JPH0296111A - 半導体レーザー光学系用開口絞り - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体レーザー光学系用開口絞りに関する。

［従来の技術］ 半導体レーザー光源から放射される単色もしくは準単色
の光は、周知の如くカラス型の強度分布を持ち、これを
集光光学系で結像面上に集光させた場合、その集光スポ
ット径は集光光学系に入射するレーザー光束の光束径に
より定まる。

レーザー光束を集光させることはレーザーによる光走査
装置等で行なわれているが、結像面たる走査面上に所望
のスポット形状を得るため、従来は、例えば主走査対応
方向に長く、副走査対応方向に短い矩形状の開口部を持
つ開口絞りを光源と集光光学系との間に配備していた。

第２図は、このような光走査装置の１例を要部のみ略示
している。

半導体レーザー１からの発散性の光はコリメートレンズ
２により平行光束化され、開口絞り３を通ることにより
光束の断面形状を規制され、シリンドリカルレンズ４に
入射し、同レンズ４の作用にて直線状に結像する。その
像の長手方向は、第２図に於いて図面上下方向である。

続いてレーザー光束は、上記直線状の結像位置の近傍に
反射面を有する回転多面鏡等の偏向器５により偏向され
、ｆθレンズ等の結像レンズ６に入射し、同レンズ６の
作用にて走査面７上にスポット状に集光される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き光走査装置に於いて従来は前述のように、矩
形形状の開口部を有する開口絞りを用い、その開口形状
の長手方向を主走査方向（第２図で上下方向）に対応さ
せ、短手方向を副走査方向（第２図の図面に直交する方
向）に対応させている。

このような開口絞りを用いると、走査面上でのレーザー
光束の集光状態は必ずしも良好なものとならない。

因みに、第２図における結像レンズ６が焦点距離１００
ｍｒｎ　、　ＦＮｏ、１０５．５のｆθレンズのとき主
走査方向の長さが２．０５ｍｍで副走査方向の長さが１
．２２ｍｍの矩形形状の開口部を有する開口絞りを第２
図の如き光走査装置に使用した場合に於ける走査面上の
Ａ、Ｂ、Ｃの各点に於ける集光状態は第３図に示す如き
ものとなる。

第３図に於いて、（Ａ−１）、　（Ｂ−１）、　（Ｃ−
１）の各図は上記Ａ、Ｂ、Ｃ点に於ける集光状態を３次
元表現で示している。また、同図中の（Ａ−２）、　（
Ｂ−２）、　（Ｃ−２）の各図は、同じ＜Ａ、Ｂ、Ｃの
各点における上記集光状態の強度分布をピーク値を１０
０と規格化して等高線図即ち、光強度の等しい位置を１
０きざみの等高線として表示したものである。図の上下
方向はメリディオナル方向即ち主走査方向であり、左右
方向がサジタル方向即ち副走査方向である。

この第３図から分かるように、レーザー光は走査面上に
於いて複数箇所に分散して集光した状態となっており、
このようなスポラＩ・で書込み走査を行なうと、例えば
解像性などは設計上から期待されるほどのものが得られ
なくなる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたちのであって
、その目的とする所は、レーザー光束の集光性を向上さ
せ得る新規な半導体レーザー光学系用開口絞りの提供に
ある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の半導体レーザー光学系用開口絞りは、「半導体
レーザー光学系に於いて、レーザー光を結像面上に良好
に集光させるために、半導体レーザー光源と集光光学系
との間に配備されてレーザー光束を絞る開口絞り」であ
って、以下の如き特徴を有する 即ち、請求項１の発明では、この開口絞りは開口部縦横
を所定の寸法に定められ、且つ、その開口形状がｎ≧３
として２ｎ角形、もしくは小判型、もしくは楕円形に形
成される。

また、請求項２の発明では、上記開口絞りは、所定の辺
縁形状を有する複数の遮光板もしくはブロックで構成さ
れ、これら複数の遮光板もしくはブロックを重ね合わせ
もしくは組み合わせて、各辺縁形状の組み合わせにより
所望の開口形状を形成する。

［作　　用］ 矩形形状の開口部を持つ従来の開口絞りで、集光状態が
悪く、結像面での集光位置が複数に分散する原因は光の
回折効果によるものと考えられる。

レーザ光束における光の強度分布は前述の如くガウス型
の分布であり、光束をその進行方向に直交する面で切断
した状態を考えると、この光束断面において光強度の等
高線は半導体レーザーの場合楕円形状となっている。こ
のような光強度分布を持つレーザー光束の光束形状を、
開口部が矩形形状である開口絞りで規制すると、矩形形
状の４隅の部分での回折が顕著に影響して、上述のよう
な集光性の劣化をもたらす。

従って、上記回折による悪影響を軽減するには、開口絞
りにおける開口形状をレーザー光束の光束断面における
光強度の等高線形状になるべく近い形状とすることが望
ましい。半導体レーザーの場合、上記光強度分布の等高
線形状は楕円形であるから、開口絞りの開口形状もなる
べく楕円に近い形状が良い。

第１図（Ａ−Ｉ）乃至（Ａ−ＩＶ）に、このような開口
形状の例を４例示す。同図（Ａ−Ｉ）は、８角形形状、
（Ａ−ＩＩ）は６角形形状、（Ａ−ＩＩＩ）は楕円形状
、（Ａ−ＩＶ）は小判形状である。第１図の上下方向は
開口絞りの縦方向、左右方向が横方向であり、開口部の
縦横方向の寸法は、レーザー光束をどのように集光させ
るかにより設計値として定められる。第１図（Ａ−Ｉ）
、　（Ａ−ＩＩ）の形状は何れも、回折現象を引き起こ
しやすい矩形状の開口の４隅を面取りした形状と考えら
れ、これにより回折現象の軽減されることが理解される
であろう。回折現象の軽減という観点からは、同図（Ａ
−Ｉ）の８角形形状の方が（Ａ−ＩＩ）の６角形形状よ
りも効果的と考えられ、さらに１０角形、１２角形と角
数の増加とともに回折現象軽減の効果が大きくなるもの
と考えられる。第１図（Ａ−ＩＶ）の小判型は上記角数
を無限に増やして、矩形の４隅を丸く面取りした場合に
相当する。さらに第１図（Ａ−ＩＩＩ）は矩形形状を全
体的に面取りして楕円形状にしたものと考えられ、この
形状が最も効果的である。

このような開口形状を実現するのに、第１図の（Ａ−Ｉ
）乃至（Ａ−ＩＶ）の形状等を単一の遮光板に穿設して
も良いが、所定の辺縁形状を有する複数の遮光板もしく
はブロックを重ね合わせもしくは組み合わせて、各辺縁
形状の組み合わせにより所望の開口形状を形成しても良
い。ここに、「複数の遮光板もしくはブロックを重ね合
わせもしくは組み合わせ」るとは、「遮光板同士を重ね
あわせること」、「ブロック同士を組合せること」およ
び「ブロック同士の組み合わせに遮光板を重ね合わせる
こと」を意味する。

第１図の（Ｂ（）乃至（Ｂ−ＶＩＩＩ）にこのような場
合の具体的な例を８例示す。

第１図（Ｂ−Ｉ）は、台形形状の切り欠き部により台形
状の辺縁形状を有する２枚の遮光板３０１．３０２を重
ね合わせ、上記辺縁形状の組み合わせにより６角形形状
の開口形状を実現した例である。また、同図（Ｂ−ＩＩ
）は、内角の一つを鈍角とした４辺形形状の遮光板３０
３．３０４．３０５を重ね合わせ、鈍角部分の辺縁形状
を組み合わせることにより６角形形状の開口形状を実現
した例である。第１図（Ｂ−ＩＩＩ）は、長方形形状の
遮光板３０６〜３１１を重ね合わせ、各遮光板の直線状
の辺縁形状を組み合わせて６角形形状の開口形状を実現
した例である。

また、第１図（Ｂ−ＩＶ）は、長方形形状の遮光板３１
２、３１３と、第１図（Ｂ−Ｉ）に示したのと類似形状
の遮光板３Ｌ４．３１５を図のように重ね合わせ８角形
形状の開口形状を実現した例である。同（Ｂ＝Ｖ）は、
内角の一つを鈍角とし、これに隣接する内角の一つを鋭
角とし、他の３つの内角を直角とした特殊な５角形形状
の遮光板３１８〜３２１の４枚と、長方形形状の遮光板
３１６．３１７とを図のように重ね合わせ、遮光板３１
８〜３２１の鈍角部分の辺縁形状と、遮光板３１６、３
１７の直線状の辺縁形状の組み合わせで８角形形状の開
口形状を実現した例である。第１図（ＢＶＩ）は８枚の
長方形形状の遮光板３２２〜３２９を重ね合わせて、直
線状の辺縁形状の組み合わせで８角形形状の開口形状を
実現した例である。

さらに、第１図（Ｂ−ＶＩＩ）は、円形状の切り欠きに
より送置形状を形成された遮光板３３０．３３１を重ね
合わせて楕円類似の開口形状を実現した例であり、同（
Ｂ−ＶＩＩＩ）は、曲率半径の大なる楕円弧形状の辺縁
形状を持つ遮光板３３２．３３３と、曲率半径小なる楕
円弧形状の辺縁形状を持つ遮光板３３４．３３５を図の
如く重ね合わせて、矢張り楕円類似の開口形状を実現し
た例である。遮光板３３０．３３１の辺縁形状は、円弧
状に変えて楕円弧状としても良いし、遮光板３３２．３
３３．３３４．３３５の辺縁形状は、これを円弧形状と
しても良いことは言うまでもない。

遮光板に変えてブロックの組み合わせによっても上記の
如き開口形状を実現できることは容易に理解されるであ
ろう。

この請求項２の発明のように、複数の遮光板、ブロック
の重ね合わせ、組み合わせで開口形状を実現する場合は
、組み合わせ状態や重ね合わせ状態を調整することによ
り開口形状を調整できる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

実施例１ 第２図の光走査装置の結像レンズ６に前述の焦点距離１
００ｍｍ　、　ＦＮｏ、１０５．５のｆＯレンズを用い
、開口絞りとして、開口形状が第１図（Ａ−ＩＩＩ）の
如き楕円形のものを採用した。長径は１．０２５ｍｍ　
、短軸の長さは０．６０８ｍｍである。縦方向を主走査
方向、即ち第２図の上下方向に平行になるようにして配
置した。このとき、走査面７のＡ、Ｂ、Ｃの各点に於け
る集光状態を第４図に示す。（Ａ−１）、　（Ｂ−１）
。

（Ｃ−１）の各図は、第３図に於けると同じく集光状態
　を光強度の３次元表現で表したものであり、（Ａ−２
）　、　（Ｂ−２）　、　（Ｃ−２）の各図は光強度の
ピーク値を１００に規格化して光強度分布を等高線図と
して示したものである。第４図の上下方向がメリディオ
ナル方向、左右方向がサジタル方向である。

この第４図を第３図と比較すれば、開口形状を楕円形状
とすることにより、光強度の分布の纏まりが良くなり、
集光性が格段と向上したことが明かに分かる。

このように、開口絞りの開口形状を工夫して開口絞りに
よる回折現象を軽減することにより、集光特性の向上が
図れるが、開口形状を本発明の如くにすることにより、
以下の如き別種の効果も得られる。

即ち、従来の矩形形状の開口部を持つ開口絞りは、第２
図の如き光学系で使用されると、シリンドリカルレンズ
４の配設の位置誤差の影響を受は易い。しかるに本発明
の開口絞りを用いると上記位置誤差の影響を有効に軽減
できるのである。

矩形形状の開口を持つ従来の開口絞りを用いた場合に於
いて、シリンドリカルレンズ４がその光軸を回転軸とし
て回転した状態となった場合、即ち、シリンドリカルレ
ンズ４の母線方向の主走査方向に対する平行度に誤差が
生じた場合、走査面上のＡ、Ｂ、Ｃ点での集光状態は第
５図に示す如きものとなる。第５図の各図は、第３図の
各図と同じ要領で描かれている。第３図の場合と比べ、
シリンドリカルレンズ４の平行度誤差により集光状態が
顕著に影響を受け、スポット形状が大きく変化している
のが分かる。

これに対し、上記実施例の開口絞りを用いると、シリン
ドリカルレンズ４の平行度に同じ誤差があっても、集光
状態は第６図に示す如きものとなり、平行度誤差の影響
は有効に軽減されている。　また、矩形形状の開口の開
口絞りを第２図の光学系に用いた場合、シリンドリカル
レンズ４がサジタル方向即ち副走査対応方向にシフトし
た場合、換言すれば副走査対応方向の位置誤差がある場
合、走査面上での集光状態は第７図の如きものとなる。

然るに実施例の開口絞りを用いると、走査面上の集光状
態は第８図の如きものとなる。

第７，８図は何れも第３〜６図と同じ要領で描かれてい
るが、第８図を第７図と比較することにより、実施例の
開口絞りではシリンドリカルレンズ４のサジタル方向の
位置誤差の影響が小さいことが分かる。

実施例２ また、実施例１におけると同じｆθレンズを用い、第１
図（Ｂ−Ｉ）に示すように、台形形状の辺縁形状を有す
る遮光板３０１．３０２の重ね合わせにより主走査対応
方向の幅ａが１．８３ｍｍ５副走査対応方向の幅すが１
．０８ｍｍの６角形形状の開口形状とした場合に於ける
、走査面７上のＡ、Ｂ、Ｃの各点に於ける集光状態を第
９図に示す。

第９図（Ａ−１）、　（Ｂ−１）、　（Ｃ−１）の各図
は、第３図に於けると同じく集光状態を光強度の３次元
表現で表したものであり、（Ａ−２）、　（Ｂ−２）、
　（Ｃ−２）の各図は光強度のピーク値を１００に規格
化して光強度分布を等高線図として示したものである。

第９図の上下方向がメリディオナル方向、左右方向がサ
ジタル方向である。

この第９図から明らかなように、開口形状を第１図（Ｂ
−Ｉ）の形状とすることにより、光強度の分布の纏まり
が一段と向上し、集光性が格段と向上している。

ま、た、この実施例２の場合に於いてシリンドリカルレ
ンズ４が光軸の回りに微小角回転して平行度誤差が生じ
た場合の走査面上のＡ、Ｂ、Ｃ点での集光状態は第１０
図に示す如きものとなる。平行度誤差の影響は、実施例
１の場合（第６図）と同様有効に軽減されている。

また、実施例２の場合にシリンドリカルレンズ４がサジ
タル方向即ち副走査対応方向にシフトした場合、換言す
れば副走査対応方向の位置誤差がある場合、走査面上で
の集光状態は第１１図の如きものとなる。実施例１の場
合（第８図）と同様に、シリンドリカルレンズ４のサジ
タル方向の位置誤差の影響が小さいことが分かる。

実施例３ また実施例１におけると同じｆＯレンズを用い、第１図
（Ｂ−ＶＩＩ）に示すような、円弧形状の辺縁形状を有
する遮光板３３０．３３１の重ね合わせにより主走査対
応方向の幅ａが１．８３ｍｍ、副走査対応方向の幅すが
１．０８ｍの楕円類似形状の開口形状とした場合に於け
る、走査面７上のＡ、Ｂ、Ｃの各点に於ける集光状態を
第１２図に示す。

第１２図（Ａ−１）、　（Ｂ−１）、　（Ｃ−１）の各
図は、第３図に於けると同じく集光状態を光強度の３次
元表現で表したものであり、（Ａ−２）、　（Ｂ−２）
、　（Ｃ−２）の各図は光強度のピーク値を１００に規
格化して光強度分布を等高線図として示したものである
。第１２図の上下方向がメリディオナル方向、左右方向
がサジタル方向である。

この第１２図から明らかなように、開口形状を第１図（
Ｂ−ＶＩＩ）の形状とすることによっても、光強度の分
布の纏まりが一段と向上し、集光性も格段と向上してい
る。

また、この実施例３の場合に於いてシリンドリカルレン
ズ４が光軸の回りに微小角回転して平行度誤差が生じた
場合の走査面上のＡ、Ｂ、Ｃ点での集光状態は第１３図
に示す如きものとなる。平行度誤差の影響は、実施例１
，２の場合（第６図。

第１０図）と同様有効に軽減されている。

また、実施例３に於いてシリンドリカルレンズ４がサジ
タル方向即ち副走査対応方向にシフトして副走査対応方
向に位置誤差が生じた場合、走査面上での集光状態は第
１４図の如きものとなる。実施例１，２の場合（第８図
、第１１図）と同様に、シリンドリカルレンズ４のサジ
タル方向の位置誤差の影響が極めて小さいことが分かる
。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば半導体レーザー光学系用の新規開
口絞りを提供できる。

この半導体レーザー光学系用開口絞りは、上記の如き構
成となっているので、請求項１，２の発明とも回折によ
る集光性の劣化を有効に軽減し、レーザー光束を結像面
上に良好に集光させることが可能となる。従って、第２
図の如き光走査装置に用いれば書込み画像の鮮明度、解
像度等を有効に向上させることができるし、シリンドリ
カルレンズ等の組み付は精度にも余裕が得られる。また
請求項２の発明では、開口形状を調整できるので他の光
学素子の誤差で走査面上での集光スポット径が目標値と
異なったような場合に簡単にスポット径の調整が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体レーザー光学系用開口絞りの
開口形状および、複数の遮光板の重ね合わせ等により形
成される開口形状の例を示す図、第２図は、半導体レー
ザー光学系用開口絞りを用いる半導体レーザー光学系の
１例としての光走査装置を要部のみ略示する図、第３図
ないし第１４図は、集光状態を示す図である。 １００．半導体レーザー、２０１．コリメートレンズ、
３１１．半導体レーザー光学系用開口絞り、６０．集光
光学系としての結像レンズ、７００．結像図 ゝヤー 哨 （ｑ 口 ）〉 図 口 さ− ロ 口 図 θ 殴 國

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザー光学系に於いて、レーザー光を結像
   面上に良好に集光させるために、半導体レーザー光源と
   集光光学系との間に配備されてレーザー光束を絞る開口
   絞りであって、 開口部縦横を所定の寸法に定められ、且つ、その開口形
   状がｎ≧３として２ｎ角形、もしくは小判型、もしくは
   楕円形であることを特徴とする半導体レーザー光学系用
   開口絞り。２、請求項１において開口絞りは所定の辺縁
   形状を有する複数の遮光板もしくはブロックの組み合わ
   せで構成され、これら複数の遮光板もしくはブロックを
   重ね合わせもしくは組み合わせ、各遮光板もしくはブロ
   ックの辺縁形状の組み合わせにより所望の開口形状を形
   成したことを特徴とする半導体レーザー光学系用開口絞
   り。