JP2003107394A - 画像露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザからの光ビームから安定したビ
ーム形状の光ビームを得ることができる画像露光装置を
得る。 【解決手段】 同一形状のプリズム３４，３６からなる
ビーム幅調整装置３８をコリメートレンズ１４の射出側
に備え、各々の頂角付近における屈折によって、水平方
向または垂直方向の何れかの方向のみについて作用する
べく配置する。プリズム３４を、回転したりｐｎ接合面
に平行な方向の水平方向（Ｊａ、Ｋａ）に平行移動した
り、プリズム３６を、回転したり水平方向に平行移動し
たりして、この駆動装置４２によりプリズム３６の位置
及び回転角度を調整することで、プリズム３６から射出
されるレーザビームのビーム幅を調整する。これによっ
て、コリメートレンズ１４からのレーザビームのビーム
幅Ｄｙを、プリズム３４、３６により水平方向にのみ拡
大されてビーム幅Ｄｚのレーザビームを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像露光装置にか
かり、特に、露光媒体に光ビームを案内しかつ該光ビー
ムと前記露光媒体との相対的移動によって前記光ビーム
を前記露光媒体に対して予め定めた主走査方向の主走査
及び該主走査方向と交差する副走査方向に副走査して画
像を露光する画像露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザなどの光源から出力される
光ビームを集光光学系によって集光し、その焦点位置に
露光媒体（例えば、高速に回転するドラムの周面に貼り
付けられた記録媒体）を配置し、前記光ビームをドラム
の軸線方向に走査（主走査）しながら、ドラムを回転
（副走査）させることにより、露光媒体上に画像を露光
（記録）する画像露光装置（画像記録装置）が知られて
いる。

【０００３】ところで、半導体レーザは、半導体レーザ
から射出される光ビームの発散角がサジタル方向とメリ
ディオナル方向とで差異を有しているので、ニアフィー
ルドパターンやファーフィールドパターンが楕円形状に
なることが知られている。従って、露光媒体上に結像さ
れる光ビームのビーム形状も主走査方向及び副走査方向
で差異が生じる。また、半導体レーザは、その個体差に
よって、発散角にばらつきが生じる。このため、露光媒
体上に結像される光ビームのビーム形状にもばらつきが
生じる。

【０００４】これを解消するため、半導体レーザから射
出される光ビームで得られる光束について、発散角が最
も小さい角度の光ビームを基準として、アパーチャやス
リットなどの開口を光軸上に設けることにより、用いる
光ビームの光束を制限していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術のように、光束を制限する構造では、光ビームの利
用効率が悪化する。また、アパーチャやスリットなどの
開口を設ける場合、その境界部位において回折現象が生
じ、所望の光束を得ることができなかった。

【０００６】本発明は、上記事実を考慮して、半導体レ
ーザからの光ビームから安定したビーム形状の光ビーム
を得ることができる画像露光装置を得ることが目的であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、露光媒体に光ビームを案内しかつ該光ビー
ムと前記露光媒体との相対的移動によって前記光ビーム
を前記露光媒体に対して予め定めた主走査方向の主走査
及び該主走査方向と交差する副走査方向に副走査して画
像を露光する画像露光装置において、光ビームを出力す
る半導体レーザと、前記半導体レーザから出力された光
ビームを平行光束に整形するレンズ系と、前記平行光束
に整形された光ビームを、主走査方向及び該主走査方向
と交差する副走査方向の少なくとも一方向に偏向する偏
向手段と、前記偏向された光ビームを前記露光媒体へ集
光する集光光学系と、前記レンズ系により得られる光ビ
ームについて、前記平行光束の主走査方向及び副走査方
向の少なくとも一方向の光束幅を独立して調整する調整
手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明の画像露光装置は、露光媒体に光ビ
ームを案内しかつ該光ビームと前記露光媒体との相対的
移動により光ビームを露光媒体に対して予め定めた主走
査方向の主走査及び該主走査方向と交差する副走査方向
に副走査して画像を露光する。その光ビームは半導体レ
ーザにより出力される。この半導体レーザから出力され
た光ビームは、レンズ系によって平行光束に整形され
る。平行光束に整形された光ビームは、変更手段により
主走査方向及び該主走査方向と交差する副走査方向の少
なくとも一方向に偏向される。この偏向された光ビーム
は、集光光学系によって、露光媒体へ集光される。

【０００９】本発明では、前記レンズ系により得られる
光ビームの光束幅を、調整手段により平行光束の光束状
態を維持しつつ調整する。この調整手段は、平行光束の
主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方向の光束幅
を独立して調整する。例えば、主走査方向の光束幅及び
副走査方向の光束幅がほぼ一致するように、平行光束の
主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方向の光束幅
を独立して調整する。これによって、光束を制限するこ
となく、光ビームの光束幅がほぼ一致させることができ
る。このため、光ビームの利用効率を向上させることが
できる。また、光束を制限することなく光ビームの全光
束を利用できるので、回折現象が生じることもない。

【００１０】前記画像露光装置は、前記レンズ系により
得られる光ビームについて前記主走査方向の光束幅及び
副走査方向の光束幅を均等に拡大縮小する変更手段をさ
らに備え、前記調整手段は、前記変更手段の上流側また
は下流側に設けたことを特徴とする。

【００１１】半導体レーザからの光ビームの光束幅を、
実際に用いる光束幅に拡大縮小することを要求される場
合がある。この場合、球面レンズ系などを用いて、主走
査方向の光束幅及び副走査方向の光束幅を均等に拡大縮
小する変更手段を、画像露光装置に、さらに備える。こ
れにより、光束幅を均等に拡大縮小することができる。
このとき、前記調整手段は、主走査方向の光束幅及び副
走査方向の何れか光束幅を独立して調整することができ
るので、変更手段の上流側または下流側の何れに設けて
もよい。

【００１２】前記調整手段は、主走査方向または副走査
方向にのみ屈折力を有するプリズムを複数有し、各々の
プリズムの位置を調整して光束幅を調整することができ
る。

【００１３】光ビームの光束幅について、主走査方向の
光束幅及び副走査方向の何れか光束幅を独立して調整す
るものとしては、プリズムを用いることが好ましい。こ
のプリズムは、一方向にのみ屈折力を有するものである
が、単体で用いたのでは、平行光束の光束状態を維持す
ることが困難である。すなわち、単体で用いたのでは、
光ビームの光線方向が変換されてしまい、レイアウト上
の制約を受けることになる。また、プリズムを回転調整
することで、光ビームの光束幅の調整を行うが、光線方
向が変化してしまうため、後段の光学系をそれに応じて
回転させる必要が生じる。このため、複数のプリズムを
透過させることで、平行光束の入射について射出光束
が、その光束幅が調整されて同一方向となるべく配置す
る。このように複数プリズムの配置により、単純な構成
で、主走査方向及び副走査方向の光束幅をほぼ一致させ
ることができ、光ビームの利用効率を向上させることが
できる。

【００１４】また、前記調整手段は、主走査方向または
副走査方向にのみ屈折力を有するレンズを複数有したア
ナモルフィック光学系で構成され、前記レンズの位置を
調整して光束幅を調整することができる。

【００１５】光ビームについて、主走査方向の光束幅及
び副走査方向の何れか光束幅を独立して調整する他のも
のとしては、アナモルフィック光学系を採用することが
できる。このアナモルフィック光学系は、主走査方向ま
たは副走査方向にのみ屈折力を有するレンズを複数有す
ることで可能である。このレンズには、シリンドリカル
レンズや非球面レンズがある。このようにアナモルフィ
ック光学系を採用することにより、単純な構成で、主走
査方向及び副走査方向の光束幅をほぼ一致させることが
でき、光ビームの利用効率を向上させることができる。

【００１６】前記調整手段は、前記半導体レーザの接合
面と平行方向の光束幅を調整することができる。また、
前記調整手段は、前記半導体レーザの接合面と垂直方向
の光束幅を調整することができる。

【００１７】半導体レーザは、その接合面に平行な方向
と垂直な方向とが、発散角の差異が顕著に出現する方向
である。そこで、半導体レーザの接合面と平行方向の光
束幅、及び垂直方向の光束幅の少なくとも一方の光束幅
を調整することで、半導体レーザからの光ビームを最大
限利用することができ、光ビームの利用効率を最大限に
向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態はレー
ザ露光装置に本発明を適用したものである。

【００１９】〔第１実施の形態〕図２には、本実施の形
態のレーザ露光装置の基となるレーザ露光装置１０が示
されている。

【００２０】レーザ露光装置１０は、半導体レーザ１２
から出力されたレーザビームＬを露光ドラム２２上に照
射することで、画像を露光する構造となっている。この
露光ドラム２２上には、記録フィルムＦ（記録媒体）な
どを貼り付けることが可能であり、この記録フィルムＦ
にレーザビームＬを照射することで、直接画像記録も可
能である。

【００２１】なお、ドラム２２は矢印Ｙ方向（副走査方
向）に回転することによる副走査と、レーザビームＬを
矢印Ｘ方向（主走査方向、図２の紙面に垂直方向）に主
走査することで、二次元画像が形成される。

【００２２】レーザ露光装置１０は、レーザビームＬを
出力する半導体レーザ１２を備えており、半導体レーザ
１２の射出側に、半導体レーザ１２からのレーザビーム
Ｌの発散角をほぼ平行光に整形するコリメートレンズ１
４が設けられている。コリメートレンズ１４の射出側に
は、レーザビームの光束幅を制限するアパチャ１６、及
び光束幅の調整及び主走査するための走査光学系１８が
順に設けられており、走査光学系１８の射出側には、ｆ
θレンズ２０及びドラム２２が順に設けられている。こ
のアパチャ１６及び走査光学系１８は、ビーム幅の調整
と、レーザビームを主走査する作動とを担当する光学系
１７として機能する。

【００２３】半導体レーザ１２は、垂直方向と水平方向
の発散角が異なるため、異なる光束のレーザビームＬ
ｓ，Ｌｍがコリメートレンズ１４に入射される。これに
よって、コリメートレンズ１４では、垂直方向と水平方
向の幅が異なるレーザビームが射出される。このため、
一般的なレーザ露光装置１０では、円形開口などのよう
に、縦横均等な開口が設けられたアパチャ１６が設けら
れる。このアパチャ１６を通過したレーザビームが縦横
均等なレーザビームとして走査光学系１８へ到達する。

【００２４】走査光学系１８は、球面レンズ系を含んで
構成され（構成の詳細は後述）、ビーム幅Ｄａで入射さ
れたレーザビームを、ビーム幅Ｄｂに調整して射出す
る。このビーム幅Ｄｂのレーザビームをポリゴンミラな
どの回転多面鏡３２（図３）により主走査方向へ走査し
て射出する。この射出されたレーザビームは、ｆθレン
ズ２０により露光ドラム２２上に結像する。

【００２５】図３に示すように、走査光学系１８は、倍
率光学系３０と、回転多面鏡３２とから構成される。倍
率光学系３０は、凹レンズ２４、凸レンズ２６、及び凸
レンズ２８から構成される。倍率光学系３０では、凹レ
ンズ２４、凸レンズ２６、及び凸レンズ２８により、入
射されたビーム幅Ｄａのレーザビームをビーム幅Ｄｂの
レーザビームに変換して射出する。ビーム幅Ｄｂのレー
ザビームは回転多面鏡３２で主走査方向へ走査される。

【００２６】倍率光学系３０は、各々のレンズ間距離を
調整することで倍率を変更することが可能なズームレン
ズ系の構成である。凹レンズ２４、凸レンズ２６、及び
凸レンズ２８の各々は、光軸方向（図３の矢印ｓ方向）
に平行移動を可能とする駆動装置４４に接続されてい
る。この駆動装置４４の駆動によって、凹レンズ２４
と、及び凸レンズ２６と凸レンズ２８の各々のレンズ間
距離を調整することで、倍率を変更することができる。

【００２７】上記レーザ露光装置１０の構成を基本とし
て、本実施の形態のレーザ露光装置１０を説明する。

【００２８】図４に示すように、半導体レーザ１２は、
例えば、屈折率形導波型半導体レーザを採用でき、この
半導体レーザは、ｐ型の半導体基板１２Ａとｎ型の半導
体基板１２Ｂとの間に活性層１２Ｃを設け、前記半導体
基板１２Ａ、１２Ｂに設けた電極１２Ｄ、１２Ｅ間に所
定の電圧を印加することにより、活性層２２からレーザ
ビームＬを出力するように構成される。この半導体レー
ザ１２から出力されるレーザビームＬの発光パターン
は、電極１２Ｄの幅に対応した活性層１２Ｃの接合面方
向に幅広でかつ略方形状になるが、発散角がＸ方向とＹ
方向とでは異なる。すなわち、ｐｎ接合面と平行な方向
（Ｙ方向）の発散角が、ｐｎ接合面と垂直な方向（Ｘ方
向）の発散角より狭角になることが知られている。

【００２９】上記レーザ露光装置１０では、アパチャ１
６による光束の制限によってビーム幅を整形している
が、本実施の形態では、半導体レーザ１２から射出され
たレーザビームの光束を制限することなく、全ての光束
を利用してビーム幅を整形するものである。従って、ア
パチャ１６は、本実施の形態のレーザ露光装置１０には
不要である。以下、詳細を説明する。

【００３０】図１には、ビーム幅の調整と、レーザビー
ムを主走査する作動とを担当する光学系１７の構成を示
した。図１（Ａ）には、平面図、図１（Ｂ）には側面図
を示した。なお、図１（Ａ）は、ｐｎ接合面に平行な方
向（図４の矢印Ｙ方向）のビーム幅のみを調整する場合
の例が示されている。

【００３１】本発明の実施の形態にかかる光学系１７
は、アパチャ１６に代えて複数（本実施の形態では、２
個）のプリズム３４，３６からなるビーム幅調整装置３
８を備えている。ビーム幅調整装置３８のプリズム３４
及びプリズム３６は、同一形状のプリズムを用いて、各
々の頂角付近における屈折によって、水平方向または垂
直方向の何れかの方向のみについて作用するべく配置す
る。

【００３２】上記ビーム幅調整装置３８は、本発明の調
整手段に相当する。また、回転多面鏡３２は本発明の偏
向手段の１つの気のに相当し、コリメートレンズ１４は
本発明のレンズ系に相当する。また、ｆθレンズ２０
は、本発明の集光光学系に相当する。また、倍率光学系
３０は、本発明の変更手段に相当する。

【００３３】図１（Ａ）に示すように、プリズム３４、
３６は、直角部を底辺に有しかつ頂角ｗが鋭角の台形プ
リズムであり、本実施の形態では、頂角ｗが４５度のも
のを採用している。その長辺部分にコリメートレンズ１
４からのレーザビームＬｓが入射されるようにプリズム
３４を設ける。このプリズム３４から射出されたレーザ
ビームが長辺部分に入射されるようにプリズム３６を設
ける。

【００３４】プリズム３４は、ｐｎ接合面に平行な方向
（図４の矢印Ｙ方向）である水平方向（図１の矢印Ｊａ
方向及び矢印Ｋａ方向）に平行移動を可能とすると共
に、水平方向の面内で一定方向（図１の矢印Ｒａ方向）
に回転を可能とする駆動装置４０に接続されている。こ
の駆動装置４０によりプリズム３４の位置及び回転角度
を調整することで、プリズム３４から射出されるレーザ
ビームのビーム幅を調整することができる。

【００３５】同様に、プリズム３６は、水平方向（図１
の矢印Ｊｂ方向及び矢印Ｋｂ方向）に平行移動を可能と
すると共に、水平方向の面内で一定方向（図１の矢印Ｒ
ｂ方向）に回転を可能とする駆動装置４２に接続されて
いる。この駆動装置４２によりプリズム３６の位置及び
回転角度を調整することで、プリズム３６から射出され
るレーザビームのビーム幅を調整することができる。

【００３６】以上の構成によって、コリメートレンズ１
４からのレーザビームＬｓの光束についてのビーム幅Ｄ
ｙ（図２では、ビーム幅Ｄａ）は、プリズム３４により
水平方向にのみ拡大され、続くプリズム３６によりさら
に水平方向に拡大されてビーム幅Ｄｚのレーザビームを
得る。

【００３７】図１（Ｂ）に示すように、ｐｎ接合面に垂
直な方向（図４の矢印Ｘ方向）については、プリズム３
４、３６は屈折率変化が影響ないので、コリメートレン
ズ１４からのレーザビームＬｍの光束についてのビーム
幅Ｄｘは、プリズム３４、３６による影響がなく、その
ままビーム幅Ｄｚ（＝Ｄｘ）のレーザビームとなる。

【００３８】これによって、水平方向についてビーム幅
を調整して垂直方向のビーム幅と一致させることができ
る。このビーム幅Ｄｚのレーザビームは、倍率光学系３
０に入射され、ビーム幅Ｄｂのレーザビームが射出され
る。このビーム幅Ｄｂのレーザビームは、回転多面鏡３
２によって主走査され、ｆθレンズ２０により露光ドラ
ム２２へ結像される。

【００３９】従って、半導体レーザ１２から射出された
レーザビームが、垂直方向及び水平方向の各々の発散角
が異なる場合であっても、その一方のビーム幅を調整す
ることができる。このため、半導体レーザ１２から射出
されたレーザビームを制限することなく、全てのレーザ
ビームを利用することができ、利用効率を向上すること
ができる。

【００４０】また、プリズム３４、３６の回転及び位置
調整によってビーム幅を調整することが可能であるた
め、半導体レーザ１２に個体差があっても、駆動装置４
０及び駆動装置４２の駆動により、個体差を解消するべ
く調整することが可能となる。従って、半導体レーザ１
２の個体差を解消する構成をレーザ露光装置１０に有す
ることができるため、レーザ露光装置１０の設計につい
て自由度が向上する。

【００４１】なお、本実施の形態では、倍率光学系３０
の上流側（入射側）にビーム幅調整装置３８を設けた場
合を説明したが、本発明は、この位置に限定されるもの
ではない。すなわち、ビーム幅調整装置３８が入射され
たレーザビームを全て利用することが可能であるため、
倍率光学系３０と回転多面鏡３２との間にビーム幅調整
装置３８を設けてもよい。

【００４２】また、本実施の形態では、水平方向にのみ
ビーム幅を調整する場合を説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、任意の方向について調整して
もよく、また垂直方向のみ調整してもよく、さらに水平
方向及び垂直方向のように複数の方向を共に調整しても
よい。複数の方向について調整する場合には、調整する
方向に対応してビーム幅調整装置３８を設ければよい。

【００４３】なお、駆動装置４０、５２，４４は露光装
置に内蔵してもよいが、製造工程における調整装置に、
このような機構を設けて、調整が完了した後に接着した
り板ばねなどの押圧手段による付勢により固定すること
が好ましい。

【００４４】次に、図５及び図６を参照して、本実施の
形態のレーザ露光装置１０で採用したビーム幅調整装置
３８について、プリズム３４、３６の位置及び回転角度
を調整した場合の具体的な結果を説明する。

【００４５】まず、半導体レーザ１２の発散角の設計仕
様を次に示す。水平方向（図４のＹ方向）の発散角は９
度（個体差：最小７度、最大１１度）であり、垂直方向
（図４のＸ方向）の発散角は２７度（個体差：最小２３
度、最大３４度）とする。この半導体レーザ１２を用い
た場合に、垂直方向の発散角２７度で広がるレーザビー
ムについてコリメートレンズ１４によるビーム幅を基準
として、ビーム幅を調整する。

【００４６】従って、垂直方向の発散角について、個体
差が最小２３度から最大３１度あるため、垂直方向のビ
ーム幅の調整は、０．８１〜１．２の可変倍率が必要で
ある。また、水平方向の発散角について、個体差が最小
７度から最大１１度あるため、垂直方向の発散角２７度
に相当するビーム幅調整のために、水平方向のビーム幅
の調整は、２．４〜３．８の可変倍率が必要である。

【００４７】水平方向及び垂直方向の倍率を独立して調
整できる場合は、各々上記倍率の調整幅を有していれば
よいが、ここでは、水平方向及び垂直方向の倍率を均一
に調整する変更手段と、水平方向のみ倍率調整を行う調
整手段とを組み合わせる場合、水平方向の光ビームの幅
の調整は、さらに広範囲となる（２．０９〜４．７
倍）。

【００４８】倍率光学系３０は、凹レンズ２４が焦点距
離６０ｍｍ、凸レンズ２６が焦点距離４０ｍｍ、凸レン
ズ２８が焦点距離５０ｍｍのレンズを採用する。この倍
率光学系３０は、各レンズ間の距離として、凹レンズ２
４と凸レンズ２６の間を２０ｍｍ〜４０ｍｍに調整可能
でかつ凸レンズ２６と凸レンズ２８の間を１３０ｍｍ〜
１２０ｍｍに調整可能なズームレンズ群構成とされてい
る。

【００４９】この倍率光学系３０は、球面レンズ系で構
成されるので、水平方向及び垂直方向について共に倍率
が調整される。このため、半導体レーザ１２から発散角
の差異によって不均一となるレーザビームのビーム幅を
均一にするための手段を講じる必要、すなわち、垂直方
向及び水平方向の少なくとも一方を独立して調整する必
要がある。

【００５０】図５には、ビーム幅調整装置３８の配置を
調整し、一方向のビーム幅調整倍率を２倍に設定した位
置関係を示した。プリズム３４は、頂角部がレーザビー
ムＬを境界とする一方側に位置され、レーザビームＬと
直交する方向から５５度だけ長辺部分が傾倒するように
設けられる。プリズム３６は、頂角部がレーザビームＬ
を境界とする他方側に位置され、レーザビームＬと直交
する方向から−２６度だけ長辺部分が傾倒するように設
けられる。

【００５１】このとき、プリズム３４、３６の何れか一
方のプリズムを、レーザビームＬと直交する方向に平行
移動したり、レーザビームＬに沿う方向に平行移動した
りすることで、入射位置と射出位置との相対位置を調整
することができる。

【００５２】図６には、ビーム幅調整装置３８の配置を
調整し、一方向のビーム幅調整倍率を５．２倍に設定し
た位置関係を示した。プリズム３４は、頂角部がレーザ
ビームＬを境界とする一方側に位置され、レーザビーム
Ｌと直交する方向から７０度だけ長辺部分が傾倒するよ
うに設けられる。プリズム３６は、頂角部がレーザビー
ムＬを境界とする他方側に位置され、レーザビームＬと
直交する方向から−３４度だけ長辺部分が傾倒するよう
に設けられる。

【００５３】この場合も図５と同様に、プリズム３４、
３６の何れか一方のプリズムを、レーザビームＬと直交
する方向に平行移動したり、レーザビームＬに沿う方向
に平行移動したりすることで、入射位置と射出位置との
相対位置を調整することができる。

【００５４】このように、プリズム３４、３６のプリズ
ムを、回転角度を調整したり、レーザビームＬと直交す
る方向に平行移動したり、レーザビームＬに沿う方向に
平行移動したりすることで、一方向のみについて、ビー
ム幅を調整することができると共に、入射位置と射出位
置との相対位置を調整することができる。

【００５５】〔第２実施の形態〕上記実施の形態では、
複数のプリズムを用いて、垂直方向または水平方向につ
いて独立してビーム幅の調整をする場合を説明した。こ
のとき、プリズムの屈折作用により、光軸が偏向され
る。本実施の形態では、直線状の光軸上で、垂直方向ま
たは水平方向について独立してビーム幅の調整を可能と
するものである。なお、本実施の形態は上記実施の形態
と同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。

【００５６】図７には、本実施の形態のレーザ露光装置
１０にかかる、ビーム幅の調整と、レーザビームを主走
査する作動とを担当する光学系１７の構成を示した。図
７（Ａ）には、平面図、図７（Ｂ）には側面図を示し
た。

【００５７】本実施の形態にかかる光学系１７は、プリ
ズム３４、３６からなるビーム幅調整装置３８に代えて
複数のシリンドリカルレンズ５０，５２，５４からなる
ビーム幅調整装置３９を備えている。ビーム幅調整装置
３９は、半導体レーザ１２側より、シリンドリカルレン
ズ５０，５２，５４が順に配列されて構成されている。
なお、これらのシリンドリカルレンズ５０，５２，５４
は、ｐｎ接合面に平行な方向（図４の矢印Ｙ方向）のみ
集光する（屈折作用を有する）。シリンドリカルレンズ
５０は、凹レンズに相当する負の屈折作用を有するシリ
ンドリカルレンズであり、シリンドリカルレンズ５２、
５４は、凸レンズに相当する正の屈折作用を有するシリ
ンドリカルレンズである。

【００５８】図７（Ａ）に示すように、ビーム幅調整装
置３９のシリンドリカルレンズ５０、５２，５４は、こ
れらのレンズを光軸方向に平行移動を可能とする駆動装
置５６に接続されている。この駆動装置５６によりシリ
ンドリカルレンズ５０、５２，５４の位置を調整するこ
とで、ビーム幅調整装置３９すなわちシリンドリカルレ
ンズ５０に入射されるレーザビームのビーム幅に対して
シリンドリカルレンズ５４から射出されるレーザビーム
のビーム幅を調整することができる。

【００５９】以上の構成によって、コリメートレンズ１
４からのレーザビームＬｓの光束についてのビーム幅Ｄ
ｙは、ビーム幅調整装置３９のシリンドリカルレンズに
より水平方向にのみ拡大されてビーム幅Ｄｚのレーザビ
ームを得る。

【００６０】図７（Ｂ）に示すように、ｐｎ接合面に垂
直な方向（図４の矢印Ｘ方向）については、シリンドリ
カルレンズ５０、５２，５４は屈折率変化が影響ないの
で、コリメートレンズ１４からのレーザビームＬｍの光
束についてのビーム幅Ｄｘは、ビーム幅調整装置３９の
シリンドリカルレンズ５０、５２，５４による影響がな
く、そのままビーム幅Ｄｚ（＝Ｄｘ）のレーザビームと
なる。

【００６１】これによって、水平方向についてビーム幅
を調整して垂直方向のビーム幅と一致させることができ
る。このビーム幅Ｄｚのレーザビームは、倍率光学系３
０に入射され、ビーム幅Ｄｂのレーザビームが射出され
る。このビーム幅Ｄｂのレーザビームは、回転多面鏡３
２によって主走査され、ｆθレンズ２０により露光ドラ
ム２２へ結像される。

【００６２】このように、本実施の形態では、半導体レ
ーザ１２から射出されたレーザビームが、垂直方向及び
水平方向の各々の発散角が異なる場合であっても、その
一方のビーム幅を調整することができる。また、レーザ
ビームの光軸を偏向することもなく、同軸上でレーザビ
ームを伝搬できる。このため、半導体レーザ１２から射
出されたレーザビームを制限することなく、全てのレー
ザビームを利用することができ、利用効率を向上するこ
とができる。また、同軸光路となるので、設計が容易と
なる。

【００６３】また、シリンドリカルレンズ５０、５２，
５４の光軸方向の位置調整によってビーム幅を調整する
ことが可能であるため、半導体レーザ１２に個体差があ
っても、駆動装置５６の駆動により、個体差を解消する
べく調整することが可能となる。従って、半導体レーザ
１２の個体差を解消する構成をレーザ露光装置１０に有
することができるため、レーザ露光装置１０の設計につ
いて自由度が向上する。

【００６４】なお、本実施の形態では、倍率光学系３０
の上流側（入射側）にビーム幅調整装置３９を設けた場
合を説明したが、本発明は、この位置に限定されるもの
ではない。すなわち、ビーム幅調整装置３９が入射され
たレーザビームを全て利用することが可能であるため、
倍率光学系３０と回転多面鏡３２との間にビーム幅調整
装置３８を設けてもよい。

【００６５】また、本実施の形態では、水平方向にのみ
ビーム幅を調整する場合を説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、任意の方向について調整して
もよく、また垂直方向のみ調整してもよく、さらに水平
方向及び垂直方向のように複数の方向を共に調整しても
よい。複数の方向について調整する場合には、調整する
方向に対応してビーム幅調整装置３８を設ければよい。

【００６６】なお、本実施の形態では、ビーム幅調整装
置３９にシリンドリカルレンズによって、一方向にのみ
レーザビームを屈折させた場合を説明したが、本発明
は、これに限定されるものではない。すなわち、倍率光
学系３０にシリンドリカルレンズを用いてレーザビーム
を屈折させてもよい。この場合、ビーム幅調整装置３９
と倍率光学系３０との相対的な倍率関係からシリンドリ
カルレンズのパワーを定めればよい。

【００６７】また、本実施の形態では、ビーム幅調整装
置３９にシリンドリカルレンズによって、一方向にのみ
レーザビームを屈折させた場合を説明したが、本発明
は、これに限定されるものではない。すなわち、ビーム
幅調整装置３９にアナモルフィック光学系を採用するこ
とができる。アナモルフィック光学系を採用すること
で、垂直方向と水平方向とのパワー（屈折力）を異なる
ものとすることができ、設計自由度を増加させることが
できる。このアナモルフィック光学系は、倍率光学系３
０にも採用することができる。この場合、ビーム幅調整
装置３９と倍率光学系３０との相対的な倍率関係からア
ナモルフィック光学系の垂直方向と水平方向とのパワー
（屈折力）を定めればよい。

【００６８】〔第３実施の形態〕上記実施の形態では、
ビーム幅調整装置３８、３９によって垂直方向または水
平方向について独立してビーム幅の調整をする場合を説
明した。本実施の形態では、直線状の光軸上で、垂直方
向及び水平方向の各々について独立してビーム幅の調整
を可能とするものである。なお、本実施の形態は上記実
施の形態と同様の構成であるため、同一部分には同一符
号を付して詳細な説明を省略する。

【００６９】図８には、本実施の形態のレーザ露光装置
１０にかかる、ビーム幅の調整と、レーザビームを主走
査する作動とを担当する光学系１７Ａの構成を示した。
図８（Ａ）には、平面図、図８（Ｂ）には側面図を示し
た。

【００７０】本実施の形態にかかる光学系１７Ａは、複
数のシリンドリカルレンズ５０，５２，５４からなるビ
ーム幅調整装置３９に連続する倍率光学系３０に代えて
複数のシリンドリカルレンズ２５，２７，２９からなる
倍率光学系３１を備えている。倍率光学系３１は、ビー
ム幅調整装置３９側より、シリンドリカルレンズ２５，
２７，２９が順に配列されて構成されている。なお、こ
れらのシリンドリカルレンズ２５，２７，２９は、ｐｎ
接合面に垂直な方向（図４の矢印Ｘ方向）のみ集光する
（屈折作用を有する）。シリンドリカルレンズ２５は、
凹レンズに相当する負の屈折作用を有するシリンドリカ
ルレンズであり、シリンドリカルレンズ２７，２９は、
凸レンズに相当する正の屈折作用を有するシリンドリカ
ルレンズである。

【００７１】図８（Ａ）に示すように、ビーム幅調整装
置３９のシリンドリカルレンズ５０、５２，５４は、こ
れらのレンズを光軸方向に平行移動を可能とする駆動装
置５６に接続されている。この駆動装置５６によりシリ
ンドリカルレンズ５０、５２，５４の位置を調整するこ
とで、ビーム幅調整装置３９すなわちシリンドリカルレ
ンズ５０に入射されるレーザビームのビーム幅に対して
シリンドリカルレンズ５４から射出されるレーザビーム
のビーム幅を調整することができる。

【００７２】シリンドリカルレンズ５４から射出された
レーザビームは、倍率光学系３１へ入射されるが、この
倍率光学系３１では、屈折率変化が影響ないので、コリ
メートレンズ１４からのレーザビームＬｓの光束につい
てビーム幅が調整されたビーム幅Ｄｙｚは、倍率光学系
３１のシリンドリカルレンズ２５，２７，２９による影
響がなく、そのままビーム幅Ｄｙｚ（＝Ｄｙ）のレーザ
ビームとなる。

【００７３】以上の構成によって、コリメートレンズ１
４からのレーザビームＬｓの光束についてのビーム幅Ｄ
ｙは、ビーム幅調整装置３９のシリンドリカルレンズで
のみ水平方向に拡大されてビーム幅Ｄｙｚのレーザビー
ムを得る。

【００７４】図８（Ｂ）に示すように、ｐｎ接合面に垂
直な方向（図４の矢印Ｘ方向）については、シリンドリ
カルレンズ５０、５２，５４は屈折率変化が影響ないの
で、コリメートレンズ１４からのレーザビームＬｍの光
束についてのビーム幅Ｄｘは、シリンドリカルレンズ５
０、５２，５４による影響がなく、そのままビーム幅Ｄ
ｘのレーザビームとなる。

【００７５】シリンドリカルレンズ５４から射出された
レーザビームは、倍率光学系３１へ入射されるが、この
倍率光学系３１は、シリンドリカルレンズ２５，２７，
２９の各レンズを光軸方向に平行移動を可能とする駆動
装置４５に接続されている。この駆動装置４５によりシ
リンドリカルレンズ２５，２７，２９の位置を調整する
ことで、倍率光学系３１すなわちシリンドリカルレンズ
２５に入射されるレーザビームのビーム幅に対してシリ
ンドリカルレンズ２９から射出されるレーザビームのビ
ーム幅を調整することができる。従って、コリメートレ
ンズ１４からのレーザビームＬｍの光束をビーム幅調整
装置３９でそのままのビーム幅Ｄｘで透過されたレーザ
ビームは、倍率光学系３１のシリンドリカルレンズ２
５，２７，２９による倍率調整で、ビーム幅Ｄｘｚのレ
ーザビームに調整される。

【００７６】これによって、水平方向及び垂直方向のビ
ーム幅を独立調整している。このビーム幅Ｄｙｚ、Ｄｘ
ｚのレーザビームは、回転多面鏡３２によって主走査さ
れ、ｆθレンズ２０により露光ドラム２２へ結像され
る。

【００７７】このように、本実施の形態では、半導体レ
ーザ１２から射出されたレーザビームが、垂直方向及び
水平方向の各々の発散角が異なる場合であっても、それ
ぞれの方向のビーム幅を独立して調整することができ
る。また、レーザビームの光軸を偏向することもなく、
同軸上でレーザビームを伝搬できる。このため、半導体
レーザ１２から射出されたレーザビームを制限すること
なく、全てのレーザビームを利用することができ、利用
効率を向上することができる。また、同軸光路となるの
で、設計が容易となる。

【００７８】また、シリンドリカルレンズ５０、５２，
５４及び倍率光学系３１のシリンドリカルレンズ２５、
２７，２９の光軸方向の位置調整によってビーム幅を調
整することが可能であるため、半導体レーザ１２に個体
差があっても、駆動装置４５及び駆動装置５６の駆動に
より、個体差を解消するべく、垂直方向及び水平方向を
独立して調整することが可能となる。従って、半導体レ
ーザ１２の個体差を解消する構成をレーザ露光装置１０
に有することができるため、レーザ露光装置１０の設計
について自由度が向上する。

【００７９】なお、本実施の形態では、倍率光学系３１
の上流側（入射側）にビーム幅調整装置３９を設けた場
合を説明したが、本発明は、この位置に限定されるもの
ではない。すなわち、ビーム幅調整装置３９が入射され
たレーザビームを全て利用することが可能であるため、
倍率光学系３１と回転多面鏡３２との間にビーム幅調整
装置３９を設けてもよい。

【００８０】また、本実施の形態では、水平方向及び垂
直方向について独立してビーム幅を調整する場合を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意
の方向について調整してもよく、また複合的に調整して
もよい。例えば、ビーム幅調整装置３９及び倍率光学系
３１の何れかにおいて垂直方向及び水平方向のビーム幅
調整を行ってもよい。

【００８１】また、本実施の形態では、ビーム幅調整装
置３９にシリンドリカルレンズによって、一方向にのみ
レーザビームを屈折させた場合を説明したが、本発明
は、これに限定されるものではない。例えば、プリズム
を用いてもよく、アナモルフィック光学系を採用するこ
とができる。

【００８２】なお、上記実施の形態では、主走査方向及
び副走査方向の光束幅を一致させる場合を説明したが、
本発明は、これに限定されるものではない。これは、集
光光学系の設計時に決定される光束幅に関係する。例え
ば、光束幅のアスペクト比（主走査方向の光束幅と、副
走査方向の光束幅との比率）を定めて、その設定された
アスペクト比に光束幅を調整してもよい。すなわち、ア
スペクト比に対応する各々の光束幅に調整することがで
きる。この場合、光束幅で規定してもよく、アスペクト
比で規定してもよい。光束幅で規定するときは調整する
光束幅がアスペクト比に対応するべく予め設定して、調
整すればよい。また、アスペクト比で規定する場合は、
光束幅の値に限定されず、単に比率が維持されるべく調
整すればよい。

【００８３】また、上記実施の形態は、光束幅を調整す
るに当たって、誤差範囲すなわち許容範囲を設けて、そ
の許容範囲内の光束幅に調整することを含むことはもち
ろんである。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体レーザからの光ビームの光束幅を、調整手段により
平行光束の光束状態を維持しつつ、主走査方向の光束幅
及び副走査方向の光束幅がほぼ一致するように、平行光
束の主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方向の光
束幅を独立して調整するので、光束を制限することな
く、光ビームの光束幅がほぼ一致させることができ、光
ビームの利用効率を向上させることができる、という効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態にかかる、ビーム幅の
調整と、レーザビームを主走査する作動とを担当する光
学系１７の構成を示すブロック図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図を示した。

【図２】本発明の実施の形態の基となる、レーザ露光装
置の構成を示すブロック図である。

【図３】レーザ露光装置の走査光学系の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】半導体レーザの構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図５】第１実施の形態のビーム幅調整装置の配置例を
示す平面図である。

【図６】第１実施の形態のビーム幅調整装置の配置の他
例を示す平面図である。

【図７】本発明の第２実施の形態にかかる、ビーム幅の
調整と、レーザビームを主走査する作動とを担当する光
学系１７の構成を示すブロック図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図を示した。

【図８】本発明の第３実施の形態にかかる、ビーム幅の
調整と、レーザビームを主走査する作動とを担当する光
学系１７Ａの構成を示すブロック図であり、（Ａ）は平
面図、（Ｂ）は側面図を示した。

【符号の説明】

Ｌ…レーザビーム １０…レーザ露光装置 １２…半導体レーザ １４…コリメートレンズ １７…光学系 １８…走査光学系 ２０…ｆθレンズ ２２…露光ドラム ２４…凹レンズ ２６…凸レンズ ２８…凸レンズ ３０…倍率光学系 ３２…回転多面鏡 ３４…プリズム ３６…プリズム ３８…ビーム幅調整装置 ４０…駆動装置 ４２…駆動装置 ４４…駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 13/08 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｅ Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ｚ Ｆターム(参考） 2C362 AA26 AA28 AA29 AA34 AA42 AA47 BA83 BA84 BA86 DA03 2H042 CA12 CA17 2H087 KA19 LA26 LA28 PA03 PA17 PB03 SA14 SA16 SA19 SA62 SA63 SA64 SB02 SB12 SB22 5C051 AA02 CA07 DB22 DB24 DB30 DC04 DE21 FA01 5C072 AA03 BA13 BA17 DA02 DA10 DA21 HA02 HB10 XA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光媒体に光ビームを案内しかつ該光ビ
   ームと前記露光媒体との相対的移動によって前記光ビー
   ムを前記露光媒体に対して予め定めた主走査方向の主走
   査及び該主走査方向と交差する副走査方向に副走査して
   画像を露光する画像露光装置において、 光ビームを出力する半導体レーザと、 前記半導体レーザから出力された光ビームを平行光束に
   整形するレンズ系と、 前記平行光束に整形された光ビームを、主走査方向及び
   該主走査方向と交差する副走査方向の少なくとも一方向
   に偏向する偏向手段と、 前記偏向された光ビームを前記露光媒体へ集光する集光
   光学系と、 前記レンズ系により得られる光ビームについて、前記平
   行光束の主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方向
   の光束幅を独立して調整する調整手段と、 を備えたことを特徴とする画像露光装置。
2. 【請求項２】 前記レンズ系により得られる光ビームに
   ついて前記主走査方向の光束幅及び副走査方向の光束幅
   を均等に拡大縮小する変更手段をさらに備え、前記調整
   手段は、前記変更手段の上流側または下流側に設けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の画像露光装置。
3. 【請求項３】 前記調整手段は、主走査方向または副走
   査方向にのみ屈折力を有するプリズムを複数有し、各々
   のプリズムの位置を調整して光束幅を調整することを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の画像露光装
   置。
4. 【請求項４】 前記調整手段は、主走査方向または副走
   査方向にのみ屈折力を有するレンズを複数有したアナモ
   ルフィック光学系で構成され、前記レンズの位置を調整
   して光束幅を調整することを特徴とする請求項１乃至請
   求項３の何れか１項に記載の画像露光装置。
5. 【請求項５】 前記調整手段は、前記半導体レーザの接
   合面と平行方向の光束幅を調整することを特徴とする請
   求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像露光装
   置。
6. 【請求項６】 前記調整手段は、前記半導体レーザの接
   合面と垂直方向の光束幅を調整することを特徴とする請
   求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像露光装
   置。