JPH0695016A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高精細な光走査を行う際にも、簡易
な構成で安価であると同時に、画像走査速度を向上する
ことができるという光走査装置を提供することを目的と
する。 【構成】波長の異なる複数の光源から射出された、画像
情報にしたがって変調された光ビームは、各々の集光光
学系により集光ビームに整形される。個々の集光ビーム
は、ハーフミラーにより１本の軸に沿って進行するべく
結合作用を受け、プリズムミラーに入射される。プリズ
ムミラーはモータの軸に固定されておりこの回転駆動に
よって個々の集光ビームは放射状に偏向作用を受ける。
ここでプリズムミラーのプリズム面の作用により、光ビ
ームはその波長によって異なる角度で屈折作用を受ける
ので、受光面上での焦点位置は、回転軸方向に並列す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子計算機から送られ
てくる画像信号を印字出力する記録装置等において、レ
ーザビーム等の光ビームを電子計算機等からの画像信号
に応じて偏向、変調制御する光走査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、製版技術等に用いられる高精細光
走査装置として、円筒状の受光面の内面を螺旋状に走査
するための傾斜ミラーを有したポストオブジェクティブ
型の光走査装置が用いられていた。ポストオブジェクテ
ィブ型とは、傾斜ミラーの様な光偏向器より光ビーム下
流側に、結像光学系を用いない構成の光走査装置の事を
言う。

【０００３】以下、このような光走査装置について図４
を用いて詳記する。

【０００４】図４は従来の光走査装置３１として傾斜ミ
ラー３５を用いた光走査装置３１を備えた光書き込み装
置を示す側面図である。

【０００５】画像信号によって変調される光源３３から
の光ビームは、コリメートレンズ３４により平行ビーム
とされた後、集光レンズ３５を経て傾斜ミラー３７に入
射する。この傾斜ミラー３７は、円柱状の本体を斜めに
切断して形成した反射面を備え、前記集光ビーム３６を
反射する。傾斜ミラー３７はモータ３８によって軸回り
に一定速度で回転するので、集光ビーム３６は等角速度
で放射状に偏向される。集光レンズ３５の作用による光
ビームの焦点軌跡付近上には、円筒状の受光面３２が位
置しており、モータ３８の回転にしたがって、受光面３
２は、順次、モータ３８の回転軸方向に移動する。

【０００６】これによって、受光面３２は螺旋状に走査
され、所定の画像が記録される。

【０００７】ここで、高精細光走査装置と呼ばれるもの
は、画像記録密度において１０００ｄｐｉ以上、つまり
受光面３２における光ビーム径が２５μｍ以下程度であ
るものを指している。

【０００８】また、この様な画像記録密度を得るための
光走査装置として、公知の回転多面鏡とｆθレンズと呼
ばれる結像レンズ系を用いるものもある。

【０００９】前記傾斜ミラー３７の反射面は、研削等の
手段により鏡面加工を行って得るものや、ガラス等の表
面に金属蒸着膜をつけることによって得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の光走査装置においては、傾斜ミラーを用い
るものでは、反射面が１面しか無いことから画像走査速
度が非常に遅いという問題点があった。例えば、モータ
１１が１回転する間に受光面が１０μｍ移動する、つま
り１０μｍ幅の領域を走査する様な光走査装置において
は、モータ１１の回転数として比較的高速な３万ｒｐｍ
を選んだとしても、受光面の移動方向に３００ｍｍ幅を
走査するには、６０秒の時間を要してしまう。

【００１１】また、回転多面鏡と結像レンズ系を用いた
光走査装置では、例えば回転多面鏡の鏡面数が６面のも
のであれば、上記の走査速度は傾斜ミラーを用いたもの
に較べ、６倍となるが、その反面、装置構成が複雑であ
り、容積的にも巨大化を免れる事が出来ず、結果的に安
価に構成することが出来ないという問題点がある。

【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、高精細な光走査を行う際にも、
簡易な構成で安価に実現できると同時に、画像走査速度
を向上することが出来るという光走査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る光走査装置においては、画像情報にし
たがって変調された光ビームを発する、各々の発振波長
の異なる複数の光源と、個々の光源からの光ビームをそ
れぞれ集光するための複数の集光光学系と、集光作用を
受けた個々の光ビームを、共通の軸に沿って進行させる
ための結合光学系と、該軸を中心に回転し、該軸に沿っ
て進行してくる該複数の光ビームを放射状に偏向するた
めの偏向ミラーと、該偏向ミラーを該軸を中心に回転駆
動する回転駆動手段とからなる光走査装置であって、該
偏向ミラーは、該複数の光ビームがその中を通過する透
光部を有し、該透光部は、該軸の垂直面に対し、斜面と
なる平面であるプリズム面と、該複数の光ビームを該軸
に対して略垂直方向に反射させる平面である反射面と、
該軸に平行な平面であり、該複数の光ビームを該透光部
より射出する射出面とを有している。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明においては、波長の
異なる各光源から発せられた光ビームは光源の光ビーム
下流側にある各々の集光光学系により個別に集光作用を
受け、集光ビームとして整形される。

【００１５】集光作用を受けた各ビームは結合光学系に
おいて、その進行方向を同軸に結合される。該軸は、回
転駆動手段の回転軸とも共通となっている。

【００１６】同軸に進行する異波長の光ビーム組は、さ
らに回転駆動手段の作用により回転する偏向ミラーのプ
リズム面より透光部に入射する。

【００１７】該プリズム面は、該軸の垂直面に対して斜
面となっているため、各々の光ビームは、その波長にし
たがって別の屈折角度を持って曲げられるため、以後の
光路は共通ではなくなる。

【００１８】プリズム面を通過し、透光部に入射された
各光ビームは、反射面において回転軸に対し略垂直の方
向に偏向され、射出面から透光部より射出される。反射
面及び射出面は、光ビームの集光作用を妨げぬように、
平面にて構成されている。

【００１９】以上、偏向ミラーを通過した各光ビーム
は、最終的に受光面において個別の位置にて焦点を結
び、その焦点位置は該軸方向に並列する。偏向ミラーの
回転と、受光面の該回転軸方向への移動により、該複数
の焦点は受光面である円筒内面を螺旋状に走査する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００２１】図１は光走査装置１を構成する各部材と、
光走査装置１を囲む円筒状の受光面２とを備えた光書き
込み装置を示す側面図であり、これを用いて、本実施例
の光走査装置１の構成及び動作を詳細に説明する。ただ
し、受光面２については図中円筒形状の断面をもって表
示する。

【００２２】第１の光源３と、この光下流側に第１のコ
リメータレンズ４、さらに光下流側に第１の集光レンズ
５が、それらの相対位置を変化することの無いように１
直線上に固定されている。

【００２３】また、第２の光源６と、この光下流側に第
２のコリメータレンズ７、さらに光下流側に第２の集光
レンズ８が、同様に１直線上に固定されている。

【００２４】本発明の集光光学系とは、第１のコリメー
トレンズ４と第１の集光レンズ５とから成り、および、
第２のコリメータレンズ７と第２の集光レンズ８とから
成る。

【００２５】第１の集光レンズ５からは、第１の集光ビ
ーム１３が射出され、第２の集光レンズ８からは第２の
集光ビーム１４が射出される。

【００２６】前記第１の光源３は波長７８０ｎｍ、前記
第２の光源は波長６６０ｎｍの半導体レーザ装置からな
り、外部画像入力信号を受けて強弱に変調された光ビー
ムを点光源として放射状に射出する。

【００２７】前記第１のコリメータレンズ４は、第１の
光源３から放射状に射出された光ビームを平行ビームと
するためのガラス非球面凸レンズであり、前記第２のコ
リメータレンズ７は、同様な作用を得るための別のガラ
ス非球面凸レンズである。

【００２８】前記第１の集光レンズ５は、この平行ビー
ムを集光して、第１の集光ビーム１３として焦点を結ば
せるためのガラス球面凸レンズであり、前記第２の集光
レンズ８は同様に第２の集光ビーム１４を得るための別
のガラス球面凸レンズである。

【００２９】平行ビームを集光レンズの作用でスポット
状に焦点を結ばせる場合、そのスポット径２ωは、ω＝
２ｆλ／Ａπ（ｆは集光レンズの焦点距離、λは光の波
長、Ａは平行ビームの１／ｅ2ビーム径）で与えられ、
ｆ，λが与えられた場合、平行ビームのビーム径を大き
くすればより小さいスポット径２ωが得られる。

【００３０】従って焦点位置にて所要ビーム径を得るた
めに上式の関係を満たすように平行ビームのビーム径及
び集光レンズの焦点距離を決定することが必要となる。

【００３１】具体的な数値例を上げるならば、焦点位置
でのスポット径を２０μｍとすると、第１の集光レンズ
４については焦点距離１００ｍｍのとき、平行ビームの
ビーム径は５．０ｍｍ、第２の集光レンズ８については
焦点距離７０ｍｍのとき、平行ビームのビーム径は３．
５ｍｍと算出された。

【００３２】第１の集光レンズ５の光下流側には反射ミ
ラー９が光進行方向に対し４５度の角度にて固定してあ
り、第２の集光レンズ８の光下流側にはハーフミラー１
０が光進行方向にたいし４５度の角度にて軸１１方向に
固定してあり、これらは軸１１方向に並列している。

【００３３】本発明の結合光学系は、反射ミラー９とハ
ーフミラー１０とから成る。

【００３４】反射ミラー９、ハーフミラー１０は、どち
らもガラス基板上に金属膜を蒸着したものであり、反射
ミラー９は反射面において光がほぼ全部反射作用を受け
るのに対し、ハーフミラー１０は反射面において、光は
半分が通過し、半分が反射されるというものである。

【００３５】反射ミラー９とハーフミラー１０の位置に
関してさらに詳細には、第１の集光ビーム１３について
は反射ミラー９で反射し、ハーフミラー１０を通過する
ことによって、また、第２の集光ビーム１４については
ハーフミラー１０で反射することによって、それら個々
の光ビームの光軸がハーフミラー１０の光下流側では共
に軸１１と一致して進行するような作用が得られる位置
に固定されている。

【００３６】また、第２の集光ビーム１４がハーフミラ
ー１０を通過して直進する位置には、光吸収部１２が備
えられている。光吸収部１２は、黒色で表面粗さの粗い
板材であり、入射される光を吸収散乱させるものであ
る。

【００３７】軸１１に沿ったハーフミラー１０の光下流
側には、モータ２０およびモータ２０の回転シャフト１
９に固定されたプリズムミラー１５が配置されている。

【００３８】回転シャフト１９は、該軸１１を中心に回
転するよう位置が決められており、同時に回転するプリ
ズムミラー１５によって光ビームは軸１１に対して略垂
直方向に偏向作用を受け、軸１１を中心に放射状に回転
するように作用を受け、このプリズムミラー１５によっ
て本発明の偏向ミラーが構成される。

【００３９】図２は、プリズムミラー１５を示す斜視図
である。

【００４０】プリズムミラー１５は、透光部２１及び整
形部材２２からなり、このうち透光部２１は、軸１１に
沿って入射する光ビームをその波長にしたがって別々の
角度で屈折するプリズム面１６と、軸１１に対して４５
度の傾斜を持つ平面にて光ビームを反射する反射面１７
と、反射面１７によって反射された光ビームがプリズム
ミラー１５から射出される平面である射出面１８とを有
している。

【００４１】透光部２１は光波長にしたがってその屈折
率が比較的大きく変化する材料、具体的な例としてはフ
リントガラスによって作られている。

【００４２】プリズム面１６の軸１１に対する角度は、
各光ビームの波長と透光部２１の材質および各集光ビー
ムの焦点位置の軸１１方向の間隔によって、後述する希
求方法によって決定することが出来る。

【００４３】プリズム面１６及び、射出面１８は前記透
光部２１を所定の角度にて平面研磨することによって作
ることができ、また、反射面１７は、前記透光部２１を
軸１１に対して４５度にて平面研磨された面に対して金
属蒸着を施す。

【００４４】また、ここにて言及されていない面の形成
については荒削り加工によるスリガラス面で十分であ
る。

【００４５】整形部材２２については、プリズムミラー
１５全体の形状を略直方体にするための３角柱形状とし
て、透光部２１に接着することによってプリズムミラー
１５を形成する。

【００４６】モータ２０は、定速回転性に優れる公知の
ＤＣサーボモータ等が用いられる。

【００４７】モータ２０の回転変動許容値は、モータ１
回転当りの走査線の解像点数Ｒから求められ、回転変動
は１／（４Ｒ）＊１００（％）程度に抑えなければなら
ない。いま、具体的に１走査中に解像点数ＲがＲ＝１０
０００点の解像点を必要とするならば、回転変動は０．
００２５％以下程度が必要となる。もし、モータ２０の
負荷（本実施例の場合はプリズムミラー１５）の回転バ
ランスが十分とられていないならば、回転変動値は上記
の値を満たすことが不可能となる場合もある。

【００４８】また、モータ２０の回転シャフト１９が振
動することによって受光面２上の焦点位置が走査毎に微
小に変化するが、例えば、プリズムミラー１５と受光面
２間の光路に沿った距離が４０ｍｍの場合に回転シャフ
ト１９の振動角度を１０μｒａｄに抑えることによって
受光面２上の焦点位置の走査毎のばらつきは軸１１方向
に１μｍ程度以下にすることができる。

【００４９】モータ２０内部の軸受けの種類は、その回
転数が１万ｒｐｍ以下の場合には玉軸受け、それ以上の
回転数では、スラスト方向に磁気軸受けおよびラジアル
方向に空気軸受けを備えた、公知の動圧軸受けを用い
る。これは、高速回転時には玉軸受けの耐久性に問題が
あるためである。また、軸受けは同時に上記の回転変動
値および回転シャフト振動値を満たすものを慎重に選定
する必要がある。

【００５０】プリズムミラー１５の光下流側には本実施
例の光走査装置１により走査される受光面２が、軸１１
方向に移動自在に配置されている。受光面２は、円筒内
面の形状をしており、この円筒の中心軸は、該軸１１と
一致している。

【００５１】前記受光面２は、銀塩記録紙を円筒支持面
内面に密着したものである。

【００５２】また、第１の集光ビーム１３および第２の
集光ビーム１４の焦点位置軌跡が受光面２と一致するべ
く、受光面２の円筒内径、第１の集光レンズ５および第
２の集光レンズ８の焦点距離および固定位置が決定され
ている。

【００５３】また、プリズムミラー１５の光下流側には
受光面２上での走査必要領域への光ビームの照射を妨げ
ない領域内にビーム検出ユニット２３が配置されてい
る。

【００５４】該ビーム検出ユニット２３は公知の２分割
ｐｉｎフォトダイオード等の光電変換素子からなり、偏
向される光ビームの位置を検出し、この検出信号により
受光面２上に所望の光情報を与えるための第１の光源３
および第２の光源６への入力信号のスタートタイミング
を発生する。

【００５５】図３は本実施例に係る光走査装置１の１部
であるプリズムミラー１５を示す断面図であり、これを
用いて、本実施例の光走査装置１の１部であるプリズム
ミラー１５の各面の配置角度および受光面２での焦点位
置を詳細に説明する。

【００５６】図３において、反射面１７は軸１１に対し
４５度、射出面１８は軸１１に対し平行に形成されてい
る。プリズム面１６が軸１１垂直面となす角をα、軸１
１に沿って入射する光ビームがプリズム面１６通過後進
行する方向とプリズム面垂線２４とのなす角をβ、光ビ
ームが射出面を通過後進行する方向と射出面垂線２５と
のなす角をγとする。

【００５７】透光部２１の光ビーム波長λに依存する屈
折率をｎ（λ）とすると、これらのパラメータ間には、
スネルの法則より、 ｓｉｎα＝ｎ（λ）ｓｉｎβ、ｎ（λ）ｓｉｎ（α−
β）＝ｓｉｎγ の関係式が成り立つ。

【００５８】いま、α、β、γが１ｒａｄより十分小さ
いとして上式を近似すると、 γ＝（ｎ（λ）−１）α となる。

【００５９】従って、波長によって変化する屈折率ｎ
（λ）の値に比例して射出面１８を通過した光ビームの
出射角度γは変化する。

【００６０】また、受光面２上の焦点位置２７から、軸
１１と反射面１７との交点を通る軸１１の垂直線２６と
の距離をｘとし、軸１１上のプリズムミラー１５の長さ
をｌ、射出面１８と受光面２の距離をＬとすると、ｘは
次式によって求められる。

【００６１】ｘ＝ｌα（１−１／ｎ（λ））＋γＬ いま、ｘの波長微分を求めると、 ｄｘ／ｄλ＝αｄｎ／ｄλ（ｌ／ｎ（λ）2＋Ｌ） となる。

【００６２】従って、プリズムミラー１５への複数入射
ビームの波長差ｄλと、焦点位置間隔の所要値ｄｘ、プ
リズムミラー１５の長さｌ、射出面と受光面の距離Ｌ、
そして透光部２１の屈折率の波長依存性ｄｎ／ｄλによ
り、プリズム面の傾きαを設計することが出来る。

【００６３】数値例として、透光部２１材質としてフリ
ントガラス（Ｆ２）を用い、入射ビームをλ＝７８０、
６６０ｎｍの２種類、Ｌ＝３５ｍｍ、ｌ＝１５ｍｍ、ｎ
（λ）＝１．６１、ｄλ＝１２０ｎｍ、ｄｘ＝２０μ
ｍ、ｄｎ／ｄλ＝−４．９Ｅ−５とした時、α＝０．０
８３ｒａｄ、つまり４．７６度と求められた。

【００６４】以上の設計手順にしたがうことによって、
複数波長の光ビームを軸１１に沿って入射すれば、受光
面２上において軸１１方向に並列する複数の焦点を得る
ことが出来る。

【００６５】再び図１に戻り、本実施例の光走査装置１
の動作について説明する。

【００６６】第１の光源３から放射状に射出された光ビ
ームは、第１のコリメートレンズ４によって平行ビーム
とされた後、第１の集光レンズ５によって、第１の集光
ビーム１３に整形される。

【００６７】また、第２の光源６から放射状に射出され
た光ビームは、第２のコリメートレンズ７によって平行
ビームとされた後、第２の集光レンズ８によって、第２
の集光ビーム１３に整形される。

【００６８】この後、第１の集光ビーム１３については
反射ミラー９で反射し、ハーフミラー１０を通過するこ
とによって、また、第２の集光ビーム１４についてはハ
ーフミラー１０で反射することによって、それら個々の
光ビームの光軸がハーフミラー１０の光下流側において
軸１１に一致して進行するように結合作用を受ける。

【００６９】この際、第１の集光ビーム１３の半分およ
び第２の集光ビーム１４の半分は、ハーフミラー１０か
ら光吸収部１２へと進行し、該光吸収部１２にて吸収散
乱作用を受け、画像形成に影響を与えないように減衰さ
れる。このため、軸１１に沿って出射される各光ビーム
は各々のパワーについて、ハーフミラー１０通過前に対
して半分となる。

【００７０】反射ミラー９及びハーフミラー１０によ
り、軸１１に沿って進行するように結合作用を受けた個
々の光ビームは、プリズムミラー１５のプリズム面１６
から透光部２１に入射する。プリズム面１６から透光部
２１へ入射した個々の光ビームは、その波長によって別
々の角度にて屈折作用を受けるため、プリズム面１６よ
り光下流側では、各光ビームの光路は再び一致しなくな
る。

【００７１】プリズム面１６より透光部２１に入射され
た各光ビームは、反射面１７において軸１１に対し略垂
直方向に反射され、射出面から透光部２１より射出され
る。

【００７２】モータ２０の回転シャフト１９に固定され
ているプリズムミラー１５の回転によって、光ビームは
軸１１中心に等角速度で偏向され、受光面２上に順次照
射される。受光面２上においては、第１の集光ビーム１
３および第２の集光ビームは前述の集光レンズの作用に
よってそれぞれ第１の焦点２３、第２の焦点２４を結ぶ
が、その焦点位置は、プリズム面１６の作用により、各
々の光ビームの波長によって違い、軸１１方向に一定間
隔離れた２点となる。このため、モータ２０の１回転に
おいて、２本の走査線によって円周状に受光面２である
円筒内面を走査することができるため、従来の傾斜ミラ
ーを用いた同様な光走査装置と比較し、軸１１方向の受
光面２の移動速度は２倍とすることができ、結果的に２
倍の速度で光走査を行うことが可能であるという効果が
得られる。

【００７３】上記のごとく光ビームが照射された受光面
２は、軸方向に順次定速移動してその曲面全体を画像情
報にしたがって露光し、銀塩現像方式など公知の現像プ
ロセス等により顕像化されハードコピーとして出力され
る。

【００７４】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、適宜変更を加えることが可能である。

【００７５】例えば、プリズムミラー１５へ入射する光
ビームの数は、２本に限定されず波長の異なる複数光源
を用意することによって何本でも可能であり、このと
き、本実施例において記載した焦点位置間隔の希求方法
にしたがって各パラメータを設計することが可能であ
る。

【００７６】その他、本発明の趣旨を越えない範囲で様
々な変更が可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明によれば、高精細な光走査を行う際にも、簡易な
構成で安価であると同時に、画像走査速度が向上された
光走査装置を実現することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光走査装置を備えた光書き込み装
置の側面図である。

【図２】本発明に係る光走査装置の１部であるプリズム
ミラーを示す斜視図である。

【図３】本発明に係る光走査装置の１部であるプリズム
ミラーの断面図である。

【図４】従来の光走査装置を備えた光書き込み装置を示
す斜視図である。

【符号の説明】

３、６ 光源 ４、５、７、８ 集光光学系 ９、１０ 結合光学系 １１ 軸 １５ 偏向ミラー ２０ 回転駆動手段 ２１ 透光部 １６ プリズム面 １７ 反射面 １８ 射出面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報にしたがって変調された光ビー
   ムを発する、各々の発振波長の異なる複数の光源と、 個々の光源からの光ビームをそれぞれ集光するための複
   数の集光光学系と、 集光作用を受けた個々の光ビームを、共通の軸に沿って
   進行させるための結合光学系と、 該軸を中心に回転し、該軸に沿って進行してくる該複数
   の光ビームを放射状に偏向するための偏向ミラーと、 該偏向ミラーを該軸を中心に回転駆動する回転駆動手段
   と、からなる光走査装置において、 該偏向ミラーは、該複数の光ビームがその中を通過する
   透光部を有し、該透光部は、該軸の垂直面に対し、斜面
   となる平面であるプリズム面と、 該複数の光ビームを該軸に対して略垂直方向に反射させ
   る平面である反射面と、 該複数の光ビームを該透光部より射出する平面である射
   出面とからなる事を特徴とした光走査装置。