專利名稱：光束掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括兩個用于將通過旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束成像在像平面上的反射鏡的光束掃描裝置。
背景技術(shù)：
在將透鏡用于曝光裝置的偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的掃描光學(xué)系統(tǒng)中，在防止光束位置和成像位置隨波長的變化而偏移的色差消除方面存在著設(shè)計缺陷。這是因為透鏡材料的折射率隨波長而變。相反，反射鏡的優(yōu)點在于其對波長的依賴性不強，因此已做出的很多發(fā)明都在掃描光學(xué)系統(tǒng)中使用了反射鏡。例如，日本專利申請公開(JP-A)第2001-56445號中描述的激光掃描裝置。
在該激光掃描裝置中，如圖1和圖2所示，偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)中使用了兩個反射鏡，并且這兩個反射鏡在主掃描方向上的放大倍數(shù)分別都為正。
因此，這兩個反射鏡的主點位于第一反射鏡和第二反射鏡之間，因此從最后成像元件到像平面的距離無法取得大于fθ反射鏡的f值。
此外，JP-A第2001-13441號和第2001-13442號公開了一種采用一個反射鏡的裝置，這種情況下，主點位于反射鏡表面上。因此，從最后反射鏡表面到像平面的距離近似等于fθ反射鏡的f值。
此外，有一種采用一對塑料透鏡的裝置，它使用了采用便宜模制部件的光學(xué)元件，其缺陷是不能提供大的放大倍數(shù)給透鏡本身來抑制溫度和濕度對折射率和形狀的影響。由于這個原因，有必要減小有效畫角(field angle)并增大像頻來保證最后成像元件到像平面的距離。如果在模制部件上進行鋁蒸發(fā)來用作反射鏡，則可以消除溫度和濕度對折射率的影響。過去，有這樣一種裝置，其中第一反射鏡形成為具有正放大倍數(shù)的凹形，然而，圖像側(cè)主點距離旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)變得比第二反射鏡要近，并且最后成像元件與像平面之間的距離也縮短了。
為了不受旋轉(zhuǎn)多角鏡的各個表面上的不規(guī)則(旋轉(zhuǎn)中心到反射面的距離在面與面之間有差別的這種情況下的變化量)的影響，可以認為近似平行于主掃描方向的光束入射到旋轉(zhuǎn)多角鏡(參見圖1)。這種情況下，fθ特性的f值近似等于成像系統(tǒng)中的合成焦距。因此，在距離像平面?zhèn)戎鼽c合成焦距的位置形成像平面。
作為一種保證最后成像元件和像平面之間距離的方法，有一種使f值變大的方法。然而，當掃描相同寬度時，這會使θ值變小。這種情況下，有下述兩個缺點。
(1)當θ值變小時，增加了作為對應(yīng)于一個像素的激光ON/OFF頻率的像頻。
設(shè)計光束位置使得滿足關(guān)系式h＝fθ。假定一個像素的尺寸為Δh，并且當形成一個像素時的偏角為Δθ，則有Δh＝fΔθ。該方程表達為Δh＝fωΔT，其中光束的偏轉(zhuǎn)角速度為ω，形成一個像素的時間為ΔT。因此，像頻表示為1/ΔT＝fω/Δh。這表明，像頻與f成正比，即，f變大，像頻也增加。
(2)由于，隨著θ值變小，旋轉(zhuǎn)多角鏡的反射面到成像元件的最后表面的距離也正比于f而變大，因而整個光程長度變長，并且裝置的尺寸變大。
另一種方法是，使主掃描方向上的圖像側(cè)主點距離像平面?zhèn)缺茸詈蟪上裨姆椒ā?br> 利用近軸光線理論(paraxial ray theory)考慮兩個放大倍數(shù)為φ1和φ2的光學(xué)元件位于距離d2的這種情況。
合成放大倍數(shù)為φt＝φ1+φ2-d2×φ1×φ2.............................(1)對象點側(cè)主點位置由第一光學(xué)元件表達為Δ1＝d2(φ2/φt)......................................(2)像平面?zhèn)戎鼽c位置由第二光學(xué)元件表達為Δ2＝-d2(φ1/φt).....................................(3)其中Δ1和Δ2在像平面?zhèn)葹檎?br> 這里，主掃描方向上，需要設(shè)置合成放大倍數(shù)φt為正，使得近似平行光束入射到光學(xué)元件并且在像平面上成像。
為了使像平面?zhèn)戎鼽c位置距離像平面?zhèn)缺鹊诙鈱W(xué)元件要近，分配放大倍數(shù)使得Δ2＞0成立。
由于元件之間的距離為正，因而d2＞0成立。如上所述，由于合成放大倍數(shù)為正，因而有φt＞0。根據(jù)以上條件以及式(3)，如果φ1＜0，則可以實現(xiàn)Δ2＞0。
此外，為了使合成放大倍數(shù)為正，需要滿足下面的條件。首先，重寫式(1)，條件表達為φt＝φ1+φ2(1-d2×φ1)由于d2＞0且φ1＜0、(1-d2×φ1)＞0且φ1＜0，至少需要φ2＞0，以使φt＞0成立。準確來講，需要滿足φ2＞-[φ1/(1-d2×φ1)]。
因此，在包含一對光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)中，如果對象點側(cè)光學(xué)元件由負放大倍數(shù)的光學(xué)元件形成，并且像平面?zhèn)裙鈱W(xué)元件由正放大倍數(shù)的光學(xué)元件形成，則可以使圖像側(cè)主點距離像平面?zhèn)缺认衿矫鎮(zhèn)裙鈱W(xué)元件要近(參見圖3)。
為了消除軸向像差的色差，開發(fā)出了具有一對透鏡的結(jié)構(gòu)，其中偏轉(zhuǎn)器側(cè)透鏡的放大倍數(shù)為負，并且偏轉(zhuǎn)器側(cè)透鏡的材料具有高折射率和高色散特性。該目的是消除作為透鏡所特有的問題的色差。另一方面，反射鏡中放大倍數(shù)不隨波長變化，不存在透鏡所特有的色差消除問題。因此，對反射鏡來說，不用像上述透鏡那樣仔細檢查放大倍數(shù)的分配。

發(fā)明內(nèi)容
一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上進行成像，位于旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在主掃描方向上具有負放大倍數(shù)，位于像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在主掃描方向上具有正放大倍數(shù)。因此，可以提高處理單元等的形狀和設(shè)置的自由度，并且通過保證最后成像元件和像平面之間的距離，同時抑制旋轉(zhuǎn)多角鏡反射面和像平面之間光程長度的增加，能夠縮小光束掃描裝置、結(jié)合有該光束掃描裝置的曝光裝置和圖像形成裝置的尺寸。


圖1示出了采用兩個反射鏡的傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的平面圖；圖2示出了采用兩個反射鏡的傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3是用于說明主點位置的示意圖；圖4示出了表面存在不規(guī)則情況下，從偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)多角鏡到像平面的光束的狀態(tài)的示意平面圖；圖5示出了副掃描方向上光束通過位置的示意圖；圖6示出了光束位置和光程長度之間關(guān)系的示意圖；圖7示出了光束位置和光軸方向位置之間關(guān)系的示意圖；圖8示出了第一反射鏡和第二反射鏡反射的光束的光程的示意圖；圖9是用于說明偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則對副掃描方向上像平面的光束位置的影響及其程度的示意圖；圖10A示出了當展開所有反射鏡時光學(xué)系統(tǒng)的俯視圖；圖10B示出了偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；圖10C示出了偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；圖11A示出了當展開偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的所有反射鏡時光學(xué)系統(tǒng)的平面圖；圖11B示出了偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；
圖11C示出了偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；圖12示出了偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；以及圖13示出了光束位置和光束的光軸方向位置之間關(guān)系的示意圖；具體實施方式
下文，將描述根據(jù)本發(fā)明的包括光束掃描裝置的曝光裝置的優(yōu)選實施例。
根據(jù)本實施例的結(jié)合有光束掃描裝置的曝光裝置包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡(位于旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡以及位于像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R)，用于對通過旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像。這里將對該曝光裝置的具體例子進行詳細描述。該曝光裝置中，位于旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在主掃描方向上具有負放大倍數(shù)，并且位于像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在主掃描方向上具有正放大倍數(shù)。依照此配置，在包含反射鏡的掃描光學(xué)系統(tǒng)中，可以提高處理單元等的形狀和設(shè)置的自由度，并且通過保證最后成像元件和像平面之間的距離并且同時抑制T.T.(旋轉(zhuǎn)多角鏡反射面和像平面之間的光程長度)的增加，能夠縮小曝光裝置和結(jié)合有該曝光裝置的圖像形成裝置的尺寸。下文，將具體描述該配置。
對于能否通過使一對反射鏡中位于偏轉(zhuǎn)器(旋轉(zhuǎn)多角鏡)側(cè)的反射鏡的主掃描方向放大倍數(shù)為負、位于像平面?zhèn)鹊姆瓷溏R的主掃描方向放大倍數(shù)為正，在滿足作為掃描光學(xué)系統(tǒng)所需特性的fθ特性、掃描線曲線、表面傾斜校正功能以及成像特性的同時，來實現(xiàn)主掃描方向主點位置靠近像平面一側(cè)的設(shè)置，已經(jīng)進行了研究。
對于透鏡，每個透鏡的入射面形狀、出射面形狀、厚度、折射率、散射都有多種設(shè)計自由度，并且通過這些自由度的優(yōu)化，分配主掃描方向放大倍數(shù)使得偏轉(zhuǎn)器一側(cè)有負放大倍數(shù)、像平面一側(cè)有正放大倍數(shù)。此外，由于出射光相對于入射光從光學(xué)元件的背面出射，所以即便當透鏡光軸在副掃描方向上相對于光束不傾斜也不會有問題出現(xiàn)。
相反地，反射鏡中，存在下面的限制。
(1)對于每個反射鏡，僅有一個表面的表面形狀可以得到控制。形狀可控表面的數(shù)目對一個光學(xué)元件來說減一，而厚度、折射率或者散射則都無法控制。
(2)對于反射鏡，與光學(xué)元件相比，出射光向入射光相同的一側(cè)輸出。因此，反射鏡表面需要向副掃描方向傾斜使得滿足下面條件i)第一反射鏡上游側(cè)的光程不被第二反射鏡遮擋；ii)第二反射鏡下游側(cè)的光程不被第一反射鏡遮擋。
研究結(jié)果清楚表明，在這樣的限制條件下，對于具有一對反射鏡的配置，如果主掃描方向上對象點側(cè)由負放大倍數(shù)的光學(xué)元件形成，并且像平面?zhèn)扔烧糯蟊稊?shù)的光學(xué)元件形成，則可實現(xiàn)掃描光學(xué)系統(tǒng)所需的特性。即，成像元件由一對反射鏡形成，并且使第一反射鏡在主掃描方向上有負放大倍數(shù)、第二反射鏡有正放大倍數(shù)，因此可獲得下面的效果。
為了不受旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則(從旋轉(zhuǎn)中心到反射面的距離在面與面之間有區(qū)別的變化量)的影響，可考慮近似平行于主掃描方向的光束入射到旋轉(zhuǎn)多角鏡(參見圖4)。這種情況下，fθ特性的f值近似等于成像系統(tǒng)的合成焦距。因此，距離像平面?zhèn)戎鼽c合成焦距的位置成為像平面。
使第一反射鏡在主掃描方向上具有負放大倍數(shù)、第二反射鏡有正放大倍數(shù)，因此，可使得在主掃描方向上，圖像側(cè)的主點比最后成像元件更靠近像平面。如圖3所示，由于圖像側(cè)主點被移到比作為第二光學(xué)元件的第二反射鏡更靠近像平面一側(cè)，所以可以使第二反射鏡和像平面之間的距離更長一些。
因此，可以使處理單元等的形狀和布置自由度更高，并且通過保證第二反射鏡和像平面之間的距離并且抑制旋轉(zhuǎn)多角鏡和像平面的反射面之間光程長度的增加，可以實現(xiàn)光束掃描裝置、以及結(jié)合了該裝置的曝光裝置和圖像形成裝置的尺寸縮小。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，除對上述第一實施例的要求以外，還對各個反射鏡在副掃描方向有進一步的限定要求。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，上述第一實施例的各個反射鏡中，第一反射鏡在副掃描方向上有負放大倍數(shù)、第二反射鏡在副掃描方向上有正放大倍數(shù)，像平面?zhèn)戎鼽c位置相比第二反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上都更靠近像平面。
如果光束以偏斜地入射到包括設(shè)計和制造公差的旋轉(zhuǎn)多角鏡，則旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則的影響表現(xiàn)為掃描線在副掃描方向上的偏移。在副掃描方向上，為了校正旋轉(zhuǎn)多角鏡表面傾斜的影響，旋轉(zhuǎn)多角鏡的反射點和像平面設(shè)置為共軛關(guān)系。表面不規(guī)則的影響首先表現(xiàn)在表面不規(guī)則帶來的反射點的位置偏移。此外，可以想到，如果光束以對角方向入射，則由于反射點的位置偏移，旋轉(zhuǎn)多角鏡上會出現(xiàn)副掃描方向位置上的偏移，并且它會被成像光學(xué)系統(tǒng)在副掃描方向上放大(縮小)并投影到像平面。由于這個原因，希望使副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值小一些，然而，為了這個目的，需要使圖像側(cè)主點的位置靠近像平面。
另一方面，從與對主掃描方向相同的觀點來看，期望光學(xué)元件位于遠離像平面的位置。
這樣，同樣在副掃描方向上，保留了負放大倍數(shù)的第一反射鏡和正放大倍數(shù)的第二反射鏡之間的關(guān)系，因此在主掃描和副掃描方向上獲得期望特性的同時，可以保持第二反射鏡和像平面之間的距離關(guān)系。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，對上述第二實施例中各個反射鏡在副掃描方向上做了進一步的限定。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，上述第二實施例的各個反射鏡中，將第一反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值設(shè)置得大于第二反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值。
這樣，第一反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值大于第二反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值，從而，可以使像平面?zhèn)戎鼽c位置非?？拷衿矫?。
具體設(shè)置如下所述。從將在下文描述的式(3′)看，為使像平面?zhèn)戎鼽c位置比第二透鏡表面更靠近像平面，φ′1應(yīng)為負且絕對值越大越好。另一方面，為了提供表面傾斜校正功能，有必要將旋轉(zhuǎn)多角鏡的反射面與像平面設(shè)置為共軛關(guān)系(conjugate relationship)，為此，需要合成放大倍數(shù)φ′t為正。通常，式(1′)右邊的φ′1+φ′2設(shè)為正，然而，這里，φ′1+φ′2設(shè)置為負，-d2×φ′1×φ′2設(shè)置為正，并且d2設(shè)置的較大使得|φ′1+φ′2|＜|-d2×φ′1×φ′2|，因此，可以確認，即便正合成放大倍數(shù)的設(shè)置也完全可以滿足掃描光學(xué)系統(tǒng)的性能。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，對上述各個實施例中各個反射鏡在副掃描方向上有進一步的要求。
根據(jù)本實施例的曝光裝置中，對于偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的兩個反射鏡，它們在副掃描方向上不對稱，在主掃描方向和副掃描方向上的曲率隨主掃描方向和副掃描方向上的各個位置而變化。
通過偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的兩個反射鏡，可以獲得優(yōu)化的fθ特性、掃描線曲線、表面傾斜特性。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，對上述各個實施例中的各個反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)有進一步的要求。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，位于旋轉(zhuǎn)多角鏡一側(cè)的反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)設(shè)置得比像平面一側(cè)反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)要大。
因此，假定預(yù)定溫度下各個元件的放大倍數(shù)為φ10和φ20，當溫度從預(yù)定溫度改變Δt度時各個反射鏡的放大倍數(shù)為φ1和φ2，因為反射鏡表面由于熱膨脹而變化，因而以下方程分別成立。
φ1＝φ10/(1+α1Δt)
φ2＝φ20/(1+α2Δt)這里，α1是第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)，α2是第二反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)。
另一方面，兩個光學(xué)元件的合成主點位置由上述式(2)和式(3)表達。
假定反射點和第一反射鏡之間的距離為d1，第二反射鏡和像平面之間的距離為d3，則光學(xué)元件的合成像平面?zhèn)戎鼽c到像平面的距離為d3-Δ2首先，考慮主掃描方向。
當近似平行的光束入射到偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)時，由于成像位置離主點的距離為合成焦距f1，因而為了保證像平面位置固定不隨溫度變化，需要使ft-(d3-Δ2)＝1/φt-(d3-Δ2).............................(4)不是溫度的函數(shù)。
因此，式(4)關(guān)于溫度變化量Δt求微分的值希望為0。
d(1/φt-(d3-Δ2))/d(Δt)＝0.............................(5)這里，假定線性膨脹系數(shù)d1、d2，和d3相比反射鏡基體材料的膨脹率足夠小且不是溫度的函數(shù)，如果用式(5)求α1，得到α1＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10..........................(6)
由于，如果式(6)中φ10為負，d2φ10也為負，(-1+d2φ10)2＞1。
此外，在這里討論的范圍中，獲得的結(jié)果的范圍是，在主掃描方向上，第二反射鏡放大倍數(shù)的絕對值大于第一反射鏡放大倍數(shù)的絕對值。因此-φ20/φ10＞1由于，如果這兩個值，即，大于1的值相乘，則得到一個大于1的值，從式(6)可以知道期望α1＞α2。
接下來，考慮副掃描方向。
下面的φ′10和φ′20表示副掃描方向上預(yù)定溫度的放大倍數(shù)，當與主掃描方向的值不同時在其上附“′”以示區(qū)別。
φ′1＝φ′10/(1+α1×Δt)φ′2＝φ′20/(1+α2×Δt)合成放大倍數(shù)由下式表達。
φ′t＝φ′1+φ′2-d2×φ′1×φ′2...........................(1′)根據(jù)透鏡的成像方式，假定對象點和合成對象點側(cè)主點之間的光程長度為S′1，合成像平面?zhèn)戎鼽c和像平面之間的距離為S′2，第一反射鏡表面和合成對象點側(cè)主點之間的距離為Δ′1，第二反射鏡表面和合成圖像側(cè)主點之間的距離為Δ′2，Δ′1＝d2(φ′2/φ′t)........................................(2′)Δ′2＝-d2(φ′1/φ′t).......................................(3′)
S＇＝d1+Δ′1根據(jù)光學(xué)元件的近軸成像公式，1/S′1+1/S′2＝φ′t如果該式求S′2，則成像位置表達為S′2＝-S′1/(1-φ′tS′1).................................(7)另一方面，圖像側(cè)主點位置和像平面之間的距離表達為d3-Δ′2..................................................(8)式(7)和式(8)的差為成像點的偏移量。對其關(guān)于溫度變化量Δt求微分，當該值為0時，不會出現(xiàn)溫度變化的影響。即，d[(d3-Δ′2)-S′2]/d[Δt]＝0該式求α1，得到α1＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)...........(9)放大倍數(shù)的分配上，有-(-d3-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)＞1，這種情況下，同樣得到α1＞α2。即，期望第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)大于第二反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，對上述各個實施例中的各個反射鏡的具體結(jié)構(gòu)進行了限定。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，位于旋轉(zhuǎn)多角鏡一側(cè)的第一反射鏡在主掃描方向上有負放大倍數(shù)，位于像平面一側(cè)的第二反射鏡在主掃描方向上有正放大倍數(shù)。具體來說，成像元件由兩個反射鏡構(gòu)成，在主掃描方向上有負放大倍數(shù)的第一反射鏡在主掃描方向上為凸形形狀，在主掃描方向上有正放大倍數(shù)的第二反射鏡在主掃描方向上為凹形形狀。此外，第一反射鏡在副掃描方向上為凸形形狀，第二反射鏡在副掃描方向上為凹形形狀。因此，圖像側(cè)主點比第二反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上都要位于更靠近像平面一側(cè)。
設(shè)置副掃描方向上第一反射鏡的曲率的絕對值大于副掃描方向上第二反射鏡的曲率的絕對值。此外，各個反射鏡有在副掃描方向上不對稱的自由彎曲面。位于旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)被設(shè)為大于位于像平面?zhèn)鹊诙瓷溏R基體材料的線性膨脹系數(shù)。
有了該結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮與各個實施例同樣的效果。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置，對上述各個實施例中各個反射鏡的具體排列結(jié)構(gòu)進行了限定。
根據(jù)本實施例的曝光裝置中，如圖5所示，第一反射鏡相對于旋轉(zhuǎn)多角鏡在副掃描方向上向預(yù)定方向(圖5中往上)偏移，第二反射鏡相對于第一反射鏡沿預(yù)定方向的相同方向(圖5中往上)偏移。此時，當在展開經(jīng)過兩個反射鏡反射之后的折疊的狀態(tài)下觀察副掃描方向部分時，從第一反射鏡能夠看到光束通過預(yù)定方向(圖5中往上，即，通過第二反射鏡反射的光線穿過第一反射鏡的副掃描方向、且設(shè)置有第二反射鏡的一側(cè))。
即，圖5中，該裝置被設(shè)置為使第一反射鏡在副掃描方向上比旋轉(zhuǎn)多角鏡朝上偏移，第二反射鏡在副掃描方向上比第一反射鏡朝上偏移，此外，第二反射鏡反射的光束在副掃描方向上比第一反射鏡朝上偏移。
因此，如果采用了第一和第二反射鏡，則降低了設(shè)置位置的局限性，可以提高光程設(shè)計的自由度。
JP-A第2001-56445號和第2000-275557號中公開了傳統(tǒng)的光程設(shè)計例子。
JP-A第2001-56445號中，采用了兩個反射鏡，旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡幾乎位于相同高度，第二反射鏡向預(yù)定方向偏移。由第二反射鏡反射的光束相對于第一反射鏡穿過與預(yù)定方向相反的一側(cè)(圖2的下方)。
如JP-A第2001-56445號和第2000-275557號中所示，如果第二反射鏡反射之后的光程被設(shè)置為通過旋轉(zhuǎn)多角鏡的反射表面和第一反射鏡之間，則存在下述缺陷。
a)在光軸方向上，要求第二反射鏡位于旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間。
b)要求來自第二反射鏡的反射光相對于旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間的多角鏡掃描線形成一個大的角度。
如果fθ特性、表面傾斜特性、掃描線曲線和聚焦特性不受a)的約束得到了優(yōu)化，則有[(從旋轉(zhuǎn)多角鏡到第一反射面的光程長度)＜(從第一反射鏡到第二反射鏡的光程長度)]。如果來自第二反射鏡的反射光在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間通過，則光束在旋轉(zhuǎn)多角鏡或第一反射鏡上相交，如圖6所示。
此外，考慮到有許多光束通過，如圖7所示，則產(chǎn)生了對旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間通過的所有光束的限制。
根據(jù)約束條件b)，如果在主掃描方向上有放大倍數(shù)的第二反射鏡很大程度上相對入射光束是傾斜的，傾斜角度越大，第二反射鏡產(chǎn)生的掃描線彎曲越厲害。為了對該情況進行校正，即使大大限制主掃描方向上的完整形狀和副掃描方向上非球面形狀，也很難對其他能力、fθ特性、表面傾斜特性、掃描線彎曲和副掃描方向上的聚焦特性進行優(yōu)化。
此外，傳統(tǒng)上，光束與副掃描方向相交，即，所取光程為，光束垂直輸出到旋轉(zhuǎn)多角鏡的多角鏡表面、在預(yù)定方向上被第一反射鏡反射并傾斜，然后由第二反射鏡反射，因此，來自第二反射鏡的反射光在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間與掃描線相交。
該系統(tǒng)中，平面圖上可以看到，第二反射鏡的位置已經(jīng)合理地位于旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間。因此，由于需要保持[(旋轉(zhuǎn)多角鏡到第一反射面的光程長度)＞(從第一反射面到第二反射面的光程長度)]，并且將第一反射面的折疊角取較大值，因此，過去一直需要在一定范圍內(nèi)采取優(yōu)化配置。
相反地，根據(jù)本實施例的曝光裝置采取如下的配置。
在副掃描方向取這樣的光程，其中光束傾斜輸出到旋轉(zhuǎn)多角鏡的多角鏡表面、被第一反射鏡在預(yù)定方向上反射并傾斜，因此，來自第二反射鏡的反射光在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間不與掃描線相交。
該系統(tǒng)中，降低了對第二反射鏡位置的限制，并且可以保持[(旋轉(zhuǎn)多角鏡到第一反射面的光程長度)＜(從第一反射面到第二反射面的光程長度)]，沒必要再將第一反射面的折疊角取較大值。
具體配置如下。
主光線到每個反射鏡的入射點設(shè)置為原點，采取右手局部坐標系。X方向平行于入射光方向，與光束行進方向相同的方向在每一次反射時都在負和正之間切換。該局部坐標系中，X軸到Z軸的方向為角度的正向。
此外，Y方向平行于預(yù)定光束被掃描的方向，并且對所有光束都相同。在這一點上，采取從X軸看反射鏡表面的垂直角的正弦取相同符號的光程。
因此，緩解了第一反射鏡和第二反射鏡在布置上的限制，并且緩解了主掃描方向上整體形狀和副掃描方向上局部形狀的限制，因此，可以改進副掃描方向上fθ特性、表面傾斜特性、掃描線曲線和聚焦特性。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，對上述各個實施例中的各個反射鏡的具體排列結(jié)構(gòu)進行了限定。根據(jù)該實施例的曝光裝置通過結(jié)合第一實施例和第七實施例來構(gòu)成。
根據(jù)該構(gòu)成，可以提供各個實施例的效果。此外，該結(jié)合中，如果反射鏡法線相對入射光有一定角度，并且成像元件被設(shè)置成不中斷光程，則由于在主掃描方向上提供放大倍數(shù)并使之偏斜而產(chǎn)生的掃描線彎曲可以利用排列自身的效果得到抑制。因此，非球面化的效果集中在成像特性、表面傾斜校正特性等上，并且可以得到改進。
此外，按第三實施例所述，為了能夠取較大的d2，可以使副掃描方向上圖像側(cè)主點位置非常靠近像平面一側(cè)。因此，副掃描方向上的橫向放大β可以得到抑制。這樣，對下文描述的第12實施例和第13實施例非常有效。
接下來，為了獲得抑制掃描線彎曲的反射鏡布置，假定一個主掃描方向上有曲率、副掃描方向上沒有曲率的反射鏡，則得到一個不產(chǎn)生掃描線偏移的情形。
圖8示出了當偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡在副掃描方向上的曲率為0時，反射鏡和光程的主光線沿副掃描部分方向在平面上的投影。掃描方向上中間部分的狀態(tài)用實線示出，兩邊的狀態(tài)由虛線示出，下面將討論掃描線的彎曲程度。主光線到每個反射鏡的入射點設(shè)置為原點，采取右手局部坐標系。X方向平行于入射光方向，與光束行進方向相同的方向在每一次反射中都在負和正之間切換。圖上，在該局部坐標系中，X軸到Z軸的方向為角度的正向。此外，Y方向設(shè)置為平行于掃描預(yù)定光束的方向并且對所有光束都相同。
如果到第一反射鏡的入射角為α1，反射鏡沿垂直于反射鏡反射面的方向偏移δ1(入射光一側(cè)的偏移方向為負，入射光相反的偏移方向為正)，則主光線在反射光中間部分和兩邊之間的偏移量可由下式獲得。
∠FAD＝2α1光束在相對于主光線的垂直方向上，在反射光的中間部分和兩邊處的偏移量為DF＝δ1/cos(∠DAC)×sin(∠FAD)＝δ1/cos(α1)×sin(2α1)＝2δ1sin(α1)...................................(10)
由于光束被其他反射鏡折疊之后該偏移量保持不變，所以到掃描表面的入射光的偏移量通過疊加所有其他反射鏡產(chǎn)生的偏移量來獲得。
圖8所示的兩個反射鏡情況下，從入射光看過去，相對右手局部坐標系X軸的反射鏡法線方向分別為α1和α2，如果連接各個反射鏡的光束所通過區(qū)域的兩邊及中間部分的直線之間的偏移量為δ1和δ2，則出射光位置的偏移量為2(δ1×sin(α1)+δ2×sin(α2))....................(11)假定主掃描方向上反射鏡曲率半徑為r(這里，當反射鏡表面為凸時r取正號，當反射鏡表面為凹時r取負號)，反射鏡上光束掃描區(qū)域的掃描方向上寬度為ι，則帶有連接各個反射鏡光束通過區(qū)域的兩邊及中間部分的直線之間的偏移量δ的關(guān)系式為δ＝r×(1-cos(arctan(ι/2/r)))≈1/2/r×(ι/2)2.........(12)。
由于根據(jù)式(12)δ≈1/2/r×(ι/2)2，所以式(11)為1/4×(ι12/r1×sin(α1)+ι22/r2×sin(α2)).............(13)如果該式近似為0，則從這對反射鏡輸出的光束可以疊加起來。即，下面的式(14)是用來疊加從這對反射鏡輸出光束的條件方程。
1/4×(L12/r1×sin(α1)+L22/r2×sin(α2))＝0.........(14)該式求α2，條件表達為sin(α2)＝-ι12/ι22×r2/r1×sin(α1)........................(15)
這里r1是凸的為正，r2是凹的為負。因此，可以知道式(15)中-ι12/ι22×r2/r1為正，并且sin(α2)和sin(α1)同號。
這表達了圖上的關(guān)系。即，該系統(tǒng)由一對fθ反射鏡構(gòu)成，第一反射鏡相對旋轉(zhuǎn)多角鏡在副掃描方向上向預(yù)定方向(圖8朝上)偏移，第二反射鏡相對第一反射鏡向預(yù)定方向相同的方向(圖8朝上)偏移。這意味著，如果在經(jīng)過兩個反射鏡反射之后的折疊展開的狀態(tài)下觀察副掃描方向，則從第一反射鏡能看到光束通過預(yù)定方向(圖8朝上)。
通過這樣的設(shè)置，由于不再需要僅僅為了校正掃描線的曲線彎曲而改變副掃描方向上這對反射鏡的法線方向，所以副掃描方向的形狀可以根據(jù)成像特性、表面傾斜校正特性等在每個主掃描方向位置中確定，并且可以改進這些特性。
根據(jù)本實施例的曝光裝置，通過結(jié)合第六實施例和第七實施例來構(gòu)成。
在根據(jù)本實施例的曝光裝置中，成像元件由兩個反射鏡形成，在主掃描方向上有負放大倍數(shù)的第一反射鏡在主掃描方向上是凸形的，在主掃描方向上有正放大倍數(shù)的第二反射鏡在主掃描方向上是凹形的。此外，第一反射鏡在副掃描方向上為凸形，并且第二反射鏡在副掃描方向上是凹形。因此，圖像側(cè)主點的位置在主掃描和副掃描方向上都比第二反射鏡更靠近像平面一側(cè)。
此外，副掃描方向上第一反射鏡曲率的絕對值設(shè)置得大于副掃描方向上第二反射鏡曲率的絕對值。此外，各個反射鏡都有關(guān)于副掃描方向不對稱的自由彎曲面。位于旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)設(shè)置的比像平面一側(cè)第二反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)大。
此外，設(shè)置各個部件使得第一反射鏡在副掃描方向上比旋轉(zhuǎn)多角鏡更靠上偏移，第二反射鏡比第一反射鏡更靠上偏移，另外，第二反射鏡反射的光束在副掃描方向上比第一反射鏡反射的光束更靠上偏移。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮與每個實施例同樣的效果。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，線性膨脹的影響被降到最低。即，如果使用了兩個或多個反射鏡，即便使用了采用較大線性膨脹系數(shù)的樹脂作為基體材料并且用鋁蒸發(fā)的反射鏡，也可以抑制溫度變化帶來的特性變化。
在由兩個反射鏡形成的掃描光學(xué)系統(tǒng)的成像元件中，假定各自的基體材料不同，并且線性膨脹系數(shù)為α1和α2，主掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ10和φ20，副掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ′10和φ′20，兩個反射鏡之間的光程為d2，偏轉(zhuǎn)器的反射點和第一反射鏡之間的光程為d1，如果|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|這里，α1i為式(6)的值，α′1i為式(9)的值，如果α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10
α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)則相比采用通常的基體材料，可以很大程度地抑制溫度變化引起的散焦的出現(xiàn)。
傳統(tǒng)上，由于反射鏡由單一基體材料形成，過去一直有必要為兩個反射鏡選擇線性膨脹系數(shù)盡可能小的材料。
與此相反，本實施例中，最優(yōu)組合不是通過最小化線性膨脹系數(shù)的絕對值來進行選擇的。
在由兩個反射鏡形成的掃描光學(xué)系統(tǒng)的成像元件中，假定各自的基體材料不同，并且線性膨脹系數(shù)為α1和α2，主掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ10和φ20，副掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ′10和φ′20，兩個反射鏡之間的光程為d2，偏轉(zhuǎn)器的反射點和第一反射鏡之間的光程為d1，|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|這里，α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)主掃描方向上成像位置不變的條件是α1i表達的式(6)，副掃描方向上成像位置不變的條件是α′1i表達的式(9)。如果分別選擇線性膨脹系數(shù)接近這些值的基體材料，則可以抑制發(fā)生溫度變化時成像特性的變化，并且也可以抑制出現(xiàn)散焦引起的光束直徑的變化。
此外，可以獲得降低fθ特性關(guān)于主掃描方向上的變化以及抑制表面傾斜校正功能在副掃描方向上變化的效果。
至少在使用了與第二反射鏡材料的α2相同線性膨脹系數(shù)的第一反射鏡材料的情況下，如果它們接近從式(6)和(9)得到的線性膨脹系數(shù)α1i和α′1i，則可以得到這樣的效果。
也就是說，如果|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|，就可以得到這樣的效果。
根據(jù)本實施例的曝光裝置中，調(diào)節(jié)兩個反射鏡的放大倍數(shù)為最優(yōu)情況。
在由兩個反射鏡形成的掃描光學(xué)系統(tǒng)的成像元件中，設(shè)置主掃描方向上或者副掃描方向上第一反射鏡的放大倍數(shù)或者兩個方向上的放大倍數(shù)為負，設(shè)置主掃描方向和副掃描方向上第二反射鏡的放大倍數(shù)為正，設(shè)置第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)比第二反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)大。
傳統(tǒng)上，由于反射鏡由單一基體材料生成，所以溫度變化的影響過去一直通過分散放大倍數(shù)同時給兩個放大倍數(shù)提供與總放大倍數(shù)相同的符號來抑制。當?shù)谝辉糯蟊稊?shù)設(shè)置為負并且最后元件的放大倍數(shù)設(shè)置為正時，認為是基體材料的最優(yōu)組合。
例如，如果第一反射鏡由PMMA形成并且第二反射鏡由PC形成，則PMMA的線性膨脹系數(shù)為6.9×10-5(/度)，PC的線性膨脹系數(shù)為6.2×10-5(/度)，溫度變化的影響相比它們均為PC或PMMA的情況可以進一步得到抑制。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡以及第二反射鏡之間的光程長度。
具體來說，設(shè)置它們?yōu)?偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光程長度)＜(第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度)。
該設(shè)置的目的是為了使反射鏡可以安裝，當采用該反射鏡并在不遮擋光學(xué)路徑的情況下放置成像元件時，使反射鏡法線形成一個相對入射光的角度，條件是反射鏡法線相對入射光的角度較小。
傳統(tǒng)上，在(偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光程長度)＞(第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度)的情況下，由于偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光束以及第一反射鏡和第二反射鏡之間的光束，二者之間的角度需要設(shè)置得較大使得第二反射鏡不會在偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間遮擋掃描線，并且為了根據(jù)布置來校正掃描線曲線彎曲需要反射鏡形狀為扭轉(zhuǎn)狀，此條件在成像特性上是缺點。
相反地，本實施例中，由于第二反射鏡位于第一反射鏡相反的一側(cè)，中間有旋轉(zhuǎn)多角鏡，即，位于在中間有旋轉(zhuǎn)多角鏡情況下沒有光束的一側(cè)，防止了第二反射鏡甚至以一很小的角度遮擋偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光學(xué)路徑。
因此，放置偏轉(zhuǎn)裝置反射面、第一反射鏡和第二反射鏡使得(偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光程長度)＜(第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度)成立。
a)第一反射鏡表面相對第一反射鏡入射光的傾斜越小越好。如果第一反射鏡在主掃描方向上有放大倍數(shù)，則從副掃描方向部分看到的反射點發(fā)生了位置偏移，當反射鏡在副掃描方向上傾斜時，期望將依照主掃描方向位置在掃描線中產(chǎn)生的彎曲部分的量抑制到最低。
b)需要放置第二反射鏡使之不遮擋旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間光束的光學(xué)路徑，并且保持第二反射鏡末端和旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間的光程長度同時使得角度越小，第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度越長越好。
此外，期望第二反射鏡置于旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間沒有光束的位置，使得上述條件不會成為角度的約束條件。
問題是，必須放置反射鏡使之不與旋轉(zhuǎn)多角鏡接觸，然而，如果距離使用區(qū)域有約0.5mm的寬容度(latitude)，則旋轉(zhuǎn)多角鏡可以保持精度。
另一方面，具有放大倍數(shù)的表面通常需要約2～3mm的寬容度，這樣的話，避開旋轉(zhuǎn)多角鏡就更容易。
此外，如上所述，副掃描方向上圖像一側(cè)主點位置可以非?？拷衿矫嬉粋?cè)，可以增大安裝的自由度并且通過取第二反射鏡和像平面之間較大的光程長度，副掃描方向上的橫向放大β可以得到抑制。這對下文描述的第13實施例非常有效。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，調(diào)節(jié)各個元件之間的光程長度以及副掃描方向上的放大倍數(shù)和橫向放大(lateral magnification)。
使用一對光學(xué)元件，設(shè)置第一光學(xué)元件副掃描方向上的放大倍數(shù)為負，設(shè)置第二光學(xué)元件副掃描方向上的放大倍數(shù)為正。設(shè)置這對光學(xué)元件之間的光程長度，副掃描方向上的放大倍數(shù)和橫向放大為下面的關(guān)系。
＞(2×副掃描方向上的橫向放大)，副掃描方向上的橫向放大＜0.5，[(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞1.5。
這是因為，在由于設(shè)計或裝配上變化的影響等引起光束偏斜地入射到旋轉(zhuǎn)多角鏡入射面的光學(xué)系統(tǒng)中，期望可以抑制副掃描方向上旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則對副掃描方向上光束位置的影響。出于此目的，需要對副掃描方向上的橫向放大進行抑制。
另一方面，保證最后成像元件到像平面的距離同時抑制上述T.T.的增加，允許處理單元等的形狀和排列上自由度的改進以及尺寸變小為M/C。
傳統(tǒng)的JP-A第4-277715號中，討論了用來將副掃描方向上橫向放大抑制為1.2或者更小的配置。從實施該配置的例子中看到，最后成像元件和像平面之間的距離很小，安裝上的限制變得很大。橫向放大的抑制以及最后成像元件和像平面之間距離的增加是相互矛盾的要求。
相反地，本實施例中，在有表面傾斜校正功能的掃描光學(xué)系統(tǒng)情況下，設(shè)計偏轉(zhuǎn)器反射面的副掃描表面和像平面為共軛關(guān)系。此時副掃描方向上橫向放大定義為β。
如果光束傾斜入射到偏轉(zhuǎn)面，則由于表面不規(guī)則性，副掃描方向上光束在旋轉(zhuǎn)多角鏡上的位置發(fā)生變化。該情況示于圖9。由于旋轉(zhuǎn)多角鏡的表面不規(guī)則程度很小，所以旋轉(zhuǎn)多角鏡反射表面和基于其的像平面之間的橫向放大變化很小。因此，假定表面不規(guī)則程度為Δ，入射光束和旋轉(zhuǎn)多角鏡法線之間的角度為α，副掃描方向上到旋轉(zhuǎn)多角鏡的入射角為θ，副掃描方向上的橫向放大為β，則旋轉(zhuǎn)多角鏡上的光束位置偏移量為Δ×tanθ/cosα，作為其圖像，像平面上位置的變化量為β×Δ×tanθ/cosα。
從上面的討論，可以知道，為了抑制像平面上位置的變化同時允許Δ在某種程度上變化，應(yīng)使副掃描方向上橫向放大β盡可能小。
即，作為一種抑制表面不規(guī)則對偏斜入射光學(xué)系統(tǒng)影響的措施，考慮了一種抑制橫向放大的方法。解決方案是，可想到使得最后光學(xué)元件更靠近像平面并且給最后光學(xué)元件提供表面傾斜校正功能。然而，這會降低安裝自由度。強烈期望最后光學(xué)元件和像平面之間的距離取較大值，但是，不希望上述T.T.取得太長。
研究了在滿足主掃描方向和副掃描方向上fθ特性、表面傾斜校正功能、像平面彎曲校正的要求，掃描光學(xué)系統(tǒng)所要求的整個掃描區(qū)域上一致的光束直徑的同時，該技術(shù)實現(xiàn)到何種程度。
采用一個透鏡的情況下，在薄光學(xué)系統(tǒng)中，保持(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)裝置反射面和像平面之間的光程長度)≈副掃描方向上的橫向放大。作為一個目標，期望使副掃描方向上的橫向放大大約為關(guān)系式中的一半。保持(最后成像元件和像平面之間的距離)≈(最后成像元件位置到合成圖像一側(cè)主點的距離)+1/((1/焦距)-(1/旋轉(zhuǎn)多角鏡反射面和對象點一側(cè)主點之間的距離))，但是，如果焦距變大，則需要像頻高一些。因此，最好不采取這種方法。
因此，使副掃描方向上對象點一側(cè)主點和像平面一側(cè)主點位置更靠近像平面一側(cè)。
為了使旋轉(zhuǎn)多角鏡反射點和對象點一側(cè)主點之間的光程長度長一些，圖像一側(cè)主點和像平面之間的光學(xué)距離短一些來降低橫向放大，在副掃描方向，同樣使得第一反射鏡的放大倍數(shù)為負并且第二反射鏡的放大倍數(shù)為正。
研究結(jié)果表明，關(guān)于該關(guān)系式，在至少采用一對光學(xué)元件(對該發(fā)明，描述的是反射鏡)并且使得第一光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)為負，第二光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)為正的情況下，可以得到解決方案，實現(xiàn)[(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞(2×副掃描方向上的橫向放大)。此外，特別地，我們知道，可以實現(xiàn)保持0.2＜β(.24138，.3186，.3779)＜0.5
(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)＝404/250＝1.612＞1.5的配置。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，通過結(jié)合第八實施例和第十三實施例實現(xiàn)。
有了第八實施例的效果，第二反射鏡和像平面之間的距離可以取得大一些。此外，當通過采取第八實施例的配置來實現(xiàn)第十三實施例時，如果來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束傾斜入射到旋轉(zhuǎn)反射鏡，則可以抑制表面不規(guī)則引起的副掃描方向光束位置的變化。
根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置通過結(jié)合第九實施例和第十三實施例構(gòu)成。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮與上述各個實施例同樣的效果。
掃描多個光束時，提供了用來通過僅對第二反射鏡反射后的部分光束折疊將光束分離的反射鏡。關(guān)于光束分離的位置，在副掃描方向上，多角鏡距離在第二反射鏡上的折疊點越遠，該位置到第二反射鏡的距離就越近。
如果一組光學(xué)系統(tǒng)提供多個掃描線，則期望在抑制上述T.T.并且降低成像反射鏡尺寸的同時改進特性。
傳統(tǒng)上，已有采用透鏡的系統(tǒng)，然而，在采用透鏡的系統(tǒng)中，透鏡厚度越厚，為了將其配置成掃描線寬度不會隨波長的變化而變化的費用也增加。此外，透鏡厚度薄的話，出現(xiàn)的問題是掃描線寬度隨波長的變化而變化。
相反地，本實施例中，采用了不受波長影響的反射鏡。由于這里采用了反射鏡，會出現(xiàn)入射光和出射光在光學(xué)元件的相同方向上并且光程在反射鏡附近重疊的問題。然而，可以設(shè)計一種構(gòu)造作為該問題的解決辦法。該構(gòu)造如下敘述。
該構(gòu)造為，掃描多個光束時，提供了用來通過僅對第二反射鏡反射后的部分光束折疊來將光束分離的反射鏡。關(guān)于光束分離的位置，副掃描方向上多角鏡距離第二反射鏡上的折疊點越遠，該位置到第二反射鏡的距離就越近。
根據(jù)該構(gòu)造，從第七實施例引用的圖5看到，觀察第二反射鏡之后光束的掃描光束軌跡的副掃描部分，關(guān)于可在第一反射鏡和第二反射鏡之間分離的光束，副掃描方向的上側(cè)(副掃描方向上遠離多角鏡方向)光束位于光程的上游，即，第二反射鏡一側(cè)。
從光束RAY 22、RAY 32、RAY 42分離出光束RAY 12的分離點位于光軸方向上到第二反射鏡距離為最短的位置，即，距離第二反射鏡最近的位置，從光束RAY 32和RAY 42分離出光束RAY 22的分離點位于光軸方向上到第二反射鏡距離為次短的位置，從光束RAY 42分離出光束RAY 32的分離點位于光軸方向上到第二反射鏡距離為最長的位置，即，距離第二反射鏡最遠的位置。
因此，設(shè)置分離位置使得來自副掃描方向上多角鏡的第二反射鏡上較遠折疊點的光束更靠近第二反射鏡。這樣可以使得，將可在最近位置分離的光束分離之后到第二反射鏡的光程長度較長，同時縮短了第二反射鏡之后的光程長度。
縮短第二反射鏡之后光程長度的能力可以減小部件的尺寸。此外，反射鏡角度偏移的影響正比于反射鏡排列之后的光程長度。例如，如果反射鏡傾斜α，光束傾斜2α，并且當光束行進距離L時，偏移量為L×tan(2α)?？紤]到這個原因，由于L會變小，所以也會降低角度偏移的影響。
如果加長分離之后最上端一側(cè)可分離光束的光程長度，則可以保證感光體(photoconductor)的行距(pitch)以及感光體和光學(xué)系統(tǒng)之間的距離，并且可以容裝大尺寸的處理單元。
在根據(jù)本實施例的結(jié)合了光束掃描裝置的曝光裝置中，通過將第二反射鏡上各個光束的間隔取為要在第十六實施例中下側(cè)分離的光束的間隔來配置。
根據(jù)該配置，由于抑制了副掃描方向上橫向放大β以便降低旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則的影響，所以距離像平面越近，各個光束之間的間隔就越小。
據(jù)此，隨著光束在更下游側(cè)的位置分離，第二反射鏡上光束之間的間隔也更大，如下。
RAY1和RAY2之間的間隔＜RAY2和RAY3之間的間隔＜RAY3和RAY4之間的間隔。
本實施例中，一組光學(xué)系統(tǒng)提供多個掃描線，并且，在用分離裝置導(dǎo)引各個掃描線到遠距離位置的光學(xué)系統(tǒng)中，使得偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)多角鏡厚度變薄。這是基于旋轉(zhuǎn)多角鏡厚度α風(fēng)阻損失的關(guān)系。薄的偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)多角鏡厚度通過降低電機功率和提高旋轉(zhuǎn)數(shù)來抑制生熱和噪聲。
傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)器中，多面鏡的厚度較厚。因此，增大了電機功率，并增加了費用、生熱和噪聲。正因為這樣，很難提高旋轉(zhuǎn)數(shù)。
相反地，本實施例中，掃描多個光束，并且結(jié)合了第七和第十三實施例。此外，該配置中，多個光束在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間在副掃描方向上相交。
這種情況下，可以另外結(jié)合第十二實施例。
因此，只要降低偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)多角鏡厚度及電機功率，并且抑制生熱和噪聲，就可以提高旋轉(zhuǎn)數(shù)。
本實施例為一個光學(xué)系統(tǒng)，其中，只要抑制了成像反射鏡的尺寸和旋轉(zhuǎn)多角鏡的厚度，就可以保證第一分離點到像平面的距離。
具體地說，掃描多個光束并且結(jié)合了第八和第十三實施例。此外，該配置中，多個光束在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間在副掃描方向上相交。
這種情況下，可以另外結(jié)合第十二實施例。
因此，可以保證第一分離點到像平面的距離。
下面，將參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的具體曝光裝置。
圖11A到11C說明作為本發(fā)明一個實施例的一種曝光裝置。
圖11A顯示從俯視方向(從將在下文描述的偏轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸方向)看過去，結(jié)合到成像裝置中的曝光裝置到第二反射鏡的狀態(tài)，圖11B顯示與圖11A所示平面方向垂直的方向(從與相同偏轉(zhuǎn)器裝置的旋轉(zhuǎn)軸方向垂直的方向)看過去的狀態(tài)。分別顯示了，偏轉(zhuǎn)裝置的偏轉(zhuǎn)角相對于通過設(shè)置在偏轉(zhuǎn)裝置反射點和掃描表面之間的光學(xué)元件的光束為0°的狀態(tài)。這種類型的曝光裝置中，由于彩色圖像在用各光束形成潛像的各個成像單元中利用減法混色(subtraction color mixing)形成，所以，典型地，采用了分離為顏色分量Y，即，黃色，顏色M，即，洋紅色，C，即，青色和K，即，黑色(用于上墨)的四種圖像數(shù)據(jù)顏色以及用來關(guān)于相應(yīng)Y、M、C和K的每個顏色分量來形成圖像的四組不同單元。因此，下文的敘述中，關(guān)于各個分量的圖像數(shù)據(jù)以及與之對應(yīng)的單元，通過給附圖標號附加Y，M，C和K來區(qū)分。
如圖11B所示，曝光裝置掃描針對基于已知的減法混色來形成經(jīng)過顏色分離出的顏色分量所對應(yīng)的圖像的第一到第四光束LY、LM、LC和LK。各個感光體58(Y，M，C和K，下文，對形成所有第一到第四曝光系統(tǒng)的部件進行統(tǒng)一描述時，用給附圖標號添加“*”來表示)，依次按58Y、58M、58C和58K的順序排列，放置在通過用于曝光黃色、洋紅色、青色和黑色圖像的第三反射鏡37Y、37M、37C和37K從曝光裝置輸出到外部的四個激光束L*的各個掃描線相對應(yīng)的位置。
通過曝光裝置的各個反射鏡37Y、37M、37C和37K導(dǎo)引到各個感光鼓58*的四個激光束L*從四個半導(dǎo)體激光陣列元件輸出，并且從各個充電單元和各個顯影單元(未顯示)照射到各個反射鏡37Y、37M、37C和37K所對應(yīng)的各個感光鼓58*的圓周表面上的預(yù)定位置。
曝光裝置含四個激光陣列元件3Y、3M、3C和3K，偏轉(zhuǎn)裝置5、偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)7*和偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)9。
四個激光陣列元件3Y、3M、3C和3K在每個組件中包含兩個發(fā)光點，用來為成像裝置(未顯示)中四組成像單元形成的各個經(jīng)過顏色分離出來的顏色分量的圖像所對應(yīng)的四種顏色，發(fā)出圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的激光束。偏轉(zhuǎn)裝置5包含可旋轉(zhuǎn)形成的多個反射面5a，它通過以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)各個反射面5a，將從各個激光陣列元件輸出的激光束以預(yù)定角速度朝設(shè)置在預(yù)定位置的掃描面偏轉(zhuǎn)，即，四組成像單元的四個感光鼓58Y、58M、58C和58K。偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)7*設(shè)置在各個激光陣列元件3*和偏轉(zhuǎn)裝置5之間，并且以預(yù)定形式形成各個激光束L*的各個局部束斑形式，以及將各個光束排列為四組激光束。偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)9對通過偏轉(zhuǎn)器5偏轉(zhuǎn)(反射)到光電鼓58*的激光束進行成像。
這里，偏轉(zhuǎn)裝置5偏轉(zhuǎn)(連續(xù)并線性地反射)各個激光束的方向(與反射面5a旋轉(zhuǎn)方向平行的方向)稱為“主掃描方向”，當通過反射鏡形成折疊而旋轉(zhuǎn)反射裝置5a的反射面5a時，垂直于主掃描方向并且平行于旋轉(zhuǎn)軸軸向的方向稱為“副掃描方向”。
從各個激光陣列元件發(fā)出的八個激光束通過靠近各個激光陣列元件設(shè)置的四個準直透鏡11Y、11M、11C和11K轉(zhuǎn)換為近似平行的光束。所有準直透鏡都可以根據(jù)偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)9透鏡的合適選擇來用有限焦距透鏡代替。
用各個準直透鏡使之平行的八個、四組激光束，以預(yù)定的部分光束形式通過置于準直透鏡后端焦點位置的光圈13Y、13M、13C和13K提供，激光束對LYa和LYb、LMa和LMb、以及LCa和LCb、LKa和LKb按照它們被偏轉(zhuǎn)裝置5偏轉(zhuǎn)的方向相對于副掃描方向以預(yù)定間隔相互對齊。截面圖(圖5和圖7)所示的Ray 1a、Ray 1b、Ray 2a、Ray 2b、Ray 3a、Ray 4a和Ray 4b分別用作LYa、LYb、LMa、LMb、LCa、LCb、LKa和LKb。
這里，由于從各個激光陣列元件輸出兩個光束，并且從同一個激光陣列輸出的光束幾乎重疊，因此在不需要專門分開描述這兩個光束的情況下，它們作為一個光束描述。即光束L*通常指L*a和L*b。
圖12顯示的是組合用的反射鏡以及通過組合用反射鏡折疊的各個光束之間的關(guān)系。
經(jīng)過準直透鏡11K準直的光束LK通過柱狀透鏡17K使之至少相對于副掃描方向聚焦，然后，依次通過激光組合反射鏡19Y、19M和19C向副掃描方向偏移，并被引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)裝置5的反射面5a。
同樣，經(jīng)過準直透鏡11C準直的光束LC通過柱狀透鏡17C使之至少關(guān)于副掃描方向聚焦，然后，通過激光組合反射鏡19C反射對齊，以便光束沿主掃描方向主要疊加到激光束LY上，并沿副掃描方向通過激光束LK的內(nèi)側(cè)(靠近偏轉(zhuǎn)器5反射面5a的副掃描方向長度的中心)，依次通過激光組合反射鏡19M和19Y向副掃描方向偏移，并被引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)裝置5的反射面5a。
此外，經(jīng)過準直透鏡11M準直的光束LM通過柱狀透鏡17M使之至少關(guān)于副掃描方向聚焦，然后，通過激光組合反射鏡19M反射對齊，以便光束關(guān)于主掃描方向主要疊加到由激光組合反射鏡19C折疊的激光束LC上，經(jīng)過從激光組合反射鏡19Y向副掃描方向偏移的光程，并被引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)裝置的反射面5a。
此外，經(jīng)過準直透鏡11Y準直的光束LY通過柱狀透鏡17Y使之至少關(guān)于副掃描方向聚焦，然后，通過激光組合反射鏡19Y反射對齊，以便光束關(guān)于主掃描方向主要疊加到激光組合反射鏡19M折疊的激光束LM上，其位置在關(guān)于副掃描方向比激光束LM向外的一側(cè)，并位于激光束LK相對于偏轉(zhuǎn)裝置5反射面5a的副掃描方向長度的中心相反的一側(cè)，然后被引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)裝置5的反射面5a。
利用偏轉(zhuǎn)器5各個反射面5a的旋轉(zhuǎn)依次進行偏轉(zhuǎn)的八個(四組)激光束通過第一和第二成像反射鏡23和25(偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)9)，因此，通過各個反射鏡提供了預(yù)定的成像特性。然后，最優(yōu)化設(shè)置其成像條件(偏離光束聚焦到掃描表面某個點的理想條件)、成像位置(主掃描方向和副掃描方向上主光線的位置)、部分光束直徑及其形式、像差狀態(tài)等，并且將光束導(dǎo)向掃描表面(感光鼓58*的圓周表面)。
因此，在降低掃描線曲率、抑制構(gòu)成偏轉(zhuǎn)裝置反射面的旋轉(zhuǎn)多角鏡表面斜度變化引起的副掃描方向位置變化(表面傾斜校正)、并且保持fθ特性來固定主掃描方向上光束的掃描速度的同時，也提供了抑制像平面彎曲從而均勻化整個掃描區(qū)域中成像位置的功能。
在“作為具有至少相對于副掃描方向偏轉(zhuǎn)光束功能的非平面成像光學(xué)裝置的偏轉(zhuǎn)后成像元件9”的下游端，即，位于偏轉(zhuǎn)后成像元件9和掃描表面之間，被引導(dǎo)至掃描表面的各個激光束依次分別被作為用于分離光束的分離反射鏡的反射鏡33Y、33M和33C、用來折疊光程的反射鏡34K、用來將這些反射鏡折疊的光束導(dǎo)向到更遠分離位置的反射鏡35Y和37Y、35M和37M、35C和37C以及35K和37K折疊，再通過防塵玻璃39*并照射到掃描表面。
分離反射鏡和反射鏡33Y、33M、33C、34K、35M、35C、35K、37Y、37M、37C和37K中的每個都利用例如氣相沉積，以預(yù)定厚度在典型浮法玻璃的一側(cè)形成鋁等金屬層作為反射面來制作。
偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)由一對成像反射鏡構(gòu)成，第一反射鏡相對于旋轉(zhuǎn)多角鏡沿關(guān)于副掃描方向的預(yù)定方向(圖11中往上)偏移，第二反射鏡相對于第一反射鏡沿預(yù)定方向的相同方向(圖11中往上)偏移。此時，如果圖10B示出了副掃描方向部分處于可以觀察到經(jīng)過兩個反射鏡反射之后的折疊展開的狀態(tài)，則可以知道，光束通過從第一反射鏡看的預(yù)定方向(圖10B中朝上)。
這里，提供了通過僅折疊第二反射鏡25反射之后的部分光束來分離光束的反射鏡33Y、33M和33C。關(guān)于光束分離的位置，沿副掃描方向從多角鏡到第二反射鏡25上的折疊點越遠，則到第二反射鏡25的位置越近。
放置分離反射鏡使之不遮擋第一反射鏡23和第二反射鏡25之間光程的次序為，反射點在位于光程的上游端并沿副掃描方向與多角鏡分離的第二反射鏡上的光束的次序。從圖11B可以看到，光束可以在上游以光束LY、LM和LC的次序分離。
從第二反射鏡到像平面，光軸離開偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的順序與上述次序相同，以便光束之間留有空間。因此，從第二反射鏡25到像平面，在最上游側(cè)的LY和LM之間，留有用來插入分離反射鏡的間隔，從而可以保證LM和LC之間以及LC和LK之間的空間。
這里，由于為了降低旋轉(zhuǎn)多角鏡表面不規(guī)則的影響，副掃描方向上的橫向放大抑制為較小，所以越靠近像平面，各個光束之間的間隔也就越小。
據(jù)此，隨著光束在越往下游側(cè)的位置分離，第二反射鏡上光束之間的間隔取值越大LY和LM之間的間隔＜LM和LC之間的間隔＜LC和LK之間的間隔因此，可以拉長可在最近位置分離的光束到第二反射鏡的光程長度，同時，縮短了第二反射鏡之后的光程長度。
縮短第二反射鏡之后光程長度的能力允許縮小單元的尺寸。此外，反射鏡角度偏移的影響正比于反射鏡排列之后的光程長度。例如，如果反射鏡傾斜α，光束傾斜2α，并且當光束行進距離L時，偏移量為L×tan(2α)。考慮到這個原因，由于L會變小，所以也會降低角度偏移的影響。
通過加長分離之后可在最上游端分離的光束的光程長度，可以保證感光體行距以及感光體和光學(xué)系統(tǒng)之間的距離，并且可以容納大尺寸的處理單元。
表1提供了工作例子中偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)數(shù)據(jù)，表2提供了工作例子中偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)數(shù)據(jù)，表3提供了代表成像反射鏡的形狀以及近軸主要取值的數(shù)據(jù)。由于表3的公式部分由通常代表副掃描方向和主掃描方向上的表達式來表示，所以，忽略了代表副掃描方向的“′”。
此外，由于表1、2、4和5中厚度的符號采用其正負在每次反射時切換的局部坐標來描述，所以，該符號與用來研究近軸光的光程長度不同。
關(guān)于表3和6所示的反射鏡曲率，假定當曲率中心位于入射光相對反射鏡面的行進方向時曲率為正，當曲率中心位于入射光行進方向相反一側(cè)時曲率為負，由于表面形狀1的符號在正負號上變得相反，所以第一反射鏡的曲率在主掃描方向和副掃描方向上均變?yōu)檎?，第二反射鏡的曲率在主掃描方向和副掃描方向上均變?yōu)樨摗＿@表明第一反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上均為凸形形狀，第二反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上均為凹形形狀。
此外，關(guān)于各個反射鏡的放大倍數(shù)，結(jié)果表明，第一反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上均為負，第二反射鏡在主掃描方向和副掃描方向上均為正。
此外，第一反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值大于第二反射鏡副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值。
此外，同時也示出了主點位置Δ，并且對象點側(cè)主點Δ1和圖象側(cè)主點Δ2都取正值。這意味著對象點側(cè)主點位于比第一反射鏡更靠近像平面的一側(cè)，圖像側(cè)主點位于比第二反射鏡更靠近像平面的一側(cè)，這樣通過保證反射鏡到像平面的距離，可以增加安裝自由度。
此外，表3和6中，示出了用來定義偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)反射鏡形狀的式子和系數(shù)，兩個反射鏡同樣在z方向上有奇數(shù)階次的非零系數(shù)項以及在副掃描方向上有不對稱形狀。此外，∑al_m×y^l×Z^m＝∑al_m×yl×Zm這一項中的系數(shù)在較高階項中非零，可以知道，主掃描方向和副掃描方向中的曲率根據(jù)主掃描方向和副掃描方向中的位置不對稱地變化。
從這些項上，這對反射鏡中，可以充分滿足成像特性、fθ特性、掃描線的彎曲和表面傾斜校正功能。
此外，如表2和5所示，第一反射鏡的基體材料為PMMA，第二反射鏡的基體材料為PC。PMMA的線性膨脹系數(shù)為6.9×10-5(/度)，PC的線性膨脹系數(shù)為6.2×10-5(/度)。相比通過第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)使得它們均為PC的情況，可以進一步降低由溫度帶來熱膨脹的影響。
表3和6中線性膨脹系數(shù)比α1i/α2分別表示從式(6)和式(9)得到的線性膨脹系數(shù)的理想比，借助這個關(guān)系，不會出現(xiàn)由于主掃描方向和副掃描方向中溫度改變帶來的變化。實際上，這些值是中間部分的取值，然而，實際上，由于各個反射鏡沒有大的放大系數(shù)變化，所以這些值足以表示整個反射鏡。
表3的情況中，理想情況下，主掃描方向的線性膨脹系數(shù)比為7.5，副掃描方向的線性膨脹系數(shù)比為22.8，然而，PMMA和PC之間比值的數(shù)量級為1.1。校正效果優(yōu)于相同材料的校正效果，但是會提高費用。因此，采用線性膨脹系數(shù)為72×10-7的玻璃當作第二反射鏡，使得比值為9.5，性能上會有優(yōu)勢。
無需多言，同樣在這種情況下，第一反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)大于第二反射鏡基體材料的線性膨脹系數(shù)。
當?shù)谝环瓷溏R為PMMA時，第二反射鏡為PC和玻璃的兩種情況下，如果偏離理想值較大，則滿足|α2-α1i|＞|α1-α1i|和|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|這里，α1i＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1i＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ20/(d12φ′10)如果第二反射鏡為玻璃，則因為滿足|α2-α1i|＞|α1-α1i|條件，但是|α2-α1i|＞|α1-α1i|的值本身很小，所以這點就不成問題。
此外，(偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光程長度)和(第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度)的比較示于表2和5下面，二者滿足的關(guān)系為(偏轉(zhuǎn)裝置反射面和第一反射鏡之間的光程長度)＜(第一反射鏡和第二反射鏡之間的光程長度)。
此外，關(guān)于各個光束，表明滿足的關(guān)系為(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)＞2×副掃描方向上橫向放大，此外，副掃描方向上橫向放大＜0.5，(最后元件和像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)＞1.5成立。
圖13說明進一步放大的光束的光程。橫軸的原點表示偏轉(zhuǎn)器反射表面上的位置，縱軸表示副掃描方向位置。通過增加偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光程同時用旋轉(zhuǎn)多角鏡形成折疊，來形成副掃描方向橫軸近似為0的位置和從-100到0的位置的光程。通過使多個光束在旋轉(zhuǎn)多角鏡和第一反射鏡之間沿副掃描方向相交，能夠降低旋轉(zhuǎn)多角鏡的厚度。
該工作例子中，描述了用來提供多個光束的光學(xué)系統(tǒng)，然而，同樣適用于使用其中之一的單個光束的情況。這種情況下，也可以發(fā)揮與上述各個實施例相同的操作和效果。
表1波長 0.00067mm偏轉(zhuǎn)角 23.45度旋轉(zhuǎn)多角鏡內(nèi)切圓的半徑 23.44mm旋轉(zhuǎn)多角鏡y的旋轉(zhuǎn)中心 21.74mm旋轉(zhuǎn)多角鏡x的旋轉(zhuǎn)中心 8.783mm旋轉(zhuǎn)多角鏡的面數(shù) 8個面

有限長透鏡成像位置

表2


表3fθ反射鏡表面形狀為x＝(cuy*y^2+cuz*z^2)/(1+Sqrt(1-ay*cuy^2*y^2-az*cuz^2*z^2))+∑al_m*y^l*z^m(這里，y是主掃描方向位置，z是副掃描方向位置)表面形狀1用fθ1反射鏡表面來表示(這里，X是光線行進方向，光線行進方向為負)

cuy＝-0.001298ay＝1cuz＝0.045233613az＝1alm (上述值為y＝0和z＝0時的取值)

表面形狀2用fθ2反射鏡表面來表示(這里，X是光線行進方向，光線行進方向為正)

cuy＝-0.000707071ay＝1cuz＝-0.003214468az＝1alm (上述值為y＝0和z＝0時的取值)

反射鏡距離d(mm) 178.4516422d1 72.34089686

(上述值為y＝0和z＝0時的取值)Δ從第一反射鏡(光程下游側(cè)為正)到對象點側(cè)主點的距離Δ′從第二反射鏡(光程下游側(cè)為正)到圖像側(cè)主點的距離線性膨脹系數(shù)比(1度)PMMA0.000069PC 0.000062GLASS 0.0000072當?shù)诙瓷溏R的材料為PC時 當?shù)诙瓷溏R的材料為玻璃時


表4波長 0.00067mm偏轉(zhuǎn)角23.51度旋轉(zhuǎn)多角鏡內(nèi)切圓的半徑23.76mm旋轉(zhuǎn)多角鏡y的旋轉(zhuǎn)中心 22.01mm旋轉(zhuǎn)多角鏡x的旋轉(zhuǎn)中心 8.969mm旋轉(zhuǎn)多角鏡的面數(shù) 8個面

有限透鏡成像位置

表5


表6fθ反射鏡表面形狀為x＝(cuy*y^2+cuz*z^2)/(1+Sqrt(1-ay*cuy^2*y^2-az*cuz^2*z^2))+∑al_m*y^l*z^m(這里，y是主掃描方向位置，z是副掃描方向位置)表面形狀1用fθ1反射鏡表面來表示(這里，X是光線行進方向，光線行進方向為負)

cuy＝-0.001326596ay＝1cuz＝0.052941248az＝1alm (上述值為y＝0和z＝0時的取值)

表面形狀2用fθ2反射鏡表面來表示(這里，X是光線行進方向，光線行進方向為正)

cuy＝-0.000711584ay＝1cuz＝-0.003212359az＝1alm (上述值為y＝0和z＝0時的取值)

反射鏡距離d(mm)178.09409d1 53.07108032

(上述值為y＝0和z＝0時的取值)Δ從第一反射鏡(光程下游側(cè)為正)到對象點側(cè)主點的距離Δ′從第二反射鏡(光程下游側(cè)為正)到圖像側(cè)主點的距離線性膨脹系數(shù)比(1度)PMMA0.000069PC 0.000062GLASS 0.0000072當?shù)诙瓷溏R的材料為PC時 當?shù)诙瓷溏R的材料為玻璃時


權(quán)利要求
1.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在主掃描方向上具有負放大倍數(shù)，并且，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在主掃描方向上具有正放大倍數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，所述第一反射鏡在副掃描方向上具有負放大倍數(shù)，所述第二反射鏡在所述副掃描方向上具有正放大倍數(shù)，并且，圖像側(cè)主點在所述主掃描方向和所述副掃描方向上都位于比所述第二反射鏡更靠近所述像平面的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束掃描裝置，其中，所述第一反射鏡在所述副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值大于所述第二反射鏡在所述副掃描方向上放大倍數(shù)的絕對值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)包括兩個反射鏡，所述反射鏡在所述副掃描方向上不對稱，并且在所述主掃描方向和所述副掃描方向上有隨在所述主掃描方向和所述副掃描方向上的位置而變化的曲率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)大于位于所述像平面?zhèn)鹊姆瓷溏R的基體材料的線性膨脹系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，所述第一反射鏡在所述主掃描方向和所述副掃描方向為凸形形狀，所述第二反射鏡在所述主掃描方向和所述副掃描方向為凹形形狀。
7.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R相對位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡向副掃描方向的預(yù)定方向偏移，并且，通過所述第二反射鏡反射的光束穿過與所述第一反射鏡的所述副掃描方向的預(yù)定方向相同的方向。
8.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在所述主掃描方向上有負放大倍數(shù)，并且位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在所述主掃描方向上有正放大倍數(shù)，并且其中，所述第二反射鏡相對所述第一反射鏡向副掃描方向的多個方向之一偏移，并且通過所述第二反射鏡反射的光束穿過與所述第一反射鏡的所述副掃描方向的多個方向之一相同的方向。
9.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在所述主掃描方向和副掃描方向為凸形形狀，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在所述主掃描方向和所述副掃描方向為凹形形狀，并且其中，所述第一反射鏡向所述副掃描方向的多個方向之一偏移，所述第二反射鏡類似于所述第一反射鏡向所述副掃描方向的一個方向偏移，通過所述第二反射鏡反射的光束穿過所述第一反射鏡的所述副掃描方向的所述一個方向。
10.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，并且假定位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)為α1，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R的基體材料的線性膨脹系數(shù)為α2，在所述主掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ10和φ20，在副掃描方向上各自放大倍數(shù)為φ′10和φ′20，兩個反射鏡之間的光學(xué)距離為d2，偏轉(zhuǎn)器反射點和所述第一反射鏡之間的光程長度為d1，具有以下關(guān)系式|α2-α1i|＞|α1-α1i|并且|α2-α′1i|＞|α1-α′1i|這里，α1＝-α2(-1+d2φ10)2φ20/φ10α′1＝-α2(-d2-d1+d2d1φ′10)2φ′20/(d12φ′10)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，所述主掃描方向或副掃描方向上所述第一反射鏡的放大倍數(shù)或者兩個方向的放大倍數(shù)設(shè)為負，所述主掃描方向和所述副掃描方向上所述第二反射鏡的放大倍數(shù)設(shè)為正，所述第一反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)設(shè)為大于所述第二反射鏡的基體材料的線性膨脹系數(shù)。
12.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，偏轉(zhuǎn)裝置反射面和位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡以及位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R之間的光程長度設(shè)置為(所述偏轉(zhuǎn)裝置反射面和所述第一反射鏡之間的光程長度)＜(所述第一反射鏡和所述第二反射鏡之間的光程長度)。
13.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為負，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為正，并且，設(shè)置這對光學(xué)元件在所述副掃描方向上的光程長度和放大倍數(shù)和橫向放大之間的關(guān)系為[(所述第二反射鏡和所述像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和所述第二反射鏡之間的光程長度)]＞(2×副掃描方向上的橫向放大)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，包括用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束的旋轉(zhuǎn)多角鏡以及兩個用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像的反射鏡，其中，位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡在所述主掃描方向和副掃描方向有負放大倍數(shù)，位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R在所述主掃描方向和所述副掃描方向有正放大倍數(shù)，各個反射鏡在所述副掃描方向上不對稱，并且在所述主掃描方向和所述副掃描方向上有根據(jù)在所述主掃描方向和所述副掃描方向上的位置而變化的曲率，其中，所述第一反射鏡的副掃描方向放大倍數(shù)的絕對值大于所述第二反射鏡的副掃描方向放大倍數(shù)的絕對值，所述第一反射鏡向所述副掃描方向的多個方向之一偏移，所述第二反射鏡類似于所述第一反射鏡向所述副掃描方向的一個方向偏移，通過所述第二反射鏡反射的光束穿過所述第一反射鏡的所述副掃描方向的所述一個方向，其中，各個反射鏡在所述副掃描方向上的光程、放大倍數(shù)和橫向放大之間的關(guān)系設(shè)為[(所述第二反射鏡和所述像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞(2×副掃描方向上的橫向放大)，副掃描方向上的橫向放大＜0.5，[(所述第二反射鏡和所述像平面之間的光程長度)/(所述偏轉(zhuǎn)器反射點和所述第二反射鏡之間的光程長度)]＞1.5。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)掃描裝置，其中，所述第一反射鏡在所述主掃描方向和所述副掃描方向上具有凸形形狀，所述第二反射鏡在所述主掃描方向和所述副掃描方向上具有凹形形狀，其中，所述第一反射鏡向所述副掃描方向的多個方向之一偏移，所述第二反射鏡類似于所述第一反射鏡向所述副掃描方向的一個方向偏移，通過所述第二反射鏡反射的光束穿過所述第一反射鏡的所述副掃描方向的所述一個方向，并且其中，所述第一光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為負，所述第二光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為正，這對光學(xué)元件在所述副掃描方向上的光程、放大倍數(shù)和橫向放大之間的關(guān)系設(shè)為[(最后元件和所述像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞(2×副掃描方向上的橫向放大)，副掃描方向上的橫向放大＜0.5，[(最后元件和所述像平面之間的光程長度)/(所述偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞1.5。
16.一種光束掃描裝置，包括用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束的旋轉(zhuǎn)多角鏡，以及兩個用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像的反射鏡，進一步包括多個反射鏡，用于通過僅折疊在光束被掃描和被位于所述像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R反射之后的部分光束來分離多個光束，其中，關(guān)于光束被這些反射鏡分離的位置，光束在所述第二反射鏡上的折疊點沿光束副掃描方向距離偏轉(zhuǎn)器越遠，光束到所述第二反射鏡的距離設(shè)置得越近。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光束掃描裝置，其中，所述第二反射鏡上各個光束之間的間隔隨著在越往下游端分離的光束之間的間隔而越大。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其中，有多個要掃描的光束，并使用于沿所述主掃描方向掃描多個光束的旋轉(zhuǎn)多角鏡的厚度變薄。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光束掃描裝置，其中，所述第一光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為負，所述第二光學(xué)元件的副掃描方向放大倍數(shù)設(shè)為正，這對光學(xué)元件在所述副掃描方向上的光程、放大倍數(shù)和橫向放大之間的關(guān)系設(shè)為[(最后元件和所述像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞(2×副掃描方向上的橫向放大)，副掃描方向上的橫向放大＜0.5，[(最后元件和所述像平面之間的光程長度)/(偏轉(zhuǎn)器反射點和最后元件之間的光程長度)]＞1.5。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光束掃描裝置，其中，偏轉(zhuǎn)裝置反射面和所述第一反射鏡以及所述第二反射鏡之間的光程長度設(shè)為(所述偏轉(zhuǎn)裝置反射面和所述第一反射鏡之間的光程長度)＜(所述第一反射鏡和所述第二反射鏡之間的光程長度)。
21.一種光束掃描裝置，包括旋轉(zhuǎn)多角鏡，用于沿主掃描方向掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束；以及兩個反射鏡，用于將通過所述旋轉(zhuǎn)多角鏡掃描的光束在像平面上成像，并且包括多個偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)，其中，從所述多個偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)輸出的光束在所述旋轉(zhuǎn)多角鏡和位于所述旋轉(zhuǎn)多角鏡側(cè)的第一反射鏡之間在副掃描方向上相交。
全文摘要
一種光束掃描裝置，包括用于沿主掃描方向上掃描來自偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的光束的旋轉(zhuǎn)多角鏡以及兩個用于將由旋轉(zhuǎn)多角鏡(5)掃描的光束在像平面上成像的反射鏡(23)、(25)。該裝置被設(shè)置為使得位于旋轉(zhuǎn)多角鏡(5)側(cè)的第一反射鏡(23)在主掃描方向上有負放大倍數(shù)，位于像平面?zhèn)鹊牡诙瓷溏R(25)在主掃描方向上有正放大倍數(shù)。因此，可以提高處理單元等的形狀和排列自由度，并且可以通過保證最后成像部件和像平面之間的距離，同時抑制旋轉(zhuǎn)多角鏡(5)中反射面(5A)和像平面之間光程長度的增加，來降低裝置尺寸。
文檔編號G02B26/10GK1908725SQ200610104209
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者白石貴志 申請人:株式會社東芝, 東芝泰格有限公司