(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発する光束をポリゴンミラーにより反射偏向させ、ｆθレンズを有する結像光学系を介して走査対象面上を走査させる走査光学系であって、前記光束が前記ポリゴンミラーの一つの反射面で反射偏向されるとき、その光束幅が当該反射面の幅よりも狭い走査光学系において、
前記光束の主光線と、前記ポリゴンミラーで反射された光束の主光線とが同一の主走査平面内に含まれており、
前記光源から前記ポリゴンミラーに入射する光束と前記結像光学系の光軸のなす角度をα［単位:rad.］、前記ポリゴンミラーの反射面の面数をＮ、前記結像光学系の主走査方向における焦点距離をｆ［単位:mm］、前記走査対象面上の有効走査範囲を前記結像光学系の光軸との交点を境に二分した際に、前記光軸に対する前記光源側の有効走査範囲端の位置をＷ１［単位:mm］、前記光軸に対する前記光源とは反対側の有効走査範囲端の位置をＷ２［単位:mm］、ただし、α＜π／２、Ｗ１＜０、Ｗ２＞０として、以下の数１および数２で表す条件、
【数１】
0003863669.tif 000012
【数２】
0003863669.tif 000013
ただしｍは自然数、を共に満たすことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
前記ポリゴンミラーと前記走査対象面とが前記結像光学系を介して副走査方向においてほぼ共役であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
【請求項３】
前記ポリゴンミラーは、少なくとも１６面の反射面を備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の走査光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープロッター等の描画装置に利用される走査光学系に関し、特に、走査対象面上で発生するいわゆる静止ゴーストの発生を抑えることができる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
描画装置の走査光学系は、レーザー光源から発する光束をポリゴンミラー等の偏向器により反射偏向させ、ｆθレンズ等の結像光学系を介して走査対象面上を走査させる。なお、本明細書では、レーザー光源から直接入射してポリゴンミラーの１つの反射面で反射されて走査対象面に達する光束を正規光と呼ぶこととする。
【０００３】
正規光の一部は、走査対象面で拡散反射されて結像光学系を介してポリゴンミラーまで戻る。この戻り光がポリゴンミラーの正規光を反射させる反射面とは異なる反射面で反射されると、結像レンズを介して走査対象面に達した場合に正規光とは異なる位置にゴースト像を形成する。本明細書においては、このゴースト像を形成する光束をゴースト光と呼ぶことにする。
【０００４】
ゴースト光は、ポリゴンミラーの回転に伴って移動する正規光のスポットを光源とするため、光源の移動とポリゴンミラーの回転とが相殺され、ゴースト像はポリゴンミラーの回転位置に拘わらず走査対象面上の一定の位置に形成される。そこで、このような一定位置に形成されるゴースト像を静止ゴーストと呼ぶこととする。
【０００５】
特開昭５８−６８０１４号公報には、正規光を反射させる反射面の隣の反射面で反射された光束がポリゴンミラーへの入射光の反対側で有効走査範囲外に達して静止ゴーストが発生し、描画の障害となるのを防止するため、光束の偏向面と平行な面内(主走査面内)でポリゴンミラーに入射する光束と第２結像光学系(ｆθレンズ)の光軸がなす角度αを(４π／Ｎ)−(Ｗ／Ｄ)より小さくすればよいことが開示されている。Ｎはポリゴンミラーの反射面数、Ｗは走査対象面上で光軸から有効走査幅の端部までの距離、Ｄは第２結像光学系の像側主点と走査対象面との距離である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示される走査光学系は、ポリゴンミラーの面数が８面と比較的少なく、ゴースト光を有効走査範囲外に排除できるαの範囲が大きいため、装置構成上の制約は少ない。しかしながら、描画速度の高速化を図るためにポリゴンミラーの反射面を多く、例えば１６面以上とした場合には、前述の条件を満たすαの値が小さくなるため、装置構成上の自由度が小さくなる。反射面の面数がさらに多くなると、ミラーへの入射光路と結像光学系とが干渉するという問題が生じる。
【０００７】
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、ポリゴンミラーの面数が比較的多い場合にも、ポリゴンミラーへの入射光が結像光学系に干渉されるようなことがなく、正規光を反射させる面以外の反射面でのゴースト光による静止ゴーストが有効走査範囲内に形成されることを防ぐことができる走査光学系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光学系は、上記の目的を達成させるため、光源から発する光束をポリゴンミラーにより反射偏向させ、ｆθレンズを有する結像光学系を介して走査対象面上を走査させる走査光学系であって、該光束がポリゴンミラーの一つの反射面で反射偏向されるとき、その光束幅が当該反射面の幅よりも狭い走査光学系において、該光束の主光線と、該ポリゴンミラーで反射された光束の主光線とが同一の主走査平面内に含まれており、光源からポリゴンミラーに入射する光束と結像光学系の光軸のなす角度をα［単位:rad.］、ポリゴンミラーの反射面の面数をＮ、結像光学系の主走査方向における焦点距離をｆ［単位:mm］、走査対象面上の有効走査範囲を結像光学系の光軸との交点を境に二分した際に、光軸に対する光源側の有効走査範囲端の位置をＷ１［単位:mm］、光軸に対する光源とは反対側の有効走査範囲端の位置をＷ２［単位:mm］として、数１及び数２で示す条件を満たす構成としたことを特徴としている。ただし、数１および数２においてｍは自然数、α＜π／２、Ｗ１＜０、Ｗ２＞０である（請求項１）。
【０００９】
この発明の走査光学系は、結像光学系がポリゴンミラーと走査対象面とを副走査方向においてほぼ共役にするパワーを有する構成に適用されることが望ましい。
【００１０】
さらに、この発明は、ポリゴンミラーが少なくとも１６面の反射面を備える場合に特に有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施形態を説明する。実施形態にかかる走査光学系は、図１に示されるように、レーザー光源１から発した光束をシリンドリカルレンズ２を介してポリゴンミラー３に入射させる。ポリゴンミラー３により反射偏向された光束は、結像光学系であるｆθレンズ４を介して走査対象面５上を走査する。
【００１２】
実施形態の走査光学系は、例えばダイレクトイメージャーと呼ばれるプリント回路基板に直接パターンを描画するレーザープロッターに利用される。描画速度を向上させるため、ポリゴンミラーの反射面は１６面以上とされており、この例では２４の反射面を持つポリゴンミラー３が使用されている。図中ではそのうちの４面のみを示している。
【００１３】
また、レーザー光源１から発する光束と、ポリゴンミラー３で反射された光束との主光線が同一の平面内（主走査平面）に含まれるよう各光学素子が配置されている。なお、本実施の形態においては、ポリゴンミラー３により偏向される光束の主光線が含まれる平面を主走査平面とし、ｆθレンズ４の光軸Ａｘ２と直交する平面と主走査平面との交線の方向を主走査方向、ｆθレンズ４の光軸Ａｘ２と直交する平面内で、前記主走査方向と直交する方向を副走査方向と呼ぶこととする。
【００１４】
シリンドリカルレンズ２は、レーザー光源１から発する平行光束を副走査方向にのみ収束させてポリゴンミラー３の反射面近傍に線像を形成する機能を有している。光束は、副走査方向においてはシリンドリカルレンズ２からポリゴンミラーに向かっては収束し、ポリゴンミラー３で反射された後は発散光として進む。
【００１５】
ｆθレンズ４は、主走査方向に関してはポリゴンミラー３で反射された平行光束を走査対象面５上に収束させる正のパワーを有すると共に、副走査方向に関してはポリゴンミラーで反射された発散光束を走査対象面上に収束させるより強い正のパワーを有している。すなわち、ｆθレンズ４はポリゴンミラー３の反射面と走査対象面５とを副走査方向においてほぼ共役にするパワーを有しており、これによりポリゴンミラーの反射面の傾きによる走査対象面上でのスポット位置の副走査方向の誤差を補正することができる。
【００１６】
図１において、ポリゴンミラー３の各反射面をＳｉ（ただしｉ＝０，１，２，．．）で表し、正規光が反射される反射面をＳ0、光軸Ａｘ２に関してポリゴンミラーへの光束の入射側とは反対側に隣接する反射面をＳ1、さらにその隣の反射面をＳ2とする。ここで、光源１から射出され、ポリゴンミラー３のＳ0の反射面に入射する光束の主光線に一致する軸Ａｘ１と、同反射面により偏向されてｆθレンズ４に入射し、走査対象面５に達する光束の主光線に一致する軸（すなわちｆθレンズ４の光軸Ａｘ２）とが為す角をα（単位［rad］）とすれば、走査対象面５に達した後に、走査対象面５で反射されて、ｆθレンズ４を介して再びポリゴンミラー３のＳ0の面に入射する光束の入射角はα／２（単位［rad］）となる。
【００１７】
今、ポリゴンミラー３を正Ｎ角形とし、上記走査対象面５で反射された光のうち、ｆθレンズを介してＳ1の面に入射する光束の当該面に対する入射角をβ／２（単位［rad］）とする。この時、上記走査対象面５で反射され、ｆθレンズ４を透過した後Ｓ1の面に向かう光束は、上記走査対象面５で反射され、ｆθレンズ４を透過してＳ0の面へ向かう光束とほぼ平行となる（従って、光軸Ａｘ２に対しても平行）。Ｓ0の面に対し、Ｓ1の面は光軸Ａｘ２に対する傾きが２π／Ｎ（単位［rad］）だけ大きい。従って、上記走査対象面５で反射され、ｆθレンズ４を介してポリゴンミラー３に入射する光束に対し、次式（数３）が成立する。
【数３】
0003863669.tif 000002
【００１８】
上記走査対象面５で反射され、Ｓ1の面にβ／２の入射角で入射した光束は、光軸Ａｘ２との角度β（＝２×β／２）（単位［rad］）でｆθレンズ４に入射する。この時、このゴースト光により走査対象面５に形成される静止ゴーストの位置（光軸からの高さ）Hg(1)（単位［mm］）は、図１において光軸Ａｘ２の下側を負とすれば、Hg(1)＝−ｆ・βで表される。なお、ｆはｆθレンズ４の主走査方向における焦点距離（単位［mm］）である。従って、Hg(1)は、数４のように表すことができる。
【数４】
0003863669.tif 000003
【００１９】
一般に、上記走査対象面５で反射された光がｉ番目の面Ｓｉへ入射する際の入射角をθ／２とすると、数５の関係が成り立つ。
【数５】
0003863669.tif 000004
従って、ｉ番目の面Ｓｉによる静止ゴーストの位置Hg(i)は、数６で表される。
【数６】
0003863669.tif 000005
【００２０】
任意の面Ｓmによる静止ゴーストが図１において光軸Ａｘ２より下側に位置し、その隣の面Ｓm+1による静止ゴーストが図１において光軸Ａｘ２より上側に位置するとすれば、このゴースト光が走査対象面５の上で有効走査範囲内に達しないようにするためには、数７および数８で示す条件を満たすようにする必要がある。
【数７】
0003863669.tif 000006
【数８】
0003863669.tif 000007
ただし、ここでｍは自然数であり、走査対象面５上の有効走査範囲をｆθレンズの光軸Ａｘ2との交点を境に二分した際に、Ｗ１は光軸に対する光源側（図中下側）の有効走査範囲端(図中下側)の位置［単位:mm］（Ｗ１＜０）、Ｗ2は光軸に対する光源とは反対側（図中上側）の有効走査範囲端(図中上側)の位置［単位:mm］（Ｗ２＞０）である。
【００２１】
上記数７で示される条件が満たされれば、ｉ＝ｋ（ｋはｍより小さい自然数）に対しては常にHg(i)＜Ｗ１が成り立ち、上記数８で示される条件が満たされれば、ｉ＝ｎ（ｎはｍ＋１より大きい自然数）に対して常にHg(i)＞Ｗ２が満たされる。
【００２２】
数６と数７より、数９が得られる。
【数９】
0003863669.tif 000008
数９を変形して数１０が得られ、
【数１０】
0003863669.tif 000009
これより、数１の条件が得られる。
【００２３】
同様に、数６と数８より、数１１が得られ、
【数１１】
0003863669.tif 000010
数１１を変形して数１２が得られる。
【数１２】
0003863669.tif 000011
これより、数２の条件が得られる。
【００２４】
たとえば、ｍ＝１のとき、数１で示される条件を満たすことにより、正規光を反射させる反射面Ｓ0の隣の反射面Ｓ1からのゴースト光を有効走査範囲の光源側の範囲端より外側に導くことができ、数２で示される条件を満たすことにより、正規光を反射させる反射面Ｓ0の２つ隣の反射面Ｓ2からのゴースト光を有効走査範囲の光源とは反対側の範囲端より外側に導くことができる。正規光を反射させる反射面に対して、隣の反射面Ｓ1と２つ隣の反射面Ｓ2とによるゴースト光を共に有効走査範囲外に導くためには、上記のように隣の反射面Ｓ1からのゴースト光を光源側、２つ隣の反射面Ｓ2からのゴースト光を光源の反対側に導くことが光学系のレイアウト上有利である。
【００２５】
また、ｍ＝２のときには、数１および数２の条件を共に満たすことにより、正規光を反射させる反射面Ｓ0の２つ隣の反射面Ｓ2からのゴースト光を有効走査範囲の光源側の範囲端より外側に導き、正規光を反射させる反射面Ｓ0の３つ隣の反射面Ｓ3からのゴースト光を有効走査範囲の光源とは反対側の範囲端より外側に導くことができる。
【００２６】
ｍが３以上のときにも同様である。例えば、ｍ＝３で数１の条件を満たすことにより３つ隣の反射面Ｓ3からのゴースト光が光源側の有効走査範囲端より外側に達する場合には、その反射面と正規光を反射する反射面との間の反射面Ｓ1、Ｓ2からのゴースト光も必ず光源側の有効走査範囲端より外側に達する。より一般的に言えば、数１の条件を満たすことにより反射面Ｓｍからのゴースト光が光源側の有効走査範囲端より外側に達する場合には、当該反射面Ｓｍと正規光を反射する反射面Ｓ0との間の反射面Ｓｉ(０＜ｉ＜ｍ)からのゴースト光は必ず光源側の有効走査範囲端より外側に達する。同様に数２の条件を満たすことにより、反射面Ｓｍからのゴースト光が光源側の有効走査範囲端より外側に達する場合には、当該反射面Ｓm+1以降の反射面Ｓｉ(ｉ＞ｍ)からのゴースト光も必ず光源側の有効走査範囲端より外側に達する。したがって、数１および数２の条件を満たすことにより、全ての反射面でのゴースト光を有効走査範囲外に導き、静止ゴーストの発生を防ぐことができる。
【００２７】
設計に当たっては、特に制限はないが、全体の設計からポリゴンミラーの正規の反射面からどの程度離れた反射面までのゴースト光を考慮に入れる必要があるかを求めてｍを決定し、必要な数値を数１および数２に代入してαの範囲を求め、その条件を満たす範囲内でレイアウト上最も有利な値を選択すればよい。なお、光学素子の配置上、α＜π／２［rad］(90゜)となるように構成することが好ましい。
【００２８】
例えば、Ｎ＝24、ｆ＝100、Ｗ1＝−20、Ｗ2＝20とすると、数１、数２より、ｍ＝１では、
0.724［rad］(41.5゜)＜α＜0.847［rad］(48.5゜)
となり、ｍ＝２では、
1.247［rad］(71.5゜)＜α＜1.371［rad］(78.5゜)
となる。
【００２９】
なお、図１に示される実施形態の走査光学系は、ｍ＝１として設計されており、Ｎ＝24、ｆ＝100、Ｗ1＝−20、Ｗ2＝20としてα＝π／４［rad］(45゜)に設定されている。
【００３０】
ｍ＝２として設計すれば、例えば、α＝1.309［rad］(75゜)として構成することができる。
【００３１】
また、別の例として、例えば、ｍ＝3、Ｎ＝30、ｆ＝100、Ｗ1＝−20、Ｗ2＝20とすれば、数１、数２より、
1.456［rad］(83.5゜)＜α＜1.475［rad］(84.6゜)
という条件が得られ、例えばα＝1.465 [rad] (84゜)として静止ゴーストの無い走査光学系を構成することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ポリゴンミラーの面数が比較的多い場合にもポリゴンミラーへの入射光と結像光学系とが干渉することなく、正規光を反射させる面以外の反射面でのゴースト光による静止ゴーストが有効走査範囲内に形成されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態にかかる走査光学系の主走査方向の説明図である。
【符号の説明】
１  レーザー光源
２  シリンドリカルレンズ
３  ポリゴンミラー
４  ｆθレンズ
５  走査対象面
【図１】
0003863669.tif 000014