JPS58106519A - 光走査光学系 - 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】 に沿って所定の間隔で配置したホログラムティスクと、
該ディスクを前記円周の中心全Ｎ転軸線として回転させ
る１駆動手段と、前記ホログラムレンズヘ同けてレーザ
光束を出射てるレーザ装置と、前記ホログラムレンズに
て回折、偏向さｎたレーザ光束が走肴ζｎる走査面とを
有する光走査光学系ＶＣ関する。

ホログラムレンズに対するレーザ光束Ｑ）照射位置ケ変
化ζぜることにより、ホログラムレンズの空間周波数に
応じてレーザ光束全回折，偏向させ。

かく偏向したレーザ光束によって走査面を走査する上記
形式の光走査光学系は従来より周知である。

この種の光走査光学系においては．レーザ光束が走査面
にて直線走査を・為丁ことが望ましく，このため、従来
よりこの要求を満た丁べく各種の構成が提案さｎ，てい
る。ところが従来の提案にかかる光走査光学系において
は，こ、ｆ＋．［用いら汎る光学素子を，高い精度をも
って正確に位置決めする必要があり、このためこの光学
系全実用化することは芥易なことではなかった。

本発明は上記従来の欠点を軽減し，且つ構成を簡素化し
得る光走査光学系を提供しようとするものである。

本発明は、ホログラムディスクと走査面とり間に、回折
格子数勾配全潰する回折格子を配置し。

該［四桁格子によってレーザ光束を回折し、もって、＠
線走査全可能とすると共に、光学系の構成の簡素化全達
成する点をその特徴とするもｑ）である。

以下，本発明の有利な実施例を図面に従って説明する。

第１図において．円板状に形成さｆＬＬホログラムティ
スクｌは，回転軸２を介して，モータ３か３一 ら成る駆動手段に取付けら几，該モータ３Ｖｃよって回
転軸線４のまわり全回転駆動さ肛る。ホログラムディス
ク１（以下，単にディスクという）は。

その回転軸線４を中心とした円周１ａに沿って。

等間隔で配置さｎ＊：適数の、本例では６個のホログラ
ムレンズ５を有している。各ホログラムレンズは場所に
より異なる空間周波数を有し，こ扛らホログラムレンズ
５のｔ峙１牛は全て等しく作製さｎている。６ほ，レー
ザ光束が主走査さ几る走査面であり，この走査面６と，
ディスク１との間には。

本発明により，回折格子７が配置ζｎている。

今，既述の円周１ａに沿った各ホログラムレンズ５のデ
ィスク周方同長さを１」とし、１つのホログラムレンズ
５におけるティスフ周方向σノ中心ｈの位置、即ちーの
位置に、図示していないレーザ′装置を出射した微小径
レーザ光束８．より正確に言えばこのレーザ光束８の横
断面中心を通る光線カニ照射した場合全一例として考え
ると．このレー勺゛光束はホログラムレンズ５によって
回折さ几，かく回折さｎ−ｉレーザ光束９は既述の回折
格子７に４− よってもＩ′ｎ！Ｉ折さ扛回折レーザ光束１０となって
，走査面６上の点Ｓに集束し、ここにビームスポツトを
生せしめる。

レーザ装置からのレーザ光束は上に例示した如くして走
査面６上に至るが，このときディスク１げ，矢印Ａで示
す方間に等速で回転しており、しかもレーザ光束８がホ
ログラムレンズ５を照射する位置は不動である。こＩ／
）ため実際には，レーザ装置からのレーザ光束８は．１
つのホログラムレンズ５に対して、レンズ５の一万の端
部領域の初期位置１」１を照射した後、ディスタ１の回
転に伴って，上述したレンズ中心ｈ２照射し，次いでレ
ンズ５の他方の端部領域の終端位置］・２を照射する。

こ′！′ＬＶＣより，ホログラムレンズ５を出射したレ
ーザ光束ほ，ホログラムレンズ５の空間周波数に応じて
回折され．矢印Ｂ方向に偏向される。こｎ，に伴って、
回折格子７にて回折きれたレーザ光束１０も偏向さ几，
走査面６上のビームスボッ）Ｕ走査線１１ケ生せしめつ
つ矢印Ｃ方向に移動し，こｎによって所定の主走査が行
わ扛る（このときの走査面上での主走査開始点２Ｘ、走
査終了点＝２Ｙとし、有効走査範囲がＸＹで示す領域で
あるとする）。

こσ〕ような動作が各ホログラムレンズ５毎に行ワｌ１
、しカ・も走査面が副走査方向Ｚに移層１するため、所
定の走査が連続的に行わ１．ることになる。この場合、
もしも第１図に示す回折格子７が無いとすると、各ホロ
グラムレンズ５を出射したレーザ光束ばそｎぞ扛矢印１
２で示す如く直進し、こｎにょジ生ぜしめらｆ１５るビ
ームスボッＩｎ−ＩＩ、１３で示す如き円弧状の走査線
を描くことになるが、第１図に示す光学系においては本
発明により、既述の回折格子７が設けられ、その格子間
隔が後述する如く構成さ汎ているため、走査面６上の走
査線１１は亘線吠となり、かくしてこの種光走査光学系
に課せられ、る要求を確実に満足させることができる。

伺、１つのホログラムレンズに対するレーザ光束８の位
置が初期位置１・１と終端位置し２との間の範囲外に存
するときも、走査面上にビームスポットが形成さｎ得る
が、そのときのビームスポットの光強要は低く、かかる
光強度の低いビームスポットは一般に有効なビームスポ
ットとして用いらｎ、ないので、本例では、レーザ光束
８がホログラムレンズにおける図示した初期位置１・、
を照射したときから、終端位置■Ｊ２を照射したときま
でを、１回の主走査として考えている。

次に、上述の如く直線走査金高し得るようにするための
回折格子のより具体的な構成１％にその格子間隔につい
て説明する。

第２図は、第１図に示す光学系にて用いら九る回折格子
７全模式化して示す説明図であり、この回折格子７は、
回折格子間隔Ｄ　（ｃｌ）が第２図に示す如く変化する
直線回折格子である。−万、第３図は第１図に示す構成
全模式的に示した平面原理図であり、第４図は第３図の
ｉｌ１面図である。尚、本明細書では、レーザ光束にお
けるその横断面中心を通る光線を、中心光線と称するこ
とにする。

第３図及び第４図において、符号■−１は第１図に示す
ホログラムレンズ５を出射したレーザ光束の中心光線と
、ホログラムレンズ５との交点を示す。

従って、ホログラムレンズを出射するレーザ光束７− の中心光線は全て点１１がら回折格子７へ同がうこトｉ
ｃ；’！る。１７を符号９ａ［、ホログラムレンズ５に
おける既述のディスク周方向中心ｈ（第１図）會レーザ
光束８が照射したとき、該レンズ５′ｆｆ：出射したレ
ーザ光束９の中心光線全示し、以下の説明ではこの中心
光線９ａｉ第１中心光線と称することにする。また、ホ
ログラムレンズ７の中心り以外の個所全照射して、走査
面上（１）有効走査範囲ＸＹ内の位ｔｉｔに至るレーザ
光束のうち、任意の１つのレーザ光束全労え、このレー
ザ光束が点Ｈがら回折格子７へ至る捷での、該レーザ光
束の中心光線を、１４ａで示す線分であるとし、この中
心光線を第２中心光線と称することにする。また既述の
如く第１図に示１−ディスク１が回転することにより、
ホログラムレンズを出射したレーザ光束は、第３図に矢
印Ｂで示す方向に偏向され２次いで回折格子７にて回折
ζｎ、でるが、その際１回折格子７にて回折さｎた後の
第１及び第２中心光線をそｎ、ぞ扛第１及び第２回折中
心光線９ｂ、１４ｂと言うことにする。

８− 一方、既述の如き回折格子数勾配を有する回折格子７ば
、その格子の方向１）（第２図ケも参照）が、ホログラ
ムディスク１の日朝の接線方向と平行な方向に配置さｎ
、ている。換言１几ば、第３図に示す平面図で見たとき
に、格子の方向りは、第１中心光線９ａないしは第１回
折中心光線９ｂｖＣ対し直交している。

さて、回折格子７にて回折さ几た第１及び第２回折中心
元線９ｂ、１４ｂが、走査面６に至り、ここに走査線１
１が生ぜしめらｎるが、このときの第２中心光線１４　
ａと第２回折中心光線１４１〕と全第３図の側面から見
ると、こ几らば、第４図に符号１４ａ’、　１４ｂ’で
示す如く、回折格子７の表面１５に対して垂直な垂線１
６と線分Ｓ　Ｉ−Ｊと全含む平面への正射影線として表
わさｎ、る（点Ｓｆｉ、第１図に関連した既述の説明か
らも判るように、第１回折中心光線９ｂと走査線１１と
の交点である）。

ところで、もしも回折格子７が無いと仮定すると１点１
−１から発した第１及び第２中心光線９ａ、］４　ａは
第３図及び第４図に破線＋２３で示１−如く直進して１
円弧状の走査線１３（第１図上も参照）に至る。ところ
が、実際には回折格子７が設けら扛ているため、先にも
説明したように、該格子７にて回折さ彊、た第１及び第
２回折中心光線９ｂ、１４ｂは、直線状の走査＠１１に
至ることになる。以下に、この作用が得ら几るための条
件を説明する・伺、本例では回折格子７における基板（
例え（・」゛ガラス基板）の、第４図における下側の表
面１５に格子が形成さ几ているものとし、この下側の表
面１５を基準として、以下の考察全行うことにする。

先ず第３図に示す如く点ｌ（から出射した第１中心光線
９ａと、回折格子７の表面］５との交点−ｑＯとし、同
様に第２中心光線１４　ａと回折格子７ｖ表面１５との
交点２　Ｐとする。そして交点Ｑｉ通り格子の方向りに
延びる仮想線１７ヲ、回折格子中心線と称することにし
、この回折格子中心線１７から上記交点Ｐまでの距離全
ｄと丁ｚ（線１７上回折格子中心線と名付けたのは、ホ
ログラムレンズ５の「中心ｈ」を通った第１中心光線９
ａがこの線１７上の点０全通ることによる）〇一方、第
３図に示した第２中心光線３４　ａの正射影線である、
第４図に示した線１４ａ′と回折格子７０表面１５との
交点をＰ′とすると、０１’／−ｄとなる。

次に、第４図において、点１［と交点０との距離１−’
Ｉ　Ｏ２Ｒｇ、走査線１］と回折格子中心線１７との距
離ＳＯ全Ｒｓとすると共に、回折格子７の平面１５に垂
直な垂線１６と、線分０１−１との成１−角全α。、同
様に垂線１６と線分ＳＯとの成丁角葡β０．更に垂線１
６と線分Ｐ／　Ｉ−１との５ｙ、丁角全α、線分Ｓ　Ｐ
／と垂線１６との成丁角全βとすると、第４図から明ら
かなように、次式が得らｎる。

ｓｂ＋　α＝　（”Ｌｇｓｉｎ　α。　　’　）　／　
　（”ｇ　５ｉｎ（：１６−ｄ　）’ｌ−（］Ｑｃｏｓ
ｄＯ−了二ミー　　　　　（１）ｓｉｎβ−（１もＳ　
ｓｉｎβ。十ｄ）／（Ｒ８ｓ１ｎβｏ＋ｄ　）２＋（ｆ
（＋５ｃｏｓβＯ）２　　　（２）−万１回折格子中心
線１７がらｄだけ離ｆＬｉ、同断格子上での位置（Ｐ又
はＰ′）における回折格子の間隔１）　（ｄ）は次（１
）、Ｊ：うに表わ丁ことができる。

但し、λＣは、使用するレーザ光束の光波長である。

換言１几ば１式（３）を満埴するように格子間隔Ｄ　（
ｄ）を定めることができ旧、ば、走査線１１ヲ直線にす
ることかできる。そこで式（１）及び（２）ヲ式（３）
に代入する昌 が得らｎる。即ち１回折格子中心線１７がら、回折格子
７の格子方向りに垂＠な方向へ距離ｄだけ離′ｆ１．た
位置での格子間隔Ｄ（ａ）が１式（４）で表わさ扛るよ
うな回折格子７全用い扛ば、点■」から発せら扛た光線
、換言丁ｎはホログラムレンズ全出射したレーザ光束を
、走査面１１上にて直線走査させることができる。

上述した構成によ几ば１回折格子７盆用いることによっ
て、簡単に直線走査をな丁ことができ。

その構成も至って簡単であり、かかる光走査光学系は、
レーザプリンタや光学式読取装置等の情報処理機器に特
に有利に用いることができる。ただ。

上述した構成において、レーザ光束８が一定以上のビー
ム径を有していると、若干の非点収差を伴うことになり
、これに基き走査面上での像がぼけてしまう不都合を生
ずることも考えら几る。即ち、レーザ光束８が第１図に
示すディスク１０円周方向に広がりを有していても、収
差を伴うことなく走査面６」二に集束されるが、レーザ
光束がディスク１の半径方向に広がりを有していると、
このレーザ光束は走査面６．Ｊ：りもやや手＠側に集束
することになる。

そこでこの非点収差について検討してみる。第３図にお
いて、既述の点１−１から出射した第１中心光線９ａが
ディスク１（第１図）の回転に伴って、第２中心光線］
４　ａまで偏向されるが、そのときの第３図で見た状態
での中心光線の回転角をθとする。一方、第１図に示す
如く、ホログラムレンズ５全照射したレーザ光栄の中心
からディスク１０回転軸線４捷での距離をγとすると、
第３図に示す第２中心光線１４　ａが回折格子７へ入射
した点Ｐから、既述の回折格子中心線１７捷での距離ｄ
ば。

次の如く表わさｎる。

ｄ＝（几ｇｓｉｎ偽十γ）（１ｃｏｓθ）（５）但し、
　Ｒｇ、α０は式（４）におけるＲｇ、α。と同じであ
る従って回転角θが判れば、式（５）により距離ｄ、即
ち°ｇ２中心元線光線折格子７を照射する位置を知るこ
とができる。一方、この距離ｄが判れば５式（４）によ
って、距離ｄの位置における格子間隔１．）　（ｄ）、
ひいては第２中心光電９＋４ａの回折角度β全知ること
ができ、第２回折光線１４　ｂの集束位置全知ることが
できる。上の説明では第２中心光線１４　ｂについての
み考察した。ところか実際には成る広がりを持ったレー
ザ光束が回折格子７Ｖｃ−入射し、か〃・る光束の各光
線についても、上述した考えと同じ考えによって、その
回折角βを知ることができ、よって、こ几ら各光線が、
回折格子７で回折さｎ。

た後、いかなる位置にて集束するかを知ることができる
。このような手法によって、各光線の最良像点（最小錯
乱円つと走査線１１とのずｎδ、及び回転角θの関係を
求め、こｆｌ、ｉグラフ化して示すと、第５図の如くな
る。そしてこ（１）第５図を見れば判るように、回転角
θが比較的小なる範囲では。

走査線からの最良［象点のすｎ＋ｑ無視できる程小さく
、Ｊ：って非点収差による影響を考慮せずとも特に問題
に生じない。もつとも回転角θが非常に太きくな肛ば、
走査線１１からの最良像点のず几が太きくなり、こ′ｎ
を無視できなくなることもあるが。

このような場合には、ホログラムレンズ５を出射し７？
：光が、第５図に示したずれδと逆の非点収差ケもって
集束するように、ホログラムレンズ　５ヶ予め作製して
おけは何ら問題は生じない。

同、図示した回折格子７は、けい線を引くこと［、Ｊ：
す形成１−ることもできるし、或いにホログラフィク技
術によって作製することもできる。即ち２けい線によっ
て格子を形成するｌ／ｉ″は１例えば、そ■自体公知な
ルーリングエンジンに、Ｋｌｊがき。

或いは電子ビームによってけがくことがで′き、またホ
ログラフィク技術により格子全作製するときに＋ｒ：Ｊ
二、例えば第６１スに示す如く、凹面を有する円柱レン
ズ２０からの発散円筒波２］と、凸面を有する円柱レン
ズ２２からの収束円筒波２３と全干渉させ、ホログラム
記録伺料１０７に記録３−　ｎ　ｒｆｆ、、−Ｉい〔各
レンズ２０．２２に入射する光は同一光源（図示せず）
から出たものであることは当然である〕。

またホログラフィック技術によって回折格子シ・χメ會
作製する場合、使用する光束の波長に感するホログラム
記録材料を用いる必要があるが。

この光束として、半導体レーザからのレーザ光束の如く
、近赤外より長波長の光を用いたときＶＣ−ば、かかる
波長域で感するホログラム記録材料に適当なものが無い
。ところが１本発明に係る回折格子は、上述の如く、ホ
ログラフィク技術以外の技術、即ちはい線を引くことに
よっても作製できるので５上述した事央によって特に不
都合が生ずることはない。

同、上述した説明では２回折格子基板の一万の表面１５
介基準とし、距離Ｒｇ、　Ｒｓ等全定め、各式（１）、
（２）、（４）ヲ導ひいたが、回折格子基板の他方の而
（第４図における上側０面）１５ａを基準とし、或い１
’Ｉ回折格子基板の上下の表面１５，１５２の中間的な
位置を基準として上記距離Ｈ，ｇ、Ｒｓ等を定め、式（
４）を導びき、こｆＬＶｃ基いて回折格子の格子間隔Ｄ
　（ｄ）ｋ定めても、本発明の目的は達成できる。但し
、格子の形成された回折格子表面全基準とすることが望
ましいことは当然である。従って回折格子７（／′Ｉ第
４図に訃ける」二側σ〕表面１５２に格子を形成した場
合Ｖｒ：、ば、この表面１５ａ’ｉ基準とすることか有
利である。

Ｉ以上ｑ）説明からも判るように１本発明に、を二ｎ（
げ簡羊な構成によって＠騨走査ｔな丁ことプバ可能とな
る。

伺、本発明に係る光走査光学系は１例えばレーザプリン
タ、読取装置等に広く利用できるが、レーザプリンタに
用いらｆしたときには、走査面が感光体として構成ζｎ
、読取装置に利用さ′ｎたときには、走査面は原稿等の
被読取体となることば周知の通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光走査光学系の概略斜視図、第２
図は回折格子を模式化して示す説明図。 第；う図は第１図に示す光学系を更に模式化して示す平
面説明図、第４図は第３図（／、ｌ　］Ｖ　−ＩＶ線方
向から見た側面図、第５図は、走査線から最良結像点捷
でのずれと１回転角との関係を示１グラフ、第６図は回
折格子全ホログラフイク技術によって作製する際の一例
を示す斜視図である。 １・・ディスタ、１ａ・・・円周；４・・軸線；５・・
ホログラムレンズ：６・走査面、７・・・回折格子１８
゜９．１０・レーザ光束；９ａ・・中心光線；１６・・
・垂線；１７・・・回折格子中心線； Ｄ・・・格子方向；ｈ・・・中心；０・・・交点；Ｒｇ
・・・長さ；　ｄ、　Ｒ，ｓ・・・距離、α。、β・・
・角；Ｔ）（ｄ）・・・格子間隔。 代理人　弁理士　星　野　則　夫 １９− １２６− 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　複数のホログラムレンズをほぼ円周に沿って
   所定の間隔で配置したホログラムディスクと、該ディス
   クを、前記円周の中心を回転軸線として回転させる駆動
   手段と、＠記ホログラムレンズへ回けてレーザ光束を出
   射するレーザ装置とｔ　ＭＪ記ホログラムレンズにて回
   折。 偏向さｆＬ７’（レーザ光束が主走査ａ　、ｎ、る走査
   面とを肩する光走査光学系において。 前記ホログラムディスクと走査面との間に、回折格子全
   配全有する回折格子全配置し。 該回折格子によってレーザ光束を回折きせること全特徴
   とする前記光走査光学系。 折格子全配置したこと、及び ホログラムディスクの周方向における。］−■−哩＾鴫 つび）ホログラムレンズの中心を出射したレーザ光束の
   横断面中心を通る中心光線が前記回折格子と交わる交点
   全考え、この交点を通り且つ回折格子の格子方向に延び
   る直線を回折格子中心線とし、該回折格子中心線上にお
   ける前記交点と、ホログラムレンズのｍ前記中心とを結
   んだ線分の長さｉｆ（、ｇ、該線分と、回折格子の表面
   に垂直な垂線とのな丁角全α０、ホログラムレンズの前
   記中心を出射したレーザ光束の中心光線が、前記交点か
   ら走査面に至る壕での線分の距離２Ｒｓ、該線分と前記
   垂線とのな丁角ケβ。、レーザ光束の光波長をλＣとし
   たとき、前記回折格子中心線から１回折格子の格子方間
   に垂直な方向へ距離ｄだけ離ｎた位置での格子間隔Ｄ　
   （ｄ）が となるように１回折格子の格子間隔を設定したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光走査光学系。 ２− （３）　　前記回折格子が、けい線を引くことに、に！
   ｌｌ形成さ几ている特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の光走査光学系。 （４）　　前記回折格子が、ホログラフィク技術によっ
   て形成ζｎ、ている特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の光走査光学系。