JP7403077B2 - レーザ光源装置及びそれを用いた像形成装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数の波長のレーザ光を出射するレーザ光源装置及びそれを用いた像形成装置に関する。

従来、複数の波長のレーザ光を出射するレーザ光源装置は、ダイクロイックミラーを用いてそれぞれの波長のレーザ光を合成していた。また、ダイクロイックミラーに入射する前にそれぞれの波長のレーザ光は平行光にされていた。

特許文献１は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のレーザ光を合波して出力する３色光光源が記載されている。赤色、緑色、青色それぞれのレーザダイオードに対してコリメートレンズを配置し、２つの波長フィルタを配置している。

特開２０１６－１７４１８９号公報

しかしながら、ダイクロイックミラーを用いる場合、各色のレーザ光源ごとにコリメートレンズと反射用の波長フィルタを必要とする。これにより、部品点数が多くなり、コスト高となってしまう。

本開示は、部品点数を低減し、コストを低減した、複数の波長レーザを出射するレーザ光源装置を提供する。

本開示のレーザ光源装置は、複数のレーザ素子と、
それぞれの前記レーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、
それぞれの前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
それぞれの前記レーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、
前記回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部を有し、
それぞれの前記レーザ素子は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面視において、前記コリメートレンズの光軸よりも一方側に、前記光軸との距離が異なる位置に配置され、
それぞれのレーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光が前記回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成される。

また、本開示の像形成装置は、前記レーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から出射する複数の波長を有するレーザ光を第１方向に走査する第１走査素子と、
前記第１走査素子から出射するレーザ光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備える。

本開示におけるレーザ光源装置及び像形成装置は、部品点数を低減し、コストを低減して複数の波長レーザを出射することが可能である。

レーザ光源装置の構成を示す断面図 コリメートレンズの光源側に形成された直線状の回折格子を示し、（ａ）は直線状の回折格子１３を光源側から見た平面図であり、（ｂ）は、直線状の回折格子の部分断面図 コリメートレンズの斜視図 赤色レーザ素子、緑色レーザ素子、青色レ－ザ素子のそれぞれの回折次数とそれぞれの回折効率との関係を示すグラフ 実施形態１におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態１において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態１における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態１における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態２におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態２において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態２における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態２における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態３におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態３におけるコリメートレンズに形成された同心円状の回折格子を示し、（ａ）は同心円状の回折格子の断面図であり、（ｂ）は、同心円状の回折格子の正面図 実施形態３において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態３における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態３における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態４におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態４において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態４における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態４における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態５におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態５において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態５における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態５における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態６におけるレーザ光源装置の断面図 実施形態６において緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図 実施形態６における光源装置の光学系の諸条件を示す表 実施形態６における光源装置の光学系の球面収差を示す図 実施形態７における像形成装置の一例を示す説明図 各実施形態の回折効率を示すグラフ

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

まず、図１～図３を参照して本開示の概略的な説明をする。図１は、本開示の光源装置の構成の一例を示す断面図である。図２Ａは、コリメートレンズ１５の光源側に形成された直線状の回折格子１３を示し、（ａ）は直線状の回折格子１３の背面図であり、（ｂ）は、直線状の回折格子１３の部分断面図である。図２Ｂは、コリメートレンズの斜視図である。図３は、赤色レーザ素子、緑色レーザ素子、青色レ－ザ素子のそれぞれの回折次数とそれぞれの回折効率との関係を示すグラフである。なお、図１においてコリメートレンズ１５の光軸Ｌｓの方向をＺ軸方向とし、コリメートレンズの光軸Ｌｓに垂直で紙面内の方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸方向及び紙面に垂直な方向をＸ軸方向とする。

光源装置１は、複数の波長のレーザ光を出射するレーザ光源２と、レーザ光源２から出射された複数の波長のレーザ光を回折する回折格子１３と、回折格子１３により回折されたそれぞれのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ１５とを備える。なお、この例では、コリメートレンズ１５の一面に回折光学素子としての回折格子１３が形成されているが、回折格子１３とコリメートレンズ１５とが別体でもいい。コリメートレンズ１５の凸面１６は非球面形状である。

レーザ光源２は、波長の異なるレーザ光をそれぞれ出射する少なくとも２つ以上のレーザ素子を有する。図１の例では、レーザ光源２は、赤色レーザ素子３、緑色レーザ素子５、及び青色レ－ザ素子７を備える。各レーザ素子は、例えば、レーザチップ型の半導体レーザである。赤色レーザ素子３、緑色レーザ素子５、及び青色レ－ザ素子７の光源は、コリメートレンズ１５の光軸Ｌｓ上に存在せず、コリメートレンズ１５の光軸Ｌｓを含むＹＺ平面による断面視において、コリメートレンズ１５の光軸Ｌｓの一方側に光軸Ｌｓとの距離が異なる位置に配置されている。おおよそ各レーザ素子から出射されるレーザの強度がもっとも強い方向をコリメートレンズ１５の中心方向に向けられる。

レーザ光源２から出射した、各波長のレーザ光は回折格子１３により回折する。回折格子１３は複数の直線状の溝１３ｂがそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部としての複数のブレーズ１３ａを有する。ブレーズ１３ａは、例えば、光軸Ｌｓを含むＹＺ平面の断面視で直角三角形の形状であり、溝１３ｂと、溝１３ｂからコリメートレンズ１５の光軸Ｌｓ方向に起立した斜辺１３ｃと、を有する。なお、鋸歯形状とは、断面視で斜辺１３ｃが直線形状に限らず、円弧形状であるものも含む。直線状の溝１３ｂは、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に延びる。各溝１３ｂは平行に形成されている。例えば、回折格子１３のブレーズ１３ａの溝１３ｂが延びる方向（Ｘ軸方向）と、コリメートレンズ１５の光軸Ｌｓを含むＹＺ平面とは直交する。回折格子１３の鋸歯形状のブレーズ１３ａの高さｄにより各波長の回折効率は変化する。

図３はブレーズ高さ（横軸）によって、各波長の最も高い回折効率をもつ回折次数における回折効率の変化を示したものである。なお、回折効率の計算はスカラー解析で行っている。計算条件は、青色レーザ光ＢＬの波長を０．４６７μｍ、緑色レーザ光ＧＬの波長を０．５３２μｍ、赤色レーザ光ＲＬの波長を０．６３０μｍとし、材質は住田光学ガラス（株）のＫ－ＳＦＬＤ８を使用した。各グラフのピークに示した数字は、それぞれの波長の最も高い回折効率を示す。例えば、緑色レーザ光ＧＬの１次回折光が回折効率１００％のブレーズの高さでは、赤色及び青色のそれぞれレーザ光ＲＬ、ＢＬの１次回折光は、回折効率が約９０％となり、平行光とした場合のそれぞれの色のレーザ光の光量は、出射光の光量よりも１０％減る。減った光量は、迷光となるので、ノイズの原因にもなる。

一方、ブレーズの高さｄが４．６μｍの場合、赤色レーザ光ＲＬの５次回折光と、緑色レーザ光ＧＬの６次回折光と、青色レーザ光ＢＬの７次回折光とが、ほぼ回折効率１００％となる。したがって、赤色レーザ光ＲＬの５次回折光と、緑色レーザ光ＧＬの６次回折光と、青色レーザ光ＢＬの７次回折光を平行光にすることで、異なる波長のレーザ光を効率よく平行光にして合成することが可能となる条件があることが分かる。

光源装置１において、それぞれのレーザ素子の各波長をλｐとし、それぞれの前記波長における回折光学素子の屈折率をｎｐとし、回折光学素子の鋸歯形状部であるブレーズの高さをｄとし、それぞれの前記波長における最大の回折効率を有する回折次数をｍｐとしたとき、ｍｐは０でない整数であり、以下の（１）式を満たすことが望ましい。
－０．１７５＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１７５・・・（１）式

（１）式を満たす光源装置１であれば、回折効率が高い平行光を得ることができる。

また、（１）式の代わりに以下の（２）式を満たすと、なお回折効率が向上する。
－０．１＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１・・・（２）式

（２）式を満たす光源装置１であれば、さらに回折効率が高い平行光を得ることができる。

なお、レンズ面の非球面を表す式として下式を用いる。

ここで、ｒは光軸からの距離（＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２）であり、ｃは曲率であり、ｋは円錐定数であり、Aｎはｎ次の非球面係数である。

（実施形態１）
以下、図４～図７を参照して、より具体的に例示した実施形態１を説明する。
[１－１．構成]
図４は、実施形態１に係る光源装置１Ａの構成を示す説明図である。図５は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図６は、光源装置１Ａの光学系の諸条件を示す表である。図７は、光源装置１Ａの光学系の球面収差を示す図である。

光源装置１Ａは、光源２と、回折レンズ１９Ａと、コリメートレンズ１５Ａとを備える。コリメートレンズ１５Ａは、非球面形状のＳ１面及びＳ２面を有する。平板状の回折レンズ１９Ａは平面のＳ３面および直線状の回折格子１３が形成されたＳ４面を有する。

実施形態１における光源装置１Ａは、レーザ光源２からの光路の順に、回折レンズ１９Ａの回折格子Ｓ４面と、回折レンズ１９ＡのＳ３面と、コリメートレンズ１５ＡのＳ２面と、コリメートレンズ１５のＳ１面が配置されている。

図４では、コリメートレンズ１５Ａの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ１離れて位置する。なお、ここでは緑色レーザ素子５の位置を基準として示している。図５は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｙ軸方向）の位置関係を示している。

実施形態１において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に－３．０２５ｍｍ（Ｌｙ１）の位置に配置されている。図５に示すように、赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約９０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に約７０μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約－９０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に約－１２０μｍの位置に配置されている。

実施形態１の光源装置１Ａにおける光学系の具体的な数値構成が図６に示される。図６（ａ）において、コリメートレンズ１５Ａの焦点距離ｆ、コリメートレンズ１５Ａの開口数ＮＡ、青色レーザ光ＢＬの波長λ１、緑色レーザ光ＧＬの波長λ２、赤色レーザ光ＲＬの波長λ３を示す。

図６（ｂ）において、面番号Ｓ１～Ｓ３それぞれの曲率Ｒ、面番号Ｓ１～Ｓ３それぞれの次の面までの間隔（距離）ｔ及び面番号Ｓ４のバックフォーカスｔを示す。また、図６（ｃ）において、屈折率ｎ１は面番号Ｓ１、Ｓ３それぞれの波長λ１に対する値であり、屈折率ｎ２は面番号Ｓ１、Ｓ３それぞれの波長λ２に対する値であり、屈折率ｎ３は面番号Ｓ１、Ｓ３それぞれの波長λ３に対する値である。

コリメートレンズ１５Ａにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝－０．９２４５６であり、４次の非球面係数Ａ４＝１．４７６７９×１０^－４である。また、コリメートレンズ１５Ａにおける面番号Ｓ２も非球面であり、（３）式における４次の非球面係数Ａ４＝４．１４２９０×１０^－５である。

回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝３．１２１μｍであり、ピッチ幅Ｐｂは８μｍである。回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝６であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝５であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝４のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝ ０．０６６９１、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０３５０１、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．０５３３９、
となり、（１）式および（２）式の両方の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９８．５％、緑色レーザ光GＬが９９．６％、赤色レーザ光ＲＬが９９．１％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

図７を参照すると、各レーザ光の色収差が±０．１ｍｍ程度である。この色収差を補正するように、各色のレーザ素子はフォーカス方向（Ｚ軸方向）にずらして配置される。

[１－２．効果等]
実施形態１に係る光源装置１Ａは、複数のレーザ素子３、５、７と、それぞれのレーザ素子３、５、７から出射したレーザ光を回折する回折格子１３と、回折格子１３により回折されたそれぞれのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ１５Ａと、を備える。それぞれのレーザ素子３、５、７は、互いに波長の異なるレーザ光ＢＬ、ＧＬ、ＲＬを出射し、回折格子１３は、複数の直線状の溝１３ｂがそれぞれ平行に形成されたブレーズ１３ａを有する。それぞれのレーザ素子３、５、７は、コリメートレンズ１５Ａの光軸Ｌｓを含むＹＺ平面の断面視において、コリメートレンズ１５Ａの光軸Ｌｓよりも一方側に光軸Ｌｓとの距離が異なる位置に配置されている。それぞれのレーザ素子３、５、７から出射されたそれぞれのレーザ光ＢＬ、ＧＬ、ＲＬが回折格子１３で互いに異なる回折次数で、回折されて合成される。これにより、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、回折格子１３を用いることで、部品点数を低減し、コストを低減して複数の波長レーザを出射することが可能である。また、回折効率を向上させることで、迷光の発生を低減することができる。さらに、レーザ素子３、５、７から出射されるレーザ光を回折するので、環境温度が変化してそれぞれのレーザ光の波長が変化しても、それぞれのレーザ光は同方向に回折ズレが発生するので、一部のレーザ光だけを回折する構成に比べて温度変化による影響を低減することができる。また、実施形態１では、コリメートレンズ１５Ａと回折格子１３とが別体であるので、それぞれ別の材質で形成することでき、それぞれに最適な材質を選択することができる。

さらに、それぞれのレーザ素子ＢＬ、ＧＬ、ＲＬの各波長をλ１、λ２、λ３とし、それぞれの波長における回折格子１３の屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ３とし、回折格子１３の鋸歯形状部であるブレーズ１３ａの高さをｄとし、それぞれの波長における最大の回折効率の組み合わせとなる回折次数ｍ１、ｍ２、ｍ３としたとき、ｍ１、ｍ２、ｍ３は０でない整数であり、
－０．１７５＜ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＜０．１７５、
－０．１７５＜ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＜０．１７５、
－０．１７５＜ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＜０．１７５、
を満たす。これにより、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。

（実施形態２）
次に、図８～図１１を参照して、実施形態２を説明する。図８は、実施形態２に係る光源装置１Ｂの構成を示す断面図である。図９は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図１０は、光源装置１Ｂの光学系の諸条件を示す表である。図１１は、光源装置１Ｂの光学系の球面収差を示す図である。
[２－１．構成]
図８に示すように、実施形態２の光源装置１Ｂは、コリメートレンズ１５Ｂが実施形態１の光源装置１Ａのコリメートレンズ１５Ａと回折格子１３とを一体化した形状となっている。コリメートレンズ１５Ｂの片側が平面形状でも、軸外コマ収差を抑制し、かつガラス成形が可能なレンズ材料を選択している。これらの相違点及び下記に説明する点以外の構成について、実施形態１の光源装置１Ａと実施形態２の光源装置１Ｂとは共通である。

光源装置１Ｂは、光源２と、回折格子１３が一面に形成されたコリメートレンズ１５Ｂとを備える。コリメートレンズ１５Ｂは、非球面形状のＳ１面及び直線状の回折格子１３が形成されたＳ２面を有する。実施形態２における光源装置１Ｂは、レーザ光源２からの光路の順に、回折格子１３の回折面Ｓ２と、凸形状のＳ１面が配置されている。

図８では、コリメートレンズ１５Ｂの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ２離れて位置する。なお、ここでは緑色レーザ素子５の位置を基準として示している。図９は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｙ軸方向）の位置関係を示している。

実施形態２において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に－２．７３７ｍｍ（Ｌｙ２）の位置に配置されている。図９に示すように、赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約１７０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約４０μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約－１７０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に約－８０μｍの位置に配置されている。

実施形態２の光源装置１Ｂにおける光学系の具体的な数値構成が図１０に示される。コリメートレンズ１５Ｂにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝－０．９４６６であり、４次の非球面係数Ａ４＝１．０１２０１×１０^－４であり、６次の非球面係数Ａ６＝１．００２６０×１０^－７である。また、コリメートレンズ１５Ｂにおける面番号Ｓ２は平面である。

回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝４．０１３μｍである。回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝６であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝５であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝４のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝－０．１０６６０、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０４９８４、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．０９９８８、
となり、（１）式の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９６．２％、緑色レーザ光ＧＬが９９．２％、赤色レーザ光ＲＬが９６．８％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

また、図１１を参照すると、各レーザ光の色収差が±０．１８ｍｍ程度である。この色収差を補正するように、各色のレーザ素子がコリメートレンズ１５の光軸Ｌｓ方向（Ｚ軸方向）にずらして配置される。コリメートレンズ１５の光軸Ｌｓ方向はフォーカス方向ともいえる。

[２－２．効果等]
実施形態２の構成によれば、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、実施形態２では、コリメートレンズ１５Ｂと回折格子１３とが一体になっているので、省スペース化を実現することができる。また、コリメートレンズ１５Ｂの片側が平面のＳ２面であるので、Ｓ２面に回折格子１３を容易に形成することができる。

（実施形態３）
以下、図１２～図１６を参照して、実施形態３を説明する。図１２は、実施形態３に係る光源装置１Ｃの構成を示す説明図である。図１３は、コリメートレンズ１５ＣのＳ１面に形成された同心円状の回折格子１９を示し、図１３（ａ）は同心円状の回折格子１９の断面図であり、図１３（ｂ）は、同心円状の回折格子１９の正面図である。図１４は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図１５は、光源装置１Ｃの光学系の諸条件を示す表である。図１６は、光源装置１Ｃの光学系の球面収差を示す図である。

[３－１．構成]
図１２に示すように、実施形態３の光源装置１Ｃは、実施形態２の光源装置１Ｂのコリメートレンズ１５ＣのＳ１面に同心円状の回折格子１９を有する。これらの相違点及び下記に説明する点以外の構成について、実施形態３の光源装置１Ｃと実施形態２の光源装置１Ｂとは共通である。

光源装置１Ｃは、光源２と、回折格子１３が一面に形成されたコリメートレンズ１５Ｃとを備える。コリメートレンズ１５Ｃは、非球面形状かつ凸形状のＳ１面と、直線状の回折格子１３が形成された平面のＳ２面とを有する。

実施形態３における光源装置１Ｃは、レーザ光源２からの光路の順に、直線状の回折格子１３が形成された回折面Ｓ２面と、非球面形状のＳ１面とが配置されている。非球面形状のＳ１面には、同心円状の回折格子１９が形成されている。したがって、コリメートレンズ１５Ｃは、同心円状の回折レンズを含むコリメートレンズである。

図１２では、コリメートレンズ１５Ｃの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ３離れて位置する。なお、ここでは緑色レーザ素子５の位置を基準として示している。図１４は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｘ方向）の位置関係を示している。

実施形態３において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｚ軸方向）に－２．７３７ｍｍ（Ｌｙ３）の位置に配置されている。そして、図１４に示すように赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約－４２μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約１００μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約－４５μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約－１２０μｍの位置に配置されている。

実施形態３の光源装置１Ｃにおける光学系の具体的な数値構成が図１５に示される。コリメートレンズ１５Ｃにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝１．３２５４２であり、４次の非球面係数Ａ４＝－４．４１９２６×１０^－４であり、６次の非球面係数Ａ６＝－１．１０５９１×１０^－５である。コリメートレンズ１５Ｃにおける面番号Ｓ２は平面であり、このＳ２面に鋸歯状の回折格子１３が形成されている。

Ｓ２面の回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝４．０１３μｍであり、ピッチ幅Ｐｂは１０μｍである。また、同心円状の回折格子１９のブレーズ１９ａの高さｈも、直線状の回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄと同じ高さである。これにより、赤色、緑色、青色のいずれの波長に対しても高い回折効率を得ることができる。

回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝６であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝５であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝４のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝－０．１０６６４、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０４９８４、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．０９９８７、
となり、（１）式の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９６．２％、緑色レーザ光ＧＬが９９．２％、赤色レーザ光ＲＬが９６．８％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

図１６を参照すると、各レーザ光の色収差が０．０５ｍｍ以内に収束しており、実施形態１及び２よりも色収差が小さくなっており、各レーザ光源をほぼ同一平面上に配置することができる。

[３－２．効果等]
実施形態３の構成によれば、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、実施形態３では、コリメートレンズ１５ＣのＳ１面に同心円状の回折格子が形成されているので、色収差を低減することができる。

（実施形態４）
以下、図１７～図２０を参照して、実施形態４を説明する。図１７は、実施形態４に係る光源装置１Ｄの構成を示す説明図である。図１８は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図１９は、光源装置１Ｄの光学系の諸条件を示す表である。図２０は、光源装置１Ｄの光学系の球面収差を示す図である。

[４－１．構成]
図１７に示すように、実施形態４の光源装置１Ｄは、実施形態２の光源装置１Ｂと異なり、コリメートレンズ１５ＤのＳ１面とＳ３面との間に球面形状のＳ２面を有する。この相違点及び下記に説明する点以外の構成について、実施形態４の光源装置１Ｄと実施形態２の光源装置１Ｂとは共通である。

光源装置１Ｄは、光源２と、回折格子１３が一面に形成されたコリメートレンズ１５Ｄとを備える。コリメートレンズ１５Ｄは第１レンズ１５Ｄａと第２レンズ１５Ｄｂとを張り合わせたレンズである。第１レンズ１５Ｄａは、凸形状で非球面形状のＳ１面を有する。第２レンズ１５Ｄｂは、直線状の回折格子１３が形成された平面のＳ３面を有する。そして、コリメートレンズ１５Ｄは、第１レンズ１５ＤａのＳ１面の反対側と第２レンズ１５ＤｂのＳ３面の反対側との張り合わせ面である、球面形状のＳ２面とを有する。

実施形態４における光源装置１Ｄは、レーザ光源２からの光路の順に、直線状の回折格子１３が形成された回折面Ｓ３面と、球面形状のＳ２面と、非球面形状のＳ１面とが配置されている。

図１７では、コリメートレンズ１５Ｄの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ４離れて位置する。なお、ここでは緑色レーザ素子５の位置を基準として示している。図１８は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｙ軸方向）の位置関係を示している。

実施形態４において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に－２．７３７ｍｍ（Ｌｙ４）の位置に配置されている。そして、図１８に示すように赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約２０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約８０μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約１０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約－１４０μｍの位置に配置されている。

実施形態４の光源装置１Ｄにおける光学系の具体的な数値構成が図１９に示される。コリメートレンズ１５Ｄにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝０．２６００４であり、４次の非球面係数Ａ４＝－１．６４８３０×１０^－４であり、６次の非球面係数Ａ６＝－１．５５９１５×１０^－６である。コリメートレンズ１５Ｄにおける面番号Ｓ２は球面形状である。コリメートレンズ１５Ｄにおける面番号Ｓ３は平面であり、このＳ３面に鋸歯状の回折格子１３が形成されている。

Ｓ３面の回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝４．０１３μｍであり、ピッチ幅Ｐｂは１０μｍである。

回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝６であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝５であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝４のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝－０．１０６６４、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０４９８４、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．０９９８７、
となり、（１）式の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９６．２％、緑色レーザ光ＧＬが９９．２％、赤色レーザ光ＲＬが９６．８％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

図２０を参照すると、球面形状のＳ２面により各レーザ光の色収差が０．０４ｍｍ以内に収束しており、実施形態２及び３よりも色収差が小さくなっている。

[４－２．効果等]
実施形態４の構成によれば、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、実施形態４では、コリメートレンズ１５Ｄが第１レンズ１５Ｄａと第２レンズ１５Ｄｂとの張り合わせレンズであり、色収差を低減することができ、レーザ素子３、５、７のそれぞれのフォーカス方向（Ｚ方向）の位置を近づけて配置することができる。

（実施形態５）
以下、図２１～図２４を参照して、実施形態５を説明する。図２１は、実施形態５に係る光源装置１Ｅの構成を示す説明図である。図２２は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図２３は、光源装置１Ｅの光学系の諸条件を示す表である。図２４は、光源装置１Ｅの光学系の球面収差を示す図である。

[５－１．構成]
図２１に示すように、実施形態５の光源装置１Ｅは、実施形態４の光源装置１Ｄと異なり、コリメートレンズ１５Ｅと直線状の回折格子１３が形成されている回折レンズ１９Ｅとが別体で構成されている。また、実施形態５では、実施形態１～４と異なるレーザ光の波長の組み合わせを用いている。この相違点及び下記に説明する点以外の構成について、実施形態５の光源装置１Ｅと実施形態４の光源装置１Ｄとは共通である。

光源装置１Ｅは、光源２と、コリメートレンズ１５Ｅと、回折レンズ１９Ｅと、を備える。コリメートレンズ１５Ｅは第１レンズ１５Ｅａと第２レンズ１５Ｅｂとを張り合わせたレンズである。第１レンズ１５Ｅａは、凸形状で非球面形状のＳ１面を有する。第２レンズ１５Ｅｂは、非球面のＳ３面とを有する。そして、コリメートレンズ１５Ｅは、第１レンズ１５ＥａのＳ１面の反対側と第２レンズ１５ＥｂのＳ３面の反対側との張り合わせ面である、球面形状のＳ２面とを有する。

回折レンズ１９Ｅは、平板形状を有し、第２レンズ１５ＥｂのＳ３面と対向して平面のＳ４面と、光源２側に直線状の回折格子１３が形成されたＳ５面とを有する。

実施形態５における光源装置１Ｅは、レーザ光源２からの光路の順に、鋸歯状の回折格子１３が形成された回折面Ｓ５面と、平面形状のＳ４面及びＳ３面と、球面形状のＳ２面と、非球面形状のＳ１面とが配置されている。

図２１では、コリメートレンズ１５Ｅの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ５離れて位置する。図２２は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｙ軸方向）の位置関係を示している。

実施形態５において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ方向）に－４．３５２ｍｍ（Ｌｙ５）の位置に配置されている。そして、図２２に示すように赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約２０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約６０μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約１０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｘ軸方向）に約－１３０μｍの位置に配置されている。

実施形態５の光源装置１Ｅにおける光学系の具体的な数値構成が図２３に示される。コリメートレンズ１５Ｅにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝０．２６１７３であり、４次の非球面係数Ａ４＝－１．８７８９６×１０^－４であり、６次の非球面係数Ａ６＝－５．９１７５１×１０^－６である。また面番号Ｓ３も非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝－１０９１．９２６であり、４次の非球面係数Ａ４＝－６．８７４６２×１０^－４であり、６次の非球面係数Ａ６＝６．４７２６６×１０^－５である。

Ｓ５面の回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝４．３８２μｍであり、ピッチ幅Ｐｂは８μｍである。

回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝７であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝６であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝５のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝－０．００９３１、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０１８４３、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．００７４０、
となり、（１）式および（２）式の両方の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９９．９％、緑色レーザ光ＧＬが９９．９％、赤色レーザ光ＲＬが９９．９％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

図２４を参照すると、各レーザ光の色収差は０．０２ｍｍ以下であり、実施形態２～４よりも色収差が低減されている。

[５－２．効果等]
実施形態５の構成によれば、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、実施形態５では、コリメートレンズ１５Ｅが第１レンズ１５Ｅａと第２レンズ１５Ｅｂとの張り合わせレンズであり、色収差を低減することができ、レーザ素子３、５、７のそれぞれのフォーカス方向（Ｚ方向）の位置を近づけて配置することができる。また、コリメートレンズ１５Ｅと回折レンズ１９Ｅとそれぞれ別体に構成されているので、それぞれ別の材質で形成することでき、それぞれに最適な材質を選択することができる。

（実施形態６）
以下、図２５～図２８を参照して、実施形態６を説明する。図２５は、実施形態６に係る光源装置１Ｆの構成を示す説明図である。図２６は、緑色レーザ素子の位置を基準に赤色レーザ素子及び青色レーザ素子の相対位置を示す説明図である。図２７は、光源装置１Ｆの光学系の諸条件を示す表である。図２８は、光源装置１Ｆの光学系の球面収差を示す図である。

[６－１．構成]
図２５に示すように、実施形態６の光源装置１Ｆは、実施形態２の光源装置１Ｂのコリメートレンズ１５Ｂの材質を変更し、焦点距離を長くしている。また、実施形態６では、実施形態１～４と異なるレーザ光の波長の組み合わせを用いている。これらの相違点及び下記に説明する点以外の構成について、実施形態６の光源装置１Ｆと実施形態２の光源装置１Ｂとは共通である。

光源装置１Ｆは、光源２と、コリメートレンズ１５Ｆとを備える。コリメートレンズ１５Ｆは、非球面形状のＳ１面と、直線回折格子１３が形成された平面のＳ２面を有する。

実施形態６における光源装置１Ｆは、レーザ光源２からの光路の順に、直線回折格子１３が形成された回折面Ｓ２面と、非球面形状のＳ１面とが配置されている。

図２５では、コリメートレンズ１５Ｆの光軸Ｌｓ上の回折しない光の焦点位置Ｆｃを示し、回折する光源２の位置は光軸Ｌｓから垂直方向（Ｙ軸方向）に距離Ｌｙ６離れて位置する。図２６は、緑色レーザ素子５を基準に赤色レーザ素子３及び青色レーザ素子７のフォーカス方向（Ｚ軸方向）及び光軸に垂直方向（Ｙ軸方向）の位置関係を示している。

実施形態６において、緑色レーザ素子５は、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に－６．３８ｍｍ（Ｌｙ６）の位置に配置されている。そして、図２６に示すように赤色レーザ素子３は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約４２０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に約２０μｍの位置に配置されている。青色レーザ素子７は、緑色レーザ素子５からフォーカス方向（Ｚ軸方向）に約－３８０μｍ、光軸Ｌｓの垂直方向（Ｙ軸方向）に約－１３０μｍの位置に配置されている。

実施形態６の光源装置１Ｆにおける光学系の具体的な数値構成が図２７に示される。コリメートレンズ１５Ｆにおける面番号Ｓ１は非球面であり、（３）式における円錐係数ｋ＝－２．５８１３０であり、４次の非球面係数Ａ４＝－１．９６８３６×１０^－５であり、６次の非球面係数Ａ６＝－２．９５２５１×１０^－８である。コリメートレンズ１５Ｆにおける面番号Ｓ２は平面であり、このＳ２面に鋸歯状の回折格子が形成されている。

実施形態６では、実施形態１～４と異なる、レーザ光の波長の組み合わせを用いている。また、実施形態６では、高い屈折率の材料を選択したので、Ｓ２面の回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄ＝２．９３μｍと低い。また、ピッチ幅Ｐｂは２０μｍである。回折格子のピッチ幅Ｐｂを実施形態１～５よりも拡げているが、コリメートレンズの焦点距離を長くすることで、半導体レーザの間隔が充分に確保することができる。

回折格子１３により、青色レーザ光ＢＬの回折次数ｍ１＝６であり、緑色レーザ光ＧＬの回折次数ｍ２＝５であり、赤色レーザ光ＲＬの回折次数ｍ３＝４のそれぞれの回折光が回折格子１３から出射される。

したがって、
ｄ（ｎ１－１）／λ１－ｍ１＝－０．１６２１２、
ｄ（ｎ２－１）／λ２－ｍ２＝ ０．０７９７４、
ｄ（ｎ３－１）／λ３－ｍ３＝ ０．０９４６６、
となり、（１）式の条件を満たす。

これらの構成により、回折効率は、青色レーザ光ＢＬが９１．７％、緑色レーザ光ＧＬが９７．９％、赤色レーザ光ＲＬが９７．１％となり、高効率な回折効率を得ることができる。

図２８を参照すると、緑色レーザ素子５と赤色レーザ素子３との色収差が約０．４２ｍｍあり、緑色レーザ素子５と赤色レーザ素子３との色収差が約－０．３７ｍｍある。各レーザ素子３、５、７をこの程度離して配置することで色収差を解消することができる。各レーザ素子の間隔を広くすることができるので、メンテナンスが容易になる。

[６－２．効果等]
実施形態６の構成によれば、各波長で回折次数の異なるそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。また、回折格子１３のブレーズ１３ａの高さｄを他の実施形態に比べて低くし、ピッチ幅Ｐｂを拡げることで、回折効率の向上に効果がある。

（実施形態７）
以下、図２９を参照して、実施形態７を説明する。図２９は、実施形態７に係る像形成装置の構成を示す説明図である。

[７－１．構成]
像形成装置２１は、レーザ光源装置１と、集光レンズ２３と、第１走査素子２５と、第２走査素子２７と、制御部２９とを備える。なお、像形成装置２１は、レーザ光源装置１の代わりに、実施形態１～６のレーザ光源装置１Ａ～１Ｆのいずれかを用いてもよい。

集光レンズ２３は、レーザ光源装置１のコリメートレンズ１５から出射される平行光を第１走査素子２５に集光する。

第１走査素子２５は、例えば、圧電駆動により回転駆動される回転ミラーである。レーザ光源装置１から出射する複数の波長を有するレーザ光を第１方向に走査する。走査されたレーザ光は、第２走査素子に入射する。これにより、平行光がスクリーン３１の垂直方向に拡散される。

第２走査素子２７は、例えば、圧電駆動により回転駆動される回転ミラーである。第１走査素子２５から出射するレーザ光を第１方向と直交する第２方向に走査する。走査されたレーザ光はスクリーン３１の水平方向に拡散される。これにより、二次元画像をスクリーン３１に投影することが出来る。

制御部２９は、第１走査素子２５と第２走査素子２７の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを制御する。制御部２９は、半導体素子などで実現可能である。制御部２９は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣで構成することができる。制御部２９の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。制御部２９は、ハードディスク（ＨＤＤ）、ＳＳＤ、メモリ等の記憶部を有しており、記憶部に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。

[７－２．効果等]
実施形態７の像形成装置２１は、レーザ光源装置１～１Ｆのいずれか１つと、レーザ光源装置から出射する複数の波長を有するレーザ光を第１方向に走査する第１走査素子２５と、第１走査素子２５から出射するレーザ光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子２７と、を備えている。レーザ光源装置から出射されるレーザ光の回折効率が高いので、スクリーン３１上に投影されるレーザ光の輝度を高く保つことができ、迷光が低減される。なお、像形成装置２１は、二次元画像に限らず、立体像を投影してもよい。

以上、例示した実施形態１～６における光源２の（１）式と回折効率との関係を図３０に示す。図３０において、実施形態１において（１）式の青色レーザ光ＢＬの値をＢ１、緑色レーザ光ＧＬの値をＧ１、赤色レーザ光ＲＬの値をＲ１とする。同様に、実施形態２から６における、（１）式の青色レーザ光ＢＬの値をそれぞれＢ２～Ｂ６、緑色レーザ光ＧＬの値をそれぞれＧ２～Ｇ６、赤色レーザ光ＲＬの値をそれぞれＲ２～Ｒ６とする。いずれの実施形態の青色レーザ光ＢＬ、緑色レーザ光ＧＬ、赤色レーザ光ＲＬの回折効率は９１％以上である。

（他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１～７を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施形態１～７で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

（１）本開示の光源装置１は、３色のレーザ光を出射しているがこれに限らない。例えば、２色でもよいし、４色以上でもよい。例えば、レーザ植物工場に用いられる光源として、赤色レーザ光ＲＬと青色レーザ光ＢＬの２色を出射する光源装置１を構成してもよい。また、例えば、二次元画像や立体像の生成に用いられる光源として、赤色レーザ光ＲＬと緑色レーザ光ＧＬと青色レーザ光ＢＬと黄色レーザ光ＹＬとの４色を出射する光源装置１を構成してもよい。

（２）本開示の光源装置１は、コリメートレンズ１５と光源２との間に回折格子１３が配置されていたが、これに限らない。コリメートレンズ１５を回折格子１３よりも光源２側に配置して、回折格子１３と光源２との間にコリメートレンズ１５を配置してもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

（実施形態の概要）
（１）本開示のレーザ光源装置は、複数のレーザ素子と、それぞれのレーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、それぞれのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ１５と、を備え、それぞれのレーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部を有し、それぞれのレーザ素子は、コリメートレンズの光軸を含む断面視において、コリメートレンズの光軸よりも一方側に、光軸との距離が異なる位置に配置され、それぞれのレーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光が回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成される。

このように、各波長でそれぞれの回折光を生成し、これらの回折光を平行光にすることで、回折効率を向上させた平行ビームを生成することができる。

（２）（１）のレーザ光源装置において、鋸歯形状部の溝の延びる方向は、コリメートレンズの光軸を含む断面と直交する。

（３）（１）または（２）のレーザ光源装置において、それぞれのレーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光は回折効率が９１％以上で回折されて合成されるように、回折光学素子の鋸歯形状部の高さが予め定められた範囲の値である。それぞれのレーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光は回折効率が９１％以上で回折されて合成されるように、前記回折光学素子の前記鋸歯形状部の高さが定められていてもよい。

（４）（１）から（３）のいずれか１つのレーザ光源装置において、それぞれのレーザ素子から出射されるそれぞれのレーザ光の波長をλｐとし、それぞれの波長における回折光学素子の屈折率をｎｐとし、回折光学素子の鋸歯形状部であるブレーズ１３ａの高さをｄとし、最大の回折効率の組み合わせとなるそれぞれの波長における回折次数をｍｐとしたとき、ｍｐは０でない整数であり、
－０．１７５＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１７５ を満たす。

（５）（４）のレーザ光源装置において、
－０．１＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１ を満たす。これにより、より回折効率を向上することができる。

（６）（１）から（５）のいずれか１つのレーザ光源装置において、レーザ素子のうち１つは、青色の波長を有するレーザ光を出射し、レーザ素子のうち１つは、緑色の波長を有するレーザ光を出射し、レーザ素子のうち１つは、赤色の波長を有するレーザ光を出射する。

（７）（６）のレーザ光源装置において、回折光学素子において、異なる波長のレーザ光が少なくとも４次以上の回折次数のレーザ光に生成されて合成される。

（８）（６）または（７）のレーザ光源装置において、青色、緑色、赤色の波長をもつ３つのレーザ素子の波長をλ１、λ２、λ３としたとき、
４５０ｎｍ＜λ１＜４７５ｎｍ、
５００ｎｍ＜λ２＜５４０ｎｍ、
６２５ｎｍ＜λ３＜６５０ｎｍ、
を満たす。

（９）（１）から（８）のいずれか１つのレーザ光源装置において、それぞれのレーザ素子は、コリメートレンズの光軸方向に異なる位置に配置されている。

（１０）（１）から（９）のいずれか１つのレーザ光源装置において、回折光学素子とコリメートレンズとが一体化されている。これにより、レーザ光源装置の省スペース化をすることができる。

（１１）（１）から（１０）のいずれか１つのレーザ光源装置と、レーザ光源装置から出射する複数の波長を有するレーザ光を第１方向に走査する第１回転ミラーと、第１回転ミラーから出射するレーザ光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２回転ミラーと、を備えた、像形成装置。

本開示は、複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源装置に適用可能である。

１ 光源装置
２ レーザ光源
３ 赤色レーザ素子
５ 緑色レーザ素子
７ 青色レーザ素子
１３ 回折格子
１３ａ ブレーズ
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ コリメートレンズ
１６ 非球面
１９Ａ、１９Ｅ 回折レンズ
２１ 像形成装置
２３ 集光レンズ
２５ 第１走査素子
２７ 第２走査素子
２９ 制御部
３１ スクリーン
Ｐｂ 格子ピッチ
Ｈｂ 格子高さ
ＢＬ 青色レーザ光
ＧＬ 緑色レーザ光
ＲＬ 赤色レーザ光

Claims (11)

1. 複数のレーザ素子と、
   それぞれの前記レーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、
   前記回折光学素子で回折されたそれぞれの前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
   それぞれの前記レーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、
   前記回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部が外側に形成された回折面を有し、
   それぞれの前記レーザ素子は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面視において、前記コリメートレンズの光軸よりも一方側に、前記光軸との距離が異なる位置に配置され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光が前記回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光は回折効率が９１％以上で回折されて合成されるように、前記回折光学素子の前記鋸歯形状部の高さが予め定められた範囲の値である、
   レーザ光源装置。
2. 複数のレーザ素子と、
   それぞれの前記レーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、
   前記回折光学素子で回折されたそれぞれの前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
   それぞれの前記レーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、
   前記回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部が外側に形成された回折面を有し、
   それぞれの前記レーザ素子は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面視において、前記コリメートレンズの光軸よりも一方側に、前記光軸との距離が異なる位置に配置され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光が前記回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射されるそれぞれのレーザ光の波長をλｐとし、
   それぞれの前記波長における前記回折光学素子の屈折率をｎｐとし、
   前記回折光学素子の鋸歯形状部の高さをｄとし、
   最大の回折効率の組み合わせとなるそれぞれの前記波長における回折次数をｍｐとしたとき、
   ｍｐは０でない整数であり、
   －０．１７５＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１７５
   を満たす、
   レーザ光源装置。
3. －０．１＜ｄ（ｎｐ－１）／λｐ－ｍｐ＜０．１
   を満たす、請求項２に記載のレーザ光源装置。
4. 複数のレーザ素子と、
   それぞれの前記レーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、
   前記回折光学素子で回折されたそれぞれの前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
   それぞれの前記レーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、
   前記回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部が外側に形成された回折面を有し、
   それぞれの前記レーザ素子は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面視において、前記コリメートレンズの光軸よりも一方側に、前記光軸との距離が異なる位置に配置され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射されたそれぞれのレーザ光が前記回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成され、
   前記レーザ素子のうち１つは、青色の波長を有するレーザ光を出射し、
   前記レーザ素子のうち１つは、緑色の波長を有するレーザ光を出射し、
   前記レーザ素子のうち１つは、赤色の波長を有するレーザ光を出射する、
   レーザ光源装置。
5. 前記回折光学素子において、前記異なる波長のレーザ光が少なくとも４次以上の回折次数のレーザ光に生成されて合成される、
   請求項４に記載のレーザ光源装置。
6. 前記青色、緑色、赤色の波長をもつ３つのレーザ素子の波長をλ１、λ２、λ３としたとき、
   ４５０ｎｍ＜λ１＜４７５ｎｍ、
   ５００ｎｍ＜λ２＜５４０ｎｍ、
   ６２５ｎｍ＜λ３＜６５０ｎｍ、
   を満たす、
   請求項４または５に記載のレーザ光源装置。
7. 複数のレーザ素子と、
   それぞれの前記レーザ素子から出射したレーザ光を回折する回折光学素子と、
   前記回折光学素子で回折されたそれぞれの前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、を備え、
   それぞれの前記レーザ素子は、互いに波長の異なるレーザ光を出射し、
   前記回折光学素子は、複数の直線状の溝がそれぞれ平行に形成された鋸歯形状部が外側に形成された回折面を有し、
   全ての前記レーザ素子は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面視において、前記コリメートレンズの光軸よりも一方側に、前記光軸との距離が異なる位置に配置され、
   それぞれの前記レーザ素子から出射された前記互いに波長の異なるレーザ光の全てが前記回折光学素子で互いに異なる回折次数で、回折されて合成される、
   レーザ光源装置。
8. 前記鋸歯形状部の溝の延びる方向は、前記コリメートレンズの光軸を含む断面と直交する、
   請求項１から７のいずれか１つに記載のレーザ光源装置。
9. それぞれの前記レーザ素子は、前記断面視において、前記コリメートレンズの光軸方向における前記コリメートレンズとの距離が異なる位置に配置されている、
   請求項１から８のいずれか１つに記載のレーザ光源装置。
10. 前記回折光学素子と前記コリメートレンズとが一体化されている、
    請求項１から９のいずれか１つに記載のレーザ光源装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１つのレーザ光源装置と、
    前記レーザ光源装置から出射する複数の波長を有するレーザ光を第１方向に走査する第１走査素子と、
    前記第１走査素子から出射するレーザ光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、
    を備えた、像形成装置。

Images