JPS59105611A - 光ビ−ム走査装置 - 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】 本発明は光ビーム走査装置に関し、特にホログラムを代
表とする回折格子を利用した光ビーム走査装置に関する
。

光ビーム走部装置の中で用いられる光偏向器としては、
回転多面鏡やガルバノメータなどの機械的光偏向器、超
音波と光の相互作用を利用する音響光学的光測回器、移
動するホログラムを利用するホログラム光偏向器、など
が従米より５知られている。これらの中で、ホロクラム
光偏、向器はその構成主体であるホログラムが写真的な
プロセスや熱圧漸のプロセスなどによって容易に大量複
製しうろこと、ホログラム光偏向器自体に傾角誤差があ
ったりウオブリングが生じてもその影響が偏向されるビ
ームには現われに（いとと、ホログラム自体にレンズ作
用をもたせることもできるので集束レンズを不要とする
ことも可能であること、光偏向の方向をホログラムの運
動方間とは独立に自由に選べること、などの特長をもっ
ており、装置の簡易化、低価格化への期待を集めている
。

ホログラム光偏向器の原理は、ホログラム板と再生用照
明ビームとの相対位置関係、を変化させろことにより、
再生される１次回折ビームの方向を変化させるものであ
る。この原理を具体化するホログラム光偏向器の形態と
して、回転する球面（凸状または凹状）の回転方向に反
射型のホログラムを配列したもの、回転する円筒または
角筒の側面にホログラムを配列したもの、回転する円板
の円周方向にホログラムを配列したもの、などが知られ
ている。

これらのうち球面上に反射型のホログラムを配列したも
のと、円筒または角筒の側面にホログラムを配列したも
のは、ホログラムの無収差再生系を利用しているので１
走査当り１０．０００点を超える解像点数を得ることも
可能であり、高解像度のレーザ走査装置の構成に両力で
ある。しかしながら球面や円筒の形態のホログラム光偏
向器を実現するためには写真乳剤、ホトレジスト、ホト
ポリマー・などの感光材料を球面や円筒面上に塗布する
ことが必要であり、技術的困難を伴なう。また角筒の形
態のホログラム光偏向器は、１ｌｉｊｌ々のホログラム
は平板状に形成されるものの組み立てるのに高い精度か
要求され、また風損が大きいために商運化に限界がある
。

一方、円板の円周方向にホログラムを配列したものは、
構成か非常に簡単なので上述したような欠点も、なく、
実用化に最も適した形態と考えられている。しかしこれ
までのところ、ホログラム光偏向器を・構成する複数の
ホログラムから狸々の方向の走査線を得られるようにし
てバーコードリーダーの中に組み込んだ場合以外には天
川化の例はない。その最も大きな理由は、１つの平面上
に走査線を得ようとすると走黄線が弓形状となり文村情
報や［＋！！Ｉ像隋報の記録や読み取りの装置としては
具合が悪いためである。

円板形状のホログラム光偏向器におけるこの間粗ヲ解決
しようという試みは米国特許４．２８９，３７１号明細
書、米国特許３，７２１，４８６号明細書、及び特開昭
５７−８５０１８号明細書に記載されている。

米国特許４，２８９，３７１号明細書に記載された方法
は、用いる光ビームの波長λと回折格子（ホログラム）
の周期ｄ（一定）との比λ／ｄの値を１ないし１．６１
８とする方法である。

しかしこの方法では、例えば用いる光ビームの波長λを
０．４８８μｍとすると、回折格子の周期ｄを０，３０
μｍないし０．４９μｍとする必要がある。このように
微細な周期をもつ回折格子（ホログラム）を高品質に製
作することは容易ではない。その第１の問題は、ホログ
ラフィ露光装置の振動やその絢囲の空気のす１乱を厳し
く除去しなければならないことであり、上記した周期の
ホログラフィックな格子パターンを記録材料上に忠実に
露光することの難しさは当該技術分野に関係する者にと
っては周知のことである。また第２の問題は、上記した
周期の回折格子を記録するための実用性のある記録材料
を得ることが難しい、ということである。

米国特許３　、７２１　、４８６号明細−腎に記載され
た方法は、互に等しい速さで逆方向に回転する２つの回
折格子によって光ビームを２度回折させる方法である。

しかし２つの回折格子を互に等しい速さで逆方向に回転
させるためには複雑な回転伝達機構が必要になり、技術
的に難しい問題が残る。

特開昭５７−８５０１８号明細書に記載された方法は、
互に同期して回転する２種類の回折格子（ホログラム）
によって光ビームを２度回折させる方法である。しかし
この方法は、互に所定の関係で結ばれた２種類の回折格
子が必要であり、複雑である。

ところで円板形状のホログラム光偏向器では、円板の回
転角度と光ビームの偏向角度とは一般には比例関係にな
い。従って偏向された光ビームを集束レンズで集束して
走査面上を光点走査する場合、光点は一般には等速度で
移動しない。走査面上で光点の移動速度をほぼ一定にす
る方法はＪ、　ＣｏＷｙａｎｔ氏がＡｐｐｌｉｅｄ　０
ｐｔｉｃｓ誌、第１４巻、第５号の第１０５７頁ないし
第１０５８頁に述べている。この方法は集束レンズとし
てディストーションのないレンズを用い近似的に走置面
での光点移動速度を一定にする方法であって、厳密では
ない。

本発明の第１の目的は、ホログラムを代表とする回折格
子から成る回転板状の光偏向器を用いた光ビーム走査装
置を構成するに当り平面上において弓形状でない直線状
の走査線を得ることにある。

本発明の第２の目的は、上記した第１の目的を達成する
のに、比較的大きな格子周期をもった回折格子を用いる
ことを可能にし、もって回折格子の作成を容易にするこ
とにある。

本発明の第３の目的は、上記した第１の目的を達成する
のに、複雑な回転伝達機構を不要にすることにある。

本発明の第４の目的は、上記した第１の目的を達成する
のに、２種類の回折格子を必要とせず、１棟類の回折格
子のみで済ませることである。

本発明の第５の目的は、上記した第２の目的を達成する
ことにより、必ずしもホログラフィの技法を必要とせず
、ルーリングの技術にても作成しうる回折格子を用いる
ことを可能にすることにある。

本発明の第６の目的は走置面における光点の走査速度を
ｆ％　８度で一定にすることにある。

本発明の第７の目的は、上記した第１および第６の目的
を達成することによって装置の性能を高めると共に、上
記した第２．＠Ｈ。

第４．第５の目的を達成することによって装置の信頼性
を高め、低価格化を実現することにある。

本発明は少なくとも１個の平面回折格子が設けられた回
転板に、この回転板の回転軸を言む面を入射面としこの
回転軸に平行な光ビーム（この光ビームの波長は前記平
面回折格子の格子周期のほぼ２分の１である）を入射さ
せ、前記平面回ゼ「格子によって回折された光ビームを
前記入射面と垂直な平面反射面によって反射させて前記
入射面への投影が前記回折された光ビームと１８０°の
角度をなすように貴び前記平面回折格子に導き、再度前
記平面回折格子によって回折された光ビームをｆθレン
ズによって走査面」二に集束し、集束された光点が前記
回転板の回転に伴なって走査面を走査するようにしたこ
とを特徴とする光ビーム走査装置である。

以下本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に用いられる回転板の一例を示す。回転
板１の上には、その回転軸２の周囲に複数個の平面回折
格子３−１．３−２゜・・・・・・・・・・・・、３−
６が設けられている。回折格子の数は必ずしも本例のよ
うに６個に限られることはな（，１個以上の任意の数で
あってよい。また回折格子の格子線の方向は回転板］の
回転方向に接する方向が好ましい。

回折格子は種々の方法で作成しうるが、ホログラフィの
技法で直接作成する場合を第２図で説明する。表面に記
録媒体を設けた回転板１に対し、互にコヒーレントな波
長λの平面波４および５を入射させる。平面波４および
５が干渉して形成する干渉縞を一定のマスクを通して所
定の回数だけ露光する。この回数は回転板上に設けるべ
き回折格子の数に等しく、例えば第１′図のように６個
の回折格子を設ける場合には６回の露光を行なう。各露
光の間に回転板を所定角度（６個の回折格子を設ける場
合には６０°）だけ回転する。このように゛露光して後
、現像など記録媒体に適しだ処理を施せば所要の回折格
子が設けられた回転板が得られる。露光時における２つ
の平面波４および５０入射角度を、法線６に対して互に
対称の等しい角度αとすると、格子（干渉縞）の周期ｄ
は、 ｄ−λ／（２ｓｉｎα）　　−・−−−−−−−（］、
）となる。−例として平面波の波長をλ−〇４８８１ｔ
ｍ、入射角度をα＝１４．５°とすると、格子周期はｄ
＝Ｑ、９７６μＩｌｌとなる。また格子（干渉縞）の方
向は２つの平面波４および５の主光緋が作る面（第２図
では紙面）に垂直である。

第３図は本発明の光ビーム走査装置一実施例を示す側面
図である。回転板１の回転軸２を含む面を入射面とし、
且つ回転軸２に平行な波長λ１のコリメートされた光ビ
ーム７を入射させる。すなわち本発明では回転軸２と入
射光ビーム７とを含む面として入射面を定義する。第３
図では一般性を失うことなく入射面を紙面内にとった。

入射光ビーム７を回転板１０回転軸２に平行にとってい
る、すなわち入射光ビーム７は回折格子３０面に垂直に
なっているので、格子の方向が入射面（第３図では紙面
）に垂直な状態のときに回折されて生ずる光ビーム８ａ
の回折角α１は、ｄ−λ’／ｓｉｎα１　・・・・・・
・・・　（２）で決まる角度となり、この光ビーム８ａ
も入射面内にある。ここでｄは回折格子３の格子周期で
ある。しかし回転板１０回転に伴なって格子の方向が入
射面に垂直な方向から変化した状態のときに回折されて
生ずる光ビーム８ｂは入射面内にはなくなり、入射面に
垂直な方向の成分をもつ。このことは光ビーム８ｂか入
射面に垂直、な方向に偏向されることを意味する。とこ
ろが光ビーム８１）は、入射面に垂直な方向に偏向され
るのと同時に入射面への投影角度βも格子の方向と共に
変化してα１とは等しくなくなる。このため光ビーム８
ａおよθ８ｂを直接集束レンズによって集束し、走査面
上に光点を形成させて回転板１０回転によって走査線を
描かせると、走査線は直線から偏λ什して弓形状化を生
ずる。このため、本発明では走査面における走査線の弓
形状化を除去するために、回折格子によって１度回折さ
れて生じた光ビームを再びその回折格子に導き、再度回
折させる。その方法の具体例は第３図に示したように、
光ビーム８ａおよび８ｂを、入射面に垂直な２個の平面
反射面９および１０を互にそれらの反射面が直角をなす
ように配置して反射させ、再度回折格子３に導く。こう
することにより、光ビーム８ａが再び回折格子３に導か
れた時も入射面（第３図の紙面）内にあり、その再入射
角はα１であるので、再度回折格子３によって回折され
て生じる光ビーム１１　ａは入射面内にあってしかも回
折格子３の面に垂直である。−力先ビーム８ｂが再び回
折格子３に導かれた時の入射面への投影角度はβであり
、再度回折格子３によって回折されて生じる光ビームｌ
ｌｂの入射面への投影が回折格子３０面となす角度γは
、興味深いことに正確に９０°となる。

このことは、光ビーム１１ａおよび１１ｂを集束レンズ
１３によって走査面１４に集束させた時、Ｙ方向に関し
て正に同一の位置１５に光点が形成され、従って走査線
の弓形状化が先金に除去されることを示す。

ところで回転板１０回転に伴ない格子の方向か入射面に
垂直な方向から角度ｙだけ変化したとき、回折格子３に
よって２回の回折を経た光ビームｌｌｂが入射面となす
角θは、第３図に示した実施例の場合には、 で与えられることが解析により判明した。本発明の極め
て特徴的な側面は（３）式より導かれる。すなわち ｃｌ＝２λ１　　　　　　　　・・・・・・（４）の場
合、すなわち回折格子３の格子周期ｄを光ビームの波長
λＩの２倍に等しくすることによって、 θ−グ　　　　　　　　　　　　・・・・・・（５）と
なり、偏向された光ビーム１１ｂの偏向角度を回折格子
３０回転角度、つまり回転板１０回転角度と比例させる
ことができるのである。従って回転板１を等角速度で回
転させ、集束レンズ１３としてこの分野で今や手軽に人
手できるようになってきたいわゆるｆθレンズを用いる
ことにより、走査面１４上に集束された光点はＸ方向に
等速度で移動すると共に、前述したように走査線の弓形
状化は全く生じない。光ビームの波長がλ’＝０．４８
８μ「の場合には、１ｍｍ折子子格子周期はｄ　＝　０
．９７１μＩｎとなり、これを格子パターンの空間周波
数に直すと１７ａ　＝　１０２４　ｌｐ／ｍｍとなる。

コのような回折格子はホログラフィの技法を用いればも
ちろんのこと、さらにホログラフィの技法以外でもルー
リングの技法によって容易に作成することができる。

なお、本発明では（２）式と（４）式からαに３００　
　・・・・・・・・・（６ｉとなっている。

以上述べた第３図の実施例では、反射面が互に垂直な２
個の反射面９および１０によって光ビームを回折格子に
再度導いたが、反射面の数は２個に限られることはない
。要は１度目の回折によって生じた光ビーム８ａおよび
８ｂが、再度回折格子に導かれた時には、それらの入射
面への投影において、各々１８０゜の角度をなすように
反射面を構成すればよい。

・　　また反射面とし竿は光学ガラ−の基板の表面５　
　あるいは裏面に１反射膜を設けたものやプリズム＼の
全反射を利用したものなど種々の具体例がある。

さらに回折格子を作成する方法は、ホログラフィの技法
を直接適用する方法ばカミっでなく、７枚の原ホログラ
ムを用いて写真的に複製したりレプリカを作成する方法
や、全くボログラフィの技法とは別にルーリングの技法
によって作成したり、それを原板としてレプリカを作成
する方法が採用できる。

さらにまた回折格子が設けられる回転板は必ずしも円形
でなくてもよく、多角形であってもよい。

このようにして本発明によれば回折格子を利用した回転
板形状の光偏向器を用いた光ビーム走査装置において、
走査線の弓形状化を完全に除去することができる。

また走査線の弓形状化を補正するに際して比較的大きな
格子周期（実施例では格子周期ｄ＝０．９７６μｍの場
合を述べた）の回折格子を用いることができ、回折格子
の作成が非常に容易になって種々の技法で対応できる。

さらに本発明では１枚の回転板を回転させればよいので
、複雑な回転伝達機構を必要としない。

さらにまた本発明では１煉の回折格子のみで走査線の弓
形状化を補正でき、簡単である。

さらにまた本発明によれば走査面における光点の走査速
度を高精度で一定にすることができる。

以上述べたように本発明によれば高性能で高い信頼性の
光ビーム走査装置を、簡易に低価格で実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる回転板の一例を示す平面図
、 第２図は本発明に用いられる平面回折格子を作成する一
方法を示す側面図、 第３図は本発明の光ビーム走査装置の実施例を示す側面
図である。 １・・・回　　転　　板　　　２・・・回　　転　　軸
３・・・平面回折格子　９，１０・・・平面反射面１３
・・・ｆθレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも１個の平面回折格子か設けられた回転板、こ
   の回転板の回転軸を含む面を入射面としこの回転軸に平
   行に、前記平面回折格子の格子周期のほぼ２分の１の波
   長をもつブＣビームを入射させる光ビーム源、前記平面
   回折格子によって回折された光ビームを前記入射面と垂
   直な平面反射面によって反射させて前記入射面への投影
   が前記回折された光ビームと１８．０°の角度をなすよ
   うに再び前記平面回折格子に導く光学系、および再度前
   記平面回折格子によって回折された光ビームを走査面」
   −に集束するｆθレンズからなり、集束されたブＣ点か
   前記回転板の回転に伴なって前記走査面を走査するよう
   にしたことを特徴とする光ビーム走査装置。