JP2007152766A - 走査露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査露光装置において、ｆθレンズなどの補正光学系を備えない簡素な構成でも高品質な露光走査を行うことができるようにする。
【解決手段】レーザ光源３とレーザ光源３から放射されたレーザ光２０ａを集束してレーザ光２０ｂを形成する液体レンズ４とを有するビーム光源ユニット２と、レーザ光２０ｂを偏向して露光面６に走査せしめるポリゴンスキャナ５と、レーザ光２０ｂの光軸方向の結像位置を変更する結像位置制御部１２と、レーザ光源３の発光条件を露光区間ごとに制御する露光制御手段８とを備え、結像位置制御部１２によりレーザ光２０ｂの走査位置に応じて露光面６上でのスポット径を略均一化するとともに、露光制御手段８により露光区間ごとに必要な露光量の照射を行う構成とする。
【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、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レンズを含む走査補正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ために、例えばアナモフィックレンズなどの高価なレンズとなってしまう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走査露光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）

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に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。

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レンズなどの補正光学系を備えない簡素な構成でも高品質な露光走査を行う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、本発明の走査露光装置は、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一定ピッチの露光区間内に、それぞれ必要な露光量の照射を行う走査露光装置であって、光源と、該光源から放射された光から集束する光ビームを形成して、像面に結像する結像光学系とを有するビーム光源部と、該ビーム光源部により形成された光ビームを偏向して前記露光面を走査せしめる光偏向器と、該光偏向器で偏向された光ビームの光軸方向の結像位置を変更する結像位置変更手段と、前記光源の発光条件を前記露光区間ごとに制御する露光制御手段とを備え、前記結像位置変更手段により前記光ビームの走査位置に応じて前記露光面上での前記光ビームのスポット径を略均一化するとともに、前記露光制御手段により前記露光区間ごとに前記光源の発光条件を変更して前記必要な露光量の照射を行うと構成とする。
この発明によれば、結像位置変更手段により露光面上の光ビームのスポット径を略均一化するとともに、露光制御手段により交点の発光条件を露光区間内ごとに制御するので、ｆθレンズなどの補正光学系を用いずとも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、光源の発光条件とは、光ビームの光出力や点灯時間などの条件を意味する。

本発明の走査露光装置によれば、結像位置変更手段により露光面上の光ビームのスポット径を略均一化するとともに露光制御手段により露光区間内ごとの露光量を制御するので、ｆθレンズなどの補正光学系を用いない簡素な構成により露光面上の実質的なスポット径のバラツキを低減し、各露光区間の露光量が略均一な高品質の露光走査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軸を含む断面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に用いる焦点距離を可変する光学系の概略構成について説明するための光軸を含む断面の断面説明図である。図４は、本発明の実施形態に係る走査露光装置の制御部の概略構成について説明するための機能ブロック図である。

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一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、露光面上を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ーンを形成する画像形成システムに好適に用いるこ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、つまり走査位置での方向に限らず、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。すなわち、光路に沿って進んで像面に到達するときに、像面での主走査方向、副走査方向に対応する方向を、光路上のどの位置でもそれぞれ主走査方向、副走査方向と称する。

走査露光装置１の概略構成は、図１に示すように、ビーム光源ユニット２、露光制御手段８、ポリゴンスキャナ５、ポリゴンスキャナ駆動手段７、同期検知手段１５、デフォーカス検知手段１７および制御部１３からなる。

ビーム光源ユニット２は、発散光であるレーザ光２０ａを放射するレーザ光源３と、レーザ光２０ａから集束する光ビームであるレーザ光２０ｂを形成して、像面に結像する液体レンズ４とからなり、筐体２Ａに光軸を位置合わせして固定されている。
レーザ光源３は、適宜波長のレーザダイオード（ＬＤ）を採用することができる。レーザ光源３は必要に応じてマルチビームＬＤ、２波長ＬＤなどのＬＤ素子を採用することができるが、以下では簡単のため、レーザ光源３が１ビームのＬＤである場合について説明する。

液体レンズ４は、互いに混じることなく界面で分離する複数の液体によりレンズを形成し、電圧を印加することで液体のぬれ性を制御するエレクトロウェッティング技術により、液体界面の曲率を可変制御して、レンズのパワーを可変する光学素子である。例えば、特表２００１−５１９５３９号公報に開示されている技術を好適に採用することができる。
本実施形態では、液体レンズ４は、図３に示すように、例えば略円環状に形成された、第１電極４ｃ、絶縁リング４ｅ、第２電極４ｆをこの順に積層し、第１電極４ｃ、第２電極４ｆをそれぞれガラス板４ｂ、４ｇで覆うことにより、これらの内部に封止空間を形成し、この封止空間内に、第１液体４ｈ、第２電極４ｆを封止してなる。そして、第１液体４ｈ、第２液体４ｊの間に、曲率を有する界面４ｉが形成され、正のパワーを有するレンズが構成されている。そして、界面４ｉの曲率を可変することで、焦点距離を可変する焦点可変光学系となっている。

ガラス板４ｂの表面には、入射瞳を形成する開口絞り４ａが、例えば、遮光膜などにより形成されている。
開口絞り４ａ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、レーザ光源３から放射されたレーザ光２０ａの光束径の大きさを規制するための光規制部材である。開口絞り４ａ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。

第１電極４ｃは、金属などの導電性部材からなり、内周面にはガラス板４ｂ側からガラス板４ｇ側に向けて拡径する斜面部４ｄが形成されている。
絶縁リング４ｅは、第１電極４ｃ、第２電極４ｆを電気絶縁した状態で積層するためのスペーサ部材である。
第２電極４ｆは、金属などの導電性部材からなり、第１電極４ｃの斜面部４ｄの最大径よりも大きい開口を備える。
第１電極４ｃ、第２電極４ｆは、封止空間に露出する表面が、例えばそれぞれ正電極、負電極となっており、それぞれ焦点距離制御信号２０１に応じて可変電圧を印加する結像位置制御部１２に接続されている。

第１液体４ｈは、光透過性と電気絶縁性とを有する液体からなり、例えば適宜の油を採用することができる。
第２液体４ｊは、光透過性と導電性とを有する液体からなり、第１液体４ｈと屈折率が異なり、密度が略同一のものを採用することができる。例えば、水や電解質を含む水溶液を採用することができる。

このような構成によれば、結像位置制御部１２から第１電極４ｃ、第２電極４ｆに電圧を印加することにより、第２液体４ｊの第１電極４ｃの斜面部４ｄに対するぬれ性が変化し、界面４ｉと斜面部４ｄとの交点が斜面部４ｄに沿って移動される。
例えば、ある電圧で、界面４ｉと斜面部４ｄとの交点が、図３の点Ｑ_０であるとすると、第１液体４ｈと第２液体４ｊの表面張力のつりあいから、界面４ｉが曲率半径Ｒ_０を有する形状となる。電圧を変更して、第２液体４ｊのぬれが大きくなり、点Ｑ_０が図３の点Ｑ_１に移動したとすると、封止空間の容積は変わらないので、界面４ｉの形状は曲率半径Ｒ_１（ただし、Ｒ_０＞Ｒ_１）となる。そのため、より大きな正のパワーが得られる。

液体レンズ４は、第１電極４ｃ、第２電極４ｆに印加する電圧を可変することで、界面４ｉの曲率を可変するので、慣性の大きい固体を可動制御する場合に比べて、低エネルギーで高速な制御を行うことができるという利点がある。

このように、走査露光装置１は、前記レンズ光学系が、レンズ媒質が液体からなる液体レンズを含む液体レンズを含む構成となっている。
そのため、慣性が大きな部材の可動部を有することなく、レンズ光学系のパワーを可変することができ、結像位置制御を高速に行うことができる。
光学系のパワーは、液体レンズのレンズ面、すなわち界面形状の曲率、およびレンズ媒質の屈折率の少なくともいずれかを変えることにより可変することができる。
例えば、第１液体４ｈまたは第２液体４ｊ中に、例えば電解質やコロイド粒子などが含まれる場合、電圧を加えることでそれらが液体内を移動するため、屈折率も変化し、界面の曲率変化と液体の屈折率変化とに応じたパワーが得られる。
したがって、液体レンズにおける界面形状の変化と屈折率の変化との割合は、用いる液体の材質などにより適宜変えることができる。例えば、界面形状のみ、屈折率のみを変えるような構成としてもよい。

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ビーム光源ユニット２から出射されるレーザ光２０ｂをパワー変調（ＰＭ変調）およびパルス幅変調（ＰＷＭ変調）することで、レーザ光源３の発光条件を制御するための手段である。ＰＭ変調は、レーザ光源３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、例えば可変幅パルス信号などにより制御して、一定光出力の下で点灯タイミングと点灯時間とを制御する変調方式である。
ＰＷＭ変調は、後述する同期検知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光２０ｂを偏向点Ｐで角度φ方向に偏向し、露光面６上の像高０（点Ｂ）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上でレーザ光源３の発光点から距離Ｌ_ｆとされる。
ここで、距離ＰＢを距離Ｌ_ｒとすると、距離（Ｌ_ｆ＋Ｌ_ｒ）は、軸上光線の光路長である。

有効走査画角は、角度（θ_Ｄ１＋θ_０）の画角より若干広い範囲とされる（ただし、θ_Ｄ１＞θ_０）。ここで走査角度θ_Ｄ１は、同期検知位置を表す。また、走査角度θ_０は、露光面上の最大像高に対応し、有効露光幅をＷとすると、Ｗ／２＝Ｌ_ｒ・ｔａｎθ_０の関係にある。
なお、以下では特に断らない限り、走査角度は図示のように光軸１１から測るものとする。

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、ミラー面５ａの面数、露光面の副走査方向の走査速度、および露光面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、走査角度θ_Ｄ１の光路上に露光面６と光学的に略等価な位置に配置された、例えばＰＩＮフォトダイオードなどの同期検知センサを備え、レーザ光２０ｂを受光して、それが走査角度θ_Ｄ１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同期検知信号２０２を出力するものである。同期検知センサに入射する光路上には、必要に応じて受光位置を調整したり、同期検知精度を向上させるために同期レンズを設けてもよい。
折り返しミラー１６は、走査角度θ_Ｄ１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部材である。

デフォーカス検知手段１７は、本実施形態では、走査角度θ_Ｄ２（ただし、θ_Ｄ１＞θ_Ｄ２＞θ_０）の光路上に露光面６と光学的に略等価な位置に配置され、入射するレーザ光２０ｂのデフォーカス量を検知して、デフォーカス検出信号２０３を出力するためのものである。

デフォーカス検知手段１７の具体的な構成は、周知の適宜の構成を採用することができる。例えば、特許第３４３５９９８号公報に開示されているナイフエッジと２分割光検出器とを組み合わせたものや、特開昭６０−１００１１３号公報に開示されているシリンドリカルレンズと４分割光検出器とを組み合わせたものなどを好適に採用することができる。
前者は、露光面６と等価位置に配置され主走査方向にわたって受光面が２分割された光検出器と、その前側に、光検出器の分割線上に入射する光線の光軸位置まで主走査方向に延設されたナイフエッジとを備え、レーザ光２０ｂが検出位置に到達すると、合焦状態では、２つの光検出器の検出出力が略０となり、デフォーカス状態ではいずれかの光検出器に偏って受光されることを利用して、デフォーカス量の検出を行う。
後者は、４分割光検出器の分割線を主走査方向に４５°傾斜させて配置し、その前側の光路上に、シリンドリカルレンズを配置し、レーザ光２０ｂに非点収差を与える。このため、合焦位置の前後でスポット径が、主走査方向、副走査方向にそれぞれ延びる扁平な楕円となるので、４分割光検出器によりそのスポット径の楕円の主軸方向および扁平度を検出して、デフォーカス量の検出を行う。

制御部１３の概略構成は、図４に示すように、水平同期手段２１、結像位置設定手段２２、レーザ駆動信号発生手段２３からなる。これらは、それぞれハードウェアにより構成されていてもよいし、コンピュータ上でそれぞれに対応するプログラムを動作させて実現するものでもよい。

水平同期手段２１は、同期検知手段１５から、同期検知信号２０２を受信して、それ以後のレーザ光源３の点灯制御を行うものである。例えば、レーザ光２０ｂがデフォーカス検知手段１７に入射するタイミングでレーザ光源３を点灯したり、走査角度（θ_Ｄ１−θ_０）に対応する遅延信号を生成して、走査線の書出し開始位置を制御したりするものである。
ここで、遅延信号のタイミングは、例えば、露光媒体に対する主走査方向の位置調整を行うために走査角度（θ_Ｄ１−θ_０）を中心として適宜調整することができる。

結像位置設定手段２２は、焦点距離制御信号２０１を生成して、結像位置制御部１２に送出し、液体レンズ４の焦点距離を制御するためのものである。そのため、結像位置設定手段２２は、同期検知手段１５から受信する同期検知信号２０２を基準信号として、それからの経過時間に応じて、焦点位置調整量の情報を表す焦点距離制御信号２０１を生成し、結像位置制御部１２に送出できるようになっている。
焦点位置調整量の情報は、予め、走査角度と焦点距離制御信号２０１との関係をデータテーブルとして記憶しておいてもよいし、走査角度と焦点距離制御信号２０１との関係を表す数式データを記憶しておきその数式データに基づいて換算するようにしてもよい。

また、本実施形態では、デフォーカス検知手段１７からデフォーカス検出信号２０３が結像位置設定手段２２に送出されると、結像位置設定手段２２は、デフォーカス検知手段１７で実測されたデフォーカス量に応じて焦点位置調整量の情報を補正し、デフォーカスによる各像高の結像位置のずれ量を補正することができるようになっている。

レーザ駆動信号発生手段２３は、外部から受信される画像信号２０５からレーザ光源３の点灯制御を行うレーザ駆動信号２０４を生成し、水平同期手段２１からの制御信号に応じて、露光制御手段８に送出するものである。

次に走査露光装置１の動作について説明する。
図５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６〜８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。縦軸は光ビームの露光面のスポット径を示す。図８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により走査露光を行うには、例えば、ポリンゴスキャナ５を起動し一定速度に達してから、レーザ光源３を点灯する。レーザ光源３からは、レーザ光２０ａが発散光として出射され、開口絞り４ａによりの所定の光束径に整形され、液体レンズ４により集光されつつ、レーザ光２０ｂとして光軸１０上を進む。このとき、レーザ光２０ｂの結像位置は、走査角度θ_Ｄ１で露光面６と略等価となるように液体レンズ４のパワーを初期設定しておく。すなわち、液体レンズ４から像面までの距離をＳ_ｉとしたとき、次式のように設定する。
Ｓ_ｉ＝Ｌ_ｆ−Ｓ_ｏ＋Ｌ_ｒ／ｃｏｓθ_Ｄ１ ・・・（１）
ここで、距離Ｓ_ｏは、レーザ光源３の発光点から液体レンズ４までの距離である。
なお、便宜上、液体レンズ４は薄肉レンズとして説明する。

そして、レーザ光２０ｂは、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。
走査角度θ_Ｄ１で偏向されたレーザ光２０ｂ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、同期検知信号２０２が生成され、制御部１３に送出される。

制御部１３が同期検知信号２０２を受信すると、水平同期手段２１では、同期検知信号２０２を基準信号とする制御信号をレーザ駆動信号発生手段２３に送出してレーザ光源３の点灯制御を開始する。すなわち、いったん消灯し、デフォーカス量を検知するために、走査角度θ_Ｄ２の近傍でパルス点灯する。そして、例えば、走査角度θ_０に至るタイミングで画像信号２０５に応じた変調を開始する。

角度±θ_０の範囲では、偏向されたレーザ光２０ｂは、ｆθレンズなどの補正光学系を有しないため露光面６を等角走査する。ミラー面５ａのサグ、すなわちミラー面５ａが偏心回転されることによる偏向位置の変化、による像面位置の変動は微小であるから、液体レンズ４の焦点距離が一定であれば、レーザ光２０ｂの像面は偏向点Ｐの回転中心とする略円弧状となる。
ここで、図１に示すように、点Ｙの像高をｈ（＝ＢＹ）とすると、
ｈ＝Ｌ_ｒ・ｔａｎθ ・・・（２）
であるから、走査角度θが等角速度で変化する場合、露光面６上の走査速度は、図５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、露光面６上のスポット径は、図７に曲線１０２として示すように、例えば、同期検知位置近傍で焦点位置が露光面６に一致している場合、像高が高い側で小さく、像高０で最大となるような変化を示す。

そのため、レーザ駆動信号発生手段２３では、図５に示すような走査速度の変化に応じて、１ドットクロック時間、光出力、点灯時間といった発光条件を像高ごとに変化させる。それにより、露光面６上の各画素に応じた一定ピッチの露光区間上への露光量が略均一となるようにする。
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、レーザ駆動信号２０４に基づいて、露光制御手段８が備える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８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。
このような制御は、レーザ駆動信号２０４に基づいて、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、後述するように、像面の主走査方向の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にするには、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。

一方、結像位置設定手段２２では、同期検知信号２０２を基準信号として、走査角度に応じた液体レンズ４の焦点距離の制御を開始する。
例えば、同期検知信号２０２から経過時間を示すカウンタが起動され、データテーブルまたは数式データからカウンタ値に対応する焦点距離制御信号２０１が生成される。
それにより、図１に示すように、走査角度θでは露光面６上の点Ｙで、レーザ光２０ｂが結像されるような焦点距離に設定される。すなわち、液体レンズ４から像面までの光路長Ｓが、次式のように制御される。
Ｓ＝Ｌ_ｆ−Ｓ_ｏ＋Ｌ_ｒ／ｃｏｓθ−ΔＳ ・・・（３）
ここで、ΔＳは、デフォーカス検知手段１７で検出されたデフォーカス量を相殺するために一様に設定される補正量である。
このため、露光面６上のスポット径は、図７に曲線１０１として示すように略均一となる。したがって、露光面６上のスポット径を、全像高にわたって画素密度に応じた画素径を実現するための目標スポット径に略一致させることができる。

このように、走査露光装置１は、前記光ビームのデフォーカスを検知するデフォーカス検知手段をさらに備え、該デフォーカス検知手段の検出出力に応じて、前記結像位置変更手段の目標結像位置を変更する構成となっている。
そのため、例えば、経時変化、温度変化などの外乱により、結像位置にずれが生じても、１ラインの走査ごとに、目標結像位置を補正することができる。

ただし、厳密には、式（２）のように設定すると、光軸に直交する断面のビーム径は均一化されるが、走査角度に応じて露光面６への入射角が変化するため、像高が高くなるにつれて露光面６上における主走査方向のスポット径は大きくなる。
この変化がスポット径の均一性の許容範囲内であれば無視することができるが、より高精度の均一性が求められる場合には、像高が高い側のスポット径に合わせて像高が低い側のスポット径を太らせるようにして、厳密な均一化を図ってもよい。つまり、像高０に近づくにつれてわずかにデフォーカスしていくように焦点距離を設定すればよい。
また、主走査方向のスポット径の変化は、点灯時間を可変することにより、露光後の画素径としては可変できるので、点灯デューティを像高により可変しても実質的に同様の効果が得られる。

このように、走査露光装置１では、液体レンズ４の焦点距離を像高に応じて変化させ、レーザ光２０ｂの結像位置を可変することにより、露光面６上でのスポット径を略均一にする。そして、露光制御手段８により１ドットクロック時間、光出力、点灯時間をそれぞれ像高に応じて可変することにより、ｆθ補正がなされたのと同等の均一な露光走査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９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について説明するための走査平面に直交する方向の光軸を含む断面説明図である。

本変形例の走査露光装置５０は、図４、９に示すように、上記の実施形態の走査露光装置１の液体レンズ４、開口絞り４ａ、結像位置制御部１２、結像位置設定手段２２に代えて、レンズ２５、開口絞り３０、結像位置制御部２７、結像位置設定手段２２１を備え、レンズ移動機構２６を追加したものである。以下、上記の実施形態と異なる点を中心に説明する。

レンズ２５は、正のパワーを有する固定焦点レンズである。そして、ビーム光源ユニット２の筐体２Ｂに設けられたレンズ移動機構２６により、レーザ光源３に対して光軸方向に移動可能に保持されている。
開口絞り３０は、レンズ２５の入射瞳を形成する部材であり、開口絞り４ａと同様の構成を備え、レンズ２５に対して、相対的な位置が固定されている。

レンズ移動機構２６は、レンズ２５を光軸方向に高速に移動できる機構であれば、適宜のアクチュエータを採用することができる。本実施形態では、特に図示しないが、レンズ２５を弾性支持部材により磁石部材とともに光軸方向に弾性保持し、駆動力として電磁コイルにより可変される磁力を用いた構成を採用している。
そのため、電磁コイルに電流が供給されると、その磁界により磁石部材に磁力が作用し、弾性支持部材からの反力が釣り合う位置まで、磁石部材とともにレンズ２５が光軸方向に移動できるようになっている。

結像位置制御部２７は、結像位置設定手段２２１により送出されるレンズ位置制御信号２０５に応じて、レンズ２５の移動量を制御するものである。本実施形態の場合、電磁コイルに供給する電流の大きさと向きを制御している。

結像位置設定手段２２１は、結像位置設定手段２２の焦点位置調整量の情報をレンズ２５の移動による結像位置調整量の情報に置き換えることにより、焦点距離制御信号２０１に代えて、レンズ位置制御信号２０５を生成するものである。

このような構成によれば、レンズ移動機構２６によりレンズ２５が光軸方向に移動されると、レンズ２５とレーザ光源３との間の距離Ｓ_１が変化し、レンズ２５から露光面６までの距離Ｓが走査角度θの関数として可変する。そのため、距離Ｓが式（３）を満たすようにすることで、上記実施形態と同様にして、露光面６上のスポット径を略均一化することができる。
本変形例によれば、レンズ２５を固定焦点の一般的なレンズ素子を採用することができるので、簡素かつ安価な構成とすることができる。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
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概略構成について説明するための走査平面に直交する方向の光軸を含む断面説明図である。

本変形例の走査露光装置６０は、図４、１０に示すように、上記第１変形例の走査露光装置５０の結像位置制御部２７、結像位置設定手段２２１に代えて、結像位置制御部２９、結像位置設定手段２２２を備える。そして、筐体２Ｂからレンズ移動機構２６を削除して、レンズ２５とレーザ光源３とを筐体２Ｃに固定し、筐体２Ｃを保持する光源ユニット移動機構２８が追加されている。以下、上記の第２変形例と異なる点を中心に説明する。

光源ユニット移動機構２８は、レンズ２５とレーザ光源３とが固定されたビーム光源ユニット２の筐体２Ｃを光軸方向に移動するための機構であり、ビーム光源ユニット２を光軸方向に高速に移動できる機構であれば、適宜のアクチュエータを採用することができる。例えば、レンズ移動機構２６を同様の構成によりビーム光源ユニット２を保持する構成を採用することができる。

結像位置制御部２９は、結像位置設定手段２２２により送出されるレンズユニット位置制御信号２０６に応じて、ビーム光源ユニット２の移動量を制御するものである。

結像位置設定手段２２２は、結像位置設定手段２２の焦点位置調整量の情報をビーム光源ユニット２の移動による結像位置調整量の情報に置き換えることにより、焦点距離制御信号２０１に代えて、レンズユニット位置制御信号２０６を生成するものである。
ビーム光源ユニット２の移動量は、結像位置の移動量と同一となる。

このような構成によれば、レーザ光源３とレンズ２５との距離Ｓ_２とレンズ２５から結像位置までの距離Ｓ_３は、走査角度θによらず一定である。そして、光源ユニット移動機構２８でビーム光源ユニット２を走査角度θの関数として光軸方向に移動することにより、結像位置を露光面６上に合わせることができる。すなわち、レーザ光源３とミラー面５ａとの距離Ｌ_ｆもθの関数として可変される。
同期検知位置を含めて全像高で、結像位置と露光面６とを一致させるには、ビーム光源ユニット２の移動幅ΔＭは、次式を満足すればよい。
ΔＭ＝Ｌ_ｒ・（１／ｃｏｓθ_Ｄ１−１） ・・・（４）
距離Ｓ_２、Ｓ_３は、ビーム光源ユニット２の移動基準位置をどの像高に設定するかに応じて適宜設定することができる。

本変形例によれば、レンズ２５とレーザ光源３とが相対位置を固定して保持されたビーム光源ユニット２を光源ユニット移動機構２８により移動するので、移動によってレンズ２５とレーザ光源３との間の位置関係がずれない。そのため、結像性能を安定させることができる。

このように、走査露光装置５０、６０は、前記結像位置変更手段が、前記結像光学系の位置を前記露光面に対して、光軸方向に移動する移動機構を備える構成となっている。
すなわち、走査露光装置５０は、結像光学系のみが露光面に対して移動する例であり、走査露光装置６０は、結像光学系とビーム光源とがともに露光面に対して移動する例となっている。
また、ビーム光源のみを移動しても同様の作用効果を得ることは明らかである。

なお、上記の説明では、結像光学系がレンズからなる場合の例で説明したが、この場合、レンズ群からなっていてもよいことは言うまでもない。また、結像光学系はレンズ素子に限定されず、パワーを有する光学素子であれば、反射光学系や回折格子を用いた光学系であってもよい。

また、上記の説明では、結像光学系が焦点距離を可変するレンズ光学系である場合の例として、液体レンズ４を用いた例で説明したが、液体レンズ４と他のレンズなどの光学素子とを組み合わせて構成してもよい。
また、液体レンズ４を用いずに、複数のレンズからなるレンズ群により焦点距離を可変してもよい。この場合、適宜構成のズームレンズを採用することができ、結像位置変更手段としては、それに応じたズーム移動機構を採用することができる。

また、上記の説明では、光偏向器として、ポリゴンスキャナを用いた例を説明したが、光偏向器はこれに限定されるものではない。例えばガルバノミラーやＭＥＭＳ共振ミラーなどを採用してもよい。

また、上記の説明では、デフォーカス検知手段１７を配置して、デフォーカス量を検知できるようにした例で説明したが、経時変化や温度変化などによる結像位置のずれが許容範囲にある場合や、スポット径の許容範囲が満足される場合には省略してもよい。

また、上記の説明では、開口絞りは、入射瞳を形成するものとして、結像光学系の入射側に配置したが、結像光学系の出射側に配置してもよい。
また、開口絞りは、固定絞りに限定されるものではなく、焦点距離や結像位置の変化に合わせて開口の大きさを可変するようにしてもよい。
この場合、焦点距離や結像位置の変化に応じて結像スポット径の大きさを補正して、より均一性の高いスポット径を得ることが可能となる。

また、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８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。

ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
ビーム光源ユニット２、レーザ光源３は、それぞれビーム光源部、光源の一実施形態である。液体レンズ４は、結像光学系である焦点距離を可変するレンズ光学系の一実施形態である。ポリゴンスキャナ５は光偏向器の一実施形態である。結像位置制御部１２、２７、２９は、それぞれ結像位置変更手段の一実施形態である。レンズ２５は、結像光学系である固定書店光学系の一実施形態である。レンズ移動機構２６、光源ユニット移動機構２８は、それぞれ移動機構の一実施形態である。レーザ光２０ａ、２０ｂは、光ビームに対応する。

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軸を含む断面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に用いる焦点距離を可変するレンズ光学系の概略構成について説明するための光軸を含む断面の断面説明図である。 本発明の実施形態に係る走査露光装置の制御部の概略構成について説明するための機能ブロック図である。 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について説明するための走査平面に直交する方向の光軸を含む断面説明図である。 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について説明するための走査平面に直交する方向の光軸を含む断面説明図である。

符号の説明

１、５０、６０ 走査露光装置
２ ビーム光源ユニット（ビーム光源部）
３ レーザ光源（光源）
４ 液体レンズ（焦点距離を可変するレンズ光学系）
４ａ、３０ 開口絞り
５ ポリゴンスキャナ（光偏向器）
５ａ ミラー面
６ 露光面
８ 露光制御手段
１０、１１ 光軸
１２、２７、２９ 結像位置制御部（結像位置変更手段）
１３ 制御部
１７ デフォーカス検知手段
２０ａ、２０ｂ レーザ光（光ビーム）
２５ レンズ
２６ レンズ移動機構（移動機構）
２８ 光源ユニット移動機構（移動機構）
２２、２２１、２２２ 結像位置設定手段

Claims (5)

1. 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一定ピッチの露光区間内に、それぞれ必要な露光量の照射を行う走査露光装置であって、
   光源と、該光源から放射された光から集束する光ビームを形成して、像面に結像する結像光学系とを有するビーム光源部と、
   該ビーム光源部により形成された光ビームを偏向して前記露光面を走査せしめる光偏向器と、
   該光偏向器で偏向された光ビームの光軸方向の結像位置を変更し、前記光ビームの走査位置に応じて前記露光面上での前記光ビームのスポット径を略均一化する結像位置変更手段と、
   前記光源の発光条件を前記露光区間ごとに変更して前記必要な露光量の照射を行う露光制御手段とを備える走査露光装置。
2. 前記光ビームのデフォーカスを検知するデフォーカス検知手段をさらに備え、
   該デフォーカス検知手段の検出出力に応じて、前記結像位置変更手段の目標結像位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
3. 前記結像位置変更手段が、前記結像光学系の位置を前記露光面に対して、光軸方向に移動する移動機構を備え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. 前記結像光学系が、レンズ媒質の屈折率および界面形状の少なくともいずれかを可変することにより焦点距離を可変するレンズ光学系からなり、
   前記結像位置変更手段が、前記レンズ光学系の焦点距離を可変す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. 前記レンズ光学系が、レンズ媒質が液体からなる液体レンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の走査露光装置。

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