JPS6042732A - ホログラムを用いた光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、ホログラムを用いて光ビームの方向を高速で
偏向する光走査装置に関するものである。

更に詳しくは、本発明は、光信号を利用して信号あるい
は画像等を記録１表示する装置に使用して有効であって
、直線平面走査が可能な光走査装置に関するものである
。

〔従来技術の説明〕

第１図は、従来のホログラムを用いた光走査装置の要部
構成図である。この装置は、点光源からの拡散光として
の物体光１と、参照光２（いずれも破線で示す）により
、露光し作製したホログラム３Ｌ　５２．５５・・・に
平行ビームを入射し、ホログラム３の後方に配置された
走査面であるところの結像面４に、再生光５による再生
像を得るように構成しである。

このように構成される装置においては、結像面４に得ら
れる再生像は、ホログラム円板３の回転に従い結像面４
上を移動するものの、図示するような円弧状走査となり
、像が歪むという問題があった０ 〔本発明の目的〕 ここにおいて、本発明は、ホログラムを用い、簡単な構
成で直線平面走査が行なえ、がっ、無収差の収束作用（
レンズ作用）をもった光走査装置を実現しようとするも
のである。

〔本発明の概要〕

本発明に係る装置は、透過または反射形ポログラム板を
用いるものであって、記録（作製）時の参照光と再生（
走査）時の再生光を拡散または収束光とするとともに、
これら各光源の位置を同一位置であって所定位置とし、
かつホログラムディスクへの光の入射角を走査中心で０
０以外の角度となるように選定し、ホログラムディスク
の回転に伴い参照光と再生光の入射角を相違させ、この
角度差を利用して回折光の回折角を変化させ、結像面上
の再生像が直線走査するようにしたものである。

また、本発明に係る装置は、結像面上の走査線上の所定
の一点へ収束する仮想の光束と再生光とによって、ホロ
グラム上に作られる干渉縞と、露光時の物体光と参照光
との干渉縞が、ホログラム面上の再生光束幅の領域内で
同一となるように物体光源と参照光源の位置を特定位置
に選定し、直線・無収差走査となるようにしたものであ
る。

〔実施例の説明〕

縞２図〜第５図は本発明に係る装置（光学系）の−例を
示す要部構成図で、第２図は記録（作製）時と再生（走
査）時の状ｈＭを示す全体斜視図、第３図はひとつのホ
ログラムについて注目した再生時の状態を示す斜視図、
第４図および第５図は記録時と再生時の状態を示す平面
図および側面図である。これらの図において、５はホロ
グラムディスクで、ここにはボログラム用感光材料が塗
付されている乾板で作られた複数個のホログラム３．。

５□、５３・・・が回転方向（矢印ａで示す方向）に設
置されている。このホログラムディスク３は、矢印ａ方
向に一定速度で回転（移動）シ、ひとつのホログラムで
１回の走査を行なうようになっている。

なお、ここでは、透過型ホログラム円板を用いた例を示
す。４は結像面である。

まず、ホログラムの作製時において用いられる物体光源
２２は、結像面４に得られる走査線の中心に収束するレ
ーザ光源が用いられ、また、参照光源２０は、物体光源
２２と同一波長の発散点光源が用いられ、所定位置に設
置されている。これらの物体光源２２と参照光源２０と
は、いずれもここから出ヒ９゜ 射する光ｆ−ムのホログ）ラムディスク３への入射角が
、走査中心で０°以外の角度となるように設置され、こ
れらの各光源からの光によって、ポログラム５１．５２
．５３・・・上に干渉縞を記録させる。

再生（走査）時に用いられる再生光源２１は、参照光源
２ｏと同一波長で、同一位置に設置された発散点光源が
用いられ、ホログラムｓ＋　、　５７１Ｋ　、参照光源
２０による光スポットより小さな光スポットを照射する
。この再生光源２１は、ボログ２ムディスフ５への入射
角が、走査中心で００以外の角度となるように設置ｄさ
れ、ホログラムからの再生光はホログラム５１．５２．
５ｓ川にあらかじめ記録された干渉縞によって回折され
る。この回折光は、ホログラムディスク３の回転（移動
）に伴い、結像面４上を小さな光スポットで、ｓ１→ｓ
２→ｓ３と直線。

無収差走査する。

ここで、本発明においては、参照光源２ｏと再生光源２
１の位置および物体光ｇ２２の位置を、（１）式。

（２）式を満足するように、所定の位置に選定し、これ
によって、直線、無収差走査を実現している。

ｆＣ（１ｒＣＯ１ｌｒ（Ｈｑ、　ｒ、θ、ψ）Ｌ；ｆＲ
”ｒＲＣ？　”ＲＢｙ　’、θ、ψ）９１１１１．（１
）φｃ（１ｒＣＯ１１ｒＣＲ１ｒ、θ、ψ肖φＲ（１ｒ
Ｒｏ、１ｒＲＲ１ｒＩθ、ψ）１．１１．（２）ただし ｆｃ：物体光と参照光によシホログラム面上に記録され
た干渉縞の空間周波数 φＣ：上記干渉縞の傾き ｆＲ：走査紳士の所定の一点へ収束する仮想の光束と再
生光とにより、ホログラム面上に出来る干渉縞の空間周
波数 頼：上記干渉縞の傾き １ｒｃｏ：物体光の収束点座標 １ｒｃＲ：参照光の収束点座標 ＩｒＲＯ：仮想光束の収束点座標 １ｒＲＲ：再生元の収束点座標 ｒ：ホログラム面上の再生光束の中心位置と回転中心間
距離 ψ：ホログラム回転角 θ：ｒの角度 なお、この実施例ではホログラムは透過形のものを使用
した場合で、参照光、再生光は、いずれも発散球面波が
用いられる。

このように構成した装置において、直線走査の原理をは
じめに第２図〜第５図を参照しながら次に説明する。こ
こで、第２図、第４図、第５図において、記録時と再生
時の光学系を、記録時は破線で、再生時は実線でそれぞ
れ示しである。

記録時には、物体光として収束球面波を用いるとともに
、β照光１ｒＣＲとして発散球面波が用いられている。

そして、再生時には、再生光ｌｒｍｔとして、参照光１
’ｃａと同じ位置から、光束の小さい発散球面波を照射
する。

第５図はホログラムが回転し、実＋ｔＪＨ＋の位置から
破線Ｈ２の位置に郡山りした状態の側面からみた光学系
を示したものである。ここでは、再生光１ｒＲＲがホロ
グラム３の一方の端Ｃ２領域に照射されている。

ホログラム３の０２領域に記録された干渉縞間隔ｄは、
記録光来である参照光１ｒＣＲと物体光のＣ２領域での
入射角θ２．θ′ｄで決まり、（５）式で表わすことが
できる。

λ β量ｎθ２　−　ｓｉｎθ’　ｄ　＝−（５）ただし、
λ：記録光の波長 再生光１ｒ１え、、の光源２０け、記録光たる参照元１
ｒｃＲの光源と同位置からホログラムを照射するように
なっているが、ｐｆ生先光１’ＲＲ球面波であること、
ホログラム５が回転、移動していることから、再生光ｌ
ｌＲ１のポログラム５のＣ２領域への入射角θ１は、θ
１笑θ１１θ１＼θ２となる０このとき、ｔａｎθ１＝
　ｔａｎθ１．ｃａｎψとなる。ここでθ１は側面から
見た記録光のホログる ラムのＣ，領域への入射角であメ（第５図参照）。

したがって、Ｃ２領域の出射光の回折角θ６は、（４）
式の関係を満足しなければならない。

λ ｓｉｎθ１−　ｓｉｎθｄ＝　（４） いま、第５図において、θｄ＝θ′ｄ十Δθｄとするこ
とによって、ホログラムディスクの回転に伴い、参照光
と再生光の入射角が相違することになり、この角度差に
よって回折光の回折角が変化し、再生像は第５図におけ
る曲がりＫよる長さｔを補正し、結像面４０点Ｓ３に結
像し、直線平面走交を行なうことができる。

この場合、物体光１ｒｃｏの位置を一定にしておいて、
直線走査する条件を満たす参照光１’ＣＲの位置は、図
２のｂ６上となる。また物体光１ｒｃｏの位置をいろい
ろ選ぶとさらに多数の領域で直線化条件となる。しかし
回折光の結像面４上の収差は、上記条件だけでは無収差
とならない。

次に第６図を参照しながら、無収差走置について説明す
る。ここで無収差とは、結像面上に回折光がつくる光ス
ポットの径が回折限界内１、または、回折限界に近く、
目標とするスポット径以下である場合をいう。

第６図に示すように、回折光の結像面４上の所定の一点
へ収束する仮想の光束（理想の回折光）と拘止光とによ
って、ホログラム面上に作られる干渉縞と、記録（露光
）時の物体光と参照光とによって作られる干渉縞が、ホ
ログラム面上の再生光束幅の領域内で同一となれば、直
線無収差となる。干渉縞が同一ということは、その空間
周波数ｆｃＩ！：ｆＲおよび干渉縞の傾きφＣとφＲが
それぞれ同一であることが必要十分条件であるとみなす
ことができる。また、干渉縞を空間周波数の位置による
変化率や曲率等で表現しても、前記の表現と全く同一と
なる。（１）式、（２）弐ＶＣおいて、これらは、いず
れも左辺と右辺は等しくはならないで、許容できる直り
無収差の範囲内で、はぼ等しくなる条件を解き、物体光
、参照光（再生光と同一位置）の位置をめる。ここで、
（１）式、（２）式は、解析的に解くのは難かしく、従
ってコンピュータ等を用い、数値解析の極値問題として
解くものとする。

次に、実際の計算手法の一例を説明する。第２図に示す
ように、Ｘ＋　ｙ＋Ｚ座標系で考えるものとし、ホログ
ラム面上における参照光１ｒｃＲ（０。

ｙｒ＋　ｚｒ）　ｒ物体光１ｒｃｏ　（０，０，Ｚｏ）
の電界強度分布の位相項を示せば、（５）式、（６）式
で示すことができる。

１ｒｃｏ　’　ｅＸｐｌ　ｌｋ　Ｊ　４’ｆ　＋　ｚ、
ｚ　）　・・−・・・・・・（６）ただし、ｋは波数 ホログラム乾板に記録される干渉縞の光強度分布の位相
項は、（７）式で表わされる。

ｅｏａ（ｋ（σ７司”＋ｔＴＷ票司可ｆ・・・（７）こ
れから、干渉縞の空間周波数ｆｃと干渉縞の傾きφＣは
（８）式、（９）式の通りとなる。

ただし、ａ−６百７−７ ｂ−ｒ匹了アπｙｉｙ ｘ　＝　ｒａｓｉｎψ ｙ：Ｒ−ｒａｃｏｓψ Ｒ，ｒ、（第２図参照） 第３図において、ホログラム３に記録されている干渉縞
による光の回折の入射角と回折角の関係は、入射光のｙ
軸に対する方向余弦をｍ、ｙ軸に対する方向余弦をｎ１
回折光のｙ軸、ｙ軸に対する方向余弦をそれぞれ１１’
、ｍ’で表わすものとすれば、０１式、０υ式の通りと
なる。

ｒｎ’　−ｍ　：　ｐ−ｆｃ−λｃｏｓφＣ・・・−■
−ａｎｎ’　−ｎ　＝　ｐ−ｆｃ・λａｉｎφｃ・・・
叩・凹・・・ａｌｌただし、ｐは回折光の次数で通常１
次回折光を考える。

１ｒｃｏ　、１ｒｃｒｔ　、１ｒ１ｕｔ　、ｒの相対的
な位置と、ホログラムディスク５上の再生光の分布が決
まれば、適当な走査面上でホログラムディスクの回転に
対応したスポット・ダイアグラムを描くことができる。

このスポット・ダイアグラムを基に、反復法によって、
直線性と収束性が最適となるｔｒｏｏ　。

１ｒｃＲｌ　１ｒＲＲ＋　１ｒＲＯ、ｙの所定位置をめ
ることができる。

更に具体的な手法としては、０７Ｊ式に示す直線性に関
する評価関数Ｅ１及び０３式に示す収束性に関する評価
関数Ｅ２１０３式に示す総合的評価関数Ｅをそれぞれ定
め、これらの評価関数を最小とするように反復法により
、１ｒｃＯ、１ｒＣＲｌ　１ｒＲＲ、１ｒＲＯ、ｒの所
定位置をめる。

Ｅｌ−〔Σ（（ｌｒｃ（ψ））ｙ　（１ｒ（Ｈ面Ｊ　２
）／Ｎｐ１・・・・・・＋１２ψま ただし１ψｉ：（ｉ＝１．２・・・、Ｎψｌ）は、ホロ
グラムディスクの回転角ψを適当に標本化した ときの１つの値 Σはψ１に対する和である。

ψ１ ｌｒ（ψ）は走査面上の二次元ベクトルで回折光の走査
面上での位置を示す。

１ｒｃ（ψ）の添字Ｃはホログラムディスク上の再生光
の分布の中心からの回折 光を示す。

（１ｒ（い）　は＋ｒ（ψ）の是査方向と垂直な方向の
成分 （＋ｒｏ（ψ））＝ΣＣ＋ｒｃ（ψ））ｙハψ１ｙ　ψ
Ｉ Ｅ２＝Σσ　２／Ｎψｉ　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・αｊψ１　ψ１ １７９、Ｉ２　：、４１１ｒｐｌ（ψ）−＋ｒ、Ｈ（ｐ
）　１２／Ｎｐ　＋可７−Σ＋ｒｐ　Ｉ（ψ’／Ｎｐ　
１ ｐま ただし、１ｒｐｌ（９’）の添字ｐｉ　（１＝１．２．
−、　Ｎｐｉ　）は、ホログラムディスク上の再生光の
分 布を適当に標本化した１つの標本点 からの回折光を示す。

Σはｐｌに関する和 ｐｌ 直線性、収束性を総合した全体の評価関数Ｅはα４式の
通りとなる。

Ｅ−ωＩＥｌ＋ω２Ｅ２　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・６荀ただし、ω１．ω２は重み
定数 なお、ここでは二次元ホログラムを想定して計算したが
三次元ホログラムでも同様である。

このようにしてめられたＩｒＣ０１１ｒｃＲｌ　ｒを満
たす所定位置に物体光と参照光の光源を設置して、ホロ
グラム上に複数領域に亘って記録（露光）する。これを
現像し、また、必要に応じて回折効率を向上させるため
の漂白処理を行なった後、１ｒＲＲを満たす所定位置に
再生光の光源を設置して再生すれば、回折光は、結像面
４上を面縁、無収差走査することとなる。

第７図および第８図は本発明に係る装置において、結像
面４上に得られる走介スポットの直線性誤差および収束
スポット径を調べた特性線図である。この実験では、光
源としては波長λＣが０．６５２８１ＪｍのＨｅ−Ｎ８
レーザを用い、走査幌上＋５０ｍｍ　、を得たもので、
この範囲内において、直線性士ｊｏＯｐｍ　。

最大スポット径φ１００ＩＩＩＴｈ！：、満足すべき結
果が得られている。

第９図は本発明の他の実施例を示す構成説明図である。

この実施例においては、ホログラムディスク３に反射型
ホログラムを用いたものである。

〔本発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば簡単な構成で、面
縁平面走査が行なえ、かつ無収差の収束作用をもった光
走査装置が実現できる。また、物体光、参照光、再生光
が同一波長、同一位置でよいことから、ホログラムへの
記録および再生が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホログラムを用いた光走査装置の要部構
成図、第２図〜第５図は本発明に係る装置の一例を示す
要部構成図で、第２図は記録時と再生時の状態を示す全
体斜視図、第３図はひとつのホログラムについて注目し
た再生時の状態を示う す斜−親図、第４図および第５図は記録時と再生時の状
態を示す平面図および側面図、第６図は無収差走査をｄ
見切するだめの説明図、第７図および第８図は本発明に
係る装置における特性線図、第９図は本発明の他の″−
Ａ施例を示す構成説明図である。 ５・・・ホログラムディスク、２０・・・光源、４・・
・結像面。 窮トｑ 盾　７１円 　４ 匙食ｐ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透過または反射型ホログラムディスクを用いた光
   走査装置において、 記録時の参照光と再生時の再生光を同一波長の発散光と
   するとともに、これらの各光源の位置を同一の所定位置
   とし、かつポロダラムディスクへの光の入射角を走査中
   心で００以外の角度となるように選定し、 物体光源と参照光源の位置を、結像面上の走査線におけ
   る特定の一点へ収束する仮想の光束と再生光とによって
   前記ホログラム上に作られる干渉縞と、記録時の物体光
   と参照光との干渉縞がホログラム面上の再生光束幅の領
   域内で同一となるように特定位置に選定し、結像面上の
   再生像が直線、無収差走査するようにしたことを特徴と
   するホログラムを用いた光走査装置。
2. （２）　参照光源、物体光源、再生光源を次式を満足す
   る所定位置とした特許請求の範囲第１項記載のホログラ
   ムを用いた光走査装置。 ｆｃ（１ｒＣＯ１’ＣＲ１”θ、ψ）中ｆＲ（ｌｒＩ（
   ０，１ｒＲＲ１ｒ、θ、ψ）φＣ（ＩｒＣＯｌ”ＣＲｌ
   ｒ、θ、ψ）中φＲ（”ＲＯ−１ｒＲＲ１ｒ、θ、ψ）
   ただし ｆｃ：物体光と参照光によりホログラム面上に記録され
   た干渉縞の空間層 波数 φＣ：上記干渉縞の傾き ｆＲ：走査線上の所定の一点へ収束する仮想の光束と再
   生光とにより、ホ ログラム面上に出来る干渉縞の空 開局波数 φＲ：上記干渉縞の傾き ”ＣＯ’物体光の収束点座標 １ｒｃＲ：参照光の収束点座標 １ｒＲ０’仮想光束の収束点座標 Ｉｒ皿：再生光の収束点座標 ｒ：ホログラム面上の再生光束の中心 位置と回転中心間距離 ψ：ホログラム回転角 θ：ｒの角度