JPH07236037A - ラスタ出力走査光学システムにおける走査ビーム強さ制御用のバイナリ回折光学素子 - Google Patents
ラスタ出力走査光学システムにおける走査ビーム強さ制御用のバイナリ回折光学素子Info
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- JPH07236037A JPH07236037A JP6316948A JP31694894A JPH07236037A JP H07236037 A JPH07236037 A JP H07236037A JP 6316948 A JP6316948 A JP 6316948A JP 31694894 A JP31694894 A JP 31694894A JP H07236037 A JPH07236037 A JP H07236037A
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- scan
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/106—Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光受容器媒体の走査線に沿って走査ビームの
強さを均一にする、単純で安価な光学手段を提供するこ
と。 【構成】 光ビームを放射する光源と、光ビームを回転
多角形ミラーの面上に焦点合わせする光学手段とから成
るラスタ出力走査光学システムにおいて、ミラーの面
は、焦点合わせ光学手段を通して、感光媒体の走査線に
沿って光ビームを走査するものであって、焦点合わせ光
学手段と、感光媒体との間のバイナリ回折光学素子から
構成され、バイナリ回折光学素子は、走査光ビームの強
さの一部を回折するために光学的支持体上に表面リリー
フ相格子構造を有して、走査光ビームの強さを走査の領
域にわたり均一にする。
強さを均一にする、単純で安価な光学手段を提供するこ
と。 【構成】 光ビームを放射する光源と、光ビームを回転
多角形ミラーの面上に焦点合わせする光学手段とから成
るラスタ出力走査光学システムにおいて、ミラーの面
は、焦点合わせ光学手段を通して、感光媒体の走査線に
沿って光ビームを走査するものであって、焦点合わせ光
学手段と、感光媒体との間のバイナリ回折光学素子から
構成され、バイナリ回折光学素子は、走査光ビームの強
さの一部を回折するために光学的支持体上に表面リリー
フ相格子構造を有して、走査光ビームの強さを走査の領
域にわたり均一にする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ラスタ出力走査(RO
S)光学システムに関し、特にラスタ出力走査(RO
S)光学システムにおいて均一な強さを生成することに
より走査ビームの強さを制御するバイナリ回折光学素子
に関する。
S)光学システムに関し、特にラスタ出力走査(RO
S)光学システムにおいて均一な強さを生成することに
より走査ビームの強さを制御するバイナリ回折光学素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】ラスタ出力走査(ROS)光学システム
を利用する従来のプリンタおよびコピー機も、多角形体
の回転軸と平行な平坦な反射表面すなわち反射面を一般
的に利用する。1つのビーム(または多重ダイオードが
使用される場合は複数のビーム)は、ヘリウム−ネオン
レーザまたはダイオードレーザのような光源から放射さ
れる。その光ビームは、入力電気信号に従って変調さ
れ、多角形体前置き調整用光学素子を通して投射され、
回転多角形体の面表面上へ投射される。その光ビームは
面表面から反射され、多角形体後置き調整用レンズ系を
通り、光受容器媒体(photoreceptor m
edioum)の処理全幅にわたり投射される。
を利用する従来のプリンタおよびコピー機も、多角形体
の回転軸と平行な平坦な反射表面すなわち反射面を一般
的に利用する。1つのビーム(または多重ダイオードが
使用される場合は複数のビーム)は、ヘリウム−ネオン
レーザまたはダイオードレーザのような光源から放射さ
れる。その光ビームは、入力電気信号に従って変調さ
れ、多角形体前置き調整用光学素子を通して投射され、
回転多角形体の面表面上へ投射される。その光ビームは
面表面から反射され、多角形体後置き調整用レンズ系を
通り、光受容器媒体(photoreceptor m
edioum)の処理全幅にわたり投射される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】回転多角形体の面表面
から反射された走査ビームは、光受容器媒体を通る走査
の両端において強さが減少することがある(従来「不
評」と呼ばれた状態)。
から反射された走査ビームは、光受容器媒体を通る走査
の両端において強さが減少することがある(従来「不
評」と呼ばれた状態)。
【0004】全てのレーザプリンタおよびコピー機にお
いて、受入れできるプリントとコピーを作成する必要が
ある場合、光受容器における光ビーム露光レベルを制御
することが要求される。実際に光ビームの強さは、使用
される特定の光受容器の適切な露光レベルを保証する必
要がある場合に重要である。走査線を通り、かつ走査線
から走査線への強さの変動、レーザ出力の変動、ならび
に各種光学構成素子の透過率、反射率および通過量効率
の変動は、補償しなければならない。例えば、スポット
強さが減少すると、スポットサイズが減少し、かつ特に
カラー系の場合にプリント品質に悪影響を及ぼすことに
なる。
いて、受入れできるプリントとコピーを作成する必要が
ある場合、光受容器における光ビーム露光レベルを制御
することが要求される。実際に光ビームの強さは、使用
される特定の光受容器の適切な露光レベルを保証する必
要がある場合に重要である。走査線を通り、かつ走査線
から走査線への強さの変動、レーザ出力の変動、ならび
に各種光学構成素子の透過率、反射率および通過量効率
の変動は、補償しなければならない。例えば、スポット
強さが減少すると、スポットサイズが減少し、かつ特に
カラー系の場合にプリント品質に悪影響を及ぼすことに
なる。
【0005】現在、露光は、±1%以下のビーム強さの
変動が望ましい場合、プリント解像度、網点かけ、単一
パス・ハイライトカラー、および他の顕色の向上に向け
ての追加の重要性および重大性に依存して制御されてい
る。
変動が望ましい場合、プリント解像度、網点かけ、単一
パス・ハイライトカラー、および他の顕色の向上に向け
ての追加の重要性および重大性に依存して制御されてい
る。
【0006】ヘリウム−ネオンレーザなどのガスレーザ
が、走査ビーム源として使用される場合、光ビームの強
さは、その光源において直接可変できない。過去におい
て、ビームの強さを制御する必要があった場合、変調器
への駆動力が一般に制御された。これにより変調器の回
折効率を調整でき、一方続いてこの変調器が走査ビーム
の強さを制御し、かつ所要の露光レベルを提供した。し
かしながら現在、この要望は、光受容器を通しての均一
な露光を提供することである。
が、走査ビーム源として使用される場合、光ビームの強
さは、その光源において直接可変できない。過去におい
て、ビームの強さを制御する必要があった場合、変調器
への駆動力が一般に制御された。これにより変調器の回
折効率を調整でき、一方続いてこの変調器が走査ビーム
の強さを制御し、かつ所要の露光レベルを提供した。し
かしながら現在、この要望は、光受容器を通しての均一
な露光を提供することである。
【0007】多くの用途において、変調器駆動力の調整
を通しての露光制御は、コスト的に有効なオプションで
はない。
を通しての露光制御は、コスト的に有効なオプションで
はない。
【0008】必要なものは、光受容器媒体の走査線に沿
って走査ビームの強さを均一にする、単純で安価な光学
手段である。
って走査ビームの強さを均一にする、単純で安価な光学
手段である。
【0009】光ビームの伝播は、3つの基本手段、すな
わちミラーによる反射、レンズによる屈折および格子に
よる回折によって変更できる。光学系は、反射と屈折に
伝統的に依存して、所要の光学的変換を達成している。
ミラーとレンズ素子に基づく光学的デザインは、十分に
確立しかつ改良されたプロセスである。最近まで、回折
に関する問題と、および高効率の回折素子を製作する問
題とにより、回折素子を光学系の構成素子とすることを
実現不可能にしていた。
わちミラーによる反射、レンズによる屈折および格子に
よる回折によって変更できる。光学系は、反射と屈折に
伝統的に依存して、所要の光学的変換を達成している。
ミラーとレンズ素子に基づく光学的デザインは、十分に
確立しかつ改良されたプロセスである。最近まで、回折
に関する問題と、および高効率の回折素子を製作する問
題とにより、回折素子を光学系の構成素子とすることを
実現不可能にしていた。
【0010】この回折プロセスは、光ビームを簡単に再
指向しない。回折は、屈折および反射と異なり、光ビー
ムを多くのビームに分割し、そのそれぞれは、異なる角
度またはオーダーで再指向される。所要の角度で、ある
一定の回折オーダー中に再指向される入射光のパーセン
トは、そのオーダーについての回折効率(diffra
ction efficiency)と呼ばれる。回折
素子の回折効率は、その素子の表面輪郭(surfac
e profile)により求められる。
指向しない。回折は、屈折および反射と異なり、光ビー
ムを多くのビームに分割し、そのそれぞれは、異なる角
度またはオーダーで再指向される。所要の角度で、ある
一定の回折オーダー中に再指向される入射光のパーセン
トは、そのオーダーについての回折効率(diffra
ction efficiency)と呼ばれる。回折
素子の回折効率は、その素子の表面輪郭(surfac
e profile)により求められる。
【0011】理論的に、一定周期を有する格子から成る
軸上の回折相素子は、100パーセントの回折効率を達
成できる。しかしながらこの効率を達成するには、任意
の周期内の連続相輪郭が必要となる。この表面輪郭の理
論的回折効率は、波長の変化に比較的影響されやすい。
反対に屈折素子は、波長の変化に比較的影響されにく
い。高品質、高効率、回折の連続相輪郭を作成する技術
は、現在のところ存在しない。
軸上の回折相素子は、100パーセントの回折効率を達
成できる。しかしながらこの効率を達成するには、任意
の周期内の連続相輪郭が必要となる。この表面輪郭の理
論的回折効率は、波長の変化に比較的影響されやすい。
反対に屈折素子は、波長の変化に比較的影響されにく
い。高品質、高効率、回折の連続相輪郭を作成する技術
は、現在のところ存在しない。
【0012】
【課題を解決するための手段】比較的高い回折効率をも
たらし、かつ製作を容易にする妥協の技術は、多レベル
相格子である。不連続の相レベル数が多ければ多いほ
ど、連続相機能の近似がそれだけ良好となる。この格子
の多レベル相表面輪郭は、標準の半導体集積回路製作技
術を使用して製作できる。
たらし、かつ製作を容易にする妥協の技術は、多レベル
相格子である。不連続の相レベル数が多ければ多いほ
ど、連続相機能の近似がそれだけ良好となる。この格子
の多レベル相表面輪郭は、標準の半導体集積回路製作技
術を使用して製作できる。
【0013】マサチューセッツ工科大学におけるリンカ
ーン研究所のジー・ジェイ・スウォンソン(G.J.S
wanson)による「バイナリ光学素子技術:多レベ
ル回折光学素子の理論と設計」(1989年8月14日
付け技術レポート854)、および結果として付与され
た米国特許第4,895,790号に開示されるよう
に、製作プロセスは、回折相輪郭の数学的な相の説明か
ら開始され、結果として多レベル回折表面が製作され
る。第1の製作段階は、数学的な相の表現を行い、つい
で相輪郭情報を含む1セットのマスクを、それから生成
することである。第2の製作段階は、相輪郭情報をマス
クから、レンズ構造により規定される素子の表面へ伝達
することである。
ーン研究所のジー・ジェイ・スウォンソン(G.J.S
wanson)による「バイナリ光学素子技術:多レベ
ル回折光学素子の理論と設計」(1989年8月14日
付け技術レポート854)、および結果として付与され
た米国特許第4,895,790号に開示されるよう
に、製作プロセスは、回折相輪郭の数学的な相の説明か
ら開始され、結果として多レベル回折表面が製作され
る。第1の製作段階は、数学的な相の表現を行い、つい
で相輪郭情報を含む1セットのマスクを、それから生成
することである。第2の製作段階は、相輪郭情報をマス
クから、レンズ構造により規定される素子の表面へ伝達
することである。
【0014】多レベル素子の製作に関与する第1の製作
段階は、多レベル方式で近似する必要がある理想的な回
折相輪郭を数学的に説明することである。製作プロセス
における第2の製作段階は、集積回路業界で使用される
標準パターン発生器により生成される1セットの石版マ
スク(lithographic mask)を作成す
ることである。
段階は、多レベル方式で近似する必要がある理想的な回
折相輪郭を数学的に説明することである。製作プロセス
における第2の製作段階は、集積回路業界で使用される
標準パターン発生器により生成される1セットの石版マ
スク(lithographic mask)を作成す
ることである。
【0015】Ge、ZnSe、Si、GaAsおよびS
iO2 のような所要の材料の支持体は、フォトレジスト
の薄い層で被覆される。ついで第1の石版マスクは、そ
の支持体に密着させて置かれ、紫外線露光ランプで上方
から照射される。代わりに、パターン発生器の光学ビー
ムまたは電子ビームにより、フォトレジストの薄い層を
露光できる。フォトレジストは、現像され、露光された
レジストを洗い流して、残りのフォトレジスト内にバイ
ナリ格子パターンを残す。このフォトレジストは、エッ
チング停止部材として作用する。
iO2 のような所要の材料の支持体は、フォトレジスト
の薄い層で被覆される。ついで第1の石版マスクは、そ
の支持体に密着させて置かれ、紫外線露光ランプで上方
から照射される。代わりに、パターン発生器の光学ビー
ムまたは電子ビームにより、フォトレジストの薄い層を
露光できる。フォトレジストは、現像され、露光された
レジストを洗い流して、残りのフォトレジスト内にバイ
ナリ格子パターンを残す。このフォトレジストは、エッ
チング停止部材として作用する。
【0016】多くの光学材料をエッチングする最も信頼
でき、かつ正確な方法は、反応性イオンエッチングを使
用するこである。反応性イオンエッチングのプロセス
は、高い繰り返し速度で材料を異方性的にエッチングす
る。所要のエッチング深さは、非常に正確に得ることが
できる。このプロセスの異方性により垂直のエッチング
ができるので、真のバイナリ表面リリーフ輪郭が得られ
る。一旦、支持体が所要の深さまで反応的にイオンエッ
チングされると、残りのフォトレジストは除去されて、
バイナリ表面リリーフ相格子が残る。
でき、かつ正確な方法は、反応性イオンエッチングを使
用するこである。反応性イオンエッチングのプロセス
は、高い繰り返し速度で材料を異方性的にエッチングす
る。所要のエッチング深さは、非常に正確に得ることが
できる。このプロセスの異方性により垂直のエッチング
ができるので、真のバイナリ表面リリーフ輪郭が得られ
る。一旦、支持体が所要の深さまで反応的にイオンエッ
チングされると、残りのフォトレジストは除去されて、
バイナリ表面リリーフ相格子が残る。
【0017】このプロセスは、第1のマスクの周期の半
分を有する石版マスクを使用して繰り返すことができ
る。バイナリ相素子(binary phase el
ement)は、フォトレジストで再被覆され、ついで
第1のマスクの周期の半分を有する第2の石版マスクを
使用して露光される。露光されたフォトレジストを現像
し、洗い流した後に、支持体は、第1のエッチング深さ
の半分まで、反応的にイオンエッチングされる。残りの
フォトレジストが除去されると、所要の輪郭へ4相レベ
ル近似のものが得られる。このプロセスは、第1のマス
クの周期の1/4および1/8のものを有する石版マス
クで、3回目と4回目が繰り返されて、支持体を第1の
エッチングの深さの1/4および1/8までエッチング
する。引き続くエッチングにより、8および16の相レ
ベルを有する素子が得られる。4つを越えるマスクを使
用できるが、より多くのマスクを使用するにつれて、製
作誤差が目立つようになる。
分を有する石版マスクを使用して繰り返すことができ
る。バイナリ相素子(binary phase el
ement)は、フォトレジストで再被覆され、ついで
第1のマスクの周期の半分を有する第2の石版マスクを
使用して露光される。露光されたフォトレジストを現像
し、洗い流した後に、支持体は、第1のエッチング深さ
の半分まで、反応的にイオンエッチングされる。残りの
フォトレジストが除去されると、所要の輪郭へ4相レベ
ル近似のものが得られる。このプロセスは、第1のマス
クの周期の1/4および1/8のものを有する石版マス
クで、3回目と4回目が繰り返されて、支持体を第1の
エッチングの深さの1/4および1/8までエッチング
する。引き続くエッチングにより、8および16の相レ
ベルを有する素子が得られる。4つを越えるマスクを使
用できるが、より多くのマスクを使用するにつれて、製
作誤差が目立つようになる。
【0018】このプロセスは、支持体内に多レベル表面
リリーフ格子構造を生成する。この得られたものは、本
来の理想化された回折表面に近似する不連続のコンピュ
ータにより生成された構造である。製作プロセスに使用
された追加マスク毎に、不連続の相レベル数は2倍にな
るので、この素子は、「バイナリ」光学素子、より正確
にはバイナリ回折光学素子(binary diffr
active element)という名前が付けられ
ている。
リリーフ格子構造を生成する。この得られたものは、本
来の理想化された回折表面に近似する不連続のコンピュ
ータにより生成された構造である。製作プロセスに使用
された追加マスク毎に、不連続の相レベル数は2倍にな
るので、この素子は、「バイナリ」光学素子、より正確
にはバイナリ回折光学素子(binary diffr
active element)という名前が付けられ
ている。
【0019】4回だけの処理を反復した後、連続の場合
に近似する16の相レベルを得ることができる。このプ
ロセスは、並列に実施でき、コスト的に有効な方法で多
くの素子を同時に製作できる。
に近似する16の相レベルを得ることができる。このプ
ロセスは、並列に実施でき、コスト的に有効な方法で多
くの素子を同時に製作できる。
【0020】16の相レベル構造は、99パーセントの
回折効率を達成する。残りの1パーセントの光ビーム
は、より高いオーダー中に回折されて、散乱として現れ
る。多くの光学系において、これは許容できる散乱量で
ある。16の相レベル構造の製作は、素子の製作に4回
だけの反復処理で済むという事実により、比較的に効率
的である。
回折効率を達成する。残りの1パーセントの光ビーム
は、より高いオーダー中に回折されて、散乱として現れ
る。多くの光学系において、これは許容できる散乱量で
ある。16の相レベル構造の製作は、素子の製作に4回
だけの反復処理で済むという事実により、比較的に効率
的である。
【0021】第1のエッチング段階後、第2の石版マス
クおよび引き続く石版マスクは、支持体上の既存パター
ンに正確に合わせる必要がある。位置合わせは、集積回
路業界で標準の他の用具であるマスク位置合わせ器を使
用して実施される。
クおよび引き続く石版マスクは、支持体上の既存パター
ンに正確に合わせる必要がある。位置合わせは、集積回
路業界で標準の他の用具であるマスク位置合わせ器を使
用して実施される。
【0022】上述したように、支持体上のフォトレジス
トは、電子ビームパターン発生器で露光できる。この電
子ビーム直接書き込みプロセスにより、マスクおよびそ
の対応する位置合わせと露光の問題を無くすことができ
る。またバイナリ光学素子は、エポキシ注型、ゾルゲル
注型、浮き出し加工、射出成形およびホログラフィック
複製を使用して複製されている。
トは、電子ビームパターン発生器で露光できる。この電
子ビーム直接書き込みプロセスにより、マスクおよびそ
の対応する位置合わせと露光の問題を無くすことができ
る。またバイナリ光学素子は、エポキシ注型、ゾルゲル
注型、浮き出し加工、射出成形およびホログラフィック
複製を使用して複製されている。
【0023】バイナリ光学素子は、従来の光学素子に比
べて多くの利点を有する。それらはコンピュータで生成
されるので、これらの素子は、従来のレンズまたはミラ
ーよりも、より一般化された波面整形(wave sh
aping)を実施できる。これらの素子は、数学的な
限定だけが必要であり、すなわち基準表面を必要としな
い。したがって、非常に非対称なバイナリ光学素子は、
複雑な光学系における収差を補正でき、また特殊のレー
ザシステムに対して、波長に影響されやすいようにする
ことができる。
べて多くの利点を有する。それらはコンピュータで生成
されるので、これらの素子は、従来のレンズまたはミラ
ーよりも、より一般化された波面整形(wave sh
aping)を実施できる。これらの素子は、数学的な
限定だけが必要であり、すなわち基準表面を必要としな
い。したがって、非常に非対称なバイナリ光学素子は、
複雑な光学系における収差を補正でき、また特殊のレー
ザシステムに対して、波長に影響されやすいようにする
ことができる。
【0024】回折光学素子は、一般により薄くかつ軽
く、また多くの種類の収差とひずみを補正できる。連続
の相輪郭を不連続の相レベルの段階的な輪郭で近似する
ことができる。
く、また多くの種類の収差とひずみを補正できる。連続
の相輪郭を不連続の相レベルの段階的な輪郭で近似する
ことができる。
【0025】本発明の目的は、光受容器媒体の走査線に
沿って走査ビームの強さを均一にする、単純で安価な光
学手段を提供することにある。
沿って走査ビームの強さを均一にする、単純で安価な光
学手段を提供することにある。
【0026】
【実施例】ここで図1を参照すると、光源12と、多角
形前置きミラー光学セクション14と、多面回転多角形
ミラー16と、多角形後置きミラー光学セクション18
と、および感光媒体22に沿う走査線の走査ビーム強さ
を制御するバイナリ回折光学素子20とから構成される
ラスタ出力走査(ROS)光学システム10が開示され
ている。
形前置きミラー光学セクション14と、多面回転多角形
ミラー16と、多角形後置きミラー光学セクション18
と、および感光媒体22に沿う走査線の走査ビーム強さ
を制御するバイナリ回折光学素子20とから構成される
ラスタ出力走査(ROS)光学システム10が開示され
ている。
【0027】一般にコリメータを有するレーザである光
源12は、単一波長の平行にされた光ビーム24を放射
する。平行にされた光ビーム24は、変調器26により
変調されて、変調された光ビーム28を生成する。変調
器26は、画素情報を受信して、その画素情報に従って
光ビームを変調する。
源12は、単一波長の平行にされた光ビーム24を放射
する。平行にされた光ビーム24は、変調器26により
変調されて、変調された光ビーム28を生成する。変調
器26は、画素情報を受信して、その画素情報に従って
光ビームを変調する。
【0028】多角形前置きミラー光学セクション14は
通常、交差走査(cross scan)の円筒形レン
ズ30である。平行にされた光ビーム28は、交差走査
の円筒形レンズ30を通過する。レンズ30は、交差走
査面において円筒形に、また走査面において平面にでき
る。かくしてレンズは、回転多角形ミラー16の面34
上に焦点を合わせるビーム32の交差走査部分を収斂す
るが、ビーム32の走査部分を、それが面34に当たっ
たときに平行なままにさせる。
通常、交差走査(cross scan)の円筒形レン
ズ30である。平行にされた光ビーム28は、交差走査
の円筒形レンズ30を通過する。レンズ30は、交差走
査面において円筒形に、また走査面において平面にでき
る。かくしてレンズは、回転多角形ミラー16の面34
上に焦点を合わせるビーム32の交差走査部分を収斂す
るが、ビーム32の走査部分を、それが面34に当たっ
たときに平行なままにさせる。
【0029】回転多角形ミラー16は、複数の反射面3
4を有する。回転多角形ミラー16の面34は、光ビー
ム32を反射し、また反射された光ビーム36を、回転
多角形ミラー16の面34の反射点近くの軸の周りで回
転させる。
4を有する。回転多角形ミラー16の面34は、光ビー
ム32を反射し、また反射された光ビーム36を、回転
多角形ミラー16の面34の反射点近くの軸の周りで回
転させる。
【0030】多角形後置きミラー光学セクション18
は、f−シータ走査レンズ38、交差走査の円筒形レン
ズ40およびウオーブル補正ミラー42から通常構成さ
れる。面34から反射された光ビーム36は、走査面に
おいては依然平行のままであり、ここで交差走査面にお
いて発散される。その面から反射後に光ビーム36は、
負焦点の平面球形レンズ44と正焦点の平面球形レンズ
46から成るf−シータ走査レンズ38を通過する。こ
のf−シータ走査レンズ構成は、十分なたる形ひずみを
有し、直線的な走査ビーム48を生成し、ついでこのビ
ームは交差走査の円筒形レンズ40を通過する。
は、f−シータ走査レンズ38、交差走査の円筒形レン
ズ40およびウオーブル補正ミラー42から通常構成さ
れる。面34から反射された光ビーム36は、走査面に
おいては依然平行のままであり、ここで交差走査面にお
いて発散される。その面から反射後に光ビーム36は、
負焦点の平面球形レンズ44と正焦点の平面球形レンズ
46から成るf−シータ走査レンズ38を通過する。こ
のf−シータ走査レンズ構成は、十分なたる形ひずみを
有し、直線的な走査ビーム48を生成し、ついでこのビ
ームは交差走査の円筒形レンズ40を通過する。
【0031】レンズ40は、交差走査面において円筒形
に、また走査面において平面にできる。この交差走査の
円筒形レンズは、f−シータレンズからのビームの交差
走査領域湾曲を偏平にし、一方f−シータ走査レンズ
は、交差走査の円筒形レンズと共に、直線的な偏平領域
走査ビーム50を生成する。f−シータレンズは、交差
走査の円筒形レンズが、大きい走査角度においては特
に、小さいが無視できない量のひずみの要因となること
があるので、交差走査の円筒形レンズと共に設計する必
要がある。
に、また走査面において平面にできる。この交差走査の
円筒形レンズは、f−シータレンズからのビームの交差
走査領域湾曲を偏平にし、一方f−シータ走査レンズ
は、交差走査の円筒形レンズと共に、直線的な偏平領域
走査ビーム50を生成する。f−シータレンズは、交差
走査の円筒形レンズが、大きい走査角度においては特
に、小さいが無視できない量のひずみの要因となること
があるので、交差走査の円筒形レンズと共に設計する必
要がある。
【0032】交差走査の円筒形レンズ38の後で、走査
ビーム50は、次に円筒形のウオ−ブル補正(wobb
le correction)ミラー42から反射さ
れ、バイナリ回折光学素子20を通過し、その素子は、
感光媒体22上の走査線54に沿って均一な強さの走査
ビーム52を生成する。代わりに、その走査ビームは、
撮像システムの入力端において、ラスタ入力スキャナー
として文書を走査できるか、もしくは撮像システムの出
力端において、写真フィルムまたはゼログラフィックド
ラム(光受容器)のような感光媒体22上に当てるのに
使用できる。
ビーム50は、次に円筒形のウオ−ブル補正(wobb
le correction)ミラー42から反射さ
れ、バイナリ回折光学素子20を通過し、その素子は、
感光媒体22上の走査線54に沿って均一な強さの走査
ビーム52を生成する。代わりに、その走査ビームは、
撮像システムの入力端において、ラスタ入力スキャナー
として文書を走査できるか、もしくは撮像システムの出
力端において、写真フィルムまたはゼログラフィックド
ラム(光受容器)のような感光媒体22上に当てるのに
使用できる。
【0033】走査ビームの強さを制御するバイナリ回折
光学素子20は、多角形後置きミラー光学セクション1
8と、光受容器媒体22上の走査線54との間の走査ビ
ームの光路内にある。
光学素子20は、多角形後置きミラー光学セクション1
8と、光受容器媒体22上の走査線54との間の走査ビ
ームの光路内にある。
【0034】バイナリ回折光学素子20は、図2および
図3に示すように、支持体58上に表面リリーフ相格子
構造56を有する。表面リリーフ相格子構造56は、光
ビームを交差走査面中に回折する。走査ビーム50は、
走査面内でバイナリ回折光学素子20上に入射する。表
面リリーフ相格子構造56は、回折格子として作用し
て、走査ビームの一部を図2の第1のオーダー回折パタ
ーン中に回折するか、または図3に示される幾つかの回
折オーダー中に回折する。入射走査ビーム50の残りの
部分は、バイナリ回折光学素子を通り、未回折のゼロオ
ーダーで均一な強さの走査ビーム52中に伝達される。
図2の第1のオーダー回折ビーム60および図3の第1
のオーダー回折ビーム60aは、交差走査面内の停止部
材62中に通常回折され、一方走査面内の均一な強さの
走査ビーム52は、感光媒体22上の走査線54に沿っ
て走査する。
図3に示すように、支持体58上に表面リリーフ相格子
構造56を有する。表面リリーフ相格子構造56は、光
ビームを交差走査面中に回折する。走査ビーム50は、
走査面内でバイナリ回折光学素子20上に入射する。表
面リリーフ相格子構造56は、回折格子として作用し
て、走査ビームの一部を図2の第1のオーダー回折パタ
ーン中に回折するか、または図3に示される幾つかの回
折オーダー中に回折する。入射走査ビーム50の残りの
部分は、バイナリ回折光学素子を通り、未回折のゼロオ
ーダーで均一な強さの走査ビーム52中に伝達される。
図2の第1のオーダー回折ビーム60および図3の第1
のオーダー回折ビーム60aは、交差走査面内の停止部
材62中に通常回折され、一方走査面内の均一な強さの
走査ビーム52は、感光媒体22上の走査線54に沿っ
て走査する。
【0035】図4に示すように、表面リリーフ相格子構
造56は、バイナリ回折光学素子20の走査面を通して
変わる。入射走査ビーム50は、走査線を通して均等な
幅の微小セクション50a、50b、50c、50dお
よび50eに分割される幾つかの走査位置で示される。
補償がないときは、走査ビーム50は、走査線を通る走
査位置において非均一な強さを有し、幅50a、50
b、50c、50dおよび50eを有する各走査位置
は、異なる強さを有することになる。かくして図5にお
いて、非均一な強さのビーム64は、走査線66と68
の端部における走査位置では強さが低く、また走査線の
中央の走査位置では高い強さ70を有する(このため、
「不評」という説明用の名前が付けられる)。したがっ
て図4に戻ると、ビーム強さは、ビーム走査位置50a
の最小値から、走査位置50bへ、さらに走査位置50
cの最大の強さへ増加し、ついで走査位置50dまで減
少し、さらに走査位置50eの最小値まで減少する。
造56は、バイナリ回折光学素子20の走査面を通して
変わる。入射走査ビーム50は、走査線を通して均等な
幅の微小セクション50a、50b、50c、50dお
よび50eに分割される幾つかの走査位置で示される。
補償がないときは、走査ビーム50は、走査線を通る走
査位置において非均一な強さを有し、幅50a、50
b、50c、50dおよび50eを有する各走査位置
は、異なる強さを有することになる。かくして図5にお
いて、非均一な強さのビーム64は、走査線66と68
の端部における走査位置では強さが低く、また走査線の
中央の走査位置では高い強さ70を有する(このため、
「不評」という説明用の名前が付けられる)。したがっ
て図4に戻ると、ビーム強さは、ビーム走査位置50a
の最小値から、走査位置50bへ、さらに走査位置50
cの最大の強さへ増加し、ついで走査位置50dまで減
少し、さらに走査位置50eの最小値まで減少する。
【0036】バイナリ回折光学素子20の表面リリーフ
相格子構造56は、走査ビーム50の異なる位置に対応
する、均等な幅の微小セクション56a、56b、56
c、56dおよび56eに分割される。バイナリ回折光
学素子の表面リリーフ相格子の各セクションは、異なる
構造を有して、異なる回折効率を実現する。
相格子構造56は、走査ビーム50の異なる位置に対応
する、均等な幅の微小セクション56a、56b、56
c、56dおよび56eに分割される。バイナリ回折光
学素子の表面リリーフ相格子の各セクションは、異なる
構造を有して、異なる回折効率を実現する。
【0037】表面リリーフ相格子構造56による最小回
折(ビーム50の減衰)は、バイナリ回折光学素子20
の端部に沿うセクション56aであり、回折は、セクシ
ョン56bを通して、バイナリ回折光学素子20の中央
セクション56cにおける最大回折まで増加し、ついで
セクション56dを通して、バイナリ回折光学素子20
の対向端部にあるセクション56eにおける最小回折ま
で減少する。バイナリ回折光学素子は、非均一な強さの
走査ビームの最低の共通強さレベルでの均一な強さを提
供する。
折(ビーム50の減衰)は、バイナリ回折光学素子20
の端部に沿うセクション56aであり、回折は、セクシ
ョン56bを通して、バイナリ回折光学素子20の中央
セクション56cにおける最大回折まで増加し、ついで
セクション56dを通して、バイナリ回折光学素子20
の対向端部にあるセクション56eにおける最小回折ま
で減少する。バイナリ回折光学素子は、非均一な強さの
走査ビームの最低の共通強さレベルでの均一な強さを提
供する。
【0038】バイナリ回折光学素子20から得られた走
査ビーム52は、幾つかの走査位置において、走査ビー
ム50の異なる強さの走査位置のセクションと、および
表面リリーフ相格子構造56の異なる回折効率のセクシ
ョンとに対応する、走査線54を通る均一な幅と均一な
強さの微小セクション52a、52b、52c、52d
および52eに分割される。
査ビーム52は、幾つかの走査位置において、走査ビー
ム50の異なる強さの走査位置のセクションと、および
表面リリーフ相格子構造56の異なる回折効率のセクシ
ョンとに対応する、走査線54を通る均一な幅と均一な
強さの微小セクション52a、52b、52c、52d
および52eに分割される。
【0039】最小強さを有する走査ビームの位置は、バ
イナリ回折光学素子の表面リリーフ相格子構造により最
も小さく回折され、一方最大強さを有する走査ビームの
位置は、バイナリ回折光学素子の表面リリーフ相格子構
造により最も大きく回折される。表面リリーフ相格子構
造のセクションは、走査ビームの強さレベルに基づいて
縮尺される。
イナリ回折光学素子の表面リリーフ相格子構造により最
も小さく回折され、一方最大強さを有する走査ビームの
位置は、バイナリ回折光学素子の表面リリーフ相格子構
造により最も大きく回折される。表面リリーフ相格子構
造のセクションは、走査ビームの強さレベルに基づいて
縮尺される。
【0040】図5に示すように、このように強さレベル
を表面リリーフ相格子構造へ適合することにより、走査
線66と68の端部における強さに等しい、均一でより
低い強さ74が得られる。この減少した強さは、図2,
図3及び図4で示されるように、走査ビーム50の一部
と、および走査線52から離れた走査ビームの強さの一
部とを回折するバイナリ回折光学素子により生じる。
を表面リリーフ相格子構造へ適合することにより、走査
線66と68の端部における強さに等しい、均一でより
低い強さ74が得られる。この減少した強さは、図2,
図3及び図4で示されるように、走査ビーム50の一部
と、および走査線52から離れた走査ビームの強さの一
部とを回折するバイナリ回折光学素子により生じる。
【0041】ラスタ出力走査(ROS)光学システム1
0の光源12、多角形前置きミラー光学セクション1
4、多面回転多角形ミラー16および多角形後置きミラ
ー光学セクション18の代わりの光学素子は、通常の技
術を有する者にとり知られている。バイナリ回折光学素
子は、一定のレンズ機能および収差補正機能も組み込む
ことができる。
0の光源12、多角形前置きミラー光学セクション1
4、多面回転多角形ミラー16および多角形後置きミラ
ー光学セクション18の代わりの光学素子は、通常の技
術を有する者にとり知られている。バイナリ回折光学素
子は、一定のレンズ機能および収差補正機能も組み込む
ことができる。
【0042】バイナリ回折光学素子の支持体は、例え
ば、ガラス、ガリウムヒ化物、亜鉛セレン化物、ゲルマ
ニウムまたは石英から形成できる。
ば、ガラス、ガリウムヒ化物、亜鉛セレン化物、ゲルマ
ニウムまたは石英から形成できる。
【図1】本発明に従って形成される走査ビーム強さを制
御するバイナリ回折光学素子を有するラスタ出力走査
(ROS)光学システムの概略説明用平面図である。
御するバイナリ回折光学素子を有するラスタ出力走査
(ROS)光学システムの概略説明用平面図である。
【図2】本発明に従って図1の走査ビーム強さを制御す
るバイナリ回折光学素子の概略説明用断面側面図であ
る。
るバイナリ回折光学素子の概略説明用断面側面図であ
る。
【図3】本発明に従って図1の走査ビーム強さを制御す
るバイナリ回折光学素子の概略説明用断面側面図であ
る。
るバイナリ回折光学素子の概略説明用断面側面図であ
る。
【図4】本発明に従って図1の走査ビーム強さを制御す
るバイナリ回折光学素子の概略説明用平面図である。
るバイナリ回折光学素子の概略説明用平面図である。
【図5】走査線を通しての非均一な強さのビーム(「不
評」)と、および本発明に従って図2および図3のバイ
ナリ回折光学素子により補正される均一な強さのビーム
との概略説明用側面図である。
評」)と、および本発明に従って図2および図3のバイ
ナリ回折光学素子により補正される均一な強さのビーム
との概略説明用側面図である。
10:光学システム 12:光源 14:ミラー光学セクション 16:多面回転多角形ミラー 18:多角形後置きミラー光学セクション 20:バイナリ回折光学素子 22:感光媒体 24:光ビーム 26:変調器 28:光ビーム 30:円筒形レンズ 32:ビーム 34:面 36:光ビーム 38:f−シータ走査レンズ 40:円筒形レンズ 42:ウオーブル補正ミラー 44:負焦点の平面球形レンズ 46:正焦点の平面球形レンズ 48:走査ビーム 50:扁平領域走査ビーム 52:走査ビーム 54:走査線 56:表面リリーフ相格子構造 58:支持体 60:オーダー回折ビーム 62:停止部材
Claims (1)
- 【請求項1】 光ビームを放射する光源と、前記光ビー
ムを回転多角形ミラーの面上に焦点合わせする光学手段
とから成るラスタ出力走査光学システムにおいて、前記
面は、焦点合わせ光学手段を通して、感光媒体の走査線
に沿って前記光ビームを走査するものにおいて、 前記焦点合わせ光学手段と、前記感光媒体との間のバイ
ナリ回折光学素子から構成され、前記バイナリ回折光学
素子は、前記走査光ビームの強さの一部を回折するため
に光学的支持体上に表面リリーフ相格子構造を有して、
前記走査光ビームの強さを走査の領域にわたり均一にす
ることを特徴とする、 ラスタ出力走査光学システム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US172319 | 1988-03-23 | ||
US08/172,319 US5422753A (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Binary diffraction optical element for controlling scanning beam intensity in a raster output scanning (ROS) optical system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07236037A true JPH07236037A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=22627210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6316948A Withdrawn JPH07236037A (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-20 | ラスタ出力走査光学システムにおける走査ビーム強さ制御用のバイナリ回折光学素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5422753A (ja) |
EP (1) | EP0660153B1 (ja) |
JP (1) | JPH07236037A (ja) |
DE (1) | DE69420023T2 (ja) |
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