JPH04318808A - 光ビーム走査光学系 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを光偏向器に
より偏向して走査面上を走査させる光ビーム走査装置に
おける走査光学系に関し、特に詳細には像面わん曲を補
正する機能を備えた光ビーム走査光学系に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビーム光源から発せられた光
ビームをガルバノメータミラーや回転多面鏡等の機械式
光偏向器によって偏向して走査面上を主走査させるとと
もに、主走査方向と略直角な方向に光ビームと走査面と
を相対的に移動させて副走査を行なうことにより、光ビ
ームにより走査面を２次元的に走査する光ビーム走査装
置が種々提案されている。

【０００３】ところで、上述のような機械式の光偏向器
は、高速で駆動されるために振動によるウォブリングが
生じやすく、このウォブリングが生じると、偏向されて
走査面上を走査する走査線は副走査方向に歪んでしまう
。また特に回転多面鏡にあっては、各反射面をそれぞれ
回転軸に対して完全に平行にすることは技術的に難しく
、面倒れが生じやすいので、この回転多面鏡を用いた場
合には、上記の面倒れにより走査線のピッチにむらが生
じてしまうという問題がある。

【０００４】そこで従来より、例えば特開昭６１−８４
６１９号公報等に示されるように、偏向された光ビーム
を走査面において結像させる結像光学系において、走査
面上における走査線のピッチむらや副走査方向の歪みを
光学的に補正するための提案が種々なされている。

【０００５】上記面倒れ補正機能を有する結像光学系は
、主として複数のレンズの組合わせからなり、例えば球
面レンズからなる走査レンズと、この走査レンズと走査
面の間に設けられ、光ビームの偏向面と垂直な方向にの
みパワーを有するシリンドリカルミラーまたはシリンド
リカルレンズとを組み合わせてなるものが既に知られて
いる。しかしながら、シリンドリカルミラーまたはシリ
ンドリカルレンズを用いた従来の結像光学系は、サジタ
ル像面わん曲が大きくなりやすいという問題を有してい
る。

【０００６】そこで、上記のようなシリンドリカルミラ
ーまたはシリンドリカルレンズを含む結像光学系を備え
た光ビーム走査光学系において、サジタル像面わん曲を
低減させるため、上記シリンドリカルミラーまたはシリ
ンドリカルレンズの曲率を、光ビームのサジタル像面わ
ん曲を補正するように、ミラーまたはレンズの長手方向
に沿って連続的に変化させることが提案されている。 （特願平１−１８９９１３号）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにシ
リンドリカルミラーまたはシリンドリカルレンズの曲率
を光ビームのサジタル像面わん曲を補正するように長手
方向に沿って連続的に変化させることはかなり困難であ
り、容易に実現可能なその具体的方法が要望される。

【０００８】本発明は、シリンドリカルミラーまたはシ
リンドリカルレンズの曲率をサジタル像面わん曲を補正
するように長手方向に沿って連続的に変化させるための
具体的方法を提供することを目的とするものである。

【０００９】すなわち、本発明はシリンドリカルミラー
またはシリンドリカルレンズの曲率をサジタル像面わん
曲を補正するように長手方向に沿って連続的に変化させ
る手段を備えた光ビーム走査光学系を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光ビーム走
査光学系は、偏向面と垂直な方向にのみパワーを有する
シリンドリカルミラーまたはシリンドリカルレンズを含
む結像光学系を備え、前記シリンドリカルミラーまたは
シリンドリカルレンズが、曲率が均一のシリンドリカル
ミラーまたはシリンドリカルレンズと、該ミラーまたは
レンズの裏面に付着された該ミラーまたはレンズの曲率
を調節する圧電材料とからなり、該圧電材料への印加電
圧を変化させることにより前記ミラーまたはレンズの曲
率をサジタル像面わん曲を補正するように長手方向に沿
って連続的に変化させるようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１１】なお、ここで圧電材料というのは、印加電
圧を変えることにより変形の度合を変える材料を広く意
味するもので、電歪材料をも含むものとする。

【００１２】

【作用】本発明の光ビーム走査光学系によれば、結像光
学系中のシリンドリカルミラーまたはシリンドリカルレ
ンズが、曲率が均一のシリンドリカルミラーまたはシリ
ンドリカルレンズと、該ミラーまたはレンズの裏面に付
着された圧電材料とからなり、該圧電材料への印加電圧
を変化させることにより前記ミラーまたはレンズの曲率
をサジタル像面わん曲を補正するように長手方向に沿っ
て連続的に変化させるようにしたものであるから、前記
ミラーまたはレンズの曲率を容易にサジタル像面わん曲
を補正するように長手方向に沿って連続的に変化させる
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による光ビーム走査光学系の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実
施例による光ビーム走査光学系を備えた光ビーム走査装
置の概要を示す斜視図である。図２はその結像光学系を
示す側面図である。

【００１４】図１に示すように、例えば半導体レーザと
コリメーターレンズからなる光源１から発せられた光ビ
ーム２は、矢印Ａ方向に回転する回転多面鏡４の反射面
４ａに入射して反射偏向される。反射偏向された光ビー
ム２は後述する結像光学系８を経て、走査面１０上を矢
印Ｂ方向に繰り返し主走査し、それとともに走査面１０
が上記主走査の方向と略直角な矢印Ｃ方向に搬送されて
副走査がなされ、走査面１０上における光ビームの２次
元的走査が行なわれる。

【００１５】上記光源１と回転多面鏡４との間には、光
ビーム２を回転多面鏡４の回転軸Ｇと平行な方向にのみ
集束させるシリンドリカルレンズ３が設けられており、
このシリンドリカルレンズ３の作用により光ビーム２は
回転多面鏡４の反射面４ａに、上記駆動軸Ｇに垂直な面
に平行な線像として入射する。

【００１６】次に結像光学系８について詳しく説明する
。この結像光学系８は、回転多面鏡４側から順に、負の
パワーを有する球面レンズ５、正のパワーを有する球面
レンズ６、および図１中一部ハッチングを付して示す光
ビーム偏向面Ｐに交わる方向にのみ正のパワーを有する
シリンドリカルミラー７が配設されてなる。なお球面レ
ンズ５および６は、一般的な円形の球面レンズの一部が
切り取られた形のものである。回転多面鏡４により反射
偏向された光ビーム２は、この結像光学系８の作用で走
査面１０上において小さなスポットに結像し、かつ走査
面１０上を等速で走査する。

【００１７】図２は結像光学系８の各要素の、光ビーム
偏向面Ｐと垂直な方向の光軸を含む面内における形状を
示している。またこれらの各要素の数値を以下に示す。 なお、シリンドリカルミラー７において入射光と反射光
とのなす角θは８６°、光ビーム２の波長は７８０　ｎ
ｍである。

【００１８】ｄ０　＝　３０ ｒ１　＝−１６２．２３７　　ｄ１　＝　１０　　　　
　ｎ１　＝１．５１１１９ｒ２　＝　９０１．０９０　
　ｄ２　＝　２０．３３ｒ３　＝４４００　　　　　　
ｄ３　＝　１４．５　　　ｎ３　＝１．７８５６７ｒ４
　＝−１３８．８６３　　ｄ４　＝１４９．８ｒ５　＝
−３４４　　　　　　ｄ５　＝２４７．２上記の値ｒ１
　〜ｒ５　は図２に示される各レンズ面あるいはミラー
面の曲率半径（正値が光源１側に凸の曲率）、ｄ１　、
ｄ３　はそれぞれ球面レンズ５、６の光軸上肉厚、ｄ２
　、ｄ４　は光軸上の空気間隔、ｎ１　、ｎ３　は球面
レンズ５、６のガラス材の屈折率、ｄ０　は回転多面鏡
４の反射面４ａから球面レンズ５までの距離、ｄ５　は
シリンドリカルミラー７の長手方向中央位置におけるミ
ラー面から走査面１０までの距離である。また、長さの
単位はｍｍである。

【００１９】上記シリンドリカルミラー７の裏面には、
図１に示すように該シリンドリカルミラー７の曲率を調
節する複数の圧電材料１２が長手方向に配列して付着さ
れ、該圧電材料１２への印加電圧を変化させる制御回路
１４により、各圧電材料１２への印加電圧が変えられて
、該シリンドリカルミラー７の曲率が、サジタル像面わ
ん曲を補正するように長手方向に沿って連続的に変化せ
しめられる。

【００２０】上記圧電材料１２としては、一次元変形す
るＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ
、ＰＭＮ等の、印加電圧を変えることにより変形の度合
を変える圧電材料、電歪材料等であれば何でも使用する
ことができる。

【００２１】上記ミラー面の曲率半径ｒ５　は、ミラー
長手方向中央位置においては−３４４　ｍｍであり、ミ
ラー７上の光ビーム走査端位置においてはそれぞれ−３
５１　ｍｍとされている。この走査端位置は、上記中央
位置からそれぞれ左右に　２２０ｍｍ離れた位置であり
、図３に示すようにこの間の各点における曲率半径ｒ５
　の絶対値の増大量Δｒは、上記中央位置からの距離ｘ
に比例するように設定されている。

【００２２】上述のようにミラー面の曲率半径ｒ５　が
連続的に変化するシリンドリカルミラー７を含む結像光
学系８を用いて光ビーム２を偏向したときの、サジタル
像面わん曲（図１の破線Ｄ参照）の状態を図５に示す。 この図５中の負値は、走査面１０から手面側（シリンド
リカルミラー７側）に結像する方向のわん曲量を示し、
正値はそれと反対方向のわん曲量を示す。図示される通
り、この場合の総合的な像面わん曲量は５．１　ｍｍで
あった。

【００２３】以上説明した第１実施例のシリンドリカル
ミラー７に代えて、ミラー面の曲率半径ｒ５　がミラー
長手方向中央位置においては−３４４ｍｍ（これは第１
実施例におけるのと同じ）、光ビーム走査端位置におい
てはそれぞれ−３５３　ｍｍで、その間の各点における
曲率半径ｒ５　の絶対値の増大量Δｒが、図４に示すよ
うに上記中央位置からの距離ｘの２乗に比例するものと
してもよい。このシリンドリカルミラー７’を、図１に
示す走査光学系においてシリンドリカルミラー７に置き
換えて使用した場合の、サジタル像面わん曲の状態を図
６に示す。この場合の総合的な像面わん曲量は、１．５
ｍｍとなった。

【００２４】以上説明したシリンドリカルミラー７、７
’は、曲率半径ｒ５が−３４４　ｍｍで均一なシリンド
リカルミラーの裏面に、複数の圧電材料１２を長手方向
に配列して付着し、該圧電材料１２への印加電圧を変化
させる制御回路１４により各圧電材料１２への印加電圧
を変えて、曲率をサジタル像面わん曲を補正するように
長手方向に沿って連続的に変化せしめたものであるが、
この圧電材料１２による曲率の変化を与えない場合のこ
のミラーを図１の走査光学系におけるシリンドリカルミ
ラー７に置き換えて使用したときの、サジタル像面わん
曲の状態を図７に示す。この場合の像面わん曲量は、１
１．７ｍｍとなる。この像面わん曲量１１．７ｍｍに比
べて、前記第１、第２実施例における像面わん曲量５．
１　ｍｍ、１．５　ｍｍは十分に小さく、本発明による
像面わん曲補正の効果が顕著に現われている。

【００２５】以上説明した実施例においては、シリンド
リカルミラー７、７’が用いられているが、シリンドリ
カルミラーの代りにシリンドリカルレンズを用いた場合
でも本発明は適用可能である。しかし以上説明したよう
な像面わん曲は本来シリンドリカルミラーを用いる場合
の方がより発生し難いから、本発明の装置においてもシ
リンドリカルミラーを用いる方がより好ましい。

【００２６】また、上記実施例では曲率が均一なシリン
ドリカルミラーの裏面に複数の圧電材料１２を長手方向
に配列して付着した例を説明したが、前記圧電材料が、
蒸着、スパタッタリング等の薄膜形成方法により前記ミ
ラーまたはレンズの裏面に付着されたものでも効果は同
じように得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明の光ビ
ーム走査光学系においては、裏面に設けた圧電材料によ
り曲率が長手方向に沿って連続的に変化するシリンドリ
カルミラーまたはシリンドリカルレンズを結像光学系に
用いたことにより、サジタル像面わん曲を容易に低く抑
えることが可能となる。したがって本発明の装置によれ
ば、走査ビームの走査面上におけるスポット径のバラつ
きを低減させて精密走査が可能となる。

【００２８】さらに、場所によってビームフォーカスの
位置を変更することができるので、走査面１０に置かれ
るフィルム上の濃度分布（シェーディング）をコントロ
ールするような使い方をすることもできる。

【００２９】またこの光ビーム走査光学系においては、
上述のようにしてサジタル像面わん曲が低く抑えられる
から、本光学系を用いれば、光偏向器の面倒れを従来に
比べて比較的大きく許容できるようになり、したがって
比較的安価な光偏向器を使用可能となって光ビーム走査
装置のコストダウンも実現できる。

【００３０】特に、前記シリンドリカルミラーまたはシ
リンドリカルレンズが、曲率が均一のシリンドリカルミ
ラーまたはシリンドリカルレンズであり、この裏面に圧
電材料を付着させ、該圧電材料への印加電圧を変化させ
ることにより曲率をサジタル像面わん曲を補正するよう
に変化させるものであるから、前記シリンドリカルミラ
ーまたはシリンドリカルレンズが、安価に製造でき、実
現が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光ビーム走査光学系
を備えた光ビーム走査装置の概要を示す斜視図

【図２】
その結像光学系を示す側面図

【図３】本発明の第１実施例の光ビーム走査光学系にお
けるシリンドリカルミラーの曲率分布を説明する説明図

【図４】本発明の第２実施例の光ビーム走査光学系にお
けるシリンドリカルミラーの曲率分布を説明する説明図

【図５】本発明の第１実施例の光ビーム走査光学系のサ
ジタル像面わん曲を示すグラフ

【図６】本発明の第２実施例の光ビーム走査光学系のサ
ジタル像面わん曲を示すグラフ

【図７】曲率が均一のシリンドリカルミラーのみを使用
したときの光ビーム走査光学系のサジタル像面わん曲を
示すグラフ

【符号の説明】

１　　　　光源 ２　　　　光ビーム ４　　　　回転多面鏡 ５、６　　　　球面レンズ ７、７’　　シリンドリカルミラー ８　　　　結像光学系 １０　　　　走査面 １２　　　　圧電材料 １４　　　　制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光ビームの光路上に設けられた光偏向
   器と、この光偏向器により偏向された光ビームの光路上
   に設けられ、光ビームを走査面上において結像させる結
   像光学系とを備え、前記結像光学系が、前記光ビームの
   偏向面と垂直な方向にのみパワーを有するシリンドリカ
   ルミラーまたはシリンドリカルレンズを含む光ビーム走
   査光学系において、前記シリンドリカルミラーまたはシ
   リンドリカルレンズが、曲率が均一のシリンドリカルミ
   ラーまたはシリンドリカルレンズと、該ミラーまたはレ
   ンズの裏面に付着された該ミラーまたはレンズの曲率を
   調節する圧電材料とからなり、該圧電材料への印加電圧
   を変化させることにより前記ミラーまたはレンズの曲率
   を、サジタル像面わん曲を補正するように長手方向に沿
   って連続的に変化させることを特徴とする光ビーム走査
   光学系。