JPH07306376A - ホログラフィック光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、走査線の湾曲をなくしかつ収差を極
力小さくししかもレーザー波長変動による集光位置の変
動をなくして光ビームの走査精度を高めることを最も主
要な目的とする。 【構成】本発明は、光ビーム走査用ホログラム素子とし
て、回転方向とほぼ垂直な方向に１エレメント中で回転
方向に従って空間周波数が変化するような干渉縞が記録
されてなる回転自在な光ビーム走査用ホログラム素子を
用い、光ビームを発生するレーザー光源と光ビーム走査
用ホログラム素子との間に、レーザー光源からの光ビー
ムを集束して光ビーム走査用ホログラム素子に入射させ
る集束用ホログラムレンズを配設することを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを走査するの
に用いられるホログラフィック光ビーム走査装置に係
り、特に走査線の湾曲をなくしかつ収差を極力小さくし
しかもレーザー波長変動による集光位置の変動をなくし
て光ビームの走査精度を高められるようにしたホログラ
フィック光ビーム走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光ビームを走査するための光
ビーム走査装置としては、種々のものが用いられている
が、その一つとして、光ビーム走査用ホログラム素子を
備えた光ビーム走査装置がある。

【０００３】この場合、従来の光ビーム走査用ホログラ
ム素子は、その構成例を図６に示すように、それ自体の
回転方向とほぼ同じ方向に同心円状の干渉縞を形成して
作製されている。

【０００４】しかしながら、この種の光ビーム走査用ホ
ログラム素子は、ホログラムレンズと同じものであるこ
とから、図７に示すように、走査線が湾曲したり、大き
な収差が発生したり、あるいはレーザー波長の変動によ
り集光位置が変動するという問題がある。

【０００５】そこで、最近では、このような問題を解消
するものとして、例えば“特開昭５８−１７２６１７号
公報”等に示されるように、収差を補正するためのホロ
グラムレンズをもう１枚別個に使用したものが提案され
てきている。しかしながら、この種のものでは、それ自
体を作製する方法が非常に複雑であるという問題があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光ビーム走査装置においては、光ビームの走査精度が低
いという問題があった。本発明は、上記のような問題点
を解消するために成されたもので、走査線の湾曲をなく
しかつ収差を極力小さくししかもレーザー波長変動によ
る集光位置の変動をなくして光ビームの走査精度を高め
ることが可能なホログラフィック光ビーム走査装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に係る発明では、光ビームを走査
するのに用いられる光ビーム走査装置において、光ビー
ムを発生するレーザー光源と、回転方向とほぼ垂直な方
向に１エレメント中で回転方向に従って空間周波数が変
化するような干渉縞が記録されてなる回転自在な光ビー
ム走査用ホログラム素子と、レーザー光源と光ビーム走
査用ホログラム素子との間に配設され、レーザー光源か
らの光ビームを集束して光ビーム走査用ホログラム素子
に入射させる集束用ホログラムレンズとを備えて成る。

【０００８】また、請求項２に係る発明では、上記請求
項１に係る発明のホログラフィック光ビーム走査装置に
おいて、光ビーム走査用ホログラム素子からの回折光の
出射側に、光路長補正用のガラスを付加して成る。

【０００９】ここで、特に上記光ビーム走査用ホログラ
ム素子を体積位相型ホログラム素子としている。また、
上記集束用ホログラムレンズを体積位相型ホログラム素
子としている。

【００１０】

【作用】従って、本発明のホログラフィック光ビーム走
査装置においては、光ビーム走査用ホログラム素子とし
て、それ自体の回転方向とほぼ垂直な方向に１エレメン
ト中で回転方向に従って空間周波数が変化するような干
渉縞が記録されてなる回転自在な光ビーム走査用ホログ
ラム素子を用い、また光ビームを発生するレーザー光源
と光ビーム走査用ホログラム素子との間に、レーザー光
源からの光ビームを集束して光ビーム走査用ホログラム
素子に入射させる集束用ホログラムレンズを配設するこ
とにより、光の集束機能は集束用ホログラムレンズが持
ち、光の走査機能を光ビーム走査用ホログラム素子が持
つようになるため、装置設計の自由度を増すことができ
る。

【００１１】また、これと同時に、光ビーム走査用ホロ
グラム素子は、レンズとしてではなく直線グレーティン
グとして機能するため、走査線の湾曲をなくすることが
できる。さらに、収差は、集束機能を持つ集束用ホログ
ラムレンズにしかないため、光ビーム走査用ホログラム
素子と関係なく十分に小さくすることができる。さらに
また、集束用ホログラムレンズと光ビーム走査用ホログ
ラム素子とにより、レーザーの波長変動がある場合にも
集光位置が変動しないような配置と回折角度になってい
る。

【００１２】これにより、光ビームの走査精度を高める
ことができる。さらに、光ビーム走査用ホログラム素子
からの回折光の出射側（光ビーム走査用ホログラム素子
と感光ドラムとの間）に、光路長を補正するための光路
長補正用ガラスを配設することにより、周辺部において
スポット像を小さくする、すなわち解像度を高めること
ができる。

【００１３】一方、光ビーム走査用ホログラム素子を体
積位相型ホログラム素子とすることにより、前述のよう
に不必要な直接透過光や−１次回折光はなくなり、垂直
方向から光を入射させることが可能となるばかりでな
く、回折効率が高いために光の利用効率が高くなり、低
出力のレーザーでも光ビーム走査装置を実現することが
可能となる。

【００１４】これにより、装置自体の低価格化、小型
化、および軽量化を図ることができる。また、集束用ホ
ログラムレンズを体積位相型ホログラム素子とすること
により、前述のように不必要な直接透過光や−１次回折
光はなくなると同時に、回折効率が高いために光の利用
効率が高くなり、低出力のレーザーでも光ビーム走査装
置を実現することが可能となる。これにより、装置自体
の低価格化、小型化、および軽量化をより一層図ること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明による光ビーム走
査用ホログラム素子の構成例を示す平面図である。

【００１６】すなわち、図１に示すように、本実施例の
光ビーム走査用ホログラム素子１は、それ自体の回転方
向とほぼ垂直な方向に１エレメント中で回転方向に従っ
て空間周波数が高くなるような干渉縞が記録されてなっ
ている。

【００１７】ここで、光ビーム走査用ホログラム素子１
を体積位相型ホログラム素子としている。次に、図２は
本実施例の光ビーム走査用ホログラム素子１を備えたホ
ログラフィック光ビーム走査装置を、Ａ４サイズの紙を
プリントすることが可能なレーザープリンターの書き込
み部に適用した場合の構成例を示す概要図である。

【００１８】すなわち、図２に示すように、本実施例の
ホログラフィック光ビーム走査装置は、光ビームを発生
するレーザー光源である半導体レーザー２と、回転方向
とほぼ垂直な方向に１エレメント中で回転方向に従って
空間周波数が高くなるような干渉縞が記録されてなる回
転自在な上記光ビーム走査用ホログラム素子１と、半導
体レーザー２と光ビーム走査用ホログラム素子１との間
に配設され、半導体レーザー２からの光ビームを集束し
て光ビーム走査用ホログラム素子１に入射させる集束用
ホログラムレンズ３と、光ビーム走査用ホログラム素子
１からの回折光の出射側、すなわち光ビーム走査用ホロ
グラム素子１と感光ドラム４との間に配設され、光路長
を補正するための光路長補正用ガラス５とから構成して
いる。

【００１９】ここで、半導体レーザー２としては、７８
０nmの半導体レーザーを用いる。また、光ビーム走査用
ホログラム素子１から感光ドラム４までの距離は３００
mmで、走査長は２４０mmである。

【００２０】さらに、集束用ホログラムレンズ３を体積
位相型ホログラム素子としている。次に、上記光ビーム
走査用ホログラム素子１は、以下のいずれかの方法によ
り作製する。

【００２１】（ａ）図３に示すように、トーリック面を
持った屈折光学素子（または反射光学素子）６からのレ
ーザー光を物体光とし、これをハーフミラー７からのレ
ーザー光である参照光と干渉させて、フォトレジスト感
光材料８に干渉縞を記録することにより作製する方法。

【００２２】すなわち、この方法は、光ビーム走査用ホ
ログラム素子１の回転軸から円周方向に向かう半径と同
じ向きに、位置的に空間周波数の異なる干渉縞をレーザ
ー光の干渉によりホログラフィックに記録する方法であ
る。

【００２３】このため、シリンドリカルレンズを回転方
向に伸ばしたようなトーリック面を持つ屈折光学素子
（または反射光学素子）６からの光を物体光としてい
る。 （ｂ）電子線描画装置やレーザー描画装置あるいはその
他のパターン描画装置を用いて、干渉縞のパターンをマ
スク描画し、その後必要サイズに縮小して写真複製また
は密着露光することにより作製する方法。

【００２４】すなわち、この方法は、光ビーム走査用ホ
ログラム素子１の回転軸から円周方向に向かう半径と同
じ向きに、位置的に空間周波数の異なる干渉縞をマスク
パターンから等倍複写または縮小複写することで記録す
る方法である。

【００２５】このマスクパターンは、電子線描画装置や
レーザー描画装置等の微細パターニングが可能な装置で
あれば、等倍での描画、複写により作製される。また、
解像力の低いレーザープリンターやプロッター、フィル
ムプリンター等では、縮小複写することで作製される。

【００２６】本実施例では、具体的な例として、図３に
示すような光学系を用いて、フォトレジスト感光材料８
に干渉縞を記録し、現像、水洗、乾燥して作製した。こ
の場合、光源であるレーザーとしては、フォトレジスト
が高感度であるＨｅ−Ｃｄレーザー（４４２nm）を用い
た。

【００２７】また、光ビーム走査用ホログラム素子１の
大きさとしては、直径が約１００mmの円形であり、ここ
に図１に示すように８個のホログラム素子を配置した。
次に、以上のように構成した本実施例の光ビーム走査用
ホログラム素子１を備えたホログラフィック光ビーム走
査装置の作用について説明する。

【００２８】図２において、半導体レーザー２から出た
発散球面波は、焦点距離３５０mmの集束用ホログラムレ
ンズ３で集束光となり、光ビーム走査用ホログラム素子
１で回折して感光ドラム４上に集光する。そして、この
場合、光ビーム走査用ホログラム素子１が回転すると、
回折角が変化して走査することになる。

【００２９】この時、透過光が直接に感光ドラム４に入
らないように、入射光の角度は２５度としている。従っ
て、図２中の光ビーム走査用ホログラム素子１の１エレ
メントの右端で６５．７本／mm、左端で１０１８本／mm
の空間周波数の回折格子をそれぞれ記録している。この
ため、右端での回折角度は３．２度、左端では４６．８
度となり、感光ドラム４上で２４０mm走査することがで
きる。

【００３０】ただし、回折角度が大きくなると、光ビー
ム走査用ホログラム素子１から感光ドラム４までの距離
が最大で３２３mmと大きくなり、焦点ずれを起こす恐れ
もあるため、光ビーム走査用ホログラム素子１で回折し
た光に対し、光路長補正用ガラス５で光路長を補償した
上で、感光ドラム４上に集光するようにする。

【００３１】また、透過光や−１次回折光の影響を避け
るために、図２に示すように、入射光は干渉縞と垂直な
斜め方向から入射するようにしている。さらに、集束用
ホログラムレンズ３は光ビーム走査用ホログラム素子１
の１エレメントで低空間周波数側に配置して、半導体レ
ーザー２の波長変動が起った場合に、図中波線で示され
るように光ビーム走査用ホログラム素子１とは反対方向
に回折角度が変化し、結果として感光ドラム４上の集光
位置が変動しないようにしている。

【００３２】上述したように、本実施例の光ビーム走査
用ホログラム素子１を備えたホログラフィック光ビーム
走査装置においては、光ビーム走査用ホログラム素子と
して、それ自体の回転方向とほぼ垂直な方向に１エレメ
ント中で回転方向に従って空間周波数が高くなるような
干渉縞が記録されてなる回転自在な光ビーム走査用ホロ
グラム素子１を用い、また光ビームを発生する半導体レ
ーザー２と光ビーム走査用ホログラム素子１との間に、
半導体レーザー２からの光ビームを集束して光ビーム走
査用ホログラム素子１に入射させる集束用ホログラムレ
ンズ３を配設しているので、光の集束機能は集束用ホロ
グラムレンズ３が持ち、光の走査機能を光ビーム走査用
ホログラム素子１が持つようになるため、装置設計の自
由度を増すことが可能となる。

【００３３】また、これと同時に、光ビーム走査用ホロ
グラム素子１は、レンズとしてではなく直線グレーティ
ングとして機能するため、走査線の湾曲をなくすること
が可能となる。さらに、収差は、集束機能を持つ集束用
ホログラムレンズ３にしかないため、光ビーム走査用ホ
ログラム素子１と関係なく十分に小さくすることが可能
となる。さらにまた、集束用ホログラムレンズ３と光ビ
ーム走査用ホログラム素子１とにより、半導体レーザー
２の波長変動がある場合にも集光位置が変動しないよう
な配置と回折角度しているため、半導体レーザー２の波
長変動がある場合においても、集光位置が変動するよう
なことがない。

【００３４】これにより、光ビームの走査精度を高める
ことができる。さらに、光ビーム走査用ホログラム素子
１からの回折光の出射側、すなわち光ビーム走査用ホロ
グラム素子１と感光ドラム４との間に、光路長を補正す
るための光路長補正用ガラス５を配設しているので、周
辺部においてスポット像を小さくする、すなわち解像度
を高めることが可能となる。

【００３５】一方、光ビーム走査用ホログラム素子１を
体積位相型ホログラム素子としているので、回折効率を
ほぼ１００％にすることができるため、不必要な直接透
過光や−１次回折光はなくなり、図４に示すように、垂
直方向から光を入射させることが可能となるばかりでな
く、回折効率が高いために光の利用効率が高くなり、低
出力のレーザーでも光ビーム走査装置を実現することが
できる。

【００３６】これにより、装置自体の低価格化、小型
化、および軽量化を図ることが可能となる。また、集束
用ホログラムレンズ３を体積位相型ホログラム素子とし
ているので、前述のように不必要な直接透過光や−１次
回折光はなくなると同時に、回折効率が高いために光の
利用効率が高くなり、低出力のレーザーでも光ビーム走
査装置を実現することが可能となる。

【００３７】これにより、装置自体の低価格化、小型
化、および軽量化をより一層図ることが可能となる。一
方、本実施例の光ビーム走査用ホログラム素子１を製造
する際には、トーリック面を持った屈折光学素子または
反射光学素子６からのレーザー光を物体光とし、これを
参照光と干渉させて干渉縞を記録するか、または電子線
描画装置やレーザー描画装置あるいはその他のパターン
描画装置を用いて、干渉縞のパターンをマスク描画し、
その後必要サイズに縮小して写真複製または密着露光す
ることによって作製するようにしているので、従来のよ
うに収差を補正用のホログラムレンズを別個に用いるこ
とが不要であるため、光ビーム走査用ホログラム素子１
の作製を容易に行なうことが可能となる。

【００３８】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。 （ａ）上記実施例では、光ビーム走査用ホログラム素子
１を体積位相型ホログラム素子とする場合について説明
したが、これに限らず、光ビーム走査用ホログラム素子
１をその他の型のホログラム素子とするようにしてもよ
い。

【００３９】（ｂ）上記実施例では、集束用ホログラム
レンズ３を体積位相型ホログラム素子とする場合につい
て説明したが、これに限らず、集束用ホログラムレンズ
３をその他の型のホログラム素子とするようにしてもよ
い。

【００４０】（ｃ）上記実施例では、光ビーム走査用ホ
ログラム素子として、回転方向とほぼ垂直な方向に１エ
レメント中で回転方向に従って空間周波数が高くなるよ
うな干渉縞が記録されてなる光ビーム走査用ホログラム
素子を用いる場合について説明したが、これに限らず、
光ビーム走査用ホログラム素子として、回転方向とほぼ
垂直な方向に１エレメント中で回転方向に従って空間周
波数が低くなるような干渉縞が記録されてなる光ビーム
走査用ホログラム素子を用いる場合についても、本発明
を同様に適用して前述の場合と同様の効果が得られるも
のである。

【００４１】（ｄ）上記実施例では、光ビーム走査用ホ
ログラム素子からの回折光の出射側に、光路長補正用の
ガラスを設ける場合について説明したが、この光路長補
正用のガラスは、必要に応じて設ければよいものであ
る。

【００４２】図５は、光路長を補正するための光路長補
正用ガラス５を有さない本実施例の光ビーム走査用ホロ
グラム素子１を備えたホログラフィック光ビーム走査装
置を、Ａ４サイズの紙をプリントすることが可能なレー
ザープリンターの書き込み部に適用した場合の構成例を
示す概要図である。

【００４３】（ｅ）上記実施例では、レーザー光源とし
て半導体レーザーを用いる場合について説明したが、こ
れに限らず、レーザー光源としてその他のレーザーを用
いる場合についても、本発明を同様に適用して前述の場
合と同様の効果が得られるものである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ビーム走査用ホログラム素子として、回転方向とほぼ垂
直な方向に１エレメント中で回転方向に従って空間周波
数が変化するような干渉縞が記録されてなる回転自在な
光ビーム走査用ホログラム素子を用い、光ビームを発生
するレーザー光源と光ビーム走査用ホログラム素子との
間に、レーザー光源からの光ビームを集束して光ビーム
走査用ホログラム素子に入射させる集束用ホログラムレ
ンズを配設し、さらに必要に応じて、光ビーム走査用ホ
ログラム素子からの回折光の出射側に、光路長を補正す
るための光路長補正用ガラスを配設するようにしたの
で、走査線の湾曲をなくしかつ収差を極力小さくししか
もレーザー波長変動による集光位置の変動をなくして光
ビームの走査精度を高めることが可能なホログラフィッ
ク光ビーム走査装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ビーム走査用ホログラム素子の
一実施例を示す平面図。

【図２】同実施例の光ビーム走査用ホログラム素子を備
えたホログラフィック光ビーム走査装置を、レーザープ
リンターの書き込み部に適用した場合の一構成例を示す
概要図。

【図３】同実施例の光ビーム走査用ホログラム素子を作
製する方法の一例を説明するための概要図。

【図４】同実施例の光ビーム走査用ホログラム素子を備
えたホログラフィック光ビーム走査装置を、レーザープ
リンターの書き込み部に適用した場合の他の構成例を示
す概要図。

【図５】本発明による光ビーム走査用ホログラム素子を
備えたホログラフィック光ビーム走査装置を、レーザー
プリンターの書き込み部に適用した場合の他の構成例を
示す概要図。

【図６】従来の光ビーム走査用ホログラム素子の構成例
を示す平面図。

【図７】従来の光ビーム走査用ホログラム素子を用いた
光ビーム走査の問題点を説明するための概要図。

【符号の説明】

１…光ビーム走査用ホログラム素子、２…半導体レーザ
ー、３…集束用ホログラムレンズ、４…感光ドラム、５
…光路長補正用ガラス、６…屈折光学素子（または反射
光学素子）、７…ハーフミラー、８…フォトレジスト感
光材料。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを走査するのに用いられる光ビ
   ーム走査装置において、 光ビームを発生するレーザー光源と、 回転方向とほぼ垂直な方向に１エレメント中で前記回転
   方向に従って空間周波数が変化するような干渉縞が記録
   されてなる回転自在な光ビーム走査用ホログラム素子
   と、 前記レーザー光源と光ビーム走査用ホログラム素子との
   間に配設され、前記レーザー光源からの光ビームを集束
   して前記光ビーム走査用ホログラム素子に入射させる集
   束用ホログラムレンズと、 を備えて成ることを特徴とするホログラフィック光ビー
   ム走査装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のホログラフィック
   光ビーム走査装置において、 前記光ビーム走査用ホログラム素子からの回折光の出射
   側に、光路長補正用のガラスを付加して成ることを特徴
   とするホログラフィック光ビーム走査装置。
3. 【請求項３】 前記光ビーム走査用ホログラム素子が体
   積位相型ホログラム素子であることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載のホログラフィック光ビーム走
   査装置。
4. 【請求項４】 前記集束用ホログラムレンズが体積位相
   型ホログラム素子であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載のホログラフィック光ビーム走査装
   置。