(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向器を有する光走査装置に用いられ、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニット、を調整する調整装置であって、
前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割する分割素子と、
前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成する結像光学素子と、
前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する調整機構と、を有すること特徴とする調整装置。
【請求項２】
前記光源ユニットからの光束を制限する絞りを有しており、前記分割素子は、前記絞りを通過した光束を複数の光束に分割することを特徴とする請求項１に記載の調整装置。 
【請求項３】
前記分割素子は、前記光源ユニットからの光束を主走査方向及び副走査方向の両方において複数の光束に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の調整装置。
【請求項４】
前記調整機構は、前記光源と前記集光光学素子との、主走査方向、副走査方向、及び前記光軸方向における相対位置の夫々を調整することを特徴とする請求項３に記載の調整装置。
【請求項５】
前記分割素子において、入射面及び出射面の一方は１つの平面から成り、他方は互いに非平行であり且つ前記平面に非平行である複数の平面から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整装置。
【請求項６】
前記分割素子の入射面及び出射面の一方は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の調整装置。
【請求項７】
前記複数のプリズムは、前記プリズムアレイに入射する光束の瞳の最大径方向に配列されていることを特徴とする請求項６に記載の調整装置。
【請求項８】
前記光源ユニットが備える各部材が設計値通りに配置されている場合に、前記光源から出射して前記プリズムアレイにより前記最大径方向に分割された光束同士の相対角度をＰ（ｒａｄ）、前記プリズムアレイに入射する光束の瞳の前記最大径方向の幅をＨ、前記集光光学素子の焦点距離をＦ、前記結像光学素子の焦点距離をＦｊ、前記受光面上に集光された光束のスポット径をＳｐ、前記光源と前記集光光学素子との光軸方向における間隔の最大ズレ量の絶対値をＸｍａｘ、とするとき、
Ｐ×Ｆｊ＋Ｓｐ＞２×Ｆｊ×Ｘｍａｘ×Ｈ／（４×Ｆ２）
なる条件を満たすことを特徴とする請求項７に記載に調整装置。
【請求項９】
前記分割素子の入射面及び出射面の少なくとも一方は、同一の曲率を有する複数の曲面が配列されたレンズアレイから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整装置。
【請求項１０】
前記複数の曲面は、前記レンズアレイに入射する光束の瞳の最大径方向に配列されていることを特徴とする請求項９に記載の調整装置。
【請求項１１】
前記分割素子は、前記複数の光束を互いに異なる方向に屈折させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の調整装置。
【請求項１２】
偏向器を有する光走査装置に用いられ、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニット、の製造方法であって、
前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割し、前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成し、前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する工程を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニットと、を備える光走査装置の製造方法であって、
前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割し、前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成し、前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する第１の工程と、
該第１の工程により調整された前記光源ユニットを前記光走査装置に搭載する第２の工程と、を有することを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向器を有する光走査装置に搭載される光源ユニットにおけるレーザ光源と集光光学素子の調整装置及び調整方法に関する。特に、前記光源ユニットは、少なくともレーザ光源と前記レーザ光源から出射した光束を集光し前記偏向器に導く集光光学素子とを備え、光走査装置内で前記レーザ光源と前記偏向器の間に設けられた絞りによって前記光源ユニットから出射した光束が主走査方向の光束幅と副走査方向の光束幅とが異なるように制限されて使用される光源ユニットの、レーザ光源と集光光学素子の相対位置を調整する調整装置及び調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザビームプリンターやデジタル複写機に搭載される光走査装置の、レーザ光源と集光光学素子からなる光源ユニットの製造において、レーザ光源と集光光学素子の相対位置は別工程で詳細に調整される。光走査装置において、光源ユニットより後段の走査光学系は通常拡大光学系となるため、光源部の集光光学系に対しレーザ光源の相対位置を厳密に調整する必要がある。厳密な調整が行われないと感光ドラムなどの被走査面においてビームスポット径が肥大化し、或いは、所望の照射位置にビームを結像できなくなり、高精細な印字や色レジストレーション合わせが困難になる。
【０００３】
光源ユニットのレーザ光源と集光光学素子の相対位置の調整方法や調整装置について、いくつかの提案がされている。特許文献１に記載された調整工具では、取り付けられた光源ユニットからの射出光を工具用レンズによりスポットに結像する。結像されたビームスポットについては対物レンズと拡大光学系とカメラからなる検知系でビームスポットのプロファイルを読み込んで画像処理装置でビーム径を算出し、ビームスポット径が最小となる深度中心を算出し、更に光軸に垂直な断面内の照射位置が最適な位置にあるかを判定している。そして、ピントと照射位置が最適な位置になるように、集光光学系を保持した鏡筒を３次元方向に駆動制御している。この調整方法をアルゴリズムとしてまとめたものを図２０に示す。図２０に示したフローチャートでは、コリメータレンズを、ピント方向の設計位置Xoに対し±ｄＸ×Ｎの範囲を、ピッチｄＸで２×Ｎ＋１回移動させ、それぞれの位置においてビームスポットのプロファイルを読み込んでピントずれ量ΔＸを算出し、更に照射位置ズレΔＹ、ΔＺを算出している（特許文献１の段落００３４〜００３８、図４〜８，１４）。特許文献１によればピント判定にビームスポット径ではなくレーザビーム光量のピーク値に基づく判定方法も記載されている（段落００４９）。
【０００４】
また、近年、光走査装置ではＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:面発光レーザ）をはじめとするモノリシックマルチビームなど多ビーム方式が製品化されている。多ビーム化に伴い、集光光学系の光軸に対する発光点の並びの直角度を合わせる必要性もある。直角度を合わせないと、ビーム間にピントの差、いわゆる片ボケが生じる。たとえば特許文献２では二つの発光点に対し、第１の発光点のピントを合わせた後に、第２の発光点のピントを見ながら、レーザ素子の回転調整とコリメータレンズの微調整を何回か繰り返す方法が提案されている（段落００２４、図４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３６７８１
【特許文献２】特開平１１−６４７５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のレーザ光源ユニットの調整方法は調整時間が長く必要であるという課題がある。
【０００７】
特許文献１では、レーザ光源と集光光学素子の間隔を微少量ｄＸだけ変化（デフォーカス）させ、ビームスポットのプロファイルを読み込み、スポット径やピーク光量を算出するという工程を所定の回数を繰り返す必要がある。図２０ではスポットプロファイルの取り込みとスポット径の算出を２×Ｎ＋１回繰り返している。そしてデフォーカスに対するスポット径やピーク光量の変化から、ベストピント位置を算出し、レーザ光源と集光光学素子の間隔を調整している。繰り返し作業のために工数がかかるという課題がある。
【０００８】
更に、レーザ光源と集光光学素子の間隔を決めて固定した後にピント位置の確認を行う際はカメラを含めた検知光学系をデフォーカスしてビームスポットのプロファイルを読み込み、スポット径やピーク光量を算出するという工程を所定の回数を繰り返す必要がある。このような確認工程でも調整時間がかかってしまう。
【０００９】
また、特許文献２では多ビームにおける発光素子ごとのピントずれの調整である、所謂、片ボケ調整を行うために、ビーム数に応じて実施しなければならないビームごとのピント測定回数が増え、調整時間が増大する。
【００１０】
レーザ光源と集光光学素子が光軸に垂直な方向に相対的にずれると印字位置精度に狂いが生じ、色レジストレーション合わせが困難になる。特にマルチビーム走査系では、光源を光軸周りに厳密に調整しないとビームピッチが所望の間隔とならず画像劣化の原因となる。このため、各ビームの印字位置を繰り返し測定し調整を行うために調整時間が増大する。従ってレーザ光源と集光光学素子が光軸に垂直な方向にも厳密な位置合わせが必要であり組み立て調整時間が長くなる要因となっている。
【００１１】
そこで、本発明は、偏向器を有する光走査装置に搭載される光源ユニットのレーザ光源と集光光学素子の相対位置を調整する調整時間の短縮が可能な、光源ユニットの調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の、偏向器を有する光走査装置に用いられ、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニット、を調整する調整装置は、以下の構成を有する。
前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割する分割素子と、前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成する結像光学素子と、前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する調整機構と、を有すること特徴とする。
【００１３】
調整装置はさらに、前記光源ユニットからの光束を制限する絞りを有しており、前記分割素子は、前記絞りを通過した光束を複数の光束に分割する、こと特徴とする。
【００１４】
調整装置はさらに、前記分割素子は、前記光源ユニットからの光束を主走査方向及び副走査方向の両方において複数の光束に分割することを特徴とする。
前記調整機構はさらに、前記光源と前記集光光学素子との、主走査方向、副走査方向、及び前記光軸方向における相対位置の夫々を調整する、こと特徴とする。
【００１５】
調整装置はさらに、前記分割素子において、入射面及び出射面の一方は１つの平面から成り、他方は互いに非平行であり且つ前記平面に非平行である複数の平面から成る、こと特徴とする。
【００１６】
調整装置はさらに、前記分割素子の入射面及び出射面の一方は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイを含むことを特徴とする。
調整装置はさらに、前記複数のプリズムは、前記プリズムアレイに入射する光束の瞳の最大径方向に配列されている、こと特徴とする。
【００１７】
調整装置はさらに、前記光源ユニットが備える各部材が設計値通りに配置されている場合に、前記光源から出射して前記プリズムアレイにより前記最大径方向に分割された光束同士の相対角度をＰ（ｒａｄ）、前記プリズムアレイに入射する光束の瞳の前記最大径方向の幅をＨ、前記集光光学素子の焦点距離をＦ、前記結像光学素子の焦点距離をＦｊ、前記受光面上に集光された光束のスポット径をＳｐ、前記光源と前記集光光学素子との光軸方向における間隔の最大ズレ量の絶対値をＸｍａｘ、とするとき、
Ｐ×Ｆｊ＋Ｓｐ＞２×Ｆｊ×Ｘｍａｘ×Ｈ／（４×Ｆ２）
なる条件を満たすことを特徴とする。
【００１８】
調整装置はさらに、前記分割素子の入射面及び出射面の少なくとも一方は、同一の曲率を有する複数の曲面が配列されたレンズアレイから成ることを特徴とする。
【００１９】
調整装置はさらに、前記複数の曲面は、前記レンズアレイに入射する光束の瞳の最大径方向に配列されていることを特徴とする。
【００２０】
調整装置はさらに、前記分割素子は、前記複数の光束を互いに異なる方向に屈折させることを特徴とする。
【００２３】
偏向器を有する光走査装置に用いられ、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニット、の製造方法であって、前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割し、前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成し、前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する工程を有すること特徴とする。
本発明の、光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、光源と該光源から出射した光束を前記偏向器に導く集光光学素子とを備える光源ユニットと、を備える光走査装置の製造方法は、前記光走査装置に搭載される前の前記光源ユニットからの光束を複数の光束に分割し、前記複数の光束を集光して受光面上に複数の像を形成し、前記像同士の相対位置と、前記集光光学素子の光軸に対する前記複数の像の位置と、に基づいて、前記光源と前記集光光学素子との前記集光光学素子の光軸方向における相対位置と、前記光源と前記集光光学素子との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置と、を調整する第１の工程と、該第１の工程により調整された前記光源ユニットを前記光走査装置に搭載する第２の工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
レーザ光源と集光光学素子の相対位置を調整する組立調整時間を短縮することが可能な光源ユニットの調整装置及び調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１の調整装置を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１の調整装置を示す斜視図。
【図３】本発明のレーザ光源と集光光学素子の相対位置の調整方法を示すフローチャート。
【図４Ａ】本発明の調整装置の概略構成図。
【図４Ｂ】図４Ａに示した本発明の調整装置の概略構成図の拡大図。
【図５Ａ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図５Ｂ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図５Ｃ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図５Ｄ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図５Ｅ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図５Ｆ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図５Ｇ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＸ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図５Ｈ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＸ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図５Ｉ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＹ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図５Ｊ】本発明の実施例１に係る数値実施例１における、レーザ光源がＺ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図６】本発明の実施例２の調整装置を示す断面図。
【図７】本発明の実施例２の調整装置を示す斜視図。
【図８Ａ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図８Ｂ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図８Ｃ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図８Ｄ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図８Ｅ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図８Ｆ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図８Ｇ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＸ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図８Ｈ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＹ方向に0.02mmピッチで±0.05mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図８Ｉ】本発明の実施例２に係る数値実施例２における、レーザ光源がＺ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図９】本発明の実施例３の調整装置をシングルビームのレーザ光源の調整に使用した場合（数値実施例３−１）を示す斜視図。
【図１０】本発明の実施例３の調整装置の瞳分割素子を示す部分詳細図。
【図１１Ａ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｂ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｃ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｄ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｅ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｆ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１１Ｇ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＸ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１１Ｈ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＹ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１１Ｉ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＺ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１１Ｊ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−１における、レーザ光源がＸ方向に±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での変位を示す図。
【図１２】本発明の実施例３の調整装置をマルチビームのレーザ光源の調整に使用した場合（数値実施例３−２）を示す斜視図。
【図１３Ａ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−２において、レーザ光源が理想位置に配置されているときの１２個のビームスポットの像面上での配置を示す図。
【図１３Ｂ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−２において、レーザ光源がＸ方向に変位（集光レンズとの間隔が0.1mm増大）した場合の、１２個のビームスポットの像面上での配置を示す図。
【図１３Ｃ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−２において、レーザ光源がＸ方向に変位（集光レンズとの間隔が0.1mm短縮）した場合の、１２個のビームスポットの像面上での配置を示す図。
【図１３Ｄ】本発明の実施例３に係る数値実施例３−２において、レーザ光源がＺ軸周りに回転した場合の、１２個のビームスポットの像面上での配置を示す図。
【図１４】本発明の実施例４の調整装置を示す斜視図。
【図１５】本発明の実施例４の調整装置の瞳分割素子を示す部分詳細図。
【図１６】本発明の実施例４の調整装置を示すＸＹ断面図。
【図１７】本発明の実施例４の調整装置を示すＸＺ断面図。
【図１８Ａ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｂ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＸ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｃ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｄ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＹ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｅ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＹ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｆ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＺ方向にずれた場合の、ビームスポットのＺ方向の変位量を示す図。
【図１８Ｇ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＸ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１８Ｈ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＹ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１８Ｉ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＺ方向に0.02mmピッチで±0.1mm変位した場合の、ビームスポットのＹＺ平面上での移動軌跡を示す図。
【図１８Ｊ】本発明の実施例４に係る数値実施例４における、レーザ光源がＸ方向に±0.1mm変位した場合の、ＹＺ平面上で４つのビームスポットにより形成される矩形の変化を示す図。
【図１９】本発明の実施例５の光走査装置の概略図。
【図２０】レーザ光源と集光光学素子の相対位置の調整方法の従来例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明の第１の実施例の走査光学系用光源ユニットの調整装置の断面図、図２は斜視図である。
【００２８】
本実施例の調整装置は、偏向器を有する光走査装置に搭載される光源ユニットのレーザ光源と集光光学素子の相対的な位置関係を調整する調整装置であって、図１と図２に示すように、調整対象であるレーザ光源１及び集光光学素子としての集光レンズ３を含む光源ユニット２１を固定するための取り付け部（不図示）、絞り（第２の絞り）４、瞳分割素子５、結像光学素子である工具レンズ６、受光センサ（受光素子）としての２次元CCDカメラ８により構成される。座標系は光軸がＸ軸、Ｘ軸に直交する面にＹ軸とＺ軸を設ける。
【００２９】
本実施例の調整装置の構成を図１と図２を用いて説明する。
【００３０】
レーザ光源１および集光レンズ３は保持部材としてのレーザホルダ２によって保持されて走査光学系用の光源ユニット２１を構成する。光源ユニット２１は不図示の取り付け部により本実施例の調整装置に着脱可能である。レーザホルダ２に対し集光レンズ３が固定されて調整装置に装着される。レーザ光源１は、調整機構である不図示の工具ハンドにより保持され、レーザホルダ２（集光レンズ３）に対して３次元的に変位可能な構成を有する。後述する本件の調整方法によりレーザ光源１の位置を微調整して、集光レンズ３に対するレーザ光源１の相対位置を３次元的に所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１はレーザホルダ２に固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【００３１】
絞り４はＹ方向に長軸をもつ楕円の穴を開けたプレートである。楕円開口を有する絞り４により光束１０は楕円形状となり、Ｙ方向に最大径となる。
【００３２】
瞳分割素子（分割素子）５は、プリズム５Ａとプリズム５ＢをＹ方向に配列して構成されるプリズムアレイからなる。したがって、プリズムの配列方向は、光束の最大径方向と一致する。プリズム５Ａとプリズム５Ｂは光軸を含むＸＺ平面に対して対称な形状となっている。図１及び図２では入射面はＹＺ平面に対して傾斜しており、出射面はＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されている。図１及び図２では入射面の傾斜が光軸側の肉厚が薄くなるような傾斜であるが、逆に光軸側の肉厚が厚くなるような傾斜であってもよい。
【００３３】
工具レンズ６は入射したビームを像面７（受光素子上）に集光してビームスポット７Ａと７Ｂを形成する。像面７に形成されたビームスポットは受光センサとしてのCCDカメラ８により画像として取込まれる。CCDカメラ８は対物レンズと受光画素が２次元的に配列されたCCDセンサから構成されている。不図示の画像処理システムは、CCDカメラ８により画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかを算出する。演算処理されたビームスポットのＹＺ座標に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを駆動制御することにより、レーザ光源と集光光学素子の相対位置を調整する。
【００３４】
より具体的な作用について図１と図２を用いて説明する。なお簡単のために図１では光束のマージナル光線のみを記載し、図２では光線の主光線のみを記載する。
【００３５】
光源ユニット２１が不図示の取り付け部により本発明の調整装置に取り付けられ、レーザ光源１を点灯すると、レーザ光源１より出射したレーザビームは集光レンズ３により集光される。集光レンズ３の前側焦点位置にレーザ光源１を一致させることにより、レーザビームは平行光束に変換される。平行光束が所望の平行度となるためには集光レンズ３の前側焦点位置とレーザ光源１との光軸（Ｘ）方向の位置ズレの許容度は±0.050ｍｍ、より好ましくは±0.020ｍｍ以下に合わせる必要がある。また同様に集光レンズ３の光軸に対し、レーザ光源１が垂直方向（Ｙ方向やＺ方向）に大幅にずれると光走査装置の印字位置精度に影響を及ぼす。Ｙ方向やＺ方向の位置ズレの許容度は±0.100ｍｍ、より好ましくは±0.030ｍｍ以下に合わせる必要がある。
【００３６】
しかし光源ユニット２１の組み立て時点では、光軸（Ｘ）方向、Ｙ方向やＺ方向において、この所望の精度で配置することは一般的に困難であり、組み立て後に微調整を行う必要がある。
【００３７】
集光レンズ３から出射した光束は、楕円開口を有する絞り４により光軸に対して垂直な断面において楕円状の光束１０として制限されて（成形されて）使用される。調整装置において光源ユニット２１の集光レンズ３から絞り４までの光軸方向の距離は、光走査装置内における集光レンズ３から絞り（第１の絞り）までの光軸方向の距離に一致させることが望ましい。もしくはこれと光学的に等価な位置に設定するとよい。
【００３８】
絞り４を通過した光束１０は瞳分割素子５を構成するプリズム５Ａとプリズム５Ｂに入射する。図１からわかるように光束１０はＹ方向に２分割され、瞳プラス側の光束１０Ａと瞳マイナス側の光束１０Ｂに分割される。瞳プラス側の光束１０Ａがプリズム５ＡによりＹ方向プラス側へ屈折し、瞳マイナス側の光束１０Ｂがプリズム５ＢによりＹ方向マイナス側へ屈折する。
【００３９】
次に工具レンズ６に入射した光束１０Ａと光束１０Ｂは、工具レンズ６によって結像作用を受け、工具レンズ６の像面７にビームスポット７Ａと７Ｂを形成する。
【００４０】
像面７上のビームスポット７Ａと７ＢはCCDカメラ８により画像として取込まれる。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。
【００４１】
理想状態で（設計位置に）レーザ光源１と集光レンズ３が配置され、集光レンズ３から射出されるレーザビームが所望の平行度の平行光束であるならば、像面７上における光軸上の点をＹＺ平面の原点（０，０）として表すと、ビームスポット７Ａと７Ｂは像面７のＹ軸上でそれぞれ（＋Yo、0）、（−Yo、0）の位置に結像するものとする。このとき、実際のレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置がずれた場合に、ビームスポット７Ａと７Ｂがどのように観測されるかを説明する。
【００４２】
まず、レーザ光源１と集光レンズ３とのＸ方向における距離が理想状態よりΔＸだけ短い場合は、集光レンズ３から出射した光束１０は発散気味の光束となる。図１からわかるように光束１０が発散光束だと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＡはＸ軸からより遠ざかりＹ方向プラス側に変位する。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＡもＸ軸からより遠ざかりＹ方向プラス側に変位して集光されるため、像面７上のビームスポット７Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７Ａは像面７上で、（＋Yo＋ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
同様に光束１０が発散光束だと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＢはＸ軸からより遠ざかりＹ方向マイナス側に変位する。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＢもＸ軸からより遠ざかりＹ方向マイナス側に変位して集光されるため、像面７上のスポット７Ｂの位置もマイナス側に変位する。この変位量を−ｄＹとすると、ビームスポット７Ｂは像面７上で、（−Yo−ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００４３】
よって、レーザ光源１と集光レンズ３とのＸ方向における距離が理想状態よりΔＸだけ短い場合は、ビームスポット７Ａと７Ｂの間隔は２×ｄＹ広がって観察される。
【００４４】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した（Ｙ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図１からわかるように光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＡもＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＡもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７Ａは（＋Yo＋ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００４５】
同様に光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＢもＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＢもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７Ｂの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７Ｂは（−Yo＋ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００４６】
よってレーザ光源１が集光レンズ３に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した場合は、ビームスポット７Ａとビームスポット７Ｂの間隔は変化なく、そろってＹ方向にｄＹだけ変位して観察される。
【００４７】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＺ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した（Ｚ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図２からわかるように光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＡもＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＡもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＺとすると、ビームスポット７Ａは（＋Yo、ｄZ）の位置にビームスポットとして観測される。
【００４８】
同様に光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５によって分割された光束１０ＢもＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１０ＢもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７Ｂの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＺとすると、ビームスポット７Ｂは（−Yo、ｄZ）の位置にビームスポットとして観測される。
【００４９】
よってレーザ光源１が集光レンズ３に対してZ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した場合は、ビームスポット７Ａとビームスポット７Ｂの間隔は変化なく、そろってＺ方向にｄＺだけ変位して観察される。
【００５０】
レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７Ａと７Ｂの間隔（２つのビームの像間の相対位置）や位置（２つのビームの像各々の光軸に対する位置）の変化量は、後述の数値実施例のようにリニアな比例関係がある。従ってビームスポット７Ａと７Ｂの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
【００５１】
本発明では像面７上のビームスポット７Ａと７ＢをCCDカメラ８により画像として取込む。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。２次元CCDセンサ上のスポットの重心位置座標を算出する方法は既知の方法でよい。
【００５２】
算出されたビームスポット７Ａと７ＢのＹＺ平面内の座標を（YA、ZA）、（YB、ZB）とする。装置に製造誤差がなければZA＝ZBとなるが、実際は製造誤差があるのでZA≒ZBである。また理想状態（設計位置）の座標を（＋Yo、０）、（−Yo、０）とする。
【００５３】
また、レーザ光源１と集光レンズ３の相対的な位置ズレに対するビームスポット７Ａと７Ｂの座標変位敏感度を、
Ax＝ピント（Ｘ方向）ズレ  /  ビームスポットＹ方向ズレ量    (1)
Ay＝Ｙ方向ズレ  /  ビームスポットＹ方向ズレ量        (2)
Az＝Ｚ方向ズレ  /  ビームスポットＺ方向ズレ量        (3)
とする。これらはシミュレーションにより求めても、実験により求めてもよい。この座標変位敏感度を用いて、レーザ光源１と集光レンズ３のＸ、Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）は、それぞれ、
レーザ光源１と集光レンズ３のＸ方向相対位置ズレ量ΔＸ
＝Ax×（（YA−YB）−２×Yo）        (4)
レーザ光源１と集光レンズ３のＹ方向相対位置ズレ量ΔＹ
＝Ay×（YA+YB）/2                    (5)
レーザ光源１と集光レンズ３のＺ方向相対位置ズレ量ΔＺ
＝Az×（ZA+ZB）/2                    (6)
と表せる。
【００５４】
Ｘ方向相対位置ズレ量ΔＸはビームスポット７Ａと７Ｂの距離が理想状態の距離からどの程度変位しているか差分をとり算出している。Ｙ方向ズレはビームスポット７Ａ，７Ｂが理想状態からＹ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。Ｚ方向ズレはビームスポット７Ａ，７Ｃが理想状態からＺ方向へどの程度変位しているか差分をとり平均して算出している。
【００５５】
算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１はレーザホルダ２に対して固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【００５６】
この調整方法をアルゴリズムとしてまとめたものを図３に示す。図３に示す通り、各ビームスポットのプロファイルの読み込みは１度でよく、そこから算出された重心位置座標により、ピントずれ量ΔＸ、照射位置ズレΔＹ、ΔＺを一回の測定結果のみから算出することが可能である。したがって本発明においては、比較例の図２０を用いて例示したような、レンズやレーザ光源の位置を移動させて複数の位置条件における各ビームスポットのプロファイルを繰り返し読み込んでスポット径を算出する必要がない。
【００５７】
座標変位敏感度AyとAzは集光レンズ３の焦点距離と工具レンズ６の焦点距離によって決まるので所望の敏感度を得るために、調整対象である光源ユニットの集光レンズ３に応じて工具レンズ６の焦点距離を最適化すればよい。敏感度を高めて検知精度を上げるためには工具レンズ６の焦点距離を長くすればよい。
【００５８】
座標変位敏感度Axは集光レンズ３の焦点距離と工具レンズ６の焦点距離および光束１０の光束幅で決まる。敏感度を高めて検知精度を上げるためには光束幅が広いほうが好ましく、瞳分割素子５を構成するプリズム５Ａとプリズム５Ｂの配列方向を光束１０の最大径方向と一致させるとよい。
【００５９】
この理由を図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。
図４Ａは図１を誇張して記載している。図４Ａ中の参照符号は図１と同じである。図４Ａ，４Ｂではレーザ光源１が設計位置より集光レンズ３に近づいてレーザ光源１’になった場合の光路を破線で示している。また図中に示したＹ方向が瞳の最大径方向であり、瞳の最大径方向の光束幅をＨとする。またに瞳の最大径の方向に瞳分割素子５Ａ、５Ｂが配列している。図４Ａ中では、簡単のために前記瞳分割素子５Ｂ側の光束の記載は省略している。レーザ光源が集光レンズ３に近づいたことで集光レンズ３を出射する光線は若干発散気味となる。このため瞳分割素子５Ａを通過した光束１０Ａに対応する像面７上のビームスポット７Ａは７Ａ’へと変位している。
【００６０】
図４Ｂは、図４Ａのレーザ光源１，１’と集光レンズ３の部分の拡大図であり、詳細に説明する図である。レーザ光源１、１’と集光レンズ３、及び、光束１０Ａの中心光束（実線がレーザ光源１、破線がレーザ光源１’）のみを示している。集光レンズ３の前側焦点距離Ｆの位置（理想状態、設計位置）にレーザ光源１が設けられている。工具レンズ６の焦点距離はＦｊとする。レーザ光源１が光軸にそってｄＸずれた位置にレーザ光源１’が実際に組み付けられたとする。集光レンズ３での中心光束と光軸の距離はＨ／４である。また図４Ｂに示すように、レーザ光源１’の位置における、レーザ光源１から出射した中心光束の光軸からの距離Δを定義し、レーザ光源１’およびレーザ光源１から出射した２つの中心光束の相対角度をεとする。このとき、
Δ＝（F-ｄX）×ε≒F×ε                (7)
と示せる。また図４Ｂの相似関係から
（H/4）/F＝Δ/ｄX                       (8)
と示せる。式(7)及び(8)から
ε≒Δ/F＝ｄX×H/（４×F２）            (9)
と示せる。更に２つの中心光束が相対角度εで工具レンズ6に入射することからビームスポット７Aと７A’の間隔ｄYは、
ｄY=Fｊ×ε≒Fｊ×ｄX×H/（４×F２）    (10)
と示すことができる。この式によれば、ｄＹはHに比例しており、Ｈが大きいほど、つまり光束の瞳径が大きいほど、ｄYが大きく変動し敏感度が高くなることがわかる。従って、瞳分割素子５を構成するプリズム５Ａと５Ｂの配列方向を光束１０の最大径の方向と一致させるとよい。
【００６１】
また、式（１０）を変形すれば、
ｄX≒ｄY×（４×F２）/H/Fj            (11)
となり、式（１）で定義した座標変位敏感度Ａｘは、
Aｘ≒（４×F２）/H/Fj                  (12)
と近似的に示すことができる。
【００６２】
つぎに図１で設計値どおりの配置の場合、瞳分割素子５で分離された光束１０Ａと１０Bの２つの光束の相対角度をP（rad）とする。このとき、像面７上のスポット７Aと７Bの相対距離２Yoは、工具レンズ６の焦点距離Fjを用いて、
２Yo＝P×Fj                        (13)
と示せる。
【００６３】
一方レーザ光源と集光光学素子が組立上生じる光軸方向の最大ズレ量の絶対値をXmaxとするとき、スポット７Aと７Bの位置はそれぞれ、
ｄY≒±Fｊ×Xmax×H/（４×F２）          (14)
だけ変位するので、スポット７Aと７Bの相対距離の変位は
±Fｊ×Xmax×H/（４×F２）×２            (15)
の範囲で変動すると予測できる。従って、設計値どおりの配置の場合のスポット７Aと７Bの相対距離（式(13)）と、組立上生じるスポット７Aと７Bの相対距離の変位（式(1５)）をきちんと設定しないとスポット７Aと７Bの順番が入れ替わってしまい、光軸方向のズレ労の算出が困難になる。そこで本発明では
２Yo＝P×Fj  ＞  Fｊ×Xmax×H/（４×F２）×２              (16)
さらには、スポット７Aと７Bスポット径Ｓｐを勘案して、
２Yo＋Sp＝P×Fj＋Sｐ  ＞  Fｊ×Xmax×H/（４×F２）×２      (17)
となるように設定する。
【００６４】
なお本実施例では先に集光レンズ３を固定しレーザ光源１を微調整したが、これとは逆にレーザ光源１を先に固定し集光レンズ３の位置を微調整してもよい。
理想的な配置でのビームスポットの座標はシミュレーションにより求めてもよいし、現物にあわせて作成したマスター光源ユニットでのビームスポットの座標を用いてもよい。
【００６５】
受光センサとして対物レンズと２次元CCDセンサからなるCCDカメラを示したが必ずしもこれに限るものではない。受光したビームスポットの重心位置座標を算出できれば既知の方式でよい。たとえば像面７に直接センサ受光面を置くとか、CMOSセンサを使用するとか、１次元ラインセンサを利用するなど様々な変形例で対応可能である。また瞳分割素子５のプリズムの角度の設定によりビームスポット７Ａと７Ｂの間隔が広がり１台のセンサで受光できない場合は２台の受光センサを利用してもよいし、１台の受光センサを移動ステージに載せ、ビームスポット７Ａと７Ｂの画像を順番に読み込んでもよい。また本実施例では集光レンズ３により平行光束を得る光源ユニットを想定したがこれに限られることなく、収束光束や発散光束を得る光源ユニットへも適応可能である。またレーザ光源ユニットを走査光学系に作り込むケースにも本件の瞳分割素子や工具レンズなどの光学系を応用することができる。
【００６６】
またプリズム５Ａとプリズム５Ｂの入射面または出射面の少なくとも一方を平面ではなく同一の曲率を有する曲面を配列したレンズアレイとすることで工具レンズ６のパワーを軽減させるかもしくは工具レンズ６そのものを省略することができる。
【００６７】
さらに、本実施例においては、瞳分割素子５は、入射面がＹＺ平面に対して傾斜し、出射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイとして例示したが、本発明はこれに限定されることはない。出射面がＹＺ平面に対して傾斜し、入射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。つまり、入射面と出射面の内の一方がＹＺ平面に対して傾斜し、他方がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。
【００６８】
［数値実施例１］
次に、図１と図２に示した第１の実施例に係る調整装置の数値実施例を示す。
光学系の配置は表１に示すとおりである。表中、Ｒは面の曲率半径、ｄは第ｎ面と第（ｎ＋１）面間の間隔、Ｎは屈折率を示す。
【００６９】
【表１】
0005809498.tif 000002
【００７０】
図５Ａ〜５Ｆに、数値実施例１において、集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的に位置ズレを生じたときにビームスポット７Ａと７Ｂの座標がどのように変位するかを示す。
【００７１】
図５Ａと図５Ｂに、集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向にずれた時のビームスポット７Ａと７ＢのＹ座標及びＺ座標の変位量を示す。相対位置ズレがマイナスの場合は、集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が開く方向であることを示す。図５Ａからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＹ方向を逆方向に変位する。また。図５Ｂからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＺ方向に変位しない。図５ＡからわかるようにAx＝0.1ｍｍ/0.102ｍｍである。
【００７２】
次に図５Ｃと図５Ｄは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向にずれた時のビームスポット７Ａと７ＢのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図５Ｃからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＹ方向を同じ方向に変位する。また。図５Ｄからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＺ方向に変位しない。図５ＣからわかるようにAy＝0.1mm/1.21mmである。
【００７３】
次に図５Ｅと図５Ｆは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向にずれた時のビームスポット７Ａと７ＢのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図５Ｅからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＹ方向に変位しない。また。図５Ｆからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７Ａと７ＢはＺ方向を同じ方向に変位する。図５ＦからわかるようにAz＝0.1mm/1.21mmである。
【００７４】
次に図５Ａ〜５Ｆでの変位に対して、像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７Ａと７Ｂの軌跡をプロットしたものを図５Ｇ〜５Ｊに示す。
【００７５】
図５Ｇ，５Ｈは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。この場合、ＹＺ平面上でのビームスポットはＹ方向を逆方向に変位する。
【００７６】
図５Ｉは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。この場合、ＹＺ平面上でのビームスポットはＹ方向を同じ方向に変位する。
【００７７】
図５Ｊは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。この場合、ＹＺ平面上でのビームスポットはＺ方向を同じ方向に変位する。
【００７８】
以上のように、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７Ａと７Ｂの間隔や位置の変化量は、リニアな比例関係がある。従ってビームスポット７Ａと７Ｂの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
【００７９】
上述した式(4)乃至(6)により算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。またマルチビームのレーザ光源ユニットに適用できることは言うまでもない。
【００８０】
本発明の構成では、従来のようにビームスポット画像を読み込んでスポット径やピーク光量を算出するという工程を何度も回数を繰り返す必要がなく、１度ビームスポット画像を読み込んで演算処理することで３次元的な相対位置ずれ量を算出することが可能である。
また組み立てた光源ユニットのピントなどを再確認する際も少ない工数で確認できる。これにより組立工数を大幅に削減し低コストが可能となる。
【実施例２】
【００８１】
図６は本発明の第２の実施例の走査光学系用光源ユニットの調整装置の断面図、図７は斜視図である。
本実施例の調整装置は、第１の実施例の調整装置と同様の構成を有するが、第１の実施例の調整装置の瞳分割素子５に対し、本実施例では瞳分割素子５１が用いられていることが異なる。
【００８２】
本実施例の調整装置の構成を図６と図７を用いて説明する。本実施例の調整装置の構成は、第１の実施例と瞳分割素子５１を除いて同じであるので、重複する構成に関する説明は省略する。
【００８３】
瞳分割素子(分割素子)５１は、プリズム５１Ａと平行平板部５１Ｂとプリズム５１ＣをＹ方向に配列して構成される。プリズム５１Ａとプリズム５１Ｃは互いにＸＺ平面に対して対称な形状となっている。図６及び図７ではプリズム５１Ａとプリズム５１Ｃの入射面がＹＺ平面に対して傾斜しており、出射面がＹＺ平面に対して平行な１つの面から構成されている。図６及び図７ではプリズム５１Ａとプリズム５１Ｃの入射面の傾斜が光軸側の肉厚が薄くなるような傾斜であるが、逆に光軸側の肉厚が厚くなるような傾斜であってもよい。
瞳分割素子５１を構成するプリズム５１Ａと平行平板部５１Ｂとプリズム５１Ｃの配列方向はＹ方向であり、光束１０の最大径方向と一致させている。
【００８４】
工具レンズ６は入射したビームを像面７に集光してビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを形成する。像面７に形成されたビームスポットは受光センサとしてのCCDカメラ８により画像として取込まれる。CCDカメラ８は、対物レンズと受光画素が２次元的に配列されたCCDセンサから構成されている。CCDカメラ８により画像として取込まれたビームスポットは、不図示の画像処理システムにより各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。演算処理されたビームスポットのＹＺ座標に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを駆動制御する。
【００８５】
より具体的な作用について図６と図７を用いて説明する。なお簡単のために図６では光束のマージナル光線のみを記載し、図７では光線の主光線のみを記載する。本実施例の調整装置の構成は、第１の実施例と瞳分割素子５１を除いては同じであるので、レーザ光源を出射してから瞳分割素子５１に入射するまでの光路に関する説明は省略する。
【００８６】
絞り４を通過した光束１０は瞳分割素子５１を構成するプリズム５１Ａと平行平板部５１Ｂとプリズム５１Ｃに入射する。図６からわかるように光束１０はＹ方向に３分割され、瞳プラス側の光束１１Ａと瞳中央の光束１１Ｂと瞳マイナス側の光束１１Ｃに分割される。瞳プラス側の光束１１Ａがプリズム５１ＡによりＹ方向プラス側へ屈折し、瞳マイナス側の光束１１Ｃがプリズム５１ＣによりＹ方向マイナス側へ屈折する。瞳中央の光束１１Ｂはそのまま平行平板５１Ｂを透過する。
【００８７】
次に工具レンズ６に入射した光束１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、工具レンズ６に結像作用を受け、工具レンズ６の像面７にビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを形成する。
【００８８】
像面７上のビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１ＣはCCDカメラ８により画像として取込まれる。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。
【００８９】
理想状態で（設計位置に）レーザ光源１と集光レンズ３が配置され、集光レンズ３から射出されるレーザビームが所望の平行度の平行光束であるならば、像面７上における光軸上の点をＹＺ平面の原点（０，０）として表すと、ビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは像面７のＹ軸上でそれぞれ（＋Yo、０）、（０，０）、（−Yo、０）の位置に結像する。
【００９０】
レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置がずれた場合にビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃがどのように観測されるかを説明する。
【００９１】
まずレーザ光源１と集光レンズ３との距離が理想状態よりＸ方向においてΔＸだけ短い場合は、集光レンズ３から出射した光束１０は発散気味の光束となる。図６からわかるように光束１０が発散光束だと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＡはＸ軸からより遠ざかりＹ方向プラス側に変位する。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＡもＸ軸からより遠ざかりＹ方向プラス側に変位して集光されるため、像面７上のビームスポット７１Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７１Ａは（＋Yo＋ｄY、0）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９２】
同様に光束１０が発散光束だと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＣはＸ軸からより遠ざかりＹ方向マイナス側に変位する。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＣもＸ軸からより遠ざかりＹ方向マイナス側に変位して集光されるため、像面７上のスポット７１Ｃの位置もマイナス側に変位する。この変位量を-ｄYとすると、ビームスポット７１Ｃは像面７上で、（−Yo−ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９３】
よってレーザ光源１と集光レンズ３とのＸ方向における距離が理想状態よりΔＸだけ短い場合は、ビームスポット７１Ａと７１Ｃの間隔は２×ｄY広がって観察される。
【００９４】
一方、光束１０が発散光束だと瞳分割素子５１によって分割された光束１１Ｂは光束１１Ａや光束１１Ｃのような変位は生じず、（０，０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９５】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した（Ｙ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図６からわかるように光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＡもＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＡもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７１Ａは（＋Yo＋ｄY、０）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９６】
同様に光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＢもＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＢもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ｂの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７１Ｂは（＋dY、0）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９７】
同様に光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＣもＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＣもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ｃの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＹとすると、ビームスポット７１Ｃは（−Yo＋ｄY、0）の位置にビームスポットとして観測される。
【００９８】
よってレーザ光源１が集光レンズ３に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した場合は、ビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの間隔は変化なく、そろってＹ方向にｄYだけ変位して観察される。
【００９９】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＺ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した（Ｚ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図７からわかるように光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＡもＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＡもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ａの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＺとすると、ビームスポット７１Ａは（＋Yo、ｄZ）の位置にビームスポットとして観測される。
【０１００】
同様に光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＢもＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＢもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ｂの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＺとすると、ビームスポット７１Ｂは（0、ｄZ）の位置にビームスポットとして観測される。
【０１０１】
同様に光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５１によって分割された光束１１ＣもＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１１ＣもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７１Ｃの位置もプラス側に変位する。この変位量をｄＺとすると、ビームスポット７１Ｃは（−Yo、dZ）の位置にビームスポットとして観測される。
【０１０２】
よってレーザ光源１が集光レンズ３に対してＺ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した場合は、ビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの間隔は変化なく、そろってＺ方向にｄＺだけ変位して観察される。
【０１０３】
レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの間隔（３つのビームの像間の相対位置）や位置（３つのビームの像各々の光軸に対する位置）の変化量は、後述の数値実施例のようにリニアな比例関係がある。従ってビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
【０１０４】
本発明では像面７上のビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１ＣをCCDカメラ８により画像として取込む。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれたビームスポットは各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。２次元CCDセンサ上のスポットの重心位置座標を算出する方法は既知の方法でよい。
【０１０５】
算出されたビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１ＣのＹＺ平面上での座標を（YA、ZA）、（YB、ZB）、（YC、ZC）とする。また理想の状態の座標を（＋Yo、０）、（０、０）（−Yo、０）とする。
また、レーザ光源１と集光レンズ３の相対的な位置ズレに対するビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの座標変位敏感度(式(1)、式(2)、式(3))は、シミュレーションにより求めても、実験により求めてもよい。この座標変位敏感度を用いて、レーザ光源１と集光レンズ３のＸ，Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）は、それぞれ、
レーザ光源１と集光レンズ３のＸ方向相対位置ズレ量ΔＸ
＝Ax×（（YA−YC）−２×Yo）        (18)
レーザ光源１と集光レンズ３のＹ方向相対位置ズレ量ΔＹ
＝Ay×（YA+YC）/2＝Ax×YB          (19)
レーザ光源１と集光レンズ３のＺ方向相対位置ズレ量ΔＺ
＝Az×（ZA+ZC）/2＝Ax×YB          (20)
と表せる。
【０１０６】
Ｘ方向相対位置ズレ量ΔＸはビームスポット７１Ａと７１Ｃの距離が理想状態の距離からどの程度変位しているか差分をとり算出している。Ｙ方向ズレはビームスポット７１Ａ，７１Ｃが理想状態からＹ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。またこの平均はビームスポット７１Ｂが理想状態からＹ方向へ変位した量に一致する。Ｚ方向ズレはビームスポット７１Ａ，７１Ｃが理想状態からＺ方向へどの程度変位しているか差分をとり平均して算出している。またこの平均はビームスポット７１Ｂが理想状態からＺ方向へ変位した量に一致する。
【０１０７】
算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１はレーザホルダ２に対して固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【０１０８】
座標変位敏感度AyとAzは集光レンズ３の焦点距離と工具レンズ６の焦点距離によって決まるので所望の敏感度を得るために、調整対象である光源ユニットの集光レンズ３に応じて工具レンズ６の焦点距離を最適化すればよい。敏感度を高めて検知精度を上げるためには工具レンズ６の焦点距離を長くすればよい。
【０１０９】
座標変位敏感度Axは集光レンズ３の焦点距離と工具レンズ６の焦点距離および光束１０の光束幅で決まる。敏感度を高めて検知精度を上げるためには光束幅が広いほうが好ましく、瞳分割素子５１を構成するプリズム５１Ａとプリズム５１Ｃの配列方向を光束１０の最大径方向と一致させるとよい。
なお本実施例では先に集光レンズ３を固定しレーザ光源１を微調整したが、これとは逆にレーザ光源１を先に固定し集光レンズ３の位置を微調整してもよい。
【０１１０】
受光センサとして対物レンズと２次元CCDセンサからなるCCDカメラを示したが必ずしもこれに限るものではない。受光したビームスポットの重心位置座標を算出できれば既知の方式でよい。たとえば像面７に直接センサ受光面を置くとか、CMOSセンサを使用するとか、１次元ラインセンサを利用するなど様々な変形例で対応可能である。また瞳分割素子５１のプリズムの角度の設定によりビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの間隔が広がり１台のセンサで受光できない場合は複数の受光センサを利用してもよいし、１台の受光センサを移動ステージに載せ、ビームスポット７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの画像を順番に読み込んでもよい。また本実施例では集光レンズ３により平行光束を得る光源ユニットを想定したがこれに限られることなく、収束光束や発散光束を得る光源ユニットへも適応可能である。またレーザ光源ユニットを走査光学系に作り込むケースにも本件の瞳分割素子や工具レンズなどの光学系を応用することができる。
【０１１１】
またプリズム５１Ａとプリズム５１Ｃと平行平板部５１Ｂの入射面または出射面の少なくとも一方を平面ではなく同一の曲率を有する曲面を配列したレンズアレイとすることで工具レンズ６のパワーを軽減させるかもしくは工具レンズ６そのものを省略することができる。
【０１１２】
さらに、本実施例において、瞳分割素子５１は、入射面にＹＺ平面に対して傾斜する面を有し、出射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイとして例示したが、本発明はこれに限定されることはない。出射面がＹＺ平面に対して傾斜する面を有し、入射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。つまり、入射面と出射面の内の一方がＹＺ平面に対して傾斜する面を有し、他方がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。
【０１１３】
［数値実施例２］
次に図６と図７に示した第２の実施例に係る調整装置の数値実施例を示す。
光学系の配置は表２に示すとおりである。
【０１１４】
【表２】
0005809498.tif 000003
【０１１５】
次に図８Ａ〜８Ｆに、数値実施例２において、集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的に位置ズレを生じたときにビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃの座標がどのように変位するかを示す。
【０１１６】
図８Ａと図８Ｂは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向にずれた時のビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣのＹ座標及びＺ座標の変位量を示す。相対位置ズレがマイナスの場合は、集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が開く方向であることを示す。図８Ａからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７１Ａ、７１ＣはＹ方向を逆方向に変位し、７１Ｂは変位しない。また。図８Ｂからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣはＺ方向に変位しない。図８ＡからわかるようにAx＝0.1mm/0.183mmである。  
【０１１７】
次に図８Ｃと図８Ｄは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向にずれた時のビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図８Ｃからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣはＹ方向を同じ方向に変位する。また。図８Ｄからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣはＺ方向に変位しない。図８ＣからわかるようにAｙ＝0.1mm/1.21mmである。
【０１１８】
次に図８Ｅと図８Ｆは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向にずれた時のビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図８Ｅからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣはＹ方向に変位しない。また。図８Ｆからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１ＣはＺ方向を同じ方向に変位する。図８ＦからわかるようにAｚ＝0.1mm/1.21mmである。
【０１１９】
次に図８Ａ〜８Ｆでの変位に対して、像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃの軌跡をプロットしたものを図８Ｇ〜８Ｉに示す。図８Ｇは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。ＹＺ平面上でのビームスポットは、Ｙ方向を逆方向に変位する。
【０１２０】
図８Ｈは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向に0.02mmのピッチで±0.05mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。ＹＺ平面上でのビームスポットは、Ｙ方向を同じ方向に変位する。
【０１２１】
図８Ｉは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。ＹＺ平面上でのビームスポットは、Ｚ方向を同じ方向に変位する。
【０１２２】
以上のように。レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃの間隔や位置の変化量は、リニアな比例関係がある。従って７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
また、ピント方向のズレについてはビームスポット７１Ａ、７１Ｃに着目し、Ｙ方向とＺ方向のずれについてはビームスポット７１Ｂに着目して算出してもよい。
【０１２３】
上述した式(18)〜(20)により算出された、レーザ光源１と集光レンズ３のＸ，Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。またマルチビームのレーザ光源ユニットに適用できることは言うまでもない。
【０１２４】
本発明の構成では、従来のようにビームスポット画像を読み込んでスポット径やピーク光量を算出するという工程を何度も回数を繰り返す必要がなく、１度ビームスポット画像を読み込んで演算処理することで３次元的な相対位置ずれ量を算出することが可能である。
また組み立てた光源ユニットのピントなどを再確認する際も少ない工数で確認できる。これにより組立工数を大幅に削減し低コストが可能となる。
【実施例３】
【０１２５】
図９に、本発明の第３の実施例の走査光学系用光源ユニットの調整装置の斜視図を示す。本実施例の調整装置は、第１及び第２の実施例の調整装置とほぼ同様の構成を有し、第１、第２の実施例の調整装置の瞳分割素子に対し、本実施例では、瞳分割素子５２を有することが異なる、また図１０は本実施例に係る調整装置の瞳分割素子５２を示す。
【０１２６】
本実施例の調整装置の構成を図９と図１０を用いて説明する。本実施例の調整装置の構成は、第１及び第２の実施例とは、瞳分割素子５２を除いて同じであるので、重複する構成に関する説明は省略する。
【０１２７】
絞り４は、図１（実施例１）や６（実施例２）と同じく、集光レンズ３の直後に設けられ（図９では不図示）、Ｙ方向に長軸をもつ矩形の穴を開けたプレートである。矩形開口を有する絞り４により光束１０は矩形形状となる。
【０１２８】
瞳分割素子（分割素子）５２は、プリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２ＤをＹ方向とＺ方向に配列して構成される。プリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄから構成される瞳分割素子５２は、光軸を含むＸＹ平面及び光軸を含むＸＺ平面に対して対称な形状となっている。図９及び図１０ではプリズムプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの入射面がＹＺ平面に対して傾斜しており、出射面がＹＺ平面に対して平行な１つの平面から形成されている。プリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの入射面の傾斜が光軸側の肉厚が厚く、瞳分割素子５２の外周の４隅側が薄くなるような傾斜を持たせている。
【０１２９】
工具レンズ６は入射したビームを像面７（受光センサ上、受光素子上）に集光してビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄを形成する。像面７に形成されたビームスポットは受光センサとしてのCCDカメラ８により画像として取込まれる。CCDカメラ８は対物レンズと受光画素が２次元的に配列されたCCDセンサから構成されている。CCDカメラ８により画像として取込まれたビームスポットは不図示の画像処理システムにより各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかを算出される。演算処理されたビームスポットのＹＺ座標に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを駆動制御する。
【０１３０】
より具体的な作用について図９と図１０を用いて説明する。なお簡単のために図９では光線の主光線のみを記載する。本実施例の調整装置の構成は、第１及び第２の実施例とは、瞳分割素子５２を除いては同じであるので、レーザ光源を出射してから瞳分割素子５２に入射するまでの光路に関する説明は省略する。
【０１３１】
絞り４を通過した光束１０は瞳分割素子５２を構成するプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄに入射する。図９からわかるように光束１０はＹ方向とＺ方向に４分割され、瞳Ａ光束１２Ａ、瞳Ｂ光束１２Ｂ、瞳Ｃ光束１２Ｃ、瞳Ｄ光束１２Ｄとなる。瞳Ａ光束１２Ａ、瞳Ｂ光束１２Ｂ、瞳Ｃ光束１２Ｃ、瞳Ｄ光束１２Ｄがそれぞれプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄにより光軸（Ｘ軸）側へ屈折する。
【０１３２】
本実施例においては、瞳分割素子５２にて1本の光束１０を像面７（受光センサ上、受光素子上）上に２次元方向に４分割し、瞳Ａ光束１２Ａ、瞳Ｂ光束１２Ｂ、瞳Ｃ光束１２Ｃ、瞳Ｄ光束１２Ｄとなるように構成している。
【０１３３】
２次元方向に４分割したことで、主走査方向のピント位置と副走査方向のピント位置の差分（いわゆる非点収差）がある場合でも、主走査方向のピント位置と副走査方向のピント位置をそれぞれ個別に検知することが可能となる。
たとえば、本発明のレーザ光源１に端面発光タイプの半導体レーザを使用した場合には、素子構造上の理由で主走査断面内での半導体レーザ内の発光点と副走査断面内での半導体レーザ内の発光点が光軸方向にずれている。このような場合でも、実施例１（図２）の１次元方向に光束を分割する場合に比べて、瞳分割素子５２にて1本の光束１０を像面７（受光センサ上、受光素子上）上に２次元方向に４分割して、主走査方向のピントずれ量と副走査方向のピントずれ量を各々測定することでより良好なピントずれ補正が実現できる。
但し、実施例１（図２）のように、瞳分割素子５にて1本の光束１０を像面７（受光センサ上、受光素子上）上に１次元方向（主走査方向）に２分割する光学系でも、実施例に述べたように、ピントずれ量の補正は可能である。
【０１３４】
１次元方向（主走査方向）に２分割されたビームスポット７Ａ、７Ｂの主走査方向の間隔を測定し、主走査方向のピントずれ量を算出する。
また、主走査断面内での半導体レーザ内の発光点と副走査断面内での半導体レーザ内の発光点が光軸方向にずれている量を予めテーブル値として測定しておく。
そして、主走査方向のピントずれ量、テーブル値を用いて、主走査方向のピントずれ量と副走査方向のピントずれ量をバランス良く補正できる量を算出すれば良い。
つまり、像面７上での非点収差を考慮して、主走査方向のピントずれ量と副走査方向のピントずれ量の違いを考慮した補正値を算出すれば良い。
【０１３５】
次に工具レンズ６に入射した光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、工具レンズ６に結像作用を受け、工具レンズ6の像面７にビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄを形成する。
【０１３６】
像面７上のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤはCCDカメラ８により画像として取込まれる。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のYZ座標系のどこにあるかが算出される。
【０１３７】
理想状態で（設計位置に）レーザ光源１と集光レンズ３が配置され、集光レンズ３から射出されるレーザビームが所望の平行度の平行光束であるならば、像面７上における光軸上の点をＹＺ平面の原点（０，０）として表すと、ビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄは像面７で（−Yo、−Zo）、（−Yo、Zo）、（Yo、Zo）、（Yo、−Zo）の位置に結像する。
レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置がずれた場合にビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄがどのように観測されるかを説明する。
【０１３８】
まずレーザ光源１と集光レンズ３との距離が理想状態よりＸ方向においてΔＸだけ短い場合は、集光レンズ３から出射した光束１０は発散気味の光束となる。図９からわかるように光束１０が発散光束だと瞳分割素子５２によって分割された光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤはＸ軸に近づく方向へ変位する。逆にレーザ光源１と集光レンズ３との距離が理想状態よりＸ方向においてΔＸだけ長い場合は、集光レンズ３から出射した光束１０は収束気味となり、工具レンズ６に入射した光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤはＸ軸から遠ざかる方向へ変位する。この結果、像面７上の７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄは放射状の移動として観測される。
【０１３９】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した（Ｙ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図９からわかるように光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５２によって分割された光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤはそれぞれＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの位置もＹ方向プラス側に変位して観察される。
【０１４０】
次にレーザ光源１が集光レンズ３に対してＺ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した（Ｚ軸方向マイナス側へ移動した）場合は、集光レンズ３から射出された光束１０はＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図９からわかるように光束１０がＺ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５２によって分割された光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤはそれぞれＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤもＺ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの位置もＺ方向プラス側に変位して観察される。
【０１４１】
レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの間隔（４つのビームの像間の相対位置）や位置（４つのビームの像各々の光軸に対する位置）の変化量は、後述の数値実施例のようにリニアな比例関係がある。従ってビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
【０１４２】
本発明では像面７上のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤをCCDカメラ８により画像として取込む。画像として取込まれたビームスポットは不図示の画像処理システムにより各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかを算出する。２次元CCDセンサ上のスポットの重心位置座標を算出する方法は既知の方法でよい。
【０１４３】
算出されたビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤのＹＺ平面上の座標を（YA,ZA）、（YB,ZB）、（YC,ZC）、（YD,ZD）とする。また理想の状態の座標を（−Yo、−Zo）、（−Yo、Ｚo）、（Yo、Zo）、（Yo、−Zo）とする。
また、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置ズレに対するビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの座標変位敏感度(式(1)、式(2)、式(3))は、シミュレーションにより求めても、実験により求めてもよい。この座標変位敏感度を用いて、レーザ光源１と集光レンズ３のＸ、Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）は、それぞれ、
レーザ光源１と集光レンズ３のＸ方向相対位置ズレ量ΔＸ
【数１】
0005809498.tif 000004
＝Ay×（YA+YB+YC+YD）/４                  (22)
レーザ光源１と集光レンズ３のＺ方向相対位置ズレ量ΔＺ
＝Az×（ZA+ZB+ZC+ZD）/４                  (23)
と表せる。
【０１４４】
Ｘ方向相対位置ズレ量ΔＸはビームスポット７２Ａと７２Ｃの距離やビームスポット７２Ｂと７２Ｄの距離が理想状態の距離からどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。Ｙ方向ズレはビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄが理想状態からＹ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。Ｚ方向ズレはビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄが理想状態からＺ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。
【０１４５】
算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
なお本実施例では先に集光レンズ３を固定しレーザ光源１を微調整したが、これとは逆にレーザ光源１を先に固定し集光レンズ３の位置を微調整してもよい。
【０１４６】
受光センサとして対物レンズと2次元CCDセンサからなるCCDカメラを示したが必ずしもこれに限るものではない。受光したビームスポットの重心位置座標を算出できれば既知の方式でよい。たとえば像面７に直接センサ受光面を置くとか、CMOSセンサを使用するとか、１次元ラインセンサを利用するなど様々な変形例で対応可能である。また瞳分割素子５２のプリズムの角度の設定によりビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの間隔が広がり１台のセンサで受光できない場合は複数の受光センサを利用してもよいし、１台の受光センサを移動ステージに載せ、ビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの画像を順番に読み込んでもよい。また本実施例では集光レンズ３により平行光束を得る光源ユニットを想定したがこれに限られることなく、収束光束や発散光束を得る光源ユニットへも適応可能である。またレーザ光源ユニットを走査光学系に作り込むケースにも本件の瞳分割素子や工具レンズなどの光学系を応用することができる。
【０１４７】
またプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの入射面または出射面の少なくとも一方を平面ではなく同一の曲率を有する曲面を配列したレンズアレイとすることで工具レンズ６のパワーを軽減させるかもしくは工具レンズ６そのものを省略することができる。
さらに、本実施例において、瞳分割素子５２は、入射面はＹＺ平面に対して傾斜し、出射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイとして例示したが、本発明はこれに限定されることはない。出射面がＹＺ平面に対して傾斜し、入射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。つまり、入射面と出射面の内の一方がＹＺ平面に対して傾斜し、他方がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。
【０１４８】
［数値実施例３−１］
次に図９と図１０に示した第３の実施例に係る調整装置の数値実施例を示す。
光学系の配置は表３に示すとおりである。
【０１４９】
【表３】
0005809498.tif 000005
【０１５０】
次に図１１Ａ〜１１Ｊに集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的に位置ズレを生じたときに瞳Ａ光束１２Ａ、瞳Ｂ光束１２Ｂ、瞳Ｃ光束１２Ｃ、瞳Ｄ光束１２Ｄが結像したビームスポットビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの座標がどのように変位するかを示す。
【０１５１】
図１１Ａと図１１Ｂに、集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向にずれた時のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示す。相対位置ズレがマイナスの場合は、集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が開く方向であることを示す。図１１Ａからわかるように、集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７２Ａと７２Ｄに対し、７２Ｂと７２ＣがＹ方向を逆方向に変位する。また。図１１Ｂからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７２Ａと７２Ｂに対し、７２Ｃと７２ＤがＺ方向を逆方向に変位する。
【０１５２】
次に図１１Ｃと図１１Ｄは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向にずれた時のビームスポットビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図１１Ｃからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤはＹ方向を同じ方向に変位する。また。図１１Ｄからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄ変位しない。
【０１５３】
次に図１１Ｅと図１１Ｆは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向にずれた時のビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図１１Ｅからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤはＹ方向に変位しない。また。図１１Ｆからわかるように集光レンズ３とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２ＤはＺ方向を同じ方向に変位する。
【０１５４】
次に図１１Ａ〜１１Ｆでの変位に対して、像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの軌跡をプロットしたものを図１１Ｇ〜１１Ｉに示す。
【０１５５】
図１１Ｇは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。放射状に変位する。
【０１５６】
図１１Ｈは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。Ｙ方向を同じ方向に変位する。
【０１５７】
図１１Ｉは集光レンズ３に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向に0.02mmのピッチで±0.1mmずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。Ｚ方向を同じ方向に変位する。
【０１５８】
更に図１１Ｊにはレーザ光源１が光軸（Ｘ）方向に±0.1mmずれた場合の像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの軌跡をプロットしている。ここでは、レーザ光源１と集光レンズ３との間隔が、理想状態に対して、0.1mm長くなった場合（def=-0.1）と、0.1mm短くなった場合（def=+0.1）を示す。４つのビームスポットによって矩形が構成され、レーザ光源１が光軸（Ｘ）方向のズレによって矩形の大きさが変わる様に観測される。  
【０１５９】
以上のように。レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置の変化量に対してビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの間隔や位置の変化量は、リニアな比例関係がある。従ってビームスポット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ、７２Ｄの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
上述した式（21）、(22)、(23)によって算出された、レーザ光源１と集光レンズ３のＸ，Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【０１６０】
本発明の構成では、従来のようにビームスポット画像を読み込んでスポット径やピーク光量を算出するという工程を何度も回数を繰り返す必要がなく、１度ビームスポット画像を読み込んで演算処理することで３次元的な相対位置ずれ量を算出することが可能である。
また組み立てた光源ユニットのピントなどを再確認する際も少ない工数で確認できる。これにより組立工数を大幅に削減し低コストが可能となる。
【０１６１】
［数値実施例３−２］
次に図１２に、第３の実施例に係る調整装置を適用した別の数値実施例を示す。本数値実施例は、レーザ光源１として複数の発光点を有するマルチビームのレーザ光源の調整に適用した事例である。調整対象である光源ユニットのレーザ光源は、発光点１００，１０１，１０２を有する。中央部の発光点１００は図９のレーザ光源１に相当する。
調整装置内の光学系の配置は数値実施例３−１（表３）と同等である。
【０１６２】
調整対象であるレーザ光源の発光点の間隔は0.05mmである。図１２に示すように発光点１００，１０１，１０２は直線状に並びかつＸＹ平面に対し傾斜角θを有する配置である。傾斜角度はθ＝4.5度である。
レーザ光源１および集光レンズ３は保持部材としてのレーザホルダ２によって保持されて走査光学系用の光源ユニット２１を構成する。光源ユニット２１は不図示の取り付け部により調整装置に着脱可能である。レーザホルダ２に対し集光レンズ３が固定されて調整装置に装着される。レーザ光源１は不図示の工具ハンドにより保持され、レーザホルダ２に対して３次元的に変位可能な構成をとる。後述する本件の調整方法によりレーザ光源１の位置を微調整して、集光レンズ３に対するレーザ光源１の相対位置を、中心の発光点１００のＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置及び３つの発光点１００，１０１，１０２の配列方向のＸ軸及びＺ軸周りに対する回転角において、所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光レンズ３をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【０１６３】
絞り（第２の絞り）４は図９に示した数値実施例の場合と同じく、集光レンズ３の直後に設けられている。絞り４はＹ方向に長軸をもつ矩形の穴を開けたプレートである。矩形開口を有する絞り４により光束１０は矩形形状となる。
【０１６４】
瞳分割素子５２はプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２ＤをＹ方向とＺ方向に配列して構成される。プリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２ＤはＸＹ平面、ＸＺ平面に対して対称な形状となっている。図９及び図１０ではプリズムプリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの入射面がＹＺ平面に対して傾斜しており、出射系面がＹＺ平面に対して平行となっている。プリズム５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの入射面の傾斜が光軸側の肉厚が厚く、瞳分割素子５２の外周の４隅側が薄くなるような傾斜を持たせている。
【０１６５】
工具レンズ６は入射したビームを像面７（受光センサ上、受光素子上）に集光してビームスポット７２Ａ（ｎ），７２Ｂ（ｎ），７２Ｃ（ｎ）、７２Ｄ（ｎ）、ただしｎ＝１００，１０１，１０２を形成する。像面７に形成されたビームスポットは受光センサとしてのCCDカメラ８により画像として取込まれる。CCDカメラ８は対物レンズと受光画素が2次元的に配列されたCCDセンサから構成されている。不図示の画像処理システムにより、CCDカメラ８により画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。演算処理されたビームスポットのＹＺ座標に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを駆動制御する。
【０１６６】
数値実施例３−２の調整装置の光学配置は数値実施例３−１の調整装置の光学配置（表２）と同等なので、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置のずれ量に対するビームスポット変位は数値実施例３−１と同等になる。すなわち図１１Ａ〜１１Ｆと同じである。
【０１６７】
像面７で観測されるビームスポットは合計１２点である。発光点１００からの光束が４分割されてビームスポット７２Ａ（１００），７２Ｂ（１００），７２Ｃ（１００）、７２Ｄ（１００）を形成する。発光点１０１からの光束が４分割されてビームスポット７２Ａ（１０１），７２Ｂ（１０１），７２Ｃ（１０１）、７２Ｄ（１０１）を形成する。発光点１０２からの光束が４分割されてビームスポット７２Ａ（１０２），７２Ｂ（１０２），７２Ｃ（１０２）、７２Ｄ（１０２）を形成する。
【０１６８】
図１３Ａにはレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態のときの１２個のビームスポットが像面７上でどのように観測されるかを示している。なお図１３Ａで中央の発光点１００による４つのビームスポットは、数値実施例３−１で示した図１１Ｊのベストピントの状態と同じである。
【０１６９】
図１３Ａに示すように、３つの発光点それぞれに対応する像面７上での各４つ組みのビームスポットは、前述の方法で集光レンズ３と３つ発光とＹ方向とＺ方向の相対位置ずれを算出できる。またＹ方向とＺ方向の相対位置ずれから、発光点の配列方向とＹ軸の傾き角度を算出できる。理想どおりの配置なら傾き角4.5度で観測される。もし３つの発光点が光軸回りに回転していた場合は4.5度とは異なる値となる。その場合は所望の角度差以下になるように不図示の工具ハンドでレーザ光源をＸ軸周りに回転して調整すれば良い。
【０１７０】
図１３Ｂにはレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態からピント（Ｘ軸）方向に0.1mm広がったとき１２個のビームスポットが像面７上でどのように観測されるかを示している。なお図１３Ｂで中央の発光点１００による４つのビームスポットは、数値実施例３−１で示した図１１Ｊのdef=-0.1の状態と同じである。
図１３Ｃにはレーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態からピント（Ｘ方向）に0.1mm縮まったとき１２個のビームスポットが像面７上でどのように観測されるかを示している。なお図１３Ｃで中央の発光点１００による４つのビームスポットは、数値実施例３−１で示した図１１Ｊのdef=+0.1の状態と同じである。
【０１７１】
図１３Ａ〜図１３Ｃを比較すればわかるように、レーザ光源１と集光レンズ３の相対位置が理想状態からピント（Ｘ方向）に変位した場合、ビームスポット７２Ａ（ｎ），７２Ｂ（ｎ），７２Ｃ（ｎ）、７２Ｄ（ｎ）で形成される矩形は、発光点１００，１０１，１０２によらず、同じように縮小拡大して観測される。数値実施例３−１で示したように、各発光点１００，１０１，１０２に対応したビームスポットの座標を計測しピントズレ量をビームごとに算出可能である。図１３Ａ〜図１３Ｃではピントズレ量が同じなのでビームスポットの変位量も同じである。
【０１７２】
次に図１３Ｄにはレーザ光源がＺ軸周りに回転して所謂片ボケが生じた場合に観測されるビームスポットを示している。レーザ光源がＺ軸周りに回転して、中央発光点１００がベストピント、発光点１０１がDEF=−0.1、発光点１０２がDEF=＋0.1となった場合を示している。３つの発光点それぞれに対応する像面７上での各４つ組みのビームスポットで形成される矩形が異なって観測される。それぞれ各４つ組みのビームスポットにてピントズレ量を算出し、その相対差を計算することで片ボケ量がわかる。
【０１７３】
片ボケ量と発光点ピッチからＺ軸周りに回転している量が特定されるので所望のピント差以下になるように不図示の工具ハンドでレーザ光源をＺ軸周りに回転調整すれば良い。
【実施例４】
【０１７４】
図１４に、本発明の第４の実施例の走査光学系用光源ユニットの調整装置の斜視図、図１６はＸＹ断面図、図１７はＸＺ断面図を示す。本実施形態の調整装置は、偏向器を有する光走査装置に搭載される光源ユニットのレーザ光源と集光光学素子としての集光アナモフィックレンズの相対的な位置関係を調整する調整装置であって、図１４に示すように、調整対象であるレーザ光源１及び集光アナモフィックレンズ３１を含む光源ユニットを固定するための取り付け部（不図示）、絞り４（不図示）、工具アナモフィックレンズ６１、瞳分割素子５３、工具レンズ６、受光センサとしての２次元CCDカメラ８により構成される。座標系は光軸がＸ軸、Ｘ軸に直交する面にＹ軸とＺ軸を設ける。第１乃至３の実施例の調整装置と比較して異なる構成要素は、瞳分割素子５３であり、また、工具アナモフィックレンズ６１を有することも異なる。図１５に本実施例の瞳分割素子５３を示す。
【０１７５】
本実施例の調整装置の構成を図１４〜図１７を用いて説明する。
【０１７６】
レーザ光源１および集光アナモフィックレンズ３１は保持部材としてのレーザホルダ２によって保持されて走査光学系用の光源ユニット２１を構成する。光源ユニット２１は不図示の取り付け部により本実施例の調整装置に着脱可能である。レーザホルダ２に対し集光アナモフィックレンズ３１が固定されて調整装置に装着される。レーザ光源１は不図示の工具ハンドにより保持され、レーザホルダ２に対して３次元的に変位可能な構成をとる。後述する本件の調整方法によりレーザ光源１の位置を微調整して、集光アナモフィックレンズ３１に対するレーザ光源１の３次元的に相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光アナモフィックレンズ３１をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【０１７７】
光学ユニットの集光アナモフィックレンズ３１は、ＸＹ平面内のパワーとＺＸ平面内のパワーが異なる集光レンズである。単一のレンズでもよいし、複合レンズでもよい。
【０１７８】
絞り４はＹ方向に長軸をもつ矩形の穴を開けたプレートである。矩形開口を有する絞り４により光束１０は矩形形状となる。
【０１７９】
図１５に示す瞳分割素子５３はプリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３ＤをＹ方向とＺ方向に配列して構成される。図１０に示した実施例３の調整装置の瞳分割素子５２に対して光軸周りに４５度回転させた配置である。プリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄから構成される瞳分割素子５３は、光軸を含むＸＹ平面及び光軸を含むＸＺ平面に対して対称な形状となっている。図１４及び図１５ではプリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄの入射面がＹＺ平面に対して傾斜しており、出射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されている。プリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄの入射面の傾斜が光軸側の肉厚が厚く、瞳分割素子５３の外周の４辺側が薄くなるような傾斜を持たせている。
【０１８０】
工具レンズ６は入射したビームを像面７（受光センサ上、受光素子上）に集光してビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄを形成する。像面７に形成されたビームスポットは受光センサとしてのCCDカメラ８により画像として取込まれる。CCDカメラ８は対物レンズと受光画素が２次元的に配列されたCCDセンサから構成されている。CCDカメラ８により画像として取込まれたビームスポットは不図示の画像処理システムにより各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかを算出される。演算処理されたビームスポットのＹＺ座標に基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを駆動制御する。
【０１８１】
より具体的な作用について図１４〜図１７を用いて説明する。なお簡単のために図１４では光線の主光線のみ、図１６に示したＸＹ断面図と図１７に示したＸＺ断面図にはマージナル光線のみを記載する。
【０１８２】
光源ユニット２１が不図示の取り付け部により本発明の調整装置に取り付けられ、レーザ光源１を点灯すると、レーザ光源１より出射したレーザビームは集光アナモフィックレンズ３１により集光される。集光アナモフィックレンズ３１の前側焦点位置にレーザ光源１を一致させることでレーザビームをＸＹ平面内で平行光束に、ＺＸ平面内で収束光束に変換させる。平行光束が所望の平行度となるためには集光アナモフィックレンズ３１の前側焦点位置とレーザ光源１との光軸（Ｘ）方向の位置ズレの許容度は±0.050mm、より好ましくは±0.020mm以下に合わせる必要がある。また同様に集光アナモフィックレンズ３１の光軸に対して垂直方向のＹ方向やＺ方向に対してもレーザ光源１が大幅にずれると光走査装置の印字位置精度に影響を及ぼす。Ｙ方向やＺ方向の位置ズレの許容度は±0.100mm、より好ましくは±0.030mm以下に合わせる必要がある。
【０１８３】
しかし光源ユニット２１が製造時に組み立てられた時点では、光軸（Ｘ）方向、Ｙ方向やＺ方向に所望の位置精度で配置することは一般に困難であり、組み立て後に微調整を行う必要がある。
【０１８４】
集光アナモフィックレンズ３１から出射した光束は、矩形開口を有する絞り４により光軸に対して垂直な断面が矩形状の光束１０に変換される。調整装置において光源ユニット２１の集光アナモフィックレンズ３１から絞り４までの光軸方向の距離は、光走査装置での集光アナモフィックレンズ３１から絞り（第１の絞り）までの光軸方向の距離に一致させることが望ましい。もしくはこれと光学的に等価な位置に設定するとよい。
【０１８５】
絞り４を通過した光束はＺＸ平面内で１度集光した後、工具アナモフィックレンズ６１により平行光となる。ＺＸ平面内で集光アナモフィックレンズ３１の後ろ側集光点と工具アナモフィックレンズ６１の前側焦点は一致させてある。
【０１８６】
工具アナモフィックレンズ６１を通過した光束１０は瞳分割素子５３を構成するプリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄに入射する。図１４からわかるように光束１０はＹ方向とＺ方向に対し４５度方向に４分割され、瞳Ａ光束１３Ａ、瞳Ｂ光束１３Ｂ、瞳Ｃ光束１３Ｃ、瞳Ｄ光束１３Ｄに分割される。瞳Ａ光束１３Ａ、瞳Ｂ光束１３Ｂ、瞳Ｃ光束１３Ｃ、瞳Ｄ光束１３Ｄがそれぞれプリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄにより光軸（Ｘ軸）側へ屈折する。
【０１８７】
次に工具アナモフィックレンズ６１に入射した光束１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは、工具アナモフィックレンズ６１に結像作用を受け、調整装置の像面７にビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄを形成する。
【０１８８】
像面７上のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤはCCDカメラ８により画像として取込まれる。不図示の画像処理システムにより、画像として取込まれた各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかが算出される。
【０１８９】
理想状態どおりにレーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１が配置され、集光アナモフィックレンズ３１から射出されるレーザビームが所望の平行度の平行光束であるならば、ビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄは像面７で（0、−Zo）、（−Yo、0）、（0、Zo）、（Yo、0）、の位置に結像する。
レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置ずれた場合にビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄがどのように観測されるかを説明する。
【０１９０】
まずレーザ光源１が集光アナモフィックレンズ３１に対してＸ方向の距離が理想状態よりΔＸだけ近い場合は、集光アナモフィックレンズ３１から出射した光束１０は発散気味の光束となる。図１４〜図１７からわかるように光束１０が発散光束だと集光アナモフィックレンズ３１直後では光束１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３ＤはＸ軸に近づく方向へ変位する。さらにＺＸ平面内で１度集光した後、工具アナモフィックレンズ６１に入射するときは、光束１３Ａ、１３ＣはＸ軸に近づく方向へ、光束１３Ｂ、１３Ｄ、はＸ軸から離れる方向へ変位する。
【０１９１】
この結果、像面７上の７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄは放射状の移動であるが、光束１３Ａ、１３Ｃに対して１３Ｂと１３Ｄ光束は反対方向の変位として観測される。
【０１９２】
次にレーザ光源１が集光アナモフィックレンズ３１に対してＹ方向に理想状態よりΔＹ＜0だけ移動した（Ｙ方向マイナス側へ移動した）場合は、集光アナモフィックレンズ３１から出射した光束１０は、Ｙ方向プラス側へ向かう角度を持つ。図１４〜図１７からわかるように光束１０がＹ方向プラス側へ向かう角度を持つと瞳分割素子５３によって分割された光束１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３ＤはそれぞれＹ方向プラス側へ向かう角度を持つ。このため工具レンズ６に入射した光束１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３ＤもＹ方向プラス側へ向かう角度を持って進むため、像面７上のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの位置もＹ方向プラス側に変位して観察される。
【０１９３】
次にレーザ光源１が集光アナモフィックレンズ３１に対してＺ方向に理想状態よりΔＺ＜0だけ移動した（Ｚ方向マイナス側へ移動した）場合は、集光アナモフィックレンズ３１から出射した光束１０はＺ方向プラス側へ向かう角度を持つ。一方、ＺＸ平面内で１度集光した後、工具アナモフィックレンズ６１に入射するため、工具アナモフィックレンズ６１を通過後の光束はＺ方向マイナス側へ向かう角度を持つ。よって像面７上のビームスポットビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの位置もＺ方向マイナス側に変位して観察される。
【０１９４】
レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置の変化量に対してビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの間隔（４つのビームの像間の相対位置）や位置（４つのビームの像各々の光軸に対する位置）の変化量は、後述の数値実施例のようにリニアな比例関係がある。従ってビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
【０１９５】
本発明では像面７上のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤをCCDカメラ８により画像として取込む。画像として取込まれたビームスポットは不図示の画像処理システムにより各ビームスポットの重心が像面７のＹＺ座標系のどこにあるかを算出する。２次元CCDセンサ上のスポットの重心位置座標を算出する方法は既知の方法でよい。
【０１９６】
算出されたビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの座標を（YA,ZA）、（YB,ZB）、（YC,ZC）、（YD,ZD）とする。また理想状態（設計位置）の座標を（−Yo、0）、（0、Zo）、（Yo、0）、（0、−Zo）とする。
また、レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置ズレに対するビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの座標変位敏感度、
Ax１＝ピント（Ｘ方向）ズレ  /  ビームスポットＹ方向ズレ量        (24)
Ax２＝ピント（Ｘ方向）ズレ  /  ビームスポットＺ方向ズレ量        (25)
Ay＝Ｙ方向ズレ  /  ビームスポットＹ方向ズレ量                    (26)
Az＝Ｚ方向ズレ  /  ビームスポットＺ方向ズレ量                    (27)
はシミュレーションにより求めても、実験により求めてもよい。この座標変位敏感度を用いて、レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１のＸ、Ｙ，Ｚ方向相対位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）は、それぞれ、
レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１のＸ方向相対位置ズレ量ΔＸ
【数２】
0005809498.tif 000006
レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１のＹ方向相対方向相対方向相対量ΔＹ
＝Ay×（YA+YB+YC+YD）/４              (29)
レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１のＺ方向相対位置ズレ量ΔＺ
＝Az×（ZA+ZB+ZC+ZD）/４              (30)
と表せる。
【０１９７】
Ｘ方向相対位置ズレ量ΔＸは、ビームスポット７３Ａと７３Ｃの距離やビームスポット７３Ｂと７３Ｄの距離が理想状態の距離からどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。Ｙ方向ズレはビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄが理想状態からＹ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。Ｚ方向ズレはビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄが理想状態からＺ方向へどの程度変位しているか差分をとり、平均して算出している。
【０１９８】
算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光アナモフィックレンズ３１をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
なお本実施例では先に集光アナモフィックレンズ３１を固定しレーザ光源１を微調整したが、これとは逆にレーザ光源１を先に固定し集光アナモフィックレンズ３１を微調整してもよい。
【０１９９】
受光センサとして対物レンズと２次元CCDセンサからなるCCDカメラを示したが必ずしもこれに限るものではない。受光したビームスポットの重心位置座標を算出できれば既知の方式でよい。たとえば像面７に直接センサ受光面を置くとか、CMOSセンサを使用するとか、１次元ラインセンサを利用するなど様々な変形例で対応可能である。また瞳分割素子５３のプリズムの角度の設定によりビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの間隔が広がり１台のセンサで受光できない場合は複数の受光センサを利用してもよいし、１台の受光センサを移動ステージに載せ、ビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの画像を順番に読み込んでもよい。また本実施例では集光アナモフィックレンズ３１により平行光束を得る光源ユニットを想定したがこれに限られることなく、収束光束や発散光束を得る光源ユニットへも適応可能である。またレーザ光源ユニットを走査光学系に作り込むケースにも本件の瞳分割素子や工具レンズなどの光学系を応用することができる。
【０２００】
またプリズム５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄの入射面または出射面の少なくとも一方を平面ではなく同一の曲率を有する曲面を配列したレンズアレイとすることで工具レンズ６のパワーを軽減させるかもしくは工具レンズ６そのものを省略することができる
さらに、本実施例において、瞳分割素子５３は、入射面はＹＺ平面に対して傾斜し、出射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイとして例示したが、本発明はこれに限定されることはない。出射面がＹＺ平面に対して傾斜し、入射面がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。つまり、入射面と出射面の内の一方がＹＺ平面に対して傾斜し、他方がＹＺ平面に対して平行な一つの平面から構成されるプリズムアレイであっても、本発明の効果を享受できる。
［数値実施例４］
【０２０１】
次に図１４〜図１７に示した第４の実施例に係る調整装置の数値実施例を示す。光学系の配置は表４に示すとおりである。表中、Ｒyは面のY方向曲率半径、Ｒzは面のZ方向曲率半径、ｄは第ｎ面と第（ｎ＋１）面間の間隔、Ｎは屈折率を示す。
【０２０２】
【表４】
0005809498.tif 000007
【０２０３】
次に図１８Ａ〜１８Ｊに集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的に位置ズレを生じたときに瞳Ａ光束１３Ａ、瞳Ｂ光束１３Ｂ、瞳Ｃ光束１３Ｃ、瞳Ｄ光束１３Ｄが結像したビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの座標がどのように変位するかを示す。
【０２０４】
図１８Ａと図１８Ｂは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向にずれた時のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。相対位置ズレがマイナスとは集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１の間隔が開く方向である。図１８Ａからわかるように集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１の間隔が変化するとビームスポット７３Ａと７３ＣはＹ方向に変位し、７３Ｂと７３ＤはＺ方向に変位する。
【０２０５】
次に図１８Ｃと図１８Ｄは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向にずれた時のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図１８Ｃからわかるように集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤはＹ方向を同じ方向に変位する。また。図１８Ｄからわかるように集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１が相対的にＹ方向に変化するとビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤはＺ方向に変位しない。
【０２０６】
次に図１８Ｅと図１８Ｆは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向にずれた時のビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤのＹ座標及びＺ座標の変位量を示している。図１８Ｅからわかるように集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤはＹ方向に変位しない。また、図１８Ｆからわかるように集光アナモフィックレンズ３１とレーザ光源１が相対的にＺ方向に変化するとビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３ＤはＺ方向を同じ方向に変位する。
【０２０７】
次に図１８Ａ〜１８Ｆでの変位に対して、像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの軌跡をプロットしたものを図１８Ｇ〜１８Ｉに示す。
【０２０８】
図１８Ｇは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＸ方向に0.02ｍｍのピッチで±0.1ｍｍずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。放射状に変位する。
【０２０９】
図１８Ｈは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＹ方向に0.02ｍｍのピッチで±0.1ｍｍずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。Ｙ方向を同じ方向に変位する。
【０２１０】
図１８Ｉは集光アナモフィックレンズ３１に対してレーザ光源１が相対的にＺ方向に0.02ｍｍのピッチで±0.1ｍｍずれた時のＹＺ平面上でのスポットの軌跡である。Ｚ方向を同じ方向に変位する。
【０２１１】
更に図１８Ｊにはレーザ光源１が光軸（Ｘ）方向に±0.1ｍｍずれた場合の像面７上のＹＺ平面上でビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの軌跡をプロットしている。４つのビームスポットによって矩形が構成され、レーザ光源１が光軸（Ｘ）方向のズレによって矩形の大きさが変わる様に観測される。
【０２１２】
以上のように。レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置の変化量に対してビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの間隔や位置の変化量は、リニアな比例関係がある。従ってビームスポット７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ、７３Ｄの座標を読み取り、間隔や位置の変化量を正確に計測すれば、レーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置が理想状態に対してどれだけずれているか算出可能である。
算出されたΔＸ、ΔＹ、ΔＺに基づき、レーザ光源１を保持する不図示の工具ハンドを３次元的に駆動制御しレーザ光源１と集光アナモフィックレンズ３１の相対位置を所望の精度に追い込んだ後、レーザ光源１は固定される。レーザ光源１や集光アナモフィックレンズ３１をレーザホルダ２に固定する方法はねじ止めや勘合、接着など既知の方法による。
【０２１３】
本発明の構成では、従来のようにビームスポット画像を読み込んでスポット径やピーク光量を算出するという工程を何度も回数を繰り返す必要がなく、１度ビームスポット画像を読み込んで演算処理することで３次元的な相対位置ずれ量を算出することが可能である。
また組み立てた光源ユニットのピントなどを再確認する際も少ない工数で確認できる。これにより組立工数を大幅に削減し低コストが可能となる。
【０２１４】
上記した第１〜第４の実施例においては、調整対象である光源ユニット２１内には絞り（第２の絞り）を含まない構成であり、前記光源ユニットが搭載される光走査装置内でのレーザ光源に対する絞り（第１の絞り）の位置と光学的に等価な調整装置内の位置に絞り４を設ける場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されることはない。光源ユニット２１内に絞りを含む場合、すなわち、レーザ光源１と集光レンズ３の間の光路上に絞りが設置されている光源ユニットを調整対象とする場合には、本発明の調整装置は絞りを有する必要はなく、絞りを含む光源ユニットを本発明の調整装置の光源ユニットの取り付け部に固定することによって、本発明のメリットを享受して前記光源ユニットの調整をすることができることに留意されたい。
【０２１５】
また、上記した第１〜第４の実施例においては、瞳分割素子を、出射面を同一の平面で構成し、入射面を互いに非平行な複数の平面から構成するものとして例示したが、本発明はこれに限定されることはない。入射面を同一の平面で構成し出射面を互いに非平行な複数の平面から構成される瞳分割素子としても良い。
【０２１６】
さらに、上記した第１〜第４の実施例（数値実施例）においては、結像光学素子である工具レンズは、色消しのために２枚のレンズを接合した接合レンズとして例示したが、本発明はこの構成に限定されることはないことに留意されたい。
【実施例５】
【０２１７】
図１９に本発明の第５の実施例における光走査装置の概略図であって、主走査断面での配置図を示す。光走査装置は、レーザ光源１、レーザホルダ２、集光レンズ３、絞り１０４、シリンダレンズ１０５、偏向器としてのポリゴンミラー１０６、第１走査レンズ１０７Ａ、第２走査レンズ１０７Ｂからなる走査レンズ系１０７、カバーガラス１０８、被走査面（感光体）１０９を有する。またレーザースキャナ箱１０１内に、集光レンズ３、絞り１０４、シリンダレンズ１０５、ポリゴンミラー１０６、走査レンズ系１０７が収容されている。走査レンズ系１０７を経た光束は、カバーガラス１０８を介してレーザースキャナ箱１０１出射し、被走査面１０９を走査する。
第１走査レンズ１０７Ａ、第２走査レンズ１０７Ｂは樹脂製の結像レンズである。
【０２１８】
レーザ光源１から出射した発散光束は集光レンズ３によって平行光に変換される。平行光は絞り１０４により所望の光束幅に変換された後、シリンダレンズ１０５により副走査方向に収束する光束に変換され、偏向器１０６の偏向反射面近傍に集光する。よって偏向反射面近傍に光束は線像を形成している。
【０２１９】
複数の偏向反射面で構成された偏向器１０６は、不図示の駆動系により図１９の紙面に垂直な回転軸により回転駆動される。そして回転駆動する任意の偏向反射面で光束を偏向し走査レンズ系（Fθレンズ）１０７に導いている。
【０２２０】
次に、走査レンズ系１０７の作用について述べる。走査光学系（Ｆθレンズ）は、樹脂製の第１結像レンズと樹脂製の第２結像レンズの２枚で構成される。偏向器１０６で反射偏向された光束を被走査面１０９上に結像しビームスポットを形成すると共に被走査面１０９上を等速で走査する。樹脂製の走査光学手段は、金型に樹脂を充填させ冷却後に型から取り出す既知の成形技術にて製造される。これによりガラスレンズを使用した従来の走査レンズより安価に製造できる。
【０２２１】
主に主走査方向にパワーを有する第１の走査レンズ１０７Ａは、レンズ面形状は既知の関数で表現された非球面形状である。第１の走査レンズ１０７Ａは副走査断面内のパワーより主走査断面内のパワーの方が大きく、かつ、主走査断面が非円弧で偏向器１０６側に凹面を向けた凸メニスカス形状を有する。主走査断面内の形状は光軸に対して対称である。副走査方向に対しては入射面と出射面が同じ曲率の略ノンパワーであるが、例えば両面が副走査方向にフラットなシリンダー形状でもよい。入射した光束に対し主に主走査方向の結像を担う事になる。
【０２２２】
一方の第２の走査レンズ１０７Ｂは主に副走査方向にパワーを持つアナモフィックレンズである。レンズ面形状は既知の関数で表現された非球面形状である。第２の走査レンズ１０７Ｂは主走査断面内のパワーより副走査断面内のパワーの方が大きく、かつ、主走査断面の入射面が円弧であり他の面が非円弧の形状をしている。第１、第２の走査レンズ１０７Ａ、１０７Ｂからなる走査レンズ系１０７による副走査方向の結像関係は、偏向反射面と被走査面１０９が略共役関係となる所謂倒れ補正系となっている。
【０２２３】
カバーガラス１０８は、紙面に垂直な副走査断面内で入射光束に対し角度を持つように傾けられている。これはカバーガラスでの表面反射光が光源に回帰しないようにするためである。表面反射光が光源に回帰してしまうと光源のレーザ発振が不安定になり光量が変動することがあるためである。
【０２２４】
光源ユニット２１はレーザ光源１と集光レンズ３はレーザホルダ２により保持されている。光源ユニット２１はレーザ光源１と集光レンズ３の光軸方向及び光軸と直交する方向の相対位置の調整が可能であり、第１〜第４の実施例に示した調整装置により所望の精度で調整される。
【０２２５】
レーザースキャナ箱１０１には、光源ユニット２１と絞り１０４、シリンダレンズ１０５、偏向器としてのポリゴンミラー１０６、第１走査レンズ１０７Ａ、第２走査レンズ１０７Ｂ、カバーガラス１０８が組みつけられている。レーザースキャナ箱１０１の光源ユニット取り付け座面１０２に勘合穴（不図示）があけられており、組立調整された光源ユニット２１を組み付ける。
【０２２６】
第１〜第４実施例に示した調整装置に光源ユニット２１を取り付けるために、光源ユニット取り付け座面１０２や勘合穴（不図示）と同様の構成を調整装置に設けることで精度良い調整が可能となる。
【０２２７】
本実施例では集光レンズ３とシリンダレンズ１０５の間に絞り１０４が設けられている。光源ユニット２１の調整装置でも絞り１０４と光学的な等価な位置に絞り４を設けることが望ましい。具体的には光源１もしくは集光レンズ３からの光軸方向の距離が同じになるように、光走査装置の絞り１０４と第１〜第４の実施例に示した調整装置の絞り４を設ける。また絞り１０４と絞り４は同一形状の開口部を有している。
【０２２８】
絞りの位置は必ずしも図１９のように集光レンズ３とシリンダレンズ１０４の間でなくてもよい。例えばレーザ光源１と集光レンズ３の間とか、シリンダレンズ１０５と偏向器１０６の間、もしくはその両方に絞りを複数も受けてもよい。
【０２２９】
レーザ光源１と集光レンズ３の間に絞り１０４を設ける場合はレーザホルダ２に作り込むとコストダウンになる。レーザホルダ２内に絞り１０４が構成された光源ユニット２１のレーザ光源１と集光レンズ３の位置を調整するために用いられる調整装置においては、絞り４は不要となる。シリンダレンズ１０５と偏向器１０６の間に絞り１０４を有する光走査装置に使用される光源ユニット２１のレーザ光源１と集光レンズ３の位置を調整するための調整装置においては、光走査装置内でのレーザ光源１に対する絞り１０４と光学的に等価な調整装置内の位置に絞り4を設けることが望ましい。具体的にはレーザ光源１もしくは集光レンズ３からの光軸方向の距離が同じになるように、光走査装置の絞り１０４と第１〜第４の実施例に示した調整装置の絞り４を設ける。また絞り１０４と絞り４は同一形状の開口部を有している。
レーザ光源１はシングルビームタイプでもモノリシックマルチビームタイプでも、VCSEL（面発光レーザ）でもよい。
【０２３０】
本発明に係るレーザ光源と集光光学素子の相対位置調整の調整装置は、前記レーザ光源と集光光学素子からなる光源ユニットが光走査装置に搭載され使用されることを前提として記載したが、本発明の調整装置はこれに限定されることはない。光走査装置以外の光源ユニットのレーザ光源と集光光学素子の相対位置を調整するために使用しても、本発明の効果を享受することができる。
【０２３１】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【０２３２】
１  レーザ光源
３  集光レンズ（レーザ光源からの光束を集光する集光光学素子）
４  絞り
５  瞳分割素子
６  結像光学素子
７  像面
８  受光センサ（２次元受光センサ）
２１  光源ユニット
１０４  絞り
１０６  偏向器
【図１】
0005809498.tif 000008
【図２】
0005809498.tif 000009
【図３】
0005809498.tif 000010
【図４Ａ】
0005809498.tif 000011
【図４Ｂ】
0005809498.tif 000012
【図５Ａ】
0005809498.tif 000013
【図５Ｂ】
0005809498.tif 000014
【図５Ｃ】
0005809498.tif 000015
【図５Ｄ】
0005809498.tif 000016
【図５Ｅ】
0005809498.tif 000017
【図５Ｆ】
0005809498.tif 000018
【図５Ｇ】
0005809498.tif 000019
【図５Ｈ】
0005809498.tif 000020
【図５Ｉ】
0005809498.tif 000021
【図５Ｊ】
0005809498.tif 000022
【図６】
0005809498.tif 000023
【図７】
0005809498.tif 000024
【図８Ａ】
0005809498.tif 000025
【図８Ｂ】
0005809498.tif 000026
【図８Ｃ】
0005809498.tif 000027
【図８Ｄ】
0005809498.tif 000028
【図８Ｅ】
0005809498.tif 000029
【図８Ｆ】
0005809498.tif 000030
【図８Ｇ】
0005809498.tif 000031
【図８Ｈ】
0005809498.tif 000032
【図８Ｉ】
0005809498.tif 000033
【図９】
0005809498.tif 000034
【図１０】
0005809498.tif 000035
【図１１Ａ】
0005809498.tif 000036
【図１１Ｂ】
0005809498.tif 000037
【図１１Ｃ】
0005809498.tif 000038
【図１１Ｄ】
0005809498.tif 000039
【図１１Ｅ】
0005809498.tif 000040
【図１１Ｆ】
0005809498.tif 000041
【図１１Ｇ】
0005809498.tif 000042
【図１１Ｈ】
0005809498.tif 000043
【図１１Ｉ】
0005809498.tif 000044
【図１１Ｊ】
0005809498.tif 000045
【図１２】
0005809498.tif 000046
【図１３Ａ】
0005809498.tif 000047
【図１３Ｂ】
0005809498.tif 000048
【図１３Ｃ】
0005809498.tif 000049
【図１３Ｄ】
0005809498.tif 000050
【図１４】
0005809498.tif 000051
【図１５】
0005809498.tif 000052
【図１６】
0005809498.tif 000053
【図１７】
0005809498.tif 000054
【図１８Ａ】
0005809498.tif 000055
【図１８Ｂ】
0005809498.tif 000056
【図１８Ｃ】
0005809498.tif 000057
【図１８Ｄ】
0005809498.tif 000058
【図１８Ｅ】
0005809498.tif 000059
【図１８Ｆ】
0005809498.tif 000060
【図１８Ｇ】
0005809498.tif 000061
【図１８Ｈ】
0005809498.tif 000062
【図１８Ｉ】
0005809498.tif 000063
【図１８Ｊ】
0005809498.tif 000064
【図１９】
0005809498.tif 000065
【図２０】
0005809498.tif 000066