JPS6119019B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6119019B2
JPS6119019B2 JP15137378A JP15137378A JPS6119019B2 JP S6119019 B2 JPS6119019 B2 JP S6119019B2 JP 15137378 A JP15137378 A JP 15137378A JP 15137378 A JP15137378 A JP 15137378A JP S6119019 B2 JPS6119019 B2 JP S6119019B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
optical
hologram
light
diffraction grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP15137378A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5577716A (en
Inventor
Kazuya Matsumoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP15137378A priority Critical patent/JPS5577716A/en
Publication of JPS5577716A publication Critical patent/JPS5577716A/en
Publication of JPS6119019B2 publication Critical patent/JPS6119019B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種の光走査装置に於てスキヤナとし
て用いるに好適な光偏光器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical polarizer suitable for use as a scanner in various optical scanning devices.

光偏向を行う方法として従来よりポリゴンミラ
ーやガルバノミラー等による機械的偏向方法がよ
く用いられている。これらの方法は電気光学結晶
や音響光学結晶等の結晶を用いる偏向方法に比べ
てエネルギー効率・偏向角等の点で勝れており、
今なお多くの装置に於て用いられている。しかし
ながらこれらの方法は偏向スピードが結晶を用い
たものに較べて圧倒的に遅く、高速の像走査を必
要とする記録装置・表示装置には用いる事はでき
ない。偏向スピードの点から言うとガルバノミラ
ーよりもポリゴンミラーの方が一般的に勝れてい
るが、そのポリゴンミラーの場合でも可能な最高
偏向スピードは約1万〜2万rpm位である。
Conventionally, mechanical deflection methods using polygon mirrors, galvano mirrors, etc. have been often used to deflect light. These methods are superior in terms of energy efficiency and deflection angle compared to deflection methods that use crystals such as electro-optic crystals and acousto-optic crystals.
It is still used in many devices. However, these methods have a much slower deflection speed than those using crystals, and cannot be used in recording devices and display devices that require high-speed image scanning. In terms of deflection speed, polygon mirrors are generally superior to galvanometer mirrors, but even with polygon mirrors, the maximum possible deflection speed is about 10,000 to 20,000 rpm.

このスピード限界の理由の一つとしてミラーの
破壊が挙げられる。即ちポリゴンミラーを高速で
回転しその速度を増大していくと回転遠心力に基
づいてミラー自体に作用する内部応力が次第に増
大し何れミラーに破壊を生じる。このミラーの破
壊を可及的に押えて高速回転可能にするための一
手段としてミラーの材料を内部応力の増大に対し
破壊の起りにくい、即ち強度の強い金属等の材料
にする事が考えられる。
One of the reasons for this speed limit is the destruction of the mirror. That is, when a polygon mirror is rotated at a high speed and its speed is increased, the internal stress acting on the mirror itself due to rotational centrifugal force gradually increases, eventually causing the mirror to break. One way to prevent this mirror from breaking as much as possible and make it possible to rotate at high speed is to use a strong metal or other material for the mirror, which is less likely to break due to increased internal stress. .

又もう一つの手段としては比重の小さな軽い材
料を選ぶ事が考えられる。これは遠心力に基づく
内部応力が材料の重さに比例するため軽い材料を
選ぶ程同じ回転数でも内部応力が小さいからであ
る。
Another possibility is to select a light material with a low specific gravity. This is because internal stress based on centrifugal force is proportional to the weight of the material, so the lighter the material chosen, the smaller the internal stress will be at the same rotation speed.

しかしながら上記2つの手段は一般的には相反
し、強度の強い材料程重くなるのが実情である。
However, the above two means are generally contradictory, and the reality is that the stronger the material, the heavier it is.

又ポリゴンミラーを用いる光学走査系、即ちポ
リゴンミラーに平行ビームを入射して偏向させ、
これをf−θレンズで被走査面に結像して走査を
行なう光学系に於てはポリゴンミラーに入射する
ビーム直経dと被走査面に於けるそのビームの結
像スポツト直径δとの間に下記(1)式の関係があ
る。
Also, an optical scanning system using a polygon mirror, that is, a parallel beam is incident on the polygon mirror and deflected,
In an optical system that performs scanning by focusing this image on the surface to be scanned using an f-theta lens, the direct meridian d of the beam incident on the polygon mirror and the diameter δ of the imaging spot of the beam on the surface to be scanned are There is a relationship between them as shown in equation (1) below.

δ=ελf/d ……(1) ε:入射ビームの強度分布で決まる定数 λ:使用する光源の波長 f:f−θレンズの焦点距離 今ここで例えばε=2.44、λ=0.6328μ、f=
300mmとし、ポリゴンミラーに一様な強度分布の
円形ビームを入射して被走査面をδ=100μの結
像スポツトで走査する場合に於ける入射ビームの
必要直径dを上記(1)式により計算するとd=4.63
mmとなる。即ち使用するポリゴンミラーの厚さは
少なくとも上記入射ビーム直径d(=4.63mm)以
上の厚さのものが必要で、このためにミラーは必
然的に体積・重量が大きいものとなりこれが高速
化をさまたげる大きな要因ともなつている。又ポ
リゴンミラーには各ミラー間の倒れ誤差という大
きな問題がある。
δ=ελf/d...(1) ε: Constant determined by the intensity distribution of the incident beam λ: Wavelength of the light source used f: Focal length of the f-θ lens For example, ε=2.44, λ=0.6328μ, f =
Calculate the required diameter d of the incident beam using the above formula (1) when the scanning surface is scanned with an imaging spot of δ = 100μ by inputting a circular beam with a uniform intensity distribution into the polygon mirror with a diameter of 300mm. Then d=4.63
mm. In other words, the thickness of the polygon mirror used needs to be at least as thick as the incident beam diameter d (=4.63 mm) mentioned above, and for this reason, the mirror inevitably has a large volume and weight, which hinders speeding up. It is also a major factor. Furthermore, polygon mirrors have a major problem of tilting errors between mirrors.

上記のようなポリゴンミラーの問題点を解決し
た偏向器として例えばAppl、Opt、Vol6、No9、
1531(’67)にホログラフイツク偏向器が提案さ
れている。この技術は第1図に示すように点像を
記像したホログラム板101を回転軸102を中
心に回転させ、それにより入射光束103を偏向
させるものである。ホログラム板101に入射す
る光束103はホログラムにより回折され走査光
束104,104となり、さらにそれらは回
転運動する点像105,105を再生する。
これら点像の運動軌跡は円軌跡105となる。
Examples of deflectors that solve the above problems with polygon mirrors include Appl, Opt, Vol6, No9,
A holographic deflector was proposed in 1531 ('67). In this technique, as shown in FIG. 1, a hologram plate 101 on which a point image is recorded is rotated about a rotation axis 102, thereby deflecting an incident light beam 103. A light beam 103 incident on the hologram plate 101 is diffracted by the hologram to become scanning light beams 104 1 and 104 2 , which further reproduce rotating point images 105 1 and 105 2 .
The locus of movement of these point images becomes a circular locus 105.

この軌跡105を面内に含むような曲面106
または平面107上で点像105,105
動きを観測すると、それは曲面106内では直線
走査、平面107内では第2図に示すように円弧
走査105′となる。
A curved surface 106 that includes this locus 105 within its surface
Or, when the movement of the point images 105 1 and 105 2 is observed on the plane 107, it becomes a straight line scan within the curved surface 106, and an arc scan 105' within the plane 107 as shown in FIG.

光偏向器に使つた画像記録または表示において
は一般にこのような曲面走査または円弧走査が好
ましいものではなく、平面内の直線走査が望まし
い。
In image recording or display using an optical deflector, such curved surface scanning or circular arc scanning is generally not preferred, and straight line scanning within a plane is preferred.

本発明は同じくホログラフイツク偏向器に属す
るものであるが、従来のホログラフイツク偏向器
を改善して平面直線走査を行うことを可能にする
ことを目的とする。
The present invention also pertains to holographic deflectors, but it is an object of the present invention to improve the conventional holographic deflectors so that they can perform planar linear scanning.

またホログラフイツク偏向器の特長を活かし、
従来のポリゴンミラーの最大の問題である各ミラ
ー間の倒れ誤差の問題を解決するものである。
In addition, by taking advantage of the features of the holographic deflector,
This solves the problem of tilting errors between mirrors, which is the biggest problem with conventional polygon mirrors.

さらに本発明はエンボスの技術により量産が可
能である偏向器を得ることを目的とする。
A further object of the present invention is to obtain a deflector that can be mass-produced using embossing technology.

本発明は、光導波路と、前記光導波路を導波路
面に略垂直な回転軸を中心に回転する手段と、前
記導波路の前記回転軸を中心とした円周上に配設
され、各々格子の配列方向が異なる複数の回折格
子とを有し、前記光導波路の一部に照射された光
ビームが前記いずれかの回折格子によつて回折さ
れた導波路内を伝播して導波路端面より出射し、
該出射光が前記光導波路の回転に伴なつて偏向す
るように構成された光偏向器、である。
The present invention provides an optical waveguide, a means for rotating the optical waveguide around a rotation axis substantially perpendicular to the waveguide surface, and a grating arranged on a circumference around the rotation axis of the waveguide, each of which has a grating. and a plurality of diffraction gratings arranged in different directions, and a light beam irradiated onto a part of the optical waveguide is diffracted by one of the diffraction gratings and propagates through the waveguide, and is then propagated from the end face of the waveguide. Emits,
An optical deflector configured to deflect the emitted light as the optical waveguide rotates.

つまり、本願発明は軽量・薄型の光導波路を導
波路面に垂直な回転軸を中心に回転せしめること
によつて空気抵抗及び内部応力を抑え、高速回転
にも耐え得る構成とし、更に該光導波路に光ビー
ムを導入する回折格子を前記回転軸を中心として
円周上に複数配設することによつて高速な平面直
線走査を可能とするものである。
In other words, the present invention suppresses air resistance and internal stress by rotating a lightweight and thin optical waveguide around a rotation axis perpendicular to the waveguide surface, and has a configuration that can withstand high-speed rotation. By arranging a plurality of diffraction gratings around the rotation axis on the circumference for introducing a light beam into the surface, high-speed planar linear scanning is possible.

第3〜6図は本発明の第1実施例を示すもの
で、10はホログラムで、グレイテイング部
(Grating回折格子)11と導波路部12より成
る。光源2から出てコリメート光学系3でコリメ
ートされた光ビーム13はグレーテイング11に
入射すると回折を起し進路を曲げられて導波路1
2内を伝ぱんしてホログラム板端面14へ達す
る。端面14からの出射光15はホログラム10
を軸16を中心に回転する事により偏向され、結
像レンズ17(第6図)で被走査部材19面に結
像されて被走査面の走査が行われる。
3 to 6 show a first embodiment of the present invention, in which 10 is a hologram, which is composed of a grating section (Grating diffraction grating) 11 and a waveguide section 12. FIG. When the light beam 13 that has been emitted from the light source 2 and collimated by the collimating optical system 3 enters the grating 11, it is diffracted and its path is bent, leading to the waveguide 1.
2 and reaches the end face 14 of the hologram plate. Outgoing light 15 from end face 14 is hologram 10
The beam is deflected by rotating around the axis 16, and an image is formed on the surface of the member to be scanned 19 by the imaging lens 17 (FIG. 6), thereby scanning the surface to be scanned.

第5図はグレイテイング11による回折現象を
示すもので、グレイテイング11はプレイズ型グ
レイテイング(blazed Grating)から成る。即ち
グレイテイング11のピツチpとグレイテイング
11の傾角αとから回折の+1次または高次の方
向へエネルギーが集中する様に作製されたもので
ある。従つて高効率のエネルギーの変換が行え
る。この様な表面形状のグレイテイングは機械加
工、フオトエツチング、イオンエツチング等の方
法によりマスターとなるべき型が作られ、レプリ
カ(rePlica)としてモールドで量産される。従
つて大量に作つた場合、1個当りのコストは相当
に安くなる。レプリカ材料としてはエポキシ材、
アクリル材等が利用できる。
FIG. 5 shows a diffraction phenomenon caused by the grating 11, and the grating 11 is a blazed grating. That is, it is manufactured so that energy is concentrated in the +1st order or higher order direction of diffraction from the pitch p of the grating 11 and the inclination α of the grating 11. Therefore, highly efficient energy conversion can be performed. For gratings with such surface shapes, a master mold is created using methods such as machining, photo etching, and ion etching, and then mass-produced as a replica (rePlica) using a mold. Therefore, when produced in large quantities, the cost per unit becomes considerably low. Epoxy material is used as a replica material.
Acrylic material etc. can be used.

このプレイズド型グレイテイングによる回折効
率は80%程度のものが得られているが、更に効率
を上げる事が可能である。
Diffraction efficiency of approximately 80% has been obtained using this pre-grained grating, but it is possible to further increase the efficiency.

また、レプリカ法によらない場合には、上記ホ
ログラム10としてはホトレジスト材が適当であ
る。
Furthermore, if the replica method is not used, a photoresist material is suitable for the hologram 10.

グレイテイング部11で方向をかえられた光ビ
ーム13は導波路部12内をその導波路部12の
厚さt(第5図)が数μのものでは低次モードの
ウエーブガイドとして、又数mmのものでは全反射
で進行する。
The light beam 13 whose direction has been changed by the grating section 11 travels within the waveguide section 12 as a waveguide for lower-order modes when the thickness t (Fig. 5) of the waveguide section 12 is several microns. In the case of mm, the light travels by total internal reflection.

従つてホログラム10を支持するベース材18
はホログラム10の構成材料の屈折率より低い屈
折率より成る材料でなければならない。ベース材
18をかかる材料で作りホログラム10をホール
ドすればよいわけであるが、高速で回転して用い
る場合にはベース材18は金属の方がよい。但し
この場合は金属ベース材18とホログラム10の
間に低屈折率の光学薄膜層を設ける必要がある。
該薄膜層はホログラム10を金属ベース材18に
接着する接着剤を兼用しても良い。
Therefore, the base material 18 supporting the hologram 10
must be made of a material having a refractive index lower than that of the constituent material of the hologram 10. The base material 18 can be made of such a material to hold the hologram 10, but if the base material 18 is to be rotated at high speed and used, it is better to make the base material 18 metal. However, in this case, it is necessary to provide an optical thin film layer with a low refractive index between the metal base material 18 and the hologram 10.
The thin film layer may also serve as an adhesive for bonding the hologram 10 to the metal base material 18.

またプレイズド回折格子11を第16図に示す
ように導波路12の下面に設けても良い。この場
合には回折格子11は反射型で使用されるので、
回折格子11の表面及び導波路面にAl等の反射
膜26を施した方が良い。この導波路は基盤18
に接着されている。
Further, a plased diffraction grating 11 may be provided on the lower surface of the waveguide 12 as shown in FIG. In this case, since the diffraction grating 11 is used as a reflective type,
It is better to apply a reflective film 26 such as Al on the surface of the diffraction grating 11 and the waveguide surface. This waveguide is the base 18
is glued to.

また、プレイズド型の回折格子の代わりに体積
型回折格子のホログラムも利用できる。
Further, a hologram of a volume type diffraction grating can be used instead of a plased type diffraction grating.

即ち本発明は回折格子構造11をもつ光導波路
12を回転させて光束13を偏向させるもので高
いエネルギー効率で光偏向でき、ホログラム10
としては厚さが数μ〜数100μであればよく、前
後のポリゴンミラーの場合に必要なビーム径(直
径)を満たす厚さはもはや必要としない。
That is, the present invention rotates an optical waveguide 12 having a diffraction grating structure 11 to deflect a light beam 13, and can deflect light with high energy efficiency.
As such, the thickness may be from several μ to several 100 μ, and the thickness that satisfies the beam diameter (diameter) required for the front and rear polygon mirrors is no longer required.

ただベース材18は回転時のホログラム10の
変形防止等のため必要である。しかしその厚さは
全体の直径により異なるけれども数mmあればよく
(ポリゴンミラーの場合もポリゴンをホールドす
る金物は必要である)。光偏向器全体としての厚
さも圧倒的に薄く、軽量のものとなる。以上の様
にして構成されたホログラム10は軸16を中心
に多角形状(第3図例は八面体)に配置されて全
体1個の光偏向器1として構成される。上記配置
がN面体であるとすると、これによる光偏向角
(全角)βは β=2π/N(rad) ……(2) となる。
However, the base material 18 is necessary to prevent deformation of the hologram 10 during rotation. However, although its thickness varies depending on the overall diameter, it only needs to be a few millimeters (even in the case of polygon mirrors, metal fittings to hold the polygons are required). The thickness of the optical deflector as a whole is also overwhelmingly thin and lightweight. The hologram 10 constructed as described above is arranged in a polygonal shape (an octahedron in the example in FIG. 3) around the axis 16, and is constructed as a single optical deflector 1 as a whole. Assuming that the above arrangement is an N-hedron, the resulting light deflection angle (full angle) β is β=2π/N (rad) (2).

第6図はかかる光偏向器1を像走査装置に用い
た例を示すものである。即ち光偏向器1からの出
射偏向光15はレンズ17により感光ドラム19
上にスポツト20を結ぶ。モータ21の駆動によ
り光偏向器1は軸16を中心に回転し主走査方向
の走査が行われ、感光ドラム、(被走査部材)1
9の回転により副走査方向の走査が行われ、2次
元画像がドラム19の面上に形成される。
FIG. 6 shows an example in which such an optical deflector 1 is used in an image scanning device. That is, the output deflected light 15 from the optical deflector 1 is directed to the photosensitive drum 19 by the lens 17.
Tie spot 20 on top. Driven by the motor 21, the optical deflector 1 rotates around the shaft 16 to perform scanning in the main scanning direction, and the photosensitive drum (scanned member) 1
9 performs scanning in the sub-scanning direction, and a two-dimensional image is formed on the surface of the drum 19.

レンズ17は内部にシリンドリカルレンズを含
むアナモフイツク系である。即ち光偏向器1から
の出射光15は、ホログラム10のグレイテイン
グ11が本実施例では平行な直線群であるから、
偏向ビームの走査平面上即ち軸16に垂直な平面
内では平行光である(第3図)。しかし走査平面
に垂直な方向に対しては入射光束13が圧縮され
ホログラム10の端面14を二次光源とする発散
光となる(第4図)。
The lens 17 is of an anamorphic type that includes a cylindrical lens inside. That is, since the gratings 11 of the hologram 10 are a group of parallel straight lines in this embodiment, the emitted light 15 from the optical deflector 1 is
In the scanning plane of the deflected beam, that is, in the plane perpendicular to the axis 16, it is parallel light (FIG. 3). However, in the direction perpendicular to the scanning plane, the incident light beam 13 is compressed and becomes a diverging light whose secondary light source is the end face 14 of the hologram 10 (FIG. 4).

従つて結像光学系としてはこの出射光15を被
走査部材19面上に直線的に、且つ円形スポツト
20として結像するものである必要がある。その
ような光学系は走査面及びそれに垂直な方向とで
パワーの異なるアナモフイツク光学系を設計する
事により容易に得られる。
Therefore, the imaging optical system must form an image of the emitted light 15 linearly onto the surface of the scanned member 19 as a circular spot 20. Such an optical system can be easily obtained by designing an anamorphic optical system that has different powers in the scanning plane and in the direction perpendicular thereto.

又走査面に垂直な面に対しては出射光15は先
に述べた如くホログラム10の端面14を二次光
源としており偏向器の回転により移動し、これが
平面でなく円形に移動する。このためこの方向に
対しては有限物点に対する収差補正と同時に、像
面上でフラツトな走査になる様に像面彎曲の補正
も行わねばならない。しかしこれは三次の収差論
のベツツヴアル(Petzval)和をコントロールす
る事により容易に得られる。
Furthermore, with respect to a plane perpendicular to the scanning plane, the emitted light 15 uses the end face 14 of the hologram 10 as a secondary light source, as described above, and is moved by the rotation of the deflector, so that it moves not in a plane but in a circle. Therefore, in this direction, it is necessary to correct the aberration for the finite object point and at the same time to correct the curvature of field so that the scanning is flat on the image plane. However, this can be easily obtained by controlling the Petzval sum of third-order aberration theory.

このようにして本発明のホログラフイツク偏向
器1では平行直線走査が可能となる。
In this way, the holographic deflector 1 of the present invention enables parallel linear scanning.

また上述したようにホログラム偏向器1の射出
端面14と被走査部材19面上の走査線22は偏
向器1の垂直方向には結像関係となるため各ホロ
グラム10のグレイテイング11のピツチが互い
に多少異つていても出射光15の垂直方向の方向
ずれとして影響するだけで、結像した円形スポツ
ト20の、走査線22と垂直な方向の移動にはな
らない。
Furthermore, as described above, the exit end surface 14 of the hologram deflector 1 and the scanning line 22 on the surface of the scanned member 19 have an imaging relationship in the vertical direction of the deflector 1, so that the pitches of the gratings 11 of each hologram 10 are different from each other. Even if there is a slight difference, it only affects the vertical direction deviation of the emitted light 15, but does not cause the imaged circular spot 20 to move in the direction perpendicular to the scanning line 22.

従つて本発明のホログラム偏向器においては、
ホログラム10の導波路部12の平面性が維持さ
れている限りにおいては従来の偏向器(ポリゴ
ン、ホログラム偏向器)に見られる各走査線間の
ずれは生じない。
Therefore, in the hologram deflector of the present invention,
As long as the planarity of the waveguide portion 12 of the hologram 10 is maintained, the deviation between each scanning line that occurs in conventional deflectors (polygon, hologram deflectors) does not occur.

導波路部12の厚みtは、得たい走査点像20
の大きさδyとアナモフイツクレンズ17の縦方
向の倍率myで決まり、 t=δy/my ……(3) で与えられる。例えばδy=100μm、my=5の
とき、t=20μmになる。
The thickness t of the waveguide section 12 is the scanning point image 20 to be obtained.
It is determined by the size δ y of the anamorphic lens 17 and the vertical magnification m y of the anamorphic lens 17, and is given by t=δ y /m y (3). For example, when δ y =100 μm and m y =5, t=20 μm.

また、点像20の横方向の大きさδxは入射光
束13の横方向の径dxとアナモフイツクレンズ
17の横方向の焦点距離fxで決まり、 δx=ελfx/dx ……(4) ε:ビームの強度分布で決まる定数 λ:使用する光源の波長 上記の(3)、(4)式より点像20の形状が円形となる
ための条件は 入射光束13の横方向の直径dx=ελfx/tmy ……(5) となる。
Further, the lateral size δ x of the point image 20 is determined by the lateral diameter d x of the incident light beam 13 and the lateral focal length f x of the anamorphic lens 17, and δ x = ελf x /d x ... ...(4) ε: Constant determined by the beam intensity distribution λ: Wavelength of the light source used From equations (3) and (4) above, the conditions for the shape of the point image 20 to be circular are as follows: The horizontal direction of the incident light beam 13 The diameter d x =ελf x /tm y ...(5).

例えばfx=300mm、λ=0.6328μm、tmy=100
μm、ε=2.44のときdx=4.63mmである。
For example, f x = 300 mm, λ = 0.6328 μm, tm y = 100
When μm and ε=2.44, d x =4.63 mm.

以上第3〜6図の実施例では回折格子構造とし
て平行格子線格子11を用いたため、射出端面1
4からは走査面内で平行光束15(第3図)が射
出していた。これに対して第7〜9図に示す第2
実施例のホログラム10は回折格子線11′を曲
線群格子線としたもので、この場合はホログラム
10の導波路12内を射出端面14に向つて伝ぱ
んした回折光は射出端面14でいつたん結像し、
これを二次点光源2′として発散光束15′で出射
する。従つてこの場合の結像レンズ17′はその
二次点光源2′を被走査部材面上に結像すればよ
く、前述のアナモフイツク光学系は必要でなくな
り通常の球面系レンズで良い。但し、走査される
二次光源2′は軸16を中心とする円形状の軌跡
を描くため被走査部材面上で平面走査するために
は像面彎曲の補正を前述の場合と同様行う必要が
ある。なおこの第2実施例の場合の偏向器1の形
状は図示例のような円形が望ましい。
In the embodiments shown in FIGS. 3 to 6, the parallel grating 11 is used as the diffraction grating structure, so the exit end face 1
4, a parallel light beam 15 (FIG. 3) was emitted within the scanning plane. In contrast, the second
In the hologram 10 of the embodiment, the diffraction grating lines 11' are curve group grating lines, and in this case, the diffracted light propagating within the waveguide 12 of the hologram 10 toward the exit end face 14 is reflected at the exit end face 14. imaged,
This is used as a secondary point light source 2' and is emitted as a diverging light beam 15'. Therefore, the imaging lens 17' in this case only needs to form an image of the secondary point light source 2' on the surface of the scanned member, and the above-mentioned anamorphic optical system is no longer necessary, and an ordinary spherical lens may be used. However, since the secondary light source 2' to be scanned draws a circular locus centered on the axis 16, it is necessary to correct the field curvature in the same way as in the above case in order to perform a plane scan on the surface of the scanned member. be. Note that the shape of the deflector 1 in this second embodiment is preferably circular as shown in the illustrated example.

上記収れん作用をもつ回折格子11′の形状は
ホログラム10の射出端面14を中心とする同心
円弧状のパターンをしており、そのピツチは一定
である。また、この格子線11′を第5図示のよ
うなプレイズド格子にする場合にもそのプレイズ
ド角αは一定で良い。但し、このような一定ピツ
チ、一定プレイズド角の円弧格子線11′の回折
格子では回折格子面の垂直方向には結像作用を持
たない。しかしこの垂直方向には導波路部12が
薄いのでこの中に光束はとじ込められて圧縮され
た形状となる。
The shape of the diffraction grating 11' having the converging function is a concentric arc pattern centered on the exit end face 14 of the hologram 10, and the pitch thereof is constant. Further, even when the grating lines 11' are made into a plased grating as shown in FIG. 5, the plased angle α may be constant. However, such a diffraction grating with arcuate grating lines 11' having a constant pitch and a constant prestressed angle does not have an imaging effect in the direction perpendicular to the diffraction grating plane. However, since the waveguide section 12 is thin in this vertical direction, the light beam is confined therein, resulting in a compressed shape.

垂直方向にも収れん作用をもつ回折格子として
は球面波と平面波の干渉により作られたホログラ
ムを利用することもできる。この場合の格子線は
偏軸フレネルゾーンプレイト(Fresnelzone
plate)と同じになる。ホログラムを利用する場
合にはボリユーム(Volume)型のホログラムが
効率の点で望ましい。
A hologram created by interference between a spherical wave and a plane wave can also be used as a diffraction grating that also has a convergence effect in the vertical direction. The grid lines in this case are off-axis Fresnel zone plates (Fresnelzone
plate). When using a hologram, a volume type hologram is preferable in terms of efficiency.

第10図はボリユーム型のホログラム10の断
面を示したものである。ボリユーム型とは乳剤層
(例えばダイクロメイテドゼラチン)の厚さ方向
に対して屈折率の異る層11″を作り、この層1
1″により入射光13がブラツグ(Bragg)の条
件をみたす時反射される。この形式は前述のプレ
イズド型の格子線11,11′にくらべてレプリ
カ方式での量産はできないが、適当な設備を作れ
ば低コストに作りうる。これはあらかじめベース
層に感材(例えばフオトポリマー等)を塗布して
おき、レーザ干渉法によりグレイテイングを作り
しかるのち現像処理を行う事により得られる。
FIG. 10 shows a cross section of a volume type hologram 10. The volume type is a layer 11'' that has a different refractive index in the thickness direction of the emulsion layer (e.g. dichromated gelatin).
1'', the incident light 13 is reflected when it satisfies the Bragg condition.This type cannot be mass-produced using a replica method compared to the previously mentioned plazed type grid lines 11 and 11', but it is possible to do so by using appropriate equipment. This can be done at low cost by coating the base layer with a sensitive material (such as a photopolymer) in advance, creating gratings using laser interferometry, and then performing a development process.

第11,12図は第3実施例を示すものでホロ
グラム10の導波路12にジオメステイツクスレ
ンズ23を形成して集れんスポツトを得るように
したもので、ブレイズドグレイテイング11の形
状は直線・等ピツチで傾角も一定のものでよい。
このグレイテイング11の作製は先の同心のもの
11′に較べて容易である。収れん作用はジオメ
ステイツクレンズ23により行なわれる。ジオメ
ステイツクレンズ23は導波路12に鋼球を押し
つけて凹面の型を形成したもので、かかる導波路
12に平行光が入射した場合これを一点に収れん
させる作用を有す。
11 and 12 show a third embodiment, in which a geometry lens 23 is formed in the waveguide 12 of the hologram 10 to obtain a convergence spot, and the shape of the blazed grating 11 is a straight line.・Even pitch and constant angle of inclination are sufficient.
This grating 11 is easier to manufacture than the concentric grating 11'. The astringent action is carried out by a geometries cleanse 23. The geometry lens 23 is formed by pressing a steel ball against the waveguide 12 to form a concave mold, and has the function of converging parallel light incident on the waveguide 12 to a single point.

第13〜15図は光偏向器1をシート状偏向器
にまとめた第4実施例を示すもので、本発明光偏
向器の特徴である厚さを薄くできることを最大に
活かし、かつホログラム10を可撓性材料で作
り、高速回転により平面性を保持するものであ
る。この実施例では特に駆動系を簡略化できる。
13 to 15 show a fourth embodiment in which the optical deflector 1 is combined into a sheet-like deflector, which takes full advantage of the ability to reduce the thickness, which is a feature of the optical deflector of the present invention, and the hologram 10. It is made of flexible material and maintains flatness through high-speed rotation. In this embodiment, the drive system can be particularly simplified.

本実施例のホログラム10は第14,15図に
示すように収束型グレイテイング11′が10μ〜
100μ程度の厚みの可撓性基盤(substrate)24
上に作られている。可撓性材料としては延び率の
小さいもの、例えばポリエチレングリコールテレ
フタレート(商品名マイラー)等が望ましい。
As shown in FIGS. 14 and 15, the hologram 10 of this embodiment has a convergence type grating 11' of 10μ to
Flexible substrate 24 with a thickness of about 100μ
made on top. The flexible material is preferably one with a small elongation, such as polyethylene glycol terephthalate (trade name: Mylar).

ホログラム10を形成する1つの方法は基盤2
4の表面にホトレジストを塗布しそれに二光束干
渉縞を記録し現像することにより得ることであ
る。また大量に作る場合にはエポキシのレプリカ
法(詳しくはOptical Engineering、vol15、
No5、P435(1976)に記載有り)で作ることもで
きる。本実施例では基盤24自体を導波路12と
して利用できるため先の実施例のように高・低二
種類の屈折率の材料で導波路を作る必要はない。
One way to form hologram 10 is to form substrate 2
It is obtained by applying photoresist to the surface of 4, recording two-beam interference fringes on it, and developing it. In addition, when manufacturing in large quantities, the epoxy replica method (for details, see Optical Engineering, vol. 15,
No.5, P435 (1976)) can also be made. In this embodiment, the substrate 24 itself can be used as the waveguide 12, so there is no need to make the waveguide using materials with two types of refractive indexes, high and low, as in the previous embodiment.

このホログラムシート10を回転軸16に取付
け、モータ21により高速回転させる。ホログラ
ムシート10の下方にはバツクプレート25が設
けられており、このプレート25の中心附近には
マニホールド(通気穴)25′が開いている。ホ
ログラムシート10をモータ21により回転させ
ると上記マニホールド25′から空気が吸引され
ホログラムシート10とプレート25間を流れ大
気圧とのバランスでホログラムシート10を平面
状態に保持する(第13図鎖線)。そしてホログ
ラムシート10の外周端面からは走査された二次
光源が得られる。
This hologram sheet 10 is attached to a rotating shaft 16 and rotated at high speed by a motor 21. A back plate 25 is provided below the hologram sheet 10, and a manifold (ventilation hole) 25' is opened near the center of this plate 25. When the hologram sheet 10 is rotated by the motor 21, air is sucked from the manifold 25', flows between the hologram sheet 10 and the plate 25, and maintains the hologram sheet 10 in a flat state in balance with atmospheric pressure (dashed line in FIG. 13). A scanned secondary light source is obtained from the outer peripheral end surface of the hologram sheet 10.

この実施例では回転する部材10の重量を非常
に軽量化できモータ21に対する負荷を低減でき
るとともに、回転軸16と回転部材10の直角出
し精度も大幅にゆるめることができ、大幅なコス
トダウンが可能になる。
In this embodiment, the weight of the rotating member 10 can be significantly reduced, the load on the motor 21 can be reduced, and the accuracy of perpendicularity between the rotating shaft 16 and the rotating member 10 can be greatly relaxed, resulting in a significant cost reduction. become.

なお以上の各実施例に於て光源2が半導体レー
ザの場合、射出光束15,15′はストライプに
対する方向で配向角が異なるが、本発明の実施に
際しては配向角が狭い方向(ストライプ方向)を
回転軸16からの放射方向と一致させるようにし
た方や良い。それは導波路12に光を導く際に導
波方向の光束径dyが小さいほど回折格子部での
多重回折が少なく導入時のエネルギーロスが少な
いからである。
In each of the above embodiments, when the light source 2 is a semiconductor laser, the emitted light beams 15 and 15' have different orientation angles depending on the direction with respect to the stripe, but when implementing the present invention, the direction in which the orientation angle is narrower (stripe direction) is It is better to match the radiation direction from the rotating shaft 16. This is because when guiding light to the waveguide 12, the smaller the beam diameter dy in the waveguide direction, the less multiple diffraction occurs at the diffraction grating portion, and the less energy loss occurs during introduction.

尚、第3〜6図例のものは前述したように光偏
向器1からの出射光15は走査平面に垂直な方向
に於ては通常第4図示のように光導波路端面14
を二次光源とする発散光となるので、結像光学系
17(第6図)としては走査面内及びそれと垂直
な方向とではパワーの異なるアナモフイツク光学
系を用いるものであるが、この場合に於て第17
図示のように回折格子11で回折された回折光1
3が光導波路12内を反射しながら光導波路端面
14へ達する間に於ける反射繰り返し回数が少な
くなるように光導波路12の厚さtを適当に厚く
する(或は厚さtを走査部材19面に於ける分離
能の大きさより大きくなる)ことにより回折光1
3は相互の平行度を略保持して光導波路12内を
伝ぱんして端面14へ達するので端面14からの
出射光15は走査平面に垂直な方向に於ても略平
行光線として出射する。従つてこの場合の結像光
学系は前述のようなアナモフイツク光学系である
必要はなく通常の球面系レンズでよい。又光導波
路12の端面14を図のように斜めに切り落した
面にすることによりその出射光15の出射方向を
走査平面に略平行な方向にさせることが出来る。
In the examples of FIGS. 3 to 6, as described above, the emitted light 15 from the optical deflector 1 normally passes through the optical waveguide end face 14 as shown in FIG. 4 in the direction perpendicular to the scanning plane.
Since this is a diverging light with a secondary light source of 17th
Diffracted light 1 diffracted by a diffraction grating 11 as shown in the figure
The thickness t of the optical waveguide 12 is appropriately increased so that the number of repetitions of reflection during the time when the optical waveguide 3 reaches the optical waveguide end face 14 while being reflected within the optical waveguide 12 is appropriately increased (or the thickness t is increased by increasing the thickness t of the scanning member 19 The diffracted light 1
Since the light beams 3 propagate within the optical waveguide 12 and reach the end face 14 while maintaining their mutual parallelism, the light 15 emitted from the end face 14 is emitted as a substantially parallel light beam even in the direction perpendicular to the scanning plane. Therefore, the imaging optical system in this case does not need to be an anamorphic optical system as described above, but may be an ordinary spherical lens. Further, by making the end surface 14 of the optical waveguide 12 a surface cut off obliquely as shown in the figure, the direction of the emitted light 15 can be made substantially parallel to the scanning plane.

以上の説明で明かなように本発明は光導波膜1
2に回折格子構造11を持たせ、それにより光束
13を導波膜12に導くとともに、その光導波膜
を回転させて導波膜12の端面14から射出され
る光束を偏向させるようにしたから、 (1) 偏向器を薄型化でき、駆動系の負荷を低減で
きる。
As is clear from the above explanation, the present invention is directed to the optical waveguide film 1.
2 has a diffraction grating structure 11, which guides the light beam 13 to the waveguide film 12, and rotates the optical waveguide film to deflect the light flux emitted from the end face 14 of the waveguide film 12. (1) The deflector can be made thinner and the load on the drive system can be reduced.

(2) 従来のホログラム偏向器と異なり、平面内の
直線走査が可能である。
(2) Unlike conventional hologram deflectors, linear scanning within a plane is possible.

(3) レプリカ法で多量に生産でき大幅なコストダ
ウンが可能である。
(3) Large quantities can be produced using the replica method and costs can be significantly reduced.

(4) 本質的に従来のポリゴンミラースキヤナーに
あつた面倒れ誤差をもたず、高精度の走査がで
きる。
(4) It essentially does not have the surface tilt error that conventional polygon mirror scanners have, and can perform highly accurate scanning.

(5) シート状のホログラムでも安定な走査ができ
大幅なコストダウンが可能である。
(5) Even sheet-like holograms can be scanned stably, allowing for significant cost reductions.

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

第1,2図は従来のホログラフイツク偏向器を
説明するもので、第1図は斜面図、第2図は点像
の運動軌跡図、第3図乃至第6図は本発明の第1
実施例を示すもので、第3図は斜面図、第4図は
断面図、第5図は拡大断面図、第6図は被走査部
材を走査している状態の斜面図、第7図乃至第9
図は第2実施例を示すもので、第7図は斜面図、
第8図は平面図、第9図は断面図、第10図はボ
リユーム型ホログラム板の拡大断面図、第11,
12図は第3実施例を示すもので、第11図は断
面図、第12図は平面図、第13図乃至第15図
は第4実施例を示すもので、第13図は断面図、
第14図はホログラム板のみの断面図、第15図
はホログラム板の平面図である。第16図は第5
図例の変形例の拡大断面図、第17図は同じく他
の変形例の拡大断面図である。 10はホログラム板、11,11′,11″は回
折格子(グレイテイング)、12は光導波路、1
6は回転軸、13は入射光、15,15′は出射
光、17,17′は結像光学系、19は被走査部
材、20は結像スポツト。
1 and 2 illustrate a conventional holographic deflector. FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a point image movement locus diagram, and FIGS.
3 is a perspective view, FIG. 4 is a sectional view, FIG. 5 is an enlarged sectional view, FIG. 6 is a perspective view of a scanned member being scanned, and FIGS. 9th
The figure shows the second embodiment, and FIG. 7 is a slope view;
8 is a plan view, FIG. 9 is a sectional view, FIG. 10 is an enlarged sectional view of the volume type hologram plate, 11th,
12 shows a third embodiment, FIG. 11 is a sectional view, FIG. 12 is a plan view, and FIGS. 13 to 15 are a fourth embodiment, in which FIG. 13 is a sectional view,
FIG. 14 is a sectional view of only the hologram plate, and FIG. 15 is a plan view of the hologram plate. Figure 16 is the fifth
FIG. 17 is an enlarged sectional view of a modified example of the illustrated example, and FIG. 17 is an enlarged sectional view of another modified example. 10 is a hologram plate, 11, 11', 11'' are diffraction gratings (gratings), 12 is an optical waveguide, 1
6 is a rotating shaft, 13 is incident light, 15 and 15' are output lights, 17 and 17' are imaging optical systems, 19 is a member to be scanned, and 20 is an imaging spot.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光導波路と、前記光導波路を導波路面に略垂
直な回転軸を中心に回転する手段と、前記導波路
の前記回転軸を中心とした円周上に配設され、
各々格子の配列方向が異なる複数の回折格子とを
有し、前記光導波路の一部に照射された光ビーム
が前記いずれかの回折格子によつて回折された導
波路内を伝播して導波路端面より出射し、該出射
光が前記光導波路の回転に伴なつて偏向するよう
に構成された光偏向器。 2 回折格子は集光作用もつように曲線群の格子
線から成る特許請求の範囲1項記載の光偏向器。 3 回折格子は等ピツチ・等傾角のブレイズド型
回折格子である特許請求の範囲1項記載の光偏向
器。 4 回折格子は同心円弧の等ピツチ・等傾角のブ
レイズド型回折格子である特許請求の範囲1項記
載の光偏向器。 5 光導波路は薄い可撓性材料で作られている特
許請求の範囲1項記載の光偏向器。
[Scope of Claims] 1. an optical waveguide, a means for rotating the optical waveguide around a rotational axis substantially perpendicular to the waveguide surface, and a means for rotating the optical waveguide around a rotational axis substantially perpendicular to the waveguide surface; ,
It has a plurality of diffraction gratings each having a different arrangement direction of the gratings, and a light beam irradiated onto a part of the optical waveguide is diffracted by one of the diffraction gratings and propagates within the waveguide. An optical deflector configured to emit light from an end face and deflect the emitted light as the optical waveguide rotates. 2. The optical deflector according to claim 1, wherein the diffraction grating comprises grating lines of a group of curves so as to have a light focusing function. 3. The optical deflector according to claim 1, wherein the diffraction grating is a blazed diffraction grating of equal pitch and equal tilt angle. 4. The optical deflector according to claim 1, wherein the diffraction grating is a blazed diffraction grating having concentric arcs of equal pitch and equal inclination. 5. The optical deflector according to claim 1, wherein the optical waveguide is made of a thin flexible material.
JP15137378A 1978-12-06 1978-12-06 Light deflector Granted JPS5577716A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15137378A JPS5577716A (en) 1978-12-06 1978-12-06 Light deflector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15137378A JPS5577716A (en) 1978-12-06 1978-12-06 Light deflector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5577716A JPS5577716A (en) 1980-06-11
JPS6119019B2 true JPS6119019B2 (en) 1986-05-15

Family

ID=15517132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15137378A Granted JPS5577716A (en) 1978-12-06 1978-12-06 Light deflector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5577716A (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH071348B2 (en) * 1985-08-14 1995-01-11 富士通株式会社 Laser optical scanning device
JPH071345B2 (en) * 1985-11-11 1995-01-11 富士通株式会社 Laser optical scanning device
JPH07120478B2 (en) * 1989-12-01 1995-12-20 ニッタン株式会社 Scattered light smoke detector
JP2517147B2 (en) * 1990-03-26 1996-07-24 松下電器産業株式会社 Optical coupling device
US5546201A (en) * 1994-12-20 1996-08-13 Xerox Corporation Double bounce passive facet tracking with a reflective diffraction grating on a flat facet
JP2002169010A (en) * 2000-12-04 2002-06-14 Minolta Co Ltd Diffraction optical element
JP4513225B2 (en) * 2001-03-30 2010-07-28 ブラザー工業株式会社 Optical scanning device and image forming apparatus provided with optical scanning device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5577716A (en) 1980-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0020076B1 (en) Optical scanning system
EP1111432B1 (en) Light beam scanning aparatus
US3953105A (en) Holographic scanner utilizing auxiliary reflective surface
JPH0115046B2 (en)
JP2863533B2 (en) Holographic mirror manufacturing method
US4306763A (en) Optical source comprising a semiconductor laser and optical means for the anamorphosis of the beam emitted by said laser
JPH0115047B2 (en)
TWI616967B (en) Generating an array of spots on inclined surfaces
JPS63141020A (en) Optical scanning device
EP0342523B1 (en) Generation of parallel second harmonic light rays using an optical fiber
JPS6119019B2 (en)
JPH04501621A (en) holographic laser printer
US4626062A (en) Light beam scanning apparatus
JP2706984B2 (en) Scanning optical device
JP3571736B2 (en) Hologram scanning optical system
JP3381333B2 (en) Optical scanning device
JPH0311447B2 (en)
JP2868025B2 (en) Hologram scanner
JPS5872125A (en) Optical scanning device
JP2743176B2 (en) Optical scanning device
JP2750597B2 (en) High density scanning device
JPS58219521A (en) Holographic scanner
JPS58111916A (en) Optical scanner
EP0111333A1 (en) Light beam scanning apparatus
JPH04156508A (en) Light deflector and light beam scanning device