JP2554753B2 - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ビームを走査光学系により主走査及び副
走査を行って２次元の平面走査を行う光ビーム走査装置
に関する。

〔従来技術〕

一般にレーザから照射された光ビームを画像へ照射
し、その透過又は反射光を読み取るビーム読取装置、或
いは光ビームを記録材料へ照射し、画像を記録する光ビ
ーム記録装置等の光ビーム走査装置では、レーザからの
光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）及びガルバノ
ミラー等で構成される走査光学系により、主走査及び副
走査を行って、２次元の平面走査している。

すなわち、光ビームは、高速で回転されるポリゴンミ
ラーの反射面で反射されることにより主走査がなされ、
その後この反射された光ビームは所定のタイミングで一
定ピッチで傾倒されるガルバノメータで反射されること
により、副走査がなされる。

ところで、上記光ビーム走査装置では、主走査記録位
置を一定とするため、走査用光ビームの他に同期信号形
成のための光ビームが必要となる。この同期信号の入力
時又はこの入力時から所定時間経過した時を主走査記録
時期として定めることにより、各主走査線の同期をとる
ことができる。

このような同期信号生成のために、従来は走査用光ビ
ームの他、同期信号用光ビームを用いたものがある。こ
の場合、同期信号用光ビームは、走査光学系の手前で走
査用光ビームと光路が一致するように合成し、その後、
同期信号用光ビームを同期信号発生用のエンコーダへ分
離する必要がある。この合成と分離とを色分解プリズム
（ミラー）を用いて行うため、同期信号用光ビームと走
査用光ビームとは波長が異なるレーザが必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記構成では、波長の異なるレーザを
２個設置する必要があり、これらのレーザを駆動するた
めの駆動源も複数必要となるため、部品点数が多く、組
付作業性も悪い。

特に現在では、１個のレーザを音響光学素子によって
入力される光ビームを複数に分割し、複数本の主走査を
同時に行うことができるレーザ記録装置が開発されてお
り、同期信号を得るためのみに別のレーザを配設するこ
とは好ましくない。なお、音響光学素子による光ビーム
の分割の際、０次光は使用されていない。この０次光を
同期信号として適用しようとしても、同一のレーザから
出力された光ビームであり、走査用光ビームとの合成及
び分離を行うための光学系が複雑で実用的でなかった。

本発明は上記事実を考慮し、簡単な構造で音響光学素
子により得られる光ビームの０次光を容易に同期信号と
して用いることができる光ビーム走査装置を得ることが
目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る光ビーム走査装置では、入射される光ビ
ームを複数に分割すると共に光変調を行う音響光学素子
を備え、光ビームを走査光学系により主走査及び副走査
を行って２次元の平面画像の走査を行う光ビーム走査装
置であって、前記音響光学素子を通過する０次光の光路
延長上に配設されこの０次光の偏光面を所定角度変更す
る変更手段と、前記変更手段によって偏光面が変更され
た０次光を走査用光ビームの光路へ案内する光学部材
と、偏光面が異なる０次光と走査用光ビームとを合成す
る第１の偏光ビームスプリツタと、合成された０次光と
走査用光ビームとの光路を分離する第２の偏光ビームス
プリツタと、前記第２の偏光ビームスプリツタによって
分離された０次光により同期信号を作成する同期信号作
成手段と、を有している。

〔作用〕

本発明によれば、音響光学素子により分割される出力
光の内、走査用光ビームとして使用せず、かつ出力強度
の大半を占める０次光を変更手段によりその偏光面を所
定角度変更する。偏光面が変更された０次光は光学部材
によって再度走査用光ビームの光路へと案内され、第１
の偏光ビームスプリツタによって走査用光ビームと合成
される。これにより、０次光はその光路が走査用光ビー
ムと一致され主走査がなされる。

このように、走査用光ビームと合成された０次光を第
２の偏光ビームスプリツタで分離する。これは、０次光
と走査用光ビームとの偏光面が異なっているのっで、容
易に分離することができる。この分離された０次光を用
いて同期信号作成手段によって同期信号作成する。この
同期信号により、走査用光ビームの走査開始時期を制御
することができる。また、第２の偏光ビームスプリツタ
で分離された書込み光は、副走査され書込面へ導かれ
る。

すなわち、本発明では０次光の偏光面を走査用露光ビ
ームとは異ならせることにより第１及び第２の偏光ビー
ムスプリツタで容易に合成及び分離することが可能とな
り、簡単な構造で０次光を同期信号として適用すること
ができる。

〔実施例〕

第２図には、本実施例に係るレーザビーム記録装置10
が示されている。

レーザ12からは、レーザ電源14からのオン・オフ信号
によりレーザビームが出力されるようになっており、こ
のレーザビームは、レンズ16を介し同時多ビーム光変調
装置の一部を構成する音響光学素子（以下AOMという）1
8へ入力されている。

AOM18は、AOMドライバ20によって制御されている。AO
Mドライバ20にはAOM18と共に同時多ビーム光変調装置を
構成する光変調回路22が接続されている。この光変調回
路22は、AOMドライバ20を制御して、AOM18による光変調
の強度を変更する役目を有しており、その構成について
は後述する。

AOM18から出力されるレーザビームは、本実施例で
は、８本のレーザビームに分割されレンズ24及びミラー
26を介してポリゴンミラー28へ入力されている。

また、第１図に示される如く、AOM18からは、上記８
本のレーザビームの他、走査用として適用しないレーザ
ビームが出力されている。これは、AOM18によって回折
されない０次光であり、直線的にAOM18を通過してい
る。AOM18を通過した０次光は、その光路延長上に配設
された1/2λ板80へ入力されている。この1/2λ板80で
は、０次光の偏光面を90°変更して出力するようになっ
ている。1/2λ板80を出力した０次光は、ミラー82を介
して偏光ビームスプリツタ84へ入力されている。偏光ビ
ームスプリツタ84は、前記AOM18から出力される走査用
レーザビームの光路上に配設されており、この結果０次
光は走査用レーザビーム（１次光から８次光）と合成さ
れてポリゴンミラー28へと至るようになっている。

ポリゴンミラー28は、ポリゴンドライバ30によって高
速回転されるようになっており、入力されたレーザビー
ムを反射面で反射させて主走査するようになっている。
ポリゴンミラー28の反射面で反射されたレーザビームは
走査レンズ29へ入射し、走査レンズ29から射出後、偏光
ビームスプリツタ86を介してミラー32、リレーレンズ３
へ入射する。なお、リレーレンズ33へと至るレーザビー
ムは前記偏光ビームスプリツタ86を直線的に通過した走
査用レーザビームであり、前記０次光のレーザビーム
は、偏光ビームスプリツタ86により、直角に偏向され
る。すなわち、０次光はその偏光面が1/2λ板80によっ
て変更されているので、偏光ビームスプリツタ86により
走査用レーザビームとは分離される。

偏光ビームスプリツタ86で反射されたレーザビーム
は、ミラー34を介してガルバノメータ36へ入力されてい
る。

ガルバノメータ36は、ガルバノメータドライバ37によ
って、その反射面が副走査方向へ移動可能とされてお
り、レーザビームの１主走査終了毎に副走査方向へ移動
し、レーザビームの反射方向を変更している。ガルバノ
メータ36で反射されたレーザビームは、ミラー38、レン
ズ40を介してステージ42へと至るようになっている。

ステージ42には、記録材料44が配置されており、レー
ザビームは、この記録材料44へ照射され、記録材料44上
へ画像を記録することができる。

記録材料44は、その長手方向両端部が、それぞれリー
ル46、48へ層状に巻き取られており、１画像の記録が終
了すると、一方のリール46から他方のリール48へと移動
される構成である。

第３図に示される如く、光変調回路22へは、AOM18に
よって分割されるレーザビームの数に応じた画像データ
信号を伝播する信号線50が入力されている。この信号線
50は、それぞれ変調器64へ接続されている。

なお、図示は省略したが信号線50は、それぞれ分岐さ
れ、一方は遅延回路へ送られ、他方は画像データ信号の
オンの数を認識するようになっている。ここで、遅延回
路によって遅れて出力される画像データ信号の光強度
を、認識された画像データ信号のオンの数に応じて変更
することにより、所謂光の奪い合いによる出力変動を防
止している。なお、遅延回路は、画像データ信号のオン
の数を認識する時間を考慮して設定される。

これらの変調器64には、それぞれ発振器66が接続され
ており、AOM18によって分割するための所定の周波数に
それぞれの信号を変調している。変調器64は、それぞれ
増幅器67を介して混合器68へ接続されている。混合器68
では、それぞれの変調器64から出力される画像データ信
号を混合しAOMドライバ20へ出力している。

第１図に示される如く、偏光ビームスプリツタ86によ
って直角に偏向された０次光の光路延長上には、エンコ
ーダ格子88が配設されている。エンコーダ格子88は、０
次光の主走査方向に沿って複数のスリツト孔90を備え０
次光が主走査方向へ移動されることにより、エンコーダ
格子88の裏面側に所定のパルス光が出射されるようにな
っている。なお、０次光の主走査幅W_Sは、約50mmであ
り、スリツト孔90の数もこの幅に対応して設けられてい
る。

エンコーダ格子88の裏面側には、一対のミラー92、94
が対向配置されている。これらのミラー92、94の一端は
それぞれエンコーダ格子88と当接されている。また、こ
れらのミラー92、94の間隔寸法は、他方の端部へと至る
に従い徐々に狭くなるように傾斜されている。このた
め、これらのミラー92、94の他方の端部における間隔寸
法W_Mは、約29mmとされている。

ミラー92、94の他方の端部には、光電検出器96が取付
けられている。この光電検出器96は、その幅方向のミラ
ー92、94の間が全て光検出面とされており、その立ち上
がり時間が15nsecとされ、レーザビームの走査時間に充
分対応できる性能を有する光電検出器である。すなわ
ち、ミラー92、94の間隔寸法を徐々に狭めて、上記光電
検出器96の配置位置の間隔寸法を29mmとしたので、前記
光電検出器96が適用可能となっている。

光電検出器96は、検出された光を電流値に変換し、こ
の電流値が所定のしきい値を超えた時点に同期信号とし
て適用され、走査用レーザビームの出力時期が制御され
るようになっている。

以下に本実施例の作用を説明する。

まず、画像データ信号は、遅延回路52へ入力され、所
定の時間遅延された後出力される。一方、分岐された画
像データ信号は、そのオンの数が認識され、この数に応
じて前記遅延回路52から出力された画像データ信号の光
強度が制御され、所謂光の奪い合いによる光の強度の変
動が防止される。

画像データ信号は、それぞれの変調器64により変調さ
れた後、混合器68で混合され、AOMドライバ20へ出力さ
れる。このAOMドライバ20からAOM18へ出力されるのに同
期して、レーザ電源14でレーザ12をオンとしてレーザビ
ームを出力する。

レーザ12から出力されたレーザビームは、レンズ16を
介してAOM18へと至り、このAOM18によって複数（本実施
例では８本）のレーザビームに副走査方向へ分割され
る。分割されたレーザビームは、偏光ビームスプリツタ
84、レンズ24及びミラー26を介してポリゴンミラー28へ
と至り、このポリゴンミラー28の回転により、反射方向
が変更されレーザビームは主走査される。

ポリゴンミラー28の反射面で反射されたレーザビーム
はミラー32、34を介してガルバノメータ36へと入射され
る。ガルバノメータ36では、その反射面がレーザビーム
の１主走査毎に副走査方向へ傾倒される。なお、本実施
例では、８本の主走査を同時に行うので、ガルバノメー
タ36による副走査方向の傾倒角度は、９ピツチ毎とな
る。

ガルバノメータ36で反射されたレーザビームはミラー
38、レンズ40及び偏向ビームスプリツタ86を介してステ
ージ42上の記録材料44へ照射され、画像が記録される。

ここで、本実施例のレーザビーム記録装置10では、主
走査の記録時期を定める同期信号としてAOM18から出力
される０次光を用いている。すなわち、AOM18から出力
された０次光は、まず、1/2λ板80によって偏光面が90
°変更され、次いで、ミラー82によって反射されて、偏
光ビームスプリツタ84へと至る。偏光ビームスプリツタ
84では、AOM18によって回折された走査用レーザビーム
と０次光とが合成され、この結果、０次光は前記走査用
レーザビームと同一の光路をを通って、レンズ40から出
力される。

レンズ40を出力した０次光は、偏光ビームスプリツタ
86で直角方向へ偏向され、走査用レーザビームとは分離
される。これは、０次光の偏光面が走査用レーザビーム
の偏光面とは90°変更されているためであり、同一波長
のレーザビームであっても容易に分離することができ
る。

偏光ビームスプリツタ86によって分離された０次光
は、エンコーダ格子88を通過することにより、その裏面
にはパルス光が出力される。パルス光は、直接又はミラ
ー92、94で反射され、光電検出器96へと至り、この光電
検出器96でその光が検出され、同期信号として適用され
る。光電検出器96では、入力された光量を電流値に変換
し、この電流値が所定のしきい値を超えた時点で出力す
ることにより、走査用レーザビームによる主走査記録時
期を制御することができる。

ここで、本実施例の光電変換器96は、その立ち上がり
時間が15nsecとされた光電検出器であり、この立ち上が
り時間により、レーザビームの走査時間に対応すること
ができる。ところで、０次光の主走査方向幅W_Sは、約50
mmであり、前記光電検出器96をそのままエンコーダ格子
88の裏面側へ載置しても全幅の検出を確保することがで
きない。そこで、エンコーダ格子96の裏面側へミラー9
2、94を徐々にその間隔寸法が狭まるように配置したの
で、光電検出器96の検出可能幅に対応させることがで
き、確実に同期信号を得ることができる。

このように、本実施例ではAOM18から出力される０次
光を偏光方向を変えて同期信号作成用として適用したの
で、波長の異なるレーザを別途設ける必要がなく、部品
点数を削減することができる。また、1/2λ板80を用
い、０次光の偏光面を走査用レーザビームに対して90°
変更させたので、偏光ビームスプリツタ84、86を用いる
ことにより、容易に走査用レーザビームと０次光とを合
成及び分離することができる。

さらに、エンコーダ格子88の裏面側へ徐々に互いの間
隔寸法が狭まるように一対のミラー92、94を配設したの
で、走査用レーザビームの走査時間に充分対応可能の立
ち上がり時間を持つ光電検出器96を適用することができ
る。このため、主走査による光量変動も少なくすること
ができ、検出信号のS/N比も向上することができる。

また、エンコーダ格子88を通過して得られるパルス光
を直接又はミラー92、94で反射させて光電検出器96で検
出するようにしたので、パルス光利用効率を大幅に上げ
ることができる。すなわち、従来のアクリルロツドの周
面からの入光させパルス光をアクリルロツドの軸方向端
部で検出していた場合のパルス光の利用効率が１〜５％
であったのに比べ、本実施例ではこのパルス光の利用効
率を80〜100％とすることができる。

なお、本実施例では、1/2λ板80を用いて０次光の偏
光面を90°変更したが、ミラーの入射側と反射側とにそ
れぞれ1/4λ板を設け、円偏光に一度変換した後、偏光
面を90°変更するようにしてもよい。

また、エンコーダ格子88を通過した光を直接又はミラ
ー92、94で反射させて光電変換器96へと案内したが、第
４図に示される如く、ミラー92、94に代えてアクリル製
又はガラス製の箱体98を配置してもよい。この場合、箱
体の側面98Aは、前記ミラー92、94と同様に傾斜させる
必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明に係る光ビーム走査装置は、
簡単な構造で音響光学素子により得られる光ビームの０
次光を容易に同期信号として用いることができるという
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る走査光学系の概略構成図、第２
図はレーザ記録装置の概略構成図、第３図は光変調回路
のブロツク図、第４図は同期信号検出のための光電変換
器及びその周辺の変形例を示す拡大図である。 10……レーザビーム記録装置、12……レーザ、18……AO
M（音響光学子）、28……ポリゴンミラー、36……ガル
バノメータ、80……1/2λ板（変更手段）、82……ミラ
ー（光学部材）、84……（第１の）偏光ビームスプリツ
タ、86……（第２の）偏光ビームスプリツタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射される光ビームを複数に分割すると共
   に光変調を行う音響光学素子を備え、光ビームを走査光
   学系により主走査及び副走査を行って２次元の平面画像
   の走査を行う光ビーム走査装置であって、前記音響光学
   素子を通過する０次光の光路延長上に配設されこの０次
   光の偏光面を所定角度変更する変更手段と、前記変更手
   段によって偏光面が変更された０次光を走査用光ビーム
   の光路へ案内する光学部材と、偏光面が異なる０次光と
   走査用光ビームとを合成する第１の偏光ビームスプリツ
   タと、合成された０次光と走査用光ビームとの光路を分
   離する第２の偏光ビームスプリツタと、前記第２の偏光
   ビームスプリツタによって分離された０次光により同期
   信号を作成する同期信号作成手段と、を有する光ビーム
   走査装置。