JPS6318169B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光を利用した文字、図形、写真
等の画像検出装置に関し、特にフアクシミリ装置
送信機に使用する光学系に関するものである。

レーザ光を偏光器、集光レンズで物体上、紙面
上を走査して物体形状や画像を検出する方法は、
高速度でしかも高分解能が得られるという特徴が
あるので、POS（ポイント・オブ・スールス）や
フアクシミリ送信機等の光走査装置に用いられて
いる。一般に上記のレーザ光走査装置では、１回
に情報を得る１画素の大きさは走査面上に集束さ
れた光ビームの径によつて決定される。また、一
般に必要とされる分解能は光走査装置によつて異
なり、この異なつた分解能に対応して集束光ビー
ム径は任意に設定されなければならない。この要
求を満たすために通常行われる方法はビーム拡大
器等の光学系を使つて光走査光学系に入射する光
ビームの径を変換し、その結果集束ビームを変化
する方法である。一般にレーザ光源より出射する
光ビームの空間的エネルギー分布はガウス分布に
なつているので、１本の光ビームにより照射され
る１画素中の光エネルギー分布はビーム径にかゝ
わらず常にガウス分布となる。このことは反射光
から得られる情報には１画素中の中心部からの情
報が周辺部からの情報よりも強く反映しているこ
とになる。この効果はフアクシミリ装置において
顕著にあらわれ、光ビームの走査線間にある情報
の抜けが生じる。そのために光ビーム径を大きく
すると走査線方向に分解能を下げてしまうところ
に問題点があつた。

本発明の目的は高分解能を維持するために主走
査方向には光ビームを絞り、副走査方向（主走査
方向と直交方向）には光ビームを拡げた走査光学
系を提供することにある。

本発明の走査光学系は単色源源からの光ビーム
を走査する光走査手段を前記単色光源の出射側に
設け、前記走査手段からの光束により走査される
走査面上方に走査面からの反射信号光を検知する
光検出器を設け、さらに前記単色光源と光走査手
段の間に走査面上における光ビームを楕円状ビー
ムに変換する光ビーム変換器を設けた構造になつ
ている。

次に図面を参照して本発明について詳細に説明
する。

第１図は本発明を説明するために示す従来のレ
ーザ走査光学系の一例である。

レーザ光源１、レンズ３、レンズ４、走査鏡
６、fθレンズ７、走査面８がこの順に配置され、
レーザ光源１から出射されるレーザ光２に対して
レンズ３、レンズ４、fθレンズ７は光軸が一致す
るように置かれている。光検出器１０は走査面８
からの反射光が有効に検出されるように走査面上
方に主走査線方向と平行に設置され、光検出器１
０の光電面は走査面８に対して45゜位の角度を成
している。レーザ光源１から出射されたレーザ光
２はレーザ光源１の出射側に設けたレンズ３、レ
ンズ４によつて拡大されたビーム径をもつコリメ
ートされた光ビーム５になり、レンズ４の出射側
に設けた走査鏡６で反射された後にｆ・θレンズ
７によつてxy平面上にある走査面８上に集束さ
れる。集束された集束ビーム９は走査鏡６をxz
面内で回転することによつてｘ方向に走査され、
ｘ方向の走査が終る毎に走査面８がｙ方向に順次
移動する。走査面８からの反射光が光検出器１０
に受けられて情報が読み出され二次元的な走査が
行われる。この場合、レーザ光の空間的エネルギ
ー分布は通常ガウス分布であるので集束ビーム８
のエネルギー分布もガウス分布である。一般にガ
ウス分布をしたレーザ光の径はエネルギーが１／
e²（ｅは自然対数の底）になる点の径で表わされ
る。光ビーム５の径を2ω₀，ｆ・θレンズ７の焦
点距離をｆとすると集束ビーム９の径2ωはレー
ザ光の波長をλとすると下式で表わされる。

2ω＝2fλ／πω₀ よつて光ビーム５の径2ω₀を小さくすれば集束
ビーム径2ωは大きくなり、光ビーム５の径2ω₀を
大きくすれば集束ビーム径2ωは小さくなる。光
ビーム５の径を変えるには通常レンズ３とレンズ
４の焦点距離の比を変えることによつて行われ
る。

ここでフアクシミリ装置送信機における走査を
考えてみる。フアクシミリ装置送信機においては
主走査方向（ｘ方向）の分解能は電送系の帯域に
よつて制限され、副走査方向（ｙ方向）の分解能
は走査面８を１走査毎に送る距離によつて決めら
れる。

通常、主走査方向の分解能の方が副走査方向の
分解能よりも良くなつている。

第２図は走査面と走査面上の集束ビームの関係
を説明するための図である。第２図ａは走査面上
の集束ビーム径の関係を示したもので、集束ビー
ム１２が走査線１１上を走査していくところの、
主走査方向の分解能点毎に集束ビーム１２を描い
たものである。集束ビーム１２が主走査方向に隣
接するような径をもつ場合には、副走査方向に重
ならないために走査できない領域が生じてしま
う。集束ビーム１３が副走査方向に隣接するよう
な径をもつ場合では主走査方向にオーバーラツプ
してしまい分解能を下げることになる。したがつ
て、両方向に最適な集束ビームは楕円状の形状を
持つ集束ビーム１４である。また、集束ビームの
光エネルギー分布は第２図ｂに示すようにガウシ
アン状強度分布であるために矩形状強度分布に比
べて周辺に光が広がつていることに注意しなけれ
ばならない。集束ビーム径2ωを光エネルギーが
１／e²になる点で定義するが、この径2ωより外
の情報も得ることになるので集束ビーム強度分布
をできるだけ矩形状強度分布に近くした方が良
い。

第３図は本発明による走査光学系の一実施例を
示す図である。光源２１とレンズ２５の間に光ビ
ーム変換器２３を設けた点が従来のものと異なる
ところである。レーザ光源２１から出射されたレ
ーザ光２２はレーザ光源２１の出射側に設けたビ
ーム変換器２３によつて楕円状の光ビーム２４に
変換され、ビーム変換器２３の出射側に設けたレ
ンズ２５とレンズ２６によつてさらに拡大された
光ビーム２７となる。さらに光ビーム２７は走査
鏡２８により反射された後にｆ・θレンズ２９に
よつてxy平面上にある走査面３０上に集束され
た集束ビーム３１になる。集束ビーム３１は走査
鏡２８をxz面内で回転することによつてｘ方向
に走査され、ｘ方向の走査が終る毎に走査面３０
がｙ方向に順次移動する。走査面３０からの反射
光が光検出器３２に受けられて情報が読み出され
て二次元的な走査が行われる。走査鏡２８は反射
鏡を回転させて光ビーム２７を偏向させるもの
で、ガルバノミラー、回転多面鏡を用いることが
できる。

また、超音波偏向器を用いるのも可能である。

第４図は光ビーム変換器２３による光ビーム変
換作用を説明するための図である。第４図ａに示
すの光ビーム変換器として従来の円筒レンズ又は
プリズムを用いた場合の光ビーム変換作用を示す
もので第３図におけるレーザ光２２のビーム径は
ｙ方向、ｚ方向とも同じで光ビーム形状４１をも
つているとする。光ビーム変換器２３によつてｚ
方向には変換を受けずに光ビーム形状４１で、ｙ
方向にビーム径が小さい光ビーム形状４２をもつ
光ビーム２４に変換される。光ビーム２４はこの
後にレンズ３枚を通過するので、走査面上３０に
おける集束ビーム３１の形状は光ビーム２４のフ
ランホーフエル回折像（フーリエ変換像）にな
る。従つてビーム径が小さい方向が走査面３０上
ではビーム径が大きくなる。光ビーム２４におけ
るｙ，ｚ方向は走査面３０上においてはそれぞれ
ｙ，ｘ方向に対応するので、走査面３０上におい
てはｙ方向に広がつた集束ビーム３１が得られ
る。

第４図ｂに示すのは光ビーム変換器として本発
明による回折格子を用いた場合の光ビーム変換作
用を示すもので、光ビーム変換後の光ビーム２４
の光エネルギー角度依存性を示している。光ビー
ム変換器２３に入射するレーザ光２２の角度依存
性はｙ，ｚ両方向共にプロフアイル４３であつた
とする。

光ビーム変換後の光ビーム２４はｚ方向には同
じプロフアイル４３をもつが、ｙ方向にはプロフ
アイル４４のように複数の山を持ち、広がつた角
度依存性をもつようになる。既に述べたように、
走査面３０上における集束ビーム３１の形状は光
ビーム２４のフーリエ変換像になるために、広が
つた角度依存性をもつ方向に幅が大きくなる。従
つて走査面３０上においてｙ方向に広がつた集束
ビーム３１が得られる。

第５図は具体的に回折格子を用いた光ビーム変
換器の一例を示す。レーザ光６２は正弦波回折格
子６３に入射して０次光６４の両側に回折光６
４′，６４″が得られる。

このとき回折光６４′，６４″と０次光６４との
光軸がなす角度θは回折格子のピツチをｐ、レー
ザ光の波長をλとすると下式のようになる。

sinθ＝λ／ｐ 入射光と０次光、回折光のビーム径は変化しな
いが、光量は回折格子の変調度による。０次光と
±１次光の強度が等しくなるのは位相差が
1.44radのときである。

第６図は走査面上における集束ビームの重なり
を示す図である。今、０次光６４による集束ビー
ム６５のビーム径を2ωとすると、回折光６４′，
６４″による集束ビーム６５′と６５″とが共に重
なり合つて集束ビーム６６の形状を得るには、下
式の条件が満足されゝば良い。

ff₁λ／f₂p〜ω ここでｆはｆ・θレンズの焦点距離、f₁，f₂は
それぞれ第３図におけるレンズ２５，２６の焦点
距離である。

第７図は本発明に用いるホログラフイツクな回
折格子を得る製作方法を示す図である。単色光源
７１より出射された単色光７２はシヤツター７３
を通つてハーフミラー７４によつて２光束７２′，
７２″に分けられ、光束７２′は反射鏡７５、ハー
フミラー７６に反射される。光束７２″は反射鏡
７５′に反射され、ハーフミラー７６を通過し、
光束７２′との干渉縞がフオトレジストを塗布し
た基盤７７上に記録される。記録される正弦波干
渉縞のピツチｐと２光束７２′，７２″のなす角θ
との関係は以下の式によつて決定される。

１／ｐ＝2sin（θ／２）／λ こゝでλは単色光波長で、フオトレジストを感
光させるには、単色光源としてArレーザ、He−
Cdレーザ等の短波長レーザを用いる必要がある。

第８図はフオトレジストに記録された干渉縞の
凹凸による光学的位相差を示したものである。露
光時間を一定とすると得られる回折格子の位相差
と現像時間とは線形な関係があり、回折格子の必
要とする位相差を現像時間を変えることによつて
制御できる。すでに述べたように±１次光の回折
光量と０次光量が等しくなる位相差は1.44radあ
たりが望ましい。

第９図におけるイ及至ホは回折格子として熱可
塑性物質に複製する製造工程を示したものであ
る。

イにおいてフオトレジスト基盤に作られた回折
格子８０の表面に無電解メツキで金属膜８１を形
成する。金属膜８１はニツケルを用いるのが容易
である。

次にロにおいて、電解メツキで金属膜８１の厚
みを増し、少くとも1μｍ以上の厚みをもつた金
属膜８２を形成する。

次にハにおいて、熱可塑性樹脂８３、例えばア
クリル樹脂、塩化ビニール樹脂を熱と圧力をかけ
て金属膜８２に押しつけ変形させる。

最後にニにおいて熱可塑性樹脂８３を冷して剥
離させれば熱可塑性樹脂に刻まれた回折格子８４
が得られる。フオトレジストと熱可塑性樹脂の屈
折率は少し異なるのでフオトレジスト基盤に作ら
れた回折格子８０の位相差はこの違いを考慮して
作る必要がある。このように回折格子を用いるこ
とによつて安価で簡易な光ビーム変換器が得られ
る。

以上述べたように本発明によれば、主走査方向
に分解能を下げずに副走査方向に密に走査し得
る、楕円状光ビームで走査するレーザ走査光学系
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ走査光学系の一例を説明
するための図、第２図ａ，ｂは走査面と走査面上
の集束ビームの関係を説明するための図、第３図
は本発明による走査光学系の一実施例を示す図、
第４図ａは従来の光ビーム変換器による光ビーム
変換作用を説明するための図、第４図ｂ、第５
図、第６図は本発明に用いる光ビーム変換器の例
を説明するための図、第７図、第８図、第９図イ
〜ニは本発明に用いる回折格子の製造行程を示す
図である。 図において、１，２１，７１はレーザ光源、
２，５，９，２２，２４，２７，３１．６４，６
４′，６４″，７２，７２′，７２″はレーザ光、
３，４，７，２５，２６，２９はレンズ、６，２
８は走査鏡、８，３０は走査面、１０，３２は光
検出器、１２，１３，１４は集束ビーム、１１は
走査線、４１，４２，４３，４４，６５，６５′，
６５″，６６は光ビームプロフアイル、６３，８
０，８４は回折格子、７３はシヤツター、７４，
７６はハーフミラー、７５，７５′は反射鏡、７
７はフオトレジスト基盤、８１，８２は金属膜、
８３は熱可塑性樹脂である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単色光源からの光ビームを走査する光偏向器
   と集光レンズとからなる光走査手段を前記単色光
   源の出射側に設け、前記走査手段からの光束によ
   り走査される走査面上方に走査面からの反射光を
   検出し情報を読み取るための光検出器を設けた走
   査光学系において、前記単色光源と光走査手段の
   間に周期的格子形状をもつ光ビーム変換器を設
   け、前記光ビーム変換器により、一次元方向に回
   折光を発生し、前記回折光と非回折光を前記集光
   レンズにより走査面上において重ならせ、走査面
   上における光ビームを楕円状ビームに変換するこ
   とを特徴とする走査光学系。