JPS59189312A - 低分解能部品から高分解能レ−ザビ−ム偏向器を得る方法 - 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】 本発明はレーザ走査および記録装置、製品コード読取器
、その他類似の装置に用いるレーザビーム偏向装置に関
する。本発明は普通の性能の部品だけを用いた偏向器で
高分解能が得られる新しい型の装置を含む。

従来レーザ走査にＭ用な主として４つの装置、すなわち
回転多面鋭走肴器、振動検流計説偏向器、音響光学偏向
器、およびホロクラフ偏向器があった。他の多くの方法
、たとえば′電気光学・−回器が研究室で研究されたが
、これらは実際には広くは用いられなかった。

さて現在のレーザビーム偏向法にはすべて何らかの欠点
があった。回転多面鏡は高分解能であるが、高価で厄介
な機械装置である。検流計鏡もだいたい同じ分解能を持
つが、動作が遅くて同様に壊れやすい機械装装置である
。音響光学偏向器は動く部分のない固体装置で丈夫であ
るが、その分解能は典型的には約１０００に過ぎず、高
性能走査または配路装置に用いることはできない。ホロ
クラフ偏向器は数年でおそらく十分な分解能を持つよう
になり、多面鏡のように厄介ではないが５それは依然と
して動く機械部品であり、すべての予想される信頼性、
ノイズ、および振動についての問題を持っている。

レーザ走査のおもな目的は、１本の走査線上に約３０．
０　（１０の素子を得ることができ５動く部分のない完
全な固体装置で信頼性が高く周囲の影響を受けない装置
を得ることである。そのような装置は印刷産業における
文章と絵の読み取りおよび書き込み、ＯＡ（オフィスオ
ートメーション）、書類保存、画面処理、および他の用
途に広く用いらｎる。

たいていの場合レーザ走査装置は２次元而、たとえば本
のページや新聞の紙面をカバーするのが目的である。し
かしこれは常に１次元走食の結果得られるものである。

１つの方法は、１本の緋に沿って繰り返し走査し、像面
を走査に垂直な方向に動かして走査線で面をカバーする
ことである。

または走査ビーム自身を静止映像面を横切って動かし、
同様に面をカバーする。他の原理的に異なる技法は、２
つのレーザビーム偏向器を横に（２連に）合わせて１つ
の偏向器をたとえばＸ方向、他方のものをその垂直方向
すなわちＸ方向に偏れさせることである。このようにし
てこれらの２つの偏向器は２次元−同器となる。

したがって本発明のおもな目的は、十分な分解能で１次
元走査をする偏向器を得ることである。

本発明の他の目的は、印刷産業、ＯＡ、画面処理等にお
けるような、走査線に沿って少なくとも２０．００　ｆ
’１〜４−０．０００分解能素子を必要とするすべての
重要な用途をカバーする十分な分解能（解像力〕を持つ
装置を得ることである。

本発明のさらに他の目的は、丈夫で、周囲からのノイズ
と振動とに不感で、長寿命で、定期的な保守点検を必要
とする微妙な調整の必要のない装置を得ることである。

これらの要請は、装置は機械的に動く部分を持ってはな
らず、好ましくは固定装置であるべきであるということ
を意味する。

本発明のなお他の目的は安価で広く用いられる装置を得
ることである。

本発明の他の目的および利点は図面と以下の説明とから
明らかになるであろう。

第１図においてレーザビーム（１）は第１偏向素子（２
）および第２偏向素子（３）ヲ通り、それからホログラ
フ素子（４）に達してそこでさらに偏向および好ましく
は焦合（収束）される。最後にビーム（１１は映像面（
５）上の走査線（６）に沿って動くとき映像上の１点に
焦合する。

第２図はレーザ走査または記録装置の全体を示す。レー
ザ（１０）は光学系（２′）を通してビーム（１）を放
射する。光学系（２′）はたとえばビーム形成部品およ
び変調器で構成されている。部品（３′）は活性光学素
子、たとえば１つまＰはそイを以上の音響光学素子また
は電気光学素子を含む。部品（４）は所定の目的に従っ
てビームを変調するホログラフ素子である。ビーム（１
１は最後に映像面（５）に達して活性素子（３′）に案
内されて走査線（６）に沿って動く。

第３図は基板（２２上にパターン（１１）を持つフレネ
ル帯板のようなホログラフ素子の簡単な例を示す。

レーザビーム（３３）はホロクラムに入射し、ホロクラ
ム中で焦点（４４）に焦合するレーザビームに変換され
る。

第４図は装置全体の比較的簡単な構成を示す。

レーザビーム（１）はビームコード化部品（２“）を通
る。

大きなホログラム（３５）は多数の小さなホロクラム（
４勺で構成されている。レーザビームは小さなホロクラ
ム（４勺を通って焦合ビーム（５５）に変換さｎ、走査
！　（６６）上にスポットをつくる。

第２図においてレーザ（１０）はたとえばヘリウム／ネ
オン、アルゴンイオン、ヘリウム／カドミウム、半導体
、炭酸ガス、ネオジウム、その他のレーザである。この
レーザは平行な単色またはほとんど単色レーザビームを
放射する。レーザビームの進路によって定義される光路
に沿って、レーザ走査器の構成に通じた者には周知の種
々の光学部品がある。これらの光学部品はレーザビーム
の方向、直径、外形、旧よびその他の性質を変える反射
鏡、レンズ、絞り、ビームスプリッタ、減衰器、および
類似の部品である。同様に、レーザ装置になしみの者に
は周知のように、ビームの強度が映像を映像面上に記録
するために変調する必要があるときには変調器を設ける
。

本発明によれば本装置はまたビームコード比部品とボロ
クラフ部品との２つの部品を含む。第２図においてはこ
れらは素子（３’、４）として示される。ビームコード
化部品は光学、電子、および電気光学素子の系である。

レーザビームは電気信号が供給されるビームコード比部
品を通る。多くの生産者（メーカ）から入手できる１つ
の周知で広く用いられる部品は音響光学変調器または偏
向器である。これは成る適当な材料、たとえばガラスま
たは酸比テルルの透明な固体である。音響変換器を透明
材料に取り付ける。交番電気信号で駆動されると変換器
は結晶内に進行する音波を発生し、結晶内の音波によっ
て発生されるような周期的な密度のゆらぎに元が入射す
ると、光は回折する。

したがって電気信号は元のレーザビームの一部または全
部を偏向させる。偏光角は電気信号の周波数を変えるこ
とによって変えることができる。偏向さｎた尤の量（強
度）は電気信号の撮幅を変えることによって制御するこ
とができる。

もつと一般的には、音響光学部品は、結晶中に複素密度
分布が発生してレーザビーム中に複素変ｆヒが起こるよ
うに任意の入力電気信号とともに用いることができる。

この型の音響光学部品は光学信号処理、たとえばこのよ
うな光学処理による信号のフーリエ解析において周知で
ある。このような音響光学部品は多くの生産者から広く
手にはいる。

本コード化部品に用いることができる第２の型の固体活
性装置は適当な電気光学材料でつくられる電気光学装置
である。それは電気光学材料に印加する電圧を変えるこ
とによって光ビームの何らかの性質を変えるのに用いら
れる。たとえば電圧によって材料の屈折率が変えられる
。そうすると５たとえは電気光学結晶がプリズムの形の
ときは光ビームは屈折されてその角度は曲折率、したが
って印加さ、７１だ電圧に依存する。したがって電気光
学素子を用いて電気信号で元ビーｌ−を屈折さぜること
かできる。この部品は広く用いられて開業的生産者から
容易に得ら、ｉｌｌる。同様に電気光学素子はまた光ビ
ートの偏向方向を変えるものにも用いられる。

ビームコード比装置に用いられる他の部品は表面音波、
全内部反射、部分的不均質番こよる光の散乱、他の光ビ
ームによって非線形結晶内に発生した効果、半導体中の
キャリヤの密度変ｒヒによる効果、その他多くの現像に
基づくものである。これらのうちの大ていのものの使用
、特に音響光学および電気光学偏向器は当業者には周知
である。しかし、本発明は典型的にはビームコートゴヒ
部品に特殊な方法で２つのこのような部品と１つのホロ
クラム面品とを用いることに関する。したがって、第１
図に示すように、ビームコ−トゴし装置は２つの活性光
学素子（２，３）　ｆ用いる。これらは以下に述べるよ
うに特別の方法で方位させる。

ビームコード比装置と映像面との間に第１および′第２
図に素子（４）で示すようなホログラフ素子がある。ホ
ログラムの構成は当業者には周知である。

それは入射する光波に所定の効果を持つように形成され
た不変の構成物である。たいていの通常のホログラムは
十分な分解能の感光乳剤上につくられる。典型的には乳
剤の分解能（解像度）は２０００本／　ｍｍ以上でなげ
れはならない。ホロクラムをつくるためには少なくとも
２つの経路を通って写真フィルムまたは乾板にレーザか
ら元を入射させる。

１つの経路はレーザから光が直接来るもので、全乾板を
カバーするだけの拡がりを持つ。他方の経路はたとえば
ホロクラムに記１意すべき物体からの反射である。ここ
で基本的な原理は、別々の光ビームで発生された干渉図
形（干渉パターン）が乾板上に永久に記録さイすること
である。こＶｌ、は単に乾板を十分長時間干渉図形に露
出し、それから現像、定着することによってなさイ１．
る。しγこがってホロクラムは干渉図形の感光材料への
単なる永久記録である。

所望の干渉図形は乳剤に入射する光の場を適当に選択す
ることによってつくられる。第２の方法は干渉図形をデ
ジタルコノピユータで計算することである。ひとたび図
形が知れると５それをたとえばレーザ記録器を用いて感
光乳剤に露出するかまたはコンピュータ出力ブロックで
図形を大きな紙面上に画いてこの紙面を高分解能（高解
像力）フィルムで撮影することによってホログラムをつ
くる。後者はどのような図形でもつくることができるコ
ンピュータ生成ホロクラムと呼ばれる。したがってホロ
クラムの性質には広い柔軟性がある。

幾つ７１）の類のホロクラムがあるが、それらはすべて
本発明の実施に用いることができる。振幅ホロクラムは
それを通過する光波の振幅を変える。

ホロクラムはフィルムのネガとして正確に明および暗の
領域で構成さ眉７、ホロクラムを通過する光波の減衰は
ホロクラム面にわたって変化する。第２類のホロクラム
は位相ホロクラムである。これは振幅ホロクラムとして
露光してつくらｎるが。

現像のおそい段階で乳剤から金属銀を漂白する。

したがって乳剤の密度が場所によって変化する。

これは乳剤の屈折率が位置によって変ることを意味する
。屈折率の変化は乳剤を通過する光波りこ位相の変化を
起こさせる。こｎが位相ホログラムの作用原理である。

上記以外に反射ホログラムが広く用いられる。

これでは光波が表面がでこぼこの反射面に当たるので、
反射波は入射波と同じ形ではない。したがってホロクラ
ムからの反射によって制御された位相変化が起こる。こ
の効果は透過位相ポロクラムのそれとよく似ている。

利２図を参照して、本レーザ装置または記録装置はまた
こ、ＴＬらの目的に用いられる他のレーザ装置と同様に
映像面を持つ。レーザビームは映像面上に焦合される。

映像面は記録装置内で露光され、読み出し装置内で読み
出しテークを照明される。

スポットは映像面上を走査線と呼はイ１．る線に沿って
移動する。この走査線は直線でも曲線でもよい。

映像面が平面か軸が走査線に平行な円筒面であると、走
査線は直線であり、映像面が・池の円筒面またはもつと
複雑な形であると走査線は曲線である。

スポットはすべての点において走査線上に正確に焦合し
なければならない。このｆこめには２つの方法がある。

焦合光学系は上記の光学系をつくる一部ビームの一部で
よい。ビーム焦合光学系は平らな投射野党学系を用いて
直線走査線を与えるようにするか何らか他の光学系を用
いて曲−走−ｆ線を与えるようにすることができる。レ
ーザビームを焦合させる第２の方法は照合を起こすよう
な構成のホロクラムを用いることである。これらの技法
のいずれも周知である。平らな投射時のレンズは多くの
レーザ記録装置においても他の型の焦合光学系において
も用いられる。第３図に示すようなフレネル帯板を用い
て平行レーザビームを焦合させることも周知である。し
たがって本発明の装置は焦合光学系を用いるか、そうで
ないときはホログラムは焦合を起こさせるような構成の
ものでなければならない。

全体のレーザ走査装置または記録装置はまた当業者には
周知のように種々の付加的な構成要素を含む。すなわち
変調器および活性偏向素子を駆動する電子回路およびレ
ーザスポットの位置を測定し正確な書き込みを行なわせ
る検出装置、さらに感光乳剤または映像面上の読み出し
材料を十分正確に動かす機械および電気装置がある。

公知のレーザ走査または記録装置は以下のように操作す
る。これらはレーザビームを放射するし一部、ビームを
一定に変調して装置ｔヲ案内しそｎを映像面上に焦合さ
せる何らかの光学装置、さらに何らかの変調および強度
制両装置を持つ。また最も重要なことはそれがレーザス
ポットを映像面上で走罹運動させる偏向装置ｔ＋持つこ
とである。

こイｔらはすべて標準の仕様で、本発明装置にも含まれ
る。

本発明は簡単で信頼性のある部品から高分解能走置を得
ることである。これはビームコード化装置とホロクラム
とで達成される。音響光学偏向器または電気光学偏向器
を通詣のように用いると、走査線に沿って１＋　１１０
０スポツトの分解能が得られる。２つの偏向器を縦続的
に結合してより高い分解能を得ようと思うかも知イｔな
いが、同じ偏向方向、たとえばＸ方向の偏向方向を持つ
２つの偏向器を組み合わせると分解能を２倍にするたけ
である。この技法は帛に個々の部品の分解能を加算する
た゛けなので、このやり方では４０．　ＯＯ，０程度の
分解能に達することには望みがない。

ビームコード化装置は電子信号を用いてレーザビームに
作用する電子光学装置である。ビームコード化装置以後
を進行するレーザビームを特徴づける電磁界の強度はビ
ームコード化装置に印加された電気信号に依存して変る
。この依存性を記述する一方法は、レーザビームの一定
の位相面は信号が変えられると変るということである。

したがって入力電気信号の値はビームの成る特性として
レーザビーム中にコード化される。さらに、電気入力信
号が変えられると、レーザビームを記述する電磁界は多
数の互いに直交する電磁界構成にわたって変化する。こ
れらの直交電磁界構成の数は映像面上の達成される分解
できるスポットの数に関係する。したがって多数の直交
電磁界構成によって高分解能のレーザビーム偏向器が構
成できることが発見された。本発明の方法の第２の基本
的な特徴は、特別にコード化されたレーザビームを映像
面」二の小さいスポットに変換するのに用いらイするポ
ロクラフ素子に関する。

第３図に周知のフレネル帯板（２２）を示す。それは同
心のＪ力量および不透明円形リンク（１１）のあるホロ
グラムである。この構造が正しいと、この帯板に入射す
る面平行レーザビームは収束波に変えられてビームは第
３図Ｃと０４）で示す点に焦合する。こイｔはホロクラ
ムが波形を変える方法の一例で、この場合は平面波が収
束波に変えられる。平面波の一定の位相面は平面で、収
束波の一定の位相面は球面である。したがって変換はホ
ロクラムを通って進行する波の一定の位相面の変化で記
述することもできる。

第３図に示す型のホロクラムは十分な分解能の感光材料
、たとえば写真乾板を用いて簡単につくることができる
。第３図に示すような平面波レーザビーム（３３）およ
び第３図の点（４４）から放射される他のレーザビーム
が感光材料上に入射すると、感光材料上で発生した干渉
図形は正にフレネル帯板の構造である。したがって、一
方が平面波で他方が球面波の２つのレーザビームを単に
発生させ、感゛光材料をこれらのビームに同時に露光さ
せ、通常のようにして乳剤を現像、定着させると材料中
にフレネル帯板ホロクラムを永久的に保存することがで
きる。

第４図のホログラム（３ツは多数の本質的にフレネル帯
板である小さいホログラム（佃で構成されている。レー
ザビーム（１）はビームコード化装置ｔ（２″）を通て
進行する。こｎは一例として２つの交差する音響光学偏
向器とすることができる。ビームコード化装置によって
ビームをＮ個の小さいホログラム（４つの方に投射する
ことができる。各ホロクラムは、ホログラムに入射する
ビームが収束ビームに変換されて走査線（６６）上の点
（５５〕に焦合されるように構成される。このようにし
て定歪線上にホログラム面＋３５）上の小さいホロクラ
ム（４５）の数と同じ数のレーザスポットが得られる。

したがって１．０４）０分解能素子の音響光学偏向器と
４０分解能素子のそれとの組合わせから４０．０００分
解能素子走査装置が得られる。走査線（６６）の長さが
４　ｆｌ　Ｆ）朋、分解能素子の数ＮがＮ　＝　ｌ　Ｏ
，０００と仮定すると、映像面上の１つのレーザスポッ
トの直径は４０μｍである。Ｋを約１．６、Ｄ／’Ｆ’
数値的開口とすると、回折限界のンポソトの直径はｄ＝
ＫＬＦ／Ｄで与えられていることは知られている。波長
ｆ　Ｌ　＝　０．５μｍ、走査線からホロクラムまでの
距離をＦ＝５０朋とする。数値開口埴は５０となるので
小さいホログラムの直径はｌ）　＝　１　ｍｍでなけれ
ばならない。

したがって４００市×２５市の面積をカバーする４　０
０　Ｘ　２５個の小さいホログラムの配列を必要とする
。したがってこの簡単な構成は既存の音響光学装置に比
較して分解能がはるかにすぐれた走査装置を与えること
がわかる。

上記の説明は多くの特徴を含むが、こｎは本発明の範囲
を限定すると考えるべきものではなく、本発明の１つの
好ましい実施例を例示したものと考えるべきである。多
くの他の変化が可能である。

たとえば、成る走査においては焦合したスポットのきわ
めて複雑な経路が必要である。このことはたとえば問題
とする製品の位置に関係なく適正な読みを得るために多
くの走査方向を必要とするスーパーマーケットＵＰＣ走
査器に当てはまる。複雑な経路またはアドレス構成が必
要なときは、どのような出力計であｎ出力計に制、限は
なく、どのような図形またはアドレス系列も発生するこ
とができるので、本発明は理想的である。同様に、小さ
な可動のレーザスポットヲ用いて走査することが目的で
はなく、もつと複雑な型の一連のレーザビーム場を発生
したいときには、これは簡単に構成できる。たとえば、
一連の符号、たとえばアルファベットの文字を映像面上
に発生したいことがある。これはレーザスポットの発生
と同様の容易さで達成することができる。この型の装置
はフ第１・タイプおよびコンピュータ出力装置に用いら
れる。し１こがって、本発明の範囲は図示の実施例で決
定されるべきではなく、特許請求の範囲およびそれと等
価なもので決定ぜられるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図；まレーザビームの偏向および焦合を示す図であ
る。 第２図はレーサ装置または記録装置の全体を示す図であ
る。 第３図はフレネル帯板のような写真素子の図である。 第４図は全体の装置の比較的簡単な構成を示す図である
。 ■・・・・・・　レーザビーム　　　２，３・・・・・
・　偏向素子４・・・・・・　ホロクラフ素子　５・・
・・・・・・・　映像面６　＝＝＝　　走査線　　　　
　１０・・・・・・・・・・・・レーザ１１・・・・・
・　ノくターン ２２・・・・・・　フレネル帯板の基板３３・・・・・
・　レーザビーム ３５．４５・・・ホログラム 特許出願代理人 弁理士　　山　崎　行ｊ造 ＝６７ 手続補正書 昭和５９年　５月ｑ日 特許庁長官　　殿 １　事件の表示 昭和５９年特許願第５９６９０号 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出顆人 名称　　　イー口・ビックリング ４代理人 住　所　　東京都千代８−１区永田町１丁目１１番２８
号昭和　　年　　月　　日 及び委任状。 ７　補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１ａ　　ビームコード比装置（コーチインク装置）
   によってレーザビームをコード化（コーチインク）する
   ことと、 ｂ　コード化されたビームをホロクラフ装置に投射して
   前記コード「ヒされたビームを所望の走査ビームに変換
   することと を含むレーザビーム走査法。 （２）前記ホロクラフ装置は静止していて走査運動はビ
   ームのコード化の変化によって行なう、特許請求の範囲
   第１項記載の走罹法。 （３）前記ビームコード［ヒ装置は静止していてコード
   化はビームコード化装置に供給さイｔた電気信号によっ
   て行なわれる。特許請求の範囲第２項記載の走査法。 （４）前記ビームコード化装置は１つまたはそれ以上の
   音響光学装置を含む、特許請求の範囲第３項記載の走査
   法。 （５）　　前記ビームコード化装置は１つまたはそれ以
   上の電気光学装置を含む５特許請求の範囲第３項記載の
   走査法。 （６）前記ビームコード化装置は電気光学装置と音響光
   学装置との組合イつせである特許請求の範囲ｇ３項記載
   の走査法。 （７）　　ホロクラフ素子はまたレーザビームを焦合（
   収束）させてコード化されたビームをホロクラフ装置円
   で焦合したレーザビームに変換して映像面上に焦合した
   スポットを発生させる、特許請求の範囲第１項記載の走
   査法。 （８）　　前記ビームコード比装置はそｎを駆動する電
   気信号によってレーザビームの電磁界に制御できる変［
   ヒを発生する装置を含む、特許請求の範囲第１項記載の
   走査法。 （９）　　コード化装置は１つまたはそれ以上の音響光
   学偏向器を含み、ホロクラフ装装置は音響光学偏向器が
   映像面上に収束する焦合ビームを発生ずる小さいホロク
   ラムを逐次アドレスするように１組の小さいホロクラム
   を含む、特許請求の範囲第４項記載の走査法。