JPS6022330B2 - 複数個の半導体レ−ザ−を用いた記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数個の半導体レーザーを光源部に用いた記録
装置に関する。

半導体レーザーを用いた記録に適する記録媒体は、半導
体レーザー光を充分に吸収し得る材料を用いたものであ
る事は当然である。半導体レーザー光の波長が現在０．
８〜０．９仏仇の近赤外領域にあるために、ジアゾ、フ
オトレジスト、ヴェシキュラータィプの感光材料等の紫
外又は紫外に近い可視光に感度を有する感材は半導体レ
ーザーの記録に不適である。フィルムベース上にＢｉ等
の光吸収性薄膜層を設け、この層に対してレーザのエネ
ルギーに依って熱的に穴をあげるヒートモードタイプの
感材は半導体レーザーの記録においては波長感度の点で
最も適している。しかし現状ではこの感材のエネルギー
感度は１ぴｅｒｇノの程度であって、感材面上ピークパ
ワー３仇ｈＷの半導体レーザー光を約３０ｍＳｅｃの時
間照射する事に依って２仏？程度の穴を開ける事ができ
るに過ぎない。又このようなパルス動作は半導体レーザ
ーの寿命又は繰返し耐久性の点からの制約があって、現
状では最大５％のデューティサィクルを行うのが限度で
ある。このような条件下においては、２〃◇の絵素を縦
２１００ドット、横２９７０ドット配列し、全体として
約１びドットの絵素に依って１頁を形成しようとする場
合に、１頁の記録時間が約７９秒程度となる。このよう
な記録速度の遅さは、この記録システムが現像定着等の
後処理が不要であり、後からの情報追加ができるメリッ
トがあるにもかかわらず、一般の多くの応用分野におい
て、またこのシステムが活用されるに至っていない最大
の理由と考えられる。

本発明は上述した欠点の改良を目的とするものであり、
半導体レーザーを光源に用いた場合でも０高速で記録す
ることが可能な記録菱鷹を提供するものである。

本発明は、特に半導体レーザーと記録媒体としての低感
度のヒートモード部材の組み合わせに於いても、記録の
高速化が可能な記録装置を堤供す夕る。

本発明に於ける記録装置では、光源部に複数個の半導体
レーザ−を設け、該光源部からの複数のビームで同時に
走査面を走査するものである。

即ち走査面を同時に複数の走査ラインで走査することに
より、半導体レーザーの絶対的なパワー不足による記録
速度の遅さを克服しようとするものである。本発明に於
ける記録装置は複数個の半導体レ−ザーを有する光源部
、該光源部からの複数のビームを偏向する偏向器、該偏
向器からの複数のビームにより走査される走査面、前記
半導体し−ザーからのビームを走査面上に走査スポット
として結像せしめる結像光学系を備え、走査面を複数の
走査スポットで走査するものである。

本発明に係る記録菱直に於いては、上記光源部からの複
数のビームを導き、所望の形状の二次光源を形成する光
学素子を上記記録装置の光源部と偏向器の間であって、
この二次光源が上記結像光学系に関して走査面とほぼ光
学的に共役となる位置に配することにより、光学系のア
ラィメントを容易にするものである。

この光学素子は異なるレンズ系より成る結像光学系、又
は結像作用は有しないが光東を導く導波略がある。

この導波略としては、光薄膜回路、オプティカルフアィ
バ一等がある。この光学素子による二次光源は通常直線
状に密接して形成され、上記結像光学系により走査面上
に結像される二次光源の像の配列方向と、該像の走査面
上に於ける走査方向は或る一定の角度を有している。

この角度は例えば走査面上をスポットで走査するビーム
の速度と、走査面の移動速度により決定されるものであ
り、この角度を適宜選ぶことにより、二次元の走査を有
効に行なうものである。上記二次光源は上記光源部の半
導体レーザーに対応する複数の微小光源より成っている
が、各微小光源の形状は、その断面に於いて長手方向と
短手方向のない形状が望ましい。

半導体レーザーのスリット状の発光面を斯様な形状の微
小光源に変換するには、上記光学素子が導波路である場
合には導波路の断面形状が送光方向に沿って比較的容易
に変化できるので容易に断面形状を変化できる。又上記
光学系がレンズ等の結像光学系である場合には、該結像
光学系にアナモフィックな光学素子を配することにより
上述した形状の微小光源を得ることができる。以下、本
発明を実施例に沿って詳述する。第１図は本発明に係る
装置の一実施例を示す概略図である。

第１図に於いて、１は半導体レーザーで複数個隔離され
て配置され、その各々に上述した光導波路が光学的に接
続されている。第１図に示す光学的な接続は導波路２の
端面を直接半導体レーザー１に密接させているものであ
るが、後０述する様に半導体レーザー１と光導波路との
間をレンズ系又は適当な蝶質を介して接続させても良い
。光導波路の半導体レーザーとは接続されていない光東
出射端部３はその端面を正面から見た状態を３′で示す
様に、互いに密接してほぼ直線状配列されている。

半導体レーザー１と光導波路は共通基板４の上にモノリ
シック又はハイブリッドに形成され、全体として光集積
体を形成するものである。この場合に有効な光導波路の
断面の最大さしわたしは５〜５０Ａのである。これら５
山肌以下であると細すぎて加工が困難であり、５０山肌
以上のものはエネルギーの損失が少ない状態で有効に縮
小することができない。しかしレーザーの発光面積に合
せた更に太い断面のものを用いても良く太さの上限には
本質的な制限はない。半導体レーザーの二次光源となる
光導波路の光東出射端部３からの発散光東Ｌはコリメー
タレンズ５により平行光東Ｌ２となった後にガルバノメ
ータ−６によって振動されるガルバノミラー７に入射す
る。

ガルバノミラーの振動により偏向走査を受けた平行光東
Ｌ３は走査用の結像レンズ８により走査面９上に走査ス
ポット１１として結像される。この走査面９は半導体レ
ーザーの光束に適合するヒートモード感材である。第２
図は、上記走査面９を正面から見た図であるが、走査面
９上に結像された光東はガルバノミラ−の振動によりＡ
，方向に移動する。一方走査面はん方向に移動するので
走査面の二次元走査が成されるのである。上記走査面９
上には第２図に示す如く導波路の光東出射端部３の像１
０が結像されている。従って走査面９を走査する走査ス
ポット１１は各導波路２の端部３の像であり、故に走査
スポットの数は導波略の数と対応する。この走査スポッ
ト１１の配列方向と走査スポットの走査方向Ａ，は、こ
れら両方向が直角となるのを避けて、或る一定の角度で
交父する様に、上記織部３の像１０は結ばれる。従って
ガルバノミラーが振動すると上記走査スポット１１はＡ
，方向に移動するので、この走査スポットの数と同じ数
のラインが同時に走査されるのである。この走査面９上
の走査スポット１１の大きさ及びスポット間の間隔は、
上記端部３での導波略の密接の状態及び該端部３での導
波燐の断面枝及び走査光学系の結像倍率の大きさにより
自由に選ぶことができる。

例えば走査スポットの大きさを小さくするには導波路の
端部３での断面鏡を小さくしたり、結像レンズ系の結像
倍率を小さくすることで達成される。尚上記走査用の結
像レンズ８は、偏向器からのビームが等速で振れる場合
には、該結像レンズにより結像される光速の隊商をｈ、
議しンズに入射する光東が光軸と成す角を０、該結像レ
ンズの焦点距離をｆとすると、ｈ＝ｆ・０なる特性を有
するレンズを走査用の結像レンズとして使用する。

又、偏向器からのビームの結像レンズ８に入射する角度
０が経時的に正弦状態で変化する場合は、ｈ＝ｆ・ａｒ
ｃｓｉｎａなる特性を有するレンズを用いる。尚、光導
波路２の光出射端面３は、該端面からの光東が基板４に
つてケラレない様にする為に、第３図Ａ，Ｂ，Ｃに示す
如く、光導波路２の端面３と基板４の端面をそろえるか
、又は、光導波務２の端面３を基板４よりも突出して設
けなければならない。

光導波略２の端面３と基板４の端面をそろえる一つの方
法は、両者の端面を同時に光学研摩することである。第
３図に示す如く、光導波路は光出射端部３に近づくにつ
れて導波路の厚さが増し、その断面に於いてほぼ長手方
向、短手方向の区別がない形状となっている。従って斯
様な端部３からの光ビームの発散角はほぼ等方的である
ので、該端部３からのビームを結像させる光学系には通
常の球面レンズ系を用いることができる。上述した半導
体レーザーと光導波路より成る光集積体を形成する方法
には各種のものがある。例えばモノリシックなものは次
のような構成に作られる。ｎ−ＧａＡｓ結晶を共通基板
とし、例えばｐ−Ｇａ＄をＧａＮＡｓでサンドィッチし
た多層ェピタキシアル層をその上に形成する。

ｐ−ＧａＡｓの眉はいわゆるダブルヘトロ接合された活
性層となる。ＧａＡＩＡｓの層は例えばＧａとＡＩの比
率が０．８：０．２，０．９３：０．０７，０．７：０
．３のような比率である多層構造でもよい。例えばＧａ
ｏ．９３山ｏ．ｏ７Ａｓ層とＧも．７ＡＩｏ．３Ａｓ届
との間にフオトリソグラフイー技術によって光学的な回
折格子となる周期的凹凸形状を形成してやるとこの回折
格子によって活性層を伝播する光の一部が反対方向にフ
ィードバックされ更にそのフィードバックされた光が、
その反対方向にフィードバックされるために、光は活性
層中を往復し光の共振器が形成されてレーザーとなる。
即ち通常知られる、分布帰還形レーザー或し、か分布ブ
ラツグ反射鏡形レーザーが形成される。これらのレーザ
ーは特に反射端面を形成しなくてもよいのでモノリシッ
クな光築簾化に適している。勿論回折格子方式によらず
、反射端面を機械的、或いは化学腐食等の方法で形成し
てもよい。ｎ−ＧａＡｓ基板上でレーザーが形成されて
いない部分、或いはレーザー層をエッチングによって除
去した部分には例えばｐ−Ｇも．７ＮＯ．３Ａｓ及びド
ープされていないＧ〜９Ｎｏ．，偽の２重層をェピタキ
シアル成長させこのドープされていないＧａＮＡｓの層
を光導波路としてレーザー光を伝播させる事ができる。

レーザー届の部分は溝によって複数のレーザーに分割さ
れても良く或いは単に離隔された電極を形成する事によ
って独立に駆動され得る複数個のレーザーを形成する事
ができる。

又光導波略の厚さは通常数〃ｍが形成しやすい。

これは上記のようなェピタキシアル成長層を用いず、あ
らかじめｎ−ＧａＡｓの基板を深く掘り下げておいて、
低屈折率の薄層をｌＡｍ以上の厚さに形成し、更にその
上に高屈折率の薄層を形成してもよい。低屈折率層は導
波路からの光の逃げを防ぐためのものであり、その目的
のために少くともｌＡｍ以上の厚さである事が必要であ
る。低屈折率及び高屈折率は相対的な関係であって、こ
れらの層を形成する材料としては通常レンズ等の反射防
止膜などに使用される各種酸化物、フッ化物等の誘電体
が適している。ＭｇＦ２，ＣａＦ２，Ｎ２０３，Ｓｉ○
，Ｓｉ０２，Ｔｉ０２，Ｚｒ２０３，ＺｎＳ等である。

このような光導波層はフオトリソグラフイー技術等によ
り、独立に駆動し得る複数の半導体レーザーからの光を
導くべく、第１図の如くそれに対応した導波略の形状に
加工される。

導波略の放射端面においては記録密度の点から、各導波
柊は相互にできるだけ近接する事が望ましいが、尚相互
の導波勝間での光のしみ出し、もれ出しに依るいわゆる
クロストークを防ぐために少くとも１ム肌以上好ましく
は２山肌以上、加工上の容易さ等を老燈した場合には、
〜５ムｗの間隔を設ける事が必要である。

加工の容易さ、量産性を考慮した場合に上記の如きモノ
リシックタイプが技も好適ではあるが、尚小量のものを
作る場合には下記のハイブリッドタイプも可能である。
例えば、第４図に示す如く、レーザー光源部１２と光導
波路部１３を別々に作成し、両者を合体して一体化させ
るものである。又上記光導波路はあらかじめ基板に導波
路用の溝を形成しておき、その溝の中に埋込むような方
法で形成する事もできる。

又光導波勝としてはプラスチックのフィルムを導波路の
形状に切り出し、それを基板上にはりつける方法でも形
成できる。

同集積回路の高度化により数十〜数百の半導体レーザー
と光導波路の集積化は十分可能である。次に上記光源部
と光導波路が空間的に分離されていて、光線部と光導波
路を光学素子を用いて結合する様な場合に関して述べる
。

第５図に示す光源装置は、半導体レーザーの光源部１２
と光導波略として基板１４上に固設されたオプチカルフ
アイバー１５を結像レンズ１６で結んだものである。

この結像レンズ１６は半導体レーザーの光線発光部の形
状を考慮してアナモフィックな結像光学系を用いても良
い。この実施例では光導波略１５の出射様面１７は基板
１４の端部で出射光東がケラレない様に、基板１４の端
部より突出して設けられている。第６図は第５図に示す
光源菱鷹と同じ礎成の菱鷹であるが、結像レンズ１８を
１個で代用させた所が相違する。

この光源装置では、各々対をなす半導体レーザーの光出
射面と光導波路の入射端面が結像レンズ１８に関して光
学的に共役な位置に設けられているものである。即ち半
導体レーザーの光出射面ｌａとオプチカルフアィバーの
光入射端面１５ａ、同様にｌｂと１５ｂ，ｌｃと１５ｃ
，ｌｄと１５ｄ．ｌｅと１５ｅが結像レンズ１８に関し
て光学的に共役な位置に設けられてい‐る。光源部と光
導波路をレンズ等の光学素子を用いて結び付ける第５図
及び第６図に示す様な場合には、半導体レーザーの発光
部の形状を補正するにはしンズ系にアナモフイツクな光
学系を用いるか又は導波路の断面形状を変化させること
により、その断面の長手方向と短手方向の区別がほぼな
い様な二次光源を得ることができる。

尚、半導体レーザーの場合は記録する為の信号を直接半
導体レーザ−に印加することで、印加した信号に応じた
ビームを半導体レーザーから取り出すことができる。

従って、上述した如く複数の半導体レーザーで同時に記
録を行う場合は、各々の半導体レーザーに各々の記録用
の信号に対応した信号を同時に印加させるものである。
第７図は本発明に係る装置の他の実施例の概略図を示す
斜視図である。

第７図に於いて、２１は半導体レーザーｌａ，ｌｂ，ｌ
ｃ，・・・を複数個並べた光源部、２２は半導体レーザ
ーの個数と同数の集光系２３を有する集光ユニットであ
る。ここでこの集光系２３に関して詳述する。第８図に
示す如く、半導体レーザー１は上述した如く直交する面
で光東の発散角が異なるものである。従って半導体レー
ザー１は直交する断面内でそれぞれ異なる発生点ＩＱ，
１８を有するので、これらの発光点ＩＱ，１８を上記集
光系２３で或る一点Ｐに合致させる。そして拾かも、半
導体レーザー１からの光東が点Ｐから等方向に発散され
る如く設けたものである。第９図、第１０図及び第１１
図はそれぞれ上記集光系２３の各実施例を示すものであ
る。第９図に於いて集光系２３は正の球面レンズ２３ａ
と負のシリンドリカルレンズ２３ｂによる合成系で構成
されており、シリンドリカルレンズ２３ｂは発光点ＩＱ
からの光東に対しては屈折力を有さない。第１０図は一
方向の発光点を負のシリンドリカルレンズ２３ｄでそし
てそれと直交方向の発光点を断面内屈折率分布が一方向
に連続的に変化している様なファイバー２３ｃで点Ｐに
合致させるものである。第１１図は断面内屈折率分布が
直交する方向で異なった状態で変化している様なファイ
バー２３ｅを用いて直交方向で異なる発光点ＩＱ，１３
を同一のＰ点に合致させているものである。この様な集
光系２３からの光東は結像レンズ２４で結像され、半導
体レーザーの二次光源ｌａ′，１ｂ′，ｌｃ′，・・・
を形成する。

これ等の光源像は直線上に同一のピッチで配列される。
この二次光源の近傍にはフィールドレンズ２５が配され
ていて、二次光源１を，１ｂ′，ｌｃ′，・・・からの
光東の指向性をコリメーターレンズ２６の方に合致させ
る。従ってこのフィールドレンズ２５を配することによ
り、コリメーターレンズ２６の有効径を縮４・できる。
コリメーターレンズ２６からの平行光東はガルバノメー
ター２８で駆動するガルバノミラー２７により偏向走査
された後走査用の結像レンズ２９により走査面３０上に
結像される。従ってこの二次光源ｌａ′，ｌｂ′，…と
走査面３川ま光学的に共役な位置に設けられている。ガ
ルバノミラーの振動に伴って上記二次光源の像３１は矢
印Ａ，方向に移動し、一方走査面３川ま矢印Ａ２方向に
移動するので二次元の走査が成される。上記集光系２３
は、アナモフイックな光学系であったが、集光系に球面
光学系を用いた場合には、第１２図に示す様に半導体レ
ーザーの二次光源ｌａ′，ｌｂ′．・・・は長円となる
。

従って、斯様な場合は第７図で示す光学系の二次光源の
位直にスリット３２を設け、光東断面の長手方向の光東
の一部を遮弊することにより、光東の断面形状の整形を
行うことができる。次に本発明に係る菱直の具体例に関
して述べる。

発光部の形状が２一触×７５一肌、出力０．７５Ｗ、波
長０．８９ム川、デューテイサイクル５％、最大繰返し
周波数ＩＭ位のものを用いる場合このレーザーに対して
使用する惑材は７５ムの厚さのポリエステルフィルムの
片面にＢｉの薄層を５００Ａ，ＷＳの薄層を更にその上
に５００Ａ形成して記録層とした。この種のヒートモー
ド感材としてそは高感度な感村である。これに対して厚
さ約２山長手方向１６山の断面を有する光導波路が直榛
レ−ザー発光部に光学的に接続されている。光導波路の
光東出射端部からの発散光を長手方向に毒縮４・し短手
方向を２倍に拡大する光学系で一返４山ぐのスポットに
集光して感材面上に照射したところ感材面に到達したレ
ーザーパワーは約３仇ｈＷであり３０比Ｓｅｃの照射時
間で２〃◇の穴を記録する事ができた。この場合にレー
ザーの繰返し周波数は、デューティサィクル５％の制限
から、１６７ＫＨｚであり、ガルバノメーターの効率も
５０％とするとガルバノメータ−の周波数は約４皿ｚ感
材送り速度は０．０８２５側／ｓｅｃで縦・藤ドットピ
ッチを２ム肌縦１ライン上の絵素数を２１００ドット、
縦方向２９７０ラインとすると、この１頁の記録に７９
砂嚢した。

この様な半導体レーザーと光導波路集積体を用い、集積
化されたレーザー及び導波路の数を６個とした場合、ガ
ルバーの周波数を向じに取り、感材の送り速度を６倍に
して、１２．９砂での記録が可能である。半導体レーザ
ーと光導波路の数を更に倍増した光築積体を用いると１
頁の記録速度は約６秒とすることができる。更に議取り
、記録のスキャナーを共通化する事で、スキャナーの効
率を５０％から８０％程度まで改善できるから、１頁の
記録時間は更に４秒以下と高速化される。

以上の場合はＡ４サイズを１／４８に縮小したマイクロ
記録に対応している。即ち４…１頁が４秒でマイクロフ
ィルム化されるものである。集積度を上げれば毎秒数頁
の記録も可能となるのでＣＯＭとしても用いる事が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一実施例を示す概略図、第
２図は第１図に示す装置の走査面の正面図、第３図Ａ，
Ｂ，Ｃは本発明に係る菱鷹に用いる光導波路と基板との
関係を示す図、第４図、第５図及び第６図は本発明に係
る装置に使用する光導波路の各実施例を示す図、第７図
は本発明に係る装置の他の実施例を示す図、第８図は本
発明に係る装置に用いるアナモフィックな光学系を説明
する為の図、第９図、第１０図及び第１１図は各々本発
明に係る袋直に使用するアナモフィックな光学系を示す
図、第１２図は半導体レーザーからの光東の断面形状を
整形する一実施例を示す図。 １・・・半導体レーザー、２・・・光導波路、５・・・
コリメーターレンズ、７・・・ガルバノミラー、８・・
・走査用結像レンズ、９…走査面、１１…走査スポット
。 努／図 ※２図 均ｓ図 簾イ図 鰐；図 簾５四 緒７図 第８図 祭？図 礎／ｏ図 祭〃図 袴′２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の半導体レーザーを有する光源部、前記光源
   部からの複数の光ビームを結像する球面集光光学系、該
   球面集光光学系の結像面の近傍に配され、球面集光光学
   系によつて形成された光源部の像を整形する像整形手段
   及び該像整形手段により整形された光源部の像を記録面
   上に結像する結像光学系を有し、複数のビームスポツト
   で記録面に記録を行う事を特徴とする複数個の半導体レ
   ーザーを用いた記録装置。