JPS5936243B2 - 光ビ−ム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転多面鏡を用いる光ビーム走査装置に関し、
特に情報をマイクロ・フィルムの如き微小面積に高速且
つ高解像度で光ビーム記録する際に有効な光ビーム走査
装置に関するものである。

コンピューターからのアウトプット情報をマイクロ・フ
ィルムに記録するシステム（ＣＯＭシステム）の如き、
幸速のマイクロ・フィルム画像記録装置にレーザー光ビ
ームの如きコリメートされた光ビームを利用しようとい
う気運がある。これはレーザー光ビームのようにコリメ
ートされた光ビームを集光すれば、極めて微小な光点を
作ることがでさ従つて極めて光エネルギー密度の高い光
点を得ることができるので、記録密度を高めると共に感
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。かかるシステムにおける光偏向器としては、音
響光学効果や電気光学効果を利用した光偏向器、回転多
面鏡を利用した光偏向器、振動鏡を利用した光偏向器（
たとえばガルバノメーターの如きもの）などがある。

これらのうち音響光学効果や電気光学効果を利用した光
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、光損失が大きく得られる画像の解像度が低い
という大きな欠点をもつている。また振動鏡を利用した
光偏向器は、正弦波交流電圧で駆動させる場合には駆動
電源回路も簡単で取り扱いが楽であるが、偏向された光
ビームによつて作られる光点の走査速度が走査線上の各
点で異るために画面ひずみが極めて大きくなる欠点があ
り、また鋸歯状電圧で駆動させる場合には高速化が困難
であるという欠点をもつている。従つて、現在は回転多
面鏡を利用した光偏向器によつてレーザ一光ビームを走
査してマイクロ・フイルム上に記録するシステムが多く
検討されている。

しかしこの場合には回転多面鏡の工作精度および回転多
面鏡の駆動モ一ターへの取り付け精度に関連した次の問
題点がある。第１に回転多面鏡に角度分割誤差があると
、得られる走査線がその走査方向に位置ずれを生じるこ
とである。

第２に回転多面鏡の各反射面の間に平行度の誤差がある
と、得られる走査線がその走査方向と直角な方向に位置
ずれを生じること、すなわち走査線のピツチむらを生じ
ることである。

第３に回転多面鏡を駆動モ一ターの回転軸に取り付ける
際、回転多面鏡の反射面の駆動モ一ターの回転軸芯に対
する平行度に誤差があると、上述した第２の誤差と同じ
く走査線がその走査方向と直角な方向に位置ずれを生じ
ることである。

以土に述べた３つの問題点は回転多面鏡の工作精度およ
び回転多面鏡の駆動モ一ターへの取り付け精度に関連し
ており、これらの誤差を小さく押えてマイクロ・フイル
ム記録の目的を達成するためには極めて高精度の工作技
術が必要とされ、著しく高価なものとなつてしまう。そ
こでこれらの誤差の全て、あるいは少なくともその一部
だけでも工作精度の向上という方法以外の方法で補正す
ることが望まれている。例えば前述した第ｌの回転多面
鏡の角度分割誤差に関しては回転多面鏡からの偏向光ビ
ームの一部をとり、それを同期信号としてビデオ信号を
駆動させるという電気的な処理によつて比較的簡単に誤
差の補正が達成されている。

したがつて第１の問題点は大きな問題点とは言えない。
しかし前述した第２、第３の回転多面鏡の平行度誤差に
関して電気的な処理によつて誤差を補正する場合には、
回転多面鏡の各反射面がもつている平行度の語差量をメ
モリ一媒体中に記憶しておき、その誤差量に対応した信
号によつて回転多面鏡に入射する光ビームの入射角を変
えて走査線のずれをなくするなどの方法によらなけれぱ
ならない。この場合には回転多面鏡の各反射面がもつて
いる平行度の誤差量を記憶するメモリ一媒体のほか、回
転多面鏡に入射する光ビームの入射角を変えるための光
ビーム偏向器が必要となり、装置の複雑化がさけられな
い。本発明は、上記の第２、第３の問題点を解決し、情
報をマイクロ・フイルムの如き微小面積に高速且つ高解
像度で光ビーム記録する際に必要な光ビームの水平走査
装置を提供することを目的とする。

さらに、具体的には、ｌ個の円柱光学素子とホログラム
板との組み合せという極めて簡単な光学装置によつて走
査鏡の平行度誤差を完全に補正し、また走査画面上で微
小な光点を得ることのできる光ビームの水平走査装置を
提供することである。以下図面に従つて本発明を詳細に
説明する。第１図は本発明の装置の基本的構成を説明す
るための概略斜視図である。第１図において、レーザー
光源の如きコリメ一卜された光ビームを発する光源装置
１から発せられ、太さを有する光ビーム２は、円柱光学
素子３を通過後光ビーム４となり、回転多面鏡５の所定
の反射面６上に線光源Ｔを形成する。この線光源Ｔは前
記回転多面鏡５の回転軸８の方向に関してのみ集束され
るように形成される。前記光ビーム４は回転多面鏡５の
回転にともなつて偏向され、その偏向角に応じて光ビー
ム位置９１から光ビーム位置９２へとホログラム板１０
上を走査する。光ビーム４が入射する回転多面鏡５の反
射面６が変る毎に反射光ビー−ムは光ビーム位置９１か
ら９２への偏向をくりかえす。ホログラム板１０の置か
れる面をｘ−ｙ平面、それに垂直な方向をｚ軸とし、光
ビームの走査方向はＸ軸に沿うものとする。光ビーム位
置９１および９２における光ビームによつて照射される
ホログラム板１０上の部分１０１および１０２からは、
それぞれ零次回折光ビーム１１１および１２と１次回折
光ビーム１２１および１２２とが生じる。ホログラム板
１０は後述する方法によつて作成されているので１次回
折光ビーム１２１および１２２は、Ｚ軸に対して角度α
をなすｙ−ｚ面内のｚｌ軸及びｘ軸を含む面内であり、
ｚｌ軸に対する角度がそれぞれ光ビーム９１および９２
のＺ軸に対する角度と等しい平行光ビームである。１次
回折光ビーム１２および１２２は１４１および１４２の
位置において光ビーム集束レンズ１３に入射し、その後
側焦点面内の直線１５上の点１５１および１５２にそれ
ぞれ集束される。

従つて回転多面鏡５の回転に伴なつて反射光ビームが９
１から９２へと偏向されてホログラム板１０上を１０１
から１０２へと走査し、ホログラム板１０からの１次回
折光ビームが１２から１２２へと生じてこれらが光ビー
ム集束レンズ１３によつて集束され、微小光点が直線１
５上を点１５，から１５２へと直線走査する。角度αは
通常５゜ないし６０゜となるように選ばれる。第２図お
よび第３図は第１図によつて示した本発明の装置の斜視
図に対応する側面図及び平面図である。側面図である第
２図をもつて本発明の問題点を説明する。

レーザー光源の如き光源装置１から発せられた光ビーム
２は円柱光学素子３によつて回転多面鏡の反射面６上で
回転多面鏡の回転軸方向に関してのみ集束された線光源
７を形成し、前記反射面６によつて反射偏向されて光ビ
ーム９となる。反射面６において線光源７は点で示され
る。しかるに回転多面鏡が回転し反射面が回転軸芯に対
して平行度誤差をもつ別の面６’になると、図面に示し
た如く反射面６’によつて反射偏向された光ビーム９’
は破線で示すようになり、光ビーム９に対してずれてく
る。後述する方法によつてホログラム板１０を作成すれ
ば、光ビーム９および９’によつて照射された際に得ら
れるホログラム板１０からのｌ次回折光ビーム１２およ
び１２’は各々が平行光ビームであると共にｙ−Ｚ’面
への射影では互に平行な光ビームとすることができる。
従つて光ビーム集束レンズ１３をその光軸をｚ’軸に一
致させて配設すれば、１次回折光ビーム１２および１２
’はいずれも後側焦点面内の直線１５上に集束され、そ
の結果反射面６および６’によつて偏向された光ビーム
９および９’の光点が描く走査線において光点が走査線
およびＺ’軸と直角な方向に位置ずれすることがなくな
る。このことは回転多面鏡の平行度誤差が完全に補正さ
れることを示している。なお、ホログラム板１０の高さ
は反射面の平行度誤差に基づ＜反射光ビーム９のズレを
充分にカバーし得る大きさをもつていなければならない
。一方、平面図である第３図において、回転多面鏡の反
射面６によつて偏向された光ビームは、その偏向角に応
じて光ビーム位置９，から９，へとホログラム板１０上
を走査する。

光ビーム位置９および９２の光ビームによつて照射され
るホログラム板１０の部分１０１および１０，から得ら
れる１次回折光ビーム１２１および１２２は、ｘ−Ｚ’
面への射影ではそれぞれ光ビーム９１および９２がもつ
ていた偏向角を維持したままの平行光ビームとすること
ができる。従つて１次回折光ビーム１２１および１２２
は光ビーム集束レンズ１３によつてその後側焦点面内の
直線１５上に集束されて光点１５，および１５２となる
。即ち、回転多面鏡５の回転により光点は点１５１と１
５２との間をくり返し走査を行なう。第４〜６図は以上
述べてきたような光ビーム集束の役割を果すホログラム
板１０の作成方法を説明するための図で、第４図はその
斜視図、第５図はその側面図、第６図はその平面図であ
る。

単色の点光源１６から出る球面波１７（実線で描かれて
いる）をｘ−ｙ面内に置かれたホログラム記録媒体１０
に入射させる。この球面波１？の平均的伝播方向はＺ軸
に沿う方向である。また点光源１６とホログラム記録媒
体１０との距離ｌは、第１〜３図において説明したホロ
グラム板の使用態様において動作状態における回転多面
鏡５の反射面６とホログラム板１０との間隔に等しく置
かれる。同時にＺ軸に対して角度αだけ傾いたＺ’軸に
沿つて伝播する単色の光ビーム１８（二点鎖線で描かれ
ている）をホログラム記録媒体１０に入射させる。

この光ビーム１８はホログラム記録媒体１０に対して点
光源１６と同じ側にあつてホログラム記録媒体１０から
の距離がｌの線光線１９から発するものであり、線光源
１９はｘ軸およびｚ’軸に垂直である。また光ビーム１
８は第５図の側面図においては等価的に平行な光ビーム
として描かれ、第６図の平面図においては等価的に点光
源から発散する光ビームとして描いてある。このような
光ビーム１８は通常の凸レンズと円柱光学素子を組み合
わせた光学系を使用することによつて容易につくること
ができる。上述したような２つの光ビーム１？及び１８
をコヒーレントに重ね合わせてそれらの干渉パターンを
ホログラム記録媒体１０に記録すれば所望のホログラム
板が得られる。

第７〜１２図はこのような方法によつて記録され作成さ
れたホログラム板１０に光ビームを照射したときに得ら
れる１次回折光ビームを説明するための図である。

第７〜９図は第４〜６図を参照して説明した方法でホロ
グラム板１０を記録した時に点光源１６を配置したのと
同じホログラム板との相対的位置に点光源１６’を置き
、この点光源から出た球面波光ビーム１７’によつてホ
ログラム板１０を照射する場合を示しており、第７図は
その斜視図、第８図はその側面図、第９図はその平面図
である。

球面波光ビーム１７’によつてホログラム板１０の部分
領域１０ｎを照射すると、この部分ホログラム１０ｎか
ら得られる１次回折光ビーム２０は、第４図においてホ
ログラム記録媒体１０に入射させたもう１つの光ビーム
１８の線光源１９と同じ相対位置を虚光源１９’とした
光ビームである。この光ビーム２０は側面図である第８
図では平行な光ビームとして描かれ、平面図である第９
図では点光源から発散する光ビームとして描かれている
。即ちホログラム板１０は側面図で見ると発散光ビーム
を平行光ビームに変換する光ビーム変換作用をもち、平
面図で見ると何ら光ビーム変換作用をもたない。第１０
〜１２図は第７〜９図における点光源１６’の代りに、
それと同じ位置に置いた線光源２１から出たｙ軸方向に
のみ発散性をもつた光ビーム２２によつて前記のホログ
ラム板１０を照射する場合を示しており、第１０図はそ
の斜視図、第１１図はその側面図、第１２図はその平面
図である。

ｙ軸方向にのみ発散性をもつた光ビーム２２によつてホ
ログラム板１０の部分領域１０ｎを照射すると、この部
分ホログラム１０ｎから得られる１次回折光ビーム２３
は平行光ビームとなる。このことは第１１図および第１
２図を参照することによつて容易に理解される。即ち第
１１図に示した側面図においては、部分ホログラム１０
ｎを照射する光ビーム２２は等価的には点光源から発し
た球面波光ビームとして描かれる。従つて部分ホログラ
ム１０ｎによつて回折されて得られる１次回折光ビーム
２３は、側面図で見ると部分ホログラム１０ｎが点光源
１６’から出た球面波光ビームＩＴ’によつて照射され
た場合を示す第８図と全く同様で平行光ビームとして描
かれる。また第１２図に示した平面図においては、部分
ホローグラム１０ｎを照射する光ビーム２２は等価的に
は平行光ビームとして描かれる。前述したようにホログ
ラム板１０は平面図で見ると何ら光ビーム変換作用をも
たないので、この等価的な平行光ビーム２２が回折され
た光ビーム２３もまた平行光ビームとなる。またこの１
次回折光ビーム２３はホログラム板１０の照射光ビーム
２２の偏向角をそのまま維持する。従つて第４図におい
て説明したホログラム板１０の記録過程において点光源
１６を配設した位置に線光源２１を置き、この線光源２
１から発する一方向（ｙ軸方回）発散性の光ビーム２２
によつてホーログラム板１０を照明すれば、得られる１
次回折光ビーム２３は完全に（側面図で見ても平面図で
見ても）平行な光ビームとなる。

また１次回折光ビーム２３はホログラムの照射光ビーム
２２の偏向角度を維持する。従つてこのように作成した
ホログラム板を第１〜３図に示した光学系のホログラム
板１０に配置することにより、ホログラム板１０の背後
に光ビーム集束用レンズ１３を置き１次回折光ビームを
集束すれば光ビーム集束用レンズの後側焦点面内に微小
光点が形成され、しかも微小光点は回転多面鏡の偏向角
度に応じて一直線上を走査することがわかる。このよう
に第４〜６図に示した如き光学系を用いて作成したホロ
グラム板を使用することにより本発明によれば光ビーム
集束用レンズの後側焦点面内で微小光点を直線走査させ
ることができる。

さらに本発明によれば１個の円柱光学素子とホカグラム
板との組み合わせという極めて簡単な光学装置によつて
走査鏡の平行度誤差を完全に補正しうるので高解像度の
光ビーム走査を実現することができる。尚、これまでの
説明ではホログラム板から得られる１次回折光ビームの
みに着目して記述してきたが、もつと高次の回折光ビー
ムを利用することも当然可能である。

また、１次および２次の回折光ビームを同時に利用すれ
は２本の走査線を同時に得ることができる。さらに本発
明に利用される光源装置としてはレーザー光源が最も有
効であるが、水銀ランプ、キセノンランプなど高輝度な
光源から発せられる光ビームをピンホールとレンズによ
つてコリメートし、干渉フイルタ一を通してバンド幅の
狭い準単色光ビームとなしたものでもよい。

さらにまた冒頭に述べた理由により、高速かつ高解像度
の光ビーム走査を行なう場合には光偏向器として回転多
面鏡を用いることが有力であるのでこれまでの説明では
この場合について述べてきたが、ガルバノメーターの如
き振動鏡を用いる場合にもその回転軸芯のふれまわりに
よる誤差は本発明の作用によつて完全に除かれるもので
あり、本発明における走査鏡としては一般の走査鏡が使
用できることは言うまでもない。

このようにして本発明は走査鏡の平行度誤差を完全に補
正しうる高速かつ高解像度の光ビーム走査装置を提供す
るものであつて、しかもその装置は光源装置と円柱光学
素子と走査鏡とホログラム板と光ビーム集束レンズとか
ら成り極めて簡単なものである。

本発明の光ビーム走査装置はマイクロ・フイルム画像記
録装置のみならず、レーザー光ビームを利用した各種の
画像表示装置においても極めて有力なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の基本的構成を示す斜視図、第２
図および第３図はその側面図及び平面図、第４図ないし
第６図は本発明で用いるホログラム板の記録方法を説明
するための斜視図、側面図及び平面図、第７図ないし第
９図はそれぞれホログラム板から得られる１次回折光ビ
ームの働らきを説明するための斜視図、側面図及び平面
図、第１０図ないし第１２図はそれぞれ動作状態におけ
るホログラム板のｌ次回折光ビームの結像特性を説明す
るための斜視図、側面図及び平面図である。 １ ・・・・・・レーザー光源、３ ・・・・・・円柱
光学素子、６・・・・・・反射鏡、１０・・・・・・ホ
ログラム板、１５・・・・・・走査線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単色平行ビームを発生する光源装置、この光源装置
   からの光ビームを反射偏向させるための走査鏡、光源装
   置からの光ビームを走査鏡の回転軸方向に関してのみ集
   束して走査鏡面上にほヾ線光源を形成するために光源装
   置と走査鏡の間に配置された光学素子、走査鏡面上にお
   ける線光源からの光ビームを回折して平行光ビームを生
   ぜしめ且つその平行光ビームが走査鏡の偏向角に応じて
   偏向するように作成配置されたホログラム板、および平
   行光ビームを集束して点像を生ぜしめ且つ走査鏡の偏向
   作用によつて点像を一直線上に走査せしめるための光ビ
   ーム集束用レンズとから成り、前記ホログラム枚が前記
   走査鏡の反射偏向点と等価な距離に位置した点光源から
   の発散光ビームと、前記走査鏡による前記光ビームの偏
   向面内になく前記点光源と同一の距離に位置し前記光ビ
   ームの走査方向と直交する方向に長い線光源からの前記
   走査方向にのみ発散する光ビームとの干渉によつて作製
   されたことを特徴とする光ビーム走査装置。