JP2584645B2 - 線像走査装置 - Google Patents
線像走査装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、線像光源から発する光束によって被走査
平面上に形成される線像をこの線像に対して直交する方
向へ歪なく走査させる線像走査装置に関するものであ
る。
平面上に形成される線像をこの線像に対して直交する方
向へ歪なく走査させる線像走査装置に関するものであ
る。
従来の技術及びその問題点 固定された被走査平面上に二次元像を形成する手段と
しては、従来から特公昭44−9321号公報あるいは特開昭
51−26050号公報に開示されるような技術があるが、こ
れらの二次元偏向装置では、副偏向に対して主偏向の回
動角度が一定の場合、被走査平面上では歪みのある走査
が行われるため、電気的に信号を補正する必要があり、
電気系がかなり複雑かつ大規模になるという問題があっ
た。
しては、従来から特公昭44−9321号公報あるいは特開昭
51−26050号公報に開示されるような技術があるが、こ
れらの二次元偏向装置では、副偏向に対して主偏向の回
動角度が一定の場合、被走査平面上では歪みのある走査
が行われるため、電気的に信号を補正する必要があり、
電気系がかなり複雑かつ大規模になるという問題があっ
た。
この問題がおきる原因につき、第11図〜第13図を使用
して説明する。
して説明する。
ここでは偏向器にポリゴンミラーを使用し、像高が入
射角度と焦点距離との積となるような歪曲収差を持たせ
たいわゆるｆθレンズを使用した走査装置を例にとって
説明する。
射角度と焦点距離との積となるような歪曲収差を持たせ
たいわゆるｆθレンズを使用した走査装置を例にとって
説明する。
第11図において、符号10は回転対称なｆθレンズであ
り、その光軸は一点鎖線で示したｘ軸に一致している。
り、その光軸は一点鎖線で示したｘ軸に一致している。
このｘ軸に直交し、かつ互いに直交するｙ軸、ｚ軸を
設定し、ｙ−ｚ平面を被走査平面とする。また、図示せ
ぬ光源から発した一光線が偏向器の反射面に当る点をO0
とすると光線は第11図に示したようにあたかも点O0から
発するような形となる。
設定し、ｙ−ｚ平面を被走査平面とする。また、図示せ
ぬ光源から発した一光線が偏向器の反射面に当る点をO0
とすると光線は第11図に示したようにあたかも点O0から
発するような形となる。
被走査平面上に形成されるスポットをｙ軸上、あるい
はｚ軸上で一方向にのみ振る一次元走査装置において
は、上記のｆθレンズの作用により被走査面上での走査
スポットの等速性を確保することができ、走査ラインも
直線となる。
はｚ軸上で一方向にのみ振る一次元走査装置において
は、上記のｆθレンズの作用により被走査面上での走査
スポットの等速性を確保することができ、走査ラインも
直線となる。
しかし、スポットをｙ−ｚ平面内で二次元的に走査さ
せる場合には以下に述べるような問題が生じる。
せる場合には以下に述べるような問題が生じる。
ｘ軸とｙ軸に対して垂直な仮想平面（二点鎖線）Ｈと
の交点をO1、被走査平面との交点をO2とし、点O0を通り
ｘ軸に対してθAXの角度をなしてｆθレンズ10に入射す
る光線と仮想平面Ｈとの交点をP1、被走査平面との交点
をP2とすると、第12図に拡大したように、光線O0P1とｘ
−ｚ平面とのなす角がθｙ、光線O0P1をｘ−ｚ平面に投
影した線分とｘ軸とのなす角がθｚとなり、線分O1P1と
ｘ−ｚ平面とのなす角がγとなる。θAXとγとは以下の
式で表すことができる。
の交点をO1、被走査平面との交点をO2とし、点O0を通り
ｘ軸に対してθAXの角度をなしてｆθレンズ10に入射す
る光線と仮想平面Ｈとの交点をP1、被走査平面との交点
をP2とすると、第12図に拡大したように、光線O0P1とｘ
−ｚ平面とのなす角がθｙ、光線O0P1をｘ−ｚ平面に投
影した線分とｘ軸とのなす角がθｚとなり、線分O1P1と
ｘ−ｚ平面とのなす角がγとなる。θAXとγとは以下の
式で表すことができる。
θAX＝cos-1（cosθｙ・cosθｚ） γ＝tan-1（tanθy/sinθｚ） また、第11図に示したように被走査平面上でのO2P2が
ｚ軸とのなす角もγとなり、ｆθレンズの焦点距離をｆ
とすると、O2P2は下式で表すことができる。
ｚ軸とのなす角もγとなり、ｆθレンズの焦点距離をｆ
とすると、O2P2は下式で表すことができる。
O2P2＝ｆ・θAX 従って、P2の座標は、 ｙ＝ｆ・θAX・sinγ ｚ＝ｆ・θAX・cosγ で表すことができる。
このような光学系ではｙ座標とｚ座標とがθAX、γを
介して相互に関連性を持つため、θｙあるいはθｚの一
方を固定として他方を変化させたとしても、被走査面上
でのスポットの移動はy,z両方の成分変化として現れ
る。実際には第13図に実線で示したように湾曲した走査
ラインが形成されることとなる。従って、被走査平面上
でスポットの座標を変える際の制御が複雑となってい
た。
介して相互に関連性を持つため、θｙあるいはθｚの一
方を固定として他方を変化させたとしても、被走査面上
でのスポットの移動はy,z両方の成分変化として現れ
る。実際には第13図に実線で示したように湾曲した走査
ラインが形成されることとなる。従って、被走査平面上
でスポットの座標を変える際の制御が複雑となってい
た。
なお、特公昭62−20525号公報に開示された二次元走
査装置では、走査レンズを副走査に同期して回動させる
ことにより上記の走査歪を補正しているが、いずれにし
ても１つの光源からの光束によって形成される１つのス
ポットを二次元走査させる構成であるため二次元像の形
成に時間がかかり、またミラーを二軸で駆動すると共に
走査レンズの駆動をも行うため駆動機構が複雑になると
いう問題もある。
査装置では、走査レンズを副走査に同期して回動させる
ことにより上記の走査歪を補正しているが、いずれにし
ても１つの光源からの光束によって形成される１つのス
ポットを二次元走査させる構成であるため二次元像の形
成に時間がかかり、またミラーを二軸で駆動すると共に
走査レンズの駆動をも行うため駆動機構が複雑になると
いう問題もある。
なお、像形成の迅速化のため、光源を２つ設けること
によって２つのスポットを同時に走査する光学系も提案
されているが、この程度では二次元像を一走査で形成す
るという段階には至っておらず、また、走査レンズへの
入射角度の差も僅かであるため上述したような歪も問題
とはならない。
によって２つのスポットを同時に走査する光学系も提案
されているが、この程度では二次元像を一走査で形成す
るという段階には至っておらず、また、走査レンズへの
入射角度の差も僅かであるため上述したような歪も問題
とはならない。
発明の目的 この発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので
あり、走査歪を光学的に補正することのでき、しかも、
二次元像の形成をスピーディに行うと共に、結像光学系
を固定しミラーを一軸で駆動することのできる線像走査
装置を提供することを目的とする。
あり、走査歪を光学的に補正することのでき、しかも、
二次元像の形成をスピーディに行うと共に、結像光学系
を固定しミラーを一軸で駆動することのできる線像走査
装置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 この発明に係る線像走査装置は、光源として多数（例
えば200個〜300個）の発光部が並列する線像光源を用
い、しかもこの線像光源から発する光束によって被走査
面上に形成される線像を歪みなく走査させるための結像
光学系を設けることにより、上記目的の達成を図ったも
のである。
えば200個〜300個）の発光部が並列する線像光源を用
い、しかもこの線像光源から発する光束によって被走査
面上に形成される線像を歪みなく走査させるための結像
光学系を設けることにより、上記目的の達成を図ったも
のである。
線像光源を用いた場合には従来のようにミラーを２軸
で駆動する必要がなく線像光源の発光部の個数分の走査
ラインを一回の走査で形成することができるが、走査レ
ンズを回動させることができないために固定した結像光
学系に歪補正の効果を持たせる必要がある。
で駆動する必要がなく線像光源の発光部の個数分の走査
ラインを一回の走査で形成することができるが、走査レ
ンズを回動させることができないために固定した結像光
学系に歪補正の効果を持たせる必要がある。
以下、固定された結像光学系によって二次元像を形成
する上での問題点と、これを解決するための結像光学系
の特性とを説明する。
する上での問題点と、これを解決するための結像光学系
の特性とを説明する。
第11図に示すような光学系で線像を走査させた場合に
は、第13図からも理解できるように被走査平面上での線
像は走査角θｚが大きくなるほど両端が中央寄りに湾曲
することとなる。
は、第13図からも理解できるように被走査平面上での線
像は走査角θｚが大きくなるほど両端が中央寄りに湾曲
することとなる。
この湾曲を低減させｙ座標をθｙにより、またｚ座標
をθｚにより独立して決定できるようにして線像を直線
の状態で走査させるためには、第13図に実線で示したよ
うな走査ラインを二点鎖線で示したようなラインに近ず
ける必要がある。そしてこのためには、結像光学系を O2P2＝ｆ・θAX を満たすｆθ特性面と、このｆθ特性面と協働して最終
的な座標y,zを ｙ＝Fy（γ）・θAX・sinγ＝ｆ・θｙ ｚ＝Fz（γ）・θAX・cosγ＝ｆ・θｚ Fy（γ）,Fz（γ）：γにより焦点距離を変化させる補
正関数 とするようなＦ（γ）特性を持つ補正面とから構成する
必要がある。
をθｚにより独立して決定できるようにして線像を直線
の状態で走査させるためには、第13図に実線で示したよ
うな走査ラインを二点鎖線で示したようなラインに近ず
ける必要がある。そしてこのためには、結像光学系を O2P2＝ｆ・θAX を満たすｆθ特性面と、このｆθ特性面と協働して最終
的な座標y,zを ｙ＝Fy（γ）・θAX・sinγ＝ｆ・θｙ ｚ＝Fz（γ）・θAX・cosγ＝ｆ・θｚ Fy（γ）,Fz（γ）：γにより焦点距離を変化させる補
正関数 とするようなＦ（γ）特性を持つ補正面とから構成する
必要がある。
この発明では、上記の条件をより一般化し、像高O2O2
が式 O2P2＝ｆ・ｇ（θAX） で与えられるような光学系を念頭に置いている。
が式 O2P2＝ｆ・ｇ（θAX） で与えられるような光学系を念頭に置いている。
例えば、 ｇ（θAX）＝θAX を満たすものが前記のｆθレンズであり、ガルバノミラ
ーを使用する際に用いられるアークサインレンズでは、 （φ：ガルバノミラーの正弦振動の振幅） となる。
ーを使用する際に用いられるアークサインレンズでは、 （φ：ガルバノミラーの正弦振動の振幅） となる。
この場合には、 ｙ＝Fy（γ）・ｇ（θAX）・sinγ＝ｆ・ｇ（θｙ） ｚ＝Fz（γ）・ｇ（θAX）・cosγ＝ｆ・ｇ（θｚ） の関係を満たす特性が結像光学系に求められる。
実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
《第１実施例》 第１図〜第７図はこの発明の第１実施例を示したもの
である。
である。
まず、第１図に基づいて概略を説明する。この線像走
査装置は、LEDアレイ、あるいは多点発光レーザーのよ
うに多数の発光部が並列する線像光源20と、回転軸ｌを
中心として回り線像光源20から発する光束を走査させる
偏向器としてのポリゴンミラー30と、回転軸ｌに対して
垂直な走査面内に光軸ｘを有する結像光源系40とを備え
ており、また、線像光源20とポリゴンミラー30との間に
はコリメートレンズ50が設けられている。なお、第11図
と同様にｘ軸に直交し、かつ回転軸ｌに平行なｙ軸及び
x,y両軸と直交するｚ軸を説明のため設定し、ｙ−ｚ平
面を被走査面とする。
査装置は、LEDアレイ、あるいは多点発光レーザーのよ
うに多数の発光部が並列する線像光源20と、回転軸ｌを
中心として回り線像光源20から発する光束を走査させる
偏向器としてのポリゴンミラー30と、回転軸ｌに対して
垂直な走査面内に光軸ｘを有する結像光源系40とを備え
ており、また、線像光源20とポリゴンミラー30との間に
はコリメートレンズ50が設けられている。なお、第11図
と同様にｘ軸に直交し、かつ回転軸ｌに平行なｙ軸及び
x,y両軸と直交するｚ軸を説明のため設定し、ｙ−ｚ平
面を被走査面とする。
第２図及び第３図は、第１図の光学系を光路に沿って
展開した図であり、第２図はｘ−ｙ平面に沿ったもの、
第３図はｘ−ｚ平面に沿ったものである。
展開した図であり、第２図はｘ−ｙ平面に沿ったもの、
第３図はｘ−ｚ平面に沿ったものである。
線像光源20から発した光束はコリメートレンズ50を介
してポリゴンミラー30の反射面31に達し、この反射面31
で反射偏向され、結像光学系40を介して被走査平面上に
線像光源20の発光パターンに応じた線像を形成する。
してポリゴンミラー30の反射面31に達し、この反射面31
で反射偏向され、結像光学系40を介して被走査平面上に
線像光源20の発光パターンに応じた線像を形成する。
線像光源20の各発光部から発する光束は被走査平面40
上に独立したスポットを形成するため、ポリゴンミラー
30の回転により、発光部の個数分の走査ラインが一回の
走査によって形成される。従って、線像が被走査平面上
を走査する際に線像光源20の各発光部を独立して駆動す
ることにより一回の走査で二次元像を形成することがで
きる。
上に独立したスポットを形成するため、ポリゴンミラー
30の回転により、発光部の個数分の走査ラインが一回の
走査によって形成される。従って、線像が被走査平面上
を走査する際に線像光源20の各発光部を独立して駆動す
ることにより一回の走査で二次元像を形成することがで
きる。
この例で示された結像光学系40は、線像断面の焦点距
離fyと偏向断面内での焦点距離fzとが、fy＝fz＝ｆを満
たすような３枚の回転対称なレンズ41,42,43から構成さ
れるｆθレンズ44と、回転非対称な補正面45aを有する
補正板45とから構成されている。
離fyと偏向断面内での焦点距離fzとが、fy＝fz＝ｆを満
たすような３枚の回転対称なレンズ41,42,43から構成さ
れるｆθレンズ44と、回転非対称な補正面45aを有する
補正板45とから構成されている。
ｆθレンズ44の面構成及び結像光学系40全体の配置構
成は第４図及び第１表に示した通りである。
成は第４図及び第１表に示した通りである。
また、補正面45aの概略形状は第５図に示したように
ｙ方向に関する緩い凹シリンダーとなっており、その４
隅が少し浮き上がり、ｙ方向の中央部がやや落ち込んで
いる。詳細な面形状は第２表に示した通りである。この
表は、ｆθレンズ44の光軸ｘと補正面45aとの交点を原
点（0,0,0）とし、ｙ座標及びｚ座標（単位:mm）によっ
て決定される点のｘ座標（単位：μｍ）を示したもので
ある。なお、補正面45aはｙ軸及びｚ軸に関して対称形
となっているため、ｙ座標及びｚ座標は±を同時に表示
している。
ｙ方向に関する緩い凹シリンダーとなっており、その４
隅が少し浮き上がり、ｙ方向の中央部がやや落ち込んで
いる。詳細な面形状は第２表に示した通りである。この
表は、ｆθレンズ44の光軸ｘと補正面45aとの交点を原
点（0,0,0）とし、ｙ座標及びｚ座標（単位:mm）によっ
て決定される点のｘ座標（単位：μｍ）を示したもので
ある。なお、補正面45aはｙ軸及びｚ軸に関して対称形
となっているため、ｙ座標及びｚ座標は±を同時に表示
している。
ここで線像光源20の一つの発光部から発して反射面31
により反射された光線がｘ−ｚ平面となす角をθｙ、こ
の光線をｘ−ｚ平面に投影した際にｘ軸となす角をθｚ
とする（第11図参照）。
により反射された光線がｘ−ｚ平面となす角をθｙ、こ
の光線をｘ−ｚ平面に投影した際にｘ軸となす角をθｚ
とする（第11図参照）。
結像光学系40は、線像断面内で角度θｙを有しつつ偏
向断面内で結像光学系の光軸に対して角度θｚを有する
光線が任意のθy,θｚに対して ｙ＝ｆ・θｙ ｚ＝ｆ・θｚ の位置に結像するような特性を有している。
向断面内で結像光学系の光軸に対して角度θｚを有する
光線が任意のθy,θｚに対して ｙ＝ｆ・θｙ ｚ＝ｆ・θｚ の位置に結像するような特性を有している。
なお、偏向方向への入射角θｚの変化はポリゴンミラ
ー30の回転角の変化の２倍となる。
ー30の回転角の変化の２倍となる。
また、線像方向への入射角θｙは線像上の位置hyと、
コリメートレンズ50の特性により決定されるが、この例
ではコリメートレンズ50が結像光学系40と同じく、hy＝
fc・θｙ、（但しfcはコリメートレンズの焦点距離）す
なわち、θｙ＝hy/fcなる特性を有しているため、線像
上の位置hyと被走査面上のｙ座標とをリニアに対応させ
ることができる。
コリメートレンズ50の特性により決定されるが、この例
ではコリメートレンズ50が結像光学系40と同じく、hy＝
fc・θｙ、（但しfcはコリメートレンズの焦点距離）す
なわち、θｙ＝hy/fcなる特性を有しているため、線像
上の位置hyと被走査面上のｙ座標とをリニアに対応させ
ることができる。
第６図は、上述の光学系から補正板45を除いた場合の
走査特性を第13図と同様に示したものであり、第７図は
補正板を挿入した場合の走査特性を示したものである。
第７図から理解できるように、補正板45を挿入した場合
には線像を略直線の状態で走査することができ、ｙ方向
に関しては線像光源20の発光位置により、また、ｚ方向
に関してはポリゴンミラー30の回転により、θｙ、θｚ
の変化に対応させて略独立して制御することができる。
従って、複雑な電気的処理を行わなくとも歪の無い二次
元像を形成することができる。
走査特性を第13図と同様に示したものであり、第７図は
補正板を挿入した場合の走査特性を示したものである。
第７図から理解できるように、補正板45を挿入した場合
には線像を略直線の状態で走査することができ、ｙ方向
に関しては線像光源20の発光位置により、また、ｚ方向
に関してはポリゴンミラー30の回転により、θｙ、θｚ
の変化に対応させて略独立して制御することができる。
従って、複雑な電気的処理を行わなくとも歪の無い二次
元像を形成することができる。
《第２実施例》 第８図〜第10図はこの発明の第２実施例を示したもの
である。概略構成は上記の第１実施例と同一であるの
で、相違点のみを説明することとする。
である。概略構成は上記の第１実施例と同一であるの
で、相違点のみを説明することとする。
この線像走査装置では、第１実施例で示した結像光学
系40のｆθレンズ44を構成する１つのレンズ43の内側面
を補正面43aとしたものである。補正面53aの面形状は第
９図に示したようなもので、その詳細は第３表に示され
ている。なお、第３表の読み方は第２表と同様である。
系40のｆθレンズ44を構成する１つのレンズ43の内側面
を補正面43aとしたものである。補正面53aの面形状は第
９図に示したようなもので、その詳細は第３表に示され
ている。なお、第３表の読み方は第２表と同様である。
上記のような構成とすると、補正後の走査ラインは第
10図に示したようなものとなり、線像を略直線の状態で
走査することができ、第１実施例と同様歪の無い二次元
像を形成することができる。
10図に示したようなものとなり、線像を略直線の状態で
走査することができ、第１実施例と同様歪の無い二次元
像を形成することができる。
なお、上述した２つの実施例では結像光学系40による
ｙ方向とｚ方向の焦点距離及び変換関数が等しい場合に
ついてのみ述べたが、それぞれの方法において等ピッチ
性が保証される限り、焦点距離及び変換関数が異なるも
のであってもよいことは勿論である。
ｙ方向とｚ方向の焦点距離及び変換関数が等しい場合に
ついてのみ述べたが、それぞれの方法において等ピッチ
性が保証される限り、焦点距離及び変換関数が異なるも
のであってもよいことは勿論である。
従って、一般的にはｙ方向、ｚ方向への焦点距離、変
換関数がそれぞれ異なり ｙ＝Fy（γ）・gy（θAX）・sinγ＝fy・gy（θｙ） ｚ＝Fz（γ）・gz（θAX）・cosγ＝fz・gz（θｚ） となる。このような関係を保つ限り、被走査面上に形成
される走査ラインの直線性を維持することができる。
換関数がそれぞれ異なり ｙ＝Fy（γ）・gy（θAX）・sinγ＝fy・gy（θｙ） ｚ＝Fz（γ）・gz（θAX）・cosγ＝fz・gz（θｚ） となる。このような関係を保つ限り、被走査面上に形成
される走査ラインの直線性を維持することができる。
効果 以上、説明してきたようにこの発明の線像走査装置に
よれば、複雑な電気的処理を行わなくとも歪のない二次
元像を形成することができ、しかも線像光源の利用によ
って一回の走査で多数の走査ラインを同時に形成するこ
とができ、二次元像の形成を一回の走査で行うこともで
き、像形成の迅速化を図ることができる。
よれば、複雑な電気的処理を行わなくとも歪のない二次
元像を形成することができ、しかも線像光源の利用によ
って一回の走査で多数の走査ラインを同時に形成するこ
とができ、二次元像の形成を一回の走査で行うこともで
き、像形成の迅速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明に係る線像走査装置の第１実施例を示
す斜視図、第２図及び第３図は第１図に示した光学系の
光路に沿った展開図、第４図は第１図に示した結像光学
系の説明図、第５図は第１図に示した補正面の形状を示
す斜視図、第６図は補正前の走査ラインを示す説明図、
第７図は第１図に示した装置の補正後の走査ラインを示
す説明図、第８図はこの発明に係る線像走査装置の第２
実施例を示す第２図と同様な展開図、第９図は第８図に
示した結像光学系の補正面の形状を示す斜視図、第10図
は第８図に示した装置の補正後の走査ラインを示す説明
図、第11図は二次元走査光学系の一般的な説明図、第12
図は第11図の一部拡大図、第13図は走査ラインの歪を示
す説明図である。 20……線像光源 30……ポリゴンミラー（偏向器） ｙ−ｚ……被走査平面 40……結像光学系 44……ｆθレンズ 45……補正板 43a,45a……補正面
す斜視図、第２図及び第３図は第１図に示した光学系の
光路に沿った展開図、第４図は第１図に示した結像光学
系の説明図、第５図は第１図に示した補正面の形状を示
す斜視図、第６図は補正前の走査ラインを示す説明図、
第７図は第１図に示した装置の補正後の走査ラインを示
す説明図、第８図はこの発明に係る線像走査装置の第２
実施例を示す第２図と同様な展開図、第９図は第８図に
示した結像光学系の補正面の形状を示す斜視図、第10図
は第８図に示した装置の補正後の走査ラインを示す説明
図、第11図は二次元走査光学系の一般的な説明図、第12
図は第11図の一部拡大図、第13図は走査ラインの歪を示
す説明図である。 20……線像光源 30……ポリゴンミラー（偏向器） ｙ−ｚ……被走査平面 40……結像光学系 44……ｆθレンズ 45……補正板 43a,45a……補正面
Claims (1)
- 【請求項１】多数の発光部が並列する線像光源と、 該線像光源の各点から発する光を発光位置に応じて式：
θｙ＝gy -1（hy/fc）で定義される角度θｙを有する
平行光束群として出射させるコリメートレンズ（但し、
上式中hyはコリメートレンズの光軸と線像光源との交点
から発光点までの距離、fcはコリメートレンズの焦点距
離、gyは変換関数である）と、 該コリメートレンズから出射する光束群を該光束群が形
成する線像断面に対して垂直な方向に偏向する偏向器
と、 線像断面でfy、線像断面と垂直な偏向断面内でfzの焦点
距離を有する結像光学系とを備え、 該結像光学系は、線像断面内で角度θｙを有しつつ偏向
断面内で前記結像光学系の光軸に対して角度θｚを有す
る光線が任意のθy,θｚに対して ｙ＝fy・gy（θｙ） ｚ＝fz・gz（θｚ） （但しgzは変換関数）の位置に結像するような特性を有
することを特徴とする線像走査装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP442388A JP2584645B2 (ja) | 1988-01-12 | 1988-01-12 | 線像走査装置 |
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