專利名稱：掃描光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合用在電子照相圖像形成裝置中的掃描光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
已知一種多光束掃描光學(xué)裝置，其具有多個(gè)單獨(dú)調(diào)制的光源，并且能夠同時(shí)掃描多條線。在這樣的多光束掃描光學(xué)裝置中，嘗試以適當(dāng)方式設(shè)計(jì)光學(xué)元件的透鏡形式、諸如 f-theta(f Θ)透鏡，從而使得能夠減小f-theta透鏡的尺寸并且實(shí)現(xiàn)高清晰度的打印(例如，日本特開專利8497256號(hào)公報(bào))。在該掃描光學(xué)裝置中，f-theta透鏡在副掃描平面中的曲率沿著主掃描方向從光軸上的一點(diǎn)朝向f-theta透鏡的兩個(gè)外端不對(duì)稱地變化。然而，如果光學(xué)元件的每個(gè)透鏡表面的形狀相對(duì)于經(jīng)過光軸的副掃描平面不對(duì)稱，則光學(xué)元件的制作和檢查變得復(fù)雜?？紤]到上述情況，期望提供一種掃描光學(xué)裝置，其能夠通過將光學(xué)元件的每個(gè)透鏡表面的形狀設(shè)計(jì)為在主掃描方向上相對(duì)于光軸對(duì)稱而容易地制作，并且能夠?qū)鈱?dǎo)體進(jìn)行高清晰度的曝光。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種掃描光學(xué)裝置，包括獨(dú)立調(diào)制的多個(gè)光源；第一光學(xué)元件，被構(gòu)造為將從所述多個(gè)光源中的每一個(gè)發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為光束；第二光學(xué)元件，被構(gòu)造為將已經(jīng)通過所述第一光學(xué)元件的光束轉(zhuǎn)換為主掃描方向延伸的線性圖像；多面鏡，被構(gòu)造為以高速旋轉(zhuǎn)，并在所述主掃描方向上偏轉(zhuǎn)已經(jīng)通過所述第二光學(xué)元件的光束；以及第三光學(xué)元件，被構(gòu)造為將已經(jīng)被所述多面鏡偏轉(zhuǎn)的光束轉(zhuǎn)換為斑點(diǎn)狀圖像，并且將所述斑點(diǎn)狀圖像聚焦在被掃描的目標(biāo)表面上，其中，所述第三光學(xué)元件具有一對(duì)透鏡表面；其中所述第三光學(xué)元件的每個(gè)透鏡表面在主掃描平面中是非球面的，每個(gè)所述透鏡表面在副掃描平面中的曲率沿著所述主掃描方向從光軸上的點(diǎn)朝向所述透鏡表面的兩個(gè)外端連續(xù)并對(duì)稱地變化，并且所述透鏡表面的形狀相對(duì)于經(jīng)過光軸的所述副掃描平面是對(duì)稱的；并且其中第三光學(xué)元件被構(gòu)造為使得被限定為所述第三光學(xué)元件的入射側(cè)透鏡表面的光軸的第一光軸在所述主掃描平面中相對(duì)于從所述目標(biāo)表面上的掃描中心延伸的法線傾斜，并且在所述第一光軸與所述入射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述法線移位，并且使得被限定為出射側(cè)透鏡表面的光軸的第二光軸在所述主掃描平面中相對(duì)于所述第一光軸傾斜，并且在所述第二光軸與所述出射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述第一光軸移位，從而滿足下列公式Max [Psub (y) ] -Min [Psub (y) ] < 0. 1*DP (1)其中y是在所述目標(biāo)表面上的所述主掃描方向的圖像高度；DP是在所述目標(biāo)表面上的所述副掃描方向的點(diǎn)節(jié)距；以及如果所述圖像高度是y，Psub (y)是所述副掃描方向的在所述目標(biāo)表面上形成的來自所述多個(gè)光源的相鄰圖像的節(jié)距。
根據(jù)掃描光學(xué)裝置的該結(jié)構(gòu)，由于第三光學(xué)元件被構(gòu)造為使得每個(gè)透鏡表面的形狀在主掃描方向上相對(duì)于經(jīng)過光軸的副掃描平面是對(duì)稱的，所以能夠容易地制造每個(gè)透鏡表面。此外，與傳統(tǒng)的掃描光學(xué)裝置不同，第三光學(xué)元件被構(gòu)造為使得被限定為第三光學(xué)元件的入射側(cè)透鏡表面的光軸的第一光軸在主掃描平面中相對(duì)于從目標(biāo)表面上的掃描中心延伸的法線傾斜，并且在第一光軸與入射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述法線移位， 并且使得被限定為出射側(cè)透鏡表面的光軸的第二光軸在主掃描平面中相對(duì)于第一光軸傾斜，并且在第二光軸與出射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于第一光軸移位。因此，即使第三光學(xué)元件的每個(gè)透鏡表面的形狀在主掃描方向上相對(duì)于副掃描平面是對(duì)稱的，也能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰度的曝光性能，以滿足上述公式(1)。如果掃描光學(xué)裝置具有三個(gè)或更多個(gè)光源，則應(yīng)該在來自相鄰光源的所有圖像之間滿足上述公式(1)。術(shù)語“目標(biāo)表面上的掃描中心”表示當(dāng)光束從第三光學(xué)元件垂直入射到目標(biāo)表面上時(shí)，在目標(biāo)表面上的圖像形成位置。根據(jù)本發(fā)明的掃描光學(xué)裝置，能夠容易地制作透鏡并且能夠?qū)鈱?dǎo)體進(jìn)行高清晰度的曝光。


為了更好地理解要求權(quán)利要求的本發(fā)明，并且顯示怎樣實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將僅以實(shí)例的方式參考附圖，其中圖1是根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例的掃描光學(xué)裝置的主掃描平面截面圖；圖2是說明相對(duì)于透鏡表面的主掃描方向和副掃描方向的透視圖；圖3是副掃描平面截面圖，說明了被多面鏡反射之后的光的路徑；圖4是說明在由兩個(gè)光源形成的圖像之間在目標(biāo)表面上的節(jié)距的不均勻的圖；圖5是顯示在表示根據(jù)實(shí)例1的透鏡表面形狀的系數(shù)與特性之間的關(guān)系的表格；圖6是顯示根據(jù)實(shí)例1的透鏡表面的副掃描方向的曲率分布的曲線圖；圖7是顯示根據(jù)實(shí)例1的掃描位置的Psub(y)的變化的曲線圖；圖8是顯示根據(jù)實(shí)例1的掃描位置、副掃描方向的F數(shù)(f-number)的變化的曲線圖；圖9是顯示根據(jù)實(shí)例1的場(chǎng)曲的曲線圖；圖10是顯示根據(jù)實(shí)例1的f-theta誤差的曲線圖；圖11是顯示在表示根據(jù)實(shí)例2的透鏡表面形狀的系數(shù)與特性之間的關(guān)系的表格；圖12是顯示根據(jù)實(shí)例2的透鏡表面的副掃描方向的曲率分布的曲線圖；圖13是顯示根據(jù)實(shí)例2的掃描位置的Psub(y)的變化的曲線圖；圖14是顯示根據(jù)實(shí)例2的掃描位置、副掃描方向的F數(shù)的變化的曲線圖；圖15是顯示根據(jù)實(shí)例2的場(chǎng)曲的曲線圖；以及圖16是顯示根據(jù)實(shí)例2的f-theta誤差的曲線具體實(shí)施例方式將根據(jù)需要參照附圖給出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明。如圖1所示，根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例的掃描光學(xué)裝置10包括入射光學(xué)系統(tǒng)14、作為偏轉(zhuǎn)鏡的例子的多面鏡5和作為第三光學(xué)元件的例子的f-theta透鏡(f θ透鏡)6。利用這些部件，從入射光學(xué)系統(tǒng)14發(fā)射的激光束被聚集并聚焦成光導(dǎo)鼓9的目標(biāo)表面9Α上的斑點(diǎn)，并且激光束迅速地掠過目標(biāo)表面9Α。入射光學(xué)系統(tǒng)14包括半導(dǎo)體激光器1、作為第一光學(xué)元件的例子的準(zhǔn)直透鏡2、孔徑光闌3、和作為第二光學(xué)元件的例子的柱形透鏡4。半導(dǎo)體激光器1包括在副掃描方向(即垂直于主掃描方向的方向，也就是說，圖1 的深度方向。也可參見圖2)上設(shè)置的多個(gè)光源；在該典型實(shí)施例中，盡管在附圖中沒有示出，但是，例如將兩個(gè)發(fā)光元件設(shè)置成直線。這兩個(gè)發(fā)光元件根據(jù)與兩條掃描線對(duì)應(yīng)的圖像而單獨(dú)地調(diào)制。準(zhǔn)直透鏡2是構(gòu)造為將從半導(dǎo)體激光器1發(fā)射的激光束轉(zhuǎn)換為光束的透鏡。注意到，光束可以包括平行光束、會(huì)聚光束和稍微擴(kuò)散光束中的任意光束。孔徑光闌3是具有開口的元件，通過該開口而限制由準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)換并穿過該開口的光束的直徑。柱形透鏡4是構(gòu)造為將已經(jīng)通過準(zhǔn)直透鏡2和孔徑光闌3的光束轉(zhuǎn)換為主掃描方向延伸的線性圖像并將其聚焦在多面鏡5的鏡面5Α上的透鏡。多面鏡5具有從旋轉(zhuǎn)軸5Β等距離地布置的多個(gè)鏡面5Α ；在圖1中示出的多面鏡 5具有六個(gè)鏡面5Α。多面鏡5繞著旋轉(zhuǎn)軸5Β以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并且在主掃描方向反射已經(jīng)通過柱形透鏡4的光束。由多面鏡5偏轉(zhuǎn)光束的方向被定義為主掃描方向。f-theta透鏡6構(gòu)造為將已經(jīng)被多面鏡5反射并因此被偏轉(zhuǎn)的光束轉(zhuǎn)換為斑點(diǎn)狀圖像并將其聚焦在目標(biāo)表面9A上，并且校正多面鏡5的鏡面5A的光學(xué)面混亂誤差。掃描光學(xué)裝置10僅具有一個(gè)f-theta透鏡6。f-theta透鏡6具有f-theta特性，使得將由多面鏡5以恒定角速度偏轉(zhuǎn)的光束轉(zhuǎn)換為以恒定線速度掃描目標(biāo)表面9A的光束。f-theta透鏡6具有一對(duì)相對(duì)的透鏡表面L1、L2，即入射側(cè)(多面鏡5側(cè))透鏡表面Ll和出射側(cè)(目標(biāo)表面9A側(cè))透鏡表面L2。這些透鏡表面Li、L2在主掃描平面中是非球面的，并且它們都是復(fù)曲面。此外，每個(gè)透鏡表面Li、L2在副掃描平面(即垂直于主掃描方向的截面)中的曲率在沿著主掃描方向從第一光軸Al上的點(diǎn)或第二光軸A2上的點(diǎn)朝向透鏡表面L1、L2 的兩個(gè)外端的有效區(qū)域內(nèi)連續(xù)并對(duì)稱地變化。在本實(shí)施例中，透鏡表面Li、L2的形狀不限于具體形狀。例如，透鏡表面的形狀能夠由相對(duì)于主掃描方向(y)和副掃描方向(χ)的雙變量多項(xiàng)式表示，例如由下列公式給出
權(quán)利要求
1.一種掃描光學(xué)裝置，包括獨(dú)立調(diào)制的多個(gè)光源；第一光學(xué)元件，被構(gòu)造為將從所述多個(gè)光源中的每一個(gè)發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為光束；第二光學(xué)元件，被構(gòu)造為將已經(jīng)通過所述第一光學(xué)元件的光束轉(zhuǎn)換為主掃描方向延伸的線性圖像；多面鏡，被構(gòu)造為以高速旋轉(zhuǎn)，并在所述主掃描方向上偏轉(zhuǎn)已經(jīng)通過所述第二光學(xué)元件的光束；以及第三光學(xué)元件，被構(gòu)造為將已經(jīng)被所述多面鏡偏轉(zhuǎn)的光束轉(zhuǎn)換為斑點(diǎn)狀圖像，并且將所述斑點(diǎn)狀圖像聚焦在被掃描的目標(biāo)表面上，其中，所述第三光學(xué)元件具有一對(duì)透鏡表面；其中所述第三光學(xué)元件的每個(gè)透鏡表面在主掃描平面中是非球面的，每個(gè)所述透鏡表面在副掃描平面中的曲率沿著所述主掃描方向從光軸上的點(diǎn)朝向所述透鏡表面的兩個(gè)外端連續(xù)并對(duì)稱地變化，并且所述透鏡表面的形狀相對(duì)于經(jīng)過光軸的所述副掃描平面是對(duì)稱的；并且其中所述第三光學(xué)元件被構(gòu)造為使得被限定為所述第三光學(xué)元件的入射側(cè)透鏡表面的光軸的第一光軸在所述主掃描平面中相對(duì)于從所述目標(biāo)表面上的掃描中心延伸的法線傾斜，并且在所述第一光軸與所述入射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述法線移位，并且使得被限定為出射側(cè)透鏡表面的光軸的第二光軸在所述主掃描平面中相對(duì)于所述第一光軸傾斜，并且在所述第二光軸與所述出射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述第一光軸移位，從而滿足下列公式Max [Psub (y) ]-Min [Psub (y)] < 0. 1*DP其中y是在所述目標(biāo)表面上的所述主掃描方向的圖像高度；DP是在所述目標(biāo)表面上的所述副掃描方向的點(diǎn)節(jié)距；以及如果所述圖像高度是y，Psub(y)是所述副掃描方向的在所述目標(biāo)表面上形成的來自所述多個(gè)光源的相鄰圖像的節(jié)距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描光學(xué)裝置，其中所述第三光學(xué)元件的所述一對(duì)透鏡表面中的每一個(gè)都是復(fù)曲面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描光學(xué)裝置，其中所述第三光學(xué)元件的所述一對(duì)透鏡表面中的每一個(gè)具有的形狀由下式限定
全文摘要
在一種掃描光學(xué)裝置中，第三光學(xué)元件被構(gòu)造為使得被限定為第三光學(xué)元件的入射側(cè)透鏡表面的光軸的第一光軸在主掃描平面中相對(duì)于從被掃描的目標(biāo)表面上的掃描中心延伸的法線傾斜，并且在第一光軸與入射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于所述法線移位，并且使得被限定為出射側(cè)透鏡表面的光軸的第二光軸在主掃描平面中相對(duì)于第一光軸傾斜，并且在第二光軸與出射側(cè)透鏡表面之間的交叉點(diǎn)相對(duì)于第一光軸移位。
文檔編號(hào)G02B26/12GK102207617SQ201110083700
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者中村佳史, 大湊寬之, 湯川博基, 藤野仁志 申請(qǐng)人:兄弟工業(yè)株式會(huì)社