JPH0670688B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ等を光源として、その光源からの光束
を利用して情報の記録又は再生を行う走査光学装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、走査光学装置で用いられる偏向器はポリゴンミラ
ーやガルバノミラーが用いられてきた。

第11図より第14図は走査光学装置の一般的な構成を示す
概略図である。また、簡単のため、倒れ補正のための光
学系は必要がないとして説明する。

第11図は偏向器としてガルバノミラーを用いた例であ
る。光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で
平行光にされ、ガルバノミラー21のミラー面に入射し、
このミラー面で反射された後、arcsinθレンズ10を通
り、シリンドリカルレンズ18を通って被走査面５に結像
する。被走査面５の所には光源を記録するための感光ド
ラム６が置かれている。ガルバノミラー21に入射する光
束は被走査面５に垂直で偏向器の回転軸３を含む平面
（以下、簡単のため図に示したような座標系が与えられ
ているとして、この平面をzx平面と呼ぶ。）内でガルバ
ノミラー21に入射している。シリンドリカルレンズ18は
走査される像面がミラー面の回転につれてｚ座標軸方向
に曲がるのを補正する目的で入れられている。また、11
はガルバノミラー21の駆動装置である。

第12図は偏向器としてポリゴンミラーを用いた例であ
る。光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で
平行光にされ、ポリゴンミラー22のミラー面に入射し、
このミラー面で反射された後、ｆθレンズ14を通って被
走査面５に結像する。ポリゴンミラー22に入射する光束
は被走査面５と偏向器の回転軸３に垂直な面内でポリゴ
ンミラー22に入射している。

第13図は偏向器としてポリゴンミラーを用いた例であ
る。光束は光源７を発した後コリメーターレンズ８で平
行光にされ、ポリゴンミラー22のミラー面に入射し、こ
のミラー面で反射された後、ｆθレンズ14を通りシリン
ドリカルレンズ18を通って被走査面５に結像する。ポリ
ゴンミラー22に入射するレーザー光はzx平面内でポリゴ
ンミラー22に入射している。シリンドリカルレンズ18は
走査される像面がミラー面の回転につれて、ｚ座標軸方
向に曲がるのを補正する目的で入れられている。また、
15はポリゴンミラー22の駆動装置である。

以上３つの例ではミラー面は平面であるが、このミラー
面に曲率をもたせたことによりｆθレンズをなくした例
として第14図の例がある。この例では偏向器はポリゴン
ミラー23である。光束は光源７を発した後、コリメータ
ーレンズ８で平行光にされ、結像レンズ16で集束光とし
てポリゴンミラー23のミラー面に入射し、ここで反射さ
れた後、シリンドリカルレンズ18を通って被走査面５に
結像する。ポリゴンミラー23に入射するレーザー後はzx
平面内でポリゴンミラー23に入射している。シリンドリ
カルレンズ18は走査される像面がミラー面の回転につれ
て、ｚ座標軸方向に曲がるのを補正する目的で入れられ
ている。また、15はポリゴンミラーの駆動装置である。

以上のような従来の走査光学装置では、偏向器のミラー
面の回転によって光束を走査するために発生する像面の
曲りを補正し、さらには偏向器の回転による被走査面上
の像の走査速度を一定にする必要があり、そのためにい
くつものレンズ系を必要としている。これらのレンズ系
は、ミラー面で反射される光束の方向がミラー面の回転
によって変わっていくので、一般に設計が難しく、構成
が複雑で高価になるという欠点があった。このためミラ
ー面で反射される光束の方向は一平面内で対称であるこ
とが望まれる。

前記従来例のうち第12図の例では光束が被走査面５と偏
向器の回転軸３に垂直な面内でミラー面に入射するの
で、反射される光束も同じ平面内で方向を変えている。
しかし、ポリゴンミラー22の回転によって反射される光
束の方向は非対称形となり、走査される像面の曲りが非
対称となってしまうので、これを補正するレンズ系の構
成は複雑になってしまう。特にミラー面に曲率をつけた
りすることは非対称性が著しくなるため困難である。

一方、第11図，第13図，第14図のように、光束をzx平面
内からミラー面に入射させた例では、反射される光束の
対称性は得られている。しかし、ミラー面の回転によっ
て、走査される光束の像面はｚ座標軸方向に曲ってしま
うので、これを補正するためにシリンドリカルレンズ18
などを必要としていた。このシリンドリカルレンズはミ
ラー面の倒れ誤差補正の目的でも使われているものであ
るが、このｚ座標軸方向の曲りは上記従来例ではミラー
面の角度の倒れによる影響よりも大きいので、通常その
設計，製作，調整は困難であり、またシリンドリカルレ
ンズ以外のｆθレンズ,arcsinθレンズなどの設計も困
難にしていた。さらに第14図のようにミラー面に曲率を
もたせることでｆθレンズを用いない例でも像面のｚ座
標軸方向の曲りを補正するためにシリンドリカルレンズ
18は必要であった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来装置の欠点を解消し、偏向器
の反射面から被走査面までの間のレンズの設計が容易
で、または、レンズの省略することのできる走査光学装
置を提供することにある。

本発明の上記目的は、光源と、前記光源から発生する光
束を被走査面上で走査するための偏向器と、前記光源か
ら発生する光束を前記被走査面上に結像する結像レンズ
とを有する走査光学装置にあって、 前記光源から発生する光束は前記被走査面に垂直で前記
偏向器の回転軸を含む平面（直交座標軸x,z座標軸で決
まるzx平面）内で、前記偏向器の反射面に前記ｘ座標軸
より２αの角度で入射し、前記偏向器の反射面に入射す
る光束と前記偏向器の反射面から出射する光束が同一の
平面（直交座標軸x,z座標軸で決まるzx平面）内にある
場合に、前記偏向器の回転軸と前記偏向器の反射面とは
０でないβの角度をなし、前記偏向器の反射面は前記ｚ
座標軸よりαの角度をなし、前記偏向器の反射面から出
射する光束は前記ｘ座標軸方向と平行に導かれ、 0.5×２α＜β＜1.2×２α なる条件を満たすことによって達成される。

〔実施例〕

本発明は、光束をzx平面（偏向器の回転軸を含み被走査
面に垂直な面）内より偏向器に入射させることで光束の
反射光を対称形にし、さらに光束の像面のｚ座標軸方向
の曲りが平面から許容量の範囲に収まるように、偏向器
の回転軸とミラー面を傾けた値に設定し、なおかつ偏向
器の回転軸をzx平面内で傾けて設定したことにより、光
束の像面のｚ座標軸方向の曲りを平面から許容量の範囲
に収まるようにしたものである。また、ここでは被走査
面とｚ座標軸方向は平行である。

以下、図を使って詳しく説明する。

第１図は本発明の原理を説明するための全体図であり、
図に示したように直交座標軸x,y,z座標軸をもつ。第２
図は第１図のzx平面での断面図であり、ミラーの走査角
が０のときを示している。つまり、ミラーに入射する光
束とミラーから出射する光束が同一の面内にある場合で
ある。第１図において、光源から出た光束は図には示し
ていないコリメーターレンズなどを通って入射光１とし
て偏向器のミラー面２に入射し、このミラー面で反射さ
れ、反射光４となって被走査面へ結像する。光束は光源
から被走査面に達するまでの間に必要に応じて用いられ
た図には示していないレンズ系を通ってもよい。偏向器
のミラー面２は偏向器の回転軸３に固定されており、こ
の回転軸のまわりを回転し、それによって反射光４を被
走査面上で走査する。被走査面５のところは記録を行う
ための感光ドラム６などが置かれる。次に第２図で回転
軸とミラー面の角度について説明する。まず入射光はｘ
座標軸より２αの角度で入射している。一方、ミラー面
は回転軸より０でないβの角度で固定されており、走査
角が０のときはミラー面はｚ座標軸よりαの角度をなす
ように設定されているので反射光はｚ座標軸と平行光に
なる。従来例ではβが０であるため、ミラーが回転する
につれて、入射光の方向ベクトルとミラー面の法線ベク
トルの関係が変わり、反射光の方向ベクトルにｚ座標軸
方向成分を生じていた。また、ミラーの回転中心と入射
光のミラー面の位置が異なる場合、入射位置がｚ座標軸
方向にずれて、結像位置が変化していた。

本発明ではミラー面と回転軸を０でないβという角度に
設定したので、ミラーが回転したときに生ずる結像面の
ｚ座標軸方向の曲りは許容量の範囲に収まっている。し
たがって、ミラー面で反射された後被走査面までの間の
光線は平面とみなせる範囲内に収まる。

このβの値は入射光の角度、入射光の位置、ミラー面の
曲率、ミラー面の回転半径（走査角が０°のときのミラ
ー面への光線の入射位置と回転軸の距離）によって異な
った値をとることがわかった。

これらの条件をいろいろと変えて検討した結果、像面の
ｚ座標軸方向の曲りが許容量に収まるβは、２αとの関
係が0.5×２α＜β＜1.2×２αとなることを得た。

以下第１表から第22表にいくつかの入射光の方向に対す
る本発明によるβの値とそのβのときのいくつかの走査
角での像面のｚ座標軸方向の位置と従来例による像面の
ｚ座標軸方向の位置を示す。

各表で２αは入射光がｘ座標軸となす角を意味し、βは
本発明による偏向器の回転軸とミラー面のなる角度、θ
はミラーの回転角で、ここでは偏向器の回転軸のまわり
を回るミラー面の回転の角度を表わしており、θ＝０°
のときレーザー光はzx平面内に反射されることとする。
像位置はすべてミラーの回転中心より200mmの所にある
とし、ｚ座標軸方向の位置をmm単位で示している。ミラ
ー面と像面の間にレンズ系は含まない。

第１表から第４表までミラー面が平面でミラーの回転半
径が０の場合を示す。

第５表から第８表まではミラー面が平面鏡で、ミラーの
回転半径ａを変えた場合を示す。

第９表から第22表まではミラー面が曲率ｒをもち、球面
鏡と円筒面鏡である場合で、ミラーの回転半径ａを変え
た場合を示す。

第３図は本発明の第１の実施例であり、偏向器としてガ
ルバノミラーを利用している。第４図は第３図のガルバ
ノミラーのみを示した図である。第４図においてガルバ
ノミラーのミラー９は回転軸３に対して本発明による角
度で傾けるために、図のようなフオーク型の支持具12な
どで回転軸３に固定されている。ミラー９はこの回転軸
３のまわりをミラー駆動装置12によって正弦振動を行
う。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、ガルバノミラーのミラー９に入射し、こ
のミラー面で反射された後、arcsinθレンズ10を通り、
被走査面に結像する。

従来例（第11図）と異なり、この実施例では像面のｚ座
標軸方向への曲りが少ないので、これを補正するための
シリンドリカルレンズは必要としていない。

第５図は本発明の第２の実施例であり、偏向器としてポ
リゴンミラーを用いた例である。第６図は第５図のポリ
ゴンミラー13の拡大図であり、この図に示されているよ
うにポリゴンミラー13のミラー面は回転軸３に対して平
行にはされていない。したがって、第５図のようにポリ
ゴンミラーの回転軸３は従来例とは違った角度に設定さ
れている。

第５図に示されたとうり光束は光源７を発したのち、コ
リメーターレンズ８で平行光にされた後、ポリゴンミラ
ー13のミラー面に入射し、このミラー面で反射された
後、ｆθレンズ14を通って被走査面に結像する。

第７図は本発明の第３の実施例であり、第１の実施例の
ガルバノミラーのミラーを平面鏡から凸球面鏡を用いた
ことで、arcsinθレンズを用いない例である。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、結像レンズ16で集束光としてガルバノミ
ラーのミラー17に入射し、ここで反射された後、被走査
面５に結像する。

第８図は本発明の第４の実施例であり、第３の実施例に
対して、さらにシリンドリカルレンズを加えることによ
ってミラー面の倒れ誤差を補正した例である。

この例ではシリンドリカルレンズを用いているが、像面
のｚ座標軸方向の曲りが強くでる従来例に比べて、像面
のｚ座標軸方向の曲りは少ないのでシリンドリカルレン
ズの設計，製作，調整などは従来例より楽になってい
る。

第９図は本発明の第５の実施例であり、第２の実施例の
ポリゴンミラーのミラーを平面から凸球面にしたこと
で、ｆθレンズを用いない例である。

光束は光源７を発した後、コリメーターレンズ８で平行
光にされた後、結像レンズ16で集束光としてポリゴンミ
ラー19のミラー面に入射し、ここで反射された後、被走
査面５に結像する。

第10図は本発明の第６の実施例であり、第５の実施例に
対して、さらに球面レンズを一枚加えることによって、
ｆθ特性の悪化を補正した例である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、偏向器からの反
射光は一平面内で対称形とみなせるようになるので、ミ
ラー面から被走査面までの間のレンズの設計を容易に
し、または省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示した全体図、第２図は本発明
の原理を示した断面図、第３図から第10図は本発明によ
る実施例を示す図、第11図から第14図は従来例を示す図
である。 １……入射光、２……偏向器のミラー面 ３……回転軸、４……反射光 ５……走査面、６……感光ドラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源から発生する光束を被走
   査面上で走査するための偏向器と、前記光源から発生す
   る光束を前記被走査面上に結像する結像レンズとを有す
   る走査光学装置にあって、 前記光源から発生する光束は前記被走査面に垂直で前記
   偏向器の回転軸を含む平面（直交座標軸x,z座標軸で決
   まるzx平面）内で、前記偏向器の反射面に前記ｘ座標軸
   より２αの角度で入射し、前記偏向器の反射面に入射す
   る光束と前記偏向器の反射面から出射する光束が同一の
   平面（直交座標軸x,z座標軸で決まるzx平面）内にある
   場合に、前記偏向器の回転軸と前記偏向器の反射面とは
   ０でないβの角度をなし、前記偏向器の反射面は前記ｚ
   座標軸よりαの角度をなし、前記偏向器の反射面から出
   射する光束は前記ｘ座標軸方向と平行に導かれ、 0.5×２α＜β＜1.2×２α なる条件を満たすことを特徴とする走査光学装置。