JP3756358B2

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Publication number: JP3756358B2
Application number: JP25979899A
Authority: JP
Inventors: 博文齊田; 一郎宮川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP2001057626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に光ビームを案内し、この光ビームと前記記録媒体との相対的移動により、前記光ビームを前記記録媒体に対して主走査および副走査することによって画像を記録する画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源、例えば半導体レーザから出力される光ビームを集光光学系によって集光し、その焦点位置に記録媒体（例えば、高速に回転するドラムの周面に貼り付けられた記録媒体）を配置し、前記光ビームをドラムの軸線方向に走査（副走査）しながら、ドラムを回転（主走査）させることにより、記録媒体上に画像を記録（露光）する画像記録（露光）装置が知られている。
【０００３】
ここで、ドラムの周面に貼り付けられた記録媒体の走査面（以下、被走査面という）は、光軸方向に変動している。このような変動は、機械的な動作（ドラムの回転等）がある以上、やむをえない現象であるが、この変動により、焦点位置がずれて、画質に多大な影響を及ぼすことも事実である。
【０００４】
これを解消し被走査面に常に焦点を合わせるために、被走査面と、集光光学系との距離（または変位）に応じて焦点を移動させる機構を連動させたオートフォーカス機構により、所定の焦点深度範囲内に被走査面が位置するように集光光学系を移動する制御を行っていた。
【０００５】
このオートフォーカス機構により、被走査面の変動による焦点ずれを解消することができるが、集光光学系の焦点を移動するという観点から限界がある。また、オートフォーカス機構では、光ビームの複数化（マルチビーム化）に対応しきれず、信頼性に欠ける、という欠点がある。
【０００６】
そこで、本出願人等は、焦点を移動させるのではなく、光軸方向に複数個の焦点を生成し、被走査面の反応閾値強度で見た見掛け上の光束の幅を一定の領域に拡げることを提案している（特願平１０−１８８６８１号公報および特願平１１−０２２２９２号公報参照）。
【０００７】
上記提案によれば、オートフォーカス機構に比べて単純な構造で焦点深度を拡げることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、複数の焦点の生成位置を光軸方向に対称的にし、被走査面が光軸方向に変動しても、常に焦点深度内に収めることができ、該変動による画質低下を防止することができる画像記録装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、記録媒体に光ビームを案内し、この光ビームと前記記録媒体との相対的移動により、前記光ビームを前記記録媒体に対して主走査および副走査することによって画像を記録する画像記録装置であって、
光ビームを出力する光源と、
前記光源から出力された光ビームを主走査方向または副走査方向の一方のみに発散または集光させるシリンドリカルレンズと、
前記光ビームの主走査方向および副走査方向の光束を前記記録媒体を基準として集光させる集光光学系と、
前記シリンドリカルレンズによって発散または集光する前記光ビームの光束中に配置され、主走査方向と副走査方向とで異なる屈折率を有する光学異方性素子と、
を備える。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、シリンドリカルレンズによって光ビームを主走査方向または副走査方向の一方のみに発散または集光させ、その発散または集光する光ビームの光束中に主走査方向と副走査方向とで屈折率の異なる光学異方性素子を配置することにより、記録媒体近傍において、光ビームの焦点を主走査方向または副走査方向の一方のみに複数生成することができる。
【００１６】
すなわち、例えば、光学異方性素子として一軸性結晶を用いた場合、副走査方向のみに発散または集光する位置に光学異方性素子を配置した場合は、この光学異方性素子による主走査方向の複数の焦点は生成されない。従って、副走査方向のみを独立して、焦点の複数化を行うことができる。このとき、例えば、副走査方向に複数生成された焦点の中間点に主走査方向の単一の焦点位置を合わせておけば、光量（強度）的なピークを副走査方向の各焦点位置で一致させることができ、焦点深度を実質的に拡大することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記シリンドリカルレンズは、前記光ビームを主走査方向および副走査方向に発散または集光させるべく、前記光源と前記集光光学系との間に複数配設され、前記光学異方性素子は、主走査方向に発散または集光する前記光ビームの光束中と、副走査方向に発散または集光する前記光ビームの光束中とにそれぞれ配設されることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記光ビームが主走査方向に発散または集光している位置と、副走査方向に発散または集光している位置とにそれぞれ独立して光学異方性素子を配置しており、互いに相関させずに焦点生成位置を設計値とすることができる。従って、適用される光学異方性素子として、例えば、一軸性結晶体を用いた場合には、それぞれの屈折率、厚さおよび光軸方向を考慮することにより、所望の焦点深度を作り上げることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、記録媒体に光ビームを案内し、この光ビームと前記記録媒体との相対的移動により、前記光ビームを前記記録媒体に対して主走査および副走査することによって画像を記録する画像記録装置であって、
光ビームを出力する光源と、
前記光源から出力された光ビームを主走査方向または副走査方向の一方のみに発散または集光させるシリンドリカルレンズと、
前記光ビームの主走査方向および副走査方向の光束を前記記録媒体を基準として集光させる集光光学系と、
前記シリンドリカルレンズによって発散または集光する前記光ビームの光束中に配置され、主走査方向と副走査方向とで異なる屈折率を有する第１の光学異方性素子と、
前記集光光学系によって発散または集光する前記光ビームの光束中に配置され、主走査方向と副走査方向とで異なる屈折率を有する第２の光学異方性素子と、
を備える。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、第２の光学異方性素子が前記光ビームの主走査方向および副走査方向の両方に発散または集光している位置に配置されているため、この第２の光学異方性素子は、主走査方向および副走査方向の双方に複数焦点を生成する。例えば、この第２の光学異方性素子を、主として、主走査方向または副走査方向のいずれか一方の焦点位置を設定し、第１の光学異方性素子を副として、主走査方向または副走査方向の他方の焦点位置を調整する。このように、主走査方向と副走査方向とで、互いに相関させながら、かつ独立して一方を調整することができるため、光学異方性素子の組み合わせの自由度を増すことができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記光源は、前記記録媒体の副走査方向に対して略方形状の強度分布を有し、面積変調により画像記録を行うレーザビームを出力する半導体レーザであることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、使用する光源が略方形状の強度分布を有する、例えば、ＢＬＤ（Broad Area Laser Diode）である場合、その略方形状の長手方向を画像記録装置の回転ドラムの回転軸方向と一致させると、主走査方向の強度分布が一般的なガウスビーム形状であり、焦点深度が深いのに対して、回転軸方向である副走査方向の強度分布は、ガウスビーム形状ではなく、焦点深度が浅くなる。
【００２３】
この場合、副走査方向にのみ複数の焦点を生成し、主走査方向の焦点の前後に副走査方向の複数の焦点を配置することにより、レーザビームの記録媒体に対する焦点深度を深くすることができる。
【００２４】
なお、請求項５に記載の発明によれば、光学異方性素子として、例えば、一軸性結晶を用いることができる。
【００２５】
また、請求項６または７に記載の発明によれば、光源と複数焦点生成手段または光学異方性素子との間に少なくとも１つの１／２波長板または１／４波長板を配置し、これらを回転制御可能とすることにより、記録媒体近傍に生成される各焦点での光ビームの光量が等量（等強度）となるように調整することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１〜図３には、本発明の画像記録装置の第１の実施の形態としてのレーザ記録装置１６が示されている。
【００２７】
レーザ記録装置１６は、露光ヘッド１２から出力されたレーザビームＬをドラム１４上に貼り付けられた記録感材Ｆ（記録媒体）に照射することで、面積変調画像を記録する構造となっている。
【００２８】
なお、記録感材Ｆには、ドラム１４が矢印Ｘ方向（主走査方向）に回転し、露光ヘッド１２が矢印Ｙ方向（副走査方向）に移動することで、二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、記録感材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。
【００２９】
露光ヘッド１２は、レーザビームＬを出力する半導体レーザＬＤと、レーザビームＬのニアフィールドパターンの像を記録感材Ｆ上に形成する集光光学系１６とを備えている。
【００３０】
半導体レーザＬＤは、屈折率導波型ブロードエリア半導体レーザからなり、基本的には、図３に示すように、ｐ型の半導体基板１８とｎ型の半導体基板２０との間に活性層２２を設け、前記半導体基板１８、２０に設けた電極２４、２６間に所定の電圧を印加することにより、活性層２２からレーザビームＬを出力するように構成されている。
【００３１】
この場合、一方の電極２４は、幅が規制されており、この幅に対応して、活性層２２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の発光パターンは、図３に示されているように、電極２４の幅に対応した活性層２２の接合面方向に幅広で且つ略方形状になる。また、活性層２２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。
【００３２】
図２にも示される如く、集光光学系１６は、半導体レーザＬＤから出力されたレーザビームＬのニアフィールドパターンの像を記録感材Ｆ上に形成する光学系であり、半導体レーザＬＤ側より、コリメートレンズ２８、１／２波長板２９、シリンドリカルレンズ３０、３２、３４、３６、集光レンズ３８が順に配列されている。
【００３３】
なお、シリンドリカルレンズ３０および３２は、レーザビームＬを副走査方向（矢印Ｙ方向）にのみ集光し、シリンドリカルレンズ３４および３６は、レーザビームＬを主走査方向（矢印Ｘ方向）にのみ集光する。
【００３４】
この集光光学系１６の光路中であって、シリンドリカルレンズ３０と、シリンドリカルレンズ３２との間には、光学異方性素子４０（複数焦点生成手段）が配設されている。
【００３５】
この光学異方性素子４０は、一軸性結晶（ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、水晶（クオーツ）、方解石等）からなり、本実施の形態では、方解石が選択され配置されている。
【００３６】
この光学異方性素子４０は、レーザビームＬの光軸に略垂直な面内で直交する２成分の中、一方のみを二重焦点化するために設けられており、この結果、図２に示される如く、副走査方向に発散し、且つ主走査方向では平行光となる位置が選択される。
【００３７】
このため、光学異方性素子４０は、主走査方向に沿う成分の光に対しては、何ら影響を与えないため、主走査方向の焦点は単一となる（図４の縦壁面ＬＸ参照）。
【００３８】
これに対して、副走査方向に沿う成分の光に対しては、レーザビームＬは、光学異方性素子４０の入射面に対して所定の角度（発散）を持って入射することになる。この発散光は、常光と異常光とがそれぞれ異なる屈折率で進行していくため、集光レンズ３８で集光したときに、図４の副走査方向光束面ＬＹｏ、ＬＹｅで示される如く、光軸方向の異なる２位置で焦点が結ばれるようになっている。
【００３９】
なお、本実施の形態では、光学異方性素子として適用された方解石の光学軸が図５の紙面手前−奥側方向（図５の○内に×が付された記号参照）であるため、露光ドラム面を中心として、手前側（光源側）に異常光の焦点が形成され、奥側（ドラム回転中心側）に常光の焦点が形成される。
【００４０】
以下に第１の実施の形態の作用を説明する。
【００４１】
画像情報に応じて変調され、半導体レーザＬＤの活性層２２より出力されたレーザビームＬは、コリメートレンズ２８によってニアフィールドパターンが平行光束とされた後、１／２波長板２９を通過し、シリンドリカルレンズ３０、３２によって副走査方向（矢印Ｙ方向）のみが整形される。一方、シリンドリカルレンズ３４、３６によって主走査方向（矢印Ｘ方向）のみが整形され、集光レンズ３８を介してドラム１４上の記録感材Ｆに前記ニアフィールドパターンの像が形成される。また、このレーザビームＬは、シリンドリカルレンズ３０とシリンドリカルレンズ３２との間に配設された光学異方性素子４０により、副走査方向のレーザビームＬが２つの異なる屈折率で屈折され、記録感材Ｆの近傍で２重焦点を形成する。
【００４２】
このとき、図２に示される如く、光学異方性素子４０として適用された方解石の配置位置が、副走査方向にのみ発散する光束であるため、この副走査方向に発散するレーザビームＬのみが、光学異方性素子４０の影響を受けることになる。すなわち、主走査方向のレーザビームＬは平行光であるため、光学異方性素子４０の入射面に垂直に入射され、そのまま直線的に出射する。
【００４３】
ここで、副走査方向に発散したレーザビームＬは、光学異方性素子４０として適用した方解石の光学軸が図２の紙面手前−奥側方向（○印の中に×印を付した記号参照）となっているため、常光と異常光とで異なる屈折率となり、その屈折率は常光の方が異常光よりも大きい。
【００４４】
それぞれの屈折率は、以下の式で表される。
【００４５】
sinθin＝ｎo ・sin θout(o) …（１）
sinθin＝ｎe ・sin θout(e) …（２）
ここで、
sin θin：レーザビームＬの光学異方性素子４０への入射角
ｎo ：常光の屈折率
ｎe ：異常光の屈折率
sin θout(o) ：常光の屈折後の角度
sin θout(e) ：異常光の屈折後の角度
である。
【００４６】
上記のように常光と異常光とで屈折率が異なるため、結像される焦点位置が光軸方向で異なる位置となる。すなわち、ドラム１４の面を中心として、光軸方向手前側に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）が形成され、奥側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）が形成される。
【００４７】
この２個の焦点間の距離ΔＬは、光学異方性素子４０の光軸方向の厚みｔと、常光および異常光の屈折率ｎｏおよびｎｅにより設定することができる。
【００４８】
｜ΔＬ｜≒ｔ・｛（１／ｎｏ）−（１／ｎｅ）｝・ｍ² …（３）
なお、第１の実施の形態では、ｔ＝６．９１ｍｍ、ｍ＝０．２９（ｍ：図５に示す入射側と出射側との間の横倍率）として、焦点間距離ΔＬ（＝４０μｍ）を設定した。この結果、半導体レーザＬＤから出力されたレーザビームＬは、図６の光軸位置に対するスポットサイズの特性図に示される如く、必要十分な強度を持ち、かつ焦点深度を拡大することができる。なお、必要十分な強度である裏づけとして、ドラム１４上の記録感材Ｆの焦点位置をＺとし、この焦点位置Ｚから光軸方向にΔＺずれた各位置での強度分布を図７に示す。なお、比較例として、光学異方性素子４０を用いない場合の各位置での強度分布を図８に示す。
【００４９】
この図８から分かるように、光学異方性素子４０を用いない場合には、ΔＺ＝２０μｍずれただけで、強度分布が急激になだらかになり、強度不足による所謂ピンボケになってしまう。
【００５０】
これに対して、図７に示される如く、光学異方性素子４０を用いた場合には、例えばΔＺ= ４０μｍずれた位置であっても、前記光学異方性素子４０を用いない場合と比較して、強度分布の変化が小さい。従って、ドラム１４の偏心等による記録感材Ｆの光軸方向の位置ずれがあっても、所謂ピンボケを抑制することができる。
【００５１】
このように、第１の実施の形態では、光学異方性素子４０を用いて、焦点深度を拡げることにより、記録感材Ｆの光軸方向のずれによる所謂ピンボケを抑制するという基本技術に、さらにこの焦点深度内での強度を考慮し、主走査方向または副走査方向のいずれか一方にのみ集光または発散するレーザビームＬの光路領域内に、光学異方性素子４０を配置し、かつその配置および厚さｔ並びに常光の屈折率ｎｏ、異常光の屈折率ｎｅ等に基づいて、正規の記録感材Ｆの位置を中心に手前および奥方向にそれぞれ均一に焦点深度が拡がるように設定したので、必要十分な光強度を確保しつつ、効率的に焦点深度を拡大することができる。
（第２の実施の形態）
以下に本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その構成の詳細な説明を省略する。
【００５２】
この第２の実施の形態の特徴は、主走査方向に集光または発散する光路上と、副走査方向に集光または発散する光路上とのそれぞれに、複数焦点生成手段としての光学異方性素子を配置したことにある。
【００５３】
図９に示される如く、光学異方性素子としての方解石が光路内に２個（以下、第１の光学異方性素子５０Ａ、第２の光学異方性素子５０Ｂという）配設されている。
【００５４】
第１の光学異方性素子５０Ａは、前記第１の実施の形態と同一の位置に配設されている。すなわち、この第１の光学異方性素子５０Ａの配置位置でのレーザビームＬは、副走査方向にのみ発散されているため、主走査方向のレーザビームＬに対しては何ら影響を及ぼすものではない。なお、この第１の光学異方性素子５０Ａとして用いられる方解石の光学軸は、図９の（Ａ）の紙面手前−奥側（○内に×を付した記号参照）となっており、この結果、副走査方向のレーザビームＬは、記録感材Ｆの正規の位置を中心として、手前側に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）が、奥側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）が形成される。
【００５５】
一方、第２の光学異方性素子５０Ｂは、シリンドリカルレンズ３４とシリンドリカルレンズ３６との間の光路中に配置されている。この位置は副走査方向のレーザビームＬが平行光で、主走査方向のレーザビームＬが発散光となっている。このため、この第２の光学異方性素子５０Ｂは、主走査方向のレーザビームＬにのみ影響を及ぼし、副走査方向のレーザビームＬには影響を与えない。
【００５６】
また、この第２の光学異方性素子５０Ｂとして用いた方解石は、前記第１の光学異方性素子５０Ａとして用いた方解石と同一であるが、図９の（Ｂ）の○内に×を付した記号で示すように、第１の光学異方性素子５０Ａに対して光軸方向周りに９０°回転された状態で配置されている。このため、入射光と光学軸との関係が、第１の光学異方性素子５０Ａと同一となり、正規の記録感材Ｆの位置を中心に手前側（光源側）に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）が、奥側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）が形成される。
【００５７】
ここで、第１の光学異方性素子５０Ａで形成した２重焦点間の距離と、第２の光学異方性素子５０Ｂで形成した２重焦点間の距離とが同一となるように、その入射角に基づいて厚さｔが決定されている。この第２の実施の形態では、第１の光学異方性素子５０Ａとして用いた方解石の厚さｔ１は６．９１ｍｍ、第２の光学異方性素子５０Ｂとして用いた方解石の厚さｔ２は１．７３ｍｍとされている。なお、シリンドリカルレンズ３６および集光レンズ３８による主走査方向の横倍率ｍは０．５８である。
【００５８】
上記のように、第１の光学異方性素子５０Ａおよび第２の光学異方性素子５０Ｂを所定の光路中に配設することにより、図１２に示される如く、主走査方向および副走査方向の双方において、それぞれ−２０μｍおよび＋２０μｍの位置に２つの焦点を作ることができ、光強度は第１の実施の形態で立証した如く、必要十分な強度を確保することができる。
【００５９】
なお、上記第２の実施の形態において、複数焦点生成手段である第１の光学異方性素子５０Ａおよび第２の光学異方性素子５０Ｂとして、同一の光学特性を有する方解石を用いているが、負の一軸性結晶および正の一軸性結晶からなる光学異方性素子を複数焦点生成手段として用いるようにしてもよい。
【００６０】
すなわち、図１０に示すように、シリンドリカルレンズ３０とシリンドリカルレンズ３２との間に負の一軸性結晶である方解石からなる第１の光学異方性素子５２Ａを配置し、シリンドリカルレンズ３４とシリンドリカルレンズ３６との間に正の一軸性結晶であるクオーツ等からなる第２の光学異方性素子５２Ｂを配置する。この場合、第１の光学異方性素子５２Ａと第２の光学異方性素子５２Ｂとは、光学軸が同一方向に設定される。複数焦点生成手段をこのように配置することで、同様にして焦点深度を拡大することができる。
(第３の実施の形態）
以下に本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その構成の詳細な説明を省略する。
【００６１】
この第３の実施の形態の特徴は、主走査方向または副走査方向のいずれか一方に集光または発散する光路上と、主走査方向および副走査方向に集光する光路上とに、異なる複数焦点生成手段としての光学異方性素子を配置したことにある。
【００６２】
図１１に示される如く、第３の実施の形態では、異なる２個の光学異方性素子として、方解石とニオブ酸リチウムが適用されている（以下、方解石を適用したものを第１の光学異方性素子５４Ａ、ニオブ酸リチウムを適用したものを第２の光学異方性素子５４Ｂという）。
【００６３】
第１の光学異方性素子５４Ａは、前記第１の実施の形態と同一の位置に配設されている。すなわち、この第１の光学異方性素子５４Ａの配置位置でのレーザビームＬは、副走査方向にのみ発散されているため、主走査方向のレーザビームＬに関しては何ら影響を及ぼすものではない。なお、この第１の光学異方性素子５４Ａとして用いられる方解石の光学軸は、図１１の（Ａ）の紙面手前−奥側（○内に×を付した記号参照）となっており、この結果、副走査方向のレーザビームＬは、記録感材Ｆの正規の位置を中心として、手前側（光源側）に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）が、奥側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）が形成される。
【００６４】
一方、第２の光学異方性素子５４Ｂは、集光レンズ３８とドラム１４との間に配設されている。このため、主走査方向および副走査方向のそれぞれのレーザビームＬに対して影響( 屈折）を及ぼすようになっている。
【００６５】
ここで、この第２の光学異方性素子５４Ｂとして用いられるニオブ酸リチウムの光学軸は、図１１の（Ｂ）の紙面手前−奥側（○内に×を付した記号参照）となっている。このニオブ酸リチウムは、方解石に対して異なる屈折率、同符号の光学異方性素子( 負の一軸性結晶）であるため、副走査方向に対しては、集光レンズ３８に近い側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）を、遠い側に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）を形成する。このニオブ酸リチウムの配置位置および厚さに基づいて、生成された２個の焦点は、副走査方向に集光するレーザビームＬに対して、記録感材Ｆの正規の位置よりも手前側に共に形成される( 図１２参照）。
【００６６】
また、第２の光学異方性素子５４Ｂは、前記副走査方向のみならず、主走査方向のレーザビームＬに対しても屈折させ、２重焦点を形成する機能を有している。
【００６７】
すなわち、第２の光学異方性素子５４Ｂとして用いられるニオブ酸リチウムの光学軸が、図１１の（Ｂ）の紙面手前−奥側（○内に×を付した記号参照）であるため、記録感材Ｆの正規の位置を中心として、手前側に異常光の焦点（図１２の位置ｈ参照）が形成され、奥側に常光の焦点（図１２の位置ｇ参照）が形成される。
【００６８】
このように第３の実施の形態では、副走査方向は、第１の光学異方性素子５４Ａと第２の光学異方性素子５４Ｂの２個の光学異方性素子によって、レーザビームＬを焦点位置を調整しており、結果として図１２に示される如く、記録感材Ｆを中心として、手前側と奥側とに焦点が形成される。一方、主走査方向は、第２の光学異方性素子５４Ｂのみで、２重焦点を形成している。
【００６９】
これを詳細に説明すると、ニオブ酸リチウムが存在しない場合を考えると、副走査方向８０μｍの間隔に２つの焦点ができる。ここで、ニオブ酸リチウムを挿入することにより、異常光による焦点が集光レンズ３８に近い側に、常光による焦点が集光レンズ３８の遠い側にそれぞれできる。その２つの焦点の間隔は略４０μｍになる。
【００７０】
これらの組み合わせにより、主走査方向と同等の位置に２重焦点を形成することができる。
【００７１】
この第３の実施の形態によれば、２個以上の光学異方性素子を用いることにより、形成される２重焦点の位置調整が可能となる。従って、この原理を発展させ、例えば、光路上の全ての位置に必要な光学異方性素子を配置できればよいが、配置位置等が制限されるような場合には、配置可能な光路上に複数の光学異方性素子を配置して組み合わせることによって、焦点位置等を設定することが可能である。
【００７２】
なお、この第３の実施の形態では、方解石の厚さｔ１は１３．８２ｍｍ、ニオブ酸リチウムの厚さｔ２は２．４ｍｍ、シリンドリカルレンズ３２および集光レンズ３８によって得られる副走査方向の横倍率ｍは０．２９である。
【００７３】
本実施の形態では、複数焦点生成手段としての光学異方性素子として、一軸性結晶体（方解石、クオーツ、ニオブ酸リチウム）を適用したが、二軸性結晶体を適用してもよい。また、液晶等、非固体の光学異方性素子であってもよい。
【００７４】
さらに、上述した第１〜第３の実施の形態においては、１／２波長板２９をコリメートレンズ２８とシリンドリカルレンズ３０との間に挿入し、その光学軸を光源から見て副走査方向より時計回りに２２．５゜傾けて配置している。このように１／２波長板２９を配置することにより、光源からのレーザビームＬは、副走査方向に対して４５゜回転した直線偏光となり、生成される常光および異常光による２焦点を同光量（同強度）の記録スポットとすることができる。しかしながら、第２および第３の実施の形態（図９、図１０、図１１参照）の場合、光学異方性素子を２個用いるため、その配置精度において、１／２波長板２９と光学異方性素子との間の相対角度が僅かに異なってしまうおそれがある。
【００７５】
そこで、図１３に示す如く、例えば、第１の光学異方性素子５０Ａの前段に１／２波長板２９または１／４波長板を配置するとともに、第１の光学異方性素子５０Ａと第２の光学異方性素子５０Ｂとの間にも１／２波長板３９または１／４波長板を配置し、第１の光学異方性素子５０Ａおよび第２の光学異方性素子５０Ｂによって生成される焦点の光量を個々に調整できるように構成することが有用である。例えば、第２の光学異方性素子５０Ｂに対しては、その前段に配置した１／２波長板３９または１／４波長板を回転制御することにより、レーザビームＬの偏光方向を調整し、主走査方向における常光焦点の光量（光強度）と異常光焦点の光量（光強度）とを同光量（同強度）に調整することができる。これにより、十分に拡大された焦点深度を確保することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係る画像記録装置は、複数の焦点の生成位置を安定させ、被走査面が光軸方向に変動しても、常に焦点深度内に収めることができ、該変動による画質低下を防止することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ記録装置の露光ヘッド部を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は第１の実施の形態に係る露光ヘッドの平面図、（Ｂ）は同側面図である。
【図３】半導体レーザの構成を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態における主走査方向と副走査方向毎の焦点位置を示す光束の模式図である。
【図５】光学異方性素子として適用される方解石の屈折特性を示す側面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る焦点深度とスポットサイズとの関係を示す特性図である。
【図７】第１の実施の形態に係り、光学異方性素子で２重焦点を形成した場合の記録感材近傍での光強度分布特性図である。
【図８】図７の比較例であり、光学異方性素子を用いない場合の記録感材近傍での光強度分布特性図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る露光ヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１０】図９に示す方解石からなる第２の光学異方性素子に代えて、クオーツからなる第２の光学異方性素子を用いた場合の本発明の第２の実施の形態に係る露光ヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る露光ヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１２】本発明の第１〜第３の実施の形態に適用された光学異方性素子と、この光学異方性素子により形成される２重焦点の位置関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における第１の光学異方性素子と第２の光学異方性素子との間に、１／２波長板または１／４波長板を配置した構成からなる露光ヘッドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１２…露光ヘッド１４…ドラム
４０、５０Ａ、５０Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５４Ａ、５４Ｂ…光学異方性素子
Ｆ…記録感材ＬＤ…半導体レーザ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an image for recording an image by guiding a light beam to a recording medium and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement of the light beam and the recording medium. The present invention relates to a recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
A light beam output from a light source, for example, a semiconductor laser, is collected by a condensing optical system, and a recording medium (for example, a recording medium attached to a peripheral surface of a drum that rotates at high speed) is disposed at the focal position. 2. Description of the Related Art An image recording (exposure) apparatus that records (exposures) an image on a recording medium by rotating (main scanning) the drum while scanning (sub-scanning) the light beam in the axial direction of the drum is known. .
[0003]
Here, the scanning surface (hereinafter referred to as the surface to be scanned) of the recording medium attached to the peripheral surface of the drum varies in the optical axis direction. Such fluctuation is an unavoidable phenomenon as long as there is a mechanical operation (drum rotation, etc.), but it is also true that the focal position shifts due to this fluctuation and has a great influence on the image quality.
[0004]
In order to solve this problem and always focus on the surface to be scanned, an autofocus mechanism in which a mechanism for moving the focus according to the distance (or displacement) between the surface to be scanned and the condensing optical system is used. Control is performed to move the condensing optical system so that the surface to be scanned is positioned within the focal depth range.
[0005]
This autofocus mechanism can eliminate focus shift due to fluctuations in the surface to be scanned, but there is a limit from the viewpoint of moving the focus of the condensing optical system. In addition, the autofocus mechanism has a drawback that it cannot cope with a plurality of light beams (multi-beam) and is not reliable.
[0006]
Therefore, the present applicants do not move the focal point, but generate a plurality of focal points in the optical axis direction, and expand the apparent luminous flux width in a certain region with the reaction threshold intensity of the scanned surface. (See Japanese Patent Application No. 10-188681 and Japanese Patent Application No. 11-022292).
[0007]
According to the above proposal, the depth of focus can be expanded with a simple structure as compared with the autofocus mechanism.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In consideration of the above facts, the present invention makes the generation positions of a plurality of focal points symmetrical in the optical axis direction, and even if the surface to be scanned fluctuates in the optical axis direction, it can always be within the focal depth. It is an object of the present invention to obtain an image recording apparatus capable of preventing image quality deterioration.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1 In the invention described in, an image is recorded by guiding a light beam to a recording medium, and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement of the light beam and the recording medium. An image recording device for
A light source that outputs a light beam;
A cylindrical lens for diverging or condensing the light beam output from the light source only in one of the main scanning direction and the sub-scanning direction;
A condensing optical system for condensing the light beams in the main scanning direction and the sub-scanning direction of the light beam with reference to the recording medium;
An optically anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the cylindrical lens and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
Is provided.
[0015]
Claim 1 According to the invention described in, the light beam is diverged or condensed only in one of the main scanning direction and the sub scanning direction by the cylindrical lens, and the main scanning direction and the sub scanning direction are included in the light beam of the diverging or condensing light beam. By disposing optically anisotropic elements having different refractive indexes, a plurality of light beam focal points can be generated only in one of the main scanning direction and the sub-scanning direction in the vicinity of the recording medium.
[0016]
That is, for example, when a uniaxial crystal is used as the optically anisotropic element, when the optically anisotropic element is disposed at a position where it diverges or condenses only in the sub-scanning direction, main scanning by this optically anisotropic element is performed. Multiple focal points in the direction are not generated. Accordingly, it is possible to make a plurality of focal points independently only in the sub-scanning direction. At this time, for example, if a single focal position in the main scanning direction is aligned with an intermediate point of a plurality of focal points generated in the sub scanning direction, the light intensity (intensity) peaks coincide with each focal position in the sub scanning direction. And the depth of focus can be substantially enlarged.
[0017]
Claim 2 The invention described in claim 1 1 In the invention described in (1), a plurality of the cylindrical lenses are disposed between the light source and the condensing optical system in order to diverge or condense the light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction. The isotropic elements are respectively disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing in the main scanning direction and in a light beam of the light beam diverging or condensing in the sub-scanning direction.
[0018]
Claim 2 According to the invention described in (4), the optical anisotropic element is independently provided at a position where the light beam diverges or condenses in the main scanning direction and a position where the light beam diverges or condenses in the sub-scanning direction. The focal point generation position can be set as a design value without being correlated with each other. Therefore, for example, when a uniaxial crystal is used as an optically anisotropic element to be applied, a desired depth of focus can be created by taking into consideration the respective refractive index, thickness, and optical axis direction. it can.
[0019]
Claim 3 In the invention described in, an image is recorded by guiding a light beam to a recording medium, and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement of the light beam and the recording medium. An image recording device for
A light source that outputs a light beam;
A cylindrical lens for diverging or condensing the light beam output from the light source only in one of the main scanning direction and the sub-scanning direction;
A condensing optical system for condensing the light beams in the main scanning direction and the sub-scanning direction of the light beam with reference to the recording medium;
A first optical anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the cylindrical lens and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
A second optical anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the condensing optical system and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
Is provided.
[0020]
Claim 3 Since the second optically anisotropic element is disposed at a position where the second optical anisotropic element diverges or condenses in both the main scanning direction and the sub-scanning direction of the light beam, The optically anisotropic element generates a plurality of focal points in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. For example, the second optically anisotropic element mainly sets one of the focal positions in the main scanning direction or the sub-scanning direction, and the first optically anisotropic element serves as the sub-scanning direction. The other focal position in the scanning direction is adjusted. As described above, since one of the main scanning direction and the sub-scanning direction can be adjusted independently while being correlated with each other, the degree of freedom in combining the optically anisotropic elements can be increased.
[0021]
Claim 4 The invention according to claim 1 is characterized in that 3 The light source is a semiconductor laser that has a substantially rectangular intensity distribution with respect to the sub-scanning direction of the recording medium and outputs a laser beam that performs image recording by area modulation. It is characterized by being.
[0022]
Claim 4 According to the invention described in the above, when the light source to be used has a substantially square intensity distribution, for example, a BLD (Broad Area Laser Diode), the rotation direction of the rotating drum of the image recording apparatus is set to the longitudinal direction of the substantially square shape. When matched with the axial direction, the intensity distribution in the main scanning direction is a general Gaussian beam shape and the depth of focus is deep, whereas the intensity distribution in the sub-scanning direction, which is the rotation axis direction, is not a Gaussian beam shape. , The depth of focus becomes shallower.
[0023]
In this case, the focal depth of the laser beam with respect to the recording medium can be increased by generating a plurality of focal points only in the sub-scanning direction and arranging the plurality of focal points in the sub-scanning direction before and after the focal point in the main scanning direction. .
[0024]
Claims 5 According to the invention described in ,light For example, a uniaxial crystal can be used as the chemical anisotropic element.
[0025]
Claims 6 Or 7 According to the invention described in the above, at least one half-wave plate or quarter-wave plate is disposed between the light source and the multifocal generation means or the optically anisotropic element, and these can be rotationally controlled. Thus, the amount of light beam at each focal point generated in the vicinity of the recording medium can be adjusted to be equal (equal intensity).
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
1 to 3 show a laser recording apparatus 16 as a first embodiment of the image recording apparatus of the present invention.
[0027]
The laser recording device 16 has a structure for recording an area-modulated image by irradiating the recording material F (recording medium) stuck on the drum 14 with the laser beam L output from the exposure head 12. .
[0028]
A two-dimensional image is formed on the recording material F by rotating the drum 14 in the arrow X direction (main scanning direction) and moving the exposure head 12 in the arrow Y direction (sub-scanning direction). The area-modulated image is an image in which a plurality of pixels are formed on the recording material F by controlling on / off of the laser beam L, and a predetermined gradation is obtained depending on the area occupied by the pixels. .
[0029]
The exposure head 12 includes a semiconductor laser LD that outputs a laser beam L, and a condensing optical system 16 that forms a near-field pattern image of the laser beam L on the recording material F.
[0030]
The semiconductor laser LD is a refractive index waveguide type broad area semiconductor laser, and basically has an active layer 22 between a p-type semiconductor substrate 18 and an n-type semiconductor substrate 20 as shown in FIG. The laser beam L is output from the active layer 22 by applying a predetermined voltage between the electrodes 24 and 26 provided on the semiconductor substrates 18 and 20.
[0031]
In this case, the width of one electrode 24 is regulated, and the refractive index in the direction along the active layer 22 is controlled corresponding to this width. Therefore, the light emission pattern of the laser beam L output from the semiconductor laser LD is wide and substantially rectangular in the direction of the bonding surface of the active layer 22 corresponding to the width of the electrode 24, as shown in FIG. . Moreover, it becomes a narrow shape corresponding to the thickness with respect to the thickness direction of the active layer 22.
[0032]
As shown in FIG. 2, the condensing optical system 16 is an optical system that forms an image of the near field pattern of the laser beam L output from the semiconductor laser LD on the recording material F, and from the side of the semiconductor laser LD. The collimating lens 28, the half-wave plate 29, the cylindrical lenses 30, 32, 34, and 36, and the condenser lens 38 are arranged in this order.
[0033]
The cylindrical lenses 30 and 32 condense the laser beam L only in the sub-scanning direction (arrow Y direction), and the cylindrical lenses 34 and 36 condense the laser beam L only in the main scanning direction (arrow X direction). To do.
[0034]
An optical anisotropic element 40 (multi-focal point generating means) is disposed in the optical path of the condensing optical system 16 and between the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 32.
[0035]
The optically anisotropic element 40 is made of uniaxial crystal (lithium niobate (LN), quartz (quartz), calcite, etc.), and in this embodiment, calcite is selected and arranged.
[0036]
This optically anisotropic element 40 is provided to double focus only one of the two components orthogonal to each other in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam L. As a result, FIG. As shown, a position that diverges in the sub-scanning direction and becomes parallel light in the main scanning direction is selected.
[0037]
For this reason, the optically anisotropic element 40 has no influence on the component light along the main scanning direction, so that the focal point in the main scanning direction is single (see the vertical wall surface LX in FIG. 4). .
[0038]
On the other hand, the laser beam L is incident on the incident surface of the optical anisotropic element 40 with a predetermined angle (divergence) with respect to the light of the component along the sub-scanning direction. Since the divergent light travels at different refractive indexes from ordinary light and extraordinary light, when condensed by the condensing lens 38, as shown by the sub-scanning direction light beam surfaces LYO and LYe in FIG. The focal point is formed at two different positions in the axial direction.
[0039]
In the present embodiment, since the optical axis of the calcite applied as the optically anisotropic element is the front-rear side direction of the page of FIG. 5 (see the symbol marked with “X” in FIG. 5), With the exposure drum surface as the center, the focus of abnormal light is formed on the front side (light source side), and the focus of ordinary light is formed on the back side (drum rotation center side).
[0040]
The operation of the first embodiment will be described below.
[0041]
The laser beam L modulated according to the image information and output from the active layer 22 of the semiconductor laser LD is converted into a parallel light flux by the collimating lens 28, and then passes through the half-wave plate 29 to be cylindrical. Only the sub-scanning direction (arrow Y direction) is shaped by the lenses 30 and 32. On the other hand, only the main scanning direction (arrow X direction) is shaped by the cylindrical lenses 34 and 36, and the image of the near field pattern is formed on the recording material F on the drum 14 via the condenser lens 38. Further, the laser beam L is refracted at two different refractive indices by the optical anisotropic element 40 disposed between the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 32, so that the recording feeling is reduced. A double focus is formed in the vicinity of the material F.
[0042]
At this time, as shown in FIG. 2, the arrangement position of the calcite applied as the optical anisotropic element 40 is a light beam that diverges only in the sub-scanning direction, so that only the laser beam L that diverges in the sub-scanning direction is present. Therefore, the optical anisotropic element 40 is affected. That is, since the laser beam L in the main scanning direction is parallel light, the laser beam L is incident perpendicularly to the incident surface of the optical anisotropic element 40 and is emitted straight as it is.
[0043]
Here, the laser beam L diverging in the sub-scanning direction is such that the optical axis of the calcite applied as the optically anisotropic element 40 is the front-back side of the paper in FIG. 2 (see the symbol with a cross in the circle). Therefore, the ordinary light and the extraordinary light have different refractive indexes, and the ordinary light has a higher refractive index than the extraordinary light.
[0044]
Each refractive index is represented by the following formula.
[0045]
sinθin = no ・ sin θout (o) (1)
sinθin = ne ・ sin θout (e) (2)
here,
sin θin: angle of incidence of laser beam L on optically anisotropic element 40
no: Refractive index of ordinary light
ne: Refractive index of extraordinary light
sin θout (o): Angle after refraction of ordinary light
sin θout (e): Angle after refraction of extraordinary light
It is.
[0046]
As described above, since the refractive index is different between the ordinary light and the extraordinary light, the focal position where the image is formed becomes a different position in the optical axis direction. That is, the focal point of abnormal light (see position h in FIG. 12) is formed on the near side in the optical axis direction with the surface of the drum 14 as the center, and the focal point of ordinary light (see position g in FIG. 12) is formed on the far side. .
[0047]
The distance ΔL between the two focal points can be set by the thickness t in the optical axis direction of the optical anisotropic element 40 and the refractive indexes no and ne of ordinary light and extraordinary light.
[0048]
| ΔL | ≈t · {(1 / no) − (1 / ne)} · m ² ... (3)
In the first embodiment, t = 6.91 mm, m = 0.29 (m: lateral magnification between the incident side and the outgoing side shown in FIG. 5), and the inter-focus distance ΔL (= 40 μm). It was set. As a result, the laser beam L output from the semiconductor laser LD has a necessary and sufficient intensity and can expand the depth of focus as shown in the characteristic diagram of the spot size with respect to the optical axis position in FIG. In order to support the necessary and sufficient strength, the focal position of the recording material F on the drum 14 is Z, and the intensity distribution at each position shifted from the focal position Z in the optical axis direction by ΔZ is shown in FIG. As a comparative example, the intensity distribution at each position when the optically anisotropic element 40 is not used is shown in FIG.
[0049]
As can be seen from FIG. 8, in the case where the optically anisotropic element 40 is not used, the intensity distribution becomes suddenly smooth only by a deviation of ΔZ = 20 μm, resulting in so-called defocusing due to insufficient intensity.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the optically anisotropic element 40 is used, for example, even when the position is shifted by ΔZ = 40 μm, the optically anisotropic element 40 is not used. Thus, the change in intensity distribution is small. Therefore, even if the recording material F is misaligned in the optical axis direction due to the eccentricity of the drum 14, so-called defocusing can be suppressed.
[0051]
Thus, in the first embodiment, the basic technique of suppressing the so-called defocusing due to the shift in the optical axis direction of the recording material F by expanding the focal depth using the optical anisotropic element 40. Further, in consideration of the intensity within this depth of focus, the optical anisotropic element 40 is disposed in the optical path region of the laser beam L that is condensed or diverged only in either the main scanning direction or the sub-scanning direction, and Based on the arrangement, thickness t, ordinary light refractive index no, extraordinary light refractive index ne, etc., the depth of focus is set to spread uniformly in the foreground and back direction centering on the position of the normal recording material F. Therefore, the depth of focus can be efficiently expanded while ensuring the necessary and sufficient light intensity.
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the configuration is omitted.
[0052]
The feature of the second embodiment is that the optical anisotropy as a multi-focal point generating means is provided on each of the optical path condensing or diverging in the main scanning direction and the optical path condensing or diverging in the sub-scanning direction. The element is arranged.
[0053]
As shown in FIG. 9, two calcite as an optically anisotropic element are disposed in the optical path (hereinafter referred to as the first optically anisotropic element 50A and the second optically anisotropic element 50B). .
[0054]
The first optical anisotropic element 50A is disposed at the same position as in the first embodiment. That is, since the laser beam L at the position where the first optical anisotropic element 50A is disposed is diverged only in the sub-scanning direction, the laser beam L in the main scanning direction is not affected at all. Absent. The optical axis of the calcite used as the first optically anisotropic element 50A is the front side to the back side of the sheet of FIG. As a result, the laser beam L in the sub-scanning direction is centered on the normal position of the recording material F, and the focal point of abnormal light (see position h in FIG. 12) on the near side and the focal point of ordinary light on the far side (see FIG. 12). Position g) is formed.
[0055]
On the other hand, the second optical anisotropic element 50 </ b> B is disposed in the optical path between the cylindrical lens 34 and the cylindrical lens 36. At this position, the laser beam L in the sub-scanning direction is parallel light, and the laser beam L in the main scanning direction is divergent light. Therefore, the second optical anisotropic element 50B only affects the laser beam L in the main scanning direction and does not affect the laser beam L in the sub-scanning direction.
[0056]
The calcite used as the second optically anisotropic element 50B is the same as the calcite used as the first optically anisotropic element 50A. As indicated by the attached symbols, the first optically anisotropic element 50A is arranged in a state rotated by 90 ° around the optical axis direction. For this reason, the relationship between the incident light and the optical axis is the same as that of the first optical anisotropic element 50A, and the focus of the abnormal light on the near side (light source side) centering on the position of the regular recording material F (see FIG. 12 (see position h in FIG. 12), the focal point of normal light (see position g in FIG. 12) is formed on the back side.
[0057]
Here, the distance between the double focal points formed by the first optical anisotropic element 50A and the distance between the double focal points formed by the second optical anisotropic element 50B are the same. The thickness t is determined based on the incident angle. In the second embodiment, the calcite thickness t1 used as the first optical anisotropic element 50A is 6.91 mm, and the calcite thickness t2 used as the second optical anisotropic element 50B is 1. .73 mm. Note that the lateral magnification m in the main scanning direction by the cylindrical lens 36 and the condenser lens 38 is 0.58.
[0058]
As described above, by disposing the first optical anisotropic element 50A and the second optical anisotropic element 50B in a predetermined optical path, as shown in FIG. 12, the main scanning direction and the sub scanning direction In both cases, two focal points can be formed at positions of −20 μm and +20 μm, respectively, and the light intensity can secure a necessary and sufficient intensity as demonstrated in the first embodiment.
[0059]
In the second embodiment, calcite having the same optical characteristics is used as the first optical anisotropic element 50A and the second optical anisotropic element 50B, which are multi-focus generation means. Alternatively, an optically anisotropic element composed of a negative uniaxial crystal and a positive uniaxial crystal may be used as the multifocal generation means.
[0060]
That is, as shown in FIG. 10, the first optical anisotropic element 52A made of calcite which is a negative uniaxial crystal is arranged between the cylindrical lens 30 and the cylindrical lens 32, and the cylindrical lens 34 and the cylindrical lens 36 are arranged. A second optically anisotropic element 52B made of quartz or the like which is a positive uniaxial crystal is disposed between the two. In this case, the optical axis of the first optical anisotropic element 52A and the second optical anisotropic element 52B is set in the same direction. By arranging the multi-focus generation means in this way, the depth of focus can be expanded in the same manner.
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention will be described below. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the configuration is omitted.
[0061]
The feature of the third embodiment is that there are a plurality of different characteristics on the optical path that condenses or diverges in either the main scanning direction or the sub-scanning direction and on the optical path that condenses in the main scanning direction or the sub-scanning direction. The optical anisotropic element as a focal point generating means is arranged.
[0062]
As shown in FIG. 11, in the third embodiment, calcite and lithium niobate are applied as two different optical anisotropic elements (hereinafter, calcite is applied to the first optically different element). The element to which the anisotropic element 54A and lithium niobate are applied is referred to as a second optical anisotropic element 54B).
[0063]
The first optical anisotropic element 54A is arranged at the same position as in the first embodiment. That is, since the laser beam L at the position where the first optically anisotropic element 54A is disposed is diverged only in the sub-scanning direction, there is no influence on the laser beam L in the main scanning direction. The optical axis of the calcite used as the first optically anisotropic element 54A is the front side to the back side of the sheet of FIG. As a result, the laser beam L in the sub-scanning direction is centered on the normal position of the recording material F, and the focus of abnormal light (see position h in FIG. 12) on the near side (light source side) and the focus of normal light on the back side. (See position g in FIG. 12).
[0064]
On the other hand, the second optical anisotropic element 54 </ b> B is disposed between the condenser lens 38 and the drum 14. For this reason, an influence (refraction) is exerted on each laser beam L in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
[0065]
Here, the optical axis of the lithium niobate used as the second optically anisotropic element 54B is the front side to the back side of the sheet of FIG. 11B (see the symbol with x in the circle). Yes. Since this lithium niobate is an optically anisotropic element (negative uniaxial crystal) having a different refractive index and the same sign as calcite, the ordinary light is closer to the condenser lens 38 in the sub-scanning direction. Is formed (see position g in FIG. 12), and the focus of abnormal light (see position h in FIG. 12) is formed on the far side. Based on the arrangement position and thickness of the lithium niobate, the two generated focal points are closer to the front side than the normal position of the recording material F with respect to the laser beam L condensed in the sub-scanning direction. They are formed together (see FIG. 12).
[0066]
The second optical anisotropic element 54B has a function of forming a double focus by refracting not only the sub-scanning direction but also the laser beam L in the main scanning direction.
[0067]
That is, since the optical axis of lithium niobate used as the second optically anisotropic element 54B is the front side to the back side of the sheet of FIG. With the normal position of the photosensitive material F as the center, the focal point of abnormal light (see position h in FIG. 12) is formed on the near side, and the focal point of ordinary light (see position g in FIG. 12) is formed on the far side.
[0068]
Thus, in the third embodiment, the laser beam L is emitted in the sub-scanning direction by the two optical anisotropic elements, the first optical anisotropic element 54A and the second optical anisotropic element 54B. The focal position is adjusted. As a result, as shown in FIG. 12, the focal point is formed on the near side and the far side with the recording material F as the center. On the other hand, in the main scanning direction, a double focus is formed only by the second optical anisotropic element 54B.
[0069]
Explaining this in detail, considering the case where lithium niobate is not present, two focal points can be formed at an interval of 80 μm in the sub-scanning direction. Here, by inserting lithium niobate, the focal point due to abnormal light can be made closer to the condenser lens 38 and the focal point due to ordinary light can be made farther from the condenser lens 38. The distance between the two focal points is approximately 40 μm.
[0070]
By combining these, a double focus can be formed at a position equivalent to the main scanning direction.
[0071]
According to the third embodiment, it is possible to adjust the position of the formed double focus by using two or more optically anisotropic elements. Therefore, it is sufficient to develop this principle and, for example, the necessary optical anisotropic elements can be arranged at all positions on the optical path. However, when the arrangement position is limited, a plurality of optical anisotropic elements are arranged on the arrangementable optical path. It is possible to set the focal position and the like by arranging and combining the optically anisotropic elements.
[0072]
In the third embodiment, the calcite thickness t1 is 13.82 mm, the lithium niobate thickness t2 is 2.4 mm, and the lateral magnification in the sub-scanning direction obtained by the cylindrical lens 32 and the condenser lens 38 is obtained. m is 0.29.
[0073]
In the present embodiment, a uniaxial crystal (calcite, quartz, lithium niobate) is applied as the optically anisotropic element as the multifocal generation means, but a biaxial crystal may be applied. Further, it may be a non-solid optically anisotropic element such as a liquid crystal.
[0074]
Further, in the first to third embodiments described above, the half-wave plate 29 is inserted between the collimating lens 28 and the cylindrical lens 30, and the optical axis is viewed from the light source in the sub-scanning direction. It is tilted around 22.5 °. By arranging the half-wave plate 29 in this manner, the laser beam L from the light source becomes linearly polarized light rotated by 45 ° with respect to the sub-scanning direction, and the two focal points generated by ordinary light and extraordinary light have the same amount of light. The recording spot can be (same intensity). However, in the case of the second and third embodiments (see FIGS. 9, 10, and 11), since two optical anisotropic elements are used, the arrangement accuracy is different from that of the half-wave plate 29. There is a possibility that the relative angle with the isotropic element is slightly different.
[0075]
Therefore, as shown in FIG. 13, for example, a half-wave plate 29 or a quarter-wave plate is disposed in front of the first optical anisotropic element 50A, and the first optical anisotropic element 50A and the first optical anisotropic element 50A A half-wave plate 39 or a quarter-wave plate is also disposed between the second optical anisotropic element 50B and generated by the first optical anisotropic element 50A and the second optical anisotropic element 50B. It is useful to configure so that the amount of light at the focus can be adjusted individually. For example, for the second optical anisotropic element 50B, the polarization direction of the laser beam L is adjusted by rotationally controlling the half-wave plate 39 or the quarter-wave plate arranged in the preceding stage, It is possible to adjust the light quantity (light intensity) of the ordinary light focus and the light quantity (light intensity) of the abnormal light focus in the main scanning direction to the same light quantity (same intensity). As a result, a sufficiently expanded depth of focus can be ensured.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, the image recording apparatus according to the present invention stabilizes the generation positions of a plurality of focal points, and even if the surface to be scanned fluctuates in the optical axis direction, the image recording apparatus can always stay within the focal depth. It has an excellent effect that image quality deterioration can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an exposure head portion of a laser recording apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2A is a plan view of an exposure head according to the first embodiment, and FIG. 2B is a side view of the same.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser.
FIG. 4 is a schematic diagram of a light beam indicating a focal position in each of a main scanning direction and a sub-scanning direction in the first embodiment.
FIG. 5 is a side view showing the refractive characteristics of calcite applied as an optically anisotropic element.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a focal depth and a spot size according to the first embodiment.
FIG. 7 is a light intensity distribution characteristic diagram in the vicinity of a recording material when a double focus is formed by an optical anisotropic element according to the first embodiment.
FIG. 8 is a comparative example of FIG. 7 and is a light intensity distribution characteristic diagram in the vicinity of a recording material when no optical anisotropic element is used.
FIGS. 9A and 9B show an exposure head according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a side view.
10 shows a second embodiment of the present invention in which a second optical anisotropic element made of quartz is used instead of the second optical anisotropic element made of calcite shown in FIG. The exposure head is shown, (A) is a plan view, and (B) is a side view.
11A and 11B show an exposure head according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a side view.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the positional relationship between an optically anisotropic element applied to the first to third embodiments of the present invention and a double focus formed by the optically anisotropic element.
FIG. 13 shows a half-wave plate or a quarter-wave plate disposed between the first optical anisotropic element and the second optical anisotropic element in the second embodiment of the present invention. The exposure head which consists of a structure is shown, (A) is a top view, (B) is a side view.
[Explanation of symbols]
12 ... Exposure head 14 ... Drum
40, 50A, 50B, 52A, 52B, 54A, 54B ... Optical anisotropic element
F ... Recording light sensitive material LD ... Semiconductor laser

Claims

An image recording apparatus for recording an image by guiding a light beam to a recording medium and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement between the light beam and the recording medium. And
A light source that outputs a light beam;
A cylindrical lens for diverging or condensing the light beam output from the light source only in one of the main scanning direction and the sub-scanning direction;
A condensing optical system for condensing the light beams in the main scanning direction and the sub-scanning direction of the light beam with reference to the recording medium;
An optically anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the cylindrical lens and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
An image recording apparatus comprising:

The apparatus of claim 1 .
A plurality of the cylindrical lenses are disposed between the light source and the condensing optical system in order to diverge or condense the light beam in the main scanning direction and the sub-scanning direction,
The optically anisotropic element is disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing in the main scanning direction and in a light beam of the light beam diverging or condensing in the sub-scanning direction, respectively. An image recording apparatus.

An image recording apparatus for recording an image by guiding a light beam to a recording medium and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement between the light beam and the recording medium. And
A light source that outputs a light beam;
A cylindrical lens for diverging or condensing the light beam output from the light source only in one of the main scanning direction and the sub-scanning direction;
A condensing optical system for condensing the light beams in the main scanning direction and the sub-scanning direction of the light beam with reference to the recording medium;
A first optical anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the cylindrical lens and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
A second optical anisotropic element disposed in a light beam of the light beam diverging or condensing by the condensing optical system and having a different refractive index in a main scanning direction and a sub-scanning direction;
An image recording apparatus comprising:

The apparatus according to any one of claims 1 to 3
The image recording apparatus according to claim 1, wherein the light source is a semiconductor laser having a substantially rectangular intensity distribution with respect to the sub-scanning direction of the recording medium and outputting a laser beam for performing image recording by area modulation.

The device according to any one of claims 1 or 3 ,
The image recording apparatus, wherein the optically anisotropic element is a uniaxial crystal.

An image recording apparatus for recording an image by guiding a light beam to a recording medium and performing main scanning and sub-scanning of the light beam with respect to the recording medium by relative movement between the light beam and the recording medium. And
A light source that outputs a light beam;
A condensing optical system for condensing the light beam output from the light source with reference to the recording medium;
Multiple focus generating means for generating a plurality of focal points in the vicinity of the recording medium in the vicinity of the recording medium obtained by the condensing optical system in the vicinity of the recording medium along the optical axis of the light beam. When,
At least one half-wave plate or quarter-wave plate disposed between the light source and the multi-focal point generating means ;
The image recording apparatus according to claim Rukoto equipped with.

The device according to any one of claims 1 or 3 ,
An image recording apparatus, wherein at least one half-wave plate or quarter-wave plate is disposed between the light source and the optically anisotropic element.