JPH04289828A - 光偏向装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ビーム特にレーザビー
ムを偏向させて対象物を走査するための光偏向装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】このような光偏向装置としては、一般に
、機械的光偏向装置および非機械的光偏向装置の二種類
がある。代表的な機械的光偏向装置にあっては、光偏向
手段としてポリゴンミラーあるいはホログラムディスク
が用いられ、この光偏向手段はモータの回転軸に取り付
けられる。光ビームは回転中のポリゴンミラーあるいは
ホログラムディスクに対して照射され、これにより光ビ
ームは反射あるいは回折によって偏向されて、対象物が
偏向光ビームでもって走査されることになる。この種の
機械的光偏向装置の利点としては、光ビームを比較的大
きな範囲で偏向させることが可能であり、しかも光ビー
ムの偏向速度が大きい点が挙げられる。このため機械的
光偏向装置はＰＯＳシステムのバーコード読取り装置あ
るいはレーザプリンタ等に広範に使用されている。しか
しながら、その反面、機械的光偏向装置にはモータ等の
使用のためにその全体構成が嵩張り、その結果バーコー
ド読取り装置あるいはレーザプリンタ等が大型化する点
が問題点とされる。

【０００３】一方、非機械的光偏向装置の代表例として
は、音響光学素子を用いるものが知られており、その概
略構成が図８に示されている。音響光学素子は透明な誘
電体材料例えばＴｅＯ２結晶材料から形成される音響光
学媒体１０からなり、それは例えば直方形状の形態を持
つ。 音響光学媒体１０の底面（図８において）にはピエゾか
らなるトランスデューサ１２が設けられ、そこには高周
波電源１４から高周波電圧が印加されるようになってい
る。トランスデューサ１２に高周波電源１４によって高
周波電圧が印加されると、該トランスデューサ１２から
超音波が発生し、この超音波は音響光学媒体１０中を伝
播する。なお、図８では、超音波の伝播帯域が参照番号
１６で図式的に示されている。一方、音響光学媒体１０
の底面の反対側すなわち頂面にはアブソーバ１８が設け
られ、このアブソーバ１８は音響光学媒体１０中を伝播
してくる超音波を吸収するように機能する。

【０００４】超音波の伝播帯域１６では、超音波の周波
数に応じて屈折率が縞模様状に変化し、これが回折格子
と同様な機能を果たすことなる。すなわち、トランスデ
ューサ１２が非作動状態にあるとき、音響光学媒体１０
中には超音波の伝播帯域１６は形成されず、このため音
響光学素子の一方の端面１０ａから入射した光ビーム２
０は該音響光学媒体１０中を直進してその他方の端面１
０ｂから直進光２０ａとして射出させられるが、トラン
スデューサ１２が作動されると、音響光学媒体１０中に
は超音波の伝播帯域１６が形成され、光ビーム２０はそ
こで回折されて端面１０ｂから回折光として射出される
ことになる。高周波電源１４からトランスデューサ１２
に印加される高周波電圧の周波数が変化させられると、
超音波の伝播帯域１６における縞模様状の屈折率変化ピ
ッチが変動し、それに応じて回折光の回折角度すなわち
偏向角度も変わることになる。図８では、そのような回
折角度の変化範囲がθで示され、この角度範囲θを規定
する回折光２０ｂおよび２０ｃは高周波電源１４での高
周波電圧の周波数の変化によって得られる限界回折光を
示している。なお、このように回折範囲が制限される理
由としては、超音波の伝播帯域１６で回折させる際のブ
ラッグ条件、縞模様状の屈折率変化ピッチの変動範囲が
制限されること等が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】音響光学素子およびそ
の高周波電源等は非常にコンパクトな構造を持つもので
あり、このため音響光学素子を用いる非機械的光偏向装
置は上述の機械的光偏向装置に比べて大巾に小型化し得
る利点を持つ。しかしながら、このような非機械的光偏
向装置で得られる光ビームの偏向角度範囲すなわち回折
角度範囲（図８で示すθ）は約２ないし３°と小さく、
このため音響光学素子を用いる非機械的光偏向装置はバ
ーコード読取り装置あるいはレーザプリンタ等への使用
には適さないという問題がある。というのは、バーコー
ド読取り装置あるいはレーザプリンタ等では、比較的広
い走査巾に亘って光ビームを偏向しなければならないか
らである。勿論、音響光学素子の回折光射出端面と走査
領域との間の距離を充分に取れば、２ないし３°の偏向
角度範囲の光ビームでもって広い走査巾に亘って走査す
ることは可能であるが、この場合には光ビームに対して
大巾な偏向スペースをバーコード読取り装置あるいはレ
ーザプリンタ等内に確保しなければならず、バーコード
読取り装置あるいはレーザプリンタ等の小型化には寄与
し得ない。したがって、本発明の目的は、音響光学素子
を用いる光偏向装置であって、該音響光学素子での光ビ
ームの回折角度範囲を増幅し得るように構成された光偏
向装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、音響光
学素子を用いる光偏向装置において、該音響光学素子の
回折光射出端面側にそこから射出される光ビームを受け
入れる導光部材を設け、この導光部材に対向反射面を形
成し、この対向反射面が該光ビームをその間で反射させ
た後に該導光部材の外部に射出するように配置されると
共に該対向反射面の少なくとも一方が該光ビームに偏向
作用を与えるべく凸面として形成されることが特徴とさ
れる。

【０００７】

【作用】本発明による光偏向装置にあっては、音響光学
素子によって回折偏向を受けた光ビーム、すなわちその
回折光射出端面から射出される光ビームが導光部材に導
入されると、該光ビームは該導光部材の対向反射面の少
なくとも一方の凸面のために更に偏向作用を受けるので
、該音響光学素子によって得られる光ビームの回折偏向
角が増幅される。

【０００８】

【実施例】以下添付図面の図１ないし図５を参照して、
本発明による光偏向装置の実施例について説明する。

【０００９】先ず、図１および図２を参照すると、本発
明による光偏向装置の第１の実施例が示され、この光偏
向装置は図８を参照して説明したような音響光学素子２
２と、この音響光学素子２２の回折光射出端面側に設け
られた導光部材２４とを具備する。導光部材２４の材料
としては、例えば光学ガラスあるいは透明アクリル樹脂
等が用いられる。図１および図２から明らかなように、
導光部材２４は厚手の板形状の形態とされ、その背面２
４ａは平面とされ、その前面２４ｂは円筒形状の凹面と
される。また、導光部材２４の底面２４ｃおよび頂面２
４ｄは互いに平行な斜面とされ、その両側面２４ｅ（図
２）は平面とされる。

【００１０】音響光学素子２２は導光部材２４の背面２
４ａの中央部下端側に配置され、しかも該音響光学素子
２２の回折光射出端面は該背面２４ａに対して適当な透
明接着剤でもって接着され、このとき音響光学素子２２
は図１の紙面に対して垂直な水平面内（すなわち、図２
では紙面に対して平行な平面内）で光ビームを回折する
ようになっている。音響光学素子２２の回折光射出端面
から射出された光ビームは透明接着剤層を介して導光部
材２４内に導入される。なお、音響光学素子２２から導
光部材２４へ光ビームを効率良く導くためには、音響光
学素子２２の音響光学媒体の屈折率を導光部材２２の屈
折率ならびに接着剤の屈折率に一致させるか、あるいは
近似させることが好ましい。

【００１１】図２において、参照符号２６および２８は
導光部材２４に導入された光ビームであって、図８を参
照して説明したような限界回折光（２０ｂ、２０ｃ）を
示し、これら限界回折光２６および２８で規定される回
折角度範囲θは先に述べたように約２ないし３°である
。図１および図２に示すように、限界回折光２６、２８
は先ず導光部材２４の底面２４ｃで全反射させられ、次
いで導光部材２４の凹面２４ｂによってその内部に形成
される凸面２４ｂ′で全反射させられる。このとき限界
回折光２６、２８はかかる凸面２４ｂ′のために互いに
離反するような偏向作用を受けるので、その分だけ回折
角度範囲θは増幅させられる。続いて、限界回折光２６
、２８は導光部材２４の背面２４ａで全反射させられた
後、再び凸面２４ｂ′で全反射させられ、このとき回折
角度範囲θは更に増幅させられる。その後、回折限界光
２６、２８は導光部材２４の背面２４ａおよび頂面２４
ｄで順次全反射させられた後に導光部材２４から出力光
２６′、２８′として射出させられる。その結果、出力
光２６′および２８′で規定される角度は上述の回折角
度範囲θよりも大巾に増幅されることになる。要するに
、光ビームが音響光学素子２２によって例えば限界回折
光２６および２８の範囲内で回折偏向させられたとき、
導光部材２４から出力される光ビームは出力光２６′お
よび力光２８′によって規定される増幅範囲内で偏向さ
せられ得る。なお、回折限界光２６、２８の丁度中央で
射出される中央光ビームは凸面２４ｂ′の中央母線に沿
って全反射されるので、該凸面２４ｂ′によって偏向を
受けることはない。

【００１２】かくして、図１および図２に示した光偏向
装置では、音響光学素子を用いているにも拘わらず、光
ビームを広範囲に亘って偏向させることできるので、該
光偏向装置をバーコード読取り装置あるいはレーザプリ
ンタ等で用いることが可能となる。ここで注目すべき点
は、導光部材２４が音響光学素子２２と共に用いられる
ので、その設置スペースは音響光学素子２２を単独で用
いる場合に比べて導光部材２４の分だけ増大するが、し
かし音響光学素子自体はきわめて小さく、そこに設けら
れる導光部材２４も比較的小寸法に設計することが可能
であり、このため本発明による光偏向装置全体は先に述
べた機械的光偏向装置に比べれば一層コンパクトな構成
になるということである。

【００１３】上述の第１の実施例において、導光部材２
４内での光ビームの反射回数を増やすことによって限界
回折光２６および２８の回折角度範囲θを更に増幅させ
ることは可能であるが、しかしその場合には導光部材２
４内での反射面に対する光ビームの入射角度が小さくな
って、該反射面に対する光ビームの全反射条件（空気に
対して）が得られなくなることもある。このような場合
には、導光部材２４の屈折率に対して屈折率差の大きな
誘電体材料を該導光部材２４の反射面となる外面に被覆
して全反射条件を得るようにしてもよいし、あるいは導
光部材２４の反射面となる外面にアルミニウム、金等の
金属材料を蒸着させて鏡面処理を施すこともできる。

【００１４】図３および図４を参照すると、本発明によ
る光偏向装置の第２の実施例が示され、この光偏向装置
も図８を参照して説明したような音響光学素子３０と、
この音響光学素子３０の回折光射出端面側に設けられた
導光部材３２とを具備する。導光部材３２の材料として
は、図１および図３の第１の実施例の場合と同様、例え
ば光学ガラスあるいは透明アクリル樹脂等が用いられる
。また、この実施例の場合も、導光部材３２は厚手の板
形状の形態とされ、その背面３２ａは平面とされ、その
前面３２ｂは円筒形状の凹面とされる。また、導光部材
３２の底面３２ｃは平面とされ、その頂面３２ｄは斜面
とされ、その両側面３２ｅ（図４）は平面とされる。

【００１５】図１および図２に示した第１の実施例の場
合と同様に、音響光学素子３０も導光部材３２の背面３
２ａの中央部下端側に配置されるが、しかし本実施例で
は、該音響光学素子３０の回折光射出端面は該背面３２
ａに対して回折用透過型ホログラム要素３４を介在させ
て適当な透明接着剤でもって接着される。また、本実施
例では、導光部材３２の頂面３２ｄには回折用反射型ホ
ログラム要素３６が適当な接着剤でもって接着される。 なお、音響光学素子３０が図３の紙面に対して垂直な水
平面内（すなわち、図４では紙面に対して平行な平面内
）で光ビームを回折するようになっている点は第１の実
施例の場合と同様である。この第２の実施例では、音響
光学素子３０の回折光射出端面から射出された光ビーム
は回折用透過型ホログラム要素３６を通して導光部材３
２内に導入される。

【００１６】図２に示した場合と同様に、図４において
も、参照符号３８および４０は導光部材３２に導入され
た光ビームであって、図８を参照して説明したような限
界回折光（２０ｂ、２０ｃ）を示し、これら限界回折光
３８および４０で規定される回折角度範囲θは先に述べ
たように約２ないし３°である。上述の第１の実施例の
場合とは異なって、第２の実施例では、限界回折光３８
、４０は先ず回折用透過型ホログラム要素３４によって
回折されて、導光部材３２の凹面３２ｂによってその内
部に形成される凸面３２ｂ′に直ちに向かわせられる。 限界回折光３８、４０が凸面３２ｂ′で全反射させられ
と、限界回折光３８、４０は互いに離反させられるので
、その分だけ回折角度範囲θは増幅させられる。次いで
、限界回折光３８、４０は導光部材３２の背面３４ａで
全反射させられた後、再び凸面３２ｂ′で全反射させら
れ、このとき回折角度範囲θは更に増幅させられる。そ
の後、回折限界光３８、４０は導光部材３２の背面３２
ａで全反射させられた後に該導光部材３２の頂面３２に
接着された回折用反射型ホログラム要素３６に入射して
回折させられた後に導光部材３２から出力光３８′、４
０′として射出させられる。その結果、上述の第１の実
施例の場合と同様に、出力光３８′および４０′で規定
される角度は上述の回折角度範囲θよりも大巾に増幅さ
れることになる。なお、本実施例の場合も、回折限界光
３８、４０の丁度中央で射出される中央光ビームが凸面
３２ｂ′によって偏向を受けないことは言うまでもない
。

【００１７】図３および図４に示す第２の実施例では、
回折用ホログラム要素３４、３６が導光部材３２の所定
箇所に貼り付けられたが、そのような回折要素ホログラ
ム要素については導光部材３２の所定箇所に感光乳剤を
塗布してそこに直に作成するこもできる。また、上述の
第１の実施例の場合と同様に、回折角度範囲θを更に増
幅させるべく導光部材３２内での光ビームの反射回数を
増大させたために全反射条件（空気に対して）が得られ
ないときには、導光部材３２の屈折率に対して屈折率差
の大きな誘電体材料を該導光部材３２の反射面となる外
面に被覆して全反射条件を得るようにしてもよいし、あ
るいは導光部材３２の反射面となる外面にアルミニウム
、金等の金属材料を蒸着させて鏡面処理を施すこともで
きる。

【００１８】図５ないし図７を参照すると、本発明によ
る光偏向装置の第３の実施例が示され、この光偏向装置
も図８を参照して説明したような音響光学素子４２と、
この音響光学素子４２の回折光射出端面側に設けられた
導光部材４４とを具備する。導光部材４４の材料として
は、上述の実施例の場合と同様、例えば光学ガラスある
いは透明アクリル樹脂等が用いられる。本実施例では、
図５に示すように、導光部材４４には略直方体形状が与
えられ、その背面４４ａおよび正面４４ｂは円筒形状の
凹面とされ、これら双方の凹面にはアルミニウム、金等
の金属材料が蒸着させられて鏡面処理（ハッチング領域
として図示）が施されるが、一方の凹面すなわち背面４
４ａの中央部下端には小さな矩形状領域が非鏡面領域４
６として残され、また他方の凹面すなわち正面４４ｂの
上端側領域も非鏡面領域４８とされる。なお、図５から
明らかなように、導光部材４４の上下面ならびにその両
側面はそれぞれ平面とされる。

【００１９】音響光学素子４２はその回折光射出端面が
非鏡面領域４６と整列するように配置され、この非鏡面
領域４６には図７に示すように回折用透過型ホログラム
５０が適当な透明接着剤でもって接着される。なお、音
響光学素子４２が図６の紙面に対して垂直な水平面内で
光ビームを回折するようになっている点は第１および図
２の実施例の場合と同様である。音響光学素子４２の回
折光射出端面から射出された光ビーム５２が回折用透過
型ホログラム５０に入射すると、その光ビームは該回折
用透過型ホログラム５０によって回折されて所定の上向
き角度で導光部材４４内に導入される。

【００２０】図６において、参照符号５２は図８を参照
して説明したような限界回折光（２０ｂ、２０ｃ）の一
方を示し、これは上述の第１および第２の実施例におけ
る限界回折光２６、３８に相当する。図６に示すように
、限界回折光５２は導光部材４４の凹面４４ｂおよび４
４ａによってその内部に形成される凸面４４ｂ′および
４４ａ′間で反射されつつ導光部材４４の非鏡面領域４
８から出力光５２′として射出される。また、もう一方
の限界回折光（すなわち、第１および第２の実施例にお
ける限界回折光２８、４０に相当）も同様に凸面４４ｂ
′および４４ａ′間で反射されつつ導光部材４４の非鏡
面領域４８から射出される。これら双方の限界回折光の
当初の回折角度範囲は上述の第１および第２の実施例の
場合と同様な態様で増幅させられるが、しかし本実施例
ではその増幅程度は２つの凸面４４ｂ′および４４ａ′
による偏向作用のために、またその間の反射回数の多い
ために上述の第１および第２の実施例の場合に比べて大
巾に大きくなる。なお、本実施例の場合も、双方の回折
限界光の丁度中央で射出される中央光ビームは凸面４４
ｂ′および４４ａ′の双方の中央母線に沿って反射さら
れるので、該凸面４４ｂ′および４４ａ′によって偏向
を受けることはない。

【００２１】図５ないし図７に示した第３の実施例では
、導光部材４４の凹面４４ａおよび４４ｂにアルミニウ
ム、金等の金属材料を蒸着させて鏡面処理を施したが、
導光部材４４の屈折率に対して屈折率差の大きな誘電体
材料を該凹面４４ａおよび４４ｂに被覆して全反射条件
を得るようにしてもよい。なお、凸面４４ｂ′および４
４ａ′間での光ビームの反射回数を増大させるべく該凸
面に対する光ビームの入射角が小さくされているために
全反射条件（空気に対して）が得られないが、そのよう
な全反射条件が得られるように導光部材を設計し得る場
合には凹面４４ａおよび４４ｂに対する金属材料の蒸着
処理あるいは誘電体材料の被覆処理は必要とされない。

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光偏
向装置にあっては、音響光学素子で得られる光ビームの
回折偏向範囲を比較的小さな導光部材でもって増幅する
ことができる。したがって、本発明による光偏向装置を
バーコード読取り装置あるいはレーザプリンタ等に用い
た場合にはその小型化に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光偏向装置の第１の実施例を示す
概略側面図である。

【図２】図２に示した光偏向装置の平面図である。

【図３】本発明による光偏向装置の第２の実施例を示す
概略側面図である。

【図４】図４に示した光偏向装置の平面図である。

【図５】本発明による光偏向装置の第３の実施例に用い
る導光部材の斜視図である。

【図６】本発明による光偏向装置の第３の実施例を示す
概略側面図である。

【図７】図６の部分拡大図であって、その一部を判断し
た図である。

【図８】音響光学素子を機能を説明する概略図である。

【符号の説明】

１０…音響光学媒体 １０ａ…光入射端面 １０ｂ…回折光射出端面 １２…トランスデューサ １４…高周波電源 １６…超音波の伝播帯域 １８…アブソーバ ２０…光ビーム ２０ａ…直進光 ２０ｂ…限界回折光 ２０ｃ…限界回折光 ２２…音響光学素子 ２４…導光部材 ２６・２８…限界回折光 ３０…音響光学素子 ３２…導光部材 ３４…回折用透過型ホログラム要素 ３６…回折用反射型ホログラム要素 ３８・４０…限界回折光 ４２…音響光学素子 ４４…導光部材 ４６・４８…非鏡面領域 ５０…回折用透過型ホログラム要素 ５２…限界回折光

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　音響光学素子（２２、３０、４８）を
   用いる光偏向装置において、前記音響光学素子の回折光
   射出端面側にそこから射出される光ビームを受け入れる
   導光部材（２４、３２、４４）を設け、この導光部材に
   対向反射面（２４ａ、２４ｂ：３２ａ、３２ｂ：４４ａ
   、４４ｂ）を形成し、この対向反射面が該光ビームをそ
   の間で反射させた後に前記導光部材の外部に射出するよ
   うに配置されると共に該対向反射面の少なくとも一方が
   該該光ビームに偏向作用を与えるべく凸面（２４ｂ′：
   ３２ｂ′：４４ａ′、４４ｂ′）として形成されること
   を特徴とする光偏向装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の光偏向装置において
   、前記導光部材（２４、３２）の対向反射面（２４ａ、
   ２４ｂ：３２ａ、３２ｂ）が前記光ビームに対して全反
   射面として形成されることを特徴とする光偏向装置。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の光偏向装置において
   、前記全反射面が前記導光部材に対して大きな屈折率差
   を持つ誘電体材料をその外面に被覆することによって得
   られることを特徴とする光偏向装置。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載の光偏向装置において
   、前記導光部材（４４）の対向反射面が該導光部材の外
   面（４４ａ、４４ｂ）に反射材料を被覆することによっ
   て形成されることを特徴とする光偏向装置。
5. 【請求項５】　　請求項１から４までのいずれかに記載
   の光偏向装置において、前記音響光学素子（２２、３０
   ）がその回折光射出端面を前記導光部材（２４、３２）
   の光ビーム導入部に対して接着させて設けられることを
   特徴とする光偏向装置。
6. 【請求項６】　　請求項５に記載の光偏向装置において
   、前記光ビームを前記音響光学素子（３０）の回折光射
   出端面から前記導光部材（３２）に所定の入射角で入射
   させるべく該音響光学素子の回折光射出端面と該導光部
   材の光ビーム導入部との間に回折用透過型ホログラム要
   素（３４）が介在させられることを特徴とする光偏向装
   置。
7. 【請求項７】　　請求項１から４までのいずれかに記載
   の光偏向装置において、前記音響光学素子（４２）がそ
   の回折光射出端面を前記導光部材（４４）の光ビーム導
   入部から隔設させて設けられることを特徴とする光偏向
   装置。
8. 【請求項８】　　請求項７に記載の光偏向装置において
   、前記光ビームを前記音響光学素子（４２）の回折光射
   出端面から前記導光部材（４４）に所定の入射角で入射
   させるべく該音響光学素子の回折光射出端面と該導光部
   材の光ビーム導入部との間に回折用透過型ホログラム要
   素が介在させられることを特徴とする光偏向装置。