JPS6339045B2 - - Google Patents

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JPS6339045B2
JPS6339045B2 JP7234580A JP7234580A JPS6339045B2 JP S6339045 B2 JPS6339045 B2 JP S6339045B2 JP 7234580 A JP7234580 A JP 7234580A JP 7234580 A JP7234580 A JP 7234580A JP S6339045 B2 JPS6339045 B2 JP S6339045B2
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JP
Japan
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hologram
scanning
disk
light beam
light
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Application number
JP7234580A
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Japanese (ja)
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JPS56168620A (en
Inventor
Juzo Ono
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPS56168620A publication Critical patent/JPS56168620A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/106Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光ビーム走査装置、特に光偏向に
ホログラムを用いた光ビーム走査装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a light beam scanning device, and particularly to a light beam scanning device using a hologram for light deflection.

ホログラムを用いた光ビーム走査装置はホログ
ラムを回折格子として利用し、ホログラム内で格
子周期に分布があるホログラムを一次元的に移動
することによつて、回折角を変化させて光偏向を
行なう。この様なビーム走査装置においてホログ
ラムを一次元的に移動する手段としてはホログラ
ムをデイスクの円周上に複数個配列し、デイスク
を回転することが通常行なわれている。
A light beam scanning device using a hologram uses the hologram as a diffraction grating, and deflects light by changing the diffraction angle by one-dimensionally moving the hologram, which has a distribution of grating periods within the hologram. In such a beam scanning device, the means for one-dimensionally moving the holograms is usually to arrange a plurality of holograms on the circumference of a disk and rotate the disk.

しかしながら、デイスクの回転によつてホログ
ラムを移動するため、ホログラムも回転移動し、
そのため走査ビームは円孤状に湾曲した走査線を
描がいてしまう。このためデイスク型のホログラ
ムを用いた光ビーム走査装置は、レーザプリンタ
やフアクシミリ装置のような記録文字や画像の品
位を高く要求されるような装置に利用することが
不可能であつた。
However, since the hologram is moved by rotating the disk, the hologram also rotates and moves.
Therefore, the scanning beam draws a scanning line curved in the shape of a circular arc. For this reason, a light beam scanning device using a disk-type hologram cannot be used in devices such as laser printers and facsimile devices that require high quality of recorded characters and images.

この発明の目的はデイスク型のホログラムを用
いて、走査ビームが直線走査をする光ビーム走査
装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a light beam scanning device in which a scanning beam performs linear scanning using a disk-type hologram.

この発明の光ビーム走査装置は、位相分布φが φ=2π/λNn=1 (√22―fn) (1) (但し、λは光の波長、rはホログラム上の位
置を示す座標、Nn=1 1/fnはホログラムの1次回折光 の焦点距離Fの逆数、Nは2以上の整数。) で表わされる干渉縞を記録したホログラムを円周
上に配置したホログラムデイスクと、前記ホログ
ラムを照射する光を発生するビーム発生器と、前
記ホログラムデイスクを回転する手段とから構成
され、さらに、前記ホログラムデイスク上の光ビ
ームの照射位置をホログラムデイスクの中心から
半径Rの点とし、前記ホログラムデイスク中心と
前記ホログラムのr=0の点との距離をXcとし
て(Xc―R)/FとR/Fの関係が、 ―0.15R/F+0.7<Xc―R/F<−0.15R/F+0.9
(2) の関係を満たすように前記ホログラムを配置した
ことを特徴とする光ビーム走査装置である。
The optical beam scanning device of the present invention has a phase distribution φ of φ=2π/λ Nn=1 (√ 2 + 2 −fn) (1) (where λ is the wavelength of the light and r is the position on the hologram. A hologram disk with holograms recording interference fringes expressed by the following coordinates, Nn=1 1/fn is the reciprocal of the focal length F of the first-order diffracted light of the hologram, and N is an integer of 2 or more. a beam generator that generates light to irradiate the hologram; and means for rotating the hologram disk; and a beam generator that rotates the hologram disk; Letting the distance between the center of the hologram disk and the point r=0 of the hologram be Xc, the relationship between (Xc-R)/F and R/F is -0.15R/F+0.7<Xc-R/F< -0.15R/F+0.9
A light beam scanning device is characterized in that the hologram is arranged so as to satisfy the relationship (2).

次に図面を参照してこの発明を詳細に説明す
る。第1図は、ホログラムデイスクを用いた光ビ
ーム走査装置を示す図である。図ではレーザ1と
レンズ2とから光るビーム発生器からの光ビーム
3がホログラムデイスク4の円周上に配置された
ホログラム5を照射している図である。ホログラ
ム5の回折光11は、ホログラムデイスク4がモ
ータ12で矢印13の方向に回転されることによ
り走査面14上を矢印15の方向に走査され、走
査軌跡は湾曲線16となる。モータ12の回転に
よりホログラム5〜10が、くり返し走査をす
る。
Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a light beam scanning device using a hologram disk. In the figure, a light beam 3 from a beam generator emitting light from a laser 1 and a lens 2 illuminates a hologram 5 disposed on the circumference of a hologram disk 4. The diffracted light 11 of the hologram 5 is scanned on the scanning surface 14 in the direction of the arrow 15 by rotating the hologram disk 4 in the direction of the arrow 13 by the motor 12, and the scanning locus becomes a curved line 16. The rotation of the motor 12 causes the holograms 5 to 10 to repeatedly scan.

第2図はホログラムを円周上に配置したホログ
ラムデイスクを模式的に示す図である。点17を
デイスクの中心として5〜10のホログラムが配
置されている。ホログラム5については干渉縞も
模式的に示してある。点18が光ビームの照射位
置である。ホログラム5の干渉縞は、点19を中
心とする同心円の一部分である。第2図で、デイ
スク中心17と光ビーム照射位置18との距離が
R,デイスク中心17とホログラム干渉縞の中心
19との距離がXcである。次にRとXcの関係に
ついて詳細に説明する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a hologram disk in which holograms are arranged on the circumference. Five to ten holograms are arranged with point 17 as the center of the disk. Regarding hologram 5, interference fringes are also schematically shown. Point 18 is the irradiation position of the light beam. The interference fringes of the hologram 5 are part of concentric circles centered on the point 19. In FIG. 2, the distance between the disk center 17 and the light beam irradiation position 18 is R, and the distance between the disk center 17 and the center 19 of the hologram interference fringe is Xc. Next, the relationship between R and Xc will be explained in detail.

第3図は、RとXcの関係を説明するための図
である。第3図においてx―y座標の原点0をデ
イスクの中心17としてホログラムの同心円干渉
縞の中心19の座標が(Xc,0)のホログラム
をデイスク上に形成し、デイスクの半径Rの点1
8で光ビームを照射し、デイスクを回転して光ビ
ームを走査する。説明を理解しやすくするため、
デイスクを回転するかわりに照射ビームと走査面
とを回転して走査軌跡を説明する。照射ビームが
ΘR回転した状態を第3図に示しており、点20
が光ビームの照射位置である。円弧21は照射点
の軌跡を示す。この点で照射されているホログラ
ムの位置Rは次式で求まる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between R and Xc. In Fig. 3, a hologram is formed on the disk with the coordinates (Xc, 0) of the center 19 of the concentric interference fringes of the hologram, with the origin 0 of the x-y coordinates being the center 17 of the disk, and the point 1 of the radius R of the disk.
A light beam is irradiated at step 8, and the disk is rotated to scan the light beam. To make the explanation easier to understand,
Instead of rotating the disk, the illumination beam and scanning surface are rotated to describe the scanning trajectory. Figure 3 shows the state in which the irradiation beam has been rotated by Θ R , and the point 20
is the irradiation position of the light beam. A circular arc 21 indicates the locus of the irradiation point. The position R of the hologram irradiated at this point is determined by the following equation.

r2=R2+X2c―2R・Xc・COSΘR (3) 円弧22は、同心円干渉縞の一本に対応する。 r 2 =R 2 +X 2 c−2R・Xc・COSΘ R (3) The arc 22 corresponds to one concentric interference fringe.

照射ビームは、点20からホログラムの中心軸
(ホログラムの干渉縞の中心19を通りx―y面
に垂直な軸)に向つて回折される。光ビーム照射
点20とホログラムの干渉縞の中心19を結ぶ線
分がx軸となす角Θrは次式で求まる。
The illumination beam is diffracted from point 20 towards the central axis of the hologram (the axis passing through the center 19 of the interference fringes of the hologram and perpendicular to the xy plane). The angle Θr formed by the line segment connecting the light beam irradiation point 20 and the center 19 of the interference fringes of the hologram with the x-axis is determined by the following equation.

Θr=COS-1(r2+X2c―R2/2rXc) (4) ホログラムとして(1)式で表わされる干渉縞のホ
ログラムを用いると、ホログラムに垂直に光ビー
ムを照射した場合の回折角Θdは次式で表わされ
る。
Θr=COS -1 ( r 2 + Θd is expressed by the following formula.

走査面としてx―y面に平行で、x―y面から
距離1の面を考えると、この走査面への回折光の
斜影長さは、=tanΘd (6) となる。この走査面上の走査点の座標を照射ビー
ムと共に回転したx′―y′座標系で表わすと、 x′=con(ΘR+Θr) (7) y′=sin(ΘR+Θr) (8) で表わされる。従つて、ホログラムにより回折さ
れた光ビームは上記(3)〜(8)式を満足するように走
査軌跡を描く。走査線の湾曲変位△x′は次式で表
わされる。
Considering a plane parallel to the xy plane and at a distance of 1 from the xy plane as the scanning plane, the length of the oblique shadow of the diffracted light on this scanning plane is =tanΘd (6). If the coordinates of the scanning point on this scanning plane are expressed in the x'-y' coordinate system rotated with the irradiation beam, x' = con (Θ R + Θr) (7) y' = sin (Θ R + Θr) (8) It is expressed as Therefore, the light beam diffracted by the hologram draws a scanning locus so as to satisfy the above equations (3) to (8). The curvature displacement Δx' of the scanning line is expressed by the following equation.

△x′=cos(ΘR+Θr)― (9) 第4図は、走査軌跡の計算結果の例を示す図で
ある。計算はホログラムの焦点距離Fで規格化で
きる。第4図はN=2(f1=f2)、R/F=2の場
合で、23〜25で示される走査軌跡は、(Xc―
R)/Fが各々0.5200.527,0.529の時である。2
4で示される走査軌跡について見ると、走査長
が、|y′|<0.15に対して湾曲変位△x′は、50×
10-6以下となる。(1)式で表わされる干渉縞の生成
方法は、すでに特願昭53―11711号及び特願昭54
―78495号で出願されている。
Δx'=cos(Θ R +Θr) - (9) FIG. 4 is a diagram showing an example of the calculation result of the scanning locus. The calculation can be normalized by the focal length F of the hologram. FIG. 4 shows the case where N=2 (f 1 = f 2 ) and R/F=2, and the scanning loci indicated by 23 to 25 are (Xc-
R)/F is 0.5200.527 and 0.529, respectively. 2
Regarding the scanning trajectory shown in 4, when the scanning length is |y′|<0.15, the curved displacement △x′ is 50×
10 -6 or less. The method for generating interference fringes expressed by equation (1) has already been proposed in Japanese Patent Application No. 11711-1983 and Japanese Patent Application No. 11711-1
- Filed under No. 78495.

すなわち、N=2の場合は発散球面波と集束球
面波の干渉で生成し、N≧3の場合は複数の球面
波の位相を順次減算して位相合成して生成する方
法である。それによると走査ビームが無収差とな
るのは、ホログラムと走査面の距離b0が、F×
N2の場合である。そこで、上の計算例を実寸に
変換してみる。R=100mmとするとR/F=2で
あるから、F=50mm,又N=2であるからb0
200mmとなる。したがつて走査長は±300mm,湾曲
変位は10-3mmすなわち、1μmとなる。この計算例
を実施例として使用すれば、±300mmの走査長に対
して湾曲変位は1μmであるから、高品位のレーザ
プリンタやフアクシミリ装置の光ビーム走査装置
として実用できる。
That is, when N=2, the wave is generated by interference between a divergent spherical wave and a converging spherical wave, and when N≧3, the phase of a plurality of spherical waves is sequentially subtracted and the phases are combined to generate the wave. According to this, the scanning beam becomes aberration-free when the distance b 0 between the hologram and the scanning surface is F×
This is the case for N2 . Therefore, let's convert the calculation example above to actual size. If R=100mm, then R/F=2, so F=50mm, and N=2, so b 0 =
It will be 200mm. Therefore, the scanning length is ±300 mm and the bending displacement is 10 −3 mm, or 1 μm. If this calculation example is used as an example, the bending displacement is 1 μm for a scanning length of ±300 mm, so it can be put to practical use as a light beam scanning device for a high-quality laser printer or facsimile machine.

第5図は直線走査になるパラメータの関係を示
した図である。26はN=2の場合、27はN=
328はN=4,29はN=∞の場合である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship of parameters for linear scanning. 26 is N=2, 27 is N=2
328 is a case where N=4, and 29 is a case where N=∞.

点線30は、(Xc―R)/F=−0.15R/F+
0.7の関係式で表わされる直線、点線31は(Xc
―R)/F=−0.15R/F+0.9の関係式で表わさ
れる直線である。
Dotted line 30 is (Xc-R)/F=-0.15R/F+
The straight line expressed by the relational expression 0.7, the dotted line 31, is (Xc
-R)/F=-0.15R/F+0.9.

点線30及び点線31で、はさまれる領域にあ
るパラメータの組合せで実用上十分小さい湾曲変
位の走査線が得られる。
By combining the parameters in the region between the dotted lines 30 and 31, a scanning line with a bending displacement small enough for practical use can be obtained.

本発明により図5に示すような種々のパラメー
タの組合せに対して、直線走査をするポログラム
を用いたデイスク型の光ビーム走査装置が得られ
る。すなわち、図5に示すパラメータの組合せの
ホログラムデイスクを第1図のホログラムデイス
ク4に使用することで、湾曲走査線16は直線走
査線となる。
According to the present invention, a disk-type light beam scanning device using a porogram that performs linear scanning can be obtained for various parameter combinations as shown in FIG. That is, by using the hologram disk with the combination of parameters shown in FIG. 5 as the hologram disk 4 in FIG. 1, the curved scanning line 16 becomes a straight scanning line.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はホログラムデイスクを用いた光ビーム
走査装置を示す図、第2図はホログラムデイスク
を模式的に示す図、第3図は光ビームの照射位置
とホログラムの干渉縞の中心位置の関係を説明す
るための図、第4図は走査軌跡の計算結果の例を
示す図、第5図は直線走査になるパラメータの関
係を示す図である。図において1はレーザ、2は
レンズ,3は照射ビーム,4はホログラムデイス
ク、5〜10はホログラム、11は回折光、12
はモータ、13はデイスクの回転方向、14は走
査面、15は走査方向、16は走査線、17はデ
イスクの中心、18及び20は光ビームの照射
点、19はホログラム干渉縞の中心、21は照射
ビームの軌跡、22は同心円干渉縞、23〜25
は走査軌跡の計算結果、26〜29は直線走査に
なるパラメータの関係曲線、30及び31は直線
走査になるパラメータの存在領域の下限及び上限
を各々表わす。
Fig. 1 shows a light beam scanning device using a hologram disk, Fig. 2 schematically shows a hologram disk, and Fig. 3 shows the relationship between the irradiation position of the light beam and the center position of the interference fringes of the hologram. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a calculation result of a scanning locus, and FIG. 5 is a diagram showing a relationship between parameters for linear scanning. In the figure, 1 is a laser, 2 is a lens, 3 is an irradiation beam, 4 is a hologram disk, 5 to 10 are holograms, 11 is a diffracted light, 12
is the motor, 13 is the rotating direction of the disk, 14 is the scanning plane, 15 is the scanning direction, 16 is the scanning line, 17 is the center of the disk, 18 and 20 are the irradiation points of the light beam, 19 is the center of the hologram interference fringe, 21 is the trajectory of the irradiation beam, 22 is the concentric interference pattern, 23 to 25
are the calculation results of the scanning locus, 26 to 29 are relationship curves of parameters that result in linear scanning, and 30 and 31 represent the lower and upper limits, respectively, of the existence range of parameters that result in linear scanning.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 位相分布φが、 φ=2π/λNn=1 (√22−fn) (但し、λは光の波長、rはホログラム上の位
置を示す座標、 Nn=1 1/fnはホログラムの1次回折光の焦点距離F の逆数、 Nは2以上の整数) で表わされる干渉縞を記録したホログラムを円周
上に配置したホログラムデイスクと前記ホログラ
ムを照射する光を発生する光ビーム発生器と前記
ホログラムデイスクを回転する手段とから構成さ
れ、さらに、前記ホログラムデイスク上の光ビー
ムの照射位置をホログラムデイスク中心から半径
Rの点とし、前記ホログラムデイスク中心と前記
ホログラムのr=0の点との距離をXcとして (Xc−R)/FとR/Fの関係が、 ―0.15R/F+0.7<Xc―R/F<―0.15R/F+0.9 の関係を満たすように、前記ホログラムを配置し
たことを特徴とする光ビーム走査装置。
[Claims] 1 The phase distribution φ is φ=2π/λ Nn=1 (√ 2 + 2 −fn) (where λ is the wavelength of the light, r is the coordinate indicating the position on the hologram, Nn = 1 1/fn is the reciprocal of the focal length F of the first-order diffracted light of the hologram, N is an integer of 2 or more) A hologram disk with holograms recording interference fringes expressed as 〓 n=1 arranged on the circumference and the holograms are irradiated. and a means for rotating the hologram disk; Assuming the distance from the point r=0 of the hologram to Xc, the relationship between (Xc-R)/F and R/F is -0.15R/F+0.7<Xc-R/F<-0.15R/F+0.9 A light beam scanning device characterized in that the hologram is arranged so as to satisfy the following relationship.
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JPS58168628A (en) * 1982-03-30 1983-10-05 Mitsui Petrochem Ind Ltd Production of metallic material coated with polyethylene composition
JPS59111620A (en) * 1982-12-17 1984-06-27 Nec Corp Light beam scanner
JPS61149918A (en) * 1984-12-24 1986-07-08 Nec Corp Light beam scanning device
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