JPS604369A - スキヤナ／プロツタ光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にスキャナとプロッタに関し、特にレー
ザービームスキャナ／プロッタ光学系に関する。

レーザビームスキャナとフォトプロッタはグ・ラフイッ
ク工業で良く知られている。このようなスキャナおよび
プロッタは少なくとも二つのカテゴリー、すなわちドラ
ムおよびフラットベッドスキャナに分類することができ
る。走査される原型の大きさやプロットされるフィルム
入力が増加する際に、物理的および光学的精度のための
必要条件が相伴なって増加する。これらの精度は、しげ
しげフラットベッドスキャナの光学系や移動ベッドの物
理的寸法全犠牲にするとは云え、成る程度達成できる。

従って、本発明の主目的は、改良したスキャナ／プロッ
タ全提供することである。

本発明の特定の目的は、比較的小さな物理重輪かくを有
するスキャナ／プロッタ光学量分提供することである。

本発明の他の目的は、シャープでないマスキングを利用
するスキャナ光学系を提供することである。

本発明のなお他の目的は、！直でない走査ラインを補償
するスキャナを提供することである。

本発明の別の目的は、等しい共役全利“用するスキャナ
／プロッタ光学系のためのエンコーダを提供することで
ある。

本発明のなお別の目的は、エンコーダ情報が主要ガルバ
ノメータ鏡の静止像から引き出されるスキャナ／ブロッ
ク光学系のためのエンコーダを提供することである。

本発明の特徴は、スキャナ／プロッタ光学系を慣用の光
学要素で構成できることである。

本発明の他の特徴は、スキャナ／プロッタ光学系の光学
要素が物理的にコンパクトな形状に配置されていること
である。

本発明の別の目的は、エンコーダ格子を走査／ブロッテ
ング平面と同じ平面に光学的に配置できることである。

以下、本発明を実施例について図面にょシ説明する。

図面には、参照数字１０により総括的に示したスキャナ
／プロッタの光学系を概略的に示しである。エンコーデ
ングだけでなく走査とプロッテングの両方を行うスキャ
ナ／プロッタ１゜の光学系？最も良く理解するためには
、これらの機能をそれぞれ別々に述べるのが役に立つだ
ろう。第１図〜第４図はスキャナの光学系に示すのに対
し、第５図〜第８図はスキャナ／プロッタ１０のエンコ
ーダの機能を示し、第９〜第１２図はプロッタの機能を
示す。

さて第１図〜第４図によると、走査機能が、７　ｍＷの
パワーを有するヘリウムネオンレーザ−１２によシ与え
られる。Ｖ−ザー１２からの光線を第一面鏡１４と１６
によりレーザーの軸から指向させる。鏡１６から反射し
た後、レーザー光線をビームスプリッタ１８によシエン
コ−ダビーム２０と走査ビーム２２とに分ける。

エンコーダビーム２０と走査ビーム２２は、それぞれ後
述するように最後にスキャナ／プロッタの光学キャビテ
ィ２３内で再結合される。しかしながら、さしあたり走
査ビーム２２のみの光学距離を述べる。

ビームスプリッタ１８から出た彼、走査ビーム２２が前
面鏡２４と２６に突き当る。これらの鏡は、単に、レー
ザー光線を所望の路に沿って指向させるためにのみ用い
られる。鏡２６から反射した後、走査ビームがビームチ
ョッパー２８に突き当る。ビームチョッパーは、ボアエ
スンレート（ｂｏｒｅｓｃｉｌ−ａｔｅ　）クラウンガ
ラス製の円板からなり、それぞれ９０度の四つのセクタ
に分割されている。これらの９０贋のセクタのうち、正
確に対向した二つは、完全に反射されるようにアルミニ
ウムで処理されているのに対し、他の二つの一セクタも
正確に１８０°離れているが２光線が実質的に変化しな
いでビームチョッパーを通って伝送されるように透明で
ある。

ちょうどガルバノメータ鏡５０が一回のトＶ−スをする
のにかかる間すき透ったセクタが走査ビームに存在し、
かつちょうどガルバノメータ鏡が単一の再トレースをす
る間鋭セクタがビーム内に存在するようにチョッパー円
＆２８を主ガルバノメータ鏡６０の走査に同期芒せる。

このようにして、トレースビームを通過させかつ再トレ
ースビームを反射させ、それにより走査ビームを二つの
別々の路、トレース用の路と再トレース用の路に有効に
分けることができる。

トレースビームが１シヤープな”伝送ビームを構成する
のに対し、再トレースビームが゛シャープでない”反射
ビームを構成する。

“シャープな″ビームすなわち伝送ビームが、チョッパ
ー円板２８を通った後、走査線直線化補正をするのに使
われる小さな直線ガルバノメータ鋭３２に突き当る。光
線が直線ガルバノメータ鏡３２で９０度反射されて、は
とんどすぐに、後方レンズ３４と前方レンズ４８とから
なる三十へパワー（３８Ｘ）ビームエクスパンダの後方
レンズ５４に突き当る。ビームエクスパンダの後方レン
ズを通って伝送された後、光線が一組３６のオプティカ
ルウェッジに突き当る。

このオプティカルウェッジはビームエクスパンダの光学
距離を変えるために使用されている。

光学距離２変えれば、光線φ；オプティカルウェッジを
通って進むガラスの量を調整することによ多走査コピー
に突き当る走査ビームの直径を変えることができる。

“シャープでない”ビーム、すなわちチョッパー円板２
８から反射されたビームが、正確に９０度だけ走査レー
ザービームの偏り軸を回転させる半波リターデイション
板５２を通過する。

この時点で、二つのビーム、すなわち垂直平面で偏光さ
れる伝送ビームと、水平平面で偏光される反射ビームが
ある。

さて、反射された、すなわち“シャープでない”ビーム
が小さな直線ガルバノメータ鏡４０に突き当って、ビー
ムエクスパンダのもう一つの後方レンズ４２へ反射され
、それから伝送、すなわち”シャープなビーム”と同じ
ようにもう一組４４のオプティカルウェッジを通る。こ
のような光学配置が与えられれｉ、装置には、走査線の
直線性だけでなく、゛シャープな”または“シャープで
ない”ビームの大きさｔｎ整するためにも補正する可能
性があることが認められる。

両ビームが偏光ビームスプリッタ４６の面に突き当る。

偏光ビームスプリッタ４６は、第３図に示したように垂
直に偏光された光線を直接スプリッタを通って伝送する
特性を有する。垂直に偏光された光線は、ビームチョッ
パー円板２８を通って伝送された１シヤープな”ビーム
である。偏光ビームスプリッタ４６はまた５ビ一ムチヨ
ツパー円板２８で反射された光線の場合のように垂直に
偏光された光のｔｌとんど１００パーセントを反射する
。このようにして、直線ガルバノメータ３２と４０の鏡
面を１１ら整することによ９５両ビームを偏光ビームス
プリッタ立方体４６から出るときに正確に同軸にするこ
とができる。

ここから、走査光ビームがビームエクスパンター次レン
ズ４８を通る。入力ビームは公称１鵡であるのに対し、
出力ビームは直径で公称３８１１１Ｉ１１でアル。ビー
ムエクスパンダの一次しンス４ａ　カラｔｋ３ｆｔ−後
、　走査ビームがビームコンバイナー５０の前面から反
射される。ビームコンバイナー５０は後述するようにエ
ンコーダビーム２０と走査ビーム２２０両方を結合する
。

ビームコンバイナー５０から反射した後、走査ビームが
主要系対物レンズ５２を通り、それから前述した主要共
鳴ガルバノメータ鏡３０に突き当る。このガルバノメー
タＭ　３０　ｕ、２８度の走査ビームアークを発生させ
るためにアークで鏡３０を振動させる共鳴ガルバノメー
タ（図示省略）によシ駆動される。走査ビームがフィー
ルドフォルト鏡（ｆｉｅｌｄ　ｆｏｌｄ　ｍ１ｒｒｏｒ
　）５６に突き邑り５それから移動して最＃！７オルド
腕５８からフィールドフラツテナー（ｆｉθ１ｄｆｌａ
ｔｔθｎｏｒ　）　６０へ反射される。フィールドフラ
ッテナ−６０から、走査ビームが、主対物レンズ５２か
ら正確に１．５メートルの所に位置した走査／プロッテ
ィング平面５４の焦点にもたらされる。

スキャナの光学距離について述べたので、エンコーダビ
ームのための光学距離について述べよう。やはシ第１図
〜第４図によると、エンコーダビーム２０が鏡６２から
、三十へパワー（３８Ｘ）ビームエクスパンダのそれぞ
れ後方レンズ６４と前方レンズ６６全通って反射される
。ビームエクスパンダ前方レンズ６６がら出た後、エン
コーダビームがコーナ鏡６Ｂとｖ。

で、前述したビームコンバイナー５０の後面へ反射され
る。

理想的には、エンコーダビームと走査またはプロツテン
グレーザービームを正確に重ねたい。

しかしながら、これらのビームを正確に重ねた場合は、
それらをさらに光学距離に沿って分離する好都合な方法
がない。この問題を解決するために、走査またはプロツ
テンダレーザービーム２２がビームコンバイナ５０の前
面から反射されると共に、エンコーダビーム２２がビー
ムコンバイナ５０を通って伝送てれる。このようにして
、二本のビームが互に斜めに向けられ、すなわちそれら
のビームが互にわずかな角度をなしているが、その角度
は、ビームがガルバノメータ鏡３０で正確に重ねられる
ようにすなわち一致するように収束している。

ガルバノメータ鏡３０が１４．２８度の角度対辺にわた
って動く。光学倍加のため、−これは、ビームが２ａ５
６度の対辺にわたって動くことを意味する。この角度ア
ークは、フィルムすなわち走査平面で５８７．６　ａｍ
の走査を与えるのに十分である。

さて、第５図〜第８図によると、走査またｔまプロッテ
ングビーム２２とエンコーダビーム２０がガルバノメー
タ３０から前述したフィールドフォルト鏡５６へ移動す
る。このフィールドフォルト説は、それに突き肖る光ビ
ームがなお直径で２５■の範囲にあるように位置決めさ
れている。系の光学ゆがみを防止するために、フィール
ドフォルト鏡は非常に平らでなければならない。すなわ
ち緑光の波長の１／８のオーダになければならない。

フィールドフォルト鏡５６から、二本の光ビームが最終
フォルト鏡５８へ反射される。この鏡で、二本のビーム
が、若干の角度の拡がりのため分離され、すなわち変位
される。二本のビームの関係が第７図の拡大した詳細図
に最も良く見ることができる。

走査またはプロッテングビーム２２がｉ終フォルト鏡５
８からフィールドフラッテニング鏡（ｆｉｅｌｄｆｌａ
ｔｔｅｎｉｎｇｍｉｒｒｏｒ　）　６０　ヘ反射される
。フィールドフランテニング鏡からビームが下方へ反射
され、最終フォルト鏡５８を外れて走査またはアイ１ル
ムプロツテング千面５４に突き当る。この平面は、主要
系対物レンズ５２がら正確に１５００■または１．５メ
ートルである。

エンコーダビーム２０も最終フォルト鏡５８からフィー
ルドフラツテニング鏡６０へ二本のビームの角度の拡が
りと変位のため反射されるが、最終フォルト鏡５８へ再
び戻り、そこからエンコーダ７２の後面に集中する。

エンコーダ７２１ｃｑ、エンコーダ格子７２Ａ全形成す
るように規則的に間隔に置いて置かれた黒線でアルミニ
ウム処理されかつ反射する後面力ｈ　’）、エンコーダ
格子７２１社主要系対物レンズ５２から正確に１．５メ
ートルの所に位置しているのでエンコーダ格子と走査ま
たはプロツテング乎面５４が同一の焦点にある。

エンコーダの後面が、前面の代りにエンコーダ格子のた
めの反射面として使用されている。

というのは、それによシエンコーダの前面がエンコーダ
ビームの焦点から若干外れることができるからである。

エンコーダガラスは約１ｃＩｎの厚さである。ビームは
エンコーダの前面で直径が公称３０ミクロンよシ大きく
、それによシエンコーダの前面に集まるようなほこシま
たはごみに対する感度を減少させる。エンコーダ格子が
後面で保ｄ藷爆れるので、エンコーダガラスの前面でし
か掃除が必要でない。

エンコーダ格子かう、エンコー・ダビーム光線が最終フ
ォルト鏡５８へ反射して戻でれてフィールドフラツテニ
ング鏡６０へ反射して出て行き、最終フォルト鏡５８へ
下って戻シ、そこからスキャナ／プロッタユニット内の
空間へ反射される。この時点で、この特別な光学距離を
何故用いたかを説明しなければならない。等しい共役で
作用している光学系を用いるならば、すなかち物体と像
が光学要素から正確に同じ距離であれば、ナのとき像が
空間の物体に二倍にする。スキャナ／ブロックでは、物
体が、系の視野絞り？構成するガルバノメータ鏡５０の
面である。系は、ガルバノメータ鏡３０からエンコーダ
格子７２Ａまでと５エンコーダ格子から空間へ戻るのと
同一の光学距離を有するので、ガルバノメータ鏡面３０
の静止像が空間に形成される。

このような光学配置が用い−られるのは、エンコーダ格
子７２Ａが約６００ｍの長さであり、かつ６００馴の長
でにわたって信号を検出するほど十分な感度のある直線
検出器を用意するのがむずかしいからである。オートコ
リメーンヨンまたは等しい共役を用いることにより、６
００■の長さにわたるよりもむしろずっと小さい範囲に
わたって、例えば約５５閣にわたって感度をもち式えす
れば良い検出器を使うことができる。

系が正確に等しい共役で作用するので、ガル。

バノメータ鏡３０から走査／フィルム平面５４までの距
離はエンコーダ格子７２Ａから適当なフォト検出器（図
示省略）までの距離に正確に等しい。この距離は１，０
２０■である。１．０２０−の距離を保つならば５フオ
ト検出器を光学キャビティ２３の外側に位置させなけれ
ばならなイシ、かつスキャナ／プロッタの物理的形状も
不当に大きくなるだろう。物理的路長分減らすために、
フＶスネルレンズ７４ｉ最終７オルド睨５８とフォト検
出器７６の間の光学距離に入しル。フレスネルレンズは
、エンコーダカラ像までの距離を約５８９日に短かくす
る。このような距離によれば、光学キャビティ２３の内
側の位置にフォト検出器全配置することができる。

光電子増倍管７６は、集中したレーザースポットがエン
コーダ格子７２Ａの交互の銀線と黒線の上を進む時間の
レプリカである出力信号を発生する。その結果とし、て
の信号が、エンコーダ格子７２Ａの１ミリメートル当り
の線の数とガルバノメータ鏡３０の走査速度の函数であ
る割合で最大強さからゼロまで変調される。クロック信
号の時間進行トレーンを発生するためにこの信号を使用
することについては、この出願と同じ所有者による同日
付出願の°入カパルス列から時間進行出力パルス列を発
生させる方法および装Ｍ′のアンドリュウ・ワーナー（
Ａｎｄｒｅｗ　Ｗａｒｎθｒ）の出願に記載式れている
。

スキャナ／プロッタのスキャナとエンコーデング部分を
詳細に述べたので、次にプロッタ部分を第９図〜第１２
図に関して述べよう。第９図〜第１２図に示したプロッ
タの多数の構成委素はスキャナとエンコーダ光学距離と
関連して前述したと同じ光学要素であるので、同じ参照
数字全回じ光学要素のためにこれらの図に用いである。

プロットする目的のためＶこ、異なるいっそう強力なＶ
−ザー１２Ａを光源として使用する。

レーザ１２Ａは４８８ナノメータの波長を有するアルゴ
ンメーザ−であり、この波長で約２５ｍＷのビームパワ
ー？有する。レーザー１２Ａからの光線が、鏡１４と１
６からの反射により発生した二つの方向の変化の後ビー
ムスフリツタ１ａｘ突ｅ当る。ビームスプリッタ１８が
その光線を、前述したエンコーダビーム２０とプロツテ
ングビーム７８に分れる。エンコーダビーム光学距離は
前に述べたので、くり返さない。

プロツテングビーム７８全最初の面鏡２４により、１４
０ｍｍの焦点長さのレンズ８０へ再び指向させる。レン
ズ８０は、音響光学効果変調器８２により最も良く利用
てれるようにグロツテングビーム光線に変える予備−焦
点レンズとして作用する。予備−焦点レンズ８０を使用
するための目的は、プロッテングレーザービームの直径
を変調器８２の音響光学結晶の中心で最小に減少させ、
それによシいっそう迅速な上昇時間を生じさせることで
ある。

音響光学効果変調器８２を通った後、グロツテングビー
ムが鏡８４により反射され、そして音響光学効果変調器
によシ発生する望ましくない指令を引き離す有孔板８６
全通過する。有孔板を出た後、光ビームは、全ての特性
が予備焦点レンズ８０と同一である他のレンズ８８に通
る。レンズ８８が光ビームをその公称直径１饋に戻す。

それから、プロツテングピームを、ステップモータ（図
示省略）によ多制御されかつ最後にコンピュータソフト
ウェアによ多制御されるニュートラルデンシティホイー
ル９０を通って指向式せる。ニュートラルデンシティホ
イール９０を露光設定に用いることによシ５フィルム平
面５４でフィルムに突き当る光の祉を変えるニハ、ニュ
ートラルデンシティホイール９０を回転させてニュート
ラルデンンティのＰＡＷの祉とプロツテングビーム光学
距１ｉｉｉ１に挿入すれば良い。

ニュートラルデンシティホイール９０（（通った後、プ
ロソテングビームが鏡９２で反射され、それからビーム
エクスパンダの二次レンズ９４を通過する。ビームエク
スパンダは、二次レンズ９４と、前述した一次ビームエ
クスパンダレンズ４８とからなる。この点から、フィル
ム平面５４までのグロツテングビームの光学距離は、前
述したスキャナ光学距離と同一である。

ｘ　７　コ−タ付キのスキャナとエンコータ付キのプロ
ッタの好ましい実施例を詳細に述べたので、特許請求の
範囲に定義された本発明の範囲から逸脱せずに多数の変
更をなしうろことは当業者にとって明白であろう。特に
、当業者は、寸法、光学パワー、波長およびここに言及
された同様な事柄は例示にすぎないのであって、本電発
明を限定する意味に解釈すべきではないことを認識する
だろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はスキャナ／プロッタのスキャナとエンコーダ部
分の光学構成部品と光学距離の平面図、第２図は第１図
の装置の側面図５第３図は第１図の装置の正面図、第４
図は第１図の装置の背面図、第５図はスキャナ／プロッ
タのエンコーダ部分の特別な光学構成部品と光学距離を
示す第１図と同様な平面図、第６図は第５図の装置の側
面図、第７図は走査／プロットビームとエンコーダビー
ムの光学距離全最終フォルト鏡、フィールドフラツテン
グ鏡およびエンコーダに関して示す拡大側面図、第８図
は第５図に示した装置の上部右側角全越える点から第５
図の装置の方を見た側面図、第９図はスキャナ／プロッ
タのプロッタとエンコーダ部分の光学構成部品と光学距
離の平面図、第１０図は第９図の装置の側面図、第１１
図は第９図の装置の正面図５第１２図は第９図の装置の
背面図である。 １０・・・・・スキャナ／プロッタ ＋２，１２Ａ・・・・・Ｖ−ザー光ビーム発生手段 １８・・・・・ビームスプリッタ ２０・ｎ目エンコーダビーム ２２・・・・・走査ビーム ５０・・・・・ガルバノメータ鏡 ５４・・・・・走査／プロツテング平面７２・借・０・
エンコーダ ７２Ａ・・・・・エンコーダ格子 図面（′）？ｆＩご：（内′ｅｉに変更なし）第２図 第３図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 −チー咋−蝉−否−夛−６ｉ　ｉ、８）２り 昭和　膏年　〆０月　５０ １、事件の表示 昭和５８年特許願第　／ρ乙８ダ≠号 ２、　発明の名称 スＸＸ）４す、／７′？Ｏ１７７／光゛骨ポ３、補正を
する者 事件との関係　出願人 ４、代理人 仕　所　東京都港区虎ノ門二丁目８番１号峙の１・・踵
５いニル）〔電話０３　（５０２）　１４７６　（代！
〈）〕５、補正命令の日附 昭和　ダ８年　９　月　７　日 ６、　補正の対象

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザー光ビーム発生手段と、レーザー光ビー
   ムを最初の期間中一方向にかつ第二の期間中反対方向に
   走査平面全横切って走査するための手段と、前記期間の
   うちの一方の期間中の走査平面でのレーザー光ビームの
   大きさを、他方の期間中の前記走査平面でのレーザー光
   ビームの大きさと比較して減少させるための手段とを備
   えたことを特徴とするレーザービームスキャナ。
2. （２）　レーザー光ビーム発生手段と、レーザー光ビー
   ム全エンコーダビームと走査ビームに分けるための手段
   と、走査ビームを走査平面を横切って前後に走査し、か
   つ交互のレーザー光反射および吸収要素を含むエンコー
   ダ格子を横切ってエンコーダビームを前後に走査するた
   めの振動鏡を有する手段と、前記振動鏡の像を形成する
   ための一手段と、前記振動鏡の像に位置しかつその像に
   応答するフォト検出器と全備えたことを特徴とするレー
   ザービームスキャナ。
3. （３）振動鏡から走査平面までの光学距離が、エンコー
   ダ格子から振動鏡の像までの光学距離に等しい、特許請
   求の範囲第２項記載のレーザービームスキャナ。
4. （４）　エンコーダおよびスキャナビームが振動鏡に収
   束するように投射しかつ振動鏡で単に一致するのみであ
   る、特許請求の範囲第２項記載のレーザービームスキャ
   ナ。
5. （５）　エンコーダ格子が平坦であシ、かつ前記格子の
   平面が光学的に走査平面に位置している、特許請求の範
   囲第２項記載のレーザービームスキャナ。
6. （６）走査ビームが走査平面を横切って走査する際に走
   査方向を変えるために走査ビームの光学距離に位置した
   鏡を備えた、特許請求の範囲第２項記載のレーザービー
   ムスキャナ。
7. （７）　レーザー光ビーム発生羊段と２レーザー光ビー
   ム全エンコーダビームとブロックビームに分けるための
   手段と、プロッタビームをグロソテング平面を横切って
   前後に走査し、かつ交互のＶ−ザー光反射および吸収要
   素を含むエンコーダ格子を横切ってエンコーダビーム全
   前後に走査するための振動鏡をイ→する手段と、前記振
   動鏡の像を形成するための手段と、振動鏡の像に位置し
   かつその像に反応するフォト検出器とを備えたこと？特
   徴とするレーザービームプロッタ。
8. （８）振動鏡からプロツテング平面までの光学距離がエ
   ンコーダ格子から振動鏡の像−までの光学距離に等しい
   、特許請求の範囲ｍ７項記載のレーザービームブロック
   。
9. （９）　エンコーダおよびブロックビームが振動鏡に収
   束するように投射し、かつ振動鏡で単に一致するのみで
   ある、特許請求の範囲第７項記載のレーザービームプロ
   ッタ。 （１０エンコーダ格子が平坦であり、かつ前記格子の平
   面が光学的にグロツテング平面に位置している５特許請
   求の範囲第７項記載のレーザービームプロッタ。