(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の光ビームを合波して共通の走査光学系により走査する光ビーム走査装置において、
複数の光ビームごとに別々に２次元に偏向する複数の光偏向素子と、
この偏向された複数の光ビームを合波する合波光学系と、
この合波した合波ビームを記録シートに導いて走査する走査光学系と、
前記合波ビームを分割するビームスプリッタと、
この分割された光ビームの露光面の共役面上あるいはその付近に配設された４分割光ビーム検出素子からなるビーム位置検出素子と、
このビーム位置検出素子が２次元的に検出した複数のビーム位置のデータと予めメモリした初期設定データとを比較して両データの差を求める演算手段と、
この差を記憶するメモリと、
前記走査光学系に同期して各光ビームに対する前記光偏向素子による偏向を前記差に基づいて２次元的に補正しながら走査する光偏向素子制御手段と、
を備え、前記メモリに記憶される差を適時に入力されるメモリ書換え指令に基づいて書換え可能としたことを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２】
複数本の光ビームを合波して共通の走査光学系により走査する光ビーム走査装置において、
複数の光ビームごとに別々に２次元的に偏向する複数の光偏向素子と、
この偏向された複数の光ビームを合波しかつその一部を分割する合波光学系と、
この合波した合波ビームを記録シートに導いて走査する走査光学系と、
前記合波光学系で分割された光ビームを集光させ露光面の共役面を作る集光レンズと、前記共役面上あるいはその付近に配設された４分割光ビーム検出素子からなるビーム位置検出素子と、
このビーム位置検出素子が２次元的に検出した複数のビーム位置のデータと予めメモリした初期設定データとを比較して両データの差を求める演算手段と、
この差を記憶するメモリと、
前記走査光学系に同期して各光ビームに対する前記光偏向素子による偏向を前記差に基づいて２次元的に補正しながら走査する光偏向素子制御手段と、
を備え、前記メモリに記憶される差を適時に入力されるメモリ書換え指令に基づいて書換え可能としたことを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項３】
走査光学系は円筒内面走査型である請求項１または２の光ビーム走査装置。
【請求項４】
光偏向素子は２次元音響光学偏向素子である請求項３の光ビーム走査装置。
【請求項５】
メモリ書換え指令は適時に自動的に入力される請求項１〜４のいずれかの光ビーム走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は複数の光ビームを集めて共通の走査光学系により走査する光ビーム走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数のレーザビームなどの光ビームを、共通の走査光学系を用いて記録シート上で走査させ、画像を記録する光ビーム走査装置が従来より考えられている。複数の光ビームを用いることにより画像記録を高速化できるからである（例えば米国特許第５５０２７０９号）。
【０００３】
【従来技術の問題点】
この場合複数の光ビームは別々の光偏向素子によって独立に偏向され、各光ビームが描く走査線が記録シート上で等間隔な直線になるように制御される。各光ビームは共通の走査光学系を同時に通るから、走査光学系の経時的変化による影響は全ての光ビームに対して同一となるから通常問題ない。
【０００４】
しかし各光ビームを合波光学系で合波する前の段階では、各光ビームの光学系は別々に分かれているため、これらの光学系の経時的変化はただちに各光ビーム相互間の位置等に影響する。例えば各光ビームの光学系の温度変化や経時的変化により、各光ビーム間隔が変化したり走査線上の位相が変化する。このため記録した画像の画質が悪くなるという問題が生じる。
【０００５】
【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り、走査光学系より前の光学系の温度変化や経時変化により複数の光ビーム相互間の位置が変動するのを防ぎ、画質を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。
【０００６】
【発明の構成】
本発明によればこの目的は、複数本の光ビームを合波して共通の走査光学系により走査する光ビーム走査装置において、
複数の光ビームごとに別々に２次元に偏向する複数の光偏向素子と、
この偏向された複数の光ビームを合波する合波光学系と、
この合波した合波ビームを記録シートに導いて走査する走査光学系と、
前記合波ビームを分割するビームスプリッタと、
この分割された光ビームの露光面の共役面上あるいはその付近に配設された４分割光ビーム検出素子からなるビーム位置検出素子と、
このビーム位置検出素子が２次元的に検出した複数のビーム位置のデータと予めメモリした初期設定データとを比較して両データの差を求める演算手段と、
この差を記憶するメモリと、
前記走査光学系に同期して各光ビームに対する前記光偏向素子による偏向を前記差に基づいて２次元的に補正しながら走査する光偏向素子制御手段と、
を備え、前記メモリに記憶される差を適時に入力されるメモリ書換え指令に基づいて書換え可能としたことを特徴とする光ビーム走査装置により達成される。
【０００７】
合波ビームの一部を分割してビーム位置検出素子に導くためのビームスプリッタを省き、走査光学系に持つビームスプリッタを利用することも可能である。この場合にはこの走査光学系で合波ビームから一部の光ビームを分割し、これを集光レンズにより集光させて露光面の共役面を作る。そしてこの共役面上にビーム位置検出素子を配設すればよい。
【０００８】
ここにビーム位置検出素子は４分割位置検出素子を用いる。走査光学系は円筒内面走査型のものとすることができ、光偏向素子は２次元に偏向できるものであって、例えば２次元音響光学偏向素子を用いることができる。メモリの内容である差は適時に入力される書換え指令によって書き換える。例えば電源投入時、一定時間経過毎、一定ページ数の画像出力毎、オペレータが希望する時などにこの書換え指令を送出すればよい。
【０００９】
【作用】
光ビーム走査装置は、各光ビームの相互の最適な位置情報を予め初期設定データとしてメモリしておく。書換え指令が出力されると、光ビーム１本ごとのビーム位置を４分割光ビーム検出素子からなるビーム位置検出素子で２次元的に検出し、そのデータを求めて初期設定データとの差を求める。この差はメモリされる。この差は全ての光ビームに対して同様にして別々にメモリされる。
【００１０】
その後このメモリの内容である差を用いて各光ビームに対する光偏向素子の偏向量を２次元的に補正しながら光ビーム走査を行う。すなわち各光ビームに対しては元来所定の偏向を与えるように光偏向素子を駆動するが、この際に前記の差に基づいて補正を加え、各光ビームの相互の位置を適切に制御する。このようにして相互の位置を適切に保った合波ビームは、共通の走査光学系で走査されて記録シート上を走査する。従って画質が良好になる。
【００１１】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様である円筒内面走査型光ビーム走査装置を示す概念図、図２ビームスプリッタの説明図、図３は光偏向素子の制御手段を示す図、図４は偏向補正手段を示す図である。
【００１２】
これらの図において１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は光ビーム出力手段としての３個のレーザダイオードであり、これらは同一波長かつ同一強度のレーザビームＬ（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）を出力する。これらのレーザビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃはそれぞれ図示しない光学系、光偏向素子としての２次元音響光学偏向素子ＡＯＤ（ＡＯＤａ、ＡＯＤｂ、ＡＯＤｃ）を介し、合波光学系１２により合波される。
【００１３】
ＡＯＤは後記するように所定周波数の超音波がトランスデューサより発生されることにより駆動され、この時の１次回折光が０次光カット板（図示せず）で選択されるものである。なお２値画像信号がオフの時にはレーザダイオード１０の出力がオフとなる。
【００１４】
３つのＡＯＤは、この実施態様ではそれぞれレーザビームＬａ、Ｌｂ、ＬｃをＸ軸方向およびＹ軸方向に２次元的に偏向させるものである。すなわち、ＡＯＤにより、レーザビームＬを互いに直交する２つの方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に偏向させ、主走査線の湾曲と間隔と長さとを修正するものである。
【００１５】
合波光学系１２は、全反射ミラーＭと、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、ビームスプリッタＢＳとで形成される。前記レーザダイオード１０ａ、１０ｂ、１０ｃは直線偏光のレーザビームを出力し、これらの偏光方向はそれぞれ図１に矢印で示す方向に設定されている。
【００１６】
すなわちレーザダイオード１０ａと１０ｃは、ビームスプリッタＢＳおよび全反射ミラーＭに対する入射平面波の電界の振動面が入射面（入射光と反射光を含む平面）に平行な偏光（Ｐ偏光という）となるように、その取付角度が設定されている。またレーザダイオード１０ｂは、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対する入射平面波の電界の振動面が入射面に垂直となる偏光（Ｓ偏光という）となるように、その取付角度が設定されている。
【００１７】
そしてレーザビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃはこの合波光学系１２によりほぼ１つのレーザビームすなわち合波ビームＬｏに合波される。なおこの合波されたビームＬｏは図２〜４では１本のビームとして表しているが、実際には図１に示すように互いに分かれた３本の共軸ではないビームから成るものである。
【００１８】
この合波ビームＬｏは、さらにビームエキスパンダＥＸを構成するレンズＬ1およびＬ2においてビーム径の拡大・変更が行われる。このビームＬｏはドラム（円筒）Ｄの中心軸に沿ってドラムＤ内に導かれる。ドラムＤの中心軸上には、走査光学系を形成する集光レンズＬ3およびスピナーＳＰが設けられている。
【００１９】
このスピナーＳＰは中心軸（回転軸）に対して４５°の反射面を持ち、モータにより高速回転される。なおこのモータにはロータリーエンコーダＥＮが取付けられ、スピナーＳＰの回転角（θ＝ωｔ）が検出される。すなわち所定回転角ごとに出力されるパルス信号ｐと、１回転の基準位置を示す基準位置信号ｐｏとが出力される。なおこのスピナーＳＰに導かれるビームは、回転軸上にあるビームエキスパンダＥＸおよび集光レンズＬ3を通って、ドラムＤの内周面あるいは記録シートＳに合焦する。
【００２０】
なおビームキスパンダＥＸにはビームスプリッタＢＳ1が設けられ、このビームスプリッタＢＰ1は合波ビームＬOの一部を分割してレンズＬ1の焦点面Ｐ1と共役な他の焦点面Ｐ2に結像する。この焦点面Ｐ２上あるいはこれより僅かにずれた位置にはビーム位置検出素子としての４分割位置検出素子１４が設けられ、光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃのビーム位置が検出される。
【００２１】
図４において符号１６はＡＯＤ制御手段であり、このスピナーＳＰの回転角θに同期してＡＯＤを制御する。図３は制御手段１６の回路構成例を示す図である。この図３では説明を簡単にするため１つのＡＯＤａのみの駆動回路を示すが、実際はこの図と同様な回路が他のＡＯＤｂ、ＡＯＤｃに対して別々に設けられる。
【００２２】
この図３において１８はクロック回路であり、エンコーダＥＮがスピナーＳＰの一定回転角度ごとに出力するパルス信号ｐと基準位置信号ｐｏとに基づいて、制御クロック信号を出力する。２０は正弦波生成回路、２２は余弦波生成回路である。
【００２３】
これら正弦波生成回路２０と余弦波生成回路２２は、それぞれＸ方向およびＹ方向の偏向データを出力するものである。これらの偏向データは、主走査線の湾曲と間隔と長さとを修正するために、レーザビームＬをＸ軸方向およびＹ軸方向に偏位させるためにＡＯＤの駆動周波数に付加するものである。
【００２４】
なおこれら正弦波生成回路２０および余弦波生成回路２２には偏向補正手段２４から出力される補正データが入力される。これらの回路２０、２２の出力は、この補正データに基づき補正され、この結果光学系の温度変化や経時時変化などによる各光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃの相互の位置ずれを打消すことができる。
【００２５】
前記正弦波生成回路２０および余弦波生成回路２２は、スピナＳＰの回転角度すなわちクロック回路１８が出力するクロック信号に基づいて、所定の振幅と位相とを持った正弦波（Ｓｉｎ）および余弦波（Ｃｏｓ）を出力する。一方偏向補正手段２４は、通常これらの正弦波および余弦波の振幅や位相を修正するための補正データを出力する。従ってこれら補正データは通常定数である。
【００２６】
２６、２８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、正弦波および余弦波生成回路２０、２２の出力電圧変化に対応して周波数が変化する周波数変調信号Ｆ（Ｆｘ、Ｆｘ）を出力する。この信号Ｆは、それぞれ別々に増幅器（ＡＭＰ）３０、３２で増幅された後、対応するＡＯＤに導かれ光ビームをＸ方向およびＹ方向に偏向させる。
【００２７】
３４は２値画像信号生成回路であり、図示しない画像処理回路から入力される画像信号に基づいて、３本のレーザビームＬで記録する３本の主走査線を書込むための２値画像信号を出力する。これらの２値画像信号はレーザダイオード５０（１０ａ、１０ｂ，１０ｃ）に入力される。この結果各レーザダイオード１０は、２値画像信号がオンの時にレーザビームを射出し、各ＡＯＤは、レーザビームＬの一次回折光をＸ、Ｙ両方向に偏向させる。この結果記録シートＳには直線状の３本の主走査線を等間隔に記録させることができる。
【００２８】
次に偏向補正手段２４を図４に基づいて説明する。３６は座標検出回路であり、ここには４分割位置検出素子１４の４つの素子の出力がそれぞれの増幅器３８を介して入力される。座標検出回路３６は４つの素子の出力を比較することにより光ビームの位置を検出する。なお４分割位置検出素子１４は焦点面Ｐ2上またはこの位置から僅かにづれた位置に設けられ、光ビームの光束が或る程度広がった状態で入射する。このため４つの素子の出力を比較することによって光ビームの位置を２次元的に検出することができる。
【００２９】
４０は初期設定データを記憶するメモリである。このメモリ４０は３つの光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃの適切な座標などを示すデータを予め記憶する。例えばスピナーＳＰの或る角度位置において各光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃがそれぞれ位置すべき座標を記憶する。これらのデータはこの光ビーム走査装置の初期設定の際に入力され得るものである。
【００３０】
４２は演算手段であり、４分割位置検出素子１４で検出した１本の光ビームＬａの位置を示すデータと、メモリ４０に記憶した初期設定データとの差を求める。この差はメモリ４４に記憶される。同様に他の光ビームＬｂ、Ｌｃに対してもこの差が求められ、メモリ４４に記憶される。
【００３１】
なおこの演算手段４２による演算とメモリ４４の内容の書き換えでは、書換え指令αによって行われる。この書換え指令αは、操作者が適宜入力してもよいが、電源スイッチの投入時や一定時間おきに自動的に出力されるようにしてもよい。また所定ページ数の画像出力が済む度に出力されるようにしてもよい。
【００３２】
ＡＯＤ制御手段１６では、前記正弦波生成回路２０および余弦波生成回路２２が出力する偏向データを、このメモリ４４に記憶した差に基づいて補正する。すなわち差は偏向データに対する補正データとなる。この差から得た補正データは、通常前記した正弦波および余弦波の振幅や位相を修正するための定数である。
【００３３】
次にこの実施態様の動作を説明する。書換え指令αが入力されると、１本の光ビームＬａだけを出力させてそのビーム位置を４分割位置検出素子１４で検出する。そしてその時のスピナーＳＰの角度位置に対応した初期設定データと比較して両者の差を求め、メモリ４４に記憶する。同様に他の光ビームＬｂ、Ｌｃに対しても差を求めてメモリ４４に記憶する。
【００３４】
このような準備が終わってから、２値画像信号生成回路３４が出力する２値画像信号に基づいてレーザダイオード１０ａ、１０ｂ、１０ｃがオン・オフされ、スピナーＳＰが回転する。またＡＯＤ制御手段１６の正弦波生成回路２０および余弦波生成回路２２は、メモリ４４の内容により補正された正弦波および余弦波を出力し、これらの正弦波および余弦波に対応した高周波でＡＯＤを駆動する。
【００３５】
この結果３本の光ビームＬａ、Ｌｂ、ＬｃはそれぞれのＡＯＤａ、ＡＯＤｂ、ＡＯＤｃにより適正に偏向され、相互の距離や位置が適正に保たれる。このように互いにビーム位置が補正された３本の光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは合波光学系１２で合波され、ビームエキスパンダＥＸ、走査光学系（Ｌ3、ＳＰ）を介して記録シートＳに導かれる。このため３本の光ビームＬａ、Ｌｂ、Ｌｃにより記録シート上に描かれる３本の走査線を互いに平行な直線とし、それらの長さや位相も揃えることができ、記録画像の画質を向上させることができる。
【００３６】
図５は他の実施態様を示す図である。前記図１〜４に示した実施態様ではビームエキスパンダＥＸにビームスプリッタＢＳ1を設けて合波ビームＬOの一部を分割して２つの焦点面Ｐ1、Ｐ2を形成した。しかしビームスプリッタＢＳ1に代えて図５に示すように合波光学系１２のビームスプリッタＢＳによって合波ビームＬOの一部を分割し、集光レンズＬ4により焦点面Ｐ3に結像させてもよい。そしてこの焦点面Ｐ3上あるいはこの付近に配設した４分割ビーム位置検出器１４Ａで各光ビームの位置を検出すればよい。この場合にはこの焦点面Ｐ3はエキスパンダＥＸのレンズＬ1による焦点面Ｐ1と共役とする。
【００３７】
以上の実施態様は円筒内面走査型の装置に適用したものであるが、本発明は円筒外面走査型や平面走査型などの装置にも適用でき、これらを含む。光偏向素子は音響光学（ＡＯ）素子が望ましいが、他の素子例えば電気光学（ＥＯ）素子、ピエゾミラー、ガルバノミラーなどであってもよい。なおメモリ４４には差をそのまま記憶してもよいが、この差と実質的に同等なデータを記憶してもよく本発明はこの場合を含む。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、ビームスプリッタにより共役な２つの焦点面を形成し、一方の焦点面上またはこの付近でこの焦点面から僅かにづらせた位置に４分割光ビーム検出素子からなるビーム位置検出素子を設け、この素子で２次元的に検出した光ビームの位置を予め記憶した初期設定データと比較して両者の差を求め、この差を記憶する。そして光偏向素子の制御手段では、この差に基づく補正データによって各光偏向素子を駆動する。
【００３９】
従って光学系特に走査光学系よりも上流側の各光ビームごとに分れた光学系に、温度変化や経時的な変化が生じても、記憶する差を適時に書換えることにより、各光ビームによる走査線の直線性や間隔あるいは位相や長さを適切に維持することができる。このため画質の悪化を招くおそれがない。
【００４０】
合波ビームの一部を分割するためのビームスプリッタは、合波光学系に有するビームスプリッタを利用してもよい（請求項２）。この場合には分割した光ビームを集光レンズによって集光し、露光面の共役面上あるいはこの付近にビーム検出素子を配設する。
【００４１】
走査光学系は円筒内面走査型とすることができる（請求項３）。２次元に偏向する光偏向素子は２次元音響光学偏向素子とすることにより、各光ビームによる複数の走査線の直線性および間隔と、長さや位相を適正に制御できる（請求項４）。
【００４２】
メモリに記憶する差は、適時に入力される書換え指令により書き換えるが、この書換え指令は、オペレータが希望する時に入力してもよいし、適時に自動的に入力され、定期的にメモリの内容を更新できるようにしてもよい（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す概念図
【図２】ビームスプリッタの説明図
【図３】光偏向素子の制御手段を示す図
【図４】偏向補正手段を示す図
【図５】他の実施態様を示す概念図
【符号の説明】
１０  レーザダイオード
１２  合波光学系
１４、１４Ａ  ビーム位置検出素子としての４分割位置検出素子
１６  ＡＯＤ制御手段
１８  クロック回路
２０  正弦波生成回路
２２  余弦波生成回路
２４  偏向補正手段
３６  座標検出回路
４０  初期設定座標のメモリ
４２  演算手段
４４  差を記憶するメモリ
ＡＯＤ  光偏向素子としての２次元音響光学偏向素子
ＥＸ  ビームエキスパンダ
ＢＳ、ＢＳ1  ビームスプリッタ
Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3  焦点面
ＳＰ  走査光学系を形成するスピナー
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ  光ビーム
Ｌｏ  合波ビーム
α  書換え指令
Ｌ4  集光レンズ
【図１】
0003710567.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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