JPS6048732B2 - 自己増幅偏向走査光学系 - Google Patents
自己増幅偏向走査光学系Info
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- JPS6048732B2 JPS6048732B2 JP52011278A JP1127877A JPS6048732B2 JP S6048732 B2 JPS6048732 B2 JP S6048732B2 JP 52011278 A JP52011278 A JP 52011278A JP 1127877 A JP1127877 A JP 1127877A JP S6048732 B2 JPS6048732 B2 JP S6048732B2
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- optical system
- lens
- scanning
- transmission optical
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
- G02B26/129—Systems in which the scanning light beam is repeatedly reflected from the polygonal mirror
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガルバノミラー或いは回転多面体の如き走査器
を用いてビーム偏向を行う場合、単一の走査器自身で偏
向角を増大させ高速走査を可能にならしめ自己増幅偏向
走査光学系に関するものである。
を用いてビーム偏向を行う場合、単一の走査器自身で偏
向角を増大させ高速走査を可能にならしめ自己増幅偏向
走査光学系に関するものである。
走査光学系に於いて、走査角度を大きく取る為に複数の
走査器を直列的に配置する方法かある。
走査器を直列的に配置する方法かある。
しかし、この方法ては独立した複数の走査器を用いる為
に、各走査器の間の回転同期を合わせる問題、回転軸の
倒れ変動を考慮する問題等か生し煩雑となる。従つて上
記問題を解決する為に単一の走査器でビームを複数回偏
向せしめ、走査の偏向角を大きくする方法が提唱されて
いる。この方法としてはUSp377l85O等が知ら
れている。しかし、これ等の方法は、偏向角を増大する
手段としJての伝達光学系を通過する前のビームと通過
した後のビームが走査器の同一面で反射される構成を取
つている為、偏向前のビームと走査する角度を増幅した
偏向後のビームの各光路が重複し易く、この重複を避て
ようとすれは走査する角度を大き丁くすることができな
いという欠点を有している。又、この重複を避ける為に
、走査器の走査面と角度を有するビームを入射させ、走
査器の回転軸方向に偏向前のビームと偏向後のビームを
分離しようとすると、偏向後のビームの走査線はコニカ
ルな形状となる。なお走査器の走査面とは、走査器の反
射面の法線が走査器の回転に伴つて形成する面のことで
ある。本発明の目的は、或る一つの走査器の異なる複数
の反射面にビームを入射させることにより走査角の増幅
を計る走査光学系に於いて、広い走査角が得られる様な
走査光学系を提供することにある。
に、各走査器の間の回転同期を合わせる問題、回転軸の
倒れ変動を考慮する問題等か生し煩雑となる。従つて上
記問題を解決する為に単一の走査器でビームを複数回偏
向せしめ、走査の偏向角を大きくする方法が提唱されて
いる。この方法としてはUSp377l85O等が知ら
れている。しかし、これ等の方法は、偏向角を増大する
手段としJての伝達光学系を通過する前のビームと通過
した後のビームが走査器の同一面で反射される構成を取
つている為、偏向前のビームと走査する角度を増幅した
偏向後のビームの各光路が重複し易く、この重複を避て
ようとすれは走査する角度を大き丁くすることができな
いという欠点を有している。又、この重複を避ける為に
、走査器の走査面と角度を有するビームを入射させ、走
査器の回転軸方向に偏向前のビームと偏向後のビームを
分離しようとすると、偏向後のビームの走査線はコニカ
ルな形状となる。なお走査器の走査面とは、走査器の反
射面の法線が走査器の回転に伴つて形成する面のことで
ある。本発明の目的は、或る一つの走査器の異なる複数
の反射面にビームを入射させることにより走査角の増幅
を計る走査光学系に於いて、広い走査角が得られる様な
走査光学系を提供することにある。
本発明に於いては、少なくとも二面以上の反射面を有す
る走査器とアフオーカルな伝達光学系を有し、該、走査
器の第1反射面で反射されたビームは前記伝達光学系を
介して再度該走査器の第2反射面に入射する様に走査器
とアフオーカルな伝達光学系は配置されており、前記走
査器の第1反射面と第2反射面は異なる反射面である。
る走査器とアフオーカルな伝達光学系を有し、該、走査
器の第1反射面で反射されたビームは前記伝達光学系を
介して再度該走査器の第2反射面に入射する様に走査器
とアフオーカルな伝達光学系は配置されており、前記走
査器の第1反射面と第2反射面は異なる反射面である。
更に前記伝達光学系から前記第2反射面に入射するビー
ムは、走査器の回転に伴つて、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動する様に伝達光学系はセッティングされて
いる。従つて本発明に係る走査光学系に於いては、走査
角を増幅される前のビームと走査角を増幅された後での
ビームが走査器の同一走査面内に存しても、走査される
領域が全く異なる為に走査角が増大しても光路が重複す
る様な不都合は生じないのである。
ムは、走査器の回転に伴つて、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動する様に伝達光学系はセッティングされて
いる。従つて本発明に係る走査光学系に於いては、走査
角を増幅される前のビームと走査角を増幅された後での
ビームが走査器の同一走査面内に存しても、走査される
領域が全く異なる為に走査角が増大しても光路が重複す
る様な不都合は生じないのである。
以下、本発明の実施例を参照しながら本発明を詳述する
。第1図は本発明に係る走査光学系の一実施例を示す平
面概略図てあり、第1図を用いて偏向角増幅の原理を説
明する。
。第1図は本発明に係る走査光学系の一実施例を示す平
面概略図てあり、第1図を用いて偏向角増幅の原理を説
明する。
第1図に於いて、1は両面.を反射面にしたガルバノミ
ラーの如き走査器であり、2,4,6及び8はレンズ、
3,5及び7は反射ミラーを示している。走査器1に入
射するビームちは、その反射面M1で偏向されビーム1
1となりレンズ2に入射する。レンズ2の前側焦点の位
!置はビームレが反射面M,て反射される位置の近傍に
あるので、レンズ2を通過したビームは平行ビーム12
となる。更にビーム12は反射ミラー3により偏向され
てビームI。となり、その前側焦点の位置がレンズ2の
後側焦点の位置と一致する様に設置けられたレンズ4に
入射する。レンズ4で屈折されたビームレは反射ミラー
5で反射されビーム15となつた後、その前側焦点の位
置がレンズ4の後側焦点の位置に合致する様に設けられ
たレンズ6に入射し平行ビーム16となる。ビームレは
反射ミラー7で反射されビーム17となり、その前側の
焦点位置がレンズ6の後側焦点位置に合致し、かつその
後側焦点の位置が走査器1の反射面M2の近傍にある様
なレンズ8で屈折されビーム18となる。ビームレは走
査器1の反射面M。で反射されビームI。となり後述す
る焦光レンズ33(不図示)へ指向する。各レンズ2,
4,6,8の光軸gは反射ミラー3,5,7を介して一
致している。走フ査器1が回転基準位置に在る場合を実
線で、回転基準位置からψだけ回転した状態を破線で示
している。走査器1が回転基準位置に在る場合、反射面
M,で偏向されるビームI。は伝達光学系2,3,4,
5,6,7,8の光軸g上を通過する。走査;器1が回
転基準位置からψだけ回転した場合、ビームI,は角度
2ψだけ偏向される。そしてこの偏向角2ψは伝達光学
系の特性により最終的にはφだけ偏向されたビーム18
となり走査器1の反射面゛に入射する。この偏向角2ψ
とψとの関係はJ伝達光学系の構成を変化させることに
より自由に調節することが可能であり、ビームI,は走
査器1の回転に伴つて該走査器1の回転方向とは逆の方
向に移動する。従つて走査器1の反射面M。て反射され
るビーム19の偏向角はビームI,が光軸と成す角2φ
よりψだけ多く、このψに相当する量だけ走査角が増幅
されたことになる。即ちレンズ8による屈折光18が光
軸gとなす角φが走査器1の回転に従つてその回転方向
と逆方向に増えるならば反射面M2による反射ビーム1
9が光軸gとなす角θは、反射面M,による反射ビーム
I,が光軸gとなす角2ψより必ず大きい。その増加量
φは上述した如く伝達光学系の設定即ち伝達光学系内に
配されたレンズの各焦点距離を定めることにより決定で
きる。つまり、第1図に於いて、レンズ2の焦点距離F
。がレンズ4の焦点距離F。に比して大きい程、レンズ
4を通過した後のビームI。と光軸gの成す角は大きく
なり、更にレンズ6の焦点距離F6がレンズ8の焦点距
離F8に比して大きい程、レンズ8により屈折したビー
ムレが光軸gと成す角φは大きくなる。従つて反射面M
。により偏向されたビームレが光軸となす角θは、伝達
光学系を使用しない場合の偏向角に対して任意の量に増
幅することが可能である。第2図、第3図及び第4図は
、本発明に係る走査光学系の他の実施例を示すもので、
第2図と第3図は伝達光学系内のレンズを2群にした場
合、第4図はレンズを4群にした場合が示されている。
ラーの如き走査器であり、2,4,6及び8はレンズ、
3,5及び7は反射ミラーを示している。走査器1に入
射するビームちは、その反射面M1で偏向されビーム1
1となりレンズ2に入射する。レンズ2の前側焦点の位
!置はビームレが反射面M,て反射される位置の近傍に
あるので、レンズ2を通過したビームは平行ビーム12
となる。更にビーム12は反射ミラー3により偏向され
てビームI。となり、その前側焦点の位置がレンズ2の
後側焦点の位置と一致する様に設置けられたレンズ4に
入射する。レンズ4で屈折されたビームレは反射ミラー
5で反射されビーム15となつた後、その前側焦点の位
置がレンズ4の後側焦点の位置に合致する様に設けられ
たレンズ6に入射し平行ビーム16となる。ビームレは
反射ミラー7で反射されビーム17となり、その前側の
焦点位置がレンズ6の後側焦点位置に合致し、かつその
後側焦点の位置が走査器1の反射面M2の近傍にある様
なレンズ8で屈折されビーム18となる。ビームレは走
査器1の反射面M。で反射されビームI。となり後述す
る焦光レンズ33(不図示)へ指向する。各レンズ2,
4,6,8の光軸gは反射ミラー3,5,7を介して一
致している。走フ査器1が回転基準位置に在る場合を実
線で、回転基準位置からψだけ回転した状態を破線で示
している。走査器1が回転基準位置に在る場合、反射面
M,で偏向されるビームI。は伝達光学系2,3,4,
5,6,7,8の光軸g上を通過する。走査;器1が回
転基準位置からψだけ回転した場合、ビームI,は角度
2ψだけ偏向される。そしてこの偏向角2ψは伝達光学
系の特性により最終的にはφだけ偏向されたビーム18
となり走査器1の反射面゛に入射する。この偏向角2ψ
とψとの関係はJ伝達光学系の構成を変化させることに
より自由に調節することが可能であり、ビームI,は走
査器1の回転に伴つて該走査器1の回転方向とは逆の方
向に移動する。従つて走査器1の反射面M。て反射され
るビーム19の偏向角はビームI,が光軸と成す角2φ
よりψだけ多く、このψに相当する量だけ走査角が増幅
されたことになる。即ちレンズ8による屈折光18が光
軸gとなす角φが走査器1の回転に従つてその回転方向
と逆方向に増えるならば反射面M2による反射ビーム1
9が光軸gとなす角θは、反射面M,による反射ビーム
I,が光軸gとなす角2ψより必ず大きい。その増加量
φは上述した如く伝達光学系の設定即ち伝達光学系内に
配されたレンズの各焦点距離を定めることにより決定で
きる。つまり、第1図に於いて、レンズ2の焦点距離F
。がレンズ4の焦点距離F。に比して大きい程、レンズ
4を通過した後のビームI。と光軸gの成す角は大きく
なり、更にレンズ6の焦点距離F6がレンズ8の焦点距
離F8に比して大きい程、レンズ8により屈折したビー
ムレが光軸gと成す角φは大きくなる。従つて反射面M
。により偏向されたビームレが光軸となす角θは、伝達
光学系を使用しない場合の偏向角に対して任意の量に増
幅することが可能である。第2図、第3図及び第4図は
、本発明に係る走査光学系の他の実施例を示すもので、
第2図と第3図は伝達光学系内のレンズを2群にした場
合、第4図はレンズを4群にした場合が示されている。
いずれの実施例に於いても走査系に配された各レンズ群
の光軸は一致する共軸光学系であり、.実線で示された
走査器の位置が基準走査位置であり、破線て示された位
置は基準位置より角度ψだけ回転した状態てある。そし
て走査器が基準走査位置にある場合は、伝達光学系を通
過するビームはその光軸上を進む。第2図に示す走査器
1は第1図に示した走査器と同様、その両面が反射面で
ある様なガルバノミラーである。
の光軸は一致する共軸光学系であり、.実線で示された
走査器の位置が基準走査位置であり、破線て示された位
置は基準位置より角度ψだけ回転した状態てある。そし
て走査器が基準走査位置にある場合は、伝達光学系を通
過するビームはその光軸上を進む。第2図に示す走査器
1は第1図に示した走査器と同様、その両面が反射面で
ある様なガルバノミラーである。
そして2群のレンズ12,16と4枚の反射ミラー13
,14,15,1?て伝達光学系を形成している。レン
ズ12の前側焦点の位置及びレンズ16の後側焦点の位
置は走査器11の反射面M,,M。の近傍にあり、更に
レンズ12の後側焦点の位置とレンズ16の前側焦点の
位置が合致する様にレンズが配されている。走査器11
が基準走査位置から角度ψだけ回転すると、入射ビーム
I,Oは反射面M,で光軸gから2ψだけ偏向され、レ
ンズ12で平行なビームI,2となり反射ミラー13,
14,15を介した後にレンズ16で屈折され、反射ミ
ラー17で反射された後、光軸gと角度ψを成すビーム
I,,となり走査器11の反射面゛に入射する。ビーム
I,,は走査器の回転に伴い、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動するものてある。走査器11により最終的
に偏向されるビームI,。の偏向角(走査角)θは、θ
=ψ+2ψてあり偏向角は増幅される。第3図に示す走
査系に使用されている走査器21は第1図て示す走査器
1と同じ走査器てある。
,14,15,1?て伝達光学系を形成している。レン
ズ12の前側焦点の位置及びレンズ16の後側焦点の位
置は走査器11の反射面M,,M。の近傍にあり、更に
レンズ12の後側焦点の位置とレンズ16の前側焦点の
位置が合致する様にレンズが配されている。走査器11
が基準走査位置から角度ψだけ回転すると、入射ビーム
I,Oは反射面M,で光軸gから2ψだけ偏向され、レ
ンズ12で平行なビームI,2となり反射ミラー13,
14,15を介した後にレンズ16で屈折され、反射ミ
ラー17で反射された後、光軸gと角度ψを成すビーム
I,,となり走査器11の反射面゛に入射する。ビーム
I,,は走査器の回転に伴い、走査器の回転方向とは逆
の方向に移動するものてある。走査器11により最終的
に偏向されるビームI,。の偏向角(走査角)θは、θ
=ψ+2ψてあり偏向角は増幅される。第3図に示す走
査系に使用されている走査器21は第1図て示す走査器
1と同じ走査器てある。
そして2群のレンズ22,25及び2枚の反射ミラー2
3,24により伝達光学系を形成している。レンズ22
の前側焦点の位置とレンズ25の後側焦点の位置は走査
器21の反射面M,,M2近傍にあり、又、レンズ22
の後側焦点の位置とレンズ25の前側焦点の位置は合致
している。走査器21が回転すれば、伝達光学系から走
査器21に再入射するビームImは、走査器21の回転
方 (向とは逆方向に移動するので、上述した走査系と
同様に、最終的に走査器21で偏向されるビーム12,
は偏向角の増幅されたビームとなる。上述した実施例に
於いては、走査器1,11,21として両面を反射面に
したガルバノミラーを用いて説明したが、走査器は多数
の反射面を有する回転多面鏡を使用しても良い。第4図
は第1図に示す走査光学系の走査器1を回転多面鏡31
に置換した第1図で示す光学系と全く同一であり、第1
図て示す伝達光学系と全く同一の構成を有する伝達光学
系を用いているものである。第4図に示す走査系に於い
ては、走査器31の反射面としての二面M,,M2とし
て、回転軸を挾んて対称な面を使用しているが、反射面
M,とM。が異なる面であればどの様に面を選んでも良
い。更に回転多面鏡の如き、反射面が多数の面から成る
場合は上述した偏向角の増幅作用を有する伝達光学系を
複数個配設し、複数回偏向ビームを単一の走査器に入射
させることで、更なる偏向角の増大が得られる。しかし
この様な場合でも、走査器の同一の反射面で2回以上、
走査用のビームを偏向させることは避けなければならな
い。次に、走査器で最終的に偏向されたビームI。
3,24により伝達光学系を形成している。レンズ22
の前側焦点の位置とレンズ25の後側焦点の位置は走査
器21の反射面M,,M2近傍にあり、又、レンズ22
の後側焦点の位置とレンズ25の前側焦点の位置は合致
している。走査器21が回転すれば、伝達光学系から走
査器21に再入射するビームImは、走査器21の回転
方 (向とは逆方向に移動するので、上述した走査系と
同様に、最終的に走査器21で偏向されるビーム12,
は偏向角の増幅されたビームとなる。上述した実施例に
於いては、走査器1,11,21として両面を反射面に
したガルバノミラーを用いて説明したが、走査器は多数
の反射面を有する回転多面鏡を使用しても良い。第4図
は第1図に示す走査光学系の走査器1を回転多面鏡31
に置換した第1図で示す光学系と全く同一であり、第1
図て示す伝達光学系と全く同一の構成を有する伝達光学
系を用いているものである。第4図に示す走査系に於い
ては、走査器31の反射面としての二面M,,M2とし
て、回転軸を挾んて対称な面を使用しているが、反射面
M,とM。が異なる面であればどの様に面を選んでも良
い。更に回転多面鏡の如き、反射面が多数の面から成る
場合は上述した偏向角の増幅作用を有する伝達光学系を
複数個配設し、複数回偏向ビームを単一の走査器に入射
させることで、更なる偏向角の増大が得られる。しかし
この様な場合でも、走査器の同一の反射面で2回以上、
走査用のビームを偏向させることは避けなければならな
い。次に、走査器で最終的に偏向されたビームI。
,I,,,l?が走査面上に走査する状態を説明する。
第5図は、この状態を説明する為の図で、第1図に示す
光学系の場合を一例として取り上げており、走査器1と
走査面32との間の光学系を示している。33は集光レ
ンズであり、該レンズ33iの焦平面と走査面32は一
致している。
第5図は、この状態を説明する為の図で、第1図に示す
光学系の場合を一例として取り上げており、走査器1と
走査面32との間の光学系を示している。33は集光レ
ンズであり、該レンズ33iの焦平面と走査面32は一
致している。
レンズ33の光軸gは前記伝達光学系の光軸gと共軸と
なつており、従つて走査器1が基準走査位置に在る場合
ビーム19はレンズ33の光軸gに沿つて進む。尚hは
走査用ビームの結像高を示すもので、フ走査面32と光
軸gの交点とビームの集光スポットの間の距離である。
このhは上記θの関数で表わされ、又、θは伝達光学系
内に配されたレンズの配置、パワー及び歪特性によつて
決められるものてある。従つて走査器の回転に伴つて、
走査面532上を集光スポットが移動し、走査が遂行さ
れる。上記実施例に示した伝達光学系は、該伝達光学系
内に配された隣接したレンズがその焦点位置を合致する
様に配設したが、伝達光学系が全体とし0てアフオーカ
ルな屈折力を有する様に設計すればレンズの配置はどの
様に配設しても良い。
なつており、従つて走査器1が基準走査位置に在る場合
ビーム19はレンズ33の光軸gに沿つて進む。尚hは
走査用ビームの結像高を示すもので、フ走査面32と光
軸gの交点とビームの集光スポットの間の距離である。
このhは上記θの関数で表わされ、又、θは伝達光学系
内に配されたレンズの配置、パワー及び歪特性によつて
決められるものてある。従つて走査器の回転に伴つて、
走査面532上を集光スポットが移動し、走査が遂行さ
れる。上記実施例に示した伝達光学系は、該伝達光学系
内に配された隣接したレンズがその焦点位置を合致する
様に配設したが、伝達光学系が全体とし0てアフオーカ
ルな屈折力を有する様に設計すればレンズの配置はどの
様に配設しても良い。
更に、本発明に係る伝達光学系に於いては該光学系内に
更に偏向器を設けなくとも、上記偏向角2ψと角度ψと
の関係を自由に調節できることは概に示したが伝達光学
系内に更に走査器を設けることにより、走査光学系全体
としての偏向角を増大させることができる。
更に偏向器を設けなくとも、上記偏向角2ψと角度ψと
の関係を自由に調節できることは概に示したが伝達光学
系内に更に走査器を設けることにより、走査光学系全体
としての偏向角を増大させることができる。
例えば、第1図又は第4図に示す様に、伝達光学系内で
、ビームがアフオーカルな状態となる場所がある場合に
は、この位置に走査器を設けて偏向角を増大することが
望ましい。第1図又は第4図に示す実施例に於いては反
射ミラー5がそれに相当するもので、反射ミラー5の代
りにガルバノミラー又は回転多面鏡を用いることができ
る。この場合、伝達光学系内に設jけられた走査器は主
たる走査器1と同期して作動しなければならない。次に
走査面32上を走査する集光スポットの走査速度に関し
て述べる。
、ビームがアフオーカルな状態となる場所がある場合に
は、この位置に走査器を設けて偏向角を増大することが
望ましい。第1図又は第4図に示す実施例に於いては反
射ミラー5がそれに相当するもので、反射ミラー5の代
りにガルバノミラー又は回転多面鏡を用いることができ
る。この場合、伝達光学系内に設jけられた走査器は主
たる走査器1と同期して作動しなければならない。次に
走査面32上を走査する集光スポットの走査速度に関し
て述べる。
走査面上の集光スポトの速度は通常の目的に於いては等
速であることが望まれる。しかしガルバノミラーの如く
その振動角ψが時間tに対して通常ψ(t)=Asin
ωt(Aとωは定数)と振動する場合や、又は伝達光学
系内及び走査器と走査面の間に設けられるレンズが通常
の特性を有するレンズの場合には走査.面上で集光スポ
ットの速度は一定とならない。この通常の特性を有する
レンズとはf −Tanθレンズと呼ばれているもので
、その焦点距離がfである場合、θの角度で入射するビ
ームに対してその焦平面上にh =f −Tanθの高
さに結像させるよ冫うなレンズである。従つて集光スポ
ットの速度を一定にする為には走査系にはf−θレンズ
又はf一Arcsinθレンズの如き特殊な結像特性を
有。。するレンズを用いることが必要である。但し、f
−θレンズとは、レンズの焦点距離をfとした場合、ビ
ームの入射角θと結像する高さ(光軸からの高さである
)hの間にh=f・θなる関係を有するレンズであり、
同じくf −Arcsinθレンθズとはh=ψ0fa
rcsin−なるレンズであψ0る。
速であることが望まれる。しかしガルバノミラーの如く
その振動角ψが時間tに対して通常ψ(t)=Asin
ωt(Aとωは定数)と振動する場合や、又は伝達光学
系内及び走査器と走査面の間に設けられるレンズが通常
の特性を有するレンズの場合には走査.面上で集光スポ
ットの速度は一定とならない。この通常の特性を有する
レンズとはf −Tanθレンズと呼ばれているもので
、その焦点距離がfである場合、θの角度で入射するビ
ームに対してその焦平面上にh =f −Tanθの高
さに結像させるよ冫うなレンズである。従つて集光スポ
ットの速度を一定にする為には走査系にはf−θレンズ
又はf一Arcsinθレンズの如き特殊な結像特性を
有。。するレンズを用いることが必要である。但し、f
−θレンズとは、レンズの焦点距離をfとした場合、ビ
ームの入射角θと結像する高さ(光軸からの高さである
)hの間にh=f・θなる関係を有するレンズであり、
同じくf −Arcsinθレンθズとはh=ψ0fa
rcsin−なるレンズであψ0る。
但しψ。はガルバノミラーの振幅角度である。レンズに
入射するビームの角度θが一定の割J合で変化する場合
、例えば回転多面鏡の様に回転速度が一定であり、従つ
て偏向されるビームの偏向角の角速度が一定である様な
場合には、レンズとしてf−θレンズを用いる。又、走
査器が特殊な角速度を有する場合には、それに対応した
特性を有するレンズを用いる必要があり、例えば偏向ビ
ームの偏向角ψ(t)がψ(t)=Asinωtなるガ
ルバノミラーの場合にはf −ArcsinOレンズを
用いる。例えば第1図に示す走査光学系に於いて走査面
32上で集光スポットを等速度で走査する時、(I)
走査器はガルバノミラー1だけである(■) 走査器は
ガルバノミラー1とガルバノミラー5である。
入射するビームの角度θが一定の割J合で変化する場合
、例えば回転多面鏡の様に回転速度が一定であり、従つ
て偏向されるビームの偏向角の角速度が一定である様な
場合には、レンズとしてf−θレンズを用いる。又、走
査器が特殊な角速度を有する場合には、それに対応した
特性を有するレンズを用いる必要があり、例えば偏向ビ
ームの偏向角ψ(t)がψ(t)=Asinωtなるガ
ルバノミラーの場合にはf −ArcsinOレンズを
用いる。例えば第1図に示す走査光学系に於いて走査面
32上で集光スポットを等速度で走査する時、(I)
走査器はガルバノミラー1だけである(■) 走査器は
ガルバノミラー1とガルバノミラー5である。
(■) 走査器はガルバノミラー1と回転多面鏡だけで
ある。上記、(I)〜(■)の楊合のレンズ2,4,6
,8,33を表1に示す。
ある。上記、(I)〜(■)の楊合のレンズ2,4,6
,8,33を表1に示す。
第2図に示す光学系は第3図に示す光学系と実質的に等
価であるので、上述した如きレンズ特性の解析と同様な
解析を第2図に示す走査光学系に於いて行うと4((■
) 走査器は11だけでありガルバノミラーである(V
) 走査器は11だけであり回転鏡である上記(■),
(V)のケースに関するレンズ12,16,33の特性
は、(■)の場合のレンズ12,16,33が総てf
−Arcsinθレンズ、(V)の楊合はレンズ12,
16,33が総てf−θレンズである。
価であるので、上述した如きレンズ特性の解析と同様な
解析を第2図に示す走査光学系に於いて行うと4((■
) 走査器は11だけでありガルバノミラーである(V
) 走査器は11だけであり回転鏡である上記(■),
(V)のケースに関するレンズ12,16,33の特性
は、(■)の場合のレンズ12,16,33が総てf
−Arcsinθレンズ、(V)の楊合はレンズ12,
16,33が総てf−θレンズである。
第4図に示す光学系に於いて同様な解析を行なうと、〔
■) 走査器は回転多面鏡31だけである(■) 走査
器は回転多面鏡31とガルバノミラ一5である(■)
走査器は回転多面鏡31と回転多面鏡5である *上記
(■)〜(■)に示すケースに対するレンズ2,4,6
,8,33の特性を表2に示す。
■) 走査器は回転多面鏡31だけである(■) 走査
器は回転多面鏡31とガルバノミラ一5である(■)
走査器は回転多面鏡31と回転多面鏡5である *上記
(■)〜(■)に示すケースに対するレンズ2,4,6
,8,33の特性を表2に示す。
上記実施例では総てのレンズに歪特性を持たせたが、レ
ンズの一部に通常のf−Tanθレンズを用いた場合に
は、上記f−θレンズ及びf −Arcsinθレンズ
以外の特殊な歪特性を有するレンズを用いれば走査面上
を等速で走査することができる。たとえば(I)の総て
のレンズにFarcsinθレンズを使う場合について
等速性を証明する。
ンズの一部に通常のf−Tanθレンズを用いた場合に
は、上記f−θレンズ及びf −Arcsinθレンズ
以外の特殊な歪特性を有するレンズを用いれば走査面上
を等速で走査することができる。たとえば(I)の総て
のレンズにFarcsinθレンズを使う場合について
等速性を証明する。
ガルバノミラーの振動をψ(t)=φ0sinωtとし
、レンズ2の歪特性をh=φ0f2arcsin(2)
レンズ4の歪特性をh=ψ0f2arcsin(−51
・ψ0f’ 一) F2 f,f, レンズ6の歪特性をh=ーψ0arcs1nf。
、レンズ2の歪特性をh=φ0f2arcsin(2)
レンズ4の歪特性をh=ψ0f2arcsin(−51
・ψ0f’ 一) F2 f,f, レンズ6の歪特性をh=ーψ0arcs1nf。
φf(ェ・d)
一朋
レンズ8の歪特性をh− ψ0arcs1nf,ψF4
f(一 』) ψo’G’F。
f(一 』) ψo’G’F。
レンズ33の歪特性を
F6f22ψ+φ
h二20+− 一〕ψ0f33arCS1nf8f42
0+R什〕ψOとすることによつて、レンズ33によつ
て像面14を走査される速度VはDhf6f2v =ーニヨ。
0+R什〕ψOとすることによつて、レンズ33によつ
て像面14を走査される速度VはDhf6f2v =ーニヨ。
。〔1+−〕ψ0ωDnf8f4
であり、これはは一定値である。
但し、F。,f4f6,f8,f33はレンズ2,4,
6,8,33の焦点距離である。次にfθを使う(V)
の場合について等速性を証明する。回転多面鏡の回転角
をψ(t)=K −t (但し、Kは定数)としレンズ
12の歪特性をh=2φFl2 レンズ16の歪特性をh=F,6・ψ レンズ33の歪特性をh=(2ψ十ψ)F33Jとする
ことによつてレンズ33によつて像面上を走査される速
度vはDhf,2v =正=2K(G+1) であり、これは一定値である。
6,8,33の焦点距離である。次にfθを使う(V)
の場合について等速性を証明する。回転多面鏡の回転角
をψ(t)=K −t (但し、Kは定数)としレンズ
12の歪特性をh=2φFl2 レンズ16の歪特性をh=F,6・ψ レンズ33の歪特性をh=(2ψ十ψ)F33Jとする
ことによつてレンズ33によつて像面上を走査される速
度vはDhf,2v =正=2K(G+1) であり、これは一定値である。
但し、F,2,f,6,5f,3はレンズ12,16,
33の焦点距離である。尚、他のケースについても上述
したケース(I)及びケース(V)と同様に証明できる
ので、ここでは省略する。
33の焦点距離である。尚、他のケースについても上述
したケース(I)及びケース(V)と同様に証明できる
ので、ここでは省略する。
θ 次に走査器の回転軸が傾いた場合について述べる。
第6図は第1図に示す光学系を光軸を含む紙面に垂直な
断面の展開図てある。走査器1が回転基準位置にてその
回転軸が傾き、第6図の様に、反射面がΔξ傾いたとす
る。その時走査器1の面:5M1で反射しレンズ2へ入
射するビームは光軸gと2Δξ傾いて入射し、レンズ4
,レンズ6、及びレンズ8を順次通過後、再び走査器1
の面M,へ向うビームが光軸と成す角をξXとする。走
査器1の回転軸の倒れ方向と上記ξXの変動方向は′θ
この場合一致する。従つてレンズ8を通過後光軸gとξ
xとなる角を成すビームが走査器1の面゛によつて反射
されると、反射後のビームは光軸gと一致するか又は光
軸と成す角は2Δζより小さく光軸の極く近傍にある様
に設定することができる。もし走査器1の回転軸の倒れ
る方向とその影響によるζXの変動方向が逆であるなら
ば、前述の偏向角増幅の原理から明らかな様に走査鴛1
の面゛で反射されるビームが光軸gと成すP−ξ’xは
、2Δξなる量より増大する。 夕上記走査系に於ける
Δξ,ξX,Δξの間の関係は,,x =,x −2A
,・ ・・・(1)と表わされる。
断面の展開図てある。走査器1が回転基準位置にてその
回転軸が傾き、第6図の様に、反射面がΔξ傾いたとす
る。その時走査器1の面:5M1で反射しレンズ2へ入
射するビームは光軸gと2Δξ傾いて入射し、レンズ4
,レンズ6、及びレンズ8を順次通過後、再び走査器1
の面M,へ向うビームが光軸と成す角をξXとする。走
査器1の回転軸の倒れ方向と上記ξXの変動方向は′θ
この場合一致する。従つてレンズ8を通過後光軸gとξ
xとなる角を成すビームが走査器1の面゛によつて反射
されると、反射後のビームは光軸gと一致するか又は光
軸と成す角は2Δζより小さく光軸の極く近傍にある様
に設定することができる。もし走査器1の回転軸の倒れ
る方向とその影響によるζXの変動方向が逆であるなら
ば、前述の偏向角増幅の原理から明らかな様に走査鴛1
の面゛で反射されるビームが光軸gと成すP−ξ’xは
、2Δξなる量より増大する。 夕上記走査系に於ける
Δξ,ξX,Δξの間の関係は,,x =,x −2A
,・ ・・・(1)と表わされる。
今面M1による反射ビームと面M2に入射するビームが
平行になる様に各レンズ2,4,6,8の焦点距離を設
定すると第(1)式はξ′x=2(Δξ−Δξ’)<2
Δξ ・・・(2)となる。ここで更に第1図の紙面に
垂直で、且つ回転基準位置に於ける走査器1の反射面の
法線を含む平面内に倒れた回転軸か含まれるとすればΔ
ξ=Δξ′であるのでξ’x=0 となる。
平行になる様に各レンズ2,4,6,8の焦点距離を設
定すると第(1)式はξ′x=2(Δξ−Δξ’)<2
Δξ ・・・(2)となる。ここで更に第1図の紙面に
垂直で、且つ回転基準位置に於ける走査器1の反射面の
法線を含む平面内に倒れた回転軸か含まれるとすればΔ
ξ=Δξ′であるのでξ’x=0 となる。
つまり第(2)式、第(3)式より走査器1の回転軸が
Δξ傾いた時、ビームちの倒れ角は2Δξより小さく、
この様な光学系は走査器の回転軸の倒れに対して倒れ補
正の効果を持つことが明らかである。伝達光学系が走査
器の倒れを補正する場合は、走査器て最初に反射される
ビームと伝達光学系を介して走査器に再入射するビーム
とが平行に近いということが条件となる。
Δξ傾いた時、ビームちの倒れ角は2Δξより小さく、
この様な光学系は走査器の回転軸の倒れに対して倒れ補
正の効果を持つことが明らかである。伝達光学系が走査
器の倒れを補正する場合は、走査器て最初に反射される
ビームと伝達光学系を介して走査器に再入射するビーム
とが平行に近いということが条件となる。
然るに伝達光学系内に配されたレンズが総て球面レンズ
である場合には、第2図及び第3図に示す伝達光学系に
於いては倒れ補正効果を得ることができない。第2図及
び第3図に示す伝達光学系に於いても.倒れ補正効果を
持たせる手段としては、伝達光学系内のレンズをシリン
ドカルレンズとする手段である。
である場合には、第2図及び第3図に示す伝達光学系に
於いては倒れ補正効果を得ることができない。第2図及
び第3図に示す伝達光学系に於いても.倒れ補正効果を
持たせる手段としては、伝達光学系内のレンズをシリン
ドカルレンズとする手段である。
このシリンドリカルレンズはビームの走査される面と垂
直な面内で屈折力を持たないものとすると第(2)式が
成立し、走査器の回転軸の倒れを−補正する効果を持つ
ことが明白である。第7図は第1図に示す伝達光学系の
レンズにシリンドリカルレンズを用いた場合を示すもの
で、ビームは紙面と垂直方向に走査されている。即ち各
シリンドリカルレンズ2’,4’,8’,6’は紙面方
向には4屈折力を有しないので、走査器1がΔξ傾きビ
ームが2Δξの角度だけ倒れるとすると、ビームは各シ
リンドリカルレンズ2’,4’,6’,8’を通過した
後もビームはやはり同じ傾き角2Δξであるので、再度
走査器1に入射した際傾き角は相殺されるのである。上
述した倒れ補正の実施例では走査する反射面が二面であ
るガルバノミラーを用い説明したが、反射面がΞ面以上
ある様な回転多面鏡に於いては、伝達光学系によつて結
ばれる走査用の反射面が第4図の実施例に示す様に回転
軸を挾んで対向している面を選んだ方が回転軸の倒れ補
正の効果を充分得ることができる。
直な面内で屈折力を持たないものとすると第(2)式が
成立し、走査器の回転軸の倒れを−補正する効果を持つ
ことが明白である。第7図は第1図に示す伝達光学系の
レンズにシリンドリカルレンズを用いた場合を示すもの
で、ビームは紙面と垂直方向に走査されている。即ち各
シリンドリカルレンズ2’,4’,8’,6’は紙面方
向には4屈折力を有しないので、走査器1がΔξ傾きビ
ームが2Δξの角度だけ倒れるとすると、ビームは各シ
リンドリカルレンズ2’,4’,6’,8’を通過した
後もビームはやはり同じ傾き角2Δξであるので、再度
走査器1に入射した際傾き角は相殺されるのである。上
述した倒れ補正の実施例では走査する反射面が二面であ
るガルバノミラーを用い説明したが、反射面がΞ面以上
ある様な回転多面鏡に於いては、伝達光学系によつて結
ばれる走査用の反射面が第4図の実施例に示す様に回転
軸を挾んで対向している面を選んだ方が回転軸の倒れ補
正の効果を充分得ることができる。
第8図は本発明に係る走査光学系を具体的に組み込んだ
レーザ記録装置の一実施例を示す平面概略図である。
レーザ記録装置の一実施例を示す平面概略図である。
第8図に於いて、レーザー光源41からのビームは該ビ
ームに信号を与える光変調器42を介した後ビームエク
スパンダー43によりクそのビーム径を拡大され回転多
面鏡44に入射す。回転多面鏡44の面M,で反射され
るビームはレス45、反射ミラー46,47及びレンズ
48を順次介した後、回転多面鏡44面隅に再入射する
。面M。で再度走査されたビームは集光レンズ49によ
り、該レンズの焦平面上に設けられた記録体50上に結
像する。上記レンズ45,48及び反射ミラー46,4
7で伝達光学系を形成しており、該伝達光学系でアフオ
ーカル光学系を形成している。そしてレンズ45、レン
ズ48及びレンズ49は共にf−θレンズであるので、
回転多面鏡44の回転に伴い、記録体50上をビームは
一定の速度て走査する。以上、本発明に係る自己増幅偏
向走査光学系に於いては、或特定の走査器に複数回走査
用のビームを入射する際、該走査器を構成する反射面の
同一の面に重複してビームを入射させることがない構成
を有するもので、走査用のビームの光路が重複すること
なく広い角度を走査できる等の優れた効果を有するもの
である。
ームに信号を与える光変調器42を介した後ビームエク
スパンダー43によりクそのビーム径を拡大され回転多
面鏡44に入射す。回転多面鏡44の面M,で反射され
るビームはレス45、反射ミラー46,47及びレンズ
48を順次介した後、回転多面鏡44面隅に再入射する
。面M。で再度走査されたビームは集光レンズ49によ
り、該レンズの焦平面上に設けられた記録体50上に結
像する。上記レンズ45,48及び反射ミラー46,4
7で伝達光学系を形成しており、該伝達光学系でアフオ
ーカル光学系を形成している。そしてレンズ45、レン
ズ48及びレンズ49は共にf−θレンズであるので、
回転多面鏡44の回転に伴い、記録体50上をビームは
一定の速度て走査する。以上、本発明に係る自己増幅偏
向走査光学系に於いては、或特定の走査器に複数回走査
用のビームを入射する際、該走査器を構成する反射面の
同一の面に重複してビームを入射させることがない構成
を有するもので、走査用のビームの光路が重複すること
なく広い角度を走査できる等の優れた効果を有するもの
である。
第1図、第2図、第3図及び第4図は各々本発明に係る
走査光学系の実施例を示す概略図、第5図は本発明に係
る走査器と走査面の間の光学系の一実施例を示す図、第
6図及び第7図は本発明に係る走査光学系の伝達光学系
に於いて倒れ補正の効果を説明する為の図、第8図は本
発明に係る走査光学系を適用したレーザ記録装置の一実
施例を示す概略図。 1,11,21・・・・・・ガルバノミラー、31・・
・・・・回転多面鏡、2,4,6,8,33・・・・・
ルンズ、5,7・・・・・・反射鏡、g ・・・・・・
光源、M,,M。
走査光学系の実施例を示す概略図、第5図は本発明に係
る走査器と走査面の間の光学系の一実施例を示す図、第
6図及び第7図は本発明に係る走査光学系の伝達光学系
に於いて倒れ補正の効果を説明する為の図、第8図は本
発明に係る走査光学系を適用したレーザ記録装置の一実
施例を示す概略図。 1,11,21・・・・・・ガルバノミラー、31・・
・・・・回転多面鏡、2,4,6,8,33・・・・・
ルンズ、5,7・・・・・・反射鏡、g ・・・・・・
光源、M,,M。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 少なくとも二面以上の反射面を有する走査器と、該
走査器の第1反射面で反射されたビームを該走査器の前
記第1反射面とは異なる第2反射面に入射させるアフオ
ーカルな伝達光学系を配し、前記第2反射面に入射する
ビームは該走査器の回転又は回動方向に対して逆方向に
移動する様に前記伝達光学系を設けた自己増幅偏向走査
光学系に於いて、前記第1反射面及び第2反射面とは前
記走査器の回転軸を挾んで対向し、前記伝達光学系は第
1反射面で偏向されたビームに対して第2反射面に入射
するビームがほぼ平行となる様に第1反射面から第2反
射面へビームを導き、走査器の回転軸の倒れに起因する
第1反射面で偏向されたビームの傾き角を第2反射面で
減少もしくは相殺することを特徴とする自己増幅偏向走
査系。 2 前記伝達光学系を構成するレンズは4枚の球面レン
ズある特許請求の範囲第1項記載の自己増幅偏向走査系
。 3 前記伝達光学系を構成するレンズはシリンドリカル
レンズである特許請求の範囲第1項記載の自己増幅偏向
走査系。 4 前記走査器は正弦振動をするガルバノミラーであり
、アフオーカルな伝達光学系を構成する各レンズ群がf
−arcsinθレンズである特許請求の範囲第1項記
載の自己増幅偏向走査光学系。 5 前記走査器は等速回転をする回転多面鏡であり、ア
フオーカルな伝達光学系を構成する各レンズ群がf−θ
レンズである特許請求の範囲第1項記載の自己増幅偏向
走査光学系。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52011278A JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
US06/030,658 US4299438A (en) | 1977-02-04 | 1979-04-16 | Scanning optical system having at least two reflecting surfaces and an afocal optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52011278A JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5397448A JPS5397448A (en) | 1978-08-25 |
JPS6048732B2 true JPS6048732B2 (ja) | 1985-10-29 |
Family
ID=11773511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52011278A Expired JPS6048732B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 自己増幅偏向走査光学系 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4299438A (ja) |
JP (1) | JPS6048732B2 (ja) |
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
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JPS6239533U (ja) * | 1985-08-24 | 1987-03-09 | ||
JPS6399532U (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-28 |
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JP4701593B2 (ja) * | 2003-08-21 | 2011-06-15 | セイコーエプソン株式会社 | 光走査装置および画像形成装置 |
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