着目１．副走査方向に関して、意図的に
その集束装置、すなわち焦点位置をずらすのである。そ
して、このずらし量を所定の大きさとすることだより、
走査結像面上の結像スポットの形状を、略円形状とする
のである。上記の如く、副走査方向の焦点位置をずらす
には、第１もしくは第２のアナモルフィックレンズ系金
光軸方向へ変位させればよい。もちろん、第１または第
２のアナモルフィックレンズＫｔずらしうるのは、これ
が結像レンズ系と別体の場合である。

（作　　用） 本発明は、上述の如く構成され、以下の如き作用を有す
る。

まず、照射手段からは、光束断面が略円形の平行光束が
射出するので、光偏向器には、この平行光束がそのまま
人射し、偏向される。但し、第２のアナモルフィックレ
ンズ系が、光偏向器と照射手段の間に置かれるときは、
副走査方向に若干広がりをもった平行光線となる。

また、光偏向器により偏向された平行光束は、結像レン
ズ系、第１、第２のアナモルフィックレンズ系（第２の
アナモルフィックレンズは、すでに光偏向器と照射手段
の間に置かれているときは省略される）を介して走査結
像面に入射するが、主走査方向に関して、走査結像面は
、上記各レンズによる合成焦点の位置に合致するので、
光束は。

主走査方向に関しては、走査結像面上に集束する。

一方、副走査方向に関しては、合成焦点位置は、走査結
像面からずれているので、光束は、副走査方向に関して
は、走査結像面からずれた位置に集束する。

さて、上に、光束が集束すると述べたが、集束するとい
っても、点に集束する訳ではなく、集束部のビーム径は
、前述のビームウェストで与えられる。

ここで、前述の（１）式を参照すると、ビームウェス）
Ｗｄは、ビームを集束させるレンズの焦点距離ｆに比例
し、レンズへの入射ビームのビーム径ｄに反比例する。

本発明の場合、照射手段からの光ビームの断面形状は略
円形形状であるから、光ビームの主・副走査方向のビー
ム径ｄｐ、ｃｉｓは、ｄＰ：ｄｓである。

一方、レンズの合成焦点距離は、主走査方向のそれをｆ
ｐ、副走査方向のそれをｆｓとすれば、ｊｐ＞ｆｓであ
るから、結像レンズ系、第１．第２のアナモルフィック
レンズ系による集束光の、集束部におけるビームウェス
トは、主走査方向のものをＷｄｐ、副走査方向のものを
Ｗｄｓとすると、合成焦点Ｗ　’ｌｉｅ　ｆｐ　、　　
ｆｓの大小に対応して、　Ｗｄｐ　＞　Ｗｄｓとなる。

従って１合成焦点の位置を、主走査方向、副走査方向と
も走査結像面に合致させてしまうと、結像スポットの形
状は主走査方向に長い楕円形状となってしまう− 一方、ビームウェストは、ビーム径の最小値であるから
、ビーム径は、ビームウェストの位置をはなれるに従い
増大する。

そこで、ビームウェストＷｄｐ　、　Ｗｄｓのうちの大
きい方のＷｄｐは、その位置を走査結像面の位置におき
、一方において、副走査方向のビームウェスト位置すな
わち、　１Ｍｌ走査方向の焦点位置は、これを走査結像
面からずらす。これ忙より、走査結像面上での副走査方
向のビーム径はＷｄｓよシ大きくなり、副走査方向の焦
点位置と走査結像面のずれ距離が大きいほど、上記副走
査方向のビーム径Ｂｄｓも大きくなる。そこで、Ｂｄ３
＃Ｗｄｐとなるように、上記ずれ距離を調整することに
よシ、略円形状の結像スポットを実現するのである。

（実施例） 以下、具体的な実施例につき説明する。

第１図（Ｉ）において１図示されない照射手段（レーザ
ー光源とコリメートレンズもしくは、これらとビームエ
キスパンダーとの組合せ）から発せられる光束１１は平
行光束であって、その光束断面は略円形である。この光
束１１は、光偏向器たる。

回転多面＠！１２の偏向面すなわち鏡面部に入射し、［
１れると、第２のアナモルフィックレンズ系１３．１０
機能を有する結像レンズ系１４．第１のアナモルフィッ
クレンズ系１５を介して、走査結像面１６上に照射され
る。そして回転多面鋳１２の矢印方向への回転にともな
い、走査結像面１６を矢印方向へ主走査する。走査結像
面１６上で、主走査方向に直交する方向が副走査方向で
あることは周知の通シである。

第１図（ＩＩ）は、第１図（１）の実施例の回転多面鐘
１２以後の部分を、副走査方向から見た状態を示す。

すなわち、この第１図（［１）は、主走査方向において
、偏向光束が、どのように集光結像するかを示している
う 第１のアナモルフィックレンズ系１５ハ、凸シリンダ−
レンズであり、第２のアナモルフィックレンズ糸１３は
、凹シリンダーレンズである。このよウニ、第１．第２
のアナモルフィックレンズ系１５゜１３は、この実施例
では、ともにシリンダーレンズであって、主走査方向に
何ら屈折力をもたない。

従って主走査方向に関する、偏向光束の結像は専ら結像
レンズ糸１４により行なわれ、光束は、主走査方向にお
いては、走査結像面１６上に結像する。

偏向光束は、平行光束として第１のアナモルフィックレ
ンズ系１３に入射するのであるから、このことは、走査
結像面上に、結鯨レンズ系１４の焦点位置が合致してい
ることを意味する。

第１図ＧＩＤは、第１図（１）の１回転多面鏡以後の部
分を主走査方向から見た状態を示し、従って、偏向光束
が副走査方向において、どのように発散し。

集束するかを示している。図示のように、第２のアナモ
ルフィックレンズ系１３は、偏向光束を。

偏向の起点を虚光源とする発散光とする。そして。

第１、第２のアナモルフィックレンズ系１３，１５゜結
像レンズ系１４は、全体として、上記虚光源と、走査結
像面近傍とを、副走査方向に関して結像関係で結びつけ
ている。第１図（１）、（２）では明らかではないが、
副走査方向における、合成焦点の位置は、走査結像面１
６の後方側へ若干ずらされている。

第２図（Ｉ）は、偏向光束が、主走査方向に関して、走
査結像面１６上にビームウェストとして結像している状
態を誇張して示している。このビームウェストの径はＷ
ｄＰである。

第２図（「）は、第１図の実施例で偏向光束が、　！！
１走査方向において、走査結像面１６の後方ΔＬの位置
に、ビームウェストとして結像している状態を示してい
る。このときのビームウェスト径はＷｄｓである。

副走査方向において結像位置、すなわち焦点位置なΔＬ
だけずらすことによって、走査結像面１６の上でのビー
ム径はｓ　Ｗｄｐとなり、これによって。

真円状の結像スポットが実現している。

第２図４１７）に示すように、副走査方向における焦点
位置を、走査結像面１６の前方へ△Ｌだけずらしでも、
上記と同様に、円形状の結像スポットを実現できる。

ここで、上記すらし量ΔＬがどの穆度の大きさとなるか
を、具体的な場合につき算出してみる。

従前通り、結像レンズ系、第１、第２のアナモルフィッ
クレンズ系の合成焦点距離を主走査方向につきｊｐ、副
走査方向につきｆｓとする。

そうすると、第２図（１１）、ＧＩＤの状態において、
比例関係 △Ｌ　：Ｗｄｐ＝ｆｓ　：　ｄ　　　　　　　　（３）
が成立つ。ｄは、照射手段から射出する光束断面円形の
平行光束の光束径である。これから。

が得られる。

Ｗｄｐは、焦点距離ｊｐに対するビームウェスト径であ
るから、（１）式より。

と与えられる。これを用いると、 となる。

仮に、λを７８０　ｎｍ、ｊｐ　＝　１２５１１１．　
ｆｓ　＝　５ｏｆｆｉ鳳とし、印字品質を１インチあた
り３００ドツトとすると、結像スポットの径はＷｄＰ＝
０．０８４　ｍｒｓ　トなる。

コノトキ、ｄ　ハ＝　１．４７８　ｍｒｘとなり、この
条件で、直径０．０８４１１ｍの略真円形状の結像スポ
ットを実現するには、ΔＬご２．８４　ｍｗ＋となる。

従って、第１もしくは第２のアナモルフィックレンズ系
を、光軸方向に移動させて、副走査方向の焦点距離を、
光軸方向において、走査結像面の前方もしくは後方へ、
上記△Ｌだけずらすこと洸よって、略真円形状の結像ス
ポットを実現できることになる。なお、第１図（１）で
、第２のアナモルフィックレンズ系は、結像レンズ系１
４の像側にあってもよい。

第３図の実施例は、第２のアナモルフィックレンズ系が
、結像レンズｘ　１４Ａの一部として形成された例であ
る。結像レンズ１４Ａの像側のレンズ面１４ｂはほぼ球
面状に形成されて結像作用を有する。

一方光源側の面１４ａが、主走査方向と副走査方向に異
なったそれぞれ一定の曲率半径を有する面に形成される
と共に、上記副走査方向に負のパワーをもつ円環面に形
成されている。ここで１円環面とは１円柱の軸を円に沿
って曲げた場合に生ずる円柱表面をいう、 第３図（Ｉｔ）、（ｆｆ）は、それぞれ、主走査方向、
副走査方向におけるレンズ作用を示している。第１のア
ナモルフィックレンズ系１５である凸シリンダ−レンズ
を光軸方向へ変位して配備することにより。

副走査方向の焦点位置を走査結像面１６の後方へず、ら
すことにより、略真円形状の結像スポットを実現してい
る。

第４図の実施例でも第２のアナモルフィックレンズ系は
、結像レンズ系１９の一部として形成されている。即ち
、結像レンズ系１９の回転多面鏡１２側の面はほぼ球面
状に形成されているのに対し、結像レンズ系１９の走査
結像面１６側の面１９ａは、主走査方向と副走査方向に
異なったそれぞれ一定の曲率半径で、かつ、副走査方向
に負のパワーをもつ円環面に形成されている。

この例でも、第１のアナモルフィックレンズ系１５の光
軸方向の位置調整によシ、副走査方向の焦点位置は、走
査結像面１６の後方へ所定の距離ずらされ、もって、略
真円形状の結像スポットを得ている。

第５図の実施例では、結像レンズ系２２は、１０機能を
もつ通常の結像レンズであり、第２のアナモルフィック
レンズ系２１は、全体として凹レンズをなし１回転多面
鏡１２側の面はほぼ球面、走査結像面１６側の面２１ａ
は主走査方向と副走査方向に異なったそれぞれ一定の曲
率半径を有する面であって副走査方向に負のパワーをも
つ円環面に形成されている。

副走査方向の焦点位置は、走査結像面１６の後方へ所定
距離ずらされ、これによって略真円形状の結像スポット
が得られる。この焦点位置ずらしは、第１、第２のアナ
モルフィックレンズ、１％１５．２１の一方もしくは双
方を光軸方向で位置調整することで実現される。　　　
　　　　　　　　　１第３図ないし、第５図の実施例で
は、副走査方向に関し、円環面１４ａ　、　　１９ａ　
、　　２１ａと、第１のアナモルフィックレンズ系１５
の凸面とが、凹と凸として組合せられるため結像性能に
関係する諸収差、即ち、非点収差、球面収差等を良好に
補正することができる。

第１のアナモルフィックレンズ系は、上記各実施例で示
した凸シリンダ−レンズのほか、第６図に示すように、
主走査方向には屈折力を持たず。

副走査方向に関する曲率半径が各々異なる、いわゆる非
球面で構成してもよい。すなわち光軸近傍の曲率半径を
Ｒｙｓ光軸よシ離れた部分の曲率半径をＲｙ′とする時
、Ｒ）ｒ＜Ｒｙ’とする様にしたものを用いる事もでき
る。この様な凸シリンダ−レンズを用る事により、通常
の補正では除去できない、非点収差のマイナス方向への
増大による走査結像面の湾曲を補正することができる。

また第２のアナモルフィックレンズ系としては。

上記実施例で示したものの他、第７図で示す様に主走査
方向には屈折力を持たず、副走査方向に関する曲率半径
が、光軸近傍をＲ）ｒｓ、軸外方向の曲率をＲｙｌ′と
する時、ＩＲｙｔｌ　＞　１ＲｙＩ′Ｉとなる様な。

いわゆる非球面のものとしてもよい。この場合も上述と
同様の効果がある。

なお、第２のアナモルフィックレンズ系は前述のように
光偏向器と照射手段の間に置いてもよい。

また結像走査面上のスポットは略円形状となるが、面倒
れの関係上、若干副走査面に長い楕円にすることが多く
、本発明においては、基本精神を逸脱しない限り、その
ような楕円や逆の楕円を含むものとする。

（発明の効果） 以上１本発明によれば、新規な光走査装置を提供できる
。

この光走査装置では、光偏向器の偏向面へは、はぼ平行
光束が入射し、偏向面の一部への光エネルギーの集中が
ないので、光走査が偏向面のきすや汚れの影響を受けに
くく、偏向面のやき付きが有効に防止され、光走査装置
の品質を長期にわたって安定化させることができる。

また、アナモルフィックレンズ系の作用にて。

副走査方向の焦点距離が、主走査方向のそれに比して短
焦点化されるので１面倒れに対する補正が有効に行なわ
れる。また、アナモルフィックレンズ系により、副走査
方向に関する屈折力が負、正で構成されるため結ｆａ面
における非点収差の増大を防ぐことができる。

さらに、特殊な光学系を用いることなく、略円形状の結
像スポットを実現でき、良好な光走査を実現できる。

なお、結像レンズ系、第１．第２のアナモルフィックレ
ンズ系としては、それぞれ単体のものを例示したが、こ
れらのそれぞれは、２以上のレンズによる複合系として
構成されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、不発明の１実施例を説明するた
めの図、第３図は別実施例を説明するための図、第４図
は他の実施例を示す図、第５図はさらに他の実施例を示
す図、第６図は、第１のアナモルフィックレンズ系の１
例を示す図、第７図は第２のアナモルフィックレンズ系
の１例を示す図である。 １１・・・略円形の光束断面を有する平行光束、１２・
・・光偏向器としての回転多面鏡、１３・・・第２のア
ナモルフィックレンズ系、１４・・・結像レンズ、Ａ、
ｔｓ・・・第１°のアナモルフィックレンズ系、１６・
・・走査結像面。 ｈＺの （’Ｉ） （■） （Ｉ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源からの光ビームを、所定の径の略円形の光束断面を
   有する平行光束として射出する照射手段と、 この照射手段からの光束を偏向する、偏向面を備えた光
   偏向器と、 この光偏向器により偏向された光束を結像させるための
   結像レンズ系と、 この結像レンズ系と走査結像面との間に配備されるか、
   もしくは、上記結像レンズ系の一部として形成され、副
   走査方向に正の屈折力を有する第１のアナモルフィック
   レンズ系と、 上記照射手段と上記第１のアナモルフィックレンズ系と
   の間に、上記結像レンズ系と別個に配備されるか、もし
   くは上記結像レンズ系の一部として形成され、副走査方
   向に負の屈折力を有する第２のアナモルフィックレンズ
   系と、を有し、主走査方向の焦点位置を上記結像走査面
   に一致させるとともに、上記副走査方向の焦点位置を、
   上記結像走査面より所定量、光軸方向へずらし、そのビ
   ーム径を、主走査方向のビームウェストと略同一となる
   ようにしたことを特徴とする光走査装置。