JPS59165002A - 光学素子及びこれを用いた光学装置 - Google Patents

光学素子及びこれを用いた光学装置

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JPS59165002A
JPS59165002A JP58039143A JP3914383A JPS59165002A JP S59165002 A JPS59165002 A JP S59165002A JP 58039143 A JP58039143 A JP 58039143A JP 3914383 A JP3914383 A JP 3914383A JP S59165002 A JPS59165002 A JP S59165002A
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臼井 正幸
Kazuo Minoura
一雄 箕浦
Takeshi Baba
健 馬場
Atsushi Someya
染谷 厚
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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】 プレイ等に使用される光学素子及びこれを応用したソC
学装置に関する。
従来、レーザビームプリンター等で使用される光束は、
光源であるレーザ光のもつガウス型の強「支分布のよう
にその周辺部よりその中心部の方の強度が高いものより
も、その中心部よりその周辺部の強度がほぼ同等もしく
は高い強度をもつような強朋分布である方が、その光束
のスボソトの周辺のエッヂ部が強調されてプリントアウ
ト等したものが高rqry像にできることが一般的に知
られている,、このようなレーザビームプリンター専一
やこれらに用いている光変調素子に用いる不向きな入射
光束の強度分布を適当な強度分布に変換する光学素子と
して代表的なものは2箇の円J、 L/ンズを絹みあわ
せたものがあるが、これを偏毛・のないように加工した
り、これの面の光軸に対するイ頃きの角度を設定内に設
けるためにこれを配置δ1□′4整することは困雌で実
用的でない。寸だ、このような入射光束の強度分布を光
束変換する光学素子は光ンヤンターアレイ等の照明光学
系としても必要とされる。即ち、レーザ光を照明光源と
してそのま\の光の強度分布で用いた場合、その照明光
束の周辺部の光の堕)度がその中心部のそれ[lこ比・
11交して低いため(に被照明体に照明yC,Fi、む
らガく夕1−シる4、これを除去する/ζめG(はレー
ザ光の光束径を被照明体(・で比べて充分大きく拡大し
、実用上均一と見誠される領域を用いて照明する方法が
知られているが・照明光のエネルギーの内、被照明体を
照明していない部分の照明光のエネルギーの、かなりの
部分が無駄になる。まlこ、上記せるような円曲Vンズ
を用いると同様な不具合いか生じる。
本発明は上記の点に鑑み、上記欠点を解消するためにな
されたもので、光束を振l陥分割し、この振幅分割され
た光束を空間的に重ねあわせることにより、入射光束の
強度分布を所望の出射光束の強度分布に変換する光学素
子を提供することを目的とする6、 壕だ、本発明の別の目的(は、光の強度分イ(デの変換
を行なう光学素子を用いた光学装置を提供することを目
的とする。
第1図は本発明の原理を示す一実施例で、■。
2はプリズムであり貼り合わせ、接合している。。
1反は、エアーギャップを持って接合−させる事も町・
柑である5、この接合面11は/・−フミラー、プリズ
ム2の外面12は全反射ミラーの機能をそれそ7L有し
ている。図中ではこの光学素子に対して平1−]″光束
は下部から入射する。、初めに、プリズム1゛へ入射し
た平行光束について説明すると、破線で記す光路を経て
接合面11の作用を受けて、半分の光、吊、に減しられ
た平行光束がプリズム1かも図中右へ射出する。残り半
分の光量の平行光束はプリズム2へ進み外面12により
全反射されてプリズム2からやはり図中右へ平行光束と
して射出するゝ。次にプリズム2IC直接入射した残り
平行光束は一点鎖線で示す光路を経て入射した光量の半
分ずつがそれそ扛プリズム1.2か、ら平行光束とし射
出する。即し、プリズム2に入射した光束は外面12に
より全反射されて図中右方向へ向かう。、この光束は接
合ir+i 11により振幅分割され、その半分の光束
はそのま1接合而11を透過し、プリズム1の図中右の
外方へと射出する1、一方、接合面11vcより反射さ
れたその残り半分の光束は外面12によって1Jfび全
反射されてグリスl、2の図中右の外方へと射出する3
、第2図&、J、カウスノ(1)の強度分布を有する平
行光束とほぼ均一な強度外;(Iiの平行光束1で変換
する原理の説明1>1である5、第1図に示した光学素
子に紙面と平行な面内で光の入射方向から児た第2図(
、)に示したガウス型の強度分布をもつ平行光束が入射
するものとする。この場合、プリズム1へ入射する半分
の光束の強度分布を破線で、プリズム2へ入射する残り
半分の光束の強度分布を一点鎖線で示しである(但し、
光の強度のピーク値は2 L、 )。プリズム1へ入射
した半分の入射光束の内、振幅分割されてプリズム1゜
2から夫々射出する光束の強度分布を光の射出方向から
見た場合を第2図(1))の破線で示しである。
fだ、プリズム20入射した半分の入射光束の内、振’
l’iii分割されてプリズム1.2から夫々射出する
ツL泉の強度分イ[デを光の射出方向から児た」栃合を
第2図(b)の一点鎖勝て示しである3、寸だ、第2図
(b)の太線で示した曲線は、プリズム1,2から夫々
↓(」出した光束が空間て訃成烙れだ時の光の強)W分
イ1」を示している。プリズム1への半分の入射光束の
内、プリズム1の接合面11によって反射されてプリズ
ム1から射出してくる光束の強度分布及び残りの入射光
束で接合面11を透過して外面12i(こよって反射さ
れて後プリズム2から射出してぐる光束の強度分布は、
丁度、入射光束の強度分布を反転lまた形の相似形状を
なす1、まだ、プリズム2への残り半分の入射光束の内
、外1f]112VCよって反射されて接合面11を透
過してプリズムエから射出するブC束の強度分布及び残
りの入射光束で外聞121Cよって全反射され、次に1
多合曲11によって反射され、再び外面12vCよって
全反射されてプリズム2から射出してくる光束の強度分
布は入射光束の強度分布を反転した形の相1以形状をな
す。これらの光束の強度分布(・ま夫々のプリズム1も
しくは21において左右対称形状をなすので、これら光
束の強度分布を合成した光栄の1.′!′Ii度分布は
第2図(b)の実勝てボず如くほぼ均一 となる3、な
お1、紙面と平行な1川内でなくとも第2図(a)に示
した強度分11i ’c有する光束が入射した:R+’
 ii装A52図(b)に示した強度分布を、イ1する
光束方向を出することは明らかである0、 ところで、光源としてレーザ光のように四”干渉・四の
よいものケ月4いる18合には4)j;H+!6射面」
−で細かい干渉縞を生じる1、この光源を用いる1ヲ1
的によってはこの干渉mができないようにする′〃1、
f’7が1;茫じるが、この場合に(は1光源として直
π’Ji 14If ytを冗生するレーザ光源を用い
て、第1図に詮けるプ“・リズム1もしくは2のどちら
か一方の入射1111端if+j Uこ偏光方向帖直角
に回転させる、罠とえはλ/2板のような1反長板を設
けて、プリズム1に入射する光束とプリズム2に入射す
る光束の1扁メ自方向を直交させることにより干渉縞を
生じなくすることが可能でめ、6っ 説明の簡浄化の為、第1図では、2動のプリズムからな
る光学素子を73eしたが、より多くのプリズムを用い
て光の強度分布の変換及び光束径の変倍を行うことかf
jJ能であることを第3図ic ;3eした本発明に係
る光学素子の他の一実施例を用いて示ず6、第3図((
於て、31 、32 、 :33はプリズムであり、4
1.42は夫々反射4; R4+ (透過率(l−Ra
 ) ) + R,+2(透礪率(]−f(、+2) 
)の振幅分割ミラーで夫1.プリズム31と32及びプ
リズム32と33は接合面ケなしている。43はプリズ
ム33の外IC1に設けられた全反射ミラーである。面
A。
13は夫々プリズム3.1.32の光束の入射1111
の面で必シ、[u C、D 、 Eは夫々プリズム31
,32゜33の光束の射出IHυの面である。、その方
向が破線で示されているように而A VC入射した光束
1d振幅分割ミラー41及び42vこよって順次振幅分
割をうけたrグ、囲C,D、Eから夫々射出する17才
だ、そのB向か一点鎖称で示されてい乙ように而13 
VC人躬した光束は振幅分割ミラ41..4.2により
、振幅分割炉れた後、1lll C、D 、 Eから夫
々旧1冒する。これらini c 、 I) 、 1>
から射出した夫々の光束は空間的(屹合1戊されて光の
9(度か布の変J央及び光栄径の変倍が11なわれる。
介、1力IAより入射した光束で面C,’D、ICから
夫々射出する光束の人RJ光栄の強度Vこ対する率(1
00%の時を1とする)を人々CA、 1)A 、 l
>+Xとすると、づ膜幅分割ミラー/1 ]VCよって
反射σIt而Cから射出する光束の強度の率(′ま、C
A二R41 振幅分割ミラー41を透過する光栄の+tコツ:1−R
ll であるから振]1届分割ミラー42によって反体
jされIJ′I]Dから射出する光栄のり虫度の+(d
゛1つA  =(1−Iえ、12 Jえ42振11覇分
割ミラー42の透過率1寸に、 1− R−+2)だか
ら振幅分割ミラー42を透過し全反射ミラー43で反射
されて而Eから射出する光束の強度の率(dEA =(
1〜1煽)(I  R42)同q沃tc、r= I3x
り入r>tシた光束TIJIIC、D 、 Eカら夫々
射出する光束の入射光束の強度に対する率(100%の
時を1とする)を夫々Cn + Do 、 Eo Lす
ると 倣’:’!ij分割ミラー42により反射され振幅分割
ミラー41を透過して而Cがら射出する光束の強度の率
は CI+二lえ。2(1−■尤。I) 振’1’ii!分割ミラー42によって反射さ九、更に
振+lliπ≦H;IJ 6ラー41によって反射さl
Lる光束の強度の、1・・(J1克12 、 R,1、
であり、この光束が振11覇分割ミラー=l 2 (I
Cよって反射されて而りがら射出するンに束の強j−ツ
の率(はR,n X R,;’2である1、また、この
光束が振(1届分割ミラー42を透過して全反射ミラー
113によって全没q」されて、而Eから射出する光束
の強度の率(lri、■も41 R,I□(IR42)
である。寸だ、振幅分割ミラー42を透過し全反射ミラ
ー43によって全h J7t aれる光束の強度の率(
・ま(1R42)で、更’に撮11’i+i分Ill 
s、 9−42を透過L 而D カラ!44 B」J−
る光束の強度の率i−1(1−R4□)2である39寸
だ、振幅分割ミラー42で反射され、次に全反射ミラー
43で全反射されて而Eから射出する光束の強度の率(
d、)化42 (1j142)である1、故にDIl 
= R41−It、”、 +(’I  Iえ42)′ま
た、 E+3’=Rロ ・ R42(1−R42、)  +l
え42 (I   R,+2  )ところで、はぼ等強
度の出射光束であるだめにはCA 、DA + EA 
、CB 、DIl 、hB は、はぼ1/3eコ宿しく
なけれはならない。1/3に等しいとすると、」−記よ
り、 R41十0.333 、 ’R1二0.5である1、上
記、実施例から判るように3箇のプリズムからなる光学
素子では114+及びR42を」=記値11こ設定する
ことにより射出光の均一な光の強度分布をうることが可
能であり、また、プリズム3132の鋭角部分を45°
に設定゛してあれば1fji A 、’ Bから入射し
た光束の径は而C,Dから射出する光束の径と同じであ
る33シかし、本実施例の場合曲Eからも光束が射出す
るのでそれだけの分、光束の径が入射する光束の径に対
して拡大したことになる。第4図は第3図の光学素子に
入射するガウス型の断面強度分布を有する光束(強度の
ビーり値3L1)が射出しだ時の光束の断面強度分布が
均一イヒする状態を示しており、破線で示す曲線はjr
j Aから入射し而C,D、Eから夫々射出する光の強
度分布を示し′ている。捷だ一点鎖線で示す曲線は而B
かし入射し曲C,D、Eから夫々射出する光の強度分布
を示している。更に、実線で示しだ曲線はこれら光束の
強度分布が空間的に合成された時の強))!分布を示し
ている、第4図の説明については自明のン′こめ説明を
省略する1、(捷だ、上記実施例の場合も°第1図で説
明した実施例と同じく3次元的(・こ山形のガウス型の
強度分布をもつ光束が本実施−することは明らかである
。)また、プリズムが41L1以]二の光学素子につい
ても上記と同様に設計することにより構成することが可
能でめる。まだ、こればかりでなく R4+ ’+ R
42を適当に選択するととによりいかなる光束の強度分
イ[jの変換も?jJ能となる。更に、一定の強度分布
の光束からガウス型の強度分布をほしい時には第1図及
び第3図に示した光学素子の入射側1を射出側に、射出
mil+を人r+tイ+tgにすれ1はよい0、 第5図は本発明に係る光学系Qて応用する光変調素子の
一例の部分断面図である1、 4′は絶縁性の基板、5’a 、 5′b、 5’c 
、 5’d  。
5’ e  ・は列状に配列されたインジウムデインオ
キザイド等の薄膜からなる発熱安素としての発熱抵抗体
、9′は絶縁層、3′はミラー、2′は彼IJ11熱体
としてのたとえは有機溶剤からなる11ダ層、白は透明
な保護板で、これらがこの順序で4tT層さ?して光変
調素子8′が構成されている1、また、6’a 、 6
′b 。
6’ c  はスイッチで、夫々発熱抵抗体5’a、5
’b。
5′c  に接才完されている1、スイッチ6’a、 
6’l) 。
6’ c・・・が閉成されていない時は発〃l(抗体5
′a。
5’b、5’c・・(d通電加熱されないので液層2′
の温度は一様であり、従って、ある角度で入射してき。
′た光はミラー3′によって正反射されて一定の角度で
光変調素子8′外へ射出する。しかし、スイッチ6”c
が閉成烙れて発熱抵抗体5′Cが通電加熱すると、この
熱をうけた液層2′は局部的に’lL度上昇し、この温
度上昇に伴なって屈折率が他の散層2′の部分と異なっ
たグラティエンド・インチ1ツクス領域7′が生しる。
従って、この領域7′に入射する光は屈折等されてその
光路を変更され図示の如く拡がりのある発散光となって
光変調素子から射出する。
今、ここでは反射型の光変調素子として説明したがミラ
ー3′をなくし基板4′や絶縁層9′を透光性にするこ
とにより透過型の光変調素子もiiJ能である。
−また、液層2′を局部約諾加熱して沸騰させ、この中
に蒸気泡を形成し、この蒸気泡i、cより光路を変化さ
げることにより光変調してもよい19寸だ、発熱抵抗体
の代りに赤外415!吸収層を用いて赤外線をあてるこ
とにより発熱させてもよい。まだ、上記実施例では光路
変化用の部伺として液体を用いたが固体でめってもよい
。なお、これら光変A素子の詳細な原理及び構成につい
ては特願昭57−102293及び特願昭57〜1’ 
78154等に記載されているのでこれ以上詳述しない
6.なお、本実施例の場合、発熱抵抗体5’a 、 5
’b 、 5’cの配列方向の断面内Oて入射し、反射
する光の場合について説明したが、発熱抵抗体5’a 
、 5’l) 、 5′cの配列方向と直交する方向の
面1内で入射1〜、反射する光の場合についても上記と
同じ原理により同様なことがいえる。、なお、発屑弓l
(抗体5′Cの・中型が断たれればグラティエンド・イ
ンテックス領域7′は冷却されて自然消滅するし、蒸気
泡(・こついても同様である。
第6図は本発明に係る光学素子を光−下)・1、j、/
fとしての一隊形成装置に応用した一実施pillて1
リリ、その上親図である。
51は1/−ザ光6東で、たとえばガウス型の強度分布
を有する光束を発生する5、52は:1リメータレンズ
、53は本発明に係る光学素子で木す、チ施例の場合第
3図rc示した114成の光学素子を用いた。154は
シリンドリカルレンズ、8′は光変調二材子の一一例で
本実施例の場合第5図に示した+IIf戒のものを用い
だが、ここでは発熱抵抗体5’ a 、 5’ b ’
、 5′cからなるヒーターアレイ5′等を1γ1ゴ略
的(C示している。、56は光変調素子8′からの正反
射光のみを遮光するたけの大きさ金持つ遮光板、57は
光変調す子8′からの発散光を投影する投影用1/ンス
、58は感光ドラムで図示矢印方向((回転しているも
のとし、この感光ドラム58の表面の位置1・1投影用
1/ンズ57を介して発熱抵抗体列5′と光学的に共役
な位置である。
次(/C1第5図及び第6図を参照して本実施例のi“
fカイ”l” trjQ ’!11をする。レーザ光源
51からのレーザ光はフリメータレンズ52により平行
光束とされた後、光学素子5:l?:より第3図の説明
で述べたようにほぼ均一り強度分布を不する平行光束て
変換される、3この光学素子53がら射出する平行光束
(,1、/リントリカルレンズ54によりヒーターアレ
イ5′上のミラー3′」二に線状に集光される3、この
時、光学素子53にょシ1υを面強度分布の光束の変換
を行なった方向と線状の集光方向とをほぼ一致させる。
ヒーターアレイ5′が通電加熱さ九でない時、この線状
tic集光された光束はミラー3′にょシ正・反射され
て遮光板56にょシ全て遣尤窟れ乞、今、光変調素子8
′のヒーターアレイ5′の内、発熱逝抗体5’cが通電
加熱キJtたとすると、この上の液層2の部分にグラテ
ィエンド・インデックス領域もしくは蒸気泡が形成され
る。この部分0で人材し射出・する光は図示破線で示し
た如く発散光となり、この発散光の大部分は遮光板56
により遮光されず投影用レンズ57により感光ドラノ、
58に点像として結像される。、従って、ヒーターアI
/イ5′ヲ両豫抽号1で応して、駆動することにより、
Δ(に光ドラム58の表面の図示矢印で示す方向−,1
,: l+(両イ7ミイ14号に応じた点1盈の11−
合体からなる[夕が11つIJkさjLる4、この走査
を繰り返すととにより、゛セ&尤トジト58の表面に2
次元のrK<光1安が形成される1−1後(・1公知の
手段により感光ドラム58VC形成きれた静′市ン符像
を適当に処理して用紙等に両区全形成すればよい3、な
お、光変調素子8′のヒータープレイ5′を走査するこ
となく同時にヒーターアレイ5′の所要の発熱抵抗体を
通電加熱して感光ドラノ・58に線状の点像の集合体を
同時6て形成してもよい9、また、感光トラム58の代
りVこスクリーンを配置し、このスクリーンと投影用1
/ンス56の間にヒーターアレ・イ5′のアレイ方向と
直交する方向に走査さぜるガルバノミラーを、更に収差
補1E±必要ならばガルバノミラ−とスクリーンとの間
に結1象レンズを配置することによりスクリーンに2次
元画像を・形成して表示することも可能である。
第6図に示す光学装置としての11jHi像形成装置に
於いて重四な事は本発明に係る光学素子53を用いる’
JTにより光束がヒーターアレイ5′の並ひ方向に均一
な強度分布を持ち、且つ、ヒーターアレイ5′を1−分
に全面116射し得るだけの1〕に板;げられている点
にある5、従って、感光トラム58上(て形成される点
像の強度はほぼ均一で、高解像の画像が1′(すられる
、。
以上述へてきたように本発明に係る光学素子は朗11i
な構成で光束の強度分布を/M望の光の強度分1fli
 iC変換ししかも光束径の変換も容易に行ないうる、
本発明r(係る光学素子を具備した光プリンター、ディ
スプレ・イ等の画像]に成製)首はムラのない且つ高I
Il’F ftの高品位な画質を1是供し得る3゜
【図面の簡単な説明】
第1図(lま本発明に係る光学素子の原J!41を説明
するための説明]沼、第2図は第1図を説1す]するだ
めの光の強j及分布のHat ’、l’1図、第3図は
本発明Vこ係る光学素子の他の一実施例の説1す1図、
第4図は第3図を祝]夕]するだめの光の強度分布の血
明図、第51′″!、目す本発明に係る光学装置に用い
る光変調素子の部分断面図、第6図は本発明に係る光学
素子を用いた光学装置の一実施例の」−二親図である3
゜1.2,31.32.33はプリズム、41゜42は
振幅分割ミラー、43((i全反射ミラー、A  、 
 B  、  C、D  、  E は面、 2′はイ
夜J酌、 3′は ミ ラー、5’a、 5’b 、 
5’c−は発熱抵抗体、5′はヒーターアレイ、8′は
光変調素子、51は1/−ザ光源、52はコリメータレ
ンズ、53は光学素子、K・2 54は7リントリカルレンス、56は遮光板、57は投
影用I/ンス、58は感光トラトムである1、q、′f
許出出願人ギヤノン株式会71・第  3  図 (a)      第  4  図       (b
)第  5  図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のプリズムにより構成され、該プリズム同士
    の接合面に設けられた振「1〕分割ミラーにより振巾分
    割された光束と該光束の一部″を外11111の該プリ
    ズムに設けられた全反射ミラーによって全反射された光
    束とを空間的に合成することによって該プリズムへの入
    射光束の断面強度分布の変換を行なうことを特徴とする
    光学素子、−1
  2. (2)上記光学素子と該光学素子から割出する光束を縁
    状に集光する集光手段と一方向に配置された発熱要素の
    加熱による被加熱体の力」)υ〒率分布の変化を利用す
    る光変調素子を構成波素とし2、該光学素子により光の
    断面強度分布の変換を行な゛りた光束の方向を該集光手
    段を介して該光変調素子の加熱要素の配置方向に一致さ
    ぜることを!I♀徴とする走査光学系。 f3)  十9己光学素子と該光学素子から射出する光
    束を縁状に集光する集光手段と一方向に配置された発熱
    要素の加熱如よる被加熱体の蒸気泡を利用する光変調素
    子を構成要素とし、該光学素子によシ光の断面強度分布
    の変換を行なった光束の方向を該集光手段を介して該光
    変調素子の加熱要素の配置方向に一致させることを特徴
    とする走査光学系。
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