KR920009190B1 - 비임스캐너 - Google Patents

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KR920009190B1
KR920009190B1 KR1019890003776A KR890003776A KR920009190B1 KR 920009190 B1 KR920009190 B1 KR 920009190B1 KR 1019890003776 A KR1019890003776 A KR 1019890003776A KR 890003776 A KR890003776 A KR 890003776A KR 920009190 B1 KR920009190 B1 KR 920009190B1
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hologram
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신야 하세가와
후미오 야마기시
히로유끼 이께다
시게따께 이와따
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후지쓰 가부시끼가이샤
야마모도 다꾸마
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
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    • G02B26/106—Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners

Abstract

내용 없음.

Description

비임스캐너
제1도는 본 발명의 일 특징에 따라 홀로 그라픽 디스크를 구성하는 방법을 보여주는 설명도.
제2도는 홀로 그라픽 디스크의 구성을 위한 그라미터를 도시한 개략도.
제3도는 본 발명에 따라 수차 교정 홀로그라픽 렌즈의 광학 시스템을 도시한 개략도.
제4도는 본 발명의 실시 예에서 전체 홀로그라픽 스캐너의 구성을 위한 파라메타를 도시한 개략도.
제5도는 본 발명의 실시 예에서 주사 비임의 비임스폿을 도시한 개략도.
제6도는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로글픽 스캐너에서 파수차량을 도시한 다이어그램.
제7도는 광비임의 궤적(계산치)를 도시한 개략도.
제8도는 홀로그라픽 디스크를 구성하는 방식을 도시한 설명도.
제9도는 본 발명의 실시 예에서 비임스폿의 개략도.
제10도는 주사비임의 궤적(계산치)을 도시한 다이어그램.
제11도는 디스크우블(wobble)이 방지된 실시 예에의 개략도.
제12도는 본 발명의 실시 예에 따른 전체 홀로그라픽 비임 스캐너의 개략적 사시도.
제13도와 14도는 본 발명의 2개의 다른 변형 실시 예에 따라 홀로그라픽 디스크를 어떻게 구성하는가를 도시한 개략도.
제15도는 종래 홀로그라픽 비임 스캐너의 홀로그라픽 디스크의 설계를 위한 파라메타를 설명하는 다이어그램.
제16도는 종래 기술에 따른 홀로그라픽 디스크를 구성하는 방법을 도시한 개략도.
제17도는 종래 기술에서의 디스크 우블을 도시한 개략도.
본 발명은 비임스캐너에 관한 것이다. 특히 광도전드럼의 소망표면을 주사하는 홀로그라픽 디스크를 가지는 고정밀 레이저비임 직선 스캐너에 관한 것이다.
레이저비임으로 레이저 프린터 내의 광도전 드럼을 주사하기 위해 사용되는 현재의 비임 스캐너에서, 종래의 비싸고 복잡한 회전다각경이 보다 용이하게 제조되며, 간단하고, 값싼 홀로그라픽디스크로 교체되어 왔다. 홀로그라픽 디스크를 갖는 비임스캐너는 f - θ 렌즈 등의 보조렌지 시스템 없이 ＂셀프 이메징＂ 시스템을 실현하며 그렇지 않으면 홀로그라픽 디스크의 홀로그람에 의해 회절되는 광비임을 집중하는데 보조 렌즈 시스템이 필요하다.
본 출원의 양수인은 일본 특개소(60-199419)에서 홀로그람이 재구성 될 홀로그람의 재구성 점에 수직인 평면(선)에 대해서 대칭인 점광원으로부터 조명되는 목적파와 기준파(양자는 발산구형파이다)의 간섭에 의해 구성되어 재구성비임이 재구성 점에서 입사될 때 입사각과 동일한 회절각을 갖는 회절 비임이 발생되어 홀로그라픽 디스크의 회전축 위치 편차의 허용공차와 수평면에 대한 홀로그라픽 디스크 평면의 경사도를 증가시키는 홀로그라픽 스캐너를 제안했다.
제16도는 상기 특개소에 개시된 홀로그람스캐너를 도시하며, 여기서 홀로그라픽 디스크(4)의 홀로그람은 홀로그람이 홀로그라픽 디스크(4) 평면에 수직인 선(또는 평면) (X)에 관하여 거의 대칭배열로 위치하는 점 광원(A1, A2)으로부터 발생될 재구성점(P)으로 방사되는 기준파(발산 구형파)(W1)와 목적파(발산구형파)(W2)의 간섭으로 구성된다.
이렇게 구성된 홀로그람을 갖는 홀로그라픽 디스크(4)가 회전축(0)에서 회전하고 재구성 비임이 재구성 점(P)상에 입사될 때 주사비임은 소정 방향으로 홀로그람에 의해 회절되어 주사비임이 광도전드럼(5)의 영상표면(초점 평면)(T)상의 소정선(주의 : 본 발명에 따라 이 선은 항상 직선일 필요는 없다)을 따라 횡단하도록 한다.
이러한 직선 스캐너(홀로그라픽 디스크)를 설계하기 위한 파라메터는 홀로그라픽 디스크(4)의 평면으로부터 광원(A1, A2)까지의 수직 거리(fH1, fH2)(fH1= fH2), 구성파(W1, W2)의 파장(λ1), 디스반경거리(입사거리) (R), 재구성파의 파장(λ2) 및 홀로그라픽 디스크(4) 상의 재구성 비임의 입사각(θ)이다.
입사각(θ1)은 다음 식으로 주어진다.
Figure kpo00001
..................... (1)
홀로그라픽 디스크의 설계는 상기 파라미터에 기하여 행하여진다. 이들 파라메터 중에서 특히 가장 중요한 파라메터는 재구성비임과 구성비임의 파장비(λ2/λ1)이다. 환언하면, 홀로그라픽 디스크의 홀로그람을 구성하는 광원으로서 완전히 응집성이 있어야만 하는 사용 가능한 레이저 비임의 종류에는 한계가 있으며, 이것을 필연적으로 제15도에 도시된 바와 같이 홀로그람의 이산적 특성을 초래한다. 제15도는 레이저비임 직선 홀로그라픽 스캐너가 재구성파의 파장(λ2)이 다이오드 레이저의 파장인 780nm에 고정되며 구성파의 파장(λ1)이 홀로그라픽 스캐너를 구성하기 위해 흔히 사용되는 488nm(Ar 레이저), 441.6m, (He -Cd 레이저) 및 325nm(He - Cd 레이저) 중 하나인 조건하에 설계될 때, 반경거리(R) (이하 입사반경이라 함) 및 재구성점(P)으로부터의 이메지의 영상거리(초점거리(l) 제16도)를 도시한다.
제16도에서 알 수 있는 바와 같이 홀로그라픽디스크(4)의 크기를 줄이기 위하여 즉 일정한 초점 길이(l)를 유지하면서 입사반경(R)을 감소하기 위하여 구성파의 파장(λ1)이 감소되어야 한다. 이것은 파장의 한계가 존재한다는 점에서 어렵다. 예컨대 소망 초점길이(l)가 300nm라고 가정하면 제15도에서 도트와 대시선으로 도시된 291nm의 파장을 갖는 레이저비임이 존재하는 경우에 입사반경(R)은 대략 28mm로 감소할 수 있으나 325nm 미만의 파장을 갖는 레이저비임은 현재로서는 실재 존재하지 않는다.
더욱이 입사반경(R)의 감소는 초점 길이(l)의 증가를 초래한다. 이것은 광범위한 주사가 요구될 때 즉 주사 폭의 증가가 요구될 때 특히 심각하며, 그 이유는 궤적의 직선성 감소와 주사 비임의 수차증가를 초래하여, 결과적으로 비임 스캐너가 예컨대 레이저 프린터에서와 같이 고정밀 주사를 위해 사용될 수 없기 때문이다.
본 발명의 제 1목적은 주사비임의 수차가 크게 감소된 소형 고해상도 홀로그라픽 디스크를 가지며 홀로그라픽 디스크의 크기가 감소되며 광학 초점길이가 구성비임의 파장에 의하여 제한 없이 얻어질 수 있으며, 그리고 고정밀 직선주사가 실행될 수 있는 비임스캐너를 제공함으로써 상기 단점을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주사비임의 편차 즉 파동 따라서 홀로그라픽 디스크의 회전 중심에 대한 홀로그라픽 디스크의 경사도로 인한 이메지의 파동을 방지하는 소형 홀로그라픽 디스크를 갖춘 비임스캐너를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일특징에 따라 코마파인 기준파와 목적파의 간섭에 의해 구성되는 홀로그람을 갖는 회전 가능한 홀로그라픽 디스크로 구성되며 상기 코마파는 홀로그라픽 디스크의 내주변에서 외주변으로 반경 방향으로 감소하는 초점길이를 가지며, 상기 초점 길이는 반경방향과 수직인 상위한 방향을 가지며, 회전 홀로그라픽 디스크의 홀로그람이 재구성파에 의해 재구성될 때 홀로그람에 의해 회절되는 비임에 의해서 주사가 실행되는 비임 스캐너가 제공된다.
바람직하게는 목적파는 구형 광소자에 입사되는 비수차 구형파가 축 방향으로 오프셋 될 때 발생되는 코마파이다. 구형 광소자가 오목렌즈일 수 있으며, 홀로그람의 구성파의 파장이 재구성파의 파장보다 더 짧은 것이 바람직하다.
바람직한 실시 예에서 기준파는 수차를 갖지 않는 발산구형파이다. 기준파는 회전 가능한 홀로그라픽 디스크의 축에 대해서 목적파의 점광원에 대향하여 위치하는 점광원으로부터 방사된다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 기준파와 목적파 양자가 점광원에서 방사되는 발산 구형파이며, 재구성파는 다음 식으로 주어지는 입사각(θ1)으로 재구성점에서 홀로그라픽 디스크 상에 투사되며;
Figure kpo00002
여기서 R은 홀로그라픽 디스크의 회전 축과 재구성점 사이의 거리이며 :l은 홀로그람의 초점길이이고 ; θ1은 재구성파의 입사각이며 ; θd는 홀로그람에 의한 재구성파의 회절각이며 ; S는 구성파의 파장(λθ1)과 재구성파의 파장(λ2)간의 비율이며(S = λ2/λ) ; F1은 기준파의 점광원 홀로그라픽 디스크간의 수직거리이다.
직선주사를 실행하기 위하여, 목적파의 점광원 홀로그라픽 디스크간의 수직거리가 다음 식으로 주어지는 것이 바람직하다.
Figure kpo00003
Y2는 기준파의 점광원과 목적파 사이의 거리이다. 이런 배열에 의하여 목적파는 광구형 소자상에 입사되는 비수차 발산 구형파가 축 방향으로 오프셋 될 때 발생되는 코마파이며, 따라서 재구성 비임의 입사반경(R)은 파장 제한을 받지 않으며, 더욱이 주사비임의 수차가 현저하게 감소될 수 있다.
본 발명에 대하여 첨부 도면을 참고로 상세히 기술하겠다. 비임 직선스캐너의 기본개념에 대하여 제 12도에 도시된 바와 같이 USSN 890, 649호에 대응하는 특개소(62-28708)를 참고로하여 설명하겠다.
제12도에 도시된 비임스캐너는 광원으로서 다이오드레이저(2), 수차 교정 홀로그라픽 렌즈(3) 및 다수 홀로그람 패시트(facet) (4a, 4b, 4c)를 갖는 홀로그라픽 디스크(4)를 포함한다. 일축으로부터 홀로그라픽 디스크(4) 상에 입사되는 광비임(6)은 홀로그라픽 디스크(4)의 홀로그람에 의해 회절되어 광도전 드럼(5)은 홀로그라픽 디스크(7)의 회전에 따라 회절비임(7)에 의하여 직선적으로 주사되며, 홀로그라픽 디스크(4)는 축(0)을 중심으로 회전하는 회전 축(40)을 가진다. 홀로그라픽 디스크(4)의 구성은 특개소(60-194419)에 개시된 개념을 기반으로 한다.
홀로그라픽 디스크(4) 크기의 감소는 장치의 비용과 크기를 최소화하는데 다음과 같이 설명된다.
주사폭이 252mm이고 해상력이 300dpi, 따라서 주사비임 직경의 목표가 100μm라고 가정하면 종래 장치에서, 제 15도에 도시된 설계치가 요구된다(이 설계치는 소망의 주사효율을 얻기 위하여 USSN 890, 469에 대응하는 특개소(62-23411)에 개시되었다). 환언하면 디스크 직경은 홀로그라픽 디스크(4)에서 회절되는 비임 직경을 고려하여 적어도 100mm이어야만 한다. 또한 홀로그라픽 디스크의 직경은 그의 표면 영역 비율에서 50% 감소에 해당하는 65mm이고 주사효율은 감소하지 않는다고 가정한다.
이를 위하여 재구성비임의 입사되는 재구성점(P)은 재구성 비임의 직경마진을 고려하여 R = 28mm가 된다고 가정한다.
양호한 직선주사와 R = 28mm에서 만족할만한 비임 직경을 제공하기 위하여 홀로그라픽 디스크(4)의 다음 위상전달함수(ΦH(x , y))가 고려된다.
Figure kpo00004
상기 식(2)의 제 1하은 직선 주사를 표시하며, k1'는 파수 즉 k1' = λ1' /2λ를 표시한다. 소망구성파장(λ1')은 제 13도에서 결정되며, λ1' = 291nm이다.
제 14도에서 fH1과 fH2는 구성파의 소망초점 길이이다. 식(2)에서의 제 2항은 수차교정을 나타내며, 여기서 Cij는 미지이다.
최적 위상(ΦH)을 얻기 위하여 특개소(62-240922)에 개시된 방법이 부분적으로 사용된다. 환언하면 제12도에서 홀로그라픽 디스크(4) 상에 입사된 재구성 비임의 위상은 Φ1n(x, y)이며, 주사점(n) 마다에서 수차를 갖지 않는 주사비임의 위상이 Φout(x, y)이고, 및 주사하는 홀로그라픽 디스크의 위상전달 함수가 ΦH n(x,y)라고 가정하면 주사비임의 최소수차가 다음 방정식이 만족될 때 얻어진다는 것이 특개소(62-240922)에 공지되었다.
Figure kpo00005
식(3)에 도시된 입사 비임의 최적위상 (Φopt(x,y)은 홀로그라픽 디스크(4)의 위상 전달함수(ΦH(x,y)의 함수이며, 식(2)에서 홀로그라픽 디스크(4)의 위상전달함수의 {Cij}은 Φin opt(x,y)가 홀로그라픽 디스크(4) 상에 입사될 때 비임직경을 균일하게 최소화하기 위해 최적화 된다.
감쇠 최소 2승번(damped least square method)에 의하여 직선에서의 편차가 252mm에 대하여 ±0.1mm 이내에 있는 제10도에 도시된 바와 같은 궤적 및 제9도에 도시된 바와 같은 주사중심에서 주사단까지의 주사 비임의 스폿다이어그램이 얻어진다는 것이 발견되었다.
재구성 비임의 파장(λ2)은 다이오드레이저의 파장인 780nm이고, 초점길이는 276nm이다. 홀로그라픽 디스크(4) 상의 입사각(θ1)은 42.616°이며 주사 중심에서의 회절각(θd)은 47.774°이다. 홀로그라픽 디스크(4)의 위상전달 함수(ΦH(x, y)는 비구형만을 포함하는 복소수 함수이다. θ1와 θd사이의 근소한 차의 이유는 후술하겠다.
상기는 위상 전달함수(ΦH(x, y))의 존재가 필요하다는 것을 입증한다.
다음 기술은 홀로그라픽 노출을 사용하여 홀로그람을 구성하는 구체적 방법에 관한 것이다.
제8도에서, 필요한 위상전달함수(ΦH(x, y))를 갖는 홀로그라픽 디스크(4)는 소망의 구성파장(λ1') (291nm)에도 불구하고 파장(λ1= 325nm) (He - Cd 레이저에 대응함)을 갖는 비임으로 구성된다. 그 위에 기록된 필요한 위상전달함수 ΦH(x, y)를 가지는 홀로그라픽 디스크를 위한 기존파가 발산 구형파(비수차)인 경우에 목적과는 제8도에 도시된 바와 같이 복수 코마파(9)이어야 한다는 것이 광선추적에 의해 발견되었다. 또한 구형 광소자(10) 상에 입사되는 수차를 갖지 아니하는 발산 구형파(12)가 제1도에 도시된 바와 같이 축 방향으로 오프셋 될 때 발생되는 코마파가 코마파(9)의 특성과 동일한 특성을 가진다는 것도 발견되었다.
제8도에 도시된 코마파는 홀로그라픽 디스크(4)의 외주변을 향하여 반경 방향으로 감소하는 초점 거리를 갖는다. 초점길이는 반경 방향에 수직 즉 도면의 평면에 수직인 상위한 방향을 가진다.
도시된 실시 예에서 볼록렌즈인 구형광소자(10)의 파라메터는 다음과 같이 제8도에 도시된 코마파(9)와 거의 동일하도록 최적화 된다(제2도 참조).
제2도에서 홀로그라픽 디스크(4)의 회전 중심(0)에서 입사점(P')까지의 입사반경(R)이 28mm(R=28mm)이며, 구성 비임의 파장(λ1)은 325nm이고(λ1)은 325nm=He-Cd 레이저의 파장), 점광원(B1)과 홀로그라픽 디스크(4) 사이의 거리(FH1)는 115.126mm이며 (FH1=115.126mm), 점(B1)과 디스크(4) 회전중심 사이의 거리(y1)는 5.854mm이며(y1=5.854mm), 수차를 발생하는 볼록렌즈(10)의 반경(R1)의 곡률은 17.68mm이며(R1=17.68mm), 볼록렌즈(10)의 중심 두께(D)는 10.00mm이고(D=10.00mm), 볼록렌즈(10)의 물질은 합성수정이며, 볼록렌즈(10)의 굴절율(N)은 1.483(325nm)이며, 볼록렌즈(10)의 광축과 디스크(4)의 중심(0) 사이거리(Hy)는 50mm이며(Hy=50mm), 볼록렌즈(10)의 디스크(4) 사이의 거리(L1)는 80mm이고(L1=80mm), 기준파의 점광원(B2)과 볼록렌즈(10) 사이의 거리(l 1)는 9.983mm(l 1=9.983mm)이며, 점(B1)과 볼록렌즈(10)의 광축 사이의 거리(Uu)는 7.170mm이며, 및 점광원(B2)에서 방사되는 광의 주축이 볼록렌즈(10)를 교차하는 점과 오목렌즈(10)의 광축 사이의 거리(y1)는 5.298mm이다.
수차 교정 홀로그라픽 렌즈(3)에 대한 상세한 기술은 USSN 890, 649에 대응하는 특개소(62-234118)에 개시되었다.
본 발명에 따른 다이오드레이저(2), 홀로그라픽렌즈(3), 및 홀로그라픽 디스크(4)를 갖는 홀로그라픽 시스템에서, 수차교정 홀로그라픽 렌즈(3)를 구성하기 위한 최적 설계치가 제3도에 도시되었다. 제3도에서, 홀로그라픽 렌즈(3)의 구성비임의 파장(λ1)은 488nm이며(λ1=488nm=Ar 레이저의 파장) 그리고 평면 볼록렌즈(10')의 파라메터는 다음과 같다. 평면볼록렌즈(10')의 중심부 두께(d)는 2.00mm(d=2.00mm)이며, 그의 반경(R1) 곡률은 15.00mm이며(R=15.00mm), 굴절율은 1.5222(488nm, 물질은 BK-7이며), 수렴구형파가 입사되는 평면 오목렌즈(11)의 상축 표면과 이로 인한 비임의 수렴점 사이의 거리(f1)는 31.00mm(f1=31.00mm)이고 렌즈(10')의 상축 표면과 홀로그라픽 렌즈(3)의 평면 사이의 거리(l 1)는 41.57mm이다(l 1= 41.57mm).
평면 오목렌즈(1)의 물질은 또한 BK-7이다. 렌즈(1)의 중심부 두께(D1)는 20.99mm이며, 렌즈(11)의 반경(R2) 곡률은 65.00mm이며 홀로그라픽 렌즈(3)의 평면에 대한 렌즈(11)의 경사각(α)은 18.5°이며 렌즈(11)의 오목표면 중심과 홀로그라픽 렌즈(3)의 평면 사이의 거리(l 2)는 140.00mm이고, 렌즈(10', 11) 중심사이의 거리(l 3)는 74.30mm이며, 편차(y2), 초점거리(f2), 광축으로부터 수렴구형파(14)의 입사각(θ1)은 각각 20.931mm, 111.593mm 및 22.23°이다.
상기와 같이 구성된 홀로그라픽 렌즈는 홀로그라픽 디스크(4)와 홀로그라픽 렌즈(3) 사이의 거리(a)가 10.0mm(a=10.0mm)이고, 홀로그라픽 렌즈(3)의 경사각(θ)은 19.01°이고, 및 다이오드레이저(2)와 홀로그라픽 렌즈 사이의 거리(fe)가 16.975mm이 되는 방식으로 제 4도에 도시된 바와 같이 설정된다. 이 경우에 입사반경(R)은 28mm이다.
제3도와 4도에서 설정될 홀로그라픽 렌즈(3)의 표면은 마크(*)로 표시되었다. 다이오드 레이저(2)는 780nm의 파장을 갖는다. 제4도에서 참조번호(6, 7)는 각각 홀로그라픽 렌즈(3)와 홀로그라픽 디스크(4)에 의하여 회절되는 비임을 나타낸다.
제5도는 홀로그라픽 렌즈(3)와 홀로그라픽 디스크(4)를 가지는 전체 홀로그라픽 시스템에서 주사비임(7)의 스폿 다이어그램을 도시한다. 홀로그라픽 디스크(4)의 재구성 비임의 파장(λ2)은 780nm이고 입사각(θ1)은 42.626°이다.
제5도에서 알 수 있는 바와 같이 252mm에 대응하는 주사 폭 내에서 비임이 수차는 80μm이내인데, 매우 작다. 또한 제5도에 도시된 스폿 다이어그램은 필요한 위상 전달 함수에 기초하여 제 9도에 도시된 것과 매우 유사하다는 것을 알 수 있다.
본 발명자는 파동 광학적 관점에서 본 발명에 따른 홀로그라픽 디스크를 연구하여, 제6도에 도시된 결과를 얻었는데, 여기서 주사비임의 직경은 100μm 미만이다. 제6도는 주사비임의 파 수차의 계산된 RMS(λ)를 도시한다. 해상도 한계 주사비임을 제공하기 위하여, RMS는 0.07λ(Marechale's criterion) 미만이어야 하며, 본 발명에 따른 RMS는 마레쉘 기준보다 상당히 작다.
제7도는 제6도에 따른 주사비임의 궤적을 도시한다. 이 궤적은 또한 상기 제10도에 도시된 바와 같이 필요한 위상전달 함수(ΦH)에서의 궤적과 매우 유사하다.
상기 기술로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 홀로그라픽 디스크는 해상력 및 직선 주사의 관점에서는 거이 이상적이라고 생각될 수 있다. 환언하면, 본 발명에 따라 고해상력을 갖는 극소형 고정밀 직선비임 주사장치가 제공될 수 있다.
제13도에 도시된 바와 같은 기준파용 볼록렌즈(10)와 제14도에 도시된 바와 같은 기준파와 목적파 양용 볼록렌즈(10)를 사용하는 것이 가능하다.
홀로그라픽 디스크 구성을 위한 기준파가 수직 평행파인 경우, 재구성파는 그의 평면에 수직인 입사각으로 홀로그라픽 디스크 상에 투사된다는 것을 알아야 한다.
본 발명이 개선은 홀로그라픽 디스크의 회전 중심에 대하여 발생하는 디스크우블로 인한 주사 비임의 바람직하지 못한 변위(변동)를 방지하기 위한 것에 방향을 두고 있다. 입사각(θ1)과 방사각(회절각)(θd)이 서로 동일한 특개소(60-194419)는 제15도에 도시된 바와 같이 재구성 비임의 입사점에 대해 발생하는 디스크 우블의 방지에 공헌하며, 여기서 재구성비임의 입사점에 대하여 우블하는 디스크(4)는 4'로 지정되어 있다.
그럼에도 불구하고 특개소(60-194419)에 개시된 배열은 홀로그라픽 디스크의 회전 중심에 대하여 발생하는 디스크우블로 인한 주사 비임의 소망스럽지 못한 변위에 대해서는 효율적이지 않다.
본 발명의 발명자는 디스크우블로 인한 주사비임의 바람직하지 못한 변위는 입사각과 방사각의 동일을 다음과 같이 약간 변경함으로써 효율적으로 방지할 수 있다는 것을 생각하였다.
제11도에 있어서 홀로그라픽 디스크(4)에 의하여 회절되는 주사비임의 광도전드럼(5) 상의 초점과 홀로그라픽 디스크(4)의 평면사이의 거리는l'이고, 입사각은 θ1이고, 방사각(홀로그람에 의한 회절각)은 θd이며, 그의 회전중심에 대한 디스크우블각은 dΦ라고 가정하며, 그의 회전 중심에 대한 스스크우블로 인한 회절각의 편차(dθd)는 다음의 신형 근사식에 의하여 얻어질 수 있다.
dθd= [cosθ1/ cosθd-1]dΦ ............................ (4)
한편 회절각 (dθd)의 편차가 다음 식을 만족하면, 주시비임의 변위는 방지된다.
R·dΦ = (l' / cosθd)·dθd
여기서 R은 입사반경이다(제4도).
dθd= [R / (l' / cosθd)]·dΦ .................................. (5)
다음식은 식(4)와 (5)에서 얻어진다.
(R/l')·cosθd= (cosθ1/ cosθd) -1 ............................. (6)
식 (6)으로부터 다음 식(7)이 얻어진다.
(R/l')·cos2θd= (cosθ1- cos θd) ............................. (7)
직선주사를 실행할 수 있으며, 식(7)을 만족하는 홀로그라픽 디스크(4)가 존재하는지 여부는 알려져 있지 않다.
다음은 이러한 디스크(4)를 얻을 가능성을 증명한다. 입사각(θ1)이 다음 식을 만족한다고 가정한다(제4도 참조).
Figure kpo00006
여기서 S = λ2/λ1(λ1= 구성파의 파장, λ2=재구성 파의 파장 ; F1= 기준파의 점광원(A1)과 디스크(4)의 평면 사이의 수직거리, 및 R= 재구성 점(P)의 입사반경이다.
일반적으로 말해, 상기 입사각조건(8)은 회전효율성이 최고힌 브라그(Bragg)각이지만 이것에 한정되지는 않는다. 따라서, cosθ1및 cosθ2는 각각 다음식((9) 및 (10))에 의해 주어진다.
Figure kpo00007
여기서 F2=점광원(A2)과 디스크(4)의 평면사이의 수직거리; 그리고 y2는 점(A1,A2) 사이의 수직거리이다.
식(9)와 (10)에서 Y2=2R 및 F1= F2는 제14도에 도시된 대칭 배열에 해당하고, 점(A1)이 재구성 점에서 홀로그라픽 디스크의 평면에 수직인 평면에 대하여 점(A2)에 대칭인 배열이 얻어진다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이 경우에 O1= θd이다.
주사평면(영상평면) T(제16도) 상에서 직선주사를 실행하는 조건은 다음 식으로 주어진다는 것이 알려졌다.
Figure kpo00008
홀로그라픽 디스크의 최대마진(축으로부터 편차허용도)을 주는 조건은 다음 식으로 표시된다.
Figure kpo00009
식(12)의 편차는 특개소(60-194419)에 개시되었다. 홀로그라픽 디스크의 실제 설계에서, 입사각(R), 파장비(S) 및 길이(l)가 먼저 결정되고, 나머지 파라메터(F1, F2, Y2)는 다음에 3연립방정식(7), (11) 및 (12)에 의해 결정된다.
다음은 적당한 간추린 홀로그라픽 설계치의 예이다.
λ2: 780nm(다이오드레이저)
λ1: 291nm(실제파장)
F1: 107.339nm
F2: 105.198nm
R=28mm
Y2=58.214mm
θ1=42.616°
θd=47.774˚
l= 276mm
직선으로부터 주사비임의 편차는 252mm 주사폭에서 ±0.1mm 내에 있다는 것이 발견되었다.
또한 반복적 주사비임이 허용 가능한 위치 변위가 20μm라고 가정하면, 디스크우블은 점 광원(A1, A2)의 종래 대칭배열에서는 30''내에 유지되어야만 하지만 본 발명에서는 60'' 내에 유지할 수 있어서 허용 가능한 위치 변위를 보장할 수 있다는 것이 확인되었다.
이것이 입사각과 회절각 사이의 차이가 앞에서 언급된 스캐너 설계에서 존재하는 이유이다.
식(2)에서의 제 1항은 이 설계치를 사용한다.

Claims (9)

  1. 코마파인 기준파 및/ 또는 목적파의 간섭에 의해 구성되는 홀로그람을 갖는 회전 가능한 홀로그라픽 디스크로 구성되며 상기 코마파는 홀로그라픽 디스크의 내주변에서 외주변으로 반경 방향으로 감소하는 초점 길이를 가지며, 상기 초점 길이는 반경 방향과 수직인 상위한 방향을 가지며, 회전 홀로그라픽 디스크의 홀로그람이 재구성파에 의해 재구성될 때 홀로그람에 의해 회절되는 비임에 의해서 주사가 실행되는 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 목적파는 구형 광소자에 입사되는 비수차 구형파가 축 방향으로 오프셋될 때 발생되는 코마파인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준파는 구형 광소자상에 입사되는 비수차 구형파가 축 방향으로 오프셋 될 때 발생하는 코마파인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 구형 광소자가 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  5. 제1항에 있어서, 홀로그람의 구성파의 파장이 재구성파의 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기준파는 수차를 갖지 않는 발산구형파인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기준파는 회전 가능한 홀로그라픽 디스크의 축에 대하여 목적파의 점 광원에 대향하여 위치하는 점광원으로부터 방사되는 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기준파와 목적파 양자가 감광원에서 방사되는 발산구형파이며, 재구성파는 다음 식으로 주어지는 입사각(θ1)으로 재구성 점에서 홀로그라픽 디스크 상에 투사되며 ;
    R/l·cosθd= cosθ1-cosθd
    Figure kpo00010
    여기서 R은 홀로그라픽 디스크의 회전 축과 재구성 점 사이의 거리이며 ;l은 홀로그람의 초점 길이이고; θ1은 재구성파의 입사각이며 ; θd는 홀로그람에 의한 재구성파의 회절각이며; S는 구성파의 파장(λ1)과 구성파의 파장(λ2) 간의 비율이며(S = λ2/λ1); F1은 기준파의 점광원과 홀로그라픽 디스크간의 수직 거리인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
  9. 제7항에 있어서, 목적파의 점광원과 홀로그라픽 디스크간의 수직 거리는 다음 식으로 주어지며;
    Figure kpo00011
    여기서 Y2는 기준파의 점광원과 목저파 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 광비임 주사장치.
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