(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転運動によりビームを偏向する反射面を複数有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の前記反射面で１度めに偏向されたビームを前記回転多面鏡に導く第１の伝達光学系と、前記第１の伝達光学系を射出し前記回転多面鏡により２度めに偏向されたビームを前記回転多面鏡に導く第２の伝達光学系を配し、前記回転多面鏡の回転により１度めに偏向されるビームの偏向角よりも前記第２の伝達光学系を射出し３度めに偏向されるビームの偏向角の方が大きくなるように前記第１の伝達光学系および前記第２の伝達光学系を構成した自己増幅偏向走査光学系であって、前記回転多面鏡の回転により２度めに偏向されるビームの偏向角は１度めに偏向されるビームの偏向角以下であることを特徴とする自己増幅偏向走査光学系。
【請求項２】
前記第１の伝達光学系および前記第２の伝達光学系の光軸を通過し被走査面上の走査中心を走査するビームは、前記回転多面鏡の反射面へ１度め、２度め、３度めとも主走査断面内において直角に入射することを特徴とする請求項１記載の自己増幅偏向走査光学系。
【請求項３】
前記第１の伝達光学系において光軸上を通過するビーム以外のビームの主光線は、前記第１の伝達光学系の光軸と交差することを特徴とする請求項１記載の自己増幅偏向走査光学系。
【請求項４】
前記第１の伝達光学系を射出し２度めに偏向されたビームは前記第１の伝達光学系を構成する最終のレンズに再び入射することを特徴とする請求項３記載の自己増幅偏向走査光学系。
【請求項５】
前記第２の伝達光学系は前記回転多面鏡に対向して設けられた平面鏡だけで構成されることを特徴とする請求項３記載の自己増幅走査光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザプリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる走査光学系に関し、特に回転多面鏡を用いてビーム偏向を行う場合に伝達光学系を用いて偏向角を増幅させ、高速走査を可能とする自己増幅偏向走査光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転多面鏡を用いた走査光学系において、単位時間あたりの走査回数である走査速度を高速化する方法としては、回転多面鏡の回転速度を高速化させる方法と回転多面鏡の反射面の数を増やす方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、回転速度を高速化させることは回転多面鏡の空気抵抗を増大させ、回転多面鏡の駆動装置により大きなパワーを必要とし、駆動装置の大型化や騒音の発生を招いてしまう。
【０００４】
一方、回転多面鏡の反射面の数を増やす方法では、反射面の数が増えるとこれに反比例して反射面１面当たりのビームの偏向角が小さくなり、最終的にビームが走査する被走査面上で所定の像高を得るためには、光路長を長くする必要がある。一般に被走査面での走査ビームのスポット径を一定にした場合、回転多面鏡で偏向されるビーム径は光路長に比例して大きくなるため、光路長を長くすると回転多面鏡で偏向するビーム径も大きくする必要がある。ビーム径の大きなビームをビーム巾全域にわたって、回転多面鏡の反射面でのケラレを小さくするように偏向走査するためには、外径の大きな回転多面鏡を必要とする。従って通常、被走査面上でのビーム径を一定にして回転多面鏡の反射面を増やすには、回転多面鏡の外径も大きくする必要がある。しかし、外径の大きな回転多面鏡では空気抵抗が増大し、回転速度を高速化した場合と同じように回転多面鏡の駆動装置により大きなパワーを必要とし、駆動装置の大型化や騒音の発生を招いてしまう。
【０００５】
このような課題に対して、回転多面鏡の外径を大きくせずに回転多面鏡の反射面の数を増やすために、回転多面鏡で偏向されたビームを伝達光学系を用いて再び回転多面鏡に入射させ偏向する方法が特開昭５１−３２３４０号公報や特開昭５３−９７４４８号公報において提案されている。このうち特開昭５１−３２３４０号公報では比較的小さなビーム径を有するビームを回転多面鏡に入射させ、偏向されたビームのビーム径を拡大して回転多面鏡の反射面の回転に追随するように再度回転多面鏡に入射させることにより、ビーム径の大きなビームを高い走査効率で偏向走査することを可能にしている。また、特開昭５３−９７４４８号公報では偏向器により偏向されたビームを伝達光学系により再び偏向器に導き、伝達光学系を射出したビームが偏向器の回転に伴い光軸に対してなしていく角度方向を、偏向器の回転方向と反対方向となるように伝達光学系を構成し、偏向角を増幅させることを可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、走査速度のさらなる高速化のために回転多面鏡の面数を増やしていった場合、上述の特開昭５１−３２３４０号公報で提案されている方法では偏向角の増幅作用をほとんど持たないため偏向角が小さくなり、被走査面で所定の像高を得るためには光路長が長くなって装置の大型化を招いてしまう。
【０００７】
一方、特開昭５３−９７４４８号公報で提案されいる方式では回転多面鏡の反射面の数を増やした場合でも伝達光学系の構成により偏向角を増幅させ広い偏向角を得ることができる。しかし、最初に入射する反射面と２度めに入射する反射面がほぼ共役となるように伝達光学系が構成されているため、偏向角の増幅作用が大きくなるように伝達光学系を構成しようとすると伝達光学系の光学倍率が低くなり、２度めに偏向されるビームのビーム径が小さくなってしまう。
【０００８】
ところで、近年、レーザプリンタ等の画像形成装置の高速化、高解像度化に伴い、走査光学系においては高速化と同時に、高解像度化に対応するため被走査面上でのビームスポットを小径化することが要求されている。このためビームの偏向装置においては走査速度の高速化と同時に、ビーム径の大きなビームを偏向走査することが要求される。ところが、特開昭５３−９７４４８号公報で提案されいる方式では、このような走査速度の高速化と偏向されるビームのビーム径を大きくして高解像度化することを両立するのは困難である。
【０００９】
このような要求に対して、伝達光学系を用いた走査光学系において走査速度の高速化のために偏向角の増幅作用を大きくし、かつ高解像度化のために最終的に偏向されるビームのビーム径を大きくする方法として、伝達光学を２組配して３度回転多面鏡によりビームを偏向する方法が考えられる。しかしながら、特開昭５３−９７４４８号公報に示される伝達光学系を２組用いた場合、１度めに偏向されたビームを回転多面鏡に導く第１の伝達光学系による偏向角の増幅作用があるために、２度めに偏向されたビームの偏向角は１度めに偏向されたビームの偏向角よりも大きくなる。すると、２度めに偏向されたビームを回転多面鏡に導く第２の伝達光学系の開口数は第１の伝達光学系の開口数よりも大きくなり、第２の伝達光学系における球面収差やコマ収差の発生量が増大して被走査面における結像性能の劣化を招くとともに、第２の伝達光学系の口径も大きくなるためコスト高ともなってしまう。また、第１の伝達光学系の偏向角の増幅作用がなくても第２の伝達光学系へ入射するビームのビーム径が大きければ同様にして結像性能の劣化を招いてしまう。
【００１０】
すなわち、本発明の目的とするところは、２組の伝達光学系を配してビームを３度回転多面鏡に入射させ、反射面の数が多い回転多面鏡を用いてビーム径の大きなビームを広角に偏向走査しても、被走査面における結像性能の劣化がなくコスト高ともならない高速、高解像度、高画質、低価格な自己増幅偏向走査光学系を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の自己増幅偏向走査光学系は回転運動によりビームを偏向する反射面を複数有する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の前記反射面で１度めに偏向されたビームを前記回転多面鏡に導く第１の伝達光学系と、前記第１の伝達光学系を射出し前記回転多面鏡により２度めに偏向されたビームを前記回転多面鏡に導く第２の伝達光学系を配し、前記回転多面鏡の回転により１度めに偏向されるビームの偏向角よりも前記第２の伝達光学系を射出し３度めに偏向されるビームの偏向角の方が大きくなるように前記第１の伝達光学系および前記第２の伝達光学系を構成した自己増幅偏向走査光学系であって、前記回転多面鏡の回転により２度めに偏向されるビームの偏向角は１度めに偏向されるビームの偏向角以下であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記第１の伝達光学系および前記第２の伝達光学系の光軸を通過し被走査面上の走査中心を走査するビームは前記回転多面鏡の反射面へ１度め、２度め、３度めとも主走査断面内において直角に入射することを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、前記第１の伝達光学系において光軸上を通過するビーム以外のビームの主光線は前記第１の伝達光学系の光軸と交差することを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、前記第１の伝達光学系を射出し２度めに偏向されたビームは前記第１の伝達光学系を構成する最終のレンズに再び入射することを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、前記第２の伝達光学系は前記回転多面鏡に対向して設けられた平面鏡だけで構成されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の基本的な原理を示す光学系の主走査断面図であり、解り易くするために各光学要素を光軸に沿って展開して示してある。図１において、１は半導体レーザ等の光源を示し、２は光源１より射出した発散ビームを所定のビーム形状に整形するためのビーム整形光学系を示す。ｔ1、ｔ2、ｔ3はそれぞれ同一の図示していない回転多面鏡の反射面を示し、３は反射面ｔ1で偏向されたビームを再び回転多面鏡の反射面ｔ2に導くための第１の伝達光学系を、４は反射面ｔ2で偏向されたビームを再び回転多面鏡の反射面ｔ3に導くための第２の伝達光学系を示す。ビーム整形光学系２、第１の伝達光学系３および第２の伝達光学系４のそれぞれの光軸は反射面ｔ1およびｔ2を介して一致している。
【００１９】
光源１より射出したビームはビーム整形光学系２を通過し、反射面ｔ1に１度めに入射する。反射面ｔ1で反射されたビームは第１の伝達光学系３により再び回転多面鏡に導かれ反射面ｔ2に２度めに入射する。反射面ｔ2で反射されたビームは第２の伝達光学系４によりさらにもう一度回転多面鏡に導かれ反射面ｔ3に３度めに入射する。反射面ｔ3で反射されたビームは図示していないｆθ光学系を経て図示していない被走査面へと入射する。ビーム整形光学系２、第１の伝達光学系３および第２の伝達光学系４のそれぞれの光軸が回転多面鏡の反射面ｔ1、ｔ2、ｔ3を介して一致する時の回転多面鏡の回転角を０とし、この時に光源１から射出したビームは、第１の伝達光学系３および第２の伝達光学系４のそれぞれの光軸を通過して被走査面上の走査中心を走査するように、それぞれの光学要素が構成されている。図１（ａ）に点線ｍ1〜ｍ5で示すのは、回転多面鏡が回転角φ回転した場合に偏向されたビームの主光線である。回転多面鏡が回転角φ回転することにより反射面ｔ1は光軸に対してφ傾く。反射面ｔ1に入射したビームは反射面ｔ1により偏向されて、主光線ｍ1は光軸に対して２φの角をなして射出する。この主光線ｍ1の光軸に対する角度を１度めの偏向角ω1（＝２φ）とする。反射面ｔ1を射出したビームは、第１の伝達光学系３により屈折させられ、主光線ｍ2が反射面ｔ2の回転角と同じ回転方向で光軸に対してψ1の角をなすビームとなり、光軸からの高さｈ1で反射面ｔ2に入射する。入射したビームは反射面ｔ2により反射されて、主光線ｍ3が光軸に対して２φ−ψ1の角をなすビームｍ3となって射出する。このビームの主光線ｍ3の光軸に対する角度を２度めの偏向角ω2（＝２φ−ψ1）とする。反射面ｔ2を射出したビームは第２の伝達光学系４により屈折させられ、主光線ｍ4が反射面ｔ3の回転角と逆の回転方向で光軸に対してψ2の角をなすビームとなり、光軸からの高さｈ2で反射面ｔ3に入射する。入射したビームは反射面ｔ3により反射され、主光線ｍ5が光軸に対して２φ＋ψ2の角をなすビームとなって射出する。このビームの主光線ｍ5の光軸に対する角度を３度めの偏向角ω3（＝２φ＋ψ2）とする。このように第２の伝達光学系４を射出したビームの主光線ｍ4は、光軸に対して反射面ｔ4の回転角とは逆の回転方向の角ψ2をなして反射面ｔ3へ入射することにより、３度めの偏向角ω3を１度めの偏向角ω1に対してψ1だけ増幅させている。反射面ｔ2へ入射するビームの主光線ｍ2が光軸からの高さｈ1で反射面ｔ2に入射するのは、ビームが反射面ｔ2からはみ出さないよう反射面ｔ2の回転に追従して入射するためである。このｈ1ついては、回転多面鏡の内接円半径、反射面数、回転角および反射面ｔ2上でのビーム径を基に、ビームが反射面からはみ出さない条件から許容量が算出される。第１の伝達光学系３はｈ1が上述の許容量を満たすように構成されている。反射面ｔ3に入射するビームの主光線ｍ4の反射面ｔ3上での高さｈ2も同様にして、ビームが反射面ｔ3からはみ出さない条件から許容量が算出され、算出された許容量を満たすように第２の伝達光学系が構成されている。このような偏向角の増幅作用により小さな回転多面鏡の回転角でも大きなビームの偏向角を得ることができ、回転多面鏡の面数を増やした場合でも偏��角を確保することが可能となって、走査光学系を容易に高速化することができる。
【００２０】
ところで、伝達光学系を用いた自己増幅偏向走査光学系においては、偏向点と伝達光学系により導かれた次の偏向点とは、伝達光学系を介してほぼ光学的共役関係にある。このため伝達光学系を１組しか用いない場合は、偏向角の増幅作用を大きくしようとすると伝達光学系の光学倍率が小さくなり、２度めに偏向されるビーム径が小さくなるという制約がある。１度めに偏向されるビームの反射面上のビーム径を大きくすることにより２度めに偏向されるビーム径を大きくすることもできるが、面数が多い回転多面鏡では反射面の辺の長さが短いため、１度めに偏向されるビームが反射面からはみ出さないようにすると走査効率が低下し、結果的に２度めの偏向角が小さくなってしまう。なお走査効率とは３６０゜を回転多面鏡の面数で除算した角度に対する被走査面上の走査領域を走査するための回転多面鏡の回転角の割合を示し、走査効率を高めることにより同じ走査速度（単位時間当たりの走査回数）であっても光源でのビームのエネルギーを低減させたり、画像形成における画像データ変調のためのデータクロックを低くすることができる。従って伝達光学系を１組しか用いない自己増幅偏向走査光学系では高速化と高解像度化の両立に限界がある。本発明では２組の伝達光学系を用いて、ビームを３度回転多面鏡により偏向することにより上述の制約に捕らわれることなく走査光学系のさらなる高速化と高解像度化を図ることができる。
【００２１】
さらに本発明では第１の伝達光学系３を射出したビームの主光線ｍ2は、光軸に対して反射面ｔ4の回転角と同じ回転方向に角ψ1をなして反射面ｔ2へ入射し、２度めの偏向角ω2は１度めの偏向角ω1に比べψ1だけちいさくなるよう第１の伝達光学系３を構成している。このため、第２の伝達光学系４の開口数を第１の伝達光学系３と同じかそれ以下とすることができ、第２の伝達光学系４での収差補正を良好にするとともに、第２の伝達光学系４の口径も小さくなるため第２の伝達光学系４の低価格化を図ることができる。
【００２２】
次に本発明の光学系における基本的なビームの結像関係について説明する。図１（ｂ）は本発明の光学系の結像関係を示す主走査断面図である。光源１より放射状に射出したビームはビーム整形光学系２により反射面ｔ1の近傍の点Ｐに結像する集束ビームに整形されて反射面ｔ1に入射する。反射面ｔ1を射出したビームは点Ｐで結像して後、発散ビームとして第１の伝達光学系３に入射し、第１の伝達光学系３により平行ビームまたは集束ビームに整形されて反射面ｔ2に入射する。反射面ｔ2を射出したビームは平行ビームまたは集束ビームとして第２の伝達光学系４に入射し、第２の伝達光学系４により略平行ビームに整形され反射面ｔ3により偏向される。反射面ｔ1の近傍に結像するようにビーム整形光学系２からのビームが入射するのは、反射面ｔ1上のビーム径ｗ1を小さくして走査効率を高めるためである。また、反射面ｔ2により２度めに偏向されるビームを平行ビームまたは集束ビームとすることにより第２の伝達光学系４に入射するビーム径が大きくなるのを防止し、第２の伝達光学系４での収差補正を良好にすることができる。さらに、２度めに偏向されたビームの主光線ｍ3と光軸との交点を点Ｑ、第２の伝達光学系４を射出したビームの主光線ｍ4と光軸との交点を点Ｒとした場合、主光線ｍ3が光軸に対して高さｈ1で反射面ｔ2へ入射する構成のため点Ｑは反射面ｔ2の手前に位置し、点Ｑと点Ｒは第２の伝達光学系４を介して光学的共役関係にある。このため、交点Ｒでのビーム径ｗRは交点Ｑでのビーム径ｗQに第２の伝達光学系４の光学倍率を乗じた値となる。３度めに偏向されるビームはほぼ平行ビームであるため交点Ｒでのビーム径ｗRと３度めに偏向されるビーム径ｗ3はほぼ等しく、ｗ3はほぼｗQに第２の伝達光学系の光学倍率を乗じた値となる。前述したように従来例の伝達光学系を用いた自己増幅偏向走査光学系では偏向されるビーム径を変えずに偏向角の増幅作用を大きくすると、伝達光学系へ入射するビーム径を大きくしなければならず走査効率が低下してしまうという問題がある。本発明では第２の伝達光学系４へ入射するビーム径である交点Ｑのビーム径ｗQを大きくしても、２度めに偏向されるビームを集束ビームとすることで反射面ｔ2上でのビーム径ｗ2を小さくすることができ、偏向角の増幅作用を大きくしても走査効率の低下を防止することができる。
【００２３】
（実施例１）
次に本発明の実際的な構成を示す実施例について説明する。
【００２４】
図２は本発明の第１の実施例を示す主走査断面図である。この実施例では各光学要素は主走査断面内に平面的に配置されており、各光学要素の光軸は同一平面内にある。第１の伝達光学系は２枚のレンズ３１、３２と１枚の折り返しミラー３３から構成され、第２の伝達光学系は２枚のレンズ４１、４２と２枚の折り返しミラー４３、４４から構成されている。光源である半導体レーザ１より射出したビームはビーム整形光学系２を通過し、回転多面鏡５の反射面ｔ1に１度めに入射する。反射面ｔ1で反射されたビームは第１の伝達光学系を構成するレンズ３１、折り返しミラー３３、レンズ３２を通過して再び回転多面鏡５に導かれ、反射面ｔ2に２度めに入射する。反射面ｔ２で反射されたビームは第２の伝達光学系を構成するレンズ４１、折り返しミラー４３、４４、レンズ４２を通過して、さらにもう一度回転多面鏡５に導かれ反射面ｔ3に３度めに入射する。反射面ｔ3で反射されたビームはｆθ光学系６を通過して被走査面７へと入射する。ｆθ光学系６は回転多面鏡５により偏向されたビームが被走査面７上を等速に走査するとともに、像面湾曲を生じることなく被走査面７上にビームスポットを形成するように設計されている。図２中の点線は回転多面鏡５により偏向され被走査面７の左右の走査端を走査するビームの主光線を示す。これらの主光線は反射面ｔ2、ｔ3へ回転多面鏡５の回転に伴う反射面の動きに追従して入射するように第１および第２の伝達光学系が構成されている。伝達光学系に用いられる主走査断面内においてビームを折り返す折り返しミラーの数は、反射面を追従する条件から、偏向されたビームの主光線が光軸と交差する回数が偶数回の場合は奇数枚、交差する回数が奇数回の場合は偶数枚でなくてはならない。本実施例における第１の伝達光学系では偏向されたビームは光軸と交差しないため主走査断面内における折り返しミラーは１枚であり、第２の伝達光学系では偏向されたビームが光軸と１回交差するため折り返しミラーは２枚としている。
【００２５】
（実施例２）
次に本発明の第２の実施例について説明する。図３は本発明の第２の実施例を示す主走査断面図であり、図４は図３を光軸に沿って展開した本実施例の副走査断面図である。本実施例では回転多面鏡５の回転角が０の時、主走査断面内においてビーム整形光学系２、第１および第２の伝達光学系のそれぞれの光軸が回転多面鏡５の反射面ｔ1、ｔ2、ｔ3と直角となるように構成されている。第１の伝達光学系３および第２の伝達光学系４の光軸を通過し被走査面上の走査中心を走査するビームは、反射面ｔ1、ｔ2、ｔ3へ主走査断面内において直角に入射する。回転多面鏡５のそれぞれの反射面に入射するビームは射出するビームとの干渉を防ぐため、反射面に対して副走査方向に角度をなして反射面に入射し、入射ビームと射出ビームを分離している。第１の伝達光学系は２枚のレンズ３１、３２と３枚の折り返しミラー３３、３４、３５から構成され、第２の伝達光学系は２枚のレンズ４４、４５と２枚の折り返しミラー４３、４４から構成されている。光源である半導体レーザ１より射出したビームはビーム整形光学系２を通過し、回転多面鏡５の反射面ｔ1に斜め下から１度めに入射する。反射面ｔ1で反射されたビームは入射ビームとの干渉を避けて斜め上方向に射出し、第１の伝達光学系を構成するレンズ３１、折り返しミラー３３、３４、３５およびレンズ３２を通過して再び回転多面鏡５に導かれ反射面ｔ2に斜め上から２度めに入射する。反射面ｔ2で反射されたビームは入射ビームとの干渉を避けて斜め下方向に射出し、第２の伝達光学系を構成するレンズ４１、折り返しミラー４３、レンズ４２、折り返しミラー４４を通過してさらにもう一度回転多面鏡５に導かれ、反射面ｔ3に斜め下から３度めに入射する。反射面ｔ3で反射されたビームは入射ビームとの干渉をさけて斜め上方向に射出しｆθ光学系６を通過して被走査面７へと入射する。図３中の点線は回転多面鏡５により偏向され被走査面７の左右の走査端を走査するビームの主光線を示し、これらの主光線は反射面ｔ2、ｔ3へ回転多面鏡５の回転に伴う反射面の動きに追従して入射するように第１および第２の伝達光学系が構成されている。
【００２６】
第１の実施例のように回転多面鏡を用いた走査光学系において光軸と回転多面鏡の反射面が主走査断面内において直角とならない構成では、回転多面鏡の回転に伴う反射面の光軸方向への変位である偏向点変位により、主光線の経路や収差など光学系の諸特性が光軸に関して軸非対称となる。通常用いられる軸対称光学系ではこれらの収差は補正不可能であるため走査光学系の高精度化の妨げとなってしまう。光学系に軸非対称なレンズ等を用いて軸非対称な収差を補正することもできるが、光学系が極めて高価となってしまう。本実施例では主走査断面内においてビーム整形光学系２、第１および第２の伝達光学系のそれぞれの光軸が回転多面鏡５の回転角が０の時、反射面ｔ１、ｔ２、ｔ３と直角となるように構成することにより、光学系の諸特性が光軸に関して軸対称とすることができ、走査光学系のさらなる高精度化を図ることができる。
【００２７】
第１および第２の実施例に用いられる第１の伝達光学系と第２の伝達光学系の代表的な設計例を以下に示す。図５は本設計例のレンズ構成を示す主走査断面図であり（ａ）の点線は走査端を走査するビームの主光線を示し、（ｂ）は走査中心を走査するビームの結像関係を示す。図は解り易くするために第１および第２の伝達光学系を光軸に沿って展開して示してある。本設計例においては第１の伝達光学系を構成するレンズ３１の入射面ｓ1および射出面ｓ2は軸対称非球面であり、これ以外のレンズ面は全て球面で構成されいる。本設計例の光学諸元を表１に示す。なお、表中における各記号は以下の通りである。
【００２８】
ｓi：面番号
ｒi：面番号ｉの曲率半径
ｄi：面番号ｉからｉ＋１の面までの軸上距離
ｎi：面番号ｉの屈折率
Ｋi、Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄi：面番号ｉが軸対称非球面の場合に次式で示される軸対称非球面の非球面係数
【００２９】
【数１】
0003680871.tif 000002
【００３０】
ただしｚは光軸からの高さｈにおける非球面の点の非球面頂点の接平面からの距離である。
φ：走査中心から走査端までビームが走査される時の回転多面鏡の回転角
Ｐr：回転多面鏡の内接円半径
Ｌ：反射面t1からビーム整形光学系を射出したビームの結像点Ｐまでの光軸上の距離
ω1：１度めの偏向角
ω2：２度めの偏向角
ω3：３度めの偏向角
ψ1：走査端を走査するビームの主光線が反射面ｔ2に入射する時の光軸との傾角
ψ2：走査端を走査するビームの主光線が反射面ｔ3に入射する時の光軸との傾角
ｈ1：走査端を走査するビームの主光線と反射面ｔ2の交点の光軸からの高さ
ｈ2：走査端を走査するビームの主光線と反射面ｔ3の交点の光軸からの高さ
ｗ1：走査中心を走査するビームの反射面ｔ1上のビーム径
ｗ2：走査中心を走査するビームの反射面ｔ2上のビーム径
ｗ3：走査中心を走査するビームの反射面ｔ3上のビーム径
【００３１】
【表１】
0003680871.tif 000003
【００３２】
なお、本発明に用いられるビーム整形光学系およびｆθ光学系は一般に広く用いられる設計法により容易に設計可能であり、ここではその構成を具体的に記載することは省略する。
【００３３】
（実施例３）
次に本発明の第３の実施例について説明する。図６は本発明の第３の実施例を示す主走査断面図であり、図７は図６を光軸に沿って展開した本実施例の副走査断面図である。本実施例では第２の実施例と同様に、回転多面鏡５の回転角が０の時、主走査断面内においてビーム整形光学系２、第１および第２の伝達光学系のそれぞれの光軸が回転多面鏡５の反射面ｔ1、ｔ2、ｔ3に直角となるように構成されている。第１の伝達光学系は２枚のレンズ３１、３２と２枚の折り返しミラー３３、３５から構成され、第２の伝達光学系は２枚のレンズ４１、４２と２枚の折り返しミラー４３、４４から構成されている。図６中の点線は回転多面鏡５により偏向され被走査面７の左右の走査端を走査するビームの主光線を示し、本実施例では第１の伝達光学系のレンズ３１と３２の間で偏向されたビームの主光線が光軸と交差する構成となっている。
【００３４】
本実施例では第１の伝達光学系のレンズ３１とレンズ３２の間で偏向されたビームの主光線を光軸と交差させることにより、第１の伝達光学系の折り返しミラーの枚数を２枚とし、折り返しミラーの枚数を減らすことができる。
【００３５】
第３の実施例に用いられる第１および第２の伝達光学系の代表的な設計例を以下に示す。図８は本設計例のレンズ構成を示す主走査断面図であり（ａ）の点線は走査端を走査するビームの主光線を示し、（ｂ）は走査中心を走査ビームの結像関係を示す。図は解り易くするために第１および第２の伝達光学系を光軸に沿って展開して示してある。本設計例においては第１の伝達光学系を構成するレンズ３１の射出面ｓ2のみ軸対称非球面であり、これ以外のレンズ面は全て球面で構成されいる。本設計例の光学諸元を表２に示す。なお、表中の記号は表１の記号に準じる。
【００３６】
【表２】
0003680871.tif 000004
【００３７】
（実施例４）
次に本発明の第４の実施例について説明する。図９は本発明の第４の実施例を示す主走査断面図であり、図１０は図９を光軸に沿って展開した本実施例の副走査断面図である。本実施例では第２の実施例と同様に、回転多面鏡５の回転角が０の時、主走査断面内においてビーム整形光学系２、第１および第２の伝達光学系のそれぞれの光軸が回転多面鏡５の反射面ｔ1、ｔ2、ｔ3と直角になるように構成されている。第１の伝達光学系は２枚のレンズ３１、３２と２枚の折り返しミラー３３、３５から構成され、第２の伝達光学系は３枚のレンズ３２、４１、４２、２枚の折り返しミラー４３、４４から構成されている。本実施例ではレンズ３２から射出したビームは反射面Ｓ2で反射された後、再びレンズ３２へ入射する構成となっており、レンズ３２は第１および第２の伝達光学系の両方に含まれる。第１の伝達光学系を通過しレンズ３２を射出したビームは、斜め上方向から反射面ｔ2へ入射して反射され、入射ビームとの干渉を避けて斜め下方向に射出しレンズ３２へ再び入射する。レンズ３２を射出したビームはレンズ４１、折り返しミラー４３、レンズ４２、折り返しミラー４４を通過して回転多面鏡５に導かれる。
【００３８】
本実施例ではレンズ３２を第１および第２の伝達光学系の両方に含まれる構成とすることにより、走査光学系全体としてのレンズ枚数を増やすことなく、第２の伝達光学系のレンズ枚数を増やすことができ、第２の伝達光学系での収差補正を良好にすることができる。
【００３９】
第４の実施例に用いられる第１および第２の伝達光学系の代表的な設計例を以下に示す。図１１は本設計例のレンズ構成を示す主走査断面図であり（ａ）の点線は走査端を走査するビームの主光線を示し、（ｂ）は走査中心を走査するビームの結像関係を示す。図は解り易くするために第１および第２の伝達光学系を光軸に沿って展開して示してある。本設計例においては第１の伝達光学系を構成するレンズ３１の射出面ｓ2および第２の伝達光学系を構成するレンズ４２の入射面ｓ7、射出面ｓ8は軸対称非球面レンズであり、これ以外のレンズ面は全て球面で構成されいる。本設計例の光学諸元を表３に示す。なお、表中の記号は表１の記号に準じる。
【００４０】
【表３】
0003680871.tif 000005
【００４１】
（実施例５）
次に本発明の第５の実施例について説明する。図１２は本発明の第５の実施例を示す主走査断面図であり、図１３は図１２を光軸に沿って展開した本実施例の副走査断面図である。本実施例は第１の実施例と同様に主走査断面内においてビーム整形光学系、第１および第２の伝達光学系のそれぞれの光軸が回転多面鏡５の回転角が０の時、反射面ｔ1、ｔ2と直角になるように構成されている。第１の伝達光学系は２枚のレンズ３１、３２と２枚の折り返しミラー３３、３４から構成され、第２の伝達光学系は回転多面鏡５に対向して設けられた平面鏡４１で構成されている。図１４に反射面ｔ2と平面鏡４１での副走査方向のビームの振る舞いを示す。第１の伝達光学系を通過し、反射面ｔ2で反射されたビームは図１４に示すように入射ビームとの干渉を避けて斜め下方向に射出し、第２の伝達光学系を構成する平面鏡４１で反射させられて、もう一度反射面ｔ2に斜め上から入射する。平面鏡４１は反射面ｔ2で反射されたビームの干渉を避けるために副走査方向に薄く構成されている。反射面ｔ2で反射されたビームは入射ビームとの干渉をさけて斜め下方向に射出しｆθ光学系６を通過して被走査面７へと入射する。
【００４２】
本実施例では第２の伝達光学系を平面鏡のみで構成して、第２の伝達光学系を極めて簡素にすることができ、低価格な走査光学系を構成することができる。
【００４３】
第５の実施例に用いられる第１および第２の伝達光学系の代表的な設計例を以下に示す。図１５は本設計例のレンズ構成を示す主走査断面図であり（ａ）の点線は走査端を走査するビームの主光線を示し、（ｂ）は走査中心を走査するビームの結像関係を示す。図は解り易くするために第１および第２の伝達光学系を光軸に沿って展開して示してある。本設計例においては第１の伝達光学系を構成するレンズ３１の入射面ｓ1および射出面ｓ2は軸対称非球面であり、これ以外のレンズ面は全て球面で構成されいる。本設計例の光学諸元を表４に示す。なお、表中の記号は表１の記号に準じる。
【００４４】
【表４】
0003680871.tif 000006
【００４５】
いずれの実施例に関しても第１あるいは第２の伝達光学系を構成するレンズをシリンドリカルレンズ、トーリックレンズなどのアナモフィックレンズとしたり、伝達光学系内に副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを付加することにより、ビームが偏向される各反射面を副走査方向に関して光学的に共役にすることができ反射面の倒れを光学的に補正することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明の構成によれば、２組の伝達光学系を用いてビームを３度回転多面鏡に入射させることで、小さい回転多面鏡の回転角であっても３度めに偏向されるビームの偏向角とビーム径の両方を大きくすることができる。加えて回転多面鏡に２度めに偏向されたビームの偏向角を１度めに偏向されたビームの偏向角以下となるよう第１の伝達光学系を構成したことにより、第２の伝達光学系の開口数を小さくして第２の伝達光学系での収差補正を良好にするとともに、口径も小さくでき、高速、高解像度、高精度、低価格な自己増幅偏向走査光学系を提供することができる。
【００４８】
さらに、第１の伝達光学系および第２の伝達光学系の光軸を通過し被走査面上の走査中心を走査するビームは回転多面鏡の反射面へ１度め、２度め、３度めとも主走査断面内において直角に入射する構成とすることにより、光学系が光軸に対して軸対称となるため、軸非対称な収差の発生がなくなり、さらなる光学系の高精度化を図ることができる。
【００４９】
さらにまた、第１の伝達光学系において光軸上を通過するビーム以外のビームの主光線が、第１の伝達光学系の光軸と交差するよう第１の伝達光学系を構成することにより、第１の伝達光学系を構成する折り返しミラーの枚数を減らすことができ、さらなる光学系の低価格化を図ることができる。
【００５０】
さらにまた、回転多面鏡により２度めに偏向されたビームは第１の伝達光学系を構成する最終のレンズに再び入射するように構成することにより、光学系全体のレンズ枚数を増やさずに第２の伝達光学系を構成するレンズ枚数を増やし、第２の伝達光学系での収差補正を良好にすることができる。
【００５１】
さらにまた、第２の伝達光学系を回転多面鏡に対向して設けられた平面鏡だけで構成することにより、第２の伝達光学系を極めて簡素化でき、さらなる光学系の低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な原理を示す光学系の主走査断面図。
【図２】本発明の第１の実施例を示す主走査断面図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す主走査断面図。
【図４】本発明の第２の実施例を示す副走査断面図。
【図５】第１および第２の実施例の設計例のレンズ構成を示す主走査断面図。
【図６】本発明の第３の実施例を示す主走査断面図。
【図７】本発明の第３の実施例を示す副走査断面図。
【図８】本発明の第３の実施例の設計例のレンズ構成を示す主走査断面図。
【図９】本発明の第４の実施例を示す主走査断面図。
【図１０】本発明の第４の実施例を示す副走査断面図。
【図１１】本発明の第４の実施例の設計例のレンズ構成を示す主走査断面図。
【図１２】本発明の第５の実施例を示す主走査断面図。
【図１３】本発明の第５の実施例を示す副走査断面図。
【図１４】本発明の第５の実施例の回転多面鏡への２度めと３度めに入射するビームを示す副走査断面図。
【図１５】本発明の第５の実施例の設計例のレンズ構成を示す主走査断面図。
【符号の説明】
１  光源
２  ビーム整形光学系
３  第１の伝達光学系
４  第２の伝達光学系
５  回転多面鏡
６  ｆθ光学系
７  被走査面
【図１】
0003680871.tif 000007
【図２】
0003680871.tif 000008
【図３】
0003680871.tif 000009
【図４】
0003680871.tif 000010
【図５】
0003680871.tif 000011
【図６】
0003680871.tif 000012
【図７】
0003680871.tif 000013
【図８】
0003680871.tif 000014
【図９】
0003680871.tif 000015
【図１０】
0003680871.tif 000016
【図１１】
0003680871.tif 000017
【図１２】
0003680871.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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