JPH0524490B2 - - Google Patents

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JPH0524490B2
JPH0524490B2 JP61060846A JP6084686A JPH0524490B2 JP H0524490 B2 JPH0524490 B2 JP H0524490B2 JP 61060846 A JP61060846 A JP 61060846A JP 6084686 A JP6084686 A JP 6084686A JP H0524490 B2 JPH0524490 B2 JP H0524490B2
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hologram
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aberration correction
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、走査ビームの収差が全走査領域で均
等に低減する最適入射波を発生する収差補正用ホ
ログラムレンズを有する光ビーム走査装置、およ
び該ホログラムレンズの作成方法において、収差
補正用ホログラムレンズの作成波の波長は再生波
である半導体レーザ光より短かくし、球面収差
波、もしくは非点収差波を参照波として、コマ収
差波を物体波として、収差補正用ホログラムレン
ズを作成する方法である。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、最適入射波を発生する収差補正用ホ
ログラムレンズを有する光ビーム走査装置、およ
び該ホログラムレンズの作成方法に関する。
〔従来技術〕
レーザプリンタのような高精度直線走査スキヤ
ナの低価格化を実現するものとして、ホログラム
を用いた光ビーム走査装置が注目されている。本
出願人らは既出願の特願昭60−168830において、
半導体レーザと走査用ホログラムレンズ、及び収
差補正用ホログラムレンズを用いた簡素な高精度
直線走査を行う光ビーム走査装置を提案した。こ
れは、半導体レーザ光を位置的に空間周波数分布
が異なり高速に回転する走査用ホログラムレンズ
に入射することにより、走査ビームとしてフオト
コンドラム上に走査させるものであり、その際半
導体レーザ光源と走査用ホログラムレンズの間に
収差補正用ホログラムレンズを配置することによ
り走査用ホログラムレンズで発生する非点及びコ
マ収差を該収差補正用ホログラムレンズで補正
し、また上記3素子を適切に配置して、半導体レ
ーザ光源のモードホツプによる影響を最小限に抑
えることを可能にしている。この時、フオトコン
ドラム上で走査ビームが最も小さく絞り込まれる
ように収差補正を行うことを可能にする走査用ホ
ログラムレンズ及び収差補正用ホログラムレンズ
を作成する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし前記従来技術では、走査ビームの収差が
結像面の走査中心で最も小さくなるように設定を
行つていた。しかし、高品位のレーザプリンタに
おける印字では、少なくとも300dpi(ドツト/イ
ンチ)以上の解像度が要求されており、そのため
には走査ビームの収差を走査中心だけでなく走査
端でも均等に低減する必要がある。
そこで本出願人らは昭和61年3月20日出願の特
許願(12)で走査ビームの収差が全走査領域で均
等に低減するように走査用ホログラムレンズへの
最適入射波の決定方法について提案した。しか
し、上記最適入射波を発生するための収差補正用
ホログラムレンズの作成方法については述べてい
なかつた。
本発明は上記問題点を除くために、最適入射波
を発生す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、および該収差補正用ホログラ
ムレンズの実用的な作成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、位置的
に空間周波数の分布が異なり、半導体レーザ光で
ある入射波を回折させてビーム走査を行う走査用
ホログラムレンズ22と、半導体レーザから出射
される発散波該ホログラムレンズからの走査ビー
ムの全走査領域での複数の集束点における収差を
均等に低減する波面を有する前記入射波に変換す
る収差補正用ホログラムレンズ12とを有するこ
とを特徴とする光ビーム走査装置、及び、その製
造方法を提供するものである。
〔作用〕
上記手段おいて、まず、再生時の入射波26の
波長(λ2)より短い波長(λ1)を有する波面を補
助光学系を通してコマ収差波とし、これを再生時
の走査用ホログラムレンズ22への最適入射波2
6の波面に対応する波面と、再生時の波長(λ2
と作成時の波長(λ1)の波長の差によつて生ずる
収差を補正する波面とを有する収差波14に代用
する。これをホログラムレンズ12の作成波とし
て用いることにより、再生波長(λ2)において最
適入射波26を発生するホログラムレンズを作成
することが可能となる。また、収差補正用ホログ
ラムレンズの作成方法も与えている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行
う。
{本発明の実施例の説明(第2図)} 上記実施例の説明を詳細に行う。まず、収差補
正用ホログラムレンズ12を用いた光ビーム走査
装置の構成を第2図に示す。再生波である半導体
レーザ21からの波長λ2の発散波25は、収差補
正用ホログラムレンズ12により走査ビーム27
の最適な収差補正をする入射波26に変換され
る。そしてこの入射波26がモータ23によつて
回転する走査用ホログラムレンズ22に入射し、
それにより得られる走査ビーム27はフオトコン
ドラム24上の集束点28に集束し走査される。
そして走査ビーム27は、全走査領域で収差が均
等に低減される。走査ビーム27の収差が全走査
領域で均等に低減する最適な入射波26の決定方
法については、昭和61年3月20日出願の特許願
(12)で述べたが、その決定手順につき簡単に述
べる。
今、フオトコンドラム24上で走査される2n
+1点での実際の走査ビーム27の位相をφi/OUT
(x,y),(i=0,±1,……±n)とする。た
だし、xy平面上に走査用ホログラムレンズ22
が配置されているとし(第2図)、この位相はx,
y方向の関数とする。そして必要な波面である無
収差となる2n+1点での位相をφ(i)/OUT(x,y)
とすると、 E2oi=-n sWi{φi/OUT(x,y) −φ(i)/OUT(x,y)}2ds ……(1) が最小となるような入射波26の位相φiNを決定
すればよい。但し、(x,y)は、走査用ホログ
ラムレンズ22に入射する入射波の再生領域S内
の座標である。(1)を最小とするようなφiNと無収
差位相φ(i)/OUT(x,y)との関係は、 で決定される。ただし、Wiは走査領域の各点で
の重みであり、またφ(i)/H(x,y)は走査用ホロ
グラムレンズ22の位相伝達関数であり、作成時
に物体波と参照波の位相差として予め決定されて
いる。
上記関係式から、第2図の実施例においては半
導体レーザ21からの発散波25を(2)式で表わさ
れる入射位相φiNを有する最適な入射波26に変
換するホログラムレンズ12を作成すればよい。
次に、走査用ホログラムレンズ22の一実施例
として本出願人らが、既特許出願した方法(特開
昭60−194419)を用いることとする。なお、この
方法ではホログラムデイスクの偏心、および、面
ぶれによる走査位置変動の影響が小さく、ブラツ
グ角条件を満足し、光使用効率が高いという利点
を有している。この走査用ホログラムレンズ22
に対して、収差補正用のホログラムレンズ12の
再生波は半導体レーザ光であり、その波長λ2は平
均して787nm程度である。これに対してホログラ
ム作成時においては、再生波長より短い波長λ1
有するレーザ光を作成波長とする。このようなレ
ーザ光としては例えばλ1=488nmのArレーザ光
がある。これは、基板12上のホログラム作成材
料121として、半導体レーザ光の波長で感光す
る高回折効率の材料がなく、そのためにそれより
短い波長のレーザ光でホログラムを作成する必要
があるためである。
そして(2)式で示される波面は、非点及びコマ収
差を示す複雑な波面であり、さらに前記のように
作成時の波長λ1は再生時の波長λ2より低いため、
さらに収差が助長される。しかし、このような波
面は波長λ1の収束球面波13を第1図のように凹
レンズに斜めに入射することで発生できることが
光線追跡によりわかつた。そこで、再生時の波長
λ2の入射波26(第2図)の位相がφiNに最も近
くなるように、減衰最小自乗法(DLS法)によ
る自動設計で最適化した。
{光ビーム走査装置の具体的な設計パラメータ
(第3図)} 第2図のような光ビーム走査装置に用いた場合
の具体的な設計パラメータを第3図に従い以下に
示す。まず、再生用光源の半導体レーザの波長は
787nmとする。また、ホログラムデイスク22の
作成波31,32は波長325nmのHe−Cdレーザ
光とし、出射点A1,A2からデイスク面までの距
離fH1=fH2=125.7mmとする。次に、このようにし
て作成されたホログラムデイスク22の有効半径
R′=40mm、入射波26の入射角または走査ビー
ム27の出射角θ0=47.25°とする。さらに、第3
図でa=10mm、a〓=50.82mm、傾け角θ=17.03°、
ホログラムレンズ12の回折波26の出射角θd
=64.28°と設定する。この設定法は、特願昭60−
168830において述べたように、半導体レーザの波
長のばらつきによる走査特性の劣化を防止するた
めのものである。
{本発明による実施例の具体的な設計パラメー
タ(第1図)} 次に、この光ビーム走査装置における収差補正
用ホログラムレンズ12の設計パラメータについ
て述べる。
上記最適化による第1図の各パラメータの具体
的な値を以下に示す。まず、収束球面波13及び
参照波16は、波長λ1=488nmのArレーザ光と
した。そして、凹レンズ11の材質はBK7、屈
折率は波長λ1においてN=1.522、中心厚みD=
20.99mm、曲率R=65mmであり、ホログラム基板
12からの傾ける角α=16.95°、l2=140mm、l3
83.08mmである。また、収束球面波13は光軸位
置Y2=14.943mm、焦点距離f=111mm、入射角θ
=21.69°である。一方、参照波16は垂直平行波
とする。
{本発明による走査ビームのスポツトダイアグ
ラム(第4図、第5図)} 上記のようにして構成される光ビーム走査装置
(第2図、第3図)によつて得られる走査ビーム
27のスポツトダイアグラムを第4図に示す。但
し、第1図において、参照波16は垂直平行波と
しているため、第2図において収差補正用ホログ
ラムレンズ12に入射する波面は、半導体レーザ
の垂直平行波とする。ここでは、走査ビームは、
回折像で100μmとなるように、入射ビーム径を決
定した。一方、前記(2)式によつて得られる走査ビ
ーム27の理論上のスポツトダイアグラムを第5
図に示す。これにより、各走査領域においてほと
んど理想のものと同一の高度な収差補正結果が得
られていることがわかる。このようにして、
300dpi以上の高解像度の光ビーム走査装置を得る
ことができる。
ここで、第2図において半導体レーザの垂直平
行波ではなくて、半導体レーザ21からの発散波
25をホログラムレンズ12によつて今述べた収
差補正波26に変換するためには、特願昭60−
168830の既出願で示したように、第1図における
参照波16を垂直平行波から凸レンズを用いた球
面収差波にすればよい。こうして半導体レーザの
発散波は、このホログラムレンズ12によつて仮
想的に垂直平行波に変換され、この平行波は、収
差補正波26に変換されるのである。
さらに、半導体レーザ21の非点隔差が大きい
場合には、昭和61年3月20日出願の特許願(6)
で本出願人らが示したように、シリンドリカルレ
ンズを介して得た非点収差波面を参照波にすれば
よい。
なお、第2図におけるホログラムレンズ12及
びホログラムデイスク22の配置は、特願昭60−
168830で示したように半導体レーザ21のモード
ホツプによる影響及びロツトのばらつきによる発
振波長の変動の影響を防止するように設定され、
ビーム整形も同時に行うように設定されている。
さらに、ホログラムレンズ12としては昭和61
年3月20日出願の特許願(25)で作成されるホロ
グラムを用いたハイブリツドホログラムレンズを
用いることも可能である。この時、昭和61年3月
20日出願の特許願(25)での参照波を、本特許の
作成収差波14とすれば、上記同様の議論により
所定の特性が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、走査ビームの収差を全走査領
域で均等に低減し、高解像度の光ビーム走査を実
現することができる光ビーム走査装置、およびホ
ログラムレンズの実用的な作成方法を提供するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による光ビーム走査装置にお
けるホログラムレンズの作成方法の実施例の構成
図、第2図は、光ビーム走査装置の構成図、第3
図は、光ビーム走査装置の具体的な設計例を示し
た図、第4図a,b,cは、本発明により作成さ
れたホログラムレンズによる走査ビームのスポツ
トダイアグラム、第5図a,b,cは、最適入射
波φiN((2)式)による走査ビームのスポツトダイア
グラムである。 11……凹レンズ、12……収差補正用ホログ
ラムレンズ(基板)、13……収束球面波、14
……収差波、22……走査用ホログラムレンズ、
26……入射波、27……走査ビーム、28……
集束点。

Claims (1)

  1. 【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レンズに入
    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の複数の集束点において均
    等に補正させる波面を有す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レンズに入
    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
    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の
    複数の集束点において均等に補正させる波面を有
    す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、 前記再生波の波長λ2より短い波長λ1のレーザか
    ら発生されるコマ収差波を物体波とし、前記再生
    波の波長λ2より短い波長λ1のレーザから発生され
    る垂直平行波を参照波として、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。 3 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レンズに入
    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
    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の
    複数の集束点において均等に補正させる波面を有
    す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、 前記再生波の波長λ2より短い波長λ1のレーザか
    ら発生されるコマ収差波を物体波とし、前記再生
    波の波長λ2より短い波長λ1のレーザから発生され
    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。 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レンズに入
    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
    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の
    複数の集束点において均等に補正させる波面を有
    す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、 前記再生波の波長λ2より短い波長λ1のレーザか
    ら発生されるコマ収差波を物体波とし、前記再生
    波の波長λ2より短い波長λ1のレーザから発生され
    る非点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。
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EP86401720A EP0214018B1 (en) 1985-07-31 1986-07-31 Laser beam scanner and its fabricating method
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