JP3088153B2 - 走査式描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を走査して
描画を行なう走査式描画装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査式描画装置には、複数のレ
ーザ光を用いて描画を行うものがある。複数のレーザ光
の光束を用いると、１本の光束を用いる装置に比べて、
高速で描画できる利点がある。このような走査式描画装
置について、図１３を用いて説明する。

【０００３】図１３では、３本の光束１４１，１４２，
１４３を用いてテーブル７０上の描画面７１に像を描
く。３本の光束は、矢印１０５の方向に回転するポリゴ
ンミラー５０に入射する。このとき、３本の光束は、こ
れらの光束の主走査面内では隣接する光束に対してそれ
ぞれΔｍ，Δｎの角度だけ矢印１０５の方向に傾き、か
つ、光束の副走査面内では隣接する光束に対して所定の
距離だけ図１３の紙面垂直方向に隔たっている。そし
て、３本の光束は、ポリゴンミラー５０のミラー面５１
で立体的に交差している。

【０００４】これらの光束が走査レンズ６０で収束され
てテーブル７０の描画面７１を走査する。この結果、図
１５に示されるように、３本の光束１４１，１４２，１
４３によるスポット４１１，４１２，４１３は、矢印１
０６の主走査方向及び矢印１０７の副走査方向に所定の
間隔をあけて形成され、このような位置関係を保ちなが
ら、矢印１０６の主走査方向に移動する。

【０００５】このように主走査方向にも間隔をあけるこ
とにより、副走査方向の間隔が小さい場合にも、それぞ
れの光束の干渉により発生するムラが防止され、複数ビ
ームによる描画が可能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、複数の光束
を用いた走査式描画装置では、ポリゴンミラーが複数の
光束を走査、偏向している。例えば、図１３に示される
ように、３本の光束を用いる走査式描画装置の場合、光
束１４１がポリゴンミラー５０のミラー面５１の一端部
で反射して、ｆ・θレンズである走査レンズ６０に入射
するとき、他の光束１４２，１４３は、まだ走査レンズ
６０に入射していない。

【０００７】このとき、図１４に示されるように、ポリ
ゴンミラー５０がθの角度だけ回転すると、光束１４１
がミラー面５１の一端部からＰ１の距離だけ移動する。
この移動による描画面７１上での光束１４１の主走査幅
は、２ｆ・θに相当する。しかし、他の光束１４２，１
４３は、まだ走査を終了してない。特に、描画面７１上
で光束１４２からｆ・Δｎの距離にある光束１４３が走
査を終了するためには、この光束１４３をさらに走査方
向に偏光させるように、ポリゴンミラー５０を回転させ
る必要があり、ミラー面５１上では、さらにＰ２の距離
だけ移動させる必要がある。

【０００８】もし、１本の光束で走査を行う場合、ミラ
ー面の長さはＰ１で十分である。ところが、複数の光束
で走査を行う場合、ミラー面の長さはＰ１＋Ｐ２にな
る。したがって、複数の光束を用いる走査式描画装置
は、一本の光束を用いる装置に比べて、ミラー面の長さ
がＰ２だけ長くなる。

【０００９】このように、複数の光束を用いる走査式描
画装置は、１本の光束を用いる装置に比べ、大きなポリ
ゴンミラーを必要とする欠点がある。

【００１０】この発明の目的は、このような欠点を除去
し、複数の光束を用いて描画する場合、ポリゴンミラー
の形状を小型化できる走査式描画装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の請求項１に記載の走査式描画装置は、描
画用の複数の光束を射出する光源と、反射面を有すると
ともに回転中心軸を中心として反射面を回転させかつ複
数の光束を反射して偏向、走査させる偏向手段と、偏向
手段からの光束を描画面上に収束させる走査レンズとを
有し、回転中心軸と直交する平面内で見て、反射面と描
画面との間で複数の光束が交差するように、複数の光束
に対して偏向手段が配置されていることを特徴とする。
請求項２に記載の走査式描画装置は、上記の平面内で見
て、回転中心軸から反射面に垂直に引いた垂線と反射面
との交点と、回転中心軸との距離を回転半径Ｒとし、反
射面が、交点に前記複数の光束のうち一の光束が入射す
る状態になったときの、反射面に対する一の光束の入射
角をｄとし、反射面が、交点に複数の光束のうち他の光
束が入射する状態になったときの、反射面へ入射する一
の入射光束の延長線と反射面へ入射する他の入射光束の
延長線との仮想交点と、反射面との一の光束の延長線に
沿った距離をＤとしたときに、複数の光束に対して偏向
手段が以下の式を満足するように配置されていることを
特徴とする。 Ｄ＝（Ｒ・ＣＯＳｄ）／２

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１３】この発明では、複数の光束は、交差するよ
うに光源から射出される。このとき、例えば２本の光束
を用いる場合、光束の交差位置は、図９に示されるよう
になる。

【００１４】図９（Ａ）に示されるように、ポリゴンミ
ラー９１は、中心点９１Ａを中心に矢印１０４の方向に
回転する。なお、ここでは、矢印１０４と反対の方向を
正方向にしている。また、ポリゴンミラー９１の内接円
の半径（回転半径）がＲとなっている。すなわち、中心
点９１Ａからミラー面（反射面）９１Ｂに垂直に引いた
線９１Ｃがミラー面９１Ｂと交わる点９１Ｄから、中心
点９１Ａまでの距離がＲとなっている。

【００１５】従来であれば、光束１２１が線９１Ｃに対
して入射角ｄで点９１Ｄに入射するとき、光束１２２が
この光束１２１に対して、さらに角度がｅだけ傾いてミ
ラー面９１Ｂの点９１Ｄに入射する。これらの光束１２
１と１２２とは、ミラー面９１Ｂで反射して、図示され
ない走査レンズに向かう。

【００１６】この状態から、光束１２２の反射光が光束
１２１の反射光と同じ結像位置まで達するには、光束１
２２の反射光の方向が光束１２１の反射光の方向と同じ
になればよい。このためには、図９（Ｂ）に示されるよ
うに、線９１Ｃに対して、中心点９１Ａを中心にΔθの
角度だけ矢印１０４の方向にポリゴンミラー９１を回転
させなければならない。このときのΔθは、次の式で与
えられる。

【００１７】

【数１】

【００１８】Δθ＝−ｅ／２ この回転により、光束１２２の反射光の反射角は、線９
１Ｃに対してｄになり、光束１２２の反射光は、光束１
２１の反射光と同じ結像位置まで達する。このとき、光
束１２２は、ミラー面９１Ｂ上の点９１Ｄから、さらに
ΔＢだけ移動した所に入射する。このΔＢは、次の式で
与えられる。

【００１９】

【数２】

【００２０】ΔＢ＝Ｒ・Δθ さらに、数２の式に数１の式を代入すると、ΔＢは次の
ようになる。

【００２１】

【数３】

【００２２】ΔＢ＝−Ｒ・（ｅ／２） 光束１２１と１２２との方向が一致するために必要なΔ
Ｂをキャンセルするために、この発明では、図９（Ｃ）
に示されるように、光束１２２を平行に移動して、ミラ
ー面９１Ｂ上の点９１Ｄに入射させる。この結果、光束
１２１と１２２との交点は、ミラー面９１Ｂ上から点２
０１に移る。この交点（仮想交点）２０１は、光束１２
１の入射点からＤの距離の所にあり、このＤは次の式を
満たしている。

【００２３】

【数４】

【００２４】Ｄ・ｅ＝ΔＢ・ＣＯＳｄ この式から、Ｄは次の式で与えられる。

【００２５】

【数５】

【００２６】Ｄ＝（ΔＢ・ＣＯＳｄ）／ｅ さらに、数３の式を代入すると、数５の式は次のように
なる。

【００２７】

【数６】

【００２８】Ｄ＝−（Ｒ・ＣＯＳｄ）／２ この式で与えられるＤの近傍に光束１２１と１２２との
交点を移動することにより、ΔＢのキャンセルが可能に
なる。

【００２９】

【実施例１】図１は、この発明にかかる走査式描画装置
の実施例１を示したものである。

【００３０】この走査式描画装置は、３つの光源部１
１，１２，１３を備える光源１０と、偏向手段２０と、
走査レンズ３０と、テーブル４０とを備えている。

【００３１】光源部１１，１２，１３は、描画用の光束
を発光する走査用レーザ１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと、走
査用レーザ１１Ａ，１２Ａ，１３Ａが発光したレーザ光
の光束を収束する収束レンズ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ
と、収束レンズ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂにより収束され
た光束を変調するＡ／Ｏ変調器１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ
と、Ａ／Ｏ変調器１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃからの光束を
平行光束にするコリメートレンズ１１Ｄ，１２Ｄ，１３
Ｄとを備えている。

【００３２】光源部１１，１２，１３の光軸は、主走査
面内では隣接する光軸に対してそれぞれΔａ，Δｂの角
度だけ矢印１０１の方向に傾き、かつ、副走査面内では
隣接する光軸に対して所定の距離だけ隔たっている。こ
れにより、光源部１１，１２，１３からの光束は、偏向
手段２０の後述するポリゴンミラー２２の後方で立体的
に交差する。

【００３３】偏向手段２０は、矢印１０１の方向に回転
するモータ２１と、モータ２１により回転され、光源部
１１，１２，１３からの光束を走査、偏向するポリゴン
ミラー２２とを備えている。

【００３４】走査レンズ３０は、ポリゴンミラー２２に
より偏向、走査された光束をテーブル４０上の描画面４
１に収束させる。

【００３５】テーブル４０は、主走査方向に走査された
描画面４１を、主走査方向と直角な副走査方向に移動さ
せる。これにより、描画面４１全体が走査される。

【００３６】次に、この実施例の動作について述べる。

【００３７】光源部１１からの光束は偏向手段２０に入
射する。このとき、図２に示されるように、光源部１１
からの光束１１１は、ポリゴンミラー２２のミラー面
（反射面）２２Ａの一端部に入射する。光束１１１は、
ミラー面２２Ａで反射して走査レンズ３０に入射する。
走査レンズ３０は、入射した光束をテーブル４０上の描
画面４１に収束させる。このとき、図５に示されるよう
に、光束１１１は、描画面４１の描画開始位置４１Ａに
スポット３１１を形成する。そして、図２のポリゴンミ
ラー２２が矢印１０１の方向に回転すると、スポット３
１１は、矢印１０２の主走査方向に描画面４１を走査す
る。

【００３８】また、光源部１１，１２，１３が主走査面
内で傾いて配置されているので、図２の光束１１１がミ
ラー面２２Ａの一端部に入射するとき、光源部１２，１
３からの光束１１２，１１３は、ミラー面２２Ａに入射
しない。したがって、光束１１２，１１３は、テーブル
４０上の描画面４１に達しない。

【００３９】ポリゴンミラー２２が回転して、図３に示
されるように、光束１１３がミラー面２２Ａの一端部に
入射するとき、光束１１１，１１２は、既にミラー面２
２Ａの他端部に向かって移動している。これらの光束１
１１，１１２，１１３は、ミラー面２２Ａで反射された
後、走査レンズ３０により収束される。これにより、図
６に示されるように、描画面４１は、３つのスポット３
１１，３１２，３１３により矢印１０２の主走査方向に
走査される。

【００４０】ポリゴンミラー２２がさらに回転すると、
図４に示されるように、光束１１１は、ミラー面２２Ａ
をＡの距離だけ移動して走査を終了する。なお、このＡ
の距離は一本の光束を用いる装置のミラー面の長さに略
等しい。

【００４１】光束１１１が走査を終了するとき、光束１
１２，１１３は、それぞれＡ１，Ａ３の距離だけ移動し
ている。これらの光束による描画の様子が図７に示され
ている。光束１１１は走査を終了しているので、光束１
１１のスポット３１１は描画面４１の描画終了位置４１
Ｂに達している。Ａ１の距離の位置にある光束１１２の
スポット３１２は、スポット３１１の後方にあり、Ａ３
の距離の位置にある光束１１３は、スポット３１２の後
方にある。したがって、スポット３１２，３１３は描画
面４１の走査開始位置４１Ａと走査終了位置４１Ｂとの
間にあるので、スポット３１２，３１３による走査はま
だ終了していない。

【００４２】ポリゴンミラー２２が回転すると、光束１
１２がミラー面２２Ａの他端部に向かってＡ２の距離だ
け移動し、光束１１２のスポット３１２が描画面４１の
走査終了位置４１Ｂに達して、スポット３１２による走
査が終了する。

【００４３】さらにポリゴンミラー２２が回転すると、
光束１１３がミラー面２２ＡをＡ４の距離だけ移動し、
光束１１３のスポット３１３が走査終了位置４１Ｂに達
して、スポット３１３による走査も終了する。

【００４４】これにより、３本の光束による最初の走査
が終了し、図８に示されるように、描画面４１の走査開
始位置４１Ａと走査終了位置４１Ｂとの間に、破線で示
される走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が描かれる。

【００４５】この後、ポリゴンミラー２２が回転して、
光源部１１からの光束が次のミラー面の一端部に入射す
ると共に、テーブル４０が副走査方向と逆の方向に移動
しているので、図８のスポット３１１が次の走査開始位
置４１Ａに来る。以下、同様にして描画が行われる。

【００４６】このように、この実施例により、３本の光
束を用いて描画を行う場合、ポリゴンミラー２２の各ミ
ラー面の長さを、１本の光束を用いるときのミラー面の
長さと略同じにできるので、１本の光束を用いる装置と
略同じ大きさのポリゴンミラーを用いて描画できる。

【００４７】この様子を図１０，１１の具体例により説
明する。

【００４８】この具体例では、図１０（Ａ）に示される
描画式走査装置が用いられている。この装置のポリゴン
ミラー９５の大きさや走査レンズ９６の焦点距離など
は、表１に示される値になっている。

【００４９】

【表１】

【００５０】 ポリゴンミラーの面数 ８ 面 ポリゴンミラーの内接円径２Ｒ １３０［ｍｍ］ ポリゴンミラーの各ミラー面の長さ２Ｌ ５３．８５［ｍｍ］ ｆ・θレンズの焦点距離 １５０［ｍｍ］ 最大走査幅Ｈ １１０［ｍｍ］ 走査角度ｈ ±２１［度］ 入射角度ｇ ６０［度］ 入射光束径Ｇ ２５．２［ｍｍ］ 表１に示されるように、ポリゴンミラー９５のそれぞれ
のミラー面の長さは、２Ｌ＝５３．８５［ｍｍ］、すな
わちＬ＝±２６．９２［ｍｍ］になっている。また、走
査角度がｈ＝±２１［度］のとき、像高がＪ＝±５５
［ｍｍ］である。

【００５１】まず、この装置を用いて１本の光束により
走査する場合について示す。図１０（Ｂ）に示されるよ
うに、入射光束径がＧ＝２５．２［ｍｍ］のビーム１３
１がミラー面９５Ａに入射するとき、ミラー面９５Ａの
中心から、入射光束１３１の光束端までの距離をＭ１，
Ｍ２とする。これらのＭ１，Ｍ２は、像高の値Ｊが＋５
５［ｍｍ］、０［ｍｍ］、−５５［ｍｍ］のとき、すな
わち、走査角度ｈが＋２１［度］、０［度］、−２１
［度］のとき、次の表２のようになる。

【００５２】

【表２】

【００５３】 Ｊ［ｍｍ］ ｈ［度］ Ｍ１［ｍｍ］ Ｍ２［ｍｍ］ ＋５５ ＋２１ ６．２６ −２６．８８ ０ ０ １６．７１ −１２．３８ −５５ −２１ ２６．８２ ０．０９ 表２に示されるように、像高がＪ＝＋５５［ｍｍ］のと
き、距離がＭ２＝−２６．８８［ｍｍ］である。一方、
ミラー面９５Ａの長さはＬ＝±２６．９２［ｍｍ］であ
るので、ケラレは発生しない。

【００５４】次に、入射光束がミラー面上で交差する２
本の光束を用いたときの走査について、図１１を用いて
示す。入射光束１３２は、入射光束１３１に対して、角
度がΔｊ＝２．１度だけ傾いた状態になっている。この
場合、Ｍ１，Ｍ２は、像高Ｊが＋５５［ｍｍ］、０［ｍ
ｍ］、−５５［ｍｍ］のとき、表３のようになる。

【００５５】

【表３】

【００５６】 Ｊ［ｍｍ］ ｈ［度］ Ｍ１［ｍｍ］ Ｍ２［ｍｍ］ ＋５５ ＋２１ ４．６５ −２７．９９ ０ ０ １５．３５ −１３．４５ −５５ −２１ ２５．６４ −０．９２ 表３に示されるように、像高がＪ＝＋５５［ｍｍ］のと
き、Ｍ２が−２７．９９［ｍｍ］である。一方、ミラー
面９５Ａの長さはＬ＝±２６．９２［ｍｍ］であるの
で、ケラレが発生する。したがって、従来のように、入
射光束がミラー面上で交差する２本の光束を用いたと
き、図１０のポリゴンミラー９５を用いることはできな
い。

【００５７】次に、この発明のように、反射光束が走査
レンズ側で交差する２本の光束を用いたときの走査につ
いて、図１２を用いて示す。このとき、入射光束１３２
は、入射光束１３１に対して角度がΔｊ＝２．１度だけ
傾いた状態になっており、反射光束の交点は、ミラー面
９５Ａから走査レンズ側に向かって距離がＮ＝２７．２
７［ｍｍ］の所にある。この交点の距離の値Ｎは、先に
述べた数６の式に基づいて求められる。

【００５８】このように交差する２本の光束を用いた場
合、Ｍ１，Ｍ２は、像高の値Ｊが＋５５［ｍｍ］、０
［ｍｍ］、−５５［ｍｍ］のとき、表４のようになる。

【００５９】

【表４】

【００６０】 Ｊ［ｍｍ］ ｈ［度］ Ｍ１［ｍｍ］ Ｍ２［ｍｍ］ ＋５５ ＋２１ ５．９４ −２６．７０ ０ ０ １６．４９ −１２．３１ −５５ −２１ ２６．７０ ０．１３ 表４に示されるように、像高がＪ＝＋５５［ｍｍ］のと
き、距離がＭ２＝−２６．７０［ｍｍ］であり、像高が
Ｊ＝−５５［ｍｍ］のとき、距離がＭ１＝＋２６．７０
［ｍｍ］である。一方、ミラー面９５Ａの長さはＬ＝±
２６．９２［ｍｍ］であるので、ケラレは発生しない。

【００６１】したがって、この発明のように、走査レン
ズ側で交差する２本の光束を用いれば、図１０に示され
る、内接円の半径がＲ＝６５［ｍｍ］のポリゴンミラー
は使用できる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の光束を用いた描画に際して、これらの光束を
偏向、走査するポリゴンミラーの、その回転軸に垂直な
平面内で見た大きさを小さくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる走査式描画装置の一例を示す
図である。

【図２】図１の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図３】図１の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図４】図１の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図５】図１の実施例により描画面上に描かれるスポッ
トの図である。

【図６】図１の実施例により描画面上に描かれるスポッ
トの図である。

【図７】図１の実施例により描画面上に描かれるスポッ
トの図である。

【図８】図１の実施例により描画面上に描かれるスポッ
トの図である。

【図９】この発明の原理を説明するための図である。

【図１０】図１の実施例の具体例を説明するための図で
ある。

【図１１】図１の実施例の具体例を説明するための図で
ある。

【図１２】図１の実施例の具体例を説明するための図で
ある。

【図１３】従来の走査式描画装置の一例を説明するため
の図である。

【図１４】図１３の走査式描画装置の動作を説明するた
めの図である。

【図１５】図１３の走査式描画装置により描画面上に描
かれるスポットの図である。

【符号の説明】

１０ 光源 ２０ 偏向手段２２，９１ ポリゴンミラー ２２Ａ，９１Ｂ ミラー面（反射面） ３０ 走査レンズ ４１ 描画面１２１，１２２ 光束 ２０１ 交点（仮想交点） ９１Ｄ 垂線とミラー面との交点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−40457（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】描画用の複数の光束を射出する光源と、反射面を有するとともに回転中心軸を中心として前記反
   射面を回転させ、かつ前記複数の光束を反射して 偏向、
   走査させる偏向手段と、 該偏向手段からの前記光束を描画面上に収束させる走査
   レンズとを有し、 前記回転中心軸と直交する平面内で見て、前記反射面と
   前記描画面との間で前記複数の光束が交差するように、
   前記複数の光束に対して前記偏向手段が配置されている
   ことを特徴とする走査式描画装置。
2. 【請求項２】前記平面内で見て、 前記回転中心軸から前記反射面に垂直に引いた垂線と該
   反射面との交点と、前記回転中心軸との距離を回転半径
   Ｒとし、 前記反射面が、前記交点に前記複数の光束のうち一の光
   束が入射する状態になったときの、前記反射面に対する
   前記一の光束の入射角をｄとし、 前記反射面が、前記交点に前記複数の光束のうち他の光
   束が入射する状態になったときの、前記反射面へ入射す
   る前記一の入射光束の延長線と前記反射面へ入射する前
   記他の入射光束の延長線との仮想交点と、前記反射面と
   の前記一の光束の延長線に沿った距離をＤとしたとき
   に、 前記複数の光束に対して前記偏向手段が以下の式を満足
   するように配置されていることを特徴とする請求項１に
   記載の走査式描画装置。 Ｄ＝（Ｒ・ＣＯＳｄ）／２