JPH04240611A - 光ビーム走査記録装置 - 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、光源から照射された光
ビームで感光材料を露光し、画像等の情報を走査記録す
る光ビーム走査記録装置（例えば、レーザ記録装置など
）に係り、特には、光ビームの焦点ズレに起因した走査
方向の焼き付け線幅の変化をなくすための技術に関する
。

【０００２】

【従来の技術】光ビーム走査記録装置を用いて画像の記
録を行う場合、画質の点から、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）に等しい一定の
線幅で記録するのが最も良い。そのためには、主走査方
向の各点で光ビームが焦点を結んでいる必要がある。そ
こで、通常の光ビーム走査記録装置では、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、焼き付けられた走査
線幅を熟練者が観察する。そして、走査線幅が光ビーム
の焦点径に等しいものになっているかを判断し、ズレが
ある場合には光学系などを調整して焦点ズレを修正して
いた。このような手法によれば、光ビームの焦点を調整
するたびに、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、走査面
における光ビームの合焦点を自動検出する機構を付加し
た光ビーム走査装置が提案されている。本発明に近いも
のとして、特公昭６０−９２４３号公報に記載の装置を
従来例として挙げ、以下に説明する。

【０００３】図９は特公昭６０−９２４３号公報に開示
されている走査装置の概略構成を示した図である。この
装置は、レーザ光源５１から発射した光ビームを、光変
調器５２，　ビームエキスパンダー５３を通して回転多
面鏡５４（ポリゴンミラーとも呼ばれる）に導き、さら
に走査レンズ５５（ｆθレンズ）で集束して走査面５６
に照射する。そして、回転多面鏡５４を回転させること
により、走査面５６を光ビームで走査する。この走査面
５６上での光ビーム径を検出するのに、走査面５６の走
査線の延長線上にホトディテクター５７を設置し、ホト
ディテクター５７の検出面の前に直線状のナイフエッジ
５８を配している。

【０００４】ナイフエッジ５８を横切って、ホトディテ
クター５７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５８を介してホトディ
テクター５７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５７
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５７の検出信
号の変化の度合いから光ビームの焦点ズレを検出し、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。

【０００５】

【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。

【０００６】すなわち、従来装置は、走査線の延長線上
における一点でのみ光ビームの合焦点を検出するもので
、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。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。このため、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、主走査方向の各点の
焼き付け線幅が一定でないまま画像の走査記録が行われ
、画質の低下を招くという問題がある。

【０００７】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、主走査方向全域にわたって光ビームの
焦点ズレの検出を行うとともに、その検出結果を利用し
て光ビームの光量を調整し、その結果として主走査方向
の各点の焼き付け線幅を焦点径と同じ大きさにすること
のできる光ビーム走査記録装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【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
記録面に対して光学的に等価な面上の主走査方向に配さ
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に基づいて光
ビームの光量を調節して主走査方向の各点の焼き付け線
幅を一定にする光量調節手段と、を備えたことを特徴と
している。

【０００９】

【作用】本発明の光ビーム走査記録装置の構成による走
査記録は以下のようにして行われる。まず、実際の走査
記録に移る前に、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
が焦点径よりも大きいと）、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、格子板の各透光部を通過した検
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。そして、実際に走査記録を行
うときに、光量調整手段が前記算出された焦点ズレ量に
基づいて、光ビームの光量を調整し、主走査方向の各点
の焼き付け線幅を一定にする。

【００１０】

【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記録装置
の概略構成を示した斜視図である。

【００１１】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。

【００１２】その照射用光ビームは、レーザ光源８から
発射されて、ＡＯＭ９（ａｃｏｕｓｔｏ　−ｏｐｔｉｃ
　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　で、音響光学効果を利用した光
変調器）　で光量変調され、ビームエキスパンダー１０
で幅広の平行光線に変換される。その後、ロータリーエ
ンコーダ３１が内蔵されたモータ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、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。

【００１３】ｆθレンズ１３で集束された光ビームは、
全反射ミラー１４で直角に光路変換されて、感光性シー
ト１上（走査面上）に照射される。その走査面の延長面
上、すなわち、走査面と同一面位置となる可動テーブル
２の端部に沿って（　すなわち、主走査方向に）　セン
サー部１５が取りつけられている。

【００１４】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の幅は光ビームの焦点径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。このような構
成の光ビーム走査記録装置で画像記録を行う場合、（１
）可動テーブル２を移動させてその端部に取りつけられ
たセンサー部１５を光路位置に置き、これを光ビームで
走査する。そして、フォトダイオード１７の出力電圧値
に基づいて光ビームの焦点ズレ量を導出する（以下導出
モードという）。（２）画像の走査記録を行うにあたり
、前記導出された主走査方向の各点の焦点ズレ量に基づ
いて光ビームの光量を調節することにより、主走査方向
の各点の焼き付け線幅を一定にする（以下記録モードと
いう）。上記導出モードと記録モードは、オペレータが
指示する事によって、そのモードが選択的に切り換えら
れる。上記（１）導出モードと（２）記録モードの動作
について以下に詳しく説明する。

【００１５】（１）まず、光ビームの焦点ズレ量の導出
について図３と図４を参照しながら説明する。図３と図
４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３に示すように、全反射ミラー１４で光路
変換されセンサー部１５に入射した光ビームＢ１の径φ
ｄ１が、透光部１９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Ｂ
２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。

【００１６】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５のロ
ジック回路図と、図６の信号波形図とを参照しながら説
明する。オペレータが入力部３２において、導出モード
を選択すると、その情報は入力信号ＫＩＮとして、ＣＰ
Ｕ２３に出力され、ＣＰＵ２３は、モードに応じた信号
をモード信号ＭＯＤＥとしてクロック制御器３３、アド
レス制御器３４、アナログスイッチ３６、画像信号発生
器２５に出力する。導出モードが選択された場合、アナ
ログスイッチ３６は、２入力Ａ，Ｂのうち、基準電圧発
生器３５の出力端子に接続されている入力Ｂを選択し、
入力Ｂに入力された信号、すなわち、基準電圧発生器３
５の出力信号ＲＥＦ１と同じ信号を出力する。また、画
像信号発生器２５は、一定の基準濃度信号ＲＥＦ２を出
力する。出力信号ＲＥＦ１は、増幅器ＯＰ２で増幅され
た後、乗算機能を持った重畳回路２６に出力される。重
畳回路２６の一方には、画像信号発生器２５から、一定
の基準濃度信号ＲＥＦ２が入力されている。従って、重
畳回路２６は、入力される２つの信号は共に一定である
ので、この出力信号は一定となり、ＡＯＭ駆動回路２７
の出力信号も一定となり、ＡＯＭ９によって変調される
光ビームの光量も一定となる。この状態において、回転
多面鏡１１を回転させて、光ビームでグレーティングガ
ラス１６を主走査方向に走査する。

【００１７】この時、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出力電圧値
ＶＰＤは、演算増幅器ＯＰ１によって出力電圧値ＶＯＰ
（図６（Ａ）の波形図参照）に増幅され、ローパスフィ
ルタＬＰＦ１と、比較器Ｃに与えられる。ローパスフィ
ルタＬＰＦ１は、出力電圧ＶＯＰの波形を平滑化し、図
６（Ｂ）に示すような、滑らかに連続したアナログ波形
に整形してＡ／Ｄ変換器２２に出力する。

【００１８】一方、比較器Ｃは、演算増幅器ＯＰ１から
の出力電圧値ＶＯＰと基準電圧発生器２１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）といい、図６の（Ｃ）に示す。クロック制御器３
３は、信号ＭＯＤＥによって、２入力，Ｄ，Ｅのうち、
一方の入力信号を選択して出力するもので、導出モード
の場合は、入力Ｄを選択し、比較器Ｃからの出力信号す
なわち、グレーティングクロックを出力する。

【００１９】アドレス制御器３４は、グレーティングク
ロック数を計数し、それを基にメモリアドレスデータ（
Ａ１〜Ａｎ）を算出し、上記デジタル信号をメモリＭ１
に格納する。この時、メモリＭ１へのデータ書き込みが
可能となるように、メモリＭ１を制御する信号をイネー
ブル信号ＥＮＡとして同時に出力する。また、Ａ／Ｄ変
換器２２からのメモリＭ１へデジタル信号を出力するタ
イミングとなるクロック信号ＣＬを出力する。導出モー
ドの場合、クロック信号ＣＬはグレーティングクロック
と同期した信号となる。Ａ／Ｄ変換器２２は、クロック
信号ＣＬのパルスタイミングに同期してローパスフィル
タＬＰＦ１の出力電圧をサンプリングし（図６の（Ｂ）
のＳ１〜Ｓｎ）、デジタル信号に変換してメモリＭ１に
出力する。その結果、メモリＭ１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。メモリＭ１に格納されているデー
タを波形で示すと図６（Ｄ）のＤＡのようになる。この
図において、Ｄｍａｘ　は最大光量データ値、すなわち
、光ビームがグレーティングガラス１６の上で焦点を結
んだときの光量（以下、焦点光量という）のデータを示
している。

【００２０】焦点ズレ導出手段に相当するＣＰＵ２３は
、メモリＭ１から光量データを読み出して、最大光量デ
ータＤｍａｘ　（焦点光量データ）との引き算処理を実
行し、光量データ波形とは逆の波形となる逆特性データ
を算出する。これは、焦点光量と合致しているときに「
０」の値となり、焦点光量からズレるほど値が大きくな
るデータで、本発明でいう焦点ズレ量のデータである。 このデータ波形は図６（Ｄ）の斜線部分で示すＤＢのよ
うになる。算出された焦点ズレ量データＤＢは光量デー
タが記憶されている領域（アドレス）とは異なる領域の
メモリＭ１に一旦格納される。

【００２１】（２）このようにして焦点ズレ量を求める
と、以下のようにして光量調整を行いながら、実際の走
査記録を行う。オペレータが入力部に３２において記録
モードを選択すると、その情報は、入力信号ＫＩＮとし
て、ＣＰＵ２３に出力され、ＣＰＵ２３は記録モードに
応じたモード信号を、モード信号のモードとしてクロッ
ク制御器３３、アドレス制御器３４、アナログスイッチ
３６および画像信号発生器２５に出力する。クロック制
御器３３は、信号ＭＯＤＥによって、２入力Ｄ，Ｅのう
ち、入力Ｅを選択し、モータ１２に内蔵されたロータリ
ーエンコーダ３１からの出力信号を、波形整形回路３７
で波形整形したパルス信号を基に、光ビームの落射位置
を表すグレーティングクロックに対応する擬似クロック
信号を発生する。アドレス制御器３４は、擬似クロック
信号のクロック数を計数し、それを基にアドレスデータ
（Ａ１〜Ａｎ）を算出し、メモリＭ１からデータを読み
出す。この時、メモリＭ１からデータの読み出しが可能
となるように、メモリＭ１を制御するイネーブル信号Ｅ
ＮＡを同時に出力する。アナログスイッチ３６は、２入
力Ａ，Ｂのうち、ローパスフィルタＬＰＦ２に接続され
ている入力Ａを選択し、入力Ａに入力された信号を出力
する。画像信号発生器２５は、画像メモリ２８に格納さ
れている画像データを網点画像を形成するためのアナロ
グ画像信号に変換し出力する。このアナログ信号は、網
点画像を形成するための信号で、例えば、非露光部分が
「０ボルト」、露光部分が「数ボルト」の電圧レベルを
もっている。ＣＰＵ２３はアドレス制御器３４から出力
されるアドレスデータ（Ａ１〜Ａｎ）に対応する、算出
した焦点ズレ量データＤＢをメモリＭ１から読み出して
、Ｄ／Ａ変換器２４、ローパスフィルタＬＰＦ２に与え
、滑らかな連続したアナログ信号に変換する。この焦点
ズレ量信号は、増幅器ＯＰ２で増幅された後、乗算機能
をもった重畳回路２６に出力される。重畳回路２６の一
方には、画像信号発生器２５からのアナログ画像信号が
入力されている。重畳回路２６は、アナログ画像信号に
焦点ズレ量信号を乗算してＡＯＭ９の駆動回路２７に出
力する。この駆動回路２７と重畳回路２６およびＡＯＭ
９が本発明の光量調節手段に相当している。重畳された
信号はアナログ画像信号が「０ボルト」のときは「０ボ
ルト」の値となるが、「数ボルト」の電圧レベルをもっ
ているときは、焦点ズレ量信号に応じてその電圧レベル
が変化する信号となる。その信号波形の一例を図６の（
Ｅ）に示す。この図において符号Ｖ０はアナログ画像信
号の一定電圧レベルを、符号ＶＫは重畳信号の電圧レベ
ルを示している。この図から明らかなように重畳信号Ｖ
Ｋは、焦点ズレ量データＤＢが「０」のとき（光量デー
タＤＡが焦点光量データＤｍａｘ　と合致しているとき
）には電圧レベルＶ０そのままの値となり、焦点ズレ量
データＤＢがある値をもっているときは、電圧レベルＶ
０にその焦点ズレ量分を加算して得られた大きな電圧レ
ベルの信号となる。

【００２２】前記重畳信号の電圧レベルに応じて駆動回
路２７がＡＯＭ９を駆動することにより、焦点ズレ量に
応じて振幅（エネルギー強度）が変化する光ビームがＡ
ＯＭ９から出射される。その結果、主走査方向のある領
域で光ビームに焦点ズレが生じている場合、その光ビー
ムのエネルギー強度が高められるので、主走査方向の全
域にわたって一定の焼き付け線幅で画像が記録される。 これについて、図７を参照しながら更に説明する。

【００２３】図７（Ａ）は、上記光量データＤＡの波形
の一例を示しており、グレーティングクロックのパルス
数で表される主走査位置がＰ０のときにフォトダイオー
ド１７からの出力電圧値ＶＯＰは最大値Ｖｍａｘ　とな
り、つまり光ビームは焦点光量となっている。このとき
の走査面（感光性シート１上）における光ビームの光エ
ネルギーの分布Ｅ０　を図７の（Ｃ）に示す。この図に
おいて符号Ｔは感光性シート１の記録エネルギー閾値で
あり、光エネルギーがこの閾値Ｔを超えたときに記録が
行われる。 したがって、光ビームが焦点を結んでいるとき、焼き付
け線幅は閾値を超えた光エネルギーの分布範囲に等しい
幅ｄ０　となる。これに対し、主走査位置がＰ１のとき
、フォトダイオード１７からの出力電圧値ＶＯＰは最大
値Ｖｍａｘ　よりも小さく、光ビームが焦点を結んでい
ないとする。このときの感光性シート１上における光ビ
ームの光エネルギーの分布Ｅ１　は、図７の（Ｃ）に示
すように、末広がりの分布となり、焼き付け線幅は、記
録エネルギー閾値Ｔを超える光エネルギーの分布範囲に
等しい幅ｄ１　となる。このように、光ビームが焦点を
結んでいるときに比べて、焦点を結んでいないときの焼
き付け線幅は小さくなる。図７（Ａ）のような光量デー
タを上述した逆特性データに変換し、この逆特性データ
で光ビームを振幅変調すると、光ビームの光量は図７（
Ｄ）に示すように主走査方向に変化する。したがって、
光ビームが焦点を結んでいる主走査位置Ｐ０では元の光
量値Ｋ０のままで、光エネルギー分布もＥ０から変化せ
ず焼き付け線幅もｄ０のままであるが、これに対し、光
ビームが焦点を結んでいない主走査位置Ｐ１では、光量
値が元の光量値Ｋ０より大きなＫ１の値になる。これに
伴って光エネルギーが強くなり、閾値Ｔを超える光エネ
ルギーの分布範囲は広がって焼き付け線幅もｄ１　から
ｄ０　に拡大し、焦点光量のときと同じ焼き付け線幅に
なる。

【００２４】なお、上述した実施例では、格子板１６を
可動テーブル２の端部に設置した例を用いたが、これ以
外にも、図８に示すように走査された光ビームをハーフ
ミラー７０で分岐し、分岐された一方の光ビームが焦点
を結ぶ仮想走査面位置に格子板１６を設置するようにし
てもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光ビーム走査記録装置は、実際の走査記録に移る前に
、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
、走査幅全域にわたって光ビームの焦点ズレが検出でき
、信頼性の高い焦点検出が可能になる。さらに、光量調
節手段を備えた本発明の光ビーム走査記録装置では、前
記導出した焦点ズレ量に基づいて、光ビームの光量を調
節して主走査方向の全域にわたって焼き付け線幅が一定
になるようにしたので、主走査方向のある箇所で光ビー
ムの焦点がずれていても、従来例のように光学系の調整
を行う必要がなく、作業性が向上し、しかも、高品質の
画像記録を行うことができる。

【００２６】

【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記録装置
の外観斜視図。

【図２】センサー部の拡大斜視図。

【図３】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４】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５】焦点ズレ量算出のためのロジック回路図。

【図６】ロジック回路の各部における信号波形図。

【図７】光ビーム光量（エネルギー強度）と焼き付け線
幅との関係を説明する図。

【図８】センサー部のその他の取りつけ例を示した斜視
図。

【図９】従来装置の概略構成を示した図。

【符号の説明】 ９　　　　ＡＯＭ 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 ２３　　ＣＰＵ ２６　　重畳回路 ２７　　駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光ビームの走査記録面に対して光学的
   に等価な面上の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に基づいて光ビームの光量を調節し
   て主走査方向の各点の焼き付け線幅を一定にする光量調
   節手段と、を備えたことを特徴とする光ビーム走査記録
   装置。