JPS5815770B2 - ランダム アクセスヒカリヘンコウキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光を偏向してラスター走査し、マイクロ
フィルム、感光紙、感熱紙等に文字等を記録する装置、
或はスクリーン上に画像を表示する装置に於いて、偏向
系の改良された光ビーム走査装置に関する。

従来より走査光ビームを用いた文字記録装置が多り開発
されている。

例えばコンピュータ出力情報をマイクロフィルムに記録
するＣＯＭ（コンピュータ・アウトプット・マイクロフ
ィルミングの略）装置や感光紙に記録するプリンダーな
どである。

それらの多くのものでは光走査方法として陰極線管上の
走査光点をレンズ系で記録面に結像する方法がとられて
いる。

しかし陰極線管の光点は暗く、高速に記録するには高価
な高感度の感光材料が必要である。

そこで近年、開発の目ざましいレーザ光線の高輝度性を
利用する方法が実用され始めた。

しかしレーザ光をラスター走査するには偏向が陰極線管
のようには容易でなく、さらにＣ０Ｍ装置やプリンター
などの装置では、高速且つ高解像度のラスター走査が要
求されるばかりか、行停止、一行スキップ、二行スキッ
プ、三行スキップ等のコンピュータの出力命令に応じた
ラスター走査も必要である。

そのためには大きな偏向角度、高速偏向、急停止、速度
変化が可能な垂直偏向系が要求される。

レーザ光の偏向には、回転多面鏡や振動鏡のような機械
的手段を用いる慣性光偏向法と電気光学効果を利用した
ものや超音波により媒質中（ガラス、水など）に周波数
の異なる疎密波を作り、フラッグ反射を利用して偏向す
る音響光学効果を利用したものなどの電気的手段を用い
る無慣性光偏向法が一般に用けられている。

後者は高速偏向可能であるが、偏向角度が大きくとれな
いので走査光点の分解点数も数十点しかとれないため、
高解像度が必要とされる用途には、二段、三段と偏向せ
ねばならず、そのようにすると装置は高価になり、それ
らの偏向素子のドライブ回路も複雑になるという欠点が
ある。

又、前者は高速で偏向角度が太き（とれるため高解像度
の光走査が可能であるが、それのもつ慣性のため急に偏
向速度を変えたり、停止したりできない欠点がある。

本発明の目的は直線走査を行なう振動鏡と該振動鏡本体
に断続的に変位を与える機構とを協動させて元ビームを
偏向せしめるランダム・アクセス光偏向器を提供するこ
とにある。

本発明は直線走査を行なう振動鏡と該振動鏡による走査
方向と同方向に該振動鏡本体を断続的に回転させる部材
とからなることを特徴とするランダム・アクセス光偏向
器である。

本発明において直線走査を行なう振動鏡とは例えばガル
バノメータの如きものをいう。

また断続的に回転させる部材とはパルス・モータの如（
断続的に回転する駆動源によって回転する部材をいう。

以下本発明の一実施例を図面によって詳細に説明
する。

第１図はレーザを光源としコンピュータ出力を感光材料
に高速・高解像度で記録する装置の光学系の概略説明図
である。

第１図で１はレーザ光源、２は光変調器、３は水平ラス
ター走査用回転多面光偏光器、４は集光レンズ、５は本
発明による垂直偏向用ランダム・アクセス光偏向器、６
は結像レンズ、Ｔは感光材料である。

本装置においてレーザ光源１より発した平行レーザ光は
光変調器２によって輝度変調された後、回転多面鏡光偏
向器３により一方向に偏向（以後水平走査という）され
集光レンズ４によりランダム・アクセス光偏向器５上に
集められ、さらにランダム・アクセス光偏向器５により
水平走査面とは垂直方向（以後垂直走査という）に偏向
された後、結像レンズ６により感光材料Ｔ上にスポット
として集光されて、感光材料７を二次元走査する。

従って本装置において垂直偏向用ランダム・アクセス光
偏向器５に要求されることは、（１）走査において行停
止、行スキップが可能であるために、偏向の停止、早送
りが可能であること。

（２）マイクロ画像を形成する場合にはマイクロフィル
ム上の一駒という極めて小さい面領域を走査する必要が
ある。

そのため偏向角度にすると数度程度であっても、結像レ
ンズ６までの距離が長いと、結像レンズ上での偏向量が
大きくなりその結果走査面での偏向角も大きくなるので
、結像レンズ６に近接して配置されること。

（３）感光材料７上に微小な光点を形成するためには結
像レンズ６上でレーザ光ビームの径を大きくとる必要が
ある。

その理由は、回折限界の式δ＝１．２７ｆλ／Ｄ（ここ
でδ：悪感光材料上ビーム径、ｆ：結像レンズの焦点距
離、λ：レーザ光の波長、Ｄ：結像レンズ上のビーム径
）により感光材料上の元ビーム径を小さくするには結像
レンズ上のビーム径を大きくすればよいことに帰因して
いる。

結像レンズ６および集光レンズ４は微小な光点を形成す
るための手段である。

一方ランダム・アクセス光偏向器５は前記（２）の理由
により結像レンズ６に近接して配置されているのでラン
ダム・アクセス光偏向器５０反射面上でもビーム径は大
きくなり、従って大口径の反射面を有していなげればな
らない。

以上のような要求をみたすためには、ランダム・アクセ
ス光偏向器５は大口径の反射面を有し、しかも偏向の停
止、早送りが可能でなければならない。

次にランダム・アクセス光偏向器に要求される偏向速度
につき具体的にするために、本装置により記録される画
像のフォーマットならびに記録時間について説明する。

画像のフォーマットの１例として１文字構成は横７×縦
１０ドツトとし、１行は１５走査線（文字は１０走査線
文字と文字との空間５走査線）とする。

一方、１行の記録（走査）時間Ｔを１２ｍ５とすると、
文字と文字との空間を走査する時間は５／１５Ｔ＝４ｍ
ｓとなる。

従ってこの４ｍｓ以内で行単位のスキップが行なわなけ
ればならない。

ところがこの行単位のスキップを行なう階段偏向を大き
な反射面を有する光偏向器で４ｍｓ以内に行なうことは
現在のところ困難である。

そこで本発明においてはランダム・アクセス光偏向器を
ガルバノメータとガルバノメータ本体を階段的に変位さ
せるためのパルス−モータにより駆動される断続回転機
構とを組合せることによってこの困難を克服したのであ
る。

以下第２図に従って本発明におけるランダム・アクセス
光偏向器の構造を説明する。

ランダラ・アクセス元偏向器は直線走査を受は持つガル
バノメータ８と階段偏向を受は持つ断続回転機構部９と
から構成されている。

ガルバノメータ８は、大面積の反射ミラー１０、可動コ
イル１１、永久磁石１２、アーマチュア１３、トーショ
ン・バー１４、及びガルバノメータ８を断続回転機構部
９に固定するためのガルバノメータ支持台１５からなる
。

そしてその動作は熟知されているように、可動コイル１
１に流れる電流値にほぼ比例して可動コイル１１に回転
トルクが生じ、この回転トルクによってトーション・バ
ー１４のねじれ応力とつり合いを保ちながら可動コイル
１１が回転してい６次に断続回転機構部９の構造につい
て述べる。

１６はウオーム・ギアであって、パルス・モータの如く
断続的に回転する駆動源（図示せず）により断続的に回
転する。

１７はウオーム・ホイールであり、ウオーム・ギア１６
０回転に応じて大きな回転角度減小率でもって回転する
。

前述の如くランダム・アクセス元偏向器の全偏向角は数
度であり、さらにマイクロ画像の１画面は通常６４行で
あるから、１行に相当する偏向角度θは数分という極め
て小さな値となる。

しかし、現在市販されている光学角度割出台等において
このようなウオーム・ギアとウオーム・ホイールの角度
減小機構でもって数秒の値まで高精度に回転角度が得ら
れる。

カール・ツァイス・イエナ社製 光学割出台・タイプ“
Ｐ３”を本装置に用いたところ、前述の数分という値は
高精度かつ容易に得られた。

なお１８はウオーム・ホイールを支持するスラスト軸受
であり、１９は支持台である。

次に上記ランダム・アクセス光偏向器の偏向動作につい
て説明する。

前述の如く１行の記録（走査）時間は１２ｍ５であると
き行用波数は１ ／ ０．０１２＝ ８３．３ （Ｈｚ
）となる。

従ってここで周波数が８３．３Ｈｚ以上の鋸歯波掃引が
不可能なガルバノメータを使用した場合と、それが可能
なガルバノメータを使用した場合との２種類の動作が考
えられる。

又、現在市販されているパルス・モータの自起動周波数
は２．５ ＫＨｚ までは得られることから行スキッ
プを行いうる時間４ｍｓ以内（２５０Ｈｚ以上に相当す
る）に１０ステツプまで応答できる。

第３図は８３．３Ｈｚの鋸歯状波掃引が不可能なガルバ
ノメータを使用した場合の偏向動作の説明図である。

第３図において横軸は時間を表わし、Ｔは１行の記録（
走査）時間である。

縦軸は光偏向角度を表わし、θは１行に相当する偏向角
である。

第３−ａ図はガルバノメータによる偏向量、第３−ｂ図
はパルス・モータによって駆動される断続回転機構部に
よる偏向量、第３−ａ図は前述の２つの偏向量を加算し
た本発明のランダム・アクセス光偏向器による偏向量で
ある。

なおこゝではパルス・モータの１ステツプに相当する断
続回転機構部による偏向量を１／３θとする。

行スキップも行停止もしない場合には、断続回転機構部
は作用させない。

行スキップの例として２行スキップの動作を考えると、
第３−ｂ図において左側の階段的偏向の如くパルス・モ
ータの６ステツプにより＋２０まで階段的に偏向される
。

前述の如くパルス・モーターの６ステツプに要する時間
は５／１５Ｔ＝４ｍｓ以内である。

そして５／１５Ｔ間にガルバノメータによって＋１／３
θだけ偏向されるから、５／１５Ｔ後にはランダム・ア
クセス光偏向器によって合わせて＋２／３θ偏向された
ことになる。

それから後はガルバノメータによる偏向によって１０／
１５Ｔの時間中に＋２／３θ偏向され文字に相当する情
報を記録する。

又、行停止の動作は、第３−ｂ図において中央の階段的
偏向の如くパルス・モータの逆回転３ステツプにより一
〇まで階段的に偏向される。

そして５／１５Ｔ間にガルバノメータにより＋１／３θ
だけ偏向するから、５／１５Ｔ後には合わせて一２／３
θ偏向されたことになり、それから後はガルバノメータ
による偏向によって前と同じ行を走査する。

従ってこの動作を何回も繰り返すことにより見かけ上行
停止を行なっていることになる。

但し、ガルバノメータは直線走査し続けているため、そ
れによる偏向量が有限であることから、行停止の期間な
らびに回数は限定される。

しかし、この行停止という動作はそう頻度の高いもので
はないから問題とはならない。

また、本実施例においてはパルス・モータ１ステツプに
対応する偏向量が１／３θであり、かつ５／１５Ｔ＝４
ｍｓ以内では１０ステツプの応答がパルス・モータにあ
ることから３行スキップまで可能である。

これだけの行スキップができれば十分な利点が得られる
ことはいうまでもない。

８３．３Ｈｚの鋸歯状波掃引が不可能なガルバノメータ
を使用する場合には、ガルバノメーターを一画面走査中
直線走査をし続けさせ、行スキップか行停止を行うには
パルス・モータ１ステツプに対応する偏向量を文字と文
字との間を走査する時間５／１５Ｔに相当させることに
よって高速で行スキップか行停止が可能となる。

すなわちガルバノメータはコントローラからの一画面記
録開始の信号と同時に直線走査を開始し、一画面記録終
了の信号でもって、最初の位置に戻る。

一方、パルスモータは１行記録し終った時点で前記コン
トローラーより停止、１行スキップ等の命令が与えられ
、それに相当した動作を次の行が記録されるまでの時間
すなわち５／１５Ｔ内で完了する。

そして一画面記録終了の信号でもって最初の位置に戻る
。

従ってこの場合ガルバノメータとパルス・モータの間に
は同期関係はなく各々の動作の再現性がよいことだけが
要求される。

第４図は８３．３Ｈｚ以上の鋸歯状波掃引が可能なガル
バノメータを使用した場合の偏向動作の説明図である。

図面の表示方法は第３図と同様である。

第４−ａ図はガルバノメータによる偏向量、第４−ｂ図
はパルス・モータによって駆動される断続回転機構部に
よる偏向量、第４−ｃ図は前述の２つの偏向量を加算し
た本発明のランダム・アクセス元偏向器による偏向量で
ある。

この場合にはパルス・モータの１ステツプに相当する断
続回転機構部による偏向量をθとする。

従って４ｍｓ以内に１０ステツプに相当する１０行スキ
ップまで可能となり前述の場合の例に比べてさらに行ス
キップにおける利点が大きくなる。

この場合ではガルバノメータが１０／１５Ｔ時間に２／
３θ偏向する動作をＴ時間ごとに繰り返す。

すなわちガルバノメータは１行内の直線走査のみを行な
う。

従って各行のアトルスはパルス・モータによる階段偏向
が受は持つ。

行スキップも行停止もしない場合にはパルス・モータの
１ステツプによって断続回転機構部を作動させてθだけ
偏向させる。

たとえば１行スキップの場合、パルス・モータの２ステ
ツプにより２θまで階段的に偏向し、その後ガルバノメ
ータにより行内の直線走査を行なう。

また、行停止の時には、パルス・モータによる階段偏向
を行なわないことによってガルバノメータだけのその行
内での直線走査が繰り返されることとなる。

８３．３Ｈｚの鋸歯状波掃引が可能なガルバノメータを
使用する場合には、ガルバノメータはコントローラーか
らの新記録開始の信号と同時に走査を開始し、１行記録
終了の信号でもって最初の位置に戻る。

一方、パルス・モータは１行記録し終った時点で前記コ
ントローラより停止、１行スキップ等の命令が与えられ
、それに相当した動作を次の行が記録されるまでの時間
すなわち５／１５ Ｔ内で完了する。

そして一画面記録終了の信号でもって最初の位置に戻る
。

従ってこの場合ガルバノメータとパルス・モータの間に
はコントローラーからの信号によって同期関係が保たれ
る。

断続回転機構部の回転中心とガルバノメータの回転中心
とガルバノメータの反射ミラーの反射面とを一致させる
ことにより、該断続回転機構部の回転とガルバノメータ
の回転との加算が正しく行なわれ、相互の回転が互いに
影響を及ぼし合うことはない。

又、各々の駆動源による特に断続回転機構部の振動が気
づかわれるが、回転角度が微小であること、負荷があま
り大きくないことより全く問題とはならないことが判明
した。

なお本発明は実施例に限定されることなく、特許請求の
範囲内において種々の変型が可能である。

たとえばパルス・モータのかわりにサーボ・モータを使
用してもよい。

本実施例の説明に用いた数値は計算機出力用記録装置の
垂直走査に応用する場合の１例であり、他の数値でも応
用できるのは明白である。

さらに本発明は光ビーム走査による画像の記録又は表示
に応用できるばかりでなく、他の用途にも類似な方法で
実施できる。

例えば光ビーム走査による表面検査器、形状検査器に応
用すれば光ビーム走査が不用な部分をとばして必要な部
分のみ高精度に走査させる事もできるし、必要な部分に
元ビームを一時停止させる事もできるなど応用範囲はき
わめて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は光偏向器を用いた光学系の１例の概略説明図、
第２図は本発明のランダム・アクスス光偏向器の構造を
示す断面図、第３図および第４図は本発明のランダム・
アクセス光偏向器の偏向動作の説明図である。 １はレーザ光源、２は光変調器、３は回転多面鏡、４は
集光レンズ、５はランダムアクセス元偏向器、６は結像
レンズ、７は感光材料、８はガルバノメータ、９は断続
回転機構部、１０は反射ミラー、１６はウオーム・ギア
、１７はウオーム・ホイール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直線走査を行なうための振動鏡と該振動鏡による走
   査方向と同方向に該振動鏡本体を断続的に回転させる部
   材とからなることを特徴とするランダム・アクセス元偏
   向器。