JPH06214186A - レーザビーム輝度形状再形成方法およびビーム成形装置 - Google Patents

レーザビーム輝度形状再形成方法およびビーム成形装置

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JPH06214186A
JPH06214186A JP5298441A JP29844193A JPH06214186A JP H06214186 A JPH06214186 A JP H06214186A JP 5298441 A JP5298441 A JP 5298441A JP 29844193 A JP29844193 A JP 29844193A JP H06214186 A JPH06214186 A JP H06214186A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な方法によりレーザビームのガウス型輝
度形状の再配分を行なう方法および、ガウス型輝度形状
を補正するためのビーム成形装置を提供する。 【構成】 ガウス型輝度分布形状を有するガウスビーム
の輝度再配分方法は、感光性素材をレーザプリント装置
に露光し、この感光性素材上にレーザプリント装置で所
望のパターンを書き込み、露光書き込みされた感光性素
材をガウスビームに挿入してガウスビームのガウス型輝
度形状を平坦化する、というステップを含む。ビーム成
形装置２０は、レーザ１９からビームを受光してそのビ
ームを視準するための視準レンズ４２と、視準された光
ビーム２１を受けてこれのガウス型輝度形状を一次元に
ついてだけ平坦化するためのアポダイザ４０と、これを
通過したビームを受光してライン走査方向に拡がったビ
ームを生成するための成形オプティクス４４を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを偏向するた
めの多角形ミラーを有するレーザスキャナおよびプリン
タに関し、より詳しくは、オーバーフィルされた多角形
レーザスキャナにおけるビームの輝度低下を補正するた
めの方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】オーバーフィルシンメトリカルレーザプ
リンタ（ＯＳＬＰ）では、ガウス型輝度形状の入力ビー
ムを受けて走査するデフレクタ面によって、走査の中心
からエッジに向けて露光量の低下が生じ、この低下を補
正する必要がある。この低下は一次元方向、すなわちラ
イン走査方向への照射量の低下である（ビームはページ
方向にフォーカシングされるので、デフレクタはページ
走査方向にはオーバーフィルされない）。この低下に対
して、ビームの輝度形状を平らに、あるいはなだらかに
再形成することによってガウス型の輝度分布形状を補正
し、露光量低下のその他の原因を補正することが望まれ
る。光の損失を最小限にする一次元（線方向）の補正が
望ましい。
【０００３】米国特許第4,941,721 号は、２つの非球面
レンズを使用して、出力プリンタではなく入力スキャナ
のための所望のビーム形状形成を達成しているが、これ
はシンメトリカルシステムではなく、非球面体構成を要
件とする。米国特許第3,465,347 号は吸収フィルタを開
示しているが、これはガラスあるいは液体の厚みのある
吸収体であり、２次元（平面）方向への補正を行い、非
シンメトリカルシステムで使用される。また、ハン（Ha
n ）、ヴェルドカンプ（Veldkamp）、ロークス（Rou
x）、アレクソフ（Alewksoff ）等の論文には、低伝達
で波長に敏感なコンピュータ生成回析オプティクス機構
が記載されている。その他、ハン（Han ）、イシイ（Is
hii ）、ムラタ（Murata）による「ガウス形状から均等
形状への視準レーザビームの再形成」（応用光学vol.2
2, No.22, 1983 ）、Ｎ．Ｃ．ロバート（N. C. Rober
t）による「ホログラフフィルタによるビーム形成」
（応用光学vol.28. No. １, 1989 ）、Ｗ．Ｂ．ヴェル
トカンプ（W. B. Veldkamp）の「インターレース２進回
析格子を用いたレーザビームの形状形成」（応用光学vo
l.21,No.17, 1982 ）、Ｆ．Ｓ．ロークス（F.S. Roux
）の「回転方向にシンメトリカルなビーム形成におけ
る輝度形状変換」（光工学vol.30, No. 5, 1991 ）、ア
レクソフ（Aleksoff）、エリス（Ellis ）、ニージェル
（Neagle）による「ガウスビームの近視野均一ビームへ
のホログラフィック変換」（光工学vol.30, No. 5,1991
）などもあげられる。
【０００４】米国特許第5,061,046 号は、グラジアント
（gradiant: 空間一次微分）指数液晶装置を開示してい
る。ここで開示されるレーザビームアポダイザはコレス
テリック液晶を用いており、それぞれ異なる反射帯域を
有する２つのコレステリック液晶の混合液を使用してソ
フトエッジのビーム形状を達成する。使用される液晶混
合液は、オーバーラップ領域において反射率が位置の関
数として変化するグラジアント指数を有する。このアポ
ダイザは、お互いに関連する２つの補助装置をスライド
させることによって機械的に調節可能の透明な開口部を
有する一次元ビームアポダイザとして形成される。
【０００５】デュー（Dew ）、パーソンズ（Parsons ）
による「ガウスビームの平坦化のための吸収フィルタ」
（応用光学vol.31, No.18, 1992年６月20日）は、レー
ザビームのガウス型輝度分布形状を平らにする吸収フィ
ルタを開示している。フィルタは、基盤マスキングと基
盤移動を組み合わせて、タンタルの薄膜をＤＣ（直流）
マグネトロンスパッタリングして生成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の装
置や方法では、非球面体や液晶など複雑で高価なコンポ
ーネントを使用し、あるいはＤＣマグネトロンスパッタ
リングなどの複雑でコストのかかる方法を用いている。
そこで、単純で構成でコストをかけずにガウスビームの
輝度低下を補償することが非常に望まれる。簡単なアポ
ダイザとは、写真フィルムやプレート上に生成され、密
着写真焼付もしくは可変照射焼付で作られる。このよう
に、写真フィルムやプレート上に形成される、逆ガウス
型の透過で生成が容易なアポダイザが望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は上記
問題点を解決するために、一次元アポダイザ（吸収フィ
ルタ）を生成する方法を提供する。この方法は以下のス
テップを含む。感光性素材をレーザプリンタ装置の走査
ビームで露光する。感光性素材上にレーザプリンタ装置
で逆ガウスパターンを書き込む。
【０００８】また、ガウス型の輝度形状を有するガウス
ビームの輝度分布形状を再配分するための方法として、
(1) 感光性素材をレーザプリンタ装置の走査ビームで露
光し、(2) レーザプリンタ装置で感光性素材上に所望の
パターンを書き込み、(3) 露光された感光性素材をガウ
スビームに挿入してガウスビームのガウス型輝度形状を
平坦にする、というステップを含む。ガウスビームは一
次元（線）方向にのみ平坦化される。
【０００９】本発明の別の態様では、光学軸、および複
数のファセットを持つ多角形ミラーを有するレーザ走査
装置の操作方法を提供する。この方法は、(1) ガウス型
輝度形状を有する光ビームを多角形ミラーに導き、(2)
感光性素材をこの光ビームに挿入してガウス型輝度形状
を線方向に平坦化する、というステップを有する。
【００１０】本発明はまたビーム形成装置を提供する。
このビーム形成装置は、光ビームを生成するためのレー
ザ光源と、このレーザ光源から光ビームを受けて視準さ
れた光ビームを生成するための視準レンズと、視準光ビ
ームを受光してこのビームのガウス型輝度形状を一次元
（線方向）にのみ平坦化するためのアポダイザ（吸収フ
ィルタ）と、アポダイザからのビームを受光してライン
走査方向に広がったビームを生成するための形成オプテ
ィクスとを含む。
【００１１】本発明のその他の態様、目的、特徴は、図
面を参照して以下の実施例とクレームから明確にされ
る。
【００１２】
【実施例】図１のレーザ書込装置（あるいはレーザスキ
ャン装置）１６は、光学軸１８を有する。レーザ１９と
ビーム形成装置２０は、ライン走査方向にだけ拡張され
ページ走査方向には限定される光ビーム２１を生成す
る。ビームは偏光ビームスプリッタ２２およびリターダ
２３に導かれる。ビームの一部は、複数のミラーファセ
ット２６を有する多角形ミラー２４に導かれる。入力ビ
ームは、少なくともひとつのファセット面２６を完全に
満たせる（フィルできる）だけのビーム幅を有するが、
このましくは両隣のファセット面も合わせて合計３つの
ファセット面を完全に満たす（オーバーフィルする）の
が好ましい。ビームは、光学軸の回りに対称形（シンメ
トリカル）に反るように多角形ミラー２４で反射され
る。このようにして装置はオーバーフィルかつシンメト
リメカルとなる。
【００１３】反射されたビームは偏光ビームスプリッタ
２２とリターダ２３とによって今度は画像形成面２８に
向けられる。このビームはまず、第１および第２の球体
走査レンズ３０、３２に導かれ、次いで筒型ミラー３４
に達してフォルディングミラー３６へと反射され、さら
にウィンドウ３８へと導かれる。ウィンドウ３８を出た
ビームは画像形成面２８に届く。画像形成面は光導電ド
ラムでもよい。フォルディングミラー３６で反射される
ビームは、球面走査レンズ３０、３２から筒型レンズ３
６へと導かれるビームパスを横切ってもさしつかえな
い。
【００１４】図６にはビーム成形装置２０が示されてい
る。このビーム形成装置において視準レンズ４２と成形
オプティクス４４との間にアポダイザ４０（ａｐｏｄｉ
ｚｅｒ：吸収フィルタ）が差し挟まれ、レーザ１９から
照射されたビーム２１の輝度分布形状を平らにする。レ
ーザ光源１９で生成された光ビーム２１は視準レンズ４
２に導かれる。視準レンズ４２はレーザ光源からビーム
２１を受光すると、そのビームを視準合わせして視準ビ
ームを生成する。アポダイザ４０は、レーザ書き込み装
置で逆ガウスパターンが書き込まれた感光性素材であ
り、このアポダイザは視準ビームを受けてそのビームの
ガウス型の輝度分布を一次元（線方向）にのみ平坦化す
る。成形オプティクスはアポダイザで平坦にされたビー
ムを受光し、ライン走査方向に広がったビームを生成す
る。
【００１５】本発明の重要な側面は、オーバーフィルシ
ンメトリカルプリンタで使用されることである。オーバ
ーフィルとは、広径のビームが多角形ミラーに導かれ、
ビーム幅が多角形の２つ以上のファセット面をカバーす
ることを意味する。通常、走査ビームはひとつのファセ
ット面で反射されるような入射光線の一部である。
【００１６】ガウスビームがデフレクタで走査される
と、入射光線のガウス型輝度形状のために、走査の中心
からエッジに向けて露光量の低下が生じる。図２はこの
問題点を示す平面図である。ここにおいて、オーバーフ
ィルされたビームを走査する場合、ファセット面は位置
によってビーム中の異なる輝度レベルを反射することに
なる。図３は輝度の低下率を示しているが、システムに
よって１０−２０％の低下が生じる。
【００１７】輝度低下の問題を解決するためには、光の
ロスを最小限にするのに必要なだけビームの形状を平ら
にする必要がある。この平坦化は一次元方向にのみ必要
であり、これによって光のロスは非常に低減される。こ
れを行うためのアポダイザ（吸収フィルタ）は、フィル
ムあるいは感光性プレート上への所望のパターンの書き
込みがプログラムされ得るディジタルレーザプリンタで
生成される。アポダイザへ入射される、ガウスビームに
正規化された輝度のピーク値は以下の式で表される。
【００１８】
【数１】 ここにおいて、ｘはビームの中心ピークからの距離、ｗ
はビーム強度がｅ-2のときのピークからの半径距離であ
る。デフレクタがビームに対して距離ｘ＝ｘ´まで走査
すると、アポダイザは以下の透過関数を示す。
【００１９】
【数２】 αはｘ＝ｘ´におけるＩ1 の値であり０≦α≦１であ
る。それゆえ、出力される透過関数は、
【数３】 ビームはこの値まで平坦化される必要があり、これによ
って光の損失は最小にされる。この平坦化はライン走査
方向においてのみ必要であり、これによって同じく光の
損失は最小化される。このような特性を得るためのアポ
タイザの正面図を図７に示す。
【００２０】図４は、α＝０．８のときのフィルタ透過
関数の例を示しており、図５はこのフィルタからの出力
を表わすグラフである。ここにおいて良好な放物線状の
曲線が示されることが分かる。このようにビームは必要
な程度にまで平坦化される。この平坦化は一次元モデリ
ングであるが、ライン走査方向におけるアポダイゼイシ
ョン（ビームの輝度調整）の関数とページ方向における
ビームサイズ制御のためのソフトあるいはハードエッジ
面取り関数とを組み合わせることができる。
【００２１】ビームは可変範囲で平坦化され、これによ
って露光の低下が一部あるいは完全に補正され、ビーム
はアポダイズされて所定のシステム内で露光低下のその
他の原因を補正するためにスマイル型の形状に補正され
た状態になる。
【００２２】非球面体と同様の機能を達成するためにグ
ラジエントインデックス（GradientIndex: 空間一次微
分指標）レンズを使用することはよく知られている。こ
こでは球状の表面を有するグラジエントレンズを２つ用
いて、２つの非球面システムと同一の機能を果たすこと
ができる。球面を形成するのは非球面の形成より容易な
ので、この方法によればコスト節減が可能となる。ま
た、レーザビームが媒体表面に走査されるときにこのビ
ームが電気的に変調されてもよい。この場合、光学系統
のかわりに電子系統に負担がかかる。どちらを選択する
かは、レーザパワー、有効ダイナミックレンジ、コス
ト、補正程度の可能性などのシステムの構成要件次第で
ある。コンピュータ生成ホログラムなどの回析性の光学
素子がディジタル的に生成されてもよく、この光学素子
は一次元素子でもよい。方法によっては、この回析性の
要素は耐性の必要性にかかわらず、損失のある誘電体で
もよい。適切な安定レーザを使用すると、これらの光学
素子は本発明で使用され得る。
【００２３】本発明は上記の実施例に限定されることは
なく、様々な変形改良が可能であり、本発明から外れる
ことなく実施例で用いた構成要素をその均等物と置換す
ることもできる。例えば、実施例ではアポダイザはビー
ム成形装置の内部に示されているが、外部に位置しても
よい。また、本発明の教示から離れることなく、特定の
状況と素材に応じて変形されてもよい。
【００２４】（付記）請求項１に記載のビーム成形装置
において、前記アポダイザはレーザ書き込み装置で逆ガ
ウスパターンが書き込まれた感光性素材から成ることを
特徴とするビーム成形装置。
【００２５】また、ガウス型輝度分布形状を有する光ビ
ームの輝度形状を再配分するための方法であり、感光性
素材をレーザプリンタ装置の走査ビームで露光するステ
ップと、前記感光性素材の上にレーザプリンタ装置で所
望のパターンを書き込むステップと、露光された感光性
素材を現像するステップと、前記現像された感光性素材
をガウスビームの照射経路に挿入し、このガウスビーム
のガウス型輝度分布形状を平坦化するステップとを含む
ことを特徴とする輝度形状再形成方法。
【００２６】さらに、レーザプリンタ装置で感光性素材
の上に逆ガウスパターンを書き込むステップを有するこ
とを特徴とする輝度形状再形成方法。
【００２７】また、光学軸と、複数のファセットを持つ
多角形ミラーとを有するレーザ走査装置を走査するため
の方法であり、ガウス型輝度分布形状を有する光ビーム
を前記多角形ミラーに導くステップと、前記光ビーム経
路にアポダイザを挿入し、前記ガウス型輝度分布形状を
平坦化するステップとを含むことを特徴とするレーザ走
査方法。
【００２８】さらに、前記ファセットの少なくともひと
つを前記光ビームで満たすステップと、このビームを隣
接するファセットにオーバーフローさせるステップと、
前記ビームを前記回転多角形ミラーで反射させ、反射ビ
ームを前記光学軸回りにシンメトリカル（対象形）に位
置させるステップとを含むレーザ走査方法。
【００２９】また、線方向へのビーム照射量調整のため
のアポダイザを生成するための方法であり、感光性素材
をレーザプリンタ装置の走査ビームで露光し、このレー
ザプリンタ装置で感光性素材上に逆ガウスパターンを書
き込むステップと、露光された感光性素材を現像するス
テップとを含むことを特徴とするアポタイザ生成方法。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、本発明のアポダイザ（吸
収フィルタ）は生成が容易であり、このアポダイザがビ
ームに挿入されるとビームのガウス型輝度分布形状は一
次元に平坦化される。また本発明のビーム成形装置は、
その一部にアポダイザを含み、このビーム成形装置は光
ビームを生成するためのレーザ光源と、レーザ光源から
ビームを受け取って視準ビームを生成するための視準レ
ンズと、この視準ビームを受光して視準ビームのガウス
型輝度形状を一次元にのみ平坦化するためのアポダイザ
と、アポダイザからビームを受け取ってライン走査方向
に広がったビームを生成するための成形オプティクスと
を含む。本発明のアポダイザは、逆ガウス型のパターン
が書き込まれた感光性媒体を含み、逆ガウスパターン
は、レーザプリント装置の走査ビームに感光性素材を露
光して露光された感光性素材を現像し、そこにレーザプ
リンタ装置で逆ガウスパターンを書き込むことによって
形成される。
【００３１】さらに本発明によるガウスビームの輝度再
分布方法は、感光性素材を露光し、レーザプリント装置
を用いて所望のパターンを感光性素材上に書き込み、露
光された感光性素材をガウスビームに挿入してそのビー
ムのガウス型輝度分布形状を平坦化する、というステッ
プを含む。この方法によって簡単な一次元アポダイザが
生成される。
【００３２】さらにまた本発明は、光学軸と複数のファ
セット面を持つ多角形ミラーとを有するレーザスキャン
装置の操作方法を提供し、この方法は、ガウス型輝度形
状を有する光ビームを多角形ミラーに導き、感光性素材
をこの光ビームに挿入してガウス型輝度形状を平坦化す
るステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーバーフィルされたシンメトリカルモードで
作動する、多角形ミラー付きレーザスキャナの斜視図で
ある。
【図２】図１の多角形ミラーのファセット面でのガウス
ビームの輝度低下を示す平面図である。
【図３】図２のビームの輝度低下を示す図である。
【図４】α＝８のときのフィルタ透過関数を示す図であ
る。
【図５】図４のフィルタの出力を示す図である。
【図６】ビームアポダイザの良好な位置を示す図であ
る。
【図７】本発明にかかるアポダイザの正面図である。
【符号の説明】
１６ レーザ書き込み（スキャン）装置 １８ 光学軸 １９ レーザ ２０ ビーム成形装置 ２１ 光ビーム ２２ 偏光ビームスプリッタ ２３ リターダ ２４ 多角形ミラー ２６ ファセット ３０、３２ 球体走査レンズ ３４ 筒型ミラー ３６ フォルディングミラー ３８ ウィンドウ ４０ アポダイザ ４２ 視準レンズ ４４ 成形オプティクス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビームを生成するためのレーザ光源
    と、 前記レーザ光源から光ビームを受光して視準光ビームを
    生成するための視準レンズと、 前記視準光ビームを受けて、この視準ビームのガウス型
    輝度形状を一次元方向にのみ平坦化するためのアポダイ
    ザと、 前記アポダイザからのビームを受光し、ライン走査方向
    に広がったビームを生成するための成形オプティクス
    と、 を含むビーム成形装置。
JP5298441A 1992-11-27 1993-11-29 レーザビーム輝度形状再形成方法およびビーム成形装置 Pending JPH06214186A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/982,322 US5331468A (en) 1992-11-27 1992-11-27 Intensity redistribution for exposure correction in an overfilled symmetrical laser printer
US982322 1992-11-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06214186A true JPH06214186A (ja) 1994-08-05

Family

ID=25529039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5298441A Pending JPH06214186A (ja) 1992-11-27 1993-11-29 レーザビーム輝度形状再形成方法およびビーム成形装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5331468A (ja)
EP (1) EP0599076A2 (ja)
JP (1) JPH06214186A (ja)

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