JPH1062713A - ビーム径制御方法および装置 - Google Patents
ビーム径制御方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザビームの集光ビーム径を変えるビーム
径制御方法および装置において光利用効率を高くし、複
雑で高価な光学系やズーム系を不要とする。 【解決手段】 レーザビームの光束の一部にレーザビー
ムの可干渉長程度以上の光路長差を付与した後集光す
る。この光路長差を付与するため透明板を設ける。レー
ザビームは可干渉長が短かい縦マルチモードの半導体レ
ーザが射出するものが望ましい。透明板は、光束の中心
付近に置いた平行平板や円環状のものとすることができ
る。透明板はレーザビームの平行ビーム内に置くのがよ
い。透明板は平行ビーム（コリメートビーム）内に置く
のがよいが、これに代えて、発散光または収束光の中に
置いてもよい。この場合には透明板の位置を光軸方向に
変化させることにより、透明板で分割される光束の量を
容易に変えられる。
径制御方法および装置において光利用効率を高くし、複
雑で高価な光学系やズーム系を不要とする。 【解決手段】 レーザビームの光束の一部にレーザビー
ムの可干渉長程度以上の光路長差を付与した後集光す
る。この光路長差を付与するため透明板を設ける。レー
ザビームは可干渉長が短かい縦マルチモードの半導体レ
ーザが射出するものが望ましい。透明板は、光束の中心
付近に置いた平行平板や円環状のものとすることができ
る。透明板はレーザビームの平行ビーム内に置くのがよ
い。透明板は平行ビーム（コリメートビーム）内に置く
のがよいが、これに代えて、発散光または収束光の中に
置いてもよい。この場合には透明板の位置を光軸方向に
変化させることにより、透明板で分割される光束の量を
容易に変えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームを
記録面上に集光させつつ走査して画像の記録あるいは画
像の読取りを行う光ビーム走査装置などに用いられるビ
ーム径制御方法と装置とに関するものである。
記録面上に集光させつつ走査して画像の記録あるいは画
像の読取りを行う光ビーム走査装置などに用いられるビ
ーム径制御方法と装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ビーム走査装置において、記録面上に
集光させるレーザビームの径、すなわち集光ビーム径
は、画像の記録または画像の読取り（以下単に画像の記
録という）密度すなわち走査線密度によって変更する必
要が生じる。例えば画像の記録（読取り）密度を下げる
場合すなわち走査線密度を下げる場合には、集光ビーム
径を大きくする必要がある。
集光させるレーザビームの径、すなわち集光ビーム径
は、画像の記録または画像の読取り（以下単に画像の記
録という）密度すなわち走査線密度によって変更する必
要が生じる。例えば画像の記録（読取り）密度を下げる
場合すなわち走査線密度を下げる場合には、集光ビーム
径を大きくする必要がある。
【０００３】集光ビーム径を変更する方法として、従来
より次の２つの方法が提案されている。第１の方法は開
口絞りを用いる方法である（特開昭５６−１４１６６２
号、特開昭５８−１４４８５０号等）。第２の方法は光
学系の倍率変更による方法である。第１の方法は光ビー
ムのコリメート光（平行光）部分に開口絞りを挿入し、
コリメートビーム（平行ビーム）の光束径を制限するこ
とにより、つまりケラレを利用することにより集光ビー
ム径を大きくするものである。
より次の２つの方法が提案されている。第１の方法は開
口絞りを用いる方法である（特開昭５６−１４１６６２
号、特開昭５８−１４４８５０号等）。第２の方法は光
学系の倍率変更による方法である。第１の方法は光ビー
ムのコリメート光（平行光）部分に開口絞りを挿入し、
コリメートビーム（平行ビーム）の光束径を制限するこ
とにより、つまりケラレを利用することにより集光ビー
ム径を大きくするものである。
【０００４】一般に集光ビーム径ｄは式：ｄ＝Ｋλｆ／
Ｄで表される。ここにＫは係数、λはビーム波長、ｆは
走査レンズ（集光レンズ）の焦点距離、Ｄは走査レンズ
に入射するビームの光束径（以下入射ビーム径）であ
る。またビーム径ｄは、その出力最大点に対し１／ｅ2
（≒０．１３５）の強度に対応する径（直径）である。
Ｄで表される。ここにＫは係数、λはビーム波長、ｆは
走査レンズ（集光レンズ）の焦点距離、Ｄは走査レンズ
に入射するビームの光束径（以下入射ビーム径）であ
る。またビーム径ｄは、その出力最大点に対し１／ｅ2
（≒０．１３５）の強度に対応する径（直径）である。
【０００５】この式から明らかなように、集光ビーム径
ｄを拡大するためには入射ビーム径Ｄを小さくすればよ
い。第１の方法は、この入射ビーム径Ｄを変えることに
よりビーム径ｄを制御するものである。例えば集光ビー
ム径ｄ＝１０μｍの時の入射ビーム径をＤ0とし、ビー
ムをｄ＝１３μｍに拡大するためには、入射ビーム径Ｄ
をおおよそＤ＝１０／１３＝０．７７Ｄ0に絞るような
開口絞りを入射ビーム（平行ビーム）に介在させればよ
い。
ｄを拡大するためには入射ビーム径Ｄを小さくすればよ
い。第１の方法は、この入射ビーム径Ｄを変えることに
よりビーム径ｄを制御するものである。例えば集光ビー
ム径ｄ＝１０μｍの時の入射ビーム径をＤ0とし、ビー
ムをｄ＝１３μｍに拡大するためには、入射ビーム径Ｄ
をおおよそＤ＝１０／１３＝０．７７Ｄ0に絞るような
開口絞りを入射ビーム（平行ビーム）に介在させればよ
い。
【０００６】第２の方法においては、走査レンズに入射
するコリメートビーム径は一般的に大きく、そのような
径のビームを生成するためにビームエキスパンダ系が用
いられる。そしてこのエキスパンダ系の光学倍率を可変
とすることにより集光ビーム径を可変とするものであ
る。
するコリメートビーム径は一般的に大きく、そのような
径のビームを生成するためにビームエキスパンダ系が用
いられる。そしてこのエキスパンダ系の光学倍率を可変
とすることにより集光ビーム径を可変とするものであ
る。
【０００７】
【従来技術の問題点】前記第１の方法では開口絞りを用
いて入射ビームの一部を遮光することにより集光ビーム
径を拡大するため、入射ビームの光利用効率が低下す
る。集光ビーム径を大きくするのは走査線密度を下げて
記録密度を粗くするためであり、この時に必要な光量は
集光ビーム径が小さい高密度記録時よりも大きくなる。
それにもかかわらず、実際には開口絞りにより遮光され
る光量が増えて集光ビームとして得られる光量は減るこ
とになるという問題がある。
いて入射ビームの一部を遮光することにより集光ビーム
径を拡大するため、入射ビームの光利用効率が低下す
る。集光ビーム径を大きくするのは走査線密度を下げて
記録密度を粗くするためであり、この時に必要な光量は
集光ビーム径が小さい高密度記録時よりも大きくなる。
それにもかかわらず、実際には開口絞りにより遮光され
る光量が増えて集光ビームとして得られる光量は減るこ
とになるという問題がある。
【０００８】また第２の方法では、エキスパンダ系とし
てレンズを用いた複数の光学系またはズーム系が必要に
なる。このため光学系自体や可動調整機構などが複雑で
高価になる。
てレンズを用いた複数の光学系またはズーム系が必要に
なる。このため光学系自体や可動調整機構などが複雑で
高価になる。
【０００９】
【発明の目的】この発明はこのような事情に鑑みなされ
たものであり、光利用効率が高く、複雑で高価な光学系
やズーム系が不要なビーム径制御方法を提供することを
第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する
ビーム径制御装置を提供することを第２の目的とする。
たものであり、光利用効率が高く、複雑で高価な光学系
やズーム系が不要なビーム径制御方法を提供することを
第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する
ビーム径制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【発明の構成】この発明によれば第１の目的は、レーザ
ビームの集光ビーム径を変えるビーム径制御方法におい
て、レーザビームの光束の一部にレーザビームの可干渉
長程度以上の大きい光路長差を付与した後集光すること
により、ビーム径を拡大することを特徴とするビーム径
制御方法により達成される。
ビームの集光ビーム径を変えるビーム径制御方法におい
て、レーザビームの光束の一部にレーザビームの可干渉
長程度以上の大きい光路長差を付与した後集光すること
により、ビーム径を拡大することを特徴とするビーム径
制御方法により達成される。
【００１１】また第２の目的は、レーザビームの集光ビ
ーム径を変えるためのビーム径制御装置において、レー
ザビームの光束の一部にレーザビームの可干渉長程度以
上の光路長差を付与する透明板を設けたことを特徴とす
るビーム径制御装置により達成される。
ーム径を変えるためのビーム径制御装置において、レー
ザビームの光束の一部にレーザビームの可干渉長程度以
上の光路長差を付与する透明板を設けたことを特徴とす
るビーム径制御装置により達成される。
【００１２】ここに用いるレーザビームは縦マルチモー
ドの半導体レーザあるいは高周波重畳により縦マルチモ
ード化した半導体レーザが射出するものが望ましい。こ
のような半導体レーザは、気体レーザや固体レーザに比
べて可干渉長が非常に短くなるからである。
ドの半導体レーザあるいは高周波重畳により縦マルチモ
ード化した半導体レーザが射出するものが望ましい。こ
のような半導体レーザは、気体レーザや固体レーザに比
べて可干渉長が非常に短くなるからである。
【００１３】透明板は、レーザビームの光束の中心付近
に置いた平行平板とすることができる。透明板はレーザ
ビームの平行ビーム内に置くのがよい。透明板を光束内
に保持するためには、全光束が通る一定厚さの透明支持
板を設けておき、ここに固定すればよい。リング状の透
明板であってもよい。
に置いた平行平板とすることができる。透明板はレーザ
ビームの平行ビーム内に置くのがよい。透明板を光束内
に保持するためには、全光束が通る一定厚さの透明支持
板を設けておき、ここに固定すればよい。リング状の透
明板であってもよい。
【００１４】透明板は完全な平行平板でなく多少くさび
状になっていてもよい。要するに干渉が生じない程度の
光路長差を生じさせるものであればよく、両端面が多少
の曲率を持っていてもよい。なお透明板の端面には反射
防止膜の加工を施すのがよい。ビームが通らない面には
不要光を発生させないように黒塗り等の処理を施してお
くのがよい。
状になっていてもよい。要するに干渉が生じない程度の
光路長差を生じさせるものであればよく、両端面が多少
の曲率を持っていてもよい。なお透明板の端面には反射
防止膜の加工を施すのがよい。ビームが通らない面には
不要光を発生させないように黒塗り等の処理を施してお
くのがよい。
【００１５】透明板は平行ビーム（コリメートビーム）
内に置くのに代えて、発散光または収束光の中に置いて
もよい。この場合には透明板の位置を光軸方向に変化さ
せることにより、透明板で分割される光束の量、すなわ
ち全光束に対する透明板で分割された光束の割合を容易
に変えることができる。また透明板を光軸に対して傾け
ることによりこの透明板を通る光束の量を変えることも
可能である。
内に置くのに代えて、発散光または収束光の中に置いて
もよい。この場合には透明板の位置を光軸方向に変化さ
せることにより、透明板で分割される光束の量、すなわ
ち全光束に対する透明板で分割された光束の割合を容易
に変えることができる。また透明板を光軸に対して傾け
ることによりこの透明板を通る光束の量を変えることも
可能である。
【００１６】光束内に入れる透明板は１枚であってもよ
いが、２以上の厚さあるいは光路長が異なる透明板を入
れてもよい。この場合各透明板を通ったレーザビーム同
志の光路長差は、互いに可干渉長より大きくするのは勿
論である。
いが、２以上の厚さあるいは光路長が異なる透明板を入
れてもよい。この場合各透明板を通ったレーザビーム同
志の光路長差は、互いに可干渉長より大きくするのは勿
論である。
【００１７】透明板を用いるのに代えて、光束の一部を
プリズムを用いた迂回光路に導いて光路長差を付与する
ことも可能である。この場合、プリズムの相対位置を調
節することにより迂回光路の光路長を調節できるから、
光路長差を連続的に変化させることができ、最適な光路
長差を容易に決定することができる。
プリズムを用いた迂回光路に導いて光路長差を付与する
ことも可能である。この場合、プリズムの相対位置を調
節することにより迂回光路の光路長を調節できるから、
光路長差を連続的に変化させることができ、最適な光路
長差を容易に決定することができる。
【００１８】
【原理】図１はこの発明の原理を説明する図、図２はそ
の光ビームの強度分布を示す図である。まずこれらの図
を用いてこの発明の原理を説明しておく。
の光ビームの強度分布を示す図である。まずこれらの図
を用いてこの発明の原理を説明しておく。
【００１９】平行ビーム（コリメートビーム）は光束の
中心から外側へ強度が徐々に減少するガウス型の強度分
布を持ち、図１で左側から走査レンズ（集光レンズ）Ｌ
Ｓに入射し、記録面Ｓ上に収束するものとする。平行ビ
ーム内の中心上に、円形の平行平板からなる透明板Ｐを
置いた状態を考える。ここに透明板Ｐは屈折率ｎ＝１．
５、厚さｔ＝３．０ｍｍとする。
中心から外側へ強度が徐々に減少するガウス型の強度分
布を持ち、図１で左側から走査レンズ（集光レンズ）Ｌ
Ｓに入射し、記録面Ｓ上に収束するものとする。平行ビ
ーム内の中心上に、円形の平行平板からなる透明板Ｐを
置いた状態を考える。ここに透明板Ｐは屈折率ｎ＝１．
５、厚さｔ＝３．０ｍｍとする。
【００２０】今入射平行ビームの波面Ｗ0は透明板Ｐに
達すると、その一部は透明板Ｐを通って光束部分Ａとな
り、他は透明板Ｐを通らずにそのまま進んで光束部分Ｂ
となる。このため波面Ｗ0のうち透明板Ｐを通った光束
部分Ａの波面ＷAと、透明板Ｐを通らなかった光束部分
Ｂの波面ＷBとの間には、光路長差Ｌが発生する。この
光路長差Ｌは、空気の屈折率をｎ0とすると、n0＝１な
ので、Ｌ＝（ｎ−n0）ｔ＝１．５ｍｍとなる。
達すると、その一部は透明板Ｐを通って光束部分Ａとな
り、他は透明板Ｐを通らずにそのまま進んで光束部分Ｂ
となる。このため波面Ｗ0のうち透明板Ｐを通った光束
部分Ａの波面ＷAと、透明板Ｐを通らなかった光束部分
Ｂの波面ＷBとの間には、光路長差Ｌが発生する。この
光路長差Ｌは、空気の屈折率をｎ0とすると、n0＝１な
ので、Ｌ＝（ｎ−n0）ｔ＝１．５ｍｍとなる。
【００２１】一方縦マルチモード半導体レーザでは、可
干渉長ＬCは約１．０ｍｍである。従って光路長差Ｌは
可干渉長よりも十分に大きくなるから、両光束部分Ａと
Ｂは互いに干渉しない。このため２つの光束部分Ａ、Ｂ
は振幅の足し合せとならず、強度の足し合せとなる。
干渉長ＬCは約１．０ｍｍである。従って光路長差Ｌは
可干渉長よりも十分に大きくなるから、両光束部分Ａと
Ｂは互いに干渉しない。このため２つの光束部分Ａ、Ｂ
は振幅の足し合せとならず、強度の足し合せとなる。
【００２２】図２の（Ａ）はこの透明板Ｐが無く光束の
分割が行われない場合を示す。この時には、入射平行ビ
ーム（コリメートビーム）Ｂ0は走査レンズＬＳにより
集束されて記録面Ｓ上で集光ビームＢ1となる。
分割が行われない場合を示す。この時には、入射平行ビ
ーム（コリメートビーム）Ｂ0は走査レンズＬＳにより
集束されて記録面Ｓ上で集光ビームＢ1となる。
【００２３】入射ビーム内に図１に示すように透明板Ｐ
を入れた場合には、光束部分ＡのビームＢAは、レンズ
ＬＳにより集光ビームＢ1Aとなる。また光束部分Ｂのビ
ームＢBは集光ビームＢ1Bとなる。従って記録面Ｓでは
２つの集光ビームＢ1AとＢ1Bとの強度が足し合わされ
て、（Ｂ1A＋Ｂ1B）の強度を持つ集光ビームとなる。
を入れた場合には、光束部分ＡのビームＢAは、レンズ
ＬＳにより集光ビームＢ1Aとなる。また光束部分Ｂのビ
ームＢBは集光ビームＢ1Bとなる。従って記録面Ｓでは
２つの集光ビームＢ1AとＢ1Bとの強度が足し合わされ
て、（Ｂ1A＋Ｂ1B）の強度を持つ集光ビームとなる。
【００２４】この結果図２（Ａ）に示した集光ビームＢ
1に対して、ビーム径が拡大した集光ビーム（Ｂ1A＋Ｂ
1B）が得られる。なおこの時は、入射ビームの全ての光
束が記録面Ｓに導かれているから、光利用効率は下がる
ことがない。また集光ビーム（Ｂ1A＋Ｂ1B）のビーム径
は、透明板Ｐの直径または光路差（換言すれば屈折率ｎ
や厚さｔ）を変えることにより或る程度の範囲内で任意
に変更可能である。さらに透明板はレンズ系やズーム系
を用いるものに比べ構成が非常に簡単で安価である。
1に対して、ビーム径が拡大した集光ビーム（Ｂ1A＋Ｂ
1B）が得られる。なおこの時は、入射ビームの全ての光
束が記録面Ｓに導かれているから、光利用効率は下がる
ことがない。また集光ビーム（Ｂ1A＋Ｂ1B）のビーム径
は、透明板Ｐの直径または光路差（換言すれば屈折率ｎ
や厚さｔ）を変えることにより或る程度の範囲内で任意
に変更可能である。さらに透明板はレンズ系やズーム系
を用いるものに比べ構成が非常に簡単で安価である。
【００２５】
【実施態様】図３と図４はビーム径制御装置の実施態様
を示す。図３の（Ａ）、（Ｂ）は透明板Ｐの側面図と光
軸方向から見た正面図であり、この実施態様は平行ビー
ムの全光束が通る透明な支持板ＰSに透明板Ｐを保持し
たものである。ここに用いる透明板Ｐは、円柱状平行平
板とすることができる。
を示す。図３の（Ａ）、（Ｂ）は透明板Ｐの側面図と光
軸方向から見た正面図であり、この実施態様は平行ビー
ムの全光束が通る透明な支持板ＰSに透明板Ｐを保持し
たものである。ここに用いる透明板Ｐは、円柱状平行平
板とすることができる。
【００２６】図４の（Ａ）、（Ｂ）は他の実施態様の側
面図と光軸方向から見た正面図である。この実施態様は
平行ビームの光束の外周に沿うリング状（環状）の透明
板Ｐを設けたものである。図３の透明板Ｐの形状あるい
は図４の透明板Ｐの中央の開口部分の形状は、円形とす
るのが望ましい。しかしこの形状を楕円形、長方形、く
さび形など任意の形状にすれば、集光ビームの形状を変
えることができる。
面図と光軸方向から見た正面図である。この実施態様は
平行ビームの光束の外周に沿うリング状（環状）の透明
板Ｐを設けたものである。図３の透明板Ｐの形状あるい
は図４の透明板Ｐの中央の開口部分の形状は、円形とす
るのが望ましい。しかしこの形状を楕円形、長方形、く
さび形など任意の形状にすれば、集光ビームの形状を変
えることができる。
【００２７】図５は他の実施態様を示す図である。この
実施態様は、平行ビームの中に一部の光束を迂回させる
迂回光路を設けたものである。すなわち円柱状ロッドの
両端面を４５°にカットしたプリズムＰZ1を光束内に置
く一方、このプリズムＰZ1と共に迂回路を形成する他の
プリズムＰZ2、ＰZ3を側方に設けたものである。
実施態様は、平行ビームの中に一部の光束を迂回させる
迂回光路を設けたものである。すなわち円柱状ロッドの
両端面を４５°にカットしたプリズムＰZ1を光束内に置
く一方、このプリズムＰZ1と共に迂回路を形成する他の
プリズムＰZ2、ＰZ3を側方に設けたものである。
【００２８】従ってプリズムＰZ2、ＰZ3をプリズムＰZ1
に対して側方へ移動させれば、迂回光路長を連続的に変
えることができる。この迂回光路長を適切に設定するこ
とにより、互いに干渉しない２つの光束に分割すること
ができる。またこの場合には十分に大きな光路長差を与
えることができるから、可干渉長の長いレーザビームの
使用が可能になる。
に対して側方へ移動させれば、迂回光路長を連続的に変
えることができる。この迂回光路長を適切に設定するこ
とにより、互いに干渉しない２つの光束に分割すること
ができる。またこの場合には十分に大きな光路長差を与
えることができるから、可干渉長の長いレーザビームの
使用が可能になる。
【００２９】
【走査装置の実施態様】図６はこの発明に係るビーム径
制御装置を適用した光ビーム走査装置の実施態様を示
す。この図において、符号１０は記録用光源である半導
体レーザであり、レーザビームからなる記録用光ビーム
１２を射出する。この光ビーム１２はコリメータレンズ
１４、ビーム径制御装置１６、集光レンズ１８、レゾナ
ントスキャナ２０、走査（ｆθ）レンズ２２を介して、
ドラム２４に保持された記録フィルム２６に導かれる。
制御装置を適用した光ビーム走査装置の実施態様を示
す。この図において、符号１０は記録用光源である半導
体レーザであり、レーザビームからなる記録用光ビーム
１２を射出する。この光ビーム１２はコリメータレンズ
１４、ビーム径制御装置１６、集光レンズ１８、レゾナ
ントスキャナ２０、走査（ｆθ）レンズ２２を介して、
ドラム２４に保持された記録フィルム２６に導かれる。
【００３０】ここに半導体４レーザ１０は制御回路２８
により制御され、画像データに基づいて光ビーム１２を
オン・オフする。コリメータレンズ１４はレーザビーム
を平行ビームとする。ビーム径制御装置１６は、前記し
た図２〜５に示した透明板Ｐや迂回光路で構成される。
により制御され、画像データに基づいて光ビーム１２を
オン・オフする。コリメータレンズ１４はレーザビーム
を平行ビームとする。ビーム径制御装置１６は、前記し
た図２〜５に示した透明板Ｐや迂回光路で構成される。
【００３１】レゾナントスキャナ２０は光ビームの走査
平面に対して垂直な軸回りで回動可能なミラーを持ち、
このミラーは板ばねの共振を利用して揺動する。走査レ
ンズ２２は、光ビーム１２の記録フィルム２４上での走
査速度を一定にする。なお３０は記録フィルム２４をド
ラム２２の表面に密着させるためのニップローラであ
る。
平面に対して垂直な軸回りで回動可能なミラーを持ち、
このミラーは板ばねの共振を利用して揺動する。走査レ
ンズ２２は、光ビーム１２の記録フィルム２４上での走
査速度を一定にする。なお３０は記録フィルム２４をド
ラム２２の表面に密着させるためのニップローラであ
る。
【００３２】３２は同期信号生成手段であり、次のよう
に構成されている。３４は同期用光源であり、レーザビ
ームからなる同期用光ビーム３６を射出する。この光ビ
ーム３６は、レゾナントスキャナ２０、走査レンズ２２
を介して、ドラム２４に接近しかつこのドラム２４と平
行に配設された集光ロッド３８に導かれる。この集光ロ
ッド３８の前には光ビーム３６を一定間隔ごとに透過さ
せるグリッドを有する同期用基準板４０が配設されてい
る。集光ロッド３８の一端にはホトセンサ４２が取付け
られている。
に構成されている。３４は同期用光源であり、レーザビ
ームからなる同期用光ビーム３６を射出する。この光ビ
ーム３６は、レゾナントスキャナ２０、走査レンズ２２
を介して、ドラム２４に接近しかつこのドラム２４と平
行に配設された集光ロッド３８に導かれる。この集光ロ
ッド３８の前には光ビーム３６を一定間隔ごとに透過さ
せるグリッドを有する同期用基準板４０が配設されてい
る。集光ロッド３８の一端にはホトセンサ４２が取付け
られている。
【００３３】従って光ビーム３６が基準板４０を通り集
光ロッド３８に入射すると、ホトセンサ４２がこれを検
出し、光ビーム３６の走査位置を検出する。この光ビー
ム３６は記録用光ビーム１２と同じレゾナントスキャナ
２０で走査されるから、この光ビーム３６の走査位置か
ら記録用光ビーム１２の走査位置を知ることができる。
なお４４はライン同期用のホトセンサであり、光ビーム
３６の走査開始タイミングを検出する。
光ロッド３８に入射すると、ホトセンサ４２がこれを検
出し、光ビーム３６の走査位置を検出する。この光ビー
ム３６は記録用光ビーム１２と同じレゾナントスキャナ
２０で走査されるから、この光ビーム３６の走査位置か
ら記録用光ビーム１２の走査位置を知ることができる。
なお４４はライン同期用のホトセンサであり、光ビーム
３６の走査開始タイミングを検出する。
【００３４】次に制御回路２８を説明する。前記ホトセ
ンサ４４の出力信号は、ライン同期信号生成部４６で波
形整形されてライン同期信号ＬＳＹとされ、またホトセ
ンサ４２の出力は同期信号生成部４８で波形整形されて
同期信号ＳＹとされ、それぞれ制御回路２８に入力され
る。制御回路２８は、同期信号ＳＹに適宜遅延時間を付
加する。
ンサ４４の出力信号は、ライン同期信号生成部４６で波
形整形されてライン同期信号ＬＳＹとされ、またホトセ
ンサ４２の出力は同期信号生成部４８で波形整形されて
同期信号ＳＹとされ、それぞれ制御回路２８に入力され
る。制御回路２８は、同期信号ＳＹに適宜遅延時間を付
加する。
【００３５】制御回路２８はＣＰＵ（図示せず）から入
力される記録エリヤを示すデータに基づいて、このエリ
ヤの主走査方向の先頭に近い同期信号ＳＹＤに同期する
記録エリヤ信号ＡＲを生成するものである。
力される記録エリヤを示すデータに基づいて、このエリ
ヤの主走査方向の先頭に近い同期信号ＳＹＤに同期する
記録エリヤ信号ＡＲを生成するものである。
【００３６】一方前記の同期信号ＳＹは、逓倍回路であ
るＰＬＬ回路により逓倍される。例えば１０倍の周波数
に逓倍され、前記した記録エリヤ信号ＡＲの論理積（ア
ンド）により画像データクロックＣＬを得る。
るＰＬＬ回路により逓倍される。例えば１０倍の周波数
に逓倍され、前記した記録エリヤ信号ＡＲの論理積（ア
ンド）により画像データクロックＣＬを得る。
【００３７】この画像データクロックＣＬは、走査線上
に画像を書き込むタイミングを示すものである。このク
ロックＣＬは、図示しない画像データ生成部から導かれ
る画像データと共に変調信号生成部５０に入力され、こ
こで半導体レーザ１０の駆動信号Ｄが生成される。
に画像を書き込むタイミングを示すものである。このク
ロックＣＬは、図示しない画像データ生成部から導かれ
る画像データと共に変調信号生成部５０に入力され、こ
こで半導体レーザ１０の駆動信号Ｄが生成される。
【００３８】この実施態様において記録密度が高い時す
なわち走査線密度が高い場合には、ビーム径制御装置１
６は透明板Ｐを光路から除去し集光ビーム径を図２
（Ａ）にＢ1で示すように絞る。また記録密度が低い時
には、透明板Ｐを挿入して、図２（Ｂ）に示す集光ビー
ム（Ｂ1A＋Ｂ1B）のようにビーム径を拡大させる。透明
板Ｐに変えて図５に示した迂回光路を設けた場合には、
プリズムＰZ2の位置を調節することにより集光ビーム径
を変えることができる。
なわち走査線密度が高い場合には、ビーム径制御装置１
６は透明板Ｐを光路から除去し集光ビーム径を図２
（Ａ）にＢ1で示すように絞る。また記録密度が低い時
には、透明板Ｐを挿入して、図２（Ｂ）に示す集光ビー
ム（Ｂ1A＋Ｂ1B）のようにビーム径を拡大させる。透明
板Ｐに変えて図５に示した迂回光路を設けた場合には、
プリズムＰZ2の位置を調節することにより集光ビーム径
を変えることができる。
【００３９】
【走査装置の他の実施態様】図７は、他の実施態様であ
る円筒内面走査型画像記録装置を示す概念図である。こ
の図７において６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）は光ビ
ーム出力手段としての３個のレーザダイオードであり、
これらは同一波長かつ同一強度のレーザビーム６２（６
２ａ、６２ｂ、６２ｃ）を出力する。これらのレーザビ
ーム６２ａ、６２ｂ、６２ｃはそれぞれコリメートレン
ズ６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）、２次元音響光学偏
向素子ＡＯＤ（ＡＯＤａ、ＡＯＤｂ、ＡＯＤｃ）、ＡＯ
Ｄ射出レンズ６６（６６ａ、６９ｂ、６６ｃ）、０次光
カット板６８（６８ａ、６８ｂ、６８ｃ）およびコリメ
ートレンズ７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）を介し、合
波光学系７２により合波される。
る円筒内面走査型画像記録装置を示す概念図である。こ
の図７において６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）は光ビ
ーム出力手段としての３個のレーザダイオードであり、
これらは同一波長かつ同一強度のレーザビーム６２（６
２ａ、６２ｂ、６２ｃ）を出力する。これらのレーザビ
ーム６２ａ、６２ｂ、６２ｃはそれぞれコリメートレン
ズ６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）、２次元音響光学偏
向素子ＡＯＤ（ＡＯＤａ、ＡＯＤｂ、ＡＯＤｃ）、ＡＯ
Ｄ射出レンズ６６（６６ａ、６９ｂ、６６ｃ）、０次光
カット板６８（６８ａ、６８ｂ、６８ｃ）およびコリメ
ートレンズ７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）を介し、合
波光学系７２により合波される。
【００４０】なおレーザビーム６２（６２ａ、６２ｂ、
６２ｃ）は、コリメートレンズ７０で平行光線にされ、
ＡＯＤで偏向された後ＡＯＤ射出レンズ６６と０次光カ
ット板６８で１次回折光だけが選択される。そしてコリ
メートレンズ７０で再び平行光線に戻され合波光学系７
２に導かれる。
６２ｃ）は、コリメートレンズ７０で平行光線にされ、
ＡＯＤで偏向された後ＡＯＤ射出レンズ６６と０次光カ
ット板６８で１次回折光だけが選択される。そしてコリ
メートレンズ７０で再び平行光線に戻され合波光学系７
２に導かれる。
【００４１】ＡＯＤは後記のスピナー８４の回転角度θ
の変化に伴って所定周波数の超音波がトランスデューサ
より発生することにより駆動され、この時の１次回折光
が０次光カット板６８で選択されるものである。このト
ランスデューサの駆動周波数により１次回折光の偏向方
向を制御する。なお２値画像信号がオン・オフする時に
は、レーザダイオード６０の出力がオン・オフしてレー
ザビーム６２がオン・オフされる。
の変化に伴って所定周波数の超音波がトランスデューサ
より発生することにより駆動され、この時の１次回折光
が０次光カット板６８で選択されるものである。このト
ランスデューサの駆動周波数により１次回折光の偏向方
向を制御する。なお２値画像信号がオン・オフする時に
は、レーザダイオード６０の出力がオン・オフしてレー
ザビーム６２がオン・オフされる。
【００４２】３つのＡＯＤは、この実施態様ではそれぞ
れレーザビーム６２ａ、６２ｂ、６２ｃを２次元的に変
更させ、走査線の湾曲と間隔を修正するものである。
れレーザビーム６２ａ、６２ｂ、６２ｃを２次元的に変
更させ、走査線の湾曲と間隔を修正するものである。
【００４３】合波光学系７２は、全反射ミラーＭと、偏
光ビームスプリッタＰＢＳと、ビームスプリッタＢＳと
で形成される。前記レーザダイオード６０ａ、６０ｂ、
６０ｃは直線偏光のレーザビームを出力し、これらの偏
光方向はそれぞれ図７に矢印で示す方向に設定されてい
る。
光ビームスプリッタＰＢＳと、ビームスプリッタＢＳと
で形成される。前記レーザダイオード６０ａ、６０ｂ、
６０ｃは直線偏光のレーザビームを出力し、これらの偏
光方向はそれぞれ図７に矢印で示す方向に設定されてい
る。
【００４４】すなわちレーザダイオード６０ａと６０ｃ
は、ビームスプリッタＢＳおよび全反射ミラーＭに対す
る入射平面波の電界の振動面が入射面（入射光と反射光
を含む平面）に平行な偏光（Ｐ偏光）となるように、そ
の取付角度が設定されている。またレーザダイオード６
０ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対する入射平面
波の電界の振動面が入射面に垂直となる偏光（Ｓ偏光）
となるように、その取付角度が設定されている。
は、ビームスプリッタＢＳおよび全反射ミラーＭに対す
る入射平面波の電界の振動面が入射面（入射光と反射光
を含む平面）に平行な偏光（Ｐ偏光）となるように、そ
の取付角度が設定されている。またレーザダイオード６
０ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対する入射平面
波の電界の振動面が入射面に垂直となる偏光（Ｓ偏光）
となるように、その取付角度が設定されている。
【００４５】そしてレーザビーム６２ａ、６２ｂ、６２
ｃはこの合波光学系７２によりほぼ１つのレーザビーム
Ｌｏに合波される。なおこの合波されたレーザビームＬ
ｏは図７では１本のビームとして表しているが、実際に
は、互いに分かれた３本の共軸ではないビームから成る
ものである。
ｃはこの合波光学系７２によりほぼ１つのレーザビーム
Ｌｏに合波される。なおこの合波されたレーザビームＬ
ｏは図７では１本のビームとして表しているが、実際に
は、互いに分かれた３本の共軸ではないビームから成る
ものである。
【００４６】この合波レーザビームＬｏは、さらにビー
ムエキスパンダレンズ７４および７６においてビーム径
の拡大・変更が行われる。その後開口板７８においてフ
レア光（迷光）の除去と光束径の制御とが行われる。こ
のビームＬｏはさらにビーム径制御装置８０を通り、ド
ラム（円筒）８２の中心軸に沿ってドラム８２内に導か
れる。ドラム８２の中心軸上には、光走査器としてのス
ピナー８４が設けられている。
ムエキスパンダレンズ７４および７６においてビーム径
の拡大・変更が行われる。その後開口板７８においてフ
レア光（迷光）の除去と光束径の制御とが行われる。こ
のビームＬｏはさらにビーム径制御装置８０を通り、ド
ラム（円筒）８２の中心軸に沿ってドラム８２内に導か
れる。ドラム８２の中心軸上には、光走査器としてのス
ピナー８４が設けられている。
【００４７】このスピナー８４は中心軸（回転軸）に対
して４５°の反射面を持ち、モータにより高速回転され
る。なおこのモータにはロータリーエンコーダ８６が取
付けられ、スピナー８４の回転角（θ＝ωｔ）が検出さ
れる。すなわち所定回転角ごとに出力されるパルス信号
ｐと、１回転の基準位置を示す基準位置信号ｐ０とが出
力される。なおこのスピナー８４に導かれるビームＬO
は、回転軸上にある集光レンズ８８によって、ドラム８
２の内周面あるいは記録シートに合焦する。９０は制御
手段であり、このスピナー８４の回転角θに同期してＡ
ＯＤを制御し、主走査線の湾曲と間隔の修正を行う。
して４５°の反射面を持ち、モータにより高速回転され
る。なおこのモータにはロータリーエンコーダ８６が取
付けられ、スピナー８４の回転角（θ＝ωｔ）が検出さ
れる。すなわち所定回転角ごとに出力されるパルス信号
ｐと、１回転の基準位置を示す基準位置信号ｐ０とが出
力される。なおこのスピナー８４に導かれるビームＬO
は、回転軸上にある集光レンズ８８によって、ドラム８
２の内周面あるいは記録シートに合焦する。９０は制御
手段であり、このスピナー８４の回転角θに同期してＡ
ＯＤを制御し、主走査線の湾曲と間隔の修正を行う。
【００４８】この実施態様で、ビーム径制御装置８０と
して図３〜５に示した透明板Ｐや迂回光路を用いる。こ
のビーム径制御装置８０により３本の光ビーム６２ａ、
６２ｂ、６２ｃの記録面上での集光ビーム径を同時に変
えることができる。例えば記録密度が高い場合にはビー
ム径制御装置８０の透明板を除き、またはプリズムＰZ1
を除いてビーム径を絞る。また記録密度が低い場合には
透明板を入れまたはプリズムＰZ1を入れかつＰZ2および
ＰZ3を移動してビーム径を拡大させればよい。
して図３〜５に示した透明板Ｐや迂回光路を用いる。こ
のビーム径制御装置８０により３本の光ビーム６２ａ、
６２ｂ、６２ｃの記録面上での集光ビーム径を同時に変
えることができる。例えば記録密度が高い場合にはビー
ム径制御装置８０の透明板を除き、またはプリズムＰZ1
を除いてビーム径を絞る。また記録密度が低い場合には
透明板を入れまたはプリズムＰZ1を入れかつＰZ2および
ＰZ3を移動してビーム径を拡大させればよい。
【００４９】以上の実施態様は、この発明のビーム径制
御方法、装置を光ビーム走査装置に適用したものである
が、本発明はこれ以外の装置に適応してもよい。例えば
レーザビームを用いて画像の読取りを行う装置、レーザ
ビームを用いた加工装置、医用装置、計測装置などでビ
ーム径を変える場合に適用できる。
御方法、装置を光ビーム走査装置に適用したものである
が、本発明はこれ以外の装置に適応してもよい。例えば
レーザビームを用いて画像の読取りを行う装置、レーザ
ビームを用いた加工装置、医用装置、計測装置などでビ
ーム径を変える場合に適用できる。
【００５０】
【発明の効果】請求項１の発明は、レーザビームの光束
の一部にレーザビームの可干渉長程度以上の光路長差を
付与することによりビーム径を変えるものであるから、
開口絞りを用いる方法に比べて光利用効率が高くなる。
また構成が簡単で、複雑で高価な光学系やズーム径が不
要であるから安価である。
の一部にレーザビームの可干渉長程度以上の光路長差を
付与することによりビーム径を変えるものであるから、
開口絞りを用いる方法に比べて光利用効率が高くなる。
また構成が簡単で、複雑で高価な光学系やズーム径が不
要であるから安価である。
【００５１】請求項２の発明によれば、この方法の実施
に直接使用するビーム径制御装置が得られる。ここに用
いるレーザビームは、半導体レーザが射出する縦マルチ
モードのものが適する（請求項３）。これに代え、高周
波重畳により縦マルチモード化した半導体レーザを用い
ることもできる（請求項４）。
に直接使用するビーム径制御装置が得られる。ここに用
いるレーザビームは、半導体レーザが射出する縦マルチ
モードのものが適する（請求項３）。これに代え、高周
波重畳により縦マルチモード化した半導体レーザを用い
ることもできる（請求項４）。
【００５２】光路長差を与えるための透明板は、レーザ
ビームの光束の中央においた円柱状の平行平板とするこ
とができる（請求項５）。この場合透明板はレーザビー
ムの全光束が通る透明支持板に保持することができる
（請求項８）。円柱状の平行平板に代えて、円環状のも
のを用いることもできる（請求項６）。これら透明板や
透明支持板は、レーザビームの平行ビーム（コリメート
ビーム）中に置くのがよい（請求項７）。
ビームの光束の中央においた円柱状の平行平板とするこ
とができる（請求項５）。この場合透明板はレーザビー
ムの全光束が通る透明支持板に保持することができる
（請求項８）。円柱状の平行平板に代えて、円環状のも
のを用いることもできる（請求項６）。これら透明板や
透明支持板は、レーザビームの平行ビーム（コリメート
ビーム）中に置くのがよい（請求項７）。
【００５３】透明板に変えて、レーザビームの一部の光
束をプリズムにより迂回させる迂回光路を用いてもよい
（請求項９）。この場合迂回光路長は十分に大きくでき
るから可干渉距離が比較的長いレーザを用いることが可
能になる。
束をプリズムにより迂回させる迂回光路を用いてもよい
（請求項９）。この場合迂回光路長は十分に大きくでき
るから可干渉距離が比較的長いレーザを用いることが可
能になる。
【００５４】このビーム径制御方法・装置は、レーザビ
ームを記録面上で走査させて画像を記録する光ビーム走
査装置に適用することができる（請求項１０）。またレ
ーザビームを画像上で走査させて画像を読取る光ビーム
走査装置も適用できる（請求項１１）。これらの場合に
は、記録密度あるいは読取り密度の変化に対応してビー
ム径を容易に変えることができる。
ームを記録面上で走査させて画像を記録する光ビーム走
査装置に適用することができる（請求項１０）。またレ
ーザビームを画像上で走査させて画像を読取る光ビーム
走査装置も適用できる（請求項１１）。これらの場合に
は、記録密度あるいは読取り密度の変化に対応してビー
ム径を容易に変えることができる。
【図１】本発明の原理を説明する図
【図２】その光ビームの強度分布を示す図
【図３】ビーム径制御装置の実施態様を示す図
【図４】ビーム径制御装置の他の実施態様を示す図
【図５】ビーム径制御装置の他の実施態様を示す図
【図６】光ビーム走査装置へ適用した実施態様を示す図
【図７】他の光ビーム走査装置へ適用した実施態様を示
す図
す図
１０、６０ 半導体レーザ １２、６２ レーザビーム １４ コリメータレンズ １６、８０ ビーム径制御装置 １８、８８ 集光レンズ Ｐ 透明板 ＰS 透明支持板 ＬＳ 集光レンズ ＷO、ＷA、ＷB 波面 Ｓ 記録面 Ｌ 光路長差 ＰZ1、ＰZ2、ＰZ3 迂回光路を形成するプリズム
Claims (11)
- 【請求項１】 レーザビームの集光ビーム径を変えるビ
ーム径制御方法において、レーザビームの光束の一部に
レーザビームの可干渉長程度以上の光路長差を付与した
後集光することにより、ビーム径を拡大することを特徴
とするビーム径制御方法。 - 【請求項２】 レーザビームの集光ビーム径を変えるた
めのビーム径制御装置において、レーザビームの光束の
一部にレーザビームの可干渉長程度以上の光路長差を付
与する透明板を設けたことを特徴とするビーム径制御装
置。 - 【請求項３】 レーザビームの光源は、縦マルチモード
の半導体レーザである請求項２のビーム径制御装置。 - 【請求項４】 レーザビームの光源は、高周波重畳によ
り縦マルチモード化した半導体レーザである請求項２の
ビーム径制御装置。 - 【請求項５】 透明板はレーザビームの光束の中心に置
かれた円柱状の平行平板である請求項２のビーム径制御
装置。 - 【請求項６】 透明板はレーザビームの光束の外周に沿
って置かれた円環状の平行平板である請求項２のビーム
径制御装置。 - 【請求項７】 透明板はレーザビームの平行ビーム内に
置かれている請求項２〜６のいずれかのビーム径制御装
置。 - 【請求項８】 透明板はレーザビームの全光束が通る透
明支持板に保持されている請求項５のビーム径制御装
置。 - 【請求項９】 レーザビームを集光レンズにより集束さ
せ、この集束したビーム径を変えるためのビーム径制御
装置において、レーザビームの一部の光束を迂回させる
光路長可変な迂回光路を備え、迂回光路を通る光束と通
らない光束との光路長差をレーザビームの可干渉長より
大にすることを特徴とするビーム径制御装置。 - 【請求項１０】 記録面上に画像の記録を行う記録密度
可変な光ビーム走査装置に用いられ、透明板を着脱可能
とした請求項２のビーム径制御装置。 - 【請求項１１】 記録面上に置いた画像を読取る読取り
密度可変な光ビーム走査装置に用いられ、透明板を着脱
可能とした請求項２のビーム径制御装置。
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