JPH01145621A - Multiwavelength light beam optical system - Google Patents

Multiwavelength light beam optical system

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JPH01145621A
JPH01145621A JP62303401A JP30340187A JPH01145621A JP H01145621 A JPH01145621 A JP H01145621A JP 62303401 A JP62303401 A JP 62303401A JP 30340187 A JP30340187 A JP 30340187A JP H01145621 A JPH01145621 A JP H01145621A
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JP
Japan
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optical system
wavelength
acousto
dispersion
prism
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Application number
JP62303401A
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Japanese (ja)
Inventor
Fuyuhiko Inoue
冬彦 井上
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Priority to US07/277,860 priority patent/US4971413A/en
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain high energy efficiency and to make a device compact by compensating wavelength dispersion generated among acoustooptic elements of a composite system by a dispersion optical system. CONSTITUTION:The wavelength dispersion generated between an acoustooptic modulator 3 and an acoustooptic deflector 6 is compensated as the whole composite system by one dispersion optical system by arranging a prism 5 between both, and placing the acoustooptic modulator 3 and prism 5 in conjugate relation by an incidence-side relay lens system 41 and the acoustooptic deflector 5 and prism 5 in conjugate relation by a projection-side relay lens system 42. Then the wavelength dispersion of the acoustooptic elements is compensated as the composite system by the dispersion optical system, so the number of dispersion optical members for compensation can be decreased. Consequently, the number of components of the optical system is decreased and the optical path lens is also shortened, so the energy loss of the optical system is reduced and the whole optical system can be made compact.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、同一光軸上に複数の波長成分を含むレーザ等
の光ビームの走査により、低感度感光体上に直接画像を
形成する高速描画装置等に用いられる多波長光ビーム光
学系に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention is a high-speed photoreceptor that directly forms an image on a low-sensitivity photoreceptor by scanning a light beam such as a laser that includes a plurality of wavelength components on the same optical axis. This invention relates to a multi-wavelength light beam optical system used in drawing devices and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、感光体の感度が非常に低いにもかかわらず高速で
の画像形成を要求されるような場合には、エネルギー密
度を高めるために、複数の波長成分を同時に含むレーザ
光を同一光軸上に導いて走査させる多波長光ビーム光学
系が用いられている。
Conventionally, when high-speed image formation is required despite the extremely low sensitivity of photoreceptors, laser beams containing multiple wavelength components simultaneously are placed on the same optical axis in order to increase the energy density. A multi-wavelength light beam optical system is used that guides and scans the light beam.

複数の波長成分を含むレーザ光を同一光軸上に発振でき
るレーザ光源としては、例えばAr”レーザが知られて
おり、同一光軸上に、同時に488 nm、 515 
nmを含む複数波長のレーザ光を発振することができ、
同じ大きさ、同じ消費電力で単一波長の場合の数倍の出
力のレーザ光を得ることができる。
For example, an Ar'' laser is known as a laser light source that can emit laser beams containing multiple wavelength components on the same optical axis.
It can oscillate laser light with multiple wavelengths including nm,
With the same size and power consumption, it is possible to obtain laser light with several times the output of a single wavelength.

しかしながら、画像形成を行う光学系内で光ビームの変
調に用いられる音響光学素子は、一般には光学結晶中の
超音波の進行波面による光の回折現象を利用した素子で
あり、入射レーザ光が複数の波長成分を含む場合には、
各波長によって回折角が異なり、射出レーザ光が回折の
方向に広がってしまう。これを波長分散と呼ぶことにす
る。
However, an acousto-optic element used to modulate a light beam in an optical system that forms an image is generally an element that utilizes the light diffraction phenomenon caused by the traveling wavefront of an ultrasonic wave in an optical crystal. If it contains a wavelength component of
The diffraction angle differs depending on each wavelength, and the emitted laser beam spreads in the direction of diffraction. This will be called chromatic dispersion.

このことを数式を用いて説明する。音響光学変調器や音
響光学偏向器のような音響光学素子は、第6図のような
構成になっていて、ガラスまたは光学結晶のような超音
波媒質(11)にトランスデユーサ(13)から超音波
(超音波波面(14))を入射する。
This will be explained using a mathematical formula. An acousto-optic device such as an acousto-optic modulator or an acousto-optic deflector has a configuration as shown in FIG. Ultrasonic waves (ultrasonic wavefront (14)) are incident.

媒質中の音速をV、超音波の周波数をFとすると媒質の
中に波長V/Fの進行波が生じ、その波面によって回折
格子のように入射光ビーム(LB)を回折する。回折角
θは入射光ビームの波長をλとすると(1)式のように
あられされる。
When the speed of sound in the medium is V and the frequency of the ultrasonic wave is F, a traveling wave of wavelength V/F is generated in the medium, and its wavefront diffracts the incident light beam (LB) like a diffraction grating. The diffraction angle θ is expressed by equation (1), where λ is the wavelength of the incident light beam.

入射光ビーム(LB)が例えば2つの波長成分を含んで
いる場合は(1)式から明らかのようにそれぞれが異な
った回折角で射出されるので第6図め(LBI) 、 
 (1B2)のように光ビームは分離してしまう。
For example, if the incident light beam (LB) contains two wavelength components, as is clear from equation (1), each of them will be emitted at a different diffraction angle, so as shown in Figure 6 (LBI),
The light beams are separated as shown in (1B2).

一般的には入射光ビームが△λの波長幅をもつ場合には
、(1)式より、(2)式で表わされる回折角の広がり
をもって射出されることになる。
Generally, when an incident light beam has a wavelength width of Δλ, it will be emitted with a spread of diffraction angle expressed by equation (2), according to equation (1).

このため、他の光学系の色収差がよく補正されていても
、音響光学素子で生じる波長分散は残留し、最終的に得
られるビームスポットの品質を著しく低下させることに
なる。
For this reason, even if the chromatic aberrations of other optical systems are well corrected, the wavelength dispersion caused by the acousto-optic element remains, significantly deteriorating the quality of the beam spot finally obtained.

従来、(2)式で示される音響光学素子の波長分散を補
償する方法として特開昭61−193130号公報に開
示されたような方法が知られている。
Conventionally, as a method of compensating for the wavelength dispersion of an acousto-optic element represented by equation (2), a method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 193130/1983 has been known.

この従来の方法においては、第4図に示すように音響光
学素子(11)によフて生じる波長分散に対応する波長
分散を生じる分散光学系(プリズム(5)、リレーレン
ズ系(42))を1つの音響光学素子に対して少なくと
も1つ配置し、リレーレンズ系(42)によって両者を
共役な関係にすることにより、・音響光学素子(11)
による波長分散を対応する分散光学系(プリズム(5)
、リレーレンズ系(42))による波長分散で補償して
いる。
In this conventional method, as shown in FIG. 4, a dispersive optical system (prism (5), relay lens system (42)) that produces wavelength dispersion corresponding to the wavelength dispersion caused by the acousto-optic element (11) is used. By arranging at least one for one acousto-optic element and making them in a conjugate relationship by the relay lens system (42), the acousto-optic element (11)
A dispersive optical system (prism (5)) that handles wavelength dispersion due to
, relay lens system (42)).

すなわち、プリズム(5)による偏向角ψは頂角なα、
ガラスの屈曲率をnとして、 (p#(n−1)α ・・・(3) 入射光の波長幅へλに対するガラスの屈折率差を△nと
するとプリズム(5)によって入射光が受ける波長分散
の量は(4)式のように書ける。
That is, the deflection angle ψ due to the prism (5) is the apex angle α,
Letting the refractive index of the glass be n, (p#(n-1)α...(3) To the wavelength width of the incident light, let the refractive index difference of the glass with respect to λ be △n, the incident light is received by the prism (5). The amount of wavelength dispersion can be written as in equation (4).

△ψ=△n・α・・・(4) リレーレンズ系(42)をプリズム(5)と音響光学素
子(11)が共役になるように配置すると、波長分散を
補償する条件は(2)式、(4)式により(5)式のよ
うにあられされる。
△ψ=△n・α...(4) When the relay lens system (42) is arranged so that the prism (5) and the acousto-optic element (11) are conjugated, the conditions for compensating for chromatic dispersion are (2) From equation (4), equation (5) appears.

Δθ+△ψ= 0 角度は反時計回りを正として、符号を考慮しである。Δθ+△ψ= 0 The angle is taken into account with the counterclockwise direction being positive and the sign taken into account.

ところで、実際のこの種の描画装置では、光ビームの走
査を回転多面鏡(ポリゴンミラー)によフて行うことが
多い。この回転多面鏡の各反射面は回転面内に正しく垂
直であるとは限らず、各面間で面倒れ誤差を多少なりと
も含んでいるのが普通である。
Incidentally, in actual drawing apparatuses of this type, scanning of the light beam is often performed using a rotating polygon mirror. Each of the reflecting surfaces of this rotating polygon mirror is not necessarily perpendicular to the plane of rotation, and usually includes some degree of surface inclination error between the surfaces.

従って、この種の装置の光学系内には、さらにもう1つ
の音響光学素子が前記面倒れ誤差の補償のために必要で
あり、それに対する波長分散の補償系も必要である。
Therefore, in the optical system of this type of device, one more acousto-optic element is required to compensate for the surface tilt error, and a chromatic dispersion compensation system is also required for this.

第5図は特開昭61−193130号公報に開示された
方法によって、同一光軸上に配置された2つの音5光学
素子の波長分散を補償した多波長光ビーム走査光学系の
構成模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of the configuration of a multi-wavelength light beam scanning optical system in which the wavelength dispersion of two optical elements arranged on the same optical axis is compensated by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 193130/1982. It is.

図において、例えば画像データによる変調を行うための
音響光学変調器(3)に対してプリズム(5A)とリレ
ーレンズ系(42A)が(5)式を満たすように配置さ
れていて音響光学変調器(3)が生じる波長分散を補償
している。
In the figure, for example, a prism (5A) and a relay lens system (42A) are arranged to satisfy equation (5) with respect to an acousto-optic modulator (3) for performing modulation using image data. (3) compensates for the wavelength dispersion that occurs.

同様に例えば前述面倒れ誤差補償用の音響光学偏向器(
6)が生じる波長分散を補償するように別のプリズム(
5B)とリレーレンズ系(42B)が配置されている。
Similarly, for example, the acousto-optic deflector (
6) Another prism (
5B) and a relay lens system (42B) are arranged.

また、(4)はレーザビームを適当なビーム系に成形す
るためのリレーレンズ系である。
Further, (4) is a relay lens system for shaping the laser beam into an appropriate beam system.

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような従来の多波長光ビーム光学系においては、
個々の音響光学素子の波長分散を補償するには、一つの
音響光学素子に対して少なくとも一つの補償用分散光学
系が必要であり、複数の音響光学素子を含む合成系にお
いては、プリズム等の分散光学部材、それぞれの音響光
学素子と該分散光学部材を共役な関係とするためのリレ
ーレンズ系等の部品点数の多い複雑な構成となってしま
うという問題点を有している。
[Problems to be solved by the invention] In the conventional multi-wavelength light beam optical system as described above,
To compensate for the wavelength dispersion of individual acousto-optic elements, at least one compensating dispersion optical system is required for one acousto-optic element, and in a composite system including multiple acousto-optic elements, a prism, etc. This method has a problem in that it has a complicated configuration with a large number of parts, such as a dispersive optical member and a relay lens system for establishing a conjugate relationship between each acousto-optic element and the dispersive optical member.

ここで、部品点数が多くなることは単に保守管理に手間
が掛かるということだけでなく、レンズ透過面の増加に
よるエネルギー損失の増大につながり、特に低感度の感
光体に高速で画像を形成する場合等においては、重大な
欠点となる。
Here, an increase in the number of parts not only means that maintenance is time-consuming, but also leads to an increase in energy loss due to an increase in the lens transmission surface, especially when forming images at high speed on a low-sensitivity photoreceptor. etc., this is a serious drawback.

また、装置全体のコンパクト化が望まれている中にあっ
て、この種の光学系においては、色収差補正の限界や音
響光学素子の回折光を分解する等の関係からリレーレン
ズの焦点距離を比較的長く取らなければならないため、
リレーレンズ系を多用することは光路長を非常に長いも
のにしてしまうという問題を引き起こすものである。
In addition, as it is desired to make the entire device more compact, in this type of optical system, it is necessary to compare the focal length of the relay lens due to the limitations of chromatic aberration correction and the resolution of diffracted light from the acousto-optic element. Because you have to stay on target for a long time,
Frequent use of relay lens systems causes a problem in that the optical path length becomes extremely long.

この発明は、これらの点を鑑みてなされたもので、より
簡単な構成で複数の音響光学素子の波長分散を補償する
ことによって、エネルギー効率が高く、かつ装置のコン
パクト化も期待できる多波長光ビーム光学系を提供する
ことをその目的とするものである。
This invention was made in view of these points, and by compensating the wavelength dispersion of multiple acousto-optic elements with a simpler configuration, it is possible to produce multi-wavelength light with high energy efficiency and the possibility of making the device more compact. Its purpose is to provide a beam optical system.

C問題点を解決するための手段〕 この発明においては、複数の音響光学素子にそれぞれ生
じる波長分散を合成系として補償する分散光学系を配置
したことよって上記の問題点を解決したものである。
Means for Solving Problem C] In the present invention, the above problem is solved by disposing a dispersion optical system that compensates for wavelength dispersion occurring in each of a plurality of acousto-optic elements as a composite system.

(作用) この発明においては、複数の音響光学素子の波長分散を
合成系として分散光学系で補償するので、補償用分散光
学部材の数を減らすことができる。
(Function) In this invention, the wavelength dispersion of a plurality of acousto-optic elements is compensated by a dispersive optical system as a composite system, so the number of compensating dispersive optical members can be reduced.

また、分散光学系が共用されていることから、各音響光
学素子と分散光学系内の分散光学部材とを共役な関係に
保つためのリレーレンズ系の数も減じることができる。
Furthermore, since the dispersive optical system is shared, the number of relay lens systems for maintaining a conjugate relationship between each acousto-optic element and the dispersive optical member in the dispersive optical system can also be reduced.

このようにして、光学系の部品点数が減り、光路長も短
くなることから、光学系のエネルギー損失が少なくなり
、かつ光学系全体を非常にコンパクトにまとめることが
できる。
In this way, the number of parts in the optical system is reduced and the optical path length is also shortened, so that energy loss in the optical system is reduced and the entire optical system can be made very compact.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

実施例1 第1図は本発明の第1の実施例の構成模式図であり、分
散光学部材としてプリズムを用いた場合の例である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of a first embodiment of the present invention, and is an example in which a prism is used as the dispersive optical member.

この例では、分散光学系は、単一のプリズム(5)とそ
の入出射側にそれぞれ配置されたリレーレンズ系(41
)、  (42)とを含んで成る。
In this example, the dispersive optical system includes a single prism (5) and relay lens systems (41
), (42).

図において、複数波長λ1.λ2 (λ、≠λ2)を含
むレーザビーム(LB)が、音響光学変調器(3)に入
射する。音響光学変調器(3)の媒質内の音速を■1、
超音波周波数をFlとすると(1)式から波長λ+(i
=t、z・・・)のレーザビームの回折角は入射レーザ
ビーム(LB)の方向を基準に反時計回りを正どして 第1図に示すように、音響光学変調器(3)に入射した
レーザビーム(F8)は(6)式に従って波長λ1.λ
2に対してそれぞれ(LBI)  (LB2)のように
分離して射出される。
In the figure, multiple wavelengths λ1. A laser beam (LB) containing λ2 (λ,≠λ2) is incident on the acousto-optic modulator (3). The sound speed in the medium of the acousto-optic modulator (3) is ■1,
Letting the ultrasonic frequency be Fl, the wavelength λ+(i
= t, z...) The diffraction angle of the laser beam is corrected counterclockwise with respect to the direction of the incident laser beam (LB), and is applied to the acousto-optic modulator (3) as shown in Figure 1. The incident laser beam (F8) has a wavelength λ1.according to equation (6). λ
2, each is injected separately as (LBI) (LB2).

リレーレンズ系(41)の倍率をmlとする。リレーレ
ンズ系(41)は入射径Φの平行ビームを1m+Φ1の
径の平行ビームで射出し、かつ音響光学変調器(3)と
プリズム(5)を共役にするように配置されているので
レーザビーム(LBI)(LB2)はプリズム(5)上
で再び同じ位置に到達する。このとき、レーザビーム角
度は入射ビーム(LB)の方向を基準に 波長λ1に対するプリズムを構成するガラスの屈折率を
nl (i =1.2・・・)プリズムの頂角をαとす
ると入射光は(8)式で表わされるふれ角δ1を与えら
れて射出する。
Let the magnification of the relay lens system (41) be ml. The relay lens system (41) emits a parallel beam with an incident diameter of Φ as a parallel beam with a diameter of 1 m + Φ1, and is arranged to make the acousto-optic modulator (3) and prism (5) conjugate, so that the laser beam (LBI) (LB2) reaches the same position again on the prism (5). At this time, the laser beam angle is based on the direction of the incident beam (LB), and if the refractive index of the glass constituting the prism for the wavelength λ1 is nl (i = 1.2...) and the apex angle of the prism is α, the incident light is given a deflection angle δ1 expressed by equation (8) and is ejected.

δ+ = (n+−1)α  ・・・(8)従って、プ
リズム射出後のレーザビームは入射ビーム(シB)の方
向を基準にするとδ++90+の方向に射出される。
δ+ = (n+-1)α (8) Therefore, the laser beam after being emitted from the prism is emitted in the direction of δ++90+ with respect to the direction of the incident beam (B).

リレーレンズ系(42)は、その倍率をm2とするとリ
レーレンズ系(41)と同様に入射径Φの平行ビームを
径1 m 2Φ1の平行ビームで射出し、かつプリズム
(5)と音響光学偏向器(6)を共役にするように配置
されている。
If the magnification is m2, the relay lens system (42) emits a parallel beam with an incident diameter Φ as a parallel beam with a diameter of 1 m 2 Φ1, as well as the relay lens system (41), and has a prism (5) and an acousto-optic deflection. They are arranged so as to make the vessel (6) conjugate.

リレーレンズ系(42)射出後のレーザビームの角度は
、入射ビーム(LB)の方向を基準としてプリズム(5
)により再び波長λ1の(LBI)と波長λ2の(LB
2)に分離されたレーザビームはリレーレンズ系(42
)により再び超音波偏向器(6)上の同じ位置に到達す
る。
The angle of the laser beam after exiting the relay lens system (42) is determined based on the direction of the incident beam (LB) through the prism (5).
), again the wavelength λ1 (LBI) and the wavelength λ2 (LB
2) The separated laser beam is passed through a relay lens system (42
) to reach the same position on the ultrasound deflector (6) again.

音響光学偏向器(6)が入射ビームに対して与える回折
角ε1は、媒質中の音速をF2、超音波周゛ 波数をF
2として、回折方向を音響光学変調器(3)と逆になる
ように回折光の方向を考慮すると従って音響光学偏向器
(6)を射出後のレーザビームは入射ビーム(LD)の
方向を基準にすると(9)  (10)式より(11)
式のように表わされる。
The diffraction angle ε1 given by the acousto-optic deflector (6) to the incident beam is determined by the sound velocity in the medium being F2 and the ultrasonic frequency being F2.
2, considering the direction of the diffracted light so that the direction of diffraction is opposite to that of the acousto-optic modulator (3), the laser beam after exiting the acousto-optic deflector (6) is based on the direction of the incident beam (LD). Then, (9) From equation (10), (11)
It is expressed as the formula.

χ1=ε1+τ1  ・・・(11) 以上の(6)弐〜(11)式を整理すると、波長λム(
i = 1.2・・・)のレーザビームは入射レーザビ
ーム(LB)の方向に対して(12)式であられされる
角だけ偏向して音響光学偏向器(6)から射出される。
χ1=ε1+τ1...(11) If we rearrange the above equations (6) to (11), the wavelength λm(
The laser beam with i = 1.2...) is deflected by the angle given by equation (12) with respect to the direction of the incident laser beam (LB) and is emitted from the acousto-optic deflector (6).

波長λ1、λ2に対する偏向角の差は(12)式より(
13)式で△χ=0となるようにしてやれば少なくとも
波長λ0.λ2のレーザビームは図1の光学系を射出後
間−光軸上に重なる。
The difference in the deflection angle for the wavelengths λ1 and λ2 is calculated from equation (12) as (
If we set Δχ=0 in equation 13), at least the wavelength λ0. After exiting the optical system of FIG. 1, the laser beam of λ2 overlaps on the optical axis.

(13)式の各パラメータのうちF r 、  V l
Among the parameters in equation (13), F r , V l
.

F2.F2は音響光学素子の材質、構造にかかわり素子
の他の性能に対しても影響を与えるパラメータであるか
ら任意の値を選ぶことは設計上難しい。
F2. Since F2 is a parameter that is related to the material and structure of the acousto-optic element and also affects other performances of the element, it is difficult to select an arbitrary value from a design standpoint.

またnl+  02はプリズムのガラスの定数であり自
由に変更することは困難である。
Further, nl+02 is a constant of the glass of the prism, and it is difficult to change it freely.

そこで△χ=0なる条件は主にα1m1゜mlの値を調
整することによって得る。αについて解くと波長補償の
条件は ここで、プリズムの頂角であるαを任意の値にコントロ
ールすることは困難であるので、設計上はリレーレンズ
系の倍率m、、m3を頂角αが加工上無理のない値にな
るように設定する。
Therefore, the condition that Δχ=0 is obtained mainly by adjusting the value of α1ml1°ml. Solving for α, the conditions for wavelength compensation are as follows: It is difficult to control α, which is the apex angle of the prism, to an arbitrary value, so in design, the magnifications m, , m3 of the relay lens system must be adjusted so that the apex angle α is Set to a value that is reasonable for processing.

(14)式によると(λ2−λI)/(n、−02)の
項はプリズムを構成するガラスの屈折率が波長の一次関
数で表わされるならば、すなわちn=aλと書けるなら
ば、(14)式は波長に依存しなくなり、λ1λ2以外
の広い波長域で(14)式が成りたつ。すなわち波長分
散が完全に補償出来ることを示している。また、もしプ
リズムの頂角が製造誤差等により指定通りに出来ておら
ず(14)式の条件をみたしてない場合には、最終調整
段階において音り光学偏向器(6)の超音波周波数F、
を微小量変化させて(14)式をみたすようにすること
もできる。
According to equation (14), the term (λ2 - λI)/(n, -02) can be expressed as ( Equation (14) no longer depends on wavelength, and Equation (14) holds true in a wide wavelength range other than λ1λ2. In other words, this shows that chromatic dispersion can be completely compensated. In addition, if the apex angle of the prism is not made as specified due to manufacturing errors and does not satisfy the condition of equation (14), the ultrasonic frequency of the sound optical deflector (6) should be adjusted at the final adjustment stage. F,
It is also possible to satisfy equation (14) by changing a small amount.

しかし、一般にガラスの屈折率は分散式であられされる
ように波長に対して非線型であるから、λ0.λ2以外
の波長のレーザビームに対しては若干の残留分散を生じ
る。その量は(12)式及び(14)式により波長λ1
(i−i、2・・・)に対して波長分散を補償すべき波
長λ1.λ2はその他の波長λ1(t=3.4・・・)
に対する(15)式の値を考慮して決めればよい。
However, since the refractive index of glass is generally non-linear with respect to wavelength as expressed by a dispersion formula, λ0. Some residual dispersion occurs for laser beams with wavelengths other than λ2. The amount is determined by the wavelength λ1 according to equations (12) and (14).
(ii, 2...), the wavelength λ1. whose chromatic dispersion should be compensated for. λ2 is another wavelength λ1 (t=3.4...)
It may be determined by considering the value of equation (15) for .

次に、前述のように音響光学偏向器(6)は回転多面鏡
の面倒れ誤差を補償するために超音波周波数F2を変化
させて、レーザビームを偏向させるのでレーザビームを
偏向させた場合(14)式をみたさずに、若干波長分散
を生じる。変調幅を士△F2とすると音響光学偏向器(
6)の超音波周波数はF2±△F2と書け、(14)式
の条件からはずれて、波長分散を生じることになる。そ
の量は(13)式から 以上より波長λ1.λ2に対して波長分散を補償したと
きの波長λ、(i=1.2・・・)に対する残留する分
散の量は、音響光学偏向器をF2±ΔF2だけ変化させ
てレーザビームを偏向させるとして(15)式、  (
16)式より ここで、例えばAr+レーザ(波長457.9,476
.5゜488.496.5,514.5nm−)につい
て第1図の系を考える。音響光学変調器としてF、 =
100 MHz 。
Next, as mentioned above, the acousto-optic deflector (6) changes the ultrasonic frequency F2 to compensate for the surface tilt error of the rotating polygon mirror and deflects the laser beam. 14) Slight wavelength dispersion occurs without satisfying the formula. If the modulation width is ΔF2, then the acousto-optic deflector (
The ultrasonic frequency in 6) can be written as F2±ΔF2, which deviates from the condition of equation (14) and causes chromatic dispersion. From equation (13), the amount is determined by the wavelength λ1. When the wavelength dispersion is compensated for λ2, the amount of residual dispersion for the wavelength λ, (i=1.2...) is as follows, assuming that the laser beam is deflected by changing the acousto-optic deflector by F2±ΔF2. Equation (15), (
From equation 16), for example, Ar + laser (wavelength 457.9, 476
.. 5°488.496.5,514.5 nm-) consider the system shown in FIG. F as an acousto-optic modulator =
100MHz.

V 、 = 3000m /sec、音響光学偏向器と
してF2=40MHz 、 V 2= 600 m/s
ecの条件を設定し、波長λ、 =488 nm、  
λ2= 514.5nmに対して(14)式の補償を行
なう。
V , = 3000 m/sec, F2 = 40 MHz as an acousto-optic deflector, V 2 = 600 m/s
Set the ec conditions and set the wavelength λ, =488 nm,
Compensation according to equation (14) is performed for λ2=514.5 nm.

プリズムの屈折率がn H= 1.52224 、 n
 2 =1.52049のときml =−10、ml 
=−0,5で6勺11.6° となる。
The refractive index of the prism is n H = 1.52224, n
When 2 = 1.52049, ml = -10, ml
= -0.5, which is 6 degrees and 11.6 degrees.

このとき(17)式で表わされる残留分散量は例えばλ
、 = 496.5nmに対してプリズム屈折率n3=
1.52165 、ΔF2=±5 MHzであるとすれ
ば、△z 3 =−5,IX 10−’rad干7.I
 X 1O−5rad となり非常に小さく出来る。
At this time, the amount of residual dispersion expressed by equation (17) is, for example, λ
, = prism refractive index n3=496.5nm
1.52165, ΔF2=±5 MHz, then Δz 3 =-5, IX 10-'rad 7. I
X 1O-5rad, which can be made very small.

なお、(14)式の特殊解として、 すなわち、 の場合はプリズム(5)の省略が数式上は可能である。Furthermore, as a special solution to equation (14), That is, In this case, it is mathematically possible to omit the prism (5).

実施例2 次に第1図のプリズム(5)のかわりに回折格子を使用
した場合について述べる。第3図に第1図のプリズム(
5)の位置に回折格子(5c)を挿入した場合を示す。
Embodiment 2 Next, a case will be described in which a diffraction grating is used in place of the prism (5) in FIG. 1. Figure 3 shows the prism shown in Figure 1 (
The case where a diffraction grating (5c) is inserted at position 5) is shown.

回折格子の格子ピッチをd、回折方向を考慮すると(8
)式のかわりに δI押−λ+/d   ・・・(8゛)それ以外の(6
)〜(11)式は前述の第1図の場合と全く同じである
Considering the grating pitch of the diffraction grating as d and the diffraction direction (8
) instead of δI press −λ+/d...(8゛)Otherwise (6
) to (11) are exactly the same as in the case of FIG. 1 described above.

従って音響光学偏向器(6)を射出するレーザビームの
偏向角は入射レーザビーム(LB)に対して (13)式と同時に △χ=0となる条件は(14)式と同様にして次のよう
になる。
Therefore, the deflection angle of the laser beam exiting the acousto-optic deflector (6) with respect to the incident laser beam (LB) is the condition that Δχ = 0 at the same time as equation (13), similar to equation (14), as follows. It becomes like this.

(14°)式は波長に依存しないので広い波長帯に対し
て波長分散を補償することができる。従って残留する波
長分散の式(17)も次のように書ける。
Since the equation (14°) does not depend on wavelength, it is possible to compensate for chromatic dispersion over a wide wavelength band. Therefore, the remaining chromatic dispersion equation (17) can also be written as follows.

第1図の構成と第3図の構成は分散光学素子としてプリ
ズムを使用するか回折格子を使用するかの差であり、プ
リズムの方が系の透過率が良く、回折格子の方か波長分
散の補償効果が高いという特徴がある。
The difference between the configuration in Figure 1 and the configuration in Figure 3 is whether a prism or a diffraction grating is used as the dispersive optical element. It is characterized by a high compensation effect.

実施例3 第1図の実施例に示された本発明による多波長光ビーム
走査光学系をレーザ走査描画装置に応用したのが第2図
である。
Embodiment 3 FIG. 2 shows an application of the multi-wavelength light beam scanning optical system according to the present invention shown in the embodiment of FIG. 1 to a laser scanning drawing apparatus.

図において(1)は同一光軸上に複数の波長成分を同時
に送出するレーザ光源、(3)は画像データに応じてレ
ーザ光をo n / o f fさせるための音響光学
変調器、(8)はレーザ光を走査する回転多面鏡、(9
)は回転多面鏡(8)で走査されたレーザ光を集光し、
かつ等速で走査するように設計されたf−θレンズ、(
10)は感光体(図示せず)を載せて、レーザ光の走査
とほぼ直交する方向に等速で移動するステージである。
In the figure, (1) is a laser light source that simultaneously sends out multiple wavelength components on the same optical axis, (3) is an acousto-optic modulator that turns the laser beam on/off according to image data, and (8) is a laser light source that simultaneously sends out multiple wavelength components on the same optical axis. ) is a rotating polygon mirror that scans the laser beam, (9
) focuses the laser beam scanned by the rotating polygon mirror (8),
and an f-theta lens designed to scan at constant speed, (
10) is a stage on which a photoreceptor (not shown) is placed and moves at a constant speed in a direction substantially perpendicular to the scanning direction of the laser beam.

ここで、回転多面鏡(8)の反射面が回転面内に正しく
垂直でなく、各面間で面倒れ誤差をもっと反射されたレ
ーザ光が回転平面角からはずれ、回転多面鏡の各反射面
間によって走査されるレーザ光が描画面上に作る走査線
のピッチが等間隔に保てない、いわゆるピッチムラを生
じる。
Here, the reflecting surface of the rotating polygon mirror (8) is not properly perpendicular to the rotating surface, and the laser beam reflected due to the surface tilt error between each surface deviates from the rotating plane angle, causing each reflecting surface of the rotating polygon mirror to The pitch of the scanning lines created on the drawing surface by the laser beam scanned by the laser beam cannot be maintained at equal intervals, resulting in so-called pitch unevenness.

(6)はそのピッチムラを補正するために設けらた音響
光学偏向器で、回転多面鏡(8)の各面からの反射光が
回転平面内に保たれるように、面倒れ誤差に応じてあら
かじめ入射レーザ光を微小角傾ける目的で使用される。
(6) is an acousto-optic deflector installed to correct the pitch unevenness, and it adjusts the deflection according to the surface tilt error so that the reflected light from each surface of the rotating polygon mirror (8) is kept within the rotation plane. It is used to tilt the incident laser beam by a small angle.

(2)は光源から出たレーザビームを適当な径に縮小す
るリレーレンズ系、(7)はf−θレンズ(9)か所定
のビーム径で集光するようにあらかじめビーム径を広げ
ておくためのエキスパンダー光学系である。
(2) is a relay lens system that reduces the laser beam emitted from the light source to an appropriate diameter, and (7) is an f-theta lens (9) that expands the beam diameter in advance so that it is focused at a predetermined beam diameter. This is an expander optical system for

本実施例においては、以上のような多波長光ビーム走査
光学系において、前記音響光学変調器(3)および音響
光学偏向器(6)において生じる波長分散を両者の間に
プリズム(5)を配置し、その入射側のリレーレンズ系
(41)によって音響光学変調器(3)とプリズム(5
)を共役な関係にし、また出射側のリレーレンズ系(4
2)によって音響光学偏向器(6)とプリズム(5)を
共役な関係にすることにより、1つの分散光学系で合成
系全体として波長分散を補償している。
In this embodiment, in the multi-wavelength light beam scanning optical system as described above, a prism (5) is arranged between the acousto-optic modulator (3) and the acousto-optic deflector (6) to reduce wavelength dispersion occurring in the acousto-optic modulator (3) and the acousto-optic deflector (6). The relay lens system (41) on the incident side connects the acousto-optic modulator (3) and the prism (5).
) in a conjugate relationship, and the output side relay lens system (4
By setting the acousto-optic deflector (6) and the prism (5) in a conjugate relationship according to 2), one dispersive optical system compensates for wavelength dispersion as a whole in the synthesis system.

また、リレーレンズ系(41)、  (42)は音う光
学素子と分散光学系を共役関係にするだけでなく、各々
適当な倍率を有して自らも波長分散を補償するのでプリ
ズム(5)の材質、頂角等を無理のない範囲で設定する
ことができる。
In addition, the relay lens systems (41) and (42) not only create a conjugate relationship between the acoustic optical element and the dispersive optical system, but also each have an appropriate magnification and compensate for wavelength dispersion, so the prism (5) The material, apex angle, etc. can be set within a reasonable range.

本実施例における描画装置においては、複雑な構成を取
ることなく、複数の音響光学素子の波長分散によるレー
ザビームの角度広がりを非常に小さく保っているので、
ステージ(10)上に、良質のビームスポットを形成で
き、かつエネルギー効率を極めて高くできる。
In the drawing apparatus of this embodiment, the angular spread of the laser beam due to the wavelength dispersion of the plurality of acousto-optic elements is kept very small without requiring a complicated configuration.
A high-quality beam spot can be formed on the stage (10), and energy efficiency can be extremely high.

かかる描画装置を用いれば感光度の低いレジスト材上に
直接微細な画像を高速で形成することができ、例えば増
々ファインパターン化が進んでいるプリント基板製造工
程等において極めて有用である。
If such a drawing device is used, it is possible to directly form a minute image on a resist material with low photosensitivity at high speed, and it is extremely useful, for example, in the manufacturing process of printed circuit boards, where finer patterns are becoming more and more advanced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明においては、複数の音響光学素子を含む合成系
において、それぞれの音響光学素子に生じる波長分散を
合成系として、分散光学系で補償しているので、分散光
学部材およびリレーレンズ系の部品点数を減らして、多
波長光ビーム光学系の構成を簡単なものにすることがで
き、光学系を小さくまとめることができるばかりか、光
学系のエネルギー損失をより小さくできるという極めて
優れた効果を有している。
In this invention, in a synthesis system including a plurality of acousto-optic elements, the wavelength dispersion occurring in each acousto-optic element is compensated for by the dispersion optical system as a synthesis system, so the number of components of the dispersion optical member and relay lens system is reduced. This has the extremely excellent effect of not only making it possible to simplify the configuration of the multi-wavelength light beam optical system and making the optical system smaller, but also to further reduce energy loss in the optical system. ing.

かかる多波長光ビーム光学系を描画装置の走査光学系に
用いれば、極めて高いエネルギー密度を小型のレーザで
得られる高いので感光度の低い感光体上にも品質の高い
画像を高速で形成することができるものである。
If such a multi-wavelength light beam optical system is used in the scanning optical system of a writing device, extremely high energy density can be obtained with a small laser, so high quality images can be formed at high speed even on photoreceptors with low photosensitivity. It is something that can be done.

さらに、光路長が短縮されたことから、描画装置全体を
コンパクト化でき、ランニングコストの低減が図れると
ともに保守管理も容易となるものである。
Furthermore, since the optical path length is shortened, the entire drawing device can be made more compact, reducing running costs and making maintenance management easier.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例の構成模式図、第2図は
第1図に示された実施例を用いた描画装置の主要部の斜
視図、第3図は本発明の第2の実施例の構成模式図、第
4図は従来知られている波長分散補償方法の構成模式図
、第5図は従来の多波長光ビーム光学系の構成模式、第
6図は音響光学素子の構造図。 1・・・レーザ装置、4,2,41.42゜42A、4
2B・・・リレーレンズ系、3・・・音響光学変調器、
5,5A、5B・・・プリズム、5C・・・回折格子、
6・・・音響光学偏向器、7・・・エキスパンダー光学
系、8・・・回転多面鏡、9・・・f−θレンズ、10
・・・ステージ、11・・・音響光学素子、12・・・
超音波媒質、13・・・トランスデユーサ、14・・・
超音波波面、LB・・・レーザビーム、LBI・・・波
6λ1のレーザビーム、LB2・・・波長λ2のレーザ
ビーム。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the main parts of a drawing device using the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic diagram of the configuration of the second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic diagram of the configuration of a conventionally known wavelength dispersion compensation method, and FIG. 5 is a schematic diagram of the configuration of a conventional multi-wavelength light beam optical system. FIG. 6 is a structural diagram of an acousto-optic element. 1... Laser device, 4, 2, 41.42° 42A, 4
2B... Relay lens system, 3... Acousto-optic modulator,
5, 5A, 5B...prism, 5C...diffraction grating,
6... Acousto-optic deflector, 7... Expander optical system, 8... Rotating polygon mirror, 9... f-theta lens, 10
...stage, 11...acousto-optic element, 12...
Ultrasonic medium, 13... Transducer, 14...
Ultrasonic wavefront, LB...laser beam, LBI...laser beam with wave 6λ1, LB2...laser beam with wavelength λ2. Agent Patent Attorney Masatoshi Sato

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 複数の音響光学素子を介して、同一光軸上に複数の波長
成分を同時に含む光ビームを送出する多波長光ビーム光
学系において、前記複数の音響光学素子にそれぞれ生じ
る波長分散を合成系として補償する分散光学系を備えた
ことを特徴とする多波長光ビーム光学系。
In a multi-wavelength light beam optical system that simultaneously sends out a light beam containing multiple wavelength components on the same optical axis via multiple acousto-optic elements, the chromatic dispersion that occurs in each of the multiple acousto-optic elements is compensated as a synthesis system. A multi-wavelength light beam optical system characterized by being equipped with a dispersion optical system.
JP62303401A 1987-05-13 1987-12-02 Multiwavelength light beam optical system Pending JPH01145621A (en)

Priority Applications (2)

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