JPH01185514A - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野ン 本発明は、レーザー等の光源からの光束を利用してコリ
メータレンズと回転ミラー、そしてｆθレンズを介して
所定面上の走査を行う走査光学系に関するものである。

（従来の技術） 従来より、多角柱状の各側面に少なくとも一つの反射面
を有する所謂回転ミラーにレーザー等の光源からの光束
を入射させ、該回転ミラーを回転させることにより、所
定面上を走査し、例えばテレビ画像や電子計算機の文字
等のデイスプレィを行ったり、被検物体の表面形状を測
定したりすることが行なわれている。しかし、この様な
方法で行なわれる走査系には、主に二つの技術的な問題
点があった。

その一つは、前記回転ミラーの回転軸と軸受けとのアワ
ビ（微小な間隔）により生じる、該回転軸の倒れや、単
一の平面状反射面で構成される各反射面の回転ミラー本
体く回転部材）への配設角度の誤差により、走査光線の
反射角度にずれが生じて走査光線が乱れる点である。

他の一つは、面記走査光線に使用するレーザー等の光源
からの光束のビームウェスト径（ビーム断面直径）波長
そして光学系の焦点距離等によって結像面（走査面）に
おけるビーム径が決まってくる為、該結像面でのビーム
径はこれらの要素により所定の大きさとなり、所望の例
えば大きなビーム径を得ることが難しい点である。

前記二つの問題の内、前者の如き問題を解決する為に、
従来、例えば次の様な方法があった。それは、前記回転
ミラーの回転軸を正確に定位置での回転状態に保つ為に
、該回転軸をエアーベアリングで支持することである。

この方法により、該回転軸が一定位置に支持されて、前
述の如き回転軸の倒れに起因する走査線の乱れの問題は
解決された。

しかし、この方法によって、前記回転ミラーの反射面の
回転部材への配設角度の誤差に起因する走査線の乱れの
問題点を排除することは出来ない。しかも、エアーベア
リング装置を正常に作動させる為には、複雑な構成と手
続きが必要であり、高価な装置に成らざるを得ない。

又、前記二つの問題点の内、前者の難点を解決する別の
方法としては、米国特許第３９９５１１０号に提案され
ているように二枚のシリンドリカルレンズと一枚の結像
レンズを使用する方法がある。

この方法によるならば、確かに前述の如き回転軸の倒れ
の問題だけでなく、前記反射面の回転部材への配設角度
の誤差に起因する走査線の乱れの聞届をも解決すること
ができるが、別の欠点がある事を無視することはできな
い。それは、構成部材の問題で、前記の問題点を解決す
る要件を備えたシリンドリカルレンズを製作することは
一般に非常に困難であること、又、シリンドリカルレン
ズの光学系への組み込みに際して、その位置決めが容易
でないこと等である。

次に、前記二つの技術的問題点の内、後者の問題点を解
決する方法として、従来よりコリメータレンズと所定開
口のアパーチャーを使用することか行なわれてきた。こ
れは、レーザーからの光束。

径の内金ての光束径を使っても、走査面でのビーム断面
直径が所望のビーム径より大きくなる場合、前記コリメ
ータレンズとアパーチャー径により光束径を制限するこ
とにより、走査面でのビーム断面直径を所望の大きさに
するという方法である。

しかし、この方法においては、レーザー光源の光束の一
部を使用することになるが、走査面゛で拡大されたビー
ム光束が所望の効力を発揮する為には、相当の大きな出
力の光源が必要となってくる。一般に高出力レーザー等
は高価である為、前記コリメータレンズとアパーチャー
を従来の方法で使用する方法は、コスト高になる欠点を
有していた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は高出力のレーザー等の光源を用いなくてもレー
ザーからの光束を有効に使用すると共に走査面（結像面
）上で必要なビーム直径を得て走査することのできる走
査光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） レーザー等の光源からの光束をコリメータレンズを介し
複数の反射面により構成された回転ミラーに入射させ、
該回転ミラーからの反射光束をｆθレンズを用いて走査
面上に導光し、該回転ミラーを回転させることにより光
学的な走査を行う走査光学系において、前記コリメータ
レンズをレトロフォーカスタイプより構成したことであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。図
中、５は回転ミラーで、６は回転ミラー５の回転軸、ｌ
ａ、ｌｂは前記回転ミラー５の反射部を構成している平
面状の反射面であり、双方の反射面は互いに角度θとな
るように固定されている。２はレーザー等の光源、３は
コリメータレンズでレトロフォーカスタイプより構成さ
れている。４はｆθレンズ、７はミラーである。

本実施例では光源２より発した光線Ｉはコリメータレン
ズ３を通過し、回転ミラー５の反射面１ａ、次に反射面
１ｂで反射され、反射光線Ｒとなって、ｆθレンズ４を
通通し、ミラー７で反射して、被走査面Ａ上に至る。こ
の場合及び以下の説明に於いて入射光線Ｉは最初に反射
面１ｂあるいは他の反射面に入射しても、全ての要素が
適当に配置されていれば何の不都合も生ずるものではな
い。回転ミラー５が回転軸６を中心に回転すると被走査
面Ａ上に紙面に垂直方向に走査線が描かれる。

第２図は第１図に示されている回転ミラー５に入射する
光束の説明図である。本図及び第１図は、反射面１ａ、
ｌｂ、入射光線Ｉ、反射光線Ｒは反射面１ａ、及び反射
面１ｂの両者に直交する平面上への正射影として図示さ
れている。第２図（Ａ）において、反射面１ａと反射面
１ｂとの夾角をθとすれば、反射面１ａ、及び反射面１
ｂの両者に直交する平面上への入射光線Ｉと反射光線Ｒ
の各々の正射影のなす角をαとすれば、α　＝　　１８
０　−　２０・・・・・・（１）と表わすことができる
。従って、もし、入射光線Ｉが細線状であり、しかもそ
の方向が一定に保たれているとすれば、反射光線Ｒは細
線状であり、回転ミラー５の回転に従って、反射面１ｂ
の反射点より反射面１ａと反射面１ｂとの交線に平行な
平面内の各方向のみに向かうことになる。

第２図（Ｂ）は回転軸６の倒れによる反射光束の反射状
態に関する説明図である。本図は前述の如く、各反射面
に直交する平面への正射影として示されている。図示さ
れているように、回転軸６が実線で示す正規の位置方向
より角γだけ倒れて点線で示す回転軸６１の如くになっ
たとすると、反射面１ａ及び反射面１ｂは各々角γだけ
傾き、反射面１ａｌ、ｌｂｌの様になる。回転軸６が正
規の位置方向にある場合の反射面１ａに対する入射光線
Ｉの反射面１ａに対する入射角をｉ、該入射光線がその
光路において反射面１ｂにより反射される反射角をｊ、
その後の最終的な反射光線をＲとし、さらに図示されて
いる様に、回転軸６が角γだけ倒れて回転軸が６１とな
ったときの入射光線Ｉの反射面１ａｌに対する入射角を
１１、該入射光線がその光路において反射される反射角
をｊｌ、その後の最終的な反射光線をＲ１とすると、前
記ｉ、ｉｌ１．ｉ、ｊｌの各角度の関係は次式で表わさ
れる。

ｉｌ　　＝　　ｉ　　＋　γ・・・・・・・・（２）ｊ
ｌ　　＝　　ｊ　　−γ・・・・・・・・　（３）（２
）、（３）式より次式が導かれる。

ｉｔ　　＋　　ｊｌ　　＝　　ｉ　　＋　　ｊ・・・（
４）（４）式に示されている如く、回転軸６に倒れが生
じ回転軸６１となったときの入射角１１と反射角ｊ１の
和と、該回転軸６が正規の位置にある時の入射角ｉと反
射角ｊとの和は等しくなっている為、正規の時の反射光
線Ｒと倒れが生じた時の反射光線Ｒ１は図示されている
様に平行となる。

従って、該反射光線ＲとＲ１はｆθレンズ４を通過後、
ｆθレンズの光学性質より結像面Ａ上の同一の位置に収
束する。それで、第２図（Ａ）に示す形状の回転ミラー
５を用いた光学的な走査光学系において形成される所定
面上の走査線は、回転ＩＩＩｔｈ６の倒れ等の如何にか
かわらず、常に予め設定された位置方向を維持すること
ができる為、安定した光学的走査が可能となる。

第３図は回転ミラー５の一実施例の概略図である。本実
施例においては、該回転ミラー５は二個の合同な正六角
錐台の各々の上底の対応する辺を結合させた形状をなし
ており、該六角錐台の各側面より成る反射面１ａ及び反
射面ｔｂ等の夾角θは回転ミラー５の周囲の各反射部に
わたって一定である。又、回転軸６は両穴角錐台の底面
の中心を貫通している。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は光源の光束を有効に使用するこ
とに関する本発明の一実施例の説明図であり、第４図（
Ａ）はレーザー等の光源２のビームウェスト（ビーム断
面直径）と被走査面の関係を示す概略図である。コリメ
ータレンズ３の焦点距離をＦ、、ｆθレンズ４の焦点距
離をＦ２、光源のビームウェスト径をＷ。、コリメータ
レンズ３を通過してほぼ平行光になった光束の幅をＤ、
被走査面Ａ上のビームウェスト径をＷｌ、光源の発掘波
長をλとすると、ビームウェスト径ｗｌは次式で表わさ
れる。

ここで、例えば波長人の値として７８０ｎｍとし、被走
査面Ａ上でのビームウェスト径Ｗ、として比較的大きな
０．４ｍｍを得たい場合、（５）式より焦点距！ＩＦ２
を長くするか、あるいは幅りを小さくすることが考えら
れる。しかし、焦点距離Ｆ２は装置全体の大きさを左右
する値である為、なるべく短く、例えば３００ｍｍ以下
とすることが望ましい。そうすると、光束の幅りは０．
７ｍｍとかなり小さな値となる。

又、被走査面上でのビームウェスト径Ｗ、は次式でも表
わされる。

光源のビームウェスト径Ｗ。は１μｍ程度であるから、
焦点距離Ｆ、は（６）式より０．７ｍｍ程度となる。し
かし、−枚のレンズでコリメータレンズの焦点距ｔａ　
Ｆ　ｌを前述の如（０，７ｍｍとした場合、レーザ光源
のビームウェストがレーザ光源内部にある等の理由で、
コリメータレンズ３とレーザ光源２が接近し過ぎていま
い、双方な良好に配置することができない。

そこで本実施例では第４図（Ｂ）に示す如くコリメータ
レンズ３をレトロフォーカスタイプより構成し、双方の
配置を良好に行っている。

次にその原理を第４図（Ｂ）を用いて説明するとレーザ
光源と凸レンズＬ、を配置しやすい位置まで引き離すと
、該レーザ光源が凸レンズＬｌの焦点距１１１ｆ１より
離れた場所に位置することになる為、該凸レンズＬ１を
通過したレーザ光源の光束はしぼられる。そこでレンズ
Ｌ、の射出側に凹レンズＬ２を設ければ凹レンズＬ２に
より、該しぼられた光束を平行光束にすることができる
。

このようにコリメータレンズ３を回転ミラー５側から順
に負と正の屈折力の２つのレンズ群を有するレトロフォ
ーカスタイプより構成し、双方の配置を良好に維持して
いる。

第４図（Ｂ）においてＨｌ、Ｈ２はコリメータレンズ３
の主平面、点線で圓まれた部分はレーザ光源２である。

図示されている様に凸レンズＬ１の焦点距離ｆ、の外側
に光［２のビームウェストがある為、光束は該凸レンズ
Ｌ１でしぼられるが凹レンズＬ２で所望の平行光束とな
り、凸レンズＬ１がレーザ光源２にぶつかることなく、
コリメータレンズ３の焦点距離Ｆ１を、例えば前記０、
’７ｍｍ程度の所望の長さにすることができる為、被走
査面上で必要なビームウェスト径を得ることが可能であ
る。

第５図は本発明の他の一実施例の概略図である。図中、
８は原稿台、７１から７４は反射ミラー、９は感光ドラ
ム、１０はレンズである。

本実施例はレーザー等を光源とした回転ミラーによる面
記走査光学系と白熱球等の広帯域な照明光源により照明
される原稿台８に載置された原稿の画像を、反射ミラー
７１と７２を２＝１の割合でＡ原稿台８の面に平行に移
動させることにより感光トラム９上にレンズ１ｏを介し
て導きスリット露光する、所謂スリット露光光学系を有
する電子写真装置を示している。

ここで、光源２、コリメータレンズ３、回転ミラー５、
ｆθレンズ４より成る走査光学系は第１図に例示された
ものと同様の構成であり、走査光学系の書込みステージ
とスリット露光光学系の書込みステージが近接して構成
しているという特徴を有している。

（発明の効果） 本発明に依れば、前述の如くレーザー光源等の光束から
平行光束を得るためのコリメータレンズをレトロフォー
カスタイプにすることにより、レーザ光源の光束を有効
に使用して、被走査面で必要なビームウェスト径により
走査することのできる走査光学系を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略図、第２図（Ａ）、（
Ｂ）は本発明に係る回転ミラー５の説明図、第３図は本
発明に係る回転ミラー５の一実施例を示す略図、第４図
（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係るレーザー光源のビームウ
ェストと被走査面との関係を示す概略図、第５図は本発
明を電子写真装置に適用したときの一実施例の概略図で
ある。 図中、１（添字ａ、ｂ及び１を付加したものを含む）は
反射面、２はレーザ等の光源、３はコリメータレンズ、
４はｆθレンズ、５は回転ミラー、６は回転軸、Ａは被
走査面、■は入射光線、Ｒは反射光線、８は原稿台、９
は感光ドラムである。 特許出願人　　キャノン株式会社 第　　　１　　　図 第　　２　　ロ 第　　３　　巳 萌　　　　４　　　　　因 （Ａ） 圓０ （Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー等の光源からの光束をコリメータレンズ
   を介し複数の反射面により構成された回転ミラーに入射
   させ、該回転ミラーからの反射光束をｆθレンズを用い
   て走査面上に導光し、該回転ミラーを回転させることに
   より光学的な走査を行う走査光学系において、前記コリ
   メータレンズをレトロフォーカスタイプより構成したこ
   とを特徴とする走査光学系。
2. （２）前記コリメータレンズは前記回転ミラー側から順
   に負と正の屈折力の２つのレンズ群より成るレトロフォ
   ーカスタイプであることを特徴とする請求項１記載の走
   査光学系。