JPS59164525A - 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】 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。

光ビーム走査装置の中で用いられる光偏向器としては、
回転多面鏡やガルノ（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偏向器、
移動するホログラムを利用するホログラム光偏向器、な
どが従来より知られている。これらの中で、ホログラム
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
ロセスや熱圧着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
ムには現われにくいこと、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
方向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ることにより、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有力で
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
ポリマーナト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、個々のホログラムが平板状に
形成されるものの組み立てるのに高い精度が要求され、
また風損が大きいために高速化に限界がある。

一方、円板の円周方向にホログラムを配列したものは、
構成が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、この円板の円周方向にホログラムを配列し
たものは、ホログラム光偏向器を構成する複数のホログ
ラムから種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実用化の
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
とすると走査線が弓形状となり、文書情報や画像情報の
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欠点を解決
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５　７　−　８５０１８号・〆政板に記載され
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１６１８
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０４８８μｍとすると、回折格子の
周期ｄを０３０μｍ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周囲の空
気の擾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号明細書に記載された方法
は、互に等しい速さで逆方向に回転する２つの回折格子
によって元ビームを２度回折すせる方法である。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号ノ段ａｔ　ＶＣ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。

本発明の第１の目的は、ホログラムを代表とする回折格
子からな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種類の回折格
子のみで済ませることにある。

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、必ずしもボ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、上記した第２０目的を達成する
ことにより、装置の信頼性を高めると共に低価格化を実
現することにある。

本発明の光ビーム走査装置は、少なくとも１個の平面回
折格子が設けられた回転板、この回転板の回転軸を含む
面を入射面として前記平面回折格子に入射し、前記平面
回折格子により回折された光ビームを前記平面回折格子
上に導く互いに焦点距離が等しく前記焦点距離の２倍の
間隔をもって配置された第１及び第２のり、レーシング
と少なくとも２枚の平面反射鏡、および、前記平面回折
格子により再度回折された前記光ビームを走査面上に集
束させる集束レンズからなり、前記回折される位置と前
記第１のリレーレンズとの間隔および前記第２のリレー
レンズと前記再度回折される位置との間隔をこれらのリ
レーレンズの焦点距離に等しくなるように設定し、前記
集束レンズにより集束された光点が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１−たことを特徴
とするものである。

本発明による光ビーム走査装置によれば回転板上の平面
回折格子によって回折された光ビームを第１のリレーレ
ンズにより集束しこの後払がる光ビームを平面反射鏡と
第２のリレーレンズにより再度この回転板の前記平面回
折格子と同一あるいは異なった平面回折格子に導いて、
再度回折されたこの光ビームの入射面（回転板の回転軸
を含む回折される前の光ビームの入射面）への投影が常
にほぼ一定方向を維持するようにしているから、この再
度回折された光ビームを集束レンズにより走査面上に集
束させたスポットを回転板の回転に伴なって走査させた
時に描かり、る走査線は大幅に弓形状化が除去されほぼ
直線状の走査線が得られる。また、本発明の光ビーム走
査装置は構造が簡単であるから製作が容易でその製作費
も安価である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は本発明に用いられる回転板の−例である。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
ことはなく、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１０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を入射させろ。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個の回折格子な設ける場合
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た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、７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／　（２ｓｉｎ　ａ　）　　　−・・（１）とな
る。−例として平面波の波長をλ−０４８８μｍ。

入射角度なα−１０°とすると、格子周期はｄ　＝　１
．４μｍ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の主光線が作る面（第２図では紙面）に
垂直である。

第３図は本発明の第１の実施例を説明するための光学系
を示す側面図である。回転板１０回転軸２を含む面を入
射面として波長λｌ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７０回転
板１への入射角をα′、回折格子３の格子周期をｄとし
、入射角度α′を ｄ−λ’／　（２ｓｉｎ　ａ’　）　　　　・・・・＝
（１）で決まる角度に設定すると、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の回折角もα′となり、この光ビーム
８ａも入射面内にある。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が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８ｂ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ｌも
格子の方向と共に変化してα′とは等しくなくなる。こ
のために走査面において走査線が直線から偏倚し、弓形
状化を生ずる。

本発明では、走査面における走査線の弓形状化を軽減、
もしくは除去するために、回折格子によって１度回折さ
れて生じた光ビームな再びその回折格子に導き、再度回
折させる。

第３図で示した第１の実施例では光ビーム８ａおよび８
ｂを、入射面内に光軸を有する第１リレーレンズ１６と
第２リレーレンズ１７および入射面に垂直な２枚の平面
反射鏡９，１０により再度回折格子３に導く。なお、第
１リレーレンズと第２リレーレンズの焦点距離は同一で
ある。

回折された光ビーム８ａは、回折位置から焦点距離ｆに
等しい位置に設置された第１リレーレンズ１６により集
束され、平面反射鏡９で反射されて、第１リレーレンズ
１６から光路に泊って焦点距離ｆの位置にビームスポッ
ト１８ａを形成する。この後、この光ビーム８ａは再び
拡がり、平面反射鏡１０によって反射され、ビームスボ
ッ）１８ａから光路に沿って焦点距離ｆ［等しい位置に
設置された第２リレーレンズ１７により平行光に変換さ
れ第２リレーレンズ１７から焦点距離ｆの位置にある平
面回折格子３に導かれる。

一方、光ビーム８ｂ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α′とは等しくなく
、第１リレーレンズ１６への入射位置は光ビーム８ａの
入射位置とは異なる。すなわち、光ビーム８ｂは、入射
面と垂直な方向のみならず入射面内にも偏向量を有する
。光ビーム８ｂは第１リレーレンズ１６により光ビーム
８ａと平行にされ、平面反射面９により光ビーム８ａと
平行に反射されて第１リレーレンズ１６から光路に治っ
て焦点距離ｆの位置にビームスポット１８ｂを形成する
。ビームスポット１８ｂを形成した後、光ビーム８ｂは
再び拡がり光ビーム８ａと平行な状態を保持したまま平
面反射鏡１０により反射きれ、ビームスポット１８ｂか
ら光路に沿って焦点距離ｆの位置に設定された第２リレ
ーレンズ１７に入射する。この入射位置は光ビーム８ａ
の入射位置とは異なる。

すなわち、光ビーム８ｂの第２リレーレンズ１７への入
射位置は光ビーム８ａの入射位置に対して、入射面内の
みならず入射面と垂直な方向にも偏向量を有する。この
時光ビーム８ｂの第２リレーレンズ１７への入射位置は
入射面に対して第１リレーレンズ１６への入射位置と同
じ側にあり、かつ入射面から等距離にある。この後、光
ビーム８ｂは、第２リレーレンズ１７により平行光に変
換されて平面回折格子３に導かれる。ここで重要なこと
は、光ビーム８ｂが光ビーム８ａと平面回折格子３の同
一位置に導かれることである。

光ビーム８ａは、この後、再度平面回折格子３により回
折されて入射面内を進む光ビームＩｌａとなり、集束レ
ンズ１３により集束されて入射面内の走査面上にビーム
スポット１５を形成する。これに対して光ビーム８ｂは
平面回折格子３により回折されて光ビーム１１ｂとなる
。光ビームｌｌｂの入射面への投影は光ビームｌｌａの
入射面への投影とほぼ重なるが、光ビームｌｌｂは入射
面と垂直な方向の成分を有している。これは、光ビーム
８ｂが入射面と垂直な方向の成分を有して平面回折格子
３に入射し、この時の平面回折格子３の格子方向が光ビ
ーム８ｂの入射面と垂直な方向の成分をさらに大きくす
るような方向に回折するように形成されているためであ
る。したがって光ビームＩｌｂは集束レンズ１３に集束
されて走査面１４上で、ビームスポット１５に対してほ
ぼ入射面に対して垂直なＸ軸方向にのみずれたビームス
ポットを形成する。このことは、回転板の回転に伴なっ
て光ビームが走査面上にほぼ直線状の走査線を描（こと
ケ示す。

第３図に示した上記本発明の第１の実施例の効果を第４
図を参照しながら説明する。具体的な数値例として回折
格子の格子周期なｄ−１４μｍ１走査に用いる光ビーム
の波長をλ′−〇、４．８８μｍとする。この場合、（
２）式に上記した値を代入することにより、入射光ビー
ム７０入射角はα′−１０°と設定される。集束レンズ
１３として、それに入射する光ビームの入射角度に比例
した光点を生ずるように作られたいわゆるｆθレンズを
用いるとし、走査面１４上に描かれる走査線の軌跡を求
めると、走査面の所定走査方向をＹ軸、それに垂直な方
向をＹ軸とし、これらの座標を集束レンズ１３（ｆθレ
ンズ）の焦点距離ｆで正規化した場合第４図Ｂのように
なる。本発明によらず、回折格子３で１度回折された光
ビーム８ａおよび８ｂをそのまま集束レンズ１３で集束
して走査線を描かせた場合の軌跡は第４図Ａのようにな
る。これにより本発明によって走査線の弓形状化が大幅
に軽減されることがわかる。

さらに、入射光ビーム７０入射角α′が００となるよう
に設定すれば、走査面上に描かれる走査線の軌跡は第４
図Ｃのように完全に一直一ム７の入射位置と同一位置に
反射光を再入射させるようにすれば回折格子の大きさを
小さくすることができる。

第５図は本発明の第２の実施例を示す側面図である。こ
の実施例では平面回折格子３による２つの回折位置が回
転板１０回転軸２を狭んで向い合うように設定されてい
る。この実施例において光ビームＢ　ａ／および８ｂ′
はそれぞれ、第１の実施例における光ビーム８ａおよび
８ｂと同様の光路を形成し、走査面１４上でビームスポ
ット１５に対して入射面に対して垂直なＸ軸方向にのみ
ずれたビームスポットを形成する。この第２の実施例も
、第１の実施例と同様走査線の弓形状化が大幅に軽減さ
れるという効果を得ることができる。そして、第３図に
示した第１の実施例と同様入射光ビーム７′の入射角α
′が００となるように設定すれば弓形状化は全く生じな
い。

また、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かりでな（，１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（ホ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（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な利用した回転
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大幅に軽減、あるいは完全に除去す
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−１４μｍ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種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。

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図は本発明の第１の実施例を説明する光学系を示す
側面図、 第４図は本発明による走査線の弧状化補正の効果を示す
特性図、 第５図は本発明の第２の実施例を説明する光学系を示す
側面図である。 １・・・・・・・・回転板２・・・・・・・・・・・回
転軸３・・・・・・・・・回折格子　９．１０　山・・
・平面反射棒１３・・・・・・集束レンズ 第１図 第２図 （自発）手続ネｍ正書 昭和５８年６月３０日 特許庁長官　殿 １、事件の表示 特願昭５８−３８８６８号 ２、発明の名称 光ビーム走査装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 柱　所　　　神奈川県南足柄市中沼２１０番地名　称　
　　　富士写真フィルム株式会社４、代理人 東京都港区六本木５丁目２番１号 ６、補正により増加する発明の数　　　な　　　し７、
補正の対象　　　図　　面 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも１個の平面回折格子が設けられた回転板、こ
   の回転板の回転軸を含む面を入射面として前記平面回折
   格子に入射し、前記平面回折格子により回折された光ビ
   ームを前記平面回折格子上に導く互いに焦点距離が等し
   く前記焦点距離の２倍の間隔をもって配置された第１及
   び第２のリレーレンズと少なくとも２枚の平面反射鏡、
   および、前記平面回折格子により再度回折された前記光
   ビームを走査面上に集束させる集束レンズがらなり、前
   記回折される位置と前記第１のリレーレンズとの間隔お
   よび前記第２のリレーレンズと前記再度回折される位置
   との間隔をこれらのリレーレンズの焦点距離に等しくな
   るように設定し、前記集束レンズにより集束された光点
   が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元ビーム走査装置。