JPH05203892A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラムを用いた光ビーム走査装置におい
て、高価な結像系レンズを用いることなく、ホログラム
のみで効果的に走査ビームの収差および等速性を補正で
きる光ビーム走査装置を実現する。 【構成】 半導体レーザと２個以上のホログラムからな
る光ビーム走査装置において、半導体レーザからのコリ
メート光４が入射される回転ホログラムディスク２のデ
ィスク面に回折波７を生成するホログラム５を複数設け
る。また、回転ホログラムディスク２の後方にホログラ
ム５を後置し、このホログラム５で生成した回折波８を
感光体ドラム９上の結像点１０に収束される。結像点１
０は、回転ホログラムディスク２の回転に伴って感光体
ドラム９上を走査する。ここで、ホログラム５は凹のパ
ワーを有し、ホログラム３は凸のパワーを有する。この
ような混合系により、走査ビームの収差および等速性を
効果的に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ等の光源
からの光ビームを２個以上のホログラムを介して回折
し、この回折光を感光体ドラム等の結像体上で走査させ
る光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２個以上のホログラムを用いた光ビーム
走査装置は従来より種々のものが報告されている。ここ
で、ホログラムの収束パワーについては、凸のパワー
（収束作用）を持つか、あるいはパワーを持たないかの
何れかであった。以下に従来の技術についてさらに詳し
く説明する。

【０００３】ホログラムを２個を有し、この内の一つを
半導体レーザ側に相当する前置のホログラムとして用
い、他の一つを回転ホログラムディスクとして用いる光
ビーム走査装置の一例として、特願昭５７−５５２７５
号公報および特願昭６１−６０８４６号公報等で提案さ
れたものがある。

【０００４】また、同じく２個のホログラムを用いるも
のの、回転ホログラムディスクを半導体レーザ側に配置
し、他の一のホログラムを後置する光ビーム走査装置の
一例として、特願昭５８−１１９０９８号公報で提案さ
れたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の光
ビーム走査装置が好ましいものであるためには、以下に
示す基本的事項を満足する必要がある。

【０００６】それは、（ａ）走査ビームを十分小さく結
像させること、（ｂ）走査ビームの湾曲性をなくすこ
と、（ｃ）走査ビームが等速走査を行うこと、である。

【０００７】しかるに、特願昭５７−５５２７５号公報
で提案された光ビーム走査装置は、前置ホログラムと回
転ホログラムディスクは共に一定の格子ピッチを持つ直
線回折格子であり、何れのホログラムも収束パワーを持
っていない。従って、例えば感光体ドラムの走査面上で
光ビームを結像させるためには、結像レンズ系を別途必
要とする。

【０００８】なお、結像レンズ系は、光ビームを絞るの
みならず、等速走査を行わせるための補正機能も持たせ
る必要があり、通常非球面を含んだ複数枚のレンズで構
成されている。この結像光学系としては、通常ｆθレン
ズが用いられ、製作性の困難さに起因して大変高価な光
学部品である。

【０００９】また、特願昭６１−６０８４６号公報で提
案された光ビーム走査装置では、前置ホログラムと回転
ホログラムディスクとを共に位置的に空間周波数の分布
が異なるホログラムを用いており、収束パワーを持った
ホログラムとなっている。このため、この構成では、ｆ
θレンズ等の結像レンズ系を必要としない。

【００１０】但し、走査面上で収差を低減するためには
前置ホログラムの作製時に特定の収差を持った波面が必
要であり、その露光光学配置には特別の配慮が必要とな
る。また、回転ホログラムディスクの後にｆθレンズの
無い光学系では、等速走査のための補正を積極的に行う
ことができない。

【００１１】一方、特願昭５８−１１９０９８号公報で
提案された光ビーム走査装置は、光ビームの等速走査を
目的として回転ホログラムディスクの後にもう１個のホ
ログラムを配置する構成をとる。この場合、後置ホログ
ラムの作製波の一方、あるいは両方ともに球面収差を有
することが必要であり、作製時の設定に特別の配慮が必
要である。

【００１２】以上のように、ホログラムを２個以上用い
た従来の光ビーム走査装置では、高価なレンズが必要と
なる、等速補正が不十分である、作製方法が複雑にな
る、といった種々の問題点があった。

【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するものであり、高価なレンズを必要とすることな
く、ホログラムのみで効果的に走査ビームの収差及び等
速性を補正でき、安価かつ信頼性の向上が図れる光ビー
ム走査装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光ビーム走査装
置は、光源からの光ビームを２個以上のホログラムを介
して回折し、この回折光を結像体上で走査させる光ビー
ム走査装置であって、該２個以上のホログラムが、収束
作用を有する凸レンズのパワーを備えたものと、発散作
用を有する凹レンズのパワーを備えたもので形成されて
おり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１５】好ましくは、前記凹レンズのパワーを有す
るホログラムを回転ホログラムディスクに形成し、該回
転ホログラムディスクの後段に前記凸レンズのパワーを
有するホログラムを形成する。

【００１６】

【作用】上記のホログラムを２つの球面波（物体波と参
照波）の干渉で作製する場合を想定する。ここで、ホロ
グラムの焦点距離ｆは、物体波、参照波それぞれの中心
位置Ｏ、Ｒ、作製、再生の波長および回折次数に依存
し、近似的に下記式で与えられる。

【００１７】 １／ｆ＝ｎ×（λ₂／λ₁）×（１／Ｚ_O−１／Ｚ_r）… ここに、 λ₁： 作製波長 λ₂： 再生波長 ｎ： 回折次数 Ｚ_O： 物体波中心とホログラム面との距離 Ｚ_r： 参照波中心とホログラム面との距離である。

【００１８】また、図１はＺｏ，Ｚｒ＞０、ｎ＝±１の
場合についてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ４つのタイプのホログラム
を示す。この内、タイプＡのホログラムは、図１（ａ）
に示すように、ｎ＝１、ｆ＞０の凸のパワーを有するホ
ログラムとして作用する。タイプＢのホログラムは、図
１（ｂ）に示すように、ｎ＝−１、ｆ＜０の凹のパワー
を有するホログラムとして作用する。タイプＣのホログ
ラムは、図１（ｃ）に示すように、ｎ＝１、ｆ＜０の凹
のパワーを有するホログラムとして作用する。タイプＤ
のホログラムは、図１（ｄ）に示すように、ｎ＝−１、
ｆ＞０の凸のパワーを有するホログラムとして作用す
る。

【００１９】このように、作製波の位置や回折次数によ
ってホログラムが凸レンズまたは凹レンズとして作用す
る。この性質を利用し、これら凸と凹のホログラムを混
合して用いることによって、上述の基本特性を全て満た
すことができる。

【００２０】以下にその理由を説明する。上述の４つの
タイプＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのホログラムについて、物体波の
中心位置Ｏ、参照波の中心位置Ｒにそれぞれ値を入れて
３次収差係数を計算し、その符号を調べた結果を下記表
１に示す。なお、画角に起因する収差（コマ、非点、歪
曲）については、Ｙ方向のみを示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】なお、３次収差の計算式については、以下
の文献に従った。

【００２３】Reinhard W. Meier, Maginification and
Third-Order Aberrations in Holography, Jounal of t
he Optical Society of America, Vol.55, No.8, pp.98
7-992, 1965 J.N. Latta, Computer-Based Analysis of Hologram Im
agery and Aberrations, Applied Optics, Vol.10, No.
3, pp.599-608, 1971 表１から分かるように、ホログラムのタイプによって収
差の極性が異なるため、これらのタイプを組み合わせる
ことによって収差の低減が可能となる。

【００２４】なお、収差係数の極性は、ホログラム作製
配置のＹ座標の値によっても変わるので、表１に示した
結果は一例であるが、タイプＡとタイプＢ、タイプＣと
タイプＤは逆極性を示すことは変わらない。

【００２５】次に、光ビームの等速性と収差極性につい
て説明する。等速性は、Ｘ方向の歪曲係数Ｄｘに関連
し、故意に歪曲（タル型歪曲、歪曲係数は正）を持たせ
ることで達成できる。ここで、歪曲係数Ｄｘは、再生光
のＸ方向の画角やホログラムの回転角によって変化す
る。

【００２６】前述のタイプＡ〜Ｄのホログラムについ
て、画角、回転角と歪曲係数Ｄｘの符号を調べると下記
表２に示すようになった。なお、画角と回転角の符号に
ついては、図２に示した。再生波の主光線の入射ベクト
ルが、光の進行方向（Ｚ軸方向）に向かって右手方向の
成分を持つ時を＋の画角とし、ホログラムが光の進行方
向（Ｚ軸方向）に向かって時計回りの回転を行う場合を
＋の回転と規定した。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２より、ホログラムのタイプＡ〜Ｄによ
り、歪曲特性の傾向が異なることが理解できる。ホログ
ラム１個では、走査ビームの軌跡が直線性を満たすホロ
グラムは、負の歪曲を持ち、直線走査と等速走査を同時
に満たすことはできなかった。これに対して、ホログラ
ムを２個以上用いた場合は、タイプの異なったホログラ
ムを組み合わせることで所望の歪曲特性をつくることが
でき、直線走査と等速走査を同時に満たすことが可能と
なる。

【００２９】以上の理由により、全体として凸のパワー
と凹のパワーとの混合系を構成する上記の構成の光ビー
ム走査装置によれば、ｆθレンズ等の結像系レンズを用
いることなく、上述の基本特性、すなわち、（ａ）走査
ビームを十分小さく結像させること、（ｂ）走査ビーム
の湾曲性をなくすこと、（ｃ）走査ビームが等速走査を
行うこと、を全て満たすことができる。

【００３０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００３１】（実施例１）図３は本発明光ビーム走査装
置の実施例１を示す。この光ビーム走査装置は、２個の
ホログラムを有し、これらのホログラムを利用して光ビ
ームを感光体ドラム９上でその軸長方向にライン状に走
査させる構成をとる。

【００３２】２個のホログラムの内の一方のホログラム
は、矢印Ｐ方向に回転可能になった回転ホログラムディ
スク２を構成する。すなわち、該回転ホログラムディス
ク２のデイスク面には周方向に多分割されたホログラム
（走査用のホログラム）５、５が形成されている。そし
て、該回転ホログラムディスク２に対して他方のホログ
ラム３が後置されている。すなわち、光源となる半導体
レーザ（図示せず）側に回転ホログラムディスク２が配
置され、その後方にホログラム３が固定配置されてい
る。

【００３３】このような構成において、半導体レーザか
ら出射された光ビームは、コリメートレンズ（図示せ
ず）により平行光線化（コリメート化）され、続いてこ
のコリメート光４は回転ホログラムディスク２に入射す
る。回転ホログラムディスク２のディスク面には上記の
ように多数のホログラム５、５…が形成されており、該
ホログラム５により回折された回折波７がホログラム３
に入射するようになっている。

【００３４】続いて、ホログラム３により回折された回
折波８は、感光体ドラム９上の結像点１０収束される。
結像点１０は、回転ホログラムディスク２の矢印Ｐ方向
への回転に伴って感光体ドラム９上をその軸長方向に走
査する。すなわち、これで光ビームのライン状の走査が
行われる。

【００３５】上記のホログラム５は凹のパワーを有し、
ホログラム３は凸のパワーを有する。これらのホログラ
ム５、３は具体的には以下のようにして作製される。

【００３６】ホログラム５については、上記の図１
（ｂ）に示されるタイプＢの作製配置、すなわち回折次
数ｎ＝−１、焦点距離ｆ＜０で作成し、凹のパワーを持
たせる。一方、ホログラム３については、上記の図１
（ａ）に示されるタイプＡの作製配置、すなわち回折次
数ｎ＝１、焦点距離ｆ＞０で作成し、凸のパワーを持た
せる。このようなパワーを有するホログラム５、３の混
合系によれば、上記の作用の項で述べたように、タイプ
Ａのホログラム３と、タイプＢのホログラム５の収差極
性は逆の傾向を示すため、結像点１０での収差を低減す
ることができる。

【００３７】図４に結像点１０（走査中央）での横収差
曲線の計算例を示す。図中、比較のためにホログラム５
とホログラム３を共にタイプＡで作製した場合の収差曲
線（タイプＡ×２で表示）も同時に示してある。タイプ
Ａのホログラムを２個用いて共に凸のパワーを有するよ
うに作製した場合は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように
コマ収差、非点収差が現れているが、タイプＡとタイプ
Ｂのホログラムの混合系による場合（タイプＡとタイプ
Ｂで表示）は、これらの収差が十分補正されていること
が分かる。

【００３８】図５は、等速性の誤差割合を示す。但し、
横軸は回転ホログラムディスク２の回転角を、縦軸は等
速性誤差割合をそれぞれ示している。ここで、誤差割合
は、下記式で与えた。

【００３９】 （Ｘ−Ｘｒｅｆ）／Ｘｒｅｆ×１００（％）… 但し、Ｘ：走査位置、Ｘｒｅｆ：等速性を完全に満たす
位置である。

【００４０】図５から明かなように、タイプの異なるホ
ログラムの混合系の方が同タイプのホログラムを用いる
場合よりも、等速誤差を小さくできることが分かる。

【００４１】以上のように上記構成の光ビーム走査装置
による場合は、ｆθレンズ等の高価な結像系レンズを用
いることなく、ホログラム５、３の組合せのみで走査ビ
ームの収差および等速性を補正できる。

【００４２】（実施例２）図６は本発明光ビーム走査装
置の実施例２を示す。この光ビーム走査装置は、ホログ
ラムを３個用いる構成をとる。すなわち、この光ビーム
走査装置は、回転ホログラムディスク２を基準にして半
導体レーザ側に配置される前置のホログラム１と、該回
転ホログラムディスク２に形成されたホログラム５と、
上記実施例１同様の後置のホログラム３の合計３種類の
ホログラムを有している。

【００４３】このような構成において、半導体レーザか
らのコリメート光４は、まず固定の前置ホログラム１に
入射し、その回折波６は、続いて、複数個のホログラム
５が形成された回転ホログラムディスク２に入射する。
続いて、該回転ホログラムディスク２からの回折波７
は、後置のホログラム３に入射する。該後置のホログラ
ム３により回折された回折波８は、感光体ドラム９上の
結像点１０に収束される。結像点１０は、上記同様に回
転ホログラムディスク２の回転に伴って感光体ドラム９
上をその軸長方向に走査する。

【００４４】実施例２の構成の光ビーム走査装置におい
ても、３個のホログラム１、５、３のパワーを適切に配
分することにより、結像点９における収差を十分小さく
することができ、かつ走査ビームの等速誤差も十分小さ
くできる。

【００４５】下記表３および表４に、実施例２における
各ホログラム１、５、３の収束パワー（焦点距離）の配
分例について具体例を示す。但し、表３は具体例１の仕
様を示し、表４は具体例２の仕様を示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】なお、上記実施例１、実施例２では特に触
れていないが、走査ビームの湾曲性については、何れの
場合についても０．４ｍｍ以内に収まっていることが確
認できた。

【００４９】

【発明の効果】以上の本発明光ビーム走査装置は、凸の
パワーを有するホログラムと、凹のパワーを有する２個
以上のホログラムを組み合わせた混合系をとるので、こ
れらのホログラムの相互作用により、走査ビームの収差
を効果的に補正することができ、かつ等速誤差を小さく
できるので、この種の光ビーム走査装置に要求される基
本特性を全て満たすことができる。また、ｆθレンズ等
の高価な結像系レンズが不要になる。

【００５０】このような理由により、本発明光ビーム走
査装置によれば安価、かつ高信頼性の光ビーム走査装置
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折波の方向と結像の様子をホログラムのタイ
プ別に示した原理説明図。

【図２】座標系と符号規約を示したグラフ。

【図３】本発明光ビーム走査装置の実施例１を示す斜視
図。

【図４】結像面での横収差を示すグラフ。

【図５】走査ビームの等速誤差を示すグラフ。

【図６】本発明光ビーム走査装置の実施例２を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ 前置ホログラム ２ 回転ホログラムディスク ３ 後置ホログラム ４ コリメート光 ５ ホログラム（走査用のホログラム） ６、７、８ 回折波 ９ 感光体ドラム １０ 結像点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光ビームを２個以上のホログラ
   ムを介して回折し、この回折光を結像体上で走査させる
   光ビーム走査装置であって、 該２個以上のホログラムが、収束作用を有する凸レンズ
   のパワーを備えたものと、発散作用を有する凹レンズの
   パワーを備えたもので形成されている光ビーム走査装
   置。
2. 【請求項２】回転ホログラムディスクに前記凹レンズの
   パワーを有するホログラムが形成され、該回転ホログラ
   ムディスクの後段に前記凸レンズのパワーを有するホロ
   グラムが形成されている請求項１記載の光ビーム走査装
   置。