DE3689344T2

DE3689344T2 - Laserstrahlscanner und Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3689344T2
Application number: DE86401720T
Authority: DE
Inventors: Shin-Ya Hasegawa; Hiroyuki Ikeda; Takefumi Inagaki; Masayuki Kato; Fumio Yamagishi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2006-08-01
Also published as: DE3689344D1; EP0214018A3; CA1320855C; EP0214018A2; EP0214018B1; US4957336A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geradlinigen Hochpräzisions-Laserstrahlscanner und sein Herstellungsverfahren. Der Scanner kann das Formen eines von einem Diodenlaser erzeugten Laserstrahls vornehmen, den Einfluß des Zitterns eines Abtaststrahls auf Grund des Moden-Hopping des Halbleiterlasers unterdrücken und die Aberration des Scanstrahls verringern.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Laserstrahlscanner mit einer holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Erzeugen einer optimalen einfallenden Welle und ein Verfahren zur Herstellung der holographischen Linse.
Des weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms, bei welchem ein erforderlicher Astigmatismus unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen einer Rekonstruktionswellenlänge und einer Konstruktionswellenlänge erhalten werden kann.
Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms, welches für eine hybride holographische Linse verwendet wird. Die hybride holographische Linse hat eine Zusammensetzung, um eine optische sphärische Linse nahe an ein ebenes Plattenhologramm zu bringen, oder um ein Hologramm auf der optischen sphärischen Linse herzustellen, und sie hat auch ein Merkmal, daß ein weiter Bildkreis realisiert wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms, auf welches eine Objektwelle leicht zum Einfallen gebracht werden kann.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Laserstrahlscanner, der die Verschlechterung eines Scanstrahldurchmessers auf Grund des Einflusses der Variation einer Oszillationswellenlänge eines Halbleiterlasers in Abhängigkeit von seinem Produktionslos unterdrücken kann.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Beim geradlinigen Präzisionsscannen eines Laserstrahls für einen Laserdrucker findet ein Laserstrahlscanner Beachtung, bei dem ein holographischer Scanner, der kompakt, leichtgewichtig, kostengünstig, einfach in der Struktur und einfach zu bilden ist- verwendet wird, anstatt eines Polygonspiegels, der einen komplexen und teueren Polygondrehspiegel verwendet.
Bekannte Laserstrahlscanner sind in den Japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) Nr.57-2018, 58-172617, 56-70517, 57-181523, etc., geoffenbart.
Diese bekannten Laserstrahlscanner zeigen jedoch Probleme, wie eine Aberration des Scanstrahls auf Grund einer Differenz der für die Konstruktion eines Hologramms und der für die Rekonstruktion des Hologramms zu verwendenden Wellenlänge sowie die Erzeugung einer Aberration auf Grund der Variation von Wellenlängen und des Moden-Hopping eines Laserstrahls, so daß ein hochzuverlässiges Laserstrahlscannen nicht realisiert wird.
Eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Laserstrahlscanvorrichtung ist in der EP-A-0 132 956 geoffenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserstrahlscanner vorzusehen, mit einer Strahlquelle zum Erzeugen eines Halbleiterlaserstrahls; einem im wesentlichen ebenen Drehhologramm mit variabler Raumfrequenz zum Beugen des genannten Halbleiterlaserstrahls, um einen Scanstrahl auf einer zu scannenden Fläche zu bilden; und einem im wesentlichen ebenen stationären Aberrationskorrekturhologramm, das mit einer Objektwelle und einer Referenzwelle, die an einem stationären Hologrammsubstrat interferiert werden, derart konstruiert ist, daß eine Aberration des Scanstrahls auf der zu scannenden Fläche korrigiert wird, wobei die Objektwelle eine Kugelwelle mit einer Aberration, einer Wellenlänge, die kürzer ist als jene des Halbleiterlaserstrahls, und einem Einfallswinkel ist, der in bezug auf das genannte stationäre Hologrammsubstrat nicht senkrecht sondern geneigt ist, und dadurch gekennzeichnet, daß das genannte stationäre Aberrationskorrekturhologramm zwischen der Strahlquelle und dem Drehhologramm angeordnet ist und in bezug auf das genannte Drehhologramm geneigt ist, um einen geradlinigen Scanner vorzusehen, der gleichzeitig hinsichtlich durch die Wellenlänge induzierter Positionsverschiebungen, Astigmatismus und Komaaberration korrigiert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese sowie andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die bei geschlossenen Zeichnungen hervor, in denen:
Fig. 1(a) eine Seitenansicht ist, welche die Zusammensetzung eines Laserstrahlscanners zeigt;
Fig. 1(b) eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung eines holographischen Scanners zeigt und die Beziehung zwischen der Phase einer einfallenden Welle und der Phase einer gebeugten Welle erläutert;
Fig. 2 eine Seitenansicht ist, die eine konkrete Ausbildung des Laserstrahlscanners zeigt;
Fig. 3(a), (b) und (c) Ansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung einer holographischen Aberrationskorrekturlinse zeigen;
Fig. 4(a) eine Ansicht ist, die ein Aberrationsmuster einer gebeugten Scanwelle zeigt, das durch den in Fig. 2 dargestellten Laserstrahlscanner erzeugt wird;
Fig. 4(b) eine Ansicht ist, die einen Strahldurchmesser auf einer zu scannenden Fläche zeigt,
Fig. 5 eine Ansicht ist, die ein Aberrationsmuster einer gebeugten Scanwelle zeigt, wobei eine Sammellinse verwendet wird;
Fig. 6 eine Ansicht ist, die ein ideales Aberrationsmuster einer gebeugten Scanwelle zeigt, um den in Fig. 4(b) dargestellten Strahldurchmesser zu erhalten;
Fig. 7(a) eine Ansicht ist, die ein Verfahren zur Herstellung einer holographisches Linse zeigt, das eine divergierende Welle von einem Halbleiterlaser in eine ebene Welle umwandelt;
Fig. 7(b) eine Ansicht ist, die ein Verfahren zur Herstellung einer holographischen Linse zeigt;
Fig. 8 eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer holographischen Linse eines Laserstrahlscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung des Laserstrahlscanners zeigt;
Fig. 10 eine Ansicht ist, die eine Ausführungsform einer Ausbildung des Laserstrahlscanners zeigt;
Fig. 11(a), (b) und (c) Punktdiagramme sind, die durch eine holographische Linse gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Scanstrahlen zeigen;
Fig. 12(a), (b) und (c) Punktdiagramme sind, die Scanstrahlen gemäß einer optimalen einfallenden Welle ΦIN (Gleichung (9)) zeigen;
Fig. 13(a) und (b) Ansichten sind, welche die Zusammensetzung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 14 eine erläuternde Ansicht eines Astigmatismus ist;
Fig. 15(a), (b) und (c) erläuternde Ansichten des Prinzips der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 16(a) und (b) Ansichten sind, welche die Zusammensetzung einer Ausführungsform eines Hologramms gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 17(a) und (b) Ansichten sind, die eine durch ein Hologramm gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Wellenfrontaberration zeigen;
Fig. 18 eine Seitenansicht ist, welche die Zusammensetzung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 19 eine Ansicht ist, welche die Beziehung zwischen der Wellenfrontaberration und NA in der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform zeigt;
Fig. 20 eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Holgramms gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 21 eine Seitenansicht eines Scanners ist, bei dem die durch das Verfahren von Fig. 20 hergestellte holographische Korrekturlinse verwendet wird;
Fig. 22 eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung einer hybriden holographischen Linse zeigt;
Fig. 23(a) und (b) Ansichten sind, die eine Aberration durch ein Hologramm bei einer Rekonstruktionswellenlänge erläutern;
Fig. 24(a) und (b) Ansichten sind, die eine Aberration durch ein Hologramm bei einer Konstruktionswellenlänge erläutern;
Fig. 25 eine Ansicht ist, die das Prinzip einer Aberrationskorrektur erläutert;
Fig. 26 eine Ansicht ist, welche die Zusammensetzung einer plan Konvexlinse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 27 eine Ansicht ist, die den Betrag zeigt, um den eine Sinus-Bedingung nicht erfüllt wird;
Fig. 28 eine Ansicht ist, die eine Ausführungsform eines Laserstrahlscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 29(a), (b) und (c) Punktdiagramme sind, die Strahldurchmesser der in Fig. 28 dargestellten Ausführungsform zeigen;
Fig. 30 eine Ansicht ist, die eine Ausführungsform des Laserstrahlscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 31 eine Ansicht ist, welche die Beziehung zwischen der Verschiebung Δλ&sub2; eines Halbleiterlasers 13 von einer ausgebildeten Wellenlänge und einer Distanz fl vom Halbleiterlaser 13 zum Rekonstruktionszentrum einer holographischen Linse 21 zeigt;
Fig. 32(a) eine perspektivische Ansicht ist, die das Prinzip eines bekannten Laserstrahlscanners zeigt' bei dem eine holographische Linse verwendet wird;
Fig. 32(b) eine Seitenansicht des bekannten Strahlscanners ist;
Fig. 33(a) eine perspektivische Ansicht ist, welche die Zusammensetzung eines bekannten Beispiels zur Lösung eines Aberrationsproblems zeigt;
Fig. 33(b) eine Ansicht ist, die ein Herstellungsverfahren der in Fig. 33(a) dargestellten Aberrationskorrektur- Hologrammlinse zeigt;
Fig. 34(a) eine perspektivische Ansicht ist, die das Prinzip eines bekannten Beispiels zur Lösung eines Moden- Hopping-Problems zeigt;
Fig. 34(b) eine Seitenansicht der bekannten Struktur von Fig. 34(a) ist;
Fig. 35 eine Seitenansicht ist, welche die Zusammensetzung eines konkreten bekannten Beispiels zur Lösung des Moden-Hopping-Problems zeigt;
Fig. 36(a) eine Seitenansicht ist, welche die Grundzusammensetung eines weiteren konkreten bekannten Beispiels zur Lösung des Moden-Hopping-Problems zeigt;
Fig. 36(b) eine Seitenansicht ist, welche die Zusammensetzung eines weiteren konkreten bekannten Beispiels zur Lösung des Moden-Hopping-Problems zeigt;
Fig. 37(a) und (b) Ansichten sind, welche die Zusammensetzung eines bekannten Beispiels einer hybriden holographischen Linse zeigen;
Fig. 38(a) und (b) Ansichten sind, die ein weiteres bekanntes Beispiel der hybriden holographischen Linse zeigen;
Fig. 39 eine schematische Darstellung ist, die einen Laserstrahlscanner zeigt, auf dem die vorliegende Erfindung basiert;
Fig. 40 eine schematische Konstruktionsansicht eines holographischen Scanners gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 41 eine teilweise detaillierte auseinandergezogene Ansicht des Scanners von Fig. 40 ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Erläuterung des Standes der Technik zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig. 32 ist eine Ansicht, die das Prinzip einer bekannten Laserstrahlscanvorrichtung zeigt, bei der ein Hologramm verwendet wird. In diesem bekannten Beispiel wird ein in der Japanischen Patentanmeldung Nr.57-2018 von diesem Anmelder et al. geoffenbartes Verfahren eingesetzt. Fig. 32(a) ist eine perspektivische Ansicht, in der ein holographischer Scanner 14 (eine holographische Scanlinse) eine Scheibe ist, die mit einer Vielzahl interferometrischer Zonenplatten (IZPs) versehen ist, wobei jede von diesen gebildet wird, indem eine kohärente ebene Welle mit kurzer Wellenlänge und eine Kugelwelle erzeugt werden, und indem die Wellen veranlaßt werden, auf einer lichtempfindlichen Platte miteinander zu interferieren. Wenn ein Halbleiterlaserstrahl 16, der eine divergierende Welle ist, als Rekonstruktionswelle auf den holographischen Scanner 14 gestrahlt wird, bildet sein gebeugter Strahl 17 ein Bild auf einer Photoleitertrommel 15 ab. Gemäß der Drehung des holographischen Scanners 14 wird eine vorherbestimmte Fläche auf der Trommel 15 geradlinig für die Anzahl der IZPs pro Umdrehung des holographischen Scanners 14 gescannt. Der holographische Scanner 14 hat nämlich die Funktion eines Scanners sowie die Funktion einer Abbildungslinse, d. h. die Funktion der Strahlfokussierung.
Zur Erhöhung der Auflösung auf der Photoleitertrommel 15 soll ein Durchmesser des durch den gebeugten Strahl 17 auf der Photoleitertrommel 15 abgebildeten Bildes so klein wie möglich gemacht werden. Daher soll ein Durchmesser DH eines auf den holographischen Scanner 14 eingestrahlten Strahls gemäß der Beugungstheorie vergrößert werden.
Wenn der Strahldurchmesser DH vergrößert wird, werden jedoch ein Astigmatismus und eine Komaaberration erzeugt, die das Problem bewirken, daß im Gegensatz zur erforderlichen Verringerung des Durchmessers des Abbildungsstrahls auf der Photoleitertrommel 15 durch Erhöhen des Strahldurchmessers DH ein Abbildungspunkt auf der Photoleitertrommel 15 nicht an einem Punkt fixiert ist.
Abgesehen vom obigen Problem wurde der Halbleiterlaser eine wichtige Laserstrahlquelle für einen holographischen Scanner, da er kompakt, leichtgewichtig, kostengünstig ist und die direkte Modulation ermöglicht. In diesem Fall ist ein Einmodenlaser erforderlich, da, wenn dies nicht zutrifft, eine longitudinale Mode des Halbleiterlasers einen Scanstrahl nicht zu einem Punkt macht. Ein Halbleiterlaser vom index-geführten Typ, der gegenwärtig erhältlich ist, erfüllt die obigen Bedingungen. Auch wenn es sich um einen Einmodenlaser handelt, wird ein Moden-Hopping genanntes Phänomen, bei dem eine Oszillationswellenlänge des Lasers um 0,3 nm bis einige nm verschoben wird, beim GS-Vorspannen durch die Umgebungstemperaturveränderungen, einen leitenden elektrischen Strom und einen angelegten Impuls bewirkt. Wenn das Moden-Hopping verursacht wird, wird der vom holographischen Scanner 14 gebeugte Strahl 17 verschoben, wie durch eine strichlierte Linie 18 angegeben, die in Fig. 32(a) und 32(b) gezeigt ist, welche eine Seitenansicht darstellt, so daß eine gescannte Abbildungsposition auf der Photoleitertrommel 15 um 100 bis 300 um verschoben wird. Dies kann bei der Verwendung des Lasers als geradlinigen Präzisionsscanner für einen Laserdrucker ein ernstes Problem sein, da die Qualität des gedruckten Zeichens verschlechtert wird.
Zur Lösung der obigen Probleme der Aberration und des Moden-Hopping des Scanstrahls wurden einige bekannte Beispiele vorgeschlagen.
Fig. 33 zeigen eine vom Erfinder et al. in der Japanischen Patentanmeldung Nr.58-172617 zur Lösung des Problems der Aberration eines Scanstrahls geoffenbarte Technik. Wie in Fig. 33(a) gezeigt, die eine perspektivische Ansicht ist, wird eine von einer Laserstrahlquelle 19 ausgesandte und durch ein optisches System umgewandelte ebene Welle als konvergierende Kugelwelle durch eine holographische Aberrationskorrekturlinse 20 gebeugt, geschnitten und auf einen holographischen Scanner 21 (eine holographische Scanlinse) eingestrahlt, so daß eine gebeugte Welle 22 ein Bild auf einer Photoleitertrommel 23 scannt und abbildet. Das Prinzip der Technik ist, daß, wenn eine Aberration, die einen Astigmatismus und eine Komaaberration, die im Scanzentrum auf der Photoleitertrommel 23 erzeugt werden, aufhebt, durch die holographische Aberrationskorrekturlinse 20 erzeugt wird, der Astigmatismus und die Komaaberration aufgehoben werden können, so daß ein Bild an einen Punkt im Scanzentrum auf der Photoleitertrommel 23 abgebildet wird. Fig. 33(b) ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse 20 zur Erzeugung der Aberration zeigt. Eine ebene Welle 22 von einer Laserstrahlquelle bildet durch einen Halbspiegel, eine Abbildungslinse 24 und einen Spiegel 25 ein Bild an einem Bildabbildungspunkt 26 (entsprechend im Scanzentrum auf der Photoleitertrommel 23) ab. Eine Abbildungswelle 27 wird als divergierende Kugelwelle auf den holographischen Scanner 21 in einer entgegengesetzten Richtung ausgesandt, und ihre gebeugte Welle wird an der Referenzmarke 29 geschnitten sowie als Objektwelle 28 auf die holographische Linse 20 eingestrahlt. Die holographische Linse 20 wird durch die Objektwelle 28 gebildet, welche die vom holographischen Scanner 21 erzeugte Aberration aufhebt, so daß eine ebene Welle, die als regenerierende Welle in eine Richtung der Referenzmarke 31 auf die holographische Linse 20 eingestrahlt wird, den Weg in eine entgegengesetzte Richtung zu der für die Herstellung der holographischen Linse fortschreitet, um ein Bild am Abbildungspunkt 26 mit einer gebeugten Welle ohne Aberration abzubilden. Gemäß der obigen Technik werden die Probleme der Aberration im Scanzentrum gelöst.
Fig. 34(a) ist eine perspektivische Ansicht, die das allgemeine Prinzip eines bekannten Beispiels zur Lösung des Einflusses des Moden-Hopping zeigt. Vor diesem Beispiel wurde ein Verfahren zum Kompensieren einer Aberration vorgeschlagen, die verursacht wird, da ein gebeugter Strahl von einem Hologramm divergiert wird, wenn die Spektralbreite einer ein Hologramm regenerierenden Strahlquelle weit ist. Gemäß dem Verfahren wird ein weiteres Hologramm, das die Beugung in eine zur Beugung durch das vorhergehende Hologramm entgegengesetzte Richtung vornimmt, nach dem vorhergehenden Hologramm angeordnet, um die Aberration zu kompensieren.
((1) C.B. Burckhardt, Bell Syst. Tech. J. 45, 1841 (1966); (2) D.J. DeBitetto, Appl. Phys. Lett. 9, 417 (1966); (3) "Optical Holography" Academic press, N.Y. 1971, 1971, S.502).
Das in Fig. 34(a) gezeigte Beispiel basiert auf der gleichen Idee. Das in Fig. 34(a) gezeigte Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß eine holographische Linse 33 vor einem holographischen Scanner 32 angeordnet ist, wobei die Charakteristik der holographischen Linse 33 ist, daß sie die Beugung in eine zum holographischen Scanner 32 entgegengesetzte Richtung bewirkt. Auf Grund dieser Anordnung wird ein Halbleiterlaserstrahl 35 im allgemeinen eine durch die holographische Linse 33 gebeugte Welle 36 und wird durch den holographischen Scanner 32 gebeugt, um eine konvergierende Welle 37 zu werden, wobei ein Bild auf einer Photoleitertrommel 34 abgebildet wird. Wenn das Moden- Hopping im Halbleiterlaser erzeugt wird, wird der Strahl an der holographischen Linse 33 vertikal nach unten verschoben, wie durch eine in der Seitenansicht von Fig. 34(b) gezeigte strichlierte Linie angegeben. Im holographischen Scanner 32 wird der Strahl jedoch im Gegensatz zum vorhergehenden Fall vertikal nach oben verschoben, wie durch eine strichlierte Linie 39 angegeben, so daß ein Scanpunkt auf der Photoleitertrommel 34 nicht verschoben wird. So wird der Einfluß des Moden-Hopping eliminiert.
Fig. 35 ist eine Ansicht, die eine in der Japanischen Patentanmeldung Nr.56-70517 geoffenbarte Technik als bekanntes Beispiel zeigt, bei dem die obige Technik verwendet wird. In diesem bekannten Beispiel, das ziemlich gleich ist wie das in Fig. 34 dargestellte Beispiel, wird ein Halbleiterlaserstrahl 40 einmal durch eine holographische Linse 41 gebeugt, und durch einen holographischen Scanner 42 zur Abbildung eines Bildes auf einem Schirm 43 gebeugt und gescannt.
Fig. 36(b) ist eine Ansicht, die eine in der Japanischen Patentanmeldung Nr.57-181523 geoffenbarte Technik als weiteres bekanntes Beispiel zeigt, bei dem die in Fig. 34 dargestellte Technik verwendet wird. Wie in Fig. 36(a) dargestellt, wird ein Halbleiterlaserstrahl durch ein optisches System 44 in eine ebene Welle 45 umgewandelt sowie von einem holographischen Scanner 46 gebeugt und gescannt, um eine gebeugte ebene Welle 47 zu bilden, durch die ein Bild durch eine Abbildungslinse 48 und einen Spiegel 49 auf einem Schirm 50 abgebildet wird. Verglichen mit dem in Fig. 36(a) gezeigten Beispiel offenbart das in Fig. 36(b) dargestellte Beispiel das Einsetzen einer holographischen Korrekturlinse 51 und die konkrete Anordnung der Linse 51, etc.
Unter den bekannten Beispielen offenbart das in Fig. 33 gezeigte Beispiel zur Lösung der Aberration ein Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse, wie in Fig. 36(b) dargestellt. Wenn die Verwendung eines Halbleiterlaserstrahls in diesem bekannten Beispiel festgelegt wird, ist der gleiche Halbleiterlaser als Welle zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse einzusetzen. Es gibt jedoch im allgemeinen kein hocheffizientes lichtempfindliches Material, das eine lange Wellenlänge, wie die Wellenlänge eines Halbleiterlaserstrahls, als Hologramm aufzeichnen kann, und das bekannte Beispiel offenbart keine Technik zur Lösung des Problems. Da ein auf die holographische Aberrationskorrekturlinse einfallender Strahl eine ebene Welle ist, ist ein vom Laser eingestrahlter Strahl durch einen Kollimator mit einer Vielzahl von Linsen zur ebenen Welle geändert werden.
Andererseits offenbart das in Fig. 35 gezeigte Beispiel eine Grundidee zur Eliminierung des Einflusses des Moden- Hopping, hat jedoch den Nachteil, daß es kein Mittel zur Anwendung dieser Idee auf einen praktischen Laserstrahlscanner offenbart.
Obwohl das in Fig. 36 gezeigte bekannte Beispiel eine konkrete Anwendung offenbart, gilt es nur für jene, bei der eine ebene Welle als Rekonstruktionswelle verwendet wird. Da der holographische Scanner eine festgelegte Raumfrequenz aufweist, hat er keine optische Energie, so daß der teure Kollimator 44 und die Abbildungslinse 48 vorzusehen sind.
Zur Realisierung eines geradlinigen Laserstrahlscanners, der kostengünstig ist und eine hohe Genauigkeit aufweist, um die obigen Probleme gleichzeitig zu eliminieren, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserstrahlscanner mit einem Halbleiterlaser, einer holographischen Aberrationskorrekturlinse und einer holographischen Scanlinse vorzusehen, ohne zusätzliche Optik zu verwenden, um die Probleme des Astigmatismus, der Komaaberration und des Moden-Hopping eines Scanstrahls zu lösen sowie den Strahl von einem Halbleiterlaser zu formen und die Scancharakteristik (Geradlinigkeit der Scan-linie, etc.) auf Grund der Variation einer Oszillations-Wellenlänge des Halbleiterlasers zu absorbieren, die in Abhängigkeit von seinem Produktionslos verursacht wird. Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein konkretes Bildungsverfahren des Laserstrahlscanners vor.
Zur Lösung der vorstehend erwähnten Probleme sieht die vorliegende Erfindung einen Laserstrahlscanner und sein Herstellungsverfahren vor.
In den folgenden Beispielen ist es klar, daß Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung das stationäre Hologramm aufweisen, das in bezug auf das Drehhologramm geneigt ist, um durch die Wellenlänge induzierter Positionsverschiebungen des Scanstrahls zu korrigieren.
In der oben erwähnten Anordnung des Laserstrahlscanners wird eine divergierende Kugelwelle, die vom Halbleiterlaser abgestrahlt wird, zum Einfallen in die holographische Aberrationskorrekturlinse gebracht und in eine Wellenfront mit einer Aberration umgewandelt, die den Astigmatismus und die Komaaberration eines durch die holographische Scanlinse erzeugten Scanstrahls auf der zu scannenden Fläche aufhebt. Die so von der holographischen Aberrationskorrekturlinse umgewandelte, gebeugte Welle wird zum Einfallen in die holographische Scanlinse gebracht, und eine davon gebeugte Welle wird als konvergierende Kugelwelle auf der zu scannenden Fläche gescannt, um ein Bild zu formen. Zu diesem Zeitpunkt werden der Astigmatismus und die Komaaberration, die von der holographischen Scanlinse erzeugt wurden, durch die vorstehend erwähnte Aberration korrigiert, um den Astigmatismus und die Komaaberration auf der zu scannenden Fläche zu reduzieren. Gemäß der Erfindung wird durch Einstellen eines Beugungswinkels der holographischen Aberrationskorrekturlinse auf einen Winkel, in dem die Änderung von Scanpunkten auf der zu scannenden Fläche auf Grund der gebeugten Welle von der holographischen Scanlinse in bezug auf das Hopping der longitudinalen Mode des Halbleiterlasers verringert ist, und das Zittern des Scanstrahls ist herabgesetzt.
Beim Herstellungsverfahren des obigen Laserstrahlscanners wird das Aberrationskorrekturhologramm derart ausgebildet, daß ein Strahl mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als die Wellenlänge λ&sub2; eines Halbleiterlaserstrahls verwendet wird, der zu einer Referenzwelle gemacht wird, indem eine sphärische Aberration durch eine optisches Zusatzsystem erzeugt wird, und ein Strahl mit der gleichen Wellenlänge λ&sub1; wird zu einer Ovjektwelle gemacht, durch Erzeugen eines Astigmatismus und einer Komaaberration durch ein optisches Zusatzsystem zusätzlich zum Astigmatismus und zu der Komaaberration, die durch die holographische Scanlinse gleichförmig für die gesamte Scanbreite erzeugt werden, so daß die holographische Aberrationskorrekturlinse gebildet werden kann, um die obige Wirkung mit dem Rekonstruktionsstrahl der Wellenlänge λ&sub2; vom Halbleiterlaser zu zeigen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert beschrieben. (Zusammensetzung und Betrieb des Laserstrahlscanners (Fig. 1(a)).
Fig. 1(a) ist eine Seitenansicht, welche die Zusammensetzung eines Laserstrahlscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine von einem Halbleiterlaser 2 abgestrahlte divergierende Kugelwelle 4 wird zum Einfallen in eine holographische Aberrationskorrekturlinse 1 gebracht. Eine gebeugte Welle 5 mit einem Strahldurchmesser DH von der holographischen Linse 1 wird zum Einfallen in einen holographischen Scanner (holographische Scanlinse) 3 gebracht, die eine scheibenartige Form hat und rund um einen Welle 3a gedreht wird. Eine gebeugte Welle 6, die eine konvergierende Kugelwelle vom holographischen Scanner 3 ist, bildet ein Bild an einem Abbildungspunkt 7 auf einer Photoleitertrommel (nicht dargestellt) ab, um das Scannen gemäß der Drehung des holographischen Scanners 3 vorzunehmen.
In der obigen Anordnung wird die holographische Aberrationskorrekturlinse 1 auf einen richtigen Beugungswinkel eingestellt, der nachstehend beschrieben wird, so daß der Abbildungspunkt 7 in bezug auf das Hopping in einer longitudinalen Mode des Halbleiterlasers 2 nicht verschoben wird. Gleichzeitig wird die holographische Aberrationskorrekturlinse 1 gebildet, um eine Wellenfront mit einer Aberration zu bilden, die eine vom Halbleiterlaser 2 abgestrahlte divergierende Welle aufnimmt und dann den vom holographischen Scanner 3 erzeugten Astigmatismus und die Komaaberration aufhebt, so daß eine Aberration am Abbildungspunkt 7 verringert wird. Es wird überlegt, wie die einfallende Wellenfront beschaffen sein soll, um die Aberration des Scanstrahls auf einer zu scannenden Fläche zu verringern.
In Fig. 1(b) wird unter der Annahme, daß eine Phasentransferfunktion der holographischen Scanlinse 3 ΦH(x, y) ist sowie die Phase einer einfallenden Welle und die Phase einer gebeugten Welle ΦIN(x, y) bzw. ΦOUT(x, y) sind, folgendes festgelegt:
ΦOUT(x, y) = ΦIN(x, y) + ΦH(x, y) . . . (1).
Gemäß einem von diesem Erfinder in der Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.60-194419 geoffenbarten holographischen Scanner, der nachstehend erläutert wird, wird ein Hologramm unter Verwendung eines Strahls mit einer Wellenlänge konstruiert, die kürzer ist als jene eines Rekonstruktionsstrahls. Da die Hologramm-Konstruktionsbedingung nicht gleich ist wie die Hologramm-Rekonstruktionsbedingung wird eine Aberration im allgemeinen in ΦOUT(x, y) bewirkt, wenn keine Aberration in ΦIN(x, y) besteht. Andererseits ist in einer in der Japanischen Patentanmeldung Nr.59-659 geoffenbarten Ausführungsform eine Phasentransferfunktion ΦH(x, y) derart ausgebildet, daß die Aberration so weit wie möglich verringert und die ebene gebündelte Fokussierung erhalten wird.
Unter der Annahme, daß die Phase einer erforderlichen gebeugten Welle Φ(0)/OUT(x, y) ist, geht aus Gleichung (1) hervor, daß eine einfallende Welle, die der folgenden Gleichung entspricht, zum Einfallen gebracht werden soll, um einen Strahldurchmesser mit einer kleineren Aberration zu erhalten.
S: Rekonstruktionszone
Es wird nämlich keine Aberration erhalten, d. h. ΦOUT(x, y) = Φ(0)/OUT(x, y). Die Phase einer erforderlichen gebeugten Welle entspricht einer konvergierenden Kugelwelle, die keine Aberration auf der zu scannenden Fläche erzeugt. Da die Rekonstruktionszone gemäß der Drehung der Scheibe geändert wird, wird die Zone nachstehend auf ein Scanzentrum begrenzt.
In Fig. 1(b) wird, wobei eine Strahleinfallszone S auf der Scheibe das Scanzentrum ist, wenn eine einfallende Welle der Gleichung (2) für alle Punkte in der Rekonstruktionszone S entspricht, die Aberration zumindest im Scanzentrum vollständig eliminiert. Daher ist die Aberrationskorrekturlinse derart ausgebildet, daß die der Gleichung (2) entsprechende gebeugte Welle 5 abgestrahlt wird.
In Fig. 1(a) wird unter der Annahme, daß ein Einfallswinkel in bezug auf die holographische Aberrationskorrekturlinse 1 Ra und ein Beugungswinkel Rb ist, der Strahldurchmesser des divergierenden Strahls 4 des Halbleiterslasers in einer Richtung parallel zu einer Ebene der Figur um das (cos Rb/cos Ra)-fache geändert.
Ein Strahl des Halbleiterlasers ist im allgemeinen ein elliptischer Strahl in einem Fernfeldbild. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine Austrittsöffnung in einer Richtung parallel zu einem Übergangsteil groß und dieselbe in einer Richtung vertikal zum Übergangsteil klein ist, so daß ein gebeugtes Fernfeldbild in senkrechter Richtung zum Übergangsteil größer wird als in der Richtung parallel zum Übergangsteil. Allgemein wird ein Paar einer Zylinderlinse und eines Prismas, die teuer sind, zum Richten des elliptischen Strahls verwendet. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Richtung senkrecht zum Halbleiterlaser-Übergangsteil, d. h. die Richtung des weiteren divergierenden Winkels des Strahls, parallel zur Ebene der Figur gesetzt, so daß der Strahl in Richtung des weiteren divergierenden Winkels um einen Faktor von (cos Rb/cos Ra) geändert wird. Folglich kann die Strahlrichtung leicht durchgeführt werden.
Auf Grund der obigen Funktion kann mit einer einfachen Zusammensetzung, die einen Halbleiterlaser, eine holographische Aberrationskorrekturlinse und einen holographischen Scanner (eine holographische Scanlinse) umfaßt, ein gesamtholographischer Laserstrahlscanner ohne jegliche andere Zusatzoptik vorgesehen werden, während er kostengünstig und hochzuverlässig bleibt. Dieser Laserstrahlscanner hat eine Strahlrichtfunktion und kann gleichzeitig den Astigmatismus, die Komaaberration und das Moden-Hopping lösen.
(Konkrete Ausbildung der Laserstrahlvorrichtung (Fig. 2))
Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein konkretes Ausbildungsbeispiel der in Fig. 1(a) gezeigten Laserstrahlvorrichtung zur Verhinderung des Einflusses des Moden-Hopping zeigt. Als Ausbildungsparameter des geradlinig scannenden holographischen Scanners 3 sind Distanzen vom Scanner 3 zu zwei divergierenden Kugelwellenquellen A&sub1; bzw. A&sub2; zum Zeitpunkt der Bildung auf fH1 = fH2 = 125,7 mm gesetzt; wobei ein Radius von einem zentralen Schaft 3a zu einem Hologrammeinfallspunkt P R = 40 mm beträgt; Distanzen auf einer y-Koordinate vom Hologrammeinfallspunkt P zu den Strahlquellen A&sub1; bzw. A&sub2; R = 40 mm sind; und ein Hologrammeinfallswinkel R&sub1; = 47,25º ist. In der Ausbildung wird angenommen, daß ein He-Cd-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 325 nm zur Konstruktion des Hologramms und ein Halbleiterlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 787 nm zur Rekonstruktion des Hologramms verwendet werden. In diesem Fall beträgt ein Beugungswinkel im Scanzentrum 47,25º. Das obige Laserstrahlscanverfahren basiert auf dem von diesem Erfinder in der Japanischen Patentanmeldung Nr.59-659 geoffenbarten Verfahren.
Die Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.60-194419 ist eine Verbesserung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 57-2018, welche die Nachteile aufweist, daß die Variation einer Scanposition auf Grund des Zentrierungsfehlers und Wobbelns der Scheibe groß ist und die Beugungseffizienz klein ist, da die Bragg-Winkelbedingung nicht erfüllt wird.
Eine Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers variiert um etwa ± 10 nm gemäß dem Produktionslos. Ein Mittelwert der Wellenlänge beträgt allgemein 787 nm, die als Rekonstruktionswellenlänge eingestellt wird. Die Verschlechterung der Scancharakteristik, wie einer Geradlinigkeit der Scanlinie auf Grund der Variation von ± 10 nm in der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers, kann durch die vorliegende Erfindung verhindert werden. Dies wird nachstehend beschrieben.
Es erfolgt eine Erläuterung, wie ein Beugungswinkel der holographischen Aberrationskorrekturlinse einzustellen ist. Da der Einfallswinkel der holographischen Scanlinse R&sub1; = 47,25º ist, ist ein Einfallswinkel der gebeugten Welle 5 auch R&sub1; = 47,25º. Aus Fig. 2 ergibt sich tan R&sub1; = (ay - R)/a. Da R = 40 mm, werden a = 10 mm und ay = 50,8 mm gesetzt. In dieser wie oben erwähnt eingestellten Laserstrahlvorrichtung wird eine Wellenlänge des Halbleiterlasers mit 787 nm angenommen, und der Scanpunkt wird sogar nach dem Hopping von 1 Mode = 0,3 nm zum Abbildungspunkt 7 zurückgeführt, wenn ein Verschiebungswinkel ΔRd eines Ausrittswinkels der gebeugten Welle 5 von der holographischen Aberrationskorrekturlinse 1 0,04534º beträgt, wie gemäß der numerischen Berechnung gefunden wird. Unter der Annahme, daß ein zentraler Beugungswinkel der holographischen Aberrationskorrekturlinse 1 Rd ist; der Betrag der Verschiebung der Wellenlänge auf Grund des Moden-Hopping Δλ&sub2; ist; und eine zentrale Raumfrequenz der holographischen Linse 1 "f" ist, wird folgendes festgelegt:
Unter der Annahme, daß eine zentrale Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers λ&sub2; ist, wird sie wie folgt ausgedrückt:
Aus Gleichungen (3) und (4) geht folgendes hervor:
Da λ&sub2; = 787 nm = 7,87·10&supmin;&sup4; mm, Δλ&sub2; = 0,3 nm = 0,3·10&supmin;&sup6; mm, und ΔRd = 0,04534 = 0,04534·(π/180)rad, werden diese Werte in Gleichung (5) eingesetzt, wobei Rd = 64,28 erhalten wird. Wenn nämlich der zentrale Beugungswinkel der holographischen Linse 1 auf 64,28 eingestellt wird, wird der Einfluß des Moden-Hopping auf ein Minimum unterdrückt. Demgemäß geht aus Fig. 2 hervor, daß die holographische Aberrationskorrekturlinse 1 um R = Rd - R&sub1; = 64,28 - 47,25 = 17,03º in bezug auf den holographischen Scanner 3 geneigt ist. Obwohl das obige auf Basis des 1-Moden-Hopping gefunden wird, ist der obige Einstellwert für das Hopping einiger Moden wirksam.
Gemäß der oben erwähnten Einstellung kann ein Laserstrahlscanner vorgesehen werden, der den Einfluß des Moden- Hopping unterdrückt.

(Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse (Fig. 3))

Es wird ein Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse 1 im Laserstrahlscanner mit Bezugnahme auf Fig. 3(a) beschrieben. Zuerst wird ein Verfahren zum Korrigieren einer Aberration der holographischen Scanlinse beschrieben. Ein Unterschied zwischen Fig. 2 und Fig. 3(a) liegt darin, daß ein Strahl 8, der zum Einfallen in die holographische Aberrationskorrekturlinse 1 gebracht wird, eine senkrechte ebene Welle eines Halbleiterlaserstrahls ist. Andere Parameter der vorhergehenden Ausbildungswerte werden hier erneut verwendet. Wenn ein Halbleiterlaserstrahl, der eine Rekonstruktionswelle ist, zur Herstellung der in Fig. 3(a) gezeigten holographischen Aberrationskorrekturlinse 1 verwendet wird, gibt es kein lichtempfindliches Material, das den Halbleiterlaserstrahl mit hoher Effizienz als Hologramm aufzeichnen kann. Daher wird die Herstellung der holographischen Linse 1 mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge vorgesehen, die kürzer ist als die des Halbleiterlaserstrahls. In diesem Fall wird angenommen, daß die Wellenlänge des Halbleiterlaserstrahls (Rekonstruktionswelle) Λ&sub2; und die Wellenlänge der Konstruktionswelle λ&sub1; ist. Es gilt nämlich: λ&sub2; > λ&sub1;.
In Fig. 3(a) werden, wenn ein Einfallsstrahldurchmesser DH einer auf einen holographischen Scanner 3 einfallenden Welle 5 vergrößert wird, um einen kleinen Abbildungsstrahldurchmesser an einem Abbildungspunkt 7 klein zu machen, der Astigmatismus und die Komaaberration auf Grund einer durch den holographischen Scanner verursachten Aberration am Abbildungspunkt 7 bewirkt. Daher wird die Herstellungswelle mit der Wellenlänge λ&sub1; der holographischen Linse 1 mit einer Aberration angegeben, die den Astigmatismus und die Komaaberration korrigiert. Eine Wellenfront, welche die folgende Phase erzeugen kann, wenn sie mit dem Strahl der Wellenlänge λ&sub2; rekonstruiert wird, ist nämlich mit der Wellenlänge λ&sub1; zu konstruieren.
ΦIN(x, y) = ΦA(0)/OUT(x, y) - ΦH(x, y)
Gemäß einer Berechnung wurde gefunden, daß eine Aberration bei der Wellenlänge λ&sub1; für obiges eine sogenannte Auswärts- Komaaberration ist. Die Auswärts-Komaaberration kann unter Verwendung einer Linse erzeugt werden. Wenn eine konvergierende Kugelwelle 12, die in Fig. 3(b) um eine Distanz Y&sub2; von einer optischen Achse verschoben gezeigt ist, zum Einfallen in eine Konkavlinse 9 gebracht wird, die unter einem vorherbestimmten Winkel α geneigt ist, wird ihre austretende helle eine auswärts konvergierende Komaaberrationwelle 13. Diese Welle wird zur Bildung der holographischen Linse 1 zu einer Objektwelle gemacht. Die Komaaberrationwelle 13 wird eingestellt, um die gleiche Beziehung wie die in Fig. 3(a) gezeigte gebeugte Welle 5 aufzuweisen, wenn der Halbleiterlaser verwendet wird. Die holographische Linse wird in eine durch die Referenzmarke (*) angegebene Richtung gesetzt. In diesem Fall ist die Herstellungswellenlänge X&sub1; (488 nm, Ar- Laser), und sind die Parameter der Konkavlinse 9: Linsendicke DO1 = 20,99 mm, Brechungsindex 1,552 (Wellenlänge 488 nm), Krümmung R&sub2; = 65 mm, Einfallsposition Y&sub2; = 16,71 mm, Distanz von einem Einfallsfokus zu einer optischen Achse y&sub3; = 28,06 mm, Einfallsbrennweite f&sub2; = 112,3 mm, Neigungswinkel α = 17,7º, Distanz von der Konkavlinse 9 zu einer lichtempfindlichen Hologrammfläche l&sub2; = 140 mm und eine horizontale Distanz vom Zentrum der lichtempfindlichen Hologrammfläche zur Konkavlinse 9 l&sub3; = 81 mm. Folglich wurde die optimale Auswärts-Komaaberrationwelle 13 erhalten. Wie in Fig. 3(b) gezeigt, ist eine Referenzwelle eine vertikale ebene Welle.
Unter Verwendung der wie oben erwähnt gebildeten holographischen Linse 1 wird der in Fig. 3(a) gezeigte Laserstrahlscanner ausgebildet. Natürlich wird ein zentraler Beugungswinkel zu dem Zeitpunkt, zu dem eine senkrechte ebene Welle vom Halbleiterlaser (λ&sub2;) zum Einfallen in die holographische Linse gebracht wird, 64,28º. Die Parameter der in Fig. 3(a) gezeigten Zusammensetzung sind die gleichen wie die der in Fig. 2 gezeigten Zusammensetzung. Der einzige Unterschied ist, daß ein Strahl, der zum Einfallen in die holographische Aberrationskorrekturlinse gebracht wird, eine senkrechte ebene Welle (λ&sub2;) des Halbleiterlasers ist.
In Fig. 3(a) gezeigte strahlverfolgte Punktdiagramme der gebeugten Scanwelle 6 vom holographischen Scanner sind in Fig. 4(a) dargestellt. In diesem Fall hat unter Berücksichtigung, daß der Scanner für einen Laserdrucker verwendet werden kann, ein zu scannendes Objekt A4-Größe (210 mm). Fig. 4(b) ist eine Ansicht, die einen Strahldurchmesser zeigt, der allgemein benötigt wird. Um die beugungsbegrenzte Punktgröße zu erhalten, wird der Scanhologramm-Einfallsstrahldurchmesser DH festgelegt, und es wurde das in Fig. 4(a) gezeigte strahlverfolgte Punktdiagramm erhalten. Eine Abbildungsdistanz ist 337 mm und der Einfallsdurchmesser DH 3,8 mm. Aus der Figur geht hervor, daß die vorliegende Erfindung nahezu das vollständige Scannen ohne Aberration vornehmen kann. Fig. 5 ist eine Ansicht, die einen Strahldurchmesser zeigt, der mit einer einfallenden Welle ohne Aberration in den holographischen Scanner anstatt die holographische Linse 1 erhalten wird. Wie aus der Fig. ersichtlich, kann die vorliegende Erfindung die signifikante Aberrationskorrektur durchführen. Fig. 6 ist eine Ansicht, die eine unter Verwendung der Gleichung ΦIN (x, y) = Φ(0)/OUT(x, y) - ΦH(x, y) berechnete, ideale Aberrationskorrektur zeigt, um den in Fig. 4(b) dargestellten Strahldurchmesser zu erhalten. Daraus geht hervor, daß die Aberrationskorrektur der vorliegenden Erfindung der idealen nahekommt.
Wie oben beschrieben, wurde ein Verfahren zur Herstellung der Aberrationkorrekturwellenfront der holographischen Scanlinse realisiert. Ein Strahl, der zum Einfallen in die holographische Aberrationskorrekturlinse gebracht wird, ist jedoch die senkrechte ebene Welle (λ&sub2;) des Halbleiterlasers, so daß ein optisches System erforderlich ist, das einen divergierenden Strahl des Halbleiterlasers in die senkrechte ebene Welle umwandelt.
Daher wird ein Verfahren zur Aufnahme des divergierenden Strahls des Halbleiterlasers beschrieben.
Um dies zu erreichen, ist ein Verfahren zur Umwandlung des divergierenden Strahls des Halbleiterlasers in eine senkrechte ebene Welle notwendig.
Fig. 7(a) ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Konstruktion einer holographischen Linse zeigt, die eine divergierende Welle in eine senkrechte ebene Welle umwandeln kann. Die divergierende Welle wird von einem Halbleiterlaser mit einer Oszillationswellenlänge von 787 nm abgestrahlt und durch eine Glaskappe (mit einer Dicke von 0,3 mm und einem Brechungsindex von 1,5 als allgemeine Werte) geführt, um eine Aberration aufzuweisen. Die Zahlen 901, 902 und 903 bezeichnen ein Hologramm, eine Laserdiode bzw. einen Laserdiodenchip. Zur Herstellung der holographischen Linse mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als eine Rekonstruktionswellenlänge, ist eine sogenannte positive sphärische Aberrationswelle erforderlich. Da ein Spalt zwischen dem Hologramm und dem die Aberration erzeugenden optischen System allgemein schmäler wird, wird ein Rauschen auf Grund einer multiplen Interferenz bewirkt, so daß die Herstellungswelle nicht leicht zum Einfallen gebracht werden kann. Daher wird eine negative sphärische Aberration einmal geschnitten und als positive sphärische Aberration aufgezeichnet.
In Fig. 7(b) ist die Hologrammherstellungswellenlänge von einem Ar-Laser (488 nm). Wenn eine konvergierende Kugellwelle 10 zum Einfallen in eine Konvexlinse 8 gebracht wird, wird eine austretende Welle hiervon eine negative konvergierende sphärische Aberrationswelle. Wenn die sphärische Aberrationswelle einmal an einem Schnittpunkt R geschnitten wird, kann eine positive konvergierende sphärische Aberrationswelle 11 erhalten werden. Die positive konvergierende sphärische Aberrationswelle wird zu einer Herstellungswelle zur Herstellung der holographischen Linse 1 gemacht. Es wird angenommen, daß eine weitere Herstellungshelle eine senkrechte ebene Welle ist.
Die durch die Aberrationswelle hergestellte holographische Linse wird in ihren Parametern optimiert, die Faktoren der Aberrationswelle sind, so daß die in Fig. 7(a) gezeigte senkrechte ebene Welle erhalten wird. In Fig. 7(a) ist es klar, daß, wenn im Gegensatz dazu eine senkrechte ebene Welle zum Einfallen in die holographische Linse gebracht wird, und wenn der konvergierende Strahl hiervon nach dem Passieren des Glasfensters des Halbleiterlasers zu einer beugungsbegrenzten Punktgröße konvergiert wird, die senkrechte ebene Welle erhalten werden kann, wenn eine Austrittsöffnung des Halbleiterlasers am Konvergenzpunkt positioniert wird. Daher werden zur Konvergenz bis zur beugungsbegrenzten Punktgröße in Fig. 7(a), d. h. zur Minimierung der Wellenfrontaberration, die Parameter des optischen Aberrationssystems unter Verwendung der Dämpfungsmethode der kleinsten Quadrate (DLS-Methode) optimiert. Folglich wird durch Einstellen der Parameter der Konvexlinse 8 als: Linsendicke d = 7,62 mm, Krümmung R&sub1; = 26,289 mm, Brechungsindex der Linse 1,72903 (488 nm), Einfallsbrennweite f&sub1; = 31 mm, eine Distanz von der Konvexlinse 8 zu einer lichtempfindlichen Hologrammfläche l&sub1; = 32,4 mm, die optimale positive divergierende sphärische Aberrationswelle 11 erhalten. Daher beträgt, wenn ein Halbleiterlaser (λ&sub2;: 787 nm) einer senkrechten ebenen Welle, die einen zum in Fig. 7(a) gezeigten optischen Weg entgegengesetzten Weg verfolgt, zum Einfallen in die holographische Linse gebracht und durch das Glasfenster geführt wird, die Wellenfrontaberration weniger als 0,1 λ und weniger als ¼ der Wellenlänge gemäß dem Gesetz von Rayleigh mit NA 0,33, so daß sie die holographische Linse nahe der Beugungsgrenze ist. Die Brennweite wird 10,750 mm. Daher wird die mit diesen Parametern gebildete holographische Linse in Fig. 7(a) auf fl = 10,750 mm gesetzt, und es kann eine senkrechte ebene Welle erhalten werden.
Demgemäß wird die senkrechte ebene Welle, welche die Referenzwelle in Fig. 3(b) ist, durch die in Fig. 7(b) gezeigte Aberrationswelle 11 zur Herstellung des Hologramms ersetzt. Wenn das Hologramm rekonstruiert wird, wird zuerst ein divergierender Strahl vom Halbleiterlaser praktisch in eine senkrechte ebene Welle umgewandelt, durch die eine Aberrationswelle, die eine Objektwelle ist, zur Korrektur der Aberration der holographischen Scanlinse erhalten werden kann. Das Verfahren zur Herstellung der holographischen Linse, bei dem der divergierende Strahl vom Halbleiterlaser aufgenommen wird, um die Aberrationskorrekturwelle für die holographische Scanlinse zu erzeugen, ist nämlich wie in Fig. 3(c) gezeigt. Die Parameter sind wie vorher beschrieben. Die so konstruierte holographische Linse wird wie in Fig. 2 dargestellt eingestellt. Eine Distanz von einer Austrittsöffnung des Halbleiterlasers zur holographischen Aberrationskorrekturlinse wird auf fl = 10,750 mm eingestellt. Gemäß dieser Ausführungsform wird nur unter Verwendung des Halbleiterlasers, der holographischen Aberrationskorrekturlinse und der holographischen Scanlinse das geradlinige Hochpräzisions-Scannen mit nahezu keiner Aberration realisiert. Um den in Fig. 4(b) gezeigten Strahldurchmesser zu erhalten, ist es erforderlich, daß NA der holographischen Aberrationskorrekturlinse 0,3 ist, so daß die Aberrationskorrektur von NA = 0,33 in diesem Beispiel ausreicht. Wie aus diesem Beispiel ersichtlich, können die Aberrationskorrekturen einer Referenzwelle und einer Objektivwelle unabhängig betrachtet werden.
Auf Grund der in Fig. 2 gezeigten Einstellung wird das Moden-Hopping auf 7 um (Scanzentrum) und 8 um (Scanende) in einer senkrechten Scanrichtung und ein Maximum von 45 um (Scanende) in einer Scanrichtung in bezug auf das Moden- Hopping von 0,3 nm stark herabgesetzt. In diesem Fall wird das Strahlformverhältnis cos (64,28º)/cos (0º) = 0,43-fach. Sogar für einen Laser, der eine Verschiebung von ± 10 nm in bezug auf die Ausbildungswellenlänge von 787 nm aufweist, sieht die vorliegende Erfindung gute Ergebnisse für die Scancharakteristiken, wie die Geradlinigkeit der Scanlinie, vor. Da die notwendige Transferfunktion der holographischen Aberrationskorrekturlinse gefunden wurde, kann die holographische Aberrationskorrekturlinse direkt durch einen elektronischen Strahl geschrieben oder durch CGH gebildet werden. Obwohl ein Einfallswinkel des in Fig. 1 gezeigten Halbleiterlasers auf θa = 0º eingestellt wurde, ist er natürlich nicht auf diesen Wert begrenzt. Ferner ist das optische Zusatzsystem für die Aberrationskorrektur nicht auf die sphärischen optischen Elemente beschränkt, sondern es können auch nicht-sphärische optische Elemente verwendet werden.
Wie oben beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung einen Laserstrahlscanner vor, bei welchem eine von einem Laser abgestrahlte Rekonstruktionswelle zum Einfallen in eine holographische Scanlinse gebracht wird, die auf Grund des Einschlusses von optischer Energie, die durch eine gebeugte Welle von der holographischen Scanlinse zu scannen ist, eine variable Raumfrequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Halbleiterlaser ist, und wobei eine holographische Aberrationskorrekturlinse vorgesehen ist, um die Wellenfront der Rekonstruktionswelle zur Verringerung der Aberration der gebeugten Welle auf der zu scannenden Fläche zu ändern.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Aberrationskorrekturlinse in einem optischen Weg der Rekonstruktionswelle zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Scanlinse angeordnet ist, wobei ein Beugungswinkel der holographischen Aberrationskorrekturlinse derart eingestellt ist, daß die Änderung eines Scanpunktes auf der durch die gebeugte Welle von der holographischen Scanlinse zu scannenden Fläche in bezug auf das Moden-Hopping der longitudinalen Modenwellenlänge im Halbleiterlaser verringert wird.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Laserstrahlscanners vor, dadurch gekennzeichnet, daß eine holographische Aberrationskorrekturlinse unter Verwendung eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als eine Wellenlänge λ&sub2; eines Laserstrahls (Rekonstruktionswelle), hergestellt wird, bei welchem eine sphärische Aberrationswelle als Referenzwelle und eine Komaaberationswelle als Objektwelle verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung realisiert nämlich einen geradlinigen Laserstrahlscanner, der kostengünstig und äußerst genau ist, indem nur ein Halbleiterlaser, eine holographische Aberrationskorrekturlinse und eine holographische Scanlinse verwendet werden. Der Laserstrahlscanner gemäß der vorliegenden Erfindung führt das Formen eines Strahls des Halbleiterlaser durch, unterdrückt den Einfluß eines Zitterns eines Laserstrahls, das durch das Hopping einer Wellenlänge in der longitudinalen Mode des Halbleiterlasers verursacht wird, absorbiert die Verschlechterung der Scancharakteristik (Geradlinigkeit der Scanlinie), die durch eine Variation in der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers bewirkt wird, und führt die Aberrationskorrektur der gebeugten Scanwelle durch. Außerdem sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Laserstrahlscanvorrichtung vor, bei welchem die holographische Aberrationskorrekturlinse unter Verwendung einer sphärischen Aberrationswelle als Referenzwelle gebildet wird, wobei die sphärische Aberrationswelle erhalten wird, indem eine kohärente Welle mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als die des Halbleiterlaserstrahls, zum Einfallen in ein optisches Zusatzsystem gebracht wird, und indem eine Komaaberrationswelle als Objektwelle verwendet wird, wobei die Komaaberrationswelle erhalten wird, indem die kohärente Welle zum Einfallen in ein weiteres optisches Zusatzsystem gebracht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit einer Zusammensetzung nur des Halbleiterlasers, der holographischen Aberrationskorrekturlinse und der holographischen Scanlinse die mit dem Astigmatismus, der Komaaberration und dem Moden-Hopping assoziierten Probleme gleichzeitig gelöst und ein kostengünstiger sowie äußerst genauer optischer Strahlscanner und sein konkretes Bildungsverfahren vorgesehen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 8 bis 12 wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben.
Gemäß der obigen Technik wird eine derartige Einstellung vorgenommen, daß die Aberration des Scanstrahls im Scanzentrum einer Abbilungsfläche minimiert wird. In einem qualitativ hochstehenden Laserdrucker ist es erforderlich, eine Druckauflösung von zumindest 300 dpi (Punkte pro Zoll) zu realisieren, so daß die Aberration des Scanstrahls nicht nur im Scanzentrum, sondern auch an einem scanende gleichförmig verringert ist.
Eine Aufgabe dieser Ausführungsform ist, einen Laserstrahlscanner mit einer holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Erzeugen der optimalen einfallenden Welle und ein Verfahren zur praktischen Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse vorzusehen.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung einen Laserstrahlscanner und das Verfahren zu seiner Herstellung vor, wobei der Laserstrahlscanner eine holographische Scanlinse, die eine variable Raumfrequenz aufweist und eine einfallende Welle von einem Halbleiterlaser beugt, um das Strahlscannen durchzuführen, und eine holographische Aberrationskorrekturlinse umfaßt, welche die vom Halbleiterlaser abgestrahlte divergierende Welle in die einfallende Welle mit einer Wellenfront umwandelt, welche die Aberration an einer Vielzahl von konvergierenden Punkten für die gesamte Scanzone des Scanstrahls von der holographischen Scanlinse gleichförmig verringert.
Gemäß der obigen Anordnung wird eine Wellenfront mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als eine Wellenlänge λ&sub2; einer einfallenden Rekonstruktionswelle, durch ein optisches Zusatzsystem geführt, um eine Komaaberrationswelle zu erhalten, durch die eine Aberrationswelle mit einer Wellenfront entsprechend einer optimalen einfallenden Welle auf eine holographische Scanlinse für die Rekonstruktion und einer Wellenfront für die Korrektur einer Aberration, die durch eine Differenz der Wellenlänge λ&sub2; für die Rekonstruktion und der Wellenlänge λ&sub1; für die Konstruktion bewirkt wird, ersetzt wird. Durch die Verwendung der Aberrationswelle als Konstruktionswelle für eine holographische Linse ist es möglich, die holographische Linse zu bilden, die eine optimale einfallende Welle mit der Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; erzeugt. Ferner sieht diese Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse vor.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detailliert beschrieben.

(Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Fig. 9))

Die obige Ausführungsform wird detailliert beschrieben. Fig. 9 ist eine Ansicht, welche die Zusammensetzung eines Laserstrahlscanners unter Verwendung einer holographischen Aberrationskorrekturlinse 112 zeigt. Eine divergierende Welle 125 als Rekonstruktionswelle der Wellenlänge λ&sub2; von einem Halbleiterlaser 121 wird in eine einfallende Welle 126 umgewandelt, welche die optimale Aberrationskorrektur eines Scanstrahls 127 durch die holographische Aberrationskorrekturlinse 112 vornimmt. Die einfallende Welle 126 wird zum Einfallen in eine holographische Scanlinse 122 gebracht, die von einem Motor 123 gedreht wird. Ein von der holographischen Scanlinse 122 erhaltener Scanstrahl 127 wird zu einem konvergierenden Punkt 128 auf einer zu scannenden Photoleitertrommel 124 konvergiert. Die Aberration des Scanstrahls 127 wird gleichförmig für die gesamte Scanzone verringert. Ein Verfahren zum Festlegen der optimalen einfallenden Welle 126, welche die Aberration des Scanstrahls 127 für die gesamte Scanzone gleichförmig verringert, wird kurz beschrieben.
Es wird angenommen, daß die Phasen des tatsächlichen Scanstrahls 127 bei 2n + 1 zu scannenden Punkten auf der Photoleitertrommel 124 Φi/OUT(x, y) (i = 0, ±, . . . ±n) sind, vorausgesetzt, daß die holographische Scanlinse 122 in einer x-y-Ebene (Fig. 9) angeordnet ist und die Phasen hiervon die Funktionen in x- und y-Richtung sind. Unter der Annahme der Phase am Punkt 2n + 1, die eine erforderliche Wellenfront ohne Aberration ist, mit Φ(i)/OUT(x, y), wird die Fehlerfunktion E² wie folgt festgelegt:
worin Wi eine Gewichtungsfunktion an jedem Punkt in der Scanzone ist.
Unter der Annahme, daß eine Phasentransferfunktion der holographischen Scanlinse 122 am Scanpunkt i Φ(i)/H(x, y) ist, und die Phase einer einfallenden Welle und die Phase einer gebeugten Welle ΦIN(x, y) bzw. Φi/OUT(x, y) sind, wird folgendes festgelegt:
Φi/OUT(x, y) = ΦIN(x, y) + Φ(i)/OUT(x, y) . . . (7).
Durch Einsetzen von (7) in (6) ergibt sich folgendes:
(x, y) ist eine Koordinate der in die holographische Scanlinse 122 einfallenden Welle in einer Rekonstruktionszone S. Die optimale Phase ΦIN der einfallenden Welle 126 ist derart festzulegen, daß E² das Minimum wird. Die Beziehung zwischen ΦIN, die Gleichung (8) minimiert, und der Phase ohne Aberration Φ(i)/UOT(x, y) ist wie folgt:
Durch Setzen von
ergibt sich folgendes:
Die Bedeutung von Gleichung (9) ist, daß die optimale Phase ΦIN(x, y) der einfallenden Welle der gewichtete Mittelwert der Phasen ist, die gebeugte Wellen von den Wellen Φ(i)/OUT(X, y) durch die Phasentransferfunktion Φ(i)/H(x, y) sind.
Gemäß der obigen Gleichung wird die holographische Linse 112 in der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform derart hergestellt, daß die holographische Linse 112 die divergierende Welle 125 vom Halbleiterlaser 121 in die optimale einfallende Welle 126 mit der durch Gleichung (9) repräsentierten Einfallsphase ΦIN auf die holographische Linse 122 umgewandelt werden kann.
Als Ausführungsform der holographischen Scanlinse 122 wird eine derartige Linse verwendet.
Die durch Gleichung (9) ausgedrückte Wellenfront ist eine komplexe Wellenfront, die den Astigmatismus und die Komaaberration angibt, und die Konstruktionswellenlänge λ&sub1; ist kürzer als die Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2;, so daß die Aberration entwickelt wird. Es wurde aus der Strahlverfolgung gefunden, daß eine derartige Wellenfront erzeugt werden kann, indem eine konvergierende Kugelwelle 113 mit einer Wellenlänge λ&sub1; zum schiefen Einfallen in eine Konkavlinse gebracht wird, wie in Fig. 8 gezeigt. Daher wurde die Optimierung durch die Dämpfungsmethode der kleinsten Quadrate (DLS-Methode) in einer automatischen Ausbildung derart durchgeführt, daß die Phase einer einfallenden Welle 126 (Fig. 9) mit einer Wellenlänge λ&sub2; für die Rekonstruktion ΦIN am nächsten kommt.

(Konkrete Ausbildungsparameter des optischen Strahlscanners (Fig. 10))

Für den in Fig. 9 gezeigten Laserstrahlscanner zu verwendende konkrete Ausbildungsparameter werden mit Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben. Die Wellenlänge eines Halbleiterlasers einer Rekonstruktionsstrahlquelle ist 787 nm. Jede der Konstruktionswellen 131 und 132 einer holographischen Scheibe 122 ist ein He-Cd-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 325 nm. Distanzen von den Austrittspunkten A&sub1; und A&sub2; zu einer Scheibenfläche sind fH1 = fH2 = 125,7 mm. Ein wirksamer Radius der so gebildeten Hologrammscheibe 122 beträgt R' = 40 mm. Der Einfallswinkel einer einfallenden Welle 126 oder ein Austrittswinkel eines Scanstrahls 127 ist R&sub0; = 47,25º. In Fig. 10 sind die Parameter wie folgt eingestellt: a = 10 mm, ay = 50,82 mm, ein Neigungswinkel R = 17,03º und ein Austrittswinkel der gebeugten Welle 126 der Hologrammlinse 12 Φd = 64,28º. Wie bereits beschrieben, dient das obige Einstellverfahren dazu, eine Verschlechterung der Scancharakteristiken auf Grund einer Variation der Wellenlänge des Halbleiterlasers zu verhindern.

(Konkrete Ausbildungsparameter einer Ausführungsform der Erfindung (Fig. 8))

Es werden die Ausbildungsparameter der holographischen Aberrationskorrekturlinse 112 im Laserstrahlscanner beschrieben.
Konkrete Werte zur Optimierung der in Fig. 8 gezeigten Parameter sind wie folgt:
Die konvergierende Kugelwelle 113 und die Referenzwelle 116 sind die Ar-Laserstrahle der Wellenlänge λ&sub1; = 488 nm. Für die Konkavlinse 111 ist ein Material BK7, wobei der Brechungsindex bei der Wellenlänge λ&sub1; N = 1,522, eine Zentrumsdicke D = 20,99 mm, eine Krümmung R = 65 mm, ein Neigungswinkel in bezug auf das Hologrammsubstrat 12 α = 16,95º, l&sub2; = 140 mm und l&sub3; = 83,08 mm betragen. Für die konvergierende Kugelwelle 113 ist eine optische Achsenposition y&sub2; = 14,943 mm, wobei eine Brennweite f = 111 mm und ein Neigungswinkel R = 21,69º betragen. Eine Referenzwelle 16 ist eine senkrechte ebene Welle.

(Punktdiagramm des Scanstrahls der Erfindung (Fig. 11 und 12))

Fig. 11 zeigt ein Punktdiagramm, das den vom Laserstrahlscanner erhaltenen Scanstrahl 127 darstellt (Fig. 9 und 10), der wie oben erwähnten Erfindung zusammengesetzt ist. Da die Referenzwelle 116 in Fig. 8 eine senkrechte ebene Welle ist, ist eine Wellenfront, die zum Einfallen in die holographische Aberrationskorrekturlinse 112 gebracht wird, in Fig. 9 gezeigt, eine senkrechte ebene Welle des Halbleiterlasers. Hier wird ein Einfallsstrahldurchmesser für den Scanstrahl derart bestimmt, daß eine beugungsbegrenzte Punktgröße 100 um wird. Fig. 12 ist ein theoretisches Punktdiagramm, das den von Gleichung (9) erhaltenen Scanstrahl 127 zeigt. Aus den Figuren geht hervor, daß ein ausgezeichnetes Aberrationskorrekturergebnis, das nahezu ideal ist, für die entsprechenden Scanzonen erhalten wurde. So kann ein Laserstrahlscanner mit einer hohen Auflösung von mehr als 300 dpi erhalten werden.
Hier ist der Scanbereich die B4-Größe (252 mm), und die Abbildungsdistanz beträgt 303 mm.
In Fig. 9 ist zur Umwandlung einer divergierenden Welle 125 vom Halbleiterlaser 121 anstatt in die senkrechte ebene Welle des Halbleiterlasers durch die holographische Linse 112 in die obige Aberrationskorrekturwelle 126 die in Fig. 8 gezeigte Referenzwelle 116 von der senkrechten ebenen Welle in eine sphärische Aberrationswelle unter Verwendung einer Konvexlinse zu ändern, wie bereits in Fig. 7 erwähnt. So wird die divergierende Welle des Halbleiterlasers durch die holographische Linse 112 praktisch in die senkrechte ebene Welle umgewandelt, und wird die ebene Welle in die Aberrationskorrekturwelle 126 umgewandelt.
Die in Fig. 9 gezeigte Anordnung der holographischen Linse 112 und der holographischen Scheibe 122 wird derart ausgeführt, daß der Einfluß des Moden-Hopping des Halbleiterlasers 121 und der Einfluß der Variation der Oszillationswellenlänge auf Grund der Variation von Produktionslosen verhindert wird, und daß die Strahlformung gleichzeitig wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird.
Wie oben beschrieben, ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Scanlinse 122 mit variabler Raumfrequenz vorgesehen ist, um die einfallende Welle 126 vom Halbleiterlaser zu beugen, um das Strahlscannen durchzuführen, und ist die holographische Aberrationskorrekturlinse 112 vorgesehen, um die vom Halbleiterlaser 125 abgestrahlte divergierende Welle 125 in die einfallende Welle 126 mit einer Wellenfront umzuwandeln, die eine Aberration an einer Vielzahl von konvergierenden Punkten 128 für die gesamte Scanzone des Scanstrahls 127 von der holographischen Scanlinse 122 gleichförmig verringert.
Ferner ist das Verfahren zur Herstellung des Laserstrahlscanners dieser Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als eine Wellenlänge λ&sub2; einer Rekonstruktionswelle, die sich in einem Laserstrahl befindet, verwendet wird, wobei eine sphärische Aberrationswelle als Referenzwelle verwendet wird und eine Komaaberrationswelle als Objektwelle eingesetzt wird, um die holographische Aberrationskorrekturlinse zu konstruieren.
Gemäß dem obigen Laserstrahlscanner können die Probleme der Aberration des Scanstrahls und das Moden-Hopping gleichzeitig gelöst werden. In der obigen Offenbarung wird jedoch ein Scanstrahldurchmesser verschlechtert, wenn eine Wellenlänge von einer ausgebildeten Wellenlänge von beispielsweise 787 nm wegen der Variation einer Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers auf Grund seines Produktionsloses um ± 10 nm verschoben wird.
Zur Lösung des obigen Problems wird es vorgesehen, das Hologramm in Abhängigkeit von der Wellenlänge auszubilden und herzustellen. Dies ist jedoch kein praktischer Weg. Es wird bevorzugt, daß insbesondere die Variation der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers auf Grund seines Produktionsloses ohne Änderung des ausgebildeten Hologramms absorbiert wird, und daß die erforderliche Einstellung einfach ist.
Zur Lösung des obigen Problems ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Laserstrahlscanner vorzusehen, bei welchem die Einstellung einer holographischen Scanlinse und einer holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Zeitpunkt der Hologrammausbildung durchgeführt wird, wobei ein Spalt zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Aberrationskorrekturlinse wie und wann erforderlich optimiert wird, um den Laserstrahlscanner vorzusehen, der die Verschlechterung des Scanstrahldurchmessers verhindern kann.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung einen Laserstrahlscanner vor, welcher eine holographische Scanlinse mit variabler Raumfrequenz, um eine von einem Halbleiterlaser zum Scannen der gebeugten Welle auf einer zu scannenden Fläche eingestrahlte Rekonstruktionswelle zu beugen, und eine holographische Aberrationskorrekturlinse umfaßt, die in einem optischen Weg der Rekonstruktionswelle zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Scanlinse angeordnet ist, um eine Wellenfront der Rekonstruktionswelle in eine Wellenfront zu ändern, die eine Aberration der gebeugten Welle auf der zu scannenden Fläche verringert, wobei die Einstellung der holographischen Linse und der holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Zeitpunkt der Hologrammausbildung optimiert wird, und wobei eine Distanz zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Aberrationskorrekturlinse wie und wann erforderlich optimal eingestellt wird.
Gemäß der obigen Anordnung wird die Einstellung der holographischen Scanlinse und der holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Zeitpunkt der Hologrammausbildung richtig durchgeführt, so daß die Verschlechterung des Strahldurchmessers auf der zu scannenden Fläche in bezug auf die Wellenlängenvariation von etwa ± 10 nm unterdrückt werden kann.
Wenn die divergierende Welle vom Halbleiterlaser direkt zum Einfallen in die Aberrationskorrekturlinse gebracht wird, wird ein Spalt zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Aberrationskorrekturlinse optimal eingestellt, um die Verschlechterung des Strahldurchmessers zu verhindern.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detailliert beschrieben.

(Zusammensetzung einer Ausführungsform des Laserstrahlscanners der Erfindung (Fig. 28))

Fig. 28 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform eines Laserstrahlscanners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine divergierende Kugelwelle 516 von einem Halbleiterlaser 513 wird durch eine Kollimatorlinse 514 in eine ebene Welle 517 umgewandelt und zum Einfallen auf eine holographische Linse 511 gebracht. Eine gebeugte Welle 518 als Rekonstruktionswelle von der holographischen Linse 511 wird zum Einfallen auf eine Vielzahl von Hologrammen 721 gebracht, die auf einer holographischen Scheibe 512 mit einem Radius R angeordnet sind, und in eine konvergierende Kugelwelle 519 umgewandelt, die eine gebeugte Welle ist, um ein Bild am Abbildungspunkt P auf einer Photoleitertrommel 515 abzubilden. Diese Anordnung ist die gleiche wie die einer wie vorstehend angegebenen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden jedoch Begrenzungsbedingungen für die Einstellung der holographischen Linse 511 und der holographischen Scheibe 512 vorgesehen.

(Beschreibung einer Ausführungsform (Fig. 28 und 29))

In der obigen Anordnung sieht die holographische Linse 511 eine Wellenfront mit einer Aberration vor, die den Astigmatismus und die Komaaberration am Abbildungspunkt P auf der Photoleitertrommel 515 aufhebt, die durch die konvergierende Kugelwelle 519, die durch das Hologramm 721 auf der holographischen Scheibe erzeugt wird, bewirkt werden. Demgemäß wird die tatsächliche Aberration der konvergierenden Kugelwelle 519 korrigiert, so daß der Astigmatismus und die Komaaberration der Photoleitertrommel 515 verringert werden.
Andererseits wird ein Beugungswinkel Rd der gebeugten Welle 518 der holographischen Linse 511 derart eingestellt, daß eine Änderung des Abbildungspunktes P auf der Photoleitertrommel 515 in bezug auf das longitudinale Moden-Hopping im Halbleiterlaser 553 verringert wird. Demgemäß wird das Zittern der konvergierenden Kugelwelle 519 herabgesetzt. Diese Techniken wurden vorstehend erwähnt.
Es besteht Freiheit bei der Ausbildung einer Distanz "a" zwischen einem Regenerationszentrum des Hologramms 511 und der holographischen Scheibe 512. Unter der Annahme, daß a = 50 mm, wenn der um ± 10 nm von einer ausgebildeten Wellenlänge von 787 nm verschobene Halbleiterlaser 513 verwendet wird, erreicht der Strahldurchmesser am Abbildungspunkt P 1 bis 2 mm, wie vorstehend beschrieben, so daß der Strahl nicht konvergiert werden kann. Indem der Wert von "a" auf etwa 20 mm gebracht wird, wurde durch Strahlverfolgung gefunden, daß sich der Strahldurchmesser am Abbildungspunkt P nicht stark ändert, auch wenn die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 513 um etwa ± 10 nm verschoben wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Einfallspunkt der holographischen Scanlinse 721 auf der optischen Achse von einem ausgebildeten Einfallspunkt R auf der optischen Achse verschoben wird, wenn der von der ausgebildeten Wellenlänge von 787 nm um ± 10 nm verschobene Halbleiterlaser verwendet wird. Wenn a = 50 mm, ist die Verschiebung vom Einfallspunkt R ± 2 mm, und wenn a = 20 mm, beträgt die Verschiebung etwa ± 1 mm.
Wenn die Verschiebung vom ausgebildeten Einfallspunkt R groß ist, wird der Strahldurchmesser vergrößert. Daher gilt, je kleiner der Betrag der Verschiebung ΔR, desto besser. Praktisch ist es annehmbar, wenn der Betrag der Verschiebung AR innerhalb von 1 mm liegt. Daher sind die holographische Scanlinse 512 und die holographische Aberrationskorrekturlinse 511 zum Zeitpunkt der Ausbildung derart einzustellen, daß der Betrag der Verschiebung innerhalb dieses Wertes liegt. Wie die Einstellung vorzunehmen ist, wird vorstehend angegeben. Als Beispiel wurde ein Scanner, dessen Verschiebungsbetrag ΔR ± 600 um beträgt, gemäß dem Verfahren ausgebildet. In diesem Fall wird der Strahldurchmesser der in Fig. 29 dargestellte. Fig. 29(a) zeigt einen durch eine gewünschte Wellenlänge regenerierten Strahldurchmesser, wobei Fig. 29(b) und (c) Strahldurchmesser mit Verschiebungen von -10 nm bzw. 10 nm darstellen. In diesen Fällen wird ein Strahl derart zum Einfallen in die holographische Scanlinse 512 gebracht, daß ein Strahl von etwa 150 um für ein gebeugtes Bild erhalten werden kann. Es ist klar, daß die Verschlechterung des Strahldurchmessers gut verhindert werden kann, ohne die Einstellung der holographischen Scanlinse 512 und der holographischen Aberrationskorrekturlinse 511 zu ändern.
Um den Verschiebungsbetrag ΔR innerhalb ± 1 mm zu bringen, sind nicht nur der Spalt zwischen der holographischen Scanlinse 512 und der holographischen Aberrationskorrekturlinse 511, sondern auch die Raumfrequenz der holographischen Aberrationskorrekturlinse einzustellende Parameter.

(Zusammensetzung einer weiteren Ausführungsform des Laserstrahlscanners der Erfindung (Fig. 30)).

Fig. 30 ist eine Ansicht, welche die Zusammensetzung einer weiteren Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 28 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß eine divergierende Kugelwelle 516 von einem Halbleiterlaser 513 direkt zum Einfallen auf eine holographische Linse 521 gebracht wird, die einen Linseneffekt (einen Umwandlungseffekt in eine ebene Welle) aufweist.
In der obigen Ausführungsform wird die Einstellung durchgeführt, und eine Distanz fl (eine Brennweite der divergierenden Kugelwelle 516) vom Halbleiterlaser 513 zum Regenerationszentrumspunkt der holographischen Linse 521 wird gemäß der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 513 optimiert, so daß die Verschlechterung des Strahldurchmessers am Abbildungspunkt P auf der Photoleitertrommel 515 unterdrückt werden kann. Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform wird die divergierende Welle des Halbleiterlasers durch die holographische Linse 521 in eine virtuelle ebene Welle umgewandelt, und die virtuelle ebene Welle wird in eine gebeugte Welle 518 umgewandelt, die eine Aberrationskorrekturwelle für die holographische Scanlinse ist. Wenn die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers vom ausgebildeten Wert um Δλ&sub2; verschoben wird, wird die Funktion zur Umwandlung der divergierenden Welle des Halbleiterlasers in die ebene Welle derart abgeschwächt, daß der Scanstrahldurchmesser verschlechtert werden kann. Daher wird es gemäß der Verschiebung Δλ&sub2; der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers vorgesehen, fl zu optimieren, um die virtuelle ebene Welle zu erzeugen. Um die divergierende alle des Halbleiterlasers in die virtuelle ebene Welle zu ändern, ist eine Wellenfrontaberration aufinnerhalb ¼ λ zu setzen. Fig. 31 ist eine Ansicht, welche fl, berechnet für jeweils Δλ&sub2;, zeigt, um die obige Bedingung zu erzielen. In dieser Ausführungsform wird ein Ausbildungsbeispiel verwendet, wie vorstehend erwähnt. Auf diese Weise wird die in Fig. 31 gezeigte fl in bezug auf die Verschiebung Δλ&sub2; der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers von den Hologrammausbildungswerten eingestellt, so daß die divergierende Welle des Halbleiterlasers praktisch in eine nahezu vollständig ebene Welle mit einer Wellenfrontaverration innerhalb ¼ λ umgewandelt werden kann. Die ebene Welle wird die Aberrationskorrekturwelle 518 der holographischen Scanlinse gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, wodurch die Verschlechterung des Scanstrahldurchmesser verhindert wird.
Wie oben beschrieben, ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Scanlinse 512 mit variabler Raumfrequenz die vom Halbleiterlaser 513 abgestrahlte regenerierte Welle 518 beugt und zum Scannen der gebeugten Welle 519 auf der zu scannenden Fläche 515 dient, und die holographische Aberrationskorrekturlinse 511 oder 521, die auf einem optischen Weg der rekonstruierten Welle 518 zwischen dem Halbleiterlaser 513 und der holographischen Scanlinse 512 angeordnet ist, zum Umwandeln einer Wellenfront der rekonstruierten Welle 518 in eine Wellenfront vorgesehen ist, die eine Aberration der gebeugten Welle 519 auf der zu scannenden Fläche verringert. Wenn die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 513 von einem ausgebildeten Hologrammwert um maximal ± 10 nm verschoben wird, werden die holographische Scanlinse 512 und die holographische Aberrationskorrekturlinse 511 oder 521 zum Zeitpunkt der Ausbildung derart eingestellt, daß ein Einfallspunkt einer optischen Achse der rekonstruierten Welle 518, die zum Einfallen in die holographische Linse 512 gebracht wird, weniger als ± 1 mm von einem designierten Einfallspunkt verschoben ist. In bezug auf die Verschiebung Δλ&sub2; der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers 513 wird ein Spalt zwischen der holographischen Aberrationskorrekturlinse 511 oder 521 und dem Halbleiterlaser 513 derart eingestellt, daß die Verschlechterung des Scanstrahldurchmessers absorbiert wird.
Diese Ausführungsform sieht nämlich einen Laserstrahlscanner mit einem Halbleiterlaser, einer holographischen Aberrationskorrekturlinse und einer holographischen Scanlinse vor, bei welchem die richtige Einstellung der holographischen Scanlinse und der holographischen Aberrationskorrekturlinse zum Zeitpunkt der Hologrammausbildung vorgenommen wird, und ein Spalt zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Aberrationskorrekturlinse wie und wann erforderlich optimiert wird, so daß die Verschlechterung des Strahldurchmessers des Scanstrahls wegen einer Variation der Oszillationswellenlänge eines Halbleiterlasers auf Grund seines Produktionsloses unterdrückt werden kann, um das kostengünstige und hochgenaue Scannen zu realisieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Spalt zwischen der holographischen Scanlinse und der holographischen Aberrationskorrekturlinse verschmälert, wobei ein Spalt zwischen dem Halbleiterlaser und der holographischen Aberrationskorrekturlinse optimiert wird, so daß die Verschlechterung des Strahldurchmessers des Scanstrahls in bezug auf die Variation der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers verhindert werden kann, um einen Präzisionslaserstrahlscanner vorzusehen.
Fig. 39 ist eine Konstruktionsansicht eines Laserstrahlscanners, bei welchem die oben erwähnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Eine divergierende Kugelwelle 565 von einem Halbleiterlaser 563 trifft auf eine holographische Aberrationskorrekturlinse 561, die die Welle 565 beugt und in eine Welle 566 umwandelt, die eine Aberration aufweist, die den Astigmatismus und die Komaaberration aufhebt, die auf einer zu scannenden Fläche erzeugt werden. Die durch die holographische Aberrationskorrekturlinse 561 gebeugte und umgewandelte Welle 566 trifft auf ein Hologramm 721 auf einer Hologrammscheibe 562, die durch einen Motor 722 gedreht wird. Eine gebeugte Welle 567 von der Hologrammscheibe 562 ist eine konvergierende Kugelwelle, die eine Photoleitertrommel 564 scannt, welche die zu scannende Fläche aufweist, um ein Bild daraufabzubilden.
Der Astigmatismus und die Komaaberration, die durch das Hologramm 721 erzeugt werden, werden durch die Aberrationswelle 566 korrigiert, um den Astigmatismus und die Komaaberration auf der zu scannenden Fläche zu vermindern. Das Zittern des Scanstrahls wird verringert, indem ein Beugungswinkel Rd an der holographischen Aberrationskorrekturlinse 561 derart eingestellt wird, daß die Änderung eines Scanpunktes auf der Photoleitertrommel 564 durch die gebeugte Welle 567 von der Hologrammscheibe 562 in bezug auf das longitudinale Moden-Hopping im Halbleiterlaser 563 verringert wird.
Eine Außenansicht des holographischen Scanners gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 40 veranschaulicht. Eine Laserscaneinheit 801 umfaßt eine holographische Scheibe 802. Die holographische Scheibe 802 ist um einen Schaft 803 drehbar. Der Schaft 803 ist mit einem Motor verbunden (nicht dargestellt). Eine Vielzahl von Hologrammfacetten wird auf einer oberen Fläche der holographischen Scheibe 802 gebildet. Zehn Facetten werden in dieser besonderen Ausführungsform gebildet. 805 bezeichnet einen optischen Sensor, der synchronisierte Signale in Kooperation mit einem Spiegel 806 detektiert. Eine Halbleiterlaseranordnung 807 ist an einem Stützblock 815 angebracht. Ein Laserstrahl von der Halbleiterlaseranordnung 807 wird, wie durch eine strichpunktierte Linie gezeigt, durch eine holographische Aberrationskorrekturlinse 809 gebeugt und bestrahlt die holographische Scheibe 802. Der Laserstrahl wird von jeder Facette 804 der holographischen Scheibe 802 gebeugt und dann durch einen Spiegel 810 reflektiert, um einen Scanstrahl zu bilden, der eine Photoleitertrommel 811 bestrahlt.
Der Befestigungsteil der holographischen Aberrationskorrekturlinse 809 ist auseinandergezogen in Fig. 41 veranschaulicht. Die Halbleiterlaseranordnung 807 ist durch Schrauben an einem L-förmigen Befestigungsstück angebracht. 801 bezeichnet Leitungsanschlußstifte der Halbleiterlaseranordnung. Das Befestigungsstück 812 ist in einer Nut 816 eines L-förmigen Halters 814 installiert. Eine Öffnung 820 ist im Halter 814 gebildet. Eine Hologrammplatte 817, auf der die holographische Aberrationskorrekturlinse hergestellt wird, ist in der Öffnung 820 installiert und wird mittels Schrauben durch einen Rahmen 819 gesichert.
Das Befestigungsstück 812 der Halbleiterlaseranordnung wird unter Verwendung von Schrauben durch längliche Schlitze 813 am Halter 814 befestigt. Daher ist die Distanz zwischen der Halbleiterlaseranordnung 807 und der holographischen Aberrationskorrekturlinse 809 durch Lösen der Schrauben einstellbar.
Obwohl ein Hologramm ohne Aberration gemäß dem obigen Verfahren theoretisch erhalten werden kann, besteht tatsächlich das Problem, daß ein Astigmatismus im Halbleiterlaser selbst vorliegt. Wenn ein Halbleiterlaser vom Wellenleiter-Typ durch eine Verstärkungskomponente im Halbleiterlaser durchgeführt wird, sind manchmal eine Transferrichtung und eine Wellenfront einer optischen Energie nicht orthogonal zueinander. In einer geführten Welle parallel zu einer Übergangsrichtung des Halbleiterelements ist die Verstärkungskomponente sogar in einem Laser vom indexgeführten Typ geringfügig gemischt. Folglich ist die Einschnürung eines Strahls in einer Richtung parallel zum Übergang um ΔZ einwärts von einem Laserende angeordnet, wie in Fig. 14 gezeigt. Die Differenz ist der Astigmatismus. Der Wert von ΔZ beträgt üblicherweise in einem Laser vom Indexwellenleitertyp 10 um oder weniger, ist jedoch in einem Laser vom gain-wellenleiter Typ mit 10 bis 50 um sehr groß. Wenn der Halbleiterlaser mit dem Astigmatismus verwendet wird, kann ein Punkt der Beugungsgrenze in Abhängigkeit von einer Abbildungsgröße nicht erhalten werden, auch wenn der Strahl unter Verwendung der oben erwähnten holographischen Linse konvergiert wird.
Zur Korrektur des Astigmatismus des Halbleiterlasers werden bekannte Verfahren vorgeschlagen, bei denen eine Zylinderlinse verwendet wird. Diese bekannten Verfahren haben die Nachteile, daß die Anzahl von Komponenten erhöht wird und die Einstellung schwierig ist.
Zur Lösung des obigen Problems ist es eine Aufgabe dieser Ausführungsform, ein Verfahren zur Bildung eines Hologramms mit einfacher Zusammensetzung vorzusehen, bei welchem ein sphärisches optisches Element verwendet wird, um gleichzeitig den Einfluß einer Differenz einer Rekonstruktionswellenlänge und einer Konstruktionswellenlänge sowie den Einfluß eines durch den Halbleiterlaser erzeugten Astigmatismus zu eliminieren.
Um die obigen Probleme zu eliminieren, ist diese Ausführungsform mit einem ersten sphärischen optischen Element und zweiten sphärischen optischen Elementen versehen, wobei zumindest eines des ersten und zweiten sphärischen optischen Elements eine Zylinderlinse ist, und wobei eine Referenzwelle mit einem Astigmatismus durch die optischen Elemente erzeugt wird, um ein Hologramm herzustellen.
Gemäß der obigen Anordnung wird eine konvergierende Kugelwelle mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als eine Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2;, zum Einfallen in das erste und zweite sphärische optische Element gebracht, wobei zumindest eines von diesen eine Zylinderlinse ist, um einen Astigmatismus, der im Halbleiterlaser erzeugt wird, unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen der Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; und der Konstruktionswellenlänge λ&sub1; zu erzeugen. Der so erhaltene Laserstrahl wird als Referenzwelle zur Herstellung eines Hologramms verwendet. Folglich kann das Hologramm, das keine Aberration mit der Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; verursacht, unter Verwendung der Konstruktionswellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als die Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2;' gebildet werden. Das Hologramm kann auch den Einfluß des im Halbleiterlaser in einer spezifischen Wellenleitungsrichtung verursachten Astigmatismus eliminieren.
Die Ausführungsform wird detailliert beschrieben.

(Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Fig. 13 bis 15))

Wenn ein Astigmatismus in einem Austrittsstrahl von einem Halbleiterlaser-Diodenchip 221 in Fig. 14 besteht, ist eine Wellenleitungsrichtung 224 parallel zu einer Übergangsrichtung einer aktiven Schicht 222, und ist ein virtueller Austrittspunkt ein Punkt Q, der einwärts von einer Endfläche der aktiven Schicht (Punkt P) angeordnet ist, die sich um ΔZ voneinander unterscheiden. Andererseits ist ein Austrittspunkt des Austrittsstrahls in einer Richtung 223 orthogonal zur Wellenleitungsrichtung der Punkt P an der Endfläche der aktiven Schicht. Der Astigmatismus ist nämlich die Differenz ΔZ zwischen den Punkten P und Q. Zur Herstellung einer holographischen Linse ohne Aberration unter Verwendung eines derartigen Halbleiterlasers wird angenommen, daß eine Konstruktionswellenlänge λ&sub2; (eine Wellenlänge des Halbleiterlaserstrahls) ist. Wie in Fig. 15(a), (b) und (c) gezeigt, wird eine astigmatische Welle 231 und 231' (die gleiche Welle in verschiedenen Austrittsrichtungen), die in der Austrittsrichtung 224 um den Astigmatismus ΔZ länger ist als in der Austrittsrichtung 223 (Fig. 14), als Referenzwelle verwendet, und wird eine Objektwelle 232, welche die aberrationskorrigierte Welle 5 in Fig. 2 ist, eingesetzt.
Da es im allgemeinen kein lichtempfindliches Hologrammaterial gibt, das bei der Wellenlänge λ&sub2; des Halbleiterlaserstrahls wirksam ist, wird es vorgesehen, das Hologramm mit einem Laserstrahl mit der Wellenlänge λ&sub1; zu bilden, die kürzer ist als die Wellenlänge λ&sub2; Um das Hologramm mit der Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; zu erhalten, das den in Fig. 15 gezeigten Astigmatismus zuläßt, wird in Fig. 13 ein optisches System verwendet, das mit der Herstellungswellenlänge λ&sub1; eine Referenzwelle 215 und 215' (die gleiche Welle in unterschiedlichen Austrittsrichtungen) mit einem Astigmatismus entsprechend ΔZ in der Austrittsrichtung 224 in Übereinstimmung mit der Differenz in bezug auf die Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; erzeugt. Daher wird die konvergierende Kugelwelle 217 und 217' (die gleiche) der Wellenlänge λ&sub1; zum Einfallen in eine sphärische Konvexlinse 211 gebracht, um eine negative sphärische Aberrationswelle zu erzeugen, die geschnitten wird, um eine positive sphärische Aberrationswelle vorzusehen, die auf das auf einem Substrat 214 gebildete Hologrammaterial 213 geleitet wird. Da die Zylinderlinse 212 eine Krümmung R' in der Austrittsrichtung 224 aufweist, wie in Fig. 13(b) gezeigt, unterscheiden sich die Referenzwelle 215 (Fig. 13(a)) in der Austrittsrichtung 223 und die Referenzwelle 215' (Fig. 13(b)) in der Austrittsrichtung 224 durch Distanzen von Schnittpunkten zum Hologrammaterial 213 voneinander, das einen Astigmatismus entsprechend dem in Fig. 15 gezeigten bewirkt. Zusätzlich zur Referenzwelle 215 und 215' wird eine Objektwelle 216 verwendet, welche die aberrationskorrigierte Welle 13 in Fig. 3(b) oder 114 in Fig. 8 der Wellenlänge λ&sub1; ist.

(Ausführungsform des gemäß der Erfindung gebildeten Hologramms (Fig. 16))

Fig. 16(a) und (b) sind Ansichten, die ein Beispiel zeigen, in dem das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Hologramm 213 durch einen Halbleiterlaserstrahl 231 oder 231' mit einer Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2; rekonstruiert wird. Eine Halbleiterlaserdiode 241 umfaßt einen Halbleiterdiodenchip 221, ein Glasfenster 242, etc. Ein Austrittsstrahl vom Halbleiterdiodenchip 221 empfängt tatsächlich eine sphärische Aberration durch das Glasfenster 242 und wird zum Einfallen in das Hologramm 213 gebracht. Daher werden bei der Konstruktion des Hologramms gemäß der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform Ausbildungsparameter derart eingestellt, daß auch die Aberration korrigiert wird.

(Ausbildungsparameter dieser Ausführungsform (Fig. 13))

Konkrete Ausbildungsparameter der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform werden spezifiziert. Eine Oszillationswellenlänge λ&sub2;, die eine rekonstruierende Wellenlänge ist, des Halbleiterdiodenchips 221 (Fig. 14) wird auf λ&sub2; = 787 nm gesetzt, wie vorstehend erwähnt. Eine Dicke des in Fig. 16 gezeigten Glasfensters 242 wird auf T&sub4;&sub2; = 0,3 mm gestellt, wobei ein Brechungsindex hiervon N&sub4;&sub2; = 1,5 ist. Eine Aberrationsdistanz des Halbleiterlaserdiodenchips 221 wird mit 10 um angenommen. In dem in Fig. 13 gezeigten optischen System zur Herstellung eines Hologramms wurden die Ausbildungsparameter unter Verwendung der Dämpfungsmethode der kleinsten Quadrate (DLS-Methode) derart optimiert, daß die Wellenfrontaberration der Referenzwelle minimiert werden. Folglich wurde folgendes eingestellt: eine Hologramm-Konstruktionswellenlänge λ&sub2; = 488 nm (Ar-Laser); eine Zentrumsdicke der sphärischen Konvexlinse 211 T&sub1;&sub1; = 5,5 mm, eine Krümmung hiervon R&sub1;&sub1; = 26 mm, ein Brechungsindex hiervon N&sub1;&sub1; = 1,73903; eine Distanz von der oberen Fläche der sphärischen Konvexlinse 211 zu einer konvergierenden Position der Welle ohne Aberration 218 Z = 32,96 mm; ein Spalt zwischen der sphärischen Konvexlinse 211 und der Zylinderlinse 212 D = 1 mm; eine Zentrumsdicke der Zylinderlinse 212 T&sub1;&sub2; = 4 mm, eine Krümmung hiervon R&sub1;&sub2; = 5000 mm, ein Brechungsindex hiervon N&sub1;&sub2; = 1,522; und eine Distanz von der Zylinderlinse 212 zum Hologrammaterial 213 DL = 31,4 mm.

(Beispiel einer Wellenfrontaberrationsmessung der Ausführungsform (Fig. 17))

Fig. 17 ist eine Ansicht, die einen Wellenfrontaberrationsbetrag der Referenzwelle zeigt' der durch das gemäß den obigen Bedingungen ausgebildete Hologramm erzeugt wird. In Fig. 16(a) wird eine Distanz vom Hologramm 213 zum Halbleiterlaserdiodenchip 221 mit fl = 11,5164 mm in Fig. 2 eingestellt. Wie aus Fig. 17 ersichtlich, liegt eine Wellenfrontaberration innerhalb λ/8 für höhere NA, und die Referenzwelle ist nahe der Beugungsgrenze.
Die Referenzwelle kann als gut aberrationskorrigiert angesehen werden.
So wird die oben erwähnte aberrationskorrigierte Welle 13 in Fig. 3(b) oder 114 in Fig. 8 nicht verschlechtert, und es wird der erforderliche Strahlpunkt erhalten.
Die Wellenfrontaberration einer optischen Linse ohne Aberration, an der die Aberrationsdistanzkorrektur nicht vorgenommen wird, bleibt innerhalb λ/8 in bezug auf die gegebene ΔZ und Rekonstruktionswellenlänge λ&sub2;, wenn eine Linse mit NA vorgesehen wird, die folgendem entspricht:
Im Fall der obigen Bedingungen ist aus Gleichung (10) NA 0,2 oder weniger, so daß die Linse dunkel sein kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine holographische Linse mit hoher NA, wobei der Astigmatismus korrigiert ist, kompakt, leichtgewichtig und kostengünstig verglichen mit der gemäß dem bekannten Verfahren gebildeten.
Bei der oben erwähnten holographischen Aberrationskorrekturlinse wird die holographische Linse unter Verwendung einer konvergierenden Kugelwelle mit einer Aberration als Objektwelle konstruiert. Eine divergierende Kugelwelle mit einer Aberration kann jedoch als Objektwelle verwendet werden.
Fig. 18 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Hologramms gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Erstens wird die Referenzwelle diskutiert. Eine konvergierende Welle 304 mit einer Wellenlänge von λ&sub1; wird zum Einfallen in eine Konkavlinse 1 gebracht, um eine sphärische Aberrationswelle zu erzeugen, die als Referenzwelle zum Einfallen auf ein Hologrammherstellungsmaterial 302 auf einem Hologrammsubstrat gebracht wird. Zweitens wird die aberrationskorrigierte Welle als Objektwelle 305 hergestellt.
Die Objektwelle zur Herstellung des Hologramms zur Korrektur der Scanstrahlaberration muß eine Welle mit einer Auswärts-Komaaberration sein. Eine derartige Welle kann durch Einführen einer konvergierenden Kugelwelle in eine geneigte Konvexlinse und Schneiden der austretenden Welle hiervon erhalten werden. Als Referenzwelle wird eine konvergierende Welle mit einer Aberration verwendet, wobei die Welle durch Einführen einer konvergierenden Kugelwelle in eine Konkavlinse erhalten wird. Unter Verwendung einer derartigen Objektwelle und einer Referenzwelle kann ein gewünschter Laserstrahlscanner realisiert werden, da die Aberration der Referenzwelle auch geeignet korrigiert wird.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detaillierter beschrieben.
Die in Fig. 18 gezeigte Ausführungsform wird beschrieben. In Fig. 18 ist es klar, daß eine konvergierende Welle 306 mit einer positiven sphärischen Aberration durch eine Konkavlinse 301 vorliegt. Unter der Annahme, daß eine Wellenlänge der Rekonstruktionswelle λ&sub2; und eine Wellenlänge einer Objektwelle 304 λ&sub1; sind, wird eine sphärische Aberration gleich der positiven sphärischen Aberration gesetzt, die gemäß der Tatsache, daß die Wellenlänge von λ&sub2; auf λ&sub1; verkürzt wird, erhöht wird. Durch Optimieren von Parametern wie der Krümmung der Konkavlinse, kann die Aberrationskorrektur der Referenzwelle genau durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform wird die Dämpfungsmethode der kleinsten Quadrate (DLS-Methode) zum Optimieren der automatischen Ausbildung verwendet, um die Wellenfrontaberration zu minimieren.
In Fig. 18 wird ein Ar-Laser mit einer Wellenlänge λ&sub1; = 488 nm als Herstellungswelle verwendet. Gemäß der obigen automatischen Ausbildung sind Parameter der Konkavlinse wie folgt eingestellt: eine Zentrumsdicke d = 4 mm; eine Krümmung R = 200 mm; Material BK7; und ein Brechungsindex durch den Ar-Laser N = 1,52223. Eine Distanz der konvergierenden Welle 306, welche die Objektwelle 304 ist, von der oberen Fläche der Konkavlinse 301 zu einem konvergierenden Punkt ist F = 30 mm, und eine Distanz vom Zentrum der unteren Fläche der Linse zum das Hologramm bildenden Material 302 beträgt dL = 22,3 mm. Eine Aberration des Hologrammsubstrats 303 (Glasdicke t = 0,3 mm, Brechungsindex NG = 1,5) wurde ebenfalls vorgesehen. Wenn die Rekonstruktionswelle ein Halbleiterlaserdiodenstrahl (λ&sub2; = 787 nm) ist, beträgt eine Brennweite der Beugungswelle 307, f&sub6;, 4,55172 mm. Es ist in Fig. 19 ersichtlich, daß eine Wellenfrontaberration mit NA = 0,45 innerhalb von λ/4 liegt. So kann eine Referenzwelle einer Beugungsgrenze erhalten werden. Da die Krümmung R der Konkavlinse 301 einen Spielraum aufweist, ist es möglich, den Spalt dL zwischen der Konkavlinse 301 und dem das Hologramm bildenden Material 302 zu verlängern, so daß der Vorteil besteht, daß die Objektwelle 305 leicht zum Einfallen gebracht werden kann. Die Objektwelle 305 in Fig. 18 kann auf ähnliche Weise wie oben erwähnt hergestellt werden. Die hergestellte holographische Aberrationskorrekturlinse wird wie in Fig. 2 gezeigt verwendet. Die Marke * ist in Fig. 18 veranschaulicht.
Die oben erwähnte holographische aberrationskorrigierte Linse wird durch Zusammensetzen eines Hologramms auf einer flachen Platte gebildet. In einer derartigen holographischen Linse ist der Bildkreis einer holographischen Linse im allgemeinen klein, und die holographische Linse ist für die Rekonstruktion genau einzustellen. Wenn nämlich eine Einfallsposition einer einfallenden Welle auf die holographische Linse geringfügig verschoben wird, wird eine ausgebildete Wellenfrontumwandlung an der holographischen Linse nicht durchgeführt.
Zur teilweisen Lösung des obigen Problems wird eine hybride holographische Linse für eine kollimierende Linse oder eine Objektivlinse vorgeschlagen, bei der ein Hologramm auf der Seite der konvexen Fläche einer Konvexlinse zur Erfüllung der Sinus-Bedingung gebildet wird. (W.T. Welford, Opt. Commun., 9 (1973) 268, Opt. Commun., 15 (1975) 46).
Im obigen wird eine Krümmung der Konvexlinse bestimmt, um mit der Brennweite der holographischen Linse zusammenzufallen, so daß der Bildkreis vergrößert wird. Eine derartige Linse mit einem großen Bildkreis wird allgemein aplanatische Linse genannt.
Als Ergänzung zum Stand der Technik wird eine aplanatische holographische Linse für eine kollimierende Linse oder eine Objektlinse vorgeschlagen, in Fig. 37 und 38 gezeigt, wobei ein Hologramm zwischen zumindest zwei Laserglaslinsen gebildet wird. (I. Weingartner, SPIE. Proceedings, 396 (1983) 173, Optik 68, Nr.2 (1984) 185-190). In dieser Offenbarung sind die Krümmungen R1 und R2 sowie die Brechungsindices der optischen Glaslinsen 462 und 472 ausgebildet, um der Sinus-Bedingung zur Eliminierung einer verbleibenden sphärischen Aberration durch die Hologramme 461 und 471 zu entsprechen.
Die von W.T. Welford vorgeschlagene weist ein Hologramm auf, das auf einer gekrümmten Fläche, jedoch nicht auf einer ebenen Platte gebildet ist, so daß es schwierig herzustellen ist. Außerdem kann nur ein in-line-Typ gebildet werden, bei dem eine optische Achse der holographischen Linse mit einer optischen Achse einer einfallenden Welle zusammenfällt, wohingegen ein außeraxialer Typ nicht leicht gebildet werden kann. Andererseits ist bei der in Fig. 38 gezeigten das Hologramm 471 auf einer ebenen Platte gebildet. Eine konkrete Technik, wie das Hologramm herzustellen ist, ist jedoch darin nicht geoffenbart, sondern es wird nur angegeben, daß das Hologramm theoretisch durch eine Elektronenstrahlzeichnung und eine Computerzeichnung gebildet werden kann, so daß dies nicht praktisch ist. Insbesondere bei einer holographischen Linse, bei der ein Halbleiterlaser als ihre Strahlquelle verwendet wird, ist eine Differenz zwischen einer Wellenlänge zur Konstruktion des Hologramms und einer Wellenlänge zur Rekonstruktion des Hologramms zu beachten. Der obige Stand der Technik offenbart jedoch keine Verfahren zur Herstellung von Hologrammen, die derartiges berücksichtigen. Ferner sind, auch wenn das Hologramm auf einer ebenen Platte einer Linse gebildet wird, zumindest zwei Linsen erforderlich.
Darüberhinaus erläutert dieser Stand der Technik nichts über die Konstruktion eines Hologramms durch holographische Belichtung und erkennt den außeraxialen Typ nicht.
Zur Lösung der obigen Probleme ist es eine Aufgabe dieser Ausführungsform, ein konkretes Verfahren zur Herstellung der holographischen Aberrationskorrekturlinse für die holographische Scanlinse vorzusehen, die einen weiten Bildkreis erreicht, wobei ein Hologramm auf einer flachen Platte gebildet wird, an die eine optische sphärische Linse nahe herangebracht wird, oder das Hologramm auf der sphärischen Linse konstruiert wird.
Zur Eliminierung des obigen Problems ist die Ausführungsform mit einem ein Hologramm bildenden optischen sphärischen Element und einer Einrichtung zum Erzeugen von konjugierten Wellen, wie einem Teleskopsystem, versehen, um eine Referenzwelle eines Hologramms zu erzeugen.
Gemäß der obigen Anordnung wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von λ&sub1;, die kürzer ist als eine Wellenlänge λ&sub2; einer Rekonstruktionswelle, von einem Halbleiterlaser zum Einfallen in das optische sphärische Element gebracht, um eine notwendige Aberrationswelle zu erzeugen. Die Aberrationswelle hat eine Wellenfront zum Korrigieren einer zum Zeitpunkt der Rekonstruktion durch das optische sphärische Element erzeugten Aberration und eine Wellenfront zum Korrigieren einer Aberration entsprechend einer Differenz zwischen der Rekonstruktionswellenlänge und der Konstruktionswellenlänge. Die so gebildete Aberrationswelle wird durch die Einrichtung zum Erzeugen konjugierter Wellen, wie ein Teleskopsystem, geführt, um eine konjugierte Welle zu erzeugen. Die konjugierte Welle wird als Referenzwelle einer Konstruktionswelle zu einer ein Hologramm bildenden Fläche eines Plattenhologramms geführt. Demgemäß wird ein Spalt zwischen dem sphärischen Element und der ein Hologramm bildenden Materialfläche vergrößert, um eine Objektivwelle leicht zum Einfallen zu bringen.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detailliert beschrieben.

(Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Hologrammen der Erfindung (Fig. 20))

Fig. 20 ist eine Ansicht, welche die Zusammensetzung eines Verfahrens zur Herstellung von Hologrammen dieser Erfindung zeigt. Eine (nachstehend zu beschreibende) Rekonstruktionswelle eines Hologramms 413 ist ein Halbleiterstrahl, dessen Wellenlänge λ&sub2; etwa 787 nm beträgt. In der in Fig. 20 gezeigten Konstruktion des Hologramms wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ&sub1;, die kürzer ist als die Rekonstruktionswellenlänge, als Konstruktionswelle verwendet. Ein derartiger Laserstrahl ist ein Ar-Laserstrahl, bei dem λ&sub1; = 488 nm.
In Fig. 20 wird ein divergierender Laserstrahl 414 der Wellenlänge λ&sub1;, der von einem Austrittspunkt A auf einer optischen Achse 418 abgestrahlt wird, zum Einfallen in eine Korrekturlinse 411 und 611 gebracht, um eine Aberrationswelle 415 zu erzeugen, die zum Einfallen auf eine Linse 621 in einem Teleskopsystem 412 gebracht wird. Die Aberrationswelle 415 wird an einem Konvergenzpunkt B auf der optischen Achse 418 konvergiert und als konjugierte Welle 416 durch eine Linse 622' gestrahlt, um zu einer ein Hologramm bildenden Materialfläche 631 geführt zu werden. Die beiden Linsen 621 und 622' im Teleskopsystem 412 sind die gleichen und in bezug auf den Konvergenzpunkt B symmetrisch angeordnet. Eine Distanz zwischen einer Austrittsfläche 611 der Aberrationskorrekturlinse 411 und der Linse 621 ist , und eine Distanz zwischen der das Hologramm bildenden Materialfläche 631 und der Linse 622' ist ebenfalls .
Andererseits wird eine aberrationskorrigierte Welle für eine holographische Scanlinse 417 der Wellenlänge λ&sub1; als Objektivwelle 417 zur das Hologramm bildenden Materialfläche 631 geführt.

(Prinzip des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung von Hologrammen (Fig. 22 bis 25))

Das Prinzip der obigen Ausführungsform wird aufeinanderfolgend beschrieben. Zuerst wird zum besseren Verständnis dieser Ausführungsform die holographische Linse wie folgt diskutiert. Fig. 22 ist eine Ansicht, welche die Zusammensetzung einer hybriden holographischen Linse zeigt, bei der das Hologramm 413' verwendet wird, das durch die Umwandlung einer divergierenden Welle 422 in eine senkrechte ebene Welle 423 (λ&sub2;) erzeugt werden kann. In Fig. 22 wird das auf dem flachen Plattenglas gebildete Hologramm 413' nahe an eine optische Glaslinse 421 gebracht oder auf der Glaslinse 421 gebildet. Eine von einem Austrittspunkt P abgestrahlte Rekonstruktionswelle ist eine divergierende Welle 422 eines Halbleiterlasers mit einer Wellenlänge von λ&sub2;, beispielsweise gilt λ&sub2; = 787 nm. Die divergierende Welle 422 wird durch die optische Glaslinse 421 und das Hologramm 413' in eine senkrechte ebene Welle 423 umgewandelt. Eine Krümmung R, eine Linsen-dicke, ein Brechungsindex und eine für das Hologramm 413' der Linse 421 notwendige sphärische Aberration werden be-stimmt, um der Sinus- Bedingung zur Vergrößerung des Bild-kreises zu entsprechen. Es wurde nämlich gefunden, daß die Sinus-Bedingung nur durch das Hologramm 413 und die Einzellinse 421 erfüllt werden kann.
Beispielsweise werden eine hybride holographische Linse, wie in Fig. 26 gezeigt, welche die Sinus-Bedingung erfüllt und ein Hologramm 453 zum Umwandeln einer divergierenden Welle eines Halbleiterlasers in eine ebene Welle umfaßt, und eine Plankonvexlinse 454 hergestellt. Wenn die Linsenparameter optimiert werden, wird die Sinus-Bedingung unter einem in Fig. 26 gezeigten Strahlverfolgungszustand erfüllt.
Als Beispiel sind eine Strahlquelle ein Halbleiterlaser mit 787 nm; ein Brechungsindex der Plankonvexlinse 1,76574; eine Linsenzentrumsdicke do 12,6 mm; eine Linsenkrümmung 12,5 mm; und eine Distanz von der Punktstrahlquelle zum Linsenzentrum dL = 10 mm. Eine Brennweite beträgt 12,765 mm.
Ein nicht erfüllter Betrag der Sinus-Bedingung ist maximal 23 um, wobei NA innerhalb von 0,45 liegt, wie in Fig. 27 gezeigt, so daß eine gute Sinus-Bedingung erhalten werden kann. In einer normalen holographischen Plattenlinse erreicht dies sogar 1 mm.
Gemäß obigem wird eine hybride holographische Linse zur Vergrößerung des Bildkreises realisiert.
Zur Erfüllung der Sinus-Bedingung muß das Hologramm eine durch eine Linse geführte, komplizierte sphärische Aberration in eine ebene Welle umwandeln.
In der obigen hybriden holographischen Linse ist, wenn eine ebene Welle 431 der Wellenlänge λ&sub2; zum Einfallen von der rechten Seite in Fig. 26 nur in das Hologramm 413' (das gleiche wie 453 in Fig. 26) gebracht wird, wie in Fig. 23(a) gezeigt, ein zu erzeugender Austrittsstrahl eine sphärische Aberrationswelle 432. Mit anderen Worten wird vorgesehen, daß die sphärische Aberrationswelle 432 durch die in Fig. 26 gezeigte optische Glaslinse erzeugt wird, und das Hologramm 413' korrigiert ihre Aberration und ändert sie in die ebene Welle 431'. Daher ist zur Herstellung des Hologramms 413' eine Aberrationswelle gleich der sphärischen Aberrationswelle 432 als Referenzwelle erforderlich. Zur Eliminierung einer durch die optische Glaslinse 432 (Fig. 23(a)) erzeugten sphärischen Aberration, um die Sinus-Bedingung zu erfüllen, ist eine longitudinale sphärische Aberrationswelle als Referenzwelle erforderlich, die eine Funktion höherer Ordnung in bezug auf NA (Apertur) wird, in Fig. 23(b) gezeigt. Außerdem ist ein Laserstrahl mit einer kürzeren Wellenlänge λ&sub1; (beispielsweise ein Ar-Laser mit λ&sub1; = 488 nm) als Konstruktionswelle zu verwenden. Unter Berücksichtigung des obigen wird das Hologramm 413' durch Abstrahlen einer sphärischen Aberrationswelle 441, die eine Wellenlänge von λ&sub1; mit den in Fig. 24(b) gezeigten Charakteristiken aufweist, als Referenzwelle auf eine ein Hologramm bildende Materialfläche 631 gebildet, wie in Fig. 24(a) dargestellt. Zusätzlich zur in Fig. 23 gezeigten sphärischen Aberration ist nämlich eine sphärische Aberration, die durch eine Differenz zwischen der Rekonstruktionswellenlänge und der Konstruktionswellenlänge verursacht wird, als Referenzwelle 441 erforderlich. Hier ist eine Objektivwelle 442 eine ebene Welle der Wellenlänge λ&sub1;.
Ein Verfahren zur Erzeugung der Referenzwelle 441 mit der Wellenlänge λ&sub1;, in Fig. 24(a) gezeigt, wird nachstehend beschrieben.
Es wird angenommen, daß eine ebene Welle der Wellenlänge λ&sub1; zum Einfallen, wie in Fig. 25 gezeigt, in das Hologramm 413' gebracht wird, wie in Fig. 24(a) gezeigt. Folglich wird eine gebeugte Welle mit der gleichen Aberration wie jener der Referenzwelle 441 erzeugt, wie in Fig. 24(a) dargestellt. Die Aberration kann beispielsweise durch eine achromatische Linse 411, die nahe zum Hologramm 413' gebracht wird, ausreichend korrigiert werden, wie in Fig. 25 gezeigt, so daß eine konvergierende Welle 452 mit nahezu keiner Aberration zu einem Punkt A konvergiert werden kann. Mit anderen Worten, wenn ein divergierender Strahl mit der Wellenlänge λ&sub1; vom Punkt A zum Einfallen in die achromatische Linse gebracht wird, wird er eine Aberrationswelle, die die gleiche ist wie die in Fig. 24(a) gezeigte Referenzwelle, auf einer Hologrammfläche 631. Da die achromatische Linse 411 und ein Hologramm 411' in Fig. 25 nahe beieinander angeordnet sind, kann die in Fig. 24(a) gezeigte beliebige Objektwelle 442 nicht zum Einfallen gebracht werden.
Daher wird das in Fig. 20 dargestellte Teleskopsystem eingeführt. In Fig. 20 hat die Aberrationskorrekturlinse 411 die gleiche Funktion wie die in Fig. 25 gezeigte Linse. Die divergierende Welle 414 der Wellenlänge λ&sub1; vom Austrittspunkt A erzeugt auf einer Austrittsfläche 611 die Aberrationswelle 415 mit der gleichen Aberration wie jene der in Fig. 24(a) gezeigten Referenzwelle. Um das obige zu erreichen, wird die Aberrationskorrekturlinse 411 durch Strahlverfolgung optimal ausgebildet. In Fig. 20 ist die Größe des Teleskopsystems 412 "1", wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich. Eine Distanz zwischen der Austrittsfläche 611 der Aberrationskorrekturlinse 411 und der Linse 621 ist , und eine Distanz zwischen der das Hologramm bildenden Materialfläche 631 und der Linse 622' ist ebenfalls , so daß eine Wellenfront der Aberrationswelle 415 an der Austrittsfläche 611 und eine Wellenfront der konjugierten Welle 416 an der das Hologramm bildenden Materialfläche 631 zueinander konjugiert werden, um die gleiche Aberration auf zuweisen, wodurch eine Referenzwelle mit einer erforderlichen Aberration an der das Hologramm bildenden Materialfläche 631 erzeugt wird. Folglich kann ein Spalt zwischen dem Teleskopsystem 412 und der das Hologramm bildenden Materialfläche 631 vergrößert werden, so daß die Objektwelle leicht zum Einfallen gebracht werden kann.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Objektivwelle eine optionale Wellenfront auswählen kann. Die hybride holographische Aberrationskorrekturlinse für die holographische Scanlinse wird beschrieben. Um diese zu erhalten, sollte die Objektwelle eine aberrationskorrigierte Welle 417 in Fig. 20 sein, welche die gleiche ist wie 305 in Fig. 18.
Da die F-Zahl dieser Objektwelle groß ist, wird eine Verschiebung von der Sinus-Bedingung für sehr klein gehalten, vorausgesetzt, daß ein Objektstrahl unbegrenzt ist, so daß der Effekt des vorliegenden Verfahrens ausgezeichnet ist. Um den Laserstrahlscanner zu erhalten, ist die Ausbildung in Fig. 21 gezeigt.
Obwohl das Verfahren bei der Plankonvexlinse in der obigen Ausführungsform verwendet wurde, kann es bei anderen sphärischen Linsen eingesetzt werden.

Claims

1. Laserstrahlscannervorrichtung, mit:

einer Strahlquelle (121; 513; 563) zum Erzeugen eines Halbleiterlaserstrahls (125; 516; 565);

einem im wesentlichen ebenen Drehhologramm (122; 721) mit variabler Raumfrequenz zum Beugen des genannten Halbleiterlaserstrahls, um einen Scanstrahl (127; 519; 567) auf einer zu scannenden Fläche (124; 515; 564) zu bilden; und

einem im wesentlichen ebenen stationären Aberrationskorrekturhologramm (112; 511; 521; 561), das mit einer Objektwelle und einer Referenzwelle, die an einem stationären Hologrammsubstrat interferiert werden, derart konstruiert ist, daß eine Aberration des genannten Scanstrahls auf der zu scannenden Fläche korrigiert wird, wobei die genannte Objektwelle eine Kugelwelle mit einer Aberration, einer Wellenlänge, die kürzer ist als jene des genannten Halbleiterlaserstrahls, und einem Einfallswinkel ist, der in bezug auf das genannte stationäre Hologrammsubstrat nicht senkrecht, sondern geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte stationäre Aberrationskorrekturhologramm (112; 511; 521; 561) zwischen der genannten Strahlquelle (121; 513; 563) und dem genannten Drehhologramm (121, 172) angeordnet ist und in bezug auf das genannte Drehhologramm (721) geneigt ist, um einen geradlinigen Scanner vorzusehen, der gleichzeitig hinsichtlich durch die Wellenlänge induzierter Positionsverschiebungen, Astigmatismus und Komaaberration korrigiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der genannte Halbleiterlaserstrahl (516), der von der genannten Strahlquelle (513) divergiert, direkt auf das genannte stationäre Hologramm strahlt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die genannte Referenzwelle eine Kugelwelle mit einer erforderlichen Aberration ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welcher die genannte erforderliche Aberration durch eine Konvexlinse gebildet wird, die in einem optischen Weg der genannten Kugelwelle angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der genannte Halbleiterlaserstrahl (516), der von der genannten Strahlquelle (513) divergiert, auf das genannte stationäre Hologramm (511) durch eine optische Linse (514) strahlt, die den genannten Halbleiterlaserstrahl (516) in eine ebene Welle (517) umwandelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die genannte Referenzwelle zur Konstruktion des Hologramms eine ebene Welle (517) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die genannte Objektwelle zur Konstruktion des Hologramms eine konvergierende Kugelwelle ist, die durch eine Konkavlinse zum Einfallen auf das Hologrammsubstrat gebracht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die genannte Aberration derart korrigiert wird, daß eine gleichförmige Aberration für die gesamte Scanzone des genannten Scanstrahls (519, 567) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die genannte Referenzwelle zur Herstellung des Hologramms einen Astigmatismus aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der genannte Astigmatismus der Referenzwelle unter Verwendung einer Zylinderlinse gebildet wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, bei welcher die Objektwelle zur Bildung des Hologramms eine divergierende Kugelwelle mit einer Aberration ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die genannte Objektwelle eine divergierende Kugelwelle ist, die durch eine Konkavlinse geführt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die genannte Referenzwelle zur Konstruktion des Hologramms eine konvergierende Kugelwelle mit einer Aberration ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die genannte Referenzwelle eine konvergierende Kugelwelle ist, die durch eine Konkavlinse zum Einfallen auf das Hologrammsubstrat gebracht wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das genannte stationäre Hologramm an einer planen Seite einer Plankonvexlinse hergestellt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 11 und 12, bei welcher die genannte Referenzwelle zur Ausbildung des Hologramms eine divergierende Kugelwelle ist, die durch eine Aberrationskorrekturlinse geführt wird, um eine erforderliche Aberration aufzuweisen, wobei die genannte Welle mit der Aberration durch eine optisches Teleskopsystem zu einer konjugierten Welle geändert wird, und wobei die genannte konjugierte Welle zum Einfallen auf das Hologrammsubstrat gebracht wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das genannte stationäre Hologramm (511; 521; 561) derart hergestellt wird, daß eine Verschiebung der Einfallsposition des gebeugten Strahls zum genannten Drehhologramm in ein vorherbestimmtes Ausmaß in bezug auf eine spezifizierte Variation der Wellenlänge des genannten Halbleiterlaserstrahls gebracht wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Position der genannten Strahlquelle (513; 563) des Halbleiterlaserstrahls in bezug auf das genannte stationäre Hologramm in einer optischen Achsenrichtung einstellbar ist.

19. Verfahren zum Vorsehen eines Scanlaserstrahls in einer Vorrichtung, mit den Schritten:

- Erzeugen eines Halbleiterlaserstrahls (125; 516; 565) unter Verwendung einer Strahlquelle (125; 516; 565);

- Beugen des genannten Halbleiterlaserstrahls zur Bildung eines Scanstrahls (127; 519; 567) auf einer zu scannenden Fläche (124; 515; 564) unter Verwendung eines im wesentlichen ebenen Drehhologrammms (122; 721) mit variabler Raumfrequenz; und

- Korrigieren hinsichtlich Aberrationen unter Verwendung eines stationären Hologramms (122; 511; 521, 561), das konstruiert wird, indem eine Objektwelle und eine Referenzwelle veranlaßt werden, auf einem im wesentlichen ebenen stationären Hologrammsubstrat derart zu interferieren, daß eine Aberration des genannten Scanstrahls auf der zu scannenden Fläche korrigiert wird, wobei die genannte Objektwelle eine Kugelwelle mit einer Aberration, einer Wellenlänge, die kürzer ist als jene des genannten Halbleiterlaserstrahls, und einem Einfallswinkel ist, der in bezug auf das genannte stationäre Hologrammsubstrat nicht senkrecht, sondern geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Korrigierens hinsichtlich Aberrationen vor dem genannten Schritt der Beugung des genannten Laserstrahls bewirkt wird, und daß das genannte stationäre Hologramm in bezug auf das genannte Drehhologramm geneigt ausgebildet wird, um einen geradliniges Scannen zu erzielen, das gleichzeitig hinsichtlich durch die Wellenlänge induzierter Positionsverschiebungen, Astigmatismus und Komaaberration korrigiert ist.