JPS609243B2 - 走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光源からの光ビームを偏向器及び走査レンズ
を含む走査光学系によって所定走査線に沿って移動する
スポット光に変換する走査装置、更に詳しくは、前記ス
ポット光の径を検出する機能を有する走査装置に関する
ものである。

光ビ−ムを移動スポット光に変換する走査装置は画像書
き込み装置や、画像読み取り装置に適用されている。

これらの装置に走査装置を適用した場合、解像度の点か
ら、スポットの大きさが定められた大きさであるか否か
が問題となる。従って、画像書き込み、読み取りの際ス
ポットの大きさが定められた大きさであるか否か検出す
る必要が有る。このスポットの大きさを検出する方法は
従来から種々提案されている。

例えば、ＡＰＰＬＥＤＯＰＴＩＣＳＶＯＩ．１５，Ｎｏ
．６，１９７母王６月号、第１４２７頁、第５図には静
止スポットを一方向に振動するナイフエッジによって切
断し、各切断状態のスポットの光量をホトディテクター
で検出し、この検出信号よりスポットの大きさを検出す
る装置が示されている。

検出信号よりスポットの大きさが検出出釆る理由は基本
的には、検出信号がナイフエッジのスポット切断開始時
から切断終了時まで変化を示し、ナイフエッジの移動ス
ピードが一定とすると、この検出信号の変化する時間は
スポットの径に対応するからである。

従って、この検出信号の変化する時間を測定することに
よってスポットの大きさを測定することが出来る。尚、
この文献の装層においては、検出信号の微分回路によっ
て微分し、この微分された信号をオシロスコープ上に表
示し、表示された波形を観察することによって行なつて
いる。しかしながら、この装置は静止スポットを得るた
めに特別の方法、例えば、走査レンズと偏向器の間にビ
ームスプリッタ一等を配し、走査ビームとは別の静止ビ
ームを得て、この静止ビームによって得られる静止スポ
ットを利用する方法、を必要とする、又、更にこの装置
は振動ナイフエッジを必要とする、等々の種々の欠点を
有している。

本発明は上述の欠点に鑑みなされたものである。従って
、本発明の目的は、スポットの大きさを検出する機能を
有する構成の簡単な走査装置を提供することである。そ
して、この目的は、走査面上の走査線上の所望走査幅以
外の走査線上にスポット光の大きさを検出するためのホ
トディテクターを配することによって達成できる。

尚「 ここで走査線上の所望走査幅とは走査線上の希望
される書き込み、読み取り幅を称するものである。以下
本発明を添付した図面を使用して説明する。

第１図は本発明の装置をレーザービーム書き込み装置に
適用した第１実施例の光学配置図を示す図である。

図中、１はしーザー光源、２は制御回路３からの信号に
応じて光変調を行なう光変調器、４はビームエキスパン
ダー、５は回転多面鏡、６はｆａレンズ等の走査レンズ
である。この回転多面鏡５、及び走査レンズ６によって
、ビームェキスパンダー４からの静止平行ビームは走査
面において、走査線に沿って移動する走査スポットに変
換される。尚、走査面は通常走査レンズ６ 〆の焦点距
離離れた位置に位置している。７は走査面上に配された
感光材である。

８は走査面上に配されたホトデイテクターである。

このホトデイテクターはしーザー光源の波長に応答性を
有している。例えば、レーザー光源からの光が赤外線の
如き不可視光であれば、赤外線に対して応答性を有する
ホトディテクターである必要が有る。９は直線状ナイフ
エッジである。

１川まホトディテクタ−８に向けられる移動ビームであ
り、１１は感光材７に向けられる移動ビームである。

１２はホトディテクター８からの信号が入力される微分
器である。

この微分器１２は第２図に示す様に増中器１３、及びコ
ンデンサー及び抵抗を含む微分回路１４より構成されて
いる。この微分器１２からの出力はオシロスコープ１５
上に表示される。従って、このオシロスコープ１５上に
表示される波形を観察することによってスポットの形状
を知ることが出来る。オシロスコープ上に表示された波
形からスポットの形状が所定のものでないと判断された
場合、オシロスコープを観察しつつ、走査レンズ６のピ
ント調整を行ない所望のスポット形状にすることが可能
である。更に、第１図の実施例はホトディテクター８を
所望走査幅の走査開始信号を得るためのホトディテクタ
ーとして使用させている。

一般に、走査面上で各走査線が画像の表示や記録を開始
するタイミングは偏向器が回転多面鏡の場合、各面の分
割精度が悪いと光ビームに信号を乗せた場合、走査面上
において各走査線毎に信号の書き込み、又は読み取りを
行なう位置が多面鏡の面の角度誤差に応じて走査方向に
対して変位する、いわゆるジッタとなって現われる。こ
のジッタは高精度の画像の表示や書き込みを行なう場合
には特に重要な問題となる。これを防ぐためには多面鏡
の角度誤差を無くすることもその一方法であるが、高精
度に多面鏡を作成するには多面鏡の画数が多い時などは
極めて困難である。従って、回転多面鏡の製作精度を上
げる方法に代えて走査ビームの一部を情報用の光東とし
て取り出し、走査開始のタイミングを取る方法が知られ
ている。この書き込み、読み出し開始信号を本明細書に
おいては所望走査幅の走査開始信号と称している。ホト
ディテクター８からの出力は検出器１６に入力される。

尚、この際ホトディテクタ−８の出力は微分回路１２に
同時に入力されても良い。又、不図示のスイッチによっ
て切換的に回路１６，１２に入力される様にしておいて
も良い。しかしながら、前者の場合、各走査毎にスポッ
ト形状を測定出来るが、後者の場合、常時スポット形状
の測定は行ない得ない。この検出器１６は第３図に示す
様に比較器１７及び該比較器に基準レベルを与える基準
電圧源１８より構成されている。

この検出器１６はホトディテクタ−８の検出信号を０，
１レベルのディジタル信号に変換するものである。比較
器１７からの出力は制御回路３に入力される。この制御
回路３は第４図に構成されている。コンピュータ２１か
らの情報は直接あるいは、磁気テープ、磁気ディスク等
の記憶媒体を介して、本装置のインターフェース回路２
２に定められたフォーマットで入力される。コンピュー
タからの種々の命令は、ィンストラクション実行回路２
４で解読されかつ実行される。データはデータメモリー
２３に一定の量ずつ貯えられる。データの形式は、文字
情報の場合には、２進コードで与えられ、図形情報の場
合には、図形を構成する画素単位のデータである場合、
又は、図形を構成する線のデータ（いわゆるベクトルデ
ータ）である場合がある。これらのモードは、データに
先立って指定され、ィンストラクション実行回路２４は
、前記指定モード！こ従って、データを処理する様にデ
ータメモリ−２３、ラインデータジェネレータ２６を制
御する。ラインデータジェネレータ２６では１スキャン
ライン分の最終データを発生させる。すなわち、データ
が文字コードで与えられた時は、キャラクタジェネレー
夕２５から文字パターンを読み出し、１行文の文字パタ
ーンを並べてバッファするか、あるいは一行分の文字コ
−ドをバツフアし逐次キヤラクタジェネレー夕２５より
文字パターンを読み出して１スキャンライン分のレーザ
光を変調するためのデータを順次作成する。データが図
形情報である場合にも、データをスキャンラインデータ
に変換して順次１ラインスキャン分のレーザー光を変調
するためのデータを作り出す。１スキャンライン分のデ
ータは、１スキャンライン分の画素数に等しい数のビッ
ト数を持つシフトレジスタ等からなるラインバッファー
およびラインバッファ２に、バッファスイッチ制御回路
の制御により交互に入力される。

更に、ラインバッファーおよびラインバッファ２のデー
外ま、第１図図示の検出器１６からのビーム検出信号を
トリガ信号として、１スキャンラィン分１ビットづつ順
次読み出され、変調器制御回路に加えられる。

１つの反射面が、記録面を走査する間に、ラインバッフ
ァに貯えられた１スキャンライン分のデータが変調器２
に加えられ、１スキャンラインの明暗のパターンが記録
面７に与えられる。

ラインバッファ２７，２８からは、バッファスイッチ制
御回路２９の制御により交互に読み出される。これらの
時間的関係を第５図に示す。すなわち、ラインバッファ
の片方から読み出している時、他方のラインバッファへ
書き込んでいる。この方式により、多面体回転鏡が記録
面７上を掃引するのに一つの反射面と次に続く反射面へ
の間隔が非常に短い時に、もれなくデータを変調器２に
加えることができる。１スキャンラインを走査する間に
、記録体は走査線とは垂直方向に動かし、適当なスキャ
ンライン間隔分だけ移動させる。

かくして、言己銭面上に使用者の欲する図形、あるいは
文字情報を出力することができる。ここで注意しなけれ
ばならないのは、情報を出力する時に光をＯＮにし、情
報を出力しない時に光をＯＦＦにする記録系においては
、変調器制御回路に、検出器１６の出力信号に従って、
情報の有無にかかわらず光ビ−ムのＯＮＯＦＦを行なう
様に変調器を制御する機能が必要であるということであ
る。すなわち、検出器１６から光検出信号を得るために
は、走査光ビームがナイフエッジ９にさしかかった時は
、無条件に光ビームを○Ｎしなければならない。又、走
査ビームがナイフエッジ１０を通過してからは、すぐ光
ビームをＯＦＦにし、出力すべき情報が有る時のみ光を
ＯＮ‘こする必要があり、変調器制御回路がその役割を
担うものである。このタイミングの関係を第６図に示す
。ａは、検出器１６から得られる光検出信号、ｂは、書
き込むべき情報の有無にかかわらず、光のＯＮＯＦＦを
行なうべき信号、ｃは、書き込むべき情報、ｄは、実際
に光ビームのＯＮＯＦＦを行なうべき信号でｂとｃのＯ
Ｒ出力信号になっている。

この様に、第１図に示した実施例においては、光検出器
８を走査面上に配するという簡単な構成によって、振動
ナイフエッジを使用したと同様の効果が得られる。

尚、この第１実施例では、ナイフエッジにスポットの先
端が達した時と後端が蓬した時の時間を測定してスポッ
トの大きさを測定しているが、他の光電的なスポットの
大きさ測定法、例えば、スポットの大きさによって異な
った出力が得られるノンリニアな光電素子を使用しても
本発明は達成し得る。次に微分器１２から得られる出力
信号から自動的にスポットの大きさを調節するオートフ
オーカスについて説明する。

すなわち、微分器１２の出力として得られるビームの形
状の大きさが最小になるよう光学系を自動調整する方法
である。例えば、フオーカス調整のため走査レンズ６位
置を位置制御信号により移動できる移動手段を設け、か
つ、走査レンズと記録面との光学距離を常時微小変調さ
せることのできる手段（例えば、電気光学素子あるいは
メカ的に走査レンズ位置を微小変動させる手段等）を設
け、かつ微分回路１２により得られた微分波形信号を「
前記微小変調周波数を中心とする狭帯域増中器に入力さ
せ、その出力を前記位置制御信号とし、その信号が最小
になるように移動手段を制御することにより、フオーカ
スを自動的に調節することができるものである。この場
合、狭帯城増中器への入力は、微分信号ではなく微分器
１４の入力信号であっても良いことは、当然である。第
１図の実施例においてはしーザ−光源として、平行光を
射出するものを想定したが、第７図に示した第２実施例
はこれと異なり発散光を射出する半導体レーザーを適用
している。

一般に半導体レーザーを光源とする光学系でＬ光スポッ
トを得ようとした場合、半導体レーザーの発光面が長方
形をしているために、その発光面に平行な方向（Ｐ−Ｎ
Ｊｕｎｃｔｉｏｎの層方向）とそれに垂直な方向とで
ピントの合う位置が異なる。

第８図はこの説明図で半導体レーザー５０が図の如き座
標系に置かれたとすると、その発光面５１より出た先は
ｙ方向及びｚ方向に対して異なった配向角でエネルギー
が発散する。レーザーの横モードが完全なシングルモー
ドである場合これらの発散角（８ｙ，ｏｚ）は、発光面
の大きさを開□とした回折による広がりと一致する。こ
の際波面の形状は、ｙ方向に対しては第８図ｂに示す様
に点○から発散したとみなされる如き形状を成し、Ｚ方
向に対しては○′から発散したとみなされる形状を成す
。すなわち、レーザーの横モードが完にシングルモード
であれば、それをレンズで一点に集光してスポットを作
った場合、その像も最もシャープにしうる点は、ｙ方向
及びｚ方向について異なった位置になる。従って、この
様な光源を用いて像走査系を構成した場合、主走査方向
と副走査方向とで異なったピント位置となり、単に主走
査方向のみをピント合わせしただけでは良い画像を得る
ことはできない。第７図に示した第２実施例は、かかる
欠点を光偏向器により偏向された半導体レーザーからの
光ビームを、記録面（又は表示面）相当位置に置いたナ
イフエッジの形状を特定のものとし、そこを横切ること
により、ナイフヱッジの後に置いた受光素子の立ち上り
信号から記録面上におけるスポットの良好なものを得る
ことができたものである。

第７図は本発明の第２実施例を示す斜視図である。即ち
、半導体レーザー５０より出た光はコリメータ・レンズ
５２により平行化され、ガルバノ・ミラー等の偏向器５
３により偏向される。偏向された光ビームは結像レンズ
５４により記録面５５上に結像される。その時、偏向器
５３により偏向された光ビームは、まずナイフエッジ５
６を横切り受光素子５７によりその光を検知する。第３
図は第７図の光検知部を詳細に示したもので図に示され
る如きスポットの移動方向（矢印）に対して傾きを有す
る。ナイフエッジ５６の後に拡散板５８を置き、その後
に受光素子５７を置き、ナイフエッジ５６を横切る光ビ
ームを検出する。イ，口及びハは半導体レーザーによる
光ビームの結像レンズ５４によるスポットの形状で、口
が記録最適状態のスポット、口及びハはその前後にデイ
フオーカスした場合のスポットである。このデイフオー
カスによるスポットの形状の変化は前述の如く半導体レ
ーザーの発光に基づくもので、レンズの収差における非
点収差と同様なディフオーカス特性を示す。さて、ここ
でイ，口及びハのスポットが前記ナイフエッジ５６を横
切った場合、受光素子５７の出力は第１０図に示される
如く、イ及びハは立上りの遅いものとなり、最適など−
ムでは最も立上りが早い。

第１１図はこの立上り特性をより明瞭に見るために受光
素子からの出力を第１実施例を同様に微分回路を介して
オシロスコープ上に表示した波形を示す。

このオシロスコープ上の波形を観察しながらコリメータ
レンズ５、又はレンズ６をピント調整することによって
所望のスポット状態に調整出来る。第１２図、第１３図
には、第９図に示したナイフエッジと同等の作用を行な
うナイフエッジが示されている。

これらのナイフエッジを使用しても良い。第１４図には
スポットの移動方向に対して非平行な方向に配置された
複数個の受光素子によってスポットの形状を検出する装
置が示されている。

上りは更に悪くなり、各受光素子間の出力の差は更に大
きくなる。この様に各受光素子の立上り信号を独立に見
ることにより、主走査方向と副走査方向のスポット径に
相当する情報を得ることができる。スポットの移動方向
に直角なナイフエッジ６０の後に走査方向に垂直に並べ
られたアレイ状の受光素子（例えばピンフオト・ダイオ
ード）６１，６２，６３を配置しナイフエッジを横切る
光ビームを検知する。イ，口及びハは半導体レーザーに
よる光ビームの結像レンズ５４によるスポットの形状で
、口が記録最適状態のスポット、口及びハはその前後に
デイフオーカスした場合のスポットである。このデイフ
オーカスによるスポットの形状は前述の如く、半導体レ
ーザーの発光に基づくもので、レンズの収差における非
点収差と同様なディフオーカス特性を示す。さてここで
イ，口及びハのスポットが前記ナイフエッジ６０を横切
った場合各受光素子６１，６２，６３の出力は第１５図
に示される如く、イの場合には、各受光素子６１，６２
，６３とも同程度の立上り出力６１ａ，６２ａ，６３ａ
を示し、口の場合には、立上りはイと比較すれば多少悪
くなるが、各受光素子間の出力に差が生じる。

ハの場合には、この立上りは更に悪くなり、各受光素子
間の出力の差は更に大きくなる。この様に、各受光素子
の立上り信号を独立に見ることにより、主走査方向と副
走査方向のスポット径に相当する情報を得ることができ
る。第１６図は第１５図に示した出力を微分したもので
ある。

この微分波形を観察することによってより明瞭にスポッ
トの状態を認識することが出来る。半導体レーザーによ
って形成されたスポットの縦方向、横方向の径を測定す
るために今まで述べた方法はナイフエッジをスポットの
移動方向に対して斜めに配置したり、又は、複数個の光
検出器を使用していた。

以下に述べる第３の方法は単数の光検出器、スポットの
移動方向に対して直角なナイフエッジを使用してスポッ
トの縦方向、横方向の径を測定している。更に具体的に
言うと、第１回の走査の際どちらか一方の方向の径を測
定後、第２回の走査の際、スポットを９０度回転させ他
方の方向の径を測定している。

第２回の走査の際スポットを９０度回転させるためには
半導体自体を９０度回転させる方法、イメージローテー
ターを使用する方法が考えられる。本発明はいずれの方
法でも達成可能であるが、第１７図に示した実施例では
、イメージローテータ−を使用した例である。第１７図
中、７川ま半導体レーザー、７１はコリメーターレンズ
、７２はイメージローテータ−プリズム、７３はガルバ
ノミラー、７４はｆ８のレンズの如き走査レンズである
。

このレンズ７４によって、半導体レーザー７１からのビ
ームはスポット状に変換される。７５は記録ドラム、７
６は光検出器、７７はスポットの移動方向に対して直角
なナイフエッジである。

第１回目の走査は図の状態で行なわれ、これによって、
スポットの移動方向のスポット径が測定される。次いで
、イメージローテーターブリズム７２を回転させること
によってスポットを９０度回転させる。これによって、
前記測定方向に対して９０度回転した方向の径が測定可
能となる。尚、上述の如く、２回走査によって初めて縦
横方向の蓬を測定するのが好まれない場合、最初からス
ポットを４５度回転させておき、一回の走査で縦方向、
横方向のスポット状態を測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査装置をレーザービーム書き込み機
に適用した実施例を示す図、第２図は第１図に示した微
分器の詳細を示す図、第３図は第０ １図に示した比較
器の詳細を示す図、第４図は第１図の装置の書き込み制
御回路のブロック図、第６図，第６図は第４図のブロッ
ク図のタイムチャート図、第７図は、光源として半導体
レーザーの出射光を使用したレーザービーム書き込み装
置を示す図、第８図は半導体レーザーの出射光の特性を
示す図、第９図は第７図のナイフエッジ、光検出器部を
詳細に示す図、第１０図は第７図の光検出器の出力図、
第１１図は第１０図に示した出力を微分した出力図、第
１２図、第１３図は第７図に示したナイフエッジの変形
例を示す図、第１４図は第７図の光検出器の変形例を示
す図、第１５図は第１４図の光検出器の出力を夫々示す
図、第１６図は第１５図に示した出力を微分した波形を
示す図、第１７図はイメージローテーターを使用Ｚして
スポットの縦横方向の状態を検出する装置を示す図であ
る。 図中、１・・・・・・レーザー光源、２・・・・・・変
調器、３…・・・制御回路、４・…・・ビームエキスパ
ンダー、５・・・・・・ポリゴン、６・・・…走査レン
ズ、７…・・・走査面、８・・・・・・光検出器、９・
・・・・・ナイフエッジ、１０…・・・スポット状態検
出光、１１・・・・・・書き込みビーム、１２……微分
器、１５…・・・シンクロスコープ、１６…・・・検出
器、である。 弟ｌ図 第２図 誇る図 第４図 第５図 第６図 弟つ図 第８図 第４図 Ｓ 装の図 努〃図 器丁２ 図 豹’５図 努件図 劣る図 努 ’６図 第１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からの光ビームを偏向器及び走査レンズを含む
   走査光学系によって走査面上の所定走査線に沿って移動
   するスポツト光に変換する走査装置において、前記所定
   走査線上の所望走査幅以外の線上に前記スポツト光を検
   出するためのライトデイテクターを配し該ライトデイテ
   クターからの出力信号により前記スポツト光の径を検出
   することを特徴とする走査装置。 ２ 光源からの光ビームを偏向器及び走査レンズを含む
   走査光学系によって走査面上の所定走査線に沿って移動
   するスポツト光に変換する走査装置に於いて、前記所定
   走査線上の所望走査幅以外の線上に前記スポツト光を検
   出する為のライトデイテクターを配し、前記ライトデイ
   テクターを前記スポツト光の径を検出する回路に常時若
   しくは選択的に接続すると共に、ライトデイテクターを
   常時若しくは選択的に前記所望走査幅の走査開始信号回
   路に接続する事を特徴とする走査装置。 ３ 光源からの光ビームを偏向器及び走査レンズを含む
   走査光学系によって走査面上の所定走査線に沿って移動
   するスポツト光に変換する走査装置に於いて、前記所定
   走査線上の所望走査幅以外の線上に前記スポツト光を検
   出する為のライトデイテクターを配し、該ライトデイテ
   クターに常時若しくは選択的に接続され、該ライトデイ
   テクターからの出力信号により前記スポツト光の径を検
   出する回路及び、該スポツト検出回路からの信号に基づ
   き、前記走査レンズと走査面との間隔を変化させる手段
   を備えた事を特徴とする走査装置。