JP2974343B2 - 光走査光学系および該光学系を用いた画像走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被走査面における結像スポツト径及び走査範
囲を変化させることのできる走査光学系、及びこれを用
いた画像走査装置に関する。

［従来の技術］ 画像記録装置や画像読取装置等に主に適用され、スポ
ツト径を変更することのできる光走査光学系の一例とし
て特開昭55−155328号がある。これらは第７図に示すよ
うに、光源部と、該光源部からの光ビームを走査するた
めの偏向器の間に走査用の光ビームが平行になる部所を
設け、該部所の光ビーム径をアフオーカルズームエクス
パンダ等の光ビーム径変換光学手段によって変換するこ
とにより、結像面でのスポツト径を変化させるような構
成がとられている。

一方、光源部と該光源部からの光ビームの走査するた
めの偏向器の間に、開口径可変の開口絞り等の光ビーム
径変換光学手段を設けて、光ビーム径を変換するような
構成も一般に良く知られている。

上記構成において、光源部からの光ビームは光源部と
偏向器の間に設けられた光ビーム径変換光学手段により
光ビームの径が変換される。該変換された光ビームは偏
向器により走査され、ｆθレンズ等の結像レンズに入射
し、被走査面において光スポツトを形成し走査する。こ
こで例えば前記光ビーム径変換光学素子において、光ビ
ーム系が細く制限されたとすると、前記結像レンズにお
ける結像に際し、実質的なＦナンバが大きくなるために
被走査面におけるスポツト径が大きくなる。逆に光ビー
ム系が太く変換されると被走査面におけるスポツト径は
小さくなる。

即ち上記２例は、偏向器と被走査面の間に設けられた
結像レンズに入射する光ビームの径を変換するため、結
果的に被走査面におけるスポツト径を変換できる構成と
なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では、スポツト径を変化させ
て通常のサイズの画像と共に変倍した画像を得ようとし
ても以下の理由で適していなかった。

上記従来例の内、前者のものは、 （１）微細なスポツト径を得ようとして前記光ビームの
径を太くすると、太い光ビームを偏向するため偏向器が
大型化してしまう。

（２）太い光ビームを被走査面に結像するための結像レ
ンズが大型化してしまう。

（３）前記結像レンズで太い光ビームを結像させるた
め、該結像レンズの収差及び面精度の要求が厳しくなっ
てしまう。

（４）光ビームのスポツト径のみが小さくなり被走査面
での走査範囲及び走査速度は変化しないので、縮小画像
を得るためには、画素記録密度を上げる必要がある。こ
のためには画素クロツク周波数を変更し高速化する必要
がある。これは電気系が複雑になると共に負担が大きく
なって、コストアツプを招く原因となってしまう。

一方、後者の従来例において、大きなスポツト径を得
るために、開口絞りによって前記光ビームに径を細くす
ると、開口絞りによる回折のため、被走査面において結
像されたスポツトにエアリ環が生じ、良好な画像を得る
ことができなくなってしまう問題点があった。

本発明は簡便な構成でスポツト径及び走査範囲を変化
させ得る光学系、およびこの光学系を用いて簡単に変倍
画像が得られる画像走査装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決する第１発明は、光源部からの光
ビームを走査する走査手段と、該走査手段による走査さ
れた光ビームを被走査面に第１のビーム形状で結像する
第１の結像光学系と、該第１の結像光学系と少なくとも
一部光学系が共用され、且つ前記第１の結像光学系に対
し追加可能な追加光学系を有し、該追加光学系を介して
前記走査手段からの光ビームの走査面に前記第１のビー
ム形状と異なる第２のビーム形状で結像する第２の結像
光学系、を有し、前記第１の結像光学系によって第１の
走査範囲で被走査面を走査し、前記第２の結像光学系に
よって前記第１の走査範囲とは異なる第２の走査範囲で
被走査面を走査し、更に前記追加光学系はレトロフォー
カスタイプの光学系を有し、該追加光学系の追加前後で
同一走査線上に光ビームが結像されるよう構成されてい
ることを特徴とする光走査光学系である。

また、他の発明は、光源部からの光ビームを走査する
走査手段と、該走査手段による走査された光ビームを被
走査面に第１のビーム形状で結像する第１の結像光学系
と、該第１の結像光学系と少なくとも一部光学系が共用
され、且つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な追加
光学系を有し、該追加光学系を介して前記走査手段から
の光ビームを被走査面に前記第１のビーム形状と異なる
第２のビーム形状で結像する第２の結像光学系と、前記
走査手段による走査方向と交差する副走査方向に光ビー
ムと被走査面を相対的に移動させる副走査手段と、を有
し、前記第１の結像光学系によって第１の走査範囲で被
走査面を走査し、前記第２の結像光学系によって前記第
１の走査範囲とは来なる第２の走査範囲で被走査面を走
査し、更に前記追加光学系はレトロフォーカスタイプの
光学系を有し、該追加光学系の追加前後で同一走査上に
光ビームが結像されるよう構成されていることを特徴と
する画像走査装置である。

また、更に他の発明は、光源部からの光ビームを走査
する走査手段と、該走査手段による走査された光ビーム
を該走査面に第１のビーム形状で結像する第１の結像光
学系と、該第１の結像光学系と少なくとも一部光学系が
共用され、且つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な
追加光学系を有し、該追加光学系を介して前記走査手段
からの光ビームを被走査面に前記第１のビーム形状と異
なる第２のビーム形状で結像する第２の結像光学系、を
有し、前記第１の結像光学系によって第１の走査範囲で
被走査面を走査し、前記第２の結像光学系によって前記
第１の走査範囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面を
走査し、更に前記追加光学系はアナモフィックな光学系
を有し、前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系
のビーム形状の縦横比が異なることを特徴とする光走査
光学系である。

また、更に他の発明は、光源部からの光ビームを走査
する走査手段と、該走査手段による走査された光ビーム
を被走査面に第１のビーム形状で結像する第１の結像光
学系と、該第１の結像光学系と少なくとも一部光学系が
共用され、且つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な
追加光学系を有し、該追加光学系を介して前記走査手段
からの光ビームを被走査面に前記第１のビーム形状と異
なる第２のビーム形状で結像する第２の結像光学系と、
前記走査手段による走査方向と交差する副走査方向に光
ビームと被走査面を相対的に移動させる副走査手段と、
を有し、前記第１の結像光学系によって第１の走査範囲
で被走査面を走査し、前記第２の結像光学系によって前
記第１の走査範囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面
を走査し、更に前記追加光学系はアナモフィックな光学
系を有し、前記第１の結像光学系が前記第２の結合光学
系のビーム形状の縦横比が異なることを特徴とする画像
走査装置である。

［説明用例１］ 以下、画像記録装置に適用した後述各実施例を説明す
る為の前提となる例（以下「説明用例」）を図面を用い
て詳細に説明する。

第１図は説明用例の特徴を最も良く表わす図面であ
り、同図においてレーザ光源等の光源部15から出射され
た光ビームが副走査方向にのみ正のパワーを持つシリン
ドリカルレンズ16を経て光偏向手段であるポリゴンミラ
ー１に至るように配置されている。凹レンズ２及びトー
リツクレンズ３は前記ポリゴンミラー１で偏向された走
査光ビームを被走査面に結像するためのｆθレンズであ
り、以下これを第１の結像光学系と呼ぶ。４はミラー、
５は被走査面に設けられた記録フイルム、６は記録フイ
ルム５を挟んで前記偏向方向と交差する方向に副走査す
るための副走査手段、11は不図示の機構により光路中に
選択的に進退可能なミラーである。12はミラー11が光路
中に進入した際に走査光ビームを被走査面に結像するた
めの球面レンズであり、以下これを追加光学系と呼ぶ。
又、前記第１の結像光学系に前記追加光学系を加えた全
体の光学系を、以下第２の結像光学系と呼ぶ。なお、前
記追加光学系は前記構成には限られず、複数枚のレンズ
を組合わせたものであっても主走査方向と副走査方向で
同一の正のパワーを持つ光学系であれば良い。

第２図は上記光学系の主走査方向、副走査方向それぞ
れのパワー配置を表わす図であり、第１の結像光学系の
パワー配置は実線で示され、ミラー11を光路中に進入さ
せた第２の結像光学系のパワー配置は点線で示されてい
る。図中α、βはミラー進入前、α′、β′はミラー進
入後にフイルム面において光軸と光線束がなす最大角
（ψ）を表わす。

ここで、結像面、即ちフイルム面において、スポツト
径ｄは前記最大角ψと次の関係がある。

ｄ＝ｋλ/nψ（ψ≪1rad） 但し、ｋは定数、λは光の波長、ｎはフイルム面での
媒質の屈折率である。

球面レンズ12、即ち追加光学系は正のパワーを持つ球
面対称の光学系で、例えば主走査方向、副走査方向にそ
れぞれの焦点距離を略1/2にする働きがあるとすると、
ミラー11の進入後では前記最大角は主走査方向、副走査
方向それぞれ略２倍となる。したがって上記の関係式よ
り、フイルム面でのスポツト径はミラー11進入後では主
走査方向、副走査方向でそれぞれ略1/2となる。

第１図に戻って、ポリゴンミラー１とミラー11の間の
走査開始位置付近の光路上には小ミラー７が配置されて
おり、小ミラー７で折返された光ビームはレンズ８を経
て、同期信号を生成するためのフオトデイテクタ９に導
光される。これにより一組の光学系及びフオトデイテク
タだけて、ミラー11の光路中への進退に拘らず同じタイ
ミングで同期信号を生成することができる。

又、第３図は本説明例の制御系のブロツク構成図であ
り、中央制御手段30はレンズ挿入手段32と副走査速度制
御手段31との制御を司る。レンズ挿入手段32は、中央制
御手段30からの制御信号によりミラー11を駆動して光路
中に進入又は退出させる。又、副走査素度制御手段31は
中央制御手段30からの制御信号により副走査手段６の副
走査速度を制御する働きがあり、ミラー11が光路中に挿
入された際、前記スポツト径の変化率に合わせて副走査
速度も速度も変化させる。例えば先のようにスポツト径
が略1/2になったときには副走査速度も略1/2となるよう
に設定する。又、副走査速度検知手段33は副走査手段６
による副走査の速度を検知し、この結果を副走査速度制
御手段31に帰還することでフイードバツク制御を行な
う。

上記の構成において、ミラー11を光路中から退出させ
た状態の光学系、即ち第１の結像光学系では、ポリゴン
ミラー１で偏向された走査光ビームはレンズ２、３で集
光され、ミラー４で折返されてフイルム５上の5Aの位置
に結像して、フイルム５の記録面上を主走査方向に走査
する。

一方、ミラー11を第１の結像光学系とミラー４の間の
光路中に点線のように進入させ、第１の結像光学系と被
走査面との間に実質的に追加光学系を進入させた状態、
即ち第２の結像光学系では、前記レンズ２、３によって
集光された光ビームは、ミラー11で折返されて球面レン
ズ12、即ち追加光学系に入射する。追加光学系は主副両
走査方向で同一パワーを持つ光学系であり、入射した走
査光ビームをフイルム５上の5Bの位置に結像する。

ミラー11の進退に際しては、第３図の副走査速度制御
手段31によりスポツト径の変化率に応じた副走査速度が
設定される。これによって変倍しても画像の縦横比が一
定に保たれる。なお副走査速度を所望の値に設定して画
像の縦横比を所望の比率にするようにしても良い。

なお、図のように同一フイルム上に記録する構成では
なく、異なるサイズのフイルムを5A、5Bの位置にそれぞ
れ配置して選択的に記録するようにしても良い。例えば
一般的サイズの銀塩フイルムを5Aの位置に配置し、スラ
イド用の小フイルムを5Bの位置に配置して、同一の画像
をサイズを変えて変倍記録するといった使い方も可能で
ある。

又、被走査面は記録フイルムには限らず、感光ドラム
のような記録媒体であっても良い。

本説明用例によれば以下のような効果がある。

（１）主走査方向並びに副走査方向の焦点距離が比例的
に短くなるために、フイルム５上に結像されるスポツト
径も略比例して小さくなる。

（２）副走査方向においてポリゴン面とフイルム５の共
役関係が維持されるため、追加光学系11を挿入した際に
も、ポリゴンミラー１の面倒れ補正機能が保持される。

（３）追加光学系は収差のバランスを取ることで光路中
への進退に拘らず、ｆθ補正機能が保持される。

（４）追加光学系を挿入する以前の状態で得られる画像
の変倍画像が、同じ画素クロツクのままで得られる。即
ち追加光学系の挿入の前後でクロツク周波数を変更する
必要がない。

（５）ポリゴンミラーにおける走査光ビームの径は変化
しないので、ポリゴンミラーのサイズを変更する必要が
ない。

（６）第１の結像光学系に入射する前記光ビームの径は
変化しないので、ｆθレンズの面精度は従来のものと同
様で良い。

（７）副走査方向の画素密度を自由に変更することがで
きるため、ミラー11の挿入前後において記録画像の縦横
比を一定に保つことができる。即ち縦横方向で同倍率の
変倍画像を得ることができる。逆に画像の縦横比を所望
の比率とすることもできる。

（８）一組のタイミング信号検出手段だけで、ミラー11
の挿入前後において同じタイミングで同期信号を生成す
ることができる。

［実施例１］ 次に本発明の第１の実施例を第４図乃至第６図を用い
て説明する。なお第１図と同一の符号は同一又は同様の
部材を表わす。

第４図は画像記録装置との全体図、第５図はその光学
系の詳細図である。両図において21、22の凹レンズと凸
レンズのｆθレンズの組による追加光学系は、所謂レト
ロフオーカスタイプの光学系を成しており、全体として
正のパワーを有している。この追加光学系23は不図示の
機構により光路中に選択的に進退可能となっており、追
加光学系が光路中に進入すると、固設されている第１の
結像光学系、即ちレンズ２、３と合わせた第２の結像光
学系を形成する。

追加光学系はレトロフオーカスタイプの光学系である
ため光路中への挿入前後で全体の光路長は変わらない。
即ち光路中に挿入した際には焦点距離が短くなっている
にも拘らず被走査面までの光路長は変化しない。よって
挿入前後において結像位置は変化させずにスポツト径を
変えることができ、被走査面の同一線上を走査の範囲を
変えて主走査することができる。挿入前後においてスポ
ツト径と走査範囲は比例的に変化する。

なお、本実施例の制御系の構成は先の第３図と同様で
あり、追加光学系の進退に応じて副走査速度を変化さ
せ、縦横方向に同倍率の変倍画像を得ることができる。

第６図は第５図に示す光学系の主走査方向及び副走査
方向のパワー配置を示す図である。追加光学系23を光路
中に配置した第２の結像光学系のパワー配置は図中、点
線で示されている。

本実施例では同一の走査位置に異なる倍率で画像を記
録することができる。

なお以上の説明用例及び実施例１において、追加光学
系は光路中に進退可能なパワー不変の光学系であった
が、これをズーム光学系としても良い。

［実施例２］ 次に本発明の第２の実施例を説明するが、構成は先の
第１図又は第４図と類似するので両図を流用して行な
う。

第１図又は第４図において、追加光学系として主走査
方向と副走査方向で異なるパワーを持ち且つ焦点面が両
方向で同一の、複数枚のレンズから成るアナモフイツク
な光学系を採用する。これにより追加光学系を挿入した
第２の結像光学系により、被走査面における主走査方向
と副走査方向のスポツト形状の縦横比を所定値に設定す
ることができる。更に第２の結像光学系をアナモフイツ
クなズーム光学系とすれば縦横比と共にスポツトサイズ
及び走査範囲も自在に変化させることができる。

第１図又は第４図の実施例では追加光学系は主副両走
査方向に同一の正のパワーを持つ光学系であるため、被
走査面におけるスポツト径は主走査方向、副走査方向共
に略比例して小さくなる。従って主走査方向と副走査方
向のスポツト径の比は、追加光学系の進退に拘らず変化
することが無いという特徴を有する。

ところがスライド等の微細な画像を記録する場合に
は、通常の画像を記録する時に較べて、副走査方向のス
ポツト径を小さくした方が画質が良くなることがある。
又、副走査速度制御手段による副走査速度の制御巾に限
界があった場合、副走査方向のスポツト径を変化させて
画質の劣化を補う必要が生ずる場合もある。本実施例は
このような場合に好適な光学系を提供するものである。

さて、これまで以上説明してきたの全ての実施例は、
追加光学系を正のパワーを持つ光学系として縮小画像を
得るものであるが、これとは逆に追加光学系を全体とし
て負のパワーを持つ光学系とすれば、スポツトサイズ及
び走査範囲が拡大されて拡大変倍画像を得ることができ
る。

又、以上の実施例は画像記録装置に適用したものであ
るが、本発明の走査光学系は画像読取装置にも適用する
ことができる。即ち、読み取る画像の大きさに応じてス
ポツト径及び走査範囲を変更し、異なる大きさの画像を
簡単な光学系で走査読取りすることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、簡単な光学系でスポツト径及び走査
範囲を変更することができ、この光学系を用いることに
より簡便な構成で変倍画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明用例の構成図、 第２図は光学系のパワー配置図、 第３図は制御系のブロツク構成図、 第４図は本発明の第１の実施例の構成図、 第５図は光学系の詳細図、 第６図は光学系のパワー配置図、 第７図は従来例の構成図、 であり、図中の主な符号は、 １……ポリゴンミラー、２……凹レンズ、 ３……トーリツクレンズ、４……ミラー、 ５……フイルム、5A,5B……走査位置、 ６……副走査手段、７……小ミラー、 ８……凸レンズ、９……フオトデイテクタ、 11……ミラー、12……凸レンズ、 15……レーザ光源、

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源部からの光ビームを走査する走査手段
   と、該走査手段による走査された光ビームを被走査面に
   第１のビーム形状で結像する第１の結像光学系と、該第
   １の結像光学系と少なくとも一部光学系が共用され、且
   つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な追加光学系を
   有し、該追加光学系を介して前記走査手段からの光ビー
   ムの被走査面に前記第１のビーム形状と異なる第２のビ
   ーム形状で結像する第２の結像光学系、を有し、前記第
   １の結像光学系によって第１の走査範囲で被走査面を走
   査し、前記第２の結像光学系によって前記第１の走査範
   囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面を走査し、更に
   前記追加光学系はレトロフォーカスタイプの光学系を有
   し、該追加光学系の追加前後で同一走査線上に光ビーム
   が結像されるよう構成されていることを特徴とする光走
   査光学系。
2. 【請求項２】光源部からの光ビームを走査する走査手段
   と、該走査手段による走査された光ビームを被走査面に
   第１のビーム形状で結像する第１の結像光学系と、該第
   １の結像光学系と少なくとも一部光学系が共用され、且
   つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な追加光学系を
   有し、該追加光学系を介して前記走査手段からの光ビー
   ムを被走査面に前記第１のビーム形状と異なる第２のビ
   ーム形状で結像する第２の結像光学系と、前記走査手段
   による走査方向と交差する副走査方向に光ビームと被走
   査面を相対的に移動させる副走査手段と、を有し、前記
   第１の結像光学系によって第１の走査範囲で被走査面を
   走査し、前記第２の結像光学系によって前記第１の走査
   範囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面を走査し、更
   に前記追加光学系はレトロフォーカスタイプの光学系を
   有し、該追加光学系の追加前後で同一走査上に光ビーム
   が結像されるよう構成されていることを特徴とする画像
   走査装置。
3. 【請求項３】光源部からの光ビームを走査する走査手段
   と、該走査手段による走査された光ビームを該走査面に
   第１のビーム形状で結像する第１の結像光学系と、該第
   １の結像光学系と少なくとも一部光学系が共用され、且
   つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な追加光学系を
   有し、該追加光学系を介して前記走査手段からの光ビー
   ムを被走査面に前記第１のビーム形状と異なる第２のビ
   ーム形状で結像する第２の結像光学系、を有し、前記第
   １の結像光学系によって第１の走査範囲で被走査面を走
   査し、前記第２の結像光学系によって前記第１の走査範
   囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面を走査し、更に
   前記追加光学系はアナモフィックな光学系を有し、前記
   第１の結像光学系と前記第２の結像光学系のビーム形状
   の縦横比が異なることを特徴とする光走査光学系。
4. 【請求項４】光源部からの光ビームを走査する走査手段
   と、該走査手段による走査された光ビームを被走査面に
   第１のビーム形状で結像する第１の結像光学系と、該第
   １の結像光学系と少なくとも一部光学系が共用され、且
   つ前記第１の結像光学系に対し追加可能な追加光学系を
   有し、該追加光学系を介して前記走査手段からの光ビー
   ムを被走査面に前記第１のビーム形状と異なる第２のビ
   ーム形状で結像する第２の結像光学系と、前記走査手段
   による走査方向と交差する副走査方向に光ビームと被走
   査面を相対的に移動させる副走査手段と、を有し、前記
   第１の結像光学系によって第１の走査範囲で被走査面を
   走査し、前記第２の結像光学系によって前記第１の走査
   範囲とは異なる第２の走査範囲で被走査面を走査し、更
   に前記追加光学系はアナモフィックな光学系を有し、前
   記第１の結像光学系が前記第２の結像光学系のビーム形
   状の縦横比が異なることを特徴とする画像走査装置。