JPH06214185A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ビームを高速で走査させた場合にも光ビー
ムの集光位置のずれを補正することができる光ビーム走
査装置を得る。 【構成】 コリメータレンズ３７の焦点位置の近傍に反
射鏡４２及びピエゾ素子４４を配置し、反射鏡４２によ
って反射されたレーザビームが通過する光路上に、レー
ザビームをメリジオナル平面内で屈折させるように第１
のプリズム８０及び第２のプリズム８２を配置する。ま
た第１のプリズム８０及び第２のプリズム８２を透過し
たレーザビームを集光するコリメータレンズ８８の焦点
位置の近傍に反射鏡９０及びピエゾ素子９２を配置す
る。図示しない制御手段は、感光材料へ照射されたレー
ザビームのメリジオナル方向の集光位置とサジタル方向
の集光位置とが一致するようにピエゾ素子４４を制御
し、前記一致させた集光位置が感光材料の記録面に一致
するようにピエゾ素子９２を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ビームを被照射体上に
走査する光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ビームによって文字、画像等を記録材
料に記録する装置として、例えばコンピュータ出力情報
に基づいてレーザビームを走査してマイクロフィルム等
の記録材料に文字等の情報を直接記録するレーザコンピ
ュータアウトプットマイクロフィルマー（レーザＣＯ
Ｍ）が知られている（特開昭55-67722号公報）。このよ
うなレーザビーム記録装置では、レーザビームを回転多
面鏡（ポリゴンミラー）やガルバノメータミラー等の走
査手段によって走査させた後にｆ・θレンズ等の走査レ
ンズによって記録材料の記録面上に結像させ、記録材料
に文字、画像等を記録するようにしている。

【０００３】ところで、走査レンズには一般に像面湾曲
が残存しており、つまり、理想的な（波面収差のない）
レーザビームが走査レンズに入射しても、ビームウエス
ト位置が記録材料の記録面に一致しないという現象があ
る。さらに、走査レンズの曲率が一様でない等の理由に
より、走査手段によって走査され走査レンズを通過した
レーザビームはビームウエスト位置が必ずしも記録面に
一致しない（所謂オフセット）。また、特に半導体レー
ザは非点収差を有しており、光ビームとして半導体レー
ザから射出された光ビームを用いた場合、半導体レーザ
及び光学系の非点収差によって、レーザビームの主走査
方向（メリジオナル方向）のビームウエスト位置と副走
査方向（サジタル方向）のビームウエスト位置とにずれ
（所謂非点隔差）が生ずる。

【０００４】例として図９に示すように、半導体レーザ
１５０から射出されコリメータ１５２で平行光とされた
レーザビームをポリゴンミラー１５４によって走査方向
（図９矢印Ｃ方向）に沿って走査させ、ｆ・θレンズ１
５６によって記録材料の記録面１５８上に結像させる
と、図１０に示すように、レーザビームのメリジオナル
方向（図１０矢印Ｍ方向）のビームウエスト位置Ｗ_M と
サジタル方向（図１０矢印Ｓ方向のビームウエスト位置
Ｗ_S に非点隔差が生じ、レーザビームの走査に伴って、
メリジオナル方向のビームウエスト位置は図９に破線で
示す軌跡を辿り、サジタル方向のビームウエスト位置は
図９に一点鎖線で示す軌跡を辿る（このようなビームウ
エスト位置の軌跡を以下像面という）。

【０００５】図９より明らかなように、レーザビームの
メリジオナル方向の像面１６０及びサジタル方向の像面
１６２は記録面１５８に対して湾曲し、かつ湾曲の具合
が像面１６０と像面１６２とで異なっており、これに伴
い記録面１５８に照射されるレーザビームの形状に歪み
が生じ、記録面に記録される文字、画像等が部分的に不
鮮明になる等の不都合が発生する。近年、より大きいサ
イズの画像を記録できる光ビーム記録装置に対する要求
が高まってきており、記録画像の大サイズ化に伴って上
記現象による画質低下が大きな問題となっている。

【０００６】上記問題を解決するために特開平 3-35211
号公報に記載された走査光学装置では、光ビームの光路
上に、メリジオナル方向にのみ屈折力を有する第１のシ
リンドリカルレンズと、サジタル方向にのみ屈折力を有
する第２のシリンドリカルレンズと、を配置し、第１の
シリンドリカルレンズをメリジオナル方向の像面湾曲に
応じて光ビームの光軸方向に沿って移動させると共に、
第２のシリンドリカルレンズをサジタル方向の像面湾曲
に応じて移動させるようにしている。

【０００７】上記走査光学装置において、光ビームのメ
リジオナル方向またはサジタル方向のビームウエスト位
置をΔＺf 移動させるための第１のシリンドリカルレン
ズまたは第２のシリンドリカルレンズの移動量ΔＺは次
の（１）式で求められる。

【０００８】 ΔＺ ＝ ΔＺf ÷α ∝ ΔＺf ÷ＮＡ² …（１） 但し、α ：シリンドリカルレンズから像面までの光学
縦倍率 ＮＡ：シリンドリカルレンズの開口数（Numerical Aper
ture) 従って、光ビームの走査に伴うメリジオナル方向及びサ
ジタル方向のビームウエスト位置の変化に応じて、上記
（１）式に基づいて第１のシリンドリカルレンズ及び第
２のシリンドリカルレンズを移動させれば、非点隔差及
びオフセットが補正され、メリジオナル方向の像面及び
サジタル方向の像面が記録面に一致することになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記光学装置
では、（１）式より明らかなように、シリンドリカルレ
ンズの移動量ΔＺが縦倍率αに反比例し、ＮＡの自乗に
反比例するが、シリンドリカルレンズのＮＡ値には実質
的に上限があり、光ビーム用光学系として用いるシリン
ドリカルレンズのＮＡ値は通常0.1 程度の小さな値であ
る。従って、シリンドリカルレンズの移動量ΔＺの値が
大きくなり、シリンドリカルレンズを大きく移動させる
必要がある。

【００１０】このため、前記装置では光ビームの走査速
度を速くした場合にシリンドリカルレンズの移動を追従
させることが困難であり、画像等を高速に記録すること
ができない。また、前記のようにシリンドリカルレンズ
を大きく移動させる必要があり、かつシリンドリカルレ
ンズは比較的重量も大きいため、シリンドリカルレンズ
を移動させる移動手段に大きなパワーを必要とし、かつ
移動手段からの発熱量も大きくなる、という欠点も有し
ている。

【００１１】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、光ビームを高速で走査させた場合にも光ビームの集
光位置のずれを補正することができる光ビーム走査装置
を得ることが目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る光ビーム走査装置は、光源から射出され
た光ビームを、走査レンズを備えた走査光学系により被
照射体上に走査する光ビーム走査装置であって、前記光
ビームの光路上に少なくとも１つ存在する光ビームの集
光点または発散点が前側焦点位置の近傍に位置するよう
に配置され、ほぼ平行な光ビームを射出する第１のレン
ズと、前記第１のレンズと前記光ビームの集光点または
発散点との光学的な間隔を変更する変更手段と、前記第
１のレンズから射出された光ビームを前記走査光学系の
メリジオナル平面及びサジタル平面のいずれか一方の第
１の平面内で屈折、回折または反射させるように配置さ
れたアナモルフィック光学素子と、前記アナモルフィッ
ク光学素子から射出された光ビームを集光する第２のレ
ンズと、前記被照射体へ照射された前記第１の平面内の
集光位置と、前記走査光学系のメリジオナル平面及びサ
ジタル平面のうち前記第１の平面と直交する第２の平面
内の集光位置と、が一致するように前記変更手段を制御
する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１３】また、請求項１記載の発明において、第２
のレンズから射出された光ビームの集光位置を変更する
第２の変更手段を備え、制御手段は、前記一致させた集
光位置が被照射体の照射面に一致するように第２の変更
手段を制御することが好ましい。

【００１４】

【作用】まず、本発明の原理を説明する。図１（Ａ）及
び（Ｂ）に示すように、点Ａで一旦集光されている光ビ
ームを、入射光束の光軸に対して回転対称のレンズ（以
下、このレンズを回転対称レンズという）で前記点Ａが
前側焦点位置にほぼ一致するように配置され前記光ビー
ムを平行光束とする回転対称レンズ１２、入射された光
ビームを光ビームの光軸方向（図１矢印Ｚ方向）と前記
光軸方向に直交する図１矢印Ｘ方向とを含む第１の所定
平面内で屈折させるように配置されたアナモルフィック
光学素子としてのプリズム１４、前記プリズム１４を透
過した光ビームを点Ｂに集光する回転対称レンズ１６が
順に配列されて構成された光学系１０を通過させた場合
を考える。

【００１５】ここで、点Ａに一致している光ビームの集
光点を、光軸に沿いかつ回転対称レンズ１２に接近する
方向へΔＺだけ移動させると、前記第１の所定平面内の
集光位置の点Ｂからの移動量ΔＺ_X 、光ビームの光軸方
向と図１矢印Ｙ方向（光軸方向に直交しかつＸ方向に直
交する方向）とを含む第２の所定平面内の集光位置の点
Ｂからの移動量ΔＺ_Y は次の（２）、（３）式で求める
ことができる。

【００１６】

【数１】

【００１７】但し、ｆ₁ ：回転対称レンズ１２の焦点距
離 ｆ₂ ：回転対称レンズ１６の焦点距離 ｒ ：プリズム１４の倍率 上記（４）式より明らかなように、プリズム１４の倍率
ｒがｒ≠１なので、ΔＺ_Y −ΔＺ_X ≠０となり、光ビー
ムの集光位置を変化させると光学系１０を通過した後の
光ビームの前記第１の所定平面内の集光位置と前記第２
の所定平面内の集光位置とに差が生ずることになる。従
って、光学系１０を通過した後に走査光学系を介して被
照射体に照射される光ビームにΔＺf の非点隔差が生じ
ている場合には、点Ａにおける集光位置を、

【００１８】

【数２】

【００１９】上記（５）式に示すΔＺだけ全体的に（Ｘ
方向、Ｙ方向共に）移動させれば、非点隔差を補正する
ことができる。

【００２０】上記で説明した原理に基づき、請求項１記
載の発明では、光ビームの光路上に少なくとも１つ存在
する光ビームの集光点または発散点が前側焦点位置の近
傍に位置するように配置され、ほぼ平行な光ビームを射
出する第１のレンズと、第１のレンズから射出された光
ビームを走査光学系のメリジオナル平面及びサジタル平
面のいずれか一方の第１の平面内で屈折、回折または反
射させるように配置されたアナモルフィック光学素子
と、アナモルフィック光学素子から射出された光ビーム
を集光する第２のレンズと、を設け、被照射体へ照射さ
れた第１の平面内の集光位置と、走査光学系のメリジオ
ナル平面及びサジタル平面のうち第１の平面と直交する
第２の平面内の集光位置と、が一致するように、変更手
段による第１のレンズと光ビームの集光点または発散点
との光学的な間隔の変更量を制御するようにしている。

【００２１】前記変更手段による第１のレンズと光ビー
ムの集光点または発散点との光学的な間隔の変更は、前
記図１では、例えば点Ａに一致している集光点の位置を
移動させることで達成される。前述のように、点Ａでは
光ビームの集光点の位置を全体的に変化させればよいの
で、前記第１のレンズ及び第２のレンズとして回転対称
レンズを適用することができ、焦点位置の近傍に光ビー
ムの集光点が位置するように第１のレンズを配置した場
合には、変更手段を、例えば本出願人が特願平4-188408
号公報で既に提案しているように、光ビームの集光点の
近傍に配置された反射面を光ビームの光軸方向に沿って
移動させるよう構成すればよい。

【００２２】また、焦点位置の近傍に光ビームの発散点
が位置するように第１のレンズを配置した場合は、前記
発散点または第１のレンズを移動させて、発散点と第１
のレンズとの光学的な間隔を変化させるように構成すれ
ばよい。

【００２３】回転対称レンズは、シリンドリカルレンズ
と比較してＮＡ値を大きく（例えば0.5 程度）すること
ができる。このため、変更手段を、例えば前述のように
反射面を移動させることでレンズと集光点との光学的な
間隔を変更するように構成した場合には、前記（１）式
より反射面の移動量ΔＺが小さくて済むことが明らかで
ある。例えば前記のようにＮＡ値が0.5 程度の回転対称
レンズを用いた場合、ＮＡ値が0.1 程度のシリンドリカ
ルレンズを用いる場合と比較して、前記（５）式によっ
て求まる移動量ΔＺの値が約１／２５で済むことにな
る。これは変更手段によってレンズと光ビームの発散点
との光学的な間隔を変更するよう構成した場合にも同様
である。

【００２４】このように、変更手段によるレンズと集光
点または発散点との光学的な間隔の変更により非点隔差
を効率良く補正することができるので、変更手段による
前記光学的な間隔の変更を光ビームの走査に対して容易
に追従させることができる。従って、走査光学系によっ
て光ビームを高速で走査させた場合にも光ビームの前記
第１の平面内の集光位置と第２の平面内の集光位置との
ずれ（非点隔差）を補正することができる。

【００２５】また、変更手段の構成は上記に限定される
ものではなく、本出願人が特願平4-188407号で既に提案
しているように、回転可能とされ透過する光ビームの光
路長を変更する光路長変更部が回転方向に沿って分布さ
れたディスクを用いて変更するようにしてもよい。この
場合にも、上記光路長の変更によって光ビームの集光点
または発散点と第１のレンズとの光学的な間隔を変更で
きる。変更手段をこのように構成した場合にも非点隔差
を効率良く補正できるという効果が得られ、光ビームを
高速で走査させても非点隔差を補正することができる。

【００２６】また、第２のレンズを透過した光ビームの
集光位置を変更する第２の変更手段を設け、上記で一致
させた光ビームの第１の平面内の集光位置及び第２の平
面内の集光位置とが被照射体の照射面に一致するように
前記第２の変更手段を制御することが好ましい。これに
より、光ビームを高速で走査させた場合にも光ビームの
集光位置を、光軸と交差するいずれの方向であっても被
照射体の照射面と一致させることができ、被照射体に照
射される光ビームの形状（ビーム径）が歪むことがな
く、光ビームのエネルギー密度も変化することがない。

【００２７】また、被照射体の照射面に光ビームを照射
して画像等を記録する光ビーム記録装置において、照射
面の広い範囲に亘って光ビームを照射する場合には、照
射面からの集光位置の僅かなずれが記録する画像の品質
を大きく低下させる。このような場合にも、上記のよう
に照射面と光ビームの集光位置とを一致させることによ
り、高い品質で画像を記録できる記録装置を提供でき
る。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２９】〔第１実施例〕図２には本発明の光ビーム
走査装置が利用可能なレーザビーム記録装置３０が示さ
れている。レーザビーム記録装置３０はレーザビーム射
出装置３２を備えている。レーザビーム射出装置３２
は、詳細は後述するが略平行な光束のレーザビームを射
出する。レーザビーム射出装置３２の射出側には面倒れ
補正用のシリンドリカルレンズ３１、ポリゴンミラー４
６が配設されている。ポリゴンミラー４６は駆動制御回
路４７によって回転が制御される。

【００３０】また、レーザビーム記録装置３０は同期用
のレーザビームを射出する同期用半導体レーザ４８を備
えている。同期用半導体レーザ４８のレーザビーム射出
側にはコリメータレンズ５０が配置されている。同期用
半導体レーザ４８から射出されたレーザビームは、コリ
メータレンズ５０で平行光束とされた後にポリゴンミラ
ー４６に入射される。レーザビーム射出装置３２から射
出された記録用レーザビームと、コリメータレンズ５０
から射出された同期用レーザビームと、はポリゴンミラ
ー４６のほぼ同じ部位に照射され、ポリゴンミラー４６
の回転に伴って主走査方向に同じように偏向されてポリ
ゴンミラー４６のレーザビーム射出側に配置されたｆ・
θレンズ５２に入射される。

【００３１】ｆ・θレンズ５２を透過した記録用レーザ
ビームの光路上には、レーザビームの走査方向に沿って
面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ３３、ドラム５４
が順次配置されている。ドラム５４は図示しない感光材
料が巻付けられており、記録用レーザビームは感光材料
の記録面上に照射され、ポリゴンミラー４６による偏向
により図２に破線で示す範囲を走査される。また、ドラ
ム５４が回転されることにより、感光材料へのレーザビ
ームの照射位置が副走査方向にも移動し、感光材料に画
像が記録される。

【００３２】なお、以下ではポリゴンミラー４６、ｆ・
θレンズ５２等の走査光学系を透過してドラム５４に照
射されるレーザビームの主走査方向（図１矢印Ｍ方向）
に対応する方向をメリジオナル方向といい、副走査方向
（図１矢印Ｓ方向）に対応する方向をサジタル方向とい
う。また、レーザビームの光軸方向とメリジオナル方向
とを含む平面をメリジオナル平面といい、光軸方向とサ
ジタル方向とを含む平面をサジタル平面という。

【００３３】一方、同期用レーザビームの光路上には、
同期用レーザビームの走査方向に沿って反射ミラー５６
が配置されており、反射ミラー５６のレーザビーム射出
側にはリニアエンコーダ５８が配設されている。前記レ
ーザビームはポリゴンミラー４６によって図２に一点鎖
線で示す範囲を走査するように偏向される。リニアエン
コーダ５８は、透明な板材に、不透明で一定幅の帯状の
不透明部が一定ピッチで多数形成されて構成されてい
る。

【００３４】リニアエンコーダ５８のレーザビーム射出
側には図示しない光電変換器が配置されており、レーザ
ビームがリニアエンコーダ５８上を走査すると、透明部
を透過したレーザビームが前記光電変換器で受光され、
光電変換器からパルス信号が出力される。

【００３５】次に、レーザビーム射出装置３２を説明す
る。図３に示すように、レーザビーム射出装置３２は半
導体レーザ３４を備えている。半導体レーザ３４は、射
出するレーザビームの偏光方向が図３のＳ方向に一致す
るように配置されている。半導体レーザ３４は図示しな
い変調装置により、前記パルス信号に同期したタイミン
グで記録する画像に応じて変調され、記録する画像に応
じたレーザビームを射出する。なお、この半導体レーザ
３４に代えてＨｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等の気体レ
ーザを用い、気体レーザから射出されたレーザビームを
ＡＯＭ、ＥＯＭ等の変調器を用いて変調するようにして
もよい。

【００３６】半導体レーザ３４の射出側にはコリメータ
レンズ３６が配設されており、コリメータレンズ３６の
レーザビーム射出側には偏光ビームスプリッタ３８が配
置されている。コリメータレンズ３６から平行光として
射出されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ３８
の反射面３８ａで反射され、偏光ビームスプリッタ３８
の表面に貼付された１／４波長板４０を透過して射出さ
れる。

【００３７】１／４波長板４０の近傍には、第１のレン
ズとしてのコリメータレンズ３７及び反射鏡４２が貼付
されたピエゾ素子４４が順に配置されている。１／４波
長板４０から射出されたレーザビームはコリメータレン
ズ３７によって集光され、ビームウエスト位置の近傍に
配置された反射鏡４２で反射されて光路が１８０°変更
される。反射鏡４２で反射されたレーザビームは、再度
コリメータレンズ３７で平行光束とされ、１／４波長板
４０を透過して偏光ビームスプリッタ３８に入射され
る。偏光ビームスプリッタ３８に入射されたレーザビー
ムは１／４波長板４０を２回透過することによって偏光
角が９０°回転され、反射面３８ａを透過して射出され
る。

【００３８】反射面３８ａを透過したレーザビームの射
出側には、アナモルフィック光学素子としての第１のプ
リズム８０が配置されている。第１のプリズム８０は、
入射されたレーザビームを、前記レーザビームのメリジ
オナル平面で屈折させるように配置されている。第１の
プリズム８０のレーザビーム射出側にはアナモルフィッ
ク光学素子としての第２のプリズム８２が配置されてい
る。

【００３９】第２のプリズム８２は、入射されたレーザ
ビームを、前記レーザビームのメリジオナル平面内で、
かつレーザビームの光軸に対して第１のプリズム８０の
屈折方向と逆側に屈折させるように配置されている。こ
れにより、第２のプリズム８２を通過したレーザビーム
の光軸方向は、第１のプリズム８０に入射される前のレ
ーザビームの光軸方向と略一致する。

【００４０】第２のプリズム８２を透過したレーザビー
ムは、第２のプリズム８２のレーザビーム射出側に配置
された偏光ビームスプリッタ８４に入射される。偏光ビ
ームスプリッタ３８の反射面３８ａを透過したレーザビ
ームは、偏光ビームスプリッタ８４の反射面８４ａも透
過する。反射面８４ａを透過したレーザビームは、偏光
ビームスプリッタ８４の表面に貼付された１／４波長板
８６を透過して射出される。１／４波長板８６の近傍に
はコリメータレンズ８８及び反射鏡９０が貼付されたピ
エゾ素子９２が順に配置されている。

【００４１】１／４波長板８６から射出されたレーザビ
ームはコリメータレンズ８８で集光され、ビームウエス
ト位置の近傍に配置された反射鏡９０で反射されて光路
が１８０°変更される。反射鏡９０で反射されたレーザ
ビームは、再度コリメータレンズ８８で平行光束とさ
れ、１／４波長板８６を透過して偏光ビームスプリッタ
８４に入射される。

【００４２】偏光ビームスプリッタ８４に入射されたレ
ーザビームは１／４波長板８６を２回透過することによ
って偏光角がさらに９０°回転され、反射面８４ａで反
射されて射出される。反射面８４ａで反射されたレーザ
ビームは、エキスパンダレンズ９４、９６によってビー
ム径が拡大されると共に平行光束とされ、レーザビーム
射出装置３２から射出されてポリゴンミラー４６に入射
される。

【００４３】一方、図２に示すように、駆動制御回路４
７は焦点位置制御装置６２に接続されている。駆動制御
回路４７は焦点位置制御装置６２に主走査方向に沿った
レーザビームの照射位置を表す信号を出力する。焦点位
置制御装置６２は図４に示すように構成される。すなわ
ち、駆動制御回路４７から入力された信号は制御部６８
に入力される。制御部６８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯ
Ｍ等がデータバス、アドレスバス等のバスによって互い
に接続されて成るマイクロコンピュータによって構成さ
れている。この制御部６８には記憶装置７０が接続され
ている。

【００４４】本実施例のレーザビーム記録装置３０で
は、レーザビームをドラム５４に巻付けられた感光材料
に照射したときのレーザビームのメリジオナル方向及び
サジタル方向のビームウエスト位置を、照射位置を主走
査方向に沿って移動させながら順次測定し、図５に示す
ようにメリジオナル方向の像面１００及びサジタル方向
の像面１０２を表すデータを予め得ている。

【００４５】そして主走査方向に沿った各位置における
メリジオナル方向の像面１００に対するサジタル方向の
像面１０２のずれ（非点隔差）を求め、前記（５）式を
記録装置３０の光学系に応じて変形した演算式に前記求
めた非点隔差をΔＺf として代入して移動量ΔＺを算出
し、ピエゾ素子４４によってレーザビームのビームウエ
スト位置をΔＺだけ移動させるための補正データを、前
記各位置と対応させて第１のテーブルとして前記記憶装
置７０に記憶している。

【００４６】また、同様に主走査方向に沿った各位置に
おける基準面（感光材料の記録面）に対するメリジオナ
ル方向の像面１００のずれ（オフセット）を求め、求め
たオフセットを所定の演算式に代入してピエゾ素子９２
により前記オフセットを補正するための補正データを演
算し、該補正データを前記各位置を対応させて第２のテ
ーブルとして記憶装置７０に記憶している。

【００４７】制御部６８の出力側にはデジタルアナログ
変換器（Ｄ／Ａ変換器）７２Ａ、７２Ｂが接続されてい
る。制御部６８は駆動制御装置４７から信号に基づいて
主走査方向に沿ったレーザビームの照射位置を判断し、
前記記憶装置７０に記憶された第１のテーブルから前記
照射位置に対応する補正データを取り込んでＤ／Ａ変換
器７２Ａに出力すると共に、前記第２のテーブルから照
射位置に対応する補正データを取り込んでＤ／Ａ変換器
７２Ｂに出力する。

【００４８】Ｄ／Ａ変換器７２Ａの出力端には増幅回路
７４Ａ、高圧駆動回路７６Ａ、ピエゾ素子４４が順次接
続されている。制御部６８から出力された補正データ
は、Ｄ／Ａ変換器７２Ａでアナログ信号に変換され増幅
回路７４Ａで増幅された後に高圧駆動回路７６Ａに入力
される。高圧駆動回路７６Ａでは入力されたアナログ信
号の電圧レベルに応じた高電圧をピエゾ素子４４へ供給
する。従って、ピエゾ素子４４には制御部６８から出力
された補正データの大きさに応じたレベルの電圧が供給
されることになる。

【００４９】なお、Ｄ／Ａ変換器７２Ｂの出力端にも上
記と同様に増幅回路７４Ｂ、高圧駆動回路７６Ｂ、ピエ
ゾ素子９２が順次接続されており、上記と同様にピエゾ
素子９２に電圧が供給される。

【００５０】次に本第１実施例の作用を説明する。半導
体レーザ３４から射出されたレーザビームは、コリメー
タレンズ３６で平行光束とされて偏光ビームスプリッタ
３８の偏光面３８ａで反射され、１／４波長板４０を透
過しコリメータレンズ３７で集光されて反射鏡４２で反
射される。反射鏡４２で反射されたレーザビームは、コ
リメータレンズ３７でほぼ平行光束とされ、１／４波長
板４０を再度透過することによって偏光ビームスプリッ
タ３８の偏光面３８ａを透過し、第１のプリズム８０、
第２のプリズム８２、偏光ビームスプリッタ８４の偏光
面８４ａを透過する。

【００５１】偏光ビームスプリッタ８４の偏光面８４ａ
を透過したレーザビームは、１／４波長板７０を透過し
コリメータレンズ８８で集光されて反射鏡９０で反射さ
れ、コリメータレンズ８８でほぼ平行光束とされ、１／
４波長板７０を再度透過することによって偏光ビームス
プリッタ８４の偏光面８４ａで反射され、エキスパンダ
レンズ９４、９６を透過してレーザビーム射出装置３２
から射出される。

【００５２】レーザビーム射出装置３２から射出された
記録用レーザビームは、同期用レーザビームと共にポリ
ゴンミラー４６によって主走査方向に沿って偏向され、
感光材料の記録面を走査される。また、同期用レーザビ
ームはリニアエンコーダ５８の受光面上を走査される。
この走査によりリニアエンコーダ５８の透明部を透過し
たレーザビームが図示しない光電変換器で受光され、光
電変換器から駆動制御回路４７にパルス信号が入力され
る。駆動制御回路４７では入力されたパルス信号に基づ
いてポリゴンミラー４６の回転を制御すると共に、主走
査方向に沿ったレーザビームの照射位置を表す信号を焦
点位置制御回路６２の制御部６８へ出力する。

【００５３】制御部６８では入力された信号に基づい
て、主走査方向に沿ったレーザビームの照射位置の移動
に応じて、対応する補正データを第１のテーブル及び第
２のテーブルから順次取り込んで、Ｄ／Ａ変換器７２
Ａ、７２Ｂへ出力する。これにより、ピエゾ素子４４に
はＤ／Ａ変換器７２Ａ、増幅回路７４Ａ、高圧駆動回路
７６Ａを介して前記第１のテーブルから取り込んだ補正
データに応じたレベルの電圧が印加され、ピエゾ素子９
２にはＤ／Ａ変換器７２Ｂ、増幅回路７４Ｂ、高圧駆動
回路７６Ｂを介して前記第２のテーブルから取り込んだ
補正データに応じたレベルの電圧が印加される。

【００５４】以下、ピエゾ素子４４、９２による集光位
置の変更について説明する。ピエゾ素子４４（ピエゾ素
子９２も）は電圧が印加されると電圧の大きさに応じて
内部に歪みが生じ、偏光ビームスプリッタ３８に接近離
間する方向（図６矢印Ａ方向）に沿って変位する。この
変位に伴って反射鏡４２も図６矢印Ａ方向に沿って移動
する。ここで、ピエゾ素子４４に印加される電圧のレベ
ルが所定値とされ、反射鏡４２が予め定められた原位置
に位置された場合、反射鏡４２で反射されたレーザビー
ムは図６に実線で示す光束（ビーム広がり角）で偏光ビ
ームスプリッタ３８から射出される。

【００５５】また、印加電圧のレベルが前記所定値から
変化し、反射鏡４２が偏光ビームスプリッタ３８に接近
する位置へ移動された場合には、レーザビームの光路長
が短くなり、見かけ上のビームウエスト位置が偏光ビー
ムスプリッタ３６に接近する方向に移動される。これに
より、反射鏡４２で反射されたレーザビームは図６に一
点鎖線で示すビーム広がり角で射出され、反射鏡４２が
原位置に位置している場合と比較してビーム広がり角が
若干広げられることになる。従って、前記見かけ上のビ
ームウエスト位置の移動量をΔＺとしたときの、プリズ
ム８０、８２を透過してドラム５４に照射されるレーザ
ビームのメリジオナル方向のビームウエスト位置とサジ
タル方向のビームウエスト位置との相対位置は、前記
（５）式に示すΔＺｆだけ変化する。

【００５６】また、印加電圧のレベルが変化して反射鏡
４２が偏光ビームスプリッタ３８から離間する位置へ移
動された場合には、レーザビームの光路長が長くなり、
見かけ上のビームウエスト位置が偏光ビームスプリッタ
３６から離間する方向に移動される。これにより、反射
鏡４２で反射されたレーザビームは図６に破線で示すビ
ーム広がり角で射出され、反射鏡４２が原位置に位置し
ている場合と比較してビーム広がり角が若干絞られるこ
とになる。従って、前記見かけ上のビームウエスト位置
の移動量をΔＺとしたときの、プリズム８０、８２を透
過してドラム５４に照射されるレーザビームのメリジオ
ナル方向のビームウエスト位置とサジタル方向のビーム
ウエスト位置との相対位置は、（５）式に示すΔＺｆだ
け前記と逆方向に変化する。

【００５７】前述のように、焦点位置制御回路６２では
駆動制御回路４７から出力される信号に基づいて第１の
テーブルから補正データを取込み、取り込んだ補正デー
タに応じたレベルの電圧をピエゾ素子４４に供給する。
このため、ドラム５４に照射されるレーザビームのサジ
タル方向の像面１０２がメリジオナル方向の像面１００
に一致するようにして非点収差が補正され、メリジオナ
ル方向の像面１００とサジタル方向の像面１０２とが主
走査方向の一端から他端に亘って一致されることにな
る。

【００５８】一方、ピエゾ素子９２の印加電圧のレベル
が変化して反射鏡９０が偏光ビームスプリッタ８４に接
近する位置へ移動された場合には、前記と同様にレーザ
ビームの光路長が短くなり、ドラム５４に照射されるレ
ーザビームのメリジオナル方向及びサジタル方向のビー
ムウエスト位置は、共にドラム５４に接近するように移
動される。また、反射鏡９０が偏光ビームスプリッタ８
４から離間する位置へ移動された場合には、レーザビー
ムの光路長が長くなり、ドラム５４に照射されるレーザ
ビームのメリジオナル方向及びサジタル方向のビームウ
エスト位置は、共にドラム５４から離間するように移動
される。

【００５９】前述のように、焦点位置制御回路６２では
駆動制御回路４７から出力される信号に基づいて第２の
テーブルから補正データを取込み、取り込んだ補正デー
タに応じたレベルの電圧をピエゾ素子９２に供給する。
このため、ドラム５４に照射されるレーザビームのオフ
セットが補正され、上記で一致されたメリジオナル方向
の像面１００及びサジタル方向の像面１０２が、ドラム
５４に巻き付けられた感光材料の記録面に、主走査方向
の一端から他端に亘って一致されることになる。

【００６０】このように、ｆ・θレンズ５２に入射され
たレーザビームは、ピエゾ素子４４の変形による光路長
の変更によって見かけ上のビームウエスト位置（見かけ
上の集光位置）が移動され、この移動によってメリジオ
ナル方向の像面１００及びサジタル方向の像面１０２の
非点収差及びオフセットが補正されるので、レーザビー
ムのメリジオナル方向及びサジタル方向のビームウエス
ト位置が走査方向の一端から他端に亘って常に感光材料
の記録面に一致されることになる。従って、感光材料に
記録される画像が部分的に不鮮明になる等の不都合が生
ずることはなく、高品質の画像が得られる。

【００６１】また、本第１実施例では、集光手段として
ＮＡ値を大きくできるコリメータレンズ３７、８８を用
いているので、前述の作用の項でも説明したように、集
光位置（ビームウエスト位置）の変更により効率的に非
点収差及びオフセットが補正され、さらに本第１実施例
ではレーザビームを反射する反射鏡４２をピエゾ素子４
４により移動させることによってレーザビームのビーム
ウエスト位置を変更するようにしたので、反射鏡４２の
実際の移動量は（５）式により求められるΔＺの半分で
済む。これは反射鏡９０についても同様である。

【００６２】また、反射鏡４２、９０は従来技術に示さ
れるシリンドリカルレンズ等と比較して非常に軽量であ
り、移動に必要なパワーも非常に小さくて済む。さら
に、反射鏡４２、９０に入射されるレーザビームはメリ
ジオナル方向及びサジタル方向共に集光されるので、反
射鏡４２、９０に入射されるレーザビームのビーム径は
非常に小さく、反射鏡４２、９０の大きさを小さくする
ことができる。従って、例えばシリンドリカルレンズを
移動させることによって非点収差及びオフセットを補正
する場合と比較して、レーザビームの走査速度を高速と
した場合にも集光位置の変更を走査速度に容易に追従さ
せることができる。また、レーザビーム記録装置３０自
体を小型化することも容易となる。

【００６３】なお、本第１実施例では、アナモルフィッ
ク光学素子として第１のプリズム８０及び第２のプリズ
ム８２をレーザビームの光路上に配置していたが、本第
１実施例では第２のプリズム８２を光軸方向を調整する
ために用いており、省略することも可能である。

【００６４】なお、本第１実施例ではピエゾ素子４４、
９２の表面に反射鏡４２、９０を貼付して変更手段を構
成していたが、例として図７に示すように、ガラス板４
５の裏面に光反射膜４３を形成し、レーザビームをガラ
ス板４５の内面で反射させるようにしてもよい。この場
合、光反射膜４３の反射面に埃が付着したり、傷等が付
くことが防止され、レーザビームの散乱等の不都合が生
ずることはない。なお、ガラス板４５表面におけるレー
ザビームのビーム径が大きいため、前記表面の埃、傷等
による影響は小さい。

【００６５】〔第２実施例〕次に本発明の第２実施例を
説明する。なお、第１実施例と同一の部分には同一の符
号を付し、説明を省略する。

【００６６】図８には本第２実施例に係るレーザビーム
射出装置３２及び焦点位置制御装置６２が示されてい
る。レーザビーム射出装置３２は半導体レーザ３４を備
えており、半導体レーザ３４のレーザビーム射出側に
は、半導体レーザ３４から射出されたレーザビームを平
行光束とする第１のレンズとしてのコリメータレンズ１
１０が配置されている。コリメータレンズ１１０のレー
ザビーム射出側には、第１実施例と同様に、入射された
レーザビームをメリジオナル平面内で屈折させるように
プリズム８０が配置されている。

【００６７】またプリズム８０のレーザビーム射出側に
は、入射されたレーザビームを集光する第２のレンズと
しての集光レンズ１１２が配置されている。集光レンズ
１１２はエキスパンダレンズとしても機能し、集光レン
ズ１１２のレーザビーム射出側に配置されたエキスパン
ダレンズ１１８と共にレーザビームのビーム径を拡大す
ると共に平行光束としてポリゴンミラー４６へ向けて射
出するようになっている。

【００６８】一方、焦点位置制御装置６２のＤ／Ａ変換
器７２Ａ、７２Ｂの出力端にはアクチュエータ１１４、
１１６が各々接続されている。アクチュエータ１１４に
は制御部６８から出力された非点隔差を補正するための
補正データがアナログ信号に変換されて入力される。ア
クチュエータ１１４はコリメータレンズ１１０を光軸方
向に沿って移動可能とされており、コリメータレンズ１
１０を入力されたアナログ信号のレベルに応じた位置に
移動させる。また、アクチュエータ１１６には制御部６
８から出力されたオフセットを補正するための補正デー
タがアナログ信号に変換されて入力される。アクチュエ
ータ１１６は集光レンズ１１２を光軸方向に沿って移動
可能とされ、集光レンズ１１２を入力されたアナログ信
号のレベルに応じた位置に移動させる。

【００６９】次に本第２実施例の作用を説明する。アク
チュエータ１１４によってコリメータレンズ１１０がプ
リズム８０に接近する位置へ移動された場合、コリメー
タレンズ１１０から射出されるレーザビームのビーム広
がり角が狭められる。これはレーザビーム射出位置（発
散点）とコリメータレンズ１１０との光学的な間隔が大
きくされたことに相当し、プリズム８０を透過してドラ
ム５４に照射されるレーザビームのメリジオナル方向の
ビームウエスト位置とサジタル方向のビームウエスト位
置との相対位置が変化する。

【００７０】また、アクチュエータ１１４によってコリ
メータレンズ１１０がプリズム８０から離間する方向に
移動された場合、コリメータレンズ１１０から射出され
るレーザビームのビーム広がり角が広がる。これはレー
ザビーム射出位置（発散点）とコリメータレンズ１１０
との光学的な間隔が小さくされたことに相当し、プリズ
ム８０を透過してドラム５４に照射されるレーザビーム
のメリジオナル方向のビームウエスト位置とサジタル方
向のビームウエスト位置との相対位置が、前記と逆方向
に変化する。

【００７１】前述のように、焦点位置制御回路６２では
駆動制御回路４７から出力される信号に基づいて第１の
テーブルから補正データを取込み、取り込んだ補正デー
タをアナログ信号に変換し、アクチュエータ１１４によ
ってアナログ信号の電圧レベルに応じた位置にコリメー
タレンズ１１０を移動させるので、ドラム５４に照射さ
れるレーザビームは、主走査方向の一端から他端に亘っ
てサジタル方向の像面１０２がメリジオナル方向の像面
１００に一致され、非点収差が補正されることになる。

【００７２】一方、アクチュエータ１１６によって集光
レンズ１１２がプリズム８０から離間する位置に移動さ
れた場合には、ドラム５４に照射されるレーザビームの
メリジオナル方向及びサジタル方向のビームウエスト位
置は、共にドラム５４に接近するように移動される。ま
た、集光レンズ１１２がプリズム８０に接近する位置に
移動された場合には、ドラム５４に照射されるレーザビ
ームのメリジオナル方向及びサジタル方向のビームウエ
スト位置は、共にドラム５４から離間するように移動さ
れる。前述のように、焦点位置制御回路６２では駆動制
御回路４７から出力される信号に基づいて第２のテーブ
ルから補正データを取込み、取り込んだ補正データをア
ナログ信号に変換し、アクチュエータ１１６によってア
ナログ信号の電圧レベルに応じた位置に集光レンズ１１
２を移動させるので、ドラム５４に照射されるレーザビ
ームのオフセットが補正され、上記で一致されたメリジ
オナル方向の像面１００及びサジタル方向の像面１０２
が、ドラム５４に巻き付けられた感光材料の記録面に、
主走査方向の一端から他端に亘って一致され、第１実施
例と同様の効果が得られる。

【００７３】なお、本第２実施例ではコリメータレンズ
１１０を光軸方向に沿って移動させることによってコリ
メータレンズ１１０とレーザビーム発散点との光学的な
間隔を変更しているので、レーザビームを反射する反射
鏡４２、９０を光軸方向に沿って移動させる場合と比較
して移動量が２倍となり、かつ移動させる物体がコリメ
ータレンズであるので、ピエゾ素子と比較してアクチュ
エータ１１４、１１６に大きなパワーが必要とされる
が、ＮＡ値の大きなコリメータレンズを使用することが
できるので、先にも述べたようにシリンドリカルレンズ
を移動させる場合と比較してレンズの移動量は大幅に小
さくなり、レーザビームの走査速度の高速化に容易に対
応することができる。

【００７４】なお、第２実施例ではアクチュエータ１１
４によってコリメータレンズ１１０を移動させるように
していたが、これに代えて半導体レーザ３４の位置を光
軸方向に沿って移動させるようにしてもよい。この場合
にもコリメータレンズ１１０とレーザビーム発散点との
光学的な間隔が変化するので、上記と同様の効果が得ら
れる。また同様に、アクチュエータ１１６により、集光
レンズ１１２の代わりにコリメータレンズ１１８を移動
させるようにしてもよい。さらに、変更手段の構成は上
記に限定されるものではなく、ＰＬＺＴ電気光学セラミ
ック等を用い光ビームのビームウエスト位置を電気的に
任意に制御することが可能な電気光学レンズ等を用いて
変更手段を構成するようにしてもよい。

【００７５】また、上記実施例では非点隔差及びオフセ
ットを予め測定して補正データを求めて記憶装置７０に
記憶しておき、画像を記録する際に記憶装置７０から補
正データを取り込んで非点隔差及びオフセットの補正を
行うようにしていたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、画像を記録する際に非点隔差及びオフセット
を測定し、非点隔差及びオフセットが０となるように変
更手段をリアルタイムで制御するようにしてもよい。

【００７６】また、上記実施例ではアナモルフィック光
学素子としてプリズムを用いた例を説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、入射されるレーザビ
ームをメリジオナル方向またはサジタル方向にのみ屈折
力を有するように配置したシリンドリカルレンズによっ
て構成するようにしてもよい。この場合にも、レーザビ
ームを集光するためにシリンドリカルレンズを用いるも
のではないので、シリンドリカルレンズのＮＡ値が悪影
響を及ぼすことはない。

【００７７】また、上記では、焦点位置制御回路６２が
駆動制御回路４７からの出力信号に基づいて第１のテー
ブルからの補正データを取り込むように構成していた
が、駆動制御回路４７の出力信号の代わりに、同期用レ
ーザビームから得られるパルス信号を用いてもよいこと
は言うまでもない。

【００７８】また、上記では画像の記録を例に説明した
が、光ビームによって画像、文字等の読み取りを行う場
合に本発明を適用することも可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
では、光ビームの光路上に少なくとも１つ存在する光ビ
ームの集光点または発散点が前側焦点位置の近傍に位置
するように配置されほぼ平行な光ビームを射出する第１
のレンズと、第１のレンズから射出された光ビームを走
査光学系のメリジオナル平面及びサジタル平面のいずれ
か一方の第１の平面内で屈折、回折または反射させるよ
うに配置されたアナモルフィック光学素子と、アナモル
フィック光学素子から射出された光ビームを集光する第
２のレンズと、を設け、被照射体へ照射された第１の平
面内の集光位置と、走査光学系のメリジオナル平面及び
サジタル平面のうち第１の平面と直交する第２の平面内
の集光位置と、が一致するように、変更手段による第１
のレンズと光ビームの集光点または発散点との光学的な
間隔の変更量を制御するようにしたので、光ビームを高
速で走査させた場合にも光ビームのメリジオナル方向の
集光位置とサジタル方向の集光位置とのずれを補正する
ことができる、という優れた効果が得られる。

【００８０】請求項２記載の発明では、上記請求項１記
載の発明に加えて、第２のレンズを透過した光ビームの
集光位置を変更する第２の変更手段を設け、前記一致さ
せた第１の平面内の集光位置及び第２の平面内の集光位
置が被照射体の照射面に一致するように第２の変更手段
を制御するようにしたので、光ビームを高速で走査させ
た場合にも、光ビームの集光位置を光軸と交差するいず
れの方向であっても被照射体の照射面と一致させること
ができる、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するために、点Ａからアナ
モルフィック光学系を通過して点Ｂに集光された光ビー
ムを、（Ａ）は図１矢印Ｙ方向、（Ｂ）は図１矢印Ｘ方
向に沿って見た概念図である。

【図２】第１実施例に係るレーザビーム記録装置の概略
構成を示す斜視図である。

【図３】第１実施例に係るレーザビーム射出装置の概略
構成を示す平面図である。

【図４】焦点位置制御装置の概略構成を示すブロック図
である。

【図５】メリジオナル方向及びサジタル方向の像面、非
点隔差及びオフセットを説明するための概念図である。

【図６】ピエゾ素子による集光位置の変更の作用を説明
するためのレーザビーム射出装置の一部平面図である。

【図７】ピエゾ素子を用いて変更手段を構成した場合の
他の例を示すレーザビーム射出装置の一部平面図であ
る。

【図８】第２実施例に係るレーザビーム射出装置の概略
構成及び焦点位置制御装置の概略構成を示す略図であ
る。

【図９】従来のレーザビーム記録装置の概略構成及びメ
リジオナル方向及びサジタル方向の像面の湾曲を説明す
る説明図である。

【図１０】非点隔差を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１２ 回転対称レンズ １４ プリズム １６ 回転対称レンズ ３０ レーザビーム記録装置 ３７ コリメータレンズ ４２ 反射鏡 ４４ ピエゾ素子 ５２ ｆ・θレンズ ６２ 焦点位置制御装置 ８０ 第１のプリズム ８２ 第２のプリズム ８８ コリメータレンズ ９０ 反射鏡 ９２ ピエゾ素子 １１０ コリメータレンズ １１２ 集光レンズ １１４ アクチュエータ １１６ アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出された光ビームを、走査レ
   ンズを備えた走査光学系により被照射体上に走査する光
   ビーム走査装置であって、 前記光ビームの光路上に少なくとも１つ存在する光ビー
   ムの集光点または発散点が前側焦点位置の近傍に位置す
   るように配置され、ほぼ平行な光ビームを射出する第１
   のレンズと、 前記第１のレンズと前記光ビームの集光点または発散点
   との光学的な間隔を変更する変更手段と、 前記第１のレンズから射出された光ビームを前記走査光
   学系のメリジオナル平面及びサジタル平面のいずれか一
   方の第１の平面内で屈折、回折または反射させるように
   配置されたアナモルフィック光学素子と、 前記アナモルフィック光学素子から射出された光ビーム
   を集光する第２のレンズと、 前記被照射体へ照射された前記第１の平面内の集光位置
   と、前記走査光学系のメリジオナル平面及びサジタル平
   面のうち前記第１の平面と直交する第２の平面内の集光
   位置と、が一致するように前記変更手段を制御する制御
   手段と、 を備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 【請求項２】 前記第２のレンズから射出された光ビー
   ムの集光位置を変更する第２の変更手段を備え、 前記制御手段は、前記一致させた集光位置が前記被照射
   体の照射面に一致するように前記第２の変更手段を制御
   することを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装
   置。