JPH04237014A - 光ビーム走査装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源から発射された光
ビームを走査して、画像の記録、あるいは読み取りを行
う光ビーム走査装置に係り、特には、走査面における光
ビームの焦点ズレ量を検出し、これを調整することので
きる光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の記録や読み取りに光ビーム走査装
置を適用した場合、解像度の点から、走査面で光ビーム
が焦点を結んでいる（合焦点である）ことが重要な要件
になる。したがって、通常の光ビーム走査装置では、実
際の走査記録に入る前に、走査面に感光用フィルムをセ
ットしてこれを光ビームで走査して焼き付け、その焼き
付け結果の線幅などから、光ビームが走査面上で焦点を
結んでいるかを観察し、焦点ズレがある場合には走査面
の位置と光ビームの合焦点位置との位置合わせを行って
いた。このような手法によると、光ビームの合焦点を検
出するために、フィルムを現像したり、現像結果を熟練
者の観察に頼るなどしなければならず、多工程化に伴う
高コスト化を招くばかりか、効率も悪い。そこで、光ビ
ームの合焦点を検出する機構を付加した光ビーム走査装
置が特公昭６０−２９０８７　号公報および特公昭６０
−９２４３号公報に記載されている。これらの装置を従
来例として挙げ、以下に説明する。

【０００３】（Ａ）　まず、特公昭６０−２９０８７　
号公報で開示されている装置について、図１０を参照し
ながら説明する。この装置は、レーザ光源６０から発射
した光ビームを、反射鏡６１を介してビーム拡大レンズ
６２，平行レンズ６３に導いて平行光線に変換し、走査
鏡６４を介して走査レンズ６５（ｆθレンズ）で集束さ
せて走査面６７に照射する。そして、走査鏡６４を回動
させることにより、走査面６７を光ビームで走査する。 この走査面６７での光ビーム径を検出するために、走査
レンズ６５と走査面６７との間にハーフミラー６６を設
置して、光ビームの一部を分岐し、分岐された光ビーム
が焦点を結ぶ仮想走査面６８上に格子板６９を設置して
いる。格子板６９は、光ビームの合焦点位置におけるビ
ーム径とほぼ同じ間隔で、透光部と遮光部とを交互に形
成した格子パターンを有しており、図示のように、仮想
走査面６８に対して所定角度だけ傾けられた状態で設置
されている。

【０００４】格子板６９の透過光を光検出器７０で検出
すると、光ビームの焦点位置に相当する透光部からの光
量が最大となり検出信号値もピークとなる。すなわち、
格子板６９の中心点Ａからの検出信号が最大値となれば
、仮想走査面６８に光ビームの焦点が位置していること
になり、これは実際の走査面６７上に光ビームの焦点が
位置していることにもなる。もし、光ビームの焦点が走
査面６７からズレた位置にあれば、格子板６９の透過光
の検出信号のピークは、中心点Ａからズレた位置に現れ
る。このような検出信号のピーク位置から、走査面６７
における光ビームの焦点位置の検出、さらには走査面６
７の位置と光ビームの焦点位置とのズレ量を検出してい
る。

【０００５】（Ｂ）次に、特公昭６０−９２４３号公報
に開示されている装置について、図１１を参照しながら
説明する。この装置は、レーザ光源７１から発射した光
ビームを、光変調器７２，　ビームエキスパンダー７３
を通して回転多面鏡７４（ポリゴンミラーとも呼ばれる
）に導き、さらに走査レンズ７５（ｆθレンズ）で集束
して走査面７６に照射する。そして、回転多面鏡７４を
回転させることにより、走査面７６を光ビームで走査す
る。この走査面７６上での光ビーム径を検出するのに、
走査面７６の走査線の延長線上にホトディテクター７７
を設置し、ホトディテクター７７の検出面の前に直線状
のナイフエッジ７８を配している。

【０００６】ナイフエッジ７８を横切って、ホトディテ
クター７７に入光する光ビームの光量を検出すると、そ
れは光ビームの径に応じた信号になる。すなわち、光ビ
ームの径が大きいとナイフエッジ７８を介してホトディ
テクター７７に入光する光量は徐々に増加する。また、
光ビームの径が小さい場合には、ホトディテクター７７
に入光する光量は急激に増加する。このように、光ビー
ムの径の大きさに応じたホトディテクター７７の検出信
号の変化の度合いから光ビームの焦点を検出し、光ビー
ムの焦点位置と走査面位置との調整を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来装置の場合には、次のような問題
がある。

【０００８】すなわち、（Ａ）に記載した装置では、傾
斜させた格子板１２からの透過光量を検出し、検出信号
のピーク位置から光ビームの合焦点位置を検出するもの
で、光ビームの走査幅全域にわたって合焦点を検出する
ものではない。これは、（Ｂ）に記載した装置も同様で
、走査線の延長線上における一点でしか光ビームの合焦
点を検出することはできない。

【０００９】ところが、走査レンズ（ｆθレンズ）や回
転多面鏡（ポリゴンミラー）などの光学系部品に生じる
歪みや設置位置のズレなどによって、同一の走査線上に
おける各点での光ビーム径が異なることがある。したが
って、従来装置のように、ただの一点だけで光ビームの
合焦点を検出するのでは不十分である。よって、検出点
以外の走査線上で光ビームが焦点を結んでいない場合に
これを検出することができず、画像の記録や読み取り時
の解像度が低下し、画像に「ボケ」が生じるという問題
を招く。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、走査幅全域にわたって合焦点検出を行
うとともに、合焦点位置と光ビーム走査面位置との位置
合わせを行うことができる光ビーム走査装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち
、この発明に係る光ビーム走査装置は、光ビームの走査
面に対して光学的に等価な位置において主走査方向に配
され、光ビームの合焦点位置におけるビーム径と略同じ
幅の複数個の透光部を有する格子板と、前記格子板の透
光部を通過した光ビームの光量を検出する光量検出手段
と、前記光量検出手段の検出信号値に基づいて主走査方
向の各点における光ビームの焦点ズレ量を導出する焦点
ズレ導出手段と、前記導出された焦点ズレ量を外部に出
力する出力手段と、前記格子板と、光ビームを分岐して
一方を格子板へ、他方を走査面に導く光学系手段とを一
体的に副走査方向へ変位させるとともに、主走査方向お
よび副走査方向に対して鉛直な軸心周りに回転変位させ
る焦点調節機構と、を備えたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明の構成による作用は以下のとおりである
。まず、光ビームの焦点ズレ量を導出するために、格子
板を光ビームで走査する。　　光量検出手段は、格子板
の透光部を通過した光ビームの光量を検出して、光ビー
ム径に応じた検出信号を出力する。すなわち、光ビーム
が格子板位置に焦点を結んでいれば、格子板の透光部を
光ビームの全光量が通過して検出信号値は最大値となり
、焦点を結んでいないと（光ビーム径が合焦点位置にお
けるビーム径よりも大きいと）、光ビームの一部光量は
格子板の遮光部によって遮られ、検出信号値は最大値よ
りも小さな値になる。このように、光量検出手段の出力
値と光ビームの焦点のズレ量との間には相関関係がある
ので、焦点ズレ導出手段は、光量検出手段の検出信号値
に基づき、主走査方向の各点における光ビームの焦点ズ
レ量を導出する。出力手段はその導出された焦点ズレ量
を外部に出力することによって、オペレータに提示する
。次に、焦点ズレを修正するために、オペレータは出力
手段から出力される焦点ズレ量を観察しながら、焦点調
節機構を操作し、焦点ズレ量が最小となる位置に、一体
となった格子板と前記光学手段とを変位させる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１はこの実施例に係る光ビーム走査装置の概
略構成を示した斜視図である。この図では光ビーム走査
装置を画像記録に用いた例を示している。なお、本発明
は画像読み取り用の光ビーム走査装置においても適用す
ることができる。

【００１４】感光性シート１を載置する可動テーブル２
が、一対のガイドレール３ａ，３ｂによって移動可能に
支持されている。可動テーブル２の下側には、ネジ棒４
が取りつけられており、ネジ棒４の先端に固定されたギ
ア５は、モータ６の出力ギア７に噛み合わさっている。 モータ６の回転により、ネジ棒４が回転し、これに伴っ
て可動テーブル２がガイドレール３ａ，３ｂに案内され
てＸ軸方向に移動する。このＸ軸方向が感光性シート１
に照射される光ビームの副走査方向である。

【００１５】照射用光ビームは、レーザ光源８から発射
されて、ビームエキスパンダー１０で幅広の平行光線に
変換され、モータ１２で駆動されてＺ軸周りに回転する
回転多面鏡１１（ポリゴンミラー１１）によってＹ軸方
向に走査された後、走査レンズ１３（ｆθレンズ１３）
で集束される。このＹ軸方向が光ビームの主走査方向で
ある。

【００１６】ｆθレンズ１３で集束された光ビームは、
感光性シート１の上方空間に設置されたハーフミラー１
４によって分岐される。このハーフミラー１４は、本発
明における光学系手段に相当する。分岐された一方の光
ビームは感光性シート１に照射され、もう一方の光ビー
ムは、ハーフミラー１４の後方に位置するセンサー部１
５に照射される。このセンサー部１５は、分岐された一
方の光ビームが焦点を結ぶ、いわゆる仮想走査面（実際
の走査面に対して光学的に等価な位置関係にある仮想面
）上の主走査方向にセットされている。

【００１７】図２はセンサー部１５を拡大した斜視図で
ある。センサー部１５は、スリット状の透光部１９と遮
光部２０とを交互に形成してなるグレーティングガラス
１６と、フォトダイオード１７を水平方向に多数取り付
けたセンサー台１８とを一体化したものである。透光部
１９の幅は光ビームの合焦点位置におけるビーム径（以
下、焦点径という）とほぼ等しい大きさに形成され、フ
ォトダイオード１７はグレーティングガラス１６の全域
に対して設けられている。グレーティングガラス１６が
本発明でいう格子板に相当し、フォトダイオード１７が
光量検出手段に相当している。

【００１８】図３は、図１におけるハーフミラー１４と
センサー部１５との支持構造を示した分解斜視図である
。この支持構造は、本発明における焦点調節機構に相当
している。ハーフミラー１４とセンサー部１５とは互い
に平行になるように、プレート２１の両端部にそれぞれ
固設されている。プレート２１は、回動テーブル２２の
上面部に固定されている。回動テーブル２２は、移動テ
ーブル２３上に立設された軸芯２４によって、回動自在
に支持されている。回動テーブル２２の一方の側面部に
は突出部分２７があり、この突出部分２７を挟むように
して移動テーブル２３上に、２つの支持部材２５ａ，２
５ｂ　が取り付けられている。支持部材２５ａ　には、
スプリング２６の弾性力によって突出部分２７に押し当
てられる棒材２８が支持され、支持部材２５ｂ　には内
蔵モータ（図示せず）の駆動力により進退移動する可動
棒２９を備えた電気マイクロメータ３０が支持されてい
る。 この電気マイクロメータ３０の可動棒２９が進退移動す
ると、棒材２８がスプリング２６の弾性力によってこれ
に追随し、突出部分２７はこれらに挟持された状態で、
可動棒２９の進退移動に伴って移動する。その移動力に
よって、回動テーブル２２は軸芯２４周りに回動変位（
首振り運動）する。なお、回動テーブル２２に形成され
ているＵ字形の溝３１内には、移動テーブル２３上に立
設されたボルト（　図示せず）　が挿入されており、こ
のボルトの頭部に螺合されたナット３２を締めつけるこ
とによって回動テーブル２２の位置がロックされるよう
になっている。

【００１９】移動テーブル２３の裏面部には、２本のガ
イドレール３３ａ，３３ｂ　によって副走査方向に案内
される摺動材３４ａ，３４ｂ　と、ネジ棒３５の回動に
伴って副走査方向に移動する移動部材３６が取りつけら
れている。ガイドレール３３ａ，３３ｂ　は固定テーブ
ル３７の上に配されており、ネジ棒３５は軸受部３８と
、駆動モータ３９を支持する支持板４０を介して固定テ
ーブル３７の上に配されている。この駆動モータ３９の
回転により、移動部材３６とともに移動テーブル２３が
２本のガイドレール３３ａ，３３ｂ　に案内されて副走
査方向に移動する。なお、図中符号４１は駆動モータ３
９の出力軸とネジ棒３５を結合するカップリングである
。また、電気マイクロメータ３０と駆動モータ３９はそ
れぞれのモータドライブ回路（図示せず）によって駆動
され、各モータドライブ回路はコントローラ（図示せず
）によって制御されるように構成されている。このコン
トローラはオペレータによって操作されるもので、これ
により、ハーフミラー１４およびセンサー部１５の位置
が一体的に調整されるようになっている。このように、
ハーフミラー１４とセンサー部１５とを一体的に移動さ
せることにより、センサー部１５は走査面と光学的に等
価な位置にセットされる。

【００２０】上述した光ビーム走査装置で、光ビームの
焦点ズレを調節する場合、まず、センサー部１５を光ビ
ームで走査して、フォトダイオード１７の検出信号値に
基づいて焦点ズレ量を導出してこれを後述のモニタディ
スプレイに表示する。次に、オペレータは、モニタディ
スプレイに表示された焦点ズレ量を観察しながら、コン
トローラを操作して焦点ズレ量が最小となる位置にハー
フミラー１４およびセンサー部１５をセットする。以下
、上記の焦点ズレの調節手法を詳細に説明する。

【００２１】まず、光ビームの焦点ズレ量の導出につい
て図４と図５を参照しながら説明する。図４と図５は、
センサー部１５に入射される光ビームの径と、フォトダ
イオード１７の出力電圧値との関係をそれぞれ示してい
る。 図４に示すように、ハーフミラー１４を介してセンサー
部１５に入射した光ビームＢ１の径φｄ１が、透光部１
９の幅ｄよりも大きいとき（φｄ１＞ｄ）、フォトダイ
オード１７の出力電圧値はＶ１であったとする。　　こ
れに対し、図４に示すように、光ビームＢ２の径φｄ２
が透光部１９の幅ｄと略一致しているとき（φｄ２≒＝
ｄ）、フォトダイオード１７の出力電圧値はＶ１よりも
高いＶ２となる（Ｖ２＞Ｖ１）。すなわち、光ビーム径
が透光部１９の幅ｄよりも大きいと、遮光部２０によっ
てその一部光量が遮断され、フォトダイオード１７の出
力電圧値は最大値よりも低くなるが、光ビーム径が透光
部１９の幅にほぼ等しい大きさである（最小の焦点の大
きさである）と、光ビームの全光量がフォトダイオード
１７に入光し、フォトダイオード１７の出力電圧値は最
大値となる。このように、フォトダイオード１７の出力
電圧値は、光ビーム径に応じて変化する。

【００２２】そのフォトダイオード１７の出力電圧値か
ら、光ビームの焦点ズレ量の求め方について、図６のロ
ジック回路図を参照しながら説明する。

【００２３】基準電圧＋Ｖで逆バイアスされたフォトダ
イオード１７の出力電流に比例した電圧値ＶＰＤは、演
算増幅器ＯＰによって出力電圧ＶＯＰに増幅された後、
比較器ＣとＡ／Ｄ変換器４３とに与えられる。比較器Ｃ
は、演算増幅器ＯＰからの出力電圧値ＶＯＰと基準電圧
発生器４２からの基準電圧Ｖｓｈとを比較し、ＶＯＰ＞
Ｖｓｈになると「Ｈ−レベル」となる信号を出力する。 これにより、光ビームが透光部１９に入射している間、
「Ｈ−レベル」となるパルス状の信号が出力される。以
下、このパルス信号をグレーティングクロック（グレー
ティングガラス１６に形成された透光部１９のピッチ毎
に出力されるクロックパルス）という。

【００２４】Ａ／Ｄ変換器４３は、そのグレーティング
クロックのパルスタイミングに同期して前記入力されて
いるフォトダイオード１７の出力電圧波形をサンプリン
グし、デジタル信号に変換してメモリＭに出力する。ア
ドレスカウンタＡＣは、グレーティングクロック数を計
数し、それをアドレスデータとしてメモリＭに出力する
。 その結果、メモリＭには１走査線分の光量データがグレ
ーティングガラス１６の透光部１９のピッチごとに格納
される。

【００２５】焦点ズレ導出手段に相当するＣＰＵ４４は
、メモリＭから光量データを読み出し、その光量データ
をルックアップテーブル４５への読みだしアドレス値と
して与え、該当するデータを読み出す。ルックアップテ
ーブル４５に登録されている内容をグラフ形式にして図
７に示す。この図に示すように、ルックアップテーブル
４５はフォトダイオード１７で検出される光量と、焦点
ズレ量との関係を記憶した２次元テーブルで、予め実験
的に求められたものである。同図より明らかなように光
量が多いほど焦点ズレ量は小さくなっている。ＣＰＵ４
４は、読み出した焦点ズレ量を縦軸に、アドレス値を横
軸にもつグラフを作成する。アドレス値は、グレーティ
ングクロックのパルス数（透光部１９のピッチ数）に応
じた値であるから、これはすなわち、光ビームの主走査
位置を示す情報である。したがって、アドレス値を横軸
にし、焦点ズレ量を縦軸にもつグラフを作成すれば、走
査面におけるどの位置で焦点がどれだけズレているかを
知ることができる。作成されたグラフの一例を図８に示
す。このグラフは表示用メモリ４６に格納された後、モ
ニタディスプレイ４７に表示される。なお、モニタディ
スプレイ４７の代わりにプリンタを設け、前記グラフを
印刷物として出力してもよい。

【００２６】このようにして、焦点ズレ量がグラフで表
示されると、このグラフを見ながら焦点ズレ量が最小に
なるように、オペレータがハーフミラー１４およびセン
サー部１５の位置調整を行う。すなわち、上述したコン
トローラを操作してマイクロメータ３０と駆動モータ３
９を制御し、図９に示すようにハーフミラー１４を主走
査方向Ｙおよび副走査方向Ｘと直交する垂直軸芯Ｐ周り
に回動、および／または副走査方向Ｘに移動させる。ハ
ーフミラー１４を軸芯Ｐ周りに回動させると、走査レン
ズ１３から感光性シート１までの距離が走査線上での位
置に応じて異なる変化を示すので図９の点線部分に示す
ような主走査線Ｓ上での位置の違いに伴う主走査方向の
各点における焦点ズレが補正され、副走査方向Ｘに移動
させると走査レンズ１３から感光性シート１までの距離
が主走査全域にわたって均等に変化するので焦点Ｔの高
さ方向の位置ズレに伴う主走査線全域での焦点ズレが補
正される。

【００２７】なお、格子板としては実施例のようなグレ
ーティングガラスに限らず、光ビームの焦点ズレ検出位
置にのみ透光部を配置したものを用いてもよい。また、
上述のように焦点ズレ量を直接表示するのではなく、主
走査方向の各位置におけるビーム径を表示することによ
って、間接的に焦点ズレ量を表示するようにしてもよい
。焦点ズレ量とビーム径とは相関関係があるので、本発
明における焦点ズレ量の導出とは、このようなビーム径
の導出をも含んでいる。また、上述のように、オペレー
タがコントローラを操作して、ハーフミラー１４および
センサー部１５の位置を調整するのではなく、導出され
た焦点ズレ量のデータをコントローラに出力し、焦点ズ
レ量に応じてマイクロメータ３０と駆動モータ３９とを
制御するように構成してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光ビーム走査装置は、格子板を走査した光ビームの光
量を検出して、主走査方向の各点における光ビームの焦
点ズレ量を導出しこれを外部に出力するようにしたので
、従来装置のようにただの一点だけでなく、主走査方向
全域にわたって光ビームの焦点ズレを検出することがで
き、これをオペレータに提示することができる。また、
オペレータはその焦点ズレ量を観察しながら、焦点調節
機構を操作して焦点ズレ量が最小となるような位置に光
学手段をセットする。これにより、主走査方向の各点で
光ビームが焦点を結ぶようにすることができ、画像の記
録や読み取りを行う際の解像度を向上させることができ
る。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ビーム走査装置の外
観斜視図。

【図２】センサー部の拡大斜視図。

【図３】ハーフミラーを及びセンサー部の支持構造を示
す分解斜視図。

【図４】光ビーム径とフォトダイオードの出力電圧との
関係を示した図。

【図５】光ビームの焦点径とフォトダイオードの出力電
圧との関係を示した図。

【図６】焦点ズレ量を導出するためのロジック回路図。

【図７】ルックアップテーブル内の情報を模式的に示し
た図。

【図８】主走査方向の焦点ズレ量の表示例を示した図。

【図９】ハーフミラーの位置調整と合焦点との関係を説
明する斜視図。

【図１０】従来装置の概略構成を示した図。

【図１１】その他の従来装置の概略構成を示した図。

【符号の説明】

１４　　ハーフミラー １５　　センサー部 １６　　グレーティングガラス １７　　フォトダイオード １９　　透光部 ２０　　遮光部 ２２　　回動テーブル ２３　　移動テーブル ４４　　ＣＰＵ ４５　　ルックアップテーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光ビームの走査面に対して光学的に等
   価な位置において主走査方向に配され、光ビームの合焦
   点位置におけるビーム径と略同じ幅の複数個の透光部を
   有する格子板と、前記格子板の透光部を通過した光ビー
   ムの光量を検出する光量検出手段と、前記光量検出手段
   の検出信号値に基づいて主走査方向の各点における光ビ
   ームの焦点ズレ量を導出する焦点ズレ導出手段と、前記
   導出された焦点ズレ量を外部に出力する出力手段と、前
   記格子板と、光ビームを分岐して一方を格子板へ、他方
   を走査面に導く光学系手段とを一体的に副走査方向へ変
   位させるとともに、主走査方向および副走査方向に対し
   て鉛直な軸心周りに回転変位させる焦点調節機構と、を
   備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。