JP2015526763A - モノクロマチックＦ−θレンズを備えたアクロマチックスキャン装置 - Google Patents

Abstract

目標物表面（５）に結像される光束（１．１）に対して、プレスキャン光学系の第１の像面が、第１の光束成分（１．１．１）のためのポストスキャン光学系の第１の対象物面と一致するように、且つ前記プレスキャン光学系の第２の像面が、第２の光束成分（１．１．２）のための前記ポストスキャン光学系の第２の対象物面と一致するように、構成され且つ互いに配置されたアクロマチックスキャン装置。前記ポストスキャン光学系の前記第１の対象物面（ＯＥｐｏｓｔλ１）と前記ポストスキャン光学系の前記第２の対象物面（ＯＥｐｏｓｔλ２）とに、前記目標物表面（５）上にある前記ポストスキャン光学系の前記像面（ＢＥｐｏｓｔ）が関連付けられている。

Description

本発明は、独国特許６０３０２１８３Ｔ２号明細書から知られているようなアクロマチックスキャン装置に関するものである。

特許文献１により、色補正されるＦ−シータレンズ（Ｆ−θレンズとも記す）を備えたアクロマチックスキャン装置（ここでは光走査装置）が公表された。

この種のスキャン装置は、前記特許文献１によればレーザープリンタで使用され、或いは、本発明によればたとえばプリント回路基板直接露光に使用できるが、平坦な目標物表面を光束を用いて走査線に沿ってスキャン方向に操作し、他方目標物表面はスキャン装置に対し移動せしめられ、或いは、スキャン装置がスキャン方向に対し垂直に延びる送り方向で目標物表面に対し移動せしめられる。

スキャン方向における光束のスキャンニングは、たとえば均一な角速度で回転するガルヴァノメータミラーまたはポリゴンミラーを備えたスキャンユニットを介して行われる。光束が目標物表面を均一な角速度でスキャンするようにするため、前記特許文献１によれば、スキャンユニットの下流側に配置される光学系（ポストスキャン光学系）としていわゆるＦ−θレンズが使用される。このようなＦ−θレンズにはひずみ特性があり、すなわち理想的なケースにおいてｙ＝ｆ＊θ（ｆ＝焦点距離、θ＝カップリング角＝Ｆ−θレンズに入射する光束の軸ビームがＦ−θレンズの光軸と成す角度、ｙ＝像高さ）を満たす。

この種のスキャン装置は、光源と、すでに述べたスキャンユニットの上流側に配置され、光源から来る光束を整形してスキャンユニットに案内する光学系（プレスキャン光学系）と、スキャンユニットの下流側に配置され、スキャンユニットによって偏向された光束を整形して目標物表面へ案内する光学系（ポストスキャン光学系）とを含んでいる。

目標物表面の面内での像高さｙでの光束の理想的な結像は、すなわちスキャン方向におけるＦ−シータレンズの光軸に対する間隔ｙを伴う結像（以下では理想的な像位置と記す）は、スキャン装置によって形成される光学システムがモノクロマチックである限りにおいては、１つの波長をもった１つの光束に対してのみ行われる。すなわち、無視できるほどの帯域内で１つの波長しか有していない波長スペクトルをもった光束に対しては、複数の像位置で波長に依存した結像が発生し、或いは、大きな帯域幅では、深さと横断面の点で拡大された結像が理想的な像位置のまわりに発生する。モノクロマチックシステムの典型的な例では、すべての屈折要素は同じ材料から成ることができる。

このことは、たとえば、１つの光束の波長が作動温度とともに変化する場合、すなわちこの光束の動作波長が２つの波長の間（たとえば前記特許文献１に記載されているように４００ｎｍと４１０ｎｍとの間）にある場合に該当する。

また、たとえば光束が２つの異なる波長（たとえば３７５ｎｍと４０５ｎｍ）の光束成分を有している場合、或いは、光源が２つの波長の間に帯域幅を有している光束を放出する場合もこれに該当する。

この種の光束により、２つの波長の光束成分を理想的な像位置へ鋭利に結像させ、よって全体的に結像クオリティを改善するには、光学システム全体がアクロマチックでなければならず、すなわちこれら２つの波長に対し光学システムが補正されている必要がある。

２つの波長に対する光学システムの補正によって結像クオリティを改善できる光束はすべて、スキャン装置の色収差の補正対象になる、波長が異なる２つの光束成分を持つ光束と理解すべきである。

すべての光学材料は材料特有の、波長に依存した屈折率（分散）を有し、それ故波長が異なる光束成分が屈折する強さは異なり、光軸方向での縦ずれ（縦方向色収差＝軸上色収差）と、スキャン方向（光軸に対し垂直）での横ずれ（横方向色収差＝倍率色収差）とを伴って結像が行なわれる。

前記特許文献１によるスキャン装置の場合、プレスキャン光学系は、ビーム転向のみに用いられる平面鏡を除けば、コリメータとシリンドリカルレンズとによって形成される。Ｆ−θレンズはアクロマチック構成であるので、プレスキャン光学系もアクロマチックであり、従ってコリメートされたアクロマチック光束はポリゴンミラーによって偏向されてＦ−θレンズへ当たる。

Ｆ−θレンズはポストスキャン光学系（ここでは結像光学系）に属し、特殊に実施されている。すなわち特定の屈折力列を備えたレンズまたはレンズグループから成り、優れた色消し性を達成するために特定の幾何学的条件を満たす。

材料としては、ここではたとえばヒラリンまたは光学用プラスチックが使用される。

上述したスキャン装置は、１Ｗ以下の小さなパワーに対してのみ適しているにすぎない。長寿命の要求を伴うＵＶ範囲の５Ｗ以上のパワーに対しては、アクロマチックＦ−θレンズの構成のために考慮の対象になる材料を選択する可能性があるが、非常に限られている。このためには合成の石英ガラスまたは蛍石のみが考えられるが、後者は製造および加工の点で非常に高価である。

独国特許６０３０２１８３Ｔ２号明細書

本発明の課題は、ＵＶ範囲の２つの波長の光束成分を備えた光束によって５Ｗ以上の高エネルギーチャージに対して適している、コスト上好ましいアクロマチックスキャン装置を提供することである。

この課題は、光源と、ポリゴン角を有する回転可能なポリゴンミラーで形成されるスキャンユニットと、前記ポリゴンミラーの上流側に配置されるプレスキャン光学系と、前記ポリゴンミラーの下流側に配置されるポストスキャン光学系とを備え、該ポストスキャン光学系がＦ−θレンズによって形成されている、アクロマチックスキャン装置によって解決される。光源は、第１の波長をもつ第１の光束成分と第２の波長をもつ第２の光束成分とを備えた光束を送出するように構成されている。Ｆ−θレンズは、ポリゴンミラーによってスキャン方向に偏向された光束を整形して、ポストスキャン光学系の像面内で両光束成分のために配置されている目標物表面へ案内する。

本発明によれば、ポストスキャン光学系はモノクロマチックである。従って、その屈折要素はすべて同じ材料から作製されていてよく、これによって波長に依存した色収差が発生する。それ故、ポストスキャン光学系はアクロマチックポストスキャン光学系よりも比較的安価に製造できる。プレスキャン光学系とポストスキャン光学系とは次のように構成され且つ互いに配置され、すなわち目標物表面に結像される光束に対して、プレスキャン光学系の第１の像面が、第１の像側頂点焦点距離で、第１の光束成分のためのポストスキャン光学系の第１の対象物面と一致するように、且つプレスキャン光学系の第２の像面が、第２の像側頂点焦点距離で、第２の光束成分のためのポストスキャン光学系の第２の対象物面と一致するように、構成され且つ互いに配置されている。この場合、ポストスキャン光学系の第１の対象物面とポストスキャン光学系の第２の対象物面とにポストスキャン光学系の像面が関連付けられていることで、両光束成分に対し縦方向色収差が補正されている。

ポストスキャン光学系が、第１の光束成分に対しては第１の像側焦点距離を有し、第２の光束成分に対しては第２の像側焦点距離を有し、第１の像側焦点距離と第２の像側焦点距離とが以下の方程式を満たし、すなわちＷ_ｓ１を第１の光束成分の角度成分、Ｗ_ｓ２を第２の光束成分の角度成分としたときに、
２ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）
満たし、これによって両光束成分（１．１．１；１．１．２）に対し横方向色収差も補正されているのが特に有利である。

他の有利な実施態様は従属項に記載されている。

次に、本発明を実施形態に関して図面を用いて説明する。
ポリゴンミラーの２つの位置を備えた、スキャン方向に１つの光束をデカップリングするためのスキャン装置を１つの光束成分に対し示した光学図である。 ポリゴンミラーの１つの位置を備えた、クロススキャン方向に１つの光束をデカップリングするためのスキャン装置を２つの光束成分に対し示した光学図である。 スキャン装置の特性量を示した概略図である。 光束を回動させるための光学変調器を備えたスキャン装置の１実施形態を示す図である。 完全照射されるプレスキャン光学系を備えたスキャン装置の１実施形態を示す図である。 ２つの光束成分に対する角度成分を示す概略図である。

すべての実施形態によれば、本発明によるアクロマチックスキャン装置は、図１に示したように、光源１と、その放射方向おいて下流側に配置された、プレスキャン光学系２と、回転可能なポリゴンミラー３．１を備えたスキャンユニット３と、Ｆ−θレンズによって形成されているポストスキャン光学系４とを含んでいる。

光源１から放出された光束１．１をスキャン方向Ｒにカップリングする場合、図１に示したように、プレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅとポストスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｏｓｔとはスキャン方向Ｒの１つ面（図面の面）内に配置されている。ポリゴンミラー３．１の回転軸線Ｄはこの面に垂直に位置している。

光束１．１をクロススキャン方向にカップリングする場合には、図２に示したように、プレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅとポストスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｏｓｔとは互いに重なっており、図面の面に対し垂直な１つの面内でポリゴンミラー３．１の回転軸線Ｄと共通である。

光束１．１のカップリングに関する上記２つの実施形態は技術水準から公知である。反射性ポリゴンミラー３．１の位置は、光源１を起点としてプレスキャン光学系２の軸点から来る光束１．１がポストスキャン光学系４の軸点で結像される場合、ゼロ位置と呼ばれる。反射性ポリゴンミラー３．１がこのゼロ位置から変位しているときの変位量、すなわちポリゴン角度位置は、ポリゴン角Ｗ_ｐと記載される。ポリゴン角Ｗ_ｐは、ゼロ位置での面法線と、ゼロ位置に対し変位した反射性ポリゴンミラー面３．１．１の面法線との間の角度を表わしている。

技術水準に対し、プレスキャン光学系２とポストスキャン光学系４とをアクロマチックに実施しても、スキャン装置の色消し性は達成されない。

光源１としては、冒頭で述べたように、第１の波長λ_１の第１の光束成分１．１．１と、スキャン装置の光学システムをアクロマチックにさせる第２の波長λ_２の第２の光束成分１．１．２とを備えた光束１．１を放射する光源であれば、どのような光源でも考慮の対象になる。特に光源１が５Ｗ以上の高パワーの紫外線を放出する場合には、スキャン装置は有利である。というのは、その他のアクロマチックに形成される光学系に比べて、単にモノクロマチックに実施した光学系による節減効果が特に高いからである。

光源から放出される光束１．１をアクロマチックプレスキャン光学系２を介してコリメートし、平行光束１．１としてスキャンユニット２上に結像させる技術水準とは異なり、特にモノクロマチックポストスキャン光学系に整合したプレスキャン光学系２を用いて光束１．１を容易に発散または収束する光束１．１へ整形し、すなわち両光束成分１．１．１，１．１．２の発生像面に対するプレスキャン光学系２の頂点焦点距離差が、物体平面から来る光束１．１をポストスキャン光学系４を介して結像させる際のポストスキャン光学系４の頂点焦点距離差とは逆符号でちょうど同じ大きさになるように、整形する。

図２に図示したように、第１の波長λ_１を備えた第１の光束成分１．１．１は、第１の像側頂点焦点距離Ｓ’_{ｐｒｅλ１}をもった第１の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ１}へ仮想結像され、第２の波長λ_２を備えた第２の光束成分１．１．２は、第２の像側頂点焦点距離Ｓ’_{ｐｒｅλ２}をもった第２の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ２}へ仮想結像される。ここでプレスキャン光学系２の像側頂点焦点距離とは、それぞれ像面ＢＥ_{ｐｒｅλ１}，像面ＢＥ_{ｐｒｅλ２}とゼロ位置にある反射性ポリゴンミラー面３．１．１との間の間隔を言う。

プレスキャン光学系２は、像側の２つの頂点焦点距離Ｓ’_{ｐｒｅλ２}−Ｓ’_{ｐｒｅλ１}（頂点焦点距離差）が、ポストスキャン光学系４を介してその像面ＢＥ_ｐｏｓｔに光束１．１を結像させるための対象物がを頂点焦点距離の差Ｓ_{ｐｏｓｔλ２}−Ｓ_{ｐｏｓｔλ１}に量的に逆符号で対応するように考慮されており、その結果第１の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ１}は第１の波長λ_１のためのポストスキャン光学系の第１の対象物面ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１}と一致し、第２の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ２}は第２の波長λ_２のためのポストスキャン光学系の第２の対象物面ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２}と一致する。この場合、ポストスキャン光学系の第１および第２の対象物面ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１}、ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２}には１つの共通の像面ＢＥ_ｐｏｓｔが関連づけられ、これにより軸線方向に２つの光束成分１．１．１，１．１．２を備えた光束１．１は同じ像位置で個々に配置されている目標表面５上に結像され、このことはプレスキャン光学系２およびポストスキャン光学系４の縦方向色収差の相互相殺に相当している。

ここでポストスキャン光学系４の対象物側頂点焦点距離とは、それぞれ対象物面ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１}、ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２}とゼロ位置にある反射性ポリゴンミラー面３．１．１との間の間隔である。

クロススキャン方向でのカップリングの際にポストスキャン光学系４が光束１．１を遮蔽しないようにするため、両光軸Ａ_ｐｒｅとＡ_ｐｏｓｔとは互いに十分大きな角度を成しており、それ故ポリゴンミラー３．１の回転軸線Ｄはこれら両光軸Ａ_ｐｒｅとＡ_ｐｏｓｔに対し適当に傾斜して配置されている。

同じ目的で、スキャン方向でのカップリングの際に回転軸線Ｄはプレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅに対し十分大きな垂直方向間隔で配置されている。

Ｆ−θレンズによって発生し、ポストスキャン光学系４への光束１．１のカップリング角θの増大とともに増大するポストスキャン光学系４の横方向色収差も、本発明によるスキャン装置においては、色とポリゴン角度に依存するプレスキャン光学系２のカップリング角を用いて解消され、このことは光束１．１の収束／発散の度合い（像側頂点焦点距離によって表わされる）によって調整される。

このため、以下でより厳密に述べるように、プレスキャン光学系の２つの像側頂点焦点距離Ｓ’_{ｐｒｅλ１}，Ｓ’_{ｐｒｅλ２}とポリゴン角Ｗ_ｐを用いるとともに、両光束成分１．１．１，１．１．２は同じ像高さｙ_１＝ｙ_２で目標物表面５に結像されるという仮定のもとに、これに適したポストスキャン光学系４の２つの像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}，ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}を演算した。この演算した２つの像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}，ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}を備えたポストスキャン光学系４は、プレスキャン光学系２とスキャンユニット３とを介して光束成分１．１．１，１．１．２を結像させることによって生じる横方向色収差を解消させるような横方向色収差を有している。

図５から、それぞれ光束成分１．１．１，１．１．２の軸ビームとプレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅとによって張られる、大きさの異なる複数の角度成分Ｗ_ｓ１とＷ_ｓ２の発生を導出することができる。

横方向色収差を解消後、料光束成分１．１．１，１．１．２はポストスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｏｓｔに対し縦方向においても横方向においても完全に結像され、すなわち縦方向に見ても横方向に見ても同じ像位置で結像される。

プレスキャン光学系２の像側開口角ω’_ｐｒｅは次のように選定され、すなわち反射性ポリゴンミラー面３．１．１が、スキャン方向Ｒにおいてどのポリゴン角度位置においても、プレスキャン光学系２の開口絞りＡＰ_ｐｒｅによって結像可能な光束１．１の幾何学的に制限される成分によって照射されるように、選定されている。反射性ポリゴンミラー面３．１．１とは、どのポリゴン角度位置においても目標物表面５へ反射するポリゴンミラー面３．１．１のみを指すものとする。

この場合光束１．１は、開口絞りＡＰ_ｐｒｅによって制限される幅広の光束１．１であってよく、その中心ビームはプレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅと一致し、ポリゴン角Ｗ_ｐに依存してこの光束１．１から種々の部分が反射する（図４ａを参照）。或いは、光束１．１は幅狭の光束１．１として実施されていてよく、この幅狭の光束はポリゴン角度位置に整合されてその伝送方向において変調され、よって全体が反射することができる（図４ｂを参照）。適当な特性を備えた光束１．１を提供するため、その都度このために適した光源１が当業者によって設計または選択される。

図４ａに示した実施形態によれば、放射特性を備えた光源１が選定され、すなわち放出される光束１．１は、プレスキャン光学系の開口絞りＡＰ_ｐｒｅが光束１．１によって完全にくまなく照射されるように、プレスキャン光学系２によって整形され、または拡幅される。この場合、ポリゴンミラー３．１の異なるポリゴン角度位置において、反射性ポリゴンミラー面３．１．１によって幾何学的に制限される、光束１．１の他の一部分が、反射性ポリゴンミラー面３．１．１へ反射され、ポストスキャン光学系４のほうへ反射される。

図４ｂに示した実施形態によれば、プレスキャン光学系２の上流側に、光束１．１をその伝送方向において制御する音響光学変調器６が設けられている。光源１としては、プレスキャン光学系２を介して結像される光束１．１を発生させ、反射性ポリゴンミラー面３．１．１上に有利にはポリゴンミラー面３．１．１よりも小さいか同じ大きさの光束横断面を形成させるような放射特性を備えた光源が使用され、その結果光束は完全に反射する。

光束１．１の中心ビームがどのポリゴン角度位置でも反射性ポリゴンミラー面３．１．１の中心にぶつかるようにするため、変調器６は、その角速度（この角速度でもって変調器は光束１．１をプレスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｒｅのまわりに回動させる）がポリゴンミラー３．１の回転速度に整合しているように、よってスキャン速度に整合しているように、制御可能である。

スキャン装置の上記第１実施形態は、音響光学変調器６なしでも十分であるが、エネルギーの点で効率的でない。というのは、光束１．１の放射エネルギーの一部のみが目標物表面５へ転向され、よって一部のみが利用されるからである。さらに、第２実施形態のケースでは、光束１．１内部の強度分布がガウス状である場合、反射性ポリゴンミラー３．１に当たる光束１．１の放射エネルギーは一定であり、従ってその照射も一定である。

スキャン装置の両実施形態では、ポスト＝スキャン光学系４への光束１．１の入射カップリング角θはポリゴン角Ｗ_ｐ（θ＝２Ｗ_ｐ）だけで決定されるのではなく、焦点距離およびポリゴン角に依存する角度成分Ｗ_ｓによっても決定される。

従ってλ_１の光束成分に対しては、カップリング角θは、
θ_λ１＝２Ｗ_ｐ−Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）であり、
λ_２光束成分に対しては、カップリング角θは、
θ_λ２＝２Ｗ_ｐ−Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）である。

従って像高さｙに対しては、すなわち目標物表面５上での光束１．１の結像部と、ポストスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｏｓｔ（像位置は光軸Ａ_ｐｏｓｔに対し垂直）との間隔に対しては、Ｆ−θレンズによって形成されるポストスキャン光学系４に従って、
像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}のとき、λ_１の第１の光束成分１．１．１に対し、
ｙ_λ１＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）
が得られ、像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}のとき、λ_２の第２の光束成分１．１．２に対し、
ｙ_λ２＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）
が得られる。ここで、
ｔａｎ（Ｗ_ｓ１）＝ｓｗ／２＊ｓｉｎ（Ｗ_ｐ）／Ｓ’_{ｐｒｅλ１}
ｔａｎ（Ｗ_ｓ２）＝ｓｗ／２＊ｓｉｎ（Ｗ_ｐ）／Ｓ’_{ｐｒｅλ２}
である。

本明細書でまだ使用していない特性量は、図５または図３から見て取れる。なお、図３ではこれらの特性量は、図１、図４ａおよび図４ｂと同様に図面を見やすくするために波長に依存した区別をつけずに図示した。

上記の方程式から、ｙ_λ１がｙ_λ２に等しくなるようにｆ’_{ｐｏｓｔλ１}，Ｓ’_{ｐｒｅλ１}，ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}，Ｓ’_{ｐｒｅλ２}が設定される光学システムが考慮される。

これらの特性により、プレスキャン光学系４の横方向色収差が相殺される。

プレスキャン光学系２とポストスキャン光学系４との個別の演算および相互の配置に関する演算（その結果前記条件が満たされている）は、コンピュータによって行う。このため、光学コンピュータにより前記条件のもとに適当なスタートパラメータが入力される。

多くの使用例に対してはポストスキャン光学系４のテレセントリック構成が好ましく、或いは、強制的に必要である。

このケースでは、大きなイメージフィールドに対しては、Ｆ−θレンズは、テレセントリイを生じさせるフィールドレンズの代わりに、Ｆ−θレンズによってもたらされる屈折力の大部分をもたらすフィールドミラーであって、しかし自身は色収差を生じさせず、その結果Ｆ−θレンズの色収差を小さく保つことのできる前記フィールドミラーを有するのが有利である。

通常当業者はこの種のスキャン装置に対してはアナモフィック光学系を考慮し、その結果上記条件は光軸Ａとスキャン方向Ｒとによって張られる細長い光学系の面内でしか該当しない。この場合、スキャン方向に対して垂直な方向、すなわちクロススキャン方向においては、第１の像面と第２の像面とはスキャン方向における第１の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ１}と第２の像面ＢＥ_{ｐｒｅλ２}と一致せず、反射性ポリゴンミラー面３．１．１上またはその付近にあるので有利であり、これによっていわゆるウォブル相殺が達成される。

本発明によるスキャン装置のアナモフィック構成は本発明の対象ではなく、スキャン方向に作用するスキャン装置の特性が対象であり、よってこれらの特性を生じさせる構成が対象である。

１ 光源
１．１ 光束
１．１．１ 第１の光束成分
１．１．２ 第２の光束成分
２ プレスキャン光学系（ＨＨ’_ｐｒｅによっても図示され、表示される）
３ スキャンユニット
３．１ ポリゴンミラー
３．１．１ 反射性ポリゴンミラー面
４ ポストスキャン光学系（ＨＨ’_ｐｏｓｔによっても図示され、表示される）
５ 目標物表面
６ 音響光学変調器
Ｒ スキャン方向
Ａ_ｐｒｅ プレスキャン光学系の光軸
Ａ_ｐｏｓｔ ポストスキャン光学系の光軸
λ_１ 第１の波長（第１の光束成分の波長に等しい）
λ_２ 第２の波長（第２の光束成分の波長に等しい）
ＢＥ_{ｐｒｅλ１} プレスキャン光学系の第１の像面
Ｓ’ _{ｐｒｅλ１} プレスキャン光学系の第１の像側頂点焦点距離
ＢＥ_{ｐｒｅλ２} プレスキャン光学系の第２の像面
Ｓ’ _{ｐｒｅλ２} プレスキャン光学系の第２の像側頂点焦点距離
Ｓ_{ｐｏｓｔλ１} ポストスキャン光学系の第１の対象物側頂点焦点距離
Ｓ_{ｐｏｓｔλ２} ポストスキャン光学系の第２の対象物側頂点焦点距離
ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１} ポストスキャン光学系の第１の対象物面
ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２} ポストスキャン光学系の第２の対象物面
ＢＥ_ｐｏｓｔ ポストスキャン光学系の像面
ＡＰ_ｐｒｅ プレスキャン光学系の開口絞り
ω’_ｐｒｅ プレスキャン光学系の像側開口角
Ｗ_ｐ ポリゴン角
Ｗ_ｓ１ 第１の光束成分の角度成分
Ｗ_ｓ２ 第２の光束成分の角度成分
Ｓｗ ポリゴンミラーの対辺距離の半分
θ_λ１ 第１の波長のためのポストスキャン光学系へのカップリング角
θ_λ２ 第２の波長のためのポストスキャン光学系へのカップリング角
ｆ’ _{ｐｏｓｔλ１} 第１の光束成分のためのポストスキャン光学系の像側焦点距離
ｆ’ _{ｐｏｓｔλ２} 第２の光束成分のためのポストスキャン光学系の像側焦点距離
ｙ 像高さ
ｙ_１ 第１の光束成分のための像高さ
ｙ_２ 第２の光束成分のための像高さ
Ｄ 回転軸線

目標物表面の面内での像高さｙでの光束の理想的な結像は、すなわちスキャン方向におけるＦ−シータレンズの光軸に対する間隔ｙを伴う結像（以下では理想的な像位置と記す）は、スキャン装置によって形成される光学システムがモノクロマチック（単色光学系）である限りにおいては、１つの波長をもった１つの光束に対してのみ行われる。すなわち、無視できるほどの帯域内で１つの波長しか有していない波長スペクトルをもった光束に対しては、複数の像位置で波長に依存した結像が発生し、或いは、大きな帯域幅では、深さと横断面の点で拡大された結像が理想的な像位置のまわりに発生する。モノクロマチックシステムの典型的な例では、すべての屈折要素は同じ材料から成ることができる。

上述したスキャン装置は、１Ｗ以下の小さなパワーに対してのみ適しているにすぎない。長寿命の要求を伴うＵＶ範囲の５Ｗ以上のパワーに対しては、アクロマチックＦ−θレンズの構成のために考慮の対象になる材料を選択する可能性があるが、非常に限られている。このためには合成の石英ガラスまたは蛍石のみが考えられるが、後者は製造および加工の点で非常に高価である。
特許文献２から、本発明の意味でプレスキャン光学系、ポリゴンミラーおよびポストスキャン光学系を有するスキャン装置が開示されている。ポストスキャン光学系は、第１の光学システムと第２の光学システムから成り、第２の光学システムは、第１の光学システムによって引き起こされる球面収差を補償する非球面の光学面を有する。この非球面の面が、光学システム全体の色的な欠陥も修正する回折面を有することができれば有利である。縦方向色収差に加えて横方向色収差が補償されるか否かは、そして場合によってはどのように補償されるかは、プレスキャン光学系が光線を少なくともほぼ平行な光線に形成するのでなおさら、十分に明らかでない。
特許文献３はＦ−シータレンズを備えたスキャン装置を開示し、これはモノクロマチックな使用のため、すなわちただ１つの波長のレーザー放射での使用のために備えられている。このＦ−シータレンズに続いて、このスキャン装置の光学システムは色的に修正されず、色的な修正のための対策をかなえていない。

独国特許出願国内公表６０３０２１８３Ｔ２号明細書 米国特許出願公開２００５／１８５２３８Ａ１号明細書 欧州特許出願公開０２１１８０３Ａ１号明細書

ポストスキャン光学系が、第１の光束成分に対しては第１の像側焦点距離を有し、第２の光束成分に対しては第２の像側焦点距離を有し、第１の像側焦点距離と第２の像側焦点距離とが以下の方程式を満たし、すなわちＷ_ｓ１を第１の光束成分の角度成分、Ｗ_ｓ２を第２の光束成分の角度成分としたときに、
２ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）
満たし、これによって両光束成分に対し横方向色収差も補正されている。

従って像高さｙに対しては、すなわち目標物表面５上での光束１．１の結像部と、ポストスキャン光学系の光軸Ａ_ｐｏｓｔ（像位置は光軸Ａ_ｐｏｓｔに対し垂直）との間隔に対しては、Ｆ−θレンズによって形成されるポストスキャン光学系４に従って、
第１の像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}のとき、λ_１の第１の光束成分１．１．１に対し、
ｙ_λ１＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）
が得られ、第２の像側焦点距離ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}のとき、λ_２の第２の光束成分１．１．２に対し、
ｙ_λ２＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）
が得られる。ここで、
ｔａｎ（Ｗ_ｓ１）≒Ｓｗ／２＊ｓｉｎ（Ｗ_ｐ）／Ｓ’_{ｐｒｅλ１}
ｔａｎ（Ｗ_ｓ２）≒Ｓｗ／２＊ｓｉｎ（Ｗ_ｐ）／Ｓ’_{ｐｒｅλ２}
である。

１ 光源
１．１ 光束
１．１．１ 第１の光束成分
１．１．２ 第２の光束成分
２ プレスキャン光学系（ＨＨ’_ｐｒｅによっても図示され、表示される）
３ スキャンユニット
３．１ ポリゴンミラー
３．１．１ 反射性ポリゴンミラー面
４ ポストスキャン光学系（ＨＨ’_ｐｏｓｔによっても図示され、表示される）
５ 目標物表面
６ 音響光学変調器
Ｒ スキャン方向
Ａ_ｐｒｅ プレスキャン光学系の光軸
Ａ_ｐｏｓｔ ポストスキャン光学系の光軸
λ_１ 第１の波長（第１の光束成分の波長に等しい）
λ_２ 第２の波長（第２の光束成分の波長に等しい）
ＢＥ_{ｐｒｅλ１} プレスキャン光学系の第１の像面
Ｓ’ _{ｐｒｅλ１} プレスキャン光学系の第１の像側頂点焦点距離
ＢＥ_{ｐｒｅλ２} プレスキャン光学系の第２の像面
Ｓ’ _{ｐｒｅλ２} プレスキャン光学系の第２の像側頂点焦点距離
Ｓ_{ｐｏｓｔλ１} ポストスキャン光学系の第１の対象物側頂点焦点距離
Ｓ_{ｐｏｓｔλ２} ポストスキャン光学系の第２の対象物側頂点焦点距離
ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１} ポストスキャン光学系の第１の対象物面
ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２} ポストスキャン光学系の第２の対象物面
ＢＥ_ｐｏｓｔ ポストスキャン光学系の像面
ＡＰ_ｐｒｅ プレスキャン光学系の開口絞り
ω’_ｐｒｅ プレスキャン光学系の像側開口角
Ｗ_ｐ ポリゴン角
Ｗ_ｓ１ 第１の光束成分の角度成分
Ｗ_ｓ２ 第２の光束成分の角度成分
Ｓｗ ポリゴンミラーの対辺距離
θ_λ１ 第１の波長のためのポストスキャン光学系へのカップリング角
θ_λ２ 第２の波長のためのポストスキャン光学系へのカップリング角
ｆ’ _{ｐｏｓｔλ１} 第１の光束成分のためのポストスキャン光学系の像側焦点距離
ｆ’ _{ｐｏｓｔλ２} 第２の光束成分のためのポストスキャン光学系の像側焦点距離
ｙ 像高さ
ｙ_１ 第１の光束成分のための像高さ
ｙ_２ 第２の光束成分のための像高さ
Ｄ 回転軸線

Claims (7)

1. 光源（１）と、ポリゴン角（Ｗ_ｐ）を有する回転可能なポリゴンミラー（３．１）で形成されるスキャンユニット（３）と、前記ポリゴンミラー（３．１）の上流側に配置され、前記光源（１）から放出された光束（１．１）を整形して前記ポリゴンミラー（３．１）へ案内するプレスキャン光学系（２）であって、前記光束（１．１）が、第１の波長（λ_１）を持つ第１の光束成分（１．１．１）と、第２の波長（λ_２）を持つ第２の光束成分（１．１．２）とを有している前記プレスキャン光学系（２）と、前記ポリゴンミラー（３．１）の下流側に配置されるポストスキャン光学系（４）とを備え、該ポストスキャン光学系が、前記ポリゴンミラー（３．１）によってスキャン方向（Ｒ）へ偏向される前記光束（１．１）を整形して、前記両光束成分（１．１．１，１．１．２）のために前記ポストスキャン光学系の像面（ＢＥ_ｐｏｓｔ）内に配置されている目標物表面（５）へ案内するＦ−θレンズによって形成されている、アクロマチックスキャン装置において、
   前記ポストスキャン光学系（４）が単色光学系であり、前記プレスキャン光学系（２）と前記ポストスキャン光学系（４）とは次のように構成され且つ互いに配置され、すなわち前記目標物表面（５）に結像される光束（１．１）に対して、前記プレスキャン光学系の第１の像面（ＢＥ_{ｐｒｅλ１}）が、第１の像側頂点焦点距離（Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）で、前記第１の光束成分（１．１．１）のための前記ポストスキャン光学系の第１の対象物面（ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１}）と一致するように、且つ前記プレスキャン光学系の第２の像面（ＢＥ_{ｐｒｅλ２}）が、第２の像側頂点焦点距離（Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）で、前記第２の光束成分（１．１．２）のための前記ポストスキャン光学系の第２の対象物面（ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２}）と一致するように、構成され且つ互いに配置され、前記ポストスキャン光学系の前記第１の対象物面（ＯＥ_{ｐｏｓｔλ１}）と前記ポストスキャン光学系の前記第２の対象物面（ＯＥ_{ｐｏｓｔλ２}）とに前記ポストスキャン光学系の前記像面（ＢＥ_ｐｏｓｔ）が関連付けられていることで、前記両光束成分（１．１．１，１．１．２）に対し縦方向色収差が補正されていることを特徴とするアクロマチックスキャン装置。
2. 前記ポストスキャン光学系（４）が、前記第１の光束成分（１．１．１）に対しては第１の像側焦点距離（ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}）を有し、前記第２の光束成分（１．１．２）に対しては第２の像側焦点距離（ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}）を有し、前記第１の像側焦点距離（ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}）と前記第２の像側焦点距離（ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}）とが以下の方程式を満たし、すなわちＷ_ｓ１を前記第１の光束成分（１．１．１）の角度成分、Ｗ_ｓ２を前記第２の光束成分（１．１．２）の角度成分としたときに、
   ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ１}Ｗ_ｓ１（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ１}）＝２ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｐ＋ｆ’_{ｐｏｓｔλ２}Ｗ_ｓ２（Ｗ_ｐ；Ｓ’_{ｐｒｅλ２}）
   を満たし、これによって前記両光束成分（１．１．１；１．１．２）に対し横方向色収差も補正されていることを特徴とする、請求項１に記載のアクロマチックスキャン装置。
3. 前記プレスキャン光学系（２）の上流側に音響光学変調器（６）が設けられ、該音響光学変調器は、前記光束（１．１）を前記ポリゴンミラー（３．１）が回転する角速度と同じ角速度で前記プレスキャン光学系の前記光軸（Ａ_ｐｒｅ）のまわりに回動させるように制御可能であり、その結果前記光束（１．１）の中心ビームが常に前記ポリゴンミラー（３．１）の反射性ポリゴンミラー面（３．１．１）の中心に方向づけられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のアクロマチックスキャン装置。
4. 前記光源（１）と前記変調器（６）とは、前記光束（１．１）が完全に反射されるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のアクロマチックスキャン装置。
5. 前記プレスキャン光学系の像側開口角（ω’_ｐｒｅ）は、前記光束（１．１）が前記プレスキャン光学系の開口絞り（ＡＰ_ｐｒｅ）を完全に照射したときに該光束（１．１）が前記ポリゴンミラー（３．１）のどのポリゴン角度位置でも前記反射性ポリゴンミラー面（３．１．１）によって複数の部分に切り離されて反射されるように、選定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のアクロマチックスキャン装置。
6. 前記Ｆ−θレンズがテレセントリックレンズであることを特徴とする、請求項１または２に記載のアクロマチックスキャン装置。
7. 前記Ｆ−θレンズがシリンダミラーを含み、該シリンダミラーのシリンダ軸線が前記スキャン方向に対し垂直に方向づけられ、これによってＦ−θレンズの屈折力の一部が波長とは独立に生じることを特徴とする、請求項４に記載のアクロマチックスキャン装置。

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