JPS61117516A - 光学レ−ザビ−ム偏向装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、像をつくるよう回転する反射部材によって
ピクセル周波数の関数として光度変調された光のビーム
が照射される型のレーザの様な平行光源と共に使用され
る平ベッド・光学走査ビーム偏向装置に関するものであ
る。特に、この様な従来の偏向装置は種々の利用におけ
る入力走査装置が出力走査装置として使用される。

従来の技術 好適な利用において、この発明の光学レーザビーム偏向
装置は、ピクセル周波数の関数として変調されて映像ス
ポットに対応する平行ビームの様な平行光線の光線ビー
ムによって印刷特性の植字に使用される。一般に、この
様な平ベッド偏向装置は、走査線の増大の位置から独立
して等長偏向通路増大が各ピクセル期間に対応するよう
に光ビームに直角な平らな偏向面の走査線の方向の以下
゛光ビーム”と呼ばれる空間固定の平行光ビームを動か
して偏向するよう用いられる。回転または傾斜可能な反
射部材を有する上述の型の平ベッド偏向装置において、
これは偏向面内の予定された走査比例間隔に対応する各
回転角度にも起因している。更に、走査線に対して直角
方向の連続走査線間に一定の間隔が設けられる。

従来の平ベッドレーザ走査または書込装置はレーザと、
ビーム拡大器すなわち望遠鏡装置と、鏡が取付けられた
検流計の型のビーム偏向器と、或は所謂ｆθ　対物レン
ズが続く回転する反射多角形体とから成っている。後者
の対物レンズは偏向鏡上に入射瞳を有し、ゆがみ（ディ
ス）　−ジョン）をもっているので、走査鏡の角度偏位
は映像面内のビームの接線方向の動きに直線的に比例す
る。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この様な平ベッド偏向装置の製造における製作
公差に関する制限にもとづきこの様な平ベッド偏向装置
に多数の誤差のための可能性が在ることがみられる。誤
差の１つの特に共通の原因は、反射部材の回転可能また
は傾斜可能な面が支持される支承部によって生じられる
。

特に、成る公差を支承部の製造において越えるときに、
多角形角堆誤差として知られる揺れを生じるようなす。

この様な千ベッド偏向装置において、互に食い違った複
数個の反射面を有する多角形を反射部材がなすときに、
この様な揺れは連続する偏向線間の関係を乱す、すなわ
ち基準面に対する多角形の各反射面の偏向角度の結果と
して多角形角堆誤差が明らかになる。

従って、印刷の利用でたとべ僅かな不規則さが著しいこ
とを考える印刷利用に偏向装置が用いられるときに特に
好適な単一の平らな偏向面内に走査線が実際に確実に維
持される様な具合に偏向を行うために、出来るだけ大き
な偏向角度を努力することが必要となる。特に、予定さ
れた偏向角度のために偏向角度を増大することによって
、回転または傾斜可能な反射面と偏向面間の光学的に有
効な間隔またはアームが適合して減少される。従って、
例えば多角形反射部材の反射面の動きと位置の年期則さ
は、特別な偏向面内の方法を明確にするように明らかで
な（１゜ 映像面内の線に沿った映像点の正確な位置溢めは、回転
可能な反射面に連接された通常の比較的簡単な回転セン
サの使用によって像の位置を決めるようできるために好
適である。同様に、映像面内のスクリーン定規の使用に
よる広大な測定と、写真受像機上の測定されたビームの
可動像スポットを描く関連した光学装置を介して変換さ
れる調整ビームの結果として対応して偏向されるビーム
の測定とが必要になる。

従来の平ベッド偏向装置においては、像が縁部にて楕円
形に大きくなってしまうようになるので、像スポットは
寸法が大きくなり過ぎないように像をつくらねばならな
いために、偏向角度がフィルム面の垂直線に沿った予定
された制眼内に制限される。この様な一般の従来の光学
的千ベッド偏向装置においては、回転または傾斜可能な
反射面と、偏向内の種々の偏向位置を通って光ビームを
偏向する偏向面との間に設けられた光学装置は、高価な
構成にもとづき他の複合部材と組合った平らな視野レン
ズから成る平面である。これら従来装置に用いられるこ
の様なレンズはｆθ　レンズとして一般に呼ばれる。

しかし、この様なｆθ　レンズは、印刷植字装置におけ
るように高い解像力が必要とされる場合に、偏向角度は
寸法が大きく制限される状態にて使用される不利がある
。この様なレンズ装置の入射角度は寸法が対応して大き
く制限される。

この様な線形化光学装置の入射角度を拡大するために、
回転する反射面と向い合う第１のはｇ平らな面と、偏向
面近くの視野平滑鏡と共にレンズに偏向角度を以って主
ビームが実際に当たる様に走査線面すなわち映像面に向
い合った第２の球状凸面とを有したアプラナートレンズ
すなわち球面収差を修正するレンズを備えた光学装置を
設けることが既に提案されている。この様な光学装置は
、と〜に参照されるドイツ国特許願第３４０４４０７．
８　号明細書に記載されている。

問題を解決するための手段 従って、この発明の目的は、偏向面または映像面の与え
られた線長さにおける線混乱のゆがみの影響を出来るだ
け小さく維持するために反射面の線長さ当りの回転角度
を異った手段によって一層拡大することにある。

この発明のこの目的と他の目的は以下の検討から容易に
明らかになろう。

この発明に従えば、映像装置と組合せられた複数の反射
面を有する回転可能な反射部材を有したビーム偏向装置
が提供される。この発明は、映像装置への光線の大ぎな
入射角度を設けるべく映像装置の前の光路内の位置に光
学装置が設けられることで特徴付けられる。

特別な形態において、光学装置は逆望遠鏡光学装置を有
している。特に、逆望遠鏡光学装置は当業者に良く知ら
れたマンジンミラーとして一般に呼ばれる型の凹面鏡が
好適である。

一般に、望遠鏡は異った距離の目標からの主に平行なビ
ームの入力をもった光学装置である。

また、出力も平行ビームである。目標間の実質的角度は
望遠鏡の倍率係数によって拡大される。

逆望遠鏡においては実質的角度は倍率に従って小さくな
る。マンジンミラーは１９７８年、ニューヨークのルド
ルフ・キンゲスレークの本「レンズ設計原理」第３０９
頁に検討されている。

この発明に従えば、逆望遠鏡光学装置を使用することに
よって全光学装置の他の拡大変更なしに、反射面の有効
な回転角度や光学装置の入射角度に等しい反射面の反射
角度が、線当り約１３０°の回転角度が使用できるよう
な大きさに増大される。これは反射面の回転角度に対す
る関係のために変更面に恒って不都合な線の混乱の実質
的な減少に直接もとづいている。

一般に、角的線彎曲の減少は、偏向面内の有効な光学的
書込角度に対する使用回転角度の比に相当する。

大きな合成回転角度の１つの利点は、光学装置が多面多
角形体を要する代りに２つの回転反・封体を必要とだけ
し、５角形プリズムの原理に従った傾斜に感応する様な
具合に各回転反射体が設けられている。

ペンタプリズム原理は、ビーム出力角度に対する入力角
度との間の関係がプリズムの回転に無関係であることを
意味している。１９６１年ライプうツヒのカール・ムツ
ツの本「光学のニー・ピー・シー」第７３８頁を参照。

ペンタプリズムの原理に従って構成された反射体は、第
１の反射面に＃＃Ｌで約４５°の角度で傾斜していて像
光学装置を介してビームを伝達する反射面に当接光ビー
ムすなわち平行ビームが戻り反射される１つの反射面を
有している。

反射面からビームが反射される反射角度はプリズムへの
ビームの入射角度とは実際に無関係であり、従って傾斜
に対して比較的無感覚である。

反射面の入射角度と反射角度との間には常に約９０°の
ビーム偏向がある。この反射面の回転角度における線混
乱は実際に排除される。比較的に無感覚で偏向装置と一
体にされた２つの反射体の製造、例えば簡単な研磨によ
って、比較的荒い公差が製作にて許されると同時に偏向
の理想角度は２つの反射面にて達成できる。更に、２つ
の偏向線だけが２つの回転反射面の回転当り走査される
ので、回転速度は従来装置に比較して実質的に速くでき
、従って光学装置の良好な同期を導いている。

回転する各反射体の大きな回転角度は、ビーム変調器に
て使用されるピクセル時計を生じるための偏向面内の定
規を含む複雑な第２光学装置の代りの反射部材の回転軸
心に連結された安価な位置指示器の使用を許している。

位置指示Ｗ（微分軸ｚン：ｆｆ　−ｆ　）　ハハンデン
ハイントトランリュウスの本「微分回転Ｒｏｎ／ｇＲｏ
Ｊ　Ｋ記載されている。

この発明に従った平ベッド偏向装置においては、比較的
小さくて簡単な映像装置、すなわち像平面の接線が対物
角度の接線に比例したレンズ装置で十分であるので、映
像光学装置としてｆθ　レンズ装置を使用することが絶
対的に必要ではない。

小形の千ベッド偏向装置の構成においては、望遠鐘形光
学装置は凹面鏡の使用によって特に好適に得られ、照準
面が各ビームを反射する反射部材の反射面の中間像平面
と一致し、照準レンズが反射部材に伝達される光路内に
設けられる。反射面の回転運動のために、照準レンズの
中間像平面は円弧内に形成される。

傾斜に反応しない２つのプリズム反射部材の特に好適な
構成は、部分的に被う直角プリズムと一緒に２つの反射
体をもって形成され、比較的価かな費用で製作される小
型の装置を形成する。この様な反射部材の製造は当業者
周知の゛通常の方法によって行われる。

凹面鏡としてマンジンミラーを用いるのが先に検討した
如く特に好適である。マンジンミラーのビーム偏向は、
約半分のビームが凹面鏡に当り、残りの半分のビームが
対応するレンズに当る。マンジンミラーによって、光学
装置の必要な修正が簡略化される。この発明に従った像
光学装置はｆθ　レンズ構成と視野平滑化凹面鏡とから
適宜構成できる。ｆθ　レンズ構成と凹面鏡との間には
、大きな偏向角度に恒って予定の小さな間隔が設けられ
る。

ｆθ　レンズ構成は、推奨実施例においては、前平面と
ビーム集中凸面とを有する屈折率１゜５１５　のＢ１０
型の低反射ガラスでつくられたレンズを有する主部材か
ら構成されている。屈折率１．７５６の５ＦｉＪ型の高
反射ガラスのレンズはビーム集中凸面に接合され、また
このレンズはビーム集中外面を有している。高反射ガラ
スは屈折率１．６２〜１．８のガラスを言い、低反射ガ
ラスは屈折率１．４９〜１．６３のガラスを言う。

ｆθ　レンズ構成と特に前平面は、この発明に従った平
ベッド偏向装置が前平面において照準点を形成するため
に小さくできる。

ｆθ　レンズ構成は、特にｆθ　レンズ構成の平（，５
） 面のゆがみ過修正の場合に一層の修正を得るよう光路に
対してｆθ　レンズ構成の後に配置された非接着の負の
分散レンズによって更に補正できる。

以下の説明において、この発明が図面を参照して詳細に
説明されよう。

実施例 第２図に従えば、同図には光ビーム、一般的に平行な光
線のビーム、すなわち好適にはレーザービームから得ら
れる規準されたビーム１が示されている。このビーム１
の光路内にて、先に述べた様に傾斜に対しては反応しな
い２つのプリズム４，５の１つに連結された軸受１９を
有する駆動電動機の回転軸心２０近くに平行にビーム１
を向けるよう作用する照準レンズ２が設けられている。

プリズム４，５は側面にて互に接合され、反射体として
普通に呼ばれる。

２つのプリズム４，５の特別な構成が特に第３図に示さ
れている。これらプリズム４，５は軸心２０まわりの軸
受１９に連結された図示しく　１６） ない駆動電動機によって回転できる。電動機は通常のも
ので、当業者周知のものである。

第３図から、２つのプリズム４，５が回転軸心に対して
実質的に平行に配置されていることが明確に理解できる
。２つのプリズム４，５の各々は、約４５°の角度で第
２の同様な反射面と向い合った例えば面６の様な１反射
面を有している。第２の反射面、例えば面５ａは水平面
に対し約５°の角度傾斜している。２つのプリズム４，
５の上の２つの反射面は、ビーム１に直角に向いた水平
面を有していてプリズム４゜５に対する入口面として作
用する正しい第３のプリズム乙によって部分的に被われ
ている。従って、ビーム１はプリズム３を通り、次いで
反射面６を通′；って反射面５ａに達し、反射面５ａか
ら反射面６の内部に反射し、光源すなわちレーザから進
入するビーム１に対し直角に反射面６から出る。

２つの反射面の各々は回転角度を有し、半分の角度Ｂで
出る。放出ビームは、図示される様に凹面鏡９の上に負
のレンズ８を有した先に検討した如きマンジンミラーに
好適に向けられる。

反射面の回転運動にもとづき、照準レンズ２の中間像面
は円弧の上に位置する。照準線はマンジンミラーの照準
面と一致し、符号７が付けられる。照準面は、異った角
度の平行光線が焦点をもっている屈曲面である。

この場合、マンジンミラーのビーム反射は約２５°の大
きさに設計され、約半分が凹面鏡９のために設けられ、
半分が負のレンズ８のためである。マンジンミラーはｆ
θ　レンズ構成１８の平らな前平面１０に集中点を生じ
る。通常の様に構成されるｆθ　レンズ構成１８は平ら
な前平面１０とビーム集中凸面１１とを有する主部材か
ら成っている。ｆθ　レンズ構成１８は先に決められた
様な低反射ガラスのレンズの如き主部材を有する。この
レンズには、凸状ビーム集中出口面１２を有したこの場
合に高反射ガラスの別のレンズが接合される。ｆθ　レ
ンズ構成１８は、平畝面１０にゆがんだ過修正を正すよ
う作用する接合されない負の分散レンズ１３を隔って有
している。

ｆθ　関数すなわち接線比例に対する回転角度、のゆが
み修正は、三角関数に変換される鏡角度偏向を有するこ
と匁、反射角度と像平面を形成する角度の様な相対角度
の適切な選択とによって達成できる。過修正は適宜な屈
折率をもったレンズ１１のガラスの非有効性にもとづく
ことがある。

装置全体の像収差の修正はｆθ　レンズ構成か或は逆望
遠鏡装置によって全体的に行うことができる。この像収
差の修正は１９７８年ニューヨークのルドルフ・キンゲ
スレークの本「レンズ設計原理」にて公表された方法に
従って達成できる。逆望遠鏡装置は照準レンズ２と、マ
ンジンミラーと同様に各反射面とを有している。

また、ｆθ　レンズ構成１８は、平らな映像面１５と、
面１０，１１．１２を有するレンズとの間の光路内に介
在された視野平滑凹面鏡１４を有している。視野平滑凹
面鏡１４は説明したレンズと平らな映像面１５との間の
ビーム路を短かくする。

線当り例えば１６０°の回転角度を各々有した反射面の
１つの各有効な位置にて、実際にゆがみのない、すなわ
ち映像面１５の線長さが０．１％誤差までの回転角度に
比例している、像スポット１５ａがつくられる。

第１，２図にはｆθ面レンズ構成の方向にマンジンミラ
ーから規準光ビームが発射されるのが符号１７にて示さ
れている。符号１６により別の修正部材が示され、この
様な修正部材は簡単な光学装置すなわち別の実施例にて
所要できる。

平らな前平面１０の領域内の集中点が回転軸心２０に対
して大きな距離能れているためにこの様な修正部材１６
に十分な空間が有効であることが有利である。この様な
修正部材は１９７８年ニューヨークのルドルフ会キンゲ
スレークの本「レンズ設計原理」に記載されている。

特に、平面凹状レンズはビーム１７が当たる修正部材１
６として設けることができ、ｆθ　しく２０） ンズ構成１Ｂの凹面鏡１４を省略できると同時にゆがみ
がない像が映像面１５に生じられる様な具合に光学装置
のゆがみを修正する。凹面鏡１４の一方の凹面側が平行
なビーム１７の束の交線の一点に対して同心であるため
に、出来た実際の像が非点収差やコマから自由である。

好適な別の実施例において、所謂変形されたスタインヘ
イル展望鏡を、像をつくる光学装置１８として設けて、
平面凹レンズ１６によって平らな結像面１５に生じられ
る凹状像殻体に実像を結像できる。この様なスタインヘ
イル展望鏡は１９７８年ニューヨークのルドルフ・キン
ゲスレークの本「レンズ設計原理」第２１７頁に記載さ
れている。

像をつくる光学装置１８の非点収差は、平行光線すなわ
ち平行ビームの平行からのゆがみが調整される様な具合
に修正される別の簡単な手段にできる。

この発明に従った別の展開によって、視野平滑凹面鏡１
４を従って省略できる。特に、この場合、レンズ１６は
凹レンズで、ゆがみのない−像が映像面１５に設けられ
る様な具合にｆθ　レンズ構成のゆがみを修正する１つ
の平面を有している。光学装置は全体として実際に安い
費用でゆがみのないようにつくることができる。

一般に、この発明は２つの傾斜反応反射体の大きな有効
な回転角度の利用を許している。２つの反射体が必要な
だけのときに、回転軸心からの外方延長部を小さくして
別の利点、特ＶＣＩＪ１さな遠心力を引き出すことがで
きる。

この発明の推奨実施例が確信すべく説明されたが、この
発明の精神を逸脱することなく種々の変形と変更がなし
得ることが当業者には明らかであり、この様な実施例の
全てがこの発明の真の範囲内にあるよう意図するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は駆動電動機を省略してこの発明に従った平ベッ
ド偏向装置の下から見た概略図、第２図は第１図に従っ
た平ベッド偏向装置の側面概略図、第３図は第１，２図
に従った平ベッド偏向装置の特に回転のときあ２傾斜効
果を除（べく構成された２つのプリズム装置の詳細図で
ある。図中、１：ビーム、２：照準レンズ、３゜４．５
ニブリズム、８：レンズ、９，１４：凹面鏡、１５：結
像面、１６：修正部材、１７：ビーム、１８：前レンズ
構成、２０：回転軸心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、像をつくる映像装置と組合せられる光走査を生じる
   回転する作動反射面を有する型の光学レーザビーム偏向
   装置において、映像装置の入口角度を拡大する映像装置
   （８）の前の光路内に光学装置（２〜８）が設けられて
   成る光学レーザビーム偏向装置。 ２、ペンタプリズム構造内に２つ以下の反射体（４、５
   ）が設けられ、これにより回転の際の回転軸心（２０）
   の傾きに対する傾斜を防止し、該反射体が光学装置の前
   の光路内に設けられた特許請求の範囲第１項記載の光学
   レーザビーム偏向装置。 ３、各反射体（４、５）と凹状彎曲した中間映像面（７
   ）と凹面鏡（９）と共に作用すべく固定の照準レンズ（
   ２）は、照準レンズ（２）の焦点面と反射体（４、５）
   が中間映像面（７）と一致するような点にて光学装置（
   ２〜８）のビーム路内に位置されている特許請求の範囲
   第１項記載の光学レーザビーム偏向装置。 ４、反射体（４、５）は回転軸心に対してほゞ平行に横
   に並んで設けられ、２つの反射面の外側を一部覆うプリ
   ズム（３）は、回転軸心に対し直角な面上の反射体（４
   、５）の回転軸心と実質的に平行に向けられるときに打
   当る光のビームを有するよう配置された特許請求の範囲
   第１項記載の光学レーザビーム偏光装置。 ５、反射体（４、５）は回転軸心に対してほゞ平行に横
   に並んで設けられ、２つの反射面の外側を一部覆うプリ
   ズム（３）は、回転軸心に対し直角な面上の反射体（４
   、５）の回転軸心と実質的に平行に向けられるときに打
   当る光のビームを有するよう配置された特許請求の範囲
   第２項記載の光学レーザビーム偏向装置。 ６、反射体（４、５）は回転軸心に対してほゞ平行に横
   に並んで設けられ、２つの反射面の外側を一部覆うプリ
   ズム（３）は、回転軸心に対して直角な面上の反射体（
   ４、５）の回転軸心と実質的に平行に向けられるときに
   打当る光のビームを有するよう配置された特許請求の範
   囲第３項記載の光学レーザビーム偏向装置。 ７、光学装置は凹面鏡を有している特許請求の範囲第３
   項記載の光学レーザビーム偏向装置。 ８、凹面鏡がマンジンミラーである特許請求の範囲第７
   項記載の光学レーザビーム偏向装置。 ９　平らな映像面（１５）上に像をつくる装置を有し、
   該装置はｆθレンズ構成と、凹面鏡（１４）および平ら
   な映像面（１５）間に設けられた視野平滑凹面鏡（１４
   ）とを有している特許請求の範囲第１項記載の光学レー
   ザビーム偏向装置。 １０、平らな映像面（１５）上に像をつくる装置を有し
   、該装置はｆθレンズ構成と、凹面鏡（１４）および平
   らな映像面（１５）間に設けられた視野平滑凹面鏡（１
   ４）とを有している特許請求の範囲第２項記載の光学レ
   ーザビーム偏向装置。 １１、平らな映像面（１５）上に像をつくる装置を有し
   、該装置はｆθレンズ構成と、凹面鏡（１４）および平
   らな映像面（１５）間に設けられた視野平滑凹面鏡（１
   ４）とを有している特許請求の範囲第３項記載の光学レ
   ーザビーム偏向装置。 １２、平らな映像面（１５）上に像をつくる装置を有し
   、該装置はｆθレンズ構成と、凹面鏡（１４）および平
   らな映像面（１５）間に設けられた視野平滑凹面鏡（１
   ４）とを有している特許請求の範囲第４項記載の光学レ
   ーザビーム偏向装置。 １３、平らな映像面（１５）上に像をつくる装置を有し
   、該装置はｆθレンズ構成と、凹面鏡（１４）および平
   らな映像面（１５）間に設けられた視野平滑凹面鏡（１
   ４）とを有している特許請求の範囲第８項記載の光学レ
   ーザビーム偏向装置。 １４、ｆθレンズ構成は、前平面（１０）とビーム集中
   凸状面（１１）を有する低反射ガラスのレンズを有する
   主部材（１０、１２）、ビーム集中外面（１２）を有し
   ビーム集中凸状面（１１）に接着された高反射ガラスの
   レンズを備えている特許請求の範囲第９項記載の光学レ
   ーザビーム偏向装置。 １５、各反射体（４、５）は反射面（５）に加えて約４
   ５°の角度で反射面（５）と向い合つた別の反射面（６
   ）を有している特許請求の範囲第１項記載の光学レーザ
   ビーム偏向装置。 １６、ゆがみのない像が映像面（１５）に設けられる様
   にマンジンミラー（８、９）とｆθレンズ構成（１８）
   の間の光路内に位置された凹レンズ（１６）を有してい
   る特許請求の範囲第８項記載の光学レーザビーム偏向装
   置。 １７、凹レンズ（１６）の１つの凹状側は平行光線（１
   ６）のビームの交点の１点に対して同心である特許請求
   の範囲第１６項記載の光学レーザビーム偏向装置。 １８、凹状映像殻体内の平面凹レンズ（１６）によつて
   生じられる実像を映像面（１５）上に像をつくる映像装
   置として変更されたスタインヘイル展望鏡が設けられた
   特許請求の範囲第１６項記載の光学レーザビーム偏向装
   置。 １９、映像装置（１８）の非点収差を修正するために、
   互に平行なビームに対する平行度からゆがみを修正する
   よう設けられた装置を有する特許請求の範囲第１項記載
   の光学レーザビーム偏向装置。