JP2007041513A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡5で走査される光線を像面に結像させる2枚のミラー23,25とを備えた光走査装置である。上記回転多面鏡5側の第1のミラー23が主走査方向に負のパワーを持ち、像面側の第2のミラー25が主走査方向に正のパワーを持つように構成した。これにより、回転多面鏡5の反射面5Aと像面との間の光路長の増大を抑えつつ、最終の結像素子と像面との間の距離を確保して、プロセスユニット等の形状、配置の自由度を高め、装置の小型化を可能とする。
【選択図】図4
Description
φt=φ1+φ2−d2×φ1×φ2 ………(式1)
物点側主点位置は、1つ目の光学素子から
Δ1=d2(φ2/φt) …………………(式2)
像面側主点位置は、2つ目の光学素子から
Δ2=−d2(φ1/φt) ………………(式3)
となる。なお、△1、△2は、+側が像面側となる。
φt=φ1+φ2(1−d2×φ1)
と表される。d2>0、φ1<0であるから、(1−d2×φ1)>0、φ1<Oであるから、φt>0である為には、少なくともφ2>Oである必要がある。正確にはφ2>−[φ1/(1−d2×φ1)]である必要がある。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査される光線を像面に結像させる2枚のミラー(上記回転多面鏡側の第1のミラーと、像面側の第2のミラー)とを備えたものである。露光装置の具体例は後述の実施例において詳述する。この露光装置において、上記回転多面鏡側の第1のミラーが主走査方向に負のパワーを持ち、像面側の第2のミラーが主走査方向に正のパワーを持つものである。この構成により、ミラーによる走査光学系において、T.T.(上記回転多面鏡の反射面と像面との間の光路長)の増大を抑えつつ、最終の結像素子と像面との間の距離を確保することにより、プロセスユニット等の形状、配置の自由度を高め、露光装置及びこれを組み込んだ画像形成装置の小型化が可能となる。以下、具体的に述べる。
i) 第2のミラーにより、第1のミラーの上流側の光路を遮らない。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、上述した第1実施形態に加えて、各ミラーの副走査方向の要件を限定したものである。
本実施形態に係る露光装置は、上述した第2実施形態における各ミラーの副走査方向の要件をさらに限定したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、上述した各実施形態における各ミラーの副走査方向の要件をさらに限定したものである。
本実施形態に係る露光装置は、上述した各実施形態における各ミラーの基材の線膨張係数の要件をさらに限定したものである。
φ2=φ20/(1+α2×△t)
ここに、α1は第1のミラーの基材の線膨張係数、α2は第2のミラーの基材の線膨張係数である。
d3−△2
となる。
ft−(d3−△2)=1/φt−(d3−△2) ………(式4)
が温度の関数でないことが必要となる。
ここに、d1、d2,d3の線膨張係数は、ミラーの基材の膨張率よりも十分小さいと仮定して、温度の関数とはならないとおき、(式5)をα1について解くと
α1=−α2(−1+d2φ10)2φ20/φ10 ……(式6)
を得る。(式6)で、φ10が負の際には、d2φ10も負となる為、
(−1+d2φ10)2>1
また、ここで検討した範囲では、主走査方向については、第1のミラーのパワーの絶対値よりも、第2のミラーのパワーの絶対値が大きい範囲で解を得ている。この為
−φ20/φ10>1
この2つの値、即ち1よりも大きい値を掛け合わせると、1よりも大きい値となる為、(式6)より
α1>α2
が望ましいことが判る。
φ’2=φ’20/(1+α2×△t)
合成されたパワーは下記式で表される。
レンズの結像方式より、物点、合成物点側主点間光路長をS’1、合成された像面側主点と像面との間隔をS’2、第1のミラー面から合成物点側主点間距離を△’1、第2のミラー面から合成像側主点間距離を△’2とおくと、
△’1=d2(φ’2/φ’t) ……………………(式2’)
△’ 2=−d2(φ’1/φ’t) …………………(式3’)
S’1=d1+△’1
光学素子の近軸結像公式より、
1/S'1+1/S’2=φ’t
これをS’2について解くと、結像位置は,
S’2=−S’1/(1−φ’tS’1) ………………(式7)
と表される。
d3−Δ’2 ……………………………………(式8)
で表される。
d[(d3−△’2)−S’2]/d[△t]=0
これをα1について解くと、
α1=−α2(−d2−d1+d2d1φ’10)2φ’20/(d1 2φ’10)…(式9)
を得る。
本実施形態に係る露光装置は、上述した各実施形態における各ミラーの具体的な構造を限定したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、各ミラーの具体的な配置構造を限定したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、上述した各実施形態における各ミラーの具体的な配置構造を限定したものである。本実施形態に係る露光装置は、第1の実施形態と第7実施形態とを組み合わせて構成している。
反射後の中央部と両端部の光線の主光線に対する垂直方向のずれ量は、
DF=δ1/cos(∠DAC)×sin(∠FAD)=δ1/cos(α1)×sin(2α1)=2δ1sin(α1) …(式10)
である。この量は、他のミラーによって折り返された後も、この量のまま保存される為、他のミラーのずれによって発生するずれ量を全部足し合わせれば、被走査面へ入射する光のずれ量が求められる。
2(δ1×sin(α1)+δ2×sin(α2)) …………(式11)
となる。
δ=r×(1−cos(arctan(ι/2/r)))≒1/2/r×(ι/2)2 …(式12)
の関係が成り立つ。
1/4×(ι1 2/r1×sin(α1)+ι2 2/r2×sin(α2))…(式13)
であり、これがほぼ0になれば、2枚組みミラーを出射する光は重ねることができる。即ち、下記の(式14)が2枚組みミラーを出射する光を重ねることができる条件式となる。
これをα2について解いて
sin(α2)=−ι1 2/ι2 2×r2/r1×sin(α1)…(式15)
が条件となる。
本実施形態に係る露光装置は、第6の実施形態と第7実施形態とを組み合わせて構成したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、線膨張による影響を最小限に抑えたものである。即ち、2枚以上のミラーを使用する際に、線膨張係数の大きい樹脂を基材とし、それに、アルミを蒸着したミラーを使用しても、温度変化による特性の変化を抑えることができるようにしたものである。
|α2−α1i|>|α1−α1i|
かつ
|α2−α’1i|>|α1−α’1i|
ここに、α1iは(式6)の値、α’1iは(式9)の値であり、
α1i=−α2(−1+d2φ10)2φ20/φ10
α’1i=−α2(−d2−d1+d2d1φ’10)2φ20/(d1 2φ’10)
であると、共通の基材を使用した際よりも、温度変化によるデフォーカス発生を抑えることができる。
|α2−α1i|>|α1−α1i|
かつ
|α2i−α’1i|>|α1−α’1i|
ここに、
α1i=−α2(−1+d2φ10)2φ20/φ10
α’1i=−α2(−d2−d1+d2d1φ’10)2φ20/(d1 2φ’10)
とする。
|α2−α1i|>|α1−α1i|
かつ
|α2−α’1i|>|α1−α’1i|
であれば効果がある。
本実施形態に係る露光装置は、2枚のミラーのパワーを最適な状態に調整したものである。
PMMAの線膨張係数:6.9×10−5(/度)
PCの線膨張係数:6.2×10−5(/度)
であり、両方をPCにした時、あるいは、両方をPMMAとした時よりも、温度変化の影響を抑えることができる。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、偏向手段反射面と第1のミラーと第2のミラーとの間の光路長を調整したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、各素子間の光路長と副走査方向のパワー及び横倍率を調整したものである。
副走査方向横倍率<0.5
[(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と最終の素子との間の光路長)]>1.5
これは、設計的に、もしくは、組み立てのばらつき等の影響により、回転多面鏡の入射面に対し、斜めに光線が入射する光学系において、副走査方向の回転多面鏡の面の出入りの副走査方向ビーム位置に対する影響を抑えたいためである。この為に、副走査方向の横倍率を抑える。
(最終素子−像面間光路長)/(偏向器反射点−最終の素子間光路長)≒副走査方向横倍率となる。目標としては、この関係に対し、副走査方向横倍率を半分程度にしたい。
であるが、焦点距離を大きくすると、画像周波数を高める必要がある。これは、採用したくない。
[(最終素子−像面間光路長)/(偏向器反射点−最終の素子間光路長)]>2×副走査方向横倍率
を実現する解を得ることができた。さらに詳細に言えば、
0.2<β(.24138,.3186,.3322,.3779)<0.5
(最終素子−像面間光路長)/(偏向器反射点−最終の素子間光路長)=404/250=1.612>1.5の構成は可能であることが判った。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、第8の実施形態と第13実施形態とを組み合わせて構成したものである。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、第9の実施形態と第13実施形態とを組み合わせて構成したものである。
複数の光線を走査し、第2のミラーから反射された後に、その一部の光線のみを折り返すことにより光線の分離を行うミラーを持ち、分離する位置は、第2のミラーでの折り返し点が、ポリゴンミラーから副走査方向に遠い方の光線が、第2のミラーに近い。
本実施形態に係る光走査装置を組み込んだ露光装置は、第16の実施形態において、第2のミラー上でのそれぞれのビームの間隔を、下流側で分離される光線間の間隔ほど大きく取ったものである。
RAY1−RAY2間隔<RAY2−RAY3間隔<RAY3−RAY4間隔
の様に、下流側で分離される光線間の間隔ほど大きく取っている。
本実施形態は、複数の走査線を1セットの光学系で提供し、分離手段によってそれぞれの走査線を離れた位置へ導く光学系において、偏向器の回転多面鏡厚を小さくしたものである。これは、回転多面鏡厚∝風損の関係があるためである。偏向器の回転多面鏡厚を小さくすることで、モータパワーを小さくして発熱を抑え、騒音を抑えると共に、回転数を上げる。
本実施形態は、結像用ミラーの大きさを抑え、回転多面鏡の厚さを抑えた上で、最初の分離点から像面までの距離を稼いだ光学系である。
以下に、本発明の実施形態に係る具体的な露光装置を、図面を参照して詳細に説明する。
LY−LM間隔<LM−LC間隔<LC−LK間隔
の様に、下流側で分離される光線間の間隔ほど大きく取っている。
PCの線膨張係数:6.2×l0−5(/度)
であり、第1のミラーの基材の線膨張係数の方を大きくすることにより、両方をPCで構成するよりも温度による熱膨張の影響を小さくしている。
|α2−α1i|>|α1−α1i|
かつ
|α2−α’1i|>|α1−α’1i|
ここに、
α1i=−α2(−1+d2φ10)2φ20/φ10
α’1=−α2(−d2−d1+d2d1φ’10)2φ20/(d1 2φ’10)
を満足している。第2ミラーがガラスの場合、|α2−α1i|>|α1−α1i|を満たしているが、|α2−α1i|、|α1−α1i|の値そのものが小さいため、問題とはならない。
(偏向手段反射面と第1のミラーとの間の光路長)<(第1のミラーと策2のミラーとの間の光路長)
の関係を満足している。
(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器反射点と最終の素子との間の光路長)>2×副走査方向横倍率)を満足していることが示されている。
副走査方向横倍率<0.5
(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器反射点と最終の素子との間の光路長)>1.5
である。
Claims (21)
- 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーが、主走査方向に負のパワーを持ち、像面側の第2のミラーが、主走査方向に正のパワーを持つことを特徴とする光走査装置。 - 上記第1のミラーが、副走査方向に負のパワーを持ち、上記第2のミラーが、副走査方向に正のパワーを持ち、像側主点が、主走査方向及び副走査方向ともに、上記第2のミラーよりも像面側に位置することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 上記第1のミラーの副走査方向のパワーの絶対値が、上記第2のミラーの副走査方向のパワーの絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
- 上記偏向後光学系が、副走査方向に非対称で、かつ主走査方向及び副走査方向の位置により、主走査方向及び副走査方向の曲率を変化させた2枚のミラーを含むことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 上記回転多面鏡側のミラーの基材の線膨張係数の方を、像面側のミラーの基材の線膨張係数よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 上記第1のミラーが主走査方向及び副走査方向に凸の形状を持ち、上記第2のミラーが主走査方向及び副走査方向に凹の形状を持つことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
像面側の第2ミラーが、上記回転多面鏡側の第1のミラーに対し、副走査方向の所定にずれ第2のミラーで反射された光線が、第1のミラーの副走査方向の上記所定の方向と同じ方向を通ることを特徴とする光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーが、主走査方向に負のパワーを持ち、像面側の第2のミラーが、主走査方向に正のパワーを持ち、
上記第2のミラーが上記第1のミラーに対し副走査方向のいずれか一方にずれ、上記第2のミラーで反射された光線が上記第1のミラーの副走査方向の上記一方の方向と同じ方向を通ることを特徴とする光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーが主走査方向及び副走査方向に凸の形状を持ち、上記像面側の第2のミラーが主走査方向及び副走査方向に凹の形状を持つと共に、
上記第1のミラーが副走査方向のいずれか一方にずれ、上記第2のミラーが第1のミラーと同じように副走査方向の一方にずれ、上記第2のミラーで反射された光線が上記第1のミラーの副走査方向の一方を通ることを特徴とする光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーの線膨張係数をα1、上記像面側の第2のミラーの線膨張係数をα2、それぞれの主走査方向パワーをφ10、φ20、それぞれ副走査方向パワーをφ’10、φ’20、2つのミラー間の光路長をd2、偏向器反射点と第1のミラーとの間の光路長をd1とした際に、
|α2−α1i|>|α1−α1i|
かつ
|α2−α’1i|>|α1−α’1i|
ここに、
α1=−α2(−1+d2φ10)2φ20/φ10
α’1=−α2(−d2−d1+d2d1φ’10)2φ20/(d1 2φ’10)
の関係を有することを特徴とする光走査装置。 - 上記第1のミラーの主走査方向または副走査方向またはその両方のパワーを負、上記第2のミラーのパワーを主走査方向及び副走査方向の両方共に正とし、第1のミラーの基材の線膨張係数を第2のミラーの基材の線膨張係数よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
偏向手段反射面と上記回転多面鏡側の第1のミラーと上記像面側の第2のミラーとの間の光路長を
(偏向手段反射面と第1のミラーとの間の光路長)<(第1のミラーと第2のミラーとの間の光路長)
と設定したことを特徴とする光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーの副走査方向パワーを負、上記像面側の第2のミラーの副走査方向パワーを正とすると共に、この2枚組みの光学素子の光路長と副走査方向のパワー及び横倍率を
[(第2のミラーと像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と第2のミラーとの間の光路長)]>(2×副走査方向横倍率)
の関係にしたことを特徴とする光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
上記回転多面鏡側の第1のミラーが、主走査方向及び副走査方向に負のパワーを持ち、像面側の第2のミラーが、主走査方向及び副走査方向に正のパワーを持つと共に、各ミラーが副走査方向に非対称で、かつ主走査方向及び副走査方向の位置により、主走査方向及び副走査方向の曲率を変化させ、
上記第1のミラーの副走査方向のパワーの絶対値が、上記第2のミラーの副走査方向のパワーの絶対値よりも大きいと共に、上記第1のミラーが副走査方向のいずれか一方にずれ、上記第2のミラーが上記第1のミラーと同じように副走査方向の一方にずれ、上記第2のミラーで反射された光線が上記第1のミラーの副走査方向の一方を通ると共に、
各ミラーの光路長と副走査方向のパワー及び横倍率を
[(第2のミラーと像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と第2のミラーとの間の光路長)]>(2×副走査方向横倍率)
副走査方向横倍率<0.5
[(第2のミラーと像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と第2のミラーとの間の光路長)]>1.5
の関係にしたことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 上記第1のミラーが主走査方向及び副走査方向に凸の形状を持ち、上記第2のミラーが主走査方向及び副走査方向に凹の形状を持つと共に、
上記第1のミラーが副走査方向のいずれか一方にずれ、上記第2のミラーが第1のミラーと同じように副走査方向の一方にずれ、上記第2のミラーで反射された光線が上記第1のミラーの副走査方向の一方を通り、
上記第1の光学素子の副走査方向パワーを負、第2の光学素子の副走査方向パワーを正とすると共に、この2枚組みの光学素子の光路長と副走査方向のパワー及び横倍率を
[(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と最終の素子との間の光路長)]>(2×副走査方向横倍率)
副走査方向横倍率<0.5
[(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と最終の素子との間の光路長)]>1.5
の関係を有することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
複数の光線を走査して上記像面側の第2のミラーから反射された後に、その一部の光線のみを折り返すことにより光線の分離を行う複数のミラーを持ち、これらのミラーで分離する位置を、各光線のうち上記第2のミラーでの折り返し点が上記偏向器から副走査方向に遠い方の光線での分離する位置を、第2のミラーに近くに設定したことを特徴とする光走査装置。 - 上記第2のミラー上でのそれぞれのビームの間隔を、下流側で分離される光線間の間隔ほど大きく取ったことを特徴とする請求項16に記載の光走査装置。
- 走査される光線が複数本あると共に、当該複数本の光線を主走査方向に走査させる上記回転多面鏡厚を小さくしたことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 上記第1の光学素子の副走査方向パワーを負、第2の光学素子の副走査方向パワーを正とすると共に、この2枚組みの光学素子の光路長と副走査方向のパワー及び横倍率を
[(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と最終の素子との間の光路長)]>(2×副走査方向横倍率)
副走査方向横倍率<0.5
[(最終素子と像面との間の光路長)/(偏向器の反射点と最終の素子との間の光路長)]>1.5
の関係にしたことを特徴とする請求項8に記載の光走査装置。 - 偏向手段反射面と第1のミラーと第2のミラーとの間の光路長を
(偏向手段反射面と第1のミラーとの間の光路長)<(第1のミラーと第2のミラーとの間の光路長)
と設定したことを特徴とする請求項19に記載の光走査装置。 - 偏向前光学系からの光線を主走査方向に走査する回転多面鏡と、当該回転多面鏡で走査された光線を像面に結像させる2枚のミラーとを備えた光走査装置であって、
偏向前光学系を複数有し、上記回転多面鏡と上記回転多面鏡側の第1のミラーの間で、上記複数の偏向前光学系から出射された光線が副走査方向で交差することを特徴とする光走査装置。
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