JPH02262107A - 光走査用回折格子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ この発明はレーザ光等のビーム状の光で乾板上に文字や
絵を書くプリンタ装置やバーコードを読み取るバーコー
ドリーダーにおいて使用する光走査用回折格子に関する
ものである。

［従来の技術］ 光束を使用したプリンタやバーコードにおいては走査面
上に光束を走査させるのに回転型の回折格子を使用する
。

例えばバーコードリーダーは第５図に示すように、レー
ザ光源１０１からのレーザ光束１０２をディスクスキセ
ナー１１０の回折格子１０３を通して商品１０４上のバ
ーコード１０５を照明し、バーコード１０５からの反射
光をミラー１０６で反射させ、光検出器１０７で検出す
ることによって、バーコード１０５を読み取っている。

このとき回折格子１０３は回転軸１０８に関して回転し
、これによって格子線の位置が変化するので、回折格子
１０３によって回折されたレーザ光束１０２の回折光の
方向が変化し、回折光がバーコード１０５の全域を走査
することになる。

［発明が解決しようとする課題］ これらのスキャナーに要求される性能は共通で、■走査
スポットの奥行深さが、走査角が変化しても変化しない
こと。すなわちスポットの走査面が平面であること。

■走査スポットが走査面の上で直線上を動くこと。

■走査スポットが等速度で動くこと。

である。

ディスクスキャナーは、従来、平面波と発散球面波によ
るホログラムで作られてぎているので、ホログラムスキ
ャナーとも呼ばれているが、特に■の問題点が解決され
ていないため、レーザプリンタなどのより精密な用途に
は用いられていなかった。

すなわち、第６図に示すように、走査角θの中央部分で
スポットが走査面１１１上の０点にあったとしても、走
査角θの両端ではスポットが走査面１１１の上方のａ点
、ｂ点に位置することにより、ａ点、ｂ点ではバーコー
ド１０５の読み取りが困難になることがある。従って、
ａ点及びｂ点も走査面１１１と一致する高さになること
が望まれる。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、走査スポットの奥行深さが、走査角が変化しても変
化せず、従ってスポットの走査面を平面にすることがで
きる光走査用回折格子を提供することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の光走査用回折の格子線
のパターンからなる回折格子において、走査光線の波長
をλ、回折格子の焦点距離を°ｒ、回折格子の中心から
の半径をｒとするとき、Ｍを正の実数として、ｒの関数
φ（ｒ）が、次の微分方程式と初期条件 ｆλ（ｄ　φ／ｄｒ２） ＝（１／Ｍ） Ｘ（１ｉλ（ｄφ７ｄｒ）　）　２　）　（３／２）＋
｛１−（１／Ｍ）　） φ（０）＝一定の実数 （ｄφ／ｄｒ）（０）＝０ を満たすとき、 φ（ｒ）＝ｎ ｎ＝Ｑ、１．２．３・・・ （ｎは負でない整数） を満たす半径ｒの位置に前記格子線を設けたことを特徴
としている。

［作用コ 子より距離Ｍｆ／　（Ｍ−１＞（ｍ）！Ｉすれた位置か
ら格子面に垂直にレーザ光等の拡がり角の小さい単色光
で照明されると、格子のどの位置を照明した場合におい
ても、回折格子を透過（または反射）し、回折された光
は回折格子から半径ｒに関係しない一定値のＭｆ（ｓ）
のところに焦点を結ぶ。

こうしてスポットの走査面が平面となる。

［実施例］ 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

第１図において１は回折格子であり、回折格子１は平面
上に同心円状に位置する複数の縞状の格子線Ｆ１．Ｆ２
．Ｆ３・・・を備えていて、中心３に関して回転可能で
ある。それぞれの格子線Ｆ１゜Ｆ２．Ｆ３・・・の位置
は、走査光線の波長をλ（ｍｍ）、回折格子の焦点距離
をｆ（ｒ！ｒＩＲ）、回折格子の中心からの半径をｒ（
＃）とするとき、Ｍを正の実数として、ｒの関数φ（ｒ
）が、次の微分方程式ｆλ（ｄ　φ／ｄｒ２） ＝（１／Ｍ） Ｘ（ｌｉλ（ｄφ／ｄ　ｒ）　）２）　（３／２）十（
１−（１／Ｍ）　）　　　　　　　（１）φ（０）＝一
定の実数 （ｄφ／ｄｒ）（０）−〇 を満たすとき、 φ（ｒ）　＝ｎ ｎ＝０，１．２．３・・・ （ｎは負でない整数） を満たす半径ｒの位置にある。

第２図において、回折格子１はＯＡを含み紙面に垂直に
なっている。回折格子の中心を０１紙面上でＯを通りＯ
Ａに垂直にＺ軸（光軸）をとる、１回折格子より距離ａ
＝Ｍｆ／　（Ｍ−１＞（ｓ）はなれた位置Ｓより、回折
格子１に垂直に照明したとき、回折格子１で回折された
照明光の最外側の光線の軌跡をそれぞれＳＡＰ、ＳＢＰ
とする。このとき回折格子１で回折した光はＰ点に収束
するの収束点Ｐ点の回折格子からの距離をｂ　（ｒ）と
する。ｒが変化すると、Ｐ点も光軸に垂直な方向に移動
するが、上記のように作られた回折格子では、ｂ（ｒ）
＝ＭＦとｂ　（ｒ）がｒによらず一定となることを以下
に示す。Ｓ、Ｐ点から回折格子１におろした垂線の足を
それぞれＴ、Ｈとする。

ＡＴ＝ＴＢ−Δｒとする。ＳＡ、ＳＢとＺ軸のなす角を
それぞれ α（ｒ＋Δｒ）、α（ｒ−Δｒ）とし、ＡＰ、ＢＰとＺ
軸のなす角をそれぞれ β（ｒ十Δｒ）、β（ｒ−Δｒ）とする１゜回折格子１
で回折される光の入射角αと回折角βの間には、よく知
られている ｓｉｎβ（ｒ±Δｒ）±ｓ　ｉ　ｎａ　（ｒ±Δｒ）＝
λ／ｇ　　　（復号同順）（２） の関係がある。ここでｇ（＃）の光線が横切る位置での
回折格子１のとなり合う縞間隔で１／ｑ＝　（ｄφ（ｒ
））／ｄｒ　　　　　　（３）の関係がある。

第２図で ＰＨｔａｎβ（ｒ＋Δｒ） ＰＨｔａｎ　β　（ｒ　−Δ　ｒ　） −ＡＨ−ＢＨ＝２Δｒ が成り立つことから、（ＰＨ＝ｂ　（ｒ））ｂ（ｒ）＝
２Δｒ ／　（ｔａｎβ（ｒ＋Δｒ） ｔａｎβ（ｒ−Δｒ））　　　（４） （２）、　（３）を用いると、 β　（ｒ＋Ａｒ）　　＝ｓ　　＋　　ｎ−’×〔λ（ｄ
φ（ｒ±八へ） ／ｄｒｌ） 乎ｓｉｎα（ｒ±Δｒ）） （復号同類）（５） が成立つ。

通常の使用条件では、ｆ〉八ｒであるからα（１が成立
つ。αが小さいときは次の近似式がよい精度で成立つ。

α＝ｓ　ｉ　ｎα＝ｔａｎα＝ＡＴ／５Ｔ＝＝Δｒ／ａ
（６）を（５）に代入すると β（ｒ＋Δｒ）　＝ｓ　ｉ　ｎ−’ ×｛λ（ｄφ〈ｒ十Δｒ） ／ｄｒ）−（八ｒ／ａ）） 同様にして β（ｒ−Δｒ）＝ｓｉｎ−’ ×｛λ（ｄφ（ｒ−Δｒ） ／ｄｒ）→−（Δｒ／ａ）） また（ｄφ／ｄｒ）は、なめらかに変化する関数なので
、次の近似式が成立つ。

（ｄφ（ｒ＋Δｒ）／ｄｒ） −Ｆ（ｄφ（ｒ）／ｄ　ｒ）　＋（ｄ２φ（ｒ）／ｄｒ
２）・Δｒ（９） （ｄφ（ｒ−Δｒ）／ｄｒ） −（ｄφ（ｒ）／ｄｒ）−（ｄ２φ（ｒ）／ｄｒ２）−
Δｒ　　　　　　　　（１０）（９）　、　（１０）を
それぞれ（７）、（８１に代入し、更に計算されたβの
表式の結果を（４）に代入するとｂ（ｒ）−２八ｒ ／　（（ｔａｎｓ　ｉ　ｎ−１｛λ（ｄφ（ｒ）／ｄｒ
） ＋｛λ（ｄ２φ（ｒ）／ｄｒ２） −（１／ａ）　　）　　八ｒ）） （ｔａｎｓ　ｉ　ｎ−１｛λ（ｄφ（ｒ）／ｄｒ） −｛λ＜　ｄ２φ（ｒ）／ｄｒ２） −（１／ａ））Δｒ）〕〕 ここでＸく１．ΔＸ＜１．Ｘ４Δｘ＜１のとき、次の近
似式が成立つ。

ｔａｎｓｒｎ−’（ｘ＋ΔＸ） ｔａｎｓ　ｔ　ｎ−１（ｘ−４ｘ） −２ΔＸ／（１−×２）（３／２） この近似を使うと（１１）の分母は計算されてＸ−λ（
ｄφ／ｄｒ）、 Δｘ＝｛λ（ｄ２φ／ｄｒ２） （１／ａ））Δｒ ｂ（ｒ）＝（１−｛λ（ｄφ（ｒ） ／ｄｒ））２〕（３／２） ／〔λ（ｄ　φ（ｒ）／ｄｒ２） （１／ａ））　　　　　　　　　（１３＞ここでａ＝Ｍ
ｆ／　（Ｍ−１＞及び λ（ｄ　φ／ｄｒ２）に（１）の表式を代入するとｂ（
ｒ）−ｆ（１ ｛λ（ｄφ／ｄ　ｒ　）　）　２）　（３／２）／〔λ
ｆｅｄ　　φ／ｄｒ２） ＝（ｆ／ａ）） 一丁〔１ ｛λ（ｄφ／ｄ　ｒ　）　）　２）　（３／２）／（（
１／Ｍ）（１ｉλ（ｄφ ／ｄｒ））２）（３／２＞ ＋　（１−（１／Ｍ）） （（Ｍ−１＞／Ｍ：）） ＝Ｍｆ 従って焦点の奥行距離ｂ（ｒ）は、照明される位置ｒに
よらず、いつもＭｆとなる。

このような回折格子における格子線は第３図に示すよう
に凹溝に形成されてもよく、また第４図に示すように凸
条に形成されてもよい。

このような回折格子を製造する場合の製造方法としては
、 ■光を通過するガラス等の基板の表裏を平面に研磨した
ものの上に光（或いは電子線）に感光する乳剤を塗布し
、基板を回転させながら細く集光した光線〈或い電子線
）で、要求される半径の位置を露光していく。

■光を遮蔽するワックス等の塗膜を持った基板を回転さ
せながら、先端を鋭く磨かれた刃で要求される半径の位
置の塗膜を削り取っていく。

■ガラスや光を透過する結晶で作られた表裏が平面に研
磨された基板を、回転させながら、旋盤のバイト等鋭利
な刃先で要求される半径の位置を切削し、凹凸のパター
ンをつくる。

■要求されるパターンを拡大したものをプ［１ツタ−等
の描画装置を用いて描き、写真縮小して要求されるパタ
ーンを得る、 等の方法がある。

［発明の効果］ このようにこの発明の回折格子では、どの位置をレーザ
光等の走査光が照明した場合でも、回折格子による回折
光は回折格子から半径ｒに関係しない一定値のＭｆのと
ころにスポットを形成することとなり、スボッ１〜の走
査面は平面となる。従って平面上のバーコード等を正確
に読み取ることができる。この発明の回折格子は上記回
折格子を回転する円板の端に固定し、一方の側の固定し
た位置より回折格子を単色光で照明し、他の側の焦点の
位置に感光剤を塗布した乾板を置き、照明光の強度を変
化させて乾板の位置を変えながら、回折格子で回折され
たビーム状の光によって乾板上に文字や絵を書くプリン
タ装置や、上記回折格子を回転する円板の端に固定し、
一方の側の固定した位置より回折光を単色光で照明し、
他の側の焦点の位置に、バーコードを置き、焦点をフォ
トダイオード等のバーコード上で走査して、反射光の明
暗を光検出器で検出し、バーコードを読み取る

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる回折格子の拡大平
面説明図、第２図は第１図に示す回折格子を含む光学系
を示す構成説明図、第３図は回折格子の拡大断面説明図
、第４図は他の回折格子の拡大断面説明図、第５図はバ
ーコードリーダの構成説明図、及び第６図は従来の回折
格子における回折光のスポット位置を示す説明図である
。 １・・・回折格子、　　Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３・・・格子線
、Ｏ・・・中心、 １０１・・・レーザ光源、　　１０２・・・レーザ光束
、１０３・・・回折格子、　　　１０４・・・商品、１
０５・・・バーコード、　　１０６・・・ミラー１０７
・・・光検出器、　　１０８・・・回転軸、１１０・・
・ディスクスキャナー −へｔｏ １１　　１１　１＋ Ｎ　ｒＱ Ｇ＋÷°。 第 ５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平面上に同心円状に位置する複数の縞状の格子線のパタ
   ーンからなる回折格子において、走査光線の波長をλ、
   回折格子の焦点距離ｆ、回折格子の中心からの半径をｒ
   とするとき、Ｍを正の実数として、ｒの関数φ（ｒ）が
   、次の微分方程式と初期条件 ｆλ（ｄ＾２φ／ｄｒ＾２） ＝（１／Ｍ） ×〔１−｛λ（ｄφ／ｄｒ）｝＾２〕＾（＾３＾／＾２
   ＾）＋｛１−（１／Ｍ）｝ φ（０）＝一定の実数 （ｄφ／ｄｒ）（０）＝０ を満たすとき、 φ（ｒ）＝ｎ