(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源と、上記光源からの光ビームを偏向する走査器と、上記走査器の第１反射面により偏向された光ビームを伝達光学系により上記第１反射面とは異なる上記走査器の第２反射面に再度入射させて偏向した光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査する光走査装置において、
上記伝達光学系が、上記走査器の上記第１反射面と上記第２反射面とが、副走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係で、かつ上記光源からの上記光ビームの上記第１反射面近傍への結像点Ｐの共役点を結像点Ｑとすると、上記第２反射面近傍に位置する副走査方向の結像点が、上記第２反射面と上記結像点Ｑとの間に位置するように形成されていて、
上記第１反射面による面倒れと上記第２反射面による面倒れとが逆方向の場合に、上記各面倒れによる走査線の位置ずれが打ち消されるように構成したことを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザビームプリンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に偏向手段である走査器に光ビームを二度入射させ偏向させ、走査光学系により被走査面上を走査するように構成された光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザビームプリンタ等に用いられる光走査装置は、一般的に半導体レーザ等の光源から射出した光ビームを整形光学系を経て偏向手段である回転多面鏡などの走査器の反射面で１回だけ偏向させ、この偏向された光ビームをｆ・θレンズである結像レンズ系によって被走査面上にビームスポットを形成して走査するように構成している。このような走査器の反射面による１回だけの偏向では、走査器の反射面上で主走査方向の光ビームの大きさは大きく、必要とする走査角を得るための角度だけ走査器が回転したとき、光ビーム全体を反射面に入れようとすると反射面を大きく形成しなければならず、走査器の反射面数をあまり多く形成することができない。そこで、最近、回転多面鏡などの走査器の第１反射面で偏向した光ビームを伝達光学系を介して再度回転多面鏡などの走査器の第２反射面に導いて偏向させ、この二度目の偏向した光ビームの偏向角を増大させ、これを走査光学系により被走査面上を走査するように構成した光走査装置が、その装置を小型化して高速化することができるなどの点から種々提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開昭５３−９７４４８号公報に記載された自己増幅偏向走査光学系では、走査器の第１反射面で反射され偏向された光ビームを、アフォーカルな伝達光学系を配し、該走査器の第１反射面とは異なる第２反射面に入射させて偏向させ、このとき走査器の第２反射面に入射する光ビームを第１反射面に入射する光ビームと平行にして再び第２反射面に入射させるように構成し、走査器の回転または回動方向に対して逆方向に移動するように伝達光学系を設けて構成するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この二度偏向方式の光走査装置は、走査角度を大きくできる点で優れたものである。ところで、走査器である回転多面鏡の反射面の面倒れの原因には、回転多面鏡の回転軸の倒れと回転多面鏡の反射面の加工で生じる反射面ごとの倒れとがある。ところで、上記自己増幅偏向走査光学系では、走査器である回転多面鏡の回転軸の倒れは補正することができるが、回転多面鏡の反射面ごとの倒れは補正することはできない不具合がある。
【０００５】
また、上記自己増幅偏向走査光学系では、走査器の第１反射面と第２反射面とを対向させる必要があり、伝達光学系の光路が長くなってしまう。そのため、伝達光学系の光路を配置する自由度が小さくなる。その上、伝達光学系にアフォーカル光学系を使用しなければならず、そのために最低２枚のレンズが必要となり、構造が複雑で装置が大型化し、コスト的にも不利になる。
【０００６】
この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、二度偏向方式の光走査装置において、伝達光学系により回転多面鏡の第１反射面と第２反射面とが幾何光学的にほぼ共役関係に構成することにより、回転多面鏡の回転軸の倒れと回転多面鏡の反射面ごとの面倒れとも良く補正できることを見いだした。この発明の目的は、簡単な手段ながら走査器である回転多面鏡の反射面ごとの面倒れをも良く補正し、良好な画像を形成することができる小型化した二度偏向型の光走査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、光ビームを発生する光源と、上記光源からの光ビームを偏向する走査器と、上記走査器の第１反射面により偏向された光ビームを伝達光学系により上記第１反射面とは異なる上記走査器の第２反射面に再度入射させて偏向した光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させて走査する光走査装置において、上記伝達光学系が、上記走査器の上記第１反射面と上記第２反射面とが、副走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係で、かつ上記光源からの上記光ビームの上記第１反射面近傍への結像点Ｐの共役点を結像点Ｑとすると、上記第２反射面近傍に位置する副走査方向の結像点が、上記第２反射面と上記結像点Ｑとの間に位置するように形成されていて、上記第１反射面による面倒れと上記第２反射面による面倒れとが逆方向の場合に、上記各面倒れによる走査線の位置ずれが打ち消されるように構成した光走査装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１は一実施例の光走査装置の構成を示す斜視図である。以下、この発明では、走査器として回転多面鏡を用い、走査器の回動軸である回転多面鏡の回転軸に直交する方向を主走査方向とし、回転多面鏡の回転軸と平行な方向を副走査方向と定義する。また、光源１から回転多面鏡の一度目の偏向を行う第１反射面との間に設ける光学系を整形光学系と呼び、回転多面鏡の一度目の偏向を行う第１反射面と二度目の偏向を行う第２反射面との間に設けられる光学系を伝達光学系、第２反射面と被走査面との間に設けられる光学系を走査光学系と呼ぶことにし、同一の走査器に光ビームを二度入射させて偏向を行うことを二度偏向と定義する。
【０００９】
図１において、光源としての半導体レーザー１から射出した光ビームａは第１整形レンズ２を透過して整形され、走査器としての回転多面鏡３の第１反射面４に副走査方向において下方から角度を有して入射し一度目の偏向がなされる。この第１反射面４から副走査方向において上方に角度を有して反射された光ビームｂは第１伝達レンズ７を透過して第１伝達ミラー８で反射され、第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０を透過して第２伝達ミラー１１で反射され、再び回転多面鏡３の第２反射面５に副走査方向において上方から角度を有して入射し二度目の偏向がなされる。この第２反射面５から副走査方向において下方に角度を有して偏向された光ビームｃは第１走査レンズ１２およびプラスチック製の第２走査レンズ１３により被走査面１４にビームスポットとして結像されて走査するように構成される。なお、光ビームｄは水平同期信号用のもので、光ビームｃの走査端において分離され、水平同期ミラー８１，水平同期レンズ８２を介して水平同期センサー８３に導入するように形成されている。
【００１０】
上記整形レンズ２と第１伝達レンズ７は、光軸の回りに回転対称な非球面レンズであり、第２伝達レンズ９は副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズで、第３伝達レンズ１０は主走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズである。また、第１走査レンズ１２は球面レンズである。そして、第２走査レンズ１３はプラスチックス製レンズであり、その入射面は主走査方向で曲率半径の大きな凹形状となっており、副走査方向は曲率半径の小さな凸形状となっている。また、主走査方向の断面曲線を入射面よりも被走査面１４側にある主走査方向に平行な軸の回りに回転させることにより形成される面である。このような面は通常鞍型トーリック面と呼ばれる。また、射出面は主走査方向で曲率半径の大きな凸形状の非円弧（主走査方向のみ非球面なので、非円弧と呼ぶ。）である。副走査方向の断面は直線である。このような面は非円弧シリンドリカル面あるいは非円柱面とも呼ばれることがある。
【００１１】
走査器である回転多面鏡３の第１反射面４および第２反射面５に入射する光ビームａおよび光ビームｂは、主走査方向で第１反射面４および第２反射面５にそれぞれ垂直に入射するように構成されている。従来の回転多面鏡の反射面で一度だけ偏向を行う光走査装置では、回転多面鏡の反射面上で主走査方向の入射する光ビームの大きさは、この発明の目的とする二度偏向の光走査装置の場合に比べて大きく、必要な走査角を得るための角度だけ回転多面鏡が回転したときに、常に光ビーム全体を同一反射面に入れようとすると、反射面の大きさはある程度以上の大きさが必要であり、回転多面鏡の反射面の面数をあまり多く形成することができないことになる。これに対し、本発明の二度偏向方式の光走査装置では、一度目の偏向を行う第１反射面４の付近に主，副走査両方向で光ビームを結像させ、第１反射面４での光ビームａの大きさが一度偏向の光走査装置に比べて極めて小さいため、回転多面鏡３の第１反射面４の主走査方向の大きさが小さくても、必要な走査角を得るための角度だけ回転多面鏡３が回転したときに常に光ビーム全体を第１反射面に入れることができる。従って、回転多面鏡３の反射面が小さくて済むことになる。また、二度目の偏向では、回転多面鏡３の第２反射面５へ入射する光ビームｂの主走査方向の大きさは大きいものの、回転多面鏡３が回転したときの光ビームｂの移動と第２反射面の移動が一致する。このことを面追従という。このため、第２反射面５の主走査方向の大きさは入射する光ビームｂの大きさと同じだけあればよく、やはり第２反射面５も小さくて済むことになる。従って、一度偏向方式の光走査装置に比べて回転多面鏡３の反射面の大きさを小さくすることが可能なため、反射面数を多く形成できることになり、それだけ走査速度を上げることができる。
【００１２】
また、回転多面鏡３の第１反射面４および第２反射面５に入射する光ビームａおよび光ビームｂと、これらの第１反射面４および第２反射面５から偏向された光ビームｂおよび光ビームｃをそれぞれ立体的に分離させるため、光ビームａおよび光ビームｂはそれぞれ副走査方向においてある角度をもって回転多面鏡３の第１反射面４および第２反射面５に入射させるようにしている。これにより、整形光学系（第１整形レンズ２）と伝達光学系（第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０）が、また、伝達光学系と走査光学系（第１走査レンズ１２および第２走査レンズ１３）が回転多面鏡３の回転軸６方向においてそれぞれ上，下方向に離隔して配置することができ、それぞれの光ビームａ，ｂ，ｃは相互に干渉することがなく分離することができ、光学系の配置を自由に選択することが可能となる。
【００１３】
次に、このように構成された光走査装置の具体的な数値例を表１に示す。この表では、アナモフィック面は副走査方向，主走査方向の曲率半径をそれぞれｒｉｘ，ｒｉｙとしている。また、非球面である面については、曲率半径は光軸上の値を示している。
【表１】
0003680877.tif 000002
【００１４】
第１整形レンズ２および第１伝達レンズ７の非球面の数式は次の数１に示すとおりであり、その非球面係数を次の表２に示す。
【数１】
0003680877.tif 000003
【表２】
0003680877.tif 000004
【００１５】
上記表１に示す実施例では、１走査の走査開始から走査終了までの回転多面鏡３の回転角は２ω＝２４°である。また、回転多面鏡３への光ビームａの第１反射面４での副走査方向の入射角αと光ビームｂの第２反射面５での副走査方向の入射角βはともに６°であり、回転多面鏡３の面数は１２面、回転多面鏡３の内接円半径は１７ｍｍ、第１反射面４と第２反射面５のなす角度は９０°、光源１の光ビームであるレーザー光の波長は６７０ｎｍである。
【００１６】
この実施例において、光ビームａは、副走査方向では回転多面鏡３の第１反射面４の近傍と、回転多面鏡３の第２反射面５の近傍においてそれぞれ結像するように構成している。言い換えれば、伝達光学系（第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０）により第１反射面４と第２反射面５が幾何光学的にほぼ共役関係にあり、また、走査光学系（第１走査レンズ１２および第２走査レンズ１３）により第２反射面５と被走査面１４がほぼ共役関係にあるように構成される。従って、回転多面鏡３の第１反射面４および第２反射面５の面倒れが良く補正され、しかも副走査方向の走査位置が一定となる。以下、この点を図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｅ）は、回転多面鏡３の第１反射面４と第２反射面５との間の副走査方向における展開図である。本実施例の場合は、回転多面鏡３の第１反射面４の近傍の結像点Ｐは、図２（ａ）に示すように厳密には第１反射面４から僅かにずれており、第１反射面４と第１伝達レンズ７ａとの間に存在する。ここでは光源１からの光ビームａの主走査方向，副走査方向ともにこの結像点Ｐに結像させるように構成されている。
【００１８】
回転多面鏡３の第１反射面４からの結像点Ｐのずれの量ｌが大きすぎると、第１反射面４の面倒れによる被走査面１４上の走査線のずれが大きくなり問題となる。逆に、このずれの量ｌが小さいと、第１反射面４上での光ビームａの大きさが小さすぎて回転多面鏡３の第１反射面４に存在する傷，埃の影響を受けて光ビームａが散乱され、被走査面１４上に小さなビームスポットを形成することができない。従って、この結像点Ｐのずれの量ｌは適正な値が存在する。この例では、このずれの量ｌを１１ｍｍとしている。これは回転多面鏡３の第１反射面４から第２反射面５までの伝達光学系の光路長３００ｍｍに比べれば十分に小さい値であるため、面倒れの補正の効果は十分に得られる。
【００１９】
次に、具体的な計算例を示す。即ち、整形光学系による結像点Ｐの回転多面鏡３の第１反射面４からのずれの量ｌ＝１１ｍｍ、伝達光学系の副走査方向の光学倍率βｄ＝１．５７、走査光学系の副走査方向の光学倍率βｓ＝０．４１８である。これは、回転多面鏡３の第１反射面４の面倒れθ＝３ｅ−４〔ｒａｄ〕（０．０１７２°）とすると、被走査面１４上での走査線のずれδ＝２・ｌ・θ・βｄ・βｓ＝０．００４３３〔ｍｍ〕であり、この程度なら問題ない。また、本実施例での第１反射面４に入射する光ビームａの直径は、主走査方向で０．８４ｍｍ，副走査方向で０．１３ｍｍである。従って、第１反射面４での光ビームａの大きさが十分に大きく、第１反射面４による傷や埃の影響を受けることがない。一般に、主走査方向，副走査方向の少なくとも一方向の光ビームの直径が０．５ｍｍ程度あれば回転多面鏡３の反射面での傷や埃の影響を受けることがない。
【００２０】
この実施例では、第２反射面５の近傍の結像点Ｑは、丁度第２反射面５上に位置させている。ただし、これは第２反射面５からずれていても有効である。このことについてさらに詳しく説明する。図２（ａ）の伝達光学系７ａは仮の存在であるが、第１反射面４と第２反射面５が共役となる屈折力を有している。第１反射面４からｌだけずれた位置Ｐに結像する光ビームａが、光ビームｂとして仮の伝達光学系７ａにより第２反射面５の近傍に再び結像する位置をＱとする。実際の第２反射面５近傍の結像点は第２反射面５と再び結像する位置Ｑを含め、これらの間に存在することが望ましい。
【００２１】
まず、第２反射面５近傍の光ビームｂの結像点Ｑが、上記の範囲の両端にある場合について説明する。図２（ｂ），（ｃ）は、伝達光学系７ｂにより第１反射面４と第２反射面５とが完全に共役で、伝達光学系７ｂによる結像点がＱに一致し、これに続く走査光学系１２ａによる第２反射面５と被走査面１４との関係は若干共役からずれており、光ビームｃが被走査面１４に結像する場合である。この場合は、図２（ｃ）に示すように第１反射面４の面倒れ４´は完全に補正され、第２反射面５の面倒れ５´によるずれが被走査面１４にΔとして生じる。図２（ｄ），（ｅ）は、伝達光学系７ｃによる第１反射面４と第２反射面５との関係は若干共役からずれて構成されている場合で、伝達光学系７ｃによる結像点が第２反射面５に一致し、走査光学系１２ｂにより第２反射面５と被走査面１４とが完全に共役で、光ビームｂが光ビームｃとして被走査面１４上に結像する場合である。この場合は、図２（ｅ）に示すように、逆に第２反射面５の面倒れ５´は完全に補正され、第１反射面４による面倒れ４´が被走査面１４上にずれΔ´として生じる。なお、主光線を破線で示している。従って、第２反射面５近傍の結像点が第２反射面５と結像点Ｑとの間にあれば第１反射面４と第２反射面５の面倒れ４´，５´が逆方向の場合、面倒れ４´，５´によるずれが打ち消されて被走査面１４上の走査線の位置ずれが小さくなる。例え同方向であっても、このずれ量は図２（ｃ），（ｅ）に示す場合と同じか良くなるわけで、少なくとも悪くなることはない。
【００２２】
次に、伝達光学系の構成について説明する。光ビームの主走査方向において、伝達光学系に必要な機能は、第１反射面４近傍のＰ点に結像する光ビームａを、平行ビームにして第２反射面５に導くこと、回転多面鏡３の回転に伴って第２反射面５上を移動する光ビームｂの移動が第２反射面５の移動に追従することの二つである。
【００２３】
図３は、伝達光学系の一例を示す主走査方向の断面展開図で、この発明の実施例を示す図ではないが、光ビームの主走査方向の機能からすれば、この図に示すように近軸的には伝達光学系のレンズ枚数はレンズ２０１の１枚だけあればよい。しかし、１枚のレンズ２０１で伝達光学系を構成すると、レンズ２０１の口径が大きくなりすぎ実用的ではない。そのため、図４の主走査方向の断面展開図に示すように、２枚のレンズ２０２，２０３で伝達光学系を構成すればレンズ口径を小さくすることができて実用的である。従って、伝達光学系に主走査方向の機能を持たせるためには、主走査方向に屈折力を有するレンズを２枚以上で構成することが望ましいことになる。一方、副走査方向おいて伝達光学系に必要な機能は、第１反射面４近傍の結像点Ｑに結像する光ビームａを光ビームｂとして第２反射面５の近傍に結像させることのみである。図５に伝達光学系の副走査方向の断面展開図を示す。副走査方向の機能からすれば、伝達光学系のレンズ枚数はレンズ２０４の１枚あればよい。以上のことから、伝達光学系に主走査方向の機能と副走査方向の機能を両方持たせるためには、３枚のレンズで構成することがよいことになる。また、この伝達光学系は、副走査方向に屈折力を有するレンズと、主走査方向に屈折力を有するレンズを組み合わせて１枚にすれば、伝達光学系のレンズ枚数を２枚にすることも可能である。この実施例では以上のことから第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０の３枚のレンズで伝達光学系を構成している。
【００２４】
次に、図６を参照して光ビームの光軸との交差について説明する。図６は実施例の伝達光学系の主走査方向の断面展開図であり、第１伝達ミラー８および第２伝達ミラー１１について展開した断面図である（図１参照）。即ち、回転多面鏡３は走査の期間、図示の位置を中心にして角度θ1 だけ回転する。従って、回転多面鏡３の第１反射面４では角度θ1 の２倍の２θ1 だけ光ビームａは偏向される。偏向された光ビームｂは伝達光学系である第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０を通過して、角度θ2 だけ偏向される。この光ビームｂは点Ｒで光軸Ｏと交差する。そして、交差した後に回転多面鏡３の第２反射面５に入射する位置において、偏向された光ビームｂと光軸Ｏとの距離は回転多面鏡３が角度θ1 だけ回転したときの反射面の移動量δに等しくなる。
【００２５】
このとき、偏向された光ビームｂは回転多面鏡３の第２反射面５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反射面５で反射された光ビームｃは２・θ1 ＋θ2 だけ偏向されることになる。即ち、通常の一度きり回転多面鏡に入射させて偏向する方式の光走査装置に比べて光ビームの偏向角度をθ2 だけ増大させることができる。従って、伝達光学系で走査領域の走査端を走査する光ビームｂが光軸Ｏと交差すると、第２反射面５で偏向した光ビームｃの偏向角を２・θ1 ＋θ2 だけ増大させることができる。
【００２６】
次に、図７および図８に基づいて伝達光学系のミラー枚数と光ビームの光軸との交差回数の関係を説明する。伝達光学系のミラー枚数から、走査端の光ビームが光軸と交差する回数を引いた数が奇数である。即ち、図７（ａ）に示す場合は、ミラー枚数，交差回数に関して本実施例と同じ構成である。伝達光学系に使用されるミラー枚数は第１伝達ミラー８と第２伝達ミラー１１の２枚である。図８（ａ）にその展開図を示すように、この場合には光軸Ｏとの交差回数は破線の主光線で示されるように１回である。また、図７（ｂ）で示す例では、ミラー枚数は第１伝達ミラー８，第２伝達ミラー１１および第３伝達ミラー１５の３枚である。図８（ｂ）に示すその展開図から分かるように、この場合の光軸Ｏとの交差回数は２回である。従って、図７（ａ）に示す本実施例においては、二度目の偏向で回転多面鏡３が回転したときの第２反射面５上での光ビームｂの移動方向δと、第２反射面５の移動方向が同じ方向になり、第２反射面５に入射する光ビームｂを第２反射面５に確実に面追従させることができる。
【００２７】
次に、図９から図１５に基づいてこの発明の特徴である伝達光学系で発生する光ビームの回転の補正について詳しく説明する。整形光学系を介して光源１からの光ビームａが副走査方向に角度を持って下方から回転多面鏡３の第１反射面４に入射され、一度目の偏向が行われる。この一度目の偏向から光ビームｂとして二度目の偏向の間の光路が副走査方向に角度を持っているため、第２反射面５上の光ビームｂの座標系が回転してしまう。即ち、主走査方向をｙ，副走査方向をｘ，光軸方向をｚとする座標系を有する光ビームａが、副走査方向に角度をもって第１反射面４で反射され、さらに、第１伝達ミラー８で反射されると、図９に示されるように反射後の光ビームｂの座標系が回転してしまう。この光ビームｂはさらに第２伝達ミラー１１で反射され、回転多面鏡３の第２反射面５に入射されるときには、図１０に示されるように光ビームｂの座標系が回転してしまう。即ち、光ビームｂのｙ方向と主走査方向や、光ビームｂのｘ方向と副走査方向が所定の角度θだけずれてしまうことになる。
【００２８】
このように、光ビームｂが回転多面鏡５で二度目の偏向が行われ光ビームｃとなるときには、図１１に示されるように偏向された光ビームｃの座標系は常に角度θ傾いている。角度θ傾いた光ビームｃは、アナモルフィックな走査光学系で被走査面１４上に結像させても一点に結像されず、ビームスポットの形状が崩れてしまう。このような場合、図１２に示すように副走査方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズ２１１を光ビームｃの傾きθに沿ように傾けて配置すれば、被走査面１４上に結像する光ビームｃの結像特性は良好となるが、シリンドリカルレンズ２１１の副走査方向の有効径を大きくする必要がある。また、被走査面１４上での走査線がシリンドリカルレンズ２１１の傾きに応じて傾いてしまうという問題点を有する。
【００２９】
図１３は伝達光学系の光路を主走査方向に投影した図である。回転多面鏡３の第１反射面４による一度目の偏向後の光軸Ｏ1 と回転多面鏡３の第２反射面５による二度目の偏向前の光軸Ｏ2 とのなす角度をγとする。第１反射面４および第２反射面５への光ビームａおよび光ビームｂの副走査方向の入射角をそれぞれα，βとする。図１４に光ビームｂの回転角度を計算した結果を示す。回転角度θは反時計回りが正である。ただし、次の条件に基づく。
▲１▼  回転多面鏡３の大きさに対して、第１反射面４から第２反射面５までの光路長が十分に大きい。
▲２▼  １度目の偏向後の光軸Ｏ1 と２度目の偏向前の光軸Ｏ2 の２等分線に関して、第１反射面４から第２反射面５までの光路が対称である。
図１４に示されるように、副走査方向における第１反射面４および第２反射面５への入射角αおよび入射角βが同じ場合と、γが１８０°の場合に回転角度θがゼロになる。なお、上記条件▲１▼，▲２▼とは異なり、光路長に対して回転多面鏡３の大きさが無視できない場合には、第１反射面４および第２反射面５への入射角αおよび入射角βが異なれば、回転角度θの値は回転多面鏡３の大きさに若干依存する。また、光路が対称でない場合にも、入射角αと入射角βが異なれば回転角度θの値は若干変動する。ただし、入射角α＝入射角βであれば、常に回転角度θ＝０となる。
【００３０】
本実施例において、第１反射面４および第２反射面５への光ビームａの入射角αおよび光ビームｂの入射角βのみを変更し、仮に光ビームａの第１反射面４への入射角α＝３°，光ビームｂの第２反射面への入射角β＝６°とすると、走査端の光ビームｃによるビームスポット形状は、図１５に示すように崩れた形状となる。この図はビームスポットの等強度線図である。なお、ビームスポットの形状の崩れはビームスポットの大きさに依存し、より小さいビームスポットを形成しようとすると形状の崩れはいっそう悪くなってしまう。
【００３１】
そこで、入射角α＝入射角βとすれば、図１４に示されるように回転角度θ＝０となり、ビームスポットの形状が良好となる。本実施例では入射角α＝入射角β＝６°であり、走査端の光ビームｃ１，ｃ２によるビームスポット形状は図１６に示すようになり良好である。また、γ＝１８０°であっても回転角度θ＝０となるので、この場合にもビームスポット形状は良好となる。
【００３２】
次に、γ＝１８０°、即ち、第１反射面４と第２反射面５が平行な場合について説明する。図１３において、光軸Ｏ1 と光軸Ｏ2 のなす角度がγであるが、この角度は第１反射面４と第２反射面５とのなす角度に等しい。本実施例の場合、γ＝９０°であるが、本実施例とは別に、第１反射面４と第２反射面５が平行である場合には、γ＝１８０°となり、図１４のグラフから光ビームの回転角度θ＝０となる。この場合の光路図を図２５に示す。即ち、回転多面鏡３の第１反射面４で上方に偏向された光ビームｂは第１伝達ミラー８で反射され、回転多面鏡３の直上を通過し回転軸６と交差し、第２伝達ミラー１１で反射されて回転多面鏡３の第２反射面５に上方から入射し、ここで下方に偏向されて光ビームｃとなる。
【００３３】
次に、偏向で発生する光ビームの回転補正について図１７から図２２に基づいて説明する。副走査方向において角度を有して走査器の反射面に入射させるタイプの光走査装置では、図１７（ａ）に示すように主走査方向ｙ，副走査方向ｘ，光軸方向ｚの座標系を有する光ビームｂが副走査方向に角度をもって回転多面鏡３の第２反射面５に入射すると、ここで偏向された光ビームｃは湾曲し、光ビームｃの座標系が回転してしまう。このとき、走査中心の光ビームｃ0 は回転しないが、走査端のビームｃ1 ，ｃ2 は図１７（ｂ）に示すように両走査端で互いに異なる方向に回転される。この走査端の傾いた光ビームｃ1 ，ｃ2 は、アナモルフィックな走査光学系で被走査面１４上に結像しても一点に結像されず、ビームスポット形状が崩れてしまい、被走査面１４上での走査線が良好な結像とはならない。
【００３４】
本実施例においては、第２走査レンズ１３を偏心させて配置しているが、例えば、第２走査レンズ１３の偏心量をゼロに変更して配置し偏心していない状態にすると、走査端の光ビームｃ1 ，ｃ2 によるビームスポット形状は図１８に示すような崩れた形状となる。なお、上述したと同様に、ビームスポットの形状の崩れは光ビームの大きさに依存し、より小さいビームスポットを形成しようとすると、形状の崩れはいっそう悪くなる。なお、本実施例においては整形光学系の第１整形レンズ２は光軸回りに回転対称なレンズなので、回転多面鏡３の第１反射面４に入射する光ビームａの結像は、主走査方向，副走査方向とで区別がない。従って、第１反射面４により偏向された光ビームｂの回転は問題とならない。
【００３５】
上述したとおり本実施例においては、第２走査レンズ１３を副走査方向に偏心させて配置して補正している。ここで、第２走査レンズ１３の入射面は副走査方向において凸であり、主走査方向の曲率半径は極めて大きいのでシリンドリカル面とみなして、図２０に図示する。図２０に示すように走査端を走査する光ビームｃは、第２走査レンズ１３の光軸に対して斜めに入射する。そして、第２走査レンズ１３が偏心して配置されているため、光ビームｃは副走査方向においても斜めに入射することになる。
【００３６】
第２走査レンズ１３に入射する光ビームｃの主光線に垂直なあらゆる方向のうち、入射面により最も強い屈折力を受ける方向は入射面の周方向Ｌでなく、周方向Ｌに対して角度φを持った方向Ｍである。図２０に示す場合には、周方向Ｌに対する方向Ｍの回転方向は光ビームｃの進行方向に向かって見て時計回りである。第２走査レンズ１３の副走査方向への偏心方向が逆の場合、あるいは主走査方向の入射位置が光軸Ｏに関し反対側の場合、あるいは入射面が副走査方向において凹である場合には、周方向Ｌに対する回転方向Ｍの方向は図２０とは逆の反時計回りとなる。
【００３７】
周方向Ｌに対する角度φの大きさは、副走査方向の偏心量，主走査方向の入射角，入射面の曲率半径に依存する。それぞれの偏向角において、図１７（ｂ）に示した偏向された光ビームｃの回転方向と図２０に示した周方向Ｌに対する方向Ｍの回転方向が一致すれば、ビームスポット形状が良好となる。従って、図１９に矢印Ｂで示される方向に第２走査レンズ１３を偏心して配置すれば良い。本実施例の第２走査レンズ１３は副走査方向において、伝達光学系の存在する側に向かって２．６７ｍｍ偏心させて配置している。この第２走査レンズ１３は入射面が屈折力を有するが、射出面が凸の正の屈折力を有するレンズであっても、同様の方向に偏心させれば同様の効果が得られる。さらに、副走査方向において負の屈折力を有するレンズであれば、逆方向のに偏心させれば同様の効果が得られる。なお、走査中心の光ビームｃ0 は偏向による座標系の回転が生じていないため、元々ビームスポット形状が崩れるという問題を生ぜず、第２走査レンズ１３が偏心しても周方向Ｌと方向が一致するため、ビームスポット形状に影響を及ぼさない。従って、ビームスポット形状はやはり良好である。また、偏心により若干の球面収差が生じるが、これは実質的に問題とならない。
【００３８】
本実施例では、上記のように第２走査レンズ１３が偏心して配置しているため、走査端の光ビームｃ1 ，ｃ2 によるビームスポット形状は図１６に示すように良好である。また、この補正は第２走査レンズ１３が主走査方向に平行な軸を中心にして傾いているように配置して構成してもよい。即ち、図２１に示すように第２走査レンズ１３ａを主走査方向に平行な軸の回りに傾けて配置すれば、副走査方向に偏心させた場合と同様に副走査方向においても斜めに光ビームｃが入射するため同様の効果が得られる。さらに、別の解決手段として第２走査レンズ１３が副走査方向に湾曲したものを形成し配置してもよい。即ち、図２２に示すように第２走査レンズ１３ｂを副走査方向に湾曲させ、湾曲した中心線Ｎに光ビームｃをこの湾曲に沿うように入射するように配置すれば、それぞれの偏向角における回転した光ビームｃの座標系とレンズの局所的な位置での主軸方向と副軸方向の座標系とが一致し、ビームスポットの形状が良好なものとなる。
【００３９】
次に、走査線の湾曲補正について説明する。図２６に示すすように回転多面鏡３の第２反射面５に副走査方向に角度を有して光ビームｂが入射すると、反射されて偏向した光ビームｃは湾曲し、走査中心では実線のような光ビームｃ０となるが、走査端では破線のような光ビームｃ１，ｃ２となる。ところが、副走査方向において、回転多面鏡３の第２反射面５と被走査面１４が幾何光学的に共役関係にあると、走査中心の光ビームｃ０も走査端の光ビームｃ１，ｃ２も被走査面１４上では副走査方向において同じ位置に到達し、被走査面１４上での走査線は直線となる。
【００４０】
また、この実施例では、第１伝達レンズ７および第１走査レンズ１２に主走査方向の長さに対して副走査方向の長さが短い形状のレンズを使用している。これらのレンズは、副走査方向の長さが極めて短く、光ビームが透過するために必要な最小限の長さとなっている。従って、回転多面鏡３へ入射する光ビームａは第１伝導レンズ７に干渉せず、光ビームｂも第１走査レンズ１２に干渉しない。また、光ビームとレンズが干渉しないため、回転多面鏡３への光ビームａおよび光ビームｂの副走査方向の入射角を小さくすることができ、それぞれの反射面で偏向された光ビームｂおよび光ビームｃの湾曲が小さくなり、第２伝達レンズ９，第３伝達レンズ１０，第２走査レンズ１３の副走査方向の口径を小さくすることが可能である。さらに、本実施例では、第１伝達レンズ７および第１走査レンズ１２の入射面の副走査方向の口径が、それぞれの反射面の位置における回転多面鏡３へ入射する光ビームａおよび光ビームｂと偏向された光ビームｂおよび光ビームｃとの距離が一致する。図２３において、実線は、ずれのない走査中心の光ビームｂ0 ，ｃ0 であり、破線で示された副走査方向のずれが最大となる走査端の光ビームｂ1 ，ｃ1 とｂ2 ，ｃ2 について、レンズ口径がこれより大きいと入射光ビームｂおよび光ビームｃがレンズと干渉してしまう。逆にレンズ口径がこれより小さいと反射光ビームｂおよび光ビームｃがレンズ外側を通過してしまう。従って、上記構成にすると、光ビームｂおよび光ビームｃの副走査方向へのずれの許容値が最大になる。
【００４１】
次に、図２４に基づいて走査領域のシフトについて説明する。従来の光走査装置においては、走査光学系の光軸に関して走査開始位置と走査終了位置が対称であり、水平同期信号検出位置はその外側に設けられる。このような構成であると、走査レンズ系の利用領域を水平同期信号検出側にのみ大きくとる必要があるが、製造上では一般的にレンズは光軸に関して対称であることが望ましいため、このような場合にはレンズの口径を大きく形成しなければならなかった。特に走査レンズのような正レンズでは、口径が大きくなるとレンズ外周の厚みを確保するために光軸方向のレンズの厚さもそれだけ大きくしなければならない。本発明では、水平同期信号検出位置と走査終了位置が走査光学系の光軸に関して対称であるように配置している。従って、第１走査レンズ１２の主走査方向の口径を小さくすることができる。
【００４２】
次に、水平同期レンズを傾けることについて説明する。上述した偏向で発生する光ビームの回転補正で説明したとおり、副走査方向に角度を有して入射させる光走査装置においては、主走査方向ｙ，副走査方向ｘ，光軸方向ｚの座標系を有する光ビームｂが副走査方向に角度をもって回転多面鏡３の第２反射面５に入射し、偏向された光ビームｃは湾曲して偏向され、そのため光ビームｃの座標系が回転してしまう（図１７参照）。回転多面鏡３の第２反射面５の偏向により光ビームｄが回転すると、水平同期信号光ビームｄによるビームスポットが一点に結像されず、そのビームスポット形状が崩れ、検出精度が悪くなる。このため、この実施例では図１に示されるように水平同期レンズ８２がビーム進行方向に向かって見て、光軸を回転軸として矢印Ｃで示すように時計回りに２．４°傾けて配置している。従って、回転した光ビームｄの座標系と水平同期レンズ８２の母線方向、周方向の座標系とが一致し、ビームスポットの形状が良好となって水平同期センサー８３に導入され、検出精度が向上したものとなる。
【００４３】
次に、水平同期センサー８３を傾けることについて説明する。この実施例では、上記水平同期レンズ８２を傾けると同時に、水平同期センサー８３も水平同期レンズ８２と同じ角度２．４°だけ矢印Ｄ方向に傾けて配置している。従って、水平同期レンズ８２が傾いている場合、水平同期センサー８３上をビームスポットが走査する方向も同じ角度だけ傾くことになる。そこで、水平同期センサー８３上を水平同期信号光ビームｄが垂直に走査するため、さらに、検出感度が向上したものとなる。
【００４４】
続いて、この発明の第２実施例を図面に基づいて説明する。図２７は光走査装置の構成を示す斜視図である。上述した実施例と同様に、半導体レーザー１からの光ビームａは第１整形レンズ２を透過して整形され、走査器としての回転多面鏡３の第１反射面４に副走査方向において下方から斜めに入射して最初の偏向がなされる。この第１反射面４から上方に斜めに反射されたビームｂは第１伝達レンズ７を透過して第１伝達ミラー８で反射され、第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０を透過して第２伝達ミラー１１で反射され、再び回転多面鏡３の第２反射面５に上方から斜めに入射して二度目の偏向がなされる。この第２反射面５から反射され偏向された光ビームｃは、第１走査レンズ１２およびプラスチック製の第２走査レンズ１３により被走査面１４にビームスポットとして結像されて走査するように構成される。
【００４５】
上記整形レンズ２と第１伝達レンズ７は、光軸の回りに回転対象な非球面レンズであり、第２伝達レンズ９は副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズで、第３伝達レンズ１０は主走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズである。また、第１走査レンズ１２は球面レンズである。そして、第２走査レンズ１３はプラスチックス製レンズであり、その入射面は主走査方向で曲率半径の大きな凹形状となっており、副走査方向は曲率半径の小さな凸形状となっている。また、主走査方向の断面曲線を入射面よりも被走査側にある主走査方向に平行な軸の回りに回転させることにより形成される鞍型トーリック面である。その射出面は、主走査方向で曲率半径の大きな凸形状の非円弧であり、副走査方向の断面は直線であり、非円弧シリンドリカル面である。
【００４６】
この実施例では、光ビームａ，光びーむｂ，光ビームｃおよび光ビームｄのいずれも、回転多面鏡３の回転軸６に垂直な面である走査面内に含まれている。回転多面鏡３の第１反射面４、第２反射面５に入射する光ビームａおよび光ビームｂは、いずれもそれぞれの反射面に主走査方向で斜めに入射する。整形光学系、伝達光学系および走査光学系はいずれも走査面内に配置されているが、互いに干渉しないように隔離されて配置されている。
【００４７】
次に、このように構成された第２実施例の具体的な数値例を表３に示し、第１整形レンズ２および第１伝達レンズ７の非球面係数を表４に示す。
【００４８】
【表３】
0003680877.tif 000005
【表４】
0003680877.tif 000006
【００４９】
１走査の走査開始から走査終了までの回転多面鏡３の回転角２ωは２４°であり、回転多面鏡３の面数は８面、回転多面鏡３の内接円半径は１７．３２ｍｍ、レーザー光の波長は６７０ｎｍである。
【００５０】
この実施例においても、第１伝達レンズ７，第２伝達レンズ９および第３伝達レンズ１０から構成される伝達光学系は、回転多面鏡３の第１反射面４と第２反射面５が副走査方向において幾何光学的にほぼ共役関係になるように構成されて配置される。そして、副走査方向において回転多面鏡３の第１反射面４の近傍の１１ｍｍ離れた位置にに結像した光ビームａを、光ビームｂとして伝達光学系により回転多面鏡３の第２反射面５の近傍に結像させる。従って、この例の場合も先の例と同様に回転多面鏡３の第１反射面４および回転多面鏡３の第２反射面５の面倒れが良好に補正することができ、副走査方向の走査位置が一定となる。
【００５１】
これらの実施例では、走査器として回転多面鏡を使用するものについて説明したが、これは回転多面鏡に限らず少なくとも２面以上の反射面を有するものであればよく、回転多面鏡の他に回転２面鏡，回動軸を中心に正弦振動を行なうガルバノメータの表裏面を使用するものであってもよいことは勿論である。また、レーザープリンタに使用すると有効であるが、その他デジタル複写機，ファクシミリ，レーザー走査ディスプレイなどの画像形成装置やスキャナなどの画像入力装置、あるいは光学マーク読取用レーザー装置，表面検査用レーザー装置などにも適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、回転多面鏡の第１反射面および回転多面鏡の第２反射面５の面倒れを良く補正することができ、副走査方向の走査位置が一定とすることが可能になり、良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の光走査装置の構成を示す斜視図、
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、副走査方向の面倒れと走査位置が一定となることを説明するための展開図、
【図３】伝達光学系の主走査方向の展開図、
【図４】伝達光学系の副走査方向の展開図、
【図５】伝達光学系の副走査方向の展開図、
【図６】光ビームの交差を説明するための伝達光学系の主走査方向の展開図、
【図７】（ａ），（ｂ）は、伝達光学系のミラー枚数と光ビームの交差を説明するための平面図、
【図８】（ａ），（ｂ）は、図７の伝達光学系の主走査方向の展開図、
【図９】伝達光学系で発生する光ビームの回転を説明するための側面図、
【図１０】光ビームの回転を説明するための回転多面鏡の側面図、
【図１１】光ビームの回転を説明するための回転多面鏡の側面図、
【図１２】走査光学系の偏心を説明するためのシリンドリカルレンズの正面図、
【図１３】伝達光学系の光路を主走査方向に投影した光路図、
【図１４】回転角度と第１反射面と第２反射面の光軸のなす角との関係を示すグラフ、
【図１５】ビームスポットの等強度線図、
【図１６】ビームスポットの等強度線図、
【図１７】（ａ），（ｂ）は、第２反射面での光ビームの回転を説明するための斜視図、および座標系を示す説明図、
【図１８】ビームスポットの等強度線図、
【図１９】走査レンズの偏心を説明するための第２走査レンズの正面図、
【図２０】走査レンズの偏心を説明するための第２走査レンズの一部の斜視図、
【図２１】走査レンズの偏心を説明するための第２走査レンズの側面図、
【図２２】走査レンズの偏心を説明するための第２走査レンズの正面図、
【図２３】走査線の湾曲補正を説明するための説明図、
【図２４】走査領域のシフトを説明するための説明図、
【図２５】変形例の光路を示す光走査装置の側面図、
【図２６】走査線の湾曲補正を説明するための説明図、
【図２７】第二実施例の光走査装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  光源（半導体レーザー）
２  整形レンズ
３  回転多面鏡
４  第１反射面
５  第２反射面
６  回転軸
７  第１伝達レンズ
８  第１伝達ミラー
９  第２伝達レンズ
１０  第３伝達レンズ
１１  第２伝達ミラー
１２  第１走査レンズ
１３  第２走査レンズ
１４  被走査面
８１，９１  水平同期ミラー
８２，９２  水平同期レンズ
８３，９３  水平同期センサー
【図１】
0003680877.tif 000007
【図２】
0003680877.tif 000008
【図３】
0003680877.tif 000009
【図４】
0003680877.tif 000010
【図５】
0003680877.tif 000011
【図６】
0003680877.tif 000012
【図７】
0003680877.tif 000013
【図８】
0003680877.tif 000014
【図９】
0003680877.tif 000015
【図１０】
0003680877.tif 000016
【図１１】
0003680877.tif 000017
【図１２】
0003680877.tif 000018
【図１３】
0003680877.tif 000019
【図１４】
0003680877.tif 000020
【図１５】
0003680877.tif 000021
【図１６】
0003680877.tif 000022
【図１７】
0003680877.tif 000023
【図１８】
0003680877.tif 000024
【図１９】
0003680877.tif 000025
【図２０】
0003680877.tif 000026
【図２１】
0003680877.tif 000027
【図２２】
0003680877.tif 000028
【図２３】
0003680877.tif 000029
【図２４】
0003680877.tif 000030
【図２５】
0003680877.tif 000031
【図２６】
0003680877.tif 000032
【図２７】
0003680877.tif 000033