JPH0533767B2 - - Google Patents
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- JPH0533767B2 JPH0533767B2 JP60230283A JP23028385A JPH0533767B2 JP H0533767 B2 JPH0533767 B2 JP H0533767B2 JP 60230283 A JP60230283 A JP 60230283A JP 23028385 A JP23028385 A JP 23028385A JP H0533767 B2 JPH0533767 B2 JP H0533767B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- refractive index
- lens
- optical system
- single layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はレーザービームプリンタ等に用いられ
る光学系で、ビーム整形にプリズムを用いるビー
ム整形光学系の改良に関する。
る光学系で、ビーム整形にプリズムを用いるビー
ム整形光学系の改良に関する。
［従来の技術］
レーザービームプリンタには、光源として直線
偏光性のつよい半導体レーザーを光源としたもの
が多い、半導体レーザーのフアーフイールドパタ
ーンは楕円形をしていて、半値角でプレナーの接
合面に平行な方向θ‖＝10〜20°、垂直な方向θ
⊥＝20〜40°と扁平なガウス分布をしている場合
が一般的である。半導体レーザーのフアーフイー
ルドパターンが楕円形をしているために、半導体
レーザー光源をコリメータレンズでほぼ平行にし
たあとの光束の強度分布も長軸、短軸がある比率
の楕円形をしている。
偏光性のつよい半導体レーザーを光源としたもの
が多い、半導体レーザーのフアーフイールドパタ
ーンは楕円形をしていて、半値角でプレナーの接
合面に平行な方向θ‖＝10〜20°、垂直な方向θ
⊥＝20〜40°と扁平なガウス分布をしている場合
が一般的である。半導体レーザーのフアーフイー
ルドパターンが楕円形をしているために、半導体
レーザー光源をコリメータレンズでほぼ平行にし
たあとの光束の強度分布も長軸、短軸がある比率
の楕円形をしている。
半導体レーザーを光源とするレーザービームプ
リンタの光学系においては比率を変化させる必要
がある。例えば１：５以上のように非常に扁平に
したい場合がある一方、事情により円形にしたい
場合もある。このように長短の比率の変換に利用
される光学素子として２つの方法がある。
リンタの光学系においては比率を変化させる必要
がある。例えば１：５以上のように非常に扁平に
したい場合がある一方、事情により円形にしたい
場合もある。このように長短の比率の変換に利用
される光学素子として２つの方法がある。
(a)シリンドリカルレンズを２枚組合わて用いる
方法と、(b)三角プリズムを用いる方法である。(b)
シリンドリカルレンズを用いる方法は、一方向に
のみ共焦点を配置した２枚のシリンドリカルレン
ズを用い、その焦点距離の比で一方向のみの径を
変えるようにしたものであるが、配置に要するス
ペースが大きくなり不都合であるという欠点を有
してる。
方法と、(b)三角プリズムを用いる方法である。(b)
シリンドリカルレンズを用いる方法は、一方向に
のみ共焦点を配置した２枚のシリンドリカルレン
ズを用い、その焦点距離の比で一方向のみの径を
変えるようにしたものであるが、配置に要するス
ペースが大きくなり不都合であるという欠点を有
してる。
一方、(b)三角プリズムによる方法は、プリズム
面で屈折を生じるときに屈折を起こした方向の形
状が変化することを利用したもので、プリズムは
コンパクトに構成することが可能であるという利
点を有している。但しプリズムを利用する場合の
問題点としては変換比率を大きくする場合に透過
率に難があるということである。即ち臨界角近く
の角度の屈折を利用するために、その面での反射
率が大きくなるということである。この問題を解
決するには、プリズム数を多く用いることで、大
きな屈折のある面をなくすようにするか、屈折す
る面に多層膜コートをコートすることが実施され
てきた、しかし何れの方法もコスト高となり、メ
リツトのない解決策であつた。
面で屈折を生じるときに屈折を起こした方向の形
状が変化することを利用したもので、プリズムは
コンパクトに構成することが可能であるという利
点を有している。但しプリズムを利用する場合の
問題点としては変換比率を大きくする場合に透過
率に難があるということである。即ち臨界角近く
の角度の屈折を利用するために、その面での反射
率が大きくなるということである。この問題を解
決するには、プリズム数を多く用いることで、大
きな屈折のある面をなくすようにするか、屈折す
る面に多層膜コートをコートすることが実施され
てきた、しかし何れの方法もコスト高となり、メ
リツトのない解決策であつた。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明はプリズムを使用してビームの長短軸の
変換比率が大きくとれながら透過率の良い、かつ
コストの面でも経済性にすぐれたビーム整形光学
系を提供することを目的とする。
変換比率が大きくとれながら透過率の良い、かつ
コストの面でも経済性にすぐれたビーム整形光学
系を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は上記目的を達成しようとするもので、
それはコメリータレンズによりほぼ平行光束とし
た半導体レーザー光束を、プリズムの入射、出射
の平面内に直線偏光の方向が合致するような１個
又は複数個のプリズムを配置し、光束が大きく屈
折する面にプリズムの硝材の屈折率より高い屈折
率の物質を単層コートし、もつて光束の光強度分
布の形状を変換することを特徴とするビーム整形
光学系により達成される。
それはコメリータレンズによりほぼ平行光束とし
た半導体レーザー光束を、プリズムの入射、出射
の平面内に直線偏光の方向が合致するような１個
又は複数個のプリズムを配置し、光束が大きく屈
折する面にプリズムの硝材の屈折率より高い屈折
率の物質を単層コートし、もつて光束の光強度分
布の形状を変換することを特徴とするビーム整形
光学系により達成される。
［実施例］
まず第３図によつて、本発明によるビーム整形
光学系を用いたレーザービームプリンタの説明を
行なう。第３図(a)は主走査面、第３図(b)は副走査
面でのレンズ配置を示す。直線偏光性の強い半導
体レーザー１から発したレーザー光は、コリメー
タレンズ２によつて平行光とする。レーザー平行
光は本発明による２個の三角プリズムを用いたビ
ーム整形光学系３によつて長短軸の変換比率を大
きくとつたのち、シリンドリカルレンズ４を通過
し、ポリゴン５によつて繰返し走査光としfθレン
ズ６及びシリンドリカル（又はアナモフイツク）
レンズ７によつて回転する感光体ドラム８上に等
速度での主走査がなされ画像を形成する。
光学系を用いたレーザービームプリンタの説明を
行なう。第３図(a)は主走査面、第３図(b)は副走査
面でのレンズ配置を示す。直線偏光性の強い半導
体レーザー１から発したレーザー光は、コリメー
タレンズ２によつて平行光とする。レーザー平行
光は本発明による２個の三角プリズムを用いたビ
ーム整形光学系３によつて長短軸の変換比率を大
きくとつたのち、シリンドリカルレンズ４を通過
し、ポリゴン５によつて繰返し走査光としfθレン
ズ６及びシリンドリカル（又はアナモフイツク）
レンズ７によつて回転する感光体ドラム８上に等
速度での主走査がなされ画像を形成する。
レーザービームプリンタのビーム整形にプリズ
ムのビーム整形光学系３を用いたときの欠点とし
ては、感光体８上にビームウエストができず不都
合となることがある。これは倒れ角補正のシリン
ドリカル（又はアマモフイツク）レンズ７がfθレ
ンズ９の後方の配置される光学系においては、感
光体上のビームウエストに対応するfθレンズ６前
のビームウエストはポリゴン５のfθレンズ６側に
あることが一般であり、プリズム整形のみの整形
方ではこの位置にビームウエストを形成すること
は機械的に無理である。従つてコリメータレンズ
２よりの平行光束をプリズムの整形光学系３でビ
ーム整形し、その後方にシリンドリカルレンズ４
を配置することで感光体８上にビームウエストが
形成できるコリメータビーム整形系となる。また
コリメータレンズ２の副走査方向の射出径の異な
りにより感光体上のビームウエストは移動するの
で、全体移動でもプリズムあるいはシリンドリカ
ルレンズの移動でもよいが、コリメータビーム整
形系の光軸方向への移動機構をもつことが、有効
である。
ムのビーム整形光学系３を用いたときの欠点とし
ては、感光体８上にビームウエストができず不都
合となることがある。これは倒れ角補正のシリン
ドリカル（又はアマモフイツク）レンズ７がfθレ
ンズ９の後方の配置される光学系においては、感
光体上のビームウエストに対応するfθレンズ６前
のビームウエストはポリゴン５のfθレンズ６側に
あることが一般であり、プリズム整形のみの整形
方ではこの位置にビームウエストを形成すること
は機械的に無理である。従つてコリメータレンズ
２よりの平行光束をプリズムの整形光学系３でビ
ーム整形し、その後方にシリンドリカルレンズ４
を配置することで感光体８上にビームウエストが
形成できるコリメータビーム整形系となる。また
コリメータレンズ２の副走査方向の射出径の異な
りにより感光体上のビームウエストは移動するの
で、全体移動でもプリズムあるいはシリンドリカ
ルレンズの移動でもよいが、コリメータビーム整
形系の光軸方向への移動機構をもつことが、有効
である。
なお、以上説明した実施例はコリメータレン
ズ、プリズム、シリンドリカルレンズの順に配置
した例であるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、コリメータレンズ、シリンドリカルレン
ズ、プリズムの順に配置した構成をとることもで
きる。
ズ、プリズム、シリンドリカルレンズの順に配置
した例であるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、コリメータレンズ、シリンドリカルレン
ズ、プリズムの順に配置した構成をとることもで
きる。
次に上記のレーザービームプリンタに用いられ
る本発明のビーム整形光学系について、具体的な
設計例を示す、第１図で、入射光束Diは第１プ
リズム３のＡ面に垂直に入射する光束で、Doは
第２プリズム３２より出射の光束である。この実
施例の配置では入射と出射の光束は平行となる。
る本発明のビーム整形光学系について、具体的な
設計例を示す、第１図で、入射光束Diは第１プ
リズム３のＡ面に垂直に入射する光束で、Doは
第２プリズム３２より出射の光束である。この実
施例の配置では入射と出射の光束は平行となる。
実施例の説明に先だつて、Ｐ波に対する無反射
条件の導出について、第４図を用いて説明する。
第４図は媒質と媒質との間に屈折率n1、厚さ
d1（光学膜厚n1d1）の単層膜がはさまれている系
を示している。境界Ａにおけるエネルギ反射率を
PA、振幅反射率をρAとし、境界Ｂでのエネルギ
反射率をRB、振幅反射率をρBとする。
条件の導出について、第４図を用いて説明する。
第４図は媒質と媒質との間に屈折率n1、厚さ
d1（光学膜厚n1d1）の単層膜がはさまれている系
を示している。境界Ａにおけるエネルギ反射率を
PA、振幅反射率をρAとし、境界Ｂでのエネルギ
反射率をRB、振幅反射率をρBとする。
(i) 境界Ａでの反射については、
ρA＝Y1−Y2／Y1＋Y2，RA＝ρA 2 (1)
ここにｐ偏光に対して
Yi＝ni／cosθi（ｉ＝１，２） (2)
同様に、境界Ｂでの反射については
ρB＝Y0−Y1／Y0＋Y1，RB＝ρB 2 (3)
Yi＝ni／cosθi（ｉ＝０，１） (4)
(ii) 単層膜でのくり返し反射を考慮した系全体の
反射率をＲとすると Ｒ＝RA＋RB＋2ρAρBcosΔ1／１＋RARB＋2ρAρBcos
Δ1(5) ここに Δ1＝2π／λ・2n1d1cosθ1 (6) ここで、一般にλ／４膜と呼ばれる膜の場合
を考えると Δ1＝π となり、(5)式は次のようになる。
反射率をＲとすると Ｒ＝RA＋RB＋2ρAρBcosΔ1／１＋RARB＋2ρAρBcos
Δ1(5) ここに Δ1＝2π／λ・2n1d1cosθ1 (6) ここで、一般にλ／４膜と呼ばれる膜の場合
を考えると Δ1＝π となり、(5)式は次のようになる。
Ｒ＝RA＋RB−2ρAρB／１＋RARB−2ρAρB (7)
これを、(1)、(3)式を用いて書き下すと、
Ｒ＝（ρA−ρB）2／（１−ρAρB）2 (8)
さらに
Ｒ＝（Y1 2−Y0Y2／Y1 2＋Y0Y2） (9)
となる。
従つてＰ偏光に対して、入射角θ2、屈折率
n2，n1，n0が既知であれば Ｒ＝n1 2cosθ0cosθ2−n0n2cos2θ1／n1 2cosθ0cosθ
2＋n0n2cos2θ1(10) と導かれる。ここで、θ0，θ1はスネルの不変量 n2sinθ2＝n1sinθ1＝n0sinθ0 (11) を用いて算出することができる。
n2，n1，n0が既知であれば Ｒ＝n1 2cosθ0cosθ2−n0n2cos2θ1／n1 2cosθ0cosθ
2＋n0n2cos2θ1(10) と導かれる。ここで、θ0，θ1はスネルの不変量 n2sinθ2＝n1sinθ1＝n0sinθ0 (11) を用いて算出することができる。
(iii) 無反射条件
(10)式より
n1 2cosθ0cosθ2−n0n2cos2θ1＝０ (12)
のとき、Ｒ＝０となることがわかる。
(12)式中には、ni，θi（ｉ＝０，１，２）の６つの変
数があるが反射防止膜を設計する場合には、n0，
n2，θ0，θ2は既知である。θ1は(11)式よりniの関数
であるので、λ／４の単層反射防止膜を設計する
為にはn1を求めればよい。
数があるが反射防止膜を設計する場合には、n0，
n2，θ0，θ2は既知である。θ1は(11)式よりniの関数
であるので、λ／４の単層反射防止膜を設計する
為にはn1を求めればよい。
この無反射条件から例えば屈折率1.5のガラス
から、空気中（n0＝1.0）へ光を入射角θ2＝40°で
出射しようとした場合には、 n1＝2.51 と求まる。
から、空気中（n0＝1.0）へ光を入射角θ2＝40°で
出射しようとした場合には、 n1＝2.51 と求まる。
（実施例 １）
α＝38.9度
β＝18.44度
Ｎ（硝材屈折率）＝1.51072
λ（波長）＝780nm
コート：Ａ，A′面はMgF2（ｎ＝1.38）のλ／４の
膜厚（nd）の単層コート Ｂ，B′面はTiO2あるいはCeO2のＮ＝2.2
nd＝210nmの単層コート 以上の条件下で、ビームの長短軸の変換比率は Di／Do＝5.9 となり大きな変換比率がとれる。
膜厚（nd）の単層コート Ｂ，B′面はTiO2あるいはCeO2のＮ＝2.2
nd＝210nmの単層コート 以上の条件下で、ビームの長短軸の変換比率は Di／Do＝5.9 となり大きな変換比率がとれる。
ここで第１図紙面上に直線偏光の方向が向くよ
うに半導体レーザーを配置すれば、透過率は専ら
Ｐ波のみについて考察すればよいこととなる。
うに半導体レーザーを配置すれば、透過率は専ら
Ｐ波のみについて考察すればよいこととなる。
上記の設計によれば第１プリズム３１のＢ面、
および第２プリズム３２B′面でのＰ波の透過率
は99.97％でありほぼ完全に透過することとなる。
および第２プリズム３２B′面でのＰ波の透過率
は99.97％でありほぼ完全に透過することとなる。
これは単層コートするコート物質の屈折率を硝
材屈折率よりも高くしたときに得られる利点であ
る。第２図はコート材の屈折率（ｎ）をパラメー
タととつたときの透過率（tp）を図示したもの
で、Ｐ波においてはコート物質の屈折率は硝材屈
折率より高いことが、有利であることを示してい
る。
材屈折率よりも高くしたときに得られる利点であ
る。第２図はコート材の屈折率（ｎ）をパラメー
タととつたときの透過率（tp）を図示したもの
で、Ｐ波においてはコート物質の屈折率は硝材屈
折率より高いことが、有利であることを示してい
る。
（実施例 ２）
α＝36.8度
β＝25.18度
Ｎ（硝材屈折率）＝1.51072
λ（波長）＝780nm
コート：Ａ，A′面はMgF2（ｎ＝1.38）のλ／４の
膜厚（nd）の単層コート Ｂ，B′面はSiO（ｎ＝1.7）、nd＝230nm
の単層コート 以上の条件下で、ビームの長短軸の変換比率は Di／Do＝3.5 となり大きな変換比率がとれる。
膜厚（nd）の単層コート Ｂ，B′面はSiO（ｎ＝1.7）、nd＝230nm
の単層コート 以上の条件下で、ビームの長短軸の変換比率は Di／Do＝3.5 となり大きな変換比率がとれる。
本実施例にあつては、第１プリズム３１のＢ
面、第２プリズム３２のB′面でのＰ波の透過率
は99.78％であつて、充分満足される結果がえら
れた。
面、第２プリズム３２のB′面でのＰ波の透過率
は99.78％であつて、充分満足される結果がえら
れた。
以上説明した実施例では何れも２コのプリズム
の場合について説明したが、本発明はプリズムの
個数に限定するものではない。また第２図により
明らかなように光束が大きく屈折する面にはプリ
ズムの硝材の屈折率より高い屈折率の物質を単層
コートすることの有効であることをしめしてい
る。
の場合について説明したが、本発明はプリズムの
個数に限定するものではない。また第２図により
明らかなように光束が大きく屈折する面にはプリ
ズムの硝材の屈折率より高い屈折率の物質を単層
コートすることの有効であることをしめしてい
る。
［発明の効果］
以上実施例で明らかなように、ビームの長短軸
の変換比率が大きく、かつ透過率もほぼ完全に近
いビーム整形光学系が、レーザー光束の入射、出
射の平面内に直線偏光の方向が合致するよう配置
し、大きく屈折する面に単層コートを行なうとい
うコスト的には安価にできる技術手段によつて実
現されることとなつた。
の変換比率が大きく、かつ透過率もほぼ完全に近
いビーム整形光学系が、レーザー光束の入射、出
射の平面内に直線偏光の方向が合致するよう配置
し、大きく屈折する面に単層コートを行なうとい
うコスト的には安価にできる技術手段によつて実
現されることとなつた。
第１図は本発明の一実施例を示すプリズム構成
を示す。第２図はコート材の屈折率をパラメータ
としたときの透過率を示すグラフ。第３図は本発
明の適用例を示すレーザービームプリンタの配置
図。第４図は２つの媒質間に単層膜がはさまれた
系の説明図。 １……半導体レーザー、２……コリメータレン
ズ、３……ビーム整形光学系、４……シリンドリ
カルレンズ、５……ポリゴン、６……fθレンズ、
７……アナモフイツクレンズ、８……感光体（ド
ラム）、３１……第１プリズム、３２……第２プ
リズム。
を示す。第２図はコート材の屈折率をパラメータ
としたときの透過率を示すグラフ。第３図は本発
明の適用例を示すレーザービームプリンタの配置
図。第４図は２つの媒質間に単層膜がはさまれた
系の説明図。 １……半導体レーザー、２……コリメータレン
ズ、３……ビーム整形光学系、４……シリンドリ
カルレンズ、５……ポリゴン、６……fθレンズ、
７……アナモフイツクレンズ、８……感光体（ド
ラム）、３１……第１プリズム、３２……第２プ
リズム。
Claims (1)
- １ コリメータレンズによりほぼ平行光束とした
半導体レーザー光束を、プリズムの入射・出射の
平面内に直線偏光の方向が合致するような１個又
は複数個のプリズムを配置し、光束が大きく屈折
する面にプリズムの硝材の屈折率より高い屈折率
の物質を単層コートし、もつて光束の光強度分布
の形状を変換することを特徴とするビーム整形光
学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60230283A JPS6289018A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ビ−ム整形光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60230283A JPS6289018A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ビ−ム整形光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6289018A JPS6289018A (ja) | 1987-04-23 |
| JPH0533767B2 true JPH0533767B2 (ja) | 1993-05-20 |
Family
ID=16905380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60230283A Granted JPS6289018A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ビ−ム整形光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6289018A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07163702A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-06-27 | M D:Kk | パチンコ台用広告プレ−ト |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5641A (en) * | 1979-06-15 | 1981-01-06 | Hitachi Ltd | Processor for optical information |
| JPH065581B2 (ja) * | 1983-04-20 | 1994-01-19 | 松下電器産業株式会社 | 光学ヘツド |
| JPS5998329A (ja) * | 1983-10-28 | 1984-06-06 | Hitachi Ltd | 光情報処理装置 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60230283A patent/JPS6289018A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07163702A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-06-27 | M D:Kk | パチンコ台用広告プレ−ト |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6289018A (ja) | 1987-04-23 |
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