JP3595381B2

JP3595381B2 - レーザ描画装置

Info

Publication number: JP3595381B2
Application number: JP18946595A
Authority: JP
Inventors: 栄一伊藤; 慎吾塩谷; 山本　　清; 宏一古澤
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2015-07-25
Also published as: JPH0933839A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、レザー光を利用したプリンタなどのレーザ描画装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
所定の文字、図形などをレーザ光によって描画するプリンタやファクシミリなどのレーザ描画装置では、レーザ光をポリゴンミラーなどで反射して偏向し、描画面を走査することにより描画している。例えば、レーザ光源から射出し、ポリゴンミラーで反射したレーザ光は、ｆθレンズにより描画面上に集光されてビームスポットを形成し、ポリゴンミラーの回転に従って偏向して、ビームスポットが描画面を一定方向に主走査（移動）する。この主走査の際に、レーザ光を変調、例えば発光／消灯、透過／遮光（以下「オン／オフという）して、オン時のビームスポットによりスポット径に相当するドットを、１ライン分描画する。１ライン分の主走査が終了すると、描画面を副走査方向に移動してから、次の１ライン分の走査を行なう。以上の走査を繰り返して、ドットの集合により文字、図形などを描画する。
【０００３】
ここで、特に高精細な描画を行なうレーザ描画装置では、描画面におけるビームスポット径は十分小さくなければならない。つまり、レーザ光はｆθレンズによって描画面上に合焦してなければならない。焦点調節手段としては、ｆθレンズを光軸に沿って移動する、描画面をｆθレンズに対して接離移動する、などの方法がある。
【０００４】
しかし、ｆθレンズを移動すると、ポリゴンミラーの各速度と描画面上のレーザスポットの移動速度との関係が狂い、描画面は副走査方向にも移動されるので、描画面をｆθレンズに対して接離移動するためには複雑な機構が必要になる、という問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、レーザ光の集光位置調整を簡単な構成で高精度に行なえるレーザ描画装置を提供すること、を目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
この目的を達成する請求項１に記載の本発明は、走査手段で走査されるレーザ光を集光する集光手段；集光手段を透過したレーザ光を反射および透過して分割する光束分割手段；透過したレーザ光を受光する走査位置検知手段；を備え、この光束分割手段で反射したレーザ光で描画し、透過したレーザ光を前記走査位置検出手段で受光して前記描画するレーザ光の描画位置を検知するレーザ描画装置であって、前記光束分割手段は、前記入射したレーザ光の大部分を反射する反射面と、該反射面中に形成された、一部を透過する、入射するレーザ光の光束径よりも幅狭のスリット状透光部を前記走査方向に沿って有し、前記スリット状の透光部を透過したレーザ光を受光し得る位置に配置された走査位置検知手段；および、前記光束分割手段で反射したレーザ光の集光位置を、前記光束分割手段を移動して調整する位置調整手段を備えたこと、に特徴を有するレーザ描画装置である。
請求項２に記載の発明は、レーザ光を反射し、偏向して走査する走査手段；この走査手段で偏向されたレーザ光を描画面上またはその前後近傍に集光する集光手段；この集光手段を透過したレーザ光の走査方向に沿って延びた、前記入射したレーザ光の大部分を前記描画面に向かって反射する反射面と、該反射面中に形成された、一部を透過する、入射するレーザ光の光束径よりも幅狭のスリット状の透光部を有する光束分割手段；前記スリット状の透光部を透過したレーザ光を受光し得る位置に配置された、前記描画するレーザ光の描画位置を検知する走査位置検知手段；および、この光束分割手段で反射されたレーザ光の集光点位置を、前記光束分割手段を移動して調整する位置調整手段；を備えたことに特徴を有するレーザ描画装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明のレーザ描画装置の一実施の形態をブロックで示す図である。
【０００８】
レーザ光源１１から射出されたレーザ光は、ビーム整形部１３でビームの断面形状がほぼ円形に整形され、主走査手段としての主走査部（偏向手段）１５で反射されてｆθレンズ１７を透過し、光束分割手段としての光束分割部１９で反射および透過されて二分割される。光束分割部１９で反射したレーザ光は、被描画部２９上に集光して微小なスポットを形成する。そして、このスポットが、走査手段としての主走査部１５の作動によって主走査方向（水平方向）に移動して被描画部２９を主走査（水平走査）する。
【０００９】
一方、光束分割部１９を透過したレーザ光は、走査位置検知手段としてのレーザ光検知部２１に入射する。レーザ光検知部２１は、被描画部２９の描画面を走査するレーザ光が基準位置（水平同期位置）に至ったことを検出するためのセンサである。本形態のレーザ光検知部２１は、光束分割部１９に入射して分割されたレーザ光の内、反射したレーザ光が被描画部２９の描画面（描画可能領域）外の基準位置を照射したときに、光束分割部１９を透過したレーザ光を受光するように配置されている。したがって、主走査部１５がレーザ光を偏向する偏向角度範囲、つまり主走査する範囲は、被描画部２９の描画面の幅よりも少し広い。主走査部１５としては、例えば、揺動（往復回動）するガルバノミラー、または連続回動するポリゴンミラーなどが使用される。
【００１０】
副走査方向の（垂直方向）走査は、被描画部２９を副走査方向（垂直方向）に移動することによって行なわれる。本実施例では、副走査部２５が被描画部２９を副走査方向に移動させている。
【００１１】
本実施の形態の光束分割部１９は、焦点調節部４１によって、ｆθレンズ１７の光軸に沿って接離移動される。このように光束分割部１９が移動すると、光束分割部１９からの、レーザ光が集光される集光点（焦点）までの長さが変化する。その様子を、図２により具体的に示してある。この実施例では、ｆθレンズ１７ａを透過したレーザ光は、一部が光束分割部１９としてのビームスプリッタ１９ａを透過してレーザ光検知部２１としてのビームディテクタ２１ａに入射し、大部分がビームスプリッタ１９ａで反射され、描画面２９ａに入射する前に集光点Ｐを形成したとする。ここで、ビームスプリッタ１９ａを平行移動してｆθレンズ１７ａに接近させると、集光点Ｐがビームスプリッタ１９ａから遠ざかり、描画面２９ａに接近するが、ビームスプリッタ１９ａを透過したレーザ光の集光点は変化しない。したがって、ビームスプリッタ１９ａの位置調節により、レーザ光の集光点Ｐの位置調整ができる。また、このビームスプリッタ１９ａの位置調整により、描画面２９ａ上のビームスポット径の調整もできる。
なお、以上のようにビームスプリッタ１９、１９ａを移動すると、集光点Ｐの副走査方向位置が変わるので、中央制御部３１は、被描画部２９の副走査方向位置を調節する描画面位置調整手段として機能する。
【００１２】
この液晶書込み装置の描画動作は、通常マイクロコンピュータで構成される制御手段としての中央制御部３１によって制御される。中央制御部３１は、パーソナルコンピュータなどの外部通信機器から描画データを入力し、描画用ページメモリ３３にメモリしてから描画処理を開始する。この描画処理を、図３に示したフローチャートを参照して説明する。
【００１３】
描画処理を開始すると、中央制御部３１は、副走査駆動部２７を介して副走査部２５（被描画部２９）を初期位置に移動させ、主走査駆動部２３を介して主走査部１５を作動させる（Ｓ１１、Ｓ１３）。そして、描画用ページメモリ３３にメモリされた描画データを順番に取得し、１水平ライン（主走査）分の描画データを描画用ラインバッファ３５に書込む（Ｓ１５、Ｓ１７）。
【００１４】
そして、光源駆動部３７を駆動してレーザ光源１１からレーザ光を発光させ（Ｓ１８）、レーザ光が基準位置に達したことをレーザ光検知部２１が検出した時を基準時として時間カウントを開始し、描画用ラインバッファ３５にセットした描画データを一定速度で読出し、読み出したデータに基づいて、光源駆動部３７をオン／オフ制御する（Ｓ１９、Ｓ２１）。被描画部２９には、レーザ光がオンしているときにはレーザ光の照射によって像が形成されるが、レーザ光がオフしているときには像が形成されないので、この光源駆動部３７のオン／オフ制御によってドット状に像が形成される。周知の通り、このドットの集合によって文字、図形など描かれる。
【００１５】
以上Ｓ２１の描画処理を、１水平ライン分繰り返す（Ｓ２１、Ｓ２３）。１水平ライン分の描画を終了すると、副走査駆動部２７を起動して副走査部２５を垂直走査方向に沿って規定量移動させて、次の１水平ライン分のデータを描画用ページメモリ３３から読み出して描画用ラインバッファ３５にセットする（Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ１５、Ｓ１７）。そして、レーザ光検知部２１がレーザ光が基準位置に達したことを検知するのを待ち、検知したら、Ｓ１９〜Ｓ２３の描画処理を繰り返す。
【００１６】
以上の処理によって、被描画部２９上に、所定のデータに基づく像が形成される。本実施の形態ではレーザ光によって被描画部２９に描画されるものを示したが、被描画部２９としては、例えばレーザプリンタなどでは、この被描画部２９として感光ドラムが使用される。
【００１７】
以上は本発明の一実施の形態であるが、次に、図４から図７を参照して、より具体的な一実施例について説明する。図４は、本発明を適用したレーザ描画装置の一実施例を示す平面図、図５は、図４の切断線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。このレーザ光描画装置は、被描画部２９としての熱書込み液晶セル１０１に文字、図形などを描画する装置である。
【００１８】
熱書込み液晶セル１０１とは、一定温度以上に過熱されると、液晶の相が透光状態から散乱状態に転移する液晶の性質を利用したもので、例えば、液晶を二枚の透明板の間に密封して、透明板を枠で固定することにより形成できる。また、この熱書込み液晶セルは、液晶パネルの表裏の透明板の間に所定の電圧を印加されると、前記散乱状態の液晶が透光状態に復帰する。
【００１９】
このレーザ描画装置は、レーザ光源１１としてレーザダイオード１１３、ビーム整形部１３としてコリメートレンズ１１５およびアナモフィックプリズム１１７ａ、１１７ｂ、主走査部１５としてガルバノミラー１２１、ｆθレンズ１７としてｆθレンズ１２３、光束分割部１９としてビームスプリッタ１２５、レーザ光検知部２１としてビームディテクタ１２７を備えている。これらの各部材は、テーブル１１１上に配置されていて、テーブル１１１は、４本の脚１１２で支持されている。テーブル１１１の下には、熱書込み液晶セル１０１を保持してこれを副走査方向に駆動する副走査部２５および副走査駆動部２７としてステージ１５１を備えている。
【００２０】
レーザダイオード１１３から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ１１５で集束され、アナモフィックプリズム１１７ａ、１１７ｂで光束の断面形状がほぼ円形に整形され、反射ミラー１１９で光路をほぼ９０度屈曲されてガルバノミラー１２１に入射する。そしてレーザ光は、ガルバノミラー１２１で反射され、ｆθレンズ１２３で集光され、ビームスプリッタ１２５に入射する。ビームスプリッタ１２５に入射したレーザ光のうち、大部分、例えば６０〜９０％、あるいは９０％以上がテーブル１１１の下方に配置された熱書込み液晶セル１０１に向けて反射され、一部が、例えば４０〜１０％、あるいは１０％以下がビームスプリッタ１２５を透過する。熱書込み液晶セル１０１に入射したレーザ光は、微小なスポットに集光して、液晶を過熱する。なお、ビームスプリッタ１２５の反射／透過の比率は任意である。
【００２１】
ガルバノミラー１２１は、一定の周期で所定角度範囲を揺動（往復回動）する。このガルバノミラー１２１の揺動によって、レーザ光が所定偏向角範囲で振られ、熱書込み液晶セル１０１を走査する。
【００２２】
ビームスプリッタ１２５の後方には、ガルバノミラー１２１によって偏向されたレーザ光の内、反射されたレーザ光が描画可能領域外の基準位置を通るときに透過したレーザ光を受光する位置にビームディテクタ１２７が配置されている（図５から図７参照）。つまり、ビームスプリッタ１２５で反射され、熱書込み液晶セル１０１を走査するレーザ光の走査位置を、ビームディテクタ１２７で間接的に検知している。
【００２３】
熱書込み液晶セル１０１は、ステージ１５１の、少なくとも副走査方向に精密移動されるスライダ１５３上に固定されている。スライダ１５３には、熱書込み液晶セル１０１を保持するとともに、液晶転移温度近くまでプレヒートする予熱器１５５が装着されている。予熱器１５５は、熱書込み液晶セル１０１に接触するセル保持台１５７およびこのセル保持台１５７を過熱する不図示の過熱手段を備えている。なお、図中符号１５９は、熱書込み液晶セル１０１に書込まれた像を消去する電圧を印加するための電極を兼ねたセル押えである。
【００２４】
このレーザ描画装置の制御部は、図１に示した実施の形態と同様であり、この熱書込み液晶セル１０１への描画処理は、図３に示した実施の形態と同様である。
【００２５】
次に、本実施例の特徴について説明する。ビームスプリッタ１２５は、その両端部がビームスプリッタ支持枠１４１に支持されている。ビームスプリッタ支持枠１４１は、テーブル１１１上に設けられたビームスプリッタ位置調整機構（焦点調整機構）１４３に、ｆθレンズ１２３の光軸と平行に直進移動可能に支持されている。本実施例のビームスプリッタ位置調整機構１４３は、例えばマイクロアジャスト機構を有していて、調整ダイヤル１４５を回転させると、ヘリコイド機構によってビームスプリッタ支持枠１４１を移動させる構成である。
【００２６】
例えば、図６に示すように集光点Ｐが熱書込み液晶セル１０１よりも手前に形成されていたとする。この場合、レーザ光は集光点Ｐから再び発散して比較的大径のビームスポットで熱書込み液晶セル１０１を照射する。そこで、集光点Ｐが熱書込み液晶セル１０１に接近する方向に、つまり、ビームスプリッタ１２５がｆθレンズ１２３に接近する方向に調整ダイヤル１４５を回転させて、集光点Ｐを熱書込み液晶セル１０１上に形成させる（図７参照）。この調整に際して、ビームスプリッタ１２５を透過したレーザ光の集光点Ｐｄは移動しないので、ビームディテクタ１２７の位置調整は不要である。ビームスプリッタ１２５を移動調整する調整手段は図示実施例に限定されず、電気的な制御手段などが利用できる。
【００２７】
また、ビームスプリッタ１２５の位置調整を行なうと、集光点Ｐが副走査方向と平行に移動する。したがって、ステージ１５１によって、熱書込み液晶セル１０１の副走査方向の基準位置調整を行なう。本実施例では、ビームスプリッタ１２５に入射したレーザ光のうち、反射したものが集光点Ｐを形成し、透過したものがビームディテクタ１２７に入射するので、集光点Ｐの位置検知およびビームディテクタ１２７による走査位置の検知がリアルタイムでできる。
【００２８】
図８には、光束分割手段の別の実施例として、部分反射ミラー２０１の側面図を示してある。この部分反射ミラー２０１は、レーザ光を描画面に向かって反射する反射面２０３の一部にレーザ光を透過させる透光部２０５を有している。
【００２９】
図９には、部分反射ミラー２０１の異なる二つの実施例を示してある。部分反射ミラー２１１は、反射したレーザ光が描画領域を走査する部分はすべて反射面２１３であり、反射した際に描画領域外を照射する位置に透光部２１５が形成されている。透光部２１５に入射したレーザ光は、この透光部２１５を透過して、走査位置検知手段（例えばビームディテクタ１２７）に入射する。
【００３０】
さらに他の実施例である部分反射ミラー２２１は、反射面２２３中に、レーザ光が走査する経路に沿ってスリット状の透光部２２５が形成されている。透光部２２５の幅は、部分反射ミラー２２１に入射するレーザ光の光束径よりも小さく設定して、レーザー光の一部が透光部２２５を透過し、大部分が反射面２２３で反射する構成である。この部分反射ミラー２２１は、透光部２２５にかかるレーザ光がここを透過するので、透光部２２５に沿って複数のビームディテクタを配置することにより、簡単に複数位置においてレーザ光を検知することができる。なお、透光部２１５、２２５は空間でもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、走査手段で走査されるレーザ光を集光手段で描画面上またはその前後近傍に集光し、この集光手段を透過したレーザ光を光束分割手段で反射および透過により二分割し、反射したレーザ光を前記描画面に入射させ、透過した光束を検知手段に入射させ、前記光束分割手段を移動して、この光束分割手段で反射されたレーザ光の集光点位置を調整手段で調整するので、簡単な構成で集光点の位置調整、あるいは描画面上におけるレーザ光のスポット径の調整が自由にできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態をブロックで示す図である。
【図２】本発明における、焦点（集光点）調整の様子を説明する図である。
【図３】同実施の形態における描画処理をフローチャートで示す図である。
【図４】本発明を適用したレーザ描画装置の一実施例の要部を示す平面図である。
【図５】図４の切断線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図６】図５に示した実施例における、焦点（集光点）調整の様子を説明する図である。
【図７】図５に示した実施例における、焦点（集光点）調整の様子を説明する図である。
【図８】本発明における光束分割手段の別の実施例として、部分反射型の光学素子を示す側面図である。
【図９】図８に示した部分反射型の光学素子の異なる実施例を示す正面図である。
【符号の説明】
１１レーザ光源
１３ビーム整形部
１５主走査部（主走査手段）
１７ｆθレンズ（集光手段）
１９光束分割部（光束分割手段）
２１レーザ光検知部（走査位置検知手段）
２３主走査駆動部
４１焦点調節部（位置調整手段）
１１３レーザダイオード（レーザ光源）
１２１ガルバノミラー（主走査手段）
１２３ｆθレンズ（集光手段）
１２５ビームスプリッタ（光束分割手段）
１２７ビームディテクタ（走査位置検知手段）
１４１ビームスプリッタ支持枠
１４３ビームスプリッタ位置調整機構（位置調整手段）

Claims

走査手段で走査されるレーザ光を集光する集光手段；集光手段を透過したレーザ光を反射および透過して分割する光束分割手段；透過したレーザ光を受光する走査位置検知手段；を備え、この光束分割手段で反射したレーザ光で描画し、透過したレーザ光を前記走査位置検出手段で受光して前記描画するレーザ光の描画位置を検知するレーザ描画装置であって、
前記光束分割手段は、前記入射したレーザ光の大部分を反射する反射面と、該反射面中に形成された、一部を透過する、入射するレーザ光の光束径よりも幅狭のスリット状透光部を前記走査方向に沿って有し、
前記スリット状の透光部を透過したレーザ光を受光し得る位置に配置された走査位置検知手段；および、
前記光束分割手段で反射したレーザ光の集光位置を、前記光束分割手段を移動して調整する位置調整手段を備えたこと、を特徴とするレーザ描画装置。
レーザ光を反射し、偏向して走査する走査手段；
この走査手段で偏向されたレーザ光を描画面上またはその前後近傍に集光する集光手段；
この集光手段を透過したレーザ光の走査方向に沿って延びた、前記入射したレーザ光の大部分を前記描画面に向かって反射する反射面と、該反射面中に形成された、一部を透過する、入射するレーザ光の光束径よりも幅狭のスリット状の透光部を有する光束分割手段；
前記スリット状の透光部を透過したレーザ光を受光し得る位置に配置された、前記描画するレーザ光の描画位置を検知する走査位置検知手段；および、
この光束分割手段で反射されたレーザ光の集光点位置を、前記光束分割手段を移動して調整する位置調整手段；を備えたことを特徴とするレーザ描画装置。
請求項１または２に記載のレーザ描画装置はさらに、前記描画面の位置を調整する描画面位置調整手段を備えていること、を特徴とするレーザ描画装置。
請求項１または２記載のレーザ描画装置において、前記集光手段はｆθレンズであること、を特徴とするレーザ描画装置。