KR910009133B1 - 레이저광을 이용하는 정보기기 - Google Patents

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KR910009133B1
KR910009133B1 KR1019890010768A KR890010768A KR910009133B1 KR 910009133 B1 KR910009133 B1 KR 910009133B1 KR 1019890010768 A KR1019890010768 A KR 1019890010768A KR 890010768 A KR890010768 A KR 890010768A KR 910009133 B1 KR910009133 B1 KR 910009133B1
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가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
미다 가쓰시게
히다찌 고끼 가부시기가이샤
곤모리 히로시
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Abstract

내용 없음.

Description

레이저광을 이용하는 정보기기
제1도는 본원 발명의 일실시예인 레이저프린터를 나타내는 도면.
제2도는 레이저광의 파장과 페이저광 빔스폿경과의 관계를 나타내는 도면.
제3도는 제1도에 도시된 레이저프린터중의 파장분산성 소자로서 프리즘을 사용하는 경우의 프리즘의 일예를 나타내는 도면.
제4도는 제1도에 도시된 레이저프린터중의 파장분산성 소자로서 회절격자를 사용하는 경우의 회절격자의 일예를 나타내는 도면.
제5도는 본원 발명의 다른 실시예인 레이저프린터를 나타내는 도면.
제6도는 제5도에 도시된 레이저프린터에 사용하는 비선형 광학결정 및 편광필터의 일예를 나타내는 도면.
제7도는 본원 발명의 또 다른 실시예인 광디스크장치를 나타내는 도면.
제8도는 본원 발명의 또 다른 실시예인 광디스크장치를 나타내는 도면.
본원 발명은 레이저광을 이용하는 정보기기 예를들면 레이저프린터 및 광디스크장치에 관한 것이다.
레이저프린터나 광디스크장치는 레이저광이 미소한 스폿에 수속(收束)되는 성질을 이용하여 고도로 정세한 화상이나 고밀도의 메모리를 실연하는 정보기기이다. 이 경우, 레이저광 스폿경(經)은 레이저광의 파장에 의해 결정되며. 파장이 짧을수록 작은 값으로 수속된다. 이 때문에, 더욱 고정세화, 고밀도화를 실현하는데는 레이저광의 단파장화가 유력한 수단이다.
레이저광의 단파장화의 한 방법으로서, 비선형(非線型) 광학효과를 이용한 파장변환이 있다. 이중, 잘 알려져 있는 것은 레이저발진광의 2배 주파수의 광을 발생시키는 제2고조파(高調波) 발생이다. 이 경우에는 파장이 2분의 1이 되므로 용이하게 스폿경을 반분으로 할 수 있다. 레이저발진광의 제2고조파광을 정보기기 예를들면 레이저프린터에 사용한 예는 일본국 특개소 63-66527호에 개시되어 있다. 이 예에서는 반도체 레이저로부터의 출력광을 비선형 광학결정으로 이루어지는 파장변환소자에 조사하여 고조파광으로 변환하고, 파장변환 후의 광빔을 그대로 감광드럼에 조사시키고 있다.
레이저발진광(기본파)의 제2고조파광에의 변환효율은 사용한 파장변환소자 결정의 비선형 광학상 수로 결정되는 값과 기본파장의 에너지밀도의 2승에 비례한다. 현재 실용적으로 사용 가능한 파장변환 결정인 LiNbO3, KNbO3, KTiPO4, KH2PO4, LiIO3, Ba2NANb5O15,등을 사용하여 수 10KW/cm2-MW/cm2정도의 전계강도의 기본파광을 조사해도, 완전하게는 제2고조파광으로는 변환되지 않으며, 항상 기본파광 성분과 제2고조파광 성분이 혼재하고 있다. 따라서, 이와 같은 상태에서 정보기기에 적용해도 목적으로 하는 스폿경의 미소화는 실현할 수 없으며, 고해상도화나 고밀도화는 달성되지 않는다.
기본파광과 제2고조파광이 혼재하는 광빔으로부터 기본파광 성분을 제거하는 광학적 필터를 가진 광디스크장치는 일본국 특개소 61-50122호에 기재되어 있다. 또, 반도체 레이저와, 비선형 광학결정과, 기본파광과 제2고조파광이 혼재하는 광빔으로부터 기본파광 성분을 제거하는 광학적 필터로 이루어지는 고조파 발생장치는 일본국 특개소 63-121829호에 기재되어 있다. 그러나, 이들 문헌에 기재되어 있는 기본파 성분을 컷오프하는 광학적 필터는 흡수성 필터(an absorptive filter)나 유전체 코트(a dielectric multi-layer coating filter)이며, 이들 광학적 필터는 통상 0.1% 내지 0.2% 이상의 기본파광 투과율을 가지고 있으므로, 이들 광학적 필터에 의해서 기본파광 성분을 충분히 제거하는 것은 곤란하다. 그러므로, 이 종류의 광학적 필터를 사용해도 레이저 광빔의 스폿경의 미소화는 실현할 수 없으며, 따라서 고해상도화나 고밀도화는 달성되지 않는다.
본원 발명의 목적은 기본파광 성분이 충분히 제거된 광학계를 가진 정보기기를 제공하는데 있다. 상술한 목적을 달성하기 위해서 본원 발명에 의하며, 기본파광과 고조파광과의 광로가 서로 다르게 되도록 기본파광과 고조파광의 광로를 변경하는 파장분산성 광학소자 또는 기본파광과 고조파광의 편광(偏光)방향의 상위에 의거하여 기본파광을 투과시키지 않는 편광성 광학소자를 파장변환 소자에 의해서 변환된 광빔의 광로중에 배치한다.
상기의 배치에 의해서 파장변환소자 통과후의 광빔중에 포함되는 기본파광(파장 : λ1)과 제2고조파광(파장 : λ2=λ1/2)중 기본파광은 제거되므로, 동일한 수속렌즈를 사용했을때 얻어지는 광수용체상의 빔스폿경은 보다 큰 스폿경을 형성하는 기본파광분은 소멸되고, 제2고조파광만으로 정해지므로, 고해상도화나 고밀도기록이 가능해진다.
제1도는 본원 발명을 레이저빔프린터에 적용했을때의 실시예의 하나이다. 레이저광원(1)으로부터 발한 파장 λ1의 기본파광빔(2)은 파장변환소자(3)에 입사한다. 여기서, 광빔(2)의 일부가 제2고조파로 변환되어서 파장 λ1=λ1/2의 광빔(4)이 생긴다. 그리고, 광빔(2)중 변환되지 않은 기본파성분(2′)이 존재하므로, 여기서의 전체로서의 광빔의 파장성분은 λ1과 λ2가 혼재하고 있다.
이중 기본파성분(2′)는 프리즘이나 회절격자(回折格子)등의 파장분산성소자(15)를 배치하고, 기본파성분 광(16)을 광로(17)로부터 빗나가게 하여, 제2고조파성분(4)만을 빔편향용의 회전다면경(6)에 입사시킨다.
이어서, 회전다면경(6)으로 반사된 제2고조과 성분광(4)을 Fθ렌즈(7)을 통해서 광수용체인 감광드럼(8)상에 수속시키고, 또한 감광드럼(8)을 주사시킨다. 이 경우의 주사빔(9)은 인쇄패턴에 따라 강도변조를 받는다. 이 주사빔의 변조에는 주사단(走査端)에 배치한 광검지기(10)로부터의 신호에 동기한 패턴신호발생기(11)로부터의 신호에 의해 기본파광 강도를 변조하여 행한다. 또, 도면중의 렌즈(12)는 파장변환 효율을 올리기 위한 광빔 수속용으로서 사용되고 있다. 그리고, 파장분산성 소자(15)는 파장변환용 소자(3)의 뒤쪽이면 원리적으로 광로중 어느 위치라도 된다.
이상의 광학계 구성에 의하며, λ1광과 λ2광에 대한 Fθ렌즈(7)의 초점거리를 f, 이 렌즈에의 입사빔경을 D라 하고, 가우스분포를 가정다면, 제2도에 나타내는 바와 같이, λ1광에 대한 주사빔경이 d1=πfλ1/4D, λ2광에 대한 주사빔경이 d2=πfλ2/4D=πfλ1/8D로 되고, d2는 d1의 2분의 1이 된다.
따라서, λ1광과 λ2광이 혼재하면, 주사스폿 외경은 d1로 정해져 고해상도화는 실현될 수 없다. 한편, λ1광을 제거하면 주사스폿 외경은 d2로 되어 고해상도화를 실현할 수 있다.
또, Fθ렌즈(7)가 λ2광만에 대해 설계되어 있는 경우에는 λ1광은 외란광(外亂光)으로서 주사계 해상도를 저하시키는 작용을 가지므로, 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 인쇄패턴 신호의 송출타이밍을 결정하는 광검지기(10)로부터 신호도 주사스폿경이 작은 쪽이 정밀도를 높일 수 있으므로 고도의 정밀인쇄에 효과가 있다.
제3도는 파장분산성소자(15)로서 프리즘(151)을 사용하여 기본파 성분광과 고조파광을 분리하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 파장에 의해서 프리즘에의 입사방향에 대한 편각β이 상위하다는 것을 이용한다. 이 경우에는 고조파광(4)은 광로(17)을 통과하나, 기본파광(2′)는 이 광로(17)로부터 벗어나서 광로(16)으로 진행하며 차광판(152)으로 차단된다. 따라서, 고조파광만을 광수용체에 조사할 수 있다.
제4도는 파장분산성소자(15)로서 회절격자(153)를 사용하여 기본파 성분광과 고조파광을 분리하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 파장에 의해서 회절각도 θ가 상위하다는 것을 이용한다. 이 경우에는 기본파광(2′)과 제2고조파광(4)이 반사형 회절격자에 입사했을때 제2고조파광의 1차회절광(171)만 차광판(156)의 슬릿(155)을 통과하도록 이 회절격자의 이 슬릿을 배치한다. 한편, 기본파광과 제2고조파광의 양쪽을 포함하는 0차 회절광(154)과 기본파광의 1차 회절광(161)은 차단한다. 이와 같이 하여 제2고조파광(171)만을 목적의 광수용체에 도달시킬 수 있다.
제5도는 본원 발명을 레이저프린터에 적용한 다른 실시예이다. 이 예에서는 기본파광과 고조파광의 편광방향이 다르다는 것을 이용하여, 기본파광과 고조파광을 분리하고, 기본파광이 감광드럼(8) 및 광검출기(10)에 도달하지 않도록 한다. 일반적으로, 제2고조파 발생의 근본이 되는 비선형 분극 P의 성분과 입사광의 전계성분과의 관계는 텐서(tensor)로 표시되어 다음과 같이 된다.(이것은 예를들면, S. Singh, ″Non-Linear Optical Materials″, Handbook of Lasers with Selected Data on Optical Technology, 페이지 489-492, R.J.Pressley 편집, The Chemical Rubber Co. 발행 1971에 상세하게 기재되어 있다).
Figure kpo00001
여기서, d11, d12‥‥는 입사광에 의해서 비선형 분극이 발생하는 비율을 표시하는 개수이며, 비선형 광학결정에 대해 입사광의 전파방향과 전계의 편광방향 및 결정광축의 방향에 의해 결정된다. 이들 값은 각각의 결정에 의해서 상이한 값을 취하며, d의 성분에는 0의 값을 취하는 것도 있다. 상기의 관계에서 입사광의 편광방향과 제2고조파 성분의 편광방향과는 반드시 일치하지는 않는다는 것을 알 수 있다.
이 경우에는 파장변환소자(3) 즉 비선형 광학결정의 후단(後段)에 기본파광(2′)를 차단하고, 고조파광(4)만 투과하도록 편광필터(18)를 배치한다. 이때, 쌍방의 편광방향의 관계는 사용하는 파장변환소자(비선형 광학결정)에 따라 다르므로, 고조파광(4)만 투과하는 최적의 방향으로 이 편광필터는 놓여있다. 예를들면 제2고조파 발생용으로서 잘 사용되는 LiNbO3의 경우, 비선형 계수의 매트릭스는
Figure kpo00002
와 같이 표시되고, 비선형 분극성분은 다음과 같이 된다.
Figure kpo00003
Figure kpo00004
Figure kpo00005
따라서, 제6도에 나타낸 바와 같이. LiNbO3(130)緣며, 비선형 계수가 큰 d3(34.76(1/9×10-22mks))을 사용하기로 하고, 기본파광의 입사방향을 y축방향, 편광방향을 x축방향(Ex)이 되도록 결정과 기본파광의 상대위치를 설정했을 때, 발생한 제2고조파광의 편광방향(140)은 z축방향이다. 한편, 기본파광의 편광방향(120)은 x축방향 그대로이므로. 투과편광방향(181)이 z축방향의 편광필터(180)를 놓으면 제2고조파광(4)만을 분리해서 보낼 수 있다. 제5도의 실시예의 레이저프린터로서의 효과는 제1도의 실시예에 대하여 설명한 것과 같다.
제7도는 광디스크장치에 본원 발명을 적용했을 때의 실시예이다. 반도체 레이저(20)로부터의 출력광(기본파광)(21)을 결합렌즈(22)를 지나 파장변환소자(23)에 입사한다. 여기서, 기본파광의 일부는 제2고조파 파광(24)으로 변환되고, 변환되지 않은 기본파성분(21′)와 혼재하여 이 소자로부터 출사한다. 이 소자의 출구부근에 프리즘 또는 회절격자 등의 파장분산성 소자(33)를 배치하고, 파장변환소자(23)를 투과한 광빔에 포함되는 기본파광성분(21′)만의 진행방향(34)을 변경시켜 광로로부터 벗어나게 하고, 제2고조파광만을 편광프리즘(26), 4분의 1 파장판(57) 및 수속렌즈(28)를 지나서 광수용체인 디스크면(29)에 수속시킨다. 이 수속광에 의해서 정보의 기록 또는 독해가 행하여진다. 독해의 경우에는 반사광(30)을 편광프리즘(26)에 의해 분리하고, 집광렌즈(31)를 지나서 광검출기(32)에 도입한다. 이상의 광학계에서는 기본파광에 대하여 파장이 절반인 제2고조파광만 사용하므로 고밀도 기록 또는 고정밀도 독해가 가능하게 된다.
제8도는 본원 발명을 광디스크에 적용하는 다른 실시예이다. 이 경우에는 기본파광과 제2고조파광에 있어서 편광방향이 다르다는 것을 이용하여, 기본파광이 디스크면(29)에 도달하지 않도록 한다. 이를 위해 파장변환소자(23)의 출사구 부근에 제2고조파광 성분만 투과하도록 편광필터(35)를 배치한다. 또한, 사용하는 파장변환소자에 따라 기본파광과 제2고조파광의 편광방향이 결정되므로, 이때의 관계와 편광프리즘(26)의 편광특성을 고려하여 제2고조파광 성분만이 디스크면(29)에 도달할 수 있는 광학계 구성으로 되어 있다.
또한, 본 실시예에서는 나타내지 않았으나, 광디스크장치에 본원 발명을 적용하는 경우에, 파장변환 효율을 높일 목적으로 레이저발진기와 파장변환소자 사이에 기본파광 성분의 에너지밀도를 높이기 위한 렌즈 또는 광도파소자 등의 광수속소자를 사용할 수 있는 것은 당연하다.
본원 발명에 의하면, 레이저 발진기로부터의 출력광을 파장변환하여 제2고조파광을 얻고, 이것을 정보기기에 적용하는 경우에 효과적으로 고해상도 인쇄나 고밀도 기록을 실현할 수 있다. 본원 발명의 실시예로서 레이저빔프린터와 광디스크에 대해 기술하였으나, 다른 정보기기에도 적용할 수 있는 것이다.

Claims (15)

  1. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광(高調波光)으로 변환하는 변환소자와, 상기 변환소자에 의해서 변환된 레이저광을 받아들이는 공수용체와, 상기 변환소자의 상기 광수용체 사이의 광로(光路)중에 배설되고, 상기 고조파광은 상기 광수용체에 도달하나 상기 기본파광은 상기 광수용체에 도달하지 않도록, 상기 변환된 레이저광중 포함되어 있던 상기 기본파광의 광로를 상기 고조파광의 광로로부터 분리하는 분산소자로 이루어지는 레이저광을 이용하는 정보기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분산소자가 프리즘으로 이루어지는 레이저광을 이용하는 정보기기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분산소자가 회절격자로 이루어지는 레이저광을 이용하는 정보기기.
  4. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광으로 변환하는 변환소자와, 상기 변환소자에 의해 변환된 레이저광을 받아들이는 광수용체와, 상기 변환소자의 상기 광수용체 사이의 광로중에 포함되어 있던 상기 기본파광은 통과시키지 않는 편광특성을 가진 편광필터로 이루어지는 레이저광을 이용하는 정보기기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변환소자는 기본파광의 편광방향과 제2고조파광의 편광방향이 서로 직교하도록, 입사한 레이저 기본파광을 제2고조파광으로 변환하는 비선형 광학결정으로 이루어지며, 또한 상기 편광필터는 상기 제2고조파광은 통과시키나 상기 기본파광은 통과시키지 않는 편광특성을 가진 레이저광을 이용하는 정보기기.
  6. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광으로부터 변환하는 변환소자와, 상기 변환소자에 의해 변환된 레이저광에 의해서 주사되는 감광드럼과, 상기 변환소자와 상기 감광드럼 사이의 광로중에 배설되고, 상기 고조파광은 상기 감광드럼에 도달하나 상기 기본파광은 상기 감광드럼에 도달하지 않도록, 상기 변환된 광빔중에 포함되어 있던 상기 기본파광의 광로를 상기 고조파광의 광로로부터 분리하는 분산소자로 이루어지는 레이저프린터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분산소자가 프리즘으로 이루어지는 레이저프린터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 분산소자가 회절격자로 이루어지는 레이저프린터.
  9. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광으로 변환하는 변환소자와 상기 변환소자에 의해 변환된 레이저광에 의해서 주사되는 감광드럼과, 상기 변환소자와 상기 감광드럼 사이의 광로중에 배설되고, 상기 고조파광은 통과시키나 상기 변환된 레이저광 중에 포함되어 있던 상기 기본파광은 통과시키지 않는 편광특성을 가진 편광필터로 이루어지는 레이저프린터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변환소자는 기본파광의 편광방향과 제2고조파광의 편광방향이 서로 직교하도록, 입사한 레이저 기본파광을 제2고조파광으로 변환하는 비선형 광학결정으로 이루어지며 또한 상기 편광필터는 상기 제2고조파광은 통과시키나 상기 기본파광은 통과시키지 않는 편광특성을 가진 레이저프린터.
  11. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광으로 변환하는 변환소자와, 상기 변환소자에 의해 변환된 레이저광에 의해서 정보가 그곳에 기입되거나 또는 그곳으로부터 독해되는 광디스크와, 상기 변환소자와 상기 광디스크 사이의 광로중에 배설되고, 상기 고조파광은 상기 광디스크에 도달하나 상기 기본파광은 상기 광디스크에 도달하지 않도록, 상기 변환된 레이저광중에 포함되어 있던 상기 기본파광의 광로를 상기 고조파광의 광로로부터 분리하는 분산소자로 이루어지는 광디스크장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분산소자가 프리즘으로 이루어지는 광디스크장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분산소자가 회절격자로 이루어지는 광디스크장치.
  14. 레이저광원과, 상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저 기본파광을 고조파광으로 변환하는 변환소자와, 상기 변환소자에 의해 변환된 레이저광에 의해서 정보가 그곳에 기입되거나 또는 그곳으로부터 독해되는 광디스크과, 상기 변환소자와 상기 광디스크 사이의 광로중에 배설되고, 상기 고조파광은 통과시키나 상기 변환된 레이저광중에 포함되어 있던 상기 기본파광은 통과시키지 않는 편광특성을 가진 편광필터로 이루어지는 광디스크장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 변환소자는 기본파광의 편광방향과 제2고조파광의 편광방향이 서로 직교하도록, 입사한 레이저 기본파광을 제2고조파광으로 변환하는 비선형 광학결정으로 이루어지며, 또한 상기 편광필터는 상기 제5고조파광은 통과시키나 상기 기본파광은 통과시키지 않는 괸광특성을 가진 광디스크장치.
KR1019890010768A 1988-09-09 1989-07-29 레이저광을 이용하는 정보기기 KR910009133B1 (ko)

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JP63-224673 1988-09-09
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