JP2000098280A - 非点隔差調整装置及びこれを用いた走査式描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光源が持つ非点隔差を打ち消し、非
点収差のない回転対称な断面形状を有するレーザー光を
形成することができる非点隔差調整装置、およびこれを
用いた走査式描画装置の提供を課題(目的)とする。 【解決手段】 非点隔差調整装置１は、レーザー光の光
路中に配置され、レーザー光の中心軸Ａｘ1に対して垂
直な第１の回転軸Ａｘ2回りに回動可能に支持された第
１の平行平面板２と、第１の平行平面板２に対して所定
の間隔をおいてレーザー光の光路中に配置され、第１の
回転軸Ａｘ2に対して平行な第２の回転軸Ａｘ3回りに回
動可能に支持された第２の平行平面板３とを備えてい
る。第１、第２の平行平面板２，３は、厚さ、屈折率が
同一であり、連動手段により一方を回動させると、他方
は相反する回転方向に同一角度回動するよう構成されて
いる。第１、第２の平行平面板２，３は、一体としてレ
ーザー光の中心軸Ａｘ1回りに回転可能に設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザー光の非
点隔差を調整するための非点隔差調整装置、及びこの装
置を利用した走査式描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザープロッター等の描画装置は、ア
ルゴンレーザー等のガスレーザーチューブを光源として
使用している。一般にガスレーザーチューブから発する
レーザー光は、断面形状が円形の平行ビームと想定され
るため、描画装置の光学系を構成するレンズ群は非アナ
モフィックな回転対称のレンズ面を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスレ
ーザーチューブにも実際には製造誤差等に起因する非点
隔差が存在する場合があり、これを放置すると描画面上
でのスポット形状が崩れて描画性能を劣化させるという
問題がある。

【０００４】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、ガスレーザー等のレーザー
光源が持つ非点隔差を打ち消し、非点収差のない回転対
称な断面形状を有するレーザー光を形成することができ
る非点隔差調整装置、およびこれを用いた走査式描画装
置の提供を課題(目的)とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる非点隔
差調整装置は、収束あるいは発散するレーザー光の光路
中に配置され、レーザー光の中心軸に対して垂直な第１
の回転軸回りに回動可能に支持された第１の平行平面板
と、第１の平行平面板に対して所定の間隔をおいてレー
ザー光の光路中に配置され、第１の回転軸に対して平行
な第２の回転軸回りに回動可能に支持された第２の平行
平面板と、第１、第２の平行平面板をそれぞれ第１、第
２の回転軸回りに相反する回転方向に同一角度回動させ
る連動手段とを備えることを特徴とする。

【０００６】平行平面板を光束中に傾けて配置すると、
光束は光の進行方向に対して垂直な方向に平行シフトす
る。また、光束が収束光であれば非点収差、コマ収差が
発生する。発生する非点収差の量、シフト量は、いずれ
も平行平面板の厚さ、屈折率、傾き角度により決定され
る。ただし、収束角が小さい場合には、コマ収差の影響
は無視することができる。そして、上記のように２枚の
平行平面板を組み合わせて利用することにより、非点収
差に関しては第１の平行平面板で発生する収差と第２の
平行平面板で発生する収差とが重畳され、平行平面板が
１枚の場合の約２倍の非点収差が発生する。一方、コマ
収差、光軸のシフトについては第１の平行平面板と第２
の平行平面板とが互いに打ち消し合うよう作用する。し
たがって、連動手段を操作して平行平面板の傾きを適宜
調整することにより、コマ収差や光軸のシフトを抑えつ
つ非点収差の発生量を任意に調整することができる。

【０００７】なお、第１の平行平面板により生じたレー
ザー光のシフトやコマ収差を完全に打ち消すために、第
２の平行平面板は第１の平行平面板と同一の屈折率、厚
さを有することが望ましい。また、第１、第２の平行平
面板は、一体にレーザー光の中心軸回りに回転可能に設
定することができる。このような構成によれば、非点隔
差調整装置を設置した後、レーザー光源が持つ非点隔差
の方向性に合わせて、発生させる非点収差の方向を調整
をすることができる。

【０００８】第１、第２の平行平面板は、それぞれホル
ダーに収めて円筒状のケース内に配置することができ
る。この場合、ケースを、ケースに外接する支持部材に
より回転可能に支持することにより、上記のように第
１、第２の平行平面板をレーザー光の中心軸回りに回転
調整することができる。また、円筒状のケースを用いる
場合、連動手段としては次のような構成が考えられる。
すなわち、ケースの外周面に第１、第２の回転軸に対し
て垂直な平坦面を形成し、各ホルダーに形成された軸部
材の先端をケースの外周面を貫通させて平坦面に突出さ
せる。そして、これらの突出部分に、それぞれに互いに
噛み合う第１、第２のギアを固定する。このような構成
によれば、一方のギアを回すことにより、他方のギアが
反対方向に連動し、第１、第２の平行平面板を相反する
方向に回動させることができる。

【０００９】一方、この発明にかかる走査式描画装置
は、レーザー光源と、レーザー光源のビームウエストを
縮小する第１レンズ群と、ビームウエストを二次的光源
としてレーザー光をコリメートする第２レンズ群と、コ
リメートされたレーザー光を偏向走査する偏向器と、偏
向されたレーザー光を描画面上に結像させる第３レンズ
群と、第１レンズ群と第２レンズ群との間の光路中に配
置された非点隔差調整装置とを備え、この非点隔差調整
装置が、光軸と平行な回転軸回り、及び光軸に対して垂
直な回転軸回りに回動可能に支持された少なくとも１枚
の平行平面板を備えることを特徴とする。

【００１０】上記の構成によれば、第１レンズ群により
収束光、あるいは発散光とされたレーザー光の光路中に
平行平面板が配置される。したがって、平行平面板を光
軸に対して垂直な回転軸回りに回動調整することによ
り、非点収差を任意の量発生させることができる。ま
た、非点収差の方向性は、平行平面板を光軸に平行な回
転軸回りに回転させることにより調整できる。これらの
調整により、レーザー光源の有する非点隔差を打ち消す
ことが可能である。

【００１１】なお、非点隔差調整装置は、第１の回転軸
回りに回動可能に支持された第１の平行平面板と、第１
の回転軸と平行な第２の回転軸回りに回動可能に支持さ
れた第２の平行平面板と、第１、第２の平行平面板をそ
れぞれ第１、第２の回転軸回りに相反する回転方向に同
一角度回動させる連動手段とを備えることが望ましい。

【００１２】上記の構成によれば、前述のように連動手
段を操作して平行平面板の傾きを適宜調整することによ
り、コマ収差や光軸のシフトを抑えつつ非点収差の発生
量を任意に調整することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる非点隔差
調整装置、及びこれを用いた走査式描画装置の実施形態
を説明する。まず、図１に基づいて実施形態にかかる非
点隔差調整装置の基本構成について説明する。図１(Ａ)
は基本構成を示す斜視図、(Ｂ)はその平面図である。

【００１４】非点隔差調整装置１は、図示せぬレーザー
光源から発して収束あるいは発散するレーザー光の光路
中に配置される。装置１は、レーザー光の中心軸Ａｘ1
に対して垂直な第１の回転軸Ａｘ2回りに回動可能に支
持された第１の平行平面板２と、第１の平行平面板２に
対して所定の間隔をおいてレーザー光の光路中に配置さ
れ、第１の回転軸Ａｘ2に対して平行な第２の回転軸Ａ
ｘ3回りに回動可能に支持された第２の平行平面板３と
を備えている。

【００１５】第１、第２の平行平面板２，３は、厚さ、
屈折率が同一である。また、第１、第２の平行平面板
２，３は、後述する連動手段により、一方を回動させる
と、他方は相反する回転方向に同一角度回動するよう構
成されている。さらに、第１、第２の平行平面板２，３
は、一体としてレーザー光の中心軸Ａｘ1に対して平行
な回転軸回り、この例では中心軸Ａｘ1回りに回転可能
に設定されている。

【００１６】上記のように２枚の平行平面板２、３を組
み合わせて調整することにより、非点収差に関しては第
１の平行平面板２で発生する収差と第２の平行平面板３
で発生する収差とが重畳され、平行平面板が１枚の場合
の約２倍の非点収差が発生する。一方、コマ収差、光軸
のシフトについては第１の平行平面板２と第２の平行平
面板３とが互いに打ち消し合うよう作用する。

【００１７】各平行平面板２、３は厚さ、屈折率が同一
であり、反対方向に同一角度傾くよう調整されるため、
光軸のシフト、コマ収差についてはその発生を完全に抑
えることができる。したがって、連動手段を操作して平
行平面板２、３の傾きを適宜調整することにより、コマ
収差や光軸のシフトを発生させず、非点収差の発生量の
みを任意に調整することができる。

【００１８】上記の非点隔差調整装置１をガスレーザー
チューブを光源に用いた描画装置等に適用した場合、個
々のガスレーザーチューブが持つ特有の非点隔差の方向
性に対応させて全体を中心軸Ａｘ1回りに回転調整し、
非点隔差の量に応じてこれを打ち消すように連動手段を
操作して平行平面板２、３の中心軸Ａｘ1に対する傾き
角度を調整する。これにより、非点隔差調整装置１で発
生させた非点収差により、レーザーチューブが持つ非点
隔差を打ち消し、描画面上での非点収差の発生を防ぐこ
とができる。

【００１９】次に、図２および図３に基づいて平行平面
板２、３を保持するための具体的な機構について説明す
る。図２は、連動手段の具体例を示す図１(Ｂ)と同様の
平面図、図３は連動手段を含めた全体を保持するケース
の外観を示す斜視図である。平行平面板２、３は、図２
に示すようにそれぞれ枠状のホルダー２ａ、３ａに保持
されている。これらのホルダー２ａ、３ａには、回転軸
Ａｘ2、Ａｘ3を中心軸とする軸部材２ｂ、３ｂが形成さ
れており、軸部材２ｂ、３ｂには、連動手段として互い
に噛み合う第１、第２のギア４、５が固定されている。

【００２０】これらのホルダー２ａ、３ａ、ギア４、５
は、図３に示すような円筒状のケース６に組み付けられ
ている。ケース６には、内部にホルダー２ａ、３ａによ
り保持された平行平面板２、３が収納される中心孔６ａ
が形成されると共に、外周面には中心軸Ａｘ1と平行な
平坦面６ｂが形成されている。ホルダー２ａ、３ａは、
第１、第２の回転軸Ａｘ2、Ａｘ3が平坦面６ｂに対して
垂直となるよう配置されている。軸部材２ｂ、３ｂは、
ケース６の外周面を貫通して平坦面６ｂから突出してお
り、これらの突出部分にギア４、５が固定されている。

【００２１】このような構成によれば、例えば一方のギ
ア４を角度θ回すことにより、他方のギア５が反対方向
に角度−θ連動し、第１、第２の平行平面板２、３を相
反する方向に回動させることができる。また、ケース６
は、ケース６に外接する支持部材７により回転可能に支
持され、これにより第１、第２の平行平面板２、３をレ
ーザー光の中心軸Ａｘ1回りに回転調整することができ
る。なお、ここではギアによる連動手段を示したが、第
１、第２の平行平面板をそれぞれ回動させるモータを設
け、これらのモータを制御して連動させる構成としても
よい。

【００２２】続いて、非点隔差調整装置１を適用した走
査式描画装置の光学系につき、図４に基づいて説明す
る。図４(Ａ)は走査式描画装置の光学系全体を展開して
示す説明図、(Ｂ)は非点隔差調整装置部分の拡大図であ
る。実施形態の走査式描画装置の光学系は、レーザー光
源１０と、レーザー光源１０のビームウエストを縮小す
る第１レンズ群１１と、ビームウエストを二次的光源と
してレーザー光をコリメートする第２レンズ群１２と、
コリメートされたレーザー光を偏向走査するポリゴンミ
ラー(偏向器)１３と、偏向されたレーザー光を描画面２
０上に結像させる第３レンズ群１４とから概略構成され
ている。

【００２３】第２レンズ群１２は、発散光をコリメート
する第１レンズ１２ａ、１本のレーザー光を回折作用を
利用して複数本のレーザー光に分割する光分割素子１２
ｂ、光分割素子１２ｂにより回折して分岐したレーザー
光を収束させる第２レンズ１２ｃ、複数のレーザー光を
それぞれ独立して変調するマルチチャンネルの音響光学
変調素子(ＡＯＭ)１２ｄ、そしてＡＯＭ内で収束後、発
散する複数本のレーザー光をコリメートする第３レンズ
１２ｅが光源１０側から順に配置して構成されている。

【００２４】非点隔差調整装置１は、第１レンズ群１１
と第２レンズ群１２との間の収束光路中に配置されてい
る。非点隔差補正装置１の構成は前述した図１等に示す
とおりであり、光軸Ａｘ1に対して垂直な回転軸回りに
回動調整可能な２枚の平行平面板２、３と連動手段とに
より構成されている。第１レンズ群は、レーザー光源の
ビームウエストを縮小すると共に、レーザーチューブが
持つ非点隔差を縮小する効果を持つ。半導体レーザーに
おける構造に起因する非点隔差と異なり、レーザーチュ
ーブの非点隔差は非常に大きいため、上記のように第１
レンズ群により非点隔差が縮小された位置に非点隔差調
整装置を配置することにより、当該装置を有効に作用さ
せることができる。

【００２５】なお、非点隔差調整装置１は、この例では
２枚の平行平面板２、３を組み合わせて構成されている
が、非点隔差補正のためには、光軸回り、及び光軸に対
して垂直な回転軸回りに回動可能に支持された少なくと
も１枚の平行平面板を備えればよい。ただし、図４の実
施形態のように２枚の平行平面板を組み合わせて用いた
場合には、コマ収差や光軸のシフトを抑えつつ非点収差
の発生量を任意に調整することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
非点隔差補正装置は、請求項１のように２枚の平行平面
板を組み合わせて構成することにより、コマ収差や光路
のシフトを抑えつつ非点収差の発生量を任意に調整する
ことができ、レーザー光源が持つ非点隔差を打ち消すこ
とができる。また、請求項２のように第１、第２の平行
平面板の厚さ、屈折率を等しく設定することにより、調
整によるコマ収差、シフトの発生を完全に防ぐことがで
きる。請求項３のように第１、第２の平行平面板を一体
にレーザー光の中心軸回りに回転可能に設定した場合に
は、非点隔差調整装置を設置した後、レーザー光源が持
つ非点隔差の方向性に合わせて、発生させる非点収差の
方向を調整をすることができる。請求項４のように第
１、第２の平行平面板を円筒状のケース内に配置した場
合には、このケースを外接する支持部材によって支持す
ることにより、平行平面板を容易に中心軸回りに回転調
整することができる。さらに、請求項５のようにケース
の外周面に平坦面を形成し、この部分にギアを配置する
ことにより、簡単な構成で連動手段を構成することがで
きる。

【００２７】一方、この発明にかかる走査式描画装置
は、請求項６のように第１レンズ群により収束光、ある
いは発散光とされたレーザー光の光路中に平行平面板が
配置されるため、平行平面板を光軸に対して垂直な回転
軸回りに回動調整することにより、非点収差を任意の量
発生させることができ、光源の持つ非点隔差を打ち消す
ことができる。請求項７のように非点隔差補正装置とし
て２枚の平行平面板を組み合わせて用いた場合には、コ
マ収差や光路のシフトを抑えつつ非点収差の発生量を任
意に調整することができ、レーザー光源が持つ非点隔差
を打ち消すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態にかかる非点隔差調整装
置の原理を示す斜視図(Ａ)および平面図(Ｂ)。

【図２】 図１の装置の平行平面板の傾きを調整する連
動手段の具体例を示す平面図。

【図３】 図１の装置の連動手段を含めた全体を保持す
るケースの外観を示す斜視図である。

【図４】 図１の装置を適用した走査式描画装置の光学
系全体を展開して示す説明図(Ａ)および非点隔差調整装
置部分の拡大図(Ｂ)。

【符号の説明】

１ 非点隔差調整装置 ２ 第１の平行平面板 ３ 第２の平行平面板 ４、５ ギア ６ ケース ７ 支持部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 収束あるいは発散するレーザー光の光路
   中に配置され、前記レーザー光の中心軸に対して垂直な
   第１の回転軸回りに回動可能に支持された第１の平行平
   面板と、 前記第１の平行平面板に対して所定の間隔をおいて前記
   レーザー光の光路中に配置され、前記第１の回転軸に対
   して平行な第２の回転軸回りに回動可能に支持された第
   ２の平行平面板と、 前記第１、第２の平行平面板をそれぞれ前記第１、第２
   の回転軸回りに相反する回転方向に同一角度回動させる
   連動手段とを備えることを特徴とする非点隔差調整装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の平行平面板は、互いに
   厚さ、屈折率が等しいことを特徴とする請求項１に記載
   の非点隔差調整装置。
3. 【請求項３】 前記第１、第２の平行平面板は、一体に
   前記レーザー光の中心軸に対して平行な回転軸回りに回
   転可能であることを特徴とする請求項１または２に記載
   の非点隔差調整装置。
4. 【請求項４】 前記第１、第２の平行平面板は、それぞ
   れホルダーに保持されて円筒状のケース内に配置され、
   該ケースは、該ケースに外接する支持部材により回転可
   能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の
   非点隔差調整装置。
5. 【請求項５】 前記ケースの外周面には、前記第１、第
   ２の回転軸に対して垂直な平坦面が形成され、前記各ホ
   ルダーに形成された軸部材の先端が、前記ケースの外周
   面を貫通して前記平坦面に突出し、該突出部分に、それ
   ぞれに互いに噛み合う第１、第２のギアが固定され、こ
   れらのギアが前記連動手段を構成することを特徴とする
   請求項４に記載の非点隔差調整装置。
6. 【請求項６】 レーザー光源と、該レーザー光源のビー
   ムウエストを縮小する第１レンズ群と、該ビームウエス
   トを二次的光源としてレーザー光をコリメートする第２
   レンズ群と、コリメートされたレーザー光を偏向走査す
   る偏向器と、偏向されたレーザー光を描画面上に結像さ
   せる第３レンズ群と、前記第１レンズ群と第２レンズ群
   との間の光路中に配置された非点隔差調整装置とを備
   え、前記非点隔差調整装置は、光軸に対して平行な回転
   軸回り、及び光軸に対して垂直な回転軸回りに回動可能
   に支持された少なくとも１枚の平行平面板を備えること
   を特徴とする走査式描画装置。
7. 【請求項７】 前記非点隔差調整装置は、第１の回転軸
   回りに回動可能に支持された第１の平行平面板と、前記
   第１の回転軸と平行な第２の回転軸回りに回動可能に支
   持された第２の平行平面板と、前記第１、第２の平行平
   面板をそれぞれ前記第１、第２の回転軸回りに相反する
   回転方向に同一角度回動させる連動手段とを備えること
   を特徴とする請求項６に記載の走査式描画装置。