JPS61282819A - 光偏向用ホログラムデイスク - 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】 （技術分野） 本発明は、光偏向用ホログラムディスクに関する。

（従来技術） 光プリンター等の光走査機構に関連して、ホログラムス
キャナーが知られている。ホログラムスキャナーは、ホ
ログラムディスクを、モーターにより回転させるように
したものである。

ホログラムディスクは、その名の示す通り、円板状であ
って、その周縁部に沿って、複数の、互いに等価な直線
状格子がホログラムにより、円環　　状に配列形成され
たものであり、直線状格子に定方向から光ビームを入射
させて回折ビームを得、上記モーターによりてホログラ
ムを回転させることにより、回折ビームを、周期的に偏
向させることができる。回折ビームの偏向はホログラム
ディスクの回転にともない、入射ビームに対する格子配
列方向が変化することによって生じ、偏向の屑期性は、
ホログラムディスクの回転にともない、入射ビームの入
射する直線状格子が順次切換ることによって生ずる。

直線状格子は、従来、格子間隔が等間隔である等間隔直
線状格子が用いられている。

ところで、ホログラムスキャナーによる偏向は、光走査
の良好性のために、等角速度性（以下、簡単に等速的と
称する）であることが望ましい。しかるに、従来のホロ
グラムディスクは、ホログラムによる直線状格子が、等
間隔直線状格子であるため回折ビームの偏向が、正確に
は等速的でなかった。

１例として、入射光波長をλ、格子間隔なｄとλ するとき、−＝１．４、入射ビームの入射角θｉが４４
．２５゜である場合の、回折ビームの偏向角と、偏向に
おける等速性に対する誤差（走査等速性誤りとの関係を
、第６図に示す。この図の例では、最大偏向角±２１０
のときの走査等速性誤差は＋１．１６％にも達する。

（目　　的） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、偏向における等速性を改良
した、ホログラムディスクの提供にある。

（構　成） 以下、本発明を説明する。

本発明によるホログラムディスクも、その形態としては
、従来のものと同じである。すなわち円板形状であって
、互いに等価な、ホログラムによる直線状格子が複数個
、周内部にそって、円環状に配列形成される。

本発明の特徴とするところは、以下の点にある。

すなわち、直線状格子は、等間隔直線状格子ではなく、
格子の間隔が、場所によって異なるのである。すなわち
、直線状格子の回転角なθＲ（これはホログラムディス
クの回転角でもある。）、入射光の波長をλ、αを定数
として、上記回転角θＲに対応する位置の格子間隔ｄθ
が、 を満足するように定められるのである。

直線状格子の格子間隔が正確に（１）式を満足すると、
回折ビームの偏向角すなわち光偏向角θＳは、θＳ＝α
θＲＱ） となシ、ホログラムディスクが等速回転すると、回折ビ
ーム自身も等速回転する。

第１図は、本発明の１実施例を、説明に必要な部分のみ
説明図として示している。

符号１０は、ホログラムディスクの基板、符号１２は、
ホログラムによる直線状格子を、それぞれ示す。直線状
格子１２と等価な複数の直線状格子が複数個、基板１０
の眉縁部に沿って円環状に配列形成されている訳である
。

直線状格子１２に関して、回転角θＲは、直線状格子１
２の中央部と、ホログラムディスクの回転中心とをむす
ぶ直線（この直線は、格子を構成する直線群と平行であ
る）を基準としてはかられ、上記直線上でθＲ＝＝　Ｑ
である。上記（１）式の両辺をθＲで微分し、その結果
をＯとして見ればすぐ分るように、０）式は、θＲ＝０
で最小値をとり、その値はヱである。それ故、ホ・ダラ
ムによる直線状路α 子１２め格子間隔は、第１図に示すように、中央部で密
であり、左右方向にはなれるに従い、疎になりている。

以下には、上記（１）式の導出につき説明する。第２図
において、符号１０．１２は、第１図におけると同様基
板および直線状格子を示す。また符号Ｏは、ホログラム
ディスクの回転中心、符号ＬＯ。

Ｌｌは、それぞれ、入射ビームおよび回折ビームを示す
。

今、入射ビームの入射位置を原点として、２座標軸を、
基板１０に直交させてとり、ホログラムディスクの回転
中心Ｏと上記原点とを結ぶ方向にＸ座標軸を、そしてＸ
軸、２軸に直交するようにｙ座標軸をとる。また、直線
状格子１２の回転角をθＲとする。先にものべたように
、この回転角θＲは、直線状格子１２の中央部と回転中
心Ｏとをむすぶ直線とＸ軸とのなす角であって、ホログ
ラムディスクの回転角でもある。

さて、入射ビームＬＯの方向余弦を（Ｊｃ、ｍｃｙｎｃ
）、波長なλ、入射位置すなわち座標原点における格子
間隔なｄ１回回折ビーム自身方向余弦を（ｌｄ、　ｍｄ
＋　　ｎｄ）とすると、回折条件より、Ｉ！ｄ。

叫、ｎｄは、それぞれ、 ｌｄ　＝　ｌｃ　＋−ｓｔｎθＲ（３）ｄ で与えられる。

ホログラムによる直線状格子による回折後の光学系光軸
をθＲ＝　００ときの回折方向に設定し、このときの回
折ビームの方向余弦を（ｌｏ　ｒ　ｍａ　ｒ　ｎｏ）と
すると、回折ビームＬ１の偏向における主走査方向の光
偏向角θＳ１Ｓ１副走査方向角θｎは、θＢ　＝ｔａｎ
−”　（）　　　　　　　（６）ｍｄ　ｍＯ＋　ｎｄｎ
　。

となる。

そこで、格子間隔ｄを、θＲ＝　ＱにおいてｄＯ１θＲ
＝θのときにおいてｄｏとし、入射ビームＬＯをｙ　−
ｚ面内に設定する。そうすると、（３）、　（４）、　
（５）式において、θＲ＝　Ｑ、１ｃ＝ｏより、１ｏ＝
ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｓ）
ｍ６　＝　ｍ（＋　ｄｏ（９） ｎＱ　＝ｌ／ｌ−（Ｊｏ２ｒｍｏ”）　＝＝ｌ／〒：ｉ
ｏ”　　　　（１０）となる。また、θＲ＝θでは、 λ ｌｄ　＝　−ｓｍθＲ（１１） Ｏ λ ｍｄ＝　１Ｈ。−１−、−、、ＣｍθＲ（１２）ｎ４　
＝　　１−　（Ｊｄ”＋　ｍｄ”了　　　　　　　（１
３）回折ビームＬ１の偏向が、等速的に行なわれるため
には、αを定数として、θＳ＝αθＲでなければならな
い。

さらに、直線的な光走査のためには、副走査方向変位角
θｎ　＝　Ｏであることが要求される。すると、（７）
式で左辺をＯとおくと、ただちに〈カ得うレル。コノ１
４式から、ｍｄｍｏ　＋　ｎｄｎ　ｏ　＝ｍｄ”＋ｎｄ
”が得られるので、この関係と、関係θＳ＝αθＲとを
用いて（６）式を書きなおすと、ｌ！ｄ ′″＜ａ−Ｏｖｔ）　＝−７Ｈ了Ｔ丁 となるが、ｌｄ２＋　ｍ（１”＋　ｎ（１”＝　１を用
いると、この式の右辺は、さらに、 となる。この式゛の、７ｄに、（３）式の関係（ただし
、条件によりｌ！ｏ＝Ｏ）を用いると、結局が得られる
。この（１５）式から、 が得られ、これをｄｏについて解くことにより、ｄθ＝
力差シー ｓｌｎ　（α・θＲ） すなわち、（１）式が得られる。

従りて、格子間隔がｄｏに従う直線状格子たよって、回
折ビームの等速的な偏向が可能となる。

直線状格子は、その格子間隔がα）式を正確に満足する
よ５に形成すれば、回折ビームの偏向は正確に等速的に
なるが、格子間隔が（１）式を近似的に満足するように
形成するだけでも、従来の等間隔直線状格子を用いる場
合に比して、回折ビームの偏向の等速性が顕著に改善さ
れる。

本発明の特徴をなす、格子間隔が（１）式に従う直線状
格子を形成する方法の具体的１例を、第３図に即して説
明する。

第３図において、符号１０は、第１図、第２図における
と同じく、ディスク基板を示し、ホロ）ラム記録材料（
例えば、フォトレジスト、重クロム酸ゼラチン、フォト
ポリマー、銀塩等）は、この基板１０の下面に層状に塗
布されている。図の如く、２方向、Ｘ方向を定め、Ｘ方
向は図面に直交する方向とする。

コヒーレントナ平行レーザービームＡ、Ｂは、それぞれ
シリンドリカルレンズ１４．１６に入射し、それぞれ、
ｐ、ｑの位置において、Ｘ方向に平行な線像に収束する
。ｐｔ　ｑの位置座標は、ｘ　−ｚ平面内において、ｐ
　（Ｚｏ−θＯｓ　ｚｏ）　＋　　ｑ（ｚｏ”θ０゜Ｚ
ｏ）である。へは、ビームＡ、Ｈの主光線の記録材料へ
の入射角である。もちろん、シリンドリカルレンズ１４
．１６はその母線方向を、ｙ軸に平行な方向にして配備
されている。

ｐ、ｑの位置からの発散光の波面は、Ｉ）ｔ　　ｑの位
置にＸ方向の中心軸を有する円筒面であシ、従って、こ
れら発散光によるｘ　−７面上における干渉縞は、Ｘ方
向に平行な直線群による直線状格子であり、記録材料に
は、この直線状格子が記録される。

今、記録材料上のＨ点の座標を（ＸＨ＋ｌｌ、ｏ）とす
ると、このＨ点における格子間隔ｄｘＨは、レーザービ
ームＡ、Ｈの波長をλ０として、 で与えられる。ここに、θｏ１．θ−は、それぞれ、θ
。１＝１・（狂「二と） である。

また、偏向させるべき光の波長λ、定数αは、上記θ０
．λ０と、 の関係を成立させる。

すると、光偏向の条件が、偏向光の波長λ＝６３２．８
　ｎ　ｍ、α＝１．６．’最大偏向角θ最大偏向角０８
エａｘ＝±２１°ディスクの回転中心と、入射ビームの
入射位置との間の距離ｒ　＝　５０１１１１とすると、
このとき、第３図に示す方法による、ホログラム記録条
件としては、記録波長λｏ　＝　４４１．６　ｎ　ｍ　
（この波長は、）ｉｅ−Ｃｄレーザーの発振波長である
。）、入射角θｏ　＝３３．９４０、円筒波発散点Ｚｏ
＝＝　−３Ｑ　Ｉｌｌが好適である。この条件で記録さ
れた、直線状格子の空間周波数Ｕと、理想上の直線状格
子の空間周波数ｕｉｄは、（１７）式および（１）式を
用いて、となる。θＲの各位について、Ｕとｕｉｄを算
出した結果を、表１に示す。

表　　　　　１ この表１から明らかなように、上記の条件で記録した直
線状格子は、理想の直線状格子と、誤差約０．０５％以
内で一致しており、このような直線状格子を用いること
により、回折ビーム偏向の等速性を有効に改善できる。

なお、本発明の特徴をなす、格子間隔がα）式に従う直
線状格子の作製方法としては、第３図に即して説明した
方法のほか、電子ビーム描画法で記録材料に記録する方
法や、機械的刻線技術による方法がある。第４図および
、第５図に、本発明のホログラムディスクを用いた。ホ
ログラムスキャナーの例を示す。第４図および第５図に
おいて、（１）は平面図、　（ＩＩ）は側面図であり、
符号２０は光偏向用ホログラムディスク、符号２２．２
８は平面鏡、符号２４はｆθし／ズ、符号２６はモータ
ー、符号Ｓは被走査面を示す。また第５図において、符
号３０゜３２はシリンドリカルレンズを示す。

第４図に示すホログラムスキャナーでは、コリメートさ
れたレーザービームが、平面鏡２８を介して、ホログラ
ムディスク２０に入射し、回折ビームは平面鏡２２、ｆ
θレンズ２４を介して被走査面５ＦＩＣ到達し、ｆθレ
ンズ２４の作用で被走査面Ｓ上にスポット状に集束する
。モーター２６によりホログラムディスク２０を等速回
転させると、偏向ビームは被走査面を直線的に走査する
。回折ビームの偏向は等角速度的であるので、被走査面
Ｓの直線走査は、ｆθレンズ２４の作用で、極めて高精
度に等連化される。

第５図に示すホログラムスキャナーでは、コリメートさ
れたレーザービームは、シリンドリカルレンズ３０たよ
り一方向的に集束され、平面鏡２８をへてホログラムデ
ィスク２０に入射する。このとき、入射ビームは、直線
状格子の位置で一方向的に集束し、一方向発散性の回折
ビームは、平面鏡２２、ｆθレンズ２４、シリンドリカ
ルレンズ３２をへて、被走査面Ｓ上に集束する。モータ
ー２６により、ホログラムディスク２０を回転させ右と
、被走査面Ｓは、極めて高精度に等速直線走査される。

第５図のスキャナーでは、副走査方向（第５図値）の上
下方向）に関し、ホログラムディスク２０の、直線状格
子面と、被走査面Ｓとが、ｆθレンズ２４と、シリンド
リカルレンズ３２とによって、結像の共役関係でむすば
れておシ、このため、光走査がホログラムディスク２０
の面ぶれの影響を受けｋくく、走査線のまがシがない。

（効　果） 以上、本発明によれば、ホログラムスキャナーにおける
新規な、光偏向用ホログラムディスクを提供できる。こ
の光偏向用ホログラムディスクは、上記の如く構成され
ているので、光走査の等速性を有効に改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を説明するための図、第２
図は、本発明を説明するための図、第３図は、本発明の
特徴をなる直線状格子の作製方法の１例を説明するため
の図、第４図は、本発明の光偏向用ホログラムディスク
を用いたホログラムスキャナーの１例を説明するための
図、第５図は、本発明の光偏向用ホログラムディスクを
用いたホログラムスキャナーの別の例を説明するための
図、第６図は、従来技術の問題点を説明するための図で
ある。 １０・・・ホログラムディスク用の基板、１２・・・ホ
ログラムによる直線状格子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ホログラムスキャナーに用いられる光偏向用ホログラム
   ディスクであって、 光を偏向させるための、ホログラムによる直線状格子が
   、複数個、円環状に配列形成され、上記直線状格子の回
   転角θ＿Ｒと、光偏向角θ＿Ｓとが、比例定数をαとし
   て、θ＿Ｓ＝αθ＿Ｒとなるように、上記回転角θ＿Ｒ
   のときの、格子間隔ｄθが、λを入射光の波長として ｄ＿θ＝（λＳｉｎθ＿Ｒ）／（ｓｉｎ（α・θ＿Ｒ）
   ）を満足するように定められたことを特徴とする、光偏
   向用ホログラムディスク。