JPH0251122A - 一定の軸に平行でかつ厳密に平面な光束の走査用の装置 - 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〉 本発明は、一定の与えられた軸に対し平行で厳密に平面
な光束の走査を行なうための装置、さらに限定的に言う
と、前記一定の与えられた軸にほぼ垂直な回転軸上にと
りつけられ、かかる回転軸をほぼ含んでいる平面をもつ
走査用ミラー、ならびに前記回転軸に対し垂直で前記一
定の与えられた軸を含む平面内にほぼ配置ささている光
源といった光学装置を含んでいるような前述の装置に関
する。

〈従来の技術〉 かかる装置はすでに当該技術分野において良く知られた
ものである。例えば、１９８７年２月４日付けのフラン
ス特許出願明細門弟８７．０１３６０号は、検流計の作
用の下で１本の軸を中心として旋回するミラーにより反
射されたレーザービームを用いた連続するラインによる
観察場面の走査が関すする装置を開示している。

走査中に光束が一定の与えられた軸に平行な同一平面内
に含まれたままにとどまることが必要となることは多い
。

特に上述の特許出願明細書において、レーザービームが
その場面の一定の場所に光のスポットを形成する場合、
或いは又このスポットの像を感光要素のロッド上に形成
させる場合などがそれである。従って、このスポットの
像はロッドの各要素上に完全にセンタリングされており
、従って走査が完全に平面で走査平面がこのロッドの軸
と平行であることが大切である。

この装置に対して望まれる精度は、反射ビームの高低角
について、約数秒の弧である。

逆に、感光レセプタを含む装置が利用可能になり、この
レセプタ上では、一定の与えられた軸に平行な一定の平
面からくる光を感光レセプタの方に反射する旋回ミラー
を用いてこの平面の走査を行なうことにより、この平面
から（る光のみを受は入れることも期待できる。

ところが、上述のように配置された装置においては、走
査平面の弯曲の原因が３つある。

まず第一に、光源又は感光レセプタが回転軸に垂直な一
定の与えられた軸を含む平面のやや上又は下にある可能
性がある。すなわち光束はこの平面に対してゼロ入射を
もたない。

・一方、走査ミラーはその回転軸上に接着されておりそ
のため理論的には、ミラーの平面はこの軸を通過する。

実際には、数秒の弧にも適しうる望ましい精度でこの条
件を満たすミラーを見つけることは不可能であることが
わかる；実際市販の検流計ミラーは、平行度上の欠陥を
呈し、その軸は２０秒の弧を超える可能性がある。

最後に、ミラーの回転軸がそれ自体一定の与えられた軸
に厳密に垂直でない可能性がある。

ここで装置を入念に作り上げることによって上述の第１
及び第３の欠点については制限できるかもしれないが、
ミラー自体に固有のものである第２の欠点についてはそ
うはいかないことがわかる。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、これら３つの欠点特に第２の欠点を補正する
ような装置を提供すること、すなわち、その回転軸上に
不完全に接着されたミラーを用いながら一定の与えられ
た軸に平行な面における走査を得ることをその目的とし
ている。

このため、本発明の目的は、一定の与えられた軸に対し
ほぼ垂直な回転軸上にとりつけられかかる回転軸をほぼ
含む平面をもつ走査用ミラー及び前記回転軸に垂直な前
記一定の与えられた軸を含む平面内にほぼ配置された光
源または感光レセプタといったような光学装置を含み、
前記ミラーの回転軸に対しほぼ垂直で前記一定の与えら
れた軸を通過する予じめ定められた平面との関係におい
て光束の入射角度を調節するための第１の調節手段及び
かかる予じめ定められた平面との関係においてミラーの
回転軸の傾斜を調節するための第２の調節手段が含まれ
ていることを特徴とする、−定の与えられた軸に平行で
かつ厳密に平面な光束の走査を実現するための装置にあ
る。

これらの第１及び第２の調節は、上述の第１及び第３の
欠点に対して構じるべき補正措置にほぼ相応することが
わかる。

ところが本出願人は、驚くべきことにこれらの２つの調
節がそれだけでほぼ全面的に３つの欠点特に第２の欠点
つまりミラーのその回転軸上への接着に関係する欠点を
解消してくれるものであることを見い出した。

本発明の特定の実施例において、かかる第１の調節手段
には、前記一定の与えられた軸を中心として調節可能な
傾斜の第１の旋回構造物が含まれており、光学装置はこ
の第１の旋回構造物の上にとりつけられている。

同様に、本発明の特定の一実施例に従うと、前記第２の
調節手段には、前記子しめ定められた平面内にほぼ含ま
れている調節軸を中心とする第２の旋回構造物が含まれ
ており、ミラーの回転軸はこの第２の旋回構造物の上に
とりつけられている。

さらに限定的に言うと、この調節軸は前記一定の与えら
れた軸に対しほぼ垂直であってよい。

〈実施例〉 ここで、添付の図面を参照しながら本発明の特定の一実
施態様を、制限的な意味をもたない一例として説明して
いく。

第１Ａ図、第２図及び第３Ａ図において各記号は次のよ
うなものを称しているニ ーＭ：　走査ミラー −ＭＸＹＺ：　　ＭＸが、それに平行に走査を行ないた
いと思っている対象である一定の与えられた軸であり、
ＭＸＹ平面が走査の理論的な平面となるように（なおＭ
Ｚはミラーの理論的回転軸である）装置に結びつけられ
た基準となる３直角３面角。

−ＩＭ：　　入射ビーム −ＭＲ：　　反射ビーム −ＭＮ：　　ミラーに対する法線 一〜ｔＭ：　　ＸＭＹ平面内の入射ビームＩＭの投影（
もしあれば） −Ｍｒ：　　ＸＭＹ平面内の反射ビームＭＲの投影（も
しあれば） −Ｍｎ：　　ＸＭＹ平面内のミラーＭＮに対する法線の
投影（もしあれば） 一φ：　入射ビームＩＭの方位角 −α：　反射ビームＭ　Ｎの方位角の補数−ｈ：　入射
ビームＴＭ（又はその投影；Ｍ）がミラーに対する法線
ＭＮ　（又はその投影Ｍｎ）と成す角度 −ｉ：　　ＸＭＹ平面との関係における入射ビームの冑
低角 ｊ：　ミラーに対する法線ＭＮ、ｌ！：ＸＭＹ平面が成
す角度 一〇二　ミラーの回転軸とＭＺ軸がＸＭＺ平面内で成す
角度 第１Ａ図は、考えられる第１の欠点つまりＸＭＹ平面と
の関係における入射ビームＩＭのゼロでない入射角ｉを
示している。結果として生じる誤差は、反射ビームＭＲ
の寄生的高低角ｒ１である。

第２Ａ図は、第２の欠点すなわちミラーの平面とその回
転軸の間のゼロであい角度ｊ　（接着上の欠点）を表わ
している。その結果生じる誤差は、反射ビームＭＲの寄
生的高低角ｒ２である。

第３Ａ図は、第３の欠点すなわちミラーの回転軸とＭＺ
軸の間のゼロでない角度を表わしている。

その結果生じる誤差は、反射ビームＭＲの寄生的高低角
ｒ、である。

第１Ｂ図、第２Ｂ図、第３Ｂ図は、ミラーがその回転軸
を中心に回転するときすなわちαが変化する場合に、ミ
ラーＭから一定の距離のところに置かれたＭＹ軸に垂直
なスクリーンによる反射ビームＭＲの遮断の結果生じた
光のスポットすなわちこのスクリーンの平面内における
反射ビームＭＲの軌道がたどる曲線を示している。ＯＨ
軸は、ＹＭＺ平面内に含まれているスクリーンの軸であ
る。

第１Ｂ図の曲線１０ａは、角度α（φ＋２１−９０°に
等しい）が変化するときのゼロでない角度ｉの結果生じ
る走査の平面性の欠陥を表わしている。この曲線が、Ｙ
ＭＺ平面内に存在する垂直な軸をもつ双曲線であるとい
うことを実証することができる。

第２Ｂ図の曲線１０ｂは角度が変化したときのゼロでな
い角度ｊを原因とする平面性の欠陥を表わしている。こ
の曲線が、ｎ＝ｏで最大に達する正弦形の弧である、す
なわち標準値に対し角度ｎだけ「傾斜した」弧であるこ
とを実証することができる。

最後に、第３Ｂ図の曲線１０ｃは、ゼロでない角度θの
結果として生じる平面正の欠陥を示している。この曲線
がＸＭＺ平面に対して角度θだけ傾斜している軸をもつ
双曲線であるということが実証できる。

本発明は、装置の構造によってゼロにできるかぎり近い
固定値まで角度ｉ及びθを小さくする代りにこれらの角
度を定まっていない何らかの値に調整可能なものにする
ことから成る。

第４図及び第５図に示されている本発明に基づく装置は
、台座２１と支柱２２で形成されたフレーム２０を含ん
でいる。

台座２１は、図示されていない軸受の中に、この例にお
いては正方形の断面の管の形で作られた旋回構造物２４
の回転シャフト２３を受は入れる。

軸受の軸３０は、それに対し平行に走査を行ないたいと
思っている対象である−・一定の与えられた軸にほぼ平
行である。

ベース２１と一体化されたサポート２６の中に形成され
たネジ山と連動する調節用ネジ２５により、シャフト２
３のまわりの構造物２４の傾斜を調節することができる
。

支柱２２は軸受２７の中に、シャフト２３の軸３０に対
し垂直でほぼ同一平面状にある軸２９を中心として旋回
する第２の構造物２８を受は入れる。

旋回構造物２８は、同様に構造物２８の上にとりつけら
れている検流計（図示せず）により回転駆動されうるミ
ラー３２の回転軸３１を受は入れる。

軸２９のまわりの構造物２８の傾斜は、台座２１と一体
化された機構３４内にとりつけられ旋回構造物２８の延
長部分３５と連動するストッパを形作る調節用ネジ３３
を用いて調節することができる。

回転軸３１は、調節手段３３の平均値に対し軸３０にほ
ぼ垂直にとりつけられる。

レーザー線エミッタ３６は、管２４の中で、調節用手段
２５及び３３の平均値に対してミラーの回転軸３１に垂
直でかつ軸３０を通る平面内にほぼとりつけられる。こ
の管の中に形成されている窓３７によりこのエミッタか
らミラー３２を照明することができる。

ミラー３２の検流計の作用の下で旋回すると、ダイオー
ド３６から出た光束３８は、ミラー３２上で３９に反射
し、２つの場の境界４０及び４１の間で走査を行なう。

この走査は、ネジ２５及び３３を適当に調節することを
条件として、軸３０に対し平行な平面内でほぼ行なわれ
る。

軸３０の中には第１Ａ図、第２Ａ図及び第３図のＭＸ軸
を再び認めることができ、又軸２９は、ＭＹ軸にほぼ一
致する。軸３１は、ネジ３３の一定の与えられた調節値
についてのみＭＺ軸とほぼ合致する。

いずれにせよ、前述したものとの根本的な相異点は、軸
２９及び３０を中心とする構造物２４及び２８の回転角
度が、第１Ａ図及び第３Ａ図の角度ｉと　がそうであっ
たように誤差ではなく、装置の調節値であるということ
にある。

またいずれかの方向におけるその変化によってのみ定義
づけられるこれらの回転角度について基準値つまりゼロ
は全（存在しないことがわかるだろう。単独で１つの基
準を構成することのできる軸２９及び３０の相対的位置
づけでは、実際には、望ましい精度を得るにはあまりに
も大ざっばすぎるものである。

調節は、軸３０に対して平行に装置から一定の距離をお
いて配置され、上にはそれに沿ってスライド式双方向セ
ンサーがとりつけられているような１つの定規を用いて
、逐次近似により行なわれる。このセンサにより、定規
のさまざまな地点において、軸２９及び３０により定め
られる平面の上又は下のビームの高さを計測することが
できる。

以下の表１は、かかる調節のシミュレーションの結果を
示している。

このシミュレーションにおいて、ミラー１のその軸上の
接着不良すなわち角度ｊが２５分の弧に等しいこと、角
度φつまりビーム３８と軸３０の間の角度が４５°に等
しいことそして上述の定規が軸３０から距離Ｉ）”４．
６０ｍのところに配置されていること、を仮定した。

走査の場は、＋１５°と一３５°の間に含まれている、
すなわち境界４０及び４１が軸２９とそれぞれ１５°と
３５°の角度を成すこと、が仮定された。

これらの表は、度数で表わされた角度の異なる値につい
て連続的に次のものを与えている二度数及びラジアン（
弧度）で表わしたｎの相応する値。

ミリラジアン単位で表わした角度ｒ、％　ｒｚ及びｒ、
の値。

ミリラジアン単位で表わした和ｒ、＋ｒｚ　＋ｒ３の値
。

定規の上の光束のミリメートル単位で表わした高さｒｌ
）／ｃｏｓα 場の中央におけるこの高さをゼロに戻すように軸３０を
中心として装置を回転さたせ後のミクロン単位で表わし
た相当高さｒ。Ｄ／ｃｏｓα。

そして、ビームの平面性不良の特徴である角度ｒ０の弧
の秒単位の値。

任意に、出発時点の角度ｉ及びθがゼロの値を有してい
ると仮定したため、表１において、角度ｒ、及びｒ、も
同様にゼロに等しい。

この同じ表において、ミラーの接着不良がきわめて重大
な平面性不良を生み出すことがわかる。

というのも、光束は、場の一方の端部において、−１０
８，４２秒の弧、そして場の他方の端部において＋６０
９．３０秒の弧という基準としてとられたその中央値か
ら離れているためであり、これは定規のレベルでの２セ
ンチ以上の高さの差に相当する。

表５は、場の中央の誤差をゼロに戻した後場の各端部に
おける誤差の方向に従ってどのパラメータｉ又は　に対
してそしてどの方向に働きかけるべきかを示している。

表■の場合、ｒｏは負の値から正の値に変化し、そのた
め角度θについて負の補正を適用する必要がある。

従って、−１０分の弧に等しい補正をθについて適用し
た。

その結果得られた表２においてすでに、顕著な平面性の
改善がみられる。というのも、ビームはその中央値から
決して２８０．１３分の弧以上離れることがなく、これ
は、定規のレベルでの８ミリ未満の高さに相当するので
ある。

ｒｏはこの場合１つの正の値からもう１つの負の値に変
化するので、表５は、角度ｉに対し正の補正を適用する
必要があることを示している。

表３は、角度ｉに対する＋２８分の弧の補正で得られた
結果を示している。

このとき平面性不良はもはや約１３秒の弧つまり定規の
レベルで約３００ミクロンでしかない。

ｒｏはこのとき正の値から負の値に変化するため、表５
は、θに対して正の補正を適用する必要があることを示
している。

表　　１ （１−Ｏｉ　θ−〇） （１−Ｏｉ　ｅ　−−１０’） 表　　４ （Ｌ−２８，ｇｏ’　　、θ−−９．６４’）表　　３ （Ｌ−２８’　　；θ−−１０’） その後続く段階は例示されていないが、表４は、角度ｉ
に対する２　８．８０分の弧の正の補正そして角度θに
対する９、６４分の弧の負の補正による最終的結果を与
えている。

角度の誤差はもはやおよそ２秒の弧又は定規レベルで約
５０ミクロンでしかない。

このシミュレーションにより、本発明のおかげで、２５
分の弧のミラーの接着不良にもかかわらず平面性不良を
約数秒の弧といった値に戻すことが可能でるあというこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第２Ａ図及び第３Ａ図は各々、前記先行技術
に基づく装置の３つの欠点のうちの１つを例示している
。 第１Ｂ図、第２Ｂ図及び第３Ｂ図は、一定の与えられた
軸及びミラーの回転軸に平行で、装置から一定の距離の
ところに配置されたスクリーン上に示されるこれらの欠
点各々の結果を表わしている。 第４図は、本発明に基づく装置の、一部断面図になって
いる立面図である。 第５図は、同様に部分的に断面図になっている上面図で
ある。 ２０・・・フレーム、 ２１・・・台座、 ２２・・・支柱、 ２３・・・回転シャフト、 ２４．２８・・・旋回構造物、 ２５．３３・・・調節用ネジ、 ２７・・・軸受、 ２９．３０・・・軸、 ３２・・・走査用ミラー ３６・・・光学装置、 ３７・・・窓、 ４０．４１・・・境界。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定の与えられた軸に対しほぼ垂直な回転軸２９
   上にとりつけられかかる回転軸をほぼ含む平面をもつ走
   査用ミラー３２及び前記回転軸に垂直な前記一定の与え
   られた軸を含む平面内にほぼ配置された光学装置３６を
   含み、一定の与えられた軸３０に平行でかつ厳密に平面
   な光束の走査用の装置において、前記ミラーの回転軸に
   対しほぼ垂直で前記一定の与えられた軸を通過する予じ
   め定められた平面との関係において光束の入射角度を調
   節するための第１の調節手段３５及びかかる予じめ定め
   られた平面との関係においてミラーの回転軸の傾斜を調
   節するための第２の調節手段３３が含まれていることを
   特徴とする装置。
2. （２）前記光学装置は光源であることを特徴とする、請
   求項（１）に記載の装置。
3. （３）前記光学装置は感光レセプタであることを特徴と
   する、請求項（１）に記載の装置。
4. （４）前記第１の調節手段は、前記一定の軸を中心とし
   て調節可能な傾斜の第１の旋回構造物を含み、光学装置
   はこの第１の旋回構造物の上にとりつけられていること
   を特徴とする、請求項（１）乃至（３）のいずれかに記
   載の装置。
5. （５）前記第２の調節手段には、予め定められた前記平
   面内にほぼ含まれている調節軸を中心とした第２の旋回
   構造物２８が含まれ、ミラーの回転軸はこの第２の旋回
   構造物上にとりつけられていることを特徴とする、請求
   項（１）乃至（２）のいずれかに記載の装置。
6. （６）前記調節軸は前記一定の軸にほぼ垂直であること
   を特徴とする、請求項（１）乃至（５）のいずれかに記
   載の装置。