JPS6084528A - 線状照明光学系 - 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】 本発明は光変調光学系・とりわけ光シヤツターアレイの
如くプレイ全体にわたって均一な照明を必要とする光変
調光学系に好適な線状照明光学系に関する。

一般に、被照射部分に効率よく光を集光しようとする場
合、指向性・単色性の良いレーザーを光源とするのが最
も適している。しかし、前述の如く被照射部が線状であ
る場合、被照射部全体を均一な強度で照明するのは困難
が伴う。その理由として、一つにはレーザから射出する
光束が均一の断面強度分布を有せず、中心から周辺に向
ってガウス分布に従って強度が低下することが挙げられ
る。このような問題を解決する手段として従来は、光束
径拡大光学系を使って拡大した光束のうち均一と見看せ
る部分だけを取出して使用するか、２個の円錐レンズを
組合せた光束強度変換光学素子を使う方法が知られてい
る。

しかし、前者は光の利用効率が極めて悪く、また後者の
場合は素子を偏心なく加工したり、これを配置調整した
シすることは困難で実用的でない。

本発明の目的は、簡易な手段で均一な光量の線状照明を
得ることが可能な線状照明光学系を提供することにある
。

本発明に係る線状照明光学系に於いては、レーザー光源
より射出した光束を２分割する光束分割手段に、分割し
た波面を重ね合わせる機能を持たせるものである。更に
望ましくは、この光束分割手段と光束を線像に集光する
アナモフィックな集光手段とを一体的に構成するもので
ある。斯様な構成により、本発明では、光源からの光量
が有効に利用出来、また光学系を組立てる際の調整が非
常に容易となる。以下、本発明に関して詳述する。

第１図は本発明に係る線状照明光学系の一実施例を示す
図で、１は光源である半導体レーザ、２は半導体レーザ
１から射出した光束の１部の偏光方向を変える為の％波
長板、３は互いに角度を有する反射面３１．３２によっ
て半導体レーザ１より射出した光束の波面を反射方向の
異なる２の光束ａ、ａ′に分割し、かつ後述の受光媒体
上において前記２光束を重ね合せる作用をもつプリズム
、４はプリズム３に接合され、プリズム３より射出する
光束を線状に集光する為の紙面垂直方向にパワーをもつ
シリンドリカルレンズ、５はシリンドリカルレンズ４の
集光位置に設置された線状の受光媒体をあられす。半導
体レーザ１より射出しだ光束は第２図（ａ）に示す如く
、基本モードにおける強度分布がガウス型曲線を示す。

従ってこの光束で直接受光媒体５を照射すると、同図か
られかるように中心強度のｌ／Ｌの強度までの領域の光
束を使用したとすると、周辺強度は中心に比べて約４０
％低下し、著しい照明むらを生ずる。

一方、本発明によれば、第１図のプリズム３の反射面３
１．３２によって光束は２つの部分ａ、ａ’に分割され
、受光媒体５の上で前記光束ａ、ａ’が領域を同じくし
て重ね合わされる。受光媒体５上において例えば入射光
束の中心強度１／ｅ２までの領域の光束を２分割して再
び重ね合わせたとすると、第２図（ｂ）に実線で示す如
く、直接照射の場合に比べてむらの少ない照明を得るこ
とができる。

同図の場合、中心強度に比べて周辺の低下率は約６チで
あり直接照射の４０％に比べると著しく改善されている
。なお、上記の説明では２分割された光束が重ね合わさ
れるとき、完全（＝合致するとしたが、重ね合わされる
領域を適当にずらすことによって、使用できる領域は多
少狭くなるが、さらに均一性が良く、むらのない強度分
布を得ることができる。また、第１図においては重ね合
わせる２つの光束の間の干渉を防ぐ為、２つの光束の１
方の偏光方向を他方に対して９０°回転させる目的で％
波長板２が挿入しである。重ね合わせる光束間の干渉が
実用上書にならない場合や光源の干渉性が悪く受光面５
上において干渉縞が発生しない場合には前記ｙ波長板２
は不要である。

第３図は本発明の他の実施例を示す図で、図中第１図と
同で記号は同一要素をあられす。この実施例が第１の実
施例と異なるところは、受光媒体面５をプリズム３の出
射端面に接合させ、シリンドリカルレンズ４をプリズム
３の入射面側に接合し、かつシリンドリカルレンズの集
光位置をプリズムの出射端面である受光媒体面と一致さ
せたことにある。このような素子構成は、照明すべき受
光媒体面５が後述する熱効果型光変調素子５０の如く、
ガラス等の基板上にフォトリン工程によって形成可能な
プレイ状の光変調器である場合特に素子のコンパクト化
や一体形成による信頼性向上の上で有利なものである。

この実施例の効果は第１の実施例と変わるところはない
ので説明は省略する。

第４図は本発明の更に他の実施例を示す図で、同図（ａ
）はその側面図、（ｂ）は平面図をあられす。また図中
第１図、第２図と同一記号は同一の要素をあられすもの
とする。

この実施例の特徴は光束分割及び合成手段として、反射
面のかわシに一定の頂角を有する透過型の複プリズム６
を使用したことである。半導体レーザ１より射出した光
束はコリメーターレンズ８によって平行な光束に変換さ
れ、％波長板２によって該光束の１部の偏光方向を変え
た後、複プリズム６によって２つの光束す、ｂ’に分割
された後、複プリズム６に接合されたシリンドリカルレ
ンズ４によって受光媒体５上に線状に集光される。

この実施例の効果は第１及び第２の実施例と同様である
が、透過型の複プリズム６を使用したことによ多分割し
゛た光束に同一の交叉角度を与える場合、反射型のプリ
ズムよシ頂角が大きくなり、プリズム製造が容易になる
という利点を有する。

ナオ、図中に使用したコリメーターレンズ８及び阿波長
板２は必ずしも必要な要素ではなく省略することも可能
である。

第５図は、本発明の線状照明光学系を照明系として用い
るのに好適な光変調素子の一例の部分断面図である。

１４は絶縁性の基板、１５ａ、　１５ｂ、　−ｔ、５ｃ
、　１５ｄ、　１５ｅ・・・・・・は列状に配列された
インジウムティンオキサイド等の薄膜からなる発熱要素
としての発熱抵抗体、１９は絶縁層、１３はミラー、１
２は被加熱体としてのたとえば有機溶剤からなる液層、
１１は透明な保護板で、これらがこの順序で積層されて
光変調素子５０が構成されている。また、１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ・・・はスイッチで、夫々発熱抵抗体１５ａ
、１５ｂ、１５ｅ・・・に接続されている。スイッチ１
６ａ、１６ｂ１１５ｃ・・・が閉成されていない時は発
熱抵抗体１５ａ１１５ｂ、１５ｃ・・・は通電加熱され
ないので液層１２の温度は一様であり、従って、ある角
度で入射してきた光はミラー１３によって正反射されて
一定の角度で光変調素子５０外へ射出する。しかし、ス
イッチ１６Ｃが閉成されて発熱抵抗体１５０が通電加熱
すると、この熱をうけた液層１２は局部的に温度上昇し
、この温度上昇に伴なって屈折率が他の液層１２の部分
と異なったグラディエンド・インデックス領域１７が生
じる。従って、この領域１７に入射する光は屈折等され
てその光路を変更され図示の如く拡がりのある発散光と
なって光変調素子から射出する。今、ことでは反射型の
光変調素子として説明したがミラー１３をなくし基板１
４や絶縁層１９を透光性にすることにより透過型の光変
調素子も可能である。また、液層１２を局部的に加熱し
て沸騰させ、この中（二蒸気泡を形成し、この蒸気泡に
より光路を変化させることにより光変調してもよい。

また、発熱抵抗体の代りに赤外線吸収層を用いて赤外線
をあてることによシ発熱させてもよい。また、上記実施
例では光路変化用の部材として液体を用いたが固体であ
ってもよい。なお、これら光変調素子の詳細な原理及び
構成については特願昭５７−１０２２９３及び特願昭５
７−１７８１５４等に記載されているのでこれ以上詳述
しない。なお、本実施例の場合、発熱抵抗体１５ａ、］
−５ｂ、１５Ｃ・・・の配列方向の断面内に入射し、反
射する光の場合について説明したが、発熱抵抗体１．５
ａｓ　１５ｂ、　１５ｃ・・・の配列方向と直交する方
向の面内で入射し、反射する光の場合についても上記と
同じ原理により同様なことがいえる。なお、発熱抵抗体
１５ｃの通電が断たれればグラディエンド・インデック
ス領域１７は冷却されて自然消滅するし、蒸気泡につい
ても同様である。

第６図は、本発明に係る線状照明光学系を備えた光変調
素子を画像形成装置に応用した一実施例の上視図である
。

（１）はレーザ光源で、たとえばガウス型の強度分布を
有する光束を発生する。（２１はＺ波長板、・３は本発
明に係る光学素子で本実施例の場合第１図に示した構成
の光学素子を用いた。４はシリンドリカルレンズ、５０
は光変調素子の一例で本実施例の場合第５図に示した構
成のものを用いたが、ここでは発熱抵抗体１５ａ、　１
５ｂ、　１５ｃ・・・からなるヒーターアレイ１５等を
簡略的に示している。６０は光変調素子５０からの正反
射光のみを遮光するだけの大きさを持つ遮光板、７０は
光変調素子５０−からの発散光を投影する投影用レンズ
、８０は感光ドラムで図示矢印方向に回転しているもの
とし、この感光ドラム８０の表面の位置は投影用レンズ
７０を介して発熱抵抗体列１５と光学的に共役な位置で
ある。

次に、第５図及び第６図を参照して本実施例の動作説明
をする。レーザ光源１からのレーザ光は光学素子３（二
より１図の説明で述べたようにほぼ均一な強度分布を有
する平行光束に変換される。

この光学素子３から射出する光束は、シリンドリカルレ
ンズ４によりヒーターアレイ５上のミラー１３上に線状
に集光される。この時、光学素子３によシ断面強度分布
の光束の変換を行なった方向と線状の集光方向とをほぼ
一致させる。ヒーターアレイ５が通電加熱されてない時
、この線状に集光された光束はミラー１３によシ正反射
されて遮光板６０に遮光より全て遮光される。今、光変
調素子５０のヒーターアレイ５の内、発熱抵抗体１５ｃ
が通電加熱されたとすると、この上の液層１２の部分に
グラディエンド・インデックス領域もしくは蒸気泡が形
成される。この部分に入射し射出する光は図示破線で示
した如く発散光となり、この発散光の大部分は遮光板６
０により遮光されず投影用レンズ７０により感光ドラム
８０に点像として結像される。従って、ヒーターアレイ
１５を画像信号に応じて駆動することにより、感光ドラ
ム８０の表面の図示矢印で示す方向上に画像信号に応じ
た点像の集合体からなる像が形成される。この走査を繰
り返すことにより感光ドラム８０の表面に２次元の感光
像が形成される。後は公知の手段により感光ドラム８０
に形成された静電潜像を適当に処理して用紙等に画像を
形成すればよい。なお、光変調素子５０のヒーターアレ
イ１５を走査することなく同時にヒーターアレイ１５の
所要の発熱抵抗体を通電加熱して感光ドラム８０に線状
の点像の集合体を同時に形成してもよい。また、感光ド
ラム８０の代りにスクリーンを配置し、このスクリーン
と投影用レンズ７０の間にヒーターアレイ１５のアレイ
方向と直交する方向に走査させるガルバノミラ−を、更
に収差補正上必要ならばガルバノミラ−とスクリーンと
の間に結像レンズを配置することによシスクリーンに２
次元画像を形成して表示することも可能である。

第６図に示す光学装置としての画像形成装置に於いて重
要な事は本発明に係る光学素子３を用いる事によ多光束
がヒーターアレイ１５の並び方向に均一な強度分布を持
ち、且つ、ヒーターアレイ１５を十分に全面照射し得る
だけの巾に拡げられている点にある。従って、感光ドラ
ム８０上に形成される点像の強度はほぼ均一で、高解像
の画像が得られる。

以上述べてきたように本発明に係る光学素子は簡単な構
成で光束の強度分布を所望の光の強度分布に変換ししか
も光束径の変換も容易に行ないうる。本発明に係る光学
素子を具備した光プリンター、ディスプレイ等の画像形
成装置はムラのない且つ高解像の高品位な画質を提供し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る線状照明光学系の原理を一１１＝ 説明するための説明図、第２図は第１図を説明するだめ
の光の強度分布の説明図、第３図は本発明に係る線状照
明光学系の他の一実施例の説明図、第４図は本発明に係
る線状照明光学系の更に他の実施例の説明図、第５図は
本発明に係る線状照明光学系を用いる光変調素子の部分
断面図、第６図は本発明に係る線状照明光学系を用いた
光学装置の一実施例の上視図である。 １・・・レーザー光源　２・・・％波長板３・・・プ　
リ　ズ　ム　４・・・シリンドリカルレンズ５０・・・
光変調素子　１２・・・液　層１５　・・・　ミ　ラ　
− １５ａ、１５ｂ、１５Ｃ〜・・・発熱抵抗体６０・・・
遮　光　板　７０・・・投影用レンズ８０・・・感光ド
ラム 特許出願人　キャノン株式会社 １３− １２− ５・′ 第１図 （ａ） 第２図 砥 第３図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザー光源、該光学系からの光束の波面を２
   分割すると共に分割された各々の光束が重なり合う様に
   分割された各々の光束を方向づける光束分割手段、前記
   分割された各々の光束を重畳して集光し線状を形成する
   アナモフィック集光手段より成る事を特徴とする線状照
   明光学系。
2. （２）前記光束分割手段とアナモフィック集光手段とを
   一体として形成した特許請求の範囲第１項記載の線状照
   明光学系。