JP2574400B2 - Scanning light distortion correction device - Google Patents

Scanning light distortion correction device

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JP2574400B2
JP2574400B2 JP13665188A JP13665188A JP2574400B2 JP 2574400 B2 JP2574400 B2 JP 2574400B2 JP 13665188 A JP13665188 A JP 13665188A JP 13665188 A JP13665188 A JP 13665188A JP 2574400 B2 JP2574400 B2 JP 2574400B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 レーザビームを用いた光走査装置における走査光の歪
を補正する走査に関し、 放物面鏡を用いた走査光学系において、投影面上での
走査ビームが略直線状の軌跡を描くように補正すること
を目的とし、 回転偏向ミラーによる偏向ビームを放物面鏡により所
定方向に走査するビーム走査光学系において、偏向ミラ
ーの回転軸線に対し所定の入射角度で斜め方向からビー
ムを入射し、その結果得られる偏向ビームの軌跡が放物
面鏡による走査ビームの湾曲軌跡を実質上相殺する軌跡
を描くように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] Regarding scanning for correcting distortion of scanning light in an optical scanning device using a laser beam, in a scanning optical system using a parabolic mirror, a scanning beam on a projection surface is A beam scanning optical system that scans a beam deflected by a rotating deflecting mirror in a predetermined direction with a parabolic mirror with the aim of correcting the beam so as to draw a substantially linear trajectory. , The beam is incident from an oblique direction, and the resulting trajectory of the deflected beam is configured to draw a trajectory that substantially cancels the curved trajectory of the scanning beam by the parabolic mirror.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はレーサビームを用いたレーザ記録、レーザ画
像読み取り、レーザ加工、レーザ表面検査装置等に使用
される光走査装置に関し、特にその走査光の湾曲歪を補
正する装置に関する。
The present invention relates to an optical scanning device used for laser recording, laser image reading, laser processing, laser surface inspection, and the like using a laser beam, and more particularly to an apparatus for correcting a bending distortion of the scanning light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、集光されたレーザビームを走査する光学系で
は、レーザ光源からのレーザビームを回転多面鏡(ポリ
ゴンミラー)により走査し、F・Θレンズ系により記録
媒体上に収束する。一方、高価なF・Θレンズ系の代わ
りに、放物面鏡(パラボリックミラー)を用いた光学系
も開発、実用されている(例、特開昭52−4109号公報、
同52−56547号公報、同56−155916号公報、あるいは阿
部、松田共著、「放物面鏡による光ビーム走査偏差補正
法」、光学p67〜74、1977年4月発行、等)。
Generally, in an optical system that scans a focused laser beam, a laser beam from a laser light source is scanned by a rotating polygon mirror (polygon mirror) and converged on a recording medium by an F • Θ lens system. On the other hand, an optical system using a parabolic mirror (parabolic mirror) has been developed and put into practical use instead of the expensive F / Θ lens system (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-4109,
JP-A-52-56547 and JP-A-56-155916, or Abe and Matsuda co-authored, "Light Beam Scanning Deviation Correction Method Using Parabolic Mirror", Optics p67-74, published April 1977).

放物面鏡を用いた光学系は周知の如く、F・Θレンズ
系を用いた光学系に比較し次の如き利点がある。
As is well known, an optical system using a parabolic mirror has the following advantages as compared with an optical system using an F • Θ lens system.

(1) 鏡であるため波長には左右されず、従って色収
差がない。
(1) Since it is a mirror, it is not affected by the wavelength and therefore has no chromatic aberration.

(2) 比較的大きな走査長を簡単に得ることができ
る。
(2) A relatively large scanning length can be easily obtained.

(3) 高性能システムを比較的廉価に実現出来る。(3) A high-performance system can be realized at relatively low cost.

(4) 多量の反射光を検出することが可能である。(4) A large amount of reflected light can be detected.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、その反面、放物面鏡を用いた光学系に
おいては、入射ビームの光軸と反射ビームの光軸とをず
らす必要があるため、即ち、両ビーム間に所謂、軸外し
角を付す必要があるため(さもなければ、反射ビームは
入射ビームに一致してしまい検出出来ない)、投影面上
で走査ビームが湾曲するという欠点がある。
However, on the other hand, in an optical system using a parabolic mirror, it is necessary to shift the optical axis of the incident beam and the optical axis of the reflected beam, that is, to provide a so-called off-axis angle between both beams. (Otherwise the reflected beam coincides with the incident beam and cannot be detected), which has the disadvantage that the scanning beam is curved on the projection surface.

第13、14図は走査ビームの湾曲を説明するための図で
ある。同図において、レーザビーム10は水平面(Z軸に
平行な平面)内の所定方向から照射され、回転鏡(ポリ
ゴンミラー、ガルバノミラー等)13により所定方向に反
射、走査される。放物面鏡11に照射したビーム10はそこ
で反射され、走査面(投影面)17上に結像する。
FIGS. 13 and 14 are diagrams for explaining the curvature of the scanning beam. In FIG. 1, a laser beam 10 is irradiated from a predetermined direction in a horizontal plane (a plane parallel to the Z axis), and is reflected and scanned in a predetermined direction by a rotating mirror (polygon mirror, galvano mirror, etc.) 13. The beam 10 applied to the parabolic mirror 11 is reflected there and forms an image on a scanning plane (projection plane) 17.

走査ビームは回転鏡11の回転に伴い放物面鏡11への入
射位置が順次変化するが、放物面鏡11はパラボナアンテ
ナの如き3次元湾曲形状を呈するために第14図に10A,1
0'で示す如く放物面鏡11での反射位置に応じて投影面17
からの光学距離が連続的に変化し、その結果、投影面17
上での結像位置がずれ、10Cで示す如き湾曲する。この
湾曲度は走査ビームの高低差dで表わされる。尚、Θ
(第14図)は軸外し角である。
The incident position of the scanning beam on the parabolic mirror 11 changes sequentially with the rotation of the rotating mirror 11, but the parabolic mirror 11 has a three-dimensional curved shape like a parabolic antenna.
As indicated by 0 ', the projection surface 17 is changed according to the position of reflection on the parabolic mirror 11.
Continuously changes the optical distance from
The above image forming position shifts and curves as shown by 10C. This degree of curvature is represented by the height difference d of the scanning beam. In addition, Θ
(FIG. 14) is the off-axis angle.

走査ビームの湾曲は例えば、POSシステムにおけるビ
ームスキャナとして用いられる場合には読み取り誤差の
要因となったり、あるいはリーザプリンタにおけるビー
ムスキャナとして用いられる場合には印字不良等の要因
となる等、種々の悪影響を及ぼす。
Various adverse effects such as a scanning beam curvature may cause a reading error when used as a beam scanner in a POS system, or may cause printing defects when used as a beam scanner in a reeser printer. Effect.

本発明の目的は投影面上でのこのような走査ビームの
湾曲を補正して直線走査を実現し得る光学系を実現する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to realize an optical system capable of realizing linear scanning by correcting such a curvature of a scanning beam on a projection surface.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願発明者は上記の問題点が偏向ミラー(回転鏡)の
回転軸に対しビームを垂直に入射しているために生じる
ことに着眼した。即ち、放物面鏡による反射光が投影面
17上での湾曲ビーム10Cに対応する湾曲軌跡を描くため
である。そこで、この問題を解決するためには、投影面
上でのビームの湾曲を打ち消す軌跡を描くような放物面
鏡による反射光を作りだすことにより解決されることに
なる。そこで本発明では、基本的には偏向ミラーの光軸
線に対し斜め方向から入射するようにしたことを最大の
特徴とする。
The inventor of the present application has focused on the fact that the above-mentioned problem arises because the beam is incident perpendicular to the rotation axis of the deflecting mirror (rotating mirror). That is, the light reflected by the parabolic mirror is projected onto the projection surface.
This is for drawing a curved trajectory corresponding to the curved beam 10C on 17. Therefore, this problem can be solved by creating reflected light by a parabolic mirror that draws a locus that cancels out the curvature of the beam on the projection surface. Therefore, the most characteristic feature of the present invention is that the light is basically incident obliquely with respect to the optical axis of the deflecting mirror.

第1図は本発明における湾曲補正の基本原理を示すも
のである。
FIG. 1 shows the basic principle of curvature correction in the present invention.

一般的に、偏向ミラーMの回転軸線Oに対し光ビーム
を垂直に入射すると、第1図(1)に示す如く、その偏
向ビームの軌跡Boは投影面Sで観察した場合直線とな
る。他方、ミラー回転軸線Oに対し斜め方向からビーム
を入射すると、偏向ビームの軌跡B0は光路長が同一とな
らなくなるために第1図(2)、(3)に示す如く弧状
に湾曲するという現象が見られる。第1図(2)は斜め
上方から入射した場合、同図(3)は斜め下方から入射
した場合を夫々示す。湾曲度はビーム入射角に左右され
る。即ち、ビーム入射角を適当な値に設計することによ
り偏向ビームの軌跡Boをほぼ所望の湾曲線とすることが
出来る。
In general, with respect to the rotation axis O of the deflection mirror M enters the light beam vertically, as shown in FIG. 1 (1), the trajectory B o of the deflected beam is a straight line when viewed in a projection plane S. On the other hand, when the beam is incident obliquely with respect to the mirror rotation axis O, the trajectory B 0 of the deflected beam will be curved in an arc shape as shown in FIGS. 1 (2) and (3) because the optical path lengths will not be the same. The phenomenon is seen. FIG. 1 (2) shows a case where light is incident from obliquely above, and FIG. 1 (3) shows a case where light is incident from obliquely below. The degree of curvature depends on the angle of incidence of the beam. That is, it is possible to substantially desired curvature ray trajectory B o of the deflected beam by designing the beam incident angle to an appropriate value.

本発明ではこの原理を利用している。 The present invention utilizes this principle.

即ち、この偏向ビーム(反射ビーム)の湾曲によっ
て、後に生じる放物面鏡による湾曲を相殺するという思
想に立脚している。
That is, the present invention is based on the idea that the curvature of the deflected beam (reflected beam) cancels out the curvature caused by the parabolic mirror generated later.

上記の目的を達成するために、本発明に係る歪補正装
置によれば、偏向ミラーの回転軸線に対し所定の入射角
度で斜め方向からビームを入射し、その結果得られる偏
向ビームの軌跡が放物面鏡による走査ビームの湾曲軌跡
を実質上相殺する軌跡を描くことを構成上の特徴とす
る。
In order to achieve the above object, according to the distortion correction apparatus of the present invention, a beam is incident obliquely at a predetermined incident angle with respect to the rotation axis of the deflecting mirror, and the trajectory of the resulting deflected beam is emitted. The configuration is characterized by drawing a trajectory that substantially cancels out a curved trajectory of the scanning beam by the object mirror.

好ましくは、放物面鏡には所定の軸外し角が付与さ
れ、偏向ミラーへのビーム入射角は放物面鏡の軸外し角
の略0.65倍に設定される。
Preferably, a predetermined off-axis angle is given to the parabolic mirror, and the beam incident angle on the deflecting mirror is set to approximately 0.65 times the off-axis angle of the parabolic mirror.

また、好ましくは、偏向ミラーへの入射ビームは偏向
ミラーが放物面鏡に対し正面を向いた時の偏向ミラーの
正面から入射せしめられる。
Preferably, the beam incident on the deflecting mirror is made incident from the front of the deflecting mirror when the deflecting mirror faces the parabolic mirror.

好ましくは、偏向ミラーの回転軸線を放物面鏡の光軸
の垂線に対し、偏向ミラーへのビーム入射角と同一の角
度だけ傾斜せしめられる。
Preferably, the rotation axis of the deflecting mirror is inclined with respect to the perpendicular of the optical axis of the parabolic mirror by the same angle as the angle of incidence of the beam on the deflecting mirror.

〔作 用〕 ビームが偏向ミラーに斜め方向から入射すると上述の
如く、その偏向ビームは湾曲軌跡を描く。
[Operation] When the beam is incident on the deflecting mirror from an oblique direction, the deflected beam follows a curved trajectory as described above.

一方、放物面鏡による走査ビームも前述の如く必然的
に湾曲軌跡を描く。
On the other hand, the scanning beam by the parabolic mirror necessarily draws a curved trajectory as described above.

偏向ミラーによる偏向ビームの湾曲軌跡は放物面鏡に
よる走査ビームの湾曲軌跡と相殺する方向の曲線である
ので、結果として最終的に走査面上での走査線は実質上
直線となる。
Since the curved trajectory of the deflected beam by the deflecting mirror is a curve in a direction that cancels out the curved trajectory of the scanning beam by the parabolic mirror, the scanning line on the scanning plane is eventually substantially straight.

偏向ミラーへのビーム入射角を放物面鏡の軸外し角の
略0.65倍に設定すると走査ビームの直線性が最も良好な
ことが確認されている。
It has been confirmed that the best linearity of the scanning beam is obtained when the beam incident angle on the deflecting mirror is set to approximately 0.65 times the off-axis angle of the parabolic mirror.

偏向ミラーへの入射ビームを偏向ミラーが放物面鏡に
対し正面を向いた時の偏向ミラーの正面から入射せしめ
れば、偏向ミラーはその中心部のみの小領域で必要な範
囲の偏向角をカバーすることが出来、偏向ミラーの小型
化が図れる。
If the beam incident on the deflecting mirror is made to enter from the front of the deflecting mirror when the deflecting mirror is facing the front with respect to the parabolic mirror, the deflecting mirror sets the required range of deflection angle in a small area only at the center. The cover can be covered, and the size of the deflection mirror can be reduced.

偏向ミラーの回転軸線を放物面鏡の光軸に垂直な線に
対し、偏向ミラーへのビーム入射角と同一の角度だけ傾
斜せしめることにより、偏向ミラーの反射光は放物面鏡
の光軸に平行になる。
By tilting the rotation axis of the deflecting mirror with respect to a line perpendicular to the optical axis of the parabolic mirror by the same angle as the angle of incidence of the beam on the deflecting mirror, the reflected light of the deflecting mirror is converted to the optical axis of the parabolic mirror. Parallel to

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。Examples Examples of the present invention will be described below.

まず初めに、本発明に係る光学系の各要素の具体的な
配置構成の決定方法について説明する(第2、3、4
図)。
First, a method of determining a specific arrangement of each element of the optical system according to the present invention will be described (second, third, fourth).
Figure).

1.偏向ミラーMの法線ベクトルの導出 偏向ミラー(回転ミラー)Mへのビーム10の入射角β
(以下、「湾曲補正角」と呼ぶ)は放物面鏡Pの焦点距
離、軸外し角、走査長、偏向位置から、図示の直交3次
元X−Y−Z座標系内において幾何学的計算により求め
られる。
1. Derivation of normal vector of deflection mirror M Incident angle β of beam 10 to deflection mirror (rotating mirror) M
(Hereinafter referred to as “curvature correction angle”) is a geometric calculation in the illustrated orthogonal three-dimensional XYZ coordinate system from the focal length, off-axis angle, scan length, and deflection position of the parabolic mirror P. Required by

偏向ミラーMの回転角をX軸方向(放物面鏡の光軸方
向)から見て左回り(反時計方向)にαとする。偏向ミ
ラーMの回転軸O−Oの傾きをY軸方向(放物面鏡の光
軸に直交する垂直平面方向)から見て右回り(時計方
向)にβとする。
The rotation angle of the deflecting mirror M is α in a counterclockwise direction (counterclockwise) when viewed from the X-axis direction (the optical axis direction of the parabolic mirror). The inclination of the rotation axis OO of the deflecting mirror M is defined as β in a clockwise direction (clockwise) when viewed from the Y-axis direction (a vertical plane direction orthogonal to the optical axis of the parabolic mirror).

まず、α=β=0の時のミラーの法線単位ベクトルを
N0とすると、 No=(0,0,−1) ……(1) となる。
First, the normal vector of the mirror when α = β = 0 is
If N 0 , then N o = (0,0, −1) (1).

この時の回転行列は次のようになる。The rotation matrix at this time is as follows.

偏向ミラーの法線単位ベクトルNは次式で表される。 The normal unit vector N of the deflecting mirror is expressed by the following equation.

N=NoRx(α)Ry(β) =(0,sinα,−cos α)Ry(β) =(cos αsin β,sin α,−cosαcos β) ……
(4) 2.偏向ミラーの反射光の式の導出 偏向ミラーへの入射ビームのビクトルをI(方向はビ
ームとは逆)、反射ビームのベクトルをR(方向はビー
ムと同一)とすると、 I=(tan2β,0,−1) ……(5) A=I・N=tan2βcos αsin β+cos αcos β ……
(6) N1=(I・N)N=AN ……(7) R=2N1−I=2AN−I =2(tan2βcos αsin β+cos αcos β) x(cos αsin β,sin α,−cosαcos β) −(tan2β,0,−1) =(rx,ry,rz) ……(8) そこで、偏向ミラーの反射点の座標を(mx,my,mz)と
すると、反射ビームは次式で表される。
N = N o R x (α ) R y (β) = (0, sinα, -cos α) R y (β) = (cos αsin β, sin α, -cosαcos β) ......
(4) 2. Derivation of the formula of the reflected light from the deflecting mirror If the vector of the beam incident on the deflecting mirror is I (the direction is opposite to the beam) and the vector of the reflected beam is R (the direction is the same as the beam), I = (Tan2β, 0, -1) (5) A = IN = tan2βcos αsin β + cos αcos β
(6) N 1 = (IN) N = AN (7) R = 2N 1 −I = 2AN−I = 2 (tan2βcosαsinβ + cosαcosβ) x (cosαsinβ, sinα, −cosαcosβ) ) - (tan2β, 0, -1 ) = (r x, r y, r z) ...... (8) Therefore, the coordinates of the reflection point of the deflecting mirror (m x, m y, When m z), reflecting The beam is represented by the following equation.

(x,y,z)=uR+(mx,my,mz) =(urx+mx,ury+my,urz+mz) ……(9) 但し、uは媒介変数である。(X, y, z) = uR + (m x, m y, m z) = (ur x + m x, ur y + m y, ur z + m z) ...... (9) Here, u is a parameter.

3.反射光と放物面鏡の交点の座標の導出 放物面は,次式で表される。3. Derivation of the coordinates of the intersection of the reflected light and the parabolic mirror The paraboloid is expressed by the following equation.

z=(x2+y2)/(4f) ……(13) ここで,fは放物面の焦点距離である。z = (x 2 + y 2 ) / (4f) (13) where f is the focal length of the paraboloid.

(13)式を(12)式に代入すると、 (x2+y2)/(4f)=urz+mz ……(14) が得られる。By substituting equation (13) into equation (12), the following equation is obtained: (x 2 + y 2 ) / (4f) = ur z + m z .

また、(10)(11)式を(14)式に代入する。 Also, the equations (10) and (11) are substituted into the equation (14).

{(urx+mx+ury+my}/(4f)=urz+mz
…(15) このときのuをukとする。
{(Ur x + m x ) 2 + ur y + m y ) 2 } / (4f) = ur z + m z ...
(15) Let u be u k at this time.

α=0のとき uk=(4fmz+mx 2−my 2)/ (2(rxmx+rymy−2frz)) ……(17) 反射光と放物面の交点Kの座標(kx,ky,kz)は次式で
あらわされる。
u k when α = 0 = (4fm z + m x 2 -m y 2) / (2 (r x m x + r y m y -2fr z)) ...... (17) the intersection K of the reflected light and the parabolic Are represented by the following equation (k x , k y , k z ).

4.放物面鏡の反射光の式 放物面鏡の交点Kにおける法線単位ベクトルNkは次式
で得られる。
4. Equation of reflected light of parabolic mirror The normal unit vector N k at the intersection K of the parabolic mirror is obtained by the following equation.

放物面の反射光のベクトルをSとすると、 S=2(R・Nk)Nk−R So=(−kxrx/f−kyry/f+2rx)/((kx/2f) +(ky/2f)+1) 従って、放物面鏡の反射光は次式となる。 When the vector of the reflected light of the paraboloid and S, S = 2 (R · N k) N k -R S o = (- k x r x / f-k y r y / f + 2r x) / ((k x / 2f) 2 + (k y / 2f) 2 +1) Therefore, the reflected light of the parabolic mirror is given by the following equation.

但し,tは媒介変数である。 Where t is a parameter.

5.ビーム・スポット照射位置 ビーム照射平面(投影面)の座標は,次式で表され
る。
5. Beam / Spot Irradiation Position The coordinates of the beam irradiation plane (projection plane) are expressed by the following formula.

z=tanθx+f ……(28) (28)式を(27)式に代入する。z = tan θx + f (28) The equation (28) is substituted into the equation (27).

t=(tanθx+f−kz/sz ……(29) このtを(25)(26)式に代入すれば,走査位置が得
られる。なお,走査面はX軸に対してθの傾きをもって
いるので,X位置(Xs)はcosθで割る必要がある。従っ
て、 Xs=(sxt+kx)/cosθ ……(30) 以上の計算によって,走査光の軌跡(湾曲)が求められ
る。
t = (tan θx + f−k z / s z ) (29) By substituting this t into the equations (25) and (26), the scanning position can be obtained. Therefore, it is necessary to divide the X position (X s ) by cos θ, so that X s = (s x t + k x ) / cos θ (30) The trajectory (curvature) of the scanning light is obtained by the above calculation. .

第5、6図に本発明の一実施例に係る走査光学系の配
置構造を示す。
5 and 6 show the arrangement structure of the scanning optical system according to one embodiment of the present invention.

ハード的にみた場合、基本的には第13図に示すものと
同様である。即ち、放物面鏡11に向き合って偏向ミラー
13が回転軸13aを中心に回転自在に置かれる。回転軸13a
は例えばモータ(図示せず)等の回転駆動源に連結さ
れ、回転軸線O−Oを中心として回転せしめられる。偏
向ミラー13は回転ミラー(ポリゴン)であればよく、ガ
ルバノミラー等を用いることも可能である。好ましくは
偏向ミラー13の回転軸線O−Oは湾曲補正角βに等しい
角度だけX軸に対して傾斜せしめらる。これは、後述の
如く偏向ミラー13に湾曲補正角βの入射角で入射ビーム
を入射した場合にそこでの反射ビームが放物面鏡11の光
軸(Z軸)に平行になるようにするためである。即ち、
放物面鏡11は平行光をその焦点(即ち、放物面鏡11から
焦点距離fに位置する投影面17)に収束せしめる機能を
有するので、放物面鏡11への入射ビーム、即ち、偏向ミ
ラー13による反射ビームをZ軸に平行にするのが好まし
い。
In terms of hardware, it is basically the same as that shown in FIG. That is, the deflection mirror faces the parabolic mirror 11.
13 is placed rotatably about a rotation shaft 13a. Rotary shaft 13a
Is connected to a rotation drive source such as a motor (not shown), and is rotated about a rotation axis OO. The deflecting mirror 13 may be a rotating mirror (polygon), and a galvano mirror or the like may be used. Preferably, the rotation axis OO of the deflection mirror 13 is inclined with respect to the X axis by an angle equal to the curvature correction angle β. This is to make the reflected beam parallel to the optical axis (Z axis) of the parabolic mirror 11 when the incident beam enters the deflection mirror 13 at an incident angle of the curvature correction angle β as described later. It is. That is,
Since the parabolic mirror 11 has a function of converging the parallel light to its focal point (ie, the projection plane 17 located at a focal distance f from the parabolic mirror 11), the beam incident on the parabolic mirror 11, that is, Preferably, the beam reflected by the deflecting mirror 13 is made parallel to the Z axis.

尚、逆に、偏向ミラー(特に、ポリゴンミラーを使用
する場合)はその回転軸線が垂直になるように配置し、
他方、放物面鏡11及び投影面17を偏向ミラーに対しβだ
け相対的に傾斜させてもよいことは勿論である。
Conversely, the deflecting mirror (especially when using a polygon mirror) is arranged so that its rotation axis is vertical,
On the other hand, it goes without saying that the parabolic mirror 11 and the projection surface 17 may be inclined relative to the deflection mirror by β.

その結果、偏向ミラー13に湾曲補正角βで入射したビ
ームは同一の反射角度βで反射され、放物面鏡11に平行
光として入射する。
As a result, the beam that has entered the deflection mirror 13 at the curvature correction angle β is reflected at the same reflection angle β and enters the parabolic mirror 11 as parallel light.

図示実施例では放物面鏡の焦点距離fを300mm(f=3
00mm)、放物面鏡の軸外し角Θを10゜(Θ=10゜)、ビ
ーム走査長(走査ビームBoの必要長さ)を250mmとし
た。また湾曲補正角βは6.5゜(β=6.5゜)に選定し
た。この場合に、従来技術(偏向ミラーに垂直にビーム
入射、即ち湾曲補正角β=0゜)では、第7図に示す如
く、約3mmの湾曲が生じていたのに対し、本発明の実施
例によれば、走査湾曲は±50μm以下となり、略直線と
なることを実験的に確認した。
In the illustrated embodiment, the focal length f of the parabolic mirror is 300 mm (f = 3
300 mm), the axis of the parabolic mirror off angle theta of 10 ° (theta = 10 °), the beam scanning length (necessary length of the scanning beam B o) was 250 mm. The curvature correction angle β was selected to be 6.5 ° (β = 6.5 °). In this case, in the related art (beam incidence perpendicular to the deflecting mirror, that is, the curvature correction angle β = 0 °), as shown in FIG. 7, a curvature of about 3 mm was generated. According to the above, it was experimentally confirmed that the scanning curvature was ± 50 μm or less and was substantially a straight line.

入射ビームの入射方向は、好ましくは、偏向ミラー13
の回転角度がゼロの時、即ち、偏向ミラーが放物面鏡11
に対し真正面に向いた時の偏向ミラーに対しZ軸あるい
はそれと平行な方向から正面入射する。この様子を第8
図(2)に示す。第8図(1)は偏向ミラーに対する従
来のビーム入射方法を示すもので、放物面鏡11の光軸に
対し90゜の方向から偏向ミラー13に入射している。その
ため、ビームを所定角度範囲にわたって走査するために
は偏向ミラー13はある程度の長さlが必要である。つま
り、偏向ミラー13が短いと例えば、偏向ミラー13がその
回転に伴い、放物面鏡11に略平行になるように徐々に立
ってくると(徐々に垂直になってくると)、入射ビーム
が偏向ミラーの両端から外れてしまう。しかるに、本発
明の実施例によれば、入射ビームは第8図(2)に示す
如く偏向ミラー13の正面から入射せしめられるので、入
射ビームは偏向ミラー13の中心部近傍の小領域のみに照
射すればよく、従って、偏向ミラーを小さく出来る。単
純試算によれば、第8図(1)の偏向ミラーに対し、同
図(2)の偏向ミラーはその長さlが約70%で済む。
The incident direction of the incident beam is preferably
Is zero, that is, the deflecting mirror is a parabolic mirror 11
From the Z-axis or a direction parallel to the Z-axis when the mirror is directed straight ahead. This situation is the eighth
It is shown in FIG. FIG. 8 (1) shows a conventional beam incident method on the deflecting mirror, which is incident on the deflecting mirror 13 from a direction at 90 ° to the optical axis of the parabolic mirror 11. Therefore, in order to scan the beam over a predetermined angle range, the deflection mirror 13 needs a certain length l. That is, if the deflecting mirror 13 is short, for example, if the deflecting mirror 13 gradually rises (substantially becomes vertical) substantially parallel to the parabolic mirror 11 with its rotation, the incident beam Deviates from both ends of the deflecting mirror. However, according to the embodiment of the present invention, since the incident beam is made to enter from the front of the deflecting mirror 13 as shown in FIG. 8 (2), the incident beam irradiates only a small area near the center of the deflecting mirror 13. Therefore, the size of the deflecting mirror can be reduced. According to a simple calculation, the length 1 of the deflecting mirror of FIG. 8B is about 70% of that of the deflecting mirror of FIG. 8A.

第9図は本発明の別の実施例を示すもので、上記の実
施例とは反射ビームと入射ビームの関係が反対になって
いる。第9図においては、偏向ミラー13は放物面鏡11の
焦点に置かれ、その回転軸線は垂直方向に対し湾曲補正
角βに等しい角度で傾斜している。従って、この偏向ミ
ラー13に対し湾曲補正角βでビームを入射すると放物面
鏡11により反射される反射ビームはZ軸に平行となる。
つまり、第9図に示す実施例は放物面鏡の光軸(Z軸)
に平行な反射ビームを作り出す実施例である。
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention, in which the relationship between the reflected beam and the incident beam is opposite to that of the above embodiment. In FIG. 9, the deflecting mirror 13 is placed at the focal point of the parabolic mirror 11, and its rotation axis is inclined at an angle equal to the bending correction angle β with respect to the vertical direction. Therefore, when the beam is incident on the deflection mirror 13 at the curvature correction angle β, the reflected beam reflected by the parabolic mirror 11 becomes parallel to the Z axis.
In other words, the embodiment shown in FIG. 9 is the optical axis (Z axis) of the parabolic mirror.
This is an embodiment for generating a reflected beam parallel to the above.

第10〜12図は本発明の効果を確認するための実験結果
を示す線図である。
10 to 12 are diagrams showing experimental results for confirming the effect of the present invention.

この実験はfとΘを一般的に用いられる適当な値に設
定して、βを変化させた場合の走査ビームの軌跡を計算
したものである。尚、軌跡は右半分のみ示す。
In this experiment, f and Θ were set to appropriate values generally used, and the trajectory of the scanning beam when β was changed was calculated. The trajectory is shown only in the right half.

第10図は、f=300mm,Θ=5゜の時、β=3.2゜、3.3
゜、3.4゜と0.1゜ずつ変化させた場合の結果を示す。同
図から理解されるように、β≒3.3゜の場合にもっとも
直線に近い軌跡を描く。尚、第10図は単にβ≒3.3゜の
場合が最も良好な結果が得られたことを示すに過ぎず、
一般には湾曲度は±50μm程度までは実用的には問題な
く、従って、走査長が例えば130mm(片側)程度の範囲
で使用する場合にはβ≒3.2゜或いはβ≒3.4゜でもよ
い。第11図はf=300mm,Θ=10゜の時、β=6.4゜、6.5
゜、6.6゜と0.1゜ずつ変化させた場合の結果を示す。第
11図に示す結果からは、β=6.5゜のとき最良の結果が
得られた。この場合にも、第10図の場合と同様に、走査
長によってはあるいはその他の条件によっては、β=6.
4゜或いはβ=6.6゜でもよい。
FIG. 10 shows that when f = 300 mm, Θ = 5 ゜, β = 3.2 ゜, 3.3
The results are shown in the case of changing by {゜}, 3.4 ゜ and 0.1 ゜. As understood from the figure, a locus closest to a straight line is drawn in the case of β {3.3}. FIG. 10 merely shows that the best result was obtained when β {3.3}.
Generally, the degree of curvature is practically no problem up to about ± 50 μm. Therefore, when the scanning length is used in a range of, for example, about 130 mm (one side), β {3.2} or β {3.4} may be used. FIG. 11 shows that when f = 300 mm, Θ = 10 ゜, β = 6.4 ゜, 6.5
The results when {}, 6.6% and 0.1% are changed are shown. No.
From the results shown in FIG. 11, the best results were obtained when β = 6.5 °. In this case, as in the case of FIG. 10, depending on the scanning length or other conditions, β = 6.
4 ° or β = 6.6 ° may be used.

いずれの場合にも、本願発明者はβ=0.65Θの時に走
査線が略直線となることを確認した。
In each case, the inventor of the present application has confirmed that the scanning line becomes substantially straight when β = 0.65 °.

第12図はfとΘを種々の値に設定して、走査線が略直
線となるβを求めた結果(β−Θ線図)を示すもので、
これにより、β≒0.65Θが成立することが確認された。
FIG. 12 shows the result (β-Θ diagram) of obtaining β at which the scanning line becomes substantially straight by setting f and に to various values.
Thereby, it was confirmed that β {0.65} was satisfied.

尚、一般には、放物面鏡の軸外し角ΘはΘ≒10゜程度
で使用されることが多い。
In general, the off-axis angle の of the parabolic mirror is often used at about {10}.

また、一般に偏向ミラーは放物面鏡に対しその焦点距
離fの2/3(2f/3)の位置に置かれる。
Generally, the deflecting mirror is placed at a position 2/3 (2f / 3) of the focal length f of the parabolic mirror.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に記載した通り、本発明によれば、偏向ミラーに
対し所定の湾曲補正角でビームを入射することにより、
放物面鏡による走査線の湾曲が補正され実用上直線と見
做せる走査線を作り出すことが出来る。
As described above, according to the present invention, the beam is incident on the deflection mirror at a predetermined curvature correction angle,
The curvature of the scanning line by the parabolic mirror is corrected, and a scanning line that can be regarded as a straight line in practical use can be created.

また、偏向ミラーへのビーム入射角を放物面鏡の軸外
し角の略0.65倍に設定することにより走査線の直線性が
最良となる。
Further, by setting the incident angle of the beam on the deflection mirror to approximately 0.65 times the off-axis angle of the parabolic mirror, the linearity of the scanning line is optimized.

偏向ミラーの入射ビームを偏向ミラーが放物面鏡に対
し正面を向いた時の偏向ミラーの正面から入射せしめる
ことにより、偏向ミラーを小さくすることが出来る。
By making the incident beam of the deflecting mirror enter from the front of the deflecting mirror when the deflecting mirror faces the front with respect to the parabolic mirror, the size of the deflecting mirror can be reduced.

また、偏向ミラーの回転軸線を放物面鏡の光軸に垂線
に対し、偏向ミラーへのビーム入射角と同一の角度だけ
傾斜せしめることにより、偏向ミラーの反射光を放物面
鏡の光軸に平行にすることが出来、走査線を放物面鏡の
焦点に有効に結像させることが出来る。
In addition, by tilting the rotation axis of the deflecting mirror with respect to the perpendicular to the optical axis of the parabolic mirror by the same angle as the angle of incidence of the beam on the deflecting mirror, the reflected light of the deflecting mirror is converted to the optical axis of the parabolic mirror And the scanning lines can be effectively imaged at the focal point of the parabolic mirror.

【図面の簡単な説明】 第1図(1)、(2)、(3)は本発明の基本原理を示
すもので、偏向ミラーに対するビーム入射角と反射ビー
ムの軌跡の関係を説明する図、第2図は本発明の基本的
な光学的座標配置を示す図解図、第3図は偏向ミラーの
反射を説明する図解図、第4図は投影面の照射スポット
の座標位置を説明する図、第5図は本発明に係る光学系
の具体的配置構造の一例を示す図解図、第6図は第5図
の正面図、第7図は本発明の湾曲補正効果を示す線図、
第8図(1)、(2)は夫々、従来及び本発明における
放物面鏡と偏向ミラーとの配置関係を説明する図、第9
図は本発明の別の実施例に係る光学系の配置を示す図、
第10図及び第11図は本発明における走査線の軌跡に関す
る実験結果を示す線図、第12図は本発明に係る湾曲補正
角と軸外し角との関係の実験結果を示す線図、第13図は
従来の走査光学系を示す図解図、第14図は第13図の正面
図。 11、P……偏向ミラー、 13、M……偏向ミラー、 Θ……軸外し角、 β……湾曲補正角。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 (1), (2) and (3) show the basic principle of the present invention, and are diagrams for explaining the relationship between the beam incident angle with respect to a deflection mirror and the locus of a reflected beam; FIG. 2 is an illustrative view showing a basic optical coordinate arrangement of the present invention, FIG. 3 is an illustrative view explaining reflection of a deflecting mirror, FIG. 4 is an explanatory view showing coordinate positions of an irradiation spot on a projection surface, FIG. 5 is an illustrative view showing one example of a specific arrangement structure of the optical system according to the present invention, FIG. 6 is a front view of FIG. 5, FIG. 7 is a diagram showing a curvature correction effect of the present invention,
FIGS. 8 (1) and 8 (2) are diagrams for explaining an arrangement relationship between a parabolic mirror and a deflecting mirror according to the related art and the present invention, respectively.
Figure is a diagram showing the arrangement of the optical system according to another embodiment of the present invention,
FIGS. 10 and 11 are diagrams showing experimental results on the trajectory of the scanning line in the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing experimental results on the relationship between the curvature correction angle and the off-axis angle according to the present invention. FIG. 13 is an illustrative view showing a conventional scanning optical system, and FIG. 14 is a front view of FIG. 11, P: deflecting mirror, 13, M: deflecting mirror, Θ: Off-axis angle, β: Curve correction angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岡 規之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 塚原 博之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 須藤 嘉規 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−49850(JP,A) 特開 昭56−167118(JP,A) 特開 昭52−4109(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Noriyuki Hiraoka 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Hiroyuki Tsukahara 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited ( 72) Inventor Yoshinori Sudo 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (56) References JP-A-52-49850 (JP, A) JP-A-56-167118 (JP, A) 1974-4109 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転可能な偏向ミラー(13、M)による偏
向ビームを放物面鏡(11、P)により所定方向に走査す
る走査光学系において、偏向ミラーの回転軸線(O−
O)に対し所定の入射角度(β)で斜め方向からビーム
を入射し、その結果得られる偏向ビームの軌跡が放物面
鏡による走査ビームの湾曲軌跡を実質上相殺する軌跡を
描くことを特徴とする走査光の歪補正装置。
In a scanning optical system for scanning a beam deflected by a rotatable deflecting mirror (13, M) in a predetermined direction by a parabolic mirror (11, P), a rotation axis (O-axis) of the deflecting mirror is used.
A beam is obliquely incident on O) at a predetermined incident angle (β), and the resulting trajectory of the deflected beam describes a trajectory substantially canceling the curved trajectory of the scanning beam by the parabolic mirror. Scan light distortion correction device.
【請求項2】放物面鏡に所定の軸外し角(Θ)を付与す
ると共に、偏向ミラーへのビーム入射角を放物面鏡の軸
外し角の略0.65倍に設定することを特徴とする請求項1
記載の歪補正装置。
2. The method according to claim 1, wherein a predetermined off-axis angle (Θ) is given to the parabolic mirror, and a beam incident angle on the deflection mirror is set to approximately 0.65 times the off-axis angle of the parabolic mirror. Claim 1
The distortion correction device according to the above.
【請求項3】偏向ミラーへの入射ビームは偏向ミラーが
放物面鏡に対し正面を向いた時の偏向ミラーの正面から
入射せしめられることを特徴とする請求項1または2記
載の歪補正装置。
3. The distortion correcting device according to claim 1, wherein the beam incident on the deflecting mirror is incident from the front of the deflecting mirror when the deflecting mirror faces the parabolic mirror. .
【請求項4】偏向ミラーの回転軸線を放物面鏡の光軸の
垂線に対し、偏向ミラーへのビーム入射角と同一の角度
だけ傾斜せしめることを特徴とする請求項1、2または
3記載の歪補正装置。
4. The deflecting mirror according to claim 1, 2 or 3, wherein the rotation axis of the deflecting mirror is inclined with respect to the perpendicular of the optical axis of the parabolic mirror by the same angle as the beam incident angle on the deflecting mirror. Distortion correction device.
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