JPH112769A

JPH112769A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH112769A
Application number: JP9156730A
Authority: JP
Inventors: Tama Takada; 球高田; Nozomi Inoue; 望井上; 高志 ▲濱▼; Takashi Hama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ビームスポットの形状が良好で、ビームヒポ
ットサイズや光パワーが安定し、光パワーの利用効率が
高い光走査装置。【解決手段】副走査方向において、アパーチャ６１の
実像６３が被走査面１７の偏向器側に、光源１の実像５
３が被走査面１７の偏向器とは反対側に位置するように
配置され、被走査面１７が副走査方向における略ビーム
ウエスト位置に配置されており、アパーチャ６１は光ビ
ームの中心強度に対して２５％以下の位置から副走査方
向の外側の部分を遮蔽するように設定されており、被走
査面１７のデフォーカスによるビームスボットサイズの
変動を最小にでき、ビームスポットサイズが最も小さい
部分を使用することができ、さらに、光パワーの利用効
率が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームプ
リンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、光ビー
ムを偏向器に入射させる整形光学系中にアパーチャを備
えた光走査装置において、デフォーカスによるビームス
ポットサイズの変動を少なくしかつ光パワー利用効率の
良い光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザービームプリンタ等の画像
記録装置や、各種画像読込み、測定装置に用いられる光
走査装置は、一般的に半導体レーザー等の光源から射出
した光ビームを整形光学系を経て偏向手段である回転多
面鏡等の偏向器で偏向させ、この偏向された光ビームを
ｆ・θレンズである結像レンズ系によって被走査面上に
ビームスポットを形成して走査するように構成してい
る。

【０００３】これらの装置においては、被走査面上にお
いて直線あるいは曲線上に光ビームを繰り返し走査し、
被走査面に位置する被走査媒体を前記の走査方向とはお
おむね直交方向に相対移動させ２次元の走査を行う。前
者の光走査装置による走査方向を主走査方向、後者の被
走査媒体の相対移動方向を副走査方向とする。

【０００４】このような光走査装置において、光ビーム
を偏向器に入射させる整形光学系中にアパーチャを備
え、その実像を被走査面の入射側近傍に結像させ、か
つ、光源の実像を被走査面より後方に結像させて被走査
面上でのデフォーカスによるビームスポットサイズの安
定化を図ったものが特開平４−２２９８１９号において
提案されている。

【０００５】ところで、前記のような光走査装置におい
て、解像度や処理速度の向上のために、光源から射出さ
れた光ビームを主走査方向に非常に直径の小さい状態で
回転多面鏡に入射させ、偏向された光ビームを伝達光学
系を介して再び回転多面鏡に入射させる高速光走査装置
が、特開昭５１−３２３４０号等において提案されてい
る。この回転多面鏡に光ビームを２度入射させる光走査
装置は、光ビームが最初に回転多面鏡に入射するときの
主走査方向の光ビームの直径を２回目に入射する場合に
比べて極めて小さくし、かつ、２回目に回転多面鏡に入
射する光ビームが回転する反射面の主走査方向の中心点
を追従するように伝達光学系を構成している。

【０００６】一方、光走査装置において、回転多面鏡の
回転軸に垂直な走査面に対し角度を持って光ビームを入
射させ偏向を行うものが、例えば特開平１−１６９４２
２号等において知られている。

【０００７】上記のように回転多面鏡の異なる反射面に
順に２度入射させることを、本明細書においては「２度
入射」と呼ぶことにする。また、回転多面鏡の走査面に
角度を有して光ビームを入射させることを、「斜め入
射」と呼ぶことにする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光ビームを
偏向器に入射させる整形光学系中にアパーチャを備えた
光走査装置においては、アパーチャの実像が被走査面の
近傍に位置するため、光源の実像と被走査面とを一致さ
せると、アパーチャの回折の影響により、デフォーカス
によるビームスポットサイズの変動が大きいという問題
がある。

【０００９】特開平４−２２９８１９号のものにおい
て、被走査面前後における副走査方向のビームスポット
直径は、図１６に示すようになっている。図１６の横軸
のデフォーカスＺが０の位置が特開平４−２２９８１９
号における被走査面位置であり、アパーチャの実像は、
被走査面に対して光源側（Ａの位置）、光源の実像は被
走査面に対して光源とは反対側（Ｂ位置）、ビームウエ
スト（ビームスポットサイズが最小となる位置）は、ア
パーチャの実像（Ａの位置）と光源の実像（Ｂ位置）の
間でかつ被走査面に対して光源側（Ｃの位置）に位置し
ている。

【００１０】また、特開平４−２２９８１９号のものに
おいては、アパーチャによる遮蔽がなされるのは、光ビ
ームの中心強度の少なくとも４０％（具体的な実施例で
は、少なくとも７１％）以下の部分であり、遮蔽部分が
大きいため、次の２つの問題がある。（１）図１６から明らかなように、ビームスポットサイ
ズを示す曲線が傾いている位置（デフォーカスが０の位
置）に被走査面を配置するので、デフォーカスによるビ
ームスポットサイズの変動がまだ大きい。（２）アパーチャの遮光による光パワー損失が大きく、
光パワーの利用効果が悪い。

【００１１】ところで、前記の特開昭５１−３２３４０
号等の２度入射の光走査装置においては、第１反射面上
の主走査方向のビームスポットサイズが極めて小さい
上、光源、第１反射面、第２反射面、被走査面を共役に
して面倒れ補正を行うと、副走査方向でも第１反射面上
のビームスポットサイズは極めて小さい。したがって、
第１反射面上の光ビームの断面積は極めて小さく、その
反射面に存在する傷や反射面上に付着した塵が結像特性
に悪影響を及ぼし、被走査面上のビームスポット形状が
崩れたりビームが遮られることにより、光ビームのパワ
ーが低下するという問題がある。

【００１２】本発明は従来技術のこのような点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、光ビームを偏向器に
入射させる整形光学系中にアパーチャを備えた光走査装
置において、ビームスポットの形状が良好で、ビームヒ
ポットサイズや光パワーが安定し、光パワーの利用効率
が高い光走査装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光走査装置は、光ビームを発生する光源と、前記光
源からの光ビームを所定の特性の整形光ビームに変換す
る整形光学系と、前記整形光学系中に設けられたアパー
チャと、前記整形光ビームを反射偏向させる複数の反射
面を有する偏向器と、前記偏向器の反射面により反射偏
向された光ビームを被走査面上にビームスポットを形成
させて走査させる走査光学系とを備えた光走査装置にお
いて、副走査方向において、前記アパーチャの実像が前
記被走査面の前記偏向器側に、前記光源の実像が前記被
走査面の前記偏向器とは反対側に位置するように配置さ
れ、有効走査範囲において、前記被走査面が副走査方向
における略ビームウエスト位置に配置されており、か
つ、前記アパーチャは光ビームの中心強度に対して２５
％以下の位置から副走査方向の外側の部分を遮蔽するよ
うに設定されていることを特徴とするものである。

【００１４】この場合、偏向器は回転多面鏡からなり、
その回転多面鏡の第１反射面により反射偏向された光ビ
ームを回転多面鏡の第２反射面に伝達入射させる伝達光
学系を備え、その第２反射面により反射偏向された光ビ
ームを走査光学系により被走査面上にビームスポットを
形成させて走査させるように構成することが望ましい。
そして、伝達光学系は副走査方向において第１反射面と
第２反射面とを略共役関係にしており、走査光学系は副
走査方向において第２反射面と被走査面とを略共役関係
にしていることが望ましい。なお、整形光学系の光軸、
伝達光学系の光軸、走査光学系の光軸が、回転多面鏡の
回転軸を含む共通の副走査面内に配置されているものと
することができる。

【００１５】本発明においては、副走査方向において、
アパーチャの実像が被走査面の偏向器側に、光源の実像
が被走査面の偏向器とは反対側に位置するように配置さ
れ、有効走査範囲において、被走査面が副走査方向にお
ける略ビームウエスト位置に配置されており、かつ、ア
パーチャは光ビームの中心強度に対して２５％以下の位
置から副走査方向の外側の部分を遮蔽するように設定さ
れているので、被走査面のデフォーカスによるビームス
ボットサイズの変動を最小にでき、また、ビームスポッ
トサイズが最も小さい部分を使用することができ、さら
に、光パワーの利用効率が高い。また、本発明を２度入
射の光走査装置に適用することにより、第１反射面の
傷、塵によっても悪影響を受けることがなく、被走査面
上で良好な形状で光パワーの安定したビームスポットを
得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の光走
査装置について詳細に説明する。まず、本発明の光走査
装置の実施例について説明する。図１は本実施例の光走
査装置の構成を示す平面図、図２はその側面図、図３は
その主要部の斜視図、図４はその主要部の側面図、図５
はアパーチャを半導体レーザー側から見た図である。以
下、本発明では、光学系の任意の位置において、その位
置における光学系の光軸を含み偏向器である回転多面鏡
４の回転軸４１に平行な面を副走査面と定義し、光軸を
含み副走査面に垂直な面を主走査面と定義する。さら
に、主走査面内において、光軸に垂直な方向を主走査方
向と定義し、また、副走査面内において、光軸に垂直な
方向を副走査方向と定義する。

【００１７】光源としての半導体レーザー１から射出し
た光ビームは、アパーチャ６１、第１整形レンズ２、第
２整形レンズ３を透過して整形され、偏向器としての回
転多面鏡４の第１反射面５に入射し、１度目の偏向がな
される。このとき、光ビームは、回転多面鏡４の回転軸
４１に垂直な面に対して角度を持って第１反射面５に入
射するため、入射する光ビームと反射された光ビームは
干渉しない。第１反射面５で反射された光ビームは、第
１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９
を透過して第１伝達ミラー１０で反射され、第４伝達レ
ンズ１１、第５伝達レンズ１２を透過して第２伝達ミラ
ー１３で反射され、再び回転多面鏡４の第２反射面６に
入射し、２度目の偏向がなされる。このときも、光ビー
ムは、回転多面鏡４の回転軸４１に垂直な面に対して角
度を持って第２反射面６に入射するため、入射する光ビ
ームと反射された光ビームは干渉しない。

【００１８】第２反射面６で反射された光ビームは、第
１走査レンズ１４、第２走査レンズ１５及び第３走査レ
ンズ１６により被走査面１７上に光ビームスポットとし
て結像されて走査される。回転多面鏡４の面数は１２面
（偶数）である。第３走査レンズ１６は、副走査方向に
偏心しており、その方向は図２中の矢印の方向である。
第３走査レンズ１６をこのように偏心させる理由は、回
転多面鏡４の第２反射面６で反射され偏向される光ビー
ムは円錐状の軌跡を描き、その光ビームの断面の座標系
が偏向角に依存して回転してしまい、被走査面１７上の
結像スポットの形状が崩れてしまうが、第３走査レンズ
１６をこのように偏心させることにより、その崩れが防
止できるからである。

【００１９】ところで、半導体レーザー１から第１反射
面５までの間の光学系を整形光学系２１、第１反射面５
から第２反射面６の間の光学系を伝達光学系２２、第２
反射面６から被走査面１７までの間の光学系を走査光学
系２３と称するとすると、回転多面鏡４の第１反射面５
と第２反射面６は回転軸４１を挟んで対向する相互に平
行な反射面であり、かつ、整形光学系２１、伝達光学系
２２、走査光学系２３の光軸は回転軸４１を含む共通の
副走査面内に配置されている。したがって、この光走査
装置は、２度入射で斜め入射でありながら、この副走査
面に関して対称な構成になっている。このような配置に
すると、整形光学系２１、伝達光学系２２、走査光学系
２３の光軸が主走査面で見て一直線上に配置されるの
で、構造上の主走査方向の基準面が１面に集約され、光
学系を構成する各要素を高精度に配置することができ
る。また、主走査面で見て、伝達光学系２２の光軸が整
形光学系２１及び走査光学系２３の光軸と一部重なるた
め、少ないスペースで配置でき、光走査装置の設置面積
の減少、装置の小型化が図れる。そして、このような配
置により、回転多面鏡４の回転軸４１の偏心に基づく走
査線の副走査方向での位置変動を防止することができ
る。

【００２０】図６に、整形光学系２１の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。主走査
面に垂直で副走査面に平行な接合面を備えカバーガラス
を有する半導体レーザー１から副走査方向に比べて主走
査方向により広がるように射出された光ビームｂ（図５
参照）は、第１整形レンズ２の入射面位置に配置された
矩形開口のアパーチャ６１によって周辺部が遮蔽され、
非球面コリメータレンズを構成する第１整形レンズ２に
より平行な光ビームに変換される。第２整形レンズ２は
副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンドリカルレ
ンズである。そのため、第２整形レンズ２を透過した光
ビームは、主走査面において平行な光ビームとして第１
反射面５に入射し、副走査面においては第１反射面５近
傍に結像（収束）する。

【００２１】図７に、伝達光学系２２の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１伝
達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達レンズ９は何
れも主走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレ
ンズであり、第１伝達レンズ７と第２伝達レンズ８は正
シリンドリカルレンズ、第３伝達レンズ９は負シリンド
リカルレンズであり、これら３枚で主走査方向正屈折力
伝達レンズ群２４を構成している。また、第４伝達レン
ズ１１は副走査方向にのみ正屈折力を有する正シリンド
リカルレンズであり、第５伝達レンズ１２は正屈折力を
有する球面レンズである。そして、これらの作用は、第
１反射面５で反射された光ビームは、主走査面におい
て、主走査方向正屈折力伝達レンズ群２４により一旦結
像する。伝達レンズ群２４の像側焦点と第５伝達レンズ
１２の物体側焦点は一致し、主走査面においてアフォー
カル光学系を構成している。そのため、光ビームは、第
５伝達レンズ１２で再び平行な光ビームに変換され、第
２反射面６に入射する。副走査面においては、第４伝達
レンズ１１と第５伝達レンズ１２の合成正屈折力によ
り、第１反射面５と第２反射面６とは共役関係になって
おり、第１反射面５近傍の収束点を第２反射面６近傍に
再び結像する。

【００２２】図８に、走査光学系２３の主走査方向の光
路図（ａ）と副走査方向の光路図（ｂ）を示す。第１走
査レンズ１４は正屈折力を有する球面レンズである。第
２走査レンズ１５は副走査方向にのみ屈折作用を有する
プリズムであり、第３走査レンズ１６は樹脂製の主走査
方向に長い長尺レンズである。第３走査レンズ１６の入
射面は、主走査方向に曲率半径の大きな凹形状となって
おり、副走査面方向には曲率半径の小さな凸形状となっ
ており、主走査方向の断面曲線をその入射面よりも被走
査面１７側に位置する主走査方向に平行な軸の回りに回
転させることにより形成される面である。このような面
は鞍型トーリック面とも呼ばれる。また、第３走査レン
ズ１６の射出面は、主走査方向で曲率半径の大きな凸形
状の非円弧状であり、副走査方向の断面形状は直線であ
り屈折力を有さない。このような構成の走査光学系２３
は、副走査面において、第２反射面６と被走査面１７を
共役関係にして、第２反射面６近傍の収束点を被走査面
１７近傍に結像する。また、主走査面においては、第２
反射面６から反射された平行な光ビームを被走査面１７
近傍に結像する。

【００２３】次に、伝達光学系２２の作用について説明
する。図９は伝達光学系２２の主走査面の断面展開図で
ある。第１伝達レンズ７、第２伝達レンズ８、第３伝達
レンズ９により構成される主走査方向正屈折力伝達レン
ズ群２４を、簡素化して単レンズとして示してある。第
４伝達レンズ１１は主走査方向の屈折力を持たないた
め、図示していない。図９（ａ）と（ｂ）に回転多面鏡
４が回転するときの光ビームの状態を示す。ところで、
図１〜図４等に示すように、伝達光学系２２の光路は、
伝達ミラー１０、１３により２回反射される。すなわ
ち、偶数回反射される。図９では、これらの偶数回の反
射について展開しているので、図９（ｂ）のように、第
１反射面５と第２反射面６の回転方向は同じである。

【００２４】第１反射面５に入射する平行な光ビームの
直径はｗ_iである。伝達光学系２２は主走査面内ではア
フォーカル光学系を構成しているので、第２反射面６に
入射する光ビームも平行であり、光ビームの直径はｗ_o
である。伝達レンズ群２４の焦点距離をｆ₁、第５伝達
レンズ１２の焦点距離をｆ₂とすると、ｗ_oをｗ_iで除
した光ビームの直径の比の値は、ｆ₂をｆ₁で除した値
に等しい。

【００２５】図９（ｂ）に示すように、回転多面鏡４が
角度θ₁だけ回転すると、第１反射面５で光ビームは角
度２θ₁だけ偏向される。偏向された光ビームは伝達レ
ンズ群２４、第５伝達レンズ１２を透過して、角度θ₂
だけ偏向される。この光ビームは点Ｑで光軸と交差す
る。第２反射面６上において、偏向された光ビームと光
軸との距離はｄであるが、回転多面鏡４が角度θ₁だけ
回転すると、第２反射面６も同じ距離ｄだけ移動するよ
うな位置関係に設定される。したがって、光ビームの移
動量と第２反射面６の移動量が一致し、第２反射面６か
ら光ビームがはみ出すことはない。

【００２６】このとき、偏向された光ビームは、第２反
射面６に対して角度θ₂だけ入射角が増大する側に偏向
されるので、第２反射面６で反射された光ビームの走査
角θ_sは、θ_s＝２θ₁＋θ₂と表わされる。

【００２７】本実施例の伝達光学系２２は主走査面にお
いてアフォーカル光学系であるので、その光学倍率βは
焦点距離ｆ₂を焦点距離ｆ₁で除した値であり、上記の
ように、光ビームの直径の比ｗ_o／ｗ_iにも等しい。ま
た、伝達光学系２２を透過する光ビームは角度２θ₁か
ら角度θ₂に偏向角が変化するので、光学倍率βは２θ
₁／θ₂と表すこともできる。したがって、光学倍率β
は次式で表される。

【００２８】 β＝ｗ_o／ｗ_i＝ｆ₂／ｆ₁＝２θ₁／θ₂ 本実施例では光学倍率βを、１＜β＜２０としている。

【００２９】本実施例のような回転多面鏡４で光ビーム
が２度の偏向をされる光走査装置は、従来の１度しか偏
向されない光走査装置に比べて、走査速度を速くするこ
とができる。このことについて次に説明する。

【００３０】従来の１度しか偏向しない光走査装置で
は、回転多面鏡が回転すると反射面が移動するため、１
回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れ
るために、回転多面鏡に入射する光ビームの主走査方向
の大きさよりも、反射面の大きさを大きくしなければな
らない。したがって、回転多面鏡の反射面の面数をあま
り多くすることができない。

【００３１】本実施例では、主走査面において、第１反
射面５に平行な光ビームが入射する。また、β＞１であ
るため、第１反射面５上における光ビームの主走査方向
の直径ｗ_iは、第２反射面６上における光ビームの主走
査方向の直径ｗ_oよりも小さい。そのため、従来の光走
査装置に対して第１反射面５の大きさが小さくても、１
回の走査において常に光ビーム全体を同一反射面に入れ
ることができる。ｗ_iを小さくすればする程、さらに第
１反射面５の大きさを小さくすることができる。また、
２度目の偏向では、回転多面鏡４が回転したときの光ビ
ームの移動量と第２反射面６の移動量が一致するため、
第２反射面６の主走査方向の大きさは、少なくとも入射
する光ビームの大きさと同じ大きさだけあればよい。

【００３２】したがって、従来の１度しか偏向しない光
走査装置に比べて、本実施例の２度の偏向をする光走査
装置では、第２反射面６上における光ビームの主走査方
向の直径ｗ_oに対して、第１反射面５上における光ビー
ムの主走査方向の直径ｗ_iを小さくすることにより、回
転多面鏡４の反射面を小さくすることができるため、反
射面の面数を多くすることができ、それだけ走査速度を
上げることができる。

【００３３】このように構成された光走査装置の具体的
な数値例を表−１に示す。この表−１では、シリンドリ
カル面、トーリック面は副走査方向、主走査方向の曲率
半径をｒ_ix、ｒ_iyとしている（ｉは光源１から被走査面
１７までの面番号を示す。）。また、非球面である面に
ついては、曲率半径は光軸上の値を示している。なお、
長さの単位はｍｍである。

【００３４】注）Ｓ_i：面番号ｉの面、ｒ_i：面番号ｉの曲率半径、ｄ_i：面番号ｉとｉ＋１の間の面間隔、ｎ_i：面番号ｉとｉ＋１の間の媒体の波長７８０ｎｍの屈折率である。

【００３５】第２整形レンズ２及び第３走査レンズ１６
の非球面を表す式は、ｚ_i＝（ｙ²／ｒ_i）／［１＋｛１−（Ｋ_i＋１）（ｙ
／ｒ_i）²｝^1/2］＋Ａ_iｙ⁴＋Ｂ_iｙ⁶＋Ｃ_iｙ⁸ であり、その非球面係数を次の表−２に示す。

【００３６】注）Ｓ₄ ：面番号４の非球面係数、Ｓ_26y：面番号２６の主走査方向の非球面係数である。

【００３７】この具体例において、第３走査レンズ１６
の入射面Ｓ₂₅は、ｒ_25y＝−１４７５．３９３７８の円
弧をｒ_25x＝３７．９５６７５で回転させて形成される
トーリック面である。なお、第２走査レンズ１５、第３
走査レンズ１６を通過するときのように、光路が屈折さ
れるときは、光軸は主光線と同じように屈折されるもの
とし、表−１、表−２のパラメータの基準となる光軸
は、常に走査中心を走査するビームの主光線に一致する
ものとする。

【００３８】また、回転多面鏡４の面数は１２、その内
接円直径は３８．６４ｍｍであり、回転多面鏡４の第１
反射面５、第２反射面６への光ビームの副走査方向の入
射角は何れも６°であり、第１伝達ミラー１０、第２伝
達ミラー１３への光ビームの副走査方向の入射角は何れ
も３°である。また、第２走査レンズ１５の射出面Ｓ₂₄
は副走査断面において１３°傾いており、第３走査レン
ズ１６の入射面Ｓ₂₅は副走査断面において８．７５０３
８７°傾いており、第３走査レンズ１６の射出面Ｓ₂₆は
副走査断面において２．８７５３７４°傾いている。こ
れらの傾き角の向きについては、図２、図４参照。

【００３９】また、第１整形レンズ入射面Ｓ₃に一致し
て、主走査方向０．７１５４ｍｍ、副走査方向１．０５
２６ｍｍの矩形のアパーチャ６１が配置されている。そ
して、副走査方向において、発光点１と回転多面鏡４の
第１反射面５は幾何光学的共役関係から外れている。た
だし、回転多面鏡４の第１反射面５、第２反射面６、被
走査面１７の３面は、何れも互いに共役関係にあるた
め、回転多面鏡４の面倒れ補正が行われている。したが
って、発光点１と被走査面１７は共役関係から外れてい
る。しかしながら、回折の影響により、光ビームが最小
となる位置（ビームウエスト）は幾何光学的結像点から
ずれた位置にあり、光ビームが略最小となる位置（ビー
ムウエスト）に被走査面１７が配置されている。この点
は後で説明する。

【００４０】なお、上記具体例の伝達光学系２２の主走
査方向の光学倍率βは８．２４、副走査方向の光学倍率
β_tは１．１２、走査光学系２３の副走査方向の光学倍
率β_sは０．４０６である。

【００４１】ここで、第２走査レンズ１５は、前記した
ように、副走査方向にのみ屈折作用を有するプリズムで
ある。このプリズムの作用について説明する。回転多面
鏡４の反射面６で反射され偏向された光ビームは円錐状
の軌跡を描き、第２走査レンズ１５のプリズムを配置し
ない場合、第３走査レンズ１６の長尺レンズ上で湾曲し
たビーム軌跡となってしまう。このプリズム１６は、図
１０に模式的に示すように、円錐状の光ビームａの軌跡
を第３走査レンズ１６の入射面上で直線状のビーム軌跡
Ａに変換する作用を有している。

【００４２】図１１は、上記の具体例の第３走査レンズ
１６の入射面におけるビーム軌跡を示した図であり、そ
のビーム軌跡を実線で示す。なお、図のＹ方向が主走査
方向、Ｘ方向が副走査方向を示す。比較のために、上記
具体例の光学系の回転多面鏡４の第２反射面６から第３
走査レンズ１６までの距離は変えずに、第２走査レンズ
１５のみを取り除いた場合の、第３走査レンズ１６の入
射面におけるビームの軌跡を破線で示す。図１１より、
第２走査レンズ１５のプリズム作用によりビームの軌跡
を直線状に補正する作用があることが分かる。

【００４３】図１２は、第３走査レンズ１６の副走査断
面を主走査方向の数か所（５か所）の位置で示したもの
で、断面形状の設計値に対する測定値の誤差を示したも
のである。図中、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ副走査方向、主
走査方向、光軸方向とする。図１２のように、第３走査
レンズ１６のような鞍型トーリック面を持つレンズの形
状誤差は、主走査方向の位置によらず略同じ様子を示す
が、副走査方向に周期的に変化する特徴がある。上記の
ように、第２走査レンズ１５のプリズム作用により、第
３走査レンズ１６上のビーム軌跡は直線Ａとなり、ビー
ムは主走査方向の位置に係わらず点Ｂ₁〜Ｂ₅の常に形
状誤差が凸の部分に入射する。主走査方向の何れの位置
においても、第３走査レンズ１６の形状誤差が凸の部分
に光ビームが入射すると、副走査方向の結像位置は設計
された位置より手前にずれるが、走査領域全体にわたっ
て常に同一量だけ手前にずれるため、第３走査レンズ１
６の位置を調整する等、光学系の調整をすれば補正する
ことが可能であり、このような調整により像面湾曲は生
じない。

【００４４】さて、ここで被走査面１７の配置位置とア
パーチャ６１の大きさについて検討する。図１等に示し
た本発明の１実施例の光走査装置の副走査方向の厳密な
光路図は図１３に示す通りである。ここで、整形光学系
２１、伝達光学系２２、走査光学系２３は、それぞれ簡
素化して単レンズとして示してある。半導体レーザー１
の実像５１、５２、５３は、それぞれ第１反射面５、第
２反射面６、被走査面１７の近傍でかつそれらの面に対
して半導体レーザー１とは反対側に位置する。また、ア
パーチャ６１の実像６２、６３は、それぞれ第２反射面
６、被走査面１７の近傍でかつそれらの面に対して半導
体レーザー１側に位置する。また、第１反射面５、第２
反射面６、被走査面１７は互いに幾何学光学的な共役関
係になっている。

【００４５】前記の実施例の光走査装置の具体的な数値
例を用いて、被走査面１７近傍のビームスポット直径を
シミュレーションによって求めた結果を図１４に示す。
なお、半導体レーザー１の副走査方向の広がり角は半値
全角で１０°であり、中心強度に対して１０％の位置で
アパーチャ６１により遮蔽されている。被走査面１７は
Ｚ＝０に位置し、半導体レーザー１の実像５３はＺ＝＋
４．１ｍｍに位置し、アパーチャ６１の実像６３はＺ＝
−７．６ｍｍに位置する。なお、ビームスポット直径は
中心強度に対して１／ｅ²の強度となる位置の直径であ
る。図１４のように、ビームスポットサイズが最小とな
るビームウエストは、半導体レーザー１の実像５３の位
置より手前（半導体レーザー１側）のＺ＝０に位置す
る。この現象は、前記の特開平４−２２９８１９号にも
開示されている。

【００４６】図１４のグラフから明らかなように、半導
体レーザー１の実像５３の付近ではカーブが傾いている
ので、デフォーカスによるビームズポットサイズの変動
が大きく、被走査面１７を実像５３に一致させることは
望ましくないと言える。そこで、前記の本発明の実施例
では、ビームズポット直径が最も小さくなるビームウエ
ストに被走査面１７を略一致させしている。この位置は
カーブの底にあるので、デフォーカスによるビームスボ
ットサイズの変動は小さく、また、最も小さいビームス
ポットを利用することができる。

【００４７】また、前記の特開平４−２２９８１９号の
実施例では、アパーチャにより遮蔽する光ビームは中心
強度の４０％以上の位置と大きいため、図１６のよう
に、ビームウエスト位置に関してビームスポットサイズ
の変動が非対称となり、光源側にデフォーカスしたとき
のビームスポットサイズの増加が激しいので、ビームウ
エストを被走査面よりも光学系側に配置させて、ビーム
スポットサイズの変化を抑えている。

【００４８】これに対して、本発明では、アパーチャに
よる遮蔽が少なく、上記数値例では、光ビームの中心強
度に対して１０％の位置で遮蔽している。このような場
合は、図１４に示すように、ビームスポットサイズの変
動はビームウエスト位置に関して略対称となり、被走査
面１７を略ビームウエストに一致させることにより、ビ
ームスポットサイズが最も小さい部分を使用することが
でき、また、デフォーカスによるビームスポットサイズ
の変動を最小にすることができる。

【００４９】前記の光学系の具体的な数値例において、
半導体レーザー１の広がり角のばらつきを考慮した場合
のビームスポット直径の変化を図１５に示す。一般に、
半導体レーザー１の副走査方向の広がり角は、半値全角
で７°〜１３°程度のばらつきがあり、広がり角が７
°、１０°、１３°の場合のビームスポット直径を図１
５に示す。広がり角が７°、１０°、１３°のとき、ア
パーチャ６１が遮蔽する位置は、それぞれ中心強度に対
して１％、１０％、２５％である。何れの広がり角にお
いても、ビームスポットサイズはビームウエストに関し
て略対称になっているため、被走査面１７をビームウエ
ストに略一致させることにより、デフォーカスによるビ
ームスポットサイズの変動を最小に抑えることができ
る。レンズの製造精度やレンズの取付精度や温度変動に
より、デフォーカスは凡そ±１ｍｍ程度発生するが、そ
の範囲でビームスポット直径は７５±１３μｍと実用的
に十分なレベルが実現されている。広がり角のばらつき
は７°〜１３°であり、±３０％の変動があったのに対
し、ビームスポット直径は７５±１３μｍとなってお
り、±１７％に低減することができる。

【００５０】一方、特開平４−２２９８１９号のよう
に、光ビームの中心強度に対して２５％より大きい部分
をアパーチャで遮蔽すると、アパーチャが遮蔽する部分
が大きくなりすぎ、ビームスポットサイズの変動がビー
ムウエストに関して非対称となり、安定して小さいビー
ムスポット直径を得ることができなくなるという問題が
ある。

【００５１】また、本発明のように、アパーチャ６１が
遮蔽する位置が光ビームの中心強度に対して２５％以下
であると、アパーチャによる光パワーの損失は９．６％
以下となり、光パワーの利用効率を高いものとすること
ができる。

【００５２】さらに、前記のような回転多面鏡４の異な
る反射面に順に２度入射させる光走査装置においては、
第１反射面５上での主走査方向のビームスポット直径は
極めて小さい。ところが、本発明のように、被走査面１
７を略ビームウエストに一致させると、図１３に示した
ように、副走査方向では半導体レーザー１の実像５１は
第１反射面５から離れた位置に結像するため、第１反射
面５上では光ビームはある程度の大きさを持つ。したが
って、第１反射面５に傷があったり、第１反射面５上に
塵が付着していても、結像特性に悪影響を及ぼしたり、
光ビームがこの傷や塵によって遮られることがなくな
り、被走査面１７上で良好な形状で光パワーの安定した
ビームスポットが得られる。

【００５３】なお、前記実施例では、偏向器として回転
多面鏡を使用するものについて説明したが、偏向器とし
て回転多面鏡の他に、回動軸を中心に正弦振動を行うガ
ルバノミラー、回転２面鏡の場合にも同様の効果を達成
することができる。また、回転多面鏡の反射面で２度反
射されるものだけでなく、１度だけ入射して反射偏向さ
れる光走査装置にも適用できる。以上、本発明の光走査
装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれ
らに限定されず、種々の変形が可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光走査装置によれば、副走査方向において、アパーチ
ャの実像が被走査面の偏向器側に、光源の実像が被走査
面の偏向器とは反対側に位置するように配置され、有効
走査範囲において、被走査面が副走査方向における略ビ
ームウエスト位置に配置されており、かつ、アパーチャ
は光ビームの中心強度に対して２５％以下の位置から副
走査方向の外側の部分を遮蔽するように設定されている
ので、被走査面のデフォーカスによるビームスボットサ
イズの変動を最小にでき、また、ビームスポットサイズ
が最も小さい部分を使用することができ、さらに、光パ
ワーの利用効率が高い。また、本発明を２度入射の光走
査装置に適用することにより、第１反射面の傷、塵によ
っても悪影響を受けることがなく、被走査面上で良好な
形状で光パワーの安定したビームスポットを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の１実施例の構成を示す平
面図である。

【図２】図１の光走査装置の側面図である。

【図３】図１の光走査装置の主要部の斜視図である。

【図４】図１の光走査装置の主要部の側面図である。

【図５】図１の光走査装置のアパーチャを半導体レーザ
ー側から見た図である。

【図６】図１の光走査装置の整形光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図７】図１の光走査装置の伝達光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図８】図１の光走査装置の走査光学系の主走査方向と
副走査方向の光路図である。

【図９】伝達光学系の作用を説明するための主走査面の
断面展開図である。

【図１０】屈折プリズムの補正作用を説明するための図
である。

【図１１】本発明の１つの具体例の第３走査レンズの入
射面におけるビーム軌跡を示した図である。

【図１２】本発明の１つの具体例において像面湾曲が発
生しない理由を説明するための図である。

【図１３】図１の光走査装置の副走査方向の厳密な光路
図である。

【図１４】本発明の１つの具体例の被走査面近傍のビー
ムスポット直径をシミュレーションによって求めた結果
を示す図である。

【図１５】本発明の１つの具体例の半導体レーザーの広
がり角のばらつきを考慮した場合のビームスポット直径
の変化を示す図である。

【図１６】従来例における被走査面前後における副走査
方向のビームスポット直径を示す図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザー（光源）２…第１整形レンズ３…第２整形レンズ４…回転多面鏡５…回転多面鏡の第１反射面６…回転多面鏡の第２反射面７…第１伝達レンズ８…第２伝達レンズ９…第３伝達レンズ１０…第１伝達ミラー１１…第４伝達レンズ１２…第５伝達レンズ１３…第２伝達ミラー１４…第１走査レンズ１５…第２走査レンズ（プリズム）１６…第３走査レンズ（長尺レンズ）１７…被走査面２１…整形光学系２２…伝達光学系２３…走査光学系２４…主走査方向正屈折力伝達レンズ群４１…回転多面鏡の回転軸５１、５２、５３…半導体レーザーの実像６１…アパーチャ６２、６３…アパーチャの実像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを発生する光源と、前記光源か
らの光ビームを所定の特性の整形光ビームに変換する整
形光学系と、前記整形光学系中に設けられたアパーチャ
と、前記整形光ビームを反射偏向させる複数の反射面を
有する偏向器と、前記偏向器の反射面により反射偏向さ
れた光ビームを被走査面上にビームスポットを形成させ
て走査させる走査光学系とを備えた光走査装置におい
て、副走査方向において、前記アパーチャの実像が前記被走
査面の前記偏向器側に、前記光源の実像が前記被走査面
の前記偏向器とは反対側に位置するように配置され、有
効走査範囲において、前記被走査面が副走査方向におけ
る略ビームウエスト位置に配置されており、かつ、前記
アパーチャは光ビームの中心強度に対して２５％以下の
位置から副走査方向の外側の部分を遮蔽するように設定
されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記偏向器は回転多面鏡からなり、前記
回転多面鏡の第１反射面により反射偏向された光ビーム
を前記回転多面鏡の第２反射面に伝達入射させる伝達光
学系を備え、前記第２反射面により反射偏向された光ビ
ームを前記走査光学系により前記被走査面上にビームス
ポットを形成させて走査させるように構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】前記伝達光学系は副走査方向において前
記第１反射面と前記第２反射面とを略共役関係にしてお
り、前記走査光学系は副走査方向において前記第２反射
面と前記被走査面とを略共役関係にしていることを特徴
とする請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】前記整形光学系の光軸、前記伝達光学系
の光軸、前記走査光学系の光軸が、前記回転多面鏡の回
転軸を含む共通の副走査面内に配置されていることを特
徴とする請求項２又は３記載の光走査装置。