JPS58179814A - 光ビ−ム走査装置 - 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】 本発明は、光源からの光ビームを、回転多面鏡で反射し
、集光レンズを介して被走査面に与え、走査を行う光ビ
ーム走査装置に関する。

この種の光ビーム走査装置は、その概略を第１図に示し
たように、本来は回転多面１１１に入射したレーザ２等
からの光ビームが、矢印方向に回転する回転多面鏡１の
鏡面で反射して、集光レンズ（ｆ・θレンズ）３を通っ
て被走査面ＳＰの上の走査線ＳＰ１に沿って、走査方向
（×方向）に一様な速度で移動する光スポットを結ぶよ
うに構成されている。ところが、回転多面［１の回転軸
に対して各鏡面が平行でなく、その角度に不揃い（倒れ
角誤差）があると、走査方向に直角な方向（Ｘ方向）に
光スポットが不均一にシフトし、例えば、第２図に示す
如く、反射面１ａの倒れ角誤差がΔθあると、被走査面
ＳＰでΔｄ＝２ｆ　・Δθ（ただし、ｆは集光レンズ３
の焦点距離）のシフト量が生じてしまう。この倒れ角誤
差や回転軸のブレは走査線のピッチむらを生じさせるた
め、何らかの対策をとる必要がある。その−っとして、
■作精麿を上げて倒れ角誤差を微小化することが考えら
れるが、実際には工作精度上の限界に近く、たとえ工作
できるにしても、工数がかかり、量産は難しく、極めて
高価になるという問題がある。　又、従来から、第３図
及び第４図に示寸如く、円柱レンズ４等を用いて、光ビ
ームを回転多面１１に走査方向に平行な線状のビームと
して入射させ、回転多面鏡１と被走査面ＳＰとの間に配
置した、円柱レンズ（あるいはトロイダルレンズ）５及
び集光レンズ３により、前記線状のビームと走査位置を
走査方向と直角な方向に関し、光学的共役として補正づ
るもの（特開昭４８−４９３１５号）がある。しかし、
この形状の円柱レンズ５を用いると、全走査幅にわたっ
て一様なスポットサイズを得ることができないし、円柱
レンズ５の代わりにＸ方向にも一定の曲率を有するトロ
イダルレンズを用いると、はぼ一様なスポットサイズは
得られるが、トロイダルレンズが高価なため、光ビーム
走査装置が高コストになるという新たな問題が生ずる。

更に、他の従来例として、第５図及び第６図に示す如く
、円柱レンズ６及び７によって偏平（第７図に回転多面
鏡１の一面１ａ上でのビーム形状を示す）で、且つ光軸
方向に平行に近い光ビームを回転多面１１に入射させる
と共に、集光レンズ３と被走査面ＳＰとの間に単に円柱
レンズ８を設けたものもある。この装置についても、全
走査幅にわたって一様なスポットサイズが得られないと
いう問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、光源か
らの光ビームを回転多面鏡で反射し、集光レンズを介し
て被走査面に与え、走査を行う光ビーム走査装置におい
て、前記光源と前記回転多面鏡との間に、走査方向に幅
が広く偏平な、しかも光軸方向にほぼ平行な光ビームを
形成するビーム整形手段を設けると共に、前記集光レン
ズと前記被走査面との間の前記被走査面付近に、可撓性
の円柱レンズと、該円柱レンズの長手方向の端部を前記
被走査面側に湾曲させる拘束部材とを配設することによ
り、全走査幅にわたって一様なスポットサイズが得られ
、走査線ピッチむらを生じない光ビーム走査装置を簡単
な構成で且つ安価に実現したものである。

以下、図面を参照し本発明の詳細な説明する。

第８図は、本発明に係る光ビーム走査装置における、回
転多面鏡と被走査面の間の光ビーム及び光学系の概略構
成図で、（ｂ）は上面断面図、（ａ）は走査中央での側
面断面図、（Ｃ）は走査端での側面断面図を示している
。図中、１１は回転多面鏡で、その反射面（１１面）に
は、図示しないビーム整形手段から、走査方向に幅が広
く偏平なしかも光軸方向に平行に近い光ビームが入射し
ている。１２は回転多面＃Ｒ１１の反射ビームを受ける
集光レンズ（ここではｆ・θレンズが使用されている）
、１３は被走査面（通常、平面若しくは走査線に関して
はほぼ平面とみなせる面である）ＳＰ付近に配置された
可撓性の凸円柱レンズで、走査方向（Ｘ方向）に対して
直角な方向くＸ方向）に屈折力を有づる。この円柱レン
ズ１３は、拘束部材１００によって、その端部（第８図
（ｂ）には片方の端部１３ａのみ示した）が被走査面Ｓ
Ｐ側に近づくように湾曲されている。

第９図は拘束部材の一例であるガイド部材１００の一具
体例を示す説明図で、図中、１０１がベース側ガイド部
材、１０２は押え側ガイド部材、１０３はポリウレタン
やゴム等の弾性体でなる２つの棒（以下弾性棒と記す）
である。

勿論上下一体になしても、シート状チー１あってもよい
。円柱レンズ１３は、ベース側ガイド部材１０１に一方
の面が当接され、他方の面の上下端部を弾性棒１０３を
介して押え側ガイド部材１０２で押圧され、これによっ
て所定の湾曲形状を保っている。この湾曲形状は、ガイ
ド部材１０１．１０２の円弧状曲面１０１ｂ、１０２ｂ
の形状によって決まるので、該形状を適当に設定するこ
とにより、所望の湾曲形状が得られる。尚、両ガイド部
材１０１，１０２共、円柱レンズを通過する光ビームの
光路を確保するため、光透過１１０１ａ、１０２ａが穿
ｉＱさＭおり、又、両者の結合は図示しないビスや接着
剤等によって行われる。

このガイド部材１００としては、第１０図の如き構成の
ものを用いることもできる。これは、円柱レンズ１３に
当接する両ガイド部材１０１゜１０２の当接部に多数の
ねじ棒１０１ｃ、１０２Ｃを配設し、これらねじ棒１０
１Ｃ，１０２Ｃの頭部にて円柱レンズ１３の湾曲形状を
、第１１図に示す如く、規制するように構成したもので
ある（尚、図中、１０１ｄ、１０２ｄは固定用ナツトで
ある）。このガイド部材によれｉｆ、ねじ棒１０１ｃ、
１０２ｃを回動することにより、自由な湾曲形状を設定
できる。

本実施例装置では、回転多面ｌ１１１の反射面と被走査
面ＳＰは、幾何光学的にほぼ共役になっており、集光レ
ンズ１２を通過した光ビームは、Ｘ方向に関しては、集
光レンズ１２から被走査面ＳＰに向かって一様に収束し
ながら進み、又、Ｖ方向に関しては、集光レンズ１２を
通過した後収束し始め、円柱レンズ１３を通過後特に急
速に収束しながら進む。

ところで、円柱レンズ１３の実効的焦点距離は、光ビー
ムが斜めに入射することにより短くなるため、仮に円柱
レンズ１３として走査方向（Ｘ方向）に真直なものを用
いたとすれば、光ビームが走査中央から離れるにつれて
、円柱レンズ１３通過後に生ずる光ビームのビームウェ
ストは、被走査面Ｓ　Ｐの前方（円柱レンズ１３側）に
移動することになるが、本発明では、上述の如く、可撓
性の円柱レンズ１３を湾曲させて用いているため、被走
査面ＳＰ付近（被走査面ＳＰ上を含む）にビームウェス
トを生じさせ得る。以下、この点を式を用いながら説明
する。

まず、円柱レンズ１３が平凸タイプとし、その屈折面の
曲率半径をＲ１焦点距離をｆ１屈折率ｎとすれば、これ
らの間には、 ｆ−Ｒ／（ｎ−１）・・・（１） なる関係が成り立つ。

又、光ビームが走査中央から離れ、円柱レンズ１３に斜
めから入射した場合の入射角をψ、屈折角をψ′とすれ
ば、これらには、屈折の法則より ｓｉｎψ＝ｎｓｉｎψ’−（２＞ なる関係が成り立つ。

更に、円柱レンズ１３に斜めに光ビームが入射するとき
の実効的焦点距離をｆ′、光軸上の微小部分での曲率半
径をＲ′とすれば、Ｒ’　＝Ｒ２／　（Ｒ／ｃｏｓψ′
） ＝　Ｒｃｏｓψ′　　　　　・・・（３）ｆ’　−Ｒ’
　／（ｎ−１）　　　・・・（４）が成り立つ。

従って、ｆ　／ｆ　’は、（１）〜（４）式より、ｆ　
　／ｆ　　’　　−Ｒ／Ｒ’ ＝１／ｃｏｓ　　ψ′ ＝１／　　　　−ｓｉｎ　　　　ｎ　　　　−（５）と
なる。

ここで、Ｆｌ−］］コ１ｈ−ψ−７ｒｉ−７２＜　１で
あるから、ｆ＞ｆ’　となり、上述の如く、円柱レンズ
１３に光ビームが斜めに入射するときの焦点距離は短く
なる。このため、本発明では、円柱レンズ１３のビーム
入射点と被走査面ＳＰとの間隔が走査線ＳＰ１に沿って
一様なビームスポットとなるように曲げられた上述の湾
曲状円柱レンズ１３を、被走査面ＳＰ付近に配設してい
る。特に本実施例ではビームウェストが被走査面ＳＰ付
近に生じるように構成している。

従って、回転多面鏡１１、集光レンズ１２、円柱レンズ
１３、被走査面ＳＰの相対位置、焦点距離、この系へ入
射づる光ビームの径、波面曲率半径等を適当に定めるこ
とにより、被走査面ＳＰ上に、所望のスポットが得られ
、このスポットの形状（真円である必要はなく、楕円で
もよい）を全走査幅にわたって一様にできる。

具体的に述べると、−例として円柱レンズ１３の焦点距
離を５０＋＋＋＋ｎ１集光（ｆ・θ）レンズ１２の焦点
距離を３５０　＋＋＋ａ、走査長を２８０ａ＋ｍにし、
円柱レンズ１３の湾曲を円弧状としてその半径を約２．
１００ｎｓに選んだ光学系を主走査手段とし、等速で移
動する台に写爽用印画紙を取り付け、文字記録を行った
ところ、走査の全幅にわたってほぼ良好な記録が行われ
た。これに対し、従来の例えば第５図の如き光学系では
、走査中央付近においては良好な記録が得られるが、走
査端では、線の太り、画像の切れ等の劣化が生じた。

本発明においては、スポット径の均−竹が強く要求され
る場合、円柱レンズ１３の曲げを円弧ではなく、より最
適な形状に曲げることによって上記要求に応えることが
できる。特に必要な曲げの形状が一定曲率の円弧でない
場合、通常のガラス研摩による円柱レンズの製作はほと
んど不可能であるのに対し、本発明では、可撓性の円柱
レンズとすることによって必要な湾曲を与えることが可
能となる。

尚、第８図にはビーム整形手段を示さなかったが、この
ビーム整形手段は、例えば、第１２図及び第１３図に示
す如く、レーザ１４からのレーザビームを受ける球面レ
ンズによるビーム拡大手段１５と、ビーム拡大手段１５
通過後のレーザビームが入射する長焦点円柱レンズ１６
及び短焦点円柱レンズ１７とから構成できる。

又、第１４図に示す如く、レーザ１４から出射されたレ
ーザビームを変調器１８を介して受ける単一の円柱レン
ズ１９と、円柱レンズ１９通過後のレーザビームが入射
する球面レンズでなるビーム拡大手段２０とからも構成
できる。このような光束整形手段を用いる理由は、回転
多面Ｉｆ１１１へ入射する光ビームのｙ方向波面曲率半
径が非常に大であり、光ビーム幅が小さいことから、回
転多面鏡以前の光学系の光路長が極端に長くなることを
避けながら所望のパラメーターを有する光束を得るため
である。

以上詳細に説明したように、本発明では、回転多面鏡の
反射面と被走査面とが、集光レンズと円柱レンズから成
る光学系でもって回転多面鏡の倒れ角誤差による走査ピ
ッチむらの発生を防止すると同時に、可撓性の円柱レン
ズを被走査面付近に配設し、且つこの円柱レンズを拘束
部材で湾曲させることによって、被走査面上でのスポッ
トの大きさを一様にしたものである。

このため、低精度で低コストの回転多面鏡を用いること
ができ、又、高価なトロイダルレンズを用いる必要がな
い。従って、走査による読取りを行う装置あるいは記録
を行う装置として、優れた性能のものを、低トコストで
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ビーム走査装置の主要部の基本的な構成図、
第２図は倒れ角誤差の説明図、第３図乃至第７図は従来
装置の説明図、第８図は本発明装置の構成図、第９図は
円柱レンズの拘束部材の一例であるガイド部材の分解状
態を示づ斜視図、第１０図はガイド部材の他の構成を示
す斜視図、第１１図は第１０図の一部断面を示す断面図
、第１２図乃至第１４図はビーム整形手段の説明図であ
る。 １．１１・・・回転多面鏡 ３．１２・・・集光レンズ（［・θレンズ）４〜８．１
３，１６．１７．１９・・・円柱レンズ２．１４・・・
レーザ １５．２０・・・ビーム拡大手段 １８・・・変調器 １００・・・ガイド部材（拘束部材） １０１・・・ベース側ガイド部材 １０２・・・押え側ガイド部材 ＳＰ・・・被走査面 特許出願人　　小西六写真工業株式会社代　　理　　人
　　　弁理士　　井　　島　　藤　　治犀９図 第１２図 １フ 手続補正角 １．事件の表示 昭和５７年特許願第４５０５９号 ２、発明の名称 光ビーム走査装置 ３、補正をする習 事件との関係　　特　許　出　願　人 任　所　　　　東京都新宿区西新宿１丁目２６番２号氏
　名（名称）　　（１２７）　　　小西六写真ニ１業株
、１（会社代表者　　川　本　信　彦 ４、代　理　人 〒１９１ 住　所　　　　　　東京都日野市多摩平１１０２番地第
１ビル　７０６号室 ５、補正命令の日付 自発 ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄及び図面の第１２図
及び第１４図 ７、補正の内容 （１）明細吉第１０ページ第６行目の ［Ｆ丁＝石丘スＵ］ゴ７く１」を ［ｆＴ＝Ｔ訂「■アＷ丁丁≦１Ｊと補正する。 （２）明細書第１０ページ第７行目の ［ｒ＞ｆ’Ｊを［ｆ≧ｆ’Ｊと補正する。 （３）図面の第１２図及び第１４図を別紙の通り補正す
る。 以　　土

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　光源からの光ビームを回転多面鏡で反射し、集
   光レンズを介して被走査面に与え、走査を行う光ビーム
   走査装置において、前記光源と前記回転多面鏡との間に
   、走査方向に幅が広く偏平な、しかも光軸方向にほぼ平
   行な光ビームを形成するビーム整形手段を設けると共に
   、前記集光レンズと前記被走査面との闇の前記被走査面
   付近に、可撓性の円柱レンズと、該円柱レンズの長手方
   向の端部を前記被走査面側に湾曲させる拘束部材とを配
   設したことを特徴とする光ビーム走査装置。
2. （２）　前記拘束部材としてガイド部材を用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ビーム走査装
   置。
3. （３）　前記回転多面鏡の反射面と前記被走査面とがほ
   ぼ残飼光学的共役関係にあるように構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光ビーム
   走査装置。
4. （４）　前記被走査面付近でビームウェストが生じるよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項又は第３項記載の光ビーム走査装置。