DE69233591T2

DE69233591T2 - Lichtabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE69233591T2
Application number: DE69233591T
Authority: DE
Inventors: Shinya Kawasaki-shi Hasegawa; Shigeo Kawasaki-shi Kayashima; Satoshi Kawasaki-shi Maeda; Shigetake Kawasaki-shi Iwata; Fumio Kawasaki-shi Yamagishi; Masato Kawasaki-shi Nakashima; Hirokazu Kawasaki-shi Aritake; Mamoru Kawasaki-shi Hokari
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: EP0532760A4; AU2170195A; EP1111431A3; DE69233581T2; US5940195A; DE69233603T2; EP1111430B1; DE69233576T2; EP1111434B1; US5973837A; AU714216B2; EP1111431B1; EP1122578B1; KR930700869A; US6020984A; EP1111428A3; EP1111432B1; EP1116981A3; EP1111433A2; EP0532760B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtstrahlscanvorrichtung.
In Büroautomatisierungsvorrichtungen, die einen Laserdrucker und eine Laser-Faksimilevorrichtung enthalten, und in solchen Vorrichtungen wie einer Laserzeichenvorrichtung und einer Laserprüfvorrichtung wird ein hochpräzises und hochauflösendes optisches Laserscansystem verwendet. Herkömmlicherweise wird dieses optische System durch einen rotierenden Polygonspiegel und eine Kombination aus einer Vielzahl von f-θ-Linsen verkörpert.
Bei dem obigen Verfahren, bei dem ein Polygonspiegel eingesetzt wird, sind Anstrengungen zur Kostenverringerung auf Schwierigkeiten gestoßen, auf Grund der hohen Präzision, die erforderlich ist, um einen rotierenden Polygonspiegel zu produzieren, und auf Grund einer großen Anzahl von erforderlichen Linsengruppen, die f-θ-Linsen enthalten, die gleichzeitig als optisches Neigungskorrektursystem dienen.
Andererseits kann eine Hologrammscanvorrichtung, bei der ein Hologramm verwendet wird, durch Massenproduktion hergestellt werden. Als Beispiel für solch eine Hologrammscanvorrichtung hat der jetzige Anmelder eine Anmeldung eingereicht für eine Hologrammscanvorrichtung, zum Ausführen eines Scanners mit einem geraden Strahl, der eine hohe Auflösung und eine ausreichend korrigierte Aberration hat (japanische offengelegte Patentanmeldung 63-072633 und japanische offengelegte Patentanmeldung 61-060846). Diese Lichtstrahlscanvorrichtung erreicht als optisches Scansystem für einen Laserdrucker ausgezeichnete Spezifikationen, die durch eine hohe Präzision gekennzeichnet sind, wobei eine stabile Druckqualität gewährleistet wird. Jetzt wird jedoch ein optisches Laserscansystem verlangt, das eine noch höhere Auflösung in der Größenordnung von 400–600 dpi oder sogar 1000 dpi hat. Ferner wird eine weitere Kostenreduzierung gewünscht.
Um einen Hologrammscanner mit solch einer extrem hohen Auflösung zu einem niedrigen Preis zu realisieren, müssen die folgenden Aufgaben gelöst werden:

➀ ein Scanstrahlradius sollte zum Beispiel nur 60 μm betragen (entspricht 400 dpi) und so gleichmäßig wie möglich sein;
➁ ein Scannen sollte mit derselben Geschwindigkeit wie mit jener der Rotation eines rotierbaren Hologramms ausgeführt werden, welche Rotation bei konstanter Winkelbeschleunigung erfolgt.

Da eine Wellenlänge eines Halbleiterlasers, der dabei als Scanlichtquelle verwendet wird, gemäß einer Umgebungstemperatur schwanken kann und da mehrere Längenmoden hervorgebracht werden können, sollte

➂ die Versetzung in einer Scanrichtung eines Scanstrahls kompensiert werden;
➃ die Versetzung in einer Querscanrichtung eines Scanstrahls kompensiert werden.

Da eine Scanstrahlversetzung auf eine Verwölbung einer Basis zurückgeführt werden kann, die bei einem rotierbaren Hologramm verwendet wird, und die Verwölbung als Resultat der Verwendung von Floatglas auftritt, das preiswert ist und nicht poliert zu werden braucht, oder von einer Plastikbasis (zum Beispiel PMMA), die ein Spritzgießen ermöglicht, sollte eine Scanstrahlversetzung auf Grund dessen, daß sich die Plastikbasen von seiner idealen Position hinwegbewegen, kompensiert werden.
Der jetziger Anmelder hatte ein Verfahren zum Erfüllen der obigen Aufgaben in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 58-119098 vorgeschlagen. Das Verfahren umfaßt, wie in 14 gezeigt, ein rotierbares Hologramm 10 und eine feststehende Hologrammplatte 20, die zwischen dem rotierbaren Hologramm 10 und einer Bilderzeugungsoberfläche 4 angeordnet ist. In derselben Figur bezeichnet 10 ein schnellrotierendes rotierbares Hologramm, in dem eine Vielzahl von Hologrammplatten angeordnet ist, 20 eine feststehende Hologrammplatte, 4 eine Bilderzeugungsoberfläche, 5 einen Rekonstruktionsstrahl, 6 eine gebeugte Welle, die aus der Hologrammplatte 10 austritt, und 7 eine gebeugte Welle, die aus der feststehenden Hologrammplatte 20 austritt. Der Rekonstruktionsstrahl von einem Halbleiter, der in der Figur nicht gezeigt ist, fällt diagonal auf das rotierende rotierbare Hologramm 10 ein, dessen Rotation das Scannen durch die gebeugte Welle 6 ermöglicht. Die gebeugte Welle 6 fällt auf die feststehende Hologrammplatte 20 ein, und die gebeugte Welle 7, die eine Welle ist, die aus ihr gebeugt wird, scant die Bilderzeugungsoberfläche 4.
Bei der obigen Konfiguration wird die Versetzung einer Scanstrahlposition auf Grund einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers kompensiert, und eine Geschwindigkeit des Scanstrahls wird durch eine Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung des rotierbaren Hologramms 10 konstant gehalten, so daß ein geradliniges Scannen durch einen Scanstrahl erreicht wird. Ferner wird die Versetzung einer Scanstrahlposition sowohl in der Scanrichtung als auch in der Querscanrichtung, welche Versetzung auf eine Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers zurückzuführen ist, dadurch korrigiert, daß die feststehende Hologrammplatte 20 den Scanstrahl in eine Richtung krümmt, die zu einer Scanrichtung des rotierbaren Hologramms 10 entgegengesetzt ist.
Als Verfahren zum Kompensieren einer Versetzung der Scanstrahlposition in der Querrichtung auf Grund einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers auf bessere Weise reichte der jetzige Anmelder eine Anmeldung für die japanische offengelegte Patentanmeldung 60-168830 ein, in der vorgeschlagen wird, eine feststehende Hologrammplatte räumlich vor dem rotierbaren Hologramm anzuordnen.
Der jetzige Anmelder machte auch einen Vorschlag in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 2-179437 (Inlandsprioritätserklärung bezüglich der japanischen offengelegten Patentanmeldung 1-240720), worin eine Konstruktion vorgeschlagen wird, durch die unter Verwendung von wenigstens zwei Hologrammen einheitliche optische Weglängen von einer einfallenden Welle auf einer Bilderzeugungsoberfläche beibehalten werden können und eine Minderung von Wellenfrontcharakteristiken auf der Bilderzeugungsoberfläche verhindert werden kann, welche Minderung durch eine Wellenlängenveränderung der Rekonstruktionslichtquelle bewirkt wird. Da die japanische offengelegte Patentanmeldung 2-179437 ein optisches System betrifft, bei dem wenigstens zwei Hologramme, wie oben erwähnt, feststehend sind und deshalb nur ein Bilderzeugungspunkt vorgesehen wird, bringt eine Anwendung derselben Vorrichtung auf das jetzt diskutierte optische Scansystem eine gewisse Schwierigkeit mit sich, weil Veränderungen der optischen Weglänge von Moment zu Moment, die einhergehend mit dem fortschreitenden Scannen durch den Strahl auftreten, unvermeidlich dazu führen, daß die optische Weglänge am Ende des Scannens länger als in der Mitte des Scannens ist. Daher sind durch die obenerwähnte herkömm liche Technologie nicht alle der zuvor unter ➀ bis ➄ beschriebenen Aufgaben gelöst worden.
US-A-4 810 046 offenbart eine Lichtstrahl-Scanvorrichtung nach dem Oberbegriff jedes unabhängigen Anspruchs. Nach diesem Dokument ist der erste Lichtstrahl eine parallele (ebene) Welle.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen eine Lichtstrahlscanvorrichtung mit:
einer Lichtquelle, die einen ersten Lichtstrahl erzeugt;
einer ersten flachen Hologrammplatte, die auf einem Weg des ersten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die erste Hologrammplatte den ersten Lichtstrahl in einen zweiten Lichtstrahl umwandelt, so daß der zweite Lichtstrahl die Hologrammplatte mit einem Ausgangswinkel δ verläßt;
einer zweiten flachen Hologrammplatte, die parallel in einem Abstand l₄ zu der ersten Hologrammplatte angeordnet ist und auf einem Weg des zweiten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die zweite Hologrammplatte den zweiten Lichtstrahl in einen dritten Lichtstrahl in Form eines konvergierenden Strahls umwandelt, der die zweite Hologrammplatte in einem Ausgangswinkel ß verläßt; und
einer Scanoberfläche, die bei einem Konvergenzpunkt des dritten Lichtstrahls vorgesehen ist;
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist;
daß der zweite Lichtstrahl eine divergierende Kugelwelle ist, so daß der zweite Lichtstrahl von einem Punkt im Abstand l₃ von der Hologrammplatte divergiert;
daß der dritte Lichtstrahl eine divergierende Kugelwelle ist;
und daß die erste und die zweite Hologrammplatte entsprechende Hologrammmuster aufweisen, so daß dort die Beziehung sin β = k(δ) sin δgilt, wobei k (δ) = l₄/l₃.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen eine Lichtstrahlscanvorrichtung mit:
einer Lichtquelle, die einen ersten Lichstrahl erzeugt;
einer ersten flachen Hologrammplatte, die auf einem Weg des ersten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die erste Hologrammplatte den ersten Lichtstrahl in einen zweiten Lichtstrahl umwandelt, so daß der zweite Lichtstrahl die erste Hologrammplatte mit einem Ausgangswinkel δ verläßt;
einer zweiten flachen Hologrammplatte, die in einem Abstand l₄ parallel zu der ersten Hologrammplatte angeordnet ist und auf einem Weg des zweiten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die zweite Hologrammplatte den zweiten Lichtstrahl in einen dritten Lichtstrahl in Form eines konvergierenden Lichtstahls umwandelt, der die zweite Hologrammplatte in einem Ausgangwinkel β verläßt; und
einer Scanoberfläche, die bei einem Konvergenzpunkt des dritten Lichtstrahls vorgesehen ist;
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist,
daß der zweite Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist, so daß der zweite Lichtstrahl auf einen Punkt in einem Abstand l₃ von der ersten Hologrammplatte konvergiert;
daß der dritte Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist,
und daß die erste und die zweite Hologrammplatte entsprechende Hologrammmuster aufweisen, so daß die Beziehung k'(δ) = l4l3 k(δ) = k'(δ)/{k'(δ) – 1} sin β = k(δ) sin δgilt.
Als Beispiel wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen 20 und 21 für die vorliegende Erfindung besonders relevant sind und in denen die anderen Figuren als Hintergrunderläuterung vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf die zweiten und dritten "Moden" eines unten erklärten "zweiten Prinzips".
In den Zeichnungen:
1 ist ein Diagramm, das ein erstes Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die Scanrichtung einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt;
3 ist ein Diagramm, das die Querscanrichtung einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt;
4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Scanvorrichtung zeigt, welche das erste Prinzip verwendet;
5 ist ein Diagramm, das eine Herstellung einer feststehenden Hologrammplatte zeigt;
6 zeigt Graphen, die eine Differenz zwischen optischen Weglängen, einen Strahlradius und eine Scanspur der Scanvorrichtung beschreiben;
7 ist ein Diagramm, das Wellen beschreibt, die zur Konstruktion einer feststehenden Hologrammplatte verwendet werden;
8 zeigt Diagramme, die Punktbilder eines Scanstrahls beschreiben, welche Bilder durch holographische Belichtung erhalten werden;
9 zeigt Graphen, die eine Scanspur und einen Strahlradius beschreiben, wenn eine konvergente Kugelwelle einfällt;
10 zeigt Diagramme, die die Scanrichtung und die Querscanrichtung der Scanvorrichtung beschreiben;
11 zeigt Graphen, die eine Scanspur, einen Strahlradius und eine Versetzung auf Grund einer Wellenlängenveränderung der Scanvorrichtung von 10 beschreiben;
12 ist ein Diagramm, das eine Herstellung der feststehenden Hologrammplatte beschreibt;
13 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform der feststehenden Hologrammplatte beschreibt;
14 ist ein Diagramm, das die herkömmliche Technologie beschreibt.
15 ist ein Diagramm, das ein zweites Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt;
16 ist ein Diagramm, das den ersten Modus des zweiten Prinzips zeigt;
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, bei der der erste Modus des zweiten Prinzips zum Einsatz kommt (ein Fall, bei dem das erste Hologramm rechts von dem zweiten Hologramm angeordnet ist);
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, bei der der erste Modus des zweiten Prinzips zum Einsatz kommt (ein Fall, bei dem das erste Hologramm angeordnet ist, um mit dem zweiten Hologramm ausgerichtet zu sein);
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, bei der der erste Modus des zweiten Beispiels zum Einsatz kommt (ein Fall, bei dem das erste Hologramm links von dem zweiten Hologramm angeordnet ist);
20 ist ein Diagramm, das den zweiten Modus des zweiten Prinzips zeigt;
21 ist ein Diagramm, das den dritten Modus des zweiten Prinzips zeigt;
22 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einer einfallenden Welle und k zeigt;
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Ausführungsform einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, bei der die ersten bis dritten Modi des zweiten Prinzips zum Einsatz kommen;
24 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen x₁/F₁, θ₁, θ₂ zeigt;
25(A) ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen W, Δλ, ξ zeigt;
25(B) zeigt Beispiele für Spezifikationen zum Bezeichnen eines zweiten Hologramms und eines Scanabstandes desselben;
25(C) ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration zeigt, bei der ungefähr derselbe Bilderzeugungsabstand hinsichtlich verschiedener Austrittswinkel erhalten wird;
26 ist eine andere Ausführungsform des ersten Modus des zweiten Prinzips;
27 ist eine andere Ausführungsform des ersten Modus des zweiten Prinzips;
28 ist eine andere Ausführungsform des ersten Modus des zweiten Prinzips;
29 ist eine andere Ausführungsform des ersten Modus des zweiten Prinzips;
30 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration zeigt, bei der die Lichtstrahlscanvorrichtung von 29 verbessert wurde;
31 ist eine andere Ausführungsform des ersten Modus des zweiten Prinzips;
32 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, die eine Verbesserung gegenüber jener von 31 darstellt;
33 ist ein Diagramm, das einen Nachteil des ersten Prinzips beschreibt;
34 ist ein Diagramm, das einen Nachteil des ersten Prinzips beschreibt;
35 ist ein Diagramm, das ein drittes Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt;
36 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt, welche das dritte Prinzip verwendet;
37 ist ein Diagramm, das eine Herstellung des feststehenden Hologramms zeigt, das bei der Vorrichtung der 36 verwendet wird;
38 zeigt eine Strahlintensitätsverteilung in der Vorrichtung der 36 (Teil 1);
39 zeigt eine Strahlintensitätsverteilung in der Vorrichtung der 36 (Teil 2);
40 ist ein Diagramm, das eine zweite Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, die das dritte Prinzip verwendet;
41 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Korrekturfunktion zum Gewährleisten der konstanten Geschwindigkeit der feststehenden Hologrammplatte;
42 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer vierten Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt, die ein viertes Prinzip bei einer (Querscanrichtung) verwendet;
43 ist ein Diagramm, das die Vorrichtung der 42 in einer Scanrichtung verwendet;
44 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt;
45 ist ein Diagramm, das ein fünftes Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt;
46 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration beschreibt, die das Prinzip der 45 verwendet;
47 ist eine Tabelle, die verschiedene Strahlcharakteristiken zeigt, die erhalten werden, wenn eine Länge der feststehenden Hologrammplatte bezüglich eines Lichtstrahlscanabstandes festgelegt wird, um kurz zu sein;
48 ist eine Tabelle, die verschiedene Strahlcharakteristiken zeigt, die erhalten werden, wenn eine Länge der feststehenden Hologrammplatte bezüglich eines Lichtstrahlscanabstandes festgelegt wird, um lang zu sein;
49 ist ein Diagramm, das das sechste Prinzip einer Lichststrahlscanvorrichtung zeigt;
50 zeigt eine Konfiguration und eine Draufsicht auf ein siebtes Prinzip;
51 zeigt Graphen zum Beschreiben einer Vorrichtung von 50;
52 ist ein Diagramm, das Hologramme der Vorrichtung von 50 beschreibt;
53 ist ein Diagramm, das eine andere Konfiguration die des siebten Prinzips verwendet;
54 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf eine Vorrichtung der 53;
55 ist ein Diagramm, das Hologramme beschreibt, die in einer Vorrichtung von 53 verwendet werden;
56 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Elementes entsprechend einem achten Prinzip zeigt;
57 ist eine Seitenansicht entsprechend der 56;
58 ist ein Diagramm, das eine Variante des optischen Elementes von 56 zeigt;
59 ist ein Diagramm, das eine andere Variante des optischen Elementes von 56 zeigt;
60 ist ein Diagramm, das das neunte Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt;
61 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, die das neunte Prinzip in einer Querscanrichtung verwendet;
62 ist ein Diagramm der Vorrichtung von 61 in einer Scanrichtung;
63 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte beschreibt, die in einer Vorrichtung der 61 verwendet wird (Objektwelle);
64 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte beschreibt, die in einer Vorrichtung der 61 verwendet wird (Referenzwelle);
65 zeigt Diagramme, die die feststehende Hologrammplatte beschreiben, die in einer Vorrichtung von 61 verwendet wird, (Referenzwelle);
66 sind Punktdiagramme der Vorrichtung der 61;
67 zeigt Diagramme, die die Herstellung der feststehenden Hologrammplatte beschreiben, die in der Vorrichtung der 61 verwendet wird (Teil 1);
68 zeigt Diagramme, die die Herstellung der feststehenden Hologrammplatte beschreiben, die in der Vorrichtung der 61 verwendet wird (Teil 2);
69 zeigt Diagramme, die ein erstes Beispiel eines Hologrammkonstruktionsbelichtungssystems beschreiben;
70 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel des Hologrammkonstruktionsbelichtungssystems beschreibt;
71 zeigt Diagramme, die ein drittes Beispiel des Hologrammkonstruktionsbelichtungssystems beschreiben;
72 zeigt Diagramme, die ein Facettenhologramm des rotierbaren Hologramms gemäß einem zehnten Prinzip darstellen;
73 zeigt Diagramme, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zeigen, die das zehnte Prinzip verwendet;
74 zeigt Diagramme, die eine Herstellung einer Hologrammscheibe beschreiben, die in einer Vorrichtung der 73 verwendet wird;
75 zeigt Punktdiagramme der Vorrichtung der 73;
76 ist ein Diagramm, das eine Häufigkeitsverteilung des rotierbaren Hologramms und einen einfallenden Strahl zeigt;
77 ist ein Diagramm, das ein elftes Prinzip beschreibt;
78 ist ein Diagramm eines rotierbaren Hologramms entsprechend dem elften Prinzip;
79 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Lichtstrahlscanvorrichtung beschreibt, die das Hologramm der 78 beschreibt;
80 ist ein Diagramm, das einen Effekt des elften Prinzips beschreibt; und
81 ist eine Tabelle, die einen Veränderungskoeffizienten zeigt, der mit erster bis zehnter Ordnung bestimmt wird.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Unten folgt nun eine Beschreibung des Prinzips, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, woran sich eine Beschreibung von konkreten Konfigurationen und Effekten der vorliegenden Erfindungen anschließt. Obwohl im folgenden auf verschiedene "Erfindungen" und "Ausführungsformen" Bezug genommen wird, betrifft diese Teilanmeldung eine einzige Erfindung, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist. Das "erste Prinzip", das unten konzeptionell erläutert ist, stellt eine Basis für andere Prinzipien dar, die nachfolgend beschrieben werden.
[Erstes Prinzip]
1 ist ein Diagramm, das beschreibt, wie eine Korrektur hinsichtlich einer Versetzung einer Position eines gebeugten Lichtes eines optischen Scansystems ausgeführt wird, welche Versetzung durch eine Wellenlängenveränderung eines in der Figur nicht gezeigten Halbleiterlasers bewirkt wird. Ein rotierbares Hologramm 10 ist mit einer Vielzahl von Beugungsgittern 1a zum Ausführen eines Scannens versehen. Eine Bilderzeugungsoberfläche 4 hat in solch einer Vorrichtung wie zum Beispiel einem Laserdrucker die Form einer fotoleitfähigen Trommel 3. Eine Richtung, die als M2 gekennzeichnet ist, in rechten Winkeln zu einer Laserscanrichtung M3, wird als Querscanrichtung bezeichnet. Hierbei wird angenommen, daß eine konvergente Kugelwelle (im folgenden als einfallende Welle 5 bezeichnet), die ihre Fokusposition an MO hat, eintritt und daß ein Scanstrahl auf Grund einer Rotation des rotierbaren Hologramms 10 auf einem Scanpunkt k auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 konvergiert.
Genauer gesagt, ein Lichtstrom der einfallenden Welle 5, nämlich ein Rekonstruktionslicht, fällt auf das rotierbare Hologramm 10 ein, um ein gebeugtes Licht 6 zu werden, das durch eine feststehende Hologrammplatte 20 weiter gebeugt wird, um ein gebeugtes Licht 7 zu werden, welches Licht 7 auf dem Scanpunkt k konvergiert. Eine optische Weglänge L₀ eines optischen Weges, der in jedem einfallenden Lichtstrom seinen Ursprung hat und an dem Scanpunkt k endet, welche Weglänge längs eines Strahls innerhalb der ankommenden Welle 5 gemessen wird, deren Hauptachse eine Hauptachse MA des rotierbaren Hologramms 10 ist, ist durch die Gleichung (1) gegeben. Hier wird der einfallende Lichtstrom als optischer Weg von dem rotierbaren Hologramm 10 zu der Referenzsphäre dargestellt, deren Mitte ein Konvergenzpunkt P₀ ist. Im Falle einer konvergierenden Welle wird das Vorzeichen einer optischen Weglänge negativ. In der unten gezeigten Gleichung bezeichnen Klammern [ ] einen Abstand zwischen den Punkten, die in der Klammer eingetragen sind. Zum Beispiel bezeichnet [A⁰ _k P₀] einen Abstand zwischen einem Punkt A⁰ _k und P₀. Die Klammern haben in den gesamten Gleichungen, die nach der Gleichung (1) erscheinen, dieselbe Bedeutung. L0 = –[A0 k P0] + [A0 k B0 k] + [B0 k k] (1)
Eine optische Weglänge L₁ eines optischen Weges, der in dem ankommenden Lichtstrom der ankommenden Welle 5 seinen Ursprung hat, welcher Lichtstrom längs eines Randstrahls MI einfällt, und an dem Scanpunkt k endet, ist durch die Gleichung (2) gegeben. L1 = –[Ai k P0 i] + [Ai k Bi k] + [Bi k k] (2)
Eine Bedingung, unter der der Scanstrahl nicht von dem Scanpunkt k entfernt wird, auch wenn die einfallende Welle 5 von dem Halbleiterlaser einer Wellenlängenveränderung an dem Scanpunkt k ausgesetzt ist, wird durch die Gleichung (3) dargestellt. –[Ai k P0 i] + [Ai k Bi k] + [Bi k k] = –[Aj k P0 j] + [Aj k Bj k] + [Bj k k] (3)
Das heißt, die Entfernung wird verhindert, solange die optischen Weglängen der einfallenden Welle 5 innerhalb des Lichtstromes, welche Welle auf anderen Strecken als längs der Hauptachse MA ankommt, einheitlich sind. Die Bedingung, unter der eine Brennweite auf einer Scanstrahlbilderzeugungsoberfläche 4 als Reaktion auf eine Wellenlängenveränderung infolge von Modensprüngen der einfallenden Welle 5 von dem Halbleiterlaser 5 keine Veränderung aufweist, ist durch die Gleichung (4) gegeben. –[A0 k P0] + [A0 k B0 k] + [B0 k k] = –[Ai k P0 i] + [A0 k Bi k] + [Bi k k] (4)
Das heißt, die Veränderung wird verhindert, solange die optischen Weglängen der einfallenden Welle 5, wenn die Welle längs der Hauptachse MA einfällt und wenn sie längs des Randstrahls MI einfällt, dieselben bleiben. Demzufolge ist eine Konfiguration erforderlich, die gleichzeitig die Gleichungen (3) und (4) an dem Scanpunkt erfüllt, um eine Minderung der Scanstrahlqualität, die durch eine Halbleiterlaser wellenlängenveränderung verursacht wird, in dem gesamten Scanbereich der Bilderzeugungsoberfläche 4 auf der fotoleitfähigen Trommel 3 zu verhindern.
Die obige Bedingung zum Vorhandensein von einheitlichen optischen Weglängen wird erfüllt, indem Leistungsfunktionen gemäß den folgenden Gleichungen (5) oder (5–1) minimiert und somit optimiert werden, wobei die optische Weglängendifferenz durch δl^k bezeichnet wird, und an dem Scanpunkt k zwischen dem Strahl, der längs der Hauptachse MA einfällt, und dem Strahl, der längs des Randstrahls MI einfällt, gemessen.
wobei W_k ein Gewicht darstellt, das durch den Grad der Minimierung der optischen Weglänge an jedem Scanpunkt bestimmt wird.
Unten folgt eine Beschreibung eines Verfahrens, bei dem eine Phasenveränderung durch ein Hologramm genutzt wird. Im folgenden stellt Φ_in eine Phase der Wellenfront einer Welle dar, die in dem rotierbaren Hologramm 10 ankommt; Φ_H ^k stellt eine Phasenübertragungsfunktion des Hologramms längs der Hauptachse MA dar, welches Hologramm durch das rotierbare Hologramm 10 gebildet wird, wenn das rotierbare Hologramm 10 den Scanpunkt k scant; Φ_H2 ^k stellt eine Phasenübertragungsfunktion des Hologramms der Hauptachse entsprechend dem Scanpunkt k der feststehenden Hologrammplatte dar; δΦ_in stellt eine Versetzung, längs der Phase der Hauptachsenwellenfront, der Phase der peripheren Wellenfront des einfallenden Lichtstromes dar; δΦ_H ^k stellt eine Versetzung, von der Phase der Hauptachsenwellenfront, der Phasenübertra gungsfunktion des Hologramms dar, das durch das rotierbare Hologramm 10 gebildet wird; δΦ_H2 ^k stellt eine Versetzung, von der Phase der Hauptachsenwellenfront, der Phasenübertragungsfunktion der feststehenden Hologrammplatte 20 dar.
Da die Bedingung zum Vorhandensein einer Regelmäßigkeit der Phasen der einfallenden Strahlen auf der Bilderzeugungsoberfläche, welche Regelmäßigkeit erforderlich ist, um zufriedenstellende Bilder zu erzeugen, die durch einen aberrationsfreien Scanstrahl gebildet werden, mit anderen Worten, um die Wellenfrontaberration zu eliminieren, jene ist, daß die Phase der Welle, die aus dem Hologramm austritt, die Summe aus der Phase der auf dem Hologramm ankommenden Welle und der Phasenübertragungsfunktion des Hologramms ist, erhalten wir die Gleichung (6). Φin + ΦH k + k2 [A0 k B0 k] + ΦH2 k + k2 [B0 k k] = Φin + δΦin + ΦH k + δΦH k + k2 [Ai k Bi k] + ΦH2 k + δΦH2 k + k2 [Bi k k] (6),wobei k₂ eine Wellenlänge (2π/λ₂) darstellt.
Diese Gleichung (6) wird in die folgende Gleichung (7) transformiert, wenn die Gleichung (3), die die Versetzung des Scanstrahls auf Grund einer Wellenlängenveränderung betrifft, und die Gleichung (4), die eine Brennweitenveränderung auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 betrifft, beide erfüllt werden. δΦk ≡ δΦH k + δΦH2 k = 0 (7)
Diese Gleichung (7) ist zu erfüllen, um an dem Scanpunkt k eine Regelmäßigkeit der Phasen des einfallenden auf der Bilderzeugungsoberfläche zu erhalten. Die Gleichung (7) zeigt, daß die Summe von Versetzungen der Phasenübertragungsfunktionen, die auf dem rotierbaren Hologramm 10 und der feststehenden Hologrammplatte 20 aufgezeichnet werden, an jedem Scanpunkt k null ergeben sollte, um eine gute Bilderzeugungsqualität beizubehalten. Wie es später in einer eingehenden Beschreibung der Gleichung (7) beschrieben ist, wird δΦ^k in der Gleichung (7), welcher Term die Phasenversetzung an dem Scanpunkt k darstellt, in einem Scanbereich unter Verwendung einer Leistungsfunktion E minimiert, die durch die folgenden Gleichungen (8) oder (8–1) ausgedrückt wird.
wobei W_k ein Gewichtsfaktor ist, der eingeführt wird, um eine Phasenversetzung an jedem Scanpunkt zu reduzieren. Die Optimierung eines Hologramms erfolgt durch das Minimieren der Gleichungen (8) oder (8–1).
Als nächstes folgt eine Beschreibung von dem Fall, wenn die optischen Weglängen einheitlich sind. 2 beschreibt eine optische Weglänge längs der Scanrichtung. 2(a) zeigt eine parallele Welle 6a, die aus dem rotierbaren Hologramm 10 austritt. Vorausgesetzt, daß eine einfallende Welle 5a eine konvergierende Kugelwelle mit einem Fokus MO ist, werden die optischen Weglängen der Lichtstrahlen, die in dem Lichtstrom enthalten sind, welche Wege an jedem Scanpunkt au der Bilderzeugungsoberfläche 4 enden, gesteuert, um einheitlich zu sein, wie es aus 2 ersichtlich ist, indem es ermöglicht wird, daß gebeugte Wellen 7a ungefähr rechtwinklig aus der feststehenden Hologrammplatte 20 austreten.
2(b) zeigt eine divergente Welle 6b, mit einem Fokus MO, die aus dem rotierbaren Hologramm 10 austritt, wobei eine einfallende Welle 5b wie in 2(a) eine konvergierende Kugelwelle ist. Die optischen Weglängen der Lichtstrahlen, die in dem Lichtstrom enthalten sind, welche Wege an jedem Scanpunkt auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 enden, werden gesteuert, um einheitlich zu sein, indem die einfallende Welle 7b von der feststehenden Hologrammplatte 20 so gelenkt wird, um näher an einer Scanmitte als die Trajektorie einer austretenden Welle 6b von der feststehenden Hologrammplatte 20 einzufallen. Die beste Konfiguration ist diejenige, bei der das Vorzeichen des Beugungswinkels nicht umgekehrt wird.
2(c) zeigt eine konvergierende Welle 6c, die aus dem rotierbaren Hologramm 10 austritt, wobei eine einfallende Welle 5c eine konvergierende Kugelwelle wie in 2(a) ist. Die optischen Weglängen der Lichtstrahlen, die in dem Lichtstrom enthalten sind, welche Wege an jedem Scanpunkt auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 enden, werden gesteuert, um einheitlich zu sein, indem eine austretende Welle 7c, die aus der feststehenden Hologrammplatte 20 austritt, so gelenkt wird, um näher an der Scanmitte als die ursprüngliche Trajektorie einer konvergierenden Welle 6c einzufallen, die auf die feststehende Hologrammplatte 20 einfällt, und indem das Vorzeichen des Beugungswinkels umgekehrt wird.
Die oben beschriebenen Konfigurationen sind für die Scanrichtung bestimmt; die Konfigurationen für die Querscanrichtung sind im folgenden beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das ein Scannen beschreibt, das in der Querscan richtung ausgeführt wird, und im besonderen eine Seitenansicht, die eine Konfiguration zeigt, durch die die optischen Weglängen in der Querscanrichtung einheitlich bleiben. Eine gebeugte Welle 6d wird aus der einfallenden Welle 5a erzeugt, die auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt. Nachdem sie gebeugt ist, bildet die Welle, die aus der feststehenden Hologrammplatte 20 austritt, ein Bild auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 auf der fotoleitfähigen Trommel 3. Teile, die dieselben wie jene in 3 sind, sind von Figur zu Figur mit denselben Bezugszeichen versehen. In diesem Fall ist die feststehende Hologrammplatte 20 bezüglich des rotierbaren Hologramms 10 geneigt, um eine Versetzung des Scanstrahls auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 infolge einer Wellenlängenveränderung der Rekonstruktionslichtquelle zu korrigieren und um die gleichen optischen Weglängen zu erhalten. Dieser Neigungswinkel β ist so konfiguriert, daß eine Versetzung des Scanstrahls minimiert wird. Wenn die aus dem rotierbaren Hologramm 10 austretende Welle 6d eine parallele Welle ist, macht es deshalb die feststehende Hologrammplatte 20 möglich, daß die Welle am Scan-Ende einer hinteren Trajektorie folgt, die durch eine gestrichelte Linie 6' d gekennzeichnet ist, so daß die optischen Weglängen des Lichtstromes in jedem Scanbereich einheitlich sind und ein geradliniges Scannen auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 möglich ist. Die Welle wird durch die feststehende Hologrammplatte 20 zu dem ursprünglichen Bilderzeugungspunkt zurückgeführt, wodurch ein geradliniges Scannen ermöglicht wird. Die Trajektorie des rotierbaren Hologramms 20 in der Scanmitte und am Scan-Ende kann zueinander entgegengesetzt sein.
Eine bessere Brennweitenkorrektur des Scanstrahls hinsichtlich einer Abweichung auf Grund einer Wellenlängenveränderung der Rekonstruktionslichtquelle wird erreicht, wie in 2(a) gezeigt, indem bewirkt wird, daß die Wellenfront der einfallenden Welle 5a, die auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt, eine konvergierende Kugelwelle ist, und die optischen Weglängen der Lichtströme, nämlich des Lichtstromes, der längs der Hauptachse MA einfällt, und des Lichtstromes, der längs des Randstrahls MI einfällt, gleich gemacht werden. Der beste Kompensationseffekt wird erreicht, indem die Strecke, die die konvergierende Kugelwelle 5a zwischen der Oberfläche des rotierbaren Hologramms 10 und dem Brennpunkt MO zurücklegt, der Strecke zwischen der Fläche des rotierbaren Hologramms 10 und der Oberfläche der feststehenden Hologrammplatte 20 gleich oder nahezu gleich gemacht wird.
Während die Scangeschwindigkeit eines normalen rotierbaren Hologramms 10 höher wird, wenn sich der Scanstrahl hin zu dem Scan-Ende bewegt, wenn das rotierbare Hologramm 10 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotiert, gestattet es die vorliegende Erfindung, daß der Scanstrahl durch die Verwendung der feststehenden Hologrammplatte 20 zu der Scanmitte zurückgeführt wird, wodurch es möglich wird, sowohl eine quantitative Anpassung als auch eine Kompensation vorzusehen, die ausreichend ist, um die Scangeschwindigkeit auf der Scanoberfläche konstant zu machen. Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Lichtstrahlscanvorrichtung beschrieben, bei der ein Hologramm verwendet wird und die die obenerwähnten Attribute hat.
[Erste Konfiguration]
Unter Bezugnahme auf 4, 5 und 2(a) folgt nun eine Beschreibung der ersten Konfiguration. Unter Bezugnahme auf 2(a) ist die gebeugte Welle 6 des rotierbaren Hologramms 10 in dieser Ausführungsform eine parallele Welle 6a, und die austretende Welle, die aus der feststehenden Hologrammplatte 20 austritt, taucht etwa rechtwinklig aus der feststehenden Hologrammplatte 20 auf. Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Wellenlänge, die beim Konstruieren der feststehenden Hologrammplatte 20 verwendet wird, dieselbe wie eine Wellenlänge λ2, die zu der Zeit der Rekonstruktion verwendet wird. Von den Wellen, die bei der Konstruktion der feststehenden Hologrammplatte 20 verwendet werden, ist eine Objektwelle OW eine Welle, die eine sphärische Aberration und eine Hauptachse A der feststehenden Hologrammplatte 20 als axiale Mitte hat, welche Achse in der Scanmitte durch die austretende Welle aus dem rotierbaren Hologramm 10 getroffen wird. Diese Objektwelle ist eine sogenannte "Welle mit positiver sphärischer Aberration", wo eine schärfere Krümmung hin zu der Innenseite hinweg von der Achse A und hin zu der äußeren Grenze beobachtet wird. Am besten ist es, wie in der folgenden Gleichung (11) gezeigt, den Abstand zwischen einem Punkt P auf der Achse, an welchem Punkt die Welle mit sphärischer Aberration ihren Ursprung haben soll, und einem Punkt Q auf der feststehenden Hologrammplatte 20, welcher Punkt Q durch die Welle getroffen wird, nämlich den optischen Abstand [PQ], so zu steuern, um an jedem Punkt ein vorbestimmter Abstand [d] zu sein. d = P0Q0 = P1Q1 = P2Q2 = ... = PnQn (9)
Eine Referenzwelle RW ist eine parallele Welle, die diagonal ankommt und einen Einfallswinkel α (≠ 0) hat. Die obenerwähnten Parameter d und α werden zweckmäßigerweise so bestimmt, daß die obigen Leistungsfunktionen (5) oder (8) erfüllt werden, die Aberration reduziert wird und ein lineares Scannen ausgeführt werden kann.
Die Werte in 6 werden erhalten, indem die obigen Festlegungen realisiert werden. 6(a) stellt ein Opti mierungsresultat unter Verwendung der Gleichung (5) dar, wobei die horizontale Achse eine Scanbreite angibt, die auftritt, wenn die Scanmitte der fotoempfindlichen Trommel als 0,0 bezeichnet wird, und die vertikale Achse gibt eine optische Wellenlängendifferenz an. Dieser Graph sagt aus, daß die optische Weglängendifferenz zwischen den äußersten Strahlen des Lichtstromes, welche Differenz in der Scanrichtung gemessen wird, wenn die Scanbreite 108 mm beträgt (Scannen in A4-Größe), den Maximalwert von 30λ hat. Dieser Wert wird in einen Abstand von 0,03 mm umgesetzt. Da der gesamte optische Weg in diesem Fall 641 mm ausmacht, bilden diese praktisch regelmäßige optische Wege, das heißt, es kommt zu keiner optischen Weglängendifferenz. In diesem Fall beträgt die Wellenlänge der Rekonstruktionswelle, die durch den Halbleiterlaser erzeugt wird, λ2 = 780 nm, hat das rotierbare Hologramm 10 eine regelmäßige Teilung und beträgt deren Ortsfrequenz 1765 [Stck./mm]. Der Winkel des Strahls, der auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt, beträgt 44,2°, und der Radius des rotierbaren Hologramms beträgt 40 mm. Bezüglich der Parameter der feststehenden Hologrammplatte 20 ist d = 364 mm und α = 6,5°. Der Abstand zwischen dem rotierbaren Hologramm 10 und der feststehenden Hologrammplatte 20 beträgt 218 mm, und der Abstand zwischen der feststehenden Hologrammplatte 20 und der Bilderzeugungsoberfläche 4 beträgt 360 mm.
Der Neigungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 20 bezüglich des rotierbaren Hologramms 10 betrug 45,0°, um die Leistungsfunktion (8) zu erfüllen. 6(b) zeigt die Scanstrahlcharakteristik, die dadurch erhalten wird. Das heißt, bei der Scanbreite von 216 mm liegt der Strahlradius innerhalb von 18 μm. Eine Abweichung von einer geraden Linie unterhalb des Niveaus von ± 78 μm und eine Linearität unter halb des Niveaus von ± 0,12 % waren das Resultat, wie in 6(c) gezeigt. Des weiteren wurde die Veränderung der Wellenlänge des Halbleiterlasers gesteuert, um in der Scanrichtung auch bei Vorhandensein einer Wellenlängenveränderung von 0,3 nm auf Grund eines Modensprungs kleiner als 1 μm zu sein. Der Scanstrahl von dem rotierbaren Hologramm 10, der in der feststehenden Hologrammplatte 20 ankommt, wurde, wie in 3 gezeigt, auf einfache Weise gekrümmt, um ein geradliniges Scannen auf der feststehenden Hologrammplatte 20 zu erhalten, mit dem Resultat, daß eine Versetzung von 1 mm beobachtet wurde.
Sobald das Interferenzmuster auf der feststehenden Hologrammplatte dieser Ausführungsform bestimmt ist, kann das Muster mit einem Elektronenstrahl oder einem Laserplotter gezeichnet werden. Im folgenden wird dieses Verfahren zum Herstellen einer feststehenden Hologrammplatte durch holographische Belichtung beschrieben.
[Zweite Konfiguration]
Es ist allgemein bekannt, daß die Wellenlängenempfindlichkeit eines Hologrammaterials, das eine hohe Beugungseffektivität hat, in einem Bereich liegt, der kürzer als jener der Wellenlänge eines Halbleiterlasers ist. Daher muß im allgemeinen eine Aberration auf Grund dieses Wellenlängenverhältnisses berücksichtigt werden, wenn eine Hologrammplatte durch holographische Belichtung hergestellt wird. Hier wird die Wellenlänge der Welle, die beim Konstruieren der Hologrammplatte verwendet wird, als λ1 bezeichnet, und das Wellenlängenverhältnis wird als λ2/λ1 bezeichnet. Es wurde herausgefunden, daß nach Berücksichtigung der Aberration auf Grund dieses Wellenlängenverhältnisses die Konstruktion einer sphärischen Aberration, die für die Konstruktion einer Hologrammwelle erforderlich ist, so sein kann, daß d von der ersten Ausführungsform durch das Produkt aus d und s ersetzt wird. Wie bei der ersten Ausführungsform wurde eine Optimierung unter Verwendung einer diagonal einfallenden, parallelen Referenzwelle ausgeführt. Sobald die relevante Interferenzstreifenverteilung bekannt ist, muß ein Hologramm, das die Aberration mit der obigen Komplexität enthält, durch holographische Belichtung hergestellt werden.
7 zeigt die zweite Konfiguration der feststehenden Hologrammplatte 20 der vorliegenden Erfindung, wobei eine Welle mit sphärischer Aberration, die dabei verwendet wird, eine Wellenfront von einer Welle ist, die aus einer plankonkaven Linse austritt, die eine sphärische Linse ist, auf welcher plankonkaven Linse eine stigmatische divergierende Kugelwelle einfällt. Parameter, die eine plankonkave Linse enthalten, werden optimiert, so daß der obige Aberrationsbetrag erhalten wird. Das heißt, λ1 = 441,6 nm (HeCd-Laser), und die Wellenlänge des Halbleiterlasers wird so bestimmt, um λ2 = 780 nm zu sein. Die Dicke der plankonkaven Linse BK7 beträgt 3,0 mm in der Mitte, ein Brechungsindex beträgt 1,51; und eine Krümmung von ihr beträgt 115,0 mm. Der Abstand zwischen der Punktlichtquelle So der divergierenden Kugelwelle und der plankonkaven Linse ist d₀ = 439,0 mm, und der Abstand zwischen der plankonkaven Linse und der feststehenden Hologrammplatte 20 ist LT1 = 469,0 mm.
8(a) zeigt Aberrationsbilder des Scanstrahls, die durch das feststehende Hologramm 20 gebildet wurden, das durch holographische Belichtung hergestellt und gemäß 7 konstruiert wurde. In der Figur ist eine sehr kleine Aberration unterhalb eines Niveaus von 20 μm ersichtlich. 8(b) zeigt auch Punktaberrationsbilder des Scanstrahls, die durch das Hologramm erzeugt wurden, das gemäß 5 hergestellt wurde. In 8(b) sind ungefähr dieselben Bilder wie in 8(a) zu sehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die holographische Belichtung durch eine einfache Welle mit sphärischer Aberration erreicht werden kann und die Steuerung des Belichtungssystems ziemlich leicht ist.
[Dritte Konfiguration]
In der unten beschriebenen dritten Konfiguration ist die einfallende Welle, die auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt, eine konvergierende Kugelwelle. Die Phasenübertragungsfunktion muß in diesem Fall die folgende Gleichung (10) erfüllen.
Hier ist offensichtlich, daß eine Punktlichtquelle der Referenzwelle in dem Abstand F₁ von dem rotierbaren Hologramm angeordnet ist; der Abstand F₁ längs einer Rotationsachse des rotierbaren Hologramms gemessen wird und die Wellenlänge der Welle, die beim Konstruieren eines Hologramms verwendet wird, λ₁' ist. Hier ist λ₁' eine virtuelle Wellenlänge der Welle, die beim Konstruieren eines Hologramms verwendet wird. Die Objektwelle ist eine Kugelwelle, die durch eine Punktlichtquelle erzeugt wird, die in einem Abstand Y₂ und in einer Höhe F₂/S von dem rotierbaren Hologramm positioniert ist, welcher Abstand längs einer Rotationsachse gemessen wird, die mit der Hauptscanachse ausgerichtet ist. Die Wellenlänge der Welle, die beim Konstruieren eines Hologramms verwendet wird, ist eine virtuelle Wellenlänge λ₁''. Somit wird die virtuelle Differenz hinsichtlich der Wellenlänge zwischen der Referenzwelle und der Objektwelle vorgesehen, die beide bei der Konstruktion eines Hologramms verwendet werden. S ist das Verhältnis λ₂/λ₁'', das aus λ₂ und λ₁'' der Rekonstruktionswelle erhalten wird. Eine Optimierung gemäß der Gleichung (5) wurde in einer Scanvorrichtung ausgeführt, die mit dem rotierbaren Hologramm 10 versehen war, das auf der Basis der Gleichung (10) hergestellt wurde, unter der Voraussetzung, daß eine konvergierende Kugelwelle auf das rotierbare Hologramm einfällt.
Als Resultat dieser Anordnung wurde eine Abweichung von einer geraden Linie unterhalb des Niveaus von ± 0,1 mm erhalten, wie in 9(A) gezeigt. 9(b) zeigt, daß ein Strahlradius von kleiner als 18 μm erhalten wurde. Es ergab sich eine Linearität unterhalb des Niveaus von ± 0,22 %, Bezüglich einer Versetzung in der Scanrichtung auf Grund einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers wurde eine Versetzung von kleiner als 1 μm in Entsprechung zu einer Wellenlängenveränderung von 0,3 nm beobachtet, welcher Wert ein zufriedenstellendes Resultat ist. In dieser Anordnung beträgt der Radius des Strahls, der auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt, 45 mm, beträgt der Abstand zwischen dem rotierbaren Hologramm 10 und der feststehenden Hologrammplatte 20 182 mm, beträgt der Abstand zwischen der feststehenden Hologrammplatte 20 und der Bilderzeugungsoberfläche 277 mm und beträgt der Neigungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 20 bezüglich des rotierbaren Hologramms 10 64,2°. Was die Referenzwelle anbelangt, beträgt λ₁' = 330 nm und F1 = 200 mm. Bei der Objektwelle ist λ₁'' = 78 nm, und deshalb ist S = 10, F2 = 1060 und Y2 = 95 mm.
Diese Ausführungsform ist so konfiguriert, daß die einfallende Welle eine konvergierende Kugelwelle ist und daß der Abstand zwischen der Oberfläche des rotierbaren Hologramms und dem Konvergenzpunkt 200 mm beträgt, der ungefähr der Abstand zwischen der Oberfläche der feststehenden Hologrammplatte und der Bilderzeugungsoberfläche ist. Selbst als eine Veränderung von 100 nm aus Gründen der Umgebung in der Wellenlänge des Halbleiterlasers verursacht wurde, war der Strahlradius nur einer geringfügigen Veränderung von 18 μm auf 18,5 μm ausgesetzt, mit der Bedeutung, daß bezüglich des Strahlradius keine ernsthafte Verschlechterung auftritt. Während die Konfiguration eines Hologramms, das durch die Gleichung (10) ausgedrückt wird, voraussetzt, daß die Wellenlänge der Welle, die bei der Herstellung eines Hologramms verwendet wird, eine virtuelle Wellenlänge ist, ist die Herstellung eines Hologramms durch einen Elektronenstrahl oder eine Laserplotterzeichnung möglich. Wenn die Herstellung unter Verwendung der holographischen Belichtung erfolgt, kann ein optisches Hilfssystem genutzt werden, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 63-72633 vorgeschlagen wird, die durch den jetzigen Anmelder eingereicht wurde.
[Vierte Konfiguration]
Unten wird eine vierte Konfiguration beschrieben. 10(a) und (b) zeigen eine Kompensation der Versetzung des Scanstrahls, welche Versetzung auftritt, wenn eine Entfernung der Basis des rotierbaren Hologramms 10 von einem parallelen Zustand erfolgt. In dieser vierten Ausführungsform wird ein Strahl, dessen Konvergenz in der Querscanrichtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung (eine Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 10) liegt, als Strahl verwendet, der auf das rotierbare Hologramm 10 einfällt, wie in 10(a) und (b) gezeigt. Da die Welle, die auf die feststehende Hologrammplatte 20 einfällt, eine Zylinderwelle ist, wird eine Referenzwelle für erforderlich gehalten, die mit dieser Zylinderwelle übereinstimmt. Dies bedeutet, daß eine Welle mit sphärischer Aberration, wie jene in 5, als Objektwelle für die Herstellung der feststehenden Hologrammplatte 20 zu verwenden ist. Ein Beispiel für die Referenzwelle ist eine Welle, die Richtungskosinusse gemäß der folgenden Gleichung (11) hat.
wobei c₀, y₀ und z₀ Konstanten sind.
Während die Referenzwelle eine Komawelle ist, wie es durch die Gleichung (11) oben gezeigt ist, ist die Objektwelle eine Welle mit sphärischer Aberration. Diese Aberration kann gesteuert werden, um ein geeignetes Niveau zu haben, so daß eine gewünschte Leistung erhalten werden kann. 11 zeigt das Resultat davon. 11(a) zeigt die Abweichung von einer gerade Linie, während 11(b) den Strahlradius zeigt.
Das erste Prinzip realisiert eine äußerst zufriedenstellende Abweichung von einer geraden Linie unterhalb des Niveaus von ± 0,4 μm. Der Strahlradius beträgt dabei maximal 8 μm und reicht aus, um eine erfolgreiche Aberrationskorrektur zu ermöglichen. Die Linearität liegt unter dem Niveau von ± 0,13 % und ist damit auch zufriedenstellend. Selbst bei einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers von zum Beispiel 1 nm konnte die Versetzung gesteuert werden, wie in 11(c) gezeigt, um in der Scanrichtung kleiner als 3 μm und in der Querscanrichtung kleiner als 3 μm zu sein. Die Beziehungen zwischen der Objektwelle, der Rekonstruktionswelle, den Parametern des rotierbaren Hologramms 10 und der feststehenden Hologrammplatte haben dieselben Parameter wie bei der ersten Ausführungsform. Ferner ist y₀ = –5 mm und z₀ = 321 mm.
Die Basis des rotierbaren Hologramms kann in dieser Ausführungsform von ihrer idealen Position hinwegbewegt werden und funktioniert auf folgende Weise dennoch gut. Das heißt, selbst das rotierbare Hologramm 10, das eine Versetzung in der Größe von einer Minute (P-P) von seiner idealen Position aufweist, erlaubt eine hinreichende Korrektur, bei der die Versetzung in der Querscanrichtung gesteuert wird, um kleiner als 5 μm zu sein. Dies bedeutet eine größere Toleranz im Vergleich zu dem herkömmlichen rotierbaren Hologramm 10, wo nur eine Versetzung von mehreren Sekunden von der idealen Position der Basis zulässig war, und das wird viel dazu beitragen, die Kosten einer Hologrammbasis zu reduzieren.
Wenn eine feststehende Hologrammplatte hergestellt wird, wird eine Welle mit sphärischer Aberration für die Objektwelle durch eine sphärische Linse erzeugt, wie in 12 gezeigt, und die Referenzwelle wird durch eine ähnliche sphärische Linse 8 erzeugt, die Richtungskosinusse einer Komawelle 9 bildet, wie es durch die Gleichung (11) dargestellt wird.
[Fünfte Ausführungsform]
13 zeigt die fünfte Ausführungsform. Zwei Hologramme sind auf einer feststehenden Hologrammplatte gebildet; die oben beschriebene Objektwelle zum Herstellen des feststehenden Hologramms und die Wellenfront C werden auf der feststehenden Hologrammplatte aufgezeichnet, so daß ein Hologramm 20-1 hergestellt wird. Das andere Hologramm 20-2 wird mit der oben beschriebenen Referenzwelle zum Herstellen der feststehenden Hologrammplatte und mit der Wellenfront C hergestellt. Durch Überlagerung, wie in der Figur gezeigt, werden ähnliche Charakteristiken wie bei den obigen Ausführungsformen erhalten. Diese Ausführungsform ist für den Fall am zweckmäßigsten, wenn die feststehende Hologrammplatte fast ein In-line-Typ ist und die holographische Belichtung schwierig ist.
Da jedes der so hergestellten Hologramme ein außeraxialer Typ ist, resultiert daraus eine hohe Beugungseffektivität. Ferner bewirken diese zwei Hologrammplatten regelmäßige optische Wege und eine präzise Kompensation der Minderung von Charakteristiken des Scanlichtes, welche Minderung auf eine Veränderung der Wellenlänge des Halbleiterlasers zurückzuführen ist. Die feststehenden Hologrammplatten sind hier durch Spritzen durch Massenproduktion herstellbar, wodurch diese Ausführungsform hinsichtlich der Herstellung und Preisbildung günstig wird. Die Form des rotierbaren Hologramms ist nicht auf eine Scheibe begrenzt, und das selbe Prinzip ist auf andere Formen anwendbar, die einen Zylinder, einen Kegel und eine Pyramide enthalten.
Die erste Erfindung kann, wie oben beschrieben, ein einfaches und preiswertes optisches System mit zwei Hologrammen vorsehen. Ein hochzuverlässiges optisches System ohne Versetzung des Scanstrahls, welche Versetzung auf eine Veränderung der Wellenlänge des Halbleiterlasers zurückgeführt wird, wird bei der obigen Erfindung realisiert.
[Zweites Prinzip]
Ein zweites Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben. 15 ist eine Schrägansicht, die eine Lichtstrahlscanvorrichtung gemäß dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung zeigt; 16 ist eine Draufsicht auf dieselbe. Die Lichtstrahlscanvorrichtung 100 umfaßt wenigstens zwei Hologramme, nämlich eine erste Hologrammplatte 110 und eine zweite Hologrammplatte 112. 120 bezeichnet eine Scanoberfläche.
Die erste Hologrammplatte 110 ist ein bewegliches Hologramm, beispielsweise zum Konvertieren einer konvergierenden Kugelwelle in eine parallele Welle. Die zweite Hologrammplatte 112 ist ein feststehendes Hologramm, beispielsweise zum Konvertieren einer parallelen Welle in eine konvergierende Kugelwelle. Der Abstand zwischen der ersten Hologrammplatte 110 und dem Konvergenzpunkt ist F₁, der Abstand zwischen der zweiten Hologrammplatte 112 und dem Konvergenzpunkt ist F₂, und der Abstand zwischen der ersten Hologrammplatte 110 und der zweiten Hologrammplatte 112 ist L. Eine zentrale Wellenlänge der Lichtquelle wird mit λ bezeichnet.
Bei dieser Konfiguration wird gewährleistet, daß ein einfallender Strahl mit einem Strahlradius W auf die erste Hologrammplatte 110 senkrecht einfällt und mit einem Winkel θ₁ gebeugt wird, wonach der Strahl auf die zweite Hologrammplatte 112 einfällt, die angeordnet ist, um zu der ersten Hologrammplatte 110 parallel zu sein, von wo aus er mit einem Winkel θ₂ gebeugt wird, wodurch ein Bild auf der Scanoberfläche 120 gebildet werden kann, die in dem Abstand F₂ von der zweiten Hologrammplatte 112 angeordnet ist.
Durch das Bezeichnen von Ortsfrequenzen des ersten Hologramms 110 und des zweiten Hologramms 112 als f₁ bzw. f₂ wird die folgende Gleichung abgeleitet. sinθ1 = f1λ sinθ1 + sinθ2 = f2λ
Deshalb ist sinθ2 = (f2 – f1)λ
Unter der Voraussetzung, daß eine Versetzung von Δλ bei der zentralen Wellenlänge der Lichtquelle erzeugt wird, werden die folgenden Gleichungen abgeleitet. cosθ1·Δθ1 = f1Δλ cosθ1·Δθ1 + cosθ2·Δθ2 = f2Δλ
Deshalb ist cosθ2·Δθ2 = (f2 – f1)Δλ = sinθ2 (Δλ/λ)
Eine Versetzung ΔX des Scanstrahls, die durch eine Wellenlängenveränderung hervorgerufen wird, ist wie folgt. ΔX = Δθ2 (F2/cosθ2)/cosθ2 = F2sinθ2 (Δλ/λ)/cos3θ2 (21)
Der Scanstrahldurchmesser D wird durch eine F-Zahl und eine Apertur W wie folgt bestimmt. D = k·F·λ = k·λ (F2/cosθ2)W cosθ2)/cosθ2 = k (F2/W) (λ/cos3θ2),wobei k eine Konstante ist.
Eine Versetzung ΔX der Scanstrahlposition muß kleiner als 1/4 des Scanstrahldurchmessers in solch einer Lichtscanvorrichtung sein, wie sie in einem Drucker verwendet wird, um eine befriedigende Auflösung beizubehalten. Daher wird ΔX/D aus den Gleichungen (21) und (22) wie folgt erhalten. ΔX/D = sinθ2·(W/k) (Δλ/λ2) < 1/4 (23)
Eine optische Weglängendifferenz Δϕ₁ wird als W·sinθ₂ erhalten. Deshalb wird unter Verwendung der Gleichung (23) abgeleitet, daß Δϕ1 = W sinθ2 < (1/4) k (λ2/Δλ) (24) ist.
Da im allgemeinen k~2 ist, ist Δϕ1 < C (λ2/Δλ) (25),wobei C eine Konstante kleiner als 0,5 ist.
Daraus ist ersichtlich, daß die optische Weglänge des Scanstrahls kleiner als C (λ²/Δλ) sein muß, um eine ausreichende Auflösung mit einer Lichtscanvorrichtung bei Veränderungen der Wellenlänge zu erhalten.
Eine ähnliche Bedingung wird bezüglich einer Überstrahlung des Strahls abgeleitet, welche Überstrahlung durch die Veränderung der Wellenlänge verursacht wird. Gemäß der Auflösung von Rayleigh beträgt eine Wellenfrontaberration, die klein genug ist, um keine Überstrahlung zu verursachen, λ/4. Wenn eine Veränderung der Wellenlänge Δλ beträgt und die optische Weglängendifferenz des Scanstrahls mit Δϕ₂ bezeichnet wird, wird die Wellenfrontaberration ausgedrückt durch Δϕ2 (Δλ/λ) < (λ/4).
Deshalb ist Δϕ2 < (1/4) (λ2/Δλ) (26).
Aus den obigen Gleichungen (25) und (26) resultiert, daß die optische Weglängendifferenz Δϕ des Scanstrahls die unten gezeigte Beziehung erfüllen sollte, um eine reguläre Auflösung bei einer Wellenlängenveränderung oder Wellenlängendispersion beizubehalten. Δϕ = Δϕ1 + Δϕ2 < C (λ2/Δϕ) (27),wobei C eine Konstante ist. Daher läßt eine Lichtstrahlscanvorrichtung, die die Gleichung (27) erfüllt, keine Versetzung des Scanstrahls, keine Überstrahlung oder Versetzung eines Brennpunktes auch bei Vorhandensein einer Wellenlängenveränderung der Lichtquelle zu.
17 bis 19 zeigen Beispiele für Konfigurationen einer Lichtscanvorrichtung, die die Gleichung (27) erfüllt. Unter Bezugnahme auf 17 bis 19 sind eine bewegliche erste Hologrammplatte 110 und eine feststehende zweite Hologrammplatte 112 jeweils in sieben Segmente getrennt.
Wenn unter Bezugnahme auf 18 die erste Hologrammplatte 110 an x₄ positioniert ist, wird der einfallende Strahl durch das Segment 4 der ersten Hologrammplatte 110 gebeugt und durch das Segment 4' der zweiten Hologrammplatte 112 gebeugt, bevor er einen Punkt P₄ erreicht. Diese zwei Hologrammplatten 110 und 112 sind so angeordnet, daß die optische Weglängendifferenz der Strahlen kleiner als (1/2) (λ²/Δλ) ist.
Wenn die erste Hologrammplatte 110 nach rechts bewegt wird, wie in 17 gezeigt, wird der einfallende Strahl durch das Segment 1 gebeugt und durch das Segment 1' der zweiten Hologrammplatte 112 gebeugt, bevor er einen Punkt P₁ erreicht.
Ähnlich wird unter Bezugnahme auf 19 das einfallende Licht durch das Segment 7 und das Segment 7' gebeugt, bevor es einen Punkt P₇ erreicht.
Die erste Hologrammplatte 110 und die zweite Hologrammplatte 112 sind so angeordnet, daß in jedem Fall der Beugung, die an einem M-ten Segment und an einem M'-ten Segment erfolgt, die optische Weglängendifferenz des Strahls kleiner als (1/2) (λ²/Δλ) ist.
Durch Hin- und Herbewegen der Hologrammplatte 110 in der obigen Lichtscanvorrichtung kann eine digitale Lichtscanvorrichtung erhalten werden, die auch bei einer Wellenlängenveränderung Δλ keine Versetzung der Scanstrahlposition, keine Überstrahlung des Scanstrahls und keine Versetzung eines Brennpunktes aufweist.
Als nächstes wird das Prinzip einer Lichtscanvorrichtung gemäß dem zweiten Modus der zweiten Erfindung unter Bezugnahme auf eine Draufsicht auf ein typisches Hologrammscansystem beschrieben, wie sie in 20 gezeigt ist. In 20 sind Konfigurationen, die jenen in 15 und 16 entsprechen, von Figur zu Figur mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Lichtstrahlscanvorrichtung 100 von 20 umfaßt wenigstens zwei Hologrammplatten, und zwar eine erste Hologrammplatte 110 und eine zweite Hologrammplatte 112.
Eine konvergierende Kugelwelle fällt mit einem Einfallswinkel α auf die erste Hologrammplatte 110 (mit einer Brennweite l₁) der Lichtstrahlscanvorrichtung 100 ein, die in 20 gezeigt ist. Diese konvergierende Kugelwelle wird durch die erste Hologrammplatte 110 in eine divergierende Kugelwelle konvertiert und tritt mit einem Austrittswinkel δ aus der ersten Hologrammplatte 110 aus. Die zweite Hologrammplatte 112 ist angeordnet, um zu der ersten Hologrammplatte 110 parallel zu sein, und ist von ihr durch einen Abstand der optischen Achse l₄ getrennt (Abstand zwischen H₁ und H₂ in 20).
Die divergierende Kugelwelle, die eine Brennweite l₃ hat (Abstand zwischen H₂ und H₃ in der Figur) und aus der ersten Hologrammplatte 110 austritt, fällt mit einem Einfallswinkel δ auf die zweite Hologrammplatte 112 ein, wo die Welle in eine konvergierende Kugelwelle konvertiert wird. Diese konvergierende Kugelwelle, die eine Brennweite l₂ (Abstand zwischen H₃ und H₄ in der Figur) hat, tritt aus der zweiten Hologrammplatte 112 mit einem Austrittswinkel β aus.
Um die optische Weglängendifferenz zu steuern, um 0 zu sein, mit anderen Worten, um eine achromatische Bedingung bezüglich einer optischen Achse und einer Bilderzeugung zu erhalten, müssen die folgenden Gleichungen gelten. sinα = {l3/(l3 – l4)} sinβ – {l4/(l3 – l4)} sinδ (28) cos2α/2/l1 = {l4/(l3 – l4)2/2} cos2δ + {l3 2/(l3 – l4)2/l2/2} COS2β (29)
Wenn angenommen wird, daß die optische Achse der Kugelwelle, die auf die erste Hologrammplatte 110 einfällt, senkrecht ist, das heißt, α = 0, und k(δ) = l4/l3 (30)genannt wird, lautet die Gleichung (28) sinβ = k(δ) sinδ (31).
k(δ) kann als Parameter angesehen werden, der einen Grad darstellt, in dem der Scanstrahl, der aus der ersten Hologrammplatte 110 austritt, dispergiert wird.
Daher kann in einer Lichtstrahlscanvorrichtung, die die Gleichung (31) erfüllt, die optische Weglängendifferenz Δϕ des Scanstrahls gesteuert werden, um 0 zu sein, welche Differenz erforderlich ist, um die Gleichung (27) zu erfüllen, die in der Beschreibung des ersten Modus erläutert wurde.
Deshalb kann gemäß dem zweiten Modus, der oben beschrieben wurde eine Lichtscanvorrichtung mit noch besserer Leistung als die Lichtscanvorrichtung des ersten Modus erhalten werden, wobei die Lichtscanvorrichtung selbst bei einer Wellenlängenveränderung der Rekonstruktionsstrahllichtquelle von jeglicher Versetzung der Scanstrahlposition, Überstrahlung des Scanstrahls oder Versetzung eines Brennpunktes frei ist.
Falls wir k(δ) durch Erweiterung bezüglich δ approximieren, ist k(δ) = k0 + k1δ2 (32).
Da die Ortsfrequenz f(x) der zweiten Hologrammplatte 112 (sinδ – sinβ)/λ ist, gilt die folgende Gleichung. λf (x) = {1 – k(δ)} sinδ = (1 – k0 – k1δ2) sinδ (33)
Da das Differential erster Ordnung f'(x) der Ortsfrequenz f(x) tanδ = x/L ist, wenn die erste Hologrammplatte 110 und die zweite Hologrammplatte 112 durch den Abstand L (L = l₄) getrennt sind, wird gemäß der Gleichung (31) ermittelt, daß λf' (x) = {–2k1δ sinδ + (1 – k0 – k1δ2) cosδ} xcos2δ/L (34)ist.
Wenn bei der zweiten Hologrammplatte 112 der Abstand zwischen dem Objektpunkt der einfallenden Welle und der zweiten Hologrammplatte 112 und der Abstand zwischen dem Bildpunkt und der zweiten Hologrammplatte 112 als a(δ) bzw. b(δ) bezeichnet wird, wird die folgende Beziehung hinsichtlich der Bilderzeugung abgeleitet. cos3δ/a (δ) + cos3β/b(δ) = λf'(x) (35)
In der Scanmitte (δ⎕0) wird gemäß den Gleichungen (34) und (35) ermittelt, daß 1/a(0) + 1/b(0) = (1 – k0)/L (36)ist.
Unter Bezugnahme auf die obige Gleichung wird eine ebene Bilderzeugung erhalten, wenn b(δ) = b(0) = b₀ ist. Ferner wird die folgende Beziehung erhalten. k(δ) = l4/l3 = L/a(δ) (37)
Wenn a(δ) in der Potenzreihe von δ erweitert wird, ist 1/a(δ) = λf'(x)/cos3δ – cos3β/cos3δ/b0 = {–2k1δ(δ + δ3/3 + ...) + {(1 – k0) – k1δ2}/L – {1 + (3/2)(1 – k0 2)δ2}/b0. (38)
Aus der Gleichung (37) wird ermittelt, daß 1/a(δ) = k(δ)/L = (k0 + k1δ2)/L (39)ist.
Durch einen Vergleich der Gleichungen (38) und (39) erhalten wir: 1/b0 = (1 – 2k0)/L (40) k1 = –(3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0). (41)
Durch Bestimmen von k(δ) und a(δ) gemäß den Gleichungen k(δ) = k0 – (3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0)δ2 (42) a(δ) = L/k(δ) (43)kann eine Lichtscanvorrichtung ohne Versetzung der optischen Achse auf Grund einer Wellenlängenveränderung der Lichtquelle erhalten werden, wobei k₀ ein Parameter ist, der die Charakteristik eines optischen Systems spezifiziert. Da in der Gleichung (40) angenommen wird, daß b₀ positiv ist und k(δ) mehr als 0 beträgt, ist 0 < k0 < 0,5. (44)
Die konvergierende Kugelwelle, die auf die erste Hologrammplatte 110 einfällt, wird durch die Gleichung (29) unter der Annahme von α = 0 und unter Verwendung der Gleichungen (30) und (32) definiert. l₁ betrifft den Scanstrahl, der auf die Hologrammplatte 110 einfällt, und ist im allgemeinen eine Konstante. Deshalb reicht es aus, nur den Fall von δ = 0 zu betrachten. Als Resultat dieser Betrachtungen wird l₁ von l/l1 = (k0 2/L + 1/b0)/(1 – k0)2 bestimmt.
Aus der Gleichung (40) ist bekannt, daß l1 = L (45)ist.
Von diesen Resultaten werden die folgenden Bedingungen für eine achromatische Lichtscanvorrichtung abgeleitet,

➀ Die Welle, die auf die erste Hologrammplatte 110 einfällt, muß eine konvergierende Kugelwelle sein, um Bedingungen für eine achromatische Bilderzeugung zu erfüllen.
➁ Es ist erforderlich, daß entweder die Ortsfrequenz f(x) der zweiten Hologrammplatte 112 f(x) = {1 – k(δ)} sinδist, wobei δ der Einfallswinkel des auf die zweite Hologrammplatte 112 einfallenden Strahls ist, oder daß k(δ) = k0 – (3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0)δ2 ist.
➂ k(δ) der obigen Gleichung dient dazu, die Position der divergierenden Lichtquelle der einfallenden Welle bezüglich der zweiten Hologrammplatte 112 zu bestimmen. Um die Bedingungen für Achromasie bezüglich der optischen Achse zu erfüllen, muß a(δ) = L/k(δ)sein.
➃ Der Scanstrahl, der aus der zweiten Hologrammplatte 112 austritt, bildet ein ebenes Bild gemäß der folgenden Gleichung. 1/b0 = (1 – 2k0)/L

Als nächstes folgt eine Beschreibung des Prinzips einer Lichtstrahlscanvorrichtung gemäß dem dritten Modus der zweiten Erfindung unter Bezugnahme auf eine Draufsicht auf ein typisches Hologrammscansystem, wie in 21 gezeigt. Die Lichtstrahlscanvorrichtung 100 von 21 umfaßt wenigstens zwei Hologramme, nämlich eine erste Hologrammplatte 110 und eine zweite Hologrammplatte 112.
Ein Scanstrahl in Form einer konvergierenden Kugelwelle fällt auf die erste Hologrammplatte 110 (mit einer Brennweite von l₁) der Lichtstrahlscanvorrichtung, die in 21 gezeigt ist, mit einem Einfallswinkel α ein. Diese konvergierende Kugelwelle wird durch die erste Hologrammplatte 110 in eine konvergierende Kugelwelle konvertiert und tritt aus ihr mit einem Austrittswinkel δ heraus.
Die zweite Hologrammplatte 112 ist parallel zu der ersten Hologrammplatte 110 und in einem Abstand der optischen Achse von l₄ von derselben angeordnet (Abstand zwischen H₁ und H₃ in 21). Die konvergierende Kugelwelle, die aus der ersten Hologrammplatte 110 austritt, die eine Brennweite (l₃ – l₄) [l₃ minus l₄] hat (Abstand zwischen H₂ und H₃ in der Figur), fällt auf die zweite Hologrammplatte 112 mit einem Einfallswinkel δ ein; dann wird sie durch die zweite Hologrammplatte 112 in eine konvergierende Kugelwelle konvertiert. Diese konvergierende Kugelwelle mit einer Brennweite von 12 (Abstand zwischen H₃ und H₄ in der Figur) tritt aus der zweiten Hologrammplatte 112 mit einem Austrittswinkel β heraus. Ein Abstand zwischen H₁ und H₂ in 7 ist l₃.
Die folgenden Gleichungen müssen gelten, damit die optische Weglängendifferenz der Scanstrahlen 0 ist, mit anderen Worten, damit eine Achromasie bezüglich einer optischen Achse und einer Bilderzeugung erhalten wird. sinα = (1 – l4/l3) sinβ + (l4/l3) sinδ (46) cos2α/2/l1 = {l4/l3 2/2} cos2δ + {(l3 – l4)2/l2/l3 2/2}COS2β (47)
Indem k'(δ) = l₄/l₃ genannt wird, können die folgenden Bedingungen zum Erhalten einer achromatischen Lichtstrahlscanvorrichtung abgeleitet werden, wie im Falle des zweiten Modus der Lichtstrahlscanvorrichtung, der vorher erläutert wurde.

➀ Die einfallende Welle, die auf die erste Hologrammplatte 110 einfällt, muß eine konvergierende Kugelwelle sein, um die Bedingungen für eine achromatische Bilderzeugung zu erfüllen.
➁ Es ist erforderlich, daß entweder die Ortsfrequenz f(x) der zweiten Hologrammplatte 112 f(x) = {1 – k(δ)} sinδist, wobei δ der Einfallswinkel des auf die zweite Hologrammplatte 112 einfallenden Strahls ist, oder daß k(δ) = k'(δ)/{1 – k'(δ)} = k0 – (3/8)(1 – k0 2)δ2 k0 = k'0/(1 – k'0) k'0 = L/(L – a0)ist.
➂ Dabei dient k'(δ) der obigen Gleichung dazu, die Position der divergierenden Lichtquelle der einfallenden Welle bezüglich der zweiten Hologrammplatte 112 zu bestimmen. Um die Bedingungen für Achromasie bezüglich der optischen Achse zu erfüllen, muß a(δ) = L/k(δ) = {k'(δ) – 1}L/k'(δ) < 0sein. Der negative Wert von a₀ gibt an, daß der Strahl, der auf die zweite Hologrammplatte 112 einfällt, eine konvergierende Kugelwelle ist.
➃ Der Scanstrahl, der aus der zweiten Hologrammplatte 112 austritt, bildet ein ebenes Bild gemäß der folgenden Gleichung. 1/b0 = (1 + k'0)/(1 – k'0)/L
❻ Da b₀ in der obigen Gleichung positiv ist, muß 0 < k'₀ < 1 sein.

Daraus geht hervor, daß die Anforderung an k', das für den dritten Modus relevant ist, wo das Licht, das aus der zweiten Hologrammplatte 112 austritt, eine konvergierende Kugelwelle ist, k'(δ) = k(δ)/{k(δ) – 1}lautet, wobei k von dem Bereich 0–0,5 auf den Bereich –∞–0,5 erweitert werden kann. Eine Verallgemeinerung ist möglich, indem η = 1 – k, η' = 1 – k', η = 1/η' genannt wird.
22 zeigt Modi der einfallenden und austretenden Wellen der ersten Hologrammplatte und Modi der austretenden Wellen der zweiten Hologrammplatte bezüglich der Veränderung des Faktors k in den in 17–20 gezeigten Konfigurationen.
[Erste Ausführungsform]
23 zeigt die erste Ausführungsform einer Translationslichtstrahlscanvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen ersten Modus. Ein bewegliches erstes Hologramm 150 wird in der Richtung X in der Figur durch einen Translationsmechanismus 160 wie etwa einen Schwingspulenmotor linear angetrieben. Die Richtung auf einer Hologrammoberfläche, die zu der Richtung X senkrecht ist, wird als Richtung Y bezeichnet.
Das erste Hologramm 150 und das zweite Hologramm 112, das in einem Abstand L von ihm angeordnet und feststehend ist, sind so konfiguriert, daß die Ortsfrequenzverteilungen f_x (die Richtung X) und f_y (die Richtung Y) durch die folgenden Gleichungen gegeben sind.
Das erste Hologramm 150: fxλ = x1/F1 fyλ = y1/F1 (48)
Das zweite Hologramm 112: fxλ = x2/F2 fyλ = y2/F2 (49)
Die Suffixe stellen hier Koordinaten auf der ersten Hologrammplatte 150 und auf der zweiten Hologrammplatte 112 dar. Wenn eine konvergierende Kugelwelle mit einer Brennweite von F₁ senkrecht auf die bewegliche erste Hologrammplatte 150 einfällt, tritt der Scanstrahl ungefähr in Form einer ebenen Welle aus der ersten Hologrammplatte 150 aus. Dieser Strahl wird durch die feststehende zweite Hologrammplatte 112 gebeugt, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl auf einer Scanoberfläche 120 konvergiert. Wenn die erste Hologrammplatte 150 über eine Distanz x₁ bewegt wird, wird der Strahl, der aus der ersten Hologrammplatte 150 austritt, einer Winkelveränderung um θ₁ = sin^–(x₁/F₁) unterzogen. Der austretende Strahl fällt auf die zweite Hologrammplatte 112 auf solch eine Weise ein, um einen Winkel θ₁ bezüglich der Länge L tanθ₁ zu bilden, dann tritt der Strahl aus der zweiten Hologrammplatte 112 mit einem Winkel θ₂ aus, wobei sinθ2 = x2/F2 – sinθ1 = L tanθ1/F2 – sinθ1 = L tan{sin–(x1/F1)} /F2 – x1/F1 ist.
Aus der Gleichung (27) geht hervor, daß die optimale Bedingung für eine Wellenlängenveränderung Δλ gegeben ist durch Δϕ = W·sinθ2 < (1/4)(λ2/Δλ).
Deshalb ist sinθ2 = L tan{sin–(x1/F1)}/F2 – X1/F1 < (1/4 W)(λ2/Δλ) ≡ ξ (50) x2 = L tanθ1 (51)
Wenn L = F₂ genannt wird, wird die Beziehung zwischen x₁/F₁, θ₁ und θ₂ in 24 tabellarisch dargestellt. ξ = (1/4 W)(λ²/Δλ) wird in 25 tabellarisch dargestellt, wenn angenommen wird, daß λ = 780 nm ist.
Ein optisches Scansystem, daß gegenüber einer Wellenlängenveränderung resistent ist, kann auf der Basis der Werte von sinθ₂ in Tabelle 2 und jenen von ξ in Tabelle 3 konfiguriert werden.
Als Beispiel soll eine Lichtstrahlscanvorrichtung dienen, bei der ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlängenveränderung von 1 nm verwendet wird, um Hologramme zu konstruieren, die durch die Gleichungen (48) und (49) gekennzeichnet sind, in denen F₁ = F₂ = 200 mm ist, wobei der Abstand L zwischen der ersten Hologrammplatte 150 und der zweiten Hologrammplatte 112 200 mm beträgt und der Strahlradius des Rekonstruktionsstrahls 2 mm beträgt (die F-Zahl sei 100). ξ ist in diesem Fall 0,076 gemäß 25(A).
Wenn die erste Hologrammplatte 150 in dieser Konfiguration um ± 100 mm (x₁/F₁ = 0,5) umgesetzt wird, ist aus 24 ersichtlich, daß sinθ₂ = 0,77 ist und die Gleichung (50) im großen und ganzen gültig ist. Als Resultat wird eine Lichtscanvorrichtung mit einer Scanbreite (das Doppelte von x₂) von 252 mm erhalten (Größe B4), bei der keine Minderung der Scanleistung auf Grund einer Versetzung der Strahlposition beobachtet wird, die durch eine Wellenlängenveränderung verursacht wird.
[Zweite Konfiguration]
Eine andere Konfiguration, die auf dem ersten Modus des zweiten Prinzips beruht, ist in 26 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird eine rotierende Hologrammscheibe 150 als erstes Hologramm verwendet. Wie in früheren Beispielen ist dieses erste Hologramm mit einer feststehenden zweiten Hologrammplatte 112 kombiniert, so daß die Bedingungen, die durch die Gleichung (27) spezifiziert werden, mit einer Konfiguration aus der beweglichen ersten Hologrammplatte 150 und der feststehenden zweiten Hologrammplatte 112 erfüllt werden.
Eine bevorzugte Konfiguration wird dadurch erreicht, daß die zweite Hologrammplatte 112 parallel zu der ersten Hologrammplatte 150 angeordnet wird und daß gewährleistet wird, daß die Hauptachse O des Hologramms der zweiten Hologrammplatte 112 einen Punkt, an welchem Punkt der Strahl austritt, der ersten Hologrammplatte 150 durchläuft.
[Dritte Ausführungsform]
Eine andere Ausführungsform gemäß dem zweiten Prinzip ist in 27 gezeigt. Ein rotierendes Kegelstumpfhologramm 150 wird als das bewegliche erste Hologramm verwendet. Ein Hologramm wird auf der Oberfläche des Kegelstumpfes durch eine Kugelwelle und eine ebene Welle gebildet. Vorzugsweise wird eine Wellenfront, die ihre Mitte auf der Rotationsachse des Kegels hat, durch eine ebene Welle gebildet, die zu der Oberfläche des Kegelstumpfes senkrecht ist.
Die feststehende zweite Hologrammplatte 112 ist ungefähr mit demselben Winkel wie die Kegelstumpfoberfläche der ersten Hologrammplatte 150 geneigt. Vorzugsweise sind sie parallel zueinander angeordnet. Durch Anordnen der ersten und zweiten Hologramme 150 und 112 auf solch eine Weise, daß die Gleichung (27) erfüllt wird, wird eine Lichtstrahlscanvorrichtung erhalten, die gegenüber Wellenlängenveränderungen resistent ist.
[Vierte Konfiguration]
Eine andere Konfiguration, die den ersten oben beschriebenen Modusverwendet, bei welchem Modus ein zylindrisches Hologramm 150 als das bewegliche erste Hologramm verwendet wird, ist in 28 gezeigt. Ein Hologramm wird auf der Oberfläche des Zylinders durch eine Kugelwelle und eine ebene Welle gebildet. Vorzugsweise wird eine Wellenfront, die ihre Mitte auf der Rotationsachse des Zylinders hat, durch eine ebene Welle gebildet.
Die feststehende zweite Hologrammplatte 112 ist vorzugsweise so angeordnet, um zu der Zylinderoberfläche parallel zu sein. Durch Anordnen der ersten und zweiten Hologrammplatten 112 und 150 auf solch eine Weise, daß die Gleichung (27) erfüllt wird, wird eine Lichtstrahlscanvorrichtung erhalten, die gegenüber Wellenlängenveränderungen resistent ist.
[Fünfte Konfiguration]
29 zeigt eine fünfte Konfiguration einer elektronischen Lichtstrahlscanvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen ersten Modus. Ein bewegliches erstes Hologramm 110 wird aus einem akusto-optischen Element gebildet. Typischerweise wird solch ein Element hergestellt, indem ein Beugungsgitter gebildet wird, das Interferenzstreifen mit einer Teilung d von 9–18 μm umfaßt, indem ein elektrisches Hochfrequenzfeld mit einer Mittenfrequenz von etwa 55 MHz auf einen Telluroxidkristall angewendet wird und der Kristall einer Frequenzmodulation von ± 18 MHz unterzogen wird. Der Lichtscanstrahl wird mit diesen sich im Laufe der Zeit verändernden Streifen gebeugt.
Wenn die zu der Richtung X (X ist die Richtung der Bewegung des ersten Hologramms) senkrechte Richtung als Richtung Y bezeichnet wird, werden das erste Hologramm 110 und das zweite Hologramm 112, das in einem Abstand L von ihm angeordnet und feststehend ist, so konfiguriert, daß die Ortsfrequenzverteilungen f_x und f_y durch die folgenden Gleichungen gegeben sind. fxλ = A sinωt + B, fyλ = 0[Erstes Hologramm 110] fxλ = x2/F2, fyλ = y2/F2 [Zweites Hologramm 112]
Wenn ein Strahl einer ebenen Welle auf das erste Hologramm 110 senkrecht einfällt, tritt ein Scanstrahl in Form einer ebenen Welle aus ihm heraus. Dieser Strahl wird durch die zweite Hologrammplatte 112 gebeugt und konvergiert auf der Scanoberfläche 120. Der austretende Strahl, der durch das erste Hologramm 110 gebeugt ist, wird mit einem Winkel θ₁ = sin^–(A sinωt + B) abgelenkt. Dieser austretende Strahl fällt mit einem Einfallswinkel von θ₁ an einer Position L tanθ₁ auf die zweite Hologrammplatte 112 ein und tritt aus der zweiten Hologrammplatte 112 mit einem Winkel θ₂ aus.
Aus dieser Konfiguration resultiert sinθ2 = x2/F2 – sinθ1 = L tanθ1/F2 – sinθ1 = L tan{sin–(A sinωt + B)} /F2 – (A sinωt + B)
Aus der Gleichung (27) geht hervor, daß die Bedingung, die erforderlich ist, damit eine Vorrichtung vor Wellenlängenveränderungen geschützt ist, wie folgt ist. Δϕ = W sinθ2 < (1/4)(λ2/Δλ)
Deshalb gilt die folgende Beziehung. |L tan{sin–(A sinωt + B)}/ F2 – (A sinωt + B)| < (1/4 W) (λ2/Δλ)
Wenn sinθ₁ relativ klein ist, lautet die linke Seite der obigen Ungleichung |(L/F₂ – 1) sinθ_lMAX|. θ_lMAX beträgt etwa 5.
Wenn angenommen wird, daß ein Halbleiterlaser mit einer Mittenwellenlänge von 780 nm und einer Wellenlängenversetzung von 5 nm als Lichtquelle 114 eingesetzt wird und daß der Radius des einfallenden Strahls W 5 mm beträgt, erhalten wir folgendes. (1/2 W) (λ2/Δλ) = 0,012
Daher muß L/F₂ = 1 ± 0,14 sein. Als durch den Erfinder ein wirklicher Versuch gemacht wurde, um eine Lichtstrahlscanvorrichtung zu konfigurieren, in der L = 100 mm und F₂ = 110 mm betrug, wurde eine Lichtstrahlscanvorrichtung erhalten, die gegenüber einer Wellenlängenveränderung resistent war.
Obwohl 29 eine Ausführungsform zeigt, in der ein einzelnes erstes Hologramm verwendet wird, ist es alternativ auch möglich, eine Vielzahl von Hologrammen, wie etwa das erste Hologramm, in Stufen anzuordnen.
[Sechste Konfiguration]
30 zeigt eine noch effizientere Konfiguration, bei der ein einfallender Strahl in Form von parallelem Licht vorgesehen wird, um eine Überstrahlung des Scanstrahls zu verhindern, wobei das parallele Licht gebildet wird, indem eine konvergierende Linse 116 und eine vergrößernde Hologrammlinse 118 in der Stufe vor der oben angegebenen fünften Ausführungsform und im Anschluß an die divergierende Lichtquelle angeordnet werden.
In der fünften Konfiguration wird eine optische Weglängendifferenz Δϕ zwischen der Mitte des Scanstrahls und dessen Ende gebildet, um zu bewirken, daß paralleles Licht konvergiert. Der Wert der optischen Weglängendifferenz beträgt 110 μm, wenn F₂ = 110 mm ist. Da der zulässige Wert Δϕ < (1/4)(λ²/Δλ) = 30 μm ist, kommt es zu einer Überstrahlung des Scanstrahls.
Die sechste Konfiguration sieht eine Korrektur durch Eliminieren der obigen Differenz von 80 μm vor. Indem gewährleistet wird, daß die Brennweite der konvergierenden Kugellinse 116 10 mm beträgt, und eine Halbleiterlinse 114 in einem Abstand von 11 mm von der Linse angeordnet wird, wird eine konvergierende Welle mit einer Brennweite von 110 mm erhalten. Vorausgesetzt, daß die Brennweite der vergrö ßernden Hologrammlinse 118 110 mm beträgt, kann die obenerwähnte optische Weglängendifferenz eliminiert werden, indem diese konvergierende Welle in eine ungefähr parallele Welle konvertiert wird. Als Resultat wird ein Scanstrahl ohne Überstrahlung erhalten.
[Siebte Konfiguration]
31 zeigt einen Fall, bei dem ein Flüssigkristallelement als erstes Hologramm 110 anstelle eines akustooptischen Elementes wie in der sechsten Ausführungsform verwendet wird. Die vergrößernde Hologrammlinse 118 und die konvergierende Linse 116 sind zwischen der Lichtquelle 114 und dem ersten Hologramm 110 angeordnet.
Das Anwenden eines elektrischen Feldes auf eine transparente Kammelektrode mit einer Teilung von 0,5 μm erzeugt eine Phasendifferenz in dem Flüssigkristall, wodurch ein Hologramm gebildet wird. Durch Verändern des angewendeten elektrischen Feldes werden ein streifenfreier Zustand und Beugungsgitter mit Teilungen von 0,5 μm und 1 μm erhalten. Eine Lichtumschaltung, die nicht durch eine Wellenlängenveränderung beeinflußt wird, kann zum Beispiel durch einen Halbleiterlaser 114 zum Vorsehen eines einfallenden Strahls realisiert werden, der durch die zweite Hologrammplatte 112 gebeugt wird. Während 31 eine Ausführungsform zeigt, bei der ein einzelnes erstes Hologramm verwendet wird, kann alternativ auch eine Vielzahl von solchen ersten Hologrammen angeordnet werden.
32 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Flüssigkristall des Reflexionstyps als erstes Hologramm verwendet wird.
Dieses Beispiel zeigt, daß der Scanstrahl auch durch ein erstes Hologramm gebeugt werden kann, das aus elektrooptischen Kristallen wie etwa LiNbO₃, Sr_xBa_(1–x)NbO₃, KDP, GaAs, ZnO und LiTaO₃ gebildet ist, wenn diese anstelle von Flüssigkristallelementen wie in der siebten Ausführungsform verwendet werden. Ferner kann unter Verwendung eines akustooptischen Elementes, eines Flüssigkristallelementes oder eines elektro-optischen Kristalls als erstes Hologramm die Beugung des Scanstrahls in dem ersten Hologramm elektrisch gesteuert werden.
Bei solch einer elektrischen Steuerung kann das Scannen des Strahls nicht nur mit höherer Geschwindigkeit als mit einem mechanischen Mittel zum Bewegen des ersten Hologramms erfolgen, sondern es ist auch eine Größenverringerung einer Lichtscanvorrichtung möglich, und eine Minderung der mechanischen Leistung der Lichtscanvorrichtung wird auf Grund des Fehlens jeglicher beweglichen Teile verhindert.
Unten werden die Besonderheiten der zweiten und dritten Modi einer Vorrichtung, die das zweite Prinzip verwendet, beschrieben, auf der Basis der Lichtstrahlscanvorrichtung von 23 beschrieben.
Das erste Hologramm 110 (150) hat die Form einer flachen Platte und konvertiert eine konvergierende Welle in eine divergierende Welle. Das zweite Hologramm 112 hat auch die Form einer flachen Platte, konvertiert aber eine divergierende Welle in eine konvergierende Welle. Das erste Hologramm 110 (150) wird bezüglich des zweiten Hologramms 112 bewegt. Wenn die Richtung der Bewegung des ersten Hologramms 150 als Richtung X bezeichnet wird, wird gemäß der obigen Analyse festgestellt, daß eine Lichtscanvorrichtung ohne Versetzung der Scanstrahlposition, die durch eine Wellenlängenveränderung verursacht wird, erhalten werden kann, indem die ersten und zweiten Hologramme auf solch eine Weise hergestellt werden, daß die folgenden Gleichungen erfüllt sind. k(δ) = k0 – (3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0) δ2 k1 = –(3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0) δ2 b0 = L/(1 – 2k0) a(δ) = L/k(δ) sinβ = k(δ) sinδ W = L tanδ – b0 tanβ
Wenn angenommen wird, daß ein Licht auf das erste Hologramm senkrecht einfällt, wird ein Beugungswinkel δ der austretenden Welle mit der Zeit verändert, wenn das erste Hologramm bewegt wird.
25(B) zeigt, unter Verwendung des Parameters k₀, Beispiele für Spezifikationen zum Bezeichnen des Beugungswinkels β des zweiten Hologramms und für den Scanabstand W, wenn k₁, der gewünschte Wert von b₀ und δ = 35° gegeben sind.
25(C) zeigt Beispiele für Konfigurationen, die ungefähr denselben Bilderzeugungsabstand bei dem Austrittswinkel δ sowohl von 0° als auch von 35° ermöglichen und eine flache Bilderzeugungscharakteristik gewährleisten.
Die folgenden Gleichungen werden bei der obigen Konstruktion verwendet.
Gemäß diesen Moden wird eine Lichtscanvorrichtung ohne Versetzung der Scanstrahlposition, Versetzung eines Brennpunktes des Scanstrahls oder Überstrahlung desselben auch mit einer Lichtquelle mit Wellenlängenveränderung oder Wellenlängendispersion erhalten. Ferner wird eine Lichtstrahlscanvorrichtung erhalten, die nicht nur eine Wellenlängenveränderung korrigieren kann, sondern auch eine flache Bilderzeugungscharakteristik hat. Da ein preiswerter Halbleiterlaser oder eine Lichtemissionsdiode in einer Lichtstrahlscanvorrichtung verwendet werden kann, ist die Herstellung von solchen Lichtstrahlscanvorrichtungen mit niedrigen Kosten möglich. Da Hologramme durch Massenproduktion hergestellt werden können, wird eine Lichtstrahlscanvorrichtung erhalten, die preiswerter als der herkömmliche Polygonscanner ist. Das selbe Prinzip kann auf einen Scanner für einen Laserdrucker, einen POS-Scanner, einen Leuchtkopf, eine Prüfvorrichtung einer dreidimensionalen Form und einen Lichtschalter angewendet werden.
[Drittes Prinzip]
Das oben genannte erste Prinzip ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einheitliche periphere optische Weglängen in einem Lichtstrom vorsieht, welche optischen Weglängen von dem einfallenden Licht bis zur Bilderzeugungsoberfläche gemessen werden. Durch solch eine Konfiguration wird eine Korrektur bei Versetzung einer Scanstrahlposition erreicht.
Daher sollte, wie in 33 und 34 gezeigt, wenn durch eine Kollimationslinse 31 eine ebene Welle aus divergierendem Licht, das von einem Halbleiterlaser in einem Lichtquellenabschnitt emittiert wird, erzeugt wird und das parallele Licht dann in der Querscanrichtung durch eine Zylinderlinse 32 zum Konvergieren gebracht wird, während das Licht in der Scanrichtung als paralleles Licht beibehalten wird (oder während die Konvergenz auch in der Scanrichtung bewirkt wird), der Brennpunkt der einfallenden Welle in der Querscanrichtung auf das rotierbare Hologramm 10 gebracht werden.
Bei einer Scanvorrichtung, die das erste Prinzip verwendet, kann das folgende Problem auftreten.

➀ Der Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 20 braucht lediglich etwa 0,5° zu betragen, um einheitliche periphere optische Weglängen in dem Lichtstrom vorzusehen, welche optischen Wege von der Lichtquelle zu der Bilderzeugungsoberfläche 4a gemessen werden, wodurch eine niedrige Ortsfrequenz (die Anzahl von Interferenzstreifen pro Einheitsbereich), eine ineffektive Beugung und eine schwächere Lichtleistung auf der Bilderzeugungsoberfläche 4a herbeigeführt werden.
➁ In einem sogenannten In-line-Hologramm, das durch einen kleinen Beugungswinkel gekennzeichnet ist, müssen die Referenzwelle und die Objektwelle dicht beieinander liegen, wenn ein Hologramm hergestellt wird, wodurch die Herstellung unter Einsatz einer Belichtung erschwert wird.
➂ Ein kleiner Beugungswinkel führt zu Schwierigkeiten bei der Trennung von gebeugten Lichten hoher Ordnung und läßt ein unnötiges Vermischen von Licht zu.

Angesichts der obigen Nachteile kann ein drittes, unten beschriebenes Prinzip eine Lichtstrahlscanvorrichtung vorsehen, die einen großen Beugungswinkel des feststehenden Beugungsgitters auch dann zulassen kann, wenn einheitliche periphere optische Weglängen in dem Lichtstrom vorgesehen werden, welche optische Weglänge von dem einfallenden Licht bis zur Bilderzeugung gemessen wird.
35 ist ein Diagramm, das das dritte Prinzip einer Lichtstrahlscanvorrichtung zeigt.
Die Vorrichtung der 35 umfaßt: einen Lichtquellenabschnitt 201; ein rotierbares Hologramm 202; und eine feststehende Platte 203, die zwischen dem rotierbaren Hologramm 202 und einer Scanoberfläche 204 angeordnet ist, und auf welchem rotierbaren Hologramm 202 ein Beugungsgitter aufgezeichnet ist, wobei ein Licht, das von dem Lichtquellenabschnitt einfällt, durch ein Beugungsgitter des rotierbaren Hologramms 202 gebeugt wird, ein Scannen mit dem gebeugten Licht durch die Rotation des rotierbaren Hologramm 202 ausgeführt wird, dasselbe Scanlicht durch die feststehende Platte 203 gebeugt wird, um ein Lichtscannen auf der Scanoberfläche 204 auszuführen. Bei dieser Vorrichtung wird die Konvergenzposition des Lichtes, das auf das rotierbare Hologramm 202 einfällt, von der Oberfläche des rotierbaren Hologramms entweder hin zu der Bilderzeugungsoberfläche oder hin zu dem einfallenden Licht in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung versetzt und die feststehende Platte 203 beugtdas gebeugte Licht von dem rotierbaren Hologramm 202, so daß die peripheren optischen Weglängen einheitlich sind, welche optischen Weglängen von dem einfallenden Licht bis zu der Scanoberfläche 204 gemessen werden. Unten sind Beschreibungen für die spezifischen Ausführungsformen angegeben.
[Erste Konfiguration]
36 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der ersten Konfiguration der Scanvorrichtung zeigt, die das dritte Prinzip verwendet. In der Figur wird ein divergierender Strahl von einem Halbleiterlaser 210 durch eine Kollimationslinse 211 in einen parallelen Strahl umgewandelt, und durch eine Zylinderlinse 212 wird bewirkt, daß es in der Querscanrichtung Y konvergiert. Um eine feststehende Hologrammplatte 203 mit einem Beugungswinkel unter der Bedingung vorzusehen, daß der eine optische Weg R₁ + R₂ + R₃ und der andere optische Weg R₁' + R₂' + R₃' konfiguriert werden, um dieselben zu sein, sollten die optischen Wege R₃ und R₃' verschiedene Werte haben. Diese gleiche Differenz der Werte sollte zwischen den optischen Wegen R₁ + R₂ und R₁' + R₂' existieren.
Diese Ausführungsform ist so konfiguriert, daß: die Konvergenzposition des Lichtes, das auf das rotierbare Hologramm 202 einfällt, in einer Richtung, die von der Fläche des rotierbaren Hologramms entfernt ist, hin zu der Bilderzeugungsoberfläche in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung liegt; eine Differenz zwischen den optischen Wegen R₁ + R₂ und R₁' + R₂' existiert, die feststehende Hologrammplatte 203 das gebeugte Licht von dem rotierbaren Hologramm 202 in hohem Maße beugt; und die peripheren optischen Weglängen in dem Lichtstrom einheitlich sind, welche optischen Wege von dem einfallenden Licht bis zu der Scanoberfläche 204a gemessen werden. Genauer gesagt, das Bewegen der Zylinderlinse 212 von ihrer Position in 34, die dem rotierbaren Hologramm 202 näher ist, ermöglicht das Anordnen der Fokusposition entfernt von dem rotierbaren Hologramm 202 hin zu der Bilderzeugungsoberfläche, mit anderen Worten, an M₁ jenseits des rotierbaren Hologramms 202.
Daher wird die einfallende Welle in Form einer konvergierenden Kugelwelle durch das rotierbare Hologramm 202 gebeugt, längs des Weges zum Konvergieren gebracht, es divergiert und fällt auf die feststehende Hologrammplatte 203 ein.
Da die Beziehung R₁ < R₁' bezüglich der optischen Wege R₁ und R₁' gilt, die von dem rotierbaren Hologramm 202 bis zu einer Referenzkugeloberfläche gemessen werden, welche Kugel eine Mitte M₁ hat, und die Beziehung R₂ < R₂' bezüglich der optischen Wege R₂ und R₂' gilt, die von dem rotierbaren Hologramm 202 bis zu der feststehenden Hologrammplatte 203 gemessen werden, gilt die Beziehung R₃ < R₃' bezüglich der optischen Wege R₃ und R₃', die von der feststehenden Hologrammplatte 203 bis zu einer Referenzkugeloberfläche gemessen werden, welche Kugel eine Mitte M₂ hat (die Bilderzeugungsoberfläche 204a).
Daher ergibt sich die Notwendigkeit, den Scanstrahl, der aus der feststehenden Hologrammplatte 203 austritt, zu krümmen, wodurch ein großer Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 203 gewährleistet wird und anstelle eines Hologramms des In-line-Typs ein Hologramm des außeraxialen Typs mit hoher Beugungseffektivität erreicht wird.
Da die Fokusposition M₁ von dem rotierbaren Hologramm 202 hin zu der Bilderzeugungsoberfläche entfernt ist, muß die Beugungsrichtung der feststehenden Hologrammplatte 203 eine positive Richtung sein, das heißt, sie muß dieselbe Richtung wie die Beugungsrichtung des rotierbaren Hologramms 202 sein.
Die Bedingungen zum Eliminieren einer Versetzung der Scanstrahlposition werden erfüllt, welche Versetzung einer Wellenlängenveränderung (Veränderung einer Mittenwellenlänge, Multimode-Verteilungsveränderung) zuzuschreiben ist, die durch Temperaturveränderung des Halbleiterlasers 210 verursacht wird, während gleichzeitig der Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 203 groß sein kann, so daß eine verringerte Lichtleistung verhindert wird, somit das Herstellen einer Hologrammplatte vereinfacht wird und das Vermischen von unnötigen gebeugten Wellen hoher Ordnung verhindert wird.
37 ist ein Diagramm, das die Herstellung einer feststehenden Hologrammplatte der ersten Konfiguration gemäß dem dritten Prinzip beschreibt.
Wie in der Figur gezeigt, wird die feststehende Hologrammplatte 203 durch die Interferenz einer Objektwelle (konvergierende Kugelwelle) und einer Referenzwelle hergestellt. Wenn die Phase der Objektwelle als ϕ_O bezeichnet wird und die Phase der Referenzwelle als ϕ_R bezeichnet wird, wird die Phasenverteilung ϕ_H eines durch die obige Objektwelle und die Referenzwelle hergestellten Hologramms durch die folgende Gleichung (61) dargestellt. ϕH = ϕO – ϕR (61)
Da die gebeugte Welle des rotierbaren Hologramms 202 eine Zylinderkugelwelle ist, wird die Phase ϕ_R der Referenzwelle durch die folgende Gleichung (62) ausgedrückt, wobei die Phasendifferenzen zwischen der Kugelwelle mit einem Punkt Z₀ als Mitte und der Zylinderwelle enthalten sind.
wobei k₂ die Wellenzahl der Rekonstruktionswelle ist, X eine Koordinate in der Scanrichtung ist, Y eine Koordinate in der Querscanrichtung ist, Z eine Koordinate in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung und der Querscanrichtung ist.
Die Objektwelle ist eine Kugelaberrationswelle mit einer Hauptachse A der feststehenden Hologrammplatte 203 als Mitte, welche Achse durch die austretende Welle von dem rotierbaren Hologramm 202 in der Scanmitte getroffen wird. Diese Kugelaberrationswelle ist eine sogenannte "positive Kugelaberrationswelle", die sich weiter hin zu der Achse A krümmt, wenn sie sich längs der Achse A bewegt. Die Phase ϕ_O der Objektwelle ist durch die folgende Gleichung (63) gegeben: ϕO = k2 [C1·(X2 + Y2) + C0·Y] (63)wobei C₀ und C₁ Konstanten sind.
Daher wird die Verteilungsphase ϕ_H eines Hologramms durch die folgende Gleichung (64) ausgedrückt.
Somit sind die folgenden Richtungskosinusse f_x und f_y der Objektwelle in den Richtungen X (Scannen) und Y (Querscannen) die partiellen Ableitungen der Verteilungsphase ϕ_O des Hologramms bezüglich X bzw. Y und daher durch die Gleichungen (65) und (66) gegeben.
Deshalb ist es am besten zu gewährleisten, daß die optischen Wege (PQ), die in Hauptachsen P₁, P₂, P₃ und P₄ ihren Ursprung haben und in Punkten Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄ enden, nämlich in den Punkten auf der feststehenden Hologrammplatte 203, die durch das Licht getroffen werden, dieselbe Länge 1/2C₁ haben.
Es ist möglich, einen Beugungswinkel in der Y-(Querscan)-Richtung durch das Vorhandensein des Terms C₀ y in der Gleichung (62) vorzusehen.
38 und 39 sind Diagramme, die die Verteilung der Scanstrahlintensität zeigen und den Effekt darstellen, der in der ersten Konfiguration des dritten Prinzips erhalten wird. 38 zeigt die Scanstrahlform, die gemäß der Wellenoptik bestimmt wird, wenn die Wellenlänge des Halbleiterlasers eine Monomode ist. 39 zeigt die Scanstrahlform, die gemäß der Wellenoptik bestimmt wird, wenn die Wellenlänge des Halbleiterlasers eine Multimode ist.
Unter Bezugnahme auf 36 beträgt der Abstand zwischen dem rotierbaren Hologramm 202 und der feststehenden Hologrammplatte 203 223 mm, beträgt der Abstand zwischen der feststehenden Hologrammplatte 203 und der Bilderzeugungsoberfläche 204a 265 mm und beträgt der Abstand der optischen Achse zwischen dem rotierbaren Hologramm 202 und dem Konvergenzpunkt M₁ 35,5 mm.
Mit solch einer Konfiguration beträgt der Austrittswinkel aus der feststehenden Hologrammplatte 203, welcher Winkel so vorgesehen ist, um eine Versetzung des einfallenden Strahls des Halbleiterlasers 210 auf Grund der Wellenlängenveränderung zu kompensieren, 14,4°, wodurch ein großer Beugungswinkel und eine leichte Trennung von Lichten hoher Ordnung gewährleistet ist.
Als solch ein angemessener Wert vorgesehen wurde, wurde eine ausgezeichnete lineare Scancharakteristik erhalten, wobei ein geradliniger Scanfehler kleiner als ± 0,1 mm und ein linearer Scanfehler kleiner als 0,3 % war.
Die Scanstrahlintensitätsverteilung in der Scanmitte und der Scanabstand von 146 mm, wenn die Wellenlänge des Halbleiterlasers 10 eine Monomode ist, sind in 8(A), (B) und (C) gezeigt.
Was die Fälle betrifft, wenn die Wellenlänge des Halbleiterlasers 210 eine Multimode ist, wird ein Fall betrachtet, der durch die Wellenlängenveränderung beeinflußt wird, bei dem die Multimodenbreite 2 nm groß ist und das Leistungsverhältnis im Gegensatz zu dem Wert von 1, der in der Wellenlängenmitte ermittelt wird, 0,6 beträgt.
Der wirkiche Halbleiterlaser 210 hat eine stark zentralisierte spektrale Verteilungscharakteristik.
Die Scanstrahlintensitätsverteilungen, die in 39(A), (B) und (C) gezeigt sind, wurden in der Scanmitte, im Scanabstand von 73 mm und im Scanabstand von 146 mm erhalten.
Aus diesen Resultaten geht hervor, daß bei einer Multimodenverteilung, die durch eine Wellenlängenveränderung beeinflußt wird, eine Scanstrahlintensitätsverteilung erhalten wird, die sich von derjenigen einer Monomodenverteilung nicht groß unterscheidet, und daß der Effekt der Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers 210 vollkommen kompensiert wird.
Somit ist es möglich, einen großen Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 203 vorzusehen, eine Verringerung der Lichtleistung auf der Bilderzeugungsoberfläche zu verhindern, die Herstellung einer Hologrammplatte zu vereinfachen und das Vermischen von unnötigen gebeugten Wellen hoher Ordnung zu verhindern, während die Bedingungen zum Eliminieren einer Versetzung der Scanstrahlposition auf Grund einer Wellenlängenveränderung (Veränderung der Mittenfrequenz, eine Verteilungsveränderung der Multimode) des Halbleiterlasers 210 erfüllt werden.
[Zweite Konfiguration]
40 ist ein Diagramm, das eine zweite Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, die das dritte Prinzip verwendet.
Unter Bezugnahme auf 40 sind Merkmale, die den in 36 gezeigten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen wie in der vorherigen Figur versehen. Diese Konfiguration ist so, daß in der Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung die Konvergenzposition des Lichtes, das auf das rotierbare Hologramm 202 einfällt, näher an dem einfallenden Licht als die rotierbare Hologrammfläche ist, eine Differenz zwischen den optischen Wegen R₁ + R₂ und den optischen Wegen R₁' + R₂' vorgesehen wird, das gebeugte Licht von dem rotierbaren Hologramm 202 durch das feststehende Hologramm 203 in hohem Maße gebeugt wird, so daß die peripheren optischen Weglängen innerhalb des Lichtstroms, welche optischen Wege von dem einfallenden Licht bis zu der Scanoberfläche 204a gemessen werden, einheitlich sind.
Das divergierende Licht des Halbleiters 201 wird mit einer Kollimationslinse 211 in paralleles Licht umgewandelt und in der Querscanrichtung Y durch eine Zylinderlinse 212 zum Konvergieren gebracht. Indem diese Zylinderlinse 212 näher zu dem Halbleiterlaser 210 als bei der in 34 gezeigten Position bewegt wird, kann die Fokusposition auf M₁ angeordnet sein, das heißt, näher an dem einfallenden Licht als das rotierbare Hologramm 202.
Demzufolge divergiert die konvergierende Kugelwelle nach dem Konvergieren längs des Weges, wird durch das rotierbare Hologramm 202 gebeugt und fällt auf die feststehende Hologrammplatte 203 ein.
Die optischen Wege R₁ und R₁' von dem rotierbaren Hologramm 202 zu der Oberfläche der Referenzkugel mit der Mitte M₁ haben die Beziehung R₁ < R₁', während die optischen Wege R₂ und R₂' von dem rotierbaren Hologramm 202 zu der feststehenden Hologrammplatte 203 die Beziehung R₂ < R₂' haben, so daß die optischen Wege R₃ und R₃' von der feststehenden Hologrammplatte 203 zu der Oberfläche der Referenzkugel mit der Mitte M₂ (Bilderzeugungsoberfläche 204) die Beziehung R₃ < R₃' haben.
Daher muß der Scanstrahl, der aus der feststehenden Hologrammplatte 203 austritt, gekrümmt werden, damit der Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 203 groß sein kann, wodurch ein Hologramm des außeraxialen Typs anstelle eines Hologramms des In-line-Typs erzeugt wird und eine große Beugungseffektivität gesichert wird.
Da die Fokusposition M₁ auf der Lichtquellenseite des rotierbaren Hologramms 202 liegt, muß die Beugungsrichtung der feststehenden Hologrammplatte 203 negativ sein, daß heißt, entgegengesetzt zu der Beugungsrichtung des rotierbaren Hologramms 202.
Daher werden die Bedingungen zum Eliminieren der Versetzung der Scanstrahlposition erfüllt, welche Versetzung einer Wellenlängenveränderung (Veränderung einer Mittenwellenlänge oder Multimode-Verteilungsveränderung) zuzuschreiben ist, die durch eine Temperaturveränderung des Halbleiterlasers 210 verursacht wird, während gleichzeitig der Beugungswinkel der feststehenden Hologrammplatte 203 groß sein kann, wodurch eine geminderte Lichtleistung verhindert wird, das Herstellen einer Hologrammplatte vereinfacht wird und das Vermischen von unnötigen gebeugten Wellen hoher Ordnung verhindert wird.
Anders als die oben beschriebenen Konfigurationen läßt das dritte Prinzip die im folgenden ausgeführten Varianten zu.

➀ Wie in einer Beschreibung einer elektrofotografischen Druckvorrichtung gezeigt, bei der eine Lichtstrahlscanvorrichtung verwendet wird, kann diese Erfindung auf solche Vorrichtungen wie etwa eine Laserzeichenvorrichtung und eine Laserprüfvorrichtung angewendet werden.
➁ Obwohl die Verwendung eines Hologramms als Beugungsgitter angenommen wurde, kann ein Beugungsgitter auf andere Weise konfiguriert sein.
➂ Obwohl ein scheibenförmiges rotierbares Hologramm in der Beschreibung angenommen wurde, kann auch ein trommelförmiges rotierbares Hologramm eingesetzt werden.
➃ Obwohl die Bewegung der Konvergenzposition gemäß der Bewegung der Position der Zylinderlinse 212 beschrieben wurde, kann auch die Bewegung der Brennweite der Zylinderlinse 212 genutzt werden.

Andere Variationen sind innerhalb des Umfangs dieses Prinzips möglichWie beschrieben worden ist, gewährleistet das dritte Prinzip, daß die Konvergenzposition des auf das rotierbare Hologramm 202 einfallenden Lichtes (in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung) der Lichtquelle näher als die Oberfläche des rotierbaren Hologramms ist, daß eine Differenz zwischen den optischen Wegen R₁ + R₂ und R₁' + R₂' vorgesehen wird und daß das gebeugte Licht von dem rotierbaren Hologramm 202 durch die feststehende Hologrammplatte 203 in hohem Maße gebeugt wird, so daß die peripheren optischen Wege innerhalb des Lichtstroms, welche optischen Wege in dem einfallenden Licht ihren Ursprung haben und in der Scanoberfläche 204 enden, einheitliche Längen haben. Somit ist es möglich, einen großen Beugungswinkel des feststehenden Hologramms 203 vorzusehen und eine Lichtleistungsverringerung auf der Bilderzeugungsoberfläche zu verhindern, während die Bedingungen zum Eliminieren einer Versetzung der Scanstrahlposition erfüllt werden, welche Versetzung einer Wellenlängenveränderung zuzuschreiben ist, die durch Temperaturveränderung des Halbleiterlasers 210 verursacht wird.
Da es möglich ist, einen großen Beugungswinkel des feststehenden Hologramms 203 vorzusehen, kann ein Beugungsgitter einfach hergestellt werden, wodurch dieses preiswert und stabil bereitgestellt werden kann. Der große Beugungswinkel des feststehenden Hologramms 203 bedeutet auch, daß ein Vermischen von unnötigen gebeugten Wellen hoher Ordnung verhindert werden kann.
[Viertes Prinzip]
Wenn eine Lichtstrahlscanvorrichtung auf solche Vorrichtungen wie etwa einen Laserdrucker angewendet wird, muß ein Scanstrahl auf einer fotoleitfähigen Trommel immer mit konstanter Geschwindigkeit scannen. Deshalb ist eine feststehende Hologrammplatte mit einer Korrekturfunktion zum Gewährleisten der Linearität versehen. Wie in 41 gezeigt, ist die Linearitätskorrekturfunktion der feststehenden Hologrammplatte bei der ersten Erfindung so, daß unter der Berücksichtigung, daß die Scangeschwindigkeit des beim Scannen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit durch das rotierbare Hologramm verwendeten Lichtstrahls hin zu dem Scan-Ende größer als in der Mitte ist, wie durch eine durchgehende Linie gezeigt, ein Beugungswinkel hin zu dem Scan-Ende größer als in der Mitte ist, wie in 33 gezeigt, so daß die Beugung hin zu der Mitte erfolgt und die Scangeschwindigkeit an jeder Scanposition eine konstante Geschwindigkeit V₀ bleibt (siehe 41(A)).
Deshalb muß, wie in 41(B) und (C) gezeigt, die Objektwelle zum Erzeugen von Interferenzstreifen der feststehenden Hologrammplatte 20 eine Kugelaberrationswelle sein. Ferner muß der Aberrationsbetrag der Objektwelle sowohl in der Scanrichtung als auch in der Querscanrichtung auf demselben Niveau gehalten werden, um denselben Strahlradius auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 sowohl in der Scanrichtung als auch in der Querscanrichtung zu erhalten.
Jedoch kann bei Verwendung des ersten Prinzips mit folgendem Problem gerechnet werden.
Um eine Größenverringerung einer Vorrichtung zu erreichen, sollte der optische Weg von dem rotierbaren Hologramm 10 zu der Bilderzeugungsoberfläche 4 kurz sein (siehe 1), und vorzugsweise ist der optische Weg von dem rotierbaren Hologramm 10 zu der feststehenden Hologrammplatte 10 kurz.
Da durch das unveränderte Beibehalten der Scanbreite des rotierbaren Hologramms 10 bewirkt wird, daß die Scanbreite auf der Bilderzeugungsoberfläche 4 klein ist, muß die Scanbreite des rotierbaren Hologramms 10 groß sein. Dadurch vergrößert sich der Winkel, der auf die feststehende Hologrammplatte 20 auftrifft, wodurch bewirkt wird, daß das gebeugte Licht bei derselben Ortsfrequenz zu sehr hin zu der Mitte gekrümmt wird, mit dem Resultat, daß die Linearität eine Minderung aufweist, wie es durch gestrichelte Linien in 41(A) gezeigt ist.
Es ist eine Aufgabe des vierten Prinzips, eine Lichtstrahlscanvorrichtung vorzusehen, die keine Linearitätsminderung aufweist und frei von einer Strahlaberration ist, auch wenn der optische Weg verkürzt ist.
[Beispiel-Konfiguration]
42 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, die dieses Prinzip in einer Querscanrichtung verwendet; 43 ist ein Diagramm, das die Vorrichtung in der Scanrichtung zeigt; und 44 ist ein Diagramm, das eine feststehende Hologrammplatte einer Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.
In der Querscanrichtung von 42 gesehen, wird das divergierende Licht des Halbleiterlasers 310 durch eine Kollimationslinse 311 in eine ebene Welle umgewandelt; wird es auf dem rotierbaren Hologramm 302 in der Querscanrichtung Y zum Konvergieren gebracht, wobei die Konvergenz durch eine Zylinderlinse der Y-Seite 313 und über eine Zylinderlinse 312 der X-Seite erreicht wird; wird es durch das rotierbare Hologramm 302 gebeugt; fällt es auf die feststehende Hologrammplatte 303 ein; wird es gebeugt und wieder zum Konvergieren gebracht; und schließlich konvergiert es auf einer Bilderzeugungsoberfläche 304a auf einer fotoleitfähigen Trommel 304.
In der Scanrichtung von 43 gesehen, wird andererseits das divergierende Licht des Halbleiterlasers 310 durch eine Kollimationslinse 311 in eine ebene Welle umgewandelt; wird es durch eine Zylinderlinse der X-Seite 312 zum Konvergieren gebracht; über die Zylinderlinse der Y-Seite 313 an M1 jenseits des rotierbaren Hologramms 302 in der Scanrichtung X weiter zum Konvergieren gebracht; wird es durch das rotierbare Hologramm 302 zum Scannen gebeugt; fällt es auf die feststehende Hologrammplatte 303 ein; wird es gebeugt und wieder zum Konvergieren gebracht; und schließlich konvergiert es auf der Bilderzeugungsoberfläche 304a auf der fotoleitfähigen Trommel 304.
Diese feststehende Hologrammplatte 303 gestattet verschiedene Veränderungsraten von Richtungskosinussen der Objektwelle in der Scanrichtung und der Querscanrichtung.
Während die Objektwelle zum Erzeugen von Interferenzstreifen der feststehenden Hologrammplatte 303 herkömmlicherweise eine isotrope Kugelwelle ist, läßt diese Erfindung somit verschiedene Aberrationsbeträge in der Scanrichtung und der Querscanrichtung zu, wie in 44(A) und (B) gezeigt, und ein lineares Scannen kann für jeden beliebigen Punkt in jeder Richtung erreicht werden, da die Aberration so vorgesehen wird, daß der Abstand von der optischen Achse zu der Hologrammfläche einheitlich ist.
Andererseits bewirkt bei der herkömmlichen Technik das Verkürzen des optischen Weges zwischen dem rotierbaren Hologramm 302 und der feststehenden Hologrammplatte 303 und das Vergrößern der Scanbreite des rotierbaren Hologramms 302 eine Minderung der Linearität, da die hohe Ortsfrequenz der feststehenden Hologrammplatte 303 das gebeugte Licht hin zu der Scanmitte bringt.
Um die Ortsfrequenz in der Scanrichtung zu verringern, ist die Länge F1, nämlich der Abstand zwischen der optischen Achse und der Hologrammfläche, länger als der reguläre Abstand F2 in der Querrichtung, die in 44(A) gezeigt ist, wobei F1 an jedem Punkt, an dem ein Aberrationsbetrag in der Hauptscanrichtung in 44(B) bestimmt wird, gleich ist.
Das heißt, die Abstände zwischen der optischen Achse und der Hologrammfläche in der Querscanrichtung erfüllen die untenstehende Gleichung (71). P1Q1 = P2Q2 – P3Q3 ... = F2 (71)
Ferner erfüllen die Abstände zwischen der optischen Achse und der Hologrammfläche in der Scanrichtung die untenstehende Gleichung (72). P1'Q1' = P2'Q2' = P3'Q3' ... = F1 (72)
Die Abstände F2 und F1 sind so angeordnet, daß eine Bedingung gilt, die durch die folgende Ungleichung (73) dargestellt wird. F1 > F2 (73)
Diese Anordnung gewährleistet, daß die Ortsfrequenz der feststehenden Hologrammplatte 303 in der Scanrichtung niedrig ist und daß eine Überkorrektur der Linearität verhindert wird.
Die Phase ϕ_O(X,Y) der Objektwelle, die die obige Gleichung erfüllt, welche Welle auf der feststehenden Hologrammplatte 303 aufgezeichnet wird, ist durch die folgende Gleichung (74) gegeben.
wobei X und Y Koordinaten in der Scanrichtung bzw. Querscanrichtung sind, der Ursprung der Koordinaten die Scanmitte der feststehenden Hologrammplatte 303 ist und k₂ eine Wellenzahl ist, die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird.
Wie aus der Gleichung (74) ersichtlich ist, muß die Phase der Objektwelle, da C₀·Y ein Korrekturterm ist, der wegen des außeraxialen Einfalls vorgesehen ist, eine Ellipse sein, wie in 44(D) gezeigt, die sich von einem in 44(C) gezeigten Kreis unterscheidet, der durch die herkömmliche isotrope Kugelwelle gebildet wird.
Die Phase ϕ_R der Referenzwelle in diesem Fall wird durch die Phasendifferenz zwischen einer Kugelwelle mit einer Mitte Z₀ und einer Zylinderwelle dargestellt und durch die folgende Gleichung (75) ausgedrückt:
wobei Z eine Koordinate in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Scanrichtung und der Querscanrichtung ist.
Daher sind ein Richtungskosinus f_x in der Scanrichtung der Objektwelle und ein Richtungskosinus f_y in der Querscanrichtung die Resultate einer partiellen Differenzierung der Gleichung (74) und durch die folgenden Gleichungen (76) und (77) gegeben,
Wenn die Gleichungen (76) und (77) verglichen werden, wird festgestellt, daß die Veränderungsrate des Richtungskosinus f_x der Objektwelle in der Scanrichtung kleiner als die Veränderungsrate des Richtungskosinus f_y der Objektwelle in der Querscanrichtung ist, wodurch die Ortsfrequenz f_x in der Scanrichtung klein sein kann.
Das Verändern des Abstandes zu F₁ ergibt eine Differenz der Strahlbilderzeugungsabstände in der Scanrichtung und der Querscanrichtung auf der Bilderzeugungsoberfläche 304a, wodurch deren Korrektur erforderlich wird.
Wenn angenommen wird, wie in 43 gezeigt, daß die Bilderzeugung mit dem Bilderzeugungsabstand L in der Querscanrichtung erfolgt, wenn die feststehende Hologrammplatte 303 einen Parameter F2 hat, erfordert die Bilderzeugung in der Scanrichtung mit dem Bilderzeugungsabstand L, wenn der Parameter F1 ist, daß die Brennweite d₁ der divergierenden Welle, die aus dem rotierbaren Hologramm 302 austritt, durch die untenstehende bekannte Gleichung (78) erhalten wird. 1/d1 = 1/F1 – 1/L (78)
Da die Position des rotierbaren Hologramms 302 auf Grund der Bilderzeugungsbedingung in der Querscanrichtung nicht verändert werden kann, wird die einfallende Brennweite d₀ der einfallenden Welle eingestellt.
Das heißt, die Strahlradiusdifferenz zwischen der Scanrichtung und der Querscanrichtung kann korrigiert werden, indem die Brennweite d₀ des einfallenden Lichtes durch die Zylinderlinse der X-Seite 312 gesteuert wird, der einfallende Konvergenzpunkt M₁ jenseits des rotierbaren Hologramms 302 festgelegt wird, so daß die Ursprungsposition der austretenden Welle M₂ des rotierbaren Hologramms 302 von der feststehenden Hologrammplatte 303 durch einen Abstand d₁ entfernt ist und die Bilderzeugung in dem Bilderzeugungsabstand L in der Scanrichtung mit dem Parameter F1 erfolgt. Normalerweise kann die Zylinderlinse der X-Seite 312 weggelassen werden, und die Steuerung in der Richtung X kann mit der Positions-LD-Steuerung durch die Kollimationslinse ausgeführt werden.
Speziell ist die Vorrichtung der 42/43 so, daß der optische Weg L₁ zwischen dem rotierbaren Hologramm 302 und der feststehenden Hologrammplatte 303 nur 234 mm kurz ist, der optische Weg L zwischen der feststehenden Hologrammplatte 303 und der Bilderzeugungsoberfläche 304a 276 mm beträgt und F1 und F2 279 mm betragen.
Mit dieser Konfiguration kann ein Strahl erhalten werden, der lediglich eine Abweichung von 50 Mikrometer von der geraden Linie und eine geringe Aberration aufweist, indem ein zweckmäßiger Parameter gewählt wird, wobei eine Linearität jedoch auf dem schlechten Niveau von –1,4 % liegt.
Als dann ein Schritt vollzogen wurde, um F1 größer als F2 zu machen, wobei F1 356 mm und F2 226 mm betrug, wurde L₁ 273 mm und wurde L₂ 226 mm. Obwohl die gesamten optischen Wege unverändert blieben, wurde ein Strahl erhalten, der eine Abweichung von 50 Mikrometer von der geraden Linie, keine Aberration und eine Linearität mit dem guten Niveau von 0,6 % aufwies, wobei diese Werte einer tatsächlichen Operation genügen.
In der Gleichung (74) ist die Konstante k₂, die beim Bestimmen der Phase der Objektwelle verwendet wird, der Wellenzahl gleich, die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, und diese Konstante kann sich von der Wellenzahl der Rekonstruktionswelle unterscheiden.
Falls der Halbleiterlaser 310 zum Herstellen einer Rekonstruktionswelle verwendet wird, beträgt die Wellenlänge λ₂ 780 nm. Da die Wellenlängenempfindlichkeit eines Hologramm-Materials, das eine hohe Beugungseffektivität hat, zu einem Wellenlängenbereich gehört, der kürzer als diese Wellenlänge ist, sollte die Herstellung eines Hologramms mit einer Laserlichtquelle mit kürzerer Wellenlänge erfolgen, so daß beispielsweise ein Argonlaser mit einer Wellenlänge λ₁ von 488 nm verwendet werden kann.
Da die Wellenlänge der Objektwelle λ₁ ist und die Wellenlänge der Rekonstruktionswelle λ₂ ist, muß daher die Phase der Objektwelle verändert werden.
Falls die von der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle abgeleitete Wellenzahl k₁ ist und das Wellenlängenverhältnis zwischen der Konstruktionswelle und Rekonstruktionswelle S (= λ₂/λ₁) ist, ist die Phase ϕ_O(X,Y) der Objektwelle durch die untenstehende Gleichung (79) gegeben.
Daher werden die Abstände F1 und F2 der Objektwelle durch Multiplikation von F1 und F2, die gemäß der Gleichung (74) gewählt werden, mit einem Wellenlängenverhältnis bestimmt, wenn die Wellenzahl, die von der Wellenlänge λ₁ der Hologrammkonstruktionswelle abgeleitet wird, k₁ ist, welche Konstruktionswelle nicht durch den Halbleiterlaser 310 erzeugt wird.
Auch wenn der Abstand von dem rotierbaren Hologramm 302 zu der Bilderzeugungsoberfläche 304a zwecks Größenverringerung verkürzt wird, kann somit ein lineares Scannen und ein Lichtscannen ohne Lichtstrahlaberration erreicht werden.
[Andere Konfigurationen]
Dieses Prinzipist nicht auf die oben angegebene Konfiguration begrenzt, und die folgenden Varianten sind auch möglich.

➀ Obwohl die Anwendung einer Lichtstrahlscanvorrichtung auf eine elektrofotografische Druckvorrichtung angenommen wurde, kann sie zum Beispiel auch auf eine Laserzeichenvorrichtung oder eine Laserprüfvorrichtung angewendet werden.
➁ Obwohl ein Beugungsgitter in Form eines Hologramms angenommen wurde, kann das Beugungsgitter auch eine andere Konfiguration haben.
➂ Obwohl ein rotierbares Hologramm in Scheibenform angenommen wurde, sind auch andere Formen einschließlich einer Trommelform einsetzbar.
➃ Während bei dem obigen Beispiel eine Linearitätsminderung in der negativen Richtung angenommen wurde, sollte F1 kleiner als F2 sein und sollte die Veränderungsrate der Ortsfrequenz in der Scanrichtung größer als die Veränderungsrate der Ortsfrequenz in der Querscanrichtung sein, wenn die Minderung in der positiven Richtung erfolgt.

Dieses Prinzip hat, wie beschrieben worden ist, die folgenden Effekte.

(1.) Da die Veränderungsrate des Richtungskosinus der Objektwelle in der Scanrichtung der feststehenden Hologrammplatte 303 konfiguriert ist, um sich von der Veränderungsrate des Richtungskosinus der Objektwelle in der Querscanrichtung zu unterscheiden, wird ein lineares Scannen auch dann erreicht, wenn optische Weglängen kürzer gemacht werden.
(2.) Auch wenn sich der Strahlbilderzeugungsabstand in der Scanrichtung und der Querscanrichtung verändert, kann die Veränderung des Betrages der Strahlaberration korrigiert werden, indem das auf das rotierbare Hologramm 302 einfallende Licht so konfiguriert wird, daß das Licht verschiedene Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung hat, so daß keine Strahlaberration auftritt.

[Fünftes Prinzip]
Ein fünftes, unten beschriebenes Prinzip sieht vor eine Lichtstrahlscanvorrichtung, die keine Linearitätsminderung aufweist, auch wenn die optischen Weglängen kurz konfiguriert sind, wobei die Scanvorrichtung frei von einer Lichtstrahlaberration ist.
[Konfigurationsbeispiel
45 und 46 sind Diagramme, die eine Vorrichtung zeigen, die dieses Prinzip verwenden.. Unter Bezugnahme auf 45 muß eine Brennweite F groß sein, um eine Verzerrung zu reduzieren, wie es von einem optischen System mit konvexen Linsen bekannt ist. Um dasselbe bei einem Hologramm zu erreichen, muß der Abstand von der Punktlichtquelle der Objektwelle bis zu der Hologrammfläche länger sein. Das heißt, unter Bezugnahme auf die Figur sollte die Position der Punktlichtquelle der Kugelwelle, die die Objektwelle bildet, bei D₀' statt bei D₀ liegen.
Durch Vorsehen eines größeren Abstandes F der Referenzkugelwelle wird die Bilderzeugungsposition in der Mitte weiter von der Lichtquelle entfernt angeordnet, so daß eine Verzerrung, wenn sie auch in gewissem Maße verringert wird, nicht völlig eliminiert werden kann.
Die Phase ϕ_R'(X, Y) der Referenzwelle, die in der obigen Gleichung (62) gezeigt ist, wird durch die untenstehende Gleichung (81) ausgedrückt.
Das heißt, die Phase der Referenzwelle wird bestimmt von der Phase der Kugelwelle, die durch den ersten Term in der Gleichung (81) dargestellt wird, und die Phasendifferenz der Zylinderwelle, die durch den zweiten Term dargestellt wird. In der Scanrichtung ist die Referenzwelle ein ungefähr paralleles senkrechtes Licht. k₂ ist die Wellenzahl (2π/λ₂), die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, und dieselbe wie die Wellenzahl k₁, die von der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle abgeleitet wird, und sie enthält die Wellenfront mit einer optischen Achse der Kugelwelle D₀O, wobei D₀O genauso wie der Abstand zwischen der optischen Achse des Hologramms und der Fläche der Hologrammscheibe 2 ist.
Daher ist die Herstellung, unter Verwendung eines Hologramms, einer asphärischen Linse erforderlich, wobei die Brennweite in der Mitte F(D₀O) ist und die Brennweite hin zu dem Ende der Linse größer ist. Die Phase ϕ_R der Referenzwelle zum Herstellen des Hologramms ist durch die folgende Gleichung (82) gegeben.
Die Differenz zwischen den Gleichungen (81) und (82) ist die, daß die Wellenzahl k₁, die von der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle abgeleitet wird, anstelle der Wellenzahl k₂ verwendet wird, die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird.
Falls diese Wellenlänge λ₁ größer als λ₂ ist, ist die Wellenzahl k₁ kleiner als k₂ und wird die Phase der Referenzwelle kleiner.
Demzufolge wird eine Wellenfront, die sich von der Wellenfront unterscheidet, die sich zeigt, wenn die gebeugte Welle von dem rotierbaren Hologramm 402 auf die feststehende Hologrammplatte 403 einfällt, auf der feststehenden Hologrammplatte 403 aufgezeichnet.
Auf diese Weise kann eine asphärische Linse, bei der die Brennweite in der Mitte F(D₀O) beträgt und die Brennweite hin zu dem Ende der Linse größer ist, mit einem Hologramm unter der Bedingung realisiert werden, daß die Wellen länge λ₂ der Rekonstruktionswelle während der Rekonstruktion eingesetzt wird.
Durch die obige Anordnung kann auch ein Scanstrahl ohne Verzerrung erhalten werden, in welchem Strahl die Konvergenzposition in der Scanmitte unverändert bleibt und die Konvergenzposition am Scan-Ende hin zu der Bilderzeugungsoberfläche 404a verschoben wird; und die Anordnung ermöglicht auch, da der Strahl am Scan-Ende nach außen hin verschoben wird, wie in 46(B) gezeigt, ein lineares Scannen.
Während der Koeffizient k₁ in dem Term bezüglich der Zylinderwelle in der Phasengleichung (82) verwendet wird, ist es möglich, um dieselbe Funktion wie oben zu erhalten, den Koeffizienten k₂ in dem Term bezüglich der Zylinderwelle zu halten und die folgende Phasengleichung (83) zu verwenden, da nur eine Kugelwelle auf die obenerwähnte Aberrationskorrektur und lineare Scanoperation reagiert. Derselbe Effekt wird erreicht, indem gewährleistet wird, daß sich die Wellenfront der Referenzwelle von der Wellenfront der Welle unterscheidet, die von dem rotierbaren Hologramm 402 auf die feststehende Hologrammplatte 403 einfällt. Die Phase der Referenzwelle kann in diesem Fall erhalten werden, indem die Punktlichtquellenposition D₀ der Referenzwelle verändert wird, oder genauer gesagt, indem Z₀ für Z₀' in der Gleichung (82) eingesetzt wird. Somit gilt folgende Gleichung.
Wenn zum Beispiel die feststehende Hologrammplatte 403, die gemäß der Phasengleichung (81) hergestellt wird, einge setzt wird, während eine optische Weglänge von 500 mm vorgesehen wird, beträgt ein Strahlaberrationsradius immerhin 80 Mikrometer, liegt eine Linearität unter dem Niveau von 0,5 und wird die Abweichung von der geraden Linie gesteuert, um kleiner als 50 Mikrometer zu sein.
Wenn die feststehende Hologrammplatte 403 eingesetzt wird, die gemäß der Phasengleichung (82) hergestellt wird, wird der Strahlaberrationsradius auf 20 Mikrometer reduziert, wird die Linearität auf ein Niveau unter 0,4 % verbessert und wird die Abweichung von einer geraden Linie beibehalten, um unter einem Niveau von 50 Mikrometer zu liegen.
Das Wellenlängenverhältnis (λ₁/λ₂) wird in diesem Fall auf 1,02 festgelegt.
Sobald eine erforderliche Phase erhalten wird, kann somit ein Hologramm durch Zeichnen eines Musters mit einem Elektronenstrahl oder einem Laser hergestellt werden, wobei in manchen Fällen ein optisches Hilfssystem als Unterstützung dient. Das Extrahieren dieses Hologramm-Musters ermöglicht die Rekonstruktion der feststehenden Hologrammplatte 403.
Auf diese Weise kann, auch wenn die optische Weglänge kurz ist, eine Verzerrung eliminiert werden und die Linearität verbessert werden, indem die Phase der Referenzwelle zum Herstellen von Interferenzstreifen der feststehenden Hologrammplatte verändert wird, um ein Hologramm mit asphärischer Linse zu erhalten.
Dieses Prinzip ist nicht auf die obige Konfiguration begrenzt, sondern die folgenden Varianten sind auch möglich.

➀ Obwohl eine elektrofotografische Druckvorrichtung als Vorrichtung angenommen wurde, auf die die Lichtstrahlscanvorrichtung angewendet wird, kann die Lichtstrahlscan vorrichtung auch auf andere Vorrichtungen angewendet werden, wie beispielsweise auf eine Laserzeichenvorrichtung oder eine Laserprüfvorrichtung.
➁ Obwohl ein scheibenförmiges rotierbares Hologramm angenommen wurde, können auch andere Formen, einschließlich einer Trommelform, angewendet werden.
➂ Die Punktlichtquellenposition der Referenzwelle, der Kugelwelle und der Zylinderwelle kann auch in der Richtung der Y-Achse (Querscanrichtung) verschoben werden.

Wie beschrieben worden ist, kann bei diesem Prinzip die feststehende Hologrammplatte eine Interferenzstreifenverteilung haben, die durch die Welle hergestellt wird, wobei die Wellenzahl der Kugelwelle eine Phase hat, die sich von der Wellenzahl unterscheidet, die von der Wellenlänge der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, wodurch die Konstruktion einer asphärischen Linse und ein Scanstrahl ohne Aberration oder Verzerrung möglich sind, während die Reduzierung der optischen Weglänge ermöglicht wird. Da es ferner eine asphärische Linse ist, kann ein lineares Scannen auch dann realisiert werden, wenn die optische Weglänge kurz konfiguriert ist.
[Sechstes Prinzip]
Scanvorrichtungen gemäß dem ersten bis fünften Prinzip sind mit einem rotierbaren Hologramm und einer feststehenden Hologrammplatte versehen. Während Verfahren zum Herstellen von Interferenzstreifen, die ein Hologramm konfigurieren, eingehend beschrieben worden sind, sind optimale Bedingungen für die Formen eines rotierbaren Hologramms und einer feststehenden Hologrammplatte überhaupt nicht betrachtet worden.
Im allgemeinen wird die Länge einer feststehenden Hologrammplatte in der Scanrichtung festgelegt, um kleiner als der Scanabstand eines Lichtstrahls zu sein. Denn es ist bekannt, daß die Herstellung desto einfacher ist, je kleiner eine feststehende Hologrammplatte ist.
Experimente wurden ausgeführt, um verschiedene Charakteristiken zu bestimmen. Aufmerksamkeit wurde der Länge einer feststehenden Hologrammplatte und einem Scanabstand eines Lichtstrahls gewidmet. Es wurden zwei Fälle untersucht, nämlich ➀ ein Fall, wo der Scanabstand eines Lichtstrahls länger als die Länge einer feststehenden Hologrammplatte ist, und ➁ ein Fall, wo der Scanbabstand eines Lichtstrahls kürzer als die Länge einer feststehenden Hologrammplatte ist. Die Resultate der obenerwähnten Experimente sind in 47 und 48 gezeigt. 47 zeigt Resultate in dem Fall ➀, wo der Scanabstand eines Lichtstrahls länger als die Länge einer feststehenden Hologrammplatte ist, während 48 Resultate in dem Fall ➁ zeigt, wo der Scanabstand eines Lichtstrahls kürzer als die Länge einer feststehenden Hologrammplatte ist.
Bei den Experimenten wurde die in 1 gezeigte Basiskonfiguration als Konfiguration einer Lichtstrahlscanvorrichtung eingesetzt. Der Abstand, der das rotierbare Hologramm 10 und die feststehende Hologrammplatte 20 trennt, wurde auf 275 mm festgelegt. Der Abstand, der die feststehende Hologrammplatte 20 und die fotoleitfähige Trommel 3 trennt, betrug 391 mm. Die Scanbreite belief sich dabei auf 291 mm. Im Falle des Experimentes ➀ wurde die Länge der feststehenden Hologrammplatte 20 in der Scanrichtung auf 244 mm festgelegt (kürzer als die Scanbreite von 291 mm), während im Falle des Experimentes ➁ die Länge der feststehenden Hologrammplatte 20 in der Scanrichtung auf 344 mm festgelegt wurde (länger als die Scanbreite von 291 mm). Beide wurden unter Verwendung eines Computers optimal konstruiert.
Die Resultate in 47 zeigen, daß die Linearität und die Strahlaberration größer sind, wenn der Scanabstand eines Lichtstrahls länger als die Länge der feststehenden Hologrammplatte 20 ist, und daß in diesem Fall kein erfolgreiches Lichtstrahlscannen ausgeführt werden kann.
Andererseits zeigen die Resultate in 48, daß die Linearität, die Strahlaberration und die Positionsversetzung in der Scanrichtung auf Grund einer Wellenlängenveränderung zur Anwendung zum Beispiel in einem Laserdrucker klein genug sind, wenn der Scanabstand eines Lichtstrahls kleiner als die Länge der feststehenden Hologrammplatte 20 ist (mit anderen Worten, wenn die feststehende Hologrammplatte 20 kürzer als der Scanabstand eines Lichtstrahls ist).
Daher wird, wie in 49 gezeigt, ein Lichtstrahlscannen, bei dem eine ausgezeichnete Linearität erhalten wird und das durch eine geringe Strahlaberration und Versetzung der Strahlposition beeinflußt wird, dadurch erreicht, daß die Länge X₁ der feststehenden Hologrammplatte 20, gemessen in der Scanrichtung, kürzer als der Scanabstand X₂ eines Lichtstrahls festgelegt wird.
[Siebtes Prinzip]
Die Lichtstrahlscanvorrichtungen die die oben beschriebenen ersten und dritten bis sechsten Prinzipien verwenden sind so konfiguriert, daß ein rotierbares Hologramm, das mit einer Vielzahl von Hologrammlinsen auf dem Umfang eines Kreises versehen ist, mit Linearität rotiert wird, ein Laserlicht auf das rotierbare Hologramm über eine Kollimationslinse einfällt und das Laserlicht, das dadurch gebeugt wird, durch die feststehende Hologrammplatte hindurchtritt, so daß ein Bild auf einer Bilderzeugungsoberfläche gebildet wird.
In dieser Lichtstrahlscanvorrichtung, die aus einem rotierbaren Hologramm und einem optischen Hologrammsystem gebildet ist, ist jedoch ein Motor erforderlich, um ein rotierbares Hologramm zu rotieren. Dieser Motor hat einen Nachteil insofern, als er teuer ist und seine Umdrehungsgeschwindigkeit eine obere Grenze hat (10.000 U/min mit normalem Lager; 40.000 bis 50.000 U/min mit Luftlager). Während ein optisches Hologrammsystem einen Vorteil insofern hat, als es kosteneffektiv ist, wobei es preiswerter als ein optisches Fθ-Linsensystem ist, hat es einen Nachteil, was die Größenreduzierung und Erhöhung der Geschwindigkeit desselben angeht.
Eine Lichtscanvorrichtung, bei der ein galvanischer Spiegel eingesetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Scanfrequenz (zum Beispiel 20 kHz) beträchtlich höher als die Motorrotationsfrequenz (zum Beispiel 10.000 U/min = 167 Hz) ist, da eine Sinuswellenoszillation verwendet wird. Da die Spiegeloszillation jedoch eine Sinusmode ist, ergibt sich eine Differenz der Scangeschwindigkeit in der Mitte und an der Peripherie der Scanoberfläche, wodurch es schwierig wird, ein lineares Scannen zu erreichen (ein Scannen, bei dem Lichtscangeschwindigkeiten in der Mitte und an den Enden dieselben sind). Es ist bereits ein Verfahren entwickelt worden, bei dem eine Sägezahnwellenform als Antriebswelle eines galvanischen Spiegels verwendet wird und ein linearer Bereich einer Oszillationsmode vergrößert wird, so daß ein lineares Scannen gesichert ist. Dieses Verfahren bringt jedoch Nachteile dahingehend mit sich, daß eine Oszillationsfrequenz niedrig wird, die Scangeschwindigkeit im Vergleich zu der Spiegelrotation niedrig wird (mehrere hundert Hz); und ferner werden durch die Notwendigkeit des Hinzufügens einer Galvanowellenformantriebsschaltung die Kosten erhöht.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist das Vorsehen einer kleinen und preiswerten Lichtstrahlscanvorrichtung, die ein lineares Hochgeschwindigkeitsscannen ausführen kann.
[Erste Konfiguration]
50(A) und (B) sind ein Konfigurationsdiagramm bzw. eine Draufsicht auf die erste Konfiguration die das siebte Prinzip verwenden.
Unter Bezugnahme auf 50(A) wird ein Laserlicht, das aus der Laserdiode 530 austritt, durch eine Kollimationslinse 53 in paralleles Licht umgewandelt, und es fällt auf einen galvanischen Spiegel 532 ein.
Ein galvanischer Spiegel 532 wird durch eine Sinusantriebswellenform angetrieben, die in einer Sinuswellenmode-Antriebsschaltung 533 erzeugt wird, und er erzeugt eine Sinuswellenmode-Oszillation, wie in 51(A) gezeigt. Diese Oszillation erfolgt mit einer Frequenz von beispielsweise 20 kHz. Diese Konfiguration reicht zum Erzielen eines linearen Scannens nicht aus.
Das durch den obenerwähnten galvanischen Spiegel 532 reflektierte Laserlicht bildet ein Bild auf einer Bilderzeugungsoberfläche 536 über ein erstes Hologramm 534 und ein zweites Hologramm 535, die auf parallelen Ebenen angeordnet sind, wie in 50(B) gezeigt.
Wie in 52(A) gezeigt, hat das erste Hologramm 534 solch ein Streifenmuster, daß eine Streifendichte in der Mitte etwa 1700 Streifen/mm und eine Streifendichte an den Enden etwa 1800 Streifen/mm beträgt und daß dadurch eine umgekehrte Sinuskonvertierung ausgeführt wird, wobei ein Beugungswinkel an beiden Enden graduell größer als in der Mitte ist. Das erste Hologramm hat eine Lichtscangeschwindigkeitskonvertierungscharakteristik, die in 51(B) gezeigt ist. Wie in 51(C) gezeigt, weist dieses Lichtscannen dadurch, daß es durch das erste Hologramm 534 hin durchgehen kann, eine Geschwindigkeitscharakteristik auf, bei der die Geschwindigkeit in der Mitte der Bilderzeugungsoberfläche auf demselben Niveau bleibt und an den Enden abfällt.
Das zweite Hologramm 535 hat solch ein Streifenmuster, daß eine Streifendichte in der Mitte etwa 400 Streifen/mm beträgt und eine Streifendichte an den Enden etwa 700 Streifen/mm beträgt und daß dadurch eine Tangenskonvertierung ausgeführt wird, wobei ein Beugungswinkel von der Mitte bis zu den linken und rechten Mittelabschnitten einheitlich bleibt und an den linken und rechten Enden steil zunimmt. Das zweite Hologramm hat eine Lichtscangeschwindigkeitskonvertierungscharakteristik, die in 51(D) gezeigt ist. Das Licht, das durch das erste Hologramm 534 nach außen gebeugt wird, wird nach innen gebeugt, indem es durch das zweite Hologramm 535 hindurchgehen kann, und die Lichtscangeschwindigkeit, die eine Charakteristik hat, die in 51(C) gezeigt ist, wird so korrigiert, wie in 51(E) gezeigt, daß die Geschwindigkeit in einem Bereich konstant ist, der sich von der Mitte erstreckt und mehr als die Hälfte der Bilderzeugungsoberfläche bedeckt. Ein lineares Scannen ist mit einem Sinuswellenmode-Antrieb unter Verwendung des ersten Hologramms 534 und des zweiten Hologramms 535 möglich.
[Zweite Konfiguration]
53 zeigt eine zweite Konfiguration einer Vorrichtung, die das siebente Prinzip verwendet. In der Figur sind Teile, die dieselben wie jene von 50 sind, mit denselben Bezugszeichen wie in der vorhergehenden Figur versehen.
Unter Bezugnahme auf 53 fällt ein Laserlicht, das durch eine Kollimationslinse 53 hindurchtritt, auf einen Drehstabspiegel 540 ein. Der Drehstabspiegel 540 wird durch eine Sinusmode-Antriebsschaltung 533 angetrieben und erzeugt eine Sinuswellenmode-Oszillation. Das durch den Drehstabspiegel 540 reflektierte Licht erzeugt ein Bild auf einer Bilderzeugungsfläche 536 über ein erstes Hologramm 542 und ein zweites Hologramm 543, die so angeordnet sind, wie es in einer Seitenansicht in 54(A) und in einer Draufsicht in 54(B) gezeigt ist.
Das erste Hologramm 534 gestattet, wie in 55(A) gezeigt, einen größeren Beugungswinkel hin zu den linken und rechten Enden als in der Mitte, so daß eine umgekehrte Sinuskonvertierung ausgeführt werden kann. Das Streifenmuster desselben ist bogenförmig, wobei dessen Zentrum auf einer Linie liegt, die sich über dem zentralen Abschnitt des Hologramms erstreckt, und es behält denselben senkrechten aufwärtigen Beugungswinkel über den gesamten Längsrichtungsbereich bei.
Das zweite Hologramm 543 hat solch ein Streifenmuster, wie in 55(B) gezeigt, daß ein Beugungswinkel von dem zentralen Abschnitt bis zu den linken und rechten mittleren Abschnitten derselbe bleibt, und ein Beugungswinkel wird an den linken und rechten Enden steil vergrößert, so daß eine Tangenskonvertierung ausgeführt werden kann. Ferner ist dessen Streifenmuster bogenförmig, wobei sein Zentrum auf einer Linie liegt, die sich unter dem zentralen Abschnitt des Hologramms erstreckt, und es behält denselben senkrechten abwärtigen Beugungswinkel über den gesamten Längsrichtungsbereich bei.
Somit wird eine Oszillationsfrequenz, das heißt, eine Scanfrequenz, unter Verwendung eines Sinuswellenmode-Signalspiegels 10 bis 100 mal höher. Im Falle einer Motorrotation hat eine Rotationsfrequenz eine obere Grenze von 1 kHz (50.000 U/min), auch wenn ein teures Luftlager verwendet wird. Wenn ein Polygonspiegel als Scanmittel verwendet wird, kann solch eine schnelle Umdrehung einen Sprödbruch verursachen, wodurch sich die Verwendung eines Spiegels auf Glasbasis verbietet. Es ist jedoch bekannt, daß die Spiegel mit Sinuswellenmode-Oszillation, die eine Rotationsfrequenz von 20 kHz haben, im allgemeinen verfügbar sind und tatsächlich bei einem Hochfrequenzantrieb verwendet werden können. Ein Polygonspiegel selbst ist nicht nur teuer, sondern hat auch den Nachteil, daß ein teurer Hochpräzisionsmotor erforderlich ist (ein Rotationszittern von unter 0,1 % wird gefordert), wodurch der Verbund groß und schwer wird. Als Vergleich sind ein galvanischer Spiegel und ein Drehstabspiegel als klein und preiswert bekannt (mit der Ausnahme, daß ein Sägezahnwellenoszillationsspiegel teuer ist). Was die Auflösung betrifft, können unter Verwendung eines Hologramms oder eines optischen Systems ohne weiteres 400 dpi (400 Punkte/Zoll) erreicht werden.
In der Konfiguration der 50 ist ein Streifenintervall in dem zentralen Abschnitt des Hologramms 534 und in den Endabschnitten des Hologramms 535 größer, wodurch das Verhältnis von ungebeugtem Licht erhöht wird und möglicherweise eine Lichtbetragsveränderung in jedem Abschnitt der Bilderzeugungsoberfläche 536 herbeigeführt wird. In der in 53 gezeigten Ausführungsform ist das Verhältnis von ungebeugtem Licht in jedem Abschnitt der Hologramme 542 und 543 sehr klein, wobei keine Lichtbetragsveränderung in jedem Abschnitt der Bilderzeugungsoberfläche 536 herbeigeführt wird.
Da in der obigen Ausführungsform ferner ein optisches Hologrammsystem verwendet wird, bei dem die ersten Hologramme 534 und 542 und die zweiten Hologramme 535 und 543 kombiniert sind, werden dann, auch wenn eine winzige Änderung der Beugungsrichtung des Laserlichtes von jedem Hologramm auftritt, welche Änderung einer Laserlichtwellenlän genveränderung zuzuschreiben ist, die durch eine Temperaturschwankung der Laserdiode 530 verursacht wird, die Änderungen der Beugungsrichtungen der ersten und zweiten Hologramme gegenseitig absorbiert, so daß die Veränderung der Strahlbilderzeugungsposition verhindert werden kann.
Eine Lichtscanvorrichtung die das siebente Prinip verwendet ist, wie oben beschrieben, vorteilhaft, da sie ein lineares Scannen mit hoher Geschwindigkeit zuläßt und die Konfiguration einer kleinen preiswerten Vorrichtung gestattet.
[Achtes Prinzip]
Dieses Prinzip betrifft einen optischen Teiler unter Verwendung von zwei Hologrammplatten.
Die jüngste Beschleunigung einer VLSI-Schaltung (Very Large Scale Integrated Circuit) bewirkt eine Geschwindigkeitserhöhung eines Taktes, der in einer VLSI-Schaltung bereitgestellt wird. Da der Integrationsgrad wächst, wird gewünscht, ein Taktsignal in VLSI-Schaltungen gemeinsam zu nutzen.
Ein Verfahren zum Zuführen eines Taktes durch Leitungen führt zu einer Verzögerung bei einem Taktsignal auf Grund der Leitungskapazität, wodurch die Synchronisation zwischen jeder einzelnen VLSI-Schaltung behindert wird.
Um dieses Problem zu lösen, ist ein Verfahren zum Zuführen eines Taktes zu einer VLSI mittels eines Lichtsignals vorgeschlagen worden. In einer Konfiguration, in der die Synchronisation mit einem Lichtsignal erreicht wird, wird die Synchronisation auf Grund der fehlenden Verzögerung, wie solch einer, die in einer Konfiguration unter Verwendung von Leitungen auftritt, leicht erreicht. Ein Halbleiterlaser, der den Vorteil der Kompaktheit hat, wird im allgemeinen als Lichtquelle für dieses Lichtsignal verwendet, wobei ein Laserlicht von dem Halbleiterlaser durch einen optischen Teiler geteilt wird und auf einen Fotodetektor einfällt, der in jeder VLSI vorgesehen ist.
Es kann damit gerechnet werden, daß dann, wenn eine Wellenlängenveränderung in diesem Halbleiterlaser auftritt, die Position des Lichtes, das auf dem in jeder VLSI-Schaltung vorgesehenen Fotodetektor konvergiert, versetzt wird und daß eine Überstrahlung verursacht wird, wodurch eine akkurate Synchronisation verhindert wird.
Das unten beschriebene achte Prinzip kann eine optisches Elemente vorsehen, in dem eine Versetzung einer Position von konvergierendem Licht und das Auftreten einer Überstrahlung verhindert werden.
[Beispiel-Konfiguration]
56 und 57 sind Diagramme, die eine Konfiguration von optischen Elementen entsprechend dem achten Prinzip zeigen.
In den Figuren bezeichnet 600 ein erstes Hologramm und 601 ein zweites Hologramm. Das erste Hologramm 600 und das zweite Hologramm 601 liegen einander gegenüber und sind durch einen gewissen Abstand voneinander getrennt. Unter dem zweiten Hologramm 601 sind Fotodetektoren 602 in einer Matrix (6×6-Matrix in dieser Ausführungsform) angeordnet, welche Fotodetektoren in VLSI-Schaltungen vorgesehen sind.
Ein Laserlicht, das von einem in der Figur nichtgezeigten Halbleiterlaser emittiert wird, fällt auf das erste Hologramm 600 ein und wird dadurch in Lichte mit gleicher Intensität geteilt. Ein Damann-Gitter ist zum Beispiel als erstes Hologramm 600 verfügbar. Idealerweise ist das einfallende Licht ein konvergierendes Licht, wobei es aber auch ein paralleles Licht sein kann.
Nachdem das gebeugte Licht in Lichte mit gleicher Intensität durch das erste Hologramm 600 geteilt ist, fällt es auf das zweite Hologramm 601 ein. Das zweite Hologramm 601 ist in einer Matrix (6×6-Matrix) entsprechend den Fotodetektoren 602 gebildet, die auch in einer Matrix angeordnet sind, und das obenerwähnte gebeugte Licht wird durch das zweite Hologramm 601 auf jedem der Fotodetektoren 602 gleichförmig zum Konvergieren gebracht. Im Falle von parallelem Licht, das aus dem ersten Hologramm 600 austritt, ist es am besten, wenn das zweite Hologramm 601 eine Phase hat, die von der erweiterten paraxialen Phasenverschiebung abgeleitet wird. Wenn angenommen wird, daß diese Phase ϕ(X,Y) ist, wird durch das Einstellen von ϕ(X,Y) auf den Wert, der durch die folgende Gleichung für ϕ(X,Y) erhalten wird, gewährleistet, daß das Laserlicht auf jedem Fotodetektorelement konvergiert: ϕ(X,Y) = k2 × (X2 + Y2)/2F
Dabei sind

X, Y:: Koordinaten jedes Fotodetektors;
k₂:: eine Konstante;
F:: Abstand von dem ersten Hologramm zu dem Fotodetektor.

Wenn angenommen wird, daß die Summe der drei optischen Wege, wie in 57 gezeigt: optischer Weg R₁ des Lichtes, das auf ein Fotodetektorelement einfällt, das zu einer Matrix von Fotodetektoren 602 gehört und an einem Punkt n angeordnet ist; optischer Weg R₂(n) der austretenden Welle entsprechend dem Punkt n; und optischer Weg R₃(n) des gebeugten Lichtes entsprechend dem Punkt n; E₀ ist und daß der optische Weg des Hauptachsenpunktes des Lichtstroms, der auf den Punkt n einfällt, E₁ ist; und daß die Differenz davon (E₀ – E₁) δW_m(n) ist, ist E durch die folgende Gleichung definiert.
Durch Ausführen einer Optimierung, so daß E minimiert wird, wird die Veränderung eines Konvergenzpunktes, die auf eine Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers zurückzuführen ist, minimiert. Diese Minimierung sichert, daß Lichte von einheitlicher Intensität unter den Fotodetektorelementen verteilt werden können, die die Fotodetektoren 602 bilden, und daß das Auftreten einer Versetzung eines Konvergenzpunktes und einer Überstrahlung verhindert wird.
58 zeigt ein Beispiel, wo zwei Hologramme nicht in einer In-line-Konfiguration vorgesehen sind, sondern bei dem die zwei Achsen derselben bezüglich einander versetzt sind, um die Effektivität der Lichtverwendung zu erhöhen. 59 zeigt ein Beispiel, wo ein Flüssigkristallventil 605 zwischen dem zweiten Hologramm 601 und den Fotodetektoren 602 vorgesehen ist, so daß ein Laserlicht eine Vielzahl von Fotodetektorelementen selektiv bestrahlen kann, die die Fotodetektoren 602 bilden.
[Neuntes Prinzip]
Ein als nächstes beschriebenes neuntes Prinzip ist das Vorsehen einer Lichtstrahlscanvorrichtung, die keine Linearitätsverschlechterung und keine Strahlaberration aufweist, auch wenn die optischen Weglängen konfiguriert sind, um kurz zu sein. Das neuente Prinzip umfaßt das Vorsehen eines Verfahrens zum Herstellen einer feststehenden Hologrammplatte einer Lichtstrahlscanvorrichtung, die keine Linearitätsverschlechterung und keine Strahlaberration aufweist, auch wenn die optischen Weglängen kurz sind.
60 ist ein Diagramm, das das dieses Prinzip zeigt. Das neunte Prinzip sieht eine Lichtstrahlscanvorrichtung vor, bei der ein einfallendes Licht von einem Lichtquellenabschnitt 701 durch ein rotierbares Hologramm 702 gebeugt wird, wobei ein Scannen durch die Rotation dieses rotierbaren Hologramms 702 unter Verwendung des gebeugten Lichtes erfolgt und das Scanlicht durch eine feststehende Hologrammplatte 703 gebeugt wird, um ein Scannen auf einer Scanoberfläche 704 auszuführen.
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Hologrammplatte 703 eine Phasenverteilung ϕ_H hat, die aus der untenstehenden Gleichung (91) bestimmt wird, unter der Voraussetzung, daß die Scanrichtung X und die Querscanrichtung Y ist; und dadurch, daß das auf dem obenerwähnten rotierbaren Hologramm 702 einfallende Licht konfiguriert ist, um verschiedene Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung zu haben.
Ferner sieht dieses Prinzip eine Lichtstrahlscanvorrichtung vor, bei der ein einfallendes Licht von dem Lichtquellenabschnitt 701 durch das rotierbare Hologramm 702 gebeugt wird, wobei ein Scannen durch die Rotation des rotierbaren Hologramms 702 unter Verwendung des gebeugten Lichtes erfolgt und das Scanlicht durch die feststehende Hologrammplatte 703 gebeugt wird, um ein Scannen auf der Scanoberfläche 704 auszuführen.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die obenerwähnte feststehende Hologrammplatte 703 eine Phasenverteilung ϕ_H hat, die aus der untenstehenden Gleichung (92) bestimmt wird, unter der Voraussetzung, daß die Scanrichtung X und die zweite Scanrichtung Y ist, und daß das auf das rotierbare Hologramm 702 einfallende Licht konfiguriert ist, um verschiedene Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung zu haben.
Ferner sieht dieses Prinzip ein Verfahren zum Herstellen der feststehenden Hologrammplatte 703 einer Lichtstrahlscanvorrichtung vor, bei der ein einfallendes Licht von dem Lichtquellenabschnitt 701 durch das rotierbare Hologramm 702 gebeugt wird, wobei ein Scannen durch die Rotation des rotierbaren Hologramms 702 unter Verwendung des gebeugten Lichtes erfolgt und das Scanlicht durch die feststehende Hologrammplatte 703 gebeugt wird, um ein Scannen auf der Scanoberfläche 704 auszuführen.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Interferenzstreifenverteilung der feststehenden Hologrammplatte 703 auf der Basis einer Welle erzeugt wird, die eine sphärische Aberration hat, wobei der Aberrationsbetrag in der Y-Richtung gemessen wird, einen Astigmatismus und eine Koma; und einer Welle mit einem in der X-Richtung gemessenen Aberrationsbetrag, einer sphärischen Aberration und einem Astigmatismus einer Wellenlänge, die sich von jener einer Rekonstruktionswelle unterscheidet.
Ferner sieht dieses neunte Prinzip ein Verfahren zum Herstellen der feststehenden Hologrammplatte 703 einer Lichtstrahlscanvorrichtung vor, bei der ein einfallendes Licht von dem Lichtquellenabschnitt 701 durch das rotierbare Hologramm 702 gebeugt wird, wobei ein Scannen durch die Rotation des rotierbaren Hologramms 702 unter Verwendung des gebeugten Lichtes erfolgt, und bei der das Scanlicht durch die feststehende Hologrammplatte 703 gebeugt wird, um ein Scannen auf der Scanoberfläche 704 auszuführen.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Interferenzstreifenverteilung der feststehenden Hologrammplatte 703 auf der Basis von zwei Wellen erzeugt wird, wobei eine Welle eine sphärische Aberration hat, welche Welle von einer Punktlichtquelle kommt, und eine Koma, und ein Ursprung der Komponente der Y-Richtung einer Welle mit elliptischer Phase ist, und die andere Welle ein Ursprung einer Linienlichtquellenwellenfront und der Komponente der X-Richtung der Welle mit elliptischer Phase ist.
Während bei dem neunten Prinzip die Veränderungsraten der Ortsfrequenzen in der Scanrichtung und der Querscanrichtung so konfiguriert sind, um dieselben zu sein, so daß die Strahlradien in der Scanrichtung und der Querscanrichtung, die auf der Bilderzeugungsoberfläche gemessen werden, durch die feststehende Hologrammplatte gesteuert werden, um dieselben zu sein, kann eine Scanlinearität in der Scanrichtung auch unter der Bedingung von kleinen optischen Weglängen beibehalten werden, indem die Veränderungsrate der Ortsfrequenz in der Scanrichtung dieselben Bedingungen wie oben erfüllen kann und die Phase der Objektwelle gesteuert wird, so daß sie eine elliptische Welle wird.
Da der Strahlaberrationsbetrag in der Scanrichtung und der Querscanrichtung verschieden wird, indem die obigen Konfigurationen vorgesehen werden, wird die Veränderung des Strahlaberrationsbetrages korrigiert, indem das auf das rotierbare Hologramm 702 einfallende Licht so konfiguriert wird, daß die Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung verschieden sind.
Eine andere zu erwähnende Sache ist die, daß zum Verringern der Verzerrung die Brennweite F größer gemacht werden muß, wie es von einem optischen System mit konvexen Linsen bekannt ist. Ähnliche Resultate können jedoch durch ein Hologramm erreicht werden, indem der Abstand zwischen der Hologrammfläche und der Punktlichtquelle der Referenzwelle vergrößert wird.
Das Vergrößern der Brennweite F der Referenzkugelwelle bewirkt, daß die Bilderzeugungsposition in der Mitte weiter entfernt ist, wodurch die Verzerrung verringert, aber nicht völlig unterdrückt wird.
Die völlige Unterdrückung der Verzerrung kann durch eine asphärische Linse erreicht werden, wobei F in der Nähe des Linsenrandes größer ist, oder durch ein Hologramm, bei dem die Konstruktionswelle und die Rekonstruktionswelle so angemessen gesteuert werden, um denselben Effekt zu erreichen.
Das neunte Prinzip realisiert eine elliptische Phase, indem in der Phasengleichung der Objektwelle verschiedene Koeffizienten von X und Y für C₁ bzw. C₂ vorgesehen werden, wodurch die Veränderungsrate der Ortsfrequenz in der Scanrichtung reduziert wird, eine Überkorrektur in der Scanmitte verhindert wird und ein lineares Scannen realisiert wird. Zusätzlich wird auch die Veränderung des Strahlaberrationsbetrages durch solch eine Konfiguration korrigiert, daß das auf das rotierbare Hologramm 702 einfallende Licht verschiedene Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung hat. Bei diesem Prinzip gelingt das völlige Unterdrücken der Verzerrung, indem gewährleistet wird, daß die Wellenzahl einer Kugelwelle und eine Wellenzahl, die von der Wellenlänge einer Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, durch die Koeffizienten a und b in der Phasengleichung der Referenzwelle verschiedene Phasen haben, so daß F hin zu dem Scan-Ende größer als hin zu der Scanmitte wird.
Durch dieses neunte Prinzip wird ferner die Reduzierung der Lichtleistung auf der Bilderzeugungsoberfläche 704 verhindert und die Beugungseffektivität durch das Einführen des Terms C₀·Y verbessert, so daß die feststehende Hologrammplatte 3 mit einer außeraxialen Charakteristik versehen wird, wobei das gebeugte Licht in der Querscanrichtung gebeugt wird.
Da die Interferenzstreifenverteilung der feststehenden Hologrammplatte 703 unter Verwendung von Wellen hergestellt wird, von denen eine eine sphärische Aberration hat, wobei der Aberrationsbetrag längs der Y-Richtung gemessen wird, einen Astigmatismus und eine Koma; und die andere der Wellen eine sphärische Aberration hat, wobei der Aberrationsbetrag längs der X-Richtung gemessen wird, welche andere Welle eine Wellenlänge hat, die sich von der Wellenlänge der Rekonstruktionswelle unterscheidet, und einen Astigmatismus, kann eine feststehende Hologrammplatte 703, die zum linearen Scannen und zur Versetzungskorrektur fähig ist, ohne weiteres durch Belichtung hergestellt werden.
Da die Interferenzstreifenverteilung der feststehenden Hologrammplatte 703 unter Verwendung von Wellen hergestellt wird, von welchen Wellen eine eine sphärische Aberration hat, die von einer Punktlichtquelle kommt, welche Welle ein Ursprung der Komponente der Y-Richtung einer Welle mit elliptischer Phase ist und eine Koma hat, und die andere der Wellen ein Ursprung einer Linienlichtquellenwellenfront ist und die Komponente der X-Richtung einer Welle mit ellipti scher Phase ist, kann eine feststehende Hologrammplatte 703, die zum linearen Scannen und der Verzerrungskorrektur in der Lage ist, mit einem einfachen optischen Belichtungssystem hergestellt werden.
[Beispiel-Konfiguration]
61 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zeigt, die das neunte Prinzip verwendet, das bei dem Querscannen gezeigt ist; 62 ist ein Diagramm, derselben Vorrichtung in Scanrichtung; 63 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte beschreibt, die in der Vorrichtung verwendet wird (Objektwelle); 64 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte der 63 beschreibt (Referenzwelle); und 65 ist ein Diagramm, das die feststehende Hologrammplatte beschreibt (Referenzwelle).
Ein divergierendes Licht von einem Halbleiterlaser 710 wird durch eine Kollimationslinse 711 zuerst in eine ebene Welle in der Querscanrichtung von 61 umgewandelt und dann auf einer Hologrammscheibe 702 in der Querscanrichtung Y durch eine Zylinderlinse der Y-Seite 713 über eine Zylinderlinse der X-Seite 712 zum Konvergieren gebracht. Das Licht wird durch die Hologrammscheibe 702 gebeugt, fällt dann auf das feststehende Hologramm 703 ein und wird gebeugt und auf der Bilderzeugungsoberfläche 704a der fotoleitfähigen Trommel 704 zum Konvergieren gebracht. Ein divergierendes Licht von einem Halbleiterlaser 710 wird durch eine Kollimationslinse 711 in der Scanrichtung von 62 in eine ebene Welle umgewandelt, dann durch eine Zylinderlinse der X-Seite 712 auf einer Hologrammscheibe 702 konvergiert und an einem Punkt M₁ jenseits der Hologrammscheibe 702 in der Scanrichtung X über die Zylinderlinse der Y-Seite 713 zum Konvergieren gebracht. Das Licht fällt dann auf die feststehende Hologrammplatte 703 ein und wird gebeugt und auf der Bilderzeugungsoberfläche 704a auf der fotoleitfähigen Trommel 704 zum Konvergieren gebracht.
Die feststehende Hologrammplatte 703 in dieser Ausführungsform ist so konfiguriert, daß die Veränderungsraten der Ortsfrequenz in der Scanrichtung und der Querscanrichtung derselben verschieden sind.
Während die Objektwelle zum Herstellen der Interferenzstreifenverteilung der feststehenden Hologrammplatte 703 eine isotrope Kugelwelle ist, gestattet diese Erfindung, daß sich der Betrag der Aberration in der Scanrichtung und der Querscanrichtung voneinander unterscheidet, wie in 63(A) und (B) gezeigt. Ein lineares Scannen wird durch das Vorsehen der Aberration erreicht, so daß zum Beispiel reguläre Abstände von der optischen Achse zu der Hologrammfläche an jedem Punkt in jeder Scanrichtung gebildet werden.
Diese Linearität ist möglich, weil eine große Scanbreite auf der Hologrammscheibe 702 bei einem kleinen optischen Weg von der Hologrammscheibe 702 zu der feststehenden Hologrammplatte 703 eine Minderung der Linearität bewirkt, da die hohe Ortsfrequenz der feststehenden Hologrammplatte 703 dazu dient, das gebeugte Licht zurück zu der Scanmitte zu ziehen.
Um die Ortsfrequenz zu verringern, wird der Abstand F1 von der optischen Achse zu der Hologrammfläche so konfiguriert, um an jedem Punkt, der zum Bestimmen des Aberrationsbetrages verwendet wird, in der Scanrichtung in 63(B) einheitlich zu sein. Der Abstand F1 wird auch so konfiguriert, um länger als der Abstand F2 zu sein, wobei F2 der entsprechende Abstand in der Querscanrichtung in 63(A) ist.
Das heißt, in der Querscanrichtung erfüllt der Abstand von der optischen Achse zu der Hologrammfläche die folgende Gleichung (93): P1Q1 = P2Q2 = P3Q3 ... = F2 (93)
In der Scanrichtung erfüllt der Abstand von der optischen Achse zu der Hologrammfläche die folgende Gleichung (94): P1'Q1' = P2'Q2' = P3'Q3' ... = F1 (94)wobei die Abstände F2 und F1 die folgende Ungleichung (95) erfüllen. F1 > F2 (95)
Auf diese Weise wird die Ortsfrequenz der feststehenden Hologrammplatte 703 in der Scanrichtung relativ niedrig sein und kann eine Überkorrektur der Linearität verhindert werden.
Die Phase ϕ₀(X,Y) der Objektwelle, die die obigen Gleichungen erfüllt und auf der feststehenden Hologrammplatte 703 aufgezeichnet wird, wird durch die folgende Gleichung (96) dargestellt: ϕ0 = k2·[C1·X2 + C2·Y2 + C0·Y] (96),wobei
ist und X und Y Koordinaten in der Scanrichtung bzw. der Querscanrichtung sind, die bezüglich des Ursprungs in der Scanmitte der feststehenden Hologrammplatte 703 bestimmt werden, und k₂ eine Wellenzahl ist, die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird.
Wie aus der Gleichung (94) ersichtlich ist, hat dadurch, daß C₀·Y ein außeraxialer Term ist, der so vorgesehen ist, daß das gebeugte Licht von der feststehenden Hologrammplatte 703 in der Querscanrichtung gekrümmt wird, um die Beugungseffektivität zu verbessern, die Objektwelle eine elliptische Phase bezüglich X und Y, wie in 63(D) gezeigt, und keine kreisförmige Phase, die von der isotropen Kugelwelle der herkömmlichen Technik abgeleitet wird, wie in 63(C) gezeigt.
Da die Ortsfrequenz fx in der Scanrichtung und die Ortsfrequenz fy in der Querscanrichtung durch partielle Differenzierung der Gleichung (96) erhalten werden, sind sie demzufolge durch die folgenden Gleichungen (97) und (98) gegeben.
Aus einem Vergleich der Gleichungen (96) und (97) ist bekannt, daß die Ortsfrequenz fx relativ klein gemacht werden kann, da sie sich aus der Bedingung ergibt, die in der Gleichung (95) spezifiziert ist, daß nämlich die Veränderungsrate der Ortsfrequenz fx in der Scanrichtung kleiner als die Veränderungsrate der Ortsfrequenz fy in der Querscanrichtung ist.
Wenn der Abstand F1 in der Scanrichtung separat von der Querscanrichtung vorgesehen wird, wird bewirkt, daß sich der Strahlradius auf der Bilderzeugungsoberfläche 704a in der Scanrichtung und der Querscanrichtung unterscheidet. Die Korrektur durch derartiges Vorsehen ist in dieser Anordnung wesentlich.
Wie in 62 gezeigt, wird unter der Annahme, daß in der Querscanrichtung ein Bild in einem Bilderzeugungsabstand L gebildet wird, wenn die feststehende Hologrammplatte 703 einen Parameter F2 hat, die Brennweite d₁ der divergierenden Welle, die aus der Hologrammscheibe 702 austritt, gemäß der folgenden Gleichung (99) bestimmt, die von einer bekannten Bilderzeugungsgleichung abgeleitet wird, welche Gleichung die Brennweite bestimmt, die für eine Bilderzeugung in der Scanrichtung in dem Bilderzeugungsabstand L und mit einem Parameter F1 erforderlich ist. 1/d1 = 1/F1 – 1/L (99)
Da die Position der Hologrammscheibe 702 nicht verändert werden kann, wird auf Grund einer Anforderung von der Bilderzeugungsbedingung in der Querscanrichtung eine einfallende Brennweite d₀ einer einfallenden Welle eingestellt.
Das heißt, die Brennweite d₀ des einfallenden Lichtes wird durch die Zylinderlinse der X-Seite 712 eingestellt, und der einfallende Konvergenzpunkt M₁ wird jenseits der Hologrammscheibe 702 festgelegt. Diese Anordnung gewährleistet, daß die Ursprungsposition M₂ der austretenden Welle der Hologrammscheibe 702 von der feststehenden Hologrammplatte 703 um den Abstand d_l entfernt wird, so daß ein Bild in der Scanrichtung in dem Bilderzeugungsabstand L und mit einem Parameter F₁ gebildet wird. Auf diese Weise kann die Strahlradiusveränderung in der Scanrichtung und der Querrichtung korrigiert werden.
Während in der Gleichung (96) die Wellenzahl, die von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, durch die Konstante k₂ mit der Phase der Objektwelle dargestellt wird, kann sich diese Wellenzahl von der Wellenzahl der Rekonstruktionswelle unterscheiden.
Falls der Halbleiterlaser 710 zum Erzeugen einer Rekonstruktionswelle verwendet wird, beträgt die Wellenlänge λ₂ 780 nm. Da die Wellenlängenempfindlichkeit eines Hologramm-Materials mit hoher Beugungseffektivität zu einem Wellenlängenbereich gehört, der kürzer als diese Wellenlänge ist, sollte die Herstellung eines Hologramms mit einer Laserlichtquelle mit kürzerer Wellenlänge erfolgen. Zum Beispiel kann ein Argonlaser mit einer Wellenlänge λ₁ von 488 nm verwendet werden.
Wenn die Wellenlänge der Objektwelle λ₁ ist und die Wellenlänge der Rekonstruktionswelle λ₂ ist, muß somit die Phase der Objektwelle verändert werden.
Wenn die Wellenzahl, die von der Konstruktionswelle mit einer Wellenlänge von λ₁ abgeleitet wird, k₁ ist und das Wellenlängenverhältnis zwischen der Konstruktionswelle und der Rekonstruktionswelle S (= λ₂/λ₁) ist, ist die Phase ϕ₀(X,Y) der Objektwelle durch die folgende Gleichung (100) gegeben.
Daher werden, wenn eine Wellenzahl k₁ verwendet wird, die von der Wellenlänge λ₁ einer Hologrammkonstruktionswelle abgeleitet wird, welche Wellenlänge sich von der Wellenlänge des Halbleiterlasers 710 unterscheidet, die Abstände F1 und F2 der Objektwelle durch Multiplizieren des Wellenlängenverhältnisses mit F1 und F2 bestimmt, die auf der Basis der Gleichung (94) als angemessen bestimmt wurden.
Die Reduzierung der Verzerrung wird dadurch erreicht, daß die Punktlichtquellenposition der Kugelwelle, die als Referenzwelle verwendet wird, von D₀ zu D₀' verschoben wird, wie in 64 gezeigt. Durch solch eine Verschiebung wird die Bilderzeugungsposition in der Scanmitte weiter entfernt angeordnet, und deshalb kann keine Unterdrückung der Verzerrung gewährleistet werden.
Die Phase ϕ_R'(X,Y) der Referenzwelle, die durch die obige Gleichung (62) gegeben ist, wird durch die folgende Gleichung (101) dargestellt.
Die Phase der Referenzwelle wird ausgedrückt durch die Differenz zwischen der Phase der Kugelwelle, die durch den ersten Term der Gleichung (101) gezeigt ist, und der Phase der Zylinderwelle, die durch deren zweiten Term gezeigt ist, wobei k₂ die Wellenzahl ist (2π/λ₂), die von der Wellenlänge der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird und denselben Wert wie die Wellenzahl k₁ hat, die von der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle abgeleitet wird. Die Referenzwelle enthält eine Wellenfront mit der optischen Achse der Kugelwelle D₀O, die dieselbe ist wie der Abstand von der optischen Achse des Hologramms zu der Fläche der Hologrammscheibe 2.
Die Unterdrückung der Verzerrung erfordert, daß eine asphärische Linse mit einer Brennweite F(D₀O) in der Mitte und einer zunehmend größeren Brennweite hin zu dem Ende mit einem Hologramm hergestellt wird, wobei die Phase ϕ_R(X,Y) der Referenzwelle zum Konstruieren des Hologramms die folgende Gleichung (102) erfüllen sollte.
Die Differenz zwischen den Gleichungen (101) und (102) ist die, daß die Wellenzahl k₁, die von der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle abgeleitet wird, in der Gleichung 102 anstelle der Wellenzahl k₂ verwendet wird, die in der Gleichung 101 verwendet wird und von der Wellenlänge λ₂ der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird. Das Vergrößern der Wellenlänge λ₁ der Konstruktionswelle, um größer als λ₂ zu sein, bewirkt, daß die Wellenzahl k₁ kleiner als k₂ ist, wodurch die Phase der Referenzwelle kleiner gemacht wird.
Demzufolge wird eine Wellenfront, die sich von der Wellenfront der gebeugten Welle unterscheidet, die von der Hologrammscheibe 702 auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfällt, auf der feststehenden Hologrammplatte 703 aufgezeichnet. Deshalb gewährleistet die Verwendung einer Rekonstruktionswelle mit der Wellenlänge λ₂ zu der Zeit der Rekonstruktion, daß eine asphärische Linse mit einer Brennweite F(D₀O) in der Mitte und einer zunehmend größeren Brennweite hin zu dem Ende mit einem Hologramm hergestellt werden kann.
Durch diese Anordnung wird die Scanmittenkonvergenz an derselben Position gehalten, wie in 65(A) gezeigt, wodurch ein verzerrungsfreier Scanstrahl erhalten werden kann, wenn sich die Scan-Ende-Konvergenzposition hin zu der Bilderzeugungsoberfläche 704a verschiebt. Wie in 65(B) gezeigt, wird ein lineares Scannen realisiert, da sich der Scanstrahl an dem Scan-Ende nach außen verschiebt.
Obwohl in der Phasengleichung (102) der Koeffizient k₁ auch für den Term der Zylinderwelle gilt, kann auf eine Verzerrungskorrektur nur eine Kugelwelle ansprechen. Deshalb wird derselbe Effekt wie mit der Gleichung (102) unter Verwendung der Phasengleichung (103) erreicht, wobei der Koeffizient k₂ für den Term der Zylinderwelle beibehalten wird.
Somit ist die Phasenverteilung ϕ_H(X,Y) der feststehenden Hologrammplatte 703, welche Verteilung der Linearitätskorrektur und Verzerrungskorrektur dient, die Differenz, die erhalten wird, wenn die Phase der Referenzwelle ϕ_R von der Phase der Objektwelle ϕ_O subtrahiert wird, und sie ist durch die Gleichung (104) oder die Gleichung (105) gegeben.
66 ist ein Punktdiagramm der Vorrichtung der 61/62.
In einer Lichtstrahlscanvorrichtung, die in 61 und 62 gezeigt ist, bei der die feststehende Hologrammplatte 703 verwendet wird, die eine Phasenverteilung hat, die gemäß der Gleichung (105) bestimmt wird, werden verschiedene Strahlradien, die in 66 gezeigt sind, an jeder Position in dem Bereich von der Scanmitte zu dem Scan-Ende erhalten. Der Strahlradius wird kleiner als 60 Mikrometer gehalten, also klein genug, um auf eine Auflösung von 400 dpi angewendet zu werden.
Eine Linearität unter einem Niveau von 0,7 % und eine Abweichung von einer geraden Linie der fotoleitfähigen Trommel unter einem Niveau von 200 Mikrometern resultieren aus dieser Ausführungsform. Andere Vorteile sind das Erhalten einer kleinen Scanpositionsveränderung auf Grund einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers.
Auf diese Weise kann ein lineares Scannen und ein Lichtscannen ohne Verzerrung auch dann erreicht werden, wenn der Abstand zwischen der Hologrammscheibe 702 und der Bilderzeugungsoberfläche 704a zum Zweck der Größenverringerung klein gehalten wird. (Siehe Beschreibung einer Ausführungsform zur Herstellung der feststehenden Hologrammplatte 703).
67 und 68 sind Diagramme (Teil 1 und Teil 2), die eine Herstellung der feststehenden Hologrammplatte zeigen. Da die Phasenfunktion ϕ_H(X,Y) der feststehender. Hologrammplatte 703 durch die obige Gleichung (105) dargestellt wird, wird die Ortsfrequenz (fx in der Richtung X und fy in der Richtung Y) der feststehenden Hologrammplatte 703 erhalten, indem eine partielle Differenzierung an der Gleichung (105) ausgeführt wird, die als Resultat die folgenden Gleichungen (106) und (107) ergibt.
Ein Hologramm, auf dem die obige Wellenfront aufgezeichnet wird, kann durch einen Elektronenstrahl oder eine Laserzeichnung hergestellt werden, aber die Herstellung erfordert Zeit, da der betreffende Bereich groß ist. Die Verwendung eines Hologramms als optisches Hilfssystem bei einer Belichtung führt zu einer Minderung des S/N-Verhältnisses.
Deshalb wird ein optisches Belichtungssystem zum Herstellen eines Hologramms mit einem hohen S/N-Verhältnis benötigt, welches optische System die oben beschriebene Wellenfront erzeugt.
Ferner sei erwähnt, daß eine Welle mit einer Wellenlänge, die sich von jener der Rekonstruktionswelle unterscheidet, in Anbetracht der Empfindlichkeit des Hologramm-Materials bei der Herstellung erforderlich sein kann.
Beim Prüfen der Gleichungen (106) und (107) kennzeichnet 2C₁·X sowie 2C₂·Y den Strahl in 67(A) und gibt eine Welle mit einer elliptischen Phase an, wie in 63 gezeigt.
Der dritte Term in jeder der Gleichungen (106) und (107), ausgenommen b, kennzeichnet einen Strahl von der Punktlichtquelle mit den Koordinaten (0, Y₀, Z₀), wie in 67(B) gezeigt. Wenn b einbezogen wird, kennzeichnet der dritte Term in jeder Gleichung Wellen mit sphärischer Aberration; dies ist zu der Hologrammlinse äquivalent, die mit der abgeänderten Wellenlänge rekonstruiert wird.
Der zweite Term der Gleichung (106) kennzeichnet einen Strahl von der Linienlichtquelle, der die Koordinate (0, 0, Z₀) durchläuft, wie in 67(C) gezeigt, während der zweite Term C₀ der Gleichung (107) eine diagonal einfallende ebene Welle kennzeichnet, wie in 68(A) gezeigt, wobei eine Koma durch Kombinieren dieses Strahls mit anderen Strahlen erzeugt wird.
Die obige Anordnung ist dieselbe, wenn ein Strahl diagonal in eine Linse einfallen kann, wie in 68(B) gezeigt.
Daher ist die Welle, die durch diese Anordnung erhalten wird, eine Welle, die in der X-Richtung die Wellenfront von der Linienlichtquelle von 67(C), die sphärische Aberration von der Punktlichtquelle von 67(B) und die X-Komponente der Welle von 67(A) mit einer elliptischen Phase hat; und die in der Y-Richtung die sphärische Aberration von der Punktlichtquelle von 67(B), die Koma von 68(A) und die Y-Komponente der Welle von 67(A) mit einer elliptischen Phase hat.
Das heißt, es werden zwei Wellen gebildet, nämlich eine Welle mit einer Wellenfront von der Linienlichtquelle, einer sphärischen Aberration von der Punktlichtquelle und einer X- Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase; und eine Welle mit einer sphärischen Aberration von der Punktlichtquelle, einer Koma und einer Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase. Eine Interferenzstreifenverteilung mit der Phasenfunktion der Gleichung (105) wird durch die Interferenz dieser zwei Wellen erhalten.
Eine Konstruktion dieser Wellenfronten wird wie folgt erreicht: eine sphärische Aberration wird dadurch gebildet, daß ein Strahl auf eine plankonvexe Linse axial einfallen kann, wie in 68(C) gezeigt; eine Koma wird entweder dadurch gebildet, daß ein Strahl auf eine plankonvexe (oder plankonkave) Zylinderlinse diagonal einfallen kann, wie in 68(D) gezeigt, oder daß ein Strahl auf eine plankonvexe (oder plankonkave) Zylinderlinse außeraxial einfallen kann, wie in 68(E) gezeigt.
Eine Welle mit einer elliptischen Phase wird unter Verwendung von plankonkaven (oder plankonvexen) Zylinderlinsen gebildet, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, das heißt, eine in der Richtung X und die andere in der Richtung Y, wie in 68(F) gezeigt.
Da die X in dem Zähler und Nenner der Gleichung (106) bezüglich der Richtung X einander aufheben, ist die Veränderungsrate relativ klein. Die (Y – Y₀) in dem Zähler und Nenner der Gleichung (107) bezüglich der Richtung Y heben auch einander auf, aber der Nenner derselben enthält X mit großer Veränderungsrate und unterliegt somit einer größeren Veränderung.
Deshalb wird ein optisches Hologrammkonstruktionssystem so konstruiert, daß zwei Linsen separat vorgesehen werden, und zwar eine Linse, die in der Längsrichtung X der feststehenden Hologrammplatte 703 fungiert, und eine Linse, die in der Richtung Y fungiert, die zu der Richtung X rechtwinklig ist. Ein relativ einfaches optisches System ist in der Richtung X vorgesehen, in welcher Richtung die Veränderungsrate klein ist.
Daher werden die Linienlichtquellenwellenfront (ein Ursprung der sphärischen Aberration und des Astigmatismus) und die X-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase erhalten, wenn die Seite der Referenzwelle als Richtung X bezeichnet wird; und die sphärische Aberration, die von der Punktlichtquelle kommt, die Koma und die Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase werden erreicht, wenn die Seite der Objektwelle als Richtung Y bezeichnet wird.
Obwohl die sphärische Aberration sowohl auf der Referenz- als auch auf der Objektseite effektiv ist, wird sie auf der Objektseite genutzt. 69 beschreibt die erste Ausführungsform des Belichtungssystems zur Herstellung eines Hologramms; speziell ist 69(A) ein Diagramm, das die Konfiguration desselben aus der Sicht der Fläche zeigt, die durch die Koordinatenachsen Y und Z gebildet wird, während 69(B) ein Diagramm ist, das die Konfiguration aus der Sicht der Fläche zeigt, die durch die Koordinatenachsen X und Z gebildet wird.
Die X-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase, welche Komponente die Referenzwelle bildet, und die Linienlichtquellenwellenfront der Referenzwelle werden dadurch erzeugt, indem es ermöglicht wird, daß eine divergierende Welle von der Punktlichtquelle 750 durch die plankonvexe Zylinderlinse der X-Seite 751 hindurchtreten kann und auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfallen kann.
Die sphärische Aberration der Objektwelle entsteht dadurch, daß es ermöglicht wird, daß eine divergierende Welle von der Punktlichtquelle 760 durch die plankonvexe Linse 761 hindurchtreten kann; und die Y-Komponente der Objektwelle mit einer elliptischen Phase und die Koma der Objektwelle entstehen dadurch, daß es ermöglicht wird, daß die austre tende Welle, die aus der plankonvexen Linse 761 austritt, durch die plankonkave Linse 762 auf der Y-Seite hindurchtreten kann, bevor sie auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfallen kann.
Gemäß dieser Konfiguration werden die Linienlichtquellenwellenfront (ein Ursprung der sphärischen Aberration und des Astigmatismus) und die X-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase mit der Referenzwellenseite gebildet, die als Richtung X bezeichnet wird; und die sphärische Aberration und die Koma, die von der Punktlichtquelle kommen, und die Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase werden mit der Objektwellenseite gebildet, die als Richtung Y bezeichnet wird, wodurch die Phasenverteilung der Gleichung (105) erhalten werden kann.
70 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel des Belichtungssystems zur Herstellung eines Hologramms beschreibt und eine Konfiguration desselben aus der Sicht der Fläche zeigt, die durch die Koordinatenachsen Y und Z gebildet wird, wobei die Teile, die dieselben wie jene Teile von 69 sind, mit denselben Bezugszeichen wie in der vorhergehenden Figur versehen sind.
In dieser Ausführungsform wurde eine plankonvexe Zylinderlinse 763 zu der Objektwellenseite hinzugefügt.
Denn obwohl die Konfiguration von 69 auf einen Fall anwendbar ist, wo die Objektwellenseite und die Referenzwellenseite genügend getrennt sind, um dazwischen jeweils eine Linse einfügen zu können, ist die Konfiguration nicht auf den Fall anwendbar, wenn auf der Objektwellenseite die Bilderzeugungsoberfläche die Referenzwellenseite blockiert; die plankonvexe Zylinderlinse 762 allein kann keinen ausreichenden Komabetrag sicherstellen.
Deshalb kann beim Bilden der Objektwelle eine divergierende Welle von der Punktlichtquelle 760, um die sphärische Aberration zu erzeugen, durch die plankonvexe Linse 761 hindurchtreten, kann die Welle dann, um die Koma zu erzeugen, durch die plankonvexe Zylinderlinse der Y-Seite 763 hindurchtreten und kann, um die Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase und die Koma zu erzeugen, durch die plankonkave Zylinderlinse der Y-Seite 762 hindurchtreten, bevor sie auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfallen kann.
Diese Anordnung gewährleistet, daß selbst dann, wenn die Länge der Y-Seite der feststehenden Hologrammplatte 703 groß ist, eine Linse eingefügt werden kann, so daß die Koma größer als sonst ist.
71 zeigt ein drittes Beispiel des Belichtungssystems zur Herstellung eines Hologramms; speziell ist 71(A) ein Diagramm, das eine Konfiguration desselben aus der Sicht der Fläche zeigt, die durch die Koordinatenachsen X und Z gebildet wird, und 71(B) ist ein Diagramm, das die Konfiguration aus der Sicht der Fläche zeigt, die durch die Koordinatenachsen Y und Z gebildet wird.
In dieser Ausführungsform sind zwei plankonvexe Zylinderlinsen 764 und 765 auf der Objektwellenseite vorgesehen, zusätzlich zu jenen, die bereits in der Konfiguration von 70 vorgesehen sind, so daß eine ausreichend große Koma erhalten wird.
Die X-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase, welche Komponente die Referenzwelle bildet, und die Linienlichtσuellenwellenfront der Referenzwelle werden dadurch erzeugt, indem eine divergierende Welle von der Punktlichtquelle 750 durch die plankonvexe Zylinderlinse der X-Seite 751 hindurchtreten kann, bevor sie auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfallen kann.
Wenn die Objektwelle gebildet wird, kann deshalb eine divergierende Welle von der Punktlichtquelle 760, um die sphärische Aberration zu erzeugen, durch die plankonvexe Kugellinse 761 hindurchtreten, dann kann die Welle, um die notwendige Koma zu erhalten, außeraxial auf drei plankonvexe Zylinderlinsen der Y-Seite 764, 765 und 763 einfallen und kann, um die Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase und die Koma zu erzeugen, durch die plankonkave Zylinderlinse der Y-Seite 762 hindurchtreten, bevor sie auf die feststehende Hologrammplatte 703 einfallen kann.
Gemäß dieser Konfiguration werden die Linienlichtquellenwellenfront (ein Ursprung der sphärischen Aberration und des Astigmatismus) und die X-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase mit der Referenzwellenseite gebildet, die als Richtung X bezeichnet wird; und die sphärische Aberration und die Koma, die von der Punktlichtquelle kommen, und die Y-Komponente der Welle mit einer elliptischen Phase werden mit der Objektwellenseite gebildet, die als Richtung Y bezeichnet wird, wodurch die Phasenverteilung der Gleichung (105) erhalten werden kann. Somit nutzen viele der Linsen in dem Belichtungssystem eine gemeinsame optische Achse gemeinsam und gestatten deshalb eine leichte Einstellung.
Die so hergestellte feststehende Hologrammplatte 703 wird als Original verwendet, wovon eine Form abgenommen wird. Die Form wird dann zur Reproduktion einer feststehenden Hologrammplatte 703 mit denselben Charakteristiken verwendet.
[Beschreibung von anderen Konfigurationen]
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Konfigurationen ist es möglich, die folgenden Varianten zu verwenden.
Bei einer Herstellung der feststehenden Hologrammplatte ist es möglich, ein Verfahren (ein sogenanntes Elektronenstrahlbelichtungsverfahren) einzusetzen, bei dem ein Elektronenstrahl durch einen Computer gemäß den obigen Gleichungen so gesteuert wird, daß vorbestimmte Interferenzstreifen auf einer Hologrammtrockenplatte gebildet werden. Ein anderes Verfahren (ein sogenanntes Laserstrahlbelichtungsverfahren) kann auch eingesetzt werden, wie es zuvor beschrieben wurde, wodurch ein Laserstrahl durch einen Computer gemäß den obigen Gleichungen gesteuert wird.
Diese Verfahren sind für die Fälle geeignet, wo die feststehende Hologrammplatte durch Massenproduktion hergestellt wird oder wo die Größe derselben oder der Ablenkungsmodus des Lichtes von Zeit zu Zeit verändert wird. Während diese Verfahren die Computersteuerung enthalten und den Nachteil haben, zu großen Vorrichtungen für solch eine Herstellung zu führen, gestatten die obenerwähnten Ausführungsformen eine relativ preiswerte Herstellung der feststehenden Hologrammplatte mit einer kleinen Vorrichtung für die Herstellung.
Obwohl die obige Beschreibung unter der Annahme erfolgte, daß die Lichtstrahlscanvorrichtung in einer elektrofotografischen Druckvorrichtung eingesetzt wird, könnte sie auch auf eine Laserzeichenvorrichtung oder eine Laserprüfvorrichtung angewendet werden.
Obwohl ein scheibenförmiges rotierbares Hologramm in der Beschreibung angenommen wurde, kann auch ein trommelförmiges rotierbares Hologramm verwendet werden.
Wie beschrieben worden ist, wird eine elliptische Phase dadurch realisiert, daß in der Phasengleichung der Objektwelle verschiedene Koeffizienten X und Y bezüglich C₁ und C₂ vorgesehen werden. Diese Erfindung ermöglicht auch das Verringern der Veränderungsrate der Ortsfrequenz in der Scanrichtung und das Verhindern einer Überkorrektur der Scanmitte, wodurch ein lineares Scannen realisiert wird.
Veränderungen des Strahlaberrationsbetrages können korrigiert werden, indem die Konfiguration so erfolgt, daß das Licht, das auf das rotierbare Hologramm 702 einfällt, verschiedene Brennweiten in der Scanrichtung und der Querscanrichtung hat. Ferner wird F des Scanstrahls so konfiguriert, um hin zu dem Scan-Ende größer als in der Scanmitte zu sein, so daß eine Verzerrung unterdrückt wird, indem gewährleistet wird, daß sich die Wellenzahl der Kugelwelle von der Wellenzahl unterscheidet, die von der Wellenlänge der Rekonstruktionswelle abgeleitet wird, indem die Koeffizienten a und b in der Phasengleichung der Referenzwelle eingestellt werden.
Das neunte Prinzip ist nicht auf die beschriebenen Beispiele begrenzt, sondern Veränderungen und Abwandlungen sind möglich, ohne den Schutzumfang dieser Erfindung zu verlassen.
[Zehntes Prinzip]
72 zeigt ein Facettenhologramm des rotierbaren Hologramms, das gemäß dem ersten Prinzip verwendet wurde. Wie in der Figur gezeigt, wird ein ebenes Gitterhologramm, in welchem Hologramm die Interferenzstreifenverteilung gleichförmig ist, was die Positionen der Streifen betrifft, in einem Facettenhologramm 820a eines rotierbaren Hologramms 802a verwendet, das in einer Lichtstrahlscanvorrichtung verwendet wird.
In der Figur wird angenommen, daß ein Laserlicht, das auf die Punkte A und B auf dem rotierbaren Hologramm 802a von 72(A) einfällt, durch die Punkte A' und B' auf einer feststehenden Hologrammplatte 803a hindurchtritt. Die Ortsfrequenz, die von dem Rotationszentrum des rotierbaren Hologramms 802a hin zu der Scanmitte desselben gemessen wird, ist an den Punkten A und B auf dem rotierbaren Holo gramm 802a dieselbe, und die Ortsfrequenz in der Richtung X, die zu jener Richtung rechtwinklig ist, ist Null.
Daher weist die Ortsfrequenz, die an der Position gemessen wird, auf die ein Laserlicht einfällt, keine Veränderung auf, auch wenn das rotierbare Hologramm 802a rotiert. Wenn ein Laserlichteinfallswinkel auf dem rotierbaren Hologramm 802a, welcher Winkel in der Scanmitte gemessen wird, und der Austrittswinkel desselben bestimmt werden, wird die Laserlichtscanspur auf der feststehenden Hologrammplatte 803a bestimmt.
Die jüngste Nachfrage zum Beispiel nach einem Laserdrucker mit verringerter Größe erfordert es jedoch, eine Lichtstrahlscanvorrichtung kleiner zu bilden. Um dies zu erreichen, muß die optische Weglänge von dem rotierbaren Hologramm 802a zu der Bilderzeugungsoberfläche klein sein. Es sei erwähnt, daß das Verkürzen des optischen Weges von dem rotierbaren Hologramm 802a zu der feststehenden Hologrammplatte 803a eine kleine Scanbreite bewirkt.
Andererseits bewirkt das Verkürzen des optischen Weges von der feststehenden Hologrammplatte 803a zu der Bilderzeugungsoberfläche, daß die feststehende Hologrammplatte 803a nicht die optischen Funktionen ausführt, die von ihr gewünscht werden, wie beispielsweise die Funktionen, die eine Linearitätskorrekturfunktion, eine geradlinige Scanfunktion und eine Laserlicht-Bilderzeugungsfunktion enthalten.
Demgemäß erlaubt das zehnte Prinzip das Verkürzen des optischen Weges von dem rotierbaren Hologramm zu der Bilderzeugungsoberfläche, während die optischen Charakteristiken der feststehenden Hologrammplatte beibehalten werden, so daß eine Größenverringerung einer Vorrichtung erreicht werden kann.
[Beispiel-Konfiguration]
73 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung, die das zehnte Prinzip verwendet.
Wie in 73(B) gezeigt, ermöglicht eine Facette 820 eines rotierbaren Hologramms 802 das Verändern der Ortsfrequenz an der Position, auf die ein Laserlicht einfällt, wenn ein Hologramm verwendet wird, wo eine Verteilungsveränderung nur in der Ortsfrequenz ersichtlich ist, die von dem Rotationszentrum M des rotierbaren Hologramms 802 in der Richtung Y hin zu der Scanmittenposition auf dem rotierbaren Hologramm 802 gemessen wird.
Das heißt, wenn die Position auf dem rotierbaren Hologramm 802, auf welche Position das Laserlicht einfällt, als r₀ bezeichnet wird, die Ortsfrequenz an der Position r (der Abstand bis dahin, der von dem Rotationszentrum M des rotierbaren Hologramms 2 in der Richtung Y hin zu der Scanmittenposition auf dem rotierbaren Hologramm 802 gemessen wird) auf dem rotierbaren Hologramm 802 als f bezeichnet wird und die Ortsfrequenz (Ortsfrequenz an der Position r₀), die von dem Einfalls- und Austrittswinkel des Laserlichtes bestimmt wird, das auf das Rotationszentrum M des rotierbaren Hologramms 802 einfällt, als f₀ bezeichnet wird, wird die Ortsfrequenzverteilung, die von dem Rotationszentrum des rotierbaren Hologramms 802 in der Richtung der Scanmittenposition auf dem rotierbaren Hologramm 802 gemessen wird, festgelegt, um ein Wert zu sein, wie er gemäß der folgenden Gleichung (121) bestimmt wird. f = f0 + a × (r – r0) (121),wobei a, die Veränderungsrate der Ortsfrequenz, eine Konstante ist.
Wenn angenommen wird, daß a negativ ist, wird die Ortsfrequenz f an der Position r höher als die Ortsfrequenz f₀ an der Position r₀, wobei die Ortsfrequenz dann eine Verteilung haben wird, wo die Frequenz hin zu der Mitte des rotierbaren Hologramm 802 höher ist, mit dem Resultat, daß der Beugungswinkel in der Scanrichtung groß sein kann und die Scanbreite groß sein kann.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, den optischen Weg von dem rotierbaren Hologramm 802 zu der feststehenden Hologrammplatte 803 ohne Veränderung der Scanbreite auf der Bilderzeugungsoberfläche zu verkürzen.
Falls der optische Weg von dem feststehenden Hologramm 803 zu der Bilderzeugungsoberfläche 804 konstant gehalten wird, verschlechtern sich die Konvergenzcharakteristiken und die Abweichung von einer geraden Linie des Scannens auf der Bilderzeugungsoberfläche 804 in dem Maße, daß der optische Weg von dem rotierbaren Hologramm 802 zu der feststehenden Hologrammplatte 803 verkürzt wird. Deshalb wird der optische Weg von der feststehenden Hologrammplatte 803 zu der Bilderzeugungsoberfläche 804 gesteuert, um etwas länger zu sein.
Was die feststehende Hologrammplatte 803 anbelangt, sind der Richtungskosinus 1 in der Richtung X und der Richtungskosinus m in der Richtung Y durch die folgenden Gleichungen (122) und (123) gegeben, wobei die Scanrichtung durch X dargestellt wird, die Querscanrichtung durch Y dargestellt wird und die Richtung, die zu ihnen rechtwinklig ist, durch Z dargestellt wird. Die Wellenfront, die durch diese Gleichungen ausgedrückt wird, wird durch die feststehende Hologrammplatte 803 realisiert;
wobei a, b, C₀, d, e, Y₀ und Z₀ Konstanten sind.
74 zeigt die Herstellung eines rotierbaren Hologramms einer Ausführungsform dieser Erfindung. Wie in 74 gezeigt, wird das rotierbare Hologramm 802 unter Verwendung der Interferenz der Objektwelle und der Referenzwelle hergestellt.
Zur Herstellung einer ebenen Gitterscheibe sollten die Objektwelle und die Referenzwelle ebene Wellen sein. Um eine Ortsfrequenzveränderung hin zu dem Rotationszentrum vorzusehen, sollten die Intervalle der ebenen Welle, die die Objektwelle bilden, hin zu dem Rotationszentrum verändert werden.
Um dies beim Erzeugen einer Objektwelle zu erreichen, wird eine ebene Welle mit einer Divergenzeigenschaft durch eine konkave Zylinderlinse 805 vorgesehen, die auf das rotierbare Hologramm 802 einfallen kann.
Auf diese Weise ist der Winkel, der durch die Welle, die von der konkaven Zylinderlinse 805 emittiere wird, und durch die ebene Referenzwelle gebildet wird, hin zu dem Rotationszentrum größer; d. h., θr > θr₀, wodurch eine größere Dichte und eine größere Ortsfrequenz gewährleistet werden, wo es angebracht ist.
Da die Lichtleistung des Halbleiterlasers, der die Lichtquelle der Vorrichtung ist, in praktischer Hinsicht für die Herstellung eines Hologramms nicht ausreicht, wird eine Lichtquelle genutzt, deren Lichtleistung größer ist, wie beispielsweise ein Argonlaser.
Die Wellenlänge λ₀ des Halbleiterlasers beträgt 780 nm, während die Wellenlänge λ₁ des Argonlasers 488 nm beträgt, mit der Bedeutung, daß verschiedene Wellenlängen zu der Zeit der Konstruktion und zu der Zeit der Rekonstruktion verwendet werden.
Deshalb muß, wie in 74(B) gezeigt, ein Einstrahlungswinkel θ₂ der Objektwelle und ein Einstrahlungswinkel θ₁ der Referenzwelle bei der Wellenlänge λ₀ des Halbleiterlasers gemäß der folgenden Gleichung (124) festgelegt werden, so daß die Ortsfrequenz f erhalten wird. f = (sinθ1 + sinθ2)/λ0 (124)
Danach werden, wie in 74(C) gezeigt, der Einstrahlungswinkel θ₂' der Objektwelle und der Einstrahlungswinkel θ₁' der Referenzwelle aus der folgenden Gleichung (125) erhalten, welche Winkel bestimmt werden, damit die Ortsfrequenz f auf der Basis der Argonlaserwellenlänge λ₁ erzeugt werden kann. f = (sinθ1' + sinθ2')/λ1 (125)
Falls dann, wie in 74(A) gezeigt, die ebene Objektwelle und die Welle, die von der konvexen Linse 805 eingestrahlt wird, auf das rotierbare Hologramm 802 mit der Wellenlänge λ₁ unter Verwendung des Einstrahlungswinkels θ₂' der Objektwelle und des Einstrahlungswinkels θ₁' der Referenzwelle eingestrahlt werden, kann ein Hologramm mit einer vorbestimmten Ortsfrequenz durch einen Halbleiterlaser mit der Wellenlänge λ₀ hergestellt werden.
75 ist ein Punktdiagramm der Vorrichtung der 73.
Während in einer herkömmlichen ebenen Gitterscheibe der Abstand L1 zwischen dem rotierbaren Hologramm 802 und der feststehenden Hologrammplatte 803 295 mm beträgt und der Abstand L2 zwischen der feststehenden Hologrammplatte 803 und der Bilderzeugungsoberfläche 804a 255 mm beträgt, dient die Verwendung des rotierbaren Hologramms 2 mit der Ortsfrequenzverteilung, wie sie in 73 beschrieben ist, dazu, den gesamten optischen Weg zu verkürzen, indem L1 = 225 mm und L2 = 265 mm sein kann.
Die Konvergenzcharakteristiken und die Abweichung von einer geraden Linie auf der Bilderzeugungsoberfläche 804 werden beibehalten, indem der Abstand L2 zwischen der feststehenden Hologrammplatte 803 und der Bilderzeugungsoberfläche 804a leicht vergrößert wird.
Die Strahldurchmesser in dieser Anordnung, die in dem Bereich von der Scanmitte zu dem Scan-Ende gemessen werden, sind in 75 gezeigt, wobei der maximale Durchmesser 60 Mikrometer am Scan-Ende beträgt. Somit wird eine Auflösung von 400 dpi garantiert.
Eine Linearität unter einem Niveau von 0,5 % und eine Abweichung von einer geraden Linie, auf der Trommel 804, unter 100 Mikrometer werden erhalten. Es wird festgestellt, daß die Scanpositionsveränderung auf Grund einer Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers extrem klein ist, wodurch die Ausführungsform vollkommen praktikabel wird.
Daher ist es mit dieser Ausführungsform möglich, die Scanbreite des rotierbaren Hologramms 802 zu vergrößern, so daß der Abstand zwischen dem rotierbaren Hologramm 802 und der feststehenden Hologrammplatte 803 klein gebildet werden kann und daß eine Größenverringerung der Vorrichtung erreicht werden kann, während es gleichzeitig möglich ist, eine Veränderung der Scanstrahlposition auf Grund einer Wellenlängenveränderung (Veränderung der Mittenfrequenz oder eine Verschiebung der Multimoden-Verteilung), die mit einer Temperaturveränderung des Halbleiterlasers einhergeht, zu verhindern und einen Rückgang der Linearität, einer Abweichung von einer geraden Linie und eines Strahlradius zu verhindern.
Wie es in der Beschreibung erläutert worden ist, kann nach dem zehnten Prinzip der optische Weg von dem rotierbaren Hologramm 802 zu der feststehenden Hologrammplatte 803 durch solch eine Konfiguration verkürzt werden, daß die Ortsfrequenz hin zu dem Rand der Strahleinstrahlungsposition graduell höher als an der zentralen Strahleinstrahlungsposition auf dem Hologramm 820 der Facette des rotierbaren Hologramms 802 ist, so daß der Beugungswinkel in der Scanrichtung vergrößert wird und die Scanbreite vergrößert wird. Eine Größenverringerung wird in dieser Konfiguration erreicht, da die Scanbreite konstant gehalten wird.
Während in der obigen Ausführungsform angenommen wurde, daß die Strahlscanvorrichtung auf eine elektrofotografische Druckvorrichtung angewendet wird, kann sie auch auf eine Laserzeichenvorrichtung oder auf eine Laserprüfvorrichtung angewendet werden. Während angenommen wurde, daß die Hologramminterferenzstreifen in der obigen Ausführungsform ein paralleles Linienmuster sind, könnte es andere Formen haben. Diese Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, sondern Veränderungen und Abwandlungen sind möglich, ohne den Schutzumfang dieser Erfindung zu verlassen.
[Elftes Prinzip]
Diese Erfindung betrifft mögliche Formen eines Laserlichtpunktes von einem Laserlicht, das auf ein rotierbares Hologramm einfällt. 76 ist ein vergrößertes Diagramm, das eine Facette eines rotierbaren Hologramms 902a zeigt. Ferner zeigt die Figur schematisch, daß sich die Strahleinfallsposition verändert, wenn das rotierbare Hologramm 902a rotiert (wobei die Veränderung in der Richtung A → B → C erfolgt).
Wie in der Figur gezeigt, hat der Laserlichtstrahl, der auf das rotierbare Hologramm 902a einfällt, eine elliptische Form im Querschnitt. Die elliptische Form in den Lichtstrahlscanvorrichtungen, die bislang beschrieben wurden, ist so, daß die Nebenachse der Ellipse längs des Radius des rotierbaren Hologramms 902a verläuft.
Wenn angenommen wird, daß der Winkel, der durch die Positionen A und B gebildet wird, welche Positionen beide durch einen Strahl getroffen werden, wobei die Mittellinie durch das Rotationszentrum verläuft, θ_b ist und daß der Bereich, in dem ein Hologramm durch die Bewegung des Laserlichtstrahls von der Position A zu der Position B gebildet wird, θ_h ist, ist das Verhältnis der Winkel θ_b und θ_h als gültiges Hologrammverhältnis H (H = θ_b/θ_h) definiert.
Um ein rotierbares Hologramm 902a effektiv zu nutzen, ist es wünschenswert, daß dieses gültige Hologrammverhältnis so nah wie möglich bei 1 liegt.
Bei dem Lichtstrahlscanverfahren, das in 76 gezeigt ist, ist jedoch, da die Hauptachse der Sektion des einfallenden Strahls (Strahl mit elliptischer Form) und die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 902a ausgerichtet sind, der Approximation des gültigen Hologrammverhältnisses H an 1 eine gewisse inhärente Grenze gesetzt. Das heißt, das rotierbare Hologramm 902a könnte wegen des ungenutzten Abschnittes θ_D (= θ_h – θ_b) in einer Facette des rotierbaren Hologramms 902a beim effektiven Funktionieren versagen, welcher ungenutzte Abschnitt auf Grund dessen unvermeidlich gebildet wird, daß die Strahlform eine Ellipse ist, deren Hauptachse in der Rotationsrichtung liegt. Durch dieses Versagen wird das Problem hervorgerufen, daß die Scaneffektivität verringert wird.
Eine Möglichkeit zum Lösen dieses Problems ist die Umwandlung der Strahlform des Laserlichtes in einen Kreis. Die obengenannte Hauptachse sollte jedoch eine Länge haben, die für die feststehende Hologrammplatte groß genug ist, so daß der Scanstrahl in der Scanrichtung konvergiert, und sie kann nicht kleiner als eine vorbestimmte Größe sein (das heißt, sie kann keine runde Form sein).
Das elfte Prinzip macht es möglich, ein rotierbares Hologramm effektiv nutzen zu können, indem eine Approximation des gültigen Hologrammverhältnisses an 1 auch dann ermöglicht wird, wenn die Strahlform des Laserlichtes elliptisch ist.
[Beispiel-Konfiguration]
77 zeigt ein rotierbares Hologramm, das das elfte Prinzip verwendet. Bei diesem Prinzip werden die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 902 (durch den Pfeil in der Figur gezeigt) und die Nebenachse eines elliptisch geformten Strahls 910 des Laserlichtes, das durch die Lichtquelle (zum Beispiel ein Halbleiterlaser, der in der Figur jedoch nicht gezeigt ist) eingestrahlt wird, ausgerichtet.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den ungenutzten Abschnitt θ_D' (= θ_h – θ_b') zu steuern, der in einer Facette 920 des rotierbaren Hologramms 902 unvermeidlich entsteht, um klein zu sein, wie in der Figur gezeigt, und das gültige Hologrammverhältnis H an 1 zu approximieren.
78 und 80 zeigen die Konfiguration mehr im Detail.
78 ist ein Diagramm, das in der Vergrößerung eine Facette 920 des rotierbaren Hologramms 902 zeigt. Da diese Erfindung so konfiguriert ist, wie oben beschrieben, daß die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 902 und die Nebenachse des elliptisch geformten Laserlichtstrahls 910 ausgerichtet sind, muß ein Hologramm so konstruiert werden, daß mit dieser Konfiguration ein zweckmäßiges Lichtstrahlscannen erreicht werden kann. Daher wird die Ortsfrequenzverteilung bei dieser Erfindung gemäß den folgenden Gleichungen festgelegt. fx = 0 fy = f0 + ΣCi·(r·sinθ)i,wobei θ der Rotationswinkel des rotierbaren Hologramms 902 ist, r der Einfallsradius des Strahls ist, C_i die Veränderungsrate der Ortsfrequenz ist (asphärischer Koeffizient) und f₀ die Ortsfrequenz ist, wenn der Rotationswinkel θ Null ist. Eine Lichtstrahlscanvorrichtung, die unten beschrieben ist, kann unter Verwendung des rotierbaren Hologramms 902 realisiert werden, das die obige Ortsfrequenzverteilung hat.
79 zeigt, daß der Winkel, der durch das Segment gebildet wird, das die Einfallsposition des Strahls von der Lichtquelle mit dem Rotationszentrum des rotierbaren Hologramms 902 verbindet, welches Segment das Rotationszentrum des rotierbaren Hologramms und die feststehende Hologrammplatte 903 verbindet, festgelegt wird, um 90° zu betragen.
Mit dieser Konfiguration können die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 902 und die Nebenachse der Sektion des elliptisch geformten Laserlichtstrahls 910 ausgerichtet werden, so daß das gültige Hologrammverhältnis H an Null approximiert wird.
80 zeigt ein Beispiel, für das das gültige Hologrammverhältnis H tatsächlich berechnet wird. Daß eine effektive Verwendung des rotierbaren Hologramms 902 mit dieser Konfiguration möglich wird, ist insofern offensicht lich, als bei der in 76 gezeigten Konfiguration (in 80(A) gezeigt) das gültige Hologrammverhältnis H 0,844 beträgt und bei dem Verfahren, das in 80(B) gezeigt ist, das gültige Hologrammverhältnis H verbessert wird, um 0,933 zu betragen.
81 zeigt Terme der ersten bis zehnter (i = 1 – 10) Ordnung der obenerwähnten Ortsfrequenz. Wie in der Figur gezeigt, wird auf der Basis einer Simulation herausgefunden, daß die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms 902 und die Nebenachse des Querschnitts des einfallenden Strahls ausgerichtet werden können, indem eine Ortsfrequenzverteilung vorgesehen wird, die aus geraden Funktionen gebildet ist.
Wie demonstriert worden ist, kann das gültige Hologrammverhältnis H erhöht werden, indem die Rotationsrichtung des rotierbaren Hologramms und die Nebenachse des Querschnitts des einfallenden Strahls ausgerichtet werden. Das gültige Hologrammverhältnis H kann erhöht werden, und die Lichtstrahlscanvorrichtung, die die effektive Nutzung des rotierbaren Hologramms 902 ermöglicht, kann durch solch eine Konfiguration realisiert werden, daß die Strahlposition und die Mitte der feststehenden Hologrammplatte 903 Punkte sind, die auf Linien liegen, die einen Winkel von 90° bilden.
MÖGLICHE ANWENDUNG IN DER INDUSTRIE
Die Lichtstrahlscanvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, ein einfaches und preiswertes optisches System unter Verwendung von zwei Hologrammen vorsehen und eine hochzuverlässige Vorrichtung ohne Scanstrahlversetzung realisieren, die durch eine Wellenlängenveränderung des Halbleiterlasers bewirkt wird. Deshalb ist die Scanvorrichtung der vorliegenden Erfindung als optisches Laserscansystem zweckmäßig, um zμm Beispiel in Büroautomatisierungsvorrichtungen inkorporiert zu werden, wie etwa in einen Laserdrucker und eine Laser-Faksimilevorrichtung, oder in eine Laserzeichenvorrichtung und eine Laserprüfvorrichtung.

Claims

Lichtstrahlscanvorrichtung (100) mit: einer Lichtquelle, die einen ersten Lichtstrahl erzeugt; einer ersten flachen Hologrammplatte (110), die auf einem Weg des ersten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die erste Hologrammplatte den ersten Lichtstrahl in einen zweiten Lichtstrahl umwandelt, so daß der zweite Lichtstrahl die Hologrammplatte mit einem Ausgangswinkel 6 verläßt; einer zweiten flachen Hologrammplatte (112), die parallel in einem Abstand l₄ zu der ersten Hologrammplatte (110) angeordnet ist und auf einem Weg des zweiten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die zweite Hologrammplatte den zweiten Lichtstrahl in einen dritten Lichtstrahl in Form eines konvergierenden Strahls umwandelt, der die zweite Hologrammplatte in einem Ausgangswinkel β verläßt; und einer Scanoberfläche (120), die bei einem Konvergenzpunkt des dritten Lichtstrahls vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist; daß der zweite Lichtstrahl eine divergierende Kugelwelle ist, so daß der zweite Lichtstrahl von einem Punkt im Abstand 13 von der Hologrammplatte divergiert; daß der dritte Lichtstrahl eine divergierende Kugelwelle ist; und daß die erste und die zweite Hologrammplatte entsprechende Hologrammmuster aufweisen, so daß dort die Beziehung sin β = k (δ) sin δgilt, wobei k (δ) = l₄/l₃.
Lichtstrahlscanvorrichtung nach Anspruch 1, wobei k(δ) die unten angegebene Gleichung erfüllt, wobei k₀ ein Parameter ist: k(δ) = k0 – (3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0) δ2.
Lichstrahlscanvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unten angegebene Gleichung erfüllt ist, wobei ein Abstand zwischen der ersten Hologrammplatte (110) und der zweiten Hologrammplatte (112) L ist, und eine Brennweite des zweiten Lichtstrahls mit Bezug auf die zweite Hologrammplatte a(δ) ist: a(δ) = L/k(δ).
Lichtstrahlscanvorrichtung (100) mit: einer Lichtquelle, die einen ersten Lichstrahl erzeugt; einer ersten flachen Hologrammplatte (110), die auf einem Weg des ersten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die erste Hologrammplatte den ersten Lichtstrahl in einen zweiten Lichtstrahl umwandelt, so daß der zweite Lichtstrahl die erste Hologrammplatte mit einem Ausgangswinkel δ verläßt; einer zweiten flachen Hologrammplatte (112), die in einem Abstand l₄ parallel zu der ersten Hologrammplatte (110) angeordnet ist und auf einem Weg des zweiten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei die zweite Hologrammplatte den zweiten Lichtstrahl in einen dritten Lichtstrahl in Form eines konvergierenden Lichtstahls umwandelt, der die zweite Hologrammplatte in einem Ausgangwinkel β verläßt; und einer Scanoberfläche (120), die bei einem Konvergenzpunkt des dritten Lichtstrahls vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist, daß der zweite Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist, so daß der zweite Lichtstrahl auf einen Punkt in einem Abstand l₃ von der ersten Hologrammplatte konvergiert; daß der dritte Lichtstrahl eine konvergierende Kugelwelle ist, und daß die erste und die zweite Hologrammplatte entsprechende Hologrammmuster aufweisen, so daß die Beziehung k'(δ) = l4/l3 k(δ) = k'(δ)/{k'(δ) – 1} sin β = k(δ) sin δgilt.
Lichtstrahlscanvorrichtung nach Anspruch 4, wobei k(δ) die unten angegebene Gleichung erfüllt, wobei k₀ ein Parameter ist: k(δ) = k0 – (3/8)(1 – k0 2)(1 – 2k0) δ2.
Lichtstrahlscanvorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Gleichung erfüllt ist, wenn der Abstand zwischen der ersten Hologrammplatte (110) und der zweiten Hologrammplatte (112) L ist und eine Brennweite des zweiten Lichtstrahls in Bezug auf die zweite Hologrammplatte a(δ) ist: a(δ) = L/k(δ).