JPH05249689A

JPH05249689A - 光ビーム走査装置

Info

Publication number: JPH05249689A
Application number: JP4051744A
Authority: JP
Inventors: Yuuichi Akanabe; ▲ゆう▼一茜部
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】円筒内面走査方式において、走査角度を大き
く、かつ多重ビーム走査を可能にする。【構成】光ビーム発生装置２からの光ビームを反射鏡
３によって光路を変換し、集光レンズ４を介して、円筒
１の中心軸に対して直角な方向で反射ユニット５に入射
する。反射ユニット５は、互いに直角な２つの平面反射
面５−１，５−２からなり、これらの交差する稜線は円
筒１の中心軸に直角に交わるように配置される。そし
て、反射ユニット５は、円筒１の中心軸を回転軸とし
て、モータ６により回転される。これにより、複数の光
ビームが円筒１の内面上を平行に走査される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ等の光ビームを
走査して画像を記録する技術の分野における光ビーム走
査装置に関し、特に、印刷製版用の出力機や、プリント
基板の原版作成用の出力機のように、広い走査幅と小さ
い集束ビーム径とを要求される場合に有効な方式の光ビ
ーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光ビーム走査装置として、円筒
内面走査方式と呼ばれ、固定ドラム（ここでは円筒とい
う）を用い、その円筒面に装着された感光材料に対し、
円筒の内部で光ビームを周方向に回転させて走査し、画
像記録を行う方式がある（特開昭６３−１５８５８０号
公報参照）。

【０００３】図９にこの方式の従来例を示す。円筒101
の円筒面に感光材料107 を装着する一方、光源102 から
の光ビームを円筒101 の中心軸に沿って入射して、円筒
101 内でその中心軸を回転軸としてモータ103 により回
転される反射鏡や直角プリズム等の光反射素子104 で直
角方向に反射すると共に、光路中の集光レンズ105 で光
ビームを集束することにより、円筒101 の円筒面に装着
された感光材料107 上で、集束された光ビームが主走査
される。

【０００４】また、図示しないモータにより駆動される
副走査機構106 により、モータ103、光反射素子104 及
び集光レンズ105 が軸方向に移動せしめられて、副走査
が行われ、これらにより画像が記録（露光）される。こ
の方式の長所は、円筒の中心軸にほぼ沿って入射する光
ビームを、円筒の中心軸を回転軸として回転する光反射
素子で反射させることで、光ビームの回転中心が円筒の
中心と一致し、それによって円周のほぼ全周にわたって
直線性が良く、焦点が円筒面に一致する走査が可能な点
にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の円筒内面走査方式において、記録速度を高めた
いという要求があった場合に、以下に述べるような問題
点がある。すなわち、この方式は、光反射面が回転軸上
にあるというその構造上、光反射面は１面であり、よく
知られたいわゆるポリゴンミラーを用いた場合のよう
に、１回転で複数回の走査を行うことができない。

【０００６】また、複数の光ビーム（以下多重ビームと
もいう）を用いて、１回転で実効的に複数回の走査を行
う方法もあるが、この方式に適用すると、走査面上で光
ビームが平行にならない。これを補正するためには、梯
形プリズムに代表されるような、光ビーム回転手段（像
回転光学素子）としての光学素子を付け加えて、この光
学素子を光反射素子の１／２の回転速度で回転させるこ
とが必要であることが、本出願人により出願された特願
平３−１９９１６６号に記載されている。

【０００７】また、図10に示すように、回転軸を含む平
面を反射面とする反射鏡110 を設けて、光源102 から回
転軸にほぼ直角に複数の光ビームを入射させれば、円筒
面上で複数の光ビームが平行に走査されるが、入射光ビ
ームと反射光ビームとが同一平面内にあるため、走査角
度が大きくできないことがわかる。走査角度を大きくす
るためには、反射鏡の走査方向のサイズを大きくするこ
とが必要であるが、 180度を超える走査角度を得ること
は原理的にも不可能である。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑み、円筒内
面走査方式において、走査角度が大きく、かつ多重ビー
ム走査が可能である方式を実現し、これによって高速度
の記録を可能とする光ビーム走査装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、所
定の回転軸を中心に回転し、光ビームを反射する反射ユ
ニットであって、前記回転軸に直角な平面内に含まれて
入射する光ビームの反射光ビームが、前記回転軸に直角
な所定の平面に関し、入射光ビームが含まれる前記平面
と面対称の平面内に含まれることを特徴とし、それによ
って、反射光ビームが入射光ビームと重なることを防止
するように構成された反射ユニットと、前記反射ユニッ
トを前記回転軸を中心に回転させる回転手段と、からな
る光ビーム走査装置であり、かつ、前記回転軸を、反射
光ビームの回転の中心と一致するように定めた構成にし
たものである。

【００１０】ここで、前記反射ユニット及びその回転手
段は、互いにほぼ直角な２つの反射面と、前記２つの反
射面の交差する稜線とほぼ直角に交わる直線を回転軸と
して、前記２つの反射面を回転させる手段と、から構成
することができる。より具体的には、前記２つの反射面
は、互いにほぼ直角をなし、かつそれぞれが前記回転軸
と概略45度をなす２枚鏡、又は、直角プリズムの２等辺
の面とすることができる。

【００１１】また、前記反射ユニットは、前記回転軸を
含む平面にほぼ一致する反射面を持つ反射鏡と、前記回
転軸及び前記平面にほぼ直角な直線を光軸として、母線
と光軸とを含む平面が前記回転軸にほぼ直角なアナモフ
ィック光学系と、から構成することができる。尚、前記
反射ユニットを前記回転軸の回りに複数個設けてもよ
い。

【００１２】また、前記反射ユニットには、複数の光ビ
ームの他、光ビーム断面形状が円形でない光ビームを入
射させるようにしてもよい。さらに、画像記録に際して
は、円筒面上に感光材料を固定する他、円筒面上で感光
材料を摺動させてもよい。

【００１３】

【作用】上記の構成においては、反射光ビームが入射光
ビームと異なる面内で走査されるので、反射光ビーム
は、入射光ビームと重なることが避けられ、入射光ビー
ムの方向の両側に走査されることが可能になり、大きな
走査角度をとることができる。

【００１４】かつ、反射ユニットに入射する複数の光ビ
ームが、反射後、走査面上で平行に走査されるので、い
わゆる多重ビーム走査により記録速度を向上させること
ができる。また、光ビーム断面形状が円形でなく、楕円
形のように方向によってビームの拡がりが異なる場合に
おいても、その方向が一定の向きを保ったまま走査され
るので、感光材料上に記録される記録ドット形状が、全
走査幅にわたって一定になりやすい。これは、単一ビー
ムの円筒内面走査方式においても有効な作用効果であ
る。

【００１５】また、光ビーム断面に対して反射ユニット
の有効サイズを適当に選ぶことで、180度を超える走査
角を得ることができる。さらに、反射ユニットの回転軸
が、回転中に傾きを生じても、光ビームの反射方向がそ
れに影響される割合が少なく、一定の方向に反射される
ので、光ビーム走査による画像記録において画質を向上
させる点で極めて有利である。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例を示す図である。１は感
光材料を装着するための円筒であり、この場合、円筒の
内面に図示しない感光材料を保持する。感光材料は、透
明な円筒の外周に保持してもよいし、また円筒上に適当
な大きさの開孔を設けて光ビームを感光材料に照射でき
る構造としてもよい。

【００１７】２は複数個の光ビームを発生する光ビーム
発生装置（光源）であり、この図では、複数の光ファイ
バーの先端を揃えたものから出射する光ビーム列として
表してある。但し、光ビーム列を得る手段は、これに限
られるものではない。光ビームは、反射鏡３のような適
当な手段によって、光路を変換され、集光レンズ４を介
して、円筒１の中心軸に対して直角な方向で、反射ユニ
ット５に入射する。入射する光路中にレンズ４のような
集光手段を設けたのは、その集光作用により、光ビーム
を円筒１の円筒面上に集束させるためである。尚、この
図１においては、簡略化のため、光源２と反射鏡３との
間の光学系については、図示を省略してあるが、画像記
録に必要な性能に応じて適切な光学系が設けられる。

【００１８】反射ユニット５は、この例では互いにほぼ
直角な２つの平面反射面（２枚鏡）５−１，５−２から
なり、これらの反射面５−１，５−２の交差する稜線は
円筒１の中心軸に直角に交わり、かつ反射面５−１，５
−２はそれぞれ円筒１の中心軸に対して概略45度の角度
をなすように配置されている。そして、反射ユニット５
は、円筒１の中心軸に一致する直線を回転軸として、回
転手段としてのモータ６により所定の回転速度で回転さ
れる。

【００１９】そしてまた、反射鏡３、集光レンズ４、反
射ユニット５及びモータ６が、図示しない副走査手段に
より、円筒１の中心軸に平行に移動されることにより、
画像記録が行われる。反射ユニット５の回転手段として
は、モータ６のような回転手段に限らず、いわゆるガル
バノミラーを駆動するような、振動回転手段でもよい。

【００２０】また、この図１においては、以降の説明を
わかりやすくするため、集光手段であるレンズ４を通過
した複数の光ビームを光線で表し、それぞれの光線が平
行になる、いわゆるテレセントリック光学系を構成する
場合を図示しているが、テレセントリック光学系以外の
光学系においても、光ビームが平行に走査されること
は、以降の説明でわかる。また、多重ビーム記録の目的
からは、円筒面上での各光ビームの間隔は極めて小さい
ものであるが、わかりやすくするため、間隔をあけて図
示してある。

【００２１】光ビームは、レンズ４のような集光手段を
通って、反射ユニット５の一方の反射面５−１に入射す
る。このとき、反射ユニット５の回転する回転軸に向か
って進行する光線の反射の様子を、図２及び図３によっ
て説明する。図２は、反射ユニット５を回転軸の方向か
ら見た図であり、光線が稜線に直角に入射している状態
と、その位置から反射ユニット５が角度αだけ回転した
状態を示す。

【００２２】図３は、反射ユニット５の稜線に光線が直
角に入射している状態を、稜線の方向から見た図であ
る。回転軸の直線をＬ、Ｌと稜線との交点をＯ、入射光
線Ｍと反射面５−１との交点をＰ及びＱとする。但し、
Ｑは反射ユニット５が角度α回転したときの交点であ
る。

【００２３】また、Ｐ₁は角度α回転する前の入射点Ｐ
が、回転によって移動した点である。また、光線Ｍの延
長線と、回転軸Ｌとの交点をＲとする。線分ＱＲと、反
射面５−１に対して面対称になる線分が、光線Ｍの反射
面５−１による反射光線を示し、それをＱＲ₁とする。

【００２４】ここで、ＯＲ₁＝ＯＲ、また、ＯＲ＝ＲＰ
＝ＲＰ₁なので、ＯＲ₁＝ＲＰ₁ となる。かつ、ＯＲ
とＯＲ₁が反射面に対してなす角度は、それぞれ45度な
ので、∠Ｒ₁ＯＲ＝90度である。以上のような考察か
ら、回転軸Ｌの方向を高さ方向にとると、Ｒ₁は点Ｏと
常に同じ高さで、Ｐ₁の真上（又は真下）の位置にく
る。

【００２５】反射ユニット５は、点Ｏを含み、回転軸Ｌ
に直角な平面に関して対称なので、光線Ｍは、Ｒ₁を通
過後、図２の反射面５−２上の点Ｓで反射されて、回転
軸Ｌに直角な平面に含まれ、反射光線を進行方向と反対
方向に延長すると回転軸Ｌに交わる。すなわち、反射光
線は、回転軸Ｌ上の点を回転中心として回転する光線と
なる。

【００２６】尚、図３は反射ユニット５が角度α回転し
た状態を示すものではないが、図２に対応するＱ、
Ｒ₁、Ｓの位置を図示してある。光線Ｍと平行で高さが
異なり、やはり回転軸Ｌに向かう光線Ｎについても、同
様に考えられる。従って、光線Ｍと光線Ｎは円筒面上で
平行に走査される。以上、入射光線として回転軸Ｌに向
かう光線を考えてきたが、光線Ｍや光線Ｎに対し傾きを
持つ光線や、光線の延長線が回転軸Ｌと交わらない光線
についても、この反射ユニット５は平面鏡から構成され
る無収差の光学系であることから、光線Ｍや光線Ｎとの
距離関係は不変であり、従って回転軸Ｌを中心として等
角速度で回転し、かつ円筒面上で平行に走査されること
は、自明である。

【００２７】２つの反射面５−１，５−２は平面である
ことが、好ましい形態であるが、反射面の一方又は両方
を曲面鏡とすることも可能である。その場合、光ビーム
を集束させる機能を兼ねることも可能である。その場
合、反射面が平面である場合に比べ、収差の影響が生じ
るが、目的によって問題のない範囲であれば、有効であ
る。

【００２８】以上互いに直角な２つの反射面を例に説明
してきたが、同様の作用効果を得る他の手段について説
明する。よく知られた像回転光学系には種々のものがあ
り、「オプティックスアンドレーザテクノロジー」
(Optics and Laser Technology) 1972年８月号、 175頁
〜 188頁に「像回転装置−比較研究」と題する論文に述
べられている。

【００２９】この論文に述べられているいわゆる像回転
光学系は、光線を所定の平面に関し、面対称の位置に移
動する機能を持った光学系を、その面に含まれる直線を
回転軸として回転させることによって、像を回転させる
機能を持つものである。図２及び図３で説明した互いに
直角な２つの平面反射面も像回転光学系の一種であり、
そのうちの光ビームを反射するタイプのものである。

【００３０】本発明においては、このような像回転光学
系のうち、光を反射する構成にしたものを、前記の平面
に含まれる直線ではなく、前記の平面に直角な直線を回
転軸として回転させ、かつ反射された光ビームが、回転
軸上の点を中心に回転するように、回転軸の位置を定め
たものであることが、図２及び図３の説明からわかる。

【００３１】従って、図２及び図３で説明した作用効果
と同等の機能を持つ反射ユニット５としては様々なもの
が考えられる。図４は、直角プリズム７を用いた例であ
る。これは２つの反射鏡と類似であるが、屈折により収
差が生じるため、２つの反射鏡よりその点では不利であ
るが、回転体が小型化できる点では有利である。

【００３２】図５は、直角プリズムの異なる使い方の例
である。ここでの直角プリズム８は、像回転光学系とし
て代表的な梯形プリズムを、中央に反射鏡を設けて、反
射型の像回転光学系としたものと同等であるが、やはり
収差の点で反射鏡により構成されるものよりも不利であ
る。図６は、アナモフィック光学系（シリンドリカルレ
ンズに代表されるような互いに直角な方向でパワーの異
なる光学系）を用いた例であり、シリンドリカルレンズ
９と、反射鏡10とを組合わせたものである。

【００３３】すなわち、シリンドリカルレンズ９の焦点
面に反射鏡10を配置して、反射面に含まれシリンドリカ
ルレンズ９の母線（パワーを持たない方向の中心線）に
直角な直線を回転軸とする反射ユニットである。これも
光学系中に光を屈折する素子を含むので、収差の点では
２つの反射鏡の組合わせより不利であるが、図７のよう
にシリンドリカルレンズ９を、反射点を曲率中心として
曲げる等、アナモフィック光学系として適切な設計を施
せば、収差の問題を緩和できる。

【００３４】本発明に用いることのできる光学系として
は、これまで述べたものに限らず、いわゆる像回転光学
系で反射タイプのもの、又は像回転光学系と反射鏡とを
組合わせたものを用いることができることは、これまで
の説明から明らかである。また、これまでの説明では、
反射ユニットが単一の場合を説明してきたが、回転軸の
周囲に、複数個の反射ユニットを設けることも可能であ
る。その場合、複数個の反射ユニットの反射光ビームの
位置や方向が一致するように、反射ユニットの加工や組
立の精度を上げる必要があるが、１回転で複数回の走査
ができるという長所がある。

【００３５】複数個の反射ユニットを設けた構成の例
を、図８に示す。さらに、本発明において、光ビームに
よって露光される感光材料は、円筒内面に固定されるの
が、感光材料が安定的に保持されるという点では好まし
い実施形態であるが、反射ユニットや集光レンズからな
る光学系を固定して円筒ごと軸方向に移動させて副走査
を行うことも可能である。また、感光材料が、耐摩擦性
等、機械的に耐久性のあるものならば、開孔を設けた円
筒面上を軸方向にすべらせて副走査を行ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光ビ
ーム走査装置によれば、２つの反射面等から構成されて
回転する反射ユニットの作用により、入射する複数の光
ビームが、反射後、走査面上で平行に走査される。ま
た、単一の光ビームの場合においても、その光ビーム断
面形状が円形でなく楕円形のような方向によってビーム
の拡がりが異なる場合において、その方向が一定の向き
を保ったまま走査されるという効果を持つ。

【００３７】また、光ビーム断面に対して反射ユニット
の有効サイズを適当に選ぶことで、180度を超える走査
角を得ることができる。さらに、反射ユニットの回転軸
が、回転中に傾きを生じても、光ビームの反射方向はほ
とんどそれに影響されず、一定の方向に反射されるの
で、光ビーム走査による画像記録において画質を向上さ
せる点で極めて有利である。

【００３８】従って、円筒内面走査方式において、高速
で高画質かつ記録サイズの大きい光ビーム走査により記
録を実現することが可能である。また、本発明は、その
効果として 180度を超える走査角を得ることができるも
のであるが、それより小さい走査角に用いても、光ビー
ムが平行に走査され、かつ光ビームが一定の点を回転軸
として回転することや、回転軸のいわゆる軸ブレに対
し、光ビームの走査方向に直角な方向へのブレが少ない
という効果があり、いわゆるｆθレンズを用いた平面走
査方式用の光偏向器としても有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ビーム走査装置の一実施例を
示す図

【図２】２枚鏡の作用を示す回転軸の方向から見た図

【図３】２枚鏡の作用を示す稜線の方向から見た図

【図４】直角プリズムを用いた例を示す図

【図５】直角プリズムの異なる使い方の例を示す図

【図６】アナモフィック光学系を用いた例を示す図

【図７】アナモフィック光学系を用いた他の例を示す
図

【図８】反射ユニットを複数個設けた例を示す図

【図９】従来の円筒内面走査方式の一例を示す斜視図

【図10】平面鏡を用いて多重ビーム走査を行う方式の
斜視図

【符号の説明】

１円筒２光ビーム発生装置３反射鏡４集光レンズ（集光手段）５反射ユニット５−１，５−２反射面６モータ（回転手段）７直角プリズム８直角プリズム９シリンドリカルレンズ 10 反射鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の回転軸を中心に回転し、光ビームを
反射する反射ユニットであって、前記回転軸に直角な平
面内に含まれて前記反射ユニットに入射する光ビームの
反射光ビームが、前記回転軸に直角な所定の平面に関
し、入射光ビームが含まれる前記平面と面対称の平面内
に含まれることを特徴とする反射ユニットと、前記反射ユニットを前記回転軸を中心に回転させる回転
手段と、からなり、かつ、前記回転軸を、反射光ビームの回転の中心と一致
する位置に定めたことを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２】前記反射ユニット及びその回転手段は、互いにほぼ直角な２つの反射面と、前記２つの反射面の交差する稜線とほぼ直角に交わる直
線を回転軸として、前記２つの反射面を回転させる手段
と、からなることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査
装置。
【請求項３】前記２つの反射面は、互いにほぼ直角をな
し、かつそれぞれが前記回転軸と概略45度をなす２枚鏡
であることを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査装
置。
【請求項４】前記２つの反射面は、直角プリズムの２等
辺の面であることを特徴とする請求項２記載の光ビーム
走査装置。
【請求項５】前記反射ユニットは、前記回転軸を含む平面にほぼ一致する反射面を持つ反射
鏡と、前記回転軸及び前記平面にほぼ直角な直線を光軸とし
て、母線と光軸とを含む平面が前記回転軸にほぼ直角な
アナモフィック光学系と、からなることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査
装置。
【請求項６】前記反射ユニットを前記回転軸の回りに複
数個設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
れか１つに記載の光ビーム走査装置。
【請求項７】複数の光ビームを前記反射ユニットに入射
させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか
１つに記載の光ビーム走査装置。
【請求項８】光ビーム断面形状が円形でない光ビームを
前記反射ユニットに入射させることを特徴とする請求項
１〜請求項６のいずれか１つに記載の光ビーム走査装
置。
【請求項９】円筒面上に感光材料を固定して画像記録を
行うことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１
つに記載の光ビーム走査装置。
【請求項10】円筒面上で感光材料を摺動させて画像記録
を行うことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか
１つに記載の光ビーム走査装置。