JPS61502640A - 球面鏡によりガウスビ−ムを整形する装置 - 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】 球面鏡によりガウスビームを整形する装置技術的分野 、この発明はガウスレーザビームを歪像的に整形し且つレーザ書込み又は読取り 装置に使用され得る装置に関係光学式印刷装置はしばしば走査過程を利用してい る。

この種の装置の多くのものは、円形対称のガウスビームを発生するレーザ及びこ のレーザビームを像領域において感光部材上で線走査する回転多面鏡を使用して いる。

組み立てられたときの多面鏡の鏡のある各面は一般に角錐誤差と呼ばれる「傾斜 誤差」を持っている。この誤差は記録された像に許容できないゆがみをもたらす ことがある。傾斜誤差を補正するために、あるプリンタは円柱形のレンズ又は鏡 を用いて多面鏡及び像平面を走査方向に垂直な方向において光学的に共役させて いる。ビームは多面鏡への到達前に歪像的に形成される。このよ５な装置の例は 、ス′タークウエザー（Ｓｔαデｋｗｓａｔｈａデ）の米国特許第４０４００９ ６号、プレツゲマン（Ｂデｓａｇｇｇ−ｍａ％％）の米国特許第４２４７１．６ ０号、及びゴシマ（Ｇｏｓｈｔｍａ　）外の米国特許第４３１８５８３号に記載 された装置である。

レーザビームの歪像（アナモフィック）整形は半導体レーザダイオードを用いた 光学装置においても行われる。

レーザダイオードは一般に、最初歪像的なガウスビームを発生する。この歪像的 ビームを円形対称のガウスビームに歪像的に整形することが望ましい。米国特許 第３９７４５０７号はダイオードレーザによって発生された歪像的ガウスビーム を円柱レンズにより円形対称のビームに整形する方法を述べている。円柱レンズ を用いた他の例は米国特許第４３１８５９４号及び第４２５３７３５号に述べら れている。ガウスレーザビームを歪像的に整形するためのレンズ及び鏡のような 円柱素子の欠点はその製造が困難であることである。

この発明の目的は円柱形ビーム整形素子音用いることなく書込み又は読取り装置 に使用できるようにガウス光ビームを有効に整形することである。

発明の開示 この目的は所望の歪像ビーム整形を生じさせるように適当ζこ傾けられた球面鏡 を用いることによってガウス光ビームを発生させるためのレーザを備えた装置に おいて達成される。

この発明の別の目的はコマを減小させるような方法をそのようなビーム整形を行 ５ことである。

これらの目的は、元ビームの党略に沿って隔置されて配置され且つレーザビーム に対して傾斜させられている少なくとも二つの球面鏡を備えていて光ビームが一 方の鏡から他方の鏡へ反射され且つビームが（１）円形対称の入力ガウスビーム から歪像的ガウスビームに又は（１１）歪像的入カガウスピームから円形対称の ガウスビームＩこ歪像的に整形されるようになっている光学的装置、によって特 徴づけられるガウス光ビームを整形するための装置によって達成される。

球面鏡は円柱光学素子よりも普通の研削及び研摩方法により製造し且つ検査する のが容易である。球面鏡は又複製方法により作ることができる。更に、鏡は色収 査を導入しないので出力走査色彩装置に有利である。

図面の簡単な説明 図１Ｇは円形くびれ部分を備えた円形対称のガウスビームを受け且つこのビーム を整形して歪像的ビームを発生させるようにする球面鏡装置の簡単化された透視 図であり、 図１ｂは多面鏡レーザ走査プリンタ装置に使用された図１αの鏡装置を示し、 図２及び図３は図１５に示されたものと類似の球面鏡装置であるが、その球面鏡 が元ビームをほぼ単一平面内に保持するように配列されているものであり、図４ はガウス入力ビームを整形してコマ及び高次の奇数視野収査のない出力ビームを 作るように配列された四つの凹面球面鏡を使用した別の鏡装置を示しており、又 図５は歪像的ガウス光ビームを発生するダイオードレーザ、及びこのビームを整 形してこれが像領域において円形断面を持つようにする球面鏡装置を示している 。

明Ｍｉ書に使用されたように、歪像的（アナモフィック）及び非点的（アスチグ マチック）の用語は相互に交換可能である。これらの用語はガウス光ビームが一 つの方向に圧縮又は拡張されていることを一般に意味している。

曲率半径Ｒ及び表面法線に対する傾斜角Ｉを持った鏡は、周仰のコディングトン （ｃｏｔｔｉｉ％ｇｔｏｎ　）の式に従って次のような接線方向及びサジタル方 向における有効倍率を持っている。

波面曲率Ｃの円形対称ガウスビームは次の波面曲率を持った歪像的ビームとして 傾斜鏡から反射する。

Ｃｔ＝Ｙｔ十Ｃ及びＣａ＝Ｙｔ＋Ｃ 今度は図１６を見ると、ガウスレーザ元ビーム１６を受けてこれを歪像的に整形 する二つの凹面球面鏡１２及び１６を含む鏡装置１０が示されている。ビーム１ ６の軸は鏡装置１０を通るそれの動作路に沿って示されており、又ビームの断面 は入力位置１５並びに主平面Ａ１及びＡ２において図示されている。

この発明に従って、鏡装置１０は（入力レーザ源及び出力利用装置に対して）ビ ーム１６を歪像的に整形してこれを利用装置により利用可能にするように構成さ れ且つ配置されている。このビーム整形は元ビーム１６の軸に対して鏡１２及び １４を「傾斜」させることによって行われる。すなわち、鏡は元ビーム１６が表 面法線に対して９０°でない角度においてそれぞれ鏡１２及び１４に入射し且つ これらから反射するように配置されている。

元ビーム１６は鏡１２及び１４からそれぞれ角Ｋ　Ｉ　＋及びＩｔ　（以下、傾 斜角と呼ぶ）において反射される。角度ハは鏡１２からの反射ビーム１６の軸と 、鏡表面とビーム軸との交点において鏡１２０表面から延長した法線との間の角 度である。同様に、角度Ｉ２は反射ビーム１６の軸が鏡１４の表面におけるビー ム軸との接触点から延長した法線と作る角度である。

更に明確には、ガウスビーム１０が円形的体の光束くびれ部を持っている位置１ ５から、ビームは光路に沿っである位置に投射され、ここでまず球面鏡１２から 球面鏡１４へと反射され、次いで鏡１４から反射される。ビーム１６は次に二つ の主平面Ａ１及びＡ２を通る光路に沿って投射される。第１千面Ａ１においては ビーム１６は歪像的であって、（矢印で示された）第１主方向において極小ウェ スト（光束くびれ部）を呈し、且つ第２千面Ａ２においてもビームはやはり歪像 的であって、第１千面Ａ１における極小ウェストの主方向に対して直角な（矢印 で示された）第２主方向において極小ウェストを呈している。それゆえ、この実 施例によれば、鏡装置１０は入力円形対称ガウスビームを歪像的形状に歪像的に 整形するように構成される。ある特定例においては、図１αに示されたものに類 似した鏡装置が、第１鏡１２の半径５０ｒ＋ａ及び第２鏡１４の半径７５＋ｕ＋ で構成された。

両方の鏡はそれらの傾斜角が４５°になるように配置された。約帆０４８ｍｍの ウェスト半径を持つようにレンズによって集束させられた入力の円形対称ガウス ビームは二つの主平面Ａ１及びＡ２１こおいて歪像的ビームに変換された。平面 Ａ、及びＡ２は互いに１１８．９＋ｘｉ＋離されていた。

平面Ａ、における極小ウェスト半径は０．０９４ｍｍであり且つ平面Ａ２におけ る他方の極小ウェスト半径は０．０３６朋であった。入力円形ウェストと第１鏡 １，２との間の距離は８５＋＋１ｍであり、鏡１２と１４との間の距離は９３． ４籠であり、又鏡１４から平面ＡＩまでの距離は８７−４ｍ富であった。すべて の距離は元ビーム軸に沿って測定された。

図１ｂは図１ｃＬに示されたような球面鏡装置１０の回転式多面鏡レーザ走査プ リンタ装置２０における使用例を示している。装置２０は、鏡付きの面を持った 回転式多面鏡２２、円形対称のガウス元ビームを一生ずるレーザ２４、球面鏡装 置１０、及びレンズ２６を備えている。

多面鏡２２．の動作する回転面はビームの光路において平面Ａ、又はこれの近傍 に配置されており、像平面Ｍは平面Ａ２又はこれの近傍に配置されている。レン ズ２６はレーザビームを整形してこれが光変調器２８において円形ウェスト（光 束くびれ部）を呈するようにする。鏡装置１０はこの円形対称ビームを歪像的（ アナモフィック）ビームに変換する。多面鏡面上に形成されたビームスポットは 円柱鏡２９によって中継され且つ歪像的に整形されて、像領域に円形対称又は歪 像的であり得る元のスポットを形成する。この構成は、多面鏡面の任意の「傾斜 誤差」が（平面漏における）ビームのウェストに影響を及ぼし、従って極小化さ れるようになっている。円柱鏡２９は平面（Ａ２）における極小ウェストを拡張 する方向においてのみ拡大力を持っている。多面鏡レーザ走査プリンタ装置にお ける円柱鏡の動作はプレツゲマンの米国特許第４２４７１６０号に更に詳しく論 述されている。

ドラムの形態をした感光部材Ｍは像領域に配置されていて、ビームが多面鏡２２ によって線走査されるにつれて（図示されていない装置によって）ページ走査方 向に移動される。

図２及び図３は鏡装置１０の異なった各実施例を示している。これらの実施例に おいて同じ傾斜角Ｉを持った二つの鏡１２及び１４はビーム１６９軸が単一平面 内にあるよ５に配列されている。このような鏡装置は特定の空間的制約のある装 置において有利に使用され得る。

図１α、図２及び図３の鏡装置はすべて望ましくないコマを持った出力ビームを 発生する。最終ビームにおけるコマの影響は長円に対する波面二乗平均（ＥＭＳ ）基準によって判断することができる。図１ａの実施例に対する前述の例では、 鏡のコマＥＭＳ波面ｆ形は（０，６３３μの波長において）　１．６　Ｘ　１０ −’及び２．９　Ｘ　１０−’波形であり且つ鏡の球面面収差寄与分は１．４　 Ｘ　１０−’及び２．７８１０−’波形であると計算された。これらの小さい収 差はこの場合ビーム品質に重大な影響を及ぼさない。

しかしながら、比較的小さいＦ数のビームが望まれる場合には、これらの収差が ビーム品質に影響を及ぼすことがある。所望の非点収差は傾斜角の符号に依存し ないがコマは依存するので、図４に示されたように配列された四つの鏡（２対） を用いて、６対の鏡軸を平行にし、従って二つの鏡対のそれぞれに対して所望の 非点収差が加算し且つコマが相殺するようにした球面鏡装置を持つことが可能で ある。

図５はこの発明による、すなわち、ダイオードレーザ３２によって発生されたビ ームを歪像的に整形するための、鏡装置の別の適用例を示している。レーザは最 初小さいＦ数の歪像的ガウスビームを発生する。このビームはレンズ３４によっ てより大きいＦ数のビームに変換され、そして前に述べた装置１０のいずれかに よって歪像的に整形されて（元の方向は反転させられる）非点収差が除去され、 感光部材Ｍが配置されている像領域において円形対１．称のガウスビームが得ら れる。この実施例も又、例′えば光学式ディスク読書き装置においてダイオード ビームを整形する装置のような他の装置に大いに有効である。

産業上の適用性 球面鏡を用いてガウスビームを整形する装置は諸製品、例えば、写真用ネガのプ リントを行う出力レーザプリンタ、静電式複写機、及び光学式ディスク読書き装 置、に有効である。

前述の事柄から認識されるように、レーザビームなどを歪像的に整形するための 低費用の元学的装置が提供された。この低費用の特徴は、従来技術のビーム整形 用光学的装置ｔ−特徴づけている高価な非球面光学素子を除去することによって 達成された。

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Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．光ビームの光路に沿つて隔置されて配置され且つレーザビームに対して傾斜 させられている少なくとも二つの球面鏡を備えていて光ビームが一方の鏡から他 方の鏡へ反射され且つビームが（ｉ）円形対称の入力ガウスビームから歪像的ガ ウスビームに又は（ｉｉ）歪像的入力ガウスビームから円形対称のガウスビーム に歪像的に整形されるようになつている光学的装置によつて特徴づけられるガウ ス光ビームを整形するための装置。
2. ２．歪像的ガウスビームの源としてダイオードレーザを使用している印刷又は走 査装置において、歪像的ガウスビームに対して傾斜させられている少なくとも二 つの隔置された球面鏡を持つた鏡装置を備えていてこれらの球面鏡の配列により 前記のビームが一方の鏡から他方の鏡へ反射されてビームくびれ部分の形状が像 領域においてほぼ円形対称であるように変化するようになつているビーム整形装 置を有することを特徴とする前記の印刷又は走査装置。
3. ３．前記のビーム整形装置が、像領域においてレーザビーム源の像を形成するた めに前記のダイオードレーザと前記の鏡との間に配置されたレンズを備えている 、請求の範囲第２項に記載の発明。
4. ４．印刷、走査などのような諸装置に使用するための円形対称のガウス光ビーム に発生するレーザを備えたレーザ書込み又は読取り装置において、 前記の光ビームの円形対称くびれ部分を形成するための装置、 ビームくびれ部分から光を受けるように配置され且つ少なくとも二つの隔置され た球面鏡を備えていて、これらの球面鏡がレーザビームに対して傾斜させられ、 ビームが一方の鏡から他方の鏡へ反射されてビームが歪像的に整形されるように なつている鏡装置、並びに鏡装置から歪像的光ビームを受け且つこのビームを像 領域において線走査するための回転鏡、及びこの回転鏡からの光を受けてそのビ ームを整形し、像領域におけるビームくびれ部分が円形対称になるようにするた めの円柱鏡を備えた装置、 を有することを特徴とする前記のレーザ書込み又は読取り装置。
5. ５．ビームがほぼ単一平面内にあるように鏡が配列されている、請求の範囲第１ 項から第４項までのいずれか一つに記載の装置。
6. ６．鏡装置が、コマを実質上除去するように光ビームを連続的に反射させる四つ の球面鏡を備えている、請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載 の装置。
7. ７．鏡装置か第１対及び第２対の鏡からなつており、各対の鏡軸が平行になつて いてその各鏡が光ビームに対して反対に傾斜している、請求の範囲第６項に記載 の装置。