JPS6228708A - 光ビ−ム走査装置及びその製造方法 - 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】 〔概　　要〕 本発明は、安価かつ高精度な光ビーム直線走査装置実現
のため、半導体レーザ、収差補正用ホログラムレンズ、
及び走査用ホログラムレンズのみの構成により、半導体
レーザのビーム整形を行い半導体レーザの縦モードの波
長のホッピングによる走査光のジッタの影響を抑え、半
導体レーザの発振波長のバラツキによる走査特性（直線
性）の劣化を吸収し、さらに走査用回折波の収差補正を
行う光ビーム走査装置と、前記収差補正用水ログラムレ
ンズを前記半導体レーザより短い波長のコヒーレント波
を補助光学系に入射して得られる球面収差波を参照波と
し、同じく他の補助光学系に入射して得られるコマ収差
波を物体波として作成する光ビーム装置の製造方法を提
供するものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザのビーム整形を行い。

半導体レーザのモードホッピングによる走査光のジッダ
の影響を抑え、走査光の収差を低減することのできる高
精度光ビーム直線走査装置及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

レーザプリンタなどにおけるレーザ光の高精度の直線走
査において、複雑で高価な回転多面鏡を用いたポリゴン
に代わって、小型、軽量、安価であり、構造が簡単で製
造が容易なホログラムレンズを用いた光ビーム装置が注
目されている。

ホログラムレンズを用いた従来の光ビーム装置の原理を
第８図に示す。この例は９本出願人らが出願した方法（
特開昭５７−２０１８）を用いている。

同図（ａ）はその斜視図であり、ホログラムスキャナ１
４（走査用ホログラムレンズ）は円板上に半導体レーザ
より、低い波長のコヒーレントな平面波と球面波を感光
板上で干渉させて作ったインターフェロメトリックゾー
ンプレート（ＩＺＰ）を複数個設けたものである。この
ホログラムスキャナ１４に再生波として発散波である半
導体レーザ光１６を照射すると、その回折光１７はフォ
トコンドラム１５上に結像し、ホログラムスキャナ１４
の回転に従って１回転あたり前記ＩＺＰの数と同じ回数
だけ該ドラム１５上の所定領域を直線走査する。すなわ
ち、ホログラムスキャナ１４は走査装置としての機能と
、結像レンズ、言い換えればビーム整形の機能を合わせ
持つものである。

この場合、フォトコンドラム１５上での解像度を高める
ためには、そこでの回折光１７の結像ビーム径をできる
限り小さくする必要がある。そのためにはホログラムス
キャナ１４上での照射ビーム径ＤＨを大きくするのが望
ましい。

しかし、ビーム径ＤＨを大きくすると非点収差。

及びコマ収差が発生しフォトコンドラム１５上での結像
点が１点に定まらなくなるという問題を生じてしまい、
ビーム径ＤＨを太き（し前記フォトコンドラム１５上で
の結像ビーム径を小さくするという要求と相反するもの
となる。

一方、上記問題とは別に、レーザ光源としての半導体レ
ーザは、小型、軽量、直接変調可能かつ安価なためホロ
グラムスキャナに用いることが重要となってきている。

この場合、半導体レーザの縦モードは単一でないと走査
ビームが一点とならないので、シングルモードレーザが
必要である。

そのためには現在出回っている屈折率導波型半導体レー
ザが条件を満たす。しかし、ＤＣバイアス時に例えシン
グルモードであっても、その発振波長が周囲温度、伝導
電流、及びパルス印加の変化などによって０．３ｎｍ〜
数ｎｍはどずれるモードホッピングと呼ばれる現象を引
き起こす。モードホッピングが起こるとホログラムスキ
ャナ１４で回折した回折光１７は、第８図（ａｌ及び同
図（ｂｌの側面図の破線１８で示すようにずれ、フォト
コンドラム１５上での走査結像位置が１００〜３００μ
ｍ程度までずれてしまい、レーザプリンタなどの高精度
直線スキャナなどに用いるためには、印字品質の劣化を
まねくため大きな問題となる。

前記走査光の収差の問題と、モードホッピングによる問
題とを解決するためにそれぞれ独立に幾つかの従来例が
提供されている。

第９図は、前記走査光の収差の問題を解決するために９
本出願人らにより既特許出願された技術（特開昭５８−
１７２６１７）であり、同図（ａ）の斜視図に示すよう
に、レーザ光源１９から出射し、光学系により変換され
た平面波は収差補正用ホログラムレンズ２０で収束球面
波として回折された後、一度交差させられホログラムス
キャナ２１　（走査用ホログラムレンズ）に照射され、
その回折波２２がフォトコンドラム２３上に走査結像す
る。この技術の原理は、非点収差及び、コマ収差補正用
水ログラムレンズ２０によって、フォトコンドラム２３
上で発生する非点収差及び、コマ収差を打ち消す収差を
発生させれば、ホログラムスキャナ２１によって発生し
た非点収差、及びコマ収差と打ち消し合い、フォトコン
ドラム２３上では１点に結像するというものである。第
９図（ｂ）は、上記収差を発生させるための収差補正用
ホログラムレンズ２０の作成方法を示した図である。ま
ず、レーザ光源からの平面波２２は、ハーフミラ−２３
′結像レンズ２４．ミラー２５を介して結像点２６（フ
ォトコンドラム２３上の結像点に相当する）に結像する
。結像波２７は、さらに発散球面波としてホログラムス
キャナ２１に逆方向から照射され、その回折波は２９で
１且交差された後ホログラムレンズ２０上に物体波２８
として照射される。

上記のようにして作成されたホログラムレンズ２０は、
ホログラムスキャナ２１で発生する収差を打ち消す物体
波２８によって作成されるため。

３１の方向から再生波である平行光をホログラムレンズ
２０に照射すれば、上記作成時とは逆の経路をたどって
、収差のない回折波が結像点２６上に結像する。上記技
術により非点収差及び、コマ収差の問題を解決している
。

次に第１０図（ａｌは、前記モードホッピングによる影
響を解決するための従来例の一般的な原理を示した斜視
図である。なお、これに先立って、ホログラム再生光源
のスペクトル幅が広い時、ホログラムからの回折光が分
散してしまい収差が生じるので、ホログラムの後に、も
う一枚、前のホログラムの回折とは逆の方向に回折する
ホログラムを置いて、補償することが提案されている。

（■Ｃ，［１，Ｂｕｒｃｋｈａｒｄｔ、　Ｂｅ１ｌ　５
ｙｓｔ、　Ｔｅｃｈ、　Ｊ。

４５、１８４１　　（１９６６） ■Ｄ、　Ｊ、　ＤｅＢｉｔｅｔｔｏ、　Ａｐｐｌ、　Ｐ
ｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ。

９、４１７　　　（１９６６） ■”　０ｐｔｉｃａｌ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ”　　Ａ
ｃａｄｅｍｉｃ　ｐｒｅｓｓ。

Ｎ、　Ｙ、　１９７１．１９７１．　Ｐ、５０２　）こ
れと同様の考えであるのが、第１０図（ａ）に示すもの
である。第１０図（ａｌの特徴は、ホログラムスキャナ
３２の手前にホログラムレンズ３３を有し、その特性は
ホログラムスキャナ３２とは逆方向に回折するように設
定されていることである。

これにより２通常、半導体レーザ光３５はホログラムレ
ンズ３３で回折波３６となり、さらに、ホログラムスキ
ャナ３２によって回折され収束波３７としてフォトコン
ドラム３４上に結像する。次に、半導体レーザにおいて
モードホッピングが発生すると、ホログラムレンズ３３
においては第１０図（ｂｌ　Ｏ側面図の破線３８に示す
ように縦下方向にずれるが、ホログラムスキャナ３２に
おいては逆に破線３９に示すように縦上方向にずれるた
め、結局、フォトコンドラム３４上の結像点はずれるこ
とはない。これにより、モードホッピングの影響を除去
しようとしている。

第１１図は、上記技術を利用した具体的な一従来例とし
て、既特許出願された技術（特開昭５６＝７０５１７　
）である。この従来例は、第１０図と全く同様として半
導体レーザ光４０をホログラムレンズ４１で一度回折さ
せ、その後、ホログラムスキャナ４２によって回折走査
させ２スクリーン４３上に結像させるものである。

第１２図（ｂｌは、同じく第１０図の技術を利用した他
の従来例として、既特許出願された技術（特開昭５７−
１８１５２３）である。これは、同図（ａ）に示すよう
に半導体レーザ光を、光学系４４を用いて変換した平面
波４５をホログラムスキャナ４６で回折走査させ、その
回折平面波４７を結像レンズ４８及びミラー４９によっ
てスクリーン５０上に結像させる形式のものに対して、
同図（ｂ）に示すように補償用ホログラムレンズ５１を
挿入し、その場合の具体的な配置などを与えたものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例において、まず、非点収差及び、コマ収差を
解決するための第９図に示した従来例は。

同図（ｂ）に示すように収差補正用ホログラムレンズの
作成方法を示している。しかし、この従来例においては
、もし半導体レーザ光の使用を規定すると、収差補正用
ホログラムレンズの作成波としても同じ半導体レーザ光
を使用しなければならないが、半導体レーザ光のように
長い波長をホログラムとして記録できる高効率感光材料
は一般にはなく、その点を解決するための技術を与えて
いないという問題点を有していた。又、収差補正用ホロ
グラムレンズに入射する光は、平行光のため、レーザか
ら出射した光を、複数枚のレンズ群によるコリメータに
より、平行光にする必要があった。

一方、モードホッピングの影響を除去するための第１１
図の従来例は、基本的な考え方を示してはあるが具体的
な光ビーム走査装置にどのように適用したらよいかとい
う手段を与えていないという問題点を有していた。

さらに、同じく第１２図の従来例は、具体的な適用を示
しているが、その通用は同図（δ）のように再生波とし
て平面波を用いたものに対しであり又ホログラムスキャ
ナは単一空間周波数であり、従って結像機能を持たず、
そのため高価なコリメートレンズ４４．結像レンズ４８
が必要であった。

本発明は上記各問題点を同時に除くために、安価かつ高
精度な光ビーム直線走査装置を実現するため、レンズを
用いることなく、半導体レーザ。

収差補正用ホログラムレンズ、及び走査用ホログラムレ
ンズのみの構成により、走査光の非点及び。

コマ収差とモードホッピングによる問題点を同時に解決
し、さらに半導体レーザのビーム整形及び。

半導体レーザの発振波長のロットのバラツキによる走査
特性（直線性）を吸収することのできる光ビーム走査装
置と、その具体的な製造方法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〕

本発明は上記問題点を解決するために、レーザからの出
射波を位置的に空間周波数分布が異なる走査用ホログラ
ムレンズに入射しその回折波によって被走査面を走査す
る光ビーム走査装置において、前記レーザは半導体レー
ザであり、前記出射波の波面を変換して前記走査用回折
波の非点及び。

コマ収差を前記被走査面上において減少させる収差補正
用ホログラムレンズを有することを特徴とする光ビーム
走査装置及びその製造方法を提供するものである。

〔作　　用〕

上記光ビーム走査装置の構成手段において、半導体レー
ザから出射した発散球面波は収差補正用ホログラムレン
ズに入射し、ここで走査用ホログラムレンズによって発
生する走査光の走査面上での非点、及びコマ収差を打ち
消す収差を有する波面に変換される。次に、このように
変換された収差補正用ホログラムレンズからの回折波は
走査用ホログラムレンズに入射し、そこからの回折波は
収束球面波として被走査面上に走査結像する。この時、
走査用ホログラムレンズで発生する非点。

及びコマ収差は前記の収差により補正され、被走査面上
における非点及び、コマ収差は減少する。

また、収差補正用ホログラムレンズの回折角を。

走査用ホログラムレンズからの回折波による被走査面上
での走査点の変化が半導体レーザにおける眩モードのホ
ッピングに対して減少する角度に設定することにより、
走査光のジッタを減少させることができる。

次に上記光ビーム走査装置の製造方法においては、収差
補正用ホログラムレンズの作成方法として、再生光とし
て用いる半導体レーザの波長λ・より短い波長λ２の光
を、補助光学系を通して球面収差を発生させて参照波と
し、一方、同じ波長λ２の光を補助光学系を通して走査
用ホログラムレンズによって発生する非点、及び、コマ
収差を打ち消すコマ収差を発生させて物体波とすること
により、半導体レーザによる波長λ１の再生光で前記作
用を有する収差補正用ホログラムレンズを作成すること
ができる。

〔実　施　例〕

以下１本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（光ビーム走査装置の構成と動作（第１図（ａ））第１
図（ａ）は２本発明による光ビーム走査装置の構成側面
図である。半導体レーザ２から出射した発散球面波４は
、収差補正用ホログラムレンズ１に入射する１次に、そ
こからの回折波５はビーム径ＤＨで軸３ａを中心にして
回転する円板状のホログラムスキャナ３（走査用ホログ
ラムレンズ）に入射する。そこからの収束球面波である
回折波６はフォトコンドラム（特には図示せず）上の結
像点７に結像し、ホログラムスキャナ３の回転により走
査を行う。

以上の構成において、収差補正用ホログラムレンズ１は
、後述する適切な回折角に設定され、半導体レーザ２の
縦モードの波長のホ、ンビングに対して結像点７がずれ
ないように設定される。同時に、収差補正用ホログラム
レンズ１は、半導体レーザ２から出射した発散光をとり
こみ、然る後。

ホログラムスキャナ３によって発生する非点、及びコマ
収差を打ち消す収差を有する波面を発生するように作成
され、これにより、結像点７における収差を減少させる
。走査面上での走査光の収差を低減させるために、入射
させる波面は、どの様なものかを考える。

第１図（ｂ）において、ホログラムの位相伝達関数をφ
＋−＋　（ｘ、ｙ）　、入射２回折波の位相をφ、Ｎ（
ｘ、ｙ）、φつ（ｘ、　　ｙ）とすると２次式の関係が
ある。

φｏＶｒ（ｘ、ｙ） 一φ、Ｎ　（ｘ、ｙ）　　＋φＨ（ｘ、ｙ）・・・・・
■ 後に説明するが本出願人が既特許出願した方法（特許出
願番号５９−６５９　）によるホログラムスキャナでは
、再生光より低い波長でホログラムを作成する。この時
、ホログラム作成、再生条件が異なるため、φ：Ｎ（ｘ
、ｙ）が無収差であると、一般に、φ０ｕＴ（ｘ、ｙ）
は収差が生じる。一方、前記特許出願番号５９−６５９
によって実施されている例では、ホログラム作成光学系
は、収差が最も低減する様に設計されている。

しかし、さらに収差の小さいビーム径を得るためには、
所望の回折波の位相をφ霊（ＸＩ）’）とすると、■よ
り。

φ＋Ｎ（Ｘ）ｙ） ＝φｏｕｔ（ｘ、ｙ）　−φ、、（Ｘ、ｙ）・・・・・
■ ■（ｘ、　　ｙ）　ｅ　Ｓ、　　Ｓ　：再生領域を満た
す入射波を、入射させれば、φ０ＬＪＴ（ＸＩ＞’）＝
φ。、ｕｙ（ｘ＋ｙ）＋　つまり、無収差となる。ここ
で所望の回折波の位相とは、走査面上で無収差となる収
束球面波のことである。また、再生領域はディスクを回
転していくと変わっていくため、以下では、走査中央に
限ることとする（勿論、走査中央以外でも同様の話が成
り立つ）。

そこで、第１図（ｂｌにおいて、ディスクに入射してい
る領域Ｓが走査中心である間、この再生領域Ｓ内の全て
の点で■を満たす様な入射波であれば。

少なくとも走査中央では、収差は完全に除去されること
がわかる。よって収差補正用ホログラムレンズでは、■
を満たす位相の回折波５が出射される様に設計する。

又、この時第１図（ａ）において、収差補正用ホログラ
ムレンズ１に入射する角度を０４．又、出射各をθｈ　
とすると、半導体レーザの発散光４のビーム径は紙面に
平行方向で（ｃｏｓθｂ／ｃｏｓθａ）倍に変換される
。

半導体レーザは通常、遠視野像で楕円のビームである。

これは、接合部平行方向では出射口が大きく、接合部垂
直方向では出射口が小さいため。

回折像として、接合部垂直方向の遠視野像の方が。

接合部平行方向のそれより大きくなるからである。

通常、この楕円ビームをビーム整形するために、シリン
ドリカルレンズ、及び、プリズムペアが用いられるが高
価である。しかし１本方法によると。

半導体レーザ接合部垂直方向、つまりビーム拡がり角の
大きい方向を紙面と平行方向に設定すると。

拡がり角の大きい方向のビームは、　　（ｃｏｓθｂ／
ｃｏｓθ４）倍に変換されるため、容易にビーム整形を
行うことが可能となる。

上記機能により、半導体レーザ、収差補正用ホログラム
レンズ、及びホログラムスキャナ（走査用ホログラムレ
ンズ）という簡単な構成により。

結像レンズが全く介在しない、安価かつ信頼性の高い全
ホログラム方式の光ビーム走査装置を提供することがで
き、ビーム整形の機能があり、又非点、コマ収差とモー
ドホッピングの問題を同時に解決することができる。

（光ビーム装置の具体的設計（第２図））第２図は、モ
ードホッピングによる影響を防止するための第１図（ａ
ｌの光ビーム装置の具体的な設計例である。まず、直線
走査ホログラムスキャナ３の設計パラメータとして１作
成時の２つの発散球面波光源Ａ１及びＡ２までのスキャ
ナ３からの距離ハｆ　Ｈ＋　＝　ｆ　Ｈ２＝１２５．７
　ｍｍ、中心軸３ａからホログラム入射点Ｐまでの半径
Ｒ＝４０ｍｍ、ホログラム入射点Ｐから２つの光源Ａ１
及びＡ２までのｙ座標上の距離もＲ＝４０＋ｕ、ホログ
ラム入射角θ＋　＝　４７．２５°に定め、ホログラム
の作成用に波長３２５　ｎｍのＨｅ　−Ｃｄレーザ、再
生用に波長７８７ｎｍの半導体レーザを用いることを仮
定して設計している。この時、走査中央での回折角も４
７．２５　。

となる。以上の光ビーム走査方法は３本出願人が既特許
出願した方法（特許出願番号５９−６５９）により作成
したものを用いている。

なお３本特許出願番号５９−６５９は９本出願人らによ
る前記特開昭５７−２０１８におけるホログラムディス
クの偏心、及び面ぶれによる走査位置変動が大きいこと
や、ブラッグ角条件を満足しないため。

光利用効率が小さい問題点を改良したものである。

また、半導体レーザの発振波長は、ロフトにより±１０
ｎｍ程度ばらつくが、この平均値は２通常７８２　ｎｍ
のため、これを再生波長とした。しがし。

半導体レーザの発振波長の±１０ｎｍのバラツキに対し
ての走査特性（直線性など）の劣化は１本特許によれば
防止できることは後に示す。

次に、収差補正用ホログラムレンズの回折角の設定方法
について説明を行う。まず、走査用ホログラムレンズ入
射角θ＋　＝　４７．２５°であるから。

回折波５の入射角もθ＋　＝　４７．２５°である。こ
の時、第２図より、　　ｔａｎθ１＝（ａｙＲ）／ａと
なり、Ｒ＝４０ｍｌであるから、　　ａ＝ＩＱｍ、　　
ａｙ　　＝５０．８ｍｍと設定する。次に、上記のよう
に設定した光ビーム装置において２発振波長７８７ｎｍ
の半導体レーザの波長が、１モード＝０．３ｎｍホッピ
ングした時に結像点７に戻るためには、第２図の収差補
正用ホログラムレンズ１がらの回折波５の出射角のずれ
角Δθｔが０．０４５であればよいことが数値計算より
分かる。今、収差補正用ホログラムレンズ１の中心回折
角をθ〆、モードホッピングによる波長のずれ量をΔλ
、また。ホログラムレンズ１の中心空間周波数をｆとす
ると。

の関係がある。一方、半導体レーザの中心発振波長をλ
とすると。

λ ｔａｎθイ　−−・Δθｄ　・・・・・・■Δ　λ となる。今、λ−７８７ｎｍ＝　７．８７Ｘ　１０−’
　１１ｍ＋　、Δλ−０，３ｔｍ　＝　０．３　Ｘ　１
０　　Ｎ、Δθｉ　＝　０．０４５°＝　０．０３９×
（π／　１８０　）　ｒａｄであるから、これらの値を
０式に代入して、θ〆＝　６４．２８°となる。すなわ
ち。

ホログラムレンズ１の中心回折角を６４．２８°とすれ
ば、モードホッピングの影響を最小限に抑えることがで
きる。これより、第２図において、収差補正用ホログラ
ムレンズ１をホログラムスキャナ３に対して。

θ＝θに一θ＋　＝　６４．２８−４７．２５　＝　１
７．０３°傾けて設定すればよいことがわかる。なお１
以上は１モードホツプとしたが、更にモードホップして
も。

以上の設定値で良い。

以上のように設定することにより、モードホッピングに
よる影響を抑制した光ビーム走査装置を提供することが
できる。

（収差補正用ホログラムレンズの作成方法（第３図）） 次に、光ビーム走査装置の製造方法として、収差補正用
ホログラムレンズ１の作成方法について第３図（ａ）の
説明図を用いて説明を行う。まず、走査用ホログラムレ
ンズの収差を補正する方法について述べる。第２図と異
なる所は、第３図（Ｃ）では。

まず、収差補正用ホログラムレンズ１に入射する光８は
、半導体レーザ光の垂直平行光であることである。他の
パラメータは前述の設計値を引き続き用いる。今、第３
図（ａ）の収差補正用ホログラムレンズ１を作成しよう
とする場合、再生波である半導体レーザ光を用いるとそ
れをホログラムとして高効率で記録できる感光材料は一
般にはない。

そこで、半導体レーザ光より波長の短いレーザ光でホロ
グラムレンズ１を作成することを考える。

この場合、半導体レーザ光（再生波）の波長をλ２１作
成波の波長をλ１とする。すなわち。

λ２〉λ１である。

第３図ｆａ）において、結像点７における結像ビーム径
を小さくするために、ホログラムスキャナ３上での入射
波５の入射ビーム径ＤＨを大きくすると、ホログラムス
キャナ３により発生する収差によって結像点７において
非点及びコマ収差を生じる。

そこで、非点及び、コマ収差を打ち消すような収差を前
記ホログラムレンズ１の波長λ１の作成波に持たせれば
よい。つまり、λ２で再生してφｒＮ（ｘ、ｙ）＝φｏ
ｕｒ（Ｘ、）’）−φｓ　　（ｘ、　　ｙ）の位相が発
生できるような波面を波長λ１で作ればよい。そのため
の波長λ１での収差は計算により、いわゆる外向きのコ
マ収差であればよいことがわかった。この外向きのコマ
収差は、いわゆるレンズのプリズム作用を用いて発生で
きる。つまり第３図（ｂ）の収束球面波１２が、所定角
αだけ傾けた凹レンズ９に対して光軸から距離ｙ２だけ
ずれて入射すると、その出射波は外向きの収束コマ収差
波１３となる。これをホログラムレンズ１の作成のため
の物体波とする。この場合のコマ収差波１３は、半導体
レーザで再生すると第３図（ａ）における回折波５と全
く同一の関係となるように設定される。但し、ホログラ
ムレンズの向きは■で示した方に合す。この時１作成波
長λ＋　　（４８８ｍｍ。

Ａｒレーザ）、凹レンズ９の各パラメータとして。

レンズ厚みＤ○＋　＝　２０．９９　ｍ、屈折率１．５
５２　（波長４８８ｎｍ）　、曲率Ｒ２＝６５ｍ、入射
位置ｙ２＝１６．７１鶴、入射焦点の光軸からの距離ｙ
　３　＝　２８．０６鰭、入射焦点距離ｆ　２　＝　１
１２．３　ｍ、傾は角α＝１７．７°、凹レンズ９とホ
ログラム感光面との距離１２　＝　１４０　＊＊、ホロ
グラム感光面の中心から凹レンズ９までの水平距離６３
＝８１ｍｍと設定し、最適な外向きのコマ収差波１３を
得た。第３図（ｂ）に示すように、参照波は垂直平面波
とする。

以上のようにして作成したホログラムレンズ１を用いて
第３図（１１）の光ビーム走査装置を構成する。

勿論、この時このホログラムレンズに、垂直平行光の半
導体レーザ（λ２）を入射した時の、中心回折角は６４
．２８°となる。但し、第３図（ａ）の構成は第２図の
構成パラメータと同じである。異なるのは、収差補正用
ホログラムレンズに入射する光は、半導体レーザの垂直
平行光（λ２）であることである。

次に、この時の、第３図（ａ）の走査用ホログラムスキ
ャナからの走査回折波６の収差像を、第４図（ａ）に示
す。ここでは、レーザプリンタに適用することを考慮し
、　Ａ　４　（２１６ｍｍ）を走査するとした。

又１通常、必要となるビーム径を同図（ｂ）に示す。

このビーム径を回折像とするための、該走査ホログラム
入射ビーム径ＤＨを定めた時の収差像が同図（ａｌであ
る。結像距離は、３３７ｍで、入射径Ｄ　Ｈは、３．８
ｍである。これより１本方法ではほぼ完全に無収差で走
査されることがわかる。なお、第５図に、このホログラ
ムレンズ１を用いないで。

無収差の結像レンズを用いた場合のビーム径を示す。こ
れより、大幅な収差補正がなされていることがわかる。

なお、第６図には、第４図（ｂｌのビーム径を得るため
にφ、Ｎ　（ｘ、ｙ）＝φ（ｘ、ｙ）−φ＋（ｘ、ｙ）
式を用いて計算した理想的な収差補正を示すが、これよ
り本方法は、はぼ理想に近い収差補正と考えられる。

以上により、走査用ホログラムレンズの収差補正波面の
作成法が得られた。しかし、収差補正用ホログラムレン
ズに入射する光は、半導体レーザの平行光（λ２）であ
り、半導体レーザの発散光を平行光にする光学系が必要
である。

そこで次に、更に半導体レーザの発散光をとりこむ方法
について述べる。

このためには、半導体レーザの発散光を、平行光にする
方法を得ればよい。これについては、既に本出願人らが
特許を出願している（ｑｒＡｏ６ｏ％３＋１ｇｏ＊Ｉｎ
）第７図（ａｌに示す様に１発振波長７８７　ｎｍの半
導体レーザからガラスキャップ（ここでは一般的な値と
して、厚み９．３ｍｍ、屈折率１．５とした）を通り。

収差を受けた発散波を平行光にするホログラムレンズの
作成方法について示す。これを再生波長より低い波長λ
ｌで作成するには、いわゆる正の球面収差波が必要であ
る。しかし、ホログラムと。

収差発生光学系の間隔が通常、狭（なるため、多重干渉
によるノイズがあり一方の作成波も容易に入射できなか
った。そこで、前記特許出願では。

負の球面収差波を一旦交差させて正の球面収差として記
録する方法をとった。

第７図（ｂｌにおいても、ホログラム作成波長をＡｒレ
ーザ（４８８ｎｍ）とする。この収束球面波１０が凸レ
ンズ８に入射すると、そこからの出射波は、負の収束球
面収差波となる。そこで該球面収差波を交差部分θで一
旦交差させると、逆に正の発散球面収差波１１とするこ
とができる。この正の発散球面収差波をホログラムレン
ズ１の作成のための作成波とする。また、もう一方の作
成波はここでは仮に垂直平行波としておく。

この収差波により作成したホログラムレンズを第７図＋
ａ）の様にして平行光になる様に収差波の要因となるパ
ラメータを最適化する。この時、第７図（ａ）において
、逆に平行光をホログラムレンズに入射してその収束光
が、半導体レーザのガラス窓を通った後２回折限界まで
絞れていれば、その収束点に半導体レーザの出射口を置
けば、平行光が得られることがわかる。そこで第７図（
ａ）において。

回折限界まで絞れる様に、すなわち、波面収差が最も小
さくなる様に、収差光学系のパラメータを。

減衰最小自乗法を用いて最適化した。この結果。

凸レンズ８の各パラメータとして、レンズ厚みｄ＝７．
６２ｍｍ、曲率Ｒ＋　＝　２６．２８９ｍ　、レンズ屈
折率１．７３９０３　（４８８ｎｍ）　、入射焦点比１
１１ｔ　ｆ　＋　＝　３１ｍ。

凸レンズ８と、ホログラム感光面との距離１ｌ＝３２．
４ｍと設定し、最適な正の発散球面収差波１１を得た。

この結果、このホログラムレンズに、第７図（ａ）の光
路と逆、つまり垂直平行光の半導体レーザ（λ２７７８
７　ｎｍ）を入射し、ガラス窓を通った後の波面収差は
、　ＮＡｏ、３３で、最大で０．１λ以下となり、　Ｒ
ａｙｌｅｉｇｈの１／４波長則を下回っているため３回
折限界に近いホログラムレンズと言える。また、焦点距
離は１０．７５０１１となる。そこでこのパラメータで
作成したホログラムレンズを第７図（ａ）において、ｆ
え　＝　１０．７５０ｍとすれば平行光となる。

そこで、第３図（ｂｌにおいて参照波である垂直平行光
を、第７図（ｂ）の収差波に換えてホログラムを作成し
、再生を行うと、半導体レーザからの発散光はまず仮想
的に平行光に変換されこの仮想的な平行光により、物体
波である。前記走査用ホログラムレンズの収差を補正す
る収差波が発生できることがわかる。つまり、半導体レ
ーザからの発散光をとりこみ走査用ホログラムレンズの
収差補正波を発生するホログラムレンズの作成法は、第
３図（Ｃ）の様になる。パラメータは前述した通りであ
る。こうして作成したホログラムレンズを第２図の様に
設定する。そして半導体レーザ出射口と収差補正用ホロ
グラムレンズの間隔ｆｌを１０．７５０ｍと設定すれば
よい。こうして１本実施例によれば。

半導体レーザと収差補正用ホログラムレンズ、走査用ホ
ログラムレンズのみを用い、殆ど無収差の高精度直線走
査が可能となる。なお、第４図（ｂ）のビーＪ、４″Ｌ
を得るためには、この収差補正用ホログラムレンズのＮ
Ａは０．３であれば良いため、この例では、このＮ　Ａ
　＝　０．３３の収差補正で充分である。

又、この時モードホッピングについては、第２図の設定
を行ったため、　０．３　ｎｍのモードホッピングに対
して、副走査方向は、７μｍ　（走査中央）。

８μｍ　（走査端）、又、走査方向は、最大４５μｍ（
走査端）と大幅に低減できることがわかった。

又、ビーム整形比は、この場合（ｃｏｓ　（６４，２８
°）／ｃｏｓ（０°）　）　＝０．４３倍となった。さ
らに、設計波長７８７　ｎｍに対し、±１０ｎｍのずれ
のあるレーザでも本方式によれば、走査特性（直線性な
ど）は良好であることがわかった。なお、この収差補正
用ホログラムは、必要な伝達関数がわかったため。

これを直接、電子ビームで描いたり、ＣＧＨで作成する
のも可能となるのは言うまでもない。又。

ここでは第１図においての半導体レーザの入射角θαを
Ｏｏとしたが、これに限らないことはいうまでもない。

又、収差補正用の補助光学系については１球面光学素子
について限ったわけではなく。

非球面光学素子でも可能であることも勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体レーザ、収差補正用ホログラム
レンズ、及び走査用ホログラムレンズのみの構成により
、非点及びコマ収差とモードホッピングによる問題点を
同時に解決し、安価かつ高精度な光ビーム走査装置と、
その具体的な製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、光ビーム走査装置の構成側面図。 第１図（ｂ）は、入射波の位相と回折波の位相との関係
を説明するためのホログラムスキャナの構成図。 第２図は、光ビーム走査装置の具体的な設計を示した側
面図。 第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、それぞれ収差補
正用ホログラムレンズの作成方法を示した説明図。 第４図（ａ）は、第１図の光ビーム走査装置による走査
回折波の収差像を示した図。 第４図（ｂ）は、被走査面上でのビーム径を示した図。 第５図は、無収差収束レンズを用いた場合の走査回折波
の収差像を示した図。 第６図は、第４図（ｂ）のビーム径を得るための走査回
折波の理想的な収差像を示した図。 第７図（ａ）は、半導体レーザからの発散波を平行光に
するホログラムレンズの作成法を示す図。 第７図（ｂｌは、ホログラムレンズの作成法を示す図。 第８図（−は、側面図。 第９図（ａ）は、非点収差の問題を解決するための一従
来例の構成斜視図。 第９図（ｂ）は、第９図（ａ）における非点収差補正用
ホログラムレンズの製造方法を示した説明図。 第１１図は、モードホッピングの問題を解決するための
具体的な一従来例の構成側面図。 第１２図（ａ）は、モードホッピングの問題を解決する
ための具体的な他の従来例の基本となる構成側面図。 第１２図（ｂ）は、モードホッピングの問題を解決する
ための具体的な他の従来例の構成側面図である。 １　・・・　収差補正用ホログラムレンズ。 ２　・・・　半導体レーザ。 ３　・・・　ホログラムスキャナ。 ４　・・・　発散球面波。 ５．６ ・・・　回折波。 ７　・・・　結像点。 ８　・・・　凸レンズ。 ９　・・・　凹レンズ。 １０．１２ ・・・　収束球面波。 １１　・・・　正の発散球面収差波。 １３　・・・　外向きのコマ収差波。 ＤＨ・・・　ビーム径。 α　・・・　傾は角。 力−ピ′−ム漣査条ξ１Ｌの構方叉イ月弓面図第１図（
α） 回宕日支の（０） 第１図 （ｂ） 尤ヒ・−ム走麦技置η具イ本β９な設計第２図 第３図 （Ｇ） 第３図 （ｂ） 収差補正用水ロブ′ラムレレズめイ乍仄方上第３図（Ｏ
） 被走査面上で・め乙゛−ムイ盃 第４図（ｂ） （Ｑ） Ａ上記中央 Ｘ！○ｍｍ −３゜ 糸占イ象しンス゛Ｓ、用ｖｆ二扇％Ａ箇ｉ紀田トｈ第５
図 （Ａ４の岸〃ト） ８°　　　　　　　ＩＱ’　　　　　　　　１２゜）き
εの刈５こξＬイ、椰ミ、 Ｘ−０ｍｍ 囁スク　　　。’　　　　　　　　　　　２”　　　　
　　　　　　　　　　４°　　　　　　　　　　　　　
６゜回−角 、走査回折５Ｉ！、の理想、杓ｒ、−Ｊ又粂イ象第６図 走査端 Ｘ層１０８ｍｍ ８°　　　　　　１０’　　　　　　１２゜入射う支 】１ 第７図 （ｂ） （ｃ）＃ｌ−を図 （ｂ）項１１面図 ホロフパラムレシス′Ｓ用（・１；メむｋの九ヒーム裟
ｌの原理第８図 （０）　＃＋、を図 （ｂ）　　　Ａ−４面　図 非、！ンム乙４Ｌの聞易ｌと解ソζ′１′うｆｃｈσ）
−４４し神もイクリ第９図 （Ｏ）＃＋　ネ先図 （ｂ）　　イ貝り　＠　図 モードソｉ％、１１ヒ：°レフ′めＦＡＩ！ＪΣ解次Ｔ
ろ１ニハめ賛す梃伊」の原理第１０図 モード′ホッげンク゛め間月８８．＃−，＆ｉろｆ二め
の−ネｄし姻ａイク弓　　（イ呉弓　面　）５り　）（
０）基本構成（４ルｊ面図） →り （ｂ）堝−爪（側面図） モードホラとンデめ問題を解、汲（ろにぬＮ亡ｎＪ来硬
゛Ｊ第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザから出射した再生波を位置的に空間周波数
   分布が異なる走査用ホログラムレンズに入射しその回折
   波によって被走査面を走査する光ビーム走査装置におい
   て、前記レーザは半導体レーザであり、前記再生波の波
   面を変換して前記回折波の収差を前記被走査面上におい
   て減少させる収差補正用ホログラムレンズを有すること
   を特徴とする光ビーム走査装置。
2. （２）前記収差補正用ホログラムレンズは前記半導体レ
   ーザと前記走査用ホログラムレンズの間の前記再生波の
   光路上に配置され、該収差補正用ホログラムレンズ上で
   の前記回折角は前記走査用ホログラムレンズからの前記
   回折波による前記被走査面上での走査点の変化が前記半
   導体レーザにおける縦モードの波長のモードホッピング
   に対して減少する角度に設定されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光ビーム装置装置。
3. （３）光ビーム走査装置の製造方法において、レーザ光
   である再生波の波長λ＿２よりも短い波長λ＿１のレー
   ザ光を用い球面収差波を参照波とし、コマ収差波を物体
   波として収差補正用ホログラムレンズを作成することを
   特徴とする光ビーム走査装置の製造方法。