JPH02196209A - 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、光束の走査により情報の書き込みを行う
装置として知られ、レーザープリンターレーザー複写機
、レーザーファクシミリ装置等に利用されている。

このような光走査装置のうちに、レーザー光源装置から
の略平行な光束を第１の結像光学系により主走査方向に
長い線像に結像させ、その線像の結像位置の近傍に反射
面を有する回転多面鏡により上記光束を等角速度的に偏
向し、この偏向光束を第２の結像光学系により被走査面
上に結像スポットとして結像させて被走査面を光走査す
る方式の装−瞳がある。

このような光走査装置では、所謂回転多面鏡の面倒れの
補正が行われているが、こ九を実行するために第２の結
像光学系はアナモフィックなレンズ系となり、主走査方
向のパワーに対して副走査方向のパワーが強くなり、こ
のため副走査方向に強い像面湾曲が発生し易い。

［発明が解決しようとする課題］ 第２の結像光学系に発生する像面湾曲は、被走査面を走
査する結像スポットのスポット径の、主走査位置による
変動をもたらし、例えば光走査で書き込まれる画像の画
質に直接の影響を与える。

スポット径の変動のうち、主走査方向の変動に対しては
光源における発光強度等を通じて有る程度の補正が可能
であるが、副走査方向の変動はこのような補正が難しい
。

従って第２の結像光学系に、副走査方向の強い像面湾曲
が発生することを前提とすると、高画素密度走査等を実
現するには何らかの方法でスポット径の副走査方向の変
動を補正する必要がある。

このような補正方法としては従来、特開昭５７−１４２
２０号公報や同５８−５７１０８号公報開示の方法が知
ら扛でいるが、光源やコリメートレンズといった。

本来、高精度に位Ｍ調整されるべき光学要素を変位させ
る必要があり、実用化は必ずしも容易ではない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、上記結像スポットのスポット径の
変動を容易且つ確実に除去できる新規な光走査装置の提
供にある。

［１１１ｇ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、「レーザー光源装置と。

レーザー光源装置からの略平行な光束を主走査対応方向
に長い線像に結像させる第１の結像光学系と、この第１
の結像光学系による線像の結像位置の近傍に反射面を有
し上記光束を等角速度的に偏向する回転多面鏡と、この
回転多面鏡と被走査面との間に配備され、上記偏向反射
面による偏向の起点と被走査面位置とを副走査方向に関
して幾何光学的に略共役な関係とし、」二記回転多面鏡
による偏向光束を被走査面上に結像スポットとして結像
させる第２の結像光学系とを有する光走査装置、＋であ
って、以下の如き特徴を有する。

即ち、レーザー光源装置と第１の結像光学系との間に、
レーザー光源装置からの光束を絞る「絞り」が配備され
、この絞りの［アパーチュア径」が「絞り制御手段」に
より制御される。

そして、絞り制御手段による絞りのアパーチュア径の制
御は「結像スポットの少なくとも副走査方向の径が被走
査面上に於ける結像位置に拘らず略一定となるように、
偏向光束の偏向に同期して」行われる。

［作　　用］ 以下、図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の光走査装置の基本的構成の１例を要
部のみ示している。

第２図（Ｉ）は第］−図に示す光学系を光路に沿って展
開した状態を主走査方向から見た状態を示し、同図（Ｉ
Ｉ）は同状態を副走査方向から見た状態を示している。

以下の説明に於いて、「偏向面」とは、回転多面鏡によ
り偏向される理想的な偏向光束の主光線が掃引する面と
して定義され「副走査方向」は従って、この偏向面に対
し直交する。

さて第１図に於いて、レーザー光源装置１はレーザー発
光源もしくはレーザ発光源と集光装置とからなり、略平
行な光束（以下、単に平行光束という）を放射する。レ
ーザー光源装置１がらの平行光束は、第１の結像光学系
としてのシリンダーレンズ２により、回転多面鏡３の反
射面４の近傍に偏向面に平行な線像ＬＩとして結像する
。

反射面４により反射された光束は、第２の結像光学系５
０を構成するレンズ５，６により、被走査面７上に結像
スポットとしてスポット状に結像され１回転多面鏡３の
矢印方向への等速回転に従い被走査面７を走査する。こ
の走査による走査方向が主走査方向である。

第２の結像光学系５０は所謂１０機能を有し、光走査を
等速的に行わせるとともに、回転多面鏡３に対する所謂
面倒れ補正の機能を有する。

即ち、偏向面内で見ると結像光学系５０は、第２図（Ｉ
Ｉ）に示すようにレーザー光源装置側の無限遠と被走査
面７の位置とを幾何光学的な共役関係に結び付けている
が、偏向面に直交する面内で見るとこのレンズ系５０は
第２図（Ｉ）に示すように回転多面鏡３の反射面４の位
置と被走査面７とを略共役関係に結び付けている。即ち
、第２の結像光学系５０は副走査方向に関して回転多面
！！３の反射面による偏向の起点と被走査面とを略共役
関係に結び付けている。従って、回転多面鏡の反射面に
面倒れを生じても結像光学系５０による。被走査面７上
の結像位置は副走査方向には殆ど移動せず１面倒れが補
正される。

なお第２の結像光学系は主走査方向に関しては合成焦点
距離九を有し、副走査方向には結像横倍率βＳを有する
。

さて、第３図を参照すると、この図は一般のレーザー光
束のビームウェスト半径−。と、ビームウェストからＺ
だけ離れた位置に於けるレーザー光束半径Ｗ（Ｚ）の関
係を示している。

周知の如く、これら両者の間には Ｗ（Ｚ）＝Ｗｏ　　＋　　　　πＷｏ　　　　　　（１
）の関係が成り立つ、但し、λは波長である。

ところで、本発明に於いて問題としている像面湾曲は、
第２の結像光学系により形成されるビームウェストの位
置が被走査面からずれることであり、像面湾曲量が直接
に上記「ずれ」を与えることになる。

換言すれば、この（１）式は次のように理解できる。即
ち、第２の結像光学系によるビームウェストの径が、像
面湾曲量Ｚの位置で２ｗ。であるならば、このときに被
走査面上に得られる結像スポットのスポット径は２Ｗ（
Ｚ）で与えられる。

そこで、見方を変えて上記（１）式をｖｏに付いて逆に
解いて見ると、 Ｗｏ”［１／２（Ｗ（Ｚ）”±　　　　　　　−π　　
）コ１／２　　（２）となるが、この式（２）に於いて
Ｗ　（Ｚ）を定数とするとｖｏはＺの関数となる。この
ことから、次のように考えることができる。

即ち、被走査面上で結像スポットのスポット径を像面湾
曲に拘らず一定とすることは上記Ｗ　（Ｚ）を一定にす
ることに他ならず、これは（２）式の右辺でＶ（Ｚ）を
一定として得られるＺ（即ち像面湾曲量）の関数に従っ
て、ビームウェスト半径ｖ０を変化させることによって
実現できる。上記関数は（２）式の士に従い２つの関数
形が可能であるがマイナスの場合は、ビームウェストの
変化量が大きくなり制御が難しくなるので、プラスの場
合、即ちＷｏ”［１／２（Ｗ（Ｚ）”　　　　−Ｚ／ｘ
　　）］”２（３）を利用する。

ここで第４図を参照すると、一般にレーザー光束に対す
る結像光学系りに関し、その物体側におけるビームウェ
スト径２ｖ０１と像側のビームウェスト径２ｗ。２との
間には、結像光学系りの焦点距離をｆとして、 ｖｏ、＝λｆバｘ　ｌ１ｏｔ）　　　　　　　　　　　
　　（４）の関係がある。

第２の結像光学系５０がアナモフィックであり前述の如
く主走査方向に関しては合成焦点距離ｆ２を有し、副走
査方向には結像横倍率βＳを有することを考慮し、主走
査方向に関しては第２図（ＩＩ）に示すように平行光束
が、第２の結像光学系５０に入射することを考え、（４
）式のり。１として絞り１１の主走査方向のアパーチュ
ア径２ｗＭを用いると、このアパーチュア径２にと、こ
のときの第２の結像光学系５０によるビームウェスト径
２ＩＩＩＭ１との関係は、定数ｋＭ（ｋＭは１．０〜２
．０で波長によって変化する）を用いて、次の式で与え
られる。

Ｗ、＝ｋＭλｆＭ／（πｖＭ＋）　　　　　　　　　　
　　（５）一方、副走査方向に関しては、シリンダーレ
ンズ２の焦点距離をｆｃとし、絞り１１の副走査方向の
アパーチュア径を２６とすると、同レンズ２による線像
の径２１１！ｓｏは同様にして、ｗａ＝ｔｒａバｘ　Ｗ
ｓｏ）　　　　　　　　　　　　（ａ）となる、従って
第２の結像光学系５０によるビームウェストの副走査方
向の径２ｖ□は、（６）式と、第２の結像光学系５０の
副走査方向の横倍率βＳと定数ｋｇ（ｋｓは１．０〜２
．０で波長によって変化する）を用いて、 Ｗ、＝−ｋｍβＳλｆｃ／Ｃｘ　Ｖａｔ）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）により与え
ら九る。

上記（３）式のり。は、第２の結像光学系５０によるビ
ームウェスト半径を与えるものであったから、これを主
走査方向に就きＶ。Ｍ、副走査方向に就きＶ。８とする
と、 ＷｏＭ”Ｗｙｘ　ｐＬｓ”Ｗｓｘ　　　　　　　　　　
　　　（８）が成り立たねばならない。

そこで、被走査面上での結像スボッ１への径の目標値を
主走査方向に就きＷＭ、副走査方向にイ」いてＷＳ、像
面湾曲量を主走査方向に就きＺ＆１、副走査方向に就き
Ｚ３とすると。

第２の結像光学系に対して一義的に定まる像面湾曲量Ｚ
Ｍ　、　Ｚｓに対して、結像スポットの所望のスポット
径ｖｓ、ｖｓを与えるアパーチュア径１．ｈは、′ｗ２
＝ ａ−ｋＭＣλｆｕ／　ｙｃ　）　・［ＷＭ’＋ｖ”Ｗ’
Ｍ””℃１了ＪマＰ：ｌ−””Ｗａ＝−７丁”ｋａβＳ
（λｆｅ／ｓＥ［ＶＳ”＋　　　　−Ｌ　　ｓ／ｘ　　
”］−””　　　　　（１０）と与えられる。

従って、像面湾曲量に応じて絞り１１のアパーチュア径
を（９）　、　（１０）式に従って制御することにより
被走査面上の結像スポットの径を、像面湾曲の存在に拘
らず一定にできる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例髪上げる。

第１図に示す装置例に於いて、ｆＭは上述の通り第２の
結像光学系の偏向面内における合成焦点距離を表すが、
この価は１００に規格化される。また、２θ２は最大偏
向角、αは回転多面鏡３へ入射する光束の光軸と第２の
結像光学系の光軸とのなす角、Ｒは回転多面鏡の内接円
半径、Ｆｒ＋ｏは第２の結像光学系の偏向面内のＦ値、
βＳは第２の結像光学系の副走査方向の横倍率を示す。

第２の結像光学系に関して、ｉを１〜４としてＲｉｘは
回転多面鏡の側から数えてｉ番目のレンズ面の、偏向面
内の曲率半径、　Ｒｉｙはｉ番目のレンズ面の偏向面に
直交する面内の曲率半径、また、ｉを１〜３としてｄｉ
はｉ番目のレンズ面間距離を、また、ｊを１〜２として
ｎｊはｊ番目のレンズの、波長７８０ｎｍの光ｔこ対す
る屈折率を示す。光源のレーザー発光源は上記発振波長
の半導体レーザーである。

先ず、第２の結像光学系の具体的実施例を挙げる。

具体例（第２の結像光学系） ｆ　Ｍ”ｌＯＯ，β５＝−４−１２、２θ、＝６７．８
°、α＝６０＠Ｒ／ｆＭ＝０．１３２．Ｆ　ｒ＋ｏ−５
４，７，ｆｓ＝２２．６９８ｉ　　　Ｒｉｘ　　　　　
Ｒｉｙ　　　　ｄｉ　　ｊｎｊｌ　　−１０７，７７４
ｏｏ　　　　５．６７２　１　１．７１２２１２　　　
　ｏ３ｏｏ　　　１０．９６８３　　　　ｏｏ−５２，
５６５８，８０７２１，６７５４−４５，５６９−１２
，０５２ なお、　ｆｓは第２の結像光学系の副走査方向の合成焦
点距離を示す。

第５図に、この第２の結像光学系の像面湾曲（破線は主
走査方向のもの、実線は副走査方向のもの）、即ち第２
の結像光学系によるビームウェストと被走査面どのずれ
量髪示す。

第１＠に於いて、符号１２で示す絞り制御手段は、絞り
１１のアパーチュア径を機械的に変化させる機械手段と
、その変化量を制御する制御手段とにより構成される。

第７図は、絞り１１の具体的な１例を示している。

第７図の上下方向は副走査方向に対応し、左右方向が主
走査方向に対応する。

絞り１１は４枚の可動板１１０，１１２，１１４，１１
６とにより構成される。可動板１１０，１１２は対をな
して、積層型圧電アクチュエーター等の電歪素子や磁歪
素子等、公知の変位機構により副走査対応方向へ互いに
対称的に変位するようになっている。

同様に、可動板１１４　、１１６は対をなして、公知の
変位機構により主走査対応方向へ互いに対称的に変位す
るようになっており、電歪素子等により変位駆動される
。

制御手段はＲＯＭ等の記憶手段と、記憶手段の記憶内容
に応じて可動板１１０，１１２，１１４，１１６を変移
させる卵動制御手段とを有する８ 第１図に示すように、偏向光束は光走査に先立ってセン
サー８により検出されるので、この検出を基準にすれば
クロックパルスによって、偏向光束の被走査面上におけ
る結像位置を知ることができる。

制御手段の記憶装置には、このクロックパルスの各パル
スに対応する各結像位置に於ける、主・副走査方向の像
面湾曲量（上の説明に於けるＺｙ、Ｚ３）が記憶されて
いる。

そして、制御手段は偏向光束の偏向の度に、偏向に同期
して結像位置に対応した像面湾曲に応じて、上記（９）
　、　（１０）に従って絞り１１の主・副走査方向のア
パーチュア径を変化させるように、上記機械手段を制御
する。このようにして、主・副走査方向ともスポット径
の一定した結像スポットで光走査を行うことができる。

第６図は、第５図の像面湾曲に伴うスポット径変化を補
正するためのアパーチュア径の、各結像位置に応じた変
化を示す、破線は主走査方向、実線は副走査方向の変化
である。なお、第１の結像光学系であるシリンダーレン
ズ２の焦点距離ｆｃはｆｃ”３７．８２１．ｋｍ”１．
４．ｋｓ”１．４が想定されている。

第５図の主走査方向の像面湾曲を見ると、これは良く補
正されており、従ってこのような場合には主走査方向に
関しては、アパーチュア径の変化によるスポット径の安
定化を行すなくても、結像スポットのスポット径は主走
査方向には殆ど変化しない、また、前述したように結像
スポットの主走査方向のスポット径変化は光源の発光を
電気的に制御することによっても補正できる。このよう
に、結像スポットの主走査方向に付いてのスポット径の
安定化を絞りのアパーチュア径変化で行う必要がないと
きは、アパーチュア径変化によるスポット径の安定化は
副走査方向のみに付いて行えば良く、かかる場合は、第
７図の絞り例に於いて、板１１４，１１６はこれを固定
し、可動板１１０，１１２の変位により副走査方向のス
ポット径安定化を行えばよい。

また、副走査方向のみのスポット径安定化を実現するの
に、第８図に示すように副走査対応方向にアパーチュア
径Ｙを持つ絞り板１１Ａを軸１１Ｂのまわりに揺動可能
とし、揺動角θによりアパーチュア径Ｙ’　＝Ｙｃｏｓ
θを実現するようにし、像面湾曲量に応じて揺動角θを
制御するようにしても良い。

但し、この方法はアパーチュアの偏心という要素を有す
るので、余り大きなアパーチュア径変化には向かない。

絞りは、第９図に示す例のように長方形の板部材１１４
Ａ、１１８Ａと、台形形状の切り欠きを持つ板部材１１
０Ａ、１１２Ａで構成しても良く、あるいは第１０図に
示すように９円弧状もしくは楕円弧状の側縁形状を持つ
板部材１１０Ｂ、１１２Ｂ、１１４Ｂ、１１８Ｂで構成
しても良い、これら第９図、第１０図に示すようなアパ
ーチュア形状にすると、アパーチュアの４隅での回折現
象が軽減され、偏向光束の集光性が向上する。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この装置は、上述の如く、光源装置と第１の結像光学系
の間に配備した絞りのアパーチュア径の制御により、安
定したスポット径の結像スポットで光走査を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光走査装置の基本的構成の１例を示
す図、第２図乃至第６図は、本発明を説明するための図
、第７図は、絞りの１例を示す図、第８図、乃至第１０
図は、絞りの別個を説明するための図である。 １１０．レーザー光源装置、２０６．第１の結像光学系
としてのシリンダーレンズ、３６００回転多面鏡、５０
．。 イ 図 塵？ 図 Ｗｔｓ θ・３３．９　’ θ−３３，’？’ 産 ハ 図 も 図 外ｌθ 図 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザー光源装置と、レーザー光源装置からの略平行な
   光束を主走査対応方向に長い線像に結像させる第１の結
   像光学系と、この第１の結像光学系による線像の結像位
   置の近傍に反射面を有し上記光束を等角速度的に偏向す
   る回転多面鏡と、この回転多面鏡と被走査面との間に配
   備され、上記反射面による偏向の起点と被走査面位置と
   を副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係とし、
   上記回転多面鏡による偏向光束を被走査面上に結像スポ
   ットとして結像させる第２の結像光学系とを有する光走
   査装置であって、 上記レーザー光源装置と第１の結像光学系との間に配備
   されて上記レーザー光源装置からの光束を絞る絞りと、
   この絞りのアパーチュア径を変化させる絞り制御手段と
   を有し、 上記結像スポットの少なくとも副走査方向の径が被走査
   面上における結像位置に拘らず略一定となるように、偏
   向光束の偏向に同期して上記絞り制御手段により上記絞
   りのアパーチュア径を制御するようにしたことを特徴と
   する光走査装置。