JPH0544646B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、機械式走査用偏向器の反射面の変動
により発生する走査線の歪みを、補正用光偏向器
により実時間で補正するようにした光ビーム走査
装置に関するものである。

（発明の技術的背景および従来技術） 回転多面鏡、ガルバノメータ鏡、ホログラムス
キヤナー等の機械式の走査用偏向器を用いた光ビ
ーム走査装置では、反射面の倒れやウオブリング
により走査光スポツトがその走査方向に直交する
方向に偏位して走査線に歪みが発生する。このよ
うな走査線の歪みを補正する方法として、光学的
方法と、補正用光偏向器を用いる方法とがある。

光学的方法の１つとして、走査用ビームを、回
転多面鏡の反射面上に回転方向と平行な線像とし
て結像させ、この反射光を再び光スポツトに戻す
ように、一対のアナモルフイツクな光学系を用い
る方法がある（特公昭52−28666号）。しかしなが
らこの方法は光学系の調整が難しく、また回転鏡
の反射偏向点が反射面の回転角度によつて変化す
るので反射面上に常時線像の焦点を一致させるこ
とが不可能となり、この結果発生する反射面上の
線像の広がりが、走査線の歪みを残留させまた走
査スポツトをぼけさせるという問題があつた。

また回転多面鏡の反射面に、互いに交わる２枚
の反射鏡をその稜線が回転軸に直交するように配
設し、反射面で偏向された光ビームを両反射鏡に
より再度反射面に入射させる方法が提案されてい
る（米国特許第3897132号明細書）。しかしながら
この場合、最終的に射出される光ビームは回転軸
に非垂直な曲面上を走査することになり、走査線
が湾曲するという問題があつた。また反射面に近
接して反射鏡があるため、集束レンズが多面鏡か
ら遠くなり、大口径の集束レンズが必要になると
いう問題があつた。

一方補正用光偏向器を用いる方法としては、回
転多面鏡の各反射面による走査歪みの補正情報を
予め記憶しておき、多面鏡の回転に同期して順次
この補正情報を読出し補正用光偏向器を駆動する
方法がある（特開昭47−33642号）。しかしながら
この方法では、熱変形などの経時的な要因による
走査誤差は全く補正できないという問題がある。

また走査線の始点で、あるいは始点と終点で走
査線の誤差を検出し、有効走査領域に走査ビーム
が入るまでの間に走査線の変動を補正用光偏向器
で補正する方法がある（特開昭53−146643号）。
しかしながらこの方法では一走査線内で発生する
誤差、例えば回転軸の軸ぶれや各反射面の面だれ
量が異なることによる誤差が走査線ごとに変化し
て、走査線に非定常的なうねりを発生する場合に
は補正できないという問題があつた。

そこで走査ビームの一部を光分割器（ハーフミ
ラーなど）で分け、この分割した光ビームの変位
を走査線方向に長い位置検出用の光電変換器で検
出し、実時間で補正用光偏向器を駆動して走査線
歪みを補正することが考えられた（実開昭53−
111745号）。しかしながらこの方法では、光学系
が複雑で大型化するという問題がある。またこの
時には光電変換器は走査線程度の長いものが必要
で、このような大型の光電変換器は実際には入手
が殆ど不可能であるばかりか、応答性およびＳ／
Ｎが悪くなり、走査線の誤差を十分に補正するこ
とができないという問題があつた。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、走査線の歪みを実時間で検出して補正する
にもかかわらず、光学系が簡単かつ小型になり、
また小型で応答性およびＳ／Ｎの良い位置検出器
を用いる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。

（発明の構成） 本発明のこの目的は、走査用光ビームを機械式
の走査用光偏向器により走査する光ビーム走査装
置において、検出用光ビームを射出する検出用光
源と、前記検出用光ビームを少くとも走査方向に
直交する方向に広がりを持つ光ビームとして前記
走査用光偏向器に導く第１の検出用ビーム整形光
学系と、前記走査用光偏向器により偏向された前
記検出用光ビームをその走査方向には静止しかつ
走査に直交する方向には集束した集束像にする第
２の検出用ビーム整形光学系と、前記集束像の走
査方向に直交する偏位を検出する位置検出器と、
前記走査用光ビームの光路途中に設けられ前記位
置検出器の出力に基づいて前記走査用光ビームを
その走査方向に直交する方向に偏向させる補正用
光偏向器とを備えることを特徴とする光ビーム走
査装置によつて達成される。

（実施態様） 以下図面に基づいて、本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の光ビーム走査装置の一実施態
様を示す斜視図、第２図および第３図はそれぞれ
第１図に示される実施態様における走査方向に直
交する方向への反射面の倒れ量を検出する光学系
を示す平面図およびその展開正面図である。第１
図では符号１はレーザなどの走査用光源であり、
この光源１から射出される走査用光ビーム２は、
補正用光偏向器３を通つて回転多面鏡４の反射面
５に入射する。光ビーム２は、この反射面５上の
偏向点６で反射され、fθレンズなどの集束レンズ
７を通つて走査線８上を走査する。光源１として
は、半導体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオード
などが使用される。補正用光偏向器３としては、
超音波光偏向器（音響光学的偏向器、AOD）、電
気光学的光偏向器（EOD）、ガルバノメータ鏡、
電歪素子に反射鏡やレンズを付けたもの等が使用
できる。

１０は検出用光ビーム１１を射出する検出用光
源であり、半導体レーザ、発光ダイオード、ガス
レーザ、一般の白色光源等が使用できる。また専
用の検出用光源を設けることなく、走査用光源１
から射出した走査用光ビーム２の一部を、補正用
光偏向器３に入射する以前にとり出し、検出用光
ビーム１１として用いることも可能である。この
検出用光ビーム１１は、例えばコリメータ１２と
凸面シリンドリカルレンズ１３とかならる第１の
検出用ビーム整形光学系１４により、多面鏡４の
反射面５に導かれ、偏向点６に重なる線像１５と
なる。この線像１５は多面鏡４の回転軸に平行で
あり、走査用光ビーム２の走査方向と直交する方
向に長い。

この線像１５は反射面５で反射され、球面凸レ
ンズ１６と凹面シリンドリカルレンズ１７とで構
成される第２の検出用ビーム整形光学系１８に入
り、スポツト状の集束像２０になる。

今、回転多面鏡４の反射面５が第２図の点線位
置に回転すると、検出用光ビーム１１は点線の光
路により光学系１８を通つて結像するから、この
第２図上では集束像２０は殆ど移動しない。反射
面５が走査方向に直交する方向に傾くと、反射面
５で反射された検査用光ビーム１１は第３図に点
線で示すように光学系１８を通り、集束像２０は
走査方向と直交する方向に移動する。

このスポツト状の集束像２０の位置は位置検出
器２１で検出される。この位置検出器２１が検出
した集束像２０の移動量は、反射面５の走査方向
に直交する方向への倒れ量に対応している。従つ
てこの検出器２１の出力を、制御駆動部２２にお
いて所定の増幅特性に従つて増幅し、補正用光偏
向器３を駆動して走査用光ビーム２を走査方向に
直交する方向に偏向させれば、走査用光ビーム２
の走査線８上での変動は打消すことができる。

ここに位置検出器２１には、半導体位置検出
器、二分割ホトダイオード、ダイオードアレイ、
イメージセンサ、ビジコンなど、種々のものが使
用できることは勿論である。

第４図は本発明の光ビーム走査装置の別の実施
態様を示す斜視図、第５図は第４図における実施
態様における反射面の倒れ量を検出する光学系の
側面図である。この実施態様では、直線偏光かつ
一定波長の検出用光ビーム１１を出力するレーザ
が光源１０に用いられる。３０は偏向プリズム、
３１はλ／４板である。光源１０の偏光方向はそ
の光ビームが偏向プリズム３０を透過するように
位置合わせされる。

従つて光源１０の光ビーム１１は、第１の光学
系１４、偏向プリズム３０を通り、λ／４板３１
によつて円偏光に変えられて反射面５上で線像１
５となる。反射面５で反射された光ビーム１１は
λ／４板３１で再び位相が変えられ、もとの直線
偏光とは90°異なる直線偏光となり、偏光プリズ
ム３０により分離される。この分離された光ビー
ム１１は、第２の光学系１８を通り位置検出器２
１上でスポツト状の集束像２０に結像される。な
お第４，５図では第１〜３図と同一部分に同一符
号を付したのでその説明は繰り返さない。

この実施態様によれば、検出用の光源１０、光
学系１４，１８、偏光プリズム３０、λ／４板３
１、位置検出器２１を一体化し、１つのケースに
収容してユニツト化できるから、高精度な検出が
可能になる。

第６図は本発明の光ビーム走査装置のさらに別
の実施態様を示す斜視図である。この実施態様
は、走査用光偏向器にホログラムスキヤナ４０を
用いたものである。すなわちモータ４１で回転さ
れるホログラム板４２には、レーザ光源１から射
出される走査用光ビーム２を走査線８に沿つて回
折する透過型ホログラム回折格子が多数固定され
ている。すなわち本実施態様のホログラム回折格
子は、前記第１〜５図の実施態様における反射面
５の作用を持つている。検出用光源１０にはレー
ザが用いられ、この光源１０が射出する検出用光
ビーム１１は第１の光学系１４を通つて、走査用
光ビーム２の偏向点６に重なる線像１５となる。
この線像１５が、走査線８に直交することは前記
各実施態様と同じである。検出用光ビーム１１は
走査用光ビーム２と異なる方向からホログラム板
４２に入射され、その回折光は第２の光学系１８
を通つて位置検出器２１上に光スポツトを形成す
る。なお検出用光源１０のレーザ光の波長を、走
査用光源１のレーザ光の波長より短かく設定して
おけば、検出用光ビーム１１のホログラム板４２
による回折光は、その偏向角度範囲が小さくな
る。従つて第２の光学系１８が小型化でき好まし
い。また本実施態様では、デイスク型のホログラ
ムスキヤナーを用いた光ビーム走査において原理
的に発生する走査線の弓形化（bow）をも併せ補
正することができ、好都合である。

以上の各実施例態様では、第１の検出用ビーム
整形光学系１４は反射面５に走査方向に直交する
線像１５を形成するが、本発明においては反射面
５で少なくとも走査方向に直交する方向に広がり
を持つ光ビームに形成する機能を持つものであれ
ば第１の検出用ビーム整形光学系として使用でき
る。

また第２の検出用ビーム整形光学系は、前記実
施態様のようにスポツト状の集束像２０を形成す
るものに限られず、走査方向に静止しかつ走査に
直交する方向には集束する焦束像を形成するもの
であれば足りる。すなわちこの第２の検出用ビー
ム整形光学系は、走査方向に平行な面内では反射
面５と位置検出器２１とが共役の関係になるよう
な光学系であればよい。

第７図はこのような条件を満たす検出用光学系
のさらに別の実施態様の走査方向に垂直な方向か
ら見た平面図、第８図は同じく走査方向に平行な
方向から見た側面図である。この実施態様では検
出用光源１０から出た検出用光ビーム１１をコリ
メータ１２で平行ビームとして反射面５に入射さ
せる。すなわち第１の検出用ビーム整形光学系１
４Ａはこのコリメータ１２のみで形成される。第
２の検出用ビーム整形光学系１８Ａは、例えば球
面凸レンズ１６Ａと凹面シリンドリカルレンズ１
７Ａとからなり、反射面５と位置検出器２１とを
走査に平行な面内で共役の関係に結ぶと共に、走
査に直交する方向においては検出用光ビームを位
置検出器２１上に集束する作用をもつ。

従つてこの実施態様によれば集束像２０Ａは走
査方向に長く位置検出器２１を横断する線像とな
り、この線像は反射面５に倒れがあると第８図に
点線で示す光路にによつて走査に直交する方向に
移動する。

なお、以上の各実施態様では、第１の検出用ビ
ーム整形光学系１４，１４Ａにコリメータ１２を
用い、平行ビームとして反射面５に導く。しかし
ながら、本発明はこの反射面５への入射ビームは
平行ビームでなくても、第２の検出用ビーム整形
光学系において反射面５と位置検出器２１とを走
査に平行な面上で共役の関係に保つことは可能で
あり、本発明はこのようなものも含む。

また反射面５に平行ビームを導く場合におい
て、第８図に示すように検出すべき最小の光ビー
ムのふれをΔθ、第２の検出用ビーム整形光学系
１８Ａの走査面に垂直な面内での総合焦点距離を
ｆとすると、位置検出器２１上での集束像２１Ａ
の移動量Δyは、 Δy＝ｆ tanΔθ となる。従つてこの式で求められるΔyが、位置
検出器２１の検出分解能以上、好ましくは２〜３
倍以上になるように総合焦点距離を選択しておく
必要がある。

本発明における走査用偏向器は、前記各実施態
様で用いた回転多面鏡４、ホログラムスキヤナ４
０に限定されるものではなく、ガルバノメータ鏡
などの他の方式のものであつてもよく、反射面を
機械的に回転、揺動などさせて走査用光ビームを
偏向させるものであればよい。特にガルバノメー
タ鏡を用いる場合には、反射面に対して検出用光
ビームを走査用光ビームとは逆の面に入射させて
もよい。この場合、検出用光ビームは走査用光ビ
ームの偏向点と実質的に等価な位置に入射させれ
ばよい。また補正用光偏向器３は、偏向点５と走
査線８との間に配設してもよい。

（発明の効果） 本発明は以上のように、検出用光ビームを少く
とも走査に直交する方向に広がりを持つ光ビーム
として偏向点に導き、偏向されたこの検出用光ビ
ームを走査に平行な方向には静止しかつ走査に直
交する方向には集束する集束像とし、この集束像
の移動を検出して補正用光偏向器を駆動する。従
つて走査用光ビームのふれを実時間で補正するこ
とが可能になると共に、使用する光学系を簡単か
つ小型化することが可能になる。特に集束像は走
査方向に直交する方向だけで移動し、走査方向に
は殆んど移動しないから、小型の位置検出器の使
用が可能になり、この位置検出器の応答性および
Ｓ／Ｎも十分に良いものとなる。このため走査用
光ビームの走査速度に対して、十分速く走査用光
ビームに補正を加えることが可能で、直線性が良
く高精度な走査を安定して行わせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ビーム走査装置の一実施態
様の斜視図、第２図および第３図はそれぞれ第１
図に示される実施態様における反射面の倒れ量を
検出する光学系を示す平面図および展開正面図、
第４図および第５図は本発明の光ビーム走査装置
の別の実施態様の斜視図およびその反射面倒れ量
検出のための光学系の側面図、第６図は本発明の
光ビーム走査装置のさらに別の実施態様の斜視
図、第７図は反射面の倒れ量を検出するさらに別
の実施例の平面図、第８図は同じく側面図であ
る。 ２……走査用光ビーム、３……補正用光偏向
器、４……回転多面鏡、５……反射面、１１……
検出用光ビーム、１４，１４Ａ……第１の検出用
ビーム整形光学系、１８，１８Ａ……第２の検出
用ビーム整形光学系、２０，２０Ａ……集束像、
２１……位置検出器、４０……ホログラムスキヤ
ナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 走査用光ビームを機械式の走査用光偏向器に
   より走査する光ビーム走査装置において 検出用光ビームを射出する検出用光源と、前記
   検出用光ビームを少くとも走査方向に直交する方
   向に広がりを持つ光ビームとして前記走査用光偏
   向器に導く第１の検出用ビーム整形光学系と、前
   記走査用光偏向器により偏向された前記検出用光
   ビームをその走査方向には静止しかつ走査に直交
   する方向には集束した集束像にする第２の検出用
   ビーム整形光学系と、前記集束像の走査方向に直
   交する偏位を検出する位置検出器と、前記走査用
   光ビームの光路途中に設けられ前記位置検出器の
   出力に基づいて前記走査用光ビームをその走査方
   向に直交する方向に偏向させる補正用光偏向器と
   を備えることを特徴とする光ビーム走査装置。 ２ 検出用光ビームは、走査用光ビームから分割
   され、走査用光源が検出用光源を兼ねる特許請求
   の範囲第１項記載の光ビーム走査装置。 ３ 第１の検出用ビーム整形光学系はコリメータ
   と凸面シリンドリカルレンズとで構成され、反射
   面上に走査方向に直交する線像を形成する特許請
   求の範囲第１項記載の光ビーム走査装置。 ４ 第１の検出用ビーム整形光学系はコリメータ
   で形成されている特許請求の範囲第１項記載の光
   ビーム走査装置。 ５ 第２の検出用ビーム整形光学系は球面凸レン
   ズと凹面シリンドリカルレンズとで構成される特
   許請求の範囲第３項または第４項記載の光ビーム
   走査装置。