JPS6114015Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、レーザビームのような光ビームを情
報の表示または記録に使用する場合の、光ビーム
の断面の形状を任意に設定するための装置に関す
るものである。

レーザビームを使つた表示装置や録装置は輝度
にかかわりなくビームを細くすることができるた
め非常に高解度像が得られるが、解度像を上げる
ため細いビームで走査すると水平解度像は上るが
走査線数が限定された場合垂直解度像はその走査
線数で決まり、画面サイズとの関連で走査線間に
すき間があき“すだれ状”の画像となつてしま
う。これをさけるためには、走査ビームの水平方
向のサイズはそのままにし、垂直方向のサイズだ
けを走査線のすき間がちようど埋る程度に太くす
ればよい。すなわち、走査スポツトの断面の形状
をたて長のだ円にすればよい。

まずはじめにレーザビームを使用したテレビ画
像記録装置につき構成の一例を第１図に示し、以
下動作の概様をのべる。第１図において、レーザ
発振器１のレーザビーム９は、光変調器２（たと
えば超音波光変調器）で、テレビカメラからの入
力信号８に応じて強度変調され、第１光偏向器入
射ビーム１０となる。次に、強度変調されたレー
ザビーム１０は、第１光偏向器３（たとえば回転
多面鏡）で左右方向に偏向され、ビーム１１とな
り、リレーレンズ系４を経たビーム１２は、第２
光偏向器５（たとえばガルバノメーター）におい
て上下方向に偏向され、その結果左右および上下
の２次元に偏向されたビーム１３となる。このビ
ーム１３は、結像光学系６を通り結像ビーム１４
となり記録媒体７（たとえば16ミリカラーフイル
ム）の上にラスタを形成する。

つぎに、前記レーザビームを使用したテレビ画
像記録装置に使われる光学系の構成の一例を第２
図に示しその機能を詳細に説明する。第２図ａお
よびｂは、それぞれ、第１光偏向器（第１図の
３）の偏向方向とレンズの光軸を含む面に垂直な
方向および水平な方向から見た図である。入射光
ビーム２３は、単色でも赤、緑、青等複数のビー
ムが重なつたものでもよいが、平行光線として取
扱う。入射光ビーム２３は、第１シリンドリカル
レンズ１５を通り、集束ビーム１０となり第１シ
リンドリカルレンズ１５の焦点距離_C1に相当す
る位置に集束する。この場合１５がシリンドリカ
ルレンズなのでビームの垂直方向のみ集束する。
ビームの集束点は第１光偏向器の偏向面１６とな
つていて、ここで左右方向に偏向されたビーム１
１となり、第１リレーレンズ１７に入る。第１リ
レーレンズ１７の位置は第１光偏向器偏向面１６
から第１リレーレンズ１７の焦点距離_１だけ離
れた所に置かれる。このビームは次に第２シリン
ドリカルレンズ１８を通り、第１集束面１９に集
束する。第１集束面１９の位置は第１リレーレン
ズ１７から第１リレーレンズ１７の焦点距離_１
だけ離れた所にあり、また、第２シリンドリカル
レンズ１８から第２シリンドリカルレンズ１８の
焦点距離_C2だけ離れた所にある。第１リレーレ
ンズ１７と第２シリンドリカルレンズ１８との関
係は、光ビームの垂直方向および水平方向の集束
点が一致するように配置されている。第１集束面
１９を通過した光ビームは、第２リレーレンズ２
０を通り、第２光偏向器（第２図には第２光偏向
器の偏向面２１のみ示す）に入る。第２リレーレ
ンズ２０の位置は、第１集束面１９から第２リレ
ーレンズ２０の焦点距離_２だけ離れていて、第
２光偏向器偏向面２１は第２リレーレンズ２０か
らさらに_２だけ離れた位置にある。第２光偏向
器偏向面２１において光ビームは垂直方向に偏向
され、２次元偏向されたビーム１３となる。最後
に２次元偏向されたビーム１３は、結像レンズ２
２を通り結像ビーム１４となり、記録媒体７上に
ラスタを形成する。結像レンズ２２の位置は、第
２光偏向器偏向面２１から結像レンズ２２の焦点
距離_３だけ離れていて、記録媒体７は結像レン
ズ２２から結像レンズ２２の焦点距離_３だけ離
れている。

以上前記レーザビームを使用したテレビ画像記
録装置の光学系の構成およびその機能につき説明
してきたが、ここで集束されるビームスポツトの
断面形状について考えてみる。

第２図において、第１集束面１９と記録媒体７
は球面レンズだけで結ばれているので、垂直およ
び水平方向とも共役面になつている。したがつて
記録媒体７上の点を考えるには、第１集束面１９
上の点を考えれば充分である。

第２図において、入射光ビーム２３が単一横モ
ードのレーザ光のように、その断面形状がガウス
の強度分布を持つとすれば、第１集束面１９上の
スポツト断面の形状が円形になる条件は、 ₁ ²＝_C1・_C2 である。もし、スポツトの断面形状をたて長また
は横長のだ円ビームをつくる必要がある場合に
は、₁ ²＜_C1・_C2または₁ ²＞_C1・_C2とす
ればよい。すなわちだ円ビームを得るためには集
束面におけるスポツト断面が円形になる条件から
ずらせばよい。ところが_１と_C2の関係は、第
１光偏向器３のたおれによつて発生するピツチむ
らを補正するように決める必要がある。

すなわち、第１光偏向器３として回転多面鏡を
使用した場合、回転鏡にたおれがあると、本来の
偏向方向に対し垂直な偏向成分が発生し、これが
走査線のピツチむらの原因となり、これを防ぐに
は第１光偏向器３の偏向点１６と第１集束面１９
が物点と像点の関係になるように、_１と_C2の
関係を決める必要があり、_１と_C2は通常固定
と考えられる。したがつて、スポツトの断面形状
を変える場合には、通常_C1を変える方法をと
る。しかし、この方法でスポツトの断面形状を変
えるには、シリンドリカルレンズの焦点距離を変
える必要があり、連続的に任意の断面形状を得る
にはシリンドリカルなズームレンズを使用する必
要があり、このようなレンズは組みたてがきわめ
て困難でありかつ高価なものになるという欠点が
あつた。したがつて本考案はかかる欠点を取りの
ぞくとともに、連続的に任意の断面形状のスポツ
トを得るための従来とは異なる装置を提供しよう
とするものである。

第３図は、本考案の原理的説明および一実施例
を示す図である。第３図ａおよびｂは第２図のａ
およびｂに対応し、それぞれ、第１光偏向器の偏
向方向とレンズの光軸を含む面に垂直な方向およ
び水平な方向から見た図であり、説明を簡単にす
るため記録媒体と共役な面である第１集束面１９
以前だけを示してある。第３図ｃは前述の第３図
ａ，ｂの数字で示した各部に対応したビームの断
面形状の一例を₁ ²＝_C1・_C2の場合について
示したもので実線点線はシリンドリカルレンズを
１５，１５′の位置にそれぞれ挿入した場合に対
応している。

第３図の光学系の素子の配置および機能は、第
２図に示したものと殆んど同じで、入射ビーム２
３は第１シリンドリカルレンズ１５を通り、一方
向に集束するビーム１０となり、第１光偏向器で
左右方向に偏向され、第１リレーレンズ１７およ
び第２シリンドリカルレンズ１８を通つて第１集
束面１９に達する。第１シリンドリカルレンズ１
５の位置を第３図の点線で示すように１５′の所
まで移動させた場合、各光学素子を通る光ビーム
は１０′、１１′（同図中点線で示す）のようにな
り、ｂ図からわかるように、一方向だけに集束す
る新しい集束面２４および２５が生ずる。すなわ
ち、光ビームの垂直方向および水平方向の集束点
が一致しないことになる。したがつて、たとえば
記録媒体面と共役な点である第１集束面で考える
と水平方向にピントを合せると垂直方向はピンボ
ケになる。このピンボケの量がビームの広がりに
なり、この結果だ円の断面を持つ光ビームを形成
することができる。

すなわち本考案は、第１シリンドリカルレンズ
を光軸方向に動かした場合、水平もしくは垂直の
いずれか一方の集束面のみが光軸方向に移動しの
こりの集束面は移動しないという点（一方向のみ
ボケる）に着目してなされたものであり、かかる
場合、移動させるレンズは第１シリンドリカルレ
ンズだけであり、第１光偏向器以後の素子の配置
は固定してあるので、それらの機能たとえば第１
光偏向器で発生するピツチむらを補正するための
第１リレーレンズ１７および第２シリンドリカル
レンズ１８の機能には全く影響しない。

以上のことから、第１シリンドリカルレンズ１
５の位置を光軸方向に連続的に動かすことによ
り、光ビームの第一光偏向器の走査方向のビーム
形状は変えずに、それと直角な方向のビーム形状
を任意の大きさに連続的に設定できることがわか
る。

第３図では、第１シリンドリカルレンズ１５を
一方向にのみ動かしてあるが、光ビーム断面の強
度分布の形が、第１シリンドリカルレンズ１５の
集束点１６の前後で対称になつていることを考慮
すれば、第１シリンドリカルレンズ１５は第３図
のΔＺと反対方向に動かしても全く同じ効果を得
ることができる。

本考案を使つて記録媒体面上での光ビームスポ
ツトの断面形状を、円形→たて長に変えるために
は、第１シリンドリカルレンズ１５、第１リレー
レンズ１７および第２シリンドリカルレンズ１８
の各焦点距離_C1、_１、_C2の関係を ₁ ²＝_C1・_C2 のように決めておけばよい。またこの場合、フ
イルム記録装置などにおいてこの光学系の後に挿
入される垂直偏向器の偏向角が十分大きければ、
走査線間隔が十分広く走査線が分解可能である
が、偏向角が小さい場合は走査線が分解されずラ
スターの記録状態のチエツクや記録時に支障を来
たすことがある。

これを解決するためには、光ビームのたて方向
の断面形状が円形よりさらに小さく、すなわち横
長のだ円形がつくられるようにすれば良い。すな
わち ₁ ²＞_C1×_C2 のような条件で光学系を設計すれば、光ビームの
断面形状を横長だ円形→円形→たて長だ円形のよ
うに広い範囲にわたつて変えることができる。こ
のようにすることにより、記録ラスターが均一に
書かれているか否かのチエツクのときは、横長だ
円形の十分細い走査線を記録して観測し確認の
後、円形→たて長だ円形の方向に光ビーム断面形
状を調整し、所望の光ビーム断面形状にセツトす
ることができる。この方法では、偏向器の偏向角
が小さくても走査線の分解能を確保できるので、
応用範囲がきわめて広くなる。

なお、第３図の説明では省略したが、入射光ビ
ーム２３は、単色光以外の、赤、緑、青等の光ビ
ームが合成されたものでよい。また、２３は平行
光以外の集束ビームまたは発散ビームであつても
支障はない。

また、第４図に示すように第１シリンドリカル
レンズを入射ビームのスポツトサイズを決める光
ビームスポツトサイズ変換系（同図中２６，２７
で構成）の中に組入れた場合は、スポツトサイズ
変換用レンズ２６および２７を固定しておいて、
第１シリンドリカルレンズ１５を軸方向に動かす
ことにより第３図に示した系と全く同等の効果を
得ることができる。さらに、第４図における第１
シリンドリカルレンズ１５の機能を分散させて、
スポツトサイズ変換用レンズである球面レンズ２
７の前後に各１個のシリンドリカルレンズ１５，
１５″をそれぞれ配置し、どちらか一方のシリン
ドリカルレンズを可動にするか、シリンドリカル
レンズをスポツトサイズ変換用レンズである球面
レンズ２６の直前または直後に配置しても、全く
同様の効果を得ることができる。

以上説明したようにこの考案を実施することに
より、レーザビームのような光ビームの断面の形
状を、任意のだ円率を持つように連続的に可変す
ることができ、かつ垂直方向のスポツトサイズ
を、水平方向のスポツトサイズとは独立に制御す
ることができる。

また走査線数がかぎられている場合、たとえば
光ビームを使つたテレビ画像の表示装置や記録装
置において解度像をあげるため細いビームをもち
いても本考案を実施することにより垂直方向にと
なりあつた走査線相互間に生じるすきまを容易に
うめることができるので自然な画像表示や記録を
することが可能となる。さらに、ビームスポツト
を連続的に変えることができる点を利用すれば、
テレビジヨン方式が異なり走査線数が変わつた場
合においても各方式に最適のビームスポツトを容
易に得られる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザビームを使用したテレビ画像
記録装置の構成例を示す図、第２図ａ，ｂはレー
ザビームを使用したテレビ画像記録装置に使われ
る光学系の構成例を示す図、第３図ａ，ｂは本考
案の原理的説明、および一実施例を示す光学系の
構成図、第３図ｃは第２図ａ，ｂの各部に対応し
たビームの断面形状の一例を示す図、第４図ａ，
ｂは本考案の他の実施例を示す光学系の構成図で
ある。 １……レーザ発振器、２……光変調器、３……
第１光偏向器、４……リレーレンズ系、５……第
２光偏向器、６……結像光学系、７……記録媒体
（第２集束面）、８……入力信号、９……レーザビ
ーム、１０，１０′……第１光偏向器入射ビー
ム、１１，１１′１２……１次元偏向されたビー
ム、１３……２次元偏向されたビーム、１４……
結像ビーム、１５，１５′，１５″……第１シリン
ドリカルレンズ、１６……第１光偏向器の偏向
面、１７……第１リレーレンズ、１８……第２シ
リンドリカルレンズ、１９……第１集束面、２０
……リレーレンズ、２１……第２光偏向器の偏向
面、２２……結像レンズ、２３……入射光ビー
ム、２４……第３集束面、２５……第４集束面、
２６，２７……スポツトサイズ変換用レンズ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光ビームの偏向を利用して情報を表示または記
   録するにあたり、焦点距離f₁のリレーレンズ係球
   面レンズをはさむ第１，第２の領域にそれぞれ焦
   点距離ｆ_C1、焦点距離ｆ_C2の第１，第２のシリン
   ドリカルレンズ係を配してなるビーム成形用光学
   係において、前記焦点距離f₁、ｆ_C1およびｆ_C2の
   相互の間にｆ^２ _１〉ｆ_C1×ｆ_C2なる関係を有し、前
   記球面レンズと前記第２シリンドリカルレンズ系
   との走査線と直交する方向の結像関係を固定した
   まま前記第１シリンドリカルレンズ系のシリンド
   リカルレンズを光軸方向において調整し、記録媒
   体面上での光ビームの断面形状を横長だ円形から
   円形、たて長だ円形に変化し得るようにしたこと
   を特徴とする光ビームの成形装置。