JPH063611A

JPH063611A - 走査式光学装置

Info

Publication number: JPH063611A
Application number: JP4167895A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】描画光のエネルギーを低下、像面上でのモニ
ター光のモレによる光量の変化がなく、しかも、モニタ
ー光の走査線が湾曲することのない走査式光学装置を提
供することを目的とする。【構成】描画光を発生するガスレーザー10と、描画光
とは波長が異なるモニター光を発する半導体レーザー50
と、各光源からの光束を偏向、走査させるポリゴンミラ
ー20と、ポリゴンミラー20により偏向される光束を描画
面40上に結像させる走査レンズ30と、走査レンズ30と描
画面40との間に設けられ、描画光の光路からモニター光
を分離するダイクロイックミラー60と、分離されたモニ
ター光を受光してモニター信号を発生する信号発生手段
Aとを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザープリンタ
ー、あるいはレーザーフォトプロッター等の走査式光学
装置に関し、より詳細には像面上でのスポットの走査位
置を間接的に検出するモニター系を有する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高い描画精度が要求される走
査式光学装置においては、描画面上スポットが何れの位
置を走査しているかを検出するためにモニター光学系を
有するものがある。

【０００３】従来のモニター光学系は、ハーフミラーに
より描画光の一部を分離してモニターに利用するもの、
偏光ビームスプリッターを用いて分離するもの、ポリゴ
ンミラーへの描画光の入射角度とモニター光の入射角度
とを副走査方向に関して異ならせ、両光束を空間的に分
離するもの等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハーフ
ミラーを用いる光学系では、描画していないときにはモ
ニター信号が得られない。

【０００５】また、偏光ビームスプリッターを用いて分
離する装置では、完全な偏光分離が不可能であり、特に
非テレセントリックな系では像高が高い部分と低い部分
とで偏光ビームスプリッターに対する入射角度の違いに
より偏光分離性能が異なり、描画質に悪影響を与える。

【０００６】更に、描画光とモニター光とを空間的に分
離する装置では、モニター光の走査線が湾曲すると共
に、Fナンバーが小さい走査レンズを用いる場合には分
離が困難である。

【０００７】

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、描画光のエネルギーを低下
させず、像面上へのモニター光のモレにより描画質が影
響を受けず、しかも、モニター光の走査線が湾曲するこ
とのない走査式光学装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる走査式
光学装置は、上記の目的を達成させるため、描画光を発
生する描画用光源と、描画光とは波長が異なるモニター
光を発するモニター用光源と、各光源からの光束を偏
向、走査させる偏向器と、偏向器により偏向される光束
を描画面上に結像させる走査レンズと、走査レンズと描
画面との間に設けられ、描画光の光路からモニター光を
分離する分離手段と、分離されたモニター光を受光して
モニター信号を発生する信号発生手段とを有することを
特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１０】

【実施例１】図1〜図4はこの発明の実施例1を示したも
のである。描画用光源としてのガスレーザー10から発し
た描画用の光束は、収束レンズ11により収束されて変調
器としてのA／O変調器12に入射して変調され、コリメー
トレンズ13により平行光束とされる。描画用光束は、ポ
リゴンミラー20により反射、偏向され、走査レンズとし
てのfθレンズ30により描画面40上に結像される。

【００１１】半導体レーザー50から発した描画光とは異
なる波長のモニター用光束は、コリメートレンズ51によ
り平行光束とされてダイクロイックプリズム52に入射す
る。ダイクロイックプリズム52は、描画用光束の波長を
透過させ、モニター用光束の波長を反射する特性を有
し、両光束を重ね合わせてポリゴンミラー20へ入射させ
る。

【００１２】ポリゴンミラー20で描画用光束と共に反
射、偏向されたモニター用光束は、fθレンズ30により
集束光とされ、fθレンズ30と描画面40との間に設けら
れた分離手段としてのダイクロイックミラー60に入射す
る。ダイクロイックミラー60は、ダイクロイックプリズ
ム52と同一の特性を有しており、描画光を透過させてモ
ニター光を反射させる。

【００１３】モニター光を検出する信号発生手段Aは、
図1に示したように光入射側の端面に縞状のスリットが
等ピッチで形成されたガラス製のスケール61と、蛍光フ
ァイバーが複数本束ねられたファイバー束62と、このフ
ァイバー束62の端部に設けられたピンフォトダイオード
63とから構成されている。

【００１４】ダイクロイックミラー60により反射された
モニター光は、図2に示したように反射され、スケール6
1を介して蛍光ファイバー束62に側方から入射する。蛍
光ファイバー内では、モニター光の照射によって蛍光が
発生し、この蛍光がファイバー内を伝搬してピンフォト
ダイオード63に達する。

【００１５】モニター光がスケール61上を走査すると、
ピンフォトダイオード63からは正弦波が出力される。こ
の正弦波は整形されて矩形波として制御系に入力され、
A/O変調器12の制御タイミングをとるために利用され
る。但し、スリットのピッチがスポット径と比較して大
きすぎる場合には、1パルスを電気的に複数のパルスに
分割して制御に用いる。

【００１６】図3は、感光体の露光感度と、ダイクロイ
ックミラーの分光透過率と、描画光、モニター光の波長
選択幅との関係を示している。

【００１７】描画面である感光体の露光感度が図3に破
線で示したような帯域をとる場合、描画光の波長はこの
帯域に合わせて設定する必要がある。これに対してモニ
ター光は、ダイクロイックミラー60の分光透過率に合わ
せて透過しない領域に設定し、かつ、仮にダイクロイッ
クミラー60を透過しても描画質に影響を与えないように
感光体の露光感度外に設定することが望ましい。

【００１８】なお、モニター光の波長は、少なくとも感
光体の露光感度外であれば足りるため、分離手段として
はダイクロイックミラーのみでなくハーフミラー等を用
いることもできる。ただし、ハーフミラーを用いる場合
には、描画光のエネルギーも低下するため、描画速度を
遅くしなけれはならない。実施例の構成によれば、描画
光のエネルギーを低下させることなくモニター光を分離
することができる。

【００１９】ところで、fθレンズの特性が色収差の影
響によって描画光とモニター光とに対して異なる場合に
は、モニター光の位置が描画光の位置と正確に対応しな
くなる可能性がある。そこで、実施例のレンズは、描画
光、モニター光の両波長に対して収差補正されている。
これにより、描画光の位置をモニター光に基づいて正確
に検出することができる。

【００２０】なお、描画光に対してのみ収差補正された
fθレンズを用いる場合には、モニター信号検出のため
に利用されているスケールのパターンを、波長の違いに
よる影響を考慮に入れた不等ピッチとすればよい。

【００２１】一般的な解を求めるために図4に示したよ
うな光学系を想定する。ポリゴンミラーを射出した光束
は、第1、第2のリレーレンズR1,R2を介してfθレンズ30
により描画面上に収束される。信号検出手段Aのスケー
ル61は、第1、第2のリレーレンズの中間点と光学的に等
価な面に位置する。

【００２２】リレーレンズは、fθレンズ30の焦点距離
が短く、ポリゴンミラーとfθレンズとの間隔を十分に
確保できない場合に、ポリゴンミラーとfθレンズとの
干渉、あるいは、入射光束とfθレンズとの干渉を避け
るために設けられる。また、このような場合には、分離
手段としてのダイクロイックミラーを配置するスペース
が小さいため、このスペースを確保する上でもリレーレ
ンズを設ける価値がある。

【００２３】そこで、実施例では、fθレンズよりも長
い焦点距離を持つテレセントリックなリレーレンズを一
対設け、光束の偏向点と共役な点をポリゴンミラーから
離れた位置に形成し、上記の干渉の問題を解決してい
る。

【００２４】ここで全系、すなわち描画光学系の走査係
数をK1、第1のリレーレンズR1、すなわちモニター光学
系の走査係数をK2とすると、描画光の像高y1とモニター
光の像高y2とは以下の式(1)(2)で表わされる。

【００２５】y1 = K1・θ+ DST1 …(1) y2 = K2・θ+ DST2 …(2) ただし、 θ : ポリゴンミラーによる光軸からの偏向角 DST1 : 描画光学系の走査歪み DST2 : モニター光学系の走査歪みである。

【００２６】これらの(1)(2)式から、 y2 = (K2 / K1)(y1 - DST1) + DST2 …(3) が導かれる。

【００２７】(3)式によりy1を等ピッチで変化させた際
のy2の値を求め、この値に基づいてスケール61のスリッ
トピッチを設定することにより、出力されるモニター信
号のパルスのピッチを描画光の移動ピッチに正確に一致
させることができる。設定される透過スケールのピッチ
p2は、p1を所定の等ピッチとして以下の式で表される。

【００２８】p2＝(K2／K1)(p1 - DST1) + DST2 …(4)

【００２９】なお、実施例で示した装置のように描画光
学系とモニター光学系とが同一のfθレンズを利用する
場合には、K1 = K2となるため、(3)(4)式は、以下のよ
うに表される。

【００３０】y2 = y1 - DST1 + DST2 p2 = p1 - DST1 + DST2

【００３１】図5は、実施例の変形例を示す図2と同様の
断面図である。fθレンズ30の性能が描画光の波長に対
してのみ良好となるよう設定されている場合、モニター
光が像面湾曲、走査歪み等の収差をもつ場合がある。そ
こで、この例では、ダイクロイックミラー60とスケール
61との間に補助レンズ64を設け、モニター光の収差を補
正している。

【００３２】なお、補助レンズを設けない場合の像面湾
曲が許容範囲内であれば、走査歪みのみを補正すればよ
い。また、補助レンズ64により像面湾曲のみを補正し、
走査歪みについては前記のようにスケール61のピッチを
調整することにより補正することもできる。

【００３３】図6は、実施例の他の変形例を示す図2と同
様の断面図である。この例では、描画光用とモニター光
用とにそれぞれ別個の走査レンズを設けている。

【００３４】ポリゴンミラーで反射された両光束は、ダ
イクロイックミラー60により分離され、このミラーを透
過した描画光は走査光用のfθレンズ30により描画面40
に結像し、反射されたモニター光は、モニター光用のf
θレンズ65によりスケール61上に結像する。

【００３５】図6の構成によれば、それぞれのfθレンズ
をそれぞれの波長に対して良好な性能が発揮できるよう
設定できるため、モニター光の位置を検出することによ
り、描画光の位置を正確に求めることができる。

【００３６】

【実施例２】図7及び図8は、実施例２を示したものであ
り、この例では、リレーレンズR1,R2の間に分離手段と
してのダイクロイックミラー60が設けられている。実施
例と同一の部材には同一符号を付している。

【００３７】像面上での描画の精度が高く要求されるほ
ど、モニター光学系の精度も高く要求され、スケール上
を走査するビームの範囲が描画光の走査範囲と一致して
いる場合には、スケールのピッチも小さくする必要があ
り、スケールの製造が困難となる。

【００３８】図7,8の構成では、リレーレンズの間でモ
ニター光を描画光から分離することにより、モニター光
の走査範囲が走査効率K1,K2の比に対応して描画光の走
査範囲より広くなるため、すなわち、モニター光を描画
光より拡大して検出できるため、スケールのピッチもさ
ほど細かくする必要がなく、スケールの作成が容易とな
る。

【００３９】なお、リレーレンズの間に分離手段を設け
る場合、リレーレンズ間の走査歪みとfθレンズの走査
歪みとが異なる場合には、前述した(3)式による補正が
必要となる。

【００４０】

【効果】以上説明したように、この発明によれば、描画
光とモニター光との波長を異ならせることにより、ダイ
クロイックミラー等の分離手段を用いて容易に描画光と
モニター光とを分離することができる。また、モニター
光の波長を感光体の不感波長にすれば、ダイクロイック
ミラーの性能が不完全であってモニター光が描画面に達
した場合にも、描画質に影響を与えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかる装置を示す平面図である。

【図２】実施例１にかかる装置の要部を示す側面図で
ある。

【図３】感光体の露光特性と、ダイクロイックミラー
の分光透過率と、各光源の波長との関係を示すグラフで
ある。

【図４】モニター光の走査特性と描画光の走査特性と
を示す説明図である。

【図５】実施例１の変形例を示す図2と同様の側面図
である。

【図６】実施例１の他の変形例を示す図2と同様の側
面図である。

【図７】実施例２にかかる装置を示す平面図である。

【図８】実施例２にかかる装置を示す側面図である。

【符号の説明】

10…ガスレーザー(描画用光源) 20…ポリゴンミラー(偏向器) 30…fθレンズ(走査レンズ) 40…描画面 50…半導体レーザー(モニター用光源) 60…ダイクロイックミラー(分離手段) A…信号発生手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】描画光を発生する描画用光源と、前記描画光とは波長が異なるモニター光を発するモニタ
ー用光源と、前記各光源からの光束を偏向、走査させる偏向器と、前記偏向器により偏向される光束を描画面上に結像させ
る走査レンズと、前記偏向器と前記描画面との間に設けられ、描画光の光
路からモニター光を分離する分離手段と、分離されたモニター光を受光してモニター信号を発生す
る信号発生手段とを有することを特徴とする走査式光学
装置。
【請求項２】前記分離手段は、ダイクロイックミラーで
あることを特徴とする請求項1に記載の走査式光学装
置。
【請求項３】前記モニター光は、描画対象となる感光体
の不感波長であることを特徴とする請求項1に記載の走
査式光学装置。
【請求項４】前記走査レンズは、描画光とモニター光と
の両波長に対して収差補正されていることを特徴とする
請求項1に記載の走査式光学装置。
【請求項５】前記分離手段と前記信号発生手段との間
に、モニター光の収差を補正する補助レンズが設けられ
ていることを特徴とする請求項1に記載の走査式光学装
置。
【請求項６】前記信号発生手段は、前記モニター光が走
査方向に沿って透過部、遮断部が交互に形成された透過
スケールを有し、該透過スケールのピッチp2を下記の条
件を満たすよう形成したことを特徴とする請求項1に記
載の走査式光学装置。 p2＝(K2／K1)(p1 - DST1) + DST2 ただし、 K1は描画光用の光学系の走査係数、 K2はモニター光用の走査係数、 p1は所定の等ピッチ、 DST1は描画光学系の走査歪み、 DST2モニター光学系の走査歪みである。
【請求項７】所定の定数をαとして、以下の条件を満た
すことを特徴とする請求項6に記載の走査式光学装置。 DST2＝αDST1
【請求項８】描画光を発生する描画用光源と、前記描画光とは波長が異なるモニター光を発するモニタ
ー用光源と、前記各光源からの光束を偏向、走査させる偏向器と、前記偏向器により偏向される光束を描画面上に結像させ
る走査レンズと、前記走査レンズと前記描画面との間に設けられ、前記偏
向器により偏向される光束を前記走査レンズの所定の入
射瞳に導くリレーレンズと、前記リレーレンズ中に設けられ、描画光の光路からモニ
ター光を分離する分離手段と、分離されたモニター光を受光してモニター信号を発生す
る信号発生手段とを有することを特徴とする走査式光学
装置。
【請求項９】前記分離手段と前記信号発生手段との間
に、モニター光の収差を補正する補助レンズが設けられ
ていることを特徴とする請求項8に記載の走査式光学装
置。
【請求項１０】前記信号発生手段は、前記モニター光が
走査方向に沿って透過部、遮断部が交互に形成された透
過スケールを有し、該透過スケールのピッチp2を下記の
条件を満たすよう形成したことを特徴とする請求項8に
記載の走査式光学装置。 p2＝(K2／K1)(p1 - DST1) + DST2 ただし、 K1は描画光学系の走査係数、 K2はモニター光用の走査係数、 p1は所定の等ピッチ、 DST1は描画光学系の走査歪み、 DST2モニター光学系の走査歪みである。
【請求項１１】所定の定数をαとして、以下の条件を満
たすことを特徴とする請求項10に記載の走査式光学装
置。 DST2＝αDST1
【請求項１２】前記分離手段は、前記偏向器と前記走査
レンズとの間に設けられ、前記信号発生手段は、前記偏
向器により偏向され、前記分離手段により描画光の光路
から分離されたモニター光を受光し、前記分離手段と前
記信号発生手段との間には、モニター光を前記信号発生
手段上に結像させるモニター光用走査レンズが設けられ
ているとを特徴とする請求項１に記載の走査式光学装
置。
【請求項１３】前記信号発生手段は、前記モニター光が
走査方向に沿って透過部、遮断部が交互に形成された透
過スケールを有し、該透過スケールのピッチp2を下記の
条件を満たすよう形成したことを特徴とする請求項12に
記載の走査式光学装置。 p2＝(K2／K1)(p1 - DST1) + DST2 ただし、 K1は描画光学系の走査係数、 K2はモニター光用の走査係数、 p1は所定の等ピッチ、 DST1は描画光学系の走査歪み、 DST2モニター光学系の走査歪みである。
【請求項１４】所定の定数をαとして、以下の条件を満
たすことを特徴とする請求項13に記載の走査式光学装
置。 DST2＝αDST1