JPS62234117A - 光ビ−ム走査装置 - 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】 〔概　　要〕 本発明は、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構成からなる光ビーム
走査装置において、前記走査用ホログラムレンズと前記
収差補正用ホログラムレンズの設定を適切にさせること
を、ホログラム設計時に行い、また必要に応じて前記半
導体レーザと前記収差補正用ホログラムレンズの間隔を
最適化することにより、半導体レーザのロフト毎に対す
る発振波長のバラツキによる走査ビームのビーム径の劣
化を抑え、安価かつ高精度の走査を実現するものである
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザのロフト毎に対する発振波長の
バラツキによる走査ビーム径の劣化の影響を抑えること
のできる光ビーム走査装置に関する。

〔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
に代わって、小型、軽量、風損が小、安価、複製可能で
あり、構造が簡単でｉ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。

これは、第５図に示すように、円板上にインターフェロ
メトリックゾーンプレート（ＩＺＰ）と呼ばれる位置的
に周波数の分布の異なるホログラムレンズを複数個設け
たホログラムスキャナを有する。このホログラムスキャ
ナ５５に再生波として発散波である半導体レーザ光５３
を照射すると、その回折光５４はフォトコンドラム５２
上に結像し、ホログラムスキャナ５１の回転に従って１
回転あたり前記■ＺＰの数と同じ回数だけ該フォトコン
ドラム５２上の所定領域を直線走査する。すなわち、ホ
ログラムスキャナ５１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もつも
のである。

この場合、フォトコンドラム５２上での解像度を高める
ためには、そこでの回折光５４の結像ビーノ、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
スキャナ５１上での照射ビーム径ＤＨを太き（するのが
望ましい。

しかし、ビーム径Ｄ　Ｈを大きくすると非点収差、及び
コマ収差が発生しフォトコンドラム５２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ＤＩＩを大きくし前記フォトコンドラム５２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、前記問題とは別に、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
グラムスキャナに用いることが重要となってきている。

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っ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
グルモードであっても、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って±０．３ｎｍ
はどずれるモードホッピングと呼ばれる現象を引き起こ
す。モードホッピングが起こるとホログラムスキャナ５
１で回折した回折光５４は、第５図（ａ）及び同図（ｂ
）の側面図の破線５５で示すようにずれ、フォトコンド
ラム５２上での走査結像位置がずれてしまい、レーザプ
リンタなどの高精度直線スキャ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。

上記走査ビームの収差の問題と、モードホッピングによ
る問題とを同時に解決するために、本出願人らは特願昭
６０−１６８８３０の既出願により、収差補正用ホログ
ラムレンズと走査用ホログラムレンズ（ホログラムスキ
ャナ）を用いた光ビーム走査装置を提案した。第６図に
その概観を示す。半導体レーザ６３から出射した発散球
面波６５は収差補正用のホログラムレンズ６１に入射し
、ここで走査用ホログラムレンズであるホログラムディ
スク６２上のホログラム６２１によって発生する走査光
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
差補正用のホログラムレンズ６１からの回折波６６はモ
ークロ２２により回転するホログラムディスク６２上の
ホログラム６２１に入射し、そこからの回折波６７は収
束球面波として被走査面であるフォトコンドラム６４上
に走査結像する。この時、ホログラム６２１で発生する
非点、及びコマ収差は前記の収差波６６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、収差補正用のホログラムレンズ６１での回折角θ
ｄを、ホログラムディスク６２からの回折波６７による
フォトコンドラム６３上での走査点の変化が半導体レー
ザ６３における縦モードのホッピングに対して減少する
角度に設定することにより、走査光のジッタは減少させ
ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記光ビーム走査装置により、走査ビームの収差の問題
と、モードホッピングによる問題とを同時に解決するこ
とが可能になったが、前記の出願においては半導体レー
ザ６３の発振波長のロフト毎のバラツキにより、設計波
長、例えば７８７ｎｍから±１０ｎｍずれているとき、
走査ビーム径が劣化するという問題点があった。

この問題点を解決するために、ホログラムを、各波長に
応じて設計１作製することが考えられるが、実際的でな
い。特に、半導体レーザ６３の発振波長のロット毎のバ
ラツキは、設計ホログラムを変えることなく吸収できる
ことが望ましく、特に、この調整は簡便なものが望まし
い。

本発明は上記問題点を除くために、走査用ホログラムレ
ンズと収差補正用ホログラムレンズの設定を適切にさせ
ることをホログラム設計時に行いさらに必要に応じて半
導体レーザと収差補正用ホログラムレンズの間隔も適正
比することより、走査ビーム径の劣化を防ぐことのでき
る光ビーム走査装置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除くために、位置的に空間周波数
の分布が異なり半導体レーザ（１３）から出射した再生
波（１８）を回折させ該回折波（１９）を被走査面（１
５）上で走査させる走査用ホログラムレンズ（１２）と
、前記半導体レーザ（１３）と前記走査用ホログラムレ
ンズ（１２）の間の前記再生波（１８）の光路上に配置
され前記再生波（１８）の波面を前記回折波（１９）の
収差が前記被走査面上で減少するような波面に変換する
収差補正用ホログラムレンズ（１１又は２１）を有し、
前記走査用ホログラムレンズ（１２）と前記収差補正用
ホログラムレンズ（１１又は２１）の設定を適切にさＪ
ることをホログラム設計時に行いまた必要に応じて前記
半導体レーザ（１３）と前記収差補正用ホログラムレン
ズ（１１又は２１）の間隔は最適に設定されることを特
徴とする光ビーム走査装置を提供するものである。

〔作　　　用〕

上記手段により、走査用ホログラムレンズ（１２）と収
差補正用ホログラムレンズ（１１）の設定を適切にする
ことをホログラム設計時に行い±１０ｎｍ１００波しの
バラツキに対しても回折波（１９）の被走査面（１５）
上におけるビーム径の劣化を抑えることができる。

さらに、収差補正用ホログラムレンズ（１１）に半導体
レーザ（１３）からの発散波を直接入射させる場合には
、半導体レーザ（１３）と収差補正用ホログラノ、レン
ズ（１−１）との間隔も最適に設定することにより、前
記ビーム径の劣化を防ぐことができる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（本発明による光ビーム走査装置の第１の実施例の構成
（第１図）） 第１図は、本発明による光ビーム走査装置の第１の実施
例の側面図を示す。半導体レーザ１３からの発散球面波
１６は、コリメートレンズ１４により平行波１７と変換
された後、ホログラムレンズ１１に入射する。次に、ホ
ログラムレンズ１１からの回折波１８はホログラムディ
スク１２上に有効半径Ｒで配置された複数枚のホログラ
ム１２１上に再生波として入射し、回折波である収束球
面波１９に変換されてフォトコンドラム１５上の結像点
Ｐに結像する。この構成は、第５図の本出願人らによる
既出側の特願昭６０−１６８８３０の一実施例と同じで
ある。ただし、本発明においてはホログラムレンズ１１
とホログラムディスク１２との設定に限定条件が付され
る点で異なっている。

（第１の実施例の説明（第１図、第２図））上記構成に
おいて、ホログラムレンズ１１はホログラムディスク１
２上のホログラム１２１で発生する収束球面波１９のフ
ォトコンドラム１５上の結像点Ｐ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。これにより
、実際の収束球面波１９の収差が補正され、フォトコン
ドラム１５上における非点及びコマ収差は減少する。

一方、ホログラムレンズ１１の回折波１８の回折角θｄ
は、フォトコンドラム１５上での結像点Ｐの変化が半導
体レーザ５３における縦モードのホッピングに対して減
少する角度に設定されている。これにより、収束球面波
１９のシックが減少する。これらの技術については、既
に前記特許出願により開示されている。

次に、ホログラム１１の再生中心点とホログラムディス
ク１２間の距離ａには自由度があるが例えばａ＝５９ｍ
ａとすれば、前記問題点の項で説明したように、半導体
レーザ１３として設計波長７８７ｎｍのものから±１０
ｎｍずれたものを用いると、結像点Ｐにおけるビーム径
は１〜２Ｈにも達し、ビームが絞れなくなる。ところが
、ａの値を２０鰭程度に近接させることにより、半導体
レーザ１３の発振波長が±１０ｎｍ程度ずれても結像点
Ｐにおけるビーム径はあまり変化しないことが光線追跡
によりわかった。これは、設計波長７８７ｎｍのものか
ら、±１０ｎｍずれた半導体レーザを用いると、走査用
ホログラムレンズ１２１への光軸入射点が設計光軸入射
点Ｒからずれるためで、ａ＝５０ｍｍのとき、この入射
点Ｒからのずれは±２ｍ、又、ａ＝２０ｍｍのときは、
ずれは±ｌ　ｍｍ程度である。

この設計入射点Ｒから、大きくずれると、ビーム１予が
太き（なることが原因であるため、このずれ■ΔＲは小
さい方が望ましい。実用上は、通常、ずれ量ΔＲはｌｌ
１以内であれば良い。そこで、このずれ量販下となるよ
うに走査用ホログラムレンズ１２と収差補正用ホログラ
ムレンズ１１を設計時に設定すれば良い。なお、この設
定の仕方は既出側の特願昭６０−１６８８３０に基づけ
ば良い。−例として、ずれ量ΔＲが、±６００μｍとな
る本方式スキャナを設計した。このときのビーム径を第
２図に示す。（ａ）が設計波長で再生したときであり、
（ｂ）。

（Ｃ１はそれぞれ−１０ｎｍ、　１０ｎｍずれていると
きのビーム径を示している。ここでは、回折像で１５０
μｍ程度のビームが得られるような、ビーム径を走査用
ホログラムレンズ１２に入射している。これより、走査
用ホログラムレンズ１２．収差補正用ホログラムレンズ
１１の設定を変えることなく良好にビーム径の劣化を防
止していることがわかる。

なお、ずれ量ΔＲを少なくとも±１ｗｍ以内におさえる
ためには、走査用ホログラムレンズ１２と収差補正用ホ
ログラムレンズ１１の間隔だけでな（、収差補正用ホロ
グラムレンズの空間周波数もパラメータとなる。

（本発明による光ビーム走査装置の第２の実施例の構成
と説明（第３図）） 次に、第３図に第２の実施例の構成を示す。第１図の第
１の実施例と異なる点は、ホログラムレンズ２１に半導
体レーザ１３からの発散球面波１６を直接入射させ、ホ
ログラムレンズ２１にレンズ作用（平行波への変換作用
）も持たせた点である。

上記実施例の場合には、上記設定を行うと共に、半導体
レーザ１３とホログラムレンズ２１の再生中心点の距離
ｆ［（発散球面波１６の焦点距離）を、半導体レーザ１
３の発振波長に応じて最適化すれば、フォトコンドラム
１５上での結像点Ｐにおけるビーム径の劣化を抑えるこ
とができる。上記第１の実施例と異なってホログラムレ
ンズ２１では、半導体レーザの発散波を、仮想的な平行
波に変換し、この仮想的な平行波を走査用ホログラムレ
ンズへの収差補正波である回折波１８に変換する。しか
し、半導体レーザの発振波長が設計値よりΔλずれたと
きは、半導体レーザの発散波を仮想的な平行波にする機
能が弱まり、従って走査ビーム径が劣化することがわか
った。そこで、半導体レーザの発振波長のずれΔλに応
じて、前記ｆｌを最適化して、仮想的な平行波にするこ
とを考える。これは、該半導体レーザの発散波を仮想的
な平行波にするためには、この波面収差を０．０７λ　
ＲＭＳにしなければならないが、各Δλ毎に、この条件
を達成するｆｊ２を計算したのが第４図である。この設
計例では、既出側の特願昭６０−１６８８３０による設
計例を用いている。こうして、半導体レーザの発振波長
の、ホログラム設計値からのずれΔλに対して、第４図
のｆｌを設定すれば、半導体レーザの発散波は、波面収
差０．０７λ　ＲＭＳ以内のほぼ完全な平行波に仮想的
に変換され、この平行波は、さらに第１の実施例に基づ
き、走査用ホログラムレンズへの収差補正波１８となり
、走査ビーム径の劣化は防止できるのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、走査用ホログラムレンズと収差補正用
ホログラムレンズの間隔を近接させ、また半導体レーザ
と収差補正用ホログラムレンズの間隔をｔａ化させるこ
とにより、半導体レーザの発１辰波長のバラツキに対す
る走査ビーム径の劣化を防止することが可能となり、高
精度な光ビーム走査装置を提供することができる。

【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の第１の実施
例の構成図、 第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、第１の実施例に
おけるビーム径のスポットダイアダラム、 第３図は、本発明による光ビーム走査装置の第２の実施
例の構成図、 第４図は、半導体レーザ１３の設計波長からのずれΔλ
と、その時の半導体レーザ１３とホログラムレンズ２１
の再生中心点の距離ｆｌの関係図、第５図（ａ）、　（
ｂ）は、従来の光ビーム走査装置の構成図、 第６図は、本発明の基本となる光ビーム走査装置の概観
図である。 １１．２１・・・ホログラムレンズ、 １２・・・ホログラムディスク、 １３・・・半導体レーザ、 １５・・・フォトコンドラム、 １８・・・回折波、 １９・・・収束球面波。 特許出願人　　　富士通株式会社 オφ９月にＪろ尤已゛−ム走」ｔむ！の冨ｌの大方函列
の構成図 第１図 オｊ６駅によろ光七′−ム走」１乱ｉｆ＞第２の大砲イ
クリの構Ａ　Ｃ？コ 第３図 ８７ｎｍ 第４図 （０）糾才亀図 （ｂ）　イル１　面　口？］ ０のＬビーム走査線りのＭμ颯図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 位置的に空間周波数の分布が異なり半導体レーザ（１３
   ）から出射した再生波（１８）を回折させ該回折波（１
   ９）を被走査面（１５）上で走査させる走査用ホログラ
   ムレンズ（１２）と、前記半導体レーザ（１３）と前記
   走査用ホログラムレンズ（１２）の間の前記再生波（１
   ８）の光路上に配置され前記再生波（１８）の波面を前
   記回折波（１９）の収差が前記被走査面上で減少するよ
   うな波面に変換する収差補正用ホログラムレンズ（１１
   又は２１）を有し、 前記半導体レーザ（１３）の発振波長がホログラム設計
   値より最大で±１０ｎｍずれているとき、前記走査用ホ
   ログラムレンズ（１２）に入射する前記再生波（１８）
   の光軸の入射点が設計時の入射点より最大で±１ｍｍ以
   下となるように前記走査用ホログラムレンズ（１２）と
   収差補正用ホログラムレンズ（１１又は２１）を設計の
   段階で設定し、前記半導体レーザ（１３）の発振波長の
   設計値からのずれ（Δλ）に対して、前記収差補正用ホ
   ログラムレンズ（１１または２１）と前記半導体レーザ
   （１３）の間隔を、走査ビーム径の劣化を吸収するよう
   に定めることを特徴とする光ビーム走査装置。