JPH04140708A - ホログラムスキャナ - 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】 口産業上の利用分野］ 本発明は、半導体レーザとホログラムディスクとを用い
たホログラムスキャナに関する。

［従来の技術］ 従来、レーザビームプリンタ、コンパクトディスク（Ｃ
Ｄ）プレーヤやレーザディスク（ＬＤ）プレーヤ等の光
情報処理装置には、半導体レーザか用いられている。こ
の種の半導体レーザにおいては、信頼性及び取扱いの面
から、半導体レーザのキャップ内に半導体レーザ素子と
共に内蔵されたフォトダイオード（ＰＤ）を用いて半導
体レーザ素子から後方に向けて発せられる光量を測定す
ることにより、半導体レーザの出射光強度をモニタする
のか一般的である。

この種の半導体レーザとホログラムディスクとを用いた
ホログラムスキャナは、半導体レーザからの出射光ビー
ムをホログラムレンズにより回折すると共にこのホログ
ラムレンズが設けられたホログラムディスクを回転させ
て、回折光を偏向することにより光走査を行うように構
成されている。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、ホログラムスキャナにおいては、半導体レーザ
の出射光強度をフィードバック制御等により所定の値に
保ったり、半導体レーザが所定の作動をしているかを確
認しつつ良好な光走査をするために、光源である半導体
レーザの出射光強度を正確にモニタすることか望まれて
いる。

しかしながら、前述した従来のホログラムスキャナにお
いては、以下のような問題点かあった。

即ち、半導体レーザは、第３図に示すように、周囲温度
Ｔにより、その発振波長λが容易に変わるという特徴を
有しているため、回折光の回折角度も温度により変化し
、回折光か反射等により再び半導体レーザ内に入射する
ということが起こり得る。

この時、このような戻り光と本来の出射光との干渉が生
し、光出力の変動や発振波長の変化をもたらす。

この対策として、例えば第４図に示すように、半導体レ
ーザ１１から出射された光ビームをコリメートレンズ１
２により平行光とした光路に偏光板１３及びλ／４板（
四分の一波長板）１４からなる光アイソレータ１５を設
けることにより、前述の戻り光の影響を避けることが考
えられる。しかしながら、このようにすると余分な光学
系を通すことにより実際に走査に用いられる光ビームの
光量が減衰してしまったり、また光学系の複雑化に伴い
装置全体が高価となる等の欠点がある。

その他の対策として、半導体レーザとコリメートレンズ
との間にピンホールを挿入して戻り光を抑えることも考
えられるが、この場合にも走査に十分な光量を取り出す
のが困難であり、更に戻り光量と出射光量の比を０．０
１〜０．００１％以下に抑えない限り防止は難しいので
実用上効果的ではない。

更に、この種の半導体レーザは、第５図に示すように前
部に半導体レーザ素子１５及び後部にフォトダイオード
１６を内蔵している半導体レーザ１１であるため、前述
の如く半導体レーザ素子１５に向かう戻り光２１１が出
射光ビーム２０１と干渉してしまう問題の上に、戻り光
２１２がフォトダイオード１６に入射してしまう問題が
ある。

ここで、このフォトダイオード１６は一般に半導体レー
ザの出射光強度を一定に制御する目的で使われている。

即ち、第６図に示したように、半導体レーザ素子）５に
よる半導体レーザ、！から前方へ向かう出射光強度かＰ
ｆのとき、フォトダイオード１５に流れる光電流量Ｉ（
Ｐｆ）を測定してお；すば、Ｋを定数として、該出射光
強度Ｐｆは、 Ｐｆ＝Ｋ・Ｉ（Ｐｆ）・・・・・（１ て与えられる。

第７図にこのような出射光強度Ｐｆと光電流量Ｉとの関
係を示した。従って、光電流量Ｉ（Ｐｆ）を検出すれば
、適当なフィードバック制御系を用いて、出射光強度Ｐ
ｆを一定に制御することか可能となる。

従って、第５図において戻り光２ｉ２かフォトダイオー
ド１６に入射すると、出射光ビーム２Ｇｉは一定である
のに、検出される光電流量Ｉ（Ｐｆ）が変化してしまう
ので、制御系か誤動作して出射光強度Ｐｆを減らす方向
に働いてしまい、光走査に必要な光強度が得られなくな
ってしまう。

特に、ホログラムスキャナにあっては、ホログラムが回
転しているため、高次回折光がホログラムディスク表面
等に反射されて再び半導体レーザに入射する角度が存在
する。ホログラム設計において、このような条件を避け
ることも可能であるが、該設計の自由度を大幅に制限し
てしまい、十分なホログラム特性を得ることができない
という問題がある。

本発明は前述の問題点に鑑み、光走査中の半導体レーザ
の出射光強度を正確にモニタし得るホログラムスキャナ
を提供することを目的とする。

口課題を解決するための手段］ 本発明のホログラムスキャナは、前述の目的を達成する
ために、光ビームを出射するための半導体レーザと、半
導体レーザから前方に同番゛すて出射される光ビームが
入射すべく配置されており該入射する光ビームを回折に
より偏向して走査面上で走査するためのホログラムディ
スクと、ホログラムディスクに入射する光ビームによっ
て発生するホログラムディスクからの戻り光の光路外に
おいて半導体レーザから前方に向けて出射される光ビー
ムの一部が入射すべく配置されており該光ビームの一部
の光強度を測定する受光素子とを備えたことを特徴とす
る。

［作用］ 本発明のホログラムスキャナにおいては、ホログラムデ
ィスクは、半導体レーザから前方に向けて出射される光
ビームが入射すべく配置されており、該入射する光ビー
ムを回折により偏向して走査面上で走査する。受光素子
は、ホログラムディスクに入射する光ビームによって発
生するホログラムディスクからの戻り光の光路外におい
て半導体レーザから前方に向けて出射される光ビームの
一部が入射すべく配置されており、該光ビームの一部の
光強度を測定する。従って、ホログラムスキャナによる
光走査中に受光素子は、該光ビームの一部の測定をする
ことができる。ここで、受光素子が測定する光強度は、
半導体レーザの出射光強度に比例する。しかも、この比
例関係における比例定数は、一つの具体的ホログラムス
キャナの光学系に対して経験的・実験的に又は計算によ
り事前に定め得る定数である。この結果、この比例関係
に基づいて、受光素子が測定した光強度により、半導体
レーザの出射光強度をホログラムディスクからの戻り光
による影響を受けること無く正確にモニタすることか可
能となる。従って、例えば、計算機等を用いて光走査中
に受光素子が測定する光強度から半導体レーザの出射光
強度を迅速にして求めることや、受光素子が測定した光
強度を用いて戻り光による影響を受けること無く半導体
レーザの出射光強度を一定にすべくフィードバック制御
等することも可能となる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明によるホログラムスキャナの第１実施
例の概略構成図である。

同図において、ホログラムスキャナは、半導体レーザ２
１を備えている。半導体レーザ２１は、図示しない駆動
回路による制御を受けて所定の出射光強度で光ビーム３
０１を発する。

半導体レーザ２１から前方に向けて出射される光ビーム
３０１の光路には、コリメートレンズ２２及びビームス
プリッタ２３が配置されている。コリメートレンズ２２
は、光ビーム３０１を平行光にするためのものであり、
ビームスプリッタ２３は、コリメートレンズ２２からの
光ビーム３０１の一部をモニタ用ビームとして分離すべ
く設けられている。ビームスプリッタ２３により光ビー
ム３０１　は、走査用ビーム３０２及びモニタ用ビーム
３０３に分けられる。

ホログラムスキャナは、走査用ビーム３０２の光路に、
ホログラムディスク２７を備えている。ホログラムディ
スク２７は、複数のホログラム２８が円周方向に配列さ
れてなる。モータ２９により、ホログラムディスク２７
は所定速度で回転される。走査用ビーム３０２は、ホロ
グラムディスク２７に入射され回折されて、回折光ビー
ム３０５とされる。回折光ビーム３０５は、ホログラム
ディスク２７の回転動作に伴って偏向される。

回折光ビーム３０５の偏向光路には、折り返しミラー２
６が配置されている。回折光ビーム３０５はミラー２６
を介して、走査面の一例を構成している感光ドラム３０
上で主走査される。

感光ドラム３０に隣接した主走査線上には、１ライン毎
の主走査の開始・完了を検出するための受光素子３１か
設けられている。

他方、ホログラムスキャナは、モニタ用ビーム３０３の
光路に、受光素子２４ａを備えている。受光素子２４ａ
は、モニタ用ビーム３０３の光強度を検出するためのも
のである。

ここで、ホログラムディスク２７の回転中には、ホログ
ラム２８からの戻り光の光路と走査用ビーム３０２の光
路とは一致する場合が従来同様に存在するが、モニタ用
ビーム３０３の光路は、ビームスプリッタ２３により戻
り光の光路から分離されている。

即ち、受光素子２４ａは、ホログラム２８からの戻り光
の光路外に配置されているので、受光素子２４ａに戻り
光が入射することは無く、受光素子２４ａによる測定が
この戻り光の影響を受けることはない。

次に、以上のように構成された本実施例の動作について
説明する。

半導体レーザ２１から出射された光ビーム３０１は、コ
リメートレンズ２２によって平行光化された後、ビーム
スプリッタ２３によって２つのビーム３０２及び３０３
に分けられる。透過光である走査用ビーム３０２は、複
数のホログラム２８のうちの１つに入射し、回折光ビー
ム３０５が生じる。回折光ビーム３０５としては通常、
光強度が最も強い１次光が用いられ、ミラー２６を経て
感光ドラム３０上に結像する。

ホログラムディスク２７かモータ２９により回転される
と、回折光ビーム３０５は感光ドラム３０上を矢印の方
向に走査されることになり主走査が形成される。

そして、感光ドラム３０が一定速で回転することにより
、副走査か形成される。

一方、ビームスプリンタ２３によって反射されたモニタ
用ビーム３０３は、受光素子２４ａによって検圧され、
受光素子２４ａは、その光強度に応じた光電流を出力す
る。

このとき、走査用ビーム３０２の光強度をＰｔとし、モ
ニタ用ビーム３０３の光強度をＰｒとしたとき、半導体
レーザ２１出射直後の光ビーム３０１の出射光強度Ｐｆ
は、 Ｐ　ｆ　＝ａ　・（Ｐ　ｔ　＋Ｐ　ｒ）　−−（２）で
表される。

ユニでａは、コリメートレンズ２２等による損失係数で
ある。

ビームスプリッタ２３の分岐比をｂとすれば、Ｐ　ｔ　
＝ｂ−Ｐ　ｒ　　　　　　・−・・−（３）という関係
か成り立つので、これら第（２；、　ｆ３）式からｐｔ
を消去すると、 Ｐｒ＝　□　・Ｐｆ・・・・・・（４）ａ（１＋ｂ） が得られる。

従って、ａ及びｂは共に定数（既知）であるので光強度
Ｐｒを測定することにより、出射光強度Ｐｆを得ること
ができる。

受光素子２４ａは、半導体レーザ波長に応じて選択され
、λ＝７８０〜８３０ｎｍの場合、シリコン・フォトダ
イオードが用いられる。先にも述べたように、受光素子
２４ａに光強度Ｐｒなるモニタ用ビーム３０３が照射さ
れると、光電流Ｉｒが流れる。従って、電流−電圧変換
により電圧Ｖｒに変換すれず、半導体レーザ２１の出射
光強度がＰｆのときモニタ電圧Ｖｒか、Ｖｒ＝に−Ｐｆ
　　　（ｋは定数）として得られる。

よって、モニタ電圧Ｖｒを基準電圧Ｖ＋＋Ｉと比較する
ことにより、半導体レーザ２１の出射光強度Ｐｆを一定
に制御することかできる。

以上のように、半導体レーザ２１の外部に設けた受光素
子２４ａを用いたビームスプリッタ２３を介しての測定
により、半導体レーザ２１の出射光強度Ｐｆを、ホログ
ラムディスク２７等から半導体レーザ２１へ入射する戻
り光の影響なく求めることができる。従って、受光素子
２４ａによる測定を通して半導体レーザ２１の出射光強
度Ｐｆを一定に保つ上で、このような戻り光の影響を排
除することができる。

尚、ホログラムスキャナにおける半導体レーザの特性と
しては、変調時においても波長変動の少ないもの、即ち
第３図中、矢印Ａ及びＢで示したように、発振波長λの
不連続な変化かないことが望ましい。従って、ＤＦＢ　
（分布帰還型）、ＤＢＲ（分布反射型）さらには面発光
レーザ等の波長安定化レーザか有効である。これらのレ
ーザは、従来例において第５図中、２１１で示したよう
に戻り光がレーザ発振領域内に再び入射しても、先に述
べた波長の大きな変化はない。この場合、従来例の如き
半導体レーザ１１内のフォトダイオード１６への戻り光
及び半導体レーザ１１内の半導体レーザ素子１５への戻
り光の両者に対して影響をなくすことができ有利である
。

第２図に本発明によるホログラムスキャナの第２実施例
を要部構成図により示す。

同図においてホログラムスキャナは、第１実施例におい
て光ビーム３０１の一部をモニタ用ビーム３０３として
分岐するためにビームスプリッタ２３を設けた構成に代
えて、ホログラム２８を透過するＯ次光３０４をモニタ
用ビームとして利用すべく該０次光３０４の光路に受光
素子２４ｂを配置して構成されている。また、コリメー
トレンズ２２が省略されており、その他の構成要素につ
いては、第１実施例の場合と同様である。

従って、ホログラムディスク２７の回転中には、ホログ
ラム２８からの戻り光３１０の光路と走査用ビム３０１
の光路とは一致する場合か従来同様に存在するが、０次
光３０４の光路上にある受光素子２４ｂは、ホログラム
２８からの戻り光３１０の光路外に配置されているので
、受光素子２４！ｌに戻り光３１０が入射することは無
く、受光素子２４ｂによる測定がこの戻り光３１０の影
響を受けることはない。

前述したように光走査用に用いられる光ビームは１次回
折光３０５あるいは他の高次回折光である。

本第２実施例のホログラムスキャナは、従来一般に利用
されることのない０次光３０４、即ち透過光をモニタ用
ビームとして有効に用いるものであり、光走査に必要な
光ビームの一部を分岐することによる光強度の低下がな
いことや、ビームスプリッタが不用であるなどの点で、
第１実施例よりも優れている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、受光素子は、ホロ
グラムディスクに入射する光ビームによって発生するホ
ログラムディスクからの戻り光の光路外において半導体
レーザから前方に向けて出射される光ビームの一部か入
射すべく配置されており、該光ビームの一部の光強度を
測定するので、所定比例関係に基ついて、ホログラムデ
ィスクからの戻り光による影響を受けること無く受光素
子が測定した光強度により、半導体レーザの出射光強度
を正確にモニタすることが可能となる。従って、戻り光
による影響を受けること無く、計算機等を用いて半導体
レーザの出射光強度を求めることや、半導体レーザの出
射光強度を一定にすべくフィードバック制御等すること
も可能となり、安定な半導体レーザの駆動か可能となる
。この結果、本発明のホログラムスキャナにより良好な
光走査を行なうことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるホログラムスキャナの第１実施
例の概略構成図、第２図は、本発明によるホログラムス
キャナの第２実施例の要部構成図、第３図は、半導体レ
ーザ発振波長の温度依存性を示した特性図、第４図は、
従来例における戻り光対策の一例を示す構成図、第５図
は、−船釣な半導体レーザの構成及び戻り光の様子を示
すための説明図、第６図は、第４図の半導体レーザにお
ける内蔵フォトダイオードによるレーザ光モニタ方法を
説明するための回路図、第７図は、第６図の方法におけ
る出射光強度Ｐｆと光電流量Ｉとの関係を示す特性図で
ある。 ２１・・・・・半導体レーザー、２２・・・・・・コリ
メートレンズ、２３・・・・・・ビームスプリッタ、２
４ａ、２４ｂ・・・・・受光素子、２７・・・・・・ホ
ログラム・ディスク、２８・・・・・ホログラム。 ■ 第３図 第４図 第５ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ビームを出射するための半導体レーザと、該半導体レ
   ーザから前方に向けて出射される光ビームが入射すべく
   配置されており該入射する光ビームを回折により偏向し
   て走査面上で走査するためのホログラムディスクと、前
   記入射する光ビームによって発生する前記ホログラムデ
   ィスクからの戻り光の光路外において前記前方に向けて
   出射される光ビームの一部が入射すべく配置されており
   該光ビームの一部の光強度を測定する受光素子とを備え
   たことを特徴とするホログラムスキャナ。