JPS5815767B2 - ヒカリビ−ムソウサホセイコウガクケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転多面鏡式光ビーム走査器に於ける回転多面
鏡の傾きによる走査光のズレを補正する装置に関する。

回転多面鏡による光走査法により画像を表現する場合一
般的に第１図に示す様な光学系を使う。

第１図に於て、光源１からの光線２は回転多面鏡３上に
て反射し投影レンズ４を経て、走査面５上にて結像する
。

走査面５上で、光線２が回転多面鏡３０回転により走査
される方向をｙ軸に、このｙ軸と垂直方向にｙ軸が取っ
である。

以下の説明において、ｙ軸とｙ軸は総て前記の関係を満
たすものとする。

光源１からの光線２は、回転多面鏡３０反射面が前記光
線２に対して垂直に正しく位置しているならば、走査面
５上のＸ軸上を走査される。

しかし実際上は回転多面鏡の軸を正しく製作及び調整す
ることが困難である。

すなわち回転多面鏡の回転軸又は反射面が所定の回転軸
又は反射面の位置に対して傾きが生じ、光線２は結像面
５上でｙ軸方向に位置ずれを生じる。

この上記位置ずれをなくし、良質の光走査を行なう為の
従来の方法としては、機械的に回転多面鏡の反射面の傾
きを極度になくす方法や、前記ｙ軸方向に対して回転反
射鏡上にフォーカスを取ることで、鏡面の傾きに関係な
く前記走査面５のＸ軸上に常に結像する装置（特開昭４
８−４９３１５）がある。

しかし前者は装置を製作する上で非常に製作精度が必要
とされるので作り難く、又後者は回転反射鏡の反射面上
に焦点を結ばせであるので、反射面上に傷などの欠陥が
あると光が散乱し、光量的に不利があるので、反射面の
面精度が非常に要求される。

そこで本発明は、回転多面鏡３に入射する光線２が走査
面５のＸ軸上を走査される時、回転多面鏡３の傾きによ
り走査面５上における光線２がｙ軸方向へ移動する感度
を低下させることにより、極力走査された光線の走査方
向と直交する方向へのゆらぎを押さえ、回転反射鏡３０
反射面に於ける精度もあまり必要とせず、製作上容易な
装置を提供するものである。

以下本発明につし・て詳述する。

第２図Ａ、Ｂは本発明の原理を示す図であり、第２図Ａ
は第１図示光学系の平面図を、第２図Ｂは第１図示光学
系の正面図を表わしている。

図中、６は投影レンズ光学系の光軸、７は走査面５のＸ
軸と同方向の成分を有する投影レンズ光学系３のＸ軸方
向成分の後側主平面、８は同じくｙ軸方向成分の後側主
平面であり、９，１０はそれぞれの前側主平面を表わし
ている。

ｆｘは投影レンズ系４のＸ軸方向の成分を持つ焦点距離
、ｆｙは同じくｙ軸方向の成分を持つ焦点距離である。

θＸは回転反射鏡３で反射された直後の光線２と前記光
軸６が前記Ｘ軸方向成分に於いてなす角で、走査方向の
角度を示し、θｙは光線２と光軸６が前記ｙ方向成分に
於いてなす角で、回転反射鏡３が回転する際に生じる面
の倒れ、製作上の誤差などにより生じる角度誤差である
。

投影レンズ系に光線２をＸ軸、ｙ軸方向に対する入射角
を各々θＸ、θｙを入射させると、走査面５上でのスポ
ット位置Ｘ、Ｙは光軸６と結像面が交わる点を原点とし
て取れば Ｘ＝ｆｘｔａｎθＸ Ｙ＝ｆｘｔａｎθｙ ＸとＹの変動量の比を取れば となる。

ここでｆｙ／ｆｘの比を小さく取れば、例えば投影レン
ズ系４のｙ軸方向成分の焦点距離を短くしてやれば、Ｘ
軸方向の走査に対してｙ軸方向の倒れなどによる感度を
ゆるくすることができる。

従って投影レンズ光学系の走査方向（Ｘ軸方向）の焦点
距離ｆｘ と、前記走査方向と直交する方向、即ち傾れ
補正方向（Ｙ軸方向）の焦点距離ｆｙ とが ｆｘ ＞ ｆｙ なる条件を有していれば傾れ補正ができるのである。

次に走査面上での走査ビーム（以下走査スポットと呼ぶ
）の形状に関して述べる。

通常走査スポットの形状は走査の目的に応じて円形又は
欄内形が多用されている。

走査面上に於けるスポットの形状を決定する要因として
は、前記投影レンズ光学系３のＸ軸方向及びＹ軸方向の
Ｆナンバーがある。

投影レンズ光学系３のＸ軸及びＹ軸方向の焦点が走査面
５上に結像されている時前記投影レンズ光学系のＸ軸方
向のＦナンバーをＦｘ、Ｙ軸方向のＦナンバーをＦｙと
すると走査面上でのスポットの形状は、 （ｉ）Ｆｘ＞Ｆｙ の場合はＸ軸方向に長く、Ｙ軸方向
に短い欄内形 曲）Ｆｘ＝Ｆｙの場合は円形 （ｉｉｉ）Ｆｘ＝Ｆｙの場合はＸ軸方向に短く、Ｙ軸方
向に長い欄内形 となる。

走査面上での走査線の間隔を埋める為に走査線の幅を走
査ピッチの幅又はそれよりも広くする必要がしばしば生
ずる。

この様な場合は上述の曲）で述べた様に走査スポットの
形状は走査方向（Ｘ軸方向）の幅は短かく、走査方向と
は垂直な方向（Ｙ軸方向）の幅を広くし、故意に走査面
上に於ける走査スポットのＸ軸方向とＹ軸方向のＦナン
バーの値を違える。

次に本発明の一実施例として走査スポットの形状が円形
になる場合に関して述べる。

走査スポットの形状を円形にするには、上述した様に以
上の条件が必要になる。

第２図Ａ、Ｂを併用して説明すると、 （Ｉ） 投影レンズ系４のＸ、ｙ方向のバックフォー
カス位置、即ち投影レンズ系４のＸ軸方向成分の後側主
平面７からｆｘの距離を取った位置と、同じく投影レン
ズ系４のｙ軸方向成分の後側主平面８からｆｙの距離を
取った位置が同じ走査面上になることである。

これは上述した様にｆｘ＞ｆｙなる条件の下に於いては
シリンドリカルレンズの様な縦方向と横方向に於いて主
平面の異なる様なレンズを用いてやれば満足できる条件
である。

（ＩＩ） 走査面上に於いて前記スポットのＸ軸方向
、ｙ軸方向のＦナンバー（口径／焦点距離）Ｆｘ。

Ｆｙをそれぞれ等しくしなげればならない。

これは投影レンズ系に入射する光束のＸ軸方向、ｙ軸方
向の幅（口径）の比ｗｘ／ｗｙを投影レンズ系の焦点距
離の比ｆＸ／ｆｙに等しくとればｗｘ ： ｗｙ ＝
ｆｘ ： ｆｙ となる。

故にとなり、前記スポットを円形に保つことができる。

以上の条件を満足する本発明に於ける走査スポットの形
状を円形にする場合の光学系の一実施例の概略を表わす
平面図を第３図Ａに同じく正面図を第３図Ｂに示す。

第３図Ａ 、Ｂに於いて１１は入射光束、１２は凹レン
ズ、１３は凸レンズ、１４．１５，１６，１７はシリン
ドリカルレンズ、１８は凸レンズ、１９は走査面、２０
は投影レンズ系１６．１７，１８のＸ軸方向成分の後側
主平面、２１は同じ（投影レンズ系１６，１７，１８の
ｙ軸方向成分の後側主平面でありｆｘ ＋ ｆｙはそれ
ぞれ投影レンズ系１６，１７，１８のＸ軸方向、ｙ軸方
向の焦点距離で、ＦＸ、Ｆｙ も同様に投影レンズ系の
Ｘ軸方向、ｙ軸方向のＦナンバーである。

第３図Ａに図示する如く光束１１のＸ軸方向成分の変化
について述べると、断面が円形の平行入射光束１１は凹
レンズ１２によって拡大され凸レンズ１３により平行光
束とされ、シリンドリカルレンズ１４，１５、反射面Ｒ
、シリンドリカルレンズ１６．１７等を光束幅の変化を
受けず通過し、凸レンズ１８により走査面１９上に結像
する。

第３図Ｂに図示する如（ｙ軸方向成分の変化に関して、
光束１１は凹レンズ１２により拡大され凸レンズ１３に
より平行光束とされ、シリンドリカルレンズ１４により
集光された後、シリンドリカルレンズ１５により平行光
束とされ反射面Ｒを経てシリンドリカルレンズ１６に入
射し再び光束幅を拡大され、シリンドリカルレンズ１７
によって平行光束とされ凸レンズ１８により走査面１９
上に結像する。

またシリンドリカルレンズを含む投影光学系１６，１７
，１８を用いたことにより、投影光学系のｙ軸方向成分
の後側主平面２１はＸ軸方向成分の後側主平面２０に比
べて走査面１９寄りに位置させることができるのでｆｘ
＞ｆｙという関係を満足する。

条件■の投影光学系のバックフォーカスの合致に関して
は投影光学系内のシリンドリカルレンズ１６，１７０曲
面部の曲率を変化させることで投影光学系のＸ軸方向成
分、ｙ軸方向成分の後側主平面の位置や焦点距離を調節
することができ、それによってバックフォーカスの位置
を合わせることができる。

次に条件■の投影光学系１６．１７，１８のＸ軸方向ｙ
軸方向のＦナンバー、ＦＸ、Ｆｙの合致に関しては光学
系内のに、Ｌ、Ｍのそれぞれの位置に於ける入射光束１
１の断面形状の変化を第３図Ｃに示しながら説明すると
上述した如く、円形（Ｋ点）の入射光束１１はＬ点に於
いては拡大された欄内形の平行光束になっていて、この
形状のままで反射面Ｒで反射した後投影光学系１６゜１
７．１８に入射する。

Ｌ点に於ける光束の断面のＸ軸方向成分の大きさをＬｘ
、ｙ軸方向成分の大きさをＬｙとすると、光束はＬｘ
： Ｌｙ＝ｆｘ ： ｆｙとなる様に光学系１２，１３
，１４，１５を配し−も合致させることができる。

上記装置に於ける投影光学系１６．１７，１８において
はシリンドリカルレンズ１７と凸レンズ１８の位置関係
は前後して設計されていても良い、又縦、横の光束幅の
異なった光束を得る為の前記光学系内のシリンドリカル
レンズ１４，１５を用いる代りに第４図示のプリズムを
用いることができる。

第４図Ａは第３図示シリンドリカルレンズ１４．１５の
部分にプリズムＰを用いた場合の平面図、第４図Ｂは同
じく正面図を示す。

直径ａの幅をもつ光束１１は屈折率ｎのプリズム２０８
面に垂直に入射し同じくＦ面に入射角θｉで入射し、出
射角θｊでプリズムＰから出射し反射面Ｒに垂直に入射
する様にプリズムを設置する。

この場合走査方向であるＸ方向の出射光束は光束幅の影
響を受けず、Ｘ方向の出射光束めみが影響を受けてｂの
光束幅となり、光束幅ａ、ｂの間には次の関係が成り立
つ にすることもできる。

以上述べた様に本発明の走査光学系に於いては回転走査
鏡に光束を平行もしくはほぼ平行の状態で入射させ、し
かる後に前記走査ビームを走査面上に投影させる投影レ
ンズ光学系に入射させる。

該投影レンズ光学系に於いては、回転反射鏡の反射面又
は回転軸の倒れによる走査ビームの振れを補正する方向
の焦点距離を走査方向の焦点距離よりも短かくすること
により商転鏡の倒れ補正を行う。

従って本発明は従来め倒れ補正光学系に比べ回転鏡に入
射するビームの径が大きい為、回転鏡の反射面上の表面
欠陥及び付着物による光束の散乱を小さく押えることが
出来又反射面上でのビームのエネルギー密度が低く去る
ので反射面を損傷することがない。

又、本発明は回転鏡の反射面に入射する光束が平行光宅
あるので、反射面上に結像される場合に比べると、回転
鏡の反射面がいかに回転しても該反射面から出射される
光束は平行光束であるので、回転鏡の回転に伴って走査
面上の走査スポットの集光状態に変化を生ぜず常に集光
度の良いスポット像が得られるなど、高速・高密度の走
査に適した高性能の光走査装置として優れた効果を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転反射鏡による一般的な光走査を示す概略図
、第２図Ａは本発明光ビーム走査補正光学系に於ける原
理を示す概略図の平面図、第２図Ｂは同じく正面図、第
３図Ａは本発明光ビーム走査補正光学系の第一実施例の
平面図、第３図Ｂは同じく正面図、第３図Ｃは本発明光
ビーム走査補正光学系内の光束の変化を示す断面図、第
４図Ａは本発明光ビーム走査補正光学系の第二実施例の
平面図、第４図Ｂは同じく正面図。 １・・・・・・光源、２・・五・光線、３・・・・・・
回転反射鏡、４・・・・・・投影光学系、５・・・・・
・結像面、６・・・・・・光軸、７．８・・・・・・後
側主平面、９，１０・・・・・・前側主平面、１１・・
・・・・光束、１２・・・・・・凹レンズ、１３，１８
・・・・・・凸レンズ、１４，１５，１６，１７・・・
・・・シリンドリカルレンズ、１９・・・・・・結像面
、２０．２１・・・・・・後側主平面、ｆｘ 、ｆ７・
・・・・・焦点距離、Ｆｘ 。 Ｆｙ・・・・・・Ｆナンバー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光線走査装置と、該光線走査装置に平行光束を入射
   させる第１光学系と、前記光線走査装置からの光束を走
   査面上に集光させる第２光学系とからなる光ビーム走査
   光学系において、第２光学系の走査方向の光束を集束さ
   せるための光学系の焦点距離より、走査方向と直交方向
   の光束を集束させるための光学系の焦点距離を短かくし
   且つ前記第２光学系の走査方向及び走査方向と直交する
   方向の各々の焦点位置を前記走査面と合致せしめた事を
   特徴とする光ビーム走査補正光学系。 ２ 光線走査装置と、該光線走査装置に平行光束を入射
   させる第１光学系と、前記光線走査装置からの光束を走
   査面上に集光させる第２光学系とからなる光ビーム走査
   光学系において、前記第２光学系の走査方向と直交する
   方向の光束を集束させるための焦点距離は、走査方向の
   光束を集束させるための焦点距離より短かく、前記走査
   方向と走査方向と直交する方向での第２光学系の焦点位
   置は前記走査面と合致し、且つ前記第２光学系の直交す
   る方向における焦点距離の比と、前記第１光光学系から
   入射する光束幅の縦方向と横方向の比がほぼ等しいこと
   を特徴とする光ビーム走査補正光学系。