JPS5849850B2 - ヒカリヘンコウホウホウ オヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ光源の如き単色光線を変調及び走査せしめて画像
を形成し、投影ディスプレイする装置や感光材料に照射
して記録する装置が開発されている。

単色光線を走査せしめる方法として、電気光学効果を用
いるもの、音響光学効果を用いるもの、回転多面体鏡を
用いるもの、及びガルバノメーターの如き電磁式振動鏡
を用いるものなどが考えられているが、回転多面体鏡を
用いるもの以外はいまだ実用になりにくく、回転多面体
鏡を用いるものも光偏向角が一般に大きいので等速走査
をしようとすると高価なレンズ系が必要になったりする
。

電気光学効果や音響光学効果を利用する光偏向器は高価
であるばかりでなく光偏向角が大きく取りにくい欠点も
あるが、特に高速度の走査を要求される場合には、光点
分解能が落ちると云う問題もある。

また、ガルバノメーターの如き電磁式振動鏡を用いるも
のは安価に入手できるが、高速度の走査が要求される場
合、きわめて微小な振動鏡が必要となったり、多数の振
動鏡が必要になったりして、実用性に欠けるようになる
。

また、以上説明した如き駆動電源においてはのこぎり波
電圧、三角波電圧、又は位相変調電圧などを発生せしめ
る必要があるので広帯域特性が重要となり複雑である。

本発明は光偏向素子により平面的な受光面上で時間的に
一様でない偏向作用をうけた単色光線を複光束式ホログ
ラム作成法を用いて作られた要素ホログラムの配列から
成る偏向角補正板を通して受光面上に持ち来たすことに
より受光面上で等速走査を行なわしめる光偏向方法、及
び装置に関するものである。

本発明において光偏向素子は光線の伝播方向を外部信号
によって変えられるものであれば何でもよいが、特に現
在入手が容易で所定の性能を得やすい正弦波又は若干の
正弦高調波の重畳した正弦波の交流電圧あるいは電流に
よって駆動される電磁式振動鏡、又はタンタル酸ニオプ
酸カリ固溶体やタンタル酸リチウムの如き電気光学効果
の大きい材料で作られた光偏向素子、又は正弦波で駆動
されるモーターに結合された回転多面鏡を用いるのが望
ましく、さらにまた、高周波電源と正弦状周期で動作す
る掃引発振器の組で偏向作用の生ずる二酸化テルルやモ
リブデン酸鉛などを音響波媒体とした音響光学偏向器も
望ましく用いられる。

単色光線は、白熱電球、放電灯、又は発光ダイオードな
どの比較的発光スペクトルの広い光源に狭帯域の光学フ
ィルターを装着して単色とした光源からの光線や、レー
ザ光源から発する単色光線が考えられる。

複光束式ホログラム作成法を用いて作られた要素ホログ
ラムの配列から成る偏向角補正板は、互いにある有限の
角度をなした２本、或いはそれ以上の本数の光束の干渉
像を記録したホログラム或はこれと等価な干渉像を電子
計算機によって計算せしめ、その出力をプロットさせた
ものを写真撮影によって縮小したいわゆる計算機ボログ
ラムの如く、前記光偏向素子を通して偏向された前記単
色光線の偏向角を補正し、前記受光面での光束の走査速
度を一定にならしめるものである。

受光面は、例えば画像を投影してディスプレイする装置
に本発明を応用する際には、スクリーンの置かれる位置
における面を指し、例えば感光材料に光を照射して記録
する装置に本発明を応用する際には感光材料の置かれる
位置における面を指し、飛点走査装置に本発明を応用す
る際には読み取られるべき原稿の置かれる位置における
面を指すが、受光面における画像を拡大、又は縮小して
ディスプレイ、又は記録する必要のあるときは画像を拡
大、又は縮小するときに用いられるレンズ系の置かれる
位置を指す場合もある事はいうまでもない。

受光面上で等速走査を行なわしめるということは、例え
ば正弦状交流電圧によって駆動される光偏向素子により
偏向された単色光線が、走査角の全域にわたって見たと
き発生した走査線の中央部分と両端部分の走査速度、或
は走査線の相互に異なる部分における走査速度が正弦法
則に従って、それぞれ異なるものを受光面上で等速走査
が行なえるようにする事を意味する。

等速走査の意味をさらに詳しく説明すると走査方向が逆
転する位置、即ち、走査速度が零となる近傍を除いた走
査線内全域にわたって、実質上ほぼ等速走査となる場合
、及び画像形成に必要な走査分解点で走査線を分割して
おき、各分割された領域相互の走査速度が実質上ほぼ等
速走査となる場合の二つの場合が本発明で云うところの
等速走査に含まれる。

以下図面によって本発明を詳細に説明する。

第１図は磁気テープに貯えられた画像情報を感光材料上
に記録するシステムに本発明を応用した例である。

第１図において、レーザ光源１から発した光線束２は光
変調電源３によって与えられる映像信号によって動作す
る光変調器４で輝度変調されてレンズ系５に入射する。

正弦状交流電圧発生器６によって駆動される光偏向素子
７の先端に取りつげられた反射鏡によって、レンズ系５
で光束径を補正されたレーザ光線束の反射光は要素ホロ
グラムから成る偏向角補正板８上を一次元走査するが、
この偏向角補正板８の位置においては必らずしも等速度
走査を行なっていない。

しかし、要素ホログラムを配列した偏向角補正板８を通
過した光線束９は感光材料面１０の上に収束されると同
時に感光材料面１０の上の飛点走査速度は等速となって
いる。

偏向角補正板８は、すでに説明した如く、ホログラム作
成技術を利用して作られたものであり、ここでは特に二
光束式ホログラムの場合を考えれば偏向角補正板８を通
過した光線束は、画像情報を感光材料上に記録するのに
必要な光線束９のほかに不要な光線束１１をも発生する
から、この不要な光線束１１を遮蔽するため遮光板１２
を感光材料面１０と偏向角補正フィルター８の間に置く
とよい。

第１図において示す記録システムは、磁気テープ装置１
３から発する映像信号が光変調電源３に与えられ、磁気
テープ装置１３から発する水平同期信号が正弦状交流電
圧発生器６に与えられ、且つ同期電動機１４で感光材料
面１ｏが光線束９の走査方向とほぼ直角に移動せしめら
れるので、感光材料面に映像信号に応じた映像を記録す
る事ができる。

なお、第１図に示した光偏向素子７はアブライドオプテ
イクス誌９巻４号９３３頁にジエー．ジエー．シエファ
一氏らが記述しているペンダーバイモルフ式走査器と称
するものであるが、電磁式振動鏡、又は電気光学効果の
大きい材料で作られた光偏向器などを用いてもよい。

さらにまた画像情報を感光材料上に記録するのには不要
な光線束１１を遮光板１２の位置に配置された光検出器
１５で検出し、磁気テープ装置１３の動作を制御する事
も可能である。

なお、第１図の記録システムにおいて、光線が戻る時間
中は磁気テープ装置１３から帰線消去信号を出し、光変
調器４が光線を遮断すればよい。

第２図は、第１図に示した光偏向素子の如き共振式偏向
素子に正弦状交流電圧を印加して偏向させるときの時刻
ｔと偏向角度θとの関係を図示したものである。

即ち、共振式偏向素子によって、反射される光線束の偏
向角度は、時間変数ｔに関して正弦的に変化する。

従って最大偏向角度の１／２、いいかえれば片側の最大
偏向角度をθＭとして、偏向の角周波数をωとすれば、
時刻ｔにおげる偏向角度θ（１）は と表わされる。

但し、偏向角が最大値θＭとなる時刻には走査速度が零
となるので、その近傍は実用上用いられないのが普通で
あるので、実際に使用される偏向の範囲を有効偏向角と
呼ぶ事にする。

一例として、偏向角が最大偏向角θＭの．／Ｖ２以内で
あるような有効偏向角内の光線束のみを用いて走査を行
なう場合を第２図の曲線の太線区間に示してあり、以下
この有効偏向角内における偏向角補正を行なう際の態様
を第３図及び第４図を用いて説明する。

第３図及び第４図は、第１図に示した光偏向素子７、偏
向角補正板８、感光材料面１０及び光線束９の部分を説
明するために拡大した図で、第３図は斜視図、第４図は
平面図を示している。

正弦状交流を入力したときの光偏向素子７の振動は、反
射光の光線偏向角が（１）式に示した如ぎ特性を与える
ように作動するものであるから、前記有効偏であり、こ
の関係は第２図の横軸に記載した。

次に所要時間Ｔを２Ｎ個に分割して、その両端を含めた
（２Ｎ＋１ ）個の分割点を考えるならば、各分割点の
時刻において偏向角補正板８上では等間隔でない（２Ｎ
＋１）個の光点列Ａ。

５ Ａ１ ２ Ａ２ ２・・・・・・・・・Ａ２Ｎが第
３図及び第４図に示した如く（第３図及び第４図におい
て２Ｎ＝１０で描いてある）考えられ、偏向角補正板８
を通過した後に、等速度走査を実現したい受光面１０上
の直線ＸＸ上に等間隔の（２Ｎ’＋１）個の光点列Ｂ。

，Ｂ１，Ｂ２，・・・・・・・・・Ｂ２Ｎが生ずる。

なお、第３図及び第４図においては、図を簡単化するた
めに分割数を２Ｎ＝１０として描いてあるが、これは一
本の走査線上で要求されるべき分解点の数に対応し、例
えば商用テレビジョンと同程度の解像度を得ようとすれ
ば、２Ｎ＝７００程度に選ぶ必要がある。

以上の如き偏向角補正は偏向角補正板８を、その上の等
間隔でない光点列の生ずる位置Ａ。

，Ａ１，Ａ２，・・・・・・・・・，Ａ２Ｎの位置に、
光偏向素子７から指向された光線束をそれぞれ受光面１
０の光点列の生ぜさせるべき位置Ｂ。

，Ｂ１，Ｂ２，・・・・・・・・・，Ｂ２Ｎ に向けて
１次回折光線束を生ずるように作られた（ ２Ｎ＋１
）個の微小ホログラムを配列させる事によって可能であ
る。

ホログラムからは一般に、実質上回折を受けない０次回
折光線束と±１次回折光線束、±２次回折光線束、・・
・・・・・・・が各々互に異なる方向に生ずる。

特にホログラムを記録した時に用いた参照光と同一の光
線束を用いて照明するかまたは参照光と共役な波面をも
つ光線束を用いて照明した時に、得られる＋１次回折光
線束の位相成分は再生すべき物体光のもつ位相成分その
ものとなるので、その波面に歪を受けることなく、再生
九線束に収差はない。

前者の場合の再生光線束は直接像と呼ばれて物体光と同
じ波面をもち、後者の場合の再生光線束は共役像と呼ば
れて物体光と共役な波面をもつ。

第３図において、光偏向素子７から指向される光線束群
１７が偏向角補正板（要素ホログラムの配列）８の照明
光になるので、これから００次回折光線束群は受光面を
直線Ｘ／ Ｘ′上の点列Ｂ。

′，Ｂ１′，Ｂ２′，・・・・・・・・・，Ｂ２Ｎ’で
よぎり、＋１次回折光線束群は受光面を直線Ｘ−Ｘ上の
点列Ｂ。

，Ｂ１，Ｂ２，・・・・・・・・・，Ｂ２Ｎでよぎるよ
うにすることが三光束式ホログラム作成法によって可能
である。

第５図は、上に述べた偏向角補正板としての三光束式ホ
ログラムを作成している状態を示す。

第３図に示したように、光偏向素子７からの偏向角補正
板８、受光面１０の距離をそれぞれｒ，Ｒとし、受光面
上の２つの直線Ｘ−Ｘ，Ｘ’−Ｘ／の距離をｈ、受光面
の有効幅をＷとする。

ホログラムを記録する際には、ホログラム記録用感光材
料２ｏを半径ｒの円周に沿って配置し、その円周の中心
７′からＲの距離の平面には光学部材２２ ， ２３
，２４，２７および２５ ，２６ ，２８を配置する。

光学部材の例を挙げて詳述すると、２２及び２５※※は
反射鏡、２３は収束レンズ系、２４及び２６は移動載物
台、２７及び２８は光学ベンチである。

また各光学部材の配置の相互関係を詳述すると、中心７
′、感光材料２０、光学部材２５及び２６は同一平面内
にあり、光学部材２２，２３，２４，２７は前記平面と
は直交し、光学部材２５，２６，２８を含む面内で光学
部材２７ ，２８即ち光学ベンチ間の距離はｈである。

光学部材２５ ，２６ ，２８は第３図における○次回
折光線束の点列Ｂ。

ｊ Ｂ１’ ｊ Ｂ２’ ？・・曲・・・，Ｂ２Ｎ’の
位置から光偏向素子７へ指向される平行光線束群をつく
るためのものであり、光学部材２２ ，２３ ，２４は
所望の＋１次回折光線束群がつ＜ルヘキ点列Ｂ。

，Ｂ１，Ｂ２，・・・・曲・，Ｂ２Ｎの位置から各々対
応する感光材料上の微小部分へ指向される光線束群をつ
くるためのものである。

一例として（ｎ＋１）番目の要素ホログラムを点Ａｎを
含む微小部分に作る場合を説明する。

等速度走査を行なう直線Ｘ−Ｘ上の走査線の中点となる
べき点↓をＣ，Ｃの真上の距離ｈの点をＣ′とする。

点ＣとＢｎＯ間の距離をｂｎ，点Ｃ′とＢｎ’の間の距
離をｂｎ’と表わしたとき、 と表わされる。

従って直線Ｘ−Ｘ上で点Ｃから（２）式で与えられる距
離の点Ｂｎに点光源を置き、感光材料の部分Ａｎに球面
波を指向させ、それと可干渉性の光で直線Ｘ／ Ｘ／上
で点Ｃ′から（４）式で与えられる距離の点Ｂｎ’から
点７′に平面波を指向させることにより、（ｎ＋１）番
目の要素ホログラムが作成される。

この過程をｎ＝ｏ〜２Ｎ（７）（２Ｎ＋１）回くり返す
ことにより、同一感光材料上に要素ホログラムを配タル
た所望の偏向角補正板がつくられる。

以上の説明においては、複光束式ホログラム作成法の代
表的なものとして二光束式ホログラム作成法によって偏
向角補正板を作成する例、及びその補正板を使用する光
偏向方法及び装置について説明したが、本発明において
は単に三光束式ホログラム作成法のみならず、一般的に
複光束式ホログラム作成法によって作成した偏向角補正
板を使用してもよいのは勿論である。

なお、感光材料２０としては、通常の銀塩材料のほか、
蒸着ハロゲン銀材料やドライシルバー材料も含んだ広義
の銀塩材料、ホトポリマー、ジアゾ、ホトクロなどの有
機材料、光学損傷効果の大きい材料や無定形半導体材料
などの無機材料、重クロム酸ゼラチン及び色素発色材料
、マンガンビスマスの如き金属材料などが選べる。

また第５図の如き方法によって通常の銀塩材料の偏向角
補正板を作り、これをホトレジスト材料などを使用して
複製を作り出せば、安価に高能率の偏向角補正板を得る
事もできる。

以上詳述したように、本発明によれば、使用する光偏向
素子の周波数応答があまり良好でなくても光偏向装置全
体としては艮い結果を得られるため、画像情報を感光材
料上に記録する装置に使用すると大きい分解能が得られ
、価格も安くできる。

例えば、直流から１キロヘルツにわたって平担な特性を
有するガルバノメーターにのこぎり波を加えて光掃引さ
せようとすると、仮りに駆動電圧波形の第６高調波まで
で良いものとしても掃引周波数は１６０ヘルツ以上高め
る事ができない。

しかし本発明の光偏向装置においては光偏向素子のガル
バノメーターに１キロヘルツの応答が可能であれば、掃
引周波数も１キロヘルツにでき、しかも１１流から１キ
ロヘルツにわたって平担な特性を必要としない。

電磁共振を利用すれば１０キロヘルツ以上１００キロヘ
ルツ程度までの単一周波応答特性のすぐれた光偏向素子
も実甲になるが、通常は鋭い機械的共振を利用せねばな
らないので光走査速度の時間的直線性は望めない。

しかるに本発明の方法を適用すれば光走査時の時間的直
線性が簡単に得られるので１０キロヘルツ以上１００キ
ロヘルツ程度までの高性能で安価な光偏向器も実現でき
る。

また交流モーターの回転軸に多面体鏡を取りつげて偏向
素子として使用する方法は多く行なわれているが、光線
走査によって平面上に画面を構成させようとすると光点
の走査速度の時間的直線性が悪いので画面に歪みを生ず
る。

しかるに本発明によれば、受光面を湾曲させたり、駆動
電力波形を変えたリせずに光走査時の時間的直線性を高
められる。

さらにまた、本発明によれば光偏向素子を１駆動する電
極が簡単となる。

例えば、電磁共振式光偏向素子を用いる場合には走査に
必要な走査速度から計算される一定周波数の電力のみを
増巾する電源があればよいので電源を単純化できる。

また電気光学効果の大きい材料で作られた光偏向素子は
高周波領域で使用することが可能であるが、一般に駆動
電圧が高く、且つ電源に対して容量性負荷であるので高
周波領域において大電力を要する。

本発明は電気光学効果の大きい光偏向素子は不要のため
大きい効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を記録システムに応用した例を示し、
第２図、第３図及び第４図は本発明の説明図であり、第
５図は本発明で用いる偏向角補正板を作或する方法の一
例を示したものである。 １・・・・・・レーザ光源、４・・・・・・光変調器、
５・・・・・・レンズ系、６・・・・・・正弦状交流電
圧発生器、７・・・・・一光偏向素子、８・・・・・・
偏向角補正板、１０・・・・・・感光材料面、１２・・
・・・・遮光板、１３・・・・一・磁気テープ装置、２
０・・・・・・ホログラム記録用感光材料、２２及び２
５・・・・・・反射鏡、２３・・・・・・収束レンズ系
、２４及び２５・・・・・・移動載置台、２７及び２８
・・−・・・光学ベンチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次元光偏向素子により平面的な受光面上で時間的
   に一様でない偏向作用を受けた単色光線を、受光面上で
   等速運動を行なわしめるための複光束式ホログラム作成
   法を用いて作られた要素ホログラムの配列からなる偏向
   角補正板に指向せしめ、その回折光を受光面上で等速走
   査を行なわしめることを特徴とする光偏向方法。 ２ 正弦状交流電圧によって駆動される光偏向素子によ
   り偏向された単色変調光線を、受光面上で等速走査を行
   なわしめると同時に受光面上に走査により形成される画
   面を必要な大きさに縮小せしめるための複光束式ホログ
   ラム作戒法を用いて作られた要素ホログラムの配列から
   成る偏向角補正板を通過せしめ、且つ前記偏向角補正板
   と前記受光面の間に偏向角補正の際生じた零次回折光線
   を除去せしめるための固定遮蔽板を設けて成る光偏向装
   置。