JPH0517530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ビーム走査装置に関し、特にホログ
ラムを代表とする回折格子を利用した光ビーム走
査装置に関する。

光ビーム走査装置の中で用いられる光偏向器と
しては、回転多面鏡やガルバノメータなどの機械
的光偏向器、超音波と光の相互作用を利用する音
響光学的光偏向器、移動するホログラムを利用す
るホログラム光偏向器、などが従来より知られて
いる。これらの中で、ホログラム光偏向器はその
構成主体であるホログラムが写真的なプロセスや
熱圧着のプロセスなどによつて容易に大量複製し
うること、ホログラム光偏向器自体に傾角誤差が
あつたりウオブリングが生じてもその影響が偏向
されるビームには現われにくいこと、ホログラム
自体にレンズ作用をもたせることもできるので集
束レンズを不要とすることも可能であること、光
偏向の方向をホログラムの運動方向とは独立に自
由に選べること、などの特長をもつており、装置
の簡易化、低価格化への期待を集めている。

ホログラム光偏向器の原理は、ホログラム板と
再生用照明ビームとの相対位置関係を変化させる
ことにより、再生される１次回折ビームの方向を
変化させるものである。この原理を具体化するホ
ログラム光偏向器の形態として、回転する球面
（凸状または凹状）の回転方向に反射型のホログ
ラムを配列したもの、回転する円筒または角筒の
側面にホログラムを配列したもの、回転する円板
の円周方向にホログラムを配列したもの、などが
知られている。

これらのうち球面上に反射型のホログラムを配
列したものと、円筒または角筒の側面にホログラ
ムを配列したものは、ホログラムの無収差再生系
を利用しているので１走査当り10000点を超える
解像点数を得ることも可能であり、高解像度のレ
ーザ走査装置の構成に有力である。しかしながら
球面や円筒の形態のホログラム光偏向器を実現す
るためには写真乳剤、ホトレジスト、ホトポリマ
ーなどの感光材料を球面や円筒面上に塗布するこ
とが必要であり、技術的困難を伴なう。また角筒
の形態のホログラム光偏向器は、個々のホログラ
ムが平板状に形成されるものの組み立てるのに高
い精度が要求され、また風損が大きいために高速
化に限界がある。

一方、円板の円周方向にホログラムを配列した
ものは、構成が非常に簡単なので上述したような
欠点もなく、実用化に最も適した形態と考えられ
ている。しかしこれまでのところ、この円板の円
周方向にホログラムを配列したものは、ホログラ
ム光偏向器を構成する複数のホログラムから種々
の方向の走査線を得られるようにしてバーコード
リーダーの中に組み込んだ場合以外には実用化の
例はない。その最も大きな理由は、１つの平面上
に走査線を得ようとすると走査線が弓形状とな
り、文書情報や画像情報の記録や読み取りの装置
としては具合が悪いためである。

円板形状のホログラム光偏向器におけるこの欠
点を解決しようという試みは米国特許4289371号
明細書、米国特許3721486号明細書、及び特開昭
57−85018号明細書に記載されている。

米国特許4289371号明細書に記載された方法は、
用いる光ビームの波長λと回折格子（ホログラ
ム）の周期ｄ（一定）との比λ／ｄの値を１ない
し1.618とする方法である。しかしこの方法では、
例えば用いる光ビームの波長λを0.488μｍとする
と、回折格子の周期ｄを0.30μｍないし0.49μｍと
する必要がある。このように微細な周期をもつ回
折格子（ホログラム）を高品質に製作することは
容易ではない。その第１の問題は、ホログラフイ
露光装置の振動やその周囲の空気の擾乱を厳しく
除去しなければならないことであり、上記した周
期のホログラフイツクな格子パターンを記録材料
上に忠実に露光することの難しさは当該技術分野
に関係する者にてつては周知のことである。また
第２の問題は、上記した周机の回折格子を記録す
るための実用性のある記録材料を得ることが難し
い、ということである。

米国特許3721486号明細書に記載された方法は、
互に等しい速さで逆方向に回転する２つの回折格
子によつて光ビームを２度回折させる方法であ
る。しかし２つの回折格子を互に等しい速さで逆
方向に回転させるためには複雑な回転伝達機構が
必要になり、技術的に難しい問題が残る。

特開昭57−85018号明細書に記載された方法は、
互に同期して回転する２種類の回折格子（ホログ
ラム）によつて光ビームを２度回折させる方法で
ある。しかしこの方法は、互に所定の関係で結ば
れた２種類の回折格子が必要であり、複雑であ
る。

本発明の第１の目的は、ホログラムを代表とす
る回折格子からなる回転板状の光偏向器を用いた
光ビーム走査装置を構成するに当り、平面上にお
いて弓形状でない直線状の走査線を得ることにあ
る。

本発明の第２の目的は、上記した第１の目的を
達成するのに、比較的大きな格子周期をもつた回
折格子を用いることを可能にし、もつて回折格子
の作成を容易にすることにある。

本発明の第３の目的は、上記した第１の目的を
達成するのに、複雑な回転伝達機構を不要にする
ことにある。

本発明の第４の目的は、上記した第１の目的を
達成するのに、２種類の回折格子を必要とせず、
１種類の回折格子のみで済ませることにある。

本発明の第５の目的は、上記した第２の目的を
達成することにより、必ずしもホログラフイの技
法を必要とせず、ルーリングの技術にても作成し
うる回折格子を用いることを可能にすることにあ
る。

本発明の第６の目的は、上記した第２の目的を
達成することにより、装置の信頼性を高めると共
に低価格化を実現することにある。

本発明による光ビーム走査装置は、少くとも１
個の等ピツチで直線状の平面回折格子を設けた回
転板、前記回転板の回転軸を含む面を入射面とし
て前記平面回折格子に入射し、前記平面回折格子
によつて回折された光ビームを前記入射面と垂直
な複数個の平面反射面によつて偶数回反射させ
て、前記回折された光ビームと略平行となる反射
光ビームを得、該反射光ビームを再び前記平面回
折格子に導く光学系、および、再度前記平面回折
格子によつて回折された前記反射光ビームを走査
面上に集束させるレンズからなり、前記回転板の
回転に伴なつて光ビームが走査面を走査するよう
にしたことを特徴とするものである。

以下本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明に用いられる回転板の一例であ
る。回転板１の上には、その回転軸２の周囲に図
面から明らかなように複数個の等ピツチで直線状
の平面回折格子３−１，３−２，…，３−６が設
けられている。回折格子の数は必ずしも本例のよ
うに６個に限れることはなく、１個以上の任意の
数であつてよい。また回折格子の格子線の方向は
回転板１の回転方向に接する方向が好ましい。

回折格子は種々の方法で作成しうるが、ホログ
ラフイの技法で直接作成する場合を第２図で説明
する。表面に記録媒体を設けた回転板１に対し、
互にコヒーレントな波長λの平面波４および５を
入射させる。平面波４および５が干渉して形成す
る干渉縞を一定のマスクを通して所底の回数だけ
露光する。この回数は回転板上に設けるべき回折
格子の数に等しく、例えば第１図のように６個の
回折格子を設ける場合には６回の露光を行なう。
各露光の間に回転板を所定角度（６個の回折格子
を設ける場合には60゜）だけ回転する。このよう
に露光して後、現像など記録媒体に適した処理を
施せば所要の回折格子が設けられた回転板が得ら
れる。露光時における２つの平面波４および５の
入射角度を、法線６に対して互に対称の等しい角
度αとすると、格子（干渉縞）の周期ｄは、 ｄ＝λ／（2sinα） …(1) となる。一例として平面波の波長をλ＝0.488μ
ｍ、入射角度をα＝10゜とすると、格子周期はｄ
＝1.4μｍとなる。また格子（干渉縞）の方向は２
つの平面波４および５の主光線が作る面（第２図
では紙面）に垂直である。

第３図は本発明の第１の実施例を説明するため
の光学系を示す側面図である。回転板１の回転軸
２を含む面を入射面として波長λ′のコリメートさ
れた光ビーム７を入射させる。すなわち本発明で
は回転軸２と入射光ビーム７とを含む面として入
射面を定義する。第３図では一般性を失うことな
く入射面を紙面内にとつた。入射光ビーム７の回
転板１への入射角をα″、回折格子３の格子周期
をｄとし、入射角度α′を ｄ＝λ′／（2sinα″） …(2) で決まる角度に設定すると、格子の方向が入射面
（第３図では紙面）に垂直な状態のときに回折さ
れて生ずる光ビーム８ａの回折角もα″となり、
この光ビーム８ａも入射面内にある。しかし、回
転板１の回転に伴なつて格子の方向が入射面に垂
直な方向から変化した状態のときに回折されて生
ずる光ビーム８ｂは、入射面内にはなくなり、入
射面に垂直な方向の成分をもつ。このことは光ビ
ーム８ｂが入射面に垂直な方向に偏向されること
を意味する。ところが光ビーム８ｂは、入射面に
垂直な方向に偏向されるのと同時に入射面への投
影角度βも格子の方向と共に変化してα″とは等
しくなくなる。このために走査面において走査線
が直線から偏倚し、弓形状化を生ずる。本発明で
は、走査面における走査線の弓形状化を軽減、も
しくは除去するために、回折格子によつて１度回
折されて生じた光ビームを再びその回折格子に導
き、再度回折させる。第３図で示した第１の実施
例では光ビーム８ａおよび８ｂを、入射面に垂直
な２個の平面反射面９および１０により再度回折
格子３に導くのであるが、特に好ましいのは２個
の平面反射面９および１０が互に直角となるよう
に配置される場合である。このとき光ビーム８ａ
が再び回折格子３に導かれた時も入射面（第３図
の紙面）内にあり、その再入射角はα′であるの
で、再度回折格子３によつて回折されて生じる光
ビーム１１ａの回折角もα″となる。一方光ビー
ム８ｂが再び回折格子３に導かれた時の入射面へ
の投影角度はβであり、再度回折格子３によつて
回折されて生じる光ビーム１１ｂの入射面への投
影角度α″は極めてα′に近い値をとる。このこと
は、光ビーム１１ａおよび１１ｂを集束レンズ１
３によつて走査面１４に集束させた時、Ｙ方向に
関してほゞ同一の位置１５に光点が形成され、従
つて走査線の弓形状化が大幅に軽減されることを
示す。

次に、上記本発明の第１の実施例の効果を第３
図を参照しながら説明する。具体的な数値例とし
て回折格子の格子周期をｄ＝1.4μｍ、走査に用い
る光ビームの波長をλ′＝0.488μｍとする。この場
合、(2)式に上記した値を代入することにより、入
射光ビーム７の入射角はα″＝10゜と設定される。
集束レンズ１３として、それに入射する光ビーム
の入射角度に比例した光点を生ずるように作られ
たいわゆるfθレンズを用いるとし、走査面１４上
に描かれる走査線の軌跡を求めると、走査面の所
定走査方向をＸ軸、それに垂直な方向をＹ軸と
し、これらの座標を集束レンズ１３（fθレンズ）
の焦点距離ｆで正規化した場合第４図Ｂのように
なる。本発明によらず、回折格子３で１度回折さ
れた光ビーム８ａおよび８ｂをそのまま集束レン
ズ１３で集束して走査線を描かせた場合の軌跡は
第４図Ａのようになる。これにより本発明によつ
て走査線の弓形状化が大幅に軽減されることがわ
かる。

本発明は第１の実施例以外の条件でも効果的に
実施しうる。例えば回折格子に入射させる光ビー
ムの入射角を0゜に設定する、すなわち垂直に入射
させる場合で、第１の実施例よりも一層勝れた効
果が得られる。第３図を参照して述べるならば、
入射する光ビーム７の入射角α″を0゜とする場合で
ある。この時走査面上に描かれる走査線の軌跡は
第４図Ｃに示されるように一直線になり、弓形状
化は全く生じない。

また第１の実施例では、第３図に示したように
反射面が互に垂直な２個の反射面９および１０に
よつて光ビームを回折格子に再度導いたが、２個
の反射面は必ずしも互に垂直でなくてもよい。要
は１度目の回折によつて生じた光ビーム８ａおよ
び８ｂの入射面への投影角度の差が、再度回折格
子に導かれた時の入射面への投影角度の差として
再現されればよい。また当然のことながら、反射
面の数は２個に限られることはなく、さらに反射
面としては光学ガラスの基板の表面あるいは裏面
に反射膜を設けたものやプリズムの全反射を利用
したものなど種々の具体例がある。

さらに回折格子を作成する方法は、ホログラフ
イの技法を直接適用する方法ばかりでなく、１枚
の原ホログラムを用いて写真的に複製したりレプ
リカを作成する方法や、全くホログラフイの技法
とは別にルーリングの技法によつて作成したり、
それを原板としてレプリカを作成する方法が採用
できる。

さらにまた回折格子が設けられる回転板は必ず
しも円形でなくてもよく、多角形であつてもよ
い。

このようにして本発明によれば回折格子を利用
した回転板形状の光偏向器を用いた光ビーム走査
装置において、走査線の弓形状化を大幅に軽減、
あるいは完全に除去することができる。

また走査像の弓形状化を補正するに際して比較
的大きな格子周期（実施例は格子周期ｄ＝1.4μｍ
の場合を述べた）の回折格子を用いることがで
き、回折格子の作成が非常に容易になつて種々の
技法で対応できる。

さらに本発明では１枚の回転板を回転させれば
よいので、複雑な回転伝達機構を必要としない。

さらにまた本発明では１種の回折格子のみで走
査の弓形状化を補正でき、簡単である。

以上述べたように本発明によれば高性能で高い
信頼性の光ビーム走査装置を、簡易に低価格で実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる回転板の一例を示
す平面図、第２図は本発明に用いられる平面回折
格子を作成する一方法を示す側面図、第３図は本
発明の第１の実施例を説明する光学系を示す側面
図、第４図は本発明による走査線の弓形状化補正
の効果を説明する特性図である。 １…回転板、２…回転軸、３…回折格子、９，
１０…平面反射面、１３…集束レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少くとも１個の等ピツチで直線状の平面回折
   格子を設けた回転板、前記回転板の回転軸を含む
   面を入射面として前記平面回折格子に入射し、前
   記平面回折格子によつて回折された光ビームを前
   記入射面と垂直な複数個の平面反射面によつて偶
   数回反射させて、前記回折された光ビームと略平
   行となる反射光ビームを得、該反射光ビームを再
   び前記平面回折格子に導く光学系、および、再度
   前記平面回折格子によつて回折された前記反射光
   ビームを走査面上に集束させるレンズからなる光
   ビーム走査装置。