JP2006171318A - 走査露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査露光装置において、ｆθ補正機能を有しない走査光学系を用いる場合に、露光面における実質的なスポット径のバラツキを低減することができるようにする。
【解決手段】 マルチレーザ光源３０で形成され異なる結像位置に結像される略同軸上のレーザビーム３０ａ、３０ｂをポリゴンスキャナ５で偏向し、露光面６を走査する。露光面６では、レーザビーム３０ａ、３０ｂのそれぞれの像面のスポット径は、目標スポット径から外れる場合、一方が大径で、他方が小径とされており、露光制御手段８により、それぞれの光出力を制御して、それらの合成ビームにより露光面６上の実質的なスポット径を大径と小径の中間に設定できる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走査露光装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成システム、例えば、プリンタ、デジタル複写機などにおいて、静電潜像を形成するための露光手段として、集光されたレーザビームをポリゴンミラーなどの光偏向器により走査する走査露光装置を用いることが知られている。
このような走査露光装置には、光偏向器により等角速度で走査されたレーザビームを露光面上で直線等速走査させるためのｆθ特性を有するｆθレンズを含む走査光学系を採用する場合が多い。しかしながらｆθレンズは、広角走査を行うため大径となることが多く、副走査方向では面倒れ補正光学系を構成する必要があるため、例えばアナモフィックレンズなどの高価なレンズが必要となるという問題があった。
そのため、ｆθレンズを用いずに、主走査方向の点灯タイミングを走査速度に応じて補正するクロック補正を採用した走査露光装置が提案されている。
そのような装置として、例えば特許文献１には、ｆθ補正係数に基づいて補正クロック信号を発生し、画像データに基づいてＰＷＭ制御を行うことにより、走査位置と必要露光量の補正を行うため、ｆθレンズを用いることなく走査露光を行うことができる画像形成装置が記載されている。
また、これに関連する技術として、特許文献２には、光パワー制御回路、絞り径制御回路を備え、走査の画素ピッチを変更する際にレーザ光の光出力と像面スポット径を変更できるようにした画像形成装置が記載されている。
特開平１０−９６８６９号公報（第５−１１頁、図１、５） 特開平５−１４２４９４号公報（第２−６頁、図１）

しかしながら、上記のような従来の走査露光装置には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、補正クロック信号により点灯タイミングを変えることにより、走査線上の走査速度の変化に応じて走査位置を補正し、それぞれの露光位置での走査速度に合わせて必要露光量を露光するためのＰＷＭ制御を行うので、走査位置と露光量とは補正されるものの、露光面のスポット径の変化を補正することができない。そのため、スポット径が大きくなる走査位置では、必要以上の領域に露光されるため、露光後の１ドット画素の形状が不安定となるという問題がある。また、隣接ライン間で露光領域が重なり合う結果、画像の濃度むらやゴーストが生じてしまうという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、ＰＷＭ制御に加えてレーザ光のパワー制御を行うことができるので、露光面のスポット径が変化しても光出力を変えることで、露光範囲を可変することができる。ところが、レーザ光は略ガウスビームと見なすことができるので、光出力と露光後に形成される画像のドット径とは比例関係になく、特にビームウエスト径から大きくずれたドット径を形成することは難しい。
このため、ｆθレンズなどにより光学的に露光面上のスポット径を均一化する場合に比べて、露光後のドット径が不均一となってしまい画像品質が劣ったものになるという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ｆθ補正機能を有しない走査光学系を用いる場合に、露光面における実質的なスポット径のバラツキを低減することができる走査露光装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、集光された光ビームを偏向して露光面上で走査させるとともに、前記露光面上の走査線に沿う所定ピッチの露光区間内に、それぞれの必要な露光量の照射を行う走査露光装置であって、一定方向から入射された光ビームを偏向して前記露光面上を走査させる光偏向器と、互いに結像位置が異なるように集光された複数の光ビームを形成し、前記光偏向器に対して前記一定方向から略同軸に入射させる多ビーム光源と、該多ビーム光源の複数の光ビームのそれぞれの光出力および点灯時間を前記露光区間ごとに制御可能な露光制御手段とを備え、前記複数の光ビームが前記光偏向器により走査されるとき、前記複数の光ビームの前記露光面上のスポット径が各像高ごとに設定された目標スポット径から外れる像高で、少なくとも前記露光面上のスポット径が前記目標スポット径より大径の光ビームと前記目標スポット径より小径の光ビームとが形成される構成とする。
この発明によれば、露光制御手段により、所定ピッチの露光区間内で、多ビーム光源により出射される複数の光ビームの光出力および点灯時間を制御することができるので、複数の光ビームがそれぞれ光偏向器により露光面を走査する際、各露光区間の走査速度が変化する場合であっても、それに応じて光出力および点灯時間を制御して必要な露光量となるように制御できる。
また露光面上のスポット径が各像高でごとに設定された目標スポット径から外れる場合、目標スポット径より大径の光ビームと同じく小径の光ビームとが形成されるので、それぞれの光ビームの光出力を露光制御手段により調整して、それらの合成ビームの実質的なスポット径をそれらの大径と小径との中間の値に設定することができる。
目標スポット径に一致する像高では、目標スポット径に一致する光ビームあるいはそれらの合成ビームを必要な光出力に設定する。
したがって、各像高で実質的なスポット径が目標スポット径に設定された合成ビームにより、ｆθ補正光学系を用いることなく露光面上の実質的なスポット径のバラツキを低減し、各露光区間に略均一な走査露光を行うことができる。

ここで各像高の目標スポット径は、露光面に必要な大きさのドット画像を形成するためのスポット径であり、一定値としてもよいし、許容範囲内であれば、像高により可変してもよい。
また、上記のスポット径は主走査方向および副走査方向に適用することができるが、主走査方向のスポット径のバラツキを点灯時間制御により補正する場合は、副走査方向のスポット径のみについて適用してもよい。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の走査露光装置において、前記複数の光ビームのうち、１つの光ビームの像面が、前記露光面から前側の領域に形成され、他の１つの光ビームの像面が、前記露光面から後側の領域に形成された構成とする。
この発明によれば、１つの光ビームおよび他の１つの光ビームの露光面に対するデフォーカス量を略均等化することができ、すべての光ビームが露光面の前側または後側の領域にある場合のように、一方の光ビームのデフォーカス量が大きくなりすぎることがない。
そのため、像面のスポット径（ビームウエスト径）の差がないか、差があっても少ないような２つの光ビームにより、各像高で目標スポット径より大径の光ビーム、小径の光ビームを形成することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の走査露光装置において、前記複数の光ビームのうち少なくとも２つは、像面のスポット径が前記目標スポット径以下である構成とする。
この発明によれば、少なくとも２つの光ビームの一方を前側にデフォーカスし、他方を後側にデフォーカスすることで、露光面上のスポット径が目標スポット径より大径の光ビームと小径の光ビームとを形成することができる。そのため、それぞれの光ビームの像面のスポット径を略同径とすることができるから、多ビーム光源の結像光学系を共通化することが容易となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の走査露光装置において、前記多ビーム光源が、複数の異なる光源と、該複数の異なる光源から出射される複数の光ビームの光路を略同軸上に合成する光路合成手段とを備える構成とする。
この発明によれば、複数の異なる光源により出射された複数の光ビームの光路を光路合成手段により略同軸上に合成するので、それぞれの光源と光路合成手段との間に適宜の結像光学系を配置することにより、それぞれの光ビームの像面位置、像面のスポット径を容易に設定することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の走査露光装置において、前記光路合成手段がハーフミラー面を備える構成とする。
この発明によれば、光路合成手段がハーフミラー面を備えるので、簡素な構成とすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の走査露光装置において、前記多ビーム光源が、互いに異なる複数の波長光の発振部を主走査方向に５００μｍ以下の距離を隔てて配置したレーザ光源と、該レーザ光源からの出射される前記複数の波長光をそれぞれ異なる像面に結像する結像光学素子とを備える構成とする。
この発明によれば、複数の波長光をそれぞれ異なる像面に結像する結像光学素子を用い、レーザ光源の発振部の離間距離を主走査方向に５００μｍ以下とするので、光軸に対するずれ量が小さくなるため、結像光学素子を各波長光に対して兼用しても良好な結像性能を備えることができる。そのため、結像光学素子を兼用して部品点数を削減することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の走査露光装置において、前記多ビーム光源と前記光偏向器との間の光路に、前記複数の光ビームを副走査方向に集光して前記光偏向器の偏向反射面上に結像する第１結像素子を配置し、前記光偏向器と前記露光面との間に、前記光偏向器で反射された前記複数の光ビームを副走査方向に集光し、前記露光面の近傍に結像する第２結像素子を配置した構成とする。
この発明によれば、第１結像素子と第２結像素子とにより、副走査方向において偏向反射面と露光面の近傍とが共役となるので、偏向反射面の面倒れ補正を行うことができる。

本発明の走査露光装置によれば、露光制御手段により、露光面上で目標スポット径より大径の光ビームと小径の光ビームとをそれぞれ光出力を制御して合成することにより、合成ビームの実質的なスポット径を全像高にわたって調整できるので、実質的なスポット径を略揃えることができるから、ｆθ補正光学系を用いることなく、各露光区間で略均一な走査露光を行うことができ、簡素かつ高品質の走査露光を行うことができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

本発明の実施形態に係る走査露光装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の走査平面に直交する方向の光路について説明するための光路説明図である。図３は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の多ビーム光源の概略構成について説明するための主走査方向に沿う断面説明図である。

本実施形態の走査露光装置１は、所定の露光面６上において、画素密度により決まる所定ピッチで設けられた露光区間内に、画像信号に応じて変調された光ビームを走査し、露光面上に画像信号に応じて露光する装置であり、露光部を顕像化することにより、ドット画像による画像パタンを形成する画像形成システムに好適に用いるとができるものである。例えば、電子写真方式のプリンタ、デジタル複写機などの画像形成システムの走査露光装置として好適に用いることができるものである。

本実施形態では、光路中にミラーなどを配置して光路を折り畳むことも可能であるが、説明の簡単のため折り畳まない場合の光路で説明する。
また、誤解の恐れがないかぎり、主走査方向および副走査方向を広義の意味に用い、露光面に限らず、各光路に直交する断面の２方向を参照する場合にも用いることにする。

走査露光装置１の概略構成は、図１に示すように、マルチレーザ光源３０（多ビーム光源）、露光制御手段８、ポリゴンスキャナ５（光偏向器）、ポリゴンスキャナ駆動手段７、および同期検知手段１５からなる。

マルチレーザ光源３０は、変調信号に応じてそれぞれ独立に変調駆動可能な複数のレーザビーム（光ビーム）を発生し、それぞれ異なる位置に結像する収束ビームとして出射する光源である。
本実施形態では、図３に示すように、２ビームＬＤ２、開口絞り３、結像素子４（結像光学素子）から構成され、レーザビーム３０ａ、３０ｂの２つの収束ビームを略同軸方向に出射できるようになっている。

２ビームＬＤ２は、波長の異なる２つのレーザビームを発生するレーザダイオード（ＬＤ）であり、モノリシック型のＬＤチップ２２をパッケージ内に配置したいわゆる１ｃａｎ２ＬＤである。符号２３は、カバーガラスである。
ＬＤチップ２２上の発光点２２ａは、波長λ_ａのレーザビーム３０ａを発生し、発光点２２ｂは、波長λ_ｂのレーザビーム３０ｂを発生するようになっている。
レーザビーム３０ａ、３０ｂは、それぞれ発散光として伝搬し、カバーガラス２３を通して外部に放射される。つまりそれぞれのレーザビームは、発光点２２ａ、２２ｂを結ぶ中点を通る光軸１０に略沿う方向に伝搬されるようになっている。

ここで、波長λ_ａ、λ_ｂは、露光面で必要な波長感度が得られるとともに、後述する結像素子４の色収差により、適切な距離だけ結像位置がずれるような波長に設定される。

発光点２２ａ、２２ｂは、クロストークが生じないように十分離されている必要があるが、離間しすぎると像面内で位置ずれが大きくなる。また収差が大きくなって結像性能が劣化する。そこで、レーザビーム３０ａ、３０ｂが略同軸を進み、像面内の位置ずれを許容範囲に収めるとともに、良好な結像性能を得るためには、発光点２２ａ、２２ｂの離間距離を５００μｍ以下とすることが好ましい。そして、発光点２２ａ、２２ｂのずれ方向は、主走査方向に沿う方向に設定することが好ましい。

開口絞り３は、所定の絞り形状、例えば楕円、円、矩形、長円形などの開口を備え、２ビームＬＤ２から放射されたレーザビーム３０ａ、３０ｂの光束径の大きさを規制するための光量規制部材である。
開口絞り３の開口形状は、像面のスポット形状の必要に応じた大きさ、形状に設定される。例えば、像面でのスポット形状が、副走査方向を長径とする略楕円スポットとするには、開口絞り３の主走査方向の開口幅を副走査方向の開口幅よりも大きく設定する。

結像素子４は、開口絞り３により光束径が規制されたレーザビーム３０ａ、３０ｂを集光し、それぞれ異なる位置に結像する光学素子である。例えば、正のパワーを有するレンズなどの光学素子からなり、波長λ_ａ、λ_ｂとの間の色収差により、結像位置が変わるようにしたものを採用することができる。
本実施形態では、図２に示すように、光軸上で、２ビームＬＤ２の発光点から結像素子４の主平面までの距離をＳ_ｏとするとき、結像素子４の主平面から露光面６までの距離がＳ_ｉであるとする。そして、レーザビーム３０ａが結像素子４の主平面から距離Ｓ_ｉ１だけ離れた像面６ａに結像し、レーザビーム３０ｂが同じく距離Ｓ_ｉ２だけ離れた像面６ｂに結像するようになっている。
ここで、Ｓ_ｉ２≧Ｓ_ｉ≧Ｓ_ｉ１とする。

２ビームＬＤ２、開口絞り３、結像素子４の光学特性、形状などにより、ビームウエスト径である像面のスポット径が決まる。本実施形態の像面のスポット径は、露光面６における１画素（ドット）の露光像の大きさを適切にするための露光面６上の目標スポット径よりも小さくなるように設定する。
露光面６上の目標スポット径は、主走査方向、副走査方向の画素密度などから、露光面６の感度などに応じて決定されるもので、例えば、副走査方向には副走査の露光ピッチよりもわずかに大きい径とされ、主走査方向には副走査方向の目標スポット径よりも小さい径とされる。

このようなにＬＤチップ２２を採用することにより、多ビーム光源がコンパクトに構成することができる。
また、ＬＤチップ２２の異なる波長光を用いることにより、結像素子４の色収差によって、結像位置をずらすことができるので、多ビーム光源を部品点数が少ない簡素な構成とすることができる。
また発光点２２ａ、２２ｂが５００μｍ以下に近接しているので、光軸合わせなどの調整などの手間が不要となり製造が容易となる。

露光制御手段８は、走査露光装置１に入力される画像信号に応じて２ビームＬＤ２から出射されるレーザビーム３０ａ、３０ｂをそれぞれ独立にパワー変調（ＰＭ変調）およびパルス幅変調（ＰＷＭ変調）するための手段である。ＰＭ変調は、ＬＤチップ２２の駆動電流のピーク値を制御して光出力を制御する変調方式である。ＰＷＭ変調は、駆動電流のオンオフタイミングを制御して、適宜のタイミングで適宜の点灯時間設定する可変幅パルス信号を用いる変調方式である。
ＰＷＭ変調は、後述するライン同期信号を基準信号とすることにより、１走査内で任意のタイミングによりレーザビームの点灯および消灯を制御することができる。そのため、像高により走査速度が変化しても、後述するｆθ補正を行うことができるようになっている。

ポリゴンスキャナ５は、ミラー面５ａ…が多角形状に配置されたポリゴンミラーを多角形の中心を回転軸として主走査方向に高速回転できるようにした光偏向器である。本実施形態では、図１に示すように、６面のポリゴンミラーを、紙面内で時計まわり方向に等角速度で回転できるような構成とされる。
ポリゴンスキャナ５により、光軸１０の方向から入射されるレーザビーム３０ａ、３０ｂを偏向点Ｐで角度φ方向に偏向し、像高０に向かう光軸１１を中心に走査できるようになっている。
偏向点Ｐの位置は光軸１０上で２ビームＬＤ２の発光点から距離Ｌ_ｆの位置とされる。すなわち、
Ｓ_ｏ＋Ｓ_ｉ＝Ｌ_ｆ＋Ｌ_ｒ ・・・（１）
である。
ここで、Ｌ_ｒは、偏向点Ｐから露光面６までの距離ＰＢである。

有効走査画角は、走査開始方向から角度（θ_Ｄ＋θ_０）の画角（ただし、θ_Ｄ＞θ_０）より若干広い範囲とされる。画角θ_Ｄは、同期検知位置である。
ここで画角θ_０は、露光面上の最大像高であり、有効露光幅をＷとすると、
Ｗ／２＝ｔａｎθ_０ ・・・（２）
の関係にある。

ポリゴンスキャナ駆動手段７は、ポリゴンスキャナ５を所定速度で回転させるための駆動手段である。ポリゴンスキャナ５の回転速度は、所望の画像密度で露光するために、露光面の副走査方向の走査速度と露光面６上の副走査方向の必要露光ピッチとから決定される。

同期検知手段１５は、画角θ_Ｄの光路上に配置された同期検知センサを備え、レーザビーム３０ａ、３０ｂを受光して、それらが画角θ_Ｄで規定される所定位置に到来したことを検出し、走査開始位置の同期制御を行うためのライン同期信号を出力するものである。
折り返しミラー１６は、画角θ_Ｄを進むレーザビームの光路を、同期検知手段１５の受光面に向けて偏向するためのものである。

次に走査露光装置１の動作および作用について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面での走査位置と走査速度との関係について説明するための模式グラフである。横軸（図５〜７も同様）は像高で表した走査位置を示し、縦軸は露光面上の走査速度を示す。図５は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と光ビームの像面のスポット径との関係について説明するための模式グラフである。縦軸は光ビームの像面のスポット径を示す。図６は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と単位画素を形成するための１ドットクロック時間を示す。図７は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と光ビームの光出力との関係について説明するための模式グラフである。縦軸は光ビームの光出力のピーク値を示す。

走査露光装置１によれば、２ビームＬＤ２からレーザビーム３０ａ、３０ｂが発散光として出射され、開口絞り３によりの所定の光束径に整形され、結像素子４により集光されつつ、光軸１０上を進む。
そして、ポリゴンスキャナ駆動手段７により一定の回転速度で回転するミラー面５ａに入射し、ミラー面５ａの回転角に応じて偏向される。
画角θ_Ｄで偏向されたレーザビーム３０ａ、３０ｂは、折り返しミラー１６で偏向され、同期検知手段１５で同期検知される。そして、ライン同期信号が生成され、露光制御手段８に伝送される。
ライン同期信号は、画角θ_Ｄからの光ビームの走査位置を参照可能とするもので、露光制御手段８が走査位置に応じた制御を行う際の基準信号となっている。例えば書き出し開始位置制御や後述する１ドットクロック時間制御などに用いられる。

画角±θ_０の範囲では、偏向されたレーザビーム３０ａ、３０ｂは、露光面６を等角走査するようになっている。
ミラー面５ａのサグによる像面位置の変動は微小なので、レーザビーム３０ａ、３０ｂの像面は、偏向点Ｐの近傍を回転中心とする略円弧状となる。
すなわち、図１に示すように、レーザビーム３０ａ、３０ｂの像面６ａ、６ｂは、それぞれ略円弧である弧ａ_１ｂ_１ｑ_１ｃ_１、弧ａ_２ｂ_２ｑ_２ｃ_２を描くものである。それぞれの略円弧の曲率半径はそれぞれＲ_１、Ｒ_２である。
このように、本実施形態では、レーザビーム３０ａの像面６ａは、露光面６から前側（光路長が短くなる側、物体側）の領域に形成され、レーザビーム３０ｂの像面６ｂは、露光面６から後側（光路長が長くなる側、物体側と逆側）の領域に形成される。すなわち、距離Ａａ_１、ｂ_１Ｂ、Ｃｃ_２は０以上の値とされる。これらの距離は０または０に近い値となるように設定することが好ましい。

例えば、光軸１１から画角θの位置にある光ビームのうち、前側にデフォーカスされているレーザビーム３０ａは、像面６ａ上の点ｑ_１において所定のビームウエスト径に絞られ、発散しつつ露光面６上の点Ｑに到達する。すなわち、露光面６上では像面６ａにおけるスポット径より拡径されたスポット径となっている。また、後側にデフォーカスされているレーザビーム３０ｂは、像面６ｂに到達する前に露光面６上の点Ｑを通過し、所定のビームウエスト径に絞られるのは像面６ｂ上の点ｑ_２である。すなわち、露光面６上では像面６ｂにおけるスポット径より拡径されている。

ここで、点Ｑの像高をｙ（＝ＢＱ）とすると、
ｙ＝Ｌ_ｒ・ｔａｎθ ・・・（３）
であるから、画角θが等角速度で可変される場合、露光面６上の走査速度は、図４上で下に凸の曲線１００で示されるように、像高が高い側で相対的に速く、像高０で最小となるような変化を示す。

また、それぞれの露光面６上のスポット径は、距離ｑ_１Ｑと距離Ｑｑ_２との大きさ応じて変化する。
レーザビーム３０ａは、距離ａ_１Ａ、ｃ_１Ｃが相対的に長く、距離ｂ_１Ｂが相対的に短いため、露光面６上のスポット径は、図５上で下に凸の曲線１０１で示すような変化を示す。
またレーザビーム３０ｂは、距離Ａａ_２、Ｃｃ_２が相対的に長く、距離Ｂｂ_２が相対的に短いため、露光面６上のスポット径は、図５上で上に凸の曲線１０２で示すような変化を示す。
ここで、レーザビーム３０ａ、３０ｂの像面スポット径を略同径とすると、曲線１０１、１０２は略軸対称の分布を示し、各像高における露光面上のスポット径の平均値は、図中に２点鎖線で示した曲線１０３のように略一定値となる。
そして、例えば開口絞り３を適切に設定することにより、レーザビーム３０ａ、３０ｂの像面のスポット径を調整し、曲線１０３のスポット径が目標スポット径となるようにすることができる。

それぞれの光ビームによる各像高ごとの露光面上のスポット径は、設計上知られているので、目標スポット径から外れる像高や、そのような像高で目標スポット径より大径または小径となる光ビームも容易に知られる。例えば、図５に示すように曲線１０１、１０２が交わる像高Ｈ_２では、レーザビーム３０ａ、３０ｂのいずれもが目標スポット径となっている。また、像高Ｈ_１では、レーザビーム３０ａにより目標スポット径より大径のスポット径が得られ、レーザビーム３０ｂにより同じく小径のスポット径が得られる。像高Ｈ_３ではその逆となる。

露光制御手段８は、目標スポット径に一致する光ビームがある像高では、その光ビームのみを必要な光出力で点灯する、あるいはそのような光ビームが複数ある場合には、等分された光出力でそれらすべてを点灯してもよい。
一方、目標スポット径から外れる像高では、目標スポット径よりも露光面上で大径の光ビームと、小径の光ビームとを選択し、それぞれの光出力をそれぞれスポット径の大小に応じて可変する制御を行う。

例えば、本実施形態のように、大径と小径との間にあまり大きな差がなく、大径および小径の目標スポット径に対する差が略同程度の場合は、例えばそれぞれ等分した光出力とし、それらの合成ビームの実質的なスポット径を略平均値とすることができる。
目標スポット径に対して、大径と小径との差に偏りがある場合は、例えば、目標スポット径に近い光ビームの光出力を高く、目標スポット径に遠い光ビームの光出力を低くすることにより、合成ビームの実質的なスポット径を目標スポット径に略一致させることができる。
なお、これらの詳細の光出力の配分値は、光ビームの波長感度なども考慮して、最適な光量分布が得られるように、シミュレーション、実験などにより適宜に設定することができる。
露光制御手段８には、各像高ごとに選択点灯する光ビームとそれらの光出力の配分値などの情報をテーブルや条件式として記憶しておき、各像高に対応するタイミングで光出力の制御を行うようにする。

このように、走査露光装置１では、ｆθ補正光学系を有しないので、レーザビーム３０ａ、３０ｂは、略円弧状の像面湾曲を有しているが、それぞれの光出力を像高に応じて可変することにより、合成ビームとして、実質的なスポット径が目標スポット径に略一致されている。そのため、実質的に像面湾曲が補正されているのと同等となっている。

次に、走査露光装置１のｆθ補正について簡単に説明する。
ｆθ補正は、図４に示す走査速度の変化に応じて、露光制御手段８により、１ドットクロック時間、点灯時間、および光出力とを像高ごとに可変することにより行う。
１ドットクロック時間は、画素密度に応じて決まる単位画素を露光面６上で等ピッチに形成するための補正クロック周期である。例えば、図６に上に凸の曲線１０４で示すように、走査速度が大きい像高の高い領域では１ドットクロック時間を短くし、像高０で最も長くするように変化させる。
このような制御は、露光制御手段８のＰＷＭ変調により実現される。

このように１ドットクロック時間を変化させると、像高の高い領域で露光量が不足するので、それを補うために、例えば、図７に下に凸の曲線１０５で示すように、像高の高い領域での光出力を像高０の光出力に比べて相対的に大きくする。ここで、光出力は、１ドットを形成するための光出力である。したがって、実質的なスポット径を目標スポット径に合わせるために点灯するすべての光ビームの光出力をそれらの間の配分比を変えずに可変する制御を行う。
このような制御は、露光制御手段８のＰＭ変調により実現される。

点灯時間は、本実施形態の場合、主走査方向の実質的なスポット径が目標スポット径に略一致されているので、露光後の主走査方向の画素径を適切とするには、１ドットクロック時間内の点灯デューティが一定となるように制御する。そのため、１ドットクロック時間に変化に応じて可変される。

以上に説明したように、走査露光装置１によれば、ｆθ補正光学系を有しない場合でも、合成ビームとして露光面６上の実質的なスポット径を略揃えることにより実質的な像面湾曲補正を行い、露光制御手段８によりクロック補正、点灯時間補正、光出力補正を行うことができる。

次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図８は、本発明の実施形態の第１変形例の走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。

本変形例の走査露光装置５０は、多ビーム光源を複数光源から合成して形成する場合の例となっており、上記の実施形態の走査露光装置１のマルチレーザ光源３０に代えてレーザ光源３０Ａ、３０Ｂを備え、ビームスプリッタ９（光路合成手段）を追加して設けたものである。レーザ光源３０Ａ、３０Ｂ、ビームスプリッタ９は、多ビーム光源を構成する。以下、上記の実施形態と異なる点を中心に説明する。

レーザ光源３０Ａ（３０Ｂ）は、マルチレーザ光源３０の２ビームＬＤ２、開口絞り３、結像素子４に代えて、それぞれＬＤ２ａ（２ｂ）、開口絞り３ａ（３ｂ）、結像素子４ａ（４ｂ）（結像光学素子）を備える。
ＬＤ２ａ（２ｂ）は、適宜波長の１ビームＬＤで構成される。
開口絞り３ａ（３ｂ）、結像素子４ａ（４ｂ）は、ＬＤ２ａ（２ｂ）から放射される発散光を所定光束径に整形しレーザビーム３０ａ（３０ｂ）として、像面６ａ（６ｂ）に結像するためのもので、それぞれ適宜の開口形状を有する部材、適宜の正のパワーを有するレンズなどの光学素子からなる。
ＬＤ２ａ、２ｂは、上記実施形態のように互いに異なる波長としてもよいが、本変形例では同一波長を有する構成とする。そして、それぞれ露光制御手段８に接続され、露光制御手段８によりそれぞれ独立に変調制御されるようになっている。
レーザ光源３０Ａは、光軸１０上に配置され、レーザ光源３０Ｂは、光軸１０に交差する方向に配置されている。

ビームスプリッタ９は、ハーフミラー面を備えることにより入射された光ビームを透過光と反射光とに分岐させる光学素子であり、例えばハーフミラー面が形成されたビームスプリッタプリズムや平行平板状のハーフミラーなどを採用することができる。そして、光軸１０上のレーザ光源３０Ａとポリゴンスキャナ５との間に配置されている。
そのため、レーザ光源３０Ａから出射されたレーザビーム３０ａのうちハーフミラー面を透過した光が光軸１０上を進んでポリゴンスキャナ５に向かって出射されるとともに、レーザ光源３０Ｂから出射されたレーザビーム３０ｂのうちハーフミラー面で反射した光が光軸１０上を進んでポリゴンスキャナ５に向かって出射されるようになっている。

このような構成により、レーザビーム３０ａ、３０ｂを異なる像面に結像するには、例えば、（１）結像素子４ａ、４ｂの焦点距離を変える、（２）結像素子４ａ、４ｂとＬＤ２ａ、２ｂとの間の距離を変える、（３）露光面６に対するレーザ光源３０Ａ、３０Ｂの光軸上の位置をずらす、といった構成を採用できる。
（１）の場合、光学素子の焦点距離を変えて像面位置を変えるので、物体側の光路長を揃えてコンパクトな構成とすることができ、光利用効率も最適化を図ることができるという利点がある。
（２）の場合、それぞれの構成要素の配置位置を変えるので、結像素子４ａ、４ｂとＬＤ２ａ、２ｂとをそれぞれ共通化することができるという利点がある。
（３）の場合、レーザ光源３０Ａ、３０Ｂを完全に同一構成として実現できるので、光源ユニットとして共通化を図ることができるという利点がある。

本変形例によれば、ビームスプリッタ９を透過後の構成は走査露光装置１と略同様なので、同様の動作を行うことができる。
本変形例では、互いに別体の光源を用いるので、安価な１ビームＬＤを採用でき、しかも光出力を大きくしても、クロストークなどの恐れのない多ビーム光源を構成することができるという利点がある。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図９は、本発明の実施形態の第２変形例の走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。図１０は、本発明の実施形態の第２変形例の走査露光装置の走査平面に直交する方向の光路について説明するための光路説明図である。

本変形例の走査露光装置５１は、走査露光装置１に面倒れ補正光学系を追加した場合の例となっており、上記の実施形態の走査露光装置１に加えて、シリンドリカルレンズ１３（第１結像素子）、結像素子１４（第２結像素子）を備える。以下、上記の実施形態と異なる点を中心に説明する。

シリンドリカルレンズ１３は、一方向のみに正のパワーを有する光学素子であり、結像素子４とポリゴンスキャナ５の間に配置され、結像素子４から出射されたレーザビーム３０ａ、３０ｂをミラー面５ａ上で、主走査方向に延びる略線状に結像するように配置される。

結像素子１４は、一方向のみに正のパワーを有する光学面が長手方向に延された長尺状の光学素子であり、ポリゴンスキャナ５と露光面６との間の有効走査範囲にわたって配置される。
結像素子１４のパワーは、透過するレーザビーム３０ａ、３０ｂが少なくとも露光面６の近傍で結像されるようになっている。例えば、図９、１０に示すように、レーザビーム３０ａ、３０ｂの副走査方向の像面６０ａ、６０ｂは、像面６ａ、像面６ｂに比べて曲率半径が大きな湾曲とされることにより、像面６０ａ、６０ｂが略全像高にわたって像面６ａ、６ｂに比べて像面６の近傍に形成されるようになっている。像面６ａ、６ｂと同様に、像面６０ａは露光面６に対して前側の領域に形成され、像面６０ｂは露光面６に対して後側の領域に形成される。したがって、レーザビーム３０ａ、３０ｂの副走査方向の像面のスポット径の大小関係は、上記実施形態の説明と同様の関係にある。

ここで、露光面６０ａ、６０ｂのずれ量は、レーザビーム３０ａ、３０ｂの色収差程度となるので、シリンドリカルレンズ１３、結像素子１４の色収差を補正することにより、それぞれの位置を近づけることができる。それに伴い、副走査方向の像面のスポット径も近接し、完全に補正されると両者は一致する。

このような構成によれば、シリンドリカルレンズ１３、結像素子１４は主走査方向にはパワーを有しないので、主走査方向には上記実施形態と同様の動作を行うことができる。
一方、副走査方向には、シリンドリカルレンズ１３、結像素子１４のパワーにより、レーザビーム３０ａではミラー面５ａと像面６０ａが、レーザビーム３０ｂではミラー面５ａと像面６０ｂとが、それぞれ共役になるので、面倒れ補正光学系となっている。
像面６０ａ、６０ｂは、露光面６の近傍に位置するので、露光面６でも面倒れによる副走査方向の走査位置のずれは、著しく低減されるものである。

なお、上記の説明では、１ドットクロック時間を可変するのに応じて光出力をＰＭ変調により可変することで、各露光区間の必要露光量が得られるようにした例で説明したが、ＰＷＭ変調によって同等の露光量が得られるようにしてもよい。また、ＰＷＭ変調とＰＭ変調とを適宜併用してもよい。

また、上記の説明では、像高ごとの光出力の制御を図７に示すように像高０を中心として対称な変化をさせる例で説明したが、例えば、ミラー面５ａに偏向角に依存したシェーディング特性が存在する場合、各像高の光出力をそのようなシェーディング特性を補正できるように可変してもよい。
また、ミラー面５ａに波長に依存したシェーディング特性が存在する場合、光出力をレーザビーム３０ａ、３０ｂごとにそのようなシェーディング特性を補正するように可変してもよい。

また、上記の説明では、複数の光ビームとして２ビームの場合で説明したが、３ビーム以上でも適用できることは言うまでもない。例えば、第１変形例のＬＤ２ａ、２ｂをそれぞれ２ビームＬＤ２で構成することにより、容易に４ビームを用いた走査露光装置を構成することができる。

また、上記の第１変形例の説明では、光路合成手段として、ハーフミラー面を有する場合の例で説明したが、光路が合成できれば、他の光学素子を用いてもよい。例えば、偏光ビームスプリッタ面やダイクロイックミラー面などを用いて、偏光方向や波長に応じて光路を合成してもよい。このようにすれば、光量損失を低減することができる。

また、上記の説明では、光ビームを多ビーム光源で集光する例を中心として説明したが、光偏向器と像面との間に主走査方向にパワーを有する光学素子を配置してもよい。例えば、ｆθ補正はしないが像面湾曲の曲率を低減するような補正を行う光学素子を配置してもよい。

本発明の実施形態に係る走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の走査平面に直交する方向の光路について説明するための光路説明図である。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の多ビーム光源の概略構成について説明するための主走査方向に沿う断面説明図である。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面での走査位置と走査速度との関係について説明するための模式グラフである。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と光ビームの像面のスポット径との関係について説明するための模式グラフである。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と単位画素を形成するための１ドットクロック時間を示す。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の露光面上の走査位置と光ビームの光出力との関係について説明するための模式グラフである。 本発明の実施形態の第１変形例の走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態の第２変形例の走査露光装置の概略構成および走査平面内の光路について説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態の第２変形例の走査露光装置の走査平面に直交する方向の光路について説明するための光路説明図である。

符号の説明

１、５０、５１ 走査露光装置
２ ２ビームＬＤ
２ａ、２ｂ ＬＤ
３、３ａ、３ｂ 開口絞り
４、４ａ、４ｂ 結像素子（結像光学素子）
５ ポリゴンスキャナ（光偏向器）
５ａ ミラー面（偏向反射面）
６ 露光面
６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂ 像面
７ ポリゴンスキャナ駆動手段
８ 露光制御手段
９ ビームスプリッタ（光路合成手段）
１０、１１ 光軸
１３ シリンドリカルレンズ（第１結像素子）
１４ 結像素子（第２結像素子）
２２ ＬＤチップ
２２ａ、２２ｂ 発光点
３０ マルチレーザ光源（多ビーム光源）
３０Ａ、３０Ｂ レーザ光源
３０ａ、３０ｂ レーザビーム（光ビーム）

Claims (7)

1. 集光された光ビームを偏向して露光面上で走査させるとともに、前記露光面上の走査線に沿う所定ピッチの露光区間内に、それぞれの必要な露光量の照射を行う走査露光装置であって、
   一定方向から入射された光ビームを偏向して前記露光面上を走査させる光偏向器と、
   互いに結像位置が異なるように集光された複数の光ビームを形成し、前記光偏向器に対して前記一定方向から略同軸に入射させる多ビーム光源と、
   該多ビーム光源の複数の光ビームのそれぞれの光出力および点灯時間を前記露光区間ごとに制御可能な露光制御手段とを備え、
   前記複数の光ビームが前記光偏向器により走査されるとき、前記複数の光ビームの前記露光面上のスポット径が各像高ごとに設定された目標スポット径から外れる像高で、少なくとも前記露光面上のスポット径が前記目標スポット径より大径の光ビームと前記目標スポット径より小径の光ビームとが形成されることを特徴とする走査露光装置。
2. 前記複数の光ビームのうち、１つの光ビームの像面が、前記露光面から前側の領域に形成され、他の１つの光ビームの像面が、前記露光面から後側の領域に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
3. 前記複数の光ビームのうち少なくとも２つは、像面のスポット径が前記所定範囲の目標スポット径の１つ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査露光装置。
4. 前記多ビーム光源が、
   複数の異なる光源と、
   該複数の異なる光源から出射される複数の光ビームの光路を略同軸上に合成する光路合成手段とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走査露光装置。
5. 前記光路合成手段がハーフミラー面を備えることを特徴とする請求項４に記載の走査露光装置。
6. 前記多ビーム光源が、
   互いに異なる複数の波長光の発振部を主走査方向に５００μｍ以下の距離を隔てて配置したレーザ光源と、
   該レーザ光源からの出射される前記複数の波長光をそれぞれ異なる像面に結像する結像光学素子とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走査露光装置。
7. 前記多ビーム光源と前記光偏向器との間の光路に、前記複数の光ビームを副走査方向に集光して前記光偏向器の偏向反射面上に結像する第１結像素子を配置し、
   前記光偏向器と前記露光面との間に、前記光偏向器で反射された前記複数の光ビームを副走査方向に集光し、前記露光面の近傍に結像する第２結像素子を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の走査露光装置。

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