JPH09203875A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの回転多面鏡に光ビームが２度入射する
光走査装置において、反射面上の傷、付着物の影響を受
けず、走査角が大きくコンパクトで、伝達光学系に使用
するレンズの製作が容易な光走査装置を実現可能する。 【解決手段】 光源と、光源からの光ビームを集束光ビ
ームに変換するビーム整形光学系と、前記集束光ビーム
を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向さ
れた光ビームを再び前記回転多面鏡に入射させる伝達光
学系と、前記伝達光学からの光ビームを前記回転多面鏡
で再度偏向した走査光ビームで所定の被走査面を走査す
る光走査装置において、前記集束光ビームの結像点が前
記回転多面鏡に入射する最初の反射面と前記伝達光学系
の第１レンズとの間に位置させる。あるいは、光ビーム
に対する第２の反射面上での余裕を第１の反射面上での
余裕より大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザービームプリ
ンターなどに用いられる光走査装置に関するもので、特
に回転多面鏡の反射面に光ビームが２度入射する光学系
に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザービームプリンターなど画像記録
装置や、各種画像読込み、測定装置に用いられる光走査
装置においては、光ビームを偏向走査する偏向器として
回転多面鏡が多く用いられてきた。

【０００３】これらの装置においては光ビームを被走査
面上において、直線あるいは曲線上を光走査装置によっ
て繰り返し走査し、被走査面に位置する被走査媒体を前
記の走査方向とはおおむね直交方向に相対移動させ２次
元の走査を行う。前者の光走査装置による走査方向を
「主走査方向」とし、後者の被走査媒体の相対移動方向
を「副走査方向」と定義する。

【０００４】近年、上記の装置においては解像度や処理
速度の向上のため、より高速の光走査装置が求められる
ようになってきている。光ビームの偏向に回転多面鏡を
用いた光走査装置では、走査速度（走査周波数）を上げ
るためには、 （１）回転多面鏡の回転数を上げる。 （２）回転多面鏡の面数を増加させる。 の２つの方法が考えられる。

【０００５】回転多面鏡の回転数を上げるためには、高
速回転可能な軸受が必要になるが、現在最も多く用いら
れているボールベアリングでは毎分２００００回転程度
が上限となる。エアベアリングを用いれば毎分３０００
０回転以上の回転数で使用可能であるが、軸受が高価な
ため使用できる装置が限られる。特に、一般消費者向け
の安価なレーザービームプリンターなどには使えない。

【０００６】一方、回転多面鏡の面数を増加させると、
１つの反射面当りの回転角度が小さくなってしまう。ま
た、個々の反射面の大きさを一定以上確保しようとする
と、回転多面鏡の直径が大きくなってしまう。

【０００７】光走査装置では被走査面上に光ビームを結
像させて用いることが多いが、レーザービームを走査す
る場合、小さなスポットに結像させるには、光ビームの
拡がり角に応じて回転多面鏡の反射面は主走査方向にあ
る一定の大きさが必要である。ところが、回転多面鏡の
面数を増加させた場合、１つの反射面での回転角度が小
さいため光ビームの走査角も小さくなる。光ビームの走
査角が小さいと、所定の走査幅を得るためには走査光学
系の焦点距離が長くなり、回転多面鏡から被走査面まで
の光路長も伸びる。このため、回転多面鏡の反射面上で
の光ビームの主走査方向の直径も大きくなり、面数が少
ない場合に比べてより反射面が大きくなり、さらに一層
回転多面鏡の大きさが増加する。

【０００８】すなわち回転多面鏡の面数が増加するに従
って、必要な反射面の大きさは面数の少ない場合に比べ
てより大きくなるという矛盾した特性をもつため、回転
多面鏡の大きさ（内接円筒の大きさ）が決まれば、面数
の上限が決まる。例えば、レーザービームプリンターに
用いる光走査装置において、所要走査幅３５０ｍｍ、波
長７８０ｎｍ、回転多面鏡の内接円筒の半径を２５ｍ
ｍ、被走査面での主走査方向のスポット直径を５０μｍ
以下にする場合、面数はおおむね７面が上限となる。

【０００９】そこで、面数を多く取るために、回転多面
鏡の直径を大きくすると、回転多面鏡の重量や慣性２次
モーメントが増加し、回転に伴う空気抵抗（風損）も増
加するので、回転数が低く制限される。

【００１０】このように回転多面鏡の面数、回転数とも
上限があるので、それを越える走査速度を得るために様
々な走査装置が考案されてきた。

【００１１】例えば、特開昭５１−１００７４２号公報
記載の技術では、光源に半導体レーザーアレーを用い、
同時に複数のレーザービームで被走査面を走査すること
で、走査速度を向上させている。この方法によれば、回
転多面鏡の回転数を上げることなく、素子に集積された
レーザーの個数だけ走査速度を早めることができる。

【００１２】一方、特開昭５１−３２３４０号公報で
は、光源から射出された光ビームを主走査方向に非常に
直径の小さい状態で回転多面鏡に入射させ、偏向された
光ビームを伝達光学系を介して再び回転多面鏡に入射さ
せる方法が開示されている。すなわち、回転多面鏡に光
ビームを２度入射させている。

【００１３】後者方法においては、光ビームが最初に回
転多面鏡に入射するときの主走査方向の光ビームの直径
を２回目に入射する場合に比べて極めて小さくし、かつ
２回目に回転多面鏡に入射する光ビームが回転する反射
面の主走査方向の中心点を追従するように伝達光学系を
構成している。

【００１４】このように構成することで、光ビームが最
初に回転多面鏡に入射する際には、光ビームの直径を極
端に小さくできるので、回転多面鏡の分割角度一杯まで
走査可能となる。第１の反射面で偏向された光ビームが
伝達光学系を経由して、２回目に回転多面鏡に入射する
際には、光ビームの直径は被走査面上で所定のスポット
を得るのに必要な大きさに拡大されるものの、反射面の
回転に追従するため、回転多面鏡の回転角度とは無関係
に光ビームの大きさを設定できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】まず、本発明の第１の
課題について説明する。

【００１６】従来技術の前者の場合のように複数の光ビ
ームで同時に走査する方法では、複数の光源の光量を同
一にしなければならない、あるいは各々を所定の光量に
しなければならない、走査の際の変調の開始タイミング
を揃えなければならない、複数の光ビームで描かれる走
査線を平行でかつ所定の間隔にしなければならない、等
多く課題を有し、通常の光走査装置に比べて複雑で困難
なものになることは明白である。

【００１７】一方、後者の従来技術のように光ビームを
２度回転多面鏡に入射させる方法では、光ビームが最初
に回転多面鏡に入射する時点での主走査方向の光ビーム
の直径が極めて小さいため、回転多面鏡の反射面上に存
在する傷、埃の影響を受けて、被走査面でのスポットに
うまく結像しない恐れがあった。

【００１８】いま後者の方法において、回転多面鏡の第
１の反射面から第２の反射面までの主走査面内での断面
図を図１１に示す。なお、「主走査面」（あるいは「主
走査断面」）とは回転多面鏡の回転軸に直交する面と定
義し、「副走査面」（あるいは「副走査断面」）とは回
転多面鏡の回転軸と平行で光軸を含む面と定義する。

【００１９】光源からの光ビームは回転多面鏡の第１の
反射面３１上に結像し、拡散光ビームとなって偏向され
る。伝達光学系は単一の伝達レンズ１４１で構成されて
おり、ちょうど反射面３１からその焦点距離ｆだけ隔て
た距離に置かれている。従って、偏向された光ビームは
伝達レンズ１４１を通過後は平行光ビームになり、かつ
平行に移動する。

【００２０】伝達光学系の伝達レンズ１４１は第１の反
射面３１からそのレンズの焦点距離ｆだけ離れた位置に
おかれるが、このレンズを最初の反射面より遠ざけた方
が焦点距離が長くなり、製作が容易になる。また、回転
多面鏡周辺のレンズと光軸の配置の観点からも回転多面
鏡から遠ざけた方が好ましい。

【００２１】回転多面鏡の内接円筒の半径をＲとする
と、回転多面鏡がθ１回転することにより各反射面は近
似的にはＲ・θ１移動する。この移動量をδとおくと、
第１の反射面３１で角度２・θ１で偏向された光ビーム
を第２の反射面３２の移動量δに追従させるためには、
焦点距離ｆはδ／（２・θ１）に等しくなければならな
い。既に述べたように、この方法においては、回転多面
鏡の内接半径Ｒを比較的小さくしながら面数を多く取る
ことを目的にしているので、反射面の移動量δも比較的
小さな値となる。よって、焦点距離ｆも非常に小さな値
になってしまい、レンズの設計・製作が困難になる。同
時に、伝達レンズ１４１が第１の反射面３１の近傍に位
置するので、反射面周辺での光学系の配置も困難にな
る。

【００２２】いま仮に、回転多面鏡の第１の反射面で角
度２・θ１で偏向された光ビームを平面鏡で反射させる
場合を考えると、第２の反射面にも２・θ１の角度をも
って光ビームが入射するので、最終的には４・θ１の角
度で光ビームを走査することができる。すなわち、２度
入射させることによって、走査角度が増幅する。

【００２３】ところが、上記の従来技術では第１の反射
面３１による偏向にともなって、第２の反射面３２に入
射する光ビームが平行に移動するため、最終的な光ビー
ムの走査角度も回転多面鏡の回転角θ１の２倍にしかす
ぎず、回転多面鏡に２度入射することによる走査角の増
幅効果は失われている。そのため、走査光学系の主走査
面内での焦点距離が増大し、走査光学系の長大化が避け
られないという問題があった。

【００２４】さらに、同じ走査幅を確保しながら回転多
面鏡の回転角θ１を小さくしていくと、走査角度（２・
θ１）が減少するので、ますます走査光学系の焦点距離
が増大する。同時に、第１の反射面上では、θ１が減少
するため反射面の余裕は増加するのに対して、第２の反
射面上では、主走査方向の光ビームの直径は増大し反射
面の余裕が減少してゆく。従って、第１の反射面の余裕
が許す限りθ１を大きく取るしかなく、伝達光学系、走
査光学系の近軸諸量の設計の自由度は全くない。

【００２５】これを避けるために、第１の反射面に入射
させる光ビームを平行光ビームとし、伝達光学系をアフ
ォーカル光学系とする方法も提案されているが、第１の
反射面に入射する平行ビームの直径が比較的小さいた
め、ビーム整形光学系の構成が複雑となるという課題を
有していた。

【００２６】次に本発明が解決しようとするの第２の課
題について説明する。第１番目の従来技術で述べた複数
の光ビームで同時に走査する方法では、本発明の第１の
課題として既に説明したように、通常の光走査装置に比
べて著しく複雑で困難なものになることは明白である。

【００２７】一方、第２番目の従来技術のように光ビー
ムを２度回転多面鏡に入射させる方法では、単一の光源
を用いて走査するため、電気回路の構成は比較的簡素に
することが可能となる。この技術においては、光ビーム
が回転多面鏡の第１の反射面に入射する時点での主走査
方向の光ビームの直径は極めて小さく、伝達光学系で光
ビームの直径を拡大し、回転多面鏡の第２の反射面の回
転移動を追従する。第２の反射面で再び偏向された後に
走査光学系を介して被走査面上を走査する。

【００２８】ところで、このように１度回転多面鏡で偏
向された光ビームを再度回転多面鏡に入射する際、すな
わち第２の反射面を追従するときに、第２の反射面に対
して光ビームの入射角度が増加してゆくように伝達光学
系の横倍率を持たせることができる。つまり、第２の反
射面から見れば、回転多面鏡の回転角θ１に応じて、入
射光ビームの入射角がθ１だけ増加するのに加えて、伝
達光学系による光ビームの偏角θ２だけ入射角が加算さ
れて増加してゆく。逆に入射角がθ１だけ減少するとき
にはθ２も減少方向に働く。

【００２９】従って、第２の反射面によって偏向される
光ビームの走査角θｓは、θｓ＝２・θ１＋θ２とな
る。すなわち、回転多面鏡に１度だけ光ビームが入射し
て偏向する場合の走査角θｓ＝２・θ１に比べて走査角
度を増幅させる作用を有する。

【００３０】一方走査光学系の光路長をなるべく小さく
するためには、走査光学系の主走査方向の焦点距離ｆｓ
をなるべく短くする必要がある。所要の走査幅Ｙが決ま
ると、焦点距離ｆｓを小さくするためには、走査角θｓ
を大きくしなければならない。

【００３１】なお、この走査幅Ｙには被走査面上での有
効領域の幅に加えて、有効走査領域手前に位置する同期
信号検出器までの被走査面上の距離が含まれる。光ビー
ムが有効走査領域を走査する手前において、一定の時間
光源を点灯させ、その光ビームを同期検出器に導いて、
走査の基点となる同期信号を発生させる。

【００３２】θｓを大きくするためには、上の式で明ら
かなようにθ１もしくはθ２を大きくしなければならな
い。原理的にθ１は１回転の角度３６０°を回転多面鏡
の面数で割った値より大きくはなり得ない。実際には反
射面上での光ビームの大きさは有限であり、また反射面
の幾何学的な限界まで利用することができず若干の余裕
を必要とする。そのため、現実にはθ１はさらに小さく
制限される。

【００３３】θ１とθ２の比は伝達光学系の横倍率βで
決まるが、この横倍率βは、第１の反射面上での光ビー
ムの大きさと第２の反射面上での光ビームの大きさの比
に等しい。よって、θ１あるいはθ２の一方だけを増加
させると、第１の反射面上あるいは第２の反射面上のい
ずれかでの光ビームの直径が増大し、反射面の大きさの
ために制約を受ける。

【００３４】従来、回転多面鏡の各反射面の主走査方向
の幾何学的な大きさは、反射面上での光ビームの大きさ
及び反射面上での光ビームの移動量に対して、（ア）反
射面の境界での面取り（あるいは丸み）による非使用部
分、（イ）加工による「だれ」によって生ずる反射面の
境界に近い非使用部分、（ウ）光軸に対する回転多面鏡
の回転中心の位置誤差、等に相当する余裕を見込んで決
定していた。

【００３５】回転多面鏡に光ビームが２度入射方式にお
いてもこれらの条件を勘案しなければならないが、第１
の反射面、第２の反射面の両方で十分な余裕を確保し
て、なおかつ走査角θｓも広く取ろうとすると回転多面
鏡の大きさが増大してしまうという課題を有していた。

【００３６】さらに、上記の従来技術においては、第１
の反射面及び第２の反射面に入射する光ビームが、主走
査面内において垂直方向とは角度を有しているので、入
射する光ビームが反射面上へ投影される直径が、垂直な
場合に比べて大きくなり、反射面の大きさも大きくなる
という課題を有していた。

【００３７】上記の課題に鑑み、本願の第１の発明で
は、回転多面鏡に光ビームが２度入射して偏向を行う光
走査装置であって、回転多面鏡の反射面上の傷や付着し
た塵埃の影響を受けない光走査装置を得ることを目的と
する。

【００３８】さらに、伝達光学系を構成する伝達レンズ
の製作が容易で、コンパクトな走査光学系を実現しうる
光走査装置を提供することを目的とする。

【００３９】あるいは、本願の第２の発明においては、
小さい内接円直径の回転多面鏡で大きな走査角を得るこ
とのできる光走査装置を提供することを目的とする。

【００４０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願の第１の発明による光走査装置は、光源と、
前記光源からの光ビームを集束光ビームに変換するビー
ム整形光学系と、前記集束光ビームを第１の反射面で偏
向し、少なくとも前記第１の反射面と第２の反射面を有
する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の第１の反射面によ
り偏向された光ビームを前記回転多面鏡の第２の反射面
に入射させる伝達光学系とを有し、前記回転多面鏡の第
２の反射面で偏向した走査光ビームで所定の被走査面を
走査する光走査装置において、前記集束光ビームの結像
点が前記回転多面鏡の第１の反射面と前記伝達光学系の
第１レンズとの間に位置することを特徴とする。

【００４１】また、前記走査光ビームが光軸から最も離
れた位置にあるときの回転多面鏡の回転角度をθ１と
し、前記多面鏡の回転角がθ１であるときの前記伝達光
学系からの光ビームが前記回転多面鏡に再度入射すると
きの光軸に対する偏角をθ２とし、２倍のθ１をθ２で
除した値βが２〜２０の範囲としたことを特徴とする。

【００４２】さらに、前記走査光ビームが所要の領域を
走査する期間において、前記集束光ビームが前記回転多
面鏡の第１の反射面に入射するときの前記回転多面鏡の
回転軸と直交する面内で測った前記第１の反射面上での
光ビーム直径がその最大値となるときの値をｗｉ’、前
記伝達光学系からの光ビームが前記回転多面鏡の第２の
反射面に入射するときの前記回転多面鏡の回転軸と直交
する面内で測った前記第２の反射面上での光ビーム直径
がその最大値となるときの値をｗｏ’、前記走査光ビー
ムが所要範囲を走査する期間において前記集束光ビーム
が前記第１の反射面上を移動する距離をＥとすると、前
記第１の反射面の幾何学的大きさから前記ｗｉ’と前記
Ｅを除いた値よりも、前記第２の反射面の幾何学的大き
さから前記ｗｏ’を除いた値を大きくしたことを特徴と
する。

【００４３】または前記伝達光学系が、単レンズである
ことを特徴とする。

【００４４】あるいは本願の第２の発明による光走査装
置においては、光源と、前記光源からの光ビームを所要
の整形光ビームに変換するビーム整形光学系と、前記整
形光ビームを第１の反射面で偏向し、少なくとも前記第
１の反射面と第２の反射面を有する回転多面鏡と、前記
回転多面鏡の第１の反射面により偏向された光ビームを
前記回転多面鏡の第２の反射面に入射させる伝達光学系
とを有し、前記回転多面鏡の第２の反射面で偏向した走
査光ビームで所定の被走査面を走査する光走査装置にで
あって、前記走査光ビームが所要の領域を走査する期間
において、前記整形光ビームが前記回転多面鏡の前記第
１の反射面に入射するときの前記回転多面鏡の回転軸と
直交する面内で測った前記第１の反射面上での光ビーム
直径がその最大値となるときの値をｗｉ’、前記伝達光
学系からの光ビームが前記回転多面鏡の第２の反射面に
入射するときの前記回転多面鏡の回転軸と直交する面内
で測った前記第２の反射面上での光ビーム直径がその最
大値となるときの値をｗｏ’、前記走査光ビームが所要
範囲を走査する期間において前記整形光ビームが前記第
１の反射面上を移動する距離をＥとすると、前記第１の
反射面の幾何学的大きさから前記ｗｉ’と前記Ｅを除い
た値よりも、前記第２の反射面の幾何学的大きさから前
記ｗｏ’を除いた値を大きくしたことを特徴とする。

【００４５】さらに、前記走査光ビームが、前記の所要
範囲の中心付近を走査する際に、前記整形光ビームが前
記第１の反射面に入射する入射角が、主走査面内におい
て垂直であることを特徴とする。

【００４６】もしくは、前記の所要範囲の中心付近を走
査する際に、前記伝達光学系を出た光ビームが前記第２
の反射面に入射する入射角が、主走査面内において垂直
であることを特徴とする。

【００４７】また、前記光源は半導体レーザーであっ
て、前記半導体レーザーより射出されるレーザー光の波
長が７００ｎｍ以下の可視光であることを特徴とする。

【００４８】

【発明の実施の形態】図１は本発明による光走査装置の
第１の実施例の主走査断面での平面図を示す。光源には
半導体レーザー１が用いられており、発散光として射出
されたレーザービームはコリメータレンズ２で集束光ビ
ームに整形される。この集束光ビームは回転多面鏡３の
第１の反射面３１に入射する。第１の反射面３１で偏向
された光ビームは一旦集束した後に伝達光学系４を構成
する伝達レンズ４１に入射する。伝達レンズ４１で光ビ
ームはほぼ平行な光ビームになり、反射鏡５１、反射鏡
５２で光軸の向きを変えられて、回転多面鏡３の第２の
反射面３２に入射する。第２の反射面３２に入射する光
ビームは第１の反射面３１での偏向にともない、第２の
反射面３２の中心に追従するよう光ビームの中心が移動
する。第２の反射面３２で偏向された光ビームは走査レ
ンズ６１、補正レンズ６２に入射して集束光ビームに整
形された後に被走査面７上に結像する。走査レンズ６１
と補正レンズ６２とで、走査光学系を構成しており、お
おむね等角速度で走査される光ビームを等線速で被走査
面上を走査させる。

【００４９】なお、図１において第１の反射面３１に入
射する光ビームの光軸と偏向された光ビームの光軸は平
面的には重なっているが、実際には紙面垂直方向すなわ
ち副走査面内で距離をおいてかつ斜めに光軸が配置され
ている。同様に第２の反射面３２に入射する光ビームと
偏向された光ビームの光軸も回転多面鏡の回転軸を含む
面内で斜めに配置されている。

【００５０】また、第１の反射面３１及び第２の反射面
３２に入射する光ビームは光軸（走査の中心位置）付近
において、反射面に主走査面内で垂直に入射するように
配置されている。

【００５１】次に、本発明の光走査装置の第１の実施例
の伝達光学系の作用を詳しく説明する。図２は図１で説
明した光走査装置の伝達光学系を反射鏡５１、反射鏡５
２について引伸ばして、主走査断面について示した図で
ある。

【００５２】第１の反射面３１に入射する光ビームは、
この反射面上では直径ｗｉである。そして結像点Ｐに一
旦結像した後、伝達レンズ４１にて直径ｗｏの平行な光
ビームに変換される。従って、伝達レンズ４１から結像
点Ｐまでの距離が伝達レンズ４１の焦点距離に等しい。

【００５３】回転多面鏡３がθ１だけ回転すると、第１
の反射面３１では光ビームはθ１の２倍だけ偏向され
る。偏向された光ビームは伝達レンズ４１を通過して、
角度θ２で偏向される。この光ビームは点Ｑで光軸と交
差する。交差した後に第２の反射面３２に入射する位置
において、偏向された光ビームと光軸との距離は、回転
多面鏡３がθ１回転したときの反射面の移動量δに等し
くなる。

【００５４】このとき、偏向された光ビームは第２の反
射面に対して角度θ２だけ入射角度が増大する側に偏向
されるので、第２の反射面で反射された光ビームは２・
θ１＋θ２だけ偏向されることになる。すなわち、通常
の１度しか回転多面鏡に入射しない方式に比べて、光ビ
ームの偏向角をθ２だけ増大させることができる。

【００５５】伝達レンズ４１を通過する偏向光ビームは
角度２・θ１から角度θ２に偏向角が変化するので、倍
率βは２・θ１／θ２で表される。また、幾何光学的な
関係より、第１の反射面３１上の偏向点Ｈから伝達レン
ズ４１までの距離Ｓ１、伝達レンズ４１から偏向光ビー
ムが交差する点Ｑまでの距離Ｓ２と伝達レンズ４１の焦
点距離ｆとの間には（数１）式のような関係がある。な
お、偏向点Ｈが伝達レンズ４１から見て物体側にあるの
で、距離Ｓ１は負の値をとる。

【００５６】

【数１】

【００５７】一方伝達レンズ４１上での偏向光ビームの
像高と偏向角の関係から ２・θ１・Ｓ１＝θ２・Ｓ２ ..........（Ａ） である。

【００５８】第１の反射面３１に入射したときの光ビー
ムの直径ｗｉと伝達レンズ４１を通過した後の平行光ビ
ームの直径ｗｏとの間には（数２）式に示す関係があ
る。

【００５９】

【数２】

【００６０】（数１）式及び（Ａ）式を（数２）式に代
入すると結局光ビームの直径ｗｏとｗｉの比は２・θ１
とθ２の比βに等しくなる。この値βは伝達光学系の横
倍率であって、下に示す（数３）式で表される。

【００６１】

【数３】

【００６２】このように、射出される偏向光ビームの直
径ｗｏに対して第１の反射面上での光ビームの大きさｗ
ｉを大きくするに従って、２・θ１に対するθ２を大き
くできる。

【００６３】また、第２の反射面３２における偏向され
た光ビームの光軸からの変位量は、近軸的に前記の交差
点Ｑから第２の反射面３２までの距離Ｓ３に角度θ２を
乗じたもので表され、その変位量が反射面の移動量δに
等しくなる。すなわち、 θ２・Ｓ３＝δ ......................（Ｂ） である。

【００６４】第１の反射面３１から第２の反射面からの
距離をＬとすると、 Ｌ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３ ................（Ｃ） である。従ってＬと反射面上での追従量δ、回転多面鏡
の回転角θ１とそれに対応する伝達光学系４１での光ビ
ームの偏向角θ２を与えると、（数１）式、（Ａ）式、
（Ｂ）式、（Ｃ）式より伝達光学系の焦点距離ｆが定ま
る。

【００６５】今、図１１に示した従来技術の場合と、図
２に示した本発明の第１の実施例の場合で、同一条件で
光走査装置を構成して特性を比較する。

【００６６】まず回転多面鏡の面数を１２とし、回転多
面鏡の内接円半径Ｒを２５ｍｍとする。光源は半導体レ
ーザーとし波長λは７８０ｎｍとする。回転多面鏡３に
２度入射した後の光ビームが走査する所要の走査範囲Ｙ
を３３０ｍｍとし、被走査面上での主走査方向のスポッ
トサイズｄ０は５０μｍである。回転多面鏡の第１の反
射面から第２の反射面までの光軸上の距離Ｌは３００ｍ
ｍとする。

【００６７】ところで、この光走査装置を画像記録装置
や画像入力装置に応用する場合には、各走査の基点とな
る同期信号を発生させる手段が必要になる。図１では図
示していないが、被走査面上の有効走査領域を走査する
手前の位置で、光ビームを同期検出器に導き、光ビーム
の到達を電気信号に変換することで同期信号を得てい
る。この同期検出器は必ずしも被走査面上になくてもよ
い。しかし、光走査装置としては、この同期検出器の位
置から有効走査領域の後端までが所要の走査範囲Ｙとな
る。

【００６８】第２の反射面を出た走査光ビームを被走査
面上に結像させる走査光学系の主走査方向の焦点距離を
ｆｓとすると、光ビームの走査角度θに比例した被走査
面上の光軸からの位置ｙに結像スポットを位置させるい
わゆるｆθ光学系においては、ｙ＝ｆｓ・θなる関係が
ある。上記のパラメータをあてはめると、（数４）式に
よってｆｓが定まる。

【００６９】

【数４】

【００７０】一方ガウスビームの特性から、走査光学系
に入射する平行光ビームの直径ｗｏと被走査面上のスポ
ットサイズｄ０との間には以下の（数５）式に示す関係
がある。

【００７１】

【数５】

【００７２】上の（数５）式によって、ｆｓとｄ０から
ｗｏが決定される。

【００７３】次に各反射面上での光ビームの大きさと反
射面の大きさについて検討する。まず反射面の大きさは
「幾何学的大きさ」として定義する。幾何学的大きさＷ
とは、回転多面鏡の内接円（円筒）の半径をＲとし、そ
の反射面の数をｎとしたときにＷ＝２・Ｒ・tan（２π
／２ｎ）で表される。すなわち、反射面の幾何学的大き
さとは、幾何学的な正多角形の頂点間の距離を表し、加
工の誤差や様々な理由により使用できない周辺部を考慮
しない大きさである。

【００７４】このように定義した幾何学的な反射面の大
きさＷに対して、入射する光ビームの大きさの余裕を検
討する。第１の反射面においては、入射する光ビームは
固定されていて、第１の反射面は回転移動するので相対
的に反射面上を光ビームが移動して行く。回転多面鏡の
回転角度θ１の２倍の角度で所要走査幅Ｙを走査すると
き、第１反射面上での入射光ビームの相対移動距離をＥ
とする。また、第１の反射面の位置において光ビームの
直径はｗｉであるが、反射面に対する入射角が最大とな
るαを考慮して、反射面上での主走査方向の直径をｗ
ｉ’とすると、ｗｉ’＝ｗｉ／cosαで表される。第１
の反射面上での反射面の幾何学的な大きさＷに対する入
射光ビームの余裕は、Ｗから上記のＥとｗｉ’を引いた
値を反射面の両側に均等に割り振った値である。

【００７５】第２の反射面においては、入射する光ビー
ムは反射面を追従して行くので、第２の反射面上での反
射面の幾何学的な大きさＷに対する入射光ビームの余裕
は、Ｗから入射する光ビームの反射面上での直径ｗｏ’
を引いた値を反射面の両側に均等に割り振った値であ
る。なお、ｗｏ’とｗｏの関係はｗｉ’とｗｉの関係と
同様である。

【００７６】さらに、一般にレーザービームの直径は、
断面強度分布がガウス分布の場合、光ビーム中心での強
度の１／ｅ²（すなわち１３．５％）となる大きさで定
義するが、本発明の光走査装置の光学系を通過する光ビ
ームは、ガウスビームとは限らないので、ガウスビーム
で計算される光ビームの直径ｗｉ、ｗｏに対して補正を
行った上で上記のｗｉ’、ｗｏ’を求めている。具体的
には、本発明の実施例に上げた各計算例ではガウスビー
ムとして決まる光ビームの直径に対して１．１倍してい
る。

【００７７】以上に述べた式および反射面の幾何学的な
大きさに対する光ビームの直径の余裕の考え方に基づい
て、本発明の実施例による構成と、先に説明した従来技
術による構成における光ビーム直径（ｗｉ’、ｗｏ’）
や伝達レンズの焦点距離ｆ等を（表１）に示す。

【００７８】それぞれの場合で最終的な光ビームの走査
角が最大となる回転多面鏡の回転角θ１を示した。ま
た、第１の反射面における反射面の幾何学的大きさに対
する光ビームの大きさの余裕を０．５ｍｍとした。

【００７９】

【表１】

【００８０】図３は従来技術において、回転多面鏡の設
定回転角θ１を横軸にとり、光ビームの直径に対する第
１、第２の反射面の片側当たりの余裕と、光ビームの走
査角θｓ、それに対する走査光学系の焦点距離ｆｓを示
した図である。なお、この図で横軸になっている回転多
面鏡の回転角θ１は、被走査面上での所定の走査幅を走
査するのに必要な光ビームの変位を与えるときの最大の
回転角をθ１に設定した場合の各数値を示してあり、走
査の途中の角度を示すものではない。すなわち、横軸の
θ１が異なれば光学系の構成が全く異なる。

【００８１】図３で明らかなように、従来技術において
は、回転多面鏡の回転角θ１が１３．５°を超えると、
第１の反射面での面の余裕が０．５ｍｍ以上確保できな
い。逆にこのθ１を小さくすると、光ビームの走査角も
減少し、最終的な走査光学系の焦点距離ｆｓが増大して
しまうことがわかる。

【００８２】また、従来技術では、（表１）にはθ１＝
１３．５°の場合しか示していないが、回転多面鏡の回
転角θ１を小さくしても伝達光学系の焦点距離ｆはほと
んど変化しない。すなわち従来技術においては回転多面
鏡の回転角θ１は、第１の反射面に対する光ビームの余
裕が許す限り大きくするのが最適であり、伝達光学系の
近軸諸量の設計の自由度はほとんどないと言ってよい。

【００８３】これに対して（表１）に示したように、本
願の第１の発明では伝達レンズ４１の焦点距離ｆは従来
の技術に比べて非常に長くとれるため、収差を除去する
のが容易でかつレンズの製作も容易である。また、第１
の反射面から伝達レンズ４１までの距離も長く取れるた
め、第１の反射面３１周辺の光学系のレイアウトも容易
である。

【００８４】また、従来技術では第２の反射面を出た光
ビームの走査角は２・θ１であったのに対して、本願の
第１の発明では第２の反射面を出て走査光学系に入射す
る光ビームの走査角度を２・θ１＋θ２と大きく取れる
ので、走査光学系の焦点距離ｆｓが短くなり、光走査装
置全体を小型にできる。

【００８５】さらに表１に示す数値例では第１の反射面
における主走査面内の光ビームの直径ｗｉは２．１ｍｍ
もあるので、回転多面鏡の反射面上に多少の傷、あるい
は埃の付着があっても結像性能に与える影響は極めて小
さい。

【００８６】図４は本発明の第１の実施例において、図
３と同様に、回転多面鏡の回転角θ１を横軸にとり、第
２の反射面における光ビームの直径に対する反射面の片
側の余裕と、光ビームの走査角θｓ、それに対する走査
光学系の焦点距離ｆｓを示した図である。

【００８７】図４において、θ２の値を調整することで
第１の反射面の余裕と第２の反射面の余裕を任意に設定
できるが、第１の反射面上での光ビームに対する反射面
の大きさの余裕を０．５ｍｍになるようにしてある。

【００８８】図４と（表１）の対照から明らかなよう
に、回転多面鏡の回転角θ１が９．５°〜１３．５°、
すなわち伝達光学系の横倍率βが約２〜２０の範囲であ
れば、光ビームの走査角は（表１）で示した従来技術に
よる最大値である２８°を超えることができる。よって
この範囲であれば、走査角の拡大によって走査光学系の
焦点距離を短縮して光学系を小型化するという本願の第
１の発明の効果が発揮されることを示している。

【００８９】また、図４でわかるように回転多面鏡の回
転角θ１は１１．５°で光ビームの走査角が最大値であ
る２９．５°となるが、１０°〜１２．５°の範囲で光
ビームの走査角は２９°以上を確保でき、走査光学系を
設計する上では上記の範囲のθ１であれば大差ない特性
が得られる。同様に第２の反射面の光ビーム直径に対す
る余裕もほとんど変化しない。

【００９０】上記のθ１の範囲で、伝達光学系の横倍率
βはθ１＝１０°のときで２．２２、θ１＝１２．５°
のときで６．１となる。すなわち、光走査装置としての
特性は最良に近い状態を保ったままで、伝達光学系の横
倍率βの設定できる範囲が広いことがわかる。

【００９１】以上に述べた本願の第１の発明に関わる効
果は、第１の実施例のみならず後に述べる第２、第３の
実施例でも発揮される。

【００９２】次に本願の第２の発明に対応する構成を説
明するために、本発明の第１の実施例に対して他の数値
例を例示する。光源は波長λ＝６７０ｎｍの可視光赤色
半導体レーザーを使用する。回転多面鏡３に２度入射し
た後の光ビームが走査する所要走査幅Ｙを３５０ｍｍと
し、被走査面上での主走査方向のスポットサイズｄ０は
５０μｍである。

【００９３】また、この数値例では回転多面鏡の面数を
１２とし、回転多面鏡の内接円の半径を１７．３２ｍｍ
としている。１７．３２ｍｍとした理由は、市場で多く
用いられている面数が６で外接円直径がφ４０ｍｍの回
転多面鏡の内接円の大きさに合わせたためである。

【００９４】このように光源の波長λ、所要走査幅Ｙ、
被走査面上での主走査方向の結像スポットサイズｄ０が
定まった場合に、θ１、θ２を与えれば（数３）式、
（数５）式より、第１の反射面３１、第２の反射面３２
上での光ビームの主走査方向の直径ｗｉ、ｗｏが定ま
る。

【００９５】以上に述べた数値を前提として、所要走査
幅Ｙに対応する回転多面鏡の回転角θ１と伝達光学系に
よる偏向角θ２を与えたときの第１の反射面３１、第２
の反射面３２での反射面の幾何学的な大きさに対する光
ビームの余裕が一定になる条件を図５に示す。

【００９６】図中のθ１、θ２で定まる点は、各々が所
要走査幅Ｙを走査するための光学系の設定値であり、各
点が各々異なる光学系を意味している。

【００９７】図５において線Ａより下側の領域は第１の
反射面において上記の余裕が１ｍｍ以上確保できる領域
である。また、線Ｂより上側の領域では第２の反射面に
おいて上記の余裕が１ｍｍ以上確保できる領域を示して
いる。同様に線Ｃ、線Ｄはそれぞれ第１の反射面、第２
の反射面において上記の余裕が０．５ｍｍ以上確保でき
る領域を示している。

【００９８】この図で明らかなように、両方の反射面上
で余裕１ｍｍ以上を確保できるような、θ１、θ２の組
み合わせは存在しない。この余裕の値の中には、従来技
術あるいは先の実施例で既に説明したような、（ア）反
射面の境界での面取りによる非使用部分、（イ）加工に
よる「だれ」によって生ずる反射面の境界に近い非使用
部分、（ウ）光軸に対する回転多面鏡の回転中心の位置
誤差、に対応する量を含まなければならない。既に述べ
たように、これらの要因を勘案すると各反射面において
最低０．５ｍｍ以上の余裕が望まれる。図５では線Ｃ、
線Ｄで囲まれる領域が両方の反射面上での余裕が０．５
ｍｍ以上という条件を満たす。

【００９９】一方、走査角θｓはθｓ＝２・θ１＋θ２
で表されるので、図５においては、右上の方に行くに従
ってθｓが増加していく。いま図５の線Ｃと線Ｄに囲ま
れた領域の中の２点、Ｓ１、Ｓ２を考える。Ｓ１は本願
の第２の発明による値で、Ｓ２は従来技術による値であ
る。各点のθ１、θ２の値と、θｓ、各反射面上での余
裕を（表２）に示す。

【０１００】

【表２】

【０１０１】（表２）で明らかなように、点Ｓ２に比べ
て点Ｓ１では、第２の反射面上での余裕を第１の反射面
上での余裕より大きくとることで、光ビームの走査角θ
ｓは大きくなる。すなわち、図５の中の線Ｃと線Ｄに囲
まれた領域の中で線Ｃに近づくほど第１の反射面の余裕
は０．５ｍｍに近づき、第２の反射面の余裕は０．５ｍ
ｍより増加してゆく。そして、線Ｃに近づくほどグラフ
上では右上に行く傾向にあるのでθｓが増加する。

【０１０２】このように、第１の反射面の余裕を必要最
小限とし、第２の反射面の余裕をそれより大きくとるこ
とで、第２の反射面を出て最終的に偏向される光ビーム
の走査角θｓを最大にすることができる。

【０１０３】上記の数値例では回転多面鏡の大きさを比
較的小さくしたために、図５のグラフの中で、面の余裕
を確保できる有効な領域が小さかったが、（１）回転多
面鏡を大きくする。（２）光源の波長を短くする、
（３）被走査面上での走査幅を小さくする、（４）被走
査面上に結像するスポットの主走査方向を直径を大きく
する、ことにより反射面の余裕を確保できる領域が広が
る。

【０１０４】図６は上記の数値例で回転多面鏡の大きさ
を内接円直径で４０ｍｍとしたもので、線Ａ、線Ｂ、線
Ｃ、線Ｄの定義は図５と同じである。図５に比べて図６
では、線Ａと線Ｂで囲まれる領域が存在するようにな
り、線Ｃ、線Ｄで囲まれる領域が大きくなるのがわか
る。

【０１０５】図６中のθ１とθ２の組み合わせを比較す
るために、図６中に従来技術による点Ｔ１、Ｔ２と本願
の第２の発明による点Ｔ３、Ｔ４をとり、各点での特性
を（表３）に示す。従来の考え方によれば、第１の反射
面と第２の反射面における、反射面の幾何学的に大きさ
に対する光ビームの余裕を考慮されていなかったので点
Ｔ１や点Ｔ２の値が選ばれることも有り得た。

【０１０６】

【表３】

【０１０７】図６でも明らかなように点Ｔ１〜Ｔ３はθ
１とθ２の比が同じ、すなわち伝達光学系の横倍率βが
全て同じである。また、本願の第２の発明による点Ｔ３
と点Ｔ４は走査角θｓが同じである。このように回転多
面鏡の大きさに比較的余裕がある場合でも、本願の第２
の発明による点Ｔ３、点Ｔ４のように第１の反射面上の
余裕を最小値すなわち０．５ｍｍにすれば、従来技術に
よる点Ｔ１、Ｔ２の場合に比べて大きな走査角θｓが得
られる。

【０１０８】また、この数値例では光源の波長を６７０
ｎｍとしているが、従来多く用いられてきた７８０ｎｍ
で計算すると、このように両方の反射面において、余裕
が１ｍｍ以上を確保できるθ１、θ２の組み合わせは消
滅し、一方の反射面で１ｍｍ、他方の反射面で０．５ｍ
ｍ以上の余裕を確保できる領域もない。この状態は先に
説明した図５のように波長６７０ｎｍで、回転多面鏡の
内接円半径が１７．３２ｍｍの場合より厳しい。すなわ
ち、波長を７８０ｎｍから６７０ｎｍに変えることで、
回転多面鏡の半径を３ｍｍ程度縮小できる効果があるこ
とがわかる。

【０１０９】本発明のように、回転多面鏡に光ビームを
２度入射させて走査を行う目的は、回転多面鏡の面数を
増加させながら、その大きさ（内接円半径）を小さな、
すなわち現実的に製作可能な大きさに留めることにある
ので、反射面の余裕はできる限り削るのが望ましい。そ
して、本願の第２の発明によれば、第１の反射面の余裕
を限界まで削ることで、回転多面鏡の大きさを縮小する
ことを可能としている。さらに、上記のように光源の波
長を短くすることも、より効果を増強できる。

【０１１０】このように本願の第２の発明によれば、反
射面の幾何学的な大きさに対して、光ビームの反射面上
での直径及びその反射面上での移動量の余裕を第１の反
射面より第２の反射面で大きくすることによって、走査
角θｓを大きくするという効果が生ずる。次に本願の第
２の発明の第２の効果を説明する。

【０１１１】本発明のように第１の反射面で偏向された
光ビームを伝達光学系を用いて第２の反射面に導く場合
には、伝達光学系の光軸が回転多面鏡の回転中心に対し
て正確に位置決めされ、かつ第２の反射面に入射する光
ビームが正確に第２の反射面の移動に追従することが要
求される。

【０１１２】ところが、伝達光学系の作用により第２の
反射面を光ビームが追従するときに、常に正確に反射面
の中心に光ビームの中心を一致させることは困難であ
る。その理由としては、 （ア）近軸計算と実際の光学系の像高の相違。すなわ
ち、光ビームが第１の反射面で等速度で偏向されても、
光軸から遠ざかるに従って線速度は増加する。 （イ）伝達光学系の収差などによって、第２の反射面に
おける光ビームの移動速度が一定にならない。このため
（ア）で述べたように光軸から離れるに従って線速度が
増すような特性からも異なるような特性を持つ。 （ウ）伝達光学系の加工・組立・調整誤差により伝達光
学系の光軸が第２の反射面上に入射する位置に誤差を生
ずる。等の項目があげられる。

【０１１３】このような理由により、第２の反射面の回
転移動に対して、入射する光ビームの追従が完全には一
致せず誤差を生ずる。この誤差を以後「追従誤差」と呼
ぶことにする。従って、第２の反射面上では追従する光
ビームがこの「追従誤差」分だけ動くことになり、光ビ
ームが相対的に動いても反射面からこぼれないようにす
るためには、既に検討してきたような反射面に対する余
裕を第１の反射面に比べて第２の反射面では大きくする
ことが望ましい。

【０１１４】以上に述べてきたように、本願の第２の発
明によれば、反射面の幾何学的な大きさに対して、第１
の反射面上での光ビームの大きさ及び光ビーム相対移動
の移動より、第２の反射面上での光ビームの大きさの余
裕の方が大きいので、上に述べたような「追従誤差」生
じても、反射面上の実際に使用可能な領域を光ビームが
はみだすことがないという効果を有する。

【０１１５】以上に述べたような図５、図６で示される
特性は第１の実施例のみならず、後で述べる第３、第４
の実施例に対しても全く同様に適用することができる。
但し、第１の実施例、第３の実施例、第４の実施例では
各々伝達光学系の構成が異なるので、決定されたθ１、
θ２によって定まる横倍率βを満たす伝達光学系の形態
は異なる。

【０１１６】以上に述べた第１の実施例では、伝達光学
系を単群のレンズあるいは単レンズで構成できるので、
装置の小型化、低価格化に大きく寄与できる。

【０１１７】以上に説明した第１の実施例では、所要走
査領域の中央付近を光ビームが走査する時点において、
回転多面鏡の第１の反射面あるいは第２の反射面に入射
する光ビームが主走査方面内で垂直に入射している。従
って副走査断面内で光軸を傾けて反射面に光ビームを入
射させて、入射光ビームと反射された偏向光ビームの干
渉を避けていることは既に述べた通りである。これに対
して、主走査面内で光軸を反射面に対して傾けることで
干渉を避けることも可能である。そのような構成を以下
に述べる第２の実施例に示す。

【０１１８】図７は、本発明による光走査装置の第２の
実施例の主走査断面内での平面図を示している。第１の
反射面３１、第２の反射面３２に対して、入射光ビーム
と偏向された光ビームの光軸は主走査面内において角度
を有しており、主走査面内において平面的に光学系を配
置できるので、第１の実施例のように副走査断面内で光
軸を傾ける必要がない。

【０１１９】ただし、各反射面に対して光ビームが斜め
に入射するので、反射面の大きさも光ビームの直径を斜
めに投影した長さだけ必要になる。特に第２の反射面３
２上での光ビームの大きさの方が第１の反射面上での光
ビームよりはるかに大きいので、第２の反射面３２上で
の反射面の余裕が問題となる。しかし、本願の第１発明
あるいは第２の発明によれば従来技術に対して、より光
ビームの走査角を大きく取ることができるので、第２の
反射面上での光ビームの大きさもより小さくでき、この
ように主走査面内に光学系全体を配置する場合において
も非常に有利である。

【０１２０】次に本発明による光走査装置の第３の実施
例について説明する。図８は本発明による光走査装置の
第３の実施例の主走査断面内での平面図を示している。
光源には半導体レーザー１を用いられており、発散光と
して射出されたレーザービームはコリメータレンズ２で
集束光ビームに整形される。第１の実施例と同様にこの
集束光ビームは回転多面鏡３の第１の反射面３１に入射
する。

【０１２１】第１の反射面３１で偏向された光ビームは
一旦集束した後に発散光ビームとなり伝達光学系４を構
成する第１の伝達レンズ４２に入射する。第１の伝達レ
ンズ４２を射出した光ビームは緩い発散光ビームとな
り、反射鏡５１を経て第２の伝達レンズ４３に入射す
る、第２の伝達レンズ４３を通過した光ビームは平行光
ビームとなって、反射鏡５２で光軸の向きを変えられ
て、回転多面鏡３の第２の反射面３２に入射する。

【０１２２】第１の実施例と同様に、第２の反射面３２
に入射する光ビームは第１の反射面３１での偏向にとも
ない、第２の反射面３２の中心に追従するよう光ビーム
の中心が移動する。第２の反射面３２で偏向された光ビ
ームは走査レンズ６１、補正レンズ６２に入射して集束
光ビームに整形された後に被走査面７上に結像する。走
査レンズ６１と補正レンズ６２とで、走査光学系を構成
しており、おおむね等角速度で走査される光ビームを等
線速で被走査面上を走査させる。

【０１２３】なお、図８において第１の反射面３１に入
射する光ビームの光軸と偏向された光ビームの光軸は平
面的には重なっているが、第１の実施例と同様に実際に
は紙面垂直方向すなわち副走査面内で距離をおいてかつ
斜めに光軸が配置されている。同様に第２の反射面３２
に入射する光ビームと偏向された光ビームの光軸も回転
多面鏡の回転軸を含む面内で斜めに配置されている。

【０１２４】本実施例は、第１の実施例と比較すると、
第１の実施例が伝達光学系４を構成するレンズが１枚あ
るいは１群であるのに対して、本実施例では伝達光学系
を構成するレンズが２枚あるいは２群となっている。こ
のような構成上の差はあるが、本実施例においても伝達
光学系を１つのレンズとみなすことにより、第１の実施
例で説明したような伝達光学系の原理はそのまま適用で
きる。特に、各反射面位置における光ビームの直径ｗ
ｉ、ｗｏ、回転多面鏡の回転角θ１、伝達光学系４を通
過した光ビームの偏向角θ２と伝達光学系４の倍率βの
関係を表す（数３）式も本実施例に適用可能である。

【０１２５】本実施例では、第１の実施例における伝達
レンズ４１と比較して、伝達光学系４のレンズを２枚
（２群）で構成することで、第１の伝達レンズ４２の光
学パワーを小さくでき、かつ有効径も小さくすることが
可能となる。従って、全体としてレンズの枚数は増加す
るものの、各レンズの製作は容易になるという利点があ
る。

【０１２６】次に本発明による光走査装置の第４の実施
例について述べる。図９は本発明による光走査装置の第
４の実施例の主走査断面内での平面図を示している。光
源には半導体レーザー１を用いられており、発散光とし
て射出されたレーザービームはコリメータレンズ２で集
束光ビームに整形される。この集束光ビームは、整形レ
ンズ２２に入射し比較的直径の小さな平行光ビームに変
換される。この平行光ビームは回転多面鏡３の第１の反
射面３１に入射する。

【０１２７】第１の反射面３１で偏向された光ビームは
伝達光学系４を構成する第１の伝達レンズ４４に入射す
る。第１の伝達レンズ４４で光ビームは集束光ビームに
変換され、一旦結像した後反射鏡５１に入射する。この
時点で偏向された光ビームは発散光ビームとなってお
り、第２の伝達レンズ４５に入射する。第１の伝達レン
ズ４４の後側焦点位置に、第２の伝達レンズ４５の前側
焦点が一致するように置かれており、これら２枚のレン
ズでアフォーカル光学系を構成している。従って伝達レ
ンズ４４を通過した光ビームは再び平行光ビームとな
り、反射鏡５２で光軸の向きを変えられて、回転多面鏡
３の第２の反射面３２に入射する。

【０１２８】第２の反射面３２に入射する光ビームは第
１の反射面３１での偏向にともない、第２の反射面３２
の中心に追従するよう光軸が移動する。第２の反射面３
２で偏向された光ビームは走査レンズ６１、補正レンズ
６２に入射して集束光ビームに整形された後に被走査面
７に結像する。走査レンズ６１と補正レンズ６２とで、
走査光学系を構成しており、おおむね等角速度で走査さ
れる光ビームを等線速で被走査面上を走査させる。

【０１２９】なお、図９において第１の反射面３１に入
射する光ビームの光軸と偏向された光ビームの光軸は主
走査面内では重なっているが、第１あるいは第３の実施
例と同様に紙面垂直方向すなわち副走査面内では反射面
に対して斜めに光軸が配置されている。同様に第２の反
射面３２に入射する光ビームと偏向された光ビームの光
軸も回転多面鏡の回転軸を含む面内で斜めに配置されて
いる。

【０１３０】次に、本発明の光走査装置の第４の実施例
の伝達光学系の作用を詳しく説明する。図１０は図９で
説明した光走査装置の伝達光学系を反射鏡５１、反射鏡
５２について引伸ばして、主走査断面について示した図
である。

【０１３１】第１の反射面３１に入射する平行光ビーム
のこの反射面の位置での直径はｗｉである。伝達光学系
４２はアフォーカル光学系を構成しているので、第２の
反射面３２の位置では直径ｗｏの平行な光ビームに変換
される。すなわち第１の伝達レンズ４４の焦点距離をｆ
１、第２の伝達レンズ４５の焦点距離をｆ２とすると、
ｗｏをｗｉで除した光ビームの直径の比の値は、ｆ２を
ｆ１で除した値に等しい。

【０１３２】第１あるいは第３の実施例と同様に、回転
多面鏡３がθ１だけ回転すると、第１の反射面３１で光
ビームは２・θ１だけ偏向される。偏向された光ビーム
は伝達レンズ４４、４５を通過して、角度θ２で偏向さ
れる。この光ビームは点Ｑで光軸と交差する。交差した
後に第２の反射面３２に入射する位置において、偏向さ
れた光ビームと光軸との距離はδとなり、このδは回転
多面鏡３がθ１回転したときの反射面の移動量に等し
い。

【０１３３】このとき、偏向された光ビームは第２の反
射面に対して角度θ２だけ入射角度が増大する側に偏向
するので、第２の反射面で反射された光ビームの走査角
θｓは、θｓ＝２・θ１＋θ２とあらわされる。すなわ
ち、通常の１度しか回転多面鏡に入射しない方式、ある
いは第２の反射面３２に対して光ビームが平行移動しな
がら追従する方式に比べて光ビームの偏向角をθ２だけ
増大させることができる。

【０１３４】本実施例では伝達光学系４はアフォーカル
光学系であるので、その横倍率βは焦点距離ｆ２を焦点
距離ｆ１で除した値であり、すなわち上記のように光ビ
ームの直径の比に等しい。また、伝達光学系４を通過す
る偏向光ビームは角度２・θ１から角度θ２に偏向角が
変化するので、横倍率βは２・θ１／θ２で表される。
よって横倍率βは（数６）のように表される。

【０１３５】

【数６】

【０１３６】図１０に示すように第１の伝達レンズ４４
は第１の反射面３１からＳ１の距離におかれている。第
１の反射面３１で偏向された光ビームは、第１の伝達レ
ンズ４４によって向きを変え、その主光線は第１の伝達
レンズ４４から距離Ｓ２の位置にある点Ｑ’で光軸と交
差する。

【０１３７】点Ｑ’に向かう光ビームは第２の伝達レン
ズ４５に入射して向きを変え、その主光線が第２の伝達
レンズ４５から距離Ｓ３の位置にある点Ｑにおいて光軸
と交差する。また、点Ｑ’の第２の伝達レンズからの距
離をＳ２’とする。

【０１３８】点Ｑで光軸と交差した光ビームは点Ｑから
Ｓ４の位置にある第２の反射面３２に入射する。

【０１３９】なおＳ１、Ｓ２、Ｓ２’、Ｓ３の符号は各
伝達レンズから見て像側を正としている。

【０１４０】既に述べたように、伝達レンズ４４、４５
の焦点距離はｆ１、ｆ２であるので、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
２’、Ｓ３とｆ１、ｆ２の間には（数７）、（数８）式
の関係がある。

【０１４１】

【数７】

【０１４２】

【数８】

【０１４３】また、偏向された光ビームが第２の反射面
３２を追従するための移動量δは、近軸的には前記の交
差点Ｑから第２の反射面３２までの距離Ｓ４に角度θ２
を乗じたものに等しい。

【０１４４】次に走査光学系の焦点距離について考察す
る。第２の反射面３２で偏向された光ビームを被走査面
上に結像させる走査光学系の主走査方向の焦点距離をｆ
ｓとすると、光ビームの走査角度θ’に比例した被走査
面上の光軸からの位置ｙに結像スポットを位置させるい
わゆるｆθ光学系においては、ｙ＝ｆｓ・θ’なる関係
がある。所要走査幅Ｙの半分Ｙ／２を回転多面鏡が回転
角θ１回転する間に走査するので、上記のｙにＹ／２を
代入し、θ’にθ１、θ２で定まるθｓを代入すると、
ｆｓが定まる。ｆｓが決まると第１の実施例で述べた
（数４）によって、第２の反射面上での光ビームの直径
ｗｏが計算できる。ｗｏが決まれば（数６）あるいは
（数２）によってｗｉも決まる。

【０１４５】以上に述べた本発明の第４の実施例におい
ても第１の実施例の図５、図６で説明したような、反射
面の幾何学的な大きさに対する光ビームの大きさの余裕
の関係が成り立つ。すなわち本願の第２の発明による効
果は、伝達光学系の構成にかかわらず発揮される。

【０１４６】既に述べた、第１あるいは第３、第４の実
施例では、所要走査領域の中央付近を光ビームが走査す
る時点において、回転多面鏡の第１の反射面あるいは第
２の反射面に入射する光ビームが主走査方面内で垂直に
入射している。しかし、実際の回転多面鏡の反射面は回
転運動を行っているので、この垂直位置からはずれた位
置では光ビームは反射面に対して斜めに角度をもって入
射し、厳密に言えば反射面の上での光ビームの直径は角
度分だけ若干大きくなる。

【０１４７】なお、このように反射面に対して垂直に光
ビームが入射する時点において、ビーム整形光学系ある
いは伝達光学系の光軸が、回転多面鏡の反射面の主走査
方向の中心に一致するとは限らず、光走査装置の構造に
より多少のずれ（あるいは非対称性）があっても構わな
い。

【０１４８】同様に、第１の反射面に対して入射する光
ビームの相対的な移動量Ｅも、入射光ビームに対する反
射面の傾きを考慮する必要がある。

【０１４９】これらの傾きによる影響は回転多面鏡の回
転角θ１が小さいときは無視しうるが、θ１が大きいと
きには、反射面の余裕の計算に際して、必要に応じて考
慮に入れなければならない。

【０１５０】本発明の実施例に対する計算例では、光ビ
ームの直径ｗｉ、ｗｏから、反射面上での光ビームの直
径ｗｉ’、ｗｏ’を計算する際にこの影響を考慮して計
算している。

【０１５１】また、第２の実施例では、所要走査領域の
全ての範囲にわたって、回転多面鏡の第１の反射面ある
いは第２の反射面に入射する光ビームが主走査方向にお
いて垂直ではなく角度をもって入射している。このよう
な場合には上記のような傾きの影響が大きく、そのため
光ビームの直径を反射面上で測った大きさを考慮して、
反射面の余裕を計算する必要がある。

【０１５２】このように、第２の実施例において、主走
査面内における入射光ビームの反射面に対する傾きを考
慮して計算すると、図５や図６であげた反射面の余裕は
より小さいな値になるのは言うまでもない。その場合で
も、本願の第２の発明による、第１の反射面上での光ビ
ームの大きさ及び光ビーム相対移動の移動に対する反射
面の余裕より、第２の反射面上での光ビームの大きさの
余裕の方が大きくすることによるという効果は全く同様
に発揮される。

【０１５３】しかし、第１の実施例、第３の実施例、第
４の実施例のように回転多面鏡に対して入射する光軸と
回転多面鏡の光軸が交わる構成の方が、回転多面鏡の反
射面上での光ビームの大きさが小さくなり、ひいては回
転多面鏡の大きさが小さくできるので、より望ましい結
果が得られる。

【０１５４】

【発明の効果】以上に述べたように本願の第１の発明に
よる光走査装置によれば、回転多面鏡の第１の反射面に
入射する集束光ビームの結像点を第１の反射面と伝達光
学系の最初のレンズとの間に位置させることで、第１の
反射面上での光ビームの主走査面内での直径を大きくす
ることができ、回転多面鏡の反射面上の傷や付着物が被
走査面での結像性能に影響を及ぼすことがなく、良好な
走査が可能である。

【０１５５】また、伝達光学系の焦点距離を長くするこ
とができるので、伝達光学系のレンズの製作が容易にな
りかつ光走査装置に取付ける場合の取付精度も低減され
かつ安価で信頼性の高い装置が得られる。さらに伝達光
学系を第１の反射面から遠ざけることができるので第１
の反射面周辺の光学系の配置が容易となり、装置の小型
化に寄与できる。

【０１５６】その上、回転多面鏡によって２回反射され
た後の走査光ビームの走査角を広く取れるため走査光学
系の焦点距離ｆｓを短くすることができ、走査光学系全
体の小型化が可能である。

【０１５７】さらに本願の第１の発明の光走査装置にお
いては、伝達光学系の倍率βを２〜２０の範囲にするこ
とで、回転多面鏡の第１の反射面に光ビームの集束点を
位置させる従来技術に比較して、走査光ビームの走査角
度を広く取ることができ、上記の効果を発揮できる。

【０１５８】特に倍率βがおおむね６〜１２の間にあれ
ば、走査光ビームの走査角度を最適な値からほとんど変
化させないで、伝達光学系を自由に構成することがで
き、伝達光学系の収差の最適化やレンズの小型化が可能
となる。

【０１５９】さらにまた、第１あるいは第２の実施例の
ように、伝達レンズを１枚あるいは１群のレンズで構成
しながら、伝達光学系の横倍率を任意に設定できるの
で、伝達光学系の小型化、低価格化に大きく寄与する。

【０１６０】次に本願の第２の発明によれば、反射面の
幾何学的な大きさに対して、光ビームの反射面上での直
径及びその反射面上での移動量の余裕を第１の反射面よ
り第２の反射面で大きくすることによって、走査光学系
における光ビームの走査角θｓを大きくすることが可能
となり、走査光学系の焦点距離ｆｓを短縮することによ
り、走査光学系をコンパクトに構成できるという効果を
有する。

【０１６１】また、上記のように反射面の余裕を設定
し、なおかつ必要最小限の余裕とすることで、回転多面
鏡の大きさを最小にすることが容易に可能となる。この
ため回転多面鏡を駆動するモーターのトルクが小さくて
済み、かつ軸受も比較的剛性の低いものが使用できるの
で、低価格のモーターが使用できる。

【０１６２】言い換えると、回転多面鏡の大きさをさほ
ど小さくする必要のない場合には、反射面の面数を増加
させることが可能となり、単位時間当たりの走査数を増
加させる効果を有する。

【０１６３】さらに、本願の第２の発明によれば、反射
面の幾何学的な大きさに対して、第１の反射面上での光
ビームの大きさ及び光ビーム相対移動の移動より、第２
の反射面上での光ビームの大きさの余裕の方が大きいの
で、既に述べたような「追従誤差」生じても、反射面上
の実際に使用可能な領域を光ビームがはみだすことがな
いという効果を有する。

【０１６４】また、本発明の第１の実施例、第３の実施
例、第４の実施例のように、所要走査領域の中心におい
て、主走査面内で反射面に対して光ビームが垂直に入射
する構成の方が、そうでない第２の実施例のような構成
に比べて、回転多面鏡の反射面上での光ビームの大きさ
が小さくなり、ひいては回転多面鏡の大きさが小さくで
きるので、本願の第２の発明の効果がより高まる。

【０１６５】特に、第１の反射面に比べて、第２の反射
面では、入射する光ビームの直径が大きいので、所要走
査領域の中心において、主走査面内で反射面に対して光
ビームが垂直に入射する構成を採用する効果が高い。

【０１６６】さらに、本願の第２の発明の構成に対し
て、光源に波長が７００ｎｍより短い可視光の赤色半導
体レーザーを採用することで、従来の波長７８０ｎｍ前
後の近赤外光の半導体レーザーを用いる場合に比べて、
回転多面鏡の面数を１２面とした場合、その内接円半径
を３ｍｍ程度縮小できる効果がある。また、回転多面鏡
の内接円半径を同じ値にする場合、反射面数を１面増加
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光走査装置の主
走査面内での平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における光走査装置の第
１の反射面から第２の反射面までの主走査面内の光軸に
沿った断面図である。

【図３】従来技術における光走査装置の回転多面鏡の設
定回転角における反射面の余裕、光ビームの走査角、走
査光学系の焦点距離を示す特性図である。

【図４】本発明の第１の実施例における光走査装置の回
転多面鏡の設定回転角における反射面の余裕、光ビーム
の走査角、走査光学系の焦点距離を示す特性図である。

【図５】本願の第２の発明を説明するための、回転多面
鏡の回転角θ１と伝達光学系による偏向角θ２を与えた
ときの第１の反射面３１、第２の反射面３２での反射面
の幾何学的な大きさに対する光ビームの余裕が一定にな
る条件を示す特性図である。

【図６】本願の第２の発明を説明するための、回転多面
鏡の回転角θ１と伝達光学系による偏向角θ２を与えた
ときの第１の反射面３１、第２の反射面３２での反射面
の幾何学的な大きさに対する光ビームの余裕が一定にな
る条件を示す他の特性図である。

【図７】本発明の第２の実施例における光走査装置の主
走査面内での平面図である。

【図８】本発明の第３の実施例における光走査装置の主
走査面内での平面図である。

【図９】本発明の第４の実施例における光走査装置の主
走査面内での平面図である。

【図１０】本発明の第４の実施例における光走査装置の
第１の反射面から第２の反射面までの主走査面内の光軸
に沿った断面図である。

【図１１】従来技術における光走査装置の第１の反射面
から第２の反射面までの主走査面内の光軸に沿った断面
図である。

【符号の説明】

１ ・・・・ 半導体レーザー ２ ・・・・ コリメータレンズ ２２ ・・・・ 整形レンズ ３ ・・・・ 回転多面鏡 ３１ ・・・・ 第１の反射面 ３２ ・・・・ 第２の反射面 ４ ・・・・ 伝達光学系 ４１、４２、４３、４４、４５・・・・ 伝達レンズ ５１、５２ ・・・・ 反射鏡 ６１ ・・・・ 走査レンズ ６２ ・・・・ 補正レンズ ７ ・・・・ 被走査面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 球 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光ビームを集束
   光ビームに変換するビーム整形光学系と、前記集束光ビ
   ームを第１の反射面で偏向し、少なくとも前記第１の反
   射面と第２の反射面を有する回転多面鏡と、前記回転多
   面鏡の第１の反射面により偏向された光ビームを前記回
   転多面鏡の第２の反射面に入射させる伝達光学系とを有
   し、前記回転多面鏡の第２の反射面で偏向した走査光ビ
   ームで所定の被走査面を走査する光走査装置において、
   前記集束光ビームの結像点が前記回転多面鏡の第１の反
   射面と前記伝達光学系の第１レンズとの間に位置するこ
   とを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記走査光ビームが光軸から最も離れた
   位置にあるときの回転多面鏡の回転角度をθ１とし、前
   記回転多面鏡の回転角がθ１であるときの前記伝達光学
   系からの光ビームが前記回転多面鏡に再度入射するとき
   の光軸に対する偏角をθ２とし、２倍のθ１をθ２で除
   した値βが２〜２０の範囲としたことを特徴とする請求
   項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記走査光ビームが所要の領域を走査す
   る期間において、前記集束光ビームが前記回転多面鏡の
   前記第１の反射面に入射するときの前記回転多面鏡の回
   転軸と直交する面内で測った前記第１の反射面上での光
   ビーム直径がその最大値となるときの値をｗｉ’、前記
   伝達光学系からの光ビームが前記回転多面鏡の前記第２
   の反射面に入射するときの前記回転多面鏡の回転軸と直
   交する面内で測った前記第２の反射面上での光ビーム直
   径がその最大値となるときの値をｗｏ’、前記走査光ビ
   ームが所要範囲を走査する期間において前記集束光ビー
   ムが前記第１の反射面上を移動する距離をＥとすると、
   前記第１の反射面の幾何学的大きさから前記ｗｉ’と前
   記Ｅを除いた値よりも、前記第２の反射面の幾何学的大
   きさから前記ｗｏ’を除いた値を大きくしたことを特徴
   とする請求項１記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記伝達光学系が、単レンズであること
   を特徴とする請求項１記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 光源と、前記光源からの光ビームを所要
   の整形光ビームに変換するビーム整形光学系と、前記整
   形光ビームを第１の反射面で偏向し、少なくとも前記第
   １の反射面と第２の反射面を有する回転多面鏡と、前記
   回転多面鏡の第１の反射面により偏向された光ビームを
   前記回転多面鏡の第２の反射面に入射させる伝達光学系
   とを有し、前記回転多面鏡の第２の反射面で偏向した走
   査光ビームで所定の被走査面を走査する光走査装置であ
   って、前記走査光ビームが所要の領域を走査する期間に
   おいて、前記整形光ビームが前記回転多面鏡の前記第１
   の反射面に入射するときの前記回転多面鏡の回転軸と直
   交する面内で測った前記第１の反射面上での光ビーム直
   径がその最大値となるときの値をｗｉ’、前記伝達光学
   系からの光ビームが前記回転多面鏡の第２の反射面に入
   射するときの前記回転多面鏡の回転軸と直交する面内で
   測った前記第２の反射面上での光ビーム直径がその最大
   値となるときの値をｗｏ’、前記走査光ビームが所要範
   囲を走査する期間において前記整形光ビームが前記第１
   の反射面上を移動する距離をＥとすると、前記第１の反
   射面の幾何学的大きさから前記ｗｉ’と前記Ｅを除いた
   値よりも、前記第２の反射面の幾何学的大きさから前記
   ｗｏ’を除いた値を大きくしたことを特徴とする光走査
   装置。
6. 【請求項６】 前記走査光ビームが、前記の所要範囲の
   中心付近を走査する際に、前記整形光ビームが前記第１
   の反射面に入射する入射角が、主走査面内において垂直
   であることを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
7. 【請求項７】 前記の所要範囲の中心付近を走査する際
   に、前記伝達光学系を出た光ビームが前記第２の反射面
   に入射する入射角が、主走査面内において垂直であるこ
   とを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
8. 【請求項８】 前記光源は半導体レーザーであって、前
   記半導体レーザーより射出されるレーザー光の波長が７
   ００ｎｍ以下の可視光であることを特徴とする請求項５
   記載の光走査装置。