(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、該回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置であって、
前記回転偏向手段のある反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段と、
前記回転偏向手段の前記ある反射面によって反射された光ビームを該回転偏向手段の他の反射面に再入射させるリレー光学系とを設け、
該リレー光学系は、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、該回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置であって、
前記回転偏向手段の一つの反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段を設け、
前記回転偏向手段のある反射面によって反射された光ビームを該回転偏向手段の他の反射面に再入射させるリレー光学系を複数設け、
前記光投射手段が前記回転偏向手段に入射させた光ビームが、前記複数のリレー光学系を順次通過して前記回転偏向手段の複数の反射面で順次反射されるようにし、
前記リレー光学系は全て、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光走査装置であって、
前記リレー光学系は全て、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の反射面への再入射位置とが、前記主走査方向と直交する方向についても光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、該回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置であって、
前記回転偏向手段は回転位相が同期した複数の回転偏向器によって構成され、
前記回転偏向手段を構成する一つの回転偏光器のある反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段と、
前記一つの回転偏向器の前記ある反射面によって反射された光ビームを、前記回転偏向手段を構成する他の回転偏向器の反射面に再入射させるリレー光学系とを設け、
該リレー光学系は、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の回転偏向器の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、該回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置であって、
前記回転偏向手段は回転位相が同期した複数の回転偏向器によって構成され、
前記回転偏向手段を構成する一つの回転偏光器の一つの反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段を設け、
前記回転偏向手段を構成するいずれかの回転偏光器のある反射面によって反射された光ビームを、前記回転偏向手段を構成する他の回転偏向器の反射面に再入射させるリレー光学系を複数設け、
前記光投射手段が前記一つの反射面に入射させた光ビームが、前記複数のリレー光学系を順次通過して前記回転偏向手段を構成する複数の回転偏光器の反射面で順次反射されるようにし、
前記リレー光学系は全て、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の回転偏光器の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の光走査装置であって、
前記リレー光学系は全て、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記ある反射面への入射位置と前記他の回転偏光器の反射面への再入射位置とが、前記主走査方向と直交する方向についても光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の光走査装置であって、
前記光投射手段は、前記回転偏向手段に入射させる光ビームを集光する集光手段を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載の光走査装置であって、
反射面を有し、前記回転偏向手段による偏向と同期して、該回転偏向手段の反射面によって最後に反射された光ビームを前記主走査方向と直交する方向に偏向走査する副走査手段を設けたことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８記載の光走査装置であって、
前記回転偏向手段の反射面によって最後に反射された光ビームの光路上に、少なくとも前記主走査方向について集光作用をもつ副走査用リレー光学系を設け、
該副走査用リレー光学系は、前記主走査の開始時と終了時における、前記光ビームの前記回転偏向手段への最後の入射位置と前記副走査手段の反射面への入射位置とが、少なくとも前記主走査方向について光学的に共役になるように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光走査装置であって、
前記副走査手段を、前記副走査用リレー光学系を通過した光ビームが前記副走査手段の反射面上でデフォーカスされるように配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項記載の光走査装置であって、
前記リレー光学系における共役性が複数の波長の光について満たされていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項記載の光走査装置であって、
前記光投射手段は、前記回転偏向手段の一つの反射面に、各光ビームについて前記主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一になるように、前記主走査方向と直交する方向に入射位置をずらした複数の光ビームを入射させる手段である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、複数の反射面を有するポリゴンミラー等の回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射するレーザビーム等の光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置に関し、特に、被走査面を高速に走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数の反射面を有するポリゴンミラー等の回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射するレーザビーム等の光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置が知られている。そして、このような光走査装置は、レーザプリンタにおける書き込み、レーザマーカによる加工、レーザ走査ディスプレイにおける表示等の幅広い用途に用いられている。
このような光走査装置において、走査を高速化することは重要であり、走査を高速化することによって、これらの書き込み，加工，表示等を高速に行うことができるようになる。そして、走査の高速化の手法としては、大きく分けて、走査ビームを増やす、ポリゴンミラーの回転数を増やす、の２つが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このうち前者については、複数の走査ビームによって走査を行うマルチビーム方式が知られているが、ビーム数を増加させると光学系の構成が複雑になるため、設計が困難で部品点数も増え、コストの制約を考えると実施可能なビーム数には上限がある。
【０００４】
後者については、例えばレーザ走査ディスプレイの場合、２５面のポリゴンミラーを１２万ｒｐｍ(round per minute)で回転させてＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）の解像度を得ることが行われているが、この解像度で文字を大画面表示すると粗さが目立つので、さらに高い解像度が必要である。すなわち、走査速度は十分ではない。しかし、１０万ｒｐｍを超える回転性能を持つ軸受け機構は装置構成が大型であり、コストも高い。また、２０万ｒｐｍ以上の回転性能をもつ軸受け機構は今のところ存在しないため、更なる回転速度の向上は困難である。また、レーザプリンタに使用されている空気軸受けを用いたポリゴンは、量産効果によりコストが圧倒的に安く回転性能も安定しているが、発熱や風損の問題により回転速度は５万ｒｐｍ前後に留まっている。
【０００５】
このように、光走査装置による走査速度の向上は望まれるところではあるが、装置コストの増大や安定性の低下の問題から十分に行うことはできていなかった。
この発明は、このような問題を解決し、光走査装置において、装置コストをさほど増大させることなく、かつ安定性よく走査速度を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、この発明は、複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置において、上記回転偏向手段のある反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段と、上記回転偏向手段の上記ある反射面によって反射された光ビームをその回転偏向手段の他の反射面に再入射させるリレー光学系とを設け、そのリレー光学系を、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成したものである。
【０００７】
あるいは、複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置において、上記回転偏向手段の一つの反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段を設け、上記回転偏向手段のある反射面によって反射された光ビームをその回転偏向手段の他の反射面に再入射させるリレー光学系を複数設け、上記光投射手段が上記回転偏向手段に入射させた光ビームが、上記複数のリレー光学系を順次通過して上記回転偏向手段の複数の反射面で順次反射されるようにし、上記リレー光学系を全て、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成したものである。
【０００８】
これらの光走査装置において、上記リレー光学系を全て、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の反射面への再入射位置とが、上記主走査方向と直交する方向についても光学的に共役になるように構成するとよい。
また、この発明の別の光走査装置は、複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置において、上記回転偏向手段を回転位相が同期した複数の回転偏向器によって構成し、上記回転偏向手段を構成する一つの回転偏光器のある反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段と、上記一つの回転偏向器の上記ある反射面によって反射された光ビームを、上記回転偏向手段を構成する他の回転偏向器の反射面に再入射させるリレー光学系とを設け、そのリレー光学系を、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の回転偏向器の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成したものである。
また、この発明のさらに別の光走査装置は、複数の反射面を有する回転偏向手段を有し、その回転偏向手段に入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する光走査装置において、上記回転偏向手段を回転位相が同期した複数の回転偏向器によって構成し、上記回転偏向手段を構成する一つの回転偏光器の一つの反射面に、主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一となるように光ビームを入射させる光投射手段を設け、上記回転偏向手段を構成するいずれかの回転偏光器のある反射面によって反射された光ビームを、上記回転偏向手段を構成する他の回転偏向器の反射面に再入射させるリレー光学系を複数設け、上記光投射手段が上記一つの反射面に入射させた光ビームが、上記複数のリレー光学系を順次通過して上記回転偏向手段を構成する複数の回転偏光器の反射面で順次反射されるようにし、上記リレー光学系を全て、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の回転偏光器の反射面への再入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成したものである。
これらの光走査装置において、上記リレー光学系を全て、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記ある反射面への入射位置と上記他の回転偏光器の反射面への再入射位置とが、上記主走査方向と直交する方向についても光学的に共役になるように構成するとよい。
さらに、上記の各光走査装置において、上記光投射手段が、上記回転偏向手段に入射させる光ビームを集光する集光手段を有するようにするとよい。
さらに、反射面を有し、上記回転偏向手段による偏向と同期して、その回転偏向手段の反射面によって最後に反射された光ビームを上記主走査方向と直交する方向に偏向走査する副走査手段を設けるとよい。
【０００９】
このような光走査装置において、上記回転偏向手段の反射面によって最後に反射された光ビームの光路上に、少なくとも上記主走査方向について集光作用をもつ副走査用リレー光学系を設け、その副走査用リレー光学系を、上記主走査の開始時と終了時における、上記光ビームの上記回転偏向手段への最後の入射位置と上記副走査手段の反射面への入射位置とが、少なくとも上記主走査方向について光学的に共役になるように構成するとよい。
さらに、上記副走査手段を、上記副走査用リレー光学系を通過した光ビームが上記副走査手段の反射面上でデフォーカスされるように配置するとよい。
さらにまた、以上のような光走査装置において、上記リレー光学系における共役性が複数の波長の光について満たされているようにするとよい。
【００１０】
さらに、上記光投射手段が、上記回転偏向手段の一つの反射面に、各光ビームについて上記主走査の開始時と終了時の光ビームの入射位置が絶対座標上において同一になるように、上記主走査方向と直交する方向に入射位置をずらした複数の光ビームを入射させる手段であるとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第１の実施形態：図１乃至図６〕
まず、この発明の光走査装置の第１の実施形態について説明する。図１はその光走査装置におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図、図２乃至図４はポリゴンミラーを用いた一般的な光走査について説明するための図、図５は回転するポリゴンミラーを上から見た状態を模式的に示す図、図６は図５の一部を拡大して示す図、図７はその光走査装置における走査角度について説明するための図である。
【００１２】
なお、この光走査装置は、複数の反射面（走査面）を有する回転偏向手段であるポリゴンミラーとその周囲に設けたリレー光学系とに主要な特徴を有するので、これらの部材の構成や配置を中心に説明する。これら以外の部材については、用途に応じて公知の構成を適宜適用すればよい。
この光走査装置は、ポリゴンミラーに入射する光ビームを偏向して被走査面を走査する装置である。ここで、一般に、図２に示すように回転するポリゴンミラー２に光ビーム１を入射させると、ポリゴンミラーの回転に従って、光ビーム１はポリゴンミラー２の反射面ＡＢによって図３（ａ）〜（ｃ）に示すように偏向反射される。
【００１３】
この一連の動作を重ね合わせて図示すると図４に示すようになり、ポリゴンミラーを角度θだけ回転させた場合には、入射光が偏向される範囲である走査角度は２θとなる。なお、図３及び図４においてはポリゴンミラー２の一部のみを図示している。ここで、ポリゴンミラーがＮ面のミラーであるとすると、１つの反射面ＡＢに対応する中心角ＡＯＢは３６０°／Ｎであるので、反射面ＡＢ全体を走査に用いたとしても、１主走査の走査角度は７２０°／Ｎより大きくすることはできない。
【００１４】
しかし、これは光ビーム１の入射方向が一定な場合について考えたものであるので、光ビーム１の入射方向を１主走査の期間内において変化させるようにすれば、走査角度を７２０°／Ｎよりも大きくすることもできる。例えば、主走査の開始時点（走査開始時点）Ｔｓにおいては中間時点Ｔｍにおけるよりも光ビームを走査面内で主走査方向に傾けて入射させ、主走査の終了時点（走査終了時点）Ｔｅにおいては中間時点Ｔｍにおけるよりも光ビームを走査面内で主走査方向と逆方向に傾けて入射させるようにすれば、光ビームを一定の方向から入射させる図２乃至図４のような場合よりも、走査角度を拡大できる。
【００１５】
このように走査角度を拡大することができれば、Ｎの大きいポリゴンミラーを用いても必要な走査範囲を走査できるだけの走査角度を得ることができ、ポリゴンミラー１回転当たりの主走査回数を増加させることができるので、モータの回転速度や同時に走査するビーム数を増やすことなく、走査速度の高速化を実現することができる。
この実施形態の光走査装置は、このような考え方に従って走査速度の高速化を図ったものであり、その走査光学系において図１に示すようにポリゴンミラー２の周囲にリレー光学系３を設けている。なお、図１においては、ポリゴンミラー２とビームの光路については、走査開始時点Ｔｓ及び走査終了時点Ｔｅにおける位置を実線で、中間時点Ｔｍにおける位置を破線で示し、この３つの時点での位置を重ねて図示している。
【００１６】
図１に示すポリゴンミラー２は、多角柱形状であり、その各側面はそれぞれ鏡面からなる反射面となっている。そして、ポリゴンミラー２の中心軸を中心にして図示しない駆動系によって回転可能であり、走査中は定速で回転される。
また、この光走査装置は、ポリゴンミラー２の反射面に光ビームを入射させる光投射手段として、レーザ光源，カップリングレンズ，アパーチャ等からなる図示しない光源部を備えている。そして、光源部から投射されたレーザによる光ビーム１は、ポリゴンミラー２の１つの反射面２１に入射する。
【００１７】
ここで、光源部による光ビーム１の投射位置について説明する。図５に示す３つの３角形ＯＡ１Ｂ１，ＯＡ２Ｂ２，ＯＡ３Ｂ３はそれぞれ、走査開始時点Ｔｓ，中間時点Ｔｍ，走査終了時点Ｔｅでの反射面ＡＢ（２１）の両端及びポリゴンミラーの中心Ｏを結んだ三角形を示すものである。そして、その走査面ＡＢの近傍を拡大して示したものが図６であるが、図６においては辺ＡＯとＢＯは図示を省略している。また、図６において、ＢＴｓ，ＢＴｍ，ＢＴｅはそれぞれ時点Ｔｓ，Ｔｍ，Ｔｅにおける光ビームの光路を示し、Ｏｓ，Ｏｍ，Ｏｅはそれぞれこれらの時点における反射面への光ビームの入射位置を示している。
【００１８】
この光走査装置においては、光源部による光ビーム１の投射は、図５及び図６に示すように、反射面２１（ＡＢ）への走査開始時点Ｔｓにおける入射位置Ｏｓと走査終了時点Ｔｅにおける入射位置Ｏｅとが絶対座標上において等しい位置になるように行っている。この場合において、ポリゴンミラー２の回転に伴って光ビーム１の入射位置はＯｓ→Ｏｍ→Ｏｅの順に移動することになり、ＯｓやＯｅとＯｍを一致させることは困難であるが、ＯｓとＯｅが一致すれば足りる。
この場合でも、走査開始時点Ｔｓから走査終了時点Ｔｅまでの間に入射位置は移動し、このような位置ずれはサグと呼ばれるが、このサグ量はＯｓ→Ｏｍ間とＯｍ→Ｏｅ間とで対称性があるので、サグに起因する歪みは最終的に走査ビームを結像させる所謂走査レンズ系（図示せず）によって補正させることができる。
【００１９】
ポリゴンミラー２の反射面２１によって偏向走査された光ビーム１の光路上には、少なくとも主走査方向において集光作用を持つ第１，第２，第３のリレーレンズ３１，３２，３３と反射ミラー４１，４２とによって構成されたリレー光学系３を設けている。そして、このリレー光学系３によって、反射面２１によって偏向走査された光ビームをポリゴンミラー２の他の反射面２２に再入射させている。
【００２０】
ここで、このリレー光学系３は、光ビーム１の走査開始時点Ｔｓと走査終了時点Ｔｅにおける反射面２１への入射位置２１Ｏｓ（＝２１Ｏｅ）と、同時点における走査面２２への入射位置２２Ｏｓ（＝２２Ｏｅ）とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成している。この点について次に説明する。
【００２１】
まず、リレー光学系３を構成する各リレーレンズ３１，３２，３３及び各反射ミラー４１，４２は、各リレーレンズの光軸が、走査開始時点Ｔｓでの光ビーム１の光路ＢＴｓと走査終了時点Ｔｅでの光ビーム１の光路ＢＴｅとのちょうど中間に定義される仮想的な軸に一致するように配置している。そして、まず第１のリレーレンズ３１の焦点距離をｆ３１としたとき、第１のリレーレンズ３１を入射位置２１Ｏｓから２×ｆ３１だけ離して配置し、第１の反射ミラー４１を第１のリレーレンズ３１から２×ｆ３１だけ離して配置することにより、時点Ｔｓ，Ｔｅにおける光ビーム１の第１の反射ミラー４１への入射位置４１Ｏと、反射面２１への入射位置２１Ｏｓとを、第１のリレーレンズ３１について等倍共役配置とすることができる。従って、入射位置２１Ｏｓと４１Ｏでの光ビーム１のスポット径は一致し、第１のリレーレンズ３１を通過させてもビームの拡散は起こらない。
【００２２】
同様に、第２のリレーレンズ３２の焦点距離をｆ３２としたとき、第２のリレーレンズ３２を入射位置４１Ｏから２×ｆ３２だけ離して配置し、第２の反射ミラー４２を第２のリレーレンズ３２から２×ｆ３２だけ離して配置することにより、時点Ｔｓ，Ｔｅにおける光ビーム１の第１の反射ミラー４１への入射位置４１Ｏと、第２の反射ミラー４２への入射位置４２Ｏとを、第２のリレーレンズ３２について等倍共役配置とすることができる。さらに、第３のリレーレンズ３３の焦点距離をｆ３３としたとき、第３のリレーレンズ３３を入射位置４２Ｏと２２Ｏｓとから２×ｆ３３ずつ離して配置することにより、第２の反射ミラー４２への入射位置４２Ｏと、反射面２１への入射位置２１Ｏｓとを、第３のリレーレンズ３３について等倍共役配置とすることができる。
【００２３】
走査面２１に対する絶対座標上での光ビーム１の入射位置が変化することを考慮した場合でも、リレー光学系３をこのように構成することは現実的に可能であり、リレー光学系３をこのように構成することにより、入射位置２１Ｏｓと２２Ｏｓとを光学的に共役にすることができる。従って、光ビーム１が走査角度を有して異なる方向から入射するにもかかわらず、時点Ｔｓ，Ｔｅにおいて光ビーム１は反射面２２の同一の位置に入射し、拡散してしまうことがないので、ビームが反射面２２からはみ出してしまう等の不具合は起こらない。
なお、入射位置２１Ｏと２２Ｏｓとが反射面内における同一の位置になるようにリレー光学系３を構成するものとする。ここで、この「反射面内における同一の位置」とは、各々の反射面が同一の形状であったとした場合に、その各々の反射面上における位置が等しいことを意味するものとする。
そして、このようなリレー光学系２１によれば、光ビーム１を、そのスポット径を変えず、反射面２１での偏向反射で与えられた走査角度だけを保存した状態で他の反射面２２に再入射させることができる。
【００２４】
このように、時点によって異なった方向から光ビーム１が反射面２２に入射した場合、反射面２２によって偏向反射される光ビーム１の出射方向は、図７に示すようになる。図７において、Ｏはポリゴンミラー２の中心、ＡＢは反射面２２の両端を示し、破線は光路ＢＴｓと光路ＢＴｅとのちょうど中間に定義した仮想的な軸の位置及びその方向から光ビームが入射したとした場合の出射方向を示す。
既に述べた通り、光ビームの入射方向が一定な場合、ポリゴンミラー２が角度θだけ回転すると、走査角度は２θとなる。従って、１主走査の間にポリゴンミラー２が角度θだけ回転するとすると、走査開始時点Ｔｓにおける光路ＢＴｓは破線で示した軸よりも主走査方向に２θ／２＝θだけ傾いた方向から入射することになる。そして、出射方向も破線で示した方向よりもθだけずれることになる。
【００２５】
一方、走査終了時点Ｔｅにおける光路ＢＴｅは、破線で示した軸よりも主走査方向と逆方向にθだけ傾いた方向から入射することになる。そして、出射方向も破線で示した方向よりもθだけずれることになる。
従って、光ビーム１が一定方向から入射した場合の走査角度２θに比べて更に２θだけ走査角度が増し、もとの２倍の４θになることがわかる。このことは、走査速度が２倍に高速化されることと同義である。そして、この光走査装置は、最終的に反射面２２によって偏向反射された光ビーム１によって被走査媒体を走査する。
【００２６】
従って、このような光走査装置によれば、モータの回転速度や同時に走査するビーム数を増やすことなく、走査速度の高速化を実現することができる。また、ポリゴンミラー２の回転に伴う絶対座標軸上におけるビーム入射位置の移動を考慮してリレー光学系３を適切な配置にしたので、一度反射面で偏向反射された光ビーム１を他の反射面に入射させる際にも、走査開始時点の入射位置と走査終了時点の入射位置とを絶対座標軸上において同一にすることができる。
【００２７】
〔第２の実施形態：図８〕
次に、この発明の光走査装置の第２の実施形態について説明する。図８は、その光走査装置におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図である。なお、図８においては、第１の実施形態と対応する構成には同様な符号を付している。
この光走査装置は、リレー光学系３（ここでは「第１のリレー光学系」と呼ぶ）に加えて第２のリレー光学系４を設け、反射面２２で偏向走査された光ビーム１をこの第２のリレー光学系４によってさらに他の反射面２３に入射させるようにしている点が第１の実施形態の光走査装置と異なるのみであるので、その他の点の説明は省略する。
【００２８】
この第２のリレー光学系４は、第４，第５，第６のリレーレンズ３４，３５，３６と第３，第４のミラー４３，４４で構成されている。そして、光ビーム１の走査開始時点Ｔｓと走査終了時点Ｔｅにおける反射面２２への入射位置と、同時点における走査面２３への入射位置とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成している。なお、第２のリレー光学系４も、反射面２２への入射位置と反射面２３への入射位置とが反射面内における同一の位置になるように構成するものとする。
この構成は、第１の実施形態で第１のリレー光学系３について説明した場合と同様に、反射面２２への入射位置と第３のミラー４３への入射位置，第３のミラー４３への入射位置と第４のミラー４４への入射位置，第４のミラー４４への入射位置と反射面２３への入射位置のそれぞれの組み合わせが、それぞれ第４，第５，第６のリレーレンズ３４，３５，３６について光学的に共役になるように第２のリレー光学系４を構成することにより、実現するこができる。
【００２９】
このように、リレー光学系を２つ設け、光ビーム１が各リレー光学系を順次通過してポリゴンミラー２の３つの反射面で順次反射されるようにすれば、ポリゴンミラー２が角度θだけ回転した場合の光ビーム１の走査角は、リレー光学系の１つだけの第１の実施形態の場合と比較してさらに倍の８θとすることができる。従って、走査速度を格段に高速化することができる。
なお、リレー光学系を３つ以上設けるようにしてもよい。この場合、全てのリレー光学系について、反射面への入射位置の光学的共役性と反射面内における位置の同一性の条件を満たすように構成するものとする。このようにＮ個のリレー光学系を設け、Ｎ＋１個の反射面で光ビーム１を反射させた場合、リレー光学系を設けない場合と比較して２のＮ乗倍の走査角と走査速度を得ることができ、走査速度をさらに高速化することができる。
【００３０】
〔第３の実施形態：図９，図１０〕
次に、この発明の光走査装置の第３の実施形態について説明する。図９は、その光走査装置におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図、図１０はその変更例を示す図である。なお、図９及び図１０においては、第１の実施形態と対応する構成には同様な符号を付している。
この光走査装置は、回転偏向手段を構成する回転偏向器として回転位相が同期した複数のポリゴンミラーを備え、リレー光学系を、一つのポリゴンミラーの反射面によって反射された光ビームを他のポリゴンミラーの反射面に再入射させる光学系とした点が特徴である。しかし、動作原理については第１の実施形態の場合と同様な部分が多いので、同様な部分については説明を省略する。
【００３１】
第１の実施形態の光走査装置においては、ポリゴンミラー２の１つの反射面２１によって偏向反射された光ビーム１をリレー光学系３によって同じポリゴンミラー２の他の反射面２２に再入射させるようにしたが、ポリゴンミラーを複数備える場合には、図９に示すように、一つのポリゴンミラーの反射面によって反射された光ビームを他のポリゴンミラーの反射面に再入射させるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
そして、この光走査装置では、光ビーム１をまず第１のポリゴンミラー２ａの１つの反射面に入射させ、この反射面によって偏向反射された光ビームを、リレーレンズ３７によるリレー光学系を通して第２のポリゴンミラー２ｂに再入射させている。そして、リレー光学系は、光ビーム１の走査開始時点Ｔｓと走査終了時点Ｔｅにおける第１のポリゴンミラー２ａの反射面への入射位置２１ａと、同時点における第２のポリゴンミラー２ｂの反射面への入射位置２１ｂとが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成している。なお、ここでもリレー光学系は、入射位置２１ａが入射位置２１ｂと反射面内における同一の位置になるように構成するものとする。
【００３３】
このとき、第１のポリゴンミラー２ａと第２のポリゴンミラー２ｂとで回転位相が同期していれば、第１のポリゴンミラー２ａの１つの反射面と第２のポリゴンミラー２ｂの１つの反射面の関係を、第１のポリゴンミラー２ａの１つの反射面と第１のポリゴンミラー２ａの他の反射面との関係に置き換えて考えることができるので、この光走査装置においても、第１の実施形態の場合と同様に、リレー光学系を設けない場合と比較して走査速度を２倍に向上させることができる。ここで、「回転位相が同期している」とは、入射位置２１ａと入射位置２１ｂとが反射面内における同一の位置を維持できるように回転していることであり、単純には、位置合わせをした後で、２つのポリゴンミラーを同方向に同じ速度で回転させている状態である。
【００３４】
なお、このような構成においても、第２の実施形態の場合と同様に複数のリレー光学系を設けることも可能であり、この場合には、それに応じて必要な数だけポリゴンミラーも設けるとよい。例えば図１０には、２つのリレー光学系と３つのポリゴンミラーを設けた例を示している。このようにすれば、第２の実施形態で図７に示した場合と同様に、リレー光学系を設けない場合と比較して走査速度を４倍に向上させることができる。
【００３５】
また、第１の実施形態におけるリレー光学系３のように同一のポリゴンミラーの別の反射面に光ビームを入射させるリレー光学系と、ここで説明したように他のポリゴンミラーの反射面に光ビームを入射させるリレー光学系とを併用することもできる。
このように、この発明の光走査装置は、以上説明したうちから任意に選択した構成で走査光学系を構成することができるので、装置設計の自由度が非常に大きいものである。
【００３６】
〔第１の変形例：図１１〕
次に、上述した各実施形態の第１の変形例について説明する。図１１はこの変形例の光走査装置における走査光学系を平面に展開し主走査方向から見た状態を示す模式的な断面図である。
ポリゴンミラー２は通常、反射面が回転軸方向と平行になるように加工されるが、実際には製造誤差が伴うので、完全に平行にするためには非常に高いコストがかかる。従って、図１１に破線で示すように反射面が回転軸方向からずれてしまうこともある。この面の倒れは「面倒れ」と呼ばれている。
この面倒れが生じると、光ビーム１による走査方向が所望の方向からずれてしまうので、光ビームでスクリーン上を走査して画像を形成したり、感光体ドラム上を走査して潜像を形成したりする等、被走査媒体上を走査する時に、走査が正確に行えなくなってしまう。従って、この面倒れによる走査位置のズレを修正する必要がある。
【００３７】
そのため、この変形例においては、リレー光学系３を、光ビーム１の走査開始時点Ｔｓと走査終了時点Ｔｅにおける反射面２１への入射位置２１Ｏｓ（＝２１Ｏｅ）と、同時点における走査面２２への入射位置２２Ｏｓ（＝２２Ｏｅ）とが、主走査方向と直交する方向すなわち図１１における上下方向についても光学的に共役になるように構成している。そして、このような構成は、第１の実施形態で図１を用いて説明した場合と同様、２１Ｏｓと４１Ｏ，４１Ｏと４２Ｏ，４２Ｏと２２Ｏｓの各入射位置をそれぞれ主走査方向と直交する方向についても光学的に共役になるようにすることによって実現している。
【００３８】
このようにすることにより、図１１に破線で示すように面倒れがあった場合でも、光ビームは破線で示す光路を通って反射面２２に到達し、面倒れがなく、実線で示す光路を通る場合と同じ位置に入射させることができる。
従って、このようにすれば、面倒れがあった場合でも走査ビームが反射面２２から外れてしまうような不具合は起こらない。また、面倒れによる走査位置のずれを低減し、光ビームによる走査位置の精度を向上させることができる。そしてこの構成は、第２の実施形態の場合のように光ビームに複数のリレー光学系を逐次通過させる場合に特に有効である。
【００３９】
〔第２の変形例：図１２，図１３〕
次に、上述した各実施形態の第２の変形例について説明する。図１２はポリゴンミラーの反射面における有効走査領域について説明するための図、図１３はこの変形例を第１の実施形態の光走査装置に適用した場合の走査光学系の構成例を示す図である。
ポリゴンミラー２の各反射面５２の主走査方向の長さをＬ，入射する光ビーム１のスポット５１の直径（楕円である場合には主走査方向の径の長さ）をｄとすると、図１２に示すように、有効走査範囲の長さはＬ−ｄとなる。そして、スポット５１がこれよりも外側にある場合には、入射する光ビーム１の一部が隣の反射面によってケラれてしまうことになり、反射されるビームの強度が低下したり、隣の反射面に入射したビームが別の方向に反射されてしまったりという不具合が生じてしまう。従って、走査は有効走査範囲内で行うことになるが、この範囲を大きく取るためには、ｄが小さいほどよい。
【００４０】
そこで、この変形例においては、図１３に示すように、光投射手段に、ポリゴンミラー２に入射させる光ビーム１を集光する集光手段として集光レンズ５を設けている。そして、反射面２１がこの集光レンズの焦点に位置するようにすれば、スポット径ｄを小さくし、反射面における有効走査範囲を広くすることができる。このことにより、１主走査におけるポリゴンミラー２の回転角θも大きく取ることができるので、光ビーム１による走査範囲を広げることができる。
なお、図１３ではこの変形例を第１の実施形態の構成に適用した例を示したが、他の実施形態にも同様に適用できることはもちろんである。
【００４１】
〔第３の変形例：図１４〕
次に、上述した各実施形態の第３の変形例について説明する。図１４はこの変形例の光走査装置における走査光学系の構成の一部を示す図である。
この変形例は、ポリゴンミラー２によって最後に反射された光ビームの光路上に、反射面を有し、その光ビームをポリゴンミラーによる偏向と同期して主走査方向と直交する方向に偏向走査する副走査手段を設けたものである。
【００４２】
すなわち、図１４に示すように、ポリゴンミラー２上の最後に光ビーム１を反射する反射面６１（例えば図１では反射面２２，図８では反射面２３に相当）によって反射された光ビームの光路上に、副走査手段としてガルバノミラー６３を設けている。図１４に示した一点鎖線はガルバノミラー６３の回転軸であり、図示しない駆動系によってガルバノミラー６３を回動させることにより、光ビームを偏向反射し、ポリゴンミラー２による主走査方向と直交する方向（副走査方向）に走査させるようにしている。
【００４３】
また、反射面６１とガルバノミラー６３との間にはリレーレンズ６２からなる副走査用リレー光学系を設け、この副走査用リレー光学系は、光ビーム１の走査開始時点Ｔｓと走査終了時点Ｔｅにおける反射面６１への入射位置６４と、同時点におけるガルバノミラー６３の反射面への入射位置６５とが、少なくとも主走査方向について光学的に共役になるように構成している。すなわち、第１の実施形態で説明したリレー光学系３等の場合と同様に、位置６４と６５がリレーレンズ６３について等倍共役配置となるようにしている。
このような副走査用リレー光学系を通過してガルバノミラー６３で反射される光ビームは、ポリゴンミラー２による偏向反射で与えられた主走査方向の走査角度を維持したままさらに副走査方向にも走査角を与えられることになる。
【００４４】
この変形例のように副走査手段を設けることにより、第１乃至第３の実施形態の光走査装置の効果を損うことなく光ビームで２次元平面又は曲面を走査することが可能になり、レーザマーカ装置やレーザスキャンディスプレイ（ＬＳＤ）装置等への適用が可能になる。
例えば、ＬＳＤ装置について説明すると、ＬＳＤ装置は、強度変調した赤、緑および青の３色のレーザビームをポリゴンミラーによって主走査し、画面上にドットラインを高速走査しながら副走査方向にも緩やかに走査し、１ドットラインの主走査が終了すると所定の帰線期間をおいて次のドットラインを描画する、ということを繰り返すことによって２次元の画面を形成させるものである。１画面の走査時間すなわちフレーム周波数を６０Ｈｚ以上にすれば、人間の目には各フレームが連続した画像として認識されうる。
【００４５】
近年、画像表示装置は高解像度化に向けた開発が盛んに行われているが、ＬＳＤ装置において描画画像を高解像化する場合、１画面の走査時間内で描画すべき走査線数が増加するので、ポリゴンの走査速度を速くしなければならない。例えば、ＱＵＸＧＡ（３８４０×２４００画素）の画像を描画する場合、ポリゴンの回転数が５万ｒｐｍであったとすると、複数本のビームで走査するSwathing（スウェージング）法や、画面を複数に分割して描画するTilting（ティルチング）法等を用いる必要があった。そして、要する光ビームの本数が各色１０本程度になり、光学系の構成が非常に煩雑であった。
そこで、この発明の第１乃至第３の実施形態光走査装置のように走査速度を高速化させた光走査装置に副走査手段を設け、このようなＬＳＤ等に適用すれば、少ない本数の光ビームで描画を行うことができるので、光学系の煩雑さを低減することができる。
【００４６】
また、副走査用リレー光学系を設ければ、副走査手段をポリゴンミラー２から離れた位置に配置する場合でも、光ビームの副走査手段への入射範囲を狭く保つことができるので、副走査手段を小型化し、ひいては装置全体の小型化や低消費電力化を実現することができる。
またこのとき、副走査手段を、副走査用リレー光学系を通過した光ビームが副走査手段の反射面上でデフォーカスされるように配置するとよい。このようにすれば、反射面上が焦点となる場合と比較して光ビームの入射領域を広げ、反射面の単位面積当たりに照射されるビームのエネルギーを減少させることができる。そして、反射面の特定の位置に強いビームが連続的に照射されて反射面が損傷したり劣化したりすることを防止し、装置の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
〔第４の変形例：図１５〕
次に、上述した各実施形態の第４の変形例について説明する。図１５はこの変形例の光走査装置におけるポリゴンミラーの１つの入射面の状態を示す図である。
この変形例においては、光投射手段として複数の光源を設け、図１５に示すように、ポリゴンミラーの一つの反射面２１に、主走査方向と直交する方向（副走査方向）に入射位置をずらした複数の光ビーム１ａ，１ｂを入射させることができるようにしている。なお、各光ビームの投射は、反射面２１への走査開始時点Ｔｓにおける入射位置と走査終了時点Ｔｅにおける入射位置とが絶対座標上において等しい位置になるように行うものとする。
【００４８】
この２本の光ビーム１ａ，１ｂに対して予め独立に強度変調をかけておくようにすれば、２本の光ビームによって同時に２ラインを走査することができるので、１フレームの描画に要する時間を半分にしたり、描画する画像の副走査方向の画素密度を２倍にしたりすることができる。
従って、このような構成を採用することにより、光ビームの走査による画像形成等を更に高速に行うことができる。第１乃至第３の実施形態の構成による走査速度向上効果と重畳されることにより、ＬＳＤ装置の高精細画像形成やレーザマーカ装置の高速描画等に多大の効果を発揮する。なお、光ビームを３本以上入射させるようにしてもよく、描画の速度や画素密度は、光ビームの数に比例して向上する。
【００４９】
〔その他の変形例〕
以上説明した例においては、リレー光学系を構成するリレーレンズを、単独のレンズとして図示してきたが、各リレーレンズは、複数のレンズによって構成するようにしてもよい。
また、リレーレンズとしてアクロマートレンズやアポクロマートレンズを用いるようにすれば、光ビームの波長の違いによる色収差を防止し、リレー光学系における共役性の条件を複数の波長の光について満たすことができる。このようにすれば、複数の波長の光ビームで走査を行う場合でも、波長毎に光路を設ける必要がなく、装置の構成を簡単にすることができる。このような構成は、例えばこの光走査装置をＬＳＤ装置に適用する場合に有効である。
その他、上述した各変形例は、組み合わせて適用してもそれぞれの変形による効果を発揮することができる。また、各実施形態で説明した走査光学系を複数備えた光走査装置を構成することも当然可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明の光走査装置によれば、モータの回転速度や同時に走査するビーム数を増やすことなく、走査速度の高速化を実現することができる。また、回転偏向手段の回転に伴う絶対座標軸上におけるビーム入射位置の移動を考慮して光学系を適切な配置にしたので、一度回転偏向手段の反射面で偏向反射された光ビームを回転偏向手段の他の反射面に正確に入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光走査装置の第１の実施形態におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】ポリゴンミラーを用いた一般的な光走査について説明するための図である。
【図３】ポリゴンミラーを用いた一般的な光走査について説明するための別の図である。
【図４】ポリゴンミラーを用いた一般的な光走査について説明するためのさらに別の図である。
【図５】回転するポリゴンミラーを上から見た状態を模式的に示す図である。
【図６】図５の一部を拡大して示す図である。
【図７】この発明の光走査装置の第１の実施形態における走査角度について説明するための図である。
【図８】この発明の光走査装置の第２の実施形態におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図である。
【図９】この発明の光走査装置の第３の実施形態におけるポリゴンミラーとリレー光学系の構成を模式的に示す図である。
【図１０】その変更例を示す図である。
【図１１】この発明の光走査装置の第１の変形例における走査光学系を平面に展開し主走査方向から見た状態を示す模式的な断面図である。
【図１２】ポリゴンミラーの反射面における有効走査領域について説明するための図である。
【図１３】この発明の第２の変形例を第１の実施形態の光走査装置に適用した場合の走査光学系の構成例を示す図である。
【図１４】この発明の光走査装置の第３の変形例における走査光学系の構成の一部を示す図である。
【図１５】この発明の光走査装置の第４の変形例におけるポリゴンミラーの１つの入射面の状態を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ：光ビーム  ２：ポリゴンミラー
３：リレー光学系          ４：第２のリレー光学系
２１，２２，２３：反射面
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，６２：リレーレンズ
４１，４２：反射ミラー    ６３：ガルバノミラー
【図１】
0004170663.tif 000002
【図２】
0004170663.tif 000003
【図３】
0004170663.tif 000004
【図４】
0004170663.tif 000005
【図５】
0004170663.tif 000006
【図６】
0004170663.tif 000007
【図７】
0004170663.tif 000008
【図８】
0004170663.tif 000009
【図９】
0004170663.tif 000010
【図１０】
0004170663.tif 000011
【図１１】
0004170663.tif 000012
【図１２】
0004170663.tif 000013
【図１３】
0004170663.tif 000014
【図１４】
0004170663.tif 000015
【図１５】
0004170663.tif 000016