JPH07261205A

JPH07261205A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH07261205A
Application number: JP6087124A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsuda; 高弘松田; Shin Eguchi; 伸江口; Yoshihiro Mizuno; 義博水野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】光偏向器を用いた光走査装置において、走査
光以外の回折光を遮断し、性能を向上させる。【構成】光走査装置を、光偏向器１１と、駆動回路１
２と、光源１３と、偏光子１４と、集光用の凸レンズ１
５から構成する。光源１３から出射したＳ偏光の光は凸
レンズ１５によって集束光線となり、光偏向器１１に入
射して、出射側に回折光を生じる。偏光子１４の偏光方
向を入射光の偏光方向と直交するように配しておくと、
偏光子１４によって０次光及び偶数次の回折光が遮断さ
れ、−１次回折光と＋１次回折光だけが偏光子１４を透
過する。この＋１次回折光あるいは−１次回折光を走査
光として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光走査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ＰＯＳシステムにおける
バーコードリーダやレーザプリンタ等には光走査装置が
装備されている。例えば、バーコードリーダにおいて
は、光ビームを偏向してバーコード上を走査させるため
に光走査装置が用いられている。

【０００３】従来の光走査装置は、ポリゴンミラーやガ
ルバノミラーを機械的に回転させて光走査を行う方式の
ものが一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように機械的可動
部分を備えた光走査装置は、制御性が悪く、応答遅れが
生じる等の問題や、機械的な振動により光軸がずれる等
の不具合があった。

【０００５】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、機械的可動部がなく、電気
的に制御が可能で制御性がよく、しかも、走査光以外の
不要な光を遮断できて高性能な光走査装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。

【０００７】〈本発明の要旨〉本発明の光走査装置は、
（イ）光源（１３）と、（ロ）光偏向器（１１）と、
（ハ）駆動回路（１２）と、（ニ）偏光子（１４）とを
具備する。本発明の構成要素の概要と、そのポイントを
簡単に述べる。

【０００８】〔光源〕光源（１３）から出射される光
は、Ｓ偏光あるいはＰ偏光の直線偏光が好ましい。光源
（１３）から出射される光が非直線偏光の場合には、光
源（１３）と光偏向器（１１）との間に偏光子を配置し
て、直線偏光成分だけを光偏向器（１１）に入射させる
ようにすればよい。

【０００９】〔光偏向器〕光偏向器（１１）は、電圧を
印加すると平行縞が生じる液晶（５）を透明電極（２，
２）間に挿入してなる。光偏向器（１１）は印加する電
圧の大きさに応じて平行縞のピッチが変化し、この平行
縞は回折格子として機能する。光偏向器（１１）に光を
入射すると、出射側には回折光が生じる。この回折光の
いずれかを走査光として用いると、入射光は光偏向器
（１１）により偏向されて走査光となる。

【００１０】〔駆動回路〕駆動回路（１２）は、大きさ
が時間的に変化する電圧を、前記光偏向器（１１）の透
明電極（２，２）間に印加する回路である。印加電圧は
直流電圧でも交流電圧でも可能である。

【００１１】〔偏光子〕偏光子（１４）は光偏向器（１
１）の出射側に配置されている。偏光子（１４）は、走
査光以外の回折光を遮断するように作用する。

【００１２】例えば、走査光として＋１次あるいは−１
次の回折光を用いる場合には、偏光子（１４）の偏光方
向と光偏向器（１１）への入射光の偏光方向とが直交す
るように配す。このようにすると、０次光（透過光）と
偶数次の回折光が偏光子（１４）によって遮断される。

【００１３】走査光として＋２次あるいは−２次の回折
光を用いる場合には、偏光子（１４）の偏光方向と光偏
向器（１１）への入射光の偏光方向とが平行になるよう
に配す。このようにすると、奇数次の回折光が偏光子に
よって遮断される。

【００１４】〈本発明の付加的構成要素〉本発明は前記
基本構成要素からなるが、以下の構成を付加した上でも
成立する。

【００１５】〔集光用光学素子〕光偏向器（１１）の入
射側または出射側に、光を集光する集光用光学素子（１
５）を設ける。集光用光学素子（１５）としては凸レン
ズを例示することができる。

【００１６】〔入射角〕光偏向器（１１）への入射光の
入射角を、走査光として用いる回折光のブラッグ角とす
る。

【００１７】〔各構成要素の組み合わせ〕前記付加的構
成要素は適宜組み合わせることが可能である。例えば、
光偏向器（１１）への入射光の入射角をブラッグ角にし
て、しかも、光偏向器（１１）の入射側または出射側に
集光用光学素子（１５）を設けてもよい。

【００１８】〈本発明の原材料〉光偏向器（１１）に使
用される液晶（５）の代表例としては、化１を挙げるこ
とができるが、これに限るものではない。

【００１９】

【化１】

【００２０】〈本発明の利用可能性〉本発明は、バーコ
ードリーダやレーザプリンタ等に組み込まれる光走査装
置に利用可能である。

【００２１】

【作用】

〈本発明の作用〉光偏向器（１１）の透明電極（２，
２）に電圧を印加すると液晶（５）に平行縞が生じ、こ
の平行縞が回折格子として機能する。この印加電圧の大
きさを時間的に変化させると、回折角が変化するので、
光を走査することができる。

【００２２】光源（１３）から出射した光は光偏向器
（１１）に入射して、光偏向器（１１）の出射側に回折
光を生じさせる。光偏向器（１１）の出射側に配した偏
光子（１４）が、走査光として用いる回折光以外の回折
光を殆ど遮断する。

【００２３】〈付加的構成要素を付加した場合の作用〉
集光用光学素子（１５）を付加すると、光源（１３）か
らの光が集束光線の場合には、集光用光学素子（１５）
を有さないときに比べて光の結像点を光偏向器（１１）
に近づける作用がある。光源（１３）からの光が発散光
線あるいは平行光線である場合には、集光用光学素子
（１５）は光源（１３）からの光を集光して結像させる
作用がある。

【００２４】光偏向器（１１）への入射光の入射角を、
走査光として用いる回折光のブラッグ角にすると、回折
効率が最大となって、走査光として用いる回折光の強度
が最大となり、他の回折光の強度を十分に小さくするこ
とができるので、より効果的である。

【００２５】

【実施例】

〔Ｖ．Ｇ．Ｍ現象〕本発明の光走査装置を説明する前
に、Ｖ．Ｇ．Ｍ現象と、この現象を利用した光偏向器に
ついて説明する。

【００２６】ある種のネマティック液晶分子を透明電極
間に挟み、直流あるいは交流電圧を印加すると、電圧が
ある一定のしきい値を越えたところで数μｍピッチの平
行縞が現れることが報告されている（Ｂ．Ｈ．Ｓｏｆｆ
ｅｒｅｔ，ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２２，６，１９８
３）。この現象はＶ．Ｇ．Ｍ（ＶａｒｉａｂｌｅＧｒ
ａｔｉｎｇＭｏｄｅ）と呼ばれている。この平行縞は
液晶内の二次配向の分布に起因するものであり、印加電
圧の大きさによって平行縞のピッチ（即ち、空間周波
数）が変わる。

【００２７】尚、ＶＧＭ現象が生じる液晶は、誘電率差
△ε＜０のものが多い。Ｖ．Ｇ．Ｍ現象が生じる液晶の
代表例を化２に示す。これは、Ｍｅｒｃｋ社のＮ−４と
して市販されており、入手可能である。

【００２８】

【化２】

【００２９】この縞は回折格子の働きをするので、印加
電圧を変えることにより回折角を変えることができる。
尚、平行縞のピッチは印加電圧の増大に比例して狭くな
り、回折角が大きくなることがわかっている。

【００３０】図３は、このＶ．Ｇ．Ｍ現象を利用してた
光偏向器の基本構成図である。光偏向器１は、一方の面
に透明電極２及び配向膜３を設けた一対の透明ガラス板
４，４を対向配置し、このガラス板４，４間にＶ．ＧＭ
現象が生じる液晶（例えば、Ｍｅｒｃｋ社製のＮ−４）
５を挿入して構成されており、透明電極２，２には交流
電圧あるいは直流電圧を印加できるように駆動回路６が
接続されている。

【００３１】図４は、印加電圧の電圧波形の一例を示す
ものであり、図４（Ａ）は交流電圧の場合であり、図４
（Ｂ）は直流電圧の場合である。尚、この図では交流信
号をパルスで与えているが、これに限るものではなく、
例えば連続的に電圧値が増減するような交流信号であっ
ても構わない。

【００３２】〔光走査装置の原理〕次に、上記光偏向器
１を利用した光走査装置の原理を図５から図７の図面を
参照して説明する。

【００３３】光源７から出射した光が光偏向器１に入射
すると、図５及び図６に示すように、出射側に透過光
（０次光）及び±１次、±２次、…の回折光が現れる
（図では３次光以上の高次の回折光は強度が非常に小さ
いので省略している）。これら回折光のうち一番強度の
強い回折光を走査光として用いる。通常、＋１次回折光
を走査光とする場合が多い。

【００３４】ここで、入射光を直線偏光にすると、奇数
次の回折光と、０次光及び偶数次の回折光では偏光方向
が直交することが報告されている（Ｂ．Ｈ．Ｓｏｆｆｅ
ｒｅｔ，ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２２，６，１９８
３）。つまり、入射光がＳ偏光であれば、０次光及び偶
数次の回折光はＳ偏光で、奇数次の回折光はＰ偏光にな
る。

【００３５】そして、駆動回路６によって光偏向器１に
印加する電圧の大きさを時間的に変化させると、図７に
示すように光が１本の直線上に走査される。ところで、
前述したように、光偏向器の出射側には、走査光として
用いる以外の回折光も存在する。このような回折光が存
在していると、装置の構成に制限が加わったり、性能に
悪影響を及ぼす場合がある。

【００３６】例えば、バーコードリーダに利用した場合
には、各回折光の回折角に差がないと、走査光である＋
１次光以外の光がバーコードに照射され、その反射光が
光検知器に入射する結果、読み取り精度が悪くなる。

【００３７】そこで、走査光以外の邪魔な回折光を遮断
できるようにしたのが、本発明の光走査装置である。以
下、本発明に係る光走査装置の実施例を図１及び図２の
図面に基いて説明する。尚、本実施例はバーコードリー
ダに組み込まれる光走査装置の態様である。

【００３８】〔実施例１〕図１は第１実施例における光
走査装置の構成図である。光走査装置１０は、光偏向器
１１と、駆動回路１２と、光源１３と、偏光子１４と、
凸レンズ１５（集光用光学素子）から構成されている。

【００３９】光偏向器１１は前述した光偏向器１と同じ
ものであり、電圧を印加すると回折格子として機能する
平行縞が表れ、印加される電圧の大きさに応じて平行縞
のピッチが変化し、回折角が変化する。

【００４０】駆動回路１２は、光偏向器１１の透明電極
間に、大きさが周期的に変化する電圧を印加する回路で
あり、電圧の大きさを時間的に変化させることにより、
光偏向器１１の偏向角を変化させ、光を走査することが
できるようになっている。尚、走査光の走査速度は、光
偏向器１に印加される電圧の用波数によって決定され
る。

【００４１】光源１３からはＳ偏光のレーザ光が出射さ
れる。凸レンズ１５は光源１３と光偏向器１１との間に
配置されている。光源１３から出射した光は凸レンズ１
５により集束光線となり、光偏向器１１を通過した後、
集光して結像するようになっている。

【００４２】偏光子１４は光偏向器１１の出射側に配置
されており、偏光子１４の偏光方向は、入射光の偏光方
向と直交する方向になっている。したがって、この光走
査装置１では、偏光子１４によって図１に示すように０
次光（透過光）と偶数次の回折光が遮断され、＋１次回
折光と−１次回折光だけが偏光子１４を透過する。走査
光として＋１次回折光を用いる時には、−１次回折光は
不要であるが、＋１次回折光と−１次回折光の角度差が
大きいので、−１次回折光の存在が問題になることは、
実用上、殆どない。

【００４３】〔第２実施例〕図２は第２実施例の光走査
装置の構成図である。この第２実施例の光走査装置が第
１実施例のものと相違する点は、光偏向器１１の平行縞
が所定の空間周波数（例えば、最大の空間周波数）にな
った時に、光偏向器１１に対する入射光の入射角度θ
が、＋１次回折光のブラッグ角となるように設定した点
にある。

【００４４】このように入射角度θを設定すると、＋１
次回折光の回折効率が最大になり、＋１次回折光以外の
回折光の強度を十分に小さくすることができる。したが
って、偏光子１４を透過可能な−１次回折光の強度を極
力小さくすることができ、第１実施例よりも更に性能を
高めることができる。

【００４５】尚、他の構成については前述第１実施例の
ものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付し
て説明を省略する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光偏向器の出射側に偏光子を配置したことにより、走査
光以外の余計な回折光を遮断することができる。したが
って、光走査装置は走査光以外の回折光の影響を殆ど受
けなくなり、光走査装置の性能を向上することができ、
装置の簡素化、設計の自由度の拡大等を達成できる。

【００４７】特に、光偏向器に対する入射光の入射角を
走査光として用いる回折光のブラッグ角にすると、より
効果的である。集光用光学素子を付加すると、光源から
の光が集束光線の場合には、集光用光学素子を有さない
ときよりも、光の結像点を光偏向器に近づけることがで
き、装置を小形に出来るという効果がある。又、光源か
らの光が発散光線あるいは平行光線である場合には、光
源からの光を集光して結像させるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の第１実施例の原理図であ
る。

【図２】本発明の光走査装置の第２実施例の原理図であ
る。

【図３】本発明の光走査装置に用いられる光偏向器の基
本構成図である。

【図４】光偏向器に印加する電圧波形の一例を示す図で
ある。

【図５】偏光子を備えていない光走査装置の原理図であ
る。

【図６】偏光子を備えていない光走査装置の原理図であ
る。

【図７】偏光子を備えていない光走査装置の原理図であ
る。

【符号の説明】

１０光走査装置１１光偏向器１２駆動回路１３光源１４偏光子１５凸レンズ（集光用光学素子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）光源（１３）と、（ロ）対向配置
された透明電極（２，２）間に液晶（５）が挿入されて
なり、透明電極（２，２）間に電圧を印加すると回折格
子として機能する平行縞が前記液晶（５）に生じ、印加
する電圧の大きさに応じて前記平行縞のピッチが変化す
る光偏向器（１１）と、（ハ）大きさが時間的に変化す
る電圧を前記光偏向器（１１）に印加する駆動回路（１
２）と、（ニ）前記光偏向器（１１）の出射側に配置さ
れた偏光子（１４）、とを具備することを特徴とする光
走査装置（１０）。
【請求項２】請求項１に記載の光走査装置（１０）に
おいて、前記光偏向器（１１）の入射側または出射側
に、光を集光する集光用光学素子（１５）を備えたこと
を特徴とする光走査装置（１０）。
【請求項３】請求項１または２に記載の光走査装置
（１０）において、前記偏光子（１４）の偏光方向と前
記光偏向器（１１）への入射光の偏光方向とが直交する
ように配されていることを特徴とする光走査装置（１
０）。
【請求項４】請求項１または２に記載の光走査装置
（１０）において、前記偏光子（１４）の偏光方向と前
記光偏向器（１１）への入射光の偏光方向とが平行にな
るように配されていることを特徴とする光走査装置（１
０）。
【請求項５】請求項１または２に記載の光走査装置
（１０）において、前記光偏光器（１１）への入射光の
入射角を、走査光として用いる回折光のブラッグ角とす
ることを特徴とする光走査装置（１０）。