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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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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| JP2004503831A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | マルチパス多光子吸収方法および装置 |
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- 1994-12-22 EP EP94120435A patent/EP0660153B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503832A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | パターン化された光を用いる多光子吸収法 |
| JP2004503831A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | マルチパス多光子吸収方法および装置 |
| CN106596058A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-04-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光栅衍射效率光谱测量装置和测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0660153A1 (en) | 1995-06-28 |
| DE69420023D1 (de) | 1999-09-16 |
| DE69420023T2 (de) | 1999-12-09 |
| EP0660153B1 (en) | 1999-08-11 |
| US5422753A (en) | 1995-06-06 |
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