JPH04123016A - Phase shift element and laser device using the same - Google Patents

Phase shift element and laser device using the same

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JPH04123016A
JPH04123016A JP24469390A JP24469390A JPH04123016A JP H04123016 A JPH04123016 A JP H04123016A JP 24469390 A JP24469390 A JP 24469390A JP 24469390 A JP24469390 A JP 24469390A JP H04123016 A JPH04123016 A JP H04123016A
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laser
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Abstract

PURPOSE:To realize a laser beam with a small beam spot while holding the depth of focus large without varying the NA(numerical aperture) of an image formation optical system by using the specific phase shift element. CONSTITUTION:The light transmission part of the phase shift element 4 is divided into two transparent areas which are a 1st area 11 and a 2nd area 12 and laser beam which passes through the 2nd area 12 is longer in optical path length than laser beam which passes through the 1st area 11 by a half as long as the wavelength. Then luminous flux emitted from a light source part 1 composed of a laser, etc., is converged by a condenser lens 3. The phase shift element 4 is arranged in the vicinity of a beam waist which is formed at this time and light passing through the phase shift element 4 is made incident on a cylindrical lens 6 from a collimator lens 5. Consequently, a spot which is smaller than the beam spot diameter determined by the NA of the optical system can be formed on a specific surface while the depth of focus is held large.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置に
関し、特にレーザ光の通過領域を複数の領域に分割し、
各領域を通過するレーザ光束間に所定の位相差を付与す
るようにした位相シフト素子を用いることにより、レー
ザ光のビームスポット径を調整し、高鯖度な画像形成を
行ったり、又レーザ光の非点隔差な調整するようにした
位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a phase shift element and a laser device using the same, and particularly to a phase shift element that divides a laser beam passage region into a plurality of regions,
By using a phase shift element that imparts a predetermined phase difference between the laser beams passing through each region, the beam spot diameter of the laser beam can be adjusted to form images with high accuracy. The present invention relates to a phase shift element for astigmatic adjustment and a laser device using the same.

(従来の技術) 近年、レーザ光を用いて画像情報の入出力を行うように
したレーザ装置においては高解像力で画像情報の形成や
再生が出来ることが要望されている。
(Prior Art) In recent years, there has been a demand for laser devices that input and output image information using laser light to be able to form and reproduce image information with high resolution.

一般に画像情報の形成や再生を高解像力で行う為には、
例えば人出力の際のレーザ光(レーザビーム)のビーム
スポット径を小さくすれば良い。ビームスポット径を小
さくするにはNA(開口数)の大きな光学系を用いれば
良いことか知られている。
Generally, in order to form and reproduce image information with high resolution,
For example, the beam spot diameter of the laser light (laser beam) during human output may be made smaller. It is known that the beam spot diameter can be reduced by using an optical system with a large NA (numerical aperture).

第14図は従来のレーザプリンタ等に利用されている光
走査装置の要部概略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram of the main parts of an optical scanning device used in a conventional laser printer or the like.

第14図に於いて91はレーザ等から成る光源部であり
、該光源部91から射出されたレーザど一ムはコリメー
タレンズ92により略平行光とされ回転多面鏡93に入
射する。該回転多面鏡93は矢印の方向に等速で高速回
転しており、回転多面鏡93の反射面93aの点Pに入
射した該レーザど−ムは反射されて主走査断面において
偏向走査され結像光学系としてのf−θレンズ系94に
入射する。f−θレンズ系94を通過したレーザビーム
は被走査面95上に結像されてその面上を略等速度直線
運動て光走査する。
In FIG. 14, reference numeral 91 denotes a light source section consisting of a laser or the like, and a laser beam emitted from the light source section 91 is converted into substantially parallel light by a collimator lens 92 and enters a rotating polygon mirror 93. The rotating polygon mirror 93 is rotating at a constant speed in the direction of the arrow, and the laser beam incident on the point P of the reflecting surface 93a of the rotating polygon mirror 93 is reflected and deflected and scanned in the main scanning section. The light enters an f-theta lens system 94 as an image optical system. The laser beam that has passed through the f-theta lens system 94 forms an image on a surface to be scanned 95, and optically scans the surface by linearly moving at a substantially constant speed.

ここで例えば感光体等の被走査面上に画像形成を行う際
の高解像化を図るにはf−θレンズ系94のNAを大き
くし、被走査面95上に結像するビームスポット径96
を小さくすれば良い。
For example, in order to achieve high resolution when forming an image on a surface to be scanned such as a photoreceptor, the NA of the f-theta lens system 94 is increased, and the beam spot diameter formed on the surface to be scanned 95 is increased. 96
All you have to do is make it smaller.

しかしなからNAの大きい光学系を構成するのは非常に
困難であり、理論的に見ても空気中の光学系はNA=1
を越えることかできない。又、NAか大きくなると焦点
深度か急激に小さくなる為、像面の設定誤差が厳しくな
り装置の製造や調整が困難になる。
However, it is very difficult to construct an optical system with a large NA, and theoretically, an optical system in air has a NA of 1.
I can't go beyond that. Furthermore, as the NA increases, the depth of focus decreases rapidly, resulting in severe image plane setting errors and difficulty in manufacturing and adjusting the device.

般にレーザ光源を用いたレーザ装置像面上でのビームス
ポット径と焦点深度は次式により表わされる。
Generally, the beam spot diameter and focal depth on the image plane of a laser device using a laser light source are expressed by the following equation.

スポット直径=にλ/(2・NA)  ・・・・・(a
)焦点深度  =±λ/(2・NA2)  ・・・(b
)ここてλは波長、kは結像光学系の瞳周辺部における
ビーム強度の程度を表わす定数(k≧1.64)であり
、ビームスポット直径はピーク強度の1/e2値である
Spot diameter = λ/(2・NA) ・・・・・・(a
) Depth of focus = ±λ/(2・NA2) ...(b
) Here, λ is the wavelength, k is a constant (k≧1.64) representing the degree of beam intensity in the periphery of the pupil of the imaging optical system, and the beam spot diameter is the 1/e2 value of the peak intensity.

参考の為に(a)、(b)式において波長λ=0.78
μm、定数に=1.7と仮定して算出した種々のNAに
対する被走査面上のビームスポット径と焦点深度との関
係を表− に示す。
For reference, wavelength λ = 0.78 in equations (a) and (b).
Table 1 shows the relationship between the beam spot diameter on the scanned surface and the depth of focus for various NAs calculated assuming that μm and constant = 1.7.

表−1 又、レーザ装置に用いられるレーザ光源として半導体レ
ーザはその構造上の原因で非点隔差が発生する。即ち第
13図(A)に示すように半導体の接合面に平行な方向
(X方向)と垂直な方向(X方向)とで発光面積の大き
さが異なる。この為レーザ光源から離れた点における波
面の曲率半径は第13図(B)に示すように平行な方向
と垂直な方向の2つの方向で異なってくる。
Table 1 Furthermore, as a laser light source used in a laser device, a semiconductor laser has an astigmatism difference due to its structure. That is, as shown in FIG. 13(A), the size of the light emitting area is different between the direction parallel to the semiconductor junction surface (X direction) and the direction perpendicular to the semiconductor junction surface (X direction). Therefore, the radius of curvature of the wavefront at a point away from the laser light source differs in two directions, a parallel direction and a perpendicular direction, as shown in FIG. 13(B).

従ってレーザ光源からの高速を回転軸対称のレンズ系で
結像すると最良結像位置が第13図(B)に示すように
X方向とX方向の2つの方向で各々異なり所謂非点隔差
が発生してくる。
Therefore, when high-speed light from a laser light source is imaged using a rotationally symmetrical lens system, the best imaging position differs in the two directions, the X direction and the I'll come.

従来はこの種の非点隔差を光路中にシリンドリカルレン
ズを配置し、該シリンドリカルレンズの位置を調整する
ことにより補正していた。
Conventionally, this type of astigmatic difference has been corrected by arranging a cylindrical lens in the optical path and adjusting the position of the cylindrical lens.

(発明が解決しようとする問題点) 前記表−1から明らかのように、例えばレーザプリンタ
ー等のレーザ装置に関しては結像光学系のNAを0.0
2以上、即ちスポット径か33μm以下になると焦点深
度が±1mmを下まわる。
(Problems to be Solved by the Invention) As is clear from Table 1 above, for example, for laser devices such as laser printers, the NA of the imaging optical system is 0.0.
2 or more, that is, when the spot diameter is less than 33 μm, the depth of focus becomes less than ±1 mm.

般に焦点深度か±1mm以下になると感光体の位置の設
定や感光体の平面性等か問題となり製造か大変困難とな
る。従って一般には結像光学系のNAを002以上大き
くすることは難しい。
Generally, when the depth of focus is less than ±1 mm, manufacturing becomes very difficult due to problems such as setting the position of the photoreceptor and flatness of the photoreceptor. Therefore, it is generally difficult to increase the NA of the imaging optical system by 002 or more.

又、光デイスク用の対物レンズや顕微鏡用の対物レンズ
等に関しては大体ビームスポット径を0.7μm程度に
するのか限界であり、それ以下のスポット径を得ること
は理論的に見て困難である。
Furthermore, for objective lenses for optical disks, objective lenses for microscopes, etc., the beam spot diameter is approximately 0.7 μm, which is the limit, and it is theoretically difficult to obtain a spot diameter smaller than that. .

このように従来のレーザ装置において小さなスポット径
のレーザビームを得るのは理論的及び機構的に大使館し
いという問題点かあった。
As described above, there is a problem in that it is theoretically and mechanically difficult to obtain a laser beam with a small spot diameter in the conventional laser device.

この他、レーザ装置に用いる光学系か回転対称なレンズ
系のとき、シリンドリカルレンズを用いて半導体レーザ
を用いたときの非点隔差を補正しようとするとシリンド
リカルレンズの曲率半径か増大し、シリンドリカルレン
ズの製作か難しくなってくるという問題点かあった。
In addition, when an optical system used in a laser device or a rotationally symmetrical lens system is used, if a cylindrical lens is used to correct the astigmatism difference when a semiconductor laser is used, the radius of curvature of the cylindrical lens increases. There was a problem that it became difficult to produce.

本発明はレーザビームの通過する領域を複数に分は各々
の領域を通過するレーザビーム内に所定の位相差を付与
するように構成した位相シフト素子を利用することによ
り、結像光学系のNAを変えずに焦点深度を大きく保っ
たままより小さなビームスポット径のレーザビームを実
現し、又レーザ装置の光路中の適切な位置に該位相シフ
ト素子を配置することにより、レーザ光源の非点隔差な
良好に補正することができる等高い光学性能が容易に得
られる位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置の提
供を目的とする。
The present invention utilizes a phase shift element configured to impart a predetermined phase difference to the laser beam passing through each of the plurality of regions through which the laser beam passes, thereby adjusting the NA of the imaging optical system. By realizing a laser beam with a smaller beam spot diameter while maintaining a large depth of focus without changing the depth of focus, and by arranging the phase shift element at an appropriate position in the optical path of the laser device, the astigmatic difference of the laser light source can be reduced. An object of the present invention is to provide a phase shift element that can easily obtain high optical performance such as good correction, and a laser device using the same.

(問題点を解決するための手段) 本発明の位相シフト素子は、所定波長の光に対して透明
な第1領域と該第1領域の周囲に該第1領域を通過する
光に対して所定の位相差を有する第2領域とを設けたこ
とを特徴としている。又このときの位相差は180度で
あることを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) The phase shift element of the present invention includes a first region that is transparent to light of a predetermined wavelength, and a predetermined region around the first region that is transparent to light passing through the first region. It is characterized by providing a second region having a phase difference of . Further, the phase difference at this time is 180 degrees.

又、本発明のレーザ装置としてはレーザ光源の光出射端
面近傍又は該光出射端面と共役な位置近傍又は該レーザ
光源から出射したレーザ光のビームウェスト近傍に該レ
ーザ光に対して透明な第1領域と該第1領域の周囲に該
第1領域を通過するレーザ光に対して所定の位相差を有
する第2領域とを有する位相シフト素子を配置したこと
を特徴としている。干してレーザ光源としては半導体レ
ーザ又はカスレーザを用い、前記ビームウェストは前記
レーザ光源から出射したレーザ光を集光光学系で集光し
て形成されていることを特徴としている。
Further, the laser device of the present invention may include a first lens transparent to the laser beam near the light emitting end face of the laser light source, near a position conjugate with the light emitting end face, or near the beam waist of the laser light emitted from the laser light source. The present invention is characterized in that a phase shift element having a region and a second region having a predetermined phase difference with respect to the laser beam passing through the first region is arranged around the first region. A semiconductor laser or a cassette laser is used as the laser light source, and the beam waist is formed by condensing the laser light emitted from the laser light source using a condensing optical system.

(実施例) 第1図は本発明の位相シフト素子の一実施例を示す要部
概略図であり、第1図(A)は斜視図、第1図(B)は
中心軸(光軸)を含む断面図である。
(Example) Fig. 1 is a schematic view of the main part showing one embodiment of the phase shift element of the present invention, Fig. 1 (A) is a perspective view, and Fig. 1 (B) is a central axis (optical axis). FIG.

第1図に於いて4は位相シフト素子、11は光軸を中心
とする円形状や楕円状の所定の波長の光(レーザ光L)
に対して透明な第1領域、12は第1領域11の周囲に
設けたレーザ光りに対して透明な円形状や楕円環状の第
2領域、13は該第2@域12の周囲をとりまくレーザ
光りに対して不透明な遮光領域である。
In Fig. 1, 4 is a phase shift element, and 11 is a circular or elliptical beam of a predetermined wavelength centered on the optical axis (laser beam L).
12 is a circular or elliptical ring-shaped second region provided around the first region 11 and transparent to the laser beam; 13 is a laser surrounding the second @ region 12; This is a light-shielding area that is opaque to light.

このように位相シフト素子4の光透過部分は第1領域1
1と第2領域12の2つの透明領域に分けられる。そし
て該2つの領域11.12を通過する2つの光束間に所
定の位相差を付与している。
In this way, the light transmitting portion of the phase shift element 4 is located in the first region 1.
It is divided into two transparent areas, a transparent area 1 and a second area 12. A predetermined phase difference is given between the two light fluxes passing through the two regions 11 and 12.

本実施例では第1領@11を通過するレーザ光に対して
第2領@12を通過したレーザ光の方か2分の1波長た
け光路長が長くなるように設定している。
In this embodiment, the optical path length of the laser light passing through the second region @12 is set to be longer by one-half wavelength than that of the laser light passing through the first region @11.

即ち、該位相シフト素子4により通過光束を第1領域1
1を通過した光束と第2領域12を通過した光束の2つ
の光束に分け、このときの2つの光束間に180°の位
相差を付与している。
That is, the phase shift element 4 directs the passing light flux to the first region 1.
The light beam is divided into two light beams: a light beam that passes through the second region 1 and a light beam that passes through the second region 12, and a phase difference of 180° is given between the two light beams at this time.

このような位相シフト素子は比較的容易に製作か可能で
ある。例えば基板として両面な鯖密に研磨した平行平板
ガラスを用いレーザ光の波長をλとし第2領域12又は
第1領域のみに屈折率nの蒸着物質で厚みd−λ/(2
(n−1))の薄膜を真空蒸着によって形成し、遮光傾
@には光吸収性の塗料を塗ることにより製作できる。
Such a phase shift element can be manufactured relatively easily. For example, using parallel plate glass that has been polished on both sides to a fine grain size as a substrate, and assuming that the wavelength of the laser beam is λ, a vapor deposited material with a refractive index n is applied only to the second region 12 or the first region, and the thickness is d−λ/(2
It can be manufactured by forming a thin film of (n-1)) by vacuum evaporation and applying a light-absorbing paint to the light-shielding slope.

次に位相シフト素子を用いることによりレーザ光のビー
ムスポット径か小さくなる原理を説明する。
Next, the principle of reducing the beam spot diameter of laser light by using a phase shift element will be explained.

第2図(A)、(B)は本実施例の位相シフト素子4に
平面波の光束か入射し通過するときの波面状態と振幅分
布を示す説明図である。このような状態は例えばレーザ
装置においてレーザビ一ムのビームウェスト近傍に位相
シフト素子4を配置したときに生ずる。
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing the wavefront state and amplitude distribution when a plane wave light beam enters and passes through the phase shift element 4 of this embodiment. Such a situation occurs, for example, when the phase shift element 4 is disposed near the beam waist of the laser beam in a laser device.

同図に於いては図面左側より位相シフト素子4に平面波
のレーザビームか入射したときの前記第1.第2領域1
1.12を通過する互いに所定の位相差を有した光束の
波面を概念的に示している。
In the figure, when a plane wave laser beam is incident on the phase shift element 4 from the left side of the drawing, the first. 2nd area 1
1.12 conceptually shows wavefronts of light beams having a predetermined phase difference with each other.

第2図(A)に示すようにレーザビームは左方から位相
シフト素子4に入射するが、位相シフト素子4がビーム
ウェスト位置近傍に配置されているため、入射位置近傍
ではほぼ平面波となっている。この平面波か位相シフト
素子4に入射すると、第1領@11を通過した平面波と
第2領域12を通過した平面波との間に2分の1波長の
光路差か生じるため同図に示したような形の波面となっ
て出射する。従って位相シフト素子4から出射した直後
のレーザビームの複素振幅分布は第2図(B)に示すよ
うなものとなる。
As shown in FIG. 2(A), the laser beam enters the phase shift element 4 from the left, but since the phase shift element 4 is arranged near the beam waist position, the laser beam becomes almost a plane wave near the incident position. There is. When this plane wave enters the phase shift element 4, an optical path difference of 1/2 wavelength occurs between the plane wave that passed through the first region @11 and the plane wave that passed through the second region 12, as shown in the figure. It emits as a wavefront of a certain shape. Therefore, the complex amplitude distribution of the laser beam immediately after being emitted from the phase shift element 4 is as shown in FIG. 2(B).

第2図(B)に3いてXは光軸と垂直方向の座標、UO
(X)は座標Xにおけるレーザビームの複素振幅分布、
14は位相シフト素子4の第1領域11を通過したビー
ムの複素振幅分布、15a及び15bは位相シフト素子
4の第2領域12を通過したビームの複素振幅分布を表
わす。
In Figure 2 (B), 3 and X are the coordinates perpendicular to the optical axis, UO
(X) is the complex amplitude distribution of the laser beam at the coordinate X,
14 represents the complex amplitude distribution of the beam that has passed through the first region 11 of the phase shift element 4, and 15a and 15b represent the complex amplitude distribution of the beam that has passed through the second region 12 of the phase shift element 4.

Uo(X)は複素数であるが、位相が0度及び180°
の2値だけの複素振幅分布であるため、虚数成分か零と
なり、同図に示したように実数軸だけで表現できる。尚
、簡単のためレーザビームの強度は座1jlxによらず
一定であるとして同図を描いている。
Uo(X) is a complex number, but the phase is 0 degrees and 180 degrees
Since it is a complex amplitude distribution with only two values, the imaginary component is zero, and it can be expressed only on the real axis as shown in the figure. For simplicity, the figure is drawn assuming that the intensity of the laser beam is constant regardless of the position 1jlx.

次に位相シフト素子4を物体面とみなして収差のない光
学系で結像させると、像面上でどのような強度分布か得
られるかを説明する。簡単のため、位相シフト素子はX
方向の1次元の素子とし、光学系の倍率を1倍として説
明する。
Next, a description will be given of what kind of intensity distribution can be obtained on the image plane when the phase shift element 4 is regarded as an object plane and an aberration-free optical system is used to form an image. For simplicity, the phase shift element is
The explanation will be made assuming that it is a one-dimensional element in the direction and that the magnification of the optical system is 1.

先ず、光学系の開口数が無限に大きい場合には物体面の
複素振幅分布(第2図(B))かそのまま像面の複素振
幅分布として再現される。しかし実際には光学系の開口
数か有限なため、回折による拡がりが発生して、第3図
(A)のような複素振幅分布U、(x′)が像面上に形
成される。
First, when the numerical aperture of the optical system is infinitely large, the complex amplitude distribution on the object plane (FIG. 2(B)) is directly reproduced as the complex amplitude distribution on the image plane. However, in reality, since the numerical aperture of the optical system is finite, spreading due to diffraction occurs, and a complex amplitude distribution U, (x') as shown in FIG. 3(A) is formed on the image plane.

同図においてX′は像面上の座標であり、16゜17a
、17bはそれぞれ第2図(B)の複素振幅分布14,
15a、15bに対シする複素振幅分布である。このこ
とは式を用いて説明することかできる。
In the figure, X' is the coordinate on the image plane, 16°17a
, 17b are the complex amplitude distributions 14, 17b in FIG. 2(B), respectively.
15a and 15b. This can be explained using a formula.

像面の複素振幅分布ul(X′)は物体面の複素振幅分
布U。(x)と点像複素振幅分布K(X′)とを用いて
次式で表現することができる。
The complex amplitude distribution ul(X') on the image plane is the complex amplitude distribution U on the object plane. (x) and point spread complex amplitude distribution K(X'), it can be expressed by the following equation.

Ll、(x′)−1Llo(x)・ に(x′−x)・
dx  ・・・・・11)ここてU。を位相の異なる3
個の点光源の集合とみなす近似か成り立つとすればδ(
X)をDiracのデルタ関数として Llo(x)= C・δ(×)−δ(x−a)−δ(x
+a) −12)かなりたつ。但し、aは光軸からはか
った複素振幅分布15a又は15bの中心部までの距離
であり、Cは複素振幅14の部分のエネルギーと複素振
幅15a又は15bの部分のエネルギーとの比に相当す
る定数である。(2)式を(1)式に代入すると(1)
式は 1、(x′)=Csに(x ′)−K(x′÷a)−に
(x ′−a)・・・・・・・・・(3) となり、像面の複素振幅分布は3つの点像複素振幅分布
の加算によって表わされることか分る。
Ll, (x')-1Llo(x)・ to (x'-x)・
dx...11) Here U. 3 with different phases
If the approximation to consider it as a set of point light sources holds true, then δ(
Llo(x) = C・δ(×)−δ(x−a)−δ(x
+a) -12) It's been quite a while. However, a is the distance from the optical axis to the center of the complex amplitude distribution 15a or 15b, and C is a constant corresponding to the ratio of the energy in the part of the complex amplitude 14 and the energy in the part of the complex amplitude 15a or 15b. It is. Substituting equation (2) into equation (1) yields (1)
The formula is 1, (x') = Cs (x') - K (x'÷a) - (x' - a) (3), and the complex amplitude of the image plane It can be seen that the distribution is represented by the addition of three point spread complex amplitude distributions.

(3)式の右辺第1項、第2項、第3項かそれぞれ第3
図(A)の複素振幅分布16,17a。
The first, second, third, or third term on the right side of equation (3)
Complex amplitude distributions 16 and 17a in Figure (A).

17bに対応する。尚、複素振幅分布16゜17a、1
7bなどは簡単のため、小さなど−りの2次極大は省略
して描いである。物体面を3つの点光源の集合とみなす
近似が成りたたない場合には物体面の強度を1とすれば
物体面の複素振幅分布U。(x)は て与えられる。但し、aoは光軸から第1領域11と第
2領域−12との境界までの距離、aは光軸から第2領
域12と遮光領域13との境界までの距離である。(4
)式を(1)式に代入すると、像面複素分布u、(X′
)は次のように表わされる。
17b. In addition, the complex amplitude distribution 16°17a, 1
7b etc. are drawn with the secondary maximum of the small dots omitted for simplicity. If the approximation of considering the object surface as a set of three point light sources does not hold, then if the intensity of the object surface is 1, then the complex amplitude distribution U of the object surface. (x) is given. However, ao is the distance from the optical axis to the boundary between the first region 11 and the second region-12, and a is the distance from the optical axis to the boundary between the second region 12 and the light-shielding region 13. (4
) into equation (1), the image plane complex distribution u, (X'
) is expressed as follows.

(5)式右辺の第1項、第2項、第3項かそれぞれ第3
図(A)における複素振幅分布16゜17a、17bで
ある。
(5) The first, second, third, or third term on the right side of equation
These are the complex amplitude distributions 16° 17a and 17b in Figure (A).

以上、第2図(B)のような複素振幅分布をもつ物体を
光学系で結像した場合に、像面複素振幅分布は第3図(
A)の16.17a、17bの3つの複素振幅分布の加
算て表わされることを説明した。
As mentioned above, when an object with a complex amplitude distribution as shown in Figure 2 (B) is imaged by an optical system, the image plane complex amplitude distribution is as shown in Figure 3 (
It has been explained that A) is expressed by adding the three complex amplitude distributions 16.17a and 17b.

さて第3図(A)において17a  、17b′はそれ
ぞれ複素振幅分布を表わす曲線17a。
Now, in FIG. 3(A), 17a and 17b' are curves 17a each representing a complex amplitude distribution.

17bをX′軸に対して折り返した曲線であり、これら
17a”、17b”の曲線と16の曲線とを比へること
によって、振幅の大きさを比較することができる。同図
より曲線16のすその部分と曲線17a′及び17b′
がほぼ重なるようになっていることが分かるが、このよ
うな関係にすることが小さなスポット径を得る上で望ま
しい。
The curve 17b is folded back to the X' axis, and by comparing the curves 17a'' and 17b'' with the curve 16, the magnitude of the amplitude can be compared. From the figure, the base of curve 16 and curves 17a' and 17b'
It can be seen that they almost overlap, and it is desirable to have such a relationship in order to obtain a small spot diameter.

第3図(A)の3つの複素振幅分布16゜17a、17
bを加えて1つの複素振幅分布として表わしたものが第
3図(B)の曲線18である。曲線16に比べると曲線
18のX′方向への拡がりが改善されて小さくなってい
る。
Three complex amplitude distributions 16° 17a, 17 in Fig. 3(A)
The curve 18 in FIG. 3(B) is expressed as one complex amplitude distribution by adding b. Compared to the curve 16, the spread of the curve 18 in the X' direction is improved and smaller.

第3図(C)の曲線19は像面強度分布を示す曲線であ
る。強度分布1(x′)は複素振幅分布ul(X”)か
ら 1(x′)−U+責x′)・tll(x′)−11J、
(x” )+2−・(6)によって求められる。
A curve 19 in FIG. 3(C) is a curve showing the image plane intensity distribution. The intensity distribution 1(x') is obtained from the complex amplitude distribution ul(X'') by 1(x') - U + x') tll(x') - 11J,
(x”)+2−·(6).

以上の様に本実施例では第1図(A)、(B)で示され
るような位相シフト素子をレーザビームのビームウェス
ト位置近傍に配置し光学系で結像し、これにより光学系
のFナンバーから(開口数、NA)から定まる結像スポ
ット径よりも更に小さな結像スポット径を得ている。
As described above, in this embodiment, the phase shift element as shown in FIGS. An imaging spot diameter smaller than the imaging spot diameter determined from the number (numerical aperture, NA) is obtained.

次に本発明に係る位相シフト素子か半導体レーザの非点
隔差を補正することかできる原理についてシミュレーシ
ョン結果を用いて説明する。
Next, the principle by which the phase shift element according to the present invention can correct the astigmatism difference of a semiconductor laser will be explained using simulation results.

第4図(A)はこの位相シフト素子4をレーザ光のビー
ムウェスト位置近傍に配置したときの概略図、第4図(
B)は同図(A)の結像レンズによる像面上の強度分布
のシミュレーションの結果を示す説明図である。
FIG. 4(A) is a schematic diagram when this phase shift element 4 is placed near the beam waist position of the laser beam, and FIG.
B) is an explanatory diagram showing the results of a simulation of the intensity distribution on the image plane by the imaging lens of FIG.

尚、本実施例では簡単の為に回転軸対称の系で計算して
いる。第4図(B)では位相シフト素子としては同心円
構造とし、中心軸(光軸)から半径Aの第1領域11と
その外側の半径βの第2領域12とから形成し、通過光
束間に180度の位相差かつくように設定している。そ
して第2領域Bの外側は遮光領域としている。このよう
な位相シフト素子4をレーザビームを集光してできるビ
ームウェスト位置近傍に配置し、それを無収差レンズと
仮定した結像レンズで結像させている。
In this embodiment, for simplicity, calculations are performed using a system that is symmetric about the rotational axis. In FIG. 4(B), the phase shift element has a concentric structure, consisting of a first region 11 with radius A from the central axis (optical axis) and a second region 12 with radius β outside the first region 11, and between the passing light beams. It is set to have a phase difference of 180 degrees. The outside of the second region B is a light-shielding region. Such a phase shift element 4 is placed near the beam waist position formed by condensing the laser beam, and is imaged by an imaging lens assumed to be an aberration-free lens.

ここでビームウェスト半径をW。、レーザ光の波長をλ
、結像レンズの像面側の有効FナンバーをFNOとし、
像面上の強度分布を求める為のシミュレーションは通常
の回折理論を用いて行フた。
Here, the beam waist radius is W. , the wavelength of the laser light is λ
, the effective F number on the image plane side of the imaging lens is FNO,
A simulation to determine the intensity distribution on the image plane was performed using ordinary diffraction theory.

第4図(B)はWo=1.0.czm、λ=0.632
8μm、FNO=1.0、B=2.0μmとしてAの値
を0.5μmから2.0μmまで変えたときの像面上で
の強度分布を示している。但し、強度分布は最大値で正
規化しており、パラメータWo 、A、Bは実寸に結像
レンズ倍率の掛かった像面上のスケールて示している。
FIG. 4(B) shows Wo=1.0. czm, λ=0.632
The figure shows the intensity distribution on the image plane when the value of A is changed from 0.5 μm to 2.0 μm, with FNO=1.0 and B=2.0 μm. However, the intensity distribution is normalized by the maximum value, and the parameters Wo, A, and B are shown on the scale on the image plane, which is the actual size multiplied by the magnification of the imaging lens.

第4図(B)に示すようにA=2μmの場合はA=Bで
あり、位相を反転する領域かなく、単なるアパーチャを
入れたのと同じことになる。この場合には、第13図(
B)からも予想できるように光発散原点か位相シフト素
子の位置からずれているので像面をデフォーカスすれば
ビームスポット径をこれよりもある程度小さくすること
かてきる。半[Aが1μmになると、位相反転の効果か
表われ像面上でのスポット径か小さくなってくる。そし
て半径A=0.7μmになると更に像面上でのビームス
ポット径か小さくなり、結像レンズのエアリ−パターン
とほぼ一致してくる。エアリ−パターンは点光源を回転
軸対称の無収差レンズと仮定した結像レンズで結像した
ときに像面上に生じる回折像である。そうすると、半径
A=0.7μmの場合には丁度位相シフト素子の位置に
仮想的な点光源があるものと解釈することかできる。
As shown in FIG. 4(B), when A=2 μm, A=B, and there is no phase inversion region, which is the same as simply inserting an aperture. In this case, Fig. 13 (
As can be expected from B), since the light divergence origin is shifted from the position of the phase shift element, the beam spot diameter can be made smaller to some extent by defocusing the image plane. When half [A] becomes 1 μm, the spot diameter on the image plane becomes smaller due to the effect of phase inversion. When the radius A becomes 0.7 μm, the beam spot diameter on the image plane becomes even smaller and almost matches the Airy pattern of the imaging lens. An Airy pattern is a diffraction image produced on an image plane when a point light source is imaged by an imaging lens that is assumed to be a rotationally symmetric achromatic lens. Then, when the radius A=0.7 μm, it can be interpreted that there is a virtual point light source exactly at the position of the phase shift element.

この結果、位相シフト素子はレーザビームの光発散原点
の位置を位相シフト素子の位置にもってくることかでき
る光学的作用を有する素子と考えることかできる。又同
時に前述したようにレーザビームの発散角を大きくし、
結像レンズの存効径全域にレーザ光を入射させることに
よりビームスポット径を小さくすることかできる素子と
考えることかできる。
As a result, the phase shift element can be considered as an element having an optical function that can bring the origin of light divergence of the laser beam to the position of the phase shift element. At the same time, as mentioned above, the divergence angle of the laser beam is increased,
It can be thought of as an element that can reduce the beam spot diameter by making the laser beam incident on the entire effective diameter of the imaging lens.

以上のように光学系が回転対称の場合には位相シフト素
子は光発散原点の位置を制御することができる。
As described above, when the optical system is rotationally symmetrical, the phase shift element can control the position of the origin of light divergence.

半導体レーザのようなビームスポット径か回転非対称な
場合は第13図(B)に示すような2つの断面内に各々
光発散原点があると考えられる。
In the case of a semiconductor laser where the beam spot diameter is rotationally asymmetric, it is considered that the origin of light divergence is in two cross sections as shown in FIG. 13(B).

従って位相シフト素子を用いれば各々断面内に右いて光
発散原点の位置を位相シフト素子の位置に変位させるこ
とができる。そうすると始めは各断面で異なっていた光
発散原点の位置を同一の位置に変位させることができる
Therefore, if a phase shift element is used, the position of the light divergence origin can be moved to the position of the phase shift element within each cross section. In this way, the positions of the origins of light divergence, which were initially different in each cross section, can be moved to the same position.

本実施例ではこの原理を用いて位相シフト素子の半径A
、B及びレーザ光路中の配置位置等を適切に設定するこ
とにより半導体レーザの非点隔差を補正している。尚第
1領@11とN2領域12を通過するレーザビーム間の
位相差は180度に限らす任意な位相差であっても良い
In this embodiment, using this principle, the radius A of the phase shift element is
, B and the arrangement position in the laser optical path are appropriately set to correct the astigmatism difference of the semiconductor laser. Note that the phase difference between the laser beams passing through the first region @11 and the N2 region 12 may be any phase difference that is limited to 180 degrees.

次に本実施例の位相シフト素子を用いたレーザ装置の種
々の実施例について説明する。
Next, various embodiments of a laser device using the phase shift element of this embodiment will be described.

第5図は本発明の位相シフト素子を用いたレーザ装置の
第1実施例の要部概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of a laser device using the phase shift element of the present invention.

同図において1はレーザ等から成る光源部であり、該光
源部1から出射した光束はコリメータレンズ2により略
平行光とされ、集光レンズ3により集光される。このと
き集光位置近傍にビームウェストが形成される。そして
該ビームウェスト近傍に位相シフト素子4を配置し、該
位相シフト素子4を通過した光はコリメータレンズ5に
より平行光となって副走査方向に屈折力を有するシリン
ドリカルレンズ6に入射する。該シリンドリカルレンズ
6により光束は副走査方向線状に結像されて回転多面鏡
7へ入射し反射される。回転多面鏡7で反射偏向された
該光束はf−θレンズ系8を介して被走査面9上にビー
ムスポット1oを形成する。
In the figure, reference numeral 1 denotes a light source section consisting of a laser or the like, and the light beam emitted from the light source section 1 is made into substantially parallel light by a collimator lens 2, and then condensed by a condenser lens 3. At this time, a beam waist is formed near the focal point. A phase shift element 4 is disposed near the beam waist, and the light that has passed through the phase shift element 4 is converted into parallel light by a collimator lens 5 and enters a cylindrical lens 6 having refractive power in the sub-scanning direction. The cylindrical lens 6 forms a linear image of the light beam in the sub-scanning direction, which enters the rotating polygon mirror 7 and is reflected. The light beam reflected and deflected by the rotating polygon mirror 7 forms a beam spot 1o on the scanned surface 9 via the f-theta lens system 8.

尚、回転多面鏡7は矢印方向に等速回転している為回転
にともなってレーザスポット10は被走査面9上を光走
査する。
Note that since the rotating polygon mirror 7 is rotating at a constant speed in the direction of the arrow, the laser spot 10 optically scans the surface to be scanned 9 as it rotates.

本実施例では以上のような構成において位相シフト素子
4を用いることにより焦点深度を桟くせず小さなビーム
スポット径で被走査面を走査することかてきるようにし
ている。これにより例えば高解像力の画像形成や画像読
取りか可能なレーザ装置を達成している。
In this embodiment, by using the phase shift element 4 in the above configuration, the surface to be scanned can be scanned with a small beam spot diameter without reducing the depth of focus. As a result, a laser device capable of forming and reading images with high resolution, for example, has been achieved.

第6図〜第9図は本発明の位相シフト素子を用いたレー
ザ装置の第2〜第5実施例の要部概略図である。図中、
第5図の第1実施例に示した要素と同一要素には同符番
な付している。
6 to 9 are schematic diagrams of main parts of second to fifth embodiments of laser devices using the phase shift element of the present invention. In the figure,
Elements that are the same as those shown in the first embodiment of FIG. 5 are given the same reference numerals.

第6図の第2実施例では光源部としての半導体レーザ1
のレーザど−ム出射端面近傍に位相シフト素子4を配置
している。半導体レーザ1の発光点から出射したレーザ
ビームはその近傍に配置した位相シフト素子4を通過し
たのち、コリメータレンズ2で平行光束となりシリンド
リカルレンズ6に入射している。シリンドリカルレンズ
6に入射している。シリンドリカルレンズ6を通過した
後の構成は第5図の第1実施例と同様である。
In the second embodiment shown in FIG. 6, a semiconductor laser 1 is used as a light source.
A phase shift element 4 is arranged near the emission end face of the laser beam. The laser beam emitted from the light emitting point of the semiconductor laser 1 passes through a phase shift element 4 disposed in the vicinity thereof, and then becomes a parallel beam of light at the collimator lens 2 and enters the cylindrical lens 6 . The light is incident on the cylindrical lens 6. The structure after passing through the cylindrical lens 6 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

本実施例では半導体レーザ1のレーザど一ム出射端面直
後の位置はビームウェスト近傍となっているため、その
位置に位相シフト素子4を配置し、前述した原理によっ
てビームスポット径を小さくしている。
In this embodiment, the position immediately after the laser beam emitting end face of the semiconductor laser 1 is near the beam waist, so the phase shift element 4 is placed at that position to reduce the beam spot diameter according to the principle described above. .

本実施例第5図の第1実施例に比へて光学系を簡略化し
ている。
This embodiment has a simplified optical system compared to the first embodiment shown in FIG.

第7図の第3実施例において20は光源部てHe−N、
、レーザから成っている。21は第1集光レンズ、22
はA10変調器、23は第2集光レンズ、24はコリメ
ータレンズ、25はビームエキスパンターである。同図
に於いてHe−Neレーザ20から出射したレーザど−
ムは第1集光レンズ21によって集光され、集光点付近
に配置されたA10変調器22で強度変調をうける。
In the third embodiment shown in FIG.
, consisting of a laser. 21 is a first condensing lens; 22
is an A10 modulator, 23 is a second condenser lens, 24 is a collimator lens, and 25 is a beam expander. In the figure, the laser beam emitted from the He-Ne laser 20 is
The beam is condensed by a first condensing lens 21, and subjected to intensity modulation by an A10 modulator 22 disposed near the condensing point.

A10変調器22を出射したレーザビームは第2集光レ
ンズ23によって再度集光される。
The laser beam emitted from the A10 modulator 22 is again focused by the second focusing lens 23.

このとき形成されるビームウェスト位置近傍に位相シフ
ト素子4を配置している。位相シフト素子4を出射した
レーザど一ムはコリメータレンズ24で平行化され、ビ
ームエキスパンダー25によってビーム径が拡大された
のち、シリンドリカルレンズ6に入射する。シリンドリ
カルレンズを通過した後の構成は、第5図の第1実施例
と同様にしてビームスポットlOを被走査面9上に形成
する。
A phase shift element 4 is placed near the beam waist position formed at this time. The laser beam emitted from the phase shift element 4 is collimated by a collimator lens 24 , and the beam diameter is expanded by a beam expander 25 before entering the cylindrical lens 6 . After passing through the cylindrical lens, the beam spot IO is formed on the scanned surface 9 in the same manner as in the first embodiment shown in FIG.

本実施例ではガスレーザから出射したレーザビームを第
2集光レンズ23で集光させてビームウェストを形成し
、その近傍に前述した構成の位相シフト素子を配置する
ことにより光源部としてガスレーザを用いたレーザ装置
においても前述と同様の効果が得られるようにしている 第8図の第4実施例においては光源部1からのレーザ光
を被走査面9側からf−θレンズ系8を介して回転多面
鏡7に導光していることを特徴としている。
In this embodiment, the gas laser is used as a light source by condensing the laser beam emitted from the gas laser with the second condensing lens 23 to form a beam waist, and arranging the phase shift element having the above-described configuration near the beam waist. In the fourth embodiment shown in FIG. 8, which allows the same effect as described above to be obtained in a laser device, the laser beam from the light source section 1 is rotated from the scanned surface 9 side through an f-theta lens system 8. It is characterized in that the light is guided to a polygonal mirror 7.

同図において41は透過型の位相シフト素子であり被走
査面9と略同−平面上に設けている。
In the figure, reference numeral 41 denotes a transmission type phase shift element, which is provided approximately on the same plane as the scanned surface 9.

本実施例においてf−θレンズ8は副走査方向に関して
回転多面鏡(ポリゴンミラー)7のミラー面と被走査面
9とを略共役関係とする倒れ補正光学系となっている。
In this embodiment, the f-theta lens 8 is a tilt correction optical system in which the mirror surface of the rotating polygon mirror 7 and the surface to be scanned 9 are in a substantially conjugate relationship with respect to the sub-scanning direction.

同図に於いて半導体レーザ1の発光点から出射したレー
ザビームは、コリメータレンズ2を通過して平行ビーム
となり次いで集光レンズ3によって集光され被走査面9
の延長線状の近傍にビームウェストを形成する。
In the figure, the laser beam emitted from the light emitting point of the semiconductor laser 1 passes through the collimator lens 2 to become a parallel beam, and is then focused by the condensing lens 3 to the surface to be scanned 9.
A beam waist is formed near the extended line of.

位相シフト素子41は前記ビームウェスト位置近傍に配
置されている。位相シフト素子41には斜め方向からレ
ーザど−ムか入射するか、ある特定の角度の斜めの入射
のビームに対し2つの領域を通過して出射するレーザビ
ーム間で略2分の1波長の光路差をもつように作られて
いる。位相シフト素子41を出射したレーザビームはf
−θレンズ8を通過し、回転多面鏡7のミラー面近傍に
線像な形成する。そしてレーザど−ムは同ミラーによっ
て反射され、再びf−θレンズ8を通過して被走査面9
上にビームスポット10を形成する。ど−ムスポット1
0は回転多面鏡7の矢印方向への回転とともに、被走査
面9上を矢印の方向に光走査する。
The phase shift element 41 is arranged near the beam waist position. A laser beam is incident on the phase shift element 41 from an oblique direction, or a laser beam of approximately 1/2 wavelength is emitted after passing through two regions for a beam incident obliquely at a certain angle. It is made to have an optical path difference. The laser beam emitted from the phase shift element 41 is f
The light passes through the -θ lens 8 and forms a line image near the mirror surface of the rotating polygon mirror 7. The laser beam is then reflected by the same mirror, passes through the f-theta lens 8 again, and passes through the scanned surface 9.
A beam spot 10 is formed above. Dom Spot 1
0 rotates the rotating polygon mirror 7 in the direction of the arrow, and scans the surface to be scanned 9 with light in the direction of the arrow.

本実施例は線像形成用のシリンドリカルレンズか不要で
あるため光学系か簡略化できるという事のほかに位相シ
フト素子41近傍にできるビームウェスト径か位相シフ
ト素子を用いない場合のビームスポット径と同程度に大
きいので、位相シフト素子41の製作か容易になるとい
う利点かある。
This embodiment does not require a cylindrical lens for line image formation, so in addition to simplifying the optical system, the beam waist diameter formed near the phase shift element 41 or the beam spot diameter when no phase shift element is used. Since they are about the same size, there is an advantage that the phase shift element 41 can be manufactured easily.

更に本実施例に於いては位相シフト素子41に斜め方向
からレーザど一ムか入射するため位相シフト素子て反射
したレーザビームが半導体レーザには殆んと戻らないの
で安定なレーザ発振か可能となるという特徴がある。
Furthermore, in this embodiment, since the laser beam is incident on the phase shift element 41 from an oblique direction, the laser beam reflected by the phase shift element hardly returns to the semiconductor laser, so that stable laser oscillation is possible. It has the characteristic of becoming.

第9図の第5実施例においては第8図の第4実施例に比
へて透過型の位相シフト素子の変わりに反射型の位相シ
フト素子を用いた点が異なり、その他の構成は同じであ
る。
The fifth embodiment shown in FIG. 9 differs from the fourth embodiment shown in FIG. 8 in that a reflective phase shift element is used instead of a transmission phase shift element, and the other configurations are the same. be.

本実施例の反射型の位相シフト素子42は、特定の斜め
入射角のレーザど一ムに対して2つの領域を出射したレ
ーザビーム間の光路差か2分の1波長になるように作ら
れている。このように斜め入射の反射型の位相シフト素
子を用いると、光学系全体かコンパクトになると同時に
反射光かレーザに戻らないため安定なレーザ発振か可能
となるという特徴がある。
The reflective phase shift element 42 of this embodiment is made so that the optical path difference between the laser beams emitted from two regions is 1/2 wavelength for a laser beam having a specific oblique incident angle. ing. When a reflective phase shift element with oblique incidence is used in this manner, the optical system as a whole becomes compact, and at the same time, stable laser oscillation is possible because the reflected light does not return to the laser.

第10図は本発明の位相シフト素子を光メモリ用の光ピ
ツクアップ検出系に通用したときの第6実施例の光学系
の要部概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of the main parts of an optical system according to a sixth embodiment when the phase shift element of the present invention is applied to an optical pickup detection system for an optical memory.

同図において1はレーザ等から成る光源部てあり、該光
源部1から出射した光束は集光レンズ81により集光さ
れ集光位置近傍にビームウェストを形成する。該ビーム
ウェスト位置近傍に位相シフト素子4を配置し、該位相
シフト素子4を出射した光束はど一ムスプリッタ84を
通通し対物レンズ82によって集光され光メモリ媒体8
3上にビームスポットを形成する。
In the figure, reference numeral 1 denotes a light source section consisting of a laser or the like, and the light beam emitted from the light source section 1 is condensed by a condenser lens 81 to form a beam waist near the condensing position. A phase shift element 4 is arranged near the beam waist position, and the light beam emitted from the phase shift element 4 passes through a splitter 84 and is condensed by an objective lens 82 to an optical memory medium 8.
A beam spot is formed on 3.

本実施例では位相シフト素子4を用いることにより光メ
モリ媒体83面上に小さなビームスポットを形成してい
る。そして該光メモリ媒体83からの反射光は対物レン
ズ82を通過しビームスプリッタ84によって反射され
て光検出器85に入射する。このようにして光検出器8
5により光メモリ媒体83上の信号の読取りを高密度で
行っている。
In this embodiment, a small beam spot is formed on the surface of the optical memory medium 83 by using the phase shift element 4. The reflected light from the optical memory medium 83 passes through the objective lens 82, is reflected by the beam splitter 84, and enters the photodetector 85. In this way, the photodetector 8
5, signals on the optical memory medium 83 are read at high density.

尚、本実施例では位相シフト素子4.1枚をビームウェ
スト位置に配置し構成したかビームウェスト以外の位置
、例えば光源1近傍に配置しても良く、又位相シフト素
子を1枚以上何枚配置して構成しても良い。
In this embodiment, one phase shift element 4.1 is arranged at the beam waist position, but it may be arranged at a position other than the beam waist, for example, near the light source 1, or one or more phase shift elements may be arranged. It may be arranged and configured.

第11図は本発明の位相シフト素子を用いて半導体レー
ザの非点隔差を補正するようにした第7実施例の光学系
の要部概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a seventh embodiment in which the astigmatism difference of a semiconductor laser is corrected using the phase shift element of the present invention.

同図において半導体レーザより成る光源部1から放射さ
れた回転非対称のレーザビームは第1集光レンズ21に
より集光され回転非対称な形状のビームスポットを形成
る。このビームスポット位置近傍に第4図で説明したの
と同様の位相シフト素子4を配置している。この位相シ
フト素子4の第4図(B)で示す第1領@11と第2傾
城12との通過光束の位相差は180度であり、又その
半径は各々A=0.7mm、B=2μmである。
In the figure, a rotationally asymmetrical laser beam emitted from a light source section 1 made of a semiconductor laser is focused by a first condenser lens 21 to form a rotationally asymmetrical beam spot. A phase shift element 4 similar to that explained in FIG. 4 is arranged near this beam spot position. The phase difference of the light flux passing through the first region @ 11 and the second inclined wall 12 shown in FIG. 4(B) of this phase shift element 4 is 180 degrees, and the radius thereof is A=0.7 mm and B= It is 2 μm.

位相シフト素子4を通過したレーザビームは第2集光レ
ンズ23で集光され像面86にビームスポットを形成す
る。
The laser beam that has passed through the phase shift element 4 is condensed by the second condenser lens 23 to form a beam spot on the image plane 86 .

本実施例では半導体レーザ1の発光面と位相シフト素子
4そして像面86は互いに光学的に共役な関係となって
いる。
In this embodiment, the light emitting surface of the semiconductor laser 1, the phase shift element 4, and the image surface 86 are in an optically conjugate relationship with each other.

本実施例では第1集光レンズ21の集光点近傍に位相シ
フト素子4を配置することにより前述したようにX方向
及びX方向のいずれの方向に対してもレーザビームの光
発散原点か位相シフト素子4の位置となるように設定し
ている。これにより像面86において非点隔差のない良
好なるビームスポットを形成している。
In this embodiment, by arranging the phase shift element 4 in the vicinity of the condensing point of the first condensing lens 21, the light divergence origin of the laser beam can be adjusted in both the X direction and the phase direction. It is set to be the position of the shift element 4. As a result, a good beam spot with no astigmatism difference is formed on the image plane 86.

このように本実施例によれば位相シフト素子4を新たな
点光源と見なした各種システムに対応したレーザ光源に
非点隔差のない良好なるビームスポットが得られるレー
ザ装置を構成することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to construct a laser device that can obtain a good beam spot without astigmatism as a laser light source compatible with various systems in which the phase shift element 4 is regarded as a new point light source. .

尚、以上の各実施例に係る位相シフト素子の形状として
は第1図(A)に限られるものではなく、例えば第12
図(A)〜(F)に示すようなものが適用可能である。
Note that the shape of the phase shift element according to each of the above embodiments is not limited to that shown in FIG.
Those shown in Figures (A) to (F) are applicable.

同図において11は第1領域、12は第2領域、斜線部
は遮光領域を示す。第1領域11と第2領域12は通過
光束間に互いに180度(1/2波長)の位相差かつく
ように構成されている。
In the figure, 11 indicates a first region, 12 indicates a second region, and the shaded area indicates a light-shielding region. The first region 11 and the second region 12 are configured so that there is a phase difference of 180 degrees (1/2 wavelength) between the passing light beams.

本発明のレーザ装置としては前述の実施例の他に例えば
レーザビームプリンタ、レーザ顕微鏡、走査光学系を用
いたレチクル描画装置等に適用することができる。
In addition to the embodiments described above, the laser device of the present invention can be applied to, for example, a laser beam printer, a laser microscope, a reticle drawing device using a scanning optical system, and the like.

(発明の効果) 本発明によれば前述したような位相シフト素子を光学系
の所定位置に配置することにより、半導体レーザを用い
たときはレーザ光の非点隔差を補正することがてき、又
焦点深度を大きく維持しつつ光学系のNAより決まるビ
ームスポット径よりも小さなスポット径を所定面上に形
成することがてき例えば画像形成等においては高解像力
化か可能なレーザ装置を達成することかできる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, by arranging the phase shift element as described above at a predetermined position of the optical system, it is possible to correct the astigmatism difference of laser light when a semiconductor laser is used, and The aim is to achieve a laser device that can form a spot diameter smaller than the beam spot diameter determined by the NA of the optical system on a predetermined surface while maintaining a large depth of focus, and can achieve high resolution in image formation, for example. can.

又、本発明によれば半導体素子製造用の露光装置(ステ
ッパー)に位相シフト法を通用する場合とは異なりレチ
クル面上の全ての開ロバターンに沿って位相シフト領域
を形成する必要はなく、位相シフト領域を光学系の光軸
近傍の一カ所に配置すれば良いので装置全体を簡素化す
ることかてきるという特長を有している。
Further, according to the present invention, unlike the case where the phase shift method is applied to an exposure apparatus (stepper) for manufacturing semiconductor devices, it is not necessary to form a phase shift region along all the open patterns on the reticle surface. It has the advantage that the entire apparatus can be simplified because the shift region need only be placed at one location near the optical axis of the optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)、(B)は本発明の位相シフト素子の要部
概略図、第2図(A)、(B)は本発明の位相シフト素
子を通過する光束の波面状態を示す説明図、第3図(A
)〜(C)は本発明の位相シフト素子を通過する光束の
複素振幅分布と像面上の強度分布の説明図、第4図(A
)、(B)は本発明の位相シフト素子を用いてレーザ光
の非点隔差を補正する際の光学系をシミュレーション結
果の説明図、第5図〜第11図は各々本発明の位相シフ
ト素子を用いたレーザ装置の第1〜第7実施例の光学系
の要部概略図、第12図は本発明の位相シフト素子の他
の実施例の説明図、第13図は従来の半導体レーザの非
点隔差を示す説明図、第14図は従来のレーザ装置の要
部概略図である。 図中、1は光源部、2,5はコリメータレンズ、3,8
1は集光レンズ、4,41.42は位相シフト素子、6
はシリンドリカルレンズ、7は回転多面鏡、8はf−θ
レンズ系、9は被走査面、10はビームスポット、11
は第1領域、12は第2領域、13遮光領域、20はH
6Ncレーザ、21は第1集光レンズ、22はA10変
調器、23は第2集光レンズ、24はコリメータレンズ
、25はビームエキスパンダー82は対物レンズ、83
は光メモリ媒体、84はビームスプリッタ−185は光
検出器である。 第1図 し−Y−ノ 第 図 ビームウェスト位置近傍に配むされた 位相シフト素子の前後の波面の状態 物体面(位相シフト素子)出射直後の 複素4&i@分布 平成 3年 8月30日
FIGS. 1(A) and (B) are schematic diagrams of main parts of the phase shift element of the present invention, and FIGS. 2(A) and (B) are explanations showing the wavefront state of the light flux passing through the phase shift element of the present invention. Figure, Figure 3 (A
) to (C) are explanatory diagrams of the complex amplitude distribution of the light beam passing through the phase shift element of the present invention and the intensity distribution on the image plane, and FIG.
) and (B) are explanatory diagrams of the simulation results of the optical system when correcting the astigmatism difference of laser light using the phase shift element of the present invention, and FIGS. 5 to 11 each illustrate the phase shift element of the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram of another embodiment of the phase shift element of the present invention, and FIG. 13 is a diagram of a conventional semiconductor laser. FIG. 14, which is an explanatory diagram showing the astigmatism difference, is a schematic diagram of the main part of a conventional laser device. In the figure, 1 is a light source, 2 and 5 are collimator lenses, and 3 and 8
1 is a condenser lens, 4, 41.42 is a phase shift element, 6
is a cylindrical lens, 7 is a rotating polygon mirror, 8 is f-θ
Lens system, 9 is a surface to be scanned, 10 is a beam spot, 11
is the first region, 12 is the second region, 13 is the light shielding region, 20 is H
6Nc laser, 21 is a first condensing lens, 22 is an A10 modulator, 23 is a second condensing lens, 24 is a collimator lens, 25 is a beam expander 82 is an objective lens, 83
84 is a beam splitter, and 185 is a photodetector. Figure 1-Y-Figure State of the wavefront before and after the phase shift element arranged near the beam waist position Complex 4&i @ distribution immediately after exit from the object surface (phase shift element) August 30, 1991

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定波長の光に対して透明な第1領域と該第1領
域の周囲に該第1領域を通過する光に対して所定の位相
差を有する第2領域とを設けたことを特徴とする位相シ
フト素子。
(1) A first region that is transparent to light of a predetermined wavelength and a second region that has a predetermined phase difference with respect to light passing through the first region is provided around the first region. Phase shift element.
(2)前記所定の位相差は180度であることを特徴と
する請求項1記載の位相シフト素子。
(2) The phase shift element according to claim 1, wherein the predetermined phase difference is 180 degrees.
(3)レーザ光源の光出射端面近傍又は該光出射端面と
共役な位置近傍又は該レーザ光源から出射したレーザ光
のビームウェスト近傍に該レーザ光に対して透明な第1
領域と該第1領域の周囲に該第1領域を通過するレーザ
光に対して所定の位相差を有する第2領域とを有する位
相シフト素子を配置したことを特徴とするレーザ装置。
(3) A first lens transparent to the laser beam located near the light emitting end face of the laser light source, near a position conjugate to the light emitting end face, or near the beam waist of the laser light emitted from the laser light source.
A laser device comprising a phase shift element having a region and a second region having a predetermined phase difference around the first region with respect to a laser beam passing through the first region.
(4)前記所定の位相差は180度であることを特徴と
する請求項3記載のレーザ装置。
(4) The laser device according to claim 3, wherein the predetermined phase difference is 180 degrees.
(5)前記ビームウェストは前記レーザ光源から出射し
たレーザ光を集光光学系で集光して形成されていること
を特徴とする請求項4記載のレーザ装置。
(5) The laser device according to claim 4, wherein the beam waist is formed by condensing laser light emitted from the laser light source using a condensing optical system.
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