JP3655416B2

JP3655416B2 - 内面走査型光ビーム走査装置の制御方法

Info

Publication number: JP3655416B2
Application number: JP34037096A
Authority: JP
Inventors: 倫久高田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: JPH10170849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数本の光ビームを合波して共通の走査光学系により円筒ドラム内面を走査する内面走査型光ビーム走査装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒ドラムの内面にレーザーなどの光ビームを導いて走査を行う内面走査型光ビーム走査装置が公知である。この装置で記録速度を上げるために光ビームを複数本にする方式、すなわちマルチビーム方式が提案されている。
【０００３】
内面走査型の装置では、円筒ドラムの中心軸に沿って導入される複数本の光ビームを、この中心軸に対して４５°の角度をもって高速回転する反射ミラー（スピナー）によって円筒ドラム内面に導く。しかしこの場合に複数の光ビームの位置を固定してスピナーに導くと、スピナーの回転角の変化に伴って光ビームの相対位置が周期的に変化する。このため記録ドラムに記録される複数の走査線が周期的に湾曲し、互いに交差することになり、正しい走査ができなくなる。
【０００４】
そこで複数の光ビームのうち１本の光ビームを基準ビームとして走査光学系の中心軸上（記録ドラムの中心軸上）に位置合せし、スピナーの回転に同期して他の光ビームをこの基準ビームを中心として旋回させることが考えられている。この場合スピナーと他の光ビームの位相を変えることにより走査線の湾曲を除去して直線にすることができる。また基準ビームと他の光ビームとの間隔を変えることにより走査線の間隔を変化させることができる。
【０００５】
例えば特開平５−２７１８８号、特開平５−２７６３３５号には、偏向量が固定された偏向素子（プリズムなど）を、スピナーの回転に同期して回転させる方式が示されている。また米国特許第５０９７３５１号、米国特許第５５０２７０９号には、基準ビーム以外の他の光ビームを二次元的に偏向する方式が提案されている。
【０００６】
【従来技術の問題点】
偏向量が固定された偏向素子を回転させる前者の方式は、偏向量が一定であるためビーム間隔を変えることができず、従って走査線間隔も変えられないという問題があった。なお走査線の間隔は記録密度によって変えるのが望ましいが、この従来技術では記録密度に対応して走査線密度を変えられないという不都合がある。また高速回転するスピナーに同期させて偏向素子を安定して回転させるためには高精度な機械的な回転伝動機構が必要になるが、このように機構は入手が困難であったり高価であった。
【０００７】
また光ビームを二次元的に偏向する後者の方式では、複数のピエゾミラーや音響光学素子（Acousto-optic Modulator、以下ＡＯＭという）を組合わせて直交する２方向（ｘ、Ｙ方向）に互いに一定の関係を持たせつつ両方向に複雑に二次元偏向することが必要になる。このため制御が複雑であり、品質を安定させることが難しく、高価でもあった。
【０００８】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、複数本の光ビームを用いる場合に単純な制御で走査線を直線にしかつ走査線間隔を容易に変更でき、構成を簡単にすることが可能な内面走査型光ビーム走査装置の制御方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【発明の構成】
この発明によればこの目的は、複数の光ビームを合波してスピナーにより円筒ドラム内面を走査する内面走査型光ビーム走査装置の制御方法において、
１本の光ビームを前記スピナーおよび円筒ドラムの共通な中心軸に沿ってスピナーへ入射し、他の光ビームを前記中心軸を含む平面内で予め各光ビームに対して走査ラインの間隔を一定値ｄとするためにｄ＝ｆ・θｙ（但しｆはフォーカシングレンズの焦点距離）から別々に決めた一定角度θｙ傾けると共に、この傾き角度θｙとスピナーの回転角度ψとにより所定演算式で決まる角度θｘだけ回転軸を含む前記平面に対し直交方向へ傾けるように制御することを特徴とする内面走査型光ビーム走査装置の制御方法、により達成される。
【００１０】
ここにθｘを求める演算式は後記するように、ψ≠０の時は、θｘ＝θｙ（１−cosψ）／sinψ）であり、ψ＝０の時はθｘ＝０とする。このようにｙ方向の傾きθｙは固定値とするから、Ｘ方向の傾きθｘだけを演算すればよくなる。このため特に演算回路の構成が単純になるものである。
【００１１】
また走査ラインの間隔ｄはフォーカシングレンズ（集光レンズ）の焦点距離をｆとして、ｄ＝ｆ・θｙにより決めることができるから、逆に希望の間隔ｄを得るためのｙ方向の傾きθｙをθｙ＝ｄ／ｆで決めることができる。このため設定が非常に簡単である。
【００１２】
光ビームは３本以上とすることもできる。この場合は１本（基準ビーム）をスピナーの中心軸上におき、２本目の光ビームをθｙ＝ｄ／ｆでｙ方向に傾け、３本目以降の光ビームを−θｙ、２θｙ、−２θｙ、３θｙ、…でｙ方向に傾ければよい。なお各光ビームのＸ方向の傾きθｘは、それぞれのＹ方向の傾きθｙ、−θｙ、２θｙ、−２θｙ、３θｙ、…を用いて演算するのは勿論である。
【００１３】
なおこの方法によれば、基準ビームに対して他の光ビームには主走査方向の時間的ずれ、すなわち走査位相のずれが生じることになる。この位相のずれは画像信号のクロックタイミングを補正することにより消去することができる。この演算は後記する。
【００１４】
【原理】
図４は原理説明図、図５は円筒ドラムＤの内面に描かれる走査ラインを示す図である。Ｌ₀は基準ビーム、Ｌ₁は他の光ビームである。これらの光ビームＬ₀、Ｌ₁は、フォーカシングレンズ（図示せず）を通り、ドラムＤの中心軸ＣＬ上で回転するスピナーによりドラムＤの半径方向に反射され、ドラムＤの内面に結像する。
【００１５】
ドラムＤの回転角度はψで示される。基準ビームＬ₀はドラムＤの中心軸ＣＬ上に沿って入射し、ドラムＤの内面に図５に示すように直線の走査ラインすなわち基準走査ラインＳＬ₀を描く。他のビームＬ₁はψ＝ψ₀の方向に微少角度θｙ傾けてスピナーに入射するものとする。従ってこの光ビームＬ₁は斜め入射ビームということにする。
【００１６】
この斜め入射ビームＬ₁は図５に示すように湾曲した走査ラインＳＬ₁を描き、スピナーがψ＝ψ₀となるときに基準走査ラインＳＬ₀から最も離れる。その距離ｄは、ｄ＝ｆ・θｙである。ここにｆはフォーカシングレンズの焦点距離である。
【００１７】
ドラムＤ上の座標ｘ、ｙを図５のように決めれば、斜め入射ビームＬ₁による走査ラインＳＬ₁は、次式で表すことができる。
ｘ＝ｆ・θｙ・sin（ψ−ψ₀）
ｙ＝ｆ・θｙ・cos（ψ−ψ₀）
【００１８】
この状態で斜め入射ビームＬ₁の入射方向を、θｙの傾斜方向に対して直交する方向にθｘだけ傾けるものとする。この時の斜め入射ビームＬ₁の走査線ＳＬ₁は次の式で表すことができる。
ｘ＝ｆ・θｙ・sin（ψ−ψ₀）−ｆ・θｘ・cos（ψ−ψ₀）…（ａ）
ｙ＝ｆ・θｙ・cos（ψ−ψ₀）＋ｆ・θｘ・sin（ψ−ψ₀）…（ｂ）
【００１９】
ここにθｙは定数、θｘはスピナーの回転角度ψに同期して変化するものであって角度ψの関数である。
【００２０】
走査ラインＳＬ₁を直線とし基準走査ラインＳＬ₀との間隔を一定値ｄとするためには、上に求めた式（ｂ）のｙが一定値ｄ＝ｆ・θｙになることが必要である。すなわち、
ｆ・θｙ＝ｆ・θｙ・cos（ψ−ψ₀）＋ｆ・θｘ・sin（ψ−ψ₀）
θｙ（１−cos（ψ−ψ₀））＝θｘ・sin（ψ−ψ₀）
∴θｘ＝θｙ（１−cos（ψ−ψ₀））／sin（ψ−ψ₀）…（ｃ）
：但しψ≠ψ₀
となる。なおψ＝ψ₀の時にはθｘ＝０とする。
【００２１】
以上の説明から、θｙを走査ラインＳＬ₀、ＳＬ₁の間隔ｄを所定間隔ｄ₀にするようにθｙ＝ｄ₀／ｆにより決定した後、θｘを上記の式（ｃ）に従ってスピナーの回転と共に変化させれば、間隔ｄ₀の直線からなる走査ラインＳＬ₀、ＳＬ₁とすることができることが解る。
【００２２】
なおこの場合には、走査ラインＳＬ₁は基準走査ラインＳＬ₀とＸ方向（主走査方向）の位相が変化する。この変動量は次式で求めることができる。すなわち上記の式（ａ）に（ｃ）式で求めたθｘを代入して、次式を得る。
ｘ＝ｆ・θｙ・sin（ψ−ψ₀）−ｆ・θｙ・cos（ψ−ψ₀）（１−cos（ψ−ψ₀））／sin（ψ−ψ₀）…（ｄ）
従って走査ラインＳＬ₁の同期信号を式（ｄ）により補正すればよい。
【００２３】
このようにこの発明によれば、走査ライン間隔をｄにする場合は、ｙ方向の傾き（偏向角）θｙをｄ／ｆの一定値に設定し、Ｘ方向の傾き（偏向角）θｘだけを式（ｃ）により演算し走査すればよいから、制御が単純である。
【００２４】
また、θｙが固定値で良いので、この方向の偏向は、例えばメカニカルにミラーを動かして、その角度に予め設定しておけばよいので高速に変更するためのＡＯＭ素子やピエゾミラーなどが不要となり安価な構成とすることが可能である。ここにθｘの演算は走査しながらリアルタイム（実時間）に演算してもよいが、演算結果をメモリしておいてこの結果を読出しながら走査するようにしてもよい。
【００２５】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様を一部省いて示す概念図、図２はその制御系のブロック図である。
【００２６】
図１、２において１０、１２はレーザーダイオードである。これらのレーザーダイオード１０、１２は直線偏光の光ビーム（レーザービーム）Ｌ₀、Ｌ₁を射出するから、これらを偏光方向が互いに直交するように配置し、両光ビームＬ₀、Ｌ₁をコリメーティングレンズ１４、１６で平行ビームとした後、音響光学素子ＡＯＭ１、ＡＯＭ２を介して偏光ビームスプリッタ１８に導き、ここで合波するものである。なお一方の光ビームＬ₀を基準ビームとする場合は、ＡＯＭ１を省くことができる。
【００２７】
この合波された光ビームＬ₂はさらにビームエキスパンダ２０を構成するレンズ２２および２４においてビーム径の拡大・変更が行われる。このビームＬ₂はドラム（円筒）２６の中心軸ＣＬに沿ってドラム２６内に導かれる。
【００２８】
ドラム２６の中心軸ＣＬ上には、走査光学系を形成するフォーカシングレンズ（集光レンズ）２８およびスピナー３０が設けられている。このスピナー３０は中心軸（回転軸）に対してほぼ４５°の反射面を持ち、モータにより高速回転される。なおこのモータには角度検出手段としてのロータリーエンコーダ３２が取付けられ、スピナー３０の回転角（ψ＝ωｔ）が検出される。このスピナー３０に導かれるビームは、回転軸上にあるビームエキスパンダ２０およびフォーカシングレンズ２８を通って、ドラム２６の内周面あるいは記録シート３４に合焦する。
【００２９】
なおビームエキスパンダ２０にはビームスプリッタ３６が設けられている。このビームスプリッタ３６は合波ビームＬ₂の一部を分割して４分割位置検出素子３８に導き、光ビームＬ₀、Ｌ₁のビーム位置が検出される。これらビームスプリッタ３６、４分割位置検出素子３８はビーム位置検出手段を形成する。
【００３０】
ＡＯＭ１、ＡＯＭ２はトランスデューサが発生する超音波により駆動され、超音波が生成する定在波で入射ビームを回折する。この時の１次回折光が０次光カット板（図示せず）で選択される。この超音波駆動信号の周波数を変えることにより光ビームＬ₀、Ｌ₁の角度が変化する。
【００３１】
ＡＯＭ１、ＡＯＭ２は２次元に偏向可能なものとする。すなわち互いに直交する方向へ２組のトランスデューサを持ち、両方向に独立に偏向できる。なおここでは一方の光ビームＬ₀を基準ビームとして、ドラム２６およびスピナー３０の中心軸ＣＬ上に位置させるものとする。
【００３２】
基準ビームＬ₀を正確に中心軸ＣＬ上に位置させることができれば、ＡＯＭ１は不用である。これが困難なら基準ビームＬ₀のビーム位置をビーム位置検出素子３８で検出し、ＡＯＭ１による補正データをメモリしておき、走査時に基準ビームＬ₀を正しく中心軸ＣＬに位置合わせする。
【００３３】
ＡＯＭ２は前記原理で説明したように、斜め入射ビームＬ₁をｘ、ｙ方向にそれぞれθｘ、θｙ傾ける。傾きθｙはＡＯＭ制御部４０で求められ、この傾きθｙの傾きを発生させるための周波数を有する駆動信号がＡＯＭ２の一方のトランスデューサに加えられる。ここにθｙは前記したように、走査ライン間隔ｄとフォーカシングレンズ２８の焦点距離ｆから決まる固定値である。
【００３４】
θｘはθｘ演算部４２において演算される。この演算はスピナー回転角度ψとθｙとを用いて前記式（ｃ）に従って行われる。この結果であるθｘはＡＯＭ制御部４４に入力され、ここでθｘの傾きを生成するための周波数を求める。この周波数の駆動信号がＡＯＭ２の他方のトランスデューサに加えられる。このθｘの演算は走査中にリアルタイムに行ってもよいが、演算結果をメモリしておき、走査時にこのメモリからデータを読出すようにしてもよい。
【００３５】
なお斜め入射ビームＬ₁のビーム位置をビーム位置検出素子３８で検出し、この検出したビーム位置をＡＯＭ制御部４４あるいは４０に帰還させて、ビーム位置をθｘあるいはθｙに合致させるように補正するのがよい。この補正は走査しながらリアルタイムに行ってもよいし、予備的に走査を行ってこの補正のためのデータを予めメモリしておいてもよい。
【００３６】
レーザーダイオード１０、１２は光源制御部４６により制御される。光源制御部４６はスピナー３０の回転角度ψに同期するクロックタイミングに基づき、２値画像信号に従ってレーザーダイオード１０、１２をオン・オフする。ここに基準ビームＬ₀を射出するレーザーダイオード１０は回転角度ψに同期するクロックタイミングでオン・オフされる。しかし斜め入射ビームＬ₁を射出するレーザーダイオード１２は、前記式（ｄ）に従って補正されたクロックタイミングでオン・オフされる。
【００３７】
【他の実施態様】
図３は他の実施態様を示す図である。この図において符号５０はヘリウム・ネオンやアルゴンなどのレーザー光源である。このレーザー光源５０から射出された一本のレーザービームＬ₀₀は、偏向ビームスプリッタ５２でＰ偏光（電界の振動面が、入射光と反射光を含む入射面に対して平行な偏光）と、Ｓ偏光（電界の振動面が入射面に対して垂直な偏光）とに分割される。Ｐ偏光の光ビームは基準ビームＬ₀であり、レンズ群を介してＡＯＭ１に入射される。
【００３８】
ビームスプリッタ５２で分割されたＳ偏光の光ビームＬ₁は、ミラー５４およびレンズ群を介してＡＯＭ２に入射される。両光ビームＬ₀、Ｌ₁はそれぞれレンズ群で拡大された後、ミラー５６および偏光ビームスプリッタ５８で合波される。なおこの図３では図１、２と同一部分に同一符号を付したから、その説明はくり返えさない。
【００３９】
この発明ではＡＯＭに変えて可動ミラーを用いることができる。この用いる可動ミラーは、ピエゾ素子を利用したピエゾミラー、ガルバノメータを利用したガルバノミラーなどが使用可能である。以上説明した実施態様では、スピナー３０はドラム２６の中心軸ＣＬに対して４５°の角度をもって回転するミラーを用いているが、ミラーに代えて回折格子を回転させて中心軸ＣＬに沿って導かれる光ビーム（レーザービーム）をドラム内面に導くようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、１本の光ビームを基準ビームとしてスピナーの中心軸上に入射し、他の斜め入射ビームを中心軸を含む平面内で一定角度θｙ傾けると共に、この平面に直交する方向にスピナー回転角度ψとθｙとにより所定演算式で決まる角度θｘ傾けるようにしたものである。
【００４１】
このため斜め入射ビームは一方へ固定角度θｙ傾けつつ、他方へだけスピナー回転角度ψの関数である角度θｘ傾ければよいから、制御が単純になる。ここにθｘは式（ｃ）により求めることができるだけでなく、θｙの可動機構を安価に構成することが可能となる。（請求項２）。また固定角度θｙは、走査ライン間隔ｄとフォーカシングレンズの焦点距離ｆから求めることができ、間隔ｄを変えることが容易である。
【００４２】
この発明は３本以上の光ビームを用いることもできる。この場合は斜め入射ビームのθｙをｄ／ｆの１倍、−１倍、２倍、−２倍、３倍…に設定すればよい（請求項３）。またこの発明によれば、各走査ラインは走査方向に時間的ずれを生じることが避けられない。そこで各光ビームのクロックタイミングをスピナーの回転角度により補正すればよい（請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の概念図
【図２】その制御ブロック図
【図３】他の実施態様の概念図
【図４】原理の説明図
【図５】走査ラインを説明する図
【符号の説明】
１０、１２レーザー光源
２０ビームエキスパンダ
Ｄ、２６円筒ドラム
２８フォーカシングレンズ
３０スピナー
４０、４４ＡＯＭ制御部
４２ θｘ演算部
４６光源制御部
Ｌ₀、Ｌ₁ 光ビーム
Ｌ₂ 合波光ビーム
ＣＬ中心軸
ＡＯＭ１、ＡＯＭ２音響光学素子

Claims

複数の光ビームを合波してスピナーにより円筒ドラム内面を走査する内面走査型光ビーム走査装置の制御方法において、
１本の光ビームを前記スピナーおよび円筒ドラムの共通な中心軸に沿ってスピナーへ入射し、他の光ビームを前記中心軸を含む平面内で予め各光ビームに対して走査ラインの間隔を一定値ｄとするためにｄ＝ｆ・θｙ（但しｆはフォーカシングレンズの焦点距離）から別々に決めた一定角度θｙ傾けると共に、この傾き角度θｙとスピナーの回転角度ψとにより所定演算式で決まる角度θｘだけ回転軸を含む前記平面に対し直交方向へ傾けるように制御することを特徴とする内面走査型光ビーム走査装置の制御方法。
所定演算式は、ψ≠０の時θｘ＝θｙ（１−cosψ）／sinψであり、ψ＝０の時θｘ＝０である請求項１の内面走査型光ビーム走査装置の制御方法。
３本以上の光ビームで走査し、それらの１本を中心軸上におき、他の光ビームの中心軸を含む平面内の傾き角度θｙを、ｄ／ｆの整数倍とする請求項１または２の内面走査型光ビーム走査装置の制御方法。
複数の光ビームが描く走査ラインの主走査方向への時間的ずれを、画像信号のクロックタイミングをスピナーの回転角度ψに同期させることによって補正する請求項１〜３の内面走査型光ビーム走査装置の制御方法。