JPS5845003B2 - レ−ザコウヘンコウコウカクソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザと回転多面体光偏向器と要素ホログラ
ム板とを用いてマイクロフィルムの如き微小面積を高速
、高解像度で光走査するためのレーザ光偏向光学装置に
関するものである。

コンピュータ・アウトプット・マイクロフィルミング（
ＣＯＭ）の如き高速のマイクロフィルム画像の作成に、
レーザ光源を利用しようとする試みが最近活発になって
きている。

これは、レーザ光を集光して用いればＣＲＴ・発光ダイ
オード等に比べてはるかにパワーが強く、感度の低い記
録媒体を使用できるという利点に基づくものである。

レーザ光偏向器としては、音響光学効果光偏向器・電気
光学効果光偏向器・回転多面体光偏向器（例えば、回転
多面鏡、回転プリズム）・振動鏡型光偏向器（例えば、
ガルバノメータの如きもの）等があるが、音響光学効果
光偏向器・電気光学効果光偏向器はランダム・アクセス
ができるという利点を有するものの光損失が大きく解像
力が低いという大きな欠点を持っており、又、振動鏡型
光偏光器はコンパクトで駆動回路も簡単であり取扱いは
便利であるが、高速走査が困難であること、鋸歯状波掃
引が難かしいこと、面サイズが小さいこと等の欠点を有
する。

従って、現在ではレーザ光源と回転多面体光偏向器を用
いた種々のレーザマイクロ記録システムが開発されてき
ているが、これには次の様な大きな問題点がある。

（１）回転多面体の工作精度ならびに駆動モータとの取
付精度。

これには角度分割精度と平行度（回転軸に対する面のた
おれ）精度の二種類ある。

これらを仕様の精度内におさえるには卓越した工作技術
を必要とし著しく高価なものとなる。

そこで、今までこれらの誤差を補正する各種方法が検討
されてきている。

例えば、角度分割誤差（これは走査線の走査方向、のズ
レとなる）に関しては回転多面体からの偏向ビームの一
部をとり、それを同期信号としてビデオ信号を駆動させ
る方法、又、平行度誤差（これは走査線のピッチムラと
なる）に関しては「１９７２年テレビジョン学会全国大
会講演予稿集２５９頁」に種田悌−氏等が報告している
方法、あるいは「特開昭４７−３３６４２光ビーム走査
器」の方法等がある。

（２）レーザ光の結像面（記録面）での集光。

レーザ光はかなり小さなスポット（例えば、数ミクロン
）に集光できるが、これは実際のところかなり難解な問
題である。

回折限界の理論式δ−１，２７ｆλ／Ｄ（ここで、δ：
集光スポット径、ｆ：集光点からの距離、λ：レーザ波
長、Ｄ：ｆの位置に於けるビーム径）かられかるように
、ｆを短かくし、Ｄを太きくしなければ微小スポットを
得ることができない。

従って回転多面体光偏向器によって偏向されたビームを
集光するとなると、複数個の複雑な大口径レンズ系を必
要とし、著しく高価になるばかりでなく、レンズ面での
反射損失も大きくなりパワーがおちる。

（３）走査線の縮小。

ＣＲＴの如き螢光体上の像をレンズ系を用いて縮小する
ことはあまり難かしいことではないが、レーザを用いた
記録システムでは光偏向器の後に縮小光学系を挿入しな
ければならない場合、一点一点異なった角度から入射し
てくるビームを記録面上に集光しか一つ該走査線を縮小
することは並大抵のことではない。

本発明は以上圧つの問題点を円柱状光学系と要素ホログ
ラムからなるホログラム板を用いた簡単な光学系の配置
で解消したものである。

本発明は、（１）レーザ装置と、（２）前記レーザ装置
より発せられたレーザ光を回転多面体光偏向器の面上Ｐ
１へ集光し、実質的に前記回転多面体光偏向器の回転軸
と直角（以下、前記回転軸と直角な方向を横方向、平行
な方向を縦方向と述べる）な線光源を生じせしめる円柱
状光学系２と、（３）回転多面体光偏向器７と、（４）
前記回転多面光偏向器７により偏向されたレーザ光を縦
方向、横方向ともにレンズ系３の光軸に対して平行な偏
向方向に変換し、かつビーム形状は縦方向には平行とな
り、横方向にはホログラム板４上に集光され実質的に前
記ホログラム板４では縦方向の線光源を生じせしめる前
記レンズ系３と、（５）偏向されたレーザ光の縦方向の
みを結像面６上に集光し、かつ結像円柱状光学系５のア
パーチャ内におさまるように偏向角を変換させる要素ホ
ログラムからなるホログラム板４と、（６）前記ホログ
ラム板４より偏向させてきたレーザ光の横方向のみを前
記結像面６上に集光させる結像円柱状光学系５、とから
戚るレーザ光偏向装置である。

次に本発明を実施例に従がって、図を用いて説明する。

第１図は、本発明による装置の実施例の光学系の側面図
であり、第２図は、該実施例の光学系の平面図である。

第１図は、縦方向のビーム形状を示している。

以下、縦方向について説明する。

レーザ装置１より発せられた平行光ビームは、焦点距離
ｆ２を有する円柱状光学系２により縦方向だけ前記円柱
状光学系２からｆ２離れた位置に設置された回転多面体
光偏向器７の面上の点（偏向点）Ｐ１上に集光される。

前記回転多面体光偏向器７は各回転面の間での回転軸に
対する平行度誤差によりＣ面、Ｃ面の如くなり、Ｃ面、
Ｃ面による偏向光ビームはそれぞれｄｌ、ｄｍの光路を
通る。

焦点距離ｆ３を有するレンズ系３を前記偏向点Ｐ１から
ｆ３離れた位置に配置することによって、前記レンズ系
３を通過したレーザ光はｄ、′、ｄｍｌ′の如く前記レ
ンズ系３の光軸に平行な光となる。

さらに、前記レンズ系３からｆ３離れた位置にホログラ
ム板４を配置して前記平行光を入射させる。

このホログラム板４は、縦方向に線状の要素ホログラム
Ｈ１，Ｈｎの集まりとして記録されており次の二つの働
きをもつ。

（４）各要素ホログラムの縦方向の長さ０１Ｇ１１内に
平行に入射したビームを結像面（記録面）６上のＰ２に
集光させる。

（Ｂ） 結像円筒状光学系５のアパーチャ内におさま
るように偏向角を変換させる。

回転多面体光偏向器７の平行度誤差により生じりｄＩ′
・ｄｍ′の如き異なった光路を通りホログラム板４の０
１Ｇ／１内に入射したビームは、前記ホログラム板４に
より上述（４）の働きにより、回折され、ｄｒ／、 ｄ
％／の光路を通り結像面６上の一点Ｐ２に集光されるの
で平行度誤差が除去される。

このとき円柱状光学系５を通過するが、縦方向に関して
はビーム形状は変化しない方向に設置する。

第２図は、上記実施例で横方向のビーム形状を示してい
る。

以下横方向について説明する。

レーザ装置１より発せられた平行光ビームは円柱状光学
系２によっては横方向のビーム形状は変化しないように
設置しであるので、回転多面光偏向器７により偏向され
た走査光ビームはｅｌｌｅｎの如く平行のままレンズ系
３に入射する。

前述の如く前記レンズ系３とホログラム板４との距離は
丁度前記レンズ系３の焦点距離ｆ３に等しいから、前記
レンズ系３により偏向されたビームはｅ １／ 、 ｅ
／の如く前記レンズ系３の光軸に平行な偏向方向に変
換され、かつホログラム板４に集光される。

ホログラム板４は要素ホログラムＨ１・・・・・・、Ｈ
ｎからなっている。

Ｈ，＋・・・・・・Ｈｎを通過したレーザ光ビームは、
ビーム形状が横方向に拡がるが、結像円柱状光学系５に
より結像面６上のＨ１′点、・・・・・・、Ｈ’、、点
に結像される。

前述のホログラム板４の働き（Ｂ）により、前記結像円
柱状光学系５はあまり大きな口径を必要としない。

次に結像面上でのビームの走査線の長さを説明する。

結像円柱状光学系５の設置位置をホログラム板４からａ
の距離、結像面６までｂの距離とすると、前記結像面６
での走査線長さＨ＜’ｎ’ｎは、前記ホログラム板４で
の走査線長さをＩ（、Ｈｌとすると、Ｈ’、 Ｈ’ｎ−
ＨＩ ＨｎＸ ｂ ／ ａとなる。

適当なるａ。ｂ、、ｆ、（結像円柱状光学系５の焦点距
離）を与えてやることにより容易に走査線を縮小させる
ことができる。

また、結像面上のビームの大きさは次のようになる。

縦方向の結像ビーム径δ１はホログラム板４上での縦方
向のビーム径をり、とすると理論値ではδ１＝ １．２
７ （ａ＋ｂ ）λ／Ｄ、となる。

これは短焦点の円柱状光学系２を用いて回転多面光偏向
器７による偏光後のビームｄ、、ｄｍの開き角を大きく
すること、すなわちＤｌを大きくすることによりかなり
小さなビーム径を得ることができる。

又、横方向の結像ビーム径δ２は前記ホログラム板４上
での横方向のビー径をＤ２とするとδ２＝（ａ／ｂ）Ｄ
２となり、これもかなり小さなものとなる。

例えば、レーザ装置１からビーム径２ｍｍの平行光ビー
ムを出し、円柱状光学系２としてｆ２＝２０間のシリン
ドリカルレンズ、回転多面体光偏向器として１６面回転
反射鏡、レンズ系３としてｆ３−５０１ｎ鳳 口径３６
ｍｍ（Ｆナンバー１４）の一般カメラレンズ、結像円柱
状光学系５としてｆ、−２０ｍｍのシリンドリカルレン
ズを用いた場合、前記１６面回転反射鏡の有効走査角を
３６°とすると、前記レンズ系３上での走査線長さは約
３２．５朋、縦方向ビーム径は５間、横ビーム径は２ｍ
ｍであり、前記ホログラム板４での走査線長さは約３２
．５７７２７１１．縦方向ビーム径は５ｍ＞横方向のビ
ーム径は約２０μとなる。

従って前記ホログラム板４には約１６００個の要素ホロ
グラムを記録することができる。

又、結像面６に於けるビーム径は、縮率ｂ／ａ＝１／２
（ｆ５＝２０ｍｍよりａ＝６０ｍｍ。

ｂ＝３０ｍｍ）とすると、縦方向は前記ホログラム板４
で５間であるから約１０μ、横方向は前記ホログラム板
４で２０μであるから約１０μとなり、走査線長さは約
１６間となる。

すなわち、結像面６上では約１６ｍｍの走査線長さの中
に１０μ径の点を約１６００個並べることができる。

次に前記要素ホログラムよりなるホログラム板４の記録
方法を述べる。

第３図は、前記ホログラム板４を記録する光学系の側面
図であり、各位置での縦方向のビーム形状を示しており
、第４図は同じくその平面図であり、各位置での横方向
のビム形状を示している。

第３図、第４図は、それぞれ第１図、第２図をホログラ
ム板４に関して左部を右部に対称に配置した光学系とな
っている。

但し、ホログラム板４上に於ける縦方向のビーム形状は
、回転多面体光偏向器７の平行度誤差によりホログラム
板４上にレーザ光があたる領域０１Ｇｔ’（第１図）を
すべておおう領域Ｇ２ Ｇ２’ （第３図）にしなけれ
ばならないため、第１図、第２図に於けるレーザ・ビー
ム径より大きいビーム径の平行光を円柱状光学系２に入
射しなければならない。

しかしながらあまりビーム径が大きいと要素ホログラム
の巾が大きくなり、互いに重なるので好ましくない。

さらに回転多面体光偏向器の代わりに、デジタル的に偏
向可能な反射鏡あるいはプリズムを用いることが必要で
ある。

前記光学系（第３図及び第４図）において、物体光とし
て、結像時６上の一点■１′（第４図）の位置に所望の
結像時のビーム径に相当する口径をもつピンホールを置
き、前記ピンホールを通してし−ザ光を■１の方向に入
射させ、結像円柱状光学系５によりホログラム板４上の
■１の位置に縦方向へコＺ（第３図）以上の大きさの線
状ビームとして結像させる。

一方、参照光として、前記物体光と同一のレーザ装置よ
り発せられたレーザ光を前記物体光との可干渉性が失な
われない光路長を保って、円柱状光学系２により前記デ
ジタル光偏向器の面上に集光し、さらに前記デジタル光
偏向器により偏向させた後レンズ系３により前記ホログ
ラム板４の前記■１の位置に縦方向０２Ｇ′２以上の大
きさの線状ビームとして結像させる。

なお、前記デジタル光偏向器の面の角度は前記参照光が
前記ホログラム板４上の前記■１の位置にくるような方
位α１に設定しなければならない。

このようにして■１′点からの前記物体光と前記α１の
面方位を有する前記デジタル光偏向器により偏向された
前記参照光を干渉させて一つの要素ホログラムを記録す
る。

次に、物体光の位置、すなわちピンホールの位置を△ｉ
（走査線長さＢｌ／、を所望の点数ｎで割った値）だけ
第４図に於いて上方に移動せしめ、それに対応して前記
デジタル光偏向器の面方位を△αだけ移動せしめて参照
光を前記物体光に重ね次の摸索ホログラムを記録する。

以下同様にして、物体光の位置を■。

まで順次移動せしめそれに対応して前記デジタル光偏向
器の面方位をα。

まで順次回転せしめてｎ個の要素ホログラムを重ならな
いように記録すれば、第１図、第２図に於ける再生光学
系を用いてＨ／Ｈｌ 上にｎ個の等間隔の点列を再生
することができる。

結像面での走査点はあらかじめホログラム板作成時に一
定間隔で配置したピンホールの位置であるので、レーザ
光は等間隔に順次発生することとなり記録される画像が
ひずむ心配は全くない。

本発明は、本実施例に限定されることなく特許請求の範
囲内に於いて種々の変型が可能である。

例えば、回転多面体光偏向器としては透過型の回転プリ
ズム多面体でもよく回転多面反射鏡でもよい。

又、本実施例では一次元走査であるが、ホログラム板４
と結像面（記録面）６の間に振動型光偏向器あるいは回
転多面体光偏向器の如き光偏向器を挿入して結像面（記
録面）で二次元走査を行なっても構わない。

本発明によれば、レーザ光の如き可干渉性の光を用いて
、強パワーで、スポット径小さく、走査線長さを短く走
査することができる。

本発明によれば、マイクロフィルムの如き記録材料の微
小面積に高速、高解像度で光走査して記録させることが
できる。

本発明によれば、工作精度および取付精度の悪い回転多
面体光偏向器を使用しても乱れなくレーザ光を光走査で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の実施例の光学系の側面図
であり、第２図は、該実施例の光学系の平面図であり、
第３図はホログラム板の配路方法の光学系の側面図であ
り、第４図は該光学系の平面図である。 ２．５・・・・・・円筒状光学系、４・・・・・・要素
ホログラムよりなるホログラム板、１・・・・・・レー
ザ光源、７・・・・・・回転多面体光偏向器、６・・・
・・・結像面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ装置と、該レーザ装置より発生したレーザ光
   線束を一方向（縦方向とする）にのみ集光する円柱状光
   学系と、該円柱状光学系によりその偏光面上に縦方向に
   集光された光線束を横方向（該縦方向に対して直角な方
   向）に偏向する回転多面体光偏向器と、該回転多面体光
   偏向器によって横方向に偏向された入射光線束を常に互
   いに平行光線束にするレンズ系と、該レンズ系によって
   横方向にのみ光線束が集光される面に配置されて入射す
   る光線束を縦方向に偏向し集光する要素ホログラム群か
   らなるホログラム板と、該ホログラム板により横方向に
   偏向された光線束を縦方向の集光位置に横方向のみを集
   光する円柱状光学系とからなることを特徴とするレーザ
   光偏向光学装置。