JPS60151610A - 光学素子 - 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】 本発明は、レーザビームプリンター、ディスプレイ、光
シヤツターアレイ等に用いる光学素子及びこれを応用し
た光学装置に関する。

（従来技術） 従来、レーザビームプリンター等で用いられている光束
は、光源であるレーザ光のもっガウス型の強度分布のた
め、その周辺部よりその中心部の方が強度が高い。しか
しながら、その周辺部がその中心部より高い強度または
同等の強度をもつ光束の方が、その光束のスポットの周
縁部が強調されて、画像が高解像度にできることは一般
に知られている。

光束の強度分布を一様な又は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に２個の円錐レンズを組み
合せたものがあるが、このものは、偏心のないように加
工したり、円錐面の光軸に対する傾度を設定値内に正確
に配置することは困ｆｆｌであって実用的でない。

また、レーザ光の光束径を被照明体に比し十分大きく拡
大し、実用上均一と見られる領域を用いる方法があるが
、この場合、被照明体を照明していない照明光のかなり
の部分が無駄になるという（発明の開示） 本発明の目的は、前記のような欠点のない光束強度分布
変換用の光学素子及び該光学素子を用いた光学装置を提
供することにある。

本発明の特徴は、入射光束をその振動面によつて分割し
、ついで分割された光束を空間的に重ね合わせることに
より、所要の強度分布をもつ出射光束を得るようにした
点にある。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明に係る光学素子の一実施例を示す。図
中、１は４５度の傾き角をもつ偏光ビームスブリット用
の貼り合せ面２を有する直六面体の偏光ビームスプリッ
タ−である。偏光ビームスプリッタ−１の水平上面には
１／４波長板３が、ＩＡ波長板乙の−Ｌ面には紙面に直
角な稜線をもつ直角プリズム４が固着されている。偏光
ビームスプリッタＬ１の右側垂直面には１／４波長板５
を介して紙面に平行な稜線６をもつ直角プリズム７が固
着されている。偏光ビームスプリッタ−１の水平下面に
は、出射光を線状に集光するシリンドリカル９が入射す
ると、偏光ビームスプリッタ−１の作用により、例えば
Ｓ偏光成分のみが垂直上方に反射され、該反射光束１０
は、１／４波長板３を通過する際に円偏光に変換されて
直角プリズム４に入射する。該入射光束は、直角プリズ
ム４内において、図示のように反射されて、右方向に移
動されると同時に垂直下方に向けられる（紙面内におい
て）。垂直下方に向けられた円偏光光束１１は、１／４
波長板６を通過する際に、反射光束１０の振動面と直交
する振動面をもつ直線偏光に変換され、従って偏光ビー
ムスプリッタ−１に対してはＰ偏光状態となるので、す
べて偏光ビームスプリッタ−１内を垂直下方に向って透
過し、シリンドリカルレンズ８により集光されて、面１
２上に線状に投射される。

他方、入射光束９のうちの、貼り合せ面２を透過した水
平方向の光束１６、すなわちＰ偏光成分は、１／４波長
板５を通過する際に円偏光に変換され、紙面に平行な稜
線６をもつ直角プリズム７によって反射され、再び１／
４波長板５を通過し、その際に最初の直線偏光の振動面
に直交する振動面を有する直線偏光の光束１４となる。

この光束１４は、偏光ビームスプリッタ−１に対してＳ
偏光状態にあるので、貼り合せ面２ですべて垂直下方に
向けて反射され、ついでシリンドリカルレンズ８により
面１２上に線状に集光される。

したがって、第１図の光学素子に入射した光束は、一定
の距離離れ、そして相互に直交する振動面をもつ二つの
直線偏光の光束として出射される。

なお、入射光束を紙面内で分離する場合には、直角プリ
ズム７の代りに平面反射鏡を用いてもよい。シリンドリ
カルレンズ８は、後記使用例のように光を線状に照射す
る場合に有用なものであって、本発明の光学素子に不可
欠の要素ではない。

第２図は、第１図の光学素子を用いて、ガクス型強度分
布をもつ平行光束をほぼ均一な強度分布の平行光束に変
換する原理の説明図である。第１図の光学素子に、紙面
と平行な面内で、光の入射方向から見て、第２図（ａ）
に示すがウス型強度分布をもつ平行光束が入射するもの
とする。

第２図（ａ）において、光の強度が最大値　２Ｌｏ　の
］／ｅ　＝　３６．８％まで低下する入射光束の光束径
を２８とし、入射光束が第１図の光学素子通過後に、距
離１．６ａ離れ、光の最大強度が等しく、振動面が直交
する二つの直線偏光光束に分れて出射するとすれば、振
動面が直交する直線偏光は干渉しないので、出射光束の
強度分布は、各直線偏光光束の強度分布の和になる。す
なわち、第２図（ｂ）において実線で示す強度分布とな
る。

第２図（ｂ）において、光束幅２ａの範囲内における光
強度の最大値と最小値の差は１０％以内であり、第２図
（ａ）における最大値と最小値の差６３．２％と比較す
ると、光強度が均一と見られる範囲が著しく拡大したこ
とが分かる。また、前記したように、出射光束は互いに
直交した直線偏光状態にあるので、レーザーの゛ような
干渉性の良い光源を使用しても光束の重ね合わせによる
干渉は生じず、振幅分割型のビームスプリッタ−を用い
た際に生じる干渉による強度分布の変化がないという利
点を有する。

さらに、入射光束９を光学素子に対し第１図の紙面内で
上下方向に平行移動させることにより、二つの出射光束
間の距離を変更し、それにより出射光束の強度分布を所
要の形状にすることができる。

第３図は本発明に係る光学素子の他の実施例を示す。こ
の実施例が第１図の光学素子と異なるところは、直角プ
リズム４′が１／４波長板６から分離し、偏光ビームス
プリッタ−１に対し矢印Ｘで示す水平方向に移動可能と
した点にある。その他の構成は、第１図に示すものと同
様であるので、第１図の各部に対応する各部分には第１
図と同一の符号がつけられている。この実施例によれば
、光学素子に対する入射光束の位置を変更することなく
、直角プリズム（屋根型プリズム）４′を矢印Ｘの方向
に動かすだけで、光束の強度分布の形状を調整すること
ができる。

第４図は、本発明の第３の実施例を示す。光学素子２０
は、接合された２個の直六面体形のプリズム２１・２２
と、その接合面に形成された偏光ビームスブリット而２
３と、接合されたプリズム２１・２２の右側垂直端面に
取付けたシリンドリカルレンズ２４とにより構成されて
いる。

光学素子２０に光束２５が図示のように入射すると、光
束２５は、偏光ビームスブリット而２６によって互いに
偏光方向が直交する２つの直線偏光に分割された後、プ
リズム２１及び２２の内向で反射されて方向を変え、シ
リンドリカルレンズ２４を通過後所定の位置において重
ね合わされる。

その効果は第１図の光学素子と同様である。この光学素
子２０は、第１図の光学素子に比較して構成が簡単で製
造が容易であるという利点を有する。

なお、第１図の光学素子と同様に、シリンドリカルレン
ズ２４は光学素子２０の用途によっては不用である。

第５図は、本発明の第４の実施例を示す。光学素子６０
は、プリズム３１・３２と、その接合面に形成された偏
光ビームスブリット而３３と、シリンドリカルレンズ３
４とから成る。この実施例は、光束３５の分離量が固定
されていること、及び光束の主光線が光学素子６０の入
射面及び射出面に垂直であること、構成が簡単で製造が
容易であることが特徴である。

以上の記載から明らかなように、本発明によれば、光束
の断面強度分布を、必要に応じて、はぼ均−又は所要の
分布状態とすることができ、しかも構造簡単な光学素子
を得ることができる。

次に本発明に係る光学素子を用いた画像形成装置につい
て説明する。第６図は画像形成装置の説明図、第７図は
第６図の＊＋ｔｌｉ像形成装置において用いられている
光変調素子の説明図である。

第７図において、４１は絶縁性の基板、４２・４２・・
・・・は１列に配置されたインジウムテインオギサ、イ
ド等の薄嘆からなる発熱抵抗体、４６は絶縁層、４４は
ミラー、４５は有機溶剤などからなる液層、４６は透明
保護板で、これらが一体となって光変調素子４７を構成
している。４８・４８・・・・・はスイッチで、それぞ
れ発熱抵抗体４２・４２・・・・・に接続されている。

スイッチ４８・４８・・・・・が開いて発熱抵抗体４２
・４２・・・・・に通電されていない時には、液層４５
の温度は一様であり、従って、ある角度で入射した光は
ミラー４４によって正反射されて光変調素子４７外へ射
出する。

しかし、スイッチ４８が閉じて発熱抵抗体４２に通電さ
れると、該発熱抵抗体４２に隣接する液層４５の部分が
局部的に温度上昇し、この温度上昇に伴なって屈折率が
残余の部分と異なったグラディエンド・インデックス領
域４９が生じる（このグラディエンド・インデックス領
域４９は通電が遮断され該液層部分の温度が下ると消滅
する）。

グラディエンド・インデックス領域４９に入射した光は
、図示のような拡がりのある発散光となって光変調素子
４７外へ射出する。ここでは光変調素子を反射型のもの
として説明したが、ミラー４４を除去し、基板４１及び
絶縁層４３を透光性にすれば、光変調素子を光透過型の
ものにすることができる。なお、光変調素子としては、
液層中にグラディエンド・インデックス領域を発生させ
る代りに蒸気泡を発生させ該蒸気泡により光路を変化さ
せることにより光変調するもの、発熱抵抗体の代りに赤
外線吸収層を用いて赤外線をあてることにより発熱させ
るようにするもの、光路変化部材として液体の代りに固
体を用いるものなどが考えられる。これら光変調素子の
詳細については、特願昭５７−１０２２９３号及び特願
昭５７−１７８１５４号の明細書＝を参照されたい。

第６図は、本発明の光学素子及び前記の光変調素イを用
いた画像形成装置の説明図である。図中、５１はガウス
型の強度分布をもつ光束を放射するレーザー光源、５２
はコリメータレンズ、５６は本発明の光学素子、４７は
光変調素子、５５は感光ドラム５６上にレーザー光を集
光投影する投影レンズである。レーザー光源５１からの
レーザー光は、コリメータレンズ５２により平行光束と
された後、光学素子５６によりほぼ均一な強度分布をも
つ平行光束に変換される。光学素子５３から射出する平
行光束５７は、光学素子５３の光束射出部に配置された
シリンドリカルレンズ５８により光変調素子４７のヒー
ターアレイ６ｏ上のミラー４４上に線状に集光される。

光学素子５６による光束の断面強度分布の変換方向と線
状集光の方向とは、はぼ一致させている。ヒーターアレ
イ６゜のすべてのヒーター４２に通電されていない時、
この線状に集光された光束は、ミラー４４により正反射
され、その反射光束は遮光板５９によりすべて遮光され
る。ヒーターアレイ６ｏの各ヒーター４２に画像形成用
の信号電圧が印加されると、信号電圧を印加されたヒー
ター４２に隣接する液層４５の部分にグラディエンド・
インデックス領域４９が発生するため、該部分に入射し
た光は第７図に破線で示したような発散光として反射射
出される。この発散光の大部分は、遮光板５９により遮
光されることなく、投影レンズ５５により、感光ドラム
５６上にそれぞれ点像として結像される。したがって、
ヒーターアレイ６０を１ｌ１１１像信号によって駆動す
ることにより、感光ドラム５６の表面の図示矢印で示す
方向に画像信号に応じた点像の集合体からなる像が形成
される。この走査を繰り返すことにより感光ドラム５６
の表面に２次元の感光像が形成される。後は公知の手段
により感光ドラム５６に形成された静電潜像を適当に処
理して用紙等に画像を転写すればよい。なお、光変調素
子４７のヒーターアレイ６ｏを走査することなく同時に
ヒーターアレイ６０の所要の発熱抵抗体を通電加熱して
感光ドラム５６に線状の点像の集合体を同時に形成して
もよい。また、感光ドラム５６の代りにスクリーンを配
置し、このスクリーンと投影レンズ５５の間にヒーター
アレイ６０のアレイ方向と直交する方向に走査させるガ
ルバノミラ−を、更に収差補正上必要ならばガルバノミ
ラ−とスクリーンとの間に結像レンズを配置することに
よりスクリーンに２次元画像を形成するようにしてもよ
い。

本発明の光学素子５６を用いた第６図の画像形成装置に
おいては、光束がヒーターアレイ６０の列方向に均一な
強度分布を持ち、かつヒーターアレイ６０を十分に全面
照射できる幅に拡げられているため、感光ドラム５６上
に形成される点像の強度がほぼ均一になり、高解像度の
画像を得ることができる。

本発明の光学素子を用いた光プリンター、表示装置など
の画像形成装置は、むらがなく、かつ高解像度の画質を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学素子の一実施例の説明図、第
２図は第１図の光学素子による光束断面強度分布の変換
原理を示す説明図、第６図は本発明の第２実施例の説明
図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明の他の実施例の
説明図、第６図は本発明を利用した画像形成装置の説明
図、第７図は第６図の画像形成装置に用いられている光
変調素子の説明図である。 １：偏光ビームスプリッタ− ３：　１／４波長板 ４：直角プリズム ５　：　１／４波長板 ７：直角プリズム ８ニジリントリカルレンズ ２０：光学素子 ２１・２２ニプリズム ２３：偏光ビームスブリット面 ２４ニジリントリカルレンズ ３０：光学素子 ３１・６２ニプリズム ３４．シリンドリカルレンズ ４７　光変調素子 ５２：コリメータレンズ ５３：光学素子 ５６：感光ドラム ５９：遮光板 特許出願人　キャノン株式会社 ２ 第１図 （ａ） （ｂ） 第　２　図 会 ２ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入射光束をその振動面が異なる二つの直線偏光光束に分
   割し、ついで該二つの直線偏）Ｉａ光束を、その振動面
   が直交するように、その光束中心がずれるようにして合
   成射出することにより、光束の断面強度分布の変換をす
   るところの光学素子。