JPS60225112A - 光ビ−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】 （発明の分野） 本発明は１機械式走査用光偏向器の偏向面の変動により
発生する走査線のむらを、補正用光偏向器により実時間
で補正するようにした光ビーム走査装置に関するもので
ある。

（発明の技術的背景および従来技術） 回転多面鏡、ガルバノメータ硯、ホログラムスキャナー
等の機械式の走査用偏向器を用いた光ビーム走査装置で
は、偏向面の倒れやウオブリングにより走査線がその走
査方向に直交する方向に偏位して走査線にむらが発生す
る。このような走査に−１のむらを補正する方法として
、光学的方法と。

補正用光偏向器２用いる方法とがある。

光学的方法の１つとして、走査用光ビームを。

回転多面鏡の反射面上に回転方向と平行な線像として結
像させ、この反射光を再び光スポットに戻すように、一
対のアナモルフインクな光学系を用いる方法がある（特
公昭５２−２８６６６号）。

しかしながら、この方法は光学系の調整が難しく。

また回転鏡の反射偏向点が反射面の回転角度によって変
化するので反射面上に常時線像の焦点を一致させること
が不可能となり、この結果発生する反射面上の線像の広
がりが、走査線のむらを残留させまた走査スポット￥は
けさせるという問題がある。

また回転多面鏡の反射面に、互いに交わる２枚の反射鏡
をその稜線が回転軸に直交するように配設し１反射而で
偏向された光ビームを内反射鏡により反射させて再度反
射面に入射させる方法が提案されている（米国特許第３
８９７１３２号明細曹）。しかしながらこの場合、最終
的に射出される光ビームは回転軸に非垂直な曲面上を走
査することになり、走査線が弓形化するという問題があ
る。また反射面に近接して反射鏡があるため、集束レン
ズが多面鏡から遠くなり、大口径の集束レンズが必要に
なるという問題もある。

一方補正用光偏向器を用いる方法としては２回転子面鏡
の各反射面による走査むらの補正情報を予め記憶してお
き、多面鏡の回転に同期して順次この補正情報を読出し
て補正用光偏向器を駆動する方法がある（特開昭４７−
３３６４２号）。しかしながらこの方法では、熱変形な
どの経時的な要因による走査誤差は全く補正できないと
いう問題がある。

また走査線の始点で、あるいは始点と終点で走査線の誤
差を検出い有効走査領域に走査ビームが入るまでの間に
走査線の変動を補正用光偏向器で補正する方法がある（
特開昭５３−１４６６４３号）。しかしながらこの方法
では、−走査線内で発生する誤差１例えは回転軸の軸ぶ
れや各反射面の面だれ量が異なることによる誤差が走査
線ごとに変化して、走査線に非ノーなうねりを発生する
場合には補正できないという問題がある。

そこで走査ビームの一部乞光分割器（ハーフミラ−なと
）で分け、この分割した光ビームの変位を走査線方向に
長い位置検出器で検出し、実時間で補正用光偏向器を駆
動して走査線ふれを補正することか考えられた（特開昭
５３−１１１７４５　’号）。しかしながらこの方法で
は２位置検出器は走査線程度の長いものが必要で、この
ような大型の位置検出器は一般に入手が困難であるばか
りか応答性およびＳ／Ｎが悪くなり、走査線の誤差を十
分に補正することができないという問題がある。

（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（ハ走
査用光偏向器で偏向された走査用光ビームから検出用光
ビームを光分割器で分割して、走査用光ビームの偏位を
実時間で検出するにもかかわらず、小型の位置検出器で
この偏位を検出でき。

走査用光ビームの偏位を応答性良く補正でき、さらにＳ
　／’　Ｎも向上させる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。

（発明の構成） 本発明は、光分割器で走査用光ビームから分割した検出
用光ビームを、光学系で光スポットに集束させることに
より、小型の位置検出器の使用を可能にして前記の目的
を達成するものである。すなわち１機械式の走査用光偏
向器と走査用光ビームをその走査方向に直交する方向へ
偏向する補正用光偏向器とを備える光ビーム走査装置に
おいて。

走査用光偏向器と走査面との間に配設され前記走査用光
ビームから検出用光ビームを分割する光分割器と、前記
検出用光ビームをその走査方向に集光してほぼ静止させ
かつ走査に直交する方向には収束して検出用光ビームの
走査に直交する方向の偏位に応じて走査に直交する方向
に移動する集光ビームを形成する検出用光学系と、前記
集光ビームの走査方向に直交する方向の偏位な検出する
位置検出器と、この位置検出器の出力に基づき前記走査
用光ビームをその走査方向に直交する方向の偏位を補正
するよう前記補止用光偏向器を駆動ｒる。駆動回路とを
備えることにより、前記目的は達「戊される。

（実施態様） 以下図面に小される実施態様に基づいて１本発明の詳細
な説明１−る。

第１図は本発明の光ビーム走査装置の第１実施態様の斜
視図、第２，３図はその正面図と側面図。

第４図は検出用光学系の展開平面図である。これらの図
で符号１は光源であり、半導体し〜ザ、ガスレーザ、発
光ダイオード等が用いられる。この光源ｌが射出する走
査用光ビーム２は、補正用光偏向器３を通り５走査用光
偏向器４の偏向点Ａで反射されて被走査面５」−を走査
する。補正用光偏向器３は走査用光ビーム２を走査方向
（走査線６方向）に直交する方向へ偏向させるものであ
り。

超音波光偏向器５ガルバノメータ鏡等が使用される。走
査用光偏向器は図に示すような回ｆム多面鏡のほか、ガ
ルバノメータ鋭、バイモルフ型振動鏡。

さらに光源１にレーザを用いる場合にはホログラムスキ
ャナー等が使用可能である。

７は平板状半透鏡からなる光分割器であり、走査用光偏
向器４と走査面５との間に走査用光ビーム２と側面４５
°（第３図参照）をなすように配設されている。この光
分割器７は、走査用光ビーム２から検出用光ビーム８を
分割する。この検出用光ビーム８は、検出用光学系どし
ての楕円凹面鏡９により反射されて位置検出器１０に集
光ビームＢを形成する。この凹面鏡９は、第４図に示す
ように、走査用偏向器４の偏向点Ａを、検出用光ビーム
８の走査面と同一の平面」−に展開した状態で見て、こ
の偏向点Ａと１位置検出器１０上の集光ビームＢとを焦
点とする楕円の一部を切欠いた楕円筒反射面に形成され
ている。位置検出器１０としては半導体装置検出器、２
分割フォトダイオード、ビジフン、ダイオードアレイ等
が使用される。

１１は位置検出器１０が検出した光スボソ）Ｂの偏位を
示す２つの電圧信号の差を増幅する差動増幅器、１２は
この差動増幅器１１の出力に基づき。

補正用光偏向器３を駆動する駆動回路である。

今走査用光偏向器４の反射面に倒れが無ければ。

検出用光ビーム８は第３図に実線で示すように位置検出
器１０の中央に集光ビームＢを形成する。

従って差動増幅器１１の出力は零とな１ハ補正用光偏向
器３は作動しない。

走査用光偏向器４の反射面に倒れがあると、走査用光ビ
ーム２は第３図で２３に偏位する。このため検出用光ビ
ーム８も８ａに偏位し、集光ビームＢの位置も偏位する
。従って位置検出器１０の２つの信号の差が増大し、駆
動回路１２は差動増幅器１１の出力に基づいて補正用光
偏向器３を駆動して、走査用光ビーム２の走査方向に直
交する方向への偏位を零とするように補正を何う。

なお図に小すように、ｆθレンズなどの収束レンズ１３
を偏向点Ａと光分割器７との間に介在させる場合には、
凹面鏡９から見た偏向点Ａは仮想的偏向点にあるように
見えるはずであるから、この場合にはこの仮想的偏向点
を楕円凹面鏡９の焦点に位置させることが必要である。

またこの時仮想的偏向点から位置検出器１０までの光路
長を。

仮想的偏向点から走査面５までの光路長と同一に設定し
ておけば、集光ビームＢは走査線６」−の光ビームと同
様に走査に直交する方向には収束される。しかしながら
、集光ビームＢは凹面鏡９の作用によりその走査方向に
おいては位置検出器１０の位置には収束しなくなる。従
って集光ビームＢばこの走査方向のこの焦点のいずれに
応じて走査方向に広がりを持ち、集光と一ムＢは走査方
向に長（かつほぼ静止した線状のビームとなる。しかし
ながら集光ビームＢは走査に直交する方向には収束して
いるので、この方向の偏位は高精度に検出できる。

＠５図は本発明の光ビーム走査装置の第２実施態様の斜
睨図、第６，７図はその正面図と側面図である。本実施
態様では、半透鏡からなる光分割器７Ａを楕円筒面に形
成しく第６図）、検出用光ビーム８を集光ビームＢにす
る検出用光学系の機能をこの光分割器７Ａに兼備させた
ものである。

すなわちこの場合には、光分割ｉ７Ａの曲面は。

偏向黒人と集光ビームＢとを焦点とする楕円の一部を切
欠いた形状とされる。なおこの場合収束レンズ１３を図
のように設けた場合は、前記第１〜４図と同様の考慮を
する必要がある。

第８図は本発明の光ビーム走肴装置の第３実施悪様の斜
視図、第９，１０図はその側面図と検出用光学系を示す
展開平面図である。この実施態様では、平板状半透鏡か
らなる光分割器７で検出用光ビーム８を分割し、この分
割された検出用光ビーム８を集光する検出用光学系２０
を、検出用光ビーム８の走査方向に集光する２枚の円筒
レンズ２１．２２で構成したものである。従ってこの光
学系２０には、検出用光ビーム８の走査方向に直交する
方向に検出用光ビーム８を集束する機能が無いので、偏
向器４の偏向面に倒れがあると第９図に点線で示すよう
に集光ビームＢは位置検出器１０上で偏位する。なお図
の位置に収束レンズ１３を設けた場合は前記第１〜４図
の場合と同様の配慮をしなければならない。

第１１図は本発明の光ビーム走査装置の第４実施態様の
斜視図、第１２図はその側面図である。

この実施態様では、光分割器７Ｂを偏向点Ａと集光ビー
ムＢとを結ぶ線を中心線とする半径γの円筒面に形成し
た半透鏡とした。また検出用光学系３０は検出用光ビー
ム８の走査方向に平行な円筒面を有する円筒レンズで構
成し、た。

この実施態様によれは、検出用光ビーム８はその走査方
向に関係なく常に集光ビームＢに集光される。すなわち
光偏向器４による走査により光分割器７Ｂの反射面の位
置は第１２図にａ、ｂで示すように便化するが、走査用
光ビーム２に偏位が無ければその時の検出用光ビーム８
はＣ，ｄのように平行となるから、光学系３ｏの焦点に
位置する位置検出器１０に集光ビームＢとして常に中心
位置に結像させることができる。また偏向面に倒れがあ
って、走査用光ビーム２が２ａの位置に偏位した時には
、検出用光ビーム８はｅ、ｆのように傾くので、集光ビ
ームＢは中心から偏位し、この偏位を位置検出器ｌＯで
検出することができる。

第１３図は本発明の光ビーム走置装置の第５実／Ａ態様
の斜視図、第１４図はその側面図である。

この実施態様は、偏向点Ａ方向に湾曲した円筒状半透鏡
からなる光分割器７Ｃと、偏向点Ａとの間に、偏光プリ
ズム４０およびち板４１からなる検出用光学系４２を介
在させたものである。また光源１としては、直線偏光を
射出するレーザなどが用いられる。

この実施、’Ｉｉ！！ｉ様では、光源１は偏向点Ａで反
射された走査用光ビーム２が偏光プリズム４０を透過す
るようにその偏光方向が位１１°１１合わせされる。偏
λ 光プリズム４０を通った光ビーム２は４板４１で円偏光
とな（凡その一部が光分割器７Ｃで反射されて検出用光
ビーム８となって戻る。この検出用λ 光ビーム８は４板４１に再び入り、ここで偏向点Ａから
偏光プリズム４０に入射した直線偏光から９０°回転し
た直線偏光となる。偏光プリズム４０てこの直線偏光は
反射されて位置検出器１０に導かれる。なお偏向点Ａか
ら光分割器７Ｃまでの光路長が、光分割５７Ｃから集光
ビームＢまての光路長に等しく設定した場合には、光分
割器７Ｃは偏向点Ａを中心とする円弧に乗る円筒面に、
また両光路長が異なる場合には、光分割器７Ｃは偏向点
Ａと集光ビームＢとを焦点とする楕円面にそれぞれ形成
しておけばよい。

この実施態様によれば、偏向面に倒れが無けれは第１４
図に実線で示す光路を辿って位置検出器１０の中央に集
光ビームＢが形成され、また偏向面に倒れがある時には
１点線で示す光路な通って集光ビームＢは偏位する。

なおこれら第１１．１２図、第１３．１４図の各実に態
様で、偏向点、へと光分１（す器７Ｂ、７Ｃとの間に収
束レンズ（図小せ、ｒ）＜、：介在させる場合には、前
記第１〜４１Ｎの実／１１！ｉ性様Ｃ説明したことをチ
１５シておく必要があるのは勿論である。

（発明の効果） 本″ｉｆｉ明は以」−のように、走査用光偏向器により
走査される走査用光ビームから検出用光ビームを光分割
器により分′〜すし、この検出用光ビームを検出用光学
系によってその走査方向に集光してほぼ静圧させかつ走
査に直交する方向には収束して集光ビームを形成し、こ
の集光ビームの走査に直交する方向の偏位な位置検出器
で検出し、補正用光偏向器をこの位置検出器の出力に基
づいて駆動するようにした。従って位置検出器は非常に
小型のもので足りる。小型の位置検出器は応答性が良く
Ｓ／Ｎも良いので、光ビーム装置として走査用元ビーム
の偏位乞応答性良く高精度に実時間で補正でき、光ビー
ム走査装置の性能を格段に關めることが可能になる。ま
た小型の位置検出器は人手し易く安価でもある。

【図面の簡単な説明】

？Ｂ１図は本発明の光ビーム走査装置の・Ａ３１実施態
様の斜視図、第２，３図はその正面図と側面図。 第４図はその検出用光学系の展開千面図、１３５図は本
発明の光ビーム走査装置の第２実施態様の斜視図、第６
．７図はその正面図と倶１面図、第８図は本発明の光ビ
ーム走査装置の第３実施、帳様の斜視図、１４９．１０
図はその側面図と検出用光学系を示す展開平面図、第１
１．１２図は本発明の光ビーム走査装置の第４実施態様
の斜視図とその側面図、第１３．１４図は本発明の光ビ
ーム走査装置の第５実施態様の斜視図とその側面図であ
る。 ２・走査用光ビーム、　３−［圧用光偏向２島４　短資
用光偏向器、５　走査面。 ７．７Ａ、７Ｂ、７Ｃ・光分割器。 ８・・・検出用光ビーム。 ９　・検出用光学系としての楕円凹面鏡。 ｌＯ・・位置検出器、１２　駆動回路。 ２０、３ｔ）、　４２　検出用光学系。 Ａ・・偏向点、Ｂ　集光ビーム。 第１図 第３図 第３図 １１４図 ＼、−３−′ 第５図 第７図　第６図 第８図 第９図 第１２図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械式の走査用光偏向器と、走査用光ビームをそ
   の走査方向に直交する方向へ偏向する補正用光偏向器と
   を備える光ビーム走査装置において、走査用光偏向器と
   走査面との間に配設され前記走査用光ビームから検出用
   光ビームを分割する光分割器と、前記検出用光ビームを
   その走査方向に集光してほぼ静止させかつ走査に直交す
   る方向には収束して検出用光ビームの走査に直交する方
   向の偏位に応じて走査に直交する方向に移動する集光ビ
   ームを形成する検出用光学系と、前記集光ビームの走査
   方向に直交する方向の偏位を検出する位置検出器と、こ
   の位置検出器の出力に基づき前記走査用光ビーム乞その
   走肴方向に直交する方向の偏位を補正するよう前記補正
   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
   する光ビーム走査装置。