JPH06100731B2 - 走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電磁放射スポットを同一の線走査径路に沿っ
て高周波数で順次に掃引を行わせるための走査装置（ス
キャナ）に関する。ラスタを形成するためには、ビーム
が向けられるターゲットが直線走査径路に対し垂直な方
向に移動されるか、または走査ビームがこのような垂直
方向に移動されるかのいずれかが行われる。

背景 米国特許第4,176,907号は、波長λを有する放射線源と
してのレーザービーム源と、回転軸線に対し平行に置か
れた変向鏡面とを有する走査装置を開示している。この
鏡は同様な複数の鏡の内の１つのものでこれらは一緒に
時々ポリゴンと称され、これは放射線源からのビームを
変向させる回転装置として作用する。同じく開示されて
いるのは、源からの放射線をコリメートされたビームに
形成しこのビームを回転型のビーム変向装置に向ける装
置である。ターゲット部は走査される面として開示され
ている。回転型のビーム変向装置とターゲット部との間
には、ビームをターゲット部のスポットに焦点合わせす
るレンズ手段が存在する。また、回転型のビーム変向装
置とレンズ手段の間にはプリズム手段があり、これはビ
ームの断面形状を変化させる。

本特許出願の優先権の基となる米国特許出願第848,427
号と同一日付の1986年４月４日に、Badhri Narayan.Jam
es Edward Robby,Richard Alan StarkおよびDennis All
en Thompsonの名前で出願された米国特許出願第848,426
号に優先権を有しかつ本特許出願と同一日付で出願され
た国際出願PCT/US87/00670号は、選択された形状を有す
る光スポットのほぼ真っ直ぐな線の走査を提供する走査
装置を記載する。そこに記載の装置は、放射源と、軸の
まわりに回転するように取付けられた放射形ホロゴン
と、および光源からの放射を長円の断面形状を有する平
行ビーム（コリメート化ビーム）に形成しかつビームを
所定の入射角でホロゴンに入射させるが、ビームがホロ
ゴンへ入射したところではビームの長円断面形状の長軸
はホロゴンの回転軸の半径方向を向くようにビームを入
射させる手段と、を含む。既知のように、ホロゴンは回
折格子を含む各ファセットを通常は複数個を含む回折装
置である。放射形ホロゴンとは、格子線がファセットを
二等分する半径に平行であるようなホロゴンである。放
射形ホロゴンは、ホロゴンをその軸のまわりに回転させ
てビームを走査するのに適している。放射源は好ましく
はコヒーレント（平行）光を発生し、レーザダイオード
が好ましい。しかしながら、放射源はたとえばタングス
テン光源のように非コヒーレント（非平行）であっても
よく、この場合は光線をほぼ平行にするための手段が設
けられる。このような手段は、狭帯域フィルタと、タン
グステン光源からの光線がフィルタを通過後それに焦点
合わせがなされるピンホールと、の形状をとる。

上記の同時係属特許出願に記載の走査装置はまた走査さ
れるビームを受入れるためのターゲット部を含む。ホロ
ゴンとターゲット部との間にビームをターゲット部にお
けるスポットに焦点合わせをなすレンズ手段が設けられ
る。ホロゴンとレンズ手段との間には、ターゲット部の
スポットが選択された形状を有するようにビームの断面
形状を修正するためのプリズム手段が設けられる。ホロ
ゴンの格子係数 （ここでｎは回折されるビームの次数、λは光の波長、
およびｄは格子ピッチすなわち ここでｆは単位長さ当りの格子線の本数）は、プリズム
手段により走査されるビーム上に与えられる湾曲傾向と
ほぼ等しくかつ方向が反対の湾曲を、プリズム手段上に
入射する走査されるビーム内に発生するように選択され
る。

このような走査装置は、装置の種々の分野での性能を最
大化するために、その長さに沿った種々の位置における
ビームの形状および面積に関して多くの矛盾があるとい
う問題を解決する。たとえばホロゴンの衝撃係数（デュ
ーティサイクル）を最大にするためには、ホロゴンに入
射されるところでビームは弦方向に幅が狭いことが好ま
しい。しかしながらターゲット上では小さなスポットと
しなければならないが、ホロゴンに入射したところでは
ビームは大きいことが望ましい。ターゲット上のスポッ
トの形状は、走査方向よりも走査方向に直角な方向によ
り大きい非円形であることが好ましい場合がしばしばあ
る。しかしながら、その方向に寸法が大きいことは、ホ
ロゴン上のビームの好ましい形状とは矛盾が出てくる。

上記の同時係属特許出願に記載の走査装置は、ホロゴン
とレンズ手段との間にプリズム手段を含めることにより
この問題を解決する。プリズム手段はビームの形状を変
化する。しかしながら、プリズム手段は走査線内に湾曲
を発生する傾向を有する。この問題を解決するために、
補正湾曲を発生するようにホロゴンの格子係数が選択さ
れる。

たとえば赤外光のような電磁放射ビームが回折格子に角
θｉで入射すると、回折されたビームの角θｄは、 ここで;nは回折されたビームの次数 λは放射線の波長 ｄは格子のピッチ（すなわち ここでｆは単位長さ当りの線の本数） の関係にあることは既知である。

既知のように、また上式からもわかるように、θｄは波
長とピッチとの関数である。したがって、もし放射線の
波長が変化すると、回折されるビームの角も変化するで
あろう。またもし格子ピッチが変化しても、回折される
ビームの角は変化するであろう。もし回折されるビーム
の角が変化すると、ターゲット上の走査線の位置は変化
するであろう。

走査系が設計されるときはある種のパラメータの値が選
択されるが、系が構成されるときはこの値は正確には得
られないであろう。たとえば、もし放射源がレーザダイ
オードであると、それが発生する放射線の波長は正確に
仕様どおりとはならないかもしれない。また、ホロゴン
内の線のピッチは正確に仕様どおりとはならないかもし
れない。さらに、レーザダイオードを取替えた場合、取
替えられたレーザダイオードは系内の元のレーザダイオ
ードと呼称上たとえ同一の波長を有したとしても、前の
レーザダイオードとは異なる波長で発光するかもしれな
い。したがって、最初も、またレーザダイオードを取替
えた後も、仕様のθｄを得るのはむずかしいかもしれな
い。

θｄの値がその設計値から外れると、ビームは走査線の
設計位置から外れた線を走査することになり、その結果
ビームはホロゴンとターゲットとの間のある光学要素を
通過して意図した径路をとらないかもしれない。

放射線および／または格子ピッチの仕様値からのずれは
また走査ビームの径路の直線性に影響を与える。走査ビ
ームの径路は次のように決定される。

ここで； θｙは中央走査における出力ビームに対するその出力ビ
ームの走査方向内の傾斜 θｘは出力ビームの直進径路からのずれ Ｃ＝sinγ−Gcosφ Ｄ＝sinγ−Ｇ Ｅ＝Gsinφ θ＝ホロゴンの回転角（すなわちビームがファセットの
中央に入射する位置からのホロゴンの角変位） γ＝ビームのホロゴンへの入射角 λ＝放射線の波長 ｄ＝格子ピッチ（すなわち ここでｆは単位長さ当りの線の本数） したがって、θy,θｘは波長および格子ピッチの関数で
ある。

発明の開示 波長または格子ピッチの原因による格子定数の仕様値か
らのずれを長期にわたり補正することの可能性を提供す
ることが本発明の目的である。長期という意味には、た
とえばレーザダイオードの内部変調やまたは格子ピッチ
のファセットごとの差異と共に発生する波長変化の原因
による格子定数への一時的影響は含まない。

本発明によると、ホロゴンと、走査ビームをターゲット
部におけるスポットに焦点合わせをなすレンズと、の間
のプリズム手段は、関節取付台内に取付けられた第１お
よび第２のプリズムからなる。第１および第２のプリズ
ムは、走査ビームがそれらを順次に通過しかつそれらの
頂線は入力ビームと中央走査における出力ビームとを含
む平面に垂直となるように配置される。関節取付台は、
第１および第２のプリズムにそれぞれ付帯の第１および
第２のピボットを含む。ピボットの軸はプリズムの頂線
に平行である。各ピボットはそれに付帯のプリズムのピ
ボット軸のまわりのピボット回転運動を可能にする。走
査線の形状を調節するために、第１のプリズムの第１の
ピボット軸まわりの方向を調節するための第１の手段が
設けられる。ターゲット上の線の位置を調節するため
に、第２のプリズムの第２のピボット軸まわりの方向を
調節するための第２の手段が設けられる。

このような配置は、系の性能における欠陥、すなわち走
査線内の湾曲、および波長および／または格子係数の規
格値からのずれの原因によるその所位置から外れた走査
線などが容易に修正可能であるという利点を有する。

第１のプリズムが第１のピボット軸のまわりに回転され
ると、第２のプリズム上の走査線の入射線の位置が移動
する。したがって、第１のプリズムの方向によっては走
査線が多数の位置を占めるのであれば、ある特定の位置
で走査線を受入れるためには第２のプリズムを必要以上
に大きくする必要があろう。走査装置系で使用するのに
必要な品質のプリズムは高価であり、その価格は大きさ
と共に増加する。したがって、コストの点から、第２の
プリズムは小さくするのが望ましい。また、レンズ手段
の寸法を最小に保持するためには、ホロゴンとレンズ手
段との間の距離を最小に維持すべきである。この理由か
らも、第２のプリズムの寸法は小さく保持するのが好ま
しい。

好ましい実施例においては、関節取付台は第１のプリズ
ムの回転運動に運動させて第２のプリズムに変換運動を
与え、これにより第２のプリズムへの走査ビームの入射
線の位置はほぼ一定に維持される。第１のプリズムにお
ける入力ビームと出力ビームとの間の角度に変化があっ
ても第２のプリズム上の走査ビームの入力線は顕著に移
動しないので、第２のプリズムの寸法は小さく維持で
き、その結果、レンズ手段と第２のプリズムとの両方の
コスト節減が可能となる。

図面の簡単な説明 第１図は、情報をフィルム上に書くための本発明による
走査装置の略側面図であるが、装置の全体理解のため
に、ホロゴンとレンズ手段との間のプリズム用の関節取
付台は省略された図； 第２図は、代表例としてダイオードにより発生されるビ
ームを有する、第１図に記載の装置内に含められたレー
ザダイオードの略斜視図； 第３図は、第１図に記載の装置内に含められたプリズム
手段を示す図； 第４図は、第１図に記載の装置内に含められた放射形ホ
ロゴンを示す図； 第５図は、装置内に含められた他のプリズム手段とホロ
ゴンの一部と、およびホロゴンと他のプリズム手段とを
通過する光線径路とを示す図であるが、光線径路の理解
を容易にするために、プリズム手段用関節取付台は省略
された図； 第6a図、第6b図、第6c図および第6d図は、第１図に示す
装置内の種々の位置におけるビームの断面形状および方
向を示す図； 第７図は、ホロゴンにより与えられる回折および走査線
の径路の一部を示す図； 第８図は、第５図に示すプリズム手段用関節取付台の一
方側端面図； 第９図は、第８図に示す関節取付台の他方側端面図； 第10図は、第８図の線X-Xによる関節取付台の一部の略
図；および 第11図は、第８図、第９図および第10図に示す取付台の
関節の略図である。

本発明実施の最良モード 以下の説明の理解を助けるために、直交するX,Yおよび
Ｚ軸を第１図に示すように設置する。したがって、第１
図の平面はXY平面内にある。光ビームの全体方向はＹ方
向にある。ほとんどの図面には、各図面内に示される部
品の方向の理解を助けるために、X,YおよびＺ軸の方向
指示が含められている。

第１図に示す走査装置20は、YZ平面に平行な頂面を有す
る剛な基板22を含み、基板22上にはすべての光学部品が
部品相互間の好ましくない相対運動が回避されるように
装着される。

この装置20は、この実施例では、取付台26に支持された
レーザダイオード24であるコヒーレント光の光源を含
む。バーニャ（副尺）調節装置28は、出力ビーム29の軸
30のＹ軸に対する傾斜の調節を可能にする（第２図参
照）。ダイオード24は、第１図に示すようにＹ方向左側
へ出力ビーム29を導くように装着される。

エレクトロニク信号の流れの中に含められている情報に
応じてレーザダイオード24の出力を変調するために、変
調手段が設けられる。このような変調手段はよく知られ
ているので、添付図面に図示されていないし以下でも説
明は省略される。

異なるレーザダイオードから放出されるビームの直交方
向における断面形状および拡がり角は異なってくる。本
実施例においてダイオード24は楕円断面を有する発散ビ
ーム29を発生し（第２図参照）、そのＺ方向寸法はＸ方
向寸法より大である。ビーム29は、基板22から伸長する
取付台34により支持されるコリメート化（平行化）レン
ズ系32上に入射する。レンズ系32は光ビームを平行化す
るがその断面形状は変更しない。したがってレンズ系を
離れるビームは、たとえば第１図のXZ平面6aにおいて、
第6a図に示すような断面形状を有する。

6aにおけるビームの断面形状の長軸と短軸との比は、ホ
ロゴンに入射するときにビームに対して望ましい大きさ
ではない。他の実施例ではビームは希望の形状を有して
いるかもしれないが；しかしながら本実施例ではそうで
はない。したがってアナモルフィック（縦横の倍率の異
なる）ビーム拡大手段である本実施例のプリズム手段36
は、コリメート化レンズ系32に後方のビームの径路内に
配置される。プリズム手段36は取付台38を介して基板22
から支持される。本実施例においてプリズム手段36は、
そのくさび角頂線41,43がＸ軸に平行に配置された２個
のプリズムを含む（第３図も参照）。この配置において
は、プリズムはYZ平面内でのみ屈折をなす。プリズム4
0,42は、ビーム寸法をＺ方向に拡大し、それを第３図か
らわかるようにその先へ入射ビームに平行にすなわちＹ
方向に伝送するように配置される。

１個のプリズムの代りに２個のプリズムを有することの
利点は、所定のアナモルフィックビーム拡大が、入射ビ
ームにほぼ平行な出力ビームで達成可能なことである。

コリメート化レンズ系32とアナモルフィックビーム拡大
手段とが協働して、放射源からの放射を長円の断面形状
を有する平行ビーム（コリメート化ビーム）に形成させ
るための手段を形成する。

アナモルフィックビーム拡大手段としては、プリズム手
段の代りにシリンダ状レンズ系が使用可能である。

プリズム手段36から出るビームは、（第１図における平
面6bにおいて）第6b図に示すような断面形状を有する。
Ｘ方向の寸法はプリズム手段36への入射ビームの寸法と
同じであるが、Ｚ方向の寸法は増加されている。

ビームは次に、基板22から伸長する取付台46により支持
される回折格子44に入射する。回折格子の面は後術のホ
ロゴンの面に平行である。格子線はＺ軸に平行である。
回折格子44はホロゴンの各ファセットの格子と同一特性
を有する。回折格子の目的を以下に示そう。格子44のビ
ームへの効果は、ビームをXY平面内で残りの軸のまわり
に折返すことである。格子により回折された後のビーム
の断面形状は第6b図に示したものと同じままである。

ビームは次に、モータ52の軸50により支持されたホロゴ
ン48に入射する。モータ52は基板22からサポート（図示
なし）により支持される。ホロゴンのビームへの効果は
後に詳細に説明する。現時点では、ビームがＹ方向に主
要なベクトル成分を有して再び進行するようにホロゴン
はビームを回折するが、ホロゴンが回転されると、ホロ
ゴンはビームを走査させ、すなわちホロゴンにＺ方向の
掃引成分を与えるという説明だけで十分であろう。

ビームは次に、基板22から第８図ないし第11図に示すよ
うな関節取付台101により支持された第２のプリズム手
段54に入射する。光線径路の理解を容易にするために、
第１図および第５図からは取付台は省略されている。プ
リズム手段54は、それらのくさび角の頂線57,59がＺ軸
に平行に配置された２個のプリズム56,58を含む（第５
図参照）。プリズム56,58はビーム寸法をＸ軸方向に増
大するように配置される。これらはＺ方向の寸法は変え
ないが、寸法比は変ってくる。ビームはプリズム58を離
れた後、（6cのXZ面において）第6c図に示すような形状
を有し、全体はＹ軸に平行に導かれる。関節取付台101
は以下に記載のような好ましい方で、プリズム56,58の
運動を可能にする。

走査ビームはレンズ手段60に入射するが、レンズ手段60
は基板22上に装着されたターゲット部64における面62内
のターゲットにビームを焦点合わせするように働く。ビ
ームは第6d図に示すような形状を有するスポット形状に
てターゲット上に衝当するが、このときは長軸はＸ軸に
平行である。Ｘ方向とＺ方向との寸法の相対量の逆転は
焦点合わせレンズ60により行われる。

ターゲットの形状は本発明の理解の対象ではない。それ
は、たとえばシート、または連続ウエブ形状、あるいは
感光ドラムであってもよい。それはレーザからの放射線
内のエネルギに感光してある画像形状がその上に形成さ
れる。画像は、たとえば静電式またはハロゲン化銀でよ
い。本実施例においては、感光性材料がＸ方向、すなわ
ち走査方向（Ｚ方向）に垂直な方向に、ラスタパターン
を形成する制御速度で移動される。他の実施例では、タ
ーゲット材料は静止したままであり、ビームが、たとえ
ば既知の方法のように入射ビームへの傾斜角が変えられ
るミラーにより走査方向に垂直な方向内にも偏向され
る。

レーザダイオードにパルスが与えられるとき、それから
放出される放射線の波長はドリフトしジャンプすること
は知られている。このような波長の変化は短期的なもの
と定義してよい。ホロゴン48へのビームの入射角が一定
ならば、波長の変化は、回折されたビームの角度も変化
させるであろう。これは書込まれる画像内に加工を与え
ることになる。ホロゴンの上流側の回折格子44は波長の
好ましからざる影響を減少させる。要するに、波長が変
化したとき、波長の変化にかかわらず回折角が一定とな
るように格子44がホロゴン48への入射角を変化させる。

上記の説明は、走査装置の概略理解を与えることを意図
している。以下はさらに詳細に説明しよう。

ホロゴン48は第４図に示すようにマルチ・ファセット・
ホロゴンである。本実施例においては、18個の同一ファ
セット66がある。各ファセット66は回折格子68を含む。
各ファセット内の格子線は、ファセットを二等分する半
径に平行である。いくつかの格子パターンの線が第４図
に示されているけれども、これらはいずれも不完全であ
って異なる例示にすぎないことは理解されよう。1mmあ
たりの実際の線の本数は2162本であって、この場合レー
ザダイオードから放出される電磁放射線の波長は0.830
×10^-3mmである。回折格子68は、透明なガラス支持体72
により支持された写真層70で形成される（第５図参
照）。

破線楕円74はホロゴン48に入射したときのビームの形状
および方向を示す。ビームはディスクの周縁にほぼ接し
て入射することがわかるであろう。楕円が半径方向にで
きるだけ遠く配置されると、楕円74を通過して測定され
るファセットの弦寸法の、同一弦方向内の楕円の寸法に
対する比が最大になるので、これは衝撃係数を最大にす
る。

楕円74はファセット66の中央に図示されているが、この
位置ではその長軸はファセット内の格子線に平行であ
る。この配置においては、回折されたビームはＹ軸に平
行でＺ軸内に成分をもたない。ホロゴン48が第４図に示
す位置から回転すると、格子線は楕円の長軸に対して順
次に傾斜をなしてくる。回折されたビームはこの順次傾
斜によりＺ方向の成分を順次に増加してくる。ビームは
ホロゴンに対し（第１図でみて）軸50の後側で入射し、
ホロゴンが第４図でみて、すなわち第１図の上方からみ
て時計方向に回転されると、ビームは第１図を支持する
紙面の後方向へのＺ成分を有するであろう。ホロゴンが
回転を続けると、Ｚ軸成分は増加し続けるであろう。結
局、ビームの一部は次に隣接するファセットに入射し、
ビームのその部分は第１図を支持する紙面から手前方向
に最大Ｚ軸成分をもって回折され、同時に前のファセッ
ト上に依然として残っているビームの一部は、紙面の後
方向へ最大Ｚ軸成分を有している。ホロゴンを回転し続
けると、前のファセット上のビーム部分はゼロに減少す
る。このように回転を継続すると、紙面から手前方向へ
のＺ軸成分も結局ゼロに減少し（すなわちビームが再び
ファセットの中央に戻るときまで）、それに続いて紙面
から後方向へのＺ軸成分を順次に増加するようになる。
したがって、ホロゴンの下流側のビームは、ファセット
が順次にビームをさえぎるごとに走査を反復する。テレ
ビジョン走査におけるような帰線（フライバック）はな
いが、ホロゴンから２本の出力ビームが存在するときが
ある。本装置が画像形成に使用されるときは、ホロゴン
から２本のビームが存在する間は書込みには有効ではな
く、したがって各走査線の有用部分の始点を示す信号、
および終点を示す信号を出す信号発生手段が設けられ
る。これらの信号発生手段はよく知られているので、こ
こでは図示ないし詳細説明は省略する。ここでは、これ
らの手段は、第１のビームが終了する直後および第２の
ビームが再び開始する直前にそれぞれ走査ビームにより
衝当されるように配置された２個のセンサを含むという
説明で十分であろう。開始センサはレーザ変調回路にレ
ーザダイオード出力の変調を開始するように信号を出力
し、もし終了センサが設けられているときは、終了セン
サはレーザダイオード出力の変調を停止させることが可
能である。ダイオードが変調されていない間は、もし情
報がリヤルタイムで連続的に供給されるならば入力情報
は一時的に記憶される。もし情報が記憶装置から引出さ
れるときは、それは各走査線の有用部分の走査中におい
てのみ記憶装置から引出される。

ホロゴンから離れるビームはターゲットに衝当する光線
のスポットに対し希望する面積よりはるかに大きい断面
積を有する。レンズ系60がこのビームの面積をターゲッ
ト上の所定の値に減少し、スポットが走査するとき平面
ターゲット上にスポットの焦点を維持する。これは通常
ｆθレンズといわれる。このようなレンズ系は既知であ
るのでさらに説明は行なわない。

ｆθレンズ系60を適切に選択することによりターゲット
上にビームの所定断面積は達成されたとしてもその形状
までは所定のものが得られない。プリズム手段54はビー
ムがレンズ系にはいる前にビームのX:Zの比を所定の値
に変化させる。レンズ手段60は結局ビームのX:Zの寸法
比を転置することを認識しなければならない。たとえ
ば、X:Z寸法比が1:2でレンズ系にはいったビームは、タ
ーゲットではX:Zの寸法比が2:1として現れるであろう。
したがって、もしターゲットにおいてX:Zの寸法比を増
加したいときは、ホロゴン48とレンズ系60との間でX:Z
の寸法比を減少すればよい。

一例として、ターゲット上のスポットのX:Zの寸法比を
1.4:1とすることが望ましいものとする（第6d図）。し
たがって、平面6cにおけるX:Z寸法比、すなわちレンズ
系への入力は1:1.4でなければならない。しかしなが
ら、ホロゴンを離れるビームのX:Z寸法比は衝撃係数を
最大にするために1:4である。プリズム手段54はＸ方向
の拡大によりビーム比を1:4から1:1.4へ変化させる。し
たがって、プリズム手段54はターゲット64上のスポット
の所定形状を得るために有利な役目をなす。もしこれが
なければ、ターゲット上のスポット形状の最適化とホロ
ゴンの衝撃係数の最適化との間で妥協させなければなら
ない。しかしながら、プリズム手段54は、それはビーム
軸のＹ軸からの瞬間的角変位に応じてビーム内Ｘ成分を
形成するという点で好ましくない効果を有する。言い替
えれば、プリズム手段はターゲット上のスポットの径路
内に湾曲を描く傾向を有する。このような湾曲は、もし
装置が画像を書込んでいて各走査線内の情報が原稿内の
直線から引出された情報であるときは好ましくない。

プリズム手段の湾曲形成傾向をゼロにするために、ホロ
ゴンを離れるビームはプリズム手段により形成された湾
曲とは反対方向に故意に湾曲され、しかもスポットの径
路ができるだけ直線となるように、プリズムにより形成
される湾曲とできるだけ等しい大きさで湾曲される。

ホロゴンのすぐ下流側の走査線の径路がいかに希望の湾
曲を有するかを理解するために、ここでホロゴンにより
与えられる回折と走査線の径路とを示す第７図を参照し
よう。

ホロゴン平面はXZ平面に対し傾斜をなすので、この解析
のために別の直交軸系が設定される。

A,BおよびＣは直交軸である。

ホロゴンはAB平面内にある。

入力ビーム80はAC平面内にあり、Ｃ軸に対し角γの傾斜
をなしている。γは入射角である。

φは、入力ビームが入射してファセットを二等分する半
径上に向けられた状態からのホロゴンの瞬間回転角であ
る。

82はφ＝０のときの出力ビーム軸であって、AC平面内に
ある。これはホロゴンに対する基準軸と呼ばれ、、ビー
ムの中央走査位置に相当する。これはＣ軸に対し角γ′
_０の傾斜をなす。

Ａ′およびＢ′はＣ′に対し直交し;B′はＢに平行であ
る。

84は瞬間出力ビーム軸である。これはＡ′Ｃ′平面に対
しθ_Ｂの傾斜をなし、Ｃ′Ｂ′平面に対しθ_Ａの傾斜を
なす。

θ_Ｂはトラック内走査角といわれる。

θ_Ａはクロストラック角といわれ、ターゲット上のスポ
ットの、直線走査からの瞬間変位を決定する。したがっ
てθ_Ａはスポット径路のの湾曲の尺度である。

86は走査軌跡であってスポットにより実際に追跡される
径路である。

第７図に示す２つの走査成分θ_Ｂおよびθ_Ａは次のよう
に表わさる。

Ｃ＝sinγ−Gcosφ Ｄ＝sinγ−Ｇ Ｅ＝Gsinφ ｎは格子次数（第１次の回折が使用されるのでｎ＝＋
１） λダイオードから放出される放射線の波長 ｄ回折格子のピッチ である。

ホロゴンのぐらつきに対する系の感度を最小にするため
には、角γおよびγ′は等しくなければならないという
ことは既知である。したがって、教科書に記載の格子の
関係式 となり、したがって となる。

最小ぐらつき感度に対するこの条件を上記の一般走査軌
跡の式に代入することにより、２つの走査成分θ_Ｂおよ
びθ_Ａは格子係数Ｇとホロゴン回転角φとだけで表現可
能となる。その理由は； となるからである。

上記の解析は、格子係数Ｇすなわち基本的には を適切に選択することにより、出力ビームの希望とする
軌跡が近似可能となる。実際には利用可能な放射源の範
囲は制限されるので、適切な格子係数の選択は適切な格
子ピッチの選択に帰結する。

ホロゴンにおけるビーム形状から希望のスポット形状を
形成するのに必要なプリズムを設計するためには、標準
の光学解析が使用可能である。プリズム手段により形成
される湾曲は求められるので、補償湾曲を与える が決定される。したがって、既知の波長を有するレーザ
ダイオードが選択されると、格子ピッチｄが決定され、
そのピッチｄでホロゴンが製作される。

格子係数Ｇが決定されると、この格子係数を用いて入射
角および回折角が により決定され、系はホロゴンにおけるこの入射角およ
び回折角で設定される。

本発明のある特定実施例においては、種々のパラメータ
に下記の値が与えられた。

ホロゴン ファセット数 18 格子ピッチ 0.4624μｍ ビーム入力（出力）角 63。82° 直径 10.4cm プリズム56 屈折率 1.7098 頂角 30° 中央走査における入射角 59°14′ プリズム58 屈折率 1.7098 頂角 30° 中央走査における入射角 59°14′ ホロゴン上のビームの縦横比 4:1 ダーゲット上のスポットの形状 楕円（1:1.4） ホロゴンとｆθレンズとの間のプリズム手段は、それら
がＹ軸に平行な軸のまわりに一体としてたとえ180°回
転されたとしても、同一ビーム形状に形成する働きをな
すことは理解されよう。しかしながらこの場合は、プリ
ズム手段により形成される湾曲は反対方向になるであろ
う。したがってこの湾曲に対抗するためにホロゴンは反
対方向に湾曲を形成するように設計されるであろう。回
折格子のピッチも異なり、かつホロゴン内へのビームの
入射角も異なってくるであろう。

上記の特定の実施例においては、２個のプリズム56およ
び58は同一である。プリズムが同一でない実施例を構成
してもよい。

上記の記載において、ターゲット上のスポットの形状お
よび寸法について説明がなされている。ホロゴンへの入
射点におけるビーム内の光エネルギの強度分布はガウス
分布であることは当業者の知るところである。また、も
しビームに顕著な頭切りがないものと仮定すれば、ター
ゲット上のスポットもまたガウス分布を有する。スポッ
トの希望寸法は目的により異なるであろう。

接線ホロゴンとｆθレンズとの間にもしビーム拡大プリ
ズム手段が挿入されたとしたら、ビーム拡大は達成され
るけれども偏向感度は犠牲にされる。言い替えると、角
度拡大はビーム拡大に反比例するのである。偏向感度が
低下されると、所定の走査線長を達成するためにより長
い焦点長さのｆθレンズを必要とするであろう。もしタ
ーゲット上に同一スポット直径が達成されなければなら
ないならば、ホロゴンにおいてはより大きなビーム直径
が必要となるであろう。これはホロゴンとｆθとの間の
プリズム手段の利点を殺すことになる。しかしながら、
接線状ホロゴンで達成できないことが放射状ホロゴンで
達成されるので、性能を最適化するようにビーム経路に
沿って形成されるビームを探し出すことも本発明の一部
である。

２個のプリズムは、第８図ないし第11図に示すように、
関節取付台101内に取付けられる。第９図は第１図およ
び第５図と同様な方向からみた取付台101の端面図であ
る。第８図は第１図および第５図の平面の裏側に観察者
がいたとして見た場合で、すなわち第１図および第５図
において紙面から手前方向へ見た取付台の端面図であ
る。

取付台101は、相互に剛に、かつ剛な基板22に対し剛に
固定された枠部材103,105および107を含む。枠部材103
は第８図および第９図の平面に垂直な方向に伸長する。
枠部材105,107は枠部材103の両端に配置される。したが
って３個の枠部材103,105および107は、Ｙ軸に平行な方
向から見たとき形の枠を形成する。

各枠部材105,107はそれぞれピボット109,111を支持す
る。ピボット109,111はＺ軸に平行な軸110上に相互に一
直線に並ぶ。

２個のピボット109,111は第１の木積み（クリブ）113を
支持する。木積み113は板115,117と、端板115,117の間
に伸長し端板115,117にねじ121で固定された伸長部材11
9と、を含む。

伸長部材119は断面がＬ形をなしてそれにプリズム56を
固定し、プリズム56の入射面167に平行でかつほぼその
平面内に軸110を有する。

各端板115,117はそれぞれピボット123,125を有する。２
個のピボット123,125は、ピボット109,111を通過伸長す
る軸110に平行な軸124上で相互に一直線上に並ぶ。２個
のピボット123,125は第２の木積み（クリブ）127を支持
し、木積み127内にプリズム58が内蔵されてそれに固定
され、プリズム58の入射面171に平行でかつほぼその面
内に軸124を有する。

プリズムは、それらの頂線が中央走査において入力ビー
ム169と出力ビーム191（第８図および第９図参照）とを
含む平面に垂直である。

木積み127はその一端において軸130を有するピボット12
9を有し、そのピボット129上において第10図でみられる
ように、 のアーム間に位置する支持部材133と、がピボット回転
される。

はそれと一体にねじ付軸135を有し、支持部材133はそれ
と一体に短かいねじ付軸137を有する。

軸135は、軸141のまわりにピボット回転するように枠部
材103上にピボット回転可能に取付けられた反力部材139
を貫通伸長する。反力部材139においてリンク131の反対
側の軸135上にローレット（ぎざぎざ面）付ナット143が
ねじ込み係合される。

軸137は、同じく外ねじも設けられている内部ねじ付円
筒軸145内に差込式かつねじ込み式に係合される。軸145
上の外ねじは軸137の外ねじと同一向きであるがピッチ
は異なる。軸145は、軸149のまわりにピボット回転する
ように枠部材107上にピボット回転可能に取付けられた
反力部材147内のねじ孔を貫通伸長する。軸145はそれの
回転を可能にするためにその自由端にねじ込みドライバ
用溝150を有する。

張力ばね151は、支持部材133と枠部材107上のアンカー
点153との間に伸長する。ばね151は、第８図からわかる
ように、軸149のまわりに時計方向トルクを与えること
により、ローレット付ナット143を反力部材139に当接さ
せたままに維持するように働らく。

ここで第11図を参照すると、第11図は第８図でみられる
ピボット軸110,124,130,149および141の相対位置を示
す。第11図において、軸の対、149と110;110と124;およ
び124と130;との間の実線は、各対の軸の部材間隔が固
定されていることを示す。軸130と149との間の一点鎖線
および軸130と141との間の点線は、これら２対の軸の各
々の部材間隔が、実際に、それぞれ軸145またはローレ
ット付ナット143の回転により可変であることを示す。
しかしながら、軸145が回転されても軸141,130間の距離
は一定のままであり、またローレット付ナット143が回
転されても軸149.130間の距離は一定のままである。

軸110,149間の距離と軸124,130間の距離とは同一であ
る。軸110,124間の距離と軸130,149間の距離とは、軸13
0が軸149に対する相対位置の標準作動範囲の中央にある
ときは、等しい。

軸141,149および110は、第11図で丸印で囲んで示すよう
に、空間内で固定されている。軸124,130は、第11図で
Ｘ印で示すように、空間内で可動である。

もし点線の辺130-141がローレット付ナット143の回転に
よりその長さが変化されると、軸130は軸149のまわりに
描かれた弧161の上を移動し、その結果、軸124は軸110
のまわりに描かれた弧163の上を移動する。これらの状
況下で、軸110,124,130,149は平行四辺形の関係の隅部
として相互関係を維持する。

こし一点鎖線の辺130-149が軸145を回転することにより
その長さが変化されると、軸130は軸141ののまわりに描
かれた弧165の上を移動する。

ローレット付ナット143が回転されると、プリズム56
は、プリズム56の入射面167に平行でかつほぼ入射面の
平面内に配置された軸110のまわりに回転する。このと
きもし軸130,149間の距離が軸110,124間の距離に等し
く、したがってリンク配置が正確に平行四辺形として作
用するとすれば、プリズム58は枠103に対する軸124のま
わりのいかなる相対運転も同時に受けることはない。も
し軸130,149間の距離が軸124,110間の距離に等しくない
ときは、プリズム58はわずかながらピボット運動を行う
であろう。したがって理想的な状態では、プリズム58は
回転することなくその主成分がＹ軸に平行な方向となる
ように移動される。しかしながらプリズム相互間の相対
回転運動はある。これはこの対をなすプリズムによって
走査ビームに与えられる湾曲を変える所定の効果を有す
るので、格子係数が通常の状態または系が最適化されて
いた前回の状態から外れたことによる、ホロゴンから離
れる走査ビームの湾曲の好ましからざる変化は修正され
る。

プリズム56の軸110のまわりの回転は、プリズム56への
ビーム入力とプリズム56からのビーム出力との間の角度
を変化させる。もし第２のプリズムが静止したままであ
れば、プリズム56からのビームの出力角度の変化は、走
査ビームをプリズム58の入射面171の異なる部分に入射
させる。プリズム56の回転運動に伴ってもしプリズム58
の変換運動がなければ、プリズム58は走査ビームのあら
ゆる可能性の入射位置に対しても受入れるだけの十分な
大きさをもたなければならないであろう。ビームは点で
はなく、Ｘ方向に有限の寸法をもつことは認められると
ころであろう。またプリズム58に入射する走査ビームの
経路は直線ではなく湾曲している。しかしながら、プリ
ズム58の変換運動により、走査ビームの入射位置はほぼ
一定の位置を維持可能である。したがって、プリズム58
は、ナット143を回転したときに変換運動が行われない
場合よりも小さくてもよい。これにより、プリズム58の
コストが実質的に節約可能である。また、プリズム58は
より小さくてもよいので、ホロゴン48とレンズ系60との
間の距離は小さく維持することが可能で、この結果レン
ズ系のコストの節約が可能となる。ホロゴンとレンズ系
との間のビームが走査することになるので、レンズ系が
ホロゴンから離れれば離れるほどレンズ系の直径はより
大きくしなければならないことがわかるであろう。

第２のプリズム58へのビームの入射角の変化は出口角を
変化させ、すなわちプリズム58からの出力ビーム191は
もはやプリズム56への入射ビーム169に平行でなくなる
であろう。この結果ターゲット上の走査線の位置は変化
し、これは好ましいことではない。この好ましくない変
化は、溝150内にねじドライバーを挿入しそれを回転し
て軸130を回転することにより修正可能である。これに
よりピボット軸130を弧状経路165上で移動させる。ピボ
ット軸130のこのような運動はプリズム58にピボット軸1
24のまわりの回転運動を与える。この運動の結果、軸12
4は完全静止を維持できず、したがってプリズム56も多
少変位することになる。これは相互作用により打消され
る。プリズム58の所定の回転運動はビームの出力角を変
化させ、したがってターゲット上の走査線はその所定位
置へ戻され得る。

プリズム58の回転運動がプリズム56のいかなる運動なし
に達成されるのであれば、ピボット軸130は第11図にお
ける弧181の上を移動しなければならないことがわかる
であろう。微小範囲内ならば弧181はほぼ経路165に一致
することがわかるであろう。通常の作動範囲内でも弧16
5を弧181に近似させることは、もし軸141が軸124と軸13
0との両方を通過伸長する一本の線上に配置されれば達
成されるであろう。しかしながら、第８図をみると、も
し軸141がこのような位置にくると、関節取付台はＹ軸
の方に大きくなることがわかる。この増加寸法は、ホロ
ゴンとレンズ系との間により大なる距離を必要とし、こ
れはより大きな、好ましくないことにより高価なレンズ
系を必要とするであろう。

上記の特定実施例においては光源はコヒーレント（平行
ビーム）であるけれども、厳密な性能が要求されないよ
うな本発明の実施例においては、光源は必ずしもレーザ
ダイオードのようにコヒーレントである必要はない。た
とえば、狭帯域フィルタを通過させかつピンホールを通
過して焦点を結ばせたタングステン光は、この場合ほぼ
平行な光が生成されるので、使用可能であろう。

工業的利用 本発明による走査装置用の工場的利用の中には、たとえ
ば写真フィルムのような感光材料上への画像書込装置が
ある。画像は電子情報流れとして走査装置に供給され
る。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波長λを有する放射源（24）と； 軸心を中心に回転可能に取付けられた回転型のビーム変
   向装置（48）と； 前記放射源（24）からの放射をコリメート化ビームに形
   成しかつビームを所定の入射角で前記ビーム変向装置
   （48）に入射させる手段（32）と； 走査されるビームを受取るためのターゲット部（64）
   と； ターゲット部（64）におけるスポットへビームの焦点合
   わせをするためのビーム変向装置（48）とターゲット部
   （64）との間のレンズ手段（60）と；および ビームの断面形状を修正するための、ビーム変向装置
   （48）とレンズ手段（60）との間のプリズム手段（54）
   と；からなる、ターゲット上の所定位置においてほぼ真
   っ直ぐな線に沿って放射スポットを走査するための走査
   装置において： 前記回転型のビーム変向装置（48）は、ピッチｄを有す
   る平行な格子線の少くとも１つのパターン（68）を有す
   る放射形ホロゴン（48）であること； 放射線の波長およびホロゴン（48）の格子係数 （ここでｎは格子次数）は、走査されるビーム上にプリ
   ズム手段（54）により与えられる湾曲傾向とほぼ等しく
   かつ反対方向の湾曲を、ホロゴン（48）とプリズム手段
   （54）との間の走査されるビーム内に発生し、それによ
   りターゲット部（64）において走査線をほぼ直線的にす
   るように選択されること； 前記プリズム手段（54）は、ビームがそれらを順次に通
   過するように配置された第１および第２のプリズム（5
   6,58）を含み、前記プリズム（56,58）の頂線（57,59）
   は、前記プリズム（56,58）へのビーム入力と中央走査
   における前記プリズムからのビーム出力とを含む平面に
   垂直であること； 前記プリズム（56,58）を支持する関節取付台（101）
   は、前記第１のプリズム（56）に付帯の第１のピボット
   （109,111）と前記第２のプリズム（58）に付帯の第２
   のピボット（123,125）とを含み、前記ピボット（109,1
   11,123,125）の軸（110,124）は前記プリズム（56,58）
   の頂線（57,59）に平行であること； 前記ピボット（109,111,123,125）の各々はその付帯の
   プリズム（56,58）をピボット軸（110,124）のまわりに
   ピボット回転運動を可能にすること； ターゲット部（64）上の線の形状を調節するために、前
   記第１のプリズム（56）の第１のピボット軸（110）ま
   わりの方向を調節するための第１の手段（143,135）が
   設けられること；および ターゲット部（64）上の線の位置を調節するために、前
   記第２のプリズム（58）の第２のピボット軸（124）ま
   わりの方向を調節するための第２の手段（150,145,13
   7）が設けられること； を特徴とする走査装置。
2. 【請求項２】前記第１のプリズム（56）のその付帯のピ
   ボット軸（110）まわりのピボット回転運動を変換して
   前記第２のプリズム（58）を運動させる手段であって、
   これにより第１のプリズム（56）のピボット回転運動の
   後もビームは前記第２のプリズム（58）上の前とほぼ同
   じ位置に入射するような運動を与える手段（145,137,14
   9,130;117,124）を有することを特徴とする請求の範囲
   第１項に記載の走査装置。
3. 【請求項３】前記第１のピボット（109,111）の軸線（1
   10）はほぼ前記第１のプリズム（56）の入射面（167）
   の平面内にあること；および 前記第２のピボット（123,125）の軸線（124）はほぼ前
   記第２のプリズム（58）の入射面（171）の平面内にあ
   ること； を特徴とする請求の範囲第１項に記載の走査装置。
4. 【請求項４】第１のピボット（109,111）の位置は装置
   のその他部分に対して固定されていること；および 第２のピボット（123,125）は第１のピボット（109,11
   1）のまわりの円弧（163）上を可動であること； を特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項に
   記載の走査装置。
5. 【請求項５】固定枠（103,107）が設けられ、前記第１
   のピボット（109,111）は前記枠上に取付けられ、第３
   のピボット（149）は前記枠上に取付けられること； 前記第１のピボット（109,111）から固定の距離におい
   て前記第１のピボット（109,111）のまわりにピボット
   回転運動を行わせるように前記第２のピボット（123,12
   5）を取付ける手段（117）が設けられること； 前記第２のピボット（124）に対して固定して取付けら
   れた第４のピボット（129）が設けられ、前記第３およ
   び第４のピボットの軸（149,130）は第１および第２の
   ピボット（109,111;123,125）の平行軸（110,124）に平
   行であること； 前記第１および第３のピボット（109,111;149）の軸（1
   10,149）の間の距離は第２および第４のピボット（123,
   125;129）の軸（124,130）の間の距離に等しいこと；お
   よび 第３および第４のピボット（149,129）の軸（149,130）
   の間の距離は、第１および第２のピボット（109,111;12
   3,125）の軸（110,124）の間の距離に等しいところの基
   準値の付近で調節可能であり、したがって４個のピボッ
   ト（109,111;123,125;149;130）はほぼ平行四辺形の隅
   部にくること； を特徴とする請求の範囲第２項に記載の走査装置。
6. 【請求項６】第２のプリズム（58）に連動変換運動を与
   える手段（145,137,149,130;117,124）は、平行四辺形
   の隣接辺間の角度を変化させるように第４のピボット
   （129）と枠（103,107）との間で作動する手段（135,13
   9）を含むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の
   走査装置。
7. 【請求項７】第４のピボット（129）と枠（103,107）と
   の間で作動する手段（135,139）は、第４のピボット（1
   29）を第３のピボット（149）のまわりに回転させなが
   ら一方向に引上げるねじ手段（143,135）と、第４のピ
   ボット（129）を第３のピボット（149）のまわりに回転
   させながら他方向にバイアス力を与える弾性手段（15
   1）と、を含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記
   載の走査装置。
8. 【請求項８】前記ねじ付手段（143,145）は前記第４の
   ピボット（129）と第５のピボット（139）との間で作動
   し、前記第５のピボット（139）はその軸（141）がほぼ
   第２および第４のピボット（123,125;129）の軸（124,1
   30）を通過する線上に配置され、したがって第２およ第
   ４のピボット（123,125;129）の間の距離が基準値から
   外れるように調節されたとき、第２のプリズム（58）
   は、第１のプリズム（56）が第１のピボット（109,11
   1）のまわりに行なうピボット回転運動とはほとんど関
   連なく第２のプリズム（58）に第２のピボット（123,12
   5）のまわりのピボット回転運動が与えられることを特
   徴とする請求の範囲第７項に記載の走査装置。
9. 【請求項９】第３および第４のピボット（149,129）の
   間の調節はねじ付手段（145,137）で行われることを特
   徴とする請求の範囲第８項に記載の走査装置。
10. 【請求項１０】第３および第４のピボット（149,129）
    の間の調節を行なうねじ付手段（145,137）は外ねじと
    内ねじとを有する第１の管状軸（145）を含み、前記外
    ねじは前記第３のピボットを介して前記枠（103,107）
    にピボット回転可能に取付けられた反力部材（147）と
    ねじ係合をなし、前記内ねじは前記第４の軸（130）の
    まわりにピボット回転運動が可能なように取付けられた
    ねじ付ロッド（137）とねじ係合をなし、前記管状軸（1
    45）の内ねじと外ねじとは異なるピッチを有すること、
    を特徴とする請求の範囲第９項に記載の走査装置。