(57)【要約】  前群レンズ、後群レンズ、および前群レンズと後群レンズとの間に配置された第一および第二ミラーであって、互いの位置が相対的に固定されるように共通の保持部材に保持され、所定の配置条件を満たす第一および第二ミラーを有するリレー光学系を有し、保持部材を所定の方向に直線的に可動する機構を有した走査光学装置を提供する。
2010035331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光束をリレー光学系を介して被走査面上に走査する走査光学装置において、
前記リレー光学系は、
前記光源側に配置された少なくとも一つの前群レンズと、
前記被走査面側に配置された少なくとも一つの後群レンズと、
前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置され、互いの位置が相対的に固定されるように共通の保持部材に保持された第一ミラーおよび第二ミラーであって、
前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルが前記前群レンズからの入射光軸と角度（１８０−ω）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、前記前群レンズからの入射光束を折り返す第一ミラーと、
前記第二ミラーのミラー面の法線ベクトルが前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度α（α≠１８０×ｍ、ただしｍは整数）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、該第一ミラーからの入射光束を前記後群レンズに向けて折り返す第二ミラーと、
を有し、
前記保持部材は、前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α+９０）（単位：ｄｅｇ）をなす方向に直線的に可動する機構を有していることを特徴とする、走査光学装置。
【請求項２】
前記保持部材は、前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α）（単位：ｄｅｇ）をなす方向に直線的に可動する機構も有していることを特徴とする、請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
｜sinα｜＜０．５であることを特徴とする、請求項１または請求項２の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記前群レンズ、前記後群レンズはそれぞれ、像側、物体側で略テレセントリックであることを特徴とする、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】
前記後群レンズの直後に配置され、該後群レンズからの入射光束を所定の方向に走査するように偏向する偏向器、
をさらに有し、
前記後群レンズの射出瞳は、前記偏向器の偏向面近傍にあ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】
前記前群レンズの入射光軸を延長した線と前記射出瞳が前記偏向面近傍で交差することを特徴とする、請求項１から請求項５の何れかに記載の走査光学装置。
【請求項７】
光源から照射された光束をリレー光学系を介して被走査面上に走査する走査光学装置において、
前記リレー光学系は、
前記光源側に配置された少なくとも一つの前群レンズと、
前記被走査面側に配置された少なくとも一つの後群レンズと、
前記前群レンズと前記後群レンズとの間に配置され、互いの位置が相対的に固定されるように共通の保持部材に保持された第一ミラーおよび第二ミラーであって、
前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルが前記前群レンズの入射光軸と角度（１８０−ω）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、前記前群レンズからの入射光束を折り返す第一ミラーと、
前記第二ミラーのミラー面の法線ベクトルが前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度α（α≠１８０×ｍ、ただしｍは整数）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、該第一ミラーからの入射光束を前記後群レンズに向けて折り返す第二ミラーと、
を有し、
前記保持部材は、前記第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α）（単位：ｄｅｇ）をなす方向に直線的に可動する機構を有していることを特徴とする、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、光源から照射された光束をリレー光学系を介して被走査面上に走査する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装置やマルチビーム走査装置等の走査光学装置が搭載されている。この種の走査光学装置においては、光源から被走査面に至る光路の途中に配置された偏向器上で光束を一旦集光させるために、集光位置調整用のリレー光学系が配置された光学構成が採用されている。リレー光学系は、複数枚のリレーレンズで構成されており、走査光学装置を大型化させる要因となっている。走査光学装置を小型化させるため、一般的なリレー光学系のリレーレンズ間には、光路を折り返す折返しミラーが配置されている。【０００３】
リレー光学系は後段の光学系に比べて焦点距離が短く設定されることが多く、照射面（被走査面）上で十分にピントがあった像を形成するためには、リレーレンズ同士のピント位置を高い精度で合わせる必要がある。また、リレー光学系に光束を効率良く入射させるため、またはリレー光学系から射出された光束を後段の光学系に効率良く入射させるためには、リレー光学系（の入射瞳や射出瞳）とその前後の光学系との位置関係を高い精度で位置決めする必要がある。ところが、リレーレンズ同士を高精度に位置決めすると同時にリレー光学系の入射瞳等とその前後の光学系との位置関係も高精度に位置決めすることは、実際上困難である。例えばリレーレンズ同士のピント位置を調整するためにリレーレンズを動かしてリレーレンズの間隔を調整した場合、リレー光学系の前後での瞳の共役関係が変化する弊害が生じる。【０００４】
そこで、リレーレンズを固定した状態で折返しミラーをシフト調整してリレーレンズの間隔を変えることにより、リレーレンズ同士のピント位置を調整する方法が考えられる。かかる方法を採用した場合、リレーレンズのピント位置を調整する間にリレーレンズ自体を動かす必要がないため、リレー光学系とその前後の光学系との位置関係が変化しないメリットがある。一方、折返しミラーのシフト調整に伴って、折返しミラー上における光束の入射位置（反射位置）が変動する。折返しミラー上における光束の反射位置がリレーレンズに対して変動したことに伴い、後段の光学系への光束の入射高さが変動するといった別の弊害が生じる。また、折返しミラーをシフト調整したときに部品のガタツキ等によって折返しミラーが傾くと、リレーレンズから後段の光学系に射出される光束の角度が変化する弊害も生じる。【０００５】
かかる弊害を生じさせないため、例えば特開平１１−１９６２３６号公報（以下、「特許文献１」と記す。）に開示されているピント調整機構を採用して、リレーレンズのピント位置を調整することが考えられる。特許文献１に記載のピント調整機構は、ガイドレールにガイドされた二つのミラー台の各々に設置された第一ミラーと一対の第二ミラーとの間隔を調整することによって原稿面に対する走査光学系のピント位置調整を行うように構成されている。【０００６】
しかし、特許文献１に記載のピント調整機構は、例えばミラーの間隔をΔＤ変えたときに光路長が二倍の感度、つまりΔ２Ｄ変わる。そのため、かかるピント調整機構は、リレーレンズのピント位置を精細に調整するには不向きである。【０００７】
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、リレーレンズの間隔を高い精度で調整するのに適した走査光学装置を提供することである。【０００８】
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、光源から照射された光束をリレー光学系を介して被走査面上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が有するリレー光学系は、光源側に配置された少なくとも一つの前群レンズと、被走査面側に配置された少なくとも一つの後群レンズとを有している。そして、前群レンズと後群レンズとの間隔の精細な調整の実効性を担保するために、前群レンズと後群レンズとの間に配置され、互いの位置が相対的に固定されるように共通の保持部材に保持された第一ミラーおよび第二ミラーを有している。第一ミラーは、そのミラー面の法線ベクトルが前群レンズの入射光軸と角度（１８０−ω）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、前群レンズからの入射光束を折り返す。第二ミラーは、そのミラー面の法線ベクトルが第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度α（α≠１８０×ｍ、ただしｍは整数）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、該第一ミラーからの入射光束を後群レンズに向けて折り返す。保持部材は、第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α+９０）（単位：ｄｅｇ）をなす方向に直線的に可動する機構を有している。かかる構成によれば、前群レンズの入射瞳や後群レンズの射出瞳と、前群レンズや後群レンズの前後の光学系との位置関係を変えることなく、前群レンズと後群レンズとの間隔を高い精度で調整することができる。【０００９】
すなわち、本発明に係る走査光学装置によれば、各構成部材が適切な位置に配置され、尚かつ複数の折返しミラーを保持する単一の保持部材が所定の方向にシフト可能に構成されることにより、リレー光学系とその前後の光学系との位置関係を変えることなく、リレーレンズの間隔を高い精度で調整することができる。【００１０】
ここで、保持部材は、前群レンズと後群レンズとの間隔を変えずに後群レンズへの光束の入射高さを調整できるよう、第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α）（単位：ｄｅｇ）をなす方向にも直線的に可動する機構も有していることが望ましい。【００１１】
本発明に係る走査光学装置は、前群レンズと後群レンズとの間隔をより一層精細に調整できるようにするため、
｜sinα｜＜０．５
を満たすことが好ましい。【００１２】
かかる調整によってリレー光学系前後での瞳の共役関係が崩れないために（より崩れにくくするために）、前群レンズ、後群レンズはそれぞれ、像側、物体側で略テレセントリックであることが望ましい。【００１３】
本発明に係る走査光学装置は、後群レンズの直後に配置され、該後群レンズからの入射光束を所定の方向に走査するように偏向する偏向器をさらに有した構成としてもよい。係る場合に、後群レンズの射出瞳は、偏向器の偏向面近傍にあることが望ましい。さらに、当該走査光学装置は、好適には、前群レンズの入射光軸を延長した線と射出瞳が偏向面近傍で交差するように構成される。【００１４】
また、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、光源から照射された光束をリレー光学系を介して被走査面上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が有するリレー光学系は、光源側に配置された少なくとも一つの前群レンズと、被走査面側に配置された少なくとも一つの後群レンズと、前群レンズと後群レンズとの間に配置され、互いの位置が相対的に固定されるように共通の保持部材に保持された第一ミラーおよび第二ミラーであって、第一ミラーのミラー面の法線ベクトルが前群レンズの入射光軸と角度（１８０−ω）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、前群レンズからの入射光束を折り返す第一ミラーと、第二ミラーのミラー面の法線ベクトルが第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度α（α≠１８０×ｍ、ただしｍは整数）（単位：ｄｅｇ）をなすように配置され、該第一ミラーからの入射光束を後群レンズに向けて折り返す第二ミラーとを有し、保持部材は、第一ミラーのミラー面の法線ベクトルと角度（ω−α）（単位：ｄｅｇ）をなす方向に直線的に可動する機構を有していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の二次元走査光学装置の構成を概略的に示す主走査断面図である。
【図２】本発明の実施形態の二次元走査光学装置が有するリレー光学系近傍を拡大して示す図である。
【図３】所定の条件を満たす矢印ａ方向を具体的に説明するための図である。
【図４】所定の条件を満たす矢印ａ方向を具体的に説明するための図である。
【図５】所定の条件を満たす矢印ａ方向を具体的に説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の走査光学装置について説明する。【００１７】
図１は、本発明の実施形態の走査光学装置を搭載した装置の一例である二次元走査光学装置１００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「Ｚ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「Ｙ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主走査断面図となっている。（但し、後述するＸＹステージ３５は便宜上図示したものであり、実際には主走査断面（つまり中心軸ＡＸ）から離れた位置に配置されている。）【００１８】
図１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。二次元走査光学装置１００は、さらに、光源部１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。【００１９】
各光源部１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。各光源部１から照射されたレーザー光は、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、集光レンズ３１、折返しミラー３２、３３、および集光レンズ３４を有している。折返しミラー３２、３３は、周知のＸＹステージ３５上に、互いの位置が相対的に固定された状態で保持されている。ＸＹステージ３５は、ＸＹステージ３５上に保持された折返しミラー３２、３３を図１中矢印ａ方向に移動（シフト）させて、折返しミラー３２、３３の位置を集光レンズ３１や集光レンズ３４に対して相対的にシフトさせるように構成されている。なお、本実施形態において、リレー光学系３は、折返しミラー３２、３３の前後にレンズを一枚ずつ有する構成として示されているが、かかるレンズ枚数はあくまで一例である。折返しミラー３２、３３の前後にレンズを複数枚ずつ有するリレー光学系３の構成もあり得る。【００２２】
集光レンズ３１に入射されたレーザー光は、折返しミラー３２、３３によって折り返された後に、集光レンズ３４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、集光レンズ３１に入射されたレーザー光は、集光レンズ３１のパワーにより、集光レンズ３４に入射される前にその光路中で一旦中間像を形成する。折返しミラー３２、３３には、非平行光（ここでは収束光）が入射される。【００２３】
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。そのため、折返しミラー３２、３３を矢印ａ方向にシフトさせた場合にも、各折返しミラー上に形成される各レーザー光の像の間隔は略一定に保たれる。【００２４】
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。【００２５】
ここで、副走査用偏向器２は、リレー光学系３（集光レンズ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（集光レンズ３４）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。【００２６】
図１に示される延長線（二点鎖線）ＡＸ’は、光源部１から集光レンズ３１に延びる中心軸ＡＸを主走査用偏向器４側に延長した線である。図１に示されるように、延長線ＡＸ’は、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐと交差する。また、折返しミラー３３から集光レンズ３４に延びる中心軸ＡＸと延長線ＡＸ’は、主走査用偏向器４の偏向面４Ｐ近傍で交差する。かかる配置構成を採用した場合、二次元走査光学装置１００の組立工程において、光源部１から集光レンズ３１までの光学系と主走査用偏向器４との位置関係を容易にアライメントして決めることができる。具体的には、二次元走査光学装置１００の筐体（不図示）に折返しミラー３２（又は折返しミラー３２、３３を取り付けたＸＹステージ３５）を組み込む前に、光源部１、副走査用偏向器２、主走査用偏向器４を組み込む。次いで、光源部１を駆動してレーザー光を射出させる。そして、光源部１から射出されたレーザー光が副走査用偏向器２の偏向面２Ｐに偏向されて主走査用偏向器４の偏向面４Ｐ上に照射されているかを検査する。かかるレーザー光の偏向面４Ｐ上における照射位置が正規の位置となるように副走査用偏向器２の位置を調整することにより、副走査用偏向器２の位置が高精度に決まり、射出直後のレーザー光路の正確性が確保される。【００２７】
副走査用偏向器２の位置を調整した後は、集光レンズ３１を二次元走査光学装置１００の筐体に取り付ける。そして、副走査用偏向器２の偏向面２Ｐに偏向されて集光レンズ３１に入射されたレーザー光が主走査用偏向器４の偏向面４Ｐ上に照射されているかを検査する。かかるレーザー光の偏向面４Ｐ上における照射位置が正規の位置となるように集光レンズ３１の位置を調整することにより、集光レンズ３１の位置が高精度に決まる。【００２８】
ここで、延長線ＡＸ’上に主走査用偏向器４を配置しない構成である場合には、副走査用偏向器２と折返しミラー３２、３３を同時に設置しなければ主走査偏向器までの光路が成立せず、調整の際に副走査用偏向器２と折返しミラー３２、３３の何れに誤差があるか特定できなかった。本実施形態における構成では、上記調整作業において副走査用偏向器２と主走査用偏向器４との位置関係を確定した後、集光レンズ３１を配置して、同様に偏向面４Ｐ上に照射されているかを検査することで、集光レンズ３１を正規の位置に配置することができる。【００２９】
走査光学系５は、複数枚（図１では便宜上１枚とする）のレンズから構成されており、全体としてｆθ特性を有している。走査光学系５から射出されたレーザー光は、かかるｆθ特性により、スクリーンＳ上を主走査方向に略等速で走査する。【００３０】
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（本実施形態では各光源部１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。【００３１】
次に、リレー光学系３の構成を詳細に説明する。リレー光学系３は、その入射瞳位置、射出瞳位置を各偏向器の偏向面上に略一致させつつも集光レンズ３１から集光レンズ３４に至る光路長（別の表現によれば、集光レンズ３１と集光レンズ３４とのピント位置）を精細に調整できるように構成されている。図２は、リレー光学系３近傍の構成を拡大して示す主走査断面図である。なお、図２並びに以降の各図においては、ＸＹステージ３５の図示を省略する。【００３２】
図２においては、ＸＹステージ３５により折返しミラー３２、３３を矢印ａ方向にシフトさせる前後の折返しミラー３２、３３の位置、および各光源部１から照射されたレーザー光の光路を示している。図２中、折返しミラー３２、３３をシフトさせる前の各レーザー光の光路を点線で、折返しミラー３２、３３をシフトさせた後の各レーザー光の光路を実線で、それぞれ示す。折返しミラー３２、３３をシフトさせる前後の各レーザー光の光路が重なる場合には、当該光路を実線で示す。また、シフトさせる前の折返しミラー３２、３３を点線で、シフトさせた後の折返しミラー３２’、３３’を実線で、それぞれ示す。【００３３】
図２に示されるように、折返しミラー３２、３３をシフトさせる前後で、折返しミラー３２、３３に対するレーザー光の入射位置が変動している。そのため、折返しミラー３２、３３をシフトさせる前後で、かかるレーザー光の光路長が変動している。一方、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射位置並びに入射角度は、折返しミラー３２、３３をシフトさせる前後で実質的に変動していない。すなわち、二次元走査光学装置１００では、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上に略一致させつつも、集光レンズ３１から集光レンズ３４に至る光路長（以下、便宜上「集光レンズ間光路長」と記す。）を折返しミラー３２、３３のシフト量に応じて調整することができる。【００３４】
なお、折返しミラー３２は入射してくる光線から遠ざかる（逃げる）ようにシフト（又は近づく（向かう）ようにシフト）することで、集光レンズ間光路長を延ばし（又は縮め）、反対に、折返しミラー３３は入射してくる光線に近づく（向かう）ようにシフト（又は遠ざかる（逃げる）ようにシフト）することで、集光レンズ間光路長を縮めている（延ばしている）。つまり、集光レンズ３１から折返しミラー３２までの光路長と、折返しミラー３３から集光レンズ３４までの光路長は、互いにキャンセルするように伸縮している。そのため、折返しミラー３２、３３のシフト量に対する集光レンズ間光路長の変化量は小さい。つまり、二次元走査光学装置１００においては、折返しミラー３２、３３のシフト量に対する集光レンズ間光路長の変化の感度が低いため、集光レンズ間光路長を精細に調整することができる。【００３５】
以上説明された集光レンズ間光路長の精細な調整の実効性を担保するためには、矢印ａ方向、すなわちＸＹステージ３５により折返しミラー３２、３３がシフトされる方向が所定の条件を満たす必要がある。図３〜図５は、かかる条件を満足する矢印ａ方向を具体的に説明するための図である。図３〜図５の各図は、主走査断面図となっている。【００３６】
ＸＹステージ３５により折返しミラー３２を矢印ａ方向に移動させたときの、折返しミラー３２のミラー面の法線方向の移動距離をｌ１と定義する。例えば図３においては、点Ａから点Ａ’までの距離ＡＡ’が移動距離ｌ１である。移動距離ｌ１は、折返しミラー３２が集光レンズ３１から離れる方向にシフトされたときに正の値となり、折返しミラー３２が集光レンズ３１に近付く方向にシフトされたときに負の値となる。図３の二点鎖線は、折返しミラー３２をシフトさせる前のレーザー光の光路（ここでは中心軸ＡＸと同じ）を、図３の実線は、折返しミラー３２を矢印ａ方向にシフトさせた後のレーザー光の光路を、それぞれ示している。図３に示されるように、レーザー光は、折返しミラー３２がシフトされる前は点Ａで反射され、折返しミラー３３に向かって進行する。一方、折返しミラー３２がシフトされた後では、レーザー光は、点Ａを通過して点Ｂで反射された後、点Ｃを通過して折返しミラー３３に向かい、進行する。【００３７】
ここで、折返しミラー３２の移動は、集光レンズ３１をはじめとする他の光学素子に対する矢印ａ方向のシフトでありティルトを含まない。そのため、折返しミラー３２のミラー面が集光レンズ３１に対してなす角度は、折返しミラー３２をシフトさせる前後で変わらない。したがって、折返しミラー３２をシフトさせたときに、折返しミラー３２に対するレーザー光の入射位置は変動するものの、当該ミラー面により反射されるレーザー光の反射角は実質的に変わらない。具体的には、折返しミラー３２は、矢印ａ方向へのシフト量に応じて、当該ミラー面に入射されたレーザー光を、中心軸ＡＸと直交する方向にΔｈ１（図３における点Ａから点Ｃまでの距離に相当する高さ）シフトした位置を進行するように反射する。【００３８】
図４に示されるように、折返しミラー３２のミラー面上におけるレーザー光の反射角を２ω（別の表現によれば、折返しミラー３２のミラー面に対するレーザー光の入射角、射出角がともにω）（単位：ｄｅｇ）と定義した場合、シフト量Δｈ１は、以下の式（１）で表される。なお、中心軸ＡＸと後述の法線ベクトルＤとがなす角度は１８０−ω（単位：ｄｅｇ）である。また、以降の図３〜図５の各図の説明において、特に断りがなければ、ミラー面に入射されるレーザー光の入射角度に対して反時計回りの角度を正とし、ミラー面に入射されるレーザー光の角度に対して時計回りの角度を負とする。
【数１】
2010035331.tif 000003
【００３９】
図３に示されるように、折返しミラー３２がシフトされたとき、レーザー光の光路長は、折返しミラー３２がシフトされる前の光路長に対して、点Ａから点Ｂまでの距離ＡＢと、点Ｂから点Ｃまでの距離ＢＣの分だけ延びる。折返しミラー３２がシフトされたときのレーザー光の光路長の変化量をΔＯＰＤ１と定義した場合、該光路長の変化量ΔＯＰＤ１は、以下の式（２）で表される。
【数２】
2010035331.tif 000004
【００４０】
図４に示される符号Ｄ（Ｄ’）、符号Ｅはそれぞれ、ミラー面側から折返しミラー本体を突き抜ける方向成分を有する、折返しミラー３２、３３のミラー面の法線ベクトルを示す。図４に示されるように、法線ベクトルＤ’と法線ベクトルＥは、角度α（単位：ｄｅｇ）をなす。角度αは、折返しミラー３２のミラー面に対する折返しミラー３３のミラー面の反時計回りの回転角度を示している。なお、α≠１８０×ｍ（ただしｍは整数）である。すなわち、折返しミラー３２と折返しミラー３３は、互いのミラー面が非平行となるように配置されている。【００４１】
折返しミラー３３のミラー面上におけるレーザー光の反射角は、２α−２ω−３６０（別の表現によれば、折返しミラー３３のミラー面に対するレーザー光の入射角、射出角がともにα−ω−１８０）（単位：ｄｅｇ）で定義される。ここで、上述したように、折返しミラー３３は折返しミラー３２と相対的に固定された状態でシフトされる。そのため、折返しミラー３３をシフトさせたとき、折返しミラー３３に対するレーザー光の入射位置は、折返しミラー３２に対するレーザー光の入射位置の変動に伴い、変動するものの、折返しミラー３３のミラー面により反射されるレーザー光の反射角は実質的に変わらない。さらに、折返しミラー３３のミラー面が集光レンズ３４に対してなす角度は、折返しミラー３３のシフト前後で変わらない。したがって、折返しミラー３３をシフトさせた場合にも、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射角度は実質的に変わらない。【００４２】
折返しミラー３３が矢印ａ方向にシフトされたときの、折返しミラー３３のミラー面に反射されるレーザー光の中心軸ＡＸと直交する方向へのシフト量をΔｈ２と定義した場合、シフト量Δｈ２は、以下の式（３）で表される。
【数３】
2010035331.tif 000005
【００４３】
また、ΔＯＰＤ１と同様に、折返しミラー３３がシフトされたときのレーザー光の光路長の変化量をΔＯＰＤ２と定義した場合、該光路長の変化量ΔＯＰＤ２は、以下の式（４）で表される。
【数４】
2010035331.tif 000006
【００４４】
図５に示されるように、ＸＹステージ３５による折返しミラー３２のシフト量をｄと定義し、法線ベクトルＤに対して折返しミラー３２のシフト方向（つまり矢印ａ方向）がなす角度をθ（単位：ｄｅｇ）と定義した場合、以下の式（５）が成り立つ。
ｌ１＝ｄ・cosθ・・・（５）
また、上記角度をθ（単位：ｄｅｇ）とした場合には、法線ベクトルＥに対して折返しミラー３３のシフト方向（つまり矢印ａ方向）がなす角度は、θ−α（単位：ｄｅｇ）と定義される。その場合、以下の式（６）が成り立つ。
ｌ２＝ｄ・cos（θ−α）・・・（６）
式（１）に式（５）を、式（３）に式（６）をそれぞれ代入すると、
Δｈ１＝ｄ・cosθ・2sinω・・・（７）
Δｈ２＝ｄ・cos（θ−α）・2sin（α−ω）・・・（８）
となる。【００４５】
集光レンズ３４の射出瞳を主走査用偏向器４の偏向面４Ｐに略一致させつつ集光レンズ間光路長を変化させるためには、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さおよび入射角度を折返しミラー３２、３３のシフト前後で略一定に保つ必要がある。そのためには、角度θを以下の式（９）を満たす角度に設定する必要がある。
Δｈ１＋Δｈ２=ｄ・cosθ・2sinω+ｄ・cos（θ−α）・2sin（α−ω）=０・・・（９）【００４６】
すなわち、折返しミラー３２、３３の両ミラーがシフトされたときの、中心軸ＡＸと直交する方向のレーザー光のシフト量Δｈ１、Δｈ２がキャンセルされて、その加算値が０となるときに、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さおよび入射角度が略変動することなく集光レンズ間光路長のみが変動することとなる。式（９）を満たす角度θは、９０＋α−ω（単位：ｄｅｇ）である。かかる角度θを満足するように矢印ａ方向を設定することにより、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上に略一致させつつも集光レンズ間光路長を精細に調整することができる。【００４７】
なお、ＸＹステージ３５による折返しミラー３２、３３のシフト量ｄに対する集光レンズ間光路長の変化量（ΔＯＰＤ１＋ΔＯＰＤ２）は、以下の式（１０）を満たす。
ΔＯＰＤ１＋ΔＯＰＤ２＝２ｄ・sinα・・・（１０）
シフト量ｄに対する集光レンズ間光路長の調整感度をより一層低くする（例えばシフト量ｄに対して集光レンズ間光路長の変化量（ΔＯＰＤ１＋ΔＯＰＤ２）を小さくする）ためには、以下の式（１１）を満たすことが好ましい。
｜sinα｜＜０．５・・・（１１）【００４８】
また、例えばＸＹステージ３５がガタツキ等により主走査断面内で設計上の位置に対して傾いて配置された場合を考える。かかる場合、折返しミラー３２のミラー面が集光レンズ３１に対して（設計上の角度から）傾いた角度が、折返しミラー３３のミラー面が集光レンズ３４に対して（設計上の角度から）傾いた角度により相殺される。また、折返しミラー３２、３３の互いのミラー面のなす角度は一定である。そのため、ＸＹステージ３５がガタツキ等によって設計上の位置から傾いて配置された場合、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さは変動するものの、当該レーザー光の入射角度は変動しないメリットがある。【００４９】
以上説明した本実施形態の二次元走査光学装置１００に対応する具体的実施例の数値構成を表１に示す。【００５０】
【表１】
2010035331.tif 000007
【００５１】
かかる場合、ＸＹステージ３５を３．０ｍｍシフトさせたにも拘わらず集光レンズ間光路長の変化（つまり集光レンズ３１と集光レンズ３４とのピント位置の移動）が−０．６２７ｍｍに過ぎず、シフト量ｄに対する集光レンズ間光路長の調整感度が低い水準に抑えられていることが分かる。このとき、像面での高さ変化が生じることなく（つまりスクリーンＳ上に形成されるレーザー光のスポットの主走査方向の位置を変えることなく）、スクリーンＳに対するレーザー光のピント位置が２．５０９ｍｍ延びる。シフト量ｄに対する集光レンズ間光路長の調整感度を低く抑えることにより、高感度であるスクリーンＳに対するレーザー光のピント移動を調整しやすくなるメリットがある。【００５２】
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。【００５３】
例えば、ＸＹステージ３５により折返しミラー３２、３３がシフトされる方向を上記条件と異なる条件を満たす方向に設定した場合には、集光レンズ間光路長を略一定に保ったまま集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さのみを変化させることも可能である。【００５４】
具体的には、法線ベクトルＤに対して折返しミラー３２のシフト方向がなす角度をθ’（単位：ｄｅｇ）と定義した場合、以下の式（１２）、（１３）が成り立つ。
ｌ１＝ｄ・cosθ’・・・（１２）
ｌ２＝ｄ・cos（θ’−α）・・・（１３）
次に、式（２）に式（１２）を、式（４）に式（１３）をそれぞれ代入すると、
ΔＯＰＤ１＝d・cosθ'・2cosω・・・（１４）
ΔＯＰＤ２＝-d・cos(θ'-α)・2cos(α-ω)・・・（１５）
となる。【００５５】
集光レンズ間光路長を折返しミラー３２、３３のシフト前後で略一定に保ちつつ集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さのみを変化させるためには、角度θ’を以下の式（１６）を満たす角度に設定する必要がある。
ΔOPD１＋ΔOPD２= d・cosθ'・2cosω-d・cos(θ'-α)・2cos(α-ω)
=2d・sinα・2sin(θ'-α+ω)
=0・・・（１６）【００５６】
すなわち、各折返しミラー３２、３３のシフトに伴う集光レンズ間光路長の変化量ΔＯＰＤ１、ΔＯＰＤ２がキャンセルされて、その加算値が０となるときに、集光レンズ間光路長が略変化することなく集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さのみが変化することとなる。式（１６）を満たす角度θ’は、α−ω（単位：ｄｅｇ）である。ここで、例えば二次元走査光学装置１００の各部品のガタツキ等により、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さがばらつくことあり得る。かかる角度θ’を満足する方向に折返しミラー３２、３３をシフトするようにＸＹステージ３５を構成した場合、集光レンズ３４に対するレーザー光の入射高さを調整して上記ばらつきを好適に抑えることができるようになる。【００５７】
また、本実施形態の二次元走査光学装置１００は、プロジェクタへの搭載を想定しているが、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。また、リレー光学系は入射瞳と共役な射出瞳を生成することを目的とした（広義の意味でのリレー）光学系であり、倍率の正負、収差の負荷量、光学構成、両群の対称性等は問わない。
【図１】
2010035331.tif 000008
【図２】
2010035331.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2010035331.tif 000014