JPH02105110A - 複数ビーム走査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［Ｊ！！業上の利用分野］ この発明は、レーザープリンター、レーザーフォトプロ
ッター等、描画面上にスポットを走査して描画を行なう
装置、特に複数のビームを走査する装置における走査方
法に関するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 描画を行なう場合、単数のビームによって１ライン毎に
描画を行なうより複数のビームによって複数のラインを
同時に描画した方が走査スピードが同一の場合はもちろ
ん、多少走査スピードが遅い場合でも高迷描−を行なう
ことができる。

また、−のラインとこれに隣接するラインとの間隔は、
精密な描画を行なうためにスポット径より小さく設定さ
れることがあり、このような場合に第ｒ図及び第２図に
示したように隣接するラインを並列して走査すると斜線
で示したオーバーラツプ部分で干渉によりビームの強度
に歪が生じる。

なお、主走査方向のスポットとおしは同一のビームが時
系列で移動していくので、干渉は生じない、ここで主走
査方向とは、描画面上でビームが走査す、る方向をいい
、副走査方向とは、描画面上で主走査方向に直交する方
向をいう。

一般にオーバーラツプ部分の露光１夏は０式で表わされ
るが、 １：ｌｉ＊（７）＋ｉ・（ｙ＋Δｙ）Ｉ”　　・・・０
２本のビームによるスポットが空間的、あるいは時間的
に離れていて干渉しない場合には、■式で示した単純な
強度和となる。

１＝ｌｉ＊（ｙ）Ｉ菅＋１ｔａ（ｙ＋Δｙ）ｌ黛＝Ｉ＾
（ｙ）＋ｌ５（ｙ÷Δｙ）　　　・・・■しかし、オー
バーラツプ部分が同時に照射される場合には、■式に示
すように単純な強度和の他に干渉項ｆｅａｔが入る。

１１Ｌ（ｙ）ｌ”÷１ｉｅ（ｙ÷Δｙ）ｌ”＋１ａ（ｙ
）−ｉｓ”（ｙ＋Δｙ）÷ｌ＾°（ｙ）・１ｔ（ｙ＋Δ
ｙ） ：Ｉ＾（ｙ）＋ｉ・（ｙ十Δｙ）÷！１ｒ＊　　　・・
・■なお、干渉項ｆｅａｔは０式で表わされる。

ｆｌａｔ・１ｓ（ｙ）ｉｓ”（３１＋Δｙ）＋ｉ１１°
（ｙ）ｉｓ（ｙ＋Δｙ）・・・■干渉項はｉｌｌと１−
との間の位相差φにより異なる値をとる。しかも、この
位相差φはｆθレンズやミラー等の光学部材が持つ波長
オーダーの収差や誤差、・−更には温度変化や振動等に
よる光路差の発生により走査の全領域で一定とならない
ため、入射角度の変化により描画面の場所によって異な
る干渉状態を生ずる。

この結果、本来２本のビームによって形成される人ポッ
トにより２本のラインが均一に揃って描画面に記録され
るべきものが、−本の太い線となったり、逆に各々が細
くなり過ぎたり、場合によっては見かけ上３本のビーム
が走査したような結果となり、描画結果が不安定となる
。

これを避けるためには、走査されるスポットが描画面上
でオーバーラツプしないように副走査方向に間隔をあけ
る必要があるが、単に隣接するラインとおしの間隔をあ
けると記録密度が低下すると共に、精密な描画が行い得
なくなる。

描画の精度を低下させずに干渉による影響を除去するた
めには、結果として描画される副走査方向の走査ライン
の間隔をあけずに、描画時に同時に形成されるスポット
を隣接するラインでなく、１またはそれ以上Ｍれたライ
ンを走査させる構成が考えられる。

但し、同時走査の間隔を１ラインとすると、第１回目の
走査と第２回目の走査との副走査方向のシフトは１ライ
ンとなり、第１回目の走査で第１ラインと第３ライン、
第２回目の走査で第２ラインと第４ライン、第３回目の
走査で第３ラインと第５ラインというように第３ライン
以降が重複することとなる。

重複を避けるためには第３回目以降の走査の際に一方の
ビームをオフすればよいが、この場合には複数ビームに
よる高速走査という利点が本質的に失われる。

［発明の目的］ この発明は、上記の課題に鑑みてなされたもの−であり
、描画の結果として出力される隣接する走査ラインの間
隔をスポット径よりも小さくして描画精度を向上させる
と共に、複数のビームで干渉による影響なく高速描画を
達成できる複数ビーム走査方法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１ この発明は、上記の目的を達成させるため、Ｎ本のビー
ムにより描画面上に副走査方向に離間するＮ個のスポッ
トを形成し、これらのスポットを同時に主走査方向へ走
査させ、第ｎ回目の走査で第１番目のビームが（Ａ）式 ％式％ ： ｋ−：自然数で同時走査の第ｍ番目のビームと第一１番
目のビームとが走査するラ インの離間量を決定するための定数 によって定められる第Ｌｉラインを走査することを特徴
とする。

この方法を実施するための装置の光学系は、複数のビー
ムを発生するための光源と、この光源からのビームを偏
向させるポリゴンミラー等の偏向器と、偏向されたビー
ムを描画面に集光するｆθレンズ等の走査レンズとを備
える。

複数のビームを得るためには、多点発光レーザ−素子を
用いても良いし、単一の光源から発するビームを分割し
て用いてもよい、これらのビームは所定ライン分間隔を
あけて描画面上にスポットを形成するように走査レンズ
に対する副走査方向の入射角度が異なるように設定され
ている。

上記の（Ａ）式を満たす最も簡単な組合せは、２本のビ
ームを用い、第１図に示したように同時走査の際の間隔
を３ラインとすると共に、−回の走査と次の走査との移
動量を３ライン分とする構成である。

この構成によれば、Ｎ：２　、　Ｋａｌとなり、第ｎ回
目の走査時に第１番目のビームが走査するラインは第１
表の通りである。なお、同時に走査される第ｍ番目のビ
ームと第ｍ−１番目のビームとの間隔は、訃１［ｍ＋１
で表わすことができる。

第１表 この方法によれば、第３ライン以降が連続するライン、
すなわち描画に用いることができるラインとなり、第１
、第２ラインはダミー走査となる。

次に、Ｋ２＝２とした場合は第２表に示した通りとなる
。第２表では第５ラインからが連続するラインとなり、
第１〜第４ラインはダミー走査となる。

このようにＫの値は小さい方がダミー走査のラインを少
なくすることができるが、スポット径とライン間の副走
査方向の間隔との関係により、干渉を生じさせないよう
に２以上に定めることもできる。

次に、３本のビームで同時走査する場合（Ｎ＝３）につ
いて説明する。この場合には、第１，２番目のビームと
の間隔と第２．３番目のビームの間隔とが異なる値をと
ることも考えられるため、ｎ［１ｉｌＥｊの走査時に第
１番目のビームが走査するラインを３例示す。

まず、Ｋ＊＝Ｋｓ＝１とすると、第３表に示した通りと
なり、にｅ”ｌ［ｓ：２の場合は第４表、モしてに＊：
２．Ｉｈ：１の場合は第５表に示した通りとなる。

第３表 第４表 第５表 ところで、上記のような走査を行う場合、単ビームで走
査する場合にように走査の順番と走査ラインの順番とが
対応しないため、画像データをそのままアドレス順に出
力してもデータ通りの出力像を描画することはできない
。

従って、アドレス順に出力される画像データを−Ｈライ
ンメモリに書き込み、そのラインメモリから走査ライン
番号に該当する画像データを出力させて描画を行う方法
を採用する必要がある。

ラインメモリのサイズは、走査するビームの本数Ｎ及び
前記の定数に、によって定められる。

ここで、第２図〜第５図に四角形で示すように連続する
Ｎ９４２分のデータを記憶する領域をラインメモリの１
グループとすると、ｌグループ内のデータは、 買 Ｐ＝１＋Σ　Ｋ。

烏：２ で表わされるＰ回の走査によってす−ぺて出力される。

１つのグループのデータ出力と後方のグループのデータ
出力とはｌ走査づつ順次ずらして行われるため、必要と
なるラインメモリのグループ数は２個となり、メモリの
全サイズはＰ−Ｎで表わすことができる。この計算によ
れば、第２図の方法では２つのグループで■〜■の４ラ
イン分、第３図及び第４図の方法では３つのグループで
■〜■の６ライン分、第５図の方法では５つのグループ
で■〜■の１５ライン分が全メモリサイズとなる。なお
、図中のｒｄＪはダミー走査を示している。

また、各グループ内のデータは、通常の単ビームによる
走査とは逆に、画像データとしてのアドレスが大きい側
から順に出力される０例えば第４図の方法で走査する場
合、描画面上での第７ライン〜第９ラインとのデータは
この順に画像メモリから読み込まれるが、出力の際には
これを逆転させて、すなわち１回目の走査で第９ライン
、２回目の走査で第８ライン、第３回目の走査で第７ラ
インのデータが出力されることとなる。

２回の走査によって１つのグループ内のデータがすべて
出力されると、そのグループのラインに次のＮ走査分の
画像データが入力される。そして、Ｐ＋１回の走査によ
って次のグループのデータもすべて出力され、そのグル
ープにも新たな画像データかＮ走査分入力される。この
ように、１回の走査毎に出力の終了したグループのメモ
リに新たな画像データが書き込まれ、これをグループ内
で入力順とは逆に出力することにより、画像データ通り
の像を描画することができる。

［実施例］ 以下、この発明の詳細な説明する。

第６図は、この発明に係る複数ビーム走査方法を実現す
るためのレーザーフォトプロッターの光学系の一実施例
を示したものである。

このフォトプロッターは、光源としてのアルゴンレーザ
ーｌＯから出射するレーザー光を３本に分割し、その内
の２本によって描画面上に２つのスポットを形成し、残
りの１本をスポットの正確な位置を検出するためのモニ
ター光として用いている。描画面上に形成される２つの
スポットは、ポリゴンミラーＰＭの回転によって５ライ
ン分離れ、た走査ライン上を同時に走査する。

すなわち、前述の説明に則るとＮ＝２．Ｋｚ＝２となる
構成であり、スポット径は５μｍ、走査ラインの副走査
方向のピッチは２．５μｍであり、従って２つのスポッ
トの中心間隔は１２．５μｍ、−回の走査終了後の移動
量は５μｌとなる。

次に、この装置の各部の構成を作用と共に説明する。

アルゴンレーザーｌＯから発したレーザー光は、ピンホ
ール１１を介して５％反射のハーフミラ−１２により二
分される。このハーフミラ−１２で反射されたレーザー
光はモニタ用光束ｇ・として利用される。

一方、ハーフミラ−１２を透過したレーザー光は第１の
１７２波長板１３で偏光方向を９０°回転され、バリア
プルフィルター１４で光量調節されて５０％０％反射１
のビームスプリッタ−１５で更に二分される。

ビームスプリッタ−１５により分割された２本の光束は
、描画面上で離間する２つのスポットを形成する描画用
光束として用いられる。

ビームスプリッタ−１５を透過した第１描画用光束ＩＩ
は、レンズ１６を介して第１描画用ＡＯ変調器１７の位
置に集光する。

このＡＯ変調器１７は、ブラッグ条件を満たす方向から
入射するレーザー光をトランスデユーサ−への超音波の
入力により回折させるもので、入力される超音波を０Ｎ
１０ＦＦすることにより、レーザー光を０次光と１次光
とに切り換えることができ、１次光を描画光束として利
用する。　　ＡＯ変調器１７は、描画面に対するドツト
単位の露光情報である書き込み信号により制御される。

変調されたＯＮ光である１次光は、ＡＯ変調器１７の後
方に設けられたレンズ１Ｂによって再び平行光束とされ
、ミラー１９を介して２個のプリズムからなる第１の光
束方向調整装置４０により所定角度偏向され、ミラー２
０により第ルンズ系５０に入射する。

他方、第１のビームスプリッタ−１５で反射された第２
描画用光束！２は、レンズ１６′を介して収束光とされ
、ミラー２１で反射されて第２描画用ＡＯ変調器１７−
に入射する。　　ＡＯ変調器１７゛の機能は、前記の第
１描画用ＡＯ変調器１７と同様である。但し、この第２
描画用ＡＯ変調器１７′を駆動する信号は、前記の第１
描画用ＡＯ変調器１７に入力される信号とは５ライン分
ずれたラインを走査するための信号である。

第２描画用ＡＯ変調器１７′を出射した１次光は、レン
ズ１Ｂ−を通して２個のプリズムからなる第２の光束方
向調整装置４０′により所定角度偏向され、第ルンズ系
５０に入射する。

なお、第１１　　第２の描画用光束１１　、’Ｊ　Ｒは
、互いに副走査方向に０．１７″の角度をもって２．４
ｍｍ離れた位置から第２レンズ系７０に入射する。また
、レンズ１６．１８＝　、１８．１８　”は同一のレン
ズであり、その焦点距離は１３０．０２ｍｍである。

第ルンズ系５０は、焦点比Ｍ１７９．９９ｍｍの正レン
ズであり、入射するレーザー光を収束させる。この第ル
ンズ系５０による集光点より６１．９５１１０１手前側
に、ポリゴンミラーＰＭの面倒れによる影響を補正する
ための補正用ＡＯＯ調器２２が設けられている。

補正用ＡＯ変変器器２を出射してミラー２３で反射され
た描画用のレーザー光は、焦点距離５６．１８ｍ＋ｏの
リレーレンズ系６０を透過し、焦点比１１２９９．９９
ｍｍの第２レンズ系７０に入射する。

リレーレンズ系６０は、補正用ＡＯＯ調器２２による面
倒れ補正に伴うポリゴンミラー上での光束のずれを補正
する機能を有している。

第２レンズ系７０により平行光束とされた描画用のレー
ザー光は、ミラー２４で反射されると共に、第１の偏光
ビームスプリッタ−２５においてモニタ光と合成される
。すなわち、ハーフミラ−１２で分割されたモニタ光９
・は、ミラー２６及びミラー２７で反射されて第１の偏
光ビームスプリッタ−２５にＳ偏光として入射し、反射
される。

一方、２本の描画用光束は第１の１７２波長板１３によ
りモニタ光とは偏光方向が異なるものとされ、Ｐ偏光と
して入射するためそのまま透過することとなる。２本の
描画用光束とモニター用光束とは、第２の１７２波長板
２８によりそれぞれ偏光方向が９０″回転させされ、焦
点距離−１６、１６ｍｍの第３レンズ系（資）、ミラー
２９を介して焦点距離３４６．２２ｍｍの第４レンズ系
９０に入射する。

第３レンズ系８０と第４レンズ系９０とは、倍率２１．
４倍のビームエクスパンダ−系を構成しており、２本の
描画用光束は２５φ、モニター用光束は１５φに拡大さ
れる。

２本の描画用光束とモニター用光束とは、２つのミラー
３０．３１を介してポリゴンミラーＰＭに向けられ、こ
のポリゴンミラーＩ’Ｈによって反射偏向される。

そして、この反射光束は、焦点比１１１５１．２１ａ＋
ｍのｆθレンズ１００によって収束され、描画光束は第
２の偏光ビームスプリッタ−３２を透過して描画面に直
径５μｍの２つのスポットを形成する。

他方、モニター光はこのビームスプリッタ−３２で反射
され、走査方向に直交する綿状のパターンを有する走査
補正用スケール３３を介して受光光学系３４に入射する
。この受光光学系３４は、ビームの走査に伴って変化す
るスケール３３の透過光量から走査速度に比例する周波
数のパルスを出力する。

描画面上に形成される２つのスポットは、主走査方向に
対しては同一位置、副走査方向に対しては５ライン間隔
分の１２．５μ−離間して形成される。

なお、第２の偏向ビームスプリッタ−３２を挟んで受光
光学系３４に対向して設けられているのは、オートフォ
ーカス用の３つの受光素子であり、各走査位置における
反射光の状態から光学系の描画面に対する合焦状態を検
出し、自動合焦のためのデータとして利用している。

〔効果］ 以上説明したように、この発明によれば、描画面上に副
走査方向に離間する複数のスポットを形成して同時走査
する際に、複数のビームの干渉を防止して描画性能を安
定させることができ、複数ビーム走査による描画速度の
高速化のメリットを十分に生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る複数ビーム走査方法における描
画面上での走査ラインの説明図、第２図〜第５図は走査
ライン番号とラインメモリとの関係を示す説明図、第６
図はこの発明を実施するための装置の一実施例を示す説
明図、第７５！ｌは隣接した走査ラインを同時走査した
場合の説明図、第８図は第７図の■−■線に沿うビーム
の強度分布図である。 ｌＯ・・・アルゴンレーザー（光源） ＰＭ・・・ポリゴンミラー（偏向器）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｎ本のビームにより描画面上に副走査方向に離間する
   Ｎ個のスポットを形成し、これらのスポットを同時に主
   走査方向へ走査させ、第ｎ回目の走査で第ｉ番目のビー
   ムが下式 Ｌｉ＝（ｎ−１）・Ｎ＋ｉ＋■（ｋ＿ｍ・Ｎ）但し、Ｎ
   ≧２ ｌ≦ｉ≦Ｎ ｋ＿ｌ＝０ ｋ＿ｍ：自然数で同時走査の第ｍ番目のビームと第ｍ−
   １番目のビームとが走査するラ インの離間量を決定するための定数 によって定められる第Ｌｉラインを走査することを特徴
   とする複数ビーム走査方法。