JP2000284199A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 X,Y方向に光走査を行うための2台の回転
反射鏡とfθレンズの組み合わせにより、平面上の任意
の位置に光を集束させる事が可能な光走査装置におい
て、座標軸上以外での入力信号の座標位置と実際の光集
束位置が異なる,いわゆる歪みを無くし、高精度でしか
も高速に位置決めが可能な光走査装置を提供する。 【解決手段】 X座標方向に発生する誤差を、X座標と
Y座標の偶関数である2n次多項式との積から算出し、
この値で予めx座標方向に入力する電気的信号を補正し
た信号を入力信号とする事で、補正を行う手段をとる。
またY軸に対しても、X,Y座標を入れ替えて同じ事を
行う。また誤差信号の発生と補正に複数のアナログ乗算
回路とアナログ加減算回路を用いる。
反射鏡とfθレンズの組み合わせにより、平面上の任意
の位置に光を集束させる事が可能な光走査装置におい
て、座標軸上以外での入力信号の座標位置と実際の光集
束位置が異なる,いわゆる歪みを無くし、高精度でしか
も高速に位置決めが可能な光走査装置を提供する。 【解決手段】 X座標方向に発生する誤差を、X座標と
Y座標の偶関数である2n次多項式との積から算出し、
この値で予めx座標方向に入力する電気的信号を補正し
た信号を入力信号とする事で、補正を行う手段をとる。
またY軸に対しても、X,Y座標を入れ替えて同じ事を
行う。また誤差信号の発生と補正に複数のアナログ乗算
回路とアナログ加減算回路を用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、X,Y方向に光走
査を行うための2台の回転反射鏡とfθレンズの組み合
わせにより、平面上の任意の位置に光を集束させる事が
可能な光走査装置に関するものである。
査を行うための2台の回転反射鏡とfθレンズの組み合
わせにより、平面上の任意の位置に光を集束させる事が
可能な光走査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】X,Y方向に走査可能な回転反射鏡とf
θレンズを組みあわせた光走査装置は、回転反射鏡の走
査にガルバノメータを用いた高速走査装置を用いる事
で、2次元平面上の任意の位置に光を集束させる事が可
能である。
θレンズを組みあわせた光走査装置は、回転反射鏡の走
査にガルバノメータを用いた高速走査装置を用いる事
で、2次元平面上の任意の位置に光を集束させる事が可
能である。
【0003】図4は、fθレンズによる光集束の様子を
模式図で示す。入射光ビーム12は回転反射鏡13によ
って任意の入射角度θ11が与えられ、fθレンズ14
によって光照射面15上の集束点16に集束される。集
束点16が光軸と成す距離L17は入射角θ11に比例
する。
模式図で示す。入射光ビーム12は回転反射鏡13によ
って任意の入射角度θ11が与えられ、fθレンズ14
によって光照射面15上の集束点16に集束される。集
束点16が光軸と成す距離L17は入射角θ11に比例
する。
【0004】図5は2枚の回転反射鏡とfθレンズを用
いた2次元光走査装置の模式図である。入射ビーム18
は一方の軸19方向に走査する回転鏡21により反射
し、他方の軸20方向に走査する回転鏡22により再び
反射してfθレンズ23により、集束点24に集まる。
いた2次元光走査装置の模式図である。入射ビーム18
は一方の軸19方向に走査する回転鏡21により反射
し、他方の軸20方向に走査する回転鏡22により再び
反射してfθレンズ23により、集束点24に集まる。
【0005】回転反射鏡を2枚用いる2次元の光走査装
置では、2回目に反射する回転鏡22上のビーム反射位
置は1回目反射の回転鏡21の角度によって異なり、2
枚のミラーの位置関係によって、見かけ上fθレンズに
入射する軸に対する角度が、相互に影響を受ける。fθ
レンズは光軸25を通過する光線について軸対象に設計
してあり、入射角度に比例する位置に光を集束させる機
能を持つ為、座標軸上以外では、各々の座標位置によっ
て希望する光集束位置と実際の光集束位置が異なる、い
わゆる歪みが生じる。また回転反射鏡の原点位置とfθ
レンズの光軸25が完全に合致していない場合には、た
とえ座標軸上でも歪みが生じる。この様な場合、歪みは
座標軸に対して非対称に発生する。
置では、2回目に反射する回転鏡22上のビーム反射位
置は1回目反射の回転鏡21の角度によって異なり、2
枚のミラーの位置関係によって、見かけ上fθレンズに
入射する軸に対する角度が、相互に影響を受ける。fθ
レンズは光軸25を通過する光線について軸対象に設計
してあり、入射角度に比例する位置に光を集束させる機
能を持つ為、座標軸上以外では、各々の座標位置によっ
て希望する光集束位置と実際の光集束位置が異なる、い
わゆる歪みが生じる。また回転反射鏡の原点位置とfθ
レンズの光軸25が完全に合致していない場合には、た
とえ座標軸上でも歪みが生じる。この様な場合、歪みは
座標軸に対して非対称に発生する。
【0006】図6の希望する集束位置26に対して実際
の集束位置27は歪んだ軌跡を残す。歪みは必ず1方向
は凹、他方向は凸の形状となる。
の集束位置27は歪んだ軌跡を残す。歪みは必ず1方向
は凹、他方向は凸の形状となる。
【0007】図7は実際の歪みによる誤差をより詳細に
示した物である。回転鏡に入力される位置信号28に対
して、実際の光集束位置29は異なる。従来の歪み補正
の方法は図7に示す様に2次元座標をマトリックス上に
区切り、その各点における誤差値を実測値として求め、
補正用のマトリックステーブルを作成する。このマトリ
ックステーブルを用いて、回転鏡への入力信号を事前に
補正する事で、集束点29を見かけ上28に移動させる
事が行われている。図7は簡単のために座標の第一象元
のみを示したが、実際は他の三象元についても、補正の
マトリックステーブルを作成する必要がある。
示した物である。回転鏡に入力される位置信号28に対
して、実際の光集束位置29は異なる。従来の歪み補正
の方法は図7に示す様に2次元座標をマトリックス上に
区切り、その各点における誤差値を実測値として求め、
補正用のマトリックステーブルを作成する。このマトリ
ックステーブルを用いて、回転鏡への入力信号を事前に
補正する事で、集束点29を見かけ上28に移動させる
事が行われている。図7は簡単のために座標の第一象元
のみを示したが、実際は他の三象元についても、補正の
マトリックステーブルを作成する必要がある。
【0008】図8は上記従来の歪み補正の方式を用いた
電気的補正回路の構成図で有り、集束位置Xの位置信号
30と集束位置Yの位置信号31から補正用のマトリッ
クステーブル32によりX位置補正値33とY位置補正
値34が算出され、X位置減算回路35によって補正済
みのX信号37と、Y位置減算回路36によって補正済
みのY信号38が求められる。
電気的補正回路の構成図で有り、集束位置Xの位置信号
30と集束位置Yの位置信号31から補正用のマトリッ
クステーブル32によりX位置補正値33とY位置補正
値34が算出され、X位置減算回路35によって補正済
みのX信号37と、Y位置減算回路36によって補正済
みのY信号38が求められる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】マトリックスによる多
点補正方法では、2次元座標全面にわたって歪みの補正
を行う必要があるため、補正点が多い。特に高精度の補
正が求められる場合にはマトリックステーブルが膨大に
なり、補正の為の演算に時間が掛かるという問題点があ
った。また機械毎にfθレンズの光軸回転鏡の位置関係
が若干異なるため、1台毎に補正のためのマトリックス
テーブルを作成する為に多くの時間が必要であった。ま
た実測を行った補正点での誤差は0となるが、補正点間
は通常直線補間または階段補間で補正が行われる為、誤
差が座標軸に対して周期上に現れ、微視的には軌跡の移
動が階段上でスムースでは無いという問題点があった。
点補正方法では、2次元座標全面にわたって歪みの補正
を行う必要があるため、補正点が多い。特に高精度の補
正が求められる場合にはマトリックステーブルが膨大に
なり、補正の為の演算に時間が掛かるという問題点があ
った。また機械毎にfθレンズの光軸回転鏡の位置関係
が若干異なるため、1台毎に補正のためのマトリックス
テーブルを作成する為に多くの時間が必要であった。ま
た実測を行った補正点での誤差は0となるが、補正点間
は通常直線補間または階段補間で補正が行われる為、誤
差が座標軸に対して周期上に現れ、微視的には軌跡の移
動が階段上でスムースでは無いという問題点があった。
【0010】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、2個の回転反射鏡とfθレンズを用いて2次
元平面上の任意の部位に光を集束する光走査装置におい
て、発生する歪みが小さく、高精度でしかも高速に位置
決めが可能な光走査装置を提供する事を目的とする。
のであり、2個の回転反射鏡とfθレンズを用いて2次
元平面上の任意の部位に光を集束する光走査装置におい
て、発生する歪みが小さく、高精度でしかも高速に位置
決めが可能な光走査装置を提供する事を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの請求項1記載の発明は、互いに直交するX,Y2軸
方向に光を走査する為に、該2軸方向に各々位置を設定
する為の電気的な入力に比例した角度が得られる回転反
射鏡2個と、入射角度と集束位置が比例関係にある通称
fθレンズ1枚を備え、平面上の任意な座標に光を集束
する事が可能である様な光走査装置において、X座標方
向に発生する誤差を、X座標とY座標の偶関数である2
n次多項式との積から算出する手段と、Y座標方向に発
生する誤差を、Y座標とX座標の偶関数である2n次多
項式との積から算出する手段と、上記手段で算出された
誤差を予め補正した信号を上記回転反射鏡への電気的な
入力信号とする手段とを具備することを特徴とするもの
である。
めの請求項1記載の発明は、互いに直交するX,Y2軸
方向に光を走査する為に、該2軸方向に各々位置を設定
する為の電気的な入力に比例した角度が得られる回転反
射鏡2個と、入射角度と集束位置が比例関係にある通称
fθレンズ1枚を備え、平面上の任意な座標に光を集束
する事が可能である様な光走査装置において、X座標方
向に発生する誤差を、X座標とY座標の偶関数である2
n次多項式との積から算出する手段と、Y座標方向に発
生する誤差を、Y座標とX座標の偶関数である2n次多
項式との積から算出する手段と、上記手段で算出された
誤差を予め補正した信号を上記回転反射鏡への電気的な
入力信号とする手段とを具備することを特徴とするもの
である。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記誤差の算出手段において、X座標の誤
差を計算する場合、Y座標値から一定量を加算減算する
機能と、Y座標方向の誤差を計算する場合、X座標値か
ら一定量を加算減算する機能とを、有する事を特徴とす
るものである。
明において、前記誤差の算出手段において、X座標の誤
差を計算する場合、Y座標値から一定量を加算減算する
機能と、Y座標方向の誤差を計算する場合、X座標値か
ら一定量を加算減算する機能とを、有する事を特徴とす
るものである。
【0013】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明において、前記誤算の算出手段において、2n
次多項式として近似的に2次項のみまたは2次と4次の
項を用いる事を特徴とするものである。
載の発明において、前記誤算の算出手段において、2n
次多項式として近似的に2次項のみまたは2次と4次の
項を用いる事を特徴とするものである。
【0014】請求項4記載の発明は、請求項1又は2又
は3記載の発明において、複数のアナログ乗算回路とア
ナログ加減算回路を用いる事を特徴とするものである。
は3記載の発明において、複数のアナログ乗算回路とア
ナログ加減算回路を用いる事を特徴とするものである。
【0015】請求項5記載の発明は、請求項1又は2又
は3記載の発明において、誤差信号を算出と補正を行う
方法として、コンピュータのソフトウエアによるディジ
タル数値計算を行う事を特徴とするものである。
は3記載の発明において、誤差信号を算出と補正を行う
方法として、コンピュータのソフトウエアによるディジ
タル数値計算を行う事を特徴とするものである。
【0016】請求項6記載の発明は、請求項1又は2又
は3又は4又は5記載の発明において、上記誤差信号に
算出による補正方法に加えて、実際の走査位置と理論的
な走査位置の間の誤差を2次元的に測定した誤差マトリ
ックステーブルを用いる多点補正方法を併用する事を特
徴とするものである。
は3又は4又は5記載の発明において、上記誤差信号に
算出による補正方法に加えて、実際の走査位置と理論的
な走査位置の間の誤差を2次元的に測定した誤差マトリ
ックステーブルを用いる多点補正方法を併用する事を特
徴とするものである。
【0017】
【作用】請求項1記載の発明は、前記の構成により、X
座標方向およびY座標方向に発生する誤差を、各々X座
標とY座標の偶関数である2n次多項式の積とY座標と
X座標の偶関数である2n次多項式の積から算出補正を
行うことで、高精度で光の集束位置が得られる。例えば
X,Yの入力信号を各々Xi,Yiとすれば、X軸方向
に走査する回転反射鏡への出力信号Xoは数1で求めら
れる。
座標方向およびY座標方向に発生する誤差を、各々X座
標とY座標の偶関数である2n次多項式の積とY座標と
X座標の偶関数である2n次多項式の積から算出補正を
行うことで、高精度で光の集束位置が得られる。例えば
X,Yの入力信号を各々Xi,Yiとすれば、X軸方向
に走査する回転反射鏡への出力信号Xoは数1で求めら
れる。
【0018】
【数1】
【0019】またY軸方向に走査する回転反射鏡への出
力信号Yoは数2で求められる。
力信号Yoは数2で求められる。
【0020】
【数2】
【0021】請求項2記載の発明は、前記の構成によ
り、集束位置の歪み量を算出するための近似多項式を計
算する場合、各々の座標軸の値に一定数値を加減する事
で、回転反射鏡の原点と光軸が一致しないことによる座
標軸に対して非対称に発生する歪みを高精度で補正する
事ができる。例えばX,Yの入力信号を各々Xi,Y
i,Y軸方向の光軸と回転鏡の原点不一致の補正係数を
YcとすればX軸方向に走査する回転反射鏡への出力信
号Xoは数3で求められる。
り、集束位置の歪み量を算出するための近似多項式を計
算する場合、各々の座標軸の値に一定数値を加減する事
で、回転反射鏡の原点と光軸が一致しないことによる座
標軸に対して非対称に発生する歪みを高精度で補正する
事ができる。例えばX,Yの入力信号を各々Xi,Y
i,Y軸方向の光軸と回転鏡の原点不一致の補正係数を
YcとすればX軸方向に走査する回転反射鏡への出力信
号Xoは数3で求められる。
【0022】
【数3】
【0023】またX軸方向の光軸と回転鏡の原点不一致
の補正係数をXcとすればY軸方向に走査する回転反射
鏡への出力信号Yoは数4で求められる。
の補正係数をXcとすればY軸方向に走査する回転反射
鏡への出力信号Yoは数4で求められる。
【0024】
【数4】
【0025】請求項3記載の発明は、前記の構成によ
り、歪み量を算出するための近似式として、2次式また
は2と4次の項を用いるものであり、例えばX,Yの入
力信号を各々Xi,Yi,Y軸方向の光軸と回転鏡の原
点不一致の補正係数をYcとすればX軸方向に走査する
回転反射鏡への出力信号Xoは数5,数6で求められ
る。
り、歪み量を算出するための近似式として、2次式また
は2と4次の項を用いるものであり、例えばX,Yの入
力信号を各々Xi,Yi,Y軸方向の光軸と回転鏡の原
点不一致の補正係数をYcとすればX軸方向に走査する
回転反射鏡への出力信号Xoは数5,数6で求められ
る。
【0026】
【数5】
【数6】
【0027】X軸方向の光軸と回転鏡の原点不一致の補
正係数をXcとすればY軸方向に走査する回転反射鏡へ
の出力信号Yoは数7,数8で求められる。
正係数をXcとすればY軸方向に走査する回転反射鏡へ
の出力信号Yoは数7,数8で求められる。
【0028】
【数7】
【数8】
【0029】請求項4記載の発明は、前記の構成によ
り、歪みの算出のために複数のアナログ乗算回路とアナ
ログ加減回路を用いる事で、高速,高精度で歪みの補正
を行う事ができる。
り、歪みの算出のために複数のアナログ乗算回路とアナ
ログ加減回路を用いる事で、高速,高精度で歪みの補正
を行う事ができる。
【0030】請求項5記載の発明は、前記の構成によ
り、歪みの算出のための計算をコンピュータによるソフ
トウエアによる数値計算を行う事で、高速,高精度で歪
みの補正を行う事ができる。
り、歪みの算出のための計算をコンピュータによるソフ
トウエアによる数値計算を行う事で、高速,高精度で歪
みの補正を行う事ができる。
【0031】請求項6記載の発明は、上記誤差信号に算
出による補正方法に加えて、従来の歪み補正方法であ
る、誤差マトリックステーブルを用いる多点補正方法を
併用する事をにより、より高速,高精度で歪みの補正を
行う事ができる。
出による補正方法に加えて、従来の歪み補正方法であ
る、誤差マトリックステーブルを用いる多点補正方法を
併用する事をにより、より高速,高精度で歪みの補正を
行う事ができる。
【0032】
【実施例】以下に、図面を参照して、本発明の実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0033】図1は本発明の第一の実施例を示す2次元
光走査装置の概略図である。光走査方向Xに相当する入
力信号XiがX入力端子65に加えられ、光走査方向Y
に相当入力信号YiがY入力端子66に加えられる。歪
み補正のための回路67によりXおよびY方向の補正済
みの信号Xi68およびYi69が得られる。信号Xi
68およびYi69はX軸方向ガルバノスキャナ用駆動
回路70およびY軸方向ガルバノスキャナ用駆動回路7
1に入力し、各々X軸ガルバノスキャナ72およびY軸
ガルバノスキャナ73を駆動する。光源はレーザ74で
あり、出射光75はX軸76方向回転反射鏡77及びY
軸78方向回転反射鏡79を経て、fθレンズ80によ
って、一点81に集束する。
光走査装置の概略図である。光走査方向Xに相当する入
力信号XiがX入力端子65に加えられ、光走査方向Y
に相当入力信号YiがY入力端子66に加えられる。歪
み補正のための回路67によりXおよびY方向の補正済
みの信号Xi68およびYi69が得られる。信号Xi
68およびYi69はX軸方向ガルバノスキャナ用駆動
回路70およびY軸方向ガルバノスキャナ用駆動回路7
1に入力し、各々X軸ガルバノスキャナ72およびY軸
ガルバノスキャナ73を駆動する。光源はレーザ74で
あり、出射光75はX軸76方向回転反射鏡77及びY
軸78方向回転反射鏡79を経て、fθレンズ80によ
って、一点81に集束する。
【0034】図2は本発明の実施例において歪み補正の
ための回路67の構成を具体的に示す。X軸およびY軸
方向に光を走査するための回転反射鏡に対する電気的な
入力を各々Xi39,Yi40とする。X軸方向の歪み
の補正成分はまず正負を発生する可変電源41により、
Y軸方向回転鏡上の光照射位置の原点を補正するためパ
ラーメータYc42を得る。原点補正は差動増幅器43
へYi40とYc42を入力し、電圧(Yi−Yc)4
4が得られる。電圧(Y−Yc)44は掛け算回路45
の両入力に与えられ、電圧(Yi−Yc)246が得ら
れる。掛け算回路47に入力電圧Xi39と電圧(Yi
−Yc)246が与えられ、両者の掛け算結果として電
圧{Xi×(Yi−Yc)2}48が得られる。電圧
{Xi×(Yi−Yc)2}48は正負極性選択可能な
可変減衰器49により誤差を与える実係数a1が重畳
し、a1×{Xi×(Yi−Yc)2}50が得られ
る。加算器41に入力電圧Xi39とa1×{Xi×
(Yi−Yc)2}50を入力する事で、最終的なX軸
方向の補正済み信号Xo=Xi×{1+a1×(Yi−
Yc)2}52が得られる。ここでa1の符号は歪みの
凸凹に対して正負の値を取る。
ための回路67の構成を具体的に示す。X軸およびY軸
方向に光を走査するための回転反射鏡に対する電気的な
入力を各々Xi39,Yi40とする。X軸方向の歪み
の補正成分はまず正負を発生する可変電源41により、
Y軸方向回転鏡上の光照射位置の原点を補正するためパ
ラーメータYc42を得る。原点補正は差動増幅器43
へYi40とYc42を入力し、電圧(Yi−Yc)4
4が得られる。電圧(Y−Yc)44は掛け算回路45
の両入力に与えられ、電圧(Yi−Yc)246が得ら
れる。掛け算回路47に入力電圧Xi39と電圧(Yi
−Yc)246が与えられ、両者の掛け算結果として電
圧{Xi×(Yi−Yc)2}48が得られる。電圧
{Xi×(Yi−Yc)2}48は正負極性選択可能な
可変減衰器49により誤差を与える実係数a1が重畳
し、a1×{Xi×(Yi−Yc)2}50が得られ
る。加算器41に入力電圧Xi39とa1×{Xi×
(Yi−Yc)2}50を入力する事で、最終的なX軸
方向の補正済み信号Xo=Xi×{1+a1×(Yi−
Yc)2}52が得られる。ここでa1の符号は歪みの
凸凹に対して正負の値を取る。
【0035】Y軸方向の歪みの補正成分はまず正負を発
生する可変電源53により、X軸方向の回転鏡上の光照
射位置の原点を補正するためパラーメータXc54を得
る。原点補正は差動増幅器55へXi39とXc53を
入力し、電圧(Xi−Xc)56が得られる。電圧(X
i−Xc)56は掛け算回路57の両入力に与えられ、
電圧(Xi−Xc)258が得られる。掛け算回路59
に入力電圧Yi40と電圧(X−Xc)258が与えら
れ、両者の掛け算結果として電圧{Yi×(Xl−X
c)2}60が得られる。電圧{Yi×(Xl−Xc)
2}60は正負極性選択可能な可変減衰器61により誤
差を与える実係数b1が重畳し、b1×{Yi×(X−
Xc)2}62が得られる。加算器63に入力電圧Yi
40とb1×{Yi×(X−Xc)2}62を入力する
事で、最終的なY軸方向の補正済み信号Yo=Yi×
{1+b1×(X−Xc)2}64が得られる。ここで
b1の符号は歪みの凸凹に対して正負の値を取る。
生する可変電源53により、X軸方向の回転鏡上の光照
射位置の原点を補正するためパラーメータXc54を得
る。原点補正は差動増幅器55へXi39とXc53を
入力し、電圧(Xi−Xc)56が得られる。電圧(X
i−Xc)56は掛け算回路57の両入力に与えられ、
電圧(Xi−Xc)258が得られる。掛け算回路59
に入力電圧Yi40と電圧(X−Xc)258が与えら
れ、両者の掛け算結果として電圧{Yi×(Xl−X
c)2}60が得られる。電圧{Yi×(Xl−Xc)
2}60は正負極性選択可能な可変減衰器61により誤
差を与える実係数b1が重畳し、b1×{Yi×(X−
Xc)2}62が得られる。加算器63に入力電圧Yi
40とb1×{Yi×(X−Xc)2}62を入力する
事で、最終的なY軸方向の補正済み信号Yo=Yi×
{1+b1×(X−Xc)2}64が得られる。ここで
b1の符号は歪みの凸凹に対して正負の値を取る。
【0036】図3は本発明の第二の実施例を示す。本実
施例の光走査部は図1に示す第一の実施例と同一で有
り、歪み補正のための回路67のみ2次および4次項の
補正を行う場合である。求めるX軸およびY軸方向に対
応する電気的な入力を各々Xi82,Yi83とする。
X軸方向の歪みの補正成分はまず正負を発生する可変電
源84により、Y軸方向回転鏡上の光照射位置の原点を
補正するためパラーメータYc85を得る。原点補正は
差動増幅器86へYi83とYc85を入力し、電圧
(Yi−Yc)87が得られる。電圧(Y−Yc)87
は掛け算回路88の両入力に与えられ、電圧(Yi−Y
c)289が得られる。掛け算回路90に入力電圧Xi
82と電圧(Yi−Yc)289が与えられ、両者の掛
け算結果として電圧{Xi×(Yi−Yc)2}91が
得られる。電圧{Xi×(Yi−Yc)2}91は正負
極性選択可能な可変減衰器93により2次の誤差を与え
る実係数a1が重畳し、a1×{Xi×(Yi−Yc)
2}94が得られる。掛け算回路95に(Yi−Yc)
289と{Xi×(Yi−Yc)2}91を入力するこ
とで、両者の掛け算結果として{Xi×(Yi−Yc)
4}96が得られる。電圧{Xi×(Yi−Yc)4}
96は正負極性選択可能な可変減衰器97により4次の
誤差を与える実係数a2が重畳し、a2×{Xi×(Y
i−Yc)4}98が得られる。加算器99に入力電圧
Xi82とa1×{Xi×(Yi−Yc)2}94とa
2×{Xi×(Yi−Yc)4}98を入力する事で、
最終的なX軸方向の補正済み信号Xo=Xi×{1+a
1×(Yi−Yc)2+a2×(Yi−Yc)4}10
0が得られる。ここでa1,a2の符号は歪みの凸凹に
対して正負の値を取る。
施例の光走査部は図1に示す第一の実施例と同一で有
り、歪み補正のための回路67のみ2次および4次項の
補正を行う場合である。求めるX軸およびY軸方向に対
応する電気的な入力を各々Xi82,Yi83とする。
X軸方向の歪みの補正成分はまず正負を発生する可変電
源84により、Y軸方向回転鏡上の光照射位置の原点を
補正するためパラーメータYc85を得る。原点補正は
差動増幅器86へYi83とYc85を入力し、電圧
(Yi−Yc)87が得られる。電圧(Y−Yc)87
は掛け算回路88の両入力に与えられ、電圧(Yi−Y
c)289が得られる。掛け算回路90に入力電圧Xi
82と電圧(Yi−Yc)289が与えられ、両者の掛
け算結果として電圧{Xi×(Yi−Yc)2}91が
得られる。電圧{Xi×(Yi−Yc)2}91は正負
極性選択可能な可変減衰器93により2次の誤差を与え
る実係数a1が重畳し、a1×{Xi×(Yi−Yc)
2}94が得られる。掛け算回路95に(Yi−Yc)
289と{Xi×(Yi−Yc)2}91を入力するこ
とで、両者の掛け算結果として{Xi×(Yi−Yc)
4}96が得られる。電圧{Xi×(Yi−Yc)4}
96は正負極性選択可能な可変減衰器97により4次の
誤差を与える実係数a2が重畳し、a2×{Xi×(Y
i−Yc)4}98が得られる。加算器99に入力電圧
Xi82とa1×{Xi×(Yi−Yc)2}94とa
2×{Xi×(Yi−Yc)4}98を入力する事で、
最終的なX軸方向の補正済み信号Xo=Xi×{1+a
1×(Yi−Yc)2+a2×(Yi−Yc)4}10
0が得られる。ここでa1,a2の符号は歪みの凸凹に
対して正負の値を取る。
【0037】Y軸方向の歪みの補正成分はまず正負を発
生する可変電源101により、X軸方向回転鏡上の光照
射位置の原点を補正するためパラーメータXc102を
得る。原点補正は差動増幅器103へXi82とXc1
02を入力し、電圧(Xi−Xc)104が得られる。
電圧(X−Xc)104は掛け算回路105の両入力に
与えられ、電圧(Xi−Xc)2106が得られる。掛
け算回路107に入力電圧Yi83と電圧(Xi−X
c)2106が与えられ、両者の掛け算結果として電圧
{Yi×(Xi−Xc)2}108が得られる。電圧
{Yi×(Xi−Xc)2}108は正負極性選択可能
な可変減衰器109により誤差を与える実係数b1が重
畳し、b1×{Yi×(Xi−Xc)2}110が得ら
れる。掛け算回路111に(Xi−Xc)2106と
{Yi×(Xi−Xc)2}108を入力することで、
両者の掛け算結果として{Yi×(Xi−Xc)4}1
12が得られる。電圧{Yi×(Xi−Xc)4}11
2は正負極性選択可能な可変減衰器113により4次の
誤差を与える実係数b2が重畳し、b2×{Yi×(X
i−Xc)4}114が得られる。加算器115に入力
電圧Yi83とb1×{Yi×(Xi−Xc)2}11
0とb2×{Yi×(Xi−Xc)4}114を入力す
る事で、最終的なX軸方向の補正済み信号Yo=Yi×
{1+b1×(Xi−Xc)2+b2×(Xi−Xc)
4}116が得られる。ここでb1,b2の符号は歪み
の凸凹に対して正負の値を取る。
生する可変電源101により、X軸方向回転鏡上の光照
射位置の原点を補正するためパラーメータXc102を
得る。原点補正は差動増幅器103へXi82とXc1
02を入力し、電圧(Xi−Xc)104が得られる。
電圧(X−Xc)104は掛け算回路105の両入力に
与えられ、電圧(Xi−Xc)2106が得られる。掛
け算回路107に入力電圧Yi83と電圧(Xi−X
c)2106が与えられ、両者の掛け算結果として電圧
{Yi×(Xi−Xc)2}108が得られる。電圧
{Yi×(Xi−Xc)2}108は正負極性選択可能
な可変減衰器109により誤差を与える実係数b1が重
畳し、b1×{Yi×(Xi−Xc)2}110が得ら
れる。掛け算回路111に(Xi−Xc)2106と
{Yi×(Xi−Xc)2}108を入力することで、
両者の掛け算結果として{Yi×(Xi−Xc)4}1
12が得られる。電圧{Yi×(Xi−Xc)4}11
2は正負極性選択可能な可変減衰器113により4次の
誤差を与える実係数b2が重畳し、b2×{Yi×(X
i−Xc)4}114が得られる。加算器115に入力
電圧Yi83とb1×{Yi×(Xi−Xc)2}11
0とb2×{Yi×(Xi−Xc)4}114を入力す
る事で、最終的なX軸方向の補正済み信号Yo=Yi×
{1+b1×(Xi−Xc)2+b2×(Xi−Xc)
4}116が得られる。ここでb1,b2の符号は歪み
の凸凹に対して正負の値を取る。
【0038】第一の実施例による歪み補正の結果を図9
に示す。第一の実施例で、fθレンズ80の焦点距離が
150mm,fθレンズ80とY軸方向回転鏡79の間
の垂直方向距離は 50mm,Y軸方向回転鏡79とX
軸方向回転鏡77の間の垂直方向距離は30mmであ
る。この構成でのレーザ光の走査範囲は100mm四方
となる。歪み補正を行わない場合、座標(50,50)
位置での実際の照射部位117は入力した目標の照射位
置118に比べてX軸方向に4mm,Y軸方向に3mm
シフトしている。図7に示す歪み補正回路により、X,
Y方向の補正量を各々可変減衰器49と可変減衰器61
を調整する事で、図9点線に示す様な照射パタンが得ら
れた。118近傍の誤差はX軸方向0.3mm以下、Y
軸方向0.2mm以下が得られた。走査範囲全域で誤差
は上記以下となっている。
に示す。第一の実施例で、fθレンズ80の焦点距離が
150mm,fθレンズ80とY軸方向回転鏡79の間
の垂直方向距離は 50mm,Y軸方向回転鏡79とX
軸方向回転鏡77の間の垂直方向距離は30mmであ
る。この構成でのレーザ光の走査範囲は100mm四方
となる。歪み補正を行わない場合、座標(50,50)
位置での実際の照射部位117は入力した目標の照射位
置118に比べてX軸方向に4mm,Y軸方向に3mm
シフトしている。図7に示す歪み補正回路により、X,
Y方向の補正量を各々可変減衰器49と可変減衰器61
を調整する事で、図9点線に示す様な照射パタンが得ら
れた。118近傍の誤差はX軸方向0.3mm以下、Y
軸方向0.2mm以下が得られた。走査範囲全域で誤差
は上記以下となっている。
【0039】同様な試験を第二の実施例において行うと
誤差は走査範囲全域に渡り、X,Y両軸共に0.05m
m以下が得られた。
誤差は走査範囲全域に渡り、X,Y両軸共に0.05m
m以下が得られた。
【0040】図10は第一の実施例において、X軸方向
の回転鏡77の原点とY軸方向の回転鏡79の原点がf
θレンズ80の光軸と合致していない場合に発生する非
対称の歪みのパタンを示す。この場合X軸方向の誤差を
算出するためのY軸の原点ずれ119は図7の正負を発
生する可変電源41によって補正し、Y軸方向の誤差を
算出するためのX軸の原点ずれ120は図7の正負を発
生する可変電源53によって補正し、その後全体の歪み
を補正する事で、全域にわたって補正を行う事が可能で
ある。
の回転鏡77の原点とY軸方向の回転鏡79の原点がf
θレンズ80の光軸と合致していない場合に発生する非
対称の歪みのパタンを示す。この場合X軸方向の誤差を
算出するためのY軸の原点ずれ119は図7の正負を発
生する可変電源41によって補正し、Y軸方向の誤差を
算出するためのX軸の原点ずれ120は図7の正負を発
生する可変電源53によって補正し、その後全体の歪み
を補正する事で、全域にわたって補正を行う事が可能で
ある。
【0041】第一、第二の実施例では、歪み補正用の多
項式関数の発生を個別演算器からなるアナログ回路で行
ったが、それを単一の関数発生ICで行う事も可能であ
る。
項式関数の発生を個別演算器からなるアナログ回路で行
ったが、それを単一の関数発生ICで行う事も可能であ
る。
【0042】第一、第二の実施例では、歪み補正用の多
項式関数の発生をアナログ回路で行ったが、これをCP
Uを含むディジタル演算回路に置き換えて行う事も可能
である。
項式関数の発生をアナログ回路で行ったが、これをCP
Uを含むディジタル演算回路に置き換えて行う事も可能
である。
【0043】また本発明の歪み補正方法では、補正のた
めに近似式を用いるため、若干の誤差が取りきれない場
合がある。この場合は本発明で歪みを補正した上で取り
きれない歪みを従来技術である誤差マトリックステーブ
ルを用いた歪み補正法を併用して補正を行う事が出来
る。この場合従来方法のみを使う方法にくらべ補正に用
いるマトリックスの大きさが微小ですむ事から、高精度
で高速の補正が可能となる。
めに近似式を用いるため、若干の誤差が取りきれない場
合がある。この場合は本発明で歪みを補正した上で取り
きれない歪みを従来技術である誤差マトリックステーブ
ルを用いた歪み補正法を併用して補正を行う事が出来
る。この場合従来方法のみを使う方法にくらべ補正に用
いるマトリックスの大きさが微小ですむ事から、高精度
で高速の補正が可能となる。
【0044】尚、本発明は、上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能であ
る。
のではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能であ
る。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、2次元の光走査装置のX,Yの2入力を、
事前に誤差関数として偶関数の多項式を用いた歪み補正
回路による補正を行った上で、通常の回転反射鏡の駆動
信号とする事で、歪みのない2次元の光走査が可能であ
る。
明によれば、2次元の光走査装置のX,Yの2入力を、
事前に誤差関数として偶関数の多項式を用いた歪み補正
回路による補正を行った上で、通常の回転反射鏡の駆動
信号とする事で、歪みのない2次元の光走査が可能であ
る。
【0046】請求項2の記載によれば、誤差の計算にお
いて座標をオフセットする事で、回転反射鏡の物理的な
原点とfθレンズの不一致による歪みの非対称を補正
し、高精度に位置を補正する事ができる。
いて座標をオフセットする事で、回転反射鏡の物理的な
原点とfθレンズの不一致による歪みの非対称を補正
し、高精度に位置を補正する事ができる。
【0047】請求項3の記載によれば、誤差補正のため
の計算において多項式を2次式または2次+4次式で近
似する事で、誤差補正回路をより簡単にする事ができ
る。
の計算において多項式を2次式または2次+4次式で近
似する事で、誤差補正回路をより簡単にする事ができ
る。
【0048】請求項4の記載によれば、誤差補正のため
の多項式演算をアナログ乗算回路とアナログ加減算回路
を用いる事で、簡単な回路で高速の誤差補正が可能であ
る。
の多項式演算をアナログ乗算回路とアナログ加減算回路
を用いる事で、簡単な回路で高速の誤差補正が可能であ
る。
【0049】請求項5の記載にによれば、誤差補正のた
めの多項式演算をCPUを用いたディジタル演算により
行うことで、より高精度の誤差補正が可能である。
めの多項式演算をCPUを用いたディジタル演算により
行うことで、より高精度の誤差補正が可能である。
【0050】請求項6の記載によれば、多項式演算によ
る誤差補正を行った信号をさらに誤差マトリックスを用
いて補正することでさらに構成動の誤差補正が可能であ
る。
る誤差補正を行った信号をさらに誤差マトリックスを用
いて補正することでさらに構成動の誤差補正が可能であ
る。
【図1】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図2】本発明の第一の実施例における歪み補正の為の
回路構成である。
回路構成である。
【図3】本発明の第二の実施例となる歪み補正の為の回
路構成である。
路構成である。
【図4】fθレンズによる光集束の概念図である。
【図5】2枚の回転反射鏡とfθレンズを用いた2次元
光走査装置の模式図である。
光走査装置の模式図である。
【図6】2枚の回転反射鏡とfθレンズを用いた2次元
光走査装置で発生する光走査位置の歪みを示す図であ
る。
光走査装置で発生する光走査位置の歪みを示す図であ
る。
【図7】光走査位置の歪みの詳細を示す図である。
【図8】従来の2次元光走査装置の歪み補正方法を示す
図である。
図である。
【図9】本実施例による歪み補正の結果を表す図であ
る。
る。
【図10】歪みが非対称に出ている場合の光走査の例で
ある。
ある。
11入射角度 12入射光ビーム 13回転反射鏡 14fθレンズ 15光照射面 16集束点 17集束点が光軸と成す距離 18入射ビーム 19一方の軸 20一方の軸方向に走査する回転鏡 21他方の軸 22他方の軸方向に走査する回転鏡 23fθレンズ 24集束点 25fθレンズの光軸 26希望する集束位置 27実際の集束位置 28回転鏡に入力される位置信号 29実際の光集束位置 30集束位置Xの位置信号 31集束位置Yの位置信号 32補正用のマトリックステーブル 33X位置補正値 34Y位置補正値 35X位置減算回路 36補正済みのX信号 37Y位置減算回路 38補正済みのY信号 39回転反射鏡X軸への電気的な入力Xi 40回転反射鏡Y軸への電気的な入力Yi 41正負を発生する可変電源 42Y軸方向の原点補正パラメータYc 43差動増幅器 44差動増幅器出力電圧 45掛け算回路 46掛け算回路出力電圧 47掛け算回路 48掛け算結果の電圧 49可変減衰器 50誤差を与える実係数を重畳した電圧 51加算器 52X軸方向補正済み信号 53正負を発生する可変電源 54X軸方向の原点補正パラメータXc 55差動増幅器 56差動増幅器出力電圧 57掛け算回路 58掛け算回路出力電圧 59掛け算回路 60掛け算結果の電圧 61可変減衰器 62誤差を与える実係数を重畳した電圧 63加算器 64Y軸方向補正済み信号 65X入力端子 66Y入力端子 67歪みを補正する為の回路 68X方向の補正済み信号 69Y方向の補正済み信号 70X軸方向ガルバノスキャナ用駆動回路 71Y軸方向ガルバノスキャナ用駆動回路 72X軸方向ガルバノスキャナ 73Y軸方向ガルバノスキャナ 74レーザ光源 75レーザ出射光 76X軸 77X軸方向回転反射鏡 78Y軸 79Y軸方向回転反射鏡 80fθレンズ 81集束点 82X軸方向に対応する電気的な入力Xi 83Y軸方向に対応する電気的な入力Yi 84正負を発生する可変電源 85Y軸方向回転鏡上の原点補正パラメータYc 86差動増幅器 87出力電圧Yi−Yc 88掛け算器 89出力電圧(Yi−Yc)2 90掛け算回路 91掛け算結果の電圧 92 93可変減衰器 94実係数a1が重畳した出力電圧 95掛け算回路 96掛け算結果 97可変減衰器 98実係数a2が重畳した出力電圧 99加算器 100 X軸方向補正済み信号 101 正負を発生する可変電源 102 X軸方向回転鏡上の原点補正パラメータXc 103 差動増幅器 104 出力電圧Xi−Xc 105 掛け算器 106 出力電圧(Xi−Xc)2 107 掛け算回路 108 掛け算結果の電圧 109 可変減衰器 110 実係数b1が重畳した出力電圧 111 掛け算回路 112 掛け算結果 113 可変減衰器 114 実係数b2が重畳した出力電圧 115 加算器 116 Y軸方向補正済み信号 117 歪み補正が無い場合の実際の照射位置 118 入力した目標照射位置 119 Y軸の原点ずれ 120 X軸の原点ずれ
Claims (6)
- 【請求項1】 互いに直交するX,Y2軸方向に光を走
査する為に、該2軸方向に各々位置を設定する為の電気
的な入力に比例した角度が得られる回転反射鏡2個と、
入射角度と集束位置が比例関係にある通称fθレンズ1
枚を備え、平面上の任意な座標に光を集束する事が可能
である様な光走査装置において、該直交する座標軸上を
外れた座標位置で、該位置を設定する為の電気的な入力
信号に対して、実際の集束座標位置が比例関係と外れる
現象において、X座標方向に発生する誤差をX座標とY
座標の偶関数である2n次多項式との積から算出する手
段と、Y座標方向に発生する誤差をY座標とX座標の偶
関数である2n次多項式との積から算出する手段と、上
記手段で算出された誤差を予め補正した信号を上記回転
反射鏡への電気的な入力信号とする手段とを具備するこ
とを特徴とする光走査装置。 - 【請求項2】 前記誤差の算出手段において、X座標方
向の誤差を計算する場合、Y座標値から一定量を加算減
算をする手段と、Y座標方向の誤差を計算する場合、X
座標値から一定量の加算減算をする手段とを具備するこ
とを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 - 【請求項3】 前記誤算の算出手段において、偶関数で
ある2n次多項式として近似的に2次項または2次と4
次の項のみを用いる事を特徴とする請求項1又は2記載
の光走査装置。 - 【請求項4】 前記誤差の算出と補正を行う方法とし
て、複数のアナログ乗算回路とアナログ加減算回路を用
いる事を特徴とする請求項1又は2又は3記載の光走査
装置。 - 【請求項5】 前記誤差の算出補正を行う方法として、
コンピュータのソフトウエアによるディジタル数値計算
を行う事を特徴とする請求項1又は2又は3記載の光走
査装置。 - 【請求項6】 上記誤差の算出による補正方法に加え
て、実際の走査位置と理論的な走査位置の間の誤差を2
次元的に測定した誤差マトリックステーブルを用いる多
点補正方法を併用する事を特徴とする請求項1又は2又
は3又は4又は5記載の光走査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13046699A JP2000284199A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13046699A JP2000284199A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光走査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000284199A true JP2000284199A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=15034924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13046699A Pending JP2000284199A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 光走査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000284199A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006047900A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ照射方法及び照射装置 |
JP2008547054A (ja) * | 2005-06-24 | 2008-12-25 | シンボル テクノロジーズ, インコーポレイテッド | 画像プロジェクタにおける画像の歪みに対する補正 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP13046699A patent/JP2000284199A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006047900A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ照射方法及び照射装置 |
JP4589679B2 (ja) * | 2004-08-09 | 2010-12-01 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ照射方法及び照射装置 |
JP2008547054A (ja) * | 2005-06-24 | 2008-12-25 | シンボル テクノロジーズ, インコーポレイテッド | 画像プロジェクタにおける画像の歪みに対する補正 |
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