JPH1062706A - ビーム径制御方法および装置 - Google Patents
ビーム径制御方法および装置Info
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- JPH1062706A JPH1062706A JP23465596A JP23465596A JPH1062706A JP H1062706 A JPH1062706 A JP H1062706A JP 23465596 A JP23465596 A JP 23465596A JP 23465596 A JP23465596 A JP 23465596A JP H1062706 A JPH1062706 A JP H1062706A
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- light
- hologram element
- control device
- diameter control
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集光レーザビームのビーム径を変えるビーム
径制御方法あるいは装置に置いて、光利用効率を高く
し、複数で高価な光学系やズーム系を不要にする。 【解決手段】 集光レンズに入射するレーザビームを、
ホログラム素子により発散角が異なる複数の回折光に分
割し、これら複数の回折光が光軸上に集光するビームウ
ェスト位置を光軸上で分散させることにより、ビーム径
を拡大する。ホログラム素子はコリメートビーム中に入
れるのがよい。ホログラム素子は同心円状に回折するホ
ログラムレンズタイプのものがよく、特にレプリカ法で
安価に作れるものがよい。ホログラム素子は、+1次以
上の回折光の回折効率と−1次以上(−1、−2、−
3、…)の回折光の回折効率とがほぼ同一になるように
するのがよい。
径制御方法あるいは装置に置いて、光利用効率を高く
し、複数で高価な光学系やズーム系を不要にする。 【解決手段】 集光レンズに入射するレーザビームを、
ホログラム素子により発散角が異なる複数の回折光に分
割し、これら複数の回折光が光軸上に集光するビームウ
ェスト位置を光軸上で分散させることにより、ビーム径
を拡大する。ホログラム素子はコリメートビーム中に入
れるのがよい。ホログラム素子は同心円状に回折するホ
ログラムレンズタイプのものがよく、特にレプリカ法で
安価に作れるものがよい。ホログラム素子は、+1次以
上の回折光の回折効率と−1次以上(−1、−2、−
3、…)の回折光の回折効率とがほぼ同一になるように
するのがよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームを
記録面上に集光させつつ走査して画像の記録あるいは画
像の読取りを行う光ビーム走査装置などに用いられるビ
ーム径制御方法と装置とに関するものである。
記録面上に集光させつつ走査して画像の記録あるいは画
像の読取りを行う光ビーム走査装置などに用いられるビ
ーム径制御方法と装置とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ビーム走査装置において、記録面上に
集光させるレーザビームの径、すなわち集光ビーム径
は、画像の記録または画像の読取り(以下単に画像の記
録という)密度すなわち走査線密度によって変更する必
要が生じる。例えば画像の記録(読取り)密度を下げる
場合すなわち走査線密度を下げる場合には、集光ビーム
径を大きくする必要がある。
集光させるレーザビームの径、すなわち集光ビーム径
は、画像の記録または画像の読取り(以下単に画像の記
録という)密度すなわち走査線密度によって変更する必
要が生じる。例えば画像の記録(読取り)密度を下げる
場合すなわち走査線密度を下げる場合には、集光ビーム
径を大きくする必要がある。
【0003】集光ビーム径を変更する方法として、従来
より次の2つの方法が提案されている。第1の方法は開
口絞りを用いる方法である(特開昭56−141662
号、特開昭58−144850号等)。第2の方法は光
学系の倍率変更による方法である。第1の方法は光ビー
ムのコリメート光(平行光)部分に開口絞りを挿入し、
コリメートビーム(平行ビーム)の光束径を制限するこ
とにより、つまりケラレを利用することにより集光ビー
ム径を大きくするものである。
より次の2つの方法が提案されている。第1の方法は開
口絞りを用いる方法である(特開昭56−141662
号、特開昭58−144850号等)。第2の方法は光
学系の倍率変更による方法である。第1の方法は光ビー
ムのコリメート光(平行光)部分に開口絞りを挿入し、
コリメートビーム(平行ビーム)の光束径を制限するこ
とにより、つまりケラレを利用することにより集光ビー
ム径を大きくするものである。
【0004】一般に集光ビーム径dは式:d=Kλf/
Dで表される。ここにKは係数、λはビーム波長、fは
走査レンズ(集光レンズ)の焦点距離、Dは走査レンズ
の入射するビームの光束径(以下入射ビーム径)であ
る。またビーム径は、その出力最大点に対し1/e
2(≒0.135)の強度に対応する径(直径)であ
る。
Dで表される。ここにKは係数、λはビーム波長、fは
走査レンズ(集光レンズ)の焦点距離、Dは走査レンズ
の入射するビームの光束径(以下入射ビーム径)であ
る。またビーム径は、その出力最大点に対し1/e
2(≒0.135)の強度に対応する径(直径)であ
る。
【0005】この式から明らかなように、集光ビーム径
dを拡大するためには入射ビーム径Dを小さくすればよ
い。第1の方法は、この入射ビーム径Dを変えることに
よりビーム径dを制御するものである。例えば集光ビー
ム径d=10μmの時の入射ビーム径をD0とし、ビー
ムをd=13μmに拡大するためには、入射ビーム径D
をおおよそD=(10/13)DO=0.77D0に絞る
ような開口絞りを入射ビーム(平行ビーム)に介在させ
ればよい。
dを拡大するためには入射ビーム径Dを小さくすればよ
い。第1の方法は、この入射ビーム径Dを変えることに
よりビーム径dを制御するものである。例えば集光ビー
ム径d=10μmの時の入射ビーム径をD0とし、ビー
ムをd=13μmに拡大するためには、入射ビーム径D
をおおよそD=(10/13)DO=0.77D0に絞る
ような開口絞りを入射ビーム(平行ビーム)に介在させ
ればよい。
【0006】第2の方法においては、走査レンズに入射
するコリメートビーム径は一般的に大きく、そのような
径のビームを生成するためにビームエキスパンダ系が用
いられる。そしてこのエキスパンダ系の光学倍率を可変
とすることにより集光ビーム径を可変とするものであ
る。
するコリメートビーム径は一般的に大きく、そのような
径のビームを生成するためにビームエキスパンダ系が用
いられる。そしてこのエキスパンダ系の光学倍率を可変
とすることにより集光ビーム径を可変とするものであ
る。
【0007】
【従来技術の問題点】前記第1の方法では開口絞りを用
いて入射ビームの一部を遮光することにより集光ビーム
径を拡大するため、入射ビームの光利用効率が低下す
る。集光ビーム径を大きくするのは走査線密度を下げて
記録密度を粗くするためであり、この時に必要な光量は
集光ビーム径が小さい高密度記録時よりも大きくなる。
それにもかかわらず、実際には開口絞りにより遮光され
る光量が増えて集光ビームとして得られる光量は減るこ
とになるという問題がある。
いて入射ビームの一部を遮光することにより集光ビーム
径を拡大するため、入射ビームの光利用効率が低下す
る。集光ビーム径を大きくするのは走査線密度を下げて
記録密度を粗くするためであり、この時に必要な光量は
集光ビーム径が小さい高密度記録時よりも大きくなる。
それにもかかわらず、実際には開口絞りにより遮光され
る光量が増えて集光ビームとして得られる光量は減るこ
とになるという問題がある。
【0008】また第2の方法では、エキスパンダ系とし
てレンズを用いた複数の光学系またはズーム系が必要に
なる。このため光学系自体や可動調整機構などが複雑で
高価になる。
てレンズを用いた複数の光学系またはズーム系が必要に
なる。このため光学系自体や可動調整機構などが複雑で
高価になる。
【0009】
【発明の目的】この発明はこのような事情に鑑みなされ
たものであり、光利用効率が高く、複雑で高価な光学系
やズーム系が不要なビーム径制御方法を提供することを
第1の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する
ビーム径制御装置を提供することを第2の目的とする。
たものであり、光利用効率が高く、複雑で高価な光学系
やズーム系が不要なビーム径制御方法を提供することを
第1の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する
ビーム径制御装置を提供することを第2の目的とする。
【0010】
【発明の構成】この発明によれば第1の目的は、集光レ
ンズによって集光されるレーザビームのビーム径を変え
るビーム径制御方法において、集光レンズに入射するレ
ーザビームを、ホログラム素子により発散角が異なる複
数の回折光に分割し、これら複数の回折光が光軸上に集
光するビームウェスト位置を光軸上で分散させることに
より、ビーム径を拡大することを特徴とするビーム径制
御方法により達成される。
ンズによって集光されるレーザビームのビーム径を変え
るビーム径制御方法において、集光レンズに入射するレ
ーザビームを、ホログラム素子により発散角が異なる複
数の回折光に分割し、これら複数の回折光が光軸上に集
光するビームウェスト位置を光軸上で分散させることに
より、ビーム径を拡大することを特徴とするビーム径制
御方法により達成される。
【0011】また第2の目的は、集光レンズによって集
光されるレーザビームのビーム径を変えるビーム径制御
装置において、集光レンズに入射するレーザビームに介
在しレーザビームを発散角が異なる複数の回折光に分割
するホログラム素子を備え、複数の回折光のビームウェ
スト位置を光軸上で分散させることを特徴とするビーム
径制御装置により達成される。
光されるレーザビームのビーム径を変えるビーム径制御
装置において、集光レンズに入射するレーザビームに介
在しレーザビームを発散角が異なる複数の回折光に分割
するホログラム素子を備え、複数の回折光のビームウェ
スト位置を光軸上で分散させることを特徴とするビーム
径制御装置により達成される。
【0012】ホログラム素子はコリメートビーム内に挿
入するのがよい。この場合にはホログラム素子の位置を
変えることにより、ビームウェスト位置を変えることな
くビーム径だけを変えることが可能になるからである。
ホログラム素子はレーザビームを同心円状に回折するホ
ログラムレンズタイプのものが望ましく、特にレプリカ
法で作ることにより安価に供給できるものが好ましい。
入するのがよい。この場合にはホログラム素子の位置を
変えることにより、ビームウェスト位置を変えることな
くビーム径だけを変えることが可能になるからである。
ホログラム素子はレーザビームを同心円状に回折するホ
ログラムレンズタイプのものが望ましく、特にレプリカ
法で作ることにより安価に供給できるものが好ましい。
【0013】ホログラム素子は、+1次以上の回折光の
回折効率と−1次以上(−1、−2、−3、…)の回折
光の回折効率とがほぼ同一になるようにするのがよい。
このためには、ホログラム素子はコリメートされたレー
ザビームすなわち平行ビームの光束中に挿入するのが望
ましい。+の回折光強度と−の回折光強度とを等しくす
るのが容易になるからである。
回折効率と−1次以上(−1、−2、−3、…)の回折
光の回折効率とがほぼ同一になるようにするのがよい。
このためには、ホログラム素子はコリメートされたレー
ザビームすなわち平行ビームの光束中に挿入するのが望
ましい。+の回折光強度と−の回折光強度とを等しくす
るのが容易になるからである。
【0014】また±1次以上の回折光のビームウェスト
位置が、0次回折光のビームウェスト位置を挟んで光軸
上にほぼ対称に現れるようにするのがよい。こうするこ
とにより、光軸上で0次回折光のビームウェスト位置を
挟んでその両側に分散する±1次、±2次…の回折光の
ビームウェスト位置とこれらの光強度とがほぼ対称に現
れることになる。このため回折光全体のビームウェスト
位置を変えることなくそのビームウェスト径を拡大でき
る。このため集光レンズの焦点調節が不要になる。
位置が、0次回折光のビームウェスト位置を挟んで光軸
上にほぼ対称に現れるようにするのがよい。こうするこ
とにより、光軸上で0次回折光のビームウェスト位置を
挟んでその両側に分散する±1次、±2次…の回折光の
ビームウェスト位置とこれらの光強度とがほぼ対称に現
れることになる。このため回折光全体のビームウェスト
位置を変えることなくそのビームウェスト径を拡大でき
る。このため集光レンズの焦点調節が不要になる。
【0015】ホログラム素子を光軸方向に移動できるよ
うにすれば、0次以外の回折光のビームウェスト位置を
変えることができ、この結果全ての回折光を集めた集光
ビームのビームウェスト径を変えることが可能になる。
うにすれば、0次以外の回折光のビームウェスト位置を
変えることができ、この結果全ての回折光を集めた集光
ビームのビームウェスト径を変えることが可能になる。
【0016】
【原理】図1はこの発明の原理を説明する図、図2はそ
の光ビームの強度分布を示す図である。まずこれらの図
を用いてこの発明の原理を説明しておく。
の光ビームの強度分布を示す図である。まずこれらの図
を用いてこの発明の原理を説明しておく。
【0017】平行ビーム(コリメートビーム)は光束の
中心から外側へ強度が徐々に減少するガウス型の強度分
布を持ち、図1で左側から走査レンズ(集光レンズ)L
Sに入射し、記録面S上に収束するものとする。平行ビ
ーム内の中心上に、ホログラム素子Pの中心を置いた状
態を考える。
中心から外側へ強度が徐々に減少するガウス型の強度分
布を持ち、図1で左側から走査レンズ(集光レンズ)L
Sに入射し、記録面S上に収束するものとする。平行ビ
ーム内の中心上に、ホログラム素子Pの中心を置いた状
態を考える。
【0018】ここにホログラム素子Pは、ホログラムレ
ンズタイプのものが好ましく、レンズLSの光軸上を中
心として平行ビームを同心円状の複数の回折光に分割す
る。すなわち複数の回折光の走査レンズLSに対する入
射角が、回折光ごとにそれぞれ異なる。この回折光のう
ち0次の回折光は光軸と平行であり、この0次回折光は
ホログラム素子Pが無い場合と同じ記録面S上の位置Z
(0)に集光する。また+1次と−1次の回折光は、こ
の0次の回折光の集光位置Z(0)より遠い位置Z(+
1)と近い位置Z(−1)とにそれぞれ集光する。ここ
に集光位置Z(0)、Z+1)、Z(−1)は、それぞ
れの回折ムウェスト径が最小となる光軸上の位置を意味
する。
ンズタイプのものが好ましく、レンズLSの光軸上を中
心として平行ビームを同心円状の複数の回折光に分割す
る。すなわち複数の回折光の走査レンズLSに対する入
射角が、回折光ごとにそれぞれ異なる。この回折光のう
ち0次の回折光は光軸と平行であり、この0次回折光は
ホログラム素子Pが無い場合と同じ記録面S上の位置Z
(0)に集光する。また+1次と−1次の回折光は、こ
の0次の回折光の集光位置Z(0)より遠い位置Z(+
1)と近い位置Z(−1)とにそれぞれ集光する。ここ
に集光位置Z(0)、Z+1)、Z(−1)は、それぞ
れの回折ムウェスト径が最小となる光軸上の位置を意味
する。
【0019】このホログラム素子Pには、濃淡の縞模様
を形成した吸収型ホログラム、この濃淡の縞模様を漂白
脱色処理して高い回折効率を得るようにした位相型ホロ
グラム、干渉縞の濃淡を表面の凹凸に置き換えた表面レ
リーフ型ホログラムなどが使用できる。特に表面レリー
フ型ホログラムはレコード盤のようにプレス加工を行う
レプリカ法により安価に製作できるので最も好ましい。
を形成した吸収型ホログラム、この濃淡の縞模様を漂白
脱色処理して高い回折効率を得るようにした位相型ホロ
グラム、干渉縞の濃淡を表面の凹凸に置き換えた表面レ
リーフ型ホログラムなどが使用できる。特に表面レリー
フ型ホログラムはレコード盤のようにプレス加工を行う
レプリカ法により安価に製作できるので最も好ましい。
【0020】次に記録面S上の光強度を検討する。図2
の(A)はこのホログラム素子Pが無く回折がない場合
を示す。この時には、入射平行ビーム(コリメートビー
ム)Aは走査レンズLSにより集束され、記録面S上に
ビームウェストを有する集光ビームBとなる。
の(A)はこのホログラム素子Pが無く回折がない場合
を示す。この時には、入射平行ビーム(コリメートビー
ム)Aは走査レンズLSにより集束され、記録面S上に
ビームウェストを有する集光ビームBとなる。
【0021】入射ビーム内に図1に示すようにホログラ
ム素子Pを入れた場合には、0次回折光は、レンズLS
により集光となり、そのビームウェストは記録面S上の
Z(0)に位置する。また+1次および−1次の回折光
は集光ビームB+1、B-1となる。ここに、これらのビー
ムウェスト位置Z(+1)、Z(−1)は記録面S上に
無いから、記録面S上のビーム径は増大する。
ム素子Pを入れた場合には、0次回折光は、レンズLS
により集光となり、そのビームウェストは記録面S上の
Z(0)に位置する。また+1次および−1次の回折光
は集光ビームB+1、B-1となる。ここに、これらのビー
ムウェスト位置Z(+1)、Z(−1)は記録面S上に
無いから、記録面S上のビーム径は増大する。
【0022】従って記録面Sでは3つの集光ビームB0
とB+1とB-1の強度が足し合わされて、(B0+B+1+
B-1)の強度を持ちかつビーム径が拡大した集光ビーム
となる。なおホログラム素子Pは±2次以上の回折光を
同時に生じさせるから、これら±2次以上の回折光に対
する集光ビームも記録面S上のビーム径に影響する。す
なわち±2次以上の回折光の集光位置は、次数の増加に
対して記録面Sから順に遠い位置になる。しかしその影
響は±1次回折光に比べて小さい。通常+1次と−1次
の回折光の回折効率をそれぞれ10%程度に設定するの
が望ましく、この場合には±2次以上の回折光の影響は
ほぼ省くことができる。
とB+1とB-1の強度が足し合わされて、(B0+B+1+
B-1)の強度を持ちかつビーム径が拡大した集光ビーム
となる。なおホログラム素子Pは±2次以上の回折光を
同時に生じさせるから、これら±2次以上の回折光に対
する集光ビームも記録面S上のビーム径に影響する。す
なわち±2次以上の回折光の集光位置は、次数の増加に
対して記録面Sから順に遠い位置になる。しかしその影
響は±1次回折光に比べて小さい。通常+1次と−1次
の回折光の回折効率をそれぞれ10%程度に設定するの
が望ましく、この場合には±2次以上の回折光の影響は
ほぼ省くことができる。
【0023】このようにして果図2(A)に示した集光
ビームBに対して、ビーム径が拡大した集光ビーム(B
0+B+1+B-1)が得られる。なおこの時は、入射ビー
ムの全ての光束が記録面Sに導かれているから、光利用
効率は下がることがない。また集光ビーム(BO+B+1
+B-1)のビーム径は、ホログラム素子Pの位置を光軸
上で平行移動することにより任意に変更可能である。
ビームBに対して、ビーム径が拡大した集光ビーム(B
0+B+1+B-1)が得られる。なおこの時は、入射ビー
ムの全ての光束が記録面Sに導かれているから、光利用
効率は下がることがない。また集光ビーム(BO+B+1
+B-1)のビーム径は、ホログラム素子Pの位置を光軸
上で平行移動することにより任意に変更可能である。
【0024】例えばホログラム素子PをレンズLSに接
近させれば集光位置(ビームウェスト位置)Z(+
1)、Z(−1)は記録面Sに接近するから、ビーム径
は減少する。反対にホログラム素子PをレンズLSから
遠くすれば、ビーム径は増大する。
近させれば集光位置(ビームウェスト位置)Z(+
1)、Z(−1)は記録面Sに接近するから、ビーム径
は減少する。反対にホログラム素子PをレンズLSから
遠くすれば、ビーム径は増大する。
【0025】また+1次以上の回折光の回折効率と−1
次以上(−1、−2、−3、…)の回折光の回折効率を
ほぼ等しくすれば、ホログラム素子Pを移動した時のビ
ームウェスト位置の変動を抑制することができて望まし
い。同様に+1次以上の回折光のビームウェスト位置Z
(+1)、Z(+2)、…等と、−1次以上の回折光の
ビームウェスト位置Z(−1)、Z(−2)、…等と
が、記録面Sを挟んで光軸上にほぼ対称に位置するよう
にすることも、ビームウェスト位置の変動を抑制するう
えで望ましいことである。
次以上(−1、−2、−3、…)の回折光の回折効率を
ほぼ等しくすれば、ホログラム素子Pを移動した時のビ
ームウェスト位置の変動を抑制することができて望まし
い。同様に+1次以上の回折光のビームウェスト位置Z
(+1)、Z(+2)、…等と、−1次以上の回折光の
ビームウェスト位置Z(−1)、Z(−2)、…等と
が、記録面Sを挟んで光軸上にほぼ対称に位置するよう
にすることも、ビームウェスト位置の変動を抑制するう
えで望ましいことである。
【0026】
【実施態様】図3はこの発明に係るビーム径制御装置を
適用した光ビーム走査装置の実施態様を示す。この図に
おいて、符号10は記録用光源である半導体レーザであ
り、レーザビームからなる記録用光ビーム12を射出す
る。この光ビーム12はコリメータレンズ14、ビーム
径制御装置16、集光レンズ18、レゾナントスキャナ
20、走査(fθ)レンズ22を介して、ドラム24に
保持された記録フィルム26に導かれる。
適用した光ビーム走査装置の実施態様を示す。この図に
おいて、符号10は記録用光源である半導体レーザであ
り、レーザビームからなる記録用光ビーム12を射出す
る。この光ビーム12はコリメータレンズ14、ビーム
径制御装置16、集光レンズ18、レゾナントスキャナ
20、走査(fθ)レンズ22を介して、ドラム24に
保持された記録フィルム26に導かれる。
【0027】ここに半導体4レーザ10は制御回路28
により制御され、画像データに基づいて光ビーム12を
オン・オフする。コリメータレンズ14はレーザビーム
を平行ビームとする。ビーム径制御装置16は、前記し
た図1、2で示したホログラム素子Pで構成される。
により制御され、画像データに基づいて光ビーム12を
オン・オフする。コリメータレンズ14はレーザビーム
を平行ビームとする。ビーム径制御装置16は、前記し
た図1、2で示したホログラム素子Pで構成される。
【0028】レゾナントスキャナ20は光ビームの走査
平面に対して垂直な軸回りで回動可能なミラーを持ち、
このミラーは板ばねの共振を利用して揺動する。走査レ
ンズ22は、光ビーム12の記録フィルム24上での走
査速度を一定にする。なお30は記録フィルム24をド
ラム22の表面に密着させるためのニップローラであ
る。
平面に対して垂直な軸回りで回動可能なミラーを持ち、
このミラーは板ばねの共振を利用して揺動する。走査レ
ンズ22は、光ビーム12の記録フィルム24上での走
査速度を一定にする。なお30は記録フィルム24をド
ラム22の表面に密着させるためのニップローラであ
る。
【0029】32は同期信号生成手段であり、次のよう
に構成されている。34は同期用光源であり、レーザビ
ームからなる同期用光ビーム36を射出する。この光ビ
ーム36は、レゾナントスキャナ20、走査レンズ22
を介して、ドラム24に接近しかつこのドラム24と平
行に配設された集光ロッド38に導かれる。この集光ロ
ッド38の前には光ビーム36を一定間隔ごとに透過さ
せるグリッドを有する同期用基準板40が配設されてい
る。集光ロッド38の一端にはホトセンサ42が取付け
られている。
に構成されている。34は同期用光源であり、レーザビ
ームからなる同期用光ビーム36を射出する。この光ビ
ーム36は、レゾナントスキャナ20、走査レンズ22
を介して、ドラム24に接近しかつこのドラム24と平
行に配設された集光ロッド38に導かれる。この集光ロ
ッド38の前には光ビーム36を一定間隔ごとに透過さ
せるグリッドを有する同期用基準板40が配設されてい
る。集光ロッド38の一端にはホトセンサ42が取付け
られている。
【0030】従って光ビーム36が基準板40を通り集
光ロッド38に入射すると、ホトセンサ42がこれを検
出し、光ビーム36の走査位置を検出する。この光ビー
ム36は記録用光ビーム12と同じレゾナントスキャナ
20で走査されるから、この光ビーム36の走査位置か
ら記録用光ビーム12の走査位置を知ることができる。
なお44はライン同期用のホトセンサであり、光ビーム
36の走査開始タイミングを検出する。
光ロッド38に入射すると、ホトセンサ42がこれを検
出し、光ビーム36の走査位置を検出する。この光ビー
ム36は記録用光ビーム12と同じレゾナントスキャナ
20で走査されるから、この光ビーム36の走査位置か
ら記録用光ビーム12の走査位置を知ることができる。
なお44はライン同期用のホトセンサであり、光ビーム
36の走査開始タイミングを検出する。
【0031】次に制御回路28を説明する。前記ホトセ
ンサ44の出力信号は、ライン同期信号生成部46で波
形整形されてライン同期信号LSYとされ、またホトセ
ンサ42の出力は同期信号生成部48で波形整形されて
同期信号SYとされ、それぞれ制御回路28に入力され
る。制御回路28は、同期信号SYに適宜遅延時間を付
加する。
ンサ44の出力信号は、ライン同期信号生成部46で波
形整形されてライン同期信号LSYとされ、またホトセ
ンサ42の出力は同期信号生成部48で波形整形されて
同期信号SYとされ、それぞれ制御回路28に入力され
る。制御回路28は、同期信号SYに適宜遅延時間を付
加する。
【0032】制御回路28はCPU(図示せず)から入
力される記録エリヤを示すデータに基づいて、このエリ
ヤの主走査方向の先頭に近い同期信号SYDに同期する
記録エリヤ信号ARを生成するものである。
力される記録エリヤを示すデータに基づいて、このエリ
ヤの主走査方向の先頭に近い同期信号SYDに同期する
記録エリヤ信号ARを生成するものである。
【0033】一方前記の同期信号SYは、逓倍回路であ
るPLL回路により逓倍される。例えば10倍の周波数
に逓倍され、前記した記録エリヤ信号ARの論理積(ア
ンド)により画像データクロックCLを得る。
るPLL回路により逓倍される。例えば10倍の周波数
に逓倍され、前記した記録エリヤ信号ARの論理積(ア
ンド)により画像データクロックCLを得る。
【0034】この画像データクロックCLは、走査線上
に画像を書き込むタイミングを示すものである。このク
ロックCLは、図示しない画像データ生成部から導かれ
る画像データと共に変調信号生成部50に入力され、こ
こで半導体レーザ10の駆動信号Dが生成される。
に画像を書き込むタイミングを示すものである。このク
ロックCLは、図示しない画像データ生成部から導かれ
る画像データと共に変調信号生成部50に入力され、こ
こで半導体レーザ10の駆動信号Dが生成される。
【0035】この実施態様において記録密度が高い時す
なわち走査線密度が高い場合には、ビーム径制御装置1
6はホログラム素子Pを光路から除去し集光ビーム径を
図2(A)にBで示すように絞る。また記録密度が低い
時には、ホログラム素子Pを挿入して、図2(B)に示
す集光ビーム(B0+B+1+B-1)のようにビーム径を
拡大させる。なおこれらの中間のビーム径を得る時に
は、ホログラム素子Pを集光レンズ18に接近させれば
よい。このようにホログラム素子Pを光軸上で連続的に
移動させることにより、集光ビーム径を連続的に変える
ことができる。
なわち走査線密度が高い場合には、ビーム径制御装置1
6はホログラム素子Pを光路から除去し集光ビーム径を
図2(A)にBで示すように絞る。また記録密度が低い
時には、ホログラム素子Pを挿入して、図2(B)に示
す集光ビーム(B0+B+1+B-1)のようにビーム径を
拡大させる。なおこれらの中間のビーム径を得る時に
は、ホログラム素子Pを集光レンズ18に接近させれば
よい。このようにホログラム素子Pを光軸上で連続的に
移動させることにより、集光ビーム径を連続的に変える
ことができる。
【0036】
【走査装置の他の実施態様】図4は、他の実施態様であ
る円筒内面走査型画像記録装置を示す概念図である。こ
の図4において60(60a、60b、60c)は光ビ
ーム出力手段としての3個のレーザダイオードであり、
これらは同一波長かつ同一強度のレーザビーム62(6
2a、62b、62c)を出力する。これらのレーザビ
ーム62a、62b、62cはそれぞれコリメートレン
ズ64(64a、64b、64c)、2次元音響光学偏
向素子AOD(AODa、AODb、AODc)、AO
D射出レンズ66(66a、69b、66c)、0次光
カット板68(68a、68b、68c)およびコリメ
ートレンズ70(70a、70b、70c)を介し、合
波光学系72により合波される。
る円筒内面走査型画像記録装置を示す概念図である。こ
の図4において60(60a、60b、60c)は光ビ
ーム出力手段としての3個のレーザダイオードであり、
これらは同一波長かつ同一強度のレーザビーム62(6
2a、62b、62c)を出力する。これらのレーザビ
ーム62a、62b、62cはそれぞれコリメートレン
ズ64(64a、64b、64c)、2次元音響光学偏
向素子AOD(AODa、AODb、AODc)、AO
D射出レンズ66(66a、69b、66c)、0次光
カット板68(68a、68b、68c)およびコリメ
ートレンズ70(70a、70b、70c)を介し、合
波光学系72により合波される。
【0037】なおレーザビーム62(62a、62b、
62c)は、コリメートレンズ70で平行光線にされ、
AODで偏向された後AOD射出レンズ66と0次光カ
ット板68で1次回折光だけが選択される。そしてコリ
メートレンズ70で再び平行光線に戻され合波光学系7
2に導かれる。
62c)は、コリメートレンズ70で平行光線にされ、
AODで偏向された後AOD射出レンズ66と0次光カ
ット板68で1次回折光だけが選択される。そしてコリ
メートレンズ70で再び平行光線に戻され合波光学系7
2に導かれる。
【0038】AODは後記のスピナー84の回転角度θ
の変化に伴って所定周波数の超音波がトランスデューサ
より発生することにより駆動され、この時の1次回折光
が0次光カット板68で選択されるものである。このト
ランスデューサの駆動周波数により1次回折光の偏向方
向を制御する。なお2値画像信号がオン・オフする時に
は、レーザダイオード60の出力がオン・オフしてレー
ザビーム62がオン・オフされる。
の変化に伴って所定周波数の超音波がトランスデューサ
より発生することにより駆動され、この時の1次回折光
が0次光カット板68で選択されるものである。このト
ランスデューサの駆動周波数により1次回折光の偏向方
向を制御する。なお2値画像信号がオン・オフする時に
は、レーザダイオード60の出力がオン・オフしてレー
ザビーム62がオン・オフされる。
【0039】3つのAODは、この実施態様ではそれぞ
れレーザビーム62a、62b、62cを2次元的に偏
向させ、走査線の湾曲と間隔を修正するものである。
れレーザビーム62a、62b、62cを2次元的に偏
向させ、走査線の湾曲と間隔を修正するものである。
【0040】合波光学系72は、全反射ミラーMと、偏
光ビームスプリッタPBSと、ビームスプリッタBSと
で形成される。前記レーザダイオード60a、60b、
60cは直線偏光のレーザビームを出力し、これらの偏
光方向はそれぞれ図4に矢印で示す方向に設定されてい
る。
光ビームスプリッタPBSと、ビームスプリッタBSと
で形成される。前記レーザダイオード60a、60b、
60cは直線偏光のレーザビームを出力し、これらの偏
光方向はそれぞれ図4に矢印で示す方向に設定されてい
る。
【0041】すなわちレーザダイオード60aと60c
は、ビームスプリッタBSおよび全反射ミラーMに対す
る入射平面波の電界の振動面が入射面(入射光と反射光
を含む平面)に平行な偏光(P偏光)となるように、そ
の取付角度が設定されている。またレーザダイオード6
0bは、偏光ビームスプリッタPBSに対する入射平面
波の電界の振動面が入射面に垂直となる偏光(S偏光)
となるように、その取付角度が設定されている。
は、ビームスプリッタBSおよび全反射ミラーMに対す
る入射平面波の電界の振動面が入射面(入射光と反射光
を含む平面)に平行な偏光(P偏光)となるように、そ
の取付角度が設定されている。またレーザダイオード6
0bは、偏光ビームスプリッタPBSに対する入射平面
波の電界の振動面が入射面に垂直となる偏光(S偏光)
となるように、その取付角度が設定されている。
【0042】そしてレーザビーム62a、62b、62
cはこの合波光学系72によりほぼ1つのレーザビーム
Loに合波される。なおこの合波されたレーザビームL
oは図4では1本のビームとして表しているが、実際に
は、互いに分かれた3本の共軸ではないビームから成る
ものである。
cはこの合波光学系72によりほぼ1つのレーザビーム
Loに合波される。なおこの合波されたレーザビームL
oは図4では1本のビームとして表しているが、実際に
は、互いに分かれた3本の共軸ではないビームから成る
ものである。
【0043】この合波レーザビームLoは、さらにビー
ムエキスパンダレンズ74および76においてビーム径
の拡大・変更が行われる。その後開口板78においてフ
レア光(迷光)の除去と光束径の制御とが行われる。こ
のビームLoはさらにビーム径制御装置80を通り、ド
ラム(円筒)82の中心軸に沿ってドラム82内に導か
れる。ドラム82の中心軸上には、光走査器としてのス
ピナー84が設けられている。
ムエキスパンダレンズ74および76においてビーム径
の拡大・変更が行われる。その後開口板78においてフ
レア光(迷光)の除去と光束径の制御とが行われる。こ
のビームLoはさらにビーム径制御装置80を通り、ド
ラム(円筒)82の中心軸に沿ってドラム82内に導か
れる。ドラム82の中心軸上には、光走査器としてのス
ピナー84が設けられている。
【0044】このスピナー84は中心軸(回転軸)に対
して45°の反射面を持ち、モータにより高速回転され
る。なおこのモータにはロータリーエンコーダ86が取
付けられ、スピナー84の回転角(θ=ωt)が検出さ
れる。すなわち所定回転角ごとに出力されるパルス信号
pと、1回転の基準位置を示す基準位置信号p0とが出
力される。なおこのスピナー84に導かれるビームLO
は、回転軸上にある集光レンズ88によって、ドラム8
2の内周面あるいは記録シートに合焦する。90は制御
手段であり、このスピナー84の回転角θに同期してA
ODを制御し、主走査線の湾曲と間隔の修正を行う。
して45°の反射面を持ち、モータにより高速回転され
る。なおこのモータにはロータリーエンコーダ86が取
付けられ、スピナー84の回転角(θ=ωt)が検出さ
れる。すなわち所定回転角ごとに出力されるパルス信号
pと、1回転の基準位置を示す基準位置信号p0とが出
力される。なおこのスピナー84に導かれるビームLO
は、回転軸上にある集光レンズ88によって、ドラム8
2の内周面あるいは記録シートに合焦する。90は制御
手段であり、このスピナー84の回転角θに同期してA
ODを制御し、主走査線の湾曲と間隔の修正を行う。
【0045】この実施態様で、ビーム径制御装置80と
して図1、2に示したホログラム素子Pを用いる。この
ビーム径制御装置80により3本の光ビーム62a、6
2b、62cの記録面上での集光ビーム径を同時に変え
ることができる。例えば記録密度が高い場合にはビーム
径制御装置80のホログラム素子Pを除き、ビーム径を
絞る。また記録密度が低い場合には、ホログラム素子P
を入れまたこのホログラム素子の位置を変えることによ
りビーム径を拡大させればよい。
して図1、2に示したホログラム素子Pを用いる。この
ビーム径制御装置80により3本の光ビーム62a、6
2b、62cの記録面上での集光ビーム径を同時に変え
ることができる。例えば記録密度が高い場合にはビーム
径制御装置80のホログラム素子Pを除き、ビーム径を
絞る。また記録密度が低い場合には、ホログラム素子P
を入れまたこのホログラム素子の位置を変えることによ
りビーム径を拡大させればよい。
【0046】以上の実施態様は、この発明のビーム径制
御方法、装置を光ビーム走査装置に適用したものである
が、本発明はこれ以外の装置に適応してもよい。例えば
レーザビームを用いた加工装置、医用装置、計測装置な
どでビーム径を変える場合に適用できる。
御方法、装置を光ビーム走査装置に適用したものである
が、本発明はこれ以外の装置に適応してもよい。例えば
レーザビームを用いた加工装置、医用装置、計測装置な
どでビーム径を変える場合に適用できる。
【0047】
【発明の効果】請求項1の発明は、レーザビームをホロ
グラム素子により発散角が異なる複数の回折光に分割し
て、ビーム径を変えるものであるから、開口絞りを用い
る方法に比べて光利用効率が高くなる。また構成が簡単
で、複雑で高価な光学系やズーム径が不要であるから安
価である。
グラム素子により発散角が異なる複数の回折光に分割し
て、ビーム径を変えるものであるから、開口絞りを用い
る方法に比べて光利用効率が高くなる。また構成が簡単
で、複雑で高価な光学系やズーム径が不要であるから安
価である。
【0048】請求項2の発明によれば、この方法の実施
に直接使用するビーム径制御装置が得られる。ホログラ
ム素子はコリメートされた平行ビームに挿入するのがよ
い(請求項3)。ホログラム素子は同心円状に回折する
ホログラムレンズタイプのものがよく(請求項4)、特
にレプリカ法で作ることができるものが望ましい。
に直接使用するビーム径制御装置が得られる。ホログラ
ム素子はコリメートされた平行ビームに挿入するのがよ
い(請求項3)。ホログラム素子は同心円状に回折する
ホログラムレンズタイプのものがよく(請求項4)、特
にレプリカ法で作ることができるものが望ましい。
【0049】+1次回折光と−1次回折光との回折効率
をほぼ等しくすれば(請求項5)、これら±1次回折光
のビームウェスト位置が0次回折光のビームウェスト位
置に対してほぼ対称になる。このためこれら回折光を合
成したビームのビームウェスト位置の変動が少なくな
り、集光レンズの焦点調節が不要になる。
をほぼ等しくすれば(請求項5)、これら±1次回折光
のビームウェスト位置が0次回折光のビームウェスト位
置に対してほぼ対称になる。このためこれら回折光を合
成したビームのビームウェスト位置の変動が少なくな
り、集光レンズの焦点調節が不要になる。
【0050】ホログラム素子は光軸上で連続的あるいは
不連続的に移動できるようにすれば、ビームウェスト径
を連続的あるいは不連続的に変えることができる(請求
項6)。
不連続的に移動できるようにすれば、ビームウェスト径
を連続的あるいは不連続的に変えることができる(請求
項6)。
【0051】このビーム径制御方法・装置は、レーザビ
ームを記録面上で走査させて画像を記録する光ビーム走
査装置に適用することができる(請求項7)。またレー
ザビームを画像上で走査させて画像を読取る光ビーム走
査装置も適用できる(請求項8)。これらの場合には、
ホログラム素子を着脱したり、その位置を光軸上で変え
ることにより、記録密度あるいは読取り密度の変化に対
応してビーム径を容易に変えることができる。
ームを記録面上で走査させて画像を記録する光ビーム走
査装置に適用することができる(請求項7)。またレー
ザビームを画像上で走査させて画像を読取る光ビーム走
査装置も適用できる(請求項8)。これらの場合には、
ホログラム素子を着脱したり、その位置を光軸上で変え
ることにより、記録密度あるいは読取り密度の変化に対
応してビーム径を容易に変えることができる。
【図1】本発明の原理を説明する図
【図2】その光ビームの強度分布を示す図
【図3】光ビーム走査装置へ適用した実施態様を示す図
【図4】他の光ビーム走査装置へ適用した実施態様を示
す図
す図
10、60 半導体レーザ 12、62 レーザビーム 14 コリメータレンズ 16、80 ビーム径制御装置 18、88 集光レンズ P ホログラム素子 LS 集光レンズ S 記録面
Claims (8)
- 【請求項1】 集光レンズによって集光されるレーザビ
ームのビーム径を変えるビーム径制御方法において、集
光レンズに入射するレーザビームを、ホログラム素子に
より発散角が異なる複数の回折光に分割し、これら複数
の回折光が光軸上に集光するビームウェスト位置を光軸
上で分散させることにより、ビーム径を拡大することを
特徴とするビーム径制御方法。 - 【請求項2】 集光レンズによって集光されるレーザビ
ームのビーム径を変えるビーム径制御装置において、集
光レンズに入射するレーザビームに介在しレーザビーム
を発散角が異なる複数の回折光に分割するホログラム素
子を備え、複数の回折光のビームウェスト位置を光軸上
で分散させることを特徴とするビーム径制御装置。 - 【請求項3】 ホログラム素子は、コリメートされたレ
ーザビームに挿入されている請求項2のビーム径制御装
置。 - 【請求項4】 ホログラム素子はレーザビームを同心円
状の複数の回折光に分割するホログラムレンズタイプの
ものである請求項2または3のビーム径制御装置。 - 【請求項5】 ホログラム素子は、+1次回折光以上の
回折効率と−1次回折光以上の回折効率とがほぼ等しい
ものである請求項2〜4のいずれかのビーム径制御装
置。 - 【請求項6】 ホログラム素子は光軸方向に移動可能で
ある請求項2〜5のいずれかのビーム径制御装置。 - 【請求項7】 記録面上に画像の記録を行う記録密度可
変な光ビーム走査装置に用いられ、ホログラム素子を着
脱可能または光軸方向へ移動可能とした請求項2〜6の
いずれかのビーム径制御装置。 - 【請求項8】 画像を読取る読取り密度可変な光ビーム
走査装置に用いられ、ホログラム素子を着脱可能または
光軸方向へ移動可能とした請求項2〜6のいずれかのビ
ーム径制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23465596A JPH1062706A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | ビーム径制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23465596A JPH1062706A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | ビーム径制御方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1062706A true JPH1062706A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16974420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23465596A Pending JPH1062706A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | ビーム径制御方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1062706A (ja) |
-
1996
- 1996-08-19 JP JP23465596A patent/JPH1062706A/ja active Pending
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