JPS6048732B2 - 自己増幅偏向走査光学系 - Google Patents
自己増幅偏向走査光学系Info
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- JPS6048732B2 JPS6048732B2 JP52011278A JP1127877A JPS6048732B2 JP S6048732 B2 JPS6048732 B2 JP S6048732B2 JP 52011278 A JP52011278 A JP 52011278A JP 1127877 A JP1127877 A JP 1127877A JP S6048732 B2 JPS6048732 B2 JP S6048732B2
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- optical system
- lens
- scanning
- transmission optical
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
- G02B26/129—Systems in which the scanning light beam is repeatedly reflected from the polygonal mirror
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガルバノミラー或いは回転多面体の如き走査器
を用いてビーム偏向を行う場合、単一の走査器自身で偏
向角を増大させ高速走査を可能にならしめ自己増幅偏向
走査光学系に関するものである。
を用いてビーム偏向を行う場合、単一の走査器自身で偏
向角を増大させ高速走査を可能にならしめ自己増幅偏向
走査光学系に関するものである。
走査光学系に於いて、走査角度を大きく取る為に複数の
走査器を直列的に配置する方法かある。
走査器を直列的に配置する方法かある。
しかし、この方法ては独立した複数の走査器を用いる為
に、各走査器の間の回転同期を合わせる問題、回転軸の
倒れ変動を考慮する問題等か生し煩雑となる。従つて上
記問題を解決する為に単一の走査器でビームを複数回偏
向せしめ、走査の偏向角を大きくする方法が提唱されて
いる。この方法としてはＵＳｐ３７７ｌ８５Ｏ等が知ら
れている。しかし、これ等の方法は、偏向角を増大する
手段としＪての伝達光学系を通過する前のビームと通過
した後のビームが走査器の同一面で反射される構成を取
つている為、偏向前のビームと走査する角度を増幅した
偏向後のビームの各光路が重複し易く、この重複を避て
ようとすれは走査する角度を大き丁くすることができな
いという欠点を有している。又、この重複を避ける為に
、走査器の走査面と角度を有するビームを入射させ、走
査器の回転軸方向に偏向前のビームと偏向後のビームを
分離しようとすると、偏向後のビームの走査線はコニカ
ルな形状となる。なお走査器の走査面とは、走査器の反
射面の法線が走査器の回転に伴つて形成する面のことで
ある。本発明の目的は、或る一つの走査器の異なる複数
の反射面にビームを入射させることにより走査角の増幅
を計る走査光学系に於いて、広い走査角が得られる様な
走査光学系を提供することにある。
に、各走査器の間の回転同期を合わせる問題、回転軸の
倒れ変動を考慮する問題等か生し煩雑となる。従つて上
記問題を解決する為に単一の走査器でビームを複数回偏
向せしめ、走査の偏向角を大きくする方法が提唱されて
いる。この方法としてはＵＳｐ３７７ｌ８５Ｏ等が知ら
れている。しかし、これ等の方法は、偏向角を増大する
手段としＪての伝達光学系を通過する前のビームと通過
した後のビームが走査器の同一面で反射される構成を取
つている為、偏向前のビームと走査する角度を増幅した
偏向後のビームの各光路が重複し易く、この重複を避て
ようとすれは走査する角度を大き丁くすることができな
いという欠点を有している。又、この重複を避ける為に
、走査器の走査面と角度を有するビームを入射させ、走
査器の回転軸方向に偏向前のビームと偏向後のビームを
分離しようとすると、偏向後のビームの走査線はコニカ
ルな形状となる。なお走査器の走査面とは、走査器の反
射面の法線が走査器の回転に伴つて形成する面のことで
ある。本発明の目的は、或る一つの走査器の異なる複数
の反射面にビームを入射させることにより走査角の増幅
を計る走査光学系に於いて、広い走査角が得られる様な
走査光学系を提供することにある。
本発明に於いては、少なくとも二面以上の反射面を有す
る走査器とアフオーカルな伝達光学系を有し、該、走査
器の第１反射面で反射されたビームは前記伝達光学系を
介して再度該走査器の第２反射面に入射する様に走査器
とアフオーカルな伝達光学系は配置されており、前記走
査器の第１反射面と第２反射面は異なる反射面である。
る走査器とアフオーカルな伝達光学系を有し、該、走査
器の第１反射面で反射されたビームは前記伝達光学系を
介して再度該走査器の第２反射面に入射する様に走査器
とアフオーカルな伝達光学系は配置されており、前記走
査器の第１反射面と第２反射面は異なる反射面である。
更に前記伝達光学系から前記第２反射面に入射するビー
ムは、走査器の回転に伴つて、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動する様に伝達光学系はセッティングされて
いる。従つて本発明に係る走査光学系に於いては、走査
角を増幅される前のビームと走査角を増幅された後での
ビームが走査器の同一走査面内に存しても、走査される
領域が全く異なる為に走査角が増大しても光路が重複す
る様な不都合は生じないのである。
ムは、走査器の回転に伴つて、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動する様に伝達光学系はセッティングされて
いる。従つて本発明に係る走査光学系に於いては、走査
角を増幅される前のビームと走査角を増幅された後での
ビームが走査器の同一走査面内に存しても、走査される
領域が全く異なる為に走査角が増大しても光路が重複す
る様な不都合は生じないのである。
以下、本発明の実施例を参照しながら本発明を詳述する
。第１図は本発明に係る走査光学系の一実施例を示す平
面概略図てあり、第１図を用いて偏向角増幅の原理を説
明する。
。第１図は本発明に係る走査光学系の一実施例を示す平
面概略図てあり、第１図を用いて偏向角増幅の原理を説
明する。
第１図に於いて、１は両面．を反射面にしたガルバノミ
ラーの如き走査器であり、２，４，６及び８はレンズ、
３，５及び７は反射ミラーを示している。走査器１に入
射するビームちは、その反射面Ｍ１で偏向されビーム１
１となりレンズ２に入射する。レンズ２の前側焦点の位
！置はビームレが反射面Ｍ，て反射される位置の近傍に
あるので、レンズ２を通過したビームは平行ビーム１２
となる。更にビーム１２は反射ミラー３により偏向され
てビームＩ。となり、その前側焦点の位置がレンズ２の
後側焦点の位置と一致する様に設置けられたレンズ４に
入射する。レンズ４で屈折されたビームレは反射ミラー
５で反射されビーム１５となつた後、その前側焦点の位
置がレンズ４の後側焦点の位置に合致する様に設けられ
たレンズ６に入射し平行ビーム１６となる。ビームレは
反射ミラー７で反射されビーム１７となり、その前側の
焦点位置がレンズ６の後側焦点位置に合致し、かつその
後側焦点の位置が走査器１の反射面Ｍ２の近傍にある様
なレンズ８で屈折されビーム１８となる。ビームレは走
査器１の反射面Ｍ。で反射されビームＩ。となり後述す
る焦光レンズ３３（不図示）へ指向する。各レンズ２，
４，６，８の光軸ｇは反射ミラー３，５，７を介して一
致している。走フ査器１が回転基準位置に在る場合を実
線で、回転基準位置からψだけ回転した状態を破線で示
している。走査器１が回転基準位置に在る場合、反射面
Ｍ，で偏向されるビームＩ。は伝達光学系２，３，４，
５，６，７，８の光軸ｇ上を通過する。走査；器１が回
転基準位置からψだけ回転した場合、ビームＩ，は角度
２ψだけ偏向される。そしてこの偏向角２ψは伝達光学
系の特性により最終的にはφだけ偏向されたビーム１８
となり走査器１の反射面゛に入射する。この偏向角２ψ
とψとの関係はＪ伝達光学系の構成を変化させることに
より自由に調節することが可能であり、ビームＩ，は走
査器１の回転に伴つて該走査器１の回転方向とは逆の方
向に移動する。従つて走査器１の反射面Ｍ。て反射され
るビーム１９の偏向角はビームＩ，が光軸と成す角２φ
よりψだけ多く、このψに相当する量だけ走査角が増幅
されたことになる。即ちレンズ８による屈折光１８が光
軸ｇとなす角φが走査器１の回転に従つてその回転方向
と逆方向に増えるならば反射面Ｍ２による反射ビーム１
９が光軸ｇとなす角θは、反射面Ｍ，による反射ビーム
Ｉ，が光軸ｇとなす角２ψより必ず大きい。その増加量
φは上述した如く伝達光学系の設定即ち伝達光学系内に
配されたレンズの各焦点距離を定めることにより決定で
きる。つまり、第１図に於いて、レンズ２の焦点距離Ｆ
。がレンズ４の焦点距離Ｆ。に比して大きい程、レンズ
４を通過した後のビームＩ。と光軸ｇの成す角は大きく
なり、更にレンズ６の焦点距離Ｆ６がレンズ８の焦点距
離Ｆ８に比して大きい程、レンズ８により屈折したビー
ムレが光軸ｇと成す角φは大きくなる。従つて反射面Ｍ
。により偏向されたビームレが光軸となす角θは、伝達
光学系を使用しない場合の偏向角に対して任意の量に増
幅することが可能である。第２図、第３図及び第４図は
、本発明に係る走査光学系の他の実施例を示すもので、
第２図と第３図は伝達光学系内のレンズを２群にした場
合、第４図はレンズを４群にした場合が示されている。
ラーの如き走査器であり、２，４，６及び８はレンズ、
３，５及び７は反射ミラーを示している。走査器１に入
射するビームちは、その反射面Ｍ１で偏向されビーム１
１となりレンズ２に入射する。レンズ２の前側焦点の位
！置はビームレが反射面Ｍ，て反射される位置の近傍に
あるので、レンズ２を通過したビームは平行ビーム１２
となる。更にビーム１２は反射ミラー３により偏向され
てビームＩ。となり、その前側焦点の位置がレンズ２の
後側焦点の位置と一致する様に設置けられたレンズ４に
入射する。レンズ４で屈折されたビームレは反射ミラー
５で反射されビーム１５となつた後、その前側焦点の位
置がレンズ４の後側焦点の位置に合致する様に設けられ
たレンズ６に入射し平行ビーム１６となる。ビームレは
反射ミラー７で反射されビーム１７となり、その前側の
焦点位置がレンズ６の後側焦点位置に合致し、かつその
後側焦点の位置が走査器１の反射面Ｍ２の近傍にある様
なレンズ８で屈折されビーム１８となる。ビームレは走
査器１の反射面Ｍ。で反射されビームＩ。となり後述す
る焦光レンズ３３（不図示）へ指向する。各レンズ２，
４，６，８の光軸ｇは反射ミラー３，５，７を介して一
致している。走フ査器１が回転基準位置に在る場合を実
線で、回転基準位置からψだけ回転した状態を破線で示
している。走査器１が回転基準位置に在る場合、反射面
Ｍ，で偏向されるビームＩ。は伝達光学系２，３，４，
５，６，７，８の光軸ｇ上を通過する。走査；器１が回
転基準位置からψだけ回転した場合、ビームＩ，は角度
２ψだけ偏向される。そしてこの偏向角２ψは伝達光学
系の特性により最終的にはφだけ偏向されたビーム１８
となり走査器１の反射面゛に入射する。この偏向角２ψ
とψとの関係はＪ伝達光学系の構成を変化させることに
より自由に調節することが可能であり、ビームＩ，は走
査器１の回転に伴つて該走査器１の回転方向とは逆の方
向に移動する。従つて走査器１の反射面Ｍ。て反射され
るビーム１９の偏向角はビームＩ，が光軸と成す角２φ
よりψだけ多く、このψに相当する量だけ走査角が増幅
されたことになる。即ちレンズ８による屈折光１８が光
軸ｇとなす角φが走査器１の回転に従つてその回転方向
と逆方向に増えるならば反射面Ｍ２による反射ビーム１
９が光軸ｇとなす角θは、反射面Ｍ，による反射ビーム
Ｉ，が光軸ｇとなす角２ψより必ず大きい。その増加量
φは上述した如く伝達光学系の設定即ち伝達光学系内に
配されたレンズの各焦点距離を定めることにより決定で
きる。つまり、第１図に於いて、レンズ２の焦点距離Ｆ
。がレンズ４の焦点距離Ｆ。に比して大きい程、レンズ
４を通過した後のビームＩ。と光軸ｇの成す角は大きく
なり、更にレンズ６の焦点距離Ｆ６がレンズ８の焦点距
離Ｆ８に比して大きい程、レンズ８により屈折したビー
ムレが光軸ｇと成す角φは大きくなる。従つて反射面Ｍ
。により偏向されたビームレが光軸となす角θは、伝達
光学系を使用しない場合の偏向角に対して任意の量に増
幅することが可能である。第２図、第３図及び第４図は
、本発明に係る走査光学系の他の実施例を示すもので、
第２図と第３図は伝達光学系内のレンズを２群にした場
合、第４図はレンズを４群にした場合が示されている。
いずれの実施例に於いても走査系に配された各レンズ群
の光軸は一致する共軸光学系であり、．実線で示された
走査器の位置が基準走査位置であり、破線て示された位
置は基準位置より角度ψだけ回転した状態てある。そし
て走査器が基準走査位置にある場合は、伝達光学系を通
過するビームはその光軸上を進む。第２図に示す走査器
１は第１図に示した走査器と同様、その両面が反射面で
ある様なガルバノミラーである。
の光軸は一致する共軸光学系であり、．実線で示された
走査器の位置が基準走査位置であり、破線て示された位
置は基準位置より角度ψだけ回転した状態てある。そし
て走査器が基準走査位置にある場合は、伝達光学系を通
過するビームはその光軸上を進む。第２図に示す走査器
１は第１図に示した走査器と同様、その両面が反射面で
ある様なガルバノミラーである。
そして２群のレンズ１２，１６と４枚の反射ミラー１３
，１４，１５，１？て伝達光学系を形成している。レン
ズ１２の前側焦点の位置及びレンズ１６の後側焦点の位
置は走査器１１の反射面Ｍ，，Ｍ。の近傍にあり、更に
レンズ１２の後側焦点の位置とレンズ１６の前側焦点の
位置が合致する様にレンズが配されている。走査器１１
が基準走査位置から角度ψだけ回転すると、入射ビーム
Ｉ，Ｏは反射面Ｍ，で光軸ｇから２ψだけ偏向され、レ
ンズ１２で平行なビームＩ，２となり反射ミラー１３，
１４，１５を介した後にレンズ１６で屈折され、反射ミ
ラー１７で反射された後、光軸ｇと角度ψを成すビーム
Ｉ，，となり走査器１１の反射面゛に入射する。ビーム
Ｉ，，は走査器の回転に伴い、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動するものてある。走査器１１により最終的
に偏向されるビームＩ，。の偏向角（走査角）θは、θ
＝ψ＋２ψてあり偏向角は増幅される。第３図に示す走
査系に使用されている走査器２１は第１図て示す走査器
１と同じ走査器てある。
，１４，１５，１？て伝達光学系を形成している。レン
ズ１２の前側焦点の位置及びレンズ１６の後側焦点の位
置は走査器１１の反射面Ｍ，，Ｍ。の近傍にあり、更に
レンズ１２の後側焦点の位置とレンズ１６の前側焦点の
位置が合致する様にレンズが配されている。走査器１１
が基準走査位置から角度ψだけ回転すると、入射ビーム
Ｉ，Ｏは反射面Ｍ，で光軸ｇから２ψだけ偏向され、レ
ンズ１２で平行なビームＩ，２となり反射ミラー１３，
１４，１５を介した後にレンズ１６で屈折され、反射ミ
ラー１７で反射された後、光軸ｇと角度ψを成すビーム
Ｉ，，となり走査器１１の反射面゛に入射する。ビーム
Ｉ，，は走査器の回転に伴い、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動するものてある。走査器１１により最終的
に偏向されるビームＩ，。の偏向角（走査角）θは、θ
＝ψ＋２ψてあり偏向角は増幅される。第３図に示す走
査系に使用されている走査器２１は第１図て示す走査器
１と同じ走査器てある。
そして２群のレンズ２２，２５及び２枚の反射ミラー２
３，２４により伝達光学系を形成している。レンズ２２
の前側焦点の位置とレンズ２５の後側焦点の位置は走査
器２１の反射面Ｍ，，Ｍ２近傍にあり、又、レンズ２２
の後側焦点の位置とレンズ２５の前側焦点の位置は合致
している。走査器２１が回転すれば、伝達光学系から走
査器２１に再入射するビームＩｍは、走査器２１の回転
方 （向とは逆方向に移動するので、上述した走査系と
同様に、最終的に走査器２１で偏向されるビーム１２，
は偏向角の増幅されたビームとなる。上述した実施例に
於いては、走査器１，１１，２１として両面を反射面に
したガルバノミラーを用いて説明したが、走査器は多数
の反射面を有する回転多面鏡を使用しても良い。第４図
は第１図に示す走査光学系の走査器１を回転多面鏡３１
に置換した第１図で示す光学系と全く同一であり、第１
図て示す伝達光学系と全く同一の構成を有する伝達光学
系を用いているものである。第４図に示す走査系に於い
ては、走査器３１の反射面としての二面Ｍ，，Ｍ２とし
て、回転軸を挾んて対称な面を使用しているが、反射面
Ｍ，とＭ。が異なる面であればどの様に面を選んでも良
い。更に回転多面鏡の如き、反射面が多数の面から成る
場合は上述した偏向角の増幅作用を有する伝達光学系を
複数個配設し、複数回偏向ビームを単一の走査器に入射
させることで、更なる偏向角の増大が得られる。しかし
この様な場合でも、走査器の同一の反射面で２回以上、
走査用のビームを偏向させることは避けなければならな
い。次に、走査器で最終的に偏向されたビームＩ。
３，２４により伝達光学系を形成している。レンズ２２
の前側焦点の位置とレンズ２５の後側焦点の位置は走査
器２１の反射面Ｍ，，Ｍ２近傍にあり、又、レンズ２２
の後側焦点の位置とレンズ２５の前側焦点の位置は合致
している。走査器２１が回転すれば、伝達光学系から走
査器２１に再入射するビームＩｍは、走査器２１の回転
方 （向とは逆方向に移動するので、上述した走査系と
同様に、最終的に走査器２１で偏向されるビーム１２，
は偏向角の増幅されたビームとなる。上述した実施例に
於いては、走査器１，１１，２１として両面を反射面に
したガルバノミラーを用いて説明したが、走査器は多数
の反射面を有する回転多面鏡を使用しても良い。第４図
は第１図に示す走査光学系の走査器１を回転多面鏡３１
に置換した第１図で示す光学系と全く同一であり、第１
図て示す伝達光学系と全く同一の構成を有する伝達光学
系を用いているものである。第４図に示す走査系に於い
ては、走査器３１の反射面としての二面Ｍ，，Ｍ２とし
て、回転軸を挾んて対称な面を使用しているが、反射面
Ｍ，とＭ。が異なる面であればどの様に面を選んでも良
い。更に回転多面鏡の如き、反射面が多数の面から成る
場合は上述した偏向角の増幅作用を有する伝達光学系を
複数個配設し、複数回偏向ビームを単一の走査器に入射
させることで、更なる偏向角の増大が得られる。しかし
この様な場合でも、走査器の同一の反射面で２回以上、
走査用のビームを偏向させることは避けなければならな
い。次に、走査器で最終的に偏向されたビームＩ。
，Ｉ，，，ｌ？が走査面上に走査する状態を説明する。
第５図は、この状態を説明する為の図で、第１図に示す
光学系の場合を一例として取り上げており、走査器１と
走査面３２との間の光学系を示している。３３は集光レ
ンズであり、該レンズ３３ｉの焦平面と走査面３２は一
致している。
第５図は、この状態を説明する為の図で、第１図に示す
光学系の場合を一例として取り上げており、走査器１と
走査面３２との間の光学系を示している。３３は集光レ
ンズであり、該レンズ３３ｉの焦平面と走査面３２は一
致している。
レンズ３３の光軸ｇは前記伝達光学系の光軸ｇと共軸と
なつており、従つて走査器１が基準走査位置に在る場合
ビーム１９はレンズ３３の光軸ｇに沿つて進む。尚ｈは
走査用ビームの結像高を示すもので、フ走査面３２と光
軸ｇの交点とビームの集光スポットの間の距離である。
このｈは上記θの関数で表わされ、又、θは伝達光学系
内に配されたレンズの配置、パワー及び歪特性によつて
決められるものてある。従つて走査器の回転に伴つて、
走査面５３２上を集光スポットが移動し、走査が遂行さ
れる。上記実施例に示した伝達光学系は、該伝達光学系
内に配された隣接したレンズがその焦点位置を合致する
様に配設したが、伝達光学系が全体とし０てアフオーカ
ルな屈折力を有する様に設計すればレンズの配置はどの
様に配設しても良い。
なつており、従つて走査器１が基準走査位置に在る場合
ビーム１９はレンズ３３の光軸ｇに沿つて進む。尚ｈは
走査用ビームの結像高を示すもので、フ走査面３２と光
軸ｇの交点とビームの集光スポットの間の距離である。
このｈは上記θの関数で表わされ、又、θは伝達光学系
内に配されたレンズの配置、パワー及び歪特性によつて
決められるものてある。従つて走査器の回転に伴つて、
走査面５３２上を集光スポットが移動し、走査が遂行さ
れる。上記実施例に示した伝達光学系は、該伝達光学系
内に配された隣接したレンズがその焦点位置を合致する
様に配設したが、伝達光学系が全体とし０てアフオーカ
ルな屈折力を有する様に設計すればレンズの配置はどの
様に配設しても良い。
更に、本発明に係る伝達光学系に於いては該光学系内に
更に偏向器を設けなくとも、上記偏向角２ψと角度ψと
の関係を自由に調節できることは概に示したが伝達光学
系内に更に走査器を設けることにより、走査光学系全体
としての偏向角を増大させることができる。
更に偏向器を設けなくとも、上記偏向角２ψと角度ψと
の関係を自由に調節できることは概に示したが伝達光学
系内に更に走査器を設けることにより、走査光学系全体
としての偏向角を増大させることができる。
例えば、第１図又は第４図に示す様に、伝達光学系内で
、ビームがアフオーカルな状態となる場所がある場合に
は、この位置に走査器を設けて偏向角を増大することが
望ましい。第１図又は第４図に示す実施例に於いては反
射ミラー５がそれに相当するもので、反射ミラー５の代
りにガルバノミラー又は回転多面鏡を用いることができ
る。この場合、伝達光学系内に設ｊけられた走査器は主
たる走査器１と同期して作動しなければならない。次に
走査面３２上を走査する集光スポットの走査速度に関し
て述べる。
、ビームがアフオーカルな状態となる場所がある場合に
は、この位置に走査器を設けて偏向角を増大することが
望ましい。第１図又は第４図に示す実施例に於いては反
射ミラー５がそれに相当するもので、反射ミラー５の代
りにガルバノミラー又は回転多面鏡を用いることができ
る。この場合、伝達光学系内に設ｊけられた走査器は主
たる走査器１と同期して作動しなければならない。次に
走査面３２上を走査する集光スポットの走査速度に関し
て述べる。
走査面上の集光スポトの速度は通常の目的に於いては等
速であることが望まれる。しかしガルバノミラーの如く
その振動角ψが時間ｔに対して通常ψ（ｔ）＝Ａｓｉｎ
ωｔ（Ａとωは定数）と振動する場合や、又は伝達光学
系内及び走査器と走査面の間に設けられるレンズが通常
の特性を有するレンズの場合には走査．面上で集光スポ
ットの速度は一定とならない。この通常の特性を有する
レンズとはｆ −Ｔａｎθレンズと呼ばれているもので
、その焦点距離がｆである場合、θの角度で入射するビ
ームに対してその焦平面上にｈ ＝ｆ −Ｔａｎθの高
さに結像させるよ冫うなレンズである。従つて集光スポ
ットの速度を一定にする為には走査系にはｆ−θレンズ
又はｆ一Ａｒｃｓｉｎθレンズの如き特殊な結像特性を
有。。するレンズを用いることが必要である。但し、ｆ
−θレンズとは、レンズの焦点距離をｆとした場合、ビ
ームの入射角θと結像する高さ（光軸からの高さである
）ｈの間にｈ＝ｆ・θなる関係を有するレンズであり、
同じくｆ −Ａｒｃｓｉｎθレンθズとはｈ＝ψ０ｆａ
ｒｃｓｉｎ−なるレンズであψ０る。
速であることが望まれる。しかしガルバノミラーの如く
その振動角ψが時間ｔに対して通常ψ（ｔ）＝Ａｓｉｎ
ωｔ（Ａとωは定数）と振動する場合や、又は伝達光学
系内及び走査器と走査面の間に設けられるレンズが通常
の特性を有するレンズの場合には走査．面上で集光スポ
ットの速度は一定とならない。この通常の特性を有する
レンズとはｆ −Ｔａｎθレンズと呼ばれているもので
、その焦点距離がｆである場合、θの角度で入射するビ
ームに対してその焦平面上にｈ ＝ｆ −Ｔａｎθの高
さに結像させるよ冫うなレンズである。従つて集光スポ
ットの速度を一定にする為には走査系にはｆ−θレンズ
又はｆ一Ａｒｃｓｉｎθレンズの如き特殊な結像特性を
有。。するレンズを用いることが必要である。但し、ｆ
−θレンズとは、レンズの焦点距離をｆとした場合、ビ
ームの入射角θと結像する高さ（光軸からの高さである
）ｈの間にｈ＝ｆ・θなる関係を有するレンズであり、
同じくｆ −Ａｒｃｓｉｎθレンθズとはｈ＝ψ０ｆａ
ｒｃｓｉｎ−なるレンズであψ０る。
但しψ。はガルバノミラーの振幅角度である。レンズに
入射するビームの角度θが一定の割Ｊ合で変化する場合
、例えば回転多面鏡の様に回転速度が一定であり、従つ
て偏向されるビームの偏向角の角速度が一定である様な
場合には、レンズとしてｆ−θレンズを用いる。又、走
査器が特殊な角速度を有する場合には、それに対応した
特性を有するレンズを用いる必要があり、例えば偏向ビ
ームの偏向角ψ（ｔ）がψ（ｔ）＝Ａｓｉｎωｔなるガ
ルバノミラーの場合にはｆ −ＡｒｃｓｉｎＯレンズを
用いる。例えば第１図に示す走査光学系に於いて走査面
３２上で集光スポットを等速度で走査する時、（Ｉ）
走査器はガルバノミラー１だけである（■） 走査器は
ガルバノミラー１とガルバノミラー５である。
入射するビームの角度θが一定の割Ｊ合で変化する場合
、例えば回転多面鏡の様に回転速度が一定であり、従つ
て偏向されるビームの偏向角の角速度が一定である様な
場合には、レンズとしてｆ−θレンズを用いる。又、走
査器が特殊な角速度を有する場合には、それに対応した
特性を有するレンズを用いる必要があり、例えば偏向ビ
ームの偏向角ψ（ｔ）がψ（ｔ）＝Ａｓｉｎωｔなるガ
ルバノミラーの場合にはｆ −ＡｒｃｓｉｎＯレンズを
用いる。例えば第１図に示す走査光学系に於いて走査面
３２上で集光スポットを等速度で走査する時、（Ｉ）
走査器はガルバノミラー１だけである（■） 走査器は
ガルバノミラー１とガルバノミラー５である。
（■） 走査器はガルバノミラー１と回転多面鏡だけで
ある。上記、（Ｉ）〜（■）の楊合のレンズ２，４，６
，８，３３を表１に示す。
ある。上記、（Ｉ）〜（■）の楊合のレンズ２，４，６
，８，３３を表１に示す。
第２図に示す光学系は第３図に示す光学系と実質的に等
価であるので、上述した如きレンズ特性の解析と同様な
解析を第２図に示す走査光学系に於いて行うと４（（■
） 走査器は１１だけでありガルバノミラーである（Ｖ
） 走査器は１１だけであり回転鏡である上記（■），
（Ｖ）のケースに関するレンズ１２，１６，３３の特性
は、（■）の場合のレンズ１２，１６，３３が総てｆ
−Ａｒｃｓｉｎθレンズ、（Ｖ）の楊合はレンズ１２，
１６，３３が総てｆ−θレンズである。
価であるので、上述した如きレンズ特性の解析と同様な
解析を第２図に示す走査光学系に於いて行うと４（（■
） 走査器は１１だけでありガルバノミラーである（Ｖ
） 走査器は１１だけであり回転鏡である上記（■），
（Ｖ）のケースに関するレンズ１２，１６，３３の特性
は、（■）の場合のレンズ１２，１６，３３が総てｆ
−Ａｒｃｓｉｎθレンズ、（Ｖ）の楊合はレンズ１２，
１６，３３が総てｆ−θレンズである。
第４図に示す光学系に於いて同様な解析を行なうと、〔
■） 走査器は回転多面鏡３１だけである（■） 走査
器は回転多面鏡３１とガルバノミラ一５である（■）
走査器は回転多面鏡３１と回転多面鏡５である ＊上記
（■）〜（■）に示すケースに対するレンズ２，４，６
，８，３３の特性を表２に示す。
■） 走査器は回転多面鏡３１だけである（■） 走査
器は回転多面鏡３１とガルバノミラ一５である（■）
走査器は回転多面鏡３１と回転多面鏡５である ＊上記
（■）〜（■）に示すケースに対するレンズ２，４，６
，８，３３の特性を表２に示す。
上記実施例では総てのレンズに歪特性を持たせたが、レ
ンズの一部に通常のｆ−Ｔａｎθレンズを用いた場合に
は、上記ｆ−θレンズ及びｆ −Ａｒｃｓｉｎθレンズ
以外の特殊な歪特性を有するレンズを用いれば走査面上
を等速で走査することができる。たとえば（Ｉ）の総て
のレンズにＦａｒｃｓｉｎθレンズを使う場合について
等速性を証明する。
ンズの一部に通常のｆ−Ｔａｎθレンズを用いた場合に
は、上記ｆ−θレンズ及びｆ −Ａｒｃｓｉｎθレンズ
以外の特殊な歪特性を有するレンズを用いれば走査面上
を等速で走査することができる。たとえば（Ｉ）の総て
のレンズにＦａｒｃｓｉｎθレンズを使う場合について
等速性を証明する。
ガルバノミラーの振動をψ（ｔ）＝φ０ｓｉｎωｔとし
、レンズ２の歪特性をｈ＝φ０ｆ２ａｒｃｓｉｎ（２）
レンズ４の歪特性をｈ＝ψ０ｆ２ａｒｃｓｉｎ（−５１
・ψ０ｆ’ 一） Ｆ２ ｆ，ｆ， レンズ６の歪特性をｈ＝ーψ０ａｒｃｓ１ｎｆ。
、レンズ２の歪特性をｈ＝φ０ｆ２ａｒｃｓｉｎ（２）
レンズ４の歪特性をｈ＝ψ０ｆ２ａｒｃｓｉｎ（−５１
・ψ０ｆ’ 一） Ｆ２ ｆ，ｆ， レンズ６の歪特性をｈ＝ーψ０ａｒｃｓ１ｎｆ。
φｆ（ェ・ｄ）
一朋
レンズ８の歪特性をｈ− ψ０ａｒｃｓ１ｎｆ，ψＦ４
ｆ（一 』） ψｏ’Ｇ’Ｆ。
ｆ（一 』） ψｏ’Ｇ’Ｆ。
レンズ３３の歪特性を
Ｆ６ｆ２２ψ＋φ
ｈ二２０＋− 一〕ψ０ｆ３３ａｒＣＳ１ｎｆ８ｆ４２
０＋Ｒ什〕ψＯとすることによつて、レンズ３３によつ
て像面１４を走査される速度ＶはＤｈｆ６ｆ２ｖ ＝ーニヨ。
０＋Ｒ什〕ψＯとすることによつて、レンズ３３によつ
て像面１４を走査される速度ＶはＤｈｆ６ｆ２ｖ ＝ーニヨ。
。〔１＋−〕ψ０ωＤｎｆ８ｆ４
であり、これはは一定値である。
但し、Ｆ。，ｆ４ｆ６，ｆ８，ｆ３３はレンズ２，４，
６，８，３３の焦点距離である。次にｆθを使う（Ｖ）
の場合について等速性を証明する。回転多面鏡の回転角
をψ（ｔ）＝Ｋ −ｔ （但し、Ｋは定数）としレンズ
１２の歪特性をｈ＝２φＦｌ２ レンズ１６の歪特性をｈ＝Ｆ，６・ψ レンズ３３の歪特性をｈ＝（２ψ十ψ）Ｆ３３Ｊとする
ことによつてレンズ３３によつて像面上を走査される速
度ｖはＤｈｆ，２ｖ ＝正＝２Ｋ（Ｇ＋１） であり、これは一定値である。
６，８，３３の焦点距離である。次にｆθを使う（Ｖ）
の場合について等速性を証明する。回転多面鏡の回転角
をψ（ｔ）＝Ｋ −ｔ （但し、Ｋは定数）としレンズ
１２の歪特性をｈ＝２φＦｌ２ レンズ１６の歪特性をｈ＝Ｆ，６・ψ レンズ３３の歪特性をｈ＝（２ψ十ψ）Ｆ３３Ｊとする
ことによつてレンズ３３によつて像面上を走査される速
度ｖはＤｈｆ，２ｖ ＝正＝２Ｋ（Ｇ＋１） であり、これは一定値である。
但し、Ｆ，２，ｆ，６，５ｆ，３はレンズ１２，１６，
３３の焦点距離である。尚、他のケースについても上述
したケース（Ｉ）及びケース（Ｖ）と同様に証明できる
ので、ここでは省略する。
３３の焦点距離である。尚、他のケースについても上述
したケース（Ｉ）及びケース（Ｖ）と同様に証明できる
ので、ここでは省略する。
θ 次に走査器の回転軸が傾いた場合について述べる。
第６図は第１図に示す光学系を光軸を含む紙面に垂直な
断面の展開図てある。走査器１が回転基準位置にてその
回転軸が傾き、第６図の様に、反射面がΔξ傾いたとす
る。その時走査器１の面：５Ｍ１で反射しレンズ２へ入
射するビームは光軸ｇと２Δξ傾いて入射し、レンズ４
，レンズ６、及びレンズ８を順次通過後、再び走査器１
の面Ｍ，へ向うビームが光軸と成す角をξＸとする。走
査器１の回転軸の倒れ方向と上記ξＸの変動方向は′θ
この場合一致する。従つてレンズ８を通過後光軸ｇとξ
ｘとなる角を成すビームが走査器１の面゛によつて反射
されると、反射後のビームは光軸ｇと一致するか又は光
軸と成す角は２Δζより小さく光軸の極く近傍にある様
に設定することができる。もし走査器１の回転軸の倒れ
る方向とその影響によるζＸの変動方向が逆であるなら
ば、前述の偏向角増幅の原理から明らかな様に走査鴛１
の面゛で反射されるビームが光軸ｇと成すＰ−ξ’ｘは
、２Δξなる量より増大する。 夕上記走査系に於ける
Δξ，ξＸ，Δξの間の関係は，，ｘ ＝，ｘ −２Ａ
，・ ・・・（１）と表わされる。
断面の展開図てある。走査器１が回転基準位置にてその
回転軸が傾き、第６図の様に、反射面がΔξ傾いたとす
る。その時走査器１の面：５Ｍ１で反射しレンズ２へ入
射するビームは光軸ｇと２Δξ傾いて入射し、レンズ４
，レンズ６、及びレンズ８を順次通過後、再び走査器１
の面Ｍ，へ向うビームが光軸と成す角をξＸとする。走
査器１の回転軸の倒れ方向と上記ξＸの変動方向は′θ
この場合一致する。従つてレンズ８を通過後光軸ｇとξ
ｘとなる角を成すビームが走査器１の面゛によつて反射
されると、反射後のビームは光軸ｇと一致するか又は光
軸と成す角は２Δζより小さく光軸の極く近傍にある様
に設定することができる。もし走査器１の回転軸の倒れ
る方向とその影響によるζＸの変動方向が逆であるなら
ば、前述の偏向角増幅の原理から明らかな様に走査鴛１
の面゛で反射されるビームが光軸ｇと成すＰ−ξ’ｘは
、２Δξなる量より増大する。 夕上記走査系に於ける
Δξ，ξＸ，Δξの間の関係は，，ｘ ＝，ｘ −２Ａ
，・ ・・・（１）と表わされる。
今面Ｍ１による反射ビームと面Ｍ２に入射するビームが
平行になる様に各レンズ２，４，６，８の焦点距離を設
定すると第（１）式はξ′ｘ＝２（Δξ−Δξ’）＜２
Δξ ・・・（２）となる。ここで更に第１図の紙面に
垂直で、且つ回転基準位置に於ける走査器１の反射面の
法線を含む平面内に倒れた回転軸か含まれるとすればΔ
ξ＝Δξ′であるのでξ’ｘ＝０ となる。
平行になる様に各レンズ２，４，６，８の焦点距離を設
定すると第（１）式はξ′ｘ＝２（Δξ−Δξ’）＜２
Δξ ・・・（２）となる。ここで更に第１図の紙面に
垂直で、且つ回転基準位置に於ける走査器１の反射面の
法線を含む平面内に倒れた回転軸か含まれるとすればΔ
ξ＝Δξ′であるのでξ’ｘ＝０ となる。
つまり第（２）式、第（３）式より走査器１の回転軸が
Δξ傾いた時、ビームちの倒れ角は２Δξより小さく、
この様な光学系は走査器の回転軸の倒れに対して倒れ補
正の効果を持つことが明らかである。伝達光学系が走査
器の倒れを補正する場合は、走査器て最初に反射される
ビームと伝達光学系を介して走査器に再入射するビーム
とが平行に近いということが条件となる。
Δξ傾いた時、ビームちの倒れ角は２Δξより小さく、
この様な光学系は走査器の回転軸の倒れに対して倒れ補
正の効果を持つことが明らかである。伝達光学系が走査
器の倒れを補正する場合は、走査器て最初に反射される
ビームと伝達光学系を介して走査器に再入射するビーム
とが平行に近いということが条件となる。
然るに伝達光学系内に配されたレンズが総て球面レンズ
である場合には、第２図及び第３図に示す伝達光学系に
於いては倒れ補正効果を得ることができない。第２図及
び第３図に示す伝達光学系に於いても．倒れ補正効果を
持たせる手段としては、伝達光学系内のレンズをシリン
ドカルレンズとする手段である。
である場合には、第２図及び第３図に示す伝達光学系に
於いては倒れ補正効果を得ることができない。第２図及
び第３図に示す伝達光学系に於いても．倒れ補正効果を
持たせる手段としては、伝達光学系内のレンズをシリン
ドカルレンズとする手段である。
このシリンドリカルレンズはビームの走査される面と垂
直な面内で屈折力を持たないものとすると第（２）式が
成立し、走査器の回転軸の倒れを−補正する効果を持つ
ことが明白である。第７図は第１図に示す伝達光学系の
レンズにシリンドリカルレンズを用いた場合を示すもの
で、ビームは紙面と垂直方向に走査されている。即ち各
シリンドリカルレンズ２’，４’，８’，６’は紙面方
向には４屈折力を有しないので、走査器１がΔξ傾きビ
ームが２Δξの角度だけ倒れるとすると、ビームは各シ
リンドリカルレンズ２’，４’，６’，８’を通過した
後もビームはやはり同じ傾き角２Δξであるので、再度
走査器１に入射した際傾き角は相殺されるのである。上
述した倒れ補正の実施例では走査する反射面が二面であ
るガルバノミラーを用い説明したが、反射面がΞ面以上
ある様な回転多面鏡に於いては、伝達光学系によつて結
ばれる走査用の反射面が第４図の実施例に示す様に回転
軸を挾んで対向している面を選んだ方が回転軸の倒れ補
正の効果を充分得ることができる。
直な面内で屈折力を持たないものとすると第（２）式が
成立し、走査器の回転軸の倒れを−補正する効果を持つ
ことが明白である。第７図は第１図に示す伝達光学系の
レンズにシリンドリカルレンズを用いた場合を示すもの
で、ビームは紙面と垂直方向に走査されている。即ち各
シリンドリカルレンズ２’，４’，８’，６’は紙面方
向には４屈折力を有しないので、走査器１がΔξ傾きビ
ームが２Δξの角度だけ倒れるとすると、ビームは各シ
リンドリカルレンズ２’，４’，６’，８’を通過した
後もビームはやはり同じ傾き角２Δξであるので、再度
走査器１に入射した際傾き角は相殺されるのである。上
述した倒れ補正の実施例では走査する反射面が二面であ
るガルバノミラーを用い説明したが、反射面がΞ面以上
ある様な回転多面鏡に於いては、伝達光学系によつて結
ばれる走査用の反射面が第４図の実施例に示す様に回転
軸を挾んで対向している面を選んだ方が回転軸の倒れ補
正の効果を充分得ることができる。
第８図は本発明に係る走査光学系を具体的に組み込んだ
レーザ記録装置の一実施例を示す平面概略図である。
レーザ記録装置の一実施例を示す平面概略図である。
第８図に於いて、レーザー光源４１からのビームは該ビ
ームに信号を与える光変調器４２を介した後ビームエク
スパンダー４３によりクそのビーム径を拡大され回転多
面鏡４４に入射す。回転多面鏡４４の面Ｍ，で反射され
るビームはレス４５、反射ミラー４６，４７及びレンズ
４８を順次介した後、回転多面鏡４４面隅に再入射する
。面Ｍ。で再度走査されたビームは集光レンズ４９によ
り、該レンズの焦平面上に設けられた記録体５０上に結
像する。上記レンズ４５，４８及び反射ミラー４６，４
７で伝達光学系を形成しており、該伝達光学系でアフオ
ーカル光学系を形成している。そしてレンズ４５、レン
ズ４８及びレンズ４９は共にｆ−θレンズであるので、
回転多面鏡４４の回転に伴い、記録体５０上をビームは
一定の速度て走査する。以上、本発明に係る自己増幅偏
向走査光学系に於いては、或特定の走査器に複数回走査
用のビームを入射する際、該走査器を構成する反射面の
同一の面に重複してビームを入射させることがない構成
を有するもので、走査用のビームの光路が重複すること
なく広い角度を走査できる等の優れた効果を有するもの
である。
ームに信号を与える光変調器４２を介した後ビームエク
スパンダー４３によりクそのビーム径を拡大され回転多
面鏡４４に入射す。回転多面鏡４４の面Ｍ，で反射され
るビームはレス４５、反射ミラー４６，４７及びレンズ
４８を順次介した後、回転多面鏡４４面隅に再入射する
。面Ｍ。で再度走査されたビームは集光レンズ４９によ
り、該レンズの焦平面上に設けられた記録体５０上に結
像する。上記レンズ４５，４８及び反射ミラー４６，４
７で伝達光学系を形成しており、該伝達光学系でアフオ
ーカル光学系を形成している。そしてレンズ４５、レン
ズ４８及びレンズ４９は共にｆ−θレンズであるので、
回転多面鏡４４の回転に伴い、記録体５０上をビームは
一定の速度て走査する。以上、本発明に係る自己増幅偏
向走査光学系に於いては、或特定の走査器に複数回走査
用のビームを入射する際、該走査器を構成する反射面の
同一の面に重複してビームを入射させることがない構成
を有するもので、走査用のビームの光路が重複すること
なく広い角度を走査できる等の優れた効果を有するもの
である。
第１図、第２図、第３図及び第４図は各々本発明に係る
走査光学系の実施例を示す概略図、第５図は本発明に係
る走査器と走査面の間の光学系の一実施例を示す図、第
６図及び第７図は本発明に係る走査光学系の伝達光学系
に於いて倒れ補正の効果を説明する為の図、第８図は本
発明に係る走査光学系を適用したレーザ記録装置の一実
施例を示す概略図。 １，１１，２１・・・・・・ガルバノミラー、３１・・
・・・・回転多面鏡、２，４，６，８，３３・・・・・
ルンズ、５，７・・・・・・反射鏡、ｇ ・・・・・・
光源、Ｍ，，Ｍ。
走査光学系の実施例を示す概略図、第５図は本発明に係
る走査器と走査面の間の光学系の一実施例を示す図、第
６図及び第７図は本発明に係る走査光学系の伝達光学系
に於いて倒れ補正の効果を説明する為の図、第８図は本
発明に係る走査光学系を適用したレーザ記録装置の一実
施例を示す概略図。 １，１１，２１・・・・・・ガルバノミラー、３１・・
・・・・回転多面鏡、２，４，６，８，３３・・・・・
ルンズ、５，７・・・・・・反射鏡、ｇ ・・・・・・
光源、Ｍ，，Ｍ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも二面以上の反射面を有する走査器と、該
走査器の第１反射面で反射されたビームを該走査器の前
記第１反射面とは異なる第２反射面に入射させるアフオ
ーカルな伝達光学系を配し、前記第２反射面に入射する
ビームは該走査器の回転又は回動方向に対して逆方向に
移動する様に前記伝達光学系を設けた自己増幅偏向走査
光学系に於いて、前記第１反射面及び第２反射面とは前
記走査器の回転軸を挾んで対向し、前記伝達光学系は第
１反射面で偏向されたビームに対して第２反射面に入射
するビームがほぼ平行となる様に第１反射面から第２反
射面へビームを導き、走査器の回転軸の倒れに起因する
第１反射面で偏向されたビームの傾き角を第２反射面で
減少もしくは相殺することを特徴とする自己増幅偏向走
査系。 ２ 前記伝達光学系を構成するレンズは４枚の球面レン
ズある特許請求の範囲第１項記載の自己増幅偏向走査系
。 ３ 前記伝達光学系を構成するレンズはシリンドリカル
レンズである特許請求の範囲第１項記載の自己増幅偏向
走査系。 ４ 前記走査器は正弦振動をするガルバノミラーであり
、アフオーカルな伝達光学系を構成する各レンズ群がｆ
−ａｒｃｓｉｎθレンズである特許請求の範囲第１項記
載の自己増幅偏向走査光学系。 ５ 前記走査器は等速回転をする回転多面鏡であり、ア
フオーカルな伝達光学系を構成する各レンズ群がｆ−θ
レンズである特許請求の範囲第１項記載の自己増幅偏向
走査光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52011278A JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
| US06/030,658 US4299438A (en) | 1977-02-04 | 1979-04-16 | Scanning optical system having at least two reflecting surfaces and an afocal optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52011278A JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5397448A JPS5397448A (en) | 1978-08-25 |
| JPS6048732B2 true JPS6048732B2 (ja) | 1985-10-29 |
Family
ID=11773511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52011278A Expired JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4299438A (ja) |
| JP (1) | JPS6048732B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6239532U (ja) * | 1985-08-24 | 1987-03-09 | ||
| JPS6239533U (ja) * | 1985-08-24 | 1987-03-09 | ||
| JPS6399532U (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-28 |
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| SE442067B (sv) * | 1984-04-26 | 1985-11-25 | Pharos Ab | Optisk svepanordning |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4299438A (en) | 1981-11-10 |
| JPS5397448A (en) | 1978-08-25 |
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