JPH04240816A - 光ビーム走査装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源から発射された光
ビームを走査して、画像の記録や読み取りなどを行う光
ビーム走査装置に係り、特には、走査面における光ビー
ムの焦点ズレ量を検出し、これを調整することのできる
光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の記録や読み取りに光ビーム走査装
置を適用した場合、解像度の点から、走査面で光ビーム
が焦点を結んでいる（合焦点である）ことが重要な要件
になる。したがって、通常の光ビーム走査装置では、実
際の走査記録に入る前に、走査面に感光用フィルムをセ
ットしてこれを光ビームで走査して焼き付け、その焼き
付け結果の線幅などから、光ビームが走査面上で焦点を
結んでいるかを観察し、焦点ズレがある場合には走査面
の位置と光ビームの合焦点位置との位置合わせを行って
いた。このような手法によると、光ビームの合焦点を検
出するために、フィルムを現像したり、現像結果を熟練
者の観察に頼るなどしなければならず、多工程化に伴う
高コスト化を招くばかりか、効率も悪い。そこで、光ビ
ームの合焦点を検出する機構を付加した光ビーム走査装
置が特公昭６０−２９０８７　号公報および特公昭６０
−９２４３号公報に記載されている。これらの装置を従
来例として挙げ、以下に説明する。

【０００３】（Ａ）　まず、特公昭６０−２９０８７　
号公報で開示されている装置について、図１０を参照し
ながら説明する。この装置は、レーザ光源６０から発射
した光ビームを、反射鏡６１を介してビーム拡大レンズ
６２，平行レンズ６３に導いて平行光線に変換し、走査
鏡６４を介して走査レンズ６５（ｆθレンズ）で集束さ
せて走査面６７に照射する。そして、走査鏡６４を回動
させることにより、走査面６７を光ビームで走査する。 この走査面６７での光ビーム径を検出するために、走査
レンズ６５と走査面６７との間にハーフミラー６６を設
置して、光ビームの一部を分岐し、分岐された光ビーム
が焦点を結ぶ仮想走査面６８上に格子板６９を設置して
いる。格子板６９は、光ビームの合焦点位置におけるビ
ーム径とほぼ同じ間隔で、透光部と遮光部とを交互に形
成した格子パターンを有しており、図示のように、仮想
走査面６８に対して所定角度だけ傾けられた状態で設置
されている。

【０００４】格子板６９の透過光を光検出器７０で検出
すると、光ビームの焦点位置に相当する透光部からの光
量が最大となり検出信号値もピークとなる。すなわち、
格子板６９の中心点Ａからの検出信号が最大値となれば
、仮想走査面６８に光ビームの焦点が位置していること
になり、これは実際の走査面６７上に光ビームの焦点が
位置していることにもなる。もし、光ビームの焦点が走
査面６７からズレた位置にあれば、格子板６９の透過光
の検出信号のピークは、中心点Ａからズレた位置に現れ
る。このような検出信号のピーク位置から、走査面６７
における光ビームの焦点位置の検出、さらには走査面６
７の位置と光ビームの焦点位置とのズレ量を検出してい
る。

【０００５】（Ｂ）次に、特公昭６０−９２４３号公報
に開示されている装置について、図１１を参照しながら
説明する。この装置は、レーザ光源７１から発射した光
ビームを、光変調器７２，　ビームエキスパンダー７３
を通して回転多面鏡７４（ポリゴンミラーとも呼ばれる
）に導き、さらに走査レンズ７５（ｆθレンズ）で集束
して走査面７６に照射する。そして、回転多面鏡７４を
回転させることにより、走査面７６を光ビームで走査す
る。この走査面７６上での光ビーム径を検出するのに、
走査面７６の走査線の延長線上にホトディテクター７７
を設置し、ホトディテクター７７の検出面の前に直線状
のナイフエッジ７８を配している。

【０００６】ナイフエッジ７８を横切って、ホトディテ
クター７７に入光する光ビームの光量を検出すると、そ
れは光ビームの径に応じた信号になる。すなわち、光ビ
ームの径が大きいとナイフエッジ７８を介してホトディ
テクター７７に入光する光量は徐々に増加する。また、
光ビームの径が小さい場合には、ホトディテクター７７
に入光する光量は急激に増加する。このように、光ビー
ムの径の大きさに応じたホトディテクター７７の検出信
号の変化の度合いから光ビームの焦点を検出し、光ビー
ムの焦点位置と走査面位置との調整を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来装置の場合には、次のような問題
がある。

【０００８】すなわち、（Ａ）に記載した装置では、傾
斜させた格子板１２からの透過光量を検出し、検出信号
のピーク位置から光ビームの合焦点位置を検出するもの
で、光ビームの走査幅全域にわたって合焦点を検出する
ものではない。これは、（Ｂ）に記載した装置も同様で
、走査線の延長線上における一点でしか光ビームの合焦
点を検出することはできない。

【０００９】ところが、走査レンズ（ｆθレンズ）や回
転多面鏡（ポリゴンミラー）などの光学系部品に生じる
歪みや設置位置のズレなどによって、同一の走査線上に
おける各点での光ビーム径が異なることがある。したが
って、従来装置のように、ただの一点だけで光ビームの
合焦点を検出するのでは不十分である。よって、検出点
以外の走査線上で光ビームが焦点を結んでいない場合に
これを検出することができず、画像の記録や読み取り時
の解像度が低下し、画像に「ボケ」が生じるという問題
を招く。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、主走査方向全域にわたって光ビームの
焦点検出を行うとともに、合焦点位置と光ビーム走査面
位置との位置合わせを行うことができる光ビーム走査装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち
、この発明に係る光ビーム走査装置は、光ビームの走査
面と同一面上の主走査方向に配され、光ビームの合焦点
位置におけるビーム径と略同じ幅の複数個の透光部を有
する格子板と、前記格子板の透光部を通過した光ビーム
の光量を検出する光量検出手段と、前記光量検出手段の
検出信号値に基づいて主走査方向の各点における光ビー
ムの焦点ズレ量を導出する焦点ズレ導出手段と、前記導
出された焦点ズレ量を出力する出力手段と、前記光ビー
ムを走査面に集束させる光学系レンズを副走査方向に変
位させるとともに、主走査方向および副走査方向に対し
て鉛直な軸心周りに回転させる焦点調整機構と、を備え
たことを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明の構成による作用は以下のとおりである
。まず、光ビームの焦点ズレ量を導出するために、格子
板を光ビームで走査する。光量検出手段は、格子板の透
光部を通過した光ビームの光量を検出して、光ビーム径
に応じた検出信号を出力する。すなわち、光ビームが格
子板位置に焦点を結んでいれば、格子板の透光部を光ビ
ームの全光量が通過して検出信号値は最大値となり、焦
点を結んでいないと（光ビーム径が合焦点位置における
ビーム径よりも大きいと）、光ビームの一部光量は格子
板の遮光部によって遮られ、検出信号値は最大値よりも
小さな値になる。このように、光量検出手段の出力値と
光ビームの焦点のズレ量との間には相関関係があるので
、焦点ズレ導出手段は、光量検出手段の検出信号値に基
づき、主走査方向の各点における光ビームの焦点ズレ量
を導出する。出力手段はその導出された焦点ズレ量を外
部に出力することによって、オペレータに提示する。 次に、焦点ズレ量を修正するために、オペレータは、出
力手段から出力される焦点ズレ量を観察しながら、焦点
調整機構を操作し、焦点ズレ量が最小となるように光学
系レンズを副走査方向に変位させ、および／または、主
走査方向および副走査方向に対して鉛直な軸心周りに回
転させる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１はこの実施例に係る光ビーム走査装置の概
略構成を示した斜視図である。この図では光ビーム走査
装置を画像記録に用いた例を示している。なお、本発明
は画像読み取り用の光ビーム走査装置においても適用す
ることができる。

【００１４】感光性シート１を載置する可動テーブル２
が、一対のガイドレール３ａ，３ｂによって移動可能に
支持されている。可動テーブル２の下側には、ネジ棒４
が取りつけられており、ネジ棒４の先端に固定されたギ
ア５は、モータ６の出力ギア７に噛み合わさっている。 モータ６の回転により、ネジ棒４が回転し、これに伴っ
て可動テーブル２がガイドレール３ａ，３ｂに案内され
てＸ軸方向に移動する。このＸ軸方向が感光性シート１
に照射される光ビームの副走査方向である。

【００１５】照射用光ビームは、レーザ光源８から発射
されて、ビームエキスパンダー１０で幅広の平行光線に
変換され、モータ１２で駆動されてＺ軸周りに回転する
回転多面鏡１１（ポリゴンミラー１１）によってＹ軸方
向に走査された後、走査レンズ１３（ｆθレンズ１３）
で集束される。このＹ軸方向が光ビームの主走査方向で
ある。ｆθレンズ１３は、本発明において、光ビームを
走査面に集束させる光学系レンズに相当している。

【００１６】ｆθレンズ１３で集束された光ビームは、
全反射ミラー１４で直角に光路変換されて、感光性シー
ト１上（走査面上）に照射される。その走査面の延長面
上、すなわち、走査面と同一面位置となる可動テーブル
２の端部に沿って（　すなわち、主走査方向に）　セン
サー部１５が取りつけられている。

【００１７】図２は、センサー部１５を拡大した斜視図
である。センサー部１５は、スリット状の透光部１９と
遮光部２０とを交互に形成してなるグレーティングガラ
ス１６と、フォトダイオード１７を水平方向に多数取り
付けたセンサー台１８とを一体化したものである。透光
部１９の幅は光ビームの合焦点位置におけるビーム径（
　以下、焦点径という）とほぼ等しい大きさに形成され
、フォトダイオード１７はグレーティングガラス１６の
全域に対して設けられている。グレーティングガラス１
６が本発明でいう格子板に相当し、フォトダイオード１
７が光量検出手段に相当している。このような構成の光
ビーム走査装置で、画像記録を行う場合、（１）可動テ
ーブル２を移動させてその端部に取りつけられたセンサ
ー部１５を光路位置に置き、これを光ビームで走査する
。そして、フォトダイオード１７の出力電圧値に基づい
て光ビームの焦点ズレ量を導出してこれを後述のモニタ
ディスプレイに表示する。（２）オペレータは、モニタ
ディスプレイに表示された焦点ズレ量を観察しながら、
ｆθレンズ１３を変位させる後述の焦点調整機構を操作
して焦点ズレ量が最小となる位置にｆθレンズ１３をセ
ットする。

【００１８】（１）まず、光ビームの焦点ズレ量の導出
について図３と図４を参照しながら説明する。　　図３
と図４は、センサー部１５に入射される光ビームの径と
、フォトダイオード１７の出力電圧値との関係をそれぞ
れ示している。図３に示すように、全反射ミラー１４で
光路変換されセンサー部１５に入射した光ビームＢ１の
径φｄ１が、透光部１９の幅ｄよりも大きいとき（φｄ
１＞ｄ）、フォトダイオード１７の出力電圧値はＶ１で
あったとする。これに対し、図４に示すように、光ビー
ムＢ２の径φｄ２が透光部１９の幅ｄと略一致している
とき（φｄ２≒ｄ）、フォトダイオード１７の出力電圧
値はＶ１よりも高いＶ２となる（Ｖ２＞Ｖ１）。すなわ
ち、光ビーム径が透光部１９の幅ｄよりも大きいと、遮
光部２０によってその一部光量が遮断され、フォトダイ
オード１７の出力電圧値は最大値よりも低くなるが、光
ビーム径が透光部１９の幅にほぼ等しい大きさである（
最小の焦点の大きさである）と、光ビームの全光量がフ
ォトダイオード１７に入光し、フォトダイオード１７の
出力電圧値は最大値となる。 このように、フォトダイオード１７の出力電圧値は、光
ビーム径に応じて変化する。

【００１９】そのフォトダイオード１７の出力電圧値か
ら、光ビームの焦点ズレ量の求め方について、図５のロ
ジック回路図を参照しながら説明する。

【００２０】基準電圧＋Ｖで逆バイアスされたフォトダ
イオード１７の出力電流に比例した出力電圧値ＶＰＤは
、演算増幅器ＯＰによって出力電圧値ＶＯＰに増幅され
、比較器ＣとＡ／Ｄ変換器２２とに与えられる。比較器
Ｃは、演算増幅器ＯＰからの出力電圧値ＶＯＰと基準電
圧発生器２１からの基準電圧Ｖｓｈとを比較し、ＶＯＰ
＞Ｖｓｈになると「Ｈ−レベル」となる信号を出力する
。これにより、光ビームが透光部１９に入射している間
、「Ｈ−レベル」となるパルス状の信号が出力される。 以下、このパルス信号をグレーティングクロック（グレ
ーティングガラス１６に形成された透光部１９のピッチ
毎に出力されるクロックパルス）という。

【００２１】Ａ／Ｄ変換器２２は、そのグレーティング
クロックのパルスタイミングに同期して前記入力されて
いるフォトダイオード１７の出力電圧波形をサンプリン
グし、デジタル信号に変換してメモリＭに出力する。ア
ドレスカウンタＡＣは、グレーティングクロック数を計
数し、それをアドレスデータとしてメモリＭに出力する
。 その結果、メモリＭには１走査線分の光量データがグレ
ーティングガラス１６の透光部１９のピッチごとに格納
される。

【００２２】焦点ズレ導出手段に相当するＣＰＵ２３は
、メモリＭから光量データを読み出し、その光量データ
をルックアップテーブル２４への読みだしアドレスデー
タとして与え、該当するデータを読み出す。ルックアッ
プテーブル２４に登録されている内容をグラフ形式にし
て図６に示す。この図に示すように、ルックアップテー
ブル２４はフォトダイオード１７で検出される光量と、
焦点ズレ量との関係を記憶した２次元テーブルで、予め
実験的に求められたものである。同図より明らかなよう
に光量が多いほど焦点ズレ量は小さくなっている。ＣＰ
Ｕ２３は、読み出した焦点ズレ量を縦軸に、アドレス値
を横軸にもつグラフを作成する。アドレス値は、グレー
ティングクロックのパルス数（透光部１９のピッチ数）
に応じた値であるから、これはすなわち、光ビームの主
走査位置を示す情報である。したがって、アドレス値を
横軸にし、焦点ズレ量を縦軸にもつグラフを作成すれば
、走査面におけるどの位置で焦点がどれだけズレている
かを知ることができる。作成されたグラフの一例を図７
に示す。このグラフは表示用メモリ２５に格納された後
、モニタディスプレイ２６に表示される。なお、モニタ
ディスプレイ２６の代わりにプリンタを設け、前記グラ
フを印刷物として出力してもよい。

【００２３】（２）このようにして、焦点ズレ量がグラ
フで表示されると、このグラフを見ながら焦点ズレ量が
最小になるように焦点調節機構が操作されてｆθレンズ
１３の位置調整が行われる。以下、図８の斜視図と図９
の平面図とを参照しながら焦点調節機構について説明す
る。ｆθレンズ１３は、レンズ枠３０に嵌め込まれて回
転テーブル３１の上面に取り付けられている。その回転
テーブル３１の裏面の中心位置には円柱部材３２（図９
参照）が一体的に設けられており、円柱部材３２は移動
テーブル３３の上面に立設されている円筒部材３４の内
部に回転自在に挿入されている。これにより、ｆθレン
ズ１３は主走査方向および副走査方向に対して鉛直な軸
心Ｐ周りに回転する。円筒部材３４の外周面部には水平
方向に延びる一対のアーム３５ａ，３５ｂ　の基部が取
り付けられている。一方のアーム３５ａ　の先端部には
スプリング３６により内側に向かって付勢される支持部
材３７が設けられ、もう一方のアーム３５ｂ　の先端部
には内蔵モータ（図示せず）の駆動力により同じく内側
に向かって進退移動する可動棒３８を備えた電気マイク
ロメータ３９ａ　が設けられている。これら支持部材３
７と、電気マイクロメータ３９ａ　の可動棒３８とによ
って、アーム３５ａ，３５ｂ　間の回転テーブル３１に
突設された突起体４０が挟持されている。すなわち、電
気マイクロメータ３９ａ　の可動棒３８が進退移動する
と、支持部材３７がスプリング３６の弾性力によってこ
れに追随し、突起体４０はこれらに挟持されたまま電気
マイクロメータ３９ａ　の進退移動に伴って移動する。 その移動力によって、回転テーブル３１は軸芯Ｐ周りに
回転変位（首振り運動）する。

【００２４】前記移動テーブル３３は副走査方向に沿う
ガイドレール４１を介して固定テーブル４２の上に設置
されており、ガイドレール４１の長手方向の端面部には
前記と同様の電気マイクロメータ３９ｂ　の可動棒４３
が連結されている。この電気マイクロメータ３９ｂ　の
本体は固定テーブル４２に固定的に取り付けられている
。すなわち、マイクロメータ３９ｂ　の可動棒４３が進
退移動すると、移動テーブル４２はガイドレール４１に
案内されて副走査方向に変位する。これらの電気マイク
ロメータ３９ａ，３９ｂ　に内蔵された各モータはそれ
ぞれのモータドライブ回路４４，４５　によって駆動さ
れ、各モータドライブ回路４４，４５　はコントローラ
４６によって制御されるように構成されている。コント
ローラ４６には各マイクロメータの進退移動をオペレー
タが操作するための２個のスイッチＳ１，Ｓ２　が設け
られている。

【００２５】オペレータは、モニタディスプレイ２６に
表示された焦点ズレ量を観察しながら、コントローラ４
６のスイッチＳ１，Ｓ２　を操作し、主走査方向におけ
る各点の焦点ズレ量が最小となるようにｆθレンズ１３
の位置を調整する。なお、格子板としては実施例のよう
なグレーティングガラスに限らず、光ビームの焦点ズレ
検出位置にのみ透光部を配置したものを用いてもよい。 また、上述のように焦点ズレ量を直接表示するのではな
く、主走査方向の各位置におけるビーム径を表示するこ
とによって、間接的に焦点ズレ量を表示するようにして
もよい。焦点ズレ量とビーム径とは相関関係があるので
、本発明における焦点ズレ量の導出とは、このようなビ
ーム径の導出をも含んでいる。また、上述のように、オ
ペレータがスイッチＳ１，Ｓ２　を操作して、ｆθレン
ズ１３の位置を調整するのではなく、導出された焦点ズ
レ量のデータをコントローラ４６に出力し、焦点ズレ量
に応じて、電気マイクロメータ３９ａ，３９ｂ　を制御
するように構成してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光ビーム走査装置は、格子板を走査した光ビームの光
量を検出して、主走査方向の各点における光ビームの焦
点ズレ量を導出しこれを外部に出力するようにしたので
、従来装置のようにただの一点だけでなく、主走査方向
全域にわたって光ビームの焦点ズレを検出することがで
き、これをオペレータに提示することができる。また、
オペレータはその焦点ズレ量を観察しながら光学系レン
ズに付設された焦点調節機構を操作して焦点ズレ量が最
小となるような位置に光学系レンズをセットする。 これにより、主走査方向の各点で光ビームが焦点を結ぶ
ようにすることができ、画像の記録や読み取りを行う際
の解像度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ビーム走査装置の外
観斜視図。

【図２】センサー部の拡大斜視図。

【図３】光ビーム径とフォトダイオードの出力電圧との
関係を示した図。

【図４】光ビームの焦点径とフォトダイオードの出力電
圧との関係を示した図。

【図５】焦点ズレ量を導出するためのロジック回路図。

【図６】ルックアップテーブルの内容を模式的に示した
図。

【図７】主走査方向の焦点ズレ量の表示例を示した図。

【図８】ｆθレンズに付設されている焦点調節機構を示
した斜視図。

【図９】ｆθレンズに付設されている焦点調節機構を示
した平面図。

【図１０】従来装置の概略構成を示した図。

【図１１】その他の従来装置の概略構成を示した図。

【符号の説明】

１３　　ｆθレンズ １５　　センサー部 １６　　グレーティングガラス １７　　フォトダイオード １９　　透光部 ２０　　遮光部 ２３　　ＣＰＵ ２４　　ルックアップテーブル ３１　　回転テーブル ３３　　移動テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光ビームの走査面と同一面上の主走査
   方向に配され、光ビームの合焦点位置におけるビーム径
   と略同じ幅の複数個の透光部を有する格子板と、前記格
   子板の透光部を通過した光ビームの光量を検出する光量
   検出手段と、前記光量検出手段の検出信号値に基づいて
   主走査方向の各点における光ビームの焦点ズレ量を導出
   する焦点ズレ導出手段と、前記導出された焦点ズレ量を
   出力する出力手段と、前記光ビームを走査面に集束させ
   る光学系レンズを副走査方向に変位させるとともに、主
   走査方向および副走査方向に対して鉛直な軸心周りに回
   転させる焦点調整機構と、を備えたことを特徴とする光
   ビーム走査装置。