JPH02123785A - レーザアレイの滑らかで一様な像を与える位相アレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、−膜内にはレーザ印刷に用いられる装置に関
し、特に、レーザ印刷に利用されるレーザダイオードア
レイの一様な像を与えるための装置に関づる。

［従来の技術］ レーナプリンタは通常、ｂ’ｉ　ＤＩまたは熱に感じる
記録媒体上に印刷を行ない、記録媒体は、あるスレッシ
ョルドレベルを超える１ｕの敢（ト）または熱を受ける
と、それに応答して媒体のある物理的または化学的性質
の変化を起こＪ０従って、画像の形成は、入力放射すな
わち書込放射の強度によって影響される。例えば、ある
代表的な記録媒体における、記録媒体の臨界励起エネル
ギーとその破壊エネルギとの強度比は１：３である。そ
の結果、書込放射は、記録媒体上のスポットへ、実質的
に滑らかで一様な強度を有Ｊるように集束ゼしめられる
ことが要求される。ここで、実質的に滑らかで一様な強
度とは、スポット内における山対谷の強度比が、工学交
差内において、記録媒体の前記臨界値対破壊値、すなわ
らスレッショルド対焼失の強度比より小さいことを意味
する。

さらに、シー１アブリンタは、レーザダイオードを用い
て書込放射を発生せしめることがある。しかし、レーザ
ダイオードの出力は、通常２０ｍ１４から５ＱＩｌ１４
までの範囲にあるので、媒体が露光のためにただ１個の
みのダイオードから得られるよりも多くのエネルギを必
要とする場合には、アレイとして配列された１個より多
くのダイオードを使用する必要を生じる。その結果、レ
ーザプリンタは、多数のそのようなレーザダイオードを
含む７レイを用いて、印刷に適するｍの放射出力を得る
ことがありうる。例えば、代表的なレーザプリンタへの
応用においては、同一半導体チップ上に製造された１０
個はどのそのようなレーザダイオードを含むアレイが用
いられる。

しかし、このような構造はさらに新たな問題を生じる。

特に、アレイ内のレーザダイオードが相互に離れすぎて
いると、アレイおよび付随する電子装置が高価になり、
またアレイは、滑らかで一様な強度のスポットを生ぜし
めにくくなる。逆に、アレイ内のレーザダイオードが接
近しすぎていると、モード飛躍および弛の物理効果が発
生し、アレイからの１１Ｉ川出力が一様でなくなる。そ
れにも拘らず、上）本の問題を解決しろる１゛中間的」
間隔をもった配置を実現することは可能である。例えば
、半導体デツプ上のそれぞれのレーザダイオードが６ミ
クロン×１ミクロンの活性帯域を右するアレイは、諸ダ
イオードが相互に約４ミク［］ンの間隔を有する時、上
述の問題を克服しうる。このような間隔は上述の問題を
解決するように児えるが、この間隔は、諸レーザダイオ
ードからの出力場の位相を、実質的に１８０°に等しい
量だ（」交番せしめる。換言すれば、諸位相はコヒーレ
ントであり、＋−＋−＋−十−＋−のニー＋一番する。

このようなレーザダイオードアレイから発射される放射
が、記録媒体上のスポットへ集束せしめられると、近距
離場（ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ）像と呼ばれる１０個の小
条帯の像を作り、スポット内に８１容しえない大きい強
度変化を生じる。この変化は、スレッショルド対焼失比
を超えるとスポット内に一様でない印刷を生ぜしめ、め
んどうなことになる。

あるいは、そのようなレーザダイオードアレイから発射
される放射が記録媒体上のスポットへ集束せしめられて
、放射源アレイの「遠距ｗｉ場（ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　
）　４回折パターンの像が形成される場合は、個々の条
帯素子の交番位相は通常、スポットを、中央暗線を有す
る２部分に分裂せしめる。

この遠距離場像も望ましくない強度変化を有する。

従来技術においては、位相格子をダイオードアレイ上に
直接配置し、ダイオード出力の位相の補償を行なうこと
によって、交番位相問題、すなわち遠距離陽像の場合の
スポットの非一様照明問題を解決することが試みられた
。しかし、このような解決法は実際には望ましくないこ
とがわかった。

そのわけは、そのような位相格子は製造が困難で、レー
ザ印刷に使用される高強度の放射を受けると！ｉ傷され
やすいからである。

従って、本技術分野においては、個々のレーザからの実
質的に交番的な位相の出力を有する多素子レーザダイオ
ードアレイの実質的に滑らかで一様な像を与える装置が
要求される。さらに、アレイの個々の素子の輝度が等し
くなく、かつ位相が完全に安定していなくても、実質的
に滑らかで一様な像を〜えうるそのような装置が要求さ
れる。

［発明の要約１ 本発明の位相アレー装置は、レンズ装置と共用されるこ
とによって、個々の素ｆから実質的な交番位相出力を生
じる多素子レーザダイオードアレイの実質的に滑らかで
一様な像を、個々の素子の輝度が等しくなく、位相が完
全に安定していなくても、与えることができる。特に本
発明の位相アレイ装置は、（１）レンズ装置によって形
成されるレーザアレイの遠距離陽像の位置に配置された
位相装置を含み、前記遠距離陽像は２つの顕著なロープ
を含み該２つのロープ内の放射の位相を、前記遠距離場
像内の残余の放（ト）の位相に対して、９０゛の奇数倍
に実質的に等しい吊だけ変化せしめることにより、レー
ザアレイの近距離場像を実質的に有限の長さの正弦パタ
ーンのような振動波パターンに変換Ｊる前記位相装置と
、（２）前記遠距離陽像の位置またはその後方ではある
が前記近距ｌ！Ｉ′ＪＪＡａの前方の位置に配置された
、くさび形プリズムまたは分割レンズなどの変位装置で
あって、移相された前記遠距離陽像の半分を他の半分に
対して角方向に変位せしめることによって、前記振動波
パターンの１／２サイクルの奇数倍に実質的に等しい量
だけ空間的に相互に変位眩しめられた１対の近距離Ｓ像
を形成し、それによってレーザアレイの実質的に滑らか
で一様な像を形成する前記変位装置と、を含む。

この変位装置の使用により、本発明の実施例は、たとえ
レーザアレイの個々の素子の輝度が等しくなく、かつ位
相が完全に安定していなくても、記録媒体上に形成され
るスポットの滑らかさと一様性とを改善しうることを認
識すべきである。実際には、個々のレーザの間口、すな
わち発光領域、の寸法の、アレイ内のレーザの中心間間
陽に対する比は十分に大きいことが好ましい。実際には
、後の近界像において良好な一様性を得るためには、こ
の比が少なくとも２５％の大きさになる必要がある。

本発明の１実施例においては、位相装置は、２つの段を
有する位相板から構成される。これらの段は遠距離場像
内の２つの顕著な［］−ブの位置に配置され、これらの
段は、段を通過づる放射を、位相板の他部分を通過する
放射に対して、９０”移相するだけの深さをもっている
。さらに、遠距離陽像の両半分を変位せしめる装置は、
便宜上同じ位置に配置される分割くさびまたは分割レン
ズから構成される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を詳述する。

わかりやすいように、開園に共通する要素に対しては、
同一の参照番号を用いである。

［実施例１ 第１図は、多レーザアレイ２０の実質的に滑らかで一様
なスポット像を与えるための、本発明の位相アレイ菰買
の実施例が使用されている状態を小ｔ　ｍ略図である。

第１図に示されているように、ｔ／　−チアレイ２０は
、実質的に曲線２５によって示されているにうな振幅分
布を有する放射を発射する。さらに、レーザアレイ２ｏ
から発射される放射の位相分布は実質的に交番的になっ
ている。

すなわち、アレイ２０内の隣接するレーＩＪ”ダイオー
ドは互いに、実質的に１８０°に等しい量だけ交互に異
なる位相を有する。

レーザダイオードアレイ２０から発射された放射は、レ
ンズ３０により、位相装置４０を通して、記録媒体５０
上に集束せしめられる。レンズ３０は焦点距離ｆを有し
、レーザダイオードアレイ２０は、レンズ３０から実質
的に２ｆに等しい距離のところに置かれる。記録媒体５
０は、レンズ３０の後方実質的に２ｆに等しい距離のと
ころに置かれ、従って、レーザダイオード２０の近距離
場像の位置に置かれる。位相アレイ装置４０は、レンズ
３０の後方実質的にｆに等しい距離のところに置かれ、
従って、レーザダイオード２ｏの遠距離陽像の位置、す
なわち無限遠のｔｌｉ射源が焦点を結ぶ位置に置かれる
。

第２図には、位相アレイ装置が使用されない場合の、レ
ンズ３０によるレーザダイオードアレイ２０の遠距離陽
像９０および近距離場像１００が、グラフ形式で示され
ている。第２図に示されているように、近距離場像１０
０は振動関数的な強度をイＴし、レーザ印！１ｉｌＩ装
置に用いるのには適していない。この近距離場像が適し
ていない理由は、記録媒体がスレッショルドまたは２値
的現象によって動作し、記録媒体のスレッショルド励起
とその破壊との代表的強度比が１＝３であるからである
。

この結果、第２図の徹初曲線１００の山がら谷への変化
は、照射スポット上において一様な印刷励起を与えるの
には大き過ぎることになる。

第２図に示されているように、遠距離陽像９゜の強度は
撮動関数をなし、２つの顕著なロープ９１および９２を
′ｆ４ｉる。ざらに、スポットの中心の周″！１ｆｒｉ
域における近距ｌ１ｌｌＩ場像１０ｏのエネルギは、実
質的にロープ９１および９２のエネルギから成る。

レーザダイオードアレイ２０の近距１１１１場像１００
は、次の２つの機能を行なう装置の使用によって、実質
的に滑かに、かつ一様にすることができる。第１に、レ
ーザダイオードアレイ２０の近距離場像１００は、第２
図に示されている曲線から、有限な長さの正位波パター
ンのような実質的な振動波パターンをなず曲線へ、遠距
離場像９０内のロープ９１および９２の位相を遠２［！
離揚機９０内の残余の放射に対して９０”の奇数倍に実
質的に等しい量だけ変化せしめる装置によって、変換さ
れつる。第２に、近距離場像１００は次に、実質的に滑
らかで一様なスポットへ、移相された遠距離場像内の放
射の半分をｔＩｌ射の他の半分に対して前記振動波パタ
ーンの１／２サイクルの奇数倍に実質的に等しい量だけ
変位せしめる装置によって、変換されつる。実用上、実
質的に滑らかで一様なスポットとは、近距離場像１００
内における山対谷の強度比が、工学交差内において、記
録媒体の焼失対スレッショルド比より小さいスポットで
あると定義されつる。

第３図には、遠距離場１１９０の顕著なロープ９１およ
び９２内の放射の位相を、残余の放射に対しτ９０”の
奇数倍に実質的に等しい吊だけ変化させるのに用いられ
、また、移相された遠距離場（ｇＩ９０内の放射の半分
を放射の他の半分に対して、近距ｆｆｌ揚機内に形成さ
れた振動波パターンの１／２サイクルの奇数倍に実質的
に等しい吊だけ変位させるのに用いられる。本発明の位
相アレイの実施例４０が示されている。この位相アレイ
装置４０は、第３図に詳細に示されているように、移相
器１５０とくさび形プリズム構造２００とを含む。移相
器１５０は、段１６０および段１７０を有し、これらの
段はそれぞれ、これらの段１６０および段１７０を通過
するレーザダイオードアレイ２０からの放射を、移相器
１５０の他部分を通過する放射に対して、９０°の奇数
倍に実質的に等しい量だけ移相する深さ１８０を有Ｊる
。移相器１５０は、本技術分野において通常の知識を有
する名にとって公知の多くの材料から製造されつる。例
えば、近赤外放射を発射するレーザ“ダイオードに対し
ては、移相器１５０は、ＭｑＦ２から、またはＭｃ＋Ｆ
２の保護層で被覆された１３８Ｆ２、などから製造され
つる。さらに、本技術分野において通常の知識を有づ゛
る者のとっては、必要な移相を実現するために深さ１８
０をどのような大きさにすればよいか、また、段１６０
および１７０が顕著なロープ９１および９２内の放射を
受けてこれを移相］るためには、段１６０および１７０
間の距離をどのような大きさにすればよいかは、公知で
ある。それにも拘らず、実際には、段１６０および１７
０間の距離は、実験的に決定するものがよい。

ざらに、本発明においては、くさび形プリズム構造２０
０は、くさび形プリズム２１０と、くさび形プリズム２
２０とを含む。使用に際しては、くさび形プリズム構造
２００のような構造物は、くさび形プリズムｖ４造２０
０が直接近距離場像１００の位置に置かれない限り、レ
ーザダイオードアレイ２０から発側される放射の径路内
の多数の可能な位置のうちの任意の１つに置かれうる。

例えば、それらの位置は、くさび形プリズム構造２００
が置かれつる遠距離場像９０の位置から、遠距離場１９
０と近界像１００との間の任意の位置までの範囲内にあ
る。

本技術分野において通常の知識を有する者にとっては、
くさび形プリズム構造２００が、放射の必要な変位を与
えるためにどのように製造されるべきかは公知である。

例えば、くさび形プリズム構造２００は、蒸発せしめら
れた３　ａ　ｌ：２から製造された復、ＭｑＦ、、の保
′ｆＩＩ層を１１される。さらに、くさび形プリズム構
造２００は゛、これも本技術分野において通常の知識を
有する者にとっては公知の方法により打出されたプラス
チック材からも形成されつる。

上述のように、移相器１５０はくさび形プリズムＪｆＡ
造２００と組合わされて、レーザプリンタに用いるのに
適した、レーザダイオードアレイ２０の実質的に滑らか
で一様な近距離場像を与える。

しかし、以上においては本発明を、実質的に倍率１を有
する単レンズに対して適用する場合について説明してき
たが、本発明はそのような光学装置に対してのみ限定的
に適用されるものではない。

事実、本発明の移相’ＩＡ　Ｍは、反復的な像再形成を
も含むような複雑なレンズ装置と組合せても、移相器が
前述のように実質的にイのレンズ装置の遠距離場像の位
置に置かれ、かつ変位装置が前述のように遠距離陽像の
位置または遠距離陽像と近距離場像との間の、近距離場
像と一致しない位置に置かれさえすれば、使用可能であ
る。

第４図には、第３図の移相器１５０とくさび形プリズム
構造２００とが単一装置としてＩ！Ｊｍされた、第３図
の装置と同様の本発明の位相アレイ装置の実施例４ｏが
示されている。

第５図には、本発明の位相アレイ装置のさらにもう１つ
の実施例４０が示されており、この装置においては、段
２６０および２７０自体がわずかに異なった高さを有す
るので、これらの段は、移相および変位の両機能を同時
に行なうことができる。

本技術分野に精通する者にとっては明らかなように、本
発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施例
を構成することも可能である。例えば、第３図に示され
ている分割くさび形プリズム構造１００は、変位機能を
行なう本技術分野において公知の分割レンズ構造によっ
て置換されうる。従って、以上の説明に含まれ、あるい
は添付図面に示されている全ての小項は、例示的なもの
であり、限定的な意味を６つものではない。

図面の１）ｔｉ　”ｉ”Ｊ説明 第１図は、本発明の位相アレイ装置の実施例が使用され
ている状態を示す概略図、第２図は、レンズによって作
られたレーザダイオードアレイの近距離場像および遠路
ｌｉ１場像を示す概略図、第３図Ｊ３よび第４図は、レ
ーザダイオードアレイの実質的に滑らかで一様な像を与
えるための本発明の位相アレイ装置の２つの実施例を示
す斜視図、第５図は、レーザダイオードアレイの実質的
に滑らかで一様な像を向えるための本発明の位相アレイ
装置の第３実施例を示す斜視図である。

符号の説明 ２０・・・多レーザアレイ、３ｏ・・・レンズ、４０・
・・位相アレイ装置、５ｏ・・・記録媒体、９ｏ・・・
遠距離陽像、９１　、９２−ＩＭすＣ１−フ、１００　
・・・近に’Ｆ１ａｔ場像、１揚機　０−・−移相器、
１６０，１７０・・・段、２ｏＯ・・・くさび形プリズ
ム構造、２１０．２２０・・・くさび形プリズム、２６
０．２７０・・・段。

ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）多数のレーザを含みそれらのレーザから発射され
   る放射の位相が実質的に１８０゜に等しい量だけ交互に
   異なつているレーザアレイの実質的に滑らかで一様な像
   を与えるための、レンズ装置と共用される位相アレイ装
   置において、 該レンズ装置によつて形成される前記レーザアレイの遠
   距離場像であつて、２つの顕著なロープを含む該遠距離
   場像の位置に実質的に配置され、該２つの顕著なロープ
   内の放射の位相を、前記遠距離場像内の残余の放射の位
   相に対して９０゜の奇数倍に実質的に等しい量だけ変化
   せしめることにより、前記レーザアレイの最終近距離場
   像（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　ｉｍａｇｅ）を実質的に振
   動波パターンに変換する位相装置と、 近距離場像の位置以外の遠距離場像の付近の位置に配置
   された変位装置であつて、該移相された遠距離場像の半
   分を他の半分に対して変位せしめることによつて、前記
   振動波パターンの１／２サイクルの奇数倍に実質的に等
   しい量だけ相互に変位せしめられた１対の近距離場像を
   形成し、それによつて前記レーザアレイの実質的に滑ら
   かで一様な最終像を形成する前記変位装置と、 を含む、レーザアレイの滑らかで一様な像を与える位相
   アレイ装置。 （２）請求項１において、前記位相装置が２つの位相部
   分を有する位相板から構成され、それぞれの該移相部分
   がこれを通過する放射の位相を該位相板の他の部分を通
   過する放射に対して９０゜の奇数倍に実質的に等しい量
   だけ変化せしめるようになつている、レーザアレイの滑
   らかで一様な像を与える位相アレイ装置。 （３）請求項１において、前記変位装置が第１および第
   ２のくさび形部材から構成される、レーザアレイの滑ら
   かで一様な像を与える位相アレイ装置。 （４）請求項１において、前記変位装置が第１および第
   ２のレンズ装置から構成される、レーザアレイの滑らか
   で一様な像を与える位相アレイ装置。 （５）請求項１において、前記変位装置が分割レンズか
   ら構成される、レーザアレイの滑らかで一様な像を与え
   る位相アレイ装置。 （６）請求項３において、前記位相装置が第１、第２、
   第３、および第４の材料部分から構成され、それぞれの
   該材料部分がこれを通過する放射の位相を９０゜の奇数
   倍に実質的に等しい量だけ変化せしめるようになつてお
   り、該第１および第２部分が前記第１くさび形部材に取
   付けられているか、または前記第１くさび形部材の一部
   として製造されており、前記第３および第４部分が前記
   第２くさび形部材に取付けられているか、または前記第
   ２くさび形部材の一部として製造されている、レーザア
   レイの滑らかで一様な像を与える位相アレイ装置。 （７）請求項６において、全ての前記くさび形部材およ
   び全ての前記部分がプラスチックから製造されている、
   レーザアレイの滑らかで一様な像を与える位相アレイ装
   置。 （８）多数のレーザを含みそれらのレーザから発射され
   る放射の位相が１８０゜に実質的に等しい量だけ交互に
   異なつているレーザアレイの実質的に滑らかで一様な像
   を与えるための、レンズ装置と共用される位相アレイ装
   置において、 該レンズ装置によつて形成される前記レーザアレイの遠
   距離場像であつて、２つの顕著なロープを含む該遠距離
   場像の位置に実質的に配置され、 （１）該２つの顕著なロープ内の放射の位相を、前記遠
   距離場像内の残余の放射の位相に対して９０゜の奇数倍
   に実質的に等しい量だけ変化せしめることにより、前記
   レーザアレイの近距離場像を実質的に振動波パターンに
   変換し、 （２）該移相された遠距離場像の半分を他の半分に対し
   て変位せしめることによつて、前記振動波パターンの１
   ／２サイクルの奇数倍に実質的に等しいを量だけ相互に
   変位せしめられた１対の近距離場像を形成し、それによ
   つて前記レーザアレイの実質的に滑らかで一様な像を形
   成する、 位相装置から構成される、レーザアレイの滑らかで一様
   な像を与える位相アレイ装置。 （９）請求項８において、前記位相装置が２つの移相部
   分を有する位相板から構成され、それぞれの該移相部分
   がこれを通過する放射の位相を該位相板の他部分を通過
   する放射に対して９０゜の奇数倍に実質的に等しい量だ
   け変化せしめるようになつており、それぞれの該移相部
   分がさらに分割されたくさびの形状に形成されていて、
   該両移相部分が組合わされることにより前記遠距離場像
   の半分を他の半分に対して変位せしめて、前記振動波パ
   ターンの１／２サイクルの奇数倍に実質的に等しい量だ
   け相互に変位せしめられた１対の近距離場像を形成する
   ようになつている、レーザアレイの滑らかで一様な像を
   与える位相アレイ装置。