JPH0247726B2 - - Google Patents

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JPH0247726B2
JPH0247726B2 JP57055275A JP5527582A JPH0247726B2 JP H0247726 B2 JPH0247726 B2 JP H0247726B2 JP 57055275 A JP57055275 A JP 57055275A JP 5527582 A JP5527582 A JP 5527582A JP H0247726 B2 JPH0247726 B2 JP H0247726B2
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JP
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grating
rotating body
wavelength
angle
scanning
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Bii Kei Deiuitsudo
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Xerox Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/106—Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光学式スポツト走査装置、より詳
細には光源に生じた波長のずれに起因する走査線
の走査直交方向の誤差を修正するための補償要素
を備えている改良されたホログラフイー式走査装
置に関するものである。
ホログラフイー法で形成した複数のレンズすな
わち格子をもつた回転円板を使用するホログラフ
イー式走査装置は、この技術分野では知られてい
る。その代表的な技術文献を列挙すると次の通り
である。
米国特許第3721486号明細書； 同第3953105号明細書； 同第4094575号明細書； 同第4179183号明細書； 同第4239326号明細書； 同第4067639号明細書； アプライドフイジツクスレターズ（Applied
Physics Letters）、第９巻、第５号、1966年９月
１日号に掲載されたエヌ・ジヨージ（Ｎ・
George）、ジエイ．ダブル．マシユーズ（J.W.
Matthews）による「ホログラフイー回折格子
（Holographic Diffraction Gratings）」と題する
論文； アプライドオプテイクス（Applied Optics）、
第８巻、第２号、1969年２月号に掲載されたデイ
ー・エツチ・マクマホン（D.H.McMahon）、エ
イ・アール・フランクリン（A.R.Franklin）及
びジエイ・ビー・タクスター（J.B.Thaxter）、
による「ホログラフイー走査技術を用いた光ビー
ム偏向（Light Beam Deflection Using
Holographic Scanning Techniques）」と題する
論文； アプライドオプテイクス（Applied Optics）
第10巻、第３号、1971年３月号に掲載されたジエ
イ・エヌ・ラツタ（J.N.Latta）による「ホログ
ラム像及び収差のコンピユータ解折（Computer
―Based Analysis of Hologram lmagery and
Aberrations）」と題する論文； オプテイカル エソジニアリング（Optical
Engineering）第15巻、第５号、1976年９月号及
び10月号に掲載されたイー・ジー・ローウエン
（E.G.Loewen）による「回折格子（Diffraction
Gratings）」と題する論文； アプライド オプテイクス（Applied Optics）
第17巻、第５号、1978年３月１日号、第748頁な
いし第754頁及び第２図に開示されたシー．エス．
イー．（C.S.ih）による「２―Ｄホログラフイー
走査装置の設計上の考察（Design
Considerations of ２―Ｄ Holographic
Scanners）」と題する論文。これらの従来の走査
装置は、その幾何学図形に基づくいくつかの問題
がある。簡単に述べると、これらの問題点は、結
像面における走査線の「わん曲」、ともに平行な
複数の走査線を生じさせる回転体のふらつきと回
転体のウエツジ効果、及び出力走査の歪を起す回
転体の偏心である。これらの問題点は、1979年５
月31日出願の係属米国特許出願第044000号におい
て徹底的に分析されている。参考のため、係属米
国特許出願の内容を本明細書の一部として記載す
るのがこの係属出願においては、ホログラフイー
法で形成した複数の平面直線回折格子を表面にも
つ回転体を再生要素として使用することにより上
記の問題点を補償している。厳密な数学的方法に
より、再生光源の波長、格子周波数、入射角及び
回折角の間に一定の関係が存在していることが立
証され、これにより回転体固有の問題点のほとん
どは修正されるか又は最小限になつた。又前記係
属出願は他の問題点、再生光源において生ずる波
長のずれにも向けられている。この波長のずれ、
すなわち光源波長の変化は、対応的に出力の回折
角の変化、したがつて望ましくない出力走査線の
ふれを引き起す。平面直線回折格子の回転体は単
色の安定した波長の光源を使用した場合にのみ有
効である。このため、前記出願に記載されている
実例では安定光源であるHe―Neレーザが使用さ
れている。
したがつて、前記係属出願に記載されているよ
うな平面格子ホログラフイー回転体であつて、コ
ヒーレント光源の波長のずれによつて起る影響を
除去することによりさらに改良が加えられたもの
を用いることが望ましい。そのような技術は、走
査装置の光源としてレーザダイオードの使用が増
えていることから非常に重要になつてきている。
これらのダイオードは接合部の加熱によりその出
力パワー範囲において3nm又はそれ以上の波長の
ずれが生ずることがある。
以上のことから、この発明は、一定の格子周期
ｄをもつ少なくとも一つの平面直線回折格子がそ
の上に形成されている回転体、前記回転体の表面
に形成された前記格子と同じ性質を有し、前記回
転体の格子に平行な面内にあつてかつそれと光学
的に一直線状に並ぶように配置された固定の波長
補償回折格子、及び前記補償回折格子に入射角θi
で光のビームを当てる波長λγの平行再生光源を
備えていて、前記格子が前記ビームを回折角θd
で回折し、前記入射角がθiθd45゜であり、格
子周期すなわち格子間隔ｄに対するλγの比が１
と1.618の間の値をとることにより、補償格子に
よつて回折された光ビームが回転体格子に角度φi
で入射し、前記格子の外へ角度φdθiで回折さ
れる光学式走査装置を提供することを目的とす
る。
次に添付図面を引用して発明を説明する。第１
図はいくつかの色をもつ再生光源の影響を示すた
め、前記係属出願第044000号に記載されている走
査装置の実施例を略図で示したものである。図
中、光源１６は角度θiで平面直線回折格子を有す
る回転体２０に入射する再生平面波面１８を発生
する。もし光源１６がHe―Neレザーなどの単色
光源であれば、その波面は波長の従属変数である
回折角θdで回折され、ダブレツド２２が平面鏡
２３を介して結像面２５に直線走査線２４を合焦
させる。
この直線走査線は、ほとんどわん曲しておら
ず、又前記係属出願に記載されているように回転
体２０の特性と装置の幾何学的形状が原因の回転
体のふらつき、偏心、及びくさび誤差などの影響
をほとんど受けない。
これに対し、もしHe―Ne光源１６をダイオー
ドレーザで代用されると、駆動電流により出力波
長にわずかなずれが生じる。回転体２０において
回折される光線は波長に影響されるので、回折光
線２１はある小さな角だけ点線の経路に沿つて偏
向し、結像面２５において走査直交方向に小さな
ビームのふれを生じさせる。
ダイオード・レーザ光源における波長のずれの
大きさ及びその原因については第２図及び第３図
を引用して明らかにする。第２図は日立シリーズ
1600ダイオード・レーザについて行なつた試験の
測定結果のグラフを示す。第２図には、周波数
100ヘルツの短かいパルスについてパルス幅時間
に対し、レーザの中央レーザ波長のずれをプロツ
トしてある。パルスに付随する加熱はピークを長
い方の（エネルギーの少ない方の）波長にずらす
効果をもつていることがわかる。図示の時間間隔
にわたつて0.5nmのずれが生じており、これは
２インチ／秒の結像面速度での300spiにおける回
転式光学走査装置（ROS）による走査を代表す
るものであろう。
第３図は、第１図の装置について、結像面にお
ける走査線の1/2の長さに沿つた1mnの波長のず
れの影響を示す。光源１６は公称波長820nmをも
つ日立シリーズ1600レーザであり、θiは45.45゜で、
θdは45.55゜である。回転体２０は前記係属出願の
原理によつて製作されたもので、間隔周期ｄは
0.5798454μｍである。
（λとｄの比は１と1.618との間を値をとらな
ければならない）。結像レンズ２２は射出ひとみ
から結像面までの距離（投影距離）が68.1cm
（26.8インチ）であつて、像を平坦に投影する、
空隙のあるダブレツトである。第３図には、λの
値が820nm（走査Ａ）及びそれに対し1nmの波長
のずれをもつ821nm（走査Ｂ）について、二つの
走査スポツト軌跡、すなわち走査方向のふれ×
（中心から端へ）に対する走査直交方向のふれＹ
をプロツトしてある。回転体２０の回転速度は
3000rpmである。この1nmの波長のずれは、角θd
を0.105゜だけ変化させる出力回折角を生じさせ、
1.2mm（0.049インチ）の走査直交方向のふれＹを
ビームに与えた。0.5nmの波長のずれでも、約0.6
mm（0.024インチ）のふれが生じる。これらのふ
れは、ほとんどのスポツト走査装置にとつて、結
像面における走査線の乱れとして許容できないレ
ベルである。
第４図は、この発明にしたがつて、平面波面１
８の経路に平面直線格子３０を第１の装置に導入
して改良した装置を示す。格子３０は回転体２０
の表面に形成された格子と同一の性質をもつ波長
補償装置である。別の言い方をすれば、もし回転
体２０の面がホログラフイー法で形成されていれ
ば、格子３０も同じ写真記録装置を使つて回転体
２０の格子面と同じ周期をもつようにホログラフ
イー法で形成され、したがつて回転体と同じ高い
回折効率を有する。格子３０は回転体２０の面に
平行な接平面内に置かれている。第４図の装置は
次のように動作する。光源１６はその公称波長
820nmで働いているものと仮定すると、再生ビー
ム１８は入射角θiで格子３０に向けられ、回折角
θdで回折されてでてくる（実線の経路）。二つの
角度は格子面の法線に対してなす角度である。格
子３０と回転体２０は平行であるから、対称ビー
ム１８は角φi＝θdで面２０ａの中心に入射する。
面２０ａは、格子３０においてビームの入射経路
に平行な回折角φd、すなわちφd＝θiでビームを
回折させる。この結果は、次の格子方程式（格子
２０ａに対する）をφdについて解くことによつ
て確かめられる。
Sinθi＋sinθd＝λ／ｄ 第４図の実施例において、一般に格子３０と回
転体２０間の距離は1.27〜2.54cm（0.5〜１イン
チ）であり、回転体３０とレンズ２２間の距離は
2.54cm（１インチ）である。
上記の光学的配置により、再生ビームはたとえ
小さい波長のずれのため異なる経路へ回折されて
も、それにかかわらず補償格子への入射線に平行
な経路へ回転体から回折される。ただしわずかな
距離だけ横にずれることがわかる。これが結像面
における走査直交方向のふれを修正することは、
光源１６の波長のわずかなずれ（１―2nm）につ
いて再生ビームの走査経路をたどることにより立
証することができる。波長のずれが生じたとき、
ビームは依然として角度θiで格子３０に入射する
が、点線で表わしたいくらか異なる経路に沿つて
角度θ′dで回折される。（経路は説明のために誇張
したずれ角で描いてある。）ビームはφiの角度で
面２０ａに入射し、φ′dの角度で回折され図示の
ようにφ′d＝θiである。しかしながら、ビームは
横方向距離ｓだけ最初のビームの位置から変位す
る。レンズ２２は平行に入つてくるすべての像光
線を面２５上の同一の点に合焦させるから、この
わずかな横方向の変位は重要ではない。この結
果、走査線の走査直交方向のふれは修正される。
以上から、たとえレーザ再生光源がその動作サ
イクルにおいて波長のずれを生じても、これらの
ずれは、格子対の独特な幾何学的形状と配置によ
つて修正されることが立証された。
走査面における走査直交方向のふれは、ビーム
が格子面２０ａの中心位置にあるときにのみ完全
に除去することができる。回転体２０が同一角度
θrで回転するとき、ある走査直交方向のふれが生
じる。第４図の補償装置付き装置について、四つ
の異なる光源波長に対する走査線の軌跡をプロツ
トしたのが第５図のグラフである。11.4cm（4.5
インチ）の走査プロツトＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは、そ
れぞれ819nm、820nm、821nm、及び822nmの光
源波長を表わす。図示のように走査線は走査の端
で0.016mm／nm（0.00063インチ／nm）ふれている
だけである。これは、第３図に示した補償装置な
しの場合のふれ1.27mm／nm（0.050インチ／nm）
に比べて非常に好ましい。
上記の補償方法は、ほとんど完全に走査直交方
向のふれを補償するけれども、波長のずれに起因
する走査線長さの変化に対しては補償しない。こ
の変化は極めて小さく、上記の例の場合、1nmの
波長のずれに対し11.3cm（4.5インチ）の走査端
が0.15mm（0.0058インチ）変るだけであり、
0.5nmのずれに対しては0.07mm（0.0029インチ）
である。その程度の変化は21.6cm（8.5インチ）
を走査する装置の場合許容できるはずである。そ
の変化は走査線長さに対し線形的関係を示してお
り、高い角倍率のレンズ２２を使用すればある程
度修正することが可能である。この目的に合致す
る結像レンズは、レーザダイオードの加熱サイク
ルとそれに伴う走査線内及び走査線間の波長のず
れを十分考慮して製作されている、米国特許第
4108532号に記載の形式のものであろう。
再生光源としてダイオード・レーザを使用する
上記例において、中央発光波長から±2nmの比較
的小さな波長のずれのみを検討した。しかしなが
ら、実際問題として、製造公差により実際のダイ
オード・レーザは同一の製造ロツトからでさえ
も、±15nmも違う中央発光波長を有することがあ
る。このことは、入射角θi回折角θd45゜とい
う好ましい不変条件から多少逸脱することが必要
になるかも知れない。例えば、第６図は第４図の
装置において入射θi＝43.95゜及び回折角θd＝47.50゜
にするため格子対を時計まわりに回転させかつ
830nmの波長をもつ装置の走査直交方向のふれを
示す。プロツトＥは回転体が傾いていない場合の
公称走査線の半分を表わし、プロツトＦ，Ｇは回
転体２０に±1.5のふらつきすなわち傾きがある
場合の走査線を表わす。比較のため、第７図に、
±1.5′の回転体の傾きがある場合波長820nmに対
する走査直交方向のふれを示す（プロツトH.I.
J）。（θi＝45.45゜、θd＝44.55゜）。図からわかる
よう
に、第７図の場合、入射角が45゜の不変条件によ
り近いので、走査直交方向のふれは少ない。両格
子は同一位置のまま及び再生経路変更位置のまま
にすることができるが、最も簡単な設定方法は、
出力走査線をモニターしながら平行な両格子を回
転させ、最適の走査直交方向補償位置に格子を固
定することである。
上に述べた補償装置について、この発明の原理
からはずれることなく種々の変更及び修正を行な
うことが可能である。例えば、回転体と補償部材
が相互に向い合つた格子面を持つことが望まし
い。このように配置すれば格子面をきれいに維持
する助けになろう。実施例では、透過形格子を使
用しているけれども、光源を異なる方向に向け、
平行な空間をとつて反射形格子を使用することも
可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の光学式走査装置の略図、第２図
はレーザ加熱状態をもたらすパルス幅時間の関数
としてダイオード・レーザの波長のずれを表わし
たグラフ、第３図は波長のずれの関数として走査
線長さの半分について走査直交方向のふれをプロ
ツトしたグラフ、第４図は再生光源の波長のずれ
の影響を補償するように改良した第１図の走査装
置、第５図は第４図の走査装置について、波長の
関数として走査線の長さの半分について走査直交
方向のふれをプロツトしたグラフ、第６図は
830nmの公称波長及び±1.5′の回転体の傾きの関
数として、走査線長さの半分について走査直交方
向のふれをプロツトしたグラフ、及び第７図は
820nmの公称波長及び±1.5′の回転体の傾きの関
数として走査線長さの半分について走査直交方向
のふれをプロツトしたグラフである。図中、主要
な要素の引用符号は下記の通りである。 １６…光源、１８…平面波面（再生ビーム）、
２０…回折格子回転体、２１…回折光線、２２…
複合レンズ、２３…平面鏡、２０ａ…面、２４…
直線走査、２５…結像面、３０…平面直線回折格
子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の格子周期ｄをもつ少なくとも一つの平
    面直線回折格子がその上に形成されている回転
    体、 前記回転体の上に形成された前記格子と同一の
    性質を有し、前記回転体格子に平行な面内にかつ
    それと光学的に一直線に並ぶように配置された固
    定式波長補償回折格子、および 前記補償回折格子に入射角θiで光のビームを当
    てて該補償格子によりそのビームを回折角θdで回
    折させる波長λγの平行再生光源、 を有し、 前記入射角θi≒θd≒45゜でありかつ前記格子周
    期ｄに対するλγの比が１と1.618の間の値を有し、
    さらに 回転体格子がある回転角だけ回転して入射光の
    一部を回折角φdで回折するように前記回転体を
    回転させる手段、および 前記回折ビームを直線走査線として結像面上に
    合焦させる光学的手段、 を有する、 ことを特徴とする光学式走査装置。
JP57055275A 1981-04-08 1982-04-01 Optical type scanner Granted JPS57181523A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/252,508 US4428643A (en) 1981-04-08 1981-04-08 Optical scanning system with wavelength shift correction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57181523A JPS57181523A (en) 1982-11-09
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ID=22956306

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57055275A Granted JPS57181523A (en) 1981-04-08 1982-04-01 Optical type scanner

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4428643A (ja)
EP (1) EP0062545B1 (ja)
JP (1) JPS57181523A (ja)
CA (1) CA1181273A (ja)
DE (1) DE3269929D1 (ja)

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