JPS62183423A - 光走査装置の走査線むら補正方法および光走査装置 - 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】 （発明の分野） 本発明は、回転多面鏡などの回転軸を中心として回転ま
たは揺動する機械式の走査用光偏向器を用いた場合に発
生する走査線の副走査方向のむらを、補正用光偏向器に
より補正する光走査装置の走査線むら補正方法と、この
方法が実施される光走査装置とに関するものである。

（発明の技術的背景および従来波＃Ｆｉ）情報を記録し
たり予め記録された情報を読出す光走査装置に、回転多
面鏡、ガルバノメータ鏡、バイモルフ鏡、ホログラムス
キャナ等の回転軸を中心として回転または揺動する機械
式の走査用光偏向器が用いられている。この場合偏向面
の傾きの周期的（定常的）変化、あるいは回転軸の軸ぶ
れによる偏向面の非周期的（非定常的）変化があると、
走査線の副走査方向の偏位により走査線むらが発生する
。このため情報の書込み・読出し精度が低下するという
問題があった。

これらの定常的、非定常的な走査線むらを−無くす方法
として、従来より特殊な光学系を用いることが種々提案
されている。例えば回折格子により副走査方向の角倍率
を下げるもの（特開昭５４−６９４５０号）、回転軸に
直交する稜線を持った直交する２枚の反射鏡を回転多面
鏡の反射面に対向させ、回転多面体と２枚の反射鏡との
間で光ビームを一度往復させるもの（特開昭５７−２０
７１５．５７−２１０３１５．５１−６５６３、米国特
許明細書第３　、８９７　。

１３２等）、回転多面鏡と走査面との間にシリンドリカ
ルレンズを含む２群構成のｆθレンズを介在させるもの
（特開昭５８−９３０２１）等がある。

しかし回折格子により角倍率を下げるものあるいは２枚
の直交反射鏡を用いるものでは、いずれも回転多面鏡と
収束レンズ（ｆ（１ルンズ）との間に補正用の光学系が
入り、この間の光路が長くなる。このため収束レンズが
大型化し装置全体も大型化するという問題があった。ま
たシリンドリカルレンズを用いる２群構成のｆθレンズ
を用いる方法では、各レンズの調整が難かしく、また走
査面側のレンズが相九大型化するという問題があった。

そこでこのような特殊な光学系を用いずに、補正用偏向
器を用いる方法が従来より提案されている。例えば、走
査開始点前に走査線の副走査方行の偏位を検出して、こ
の偏位に基づき補正用偏向器の補正量を決めるものがあ
る（特開昭５３−１４６６４３．５５−１５１９７）。

また回転多面鏡の各偏向反射面に対応する補正量を予め
記憶しておき、走査中の偏向反射面に対応する補正量を
読出して補正用偏向器の補正量を決めるものもある（＃
開閉５７−１５０８１７）。しかしこれらはいずれも前
記定常的な走査線むらには良く対応し得るが、回転軸の
軸ぶれなどによる非定常的な走査線むらは全く補正でき
ないという問題があった。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、回
転軸を中心として回転または揺動する機械式の走査用光
偏向器を用いた場合の走査線の定常的および非定常的な
むらをほぼ完全に除去し。

互いに平行かつ等間隙な走査を行って、高精度な情報の
書き込み、読出しを可能にする光走査装置の走査線むら
補正方法を提供することを第１の目的とする。

また本発明は、この補正方法が実施される光走査装置を
提供することを第２の目的とする。

（発明の構成） 本発明の前記第１の目的は、回転軸を中心として回転ま
たは揺動する機械式の走査用光ビーム偏向器と、走査用
光ビームを副走査方向に偏向する補正用光偏向器とを備
える光走査装置において、前記走査用光偏向器の前記回
転軸の軸ぶれ量を常時検出して走査用光ビームの副走査
方向の非定常的偏位を求める一方、有効走査範囲の直前
の始点および直後の終点で検出した走査用光ビームの副
走査方向の各位置と前記非定常的偏位との差をそれぞれ
始点偏位および終点偏位として記憶し、これらの記憶値
と前記走査用光偏向器の回転または揺動角度とに基づき
直線走査する際の走査途中の目標走査位置からの偏位を
逐次算出して定常的偏位とし、前記定常的偏位と非定常
的偏位との和によって前記補正用光偏向器の偏向量を求
めることを特徴とする光走査装着の走査線むら補正方法
により達成される。

また前記第２の目的は、回転軸を中心として回転または
揺動する機械式の走査用光偏向器と、走査用光ビームを
副走査方向に偏向する補正用光偏向器とを備える光走査
装置において、走査用光偏向器の回転軸に略直交し、か
つこの走査用光偏向器と一体に回転または揺動する反射
面と；この反射面に検出用光ビームを射出する検出用光
源と；該反射面で反射された前記検出用光ビームの偏位
から前記回転軸の軸ぶれ量を検出する軸ぶれ検出器と；
この軸ぶれ量から走査用光ビームの副走査方向の非定常
的偏位を求める増幅器と；有効走査範囲の直前の始点及
び直後の終点に設けられ走査用光ビームの副走査方向の
位置を検出する２つの位置検出器と：これら前位置検出
器の出力と前記非定常的偏位との差を求める２つの減算
器と；各減算器の出力をそれぞれ始点変位および終点変
位として記憶する２つのメモリと一前記始点および終点
偏位と前記走査用光偏向器の回転角度とに基づき直線走
査する場合の走査途中における目標直線走査位置からの
偏位を逐次算出して定常的偏位として出力する演算器と
；前記定常的偏位と非定常的偏位との和を求める加算器
と；この和に基づき走査線むらを打ち消す方向へ前記補
正用光偏向器を駆動する駆動回路と；を備えることを特
徴とする光走査装置により達成される。

この第２の目的は、走査用光偏向器の回転軸に略直交し
、かつ該走査用光偏向器と一体に回転または揺動する反
射面に変えて、走査用光偏向器の回転軸と同軸の回転面
を有する円柱鏡、円錐鏡等の回転面鏡を用いても、達成
される。

（実施態様） 以下図面に基づき本発明の実施態様を詳細に説明する。

第１図は一実施態様を示す概念図であり、この図でレー
ザなどの光源１を出た走査用光ビーム２は、光学系３を
通って補正用光偏向器４に入る。この補正用光偏向器４
としては、光源１に一定波長のレーザなどを用いる場合
には超音波光偏向器（音響光学的変調器、ＡＯＤ）等が
、また白色光など多数の異なる波長成分をもつ光ＫＡｌ
を用いる場合にはガルバノミラ−等を用いることができ
る。この偏向器４で偏向された走査用光ビーム２は、光
学系５を通って走査用光偏向器としての回転多面鏡６に
入射され、この回転多面鏡６の回転により走査用光ビー
ム２は走査面上を走査し走査線７を形成する。なお８は
回転多面鏡６と走査線７との間に配置されたｆＯレンズ
である。また９は回転多面鏡６を回転駆動するモータで
ある。

この実施態様においては、回転多面鏡６の上端面（また
は下端面）が、回転軸１０に直交する反射面１１となっ
ている。１２は検出用光源であり、この光源１２を出て
反射面１１に向う検出用光ビーム１３は、この反射面１
１で反射されて軸ぶれ検出器１４に入る。この軸ぶれ検
出器１４は、回転軸１０の軸ぶれによる反射光１５の偏
位を検出するもので、例えば半導体装置検出器（Ｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　Ｓｅｒ＋５ｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
　：　Ｐ　Ｓ　Ｄ　）を用いることができる。このＰＳ
Ｄは、平板状シリコンの表・裏にＰ、Ｎ層の抵抗層を形
成したもので、光がスポット状に当ってキャリヤ電子が
発生すると対向辺に設けられた電極に光電流が流れ、両
電極と入射位置との距離に応じて流れる電流の差に基づ
いて入射位置を検出するものである。

検出用光源１２から射出される検出用光ビーム１３は、
適宜の光学系１６１によって走査用光ビーム２の回転多
面鏡６での偏向点Ａから回転軸ｌＯにおろした垂線の方
向に広がりを持つ光ビームとされて反射面１１に導かれ
る。反射面１１で反射された検出用光ビーム１３は、適
宜の光学系１６２により軸ぶれ検出器１４の検出面に集
光される。この集光ビームの検出面における偏位のうち
、偏向点Ａから回転軸１０におろした垂線を検出面に正
射影した方向の成分が軸ぶれ検出器１４によって検出さ
れる。なお、検出用光ビーム１３は、その反射面ｌｌ上
の反射点が回転軸１０と偏向点Ａとを含む平面上に位置
するように射出せしめられるのが好ましく、そのような
場合には反射面ｌｌ上の反射点が偏向点Ａに接近するた
めに軸ぶれ量の検出精度が向上する。しかしながら、原
理的には検出用光ビーム１３を反射面ｌｌ上のどこで反
射させてもよいのは明らかである。

この実施態様は回転多面鏡６の回転軸１０への固定精度
が高く、反射面１１と回転軸１０との角度が相当高精度
に９０°に維持され、静的状態における軸ぶれ検出器１
４の出力の変化が無視でき、また走査線の弓形化の程度
が小さい場合に好適なものでする。すなわち、本実施態
様においては、軸ぶれ検出器１４が検出する軸ぶれ量ａ
には、非定常的成分のみが含まれている。

１７は増幅器であり、この非定常的成分からなる軸ぶれ
量ａから、走査用光ビーム２の走査線７Ｊ：での非定常
的偏位すを求める。

１８．１９は位置検出器であり、被走査面の幅、すなわ
ち有効走査範囲Ｂの直前の始点および直後の終点に配設
され、走査用光ビーム２の副走査方向の位置を検出する
。この位置検出器１８．１９としては、前記軸ぶれ検出
器１４と同様に半導体装置検出器などが使用できる。こ
れら各位置検出器１８．１９が出力する走査用光ビーム
２の位置を示す信号（位置信号）Ｃ，ｄには、非定常的
な軸ぶれによる偏位、すなわち前記非定常的偏位すが含
まれている。

２０．２１は減算器であり、前記位置信号Ｃ２ｄからこ
の非定常的偏位すを減算して定常的な始点偏位ｅおよび
終点偏位ｆを求める。

２２．２３はメモリであり、これら定常的な始点および
終点偏位ｅ、ｆを、回転多面鏡６の各偏向面毎に別々に
記憶する。

２４は演算器であり、始点偏位ｅと一周期前に記憶され
た終点偏位ｆとを回転多面鏡６の偏向面毎に読出し１回
転多面鏡６に同期して、直線走査する場合の走査途中に
おける目標直線走査位置からの偏位、すなわち定常的偏
位ｇを求めるものである。この演算器２４はアナログで
もディジタルでもかまわない。

ここでこの演算器２４の動作を、第２図に示す原理説明
図に基づき説明する。この図でＣは始点における偏位ｅ
が零の位置、Ｄは終点における偏位ｆが零の位置であり
図のようにχ、ｙ軸をとるものとする。この実施態様で
は走査線は直線とみなせるから、始点偏位がｅ、終点偏
位がｆであれば、始点−終点間では第２図点線で示す直
線Ｅが走査途中における走査線を示している。従ってこ
の仮想的な走査線は始点Ｃを原点として、−ｅ ｙ　＝−ｘχ＋ｅ　・・・（１） で示される。ここにＬはＣ−Ｄ間の距離、χは走査点位
置を示している。

この走査線Ｅを補正して最終的に求めようとする走査線
すなわち目標直線走査線Ｆを、原点Ｃを通る勾配器の直
線（χ軸）とすれば、必要な補正量は（１）式で求めた
ｙである。演算器２４は軸ぶれが無い状態で必要なこの
補正量ｙを、定常的偏位ｇとして逐次算出し、回転角度
θに同期して出力するものである。

２５は、このようにして求めた定常的偏位ｇと、前記非
定常的偏位すとの和（ｇ＋ｂ）を求める加算器であり、
この和（ｇ＋ｂ）は軸ぶれがある場合に最終的に必要と
される補正量を示している。

２６はこの和（ｇ＋ｂ）に基づき走査線むらを打ち消す
方向へ前記補正用光偏向器４を駆動する駆動回路である
。この結果走査線むらは除去される。補正用光偏向器４
としてＡＯＤを用いる場合には、この駆動回路２６は電
圧制御発振器（Ｖ　ＣＯ）などで構成される。

以上のように、この実施態様によれば、回転多面鏡６の
非定常的偏位すが求められる一方、直線走査した場合の
各走査点における目標直線走査線Ｆからの定常的偏位ｇ
が求められ、両偏位の和（ｇ＋ｂ）に基づき補正用光偏
向器４が駆動され走査線むらが補正される。

第３図は他の実施態様を示す概念図である。この実施態
様では、前記第１図の実施態様で用いている反射面１１
に代えて、その周面が反射面である円柱波１１Ａを用い
ている。この円柱波１１Ａは、回転多面鏡６Ａの回転軸
１０Ａと同軸となるように回転多面鏡６Ａに一体に形成
されている。すなわち回転多面鏡６Ａの一部を円柱状に
加工することにより、この円柱波１１Ａが形成される。

また円柱波１１Ａは定常的軸ぶれが無視できるように高
精度の取付けられている。

この実施態様では検出用光源に走査用光源１を兼用し、
走査用光ビーム２から半透鏡１２ａで検出用光ビーム１
３を分割し、反射鏡１２ｂで円柱波１１Ａに導いている
。

なおこの第３図では前記第１図と同一部分に同一符号を
付したので、その説明は繰り返さない。

第３図において、回転軸の軸ぶれ量は以下のようにして
検出される。

検出用光ビーム１３は、適宜の光学系１６１によって少
くとも回転軸１０Ａ方向に広がった光ビームとして円柱
鏡１１Ａに導かれる。この円柱鏡１１Ａの周面で反射さ
れた検出用光ビーム１３は、適宜の光学系１６２により
、例えば上述の半導体装置検出器のような軸ぶれ検出器
の検出面に集光される。

この集光ビームの、偏向点Ａと回転軸１０Ａとを含む偏
向点・回転軸面に平行な方向の偏位量は、軸ぶれ検出器
１４によって検出される。ここで円柱鏡１１Ａ周面上の
検出用光ビーム反射点は、回転軸ＬＯＡと偏向点Ａとを
含む平面（偏向点・回転軸面）と、円柱鏡１１Ａとの略
交線上にあるのが望ましい。この時には、走査用光ビー
ム２の副走査方向の偏位に最も大きな影響を及ぼす、偏
向点Ａを含む偏向面の偏向点・回転軸面に平行な軸ぶれ
成分に対し、検出用光ビーム１３の反射方向が最も大き
く変化するからである。

今回転多面鏡６Ａの回転軸１０Ａが軸ぶれを起こし、偏
向点Ａを含む偏向面が偏向点・回転軸面上で角度α倒れ
ると、この偏向点Ａで反射された走査用光ビーム２は副
走査方向に２αだけ偏位する。この時日柱鏡１１Ａの周
面トの検出用光ビーム反射点が偏向点・回転軸面に平行
な面上でα倒れるので、検出用光ビーム１３もこの面上
で２αだけ振られる。この変化は軸ぶれ検出器１４で検
出される。すなわち軸ぶれ検出器１４の出力の変化から
、回転軸１０Ａの偏向点・回転軸面方向への軸ぶれ量を
検出することができる。

第３図の実施態様では、検出用光ビームを反射させるた
めの回転面鏡として円柱鏡１１Ａが用いられているが、
回転面鏡はこれに限られるものではなく、偏向器の回転
軸と同軸の回転面を有するものであればいかなる形状の
ものであってもよく、例えば円柱鏡以外の具体例として
円錐鏡が挙げられる。また、回転面鏡は第３図の実施態
様における円柱鏡のようにその表面（外面）で検出用光
ビームを反射するものに限られるものではなく、その内
面で検出用光ビームを反射するようなものであってもよ
い。

また、第３図の実施態様においては、回転面鏡である円
柱鏡１１Ａは回転多面鏡６Ａと一体に設けられているが
、円柱鏡１１Ａは回転軸１０Ａと一体に設けられてもよ
く、また回転軸１０Ａおよび回転多面鏡６Ａと一体に設
けられてもよい。このように、偏向器と一体に形成され
る回転面鏡は、その回転面が偏向器の回転軸と同軸であ
るという条件が満たされる限り、その形成場所に制限は
ない。

前記第１．３図の実施態様では反射面１１、円柱鏡１１
Ａはそれぞれ回転軸１０、ＩＯＡに対して正しく直角、
同軸に設けられている場合には定常的軸ぶれが無視でき
るため有効である。しかしながら、これら反射面、円柱
鏡１１．ｌＩＡに取付は誤差があったり、反射面、円柱
鏡１１．１１Ａ自身の平面度、曲面度の精度が悪い場合
には定常的軸ぶれ成分が発生するので、これらの実施態
様では対応しきれない。

第４図は、このような場合にも対応可能な実施態様を示
す概念図である。この場合、軸ぶれ検出器１４の出力は
非定常的軸ぶれｉａと、定常的軸ぶれ量ａ′を含んでい
る。この図で３０は補助メモリであり、このメモリ３０
には走査開始前に回転多面鏡６を静かに回転した時の定
常的軸ぶれ量ａ′が記憶されている。減算器３１は、常
時検出される軸ぶれ量（ａ＋ａ’）から、メモリ３０に
予め記憶された定常的軸ぶれ量ａ′を減算し、非定常的
軸ぶれ量ａを求める。第４図では、他の部分は第１．３
図と同様に構成されているから、同一部分に同一符号を
付し、その説明は繰り返さない。

以上の各実施態様では走査用光偏向器として回転多面鏡
を用いているが、本発明ではガルバノメータ鏡、バイモ
ルフ鏡、ホログラムスキャナ等も使用できる。

（発明の効果） 本発明は以上のように、非定常的な軸ぶれによる走査用
光ビームの非定常的偏位を求める一方、有効走査範囲の
直前・直後における走査線光ビームの偏位を検出し、走
査途中における目標走査位置からの定常的偏位を求め、
これら定常的および非定常的偏位の和によって補正用光
偏向器を駆動し、走査線むらを補正する。従って互いに
平行かつ等間隔の走査を行うことができ、高精度な情報
の書込み・読出しが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す概念図、第２図はそ
の原理説明図、第３図は本発明の他の実施態様を示す概
念図、第４図はさらに他の実施態様を示す概念図である
。 ２・・・走査用光ビーム、 ４・・・補正用光偏向器、 ６．６Ａ・・・走査用光偏向器としての回転多面鏡、 １０、ＩＯＡ・・・回転軸、 １１・・・反射面、 １１Ａ・・・円柱鏡、 １２・・・検出用光源、 １３・・・検出用光ビーム、 １４・・・軸ぶれ検出器、 １７・・・増幅器、 １８．１９・・・位置検出器、 ２０．２１・・・減算器、 ２２．２３・・・メモリ、 ２４・・・演算器、 ２５・・・加算器、 ２６・・・駆動回路。 特許出願人　富士写真フィルム株式会社代　理　人　弁
理士　山　１）文　雄 第１１！！！ｉ 第２画 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）回転軸を中心として回転または揺動する機械式の
   走査用光偏向器と、走査用光ビームを副走査方向に偏向
   する補正用光偏向器とを備える光走査装置において、 前記走査用光偏向器の前記回転軸の軸ぶれ量を常時検出
   して走査用光ビームの副走査方向の非定常的偏位を求め
   る一方、有効走査範囲の直前の始点および直後の終点で
   検出した走査用光ビームの副走査方向の各位置と前記非
   定常的偏位との差をそれぞれ始点偏位および終点偏位と
   して記憶し、これらの記憶値と前記走査用光偏向器の回
   転角度とに基づき直線走査する際の走査途中の目標走査
   位置からの偏位を逐次算出して定常的偏位とし、前記定
   常的偏位と非定常的偏位との和によって前記補正用光偏
   向器の偏向量を求めることを特徴とする光走査装置の走
   査線むら補正方法。 （２）前記非定常的偏位が、検出された軸ぶれ量と、予
   め記憶された定常的軸ぶれ量との差によって算出される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光走査装
   置の走査線むら補正方法。 （３）前記定常的偏位が、前記始点偏位および終点偏位
   の差と始点・終点間距離とにより求めた走査用光ビーム
   の勾配と、走査用光偏向器の回転または揺動角度から求
   めた始点から走査点位置までの距離との積に、前記始点
   偏位を加えた値とされることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光走査装置の走査線むら補正方法。 （４）回転軸を中心として回転または揺動する機械式の
   走査用光偏向器と、走査用光ビームを副走査方向に偏向
   する補正用光偏向器とを備える光走査装置において、 走査用光偏向器の回転軸に略直交し、かつこの走査用光
   偏向器と一体に回転または揺動する反射面と；この反射
   面に検出用光ビームを射出する検出用光源と；該反射面
   で反射された前記検出用光ビームの偏位から前記回転軸
   の軸ぶれ量を検出する軸ぶれ検出器と；この軸ぶれ量か
   ら走査用光ビームの副走査方向の非定常的偏位を求める
   増幅器と；有効走査範囲の直前の始点及び直後の終点に
   設けられ走査用光ビームの副走査方向の位置を検出する
   ２つの位置検出器と；これら両位置検出器の出力と前記
   非定常的偏位との差を求める２つの減算器と；各減算器
   の出力をそれぞれ始点変位および終点変位として記憶す
   る２つのメモリと；前記始点および終点偏位と前記走査
   用光偏向器の回転角度とに基づき直線走査する場合の走
   査途中における目標直線走査位置からの偏位を逐次算出
   して定常的偏位として出力する演算器と；前記定常的偏
   位と非定常的偏位との和を求める加算器と；この和に基
   づき走査線むらを打ち消す方向へ前記補正用光偏向器を
   駆動する駆動回路と； を備えることを特徴とする光走査装置。 （５）前記走査用光偏向器が回転多面鏡であることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の光走査装置。 （８）前記反射面が回転多面鏡の上面もしくは下面に形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の光走査装置。 （７）前記補正用光偏向器が音響光学的変調器であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光走査装置
   。 （８）回転軸を中心として回転または揺動する機械式の
   走査用光偏向器と、走査用光ビームを副走査方向に偏向
   する補正用光偏向器とを備える光走査装置において、 走査用光偏向器の回転軸と同軸の回転面を有する回転面
   鏡と；この回転面鏡に検出用光ビームを射出する検出用
   光源と；該回転面鏡で反射された前記検出用光ビームの
   偏位から前記回転軸の軸ぶれ量を検出する軸ぶれ検出器
   と；この軸ぶれ量から走査用光ビームの副走査方向の非
   定常的偏位を求める増幅器と；有効走査範囲の直前の始
   点および直後の終点に設けられ走査用光ビームの副走査
   方向の位置を検出する２つの位置検出器と；これら両位
   置検出器の出力と前記非定常的偏位との差を求める２つ
   の減算器と；各減算器の出力をそれぞれ始点偏位および
   終点偏位として記憶する２つのメモリと；前記始点およ
   び終点偏位と前記走査用光偏向器の回転または揺動角度
   とに基づき直線走査する場合の走査途中における目標直
   線走査位置からの偏位を逐次算出して定常的偏位として
   出力する演算器と；前記定常的偏位と非定常的偏位との
   和を求める加算器と；この和に基づき走査線むらを打ち
   消す方向へ前記補正用光偏向器を駆動する駆動回路と； を備えることを特徴とする光走査装置。 （９）前記走査用光偏向器が回転多面鏡であることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の光走査装置。 （１０）前記回転面鏡が回転多面鏡と一体に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光走
   査装置。 （１１）前記補正用光偏向器が音響光学的変調器である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の光走査装
   置。