JPH03240018A - 画像走査装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被走査面における結像スポット径及び走査範囲
を変化させることのできる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、スポッ
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ォーカルズームエ
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、結像面でのスポッ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を走査するため
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ッ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ット径が大きくなる。

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
ポット径は小さくなる。

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ット径を変換で包る構成とな
っている。

しかしながら上記従来例では、スポット径を変化させて
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）微細なスポッ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）光ビームのスポッ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ッ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、コストアッ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、大きなスポット径を得る
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
されたスポッ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。

そこで本願出願人は特願平０１−２９０９１４において
、簡便な構成で変倍画像が得られる画像走査装置を提案
した。

本発明は前記特願平０１−２９０９１４の装置の更なる
改良を目的とし、変倍に如何に関わらず同一明度で画像
走査が行なえ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本発明の画像走査装置は、光ビ
ームを発生する光源部と、前記光ビームを走査する走査
手段と、該走査手段により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
、前記走査手段により走査された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、前記第１の結像光学系と第２
の結像光学系で被走査面での光エネルギ密度か実質的に
同一となるように、第１、第２の結像光学系の切換えに
応じて光ビーム強度レベルを変更するレベル変更手段と
、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を
有することを特徴とする。

［実施例１］ 以下、画像記録装置に適用した第１の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

第１図は実施例の特徴を最も良く表わす図面であり、同
図において半導体レーザやｔｌ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ等
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。光源部１５は画素濃度信号に応じて強度変調
やパルス幅変調された変調光ビームを発生する。なお光
源部を直接変調駆動せずに、光路中にＡ１０素子等の光
変調部材を配Ｍするようにしても良い。

光路中、光源部１５とシリンドリカルレンズ１６との間
にはフィルタユニット４０が配置されている。該フィル
タユニット４０には濃度の異なる２枚の光減衰フィルタ
４１．４２が設けられ、光路中にどちらか選択的に切換
えて挿入される。

本実施例においては、フィルタ４２はフィルタ４１の約
４倍の濃度すなわち約１／４の透過率を有している。

凹レンズ２及びトーリックレンズ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ィ
ルム、６は記録フィルム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ローラ等の副走査手
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
系は上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。

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で折返されてフィルム５上の５Ａの位
置に結像して、フィルム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
光路上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ィルム５上の５Ｂの位置に結像する
。

なお、図のように同一フィルム上に記録する構成ではな
く、異なるサイズのフィルムを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−船釣サイズの銀塩フィルムを５Ａ
の位置に配置し、スライド用の小フィルムを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、被走査面は記録フィルムには限らず、感光ドラムの
ような記録媒体であっても良い。

さて第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
ラー進入後にフィ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、即ちフィルム面において、スポット径ｄ
は前記最大角ψと次の関係がある。

ｄ＝にλ／ｎ５ｉｎψ 但し、ｋは定数、λは光の波長、ｎはフィルム面での媒
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、フィルム面でのスポット径はミラ−１１進人後
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図に戻フて、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ォトディテクタ９に導
光される。これにより一組の光学系及びフォトディテク
タだけて、ミラー１１の光路中への進退に拘らず同しタ
イミングで同期信号を生成することができる。

第３図は本実施例の制御系のブロック構成図である。こ
こでＣＰＵ３０は、光学系挿入手段３２・フィルタ濃度
切換え手段３３・副走査速度制御手段３トデータマルチ
ブレキサ３６のそれぞれの制御を司る。光学系挿入手段
３２はＣＰＵ３０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、フィルタ濃度
切換え手段３３はＣＰＵ３０の制御信号によりミラー１
１の光路中への挿入に応してフィルタユニット４０を動
かしてフィルタ濃度を切換える。又、副走査速度制御手
段３１はＣＰＵ３０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、前記スポッ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
ット径が略１／２になったときには副走査速度も略ｌ／
２となるように設定する。このようにミラー１１の進退
に際しては、前記フィルタ濃度の変更と共に、スポット
径の変化率に応じた副走査速度が設定されるため、変倍
しても画像明度が一定となり更に画像の縦横比も一定に
保たれるようになっている。

データマルチプレキサ３６は、画像メモリ３４に記憶さ
れる画像データを１画素ずつ読み出し、システム特性を
記憶したルックアップテーブル３５で変換された信号で
光変調手段３７を変調駆動する。該光変調手段３７は半
導体レーザ光源等を直接変調駆動する変調回路あるいは
Ａ１０素子等の変調素子である。変調方法は強度変調や
パルス幅変調等様々な方法が知られている。なお前記ル
ックアップテーブル３５に記憶されるシステム特性とは
、例えばフィルムの非線形性や光変調手段の非線形性等
であり、前記ルックアップテーブル３５を通すことによ
り画像信号とフィルム濃度を実質的にリニアな関係とす
ることができる。

次に本発明に係る光強度レベル制御について説明する。

仮に光源部１５からの発射され光学系に導かれる光ビー
ムの光量が常に一定であるとすると、前述のように画像
クロックが変化せず更にはポリゴンミラー１の回転数も
変化せずに、走査範囲が短くなっているため、ミラー１
１の挿入前に較べて挿入後は光スポツト主走査速度は遅
くなり、更には副走査速度も遅くなる様に制御されてい
るので、フィルム５上での光エネルギ密度が大きくなる
。その結果としてミラ−１１挿入前後で形成される画像
濃度に変化が生じてしまう問題が発生する。

そこで本発明では光学系に導かれる光強度レベルを変倍
に応じて調整することにより上記問題点を解決するもの
、である。本実施例においては光源部１５とシリンドリ
カルレンズ１６の間に濃度切換えが可能なフィルタユニ
ット４０を設け、ミラー１１の進退に同期してフィルタ
ユニット４０を駆動して濃度の異なるフィルタ４１．４
２の一方を光路中に挿入する。本実施例ではミラー１１
を挿入して光学系を切換えた場合、焦点距離が１／２と
なるように設計されているため、主走査範囲及び主走査
速度も比例的に略１／２となる。

更にこの時、副走査速度も略１／２に制御されることを
併せて考えると、フィルム５上での５Ａに対する５Ｂの
光エネルギ密度は実質的に略４倍になる。

ミラー１１が光路中から退避して第１の結像光学系が選
択された通常状態ではフィルタ４１が選択されている。

ここでミラーｌｌを挿入して第２の結像光学系に切換え
た際には、これに連動してフィルタユニットを駆動して
フィルタ４１に較べて４倍の濃度を有するフィルタ４２
に切換えて透過率を１／４にする。この結果、前記光ス
ポットの単位当たりの光エネルギはミラー１１の挿入の
前後で略等しくなり、画像濃度の等しい１／２の縮小画
像が得らえる。ここで２枚のフィルタ４１及び４２は必
ずしも両方が必要なわけではなく、フィルタ４１を省略
してフィルタ４２として透過率２５％のものを採用して
も良い。これはフィルタ４１が透過率１００％であるこ
とと同等の意味を持つ。

なお、上記はフィルタの交換により光強度を変更する構
成であるが、さらに簡略化するにはミラー１１の挿入に
連動して、変調手段により光源部１５の出力レベルを１
／４に切換えるようにしてフィルタを省略しても良い。

ただしこの場合、消光比か大きく取れなくなってしまう
ので、多階Ｎ１１の強度変調が必要な装置にはフィルタ
使用の方か好ましい。

さて、以上は本発明の基本的な構成であるが、更に精密
な画像濃度調整が必要な場合には、被走査媒体すなわち
フィルムの非線形性も考慮に入れる必要がある。フィル
ムの非線形性の例としては、走査速度が変化したために
生じる相反則不規が挙げられる。相反則不規とは等しい
光エネルギを与えても露光時間が異なる場合には画像濃
度に差異が生じてしまう現象である。すなわち相反則不
規が生じた場合には前述のようにフィルム上での光エネ
ルギ密度を等しくしても、走査速度が異なるために正確
に等しい画像濃度分布は得られなくなってしまう。

そこで画像濃度を調整するために、前記フィルタ切換え
と共に、ルックアップテーブルを切換える手段を設ける
。第１、第２の結像光学系の選択に応じて第３図のルッ
クアップテーブル３５と図中点線で描かれた第２ルツク
アツプテーブル３８とを切換えるような構成とする。ル
ックアップテーブル２５には第１の結像光学系のシステ
ム特性が記憶され、第２ルツクアツプテーブル３８には
第２の結像光学系のシステム特性が記憶されている。こ
れにより更に画像濃度バランスの良い変倍画像を得るこ
とができる。なおフィルタの切換え機構は省略してルッ
クアップテーブルのみを切換えるようにしても良いが、
階調数の高い画像を得るためにはフィルタとルックアッ
プテーブルとの併用が好ましい。

［実施例２］ 次に本発明を別形態の光学系に適用した第２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−又は同様の部材を表わす。

第４図は画像記録装置の全体図、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
ロフォ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ォ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ット径を変
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ボツ
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連動してフィルタ濃度を切換え
ると共に副走査速度も変化させ、縦横方向で同倍率の同
一明度の変倍画像を得ることができる。なお、より精密
な変倍画像を得るために先の実施例で説明したように、
切換え可能な第２ルツクアツプテーブル３８を設（すて
も良いことは勿論である。

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。

本実施例によれば同一の走査位置に異なる倍率で同一明
度の画像を記録することができる。

なお以上の実施例において、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。ズーム光学系とすることによりスポ
ット径を任意に変更することができる。ズーム光学系は
実施例の如く光路中に進退可能としても良いし、あるい
は光路中に固設されていても良い。ズーム光学系を使用
した場合、フィルタ濃度もズーム度に応じて連続的に変
化させるようにする。これは例えば濃度が連続的に変化
する円環状のフィルタを用意して、ズーム度合に応じて
フィルタを回転させて適切な濃度の部分を光路中に挿入
するような構成で達成できる。

又、以上の実施例で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、スポッ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。この場合の２枚のフィルタ４
１．４２の濃度の大小は上記とは逆の関係にする。

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
こともできる。即ち、読み取る画像の大ぎさに応じて走
査ビーム強度は一定のままで画像スポット径及び走査範
囲を変更し、異なる大きざの画像を簡単な光学系で同一
読取りレベルで走査読取りすることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば簡便な光学系でスポット径及び走査範囲
を変更して変倍画像を得ることができ、変倍の際に光ビ
ーム強度レベルを変更するため走査画像の明度が変化す
ることが無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は光学
系のパワー配置図、 第３図は制御系のブロック構成図、 第４図は本発明の第２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・
・・・トーリックレンズ、４・・・・ミラー５・・・・
フィルム、５Ａ、５Ｂ・・・・走査位置、６・・・・副
走査手段、７・・・・小ミラー８・・・・凸レンズ、９
・・・・フォトディテクタ、＋１・・・・ミラー　１２
・・・・凸レンズ、１５・・・・レーザ光源、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを発生する光源部と、 前記光ビームを走査する走査手段と、 該走査手段により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
   、前記走査手段により走査された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、 前記第１の結像光学系と第２の結像光学系で被走査面で
   の光エネルギ密度が実質的に同一となるように、第１、
   第２の結像光学系の切換えに応じて光ビーム強度レベル
   を変更するレベル変更手段と、 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、 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す
   ることを特徴とする画像走査装置。
2. （２）前記レベル変更手段は、光路中に配される光減衰
   部材である請求項（１）記載の画像走査装置。
3. （３）前記レベル変更手段は、光ビームの変調レベルを
   変更する手段である請求項（１）又は（２）記載の画像
   走査装置。
4. （４）前記レベル変更手段は、変調に使用するルックア
   ップテーブルを切換える手段である請求項（３）記載の
   画像走査装置。
5. （５）前記副走査手段の移動速度を制御する手段を有し
   、前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系の選択
   に応じて移動速度を変更する請求項（１）記載の画像走
   査装置。
6. （６）画像信号に応じて前記光ビームを変調する変調手
   段を有し、被走査面に画像を形成する請求項（１）記載
   の画像走査装置。