(57)【要約】光源（１）からの光束を走査する回転多面鏡（６）と、回転多面鏡（６）の反射面一つ分の主走査方向における幅より大きい線像を前記反射面上に形成する結像光学系（４）と、曲面ミラー（７）とを備え、光源（１）、結像光学系（４）、回転多面鏡（６）、及び曲面ミラー（７）は、副走査方向において異なる位置に配置されており、結像光学系（４）からの光束は、回転多面鏡（６）に斜めに入射し、回転多面鏡（６）で反射された光束は、曲面ミラー（７）に斜めに入射する。このことにより、１枚の曲面ミラーで、回転多面鏡からの反射光束を被走査面に入射させることができ、内接半径が小さくかつ反射面数の多い回転多面鏡を用いることができるので、良好な光学性能と高速性を実現できる。
2002084376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を被走査面上に、主走査方向及びこれと直交する副走査方向に走査する光走査装置であって、
光源と、
前記光源からの光束を走査する回転多面鏡と、
前記光源と前記回転多面鏡との間に配置され、前記回転多面鏡の反射面一つ分の主走査方向における幅より大きい線像を前記反射面上に形成する結像光学系と、
前記回転多面鏡と被走査面との間に配置された曲面ミラーとを備え、
前記光源、前記結像光学系、前記回転多面鏡、及び前記曲面ミラーは、副走査方向において異なる位置に配置されており、
前記結像光学系からの光束は、前記回転多面鏡の反射面に、前記反射面の法線を含み主走査方向に平行な第１の面に対して斜めに入射し、
前記回転多面鏡で反射された光束は、前記曲面ミラーに、前記曲面ミラーの頂点における法線を含み主走査方向に平行な第２の面に対して斜めに入射することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記曲面ミラーに向かう光束の中心軸と前記第２の面とのなす角をθＭ（°）とすると、
６＜θＭ＜１０
の関係を満足する請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
副走査方向において、前記回転多面鏡からの反射光束が、前記結像光学系からの入射光束に対してなす角度の方向を正の方向とすると、
副走査方向において、前記曲面ミラーからの反射光束が、前記回転多面鏡からの入射光束に対してなす角度の方向が負の方向である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記回転多面鏡の反射面の法線が、前記結像光学系からの入射光束となす角度の絶対値をθＰ（°）、
前記曲面ミラーの頂点における法線が、前記回転多面鏡からの反射光束となす角度の絶対値をθＭ（°）とすると、
１．３＜θＭ／θＰ＜１．７
の関係を満足する請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記回転多面鏡の反射面と前記曲面ミラーの頂点との間の距離をＬ、前記曲面ミラーの頂点と前記被走査面との間の距離をＤすると、
０．３＜Ｌ／（Ｌ＋Ｄ）＜０．５５
の関係を満足する請求項３に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記曲面ミラーの主走査方向の曲率半径をＲＤｙ、副走査方向の曲率半径をＲＤｘ、前記曲面ミラーの頂点と前記被走査面との間の距離をＤすると、
０．７＜２Ｄ／｜ＲＤｙ｜＜１．３
及び
２．２＜ＲＤｙ／ＲＤｘ＜３．２
の関係を満足する請求項３に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記曲面ミラーは、副走査方向断面形状が円弧である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記曲面ミラーは、斜め入射に起因して生じる走査線曲がりを補正する形状である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記曲面ミラーは、前記第２の面に対して非対称である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記曲面ミラーは、前記第２の面と前記曲面ミラーの曲面とが交わる曲線である母線上において、前記曲面ミラーの頂点以外の各点の法線が、前記第２の面に含まれないねじれ形状である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記母線上の各点の法線が前記第２の面となす角度は、前記曲面ミラーの周辺に行くにつれて大きくなっている請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記回転多面鏡からの反射光束が、前記回転多面鏡への入射光束に対してなす角度の方向を正の方向とすると、前記母線上の各点の法線が前記第２の面に対してなす角度の方向は、正の方向である請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記曲面ミラーは、頂点における主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが異なるアナモフィックミラーである請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記曲面ミラーは、主走査方向、副走査方向ともに凹状である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記曲面ミラーは、副走査方向の反射による光学的パワーが、主走査方向における中心部と周辺部とで変化している形状である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１６】
前記曲面ミラーは、副走査方向断面の曲率半径が主走査方向断面形状に依らない形状である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１７】
前記結像光学系は、前記光源からの光束を主走査方向について収束光束とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１８】
前記結像光学系は、前記光源からの光束を主走査方向について発散光束とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１９】
波長可変光源と波長制御部とをさらに備えている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項２０】
前記光源は２つ以上であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を合成し、前記被走査面上に形成されるスポットの副走査方向の間隔を所定の値とする光合成手段をさらに備えた請求項１に記載の光走査装置。
【請求項２１】
さらに、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束の少なくとも１つの光束の副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させる副方向光束制御手段を備えた請求項２０に記載の光走査装置。
【請求項２２】
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されている請求項２０に記載の光走査装置。
【請求項２３】
前記副方向光束制御手段は、ガルバノミラーで形成されている請求項２１に記載の光走査装置。
【請求項２４】
前記副方向光束制御手段は、プリズムで形成されている請求項２１に記載の光走査装置。
【請求項２５】
前記光源は波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段と、前記回転多面鏡と前記被走査面との間に配置され、光束を分離する光分離手段とをさらに備えた請求項１に記載の光走査装置。
【請求項２６】
前記光分離手段は、プリズムで形成されている請求項２５に記載の光走査装置。
【請求項２７】
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されている請求項２５に記載の光走査装置。
【請求項２８】
前記光源は波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を合成し、前記被走査面上に形成されるスポットの副走査方向の間隔を所定の値にする光合成手段と、前記回転多面鏡と前記被走査面との間に配置され、光束を分離する光分離手段とをさらに備えた請求項１に記載の光走査装置。
【請求項２９】
前記光分離手段は、プリズムで形成されている請求項２８に記載の光走査装置。
【請求項３０】
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されている請求項２８に記載の光走査装置。
【請求項３１】
前記曲面ミラーは、前記光分離手段で発生する走査線湾曲を補正する方向に走査線湾曲を発生する請求項２８に記載の光走査装置。
【請求項３２】
前記光源は波長の異なる２つの光源であり、
前記各光源の波長をλ１、λ２、
前記プリズムの入射面と射出面とのなす角度をθｐｚ、
波長λ１の光路中におけるプリズム射出面から像面までの距離をＤｐ、
プリズムを形成する材料の波長λ１における屈折率をｎ１、波長λ２における屈折率をｎ２、
走査中心における各波長の光束の結像位置の副走査方向間隔をｘｄとすると、
Ｄｐ・ｃｏｓ（θＡ）｛ｔａｎ（θＢ）−ｔａｎ（θＡ）｝＜ｘｄ
の関係式を満足し、
前記関係式においてθＡは、
θＡ＝ｓｉｎ−１｛ｎ１・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
であり、θＢは、
θＢ＝ｓｉｎ−１｛ｎ２・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
である請求項２９に記載の光走査装置。
【請求項３３】
前記光源は、波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段と、前記回転多面鏡と被走査面との間に配置され、光束を分離する平板状光分離手段とをさらに備えた請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３４】
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されている請求項３３に光走査装置。
【請求項３５】
前記平板状光分離手段は、ダイクロイックミラーで形成されている請求項３３に記載の光走査装置。
【請求項３６】
前記平板状光分離手段は、回折素子で形成されている請求項３３に記載の光走査装置。
【請求項３７】
前記光源は、波長の異なる３つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段をさらに備え、前記各波長に対応する光束は、被走査面に同軸上に結像する請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３８】
前記光源は、色の３原色又はその補色に対応する波長の光束を発するレーザ光源である請求項３７に記載の光走査装置。
【請求項３９】
前記光源は、半導体レーザである請求項３８に記載の光走査装置。
【請求項４０】
前記各光源はレーザ光源であり、前記各光源に対応して、波長変換素子を備えている請求項３７に記載の光走査装置。
【請求項４１】
前記光源は、半導体レーザである請求項４０に記載の光走査装置。
【請求項４２】
前記各光源はレーザ光源であり、前記各光源に対応して、波長変換素子と、音響光学変調素子とを備えている請求項３７に記載の光走査装置。
【請求項４３】
前記被走査面は、写真用印画紙である請求項３７に記載の光走査装置。
【請求項４４】
前記曲面ミラーは、
面の頂点を原点とする副走査方向座標をｘ（ｍｍ）、主走査方向座標をｙ（ｍｍ）とする座標（ｘ，ｙ）において、
頂点からのサグ量ｚ（ｍｍ）は、反射光束の向かう方向を正とすると、
2002084376.tif 000015
の関係式表される面形状であり、
前記関係式において、
ｆ（ｙ）は、母線上の形状である非円弧を示す式であり、ＲＤｙ（ｍｍ）を頂点における主走査方向曲率半径、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＧを母線形状を示す高次定数とすると、
2002084376.tif 000016
で表され、
ｇ（ｙ）は、ｙ位置における副走査方向（ｘ方向）の曲率半径であり、ＲＤｘ（ｍｍ）を副走査方向曲率半径、ＢＣ、ＢＤ、ＢＥ、ＢＦ、及びＢＧをｙ位置における副走査方向曲率半径を決める定数とすうｒと、
ｇ（ｙ）＝ＲＤｘ（１＋ＢＣｙ２＋ＢＤｙ４＋ＢＥｙ６＋ＢＦｙ８＋ＢＧｙ１０）
で表され、
θ（ｙ）は、ｙ位置におけるねじり量を示す式であり、ＥＣ、ＥＤ、及びＥＥをｙ位置におけるねじり量を決めるねじり定数とすると、
θ（ｙ）＝ＥＣｙ２＋ＥＤｙ４＋ＥＥｙ６
で表される請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４５】
前記回転多面鏡の反射面の数が、１０以上２０以下である請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４６】
請求項１に記載の光走査装置を備えた画像読み取り装置。
【請求項４７】
請求項１に記載の光走査装置を備えた画像形成装置。
【請求項４８】
請求項３７に記載の光走査装置を備えた写真処理装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、レーザビームプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複写機等の画像読み取り装置、又は画像を書き込む画像形成装置や写真処理装置に用いられる光走査装置に関する。
背景技術
レーザビームプリンタ等に用いられている多くの光走査装置は、光源である半導体レーザ、回転多面鏡であるポリゴンミラー、回転多面鏡の面倒れを補正するために光源からの光束を回転多面鏡に線状に結像する第１結像光学系、及び走査面上に等速度で均一なスポットを結像する第２結像光学系を備えている。
従来の光走査装置の第２結像光学系は、ｆθレンズと呼ばれ、大型のガラスレンズを複数枚用いて構成されていた。このため、小型化が困難であり、かつ高価であるという問題があった。
そこで、近年では、小型化及び低コスト化を実現する光走査装置として、特開平４−１９４８１４号公報、特開平６−１１８３２５号公報、特開平６−２８１８７２号公報、特開平６−２８１８７３号公報、特開平１１−３０７１０号公報、及び特開平１１−１５３７６４号公報等に、第２結像光学系に１枚の曲面ミラーを用いるものが提案されている。
一方、回転多面鏡の回転数を大きくして高速走査をするために、特開２００１−３３７２５号公報等に、高速回転に耐える回転軸の軸受けに関するものが提案されている。また、特開２０００−１９４４３号公報等には、回転多面鏡の反射面の面数を多くし、回転数を高めることなく走査を高速化するものが提案されている。
しかしながら、１枚の曲面ミラーで構成された光走査装置の多くは、像面湾曲、ｆθ特性、及び走査線湾曲に関する性能は良好であっても、光線収差に関して補正が不十分であり良好なスポットが得られないという問題があった。
また、特開平１１−３０７１０号公報に提案されている光走査装置は、模式的には曲面ミラーからの光束を直接像面に導くよう記載されているが、光束が曲面ミラーで反射される反射角が小さく、実際に感光ドラムに光束を導くには曲面ミラーと感光ドラムの間に折り返しミラーを配置する必要があった。また、曲面ミラーの副走査方向断面形状は円弧でなく４次多項式形状のため加工、計測が困難であるという問題があった。
特開平１１−１５３７６４号公報では、折り返しミラーを必要とせずに、１枚の曲面ミラーからの光束を直接感光ドラムに導くとともに、曲面ミラーを比較的加工、計測が容易な形状としているが、高速化に対して２つの光源からの光束を走査するという構成であり、構成部品点数が増大するという問題があった。
特開２００１−３３７２５号公報には、回転多面鏡の軸受け部を動圧軸受けとし、高速回転に対応する構成が提案されているが、精密な軸受け部の加工精度が要求され高コストであるという問題があった。
反射面数の多い回転多面鏡を用いる構成を提案している特開２０００−１９４４３号公報の構成は、第２結像光学系は単一のレンズから構成されているが、非球面レンズからなる構成であり、産業的にはプラスチックレンズを用いることとなり温度特性による性能変化が大きくなるという問題があった。
発明の開示
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、低コストで、良好な光学性能を確保しつつ、高速走査を可能とする光走査装置を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明の光走査装置は、光束を被走査面上に、主走査方向及びこれと直交する副走査方向に走査する光走査装置であって、
光源と、
前記光源からの光束を走査する回転多面鏡と、
前記光源と前記回転多面鏡との間に配置され、前記回転多面鏡の反射面一つ分の主走査方向における幅より大きい線像を前記反射面上に形成する結像光学系と、
前記回転多面鏡と被走査面との間に配置された曲面ミラーとを備え、
前記光源、前記結像光学系、前記回転多面鏡、及び前記曲面ミラーは、副走査方向において異なる位置に配置されており、
前記結像光学系からの光束は、前記回転多面鏡の反射面に、前記反射面の法線を含み主走査方向に平行な第１の面に対して斜めに入射し、
前記回転多面鏡で反射された光束は、前記曲面ミラーに、前記曲面ミラーの頂点における法線を含み主走査方向に平行な第２の面に対して斜めに入射することを特徴とする。
前記のような光走査装置によれば、１枚の曲面ミラーで、回転多面鏡からの反射光を被走査面に入射させることができ、内接半径が小さくかつ反射面数の多い回転多面鏡を用いることができるので、良好な光学性能と高速性を実現できる。
前記光走査装置においては、前記曲面ミラーに向かう光束の中心軸と前記第２の面とのなす角をθＭ（°）とすると、
６＜θＭ＜１０
の関係を満足することが好ましい。前記のような光走査装置によれば、ケラレの発生を防止しつつ、装置の薄型化が実現できる。
また、副走査方向において、前記回転多面鏡からの反射光束が、前記結像光学系からの入射光束に対してなす角度の方向を正の方向とすると、
副走査方向において、前記曲面ミラーからの反射光束が、前記回転多面鏡からの入射光束に対してなす角度の方向が負の方向であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光束を斜めに反射させながら光路を折り曲げるときに発生する収差を補正することができる。
また、前記回転多面鏡の反射面の法線が、前記結像光学系からの入射光束となす角度の絶対値をθＰ（°）、
前記曲面ミラーの頂点における法線が、前記回転多面鏡からの反射光束となす角度の絶対値をθＭ（°）とすると、
１．３＜θＭ／θＰ＜１．７
の関係を満足することが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光束を斜めに反射させながら光路を折り曲げるときに発生する収差を、より確実に補正することができ、被走査面に良好なスポットを得ることができる。
また、前記回転多面鏡の反射面と前記曲面ミラーの頂点との間の距離をＬ、前記曲面ミラーの頂点と前記被走査面との間の距離をＤすると、
０．３＜Ｌ／（Ｌ＋Ｄ）＜０．５５
の関係を満足することが好ましい。前記のような光走査装置によれば、斜め方向の収差の発生を防止しつつ、装置の小型化を実現できる。
また、前記曲面ミラーの主走査方向の曲率半径をＲＤｙ、副走査方向の曲率半径をＲＤｘ、前記曲面ミラーの頂点と前記被走査面との間の距離をＤすると、
０．７＜２Ｄ／｜ＲＤｙ｜＜１．３
及び
２．２＜ＲＤｙ／ＲＤｘ＜３．２
の関係を満足することが好ましい。
０．７＜２Ｄ／｜ＲＤｙ｜＜１．３の関係を満足することにより、走査の直線性の低下を防止しつつ、収差の発生を防止できる。
２．２＜ＲＤｙ／ＲＤｘ＜３．２の関係を満足することにより、全系の配置バランスが崩れ、諸収差の補正が困難となることを防止でき、高解像度化が可能となる。
また、前記曲面ミラーは、副走査方向断面形状が円弧であることが好ましい。前記のような曲面ミラーによれば、加工、計測が容易になる。
また、前記曲面ミラーは、斜め入射に起因して生じる走査線曲がりを補正する形状であることが好ましい。
また、前記曲面ミラーは、前記第２の面に対して非対称であることが好ましい。前記のような、光走査装置によれば、光学系を単純な構成にでき、光束の斜め入射に起因して生じる光線収差を補正しつつ、しかも走査線曲がりを補正することができる。
また、前記曲面ミラーは、前記第２の面と前記曲面ミラーの曲面とが交わる曲線である母線上において、前記曲面ミラーの頂点以外の各点の法線が、前記第２の面に含まれないねじれ形状であることが好ましい。前記のような、光走査装置によれば、光学系を単純な構成にでき、光束の斜め入射に起因して生じる光線収差を補正しつつ、しかも走査線曲がりを補正することができる。
また、前記母線上の各点の法線が前記第２の面となす角度は、前記曲面ミラーの周辺に行くにつれて大きくなっていることが好ましい。前記のような、光走査装置によれば、斜め入射に起因して生じる走査線曲がりを補正することができる。
また、前記回転多面鏡からの反射光束が、前記回転多面鏡への入射光束に対してなす角度の方向を正の方向とすると、前記母線上の各点の法線が前記第２の面に対してなす角度の方向は、正の方向であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、斜め入射に起因して生じる走査線曲がりを補正することができる。
また、前記曲面ミラーは、頂点における主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが異なるアナモフィックミラーであることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、主走査方向と副走査方向の像面位置と像面湾曲を、それぞれ被走査面近傍とすることができ、最適化することができる。
また、前記曲面ミラーは、主走査方向、副走査方向ともに凹状であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、主走査方向と副走査方向の像面位置と像面湾曲を、それぞれ被走査面近傍とすることができ、最適化することができる。
また、前記曲面ミラーは、副走査方向の反射による光学的パワーが、主走査方向における中心部と周辺部とで変化している形状であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、副走査方向の像面湾曲を補正することができる。
また、前記曲面ミラーは、副走査方向断面の曲率半径が主走査方向断面形状に依らない形状であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、副走査方向の像面湾曲を補正することができる。
また、前記結像光学系は、前記光源からの光束を主走査方向について収束光束とすることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、曲面ミラーから結像位置までの距離を短縮しながら、主走査方向、副走査方向の各像面湾曲、ｆθ特性を良好な性能とすることができる。
また、前記結像光学系は、前記光源からの光束を主走査方向について発散光束とすることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、曲面ミラーから結像位置までの距離を拡大し、主走査方向、副走査方向の各像面湾曲、ｆθ特性を良好な性能としつつ、光学筐体内での各デバイスの配置を容易化できる。
また、波長可変光源と波長制御部とをさらに備えていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、スポットの大きさはほぼ波長に比例するので、波長を制御することにより、被走査面上に結像するスポットの大きさを任意に制御することができる。さらに、回転多面鏡からの反射光を被走査面に入射させる光学系が、反射ミラーのみで構成でき、色収差が全く発生しないため、ｆθ特性等の他の性能を劣化することなく解像度を任意に変えることができる。
また、前記光源は２つ以上であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を合成し、前記被走査面上に形成されるスポットの副走査方向の間隔を所定の値とする光合成手段をさらに備えたことが好ましい。前記のような光走査装置によれば、複数の光束を同時に走査でき、実質的に高速走査が可能となる。
さらに、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束の少なくとも１つの光束の副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させる副方向光束制御手段を備えたことが好ましい。前記のような光走査装置によれば、より正確な副走査方向における光ビームの間隔が実現される。
また、前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されていることが好ましい。
また、前記副方向光束制御手段は、ガルバノミラーで形成されていることが好ましい。ガルバノミラーを駆動することで、ガルバノミラーに入射する光束の反射方向を変化させ副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させることができる。
また、前記副方向光束制御手段は、プリズムで形成されていることが好ましい。プリズムを回動駆動することで、プリズムに入射する光束の屈折方向を変化させ副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させることができる。
また、前記光源は波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段と、前記回転多面鏡と前記被走査面との間に配置され、光束を分離する光分離手段とをさらに備えたことが好ましい。前記のような光走査装置によれば、複数の光束を同時に走査でき実質的に高速走査が可能となる。
また、前記光分離手段は、プリズムで形成されていることが好ましい。
また、前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光利用効率を高めることができる。
また、前記光源は波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を合成し、前記被走査面上に形成されるスポットの副走査方向の間隔を所定の値にする光合成手段と、前記回転多面鏡と前記被走査面との間に配置され、光束を分離する光分離手段とをさらに備えたことが好ましい。前記のような光走査装置によれば、複数の光束を同時に走査でき実質的に高速走査が可能となる。
また、前記光分離手段は、プリズムで形成されていることが好ましい。
また、前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光利用効率を高めることができる。
また、前記曲面ミラーは、前記光分離手段で発生する走査線湾曲を補正する方向に走査線湾曲を発生することが好ましい。前記のような光走査装置によれば、副走査方向の走査線の湾曲を補正することができる。
また、前記光源は波長の異なる２つの光源であり、
前記各光源の波長をλ１、λ２、
前記プリズムの入射面と射出面とのなす角度をθｐｚ、
波長λ１の光路中におけるプリズム射出面から像面までの距離をＤｐ、
プリズムを形成する材料の波長λ１における屈折率をｎ１、波長λ２における屈折率をｎ２、
走査中心における各波長の光束の結像位置の副走査方向間隔をｘｄとすると、
Ｄｐ・ｃｏｓ（θＡ）｛ｔａｎ（θＢ）−ｔａｎ（θＡ）｝＜ｘｄ
の関係式を満足し、
前記関係式においてθＡは、
θＡ＝ｓｉｎ−１｛ｎ１・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
であり、θＢは、
θＢ＝ｓｉｎ−１｛ｎ２・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、２つの走査線の副走査方向における間隔を略一定に保つことができ、高解像度化が可能になる。
また、前記光源は、波長の異なる２つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段と、前記回転多面鏡と被走査面との間に配置され、光束を分離する平板状光分離手段とをさらに備えたことが好ましい。前記のような光走査装置によれば、複数の光束を同時に走査でき実質的に高速走査が可能となる。
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーで形成されていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光利用効率を高めることができる。
また、前記平板状光分離手段は、ダイクロイックミラーで形成されていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、光利用効率を高めることができる。
また、前記平板状光分離手段は、回折素子で形成されていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、平板状光分離手段を収差補正手段としても利用できる。
また、前記光源は、波長の異なる３つ以上の光源であり、前記光源と前記回転多面鏡の間に配置され、前記各光源からの光束を同軸上に合成する光合成手段をさらに備え、前記各波長に対応する光束は、被走査面に同軸上に結像することが好ましい。前記のような光走査装置によれば、回転多面鏡により偏向された光束は、曲面ミラーの反射のみで被走査面上に結像するため、色収差を全く発生させることなく、被走査面に結像させることができる。このため、各光束を被走査面の同軸上に完全に重なり合わせて走査させることができる。
また、前記光源は、色の３原色又はその補色に対応する波長の光束を発するレーザ光源であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、被走査面を写真用印画紙とすることができる。
また、前記光源は、半導体レーザであることが好ましい。
また、前記各光源はレーザ光源であり、前記各光源に対応して、波長変換素子を備えていることが好ましい。
また、前記光源は、半導体レーザであることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、装置を小形化できるだけでなく、所定の書き込み信号で、直接変調が可能となり簡素なシステムとすることができる。
また、前記各光源はレーザ光源であり、前記各光源に対応して、波長変換素子と、音響光学変調素子とを備えていることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、安価で高出力の近赤外域の発振波長の半導体レーザを用いて、色の３原色又はその補色に必要な、特に５３０ｎｍ付近と、４５０ｎｍ付近の波長の光束を得ることができる。さらに、所定の書き込み信号で音響光学変換素子を駆動することで、半導体レーザは、連続発振したままで、光書き込みが可能になる。
また、前記被走査面は、写真用印画紙であることが好ましい。
また、前記曲面ミラーは、
面の頂点を原点とする副走査方向座標をｘ（ｍｍ）、主走査方向座標をｙ（ｍｍ）とする座標（ｘ，ｙ）において、
頂点からのサグ量ｚ（ｍｍ）は、反射光束の向かう方向を正とすると、
2002084376.tif 000003
の関係式表される面形状であり、
前記関係式において、
ｆ（ｙ）は、母線上の形状である非円弧を示す式であり、ＲＤｙ（ｍｍ）を頂点における主走査方向曲率半径、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＧを母線形状を示す高次定数とすると、
2002084376.tif 000004
で表され、
ｇ（ｙ）は、ｙ位置における副走査方向（ｘ方向）の曲率半径であり、ＲＤｘ（ｍｍ）を副走査方向曲率半径、ＢＣ、ＢＤ、ＢＥ、ＢＦ、及びＢＧをｙ位置における副走査方向曲率半径を決める定数とすると、
ｇ（ｙ）＝ＲＤｘ（１＋ＢＣｙ２＋ＢＤｙ４＋ＢＥｙ６＋ＢＦｙ８＋ＢＧｙ１０）
で表され、
θ（ｙ）は、ｙ位置におけるねじり量を示す式であり、ＥＣ、ＥＤ、及びＥＥをｙ位置におけるねじり量を決めるねじり定数とすると、
θ（ｙ）＝ＥＣｙ２＋ＥＤｙ４＋ＥＥｙ６
で表されることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、簡素な光学系で、高い収差補正能力を達成できる。
また、前記回転多面鏡の反射面の数が、１０以上２０以下であることが好ましい。前記のような光走査装置によれば、回転多面鏡の内接円半径を小さく抑えつつ、低い回転数で高速走査が可能になる。
次に、本発明の画像読み取り装置は、前記光走査装置を備えたことを特徴とする。前記のような画像読み取り装置によれば、高速読み取りを可能としつつ、低コストな画像読み取り装置を実現できる。
また、本発明の画像形成装置は、前記光走査装置を備えたことを特徴とする。前記のような画像形成装置によれば、高速書き込みを可能としつつ、低コストな画像形成装置を実現できる。
また、本発明の写真処理装置は、前記波長の異なる３つ以上の光源を備えた光走査装置を備えたことを特徴とする。前記のような写真処理装置によれば、高速書き込みを可能としつつ、低コストな写真処理装置を実現できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る光走査装置の構成図を示している。半導体レーザを光源とする光源１と折り返しミラー５との間に、第１結像光学系４が配置されている。第１結像光学系４は、軸対称レンズ２、及びシリンドリカルレンズ３を備えている。
第１結像光学系４から射出した光束は、折り返しミラー５により光路が曲げられ、回転多面鏡６上の反射面に入射する。シリンドリカルレンズ３は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡６上の反射面に入射した光束は主走査方向（矢印ａ方向）に延伸した線像を形成する。
本実施形態では、この線像の幅は、回転多面鏡６の反射面一つ分の主走査方向の幅より大きくなるように設定しており、光束は、いわゆるオーバフィルド状態で、回転多面鏡６に入射する。このことにより、内接半径が小さく、かつ反射面数の多い回転多面鏡を使用可能とし、回転多面鏡の回転数を高めることなく走査を高速化できる。これは、光束がオーバフィルド状態で入射するので、１走査に対応する回転多面鏡６の１つの反射面に、連続して光束が入射するためである。
さらに、内接半径の小さな回転多面鏡を用いることができるので、回転駆動の負荷も小さく、高速回転起動が可能になり、低負荷モータも使用できる。回転多面鏡６により偏向反射された光束は、曲面ミラー７の光学パワーにより、収束作用を受け、被走査面である感光ドラム８上に結像し走査される。
図２は、図１に示した光走査装置の副走査方向の断面図である。本実施形態では、回転多面鏡６の回転中心軸９が走査幅領域の略中心に位置している。折り返しミラー５で反射された光束は、回転多面鏡６の反射面に、この反射面の法線を含み主走査方向に平行な第１の面Ａに対して斜めに入射する。また、回転多面鏡６で偏向反射された光束は、曲面ミラー７に、曲面ミラー７の頂点における法線を含み主走査方向に平行な面Ｂに対して斜めに入射する。
図２中、ｒは回転多面鏡６の内接半径、Ｌは偏向反射点と曲面ミラー７の頂点との間隔、Ｄは曲面ミラー７の頂点と感光ドラム８との間隔である。また、θＰは折り返しミラー５からの光軸と偏向反射面の法線とのなす角、θＭは偏向反射面からの光軸と曲面ミラー７の頂点における法線とのなす角である。
曲面ミラー７の面形状は、面の頂点を原点とする副走査方向座標がｘ、主走査方向座標がｙの座標（ｘ，ｙ）における頂点からのサグ量ｚを入射光束の向かう方向を正とすると、以下の式（１）で示される。
2002084376.tif 000005
式（１）において、ｆ（ｙ）は母線（第２の面Ｂと曲面ミラ７ーの曲面とが交わる曲線）上の形状である非円弧を示す式、ｇ（ｙ）はｙ位置における副走査方向（ｘ方向）の曲率半径、θ（ｙ）はｙ位置におけるねじり量を示す式であり、それぞれ以下の式（２）、（３）、（４）で表される。
式（２）
2002084376.tif 000006
式（３）
ｇ（ｙ）＝ＲＤｘ（１＋ＢＣｙ２＋ＢＤｙ４＋ＢＥｙ６＋ＢＦｙ８＋ＢＧｙ１０）
式（４）
θ（ｙ）＝ＥＣｙ２＋ＥＤｙ４＋ＥＥｙ６
ここで、ＲＤｙ（ｍｍ）は頂点における主走査方向曲率半径、ＲＤｘ（ｍｍ）は副走査方向曲率半径、Ｋは母線形状を示す円錐定数、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧは母線形状を示す高次定数であり、ＢＣ、ＢＤ、ＢＥ、ＢＦ、ＢＧはｙ位置における副走査方向曲率半径を決める定数、ＥＣ、ＥＤ、ＥＥはｙ位置におけるねじり量を決めるねじり定数である。
これら各式により表される曲面ミラー７の形状は、主、副像面湾曲、ｆθ誤差を補正するように、主走査方向断面の非円弧形状、各像高に対応した副走査方向の曲率半径が決められ、さらに、走査線湾曲を補正するために各像高に対応した位置での面のねじり量が決められている。
なお、前記各式により表される曲面ミラー７の形状は、自由曲面の一例であり、同様の形状を表すことができれば他の式を用いてもよい。
さらに、本実施形態１においては、以下の各式を満足する。
式（６）６＜θＭ＜１０
式（７）１．３＜θＭ／θＰ＜１．７
式（８）０．３＜Ｌ／（Ｌ＋Ｄ）＜０．５５
式（９）０．７＜２Ｄ／｜ＲＤｙ｜＜１．３
式（１０）２．２＜ＲＤｙ／ＲＤｘ＜３．２
式（６）は、光走査装置の副走査方向における薄型化に関する式である。下限を越えると曲面ミラー７で反射された光束が回転多面鏡６の上部を通過する際、ケラレが発生する場合が生ずる。上限を越えると薄型化には不利となる。
このように、式（６）を満足することにより、薄型化が可能になるが、６＜θＭという大きい角度で、光束が副走査方向において斜めに入射するため、曲面ミラー７には大きな光線収差が生じる。本実施形態では、光束が回転多面鏡６の反射面に、第１の面Ａに対して斜めに入射させて、この光線収差を補正している。
具体的には、図２に示したように、副走査方向断面に関して、回転多面鏡６の反射面で反射される反射光束が、第１結像光学系４からの入射光束に対してなす角度の方向（矢印ｃ方向）を正の方向とした場合、曲面ミラー７で反射される光束が前記反射面からの入射光束に対してなす角度の方向（矢印ｄ方向）は負の方向となっている。この構成により、光束を斜めに反射させながら光路を折り曲げるときに発生する収差を補正することができる。
より具体的な構成が式（７）であり、式（７）は光走査装置の副走査方向における薄型化を実現する際に、副走査断面内で斜めに光束を反射させながら光路を折り曲げるときに発生する収差を補正する条件式である。下限又は上限を越えると回転多面鏡６の反射面への入射時の収差を曲面ミラー７への入射時に発生する収差で相殺できず、残存収差が生じ薄型化を達成できない。
式（８）は、回転多面鏡６から被走査面である感光ドラム８までの光路上における曲面ミラー７の配置を規定する式である。下限を越えると曲面ミラー７の主走査方向の大きさを小さくできるが斜め方向の収差が発生する。上限を越えると曲面ミラー７の主走査方向の大きさが大きくなり、コストと装置の小型化の点で不利になる。
式（９）は、第１結像光学系４から曲面ミラー７に入射する主走査方向における光束の状態を規定した式である。下限を越えると曲面ミラー７に入射する光束の主走査方向における収束状態が大きく、曲面ミラー７の主走査方向の光学的パワーが小さくなり過ぎ、走査の直線性が低下する。
上限を越えると曲面ミラー７に入射する光束の主走査方向における発散状態が大きく、曲面ミラー７の主走査方向の光学的パワーを大きくすることが必要となり収差が発生する。
式（１０）は、曲面ミラーの主走査と副走査方向の光学的パワーの比に関する式である。下限又は上限を越えると全系の配置バランスが崩れ、諸収差の補正が困難となり、高解像度化が困難となる。
以下、本実施形態の実施例を以下の各表に示す。表中、Ｙｍａｘとあるのは最大像高であり、αｍａｘとあるのは、最大像高に対応したポリゴン回転角である。また、表５〜８は、各実施例における前記各式（７）〜（１０）の値を示している。
2002084376.tif 000007
2002084376.tif 000008
2002084376.tif 000009
2002084376.tif 000010
2002084376.tif 000011
2002084376.tif 000012
2002084376.tif 000013
2002084376.tif 000014
図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、及び図６Ａは、それぞれ実施例１〜４のｆθ誤差を示しており、縦軸Ｙ（ｍｍ）は像高、横軸ｆθはｆθ誤差（ｍｍ）を示している。図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、及び図６Ｂは、それぞれ実施例１〜４の像面湾曲特性を示しており、縦軸Ｙ（ｍｍ）は像高、横軸Ｃは像面湾曲（ｍｍ）を示している。また、実線は主走査方向の像面湾曲で、破線は副走査方向の像面湾曲である。
ここで、ｆθ誤差ΔＹは、走査中心近傍における回転多面鏡６（ポリゴン）の単位回転角当たりの走査速度（感光ドラム面上で光束が走査される速度）をＶ（ｍｍ／ｄｅｇ）、ポリゴン回転角をα（ｄｅｇ）、像高をＹ（ｍｍ）とすると、下記の式（１１）で表される量である。
式（１１）ΔＹ＝Ｙ−Ｖ・α
図３〜６から分るように、各実施例は、ｆθ誤差、像面湾曲共に小さく抑えられており、良好な光学性能を示している。
各実施例では、曲面ミラー７は、副走査方向断面形状を円弧としているので、加工、計測が容易である。また、各実施例の曲面ミラー７の形状は、前記式（１）〜（５）を満足しているので、▲１▼斜め入射に起因して生じる走査線曲がりを補正する形状となっており、▲２▼面Ｂに対して非対称な形状となっており、▲３▼面Ｂと曲面が交わる曲線（以下、「母線」という。）上にある頂点以外の各点の法線が、面Ｂに含まれない、ねじれ形状となっており、▲４▼母線上の各点の法線が面Ｂとなす角度が、周辺ほど大きくなっており、▲５▼曲面ミラー７で反射される光束が回転多面鏡６の反射面からの入射光束に対してなす角度の方向を正の方向とすると、母線上の各点の法線が面Ｂとなす角度の方向は正の方向になっている。このことにより、光学系を単純な構成にでき、光束の斜め入射に起因して生じる光線収差を補正しつつ、しかも走査線曲がりを補正している。
また、曲面ミラー７は、▲１▼頂点における主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径が異なるアナモフィックミラーとなっており、▲２▼主走査方向、副走査方向共もともに凹のミラー面となっており、▲３▼副走査方向の反射による光学的パワーが主走査方向における中心部と周辺部とで変化しており、▲４▼副走査方向断面の曲率半径が主走査方向断面形状に依らない形状となっている。このことにより、主走査方向と副走査方向の像面位置と像面湾曲を最適化している。
さらに、実施例１、実施例３、実施例４では、第１結像光学系４は光源１からの光束を主走査方向について収束光束となるようにしている。このことにより、曲面ミラー７から結像位置までの距離を短縮しながら、主走査方向、副走査方向の各像面湾曲、ｆθ特性を良好な性能としている。
また、実施例２では、第１結像光学系４は光源１からの光束を主走査方向について発散光束となるようにしている。このことにより、曲面ミラー７から結像位置までの距離を拡大し、主走査方向、副走査方向の各像面湾曲、ｆθ特性を良好な性能としつつ、光学筐体内での各デバイスの配置を容易化している。
ここで、光源１に対応して、波長可変光源と波長制御部を備えているのが好ましい。波長可変光源として、例えば半導体レーザとＳＨＧ素子を組み合わせた光源を用いることができる。このことにより、半導体レーザからの基本波長光束と逓倍された波長の光束が利用でき、必要な波長の光束のみをダイクロイックフィルタにより選択することができる。
光学系により結像されたスポットの大きさは、ほぼ波長に比例するので、波長を制御することで感光ドラム上に結像するスポットの大きさを任意に制御することができる。しかも、本実施形態では、第２結像光学系が反射ミラーのみで構成されているので色収差が全く発生せず、ｆθ特性など他の性能を劣化することなく解像度を任意に変えることができる。
なお、実施形態１で説明した曲面ミラーは、以下の各実施形態の曲面ミラーにも適用でき、実施形態２以降においては、曲面ミラーの面形状、及び曲面ミラー作用効果についての説明は省略する。
また、回転多面鏡、曲面ミラーへの光束の斜め入射、及び回転多面鏡への光束のオーバフィルド状態での入射については、以下の各実施形態においても同様であり、これらの詳細な説明は、実施形態２以降においては省略する。
また、回転多面鏡の反射面の数は多いほど、小さな回転数で高速走査が可能となる。しかしながら、必要な主走査方向の解像度を得るためには、一つの反射面の主走査方向の大きさが光束幅に応じて確保されなければならず、内接半径が大きくなり過ぎる場合がある。
このため、反射面の数は１０面以上２０面以下が好ましい。１０面未満では、高速走査に対して回転多面鏡の回転数を十分低下できず、２０面を越えると回転多面鏡の内接半径が大きくなり過ぎる。このような反射面の好ましい範囲は、以下の各実施形態においても同様である。
（実施の形態２）
図７は、実施形態２に係る光走査装置の構成図である。本実施形態では、半導体レーザを光源とする２つの光源１０、１８を備えている。第１結像光学系１３は、軸対称レンズ１１、及びシリンドリカルレンズ１２を備えている。第１結像光学系１３から射出した光束は、光合成手段１４を透過し、折り返しミラー１５により光路が曲げられ、回転多面鏡１６上の反射面に入射する。シリンドリカルレンズ１２は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡１６上の反射面に入射した光束は主走査方向に延伸した線像を形成する。
また、第２結像光学系１７は、軸対称レンズ１９、及びシリンドリカルレンズ２０を備えている。第２結像光学系１７から射出した光束は、光合成手段１４で反射され、折り返しミラー１５により光路が曲げられ、回転多面鏡１６上の反射面に斜め入射する。シリンドリカルレンズ２０は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈接力を持つので、回転多面鏡１６上の反射面に入射した光束は、主走査方向に延伸した線像を形成する。各光束は、オーバフィルド状態で、回転多面鏡１６に入射する。
回転多面鏡１６により偏向反射された各光束は、曲面ミラー２１へ斜め入射し、曲面ミラー２１の光学パワーにより、収束作用を受け、被走査面である感光ドラム２２上に結像し走査される。
本実施形態では、２組の結像光学系から、２つの光束が射出することになるが、各結像光学系からの光束は、光合成手段１４により合成される。この場合、２つの光束は、感光ドラム２２上で、２つの副走査方向の走査線間隔が解像度に対して適当な値となるように合成される。
このことにより、本実施形態では、２組の結像光学系から射出した異なる２つの光束は、全光学系を通して一度の走査で２ライン走査することができ実質的に高速走査が可能となる。
ここで、２つの光源１０、１８の波長が同一のときは、光合成手段１４はハーフミラーで構成することができる。光利用効率を高めるときは、光合成手段１４は偏光ミラー、又は偏光ビームプリズムで構成することができる。
光源１０と光源１８の波長が異なる場合は、光合成手段１４はダイクロイックミラーで構成することが好ましい。光源１０の波長をλ１、光源１８の波長をλ２とすると、ダイクロイックミラーの特性として、波長λ１の光束は透過し、波長λ２の光束を反射する。このため、光利用効率の高い光学系が達成される。
（実施の形態３）
図８は、実施形態３に係る光走査装置の構成図を示している。本実施形態では、半導体レーザを光源とする２つの光源２３、３２を備えている。第１結像光学系２６は、軸対称レンズ２４、及びシリンドリカルレンズ２５を備えている。第１結像光学系２６から射出した光束は、光合成手段２７を透過し、折り返しミラー２８により光路が曲げられ、回転多面鏡２９上の反射面に入射する。シリンドリカルレンズ２５は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡２９上の反射面に入射した光束は、主走査方向に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡２９にオーバフィルド状態で入射する。
また、第２結像光学系３３は、軸対称レンズ２４ａ、及びシリンドリカルレンズ２５ａを備えている。第２結像光学系３３から射出した光束は、光合成手段２７で反射され、折り返しミラー２８により光路が曲げられ、回転多面鏡２９上の反射面に斜め入射する。シリンドリカルレンズ２５ａは、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡２９上の反射面に入射した光束は主走査方向に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡２９にオーバフィルド状態で入射する。
前記のように、第１結像光学系２６から射出した光束は、光合成手段２７を透過し、第２結像光学系３３から射出した光束は、光合成手段２７で反射されることになるが、各結像光学系からの光束は、光合成手段２７を経て合成される。
回転多面鏡２９により偏向反射された各光束は、曲面ミラー３０へ斜め入射し、曲面ミラー３０の光学パワーにより、収束作用を受け、被走査面である感光ドラム３１上に結像し走査される。
本実施形態では、第２結像光学系３３と光合成手段２７との間に、副方向光束制御手段３４を備えている。光合成手段２７は、感光ドラム３１上で２つの副走査方向の走査線間隔が解像度に対して適当な値となるように、２つの光束を合成する。
しかしながら、曲面ミラー３０に入射する２つの光束の入射位置、又は入射角が異なるために、走査範囲の中央とその両端とで、副走査方向における２つの走査線の間隔に偏差が生ずる。この偏差を補正するのが、副方向光束制御手段３４である。副方向光束制御手段３４によって、光源３２からの光束について副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させることにより、前記のような走査線間隔の偏差を抑制する。
副方向光束制御手段３４は、ガルバノミラーを用いて構成することが好ましい。ガルバノミラーを回動駆動することにより、ガルバノミラーに入射する光束の反射方向を変化させることができ、副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させることができる。
また、副方向光束制御手段３４は、プリズムを用いて構成してもよい。プリズムを回動駆動することにより、プリズムに入射する光束の屈折方向を変化させることができ副走査方向の傾き、又は副走査方向の高さを変化させる。
ここで、２つの光源２３、３２の波長が同一のときは、光合成手段２７はハーフミラーで構成することができる。光利用効率を高めるときは、光合成手段２７は偏光ミラー、又は偏光ビームプリズムで構成することができる。
光源２３と光源３２の波長が異なる場合は、光合成手段２７はダイクロイックミラーで構成することが好ましい。光源２３の波長をλ１、光源３２の波長をλ２とすると、ダイクロイックミラーの特性として、波長λ１の光束は透過し、波長λ２の光束を反射する。このため、光利用効率の高い光学系が達成される。
（実施の形態４）
図９は、実施形態４に係る光走査装置の構成図を示している。本実施形態では、半導体レーザを光源とし波長λ１の光束を発する光源３５、半導体レーザを光源とし波長λ２の光束を発する光源３５ａを備えている。
第１結像光学系３８は、軸対称レンズ３６、及びシリンドリカルレンズ３７を備えている。第１結像光学系３８から射出した光束は、光合成手段９８を透過し、折り返しミラー４０により光路が曲げられ、回転多面鏡４１上の反射面に入射する。シリンドリカルレンズ３７は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡４１上の反射面に入射した光束は、主走査方向（矢印ａ方向）に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡４１にオーバフィルド状態で入射する。
また、第２結像光学系３９は、軸対称レンズ３６ａ、及びシリンドリカルレンズ３７ａを備えている。第２結像光学系３９から射出した光束は、光合成手段９８で反射され、折り返しミラー４０により光路が曲げられ、回転多面鏡４１上の反射面に斜め入射する。シリンドリカルレンズ４４は、副走査方向に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡４１上の反射面に入射した光束は主走査方向に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡４１にオーバフィルド状態で入射する。
回転多面鏡４１により偏向反射された各光束は、曲面ミラー４２へ斜め入射し、曲面ミラー４２の光学パワーにより収束作用を受け、被走査面である感光ドラム４３上に結像し走査される。
前記のように、第１結像光学系３８から射出した光束は、光合成手段９８を透過し、第２結像光学系３９から射出した光束は、光合成手段９８で反射されることになるが、各結像光学系からの光束は、光合成手段９８を経て同軸上に合成される。
曲面ミラー４２によって、主走査方向に収束作用を受けた光束は、プリズム４４を透過することにより、２つの光束に分離される。このプリズム４４による光束の分離は、波長による偏角の差を利用している。プリズム４４を透過した２つの光束は、感光ドラム４３上で結像し走査される。このことにより、全光学系を通して一度の走査で２ラインの走査をすることができ実質的に高速走査が可能となる。
プリズム４４は、感光ドラム４３上で副走査方向における２つの走査線の間隔が、解像度に対して適当な値となるように、プリズム４４の波長分散とプリズム４４の頂角を選択しておくことが好ましい。
また、光合成手段９８は、ダイクロイックミラーで構成することが好ましい。ダイクロイックミラーによれば、光源３５からの波長λ１の光束は透過させ、光源３５ａからの波長λ２の光束を反射させることができ、光利用効率の高い光学系が達成される。
（実施の形態５）
本実施形態に係る光走査装置の基本構成は、図９に示した実施形態４と同様であるので、図９を用いながら本実施形態について説明する。光分離手段であるプリズム４４には偏向された光束が入射するが、偏向に応じてプリズム４４への入射角度が変化し、それに伴いプリズム４４による屈折作用である偏角が変化し走査線湾曲を発生する。
この場合、プリズム４４で屈折されるときの走査線湾曲の発生量は、波長の差異によって２つの光束で異なるので、全く同一光路に合成された場合は被走査面上でさらに相対的走査線湾曲が生じる。
そこで、この走査線湾曲を補正するように、第２結像光学系を構成する曲面ミラー４２の構成を、逆方向の走査線湾曲を発生させる構成とすることが好ましい。
本実施形態は、短波長側の光束を長波長側の光束に対して、副走査方向にシフトとティルトを与えて合成する構成によって、相対的走査線湾曲を補正するものである。図１０は、曲面ミラー４２から感光ドラム４３までの副走査方向断面の光路図を示している。θｐｚは、プリズム４４の入射面と射出面とのなす角度すなわちプリズムの頂角である。Ｄｐは、プリズム４４の射出面から像面までの距離である。
ここで、２つの光源からの光束が全く同一光路で同軸上に合成されて曲面ミラー４２に入射し、曲面ミラー４２で反射された後プリズム４４に入射するとき、プリズム４４の入射面を光束に対して副走査方向に関して垂直に配置したとすると、被走査面上の走査中心における２つの光束の副走査方向の結像位置の間隔ｘ０は、下記の式（１２）で表される。
だだし、ｎ１はプリズム４４を構成する媒質の波長λ１における屈折率、ｎ２は波長λ２における屈折率であり、θＡ、θＢは、下記の式（１３）、（１４）の通りである。
式（１２）
ｘ０＝Ｄｐ・ｃｏｓ（θＡ）｛ｔａｎ（θＢ）−ｔａｎ（θＡ）｝
式（１３）
θＡ＝ｓｉｎ−１｛ｎ１・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
式（１４）
θＢ＝ｓｉｎ−１｛ｎ２・ｓｉｎ（θｐｚ）｝−θｐｚ
したがって、走査中心における各波長の光束の感光ドラム４３上での結像位置の副走査方向間隔をｘｄとしたとき、下記の式（１５）を満足することにより、各走査線による相対的走査線湾曲が補正された状態となり、高解像度化を実現できる。
式（１５）
Ｄｐ・ｃｏｓ（θＡ）｛ｔａｎ（θＢ）−ｔａｎ（θＡ）｝＜ｘｄ
すなわち、式（１５）を満足するように、Ｄｐ、θＡ、θＢを設定することにより、プリズム４４で生じる相対的走査線湾曲を補正する方向に短波長側の光束を副走査方向にシフト及びティルトさせて合成でき、ｘ０＜ｘｄの状態で相対的走査線湾曲が補正されることになる。
（実施の形態６）
図１１は、実施形態６に係る光走査装置の構成図である。本実施形態では、半導体レーザを光源とし波長λ１の光束を発する光源４５、半導体レーザを光源とし波長λ２の光束を発する光源５５を備えている。
第１結像光学系４８は、軸対称レンズ４６、及びシリンドリカルレンズ４７を備えている。第１結像光学系４８から射出した光束は、光合成手段４９を透過し、折り返しミラー５０により光路が曲げられ、回転多面鏡５１上の反射面に入射する。シリンドリカルレンズ４７は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡５１上の反射面に入射した光束は主走査方向（矢印ａ方向）に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡５１にオーバフィルド状態で入射する。
また、第２結像光学系５６は、軸対称レンズ４６ａ、及びシリンドリカルレンズ４７ａを備えている。第２結像光学系５６から射出した光束は、光合成手段４９で反射され、折り返しミラー５０により光路が曲げられ、回転多面鏡５１上の反射面に斜め入射する。シリンドリカルレンズ４７ａは、副走査方向に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡５１上の反射面に入射した光束は主走査方向に延伸した線像を形成する。線像は、回転多面鏡５１にオーバフィルド状態で入射する。
回転多面鏡５１により偏向反射された各光束は、曲面ミラー５２へ斜め入射し、曲面ミラー５２の光学パワーにより、収束作用を受け、被走査面である感光ドラム５３上に結像走査される。
前記のように、第１結像光学系４８から射出した光束は、光合成手段４９を透過し、第２結像光学系５６から射出した光束は、光合成手段４９で反射されることになるが、各結像光学系からの光束は、光合成手段４９を経て同軸上に合成される。
本実施形態は、平板状光分離手段５４を備えており、曲面ミラー５２によって、主走査方向に収束作用を受けた光束は、平板状光分離手段５４によって、波長λ１と波長λ２の２つの光束に分離され、感光ドラム５３上にそれぞれ結像し走査される。平板状光分離手段５４は、感光ドラム５３上で、副走査方向において２つの走査線の間隔が解像度に対して適当な値となるように設定している。
このことにより、２つの光源４５、５５から射出した異なる２つの波長の光束は、全光学系を通して一度の走査で２ラインの走査をすることができ実質的に高速走査が可能となる。
平板状光分離手段５４は、ダイクロイックミラーで構成することが好ましい。図１２は、ダイクロイックミラーで構成した平板状光分離手段５４の部分拡大図を示している。ダイクロイックミラー面は入射面５４ｂに形成され、反対側の面５４ａには金属反射膜が形成されている。
光合成手段４９により、同軸上に整列された波長の異なる２つの光束のうち、光源４５からの波長λ１の光束は入射面５４ｂを透過し、反対側の面５４ａで反射された後、入射面５４ｂの裏側から空気中に向って射出し、射出光束５７となり感光ドラム５３へ向うことになる。一方、光源５５からの波長λ２の光束は入射面５４ｂで反射光束５８となり、感光ドラム５３へ向うことになる。このことにより、光利用効率を高めることができる。
なお、面５４ａは、金属反射膜に代えてダイクロイックミラー面としてもよい。また、図１２に示した平板状光分離手段５４は、入射面５４ｂと反対側の面５４ａとが平行であるが、非平行のくさび状であってもよい。
また、平板状光分離手段５４は回折素子で構成することにより、構成を簡単にすることができる。すなわち、回折素子に入射する２つの波長の光束は、波長が短い光束ほどより回折作用を受けるので、このことを利用して、同軸上に合成された異なる波長の２つの光束を２つに分離することができる。さらに、収差も回折素子により補正するができる。
（実施の形態７）
図１３は、実施形態７に係る光走査装置の構成図である。波長λ１の光束を発する光源５９、波長λ２の光束を発する光源６７、及び波長λ３の光束を発する光源７１を備えている。
第１結像光学系６２は、軸対称レンズ６０、及びシリンドリカルレンズ６１を備えている。第１結像光学系６２から射出した光束は、光合成手段６３を透過し、光合成手段６４で折り返しミラー６５の方向に反射される。
また、第２結像光学系７０は、軸対称レンズ６８、及びシリンドリカルレンズ６９を備えている。第２結像光学系７０から射出した光束は、光合成手段６３で反射され、さらに光合成手段６４で折り返しミラー６５の方向に反射される。
また、第３結像光学系７４は、軸対称レンズ７２、及びシリンドリカルレンズ７３を備えている。第３結像光学系７４から射出した光束は、光合成手段６４を透過し、折り返しミラー６５の方向に進行する。
各結像光学系からの各光束は、光合成手段６４を経た時点で、同軸上に合成されており、折り返しミラー６５により光路が曲げられ、回転多面鏡５１上の反射面に斜め入射する。
シリンドリカルレンズ６１、６９、及び７３は、副走査方向（矢印ｂ方向）に相当する方向に屈折力を持つので、回転多面鏡６６上の反射面に入射した各光束は主走査方向（矢印ａ方向）に延伸した線像を形成する。また、各光束は、オーバフィルド状態で、回転多面鏡６６に入射することになる。
回転多面鏡６６により偏向反射された各光束は、曲面ミラー７５へ斜め入射し、曲面ミラー７５の光学パワーにより主走査方向に収束作用を受け、同軸性を保ったまま、被走査面７６上に結像し走査される。
光合成手段６３及び６４は、ダイクロイックミラーで構成することが好ましい。ダイクロイックミラーを用いれば、光利用効率を高めることができ、光合成手段６３を波長λ１の光束を透過させ、波長λ２の光束を反射させる特性とすることができ、光合成手段６４を波長λ３の光束を透過させ、波長λ１及びλ２の光束を反射させる特性とすることができる。
本実施形態は、３つの異なる波長の光束を発することができるが、各光束の波長を色の３原色又はその補色に対応する波長とすれば、被走査面７６である被走査物を写真用印画紙とすることができる。例えば、波長λ１を６８０ｎｍ付近、波長λ２を５３０ｎｍ付近、波長λ３を４５０ｎｍ付近とすればよい。この場合、どの光源にどの波長の光束を発する光源を適用するかは、光合成手段であるダイクロイックミラーの特性の選択によって、任意に選択することができる。
また、各光源は半導体レーザで構成すれば、装置を小形化できるだけでなく、所定の書き込み信号で、直接変調が可能となり簡素なシステムとすることができる。
図１４は、光源部を構成する光学系の一部の構成図を示している。光源である半導体レーザ７７から発した光束は、集光レンズ７８で波長変換素子７９に効率よく入射する。半導体レーザ７７から発した光束の波長λＬ１は、波長変換素子７９により、波長λＬ２に変換される。２逓倍する波長変換素子であれば、波長λＬ２は、波長λＬ１の１／２になる。このような光学系によれば、安価で高出力の近赤外域の発振波長の半導体レーザを用いて、色の３原色又はその補色に必要な、特に５３０ｎｍ付近と、４５０ｎｍ付近の波長の光束を得ることができる。
図１５は、光源部を構成する光学系の一部の別の例の構成図を示している。光源である半導体レーザ８０から発した光束は、第１の集光レンズ８１で波長変換素子８２に効率よく入射する。波長が変換された光束は、第２の集光レンズ８３で、音響光学変換素子８４に効率よく入射する。この構成によれば、半導体レーザ８０から発した光束の波長λＬ１は、波長変換素子８２により、波長λＬ２に変換される。２逓倍する波長変換素子であれば、波長λＬ２は、波長λＬ１の１／２になる。このような光学系によれば、安価で高出力の近赤外域の発振波長の半導体レーザを用いて、色の３原色又はその補色に必要な、特に５３０ｎｍ付近と、４５０ｎｍ付近の波長の光束を得ることができる。
さらに、所定の書き込み信号で音響光学変換素子８４を駆動することで、半導体レーザ８０は、連続発振したままで、光書き込みが可能になる。一般に波長変換素子は連続発振光束を波長変換する方が、断続発振光束を波長変換するより安定して動作できる。また、高出力な光束を発するガスレーザを光源として用いてもよい。
（実施の形態８）
図１６は、画像読み取り装置に係る実施形態の構成図を示している。本実施形態に係る画像読み取り装置は、実施形態１に係る光走査装置を用いている。第１結像光学系４から射出した光束は、ハーフミラー８７を透過し、折り返しミラー５により光路が曲げられ、回転多面鏡６上の反射面に入射する。
回転多面鏡６により偏向反射された光束は、曲面ミラー７で結像作用を受け、被走査面である読み取り原稿８５上の読み取り部８６を走査する。読み取り面上の情報を含んだ反射光又は散乱光は、逆の光路を通り、曲面ミラー７を経て、ハーフミラー８７に達する。戻り光は、ハーフミラー８７で反射され、集光レンズ８８により光検出器８９上に戻り光が集光する。本実施形態に係る画像読み取り装置は、実施形態１の光走査装置を用いているので、小型、低コスト、高解像度の画像読み取り装置を実現することができる。
（実施の形態９）
図１７は、画像読み取り装置に係る別の実施形態の構成図を示している。本実施形態に係る画像読み取り装置は、図７に示した実施形態２に係る光走査装置を用いている。第１結像光学系１３から射出した光束は、ハーフミラー９２及び光合成手段１４を透過し、折り返しミラー１５により光路が曲げられ、回転多面鏡１６上の反射面に入射する。
また、第２結像光学系１７から射出した光束は、ハーフミラー９５を透過し、合成手段１４で反射され、折り返しミラー１５により光路が曲げられ、回転多面鏡１６上に斜め入射する。
回転多面鏡１６により偏向反射された各光束は、曲面ミラー２１へ斜め入射し、曲面ミラー２１の光学パワーにより主走査方向に収束作用を受け、被走査面である読み取り原稿９０上の読み取り部９１を２つの波長の走査光で同時に２本分を走査する。
光源１０からの光束で読み取った読み取り面上の情報を含んだ反射光又は散乱光は逆の光路を通り、曲面ミラー２１、合成手段１４を経て、ハーフミラー９２に達する。戻り光は、ハーフミラー９２で反射され、集光レンズ９３により光検出器９４上に集光する。
一方、光源１８からの光束で読み取った読み取り面上の情報を含んだ反射光又は散乱光も逆の光路を通り、曲面ミラー２１を経て合成手段１４に達する。戻り光は、合成手段１４で反射され、さらにハーフミラー９５で反射され、集光レンズ９６により光検出器９７上に集光する。このことにより、本実施形態においても、同時に２走査できるので、高速、小型、低コスト、高解像度の画像読み取り装置を実現することができる。
本実施形態では、実施形態２を用いた画像読み取り装置の実施形態を示したが、実施形態３〜６に係る光走査装置を用いてもよい。
（実施の形態１０）
図１８は、画像形成装置に係る実施形態を示す構成図である。本図に示した画像形成装置は、実施形態１から６のいずれかの光走査装置を用いたものである。
装置本体１００の内部略中央に、矢印ｅ方向に回転駆動される感光ドラム１０１が配置される。感光ドラム１０１の周囲には帯電器１０２、現像器１０３、転写器１０４、感光ドラム１０１上の残留トナーをこすり取るブレード１０５を有するクリーナ１０６が配置されている。
帯電器１０２によって所望の電位に帯電された感光ドラム１０１の表面に光走査装置１０７から光ビームが入射され走査される。これにより所望の画像を潜像として形成する。この潜像は現像器１０３で現像され、トナー画像となる。
光走査装置１０７は、第１結像光学系１０８から射出する光束は、オーバフィルド状態で、線像として回転多面鏡１０９に入射する。この入射光束は、回転多面鏡１０９により偏向され、偏向された光束は曲面ミラー１１０により感光ドラム１０１上に結像し走査される。反射鏡１１１により所定の方向に光ビームを曲げることで、本体内における走査光学装置の配置の最適化がなされる。
この現像プロセスの進行と同時に、記録用紙１１２は装置本体１００の下部に設けられた給紙カセット１１３から１枚ずつ給紙され、タイミングローラ１１４を経て転写部へ搬送される。ここで記録用紙にトナー画像が転写され、定着器１１５によって定着される。定着された後、排出ローラ１１６から本体１００の上面に排出される。
このように、前記実施の形態１乃至６記載の光走査装置を用いることにより高速、小型、低コスト、高解像度の画像形成装置を実現することができる。
（実施の形態１１）
図１９は、写真処理装置に係る実施形態を示す構成図である。本図に示した写真処理装置１２０は、実施施形態７と同様の構成の光走査装置１２２を備えている。ロール状に巻回された写真用印画紙１２１は、光走査装置１２２により、色の３原色又はその補色に必要な３波長の光で同軸上になったビームで露光される。露光された写真用印画紙１２１は、現像漕１２３、停止漕１２４、定着漕１２５を経て、光書き込みされた露光像が顕像化される。乾燥漕１２６で乾燥処理された写真用印画紙は写真処理装置１２０から矢印ｆ方向に排紙され、裁断機（図示せず）で所定の大きさに裁断される。写真処理装置１２０は、実施施形態７と同様の光走査装置１２２を用いているので、高速、小型、低コスト、高解像度の写真処理装置を実現できる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明の光走査装置は、低コストで良好な光学性能を確保しつつ、高速走査が可能となるので、レーザビームプリンタ、レーザファクシミリ、デジタル複写機等の画像読み取り取装置や画像形成装置、又は写真処理装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態１に係る光走査装置を示す要部構成図。
図２は、図１に示した光走査装置の副走査方向断面における要部構成図。
図３Ａは、実施例１のｆθ誤差を示す特性図。
図３Ｂは、実施例２の像面湾曲を示す特性図。
図４Ａは、実施例２のｆθ誤差を示す特性図。
図４Ｂは、実施例２の像面湾曲を示す特性図。
図５Ａは、実施例３のｆθ誤差を示す特性図。
図５Ｂは、実施例３の像面湾曲を示す特性図。
図６Ａは、実施例４のｆθ誤差を示す特性図。
図６Ｂは、実施例４の像面湾曲を示す特性図。
図７は、本発明の実施形態２に係る光走査装置を示す要部構成図。
図８は、本発明の実施形態３に係る光走査装置を示す要部構成図。
図９は、本発明の実施形態４に係る光走査装置を示す要部構成図。
図１０は、図９に示した光走査装置の曲面ミラーから感光ドラムまでの光路図。
図１１は、本発明の実施形態６に係る光走査装置を示す要部構成図。
図１２は、図１１に示した光走査装置のダイクロイックミラーで構成した平板状光分離手段による光束分離を示す構成図。
図１３は、本発明の実施形態７に係る光走査装置を示す要部構成図。
図１４は、図１３に示した光走査装置の光源を構成する光学系の一部の構成図。
図１５は、図１３に示した光走査装置の光源を構成する光学系の一部の別の例に係る構成図。
図１６は、本発明の実施形態８に係る光走査装置を用いた画像読み取り装置の要部構成図。
図１７は、本発明の実施形態９に係る光走査装置を用いた画像読み取り装置の要部構成図。
図１８は、本発明の光走査装置を適用した画像形成装置の要部構成図。
図１９は、本発明の光走査装置を適用した写真処理装置の要部構成図。
【図１】
2002084376.tif 000017
【図２】
2002084376.tif 000018
【図３Ａ】
2002084376.tif 000019
【図３Ｂ】
2002084376.tif 000020
【図４Ａ】
2002084376.tif 000021
【図４Ｂ】
2002084376.tif 000022
【図５Ａ】
2002084376.tif 000023
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2002084376.tif 000025
【図６Ｂ】
2002084376.tif 000026
【図７】
2002084376.tif 000027
【図８】
2002084376.tif 000028
【図９】
2002084376.tif 000029
【図１０】
2002084376.tif 000030
【図１１】
2002084376.tif 000031
【図１２】
2002084376.tif 000032
【図１３】
2002084376.tif 000033
【図１４】
2002084376.tif 000034
【図１５】
2002084376.tif 000035
【図１６】
2002084376.tif 000036
【図１７】
2002084376.tif 000037
【図１８】
2002084376.tif 000038
【図１９】
2002084376.tif 000039
【国際調査報告】
2002084376.tif 000040
2002084376.tif 000041
2002084376.tif 000042
2002084376.tif 000043