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JPH0685036B2 - Deflection-type optical beam scanning method - Google Patents
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JPH0685036B2 - Deflection-type optical beam scanning method - Google Patents

Deflection-type optical beam scanning method

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JPH0685036B2
JPH0685036B2 JP61021481A JP2148186A JPH0685036B2 JP H0685036 B2 JPH0685036 B2 JP H0685036B2 JP 61021481 A JP61021481 A JP 61021481A JP 2148186 A JP2148186 A JP 2148186A JP H0685036 B2 JPH0685036 B2 JP H0685036B2
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acousto
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deflection
sound wave
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中裕 原田
英俊 安井
雄作 桧物
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Furukawa Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は等速度光ビーム走査を必要とする分野で用いら
れる偏向式光ビーム走査方法に関する。
The present invention relates to a deflection type light beam scanning method used in a field requiring constant velocity light beam scanning.

『従来の技術』 等速度光ビーム走査を必要とするレーザプリンタ、複写
機等の光スキャナでは、この際の走査手段として光ビー
ムを偏向させる方法が採用されており、具体的には第3
図に例示する偏向式光ビーム走査方法が採用されてい
る。
"Prior Art" Optical scanners such as laser printers and copiers that require constant-speed light beam scanning employ a method of deflecting a light beam as a scanning means at this time.
The deflection type light beam scanning method illustrated in the figure is adopted.

以下、第3図の方法について略述すると、1はバルク型
あるいは薄膜積層型からなる音響光学素子、2は音響光
学素子1に接続された音波駆動回路、3は音波駆動回路
2に接続された鋸歯状波発生回路、4は音響光学素子1
の出射側に配置された結像レンズ(fθレンズ)、5は
直進した非偏向光を遮断するための遮断体、6は結像レ
ンズ4の焦点位置に配置された感光体(受光体)、7は
その感光体6の結像面である。
The method shown in FIG. 3 will be briefly described below. 1 is an acousto-optic device of bulk type or thin film laminated type, 2 is a sound wave drive circuit connected to the acousto-optic device 1, and 3 is a sound wave drive circuit 2. Sawtooth wave generation circuit, 4 is acousto-optic element 1
An image forming lens (fθ lens) arranged on the emission side of 5 is a blocking body for blocking the straight non-deflected light, 6 is a photoconductor (light receiving body) arranged at the focal position of the image forming lens 4, Reference numeral 7 denotes an image plane of the photoconductor 6.

第3図において、図示しない光源から音響光学素子1へ
入射された光ビームL1は、音波駆動回路2を介したブラ
ッグの回折により偏向されるとともに、その偏向角が結
像レンズ4により増巾され、これが光ビームL2となって
感光体6の結像面7上で結像する。
In FIG. 3, the light beam L 1 incident on the acousto-optic element 1 from a light source (not shown) is deflected by Bragg diffraction through the sound wave drive circuit 2, and the deflection angle is increased by the imaging lens 4. Then, this becomes a light beam L 2 and an image is formed on the image forming surface 7 of the photoconductor 6.

この際の光偏向角△θは、(1)式に示す通り、音波周
波数の変化△fSに比例する。
The light deflection angle Δθ at this time is proportional to the change Δf S of the sound wave frequency as shown in the equation (1).

△θ=λ/vS・△fS ……(1) λ:音響光学素子(媒質)内の光波長 vS:音波伝搬速度 したがって、音波駆動回路2に接続された鋸歯状波発生
回路3の入力制御電圧の変化により、音響光学素子1へ
の駆動音波周波数を掃引すると、上記光偏向角△θが変
化し、結像面7上において光ビーム走査が行なわれる。
Δθ = λ / v S · Δf S (1) λ: Light wavelength in acousto-optic element (medium) v S : Sound wave propagation speed Therefore, sawtooth wave generation circuit 3 connected to sound wave drive circuit 2 When the frequency of the driving sound wave to the acousto-optic element 1 is swept by the change of the input control voltage of, the optical deflection angle Δθ changes, and the light beam scanning is performed on the image plane 7.

つぎに、第3図の方法における光結像スポットの走査運
動について考察する。
Next, the scanning movement of the optical imaging spot in the method of FIG. 3 will be considered.

音響光学素子1の光偏向角が△θの場合、結像面7上に
おける光ビームの結像スポットの位置yは(2)式によ
りあらわされる。
When the light deflection angle of the acousto-optic element 1 is Δθ, the position y of the image spot of the light beam on the image plane 7 is represented by the equation (2).

y=f0tan△θ ……(2) y:結像スポットから光軸までの距離 f0:結像レンズの焦点距離 結像スポットでの光ビームの走査速度は、音響光学素子
1が鋸歯状波で駆動するため、(3)式のようになる。
y = f 0 tan Δθ (2) y: distance from the image forming spot to the optical axis f 0 : focal length of the image forming lens The scanning speed of the light beam at the image forming spot is the sawtooth of the acoustooptic device 1. Since it is driven by a circular wave, it becomes as shown in equation (3).

dy/dt=f0 sec2△θ・d△θ/dt ……(3) かかる(3)式で明らかな通り、上記走査速度は光偏向
角△θの関数であり、非直線的に変化するため、その光
偏向角△θが大きくなる位置で増加する。
dy / dt = f 0 sec 2 Δθ · d Δθ / dt (3) As is apparent from the equation (3), the scanning speed is a function of the light deflection angle Δθ and changes non-linearly. Therefore, the light deflection angle Δθ increases at a position where it increases.

したがって光ビーム(走査線)は、結像面7の中央部か
らその上端部、下端部へ向うにしたがい光偏向角△θが
大きくなり、不等速走査状況を呈する。
Therefore, the light beam (scanning line) has a larger light deflection angle Δθ from the central portion of the image forming surface 7 toward the upper end portion and the lower end portion thereof, and presents a non-constant speed scanning situation.

そのため、光ビーム走査方向の結像スポット間隔も、結
像面7の中央部からその上下両端部へ向うにしたがい大
きなる。
Therefore, the distance between the imaging spots in the scanning direction of the light beam also increases from the center of the imaging surface 7 toward both upper and lower ends thereof.

第3図の方法では光ビームの等速度走査運動を行なわせ
るに、fθレンズなどの結像レンズ4を用い、上記結像
スポットの位置yを下記(4)式のように置き換えてい
る。
In the method shown in FIG. 3, an imaging lens 4 such as an fθ lens is used to perform the uniform velocity scanning movement of the light beam, and the position y of the imaging spot is replaced by the following equation (4).

y=f0・△θ ……(4) この場合の光ビーム走査では、音響光学素子1が鋸歯状
波で駆動するため、d△θ/dt:一定となり、したがっ
て、その等速度走査運動は(5)式のようになる。
y = f 0 · Δθ (4) In the light beam scanning in this case, since the acoustooptic device 1 is driven by the sawtooth wave, dΔθ / dt: becomes constant, and therefore the constant velocity scanning motion is It becomes like the formula (5).

dy/dt=f0・d△θ/dt=f0 A ……(5) A:一定 『発明が解決しようとする問題点』 上述した第3の方法において、例えばバルク型の音響光
学素子を用いた場合、光ビームの等速度走査を行なわせ
るため、fθレンズのごとき特殊レンズとか、あるいは
複数のレンズの組み合わせが必要となり、そのレンズ設
計、製作等も複雑となる。
dy / dt = f 0 · dΔθ / dt = f 0 A (5) A: constant “Problems to be solved by the invention” In the third method described above, for example, a bulk-type acousto-optic device is used. When it is used, a special lens such as an fθ lens or a combination of a plurality of lenses is required in order to perform constant velocity scanning of the light beam, and the lens design and manufacture are complicated.

一方、上記方法において薄膜積層型の音響光学素子の用
いた場合、その音響光学素子、通常の薄膜型レンズ(モ
ードインデックスレンズ、ジオデシックレンズ、回折レ
ンズ)等が容易に同一基板上に集積できるが、fθレン
ズのような特殊レンズを必要とする場合は、これの薄膜
化が困難であるため、装置の小型化、軽量化、集積化が
妨げられ、他にも光学系の調整が必要となる。
On the other hand, when a thin film laminated acousto-optic device is used in the above method, the acousto-optic device, ordinary thin film lenses (mode index lens, geodesic lens, diffractive lens) and the like can be easily integrated on the same substrate. When a special lens such as an fθ lens is required, it is difficult to reduce the thickness of the special lens, which hinders downsizing, weight reduction, and integration of the device, and also requires adjustment of the optical system.

本発明は上記の問題点に鑑み、偏向手段による光ビーム
の等速度走査が簡易に実施でき、しかもその装置の小型
化、軽量化、集積化がはかれ、光学系の調整を有するこ
とのない、信頼性の高い偏向式光ビーム走査方法を提供
しようとするものである。
In view of the above problems, the present invention makes it possible to easily carry out uniform speed scanning of a light beam by a deflecting means, and further, downsizing, weight saving, and integration of the device can be achieved without adjusting the optical system. The present invention aims to provide a highly reliable deflection type light beam scanning method.

『問題点を解決するための手段』 本発明は上記の目的を達成するため、光ビームの偏向走
査手段として音響光学素子とその音響光学素子の音波駆
動回路と電圧制御回路とを備え、当該音響光学素子を透
過した光ビームを結像面上で結像させる結像手段として
結像光学系を備え、これらの手段を介して光ビームを偏
向させながら結像面上で走査する偏向式光ビーム走査方
法において、音波駆動回路を介して音響光学素子を駆動
させるとき、その音波出力の周波数掃引波形を電圧制御
回路により制御して光ビームを結像面上で等速度走査す
ることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes an acousto-optical element, a sound wave drive circuit for the acousto-optical element, and a voltage control circuit as a deflection scanning means for a light beam. A deflection type light beam that is provided with an image forming optical system as an image forming means for forming an image of a light beam that has passed through an optical element on the image forming surface and scans the image surface while deflecting the light beam through these means. In the scanning method, when the acousto-optic element is driven through the sound wave drive circuit, the frequency sweep waveform of the sound wave output is controlled by the voltage control circuit to scan the light beam at a constant speed on the imaging surface. .

『実施例』 以下、本発明の方法の具体的実施例につき、図面を参照
して説明する。
[Examples] Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図において、11は光源、12は音響光学装置である。In FIG. 1, 11 is a light source and 12 is an acousto-optic device.

上記音響光学装置12は、音響光学素子13と結像光学系14
と遮断体15とが基板上に組みつけられて構成され、その
音響光学素子13はバルク型あるいは薄膜積層型からな
り、その結像光学系14は通常のレンズ、あるいは薄膜型
レンズの組み合わせからなる。
The acousto-optic device 12 includes an acousto-optic element 13 and an imaging optical system 14
And a shield 15 are assembled on a substrate, the acousto-optic element 13 is a bulk type or a thin film laminated type, and the imaging optical system 14 is a normal lens or a combination of thin film type lenses. .

16は音波駆動回路、17は電圧制御回路であり、電圧制御
回路17は相互に接続された電圧補正回路部18と逆正接
(アークタンジェント)状波発生回路部19とからなる。
Reference numeral 16 is a sound wave drive circuit, 17 is a voltage control circuit, and the voltage control circuit 17 comprises a voltage correction circuit section 18 and an arctangent wave generation circuit section 19 which are mutually connected.

音波駆動回路16は上記音響光学素子13に接続され、電圧
制御回路17はその電圧補正回路部18を介して音波駆動回
路16と相互に接続されている。
The sound wave drive circuit 16 is connected to the acousto-optic element 13, and the voltage control circuit 17 is mutually connected to the sound wave drive circuit 16 via the voltage correction circuit section 18.

20は結像光学系14の焦点位置に配置された感光体(また
は受光体)、21はその感光体20の結像面である。
Reference numeral 20 denotes a photoconductor (or a photoconductor) arranged at the focal position of the imaging optical system 14, and 21 denotes an image formation surface of the photoconductor 20.

上述した本発明方法の場合、光源11から出射されたレー
ザ光等の光ビームL1を音響光学素子13へ入射して偏向
し、その偏向角を結像光学系14により増巾した後、かか
る光ビームL2を感光体20の結像面21上で結像させる。
In the case of the above-described method of the present invention, the light beam L 1 such as a laser beam emitted from the light source 11 is incident on the acousto-optic element 13 to be deflected, and the deflection angle is increased by the imaging optical system 14, The light beam L 2 is imaged on the imaging surface 21 of the photoconductor 20.

この際、音響光学素子13は音波駆動回路16を介して駆動
しており、当該音波駆動回路16は電圧補正回路部18と逆
正接状波発生回路部19とからなる電圧制御回路17により
制御される。
At this time, the acousto-optic element 13 is driven through the sound wave drive circuit 16, and the sound wave drive circuit 16 is controlled by the voltage control circuit 17 including the voltage correction circuit unit 18 and the arctangent wave generation circuit unit 19. It

すなわち、音響光学素子13の音波出力の周波数掃引波形
が逆正接状波発生回路部19により逆正接状となり、しか
も電圧補正回路部18を介して音波周波数fSと入力制御電
圧vとの関係が正確に制御されるから、光ビームL2は結
像面21上において高精度の等速度走査運動を呈する。
That is, the frequency-swept waveform of the sound wave output of the acousto-optic element 13 becomes arctangent by the arctangent wave generation circuit unit 19, and the relationship between the sound wave frequency f S and the input control voltage v is obtained via the voltage correction circuit unit 18. Since it is controlled accurately, the light beam L 2 exhibits a highly accurate uniform velocity scanning motion on the image plane 21.

かかる本発明方法では、前述した(3)式におけるsec2
△θが一定となるようにする。
In the method of the present invention, sec 2 in the above-mentioned equation (3) is used.
Make Δθ constant.

この場合、偏向角△θは(6)式のようにあらわされ、
上記走査波形の発生回路は(7)を満足するように設計
される。
In this case, the deflection angle Δθ is expressed as in equation (6),
The scanning waveform generating circuit is designed to satisfy (7).

△θ=tan-1(At) ……(6) △fS=vS/λ・△θ=vS/λ・tan-1(At) ……(7) vS:音速、λ:光波長 A:一定、t:時間 かくて結像スポットにおける光ビームの等速度走査が行
なえる。
△ θ = tan -1 (At) …… (6) △ f S = v S / λ ・ △ θ = v S / λ tan -1 (At) …… (7) v S : speed of sound, λ: light Wavelength A: constant, t: time Thus, the light beam can be scanned at a constant speed at the image forming spot.

第2図は本発明方法における音波周波数変化分の走査波
形と、従来例(第3図)における音波周波数変化分の走
査波形とを示したものであり、同図の実線が本発明、同
図の点線が従来例である。
FIG. 2 shows the scanning waveform of the sound wave frequency change in the method of the present invention and the scanning waveform of the sound wave frequency change in the conventional example (FIG. 3). The dotted line is the conventional example.

なお、本発明方法において変調素子の直線性が保証され
る場合、電圧制御回路17は逆正接状波発生回路部19のみ
で構成してもよい。
When the linearity of the modulation element is guaranteed in the method of the present invention, the voltage control circuit 17 may be composed of only the arctangent wave generation circuit section 19.

『発明の効果』 以上説明した通り、本発明方法によるときは、結像面上
における光ビームの等速度走査が、音響光学素子の駆動
音波周波数を電気的に制御することで簡易に行なえ、し
かも音響光学素子としてバルク型、薄膜積層型のいずれ
を用いても、これに組み合わされる結像光学系のレンズ
設計、製作が容易となり、その光学系を調整する必要が
ないのはもちろん、当該方法を実施するための装置の小
型化、軽量化、集積化がはかれ、信頼性も高い。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the method of the present invention, the uniform velocity scanning of the light beam on the imaging plane can be easily performed by electrically controlling the driving sound wave frequency of the acousto-optic element. Regardless of whether a bulk type or a thin film laminated type is used as the acousto-optic element, it is easy to design and manufacture a lens for an imaging optical system combined with it, and it is of course unnecessary to adjust the optical system. The device for carrying out the present invention is compact, lightweight, integrated, and highly reliable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明方法の一実施例を略示した説明図、第2
図は本発明方法および従来法における音波周波数変化分
の走査波形を示した説明図、第3図は従来法を略示した
説明図である。 11……光源 12……音響光学装置 13……音響光学素子 14……結像光学系 15……遮断体 16……音波駆動回路 17……電圧制御回路 18……電圧補正回路部 19……逆正接状波発生回路部 20……感光体(受光体) 21……結像面 L1……光ビーム L2……光ビーム
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an embodiment of the method of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing a scanning waveform of a sound wave frequency change in the method of the present invention and the conventional method, and FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the conventional method. 11 …… Light source 12 …… Acousto-optic device 13 …… Acousto-optic element 14 …… Imaging optics 15 …… Breaker 16 …… Sound wave drive circuit 17 …… Voltage control circuit 18 …… Voltage correction circuit section 19 …… Inverse tangential wave generation circuit section 20 …… photoreceptor (photoreceptor) 21 …… image plane L 1 …… light beam L 2 …… light beam

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桧物 雄作 東京都品川区二葉2丁目9番15号 古河電 気工業株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−68307(JP,A) 特開 昭55−25081(JP,A) 実開 昭61−137916(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yusaku Hinoki 2-9-15 Futaba, Shinagawa-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. Central Research Laboratory (56) Reference JP-A-52-68307 (JP, A) ) Japanese Patent Laid-Open No. 55-25081 (JP, A) Shoukai 61-137916 (JP, U)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光ビームの偏向走査手段として音響光学素
子とその音響光学素子の音波駆動回路と電圧制御回路と
を備え、当該音響光学素子を透過した光ビームを結像面
上で結像させる結像手段として結像光学系を備え、これ
らの手段を介して光ビームを偏向させながら結像面上で
走査する偏向式光ビーム走査方法において、音波駆動回
路を介して音響光学素子を駆動させるとき、その音波出
力の周波数掃引波形を電圧制御回路により制御して光ビ
ームを結像面上で等速度走査することを特徴とする偏向
式光ビーム走査方法。
1. An acousto-optic device, a sound wave drive circuit for the acousto-optic device, and a voltage control circuit are provided as deflection scanning means for a light beam, and a light beam transmitted through the acousto-optic device is imaged on an imaging surface. In the deflection type light beam scanning method in which an image forming optical system is provided as an image forming means and a light beam is scanned through these means while scanning the image forming surface, an acousto-optical element is driven through a sound wave drive circuit. At this time, the deflection type light beam scanning method is characterized in that the frequency sweep waveform of the sound wave output is controlled by a voltage control circuit to scan the light beam on the image forming surface at a constant speed.
【請求項2】音響光学素子がバルク型からなる特許請求
の範囲第1項記載の偏向式光ビーム走査方法。
2. The deflection type light beam scanning method according to claim 1, wherein the acousto-optic element is a bulk type.
【請求項3】音響光学素子が薄膜積層型からなる特許請
求の範囲第1項記載の偏向式光ビーム走査方法。
3. The deflection type light beam scanning method according to claim 1, wherein the acousto-optic element is a thin film laminated type.
【請求項4】電圧制御回路が逆正接状波発生回路からな
る特許請求の範囲第1項記載の偏向式光ビーム走査方
法。
4. The deflection type light beam scanning method according to claim 1, wherein the voltage control circuit comprises an arctangent wave generation circuit.
【請求項5】電圧制御回路が電圧補正回路部と逆正接状
波発生回路部とからなる特許請求の範囲第1項記載の偏
向式光ビーム走査方法。
5. The deflection type light beam scanning method according to claim 1, wherein the voltage control circuit comprises a voltage correction circuit section and an arctangent wave generation circuit section.
JP61021481A 1986-02-03 1986-02-03 Deflection-type optical beam scanning method Expired - Lifetime JPH0685036B2 (en)

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JPS56107217A (en) * 1980-01-31 1981-08-26 Canon Inc Calescence point scanning element

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