JPH0481808A - 光線走査装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザビームプリンター、彫刻方式ル−ザマ
ーカー装置、ファクシミリ、バーコードリーダ、光カー
ド読み取り器、レーザ顕微鏡、レーザマイクロ、光スィ
ッチ、光交換器等に使用される光線走査装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、高出力のパルスレーザ光をポジショナ−によって
移動させながら文字・図形等を描く彫刻方式のレーザマ
ーカー装置等にはポジショナ−としてガルバノミラ−ス
キャナが、そしてレーザビ−ムプリンター等にはポリゴ
ンミラースキャナが光線走査装置として使用されている
。

しかしながら、ガルバノミラ−スキャナは、駆動系がム
ービングマグネット、あるいはムービングコイルである
ので消費電力が大きく、高速走査は困難であり、そして
回転角を検出する検出系まで含めると大型であった。

また、ポリゴンミラースキャナは等速回転する多面鏡で
あるので、それによって偏向されるレーザ光を紙面手前
に置かれた対物レンズを通してそのまま平面の紙面上に
集光照射したのでは、レーザ光は紙面上でｆ−ｓｉｎθ
・ｄθ／ｄｔで表される速度で走査されることになり等
速直線走査でなくなる。ここでｆは対物レンズの焦点距
離、θは偏向角、ｄθ／ｄｔは偏向角速度である。一方
、従来のレーザビームプリンタにおいては要求される記
録様式は、等速直線走査であるので、通常ポリゴンミラ
ースキャナはｆ−ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔの走査速度をｆ
・θ・ｄθ／’ｄｔの等速直線走査に変換する特殊なｆ
θレンズ系と組み合わせて使わなければならなかった。

このような欠点を補う方法として、固定鏡と、その固定
鏡に対向する回転軸をもつ回転鏡と、その回転鏡を往復
回転運動させ、且つ回転角の制御可能な駆動系とから成
る走査ミラー部と、その走査ミラー部の出口側に配置さ
れた円弧歪補正レンズ系とを有し、前記走査ミラー部に
入射されたレーザ光が、回転鏡と固定鏡との間でジグザ
グに多重反射され、偏向され、走査ミラー部を出射して
後、レーザ光に生じる円弧状の歪曲か、前記円弧歪補正
レンズ系で補正される構成の光線走査装置が提案されて
いる。あるいは、前記構成で、固定鏡が前記回転鏡の回
転軸に直交する方向の回転軸をもつ第２の微小角回転鏡
に置き換えられるとともに、前記円弧歪補正レンズ系か
省略され、その第２の微小角回転鏡が上記の回転鏡の回
転角の制御に同期して微小角回転され、レーザ光の円弧
状の歪曲が補正される構成の光線走査装置か提案されて
いる。

上記の構成を有する光線走査装置においては、入射レー
ザ光は、回転鏡の偏向角の多重反射回数倍の偏向を受け
るので、例えば多重反射回数を１０回とすると、レーザ
光を±３０’偏向させるためには、回転鏡を±１．５°
偏向させれば良いことになる。このため駆動系として小
型、低消費電力、高速動作可能な積層圧電アクチュエー
タを使用でき、その電圧制御、もしくは注入電荷制御に
よってｆθ特性をもたせて回転鏡を回転させることがで
きるので、ｆθレンズ系を省略して等速走査できる。し
かし走査ミラー部を出射するレーザ光には、円弧状の歪
曲が生じるので直線走査ではない。その歪曲は、走査ミ
ラー部の出口に配置された円弧歪補正レンズ系で補正さ
れ、最終的に目的とする走査面上でレーザ光が等速直線
走査されるわけである。さらに上述した第２の構成では
、円弧歪補正レンズ系も省略できると言う効果がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、積層圧電アクチュエータは強度のヒステ
リシスを持ち、また一定電圧印加時にゆつくリドリフト
する（クリープ現象）特性を持つので、電圧制御で精度
良く等速直線走査させるのは難しいとの問題点があった
。一方、注入電荷制御によれば等速直線走査の精度を大
幅に改善できるものの、それでもＡ３仕様のレーザビー
ムプリンタ等で要求される等速直線走査の一打性を達成
するのは困難であるとの問題点があった。

また、積層圧電以外のアクチュエータでも、アクチュエ
ータ内でその変位量を正確にモニタする手段がなく、高
精度の等速直線走査を達成するのは困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、高精度の等速直線走査ができる光線走査装置
の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明は、固定鏡と、その
固定鏡に対向する回転軸をもつ回転鏡と、その回転鏡を
往復回転運動させ、且つ回転角の制御可能な駆動系とか
ら成る走査ミラー部と、その走査ミラー部の出口側に配
置された円弧歪補正しンズ系とを有する光線走査装置に
おいて、モニタ用レーザ光源と、そのモニタ用レーザ光
源から出射され、前記回転鏡で反射され、偏向されたモ
ニタ用レーザ光の偏向方向を検出する光線位置検出器を
有し、その光線位置検出器から得られる光線位置検出信
号によって回転鏡の回転角を制御する構成である。

または、上述したような回転鏡の帰還制御は行なわず、
回転鏡は自由走査させ、そのかわり印字あるいはレーザ
マーキング等をすべき位置を前記光線位置検出信号によ
って判別し、主レーザ光に強度変調を加えるべく、主レ
ーザ光源の制御回路に光線位置検出信号を送る構成であ
る。

［作用コ 上記の構成を有する本発明の光線走査装置においては、
モニタ用レーザ光源は、強度変調されることなく、連続
発振させられていて、モニタ用レーザ光の被偏向角度が
常時モニタされ、したがって主レーザ光の被偏向角度も
常時モニタされることになるので、その角度モニタ値に
よって回転鏡の駆動系に帰還制御をかけ、高精度の等速
直線走査を容易に実現できる。

あるいは、その角度モニタ値によって主レーザ光に強度
変調を加えれば、高精度の印字あるいはマーキング等を
容易に実現できる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照して説明
する。

第１１図は本発明の光線走査装置の実施例を説明する図
であり、入射主レーザ光２２は回転鏡１０に斜め入射さ
れ一回目の反射を受け、固定鏡１４に向けられ、固定鏡
１４で反射され、再び回転鏡１０に向けられ、そこで第
２回目の反射を受ける。

以下同様に数回反射された後に回転鏡１０から出射され
る。回転鏡１ｏは回転軸１２に取り付けられており、回
転軸１２は２個の積層圧電アクチュエータ１８．２０に
より偶力を受けて往復回転運動される方式である。また
、回転鏡１０は駆動負荷を低減するためにレーザ光があ
たらない部分を切り落とした台形状の形状にしである。

一方、モニタ用レーザ光源１２０を出射したモニタ用レ
ーザ光は、コリメートレンズ１１８で平行レーザ光にさ
れ、回転鏡１０に向けられ、そこで反射され、偏向され
、光線位置検出器１０８に向けられ、光線位置が検出さ
れる。光線位置検出器１０８はリニアＣＣＤ、半導体光
線位置検出器（ＰＳＤ、ｐｏｓｉｔｉｏｎ　　５ｅｎｓ
ｉｔｉｖｅ　　ｄｅｔｅｃ　ｔ　ｏ　ｒ）等である。主
レーザ光が受ける偏向角度は、モニタ用レーザ光が受け
る偏向角度に比べて、回転鏡１０で反射される回数倍に
なるので、第１図の場合では４倍になるが、この関係は
正確に比例するので、第１図の実線で示すように光線位
置検出器１０８の光線位置検出信号を前記積層圧電アク
チュエータ１８．２０を制御する駆動系制御回路１８ａ
に入力し、前記光線位置検出信号、つまり角度モニタ値
によって、回転鏡１０を駆動する積層圧電アクチュエー
タ１８．２０に帰還制御をかければ容易に高精度の等速
走査を実現できる。

あるいは、第１図に波線で示すように光線位置検出器１
０８の光線位置検出信号を主レーザ光源制御回路２２ａ
に入力し、光線位置検出信号つまり角度モニタ値によっ
て、入射主レーザ光２２に強度変調を加えることによっ
ても、高精度の印字やマーキングを行うことができる。

以上が走査ミラー部３８を構成するが、走査ミラー部３
８から出射される被偏向主レーザ光２４は、円弧状の歪
曲を生じているので、この後、図示されない円弧歪補正
レンズ系へ入射され、円弧状の歪曲が補正され、目的と
する走査面上で精度良く等速直線走査されるわけである
。

上記の第１図の実施例において、固定鏡１４を微小角回
転鏡に変更し、その微小角回転鏡を回転鏡１ｏの回転軸
１２と直行する回転軸のまわりに、回転鏡１０に同期し
て微小角回転させ、円弧状の歪曲を補正し、円弧歪補正
レンズ系を省略した構成が、光線走査装置の他の実施例
として考えられる。

第２図は、本発明の光線走査装置をレーザマーカに応用
した例を説明する図である。この第２図において、高出
力パルスレーザ光源（ＹＡＧ、炭酸ガスレーザ等）５２
を出射した主レーザ光とアシスト用可視レーザ光源（Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ、可視半導体レーザ等）１２０を出射し
たモニタ用レーザ光は、グイクロイックミラー１１８で
光軸が合わされ、集光レンズ５４で４００μｍ程度のコ
ア径をもつ大口径光ファイバ５６に入射され、レーザマ
ーカヘッド部１２２まで伝送される。大口径光ファイバ
５６の他端は図示されないレーザマーカヘッド部１２２
の機枠に固定されていて、大口径光ファイバ５６を出射
した、光軸の合った主レーザ光とアシスト用可視レーザ
光は集光レンズ５８によって一旦被マーキング物６２上
に焦点を結ぶ断面形状が円形のレーザ光にされて後、シ
リンドリカルレンズ４６を通って、第２図に矢印で示し
たマーキング物６２の送り方向のビーム径のみ走査ミラ
ー部３８内で焦点を結ぶように調整される。回転鏡１０
は回転軸１２に取り付けられており、回転軸１２は２個
の積層圧電アクチュエータ１８．２０により偶力を受け
て往復回転運動され、主レーザ光とモニタ用レーザ光は
偏向をうけ、走査ミラー部３８を出射して、円弧歪補正
シリンドリカルミラー６０を通ってマーキング物６２上
に集光される構成であり、アシスト用可視レーザ光は、
レーザマーキング位置を目視確認するのに使用される。

一方、レーザマーカヘッド部１２２内に配置されたモニ
タ用レーザ光源１２０から出射されるモニタ用レーザ光
はコリメートレンス１１８で平行レーザ光にされ、回転
鏡１０に向けられ、そこで反射、偏向され、光線位置検
出器１０８に向けられて、その光線位置が検出される。

その光線位置検出信号、つまり角度モニタ値によって２
個の積層圧電アクチュエータ１８．２０に帰還制御をか
ければ、精度の良い等迷光線走査が容易に達成される。

あるいは光線位置検出信号、つまり角度モニタ値によっ
て高出力パルスレーザ光源５２のパルス発振を制御する
ことによっても、精度の良いレーザマーキングが容易に
達成される。

また、上記の固定鏡１４を微小角回転鏡３４に変更した
他の実施例における光線走査装置を適用する場合には、
シリンドリカルレンズ４６は省略でき、円弧歪補正シリ
ンドリカルミラー６０は平面鏡で良い。

以上、本発明をレーザマーカに応用した実施例を図面に
基づいて詳細に説明したが、これ以外に、レーザビーム
プリンター、ファクシミリ、バーコードリーダ、光カー
ド読み取り器、レーザ顕微鏡、レーザマイクロ、光スィ
ッチ、光交換器等にも好適に応用され得る。また本発明
はその他の態様で実施することもできる。例えば第１図
、第２図の各微小角回転鏡は、駆動系の駆動能力が十分
であれば台形形状でなく単純な矩形形状であってもよい
し、また、第１図に示した回転軸１２に偶力を与える２
個の積層圧電アクチュエータ１８．２０は、適当な回転
軸受けを使用すれば積層圧電アクチュエータが１個でも
可能であるし、また、例えばテコ機構等を用いた角度拡
大機構と組合せ、積層圧電アクチュエータに要求される
駆動量を低減する構成もとりうる。また、アクチュエー
タは積層圧電以外にも、ムービングマグネット、あるい
はムービングコイル、あるいはねじれ運動をするように
電極をつけた圧電素子、あるいはＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ
を代表とする超磁歪合金、あるいは油圧、空気圧、熱変
形等が利用可能である。その他−々例示はしないが本発
明は当業者の知識に基ずいて種々の変更、改良を加えた
態様で実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、高精度の等速直線走査のできる光線走査装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化した一実施例の構成を示す概
略構成図、第２図は本発明の光線走査装置を応用したレ
ーザマーカの構成を示す概略構成図である。 図中、１０は回転鏡、１２は回転鏡の回転軸、１４は固
定鏡、１８は第１の積層圧電アクチュエータ、２０は第
２の積層圧電アクチュエータ、３８は走査ミラー部、１
０２はモニタ用レーザ光、１０４は主レーザ光、１０８
は光線位置検出器、１２０はモニタ用レーザ光源である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定鏡と、 その固定鏡に対向する回転軸をもつ回転鏡と、その回転
   鏡を往復回転運動させる回転角の制御可能な駆動系とか
   ら成る走査ミラー部と、 その走査ミラー部の出口側に配置された円弧歪補正レン
   ズ系とを有し、 前記走査ミラー部に入射された主レーザ光が、前記固定
   鏡と前記回転鏡との間でジグザグの多重反射を受けて偏
   向され、且つその際に生ずる主レーザ光の円弧状の歪曲
   を前記円弧歪補正レンズ系で補正する事を特徴とする光
   線走査装置において、モニタ用レーザ光源と、 そのモニタ用レーザ光源から出射され、前記回転鏡で反
   射され、偏向されたモニタ用レーザ光の偏向方向を検出
   する光線位置検出器とを有し、 前記光線位置検出器から得られる光線位置検出信号によ
   って回転鏡の回転角を制御することを特徴とする光線走
   査装置。 ２、請求項１記載の光線走査装置において、前記光線位
   置検出器から得られる光線位置検出信号を主レーザ光源
   の制御回路に送ることを特徴とする光線走査装置。