JPH0152729B2

JPH0152729B2 -

Info

Publication number: JPH0152729B2
Application number: JP54016961A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Tatsuoka; Takao Tsuji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1989-11-09
Also published as: US4343531A; DE3005704C2; JPS55110215A; DE3005704A1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、光源から放射される光ビーム、例え
ばレーザービーム等を偏向変調制御することによ
り、高速度で走査する光ビーム走査装置に関する
ものである。回転多面鏡或いはガルヴアノミラー等の偏向器
を用いて光源部からの光ビームを偏向走査し被走
査面上を走査する光ビーム走査装置に於いては、
被走査面上でのビームスポツトの強度が、被走査
面上に各点に於いてほぼ均一な値を有することが
望まれる。従来の光ビーム走査装置においては被走査面上
を走査するために、回転多面鏡により、光ビーム
を偏向し、その偏向されたビームを被走査面にス
ポツトとし結像するための走査用結像レンズとし
てはｙ＝ftanθやｙ＝fθレンズｙ：結像レンズの焦平面上に於いて、結像レンズ
の光軸から光ビームの結像位置までの距離ｆ：結像レンズの焦点距離 θ：結像レンズの光軸と結像レンズに入射す光ビ
ームのなす角が用いられている。そのため結像レンズへのビー
ムの入射角が大きくなると、被走査面上の周辺の
スポツト強度が中央部のスポツト強度に比べて著
しく小さくなつてしまい画像の濃度ムラが生じ不
都合が生じた。このため被走査面の全面にわたつてある一定強
度以上のスポツト強度を得ようとすると、被走査
面上の周辺の小さいスポツト強度を基準として考
えねばならなくなり、特開昭52−99836に示す如
く高出力の光源を使わなければならない。本発明の目的は、被走査面上での光ビームのス
ポツト強度が一定である光ビーム走査装置を提供
する事にある。本発明の光ビーム走査装置に於いては、偏向器
と被走査面の間に配される走査用の結像光学系の
歪曲収差係数をほぼ3/4とする事により、被走査
面上での光量の低下を防止したものである。この
歪曲収差係数を3/4の値を取る事により、被走査
面の中央部と周辺部でのビームスポツトの強度を
一定とすることができるのである。現実的には、
この歪曲収差係数はほぼ3/4の値であれば、被走
査面上でのスポツト強度を充分に均一にすること
が可能である。更に、本発明の光ビーム走査装置に於いては、
光ビームに与える変調信号を制御する事により被
走査面上での光ビームのスポツトと等速で移動さ
せているものである。すなわち等角速度回転多面鏡あるいは正弦振動
ガルヴアノミラー等の走査手段により変更された
ビームの走査用の結像光学系に対する入射角が時
間と共に変化する時、結像面での結像されたスポ
ツト位置の移動速度は非直線的に変化し一定では
ない。したがつて光ビームをon、off制御する光
変調器への情報信号として不等時間間隔信号を与
えることにより補正しているものである。第１図は、レンズの歪曲収差係数Ｖと、被走査
面上でのスポツトの強度Ｉ（θ、Ｖ）の関係を示
す為の図で、縦軸にはスポツト強度Ｉ、横軸には
ビームが走査用の結像レンズと成す入射角θが取
られている。この被走査面上でのスポツト強度Ｉ
は、上記入射角θと結像レンズの歪曲収差係数Ｖ
をパラメータとしてＩ(θ、V)＝〔１＋（Ｖ−１）tan²θ〕²／cosθ……(
1) で表わされる。但し光学配置は、被走査面が上記
結像レンズの一方の焦平面と合致した構成になつ
ている。上記(1)式を３次の範囲でθ近似するとＩ(θ、V)＝１＋２（Ｖ−１）θ²／１−１／２θ²…
…(2) Ｉ（θ、Ｖ）がθに関係なく１であるにはＶ＝
３／４であればよい。すなわち３次の近似ではＶ＝
３／４であるレンズは、、走査面でのスポツト強度が
完全に一様になる。このレンズは３次の近似の範
囲ではｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕 ……(3) と書かれる。この状態を示すのが第１図の１でな
る。尚、第１図に示す曲線２はＶ＝１である所謂
ｆ−sinθレンズ、３はＶ＝2/3である所謂ｆ−θ
レンズである。第１図に示す如く、Ｖ＝3/4のレ
ンズを使用するのが良い。第１図に示す曲線４はＶ＝０の所謂ｆ−tanθレ
ンズと呼ばれているもので、この図からも明らか
な様に、ｆ−tanθレンズでは周辺部で大きな光量
欠損を生じるものである。次に、斯様な歪み特性を有するレンズを使用し
た場合に、被走査面上でビームスポツトの等速性
を得る為のビーム変調に関して述べる。走査用の
結像レンズとしてＶ＝3/4のｆ（tanθ−３／８tan³θ〕レンズを用いた場合について述べる。第１に偏向器が回転多面鏡のような等角速度偏
向器の場合、偏向角は時間に対し等速であるか
ら、結像レンズに入射する入射角θは θ＝2ωt ω：偏向器（回転多面鏡）の角速度ｔ：時間また結像レンズはｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕＝ｆ〔tan
（2ωt）−３／８tan³（2ωt）〕……(4) の特性をもつ。結像面（被走査面）におけるスポツトの走査速
度ｖ（ｔ）はｖ（ｔ）＝dy／dt＝2ωf／cos²（2ωt）×
［１−９／８tan²（2ωt）］……(5) となる。また結像面上のｙの位置（即ち時間ｔ）
で１ケのドツトに相当する時間dtなる変調信号に
対応する結像面上のドツト巾dyは dy＝2ωf／2cos²（2ωt）×［２−９／４tan²（2ωt
）］dt ……(6) である。今等ドツト巾dy＝ｋ（ｋ；定数）を得るために
は、位置ｙ（時間ｔ）での１ドツトに相当する時
間dtは dt＝dy×2cos²（2ωt）／2ωf［２−９／４tan²
（2ωt）］＝ｋ×2cos²（2ωt）／2ωf［２−９／４tan
²（2ωt）］………(7) でなければならないこととなる。 (7)式はｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕のレンズの半画角における変調信号の間隔時間の式であるか
ら、偏向器が−β〜βだけ偏向するのに要する時
間を2δとし、ｔ＝δのときywf〔tanθ−３／８tan³θ
〕レンズの光軸をとおるように偏向器が偏向するの
で、ｔ＝δのときが(7)式でのｔ＝０の対応する。
それで(7)式のｔ−δとおいてやればよい。すなわち記録される画素に対応する光変調器へ
の変調信号の間隔すなわち画素周波数は次式に従
つて出力されるべきである。 dt＝ｋ／2ωt 2cos²｛2ω（ｔ−δ）｝
／［２−９／４tan²｛2ω（ｔ−δ）｝］、（０≦ｔ≦2
δ）………(8) これを第２図に示す。この結果、走査の周辺にゆくに従つて間隔時間
が長くなり、変調器へ入力する変調周波数は小さ
くなる。次に偏向が正弦振動がガルヴアノミラーのよう
な正弦振動偏向器の場合、ビームの偏向角すなわ
ち結像レンズに入射する入射角θは正弦振動をす
るミラーの振巾をφ₀、周期を2π／ω、時間をｔ
とすると θ＝2φ₀sin（ωt） ………(9) であるから結像レンズはｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕＝ｆ〔tan｛2
φ₀sin（ωt）｝−３／８tan³｛2φ₀sin（ωt）｝〕の特性をもつ。結像面（被走査面）におけるスポツトの走査速
度ｖ（ｔ）はｖ（ｔ）＝dy／dt＝2ωfφ₀cos（ωt）／cos
²｛2φ₀sin（ωt）｝［１−９／８tan²｛2φ₀sin（ωt
）｝］………(11) となり、前と同様にして、等ドツト巾dy＝ｋを
得るためには、位置ｙ（時間ｔ）での画素周波数
は、 dt＝dy／2φ₀ωf×2cos²｛2φ₀sin（ωt）｝
／cos（ωt）［２−９／４tan²｛2φ₀sin（ωt）｝］＝
ｋ／2φ₀ωf ×2cos²｛2φ₀sin（ωt）｝／cos（ωt）
［２−９／４tan²｛2φ₀sin（ωt）｝］………(12) でなければならない。 (12)式はｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕レンズの半
画角における画素周波数の式であるから、前と同様
にすることにより、変調器への入力信号の間隔す
なわちクロツク周波数は次式に従つて出力される
べきである。 dt＝ｋ／2ωφ₀f×2cos²｛2φ₀sinω（ｔ−
δ）｝／cosω（ｔ−δ）［２−９／４tan²｛2φ₀sinω
（ｔ−δ）｝］………（13）これを第３図に示す。この場合も、走査の周辺にゆくに従つて間隔時
間が長くなり、変調器へ入力する変調周波数は小
さくなり、前記と同様の効果が生じる。尚上記（13）式は３次の近似の範囲でスポツト
強度が完全に一致する結像レンズの場合の式であ
るが、高次においても同様にして達成できるもの
である。いままでは結像レンズに入射するビームが平行
光であるが、結像レンズに入射するビームが発散
光であれ収束光であれ同様のことが言える。ただ
第４図に示す表記にしたがつて結像レンズの焦点
距離ｆを f〓≡｛g^′−（１−g^′／ｆ）t^｝ ………（14）と置きかえれば良く、容易に達成できるものであ
る。但し、第４図に示す如く、ｇは偏向器５と該
偏向器に入射する発散ビームの見かけ上のビーム
の発散点（光源）６の間の距離、t^は偏向５と結
像レンズ系７の前側主点Ｈまでの距離、g^′は結像
レンズ系７の後側主点H′びと被走査面８の間の
距離、g^は結像レンズ系の７の前側主点Ｈと前記
ビームの発散点６の間の距離である。尚、９は結
像レンズ系７から見た場合、前記発散点６が偏向
器５の偏向器５の偏向作用に伴つて形成する。円
弧上の虚光源である。次に、本発明の光ビーム走査装置を用いた具体
的な実施例に関して述べる。第５図と第６図は各々本発明を適用した光走査
記録装置の一実施例の基本的配置を示すものであ
る。第５図は偏向器に回転多面鏡を用いた場合、
第６図は偏向器にガルヴアノミラーを用いた場合
である。第５図においてレーザー発振器１１より
発振されたレーザービームは光変調器１２の入力
開口に導かれる。光変調器１２によつて後述の如
く強度変調を受けたビームは、回転多面反射鏡１
３に入射する。回転多面反射鏡１３は高精度の軸
受けに支えられた軸に取り付けられ、定速回転の
モータ１４により回転される。回転多面鏡１３で
偏向されるビームは、等角速度で偏向される。回
転多面鏡１３で偏向されるビームは結像レンズ１
５に入射し感光材料１６上に結像される。結像レ
ンズ１５はｙ＝ｆ〔tanθ−３／８tan³θ〕の関係を有し、その構成を以下に示す。第７図はｙ＝ｆ（tanθ−３／８tan³θ）レンズの一実施例を示すレンズ断面図、第８図は、このレン
ズの歪曲収差を示している。第７図に示す如くレ
ンズは凹レンズ２５と凸レンズ２６の二枚で構成
されており、偏向器１３の偏向面Ｓから第１番目
のレンズ２５までの距離は30mmである。以下デー
ターを示す。

【表】但し、Ｒは曲率半径、Ｄは軸上空気間隔又は軸
上肉厚、Ｎは屈折率である。したがつて変調器１２により(7)式の関係で変調
を受け、回転多面鏡１３により偏向された光ビー
ムに対して、結像レンズ１５により結像される像
は走査面（感光材料上）１６上において矢印１７
の方向を走査し、走査面上でのドツト巾は等し
く、また、被走査面の周辺でのスポツト強度は低
下しない。第９図はｙ＝ｆ（tanθ−３／８tan³θ）レンズの他の実施例のレンズ断面図、第１０図はそのレンズ
の歪曲収差を示している。第９図に示す如く、レ
ンズは凹レンズ２７、凸レンズ２８及び凸レンズ
２９の３枚により構成されており、偏向器１３の
偏向面Ｓから第１番目のレンズ２７までの距離は
40mmである。以下にデーターを示す。

【表】

【表】次に第５図の変調器１２の画素周波数を(8)式の dt＝ｋ／2ωf 2cos²（2ω（ｔ−δ）｝／〔２−９／
４tan²｛2ω（ｔ−δ）｝〕の関係を満すべく制御する電気回路を第５図と第
１１図と第１２図に従つて説明する。第５図において、３０はレーザービームが感光
材料１６上を走査するに先立ち走査始点の基準と
なるべきビームデイテクト信号（以下BD信号と
略す。）を検出するホトデイテクターである。３
１は水晶等の発振器より得られる一定周波数のク
ロツク信号入力端子、３２はカウンターでBD信
号によりクリアさクロツク信号をカウントし後述
する様な所定のカウント数に達した時点で端子３
３，３４に出力する機能を有する。３５はフリツプフロツプ、３６は積分回路、３
７は絶対値回路、３８は折線近似による関数発生
器、３９は電圧により発振周波数を制御し得る電
圧制御発振器（以後VCOを略す）、４０は記録せ
んとする文字が一走査線分の画素列としてメモリ
ーされている例えばシフトレジスターで構成され
たラインバツフアー（不図示）から画素の白黒に
対応する“０”、“１”の信号を読み出すのに用い
られる画像クロツクの出力端子である。第２図の
動作を第１１図示の波形図を参照しつつ説明する
ならば、第１１図示１１−１はBD信号の波形を
示し、BD信号の発生時点t₂₁は構成される画面の
始点より場所的には走査方向に対し先立つ位置に
対応して設けられたものである。カウンター３２はBD信号によりクリアされ、
次に入力端子３１よりのクロツク（第１１図示１
１−２）をカウントし始める。 BD信号を検出するホトデイテクター３０は走
査画面の始点より予じめ定められた位置に設けら
れており、従つてビームの走査速度とクロツクの
周波数に関連して時点t₂₁からビームが画面の始
点に達した時点t₂₂迄に発生するクロツクの数は
定められていることからカウンター３２は出力端
子３３に前記カウント数において信号を出力す
る。同様にして画面の終点に相当する時点t₂₃にお
いてカウンター３２は出力端子３４に信号を出力
する。フリツプフロツプ３５は出力端子３３よりの信
号でセツトされ、出力端子３４の信号によりリセ
ツトされ、出力端子４１には第１１図示−３の信
号が得られることになる。上記信号は積分回路３
６により積分され（第１１図示１１−４）、絶対
値回路３７により端子４２には第１１図示１１−
５の信号が得られ、次に折線近似回路による関数
発生器３８により第１１図示１１−６の如く上述
した式(8)に示す所望のｋ／2ωt 2cos²｛2ω（ｔ−δ）｝／［２−９／４ta
n²｛2ω（ｔ−δ）｝］（∵δ＝t₂₂＋t₂₃／２）に近似する補正波形を得るものである。 (8)、（13）式はすべて３次の偏向領域（（ωt）
について３次以下の展開）で dt＝Ａ｛１＋Ｘ（ωt）²｝と展開され（ωt）について同じ関数形であるこ
とが分る。ここでＡ、Ｘは定数である。そして(8)式の定数
Ａをφ₀で割つた値が（13）式での定数Ａである。
またＸは(8)、（13）式毎に異なる定数である。これらの式の間の異なる定数ＡとＸは、第１１
図の信号１１−６の波形を決定するもので、この
決定法は関数発生器の設定によつて容易に実現し
得る。このようにして、(8)、（13）式にそれぞれ対応
する第２図、第３図に示す変調信号間隔の変化を
実現し得る。前記補正波形１１−６やVCO３９に入力し、
その発振周波数を変化せしめるもので、第１２図
には、ビームスポツトが被走査画面の周辺部を走
査する時のVCO３９からの出力信号を１２−１
に、同じく画面の中央部を走査する時のVCO３
９からの出力信号を１２−２に示す。以上の説明で明らかな様に走査画面の中心より
対称に周辺部に向うに従つて結像レンズ系の特性
を補正するべくレーザービームを変調する画像を
構成する画素周波数は所定の補正がなされるもの
である。以上、偏向器として、等角速度回転ミラーにつ
いて実施した例を記述したが、偏向器が正弦振動
ミラーである場合も原理に従つて容易に出力画像
の歪みを除去することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査用のレンズの歪みとビームスポツ
トの強度の関係を示す図、第２図、第３図は各々
本発明に係る装置に於けるビーム変調信号の一例
を示す図、第４図は本発明の装置に於いて、走査
用のビームが平行ビームでない場合を説明する為
の図、第５図及び第６図は各々本発明の装置を適
用した記録装置の一実施例を示す図、第７図は本
発明の装置に用いる走査用の結像レンズの一実施
例の断面を示す図、第８図は第７図に示すレンズ
の歪曲収差を示す図、第９図は本発明の装置に用
いる走査用の結像レンズの他の実施例の断面を示
す図、第１０図は第９図に示すレンズの歪曲収差
を示す図、第１１図及び第１２図は各々第５図に
示す装置の回路のタイムチヤートを示す図。１１……レーザー発振器、１２……光変調器、
１３……回転多面反射鏡、１５……走査用結像レ
ンズ、１６……被走査面、３０……フオトデイテ
クター、３２……カウンター回路、３５……フリ
ツプフロツプ、３６……積分回路、３７……絶対
値回路、３８……関数発生器、３９……電圧制御
発振器。

Claims

【特許請求の範囲】１光ビームを発生する光源部、該光源部からの
光ビームを偏向する偏向器、該偏向器により偏向
させた光ビームを被走査面上に結像する走査用の
結像光学系を有する光ビーム走査装置において、前記結像光学系の歪曲収差係数はほぼ3/4であ
ることを特徴とする光ビーム走査装置。