JPH04355423A - Light beam scan device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、複写機、フ
ァクシミリ等において、半導体レーザ等の光ビームを集
光して走査するために用いられる光ビーム走査装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light beam scanning device used in printers, copiers, facsimile machines, etc. to focus and scan a light beam from a semiconductor laser or the like.
【0002】0002
【従来の技術】近年、高速、高解像度、低価格のプリン
タ、複写機、ファクシミリ等に光ビーム走査装置が盛ん
に利用されつつある。2. Description of the Related Art In recent years, light beam scanning devices have been increasingly used in high-speed, high-resolution, low-cost printers, copying machines, facsimile machines, and the like.
【0003】従来の光ビーム走査装置として、一般には
特開昭62−28708号公報に記載された構成が知ら
れている。As a conventional light beam scanning device, the configuration described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-28708 is generally known.
【0004】以下、従来の光ビーム走査装置について図
面を参照しながら説明する。図4は従来の光ビーム走査
装置を示す側面図である。図4において、41は円板状
の走査用ホログラムであり、軸42を中心として回転す
る。43は半導体レーザ、44は収差補正用ホログラム
レンズ、45はフォトコンドラム(図示省略)上の結像
点、46および47は発散球面波光源である。A conventional light beam scanning device will be explained below with reference to the drawings. FIG. 4 is a side view showing a conventional light beam scanning device. In FIG. 4, 41 is a disk-shaped scanning hologram, which rotates around an axis 42. As shown in FIG. 43 is a semiconductor laser, 44 is an aberration correction hologram lens, 45 is an imaging point on a photocondrum (not shown), and 46 and 47 are diverging spherical wave light sources.
【0005】以上のように構成された光ビーム走査装置
において、以下、その動作について説明する。半導体レ
ーザ43から出射した発散球面波48は、収差補正用ホ
ログラムレンズ44に入射する。収差補正用ホログラム
レンズ44で回折された回折波49は、軸42を中心と
して回転する円板状の走査用ホログラム41にビーム径
DHで入射する。走査用ホログラム41からの収束球面
波である回折波50は、フォトコンドラム上の結像点4
5に結像し、走査用ホログラム41の回転により走査が
行われる。上記走査用ホログラム41は、発散球面波光
源46および47からの発散球面波51および52の干
渉によって作製される。The operation of the light beam scanning device constructed as described above will be explained below. A diverging spherical wave 48 emitted from the semiconductor laser 43 enters an aberration correction hologram lens 44 . A diffracted wave 49 diffracted by the aberration correction hologram lens 44 is incident on a disk-shaped scanning hologram 41 rotating about an axis 42 with a beam diameter DH. A diffracted wave 50, which is a convergent spherical wave, from the scanning hologram 41 is directed to an imaging point 4 on the photocondrum.
5, and scanning is performed by rotating the scanning hologram 41. The scanning hologram 41 is produced by interference of divergent spherical waves 51 and 52 from divergent spherical wave light sources 46 and 47.
【0006】以上のような構成において、収差補正用ホ
ログラムレンズ44は、適切な回折角に設定されると同
時に、半導体レーザ43から出射した発散光を取り込み
、その後、走査用ホログラム41によって発生する非点
およびコマ収差を打ち消す収差を有する波面を発生する
ように作製され、これにより結像点45における収差を
減少させる。In the above configuration, the aberration correction hologram lens 44 is set at an appropriate diffraction angle, captures the divergent light emitted from the semiconductor laser 43, and then absorbs the aberrations generated by the scanning hologram 41. It is made to generate a wavefront with aberrations that cancel point and coma aberrations, thereby reducing aberrations at the imaging point 45.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光ビーム走査装置では、走査用ホログラム41のパ
ターンの溝ピッチが場所によって異なっているにもかか
わらず、走査用ホログラム41が表面レリーフ型の場合
にはパターンの溝の深さが一定になっているため、最大
回折効率を得るための最適な条件を満たしていない。こ
のため、走査用ホログラム41の回転に伴い、走査用ホ
ログラム41から出射するレーザ光の強度が異なるとい
う問題を有していた。However, in the above-mentioned conventional light beam scanning device, although the groove pitch of the pattern of the scanning hologram 41 differs depending on the location, if the scanning hologram 41 is of the surface relief type, Since the depth of the grooves in the pattern is constant, the optimum conditions for obtaining maximum diffraction efficiency are not met. For this reason, there was a problem in that the intensity of the laser light emitted from the scanning hologram 41 varied as the scanning hologram 41 rotated.
【0008】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、走査用ホログラムが回転してレーザ光が入
射するホログラム上の位置が変化しても出射するレーザ
光の強度を均一にすることができ、したがって、画質を
向上させることができるようにした光ビーム走査装置を
提供することを目的とする。The present invention solves the above problems of the prior art, and makes the intensity of the emitted laser beam uniform even if the scanning hologram rotates and the position on the hologram where the laser beam is incident changes. Therefore, an object of the present invention is to provide a light beam scanning device that can improve image quality.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表面レリーフ型で、溝ピッチが小さくな
るに従い、溝が浅くなるパターンを有する走査用ホログ
ラムを備えたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention is a surface relief type scanning hologram having a pattern in which the grooves become shallower as the groove pitch becomes smaller.
【0010】そして、上記パターンの溝ピッチが半導体
レーザの波長よりも小さくなるように設定し、また、上
記パターンの溝深さと溝ピッチの比が、最大の溝ピッチ
において得られる最大回折効率における溝深さと溝ピッ
チの比とほぼ等しくなるように固定することができる。[0010] The groove pitch of the pattern is set to be smaller than the wavelength of the semiconductor laser, and the ratio of the groove depth and groove pitch of the pattern is such that the groove pitch at the maximum diffraction efficiency obtained at the maximum groove pitch is set. It can be fixed to be approximately equal to the ratio of depth and groove pitch.
【0011】[0011]
【作用】したがって、本発明によれば、ホログラムパタ
ーンの溝ピッチが小さくなるに従い、溝が浅くなるよう
に変化させているので、最大の回折効率を得ることがで
き、出射するレーザ光の強度を均一にすることができる
。[Operation] Therefore, according to the present invention, as the groove pitch of the hologram pattern becomes smaller, the grooves become shallower. Therefore, the maximum diffraction efficiency can be obtained, and the intensity of the emitted laser beam can be reduced. It can be made uniform.
【0012】0012
【実施例】(実施例1)
以下、本発明の第1の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。Embodiments (Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1(a)は本発明の第1の実施例におけ
る光ビーム走査装置を示す側面図、図1(b)は同光ビ
ーム走査装置に用いる走査用ホログラムのパターンの溝
形状を示す一部拡大断面図である。FIG. 1(a) is a side view showing a light beam scanning device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) shows a groove shape of a scanning hologram pattern used in the light beam scanning device. It is a partially enlarged sectional view.
【0014】図1(a)において、1は走査用ホログラ
ムであり、軸(図示省略)を中心として回転する。2は
半導体レーザ、3はフォトコンドラム(図示省略)上の
結像点である。走査用ホログラム1は図1(b)に示す
ように、基板6上のホログラムパターン7の溝ピッチd
が大きい箇所の溝8が深くなり、溝ピッチdが小さくな
るに従い、溝8が浅くなるように形成されている。In FIG. 1(a), reference numeral 1 denotes a scanning hologram, which rotates around an axis (not shown). 2 is a semiconductor laser, and 3 is an image forming point on a photocondrum (not shown). As shown in FIG. 1(b), the scanning hologram 1 has a groove pitch d of the hologram pattern 7 on the substrate 6.
The grooves 8 are formed so that the grooves 8 become deeper at locations where d is large, and the grooves 8 become shallower as the groove pitch d becomes smaller.
【0015】以上の構成について、以下、その動作と共
に更に詳細に説明する。半導体レーザ2から出射したレ
ーザ光4を走査用ホログラム1に入射する。走査用ホロ
グラム1からの回折された出射ビーム5がフォトコンド
ラム上の結像点3に結像し、走査用ホログラム1の回転
により走査を行う。The above configuration will be explained in more detail below along with its operation. A laser beam 4 emitted from a semiconductor laser 2 is incident on a scanning hologram 1. The diffracted outgoing beam 5 from the scanning hologram 1 forms an image on an imaging point 3 on the photocondrum, and scanning is performed by rotating the scanning hologram 1.
【0016】ここで、パターン溝の形状効果、入射光の
偏光特性を考慮した回折問題の解析について説明すると
、この解析には、電磁波のマックスウェル方程式を厳密
に解く必要がある。図2はx軸方向に周期構造をもつ誘
電体表面レリーフ格子11を示している。格子形状を境
界として、格子11の表面より上側は自由空間12で、
屈折率はn=1であり、表面より下側は屈折率n=n0
の損失のない誘電体媒質からなる基板13である。
格子間隔d、格子深さhの格子11に、入射光14とし
て入射角θで波長λの平面波が入射する場合を考えると
、TE偏光、TM偏光について1次回折光15の回折効
率を計算することが可能である。解析方法は、横森:R
ICOH TECHNICAL REPORT12,(
1984)に述べられている。
回折効率ηは入射波強度に対する回折波強度で定義され
、1次回折波の場合には、回折効率η1は図2において
、入射波強度P0と1次回折波強度P1より次式で表わ
される。[0016] Here, the analysis of the diffraction problem in consideration of the shape effect of the pattern grooves and the polarization characteristics of the incident light will be explained. This analysis requires rigorously solving the Maxwell's equations of electromagnetic waves. FIG. 2 shows a dielectric surface relief grating 11 having a periodic structure in the x-axis direction. With the grid shape as the boundary, above the surface of the grid 11 is a free space 12,
The refractive index is n=1, and the refractive index below the surface is n=n0.
The substrate 13 is made of a dielectric medium with no loss. Considering the case where a plane wave of wavelength λ is incident on grating 11 with grating spacing d and grating depth h as incident light 14 at an incident angle θ, calculate the diffraction efficiency of first-order diffracted light 15 for TE polarized light and TM polarized light. is possible. The analysis method is Yokomori:R.
ICOH TECHNICAL REPORT12, (
1984). The diffraction efficiency η is defined by the diffracted wave intensity relative to the incident wave intensity, and in the case of a first-order diffracted wave, the diffraction efficiency η1 is expressed by the following equation from the incident wave intensity P0 and the first-order diffracted wave intensity P1 in FIG.
【0017】η1=P1/P0
図3(a)、(b)、(c)はパターン7の溝8の形状
が正弦波の場合に、溝ピッチdをパラメータにし、溝ピ
ッチdがそれぞれ1.3μm、0.78μm、0.5μ
mの場合における溝深さhと溝ピッチdの比と回折効率
の関係を示した図である。入射光の波長は788nmで
あり、実線がTE波、点線がTM波を示している。図3
(a)、(b)、(c)から明らかなように、溝ピッチ
dが1.3μm、0.78μm、0.5μmと小さくな
っても、回折効率が最大となる溝8の深さとピッチの比
h/dは1.4から2.0の間にあり、あまり大きく変
化しないことがわかる。したがって、最大回折効率を得
るためには、上記のようにパターン7の溝ピッチdが小
さくなるに従い、溝8の深さを浅くする必要がある。た
だし、溝ピッチdに対応した最大回折効率が得られる条
件では、走査用ホログラム1から出射する光ビームの強
度が均一にならないため、更に、溝8の深さを浅く設定
する必要がある。溝ピッチdが1.3μmの場合に最大
回折効率が得られるときの、それぞれの溝ピッチdに対
する溝8の深さを(表1)に示す。η1=P1/P0 In FIGS. 3(a), (b), and (c), when the shape of the grooves 8 of the pattern 7 is a sine wave, the groove pitch d is used as a parameter, and the groove pitch d is 1. 3μm, 0.78μm, 0.5μm
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ratio of groove depth h and groove pitch d and diffraction efficiency in the case of m. The wavelength of the incident light is 788 nm, the solid line indicates the TE wave, and the dotted line indicates the TM wave. Figure 3
As is clear from (a), (b), and (c), even when the groove pitch d becomes small such as 1.3 μm, 0.78 μm, and 0.5 μm, the depth and pitch of the groove 8 that maximizes the diffraction efficiency It can be seen that the ratio h/d is between 1.4 and 2.0 and does not change significantly. Therefore, in order to obtain the maximum diffraction efficiency, it is necessary to make the depth of the grooves 8 shallower as the groove pitch d of the pattern 7 becomes smaller as described above. However, under conditions where the maximum diffraction efficiency corresponding to the groove pitch d is obtained, the intensity of the light beam emitted from the scanning hologram 1 is not uniform, so it is necessary to set the depth of the grooves 8 to be shallower. Table 1 shows the depth of the groove 8 for each groove pitch d when the maximum diffraction efficiency is obtained when the groove pitch d is 1.3 μm.
【0018】[0018]
【表1】[Table 1]
【0019】この(表1)のようなパターン7に設定す
ることによって、半導体レーザ2から出射したレーザ光
4は、走査用ホログラム1が回転して入射位置のホログ
ラムパターン7の溝ピッチdが変化しても、出射ビーム
5の強度は均一化されることになる。更に、溝ピッチd
が半導体レーザ2の波長よりも小さい場合には、得られ
る最大回折効率は大きくなる。By setting the pattern 7 as shown in Table 1, the laser beam 4 emitted from the semiconductor laser 2 rotates the scanning hologram 1 and changes the groove pitch d of the hologram pattern 7 at the incident position. However, the intensity of the emitted beam 5 will be made uniform. Furthermore, the groove pitch d
When the wavelength of the semiconductor laser 2 is smaller than the wavelength of the semiconductor laser 2, the maximum diffraction efficiency obtained becomes large.
【0020】図3(a)、(b)、(c)はパターンの
溝形状が正弦波の場合について説明したが、正弦波以外
の矩形波、三角波、あるいはその他の形状でも全く同じ
である。Although FIGS. 3(a), 3(b), and 3(c) have been described with respect to the case where the groove shape of the pattern is a sine wave, the same applies to a rectangular wave, a triangular wave, or any other shape other than a sine wave.
【0021】パターンの製作は、EB描画等の方法によ
って行い、溝の深いところは描画の繰り返し回数を増や
すことによって形成することが可能である。The pattern is produced by a method such as EB drawing, and deep grooves can be formed by increasing the number of repetitions of drawing.
【0022】(実施例2)
以下、本発明の第2の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0023】上記第1の実施例においては、図1(b)
に示すホログラムパターン7の溝深さと溝ピッチの比h
/dが可変であるのに対し、本実施例においては、ホロ
グラムパターン7の溝深さと溝ピッチの比h/dが、図
3(a)、(b)、(c)から明らかなように、最大の
溝ピッチdにおいて得られる最大回折効率における溝深
さと溝ピッチの比h/dとほぼ等しくなるように固定さ
れ、溝ピッチdが変化したときの回折効率がおおよそ揃
えられるようになっており、その他の構成については上
記第1の実施例と同様である。In the first embodiment, FIG. 1(b)
The ratio h of the groove depth and groove pitch of the hologram pattern 7 shown in
/d is variable, whereas in this example, the ratio h/d of the groove depth and groove pitch of the hologram pattern 7 is variable, as is clear from FIGS. 3(a), (b), and (c). , is fixed to be approximately equal to the ratio h/d of the groove depth to the groove pitch at the maximum diffraction efficiency obtained at the maximum groove pitch d, so that the diffraction efficiency is approximately equal when the groove pitch d changes. The other configurations are the same as those of the first embodiment.
【0024】本実施例におけるホログラムパターン7の
それぞれの溝ピッチdに対応する溝深さと回折効率を(
表2)に示す。The groove depth and diffraction efficiency corresponding to each groove pitch d of the hologram pattern 7 in this example are expressed as (
Table 2) shows the results.
【0025】[0025]
【表2】[Table 2]
【0026】なお、上記第1、第2の実施例においては
、走査用ホログラム1として、レーザ光を透過させて1
次回折光を得る場合について説明したが、パターンの表
面を金属で蒸着することによって、反射型に構成するこ
とも可能であり、この場合にも上記と全く同じ効果が得
られる。In the first and second embodiments described above, the scanning hologram 1 is used as a scanning hologram 1 by transmitting a laser beam.
Although the case where the second-order diffracted light is obtained has been described, it is also possible to construct a reflective type by vapor-depositing metal on the surface of the pattern, and in this case, the same effect as described above can be obtained.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ターンの溝ピッチが小さくなるに従い、溝が浅くなるよ
うに形成しているので、最大の回折効率を得ることがで
き、出射光の強度を均一にすることができる。したがっ
て、画質を向上させることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, since the grooves are formed so that they become shallower as the groove pitch of the pattern becomes smaller, the maximum diffraction efficiency can be obtained, and the emitted light Strength can be made uniform. Therefore, image quality can be improved.
【図1】(a)本発明の第1の実施例における光ビーム
走査装置を示す側面図(b)同光ビーム走査装置に用い
る走査用ホログラムのパターンの溝形状を示す断面図FIG. 1 (a) A side view showing a light beam scanning device according to a first embodiment of the present invention. (b) A cross-sectional view showing the groove shape of a pattern of a scanning hologram used in the light beam scanning device.
【
図2】レリーフ格子構造の説明図[
Figure 2: Explanatory diagram of relief lattice structure
【図3】(a)溝ピッチが1.3μmの場合における回
折効率の溝ピッチ依存性の説明図
(b)溝ピッチが0.78μmの場合における回折効率
の溝ピッチ依存性の説明図
(c)溝ピッチが0.5μmの場合における回折効率の
溝ピッチ依存性の説明図FIG. 3: (a) An explanatory diagram of the groove pitch dependence of diffraction efficiency when the groove pitch is 1.3 μm. (b) An explanatory diagram of the groove pitch dependence of diffraction efficiency when the groove pitch is 0.78 μm. ) Explanatory diagram of the groove pitch dependence of diffraction efficiency when the groove pitch is 0.5 μm
【図4】従来の光ビーム走査装置を示す側面図[Fig. 4] Side view showing a conventional optical beam scanning device
1 走査用ホログラム 2 半導体レーザ 7 パターン 8 溝 1 Scanning hologram 2 Semiconductor laser 7 Pattern 8 groove
Claims (3)
なるに従い、溝が浅くなるパターンを有する走査用ホロ
グラムを備えた光ビーム走査装置。1. A light beam scanning device comprising a surface relief type scanning hologram having a pattern in which the grooves become shallower as the groove pitch becomes smaller.
波長よりも小さい請求項1記載の光ビーム走査装置。2. The optical beam scanning device according to claim 1, wherein the groove pitch of the pattern is smaller than the wavelength of the semiconductor laser.
最大の溝ピッチにおいて得られる最大回折効率における
溝深さと溝ピッチの比とほぼ等しくなるように固定され
ている請求項1または2記載の光ビーム走査装置。[Claim 3] The ratio of the groove depth and groove pitch of the pattern is
3. The light beam scanning device according to claim 1, wherein the groove depth is fixed to be substantially equal to the groove pitch ratio at the maximum diffraction efficiency obtained at the maximum groove pitch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3130896A JPH04355423A (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Light beam scan device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3130896A JPH04355423A (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Light beam scan device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04355423A true JPH04355423A (en) | 1992-12-09 |
Family
ID=15045252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3130896A Pending JPH04355423A (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Light beam scan device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04355423A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007212575A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Ricoh Co Ltd | Optical diffraction element, method of scanning light beam, light scanner, and image forming apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61172101A (en) * | 1985-01-25 | 1986-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Formation of diffraction grating |
JPS6228708A (en) * | 1985-07-31 | 1987-02-06 | Fujitsu Ltd | Optical beam scanner and its manufacture |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3130896A patent/JPH04355423A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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