JP2772556B2 - 走査式光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ON/OFF変調されたレーザー光を走査面上
で走査させることにより、走査面上にパターンを形成す
る走査式光学装置に関するものであり、特に、レーザー
製版機等のように形成されるパターンに高い密度が要求
される装置に関するものである。

［従来の技術］ 精度の高い描画を行うためには、スポットを小さく絞
り込まなければならない。スポット径を小さくするため
には、光学系のＦナンバーを明るくする必要があり、必
然的に焦点深度が浅くなる。従って、走査面上でのスポ
ット径をほぼ一定に保つには像面湾曲を小さく抑えなけ
ればならない。

しかし、ポリゴンミラーにより光束が走査される面内
で走査レンズの光軸とポリゴンミラーへの入射光束の光
軸とが一致していない場合には、ポリゴンミラーの回転
に伴って偏向点がｆθレンズの光軸を挟んでプラス像高
とマイナス像高とで非対称に変化する。

従って、感光体面での像面湾曲が非対称となり、光軸
に対して対称形状のレンズを用いる場合には補正できな
いという問題があった。

このような問題を解決するためには、レーザー光束を
走査レンズの光軸を通してポリゴンミラーへ入射させる
構成が考えられる。像面湾曲の表れ方が対称形となるた
めに光軸対称なレンズで補正可能となり、値も非常に小
さくなる。

但し、このような構成を採用するためには、ポリゴン
ミラーによる反射光の光路中に、光源からポリゴンミラ
ーへ向かう光束とポリゴンミラーからｆθレンズへ入射
する光束とを分離する静的偏向機を配置することが必要
となる。

ところで、特開昭60−233616号公報には、偏光ビーム
スプリッターと1/4波長板とを用いることにより、光源
からの光束を走査レンズの光軸を通してポリゴンミラー
へ入射させる構成が開示されている。

なお、特開昭60−233616号の構成では、いわゆる面倒
れ誤差と呼ばれるポリンゴンミラーの反射面の回転軸に
対する傾きによる影響を補正するために、副走査断面内
においてレーザー光束をポリゴンミラーの反射面上で一
旦結像させている。従って、静的偏向器として全反射ミ
ラーを設けることはできず、偏光ビームスプリッター等
を用いる必要がある。

しかしながら、上記公報記載の構成による場合には、
ポリゴンミラーの回転に伴って光束の偏光ビームスプリ
ッターに対する入射角度が変化するため、偏光ビームス
プリッターの透過率が中央部から周辺部へ向けて徐々に
変化し、感光体面上での光量ムラを生じる。

本出願人は、上述した各課題を解決するため、レーザ
ー光束を走査レンズの光軸を通してポリゴンミラーへ入
射させる構成を採用しつつ、静的偏向器として全反射ミ
ラーを用いることができる構成を特願平１−63934号に
おいて提案している。

すなわち、レーザー光源からの光束を走査偏向器へ入
射する手前において副走査断面内で一旦結像させ、この
結像位置に静的偏向器を配置して光源からの光束を走査
偏向器に導くと共に、走査偏向器で反射された光束を走
査レンズに導く。

静的偏向器は、光束を反射させるスリットミラー、あ
るいは光束を透過させるスリットが設けられたミラーを
有する。

このような構成によれば、走査偏向器による反射光の
大部分は、スリットミラーの周囲を透過し、あるいはス
リット入りミラーのスリット外部分で反射され、走査レ
ンズを介して走査面上にスポットを結ぶ。

但し、上記提案の技術を実施する場合には、ポリゴン
ミラーと走査レンズとの間にスリットミラー等を設ける
ためのプリズムを配置する必要があるため、このプリズ
ムの位置関係によってはポリゴンミラーへ入射する光束
の位置、角度に誤差を生じ、走査面上でのスポットが乱
れる可能性がある。

［発明の目的］ この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであ
り、比較的簡単な構成で走査面上での波形収差の劣化を
防止することができ、高い精度で描画を行うことが可能
な走査式光学装置を提供することを目的とし、かつ、入
射光束の位置、角度誤差によるスポットの乱れを防止す
ることができる走査式光学装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る走査式光学装置は、上記目的を達成さ
せるため、走査偏向器による偏向光束の光路中からレー
ザー光束を走査偏向器に入射させる構成を採用しつつ、
レーザー光源からの光束と走査偏向器による反射光とを
分離する静的偏向器を含む保持機構を、走査レンズの光
軸方向、または主走査断面内で光軸とほぼ垂直な方向に
スライド自在とし、あるいは、走査レンズの光軸と平行
な軸回り、または主走査断面内で光軸とほぼ垂直な軸回
り、更に副走査断面内で光軸とほぼ垂直な軸回りに回動
自在としたことを特徴とする。

［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１図〜
第４図は、この発明に係る走査式光学装置の一実施例を
示したものである。

まず、第４図に基づいてこの装置の光学素子の配置関
係を説明する。

図示される光学系は、光源としてのレーザーダイオー
ド10と、レーザーダイオード10から発する発散光を平行
光束とするコリメートレンズ11と、コリメートされた光
束を反射させる折り返しミラー12及び、この光束により
線像を形成する集光レンズとしてのシリンドリカルレン
ズ13と、光束の線像位置に一致して設けられた静的偏向
器としてのスリットミラー21を有するプリズムブロック
20と、スリットミラー21により反射された光束を反射偏
光させる走査偏向器としてのポリゴンミラー30と、ポリ
ゴンミラー30による反射光束を集光して走査面上にスポ
ットを形成する走査レンズとしてのｆθレンズ40とを備
えている。

ここで、ポリゴンミラー30によって光束が走査される
面を主走査断面とし、主走査断面に対して垂直でポリゴ
ンミラーの回転軸31を含む面を副走査断面とする。

プリズムブロック20は、三角柱プリズム22と台形プリ
ズム23とを貼合わせた直方体形状であり、貼合わせ面に
全反射鏡であるスリットミラー21が蒸着されている。ス
リットミラー21の主走査断面に対する角度はほぼ45゜で
ある。

レーザーダイオード10を出射した発散光はコリメート
された後にシリンドリカルレンズ13によってスリットミ
ラー21上に集光すると共に、このスリットミラー21によ
り全光量が反射され、ｆθレンズ40の光軸を通ってポリ
ゴンミラー30へと向かう。

ポリゴンミラー30で反射、偏光された光束は、所定の
広がりを持って再びプリズムブロック20へ達する。ここ
で、大部分の光束はスリットミラー21の周囲の部分を透
過してｆθレンズ40へ入射する。ｆθレンズ40を射出し
た光束は、ベース90の左端に設けられたミラー51によっ
てベースの下側へ偏向され、第３図に示したように、ミ
ラー52、53に導かれてフィードローラー60によって搬送
される走査対象としてのパネル61上に等速で走査するス
ポットを形成する。

光路を分離するために設けられたスリットミラー21
は、ポリゴンミラー30の回転角度の変化に基づく透過率
の変化がないため、偏向ビームスプリッターを使用した
場合のように走査面上での像高によるスポット強度の変
化がない。

次に、各光学素子の具体的な組み付け構成を第１図〜
第３図に基づいて説明し、同時に各光学素子の調整方向
について第４図を参照して説明する。

図中の座標は、光束の進行方向を基準として定められ
ており、レーザーダイオード10からの光束の射出方向と
ｆθレンズ40の光軸方向とをｘ軸、ポリゴンミラー30の
回転軸31方向をｚ軸、x,z両軸に対して垂直な方向をｙ
軸として定義している。

各光学素子は、平板状のベース90にそれぞれユニット
化して取り付けられている。

ポリゴンミラー30及びこれを回転駆動するモータが組
み込まれたポリゴンユニット100は、ベース90に不可動
的に固定されている。

レーザーダイオード10からプリズムブロック20までが
設けられた光源ユニット200は、ベース90に対してｘ軸
方向にスライド自在な下基板201と、下基板201に対して
x,y軸回りに回動調整可能に設けられた上基板202とを有
している。

下基板201は、第２図に示したようにベース90に固定
された２本の当て付けピン203によってｙ軸方向の位置
が決めされていると共に、下基板を貫通してベース90に
螺合する四隅の固定ボルト204によりベース90に固定さ
れている。各固定ボルト204が挿通された下基板201の貫
通孔は、ボルト径より大きく形成されているため、これ
らの固定ボルト204を緩めることにより、下基板201を当
て付けピンに203に沿ってｘ軸方向にスライドさせるこ
とができる。

光源ユニット200のｘ軸方向へのスライド調整は、レ
ンズ系の曲率、面間距離等の誤差による走査面上での副
走査方向のピントズレを補正するための作用を有する。

上基板202は、下基板201の３箇所に固定された当て付
けピン205によりx,y方向の位置決めがなされている。ま
た、上基板202は、その四隅に形成されたネジ孔に、第
１図に示したように先端が下基板201に当接する調整ボ
ルト206が螺合されており、これらの調整ボルト206に隣
接して設けられた固定ボルト207によって下基板201に固
定されている。

従って、固定ボルト207を緩めて調整ボルト206を操作
することにより、上基板202を下基板201に対してx,y軸
回りに調整することができる。

プリズムブロックを含んだ光源ユニット200のｘ軸回
りの回動調整は、走査面上でのスポット形状の崩れ、像
質の低下を補正するためのものであり、プリズムブロッ
ク20のx,y軸方向の調整が完了した後、装置全体として
の性能を向上させるために使用される。

上基板の中央に固定されたプリズムブロック20は、上
基板202に対してｙ軸方向にスライド可能である。ポリ
ゴンミラー30からｆθレンズ40側へ透過する光束のけら
れを考慮すると、スリットミラー21の面積はできる限り
小さい方が望ましい。プリズムブロックのｙ軸方向への
スライド調整は、スリットミラーの大きさをシリンダー
レンズ13によって形成される線像の大きさと同程度とし
た場合に、これらの位置関係を合致させるために必要と
なる。

上基板202には、第１図に示したように、プリズムブ
ロックの両側に、２本の脚部210が下側から螺合する固
定ネジ210aにより固定されている。脚部210の上端間に
は、水平板211が架設されると共に、この水平板211の下
側には脚部210間に垂直板212が架設されている。

水平板211上には、レーザーダイオード10及び第１レ
ンズ11a〜第４レンズ11dの４枚で構成されるコリメート
レンズ11が組み込まれた円筒状の鏡筒220と、折り返し
ミラー12を支持するミラー支承部230とが固定されてい
る。

レーザーダイオード10は、製品毎に光が射出する箇所
にバラツキがあるため、ｙ−ｚ方向にスライド調整可能
として発振光束を設計された光軸に合わせることができ
るよう構成されている。

コリメートレンズ11は、レーザーダイオード10に対す
る相対関係を調整するためにｙ軸方向にスライド自在で
ある。これは、レンズ系の曲率、面間距離等の誤差によ
る走査面上での主に主走査方向のピントズレを補正する
ための調整である。

折り返しミラー12は、x,y軸の２軸回りに回動調整可
能とされている。

また、垂直板212には、正レンズ13aと負レンズ13bの
組合わせで構成されるシリンダーレンズ13がホルダー24
0を介して取り付けられている。

シリンダーレンズ13は、加工誤差による製品毎のバラ
ツキを含む可能性があるため、光軸（ｘ軸）方向のスラ
イド調整、並びに光軸回りの回動調整が可能とされてい
る。前者の調整は、光軸方向に沿った線像の移動を調整
してピントをスリットミラーに合致させるためのもの、
後者の調整は、線像の形成方向を回転調整してスリット
ミラー21の方向に合致させるためのものである。

なお、レーザーダイオード10からプリズムブロック20
までの部品は、他の部品からは独立した１つのユニット
として一体化されており、組み付けの精度を高め、シリ
ンダーレンズ13による線像形成位置とスリットミラー21
とのズレを防止することができる。

レンズユニット300は、３枚のアナモフィックレンズ4
1,42,43から構成されるｆθレンズ40と、これらのレン
ズが配列されるレンズ基板301とを有している。レンズ
基板301は、光源ユニット200との間でベース90の２箇所
に固定された当て付けピン302に当て付けられてｘ軸方
向の位置が決められており、四隅の固定ボルト303でベ
ース90に固定されている。

従って、レンズ基板301は、固定ボルト303を緩めるこ
とにより、当て付けピン302をガイドとしてｙ軸方向に
スライドさせることができる。

また、３枚のアナモフィックレンズは、中央のレンズ
を覆って設けられた押え板310により押えバネ板311を介
してレンズ基板301に対してｚ軸方向の固定がなされて
おり、中央のレンズ42はx,y軸回りに回動調整自在に組
付けられている。

ｆθレンズ40の調整は、偏心の誤差による像面の傾
き、像質の低下を補正するためのものである。

押え板310の四隅に当る部分には、第３図に示したよ
うに、レンズの高さより僅かに長い支承部材312がレン
ズ基板301にネジ止めされており、押え板310はこの支承
部材312に固定ボルト313を用いて固定されている。

また、各レンズは、それぞれ３箇所を当て付けピン32
0、320、…によって位置決めされており、これらの当て
付けピンに対向する方向から、それぞれ２本の固定ボル
トでレンズ基板301に固定されたＬ字型の固定板321、32
1、…が当てつけられてレンズ基板301にx,y方向の固定
がなされている。

上述した光源ユニット200の位置を決める当て付けピ
ン203と、レンズユニットの位置を決める当て付けピン3
02とは、ポリゴンミラー30の回転中心を基準として位置
が定められている。

なお、第２図中の右下側には、ポリゴンミラー30の回
転位置を検出する手段として、ポリゴンミラー30の描画
光束を反射させる面とは異なる面にモニター光束を照射
するモニター光源ユニット400と、ポリゴンミラー30で
反射されたモニター光束を受光するモニター受光ユニッ
ト500とが設けられている。これらのユニットは、発明
には直接関係がないため、詳細な説明は省略する。

［効果］ 以上説明したように、この発明の走査式光学装置によ
れば、静的偏向器のスライド調整することにより、集光
レンズによって形成される線像とスリットミラー等の位
置を容易に合致させることができる。

また、静的偏向器を回動調整することにより、レンズ
の設計値からの誤差等により走査面上でのスポット性能
が劣化した場合にも、これを良好とするよう調整するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、この発明に係る走査式光学装置の一
実施例を示したものであり、第１図は第２図のＩ−Ｉ線
矢視図に当る光源ユニットの側面図、第２図は装置全体
の平面図、第３図は第２図のIII−III線矢視図、第４図
は光学素子の配置を示す斜視図である。 10……レーザーダイオード 13……シリンダーレンズ 20……プリズムブロック 21……スリットミラー 30……ポリゴンミラー 40……ｆθレンズ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光源と、 レーザー光源からの光束を反射、偏向させて主走査断面
   内で走査させる走査偏向器と、 走査偏向器により反射されたレーザー光束を走査面上に
   集光させる走査レンズと、 レーザー光源からの光束を走査偏向器へ入射する手前で
   前記主走査断面と垂直な副走査断面内で一旦結像させる
   集光レンズと、 走査偏向器による反射光の光路中で集光レンズによる光
   束の結像位置に設けられ、レーザー光源からの光束を走
   査偏向器へ導くと共に、走査偏向器による反射光を走査
   レンズへ入射させる静的偏向器と、 前記レーザー光源から前記静的偏向器にいたる光学素子
   を他の光学素子とは区別して一体に保持する保持機構
   と、 該保持機構の位置を調整する調整機構とを有することを
   特徴とする走査式光学装置。
2. 【請求項２】前記調整機構は、前記保持機構を前記走査
   レンズの光軸方向にスライドさせるスライド機構である
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査式光学装置。
3. 【請求項３】前記調整機構は、前記保持機構を前記主走
   査断面内で走査レンズの光軸とほぼ垂直な方向にスライ
   ドさせるスライド機構であることを特徴とする請求項１
   に記載の走査式光学装置。
4. 【請求項４】前記調整機構は、前記保持機構を前記走査
   レンズの光軸と平行な回動軸回りに回動させる回動機構
   であることを特徴とする請求項１に記載の走査式光学装
   置。
5. 【請求項５】前記調整機構は、前記保持機構を前記主走
   査断面内で走査レンズの光軸とほぼ垂直な回動軸回りに
   回動させる回動機構であることを特徴とする請求項１に
   記載の走査式光学装置。
6. 【請求項６】前記調整機構は、前記保持機構を前記副走
   査断面内で走査レンズの光軸とほぼ垂直な回動軸回りに
   回動させる回動機構であることを特徴とする請求項１に
   記載の走査式光学装置。