JPH10501637A - 光線偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光軸３の方向に延びる光透過性偏向プリズム１と、支持プリズム２とから成る光線偏向装置に関するものである。偏向プリズム１は、光軸３に対してほぼ直角方向の光線入口面５と、光軸３に対して斜めに延びる反射面４と、光線出口面７とを有している。支持プリズム２は、反射面４において偏向プリズム１と結合され、偏向プリズム１を補完して、光軸３にてほぼ対称的なユニット１，２を形成している。ユニット１，２は、光軸３を中心にして回転可能に支承されている。ユニット１，２の回転時の空気乱流を低減するため、光線入口面５の手前には、ユニット１，２と結合された中空円筒形の部材１１が配置されている。この部材１１の円筒軸線は、光軸３とほぼ合致し、その内径は少なくとも、光線入口面５に入射する光線６の直径に合致する。空気乱流の低減によって、偏向された光線６′位置誤差は最小化される。これにより、記録器内に光線偏向装置を用いる場合、均等な露光が得られ、ひいては高い再現品質が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 光線偏向装置 本発明は、電子再現技術の分野に関し、かつパター 関するものである。この種の走査装置は主として、光線発生用の光源と、光線用 の偏向装置と、光線修正用の光学的な手段とを有している。 インプットスキャナとも呼ばれるパターン走査器の場合、走査装置内に発生し た光線が点状または線状に被走査パターン上へ案内され、パターンから反射した 、またはパターンを透過した走査光が、光電子変換器内で画像信号に変換される 。レコーダー、露光器、アウトプットスキャナなどとも呼ばれる記録器の場合、 走査装置内で得られた情報記録用光線が、画像信号によって強度変調され、点状 または線状に感光記録材料上へ案内される。 フラットベッド型の機器の場合、パターンもしくは記録材料の保持部が、平ら な面であり、この面上へ光線が点状または線状に案内され、この面が走査装置に 対して移動する。内部ドラム型の機器の場合は、パターンまたは記録材料の保持 部が、定置のシェル半部またはトラフとして構成されている。走査装置は、保持 部の長手方向軸線に対して平行に移動し、光線は、長手方向軸線に対して直角に 半径方向に、パターンまたは記録材料上へ案内される。 内部ドラム型記録器は、例えば欧州特許第３５４０２８号明細書により公知で ある。この公知の記録器の場合、光線偏向装置は、光の伝搬方向に対して横方向 に配置された鏡面として構成されている。この鏡面は、回転軸線を中心として回 転する軸と結合されている。この回転する鏡面が、光線を点状または線状に記録 材料上へ偏向させる。 記録器の作動中に、鏡面に汚染物が溜まることがあり、高回転数時には、回転 軸線に関し非対称の光線偏向装置の形状によって、空気の乱流が発生することが ある。この空気の乱流によって、煩わしい騒音や、鏡面区域に汚れが生じる。さ らに、空気の乱流は、回転軸の軸受に対し交番圧力を作用させ、これにより鏡面 位置の僅かなずれが生じ、ひいては記録材料上での光線の振れが生じることがあ る。さらに、光線偏向装置内での光線の光路が、空気の乱流によって影響を受け るので、記録材料上での光線位置の付加的な位置ずれが生じるおそれがある。光 線位置のこのような誤差によって、記録材料上の露光にむらが生じ、これにより 高価な記録器の場合、再現品質が損なわれる不都合が生じる。 ドイツ連邦共和国特許第４１２４２２９号明細書に より、直角に偏向される光線の入口面と出口面とを有する光線偏向装置が公知で ある。この装置は、回転可能に支承された支持プリズムと、回転軸線方向に延び る光透過性の偏向プリズムとから成っている。支持プリズムに隣接する偏向プリ ズム面が、回転軸線に対して横方向に延びる反射面として構成されている。偏向 プリズムは支持プリズムと接着され、両プリズムが補完し合って、少なくとも部 分的に、回転軸線に対して対称的なユニットを形成している。ユニットの側方に は、ディスク状のカバー部材が配置されている。これらのカバー部材は、半径方 向に広がってユニットから張り出している。 この光線偏向装置の場合、これらカバー部材によって、空気の乱流、汚れ、回 転の不安定が低減されはするが、空気の乱流に起因する偏向光線の位置誤差は完 全には回避されない。さらに、カバー部材は、精密に製造されかつユニットに正 確にセンタリングされなければらないため、比較的高い出費を要する。 ドイツ連邦共和国特許第４１３０９７７号明細書により公知の別の光線偏向装 置は、ボールセグメントとして形成された透明体と、やはりボールセグメントと して形成された支持体とから成っている。この支持体は、反射層において透明体 に接着されている。この透明体は、光線の入口面と、反射面と、出口面とを有し ている。透明体と支持体とにより形成されたユニット は、光線の入口面に対して直角方向の軸を中心にして回転可能であり、少なくと もこの軸に対して回転対称的な外輪郭を有している。ユニットを球形に形成する ことによって、この光線偏向装置は、著しい騒音を発生することなしに比較的高 回転数で回転することはできるものの、それでもなお空気の乱流が発生する。こ のような乱流はやはり光線の不都合な位置誤差を招く。 請求項１に記載の本発明の課題は、回転騒音および汚れのほかに、特に、空気 の乱流に起因する偏向光線の不都合な位置誤差が十分に防止されるように、光線 偏向装置を改良することである。 本発明のそのほかの有利な構成および改良点は、請求項２以下の各項に記載さ れている。 以下で、本発明を第１図〜第５図について詳説する。 図面： 第１図は、光線偏向装置の第１実施例の断面図である。 第２図は、光線偏向装置の第２実施例の断面図である。 第３図は、光線偏向装置の第３実施例の断面図である。 第４図は、斜視図である。 第５図は、第３図のＩＩ−ＩＩ線に沿った側断面図 である。 第１図は、パターン走査器または記録器のための、詳細には図示されていない 走査装置内に配置された光線偏向装置の第１実施例の断面図である。この光線偏 向装置は、主として透明の偏向プリズム１と、支持プリズム２とから成っている 。支持プリズム２は、偏向プリズム１を補完して、光軸３に関して回転対称的な 、主として立方体形状または直方体形状のコンパクトなユニット（１，２）を形 成する。偏向プリズム１と支持プリズム２との対向面は、例えば互いに接着結合 されている。 支持プリズム２に接する、偏向プリズム面１の面は、光軸３に対して約４０° 〜５０°の傾斜角度を成して延びる反射面として構成されている。さらに、偏向 プリズム１は、光軸３に対して直角に配置された、光軸３の方向に入射する光線 ６のための入口面５と、光軸３に対してほぼ平行に方向付けられた、反射面４で 反射された反射光線６′のための出口面７とを有している。反射光線６′は、図 示されていない対物レンズ平面を介して偏向される。パターン走査器の場合は、 対物レンズ上に、走査しようとするパターンが載せられ、記録器の場合は、露光 しようとする記録材料が載せられる。 偏向プリズム１と支持プリズム２とから形成されたユニット（１，２）は、支 持プリズム２の１つの面が 、ディスク状の収容部に、例えばやはり接着固定されている。この収容部８は、 軸９を介して駆動装置１０に接続されている。この駆動装置１０は、ユニット１ ，２を回転軸線である光軸３を中心として回転させる。 本発明によれば、光線の入口面５の手前に、入口面５に入射する光線６を取囲 む部材１１が配置されている。この部材１１は、例えばチタン等の金属から製造 されていてよい。部材１１は、光線偏向装置の周囲を流れる空気の空力抵抗を高 め、これにより、不都合な空気乱流を低減する。空気乱流の低減によって、有利 に光路が安定化され、対物レンズ平面において偏向された反射光線６′の、前述 のような位置誤差が最小化される。この結果、記録器の場合、均質の露光が可能 となり、ひいては高い記録品質が得られる。 部材１１は、入口面５に対して僅かな間隔を置いて定置に配置されているか、 または有利には、実施例に示したように、回転するユニット（１，２）に、例え ば接着結合されていてもよい。この場合、部材１１は有利には回転対称的に形成 されており、その対称軸が、光線偏向装置の光軸３と事実上合致する。 部材１１の内径は全長にわたって一定でよいが、機能に応じて変化させること もできる。その場合は、最小内径が少なくとも光線６の直径と合致する。内径が 一定の場合は、部材１１は中空円筒形状を有しており 、リング状、スリーブ状またはチューブ状と呼ぶこともできる。以下チューブ状 と呼ぶ、部材１１のこの形状が図示の実施例に実現されている。 しかし、機能に応じてこの内径を変化させた部材１１を用いて、特別な空力効 果を達成することが有利である場合もある。その場合には、部材１１は、例えば ノズルまたはホッパの形状を成していてよい。 第２図には、光線偏向装置の第２実施例の断面図が示されている。この場合に も、光線偏向装置は透明の偏向プリズム１と、支持プリズム２とから成っている 。偏向プリズム１と支持プリズム２とは、少なくとも部分的にボールセグメント として形成され、相互に補完し合ってほぼ球形のユニット（１，２）を形成して いる。このユニット（１，２）は、光軸３を中心として回転する。偏向プリズム １と支持プリズム２との対向面は、やはり接着結合されている。 偏向プリズム１の、支持プリズム２に接している面は、やはり反射面４として 形成されている。この反射面４は、光軸３に対して約４０°〜５０°の傾斜角度 を成して延びている。さらに、偏向プリズム１は、光軸３に対して直角に配置さ れた平らな、光軸方向で入射する光線６のための入口面５と、反射面４で反射さ れた光線６′が放射される湾曲した出口面７とを有している。偏向プリズム１と 支持プリズム２とから形成された球形のユニット（１，２）は、支持プリズム２ の面でカップ状の収容部８に接着固定されている。この収容部８は、軸９を介し て駆動装置１０に接続されている。この駆動装置１０は、ユニット１，２を光軸 ３を中心として回転させる。 光線偏向装置の周囲を流れる空気の空力抵抗を高めるために、光線の入口面５ の手前には、やはり本発明によるチューブ１１が配置されていて、入口面に結合 されている。 第２図の実施例の場合、光線の人口面５は内方湾曲部を有していてもよい。こ れにより、光線の出口面７の湾曲構成により生ぜしめられるレンズ作用を補償す るようなレンズ作用が得られる。湾曲する出口面７の代わりに、レンズが前置さ れた、光線の平らな出口面が使用されてもよい。 反射面４が、光軸３に対して４５°の傾斜角度を有する場合、反射光線６′は 、入射光線６に対して９０°の偏角を成してユニット１，２を出て行く。しかし 、９０°の偏角は、対物レンズ平面から光線偏向装置への不都合な逆反射を発生 させるおそれがある。 この反射を防止するために、９０°とは約１°〜５°だけ異なる偏角にするの が有利である。そのためには、第１図および第２図の実施例の場合、光軸３に対 する反射面４の角度を４５°とは異なる角度にすればよい。 第３図には、光線偏向装置の第３実施例の断面図が 示されている。この第３実施例は、第１図の実施例と異なっている点は、立方体 形状または直方体形状のユニット（１，２）のエッジや光学的に利用されていな い角を丸く面取りして、空気乱流や回転騒音の形成に関連して空力特性を改善し た点である。これにより、ユニット（１，２）の平らな外面１２は、第４図の斜 視図から分かるように、ほとんど円形を成している。空力特性をさらに改善する ために、ユニット（１，２）の、利用されていない３つの外面１２のうちの少な くとも２つの面には、球欠形部材１３，１４，１５またはボールセグメントが取 付けられている。その場合、利用される外面は、光線の入口面５と、出口面７と 、収容部８に結合された外面である。球欠形部材１３，１４，１５はユニット（ １，２）に例えば接着結合されていて、このユニットにほぼ球形の外輪郭を部分 的に付与している。光線の入口面５の手前には、やはり本発明によるチューブ１ １が取付けられている。 光線偏向装置内への逆反射を防止するために、反射面４は、４５°とは僅かに 異なる傾斜を有している。これにより、射出する反射光線６′は、９０°とは異 なる偏角を有している。光線の出口面７が、射出する反射光線に対して直角を成 すようにしたいという光学的条件は、図示のこの実施例の場合、光軸３に対して 出口面７を相応に傾斜させることによって達せられる。偏向プリズム１と支持プ リズム２とにより形成され たユニット（１，２）の回転対称性を維持するために、出口面７に対向して位置 する、支持プリズム２の外面が、同じく傾斜させられて、ユニット（１，２）の 形状が立方体または直方体とは僅かだけ異なるようになっている。 第５図は、第３図のＩＩ−ＩＩ線に沿った側断面図である。この図からは、光 線の入口面５と出口面７とが、ユニット（１，２）の、利用されている外面１２ であることが分かる。さらにこの側断面図には、利用されていない外面１２に取 付けられた３つの球欠形部材１３，１４，１５が示されている。さらに、側方外 面１２に取付けられた球欠形部材１３，１４は、偏向プリズム１と支持プリズム ２との結合強度を改善する。なぜなら、球欠形部材１３，１４の基底面が、偏向 プリズム１と支持プリズム２とを、付加的な接着結合によって閉じ合わせている からである。 球欠形部材１３，１４，１５は、例えばガラス、金属、または軽量の多孔質材 料から製造することができる。球欠形部材としては、市販の光学レンズを使用す ることもできる。 以上の３実施例の場合、例えば、偏向プリズム１はガラスから成っていて、支 持プリズム２は不透明材料、例えばセラミック、アルミニウムのような金属また は金属合金から成っている。偏向プリズム１と支持プリズム２とは、ほぼ等しい 比重の材料で製造されてい ると有利である。これにより、対称的な質量分布を達成することができる。この ような対称的な質量分布は、高回転数時の光線偏向装置の動荷重を低減する。偏 向プリズム１、支持プリズム２およびチューブ１１に異なる材料を使用する場合 は、結合区域におけるせん断力を回避するために、それらの材料が、少なくとも ほぼ等しい熱膨張率を有していると有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光線偏向装置であって、 （イ） 光軸（３）方向に延びる光透過性の偏向プリズム（１）が設けられてお り、該偏向プリズムが、光軸（３）に対してほぼ直角に向けられた光線入口面（ ５）と、光軸（３）に対して斜めに延びる反射面（４）と、光線出口面（７）と を有しており、 （ロ） 支持プリズム（２）が設けられており、該支持プリズムが、反射面（４ ）で偏向プリズム（１）に結合されていて、かつ偏向プリズム（１）を補完して 、光軸（３）に対してほぼ対称的なユニット（１，２）を形成しており、該ユニ ット（１，２）が、光軸（３）を中心にして回転可能に支承されている形式のも のにおいて、 （ハ） ユニット（１，２）の回転時の空気乱流を低減するために、光線入口面 （５）の手前に、光線（６）を取囲む部材（１１）が配置されていることを特徴 とする、光線偏向装置。 ２． 光線入口面（５）への空気ギャップを有する前記部材（１１）が、定置に 配置されている、請求項１記載の光線偏向装置。 ３． （イ）前記部材（１１）が回転対称的に形成されており、 （ロ）前記部材（１１）の対称軸が光軸（３）と合致しており、 （ハ）前記部材（１１）がユニット（１，２）に結合されている、請求項 １記載の光線偏向装置。 ４． 前記部材（１１）が中空円筒体として形成されている、請求項１から３ま でのいずれか１項記載の光線偏向装置。 ５． 前記部材（１１）の内径が、部材の全長にわたって変化している、請求項 １から３までのいずれか１項記載の光線偏向装置。 ６． 前記部材（１１）がノズルとして形成されている、請求項５記載の光線偏 向装置。 ７． 偏向プリズム（１）と支持プリズム（２）とから形成されたユニット（１ ，２）が、ほぼ立方体形または直方体形に形成されている、請求項１から６まで のいずれか１項記載の光線偏向装置（第１図）。 ８． 偏向プリズム（１）と支持プリズム（２）とが、ほぼボールセグメントと して形成されており、これにより、ユニット（１，２）がほぼ球形の外輪郭を有 している、請求項１から６までのいずれか１項記載の光線偏向装置（第２図）。 ９． （イ） 偏向プリズム（１）と支持プリズム（２）とから形成されたユニ ット（１，２）が、 ほぼ立方体形または直方体形に形成されており、 （ロ） ユニット（１，２）の、光学的に利用されていないエッジおよび 角が丸く面取りされており、 （ハ） ユニット（１，２）の、利用されていない外面（１２）のうちの 少なくとも２つに、球欠形部材（１３，１４，１５）が取付けられており、これ らの球欠形部材が、ユニット（１，２）の輪郭を補完して、少なくとも部分的に 球形の外輪郭を形成している、請求項１から６までのいずれか１項記載の光線偏 向装置（第３図）。 10． ２つの球欠形部材（１３，１４）が、両プリズムの面から成る、ユニット （１，２）の外面（１２）に配置されている、請求項９記載の光線偏向装置。 11． 球欠形部材（１３，１４，１５）が、ユニット（１，２）の外面（１２） と接着結合されている、請求項９または１０記載の光線偏向装置。 12． 球欠形部材（１３，１４，１５）として、市販の光学レンズが用いられて いる、請求項９から１１までのいずれか１項記載の光線偏向装置。 13． 光線入口面（５）に対向して位置する、ユニット（１，２）の外面が、回 転駆動される収容部（ ８）に結合されていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項 に記載の光線偏向装置。 14． 偏向プリズム（１）がガラスから成っている、請求項１から１３までのい ずれか１項記載の光線偏向装置。 15． 支持プリズム（２）が光非透過性の材料、有利には金属から成っている、 請求項１から１４までのいずれか１項記載の光線偏向装置。 16． 偏向プリズム（１）と支持プリズム（２）とが、互いに接着結合されてい る、請求項１から１５までのいずれか１項記載の光線偏向装置。 17． 偏向プリズム（１）と、支持プリズム（２）と、前記部材（１１）とが、 ほぼ等しい比重の材料から成っている、請求項１から１６までのいずれか１項記 載の光線偏向装置。 18． 偏向プリズム（１）と、支持プリズム（２）と、前記部材（１１）とが、 ほぼ等しい温度係数を有する材料から成っている、請求項１から１７までのいず れか１項記載の光線偏向装置。 19． （イ） 反射面（４）が、光軸（３）に対して４５°の傾斜角度を有して おり、 （ロ） 光線入口面（５）と光線出口面（７）とが、９０°の角度を成し ている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の光線偏向 装置。 20． （イ） 反射面（４）が、光軸（３）に対して４５°とは異なる傾斜角度 を有しており、 （ロ） 光線出口面（７）が、光線入口面（５）に対し、９０°とは異な る傾斜角度を成すように方向付けられており、反射面（４）から反射された反射 光線（６′）が、直角に出口面を貫通している、請求項１から１８までのいずれ か１項記載の光線偏向装置。