コリメータレンズの最小スポット径

質問

顕微鏡のように、コリメートしながら径を縮小できるコリメータレンズがあると思うのですが、その類のコリメータレンズで得られる平行光のスポット径は、現状でどれくらいまで小さくできるのでしょうか？

例えば、レーザープリンターのポリゴンミラーに当てるレーザーは、コリメータレンズでコリメートされつつ1ピクセルの径に縮小されていますが、現状における、その最小の径を知りたいです。

やはり、通常のレンズで集光した場合のように、数百ナノメートルのスポット径を得られるのでしょうか？

回答No.1

inara1 · ベストアンサー

光ディスク（CD/DVD/Blu-ray）のスポットサイズはここ（http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/el/EL2008/slide_hikari04.pdf）の13ページに出ています。ここに出ている w0 はスポットの半径です。

大学の実験でしょうか。半導体レーザとレンズを組み合わせて、なるべく小さな光スポットを作りたいのであれば、資料 [1] の最後のページに、実際の集光レンズで得られるスポット径（スポットサイズ）が出ていますので参考にされるといいでしょう（普通に入手できるレンズでの目安になります）。このスポット径は直径で、レンズの有効径CA全体に一様な強度の平行光が入射したときの値です。一般に、入射ビーム径を D、レンズの焦距離を f0、光の波長をλとしたとき、スポットサイズ w0 は
　　　w0 = k*λ*f0/( π*D )
で表わされます（D が直径なら w0 も直径になります）。資料[1]のスポット径は D = CA としたときのものです。06 GLC 001～005のレンズの場合 k = 3.82～3.84 になっているようです。k の値はレンズの収差や入射光の強度分布で変わります。粗悪なレンズを使うと小さいスポット得られないのでコリメータ・集光用を使ってください（できれば入射光の波長で無反射コーティングが施してあるもの）。

半導体レーザを光源に使うときは、前の質問（http://sanwa.okwave.jp/qa4851085.html）でも触れましたが、出射光の発散角が上下と左右で異なるので、資料 [2] にあるように、出射ビームをコリメートした後、アナモルフィックプリズムを入れて円形ビームに整形する必要があります。集光レンズへの入射光が円形でないと集光スポットが円形にならないからです。

[1]　半導体レーザ用コリメート・集光レンズ（最後のページ）　http://www.mgkk.com/products/pdf/01-15-dlo/0115-3-5.pdf
[2]　半導体レーザから円形コリメート光を作る方法　http://www.mgkk.com/products/01_kougaku/guide/2/2gaussian_03c.html

お礼

ご回答ありがとうございます。
コリメータレンズだと数マイクロメートル程度のスポット径が限界、ということなのでしょうか？