JP3641542B2 - 画像記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザより出射されたレーザビームを記録媒体上に照射することにより画像を記録する画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような画像記録装置としては、例えば米国特許第４７４３０９１号明細書に記載されたように、互いに対をなす半導体レーザとコリメートレンズとを二次元的に多数配置し、各半導体レーザより出射されコリメートレンズによりコリメートされたレーザビームを、中間レンズ群と結像光学系とを介して記録媒体上に照射するものが知られている。
【０００３】
一方、近年、画像記録装置が使用される製版工程等においては、印刷版に直接記録を行うダイレクト製版やマスク用フィルムに微小熱加工技術を利用して直接描画を行うドライフィルムプロセス等の、製版工程の合理化のための技術が一般化されつつあり、これに伴って画像記録装置の高出力化の要請が高まっている。そして、画像記録装置を高出力化するためには、画像記録装置に使用される半導体レーザ自体を高出力なものとする必要が生ずる。
【０００４】
このような高出力の半導体レーザとしては、その発光領域である活性層と基板半導体との接合面（この明細書において単に「接合面」という）に垂直な方向においてはシングルモードで発振し、接合面に平行な方向においてはマルチモードで発振するものが一般的である。このような半導体レーザにおける発光領域は、その接合面に垂直な方向の寸法が１μｍ程度と小さく、また、接合面に平行な方向の寸法が（例えば、１Ｗ級の半導体レーザならば１００μｍ程度と）大きくなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した画像記録装置における半導体レーザとして、このような接合面に垂直な方向の寸法が１μｍ程度、また、接合面に平行な方向の寸法が１００μｍ程度の発光領域を有する半導体レーザを使用した場合においては、その発光領域が線状であることから、半導体レーザから出射され記録媒体上に結像されるレーザビームの像も一方向のみに延びる線状となり、所望の形状の画像を記録することが困難となる。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、レーザビームの像を非線状とすると共に、強度分布を均一にすることができる画像記録装置提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、前記半導体レーザの後段に配設され、前記半導体レーザから出射されたレーザビームに対して、前記接合面に垂直な方向においては遠視野像を形成し、前記接合面に平行な方向においては近視野像を形成する前段光学系と、前記前段光学系の後段に配設され、前記前段光学系を通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記前段光学系の後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記前段光学系を通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、前記半導体レーザの後段に配設された軸対称なコリメートレンズと、前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する複数個の半導体レーザと、前記複数個の半導体レーザの後段に各々配設された軸対称なコリメートレンズと、前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャとを備え、前記接合面に平行な面内において、前記コリメートレンズと前記シリンドリカルレンズとによりアフォーカル光学系を構成し、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする画像記録装置。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記複数個の半導体レーザは二次元的に多数配置されており、前記後段光学系は前記複数個の半導体レーザから出射されたレーザビームを一括して受け記録媒体上に所定の像を形成する両側テレセントリック光学系から構成され、前記アパーチャは、単一の板状部材に二次元的に穿設された構成を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
先ず、この発明に使用する、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザについて説明する。図１はこのような半導体レーザ１における発光領域３２と、この発光領域３２から出射されたレーザビームにおける近視野像（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）および遠視野像（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）とを示す模式図である。なお、この図におけるＹ方向は半導体レーザ１の接合面に垂直な方向を示し、Ｘ方向は半導体レーザ１の接合面に平行な方向を示す。
【００１２】
この半導体レーザ１は、その出力が１Ｗ程度の高出力のレーザビームを出射するものであり、その発光領域３２における接合面に垂直な方向（図１におけるＹ方向）においてはシングルモードで発振し、接合面に平行な方向（図１におけるＸ方向）においてはマルチモードで発振する。そして、この発光領域３２の大きさは、シングルモードで発振する方向、すなわちその接合面に垂直な方向で１μｍ程度（以下、この方向を必要に応じ「短辺方向」という）、また、マルチモードで発振する方向、すなわち接合面に平行な方向で１００μｍ程度（以下、この方向を必要に応じ「長辺方向」という）となっている。従って、この半導体レーザ１における発光領域３２は、極めて細い線状の形状を有する。また、この半導体レーザ１から出射されるレーザビームの発散角は、短辺方向においては約６０°（１／ｅ2 、全幅）、また、長辺方向においては約１０°（半値、全幅）となっている。
【００１３】
図１に示す符号３３ｎは、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの短辺方向の近視野像における強度分布を、また、符号３３ｆはその遠視野像における強度分布を示す。同様に、図１に示す符号３４ｎは、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの長辺方向の近視野像における強度分布を、また、符号３４ｆはその遠視野像における強度分布を示す。
【００１４】
この図に示すように、短辺方向においては、近視野像における強度分布３３ｎ、遠視野像における強度分布３３ｆともガウス分布をなし、長辺方向においては、近視野像における強度分布３４ｎはいわゆるトップハット状の形状を成す。なお、この種の半導体レーザ１においては、レーザビームにおける長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆは不均一であり、また、例えば図１において一点鎖線で示すように、各々の半導体レーザ１において個体間のばらつきが大きいという特性を有する。
【００１５】
このような半導体レーザ１を画像記録装置に使用した場合において、レーザビームの近視野像を記録媒体上に投影した場合には、記録媒体上に結像される半導体レーザ１から出射されたレーザビームの像が一方向のみに延びる線状となり、所望の形状の画像を記録することが困難となる。
【００１６】
一方、レーザビームの遠視野像を記録媒体上に投影した場合においては、その長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆが不均一であることから、例えば記録媒体としての感光材料の感光のスレッシュホールドレベルによっては、画像に筋状のむらを生じる等の問題を生ずる。さらに、例えば半導体レーザ１を多数配置したマルチビーム方式の画像記録装置においては、各半導体レーザ１間の長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆの個体間のばらつきから、個々のレーザビーム毎に画像の記録幅等が異なる等の問題を生ずる。
【００１７】
次に、この発明の実施の形態に係る画像記録装置の構成について説明する。図２はこの発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。なお、図２（ａ）は画像記録装置の短辺方向に沿った（図１におけるＸ方向から見た）断面を示し、図２（ｂ）は画像記録装置の長辺方向に沿った（図１におけるＹ方向から見た）断面を示す。
【００１８】
この画像記録装置は、半導体レーザ１と、コリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３からなる前段光学系４と、アパーチャ板５と、第１レンズ６、第２レンズ７およびズームレンズ８よりなる後段光学系９とを有する。
【００１９】
前記半導体レーザ１は、図３に示すように、略３行３列の状態で９個配設されている。ここで、図３に示すＹ方向は記録媒体１０上に画像を記録する際における主走査方向を示し、Ｘ方向は同じく副走査方向を示す。このため、図３に示すように、９個の半導体レーザ１から出射されたレーザビームを副走査軸上に投影した場合においては、各レーザビームは一定のピッチＰで配置される。また、各半導体レーザ１は、長辺方向が互いに平行となり、かつ、長辺方向が副走査方向を向くように配置されている。
【００２０】
この半導体レーザ１は、図示しない画像信号発生部より送信される画像信号に対応して変調されたレーザビームを出射することにより、感光材料等の記録媒体１０上に所望の画像を記録する。
【００２１】
再度図２を参照して、前記前段光学系４は、軸対称なコリメートレンズ２と、その母線の方向が半導体レーザ１の短辺方向に配置された長辺方向に平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズ３とを有する。
【００２２】
図４は、この前段光学系４の構成を説明するための概要図である。なお、図４（ａ）は前段光学系４の短辺方向に沿った断面を示し、図４（ｂ）は前段光学系４の長辺方向に沿った断面を示す。
【００２３】
前段光学系４を構成するコリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３は、半導体レーザ１に対応して、各々９個配設されている。
【００２４】
半導体レーザ１は、コリメートレンズ２の前側焦点位置にその発光領域１２の中心が一致するように配置されている。また、また、シリンドリカルレンズ３は、その前側焦線がコリメートレンズ２の後側焦点を通るように配置されている。
【００２５】
上述したように、半導体レーザ１は短辺方向においてシングルモードで発振していることから、短辺方向においては、図４（ａ）に示すように、半導体レーザ１から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２により平行なレーザビームに変換されて伝播し、コリメートレンズ２の後側焦点面である第１面４１において遠視野像を形成する。この遠視野像は、図１に示す強度分布３３ｆを有する。
【００２６】
そして、第１面４１において形成された遠視野像は、半導体レーザ１の発光領域１２が短辺方向においては実質的に点とみなすことができることから、短辺方向にパワーを有しないシリンドリカルレンズ３を通過した後においても、遠視野像がほとんど崩れることなく、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２まで伝播する。
【００２７】
一方、長辺方向においては、図４（ｂ）に示すように、半導体レーザ１はマルチモードで発振している。また、長辺方向においては、前段光学系４を構成するコリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とは、両側テレセントリックな結像光学系として機能するアフォーカル光学系を構成する。このため、図４（ｂ）に示すように、単一の発光領域３２から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２を通過することによりコリメートレンズ２の後側焦点面である第１面４１において遠視野像を形成した後、シリンドリカルレンズ３を通過することによってその後側焦点面である第２面４２に近視野像を形成する。この近視野像は、図１に示す強度分布３４ｎを有する。
【００２８】
このため、この前段光学系４によれば、第２面４２上において、短辺方向には図１に示す強度分布３３ｆを有する遠視野像が、また、長辺方向には図１に示す強度分布３４ｎを有する近視野像が形成されることになる。従って、レーザビームの像を非線状とすると共に、強度分布を均一にすることが可能となる。
【００２９】
なお、この前段光学系４においては、上述したように、長辺方向において、コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とは、両側テレセントリックな結像光学系として機能するアフォーカル光学系を構成している。このため、長辺方向においてマルチモードで発振する半導体レーザ１の発光領域１２における各発光点から光軸に平行に出射するレーザビームの主光線群は、前段光学系４を通過後に、再び光軸に平行な主光線群となる。従って、この前段光学系４を通過した後のレーザビームの発散角は最小となり、後段光学系９内で遮光される（ケラレる）光量を最小とすることができ、光学系全体として高い効率を確保することが可能となる。
【００３０】
再度図２を参照して、前記アパーチャ板５は、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２上に配置される。このアパーチャ板５は、図５に示すように、遮光性の板状部材３５と、この板状部材３５に穿設された円形のアパーチャ３６とから構成される。なお、円形のアパーチャ３６は、図３に示す半導体レーザ１の配置に対応して、板状部材３５に対し９個配置されている。
【００３１】
また、このアパーチャ板５は、後述する後段光学系９に関して、画像を記録すべき記録媒体１０表面と共役な位置関係となっている。このため、上述した第２面４２において、各半導体レーザ１からのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、このアパーチャ板５におけるアパーチャ３６の配置や形状を精度よく構成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することが可能となる。従って、複数の半導体レーザ１や前段光学系４の調整に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。また、後段光学系９においても、このアパーチャ板５を基準とすることにより、その調整を容易にすることができる。
【００３２】
但し、半導体レーザ１から出射されたレーザビームをこのアパーチャ板５を介して記録媒体１０上に効率的に照射するためには、前段光学系４において短辺方向と長辺方向とのバランスのよいレーザビームを形成することにより、アパーチャ３６に入射するレーザビームの形状とアパーチャ３６の形状とが比較的類似した形状となっている必要がある。なお、前段光学系４により、必要な記録精度を得るに十分な程度まで短辺方向と長辺方向とのバランスが向上したレーザビームを形成した場合においては、アパーチャ板５はこれを省略することも可能である。
【００３３】
再度図２を参照して、前記後段光学系９は、第２面４２に配置されたアパーチャ板５におけるアパーチャ３６の像を記録媒体１０表面に縮小結像するための結像光学系として機能する。
【００３４】
この後段光学系９は、両側テレセントリック光学系を形成する第１レンズ６および第２レンズ７と、同じく両側テレセントリック光学系を形成するズームレンズ８とを縦列配置した両側テレセントリック光学系となっている。また、上述したように、前段光学系４を通過したレーザビームの主光線群は、互いに平行な状態でアパーチャ板５を介して後段光学系９に入射する。このため、記録媒体１０１に照射される複数のレーザビームの主光線群は互いに平行な状態となり、記録媒体１０が後段光学系９の結像面に対して多少前後方向に移動しても各レーザビーム間の位置関係は一定であることから、記録される画像寸法が変更されることはなく、高精度で画像の記録を行うことが可能となる。
【００３５】
また、この後段光学系９は、両側テレセントリック光学系を形成するズームレンズ８を含むことから、上述した条件を維持しながら、必要とされる記録解像度に応じて、レーザビームのピッチや大きさを変更することが可能となる。
【００３６】
以上のように構成された画像記録装置においては、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２上において、前段光学系４を通過したレーザビームは、短辺方向には図１に示す強度分布３３ｆを有する遠視野像を、また、長辺方向には図１に示す強度分布３４ｎを有する近視野像を形成する。そして、第２面４１上に形成されたこれらの短辺方向の遠視野像および長辺方向の近視野像を有するレーザビームは、そのままの状態を維持したまま、アパーチャ板５に入射する。
【００３７】
このため、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームをアパーチャ板５に入射することができ、強度分布の不均一に起因する筋状のむらを生じることなく、レーザビームを有効に利用しながら記録媒体１０上に所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００３８】
より具体的には、上述した構成において、先に説明した構成の半導体レーザ１を使用し、かつ、上述したコリメートレンズ２を焦点距離４ｍｍの非球面単レンズ、また、シリンドリカルレンズ３を焦点距離１３０ｍｍの単レンズとした場合、第２面４２上において、短辺方向には幅４．６ｍｍの遠視野像が、また、長辺方向には幅３．２５ｍｍの近視野像が形成される。
【００３９】
また、各々の半導体レーザ１において個体間のばらつきが大きい長辺方向の遠視野像を使用しないことから、この実施の形態のようにマルチビーム方式で画像を記録した場合においても、個々のレーザビーム毎に画像の記録幅等が異なる等の問題が生ずることはない。
【００４０】
なお、前段光学系４において、第２面４２上におけるレーザビームの大きさを変更するためには、その長辺方向に関しては図４（ａ）に示すコリメートレンズ２の焦点距離ｆ１を変更すればよく、また、その短辺方向に関してはコリメートレンズ２の焦点距離ｆ１とシリンドリカルレンズ３の焦点距離ｆ２との比を変更すればよい。
【００４１】
このとき、長辺方向と短辺方向とのバランスのよいレーザビームを形成するためには、上述したようにコリメートレンズ２の焦点距離をｆ１、シリンドリカルレンズ３の焦点距離をｆ２とし、また、発光領域３２における短辺方向の長さをｗ１、発光領域３２における長辺方向の長さをｗ２、短辺方向の発散角（半角）をθ１としたとき、第２面４２上におけるレーザビームの短辺方向のビーム径［２・ｆ１・ｔａｎθ１］が第２面４２上におけるレーザビームの長辺方向のビーム径［ｗ２・（ｆ２／ｆ１）］の１〜２倍となるようにすることが好ましい。
【００４２】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図６はこの発明の第２実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。なお、図２の場合と同様、図６（ａ）は短辺方向に沿った（図１におけるＸ方向から見た）断面を示し、図６（ｂ）は長辺方向に沿った（図１におけるＹ方向から見た）断面を示す。
【００４３】
この第２実施形態に係る画像記録装置においては、前段光学系４に対するアパーチャ板５および後段光学系９の配置関係と、後段光学系９におけるレンズ構成とが、上述した第１実施形態に係る画像記録装置と異なる。なお、上述した第１実施形態に係る画像記録装置と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
この第２実施形態においては、アパーチャ板５が前段光学系４の直後に配置されている。このため、アパーチャ板５の位置におけるレーザビームの状態は、短辺方向においては、上述したように、ほぼ遠視野像となっているが、長辺方向においては不確定である。
【００４５】
しかしながら、例えば上述したように、コリメートレンズ２を焦点距離４ｍｍの非球面単レンズ、また、シリンドリカルレンズ３を焦点距離１３０ｍｍの単レンズとした場合等、シリンドリカルレンズ３の焦点距離がコリメートレンズ２の焦点距離に比べて十分長く、かつ、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの発散角がその長辺方向において小さい場合等においては、アパーチャ板５の位置におけるレーザビームは、その長辺方向において実質上近視野像に近い状態となる。このため、アパーチャ板５を前段光学系４の直後に配置した場合においても、画像記録装置の性能が実質的に低下することはない。
【００４６】
なお、この実施形態に係る後段光学系９も、第１実施形態と同様、両側テレセントリック光学系で構成されており、アパーチャ板５と記録媒体１０とがこの後段光学系９に対して共役な位置関係で配置されている。なお、この後段光学系９においては、第１レンズ６は第１実施形態同様凸レンズを使用しているが、第２レンズ１７は凹レンズを使用していることから、凸レンズと凹レンズとの組合せにより光学系の収差を補正することが可能となる。
【００４７】
また、この第２実施形態に係る画像記録装置においては、画像記録装置全体の光路長を短くすることが可能となる。すなわち、シリンドリカルレンズ３の焦点距離をｆ２とし、第１レンズの焦点距離をｆ３、また、凹レンズたる第２レンズ１７の焦点距離をｆ４（負の値）とした場合、第２実施形態に係る画像記録装置の光路長は第１実施形態に係る画像記録装置の光路長より［ｆ２＋ｆ３−４ｆ４］だけ短くなる。従って、画像記録装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４８】
上述した実施の形態においては、いずれも、半導体レーザ１を二次元的に多数配置した場合について説明したが、半導体レーザ１は平面的に複数配置してもよく、また、単一の半導体レーザ１を使用してもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、いずれも、前段光学系４をコリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とで構成した場合について説明したが、これらのコリメートレンズ２やシリンドリカルレンズ３にかえて、ゾーンプレートやホログラフィクな素子等を使用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザから出射されたレーザビームに対して接合面に垂直な方向においては遠視野像を形成し接合面に平行な方向においては近視野像を形成する前段光学系を備えることから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００５１】
また、前段光学系の後段に当該前段光学系を通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザの後段に配設された軸対称なコリメートレンズと、コリメートレンズの後段に配設されその母線の方向が接合面と垂直な方向に配置された接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズとを備えることから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００５３】
また、シリンドリカルレンズの後段に当該シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する複数個の半導体レーザの後段に各々配設された軸対称なコリメートレンズと、コリメートレンズの後段に配設されその母線の方向が接合面と垂直な方向に配置された接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズとを備え、接合面に平行な方向においてコリメートレンズとシリンドリカルレンズとによりアフォーカル光学系を構成したことから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。このとき、複数個の半導体レーザから出射されシリンドリカルレンズを通過したレーザビームの発散角は最小となり、後段光学系内で遮光される光量が最小になる。このため、光学系全体として高い効率を確保することが可能となる。
【００５５】
また、シリンドリカルレンズの後段に当該シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持できるとともに、記録媒体が後段光学系の結像面に対して多少前後方向に移動しても画像寸法が変更されないので、高精度で画像の記録を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体レーザ１における発光領域３２と、この発光領域３２から出射されたレーザビームの近視野像および遠視野像とを示す模式図である。
【図２】 この発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。
【図３】 半導体レーザ１の配置を示す正面図である。
【図４】 前段光学系４の構成を説明するための概要図である。
【図５】 アパーチャ板５の正面図である。
【図６】 この発明の第２実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ コリメートレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ 前段光学系
５ アパーチャ板
６ 第１レンズ
７ 第２レンズ
８ ズームレンズ
９ 後段光学系
１０ 記録媒体
１７ 第２レンズ
３２ 発光領域
３６ アパーチャ
ｆ１ コリメートレンズの焦点距離
ｆ２ シリンドリカルレンズの焦点距離
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザより出射されたレーザビームを記録媒体上に照射することにより画像を記録する画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような画像記録装置としては、例えば米国特許第４７４３０９１号明細書に記載されたように、互いに対をなす半導体レーザとコリメートレンズとを二次元的に多数配置し、各半導体レーザより出射されコリメートレンズによりコリメートされたレーザビームを、中間レンズ群と結像光学系とを介して記録媒体上に照射するものが知られている。
【０００３】
一方、近年、画像記録装置が使用される製版工程等においては、印刷版に直接記録を行うダイレクト製版やマスク用フィルムに微小熱加工技術を利用して直接描画を行うドライフィルムプロセス等の、製版工程の合理化のための技術が一般化されつつあり、これに伴って画像記録装置の高出力化の要請が高まっている。そして、画像記録装置を高出力化するためには、画像記録装置に使用される半導体レーザ自体を高出力なものとする必要が生ずる。
【０００４】
このような高出力の半導体レーザとしては、その発光領域である活性層と基板半導体との接合面（この明細書において単に「接合面」という）に垂直な方向においてはシングルモードで発振し、接合面に平行な方向においてはマルチモードで発振するものが一般的である。このような半導体レーザにおける発光領域は、その接合面に垂直な方向の寸法が１μｍ程度と小さく、また、接合面に平行な方向の寸法が（例えば、１Ｗ級の半導体レーザならば１００μｍ程度と）大きくなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した画像記録装置における半導体レーザとして、このような接合面に垂直な方向の寸法が１μｍ程度、また、接合面に平行な方向の寸法が１００μｍ程度の発光領域を有する半導体レーザを使用した場合においては、その発光領域が線状であることから、半導体レーザから出射され記録媒体上に結像されるレーザビームの像も一方向のみに延びる線状となり、所望の形状の画像を記録することが困難となる。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、レーザビームの像を非線状とすると共に、強度分布を均一にすることができる画像記録装置提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、前記半導体レーザの後段に配設され、前記半導体レーザから出射されたレーザビームに対して、前記接合面に垂直な方向においては遠視野像を形成し、前記接合面に平行な方向においては近視野像を形成する前段光学系と、前記前段光学系の後段に配設され、前記前段光学系を通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記前段光学系の後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記前段光学系を通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、前記半導体レーザの後段に配設された軸対称なコリメートレンズと、前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する複数個の半導体レーザと、前記複数個の半導体レーザの後段に各々配設された軸対称なコリメートレンズと、前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャとを備え、前記接合面に平行な面内において、前記コリメートレンズと前記シリンドリカルレンズとによりアフォーカル光学系を構成し、前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする画像記録装置。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記複数個の半導体レーザは二次元的に多数配置されており、前記後段光学系は前記複数個の半導体レーザから出射されたレーザビームを一括して受け記録媒体上に所定の像を形成する両側テレセントリック光学系から構成され、前記アパーチャは、単一の板状部材に二次元的に穿設された構成を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
先ず、この発明に使用する、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザについて説明する。図１はこのような半導体レーザ１における発光領域３２と、この発光領域３２から出射されたレーザビームにおける近視野像（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）および遠視野像（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）とを示す模式図である。なお、この図におけるＹ方向は半導体レーザ１の接合面に垂直な方向を示し、Ｘ方向は半導体レーザ１の接合面に平行な方向を示す。
【００１２】
この半導体レーザ１は、その出力が１Ｗ程度の高出力のレーザビームを出射するものであり、その発光領域３２における接合面に垂直な方向（図１におけるＹ方向）においてはシングルモードで発振し、接合面に平行な方向（図１におけるＸ方向）においてはマルチモードで発振する。そして、この発光領域３２の大きさは、シングルモードで発振する方向、すなわちその接合面に垂直な方向で１μｍ程度（以下、この方向を必要に応じ「短辺方向」という）、また、マルチモードで発振する方向、すなわち接合面に平行な方向で１００μｍ程度（以下、この方向を必要に応じ「長辺方向」という）となっている。従って、この半導体レーザ１における発光領域３２は、極めて細い線状の形状を有する。また、この半導体レーザ１から出射されるレーザビームの発散角は、短辺方向においては約６０°（１／ｅ2 、全幅）、また、長辺方向においては約１０°（半値、全幅）となっている。
【００１３】
図１に示す符号３３ｎは、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの短辺方向の近視野像における強度分布を、また、符号３３ｆはその遠視野像における強度分布を示す。同様に、図１に示す符号３４ｎは、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの長辺方向の近視野像における強度分布を、また、符号３４ｆはその遠視野像における強度分布を示す。
【００１４】
この図に示すように、短辺方向においては、近視野像における強度分布３３ｎ、遠視野像における強度分布３３ｆともガウス分布をなし、長辺方向においては、近視野像における強度分布３４ｎはいわゆるトップハット状の形状を成す。なお、この種の半導体レーザ１においては、レーザビームにおける長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆは不均一であり、また、例えば図１において一点鎖線で示すように、各々の半導体レーザ１において個体間のばらつきが大きいという特性を有する。
【００１５】
このような半導体レーザ１を画像記録装置に使用した場合において、レーザビームの近視野像を記録媒体上に投影した場合には、記録媒体上に結像される半導体レーザ１から出射されたレーザビームの像が一方向のみに延びる線状となり、所望の形状の画像を記録することが困難となる。
【００１６】
一方、レーザビームの遠視野像を記録媒体上に投影した場合においては、その長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆが不均一であることから、例えば記録媒体としての感光材料の感光のスレッシュホールドレベルによっては、画像に筋状のむらを生じる等の問題を生ずる。さらに、例えば半導体レーザ１を多数配置したマルチビーム方式の画像記録装置においては、各半導体レーザ１間の長辺方向の遠視野像における強度分布３４ｆの個体間のばらつきから、個々のレーザビーム毎に画像の記録幅等が異なる等の問題を生ずる。
【００１７】
次に、この発明の実施の形態に係る画像記録装置の構成について説明する。図２はこの発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。なお、図２（ａ）は画像記録装置の短辺方向に沿った（図１におけるＸ方向から見た）断面を示し、図２（ｂ）は画像記録装置の長辺方向に沿った（図１におけるＹ方向から見た）断面を示す。
【００１８】
この画像記録装置は、半導体レーザ１と、コリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３からなる前段光学系４と、アパーチャ板５と、第１レンズ６、第２レンズ７およびズームレンズ８よりなる後段光学系９とを有する。
【００１９】
前記半導体レーザ１は、図３に示すように、略３行３列の状態で９個配設されている。ここで、図３に示すＹ方向は記録媒体１０上に画像を記録する際における主走査方向を示し、Ｘ方向は同じく副走査方向を示す。このため、図３に示すように、９個の半導体レーザ１から出射されたレーザビームを副走査軸上に投影した場合においては、各レーザビームは一定のピッチＰで配置される。また、各半導体レーザ１は、長辺方向が互いに平行となり、かつ、長辺方向が副走査方向を向くように配置されている。
【００２０】
この半導体レーザ１は、図示しない画像信号発生部より送信される画像信号に対応して変調されたレーザビームを出射することにより、感光材料等の記録媒体１０上に所望の画像を記録する。
【００２１】
再度図２を参照して、前記前段光学系４は、軸対称なコリメートレンズ２と、その母線の方向が半導体レーザ１の短辺方向に配置された長辺方向に平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズ３とを有する。
【００２２】
図４は、この前段光学系４の構成を説明するための概要図である。なお、図４（ａ）は前段光学系４の短辺方向に沿った断面を示し、図４（ｂ）は前段光学系４の長辺方向に沿った断面を示す。
【００２３】
前段光学系４を構成するコリメートレンズ２およびシリンドリカルレンズ３は、半導体レーザ１に対応して、各々９個配設されている。
【００２４】
半導体レーザ１は、コリメートレンズ２の前側焦点位置にその発光領域１２の中心が一致するように配置されている。また、また、シリンドリカルレンズ３は、その前側焦線がコリメートレンズ２の後側焦点を通るように配置されている。
【００２５】
上述したように、半導体レーザ１は短辺方向においてシングルモードで発振していることから、短辺方向においては、図４（ａ）に示すように、半導体レーザ１から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２により平行なレーザビームに変換されて伝播し、コリメートレンズ２の後側焦点面である第１面４１において遠視野像を形成する。この遠視野像は、図１に示す強度分布３３ｆを有する。
【００２６】
そして、第１面４１において形成された遠視野像は、半導体レーザ１の発光領域１２が短辺方向においては実質的に点とみなすことができることから、短辺方向にパワーを有しないシリンドリカルレンズ３を通過した後においても、遠視野像がほとんど崩れることなく、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２まで伝播する。
【００２７】
一方、長辺方向においては、図４（ｂ）に示すように、半導体レーザ１はマルチモードで発振している。また、長辺方向においては、前段光学系４を構成するコリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とは、両側テレセントリックな結像光学系として機能するアフォーカル光学系を構成する。このため、図４（ｂ）に示すように、単一の発光領域３２から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２を通過することによりコリメートレンズ２の後側焦点面である第１面４１において遠視野像を形成した後、シリンドリカルレンズ３を通過することによってその後側焦点面である第２面４２に近視野像を形成する。この近視野像は、図１に示す強度分布３４ｎを有する。
【００２８】
このため、この前段光学系４によれば、第２面４２上において、短辺方向には図１に示す強度分布３３ｆを有する遠視野像が、また、長辺方向には図１に示す強度分布３４ｎを有する近視野像が形成されることになる。従って、レーザビームの像を非線状とすると共に、強度分布を均一にすることが可能となる。
【００２９】
なお、この前段光学系４においては、上述したように、長辺方向において、コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とは、両側テレセントリックな結像光学系として機能するアフォーカル光学系を構成している。このため、長辺方向においてマルチモードで発振する半導体レーザ１の発光領域１２における各発光点から光軸に平行に出射するレーザビームの主光線群は、前段光学系４を通過後に、再び光軸に平行な主光線群となる。従って、この前段光学系４を通過した後のレーザビームの発散角は最小となり、後段光学系９内で遮光される（ケラレる）光量を最小とすることができ、光学系全体として高い効率を確保することが可能となる。
【００３０】
再度図２を参照して、前記アパーチャ板５は、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２上に配置される。このアパーチャ板５は、図５に示すように、遮光性の板状部材３５と、この板状部材３５に穿設された円形のアパーチャ３６とから構成される。なお、円形のアパーチャ３６は、図３に示す半導体レーザ１の配置に対応して、板状部材３５に対し９個配置されている。
【００３１】
また、このアパーチャ板５は、後述する後段光学系９に関して、画像を記録すべき記録媒体１０表面と共役な位置関係となっている。このため、上述した第２面４２において、各半導体レーザ１からのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、このアパーチャ板５におけるアパーチャ３６の配置や形状を精度よく構成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することが可能となる。従って、複数の半導体レーザ１や前段光学系４の調整に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。また、後段光学系９においても、このアパーチャ板５を基準とすることにより、その調整を容易にすることができる。
【００３２】
但し、半導体レーザ１から出射されたレーザビームをこのアパーチャ板５を介して記録媒体１０上に効率的に照射するためには、前段光学系４において短辺方向と長辺方向とのバランスのよいレーザビームを形成することにより、アパーチャ３６に入射するレーザビームの形状とアパーチャ３６の形状とが比較的類似した形状となっている必要がある。なお、前段光学系４により、必要な記録精度を得るに十分な程度まで短辺方向と長辺方向とのバランスが向上したレーザビームを形成した場合においては、アパーチャ板５はこれを省略することも可能である。
【００３３】
再度図２を参照して、前記後段光学系９は、第２面４２に配置されたアパーチャ板５におけるアパーチャ３６の像を記録媒体１０表面に縮小結像するための結像光学系として機能する。
【００３４】
この後段光学系９は、両側テレセントリック光学系を形成する第１レンズ６および第２レンズ７と、同じく両側テレセントリック光学系を形成するズームレンズ８とを縦列配置した両側テレセントリック光学系となっている。また、上述したように、前段光学系４を通過したレーザビームの主光線群は、互いに平行な状態でアパーチャ板５を介して後段光学系９に入射する。このため、記録媒体１０１に照射される複数のレーザビームの主光線群は互いに平行な状態となり、記録媒体１０が後段光学系９の結像面に対して多少前後方向に移動しても各レーザビーム間の位置関係は一定であることから、記録される画像寸法が変更されることはなく、高精度で画像の記録を行うことが可能となる。
【００３５】
また、この後段光学系９は、両側テレセントリック光学系を形成するズームレンズ８を含むことから、上述した条件を維持しながら、必要とされる記録解像度に応じて、レーザビームのピッチや大きさを変更することが可能となる。
【００３６】
以上のように構成された画像記録装置においては、シリンドリカルレンズ３の後側焦点面である第２面４２上において、前段光学系４を通過したレーザビームは、短辺方向には図１に示す強度分布３３ｆを有する遠視野像を、また、長辺方向には図１に示す強度分布３４ｎを有する近視野像を形成する。そして、第２面４１上に形成されたこれらの短辺方向の遠視野像および長辺方向の近視野像を有するレーザビームは、そのままの状態を維持したまま、アパーチャ板５に入射する。
【００３７】
このため、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームをアパーチャ板５に入射することができ、強度分布の不均一に起因する筋状のむらを生じることなく、レーザビームを有効に利用しながら記録媒体１０上に所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００３８】
より具体的には、上述した構成において、先に説明した構成の半導体レーザ１を使用し、かつ、上述したコリメートレンズ２を焦点距離４ｍｍの非球面単レンズ、また、シリンドリカルレンズ３を焦点距離１３０ｍｍの単レンズとした場合、第２面４２上において、短辺方向には幅４．６ｍｍの遠視野像が、また、長辺方向には幅３．２５ｍｍの近視野像が形成される。
【００３９】
また、各々の半導体レーザ１において個体間のばらつきが大きい長辺方向の遠視野像を使用しないことから、この実施の形態のようにマルチビーム方式で画像を記録した場合においても、個々のレーザビーム毎に画像の記録幅等が異なる等の問題が生ずることはない。
【００４０】
なお、前段光学系４において、第２面４２上におけるレーザビームの大きさを変更するためには、その長辺方向に関しては図４（ａ）に示すコリメートレンズ２の焦点距離ｆ１を変更すればよく、また、その短辺方向に関してはコリメートレンズ２の焦点距離ｆ１とシリンドリカルレンズ３の焦点距離ｆ２との比を変更すればよい。
【００４１】
このとき、長辺方向と短辺方向とのバランスのよいレーザビームを形成するためには、上述したようにコリメートレンズ２の焦点距離をｆ１、シリンドリカルレンズ３の焦点距離をｆ２とし、また、発光領域３２における短辺方向の長さをｗ１、発光領域３２における長辺方向の長さをｗ２、短辺方向の発散角（半角）をθ１としたとき、第２面４２上におけるレーザビームの短辺方向のビーム径［２・ｆ１・ｔａｎθ１］が第２面４２上におけるレーザビームの長辺方向のビーム径［ｗ２・（ｆ２／ｆ１）］の１〜２倍となるようにすることが好ましい。
【００４２】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図６はこの発明の第２実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。なお、図２の場合と同様、図６（ａ）は短辺方向に沿った（図１におけるＸ方向から見た）断面を示し、図６（ｂ）は長辺方向に沿った（図１におけるＹ方向から見た）断面を示す。
【００４３】
この第２実施形態に係る画像記録装置においては、前段光学系４に対するアパーチャ板５および後段光学系９の配置関係と、後段光学系９におけるレンズ構成とが、上述した第１実施形態に係る画像記録装置と異なる。なお、上述した第１実施形態に係る画像記録装置と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
この第２実施形態においては、アパーチャ板５が前段光学系４の直後に配置されている。このため、アパーチャ板５の位置におけるレーザビームの状態は、短辺方向においては、上述したように、ほぼ遠視野像となっているが、長辺方向においては不確定である。
【００４５】
しかしながら、例えば上述したように、コリメートレンズ２を焦点距離４ｍｍの非球面単レンズ、また、シリンドリカルレンズ３を焦点距離１３０ｍｍの単レンズとした場合等、シリンドリカルレンズ３の焦点距離がコリメートレンズ２の焦点距離に比べて十分長く、かつ、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの発散角がその長辺方向において小さい場合等においては、アパーチャ板５の位置におけるレーザビームは、その長辺方向において実質上近視野像に近い状態となる。このため、アパーチャ板５を前段光学系４の直後に配置した場合においても、画像記録装置の性能が実質的に低下することはない。
【００４６】
なお、この実施形態に係る後段光学系９も、第１実施形態と同様、両側テレセントリック光学系で構成されており、アパーチャ板５と記録媒体１０とがこの後段光学系９に対して共役な位置関係で配置されている。なお、この後段光学系９においては、第１レンズ６は第１実施形態同様凸レンズを使用しているが、第２レンズ１７は凹レンズを使用していることから、凸レンズと凹レンズとの組合せにより光学系の収差を補正することが可能となる。
【００４７】
また、この第２実施形態に係る画像記録装置においては、画像記録装置全体の光路長を短くすることが可能となる。すなわち、シリンドリカルレンズ３の焦点距離をｆ２とし、第１レンズの焦点距離をｆ３、また、凹レンズたる第２レンズ１７の焦点距離をｆ４（負の値）とした場合、第２実施形態に係る画像記録装置の光路長は第１実施形態に係る画像記録装置の光路長より［ｆ２＋ｆ３−４ｆ４］だけ短くなる。従って、画像記録装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４８】
上述した実施の形態においては、いずれも、半導体レーザ１を二次元的に多数配置した場合について説明したが、半導体レーザ１は平面的に複数配置してもよく、また、単一の半導体レーザ１を使用してもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、いずれも、前段光学系４をコリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ３とで構成した場合について説明したが、これらのコリメートレンズ２やシリンドリカルレンズ３にかえて、ゾーンプレートやホログラフィクな素子等を使用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザから出射されたレーザビームに対して接合面に垂直な方向においては遠視野像を形成し接合面に平行な方向においては近視野像を形成する前段光学系を備えることから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００５１】
また、前段光学系の後段に当該前段光学系を通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザの後段に配設された軸対称なコリメートレンズと、コリメートレンズの後段に配設されその母線の方向が接合面と垂直な方向に配置された接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズとを備えることから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。
【００５３】
また、シリンドリカルレンズの後段に当該シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
【００５４】
請求項３に記載の発明によれば、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する複数個の半導体レーザの後段に各々配設された軸対称なコリメートレンズと、コリメートレンズの後段に配設されその母線の方向が接合面と垂直な方向に配置された接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズとを備え、接合面に平行な方向においてコリメートレンズとシリンドリカルレンズとによりアフォーカル光学系を構成したことから、半導体レーザより出射されるレーザビームにおける接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を利用して画像を記録することができる。このため、その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザを使用した場合においても、像が非線状であると共に、強度分布が均一なレーザビームを利用して、所望の形状の画像を記録することが可能となる。このとき、複数個の半導体レーザから出射されシリンドリカルレンズを通過したレーザビームの発散角は最小となり、後段光学系内で遮光される光量が最小になる。このため、光学系全体として高い効率を確保することが可能となる。
【００５５】
また、シリンドリカルレンズの後段に当該シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを整形するアパーチャを配設するとともに、アパーチャ面と記録媒体とを後段光学系に関して共役な位置に配置していることから、半導体レーザからのレーザビームの位置や形状に若干のばらつきが存在したとしても、アパーチャの配置や形状を精度よく形成しておけば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持することができる。従って、画像記録装置の調整に要する時間を短縮することが可能となる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、画像の記録に用いられるレーザビームの配列や形状の精度を高精度に維持できるとともに、記録媒体が後段光学系の結像面に対して多少前後方向に移動しても画像寸法が変更されないので、高精度で画像の記録を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体レーザ１における発光領域３２と、この発光領域３２から出射されたレーザビームの近視野像および遠視野像とを示す模式図である。
【図２】 この発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。
【図３】 半導体レーザ１の配置を示す正面図である。
【図４】 前段光学系４の構成を説明するための概要図である。
【図５】 アパーチャ板５の正面図である。
【図６】 この発明の第２実施形態に係る画像記録装置の構成を示す概要図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ コリメートレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ 前段光学系
５ アパーチャ板
６ 第１レンズ
７ 第２レンズ
８ ズームレンズ
９ 後段光学系
１０ 記録媒体
１７ 第２レンズ
３２ 発光領域
３６ アパーチャ
ｆ１ コリメートレンズの焦点距離
ｆ２ シリンドリカルレンズの焦点距離
Claims (4)
- その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、
前記半導体レーザの後段に配設され、前記半導体レーザから出射されたレーザビームに対して、前記接合面に垂直な方向においては遠視野像を形成し、前記接合面に平行な方向においては近視野像を形成する前段光学系と、
前記前段光学系の後段に配設され、前記前段光学系を通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、
前記前段光学系の後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記前段光学系を通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、
前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする画像記録装置。 - その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する半導体レーザと、
前記半導体レーザの後段に配設された軸対称なコリメートレンズと、
前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、
前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャと、を備え、
前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする画像記録装置。 - その発光領域における接合面に垂直な方向がシングルモードで発光し、接合面に平行な方向がマルチモードで発光する複数個の半導体レーザと、
前記複数個の半導体レーザの後段に各々配設された軸対称なコリメートレンズと、
前記コリメートレンズの後段に配設され、その母線の方向が前記接合面と垂直な方向に配置された前記接合面と平行な面内でパワーを有するシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの後段に配設され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを受け記録媒体上に所定の像を形成する後段光学系と、
前記シリンドリカルレンズの後段で前記後段光学系に関して前記記録媒体と共役な位置に配置され、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを成形するアパーチャとを備え、
前記接合面に平行な面内において、前記コリメートレンズと前記シリンドリカルレンズとによりアフォーカル光学系を構成し、
前記記録媒体上において、前記半導体レーザの発光領域における接合面に垂直な方向の遠視野像および接合面に平行な方向の近視野像を形成することを特徴とする画像記録装置。 - 請求項３に記載の画像記録装置において、
前記複数個の半導体レーザは二次元的に多数配置されており、
前記後段光学系は前記複数個の半導体レーザから出射されたレーザビームを一括して受け記録媒体上に所定の像を形成する両側テレセントリック光学系から構成され、
前記アパーチャは、単一の板状部材に二次元的に穿設された構成を有する画像記録装置。
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| JP19064697A JP3641542B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 画像記録装置 |
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| JP19064697A JP3641542B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 画像記録装置 |
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