JPS5852203B2 - 回転多面鏡式光ビ−ム走査器のひずみ補正方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転多面鏡を用いた光ビーム走査器において
回転に伴う多面鏡上の光ビーム反射点の移動によって生
ずる走査光ビームの偏向ひずみ、および、多面鏡の反射
率のばらつきによって生ずる強度ひずみ等を補正する回
転多面鏡式光ビーム走査器のひずみ補正方式に関するも
のである。

一般に、回転多面鏡を用いた光ビーム走査器は、色分散
を生ぜず、高度の偏向分解能が得られるので、レーザー
ビームの高速偏向もしくは低速偏向用走査器として、フ
ァクシミリなどの画像の記録再生装置に多く使用されて
いる。

しかし、この種の光ビーム走査器は、光ビームの偏向点
、すなわち、多面鏡上の光ビームの反射点が多面鏡の回
転に従って周期的に偏移するために、多面鏡の回転軸を
曲率の中心とする曲面の走査面を走査する場合にも原理
的に偏向ひずみが発生し、特に、面数の少ない多面鏡を
用いた場合にはかかる偏向ひずみを無視し得なかった。

また、平面の走査面を走査する場合には、等角速度偏向
を行っても周辺部においては中央部におけるよりも走査
速度が増加するために、上述の偏向ひずみとは性質の異
なる他の偏向ひずみが発生していた。

これらの偏向ひずみは、高度の直線性が要求される分野
、例えば、精密画像情報のレーザービームによる記録再
生装置などにおいて特に問題となっていた。

また、回転多面鏡を用いた光ビーム走査器における更に
他の問題点として各鏡面の反射率のばらつきによって生
じる反射ビームの強度の変動がある。

かかるビーム強度の変動は、一般に低周波ノイズとなっ
て走査光ビームに混入し、その走査光ビームを記録もし
くは再生のいずれに用いる場合においても、得られる記
録再生画質を甚しく劣化させる。

本発明の目的は、上述した従来０司題を解決し、走査光
ビームの偏向ひずみおよび強度ひずみ等を補正して、走
査光ビームの直線性が極めて優れ、かつ、強度が極めて
安定した回転多面鏡式光ビーム走査器が得られるように
した回転多面鏡式光ビーム走査器のひずみ補正方式を提
供することにある。

すなわち、本発明ひずみ補正方式は、回転多面鏡の回転
軸に結合した回転マスクに設けたスリット状のアパーチ
ャによりその回転マスクに対向配置した固定マスクに設
けたアパーチャの形状を光学的に走査して検出すること
により光偏向ひずみ補正用の波形信号を発生させ、前記
回転多面鏡を照射する光ビームの入射光路中に設けた補
正用光偏向器を前記波形信号によって駆動することによ
り、前記回転多面鏡の偏向点の変動により生ずる偏向ひ
ずみを自動的に補正することを特徴とするものである。

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、回転多面鏡式光ビーム走査器における偏向ひずみ
発生の態様を第１図を参照して説明する。

第１図において、回転多面鏡の鏡面Ｍ１ は回転軸Ｏを
中心にして左廻りに回転するものとする。

この鏡面Ｍ１に入射する光ビームは、説明を容易にする
ために、図示のように１本の直線で表わすことにする。

鏡面Ｍ１に入射した光ビームＢ。（ま鏡面Ｍ１上のＡ０
点において反射し、反射ビームＢ１は走査曲面Ｆ上の一
点Ｐ１ に入射するものとする。

つぎに、鏡面Ｍ１が回転軸Ｏを中心に角度θだげ左廻り
に回転し、図示のＭ２の位置に達した場合を考えると、
そのとき入射した光ビームＢ。

は鏡面Ｍ２上のＡ２点において反射し、反射ビームＢ２
は走査曲面Ｆ上の２２点に入射する。

このように、入射した光ビームＢ。

の鏡面上における反射点すなわち偏向点は鏡面がＭｌ
の位置にあるときはＡ１点であるが、Ｍ２の位置にある
ときはＡ２点に偏移する。

仮に、かかる偏向点の偏移がなく、偏向点がＡ０点につ
ねに固定されていれば、反射ビームＢ２はＢ１０となり
、走査曲面Ｆに対する入射点はＰＩ３ となる。

このとき、ＺＰ、Ａ２Ｐ′２は、回転多面鏡の回転角θ
が正確に比例するので、回転角θが時間的に等速度で増
加する限り、偏向ひずみは発生しない。

このように偏向点をＡ１点に固定するためには、鏡面Ｍ
２が、その鏡面Ｍ２に平行であってＡ１点を通過するよ
うなＭ４の位置にあることが必要であるが、かか１件は
回転多面鏡の各鏡面を可動にしない限り不可能である。

本発明ひずみ補正方式は、かかる偏向ひずみを単純な構
成により精密に補正し得るようにしたものである。

つぎに、本発明方式による偏向ひずみ補正の詳細につい
て説明する。

なお、鏡面の反射率のばらつきに起因する反射ビームの
強度変動の補正については後述する。

まず、本発明方式による偏向ひずみ補正装置の構成例を
第２図に示し、図中太い矢印をもって光ビームを表わす
。

第２図示の構成においては、回転多面鏡３に前置して二
つの光学素子、すなわち、補正用光偏向器１およびリレ
ーレンズ系２を配設する。

補正用光偏向器１は、回転多面鏡３によって生じる偏向
ひずみを回転多面鏡に対する入射光ビームの入射角度を
変調することによって補正するための微小角光偏向器で
ある。

また、リレーレンズ系２は、上述した角度変調を受けた
光ビームが、回転多面鏡３に対して、角度変調の如何に
拘らず、つねにほぼ一定の位置に入射するようにするた
めおよび光ビームの直径を変換するためのものであり、
補正用光偏向器１と回転多面鏡３との２個の偏向器を結
合させる機能を有する整合用光学系である。

これらの光学素子の詳細についてはあとで説明する。

つぎに、補正用光偏向器１を駆動するための補正用信号
波形の発生手段について説明する。

この補正用信号波形は光電的手段によって発生させ、そ
の発生手段の基本的構成は第２図に示すとおりである。

すなわち、検出用光源４の出力光束を２系統に分け、第
１の系統の出力光束によって回転多面鏡３０回転軸に取
付げた回転マスク５を照射し、そ◇透過光束を結像レン
ズ６を介して固定マスク７に導き、結像レンズ６により
回転マスク５の像を固定マスク７０面上に結像させると
、固定マスク７の透過光束は、結像レンズ６の損失を無
視すると、回転マスク５と固定マスク１とを密着させて
重ね合わせたときに得られる透過光束に等しくなる。

回転マスク５と固定マスク７とのパターンの組合わせを
適切に設定することによって、任意所望の波形を有する
補正信号を光学的に発生させることができる。

これらのマスク５，７のパターンについては後述する。

ついで、固定マスク７からの透過光束を光電変換器８に
よってその光束に比例した電気信号に変換し、ＡＧＣ増
幅器１０および可変減衰器１１を介して補正用光偏向器
１０制御入力端子に印加する。

上述のようにして、一応、補正用波形信号が得られるが
、検出用光源４の出力光束は一般に経時変化が大きいの
で、この出力光束の変化によって補正用波形信号の信号
レベルが変動しないようにする安定化対策として、検出
用光源４の第２の系統の出力光束を光電変換器８と同一
に構成した光電変換器９に直接導き、その変換出力の直
流電圧をＡＧＣ増幅器１０と同一１１成したＡＧＣ増幅
器１２に供給し、その増幅出力の直流電圧を当該ＡＧＣ
増幅器１２の利得制御入力端子に加えてＡＧＣ増幅器１
２の出力電圧がつねに一定値となルヨウにその増幅利得
制御するとともに、当該ＡＧＣ増幅器１２の出力電圧を
ＡＧＣ増幅器１０Ｑ利得制御入力端子にも加えて、ＡＧ
Ｃ増幅器１０の増幅利得を、その入力の補正用波形信号
の信号レベルの如何に拘らず、検出用光源４の出力光束
の強度変化に応じて変化させ、補正用光偏向器１に印加
する補正用波形信号の信号レベルが光源４の出力光束の
強度変化の影響を受けて変動しないようにする。

つぎに、第１図および第２図につき前述した各光学系の
具体的構成の例について説明する。

まず、補正信号発生手段を除いて第３図に示す主光学系
については、補正用光偏向器１として、例えば、高速偏
向を行なう場合には音響光学光偏向器、また、低速偏向
を行なう場合にはカルバツメ−ターなどを用いる。

この補正用光偏向器１により、偏向ひずみを補正するに
必要な前置補正偏向を走査光ビームに加える。

第３図において、光ビームＢＡおよびＢＢは補正用光偏
向器１によって前置偏向を受けた状態Ｑ光ビームを示し
、それら前置偏向を受げた光ビームＢＡ ｔ ＢＢは、
リレーレンズ系２により回転多面鏡の鏡面の近傍でクロ
スオーバーをなして補正用光偏向器１における偏向点の
像を形成したのち、それぞれ鏡面Ｍ０およびＭ２により
反射されて反射ビームＢａおよびＢｂとなり、走査曲面
Ｆに入射する。

このように、補正用光偏向器１と鏡面Ｍとの間にリレー
レンズ系２を介挿することにより、鏡面Ｍ１およびＭ２
に対する光ビームの入射位置が、前置偏向を受けている
にも拘らず、一定点に固定されるので、鏡面Ｍ１ およ
びＭ２については実効的な有効アパーチャーを拡大する
必要がなくなる。

なお、かかるリレーレンズ系２０作用効果については、
本願人の出願に係る実願昭５０〜２９５４７号「二次元
走査光学系装置」に詳述しである。

つぎに、第２図示の補正信号発生手段を構成する副光学
系の具体的構成の例を第４図について説明する。

第４図示の構成において、検出用光源としては、例えば
、豆電球を直流点灯したものを用いる。

また、回転マスク５は回転多面鏡Ｍの回転軸Ｘ−Ｘ′に
固定し、その軸ｘ −ｘ’を中心にして回転する。

この回転マスク５のアパーチャー５′の形状を、例えば
細いスリット状にして複数個のスリットを、図示のよう
に、軸Ｘ−Ｘを中心にして放射状に等間隔で配置するが
、その個数は回転多面鏡Ｍの鏡面の個数と同じとする。

回転マスク５のかかるスリット状アパーチャー５′の像
を結像レンズ６により固定マスク７のアパーチャー７′
上に結像させる。

固定、スフ７には所望の補正用信号波形に対応した形状
のアパーチャー７′を設けるが、その固定マスク７のア
パーチャー７′と、回転マスク５のアパーチャー５′の
像５／ｉとが重なった状態の例を第５図に示す。

すなわち、固定マスクＩのアパーチャー７′に対して回
転マスク５のアパーチャー５′ｉが移動しながら重なる
部分の面積の変化に比例した量の光束が固定マスクＩを
通過して光電変換器８の受光面に入射し、その光束の変
化に比例した波形の出力信号を変換出力として取出すこ
とができる。

なお、固定マスクＩのアパーチャー７′ノ形状、すなわ
ち、補正信号波形は、回転多面鏡の形状、光ビームの入
射角、走査面の位置、形状等に基づいて幾何学的設計に
より容易に求めることができ、所望の補正信号波形を正
確に発生させることができる。

また、第２図につき前述した第２の系統の出力光束受光
用の光電変換器９は、検出用光源４の光束の一部分を、
直接に受光することができる位置に配置する。

なお、回転マスク５および固定マスク１のアパ−チャー
の形状については、第４図および第５図に示したそれぞ
れの形状を交換して、回転マスク５に第５図示の形状の
アパーチャー７′を設け、固定マスク７にスリット状の
アパーチャー５′を設けることもできるが、回転マスク
５に補正信号波形のアパーチャーを設けると、その形状
の修正が困難であり、不利である。

すなわち、固定マスクに補正信号波形に対応するアパー
チャーを設けると、特殊な形状のアパーチャーを有する
マスクの製作が容易であり、かつ、製作後、必要ある場
合には、このパターンを修正することもきわめて容易で
ある。

例えば、薄い金属板でマスクを製作しておけば、ヤスリ
等により簡単に修正することができる。

また、補正信号を純電気的に発生させることも可能であ
るが、多面鏡の回転数の変化に対して補正信号波形を追
従させるには、回路構成が著しく複雑となり、不利であ
る。

また、以上の説明においては、補正用光偏向器１をリレ
ーレンズ系２を介して回転多面鏡３に前置したが、補正
用光偏向器１の受光面が十分に大きくて入射位置が移動
する偏向光ビームを取扱うことのできる場合、倒起ｆガ
ルバノメーターのような機械的光偏向器を用いた場合に
は、上述した配置を変更して、回転多面鏡３の後に、リ
レーレンズ系２を介して補正用光偏向器１を配置するこ
ともできる。

つぎに、走査光ビームの強度ひずみに対する自動的補正
の態様について説明するが、強度ひずみの補正に関して
は、補正用光偏向器１に音響光学光偏向器を用いるのが
好適である。

音響光学光偏向器を′！、超音波セル、すなわち、硝子
もしくは電気光学結晶にトランスジューサーを取付けて
超音波振動を与える構造のセルに、定振幅の適切な波形
で周波数変調した超音波周波数の交流電圧を印加してセ
ル中に超音波周波数の進行波を発生させ、その超音波に
よる屈折率の疎密波により一定波長の光ビームが相互干
渉を生じて偏向されるようにしたものであるが、かかる
音響光学光偏向器を励振する超音波周波数の交流電圧の
振幅を変化させれば光ビーム回折の効率が変化するので
、光変調器にもなる。

したがって、励振する超音波交流電圧の周波数と振幅と
を同時に変化させれば、１個の超音波セルを光偏向器と
光変調器として兼用することができる。

超音波セルのかかる作用効果を利用した走査光ビームの
ひずみ補正系の構成例を第６図に示す。

第３図に示した光偏向器１の位置に、硝子もしくは電気
光学結晶よりなる超音波媒体１４とこれに接着したトラ
ンスジューサー１５よりなる超音波セル１３を配置する
。

適切な超音波周波数の交流電圧を発生させる原発振器１
６の出力信号を、ＦＭ変調器１７およびＡＭ変調器１８
に順次に導いてそれぞれ周波数変調および振幅変調を施
したのちにトランスジューサー１５に供給する。

ＦＭ変調器１７の変調入力信号としては、第２図につき
前述したＡＧＣ増幅器１０の増幅出力信号を加える。

一方ＡＭ変調器１８の変調入力信号としては、走査光ビ
ームの強度変化成分を加える。

すなわち、多面鏡Ｍの反射光ビームの光路中にビームス
プリッタ−１９を挿入し、反射光ビームを州岐して取出
し、集光レンズ２０により光電変換器２に集光して反射
光ビームの強度に比例した電気信号に変換する。

その変換出力の電気信号を比較器２２に導いて基準電気
信号Ｆｓと比較し、その比較出力の差信号をＡＭ変調器
１８の変調入力とし、負帰還回路を構成する。

上述のようにひずみ補正系を構成すれば、回転多面鏡の
反射率のばらつきによる反射光ビームの強度ひずみが自
動的に補正され、同時に、前述した偏向ひずみの補正も
行なうことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回転
多面鏡式光ビーム走査器において原理的に発生する偏向
ひずみを比較的簡単な構成により、高精度に、しかも、
回転多面鏡の回転数の変化には全く無関係に、安定に補
正することができる。

本発明補正方式は、特に高精度でひずみのない光ビーム
走査を必要とするレーザー記録再生装置において有効で
ある。

また、本願人の出願に係る特願昭５１〜 １９２４９号「連続移送式フィルム記録再生装置」にお
ける追従用回転多面鏡に本発明ひずみ補正方式を適用す
れば、回転多面鏡の偏向ひずみによって生じる微小な垂
直ジッターを完全に除去することができるので、その効
果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転多面鏡式光ビーム走査器における偏
向ひずみ発生の態様を示す線図、第２図は本発明ひずみ
補正方式の構成例を示すブロック線図、第３図は同じく
その主光学系の具体的構成例を示す線図、第４図は同じ
くその副光学系の具体的構成例を示す斜視図、第５図は
第４図示の副光学系における固定マスクのアパーチャー
と回転マスクのアパーチャーの像の重なりの態様を示す
線図、第６図は本発明により偏向ひずみおよび強度ひず
みを同時に補正するひずみ補正系の具体的構成例を示す
ブロック線図である。 １・・・・・・補正用光偏向器、２・・・・・・リレー
レンズ系、３・・・・・・回転多面鏡、４・・・・・・
検出用光源、５・・・・・・回転マスク、５’、？’・
・・・・・アパーチャー ５１ｉ０００１０．アパーチ
ャーの像、６“・・・・・結像レンズ、７・・・・・・
固定マスク、８，９・・・・・・光電変換器、１０・・
・・・・ＡＧＣ増幅器、１１・・・・・・可変減衰器、
１２・・・・・・ＡＧＣ増幅器、１３・・・・・・超音
波セル、１４・・・・・・超音波媒体、１５・・・・・
・トランスジューサー、１６・・・・・・原発振器、１
７・・・・・・ＦＭ変調器、１８・・・・・・ＡＭ変調
器、１９・・・・・・光ビーム分岐器、２０・・・・・
・集光レンズ、２１・・・・・・光電変換器、２２・・
・・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転多面鏡の回転軸に結合した回転マスクに設けた
   スリット状のアパーチャによりその回転マスクに対向配
   置した固定マスクに設けたアパーチャの形状を光学的に
   走査して検出することにより光偏向ひずみ補正用の波形
   信号を発生させ、前記回転多面鏡を照射する光ビームの
   入射光路中に設けた補正用光偏向器を前記波形信号によ
   って駆動することにより、前記回転多面鏡の偏向点の変
   動により生ずる偏向ひずみを自動的に補正することを特
   徴とする回転多面鏡式光ビーム走査器のひずみ補正方式
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載のひずみ補正方式におい
   て、前記回転マスクと前記固定マスクとの双方を透過し
   た光源の光束を検出する第１の光電変換器と前記光源の
   光束を直接に検出する第２の光電変換器とを備え、前記
   第１の光電変換器から前記波形信号を取出して、その波
   形信号レベルを前記第２の光電変換器の出力信号により
   制御したうえで、前記補正用光偏向器を駆動するように
   したことを特徴とする回転多面鏡式光ビーム走査器のひ
   ずみ補正方式。