(57)【要約】  光束を射出する少なくとも一つの光源部と、射出された光束を副走査方向に偏向する第一偏向器と、第一偏向器により偏向された光束の中間像を生成するコンデンサ光学系と、生成された中間像から発散される光束を集光する集光光学系と、集光された光束を主走査方向に偏向する第二偏向器と、第二偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系とを有する走査光学装置を、コンデンサ光学系がｆθ特性を、集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成した。
2010035330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被走査面上で光束を主走査方向と、副走査方向の二方向に走査する走査光学装置において、
前記光束を射出する少なくとも一つの光源部と、
前記射出された光束を前記副走査方向に偏向する第一偏向器と、
前記第一偏向器により偏向された光束の中間像を生成するコンデンサ光学系と、
前記生成された中間像から発散される光束を集光する集光光学系と、
前記集光された光束を前記主走査方向に偏向する第二偏向器と、
前記第二偏向器により偏向された光束を前記被走査面上で走査する走査光学系と、
を有し、
前記コンデンサ光学系がｆθ特性を、前記集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、前記走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されたことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記光源部を複数有する構成であるとき、前記複数の光源部は、前記主走査方向または前記副走査方向の少なくとも一方向に並ぶように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記複数の光源部が前記副走査方向に３つ以上並ぶ構成であるとき、該複数の光源部は、隣接する２つの光源部の光軸がなす各角度が等しくなるように配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記光源部が、該光源部の光軸が前記走査光学装置の中心軸と前記主走査方向を含む主走査断面上で該中心軸と角度Ａをなすように配置されているときに、前記第一偏向器により偏向された光束が該中心軸と前記副走査方向を含む副走査断面上で該中心軸となす、絶対値が最も大きくなるときの角度をＢと定義し、前記被走査面上に走査される１フレームに対応する走査線の全本数をＮと定義した場合に、次の条件式
【数１】
2010035330.tif 000007
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記第一偏向器の偏向面と前記第二偏向器の偏向面とが、前記コンデンサ光学系および前記集光光学系によって光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項６】
被走査面上で複数の走査線を走査する走査光学装置において、
前記走査線が走査される主走査方向と直交する副走査方向に等間隔で配置された、光束を射出する複数の光源部と、
前記射出された各光束を集光する集光光学系と、
前記集光された各光束を前記主走査方向に偏向する偏向器と、
前記偏向器により偏向された光束を前記被走査面上で走査する走査光学系と、
を有し、
前記集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、前記走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されたことを特徴とする走査光学装置。
【請求項７】
前記複数の光源部は、前記副走査方向に等間隔で配置された複数の光源部を有するアレイ光源であることを特徴とする、請求項６に記載の走査光学装置。
【請求項８】
前記主走査方向に並ぶように配置された複数の前記アレイ光源を有することを特徴とする、請求項７に記載の走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザープリンタやプロジェクタ、イメージスキャナといった画像形成装置に搭載される走査光学装置に関連し、詳しくは、被走査面が不動な二次元走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンタやプロジェクタ、イメージスキャナといった画像形成装置には、光源から照射された光束を被走査面上で走査する二次元走査光学装置等が搭載されている。この種の二次元走査光学装置の走査光学系はｆθ特性を持ち、被走査面上で光束を主走査方向に略等速に光量ムラ無く走査する。また、副走査方向においても光束の走査速度が略等速になるため、被走査面上に走査される走査線同士の間隔が略等間隔に保たれる。一方、該二次元走査光学装置では、走査線が湾曲するといった弊害が生じる。【０００３】
かかる弊害を解消すべく、ｆｓｉｎθ特性を持つ走査光学系を有する二次元走査光学装置が例えば特開平１−１６３７１７号公報に提案されている。走査光学系をｆｓｉｎθ特性を持つ光学系とした場合には、走査線の湾曲が生じない。【０００４】
しかし、二次元走査光学装置の走査光学系をｆｓｉｎθ特性を持つ光学系とした場合、ｆｓｉｎθ特性が負の歪曲収差を有することから、被走査面上の走査領域の中心から離れるほど走査線同士の間隔が狭くなるといった別の弊害が生じる。このような弊害は、一般に、画像補間処理や偏向器の駆動速度制御等の電気的な補正を行うことで解消することができる。【０００５】
ところが、画像補間処理による補正では、走査線同士の間隔が根本的（光学的）には補正されないために光量ムラや画像劣化等の問題が残存することになる。また、偏向器の駆動速度制御による補正では、偏向器の駆動方式が複雑化して駆動制御系の処理負担（処理時間）が増えるため、例えばフレームレートの低下を余儀なくされる弊害が生じる。そのため、走査線同士の間隔を電気的処理で補正することは望ましくない。走査線同士の間隔を光学的に補正するためには、例えば特開２００４−１３８７４８号公報に開示されるように、走査光学系をアナモフィック光学系で構成することが考えられる。しかし、アナモフィック光学系は、光軸に対して回転非対称な形状を有している。そのため、アナモフィック光学系の金型は、旋盤等を用いて簡易に製作できない。金型の製作には三次元加工装置等の特殊な装置を用いる必要があるため、製造コスト等が高くなる問題がある。【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造コスト等が抑えられた構成でありながら、走査線の湾曲を除去しつつ走査線同士を等間隔で走査することができる走査光学装置を提供することである。【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査光学装置は、被走査面上で光束を主走査方向と、副走査方向の二方向に走査する装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、かかる走査光学装置は、光束を射出する少なくとも一つの光源部と、射出された光束を副走査方向に偏向する第一偏向器と、第一偏向器により偏向された光束の中間像を生成するコンデンサ光学系と、生成された中間像から発散される光束を集光する集光光学系と、集光された光束を主走査方向に偏向する第二偏向器と、第二偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系とを有する。そして、コンデンサ光学系がｆθ特性を、集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されている。かかる構成によれば、被走査面上に走査される光束には、副走査方向に関してｆθ特性のみが残存するとともに、主走査方向に関してｆｓｉｎθ特性のみが与えられる。そのため、被走査面上には、電気的な補正を行わずとも、湾曲の無い走査線が副走査方向に等間隔で走査される。かかる走査光学装置が有する各光学系は、回転対称な形状で構成できるため、金型費等が抑えられ製造コスト等の削減が達成される。【０００８】
本発明に係る走査光学装置が光源部を複数有する構成であるとき、複数の光源部は、例えば主走査方向または副走査方向の少なくとも一方向に並ぶように配置された構成としてもよい。【０００９】
また、本発明に係る走査光学装置が複数の光源部が副走査方向に３つ以上並ぶ構成であるとき、複数の光源部は、例えば隣接する２つの光源部の光軸がなす各角度が等しくなるように配置された構成としてもよい。【００１０】
また、本発明に係る走査光学装置は、明暗の縞模様が付いた不鮮明な画像が生成されることを有効に避けるために、光源部が、該光源部の光軸が走査光学装置の中心軸と主走査方向を含む主走査断面上で該中心軸と角度Ａをなすように配置されているときに、第一偏向器により偏向された光束が該中心軸と副走査方向を含む副走査断面上で該中心軸となす、絶対値が最も大きくなるときの角度をＢと定義し、被走査面上に走査される１フレームに対応する走査線の全本数をＮと定義した場合に、次の条件式
【数１】
2010035330.tif 000003
を満たす構成であることが望ましい。【００１１】
第一偏向器の偏向面と第二偏向器の偏向面は、光量損失を抑制すべく、コンデンサ光学系および集光光学系によって光学的に共役な位置に配置されていることが好ましい。【００１２】
また、上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る走査光学装置は、被走査面上で複数の走査線を走査する装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、かかる走査光学装置は、走査線が走査される主走査方向と直交する副走査方向に等間隔で配置された、光束を射出する複数の光源部と、射出された各光束を集光する集光光学系と、集光された各光束を主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系とを有する。そして、集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されている。【００１３】
ここで、複数の光源部は、例えば副走査方向に等間隔で配置された複数の光源部を有するアレイ光源である。アレイ光源は複数備えられてもよい。複数のアレイ光源は、例えば主走査方向に並ぶように配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す主走査断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。
【図４】図４（ａ）は、走査光学系がｆθ特性を持つ光学系で構成された従来の二次元走査光学装置である場合にスクリーン上に描かれる走査線の軌跡を示す図であり、図４（ｂ）は、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を持つ光学系で構成された従来の二次元走査光学装置である場合にスクリーン上に描かれる走査線の軌跡を示す図であり、図４（ｃ）は、本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置においてスクリーン上に描かれる走査線の軌跡を示す図である。
【図５】本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置が有するコンデンサ光学系により生成される中間像を示す模式図である。
【図６】異なる光源部から射出された各レーザー光の像高差を説明するための図である。
【図７】本発明の第二実施形態の二次元走査光学装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態の二次元走査光学装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。
【図９】図９（ａ）、図９（ｂ）はともに、本発明の第三実施形態の変形例の二次元走査光学装置が有する複数のアレイ光源の配置構成を模式的に示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置においてスクリーンに投影される縞模様のサンプルを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の第一実施形態から第三実施形態の走査光学装置について説明する。【００１６】
図１は、本発明の第一実施形態の二次元走査光学装置１００を搭載した装置の一例であるプロジェクタの構成を概略的に示す図である。なお、本明細書において、図１で紙面と直交する方向を「Ｙ方向」と定義し、図１で紙面に平行な第一の方向（後述の被走査面（スクリーンＳ）と直交する方向）を「Ｘ方向」と定義し、図１で紙面に平行でかつ第一の方向と直交する第二の方向（被走査面に平行な方向）を「Ｚ方向」と定義する。さらに、Ｙ方向を「主走査方向」と定義し、Ｚ方向を「副走査方向」と定義する。図１中一点鎖線は、二次元走査光学装置１００の中心軸（光軸）ＡＸである。二次元走査光学装置１００の光路を展開した状態において、二次元走査光学装置１００の中心軸ＡＸと主走査方向を含む断面を「主走査断面」と定義し、中心軸ＡＸと副走査方向を含む断面を「副走査断面」と定義する。かかる定義によれば、図１は、二次元走査光学装置１００の構成を概略的に示す副走査断面図となっている。図２において、さらに、二次元走査光学装置１００を搭載した装置の一例であるプロジェクタの概略構成を主走査断面図で示す。【００１７】
図１や図２に示されるように、二次元走査光学装置１００は、レーザー光を照射する光源部１を複数（ここでは２つ）有している。各光源部１は同一の構成を有し、主走査断面上に並ぶように配置されている。説明の便宜上、主走査断面上において、光軸が中心軸ＡＸと角度Ａをなすように配置された光源部に符号１ａを、光軸が中心軸ＡＸと一致する（つまりＡ＝０となる）ように配置された光源部に符号１ｂを、それぞれ付す。なお、光源部１の個数は本実施形態で示される個数に限定されない。二次元走査光学装置１００は、光源部１を例えば１つだけ、或いは３つ以上有する構成としてもよい。【００１８】
二次元走査光学装置１００は、さらに、光源部１ａ（または１ｂ）側から順に、副走査用偏向器２、リレー光学系３、主走査用偏向器４、走査光学系５、およびスクリーンＳを有している。説明の便宜上、レーザー光が走査されるスクリーンＳ上の走査領域の中心（スクリーンＳと中心軸ＡＸの交点）に符号Ｓ０を付す。【００１９】
各光源部１ａ、１ｂは、図示省略された画像処理回路から出力される画像信号に応じて変調されたレーザー光を照射する。光源部１ａ、１ｂから照射された各レーザー光は、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐに入射される。【００２０】
副走査用偏向器２は、偏向面２Ｐが副走査断面上で高速振動するように構成された偏向器（例えばガルバノミラー）であり、偏向面２Ｐに入射されたレーザー光をスクリーンＳに対して副走査方向に走査する。偏向面２Ｐに入射されたレーザー光は、該偏向面２Ｐによって、その振動状態に応じた角度で連続して偏向されつつリレー光学系３に入射される。【００２１】
リレー光学系３は、副走査用偏向器２側から順に、コンデンサ光学系３１、集光光学系３２を有している。コンデンサ光学系３１に入射されたレーザー光は、集光光学系３２を介して主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射される。なお、コンデンサ光学系３１に入射されたレーザー光は、コンデンサ光学系３１のパワーにより、光路中で一旦中間像を形成した後に集光光学系３２に入射される。集光レンズ３１は像側で略テレセントリックとなっており、集光レンズ３４は物体側で略テレセントリックとなっている。コンデンサ光学系３１、集光光学系３２はそれぞれ、複数枚のレンズで構成されているが、単レンズで構成されてもよい。【００２２】
主走査用偏向器４は、主走査断面上で回転自在に構成された偏向器（例えばポリゴンミラー）であり、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射されたレーザー光をスクリーンＳに対して主走査方向に走査する。偏向面４Ｐに入射されたレーザー光は、該偏向面４Ｐによって、主走査用偏向器４の回転状態に応じた角度で連続して偏向されつつ走査光学系５に入射される。【００２３】
ここで、副走査用偏向器２は、リレー光学系３（コンデンサ光学系３１）の入射瞳が、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐに略一致するように配置、構成されている。また、主走査用偏向器４は、リレー光学系３（集光光学系３２）の射出瞳が、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに略一致するように配置、構成されている。すなわち、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐと主走査用偏向器４の偏向面４Ｐは、リレー光学系３によって光学的に共役な位置に配置されている。リレー光学系３の入射瞳位置、射出瞳位置を各偏向器の偏向面におくことにより、偏向面２Ｐによって偏向されたレーザー光は、偏向面４Ｐにもれなく入射される。但し、かかる入射瞳位置や射出瞳位置は、各偏向器の偏向面と厳密に一致させる必要はない。入射瞳位置や射出瞳位置と各偏向器の偏向面は大凡一致していれば、二次元走査光学装置１００の光学性能に特に影響を及ぼすことはない。【００２４】
走査光学系５は、複数枚のレンズから構成されている。走査光学系５から射出されたレーザー光は、スクリーンＳ上に走査される。【００２５】
二次元走査光学装置１００では、主走査用偏向器４による主走査方向への走査一回につき、副走査用偏向器２が所定量回転するように構成されている。所定量は、スクリーンＳの走査に同時使用される、副走査方向に並ぶレーザー光の本数（第一実施形態では光源部１ａ、１ｂが主走査断面上に配置されているため、副走査方向に並ぶレーザー光は一本である。）に、該レーザー光によってスクリーンＳ上に形成されるスポットサイズ（副走査方向のスポット径）を乗じた長さに対応する量として定義される。かかる主走査方向の走査を繰り返し行いつつ副走査方向の走査も同時に行うことにより、スクリーンＳ上に二次元画像が形成される。つまり、本実施形態における被走査面であるスクリーンＳは、回動自在な感光ドラム等とは異なり、走査光学系５に対して不動である。【００２６】
ここで、走査光学系をｆθ特性またはｆｓｉｎθ特性を持つ光学系で構成した場合の問題点は既に説明した通りである。すなわち、走査光学系をｆθ特性を持つ光学系で構成した場合には、被走査面上に走査される走査線が湾曲する問題が生じる。また、走査光学系をｆｓｉｎθ特性を持つ光学系で構成した場合には、被走査面上の走査領域の中心（本実施形態における中心Ｓ０）から離れるほど走査線同士の間隔が狭くなる問題が生じる。【００２７】
かかる問題を解消すべく、二次元走査光学装置１００は、以下に説明される特徴的構成を有している。図３は、二次元走査光学装置１００の特徴的構成を説明するために、二次元走査光学装置１００の副走査断面図上での構成を図１よりもさらに模式的に示した図である。なお、図３においては、かかる特徴的構成の説明を行う便宜上、コンデンサ光学系３１、集光光学系３２をともに単レンズとして、走査光学系５を二枚構成のレンズとして簡略的に示している。【００２８】
図３に示されるように、副走査用偏向器２により偏向されたレーザー光と中心軸ＡＸとがなす副走査断面上での角度をＢと定義する。また、コンデンサ光学系３１、集光光学系３２の焦点距離をともにｆ１と定義し、走査光学系５の焦点距離をｆ２と定義する。なお、コンデンサ光学系３１と集光光学系３２の焦点距離は必ずしも同じである必要はない。【００２９】
本実施形態のコンデンサ光学系３１は、ｆθ特性を持つように構成されている。そのため、コンデンサ光学系３１から射出されたレーザー光の副走査方向の像高ｚは、角度Ｂに比例したｆ１・Ｂとなる。すなわち、コンデンサ光学系３１から射出されたレーザー光は、副走査方向に略等速に走査される。一方、該レーザー光は、主走査方向には走査されないため、主走査方向にはｆθ特性が与えられない。なお、本実施形態で説明される像高は、中心軸ＡＸ（または中心Ｓ０）を基準（＝０）として定義される値であり、主走査方向、副走査方向の二方向の成分に分解して表現することができる。【００３０】
走査光学系５は、走査線の湾曲を生じさせないためにｆｓｉｎθ特性を持つように構成されている。ところが、かかる構成では、副走査方向にもｆｓｉｎθ特性が与えられるため、走査線同士の間隔を略等間隔に保つことができない弊害が生じる。【００３１】
そこで、本実施形態では、集光光学系３２もｆｓｉｎθ特性を持つように構成されている。そのため、コンデンサ光学系３１から集光光学系３２に入射されたレーザー光は、副走査方向にｆｓｉｎθ特性が与えられる。次いで、副走査断面上で中心軸ＡＸと角度（ａｒｃｓｉｎＢ）をなして、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射される。該レーザー光は、副走査断面上で中心軸ＡＸと角度（ａｒｃｓｉｎＢ）をなす状態で主走査用偏向器４の偏向面４Ｐから射出されて走査光学系５に入射される。かかるレーザー光のスクリーンＳ上での副走査方向の像高ｚ’は、走査光学系５によってさらにｆｓｉｎθ特性が与えられることにより、ｆ２・ｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎＢ）、すなわち角度Ｂに比例したｆ２・Ｂとなる。つまり、副走査方向において、レーザー光は、ｆｓｉｎθ特性が相殺されて、ｆθ特性のみが残存する。一方、集光光学系３２に入射されたレーザー光は、主走査方向には走査されないため、この段階では主走査方向にはｆｓｉｎθ特性が与えられない。該レーザー光は、走査光学系５によってはじめてｆｓｉｎθ特性が与えられる。【００３２】
すなわち、光源部１ａ、１ｂから射出されたレーザー光は、二次元走査光学装置１００の光学系全体によって、主走査方向にｆｓｉｎθ特性が、副走査方向にｆθ特性が、それぞれ与えられた状態でスクリーンＳ上を走査する。そのため、スクリーンＳ上に走査される走査線は湾曲がほぼ発生しないとともに、走査線同士の間隔が略等間隔に保たれる。【００３３】
図４（ａ）は、走査光学系がｆθ特性を持つ光学系で構成された従来の二次元走査光学装置である場合に、スクリーンＳ上に描かれる走査線の軌跡である。図４（ｂ）は、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を持つ光学系で構成された従来の二次元走査光学装置である場合に、スクリーンＳ上に描かれる走査線の軌跡である。図４（ｃ）は、本実施形態の二次元走査光学装置１００において、スクリーンＳ上に描かれる走査線の軌跡である。図４（ａ）〜（ｃ）の各図の横方向が主走査方向の像高を、縦方向が副走査方向の像高を、それぞれ示す。また、主走査方向の破線は、各走査線の理想的な走査位置を示す。【００３４】
従来の二次元走査光学装置は、図４（ａ）や図４（ｂ）に示されるように、走査線が湾曲する問題や、スクリーンＳ上の走査領域周辺ほど走査線同士の間隔が狭くなる問題が生じていることが分かる。一方、図４（ｃ）を参照するところ、走査線の湾曲が略除去されるとともに、走査線同士の間隔が略均等に保たれていることが分かる。そのため、二次元走査光学装置１００では、ディストーションやムラが抑制された高品質な画像がスクリーンＳに投影されることになる。【００３５】
コンデンサ光学系３１、集光光学系３２、走査光学系５は、光軸に対して回転対称な形状を有している。すなわち、本実施形態によれば、光軸に対して回転非対称な形状を有する光学系を持たずとも、走査線の湾曲を除去するとともに走査線同士の間隔を等間隔に保つことができる。各光学部品の金型は、三次元加工装置等の特殊な装置を用いることなく旋盤を用いて製作可能である。そのため、金型のコストを安価に抑えられるメリットがある。二次元走査光学装置１００は、製造コスト面等で非常に有利である。【００３６】
ところで、コンデンサ光学系３１により生成される中間像の副走査方向の像高（以下、「副走査中間像高」と記す。）ｙ’が一定である場合、当該中間像の主走査方向の像高（以下、「主走査中間像高」と記す。）ｘ’に拘わらず、主走査用偏向器４に入射されるレーザー光と中心軸ＡＸとがなす副走査断面上での角度は一定である。かかる角度が一定である場合、スクリーンＳ上に走査される走査線同士の間隔は等間隔となる。別の表現によれば、走査線同士の間隔を等間隔に保つためには、副走査中間像高ｙ’を一定に保つ必要がある。【００３７】
図５は、コンデンサ光学系３１により生成される中間像を示す模式図である。図５の横方向は主走査中間像高ｘ’を、縦方向は副走査中間像高ｙ’を、それぞれ示す。図５は、コンデンサ光学系３１の主走査方向の周辺部に入射されたレーザー光の中間像ほど副走査中間像高ｙ’が低くなる（中心軸ＡＸ側に近付く）ことを表している。【００３８】
ここで、光源部１ａから射出されたレーザー光は、図１の角度Ａが大きいほどコンデンサ光学系３１の主走査方向の周辺部に入射される。つまり、光源部１ａから射出されるレーザー光の副走査中間像高ｙ’は、角度Ａが大きいほど低くなる。一方、光源部１ｂから射出されるレーザー光は、角度Ａが０である。そのため、光源部１ａから射出されるレーザー光の角度Ａが大きいほど、当該副走査中間像高ｙ’と、光源部１ｂから射出されるレーザー光の副走査中間像高ｙ’との像高差が大きくなる。【００３９】
図６（ａ）、（ｂ）は、かかる像高差を説明するための図である。図６（ａ）、（ｂ）中Ａ＝０．０００の実線は、光源部１ｂから射出されたレーザー光に対応する走査線を示している。図６（ａ）中Ａ＝０．１００の実線、図６（ｂ）中Ａ＝０．０７０の実線はともに、光源部１ａから射出されたレーザー光に対応する走査線を示している。図６中破線は、理想的な走査線位置を示している。Ａ＝０．０００、０．０７０、０．１００はそれぞれ、角度Ａが０．０００（単位：ｒａｄ）、０．０７０（単位：ｒａｄ）０．１００（単位：ｒａｄ）であることを示している。【００４０】
光源部１ｂから射出されたレーザー光に対応する走査線は、角度Ａが０であることから、（光学部品の誤差等を一切考慮しなければ）副走査中間像高ｙ’が理想的な像高と一致する。そのため、光源部１ｂから射出されたレーザー光に対応する走査線は、破線と重なって示されている。一方、光源部１ａから射出されたレーザー光に対応する走査線は、副走査中間像高ｙ’が理想的な像高からずれる、つまり光源部１ｂから射出されたレーザー光の副走査中間像高ｙ’と像高差を有する。そのため、図６に示されるように、光源部１ａから射出されたレーザー光に対応する走査線と、光源部１ｂから射出されたレーザー光に対応する走査線との間隔は不均等になる。走査線同士の間隔が不均等であるとき、スクリーンＳには、明暗の縞模様が付いた不鮮明な画像が投影される。ここで図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に、スクリーンＳに投影される縞模様のサンプルを示す。図１０（ａ）はＡ＝０．０００（ｒａｄ）に、図１０（ｂ）はＡ＝０．０５２（ｒａｄ）に、図１０（ｃ）はＡ＝０．０７０（ｒａｄ）に、図１０（ｄ）はＡ＝０．１００（ｒａｄ）に、それぞれ対応する図である。スクリーンＳに投影される画像は、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）の各図に示されるように、角度Ａが大きいほどより一層明暗の強い縞模様が付いた不鮮明な画像となる。【００４１】
投影画像の鮮明さを担保するためには、角度Ａを制限することが望ましい。図６（ｂ）に示されるように、例えば角度Ａを０．０７０（ｒａｄ）に抑えたとき、光源部１ａから射出されたレーザー光に対応する走査線は、副走査中間像高ｙ’が理想的な像高に近づき、光源部１ｂから射出されたレーザー光の副走査中間像高ｙ’との像高差が減少している。そのため、走査線同士の間隔が図６（ａ）の場合と比べて均一であることが分かる。【００４２】
ここで、主走査断面上で中心軸ＡＸに対して角度Ａをなすレーザー光（つまり光源部１ａから射出されたレーザー光）を副走査断面上で中心軸ＡＸに対して角度Ｂをなす方向に偏向した場合、該レーザー光の副走査方向の傾きはｔａｎＢと定義され、該レーザー光の主走査方向の傾きはｔａｎＡ／ｃｏｓＢと定義される。かかる定義により、該レーザー光が中心軸ＡＸに対してなす角度θは、以下の式（１）で表される。
【数２】
2010035330.tif 000004
【００４３】
コンデンサ光学系３１が生成する中間像の像高をＨと定義した場合、像高Ｈ、副走査中間像高ｙ’はそれぞれ、以下の式（２）、（３）で定義される。
【数３】
2010035330.tif 000005
【００４４】
一方、主走査断面上で中心軸ＡＸと角度Ａをなさないレーザー光（つまり光源部１ｂから射出されたレーザー光）を、副走査断面上で中心軸ＡＸに対して角度Ｂをなす方向に偏向した場合の副走査中間像高ｙ’、つまり理想的な像高（光学部品の誤差等は一切考慮しない）は、以下の式（４）で表される。
ｙ’＝ｆ・Ｂ・・・（４）【００４５】
理想的な副走査中間像高ｙ’に対する、光源部１ｂから射出されたレーザー光の副走査中間像高ｙ’の誤差の割合は、式（３）を式（４）で除算した値に１を減算した値で表される。かかる値は、副走査方向の走査領域上端から下端までの長さに対する、走査線の副走査方向の１／４本分の幅の割合（＝０．２５／１フレーム中に走査される走査線の全本数Ｎ）以下に収まることが望ましい。すなわち、角度Ａが以下の条件式（５）を満たすように光源部１ａを配置することが望ましい。条件式（５）を満たす場合、強い明暗の縞模様が現れない鮮明な画像がスクリーンＳ上に投影される。一方、条件式（５）の上限を上回る又は下限を下回る場合には、スクリーンＳに投影される画像に明暗の縞模様が強く現れて、該画像が著しく不鮮明になる。
【数４】
2010035330.tif 000006
【００４６】
以下は、第一実施形態の二次元走査光学装置１００の具体的数値構成である。コンデンサ光学系３１、集光光学系３２の焦点距離ｆ１（単位：ｍｍ）、走査光学系５の焦点距離ｆ２（単位：ｍｍ）、副走査用偏向器２に入射されるレーザー光（別の表現によれば光源部１ａの光軸）と中心軸ＡＸとがなす主走査断面での角度Ａ（単位：ｒａｄ）、副走査用偏向器２により偏向されたレーザー光と中心軸ＡＸとがなす副走査断面上での角度Ｂ（単位：ｒａｄ）、走査線本数Ｎ（単位：本）は、次に表す通りである。
ｆ１：７５
ｆ２：６００
Ａ：０．０５２（または２．９７９（単位：ｄｅｇ））
Ｂ：０．１６７（または９．５４９（単位：ｄｅｇ））
Ｎ：２４０
かかる数値構成によれば、条件式（５）の数式は０．９９９０９８となり、上限値、下限値がそれぞれ１．００１０４２、０．９９８９５８となる。すなわち、条件式（５）が満たされるため、強い明暗の縞模様が現れない鮮明な画像がスクリーンＳに投影される。【００４７】
なお、異なる光源部から射出された各レーザー光の像高差は、従来の対称的な歪曲特性を有するリレー光学系では顕著に現れていた。これは、リレー光学系の後群レンズの特性に依存する、走査線間隔を均一化させるために必要な像と、リレー光学系の前群レンズの特性に依存する、実際に生成される像とが９０度回転しているためである。本実施形態では、コンデンサ光学系３１の歪曲特性と集光光学系３２の歪曲特性とを非対称としたことにより、必要な像と実際に生成される像とが従来に比べて近似した特性を有するようになっている。そのため、角度Ａを大きくしても該像高差が生じにくいといった副次的な効果が得られる。【００４８】
第一実施形態の光源部は、以下に示される各実施形態のように変更することも可能である。なお、以下では、各実施形態独自の構成や特徴についてのみ説明し、それ以外の第一実施形態と同様の構成等は上記を参照する。【００４９】
図７は、第二実施形態の二次元走査光学装置１００を搭載した装置の一例であるプロジェクタの概略構成を示す副走査断面図である。第二実施形態の二次元走査光学装置１００は、第一実施形態の光源部１ａ、１ｂに代替して、副走査方向に並ぶように配置された３つの光源部１ｃ、１ｄ、１ｅを有している。【００５０】
光源部１ｃ、１ｄ、１ｅは、副走査断面上で等角度間隔をなすように、つまり、副走査断面上で光源部１ｃ（の光軸）と光源部１ｄ（の光軸）とがなす角度と、光源部１ｄ（の光軸）と光源部１ｅ（の光軸）とがなす角度がほぼ等しくなる（具体的にはともに角度Ｃをなす）ように配置されている。また、光源部１ｃ、１ｄ、１ｅは、各光軸が主走査断面上で中心軸ＡＸに対して全ての同一の角度Ａを（例えばＡ＝０）となすように配置されている。或いは、光源部１ｃ、１ｄ、１ｅは、角度Ａが互いに異なるものの、全て条件式（５）を満たすように配置されている。そのため、光源部１ｃから射出されたレーザー光に対応する走査線の間隔、光源部１ｄから射出されたレーザー光に対応する走査線の間隔、光源部１ｅから射出されたレーザー光に対応する走査線の間隔は、何れもほぼ等しくなる。したがって、各光源部から射出されたレーザー光に対応する走査線同士の間隔は略等間隔に保たれて、強い明暗の縞模様が現れない鮮明な画像がスクリーンＳに投影される。このように、第二実施形態の二次元走査光学装置１００もまた、第一実施形態と同様に、製造コスト等が抑えられた構成でありながら、走査線の湾曲を除去しつつ走査線同士を等間隔で走査することができる。【００５１】
図８は、第三実施形態の二次元走査光学装置１００を搭載した装置の一例であるプロジェクタの概略構成を示す副走査断面図である。第三実施形態の二次元走査光学装置１００は、光源部１、副走査用偏向器２、コンデンサ光学系３１をアレイ光源１’に置き換えた構成である。アレイ光源１’は、副走査方向に並ぶ複数の光源部１を有している。具体的には、アレイ光源１’は、走査線本数Ｎに対応した個数の光源部１を有し、走査領域上端から下端に至る範囲に走査線本数Ｎに対応した数の走査線が等間隔で走査されるように配置、構成されている。アレイ光源１’が有する各光源部１は、中心軸ＡＸと平行な方向にレーザー光を射出する。そのため、集光光学系３２には、副走査方向に等間隔に並んだレーザー光群が入射される。かかるレーザー光群は、ｆθ特性が与えられ、副走査方向に走査されたレーザー光とみなすことができる。【００５２】
図８に示されるように、各光源部１から射出されたレーザー光の副走査方向の像高をｚと定義する。各光源部１から射出されたレーザー光は、副走査方向に、集光光学系３２によって像高ｚに応じたｆｓｉｎθ特性が与えられることにより、副走査断面上で中心軸ＡＸと角度（ａｒｃｓｉｎ（ｚ／ｆ１））をなして、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射される。次いで、副走査断面上で中心軸ＡＸと角度（ａｒｃｓｉｎ（ｚ／ｆ１））をなす状態で主走査用偏向器４の偏向面４Ｐから射出されて走査光学系５に入射される。該レーザー光のスクリーンＳ上での副走査方向の像高ｚ’は、走査光学系５によってさらにｆｓｉｎθ特性が与えられることにより、ｆ２・ｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎ（ｚ／ｆ１））、すなわち像高ｚに比例したｚ・ｆ２／ｆ１となる。つまり、副走査方向において、レーザー光は、ｆｓｉｎθ特性が相殺されて、ｆθ特性のみが残存する。一方、各光源部１から射出されたレーザー光は、集光光学系３２には主走査方向に関して同じ位置に入射される。そのため、この段階では主走査方向にはｆｓｉｎθ特性が与えられない。該レーザー光は、走査光学系５によってはじめてｆｓｉｎθ特性が与えられる。そのため、第三実施形態の二次元走査光学装置１００もまた、第一又は第二実施形態と同様に、製造コスト等が抑えられた構成でありながら、走査線の湾曲を除去しつつ走査線同士を等間隔で走査することができる。【００５３】
以上が本発明の実施形態である。本発明に係る二次元走査光学装置は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば第二実施形態の変形例として、２つ或いは４つ以上の光源部が副走査方向に並ぶように配置された二次元走査光学装置１００が想定される。【００５４】
また、光源部１は、主走査方向、副走査方向のそれぞれに複数並ぶように配置されてもよい。光源部１は、例えば図７に示されるように副走査方向に３つ並ぶように配置されるとともに、主走査方向に２つ並ぶように配置（すなわち副走査方向に並べられた光源部１の列が主走査方向に２列並ぶように配置（合計で６つ配置））されてもよい。【００５５】
また、第三実施形態の変形例として、アレイ光源１’が複数配置された構成も想定される。図９（ａ）、図９（ｂ）のそれぞれに、複数のアレイ光源１’の配置構成を模式的に示す。図９（ａ）、図９（ｂ）によれば、各アレイ光源１’は、主走査方向に並ぶように配置される。より詳細には、図９（ａ）によれば、複数のアレイ光源１’は、各光源部１の副走査方向の位置が一致するように配置される。図９（ｂ）によれば、複数のアレイ光源１’は、各光源部１の副走査方向が光源部１間のピッチＰの半分（１／２Ｐ）ずれるように配置される。図９（ａ）に示される構成によれば、各走査線の光量が増加するメリットが得られる。図９（ｂ）に示される構成によれば、走査線の本数が増加するメリットが得られる。【００５６】
また、上記実施形態および変形例では、二次元走査光学装置１００はプロジェクタに搭載されると説明したが、他の画像形成装置、例えばプリンタやイメージスキャナ等にも好適に使用することができる。【００５７】
また、上記実施形態および変形例では、一つの光源（レーザー光源）が一つの開口を有する構成（１チップの光源で１ビーム）であるが、別の実施形態では、一つの光源（レーザー光源）が複数の開口を有する構成（１チップの光源でマルチビーム）であってもよい。
【図１】
2010035330.tif 000008
【図２】
2010035330.tif 000009
【図３】
2010035330.tif 000010
【図４】
2010035330.tif 000011
【図５】
2010035330.tif 000012
【図６】
2010035330.tif 000013
【図７】
2010035330.tif 000014
【図８】
2010035330.tif 000015
【図９】
2010035330.tif 000016
【図１０】
2010035330.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月22日(2010.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ンＳに対して副走査方向に走査する。偏向面２Ｐに入射されたレーザー光は、該偏向面２Ｐによって、その振動状態に応じた角度で連続して偏向されつつリレー光学系３に入射される。
［００２１］
リレー光学系３は、副走査用偏向器２側から順に、コンデンサ光学系３１、集光光学系３２を有している。コンデンサ光学系３１に入射されたレーザー光は、集光光学系３２を介して主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射される。なお、コンデンサ光学系３１に入射されたレーザー光は、コンデンサ光学系３１のパワーにより、光路中で一旦中間像を形成した後に集光光学系３２に入射される。コンデンサ光学系３１は像側（中間像側）で略テレセントリックとなっており、集光光学系３２は物体側（中間像側）で略テレセントリックとなっている。コンデンサ光学系３１、集光光学系３２はそれぞれ、複数枚のレンズで構成されているが、単レンズで構成されてもよい。
［００２２］
主走査用偏向器４は、主走査断面上で回転自在に構成された偏向器（例えばポリゴンミラー）であり、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに入射されたレーザー光をスクリーンＳに対して主走査方向に走査する。偏向面４Ｐに入射されたレーザー光は、該偏向面４Ｐによって、主走査用偏向器４の回転状態に応じた角度で連続して偏向されつつ走査光学系５に入射される。
［００２３］
ここで、副走査用偏向器２は、リレー光学系３（コンデンサ光学系３１）の入射瞳が、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐに略一致するように配置、構成されている。また、主走査用偏向器４は、リレー光学系３（集光光学系３２）の射出瞳が、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに略一致するように配置、構成されている。すなわち、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐと主走査用偏向器４の偏向面４Ｐは、リレー光学系３によって光学的に共役な位置に配置されている。リレー光学系３の入射瞳位置、射出瞳位置を各偏向器の偏向面におくことにより、偏向面２Ｐによって偏向されたレーザー光は、偏向面４Ｐにもれなく入射される。但し、かかる入射瞳位置や射出瞳位置は、各偏向器の偏向面と厳密に一致させる必要はない。入射瞳位置や射出瞳位置と各偏向器の偏向面は大凡一致していれば、二次元走査光学装置１００の光学性能に特に影響を及ぼすことはない。
［００２４］
走査光学系５は、複数枚のレンズから構成されている。走査光学系５から射出され
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被走査面上で光束を主走査方向と、副走査方向の二方向に走査する走査光学装置において、
前記光束を射出する少なくとも一つの光源部と、
前記射出された光束を前記副走査方向に偏向する第一偏向器と、
前記第一偏向器により前記副走査方向に偏向された光束の中間像を生成するコンデンサ光学系と、
前記生成された中間像から発散される光束を集める集光光学系と、
前記集光光学系により集められた光束を前記主走査方向に偏向する前記第二偏向器と、
前記第二偏向器により偏向された光束を前記被走査面上で走査する走査光学系と、
を有し、
前記コンデンサ光学系がｆθ特性を、前記集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、前記走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されたことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記光源部を複数有する構成であるとき、前記複数の光源部は、前記主走査方向または前記副走査方向の少なくとも一方向に並ぶように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記複数の光源部が前記副走査方向に３つ以上並ぶ構成であるとき、該複数の光源部は、隣接する２つの光源部の光軸がなす各角度が等しくなるように配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記光源部が、該光源部の光軸が前記走査光学装置の中心軸と前記主走査方向を含む主走査断面上で該中心軸と角度Ａをなすように配置されているときに、前記第一偏向器により偏向された光束が該中心軸と前記副走査方向を含む副走査断面上で該中心軸となす、絶対値が最も大きくなるときの角度をＢと定義し、１フレーム中に走査される前記被走査面上の走査線の全本数をＮと定義した場合に、次の条件式
【数１】
2010035330.tif 000018
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記第一偏向器の偏向面と前記第二偏向器の偏向面とが、前記コンデンサ光学系および前記集光光学系によって光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項６】
被走査面上で複数の走査線を走査する走査光学装置において、
前記走査線が走査される主走査方向と直交する副走査方向に等間隔で配置された、光束を射出する複数の光源部と、
前記射出された各光束を集める集光光学系と、
前記集光光学系により集められた各光束を前記主走査方向に偏向する前記偏向器と、
前記偏向器により偏向された光束を前記被走査面上で走査する走査光学系と、
を有し、
前記集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、前記走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されたことを特徴とする走査光学装置。
【請求項７】
前記複数の光源部は、前記副走査方向に等間隔で配置された複数の光源部を有するアレイ光源であることを特徴とする、請求項６に記載の走査光学装置。
【請求項８】
前記主走査方向に並ぶように配置された複数の前記アレイ光源を有することを特徴とする、請求項７に記載の走査光学装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ない。走査線同士の間隔を光学的に補正するためには、例えば特開２００４−１３８７４８号公報に開示されるように、走査光学系をアナモフィック光学系で構成することが考えられる。しかし、アナモフィック光学系は、光軸に対して回転非対称な形状を有している。そのため、アナモフィック光学系の金型は、旋盤等を用いて簡昜に製作できない。金型の製作には三次元加工装置等の特殊な装置を用いる必要があるため、製造コスト等が高くなる問題がある。
［０００６］
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造コスト等が抑えられた構成でありながら、走査線の湾曲を除去しつつ走査線同士を等間隔で走査することができる走査光学装置を提供することである。
［０００７］
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査光学装置は、被走査面上で光束を主走査方向と、副走査方向の二方向に走査する装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、かかる走査光学装置は、光束を射出する少なくとも一つの光源部と、射出された光束を副走査方向に偏向する第一偏向器と、第一偏向器により副走査方向に偏向された光束の中間像を生成するコンデンサ光学系と、生成された中間像から発散される光束を集める集光光学系と、集光光学系により集められた光束を主走査方向に偏向する第二偏向器と、第二偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系とを有する。そして、コンデンサ光学系がｆθ特性を、集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されている。かかる構成によれば、被走査面上に走査される光束には、副走査方向に関してｆθ特性のみが残存するとともに、主走査方向に関してｆｓｉｎθ特性のみが与えられる。そのため、被走査面上には、電気的な補正を行わずとも、湾曲の無い走査線が副走査方向に等間隔で走査される。かかる走査光学装置が有する各光学系は、回転対称な形状で構成できるため、金型費等が抑えられ製造コスト等の削減が達成される。
［０００８］
本発明に係る走査光学装置が光源部を複数有する構成であるとき、複数の光源部は、例えば主走査方向または副走査方向の少なくとも一方向に並ぶように配置された構成としてもよい。
［０００９］
また、本発明に係る走査光学装置が複数の光源部が副走査方向に３つ以上並ぶ構成であるとき、複数の光源部は、例えば隣接する２つの光源部の光軸がなす各角度が等しくなるように配置された構成としてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
［００１０］
また、本発明に係る走査光学装置は、明暗の縞模様が付いた不鮮明な画像が生成されることを有効に避けるために、光源部が、該光源部の光軸が走査光学装置の中心軸と主走査方向を含む主走査断面上で該中心軸と角度Ａをなすように配置されているときに、第一偏向器により偏向された光束が該中心軸と副走査方向を含む副走査断面上で該中心軸となす、絶対値が最も大きくなるときの角度をＢと定義し、１フレーム中に走査される被走査面上の走査線の全本数をＮと定義した場合に、次の条件式
［数１］
2010035330.tif 000019
を満たす構成であることが望ましい。
［００１１］
第一偏向器の偏向面と第二偏向器の偏向面は、光量損失を抑制すべく、コンデンサ光学系および集光光学系によって光学的に共役な位置に配置されていることが好ましい。
［００１２］
また、上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る走査光学装置は、被走査面上で複数の走査線を走査する装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、かかる走査光学装置は、走査線が走査される主走査方向と直交する副走査方向に等間隔で配置された、光束を射出する複数の光源部と、射出された各光束を集める集光光学系と、集光光学系により集められた各光束を主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系とを有する。そして、集光光学系がｆｓｉｎθ特性を、走査光学系がｆｓｉｎθ特性を、それぞれ持つように構成されている。
［００１３］
ここで、複数の光源部は、例えば副走査方向に等間隔で配置された複数の光源部を有するアレイ光源である。アレイ光源は複数備えられてもよい。複数のアレイ光源は、例えば主走査方向に並ぶように配置されてもよい。
図面の簡単な説明
【国際調査報告】
2010035330.tif 000020
2010035330.tif 000021