JP2641962B2 - 光ビーム走査記録装置 - Google Patents

光ビーム走査記録装置

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JP2641962B2 JP2197449A JP19744990A JP2641962B2 JP 2641962 B2 JP2641962 B2 JP 2641962B2 JP 2197449 A JP2197449 A JP 2197449A JP 19744990 A JP19744990 A JP 19744990A JP 2641962 B2 JP2641962 B2 JP 2641962B2
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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、画像信号に対応する複数の光ビームを偏
向手段によって周期的に偏向し、偏向された複数の光ビ
ームによって記録用材料に画像を走査記録する光ビーム
走査記録装置に関するものである。
〔従来の技術〕
所望の画像を白／黒の２値画像として感材上に記録す
るレーザプロッタや、網点を用いた階調画像として感材
上に記録する製版用スキャナなどの光ビーム走査記録装
置においては、描画時間の短縮を目的として、複数のレ
ーザビームを用いた走査光学系（マルチビーム走査系）
が使用される。
このようなマルチビーム走査系では、描画密度に応じ
て、光ビームの間隔を変更させる必要がある。そこで、
従来より光ビーム走査装置には、光ビームの間隔を調整
するためのビーム間隔調整装置が設けられている。その
一例として、例えば本願発明者が先の出願（特願平１−
89460号）に開示したものがある。
第17図は、ビーム間隔調整装置の構成の前提となるビ
ーム間隔調整の原理の説明図である。ビーム間隔調整装
置には、同図に示すように、ビーム方向転換素子301が
設けられている。このビーム方向転換素子301はビーム
スプリッタと同じ構成となっており、ハーフミラー面30
2を有している。このため、第１のビームB1の一部分は
ハーフミラー面302を透過して同図の直進ビームBaとな
る。また、第２のビームB2の一部分がハーフミラー面30
2で反射されて反射ビームBbとなる。後述する規則に従
って素子301に回転変位を与えておくことにより、この
２つのビームBa,Bbは素子301の後段側の所定点PCで互い
に交差角θで交差する。これらの２つのビームBa,Bbを
周期的に偏向するためのAOD213がこの交差点PCに配置さ
れており、AOD213による偏向を受けた後のビームBa,Bb
が、走査レンズ216によって平行ビーム群に変換され
る。ただし、交差点PCと走査レンズ216との間の距離
は、走査レンズ216の焦点距離ｆと同一とされている。
同図からわかるように、平行ビームBa,Bbの間隔l0,交
差角θおよび走査レンズ216の焦点距離ｆの間には、次
式が成立する。
l0θ・ｆ …（１） したがって、交差角θを変更することによって、平行
ビームBa,Bbの間隔l0を適当に調整することができる。
なお、このとき、交差角θを変更したとしても両ビーム
Ba,Bbが常にAOD213内を通過する様に、両ビームBa,Bbを
交差点Pcで交わるようにする。それは、AOD213の入射側
アパーチャの径が比較的小さいということと、感材１上
においてビームを十分に絞るためには、ビームBa,Bbの
ビーム径をできるだけ大きく設定する方が良いというこ
とに起因する。つまり、通常、ビームBa,Bbのビーム径
はAOD213の入射側アパーチャの径と同等に設定されてい
るので、単に交差角θを大きくしていくと、ビームBa,B
bの交差点が徐々にビーム方向転換素子301側へずれてい
き、ついにはビームBbがAOD213に入射しなくなるのであ
る。
次に、２つのビームBa,Bbが常に交差点PCで交差する
という条件を満足させつつ、交差角θを任意に変えるた
めの規則について解析する。この従来例では、所定点CR
を中心として素子301に回転変位を与え、それによって
交差角θを変えるように構成されている。この場合、ビ
ーム方向転換素子301の基準位置（つまりハーフミラー
面302が第18図の位置302aに存在する場合の素子301の位
置）と回転中心CRとの距離をＡとしたとき、素子301の
基準位置と交差点PCとの光路長ａに対して、上記距離Ａ
をどのように定めればよいかを決定する必要がある。
第18図はこの解析のための図であり、素子301（図示
せず）が回転中心CRのまわりに角度βだけ回転し、その
状態においてビームBa,Bbが交差点PCで角度θをなして
交差したものと仮定した図である。ただし、補助線等は
次のように定義されている。
PR…ハーフミラー面302上のビームB2の反射点、 FH…点PRを通り、ビームB1の光軸に平行な線、 FN…ハーフミラー面302の法線、 F45…ビームB2の入射方向とπ/4の角度をなす線、 α…ビームB2の入射方向と直線FNとのなす角度、 ｈ…ビームB1の光軸から見た点PRの高さ。
このとき、直線FNとFHとのなす角度は（α−θ）とな
り、また直線FHとビームB2の進行方向とのなす角はπ/2
であることから（２）式が成立する。
（α−θ）＋α＝π/2 …（２） また、直線F45とFHとのなす角度はπ/4であるから、
（３）式が成立する。
（α−θ）＋β＝π/4 …（３） （２），（３）式からαを消去すると（４）式が得ら
れる。
θ＝２・β …（４） 一方、次の（５）式が成立する。
ｈ＝ａ・tanθ …（５） ここで、θが十分に小さいとき、（５）式は次の
（６）式に近似することができる。
ｈ＝ａ・θ …（６） したがって、（４），（６）式より、次の（７）式が
得られる。
ｈ＝2a・β …（７） 一方、次の（８）式が成立する。
tanβ＝h/A …（８） したがって、（４），（８）式より、 となり、（５）式から得られる関係式： cosθ＝cos［tan-1（h/a）］ …（10） を（９）式に代入して整理すると、 が得られる。
（11）式がａに対する距離Ａの依存性を示す式である
が、量a,hの値は、たとえば、 ａ＝300mm （12） ｈ＝0.04mm （13） のように定められる。したがって、ａに対してｈは高次
微小量であり、（11）式は非常に高い精度において、 Ａ2a …（14） と近似できる。したがって、ビーム間隔調整装置では、
ハーフミラー面302の基準位置302aとAOD213の位置との
間の光路長ａに対して、その２倍の距離だけ基準位置30
2aから離れた点を回転中心とするとともに、（７）式に
示す関係を満足しながら、素子301を並進および回転運
動させるような構成とされている。
第19図は、本願出願人が先の出願（特願平１−89460
号）に開示したビーム間隔調整装置の機構模式図であ
る。このビーム間隔調整装置では、同図に示すように、
アームメンバ501,502,503によって４節リンク機構500が
形成されている。したがって、４節リンク機構500にリ
ンク運動を与えたときには、センタメンバ502（したが
って素子301）が、点CAを瞬時の回転中心として回転す
る。このため、素子301と点CAとの距離が上記距離2aと
なるようにリンク機構500の各部分のサイズを定めてお
けば、（７）式を近似的に満足しながら、点CAを第17図
の回転中心CRとして、第17図に相当する回転変位を素子
301に与えることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
第19図に示したビーム間隔調整装置は、あくまで近似
的に（７）式を満足するだけであり、θが大きくなるに
つれて誤差を無視することができなくなる。例えば、距
離ａを250（mm）とし、リンク機構500の各部分のサイズ
を、次のように設定した場合について考えてみる。
アームメンバ501の長さ…30（mm）、 アームメンバ502の長さ…40（mm）、 アームメンバ503の長さ…30（mm）、 アームメンバ501の右端（固定端）とアームメンバ503の
左端（固定端）との距離…37.6（mm）。
例えば、θが1.1（mrad）である場合、ビームBa,Bbの
交差点は点PCから約1mmずれる。これに対して、θが10
（mrad）である場合、ビームBa,Bbの交差点は点PCから
約10mmずれることとなり、AOD213にビームBa,Bbが入射
しなくなる。
また、AOD213への入射光の径を大きくして走査の分解
点数を増やすために、ビーム方向転換素子301と走査レ
ンズ216との間に、ビームエキスパンダ（拡大率＝M
0倍）を配置することがある。この場合、ビームエキス
パンダを通過した各ビームの径はM0倍に拡大されるが、
また同時にビーム間の角度が（1/M0）倍になる。例え
ば、ビーム方向転換素子301からの２本のビームのなす
角度がγであり、これらのビームがビームエキスパンダ
を通過すると、その角度は（γ/M0）となる。換言すれ
ば、走査レンズ216に入射する２本のビームのなす角度
をθとするためには、ビーム方向転換素子301からの２
本のビームのなす角度を（M0・θ）にする必要がある。
したがって、ビームエキスパンダを設ける場合には、ビ
ーム間隔調整装置によりビーム方向転換素子301を大き
く回転変位させる必要がある。その結果、上記したよう
に、ビームの交差点が点PCから大きくずれてしまう。
これらの問題を解決する装置として、例えば第20図に
示す装置が考えられる。この装置は、素子301をステー
ジ600上に固定し、切り欠きリンクを介してピエゾ素子6
01,602でこのステージ600を支持するように構成されて
いる。したがって、ピエゾ素子601,602の伸長量を互い
に異なったものとすることにより、（７）式に示す関係
を満足しながら、素子301は図のθａ方向に回転変位す
る。
しかしながら、第20図に示すビーム間隔調整装置で
は、アクチュエータ（ピエゾ素子）が２個必要となるた
めに、制御が複雑となるという問題や装置がコスト高と
なるという問題がある。
〔発明の目的〕
この発明は、上記課題の解決を意図しており、制御が
容易な構成で、光ビームの間隔を広範囲に渡って調整す
ることができる機能を備えた光ビーム走査記録装置を提
供することを目的とする。
〔目的を達成するための手段〕
この発明は、画像信号に対応する複数の光ビームを偏
向手段によって周期的に偏向し、偏向された複数の光ビ
ームによって記録用材料に画像を走査記録する光ビーム
走査記録装置に向けられたものである。
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、第1,
第２及び第３アームが第１と第２リンク節を介してコ字
形状に順次連結されてアーム連鎖を形成し、該アーム連
鎖の両端が、第３と第４リンク節をそれぞれ介して、２
つの支持点に連結されたリング機構と、第５リンク節を
介して前記第２アームに連結された固定部材と、該固定
部材に固定され、前記複数の光ビームを交差させて前記
偏向手段に案内するビーム方向転換手段と、前記第２ア
ームの長手方向とは異なる方向に伸び、その第１端部が
前記固定部材に固定された曲げ弾性部材と、前記第１ア
ームと前記曲げ弾性部材の第２端部との間に介設された
突起部と、前記リンク機構にリンク変形を加えるリンク
変形手段と、を備えている。
また、請求項２の発明は、偏向手段が音響光学偏向素
子からなり、複数の光ビームが前記音響光学偏向素子の
内部で交差するように構成している。
また、請求項３の発明は、リンク機構，固定部材及び
曲げ弾性部材を弾性金属ブロック板により一体成形加工
している。
さらに、請求項４の発明は、リンク変形手段がリンク
機構に結合して伸縮作動するアクチュエータと、該アク
チュエータの伸縮作動を制御する制御部と、を含んでい
る。
〔作用〕
この発明にかかる光ビーム走査記録装置によれば、リ
ンク変形手段の作動により、リンク機構がリンク変形す
る。このリンク機構の第２のアームにはビーム方向転換
手段が連結されている。したがって、上記リンク変形と
ともに、前記ビーム方向転換手段が並進移動する。また
同時に、上記リンク変形にしたがって、突起部が曲げ弾
性部材の第２端部を押動して、前記ビーム方向転換手段
が回転する。こうして、前記ビーム方向転換手段に回転
変位が与えられる。
つまり、前記リンク変形手段の作動を適宜制御するこ
とによって、前記ビーム方向転換手段に回転変位が好適
に与えられて、光ビーム群の交差角が変更される。その
結果、偏向手段によって偏向されたビーム群のビーム間
隔が調整される。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を説明するが、ここではま
ず、実施例であるビーム間隔調整装置を組込んだ光ビー
ム走査記録装置の概略構成と動作とを述べる。その後、
ビーム間隔調整装置の詳細を説明する。
A.光ビーム走査記録装置 （Ａ−１）機構的構成と動作 第１図はこの発明の一実施例であるビーム間隔調整装
置を内蔵した光ビーム走査記録装置100の斜視図であ
る。光ビーム走査記録装置100は、基台10の上に、感材
送り機構20と描画機構30とを備えている。感材送り機構
20は吸引テーブル21を有しており、ガラス乾板などの感
材１が吸引テーブル21上に吸着されている。
吸引テーブル21は、水平Ｙ方向に伸びる一対のガイド
22上にスライド自在に載置されており、図示しないモー
タによって回転するボールスクリューによって（±Ｙ）
方向に往復移動する。これによって感材１もまた（±
Ｙ）方向に往復移動する。
一方、描画機構30は、水平Ｘ方向に伸びる一対のガイ
ド31を有している。ただし、Ｘ方向はＹ方向に直角な方
向である。そして、ガイド31上にはハウジング32がスラ
イド可能に載置されており、この発明の一実施例である
ビーム間隔調整装置を含む走査光学系200がこのハウジ
ング32内に収容されている。なお、この走査光学系200
の詳細については、後で行うビーム間隔調整装置の詳細
説明と同時に行う。
同図中の切欠き部に示された描画ヘッド33は、この走
査光学系200の一部分となっている。モータ34によって
ボールスクリュー35が回転すると、ハウジング32にした
がって走査光学系200はＸ方向または（−Ｘ）方向へ移
動する。その結果、描画ヘッド33もまたＸ方向または
（−Ｘ）方向へ移動する。
基台10の上面には、He−Neレーザ発振器40が設けられ
ている。このHe−Neレーザ発振器40からのレーザ光41
は、ビームスプリッタ42〜45によって２本のレーザ光41
X,41Yに分離される。ただし、ビームスプリッタ44,45
は、描画ヘッド33に固定されている。吸引テーブル21の
Ｘ方向端部および（−Ｙ）方向端部には、それぞれ平面
ミラー46X,46Yが立設されている。そして、レーザ光41
X,41Yはこれらのミラー46X,46Yによってそれぞれ反射さ
れ、ビームスプリッタ44,45の位置へ戻る。図示しない
光干渉検出器によってこれらのレーザ光41X,41Yのミラ
ー反射光路長が検出され、それによって、描画ヘッド33
に対する感材１の水平面内相対位置が測定されるように
なっている。
なお、図示しないが、感材送り機構20の全体は、開閉
自在な遮光フードの中に収容されている。
第２図は、光ビーム走査記録装置100における描画の
基本的原理を示す図である。描画ヘッド33からは、（±
Ｘ）方向に周期的に偏向した２本のレーザビームBa,Bb
が感材１上に照射される。これらのレーザビームBa,Bb
はともに、所定の画像信号による変調を受けている。そ
して、感材１をたとえば（−Ｙ）方向に移動させつつレ
ーザビームBa,Bbによる露光を行なう場合には、（±
Ｘ）方向に伸びた走査線Ｌの配列に沿って描画が行なわ
れる。
第３図は、光ビーム走査記録装置100を用いて感材１
に描画を行なう場合の、感材１と描画ヘッド33との相対
的な動きを示す図である。ただし、仮想線Y0は、描画ヘ
ッド33の（±Ｘ）方向の移動経路位置を示す。まず、第
３図（ａ）のように、感材１がＹ方向に移動し、描画ヘ
ッド33が感材１の左下隅付近の原点位置にくる。
描画の開始とともに感材１は（−Ｙ）方向へ送られる
（第３図（ｂ））。したがって、最初のストリップにつ
き描画がＹ方向へ進行し、感材１の（−Ｙ）方向の送り
が完了した時点では、第３図（ｃ）に示す状態となる。
次に、描画ヘッド33がＸ方向に所定距離ΔＸだけ移動す
る（第３図（ｄ））。この距離ΔＸは、ストリップ間の
相互配列間隔に等しい距離とされる。
第２番目のストリップについての描画は、感材１をＹ
方向に送りつつ行なわれる（第３図（ｅ））。そして、
第２番目のストリップについての描画が第３図（ｆ）の
ように完了した後、以上の往復走査が繰返される。その
結果、第３図（ｇ）に示すように、描画エリア内の描画
が順次に進行し、最終的には描画エリア内に所望の画像
が記録された状態となる。
（Ａ−２）電気的構成 第４図は、光ビーム走査記録装置100の電気的構成を
示す概略ブロック図である。マイクロコンピュータやそ
の周辺装置などで構成される図形入力装置60では、所望
の図形の輪郭線を表現したベクトルデータが生成され
る。このベクトルデータは、各ストリップごとに分割さ
れて分割ベクトルデータSVとなり、描画制御装置70に与
えられる。
描画制御装置70は、この分割ベクトルデータSVに基づ
いて、走査線順次のラスターデータを発生する。そし
て、ラスターデータがON/OFF変調信号SMとしてAOMドラ
イバ71に出力される。AOMドライバ71はこの変調信号SM
をAOMドライブ信号SMDに変換する。また、描画用レーザ
光を偏向するための偏向信号SDが発生され、これがAOD
ドライバ72によってAODドライブ信号SDDへと変換され
る。これらのドライブ信号SMD,SDDは、走査光学系200の
中に設けられているAOM（音響光学変調器）207およびAO
D（音響光学偏向器）213へそれぞれ与えられる。なお、
走査光学系200がマルチビーム走査系であることに対応
してAOM207は２個のAOM207a,207b（第４図には図示せ
ず）を有しており、信号SM,SMDのそれぞれも２つの成分
を含んでいる。
一方、描画制御装置70は、走査光学系200を（±Ｘ）
方向へ移動させるためのモータ34と、感材テーブル21を
（±Ｙ）方向へ移動させるためのモータ23とに対して、
モータドライブ信号MX,MYをそれぞれ供給する。また、
第１図のレーザ発振器40等に関連して説明したレーザ測
長器50から、感材テーブル21のＸ−Ｙ方向の位置を表現
した位置信号SX,SYが描画制御装置70へ入力される。描
画制御装置70は、これらの位置信号SX,SYに同期して、
上記変調信号SMや偏向信号SDを発生するようになってい
る。
B.ビーム間隔調整装置300を含む走査光学系200の詳細 （Ｂ−１）レーザ発生および変調 第５図は走査光学系200の内部構成を示す斜視図であ
る。Ar+レーザ発振器201から出射したシングルレーザビ
ームLB0は、光量補正用AOM202に与えられる。このAOM20
2は、感材１上におけるビームスポット径を変更する際
に、最適の露光状態が常に得られるようにレーザビーム
の光量を補正する。そして、AOM202を出たレーザビーム
LB0は、ミラー203による反射を受けた後、ビームスプリ
ッタ204において２つのレーザビームLBa,LBbに分割され
る。これらのうち、第１のビームLBaはミラー205で反射
された後、集光レンズ206aを介してAOM207aに与えられ
る。AOM207aはAOMドライブ信号SMD（第４図）の第１の
成分に応答してビームLBaをON/OFF変調する。そして、
変調後のビームB1はコリメータ208aによってコリメート
され、後述するマルチビーム調整器300に与えられる。
他方、ビームスプリッタ204で生成された第２のビー
ムLBbは、集光レンズ206bを介してAOM207bに与えられ
る。AOM207bはAOMドライブ信号SMDの第２の成分に応答
してビームLBbをON/OFF変調する。そして、変調後のビ
ームB2はコリメータ208bによってコリメートされ、ミラ
ー209を介してビーム間隔調整装置300に与えられる。な
お、ビーム間隔調整装置300に入射する２本のビームB1,
B2は互いに直角方向に進行している。
尚、これら２本の変調後のビームは、この実施例に限
らず、各々を別のレーザ光源（半導体レーザを含む）よ
り得る方法など、他の慣用される方法により得るように
してもよい。さらに、半導体レーザによる場合の変調は
半導体レーザ自体で行うことができるので、必ずしも変
調手段を別個に設ける必要はない。
（Ｂ−２）ビーム間隔調整装置300の構成 第６図は、この発明にかかるビーム間隔調整装置300
の斜視図である。また、第７図はその側面図である。両
図において、このビーム間隔調整装置300は、ビーム方
向転換素子301と、この素子301に結合してそれに回転変
位を与えるための一体型切り欠きリンク機構303とを有
している。この切り欠きリンク機構303は一体の金属ブ
ロック板などの弾性体を加工して得られたものであっ
て、矩形に配列したアームメンバ311〜314が形成されて
いる。アームメンバ311〜314のうち、アームメンバ311
は一対の保持ブロック304a,304bによって挟持されてい
る。こうして、切り欠きリング機構303が保持固定され
る。
このメンバ311からは上方向にアームメンバ312,314が
それぞれ伸びており、メンバ311と312,314との間にはそ
れぞれ切り欠き部321,322が介在している。また、これ
らのアームメンバ312,314の上端は、それぞれ切り欠き
部323,324を介してセンタメンバ313に連なっている。
このセンタメンバ313の略中央部から下方向にアーム
メンバ315が伸びており、それらの間には切り欠き部325
が介在している。そして、アームメンバ315からは板バ
ネ316がさらに下方向に伸びて、その先端部がアームメ
ンバ314から横方向に伸びた突起部317に当接されてい
る。また、アームメンバ315には、ビーム方向転換素子3
01が固定されている。そのため、第７図の右側から入射
する第１のビームB1はアームメンバ314と板バネ316とに
設けられた貫通孔314H,316Hを通して素子301に至り、ハ
ーフミラー面302を透過した成分が、アームメンバ312に
設けられた貫通孔312Hを通ってビームBaとなる。また、
上方から与えられる第２のビームB2は、アームメンバ31
3に設けた貫通孔313Hを通ってハーフミラー面302に至
る。このビームB2のうち、ハーフミラー面302で反射し
た成分はアームメンバ312の貫通孔312Hを通ってビームB
bとなる。
アームメンバ314の下方部には、切り欠き部326を介し
てピエゾ素子330の一方端が結合している。さらに、ア
ームメンバ311には、支持部材305が取付けられており、
切り欠き部327を介してピエゾ素子330の他方端に連結さ
れている。
なお、ビーム間隔調整装置300には、素子301の回転角
度を制御する回転角度制御部400が設けられている。こ
れについては、ビーム間隔調整装置300の動作を説明し
た後、詳説する。
（Ｂ−３）ビーム間隔調整装置300の動作 第８図は、上記のように構成されたビーム間隔調整装
置300の機構模式図である。上記のように構成されたビ
ーム間隔調整装置300を動作機能の観点から見ると、ビ
ーム方向転換素子301を並進移動させる並進移動機構350
と、素子301を回転させる回転移動機構360とに分けるこ
とができる。
＜並進移動機構350＞ 第９図は、並進移動機構350の構成とその動作を示す
機構模式図である。この並進移動機構350では、切り欠
き部321〜324がリンク節とし、メンバ312〜314をアーム
とするリンク機構が形成されている。したがって、例え
ばピエゾ素子330に伸びdPを与えてアームメンバ314に力
FPを加えると、並進移動機構350はリンク変形し、ビー
ム方向転換素子301を所定距離ｘだけ並進移動する（な
お、同図への素子301の図示は省略されている）。アー
ムメンバ314の傾き角δが小さいときには、並進移動距
離ｘと伸び量dPとの間に（15）式に示す関係が成立す
る。
ただし、 ML……てこ比、 Ｈ……アームメンバ314の長さ、 Ｒ……切り欠き部322から力FPの作用点までの距離。
＜回転移動機構360＞ 次に、回転移動機構360の動作について説明する。こ
こでは、その動作理解を容易にするために、まず第10図
に示すように構成された機構部の動作について説明す
る。そして、その後で回転移動機構360の詳細な動作に
ついて説明する。
第10図（ａ）において、アームメンバ313からZ0方向
にアームメンバ315が伸びており、それらの間の境界は
切り欠き部325となっている。そして、アームメンバ315
からは板バネ316がZ0方向に伸びている。そして、板バ
ネ316の先端部にZ0方向と直交するX0方向に力Ｆを加え
ると、第10図（ｂ）に示すように、切り欠き部325を中
心としてアームメンバ315が角度θで傾くとともに、板
バネ316が撓む。ただし、同図において、補助線等は次
のように定義されている。
T1……切り欠き部325を通り、Z0方向に伸びた線、 T2……アームメンバ315の先端315aを通り、Z0方向に伸
びた線、 T3……板バネ316の先端316aを通り、Z0方向に伸びた
線、 U1……切り欠き部325を通り、直線T1とθの角度をなす
線、 U2……板バネ316の先端316aを通り、直線U1に平行な
線、 ｂ……アームメンバ315の長さ、 ｃ……板バネ316の長さ、 d1……直線T1と直線T3との間隔、 d2……直線T1と直線T2との間隔、 d3……直線T2と直線T3との間隔、 d4……直線U1と直線U2との間隔。
このとき、（16）式が成立する。
d1＝d2＋d3 ＝ｂ・sinθ＋ｃ・sinθ＋d4・cosθ …（16） さらに、この（16）式を変形することによって、（1
7）式が得られる。
一方、板バネ316のたわみ係数をk2とすれば、板バネ3
16の先端部に印加された力Ｆと、間隔d4の間には、次の
関係が成立する。
Ｆ＝k2・d4 …（18） （17），（18）式からd4を消去すると（19）式が得ら
れる。
また、切り欠き部を中心として回転角と加えられたモ
ーメントとが比例する弾性支点として機能する切り欠き
部325のばね係数をk1とすれば、切り欠き部325でのモー
メントＭは（20）式に示すようになる。
Ｍ＝k1・θ ＝Ｆ（ｂ＋ｃ） …（20） （20）式を変形すると、（21）式が得られる。
さらに、（19），（21）式からＦを消去すると（22）
式が得られる。
ただし、 ｎ＝ｂ＋ｃ である。ここで、θが小さい場合には、 sinθθ、 cosθ１、 と近似することができるので、（22）式を（23）式とす
ることができる。
ただし、 ｍ＝k2/k1 である。そして、この（23）式を整理すると、 が得られる。
次に、並進移動機構350による平行リンク移動が実行
されたとき、それと同時に回転移動機構360がどのよう
に動作するかについて説明する。第11図は、そのときの
回転移動機構360の動作状況を示す図である。また、第1
2図は、その動作を解析するための図であり、ピエゾ素
子330に伸びdPを与えて、並進移動機構350によってビー
ム方向転換素子301が距離ｘだけ平行リンク移動したも
のと仮定した図である。ただし、同図において、補助線
等は次のように定義する。
Ｉ…突起部317と板バネ316との当接点、 V1…点Ｉを通り、水平方向X1に伸びた線、 Ｊ…直線V1とアームメンバ314との交点、 Ｋ…突起部317が存在しないと仮定して並進移動させた
場合の板バネ316（同図の１点鎖線）と、直線V1との交
点、 h1…切り欠き部322と点Ｉとの鉛直方向Z1における距
離、 Δｘ…切り欠き部322と点Ｊとの水平方向X1における距
離。
同図からわかるように、 x:H＝Δx:h1 の関係から、 Δｘ＝ｘ・h1/H …（25） が成立する。
一方、距離x,Δx,d1の間には次の関係が成立する。
ｘ＝Δｘ＋d1 …（26） したがって、（25），（26）式より、 d1＝ｘ−（h1/H）ｘ ＝（１−h1/H）ｘ …（27） となる。そして、（24），（27）式からd1を消去する
と、（28）式が得られる。
ここで、第12図において、θが小さい場合には、ビー
ム方向転換素子301が水平方向X1に距離ｘだけ並進移動
することは、第２のビームB2（第７図参照）から見た場
合、ビーム方向転換素子301のハーフミラー面302が鉛直
方向Z1に距離ｘだけ移動したことに等しい。
また、（28）式のθは、アームメンバ315の傾き角で
あり、これはビーム方向転換素子301の回転角でもあ
る。
したがって、 を満足するように、切り欠きリンク機構303の各部分の
サイズを定めておけば、（７）式に示す関係を常時満足
しながら、ビーム方向転換素子301を回転変位させるこ
とができる。その結果、光ビームの間隔を広範囲に渡っ
て調整することができる。また、アクチュエータ（ピエ
ゾ素子）が１個ですむために、ビーム間隔調整装置300
の構造が単純で、しかも制御が容易なものとなる。
＜回転角度制御部400＞ 次に、ビーム方向転換素子301の回転角θを制御する
回転角度制御部400について第13,14図を参照して説明す
る。第14図において、回転角度制御部400は半導体レー
ザ発振器401,偏向ビームスプリッタ402及び1/4波長板40
3を含み、これらは第13図に示すように、保持ブロック3
04bに固設された断面Ｌ字形状の支持部材411に取付けら
れている。レーザ発振器401から出射したレーザビームL
S（第14図）は、偏向ビームスプリッタ402および1/4波
長板403を透過した後にミラー404に到達する。このミラ
ー404は、アームメンバ315に固着された支持部材405
（第６図）に取り付けられている。そのため、ビーム方
向転換素子301が回転すると、その回転角θだけ回転す
る。ミラー404で反射されたレーザビームLSは下方へと
向い、1/4波長板403を介して偏向ビームスプリッタ402
に入射される。この時レーザビームLSの偏光面が90度ず
れているので、偏光ビームスプリッタ402に反射された
レーザビームLSがレンズ406を経て、プリズム407,408に
反射されて、保持ホルダ304aに固定された支持部材409
に固定されているPSD（Position Sensing Device）410
へと至る。したがって、ビエゾ素子330の駆動によって
ビーム方向転換素子301が回転すると、その回転角θ
（第14図）が、PSD410上の光スポットの位置変位として
検出される。
第14図は、回転角度制御部400の制御ブロック図であ
る。指令値発生回路440に所望のビーム間隔指令値Ｐが
入力される。指令値発生回路440では、このビーム間隔
指令値Ｐに基づいてビーム方向転換素子301の回転角θ
０を演算して求める。
一方、周知のように、PSD410からは、その中に設けら
れている一対の電極から一対の検出信号S1,S2が出力さ
れる。周知のPSD信号処理回路430ではこれらの検出信号
S1,S2に基づいて、PSD410の検出面上における光スポッ
ト変位Δｔを演算して求める。この光スポット変位Δｔ
と素子301の回転角θとの間には、次の関係式 Δｔ２θ・f406 ただし、f406…レンズ406の焦点距離、が成立し、こ
れを変形すると、 θ＝Δt/2f406 となる。除算器431では、光スポット変位Δｔを、値（2
f406）で除算し、素子301の実際の回転角θを求める。
この除算において係数“2"があるのは、第14図に示すよ
うに、素子301の回転角θの２倍が検出ビームLSの偏向
角となっているためである。
この実際の回転角θの値と指令回転角θ０の値とはPI
D制御回路442に取込まれる。PID制御回路442はこれらの
偏差（θ０−θ）についての比例信号、積分信号および
微分信号を生成し、それらの組合せとしてのPID制御信
号Δθをピエゾドライバ443に出力する。そして、ピエ
ゾドライバ443はピエゾ素子駆動信号を発生し、それに
よってピエゾ素子330を偏差（θ０−θ）に応じた量だ
け伸縮させる。
以上のようなクローズドループ制御を行なうことによ
り、ビーム方向転換素子301の回転角θは指令値θ０と
一致するようになる。もっとも、ビーム方向転換素子30
1の回転角度の制御にあたっては、オープンループ制御
を行なってもよい。
（Ｂ−４）ビームBa,Bbの偏向 第５図に戻って、このようにしてビーム間隔調整装置
300で得られたビームBa,Bbは、ミラー210による反射を
受けた後、AOD213内の交差点PCにおいて互いに交差す
る。ただし、第５図においては、図示の便宜上、この交
差状態は示されていない。また、第17図において定義し
た距離ａは、第５図の素子301からAOD213に至るまでの
光路長に相当する。さらに、第５図の構成では、ミラー
210においてビームBa,Bbの進行方向が変化するが、第17
図の回転中心CRは、第５図のビーム間隔調整装置300と
ミラー210とを結ぶ直線をそのまま延長した先に存在す
る（第５図では図示せず）。
AOD213は、２つのビームBa,Bbを偏向方向DF0へ周期的
に偏向する。偏向後のビームBa,Bbは走査レンズ216に至
り、この走査レンズ216において、交差角θに応じた相
互間隔を持つ相互平行ビームとなる。そして、このよう
に平行化されたビームBa,Bbはミラー217で反射され、描
画ヘッド33内へ入射する。
尚、ビーム間隔調整装置300で得られたビームBa,B
bは、慣用されるビームエキスパンダにより適宜そのビ
ーム径を変えることができる。
（Ｂ−５）描画ヘッド33 描画ヘッド33には、偏向方向調整器（図示省略）が設
けられており、ビームBa,Bbの偏向方向DF0が適当に調整
される。そして、描画ヘッド33内に配設された対物レン
ズ（図示省略）によってその固有の縮小率でビームBa,B
bが感材１上に縮小投射される。
C.変形例 （Ｃ−１）３本以上のビーム使用 この発明は、２本のレーザビームを用いる場合に限ら
ず、３本以上のレーザビームを用いて描画を行なう光ビ
ーム走査記録装置にも適用可能である。たとえば第15図
に示す３本のビームB1〜B3を交差ビームBa〜Bcへと変換
する場合、ハーフミラー面302A,302Bをそれぞれ有する
２つのビーム方向転換素子（図示せず）によって、ビー
ムB2とB3とのそれぞれの進行方向を転換する。そして、
第６図のビーム間隔調整装置300と同様の機構を２つの
準備し、ハーフミラー面302A,302Bとを個別に回転変位
させる。ただし、ハーフミラー面302A,302Bと交差点PC
とのそれぞれの距離は互いに異なるため、回転中心まで
の距離は互いに異なる値とされる。このようにすると、
交差角θ12,θ13のそれぞれを任意に変更することがで
きる。
（Ｃ−２）ビーム間隔調整装置300の変形 ビーム間隔調整装置300では、板バネ316の先端部がア
ームメンバ314から伸びた突起部317に単に当接されてい
るのみである。すなわち板バネ316の先端部は自由端と
なっているが、固定端としてもよい。また、板バネ316
の代わりに、弾性支点として作用する切り欠きが設けら
れた鉄片を採用してもよい。
ただし、これらの場合、上記解析をそのまま適用する
ことができない。そこで、以下、切り欠きが設けられた
鉄片を採用した場合について第16図を参照しつつ解析す
る。
第16図（ａ）において、アームメンバ313からZ0方向
にアームメンバ315が伸びており、それらの間の境界は
切り欠き部325となっている。そして、アームメンバ315
からはアームメンバ316bがZ0方向に伸びており、それら
の間の境界は切り欠き部328となっている。そして、ア
ームメンバ316bの先端部にZ0方向と直交するX0方向に力
Ｆを加えると、第16図（ｂ）に示すように、切り欠き部
325を中心としてアームメンバ315が角度θで傾くととも
に、切り欠き部328を中心としてアームメンバ316bが角
度θ１で傾く。ただし、同図において、補助線等は次の
ように定義されている。
T4…アームメンバ316bの先端を通り、Z0方向に伸びた
線、 W1…切り欠き部325を通り、直線T1とθの角度をなす
線、 W2…切り欠き部328を通り、直線W1とθ１の角度をなす
線、 ｅ…アームメンバ316bの長さ、 d1…直線T1と直線T4との間隔。
このとき、（29）式が成立する。
d1＝ｂ・sinθ＋ｅ・sin（θ＋θ１） …（29） ここで、θ・θ１が小さい場合には、 sinθθ、sinθ１θ１、 cosθ１、cosθ１１、 と近似することができるので、（29）式を（30）式とす
ることができる。
d1＝ｂ・θ＋ｅ・θ＋ｅ・θ１ …（30） 一方、弾性支点として機能する切り欠き部325のばね
係数をk1と、また弾性支点として機能する切り欠き部32
8のばね係数をk3とすれば、モーメントＭは（31）式に
示すようになる。
Ｍ＝k1・θ ＝k3・θ１ …（31） この（31）式から、（32）式が得られる。
θ１＝（k1/k3）θ …（32） これを、（30）式に代入して、整理することによっ
て、 d1＝（ｂ＋ｅ＋（k1/k3）ｅ）θ …（33） が得られる。
次に、上記と同様にして、並進移動機構350による平
行リンク移動が実行されたとき、それと同時に板バネ31
6の代わりに回転バネを採用された回転移動機構がどの
ように動作するかについて解析する。
ピエゾ素子330に伸びdPを与えて、並進移動機構350が
全体的に所定距離ｘだけ平行リンク移動したものと仮定
したとき、ビーム間隔調整装置300では、（27）式が成
立する。そして、（27），（33）式からd1を消去する
と、（34）式が得られる。
したがって、 を満足するように、切り欠きリンク機構303の各部分の
サイズを定めておけば、（７）式に示す関係を常時満足
しながら、素子301を回転変位させることができる。そ
の結果、上記実施例と同様の効果が得られる。
上記実施例ではリンク変形手段として、アクチュエー
タとしてのピエゾ素子330及びその駆動制御部としての
回転角度制御部400を用いたが、ピエゾ素子330に代えて
マイクロメータ等をアームメンバ311に取付け、手動で
マイクロメータを操作することによって所望のリンク変
形をリンク機構に与えることも可能である。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、リンク変形手段の
作動を適宜制御して、リンク機構をリンク変形して、ビ
ーム方向転換手段を並進移動すると同時に、上記リンク
変形にしたがって、突起部により曲げ弾性部材の他端側
を押動して、前記ビーム方向転換手段を回転するように
構成しているので、前記ビーム方向転換手段を好適に回
転変位することができ、容易に光ビーム群の交差角を変
更することができる。そのため、感材上を相対移動する
ビーム群のビーム間隔を広範囲に渡って調整することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の一実施例である光ビーム走査記録
装置100の斜視図、 第２図および第３図は、光ビーム走査記録装置100にお
ける感材１の走査原理の説明図、 第４図は、光ビーム走査記録装置100の電気的構成の概
略を示すブロック図、 第５図は、ビーム間隔調整装置300を含む走査光学系200
の構成図、 第６図は、ビーム間隔調整装置300の斜視図、 第７図は、その側面図、 第８図は、その機構模式図、 第９図は、並進移動機構350の構成とその動作を示す機
構模式図、 第10図は、回転移動機構360の動作の説明図、 第11図は、ビーム方向転換素子301に並進および回転変
位を与えたときの、並進移動機構350および回転移動機
構360の状態を示す図、 第12図は、第11図の模式図、 第13図および第14図は、それぞれ回転角度制御部400の
正面図および制御ブロック図、 第15図は、３本のレーザビームを用いた場合の交差角変
更の説明図、 第16図は、ビーム間隔調整装置の変形例の説明図、 第17図および第18図は、ビーム方向転換素子301の回転
による交差角θの変更の説明図、 第19図および第20図は、従来のビーム間隔調整装置の機
構模式図である。 １……感材、 100……光ビーム走査記録装置、 213……AOD、 300……ビーム間隔調整装置、 301……ビーム方向転換素子、 312〜315……アームメンバ、 316……板ばね（曲げ弾性部材）、 317……突起部、 321〜325……切り欠き部（リンク節）、 330……ピエゾ素子、 350……並進移動機構（リンク機構）、 400……回転角度制御部、 Ba,Bb……レーザビーム、 PC……交差点

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像信号に対応する複数の光ビームを偏向
    手段によって周期的に偏向し、偏向された複数の光ビー
    ムによって記録用材料に画像を走査記録する光ビーム走
    査記録装置において、 第1,第２及び第３アームが第１と第２リンク節を介して
    コ字形状に順次連結されてアーム連鎖を形成し、該アー
    ム連鎖の両端が、第３と第４リンク節をそれぞれ介し
    て、２つの支持点に連結されたリング機構と、 第５リンク節を介して前記第２アームに連結された固定
    部材と、 該固定部材に固定され、前記複数の光ビームを交差させ
    て前記偏向手段に案内するビーム方向転換手段と、 前記第２アームの長手方向とは異なる方向に伸び、その
    第１端部が前記固定部材に固定された曲げ弾性部材と、 前記第１アームと前記曲げ弾性部材の第２端部との間に
    介設された突起部と、 前記リンク機構にリンク変形を加えるリンク変形手段
    と、 を備えたことを特徴とする光ビーム走査記録装置。
  2. 【請求項２】偏向手段が音響光学偏向素子からなり、複
    数の光ビームが前記音響光学偏向素子の内部で交差する
    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
    走査記録装置。
  3. 【請求項３】リンク機構，固定部材及び曲げ弾性部材が
    弾性金属ブロック板により一体成形加工されたことを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の光ビーム走査記録
    装置。
  4. 【請求項４】リンク変形手段がリンク機構に結合して伸
    縮作動するアクチュエータと、該アクチュエータの伸縮
    作動を制御する制御部と、を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第３項記載の光ビーム走査記録装置。
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