JPH0634909A

JPH0634909A - 光ビーム走査装置

Info

Publication number: JPH0634909A
Application number: JP18840892A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Kato; 喜一加藤; Hidetoshi Shinada; 英俊品田; Katsuto Sumi; 克人角
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】走査光学系の収差等による焦点位置ずれによ
る画像品質の劣化を生じさせることなく、被照射体に光
ビームが適正に集光させる。【構成】半導体レーザ３４とポリゴンミラーとの間で
偏光ビームスプリッタにより分岐された光路上にコリメ
ータレンズ３６Ｂを配設し、レンズ３６Ｂの結像点付近
にピエゾ素子４４に張り付けられた反射鏡を配設する。
被照射体と同一面上のセンサからの信号に基づいてピエ
ゾ素子４４を光軸に沿って移動させて光路長を変更す
る。これによって、ポリゴンミラーで走査するときの結
像位置は、平面になり、像面湾曲が生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビーム走査装置にか
かり、特に、光ビームを走査光学系により被照射体へ走
査する走査光学系において生じる像面湾曲等の収差を、
補正する光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】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ＣＯＭ）が知られている（特
開昭55-67722号公報）。このような光ビーム記録装置で
は、光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）及びガル
バノミラー等等の偏向手段によって偏向させた後に走査
レンズによって記録材料の記録面上に結像させ、記録材
料に情報を記録するようにしている。

【０００３】上記では、走査レンズとして次の（１）式
に示す結像関係を有するｆ・θレンズを用い、このｆ・
θレンズの焦点面（以下、像面という）に記録材料を位
置させる。

【０００４】ｓ＝ｆ・ｔａｎθ …（１）但し、ｓ：結像点の光軸からの距離ｆ：ｆ・θレンズの焦点距離 θ：光軸に対する光ビームの入射角、であるところで、ｆ・θレンズの内部の結晶が一様でない等の
理由により、偏向手段によって偏向されｆ・θレンズを
透過した光ビームは像面が平面とならない。例として図
８に示すように、半導体レーザ１００から射出されコリ
メータレンズ１０２で平行光とされたレーザビームを、
ポリゴンミラー１０４によって走査方向（図８矢印Ｃ方
向）に沿って偏向させた後にｆ・θレンズ１０６によっ
てドラム１０８に巻付けられた記録材料の記録面上に結
像させると、偏向角によってはレーザビームの焦点位置
（ビームウェスト位置）が記録面からずれ、像面が破線
１１０で図示するように湾曲する（以下、これを像面湾
曲面１１０という）。

【０００５】図８でレーザビームのビームウェスト位置
が記録面からずれている部分（特に像面湾曲面１１０の
端部近傍）では、記録面に照射される光ビームのビーム
径がビームウェスト位置におけるビーム径と比較して大
きくなり、記録面に照射される単位面積当りの光ビーム
のエネルギーが小さくなるので、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生じ
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】これを解決するために、ＰＬＺＴ電気光学
セラミック等を用い光ビームのビームウェスト位置を電
気的に任意に制御することが可能な電気光学レンズによ
り、像面湾曲面が平面となるように補正することが考え
られる。しかし、ＰＬＺＴ電気光学レンズは光透過率が
低く、かつ散乱が大きいので、光ビームのパワーを有効
に利用することができず、サイズの大きな画像を記録す
るには不向きである。また、電気光学レンズは高価であ
り、光ビーム記録装置のコストが上昇するという問題も
ある。

【０００７】また、特開平3-17610 号公報では、くさび
型のプリズムを光ビームの光路上における偏向手段の前
段に配置し、このプリズムを偏向手段による偏向と同期
するように移動させるようにした走査光学装置が提案さ
れている。くさび型プリズムはプリズム上の光ビーム透
過位置を変化させると、光ビームの光路長に変化を与え
ることができ、これに伴って光ビームのビームウェスト
位置が変化する。従って、像面の湾曲を補正して平面と
なるようにプリズムを移動させれば、光ビームのビーム
ウェスト位置を記録面と一致させることが可能となる。

【０００８】しかし、像面湾曲面は一定の曲率で湾曲し
ているような単純な曲面であることは少なく（図８参
照）、上記走査光学装置によって像面を平面とするため
には１回の光ビームの走査でプリズムを複数回複雑に往
復移動させる必要があり、光ビームの走査速度を速くす
るとプリズムの慣性等が影響してプリズムを正確に移動
できず、画像等を高速に記録することは困難であった。
また、プリズムの移動が光ビームの走査速度に追従でき
たとしても、くさび型のプリズムの移動に伴って光ビー
ムの頂角が変化するので、画素の間隔が変化し画像に歪
みが生ずるという問題もあった。

【０００９】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、走査光学系の収差等による焦点位置ずれによる画像
品質の劣化を生じさせることなく、被照射体に光ビーム
が適正に集光させ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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、光ビームを射出する光ビー
ム射出手段と、前記光ビームを集光しながら被照射体へ
走査する走査レンズを備えた走査光学系と、前記光ビー
ム射出手段と前記走査レンズとの間の光路上に配設さ
れ、かつ入射される光ビームを集光する集光手段と、反
射面を有すると共に該反射面が前記集光手段によって集
光された光ビームの集光位置近傍に配設され、かつ光軸
方向に移動可能で移動によって光路長を変更する光路長
変更手段と、前記走査光学系から被照射体方向へ照射さ
れた光ビームの集光される位置が被照射体の位置と一致
するように前記光路長変更手段を制御する制御手段と、
を備えている。

【００１１】請求項２に記載の発明は、光ビームを射出
する光ビーム射出手段と、前記光ビームを集光しながら
被照射体へ走査する走査レンズを備えた走査光学系と、
前記光ビーム射出手段と前記走査レンズとの間の光路上
に配設され、かつ入射される光ビームを光軸と交差する
方向に集光する第１の集光手段と、前記光ビーム射出手
段と前記走査レンズとの間の光路上に配設され、かつ前
記第１の集光手段が集光する方向と交差する方向に光ビ
ームを集光する第２の集光手段と、前記第１の集光手段
が集光する光を反射する第１反射面を有すると共に、該
第１反射面が前記第１の集光手段によって集光された光
ビームの集光位置近傍に配設され、かつ光軸方向に移動
可能で移動によって光路長を変更する第１の光路長変更
手段と、前記第２の集光手段が集光する光を反射する第
２反射面を有すると共に、該第２反射面が前記第２の集
光手段によって集光された光ビームの集光位置近傍に配
設され、かつ光軸方向に移動可能で移動によって光路長
を変更する第２の光路長変更手段と、前記走査光学系か
ら被照射体方向へ照射された光ビームの集光される位置
が被照射体の位置と一致するように前記第１の光路長変
更手段及び前記第２の光路長変更手段を制御する制御手
段と、を備えている。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の光ビーム走査装置において、前記光路長変更
手段は、蒸着面によって形成された反射面を有するピエ
ゾ素子であることを特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１、２ま
たは３に記載の光ビーム走査装置において、前記走査レ
ンズは、走査方向の倍率が所定値以上であることを特徴
としている。

【００１４】

【作用】先ず、本発明の基となる原理について説明す
る。平行光な光ビームを、ポリゴンミラー等の偏向手段
によって、偏向させた後にｆ・θレンズ等の走査レンズ
で集光しながら走査する場合に、この走査レンズの像面
湾曲等の収差のために、被照射体へ照射される光ビーム
の集光位置が平面にならないことは上記で既に述べた。

【００１５】走査レンズによる像面の湾曲を補正するた
めの光路長の変化は次のようにして求めることができ
る。例えば、図５示すように、半導体レーザ１４の射出
側に、焦点距離ｆ₁のコリメータレンズ１６ａ、ビーム
スプリッタ１８を順に配列し、ビームスプリッタ１８の
反射側に、コリメータレンズ１６ａと同一焦点距離ｆ₁
のコリメータレンズ１６ｂ、半導体レーザ１と等価な位
置で反射ミラー２０を順に配列する。反射ミラー２０に
よって反射されたレーザビームのビームスプリッタ１８
の射出側には、走査レンズとしての焦点距離ｆ₂のｆ・
θレンズ２２を配置し、ｆ・θレンズ２２によって結像
されるレーザビームの焦点位置（ビームウエスト）にド
ラム２４を配置する。コリメータレンズ２０とｆ・θレ
ンズ２２との間に図示しない偏向手段を配置する。

【００１６】ここで、レーザビームを特定の偏向角とな
るように偏向したときの像面湾曲量をα（ドラム２４の
表面からレーザビームのビームウェスト位置までの距
離）とすると、湾曲量αを補正するための変位量Ｄ
_C（＝移動焦点距離）は次の（２）式によって求められ
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】例えば、焦点距離ｆ₁が10mm、焦点距離ｆ
₂が500mm 、像面湾曲量が500 μｍの場合には、（２）
式より変位量Ｄ_C＝0.2 μｍが得られる。従って、この
変位量Ｄ_Cだけ半導体レーザ１と等価な位置に配設され
た反射ミラー２０を変位させる光路長変化で、ｆ・θレ
ンズ２２による焦点位置がドラム２４の表面に一致させ
ることができる。

【００１９】請求項１に記載の光ビーム走査装置は、光
ビーム射出手段が射出した光ビームを、走査光学系の走
査レンズによって集光しながら被照射体へ走査する。光
ビーム射出手段と走査レンズとの間の光路上には、集光
手段が配設され、集光手段は入射される光ビームを集光
する。この集光手段によって集光された光ビームの集光
位置近傍に光路長変更手段の反射面を配置する。この反
射面は光軸方向に移動可能であり、光路長変更手段は反
射面の光軸方向の移動によって光路長を変更する。制御
手段は、走査光学系から被照射体方向へ照射された光ビ
ームの集光される位置が被照射体の位置と一致するよう
に光路長変更手段を制御する。従って、被照射体に照射
される光ビームは、走査レンズによって集光されながら
走査されることになるが、この集光される位置は、被照
射体の位置と一致するため、走査レンズによって集光さ
れる位置が被照射体からずれることはない。

【００２０】また、請求項２に記載の光ビーム走査装置
によれば、第１の集光手段によって入射される光ビーム
が光軸と交差する方向に集光され、第２の集光手段によ
ってはこの第１の集光手段が集光する方向と交差する方
向に光ビームが集光される。各集光された光ビームの集
光位置近傍には、光軸方向に移動可能な第１反射面及び
第２反射面が対応して配設され、第１及び第２の光路長
変更手段が第１反射面及び第２反射面を移動させること
によって、対応する光路長が変更される。制御手段は、
走査光学系から被照射体方向へ照射された光ビームの集
光される位置が被照射体の位置と一致するように第１の
光路長変更手段及び第２の光路長変更手段を制御する。
これによって、光ビームの集光される位置は、光軸と交
差する何れの方向であっても、被照射体の位置と一致す
るため、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、光ビームの密度も変化すること
はない。

【００２１】上記光路長変更手段は、蒸着面によって形
成された反射面を有するピエゾ素子を用いれば、小型か
つ容易に制御することができる。

【００２２】また、走査方向の倍率、例えば横倍率が所
定値以上である走査レンズを備えた光ビーム走査装置に
あっては、広い範囲に亘って光ビームの照射が必要であ
る。このような光ビーム走査装置で、例えば、画像記録
を行うときには、僅かな被照射体からの集光位置のずれ
が、画像形成に大きく影響する。このため、上記のよう
に被照射体の位置と光ビームの集光位置とを一致させる
ことによって、高い画像品質の記録装置を提供できる。

【００２３】

【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。

【００２４】〔第１実施例〕図３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。

【００２５】レーザビーム記録装置３０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を備えている。このレーザビーム射出
装置３２は、半導体レーザを有して半導体レーザを直接
変調する場合と、ガスレーザ（例えば、Ａｒレーザ、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ等）及び変調器（ＡＯＭ、ＥＯＭ等）で
構成される変調手段を有しガスレーザから射出されるレ
ーザビームを変調手段によって変調する場合とがある。
このレーザビーム射出装置３２の射出側にはレーザビー
ムが入射されるようにポリゴンミラー４６が配設されて
いる。ポリゴンミラー４６は、後述するリニアエンコー
ダ５８の出力信号に基づいて回転が制御され、このポリ
ゴンミラー４６の回転角度を表す信号が、駆動制御回路
４７へ出力される。

【００２６】このポリゴンミラー４６の近傍には、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が
配置されている。なお、この同期用半導体レーザ４８を
用いることなく、以下の方法で同期用のレーザビームを
射出することができる。すなわち、レーザビーム射出装
置３２の射出側に、またはレーザビーム射出装置３２の
内部に、ＡＯＭを配設し、このＡＯＭによって同期用の
レーザビームを分割形成することができる。この場合、
光源は、レーザビーム射出装置３２に使用する単一の光
源で良いことになる。

【００２７】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が配置されており、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、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
射出されたレーザビームと、コリメータレンズ５０から
射出されたレーザビームと、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。

【００２８】レーザビーム射出装置３２から射出されｆ
・θレンズ５２を透過したレーザビームの光路上には、
前記レーザビームの走査方向に沿って感光ドラム５４が
配置されている。感光ドラム５４は図示しない感光材料
が巻付けられて回転するようになっている。前記レーザ
ビームはポリゴンミラー４６によって図３に破線で示す
範囲を走査するように偏向され、感光材料の記録面上に
照射される。

【００２９】一方、同期用半導体レーザ４８から射出さ
れｆ・θレンズ５２を透過したレーザビームの光路上に
は、前記レーザビームの走査方向に沿って反射ミラー５
６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３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、不透明な板材に一定幅で透明な帯状の
透明部が一定ピッチで多数形成されて構成されている。

【００３０】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、パルス信号が出力される。このパルス信号は図示し
ない制御手段に入力され、パルス信号のパルス間隔が一
定となるようにポリゴンミラー４６が制御される。これ
により、レーザビームは記録面を一定の走査速度で走査
するように偏向されることになり、感光材料に記録され
る画像の画素間隔は一定とされる。

【００３１】また、感光ドラム５４の近傍には、位置セ
ンサ６０が配設されている。位置センサ６０は透明な板
材に一定幅で帯状の不透明部が一定ピッチで多数形成さ
れたフィルタと、フィルタのレーザビーム射出側に配置
された図示しない光電変換器と、で構成され、フィルタ
の受光面が感光ドラム５４に巻付けられた感光材料の記
録面と同一面となるように配置されている。

【００３２】フィルタに設けられた不透明部の幅及びピ
ッチはリニアエンコーダ５８よりも狭く、レーザビーム
のビーム径と同程度とされている。レーザビームが位置
センサ６０のフィルタ上を走査すると、前記光電変換器
にはフィルタの透明部分を透過した光のみが受光され、
光電変換器からはレベルが正弦波状に変動する直流信号
が出力される。

【００３３】なお、上記位置センサ６０を新規に配設す
ることなく、リニアエンコーダ５８からの出力信号を利
用するようにしてもよい。この場合、リニアエンコーダ
５８のピッチをレーザビームのビーム径と同程度にすれ
ば、リニアエンコーダ５８の出力信号を走査幅（記録
幅）全域に亘って位置センサが配設されたと同等の信号
として利用することができる。

【００３４】位置センサ６０は焦点位置制御装置６２
（図２）に接続されており、焦点位置制御装置６２へ前
記信号を出力する。焦点位置制御装置６２は、入力され
た信号に応じてレーザビーム射出装置３２から射出され
るレーザビームを発散光束、収束光束及び平行光束の何
れかに光路長を変更することにより変更する。従って、
ｆ・θレンズ５２を介して感光ドラム５４上に照射され
るレーザビームの焦点（ビームウエスト）位置が光軸方
向に沿って移動することができる。

【００３５】次に、上記レーザビーム射出装置３２を詳
細に説明する。図１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を備えており、この半導体
レーザ３４の射出側には、第１のコリメータレンズ３６
Ａが配設されている。この第１のコリメータレンズ３４
のレーザビーム射出側に偏光ビームスプリッタ３８が配
置されている。第１のコリメータレンズ３６Ａから射出
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
面に張り付けられた１／４波長板４０を透過して射出さ
れる。

【００３６】１／４波長板８４の近傍には第２のコリメ
ータレンズ３６Ｂ及び反射鏡４２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第
２のコリメータレンズ３６Ｂで収束され、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、第２のコリメータレン
ズ３６Ｂ、及び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３
８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°回転されるので、
反射面３８ａを透過して射出される。この反射面３８ａ
を透過したレーザビームは、ポリゴンミラー４６に入射
される（図３）。

【００３７】また、位置センサ６０には焦点位置制御装
置６２を介してピエゾ素子４４が接続されている。焦点
位置制御装置６２は、位置センサ６０から出力された信
号のレベル変動の大きさが最大となるようにピエゾ素子
４４に電圧を印加する。ピエゾ素子４４の表面には前述
の反射鏡４２が貼付されている。ピエゾ素子４４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
１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１矢印Ａ方向に沿って移動する。

【００３８】反射鏡４２が予め定められた原位置に位置
されていた場合、反射鏡４２で反射されたレーザビーム
は図１に実線で示す光束（ビーム幅）で偏光ビームスプ
リッタ３８から射出される。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、反射鏡４２で反射された
レーザビームは図１に一点鎖線で示すビーム幅で射出さ
れ、反射鏡４２が原位置に位置している場合と比較して
ビーム幅が若干広げられることになる。従って、ｆ・θ
レンズ５２によって結像されるレーザビームのビームウ
ェスト位置は感光ドラム５４に接近するように移動され
る。

【００３９】また、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、反射鏡４２で反射されたレーザ
ビームは図１に破線で示すビーム幅で射出され、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幅が
若干絞られることになる。従って、ｆ・θレンズ５２に
よって結像されるレーザビームのビームウェスト位置は
感光ドラム５４から離間するように移動される。

【００４０】位置センサ６０は焦点位置制御装置６２
（図２）に接続されており、焦点位置制御装置６２へ前
記信号を出力する。焦点位置制御装置６２は、入力され
た信号に応じてレーザビーム射出装置３２から射出され
るレーザビームを発散光束、収束光束及び平行光束の何
れかに光路長を変更することにより変更する。従って、
ｆ・θレンズ５２を介して感光ドラム５４上に照射され
るレーザビームの焦点（ビームウエスト）位置が光軸方
向に沿って移動することができる。

【００４１】図２には、位置センサ６０から出力される
信号に基づいてピエゾ素子４４を変形させるための流れ
がブロック図として示されている。

【００４２】位置センサ６０から出力される信号は、ピ
ークホールド回路６４へ入力され、ピークホールド回路
６４は最大最小の値をアナログ値として保持する。保持
された最大最小の値のアナログ信号は、アナログデジタ
ル変換器６６によってデジタル値に変換されて制御部６
８へ入力される。

【００４３】制御部６８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ
等がバス等で接続されるマイクロコンピユータによって
構成されている。またこの制御部６８には、予め測定さ
れた基準位置（ｆ・θレンズ５２から所定距離Ｌの被照
射体の位置）におけるｆ・θレンズ５２によるレーザビ
ームの射出方向と基準位置からの像面湾曲量のオフセッ
ト値とが対応されたテーブル、すなわち像面湾曲曲線
（図４）が記憶された記憶装置７０が接続されている。
従って、制御部６８は、入力された信号、すなわち基準
位置における信号から、テーブルを参照してレーザビー
ムの射出位置に対応して生じる像面湾曲に応じたオフセ
ット量を出力する。

【００４４】この制御部６８から出力されたオフセット
量は、デジタルアナログ変換器７２によってアナログ値
に変換され、増幅回路７４を介して高圧駆動回路７６へ
出力される。この介して１ライン分のデータを記憶する
ラインバッファ１８２へ出力する。この高圧駆動回路７
６は、入力されたアナルグ信号に応じた高電圧をピエゾ
素子４４に印加する。これによって、ピエゾ素子４４
は、変形され、上記光路長を変更することができる。

【００４５】また、制御部４８には、上記駆動制御回路
４７からのポリゴンミラー４６の回転角度を表す信号が
入力され、制御部４８は、入力された信号に基づいてポ
リゴンミラー４６の回転と同期して、すなわちポリゴン
ミラー４６の回転によるレーザビームの１走査中に、ピ
エゾ素子４４が制御されるように信号を出力する。

【００４６】次に、本第１実施例の作用を説明する。半
導体レーザ４４から射出され反射鏡４２で反射されて偏
光ビームスプリッタ３８を透過したレーザビームは、ポ
リゴンミラー４６によって偏向されて位置センサ６０の
受光面及び感光材料の記録面を走査される。この走査に
より、位置センサ６２からはレベルが正弦波状に変動す
る直流信号が出力される。この信号のレベル変動の大き
さ（最大値と最小値との差）は、フィルタに照射される
レーザビームのフィルタ上におけるビーム径によって変
化する。すなわち、ビーム径が小さい場合にはフィルタ
の不透明部でレーザビームの透過が遮られる光量が増加
しかつ透明部でレーザビームの透過量が増加するために
変動が大きく、ビーム径が大きくなるとフィルタの単位
面積当りのエネルギーが小さく平均化されるので変動が
小さくなる。

【００４７】この位置センサ６０から出力された信号
は、焦点位置制御回路６２に入力され、ピークホールド
回路６４に値が保持されると共にアナログデジタル変換
器６６を介してマイクロコンピュータ６８に一時的に記
憶される。次に、ピエゾ素子４４への高圧を変化させ僅
かに変形させたときの位置センサ６０から出力された信
号を読み取り、前回の値と比較して比較値が増加した場
合同一方向へ減少した場合逆方向へピエゾ素子４４を変
形させる。この処理を、信号のレベル変動の大きさが最
大になるまで繰り返す（最大最小演算処理）。これによ
って、位置センサ６０に照射されるレーザビームのビー
ム径（ビームウエスト）が最小となり、位置センサ６０
にレーザビームを照射する偏向方向に対応するピエゾ素
子４４の変形量が定まる。

【００４８】ここで、マイクロコンピュータ６８には、
基準位置における像面湾曲曲線のテーブルが記憶されて
いる（図４）。従って、上記最大最小演算処理によって
求めた値に、テーブルの位置センサ６０に対応する基準
値のオフセット量を反映させることによって、全ての偏
向方向に対して、レーザビームのビーム径が最小である
状態を維持しつつ感光ドラム５４を走査することができ
るピエゾ素子４４の変形量に対応する値を求めることが
できる。

【００４９】従って、焦点位置制御回路６２では、位置
センサ６０から出力される信号に基づきテーブルを参照
してピエゾ素子４４を制御する。このために、ｆ・θレ
ンズ５２によって結像されるレーザビームの像面の湾曲
は補正され、像面の位置は感光材料の記録面からずれる
ことなく、像面の位置が感光材料の記録面に一致するよ
うに補正されて走査記録される。

【００５０】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
の変更によってビームウェスト位置が変化され、この変
化によってｆ・θレンズ５２による像面の湾曲がキャン
セルされるので、レーザビームは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上に結像されることに
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。

【００５１】〔第２実施例〕次に、本発明の第２実施例
を説明する。第２実施例は、感光ドラムへ照射するレー
ザビームの焦点位置を、光軸と直交しかつ、各々直交す
る方向（所謂、サジタル及びメリジオナル方向）のレー
ザビームについて別個に制御するものであり、上記第１
実施例と略同様の構成のため、異なる部分についてのみ
説明する。

【００５２】図６に示すように、第２実施例のレーザビ
ーム射出装置３２は、半導体レーザ３４を備えており、
この半導体レーザ３４の射出側には、コリメータレンズ
８０が配設されている。このコリメータレンズ８０のレ
ーザビーム射出側に第１の偏光ビームスプリッタ８２が
配置されている。なお、このコリメータレンズ８０は、
第１の偏光ビームスプリッタ８２の表面に張り付けられ
ている。コリメータレンズ８０から射出されたレーザビ
ームは、第１の偏光ビームスプリッタ８２の反射面８２
ａで反射され、第１の偏光ビームスプリッタ８２の表面
に張り付けられた１／４波長板４０を透過しかつ、この
１／４波長板４０の表面に張り付けられた第１のシリン
ドリカルレンズ８４を透過して射出される。この第１の
シリンドリカルレンズ８４の射出側には表面に反射膜８
６が蒸着された第１のピエゾ素子８８が配置されてい
る。

【００５３】１／４波長板４０から射出されたレーザビ
ームは第１のシリンドリカルレンズ８４で一方が収束さ
れ、反射膜８６で反射されて光路が１８０°変更され
る。反射膜８６で反射されたレーザビームは、再度、第
１のシリンドリカルレンズ８４、及び１／４波長板４０
を透過して第１の偏光ビームスプリッタ８２に入射され
る。第１の偏光ビームスプリッタ８２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°回転されるので、反射面８２ａを透過
して射出される。この反射面８２ａを透過したレーザビ
ームは、第１の偏光ビームスプリッタ８２に張り付けら
れた第２の偏光ビームスプリッタ９０に入射される。

【００５４】この第１及び第２の偏光ビームスプリッタ
８２、９０は、偏光角度が同一とされ、反射面８２ａを
透過したレーザビームは、第２の偏光ビームスプリッタ
９０の反射面９０ａも透過する。この反射面９０ａを透
過したレーザビームは、第２の偏光ビームスプリッタ９
０の表面に張り付けられた１／４波長板４０を透過し、
かつ１／４波長板４０の表面に張り付けられた第２のシ
リンドリカルレンズ９２を透過して射出される。この第
２のシリンドリカルレンズ９２の射出側には表面に反射
膜９４が蒸着された第２のピエゾ素子９４が配置されて
いる。

【００５５】反射面９０ａを透過したレーザビームは第
２のシリンドリカルレンズ９２で上記第１のシリンドリ
カルレンズ８４で収束される方向と直交する他方が収束
され、反射膜９４で反射されて光路が１８０°変更され
る。反射膜９４で反射されたレーザビームは、再度、第
２のシリンドリカルレンズ９２、及び１／４波長板４０
を透過して第２の偏光ビームスプリッタ９０に入射され
る。第２の偏光ビームスプリッタ９０に入射されたレー
ザビームは上記と同様に偏光角が９０°回転されるの
で、反射面９０ａで反射されて光路が９０°偏光されて
射出される。この反射面９０ａで反射されたレーザビー
ムは、ポリゴンミラー４６に入射される（図３）。

【００５６】次に、第２実施例の作用を説明する。半導
体レーザ３４から射出され反射膜８６で反射されて偏光
ビームスプリッタ８２を透過して反射膜９４で反射され
て偏光ビームスプリッタ９０を反射したレーザビーム
は、ポリゴンミラー４６によって偏向されて位置センサ
６０の受光面及び感光材料の記録面を走査する。ｆ・θ
レンズ５２によって結像されるレーザビームの像面の湾
曲は、光軸と交差する平面における方向によって異なる
場合がある。例えば、半導体レーザ３４は、一般に非点
収差を有しており、接合面の沿う方向と接合面と直交す
る方向とではレーザビームの射出角度が異なる。このた
め、同一パワー、すなわち回転対称の球面レンズによっ
てコリメートしたのでは、焦点（ビームウエスト）位置
が異なる。従って、球面レンズによるコリメート光をｆ
・θレンズで収束すると、結像されるレーザビームの像
面の湾曲は、レーザビームの光軸と交差する方向と角度
で異なることになる。

【００５７】そこで、第２実施例では、光軸と交差しか
つ各々が交差する方向のレーザビームの焦点位置調整を
別個に行っている。すなわち、上記各ピエゾ素子８８、
９６には焦点位置制御装置６２が接続されており、焦点
位置制御装置６２は、位置センサ６０から出力された信
号のレベル変動の大きさが最大となるように各ピエゾ素
子８８、９６に同一または異なる電圧を印加する。

【００５８】反射膜８６、９４の各々が予め定められた
原位置において、各々の反射膜８６、９４で反射された
レーザビームが図６に実線で示す平行光束（ビーム幅）
で偏光ビームスプリッタ８２、９０の各々で入射及び射
出されるものとした場合、各ピエゾ素子８８、９６は以
下のように作動する。

【００５９】ピエゾ素子８８は電圧が印加されると電圧
の大きさに応じて、偏光ビームスプリッタ８２に接近離
間する方向（図６矢印Ｂ方向）に沿って変位する。この
変位に伴って反射膜８６も図６矢印Ｂ方向に沿って移動
する。

【００６０】反射膜８６が偏光ビームスプリッタ８２に
接近する位置へ移動された場合には、第１のシリンドリ
カルレンズ８４の集光方向（図６の光路Ｈに沿って紙面
水平方向）のレーザビームの光路長のみが短くなり、反
射膜８６で反射されたレーザビームは、反射膜８６が原
位置に位置している場合と比較してビーム幅が若干広げ
られて偏光ビームスプリッタ８２から射出されることに
なる。従って、ｆ・θレンズ５２によって結像されるレ
ーザビームのビームウェスト位置Ｗ１は、図７に示した
ように、感光ドラム５４に接近するように移動される。

【００６１】また、反射膜８６が偏光ビームスプリッタ
８２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、反射膜８６で反射されたレーザ
ビームは、反射膜８６が原位置に位置している場合と比
較してビーム幅が若干絞られて偏光ビームスプリッタ８
２から射出されることになる。従って、ｆ・θレンズ５
２によって結像されるレーザビームのビームウェスト位
置は感光ドラム５４から離間するように移動される（図
７反矢印Ｐ方向）。

【００６２】同様に、ピエゾ素子９６は電圧が印加され
ると電圧の大きさに応じて、偏光ビームスプリッタ９０
に接近離間する方向（図６矢印Ｃ方向）に沿って変位す
る。この変位に伴って反射膜９４も図６矢印Ｃ方向に沿
って移動する。

【００６３】反射膜９４が偏光ビームスプリッタ９０に
離間する位置へ移動された場合には、第２のシリンドリ
カルレンズ９２の集光方向（図６の光路Ｈに沿って紙面
垂直方向）のレーザビームの光路長のみが長くなり、反
射膜９４で反射されたレーザビームは、反射膜９４が原
位置に位置している場合と比較してビーム幅が若干絞ら
れて偏光ビームスプリッタ９０から射出されることにな
る。従って、ｆ・θレンズ５２によって結像されるレー
ザビームのビームウェスト位置Ｗ２は、図７に示したよ
うに、感光ドラム５４から離間するように移動される。

【００６４】また、反射膜９４が偏光ビームスプリッタ
９０から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、反射膜９０で反射されたレーザ
ビームは、反射膜８６が原位置に位置している場合と比
較してビーム幅が若干広げられて偏光ビームスプリッタ
８２から射出されることになる。従って、ｆ・θレンズ
５２によって結像されるレーザビームのビームウェスト
位置は感光ドラム５４に接近するように移動される（図
７矢印Ｐ方向）。

【００６５】従って、像面の位置が、光軸と交差する平
面における方向によって異なって、感光材料の記録面か
らずれても、位置センサ６０から出力される信号のレベ
ル変動の大きさの低下として検出され、焦点位置制御装
置６２は位置センサ６０から出力される信号のレベル変
動の大きさが最大となるようにピエゾ素子８８、９６の
各々に印加する電圧を変化させ、これに伴って反射膜８
６、９４の各々の位置が移動される。このため、像面の
位置が感光材料の記録面に一致するように補正され、周
囲環境の変動に拘わらず高品質で画像を記録することが
できる。

【００６６】上記第２実施例では、光路長を変更するた
めにピエゾ素子へ反射膜を形成しているので、ピエゾ素
子上に反射鏡を張り付けて駆動するような負荷が生じる
ことなく、ピエゾ素子単体で駆動するための制御を行う
のみでよく、安定かつ信頼性が高い駆動を行うことがで
きる。

【００６７】また、上記第２実施例では、偏光ビームス
プリッタへコリメータレンズを張り付けると共に、１／
４波長板を張り付けさらにシリンドリカルレンズを張り
付けている。この張り付けるためのレンズには、グレー
ティングレンズやフレネルレンズ等の中心肉厚が薄くか
つ高パワーのレンズを用いることができる。このような
レンズは、大量生産及び組み付けが容易である。従っ
て、第２実施例のように、交差する方向のレーザビーム
の像面湾曲等の焦点位置ずれを独立して調整する装置を
形成するに際しても、容易に形成することができる。

【００６８】更に、上記シリンドリカルレンズは、屈折
率分布型レンズ、例えばセルフォックレンズ（商品名）
やグリーンレンズを用いることができる。この屈折率分
布型レンズは板状に形成されかつレンズパワーを有する
ため、レンズの肉厚は一定となり、１／４波長板と同様
に張り付けは容易である。従って、大量生産及び組み付
けは更に容易となる。

【００６９】なお、上記実施例では、感光ドラムと同一
面上に配設された位置センサによって得られる信号に基
づいてピエゾ素子を制御するようにしたが、このように
新規に位置センサを設けることなく、リニアエンコーダ
の出力信号を利用してもよい。また、このようなセンサ
を用いることなく、予め設定された焦点位置を含む平面
上で像面の湾曲の補正制御をするようにしてもよい。

【００７０】また、上記実施例では、光ビームとして半
導体レーザから射出されたレーザビームを用いた例につ
いて説明したが、本発明これに限定されるものではな
く、気体レーザ、固体レーザ及び色素レーザ等のレーザ
装置から射出されるレーザビームを用いてもよく、ま
た、ＬＥＤ等の発光素子から射出される光ビームを用い
てもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
発明によれば、光ビームを集光する集光手段の集光され
た光ビーム位置近傍に配設された反射面を光軸方向に移
動することによって光路長を変更しているため、被照射
体上へ集光される光ビームの集光位置を容易に変更する
ことができる、という効果がある。

【００７２】請求項２に記載した発明によれば、入射さ
れる光ビームを各々光軸と交差する方向について別個に
光路長を変更するようにしたので、縦倍率が光束の位置
によって異なる光ビームの焦点位置調整が容易に行うこ
とができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】第１実施例に係る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３】本発明が適用可能な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４】記憶装置に記憶された像面湾曲量を示す概念図
である。

【図５】像面の湾曲を補正するための光路長の変化を説
明するための概念図である。

【図６】第２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７】第２実施例のレーザビーム射出装置におけるレ
ーザビームの収束状態を説明するための概念図である。

【図８】従来のレーザビーム記録装置の概略構成及び像
面の湾曲を説明する説明図である。

【符号の説明】

３２レーザビーム射出装置３４半導体レーザ３６Ａ第１のコリメータレンズ３６Ｂ第２のコリメータレンズ３８偏光ビームスプリッタ４０１／４波長板４２反射鏡４４ピエゾ素子４６ポリゴンミラー５２ｆ・θレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを射出する光ビーム射出手段
と、前記光ビームを集光しながら被照射体へ走査する走査レ
ンズを備えた走査光学系と、前記光ビーム射出手段と前記走査レンズとの間の光路上
に配設され、かつ入射される光ビームを集光する集光手
段と、反射面を有すると共に該反射面が前記集光手段によって
集光された光ビームの集光位置近傍に配設され、かつ光
軸方向に移動可能で移動によって光路長を変更する光路
長変更手段と、前記走査光学系から被照射体方向へ照射された光ビーム
の集光される位置が被照射体の位置と一致するように前
記光路長変更手段を制御する制御手段と、を備えた光ビーム走査装置。
【請求項２】光ビームを射出する光ビーム射出手段
と、前記光ビームを集光しながら被照射体へ走査する走査レ
ンズを備えた走査光学系と、前記光ビーム射出手段と前記走査レンズとの間の光路上
に配設され、かつ入射される光ビームを光軸と交差する
方向に集光する第１の集光手段と、前記光ビーム射出手段と前記走査レンズとの間の光路上
に配設され、かつ前記第１の集光手段が集光する方向と
交差する方向に光ビームを集光する第２の集光手段と、前記第１の集光手段が集光する光を反射する第１反射面
を有すると共に、該第１反射面が前記第１の集光手段に
よって集光された光ビームの集光位置近傍に配設され、
かつ光軸方向に移動可能で移動によって光路長を変更す
る第１の光路長変更手段と、前記第２の集光手段が集光する光を反射する第２反射面
を有すると共に、該第２反射面が前記第２の集光手段に
よって集光された光ビームの集光位置近傍に配設され、
かつ光軸方向に移動可能で移動によって光路長を変更す
る第２の光路長変更手段と、前記走査光学系から被照射体方向へ照射された光ビーム
の集光される位置が被照射体の位置と一致するように前
記第１の光路長変更手段及び前記第２の光路長変更手段
を制御する制御手段と、を備えた光ビーム走査装置。
【請求項３】前記光路長変更手段は、蒸着面によって
形成された反射面を有するピエゾ素子であることを特徴
とする請求項１または２に記載の光ビーム走査装置。
【請求項４】前記走査レンズは、走査方向の倍率が所
定値以上であることを特徴とする請求項１、２または３
に記載の光ビーム走査装置。