JPH04251213A - 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、画像の書き込みや読み取りなどを行
う光ビーム走査装置に係り、特には、走査面における光
ビームの焦点ズレを検出することのできる光ビーム走査
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像の書き込み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、走査面におけ
る光ビームの径が最小の大きさ（光ビームの焦点で、光
ビームのウエスト径ともいう）であることが要望される
。したがって、通常の光ビーム走査装置では、実際のス
キャンに入る前に、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、光ビームが走査面で焦点を結んでい
るかを観察し、ズレがある場合には走査面の位置と光ビ
ームの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、光ビーム径を検出する
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６０−２９０８７　号
公報および特公昭６０−９２４３号公報の装置を従来例
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１２を参照し
ながら説明する。この装置は、レーザ光源４０から発射
した光ビームを、反射鏡４１を介してビーム拡大レンズ
４２，平行レンズ４３に導いて平行光線に変換し、走査
鏡４４を介して走査レンズ４５（ｆθレンズ）で集束さ
せて走査面４７に照射する。そして、走査鏡４４を揺動
させることにより、走査面４７を光ビームで走査する。 この走査面４７での光ビーム径を検出するために、走査
レンズ４５と走査面４７との間にハーフミラー４６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４８上に格子板４９を設置して
いる。格子板４９は、光ビームの焦点径とほぼ同じ間隔
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４８に対して所
定角度θだけ傾けられた状態で設置されている。

【０００４】格子板４９の透過光を光検出器５０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４９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４８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４７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４７からズレた位置にあれば、格子板４９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４７
における光ビームの焦点位置の検出、さらには走査面４
７の位置と光ビーム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１３を参照しながら
説明する。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。

【０００６】ナイフエッジ５８を横切って、ホトディテ
クター５７に入射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に入射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
に入射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
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、書き込みや読み取りが行わ
れる画像の解像度が低下し、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焦点検出を行う
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
ズレ導出手段とを備える。

【００１２】

【作用】本発明の構成による作用は以下のとおりである
。走査幅全域にわたる格子板を光ビームで走査すると、
光量検出手段は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透過して検出
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透過し
た光量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き出す。

【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】その照射用光ビームは、レーザ光源８から
発射されて、ビームエキスパンダー９で幅広の平行光線
に変換され、モータ１２の駆動でＺ軸周りに回転する回
転多面鏡１０（ポリゴンミラー１０）によってＹ軸方向
に走査された後、走査レンズ１１（ｆθレンズ１１）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。なお、図中符号１３は、モータ１２の回転数からポ
リゴンミラー１０の「１回転」を検出し、その検出信号
を後述のロジック回路に出力するロータリエンコーダで
ある。

【００１６】ｆθレンズ１１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。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１５に受光さ
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）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、光ビームの焦点径と略同じ大きさに形成
され、フォトダイオード１７はグレーティングガラス１
６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と図４は、センサー部１５に入射され
る光ビーム径と、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、ハー
フミラー１４で分岐されセンサー部１５に入射した光ビ
ームＢ１のビーム径φｄ１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Ｂ２のビーム径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ｄに略等しい（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。つまり、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。

【００１９】この原理から、走査面（感光性シート１上
）における光ビーム径を検出することができ、しかも、
ポリゴンミラー１０によって走査された光ビームをハー
フミラー１４で分岐して直接用いているので、走査方向
全域での光ビーム径を検出することができる。

【００２０】次に、フォトダイオード１７の出力電圧値
から、光ビームが感光性シート１上で焦点を結んでいる
か、そして、焦点位置と走査面位置とのズレ量の求め方
について、図５のロジック回路図を参照しながら説明す
る。

【００２１】まず、フォトダイオード１７の出力電圧値
をメモリＭに書き込む動作について、図６のタイミング
図をも参照しながら説明する。

【００２２】フォトダイオード１７の出力電圧値ＶＰＤ
、すなわち基準電圧＋Ｖをフォトダイオード１７と抵抗
Ｒで分圧した電圧値は、演算増幅器ＯＰ１によって出力
電圧値ＶＯＰに増幅された後、サンプリングホールド回
路２１と、比較器Ｃとに与えられる。比較器Ｃは、フォ
トダイオード１７からの出力電圧値ＶＯＰと、基準電圧
発生回路２２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。

【００２３】グレーティングクロックは、ディレイ回路
ＤＬ１と、アドレスカウンタＫ２、およびワンショット
マルチバイブレータＭＬにそれぞれ出力される。 （ａ）　ディレイ回路ＤＬ１とその後段にある回路は、
与えられたグレーティングクロックに基づき、フォトダ
イオード１７の出力電圧値をデジタル値に変換するタイ
ミング信号を発生し、 （ｂ）　アドレスカウンタＫ２や、ワンショットマルチ
バイブレータＭＬとその後段にある回路は、与えられた
グレーティングクロックに基づき、前記デジタル値をメ
モリＭに書き込むアドレス信号を発生する。（ａ），（
ｂ）　の動作は以下のようである。

【００２４】（ａ）　ディレイ回路ＤＬ１とディレイ回
路ＤＬ２とが、グレーティングクロックをそれぞれ遅延
させて、Ｅｘ−ＯＲ回路２３とＮＡＮＤゲート２４に与
えると、ＮＡＮＤゲート２４からは、フォトダイオード
１７の出力電圧値ＶＯＰが略ピークに達するときにアク
ティブな信号となるタイミングパルスが得られる。これ
は、ディレイ回路ＤＬ２の遅延時間をグレーティングク
ロックのパルス幅の２分の１に設定しているからである
。すなわち、グレーティングクロックのパルス幅の中心
が、透光部１９を通過する光ビームの中心位置に相当し
、このときにフォトダイオード１７の出力電圧値ＶＯＰ
がピークに達する。ＮＡＮＤゲート２４が出力するタイ
ミングパルスは、サンプリングホールド回路２１とＡ／
Ｄ変換器２７に与えられ、その結果、フォトダイオード
１７の出力電圧値ＶＯＰのピーク値Ｐ１，Ｐ２，…，が
サンプリングされデジタル信号に変換される。

【００２５】（ｂ）　一方、グレーティングクロックが
与えられているアドレスカウンタＫ２は、グレーティン
グクロックの「Ｈ−レベル」の信号数をカウントし、こ
れを書き込み用の下位アドレスＡ２として、バッファＢ
Ｕ２に蓄える。下位アドレスＡ２はグレーティングガラ
ス１６内の各透光部１９の位置に対応している。同様に
グレーティングクロックが与えられているワンショット
マルチバイブレータＭＬは、図７のタイミング図に示す
ようなパルス信号を作り出す。このパルス信号は、６面
あるポリゴンミラー１０の１面によって光ビームが走査
されたときに発生する多数のグレーティングクロックを
１つのまとまったパルス信号に整形したものである。以
下、この信号を面パルス信号という。ディレイ回路ＤＬ
３が面パルス信号を設定時間遅延させて、Ｅｘ−ＯＲ回
路２５とＮＡＮＤゲート２６に与えると、ＮＡＮＤゲー
ト２６からは、面パルス信号がアクティブになったとき
に立ち下がるパルス信号が得られる。アクティブロウの
アドレスカウンタＫ１は、ＮＡＮＤゲート２６からの出
力パルス数（面パルス信号数）をカウントし、これを上
位アドレスＡ１としてバッファＢＵ１に蓄える。上位ア
ドレスＡ１は、ポリゴンミラー１０の各面に対応してい
る。

【００２６】上位アドレスおよび下位アドレスを蓄える
バッファＢＵ１，ＢＵ２は、ＣＰＵ２８によってコント
ロールされ、Ａ／Ｄ変換器２７の変換動作に同期してア
ドレス信号をメモリＭに出力する。このようにして、メ
モリＭには、ポリゴンミラー１０の各面で走査された光
ビームのピーク光量データが、透光部１９のピッチごと
に格納される。なお、下位アドレスをカウントするアド
レスカウンタＫ２は、面パルス信号でリセットされ、ア
ドレスカウンタＫ１は、増幅器ＯＰ２で増幅されたロー
タリエンコーダ１３の出力信号（ポリゴンミラー１０の
１回転信号）でリセットされる。

【００２７】次に、メモリＭに格納された光ビームの光
量データから、走査面（感光性シート１）における光ビ
ームの焦点ズレ量の求め方について、図８のフローチャ
ートを参照しながら説明する。図８は、算出手段として
のＣＰＵ２８の処理手順を示している。

【００２８】まず、ステップＳ１で、メモリＭへの読み
出し用上位アドレスを初期の値に設定する。すなわち、
ポリゴンミラー１０が走査した最初の面を指定する。ス
テップＳ２で、メモリＭ内の全てのデータの読み出しが
終了したかを判断し、まだの場合はステップＳ３に進む
。 ステップＳ３で、下位アドレスの間引き処理を行う。グ
レーティングガラス１６に形成されている透光部１９は
例えば千個程度あるので、メモリＭにはこの数に応じた
光量データが格納されている。このような多数のデータ
を全て読み出して以下の処理を施すのは処理時間の延長
を招くことになるので、ここで適当な間隔で下位アドレ
スを間引くことによってデータのサンプリングを行う。 ステップＳ４で、前記設定した上位アドレスと、間引い
た下位アドレスをメモリＭに指定して、光量データを読
み出す。

【００２９】ステップＳ５で、読み出した光量データを
ルックアップテーブル２９（図５参照）への読み出しア
ドレスとして与え、該当するデータを読み出す。ルック
アップテーブル２９に登録されている内容をグラフ形式
にして図９に示す。この図に示すように、ルックアップ
テーブル２９は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。

【００３０】ステップＳ６で、読み出した焦点ズレ量を
縦軸に、下位アドレスを横軸にもつグラフを作成する。 下位アドレスは、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、下位アドレスを横軸にし、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１０に示す。このグラフは表示
用メモリ３０に格納された後、ステップＳ７で、モニタ
ディスプレイ３１に表示される。なお、モニタディスプ
レイ３１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。ステップＳ８で、上位アドレ
スをカウントアップすることによって、ポリゴンミラー
１０の次の走査面を指定し、ステップＳ２にリターンし
て、以上の処理を繰り返す。このようにして、光ビーム
の全走査域における光ビームの焦点ズレ量が検出され、
モニタディスプレイ３１に表示される。

【００３１】なお、上記実施例では、センサー部１５を
ハーフミラー１５で分岐した光ビームの仮想走査面位置
にセットした例を示したが、これ以外にも、走査面と光
学的に等価な位置として例えば、図１１に示すように可
動テーブル２の移動先端部にセットしてもよい。つまり
、グレーティングガラス１６の位置が実際の走査面位置
と等しくなるようにセットする。この場合、ハーフミラ
ー１７の代わりに全反射ミラーｍを使用し、実際のスキ
ャンに入る前に、まず、センサー部１５を光ビームで走
査して、焦点ズレ量を検出する。

【００３２】また、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。

【００３３】

【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によれば、光ビームの主走査方向全
域にわたって焦点径と略同じ幅を有する透光部と、遮光
部とを形成した格子板を走査面と光学的に等価な位置に
セットしているので、格子板を通過した光ビームの光量
検出信号から、主走査方向全域にわたる光ビームのビー
ム径を検出することができる。したがって、この検出信
号を用いて走査面位置と焦点位置との調整を行えば、走
査面全域に光ビームの焦点を位置させることができ、書
き込みや読み取りを行う際の画像の解像度を向上させる
ことができる。

【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】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】ロジック回路の各部における信号波形図。

【図８】焦点ズレ量を導出するＣＰＵの処理手順を示し
たフローチャート。

【図９】ルックアップテーブルの内容を模式的に示した
図。

【図１０】焦点ズレ量と主走査位置との関係を示したグ
ラフ。

【図１１】センサー部のその他の取りつけ例を示した斜
視図。

【図１２】従来装置の概略構成を示した図。

【図１３】その他の従来装置の概略構成を示した図。

【符号の説明】

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 ２８　　ＣＰＵ ２９　　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、を備
   えたことを特徴とする光ビーム走査装置。