JPH01500777A - 高解像度光学スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高解像度光学スキャナ 本発明は、高解像度光学スキャナに係り、特に、スキャニング多角形デフレクタ （ｓｅｉｈｍ＋＋ｉＢ　ｐｏｌｙｇｏ鳳）のアラインメントエラーを修正するた めの光学スキャナに関する。

高解像度光学スキャナは１スキヤン当たりｔｏ、ｏｏｏないし５０，０Ｇｉｌの 解像度すなわち点を生じるスキャナとして規定することが出来る。そのようなス キャナは、グラフィックアートにおいて、記録される像をスキャンするために、 若しくは、受光媒体上にプリンティングするために使用される。ある高解像度ス キャナは、光学システムそれ自体が本質的にオンアクシス（ｏｎ−ｓｘｉｓ　５ ｙｓｔｅ禦）とされるように、光学ヘッドを動かす。それらのスキャナは、媒体 を横断してレーザビームを偏向させるスキャナに比べて、比較的に遅い。偏向形 式のスキャナは、受光媒体上に多数の解像スポットを生じるために、複雑な光学 設計が必要とされている。

米国特許第４．Ｈ７，１６０号においては、受光媒体及び多角形ディフレクタと の間に設定したポジティブシリンダミラーを有するレーザビームスキャナを開示 している。サジタル平面内において屈折力を有しているが、タンジエンシャル平 面内において屈折力を有していないポジティブシリンダミラーは、多角形ディフ レクタの隣接する面（７７セツト）間のアラインメントエラーによるスポット位 置エラーを最小にする。上記特許に係るスキャナに関する１つの問題は、修正光 学エレメントを、例えば、タンジェンシャル平面内に適正な屈折力を有するポス トディフレクタレンズなどのシリンダミラーと組み合わせて使用しなければなら ないということである。それらの光学的エレメントは装置の複雑さに加えて、色 収差などのレンズに特有の問題を生じ、それにより、高解像度スキャナのための スキャナ有効性が制限される傾向にある。

本発明の目的は、上記した問題を解消する高解像度光学スキャナを提供すること にある。スキャナは、多角形ディフレクタの隣接する面（ファセット）のアライ ンメントエラーに対して修正され、単一のポストディフレクタエレメントを使用 する。

本発明は、受光媒体に光ビームをスキャンするための高解像度スキャナを提供す るものであり、該スキャナは、光ビームを発生する光源と、アナモフィックにビ ームをシェイピングするｔ；めの光学手段と、該光学手段からのビームを受けて 、それをタンジェンシャル平面内で所定スキャン角度に互って動かすデフレクタ 手段とを有しており、サジタル平面及びタンジェンシャル平面内で光学的屈折力 を有するミラーを、それがデフレクタ手段からの光ビームを受け、それを受光媒 体に向けるように設定してなることを特徴とする。

本発明の１つの実施例にむいては、球面状ミラーが光源からのビームを受け、そ れをスキャナに向け、更に、該スキャナからのビームを受けて受光媒体に向ける ようになっている。

開示されたスキャナの利点は、それが平らなフィールド及びコンタントなスキャ ン速度（ｆｅ）を宵しており、偏向ミラー（デフレクタ）の角錐エラーに対して 修正されるということである。スキャナは、色修正され、テレセントリックで、 ただ１つだけのボスドープ７レクタエレメントを有していうる。これらの特徴に より、非常に高い解像度を得ることが出来る。更に、本発明に係るスキャナにお いては、インプットビームに対するアナモルフイックビームシャエイパ（ｕ＋ａ ｍｏｒｐｈｉｃ　ｂｅａｍ　５ｈｉｐｅｒ）として使用される別画のエレメント を必要とせず、球面状ミラーがそれ自体、そのシェイパとして使われる。従って 、円形状に対称的とすることが出来るインプットビームが初めに、ミラーからス キャナに反射され、続いて、該ビームが該ミラーから受光媒体に反射される。

本発明の実施例を、以下の添付図面を参照して説明する。添付図面中、 第１図は、本発明に係るスキャナの斜視図、第２図は、スキャナのサジタル平面 を示す側面図、第３図は、スキャナのタンジェンシャル平面を示す平面図、 第４図は、本発明の他の実施例の側面図、第５図は、第４図の実施例の平面図、 第６図は、インプットスキャナ及びアウトプットスキャナを含む本発明の更に他 の実施例の側面図、第７図は、更に別の実施例の側面図である。

ここで使用される“タンジェンシャル“とは、対称的光学システム中心軸及び主 要な光線を含む平面、すなわち、スキャニングビームのスキャニング平面を意味 し、また、“サジタル“とは、タンジェンシャル平面に直角な主要光線を含む平 面、すなわち、スキャニング平面に直角でクロススキャンニング方向に延びてい る平面を意味する。また、スキャンニング方向とは、受像媒体を横切るスキャン ニングビームの動きの方向を意味し、′クロススキャンニング方向“とは、スキ ャンニングビームに対して相対的な受光媒体の動きの方向を意味する。

第１図には、本発明に係る光学スキャナ１０が示されている。光源１３からのコ ーヒレント光ビーム１２が、ミラー１４によって球面ミラー１６に向けられる。

光源１３は、汎用のレーザとすることが出来、周知の方法で（図示しない）アコ ースティック変調器によって変調される。第２図に示すように、ミラー１６は対 称軸Ａ上の点Ｃから延びている曲率半径Ｒｓを有している。ミラー１６は、ビー ムを複数の７アセツト２０を有している回転可能な多角形ディフレクタ１８に向 ける。ミラー１６は、ディフレクタ１８に向けられるビームをアナモルフィック にシェイピングする光学手段として作用する。第１図に示すように、ミラー１６ からディフレクタ１８へのビーム１２は非点収差を生じるように比較的大きく軸 から離れた角度に位置決めされている。

ディフレクタ１８は、所定の角度を通してビームを動かす。ディフレクタ１８は ビーム１２を球面ミラー１６に戻し、該ミラーはビームをスキャンライン２４が 形成される受光媒体１６に向ける。ビームのスキャン方向は、矢印２６で示され ており、クロススキャン方向は矢印２８で示されている。好ましくは、ディフレ クタ１８は（図示しない）モータにより一定の角速度で駆動される。

媒体２２は、感光材とすることができ、例えば、複写器において用いられている 光導電性材や、感光紙などとすることが出来、また、光りに応答して像を形成す るどのような手段でもよい。媒体２２は（図示しない）適当な手段によってクロ ススキャン方向に連続的に駆動される。

ビーム１２は、受光媒体の速度よりも遥かに速い速度でスキャンする。ビーム１ ２は単色でなくてよく、カラープリントを作る場合には、それを多色とすること が出来る。ディフレクタ、レーザ、光学機器及びモデュレータの操作は、良く知 られているものである。それらの操作に関しては、ウルバック（Ｕｒｂｉｅｋ） 氏その他によるＩＥＥＥ、５９７　（１９８２年６月）の“電子的印刷工程のだ めのレーザースキャニイングを参照されたい。

第１図に示すように、ディフレクタ１８は対称軸Ａ上に位置決め出来る。スキャ ナのエレメントの位置は、以下のようなコディントンの式（ＣｏｄｄｉＢｔａｍ ’ｓ　ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって決定される。

１／Ｌｓ　＋　Ｉ／Ｌｓ’　−２／Ｒｓｃｏｓ（１）　（１）ここで、Ｌｓはサ ジタル平面内におけるオブジェクトとミラーとの間の距離、 Ｌｓ’　は、サジタル平面内における像−ミラー間の距組 ■は、ミラー面に接触するビームの中心線と、中心線が接触する点におけるミラ ー面に直角な線との間の角度であるミラー傾斜角度（第２図）である。

Ｒｓは、サジタル平面におけるミラー１６の曲率半径である。

１／ＬＬ　＋　ｌ／Ｌｊ’　□　２　ｃｏｓ（１）／ＩｔＬ　Ｑ）ここで、 Ｌｔは、タンジェンシャル平面におけるオブジェクト−ミラー間の距離、 Ｌｔ’　は、タンジエンシャル平面における像−ミラー間の距離、 ｌは、ミラー１６の傾斜角度、 Ｒｔは、タンジェンシャル平面におけるミラーの曲率半径である。

球面ミラーに対しては、 Ｒｓ　＝　Ｒｔ　＝　Ｒ（３） インプットビームがタンジェンシャル平面内において平行光線とされ、サジタル 平面においてミラーに焦点を合わせられれば、次のようになる。

Ｌｔ　−ｏｏ（４） Ｌｓ−Ｒｅｏｓ　（１）　・νＪ２　（Ｉが４５度そして）（Ｓ）従って、上記 式を解けば、 Ｌｓ’・Ｒ／−７２（Ｇ） Ｌｔ’・Ｒ／ｆ２　（７） 上記式から、ビーム１２が、受光媒体２２上でスキャン及びクロススキャン方向 の両方において、焦点が合わせられていることが分かる。また、ディフレクタ１ ８及び媒体２２はクロススキャン方向において対になっていることが分かる。従 って、当該システムは多角錐エラーに対して修正される。

スキャナｌＯは平らなフィールドを有している、すなわち、記録媒体が平らにさ れている。しかし、第１図に示すように、スキャンラインはＲ／ｖ／″２半径を 有する８弧である。従って、これをプリンタに用いる場合には、記録される情報 が矩形状のソースから供給される場合には、それが当該プリンタに供給される前 に変換されなければならない。そのような変換を行うための手段は周知である。

スキャン及びプリンティングの両方が湾曲された線によってなされる場合には、 データの変換は必要がない。（例えば、以下に述べる第６図に示されている実施 例を参照。）湾曲スキャン線に沿うスキャンの位置はスキャン角度に比例するの で、当該スキャナ１０はｆθシステムである。第１図ないし第３図に示すように スキャナｌＯは、−１の倍率を有しており、従って、コマ収差が修正される。ス キャナ内の非点収差はビームにアナモルフィックに影響を与えるために用いられ 、球面収差は小さい。

前述したように、ミラー１６はシェイパ−として使われているので、スキャナｌ Ｏはインプットビームのための別個のアナモルフィックビームシェイパ−なしに 、使用することが出来る。円形状に対称的とすることが出来るインプットビーム １２は、第１図に示すように、ミラー１６から反射される。図示の実施例におけ るスキャナ１０において用いているディフレクタ１８は１２個のファセット２０ を有している多角形であり、直径が１０インチ、５０％のデユーティサークルを 有しており、従って、トータルなビームスキャン角度は３０度となっている。

ビーム１２の波長はミクロン、例えば０．８３ミクロンとし、スキャンビーム半 径は２１ミクロンとする。スキャニング中の光学軸に沿う７７セツト２０の変位 は１．Ｉｍｍである。この変位によるクロススキャン方向におけるビームサイズ 変動は２０％以下である。

特表平１−５００７７７　（４） スキャナ１０は、２１ミクロンよりも小さい半径を有するスキャニングビームを 用いて使用することも出来る。

しかし、この場合、多角形ディフレクタが回転するときに７アセツト２０の軸方 向並進運動のためにクロススキャン方向におけるビームサイズ変動が大きくなり すぎる。

これを修正するために、（図示しない）小さいシリンダ状レンズがインプットビ ーム内に設定され、ディフレクタと同期して光学軸に沿って動かされ、クロスス キャン方向におけるビームウェストＣｂｅａｍ　ｗａｉｓｔ）変位を補償する。

ビームウェスト１２はスキャン方向において平行とされるので、ファセット変位 による影響は受けない。

スキャン１０は、多角形ディフレクタの代わりに、軸Ａ上に位置決めした（図示 しない）１７７セツト若しくは（図示しない）ガルバノメータによって操作する こともできる。そのような装置は、非常に多くの解像スポットを達成することが 出来る。ガルバノメータを用いた１つのスキャナにおいては、Ｒが９０１．６層 園、スキャン長さ３３．０２ｃ■、１／ｅ”ポイントへのスキャニイングビーム サイズ半径は１１ミクロンである。０．８３ミクロンのビームの波長及び１４ミ クロンのサンプリング距離に対し、２３．０００以上の解像スポットが達成でき た。湾曲したスキャンラインの半径は６３７．５＋ｕである。

第４図及び第５図に示されている他の実施例においては、スキャナ４０が回転多 角形ディフレクタ４２、トロイドミラー４４、受像媒体４６を有している。スキ ャナ４０はほぼスキャナ１０に類似しているが、球面ミラー１６のかわりに、ト ロイドミラー４４が用いられている。

トロイドミラー４４は、サジタル平面において球若しくは楕円体輪郭を有するこ とが出来る。スキャナ４０（第４図及び第５図）内の角度及び距離として使用さ れている文字表示は、スキャナ１０に対するものと同じであり、コディントンの 式は、スキャナ１０に対するのと同様にして、スキャナ４０に対しても適用でき る。

トロイドミラー４４に対するインプットビームは、スキャン方向において収束さ れるようにシエイプされなければならない。そのようなビームシェイピングは、 レーザーとミラー４４との間に設定される（図示しない）円筒形レンズによって 行うことが出来る。タンジエンシャル及びサジタル像曲率間のバランスは、タン ジエンシャル平面内の＋０．５及びサジタル平面内の−０，５の倍率に対して達 成される。ロンジチューディナル倍率が、両方向において０．２５であるから、 ４の７アクタとによって、像焦点深度が減少され、スキャンイングビー会サイズ が球面ミラーを使用した場合の半分になる。トロイドミラー４４を使用すること の利点は、多角形ディフレクタ４２のファセット４１の軸方向変位の効果が最小 にされるということである。

第６図に示す、他の実施例に係る光学スキャナ５０は、インプットスキャナ５１ 及びアウトプットスキャナ５３を有しており、それぞれスキャナ１０とほぼ同様 に機能する。インプットスキャナ５１は多角形ディ７レクタ６０からのビーム５ ２をフィルム６２などの記録すべき対象物に向けるように位置決めされた球面ミ ラー５６を有しており、アウトプットスキャナ５３は、多角形ディフレクタ６０ からのビーム５４を記録媒体６４に向けるように設定された球面ミラー５８を有 している。球面ミラー５６は（図示しない）光源からのビーム５２を受けて、そ れを多角形ディフレクタ６０の一側の（軸Ａ′上の）角度位置に向け、ミラー５ ８は（図示しない）光源からビーム５４を受けて、それを多角形ディ７レクタ６ ０の反対側における（軸Ａ上の）角度位置に向ける。球面ミラー７０が設定され ており、ビーム５２がフィルム６２を通過した後に該ビームを受け、それをディ ７レクタ７２に向ける。ディフレクタ７２からの信号は処理されて、周知の方向 でビーム５４を変調するのに使用される。

インプットスキャナ５１及びアウトプットスキャナ５３は、スケーリング７アク タがスキャン及びクロススキャン方向において同じである限り、異なるフォーマ ットサイズを有している。インプットスキャナ５１もアウトプットスキャナ５３ も多角形ディ７レクタ６０とともに機能するものとして示されているが、各スキ ャナ５１，５３にそれぞれ別個の多角形ディフレクタを使用することが出来るこ とは明らかである。スキャナ５０は湾曲したスキャンラインによるデータ操作が 必要ないので、特に有効である。

第７図に示す他の実施例に係る光学スキャナ６１は、ビームを記録媒体上にスキ ャンイングするために、回転多角形ディフレクタ６３と球面ミラー６５とを有し ている。インプットビーム６６は第７図に示されているように、傾斜され、軸Ａ 上の中心スキャンポイントの回りで対称的にスキャンするのを可能としている。

インプットビーム６６は多角形ディ７レクタ６３に向けられる前に球面ミラー６ ５に対して初めに向けられないので、ビーム６６は光学手段、例えば、円柱レン ズ６７を通り、サジタル平面において多角形ディフレクタ６３上に焦点合わせさ れる、また、タンジェンシャル平面において平行にされるディ７レクタ６３への インプットビームを作らなければならない。スキャナ６１によって作られたスキ ャンラインの曲率は、スキャナ１０によって作られたスキャンライン２４の曲率 とは少し異なる。しかし、領域の平坦さ、及びｆθ特性は両実施例において同じ である。

ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１．工部 昭和６２年１−］月２１日 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８７１００４６３ ２、発明の名称 高解像度光学スキャナ ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国ニューヨーク州１４６５０．　ロチニスター市ステート ・ストリート　３４３ 名　称　（７０７）　イーストマン・コダック・カンパニー４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６号室 ５、補正書の提出日 昭和６２年ｑ月３日 待人〒１＝５００７７７　（６） 請求の範囲 １、　光ビームを受光媒体（２２，４６，６４、Ｍ）上に走査さセるための高解 像度光学スキャナ（１０，４０゜５ｏ、ｓｉ）において、光ビームを発生する光 源（１３）と、上記ビームをアナモルフィックにシェイピングするための光学手 段（１６，４４，５６，１ｇ、６７）と、該光学手段からの上記ビームを受けて 、それをタンジェンシャル平面内で所定スキャン角度に亙って動かすデフレクタ 手段（１８，４２，６０，６３）とを有しており、その特徴として、サジタル平 面及びタンジェンシャル平面内で光学的屈折力を有するミラー（１６，４４，５ ６，５８，６５）を、それがデフレクタ手段（１ｇ、４２．６０．６３）からの 光ビームを受けて受光媒体（２２，４６，６４、Ｍ）に向けるようにし５、サジ タル平面内において上記ディフレクタ手段（１８，４２、ｓｏ、６３）と上記受 光媒体（２２，４６，６４、Ｍ）とを光学的に共役関係にするように設定してい る高解像度光学スキャナ（１０，４０，５０，６１）。

２、　上記ミラー（１６，４４，５６，５８）が、光源（１３）からの光ビーム を受け、」；記光学手段（１６，４４，５６，５ｇ）として機能するようにされ ている請求の範囲第１項に記載のスキャナ（１０，４０，５０）。

３、　上記ミラー（１６，５６，５８）が球面ミラーとされている請求の範囲第 ２項に記載のスキャナ（１０゜５０）。

４、　上記光源（１３）からのビームが、タンジェンシャル平面に対して鋭角で 上記ディフレクタ手段（６３）に供給されるようにした請求の範囲第１項に記載 のスキャナ（６１）。

５゜　上記光学手段が円柱レンズ（６７）を含んでいる請求の範囲第４項に記載 のスキャナ（１６）。

６、　上記ミラー（４４）がトロイダルミラーとされている請求の範囲第１項に 記載のスキャナ（４０）。

７、　光源によって発生した第１及び第２光ビームを走査する光学スキャナ（５ ０）において、第１光ビームを第１の所定角度を通して、また、第２光ビームを 第２の所定角度を通して走査するためのディフレクタ手段（６０）を有しており 、その特徴として、タンジェンシャル平面及びサジタル平面において光学的屈折 力を有するミラ一手段（５６，５８）が上記ディフレクタ手段（６０）からの第 １及び第２光ビームを受け、それらをそれぞれ記録される目的物（６２）、及び 、受光媒体（６４）に向けるように配置されている光学スキャナ（５０）。

国際調査報告 ＋ｍ″″５ｌｌｓａａｌＡｅｔ１１ｃｓ１１ａｓｌｌａＰＣ，、ＵＳ８７．ｏＯ ４６３ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔ尼Ｒ汀＝烈ＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＩ（ＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ビームを受光媒体（２２、４６、６４、Ｍ）上に走査させるための高解像 度光学スキャナ（１０，４０，５０，６１）において、光ビームを発生する光源 （１３）と、上記ビームをアナモルフィックにシェイピングするための光学手段 （１６、４４、５６、５８、６７）と、該光学手段からの上記ビームを受けて、 それをタンジェンシャル平面内で所定スキャン角度に亙って動かすデフレクタ手 段（１８、４２、６０、６３）とを有しており、その特徴として、サジタル平面 及びタンジェンシャル平面内で光学的屈折力を有するミラー（１６、４４、５６ 、５８、６５）を、それがデフレクタ手段（１８、４２、６０、６３）からの光 ビームを受けて受光媒体（２２、４６、６４、Ｍ）に向けるように設定している 高解像度光学スキャナ（１０、４０、５０、６１）。 ２．上記ミラー（１６、４４、５６、５８）が、光源（１３）からの光ビームを 受け、上記光学手段（１６、４４、５６、５８）として機能するようにされてい る請求の範囲第１項に記載のスキャナ（１０、４０、５０）。 ３．上記ミラー（１６、５６、５８）が球面ミラーとされている請求の範囲第２ 項に記載のスキャナ（１０、５０）。 ４．上記光源（１３）からのビームが、タンジェンシャル平面に対して鋭角で上 記ディフレクタ手段（６３）に供給されるようにした請求の範囲第１項に記載の スキャナ（６１）。 ５．上記光学手段が円柱レンズ（６７）を含んでいる請求の範囲第４項に記載の スキャナ（１６）。 ６．上記ミラー（４４）がトロイダルミラーとされている請求の範囲第１項に記 載のスキャナ（４０）。 ７．光源によって発生した第１及び第２光ビームを走査する光学スキャナ（５０ ）において、第１光ビームを第１の所定角度を通して、また、第２光ビームを第 ２の所定角度を通して走査するためのディフレクタ手段（６０）を有しており、 その特徴として、タンジェンシャル平面及びサジタル平面において光学的屈折力 を有するミラ−手段（５６、５８）が上記ディフレクタ手段（６０）からの第１ 及び第２光ビームを受け、それらをそれぞれ記録される目的物（６２）、及び、 受光媒体（６４）に向けるように配置されている光学スキャナ（５０）。 ８．上記ミラ−手段（５６、５８）が第１光ビームを受け、それを記録される目 的物に向けるように配置された第１球面ミラー（５６）と、第２光ビームを受け 、それを受光媒体（６４）に向ける第２球面ミラー（５８）を有している請求の 範囲第７項に記載の光学スキャナ。 ９．上記第１球面ミラー（５６）が、光源からの光ビームを受け、それを上記デ ィフレクタ手段（６０）に向け、上記第２球面ミラ−（５８）が、上記光源から の光ビームを受け、上記ディフレクタ手段（６０）に向けるように配置されてい る請求の範囲第８項に記載の光学スキャナ。 １０．上記ディフレクタ手段（６０）が、１つの角度位置にある上記球面ミラー （５６）からの光ビームを受け、また、他の角度位置にある第２球面ミラ−（５ ８）からの第２光ビームを受けるように配置されている回転式多角形ディフレク タ（６０）を存している請求の範囲第９項に記載の光学スキャナ。 １１．記録される目的物からの第１光ビームを受けて、それをディフレクタ（７ ２）に向けるように配置された第３の球面ミラー（７０）を有している請求の範 囲第８項に記載の光学スキャナ。