JPS606487B2 - Beam shaping optical system - Google Patents

Beam shaping optical system

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JPS606487B2
JPS606487B2 JP1534277A JP1534277A JPS606487B2 JP S606487 B2 JPS606487 B2 JP S606487B2 JP 1534277 A JP1534277 A JP 1534277A JP 1534277 A JP1534277 A JP 1534277A JP S606487 B2 JPS606487 B2 JP S606487B2
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divergence
lens
origin
optical system
rotationally symmetrical
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博 花田
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザーの出射面からの発散光を整形す
る光学系に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical system that shapes diverging light from an exit surface of a semiconductor laser.

ダイオードレーザー、インジエクシヨンレーザーなどと
称される半導体レーザ−の出射光は一般に発散角が直交
する方向で異なっている。
The emitted light of semiconductor lasers, which are called diode lasers, injection lasers, etc., generally have different divergence angles in orthogonal directions.

又、更に発散原点が直交する方向で異なっているビーム
を射出する半導体レーザーも存在する。この様な半導体
レーザ−光を回転対称レンズ、すなわち、直交する方向
で焦点距離が等しいレンズ、を使用して処理すること、
すなわち平行化、又は円形スポット光にすることは不可
能である。従って、本発明の目的は半導体レーザーから
のビームを処理する光学系を提供することである。
Furthermore, there are semiconductor lasers that emit beams whose divergence origins differ in orthogonal directions. processing such semiconductor laser light using rotationally symmetric lenses, i.e. lenses with equal focal lengths in orthogonal directions;
That is, it is impossible to make the light parallel or to make it into a circular spot light. It is therefore an object of the present invention to provide an optical system for processing beams from semiconductor lasers.

以下本発明を添付した図面を使用して説明する。第1図
は半導体レーザーからのビームの発散状態を示す図で、
第1図aは半導体レーザーを上から見た図、第1図bは
横から見た図である。
The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a diagram showing the state of divergence of a beam from a semiconductor laser.
FIG. 1a is a top view of the semiconductor laser, and FIG. 1b is a side view.

図中1は半導体レーザー、2は接合面である。3は半導
体レーザー1の出射面からのビ−ムである。
In the figure, 1 is a semiconductor laser, and 2 is a bonding surface. 3 is a beam from the exit surface of the semiconductor laser 1;

このビームの接合面に対して平行な方向(以下横方向と
称す)の発散原点は4で示され、接合面に対して垂直な
方向(以下縦方向と称す。)の発散原点5で示されてい
る。そして、これら発散原点4,5は縦,横方向の夫々
に対する発散角の共通二等分線上の異なる位置に位置し
ている。そして、横方向の発散原点4は出射面から離れ
た位置、縦方向の発散原点は出射面の近傍に位置してい
る。このビームを平行ビーム、円形結像スポットになる
様に処理するには回転対称レンズは有効ではない。
The origin of divergence of this beam in the direction parallel to the joint surface (hereinafter referred to as the horizontal direction) is indicated by 4, and the divergence origin in the direction perpendicular to the joint surface (hereinafter referred to as the longitudinal direction) is indicated by 5. ing. These divergence origins 4 and 5 are located at different positions on the common bisector of the divergence angle in the vertical and horizontal directions, respectively. The horizontal divergence origin 4 is located away from the exit surface, and the vertical divergence origin is located near the exit surface. A rotationally symmetric lens is not effective in processing this beam into a parallel beam and a circular imaging spot.

すなわち、回転対称レンズによってこのビームを縦,横
両方向について平行なビームにすること、又は両方向に
ついて結像されたスポットにすることは不可能である。
本発明はこの様なビームを処理するビーム整形光学系に
係るものである。そして、本発明に於いては縦方向と横
方向の焦点距離が異なる光学系を使用することによって
、縦方向と横方向で発散原点の異なるビームの処理を行
っている。縦方向と横方向の焦点距離が異なる光学系と
しては、少なくとも1個のシリンドリカル系、例えばシ
リンドリカルレンズ、シリンドリカル凹面鏡、トーリッ
クレンズを含む光学系が考えられる。
That is, it is not possible to make this beam into a parallel beam in both longitudinal and lateral directions, or into a spot imaged in both directions, by means of a rotationally symmetrical lens.
The present invention relates to a beam shaping optical system for processing such beams. In the present invention, beams having different origins of divergence in the vertical and horizontal directions are processed by using optical systems with different focal lengths in the vertical and horizontal directions. As the optical system having different focal lengths in the vertical and horizontal directions, an optical system including at least one cylindrical system, such as a cylindrical lens, a cylindrical concave mirror, or a toric lens, can be considered.

以下の説明では、説明の便のためシリンドリカルレンズ
を例示して説明する。
In the following description, a cylindrical lens will be exemplified and explained for convenience of explanation.

そして「 ビームの処理としては平行化と結像スポット
作成を例に探って説明する。まず、半導体レーザーから
のビームを平行化する場合について説明する。
``Beam processing will be explained using examples of collimation and imaging spot creation.First, we will explain the case of collimating a beam from a semiconductor laser.

半導体レーザーからのビームを平行化するためのビーム
整形光学系の一番簡単な構成は2つのシリントリカルレ
ンズをその母線が両発散角の共通二等分線上で直交する
様に配置し、それぞれの焦点を発散原点に一致させたも
のである。
The simplest configuration of a beam shaping optical system for collimating the beam from a semiconductor laser is to arrange two cylindrical lenses so that their generating lines are perpendicular to each other on the common bisector of both divergence angles. The focal point of is aligned with the origin of divergence.

又、1つのシリンドリカルレンズと、1つの回転対称レ
ンズによって半導体レーザーからのビームを平行化する
ことが可能である。すなわち、前記2等分線を光軸とし
て、その光軸上に1つのシリンドリカルレンズ、回転対
称レンズを配し、シリンドリカルレンズによって、一方
の発散原点を他方の発散原点と一致させ、この他方の発
散原点を回転対称レンズの焦点位置とすることによって
、半導体レーザーからのビームを平行化することが可能
である、この実施例を第2図に示す。第2図中6はシリ
ンドリカル凹レンズ、7は回転対称レンズである。
Furthermore, it is possible to collimate the beam from the semiconductor laser using one cylindrical lens and one rotationally symmetrical lens. That is, with the bisector line as the optical axis, one cylindrical lens, a rotationally symmetrical lens, is arranged on the optical axis, and the cylindrical lens is used to align the origin of one divergence with the other origin of divergence. This embodiment is shown in FIG. 2, in which it is possible to collimate the beam from a semiconductor laser by making the origin the focal point of a rotationally symmetrical lens. In FIG. 2, 6 is a cylindrical concave lens, and 7 is a rotationally symmetrical lens.

シリンドリカル凹レンズ6は発散ビーム3の共通二等分
線8上でその母線が接合面2に平行な面に直交する様に
配置されている。すなわち、このシリンドリカル凹レン
ズ6は縦方向の発散に対しては影響を与えないが横方向
の発散に対して影響を与える様に配置されている。そし
て、このシリンドリカル凹レンズ6によつて横方向の発
散原点4は縦方向の発散原点5の位置に移動される。従
って、回転対称レンズ7をその光軸を前記線8尊こ一致
させると共に、その焦点を発散原点5の位置に一致させ
ることによって縦横両方向に対して平行なビーム9が得
られる。第3図には発散原点5を移動させ発散原点4に
一致させる実施例が示されている。この実施例に於いて
は凸シリンドリカルレンズ10が縦方向に屈折力を持つ
様に配置されている。
The cylindrical concave lens 6 is arranged on the common bisector 8 of the diverging beam 3 so that its generatrix is orthogonal to a plane parallel to the cemented surface 2. That is, the cylindrical concave lens 6 is arranged so as not to affect the vertical divergence, but to affect the horizontal divergence. The cylindrical concave lens 6 moves the horizontal divergence origin 4 to the vertical divergence origin 5. Therefore, by aligning the optical axis of the rotationally symmetrical lens 7 with the line 8 and aligning its focal point with the position of the divergence origin 5, a beam 9 parallel to both the vertical and horizontal directions can be obtained. FIG. 3 shows an embodiment in which the divergence origin 5 is moved to coincide with the divergence origin 4. In FIG. In this embodiment, a convex cylindrical lens 10 is arranged so as to have refractive power in the vertical direction.

そしてこのレンズ10は縦方向の発散原点5を横方向の
発散原点41こ一致させる。又、回転対称レンズ11は
その焦点が発散原点4と一致する構成になっている。従
って、縦,横方向に対して共に平行なビーム9が得られ
る。第4図には母線が互に直交する2つのシリントリカ
ルレンズを使用して、発散原点4,5を共に移動させ「
ある点上で一致させ、このある点上に焦点を有する回転
対称レンズによって半導体レーザー光を平行化する実施
例が示されている。
In this lens 10, the vertical divergence origin 5 coincides with the horizontal divergence origin 41. Further, the rotationally symmetrical lens 11 is configured so that its focal point coincides with the divergence origin 4. Therefore, a beam 9 parallel to both the vertical and horizontal directions is obtained. In Figure 4, two cylindrical lenses whose generating lines are orthogonal to each other are used, and the divergence origins 4 and 5 are moved together.
An embodiment is shown in which semiconductor laser light is collimated by a rotationally symmetrical lens that is aligned at a certain point and has a focal point on this certain point.

図中12は縦方向の発散原点6をこの発散原点5と横方
向の発散原点4との線8上の中間点13に移動するため
の凸シリントリカルレンズである。14は横方向の発散
原点4を中間点13に移動するための凹シリンドリカル
レンズである。
In the figure, reference numeral 12 denotes a convex cylindrical lens for moving the vertical divergence origin 6 to an intermediate point 13 on the line 8 between the divergence origin 5 and the horizontal divergence origin 4. 14 is a concave cylindrical lens for moving the lateral divergence origin 4 to the intermediate point 13.

15は中間点13に焦点が一致する回転対称レンズであ
る。
15 is a rotationally symmetrical lens whose focal point coincides with the intermediate point 13.

従って、この配置によって縦」横両方向に対して平行な
ビーム9が得られる。以上、第2図〜第4図に示した第
1、第2も第3実施例に於いては回転対称レンズy,貫
首,翼5によって両方向に対して平行な光にしていたが
、第5図、第6図に示した第4、5実施例では一方の平
向化を回転対称レンズで行い、他方の方向の平行化をシ
リンドリカルレンズで行っている。
This arrangement therefore provides a beam 9 that is parallel to both the vertical and horizontal directions. As mentioned above, in the third embodiment, both the first and second lights shown in FIGS. In the fourth and fifth embodiments shown in FIGS. 6 and 6, flattening in one direction is performed by a rotationally symmetrical lens, and parallelization in the other direction is performed by a cylindrical lens.

第5図中、16は縦方向の発散原点5に焦点が一致する
回転対称レンズである。
In FIG. 5, reference numeral 16 denotes a rotationally symmetrical lens whose focal point coincides with the divergence origin 5 in the vertical direction.

従って、この回転対称レンズ16によって半導体からの
ビームは縦方向について平行化される。一方横方向の発
散原点4はこの回転対称レンズ16の焦点より遠い位置
に有るため、このビーム3は横方向については収れんさ
れる。この収れん点に焦点を有するシリンドリカルレン
ズによって、ビーム3は横方向についても平行化される
。しかしながら、この構成では光学系をコンパクトにす
ることが出来ないため第5図に示す様に凹レンズ17を
回転対称レンズ16の後に配している。そしてこの凹レ
ンズの後に凸シリンドリカルレンズ19を配している。
この様に縦方向の平行化を回転対称レンズ16、横方向
の平行化を回転対称レンズ16「凹シリンドリカルレン
ズ17、凸シリンドリカルレンズ18によって行い得る
。第6図には第5図の第4実施例と異なる構成が示され
ている。
Therefore, the beam from the semiconductor is collimated in the longitudinal direction by this rotationally symmetrical lens 16. On the other hand, since the lateral divergence origin 4 is located far from the focal point of this rotationally symmetrical lens 16, this beam 3 is converged in the lateral direction. By means of a cylindrical lens having a focal point at this convergence point, the beam 3 is also collimated in the transverse direction. However, with this configuration, the optical system cannot be made compact, so a concave lens 17 is placed after the rotationally symmetrical lens 16, as shown in FIG. A convex cylindrical lens 19 is arranged after this concave lens.
In this way, parallelization in the vertical direction can be performed by the rotationally symmetrical lens 16, and parallelization in the horizontal direction can be performed by the rotationally symmetrical lens 16, the concave cylindrical lens 17, and the convex cylindrical lens 18. A configuration different from the example is shown.

回転対称レンズ19はその焦点が横方向の発散原点4に
一致する様に配されている。
The rotationally symmetrical lens 19 is arranged so that its focal point coincides with the origin 4 of divergence in the lateral direction.

従って、この回転対称レンズ19によってビーム3の横
方向の発散は平行化される。一方縦方向に関しては、発
散原点6が焦点より近い位置に有るためビーム3は発散
状態である。この発散ビームは凸、凹シリソドリカルレ
ンズ20,2川こよって平行化される。以上の第1〜第
5実施例によって半導体レーザーからのビームを縦横両
方向について平行化することが可能である。
This rotationally symmetrical lens 19 therefore collimates the lateral divergence of the beam 3. On the other hand, in the vertical direction, the beam 3 is in a diverging state because the divergence origin 6 is located closer to the focal point. This diverging beam is parallelized by two convex and concave silisodrical lenses 20. According to the first to fifth embodiments described above, it is possible to make the beam from the semiconductor laser parallel in both the vertical and horizontal directions.

しかしながら、この得られた平行ビームは第7図に示す
ようにその断面形状が楕円状の場合が有る。
However, the obtained parallel beam may have an elliptical cross-sectional shape as shown in FIG.

以下この断面楕円状のビームを所定断面形状に変換する
光学系について説明する。そして、その説明に於いては
、所定断面形状として軸回転対称形を考えるとする。何
故ならこの平行ビームを回転対称レンズによって結像す
る場合を考えているからである。第8図中、22は縦,
横方向で焦点距離の異なる半導体ビームを平行化するた
めの光学系である。
An optical system for converting this beam having an elliptical cross-section into a predetermined cross-sectional shape will be described below. In the explanation, it is assumed that the predetermined cross-sectional shape is axially rotationally symmetrical. This is because the case where this parallel beam is imaged by a rotationally symmetrical lens is considered. In Figure 8, 22 is vertical,
This is an optical system for collimating semiconductor beams with different focal lengths in the lateral direction.

この光学系22は先の実施例のどれでも良い。23はア
ナモフィックアフオーカル光学系である。
This optical system 22 may be any of the previous embodiments. 23 is an anamorphic afocal optical system.

、そしてこのアナモフィックアフオーカル光学系によっ
てビーム中を変更させtすなわち、どちらか一方のビー
ム中に一致する様に他方のビーム中を糠少「又は拡大さ
せている。
, and this anamorphic afocal optical system changes the beam, that is, it narrows or expands one beam to match the other beam.

第8図の実施例では縦方向のビーム中をアナモフィック
アフオーカル光学系23によって縦少させ横方向のビ−
ム中と一致させ、断面が回転対称のビーム24を得てい
る。尚「アナモフィックアフオーカル光学系を2個直交
する様に配置して、両方向のビーム中を変更させ、例え
ば横方向を拡大し、総方向を縞少して中間のビーム中を
得ることも可能である。第8図の実施例に使用するアナ
モフィックアフオーカル光学系としてプリズムアナモフ
ィックアフオーカル光学系、シリンドリカルアナモフィ
ックアフオーカル光学系が適用可能である。第9図には
プリズムアナモフィツクアフオーカル光学系を使用した
第7実施例が示されている。図中、25,26は直交に
配された凸シリンドリカルレンズ、27は回転対称レン
ズである。半導体レーザーーからのビーム3の横方向は
シリンドリカルレンズ26、回転対称レンズ27によっ
て平行化され、縦方向はシリンドリカルレンズ25、回
転対称レンズ27によって平行化される。この平行ビー
ム28は縦方向に縮少作用を有するプリズムアナモフィ
ックアフオーカル光学系29に入射する。そしてこのア
フオーカル系29によって縦方向のビーム中は縞少され
回転対称平行ビームが得られる。この第9図の実施例の
適用例は下記の通りである。
In the embodiment shown in FIG. 8, the beam in the vertical direction is reduced vertically by the anamorphic afocal optical system 23, and the beam in the horizontal direction is reduced.
A beam 24 whose cross section is rotationally symmetrical is obtained. In addition, it is also possible to arrange two anamorphic afocal optical systems orthogonally to change the beam in both directions, for example to expand the horizontal direction and create an intermediate beam with stripes in all directions. A prism anamorphic afocal optical system and a cylindrical anamorphic afocal optical system are applicable as the anamorphic afocal optical system used in the embodiment shown in Fig. 8. A seventh embodiment using an optical system is shown. In the figure, 25 and 26 are convex cylindrical lenses arranged orthogonally, and 27 is a rotationally symmetrical lens. The beam 3 from the semiconductor laser has a cylindrical shape in the lateral direction. The parallel beam 28 is collimated by a lens 26 and a rotationally symmetrical lens 27, and is collimated in the vertical direction by a cylindrical lens 25 and a rotationally symmetrical lens 27.This parallel beam 28 is collimated by a prism anamorphic afocal optical system 29 that has a reduction effect in the vertical direction. The afocal system 29 reduces stripes in the beam in the longitudinal direction and provides a rotationally symmetrical parallel beam.An example of application of the embodiment shown in FIG. 9 is as follows.

適用例 BK7ガラス(屈折率約1.51)の直径3柳及び20
肌の円筒ガラスロッドの片側を切断又は研削により落し
た後充分に研磨して、肉厚がそれぞれ1.5肌及び3柳
長さ3脚の円筒レンズを作った。
Application example BK7 glass (refractive index approximately 1.51) diameter 3 willow and 20
One side of the skin-shaped cylindrical glass rod was removed by cutting or grinding, and then sufficiently polished to produce cylindrical lenses with a wall thickness of 1.5 skin and a 3-lens length, respectively.

焦点距離10柳の凸レンズは回転対称レンズとして通常
ありふれたレンズを使用した。プリズムとしては単純な
プリズム2ケを用いた。
The convex lens with a focal length of 10 Yanagi is a rotationally symmetric lens and is a commonly used lens. Two simple prisms were used as the prisms.

頂角は35oであり、2ケの組み合わせでビームを約i
′5に圧縮できる。これらを第9図に示した様に配列し
た。
The apex angle is 35o, and the combination of 2 pieces makes the beam about i
'5 can be compressed. These were arranged as shown in FIG.

それぞれの間隔は半導体レーザーと円筒レンズ25の間
隔は1肋、円筒レンズ25と円筒レンズ26の間隔は1
.5側、レンズ27の中心(主平面)から円筒レンズ2
6までの間隔を2.2側とした。プリズムの位置は特に
問題にならない。これらの光学系は半導体レーザの波長
8500Aに対して充分に反射防止された。
The distance between the semiconductor laser and the cylindrical lens 25 is one rib, and the distance between the cylindrical lens 25 and the cylindrical lens 26 is one.
.. 5 side, from the center (principal plane) of the lens 27 to the cylindrical lens 2
The interval up to 6 was set to the 2.2 side. The position of the prism does not matter. These optical systems were sufficiently prevented from reflecting against the wavelength of 8500A of the semiconductor laser.

その結果光学系の大きさは充分に小さく半導体レーザの
大きさに見合うものであり、且つ損失は30%にとどま
り、高い効率が得られることが判った。又ビームはほぼ
円形に近く、集光の結果極めて高いビームパワー密度が
達成できるものである。第8図、第9図の実施例に於い
ては、半導体レーザー光を平行化する光学系(第1〜第
5実施例)からのアフオーカル光をアナモフィックアフ
オーカル光学系を使用してアフオーカル光の光東断面形
状を所定の断面形状としていたが、半導体レーザー光を
平行化する光学系そのものの縦,横方向の焦点距離を適
宜設定することによって、所定断面形状にすることが可
能である。
As a result, it was found that the size of the optical system is sufficiently small and commensurate with the size of the semiconductor laser, and that the loss is only 30% and high efficiency can be obtained. Furthermore, the beam has a nearly circular shape, and as a result of focusing, an extremely high beam power density can be achieved. In the embodiments shown in FIGS. 8 and 9, an anamorphic afocal optical system is used to transform the afocal light from the optical system (1st to 5th embodiments) for collimating semiconductor laser light into an afocal light. Although the cross-sectional shape of the light east is set to a predetermined cross-sectional shape, it is possible to obtain a predetermined cross-sectional shape by appropriately setting the vertical and horizontal focal lengths of the optical system itself for collimating the semiconductor laser beam.

今、半導体レーザーからのビームの縦方向の発散角を3
ぎ、半導体レーザー光を平行化する光学系の縦方向の焦
点距離をfぎとすると、半導体レーザー光を平行化する
光学系からの平行光の光軸に対する縦方向の高さaはf
ぎsinasで表わせる。
Now, the vertical divergence angle of the beam from the semiconductor laser is 3
If the vertical focal length of the optical system for collimating the semiconductor laser beam is f, then the vertical height a of the parallel light from the optical system for collimating the semiconductor laser beam with respect to the optical axis is f.
It can be expressed as gisinas.

又、横方向の発散角8り、横方向の焦点距離をfりとす
ると、横方向の高さhはfりsm8りで表わせる。従っ
て、所望の縦,横比の平行ビームを得るためには焦点距
離ff,fりを適宜設定すれば良い。
Further, if the lateral divergence angle is 8.degree. and the lateral focal length is f, then the lateral height h can be expressed as f.sm.8. Therefore, in order to obtain a parallel beam with a desired vertical and horizontal ratio, the focal lengths ff and f may be appropriately set.

尚、この実施例は第4図に示されている。従って、第1
5図の説明を参照されたい。次で、半導体レーザー光を
平行化する光学系からの平行光を回転対称レンズすなわ
ち縦横方向で焦点距離の等しい光学系によって結像する
場合について述べる。
This embodiment is shown in FIG. Therefore, the first
Please refer to the explanation of Figure 5. Next, a case will be described in which parallel light from an optical system for collimating semiconductor laser light is imaged by a rotationally symmetric lens, that is, an optical system having equal focal lengths in the vertical and horizontal directions.

平行光を回転対称レンズによって結像する場合その平行
光は軸回転対称の平行光であることが望ましい。
When collimated light is imaged by a rotationally symmetric lens, it is desirable that the parallel light be axially rotationally symmetrical.

そして、この平行光の半径をr、回転対称レンズのアパ
チャー半径をRとした場合r/R=0.9の近傍にする
ことがエネルギー効率上望ましい。以上このことを説明
する。半導体レーザーの出射面に平行な観測面(f,,
り,)上での半導体レーザーからの発散光の等強度曲線
は第10図に示す様に楕円である。従って、この発散光
東は、・(fl小)=10‐ぞ×p〔−2{卓壬+さき
}〕‐‐‐‐‐‐(1)で示される光強度1(f,,り
,)を持つ。ここで」いま観測原点上での光強度で、a
,,Qはそれそれぎ,事由上、り,事由上での光強度が
観測原点上の強度の1/e2になる位置を意味する。今
、半導体レーザーからの総エネルギーをVとした場合V
三,。
When the radius of this parallel light is r and the aperture radius of the rotationally symmetrical lens is R, it is desirable for energy efficiency to be in the vicinity of r/R=0.9. This will be explained above. Observation plane parallel to the emission plane of the semiconductor laser (f, ,
The iso-intensity curve of the diverging light from the semiconductor laser on (2) is an ellipse as shown in FIG. Therefore, this divergent light east is given by the light intensity 1(f,,ri, )have. Here, with the light intensity at the observation origin, a
,,Q respectively mean the position where the light intensity on the reason is 1/e2 of the intensity on the observation origin. Now, if the total energy from the semiconductor laser is V, then V
three,.

げ物〔−‐2{亀十#}〕df・d力・く2)である。
この■式から簡単に 2V L=−−−……‘3’ 中alq を導びき出すことが出来る。
It is a game [--2 {Kame 10#}] df・d force・ku2).
From this formula (2), 2V L=---'3' alq can be easily derived.

このloは半導体レーザーからの発散光東の中心強度を
示す。{1)式で示される発散特性をf,,り,それぞ
れの方向について図示すると第11図a,bのようにな
る。
This lo indicates the central intensity of the divergent light from the semiconductor laser. The divergence characteristics expressed by equation {1) are illustrated in the respective directions of f, , and r, as shown in FIGS. 11a and 11b.

第翼2図に示すように観測面のf,軸上で光軸からa.
の距離にある点に達する光線が光軸となす角を8f,り
,車由上で光軸からb,の距離にある点に達する光線が
光軸となす角を8りとし、観測面からf方向の発光原点
S,迄の距離をS,り方向の発光原点S2迄の距離をS
十△Sとすると、{貴≧ミミ鼻ざ)亨‐側8刀仙仏’で
ある。
As shown in Figure 2 of the wing, a.
The angle that a ray of light that reaches a point at a distance from the optical axis makes with the optical axis is 8f, and the angle that a ray of light that reaches a point on the vehicle that is a distance of b from the optical axis makes with the optical axis is 8f, and from the observation plane The distance to the light emission origin S in the f direction is S, and the distance to the light emission origin S2 in the ri direction is S.
If it is 10△S, it is {Takashi ≧ Mimi Nozaza) 8 Sword Immortal Buddha on the side.

一方、第13図多方向の集光系Lcの屈折(反射)作用
による集光系なの焦点距離をffとし、刀方向の屈折(
反射)作用による集光系Lcの焦点距離をfりとする。
On the other hand, the focal length of the condensing system due to the refraction (reflection) action of the multidirectional condensing system Lc in Fig. 13 is ff, and the refraction in the sword direction (
Let f be the focal length of the condensing system Lc due to the (reflection) action.

この二方向の屈折(反射)作用の違いによって集光系を
出射する光東を平行光東とすることが可能である。その
時、ぎ方向およびり方向において強度が中○の1/e2
になる位置を光軸からそれぞれr多,rりの距離にある
とすればrf=fぎSinaf rh=fりSin8り である。
Due to the difference in refraction (reflection) in these two directions, it is possible to make the light output from the condensing system a parallel light. At that time, the strength in the direction and the direction is 1/e2 of medium
If the positions are at distances r and r from the optical axis, respectively, rf=f and sinaf rh=f and sin8.

ぎ方向とり方向で強度分布を等しくするにはrf=rり
…rであればよい従ってf多sinaf=fりsin8
り(ごr)……‘51{4},{5}式より {吉事き角宇宙角等士号÷;7/b‐‐‐‐棚が得られ
る。
To make the intensity distribution equal in both directions, it is sufficient that rf=r...r Therefore, f sinaf=fri sin8
ri (go r)...'51 From the {4} and {5} formulas, {auspicious angle cosmic angle equal order ÷; 7/b---shelf can be obtained.

従って、a.,0,S母△Sを測定により求め、rを設
定すればfさ, fりを決定することができる。rの設
定に際しては、結像レンズのアパーチャ一半蚤Rと密接
な関連がある。
Therefore, a. , 0, S By measuring the mother ΔS and setting r, it is possible to determine f and f. The setting of r is closely related to the aperture R of the imaging lens.

つまり、集光系を出射する平行光東はその断面の光強度
分布がガラス分布で、その中心強度に対し1ノe2の強
度の位置が光軸からrの距離にある場合その光東をアパ
ーチャー半径Rの結像レンズにて結像すると「その後の
中心強度らJはL′=C。
In other words, if the parallel light beam emitted from the condensing system has a cross-sectional light intensity distribution that is a glass distribution, and the position of the intensity of 1 no e2 is at a distance r from the optical axis with respect to the central intensity, then the parallel light beam is converted into an aperture. When an image is formed by an imaging lens with a radius of R, "The subsequent central intensity J is L'=C.

R2‐d−長さ′r2〕2…イので表わされる。但し、
Cは定数である。{7}式より、lo′が最大になるの
は(r/R)なる比の値がr/R=0.892……(8
} の近傍の値になるときである。
R2-d-length'r2]2...A is expressed as follows. however,
C is a constant. From formula {7}, lo' becomes maximum when the value of the ratio (r/R) is r/R=0.892...(8
} when the value becomes close to .

つまり、集光系を出射した平行光東の条件としてその光
強度が1/e2以上の光東径を結像レンズのアパーチャ
ー径の89.2%にすることを満足すれば、結像中心強
度を最大にすることができる。
In other words, if the condition for the parallel light emitted from the condensing system is that the east diameter of the light whose light intensity is 1/e2 or more is 89.2% of the aperture diameter of the imaging lens, then the imaging center intensity can be maximized.

(6},{8}式よりff=o.892M;;了/a, fり=○‐892Rゾ(S+△S)2十b字/b・‐…
‐‐(9}を得る。
(6}, {8} From the formula, ff=o.892M;; Finish/a, fri=○-892Rzo(S+△S)2 cross b/b・-...
-- Obtain (9}.

すなわちト光源の発光特性を示す諸量a,,b,,S及
び△Sを測定によって求め、結像レンズのアパーチャー
半径Rを定めれば、集光系のf,り両方向のそれぞれの
屈折(反射)作用による焦点距離ff,f刀を求めるこ
とができる。
In other words, if the quantities a, b, , S, and ΔS that indicate the light emission characteristics of the light source are determined by measurement, and the aperture radius R of the imaging lens is determined, then the refraction (f) of the condensing system in both directions ( The focal lengths ff and f due to the reflection) action can be determined.

第14図にはエネルギー効率良く円形状に半導体レーザ
ーからのビームを結像する光学系が示されている。
FIG. 14 shows an optical system that images a beam from a semiconductor laser in a circular shape with energy efficiency.

3川ま半導体レーザー1からのビーム3を平行化する光
学系である。
This is an optical system that collimates the beam 3 from the semiconductor laser 1.

31はこの光学系30からの平行光を結像する回転対称
レンズである。
31 is a rotationally symmetrical lens that forms an image of the parallel light from this optical system 30.

このレンズ31のアパチャ一半径はRである。又、光学
系30は半径rなる断面円形の平行ビーム32を射出す
る。従って、この光学系30は以前の実施例のいかなる
ものであっても良い。そしてr/Rは0.892である
。第15図は第14図の第8実施例より更に具体的な光
学系が示されている。
The aperture radius of this lens 31 is R. Further, the optical system 30 emits a parallel beam 32 having a circular cross section with a radius r. Therefore, this optical system 30 may be any of the previous embodiments. And r/R is 0.892. FIG. 15 shows a more specific optical system than the eighth embodiment shown in FIG. 14.

第14図で符号30で示された光学系は第15図に於い
ては回転対称レンズ33、母線方向が縦方向に一致する
凹,凸シリンドリカルレンズ34,35で構成されてい
る。そして、回転対称レンズ33の焦点は縦方向の発散
原点S.に一致している。又、この光学系33,34,
35の縦方向の焦点距離ff,横方向の焦点距離fりは
夫々{9}式で示される様にff:o.892M軍こす
/a,fり=0.892Rノ(S十△S)2 十b,′
/b,である。
The optical system designated by the reference numeral 30 in FIG. 14 is composed of a rotationally symmetrical lens 33 in FIG. 15, and concave and convex cylindrical lenses 34 and 35 whose generatrix lines coincide with the longitudinal direction. The focal point of the rotationally symmetrical lens 33 is the vertical divergence origin S. matches. Moreover, this optical system 33, 34,
The vertical focal length ff and horizontal focal length f of 35 are respectively ff:o. 892M army rub/a,fri=0.892Rノ(S 1△S) 2 10b,'
/b, is.

この焦点距離を有する光学系は以下の様にして求められ
る。
An optical system having this focal length is obtained as follows.

まず、回転対称レンズ33の焦点距離f,が設定される
。すなわち、この光学系33,34,35の縦方向の焦
点距離を定めるのは回転対称レンズ33だけであるので
f.=ffでなければならない。すなわち回転対称レン
ズ33の焦点距離弧.892M軍市丁/a・でぁる。一
方、この光学系33,34,35の横方向の合成焦点距
離fりはで表わすことが出来る。
First, the focal length f of the rotationally symmetrical lens 33 is set. That is, since only the rotationally symmetrical lens 33 determines the longitudinal focal length of the optical systems 33, 34, and 35, f. =ff. That is, the focal length arc of the rotationally symmetrical lens 33. 892M Gun Ichicho/a・Deal. On the other hand, the lateral composite focal length f of the optical systems 33, 34, and 35 can be expressed as follows.

尚、ち4は凹シリンドリカルレンズ34の焦点距離、ら
5は凸シリンドリカルレンズ35の焦点距離、夕.はし
ンズ33とシリンドリカルレンズ34の主点間隔、そ2
はシリンドリカルレンズ34,35の主点間隔を夫々
.表わしている。又、回転対称レンズ33の主点から光
源の発散原点S2迄の距離をf,十△Sとすれば、その
出射光東を平行光束にする条件はである。
Note that 4 is the focal length of the concave cylindrical lens 34, 5 is the focal length of the convex cylindrical lens 35, and 5 is the focal length of the convex cylindrical lens 35. The distance between the principal points of the lenses 33 and the cylindrical lens 34, part 2
are the distances between the principal points of the cylindrical lenses 34 and 35, respectively. It represents. Further, if the distance from the principal point of the rotationally symmetrical lens 33 to the divergence origin S2 of the light source is f and 10ΔS, then the conditions for making the output light east a parallel beam of light are as follows.

光源の発散原点の1つS,を回転対称レンズ33の焦点
と一致させ、もう1つの発散原点S2を回転対称レンズ
33とシリンドリカルレンズ34,35による合成系の
焦点位置に一致させるように、シリンドリカル34,3
5の主点間距離夕2 をえらぶことが可能である。
The cylindrical light source is arranged so that one of the divergence points S, of the light source coincides with the focal point of the rotationally symmetrical lens 33, and another divergence point S2 coincides with the focal position of the composite system made up of the rotationally symmetrical lens 33 and the cylindrical lenses 34 and 35. 34,3
It is possible to select a principal point distance of 5.

すなわち(10),(11)式より を得る。In other words, from equations (10) and (11) get.

ここで、△Sが小さいとすると回転対称レンズ33から
出射する光東はほぼ平行光東であるから、この光東中を
シリンドリカル系で8倍に拡大して出射させたいときは
ら2=6f幻 ……(13) とすればよい。
Here, if ΔS is small, the light emitted from the rotationally symmetrical lens 33 is almost a parallel light, so if we want to magnify this light by 8 times using a cylindrical system and emit it, we need 2=6f illusion. ...(13)

この8には意味があり、前述の観測面上での光源の発散
強度が中心の1/e2になる位置a,,b,によって光
源の発散原点のずれ量△S力斗、さし、ときは量a王凸
青くa・>bとする)……(14)とあらわされる。
This 8 has a meaning, and depending on the position a,,b, where the divergence intensity of the light source on the observation surface is 1/e2 of the center, the shift amount of the origin of the light source's divergence △S force, when is expressed as (14).

但し、牢.・ら2<0のとき3<0「ら.・f22>0
のとき8>0とする。従って、8として(14)式で示
される値を採用し、(12),(13)式よりとなる。
However, prison.・When ra2<0, 3<0 "ra.・f22>0
When 8>0. Therefore, the value shown in equation (14) is adopted as 8, and equations (12) and (13) are obtained.

一方、結像中心強度を最大にする条件式{9}と(10
)式よりを得る。
On the other hand, conditional expressions {9} and (10
) from Eq.

従って「(15),(16)式よりtf2,及び夕2
を決定できる。
Therefore, ``From equations (15) and (16), tf2 and tf2
can be determined.

ざらに(13)式よりf22を決定でき、シリンドリカ
ル系の構成を設定することができる。回転対称レンズ3
3とシリンドリカルレンズ34,35の主点間距離夕,
は任意に設定してよい。
Roughly speaking, f22 can be determined from equation (13), and the configuration of the cylindrical system can be set. Rotationally symmetrical lens 3
3 and the distance between the principal points of the cylindrical lenses 34 and 35,
may be set arbitrarily.

以上のようにして光学系33,34,35を出射するビ
ームは平行でその断面はほぼ円形状にでき、且つ結像中
心強度をほぼ最大にすることができる。
As described above, the beams emitted from the optical systems 33, 34, and 35 can be parallel and have a substantially circular cross section, and the intensity at the imaging center can be substantially maximized.

第1 6図には第1進実施例が示されている。A primary embodiment is shown in FIG.

第14図符号30で示された光学系は第竃6図に於いて
は回転対称レンズ36、母線方向が横方向に一致するシ
リンドリカルレンズ37,38で構成されている。そし
て回転対称レンズ36の篤則ま横方向の発散原点S2に
一致している。そして、この光学系36,37,38の
縦方向の焦点距離f多「横方向の焦点距離fりは夫々f
f=o.892Mに内了ノa, 小=0,89次ノ(S十△S)2十b;ノb,この焦点
距離を有する光学系は以下の様にして求められる。
The optical system designated by the reference numeral 30 in FIG. 14 is composed of a rotationally symmetrical lens 36 and cylindrical lenses 37 and 38 whose generatrix directions coincide with the lateral direction in FIG. 6. The axis of the rotationally symmetrical lens 36 coincides with the lateral divergence origin S2. The vertical focal length f and the horizontal focal length f of these optical systems 36, 37, and 38 are respectively f.
f=o. An optical system having this focal length can be found as follows.

まず、回転対称レンズ36の焦点距離f,が設定される
。すなわちこの光学系36,37,38の横方向の焦点
距離を定めるのは回転対称レンズ36だけであるのでf
,=fりでなければならない。すなわち回転対称レンズ
36の焦点距離汎892M軍円す/qでぁる。一方、こ
の光学系36,37,38の縦方向の合成焦点距離f多
‘まで表わすことが出来る。
First, the focal length f of the rotationally symmetrical lens 36 is set. In other words, since it is only the rotationally symmetrical lens 36 that determines the horizontal focal length of the optical systems 36, 37, and 38, f
,=f must be true. In other words, the focal length of the rotationally symmetrical lens 36 is approximately 892 m/q. On the other hand, it is possible to express up to the longitudinal composite focal length f' of the optical systems 36, 37, and 38.

尚、ら7は凸シリンドリカルレンズ37の焦点距離、ら
8は凹シリンドリカルレンズ38の焦点距離、夕,はし
ンズ36とシリンドリカルレンズ37の主点間隔、ぐ2
はシリンドリカルレンズ37,38の主点間隔を夫々
表わしている。又、回転対称レンズ36の主点から光源
の発散原点S,迄の距離をf,一△Sとすれば、その出
射光束を平行光東にする条件はである。
In addition, 7 is the focal length of the convex cylindrical lens 37, 8 is the focal length of the concave cylindrical lens 38, and the distance between the principal points of the lenses 36 and cylindrical lens 37 is 2.
represent the distance between the principal points of the cylindrical lenses 37 and 38, respectively. Further, if the distance from the principal point of the rotationally symmetrical lens 36 to the divergence origin S of the light source is f, - ΔS, then the conditions for making the emitted light beam parallel are as follows.

(18),(19)式より、シリンドリカルレンズ37
,38の主点間距離夕2が(12)式において△Sを−
△Sにおきかえたもの以外は全く同一の結果として得ら
れる。
From equations (18) and (19), cylindrical lens 37
, 38, the distance between the principal points 2 is expressed as - in equation (12), △S
Exactly the same results are obtained except that ΔS is replaced.

ここで、△Sが小さいとして、回転対称系から出射する
光束はほぼ平行とみなし「この光東中をシリンドリカル
系で8倍に縮小して出射させたいときはら2=3fa
……(20) とすればよい。
Here, assuming that △S is small, the light flux emitted from the rotationally symmetric system is considered to be almost parallel.
...(20) may be used.

ここで8は第15図の場合と逆にして卓BT3さ(a・
くりとする)‐‐‐‐‐‐(21)とあらわされる。
Here, 8 is the table BT3 (a.
It is expressed as (21).

但しら7・ら8<0のとき8<0,ら71f滋>0のと
き6>0とする。そのようにすれば、そ2 は(15)
式において、△Sを−△Sにおきかえた以外は全く同一
の式で表わされる。
However, when 7 and 8<0, 8<0, and when 71f>0, 6>0. If you do that, part 2 is (15)
In the equation, ΔS is replaced with -ΔS, but the equation is exactly the same.

一方、結像中心強度を最大にする条件式■と(18)式
よりを得る。
On the other hand, conditional expression (2) and equation (18) that maximize the intensity at the center of image formation are obtained.

従って、(15)式と(22)式よりf2.及び夕2
を決定できる。
Therefore, from equations (15) and (22), f2. and evening 2
can be determined.

さらに(20)式よりら2を決定できシリンドリカル系
の構成を設定することができる。この場合も第15図の
場合と同様そ,は任意に設定してよい。
Furthermore, 2 can be determined from equation (20) and the configuration of the cylindrical system can be set. In this case as well, as in the case of FIG. 15, it may be set arbitrarily.

以上のようにしてこの場合も集光系を出射するビームは
平行でその断面はほぼ円形状にでき且つ、結像中心強度
をほぼ最大にすることができる。第1 5図の第9実施
例と第16図の第1隻実施例の違いは、(17)式と(
23)式からわかるように回転対称系の焦点距離の差に
ある。
As described above, in this case as well, the beams emitted from the condensing system can be parallel and have a substantially circular cross section, and the intensity at the imaging center can be approximately maximized. The difference between the ninth embodiment shown in Fig. 15 and the first ship embodiment shown in Fig. 16 is the equation (17) and (
As can be seen from equation 23), this is due to the difference in focal length of rotationally symmetric systems.

つまりb,<a,とすると第9実施例の場合は、回転対
称系の焦点距離は第10実施例の場合のそれより大きく
なり、回転対称系と光源の間の差動距離を大きくとれる
利点がある。例えば、実際上において第1隻実施例の方
式を選択して集光光学系を設定し、この回転対称系の差
動距離が小さすぎる結果を生じた場合には、第9実施例
の方式を採用すればよいという選択性がある。
In other words, if b, < a, in the case of the ninth embodiment, the focal length of the rotationally symmetric system is larger than that in the tenth embodiment, which has the advantage of allowing a large differential distance between the rotationally symmetric system and the light source. There is. For example, in practice, if the method of the first ship embodiment is selected and the condensing optical system is set, and the differential distance of this rotationally symmetric system is too small, the method of the ninth embodiment may be used. There is an option to adopt it.

第17図には第11実施例が示されている。FIG. 17 shows an eleventh embodiment.

39は母線方向が縦方向と一致する凹シリンドリカルレ
ンズである。
39 is a concave cylindrical lens whose generatrix direction coincides with the longitudinal direction.

このシリンドリカルレンズ39によって横方向の発散原
点S2は縦方向の発散原点S,に一致される。40は焦
点が縦方向の発散原点S,に一致する回転対称レンズで
ある。
This cylindrical lens 39 causes the horizontal divergence origin S2 to coincide with the vertical divergence origin S. 40 is a rotationally symmetrical lens whose focal point coincides with the vertical divergence origin S.

このレンズ40もこよって半導体レーザーからのビーム
は縦,横両方向について平行化される。レンズ40から
の平行光の光軸に対する縦方向の高さは0.892Rで
ある。しかしながら、横方向の高さは0.892Rより
低い。従って、レンズ40からの平行光はシリンドリカ
ルアナモフイツクアフオーカル光学系41,42によっ
て0.89次の高さになる様に横方向についてのみ拡大
される。尚、本実施例では横方向ビーム拡大系としてシ
リンドリカルアナモフィックアフオーカル光学系を示し
たが第18図に示す様にプリズムアナモフイックアフオ
ーカル光学系43を使用しても良い。第19図は「本発
明の第9実施例の光学系を走査系に応用した例である。
This lens 40 also makes the beam from the semiconductor laser parallel in both the vertical and horizontal directions. The vertical height of the parallel light from the lens 40 with respect to the optical axis is 0.892R. However, the lateral height is less than 0.892R. Therefore, the parallel light from the lens 40 is expanded only in the lateral direction by the cylindrical anamorphic focal optical systems 41 and 42 to a height of 0.89 order. In this embodiment, a cylindrical anamorphic afocal optical system is shown as the lateral beam expansion system, but a prism anamorphic afocal optical system 43 may also be used as shown in FIG. FIG. 19 is an example in which the optical system of the ninth embodiment of the present invention is applied to a scanning system.

44は平行ピ−ムを走査する偏向器、45は記録媒体で
「走査方向と直角方向に副走査を行い画像の記録を行う
44 is a deflector that scans parallel beams, and 45 is a recording medium that performs sub-scanning in a direction perpendicular to the scanning direction to record an image.

今まで述べた半導体レーザーはすべて、縦,横方向で発
散原点が異なり、かつ発散角が異なっているものであっ
たが発散原点は同一であるが縦横方向で発散角が異なっ
ている半導体レーザーが存在する。
All the semiconductor lasers mentioned so far have different origins of divergence in the vertical and horizontal directions, and different angles of divergence. exist.

第20図で示す第14実施例はこの様な半導体レーザー
のビームを効率良く円形スポットに結像する光学系であ
る。
The fourteenth embodiment shown in FIG. 20 is an optical system that efficiently focuses such a semiconductor laser beam onto a circular spot.

図中50は縦,横方向の発散原点が共に出射面上に有り
、縦方向の発散角が横方向発散角より大きいビームを射
出する半導体レーザーである。51は接合面である。
In the figure, reference numeral 50 denotes a semiconductor laser whose vertical and horizontal divergence origins are both on the emission surface, and which emits a beam in which the vertical divergence angle is larger than the horizontal divergence angle. 51 is a joint surface.

52は半導体レーザー50の射出面からのビームを平行
化するための回転対称レンズ、53はアナモフィックア
フオーカル光学系である。
52 is a rotationally symmetrical lens for collimating the beam from the exit surface of the semiconductor laser 50, and 53 is an anamorphic afocal optical system.

このアナモフィックアフオーカル系はプリズムアナモフ
イツクアフオ−カル系シリンドリカルアナモフイツクア
フオーカル系のどちらであっても良い。このアナモフィ
ックアフオーカル系によって、平行化光学系52からの
アフオーカル光東は1つの方向についてのみ拡大、若し
〈は縮少される。図面に於いては縦方向のビーム径が縮
少されている。回転対称レンズ52の焦点距離「アフオ
ーカル系の倍(縮)率を適宜に取ることによって回転対
称結像レンズ54の半径Rに対して0.892Rの半径
を有する断面円形の平行光が得られる。この実施例の光
学系を第19図の装置に適用する場合はアフオーカル系
53と結像レンズ54の間に偏向ミラー44を配すよう
な構成にすれば良い。
This anamorphic AF focal system may be either a prism anamorphic AF focal system or a cylindrical anamorphic AF focal system. With this anamorphic afocal system, the afocal light from the collimating optical system 52 is expanded or reduced in only one direction. In the drawing, the beam diameter in the longitudinal direction is reduced. By appropriately setting the focal length of the rotationally symmetrical lens 52 and the magnification (reduction) ratio of the afocal system, parallel light having a circular cross section having a radius of 0.892R relative to the radius R of the rotationally symmetrical imaging lens 54 can be obtained. When the optical system of this embodiment is applied to the apparatus shown in FIG. 19, a deflection mirror 44 may be arranged between the afocal system 53 and the imaging lens 54.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は半導体レーザーの発光特性の1例を示す図、第
2図は第1図の発光特性を有する半導体レーザーからの
どームを平行化するための光学系の配置図、第3図は第
2実施例の平行化光学系の配置図ト第4図は平行化光学
系の第3実施例の光学配置図、第5図は第4実施例、第
6図は第5実施例の光学配置図、第7図は第1〜第5実
施例の平行化光学系からの平行光の断面を示す図、第8
図は回転対称の平行光東が得られる第6実施例の光学配
置図「第9図は第8図を更に具体化した回転対称平行光
東が得られる実施例の配置図、第10図、第11図、第
12図は半導体レーザービームの強度分布を説明する図
、第13図は強度分布か回転対称になる光学系を説明す
る図、第14図はエネルギー効率良く円形スポットが得
られる第8実施例の光学配置を示す図、第15図ないし
、第18図は構成が夫々異なるエネルギー効率良く円形
スポットが得られる第9〜12実施例を示す図、第19
図は本発明の光学系を走査系に適用した実施例を示す図
、第20図は発散原点‘ま等しく発散角だけが直交方向
で異なる半導体レーザーからのビームを効率良く円形ス
ポットにする光学系の配置図である。 図中、1は半導体レーザー、2は接合面、3はしーザー
光、6,10,12,14,17,18920,217
25,26,34,35,37,38,39,41,4
2はシリンドリカルレンズ、7,11,15,16,1
99 27,31,33,36,40,52,54は回
転対称レンズ、29,23,43,53はアナモフイツ
クアフオーカル光学系、22,3川ま縦横方向で焦点距
離の異なる光学系である。 弟1図 第2図 劣る図 第4図 弟ぅ図 第6図 弟ヮ図 第8図 弟q図 弟lo図 弟ハ図 第{2図 第1ろ図 器イ4図 袋’5図 努仏図 第1「図 弟丁8図 弟付図 努2o図
Figure 1 is a diagram showing an example of the emission characteristics of a semiconductor laser, Figure 2 is a layout diagram of an optical system for collimating the dome from a semiconductor laser having the emission characteristics shown in Figure 1, and Figure 3 is a diagram showing an example of the emission characteristics of a semiconductor laser. Figure 4 is an optical layout diagram of the collimating optical system of the third embodiment of the second embodiment, Figure 5 is the optical layout of the fourth embodiment, and Figure 6 is the optical layout of the fifth embodiment. 7 is a diagram showing a cross section of parallel light from the collimating optical system of the first to fifth embodiments, and FIG.
The figure is an optical layout diagram of a sixth embodiment in which a rotationally symmetrical parallel light beam is obtained; Figures 11 and 12 are diagrams explaining the intensity distribution of a semiconductor laser beam, Figure 13 is a diagram explaining an optical system in which the intensity distribution is rotationally symmetric, and Figure 14 is a diagram explaining an optical system that provides a circular spot with energy efficiency. 15 to 18 are diagrams showing the optical arrangement of the 8th embodiment, and FIGS. 15 to 18 are diagrams showing the 9th to 12th embodiments, each having a different configuration and in which a circular spot can be obtained with good energy efficiency.
The figure shows an example in which the optical system of the present invention is applied to a scanning system. Figure 20 shows an optical system that efficiently converts beams from semiconductor lasers that are equal to the origin of divergence and differ only in orthogonal directions to a circular spot. It is a layout diagram. In the figure, 1 is a semiconductor laser, 2 is a bonded surface, 3 is a laser beam, 6, 10, 12, 14, 17, 18920, 217
25, 26, 34, 35, 37, 38, 39, 41, 4
2 is a cylindrical lens, 7, 11, 15, 16, 1
99 27, 31, 33, 36, 40, 52, 54 are rotationally symmetric lenses, 29, 23, 43, 53 are anamorphic focal optical systems, 22, 3 are optical systems with different focal lengths in the vertical and horizontal directions It is. Younger brother 1 figure 2 Inferior figure 4 figure 6 younger brother ヮ figure 8 younger brother q figure younger brother lo figure younger brother ha figure Figure 1: Figure 8, Figure 8, Figure 2, Figure 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体レーザの射出面から発するビームの該半導体
レーザの接合面に平行な方向の発散原点が所定の軸上の
前記射出面から遠い位置にあり、前記ビームの接合面に
垂直な方向の発散原点が前記所定の軸上の前記射出面の
近傍に位置するような半導体レーザと、前記発散原点の
どちらか一方の発散原点に焦点が一致し、この一方の発
散原点からの発散方向のみ前記ビームを平行化する回転
対称レンズ系と、その母線が前記回転対称レンズ系によ
ってビームが平行化された方向に一致し前記回転対称レ
ンズ系からのビームを受けるシリンドリカル系とから成
り、前記回転対称レンズ系とシリンドリカル系との合成
焦点位置が他方の発散原点に一致し、この合成系によっ
て他方の発散原点からの発散方向のビームを平行化する
ビーム整形光学系。 2 前記一方の発散原点は接合面に対して垂直な方向の
発散原点であり、前記シリンドリカル系の母線は接合面
に対して平行な方向に一致している特許請求の範囲第1
項記載のビーム整形光学系。 3 前記一方の発散原点は接合面に対して平行な方向の
発散原点であり、前記シリンドリカル系の母線は接合面
に対して垂直な方向に一致している特許請求の範囲第1
項記載のビーム整形光学系。
[Claims] 1. The origin of divergence of the beam emitted from the emission surface of the semiconductor laser in the direction parallel to the bonding surface of the semiconductor laser is located at a position far from the emission surface on a predetermined axis; A semiconductor laser whose divergence origin in the vertical direction is located near the exit surface on the predetermined axis, and whose focal point coincides with one of the divergence origins and where the divergence from this one divergence origin is located. consisting of a rotationally symmetrical lens system that parallelizes the beam only in the divergent direction, and a cylindrical system whose generatrix coincides with the direction in which the beam is parallelized by the rotationally symmetrical lens system and receives the beam from the rotationally symmetrical lens system, A beam shaping optical system in which a composite focal point position of the rotationally symmetric lens system and the cylindrical system coincides with the divergence origin of the other, and the composite system collimates a beam in a divergent direction from the other divergence origin. 2. Claim 1, wherein the one divergence origin is a divergence origin in a direction perpendicular to the joint surface, and the generatrix of the cylindrical system coincides with a direction parallel to the joint surface.
Beam shaping optical system described in Section 2. 3. Claim 1, wherein the one divergence origin is a divergence origin in a direction parallel to the joint surface, and the generatrix of the cylindrical system coincides with a direction perpendicular to the joint surface.
Beam shaping optical system described in Section 2.
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