JPH0593880A - Multiple light source unit - Google Patents

Multiple light source unit

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Publication number
JPH0593880A
JPH0593880A JP3256595A JP25659591A JPH0593880A JP H0593880 A JPH0593880 A JP H0593880A JP 3256595 A JP3256595 A JP 3256595A JP 25659591 A JP25659591 A JP 25659591A JP H0593880 A JPH0593880 A JP H0593880A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
light source
optical system
laser
lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3256595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Ikeda
弘昭 池田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0593880A publication Critical patent/JPH0593880A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the multiple light source unit for laser light which eliminates the problem point of conventional technology that the cost increases because the number of the constituent elements of a collimator lens is large. CONSTITUTION:The device consisting of plural light source parts 1 which emit laser light independently, fibers 2 as means which are connected to the light source parts 1 and carry the laser light, a light convergence optical system 3 which converges and projects plural laser beams, and an image formation optical system 5 which images the laser beams projected by the light convergence optical device on a recording medium 6 is provided with single-mode fibers 2 as the laser light carrying means, and at least the light convergence optical system is provided with an aspherical single lens.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複数レーザー光を出射
する光源部を用いた記録装置、検査装置等の光源に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source for a recording apparatus, an inspection apparatus, etc., which uses a light source section for emitting a plurality of laser beams.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、複数のレーザー光を同時に集光す
るコリメートレンズは、例えば図6に示すような球面レ
ンズの2枚ないし3枚のレンズの組み合わせでコリメー
トレンズを構成することにより、波面収差を小さく押さ
えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a collimator lens that simultaneously collects a plurality of laser beams is constructed by combining two or three spherical lenses as shown in FIG. Is kept small.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術には次
のような問題点がある。複数のレーザー光をコリメート
レンズで集光しようとする場合、集光光学系での波面収
差をλ/4以下に設定しなければ記録媒体上で良好なス
ポツト形状が得られない。
The above-mentioned prior art has the following problems. When a plurality of laser beams are to be condensed by a collimator lens, a good spot shape cannot be obtained on the recording medium unless the wavefront aberration in the condensing optical system is set to λ / 4 or less.

【0004】特に半導体レーザーの如く出射ビームの拡
がり角か30°以上(半値全角)と大きい場合には、波
面収差λ/4以下にするために、2枚以上の組み合わせ
球面レンズを採用しなければならなかった。球面レンズ
複数枚で集光光学系を構成すると、当然ながら光量の透
過効率も低下し、レンズの枚数増加によるコスト高の原
因となる。
In particular, when the divergence angle of the emitted beam is as large as 30 ° or more (full angle at half maximum) like a semiconductor laser, two or more combined spherical lenses must be adopted in order to reduce the wavefront aberration λ / 4 or less. did not become. If the condensing optical system is composed of a plurality of spherical lenses, the transmission efficiency of the amount of light is naturally lowered, which causes an increase in cost due to an increase in the number of lenses.

【0005】本発明は、コリメートレンズの構成枚数が
多くコスト高になるという従来技術における問題点を解
消したレーザー光の複数光源装置を提供することを目的
とするものである。
It is an object of the present invention to provide a multiple light source device for laser light, which solves the problem in the prior art that the number of collimating lenses is large and the cost is high.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】光学的な収差により複数
のレーザービームを同一集光光学系で集光するために
は、複数の発光光源部が光軸中心を通過しないため、レ
ンズ枚数を増やして球面収差、コマ収差等を低く押さえ
る必要があったが、シングルモード光フアイバーの如く
その出射角度が半導体レーザーに比べ小さければ、集光
レンズに要求される波面収差が緩和される。つまり通常
複数の半導体レーザーから出射するビームを効率良く集
光するためには、多数枚のレンズを組み合わせ、波面収
差を低く押さえる必要があったが、光源としてビーム出
射角度の小さなフアイバー等の光源変換素子及び非球面
レンズの採用により、単レンズの構成で波面収差λ/4
以下で集光することが可能となった。
In order to condense a plurality of laser beams by the same condensing optical system due to optical aberration, a plurality of light emitting light source parts do not pass through the center of the optical axis, so that the number of lenses is increased. It is necessary to suppress spherical aberration and coma aberration to a low level. However, if the emission angle is smaller than that of a semiconductor laser like a single mode optical fiber, the wavefront aberration required for a condenser lens is alleviated. In other words, in order to efficiently collect the beams emitted from multiple semiconductor lasers, it was necessary to combine many lenses and suppress the wavefront aberration to a low level. Wave element aberration λ / 4 with a single lens configuration by adopting an element and an aspherical lens
It became possible to collect light with the following.

【0007】光源変換素子としては、リレーレンズでも
良いが、コンパクト性、複数光源の配列の自由度からシ
ングルモード光フアイバーが望しい。ちなみにコア径6
μmのシングルモードフアイバー780nmのレーザー
ビームを入射させると、出射角は10°以下に交換でき
る。集光レンズとしては、波面収差をλ/4に押さえる
ために、非球面レンズ1枚あるいは非球面レンズと球面
レンズの組み合わせてこの目的を達成することができ
る。
As the light source conversion element, a relay lens may be used, but a single mode optical fiber is desired due to its compactness and freedom of arrangement of a plurality of light sources. By the way, the core diameter is 6
When a laser beam of 780 nm with a single mode fiber of 780 μm is incident, the emission angle can be exchanged to 10 ° or less. As the condensing lens, in order to suppress the wavefront aberration to λ / 4, one aspherical lens or a combination of an aspherical lens and a spherical lens can achieve this object.

【0008】[0008]

【作用】複数の半導体レーザー光源からシングルモード
フアイバーにレンズカツプリングあるいは直接入射し、
2次光源としてフアイバー他端からガウシアンビーム形
状を保持した状態で出射される。またこの時フアイバー
他端は結像光学系倍率によって決定される光源配列に従
って精密に配列されている。
[Function] Lens coupling or direct incidence from a plurality of semiconductor laser light sources to a single mode fiber,
It is emitted from the other end of the fiber as a secondary light source while maintaining the shape of the Gaussian beam. At this time, the other end of the fiber is precisely arranged according to the light source arrangement determined by the magnification of the image forming optical system.

【0009】複数の配列されたフアイバー出射端からガ
ウシアンビームが各々出射され、非球面で構成された集
光レンズ系により複数のコリメート光となり、偏向器に
より偏向した後、結像レンズに入射し記録媒体上に結像
することにより、記録する。
Gaussian beams are emitted from a plurality of arranged fiber emission ends, respectively, and a plurality of collimated light beams are formed by a condenser lens system formed of an aspherical surface. The image is recorded by forming an image on the medium.

【0010】[0010]

【実施例】複数光源として、光源波長780nmの4個
の半導体レーザーを使用した本発明の実施例を図1につ
いて説明する。図において、1は半導体レーザー、2は
シングルモードフアイバー、3は集光レンズ、4は偏向
器、5は結像レンズ、6は記録媒体である。
EXAMPLE An example of the present invention using four semiconductor lasers having a light source wavelength of 780 nm as a plurality of light sources will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a semiconductor laser, 2 is a single mode fiber, 3 is a condenser lens, 4 is a deflector, 5 is an imaging lens, and 6 is a recording medium.

【0011】半導体レーザーから出射したレーザー光は
直接フアイバー端面に入射する。光フアイバーは、78
0nmの場合、コア径6μmクラツト径125μmのシ
ングルモードフアイバーを採用した。尚、半導体レーザ
ーからシングルモードフアイバーへの光カツプリングは
1μm以下の精度で精密にアライメント調整されてお
り、光透過効率は30%以上透過している。フアイバー
出射端は、主走査150μmピツチ、かつ副走査ピツチ
7μmで4本が配列されており、ガウシマンビームが出
射される。出射角度は6μmコアの場合9.5°で出射
される。焦点距離60mm開口Fナンバー5を満足して
いる非球面レンズ1枚で構成されている集光光学素は、
フイアバー端からの出射ビームを集光し、コリメートビ
ームとして出射させることが可能である。各コリメート
されたビームは偏向器により主走査方向に走査しなが
ら、結像レンズによって記録媒体上に複数のビームを同
時に記録することができる。
Laser light emitted from the semiconductor laser is directly incident on the end face of the fiber. The optical fiber is 78
In the case of 0 nm, a single mode fiber with a core diameter of 6 μm and a clutch diameter of 125 μm was adopted. The optical coupling from the semiconductor laser to the single mode fiber is precisely aligned with an accuracy of 1 μm or less, and the light transmission efficiency is 30% or more. Four fiber emitting ends are arranged with a main scanning pitch of 150 μm and a sub-scanning pitch of 7 μm, and a Gaussmann beam is emitted. The emission angle is 9.5 ° for a 6 μm core. A condensing optical element composed of one aspherical lens satisfying a focal length of 60 mm and an aperture F number of 5,
It is possible to collect the outgoing beam from the end of the fiber bar and emit it as a collimated beam. While the collimated beams are scanned in the main scanning direction by the deflector, a plurality of beams can be simultaneously recorded on the recording medium by the imaging lens.

【0012】フイアバー出射部と150μmのピツチで
4本配列すると、フイアバーの両端の位置は光軸中心か
ら225μm離れた地点で発光することになるが、両凸
の球面単レンズ(R1 =35,R2 =210,N=1.
4855)で集光した場合の波面収差は5λとなり、所
定のビーム径に結像できないレンズ系になってしまう
(図2)。これに対し、両凸の非球面レンズ(R1 =3
3.6,非球面係数をε=0.51,R2 =−211.
0非球面係数ε=−2.0,N=1.4855)を採用
すれば、波面収差λ/20となり、所定のビーム径に結
像できるレンズ系となる。(図3)。通常、波面収差λ
/4以下であれば、理想的なガウシアンビームとして取
り扱って良いとされている。またこの非球面メンズでの
点像分布関数の3次元表示を図4に示すが、良好なガウ
シアンビームが得られている。また図5に示した。3枚
球面レンズで構成した従来の集光レンズと比較しても、
非球面単レンズの波面収差は実用上まったく問題のない
範囲におさまっている。このようにして複数のフイアバ
ーからの集光光学系に非球面レンズを採用することによ
り、その構成枚数を低減することができる。
When four fibers are arranged with a fiber emitting portion and a pitch of 150 μm, the ends of the fiber emit light at points 225 μm away from the center of the optical axis, but a biconvex spherical single lens (R 1 = 35, R 2 = 210, N = 1.
4855) has a wavefront aberration of 5λ, resulting in a lens system that cannot form an image with a predetermined beam diameter (FIG. 2). On the other hand, a biconvex aspherical lens (R 1 = 3
3.6, aspherical surface coefficient is ε = 0.51, R 2 = −211.
If 0 aspherical surface coefficient ε = −2.0, N = 1.4855) is adopted, the wavefront aberration is λ / 20, and the lens system can form an image with a predetermined beam diameter. (Figure 3). Usually wavefront aberration λ
If it is / 4 or less, it can be treated as an ideal Gaussian beam. A three-dimensional display of the point spread function of this aspherical mens is shown in FIG. 4, and a good Gaussian beam is obtained. Also shown in FIG. Compared with the conventional condenser lens composed of three spherical lenses,
The wavefront aberration of the aspherical single lens is within a range that practically causes no problems. In this way, by adopting the aspherical lens in the condensing optical system from the plurality of fiber bars, the number of constituent elements can be reduced.

【0013】なお、図7に示した本発明で使用する非球
面レンズの仕様の実例を示した。
An example of specifications of the aspherical lens used in the present invention shown in FIG. 7 is shown.

【0014】[0014]

【発明の効果】複数のレーザー光を同時に集光する構成
の記録装置において、集光光学系は複数の光源を同時に
集光し結像レンズに入射させる重要な役目を担ってい
る。本発明による複数光源装置は、独立してレーザ光を
出射する複数の光源部と、同光源部の各々に接続してレ
ーザ光を搬送する手段と、複数のレーザ光を集光投影す
る集光光学系と、同集光光学系から投影された複数のレ
ーザ光を記録媒体上に結像する結像光学系からなる装置
において、前記レーザ光搬送手段としてシングルモード
フイアバーを設け、少くとも集光光学系に非球面単レン
ズを設けたことにより、次の効果を有する。
In the recording apparatus having a structure in which a plurality of laser beams are simultaneously condensed, the condensing optical system plays an important role of condensing a plurality of light sources at the same time and making them incident on the imaging lens. The multiple light source device according to the present invention includes a plurality of light source units that independently emit laser light, a means for connecting each of the light source units to convey the laser light, and a light condensing unit that condenses and projects the plurality of laser lights. In an apparatus comprising an optical system and an image forming optical system for forming an image of a plurality of laser beams projected from the same condensing optical system on a recording medium, a single mode fiber bar is provided as the laser beam conveying means, and at least a collecting unit is provided. By providing the aspherical single lens in the optical optical system, the following effects are obtained.

【0015】従来技術では、光軸外での光源から集光す
る際、波面収差をλ/4以下に押さえるためには、球面
組み合わせレンズで2枚組以上の構成が必要であった。
しかし、本発明によると、非球面レンズを採用すること
により、単レンズでも軸外の光源の波面収差をλ/4以
下に押さえることが可能となる。従って、光量の透過効
率が向上し、またコストを低減することができる。
In the prior art, in order to suppress the wavefront aberration to λ / 4 or less when the light is focused from the light source off the optical axis, it is necessary to have two or more spherical combination lenses.
However, according to the present invention, by adopting the aspherical lens, the wavefront aberration of the off-axis light source can be suppressed to λ / 4 or less even with a single lens. Therefore, the transmission efficiency of the amount of light can be improved and the cost can be reduced.

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

【図1】本発明の実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】球面単レンズでの軸外波面収差を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing off-axis wavefront aberration in a spherical single lens.

【図3】非球面単レンズの軸外波面収差を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing off-axis wavefront aberration of an aspherical single lens.

【図4】非球面単レンズでの点像分布関数を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a point spread function of an aspherical single lens.

【図5】3枚組のレンズでの軸外波面収差を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing off-axis wavefront aberration in a set of three lenses.

【図6】従来の球面レンズの仕様を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing specifications of a conventional spherical lens.

【図7】本発明で使用する非球面レンズの仕様を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing specifications of an aspherical lens used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザー 2 シングルモードフアイバー 3 集光レンズ 4 偏向器 5 結像レンズ 6 記録媒体 1 semiconductor laser 2 single mode fiber 3 condenser lens 4 deflector 5 imaging lens 6 recording medium

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 独立してレーザ光を出射する複数の光源
部と、同光源部の各々に接続してレーザ光を搬送する手
段と、複数のレーザ光を集光投影する集光光学系と、同
集光光学系から投影された複数のレーザ光を記録媒体上
に結像する結像光学系とからなる装置において、前記レ
ーザ光搬送手段としてシングルモードフアイバーを設
け、少くとも集光光学系に非球面単レンズを設けたこと
を特徴とする複数光源装置。
1. A plurality of light source units that independently emit laser light, a means that is connected to each of the light source units and conveys the laser light, and a condensing optical system that condenses and projects the plurality of laser lights. An image forming optical system for forming an image of a plurality of laser beams projected from the same condensing optical system on a recording medium, a single mode fiber is provided as the laser beam conveying means, and at least a condensing optical system is provided. A plurality of light source devices, characterized in that an aspherical single lens is provided in the.
JP3256595A 1991-10-03 1991-10-03 Multiple light source unit Withdrawn JPH0593880A (en)

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Effective date: 19990107