JPH04123016A

JPH04123016A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH04123016A
Application number: JP24469390A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Suzuki; 雅之鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-23
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JP2924142B2

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）本発明は位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置に
関し、特にレーザ光の通過領域を複数の領域に分割し、
各領域を通過するレーザ光束間に所定の位相差を付与す
るようにした位相シフト素子を用いることにより、レー
ザ光のビームスポット径を調整し、高鯖度な画像形成を
行ったり、又レーザ光の非点隔差な調整するようにした
位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置に関するも
のである。

（従来の技術）近年、レーザ光を用いて画像情報の入出力を行うように
したレーザ装置においては高解像力で画像情報の形成や
再生が出来ることが要望されている。

一般に画像情報の形成や再生を高解像力で行う為には、
例えば人出力の際のレーザ光（レーザビーム）のビーム
スポット径を小さくすれば良い。ビームスポット径を小
さくするにはＮＡ（開口数）の大きな光学系を用いれば
良いことか知られている。

第１４図は従来のレーザプリンタ等に利用されている光
走査装置の要部概略図である。

第１４図に於いて９１はレーザ等から成る光源部であり
、該光源部９１から射出されたレーザど一ムはコリメー
タレンズ９２により略平行光とされ回転多面鏡９３に入
射する。該回転多面鏡９３は矢印の方向に等速で高速回
転しており、回転多面鏡９３の反射面９３ａの点Ｐに入
射した該レーザど−ムは反射されて主走査断面において
偏向走査され結像光学系としてのｆ−θレンズ系９４に
入射する。ｆ−θレンズ系９４を通過したレーザビーム
は被走査面９５上に結像されてその面上を略等速度直線
運動て光走査する。

ここで例えば感光体等の被走査面上に画像形成を行う際
の高解像化を図るにはｆ−θレンズ系９４のＮＡを大き
くし、被走査面９５上に結像するビームスポット径９６
を小さくすれば良い。

しかしなからＮＡの大きい光学系を構成するのは非常に
困難であり、理論的に見ても空気中の光学系はＮＡ＝１
を越えることかできない。又、ＮＡか大きくなると焦点
深度か急激に小さくなる為、像面の設定誤差が厳しくな
り装置の製造や調整が困難になる。

般にレーザ光源を用いたレーザ装置像面上でのビームス
ポット径と焦点深度は次式により表わされる。

スポット直径＝にλ／（２・ＮＡ）　　・・・・・（ａ
）焦点深度　　＝±λ／（２・ＮＡ２）　　・・・（ｂ
）ここてλは波長、ｋは結像光学系の瞳周辺部における
ビーム強度の程度を表わす定数（ｋ≧１．６４）であり
、ビームスポット直径はピーク強度の１／ｅ２値である
。

参考の為に（ａ）、（ｂ）式において波長λ＝０．７８
μｍ、定数に＝１．７と仮定して算出した種々のＮＡに
対する被走査面上のビームスポット径と焦点深度との関
係を表− に示す。

表−１又、レーザ装置に用いられるレーザ光源として半導体レ
ーザはその構造上の原因で非点隔差が発生する。即ち第
１３図（Ａ）に示すように半導体の接合面に平行な方向
（Ｘ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）とで発光面積の大き
さが異なる。この為レーザ光源から離れた点における波
面の曲率半径は第１３図（Ｂ）に示すように平行な方向
と垂直な方向の２つの方向で異なってくる。

従ってレーザ光源からの高速を回転軸対称のレンズ系で
結像すると最良結像位置が第１３図（Ｂ）に示すように
Ｘ方向とＸ方向の２つの方向で各々異なり所謂非点隔差
が発生してくる。

従来はこの種の非点隔差を光路中にシリンドリカルレン
ズを配置し、該シリンドリカルレンズの位置を調整する
ことにより補正していた。

（発明が解決しようとする問題点）前記表−１から明らかのように、例えばレーザプリンタ
ー等のレーザ装置に関しては結像光学系のＮＡを０．０
２以上、即ちスポット径か３３μｍ以下になると焦点深
度が±１ｍｍを下まわる。

般に焦点深度か±１ｍｍ以下になると感光体の位置の設
定や感光体の平面性等か問題となり製造か大変困難とな
る。従って一般には結像光学系のＮＡを００２以上大き
くすることは難しい。

又、光デイスク用の対物レンズや顕微鏡用の対物レンズ
等に関しては大体ビームスポット径を０．７μｍ程度に
するのか限界であり、それ以下のスポット径を得ること
は理論的に見て困難である。

このように従来のレーザ装置において小さなスポット径
のレーザビームを得るのは理論的及び機構的に大使館し
いという問題点かあった。

この他、レーザ装置に用いる光学系か回転対称なレンズ
系のとき、シリンドリカルレンズを用いて半導体レーザ
を用いたときの非点隔差を補正しようとするとシリンド
リカルレンズの曲率半径か増大し、シリンドリカルレン
ズの製作か難しくなってくるという問題点かあった。

本発明はレーザビームの通過する領域を複数に分は各々
の領域を通過するレーザビーム内に所定の位相差を付与
するように構成した位相シフト素子を利用することによ
り、結像光学系のＮＡを変えずに焦点深度を大きく保っ
たままより小さなビームスポット径のレーザビームを実
現し、又レーザ装置の光路中の適切な位置に該位相シフ
ト素子を配置することにより、レーザ光源の非点隔差な
良好に補正することができる等高い光学性能が容易に得
られる位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置の提
供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の位相シフト素子は、所定波長の光に対して透明
な第１領域と該第１領域の周囲に該第１領域を通過する
光に対して所定の位相差を有する第２領域とを設けたこ
とを特徴としている。又このときの位相差は１８０度で
あることを特徴としている。

又、本発明のレーザ装置としてはレーザ光源の光出射端
面近傍又は該光出射端面と共役な位置近傍又は該レーザ
光源から出射したレーザ光のビームウェスト近傍に該レ
ーザ光に対して透明な第１領域と該第１領域の周囲に該
第１領域を通過するレーザ光に対して所定の位相差を有
する第２領域とを有する位相シフト素子を配置したこと
を特徴としている。干してレーザ光源としては半導体レ
ーザ又はカスレーザを用い、前記ビームウェストは前記
レーザ光源から出射したレーザ光を集光光学系で集光し
て形成されていることを特徴としている。

（実施例）第１図は本発明の位相シフト素子の一実施例を示す要部
概略図であり、第１図（Ａ）は斜視図、第１図（Ｂ）は
中心軸（光軸）を含む断面図である。

第１図に於いて４は位相シフト素子、１１は光軸を中心
とする円形状や楕円状の所定の波長の光（レーザ光Ｌ）
に対して透明な第１領域、１２は第１領域１１の周囲に
設けたレーザ光りに対して透明な円形状や楕円環状の第
２領域、１３は該第２＠域１２の周囲をとりまくレーザ
光りに対して不透明な遮光領域である。

このように位相シフト素子４の光透過部分は第１領域１
１と第２領域１２の２つの透明領域に分けられる。そし
て該２つの領域１１．１２を通過する２つの光束間に所
定の位相差を付与している。

本実施例では第１領＠１１を通過するレーザ光に対して
第２領＠１２を通過したレーザ光の方か２分の１波長た
け光路長が長くなるように設定している。

即ち、該位相シフト素子４により通過光束を第１領域１
１を通過した光束と第２領域１２を通過した光束の２つ
の光束に分け、このときの２つの光束間に１８０°の位
相差を付与している。

このような位相シフト素子は比較的容易に製作か可能で
ある。例えば基板として両面な鯖密に研磨した平行平板
ガラスを用いレーザ光の波長をλとし第２領域１２又は
第１領域のみに屈折率ｎの蒸着物質で厚みｄ−λ／（２
（ｎ−１））の薄膜を真空蒸着によって形成し、遮光傾
＠には光吸収性の塗料を塗ることにより製作できる。

次に位相シフト素子を用いることによりレーザ光のビー
ムスポット径か小さくなる原理を説明する。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は本実施例の位相シフト素子４に
平面波の光束か入射し通過するときの波面状態と振幅分
布を示す説明図である。このような状態は例えばレーザ
装置においてレーザビ一ムのビームウェスト近傍に位相
シフト素子４を配置したときに生ずる。

同図に於いては図面左側より位相シフト素子４に平面波
のレーザビームか入射したときの前記第１．第２領域１
１．１２を通過する互いに所定の位相差を有した光束の
波面を概念的に示している。

第２図（Ａ）に示すようにレーザビームは左方から位相
シフト素子４に入射するが、位相シフト素子４がビーム
ウェスト位置近傍に配置されているため、入射位置近傍
ではほぼ平面波となっている。この平面波か位相シフト
素子４に入射すると、第１領＠１１を通過した平面波と
第２領域１２を通過した平面波との間に２分の１波長の
光路差か生じるため同図に示したような形の波面となっ
て出射する。従って位相シフト素子４から出射した直後
のレーザビームの複素振幅分布は第２図（Ｂ）に示すよ
うなものとなる。

第２図（Ｂ）に３いてＸは光軸と垂直方向の座標、ＵＯ
（Ｘ）は座標Ｘにおけるレーザビームの複素振幅分布、
１４は位相シフト素子４の第１領域１１を通過したビー
ムの複素振幅分布、１５ａ及び１５ｂは位相シフト素子
４の第２領域１２を通過したビームの複素振幅分布を表
わす。

Ｕｏ（Ｘ）は複素数であるが、位相が０度及び１８０°
の２値だけの複素振幅分布であるため、虚数成分か零と
なり、同図に示したように実数軸だけで表現できる。尚
、簡単のためレーザビームの強度は座１ｊｌｘによらず
一定であるとして同図を描いている。

次に位相シフト素子４を物体面とみなして収差のない光
学系で結像させると、像面上でどのような強度分布か得
られるかを説明する。簡単のため、位相シフト素子はＸ
方向の１次元の素子とし、光学系の倍率を１倍として説
明する。

先ず、光学系の開口数が無限に大きい場合には物体面の
複素振幅分布（第２図（Ｂ））かそのまま像面の複素振
幅分布として再現される。しかし実際には光学系の開口
数か有限なため、回折による拡がりが発生して、第３図
（Ａ）のような複素振幅分布Ｕ、（ｘ′）が像面上に形
成される。

同図においてＸ′は像面上の座標であり、１６゜１７ａ
、１７ｂはそれぞれ第２図（Ｂ）の複素振幅分布１４，
１５ａ、１５ｂに対シする複素振幅分布である。このこ
とは式を用いて説明することかできる。

像面の複素振幅分布ｕｌ（Ｘ′）は物体面の複素振幅分
布Ｕ。（ｘ）と点像複素振幅分布Ｋ（Ｘ′）とを用いて
次式で表現することができる。

Ｌｌ、（ｘ′）−１Ｌｌｏ（ｘ）・　に（ｘ′−ｘ）・
ｄｘ　　・・・・・１１）ここてＵ。を位相の異なる３
個の点光源の集合とみなす近似か成り立つとすればδ（
Ｘ）をＤｉｒａｃのデルタ関数としてＬｌｏ（ｘ）＝　Ｃ・δ（×）−δ（ｘ−ａ）−δ（ｘ
＋ａ）　−１２）かなりたつ。但し、ａは光軸からはか
った複素振幅分布１５ａ又は１５ｂの中心部までの距離
であり、Ｃは複素振幅１４の部分のエネルギーと複素振
幅１５ａ又は１５ｂの部分のエネルギーとの比に相当す
る定数である。（２）式を（１）式に代入すると（１）
式は１、（ｘ′）＝Ｃｓに（ｘ　′）−Ｋ（ｘ′÷ａ）−に
（ｘ　′−ａ）・・・・・・・・・（３）となり、像面の複素振幅分布は３つの点像複素振幅分布
の加算によって表わされることか分る。

（３）式の右辺第１項、第２項、第３項かそれぞれ第３
図（Ａ）の複素振幅分布１６，１７ａ。

１７ｂに対応する。尚、複素振幅分布１６゜１７ａ、１
７ｂなどは簡単のため、小さなど−りの２次極大は省略
して描いである。物体面を３つの点光源の集合とみなす
近似が成りたたない場合には物体面の強度を１とすれば
物体面の複素振幅分布Ｕ。（ｘ）はて与えられる。但し、ａｏは光軸から第１領域１１と第
２領域−１２との境界までの距離、ａは光軸から第２領
域１２と遮光領域１３との境界までの距離である。（４
）式を（１）式に代入すると、像面複素分布ｕ、（Ｘ′
）は次のように表わされる。

（５）式右辺の第１項、第２項、第３項かそれぞれ第３
図（Ａ）における複素振幅分布１６゜１７ａ、１７ｂで
ある。

以上、第２図（Ｂ）のような複素振幅分布をもつ物体を
光学系で結像した場合に、像面複素振幅分布は第３図（
Ａ）の１６．１７ａ、１７ｂの３つの複素振幅分布の加
算て表わされることを説明した。

さて第３図（Ａ）において１７ａ　　、１７ｂ′はそれ
ぞれ複素振幅分布を表わす曲線１７ａ。

１７ｂをＸ′軸に対して折り返した曲線であり、これら
１７ａ”、１７ｂ”の曲線と１６の曲線とを比へること
によって、振幅の大きさを比較することができる。同図
より曲線１６のすその部分と曲線１７ａ′及び１７ｂ′
がほぼ重なるようになっていることが分かるが、このよ
うな関係にすることが小さなスポット径を得る上で望ま
しい。

第３図（Ａ）の３つの複素振幅分布１６゜１７ａ、１７
ｂを加えて１つの複素振幅分布として表わしたものが第
３図（Ｂ）の曲線１８である。曲線１６に比べると曲線
１８のＸ′方向への拡がりが改善されて小さくなってい
る。

第３図（Ｃ）の曲線１９は像面強度分布を示す曲線であ
る。強度分布１（ｘ′）は複素振幅分布ｕｌ（Ｘ”）か
ら１（ｘ′）−Ｕ＋責ｘ′）・ｔｌｌ（ｘ′）−１１Ｊ、
（ｘ”　）＋２−・（６）によって求められる。

以上の様に本実施例では第１図（Ａ）、（Ｂ）で示され
るような位相シフト素子をレーザビームのビームウェス
ト位置近傍に配置し光学系で結像し、これにより光学系
のＦナンバーから（開口数、ＮＡ）から定まる結像スポ
ット径よりも更に小さな結像スポット径を得ている。

次に本発明に係る位相シフト素子か半導体レーザの非点
隔差を補正することかできる原理についてシミュレーシ
ョン結果を用いて説明する。

第４図（Ａ）はこの位相シフト素子４をレーザ光のビー
ムウェスト位置近傍に配置したときの概略図、第４図（
Ｂ）は同図（Ａ）の結像レンズによる像面上の強度分布
のシミュレーションの結果を示す説明図である。

尚、本実施例では簡単の為に回転軸対称の系で計算して
いる。第４図（Ｂ）では位相シフト素子としては同心円
構造とし、中心軸（光軸）から半径Ａの第１領域１１と
その外側の半径βの第２領域１２とから形成し、通過光
束間に１８０度の位相差かつくように設定している。そ
して第２領域Ｂの外側は遮光領域としている。このよう
な位相シフト素子４をレーザビームを集光してできるビ
ームウェスト位置近傍に配置し、それを無収差レンズと
仮定した結像レンズで結像させている。

ここでビームウェスト半径をＷ。、レーザ光の波長をλ
、結像レンズの像面側の有効ＦナンバーをＦＮＯとし、
像面上の強度分布を求める為のシミュレーションは通常
の回折理論を用いて行フた。

第４図（Ｂ）はＷｏ＝１．０．ｃｚｍ、λ＝０．６３２
８μｍ、ＦＮＯ＝１．０、Ｂ＝２．０μｍとしてＡの値
を０．５μｍから２．０μｍまで変えたときの像面上で
の強度分布を示している。但し、強度分布は最大値で正
規化しており、パラメータＷｏ　、Ａ、Ｂは実寸に結像
レンズ倍率の掛かった像面上のスケールて示している。

第４図（Ｂ）に示すようにＡ＝２μｍの場合はＡ＝Ｂで
あり、位相を反転する領域かなく、単なるアパーチャを
入れたのと同じことになる。この場合には、第１３図（
Ｂ）からも予想できるように光発散原点か位相シフト素
子の位置からずれているので像面をデフォーカスすれば
ビームスポット径をこれよりもある程度小さくすること
かてきる。半［Ａが１μｍになると、位相反転の効果か
表われ像面上でのスポット径か小さくなってくる。そし
て半径Ａ＝０．７μｍになると更に像面上でのビームス
ポット径か小さくなり、結像レンズのエアリ−パターン
とほぼ一致してくる。エアリ−パターンは点光源を回転
軸対称の無収差レンズと仮定した結像レンズで結像した
ときに像面上に生じる回折像である。そうすると、半径
Ａ＝０．７μｍの場合には丁度位相シフト素子の位置に
仮想的な点光源があるものと解釈することかできる。

この結果、位相シフト素子はレーザビームの光発散原点
の位置を位相シフト素子の位置にもってくることかでき
る光学的作用を有する素子と考えることかできる。又同
時に前述したようにレーザビームの発散角を大きくし、
結像レンズの存効径全域にレーザ光を入射させることに
よりビームスポット径を小さくすることかできる素子と
考えることかできる。

以上のように光学系が回転対称の場合には位相シフト素
子は光発散原点の位置を制御することができる。

半導体レーザのようなビームスポット径か回転非対称な
場合は第１３図（Ｂ）に示すような２つの断面内に各々
光発散原点があると考えられる。

従って位相シフト素子を用いれば各々断面内に右いて光
発散原点の位置を位相シフト素子の位置に変位させるこ
とができる。そうすると始めは各断面で異なっていた光
発散原点の位置を同一の位置に変位させることができる
。

本実施例ではこの原理を用いて位相シフト素子の半径Ａ
、Ｂ及びレーザ光路中の配置位置等を適切に設定するこ
とにより半導体レーザの非点隔差を補正している。尚第
１領＠１１とＮ２領域１２を通過するレーザビーム間の
位相差は１８０度に限らす任意な位相差であっても良い
。

次に本実施例の位相シフト素子を用いたレーザ装置の種
々の実施例について説明する。

第５図は本発明の位相シフト素子を用いたレーザ装置の
第１実施例の要部概略図である。

同図において１はレーザ等から成る光源部であり、該光
源部１から出射した光束はコリメータレンズ２により略
平行光とされ、集光レンズ３により集光される。このと
き集光位置近傍にビームウェストが形成される。そして
該ビームウェスト近傍に位相シフト素子４を配置し、該
位相シフト素子４を通過した光はコリメータレンズ５に
より平行光となって副走査方向に屈折力を有するシリン
ドリカルレンズ６に入射する。該シリンドリカルレンズ
６により光束は副走査方向線状に結像されて回転多面鏡
７へ入射し反射される。回転多面鏡７で反射偏向された
該光束はｆ−θレンズ系８を介して被走査面９上にビー
ムスポット１ｏを形成する。

尚、回転多面鏡７は矢印方向に等速回転している為回転
にともなってレーザスポット１０は被走査面９上を光走
査する。

本実施例では以上のような構成において位相シフト素子
４を用いることにより焦点深度を桟くせず小さなビーム
スポット径で被走査面を走査することかてきるようにし
ている。これにより例えば高解像力の画像形成や画像読
取りか可能なレーザ装置を達成している。

第６図〜第９図は本発明の位相シフト素子を用いたレー
ザ装置の第２〜第５実施例の要部概略図である。図中、
第５図の第１実施例に示した要素と同一要素には同符番
な付している。

第６図の第２実施例では光源部としての半導体レーザ１
のレーザど−ム出射端面近傍に位相シフト素子４を配置
している。半導体レーザ１の発光点から出射したレーザ
ビームはその近傍に配置した位相シフト素子４を通過し
たのち、コリメータレンズ２で平行光束となりシリンド
リカルレンズ６に入射している。シリンドリカルレンズ
６に入射している。シリンドリカルレンズ６を通過した
後の構成は第５図の第１実施例と同様である。

本実施例では半導体レーザ１のレーザど一ム出射端面直
後の位置はビームウェスト近傍となっているため、その
位置に位相シフト素子４を配置し、前述した原理によっ
てビームスポット径を小さくしている。

本実施例第５図の第１実施例に比へて光学系を簡略化し
ている。

第７図の第３実施例において２０は光源部てＨｅ−Ｎ、
、レーザから成っている。２１は第１集光レンズ、２２
はＡ１０変調器、２３は第２集光レンズ、２４はコリメ
ータレンズ、２５はビームエキスパンターである。同図
に於いてＨｅ−Ｎｅレーザ２０から出射したレーザど−
ムは第１集光レンズ２１によって集光され、集光点付近
に配置されたＡ１０変調器２２で強度変調をうける。

Ａ１０変調器２２を出射したレーザビームは第２集光レ
ンズ２３によって再度集光される。

このとき形成されるビームウェスト位置近傍に位相シフ
ト素子４を配置している。位相シフト素子４を出射した
レーザど一ムはコリメータレンズ２４で平行化され、ビ
ームエキスパンダー２５によってビーム径が拡大された
のち、シリンドリカルレンズ６に入射する。シリンドリ
カルレンズを通過した後の構成は、第５図の第１実施例
と同様にしてビームスポットｌＯを被走査面９上に形成
する。

本実施例ではガスレーザから出射したレーザビームを第
２集光レンズ２３で集光させてビームウェストを形成し
、その近傍に前述した構成の位相シフト素子を配置する
ことにより光源部としてガスレーザを用いたレーザ装置
においても前述と同様の効果が得られるようにしている第８図の第４実施例においては光源部１からのレーザ光
を被走査面９側からｆ−θレンズ系８を介して回転多面
鏡７に導光していることを特徴としている。

同図において４１は透過型の位相シフト素子であり被走
査面９と略同−平面上に設けている。

本実施例においてｆ−θレンズ８は副走査方向に関して
回転多面鏡（ポリゴンミラー）７のミラー面と被走査面
９とを略共役関係とする倒れ補正光学系となっている。

同図に於いて半導体レーザ１の発光点から出射したレー
ザビームは、コリメータレンズ２を通過して平行ビーム
となり次いで集光レンズ３によって集光され被走査面９
の延長線状の近傍にビームウェストを形成する。

位相シフト素子４１は前記ビームウェスト位置近傍に配
置されている。位相シフト素子４１には斜め方向からレ
ーザど−ムか入射するか、ある特定の角度の斜めの入射
のビームに対し２つの領域を通過して出射するレーザビ
ーム間で略２分の１波長の光路差をもつように作られて
いる。位相シフト素子４１を出射したレーザビームはｆ
−θレンズ８を通過し、回転多面鏡７のミラー面近傍に
線像な形成する。そしてレーザど−ムは同ミラーによっ
て反射され、再びｆ−θレンズ８を通過して被走査面９
上にビームスポット１０を形成する。ど−ムスポット１
０は回転多面鏡７の矢印方向への回転とともに、被走査
面９上を矢印の方向に光走査する。

本実施例は線像形成用のシリンドリカルレンズか不要で
あるため光学系か簡略化できるという事のほかに位相シ
フト素子４１近傍にできるビームウェスト径か位相シフ
ト素子を用いない場合のビームスポット径と同程度に大
きいので、位相シフト素子４１の製作か容易になるとい
う利点かある。

更に本実施例に於いては位相シフト素子４１に斜め方向
からレーザど一ムか入射するため位相シフト素子て反射
したレーザビームが半導体レーザには殆んと戻らないの
で安定なレーザ発振か可能となるという特徴がある。

第９図の第５実施例においては第８図の第４実施例に比
へて透過型の位相シフト素子の変わりに反射型の位相シ
フト素子を用いた点が異なり、その他の構成は同じであ
る。

本実施例の反射型の位相シフト素子４２は、特定の斜め
入射角のレーザど一ムに対して２つの領域を出射したレ
ーザビーム間の光路差か２分の１波長になるように作ら
れている。このように斜め入射の反射型の位相シフト素
子を用いると、光学系全体かコンパクトになると同時に
反射光かレーザに戻らないため安定なレーザ発振か可能
となるという特徴がある。

第１０図は本発明の位相シフト素子を光メモリ用の光ピ
ツクアップ検出系に通用したときの第６実施例の光学系
の要部概略図である。

同図において１はレーザ等から成る光源部てあり、該光
源部１から出射した光束は集光レンズ８１により集光さ
れ集光位置近傍にビームウェストを形成する。該ビーム
ウェスト位置近傍に位相シフト素子４を配置し、該位相
シフト素子４を出射した光束はど一ムスプリッタ８４を
通通し対物レンズ８２によって集光され光メモリ媒体８
３上にビームスポットを形成する。

本実施例では位相シフト素子４を用いることにより光メ
モリ媒体８３面上に小さなビームスポットを形成してい
る。そして該光メモリ媒体８３からの反射光は対物レン
ズ８２を通過しビームスプリッタ８４によって反射され
て光検出器８５に入射する。このようにして光検出器８
５により光メモリ媒体８３上の信号の読取りを高密度で
行っている。

尚、本実施例では位相シフト素子４．１枚をビームウェ
スト位置に配置し構成したかビームウェスト以外の位置
、例えば光源１近傍に配置しても良く、又位相シフト素
子を１枚以上何枚配置して構成しても良い。

第１１図は本発明の位相シフト素子を用いて半導体レー
ザの非点隔差を補正するようにした第７実施例の光学系
の要部概略図である。

同図において半導体レーザより成る光源部１から放射さ
れた回転非対称のレーザビームは第１集光レンズ２１に
より集光され回転非対称な形状のビームスポットを形成
る。このビームスポット位置近傍に第４図で説明したの
と同様の位相シフト素子４を配置している。この位相シ
フト素子４の第４図（Ｂ）で示す第１領＠１１と第２傾
城１２との通過光束の位相差は１８０度であり、又その
半径は各々Ａ＝０．７ｍｍ、Ｂ＝２μｍである。

位相シフト素子４を通過したレーザビームは第２集光レ
ンズ２３で集光され像面８６にビームスポットを形成す
る。

本実施例では半導体レーザ１の発光面と位相シフト素子
４そして像面８６は互いに光学的に共役な関係となって
いる。

本実施例では第１集光レンズ２１の集光点近傍に位相シ
フト素子４を配置することにより前述したようにＸ方向
及びＸ方向のいずれの方向に対してもレーザビームの光
発散原点か位相シフト素子４の位置となるように設定し
ている。これにより像面８６において非点隔差のない良
好なるビームスポットを形成している。

このように本実施例によれば位相シフト素子４を新たな
点光源と見なした各種システムに対応したレーザ光源に
非点隔差のない良好なるビームスポットが得られるレー
ザ装置を構成することができる。

尚、以上の各実施例に係る位相シフト素子の形状として
は第１図（Ａ）に限られるものではなく、例えば第１２
図（Ａ）〜（Ｆ）に示すようなものが適用可能である。

同図において１１は第１領域、１２は第２領域、斜線部
は遮光領域を示す。第１領域１１と第２領域１２は通過
光束間に互いに１８０度（１／２波長）の位相差かつく
ように構成されている。

本発明のレーザ装置としては前述の実施例の他に例えば
レーザビームプリンタ、レーザ顕微鏡、走査光学系を用
いたレチクル描画装置等に適用することができる。

（発明の効果）本発明によれば前述したような位相シフト素子を光学系
の所定位置に配置することにより、半導体レーザを用い
たときはレーザ光の非点隔差を補正することがてき、又
焦点深度を大きく維持しつつ光学系のＮＡより決まるビ
ームスポット径よりも小さなスポット径を所定面上に形
成することがてき例えば画像形成等においては高解像力
化か可能なレーザ装置を達成することかできる。

又、本発明によれば半導体素子製造用の露光装置（ステ
ッパー）に位相シフト法を通用する場合とは異なりレチ
クル面上の全ての開ロバターンに沿って位相シフト領域
を形成する必要はなく、位相シフト領域を光学系の光軸
近傍の一カ所に配置すれば良いので装置全体を簡素化す
ることかてきるという特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の位相シフト素子の要部
概略図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の位相シフト素
子を通過する光束の波面状態を示す説明図、第３図（Ａ
）〜（Ｃ）は本発明の位相シフト素子を通過する光束の
複素振幅分布と像面上の強度分布の説明図、第４図（Ａ
）、（Ｂ）は本発明の位相シフト素子を用いてレーザ光
の非点隔差を補正する際の光学系をシミュレーション結
果の説明図、第５図〜第１１図は各々本発明の位相シフ
ト素子を用いたレーザ装置の第１〜第７実施例の光学系
の要部概略図、第１２図は本発明の位相シフト素子の他
の実施例の説明図、第１３図は従来の半導体レーザの非
点隔差を示す説明図、第１４図は従来のレーザ装置の要
部概略図である。図中、１は光源部、２，５はコリメータレンズ、３，８
１は集光レンズ、４，４１．４２は位相シフト素子、６
はシリンドリカルレンズ、７は回転多面鏡、８はｆ−θ
レンズ系、９は被走査面、１０はビームスポット、１１
は第１領域、１２は第２領域、１３遮光領域、２０はＨ
６Ｎｃレーザ、２１は第１集光レンズ、２２はＡ１０変
調器、２３は第２集光レンズ、２４はコリメータレンズ
、２５はビームエキスパンダー８２は対物レンズ、８３
は光メモリ媒体、８４はビームスプリッタ−１８５は光
検出器である。第１図し−Ｙ−ノ第図ビームウェスト位置近傍に配むされた位相シフト素子の前後の波面の状態物体面（位相シフト素子）出射直後の複素４＆ｉ＠分布平成３年８月３０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定波長の光に対して透明な第１領域と該第１領
域の周囲に該第１領域を通過する光に対して所定の位相
差を有する第２領域とを設けたことを特徴とする位相シ
フト素子。
（２）前記所定の位相差は１８０度であることを特徴と
する請求項１記載の位相シフト素子。
（３）レーザ光源の光出射端面近傍又は該光出射端面と
共役な位置近傍又は該レーザ光源から出射したレーザ光
のビームウェスト近傍に該レーザ光に対して透明な第１
領域と該第１領域の周囲に該第１領域を通過するレーザ
光に対して所定の位相差を有する第２領域とを有する位
相シフト素子を配置したことを特徴とするレーザ装置。
（４）前記所定の位相差は１８０度であることを特徴と
する請求項３記載のレーザ装置。
（５）前記ビームウェストは前記レーザ光源から出射し
たレーザ光を集光光学系で集光して形成されていること
を特徴とする請求項４記載のレーザ装置。