JP2004325859A

JP2004325859A - 光記録装置

Info

Publication number: JP2004325859A
Application number: JP2003121463A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kataoka; 慶二片岡; Koji Doi; 孝二土井; Yasuyuki Shibayama; 恭之柴山; Susumu Monma; 進門馬; Jun Ogino; 潤荻野; Masa Hoshina; 雅星名
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18
Also published as: US20040213130A1; US7327664B2

Abstract

【課題】青色波長をもつ半導体レーザを用いたマルチビーム走査光学系を低コストで実現することにある。
【解決手段】本発明では青色波長をもつ半導体レーザから出射するレーザ光を、光ファイバに導くレーザモジュールを複数用い、それぞれの光ファイバを光の出射端で一列に、等間隔で配列することで光ファイバアレイを形成し、光ファイバアレイから出力するレーザ光を光記録装置のマルチビームとして用いる。用いる光ファイバは比屈折率差０．１％から０．２％の間にあり、コア径４．５μｍ以下、光ファイバのモードフィールド径すなはち光ファイバが出射する光スポット径は３μｍ以上であることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色半導体レーザを用いて光記録を行うレーザプリンタのような光記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録装置の代表例である高速レーザプリンタでは、耐久性の高い感光材料を用いる必要から、赤色は感度が小さいが、青色に高感度のセレン感光ドラムなどが用いられる。このため従来の高速レーザプリンタでは、４８８ｎｍの青色波長のレーザ光を出力するアルゴンレーザを適用した光学系が用いられている。
【０００３】
図２に、アルゴンレーザ１０１を適用した光学系の一例となる模式図を示す。この光学系おいて、アルゴンレーザ１０１から生成されたレーザ光は回折格子１０２でマルチビーム（図では５本）に分割され、レンズ１０３を通過して、マルチチャンネル音響光学変調器１０４で変調され、レンズ１０５に照射される。このレンズ１０３及びレンズ１０５はビーム径を拡大するために設けられている。更に、レンズ１０５を通過したビームは反射ミラー１０６を経て、マルチビームの斜め走査角度を調整するタブプリズム１０７、回転多面鏡１１０上にビームを副走査方向に絞る円筒レンズ１０８を経て、回転多面鏡１１０にて一括偏向され、走査レンズ１０９を介して感光ドラム１１１上に照射される。このプロセスにより、マルチビームからなるレーザ光は一括走査され、高速に印刷することを可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルゴンレーザ１０１及びマルチチャンネル音響光学変調器１０４は非常に高価であり、高速レーザプリンタの低価格化の障害となっている。そこで、波長４０５ｎｍ付近の波長を持ち、非常に安価な半導体レーザを利用した光学系が望まれている。
【０００５】
以上より、本発明では青色波長をもつ半導体レーザ（以下、青色半導体レーザという）を用いたマルチビーム走査する光学系を、低コストで実現することにある。特に、本発明では、青色半導体レーザからのレーザ光を光ファイバに導くレーザモジュールを複数用い、それぞれの光ファイバを光の出射端で一列に、等間隔で配列することで光ファイバアレイを形成し、光ファイバアレイから出力するレーザ光をマルチビームとして用いた場合に最適な光ファイバアレイを提供することを課題とする。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
上記した問題を解決するため、本発明では、青色波長をもつ半導体レーザからの光をレーザモジュールを介して光ファイバに導き、該光ファイバからの出力光を光記録材料に潜像として形成し、これを顕現化することにより記録媒体に印刷する装置において、前記光ファイバは比屈折率差０．１％〜０．２％、コア径４．５μｍ以下とし、前記光ファイバが出射する光スポット径を３μｍ以上とすることを特徴とする。
【０００７】
また、上記問題を解決するため、本発明では、請求項１記載の光記録装置において、前記青色の波長をもつ半導体レーザ、及び光ファイバに導くレーザモジュールを複数備え、それぞれの光ファイバを等間隔でアレイ状に配列したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明の光ファイバによる光記録装置の光学系を示す概略模式図である。ビームの発光源となる青色半導体レーザ２１はレーザモジュール３０の一端に装着されている。本例では５本のレーザモジュール３０により、５本のマルチビームを生成する構成となっている。レーザモジュール３０の他端には光ファイバ２３が装着されており、これらの光ファイバ２３は保持機構（図示せず）によりアレイ状に配列された光ファイバアレイ３１として構成されている。よって、青色半導体レーザ２１により発生されたビームはレーザモジュール３０、光ファイバ２３を介して、光ファイバアレイ３１に到達される。更に、光ファイバアレイ３１から出射する複数のマルチビームはコリメータレンズ３２を透過し、それぞれのビームが平行光となるようにしている。そして、コリメータレンズ３２を経たビームは、ビーム拡大器であるレンズ３３にてビーム径を変換され、回転多面鏡１０上で副走査方向に絞る円筒レンズ８を経て、回転多面鏡１０にて一括偏向されて、走査レンズ９を介して感光ドラム１１上に照射される。
【００１０】
図３は本発明の一例となるレーザモジュール３０近傍の構成を示す概略断面図である
レーザモジュール３０のハウジング２４の一端には青色半導体レーザ２１が装着されており、レンズ２２を介して対向する位置に光ファイバ２３が配置されている。レンズ２２は青色半導体レーザ２１から出射される発散光を光ファイバ２３上に集束するものである。光ファイバ２３から出射するビームは空間的なシングルモードである必要がある。
【００１１】
ここで、シングルモードについて説明する。シングルモードとは、感光体上に照射されたビームのスポットが単峰性の円形あるいは楕円のガウス分布状の光強度分布をもっている状態であり、高画質な光記録を行なう場合には不可欠な条件である。これに対し、感光体上に照射されたビームのスポットが複峰性の光強度分布であったり、ドーナツ状に形成された状態のマルチモードでは、光記録を行なうビームとしては不適とされている。
【００１２】
次に、本発明で適用される光ファイバについて説明する。光ファイバは、通常、石英を主材料とするクラッドと呼ばれる外周部と、石英にゲルマニウムをドーピングした材料よりなるコアと呼ばれる芯部分の２層構成となっている。クラッドの直径はおよそ１２５μｍ、コアの直径は１０μｍとなっている。また、クラッドとコアの比屈折率差（後述）は０．３％以上である。
【００１３】
一般に、光通信で使われる半導体レーザの波長は１．６μｍの赤外光であるから、前述した構成であって何ら支障はない。しかしながら、このような構成の光ファイバを用いて波長４０５ｎｍ付近の青色半導体レーザからの光を導波すると、光記録に適したシングルモードのビームを生成することができない。その理由は、青色半導体レーザの波長４０５ｎｍの場合、波長比からはコア径が著しく小さくなり、光ファイバを伝播するモードの直径、すなはち光ファイバを出射する光スポット径２ｗ_Ｆを小さくせざるを得ないことにある。しかし、光スポット径２ｗ_Ｆを小さくしすぎると、レンズ２２により集束したビームを光ファイバ２３へ結合する部分（Ａの領域）の配置ずれの許容量が小さくなり、信頼性高い光学系が実現できない。
【００１４】
例えば、光ファイバ入射面でのレーザ光の光スポット径を２ｗ_Ｘとし、光ファイバが図３のｘ方向に位置ずれΔ_Ｘが生じると、光ファイバに結合される効率は数式（１）に従って減少することとなる。
【００１５】
【数１】

【００１６】
すなわち、ｗ_Ｆ＝ｗ_Ｘに設定されているとすると、Δ_Ｘ＝ｗ_Ｆで１／ｅまで結合効率が減少する。光ファイバの許容配置誤差をΔ_Ｘ≧１．５μｍとすると、光スポット径２ｗ_Ｆは３μｍ以上とする必要が生じる。
【００１７】
一方、青色半導体レーザの波長でシングルモードの光ファイバを作成するための条件は、パラメータＶが下記条件であらねばならないことは良く知られている。
【００１８】
【数２】

【００１９】
ここで、λは光の波長、２ａはコア直径、ｎ_１はコアの屈折率、ｎ_２はクラッドの屈折率である。
【００２０】
クラッドの屈折率を１．４６９６として数式２をグラフで示したのが、図４である。図中、Δは比屈折率差であり、次式で表される。
【００２１】
【数３】

【００２２】
図４において、コア径が曲線以下の領域ではシングルモードが実現されることになる。ところが、光ファイバ作成において、比屈折率差Δが０．１％以下のものを安定して作製することは困難であることがわかった。その理由は、コア材料となる石英にゲルマニウムをドーピングする際、ドーピング量を比屈折率差Δが０．１％以下となるように制御することが非常に難しいことによる。従って、Δが０．１％以上とすると、図４からコア径はほぼ４．５μｍ以下とすることが必須であることがわかる。
【００２３】
一方、光ファイバを伝播するモードはベッセル関数で表示される。このモードのモードフィールド径、すなわち光ファイバが出射するスポット径を算出した結果を図５に示す。横軸は比屈折率差、縦軸はモードフィールド径であり、コア径をパラメータにしている。この結果から、前述した配置ずれの許容範囲である３μｍ以上のモードフィールド径を得るには、比屈折率差が０．２％以下の必要があることがわかる。
【００２４】
以上説明したように、青色波長をもつ半導体レーザからの光を光ファイバに導き、光ファイバからの出力光を光学系においては、使用する光ファイバの特性を、比屈折率差０．１％〜０．２％、コア径４．５μｍ以下とし、更に光ファイバのモードフィールド径すなはち光ファイバが出射する光スポット径を３μｍ以上とすることにより、光記録装置に適用できる最適な光学系を提供することが可能となる。
【００２５】
なお、本例では青色半導体レーザの波長が４０５ｎｍの場合挙げて説明したが、青色半導体レーザの波長は３９０ｎｍ〜４５０ｎｍであれば、本発明の効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の装置を用いると、大型で高い価格のアルゴンレーザの代わりに、青色半導体レーザを用いることが可能になり、装置の信頼性の向上、価格の低下が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバによる光記録装置の光学系を示す概略模式図。
【図２】アルゴンレーザを適用した従来の光学系の一例となる模式図
【図３】本発明の一例となるレーザモジュール近傍の構成を示す概略断面図。
【図４】青色半導体レーザ用光ファイバの単一モード条件を計算した結果を示すグラフ。
【図５】青色半導体レーザ用光ファイバのモードフィールド径を計算した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
２は回折格子、３、５はレンズ、８は円筒レンズ、４はマルチチャンネル音響光学変調器、７はダブプリズム、９は走査レンズ、１０は回転多面鏡、１１は感光ドラム、１２は光検知器、２１は青色半導体レーザ、２２はレンズ、２３は光ファイバ、３０はレーザモジュール、３１は光ファイバアレイ部、３２はコリメータレンズ、１０は回転多面鏡、１０１はアルゴンレーザである。

Claims

青色波長をもつ半導体レーザからの光をレーザモジュールを介して光ファイバに導き、該光ファイバからの出力光を光記録材料に潜像として形成し、これを顕現化することにより記録媒体に印刷する装置において、前記光ファイバは比屈折率差０．１％〜０．２％、コア径４．５μｍ以下とし、前記光ファイバが出射する光スポット径を３μｍ以上とすることを特徴とする光記録装置。
請求項１記載の光記録装置であって、前記青色の波長をもつ半導体レーザ、及び光ファイバに導くレーザモジュールを複数備え、それぞれの光ファイバを等間隔でアレイ状に配列したことを特徴とする光記録装置。