JP2672159B2 - 複数レーザビームによる走査露光方法 - Google Patents

複数レーザビームによる走査露光方法

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JP2672159B2 JP1272336A JP27233689A JP2672159B2 JP 2672159 B2 JP2672159 B2 JP 2672159B2 JP 1272336 A JP1272336 A JP 1272336A JP 27233689 A JP27233689 A JP 27233689A JP 2672159 B2 JP2672159 B2 JP 2672159B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数レーザビームによる走査露光方法に係
り、特に入射されたレーザビームを入射された超音波の
周波数に応じて複数に分割するマルチ周波数音響光学素
子を用いて複数のレーザビームを発生させ、複数のレー
ザビームを同時に走査して露光する複数レーザビームに
よる走査露光方法に関する。
〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕
従来より、マルチ周波数音響光学素子を利用した光変
調装置が知られている(特公昭63−5741号公報、特開昭
54−5455号公報、特開昭57−41618号公報、特公昭53−9
856号公報等)。かかるマルチ周波周音響光学素子を用
いた光変調装置では、感光面上で一部分が重なるように
配列された複数のレーザビームをレーザビームの配列方
向と直交する方向を主走査方向として同時に走査して走
査露光することになる。一方、マルチ周波数音響光学素
子から射出されたレーザビームには、レーザビームの周
波数が超音波の入射方向に応じてシフトするドツプラー
シフトが発生し、ドツプラーシフトによる周波数差によ
ってレーザビームの重なり部分の強度分布が時間と共に
変化するヘテロダイン干渉が発生する。このヘテロダイ
ン干渉について角周波数ω、ωで振幅変調されてい
る、強度分布が正規分布の2つのレーザビームについて
説明する。第1図に示すように、各レーザビームの強度
分布は、曲線A、Bに示すように正規分布(ガウス分
布)になっている。レーザビームが走査されていないと
仮定すると、各周波数の差Δω(=ω−ω)と時間
tとの積Δωtが0のときの合成波の強度分布は曲線C
のようになり、Δωt=(2n+1)π/4のときの強度分
布は曲線Dのようになり、Δωt=nπ/2のときの強度
分布は曲線Eのようになる。なお、nは自然数、第1図
において、rは、強度が中心強度に対して1/e2(eは自
然対数の底)となる部分の正規分布の中心からの半径、
d/2は合成波の中心から各レーザビームの中心までの距
離である。このように、ヘテロダイン干渉によって合成
波の強度分布は時間と共に変化することになる。
レーザビームを用いて感光面上に露光を行い、画像を
形成する場合、レーザビームの強度と露光時間との積、
すなわち露光量によって画像の濃度が決定される。第2
図はこの露光量とヘテロダイン干渉しているレーザビー
ムの強度分布との関係を示すものである。第2図(1)
に示すようにヘテロダイン干渉している2つのレーザビ
ームL1、L2を矢印方向に走査したときの感光面上の強度
分布は、合成波の強度分布が第1図に示すように変化す
るから、第2図(2)に示すように変化する。このと
き、合成波の中心部分の強度分布には2つのレーザビー
ムの周波数差に応じた周波数のうねりが生ずるため、合
成波による露光量は、走査速度が速ければ第2図(3)
の曲線Fに示すように変化する。なお、走査速度を遅く
すれば露光量が平均化されるため、点線Gで示すように
一定の露光量となる。
従って、ヘテロダイン干渉しているレーザビームを用
いて走査露光する場合には、走査速度等を適切に定めな
いとヘテロダイン干渉によって画像に濃度むらが生ずる
ことになる。
本発明は、複数のレーザビームを用いて走査露光する
場合に、ヘテロダイン干渉によりレーザビームの重なっ
た部分の強度分布が時間と共に変化しても、露光量分布
が時間と共に変化しないようにして画像信号に対応した
正しい画像を形成することができる複数レーザビームに
よる走査露光方法を提供することを目的とする。
〔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、重なり部分でヘ
テロダイン干渉するレーザビームを感光面上で一部分が
重なるように複数配列し、レーザビームの配列方向と交
差する方向に複数個同時に走査して露光するにあたり、
複数レーザビームで走査したときの露光量分布が各レー
ザビームで走査したときの露光量分布の和となるよう
に、少なくとも各レーザビームの強度分布形状と感光面
上の走査速度とを決定することを特徴とする。
この発明では、各レーザビームの強度分布を正規分布
とすると共に強度分布形状を強度が中心強度に対して となる部分の中心からの半径rで定め、感光面上の走査
速度をv、隣接するレーザビームの周波数差をΔfとす
るとき、 が所定値以下となるように、少なくとも半径rと走査速
度vとを決定することができる。この所定値としては、
1.5が好ましい。
重なり部分でヘテロダイン干渉する複数のレーザビー
ムは、入射されたレーザビームを入射された超音波の周
波数に応じた方向に偏向する音響光学素子によって発生
させることができる。
〔作用〕
本発明では、重なり部分でヘテロダイン干渉するレー
ザビームを感光面上で一部分が重なるように複数配列
し、レーザビームの配列方向と交差する方向に複数個同
時に走査して露光する。従って、レーザビームの重なり
部分ではヘテロダイン干渉が発生し、強度分布が時間の
経過と共に変化する。そこで、複数レーザビームで走査
したときの露光量分布が、各レーザビームで走査したと
きの露光量分布の和となるように、少なくとも各レーザ
ビームの強度分布形状と感光面上の走査速度とを決定す
る。露光量は、レーザビームの強度と露光時間との積で
表され、強度は強度分布形状に関係し、露光時間は感光
面上の走査速度に関係するから、レーザビームの強度分
布形状と感光面上の走査速度とを決定すれば、上記のよ
うに露光量分布を定めることができる。このように、複
数レーザビームで走査したときの露光量分布が、各レー
ザビームに走査したときの露光量の和になっているた
め、レーザビームの重なり部分でヘテロダイン干渉が発
生して強度分布が時間の経過と共に変化しても画像信号
に応じた濃度の画像を形成することができる。
本発明者の実験によれば、各レーザビームの強度分布
を正規分布とすると共に強度分布形状を強度が中心強度
に対して1/e2となる部分の中心からの半径rで定義し、
感光面上の走査速度をv、隣接するレーザビームの周波
数差をΔfとするとき、v/(r・Δf)が所定値以下と
なるように、半径r、走査速度v、周波数差Δfを定め
れば、複数レーザビームで走査したときの露光量分布が
各レーザビームで走査したときの露光量分布の和となる
ことが確認された。
第3図(1)はv=160m/sec、r=1.95μm、Δf=
33.3MHz、すなわちv/(r・Δf)が2.46のときの感光
面(xy面)上の露光量Eの分布を示すものである。ま
た、第3図(2)はv=80m/sec、r=1.95μm、Δf
=33.3MHz、すなわちv/(r・Δf)が1.23のときの露
光量分布を示すものであり、第3図(3)は、v=54m/
sec、r=1.95μm、Δf=25MHz、すなわちv/(r・Δ
f)=1.10のときの露光量分布を示すものである。比v/
(r・Δf)が1.23以下のときには合成波による露光量
分布は各レーザビームの露光量分布の略代数和になって
おり、比が2.46以上のときの露光量分布にはヘテロダイ
ン干渉による影響が発生している。マルチ周波数音響光
学素子をオンオフさせて走査したときのドツトの濃度を
調べたところ、比を1.5以下とすれば濃度のむらが見ら
れずオンオフ信号に対応した正しいドツトが形成される
ことが確認された。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、複数レーザビー
ムで走査したときの露光量分布が各レーザビームで走査
したときの露光量分布の和となるようにしているため、
ヘテロダイン干渉によって時間の経過と共に強度分布が
変化するレーザビームを用いた場合であっても画像信号
に対応した正しい画像を形成することができる、という
効果が得ら4れる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。まず、本発明が適用
可能なレーザプリンターの走査光学系について説明す
る。この走査光学系は、ポリゴンミラー20のミラー面22
に、主走査方向に径が大きくかつ副走査方向に複数個に
分離されたレーザビームを結像するようにしたものであ
る。第4図に示すようにマルチ周波数音響光学素子(AO
M)10のレーザビーム射出側には、AOM10の偏向面24が第
1焦点面に位置するように焦点距離がfaの収束レンズ12
が配置されている。収束レンズ12のレーザビーム射出側
には、第1焦点面が収束レンズ12の第2焦点面と重なる
ように、副走査方向にのみレンズパワーを有する焦点距
離がfbfの副走査方向ビーム整形シリンドリカルレンズ1
4が配置されている。副走査方向ビーム整形シリンドリ
カルレンズ14のレーザビーム射出側には、第1焦点が収
束レンズ12の第2焦点と重なるように主走査方向にのみ
レンズパワーを有する焦点距離がfbsの主走査方向ビー
ム整形シリンドリカルレンズ16が配置されている。ま
た、主走査方向ビーム整形シリンドリカルレンズ16のレ
ーザビーム射出側には、第1焦点面が副走査方向ビーム
整形シリンドリカルレンズ14の第2焦点面と重なるよう
に副走査方向にのみレンズパワーを有する焦点距離がf
CYの倒れ補正シリンドリカルレンズ18が配置されてい
る。そして、倒れ補正シリンドリカルレンズ18の第2焦
点面とミラー面22とが重なるようにポリゴンミラー20が
配置されている。従って、ミラー面22、AOM偏光面24等
はビームウエスト面となる。
ポリゴンミラーのレーザビーム反射側には、fθレン
ズ32と副走査方向にのみレンズパワーを有するシリンド
リカルレンズ34とから成る光学系が配置されている。こ
の光学系の主走査方向は、第1焦点面はミラー面22と重
なり、第2焦点面は感光材料36の感光面と重なってお
り、副走査方向に対してはミラー面22と感光面とは共役
の関係にある。
以下本実施例の作用を説明する。主走査方向に対して
は、収束レンズ12および主走査方向ビーム整形シリンド
リカルレンズ16のみがレンズパワーを有することにな
る。このため、収束レンズ12と主走査方向ビーム整形シ
リンドリカルレンズ16とによってビームエキスパンダが
構成され、シリンドリカルレンズ16から照射されたレー
ザビームは主走査方向に拡がった平行レーザビームに変
換されてミラー面22に照射される。
副走査方向に対しては、収束レーザ12、副走査方向ビ
ーム整形シリンドリカルレンズ14および倒れ補正シリン
ドリカルレンズ18がレンズパワーを有することになる。
収束レンズ12、副走査方向ビーム整形シリンドリカルレ
ンズ14および倒れ補正シリンドリカルレンズ18の焦点面
は重なっているため、フーリエ変換面で収束レンズ12か
らシリンドリカルレンズ14、シリンドリカルレンズ14か
らシリンドリカルレンズ16と順にリレーされ、ミラー面
22上にAOM偏光位置のフラウンホーフアー回折像が結像
される。これによってミラー面22上には副走査方向に分
離された複数のレーザビームが結像されることになる。
なお、焦点面22の像はフラウンホーフアー回折像にな
る。
以上の結果、ミラー面22上には主走査方向の径が副走
査方向の径よりも大きくかつ副走査方向に複数個に分離
されたレーザビームが結像されることになる。
ポリゴンミラー20面の像はfθレンズ32とシリンドリ
カルレンズ34とによって感光面上に結像されるが、fθ
レンズ32とシリンドリカルレンズ34とを1つの組合せレ
ンズと考えると、この組合せレンズに対してポリゴンミ
ラー20面上の像が物点となり、感光面上の像が像点とな
って副走査方向には共役な関係となる。このため物点か
ら出たすべてのレーザビームは必ず像点に収束されるよ
うになるため、ポリゴンミラー20の面倒れがあってもこ
の面倒れ補正をすることができる。そして、感光面の像
は、副走査方向に並んだ複数の円形スポツトになる。
上記のような走査光学系を用いて強度分布が正規分布
となりかつ周波数差Δfが25MHzとなる、ビーム径rが
1.95μmの2つのビームに分割して、感光面上での走査
速度を54m/secとして走査露光したところ、記録材料上
の露光量分布は、第3図(3)に示すようになり、2つ
のレーザビームの露光量の代数和となった。このときの
v/(r・Δf)は1.10であった。また、画像信号によっ
てAOMを変調したときの感光材料上のドツトの濃度は画
像信号に対応して正しく記録された。
【図面の簡単な説明】
第1図はヘテロダイン干渉を説明するための線図、第2
図(1)、(2)、(3)はヘテロダイン干渉が生じて
いるときの露光量の変化を示す線図、第3図(1)、
(2)、(3)はヘテロダイン干渉が生じているレーザ
ビームを用いてv/(r・Δf)の大きさを変化させたと
きの露光量分布を示す線図、第4図は本発明が適用可能
な走査露光光学系を示す斜視図である。 12……収束レンズ 14、16、18、34……シリンドリカルレンズ、 20……ポリゴンミラー。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重なり部分でヘテロダイン干渉するレーザ
    ビームを感光面上で一部分が重なるように複数配列し、
    レーザビームの配列方向と交差する方向に複数個同時に
    走査して露光するにあたり、複数レーザビームで走査し
    たときの露光量分布が各レーザビームで走査したときの
    露光量分布の和となるように、少なくとも各レーザビー
    ムの強度分布形状と感光面上の走査速度とを決定するこ
    とを特徴とする複数レーザビームによる走査露光方法。
  2. 【請求項2】各レーザビームの強度分布を正規分布とす
    ると共に強度分布形状を強度が中心強度に対して となる部分の中心からの半径rで定め、感光面上の走査
    速度をv、隣接するレーザビームの周波数差をΔfとす
    るとき、 が所定値以下となるように、少なくとも半径rと走査速
    度vとを決定する請求項(1)記載の複数レーザビーム
    による走査露光方法。
  3. 【請求項3】前記所定値は1.5である請求項(2)記載
    の複数レーザビームによる走査露光方法。
  4. 【請求項4】入射されたレーザビームを入射された超音
    波の周波数に応じた方向に偏向する音響光学素子によっ
    て複数レーザビームを発生させる請求項(1)、
    (2)、または(3)記載の複数レーザビームによる走
    査露光方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS539856A (en) * 1976-07-14 1978-01-28 Hehl Karl Mold cramping device for injection molder
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JPS635741A (ja) * 1986-06-27 1988-01-11 和田精密歯研株式会社 歯科用補綴物の製作方法並びにこれに用いる記録用口腔模型

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