JP3552756B2

JP3552756B2 - マルチビーム光ヘッド

Info

Publication number: JP3552756B2
Application number: JP22801794A
Authority: JP
Inventors: 寛砂川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH0890831A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、感光体に光で情報を書き込む光ヘッドに関し、特に詳細には、複数本の光ビームを用いるマルチビーム光ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、感光体に光で情報を書き込む光ヘッドとして、
ａ）１次元あるいは２次元の液晶シャッターアレイに１本の光束を入射させ、この液晶シャッターアレイの各エレメント毎に光を変調して、その光を感光体に照射させるもの（例えば「電子写真学会誌」Ｖｏｌ．３０（１９９１）ｐ．４７７参照）
ｂ）シリコン基板上に傾き角が個別に制御され得る微小ミラーがアレイ状に形成されてなるデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下ＤＭＤと称する）に１本の光束を入射させ、このデバイスの各ミラー単位で光の反射方向を制御し、そのようにして変調された光を感光体に照射させるもの（例えば「ＳＰＩＥＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓＳｅｒｉｅｓＶｏｌ．１１５０ｐ．８６参照）
ｃ）複数の半導体レーザを、それらから出射した各レーザビームが感光体上の相異なる位置を照射するように配設し、各半導体レーザを個別に駆動制御して各レーザビームを変調するもの（例えば米国特許第４，７４３，０９１号明細書参照）等が良く知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ａ）のものは、消光比を上げようとすると液晶シャッターアレイの偏光子および検光子の透過率を下げざるを得ず、そのために光利用効率が低くなるという問題がある。またこの従来装置は、線状光源あるいは面状光源から発せられてシャッターアレイに照射される光束に強度ムラが生じやすく、そのために記録画像の画質が損なわれるという問題もある。
【０００４】
一方ｂ）のものは、ＤＭＤに照射される光のうち、微小ミラーに入射する光しか利用されないので、光利用効率が低いという問題がある。またこの従来装置においては、拡がりの有るインコヒーレント光を用いているためにコリメート精度が低く、消光比が悪くなるという問題や、さらには上述と同様に光束の強度ムラによる画質低下の問題も認められている。
【０００５】
またｃ）のものは、複数の半導体レーザを用いているので、その交換の頻度が高くなり、そのために保守が面倒になり、また稼働率も低いという問題がある。さらにこの従来装置では、製造時あるいは半導体レーザ交換時のビーム相互の位置調整が煩雑化するという問題もある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光利用効率が高く、高消光比が得られ、光強度ムラも発生しない光ヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ヘッドは、１つのレーザ光源から発せられたレーザビームを複数本に分岐させて、それら複数の光ビームを感光体に照射させるようにしたマルチビーム光ヘッドであり、具体的には請求項１に記載のように、
レーザ光源と、
このレーザ光源から発せられたレーザビームを、光量がほぼ均一なほぼ平行光である複数の光ビームに分岐させるビーム分岐手段と、
このビーム分岐手段が前焦点位置に来るように配置され、該ビーム分岐手段から出射した複数の光ビームを互いに平行でかつレンズ光軸と平行な方向に進行させるフーリエ変換レンズと、
このフーリエ変換レンズの後焦点面に配され、該レンズを通過した後の前記複数の光ビームを個別に変調するアレイ状の空間変調素子と、
この空間変調素子によって変調された前記複数の光ビームによる像を、感光体上で結ばせる結像光学系とから構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
なお上記のビーム分岐手段としては、格子深さに所定の分布を持たせることによって、各次回折光の光量を均一にする回折格子を好適に用いることができる。ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス）Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ，１９９０，ｐｐ．Ｌ１３０７〜Ｌ１３０９には、そのような回折格子の一例が示されている。
【０００９】
【作用および発明の効果】
上記構成のマルチビーム光ヘッドにおいては、コヒーレントなレーザビームを複数本の光ビームに分岐し、それらをフーリエ変換レンズに通して互いに平行な方向に進行させた上でアレイ状空間変調素子に入射させているので、分岐された光ビームをすべて空間変調素子に垂直入射、あるいはそれに近い状態で入射させることができる。そこで、消光比が高くなり、また光強度ムラが生じることもない。
【００１０】
そして、分岐された複数の光ビームはフーリエ変換レンズによって絞られて空間変調素子に入射するので、空間変調素子の不要な部分に光ビームが照射されることがなくなり、光利用効率が向上する。
【００１１】
なお、上述のような空間変調素子の一つとして液晶素子が知られているが、この液晶素子にあっては、１つのエレメント（１画素に対応するものである）の中央部では変調性能が良いものの、そこから外れた周辺部では変調性能が劣るという問題が認められている。本発明装置においては、上述のように光ビームを絞った状態で空間変調素子に入射させることができるので、空間変調素子として上記のような液晶素子を用いる場合でも、変調性能の高いエレメント中央部のみに光ビームを入射させることができ、それにより高い光利用効率と高消光比を両立可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面に示す実施例に基づいて、本発明を詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例によるマルチビーム光ヘッドを示すものである。図示されるようにこの第１実施例のマルチビーム光ヘッドは、レーザ光源１０と、このレーザ光源１０から発せられたレーザビームＬを回折させて±１次、±２次、±３次……等の各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを得る回折格子１１と、この回折格子１１が前焦点位置に来るように配置されたフーリエ変換レンズ１２と、このフーリエ変換レンズ１２の後焦点面に配され、該レンズ１２を通過した後の各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを個別に位相変調する透過型液晶変調素子アレイ１３と、この液晶変調素子アレイ１３の後方に配された偏光素子１４と、結像レンズ１５とを備えてなる。
【００１４】
上記回折格子11は先に説明した通り、格子深さに所定の分布を持たせたものであり、そこで回折した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎの光量はほぼ均一となる。この回折格子11から平行光状態で出射した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎは、フーリエ変換レンズ12を通過して互いに平行でかつレンズ光軸と平行な方向に進行し、そして各々が該レンズ12によって、その後焦点面上で集束せしめられる。
【００１５】
液晶変調素子アレイ１３は図２に詳しく示すように、１画素を規定するエレメントＥが複数１列に並設されてなり、これらのエレメントＥ１，Ｅ２，Ｅ３……Ｅｎの中央部に、上述のようにして絞られた各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎがそれぞれ入射するように配設されている。
【００１６】
上記の各エレメントＥ１，Ｅ２，Ｅ３……Ｅｎは、ドライバ１６からの電圧印加の有無に応じて、直線偏光している各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを偏光の向きを９０°回転させて透過させる状態と、元の偏光の向きのまま透過させる状態のいずれか一方に選択的に設定される。そして偏光素子１４は、上記のようにして直線偏光の向きが９０°回転された（電圧印加時）各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを透過させ、直線偏光の向きが元のままの各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎは遮断する。なお、各エレメントＥ１，Ｅ２，Ｅ３……Ｅｎへの電圧印加は、ドライバ１６に入力される１画素列毎の画像信号Ｓに基づいて制御される。
【００１７】
以上のようにして各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎの各々は、画像信号Ｓに基づいて、偏光素子１４から出射しあるいはそこで遮断されるようになる。偏光素子１４から出射した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎは結像レンズ１５に入射し、それらの各次回折光による像がこの結像レンズ１５によって結ばれる。
【００１８】
こうして結像された像は、円筒状プラテン１７の周面に保持された感光体１８上に投影され、それにより感光体１８が感光する。この像は１次元像であるが、ドライバ１６に入力される１画素列毎の画像信号Ｓが切り換えられるとともに、それと同期してプラテン１７が微少量ずつ回転されることにより、感光体１８は２次元領域に亘って感光し、画像信号Ｓが担持する画像が感光体１８に記録される。
【００１９】
このマルチビーム光ヘッドにおいては、１本のレーザビームＬを回折格子１１によって均一な光量の複数の各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎに分岐させているので、主走査方向（プラテン１７の軸方向）に記録光の光強度ムラが生じるようなことがなく、高画質の画像を記録可能となる。また分岐された各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……ＬｎはすべてエレメントＥ１，Ｅ２，Ｅ３……Ｅｎに入射するので、ファン状ビームを液晶変調素子アレイ１３に入射させるような場合と異なって、エレメントＥとエレメントＥとの間の光変調不可能な部分に光が入射することがない。したがって、レーザビームＬはすべて画像記録のために有効利用され、光利用効率が十分に高められる。
【００２０】
また、コヒーレントな各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを互いに平行に進行させて液晶変調素子アレイ13に入射させているので、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎをすべて液晶変調素子アレイ13に垂直入射させることができ、そこで消光比も高いものとなる。特に本実施例では、空間変調素子を液晶変調素子アレイ13と偏光素子14とで構成しており、液晶変調素子アレイ13には先に述べたようにエレメントＥの中央部分から外れると変調性能が劣るという問題があるが、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎのそれぞれを絞った上でエレメントＥ１，Ｅ２，Ｅ３……Ｅｎの中央部分に入射させることができるから、光利用効率と消光比の双方を高めることが可能となる。なお図６に、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎ（便宜的に３本のみ図示）が絞られる様子を示す。
【００２１】
次に図３を参照して、本発明の第２実施例について説明する。なおこの図３において、図１中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００２２】
この第２実施例のマルチビーム光ヘッドにおいて、フーリエ変換レンズ１２から出射した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０に入射し、その膜面２０ａで反射して反射型の液晶変調素子アレイ２１に入射する。この液晶変調素子アレイ２１の各エレメントは、ドライバ１６からの電圧印加の有無に応じて、直線偏光している各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを偏光の向きを９０°回転させて反射させる状態と、元の偏光の向きのまま反射させる状態のいずれか一方に選択的に設定される。
【００２３】
各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎのうち、直線偏光の向きが元のままとされたものはＰＢＳ２０の膜面２０ａで反射し、フーリエ変換レンズ１２側に戻る。他方、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎのうち、上述のようにして直線偏光の向きが９０°回転されたものはＰＢＳ２０の膜面２０ａを透過し、それらの光による像が結像レンズ１５によって結ばれ、その像が感光体１８上に投影される。それによりこの場合も、ドライバ１６に入力される画像信号Ｓが担う２次元画像が感光体１８に記録される。
【００２４】
次に図４を参照して、本発明の第３実施例について説明する。この第３実施例においては、フーリエ変換レンズ３０および３１によって結像光学系が構成され、フーリエ変換レンズ３０の後焦点面には、このレンズ３０により集束した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを通過させる小さな開口３２ａを有する開口板３２が配されている。
【００２５】
なおフーリエ変換レンズ３０は、その前焦点面に液晶変調素子アレイ２１が位置するように配され、フーリエ変換レンズ３１はその前焦点面が上記フーリエ変換レンズ３０の後焦点面に位置し、その後焦点面に感光体１８が位置するように配されている。
【００２６】
この第３実施例装置においては、上述の通りの開口板３２が設けられているので、フレア光の不要光をこの開口板３２においてカットすることができ、より高画質の画像を記録可能となる。
【００２７】
次に図５を参照して、本発明の第４実施例について説明する。この第４実施例においては、第３実施例装置における液晶変調素子アレイ２１に代えて、前述のＤＭＤ４０およびλ／４板４１が配されている。ＤＭＤ４０は液晶変調素子アレイ２１の設置位置と同じ位置に配され、λ／４板４１はこのＤＭＤ４０とＰＢＳ２０との間に配されている。
【００２８】
ＤＭＤ４０は前述したように、シリコン基板上に傾き角が個別に制御され得る微小ミラー（図示せず）がアレイ状に形成されてなるものであり、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎが上記微小ミラーの１つ１つに入射するように配設されている。そして各微小ミラーは、１画素列毎の画像信号Ｓが入力されるドライバ４２により、この画像信号Ｓに基づいて、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎを入射光路を逆に辿るように反射させる向きと、そうではない向きのいずれか一方に選択的に設定される。
【００２９】
上記の構成において、ＰＢＳ２０の膜面２０ａで反射した各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎはλ／４板４１を通過することにより円偏光とされ、ＤＭＤ４０の微小ミラーで反射して反対向きの円偏光となり、λ／４板４１を再度通過することにより、ＰＢＳ２０からλ／４板４１に向かう場合とは偏光の向きが９０°回転した直線偏光となる。このようにして直線偏光となった各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……ＬｎはＰＢＳ２０の膜面２０ａを透過し、フーリエ変換レンズ３０に入射する。
【００３０】
各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎのうち、ＤＭＤ４０の微小ミラーで入射光路を逆に辿るように反射したものは開口板３２の開口３２ａを通過し、そうではない方向に反射したものは開口板３２によって遮断される。したがって、各次回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎのうち、ＤＭＤ４０の微小ミラーで入射光路を逆に辿るように反射した光のみがフーリエ変換レンズ３１に入射し、その光による像が感光体１８上に投影される。以上のようにしてこの場合も、画像信号Ｓが担持する２次元画像が感光体１８に記録される。
【００３１】
なお、以上説明した各実施例においては、副走査に円筒走査方式を採用しているが、副走査のために回転多面鏡等による偏向走査方式を採用することも可能である。
【００３２】
また、レーザビーム分岐方向が相直交するようにして２つの回折格子を組み合わせて用い、１本のレーザビームを２次元方向に亘って分岐させ、それとともに１次元アレイ状空間変調素子に代えて２次元アレイ状空間変調素子を用いることにより、感光体上に直接２次元画像を投影、記録することも可能である。
【００３３】
さらに、以上説明した各実施例のマルチビーム光ヘッドは２値画像を記録するように構成されているが、本発明のマルチビーム光ヘッドは、アレイ状の空間変調素子により光ビームを強度変調する等により、連続調画像を記録するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のマルチビーム光ヘッドを示す側面図
【図２】上記第１実施例装置の一部を示す斜視図
【図３】本発明の第２実施例のマルチビーム光ヘッドを示す側面図
【図４】本発明の第３実施例のマルチビーム光ヘッドを示す側面図
【図５】本発明の第４実施例のマルチビーム光ヘッドを示す側面図
【図６】上記第１実施例装置において各次回折光が絞られる様子を示す概略図
【符号の説明】
１０レーザ光源
１１回折格子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３……Ｌｎ各次回折光
１２，３０，３１フーリエ変換レンズ
１３透過型液晶変調素子アレイ
１４偏光素子
１５結像レンズ
１６液晶変調素子アレイのドライバ
１７円筒状プラテン
１８感光体
２０偏光ビームスプリッタ
２１反射型液晶変調素子アレイ
３２開口板
４０デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
４１ λ／４板
４２ＤＭＤのドライバ

Claims

レーザ光源と、
このレーザ光源から発せられたレーザビームを、光量がほぼ均一なほぼ平行光である複数の光ビームに分岐させるビーム分岐手段と、
このビーム分岐手段が前焦点位置に来るように配置され、該ビーム分岐手段から出射した複数の光ビームを互いに平行でかつレンズ光軸と平行な方向に進行させるフーリエ変換レンズと、
このフーリエ変換レンズの後焦点面に配され、該レンズを通過した後の前記複数の光ビームを個別に変調するアレイ状の空間変調素子と、
この空間変調素子によって変調された前記複数の光ビームによる像を、感光体上で結ばせる結像光学系とからなるマルチビーム光ヘッド。
前記空間変調素子が、透過型の位相変調素子と偏光素子とからなることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光ヘッド。
前記空間変調素子が、前記フーリエ変換レンズを通過した複数の光ビームを反射させる偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタで反射した前記複数の光ビームを反射させる反射型の位相変調素子とからなることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光ヘッド。
前記空間変調素子が、前記フーリエ変換レンズを通過した複数の光ビームを反射させる偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタで反射した前記複数の光ビームが通過する位置に配されたλ／４板と、このλ／４板を通過した前記複数の光ビームを個別に反射方向を制御して反射させるデジタル・マイクロミラー・デバイスとからなることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光ヘッド。
前記ビーム分岐手段が、前記レーザビームを各次回折光の光量がほぼ均一になるように回折させる回折格子であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のマルチビーム光ヘッド。