JP2000224391A - レーザ記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザビームの利用効率を向上させることがで
きるとともに、経時的変化の影響によらず簡易な構成で
画像等を高精度に記録することのできるレーザ記録装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】半導体レーザＬＤから出力されたレーザビ
ームＬのファーフィールドパターンは、コリメータレン
ズ２６によって平行光束とされた後、第１レンズ１８に
よってアパーチャ部材２０上に結像される。結像された
ファーフィールドパターンは、アパーチャ部材２０によ
って主走査方向および副走査方向にビーム整形された
後、第２レンズ２２および第３レンズ２４を介して記録
フイルムＦに導かれることで、画像の記録が行われる。
この場合、レーザビームＬの主走査方向および副走査方
向に対する変動がアパーチャ部材２０によって規制され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体に対して
レーザビームを２次元的に走査することで画像等を記録
するレーザ記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像記録の分野において、画像処理の施
されたデジタル信号に基づき、レーザ光学系を駆動制御
し、記録媒体に面積変調による画像を露光記録するレー
ザ記録装置が用いられている。なお、画像が露光記録さ
れた記録媒体は、必要に応じて現像機に供給され、潜像
から顕像に変換される。

【０００３】このようなレーザ記録装置として、複数の
半導体レーザから出力されたレーザビームをコリメート
した後、平行光束からなるレーザビームの光路中にアパ
ーチャ部材を配設し、前記アパーチャ部材の開口による
レーザビームの開口像を感光材料上に結像するように構
成したものがある（特開平６−１８６４９０号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、前記の従来
技術では、半導体レーザの設定位置のずれがアパーチャ
部材によって吸収されるため、高精度な画像記録が可能
である。しかしながら、アパーチャ部材は、コリメート
されたレーザビームの光路中に配設されているため、レ
ーザビームの光量がアパーチャ部材によって大きく減衰
されてしまい、レーザビームの利用効率が低下する不具
合がある。また、開口の像を感光材料上に結像するため
に、多数のレンズ系が必要となる。従って、レンズによ
る収差の影響が大きく、また、レーザビームの光量が多
数のレンズを通過することによってさらに減衰する不具
合がある。

【０００５】本発明は、前記の不具合を解消すべくなさ
れたものであり、レーザビームの利用効率を向上させる
ことができるとともに、経時的変動の影響によらず簡易
な構成で画像等を高精度に記録することのできるレーザ
記録装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ記録
装置では、レーザビームを結像レンズによって集光する
ことでファーフィールドパターンを結像し、その結像位
置に配置したアパーチャ部材を用いて前記ファーフィー
ルドパターンを少なくとも副走査方向に整形して記録媒
体に導くことにより、画像等を形成する。

【０００７】この場合、レーザビームの副走査方向に対
する位置変動は、ファーフィールドパターンが結像され
た位置に配置されたアパーチャ部材によって効果的に抑
制される。また、前記アパーチャ部材をファーフィール
ドパターンの結像位置に配置することで、レーザビーム
の光量を大量に削減することがなく、従って、レーザビ
ームを記録媒体に効率的に導いて画像等を高精度に記録
することができる。なお、主走査方向に対するレーザビ
ームの位置ずれは、記録タイミングを電気的に制御する
ことで容易に補正することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１および図２は、第１実施形態
のレーザ記録装置１０を示す。このレーザ記録装置１０
は、露光ヘッド１２から射出された複数のレーザビーム
Ｌをドラム１４上に装着された記録フイルムＦ（記録媒
体）に照射することで、面積変調画像を記録するように
したものである。なお、記録フイルムＦには、主走査方
向（矢印Ｘ方向）に回転するドラム１４に対して露光ヘ
ッド１２を副走査方向（矢印Ｙ方向）に移動させること
で、２次元画像が形成される。また、面積変調画像と
は、レーザビームＬをオンオフ制御することで、記録フ
イルムＦ上に複数の画素を形成し、その画素の占める面
積によって所定の階調が得られるようにした画像であ
る。

【０００９】露光ヘッド１２は、図３に示す複数のレー
ザビームＬを出力する発光ユニット１６と、前記発光ユ
ニット１６から出力された各レーザビームＬを焦点面上
で集光させる第１レンズ１８と、前記第１レンズ１８の
焦点面に配置されるアパーチャ部材２０と、各レーザビ
ームＬを記録フイルムＦ上に集光する第２レンズ２２お
よび第３レンズ２４とを備える。

【００１０】発光ユニット１６は、半導体レーザＬＤお
よびコリメータレンズ２６によって構成される複数の発
光部２８と、導光路３０を有し各発光部２８の装着され
るマウント３２とから構成される。なお、半導体レーザ
ＬＤは、コリメータレンズ２６の焦点位置に配置され
る。

【００１１】ここで、半導体レーザＬＤは、横多モード
半導体レーザである屈折率導波型半導体レーザからな
り、基本的には、図４に示すように、ｐ型の半導体基板
３３とｎ型の半導体基板３５との間に活性層３８を設
け、前記半導体基板３３、３５に設けた電極４０、４２
間に所定の電圧を印加することにより、活性層３８から
レーザビームＬを出力するように構成されている。この
場合、一方の電極４０は幅が規制されており、この幅に
対応して活性層３８に沿った方向の屈折率が制御されて
いる。従って、半導体レーザＬＤから出力されるレーザ
ビームＬのニアフィールドパターンは、図４に示される
ように、電極４０の幅に対応した活性層３８の接合面方
向に幅広で且つ略矩形状となる。また、活性層３８の厚
み方向に対しては、その厚みに対応した幅狭の形状とな
る。

【００１２】このように構成される半導体レーザＬＤ
は、球面状に構成されるマウント３２に装着されてお
り、各半導体レーザＬＤから出力されたレーザビームＬ
は、図３に示すように、第１レンズ１８の前側焦点位置
において交差する。

【００１３】アパーチャ部材２０は、第１レンズ１８の
後側焦点面から光軸に沿って記録フイルムＦ側に所定距
離変位したファーフィールドパターンの結像位置に配置
されており、図５に示すように、各半導体レーザＬＤに
対応して複数の開口部３４が配設される。開口部３４
は、略正方形状に構成されている。この場合、各半導体
レーザＬＤから出力されたレーザビームＬのビームスポ
ット３６は、前記開口部３４によって副走査方向（矢印
Ｙ方向）の幅が規制される。また、開口部３４は、本実
施形態においては、主走査方向（矢印Ｘ方向）に配列さ
れた開口部３４が副走査方向（矢印Ｙ方向）に所定距離
Δだけずらして配置されることにより、同時に４９点の
ビームスポット３６が記録フイルムＦ上に記録されるよ
うに構成されている。

【００１４】なお、半導体レーザＬＤから出力されるレ
ーザビームＬは、活性層３８と直交する方向に対する発
散角度が大きいため、アパーチャ部材２０上に結像され
るレーザビームＬのファーフィールドパターンのビーム
スポット３６は、図５に示すように、主走査方向（矢印
Ｘ方向）に長尺となる略楕円状となる。

【００１５】第１実施形態に係るレーザ記録装置１０
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
に、その作用効果について説明する。

【００１６】画像情報に応じて変調され、各半導体レー
ザＬＤの活性層３８より出力されたレーザビームＬのニ
アフィールドパターン（図４参照）は、図３の点線で示
すように、コリメータレンズ２６によって平行光束とさ
れて第１レンズ１８の前側焦点を通過した後、第１レン
ズ１８の後側焦点面上に集光される。

【００１７】一方、レーザビームＬのファーフィールド
パターンは、図６に示すように、コリメータレンズ２６
の後側焦点位置Ｐ０の面上に形成されており、このファ
ーフィールドパターンは、図３の実線で示すように、第
１レンズ１８の後側焦点面よりも後方の位置Ｐ０′の面
上に結像される。

【００１８】この場合、位置Ｐ０′の面には、主走査方
向（矢印Ｘ方向）および副走査方向（矢印Ｙ方向）に対
して、レーザビームＬのファーフィールドパターンのビ
ームスポット３６の幅よりも狭く設定された幅からなる
略正方形状の複数の開口部３４を有したアパーチャ部材
２０が配置されている（図５参照）。そして、これらの
複数の開口部３４は、半導体レーザＬＤから出力された
各レーザビームＬに対応して配置されている。

【００１９】従って、アパーチャ部材２０を通過した各
レーザビームＬは、主走査方向（矢印Ｘ方向）および副
走査方向（矢印Ｙ方向）の位置が前記アパーチャ部材２
０によって規制されるため、半導体レーザＬＤの位置ず
れ等の影響を受けることなく、第２レンズ２２および第
３レンズ２４を介して記録フイルムＦ上の所定位置に高
精度に集光される。また、主走査方向（矢印Ｘ方向）に
対するビームスポット３６の広がりがレンズ系を用いる
ことなく開口部３４によって容易に整形されるため、一
層良好な画像を形成することができる。

【００２０】なお、このようにしてレーザビームＬの整
形を行う場合、アパーチャ部材２０の開口部３４によっ
て回折光が生じる。そこで、図２の点線で示すように、
第２レンズ２２の前側焦点位置近傍に遮蔽板４３を配置
し、この遮蔽板４３によって一次回折光以上のレーザビ
ームＬを遮断するようにすれば、記録フイルムＦ上での
レーザビームＬの記録位置が焦点深度方向にずれた場合
における画像のぼけを抑制することができる。

【００２１】ところで、ファーフィールドパターンを用
いて画像の記録を行う場合、ニアフィールドパターンの
影響をも考慮する必要がある。そこで、この点について
以下に考察する。

【００２２】上述したように、レーザビームＬのファー
フィールドパターンは、アパーチャ部材２０の位置Ｐ
０′の面上に結像されるが、ニアフィールドパターン
は、第１レンズ１８の後側焦点面上に結像される。

【００２３】この場合、図６に示すように、半導体レー
ザＬＤから出力されるレーザビームＬの副走査方向（矢
印Ｙ方向）に対する広がりの角度をθ//、コリメータレ
ンズ２６の焦点距離をｆ１とすると、ファーフィールド
パターンの副走査方向（矢印Ｙ方向）に対する後側焦点
位置Ｐ０での幅Ｓｆｆは、 Ｓｆｆ〜２・ｆ１・sin （θ//／２） …（１） となる。後側焦点位置Ｐ０から第１レンズ１８の前側主
点位置までの光学距離をＬ０、第１レンズ１８の焦点距
離をｆ２とすると、レーザビームＬのファーフィールド
パターンの像は、第１レンズ１８の後側主点位置からｆ
２・Ｌ０／（Ｌ０−ｆ２）だけ記録フイルムＦ側に離れ
た位置Ｐ０′に結像される。このファーフィールドパタ
ーンの像の副走査方向（矢印Ｙ方向）に対する幅ｄ０/
/′は、 ｄ０//′＝Ｓｆｆ・ｆ２／（Ｌ０−ｆ２） ＝２・ｆ１・ｆ２・sin （θ//／２）／（Ｌ０−ｆ２）…（２） となる。一方、ニアフィールドパターンの像の副走査方
向（矢印Ｙ方向）に対する幅ｄ０//は、 ｄ０//＝Ｗ//・ｆ２／ｆ１ …（３） となる。

【００２４】ここで、図７に示すように、ｄ０//＜ｄ０
//′であると、ファーフィールドパターンを記録フイル
ムＦ上に結像させているため、記録フイルムＦの焦点深
度方向に対する位置変動によってレーザビームＬのビー
ムスポット３６の径が大きく変動してしまう懸念があ
る。一方、図８に示すように、ｄ０//′≦ｄ０//である
と、記録フイルムＦが焦点深度方向に位置変動したとし
ても、ビームスポット３６の径が大きく変動することが
なく、安定した状態で画像等を記録することができる。
従って、ファーフィールドパターンが集光される位置に
設定されるアパーチャ部材２０の開口部３４の幅をＤ//
とすると、図９に示すように、レーザ記録装置１０を構
成する光学系を、ｄ０//≧ｄ０//′＞Ｄ//の関係を満足
するように設計することで焦点深度方向に対する位置変
動の影響を小さく抑えることができる。

【００２５】また、ｄ０//′＞ｄ０//の場合でも、ｄ０
//′＞ｄ０//≧Ｄ//の関係を満足するように、アパーチ
ャ部材２０の開口部３４の幅Ｄ//を設定することによ
り、副走査方向（矢印Ｙ方向）および焦点深度方向に対
する位置変動の影響を小さく抑えることができる。

【００２６】なお、前記のように構成されるレーザ記録
装置１０において、レーザビームＬの一部がアパーチャ
部材２０によって反射され、それがたまたま半導体レー
ザＬＤに再入力されると、モードホッピングが発生する
ことが懸念される。そこで、図１０に示すように、アパ
ーチャ部材２０の前段に配置される第１レンズ１８を、
その光軸に直交する面内で所定量ずらして設定すれば、
点線で示すように、アパーチャ部材２０によって反射さ
れたレーザビームＬが半導体レーザＬＤに再入力する事
態を回避することができる。例えば、光軸に対するずれ
量をδαとすると、アパーチャ部材２０によって反射さ
れたレーザビームＬは、２・δαだけずれることにな
る。従って、コリメータレンズ２６を通過したレーザビ
ームＬのビーム径をＢとした場合、Ｂ＜２・δαとなる
ように設定し、必要に応じてこの反射光に対する遮光板
を設けることにより、半導体レーザＬＤのモードホッピ
ングを好適に回避することができる。

【００２７】図１１は、第２実施形態のレーザ記録装置
５０の構成を示す。このレーザ記録装置５０では、露光
ヘッド５２を構成する発光ユニット５４が平面状のマウ
ント５６に配列されている。なお、発光ユニット５４
は、第１実施形態の場合と同様に、複数の半導体レーザ
ＬＤおよびコリメータレンズ２６によって構成されてい
る。

【００２８】この場合、各半導体レーザＬＤから出力さ
れたレーザビームＬのファーフィールドパターンは、平
行光束であるため、第０レンズ５８によって第１レンズ
１８の前側焦点位置で交差するように屈折された後、前
記第１レンズ１８に入射する。第１レンズ１８を通過し
たレーザビームＬは、第１実施形態の場合と同様に、第
１レンズ１８で平行光束とされ、そのファーフィールド
パターンがアパーチャ部材２０の面上に結像される。次
いで、アパーチャ部材２０を通過したレーザビームＬが
第２レンズ２２および第３レンズ２４を介して記録フイ
ルムＦに集光されることで画像が形成される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ記録装置によれば、レーザビームの少なくとも副走査
方向の幅を規制するアパーチャ部材上に前記レーザビー
ムのファーフィールドパターンを結像させることによ
り、レーザビームの少なくとも副走査方向に対する変動
を抑制し、且つ、効率的にレーザビームを記録媒体に導
くことができる。従って、経時的変化の影響によらず簡
易な構成で画像等を高精度に記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のファーフィールドパターンを用
いたレーザ記録装置の斜視構成図である。

【図２】図１に示すレーザ記録装置の平面構成図であ
る。

【図３】図１に示すレーザ記録装置における発光ユニッ
トおよび第１レンズの拡大説明図である。

【図４】発光ユニットを構成する半導体レーザの構造お
よびそれから出力されるレーザビームのニアフィールド
パターンの説明図である。

【図５】図１に示すレーザ記録装置を構成するアパーチ
ャ部材の正面説明図である。

【図６】半導体レーザから出力されたレーザビームのフ
ァーフィールドパターンの説明図である。

【図７】ニアフィールドパターンおよびファーフィール
ドパターンの結像位置でのビーム径の説明図である。

【図８】ニアフィールドパターンおよびファーフィール
ドパターンの結像位置でのビーム径の説明図である。

【図９】図８の状態においてファーフィールドパターン
の結像位置にアパーチャ部材を配置した場合の説明図で
ある。

【図１０】図１に示すレーザ記録装置において、第１レ
ンズを光軸と直交する面内で所定距離ずらして設定した
状態の説明図である。

【図１１】第２実施形態のファーフィールドパターンを
用いたレーザ記録装置の平面構成図である。

【符号の説明】

１０、５０…レーザ記録装置 １２、５２…露光
ヘッド １４…ドラム １６、５４…発光
ユニット １８…第１レンズ ２０…アパーチャ
部材 ２２…第２レンズ ２４…第３レンズ ２６…コリメータレンズ ２８…発光部 ３６…ビームスポット ５８…第０レンズ Ｆ…記録フイルム ＬＤ…半導体レー
ザ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体に対してレーザビームを２次元的
   に走査することで画像等を記録するレーザ記録装置にお
   いて、 レーザビームを出力するレーザ光源と、 前記レーザビームのファーフィールドパターンを前記レ
   ーザ光源および前記記録媒体間に結像する結像レンズ
   と、 前記ファーフィールドパターンの結像位置に配設され、
   少なくとも副走査方向の幅が前記ファーフィールドパタ
   ーンの前記副走査方向の幅よりも所定量だけ狭く設定さ
   れるアパーチャ部材と、 を備えることを特徴とするレーザ記録装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、前記レーザ
   光源の活性層接合面に対して平行な方向を前記副走査方
   向に設定することを特徴とするレーザ記録装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の装置において、前
   記レーザ光源は、２次元的に配置された複数の半導体レ
   ーザからなることを特徴とするレーザ記録装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、前記複数の
   半導体レーザは、前記各レーザビームを前記結像レンズ
   の前側焦点面上で交差させて前記結像レンズに導くべ
   く、球面上に配設されることを特徴とするレーザ記録装
   置。
5. 【請求項５】請求項４記載の装置において、前記各レー
   ザビームの交差点は、前記前側焦点面上で前記結像レン
   ズの光軸から所定距離離間した点に設定されることを特
   徴とするレーザ記録装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の装置にお
   いて、前記結像レンズにより結像される前記ファーフィ
   ールドパターンの副走査方向に対する強度分布の幅が、
   前記結像レンズにより結像される前記レーザビームのニ
   アフィールドパターンの副走査方向に対する強度分布の
   幅よりも小さく設定されることを特徴とするレーザ記録
   装置。
7. 【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載装置におい
   て、 前記結像レンズにより結像される前記ファーフィールド
   パターンの副走査方向に対する強度分布の幅ｄ０//′
   と、前記結像レンズにより結像される前記レーザビーム
   のニアフィールドパターンの副走査方向に対する強度分
   布の幅ｄ０//と、前記ファーフィールドパターンの結像
   位置に配設されるアパーチャ部材の開口部の副走査方向
   に対する幅Ｄ//とが、ｄ０//′＞ｄ０//≧Ｄ//となる関
   係に設定されることを特徴とするレーザ記録装置。