JP3239188B2 - 光ビーム走査装置 - Google Patents

光ビーム走査装置

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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24にこの方式の従来例を示す。円筒101
の円筒面に感光材料Ｐ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10
1 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（以下回転
反射素子という）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Ｐ上で、集
束された光ビームが主走査される。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10
3 、回転反射素子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。
【０００４】円筒面に感光材料を装着する方法として
は、円筒の内面に感光材料を保持させてもよいし、透明
な部材でできた円筒の外面に感光材料を保持させてもよ
い。この方式では、円筒の中心軸を回転軸として回転す
る回転反射素子により、回転軸に沿ってほぼ平行に入射
する光ビームを、概略直角方向に反射して、円筒面に装
着された感光材料を走査し露光する。
【０００５】反射する方向は必ずしも直角である必要は
なく、直角と異なる方向に反射されることで、反射点と
露光点との距離が大きくなることや、円筒面上の光ビー
ムの円筒の軸方向の大きさが増大することなどの影響
が、実用上支障のない範囲であればよい。この方法の特
徴は、円筒を回転させる方式に比べ、回転するものの慣
性モーメントが小さいため、回転速度を上げ易く、記録
速度を上げ易い点である。
【０００６】また、円筒に感光材料が固定されること
は、感光材料の位置が安定に保持され易い。円筒面上に
感光材料を摺動させて、副走査を行うことも可能である
が、その場合は摩擦によって副走査速度の不安定化を招
くとか、感光材料に傷がつく恐れがあるという欠点があ
る。また、摺動が滑らかに行われないと、感光材料の浮
き上がりという事態もあり得る。多重ビーム記録の場
合、ビーム列単位での走査なので、１つの走査のビーム
列の最後のビームによる記録と、次の走査のビーム列の
先頭のビームによる記録が正しくつながるためにも、感
光材料の安定な保持が重要である。
【０００７】副走査の手段としては、回転光学手段を含
む光学系の一部又は全部を円筒の軸方向に移動させるこ
とによって行ってもよい。逆に光学系は固定して感光材
料を保持した円筒全体を移動させて副走査を行ってもよ
い。また、いわゆる平面走査方式に比べ、短い焦点距離
の集光レンズで、比較的大きな走査幅を得ることができ
る点である。
【０００８】焦点距離の短いレンズを使えるということ
は、高画質の記録に必要な小さい集束ビーム径を得易
く、走査線間隔も小さくできる。また、回転反射素子の
回転軸と円筒の中心軸とを合わせる精度を、必要に応じ
て上げることで、円筒面上でのビーム径及びビーム形状
を、そのほぼ全周にわたって一定に保つことが容易であ
る。従って、画質を良くし易いということがいえる。
【０００９】走査幅として、円筒の全周長の70〜80％程
度を得ることは、感光材料の出し入れ口や、回転反射素
子の回転機構や、副走査機構等の機械的な配置上の制約
を考えても十分可能であり、また、集光レンズの焦点距
離は、円筒の半径よりやや長い程度であり、その焦点距
離の３倍程度の走査幅を容易に得ることができる。従っ
て、記録サイズの点でも十分なものとなる。
【００１０】尚、集光レンズは回転反射素子と感光材料
との間の光路に設けて、回転反射素子と一体に回転させ
てもよい。この場合は回転するものの慣性が増加すると
いう不利はあるが、集光レンズの焦点距離を円筒の半径
よりさらに短くでき、小さい集束ビーム径を得易い。逆
に、一定の集束ビーム径を得る上で、集光レンズに入射
するビーム径を小さくできるという利点がある。
【００１１】以上述べてきたことを整理すると、円筒内
面走査方式は、回転するものの慣性モーメントが小さい
ため、回転速度を上げ易く、従って記録速度を上げ易
い。また、画質と記録サイズとを両立させ易く、かつ同
一の記録サイズを得る上で、装置のサイズを小さくし易
いということがいえる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
円筒内面走査方式の光ビーム走査装置は、以上述べてき
たような長所を持ち、回転速度を上げ易く、これにより
記録速度を上げ易いものの、単一ビームで記録速度を上
げるためには、回転反射素子の極めて高速な回転を必要
とし、これには自ずと制限があることから、さらに記録
速度を向上させるために、多重ビーム（マルチビーム）
走査方式を併用しようとした場合、多重ビームの使用が
困難で、これによってさらに記録速度を上げるのが容易
ではないという問題点があった。
【００１３】多重ビーム走査方式とは、光源として、複
数の光ファイバーを並べるなどして、複数の光ビームを
用い、１回転で複数回分の主走査を行う方式である。多
重ビームを使用することが困難な理由は、複数の光ビー
ムを回転反射素子で反射させて、円筒内面上を走査した
場合、複数の光ビームは円筒内面上の２箇所で交差して
しまい、画像記録のために必要な平行に並んだドット列
を形成しないからである。
【００１４】交差する様子を、図25〜図28により説明す
る。尚、これらの図や以下の説明において、簡略化のた
めビームを幾何光学的な光線で示す。すなわち、実際の
ビームは有限の広がりを持つが、収差と回折による広が
りの範囲内で、円筒内面の近傍の一点に集束するので、
ビーム内の適当な光線を表して説明する。図27に、３本
の互いに平行なビームＡ，Ｂ，Ｃが回転反射素子104 の
反射面に入射して円筒101 の内面に照射される場合を示
す。ビームＡ，Ｂ，Ｃの実際の間隔は、画像記録のため
の多重ビーム走査の目的からは、極めて小さいものであ
るが、図をわかり易くするために間隔をあけて示してあ
る。
【００１５】ビームＢは、回転反射素子104 の回転軸に
一致するビームである。回転反射素子104 が 180度回転
して、図25の(a) の位置から(b) の位置にきた場合、ビ
ームＡとビームＣとは上下が反転することが幾何学的考
察からわかる。これにより、ビームＡとビームＣとは図
25の(a) と(b) との間の位置にて円筒101 の内面上で交
差することがわかる。
【００１６】また、図26のように、ビームＡとビームＣ
とを回転反射素子104 の反射面上でビームＢと一致させ
るように、微小な角度だけ傾けて入射させても、回転反
射素子104 が 180度回転して、図26の(a) の位置から
(b) の位置にきた場合、やはりビームＡとビームＣとは
上下が反転することがわかる。尚、この場合もビーム
Ａ，Ｂ，Ｃのなす角度は、多重ビーム走査の目的から
は、極く微小なものであるが、図をわかり易くするため
に大きい角度で示してある。
【００１７】また、図27及び図28に、円筒内面上の半周
にわたって、それぞれ斜視図、展開図で、ビームＡ，
Ｂ，Ｃが交差する様子を示す。円筒の全周にわたってで
はなく、円筒の一部の範囲で記録する場合においても、
ビームＡやビームＣは、交差するまでには至らないとし
ても、湾曲を生じることが今までの説明で明らかであ
り、画像記録のための多重ビーム走査には不適であるこ
とがわかる。
【００１８】この問題を解決する手段として、特開昭５
９−１１９９６０号公報や特開昭５７−１５１９３３号
公報に開示されているように、円筒の内側に設けた回転
体上に、複数の光源や、又はその駆動電流源を含めて搭
載して、円筒の中心軸を回転軸として回転させることに
より、多重ビーム走査を実現する方法もある。しかし、
この方法では、回転体上に、複数の光源の他、それを変
調するための電子回路、さらには電子回路のための電源
を供給する発電機や電源安定化回路等が搭載されること
が必要になり、回転体上でそれらを安定に保持する機構
も含めると、その慣性モーメントは大きなものになり、
高い回転速度を得るには限界がある。
【００１９】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多重ビーム走査を可能とし、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実
現することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、回
転軸上で回転し、該回転軸にほぼ平行に入射する複数の
光ビームを該回転軸に概略直角な方向に導く回転光学手
段を備え、円筒の内部で複数の光ビームを周方向に回転
させて円筒面を走査する光ビーム走査装置において、前
記回転光学手段の光ビーム入射側に、前記回転軸とほぼ
一致する直線を回転軸として回転する１個のアナモフィ
ック光学系と、前記複数の光ビームの一部を反射させる
と共に一部を透過させる一方の反射面と、前記複数の光
ビームを反射させる他方の反射面とを有する光ビーム回
転手段を設け、前記複数の光ビームを、前記一方の反射
面で一部反射して前記アナモフィック光学系を通過させ
た後、前記他方の反射面で反射して再び前記アナモフィ
ック光学系を通過させ、さらに、前記一方の反射面で一
部透過して前記回転光学手段に入射させることで、前記
回転光学手段に入射する複数の光ビームを、前記直線を
回転軸として、前記回転光学手段と同一の回転速度で回
転させる構成とする。
【００２１】又は、前記回転光学手段の光ビーム入射側
に、前記複数の光ビームの一部を透過させると共に一部
を反射させる反射面と、互いに直角に組合わされた１組
の反射面からなり、前記回転軸とほぼ一致する直線を回
転軸として回転する光学的構成体とを有する光ビーム回
転手段を設け、前記複数の光ビームを、前記反射面で一
部反射した後、前記光学的構成体の１組の反射面で順次
反射し、さらに、前記反射面で一部透過して前記回転光
学手段に入射させることで、前記回転光学手段に入射す
る複数の光ビームを、前記直線を回転軸として、前記回
転光学手段と同一の回転速度で回転させる構成とする。
【００２２】又は、前記回転光学手段の光ビーム入射側
に、光ビームを屈折する手段と、該屈折手段を通った光
ビームの光路の延長上に配置されて、一方が前記回転軸
とほぼ一致する直線に直角、他方が前記直線に平行で、
互いに直角な１組の反射面とからなり、前記直線を回転
軸として回転する光学的構成体を有する光ビーム回転手
段を設け、前記複数の光ビームを、前記屈折手段で屈折
した後、前記１組の反射面で順次反射して前記回転光学
手段に入射させることで、前記回転光学手段に入射する
複数の光ビームを、前記直線を回転軸として、前記回転
光学手段と同一の回転速度で回転させる構成とする。
【００２３】
【００２４】尚、前記回転光学手段は、回転軸にほぼ平
行に入射する複数の光ビームを概略直角な方向に反射す
る回転反射素子からなる構成とする。又は、回転軸上で
回転する部材と、該部材上に保持された光ファイバー束
とからなり、該ファイバー束の一方の端面が回転軸の近
傍に該回転軸に対しほぼ直角に配置され、他方の端面が
回転の半径方向に対しほぼ直角に配置されている構成と
する。そして、円筒面上に感光材料を固定して、円筒の
軸方向に関して円筒面と回転光学手段とを相対的に移動
させることによって画像を記録する構成とする。
【００２５】
【作用】上記の構成においては、光ビーム回転手段とし
てのアナモフィック光学系等の光学的構成体の作用によ
り、回転光学手段に入射する複数の光ビームを、回転光
学手段の回転速度と同一の回転速度で、かつ回転光学手
段の回転軸とほぼ一致する回転軸で、回転させることに
より、回転光学手段から出射される複数のビームが交差
することがなくなり、円筒内面走査において、円筒面上
でほぼ平行なビーム列を形成する。これにより、多重ビ
ーム走査が可能となって、高速度の記録が可能となる。
【００２６】
【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。
【００２７】２は光ビーム発生装置（光源）であり、こ
の場合、円筒１の中心軸に沿って複数の光ビームを発す
る。複数の光ビームを得る手段としては、音響光学変調
器に多重周波数の高周波を印加する方式でもよい。ま
た、複数の光ファイバーを用いてもよい。さらに、ビー
ムスプリッタのような光学的な手段で光ビームを分割し
てもよいし、複数の独立した光源を用意してもよい。
【００２８】３は回転光学手段としての回転反射素子で
あり、円筒１の中心軸に沿って入射する複数の光ビーム
を概略直角な方向に反射すると共に、モータ４によって
円筒１の中心軸を回転軸として回転する。この例では、
回転反射素子３として直角プリズムを用いている。５，
６は光ビーム回転手段としての２個のアナモフィック光
学系であり、モータ７によって、回転反射素子３の回転
軸とほぼ一致する直線を回転軸として回転反射素子３の
回転方向と同方向に１／２の回転速度で回転する。これ
により、回転反射素子３に入射する複数の光ビームを、
前記直線を回転軸として、回転反射素子３と同一の回転
速度で回転させる。この例では、アナモフィック光学系
５，６として、シリンドリカルレンズを用いている。
【００２９】８はコリメータレンズであり、光源２から
それぞれ広がりをもって発する複数の光ビームを概略平
行ビームとしてアナモフィック光学系（シリンドリカル
レンズ）５に入射させる。９は集光レンズであり、アナ
モフィック光学系（シリンドリカルレンズ）６より出射
する複数の光ビームを回転反射素子３を経て円筒１の内
面の近傍に集束させる。
【００３０】尚、副走査機構等については簡略化のため
省略してある。先ず、アナモフィック光学系（５，６）
の作用を説明する。アナモフィック光学系とは、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
で倍率（パワー）の異なる光学系である。図２により、
アナモフィック光学系が光ビーム回転機能を持つこと
を、焦点距離の等しい２つのシリンドリカル凸レンズを
用いた例で、説明する。
【００３１】シリンドリカルレンズのパワーを持たない
方向の中心線が母線といわれる（図示Ｍ）。２つのシリ
ンドリカルレンズ５，６を、焦点距離の２倍の間隔をあ
け、各母線Ｍを互いに平行にすると共に、各円柱面を外
向きにして配置し、両母線Ｍと直交する直線（図示Ｓ）
を回転軸として、回転させると、ある回転位置では、回
転軸Ｓに平行に入射した光ビームが母線Ｍと直交し、こ
のとき、光ビームは直進する（図の左側参照）。そし
て、この状態から２つのシリンドリカルレンズ５，６を
90度回転させると、前記光ビームは、 180度回転した位
置から出射する（図の右側参照）。
【００３２】すなわち、２つのシリンドリカルレンズ
５，６を回転させると、その回転軸Ｓに平行に入射した
光ビームは、母線Ｍと回転軸Ｓとを含む平面に関して、
面対称の位置から出射する。従って、２つのシリンドリ
カルレンズ５，６の回転により、出射ビームは、光軸方
向から見て、回転軸Ｓを中心とし、回転軸Ｓと入射ビー
ムとの間隔を半径とする円を描く。尚、２つのシリンド
リカルレンズ５，６の１回転につき、出射ビームは２回
転する。
【００３３】以上説明したアナモフィック光学系の光ビ
ーム回転機能により、図３のような配置で、互いに近接
した点から出射した複数の光ビームが、集光面上で回転
することを説明する。尚、コリメータレンズ８の焦点距
離をｆ1 、２つのシリンドリカルレンズ５，６の焦点距
離を等しくｆ2 、集光レンズ９の焦点距離をｆ3 とす
る。
【００３４】３本の光ビームをそれぞれＡ、Ｂ、Ｃと
し、Ｂを光軸上から出射する光ビームとする。光ビーム
Ａの集光に着目すると、シリンドリカルレンズ５，６の
パワーの無い方向に関しては、図３の左側に示すよう
に、コリメータレンズ８と集光レンズ９とにより、光軸
に対し出射点と反対側に集光する。シリンドリカルレン
ズ５，６のパワーのある方向に関しては、図３の右側に
示すように、２つのシリンドリカルレンズ５，６の間
で、光軸に対し出射点と反対側に一旦集光されてから、
再び広がって、その後再度集光される結果、光ビームＡ
の集光面での集光位置は出射点と同じ側になる。光ビー
ムＣについても同様である。
【００３５】以上述べてきたことから、図３のような配
置で、２つのシリンドリカルレンズ５，６を光軸を中心
に回転することにより、複数の光ビームを、集光面上
で、シリンドリカルレンズ５，６の回転速度の２倍の回
転速度にて、回転させることが可能であることがわか
る。尚、シリンドリカルレンズの回転軸が、母線を含む
平面に完全に一致していない場合、前記平面の動きが、
自転成分だけでなく、公転成分を含むので、集光ビーム
の軌跡も円周運動からややずれるが、この場合でも、複
数のビーム列を各ビームの相対的位置関係は、概略一定
で、集光ビーム列全体が回転運動を行う。
【００３６】次に、図４に示すように、回転反射素子３
を２つのシリンドリカルレンズ５，６の後に置き、光ビ
ームの回転軸及び回転速度と同一回転軸及び同一回転速
度で回転させれば、各光ビームの集光点は、円筒面上で
平行な軌跡を描くことが、幾何学的考察からわかる。
尚、集光レンズ９は、図４のように回転反射素子３に入
射する前の光路中に配置してもよいし、図５のように回
転反射素子３からの出射後の光路中に配置して回転反射
素子３と一体にその回転軸回りを回転させてもよい。
【００３７】これにより、円筒１の円筒面上で複数の光
ビーム列を互いに平行に走査することが可能になる。回
転光学手段としては、反射鏡や直角プリズムのような光
を反射する手段（回転反射素子３）のみでなく、複数の
光ファイバーを束ねた光ファイバー束を用いてもよい。
【００３８】すなわち、図６に示すように、モータ４に
より回転する部材10に光ファイバー束11を保持させ、こ
の光ファイバー束11の一方の端面を集光点に配置し、他
方の端面を円筒１の円筒面に向けて配置し、ここから出
射する光ビームを集光レンズ12により円筒面に集束して
もよい。この場合、モータ４により、光ファイバー束11
と一体に集光レンズ12も回転させる。
【００３９】光ビーム回転手段としてのアナモフィック
光学系５，６を回転させるためのモータ７は、図１の例
では、筒状の部材を回転子31として用いて、この回転子
31と、これを囲む筒状の固定子32とにより構成し、回転
子31の中にアナモフィック光学系５，６を保持させてい
る。この場合、筒状の回転子31を保持するための軸受33
を、回転子31の外側に配置するため、軸受33の径が大き
くなって、構造的に難しくなる。
【００４０】そこで、図７及び図８、又は図９に示すよ
うな態様で、固定シャフト35と、この固定シャフト35の
回りを回転する回転子（以下アウターロータという）36
とを有する構造のモータ34を用いるとよい。図７及び図
８、又は図９の例は、いずれも、固定シャフト35に軸受
37を介してアウターロータ36を支承させ、固定シャフト
35側の電磁石38と、アウターロータ36側の永久磁石39と
により、アウターロータ36を回転させるようにしてあ
る。そして、アウターロータ36に筒状部材40を取付け、
この筒状部材40にアナモフィック光学系５，６を保持さ
せてある。
【００４１】そして、図７及び図８の例では、光ビーム
を、回転軸と直交する方向から、筒状部材40の周壁に設
けられたスリット状の開口41を通して、固定シャフト35
の先端に固定して設けた反射鏡42に45度の角度で入射
し、その反射光を回転軸と平行にアナモフィック光学系
５，６へ導くように配置してある。また、図９の例で
は、固定シャフト35の中心に軸方向に孔43を開け、光ビ
ームを、固定シャフト35の孔43を通して、アナモフィッ
ク光学系５，６へ導くように配置してある。
【００４２】このような固定シャフト35の外側でロータ
36が回る構造のモータ34は、比較的普及しているもので
あり、また、径の大きな軸受を用いる必要がなく、構造
的にも難しくないという利点がある。図７及び図８の例
の場合、開口41を全周にわたって形成することは不可能
で、光ビームが筒状部材40によって遮られることがあ
る。
【００４３】しかし、円筒内面走査方式の有効走査範囲
は、感光材料の出し入れ口や、走査機構の保持手段のた
め、全周 360度のうち、 270度程度かそれ以下に限定さ
れるのが普通である。有効範囲を 270度、無効範囲を90
度とすると、この有効範囲と無効範囲は、アナモフィッ
ク光学系５，６の回転角度では、 135度と45度に対応す
る。
【００４４】従って、アナモフィック光学系５，６を保
持する筒状部材40の円周上の２箇所に、45度よりやや小
さい範囲を残して、スリット状の開口41を形成すれば、
有効走査範囲を走査しているときに光ビームを遮らない
ようにすることができる。尚、開口41としては透明な部
材でもよい。その場合、筒状部材40の全円周を開口とす
ることもできる。但し、透明な部材の光学的均一性や、
部材による収差が問題とならない場合に限る。
【００４５】図９の例の場合は、固定シャフト35の中心
に孔43を開けることはやはり特注のモータを設計するこ
とになるが、光ビームが通るだけの孔43を開けるのみで
あり、モータ内の他の部品については変更をほとんど要
しないので、さほど高価にはならないと考えられる。
尚、必要な回転速度が低い場合には、モータにより、歯
車等の機械的回転伝達手段を介して駆動するようにして
もよい。
【００４６】アナモフィック光学系としては、ここでは
シリンドリカルレンズで説明したが、これに限らず、ア
ナモフィック光学系のパワーの違いにより、光ビームを
特定の面について概略面対称の位置に移動させる効果を
持つものであればよい。また、２個のアナモフィック光
学系が、同一の焦点距離を持つものである方が、複数の
光ビームの出射側での回転の同軸性がよいが、要求され
る精度により、必ずしも焦点距離が等しい必要はない。
【００４７】また、図３では、複数の光ビームの出射点
が回転軸を含む平面に一列に並んでいる例を示したが、
これには限られるものではない。また、図３では、２つ
のシリンドリカルレンズ５，６を光ビームがほぼコリメ
ートされた位置に配置したが、アナモフィック光学系に
よる光ビーム回転機能は、これに限定されず、図10又は
図11に示すような配置でも、実現できる。
【００４８】図10は、両端を凸の円柱面13ａ，13ｂとし
た１個のシリンドリカルレンズ13を用いた例であり、実
質的には２個のアナモフィック系を有する。図11は、両
端を凹の円柱面14ａ，14ｂとした１個のシリンドリカル
レンズ14を用いた例であり、実質的には２個のアナモフ
ィック光学系を有する。次に、光ビーム回転手段とし
て、１個のアナモフィック光学系と、該アナモフィック
光学系を２回通過させるように光ビームを反射する反射
面とを組合わせたものを用いた例を、図12により説明す
る。
【００４９】これは、２個の同一のアナモフィック光学
系を組合わせた場合と、光学的には同一である。長所と
して、モータで直接回転させる場合でも、必ずしも中空
のモータを要しないという点が挙げられる。具体的に
は、図12に示すように、コリメータレンズ８を経た光ビ
ームをビームスプリッタ15により一部反射させてアナモ
フィック光学系（シリンドリカルレンズ）16に入射し、
その出射光を反射面（反射鏡）17により反射させて再び
アナモフィック光学系16に入射し、その出射光をビーム
スプリッタ15により一部透過させ、その透過光を集光レ
ンズ９により集光しつつ回転反射素子３により円筒面に
導くものである。この場合も、アナモフィック光学系16
を回転反射素子３の回転速度の１／２の速度で回転させ
る。回転機構の例を図13に示してある。
【００５０】このようにアナモフィック光学系と反射面
とを用いる場合、アナモフィック光学系への入射ビーム
と、反射後の出射ビームとが近接するので、図12に示し
たようにビームスプリッタ15を用いる方法が適してい
る。ビームスプリッタ15を用いると、50％反射、50％透
過のビームスプリッタの場合、集光ビームが最大でも入
射ビームの25％の出力に低下するが、感光材料の感度が
充分高ければ、又は光源の出力が充分であれば、問題は
ない。
【００５１】しかし、図14及び図15に示すように、回転
中心を入射ビーム列からやや離し、反射後の出射ビーム
が描く円（図示ＣＬ）の直径を、ビームの太さより充分
大きくできれば、ビームスプリッタは必ずしも必要では
なく、通常の小型の反射鏡18を設ければ足りる。つま
り、反射後の出射ビームが入射ビームに近接するのは、
円周上の一部の領域となり、従ってビームスプリッタの
代わりに通常の反射鏡18を使うとしても、出射ビームが
反射鏡18によって遮られる区間は、一部の領域のみとな
り、実用上支障ない。円筒内面走査の場合、円周の一部
の領域は、感光材料の出し入れやその他の機構上の制約
から、記録には使わない領域になるのが普通であるの
で、その非記録領域を前記の遮られる領域と一致するよ
うにすればよいからである。
【００５２】アナモフィック光学系16と組合わせる反射
面17は、反射鏡を固定のまま用いてもよいし（図13参
照）、アナモフィック光学系16と共に回転させてもよ
い。固定の場合は、中空モータや、固定シャフトでアウ
ターロータのモータといったやや特殊なモータが必要に
なるが、反射鏡が固定され、回転による反射鏡の面ブレ
がないので、良好な走査を得易いという長所がある。
【００５３】共に回転させる場合は、モータを含む取付
機構を単純にできる。すなわち、中空モータや、固定シ
ャフトでアウターロータのモータが不要になる。また、
図16に示すように、アナモフィック光学系16と反射面17
とを一体にした光学系19を用いることもできる。また、
図17に示すように、アナモフィック光学系16と組合わせ
る反射面として、コーナーキューブ20を用いてもよい。
【００５４】コーナーキューブ20は、３つの互いに直角
な平面からなるもので、直角プリズムとは異なり、回転
しても、反射ビームは回転しない。また、コーナーキュ
ーブ20は、良く知られているように、それ自体が傾いて
も、反射ビームの方向は常に入射ビームと平行になる。
従って、アナモフィック光学系16と共に回転させても良
好な走査を得易い。
【００５５】また、コーナーキューブ20を用いると、次
のような長所がある。すなわち、アナモフィック光学系
16の焦点面で、光ビームの断面は極めて細い線状にな
る。そこに通常の反射鏡を配置すると、反射鏡の汚れや
傷が光ビームに大きな影響を及ぼすが、コーナーキュー
ブ20を用いれば、光ビームが線状に集束するのは、大部
分がコーナーキューブ20の内部の媒質中であり、汚れや
傷の恐れが少ないので、光ビームに悪影響を及ぼすこと
がない。
【００５６】コーナーキューブ20の代わりに、３つの平
面反射鏡を用いることも有効で、この場合には、線状に
集束するのは、大部分が空間中となり、やはり汚れや傷
の恐れが少ないので、光ビームに悪影響を及ぼすことが
少ない。次に、光ビーム回転手段の光学的構成体とし
て、互いに直角に組合わされた１組の反射面を有するも
のを用いた例を、図18により説明する。
【００５７】ここでは、直角プリズム21を用い、１組の
反射面が、直角プリズム21の直角を挟む２つの面21ａ，
21ｂである場合を例にとる。具体的には、図18に示すよ
うに、コリメータレンズ（図示省略）を経た光ビームを
ビームスプリッタ15により一部反射させて直角プリズム
21に導き、直角プリズム21で反射させて、その反射光を
ビームスプリッタ15により一部透過させ、その透過光を
集光レンズ（図示省略）により集光しつつ回転反射素子
３により円筒面に導くものである。
【００５８】この場合、直角プリズム21の、直角を挟む
２つの面21ａ，21ｂに対し通常45度をなす面21ｃを入射
ビームに対し垂直に保持し、入射ビームにほぼ平行な直
線を回転軸として、直角プリズム21を回転反射素子３の
回転速度の１／２の速度で回転させる。すると、直角を
挟む２つの面21ａ，21ｂで順次反射して出射するビーム
は、直角の稜線を含み入射ビームに平行な面に関し、入
射ビームとほぼ面対称の位置にくる。
【００５９】従って、直角プリズム21の回転軸が、前記
稜線を含み入射ビームに平行な面に一致している場合、
反射ビームの軌跡は円を描き、直角プリズム21の１回転
に対し反射ビームの軌跡は２回転する。従って、図12の
例と同様の光ビーム回転機能を持つ。一方、図12の例と
は異なり、反射面とアナモフィック光学系の焦点を合わ
せるという微妙な調整が不要である。
【００６０】従って、回転反射素子３を光ビームの回転
軸及び回転速度と同一回転軸及び同一回転速度で回転さ
せれば、各光ビームは、円筒面上で平行な軌跡を描くこ
とが幾何学的考察からわかる。これにより、円筒面上で
複数の光ビーム列を互いに平行に走査することが可能に
なる。また、直角プリズム21の代わりに、図19に示すよ
うな互いに直角な１組の反射面22ａ，22ｂを有する光学
系22を用いてもよい。
【００６１】次に、光ビーム回転手段の光学的構成体と
して、光ビームを屈折する手段と、該手段を通った光ビ
ームの光路の延長上に配置されて、一方が回転軸に直
角、他方が回転軸に平行で、互いに直角な１組の反射面
とからなるものの例を、図20により説明する。ここで
は、台形プリズムを半分にした半台形プリズム23を用い
た場合を例にとる。
【００６２】具体的には、図20に示すように、コリメー
タレンズ（図示省略）を経た光ビームをビームスプリッ
タ15により一部反射させて半台形プリズム23に導き、半
台形プリズム23で屈折及び反射させて、その光をビーム
スプリッタ15により一部透過させ、その透過光を集光レ
ンズ（図示省略）により集光しつつ回転反射素子３によ
り円筒面に導くものである。
【００６３】この場合、半台形プリズム23の互いに直角
な面23ａ，23ｂのうち、台形の底辺に相当する面23ａを
入射ビームに対し平行に、半分にした辺に相当する面23
ｂを入射ビームに直角に保持し、入射ビームにほぼ平行
な直線を回転軸として、半台形プリズム23を回転反射素
子３の回転速度の１／２の速度で回転させる。そして、
入射ビームを斜面23ｃで屈折して、互いに直角な面23
ａ，23ｂのうち、いずれか一方で反射させ、次に他方で
反射させた後、斜面23ｃで再び屈折して出射させる。
【００６４】この場合も、同図から明らかなように、こ
の半台形プリズム23を例えば90度回転させれば、光ビー
ムが 180度回転し、光ビーム回転機能を持つ。そして、
このとき、回転反射素子３は 180度回転するので、円筒
面上で平行なビーム列を形成することができる。
【００６５】
【００６６】
【００６７】回転反射素子３等の回転光学手段と、アナ
モフィック系５，６等の光ビーム回転手段とを、所定の
回転速度比で回転させる手段としては、良く知られてい
るＰＬＬ制御で、複数のモータを回転させてもよい。複
数の同期モータを用いて実現することも可能である。ま
た、単一のモータで、歯車、チェーン、ベルト等のよう
な機械的手段を用いて、所定の関係の回転速度を得るこ
とも可能である。
【００６８】また、円筒面上に複数のビームを集束し
て、集束ビーム列を形成した場合、ビーム列は、主走査
方向すなわちビームの動く方向に直角か、または所定の
傾きで、一定の角度に保たれることが必要である。その
角度によって、主走査線の間隔が決まってくる。角度を
可変とするか、固定とするかは、本走査装置が使われる
目的によって決められるが、ビーム列を所定の角度に設
定するためには、回転反射素子と光ビーム回転手段との
回転の位相関係が所定の値に保たれることが必要であ
る。
【００６９】円筒面上で、ビーム列が主走査方向線に直
角な方向に対して傾いている場合は、記録信号を各列毎
に主走査方向のずれ量に応じてタイミングをずらして与
えることで、画像が形成される。回転反射素子と光ビー
ム回転手段との回転の位相関係を所定の値に設定する方
法の例を、以下に説明する。
【００７０】図21には、回転反射素子３とアナモフィッ
ク光学系５，６とを、単一のモータ４から歯車51〜54に
より同期して回転させる場合の実施例を示す。この場
合、必要に応じてクラッチ機構55等の手段で両者の回転
の位相関係を可変とする。図22には、両者の回転を、別
々の同期モータ４，７で制御する場合の実施例の機能ブ
ロック図を示す。
【００７１】この実施例では、それぞれの同期モータ
４，７が起動して所定の回転速度に達したときに、それ
ぞれの位相検知回路61，62により、位相を検知し、必要
な場合、分周回路63を通したうえ、その位相差を位相差
検出回路64により検出し、基準位相差設定回路65により
設定された基準位相差と、位相差比較回路66により比較
し、位相シフト回路67により、基準信号発生器68により
増幅器69，70を介して両同期モータ４，７に基準信号を
加える際の一方の同期モータに加える基準信号の位相を
シフトして、両同期モータ４，７の位相を調整する。ま
た、表示回路71により位相差を表示すると共に、基準位
相差設定回路65により基準位相差の設定を変えることに
より位相差を可変とする。
【００７２】また、図３及び図４で３本の光ビームＡ，
Ｂ，Ｃが発する点の並んでいる向きを、光ビームの進行
方向を回転軸として回転することにより、円筒面上に集
光された光ビームの並ぶ向きを変えることができる。そ
れによって円筒面上で主走査方向に直角な方向の間隔を
可変とすることが可能である。この場合には、回転反射
素子と光ビーム回転手段との回転の位相は固定のまま
で、光ビームによる主走査の走査線間隔を変えることが
可能である。
【００７３】光ビームＡ，Ｂ，Ｃが発する点の並んでい
る向きを変える手段として機械的あるいは光学的な種々
の手段が考えられるが、複数のビームを得る手段に応じ
てふさわしい方法を選択すればよい。また、回転光学手
段として、回転反射素子３の代わりに、図６に示したよ
うな光ファイバー束11を用いてもよいことは既に述べ
た。
【００７４】光ファイバー束11を用いる場合には、円筒
面での複数の光ビームが並ぶ角度は、光ファイバー束11
の出射側の端面の並ぶ方向と集光手段とによって決ま
る。回転反射素子３を用いる場合と異なり、回転光学手
段と光ビーム回転手段の位相関係によって円筒面での光
ビームの並ぶ方向を可変とはできない。光ファイバー束
11の出射側の端面の配列は、端面の像が集光レンズ12に
よって円筒面上に投影されたときに、光ビーム記録に適
した配列であればよい。
【００７５】配列の例を、図23に示す。主走査に直角な
方向に関して、ほぼ等間隔であることが必要である。主
走査方向に関しては、等間隔である必要はないが、図23
の(a) に示すように等間隔であれば、各ビームに与える
画像信号のタイミング差を一定にできる。多数の光ファ
イバーを用いる場合には、集光レンズ12の必要な視野が
大きくならないように、図23の(b) に示すような配列に
してもよい。
【００７６】光ファイバー束11の出射側の端面の並ぶ角
度を調整することで円筒面での光ビームが並ぶ角度を調
整できることは自明である。光ファイバー束11を使う場
合には、光ファイバーの出射側端面やレンズ等を、円筒
面に近く配置することで、円筒面上での光ビーム径を小
さくしやすい。その場合、回転光学手段の慣性モーメン
トが大きくなり、回転数を上げにくいという不利はある
が、円筒面上での光ビーム径を小さくできることで、高
画質を得やすいという利点がある。
【００７７】尚、上記各実施例において、多重ビーム走
査の各ビームは単色であってもよいし、互いに異なる波
長を有するビームにも適用できる。異なる波長を用いる
場合、同時に異なる波長で各波長毎に単数又は複数の光
ビームを用いることも可能である。また１つの波長で複
数のビームを用いて記録してから、他の波長で複数のビ
ームで記録することも可能である。
【００７８】異なる波長を用いた光ビーム走査装置は、
カラーフィルムやカラー印画紙等、カラー感光材料にレ
ーザ等の光源で記録する場合に好適である。さらに本発
明の持つ別の効果について述べる。光ビームを走査して
画像記録を行う場合、光ビームは主走査の方向に高速で
動き、一方、１つの画素を記録するための露光時間は有
限の長さを持つ。従って、記録面に光ビームを集束した
ビーム形状は、主走査の方向に小さく、それに直角な方
向に大きい形状である方が、記録される画素の形状が、
縦横のサイズが同じになり易いので、好ましい。従来の
円筒内面走査方式では、今までの説明から明らかなよう
に、単一の集束ビーム自身も回転しながら円筒面上を走
査されることがわかる。従って、従来の円筒内面走査方
式では、前記のような縦横比の異なる集束ビーム形状を
用いることが難しい。
【００７９】本発明によれば、円筒面上で、集束ビーム
が回転しながら走査されるようなことはなく、主走査線
の方向に対し一定の縦横比が保たれる。また、本発明
は、その原理上、円筒面の全周にわたって多重ビーム走
査を可能とする効果を有するものであるが、円筒面の一
部を走査する場合においても、走査線の湾曲を防ぐとい
う効果を持つものであることは、今までの説明から明ら
かである。
【００８０】
【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、光ビーム回転手段によって、回転
光学手段に入射する複数の光ビームに所定の回転を与え
ることにより、回転光学手段から出射される複数の光ビ
ームが交差することがなくなって、円筒内面走査におい
て、円筒面上でほぼ平行な光ビーム列を形成するように
なる。これにより、多重ビーム走査が可能となって、高
速度の記録が可能となる。
【００８１】よって、画質、記録サイズ及び記録速度の
３項目において良好な光ビーム走査を実現可能である。
また、入射及び出射する複数の光ビームが光軸近傍に配
置されるので、収差の少ない光軸近傍の光束を用いるこ
とができると共に、光学系全体の有効径を小さくするこ
とができる。これにより、複数の光ビームを用いるにも
かかわらず、高精度な光ビーム走査を行うことができる
と共に、コンパクトな光ビーム走査装置を実現すること
ができる。
【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】 アナモフィック光学系の作用を示す図
【図３】 コリメータレンズ及び集光レンズを組合わせ
た場合の作用を示す図
【図４】 回転反射素子を組合わせた場合の作用を示す
図
【図５】 集光レンズの位置を変えた場合の作用を示す
図
【図６】 回転光学手段として光ファイバー束を用いた
実施例を示す図
【図７】 光ビーム回転手段用のモータの他の構成例を
示す図
【図８】 図７のＸ−Ｘ矢視図
【図９】 光ビーム回転手段用のモータの他の構成例を
示す図
【図１０】 アナモフィック光学系の他の例を示す図
【図１１】 アナモフィック光学系の他の例を示す図
【図１２】 アナモフィック光学系と反射面とを組合わ
せた実施例を示す図
【図１３】 図12の場合の光ビーム回転手段用のモータ
の構成例を示す図
【図１４】 アナモフィック光学系と反射面とを組合わ
せた実施例の他の使用形態示す図
【図１５】 図14のＸ−Ｘ矢視図
【図１６】 アナモフィック光学系と反射面との組合わ
せの他の例を示す図
【図１７】 アナモフィック光学系と反射面との組合わ
せの他の例を示す図
【図１８】 光ビーム回転手段として直角プリズムを用
いた実施例を示す図
【図１９】 図18の直角プリズムの代わりに使用可能な
光学系を示す図
【図２０】 光ビーム回転手段として半台形プリズムを
用いた実施例を示す図
【図２１】 単一のモータで同期して回転させる構造例
を示す図
【図２２】 別々のモータで同期して回転させる回路例
を示す図
【図２３】 光ファイバー束を用いる場合の出射側端面
の配列の例を示す図
【図２４】 従来の円筒内面走査方式の光ビーム走査装
置の概略図
【図２５】 従来の問題点を示す平行ビームの場合の図
【図２６】 従来の問題点を示す傾斜ビームの場合の図
【図２７】 従来においてビームが交差する様子を示す
斜視図
【図２８】 図27の展開図
【符号の説明】
１ 円筒 ２ 光ビーム発生装置 ３ 回転反射素子（直角プリズム） ４ モータ ５，６ アナモフィック光学系（シリンドリカルレン
ズ） ７ モータ ８ コリメータレンズ ９ 集光レンズ 10 回転部材 11 光ファイバー束 12 集光レンズ 15 ビームスプリッタ 16 アナモフィック光学系（シリンドリカルレンズ） 17 反射面（反射鏡） 21 直角プリズム 23 半台形プリズム 34 モータ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10 G03F 7/20

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸上で回転し、該回転軸にほぼ平行に
    入射する複数の光ビームを該回転軸に概略直角な方向に
    導く回転光学手段を備え、円筒の内部で複数の光ビーム
    を周方向に回転させて円筒面を走査する光ビーム走査装
    置において、 前記回転光学手段の光ビーム入射側に、前記回転軸とほ
    ぼ一致する直線を回転軸として回転する１個のアナモフ
    ィック光学系と、前記複数の光ビームの一部を反射させ
    ると共に一部を透過させる一方の反射面と、前記複数の
    光ビームを反射させる他方の反射面とを有する光ビーム
    回転手段を設け、 前記複数の光ビームを、前記一方の反射面で一部反射し
    て前記アナモフィック光学系を通過させた後、前記他方
    の反射面で反射して再び前記アナモフィック光学系を通
    過させ、さらに、前記一方の反射面で一部透過して前記
    回転光学手段に入射させることで、 前記回転光学手段に
    入射する複数の光ビームを、前記直線を回転軸として、
    前記回転光学手段と同一の回転速度で回転させることを
    特徴とする光ビーム走査装置。
  2. 【請求項２】回転軸上で回転し、該回転軸にほぼ平行に
    入射する複数の光ビームを該回転軸に概略直角な方向に
    導く回転光学手段を備え、円筒の内部で複数の光ビーム
    を周方向に回転させて円筒面を走査する光ビーム走査装
    置において、 前記回転光学手段の光ビーム入射側に、前記複数の光ビ
    ームの一部を透過させると共に一部を反射させる反射面
    と、互いに直角に組合わされた１組の反射面からなり、
    前記回転軸とほぼ一致する直線を回転軸として回転する
    光学的構成体とを有する光ビーム回転手段を設け、 前記複数の光ビームを、前記反射面で一部反射した後、
    前記光学的構成体の１組の反射面で順次反射し、さら
    に、前記反射面で一部透過して前記回転光学手段に入射
    させることで、前記回転光学手段に入射する複数の光ビ
    ームを、前記直線を回転軸として、前記回転光学手段と
    同一の回転速度で回転させることを特徴とする 光ビーム
    走査装置。
  3. 【請求項３】回転軸上で回転し、該回転軸にほぼ平行に
    入射する複数の光ビームを該回転軸に概略直角な方向に
    導く回転光学手段を備え、円筒の内部で複数の光ビーム
    を周方向に回転させて円筒面を走査する光ビーム走査装
    置において、 前記回転光学手段の光ビーム入射側に、光ビームを屈折
    する手段と、該屈折手段を通った光ビームの光路の延長
    上に配置されて、一方が前記回転軸とほぼ一致する直線
    に直角、他方が前記直線に平行で、互いに直角な１組の
    反射面とからなり、前記直線を回転軸として回転する光
    学的構成体を有する光ビーム回転手段を設け、 前記複数の光ビームを、前記屈折手段で屈折した後、前
    記１組の反射面で順次反射して前記回転光学手段に入射
    させることで、前記回転光学手段に入射する複数の光ビ
    ームを、前記直線を回転軸として、前記回転光学手段と
    同一の回転速度で回転させることを特徴とする光ビーム
    走査装置。
  4. 【請求項４】前記回転光学手段が、回転軸にほぼ平行に
    入射する複数の光ビームを概略直角な方向に反射する回
    転反射素子からなることを特徴とする請求項１〜請求項
    ３のいずれか１つに記載の光ビーム走査装置。
  5. 【請求項５】前記回転光学手段が、回転軸上で回転する
    部材と、該部材上に保持された光ファイバー束とからな
    り、該ファイバー束の一方の端面が回転軸の近傍に該回
    転軸に対しほぼ直角に配置され、他方の端面が回転の半
    径方向に対しほぼ直角に配置されていることを特徴とす
    る請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の光ビーム
    走査装置。
  6. 【請求項６】円筒面上に感光材料を固定して、円筒の軸
    方向に関して円筒面と回転光学手段とを相対的に移動さ
    せることによって画像を記録する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。
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