(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源からの射出光束を平行光束にするコリメータレンズと、前記平行光束を所定光束径に制限する絞りとを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系からの入射光束を偏向反射させる回転多面鏡と、
この回転多面鏡の光偏向反射面からの偏向反射光束を被走査面上に光スポットとして結像させる第２の光学系とを備えてなり、
前記回転多面鏡を回転させることにより、前記光スポットを前記被走査面上において前記第２の光学系の光軸を中心に所定角度範囲にわたって走査するように構成された光走査装置であって、
前記入射光束の走査平面内における光束幅が、前記光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置において、
前記第１の光学系が、前記入射光束における光強度ピーク位置を前記第１の光学系の光軸に対して前記第２の光学系の光軸側へ所定量変位させるように構成されており、かつ、
前記光強度ピーク位置の変位位置は、前記回転多面鏡において前記光偏向反射面以外の反射面で反射した光束を前記第２の光学系の光路内にゴーストビームとして出現させない位置に設定されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記光強度ピーク位置の変位が、前記光源および前記コリメータレンズの光軸を前記第１の光学系の光軸に対して前記第２の光学系の光軸側へ平行移動させることにより行われていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光強度ピーク位置の変位が、前記光源の光軸の向きを前記第１の光学系の光軸に対して前記第２の光学系の光軸側へ傾斜させることにより行われていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光強度ピーク位置の変位の量、および前記光源および前記コリメータレンズの光軸の、前記第１の光学系の光軸に対する前記平行移動の量をａ／２とするとき、該ａの値を下式（１）により求めることを特徴とする請求項２項記載の光走査装置。
ａ=Ｒ｛sin（３π／ｎ）−sin（（α＋θ）／２＋π／ｎ）＋sin（π／ｎ）−sin（（α−θ）／２−π／ｎ）｝  ・・・  （１）
ただし、ｎ：前記回転多面鏡の面数
Ｒ：前記回転多面鏡の外接円半径
θ：有効走査半角
α：前記第１の光学系の光軸と前記第２の光学系の光軸とのなす角
【請求項５】
前記光強度ピーク位置の変位の量をａ／２、前記光源の光軸の、前記第１の光学系の光軸に対する前記傾斜の角度をδとするとき、該δの値を下式（２）により求めることを特徴とする請求項３項記載の光走査装置。
δ=sin−１（ａ／２ｆ）  ・・・  （２）
ただし、ｆ：前記コリメータレンズの焦点距離
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スポットを被走査面上に走査する光走査装置に関し、特に、回転多面鏡への入射光束の走査平面内における光束幅がその光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタやレーザ製版装置等においては、その画像形成手段として光走査装置が用いられる。この光走査装置は、一般に、光源、コリメータレンズおよび絞りを備えた入射光学系と、この入射光学系からの入射ビームを偏向反射させる回転多面鏡と、この回転多面鏡の光偏向反射面からの偏向反射ビームを被走査面上にビームスポットとして結像させる結像光学系とを備えており、上記回転多面鏡を回転させることにより、ビームスポットを被走査面上において結像光学系の光軸を中心として所定角度範囲に亘り走査するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この光走査装置において、その回転多面鏡のサイズが小さい場合あるいはその反射面数が多い場合には、図７に示すように、回転多面鏡１４への入射ビームＢ１の走査平面内におけるビーム幅ｗ０が上記光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きくなるが、このような場合には光偏向反射面１４ａ１からの上記偏向反射ビームＢ２の走査平面内におけるビーム幅が、上記回転多面鏡１４の回転角度位置によって異なったものとなる。
【０００４】
すなわち、同図（ａ）に示すように、上記光偏向反射面１４ａ１が入射ビームＢ１内に完全に入った瞬間の回転角度位置（走査開始位置）では、偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ１で最も大きく、同図（ｂ）に示すように、偏向反射ビームＢ２が結像光学系の光軸Ａｘ２方向に偏向反射する回転角度位置（走査中央位置）では、偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ２とやや小さくなり、さらに、同図（ｃ）に示すように、光偏向反射面１４ａ１が入射ビームＢ１内から外れ始める瞬間の回転角度位置（走査終了位置）では、偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ３で最も小さくなる。
【０００５】
入射ビームＢ１の光強度は、図８に示すように、入射光学系の光軸Ａｘ１上の中央部が最も大きく両端部に近づくに従って徐々に小さくなるので、上記各回転角度位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における偏向反射ビームＢ２の光量は、同図において斜線領域の大きさで示すように、回転角度位置（ａ）、（ｂ）に比して上記回転角度位置（ｃ）において小さいものとなる。
【０００６】
このため、上記被走査面上に光量むらが生じてしまい、これが画像の濃度むらを発生させて画質を悪化させる原因となってしまうという問題がある。
なお、特開平９−２１１３６６号公報には、入射光学系に上記ビーム幅ｗ１を小さくするためのアパーチャを設けた光走査装置が開示されているが、このような構成を採用しても上記ビーム幅ｗ２は変化しないので、上記回転角度位置（ｂ）と上記回転角度位置（ａ）、（ｃ）との間における上記偏向反射ビームの光量差を解消することはできない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転多面鏡への入射光束の走査平面内における光束幅がその光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置において、被走査面上における光量むらの発生を最小限に抑えることができる光走査装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光走査装置は、光源と、この光源からの射出光束を平行光束にするコリメータレンズと、前記平行光束を所定光束径に制限する絞りとを備えた第１の光学系と、
この第１の光学系からの入射光束を偏向反射させる回転多面鏡と、
この回転多面鏡の光偏向反射面からの偏向反射光束を被走査面上に光スポットとして結像させる第２の光学系とを備えてなり、
前記回転多面鏡を回転させることにより、前記光スポットを前記被走査面上において前記第２の光学系の光軸を中心に所定角度範囲にわたって走査するように構成された光走査装置であって、
前記入射光束の走査平面内における光束幅が、前記光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置において、
前記第１の光学系が、前記入射光束における光強度ピーク位置を前記第１の光学系の光軸に対して前記第２の光学系の光軸側へ所定量変位させるように構成されており、かつ、
前記光強度ピーク位置の変位位置は、前記回転多面鏡において前記光偏向反射面以外の反射面で反射した光束を前記第２の光学系の光路内にゴーストビームとして出現させない位置に設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、上記「光偏向反射面」とは、上記回転多面鏡を構成する複数の反射面のうち、該回転多面鏡への入射光束を上記第２の光学系の光路内へ向けて反射させる反射面を意味するものである。
【００１０】
また、上記「所定量」（すなわち上記光強度ピーク位置の上記第２の光学系の光軸側への変位量）の大きさは、特に限定されるものではない。
さらに、上記「光偏向反射面の走査平面内における幅」とは、正確には「光偏向反射面の、走査平面内における第１の光学系の光軸方向投影幅」を意味するものである。
【００１１】
【作用および発明の効果】
上記構成に示すように、本発明に係る光走査装置は、その回転多面鏡への入射光束の走査平面内における光束幅が光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定されているが、第１の光学系は、回転多面鏡への入射光束における光強度ピーク位置を該第１の光学系の光軸に対して上記第２の光学系の光軸側へ所定量変位させるように構成されている。
【００１２】
したがって、上記回転多面鏡の回転に伴って偏向反射光束の走査平面内における光束幅が徐々に小さくなる点は従来どおりであるが、光強度ピーク位置の変位設定により、光束幅が大きい回転角度位置では、従来よりも入射光束の光強度が小さい部分が光偏向反射面に入射する一方、光束幅が小さい回転角度位置では、従来よりも入射光束の光強度が大きい部分が光偏向反射面に入射するので、偏向反射光束の光量は各回転角度位置において平均化されることとなる。
【００１３】
したがって、本発明の光走査装置によれば、回転多面鏡への入射光束の走査平面内における光束幅がその光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置において、被走査面上における光量むらの発生を最小限に抑えることができる。
【００１４】
上記構成において、上記光強度ピーク位置を第１の光学系の光軸に対して第２の光学系の光軸側へ変位させるための具体的構成は特に限定されるものではないが、例えば、光源およびコリメータレンズの光軸を第１の光学系の光軸に対して第２の光学系の光軸側へ平行移動させるようにしたり、光源の光軸を第１の光学系の光軸に対して第２の光学系の光軸側へ傾斜させるようにすることも可能である。
【００１５】
ところで、従来の光走査装置においては、図９に示すように、上記回転多面鏡１４が、その光偏向反射面１４ａ１の回転方向後方側に隣接する反射面１４ａ２と第１の光学系の光軸Ａｘ１とが直角になる回転角度位置になったとき、被走査面上にゴースト光束を発生させてしまうという問題がある。
【００１６】
すなわち、上記回転多面鏡１４への入射光束Ｂ１のうち反射面１４ａ２に入射した光束ｂ１は、第１の光学系の光軸Ａｘ１方向へ正反射して光源へ戻り、該光源の光射出端面で反射して回転多面鏡１４に再び入射するが、そのうち光偏向反射面１４ａ１に入射した光束（走査平面内における光束幅ａ）は被走査面上に達するゴースト光束ｂｇとなる。このゴースト光束ｂｇは、回転多面鏡１４が回転しても第２の光学系の光軸Ａｘ２に対して常に一定の角度（４π／ｎ−α）で反射し、被走査面上に静止した像を形成するため画質に悪影響を与えてしまうという問題がある。なお、ここで、ｎは上記回転多面鏡１４の反射面数、αは第１の光学系の光軸Ａｘ１と第２の光学系の光軸Ａｘ２とのなす角である。
【００１７】
そこで、上記光強度ピーク位置の変位位置を、回転多面鏡において光偏向反射面以外の反射面で反射した光束が第２の光学系の光路内にゴーストビームとして出現しない位置に設定することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光走査装置を示す平面図である。
図示のように、この光走査装置１０は、レーザプリンタに用いられる光走査装置であって、入射光学系１２と、回転多面鏡１４と、結像光学系１６とを備えている。
【００１９】
上記入射光学系１２は、半導体レーザからなる光源１８と、この光源１８からのビームを平行ビームＢ０にするコリメータレンズ２０と、平行ビームＢ０を所定ビーム径に制限する絞り２２と、この絞り２２を経た平行ビームを横長楕円ビームにするシリンドリカルレンズ２４とで構成されており、この横長楕円ビームＢ１が上記回転多面鏡１４に入射するようになっている。
【００２０】
回転多面鏡１４は、複数（１２面）の反射面１４ａを備えており、鉛直軸線回りに図示矢印方向へ回転するようになっている。そして、この回転多面鏡１４においては、複数の反射面１４ａのうち、入射光学系１２の光軸Ａｘ１上に位置する反射面１４ａ１が、入射光学系１２からの横長楕円ビーム（入射ビーム）Ｂ１を結像光学系１６へ向けて偏向反射させる光偏向反射面を構成するようになっている。
【００２１】
上記結像光学系１６は、２枚のレンズ２６、２８からなるｆθレンズと副走査方向にのみパワーを有する図示しない凹のシリンドリカルミラーで構成され、副走査方向断面において光偏向反射面と被走査面との間で共役になっており、光偏向反射面１４ａ１からの偏向反射ビームＢ２を、被走査面上にビームスポットとして結像させるようになっている。この結像光学系１６の光軸Ａｘ２は、光偏向反射面１４ａ１において入射光学系１２の光軸Ａｘ１と交差するとともに該光軸Ａｘ１と６０°の挟角をなすように設定されている。
【００２２】
そして、光走査装置１０においては、回転多面鏡１４を回転させることにより、ビームスポットを被走査面上において結像光学系１６の光軸Ａｘ２を中心に所定角度範囲にわたって走査するようになっている。なお、上記レーザプリンタとしては、光走査装置１０による走査方向（主走査方向）に対して略直角な方向（副走査方向）に被走査面を移動させることにより、被走査面上に画像を形成するようになっている。
【００２３】
図示のように、回転多面鏡１４への入射ビームＢ１の走査平面内におけるビーム幅ｗ０は、光偏向反射面１４ａ１の走査平面内における光軸Ａｘ１方向の投影幅よりも大きな値に設定されている。したがって、入射ビームＢ１のうちの一部（斜線で示す部分）のみが光偏向反射面１４ａ１に入射することとなる。
【００２４】
また、本実施形態においては、図示のように、光源１８および上記コリメータレンズ２０の光軸Ａｘ３が、入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対して、右側（結像光学系１６の光軸Ａｘ２側）へａ／２（この値については後述する）だけ平行移動させた位置に設定されている。そして、これにより、光源１８およびコリメータレンズ２０により形成される平行ビームＢ０のうち、その中心領域からやや左側にシフトした領域のビームを入射ビームＢ１として用いるようになっている。
【００２５】
上記平行ビームＢ０の光強度の走査平面内における分布は、図３に示すように、光軸Ａｘ３上の中央部が最も大きく左右両端部に近づくに従って徐々に小さくなるガウス曲線に従った分布となるが、上記シフトに伴い、入射ビームＢ１における光強度ピーク位置は、入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対して右側へａ／２だけ変位することとなる。したがって、偏向反射ビームＢ２の光強度の走査方向分布についても、被走査面側から見て右側へａ／２だけ変位したガウス分布となる。
【００２６】
図２は、光走査装置１０において、回転多面鏡１４の回転による光偏向の様子を示す図である。
図示のように、偏向反射ビームＢ２の走査平面内におけるビーム幅は、回転多面鏡１４の回転角度位置によって異なったものとなる。
【００２７】
すなわち、同図（ａ）に示すように、光偏向反射面１４ａ１が入射ビームＢ１内に完全に入った瞬間の回転角度位置（走査開始位置）では、偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ１で最も大きく、同図（ｂ）に示すように、偏向反射ビームＢ２が結像光学系１６の光軸Ａｘ２方向に偏向反射する回転角度位置（走査中央位置）では、該偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ２とやや小さくなり、さらに、同図（ｃ）に示すように、光偏向反射面１４ａ１が上記入射ビームＢ１内から外れ始める瞬間の回転角度位置（走査終了位置）では、偏向反射ビームＢ２のビーム幅はｗ３で最も小さくなる。
【００２８】
上記各回転角度位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における上記偏向反射ビームＢ２の光量は、図３に示すように、該偏向反射ビームＢ２の走査平面内における光強度分布が、従来の偏向反射ビームの走査平面内における光強度分布（図中２点鎖線で示す）に対して右側へ変位しているため、従来に比して均一化されたものとなっている。
【００２９】
すなわち、ビーム幅ｗ１の回転角度位置（ａ）では、偏向反射ビームＢ２において光強度の比較的小さい部分が用いられ、ビーム幅ｗ２（ｗ２＜ｗ１）の回転角度位置（ｂ）では、回転角度位置（ａ）よりも光強度の大きな部分が用いられ、ビーム幅ｗ３（ｗ３＜ｗ２）の回転角度位置（ｃ）では、回転角度位置（ｂ）よりもさらに光強度の大きな部分が用いられているので、偏向反射ビームＢ２の光量は、図中斜線領域の大きさで示すように、各回転角度位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）相互間において略均一な値となる。
【００３０】
ところで、光源１８およびコリメータレンズ２０の光軸Ａｘ３の、入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対する変位量ａ／２は、次のようにして設定される値である。
すなわち、図４に示すように、回転多面鏡１４が、その光偏向反射面１４ａ１の回転方向後方側に隣接する反射面１４ａ２と入射光学系１２の光軸Ａｘ１とが直角になる回転角度位置になったとき、入射ビームＢ１のうち反射面１４ａ２に入射したビームｂ１は、光軸Ａｘ１方向へ正反射して光源１８へ戻り、該光源１８の光射出端面で反射してビームｂ２に重畳されて上記回転多面鏡１４に再び入射する。
【００３１】
このとき図９に示す従来例のように、ビームｂ２の一部が光偏向反射面１４ａ１に入射するようなことがあると、該ビームは被走査面上に達するゴーストビームｂｇとなり画質に悪影響を与えることとなる。このゴーストビームｂｇが出現しないようにするためには、光源１８およびコリメータレンズ２０の光軸Ａｘ３を、入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対して右方へ平行移動させて、図９において上記ビームｂ２のうち光偏向反射面１４ａ１に入射する部分が無くなるようにすればよい。ビームｂ２のうち光偏向反射面１４ａ１に入射する部分の幅をａとすれば、ビームｂ２を光偏向反射面１４ａ１から完全に外すのに必要にして十分な光軸Ａｘ３の変位量はａ／２となる。
【００３２】
このように光軸Ａｘ３を変位させた場合には、図４に示すように、ビームｂ２は、すべて光偏向反射面１４ａ１の回転方向前方側に隣接する反射面１４ａ３に入射し、該反射面１４ａ３により結像光学系１６の光路内から大きく外れた方向へ反射せしめられるので、ゴーストビームが発生するおそれをなくすことができる。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態に係る光走査装置１０は、その回転多面鏡１４への入射ビームＢ１の走査平面内におけるビーム幅が光偏向反射面１４ａ１の走査平面内における幅よりも大きい値に設定されているが、光源１８および上記コリメータレンズ２０の光軸Ａｘ３を入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対して結像光学系１６の光軸Ａｘ２側へ平行移動させることにより、回転多面鏡１４への入射ビームＢ１における光強度ピーク位置を光軸Ａｘ１に対して結像光学系１６の光軸Ａｘ２側へ所定量変位させるように構成されている。
【００３４】
したがって、回転多面鏡１４の回転に伴って偏向反射ビームＢ２の走査平面内におけるビーム幅が徐々に小さくなる点は従来どおりであるが、光強度ピーク位置の変位設定により、ビーム幅が大きい回転角度位置では従来に比して入射ビームＢ１の光強度が小さい部分が光偏向反射面１４ａ１に入射する一方、ビーム幅が小さい回転角度位置では従来よりも入射ビームＢ１の光強度が大きい部分が光偏向反射面１４ａ１に入射するので、これにより偏向反射ビームＢ２の光量は各回転角度位置において平均化されることとなる。
【００３５】
したがって、本実施形態によれば、回転多面鏡への入射ビームの走査平面内におけるビーム幅がその光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい値に設定された光走査装置において、被走査面上における光量むらの発生を最小限に抑えることができる。
【００３６】
しかも、入射ビームＢ１における光強度ピーク位置の変位位置が、回転多面鏡１４において光偏向反射面１４ａ１以外の反射面１４ａで反射したビームを結像光学系１６の光路内にゴーストビームとして出現させない位置に設定されているので、被走査面上に形成される画質に悪影響が及ぶのを未然に防止することができる。
【００３７】
ここで、ａは、回転多面鏡の面数をｎ、回転多面鏡の外接円半径をＲ、有効走査半角をθ、第１の光学系の光軸と第２の光学系の光軸のなす角をαとすると、次式で表すことができる。
ａ=Ｒ｛sin（３π／ｎ）−sin（（α＋θ）／２＋π／ｎ）＋sin（π／ｎ）−sin（（α−θ）／２−π／ｎ）｝
実施例では、Ｒ=１２mm、ｎ=１２、θ=０．３４９ｒａｄ（=２０゜）、α=１．０４７ｒａｄ（=６０゜）で、この時ａ=０．７１５mmで、光軸Ａｘ３の変位量ａ／２は０．３５８以上となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る光走査装置を示す平面図である。
図示のように、この光走査装置１１０は、上記第１の実施形態に係る光走査装置と同様の構成要素からなっているが、入射光学系１２のアライメントが異なっている。
【００３９】
すなわち、本実施形態においては、コリメータレンズ２０は入射光学系１２の光軸Ａｘ１上に配置されているが、光源１８は、その光軸Ａｘ４の向きを、入射光学系１２の光軸Ａｘ１に対してコリメータレンズ２０の光源側主点を基準にして結像光学系１６の光軸Ａｘ２側へ角度δだけ傾斜させるようにして配置されている。
【００４０】
このように、光源１８の光軸Ａｘ４を傾斜させることによっても、入射ビームＢ１における光強度ピーク位置を光軸Ａｘ１に対して結像光学系１６の光軸Ａｘ２側へ変位させることができる。
したがって、本実施形態においても、偏向反射ビームＢ２の光量を回転多面鏡１４の各回転角度位置において平均化することができ、これにより被走査面上における光量むらの発生を最小限に抑えることができる。
【００４１】
また、図６に示すように、光源１８の光軸Ａｘ４の傾斜角度δの値を、回転多面鏡１４においてその光偏向反射面１４ａ１以外の反射面１４ａで反射したビームが結像光学系１６の光路内にゴーストビームとして出現しない大きさに設定すれば、上記被走査面上に形成される画質に悪影響が及ぶのを未然に防止することができる。
【００４２】
ここで、コリメーティングレンズの焦点距離をｆとすると、
δ=sin-1（ａ／２ｆ）となる。
なお、上記第１の実施形態においては、コリメータレンズ２０の有効径を拡げる必要があるため、その開口数を大きくしたりレンズを大型化したりする必要があるが、本実施形態においてはそのような必要がないのでより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光走査装置を示す平面図
【図２】図１に示す装置において回転多面鏡の回転による光偏向の様子を示す図
【図３】図１に示す装置において各回転角度位置における偏向反射ビームの光量の変化を示す図
【図４】図１に示す装置においてゴーストビーム除去のための構成を示す平面図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光走査装置を示す平面図
【図６】図５に示す装置においてゴーストビーム除去のための構成を示す平面図
【図７】従来例を示す図２と同様の図
【図８】従来例を示す図３と同様の図
【図９】従来例を示す図４と同様の図
【符号の説明】
１０、１１０  光走査装置
１２  入射光学系
１４  回転多面鏡
１４ａ  反射面
１４ａ１  光偏向反射面
１４ａ２  光偏向反射面の回転方向後方側に隣接する反射面
１４ａ３  光偏向反射面の回転方向前方側に隣接する反射面
１６  結像光学系
１８  光源
２０  コリメータレンズ
２２  絞り
２４  シリンドリカルレンズ
２６、２８  レンズ（ｆθレンズ）
Ａｘ１  入射光学系の光軸
Ａｘ２  結像光学系の光軸
Ａｘ３  光源およびコリメータレンズの光軸
Ａｘ４  光源の光軸
Ｂ０  平行ビーム
Ｂ１  入射ビーム
Ｂ２  偏向反射ビーム
ａ／２  平行移動量
ｂｇ  ゴーストビーム
ｗ０  入射ビームの走査平面内におけるビーム幅
ｗ１、ｗ２、ｗ３  偏向反射ビームの走査平面内におけるビーム幅
δ  傾斜角度
【図１】
0004183207.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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