專利名稱：聚焦元件、聚焦元件陣列、曝光裝置及圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚焦元件、聚焦元件陣列、曝光裝置及圖像形成裝置。
背景技術(shù)：
日本專利申請待審特開(JP-A)2007_237576號公報(bào)記載了一種曝光裝置，其包括在光源基板上設(shè)置的多個發(fā)光元件；包括多個正衍射透鏡的第一透鏡陣列，其通過使光衍射而使透射的光的光通量會聚并產(chǎn)生圖像；和第二透鏡陣列，其包括多個透鏡并把第一透鏡陣列夾在這些多個透鏡與多個發(fā)光元件的相應(yīng)元件之間中間。多個正衍射透鏡的每一個在垂直于光源基板的方向上與多個發(fā)光元件中的相應(yīng)元件交疊。日本專利申請待審特開昭(JP-A)60-116479號公報(bào)記載了一種使用發(fā)光二極管的打印機(jī)，其選擇性地點(diǎn)亮發(fā)光二極管陣列中的各發(fā)光二極管、利用會聚系統(tǒng)將發(fā)光二極管陣列的發(fā)光面會聚到感光體上、并形成劃分為點(diǎn)的圖像，在發(fā)光二極管陣列中多個發(fā)光二極管設(shè)置成至少一行。使用發(fā)光二極管的該打印機(jī)的發(fā)光二極管陣列由從端面發(fā)光的單片集成的發(fā)光二極管陣列芯片構(gòu)成，并且會聚系統(tǒng)的一個面固定在與發(fā)光二極管陣列和基板之間的接觸面平行的面中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種聚焦元件，其包括發(fā)光元件，其產(chǎn)生在預(yù)定波長范圍的光并發(fā)出擴(kuò)散光；以及全息元件，其位于布置在所述發(fā)光元件的光出射側(cè)的記錄層中，利用從所述發(fā)光元件的波長范圍選擇的多個波長的光，通過波長多路來記錄所述全息元件，并且利用來自所述發(fā)光元件的所述擴(kuò)散光來照射所述全息元件，所述全息元件發(fā)出在預(yù)定聚焦點(diǎn)處會聚的衍射光。本發(fā)明的第二方面提供了根據(jù)第一方面的聚焦元件，其中在所述波長多路中所記錄的所述多個波長包括在所述波長范圍中的短波長側(cè)和長波長側(cè)處的、關(guān)于中心波長大致對稱的位置處的波長。本發(fā)明的第三方面提供了根據(jù)第一方面的聚焦元件，其中在所述波長多路中所記錄的所述多個波長包括所述波長范圍的中心波長。本發(fā)明的第四方面提供了聚焦元件陣列，在所述聚焦元件陣列中，多個根據(jù)第一方面的聚焦元件按照一維排列或二維排列中的一種進(jìn)行排列。本發(fā)明的第五方面提供了曝光裝置，包括多個根據(jù)第一至第三方面的聚焦元件， 其中，所述多個聚焦元件按照一維排列或二維排列中的一種進(jìn)行排列，使得從所述多個聚焦元件中的各聚焦元件發(fā)出的所述衍射光在預(yù)定操作距離處會聚，并且從所述多個聚焦元件中的各聚焦元件發(fā)出的所述衍射光的所述聚焦點(diǎn)以預(yù)定方向排列。本發(fā)明的第六方面提供了圖像形成裝置，其包括根據(jù)第五方面的曝光裝置；以及
感光體，其布置為與所述曝光裝置分開所述操作距離，并且在所述感光體上通過所述曝光裝置根據(jù)圖像數(shù)據(jù)寫入圖像，沿所述聚焦點(diǎn)排列的所述預(yù)定方向?qū)λ龈泄怏w進(jìn)行快掃描。根據(jù)本發(fā)明的上述方面中記載的發(fā)明，提供下面的效果。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，效果在于，與包括不是通過波長多路而形成的全息元件的聚焦元件相比，從擴(kuò)散光源發(fā)出的光可以高效地被取出并在任意方向聚焦。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，效果在于，與不使用本發(fā)明時相比，可以增強(qiáng)對環(huán)境變化的抵抗。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，效果在于，與不使用本發(fā)明時相比，可以較高效率地取出從擴(kuò)散光源發(fā)出的光。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，效果在于，與使用包括不是通過波長多路而形成的全息元件的聚焦元件時相比，從多個擴(kuò)散光源發(fā)出的各光可以高效地被取出并在任意方向聚
焦ο根據(jù)本發(fā)明的第五方面，效果在于，與使用包括不是通過波長多路形成的全息元件的聚焦元件時相比，從多個擴(kuò)散光源發(fā)出的各光可以被高效地取出并在任意方向聚焦， 并且可以在預(yù)定操作距離形成沿預(yù)定方向排列的聚焦點(diǎn)的行。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，效果在于，與使用包括不是通過波長多路形成的全息元件的聚焦元件時相比，從多個擴(kuò)散光源發(fā)出的各光可以被高效地取出并且以預(yù)定操作距離沿感光體的方向上聚焦，并且通過在預(yù)定方向上排列的一行聚焦點(diǎn)對感光體進(jìn)行快掃描以寫入圖像。


將基于以下附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在附圖中圖1是示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式所涉及的圖像形成裝置的結(jié)構(gòu)的示例的示意圖；圖2是示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式所涉及的LED打印頭的結(jié)構(gòu)的示例的示意性立體圖；圖3A是示出了全息元件的示意性形狀的立體圖；圖;3B是LED打印頭在慢掃描方向的截面圖；圖3C是LED打印頭在快掃描方向的截面圖；圖4是示出了在全息記錄層中記錄全息圖的狀態(tài)的圖；圖5A是示出了 LED的發(fā)光光譜的圖；圖5B是示出了在波長多路方法中使用的波長的選擇的示例的圖；圖5C是示出了在波長多路方法中使用的波長的選擇的另一示例的圖；圖6A和圖6B是示出了用于選擇在波長多路方法中使用的波長的標(biāo)準(zhǔn)的示例的圖；圖7A和圖7B是示出了再現(xiàn)全息圖并產(chǎn)生衍射光的狀態(tài)的圖；和圖8是示出了形成有與SLED陣列相對應(yīng)的全息元件陣列的LED打印頭的局部結(jié)構(gòu)的示例的分解立體圖。
具體實(shí)施例方式下面，將參考附圖來詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式的示例。安裝有LED打印頭的圖像形成裝置首先，描述涉及安裝有本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的LED打印頭的圖像形成裝置。 在通過電子照相系統(tǒng)形成圖像的復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等中，代替相關(guān)技術(shù)的激光光柵輸出掃描器(R0Q型曝光裝置，采用發(fā)光二極管(LED)作為光源的LED型曝光裝置正在被普遍作為用于在感光鼓上寫入潛像的曝光裝置。在LED型曝光裝置中，不需要掃描光學(xué)系統(tǒng)，與激光 ROS系統(tǒng)相比尺寸能夠變得更小。存在的優(yōu)點(diǎn)還在于，不需要用于驅(qū)動多棱鏡的驅(qū)動馬達(dá)， 并且不產(chǎn)生機(jī)械噪聲。LED型曝光裝置被稱為LED打印頭，縮寫為LPH (LED Print Head)。相關(guān)技術(shù)的LED 打印頭包括排列在細(xì)長基板上的大量LED的LED陣列，以及設(shè)置有大量的折射率分布型棒透鏡的透鏡陣列。在LED陣列中，設(shè)置有與在快掃描方向上的像素?cái)?shù)相對應(yīng)的大量LED，例如每英寸1200個像素(即，1200dpi)。在相關(guān)技術(shù)中，在透鏡陣列中采用作為SELFOC(注冊商標(biāo))透鏡等的棒透鏡。從每個LED發(fā)出的光由棒透鏡會聚，并且在感光鼓上形成正立的相同尺寸圖像。已研究采用全息元件來代替棒透鏡的LED打印頭。本示例性實(shí)施方式所涉及的圖像形成裝置包括設(shè)置有下述的全息元件陣列的LED打印頭。在采用棒透鏡的LPH中，在透鏡陣列的端面和聚焦點(diǎn)之間的光路距離(操作距離)短，僅為幾個毫米的量級，并且在感光鼓周圍，曝光裝置所占據(jù)的比例大。與此相比，設(shè)置有全息元件陣列的LPH 14具有幾個厘米的量級的長的操作距離，感光鼓周圍不擁擠，并且總體上，圖像形成裝置尺寸更小。一般來說，在采用發(fā)出非相干光(非干涉光)的LED的LPH中，相干性低，出現(xiàn)模糊的光點(diǎn)(稱為色差)，并不易形成微小光點(diǎn)。與此形成對比，在設(shè)置有全息透鏡陣列的LPH 14中，全息元件的入射角選擇性和波長選擇性高，并且在感光鼓12上形成輪廓鮮明、微小的光點(diǎn)。圖1是示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式所涉及的圖像形成裝置的結(jié)構(gòu)的示例的示意圖。該圖像形成裝置是所謂的串聯(lián)型數(shù)字彩色打印機(jī)。該圖像形成裝置包括圖像形成處理部10、控制部30和圖像處理部40。圖像形成處理部10用作根據(jù)各顏色的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行圖像形成的圖像形成部?？刂撇?0控制圖像形成裝置的操作。圖像處理部40連接到圖像讀取設(shè)備3以及例如外部設(shè)備(諸如個人計(jì)算機(jī)(PC)2等)，并對從這些設(shè)備接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定的圖像處理。圖像形成處理部10包括按照恒定間隔設(shè)置成一行的4個圖像形成單元11Y、11M、 IlC和IlK0圖像形成單元11Y、1 IMUlC和IlK分別形成黃色(Y)、品紅色(M)、青色(C)和黑色⑷的調(diào)色劑圖像。在適當(dāng)?shù)膱龊希瑘D像形成單元11Y、11M、11C和IlK可以統(tǒng)稱為圖像形成單元11。各圖像形成單元11包括感光鼓12、充電設(shè)備13、LED打印頭(LPH) 14、顯影設(shè)備15 以及清潔器16。感光鼓12用作在其處形成靜電潛像并承載調(diào)色劑圖像的圖像載體。充電設(shè)備13將感光鼓12的表面均勻地充電到預(yù)定電勢。LPH 14用作對充電設(shè)備13已充電的感光鼓12進(jìn)行曝光的曝光裝置。顯影設(shè)備15對LPH 14提供的靜電潛像進(jìn)行顯影。清潔器16清潔感光鼓12的表面。LPH 14是長度與感光鼓12的軸向長度大致相同的長而窄的打印頭。LPH 14設(shè)置在感光鼓12的周圍處，使得LPH 14的長度方向朝向感光鼓12的軸向。在本示例性實(shí)施方式中，多個LED沿LPH 14的長度方向設(shè)置成陣列圖案(列圖案)。在LED陣列上方，與多個 LED相對應(yīng)的多個全息元件設(shè)置成陣列。如下面描述的，設(shè)置有全息元件陣列的LPH 14的操作距離長，并且LPH 14設(shè)置為離感光鼓12的表面幾個厘米。因此，LPH 14沿感光鼓12的周向所占據(jù)的寬度小，并且緩解了感光鼓12周圍的擁擠。圖像形成處理部10還包括中間轉(zhuǎn)印帶21、一次轉(zhuǎn)印輥22、二次轉(zhuǎn)印輥23以及定影設(shè)備25。在圖像形成單元11的感光鼓12上已形成的各顏色的調(diào)色劑圖像被重疊地轉(zhuǎn)印到中間轉(zhuǎn)印帶21上。一次轉(zhuǎn)印輥22將圖像形成單元11處的各顏色的調(diào)色劑圖像順序地轉(zhuǎn)印(一次轉(zhuǎn)印)到中間轉(zhuǎn)印帶21上。二次轉(zhuǎn)印輥23將已轉(zhuǎn)印到中間轉(zhuǎn)印帶21上的重疊的調(diào)色劑圖像一起轉(zhuǎn)印(二次轉(zhuǎn)印)到用做記錄介質(zhì)的紙張P上。定影設(shè)備25將二次轉(zhuǎn)印后的圖像定影到紙張P上。下面描述上述圖像形成裝置的操作。首先，圖像形成處理部10基于從控制部30提供的控制信號(諸如同步信號等) 來執(zhí)行圖像處理操作。此時，圖像處理部40對從圖像讀取設(shè)備3或PC 2等輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，然后通過接口將圖像數(shù)據(jù)提供給圖像形成單元11。例如，在針對黃色的圖像形成單元IlY中，通過基于從圖像處理部40提供的圖像數(shù)據(jù)而發(fā)光的LPH 14，對充電設(shè)備13已均勻地充電到預(yù)定電壓的感光鼓12的表面進(jìn)行曝光，并且在感光鼓12上形成靜電潛像。即，通過基于圖像數(shù)據(jù)而發(fā)光的LPH 14的各LED，來對感光鼓12的表面進(jìn)行快掃描，并且通過旋轉(zhuǎn)感光鼓12進(jìn)行慢掃描。由此在感光鼓12上形成靜電潛像。顯影設(shè)備15對已形成的靜電潛像進(jìn)行顯影，以形成黃色調(diào)色劑圖像。按照類似方式，在圖像形成單元11M、11C、11K處形成品紅色、青色和黑色的調(diào)色劑圖像。圖像形成單元11上形成的各色調(diào)色劑圖像被一次轉(zhuǎn)印輥22順序地靜電吸引并被轉(zhuǎn)印(一次轉(zhuǎn)印)到按照圖1的箭頭A方向旋轉(zhuǎn)的中間轉(zhuǎn)印帶21上。在中間轉(zhuǎn)印帶21上形成重疊的調(diào)色劑圖像。隨著中間轉(zhuǎn)印帶21的移動，重疊的調(diào)色劑圖像被傳送到設(shè)置有二次轉(zhuǎn)印輥23( 二次轉(zhuǎn)印部)的區(qū)域。當(dāng)重疊的調(diào)色劑圖像被傳送到二次轉(zhuǎn)印部時，紙張P 被提供到二次轉(zhuǎn)印部，以與調(diào)色劑圖像被傳送到二次轉(zhuǎn)印部的定時相匹配。在二次轉(zhuǎn)印部處，通過二次轉(zhuǎn)印輥23形成的轉(zhuǎn)印電場，重疊的調(diào)色劑圖像被一起靜電轉(zhuǎn)印到傳送的紙張P上(二次轉(zhuǎn)印)。已靜電轉(zhuǎn)印有重疊的調(diào)色劑圖像的紙張P與中間轉(zhuǎn)印帶21分開，并通過傳送帶M被傳送到定影設(shè)備25。已傳送到定影設(shè)備25的紙張P 上的未定影的調(diào)色劑圖像。通過經(jīng)受由定影設(shè)備25利用熱和壓力而施加的定影處理，被定影在紙張P上。然后，形成有已定影圖像的紙張P被排出到設(shè)置在圖像形成裝置的排出部處的出紙盤(未示出)。LED 打印頭(LPH)圖2是示出本發(fā)明示例性實(shí)施方式所涉及的LED打印頭的結(jié)構(gòu)的示例的示意性立體圖。如圖2所示，LED打印頭(LPH 14)包括包括多個LED 50的LED陣列52 ；和包括與多個LED50 —一對應(yīng)地設(shè)置的多個全息元件M的全息元件陣列56。在圖2中示出的示例中，LED陣列52設(shè)置有6個LED SO1至506，并且全息元件陣列56設(shè)置有6個全息元件 541至討6。當(dāng)不需要區(qū)分各個元件時，LED 501至506被統(tǒng)稱為“LED 50”，并且全息元件M1 至546被統(tǒng)稱為“全息元件M”。多個LED 50分別排列在LED芯片53上。排列有多個LED 50的LED芯片53與驅(qū)動各LED 50的驅(qū)動電路(未示出)一起安裝在長而窄的LED基板58上。LED芯片53設(shè)置為使得LED 50沿快掃描方向排成一列，并且LED芯片53設(shè)置在LED基板58上。由此，LED 50各沿平行于感光鼓12的軸向的方向排列。LED 50的排列方向是快掃描方向。各LED 50排列成使得兩個相鄰LED 50之間的快掃描方向間隔(發(fā)光點(diǎn)節(jié)距)是恒定間隔。通過旋轉(zhuǎn)感光鼓12來執(zhí)行慢掃描，并且與 “快掃描方向”垂直的方向表示為慢掃描方向。下面，LED 50的設(shè)置位置被適當(dāng)?shù)胤Q為“發(fā) 7 點(diǎn) ο可以采用各種形式的LED陣列作為LED陣列52，諸如在基板上以芯片為單位安裝多個LED的LED陣列。如果排列多個LED芯片(其排列有多個LED)，則多個LED芯片可以排列成直線，或可以按照交錯的形式排列。此外，在慢掃描方向上也可以設(shè)置兩個或更多個 LED芯片。圖2僅是這樣一種LED陣列52的示意圖，該LED陣列52中，多個LED 50按照一維方式排列在一個LED芯片53上。如下面描述的，在本示例性實(shí)施方式中，多個LED芯片53以交錯形式排列在LED 陣列52中(參見圖8)。即，在一個方向上設(shè)置多個LED芯片53，以在快掃描方向?qū)R，并且多個LED芯片53在慢掃描方向上設(shè)置在分開一定間隔的兩行中。即使多個LED 50在多個LED芯片53之間分開，多個LED 50各設(shè)置為使得彼此相鄰的一對LED 50之間的快掃描方向間隔是固定間隔。作為LED陣列52，可以采用SLED陣列，其通過排列多個SLED芯片(圖中未示出) 構(gòu)成，在SLED芯片上排列多個自掃描LED(SLED)，使得LED沿快掃描方向?qū)R。利用一對信號線執(zhí)行SLED陣列的開關(guān)切換，并且選擇性地使SLED發(fā)光并且SLED共享數(shù)據(jù)線。通過采用這樣的SLED陣列，LED基板58上的布線數(shù)量可以保持較少。全息記錄層60形成在LED基板58上，以覆蓋上述LED芯片53。在LED基板58上形成的全息記錄層60內(nèi)形成全息元件陣列56。如下面描述的，LED基板58與全息記錄層 60不需要緊密接觸，并且LED基板58與全息記錄層60通過其間夾有空氣層或透明樹脂層等分開預(yù)定距離。例如，全息記錄層60可以被未示出的保持構(gòu)件保持在與LED基板58分開預(yù)定高度的位置處。沿快掃描方向形成與多個LED 50!至506分別對應(yīng)的多個全息元件5‘至討6。全息元件M各排列成使得彼此相鄰的一對全息元件M之間的快掃描方向間隔與在上述LED 50之間的快掃描方向間隔大致相同。即，形成大直徑的全息元件54，使得彼此相鄰的一對全息元件M彼此交疊。彼此相鄰的一對全息元件M可以具有彼此不同的形狀。全息記錄層60由能夠永久記錄并保持全息圖的聚合材料形成?？梢圆捎盟^的光聚合物作為這種聚合材料。光聚合物利用由于光可聚合單體的聚合產(chǎn)生的折射率變化， 來記錄全息圖。當(dāng)使LED 50發(fā)光時，從LED 50發(fā)出的光(非相干光)沿從發(fā)光點(diǎn)擴(kuò)散到全息圖直徑的擴(kuò)散光的光路前進(jìn)。LED 50發(fā)出的光產(chǎn)生與參照光照射到全息元件M時的狀態(tài)大致相同的狀態(tài)。如圖2所示，在設(shè)置有LED陣列52和全息元件陣列56的LPH 14中，從6 個LED 50!至506中的各LED發(fā)出的各光入射到相應(yīng)的全息元件至討6。全息元件M1 至546衍射入射光并生成衍射光。各全息元件51至546生成的衍射光偏離擴(kuò)散光的光路， 使得其光軸與發(fā)光光軸成角度θ，并且在感光鼓12的方向上聚焦。發(fā)出的衍射光在感光鼓12的方向上會聚，并且在感光鼓12的表面上聚焦，感光鼓 12設(shè)置在幾厘米遠(yuǎn)的焦平面處。即，多個全息元件M各充當(dāng)這樣的光學(xué)構(gòu)件，該光學(xué)構(gòu)件衍射從相應(yīng)LED 50發(fā)出的光并把該光聚焦在感光鼓12的表面上。通過衍射光在感光鼓12 的表面處形成微小的光點(diǎn)6 至626，以在快掃描方向上排成一行。換言之，通過LPH 14對感光鼓12進(jìn)行快掃描。這里，當(dāng)不需要區(qū)分各個光點(diǎn)6 至6 時，它們統(tǒng)稱為光點(diǎn)62。全息元件的形狀圖3A是示出了全息元件的示意性形狀的立體圖，圖:3B是LED打印頭的慢掃描方向的截面圖，并且圖3C是LED打印頭的快掃描方向的截面圖。如圖3A所示，每個全息元件M是體積全息圖，一般稱為厚全息圖。如上所述，全息元件具有高的入射角選擇性和波長選擇性，高精度地控制衍射光的發(fā)射角(衍射角)，并形成具有鮮明輪廓的微小的光點(diǎn)。全息圖的厚度越厚，衍射角的精度越高。另一方面，全息圖的厚度越厚，衍射光中包括的波長范圍越窄，并且光的產(chǎn)出效率越低。在本示例性實(shí)施方式中，為了提高光的產(chǎn)出效率，利用在LED 50的發(fā)光波長范圍中的多個波長，通過波長多路來記錄多個全息元件M中各全息元件。對于在多路記錄中使用的多個波長的光的任何一個，通過波長多路所記錄的全息元件M再現(xiàn)衍射光并提高光的產(chǎn)出效率。下面描述在波長多路記錄中使用的波長的選擇標(biāo)準(zhǔn)。如圖3A和圖:3B所示，每個全息元件M形成為圓錐臺形，全息記錄層60的正面?zhèn)葹殄F臺的底面，并且向著LED 50會聚。在該示例中，描述了圓錐臺形全息元件，但是全息元件不限于該形狀。例如，可以為諸如圓錐、橢圓錐、橢圓錐臺等的形狀。圓錐臺形全息元件 54的直徑在底面最大。并且圓形底面的直徑為全息圖直徑ι·Η。各全息元件M的全息圖直徑ι·Η大于LED 50的快掃描方向間隔。例如，LED 50的快掃描方向間隔為30 μ m,全息圖直徑ι·Η為2mm，并且全息圖厚度hH為250 μ m。因此，如圖 2和圖3C所示，彼此相鄰的一對全息元件M形成為彼此很大程度上交疊。例如，通過具有球面參考波的偏移多路方法來多路記錄多個全息元件M。多個LED 50各設(shè)置在LED基板58上，并且發(fā)光面朝向全息記錄層60的正面?zhèn)龋?以向相應(yīng)全息元件M發(fā)光。LED 50的發(fā)光光軸在相應(yīng)全息元件M的中央(圓錐臺的對稱軸)附近穿過，并且向著與LED基板58垂直的方向。如例示的，發(fā)光光軸與上述快掃描方向和慢掃描方向二者正交。盡管圖中未示出，但是LPH 14由保持構(gòu)件(例如，殼體、固定器等)保持，并附著到圖像形成單元11中的預(yù)定位置處，使得全息元件M發(fā)出的衍射光在感光鼓12的方向上射出。LPH 14可以被構(gòu)造為通過采用諸如調(diào)節(jié)螺釘(圖中未示出)等的調(diào)節(jié)部件在衍射光的光軸方向上移動。根據(jù)全息元件M的聚焦位置(焦平面)可以通過上述調(diào)節(jié)部件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以定位在感光鼓12的表面上。此外，還可以在全息記錄層60上方形成蓋玻璃或透明樹脂等的保護(hù)層。保護(hù)層防止不希望物質(zhì)的粘著。全息圖記錄方法
下面，描述全息圖的記錄方法。圖4是示出了在全息記錄層中形成全息元件M的情況(即，在全息記錄層中記錄全息圖的情況)的圖。未例示感光鼓12，并且僅例示了作為焦平面的表面12A。全息記錄層60A是形成全息元件M之前的記錄層，通過所附的后綴A 與已經(jīng)形成有全息元件M的全息記錄層60相區(qū)分。如圖4所示，沿衍射光的光路通過以在表面12A上聚焦的相干光照射在全息記錄層60A上，以作為信號光。同時，沿?cái)U(kuò)散光的光路通過、在通過全息記錄層60A時從發(fā)光點(diǎn)展開到預(yù)定全息圖直徑ι·Η的相干光照射在全息記錄層60Α上，以作為參照光。例如，采用諸如半導(dǎo)體激光器等的激光光源來照射相干光。信號光和參照光從同一側(cè)(設(shè)置LED基板58的一側(cè))照射在全息記錄層60A上。 通過信號光和參照光的干涉所獲得的干涉圖案(強(qiáng)度分布)被記錄在全息記錄層60A的厚度方向。由此獲得形成有全息元件M的全息記錄層60。各全息元件M是體積全息圖，其在表面方向和厚度方向上記錄干涉圖案的強(qiáng)度分布。將全息記錄層60安裝在安裝有LED 陣列52的LED基板58的上方，從而制造LPH 14。在本示例性實(shí)施方式中，為了提高光的產(chǎn)出效率，利用在LED 50的發(fā)光波長范圍中的多個波長，通過波長多路來記錄多個全息元件M中的各全息元件。即，多路記錄多個體積全息圖，通過在全息記錄層60A的匹配位置(內(nèi)部體積)處不同波長的信號光(球面波)與參照光(球面波)的干涉來記錄多個體積全息圖。除了波長之外的諸如信號光和參照光的光軸方向和擴(kuò)散角度等的全息圖記錄條件是相同的。圖5A是示出了 LED的發(fā)光光譜的圖，圖5B是示出了在波長多路方法中使用的波長選擇的示例的圖，而圖5C是示出了在波長多路方法中使用的波長選擇的另一示例的圖。 如圖5A所示，作為非相干光源(擴(kuò)散光源)的LED 50的發(fā)光光譜具有接近于高斯分布的分布，關(guān)于峰發(fā)光波長向左右對稱擴(kuò)展。因而，可以選擇處于該發(fā)光波長范圍中的多個波長作為用于多路記錄全息元件討的波長。在中心的峰發(fā)光波長稱為中心波長。例如，如圖5B所示，可以使用處于LED 50的發(fā)光光譜中相對于中心波長對稱的位置處的兩個波長，來執(zhí)行波長多路。在中心波長的較短波長側(cè)的波長稱為第一波長，在中心波長的較長波長側(cè)的波長稱為第二波長。假設(shè)波長處于對稱位置(偶數(shù)個對稱的波長)，則波長的數(shù)量不限于兩個波長，并且可以增加到4個波長或6個波長。此外，如圖5C所示，可以利用總共3個波長來執(zhí)行波長多路，即，使用LED 50的發(fā)光光譜的中心波長和兩個相對于中心波長處于對稱位置處的波長。在中心波長的較短波長側(cè)的波長被稱為第一波長，在中心波長的較長波長側(cè)的波長被稱為第二波長，并且中心波長被稱為第三波長。類似于圖5B中的情況，這不限于3個波長。當(dāng)利用中心波長和關(guān)于其對稱的兩個波長總共3個波長執(zhí)行波長多路時，如圖5C所示，非相干光的峰強(qiáng)度的波長 (中心波長)給出衍射。因此，相對于當(dāng)如圖5B所示地使用兩個波長來執(zhí)行波長多路時，增加了光使用效率。根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行在多路記錄中使用的波長的選擇。例如，因?yàn)槿D是衍射格柵，所以格柵節(jié)距將隨著諸如溫度變化等的環(huán)境條件而改變。結(jié)果，衍射效率根據(jù)環(huán)境而變化。因而，光的產(chǎn)出效率隨著環(huán)境變化而改變。考慮到這樣的變化，優(yōu)選地關(guān)于下面多個考慮因素選擇在波長多路方法中使用的波長1)形成輪廓鮮明的聚焦光點(diǎn)；
2)獲得高的光產(chǎn)出效率；以及3)抑制由于環(huán)境變化而造成的光的產(chǎn)出效率的變化。圖6A和圖6B是示出了用于選擇在波長多路方法中使用的波長的標(biāo)準(zhǔn)的示例的圖。關(guān)于考慮因素“3)抑制由于環(huán)境變化而造成的光的產(chǎn)出效率的變化”，使用如圖5B所示的兩個波長執(zhí)行波長多路更好。如圖6A和6B所示，響應(yīng)于諸如溫度變化等的環(huán)境變化， 來自全息圖的衍射光(可衍射的光)的波長范圍從虛線示出的范圍朝向?qū)嵕€示出的范圍變化，如箭頭所示。如前面提到的，這是因?yàn)槿D的格柵節(jié)距隨著諸如溫度變化等的環(huán)境變化而改變，并且滿足布拉格條件的波長改變。如圖6A所示，當(dāng)使用中心波長執(zhí)行波長多路時，中心波長的衍射效率根據(jù)環(huán)境變化而改變，并且總衍射效率傾向于隨著環(huán)境變化而改變。相反，如圖6B所示，如果使用關(guān)于中心波長對稱的波長來執(zhí)行波長多路，則當(dāng)波長短的光的衍射效率響應(yīng)于環(huán)境變化而降低時，波長長的光的衍射效率增加。同理，如果波長長的光的衍射效率響應(yīng)于環(huán)境變化而降低時，波長短的光的衍射效率增加。因此，抑制由于環(huán)境變化而造成的總衍射效率的變化，并且抑制由于環(huán)境變化導(dǎo)致的強(qiáng)度變化。出于上述原因，在考慮因素“3)抑制由于環(huán)境變化而造成的光的產(chǎn)出效率的變化”，使用如圖5B所示的兩個波長來執(zhí)行波長多路更好。但是，如果中心波長附近的光譜足夠?qū)?，則如果滿足特定條件(諸如期望的溫度變化范圍下衍射格柵的節(jié)距的變化被認(rèn)為足夠小等)，則衍射效率的變化將保持足夠小。因而，如圖5C所示，可以利用包括中心波長的波長來執(zhí)行波長多路。全息圖再現(xiàn)方法下面，描述全息圖再現(xiàn)方法。圖7A和圖7B是示出了產(chǎn)生來自全息元件的衍射光的狀態(tài)的圖，即，再現(xiàn)全息記錄層中記錄的全息圖并產(chǎn)生衍射光的狀態(tài)的圖。如圖7A所示， 當(dāng)使LED 50產(chǎn)生光時，從LED 50發(fā)出的光沿?cái)U(kuò)射光的光路穿過，從發(fā)光點(diǎn)擴(kuò)散到全息圖直徑Α。因而，由于LED 50發(fā)光，所以全息圖處于大致與參照光照射到全息元件時大致相同的狀態(tài)。如圖7B所示，當(dāng)如虛線所示地照射參照光時，從全息元件M再現(xiàn)與信號光相同的光(如由實(shí)線所示出的)，并且該光作為衍射光而射出。射出的衍射光會聚并聚焦在幾厘米的操作距離處的感光鼓12的表面12A上。因而，在表面12A上形成光點(diǎn)62。在圖7B中示意性地示出了表面12A ；假設(shè)全息圖直徑ι·Η為幾個毫米并且操作距離L為幾個厘米，則表面12Α處于比示出的遠(yuǎn)得多的位置處。因此，全息元件M不形成為如示出的圓錐，而是形成為如在圖3Α中示出的圓錐臺。如圖2所示，與LED陣列52的LED SO1至506相對應(yīng)，在感光鼓12上形成在快掃描方向上排成一行的6個光點(diǎn)6 至626。6個光點(diǎn)6 至6 是聚焦光點(diǎn)，其中來自全息元件51至546的衍射光被聚焦在該聚焦光點(diǎn)處。具體地說，體積全息圖提供高的入射角選擇性和波長選擇性，以及高的衍射率。因此，降低了背景噪聲、精確地再現(xiàn)信號光，并在表面 12A上形成輪廓鮮明的微小光點(diǎn)(聚焦光點(diǎn))。在本示例性實(shí)施方式中，為了提高光的產(chǎn)出效率，利用在LED 50的發(fā)光波長范圍中的多個波長，通過波長多路來記錄多個全息元件M。響應(yīng)于在波長多路中使用的多個波長的任何波長的光，通過波長多路所記錄的全息元件M再現(xiàn)聚焦到相同聚焦點(diǎn)的衍射光。提高了光的產(chǎn)出效率，并且還提高了在感光鼓12的表面上形成的多個光點(diǎn)的光量(即，衍射光強(qiáng)度)。當(dāng)波長的數(shù)量較大時，光使用效率增加。但是，當(dāng)波長數(shù)量增加時，作為多路全息的個數(shù)的多路度增加，因此，記錄介質(zhì)需要較大的動態(tài)范圍。因而，通過所需的光使用效率和記錄介質(zhì)的動態(tài)范圍來確定波長的數(shù)量。LPH的具體結(jié)構(gòu)下面，描述LPH的更具體的結(jié)構(gòu)。在圖2中示意性示出了 6個LED SO1至506排列成一行。但是，在實(shí)際的圖像形成裝置中，根據(jù)快掃描方向的分辨率排列有數(shù)千個LED 50。 例如，作為示例描述了 SLED陣列，在每個SLED芯片上按照1200spi (每英寸光點(diǎn))的間隔排列有1 個LED，并且58個SLED排列成直列以構(gòu)成SLED陣列，使得SLED沿快掃描方向排成行。作為另一方式，在具有1200dpi的分辨率的圖像形成裝置中，以21 μ m的間隔排列 7424個SLED。與這7似4個SLED對應(yīng)，在感光鼓12上形成7似4個光點(diǎn)62，以沿快掃描方向排成一列。圖8是示出了形成有與SLED陣列相對應(yīng)的全息元件陣列的LED打印頭的局部結(jié)構(gòu)的示例的分解立體圖。圖8的分解立體圖更具體地示出了圖2中示意性示出的LPH的結(jié)構(gòu)，并且更接近在實(shí)際圖像形成裝置中采用的結(jié)構(gòu)。在使用SLED代替LED的情況下，使用與LED 50相同的標(biāo)號，它們稱為SLED 50。同理，使用相同的標(biāo)號，SLED芯片稱為SLED芯片53。如上所述，在實(shí)際圖像形成裝置的LPH 14中，根據(jù)快掃描方向的分辨率排列有數(shù)千個SLED。在圖8中示出的LPH 14包括LED基板58，LED基板58上安裝有LED陣列52和形成有多個全息元件討的全息記錄層60。LED陣列52是多個SLED芯片53按照兩行的交錯形式排列的SLED陣列。在圖8中示出的分解立體圖中，作為接近實(shí)際結(jié)構(gòu)的LPH 14的一部分，示出了 4 個SLED芯片53i至5 按照兩行的交錯形式排列的狀態(tài)。在各SLED芯片53i至5 中，9個 SLED 50以預(yù)定間隔按照一維方式排列，四個SLED芯片531至5；34各設(shè)置為使得SLED 50的排列方向朝向快掃描方向。第一行的SLED芯片53和第二行的SLED芯片53布置為沿快掃描方向成兩行(即， 交錯方式)。即，在LED陣列52的第一行中，SLED芯片53i和SLED芯片5 布置為彼此相鄰，在LED陣列52的第二行中，SLED芯片5 和SLED芯片5 布置為彼此相鄰。因而，在圖8中示出的示例中，總共36個SLED 50 (SLED SO1至5036)示出為排列成兩行。與36個SLED 50相對應(yīng)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的位置和形狀形成36個全息元件5‘至討％。在感光鼓12的表面12A處，36個光點(diǎn)6 至62%與36個SLED SO1至50%各個相對應(yīng)的、沿快掃描方向以預(yù)定間隔形成一列。在實(shí)際的圖像形成裝置中，存在與數(shù)千個SLED 50相對應(yīng)地形成的數(shù)千個光點(diǎn)62。其他變形例在上面的描述中，已描述了包括設(shè)置有多個LED的LED打印頭的示例。但是，例如可以采用其他發(fā)光元件代替LED，諸如電致發(fā)光(EL)元件或激光二極管(LD)等。根據(jù)發(fā)光元件的特性設(shè)計(jì)全息元件，并防止非相干光的不想要的曝光。因而，即使當(dāng)使用發(fā)出非相干光的LED、EL等作為發(fā)光元件，類似地，在采用發(fā)出相干光的LD作為發(fā)光元件的情況，也可CN 102162933 A
說明書
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以形成具有鮮明輪廓的微小光點(diǎn)。在上面的描述中，已描述了通過球面波偏移多路來多路記錄多個全息元件的示例。但是，可以采用另一多路系統(tǒng)來多路記錄多個全息元件，只要多路系統(tǒng)能夠提供希望的衍射光。此外，可以組合多種多路系統(tǒng)。作為其他多路系統(tǒng)，可以提到下面內(nèi)容通過改變參照光的入射角來進(jìn)行記錄的角度多路記錄；通過改變參照光的波長來進(jìn)行記錄的波長多路記錄；以及通過改變參照光的相位來進(jìn)行記錄的相位多路記錄等。在上面的描述中，已描述了圖像形成裝置為串聯(lián)型數(shù)字彩色打印機(jī)并且對各圖像形成單元處的感光鼓進(jìn)行曝光的曝光裝置為LED打印頭。但是，圖像形成裝置是使用曝光裝置對光敏圖像記錄介質(zhì)進(jìn)行成像曝光來形成圖像的一種圖像形成裝置，這已經(jīng)足夠，并且不限于上述應(yīng)用示例。例如，圖像形成裝置不限于電子照相系統(tǒng)的數(shù)字彩色打印機(jī)。本發(fā)明的曝光裝置還可以安裝在基于鹵化銀的圖像形成裝置中，安裝在用于光寫入型電子紙的寫入裝置中、等等。另外，光敏圖像記錄介質(zhì)也不限于感光鼓。上述申請示例中涉及的曝光裝置也可以應(yīng)用于例如片材形式的感光體或照相光敏材料、光刻膠、光聚合物等的曝光。出于例示和說明的目的，提供了對本發(fā)明的實(shí)施方式的上述描述。其并非旨在窮舉或者將本發(fā)明限于所公開的確切形式。顯然，許多變形和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。選擇并描述這些實(shí)施方式是為了最好地說明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于所構(gòu)想特定用途。旨在由所附權(quán)利要求書及其等同物來限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種聚焦元件，該聚焦元件包括發(fā)光元件，其產(chǎn)生在預(yù)定波長范圍的光并發(fā)出擴(kuò)散光；以及全息元件，其位于布置在所述發(fā)光元件的光出射側(cè)的記錄層中，利用從所述發(fā)光元件的所述波長范圍選擇的多個波長的光，通過波長多路來記錄所述全息元件，并且用來自所述發(fā)光元件的所述擴(kuò)散光來照射所述全息元件，所述全息元件發(fā)出在預(yù)定聚焦點(diǎn)處會聚的衍射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦元件，其中，在所述波長多路中所記錄的所述多個波長包括在所述波長范圍中的短波長側(cè)和長波長側(cè)的、關(guān)于中心波長大致對稱的位置處的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦元件，其中，在所述波長多路中所記錄的所述多個波長包括所述波長范圍的中心波長。
4.一種聚焦元件陣列，在所述聚焦元件陣列中，多個根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦元件按照一維排列或二維排列中的一種進(jìn)行排列。
5.一種曝光裝置，該曝光裝置包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的聚焦元件， 其中，所述多個聚焦元件按照一維排列或二維排列中的一種進(jìn)行排列，使得從所述多個聚焦元件中的各聚焦元件發(fā)出的所述衍射光在預(yù)定操作距離處會聚，并且從所述多個聚焦元件中的各聚焦元件發(fā)出的所述衍射光的所述聚焦點(diǎn)以預(yù)定方向排列。
6.一種圖像形成裝置，該圖像形成裝置包括 根據(jù)權(quán)利要求5所述的曝光裝置；以及感光體，其布置為與所述曝光裝置分開所述操作距離，并且在所述感光體上通過所述曝光裝置根據(jù)圖像數(shù)據(jù)寫入圖像，沿所述聚焦點(diǎn)排列的所述預(yù)定方向?qū)λ龈泄怏w進(jìn)行快掃描。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚焦元件、聚焦元件陣列、曝光裝置及圖像形成裝置。提供了一種聚焦元件，其包括發(fā)光元件，其產(chǎn)生在預(yù)定波長范圍的光并發(fā)出擴(kuò)散光；以及在布置在所述發(fā)光元件的光出射側(cè)的記錄層中的全息元件，通過利用從發(fā)光元件的波長范圍選擇的多個波長的光通過波長多路來記錄所述全息元件，并且利用來自所述發(fā)光元件的擴(kuò)散光照射所述全息元件，并且所述全息元件發(fā)出在預(yù)定聚焦點(diǎn)處會聚的衍射光。
文檔編號G03G15/00GK102162933SQ20101028851
公開日2011年8月24日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者三鍋治郎, 安田晉, 小笠原康裕, 林和廣, 河野克典, 立石彰 申請人:富士施樂株式會社