JP3078655B2 - 光ビーム走査装置 - Google Patents

光ビーム走査装置

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JP3078655B2
JP3078655B2 JP04181987A JP18198792A JP3078655B2 JP 3078655 B2 JP3078655 B2 JP 3078655B2 JP 04181987 A JP04181987 A JP 04181987A JP 18198792 A JP18198792 A JP 18198792A JP 3078655 B2 JP3078655 B2 JP 3078655B2
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信也 長谷川
智司 前田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空間周波数が場所的に
変化するホログラムを記録したホログラムディスクを回
転し、入射したレーザ光をディスク回転に応じて回折し
て走査面上にビームスポット像を結像して直線走査する
光ビーム走査装置に関する。近年、レーザプリンタやレ
ーザファクス等のレーザ走査光学系には、従来から回転
多面鏡とf−θレンズとを組合せた光学系が使用されて
いる。しかし、回転多面鏡に高い加工精度が要求され、
また多数のレンズを必要とすることから、小型化と低価
格化が困難である。
【0002】そこで空間周波数が場所的に変化するホロ
グラムを記録したホログラムディスクを回転し、ホログ
ラムディスクに入射したレーザ光を回折させることによ
り走査面上にビームスポット像を結像して直線走査する
ようにした光ビーム走査装置が開発され、ホログラムは
複製による量産ができるため、小形化と低価格化が期待
されている。
【0003】
【従来の技術】従来のホログラムを用いた光ビーム装置
としては例えば図6のものが知られている。図6におい
て、1はホログラムディスクであり、物体波と参照波の
2光束干渉露光により、空間周波数が場所的に変化する
干渉縞で成るホログラムを8ケ所に形成している。ホロ
グラムディスク1はモータ2により回転される。
【0004】回転状態にあるホログラムディスク1には
レーザ光3が入射し、ホログラムにより回折され、感光
ドラム4の走査面上にビームスポット像を結像して直線
走査する。このホログラムディスクを使用した光ビーム
走査装置は、現在広く使用されているポリゴンミラー
(回転多面鏡)を使用する装置に比べ、ビームの像面湾
曲補正と等速補正を光学的に行うコリメートレンズとf
−θレンズ、更にシリンドリカルレンズを組み合せた倒
れ補正光学系を必要とせず、光学部品点数の大幅な削減
ができるという特徴がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のホログラムディスクを用いた光ビーム走査装
置にあっては、ホログラムディスクに面振れや偏心があ
ると、回転中にホログラムの位置が物理的に変化して走
査面上でのビーム走査の位置変動が生じ、高解像度が得
られなくなる。
【0006】このためホログラムディスクのモータ取付
け精度やホログラムディクス自体の偏心を最小限に抑え
るようにしなければならず、加工精度が高く調整も煩雑
になり、低価格化が困難であった。本発明は、このよう
な従来の問題点に鑑みてなされたもので、ホログラムデ
ィスクにある程度の面触れや偏心があってもビーム走査
の位置変動を補償して解像度を損うことなく低価格化を
可能とする光ビーム走査装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施例図面中の符号
を併せて示す。まず本発明は、空間周波数が場所的に変
化するホログラムを記録したホログラムディスク1を備
え、このホログラムディスク1に入射したレーザ光3を
ディスク回転に応じて回折して走査面6上にビームスポ
ット像を結像して直線走査する光ビーム走査装置を対象
とする。
【0008】このような光ビーム走査装置につき本発明
にあっては、空間周波数が場所的に変化するホログラム
を記録したホログラムディスクを備え、該ホログラムデ
ィスクに入射したレーザ光をディスク回転に応じて回折
して走査面上に結像したビームスポット像を直線走査す
る光ビーム走査装置に於いて、式(19)を満足し、
査中心のθ=0゜と走査端のθ=θeにおいて式(7)
及び式(17)を満足するパラメータを選ぶことによ
り、ホログラムディスクの面振れ及び偏心による走査面
の走査中心及び走査端に対する光ビームの走査面に直交
する平面への射影角の変化を共に低減し且つ走査面上で
ビームスポット像を直線走査するようにしたことを特徴
とする。
【0009】ここで7つのパラメータの内、ホログラム
作成波波長λ1 と再生波波長λ2 の波長比S及びディス
ク回転中心からビーム入射位置までの距離Rの2つを任
意に決めることにより、残り5つのパラメータは計算に
より一義的に算出することができる。またホログラムデ
ィスク1の面振れ及び偏心に対する走査ビーム回析角の
走査面に直交する平面への射影角度の変化が最小となる
走査位置を、走査中心と走査端の間に決定して各パラメ
ータを設定する。
【0010】更にホログラムディスク1の面振れ及び偏
心に対する走査ビーム回析角の走査面に直交する平面へ
の射影角度の変化が最小となるようにホログラムの干渉
縞分布とディスク入射角θiを設定する。
【0011】
【作用】このような構成を備えた本発明の光ビーム走査
装置によれば、ホログラムディスクによる走査ビームの 走査中心位置となる θ=0° 走査端位置となる θ=θe の各々で、面振れ及び偏心による走査面に直交するy−
z平面への走査ビームの射影成分の角度変化が最小とな
るようにし、且つ直線走査の条件式を満足するように7
つのパラメータを決めることで、ホログラムディスクに
面振れ及び偏心が起きても、ビームスポットの位置変動
を無視できる程度に小さくできる。
【0012】このため低価格のモータを使用でき、また
調整も低精度で済み、高解像度を低価格で実現できる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の光ビーム装置に用いるホログ
ラムディスクの製造方法を示した説明図であり、光学的
な位置関係を明らかにしている。図1において、ホログ
ラムディスク1は軸5を中心に回転されるものであり、
ディスク面のホログラムは参照波点光源Aからの参照光
と物体波点光源Bからの物体光の2光束干渉露光により
干渉縞を作る。
【0014】この例では、参照波点光源Aはディスク中
心軸線上の距離fA の位置に配置されており、また物体
波点光源Bはビーム入射位置P点に立てた垂線に対称と
なる位置に配置され、ディスク面までの距離はfB とな
る。このような2光束干渉露光により作られたホログラ
ムに対しては、入射角θiをもってP点に入射側の光学
系により収束されたレーザ光3が入射され、ホログラム
ディスク1による回折を受けて感光ドラム4の走査面6
上にビームスポットを結像し、且つホログラムディスク
1の回転に伴って直線走査される。
【0015】ここでディスク回転中心から入射点Pまで
の距離および入射点Pから物体光点光源Bの投影点まで
の距離は共にRであり、2R=y2 としている。またP
点から結像面6までの距離をl、投影点からディスク面
に垂線を下ろした距離をL、両者の成す角をθdとして
いる。図2は図1のホログラムディスク1と走査面6の
座標系を示したもので、ホログラムディスク1の回転中
心を原点として中心軸線の方向にz軸を設定し、走査面
6の中心に直交する方向にy軸を設定し、更に走査面6
に平行な方向にx軸を設定している。
【0016】このように図1および図2に示すホログラ
ムディスクを用い光ビーム装置を前提に、ホログラムデ
ィスクの面振れ及び偏心に対しビーム位置の変動を減少
させる構成、更に直線走査条件について詳細に説明す
る。 [ホログラムディスクの面振れ対策]回転するホログラ
ムディスク1に面振れがあると、図2の走査中心と走査
端について破線で示すように、ホログラムディスク1で
回折されたビームは走査線7から例えば上側にずれるよ
うになる。
【0017】このような面振れに起因したビーム走査線
7からのずれに対し本発明にあっては、図2の走査中心
と走査端、即ち、走査角θ=0°及びθ=θe(例えば
θe=25°)で、走査面6に直交するy−z平面8に
対するビーム10の射影成分11の角度変化dθdが最
小になるようにパラメータを設定する。図3は面振れが
起きたときのy−z平面を示したもので、ホログラムデ
ィスク1は水平状態から面振れdφを起こし、1aの状
態に傾いている。
【0018】ここでy−z平面への走査ビームの射影
と、z軸のなす角をθdとし、ホログラムディスク1に
対するレーザ光3の入射角をθiとすると、θdは次式
を満足する。
【0019】
【数1】
【0020】ここで、(l,m,n)はそれぞれ(x,
y,z)方向の走査ビームの方向余弦成分を示す。一
方、方向余弦成分l及びmは、
【0021】
【数2】
【0022】となる。この(3)式について、 m=a−sinθi =(1−l2 )=b とおくと、次の(4)(5)式が得られる。
【0023】
【数3】
【0024】ここでホログラムディスク1の面振れをd
φと置くと、(5)式から、
【0025】
【数4】
【0026】となる。ここで図3のPQ及びPRは、
【0027】
【数5】
【0028】であることから、面振れによる角度変化d
θdが
【0029】
【数6】
【0030】と等しくなれば、面振れによるQ点での位
置の変動がなくなる。よって面振れによるビーム位置の
変化を無くすめたには、次の(7)式を満足できればよ
い。
【0031】
【数7】
【0032】ここで、(7)式のb、sinθi及びc
osθdは次式で与えられる。
【0033】
【数8】
【0034】このような面振れにつき従来は走査中心、
即ちビーム走査角θ=0°のみで(7)式を満足するよ
うにしていたが、本発明にあっては 走査中心 θ=0° 走査端 θ=θe いずについても共に(7)式を満足するようなパラメー
タを選ぶ。 [ホログラムディスクの偏心対策]図4はホログラムデ
ィテスク1に偏心dRが生じた時の説明図である。
【0035】図4において、ホログラムディスク1に対
する入射角をθiとすると、走査面6に回折されたビー
ムのz軸に対する角度θdは次式を満足する。
【0036】
【数9】
【0037】ここで、(l,m,n)はそれぞれ走査ビ
ームの方向余弦成分(x,y,z)を示す。一方、方向
余弦成分l及びmは、
【0038】
【数10】
【0039】ここで、ホログラムディスク1に偏心dR
が存在した時のθdのずれ量dθdは(1)式より
【0040】
【数11】
【0041】となる。この(15)式をゼロと置き、且
つ入射角θiの条件式
【0042】
【数12】
【0043】を用いると次式が得られる。
【0044】
【数13】
【0045】ここでディスク回転角θ=0°のとき(1
7)式は
【0046】
【数14】
【0047】となる。また、走査端のディスク回転角θ
をθeとすると、(17)式にθ=θeを代入した式を
満足する必要がある。この(18)式と(17)式がθ
=θeを同時に満足するとき、走査全域で、ディスク偏
心に対する走査ビームの位置変動を均等に小さくでき
る。 [直線走査条件]次に、ホログラムディスク1におい
て、直線走査を行う条件は、
【0048】
【数15】
【0049】で与えられる。この(19)式において、
θcは図5に示すように、走査ビームの軌跡が下垂状態
から反転するビーム走査角である。 [最適設計条件]以上の説明からホログラムディスク1
の面振れ及び偏心に対してビーム走査領域で均等に位置
変動を低減して高精細に直線走査を行うためには、、 (7)式でθ=0°とθ=θe (17)式でθ=0°とθ=θe (19)式 を同時に満足するパラメータを選ぶことで容易に実現で
きる。
【0050】この連立方程式は5個であり、パラメータ
は、S,R,θc,θe,fA ,f B ,y2 の7個であ
る。尚、LはS,R,fB により決定される。したがっ
て、例えばR,Sを決定すれば前記5個数の連立方程式
から残り5つのパラメータθc,θe,fA ,fB ,y
2 が得られる。このパラメータθc,θe,fA ,f
B ,y2 は数値計算を用いて容易に導出できる。
【0051】実際に、R=40mmで設計した結果、走
査幅252mmで均等に位置変動を10μm以内にする
ためのディスク偏心許容値25μm、面ふれ許容値90
秒と極めて大きな許容値が得られた。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ホ
ログラムディスクによる面振れ、偏心に伴う走査ビーム
の位置変動を大幅に低減し、高精度の直線走査を行うこ
とができ、低い価格のディスクモータの使用を可能と
し、調整精度も低くて済み、解像度を損うことなく低価
格化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いるホログラムディスクの製造方法
の説明図
【図2】本発明の説明で用いるホログラムディスクの座
標系を示した説明図
【図3】本発明によるホログラムディスクの面振れ対策
を示した説明図
【図4】本発明によるホログラムディスクの偏心対策を
示した説明図
【図5】本発明の直線走査条件における走査ビーム軌跡
の説明図
【図6】従来のホログラムディスクを用いた光ビーム装
置の説明図
【符号の説明】
1:ホログラムディスク 2:モータ 3:レーザ光 4:感光ドラム 5:回転軸 6:走査面 7:走査線 8:y−z平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−199421(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空間周波数が場所的に変化するホログラム
    を記録したホログラムディスクを備え、該ホログラムデ
    ィスクに入射したレーザ光をディスク回転に応じて回折
    して走査面上に結像したビームスポット像を直線走査す
    る光ビーム走査装置に於いて、 【数16】 を満足し且つ、走査中心のθ=0゜と走査端のθ=θe
    において 【数17】 【数18】 但し、 S:ホログラム作成波長λ1と再生波長λ2の比 R:ディスク回転中心から入射点までの距離及び入射点
    から物体光源投影点まで 2 :2R fB:物体波点光源からディスク面までの距離 θc:ビーム軌跡が走査領域を走査するとき下垂状態か
    ら転向するときのビーム 走査角 l,m,n:走査ビームの(x,y,z)方向余弦成分 θ:走査角 fA:参照波点光源からディスク中心までの距離 θi:ホログラムディスクに対するレーザ光の入射角 L:投影点からディスク面に垂線をおろした距離 θd:レーザ光と投影点からディスク面にたてた垂線と
    のなす角 を同時に満足するパラメータを選ぶことにより、前記ホ
    ログラムディスクの面振れ及び偏心による前記走査面の
    走査中心及び走査端に対する光ビームの走査面に直交す
    る平面への射影角の変化を共に低減し且つ走査面上でビ
    ームスポット像を直線走査するようにした ことを特徴と
    する光ビーム走査装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光ビーム走査装置に於い
    て、前記7つのパラメータの内、ホログラム作成波波長
    (λ1 )と再生波波長(λ2 )の波長比(S)、および
    ディスク回転中心からビーム入射位置までの距離(R)
    の2つのパラメータを任意に決めることにより残り5つ
    のパラメータを算出して設定することを特徴とする光ビ
    ーム走査装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の光ビーム走査装置に於い
    て、前記ホログラムディスクの面振れ及び偏心に対する
    走査ビーム回析角の走査面に直交する平面への射影角度
    の変化が最小となる走査位置を、走査中心と走査端の間
    に決定して前記各パラメータを設定したことを特徴とす
    る光ビーム走査装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の光ビーム走査装置に於い
    て、前記ホログラムディスクの面振れ及び偏心に対する
    走査ビーム回析角の走査面に直交する平面への射影角度
    の変化が最小となるようにホログラムの干渉縞分布とデ
    ィスク入射角(θi)を設定したことを特徴とする光ビ
    ーム走査装置。
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JPH07282270A (ja) 1994-04-08 1995-10-27 Sony Corp 画像生成方法および装置
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