JPS61134727A - Optical scanner - Google Patents

Optical scanner

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JPS61134727A
JPS61134727A JP25784484A JP25784484A JPS61134727A JP S61134727 A JPS61134727 A JP S61134727A JP 25784484 A JP25784484 A JP 25784484A JP 25784484 A JP25784484 A JP 25784484A JP S61134727 A JPS61134727 A JP S61134727A
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Japan
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wavelength
light
semiconductor laser
lens
hologram
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JP25784484A
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Shigeru Kawai
滋 河合
Keiichi Kubota
惠一 窪田
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To change the focusing position of a beam in the advancing direction of a scanning beam as desired by providing a light source which can vary the wavelength of exist light and a holographic laser scanner disposed with plural hologram lenses on a disk. CONSTITUTION:The light oscillated from a semiconductor laser 1 is collimated by a collimating lens 2 and is then focused by a cylindrical lens 3. A scanning plane 6 is scanned by the hologram lenses 5 of the holographic laser scanner 4. The distance up to the holographic laser scanner and an object which is the scanning plane is measured by a distance measuring sensor 7 for which, for example, an ultrasonic wave is used. The focal length of each hologram lens and wavelength are inversely proportional to each other. The focal length is determined by a control circuit 8 such as microcomputer having, for example, GP-IB interface and the oscillation wavelength of the semiconductor laser is calculated from the inverse proportional relation so that the light converges onto the measured object surface. The oscillation wavelength and injection current are in a proportional relation and therefore the injection current of the semiconductor laser is determined.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用公理) この発明は、特に、ホログラフィ、クレーザスキャナに
代表されるような光走査装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Axiom of Industrial Use) The present invention particularly relates to optical scanning devices such as holography and laser scanners.

(従来技術とその問題点) 光走査装置として、従来の回転多面鏡とf・θレンズの
組み合わせのかわりに、ホログラムを用いたディスク型
の光走査装置が提案されている。
(Prior Art and its Problems) As an optical scanning device, a disk-type optical scanning device using a hologram has been proposed in place of the conventional combination of a rotating polygon mirror and an f/θ lens.

これはディスクの円周に沿って複数のホログラムを配置
し、ディスクを回転することによりディスク1回転につ
き、ディスク上のホログラムの個数だけの走査線を走査
する。従来の光走査装置は、ビームの収束位@が決めら
れているのでスキャナから定められた距離だけ離れてい
る走査面を走査するのみであった。従って、3次元的に
変化する物体やあらかじめ位置のわからない物体の走査
は困難であった。また、物体の位Nがわかっていてもそ
れがビームの収束位置からずれている場合は、それに見
合うホログラフィックレーザスキャナに取り換える必要
があり、操作性が悪いという問題点がある。
In this method, a plurality of holograms are arranged along the circumference of a disk, and by rotating the disk, as many scanning lines as there are holograms on the disk are scanned per rotation of the disk. Conventional optical scanning devices only scan a scanning plane that is a predetermined distance away from the scanner because the beam convergence position is predetermined. Therefore, it is difficult to scan objects that change three-dimensionally or whose positions are not known in advance. Furthermore, even if the position N of the object is known, if it deviates from the beam convergence position, it is necessary to replace the holographic laser scanner with a suitable one, which poses the problem of poor operability.

(発明の目的) この発明は上記の欠点を除却し、ビームの収束位置を走
査ビームの進行方向に任意に変化させることができるよ
うにして、どのような位置の物体も容易に走査でき、か
つ、操作性の良い光走査装置を提供することにある。
(Object of the Invention) The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks, allows the convergence position of the beam to be changed arbitrarily in the direction of travel of the scanning beam, and allows objects at any position to be easily scanned. The object of the present invention is to provide an optical scanning device with good operability.

(発明の構成) この発明の光走査装置は、出射光の波長が可変な光源と
、複数のホログラムレンズをディスク上に配置したホロ
グラフィックレーザスキャナと、前記光源から出射され
た単色光を前記ホログラムレンズに導く光学系と、前記
光源からの出射光の波長が変化するように光源を制御す
る制御装置とを備えている構成となっている。
(Structure of the Invention) An optical scanning device of the present invention includes a light source with a variable wavelength of emitted light, a holographic laser scanner in which a plurality of hologram lenses are arranged on a disk, and a holographic laser scanner that transmits monochromatic light emitted from the light source to the hologram. The configuration includes an optical system that guides the light to the lens, and a control device that controls the light source so that the wavelength of the light emitted from the light source changes.

(発明の作用・原理) ホログラフィックレーザスキャナに代表される光走査装
置においてはいくつかのホログラムをディスクの円周上
に配置固定し、それを高速回転することにより、光を走
査する。
(Operation and Principle of the Invention) In an optical scanning device such as a holographic laser scanner, several holograms are arranged and fixed on the circumference of a disk, and the holograms are rotated at high speed to scan light.

ホログラムレンズは回折によりレンズの鋤きをする。例
えば、ホログラムレンズの一つでアルフレネルゾーンプ
レートの場合、その焦点用li!Ifと位相分布の関係
は φ(γ)=πγ2/λf・・・・・−(1)で表わされ
る。ここで、λは再生波長を表わす。
Holographic lenses use diffraction to clear the lens. For example, in the case of an Al Fresnel zone plate, which is one of the hologram lenses, its focal point li! The relationship between If and phase distribution is expressed as φ(γ)=πγ2/λf (1). Here, λ represents the reproduction wavelength.

(1)式において、右辺が2πの整数倍になる位置がゾ
ーンプレートの縞の位置を表わす。従ってγ−f冴―了
・・・・・・(2) の関係が成り立つ。ただし、nは正の整数である。
In equation (1), the position where the right side is an integral multiple of 2π represents the position of the stripe on the zone plate. Therefore, the following relationship holds true: γ-f-Ryo...(2). However, n is a positive integer.

(2)式かられかるように、同一のゾーンプレートにお
いては、波長λを変化させることにより、焦点距離fを
変えることができる。従って、波長の変化する光源を使
用することにより、ビームの結像位置であるところの走
査面を変えることができる。
As can be seen from equation (2), in the same zone plate, the focal length f can be changed by changing the wavelength λ. Therefore, by using a light source with a variable wavelength, the scanning plane, which is the imaging position of the beam, can be changed.

(実施例) 第1図にこの発明の第1の実施例の構成を示した。この
実施例では、波長可変光源1として半導K L、 −f
’t M″7°             1半導体レ
ーザけ、一般に注入電流により発振波長が変化する。特
に、へき開結合共振器半導体レーザ(Q8レーザ)にお
いては、可変波長幅が150又で、GHzの変調ができ
、注入電流により発振出力が変化しないので、この用途
に適している。このレーザについては、例えば、雑誌[
アプライド・フイズイックス・レター(Applied
  PhysicsLetter )、1983年65
0〜652頁に記載の論文[可変波長範囲の大きいへき
開結合共振器半導体レーザの高速直接単周波数変調(H
igh −5peeddirect single−f
requency Qadulation withl
arge tuning rate and freq
uency excursionin cleaved
−coupled−cavity semicondu
cto rlasers )Jに詳しく述べられている
。このレーザけ、従来の半導体レーザを2分割し、一方
をレーザ、他方を変調器として用いるものである。2つ
のレーザの発振波長のモード間隔をわずかにずらしてお
く、レーザの注入電流を一定にしておき、変調器の注入
電流を変化させてモードを変化させると、2つのモード
が一致した時にレーザ発振する。従って、レーザと変調
器のモード差に対応する不連続な波長変化が可能である
。前記論文では注入電流に対する波長変化loLimA
、可変波長幅x5oA、発振波長13μm1スイッチン
グ時間118eeを実現した。これを利用すれば、注入
電流を調整することにより、発振波長を変え走査面を変
化きせることにより、3次元走査ができる。半導体レー
ザ1から発振された光はコリメーティングレンズ2でコ
リメートされた後、円筒レンズ3によって収束され、ホ
ログラフィックレーザスキャナ4のホログラムレンズ5
によって、走査面6を走査する。ホログラフィックレー
ザスキャナと走査面である物体までの距離を例えば超音
波を利用した測距センサ7で測定する。(2)式より、
ホログラムレンズの焦点距離と波長は反比例する。測定
した物体面上に光が収束するように、例えばGP−IB
インタフェイスを有するマイコンなどの制御回路8によ
り、焦点距離を決め、反比例関係より半導体レーザの発
振波長を計算する。さらに、発振波長と注入電流は比例
関係にあるので、半導体レーザの注入電流を求める。例
えば、GP−IPなどのインクフェイスを有する電源9
に対して、計算した電流値を流すように制御する。測距
センサを用いずに制御回路により、直接、走査面の位置
を指定することもできる。この実施例では、制御装置は
測距センサ7と制御回路8と電源9とから構成したが走
査面の位置があらかじめわかっている場合は、測距セン
サは不要となり、制御回路と電流のみでよい。
(Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the wavelength tunable light source 1 is a semiconductor K L, -f
't M''7° 1 In a semiconductor laser, the oscillation wavelength generally changes depending on the injection current.In particular, in a cleavage-coupled resonator semiconductor laser (Q8 laser), the variable wavelength width is 150 steps, and GHz modulation is possible. Since the oscillation output does not change due to the injection current, it is suitable for this application.This laser is described in the magazine [
Applied Fix Letter
Physics Letter), 1983, 65
The paper described on pages 0 to 652 [High-speed direct single-frequency modulation (H
igh -5peeddirect single-f
Requirement Qadulation with
arge tuning rate and freq
emptiness excursionin cleaved
-coupled-cavity semiconductor
ctorlasers) J. This laser beam divides a conventional semiconductor laser into two parts and uses one part as a laser and the other part as a modulator. By slightly shifting the mode spacing between the oscillation wavelengths of the two lasers, keeping the laser injection current constant, and changing the mode by changing the modulator injection current, the laser oscillates when the two modes match. do. Therefore, a discontinuous wavelength change corresponding to the mode difference between the laser and the modulator is possible. In the above paper, the wavelength change loLimA with respect to the injection current
, a variable wavelength width of 5oA, an oscillation wavelength of 13 μm, and a switching time of 118 ee. By utilizing this, three-dimensional scanning can be performed by adjusting the injection current to change the oscillation wavelength and change the scanning surface. The light emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the collimating lens 2, then converged by the cylindrical lens 3, and is then focused by the hologram lens 5 of the holographic laser scanner 4.
The scanning plane 6 is scanned by. The distance between the holographic laser scanner and the object, which is the scanning surface, is measured by a distance measuring sensor 7 that uses, for example, ultrasonic waves. From equation (2),
The focal length and wavelength of a hologram lens are inversely proportional. For example, GP-IB so that the light converges on the measured object surface.
A control circuit 8 such as a microcomputer having an interface determines the focal length and calculates the oscillation wavelength of the semiconductor laser from an inverse proportional relationship. Furthermore, since there is a proportional relationship between the oscillation wavelength and the injection current, the injection current of the semiconductor laser is determined. For example, a power supply 9 having an ink face such as GP-IP
The calculated current value is controlled to flow. It is also possible to directly specify the position of the scanning plane by the control circuit without using a distance sensor. In this embodiment, the control device is composed of a distance measurement sensor 7, a control circuit 8, and a power supply 9, but if the position of the scanning plane is known in advance, the distance measurement sensor is unnecessary and only the control circuit and electric current are required. .

第2図はこの発明の第2の実施例である。この実施例で
は、複数個のレーザから成る光源を用いることにより、
太きく14なる波長を利用可能にしたものである。した
がって、この実施例では、光学系をコリメーティングレ
ンズ13.14とビームスプリッタ15と円筒レンズ1
6とから構成した。
FIG. 2 shows a second embodiment of the invention. In this example, by using a light source consisting of a plurality of lasers,
This makes it possible to use 14 wavelengths. Therefore, in this embodiment, the optical system includes a collimating lens 13, 14, a beam splitter 15, and a cylindrical lens 1.
It was composed of 6.

半導体レーザ11より発振された光は、コリメーティン
グレンズ13でコリメートされた後に偏光ビームスプリ
ッタ15に入射する。一方、11と異なる発振波長を有
する半導体レーザ12より発振された光は、コリメーテ
ィングレンズ14でコリメートされた後に、15により
11より発振された光と合波する。これらの光は、円筒
レンズ16によって収束され、ホログラムスキャナ17
のホログラムレンズ18によって、走査面19を走査ス
る。ホログラムスキャナと走査面である物体までの距離
を測距センサ20で測定し、制御回路21により、その
距離に対応する発振波長のレーザに電流を流す。
The light oscillated by the semiconductor laser 11 is collimated by the collimating lens 13 and then enters the polarizing beam splitter 15 . On the other hand, the light emitted by the semiconductor laser 12 having an oscillation wavelength different from that of the laser 11 is collimated by the collimating lens 14 and then combined with the light emitted from the laser 11 by the collimating lens 14 . These lights are converged by a cylindrical lens 16 and sent to a hologram scanner 17.
The scanning plane 19 is scanned by the hologram lens 18 . A distance sensor 20 measures the distance between the hologram scanner and an object, which is a scanning surface, and a control circuit 21 causes a current to flow through a laser having an oscillation wavelength corresponding to the distance.

さらに、発振波長の微調整は電流23.24を制御して
注入電流を変化させる。この場合も測距センサを用いず
に、走査面の位置を指定することができる。
Further, fine adjustment of the oscillation wavelength is achieved by controlling the currents 23 and 24 to change the injection current. In this case as well, the position of the scanning plane can be specified without using a distance measuring sensor.

(発明の効果) ホログラフィックレーザスキャナと−して、波長780
nmKおける焦点距離を100龍、走査倍率1゜倍のレ
ンズを用いれば、可変波長幅15oXの半導体レーザに
対して走査面の位置は20m111移動する。
(Effect of the invention) As a holographic laser scanner, wavelength 780
If a lens with a focal length of 100 mmK and a scanning magnification of 1.times. is used, the position of the scanning plane will move by 20 m111 with respect to a semiconductor laser with a variable wavelength width of 15 o.times.

さらに、波長765nmまたは795nmの半導体レー
ザを2個使用することにより、走査面の位置を40gt
移動できる。                   
   1以上詳述したように、この発明の光走査装置を
用いれば、3次元的に変化する物体やあらかじめ位置の
わからない物体の走査も容易にできる。
Furthermore, by using two semiconductor lasers with a wavelength of 765 nm or 795 nm, the position of the scanning plane can be adjusted to 40 gt.
Can be moved.
As described above in detail, by using the optical scanning device of the present invention, it is possible to easily scan an object that changes three-dimensionally or an object whose position is not known in advance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の第1の実施例を示す図、第2図は
、この発明の第2の実施例を示す図である。 図において、1・・・半導体レーザ、2・・・コリメー
査面、7・・・測距センサ、8・・・制御回路、9・・
・電源、11.12・・・半導体レーザ、13.14・
・・コリメーティングレンズ、15・・・偏光ビームス
プリッタ、16・・・円筒レンズ、17・・・ホログラ
フィックスキャナ、18・・・ホログラムレンズ、19
・・・走査面、20・・・測距センサ、21・・・制御
回路、22.23・・・電源。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the invention, and FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the invention. In the figure, 1... Semiconductor laser, 2... Collimation scanning surface, 7... Distance sensor, 8... Control circuit, 9...
・Power supply, 11.12... Semiconductor laser, 13.14・
...Collimating lens, 15... Polarizing beam splitter, 16... Cylindrical lens, 17... Holographic scanner, 18... Hologram lens, 19
...Scanning surface, 20...Distance sensor, 21...Control circuit, 22.23...Power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 出射光の波長が可変な光源と、複数のホログラムレンズ
をディスク上に配置したホログラフィックレーザスキャ
ナと、前記光源から出射された単色光を前記ホログラム
レンズに導く光学系と、前記光源からの出射光の波長が
変化するように光源を制御する制御装置とを備えている
ことを特徴とする光走査装置。
A light source with a variable wavelength of emitted light, a holographic laser scanner in which a plurality of hologram lenses are arranged on a disk, an optical system that guides monochromatic light emitted from the light source to the hologram lens, and light emitted from the light source. An optical scanning device comprising: a control device that controls a light source so that the wavelength of the light changes.
JP59257844A 1984-12-06 1984-12-06 Optical scanning device Expired - Lifetime JPH0610699B2 (en)

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JPH0610699B2 JPH0610699B2 (en) 1994-02-09

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