JPH0521210B2

JPH0521210B2 -

Info

Publication number: JPH0521210B2
Application number: JP60168830A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hasegawa; Masayuki Kato; Fumio Yamagishi; Hiroyuki Ikeda; Jushi Inagaki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1993-03-23
Also published as: JPS6228708A

Description

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

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザのビーム整形を行い、
半導体レーザのモードホツピングによる走査光の
ジツタの影響を抑え、走査光の収差を低減するこ
とのできる高精度光ビーム直線走査装置及びその
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

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

ホログラムレンズを用いた従来の光ビーム装置
の原理を第８図に示す。この例は、本出願人らが
出願した方法（特開昭57−2018）を用いている。
同図ａはその斜視図であり、ホログラムスキヤナ
１４（走査用ホログラムレンズ）は円板上に半導
体レーザより、低い波長のコヒーレントな平面波
と球面波を感光板上で干渉させて作つたインター
フエロメトリツクゾーンプレート（IZP）を複数
個設けたものである。このホログラムスキヤナ１
４に再生波として発散波である半導体レーザ光１
６を照射すると、その回折光１７はフオトコンド
ラム１５上に結像し、ホログラムスキヤナ１４の
回転に従つて１回転あたり前記IZPの数と同じ回
数だけ該ドラム１５上の所定領域を直線走査す
る。すなわち、ホログラムスキヤナ１４は走査装
置としての機能と、結像レンズ、言い換えればビ
ーム整形の機能を合わせ持つものである。

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

しかし、ビーム径DHを大きくすると非点収
差、及びコマ収差が発生しフオトコンドラム１５
上での結像点が１点に定まらなくなるという問題
を生じてしまい、ビーム径DHを大きくし前記フ
オトコンドラム１５上での結像ビーム径を小さく
するという要求と相反するものとなる。

一方、上記問題とは別に、レーザ光源としての
半導体レーザは、小型、軽量、直接変調可能かつ
安価なためホログラムスキヤナに用いることが重
要となつてきている。この場合、半導体レーザの
縦モードは単一でないと走査ビームが一点となら
ないので、シングルモードレーザが必要である。
そのためには現在出回つている屈折率導波型半導
体レーザが条件を満たす。しかし、DCバイアス
時に例えシングルモードであつても、その発振波
長が周囲温度、伝導電流、及びパルス印加の変化
などによつて0.3nｍ〜数ｎｍほどずれるモードホ
ツピングと呼ばれる現象を引き起こす。モードホ
ツピングが起こるとホログラムスキヤナ１４で回
折した回折光１７は、第８図ａ及び同図ｂの側面
図の破線１８で示すようにずれ、フオトコンドラ
ム１５上での走査結像位置が100〜300μｍ程度ま
でずれてしまい、レーザプリンタなどの高精度直
線スキヤナなどに用いるためには、印字品質の劣
化をまねくため大きな問題となる。

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

第９図は、前記走査光の収差の問題を解決する
ために、本出願人らにより既特許出願された技術
（特開昭58−172617）であり、同図ａの斜視図に
示すように、レーザ光源１９から出射し、光学系
により変換された平面波は収差補正用ホログラム
レンズ２０で収束球面波として回折された後、一
度交差させられホログラムスキヤナ２１（走査用
ホログラムレンズ）に照射され、その回折波２２
がフオトコンドラム２３上に走査結像する。この
技術の原理は、非点収差及び、コマ収差補正用ホ
ログラムレンズ２０によつて、フオトコンドラム
２３上で発生する非点収差及び、コマ収差を打ち
消す収差を発生させれば、ホログラムスキヤナ２
１によつて発生した非点収差、及びコマ収差と打
ち消し合い、フオトコンドラム２３上では１点に
結像するというものである。第９図ｂは、上記収
差を発生させるための収差補正用ホログラムレン
ズ２０の作成方法を示した図である。まず、レー
ザ光源からの平面波２２は、ハーフミラー２３′、
結像レンズ２４、ミラー２５を介して結像点２６
（フオトコンドラム２３上の結像点に相当する）
に結像する。結像波２７は、さらに発散球面波と
してホログラムスキヤナ２１に逆方向から照射さ
れ、その回折波は２９で１且交差された後ホログ
ラムレンズ２０上に物体波２８として照射され
る。上記のようにして作成されたホログラムレン
ズ２０は、ホログラムスキヤナ２１で発生する収
差を打ち消す物体波２８によつて作成されるた
め、３１の方向から再生波である平行光をホログ
ラムレンズ２０に照射すれば、上記作成時とは逆
の経路をたどつて、収差のない回折波が結像点２
６上に結像する。上記技術により非点収差及び、
コマ収差の問題を解決している。

次に第１０図ａは、前記モードホツピングによ
る影響を解決するための従来例の一般的な原理を
示した斜視図である。なお、これに先立つて、ホ
ログラム再生光源のスペクトル幅が広い時、ホロ
グラムからの回析光が分散してしまい収差が生じ
るので、ホログラムの後に、もう一枚、前のホロ
グラムの回析とは逆の方向に回析するホログラム
を置いて、補償することが提案されている。

｛C.B.Burckhardt、Bell Syst.Tech.J.45、
1841（1966） D.J.DeBitetto.Appl.Phys.Lett.9、417（1966） “Optical Holography”Academic press、
Ｎ、Ｙ、1971、1971、P.502｝これと同様の考えであるのが、第１０図ａに示
すものである。第１０図ａの特徴は、ホログラム
スキヤナ３２の手前にホログラムレンズ３３を有
し、その特性はホログラムスキヤナ３２とは逆方
向に回折するように設定されていることである。
これにより、通常、半導体レーザ光３５はホログ
ラムレンズ３３で回折波３６となり、さらに、ホ
ログラムスキヤナ３２によつて回折された収束波
３７としてフオトコンドラム３４上に結像する。
次に、半導体レーザにおいてモードホツピングが
発生すると、ホログラムレンズ３３においては第
１０図ｂの側面図の破線３８に示すように縦下方
向にずれるが、ホログラムスキヤナ３２において
は逆に破線３９に示すように縦上方向にずれるた
め、結局、フオトコンドラム３４上の結像点はず
れることはない。これにより、モードホツピング
の影響を除去しようとしている。

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

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

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例において、まず、非点収差及び、コ
マ収差を解決するための第９図に示した従来例
は、同図ｂに示すように収差補正用ホログラムレ
ンズの作成方法を示している。しかし、この従来
例においては、もし半導体レーザ光の使用を規定
すると、収差補正用ホログラムレンズの作成波と
しても同じ半導体レーザ光を使用しなければなら
ないが、半導体レーザ光のように長い波長をホロ
グラムとして記録できる高効率感光材料は一般に
はなく、その点を解決するための技術を与えてい
ないという問題点を有していた。又、収差補正用
ホログラムレンズに入射する光は、平行光のた
め、レーザから出射した光を、複数枚のレンズ群
によるコリメータにより、平行光にする必要があ
つた。

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

さらに、同じく第１２図の従来例は、具体的な
適用を示しているが、その適用は同図ａのように
再生波として平面波を用いたものに対しであり又
ホログラムスキヤナは単一空間周波数であり、従
つて結像機能を持たず、そのため高価なコリメー
トレンズ４４、結像レンズ４８が必要であつた。

本発明は上記各問題点を同時に除くために、安
価かつ高精度な光ビーム直線走査装置を実現する
ため、レンズを用いることなく、半導体レーザ、
収差補正用ホログラムレンズ、及び走査用ホログ
ラムレンズのみの構成により、走査光の非点及
び、コマ収差とモードホツピングによる問題点を
同時に解決し、さらに半導体レーザのビーム整形
及び、半導体レーザの発振波長のロツトのバラツ
キによる走査特性（直線性）を吸収することので
きる光ビーム走査装置と、その具体的な製造方法
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、レーザ
から出射した再生波を、位置的に空間周波数分布
が異なる走査用ホログラムに入射し、その回折波
によつて被走査面を走査する光ビーム走査装置に
おいて、前記再生波の波長λ₂より短い波長λ₁のレ
ーザによる収差波を予め収差補正用ホログラムと
して記録し、前記走査用ホログラムと再生光源の
間に前記走査用ホログラムの基板に対して傾斜し
て配設され、前記再生波の波面を変換して前記回
折波の収差を前記被走査面上において補正させる
収差補正用ホログラムレンズを有する光ビーム走
査装置とその製造方法を提供するものである。

〔作用〕

上記光ビーム走査装置の構成手段において、半
導体レーザから出射した発散球面波は収差補正用
ホログラムレンズに入射し、ここで走査用ホログ
ラムレンズによつて発生する走査光の走査面上で
の非点、及びコマ収差を打ち消す収差を有する波
面に変換される。次に、このように変換された収
差補正用ホログラムレンズからの回折波は走査用
ホログラムレンズに入射し、そこからの回折波は
収束球面波として被走査面上に走査結像する。こ
の時、走査用ホログラムレンズで発生する非点、
及びコマ収差は前記の収差により補正され、被走
査面上における非点及び、コマ収差は減少する。
また、収差補正用ホログラムレンズの回折角を、
走査用ホログラムレンズからの回折波による被走
査面上での走査点の変化が半導体レーザにおける
縦モードのホツピングに対して減少する角度に設
定することにより、走査光のジツタを減少させる
ことができる。

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

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行
う。

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

以上の構成において、収差補正用ホログラムレ
ンズ１は、後述する適切な回折角に設定され、半
導体レーザ２の縦モードの波長のホツピングに対
して結像点７がずれないように設定される。同時
に、収差補正用ホログラムレンズ１は、半導体レ
ーザ２から出射した発散光をとりこみ、然る後、
ホログラムスキヤナ３によつて発生する非点、及
びコマ収差を打ち消す収差を有する波面を発生す
るように作成され、これにより、結像点７におけ
る収差を減少させる。走査面上ての走査光の収差
を低減させるために、入射させる波面は、どの様
なものかを考える。

第１図ｂにおいて、ホログラムの位相伝達関数
をφ_H（ｘ、ｙ）、入射、回折波の位相をφ_iN（ｘ、
ｙ）、φ_OUT（ｘ、ｙ）とすると、次式の関係があ
る。

φ_OUT（ｘ、ｙ）＝φ_iN（ｘ、ｙ）＋φ_H（ｘ、ｙ）……
後に説明するが本出願人が既特許出願した方法
（特許出願番号59−659）によるホログラムスキヤ
ナでは、再生光より低い波長でホログラムを作成
す。この時、ホログラム作成、再生条件が異なる
ため、φ_iN（ｘ、ｙ）が無収差であると、一般に、
φ_OUT（ｘ、ｙ）は収差が生じる。一方、前記特許
出願番号59−659によつて実施されている例では、
ホログラム作成光学系は、収差が最も低減する様
に設計されている。

しかし、さらに収差の小さいビーム径を得るた
めには、所望の回折波の位相をφ⁽⁰⁾ _OUT（ｘ、ｙ）と
すると、より、 φ_iN（ｘ、ｙ）＝φ⁽⁰⁾ _OUT（ｘ、ｙ）−φ_H（ｘ、ｙ）
…… Ａ（ｘ、ｙ）∈Ｓ、Ｓ：再生領域を満たす入射波を、入射させれば、φ_OUT（ｘ、ｙ）
＝φ⁽⁰⁾ _OUT（ｘ、ｙ）、つまり、無収差となる。ここで
所望の回折波の位相とは、走査面上で無収差とな
る収束球面波のことである。また、再生領域はデ
イスクを回転していくと変わつていくため、以下
では、走査中央に限ることとする（勿論、走査中
央以外でも同様の話が成り立つ）。

そこで、第１図ｂにおいて、デイスクに入射し
ている領域Ｓが走査中心である問、この再生領域
Ｓ内の全ての点でを満たす様な入射波であれ
ば、少なくとも走査中央では、収差は完全に除去
されることがわかる。よつて収差補正用ホログラ
ムレンズでは、を満たす位相の回折波５が出射
される様に設計する。

又、この時第１図ａにおいて、収差補正用ホロ
グラムレンズ１に入射する角度をθ_a、又、出射各
をθ_bとすると、半導体レーザの発散光４のビーム
径は紙面に平行方向で（cosθ_b／cosθ_a）倍に変換
される。

半導体レーザは通常、遠視野像で楕円のビーム
である。これは、接合部平行方向では出射口が大
きく、接合部垂直方向では出射口が小さいため、
回析像として、接合部垂直方向の遠視野像の方
が、接合部平行方向のそれより大きくなるからで
ある。通常、この楕円ビームをビーム整形するた
めに、シリンドリカルレンズ、及び、プリズムペ
アが用いられるが高価である。しかし、本方法に
よると、半導体レーザ接合部垂直方向、つまりビ
ーム拡がり角の大きい方向を紙面と平行方向に設
定すると、拡がり角の大きい方向のビームは、
（cosθ_b／cosθ_a）倍に変換されるため、容易にビ
ーム整形を行うことが可能となる。

上記機能により、半導体レーザ、収差補正用ホ
ログラムレンズ、及びホログラムスキヤナ（走査
用ホログラムレンズ）という簡単な構成により、
結像レンズが全く介在しない、安価かつ信頼性の
高い全ホログラム方式の光ビーム走査装置を提供
することができ、ビーム整形の機能があり、又非
点、コマ収差とモードホツピングの問題を同時に
解決することができる。

｛光ビーム装置の具体的設計（第２図）｝第２図は、モードホツピングによる影響を防止
するための第１図ａの光ビーム装置の具体的な設
計例である。まず、直線走査ホログラムスキヤナ
３の設計パラメータとして、作成時の２つの発散
球面波光源A₁及びA₂までのスキヤナ３からの距
離はf_H1＝f_H2＝125.7mm、中心軸３ａからホログラ
ム入射点Ｐまでの半径Ｒ＝40mm、ホログラム入射
点Ｐから２つの光源A₁及びA₂までのｙ座標上の
距離もＲ＝40mm、ホログラム入射角θ_i＝47.25°に
定め、ホログラムの作成用に波長325nｍのHe−
Cdレーザ、再生用に波長787nｍの半導体レーザ
を用いることを仮定して設計している。この時、
走査中央での回折角も47.25°となる。以上の光ビ
ーム走査方法は、本出願人が既特許出願した方法
（特許出願番号59−659）により作成したものを用
いている。

なお、本特許出願番号59−659は、本出願人ら
による前記特開昭57−2018におけるホログラムデ
イスクの偏心、及び面ぶれによる走査位置変動が
大きいことや、ブラツグ角条件を満足しないた
め、光利用効率が小さい問題点を改良したもので
ある。

また、半導体レーザの発振波長は、ロツトによ
り±10nｍ程度ばらつくが、この平均値は、通常
782nｍのため、これを再生波長とした。しかし、
半導体レーザの発振波長の±10nｍのバラツキに
対しての走査特性（直線性など）の劣化は、本特
許によれば防止できることは後に示す。

次に、収差補正用ホログラムレンズの回折角の
設定方法について説明を行う。まず、走査用ホロ
グラムレンズ入射角θ_i＝47.25°であるから、回折
波５の入射角もθ_i＝47.25°である。この時、第２
図より、tanθ_i＝（a_y−Ｒ）／ａとなり、Ｒ＝40mm
であるから、ａ＝10mm、a_y＝50.8mmと設定する。
次に、上記のように設定した光ビーム装置におい
て、発振波長787nｍの半導体レーザの波長が、
１モード＝0.3nｍホツピングした時に結像点７に
戻るためには、第２図の収差補正用ホログラムレ
ンズ１からの回折波５の出射角のずれ角Δθ_dが
0.045であればよいことが数値計算より分かる。
今、収差補正用ホログラムレンズ１の中心回折角
をθ_d、モードホツピングによる波長のずれ量を
Δλ、また、ホログラムレンズ１の中心空間周波
数をｆとすると、ｆ＝cosθ_d・Δθ_d／Δλ …… の関係がある。一方、半導体レーザの中心発振波
長をλとすると、ｆ＝sinθ_d／λ …… と表わせる。式及び式により、 tanθ_d＝λ／Δλ・Δθ_d …… となる。今、λ＝787nｍ＝7.87×10^-4mm、Δλ＝
0.3mm＝0.3×10^-6mm、Δθ_d＝0.045°＝0.039×（π／
180）radであるから、これらの値を式に代入
して、θ_d＝64.28°となる。すなわち、ホログラム
レンズ１の中心回折角を64.28°とすれば、モード
ホツピングの影響を最小限に抑えることができ
る。これより、第２図において、収差補正用ホロ
グラムレンズ１をホログラムスキヤナ３に対し
て、 θ＝θ_d−θ_i＝64.28−47.25＝17.03°傾けて設定す
ればよいことがわかる。なお、以上は１モードホ
ツプとしたが、更にモードホツプしても、以上の
設定値で良い。

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

｛収差法制用ホログラムレンズの作成方法（第３
図）｝次に、光ビーム走査装置の製造方法として、収
差補正用ホログラムレンズ１の作成方法について
第３図ａの説明図を用いて説明を行う。まず、走
査用ホログラムレンズの収差を補正する方法につ
いて述べる。第２図と異なる所は、第３図ｃで
は、まず、収差補正用ホログラムレンズ１に入射
する光８は、半導体レーザ光の垂直平行光である
ことである。他のパラメータは前述の設計値を引
き続き用いる。今、第３図ａの収差補正用ホログ
ラムレンズ１を作成しようとする場合、再生波で
ある半導体レーザ光を用いるとそれをホログラム
として高効率で記録できる感光材料は一般にはな
い。そこで、半導体レーザ光より波長の短いレー
ザ光でホログラムレンズ１を作成することを考え
る。この場合、半導体レーザ光（再生波）の波長
をλ₂、作成波の波長をλ₁とする。すなわち、λ₂＞
λ₁である。

第３図ａにおいて、結像点７における結像ビー
ム径を小さくするために、ホログラムスキヤナ３
上での入射波５の入射ビーム径DHを大きくする
と、ホログラムスキヤナ３により発生する収差に
よつて結像点７において非点及びコマ収差を生じ
る。そこで、非点及び、コマ収差を打ち消すよう
な収差を前記ホログラムレンズ１の波長λ₁の作成
波に持たせればよい。つまり、λ₂で再生してφ_iN
（ｘ、ｙ）＝φ⁽⁰⁾ _OUT（ｘ、ｙ）−φ_H（ｘ、ｙ）の位
相が
発生できるような波面を波長λ₁で作ればよい。そ
のための波長λ₁での収差は計算により、いわゆる
外向きのコマ収差であればよいことがわかつた。
この外向きのコマ収差は、いわゆるレンズのプリ
ズム作用を用いて発生できる。つまり第３図ｂの
収束球面波１２が、所定角αだけ傾けた凹レンズ
９に対して光軸から距離y₂だけずれて入射する
と、その出射波は外向きの収束コマ収差波１３と
なる。これをホログラムレンズ１の作成のための
物体波とする。この場合のコマ収差波１３は、半
導体レーザで再生すると第３図ａにおける回折波
５と全く同一の関係となるように設定される。但
し、ホログラムレンズの向きは○＊で示した方に合
す。この時、作成波長λ₁（488nｍ、Arレーザ）、
凹レンズ９の各パラメータとして、レンズ厚み
DO₁＝20.99mm、屈折率1.552（波長488nｍ）、曲率
R₂＝65mm、入射位置y₂＝16.71mm、入射焦点の光
軸からの距離y₃＝28.06mm、入射焦点距離f₂＝
112.3mm、傾け角α＝17.7°、凹レンズ９とホログ
ラム感光面との距離l₂＝140mm、ホログラム感光
面の中心から凹レンズ９までの水平距離l₃＝81mm
と設定し、最適な外向きのコマ収差波１３を得
た。第３図ｂに示すように、参照波は垂直平面波
とする。

以上のようにして作成したホログラムレンズ１
を用いて第３図ａの光ビーム走査装置を構成す
る。勿論、この時このホログラムレンズに、垂直
平行光の半導体レーザ（λ₂）を入射した時の、中
心回折角は64.28°となる。但し、第３図ａの構成
は第２図の構成パラメータと同じである。異なる
のは、収差補正用ホログラムレンズに入射する光
は、半導体レーザの垂直平行光（λ₂）であること
である。

次に、この時の、第３図ａの走査用ホログラム
スキヤナからの走査回折波６の収差像を、第４図
ａに示す。ここでは、レーザプリンタに適用する
ことを考慮し、A4（216mm）を走査するとした。
又、通常、必要となるビーム径を同図ｂに示す。
このビーム径を回折像とするための、該走査ホロ
グラム入射ビーム径DHを定めた時の収差像が同
図ａである。結像距離は、337mmで、入射径DH
は、3.8mmである。これにより、本方法ではほぼ
完全に向収差で走査されることがわかる。なお、
第５図に、このホログラムレンズ１を用いない
で、無収差の結像レンズを用いた場合のビーム径
を示す。これにより、大幅な収差補正がなされて
いることがわかる。なお、第６図には、第４図ｂ
のビーム径を得るためにφ_iN（ｘ、ｙ）＝φ（ｘ、
ｙ）−φ_H（ｘ、ｙ）式を用いて計算した理想的な
収差法正を示すが、これより本方法は、ほぼ理想
に近い収差補正と考えられる。

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

そこで次に、更に半導体レーザの発散光をとり
こむ方法について述べる。

このためには、半導体レーザの発散光を、平行
光にする方法を得ればよい。これについては、既
に本出願人らが特許を出願している（昭和60年３
月28日出願）。

第７図ａに示す様に、発振波長787nｍの半導
体レーザからガラスキヤツプ（ここでは一般的な
値として、厚み0.3mm、屈折率1.5とした）を通
り、収差を受けた発散波を平行光にするホログラ
ムレンズの作成方法について示す。これを再生波
長より低い波長λ₁で作成するには、いわゆる正の
球面収差波が必要である。しかし、ホログラム
と、収差発生光学系の間隔が通常、狭くなるた
め、多重干渉によるノイズがあり、一方の作成波
も容易に入射できなかつた。そこで、前記特許出
願では、負の球面収差波を一旦交差させて正の球
面収差として記録する方法をとつた。

第７図ｂにおいても、ホログラム作成波長を
Arレーザ（488nｍ）とする。この収束球面波１
０が凸レンズ８に入射すると、そこからの出射波
は、負の収束球面収差波となる。そこで該球面収
差波を交差部分θで一旦交差させると、逆に正の
発散球面収差波１１とすることができる。この正
の発散球面収差波をホログラムレンズ１の作成の
ための作成波とする。また、もう一方の作成波は
ここでは仮に垂直平行波としておく。

この収差波により作成したホログラムレンズを
第７図ａの様にして平行光になる様に収差波の要
因となるパラメータを最適化する。この時、第７
図ａにおいて、逆に平行光をホログラムレンズに
入射してその収束光が、半導体レーザのガラス窓
を通つた後、回折限界まで絞れていれば、その収
束点に半導体レーザの出射口を置けば、平行光が
得られることがわかる。そこで第７図ａにおい
て、回折限界まで絞れる様に、すなわち、波面収
差が最も小さくなる様に、収差光学系のパラメー
タを、減衰最小自乗法を用いて最適化した。この
結果、凸レンズ８の各パラメータとして、レンズ
厚みｄ＝7.62mm、曲率R₁＝26.289mm、レンズ屈折
率1.73903（488nｍ）、入射焦点距離f₁＝31mm、凸
レンズ８と、ホログラム感光面との距離l₁＝32.4
mmと設定し、最適な正の発散球面収差波１１を得
た。この結果、このホログラムレンズに、第７図
ａの光路と逆、つまり垂直平行光の半導体レーザ
（λ₂：787nｍ）を入射し、ガラス窓を通つた後の
波面収差は、NA0.33で、最大で0.1λ以下となり、
Rayleighの1/4波長即則を下回つているため、回
折限界に近いホログラムレンズと言える。また、
焦点距離は10.750mmとなる。そこでこのパラメー
タで作成したホログラムレンズを第７図ａにおい
て、f_l＝10.750mmとすれば平行光となる。

そこで、第３図ｂにおいて参照波である垂直平
行光を、第７図ｂの収差波に換えてホログラムを
作成し、再生を行うと、半導体レーザからの発散
光はまず仮想的に平行光に変換されこの仮想的な
平行光により、物体波である、前記走査用ホログ
ラムレンズの収差を補正する収差波が発生できる
ことがわかる。つまり、半導体レーザからの発散
光をとりこみ走査用ホログラムレンズの収差補正
波を発生するホログラムレンズの作成法は、第３
図ｃの様になる。パラメータは前述した通りであ
る。こうして作成したホログラムレンズを第２図
の様に設定する。そして半導体レーザ出射口と収
差補正用ホログラムレンズの間隔f_lを10.750mmと
設定すればよい。こうして、本実施例によれば、
半導体レーザと収差補正用ホログラムレンズ、走
査用ホログラムレンズのみを用い、殆ど無収差の
高精度直線走査が可能となる。なお、第４図ｂの
ビーム径を得るためには、この収差補正用ホログ
ラムレンズのNAは0.3であれば良いため、この例
では、このNA＝0.33の収差補正で充分である。

又、この時モードホツピングについては、第２
図の設定を行つたため、0.3nｍモードホツピング
に対して、副走査方向は、7μｍ（走査中央）、8μ
ｍ（走査端）、又、走査方向は、最大45μｍ（走
査端）と大幅に低減できることがわかつた。又、
ビーム整形比は、この場合〔cos（64.28°）／cos
（0°）〕＝0.43倍となつた。さらに、設計波長787n
ｍに対し、±10nｍのずれのあるレーザでも本方
式によれば、走査特性（直線性など）は良好であ
ることがわかつた。なお、この収差補正用ホログ
ラムは、必要な伝達関数がわかつたため、これを
直接、電子ビームで描いたり、CGHで作成する
のも可能となるのは言うまでもない。又、ここで
は第１図においての半導体レーザの入射角θ_aを0°
としたが、これに限らないことはいうまでもな
い。又、収差補正用の補助光学系については、球
面光学素子について限つたわけではなく、非球面
光学素子でも可能であることも勿論である。

〔発明の効果〕

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

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、光ビーム走査装置の構成側面図、
第１図ｂは、入射波の位相と回折波の位相との関
係を説明するためのホログラムスキヤナの構成
図、第２図は、光ビーム走査装置の具体的な設計
を示した側面図、第３図ａ，ｂ，ｃは、それぞれ
収差補正用ホログラムレンズの作成方法を示した
説明図、第４図ａは、第１図の光ビーム走査装置
による走査回折波の収差像を示した図、第４図ｂ
は、被走査面上でのビーム径を示した図、第５図
は、無収差収束レンズを用いた場合の走査回折波
の収差像を示した図、第６図は、第４図ｂのビー
ム径を得るための走査回折波の理想的な収差像を
示した図、第７図ａは、半導体レーザからの発散
波を平行光にするホログラムレンズの作成法を示
す図、第７図ｂは、ホログラムレンズの作成法を
示す図、第８図ａは、ホログラムレンズを用いた
従来の光ビーム走査装置の原理説明用斜視図、第
８図ｂは、側面図、第９図ａは、非点収差の問題
を解決するための一従来例の構成斜視図、第９図
ｂは、第９図ａにおける非点収差補正用ホログラ
ムレンズの製造方法を示した説明図、第１０図ａ
は、モードホツピングの問題を解決するための従
来例の原理説明用斜視図、第１０図ｂは、側面
図、第１１図は、モードホツピングの問題を解決
するための具体的な一従来例の構成側面図、第１
２図ａは、モードホツピングの問題を解決するた
めの具体的な他の従来例の基本となる構成側面
図、第１２図ｂは、モードホツピングの問題を解
決するための具体的な他の従来例の構成側面図で
ある。１……収差補正用ホログラムレンズ、２……半
導体レーザ、３……ホログラムスキヤナ、４……
発散球面波、５，６……回折波、７……結像点、
８……凸レンズ、９……凹レンズ、１０，１２…
…収束球面波、１１……正の発散球面収差波、１
３……外向きのコマ収差波、DH……ビーム径、
α……傾け角。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザから出射した再生波を、位置的に空間
周波数分布が異なる走査用ホログラムに入射し、
その回析波によつて被走査面を走査する光ビーム
走査装置において、前記再生波の波長λ₂より短い波長λ₁のレーザに
よる収差波を予め収差補正用ホログラムとして記
録し、前記走査用ホログラムと再生光源の間に前
記走査用ホログラムの基板に対して傾斜して配設
され、前記再生波の波面を変換して前記回折波の
収差を前記被走査面上において補正させる収差補
正用ホログラムレンズを有する、ことを特徴とする光ビーム走査装置。２レーザから出射した再生波を、位置的に空間
周波数分布が異なる走査用ホログラムに入射し、
その回析によつて被走査面を走査する光ビーム走
査装置において、前記再生波の波長λ₂より短い波
長λ₁のレーザ光による収差波を予め収差補正用ホ
ログラムとして記録し、前記走査用ホログラムと
再生光源の間に前記走査用ホログラムの基板に対
して傾斜して配設され、前記再生波の波面を変換
して前記回析波の収差を前記被走査面上において
補正させる収差補正用ホログラムレンズを有する
光ビーム走査装置の製造方法であつて、再生波の波長λ₂より短い波長λ₁のレーザ光から
発生されるコマ収差波を物体波として前記収差補
正用ホログラムレンズに前記収差補正用ホログラ
ムを記録する、ことを特徴とする光ビーム走査装置の製造方法。３前記コマ収差波は、前記収差補正用ホログラ
ムの基板に対して傾斜して配設される球面レンズ
から発生され、かつ、前記球面レンズの光軸から
外れた位置から入射する入射波に基づいて発生さ
れる、ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光
ビーム走査装置の製造方法。４レーザから出射した再生波を、位置的に空間
周波数分布が異なる走査用ホログラムに入射し、
その回析によつて被走査面を走査する光ビーム走
査装置において、前記再生波の波長λ₂より短い波
長λ₁のレーザ光による収差波を予め収差補正用ホ
ログラムとして記録し、前記走査用ホログラムと
再生光源の間に前記走査用ホログラムの基板に対
して傾斜して配設され、前記再生波の波面を変換
して前記回析波の収差を前記被走査面上において
補正させる収差補正用ホログラムレンズを有する
光ビーム走査装置の製造方法であつて、再生波の波長λ₂より短い波長λ₁のレーザ光から
発生される球面収差波を参照波として前記収差補
正用ホログラムレンズに前記収差補正用ホログラ
ムを記録する、ことを特徴とする光ビーム走査装置の製造方法。５前記球面収差波は、前記収差補正用ホログラ
ムの基板に対して平行に配設される球面レンズか
ら発生される、ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光
ビーム走査装置の製造方法。６レーザから出射した再生波を、位置的に空間
周波数分布が異なる走査用ホログラムに入射し、
その回析によつて被走査面を走査する光ビーム走
査装置において、前記再生波の波長λ₂より短い波
長λ₁のレーザ光による収差波を予め収差補正用ホ
ログラムとして記録し、前記走査用ホログラムと
再生光源の間に前記走査用ホログラムの基板に対
して傾斜して配設され、前記再生波の波面を変換
して前記回析波の収差を前記被走査面上において
補正させる収差補正用ホログラムレンズを有する
光ビーム走査装置の製造方法であつて、再生波の波長λ₂より短い波長λ₁のレーザ光から
発生されるコマ収差波を物体波とし、再生波の波
長λ₂より短い波長λ₁のレーザ光から発生される球
面収差波を参照波として、前記収差補正用ホログ
ラムレンズに前記収差補正用ホログラムを記録す
る、ことを特徴とする光ビーム走査装置の製造方法。７前記コマ収差波は、前記収差補正用ホログラ
ムの基板に対して傾斜して配設される球面レンズ
から発生され、かつ、前記球面レンズの光軸から
外れた位置から入射する入射波に基づいて発生さ
れ、前記球面収差波は、前記収差補正用ホログラム
の基板に対して平行に配設される球面レンズから
発生される、ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の光
ビーム走査装置の製造方法。