JPH0343707A - 走査光学装置 - 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］ 本発明は画像記録装置、画像読取り装置などに好適な走
査光学装置に関し、特に、高解像化、低価格化に適した
走査光学装置に関する。

［従来の技術］ 走査光学系の像面湾曲の補とを目的として構成された従
来例としては、光源又はレンズを圧電素子に取り付けて
移動させる光源移動アクチュエータを備えた例（特開昭
５９−１１６６０３号公報参昭）、像面湾曲量を記憶し
ておきその量に従って光源であるレーザの強度を制御す
る方式の例（特開昭６１−２５３６７号公報参照）、偏
向器であるポリゴンの回転に係わらず、常にポリゴンミ
ラー面にビームが綿状結像されるように可変焦点機構を
駆動する方式の例（特開昭６１−１８５７１６号公報参
照）などが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記従来例は次の様な欠点を持っている。

第１の従来例は、圧電素子に印加する電圧を制ｆ卸する
ことにより光学要素の位置を制御でき、被走査面上の走
査線全体に亙って良好なスポット結像状態が得られると
しているが、圧電素子に印加する電圧値を如何にして決
定するかについては不明である為、実際に走査光学系を
構成する際には困難である。またｆ・θレンズを用いな
いポストオブジェクティブ走査光学系についてのみ言及
されているので、ｆ・θレンズを用いるプリオブジェク
ティブ走査光学系に応用する場合には困難がある。

第２の従来例は、走査光学系の像面湾曲を記憶する方式
を用いてはいるものの、言ｅ−１ｆ２シた像面湾曲デー
タに基ういてレーザー強度を制御して被走査面上の記録
スポット径を補正する方式であるので、像面湾曲そのち
のは補正されず高解像化を達成するには困難が伴う、ま
た、この補正方式によれば、像面湾曲の大きな部分と小
さな部分とで記録スポット径を等しく出来るが、これら
の２つの部分で露光エネルギー密度は異なるので、記録
濃度にムラが生じ、特に中間調画像を表現しようとする
場合には困難が生じる。

第３の従来例は、ポリゴンの回転が原因で光電ずる副走
査方向（サジクル方向）の像面湾曲は完全に補正できる
が、王走査方向（メツジオナル方向、走査ビームが杼時
的に斤三成する走査面に＠：直な副走査方向に対して直
交する方向）像面湾曲と光学系自体が持つ副走査方向Ｃ
サジタル方向）の像面湾曲とは、補正することができな
い。この為、同従来例に用いるｆ・θレンズとしては、
メルジオナル、サジタル両方向について像面湾曲が良好
に補正された光学系を用いなければならず、装置の価格
が高価になると共に、高解像化を達成する場合にはｆ・
θレンズの設計が困難になる。

従って、本発明の目的は、上記従来例の欠、占を克服す
べく、走査光学系の偏差量を良好に補正することが可能
な走査光学装置を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する為の本発明では、光源からのビーム
を被走査体上に走査する走査光学装置において、走査光
学系の偏差量に関するＩＲ報を記憶する手段と、該記憶
手段からの偏差積消報に基づき走査光学系の構成要素を
少なくとも部分的に制御してビームの集光位訳を調整す
る手段とが具備されている。

より具体的には、次の様な形態が可能である。

前記記憶手段は偏差量情報を所望の粘度で表現する連続
関数の係数値を記憶する。

上記係数値を用いて任０の走査位置での走査光学系の偏
差量ないしそれに対応する気を滴算する手段を更に有し
、前記制御手段は該順算手段からの偏差量ないし、それ
に対応する量に従って作動する。

前記記憶手段は偏差量情報を被走査体上における各画素
毎に記憶している。

前記記憶手段は偏差量情報を被走査体上より走査光学系
の焦点深度を超えないサンプリング間隔で記・旧してい
る。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例の走査面内における構成を
示す図であり、同図において、１はニド導（木レーザー
ｆ１、Ｄ）、２は主導（本レーザーｌを光・Ｅ白方向・
＼（多重列させる為σ）ｌｆ電素子、３はコリメータレ
ンズ、４は副走査方向に正のパワーを持つシリントリ・
カルレンズ、５は回転ポリゴンミラー、６はｆ・θレン
ズ、７は感光体などの被走査面、８はビーム検出器、９
はカウンタ、１０は発振器、１１は演算機能を持つＣＰ
ｏ、１２は走査光学系の像面湾曲量を表現する連続関数
の係数値が記憶されているメモリ（ＲＯＭ）、１３は演
算結果を格納する為のメモリ（ＲＡＭ）　、１４はＤ／
Ａ変換器、１５は圧電素子２を駆動する為の駆動回路で
ある。

上記構成において、半導体レーザーｌから出射したレー
ザービームはコリメータレンズ３を通って略平行光とな
り、そしてシリンドリカルレンズ４を通過して副走査方
向に収束されポリゴンミラー５の反射面上に主走査方向
に線状に結像される。ポリゴンミラー５で反ｑ寸された
ビームはｆ・θレンズ６によって被走査面７Ｅに結像さ
れ、ポリゴンミラー５の等速回転に伴って被走査面７上
を等速走査する。

等被走査面されるレーザービームの走査スポットは被走
査面７の有効走査領域に達する前に、被走査面７の延長
上に配置されたビーム検出器８を通過する様になってい
る。

レーザービームがビーム検出器８を通過すると、カウン
タ９はその時からの発振器１０の発振回数を計数するが
、この計数値は、等速走査されるビームスポットが現在
走査している被走査面７上の位置の情報を与えているｃ
ｐｕｔｔは、カウンタ９からの走査位置情報とメモリ（
ＲＯＭ）１２内に記憶された走査光学系の像面湾曲量を
表現する連続関数の係数データとから、上記走査位置に
おける走査光学系の像面湾曲量を計算し、そしてその像
面湾曲量に対応する半導体レーザー１の光軸方向移動量
を計算しＣ５この演算結果に基づきＤ／Ａ変換器１４と
圧電素子駆動回路１５を通じて半導体レーザーｌの取り
付けられた圧＠ｙ子２を駆動する。

こうして、半導体レーザーｌの移動により走査光学系の
像面湾曲が補正され、被走査面７全体に亙って結像ない
し集光状態の良好な（ピントの合った）ビームスポット
が得られる。

上記において、メモリ１２には、像面湾曲量そのもので
はなく、それに対応する半導体レーザーｉの光軸方向移
動量を連続関数で表現した場合の係数を記憶しても良い
。従って、本明細書において像面湾曲量と記した場合、
それに対応する光学素子等の光軸方向移動量や後述する
様な仮想的像面湾曲量なども含む、伍味として用いられ
ている。

ところで、以上では、ＣＰＵＩＩの演算時間や圧電素子
２の応答スピードなどによる影響は無視して説明したが
、実際に装置を構成する場合にはこれらの影響が無視で
きない。

よって、これらの況響を取り除く工夫が、必要である。

その為の手段としては次の様なものがある。

■書き込みや読み取りなどの走査を行ないながらＣＰＬ
ＩＩＩで演算する場合、演算に要する時間と圧電素子２
の移動時間とその他の要因による遅れ時間の総和時間だ
け後の走査位置に対応する像面湾曲値を計算することに
より、ＣＰＵｌ１や圧電素子２などの素子に起因する時
間遅れを補正できて、各走査位置に対して正しく像面湾
曲が補正される。

■し、かし乍ら、上記の様に書き込みなどの走査を行な
いつつＣＰＵＩＩで像面湾曲量を計算し続ける必要性は
ない。何故ならば、書き込みや読み取りなどの走査開始
以前に走査線上の所望の各点に対して一度像面湾曲量を
計算し、その値を記憶しておけば、後はその記憶された
像面湾曲量のデータを読み出すのみで充分だからである
。

この様に計算されたｆ象面湾曲逗を記憶する為のメモリ
は第１図のＲＡ　Ｍ　１３であり、Ｃｐｕｚはカウンタ
９から読み込んだ走査位置情報に対応する像面湾曲量を
・ＲＡＭ１３から読み出し、その値に基づいて圧電素子
２を駆動すればよい。この際も、前記同様に圧電素子２
などの素子の時間遅れの補正は考慮しなければならない
。

第１実施例において、メモリ（ＲＯＭ）ｔ２は、当然、
像面湾曲を表現する連続関数の係数の記憶のみでな（、
他のデータの記憶やｃｐｕｚを動かす為のプログラムの
２也にも用いても良い。また、ＩＩＡＭ］３は像面湾曲
量だけでなくその他のデータの記゛匝に用いてもよい。

更に、第１実＠例では発振器１０からの出力はカウンタ
９のみに加えられておりＣＰＩＪｌｌのクロックに一つ
いては何も言及されていないが、ＣＰＵＩＩに入力する
クロックは発振器Ｉｏの出力を用いても良いし、別のク
ロックを用いてち良い。

ｆｌ“面湾曲の補正方圧についても、移動させる光学素
子は半導体レーザーｌに限らず、コリメータレンズ３や
シリンドリカルレンズ４やその１也必蟹に応じて挿入さ
れる別の先学素子を光軸方向等に移動させても良い。勿
論、光学素子移動の為のアクチュエータも圧電素子２に
限らずｆ重々のものが用いられる。史には、光学素子の
位置を固定したまま該素子の屈折力を変化させることで
、レーザービームの集束位置を調整しても良く、この場
合、光学素子としては、電気的制御で屈折率を変えるこ
との可能な素子や電気的制御で面形状を変えられる素子
などが利用できる。

像面湾曲補正用の光学素子としてレンズを用いる場合で
も、こうしたレンズは単レンズでも複合レンズであって
も良い。

次に走査光学形の像面湾曲を表現する関数について説明
する。

走査光学系の持１像面湾曲特性の１例を示す第２図にお
いて、θは走査角（定食ビームの基慣位置からの角度）
、ΔＭとΔＳは夫々メリジオナルとサジタルの像面湾曲
である。

尚、メリジオナル面は走査ビー・ムの経時的に形成する
五走査面であり、メリジオナル方向は主走査面内方向、
サジタル方向は主走査面に垂直な方向である。

第２図の像面湾曲ΔＭ（θ）と△Ｓ（θ）は、例えば、
認級数によって ΔＭ（θ）　”ａ６　＋ａｌθ＋ａ２θ２十ａ３θ４＋
ａ４θ４　・・・・・ （１） ΔＳ（θｌ　”　ａ　ｏ　＋　ａ　ｌ　θ＋ａ２θ２＋
ａ３θ３＋ａ４θ４・・・・・ （１） と表現することができる。

またフーリエ級数によって、 ΔＭ（θ）＝ｃ＋＋　＋Ｃ＋　ＣＯ５（ωｆ３）＋０２
　ＣＯ５（２〜θ）＋Ｃ：Ｉ（ ｃｏｓ３ω０）＋・−・・・・ ＋ｄ＋５ｉｎ（ｃ、＋θ）＋ｃｌｚｓ ｉｎ　（２ωｅ）＋ｄ：＋　ｓｉｎ　（３ωＯ）　＋　
・　・　・　・　−（２）ΔＳ　（θ）　　：Ｃｏ　＋
Ｃ＋　　Ｃ０５−（ＣＩＪ’　　θ）　→−０２ＣＯ３
（２ω′　ｅ）＋ｃユ ｃｏｓ　　（３ω’　　Ｅｊ）＋　・　・　・　・＋ｄ
＋５ｉｎ（ｈ＋　　　θ）＋ｄ２ ｓ　　ｉ　　ｎ　　（２（ＪＯ）　　＋ｄ、＋　　ｓ　
　１ｎ（３ω’　　ｅ）　　＋　・　・　・　・　・　
・（２） と表現することち出来る。更に、他の級数展開によって
ち表現可能であるし、スプライン曲線による表現も可能
である。

ここで、メモリ（ＲＯＭ＋１２に記憶されるのは、 （１）式の場合には、ａ　Ｑ　）　ａ　１．ａ２　）　
ａ（１）式の場合には、ａｏ、）ｌｔ　、ａｔ、ａ　】
　、　　１　　＋　　＋　　＋　　１　　：（２）式の
場合には、ω、Ｃ＋＋　、　Ｃ＋　＋　Ｃｚ・　・　・
　・　・　、　ｄ、、ｄ　、　、　　・　・　・　・　
：（２）　式の場合にば、ω　、Ｃｏ、Ｃ＋・ｃ２　、
　”””ｄ＋　　、　ｄｘ、　　””の各係数である。

これらの係数を記憶しておけば、走査角θ（走査位置）
が与えられると、ＣＰＵＩＩによる計算によって直ちに
像面湾曲量を求めることができる。

以上の説明では、像面湾曲を走査角θの関数として表現
したが、走査角θの代わりに被走査面７上のスポット基
準位置から測った走査位置ｙや第１実施例で説明した様
なビーム検出器８のビーム通過時から測った時刻ｔの関
数として表現しても良い。

また、ＲＯＭ１２に入力する上述の級数関数の係数を求
める方法としては、走査光学系の像面湾曲データから最
小２乗法を始めとする種々のカーブフィッティングの手
法を用いることができる。勿論、上記級数関数は原点移
動や正規化を行なって用いても良い。

ＲＯＭ１２に＝２憶する係数データについては、メリジ
オナル像面連間ΔＭのデータのみでも、サジタル像面湾
曲ΔＳのデータだけでもよく、更には両方の像面湾曲の
データやその他の走査光学系についての適正構成値から
の偏差量を記憶してもよい。

即ち、補正すべき偏差量ないし像面湾曲は必ずしも走査
光学系の像面湾曲そのもの（８Ｍ、ΔＳ）である必要は
なく、８ＭやΔＳの情報に他の情報を加味して８ＭやΔ
Ｓとは異なる仮想的像面を設定してもよい。例えば、８
ＭとΔＳの平均値を補正すべき像面湾曲であるとしても
良いし、メリジオナル方向とサジタル方向の各Ｎ、Ａ、
即ち開口数（又はＦナンバー）を考慮したウェイトＷ工
、ＶＩＢを導入して（ｗＭ・６Ｍ＋ｗ３・ΔＳ）　／　
（Ｗｍ＋Ｗｓ）で表わされる値を補正すべき像面湾曲で
あるとしてもよい。

第１図の第１実施例はブリオブシェクチｆブ走査光学系
で且つアナモツイツタな光学系の例であるが１本発明の
忠恕はポストオブジェクティブ走査光学系や球面レンズ
から構成される光学系にそのまま適用することもできる
。

次に、画像記録などを行なう上でタイミングの取り易い
デジタル制御信号を用いる第２実施例について説明する
。

第３図に示す第２実施例において、２１はレーザービー
ムＬの被走査面７でのビームウェストの位置を制御する
光学系を有した収束光学系、２２は収束光学系２１の制
御系、２３は半導体レーザー発光強度制御回路２４やレ
ーザー光ビームウェスト位置制御回路２５やメモリ（Ｒ
ＯＭ）１２やＲＡＭ１３や外部記憶装置２６や演算装置
（ＣＰＵ）２７のデータのやり取り、書き込み、読み取
り及び駆動を制御する中央演算装Ｈ（ｃｐｕ）であり、
外部記憶装置２６は画像情報等の特定の情報を記憶し、
演算装置２７は記憶データよりビームウェストの位置制
御信号を算出し、ＲＯＭ１２は走査光学系の偏差量をメ
モリし、ＲＡＭ１３は情報等を一時的にメモリし、制御
回路２４は半導体レーザーｌの発光強度を制御し、制御
回路２５はレーザ・−光りのビームウェスト位置の制御
系２２を制御する。その他、第１図と同一符号の部材は
実質的に同一機能を有する部材を表わす。

第２実施例の動作は第１実施例と基本的に同じであるが
、以下その動作を説明する。

ポリゴンミラー５によって偏向されたレーザー光束りは
、ｆ・θレンズなどである収束光学系６によって主走査
方向と副走査方向に成る一定の大きさのガウス分布を持
ったスポットに集光される。このとき、感光性記録剤表
面である被走査面７上に形成されるスポットは常に一定
の形であることが望ましいが、走査光学系の像面湾曲等
の収差により全走査位置で一定とはならないことは上述
した通りである。

そこで、予めこうした収差をＲＯＭ１２゜ＲＡＭ１３、
外部記憶装置２（３等に記憶しておき、この２臆情報を
用いて、ＣＰＵ２３を介して１発光制御回路２４とタイ
ミングを取り乍ら駆動制御回路２５を動作させ、集束光
学系２１に含まれるビームウェスト位置制御光学系を制
御系２２により駆動させて被走査面７上で常に一定のス
ポット径になる様にする。

例えば、走査光学系が第４図に示す如き像面湾曲３０を
持つ場合、この像面湾曲を、第４図の破線３１で示す様
に各画素単位で、或は１点鎖線３２で示す様に走査光学
系の焦点深度を超えないサンプリング間隔で、デジタル
信号としてＲＯＭ１２又は外部記憶装置２６に記憶させ
たり、第５図に示す様に各画素単位のデジタル信号の前
信号との差分信号３３を取る７ｖ４算を演算装置２７で
行なわせたりする。そして、ビーム検出器８で取り出さ
れた信号を考慮して上記デジタル信号や差分信号３３か
ら最適ビームウェス１−位置を演算装置２７で算出しデ
ジタル信号化する。こうして、ビーム検出器８からの信
号を基に発振器９とカウンタ１０で計測されたビーム走
査位置情報より、中央演算装置２３で、発光制御回路２
４とタイミングを取り乍ら駆動制御回路２５を動作させ
てビームウェストの位置を制御し、被走査面７上で常に
一定のスポット径が保たれる様にする。

また、予め走査光学系の収差等の情報を画像情報と共に
外部記憶装置２６等に記憶させておくことにより、ビー
ムウェストの位置情報も画像情報と同時に取りだし制御
することも可能である。

第２実施例によれば、走査光学系の収差等をデジタル１
青報としてメモリし、このメモリ情報より、ポリゴンミ
ラー５などの偏向走査露光系とタイミングを取り乍も１
Ｍ度よくビームウェスト位置を制御して被走査面７上で
レーザー光の有効スポット径や露光強度を制御し所望の
値を保つ様にし、ている。従って。

制御信号がデジタルであって、上述のタイミングを取る
ことが容易になる。

［発明の効果１ 以上説明した様に、本発明に・よれば、走査光学系の像
面湾曲等の偏差量を簡単な構成で補正でき、走査光学系
を用いた記録装置や読取り装置などの高解像化や低コス
ト化、更には階調表現の低下防止などが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の走査面における構成図、
第２図は走査光学系の像面湾曲の１例を示す図、第３図
は本発明の第２実廁例の走査面における構成図、第４図
は第２実施例を説明するための走査光学系の像面湾曲の
１例を示す図、第５図は第４図より求めた記憶すべきデ
ジタル信号の他の例を示す図である。 １・・・・・半導体レーザー、２・・・・・圧電素子、
３・・・・・コリメータレンズ、４・・・・・シリンド
リカルレンズ、５・・・・・ポリゴンミラー、６・・・
・・ｒ・θレンズ、７・・・・・被走査面、８・・・・
ビーム検出器、 ■ ・収束光学系 ２２　・ ・制御系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からのビームを被走査体上に走査する走査光学
   装置において、走査光学系の偏差量に関する情報を記憶
   する手段と、該記憶手段からの偏差量情報に基づき走査
   光学系の構成要素を少なくとも部分的に制御してビーム
   の集光位置を調整する手段とを有することを特徴とする
   走査光学装置。 ２、前記記憶手段は偏差量情報を所望の精度で表現する
   連続関数の係数値を記憶する請求項１記載の走査光学装
   置。 ３、上記係数値を用いて任意の走査位置での走査光学系
   の偏差量ないしそれに対応する量を演算する手段を更に
   有し、前記制御手段は該演算手段からの偏差量ないしそ
   れに対応する量に従って作動する請求項２記載の走査光
   学装置。 ４、上記編差量は像面湾曲量である請求項１記載の走査
   光学装置。 ５、前記記憶手段は偏差量情報を被走査体上における各
   画素毎に記憶している請求項１記載の走査光学装置。 ６、前記記憶手段は偏差量情報を被走査体上より走査光
   学系の焦点深度を超えないサンプリング間隔で記憶して
   いる請求項１記載の走査光学装置。