JP3545115B2 - 像面湾曲の補正方法および該方法に使用する光ビーム走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法および該方法に使用する光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
但し、ここで言う像面湾曲とは主走査方向の像面湾曲である。
【０００３】
【従来の技術】
図１３は従来の光ビーム走査装置を示す平面図である。この光ビーム走査装置は、同図に示すように、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とからなる第１光学部１０を有している。半導体レーザ１１から出力された光ビームはコリメートレンズ１２でビーム整形された後、軸３１回りに回動するガルバノミラー３０に向けて出力される。
【０００４】
また、このガルバノミラー３０と被走査面Ｓとの間には、走査レンズ４０が配置されており、ガルバノミラー３０によって偏向反射された光ビームを被走査面Ｓ上に結像する。
【０００５】
このように、図１３の光ビーム走査装置は、ガルバノミラー３０が走査レンズ４０の前方側、つまり第１光学部１０側に配置されたプリオブジェクティブ（ｐｒｅ−ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）型光ビーム走査装置となっており、第１光学部１０からの光ビームをガルバノミラー３０によって反射偏向し、当該偏向光ビームにより走査レンズ４０を介して被走査面Ｓを主走査方向Ｙに走査するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来においては、光ビーム走査装置におけるビーム径は比較的大きく、焦点深度も同図に示すように焦点深度ｄと比較的深かった。したがって、主走査方向Ｙにおける像面湾曲が多少大きくとも、走査範囲全体にわたって像面Ｉを焦点深度ｄ内に位置させることができ、良好に描画することができた。
【０００７】
しかしながら、最近、高精細な描画の要求が高まるにつれて、ビーム径を小さくする必要が生じている。これを満足するためには、走査レンズ４０のＦナンバーを小さくしなければならず、それに応じて焦点深度は、例えば同図の２点鎖線に示すように、焦点深度ｄ′（＜ｄ）と浅くなる。ここで、像面湾曲が比較的大きいと、像面Ｉの一部が焦点深度ｄ′の範囲外に位置することとなり、部分的にピンぼけが生じて画像品質の低下を招く。したがって、近年においては、良好な描画を行うためには、像面湾曲を抑えることが重大な技術的課題のひとつとなっている。
【０００８】
像面湾曲を抑えるためには、像面湾曲が極力小さくなるように走査レンズ４０を設計すればよいが、単に最適な設計を行ったのみでは、像面湾曲を抑えることはできない。というのも、像面湾曲はレンズの面精度の影響を受けやすく、レンズ加工時にレンズの面精度が低下すると、像面湾曲が著しく大きくなり、上記の問題が生じる。一方、像面湾曲を抑えるためにレンズの面精度を向上させると、コストの上昇を招くといった別の問題が生じる。
【０００９】
また、レンズの面精度向上による像面湾曲の抑制の代わりに、結像位置を光軸方向Ｚに移動させることで、像面Ｉが走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置するように調整するという方法も考えられるが、その調整にも一定の限界があり、同図に示すように像面湾曲に比べて焦点深度が比較的浅いと、単に結像位置を移動させたとしても像面Ｉ全体を焦点深度内に位置させることは不可能である。
【００１０】
そこで、この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、走査レンズの面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる像面湾曲の補正方法を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、この発明は、上記像面湾曲の補正方法に使用する光ビーム走査装置であって、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる光ビーム走査装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、上記第１の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整して、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させている。
【００１３】
また、像面形状の調整後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源から前記走査レンズまでの光学要素を一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させている。
【００１４】
請求項２の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を調整する調整手段を備え、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記偏向手段と、前記走査レンズとを一体的に光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段を、さらに備えている。
【００１５】
請求項３の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記第１面倒れ補正レンズと、前記ポリゴンミラーと、前記走査レンズとを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段とを、さらに備えている。
【００１６】
請求項４の発明は、前記第２面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記ミラー面と前記被走査面とを光学的に共役とする第２面倒れ補正用移動手段を、さらに備えている。
【００１７】
請求項５の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、上記第１の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整して、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させている。
また、像面形状の調整後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記偏向手段および前記走査レンズを一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させている。
【００１８】
請求項６の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記ポリゴンミラーおよび前記走査レンズを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段とを、さらに備えている。
【００２１】
この発明では、偏向手段に入射される光ビームの平行性が変化すると、光ビーム走査装置によって形成される像面の形状が変化するという特性が利用されており、光ビームの平行性を変化させることで、像面が走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置される。
【００２２】
また、光ビームの平行性を変化させたとき、像面の形状以外に結像位置も変化するが、その結像位置の変化量が大きいときには、像面形状の調整後、光源から走査レンズまでの光学要素、あるいは偏向手段および走査レンズが一体的に光軸に沿って移動される。これによって、結像位置が被走査面とほぼ一致する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第１の実施形態を示す斜視図である。この光ビーム走査装置では、光学ベース１上に、ガイド２が固着されるとともにガイド２に沿って別の光学ベース３が往復移動自在に設けられている。
【００２４】
光学ベース３上では、半導体レーザ１１がレーザホルダ１３により保持されるとともに、レンズホルダ１４によりコリメートレンズ１２が保持されている。この半導体レーザ１１は装置全体を制御する制御部（図示省略）からの信号に基づき直接変調駆動され、被走査面Ｓ上において、記録を行うべき画素では半導体レーザ１１から光ビームを出力し、被照射面Ｓ上に照射して露光する一方、記録を行わない画素では半導体レーザ１１からの光ビームの出力を停止させる。こうして半導体レーザ１１から出射した光ビームはコリメートレンズ１２によりビーム整形され、ガルバノミラー３０に向けて出力される。例えば、コリメートレンズ１２の前側焦点位置に半導体レーザ１１を配置すると、半導体レーザ１１からの光ビームはコリメートレンズ１２により平行光ビームに整形され、ガルバノミラー３０側に出射される。このように、この実施形態では、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とで第１光学部１０が構成されているが、第１光学部１０の構成はこれに限定されるものではなく、例えばヘリウムネオンレーザ，アルゴンレーザなどの直接変調できない光源と、その光源からの光ビームを変調する変調器とで構成してもよい。また、半導体レーザ１１の代わりに、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いてもよい。
【００２５】
レーザホルダ１３は光学ベース３に固着されており、半導体レーザ１１は光学ベース３に対して固定されている。これに対して、レンズホルダ１４は光学ベース３上でガイド１５に沿って移動自在となっており、オペレータが調整ネジ１６を操作すると、レンズホルダ１４が移動し、コリメートレンズ１２を光軸ＯＡに沿って移動位置決めすることができる。したがって、コリメートレンズ１２を光軸ＯＡに沿って移動させることで、それに応じてガルバノミラー３０に向けて出射される光ビームの平行性を変化させることができる。このように、この実施形態では、レンズホルダ１４と、ガイド１５と、調整ネジ１６とによってガルバノミラー（偏向手段）３０に入射される光ビームの平行性を変化させる調整手段が構成されており、この調整手段によってガルバノミラー３０に入射される光ビームの平行性を変化させることで、像面の形状を変化させることができるようになっている。なお、平行性の変化と像面形状の変化との関係については、後の「光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順」において一例を挙げて詳説する。
【００２６】
ガルバノミラー３０は光学ベース３上において軸３１回りに回動自在に設けられており、第１光学部１０からの光ビームを偏向反射させて走査レンズ４０側に導く。なお、光ビームを偏向する偏向手段は、ガルバノミラー３０に限定されるものではなく、レゾナントスキャナ（共振型ガルバノミラー）、ペンタプリズム、モノゴンミラーやポリゴンミラーなどを用いることができる。ただし、ポリゴンミラーを偏向手段として採用した場合には、面倒れ補正が必須となり、この実施形態と若干相違するので、これに関しては後で別の実施形態として詳細に説明する。
【００２７】
走査レンズ４０はレンズホルダ４１により保持されながら、光学ベース３上に固着されており、ガルバノミラー３０からの光ビームを被走査面Ｓに導光する。
【００２８】
上記のようにして半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，調整手段，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０が配置された光学ベース３には、調整ノブ４が連結されている。このため、調整ノブ４をオペレータが操作することで光学ベース３がガイド２に沿って移動し、第１光学部１０から走査レンズ４０までの光学要素（半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，調整手段，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０）を一体的に移動し、位置決めすることができる。このように光学ベース３上の光学要素を一体的に移動させると、光ビーム走査装置により形成される像面の結像位置を光軸方向Ｚに移動させることができる。この実施形態では、このような働きをする結像位置変更手段がガイド２と調整ノブ４とで構成されている。
【００２９】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図２ないし図４を参照しつつ説明する。
【００３０】
特別に高い面精度でレンズ加工した場合を除いて、通常のレンズ加工で製作したレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、上記したように像面湾曲が生じることがある。ここでは、説明の便宜から、図２に示すように像面Ｉがオーバー側に湾曲するものと仮定する。
【００３１】
このような場合、図３の白抜き矢印で示すようにレンズホルダ１４を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ガルバノミラー３０に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面Ｉの形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面Ｉが焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース３に固定する。
【００３２】
このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、像面Ｉの位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面Ｉが少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面Ｉを被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００３３】
平行性の変化による結像位置の移動によって、例えば図３に示すように結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚに焦点深度をこえて大きくずれることがある。この場合、図４に示すように、調整ノブ４を操作して光学ベース３を白抜き矢印方向に移動させて光学ベース３上の光学要素（半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０）を一体的に方向（−Ｚ）に移動させて、像面Ｉを被走査面Ｓに一致させる。これにより、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００３４】
以上のように、この実施形態によれば、ガルバノミラー３０に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面Ｉの形状を調整して、像面Ｉを走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００３５】
図５は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第２の実施形態を示す斜視図である。この光ビーム走査装置は、以下の３点で先に説明した第１の実施形態と大きく相違する。
【００３６】
まず第１点目の相違点は、偏向手段としてポリゴンミラー３２が用いられている点である。
【００３７】
また第２点目として、ポリゴンミラー３２を採用したことに伴う面倒れ補正のために副走査方向Ｘにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２０，５０を設けている。一方のシリンドリカルレンズ２０はコリメートレンズ１２からの光ビームをポリゴンミラー３２側に導光するミラー１７と、ポリゴンミラー３２との間に配置されている。他方のシリンドリカルレンズ５０は走査レンズ４０と被走査面Ｓとの間に配置されている。
【００３８】
さらに第３の相違として、これらのシリンドリカルレンズ２０，５０はそれぞれレンズホルダ２１，５１により保持されており、それぞれ光学ベース３，１上で光軸ＯＡに沿って移動自在となっている。特に、シリンドリカルレンズ２０に関しては、光学ベース３に固着されたガイド２２に沿ってレンズホルダ２１を移動可能とし、調整ネジ２３によりレンズホルダ２１を移動させることでシリンドリカルレンズ２０を位置決めするように構成されている。
【００３９】
なお、その他の構成は、第１の実施形態のそれと同様であるため、ここでは同一符号を付して、構成の説明を省略する。
【００４０】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図６ないし図８を参照しつつ説明する。
【００４１】
通常の面精度でレンズ加工されたレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、第１の実施形態の場合と同様に、像面湾曲が生じる。この実施形態でも、説明の便宜から、像面がオーバー側に湾曲しているものとして以下説明する。
【００４２】
このような場合、図６の矢印Ｒ１で示すように、レンズホルダ１４（図５）を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ポリゴンミラー３２に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面の形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面が焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース３（図５）に固定する。
【００４３】
また、上記のようにしてコリメートレンズ１２を移動させた場合、半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とが副走査方向Ｘにおいて光学的に共役とならず、ポリゴンミラー３２の面倒れを補正することができなくなる。そこで、同図の矢印Ｒ２に示すように、シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）２０をコリメートレンズ１２側に移動させて半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とが副走査方向Ｘにおいて共役となるように調整する。この実施形態では、オペレータが調整ネジ２３によってレンズホルダ２１をガイド２２に沿って移動させるように構成されているため、これらレンズホルダ２１，ガイド２２および調整ネジ２３が副走査方向Ｘにおいて半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段として機能する。
【００４４】
なお、この実施形態においては、コリメートレンズ１２を移動させて像面の形状を調整した後、シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）２０を移動させているが、逆の手順により、あるいはレンズ１２，２０を交互に移動させながら、上記調整を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、結像位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面が少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面を被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００４６】
平行性の変化による結像位置の移動によって、結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚにずれることがあるが、この場合、調整ノブ４を操作して光学ベース３を矢印Ｒ３方向に移動させて光学ベース３上の光学要素（図７の破線で囲った構成要素：半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，ミラー１７，シリンドリカルレンズ２０，ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０）を一体的に移動させて、像面Ｉを被走査面Ｓに一致させる。これにより、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００４７】
また、走査レンズ４０が移動すると、ポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて共役な関係とならなくなるが、多くの場合、共役な関係からのずれ量は比較的小さいため（焦点深度の範囲内程度であるため）、ポリゴンミラー３２の面倒れによる影響はほとんどない。
【００４８】
しかしながら、その影響が比較的大きい場合は、図８の矢印Ｒ４に示すように、シリンドリカルレンズ５０を被走査面Ｓ側に移動させてポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて完全に共役となるように調整して、面倒れによる悪影響を排除する必要がある。なお、この実施態様では、図５に示すように、レンズホルダ５１の下部に長孔５２を２つ設けており、この長孔５２の範囲内でシリンドリカルレンズ５０を移動し、位置決めした後、ボルト（図示省略）でレンズホルダ５１を光学ベース１に固定するように構成されており、この構成が第２面倒れ補正用移動手段に相当する。
【００４９】
以上のように、この実施形態によれば、ポリゴンミラー３２に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００５０】
また、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２０，５０をそれぞれ光軸方向Ｚに移動自在とし、コリメートレンズ１２の移動に応じてシリンドリカルレンズ２０を、および／また光学ベース３の移動に応じてシリンドリカルレンズ５０を移動させて面倒れ補正を達成しているので、面倒れの影響を抑えて良好な描画処理を行うことができる。
【００５１】
なお、光学ベース３を移動させる結像位置変更手段、コリメートレンズ１２を移動させる調整手段、シリンドリカルレンズ２０を移動させる第１面倒れ補正用移動手段およびシリンドリカルレンズ５０を移動させる第２面倒れ補正用移動手段については、それぞれ上記した構成に限定されるものではなく、例えば調整ノブ４の代わりにモータ駆動機構を取付け、制御部からの信号により自動的に調整するようにしてもよい。
【００５２】
図９は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第３の実施形態を示す斜視図である。また、図１０は、図９の光ビーム走査装置の平面図であり、同図（ａ）は主走査面（ＹＺ平面）での平面図を、また同図（ｂ）は副走査面（ＸＺ面）での平面図をそれぞれ示している。この光ビーム走査装置は、偏向手段としてポリゴンミラー３２を用いているが、以下において第３の実施形態と相違する。
【００５３】
まず第１点目の相違点は、半導体レーザ１１とリレーレンズ６０とがレーザホルダ１３に保持され、リレーレンズ６０の出射側で半導体レーザ１１の中間像が形成されるように構成されている点である。
【００５４】
また第２点目として、シリンドリカルレンズ２０とコリメートレンズ１２との配置関係が逆転している点である。すなわち、この実施形態にかかる光ビーム走査装置では、これら図９および図１０に示すように、半導体レーザ１１からの光ビームがリレーレンズ６０を介して副走査方向Ｘにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２０に入射し、さらにコリメートレンズ１２で整形された後、ミラー１７を介してポリゴンミラー３２に導光される。
【００５５】
さらに第３の相違として、図５の光ビーム走査装置では半導体レーザ１１から走査レンズ４０までのすべての光学要素が光学ベース３上に載置されており、これらの光学要素が一体的に光軸Ｚに沿って移動自在となっているのに対し、この実施形態にかかる光ビーム走査装置ではミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０のみが光学ベース３上に固定されており、調整ノブ４を操作することでこれらミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０のみが光軸Ｚに沿って移動自在となっている点である。
【００５６】
なお、その他の構成は、第２の実施形態のそれと同様であるため、ここでは同一符号を付して、構成の説明を省略する。
【００５７】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図１１および図１２を参照しつつ説明する。
【００５８】
通常のレンズ加工で製作されたレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、先の実施形態の場合と同様に、像面湾曲が生じることがある。この実施形態でも、説明の便宜から、像面がオーバー側に湾曲しているものとして以下説明する。
【００５９】
このような場合、図１１の矢印Ｒ１で示すように、レンズホルダ１４（図９）を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ポリゴンミラー３２に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面の形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面が焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース１（図９）に固定する。
【００６０】
また、このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、結像位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面が少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面を被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００６１】
平行性の変化による結像位置の移動によって、結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚにずれることがあるが、この場合、調整ノブ４を操作して光学ベース３とともにミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０を一体的に移動させて、同図の矢印Ｒ２２に示すように走査レンズ４０を被走査面Ｓから遠ざける。この時、同図の矢印２１に示すようにポリゴンミラー３２のミラー面３３がコリメートレンズ１２から遠ざかる。なお、同図においては、このような光学ベース３の移動によってポリゴンミラー３２のミラー面３３と走査レンズ４０とが相互に近接するように図示されているが、これはミラー面３３および走査レンズ４０がそれぞれコリメートレンズ１２および被走査面Ｓから遠ざかる様子を明らかとするためであり、図９からわかるように光学ベース３に固定された両光学素子（ポリゴンミラー３２と走査レンズ４０）の間隔は常に一定である。
【００６２】
このようにポリゴンミラー３２および走査レンズ４０を移動させることで、走査レンズ４０と被走査面Ｓとの間の光路長とを伸ばすことで、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００６３】
また、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０の移動によってポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて共役な関係とならなくなるが、多くの場合、共役な関係からのずれ量は比較的小さいため（焦点深度の範囲内程度であるため）、ポリゴンミラー３２の面倒れによる影響はほとんどない。
【００６４】
しかしながら、その影響が比較的大きい場合は、図１２の矢印Ｒ３に示すようにシリンドリカルレンズ２０を半導体レーザ１１側に移動させるとともに、同図の矢印Ｒ４に示すようにシリンドリカルレンズ５０を被走査面Ｓ側に移動させてポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて完全に共役となるように調整して、面倒れによる悪影響を排除する必要がある。
【００６５】
以上のように、この実施形態によれば、ポリゴンミラー３２に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００６６】
また、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２０，５０をそれぞれ光軸方向Ｚに移動自在とし、必要に応じてシリンドリカルレンズ２０，５０を移動させて面倒れ補正を達成しているので、面倒れの影響を抑えて良好な描画処理を行うことができる。
【００６７】
なお、上記した第１および第２の実施形態においては、調整手段はコリメートレンズ１２の移動により偏向手段に入射する光ビームの平行性を変化させて像面形状を調整しているが、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とを相対的に移動させる構成をとることで平行性を変化させて像面形状を調整することができる。すなわち、コリメートレンズ１２を固定しておき、半導体レーザ１１のみを移動させてもよいし、半導体レーザ１１およびコリメートレンズ１２の両者を移動させるようにしてもよい。
【００６８】
また、第１光学部１０と偏向手段との間に主走査方向Ｙにパワーを有するシリンドリカルレンズを配置し、このシリンドリカルレンズを光軸ＯＡに沿って移動させるように調整手段を構成してもよく。この調整手段によっても、上記した調整手段と同様に、偏向手段に入射する光ビームの平行性を変化させて像面形状を調整することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明にかかる像面湾曲の補正方法によれば、偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させて、光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整し、像面が走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置するようにしているので、走査レンズの面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。
【００７０】
また、この発明にかかる光ビーム走査装置によれば、調整手段によって偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、像面湾曲を減少させるために走査レンズの面精度を向上させる必要がなくなり、装置のコスト上昇を防ぎながら走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光ビーム走査装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図３】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図４】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図５】この発明にかかる光ビーム走査装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図７】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図８】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図９】この発明にかかる光ビーム走査装置の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９の光ビーム走査装置の平面図である。
【図１１】図９の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図１２】図９の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図１３】従来の光ビーム走査装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 第１光学部
１１ 半導体レーザ
１２ コリメートレンズ
１３ レーザホルダ
１４ レンズホルダ
１５ ガイド
１６ 調整ネジ
２０ シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）
２１，５１ レンズホルダ
２２ ガイド
２３ 調整ネジ
３０ ガルバノミラー（偏向手段）
３２ ポリゴンミラー（偏向手段）
３３ ミラー面
４０ 走査レンズ
５０ シリンドリカルレンズ（第２面倒れ補正レンズ）
５１ レンズホルダ
５２ 長孔
６０ リレーレンズ
Ｉ 像面
ＯＡ 光軸
Ｓ 被走査面
Ｘ 副走査方向
Ｙ 主走査方向
Ｚ 光軸方向
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法および該方法に使用する光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
但し、ここで言う像面湾曲とは主走査方向の像面湾曲である。
【０００３】
【従来の技術】
図１３は従来の光ビーム走査装置を示す平面図である。この光ビーム走査装置は、同図に示すように、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とからなる第１光学部１０を有している。半導体レーザ１１から出力された光ビームはコリメートレンズ１２でビーム整形された後、軸３１回りに回動するガルバノミラー３０に向けて出力される。
【０００４】
また、このガルバノミラー３０と被走査面Ｓとの間には、走査レンズ４０が配置されており、ガルバノミラー３０によって偏向反射された光ビームを被走査面Ｓ上に結像する。
【０００５】
このように、図１３の光ビーム走査装置は、ガルバノミラー３０が走査レンズ４０の前方側、つまり第１光学部１０側に配置されたプリオブジェクティブ（ｐｒｅ−ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）型光ビーム走査装置となっており、第１光学部１０からの光ビームをガルバノミラー３０によって反射偏向し、当該偏向光ビームにより走査レンズ４０を介して被走査面Ｓを主走査方向Ｙに走査するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来においては、光ビーム走査装置におけるビーム径は比較的大きく、焦点深度も同図に示すように焦点深度ｄと比較的深かった。したがって、主走査方向Ｙにおける像面湾曲が多少大きくとも、走査範囲全体にわたって像面Ｉを焦点深度ｄ内に位置させることができ、良好に描画することができた。
【０００７】
しかしながら、最近、高精細な描画の要求が高まるにつれて、ビーム径を小さくする必要が生じている。これを満足するためには、走査レンズ４０のＦナンバーを小さくしなければならず、それに応じて焦点深度は、例えば同図の２点鎖線に示すように、焦点深度ｄ′（＜ｄ）と浅くなる。ここで、像面湾曲が比較的大きいと、像面Ｉの一部が焦点深度ｄ′の範囲外に位置することとなり、部分的にピンぼけが生じて画像品質の低下を招く。したがって、近年においては、良好な描画を行うためには、像面湾曲を抑えることが重大な技術的課題のひとつとなっている。
【０００８】
像面湾曲を抑えるためには、像面湾曲が極力小さくなるように走査レンズ４０を設計すればよいが、単に最適な設計を行ったのみでは、像面湾曲を抑えることはできない。というのも、像面湾曲はレンズの面精度の影響を受けやすく、レンズ加工時にレンズの面精度が低下すると、像面湾曲が著しく大きくなり、上記の問題が生じる。一方、像面湾曲を抑えるためにレンズの面精度を向上させると、コストの上昇を招くといった別の問題が生じる。
【０００９】
また、レンズの面精度向上による像面湾曲の抑制の代わりに、結像位置を光軸方向Ｚに移動させることで、像面Ｉが走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置するように調整するという方法も考えられるが、その調整にも一定の限界があり、同図に示すように像面湾曲に比べて焦点深度が比較的浅いと、単に結像位置を移動させたとしても像面Ｉ全体を焦点深度内に位置させることは不可能である。
【００１０】
そこで、この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、走査レンズの面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる像面湾曲の補正方法を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、この発明は、上記像面湾曲の補正方法に使用する光ビーム走査装置であって、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる光ビーム走査装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、上記第１の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整して、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させている。
【００１３】
また、像面形状の調整後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源から前記走査レンズまでの光学要素を一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させている。
【００１４】
請求項２の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を調整する調整手段を備え、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記偏向手段と、前記走査レンズとを一体的に光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段を、さらに備えている。
【００１５】
請求項３の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記第１面倒れ補正レンズと、前記ポリゴンミラーと、前記走査レンズとを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段とを、さらに備えている。
【００１６】
請求項４の発明は、前記第２面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記ミラー面と前記被走査面とを光学的に共役とする第２面倒れ補正用移動手段を、さらに備えている。
【００１７】
請求項５の発明は、光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、上記第１の目的を達成するため、前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整して、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させている。
また、像面形状の調整後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記偏向手段および前記走査レンズを一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させている。
【００１８】
請求項６の発明は、光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置であって、上記第２の目的を達成するため、前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記ポリゴンミラーおよび前記走査レンズを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段とを、さらに備えている。
【００２１】
この発明では、偏向手段に入射される光ビームの平行性が変化すると、光ビーム走査装置によって形成される像面の形状が変化するという特性が利用されており、光ビームの平行性を変化させることで、像面が走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置される。
【００２２】
また、光ビームの平行性を変化させたとき、像面の形状以外に結像位置も変化するが、その結像位置の変化量が大きいときには、像面形状の調整後、光源から走査レンズまでの光学要素、あるいは偏向手段および走査レンズが一体的に光軸に沿って移動される。これによって、結像位置が被走査面とほぼ一致する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第１の実施形態を示す斜視図である。この光ビーム走査装置では、光学ベース１上に、ガイド２が固着されるとともにガイド２に沿って別の光学ベース３が往復移動自在に設けられている。
【００２４】
光学ベース３上では、半導体レーザ１１がレーザホルダ１３により保持されるとともに、レンズホルダ１４によりコリメートレンズ１２が保持されている。この半導体レーザ１１は装置全体を制御する制御部（図示省略）からの信号に基づき直接変調駆動され、被走査面Ｓ上において、記録を行うべき画素では半導体レーザ１１から光ビームを出力し、被照射面Ｓ上に照射して露光する一方、記録を行わない画素では半導体レーザ１１からの光ビームの出力を停止させる。こうして半導体レーザ１１から出射した光ビームはコリメートレンズ１２によりビーム整形され、ガルバノミラー３０に向けて出力される。例えば、コリメートレンズ１２の前側焦点位置に半導体レーザ１１を配置すると、半導体レーザ１１からの光ビームはコリメートレンズ１２により平行光ビームに整形され、ガルバノミラー３０側に出射される。このように、この実施形態では、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とで第１光学部１０が構成されているが、第１光学部１０の構成はこれに限定されるものではなく、例えばヘリウムネオンレーザ，アルゴンレーザなどの直接変調できない光源と、その光源からの光ビームを変調する変調器とで構成してもよい。また、半導体レーザ１１の代わりに、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いてもよい。
【００２５】
レーザホルダ１３は光学ベース３に固着されており、半導体レーザ１１は光学ベース３に対して固定されている。これに対して、レンズホルダ１４は光学ベース３上でガイド１５に沿って移動自在となっており、オペレータが調整ネジ１６を操作すると、レンズホルダ１４が移動し、コリメートレンズ１２を光軸ＯＡに沿って移動位置決めすることができる。したがって、コリメートレンズ１２を光軸ＯＡに沿って移動させることで、それに応じてガルバノミラー３０に向けて出射される光ビームの平行性を変化させることができる。このように、この実施形態では、レンズホルダ１４と、ガイド１５と、調整ネジ１６とによってガルバノミラー（偏向手段）３０に入射される光ビームの平行性を変化させる調整手段が構成されており、この調整手段によってガルバノミラー３０に入射される光ビームの平行性を変化させることで、像面の形状を変化させることができるようになっている。なお、平行性の変化と像面形状の変化との関係については、後の「光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順」において一例を挙げて詳説する。
【００２６】
ガルバノミラー３０は光学ベース３上において軸３１回りに回動自在に設けられており、第１光学部１０からの光ビームを偏向反射させて走査レンズ４０側に導く。なお、光ビームを偏向する偏向手段は、ガルバノミラー３０に限定されるものではなく、レゾナントスキャナ（共振型ガルバノミラー）、ペンタプリズム、モノゴンミラーやポリゴンミラーなどを用いることができる。ただし、ポリゴンミラーを偏向手段として採用した場合には、面倒れ補正が必須となり、この実施形態と若干相違するので、これに関しては後で別の実施形態として詳細に説明する。
【００２７】
走査レンズ４０はレンズホルダ４１により保持されながら、光学ベース３上に固着されており、ガルバノミラー３０からの光ビームを被走査面Ｓに導光する。
【００２８】
上記のようにして半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，調整手段，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０が配置された光学ベース３には、調整ノブ４が連結されている。このため、調整ノブ４をオペレータが操作することで光学ベース３がガイド２に沿って移動し、第１光学部１０から走査レンズ４０までの光学要素（半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，調整手段，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０）を一体的に移動し、位置決めすることができる。このように光学ベース３上の光学要素を一体的に移動させると、光ビーム走査装置により形成される像面の結像位置を光軸方向Ｚに移動させることができる。この実施形態では、このような働きをする結像位置変更手段がガイド２と調整ノブ４とで構成されている。
【００２９】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図２ないし図４を参照しつつ説明する。
【００３０】
特別に高い面精度でレンズ加工した場合を除いて、通常のレンズ加工で製作したレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、上記したように像面湾曲が生じることがある。ここでは、説明の便宜から、図２に示すように像面Ｉがオーバー側に湾曲するものと仮定する。
【００３１】
このような場合、図３の白抜き矢印で示すようにレンズホルダ１４を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ガルバノミラー３０に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面Ｉの形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面Ｉが焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース３に固定する。
【００３２】
このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、像面Ｉの位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面Ｉが少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面Ｉを被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００３３】
平行性の変化による結像位置の移動によって、例えば図３に示すように結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚに焦点深度をこえて大きくずれることがある。この場合、図４に示すように、調整ノブ４を操作して光学ベース３を白抜き矢印方向に移動させて光学ベース３上の光学要素（半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，ガルバノミラー３０および走査レンズ４０）を一体的に方向（−Ｚ）に移動させて、像面Ｉを被走査面Ｓに一致させる。これにより、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００３４】
以上のように、この実施形態によれば、ガルバノミラー３０に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面Ｉの形状を調整して、像面Ｉを走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００３５】
図５は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第２の実施形態を示す斜視図である。この光ビーム走査装置は、以下の３点で先に説明した第１の実施形態と大きく相違する。
【００３６】
まず第１点目の相違点は、偏向手段としてポリゴンミラー３２が用いられている点である。
【００３７】
また第２点目として、ポリゴンミラー３２を採用したことに伴う面倒れ補正のために副走査方向Ｘにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２０，５０を設けている。一方のシリンドリカルレンズ２０はコリメートレンズ１２からの光ビームをポリゴンミラー３２側に導光するミラー１７と、ポリゴンミラー３２との間に配置されている。他方のシリンドリカルレンズ５０は走査レンズ４０と被走査面Ｓとの間に配置されている。
【００３８】
さらに第３の相違として、これらのシリンドリカルレンズ２０，５０はそれぞれレンズホルダ２１，５１により保持されており、それぞれ光学ベース３，１上で光軸ＯＡに沿って移動自在となっている。特に、シリンドリカルレンズ２０に関しては、光学ベース３に固着されたガイド２２に沿ってレンズホルダ２１を移動可能とし、調整ネジ２３によりレンズホルダ２１を移動させることでシリンドリカルレンズ２０を位置決めするように構成されている。
【００３９】
なお、その他の構成は、第１の実施形態のそれと同様であるため、ここでは同一符号を付して、構成の説明を省略する。
【００４０】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図６ないし図８を参照しつつ説明する。
【００４１】
通常の面精度でレンズ加工されたレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、第１の実施形態の場合と同様に、像面湾曲が生じる。この実施形態でも、説明の便宜から、像面がオーバー側に湾曲しているものとして以下説明する。
【００４２】
このような場合、図６の矢印Ｒ１で示すように、レンズホルダ１４（図５）を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ポリゴンミラー３２に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面の形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面が焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース３（図５）に固定する。
【００４３】
また、上記のようにしてコリメートレンズ１２を移動させた場合、半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とが副走査方向Ｘにおいて光学的に共役とならず、ポリゴンミラー３２の面倒れを補正することができなくなる。そこで、同図の矢印Ｒ２に示すように、シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）２０をコリメートレンズ１２側に移動させて半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とが副走査方向Ｘにおいて共役となるように調整する。この実施形態では、オペレータが調整ネジ２３によってレンズホルダ２１をガイド２２に沿って移動させるように構成されているため、これらレンズホルダ２１，ガイド２２および調整ネジ２３が副走査方向Ｘにおいて半導体レーザ１１とポリゴンミラー３２のミラー面３３とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段として機能する。
【００４４】
なお、この実施形態においては、コリメートレンズ１２を移動させて像面の形状を調整した後、シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）２０を移動させているが、逆の手順により、あるいはレンズ１２，２０を交互に移動させながら、上記調整を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、結像位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面が少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面を被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００４６】
平行性の変化による結像位置の移動によって、結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚにずれることがあるが、この場合、調整ノブ４を操作して光学ベース３を矢印Ｒ３方向に移動させて光学ベース３上の光学要素（図７の破線で囲った構成要素：半導体レーザ１１，コリメートレンズ１２，ミラー１７，シリンドリカルレンズ２０，ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０）を一体的に移動させて、像面Ｉを被走査面Ｓに一致させる。これにより、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００４７】
また、走査レンズ４０が移動すると、ポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて共役な関係とならなくなるが、多くの場合、共役な関係からのずれ量は比較的小さいため（焦点深度の範囲内程度であるため）、ポリゴンミラー３２の面倒れによる影響はほとんどない。
【００４８】
しかしながら、その影響が比較的大きい場合は、図８の矢印Ｒ４に示すように、シリンドリカルレンズ５０を被走査面Ｓ側に移動させてポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて完全に共役となるように調整して、面倒れによる悪影響を排除する必要がある。なお、この実施態様では、図５に示すように、レンズホルダ５１の下部に長孔５２を２つ設けており、この長孔５２の範囲内でシリンドリカルレンズ５０を移動し、位置決めした後、ボルト（図示省略）でレンズホルダ５１を光学ベース１に固定するように構成されており、この構成が第２面倒れ補正用移動手段に相当する。
【００４９】
以上のように、この実施形態によれば、ポリゴンミラー３２に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００５０】
また、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２０，５０をそれぞれ光軸方向Ｚに移動自在とし、コリメートレンズ１２の移動に応じてシリンドリカルレンズ２０を、および／また光学ベース３の移動に応じてシリンドリカルレンズ５０を移動させて面倒れ補正を達成しているので、面倒れの影響を抑えて良好な描画処理を行うことができる。
【００５１】
なお、光学ベース３を移動させる結像位置変更手段、コリメートレンズ１２を移動させる調整手段、シリンドリカルレンズ２０を移動させる第１面倒れ補正用移動手段およびシリンドリカルレンズ５０を移動させる第２面倒れ補正用移動手段については、それぞれ上記した構成に限定されるものではなく、例えば調整ノブ４の代わりにモータ駆動機構を取付け、制御部からの信号により自動的に調整するようにしてもよい。
【００５２】
図９は、この発明にかかる光ビーム走査装置の第３の実施形態を示す斜視図である。また、図１０は、図９の光ビーム走査装置の平面図であり、同図（ａ）は主走査面（ＹＺ平面）での平面図を、また同図（ｂ）は副走査面（ＸＺ面）での平面図をそれぞれ示している。この光ビーム走査装置は、偏向手段としてポリゴンミラー３２を用いているが、以下において第３の実施形態と相違する。
【００５３】
まず第１点目の相違点は、半導体レーザ１１とリレーレンズ６０とがレーザホルダ１３に保持され、リレーレンズ６０の出射側で半導体レーザ１１の中間像が形成されるように構成されている点である。
【００５４】
また第２点目として、シリンドリカルレンズ２０とコリメートレンズ１２との配置関係が逆転している点である。すなわち、この実施形態にかかる光ビーム走査装置では、これら図９および図１０に示すように、半導体レーザ１１からの光ビームがリレーレンズ６０を介して副走査方向Ｘにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２０に入射し、さらにコリメートレンズ１２で整形された後、ミラー１７を介してポリゴンミラー３２に導光される。
【００５５】
さらに第３の相違として、図５の光ビーム走査装置では半導体レーザ１１から走査レンズ４０までのすべての光学要素が光学ベース３上に載置されており、これらの光学要素が一体的に光軸Ｚに沿って移動自在となっているのに対し、この実施形態にかかる光ビーム走査装置ではミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０のみが光学ベース３上に固定されており、調整ノブ４を操作することでこれらミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０のみが光軸Ｚに沿って移動自在となっている点である。
【００５６】
なお、その他の構成は、第２の実施形態のそれと同様であるため、ここでは同一符号を付して、構成の説明を省略する。
【００５７】
次に、上記のように構成された光ビーム走査装置における像面湾曲の補正手順について図１１および図１２を参照しつつ説明する。
【００５８】
通常のレンズ加工で製作されたレンズを用いて光ビーム走査装置を組み立てた場合、先の実施形態の場合と同様に、像面湾曲が生じることがある。この実施形態でも、説明の便宜から、像面がオーバー側に湾曲しているものとして以下説明する。
【００５９】
このような場合、図１１の矢印Ｒ１で示すように、レンズホルダ１４（図９）を移動させてコリメートレンズ１２を半導体レーザ１１に近づけると、ポリゴンミラー３２に入射する光ビームの平行性が変化し、それにともなって像面の形状が変化する。そこで、像面形状がフラット、あるいは少なくとも像面が焦点深度内に収まる程度になった時、コリメートレンズ１２の移動を停止させ、レンズホルダ１４をボルト（図示省略）により光学ベース１（図９）に固定する。
【００６０】
また、このようにして光ビームの平行性を変化させると、像面形状のみならず、結像位置も光軸方向Ｚに移動するが、その移動量が少なく、像面が少なくとも走査範囲全体にわたって焦点深度内に位置する場合には、画像品質上、特に問題となることはなく、この段階で像面湾曲の補正を終了してもよい。もちろん、この場合であっても、次の処理を行って像面を被走査面Ｓとほぼ一致させる方が望ましい。
【００６１】
平行性の変化による結像位置の移動によって、結像位置（像面Ｉの位置）が被走査面Ｓから光軸方向Ｚにずれることがあるが、この場合、調整ノブ４を操作して光学ベース３とともにミラー１７、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０を一体的に移動させて、同図の矢印Ｒ２２に示すように走査レンズ４０を被走査面Ｓから遠ざける。この時、同図の矢印２１に示すようにポリゴンミラー３２のミラー面３３がコリメートレンズ１２から遠ざかる。なお、同図においては、このような光学ベース３の移動によってポリゴンミラー３２のミラー面３３と走査レンズ４０とが相互に近接するように図示されているが、これはミラー面３３および走査レンズ４０がそれぞれコリメートレンズ１２および被走査面Ｓから遠ざかる様子を明らかとするためであり、図９からわかるように光学ベース３に固定された両光学素子（ポリゴンミラー３２と走査レンズ４０）の間隔は常に一定である。
【００６２】
このようにポリゴンミラー３２および走査レンズ４０を移動させることで、走査レンズ４０と被走査面Ｓとの間の光路長とを伸ばすことで、像面全体が全走査範囲にわたって確実に焦点深度内に位置することとなり、優れた画像品質で描画することができる。
【００６３】
また、ポリゴンミラー３２および走査レンズ４０の移動によってポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて共役な関係とならなくなるが、多くの場合、共役な関係からのずれ量は比較的小さいため（焦点深度の範囲内程度であるため）、ポリゴンミラー３２の面倒れによる影響はほとんどない。
【００６４】
しかしながら、その影響が比較的大きい場合は、図１２の矢印Ｒ３に示すようにシリンドリカルレンズ２０を半導体レーザ１１側に移動させるとともに、同図の矢印Ｒ４に示すようにシリンドリカルレンズ５０を被走査面Ｓ側に移動させてポリゴンミラー３２のミラー面３３と被走査面Ｓとが副走査方向Ｘにおいて完全に共役となるように調整して、面倒れによる悪影響を排除する必要がある。
【００６５】
以上のように、この実施形態によれば、ポリゴンミラー３２に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、走査レンズ４０の面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。つまり、この実施形態にかかる光ビーム走査装置によれば、装置のコスト上昇を防ぎながら、像面湾曲を減少させて走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【００６６】
また、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２０，５０をそれぞれ光軸方向Ｚに移動自在とし、必要に応じてシリンドリカルレンズ２０，５０を移動させて面倒れ補正を達成しているので、面倒れの影響を抑えて良好な描画処理を行うことができる。
【００６７】
なお、上記した第１および第２の実施形態においては、調整手段はコリメートレンズ１２の移動により偏向手段に入射する光ビームの平行性を変化させて像面形状を調整しているが、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２とを相対的に移動させる構成をとることで平行性を変化させて像面形状を調整することができる。すなわち、コリメートレンズ１２を固定しておき、半導体レーザ１１のみを移動させてもよいし、半導体レーザ１１およびコリメートレンズ１２の両者を移動させるようにしてもよい。
【００６８】
また、第１光学部１０と偏向手段との間に主走査方向Ｙにパワーを有するシリンドリカルレンズを配置し、このシリンドリカルレンズを光軸ＯＡに沿って移動させるように調整手段を構成してもよく。この調整手段によっても、上記した調整手段と同様に、偏向手段に入射する光ビームの平行性を変化させて像面形状を調整することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明にかかる像面湾曲の補正方法によれば、偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させて、光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整し、像面が走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置するようにしているので、走査レンズの面精度を向上させることなく、像面湾曲を減少させることができる。
【００７０】
また、この発明にかかる光ビーム走査装置によれば、調整手段によって偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで像面の形状を調整して、像面を走査範囲全体にわたって光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させているので、像面湾曲を減少させるために走査レンズの面精度を向上させる必要がなくなり、装置のコスト上昇を防ぎながら走査範囲全体にわたって良好な画像品質で描画できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光ビーム走査装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図３】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図４】図１の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための斜視図である。
【図５】この発明にかかる光ビーム走査装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図７】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図８】図５の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図９】この発明にかかる光ビーム走査装置の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９の光ビーム走査装置の平面図である。
【図１１】図９の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図１２】図９の光ビーム走査装置において像面湾曲を補正する手順を説明するための図である。
【図１３】従来の光ビーム走査装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 第１光学部
１１ 半導体レーザ
１２ コリメートレンズ
１３ レーザホルダ
１４ レンズホルダ
１５ ガイド
１６ 調整ネジ
２０ シリンドリカルレンズ（第１面倒れ補正レンズ）
２１，５１ レンズホルダ
２２ ガイド
２３ 調整ネジ
３０ ガルバノミラー（偏向手段）
３２ ポリゴンミラー（偏向手段）
３３ ミラー面
４０ 走査レンズ
５０ シリンドリカルレンズ（第２面倒れ補正レンズ）
５１ レンズホルダ
５２ 長孔
６０ リレーレンズ
Ｉ 像面
ＯＡ 光軸
Ｓ 被走査面
Ｘ 副走査方向
Ｙ 主走査方向
Ｚ 光軸方向
Claims (6)
- 光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、
前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整した後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源から前記走査レンズまでの光学要素を一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて、前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させることにより、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させることを特徴とする像面湾曲の補正方法。 - 光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において、
前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を調整する調整手段を備え、
前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記偏向手段と、前記走査レンズとを一体的に光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段
を、さらに備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。 - 光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において、
前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、
前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、
前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、
前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、
前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記光源を含む第１光学部と、前記調整手段と、前記第１面倒れ補正レンズと、前記ポリゴンミラーと、前記走査レンズとを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段と
を、さらに備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。 - 前記第２面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記ミラー面と前記被走査面とを光学的に共役とする第２面倒れ補正用移動手段を、さらに備えた請求項３記載の光ビーム走査装置。
- 光源からの光ビームを偏向手段に入射し、その偏向手段によって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において発生する像面湾曲を補正する像面湾曲の補正方法であって、
前記偏向手段に入射される光ビームの平行性を変化させることで前記光ビーム走査装置によって形成される像面の形状を調整した後、前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記偏向手段および前記走査レンズを一体的に前記光ビーム走査装置の光軸に沿って移動させて、前記光ビーム走査装置による結像位置を前記被走査面とほぼ一致させることにより、当該像面を走査範囲全体にわたって前記光ビーム走査装置の焦点深度内に位置させることを特徴とする像面湾曲の補正方法。 - 光源からの光ビームをポリゴンミラーに入射し、そのポリゴンミラーによって反射偏向された光ビームにより走査レンズを介して被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査装置において、
前記ポリゴンミラーに入射される光ビームの平行性を調整する調整手段と、
前記主走査方向と光軸とに直交する副走査方向にのみパワーを有し、前記光源と前記ポリゴンミラーとの間に配置された第１面倒れ補正レンズと、
前記副走査方向にのみパワーを有し、前記走査レンズと前記被走査面との間に配置された第２面倒れ補正レンズと、
前記第１面倒れ補正レンズを前記光軸に沿って移動させて、前記副走査方向において前記光源と前記ポリゴンミラーのミラー面とを光学的に共役とする第１面倒れ補正用移動手段と、
前記調整により光軸方向にずれた像面の結像位置を光軸方向に移動させるように、前記ポリゴンミラーおよび前記走査レンズを一体的に前記光軸に沿って移動させて結像位置を変更する結像位置変更手段と
を、さらに備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。
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