JPH0225489B2 - - Google Patents

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JPH0225489B2
JPH0225489B2 JP57177791A JP17779182A JPH0225489B2 JP H0225489 B2 JPH0225489 B2 JP H0225489B2 JP 57177791 A JP57177791 A JP 57177791A JP 17779182 A JP17779182 A JP 17779182A JP H0225489 B2 JPH0225489 B2 JP H0225489B2
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JP
Japan
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diffraction grating
scanning
grating
angle
laser beam
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JP57177791A
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English (en)
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JPS5967514A (ja
Inventor
Akyoshi Hamada
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Publication of JPS5967514A publication Critical patent/JPS5967514A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザーを用いたレーザービー
ム走査装置に関する。半導体レーザーはHe−Ne
レーザーに比し装置がコンパクトに出来また変調
が容易である等の利点があり、これを用いたレー
ザービーム走査装置が既に提案されている。 レーザービームで走査を行うには回転鏡とか振
動鏡を用いる方法もあるが、レーザー光の場合、
その単色性が秀れているので、回折格子を回転さ
せて走査を行うことができる。回折格子を用いる
走査方式は光学系が比較的単純に構成できる上、
回折格子をホログラフイツクな方法で製作し、そ
の複製を量産することで、品質の揃つた走査品位
の優れた走査装置を安価に生産できる利点があ
る。しかし半導体レーザーの場合、レーザーの発
振波長はレーザー媒質と共振器の長さで決まり、
環境温度及びレーザー自体が発生する熱によつて
発振波長が変化し、更に第1図に示すように基準
波長に対して約0.6nmおきに波長の異る発振を行
う可能性があつて、発振状態が基準波長から突然
何段かずれた波長の発振状態に移つたり(第1図
Bの状態)、2種以上の波長において発振したり
(第1図Cの状態)することがあり、何時どのよ
うなモードで発振するか判らず、電気的に発振状
態を一定にコントロールすることも困難である。
回折格子による光の回折角は波長によつて異るか
ら、上述したように半導体レーザーを用いた光ビ
ーム走査装置で走査方式として回折格子を用いる
方式を採用しようとすると発振波長の不安定さに
よつて走査状態が変動するという問題が生じる。 この波長変動についてさらに具体的構成をもと
に説明するに、第2図に示すレーザービーム走査
装置は、半導体レーザー1コリメーターレンズ2
シリンドリカルレンズ3スフエリカルレンズ4回
転回折格子円板GS、シリンドリカルミラー6を
光路に沿つて順次配置し、回転回折格子円板GS
を回転させることよりレーザービームをスキヤン
させるものである。シリンドリカルミラー6は格
子円板GSの回転による円弧状の走査を感光ドラ
ム7上での直線状の走査軌跡Yに補正する。 回転回折格子円板GSは、第3図に示すように、
円周方向に等分された12個の扇形セグメントgか
らなり各セグメントgは中心の格子線が半径方向
と一致するように回折格子が刻まれている。 回転回折格子円板GSに入射するビームは、x
−z平面内にのみパワーをもつシリンドリカルレ
ンズ3とスフエリカルレンズ4とによつてZ方向
に、また、スフエリカルレンズ4によつてy方向
に集光され格子円板GSの半径方向に延びる線分
となる。 このように集光するのは有効走査幅を広げる上
で意味がある。これを第4図を用いて説明する
に、光源である半導体レーザーからのビームはビ
ームの広がりが方向によつて異なるためにコリメ
ートしたビームの断面形状は橢円となる。この橢
円ビームB1を集光せずに回折格子に入射させる
と(第4図A)、ビームが2つのセグメントにま
たがつて入射する場合が生じ、この場合ビームは
感光ドラム面上で2つの点となる。それ故、走査
に有効なのはビームが1つのセグメントにのみ入
射している間だけである。即ち、1つのセグメン
トの占める角度をα、橢円状ビームがセグメント
の端に接したときのビーム中心とセグメントの端
との間の角度をδとすると、走査に有効な角度は
α−2δとなる。これを上述の如くレンズ3,4に
よつて線状ビームB2に集光すると(第4図B)、
実質的に前記δを零にすることができ有効走査幅
を広げることができる。 しかしながら上述の装置は前記したように発振
波長が変動すると走査点のずれを生じてしまう。
走査点のずれは、Z方向についてはシリンドリカ
ルミラー6によつて補正されているので、y方向
についてのみ表われる。 一般的に回折について入射角oと射出角と
の関係は Sin−Sino=mpλ/d ……(1) で表わされる。ここで、λは波長、dは格子定
数、mpは回折光の次数(mp=o、±1、±2……)
である。 上式を用いて前記装置にあらわれる感光ドラム
上の有効走査幅端部でのy方向のずれ△yを波長
変動量△λ、射出角変動量△θとともに表−1に
示す。ここで、格子定数d=1.4×10-3mm入射角
o=O゜、半導体レーザーの基準波長λ=780nm
であり、回折光は1次光を用い、△θ、△yは下
式より算出されたものである。 △θ=Sin-1(λ+△λ/d)−Sin-1(λ/d)……
(2) △y=ltan△θ×Sinα/2 ……(3) 尚、lは格子円板から感光ドラム上の有効走査
幅端部までの距離、αは格子円板の1つのセグメ
ントの回転角でl=1000mm、α=30゜で計算され
る。
【表】 前記レーザービーム走査装置においては感光ド
ラム上でのビームのスポツト径は約0.1mmである。
従つて表−1からも明らかな様に波長が0.6nmず
れただけでもスポツト1つ分ずれることになり良
好な画像形成ができない。 本発明はこのような点に鑑みてなされたもので
あり、半導体レーザーを用いた回折格子方式のレ
ーザービーム走査装置で波長依存性を解消するこ
とを目的とする。 まず、本発明の原理について第5図を用いて説
明する。第5図において、GSは第3図に示した
回転回折格子円板であり、本発明は、この回転格
子円板GSの光源側に固定回折格子Gを設け、両
格子GSとGとの間にレンズLを介在させて両格
子がレンズLに関して互いに共役の位置にあるよ
うにした。 固定回折格子Gの格子定数をd1、入射角をio、
射出角をi半導体レーザーの基準波長をλとした
とき、この固定回折格子Gの−1次回折光は式(1)
より次式で表される。尚、入射角io射出角iは共
に入射・射出点のまわりに時計廻りを正・反時計
廻りを負にとつている。即ち射出角は−iであ
る。 Sin i+Sin io=λ/d1 ……(4) また、回転回折格子円板GSの格子定数をd2
入射角をθo射出角をθとしたとき、この回転格
子円板GSの−1次回折光は式(4)と同様に次の様
になる。 Sinθ+Sinθo=λ/d2 ……(5) 第5図を参照して、発振波長がλからλ+△λ
に変化したとき固定回折格子Gの入射角ioは変化
せず射出角はiからi+△iに変化し、このビー
ムがレンズLにより格子H板GS上の発振波長が
λのときの入射点に入射する、即ち入射角はθo
からθo+△θoに変化するが格子円板GSからの射
出角θは変化しないとする。 式(4)を変数iとλについて微分すると、 di/dλ=1/d1cos i ……(6) また、式(5)を変数θoとλについて微分すると、 dθo/dλ=1/d2cosθo ……(7) 第5図においてレンズLと固定回折格子Gとの
距離をaレンズLと回転格子円板GSとの距離を
b、レンズLの倍率をmとすれば近軸領域では m=a/b=△θo/△i=dθo/dλ/di/d
λ この式に上式(6)(7)を代入すると、 m=d1cos i/d2cosθo ……(8) となる。即ち、この(8)式を満足するように構成す
れば、波長変動が生じても回転格子円板GSから
の射出角θは変動せず感光ドラム上でのスポツト
のずれは生じない。 また、レンズLの集点距離をf、両格子間距離
をDとすれば、 m=a/b、1/a+1/b=1/fより、 D=a+b=(m+1)2/mf この式を微分すると、 dD/dm=m2−1/m2f 従つて、両格子間距離DはdD/dm=0 即ち
m=±1のとき最小になる。言いかえれば、レン
ズLに対して固定回折格子Gと回転格子円板GS
とを等倍関係に配置すれば装置自体をコンパクト
に構成することができる。 また、回折格子の入射角と回折角の関係につい
ては、回折角をηとすると式(4)よりη=i+ioで
あるから、 Sin(η−io)+Sin io=λ/d1 この式よりdη/dioをとると、 dη/dio=−2Sinη/2Sinη−2io/2/cos(η−i
o) これよりη=2io、即ちi=ioのとき回折角η
の変動は最小になる。従つて、固定回折格子G及
び回転回折格子円板GSをこのように設定すれば
設定誤差による影響が少なく、各格子の設定精度
をゆるやかにすることができる。 以上の原理説明は便宜上−1次回折光について
おこなつたが、1次回折光及び他の高次回折光に
ついても同様に説明することができる。 次に本発明の実施例を説明する。第6図は本発
明の一実施例の斜視図、第7図Aは同じく平面
図、第7図Bは同じく側面図である。1は半導体
レーザー、2はコリメータレンズ、3はシリンド
リカルレンズ、4はスフエリカルレンズ、Gは固
定回折格子、Lはシリンドリカルレンズ、GSは
回転回折格子円板、6はシリンドリカルミラー、
7は感光ドラムである。 半導体レーザー1からのレーザービームはコリ
メータレンズ2でコリメートされ、シリンドリカ
ルレンズ3及びスフエリカルレンズ4で格子G上
に線状に集光される。この格子G上の像はレンズ
Lによつて格子円板GS上に投影される。シリン
ドリカルレンズLは第7図Aに示すように水平面
内ではパワーを持たずに第7図Bに示すように垂
直面内で集光力をもつており、前述の説明のよう
に半導体レーザーの発振波長が変動しても格子円
板GSからの射出角が常に一定になるようにビー
ムを集光する。格子円板GSを発したビームは格
子円板GSの回転により、シリンドリカルミラー
6を介して感光ドラム7を走査する。このときシ
リンドリカルミラー6が格子円板GSによる円弧
状の走査を感光ドラム7上での直線状の走査軌跡
Yに補正することは前述の通りである。 第1実施例 上述の装置を用い、両格子の格子定数をd1=d2
=1.4×10-3mm基準発振波長λ=780nmとし、各
格子への入射角と射出角が等しいように、即ちio
=i、θo=θととると、この場合式(4)(5)(8)より
等倍関係の配置となる。この際の感光ドラム上の
有効走査幅端部での誤差△yを求めると下表−2
の通りである。尚△yの算出は式(3)による。
【表】 従つて、第1の実施例では、スポツトのずれは
完全に補正でき、またm=1であるから装置をコ
ンパクトに構成できるとともに、各格子の入射角
と射出角が等しいように配置するため回折格子の
調整が簡単である。 第2実施例 d1=d2=1.4×10-3mm、λ=780nm、io=θo=0゜
ととると式(8)よりm=cosi=0.830となる。この
場合の△yを第1実施例と同様にして求めると下
表−3の通りである。
【表】 従つて、第2実施例は|Δλ|=12nmでもスポ
ツト径(約100μ)の約1割程度しかずれないこ
とを示す。実際の変動はほとんど数nm以下であ
るので実質的にはほとんど画質に影響を与えな
い。またこの実施例では各格子にビームが直角に
入射するようにしたので他の光学部材との位置決
め調整が容易におこなえる。 第3実施例 d1=2.0×10-3mm、d2=1.4×10-3mm、io=i、
θo=θとすると式(8)よりm=1.46となる。この場
合の△yを同様にして求めると下表−4の通りで
ある。
【表】 従つて、第3実施例では、固定回折格子と回転
回折格子円板の格子定数が等しくなくても波長変
動によるずれが良好に補正できることを示す。こ
れは固定回折格子として市販されているもの使用
できることを意味し、装置のコストダウンをはか
ることができる。 本発明レーザービーム走査装置は上述したよう
な構成で、半導体レーザービーム発生装置を用い
ているからHe−Neレーザー装置のようなガスレ
ーザーに比しビーム発生装置がコンパクトにで
き、機構的に簡単で量産も容易な回折格子による
走査方式を用いながら、その波長依存性による半
導体レーザーの発振波長の不安定性の影響を消去
することに成功したので、安価で品質の優れたレ
ーザービーム走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体レーザーの波長変動の態様を説
明する図、第2図は従来技術を示す斜視図、第3
図は格子円板の正面図、第4図はレーザービーム
を線状に集光することを説明する図、第5図は本
発明の原理を説明する図、第6図は本発明の一実
施例の斜視図、第7図Aは同実施例の平面図、第
7図Bは同実施例の側面図である。 G……固定回折格子円板、GS……回転回折格
子円板(格子円板)、L……レンズ、1……半導
体レーザー、2……コリメータレンズ、3……シ
リンドリカルレンズ、4……スフエリカルレン
ズ、6……シリンドリカルミラー、7……感光ド
ラム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源として半導体レーザービーム発生装置を
    用い、走査用回折格子円板を回転させることによ
    つて走査を行う構成で、上記走査用回折格子円板
    より光源側に固定回折格子を配置し、同固定回折
    格子の格子線方向と上記走査用回折格子円板上の
    レーザービーム入射点における格子線の中心方向
    とを平行ならしめ、上記両回折格子間に結像レン
    ズ系を介在させて、固定回折格子上の光束入射点
    の像が上記走査用回折格子円板上のレーザービー
    ム入射点に形成されるようにすると共に、下記条
    件を満足するように各部を配置したことを特徴と
    するレーザービーム走査装置。 記 m=d1/d2 cos i/cos θo m:上記結像レンズ系の倍率 d2:走査用回折格子円板の回折格子の格子定数 d1:固定回折格子の格子定数 θo:走査用回折格子への光ビーム入射角 i:固定回折格子からの光ビーム出射角
JP57177791A 1982-10-08 1982-10-08 レ−ザ−ビ−ム走査装置 Granted JPS5967514A (ja)

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JP57177791A JPS5967514A (ja) 1982-10-08 1982-10-08 レ−ザ−ビ−ム走査装置

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JP57177791A JPS5967514A (ja) 1982-10-08 1982-10-08 レ−ザ−ビ−ム走査装置

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Publication Number Publication Date
JPS5967514A JPS5967514A (ja) 1984-04-17
JPH0225489B2 true JPH0225489B2 (ja) 1990-06-04

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ID=16037160

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JP57177791A Granted JPS5967514A (ja) 1982-10-08 1982-10-08 レ−ザ−ビ−ム走査装置

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57181523A (en) * 1981-04-08 1982-11-09 Xerox Corp Optical type scanner

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57181523A (en) * 1981-04-08 1982-11-09 Xerox Corp Optical type scanner

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JPS5967514A (ja) 1984-04-17

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