(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
回転軸周りに回転することにより前記光源から発せられるレーザ光をその外周面に配置された複数の反射面において偏向する回転多面鏡と、
前記回転多面鏡により偏向されたレーザ光を描画面上にて走査するスポットとして結像させる結像光学系と
を備えた走査光学系であって、
前記結像光学系は、光軸に対して回転対称なレンズから構成され、
前記回転多面鏡の前記回転軸と平行で前記結像光学系の光軸を含む副走査面に投影して見た場合に、前記回転多面鏡の前記反射面と前記結像光学系の光軸との交点へ入射するレーザ光のビーム軸が、前記結像光学系の光軸に対し、所定の回転方向に、傾いているとともに、
前記副走査面に投影して見た場合に、前記回転多面鏡の前記回転軸が、前記交点を回転中心として、前記結像光学系の光軸に直交する方向から、前記所定回転方向とは逆の回転方向に、傾いている
ことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
前記結像光学系により前記描画面上に結像される前記スポットは、前記スポットが前記描画面において反射されることにより生じた反射光がレーザ光が偏向されている反射面以外の反射面で反射されることにより前記描画面上に形成されるゴースト像に対し、前記副走査面と前記描画面との交線と平行な方向において、この交線に直交して前記結像光学系の光軸を含む主走査面を挟む位置に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
【請求項３】
前記回転多面鏡により偏向されて前記結像光学系を透過して前記描画面に到達するレーザ光以外の光を遮蔽する遮蔽部材を、前記結像光学系と前記描画面との間に、更に備える
ことを特徴とする請求項１又は２記載の走査光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を偏向して描画面上を走査する走査光学系に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザフォトプロッタ等のレーザ描画装置に利用される走査光学系は、レーザ光を発する光源と、光源からのレーザ光を偏向する偏向器としての回転多面鏡と、回転多面鏡により偏向されたレーザ光を描画面上に結像させる結像光学系としてのｆθレンズとを、主要な構成としている。回転軸を中心として等角速度にて回転駆動される回転多面鏡は、複数の反射面を備えている。回転多面鏡の回転に伴って各反射面において偏向されたレーザ光は、ｆθレンズを透過することによりビームスポットとして集束され、主走査方向に沿って等速度に描画面上を走査する。
【０００３】
通常、回転多面鏡は、ｆθレンズの光軸を含み主走査方向と平行な平面（以下「主走査面」と称する）に対して回転軸が直交するように設置され、光源から発せられたレーザ光は、主走査面に沿って回転多面鏡の反射面へ入射する。
【０００４】
このような走査光学系では、ビームスポットが描画面上を走査する際、そのスポット光のごく一部が描画面において反射されてｆθレンズ側へ向かって拡散し、その拡散する反射光の一部がｆθレンズを介して回転多面鏡へ入射し、回転多面鏡で反射された光が再度ｆθレンズを経て描画面に到達することにより、極めて微弱な強度を有するゴースト像が描画面に形成されることが知られている。
【０００５】
ところが、このゴースト像は、回転する回転多面鏡の反射面（実際には、光源からのレーザ光を直接反射している反射面に隣接する反射面）で反射された光によって形成されるにも拘わらず、描画面上の一定の箇所に停滞するために、例えば描画対象が感光体であると、感光するのに十分な露光量を描画面上の一箇所に与えてしまい、描画品質を著しく低下させる。
【０００６】
そのため、特公平３−５５６２には、回転多面鏡の反射面の数（面数），描画面上における有効走査幅，及び、走査光学系の後側焦点距離からなる条件式を用いて、主走査面内において回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光に対して結像光学系の光軸がなす角度を選定することにより、走査線上における有効走査範囲の外側にゴースト像を位置させるという技術が示されている。
【０００７】
また、特公平３−５５６２には、光軸に対して回転対称なレンズからなる結像光学系を備えた走査光学系において、主走査面に沿って回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光の入射方向を、当該反射面上の入射位置を変えずに、この主走査面に沿った方向から、主走査面に直交する副走査方向へ傾けることにより、走査線から副走査方向へゴースト像を分離させるという技術も示されている。この特公平３−５５６２に示された技術によると、走査線上からゴースト像を分離することができるので、このゴースト像を形成する光束の光路上に遮蔽板などを配置することにより、ゴースト像を除去することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した走査光学系において、描画速度を速めようとして回転多面鏡の面数を増加させた場合、特公平３−５５６２に示されている条件式によると、主走査面内において回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光に対して結像光学系の光軸がなす角度がより小さい角度に選定される。すると、回転多面鏡へ入射するレーザ光の光路に有効走査範囲を重ねなければならなくなるが、実際には走査光学系をそのように配置することは困難である。従って、回転多面鏡の面数を増やす場合、走査線上における有効走査範囲の外側へゴースト像を分離することは、実質的に不可能となる。
【０００９】
また、上述したように、光軸に対して回転対称なレンズからなる結像光学系を備えた走査光学系において、走査線上から副走査方向へゴースト像を分離させようとして、回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光の入射方向を主走査面に沿った方向から副走査方向へ傾けると、走査線は湾曲してしまう。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、描画面において反射された光が回転多面鏡で反射されることにより描画面上に形成するゴースト像を、走査線上から分離できるにも拘わらず、その際に走査線を殆ど湾曲させない走査光学系を、提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために案出された走査光学系は、レーザ光を発する光源と、回転軸周りに回転することにより前記光源から発せられるレーザ光をその外周面に配置された複数の反射面において偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向されたレーザ光を描画面上にて走査するスポットとして結像させる結像光学系とを備えた走査光学系であって、前記結像光学系は、光軸に対して回転対称なレンズから構成され、前記回転多面鏡の前記回転軸と平行で前記結像光学系の光軸を含む副走査面に投影して見た場合に、前記回転多面鏡の前記反射面と前記結像光学系の光軸との交点へ入射するレーザ光のビーム軸が、前記結像光学系の光軸に対し、所定の回転方向に、傾いているとともに、前記副走査面に投影して見た場合に、前記回転多面鏡の前記回転軸が、前記交点を回転中心として、前記結像光学系の光軸に直交する方向から、前記所定回転方向とは逆の回転方向に、傾いていることを、特徴としている。
【００１２】
上記のように、回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光のビーム軸は、副走査面に投影されたときの方向が結像光学系の光軸に対して所定回転方向へ傾くように配置されているので、スポットによって描画面上に形成される走査線は、結像光学系の光軸を含んで副走査面と直交する主走査面に対し、回転多面鏡の反射面へ入射するレーザ光のビーム軸が配置された側とは逆側に形成されるとともに、この主走査面に向かって凸状に湾曲される。
【００１３】
また、回転多面鏡の回転軸は、副走査面に投影されたときの方向が結像光学系の光軸に直交する方向から所定回転方向とは逆の回転方向に傾くように配置されているので、走査線には、主走査面から更に離れる方向に作用が働くとともに、この主走査面に向かって凹状に湾曲する方向に作用が働く。
【００１４】
このように、走査線には、主走査面に直交する方向において、互いに対向する側に向かって突出するように湾曲させる作用が夫々働くので、副走査面に投影されたときの結像光学系の光軸に対するレーザ光のビーム軸を傾ける角度と、光軸に直交する方向に対する回転多面鏡の回転軸を傾ける角度とを夫々適宜選択することにより、走査線に作用される湾曲を打ち消し合わせることができる。
【００１５】
このとき、スポットが描画面において反射されることにより生じた反射光が回転多面鏡の反射面で反射されることにより描画面上に形成されるゴースト像は、主走査面を挟んで走査線が形成される側とは逆の側に生じる。
【００１６】
従って、描画面上に形成されるゴースト像を走査線上から分離した場合でも、その際に走査線を殆ど湾曲しないよう直線状に整形することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る走査光学系の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態による走査光学系１の主走査方向の説明図である。また、図２は、本実施形態による走査光学系１の副走査方向の説明図である。
【００１９】
本実施形態の走査光学系１は、レーザ光源１０，ピエゾミラー２０，レーザ光源１０から発せられる光束を偏向する偏向器としてのポリゴンミラー３０，及び、ポリゴンミラー３０により偏向された光束を描画面５０上に結像させる結像光学系としてのｆθレンズ４０を、備えている。ここで、図１中及び図２中のｙ及びｚは、夫々描画面５０上での主走査方向及び副走査方向を示す。
【００２０】
レーザ光源１０から発せられた平行光束のレーザ光は、図示せぬビームエキスパンダーにより光束径を変換されるとともに図示せぬ変調器で変調された後に、ピエゾミラー２０により反射され、回転軸３０ａ周りに等角速度にて回転駆動されるポリゴンミラー３０により偏向される。ポリゴンミラー３０により偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ４０を透過することにより、主走査方向に沿って等速度に描画面５０上を走査するスポットとして形成される。なお、ポリゴンミラー３０の各反射面ごとに偏向されるレーザ光は、ピエゾミラー２０によって各反射面の面倒れによる誤差が補正されるために、夫々描画面５０上の同じ位置を走査する。
【００２１】
上述したｆθレンズ４０は、ポリゴンミラー３０側から順に、第１レンズ４１，第２レンズ４２，第３レンズ４３，第４レンズ４４，及び、第５レンズ４５から構成される。これら第１乃至第５レンズ４１〜４５のレンズ面は、何れも回転対称な平面又は球面である。
【００２２】
以下に示す表１は、本例の走査光学系１におけるポリゴンミラー３０の反射面３１より描画面５０に至るまでの具体的な数値構成を示す。この表１において、記号Ｒはレンズ面の曲率半径（単位は[mm]）、記号Ｄは面間の光軸上の距離（単位は[mm]）、記号Ｎは各レンズの屈折率である。また、全系の焦点距離ｆは、 f＝699.52[mm]である。
【００２３】
表１中、第０面はポリゴンミラー３０の反射面３１を示している。また、第１面及び第２面はｆθレンズ４０の第１レンズ４１，第３面及び第４面は第２レンズ４２，第５面及び第６面は第３レンズ４３，第７面及び第８面は第４レンズ４４，第９面及び第１０面は第５レンズ４５を、示している。また、第０面，第４面及び第１０面は平面であり、これら以外のレンズ面である第１面〜第３面と第５面〜第９面は球面である。
【００２４】
【表１】
面番号        Ｒ         Ｄ         Ｎ
0          ∞      132.313
1      −177.111    20.000    1.59124
2     −1971.815    14.850
3      −492.413    20.000    1.52177
4          ∞       13.642
5     −1378.212    30.490    1.80593
6      −321.245     2.000
7       3324.215    40.000    1.80593
8      −403.262   824.022
9        887.449    80.000    1.52177
10          ∞      134.195
【００２５】
ここで、便宜上、ｆθレンズ４０の光軸Ａｘを含み主走査方向と平行な平面を「主走査面」（図２の紙面に垂直）と称し、図２において上側（矢印ｚが指す方向）を「上」とする。また、ｆθレンズ４０の光軸Ａｘを含み主走査面に垂直な平面を「副走査面」（図１の紙面に垂直）と称し、ｆθレンズ４０に対してポリゴンミラー３０がある側を「前」とする。このｆθレンズ４０の光軸Ａｘは、描画面５０に対して交点Ｏにおいて直交し、上記の主走査面と副走査面は、夫々描画面５０に対して直交している。
【００２６】
本例の走査光学系１は、レーザ光を、ｆθレンズ４０の光軸Ａｘとポリゴンミラー３０の反射面３１との交点である入射点Ｈへ、主走査面に対して下方へ0.165 度傾く方向から入射させている。このとき、反射面３１にて反射されたレーザ光は、副走査面に沿って進行して描画面５０に達する。また、本例の走査光学系１は、ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを、主走査面に直交する副走査方向から、図２の紙面内における反時計回り（以下、単に「反時計回り」と表現する）に0.1 度傾けている。なお、図２では、副走査方向に対して回転軸３０ａが傾く角度が極めて小さいために、副走査方向に対する回転軸３０ａの傾きが表されていない。
【００２７】
このように、本例の走査光学系１において、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めにレーザ光を入射させるとともに、ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを副走査方向に対して傾けているのは、以下の理由による。
【００２８】
図３は、本例の走査光学系１によって描画像Ｓ及びゴースト像Ｇが形成される描画面５０上の主走査方向の位置を示す説明図であり、図４の（ａ）〜（ｄ）は、走査光学系１によって描画像Ｓ及びゴースト像Ｇが形成される描画面５０上の副走査方向の位置を示す説明図である。なお、図４の（ｂ）〜（ｄ）では、説明のために、ｆθレンズ４０の光軸（一点鎖線）Ａｘに対して入射点Ｈへ入射するレーザ光がなす角度と，ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａが副走査方向に対して傾く角度とが、実際より大きな角度に誇張されている。
【００２９】
先ず、説明のために、本例の走査光学系１が、図４の（ａ）に示す状態、即ち、レーザ光が主走査面に沿って入射点Ｈへ入射しているとともに、ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａが主走査面に直交している状態に変形されているものとする。
【００３０】
すると、図３に示すように、入射光L1は、ポリゴンミラー３０の反射面３１へ入射し、反射面３１により反射されたレーザ光（描画光L2）は、ｆθレンズ４０によりビームスポットとして集束されて描画面５０上に点状の描画像Ｓを形成する。また、このスポットとして集束された光束の一部は、描画面５０上で反射及び拡散し、その拡散する反射光の一部（拡散光L3）は、ｆθレンズ４０を介して、ポリゴンミラー３０における反射面３１に隣接する反射面３２へ、入射する。そして、この反射面３２によって反射された光の一部（ゴースト光L4）は、ｆθレンズ４０を介して描画面５０に入射し、描画面５０上にゴースト像Ｇを形成する。
【００３１】
このとき、上述したように、ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａが上記の主走査面に直交し、入射光L1が主走査面に沿って反射面３１に入射するために、上記の描画光L2，拡散光L3，ゴースト光L4は、何れも主走査面に沿って進行する。従って、この図４の（ａ）の場合、主走査面に沿って描画面５０上を走査するスポットにより直線状に形成された走査線（描画像Ｓの集合）上には、ゴースト像Ｇが形成されてしまう。
【００３２】
これに対し、図４の（ｂ）に示すように、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めに入射光L1を入射させた場合、その反射光である描画光L2は、主走査面よりも上側に描画像Ｓを形成し、ゴースト光L4は、主走査面よりも下側にゴースト像Ｇを形成する。従って、この場合、走査線（描画像Ｓの集合）からは、ゴースト像Ｇを分離することができる。
【００３３】
一方、図４の（ｃ）に示すように、主走査面に直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを反時計回りに傾けた（描画光L2が主走査面の上側へ反射されるよう傾けた）場合、主走査面に沿って反射面３１へ入射した入射光L1は、回転軸３０ａの傾きに応じて主走査面の上側へ反射される。そして、その反射光である描画光L2は、主走査面よりも上側に描画像Ｓを形成し、ゴースト光L4は、描画面５０と主走査面との交線上にゴースト像Ｇを形成する。従って、この場合にも、走査線（描画面Ｓの集合）から、ゴースト像Ｇを分離することができる。
【００３４】
以下に示す表２は、走査光学系１を図４の（ａ）〜（ｄ）に示す状態に配置した場合に、副走査方向における描画面５０と光軸Ａｘの交点Ｏから描画像Ｓまでの距離と，副走査方向における描画面５０と主走査面との交線からゴースト像Ｇまでの距離と，副走査方向における両像Ｓ，Ｇの分離量の具体的な数値を示す。表２中において、変位量及び分離量の単位は[mm]である。
【００３５】
【表２】
0003782646.tif 000002
【００３６】
この表２に示すように、走査光学系１において、主走査面に対して下方へ0.165 度傾く方向から入射点Ｈへ入射光L1を入射させると（図４の（ｂ）の場合）、描画像Ｓは、描画面５０上において交点Ｏから2.015 [mm]上方に形成され、ゴースト像Ｇは、描画面５０と主走査面との交線から2.015 [mm]下方に形成される。
【００３７】
また、走査光学系１において、主走査面に対して直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを反時計回りに0.1 度傾けると（図４の（ｃ）の場合）、描画像Ｓは、描画面５０上において交点Ｏから1.737 [mm]上方に形成され、ゴースト像Ｇは、描画面５０と主走査面との交線上に形成される。
【００３８】
このように、本例の走査光学系１を便宜的に図４の（ｂ）又は（ｃ）に示す状態に配置した場合には、走査線（描画像Ｓの集合）から下方へゴースト像Ｇを分離することができる。しかし、この場合、図５及び図６に示すように、走査線が湾曲してしまう。
【００３９】
図５乃至図７は、本例の走査光学系１を図４の（ｂ）〜（ｄ）に示す状態に配置したときの走査線湾曲を示すグラフである。これら図５乃至図７においては、ｙｚ両座標軸の交点を、描画面５０と光軸Ａｘとの交点Ｏではなく、走査線と副走査面との交点に一致させている。また、縦軸ｙは像高、即ち、走査線と副走査面との交点を基準にした主走査方向の距離を示すとともに、横軸ｚは副走査方向への偏位を示し、両軸とも単位は[mm]である。
【００４０】
上述したように、本例の走査光学系１を便宜的に図４の（ｂ）に示す状態に配置した場合、即ち、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めに入射光L1を入射させた場合、図５において一点鎖線で示すように、走査線は、ｚ軸における負の方向（図４における下方）に向かって凸状に突出するように湾曲する。
【００４１】
また、本例の走査光学系１を便宜的に図４の（ｃ）に示す状態に配置した場合、即ち、主走査面に対して直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを反時計回りに傾けた場合、図６において一点鎖線で示すように、走査線は、ｚ軸における正の方向（図４における上方）に向かって凸状に突出するように湾曲する。
【００４２】
以上をまとめると、図４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めに入射光L1を入射させた場合も、ポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを反時計回りに傾けた場合も、ともに走査線に対してゴースト像Ｇを下方へ分離させる作用が働くにも拘わらず、図５及び図６に示すように、走査線に対しては、互いに対向する向きに向かって凸状に突出するように湾曲させる作用が夫々働いている。
【００４３】
そこで、本実施形態の走査光学系１では、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めに入射光L1を入射させるとともに、主走査面に対して直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを反時計回りに傾けることにより、走査線に生じる湾曲を互いに打ち消し合わせながら走査線の下方へゴースト像Ｇを分離している。
【００４４】
具体的には、図５及び図６に示す走査線湾曲の発生量は互いにほぼ等しく、且つ、夫々の走査線の形状はｙ軸を挟んでほぼ対称な形状となっているため、図４の（ｂ）及び（ｃ）の状態を組み合わせた図４の（ｄ）の状態、即ち、主走査面から下方へ0.165 度傾く方向から入射点Ｈへ入射光L1を入射させるとともに、主走査面に対して直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを図４の紙面内における反時計回りに0.1 度傾けた場合には、図７における一点鎖線で示すように、描画面５０上に描画される走査線の形状は、ほぼ直線となる。
【００４５】
このとき、上記の表２に示すように、描画像Ｓは、描画面５０上において交点Ｏから3.752 [mm]上方に形成され、ゴースト像Ｇは、描画面５０と主走査面との交線より2.015 [mm]下方に形成される。そして、描画像Ｓとゴースト像Ｇとの副走査方向における分離量は5.767 [mm]となる。このため、図４の（ｂ）の場合における両像Ｓ，Ｇの分離量4.030 [mm]や図４の（ｃ）の場合における両像Ｓ、Ｇの分離量1.737 [mm]と比較すると、図４の（ｄ）に示す本例の走査光学系１の場合には、走査線に対してより遠くへゴースト像Ｇを分離することができる。
【００４６】
以上に示したように、本実施形態の走査光学系１によると、走査線（描画像Ｓの集合）から副走査方向へゴースト像Ｇを分離させようとして、主走査面の下方から入射点Ｈへ斜めに入射光L1を入射させたために、走査線を副走査方向に向かって凸状に突出するように湾曲させる作用が働いた場合でも、主走査面に対して直交するポリゴンミラー３０の回転軸３０ａを傾けることにより、走査線に生じている湾曲を打ち消す向きへ、この走査線を湾曲させることができ、この際、走査線に対してゴースト像Ｇが分離している方向へさらにゴースト像Ｇを引き離す作用が働く。
【００４７】
従って、本実施形態の走査光学系１によると、走査線からゴースト像Ｇを分離することができるにも拘わらず、走査線の湾曲を抑えることができる。
【００４８】
なお、本例の走査光学系１においては、図４の（ｄ）に示すように、ゴースト光L4の光路上に遮蔽部材６０を配置しても良い。これにより、描画面５０上からゴースト像Ｇを除去することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の走査光学系によれば、描画面において反射された光が回転多面鏡で反射されることにより描画面上に形成するゴースト像を、走査線上から分離でき、然も、その際に走査線を殆ど湾曲させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態による走査光学系の主走査方向の説明図
【図２】  本実施形態による走査光学系の副走査方向の説明図
【図３】  本例の走査光学系によって描画像及びゴースト像が形成される描画面上の主走査方向の位置を示す説明図
【図４】  本例の走査光学系によって描画像及びゴースト像が形成される描画面上の副走査方向の位置を示す説明図
【図５】  本例の走査光学系を図４の（ｂ）に示す状態に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
【図６】  本例の走査光学系を図４の（ｃ）に示す状態に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
【図７】  本例の走査光学系を図４の（ｄ）に示す状態に配置したときの走査線湾曲を示すグラフ
【符号の説明】
１          走査光学系
１０          レーザ光源
２０          ピエゾミラー
３０          ポリゴンミラー
３０ａ        回転軸
４０          ｆθレンズ
５０          描画面
【図１】
0003782646.tif 000003
【図２】
0003782646.tif 000004
【図３】
0003782646.tif 000005
【図４】
0003782646.tif 000006
【図５】
0003782646.tif 000007
【図６】
0003782646.tif 000008
【図７】
0003782646.tif 000009