JP4767380B2 - マルチモードレーザービームの強度を高める光学装置及びその方法並びに本発明のレーザービームの電界を利用したレンズ像を印刷するプリンター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、マルチモードのレーザービームの一部の偏光を変化させ、かつ、その一部を他の一部に重ねることによって、マルチモードのレーザービームを集束する際に使用される光学システムに関わるものであり、特に、このような集束レーザービームを利用するプリンターを使用した印刷レンズ像に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
像に奥行きを与えるためにレンズシートが使用される。さらに詳細には、レンズシートは、外側面上に狭く平行なレンズ（半シリンドリカルレンズ）Ｂを有する透明な上部層Ａと、そのレンズを介して像を投影する像含有基板層Ｃとを備えている（図１参照）。レンズシートの２つの層は、像の異なる部分がレンズシートが見える角度に応じて選択的に可視であるように像を提供する。像が異なる角度から写真に撮られたシーンの多くの異なる部分を合わせて単一の合成物とした合成写真であり、かつ、レンズが互いに垂直に配置されていれば、観察者人のそれぞれの目は異なる要素を見て、３次元（３-Ｄ）像として全体の結果を解釈する。観察者はレンズシートに対して自身の頭も移動し、それによってそれぞれの目で他の景色を見、かつ深さの感覚を高める。
【０００３】
３-Ｄ像を示すもう一つの方法は、合成写真から特定の距離に位置したブロッキングライン（blocking line）スクリーンの使用である。パララックス処理（parallax process）として知られたこの処理は、１つの特定の像を除いて全像のブロッキングを引き起こす。これにより、ブロッキングラインスクリーンが垂直に配向しているときには、３次元（３-Ｄ）像として異なる像を見ることが可能になった。
【０００４】
レンズあるいはブロッキングラインスクリーンが水平に配向されているとき、それぞれの目は同じ像を受け取っている。この場合には、合成像が観察者に平行な線に対して回転されるとき、多重像が動きの幻影を与えることになる。こうして、レンズシートあるいはブロッキングラインスクリーンをたたく過程によって、あるいはレンズシートに対する異なる角度への観察者の頭部の移動によって、動きのシミュレーションが実施される。
【０００５】
レンズシートあるいはブロッキングラインスクリーンが垂直にあるいは水平に配向しているとき、見られた像の各々は、レンズシートあるいはブロッキングラインスクリーンの空間周波数で組み合わされた（像ラインとも呼ばれる）像のラインによって形成される。個々の像のラインを他の像に組み合わせることは、“組み合わせ（interdigitation）”と呼ばれる。このような組み合わされた像ラインのフルセットがレンズ像を形成する。“組み合わせ”は、３つのレンズを有するレンズシートを使って合成像を形成するために使用される４つの像の例を使用することによってよりよく理解されうる。この例では、４つの各像からのライン１は第１のレンズとして登録され；４つの各像からのライン２は第２のレンズとして登録される；など。各レンズは複数の像ラインＤあるいは像ラインセット（図１参照）と結合される。そして、観察者は各レンズ用のそれぞれの目によって、各セットの１つの像ラインのみを見る。いやおうなく、像ラインセットがレンズに関して精度良く登録されるので、集合体が見られるときには適切な写真が形成されている。
【０００６】
組み合わされた像ラインを記録する従来法の一つは、基板層Ｃ上に含まれた記録材料上に組み合わされた像ラインを記録すること、及び所望の像構造を得るためにレンズＢに対して正確に一直線に記録された像ラインＤとともに基板Ｃを上部層Ａに付着することを要する。記録材料をレンズオーバーレイに付着する間、特定のレンズを所望の像ラインセットと正確に一直線にすることは困難である。そのため像の質が低下する。
【０００７】
レンズ像の従来の記録は、光照射を利用する立体像記録装置によって行ってきた。ハロゲンランプのような光源は、投影レンズを介したオリジナル像を通して投影され、レンズシートの基板層上に焦点が合わされる。レンズ像は記録材料上に組み合わせ像ラインとして露光される。日本国特許第４２−５４７３号公告公報、日本国特許第４８−６４８８号公告公報、日本国特許第４９−６０７号公告公報、及び日本国特許第５３−３３８４７号公告公報には、２つのオリジナル像がレンズ記録材料上に投影されて印刷する記録装置が開示されている。この型の記録レンズ像は、(i)高価で複雑な投影レンズ系を必要とし、また、(ii)熱転染アプローチはハロゲンランプあるいは類似の光源によって生成されたものより大きなパワーを要するので、そのアプローチがうまくいかない。
【０００８】
対照的に、走査（線形）露光による像記録は、比較的簡単な光学を要するだけで、多様な像処理操作及びレンズの寸法の変更への適合において非常に融通がきく。これらの特徴を利用するために、多様な装置及び方法が走査露光による像の記録に際して提案されてきた。例えば、日本国特許第５９−３７８１号公告公報には、複数のオリジナル像がＴＶカメラで撮られ、処理され、フレームメモリに蓄積されるもので、そのメモリから蓄積された像信号が使用レンズのピッチに対応する像ラインとして連続的に取り出される、立体像記録システムが開示されている。像ラインが走査露光により基板層上に記録された後、レンズシートの上部層が像ラインを含む基板層上に結合される。もう一つの像記録システムはレンズシートの光感応性背面上に直接立体像を露光するもので、１９９４年９月２０日発行の米国特許第５，３４９，４１９号明細書に記載されたポリゴンスキャナーが使用されている。
【０００９】
熱転写を利用してレンズの背面上に直接組合せ像を書き込むことは望ましいことである。これによって、基板層の特定のプレ印刷像ラインをレンズシートの上部層の特定のレンズに慎重に直線にする必要性がなるなるだろう。しかしながら、このような組合せ像を書き込むために熱転染を使用することは、大きなエネルギーを要する。このようなエネルギーは、高パワーレーザーによって供給されうる。
【００１０】
さらに、高品質レンズ像は、大量の像が微細なピッチのレンズシートの背後に配置されることを要する。例えば、単位インチあたり１００個のレンズのレンズシートを使用して２５個の像を生成するために、連続トーンスポットの単位インチあたり２５００ラインを発生することが必要となる。これは、およそ１０μｍ以下の画素サイズを意味する。このような小さな画素を露光するためには、ビームサイズは画素サイズと同程度のサイズでなければならない。従って、組合せ像を書き込む際には単一モードレーザーが使用される。不幸にして、高パワーで安価な単一モードダイオードレーザーは手に入らない。
【００１１】
安価な高パワーのマルチモードレーザーならば商業的に手に入る。しかしながら、このようなレーザーは、２つの大きな問題を有する。まず第一には、そのようなレーザーは高アスペクト比と楕円ビーム開きを有する出射孔を備えていることである。これらの特徴により、所望のサイズと形状を有する走査スポットを得ることを困難になっている。第二には、レーザーの出射孔サイズとそれによる全方向の記録材料上のスポットがレーザー方向のレーザーパワー量に反比例することである。しかしながら、レーザー熱プリンターが高パワー密度を有すること、すなわち、最大のパワーと可能な最小スポットサイズの両方を有することが望ましい。マルチモードレーザーは細長いスポットサイズ（一方向に大きなスポットサイズ）を生ずるので、レーザーパワーはスポットの長さ方向に拡がり、低パワー密度になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、マルチモードレーザービームの強度を高める光学装置及びその方法を提供する形成方法を提供することである。このようなレーザービームは、例えば、レンズ像を印刷する飛行スポットレーザープリンターにおいて使用してもよい。
【００１３】
本発明の一態様によると、偏光されたマルチモードレーザービームの強度を増加する方法は、以下の段階を含む：
(i)マルチモードレーザービームの断面がある偏光を有する第一の部分とその偏光とは異なる偏光を有する第二の部分とを備えるように、そのマルチモードレーザービームの断面の一部の偏光を変化させる段階；(ii)マルチモードレーザービームの断面の前記第一の部分を前記第二の部分に少なくとも一部重ね、重ねられたレーザービームを形成する段階。
【００１４】
本発明の他の態様によると、光学装置は以下を含む：(i)経路方向にマルチモードレーザービームを提供するように適合されたマルチモードレーザー；(ii)経路に沿ったマルチモードレーザービームが２つの異なる偏光を伴う断面を有するように、その経路を一部遮断する成分によって遮断されたレーザー光の偏光を変化させるために前記成分を変化させる少なくとも一つの偏光；(iii)マルチモードレーザービームの２つの部分を重ね合わせ、集束されたレーザービームを形成する偏光結合器。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、スキャナーを有しかつ複数のマルチモードレーザービームを利用するもので、それら各ビームが複数のマルチモードレーザーのうちの一つのレーザー用の出射孔から供給されるプリンターで像を印刷する方法は、以下の段階を含む：(i)マルチモードレーザービームの各々を変調する段階；(ii)複数のマルチモードレーザービームの各々がある偏光を有する第一の断面部分とその偏光とは異なる偏光を有する第二の断面部分とを備えるように、その複数のマルチモードレーザービームの各々の断面の一部の偏光を変化させる段階；(iii)複数のマルチモードレーザービームが少なくとも単一ビーム偏向器で一部重なるように、複数のマルチモードレーザービームをその単一ビーム偏向器へ向かわせる段階；(iv)複数のマルチモードレーザービームの各々に対して、第一の部分を第二の部分に少なくとも一部重ね合わせ、複数の集束されたレーザービームを形成する段階。複数の重ね合わされたレーザービームは、走査方向が出射孔の長い寸法方向に対応するように、記録材料上を走査する。記録材料は、走査方向に対して垂直なクロス走査方向に移動されている。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、光学装置は以下を含んでいる：(i)複数の個別の変調されたマルチモードレーザーであって、マルチモードレーザーの各々が、経路に沿ってマルチモードレーザーの成分を変える少なくとも一つの偏光のマルチモードを提供することが可能な細長い出射孔を有するもの；(ii)経路に沿って提供された複数のマルチモードレーザービームの各々が２つの異なる偏光を伴う断面を有するように、前記経路の各々を一部遮断する成分によって遮断されたレーザー光の偏光を変化させるために前記成分を変化させる少なくとも一つの偏光；(iii)入射レーザービームを偏向するように適合されたスキャナー；(iv)少なくとも一断面において、そのスキャナー上に出射孔の像を形成する像光学系；(v)そのスキャナーに近接して配置した偏光結合器。その偏光結合器は、マルチモードレーザービームの各々の２つの部分を重ね合わせ、複数の集束されたレーザービームを形成する。
【００１７】
本発明の上記目的及び他の目的さらに利点及び際だった特徴は、以下の図面を参照することにより、添付した詳細な説明からさらに明確になるだろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、先行技術のレンズシートを示す。
図２は、複数のマルチモードダイオードレーザーとガルボミラーとを利用する飛行スポットレーザー熱プリンターの第一の実施形態を示す図である。
図３は、典型的なマルチモードレーザーの出射孔と出射光を示す図である。
図４及び図５は、ダイオードレーザーの出射孔から出射されたレーザービームコーンを図示している。図４は出射孔の寸法が短い場合に対応している。図５は出射孔の寸法が長い場合に対応している。
図６は、小さな孔の列を備えた出射孔を有するレーザーを図示している。
図７は、レンズシート上の走査スポットの向きを示している。
図８は、クロス走査方向上のレンズシート（と熱転染法が使用される場合は、熱供与体）を移すための段階を示すプリンターの投影図である。
図９は、３つのマルチモードレーザービームを有する熱供与体を露光する熱レーザープリンターを図示している。
図１０は、走査方向に沿った第１の実施形態の断面図である。
図１１は、走査方向のイメージング系を図示している。この図は、リターデーション板もウォラストンプリズムも図示していない。
図１２は、走査ラインの長さがどのようにガルボミラーのサイズに影響を与えるかを図示している。
図１３は、断面走査方向に沿った第１の実施形態の断面図であり、ガウス型のビーム伝搬を示している。
図１４は、断面走査方向に沿った第１の実施形態の断面図である。この図は、出射孔の像が断面走査方向の記録媒体に形成されることを示している。
図１５は、ビームの発散を低減するのに使用されるファイバー光学要素を示している。
図１６は、走査方向に沿った第２の実施形態の断面図である。
図１７は、ビームを形成するのに偏光手段を使用しないときに、走査方向に沿った収集レンズの出口孔でのビーム強度分布を示している。
図１８は、ビームを形成するのに偏光手段を使用しているときに、走査方向に沿った収集レンズの出口孔でのビーム強度分布を示している。
図１９は、走査方向の記録媒体上のビーム強度分布を図示している。
【００１９】
本記載は、特に、本発明に対応する印刷装置の一部を形成する要素、あるいは本発明に対してより直接的に協動する要素に対して行われたものである。特定して示されていないあるいは記載されていない要素は様々な周知の形式をとってよいことは当業者には理解される。
【００２０】
プリンターシステム
図２は、本発明の第１の実施形態を示している。この実施形態においては、レンズシートの背面上に組み合わせた像ラインを書き込むプリンター装置は、３つのレーザー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃと、レーザーで供給されたレーザービームを走査するスキャナーとを備える。レーザー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃの各々は、マルチモードレーザーである。このようなマルチモードレーザーは、細長い出射孔１２ａ，１２ｂ及び１２ｃを有している。この実施形態では、出射孔の長手方向は、水平方向の矢印で示している走査方向に対応している。出射孔の短手方向は、垂直方向の矢印で示しているクロス走査方向に対応している。マルチモードレーザーとこのようなレーザーによって供給されたレーザービームの特性を以下に示す。
【００２１】
図３は、典型的な１Wattマルチモードエッジ出射ダイオードレーザー１０の出射孔１２を図示している。このような出射孔は典型的には縦１００μｍで横１μｍである。この狭い開口は製造プロセスの直接的な結果である。パワーが高いレーザーほど長い出射孔を有している。例えば、２Wattレーザーは典型的には縦２００μｍで横１μｍであろう。レーザー光は通常波長７００〜９００ｎｍで発生される。レーザー光は典型的には出射孔によって幅４０°ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum）で高さ約１０°ＦＷＨＭのコーン（図３で示したように）へ出射される。小さい角度（１０°）は走査方向に対応し、大きい角度（４０°）はクロス走査方向に対応する。図３及び図４は大きく伸長された開口１２を図示し、また、より大きなコーン角が小さな開口寸法に対応しかつより小さなコーン角が大きな開口寸法に対応することを示している。図３で隣接する矩形の開口として示されている出射孔１２の長手方向の寸法は縦１００μｍ横１μｍの領域（図６参照）内の小さな開口１２’の列から成りうる。
【００２２】
レーザービームのラグランジェ値Ｈは、一般にはビームサイズの半分と広がり角の半分の積として定義される。ビームサイズはマルチモードレーザー用の出射孔の長手方向の長さの半分として、また、単一モードレーザー用のＦＷＨＭビームウェスト半径として定義される。単一モードレーザーは、空間寸法及び角度寸法の双方においてガウスビーム分布を有し、また、Ｈ＝0.35*λ/π（ここで、λはレーザービームの波長）のラグランジェ値を有する。従って、0.83μｍの波長に対しては、単一モードのラグランジェ値は、以下によって与えられる。
Ｈ＝0.35*0.83/π＝0.09μｍ
【００２３】
典型的なマルチモードレーザーは、カリフォルニア州サンノゼにあるSpectro Diode Labs；マサシューセッツ州ウォールサムにあるPolaroid社；ニューヨーク州ビングハントンにあるSemiconductor Laser International社のようなレーザーを扱う会社から手に入れる。マルチモードレーザーは、出射孔の長手方向に対して垂直な方向においてだけの単一モードレーザーのように作動する。このように、この方向（短軸方向）でのマルチモードレーザーのラグランジェ値は、0.09μである。
【００２４】
レーザービームの広がり角は、レーザービームの開口数によって定義されている。出射孔の長手方向に対応する方向において、典型的な１Wattマルチモードレーザーからのレーザービームのラグランジェ値は、出射孔サイズの1/2（例えば、100μｍの1/2）とこの方向のレーザービームの開口数（ＮＡ）との積によって与えられる。この方向のレーザービームの開口数ＮＡは0.14だから、ラグランジェ値は、以下のように与えられる。
Ｈ＝50μ*0.14＝7μ
【００２５】
この値は、単一モードレーザーに対するラグランジェ値よりかなり大きく、そのため、我々はこの方向の出射をマルチモード出射と呼ぶ。走査ラインに沿った飛行スポットレーザープリンターの解像可能なスポットの数は、走査レーザービームのラグランジェ値に反比例することは周知のことである。それ故に、飛行スポットレーザープリンターは、常に最も小さなラグランジェ値を有する単一モードレーザーを使用するのである。しかしながら、上述のように、高パワーの単一モードレーザービームは高価である。
【００２６】
本発明の一態様によると、レンズシート１８の背面上へのレンズ像の印刷は、高速走査方向が出射孔１２ａ，１２ｂ及び１２ｃの長手方向に一致するように 飛行スポットレーザープリンター装置２０を使って行われる。すなわち、走査レーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃによって形成される走査スポット２２ａ，２２ｂ及び２２ｃは、クロス走査方向より高速走査方向の方が大きい。この方向のレーザービームの大きなラグランジェ値のため、この方向における解像可能なスポットの数は、単一モードレーザーを使用した場合に得られるであろう数よりかなり小さい。しかしながら、本発明の場合には、走査方向に沿った解像可能なスポットの総数は、走査線あたり約１０００個が可能である。これは、約286ＤＰＬである。クロス走査方向においては、撮られた個々の像に対する解像度はインチあたりのレンズ１８ａの数によって決まり、撮られた個々の像に対する解像可能なスポットの総数は、約数インチオーダーの像サイズについて２００に限られる。多くの像ライン２５は個々のレンズに応答するので、像ラインは狭く密に配置され、より高い解像度が要求される。クロス走査方向の走査スポット２２ａ，２２ｂ及び２２ｃのサイズは、１５μｍ以下である。大きめのスポットサイズを使用してもよいが、それは印刷像の解像度を低減する。
【００２７】
レンズ像の異常な要求のため、すなわち、クロス走査方向においてのみ小さなスポット及び高速走査方向におけるより大きなスポット容認する能力を必要とされるため、より高価な単一モードレーザーの代わりにマルチモードレーザーを利用することが可能である。
【００２８】
上記で議論しかつ図２及び図７に示したように、レーザービームの走査方向２９が出射孔１２ａ，１２ｂ及び１２ｃの長手方向及び走査スポット２２ａ，２２ｂ及び２２ｃの長手方向に一致するように、マルチモードレーザービーム１０ａ，１０ｂ及び１０ｃは配向される（図２は、３つのマルチモードレーザーを示している。しかしながら、飛行スポットプリンターで利用されているマルチモードレーザーの数は３個より大きいかあるいは小さくてもよい。）。走査レーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃは、記録材料３０上に幅１０μｍ以下の狭いラインを生成する。記録材料３０は、例えば、レンズシートの背面および熱的に活性化された供与体であってもよい。熱転染法が好ましいが、可視光レーザーが使用されるならば、銀ハロゲン化物のような光化学作用を有する露光材料も記録材料３０として使用可能である。光化学作用を有する露光材料が所用されるならば、熱供与体は必要ない。
【００２９】
走査している間、レーザー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃは、レーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃの強度を適切に変調するために像データに従い電流変調される。
【００３０】
記録材料３０は、図７において垂直矢印で示したように、遅い走査（クロス走査）方向で前進させられ、ライン間隔が非常に狭く像ラインが隣接している。走査機能はいかなるスキャナー、例えば、ガルボミラー４０（図２）、スピニングホロゴン（spinning hologon）、あるいは図８で示したようなスピニングポリゴンミラー４０’によって実現される。レーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃは、走査レンズ５０、例えば、図２で示したようなｆ−θレンズによって記録材料３０上に焦点を結ばれる。このような走査レンズは、屈折成分及び／又は反射成分から成ってもよい。
【００３１】
熱転染法に結合した走査マルチモードレーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃを使用するため、レーザービームは、レンズシートの背面に付着された熱供与体を横切って走査され、走査はレンズを使って位置合わせをして行われる。記録材料３０を支持するステージ４５（図８）は、ドライバー４６によって走査レーザービーム２４に対して移動される。記録材料３０が熱供与体５２Ａ，５２Ｂ及び５２Ｃを含むならば、第１の熱供与体５２Ａは除去され、フルカラー像を得るために２つの新しい（異なるカラーの）熱供与体５２Ｂ及び５２Ｃを使って繰り返される。
【００３２】
上記のように、マルチモードレーザー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃからのレーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃは、出射孔の短手方向に対応する方向において大きな角度で発散する（図３参照）。プリンター２０のイメージングシステム６０はクロス走査方向におけるレーザービームの発散を低減し、かつ、記録材料３０で走査スポット２２ａ，２２ｂ及び２２ｃを供給する。イメージングシステム６０は、光学要素６３ａ，６３ｂ及び６３ｃ、収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃ、視野レンズ６８、走査レンズ５０を含んでいる。これらの要素が図２及び図１０に示されている。
【００３３】
光学要素６３ａ，６３ｂ及び６３ｃは、それぞれに対応するレーザー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃに近接して配置される。これらの光学要素は、クロス走査方向についてのこの発散を低減するために、円筒形あるいはドーナツ形である。円筒形光学要素を使用するならば、これらの要素は走査方向に光学パワーを導入しない。ドーナツ形光学要素を使用するならば、これらの要素は走査方向及びクロス走査方向に等しくない量の光学パワーを導入する。
【００３４】
光学要素６３ａ，６３ｂ及び６３ｃの背後には、球状収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃが配置する。これらの収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃの機能及び特定のパラメータについては後述する。
【００３５】
本発明の一態様によれば、個々のレーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃの一部は、残りの部分と異なるように変更される。例えば、個々の収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃは遅延波動板６５ａ，６５ｂ及び６５ｃでカバーされた収集開口の半分を有している。これらの遅延板はレーザービームの断面の一部を遮断し、1/2波長、(１+1/2)波長、(２+1/2)波長、…だけレーザービームのこの部分の波面を遅延する。
【００３６】
こうして、収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃを出るレーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃの各々のそれぞれ半分は、他の半分に対して1/2波長（あるいは等価な量）だけ遅延している。これは、レーザービームの２つの部分が異なる偏光を有すること、及びレーザービームのこれら２つの部分の偏光方向が互いに直交していることを意味している。収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃを出て、波動板６５ａ，６５ｂ及び６５ｃを通過していく３つのレーザービームは、ガルボミラー偏向器４０へ向けられる。レーザービーム２４がガルボミラーに到達するまでに、それらは、視野レンズ６８及びウォラストンプリズム６９を通過する。ウォラストンプリズム６９は、レーザービーム２４ａ，２４ｂ及び２４ｃの各々の異なる部分が重なり、より狭いより集束したレーザービームと成る。視野レンズ６８、ウォラストンプリズム６９及び波動板６５ａ，６５ｂ及び６５ｃの機能の詳細な記載は、後に実施例で行う。ガルボミラーによって走査した後、走査ビームは走査レンズ５０を通過し、記録材料３０に入射する。
【００３７】
飛行スポットプリンターのイメージングシステムの構成には２つのアプローチがある。第１のアプローチでは、レーザーの出射孔をイメージングシステムによって記録材料に光学的に結合することを要する。これは、出射孔の像が記録材料上に形成されることを意味する。このアプローチを使用すると、非一様性、ホットスポット、あるいは出射孔の分割が走査スポットの質に影響を与えるだろうし、及び欠陥（artifacts）が印刷物上に形成されるかもしれない。
【００３８】
第２のアプローチにおいては、収集レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃの射出ひとみに位置するレーザーの遠視野は記録材料３０に結合される。これは、本発明のこの実施形態であるイメージングシステム６０を走査方向に一致する方向に構築する際に利用されるアプローチである（図１１参照）。走査方向に一致する方向において、レンズ６４の出射ひとみ６４´がレンズ６４の背面焦点面に位置する。こうして、この方向において、収集レンズ６４ａ，６４ｂあるいは６４ｃの出射ひとみ６４a´，６４ｂ´あるいは６４ｃ´の像が記録材料３０上に形成され、そのため、源（出射孔）は記録材料に位置する観察者から無限に離れて見える。記録材料上のスポットが出射孔の像でないため、このアプローチは好まれる。従って、非一様性、ホットスポット、あるいは出射孔の長手方向の分割が欠陥の発生につながらず、像の質に影響を与えない。
【００３９】
イメージングシステムパラメータ
図１１は、（視野レンズ６８を出た）平行線Ａを記録材料３０上に集束し、中間の像面、例えばガルボミラー４０での光軸ＯＡを横切る線Ｂを平行にするために走査レンズ５０を配置することを示している。走査レンズ５０の所要焦点距離及び記録材料３０での走査ラインの所要距離ｌが、ガルボミラー４０のサイズを決める。例えば、走査レンズ５０の焦点距離ｆが112mmならば、この走査レンズは、記録材料及びガルボミラーから112mmの距離だけ離間した位置に配置しており、ガルボミラー寸法は12mm×12mmである（図１２参照）。レーザー１０の出射孔１２の長さは既知（0.1mmである）であり、またガルボミラー４０上の像サイズも既知（0.1mmである）なので、レンズ６４ａ及び６４ｂによって得られる倍率ｍはｍ＝-12/0.1＝-120である。レンズ６４ａ，６４ｂの焦点距離ｆ´及びこの倍率ｍが、レンズ６４ａ，６４ｂとガルボミラー４０との間の距離ｄを決める。レンズ６４ａ，６４ｂは4.6mmの焦点距離を有するならば、距離ｄはｄ＝−ｍ・ｆ´＝120×4.6mm＝552mmである。こうして、レンズ６４ａ，６４ｂはガルボミラー４０の前の552mmに配置される。
【００４０】
マルチモードレーザー１０ａ，１０ｂからのレーザービーム２４ａ，２４ｂは、ガルボミラー４０（図２及び図１０参照）で重なるように方向を決められる。視野レンズ６８は、ガルボミラー４０に近接して配置される。視野レンズ６８の焦点距離ｆ″は、距離ｄにほぼ等しい（すなわち、ｆ″≒ｄ≒552mm）。そのため、走査方向においては、視野レンズ６８は収集レンズ６４ａ，６４ｂ（図１１の線Ｂ参照）の中央を通過していく光線を平行にする。平行線は走査レンズ５０に入り、記録媒体材料面３０上に走査レンズ５０によって集束される。こうして、走査方向においては、記録材料３０は収集レンズ６４ａ，６４ｂあるいは６４ｃの出射ひとみ６４a´，６４ｂ´あるいは６４ｃ´に結合され、記録材料３０でのスポット２２ａ，２２ｂはレンズ６４ａ，６４ｂの出射ひとみ６４a´，６４ｂ´でのビームプロファイルに対応する。これが、イメージングシステム（ウォラストンプリズムも遅延板もない）を図示した図１１に示されている。単純化のために、図１１は複数のマルチモードレーザービームのうちの一つとそれに対応する光学だけを図示し、かつ、記録材料上の一つのスポットだけについてその形成を示していることに留意されたい。
【００４１】
図１３は、本発明の第１の実施形態によるプリンターの他の断面図を示している。この断面図は、クロス走査方向のプリンターを図示し、記録媒体がクロス走査方向の出射孔に結合している。
【００４２】
我々は、幾何光学の意味で出射孔を媒体に結合していることに留意されたい（図１４）。しかしながら、レーザービームを使用しているので、ガウシアンビーム特性はあてはまる。
【００４３】
クロス走査方向に一致する方向においては、レーザー１０（一つだけ示されている）は本質的に単一モードレーザーである。図３に示したように、この方向においては、レーザービーム２４は大きな角度で発散する。円筒形あるいはドーナツ形の光学要素６３のような歪像光学系は、この発散を低減するためにレーザー１０に近接して配置される。光学要素６３は、円筒レンズとして使用されるファイバー光学セグメント、あるいは勾配付ファイバー（gradient fiber）（例えば、カナダのケベック州アンシャン−ロレットのDoric社製あるいはカリフォルニア州サンタクルーズのBlue Sky Research社製のもの）とすることができる。この光学要素６３の焦点距離は、ガルボミラー４０でのビームサイズを決める。その焦点距離は短いほど、収集レンズ６４の出射ひとみでの（この方向の）ビームサイズは小さく、そのため、ガルボミラー４０でのビームサイズは大きくなる。クロス走査方向においては、収集レンズ要素６４はガルボミラー面での出射孔の像を形成しないことに留意されたい。その代わり、走査レンズ５０は記録材料での出射孔の像を形成する。こうして、クロス走査方向においては、出射孔と記録媒体が結合される。
【００４４】
レンズ要素６４に対する焦点距離の適切な選択によって、ガルボミラー４０でのビームサイズをガルボミラーのサイズに合わせることが可能となる。すなわち、ガルボミラー４０でのビームサイズとガルボミラーのサイズは、好ましくは等しく、あるいはほぼ等しくすべきである。この方向でのガルボミラー４０のビームサイズは、記録材料３０でのスポット２２のサイズに反比例する。こうして、ガルボではビームは大きいことが望まれる。しかしながら、ビームが大きすぎると、ガルボミラーに切り取られることになる。
【００４５】
例えば、レンズ要素６４は110μｍの焦点距離を有してもよい。レーザービーム２４のクロス走査ビームサイズは、65μｍのＦＷＨＭである。このレーザービーム２４は、クロス走査方向ではレンズ要素６３によって整形され、そのため、レーザービームのＦＷＨＭウエスト直径は約25μｍである。このレーザービームは552にのガルボまでｄ＝552μｍの距離にわたって発散し、そこで7.7mmのＦＷＨＭサイズを有している。切り取りによるガルボミラーでの損失は、約7.2％である。記録材料３０でのスポットサイズは、レーザービームが走査レンズ５０で回折されるので、約14μｍＦＷＨＭである。
【００４６】
こうして、（レーザービームの各々に対して）円筒レンズ６３を使って、クロス走査方向におけるビームサイズの制御が実行される。ガルボミラー４０でのビーム２４ａ，２４ｂのサイズは、円筒レンズ６３によってガルボミラーのサイズに合わせられ、そのため、これらのサイズはほぼ等しい（すなわち、１５％以上ではなく、好ましくは１０％以下の相異）。この解決法は、クロス走査方向における出射孔のサイズにおけるずれは小さいと仮定している。これは、必ずしも事実ではなく、おそらくこれらの変動の補償のための何らかの手段が必要である。同じ生産ロットからのレーザーは、クロス走査方向においてはやや大きくて典型的な広がり角を有していてもよい。これは、付加的なレンズを使用することによって対処されうる。例えば、図１６は、一つまたは複数の可動円筒レンズ要素６６が、ズームシステムとして作用しかつクロス走査方向におけるレーザービームのビームサイズを制御するために、レンズ６４ａ，６４ｂと視野レンズ６８との間の光学経路に配置されることを示している。
【００４７】
走査方向におけるスポットサイズの縮小及び強度の再分布
遅延板６５ａ，６５ｂ及び６５ｃとウォラストンプリズム６９とがないときは、図１７に示すように、走査方向２９におけるエネルギー分布はほぼガウシアンである。効率的な転写を起こすためには、高密度の走査サイズを有する走査スポット、かなり一様なエネルギー分配が必要となる。こうして、トップが平坦なエネルギー分布が必要とされる。スポットサイズは可能なうちの最小の寸法にすべきである。
【００４８】
本発明の一態様面によると、走査スポットの形状は、（1/2波長）遅延板及びウォラストンプリズム６９のような偏光光学要素により変形され、そのため、強度分布がほぼ矩形形状となり、また走査スポットのサイズが縮小される。図１０は、走査方向に平行な面上での飛行スポットプリンターのイメージングシステム６０の断面図を示している。２つ以上のマルチモードレーザーを使用することも可能であるが、この図ではレーザー１０ａ，１０ｂだけを図示している。マルチモードレーザー１０ａ，１０ｂにより供給されたレーザービーム２４ａ，２４ｂは、レンズ６４ａ，６４ｂにより集光され、ガルボミラー４０上に像が形成される。レーザービーム２４ａ，２４ｂは典型的には偏光されており、その偏光はＰ偏光と呼ばれる出射孔の長手方向に平行な方向における偏光である。
【００４９】
図１７は、レンズ６４ａあるいは６４ｂの出射ひとみ６４ａ′あるいは６４ｂ′に入射するＰ偏光ビームを示している。レンズ６４ａ，６４ｂ及び６４ｃの各々の開口は、遅延板６５ａ及び６５ｂで半分覆われている。これらの遅延板６５ａ，６５ｂは、Ｐ偏光からＳ偏光に（遅延板をでるビームの一部の）偏光を変える。これが図１８に示されている。レーザービームのこれら半分は、クロス走査方向で偏光される。これらの偏光（Ｐ及びＳ）は、互いに直交している。
【００５０】
マルチモードレーザー１０ａ，１０ｂからのビーム２４ａ，２４ｂはガルボミラー４０で重なり合う。ウォラストンプリズム６９は、ガルボミラー４０に近接して配置される。ウォラストンプリズム６９は、ビームのＰ偏光部上にビームのＳ偏光部を重ね合わせる。記録材料でのスポット形状についてのこの重なりの効果が図１９に示されている。結果は、より高いビーム密度となり、より狭く、より滑らかで、ほぼ矩形のビーム強度プロファイルとなることである。ウォラストンプリズム６９と遅延板６５ａ，６５ｂとがない場合における、記録材料３０でのレーザービームの強度を図１７に示している。Watts/cm²で測定されているようにより高いパワー密度となるので、図１９上でのビーム強度は熱印刷に対してよりよい。レーザー印刷は、典型的には図１７及び図１９上に示したようにしきい値を有している。しきい値での光は、印刷に寄与せずに損失する。スポット内の矩形のエネルギー分布はこの損失を最小にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術のレンズシートを示す断面図である。
【図２】 複数のマルチモードダイオードレーザーとガルボミラーとを利用する飛行スポットレーザー熱プリンターの第一の実施形態を示す構成概略図である。
【図３】 典型的なマルチモードレーザーの出射孔と出射光を示す模式図である。
【図４】 出射孔の寸法が短い場合のダイオードレーザーの出射孔から出射されたレーザービームコーンを示す作用図である。
【図５】 出射孔の寸法が長い場合のダイオードレーザーの出射孔から出射されたレーザービームコーンを示す作用図である。
【図６】 小さな孔の列を備えた出射孔を有するレーザーの側面図である。
【図７】 レンズシート上の走査スポットの向きを示す模式図である。
【図８】 クロス走査方向上のレンズシート（と熱転染法が使用される場合は、熱供与体）を移すための段階を示すプリンターの模式図である。
【図９】 ３つのマルチモードレーザービームを有する熱供与体を露光する熱レーザープリンターの概略流れ図である。
【図１０】 走査方向に沿った第１の実施形態の作用図である。
【図１１】 走査方向のイメージングシステムを示す作用図である。
【図１２】 走査ラインの長さがどのようにガルボミラーのサイズに影響を与えるかを示す作用図である。
【図１３】 断面走査方向に沿った第１の実施形態の断面図であり、ガウス型のビーム伝搬を示す作用図である。
【図１４】 断面走査方向に沿った第１の実施形態の作用図である。
【図１５】 ビームの発散を低減するのに使用されるファイバー光学要素を示す作用図である。
【図１６】 走査方向に沿った第２の実施形態の作用図である。
【図１７】 ビームを形成するのに偏光手段を使用しないときに、走査方向に沿った収集レンズの出口孔でのビーム強度分布を示すグラフ図である。
【図１８】 ビームを形成するのに偏光手段を使用しているときに、走査方向に沿った収集レンズの出口孔でのビーム強度分布を示すグラフ図である。
【図１９】 走査方向の記録媒体上のビーム強度分布を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ レーザー
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 出射孔
１８ レンズシート
２０ 飛行スポットレーザープリンター装置
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 走査スポット
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 走査マルチモードレーザービーム
３０ 記録材料
４０ ガルボミラー
５０ 走査レンズ
６０ イメージングシステム
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ 光学要素
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ収集レンズ
６４a´，６４ｂ´，６４ｃ´ 出射ひとみ
６５ａ，６５ｂ，６５ｃ 遅延板
６８ 視野レンズ
６９ ウォラストンプリズム

Claims (2)

1. 複数のマルチモードレーザービームを用いて走査スポットを形成する方法であって、
   複数のマルチモードレーザーの出射孔から、マルチモードレーザービームを出射させる段階と、
   前記各出射孔に対向して配置された複数の収集レンズに、前記マルチモードレーザービームを通過させる段階と、
   前記マルチモードレーザービームが、ある偏光を有する第１断面部分と、他の偏光を有する第２断面部分とを備えるように、前記各収集レンズの収集開口の半分をカバーするように配置された複数の遅延波動板に、前記マルチモードレーザービームを通過させ、前記マルチモードレーザービームの断面の一部の偏光を変化させる段階と、
   偏光結合器により、前記マルチモードレーザービームの第１断面部分を第２断面部分に重ねて重畳レーザービームを形成する段階と、
   スキャナーにより、前記重畳レーザービームを偏向させる段階と、
   前記重畳レーザービームを用いて走査スポットを形成する段階と、
   を備えた方法。
2. マルチモードレーザービームを出射する細長い出射孔を有する複数のマルチモードレーザーと、
   前記各出射孔に対向して配置された複数の収集レンズと、
   前記各収集レンズの収集開口の半分をカバーするように配置された複数の遅延波動板と、
   偏光結合器と、
   前記偏光結合器に近接して配置されたスキャナーと、
   が、前記マルチモードレーザービームの進行方向に沿って順に配置された光学装置であって、
   前記マルチモードレーザービームが２つの異なる偏光部分を有するように、前記遅延波動板が前記マルチモードレーザービームの偏光を変化させ、
   前記偏光結合器が、前記マルチモードレーザービームの２つの異なる偏光部分を重ね合わせて重畳レーザービームを形成し、
   前記スキャナーが、前記重畳レーザービームを偏向させることを特徴とする光学装置。

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