JPH0593879A

JPH0593879A - 複数光源装置

Info

Publication number: JPH0593879A
Application number: JP3256594A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ikeda; 弘昭池田; Makoto Shimoyama; 誠下山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、マルチ光源を形成する各光源の独
立した変調が可能で、波面収差が小さく、更に装置全体
をコンパクトにできる複数光源装置を提供することを目
的とするものである。【構成】独立した発光する複数のレーザー光源と、同
光源の各々に接続してレーザー光を搬送するシングルモ
ードファイバーと、前記レーザー光の結像位置を検出し
同検出信号により前記シングルモードファイバーの各々
の射出端位置を制御する手段とからなる複数光源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的記録装置に適用
される複数光源に関するものであり、特に複数のレーザ
ー光を走査結像し記録させる印刷装置の光源に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から複数のレーザー光源方式として
は、（１）レーザー光をＡＯＭ（音響光学変調器）によ
り周波数変調する方法（特開昭５９−２２２８１２
号）、（２）複数のレーザー光をビームスプリッタによ
り重ね合わせる方法（特公昭６３−７６７号）、（３）
複数の共振器を単一基板に構成したマルチ型半導体レー
ザーを用いる方法（特開昭５６−４２２４８号）、
（４）光導波路で複数の光源を実現する方法（特公昭６
０−２２２３０号）など数多くの方式が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術には次
のような問題点がある。（１）の方式は、複数の光源を独立して変調したい場
合、変調周波数に制約があり完全に独立した複数の変調
が困難である。（２）の方式では、各々単一の光源に対応する光学系が
必要であり、装置の大型複雑化につながる。（３）の方式では、半導体レーザーの出射角は、その構
造上、出射ビームの開口比ＮＡが０．３５と大きいた
め、複数ビーム配列した場合レンズ収差の影響をうけ、
所定のビーム径に結像できず、また半導体レーザーに非
点収差があり、光学調整が難かしい。（４）の方式では、上記（３）と同様に、レンズ収差の
影響で所定のビームに結像できないという欠点に加え
て、光導波路の断面形状から出射ビームが完全なガウス
ビームとならないため、結像ビームも均一なビームにな
らないという欠点がある。従って（４）の方式では、特
公昭６０−２２２３０号公報に述べられているような光
源像補正光学系が必要となってくる。

【０００４】また、図７に示すように、マルチ光源を実
現する手段として、モノリシック上で複数の半導体レー
ザー光源を形成する方法が提案されているが、この方法
では複数のビームを結像位置で均一なビームを精度良く
配置することが困難である。結像位置で例えば８００Ｄ
ＰＩの解像力を有する結像ビームを得ようとすると、複
数光源での結像ビームの副走査ピッチは３１．７５μｍ
となる。

【０００５】ところでマルチ半導体レーザーは、光源の
放熱特性あるいは光源のクロストークの制約上光源間隙
５０μｍ以下にすることが困難である。従って集光光学
系と結像光学系の比である光学倍率は１．５７倍とな
り、結像ビーム径を所定のビーム径に結像するために必
要とされる５〜２０倍にする為、さらにリレー光学系が
必要となってくる。このことはレンズ構成が複雑とな
り、かつ装置が大型化してしまうことを意味し、実用的
ではない。

【０００６】また、マルチ光源自体を回転し、副走査方
向の光源ピッチを短縮する方法は、光学倍率は走査光学
系において適正な５〜２０倍の範囲を守ることができる
が、走査方向において集光光学系の光軸外を光が通過す
るための波面収差が大きくなり、均一な結像ビーム径を
得ることができない。図６は半導体レーザー光源が光軸
外０．５ｍｍ配置した場合の集光光学での波面収差であ
る。なお通常均一なビーム径を得るためには、波面収差
はλ／４以下でなければならない。

【０００７】本発明は、マルチ光源を形成する各光源の
独立した変調が可能で、波面収差が小さく、更に装置全
体をコンパクトにできる複数光源装置と提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）集光光学系の光軸外を通過しても波面収差がλ／
４以下となるように、光源放射角が半導体レーザーに比
べ充分小さいシングルモードファイバーを採用する。（２）シングルモードファイバーを光学倍率に従って精
密に配列調整可能な構造とする。（３）配列調整手段としては高精度位置調整ができるピ
エゾ素子、マイクロヘッド、モーター駆動によるマイク
ロステージが考えられる。

【０００９】なお、通常シングルモードファイバーを単
に精度良い基板上に並べただけでは、副走査ピッチの誤
差０．５μｍ以内は達成できない。

【００１０】

【作用】（１）シングルモードファイバーの作用（イ）出射角度を半導体レーザーそのものより小さく
し、複数化した光源を１つの光学系で集光する際、波面
収差の影響を小さくできる。（ロ）ファイバーにより光源のスペースに自由度を持た
せることができる。

【００１１】（ハ）シングルモードファイバーの出射光
を利用することにより、半導体レーーのもつ非点収差光
導波路のもつ異形のビーム形状の欠点を改善した良好な
結像ビームが得られる。（２）ファイバー調整（イ）各ファイバーにピエゾ等の高精度位置調整機構を
つけ加えることにより、２次光源としての複数配列が自
由となり、記録装置の解像力を自由に設定できる。（３）ファイバー位置調整の確認（イ）ファイバーの調整位置の確認方法としては、ファ
イバーの出射端を顕微鏡付きカメラでモニターしながら
調整した後で固定しても良いが、走査型光学系の場合に
は、各々のビームの結像位置に対応した分割フォトダイ
オードによって常にビーム位置を検知し、一定になるよ
うにファイバー位置を常に調整することも可能である。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図１について説明する。図
において、１はレーザーダイオード、２はシングルモー
ドファイバー、３はファイバーホルダー、４は積層圧電
セラミック、５はコリメートレンズ、６は偏向器、７は
結像レンズ、８は位置検出用分割フォトダイオード、９
は差分増巾器、１０はピエゾドライバー、１１は記録媒
体である。

【００１３】複数の半導体レーザーダイオード１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄの各々より光学系を介してあるいは直接
的にシングルモードファイバー２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
に入射させる。個々のシングルモードファイバー２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄに入射したレーザー光は、他端でピエ
ゾドライバー１０あるいは電動式マイクロメータヘッド
等により高精度に位置調整されたファイバー端より出射
する。この時出射の放射角は半導体レーザー１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄから出射される放射角に比べ小さいた
め、集光レンズ形の波面収差の影響は小さい。ファイバ
ー２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄより出射したビームは、結像
光学系５，６，７より直接記録体面上に結像されるか、
あるいはポリゴンミラー等により走査された後、結像さ
れる。

【００１４】複数ビームで走査光学系を構成する場合、
複数の独立変調が可能で、同時記録を行い、記録速度の
高速化に対応できる。また複数光源はモジュール化が可
能なため、光源だけを交換することも簡単に行える。ま
た各走査の記録する前に、各ビームの結像位置を分割フ
ォトダイオード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄでモニターし、
常に光源位置を一定に保つよう制御することも可能であ
る。

【００１５】次に、シングルモードファイバー８本を用
いたマルチ光源で８００ＤＰＩの解像力を有する走査光
学系における本発明の実施例を説明する。走査光学系の
結像レンズの焦点距離を２５０ｍｍコリメータレンズの
焦点距離を４５ｍｍとすると光学倍率は２５０／４５＝
５．６倍となる。従って８００ＤＰＩを達成するには、
副走査方向で８本の光源ピッチは５．７μｍとなる。シ
ングルモードファイバーのクラット径は通常１２５μｍ
である為、走査光学系の配列及び複数光源のファイバー
配列は図２，図３の如くとなる。配列の許容誤差を１０
％とすると、副走査方向のファイバーは位置誤差は０．
５μｍ以下となり、この調整は図１に示すピエゾドライ
バー１０により駆動調整される。ピエゾドライバー１０
の駆動特性は、図４に示す如く、０．１μｍ以上の分解
能を有している。ファイバーの配列は、このように極め
て良く調整でき、かつ光源位置を結像位置に配置してい
る２分割フォトダイオード（図１の８）で検知し、その
差分信号をフォードバックし、ピエゾドライバーを動作
させることで、常に一定の光源位置を保つことができ
る。

【００１６】また、予めＴＶカメラで測定しピエゾ素子
で調整した後、ファイバーを接着することによっても同
一の効果が得られる。このような光学配置により、リレ
ーレンズ等を用いなくとも、８００ＤＰＩ解像力を有す
る８本ビームのマルチ走査光学系が可能となる。また一
方、走査方向での軸外の波面収差に関しても、シングル
モードファイバーのコア径６μｍの場合、Ｆナンバー６
で軸外０．５ｍｍでの（８本のうち最外端のファイバー
光源に相当）波面収差は、図５の如くλ／４以内とな
り、光軸外でも良好なビーム径が得られる。

【００１７】なお、図５と図６の収差量は、３枚球面構
成の同一レンズを使用した場合の結果である。さらに軸
外での波面収差を向上させるために、集光レンズ系に非
球面光学系を使用すると、結像ビーム径の安定性がさら
に増す。このように配置された走査光学系において、画
像データに従ってＯＮ−ＯＦＦされた８本の光ビーム
が、走査ミラー（図１の６）によって、記録媒体（図１
の１１）上に走査され記録される。結像ビーム径の大き
さは、本光学系の場合、３３μｍである。

【００１８】なお主走査方向の８本ビーム位置ズレは、
走査開始位置検出器（図示せず）により、各ビームの書
き込み位置の同期をとることにより補正される。以上説
明したように、８本のシングルモードファイバーを精密
に位置調整したマルチ光源を用いることによって、均一
なビーム径で走査ピッチび１０％以下の誤差量で高速走
査記録が達成できる。

【００１９】シングルモード光ファイバーは、使用波長
によりコア径が異なるが、例えば記録用光源に７８０μ
ｍの半導体レーザーを用いた場合には、コア径６μｍの
ファイバーを使うと、その出射ビームは円形のガウスビ
ームになる。またこの時の出射角度はコア径により決ま
り、６μｍコアでは出射角９．５°となり、半導体レー
ザーの出射角度に比べ１／３〜１／４と小さく、複数に
配列した際の光軸外の波面収差がより小さくでき、良好
な結像ビームが得られる。

【００２０】従って半導体レーザーから、良好なカップ
リング効率で、その一端に入射させた光ファイバーを複
数用い、他端を結像光学倍率によって決定される光学特
性に従って配列することにより、複数光源を配置した場
合の軸外の波面収差の低減、円形のガウスビームの確
保、独立変調の実現と各問題点が解決可能となる。また
ファイバーを２次光源として使用する際、結像光学系に
よってファイバーの配列精度に高精度配列機構が必要と
なってくるが、これは各ファイバーにピエゾアクチェー
タを取りつけ、細密に調整する技術によって達成可能で
あり、この技術手段により結像ビーム位置を調整し、解
像力の設定を行うことができる。

【００２１】なお、モノリシック半導体レーザーアレイ
で１５０μｍピッチ８本の複数ビームをコリメートレン
ズで集光すると、３λの波面収差を生じ、均一な結像ビ
ームが得られないが、ファイバーを１５０μｍピッチで
配列すると、同一のコレメートレンズを使用しても波面
収差λ／４以下となり、均一なビームとなる。（図５参
照）。

【００２２】また、ファイバーの出射端をピエゾドライ
バーにより個々に微調整することにより、結像光学系に
より決定される光源配列が自由に設定できる。今光学系
の副走査方向の倍率を５倍とし８００ＤＰＩの画像を記
録しようとすると、光源の副走査方向の間隔は３１．７
５μｍとなる。光源の間隔許容差１０％とすると、３μ
ｍという非常に高精度な位置決めが必要であるが、積層
型圧電セラミックに加える電圧をコントロールすること
により、充分達成可能である（図４参照）。

【００２３】発光位置を検出するためには、通常光源位
置を対物レンズ付ＴＶカメラでモニターしながら測定す
るか、走査型記録装置でモニターする際は、ＣＣＤある
いは分割型フォトダイオードを用いることにより、簡便
に副走査ピッチ誤差を測定することが可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明による複数光源装置は、独立して
発光する複数のレーザー光源と、同光源の各々に接続し
てレーザー光を搬送するシングルモードファイバーと、
前記レーザー光の結像位置を検出し同検出信号により前
記シングルモードファイバーの各々の出射端位置を制御
する手段とからなることにより、次の効果を有する。

【００２５】（イ）完全に独立した変調が可能な複数レ
ーザー光源が得られる。（ロ）コンパクトな構成で、光源部分だけでモジュール
化がはかれ、柔軟な機械構成がはかれる。（ハ）非点収差がなく、出射ビーム形状も円形であり、
良好な結像ビーム形が得られる。

【００２６】（ニ）複数配列した場合でも、レンズ系の
収差の影響をうけにくく、良好な結像ビームが得られ
る。（ホ）２次光源としての配列が各々単独に調整可能であ
り、光学系設計の自由度が増える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】シングルモードファイバーを用いた場合の解像
力を説明する図である。

【図３】８本のシングルモードファイバーの配列を示す
図である。

【図４】調整機構に使用するピエゾの電圧−変位特性図
である。

【図５】本発明による波面収差の例を示す図である。

【図６】従来技術による波面収差の例を示す図である。

【図７】従来のモノリシックマルチ半導体レーザー光源
を用いた場合における結像経路の説明図である。

【符号の説明】

１レーザーダイオード２シングルモードファイバー５コリメートレンズ７結像レンズ８分割フォトダイオード１０ピエゾドライバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】独立して発光する複数のレーザー光源
と、同光源の各々に接続してレーザー光を搬送するシン
グルモードファイバーと、前記レーザー光の結像位置を
検出し同検出信号により前記シングルモードファイバー
の各々の射出端位置を制御する手段とからなることを特
徴とする複数光源装置。