JPH044569B2

JPH044569B2 -

Info

Publication number: JPH044569B2
Application number: JP56205583A
Authority: JP
Priority date: 1981-12-19
Filing date: 1981-12-19
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS58106519A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、複数のホログラムレンズをほぼ円周
に沿つて所定の間隔で配置したホログラムデイス
クと、該デイスクを前記円周の中心を回転軸線と
して回転させる駆動手段と、前記ホログラムレン
ズへ向けてレーザ光束を出射するレーザ装置と、
前記ホログラムレンズにて回折、偏向されたレー
ザ光束が走査される走査面とを有する光走査光学
系に関する。

ホログラムレンズに対するレーザ光束の照射位
置を変化させることにより、ホログラムレンズの
空間周波数に応じてレーザ光束を回折、偏向さ
せ、かく偏向したレーザ光束によつて走査面を走
査する上記形式の光走査光学系は従来より周知で
ある。この種の光走査光学系においては、レーザ
光束が走査面にて直線走査を為すことが望まし
く、このため、従来よりこの要求を満たすべく各
種の構成が提案されている。ところが従来の提案
にかかる光走査光学系においては、これに用いら
れる光学素子を、高い精度をもつて正確に位置決
めする必要があり、このためこの光学系を実用化
することは容易なことではなかつた。また従来の
提案に係るこの種の他の光走査光学系において
は、構造が複雑で、構成部品点数が多く、製造コ
ストが上昇すると共に、構造が大型化する欠点を
免れなかつた。

本発明の目的は、上記従来の欠点を除去し、構
成を簡素化し、その小型化を図ると共に、構成部
品点数を減少し得る光走査光学系を提供すること
である。

本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記
載した形式の光走査光学系において、ホログラム
デイスクと走査面との間に回折格子を固定配置
し、該回折格子の格子方向をホログラムデイスク
の円周の接線方向と平行な方向に一致させ、且つ
前記ホログラムレンズと前記回折格子を通過した
レーザ光束が直線走査となるように前記回折格子
に回折格子数勾配を持たせた構成を提案する以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。

第１図において、円板状に形成されたホログラ
ムデイスク１は、回転軸２を介して、モータ３か
ら成る駆動手段に取付けられ、該モータ３によつ
て回転軸線４のまわりを回転駆動される。ホログ
ラムデイスク１（以下、単にデイスクという）
は、その回転軸線４を中心とした円周１ａに沿つ
て、等間隔で配置された適数の、本例では６個の
ホログラムレンズ５を有している。各ホログラム
レンズは場所により異なる空間周波数を有し、こ
れらホログラムレンズ５の特性は全て等しく作製
されている。６は、レーザ光束が主走査される走
査面であり、この走査面６と、デイスク１との間
には、本発明により、回折格子７が固定配置され
ている。

今、既述の円周１ａに沿つた各ホログラムレン
ズ５のデイスク周方向長さをＬとし、１つのホロ
グラムレンズ５におけるデイスク周方向の中心ｈ
の位置、即ちL/2の位置に、図示していないレー
ザ装置を出射した微小径レーザ光束８、より正確
に言えばこのレーザ光束８の横断面中心を通る光
線が照射した場合を一例として考えると、このレ
ーザ光束はホログラムレンズ５によつて回折さ
れ、かく回折されたレーザ光束９は既述の回折格
子７によつても回折され回折レーザ光束１０とな
つて、走査面６上の点Ｓに集束し、ここにビーム
スポツトを生ぜしめる。

レーザ装置からのレーザ光束は上に例示した如
くして走査面６上に至るが、このときデイスク１
は、矢印Ａで示す方向に等速で回転しており、し
かもレーザ光束８がホログラムレンズ５を照射す
る位置は不動である。このため実際には、レーザ
装置からのレーザ光束８は、１つのホログラムレ
ンズ５に対して、レンズ５の一方の端部領域の初
期位置L₁を照射した後、デイスク１の回転に伴
つて、上述したレンズ中心ｈを照射し、次いでレ
ンズ５の他方の端部領域の終端位置L₂を照射す
る。これにより、ホログラムレンズ５を出射した
レーザ光束は、ホログラムレンズ５の空間周波数
に応じて回折され、矢印Ｂ方向に偏向される。こ
れに伴つて、回折格子７にて回折されたレーザ光
束１０も偏向され、走査面６上のビームスポツト
は走査線１１を生ぜしめつつ矢印Ｃ方向に移動
し、これによつて所定の主走査が行われる（この
ときの走査面上での主走査開始点をＸ、走査終了
点をＹとし、有効走査範囲がで示す領域であ
るとする）。このような動作が各ホログラムレン
ズ５毎に行われ、しかも走査面が副走査方向Ｚに
移動するため、所定の走査が連続的に行われるこ
とになる。この場合、もしも第１図に示す回折格
子７が無いとすると、各ホログラムレンズ５を出
射したレーザ光束はそれぞれ矢印１２で示す如く
直進し、これにより生ぜしめられるビームスポツ
トは、１３で示す如き円弧状の走査線を描くこと
になるが、第１図に示す光学系においては本発明
により、既述の回折格子７が設けられ、その格子
間隔が後述する如く構成されているため、走査面
６上の走査線１１は直線状となり、かくしてこの
種光走査光学系に課せられる要求を確実に満足さ
せることができる。尚、１つのホログラムレンズ
に対するレーザ光束８の位置が初期位置L₁と終
端位置L₂との間の範囲外にするときも、走査面
上にビームスポツトが形成され得るが、そのとき
のビームスポツトの光強度は低く、かかる光強度
の低いビームスポツトは一般に有効なビームスポ
ツトとして用いられないので、本例では、レーザ
光束８がホログラムレンズにおける図示した初期
位置L₁を照射したときから、終端位置L₂を照射
したときまでを、１回の主走査として考えてい
る。

次に、上述の如く直線走査を為し得るようにす
るための回折格子のより具体的な構成、特にその
格子間隔について説明する。

第２図は、第１図に示す光学系にて用いられる
回折格子７を模式化して示す説明図であり、この
回折格子７は、回折格子間隔Ｄ(d)が第２図に示す
如く変化する直線回折格子である。一方、第３図
は第１図に示す構成を模式的に示した平面原理図
であり、第４図は第３図の側面図である。尚、本
明細書では、レーザ光束におけるその横断面中心
を通る光線を、中心光線と称することにする。

第３図及び第４図において、符号Ｈは第１図に
示すホログラムレンズ５を出射したレーザ光束の
中心光線と、ホログラムレンズ５との交点を示
す。従つて、ホログラムレンズを出射するレーザ
光束の中心光線は全て点Ｈから回折格子７へ向か
うことになる。また符号９ａは、ホログラムレン
ズ５における既述のデイスク周方向中心ｈ（第１
図）をレーザ光束８が照射したとき、該レンズ５
を出射したレーザ光束９の中心光線を示し、以下
の説明ではこの中心光線９ａを第１中心光線と称
することにする。また、ホログラムレンズ７の中
心ｈ以外の個所を照射して、走査面上の有効走査
範囲内の位置に至るレーザ光束のうち、任意
の１つのレーザ光束を考え、このレーザ光束が点
Ｈから回折格子７へ至るまでの、該レーザ光束の
中心光線を、１４ａで示す線分であるとし、この
中心光線を第２中心光線と称することにする。ま
た既述の如く第１図に示すデイスク１が回転する
ことにより、ホログラムレンズを出射したレーザ
光束は、第３図に矢印Ｂで示す方向に偏向され、
次いで回折格子７にて回折されてるが、その際、
回折格子７にて回折された後の第１及び第２中心
光線をそれぞれ第１及び第２回折中心光線９ｂ，
１４ｂと言うことにする。

一方、既述の如き回折格子数勾配を有する回折
格子７は、その格子の方向Ｄ（第２図をも参照）
が、ホログラムデイスク１の円周の接線方向と平
行な方向に配置されている。換言すれば、第３図
に示す平面図で見たときに、格子の方向Ｄは、第
１中心光線９ａないしは第１回折中心光線９ｂに
対し直交している。

さて、回折格子７にて回折された第１及び第２
回折中心光線９ｂ，１４ｂが、走査面６に至り、
ここに走査線１１が生ぜしめられるが、このとき
の第２中心光線１４ａと第２回折中心光線１４ｂ
とを第３図の側面から見ると、これらは、第４図
に符号１４a′，１４b′で示す如く、回折格子７の
表面１５に対して垂直な垂線１６と線分とを
含む平面への正射影線として表わされる（点Ｓ
は、第１図に関連した既述の説明からも判るよう
に、第１回折中心光線９ｂと走査線１１との交点
である）。

ところで、もしも回折格子７が無いと仮定する
と、点Ｈから発した第１及び第２中心光線９ａ，
１４ａは第３図及び第４図に破線１２ａで示す如
く直進して、円弧状の走査線１３（第１図をも参
照）に至る。ところが、実際には回折格子７が設
けられているため、先にも説明したように、該格
子７にて回折された第１及び第２回折中心光線９
ｂ，１４ｂは、直線状の走査線１１に至ることに
なる。以下に、この作用が得られるための条件を
説明する。尚、本例では回折格子７における基板
（例えばガラス基板）の、第４図における下側の
表面１５に格子が形成されているものとし、この
下側の表面１５を基準として、以下の考察を行う
ことにする。

先ず第３図に示す如く点Ｈから出射した第１中
心光線９ａと、回折格子７の表面１５との交点を
Ｏとし、同様に第２中心光線１４ａと回折格子７
の表面１５との交点をＰとする。そして交点Ｏを
通り格子の方向Ｄに延びる仮想線１７を、回折格
子中心線と称することにし、この回折格子中心線
１７から上記交点Ｐまでの距離をｄとする（線１
７を回折格子中心線と名付けたのは、ホログラム
レンズ５の「中心ｈ」を通つた第１中心光線９ａ
がこの線１７上の点Ｏを通ることによる）。一方、
第３図に示した第２中心光線１４ａの正射影線で
ある、第４図に示した線１４a′と回折格子７の表
面１５との交点をP′とすると、OP′＝ｄとなる。

次に、第４図において、点Ｈと交点Ｏとの距離
HOをRg、走査線１１と回折格子中心線１７との
距離をRsとすると共に、回折格子７の平面１
５に垂直な垂線１６と、線分との成す角を
α₀、同様に垂線１６と線分との成す角をβ₀、
更に垂線１６と線分′との成す角をα、線分
SP′と垂線１６との成す角をβとすると、第４図
から明らかなように、次式が得られる。

sinα＝（Rgsinα₀−ｄ）／√（
₀−）²＋（₀）²(1) sinβ＝（Rssinβ₀＋ｄ）／√（
₀＋）²＋（₀）²(2) 一方、回折格子中心線１７からｄだけ離れた、
回折格子上での位置（Ｐ又はP′）における回折格
子の間隔Ｄ(d)は次のように表わすことができる。

Ｄ(d)＝λc／sinβ−sinα (3) 但し、λcは、使用するレーザ光束の光波長で
ある。換言すれば、式(3)を満足するように格子間
隔Ｄ(d)を定めることができれば、走査線１１を直
線にすることができる。そこで式(1)及び(2)を式(3)
に代入すると、が得られる。即ち、回折格子中心線１７から、回
折格子７の格子方向Ｄに垂直な方向へ距離ｄだけ
離れた位置での格子間隔Ｄ(d)が、式(4)で表わされ
るような回折格子７を用いれば、点Ｈから発せら
れた光線、換言すればホログラムレンズを出射し
たレーザ光束を、走査面１１上にて直線走査させ
ることができる。

上述のように、ホログラムデイスク１と走査面
６との間に回折格子７を固定配置し、この回折格
子７の格子方向Ｄをホログラムデイスク１の円周
１ａの接線方向と平行な方向に一致させ、且つホ
ログラムレンズ５と回折格子７を通過したレーザ
光束が直線走査となるように回折格子７に回折格
子数勾配を持たせるという極く簡単な構成によつ
て、確実に直線走査を得ることができる。このよ
うな光走査光学系は、レーザプリンタや光学式読
取装置等の情報処理機器に特に有利に用いること
ができる。ただ、上述した構成において、レーザ
光束８が一定以上のビーム径を有していると、若
干の非点収差を伴うことになり、これに基き走査
面上での像がぼけてしまう不都合を生ずることも
考えられる。即ち、レーザ光束８が第１図に示す
デイスク１の円周方向に広がりを有していても、
収差を伴うことなく走査面６上に集束されるが、
レーザ光束がデイスク１の半径方向に広がりを有
していると、このレーザ光束は走査面６よりもや
や手前側に集束することになる。

そこでこの非点収差について検討してみる。第
３図において、既述の点Ｈから出射した第１中心
光線９ａがデイスク１（第１図）の回転に伴つ
て、第２中心光線１４ａまで偏向されるが、その
ときの第３図で見た状態での中心光線の回転角を
θとする。一方、第１図に示す如く、ホログラム
レンズ５を照射したレーザ光束の中心からデイス
ク１の回転軸線４までの距離をγとすると、第３
図に示す第２中心光線１４ａが回折格子７へ入射
した点Ｐから、既述の回折格子中心線１７までの
距離ｄは、次の如く表わされる。

ｄ＝（Rgsinα₀＋γ）（１−cosθ）……(5) 但し、Rg、α₀は式(4)におけるRg、α₀と同じで
ある。従つて回転角θが判れば、式(5)により距離
ｄ、即ち第２中心光線が回折格子７を照射する位
置を知ることができる。一方、この距離ｄが判れ
ば、式(4)によつて、距離ｄの位置における格子間
隔Ｄ(d)、ひいては第２中心光線１４ａの回折角度
βを知ることができ、第２回折光線１４ｂの集束
位置を知ることができる。上の説明では第２中心
光線１４ｂについてのみ考察した。ところが実際
には或る広がりを持つたレーザ光束が回折格子７
に入射し、かかる光束の各光線についても、上述
した考えと同じ考えによつて、その回折角βを知
ることができ、よつて、これら各光線が、回折格
子７で回折された後、いかなる位置にて集束する
かを知ることができる。このような手法によつ
て、各光線の最良像点（最小錯乱円）と走査線１
１とのずれδ、及び回転角θの関係を求め、これ
をグラフ化して示すと、第５図の如くなる。そし
てこの第５図を見れば判るように、回転角θが比
較的小なる範囲では、走査線からの最良像点のず
れは無視できる程小さく、よつて非点収差による
影響を考慮せずとも特に問題は生じない。もつと
も回転角θが非常に大きくなれば、走査線１１か
らの最良像点のずれが大きくなり、これを無視で
きなくなることもあるが、このような場合には、
ホログラムレンズ５を出射した光が、第５図に示
したずれδと逆の非点収差をもつて集束するよう
に、ホログラムレンズ５を予め作製しておけば何
ら問題は生じない。

尚、図示した回折格子７は、けい線を引くこと
により形成することもできるし、或いはホログラ
フイク技術によつて作製することもできる。即
ち、けい線によつて格子を形成するには、例え
ば、その自体公知なルーリングエンジンによりけ
がき、或いは電子ビームによつてけがくことがで
き、またホログラフイク技術により格子を作製す
るときには、例えば第６図に示す如く、凹面を有
する円柱レンズ２０からの発散円筒波２１と、凸
面を有する円柱レンズ２２からの収束円筒波２３
とを干渉させ、ホログラム記録材料１０７に記録
すればよい〔各レンズ２０，２２に入射する光は
同一光源（図示せず）から出たものであることは
当然である〕。

またホログラフイツク技術によつて回折格子を
作製する場合、使用する光束の波長に感ずるホロ
グラム記録材料を用いる必要があるが、この光束
として、半導体レーザからのレーザ光束の如く、
近赤外より長波長の光を用いたときには、かかる
波長域で感ずるホログラム記録材料に適当なるも
のが無い。ところが、本発明に係る回折格子は、
上述の如く、ホログラフイク技術以外の技術、即
ちけい線を引くことによつても作製できるので、
上述した事実によつて特に不都合が生ずることは
ない。

尚、上述した説明では、回折格子基板の一方の
表面１５を基準とし、距離Rg、Rs等を定め、各
式(1)、(2)、(4)を導びいたが、回折格子基板の他方
の面（第４図における上側の面）１５ａを基準と
し、或いは回折格子基板の上下の表面１５，１５
ａの中間的な位置を基準として上記距離Rg、Rs
等を定め、式(4)を導びき、これに基いて回折格子
の格子間隔Ｄ(d)を定めても、本発明の目的は達成
できる。但し、格子の形成された回折格子表面を
基準とすることが望ましいことは当然である。従
つて回折格子７の第４図における上側の表面１５
ａに格子を形成した場合には、この表面１５ａを
基準とすることが有利である。

尚、本発明に係る光走査光学系は、例えばレー
ザプリンタ、読取装置等に広く利用できるが、レ
ーザプリンタに用いられたときには、走査面が感
光体として構成され、読取装置に利用されたとき
には、走査面は原稿等の被読取体となることは周
知の通りである。

以上の通り本発明によれば、ホログラムデイス
クと走査面との間に回折格子を固定配置し、該回
折格子の格子方向をホログラムデイスクの円周の
接線方向と平行な方向に一致させ、且つホログラ
ムレンズと回折格子を通過したレーザ光束が直線
走査となるように回折格子に回折格子数勾配を持
たせるという簡単な構成によつて、直線走査を可
能とすることができる。しかも回折格子が固定配
置されているので、これを可動に構成した場合に
比べ、構造を簡素化でき、部品点数の減少と、そ
の小型化、並びに製造コストの低減を達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光走査光学系の概略斜視
図、第２図は回折格子を模式化して示す説明図、
第３図は第１図に示す光学系を更に模式化して示
す平面説明図、第４図は第３図の−線方向か
ら見た側面図、第５図は、走査線から最良結像点
までのずれと、回転角との関係を示すグラフ、第
６図は回折格子をホログラフイク技術によつて作
製する際の一例を示す斜視図である。１……デイスク；１ａ……円周；４……軸線；
５……ホログラムレンズ；６……走査面；７……
回折格子；８，９，１０……レーザ光束；９ａ…
…中心光線；１６……垂線；１７……回折格子中
心線；Ｄ……格子方向；ｈ……中心；Ｏ……交
点；Rg……長さ；ｄ，Rs……距離；α₀₂β……
角；Ｄ(d)……格子間隔；。

Claims

【特許請求の範囲】１複数のホログラムレンズをほぼ円周に沿つて
所定の間隔で配置したホログラムデイスクと、該
デイスクを、前記円周の中心を回転軸線として回
転させる駆動手段と、前記ホログラムレンズへ向
けてレーザ光束を出射するレーザ装置と、前記ホ
ログラムレンズにて回折、偏向されたレーザ光束
が主走査される走査面とを有する光走査光学系に
おいて、前記ホログラムデイスクと走査面との間に回折
格子を固定配置し、該回折格子の格子方向をホロ
グラムデイスクの円周の接線方向と平行な方向に
一致させ、且つ前記ホログラムレンズと前記回折
格子を通過したレーザ光束が直線走査となるよう
に前記回折格子に回折格子数勾配を持たせたこと
を特徴とする光走査光学系。２ホログラムデイスクの周方向における、１つ
のホログラムレンズの中心を出射したレーザ光束
の横断面中心を通る中心光線が前記回折格子と交
わる交点を考え、この交点を通り且つ回折格子の
格子方向に延びる直線を回折格子中心線とし、該
回折格子中心線上における前記交点と、ホログラ
ムレンズの前記中心とを結んだ線分の長さをRg、
該線分と、回折格子の表面に垂直な垂線とのなす
角をα₀、ホログラムレンズの前記中心を出出射し
たレーザ光束の中心光線が、前記交点から走査面
に至るまでの線分の距離をRs、該線分と前記垂
線とのなす角をβ₀、レーザ光束の光波長をλcと
したとき、前記回折格子中心線から、回折格子の
格子方向に垂直な方向へ距離ｄだけ離れた位置で
の格子間隔Ｄ(d)がとなるように、回折格子の格子間隔を設定したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光
走査光学系。３前記回折格子が、けい線を引くことにより形
成されている特許請求の範囲第１項又は第２項に
記載の光走査光学系。４前記回折格子が、ホログラフイク技術によつ
て形成されている特許請求の範囲第１項又は第２
項に記載の光走査光学系。