JPH01129205A - ホログラム偏向装置 - 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】 〔概　要〕 ホログラムを用いた光学的偏向装置に関し、レーザ光源
の波長を変化させるだけで節単に大きな偏向角の得られ
る非機械式偏向装置を提供することを目的とし、 波長可変レーザと、多角形透明体内にその中心軸に関し
放射状にホログラムを配設したホログラムモジュールと
を有し、上記透明体には波長可変レーザからのビームを
内部に入射せしめる入射部と、ホログラムにより偏向さ
れたビームを所定方向に出射せしめる出射部とを形成し
、それにより入射部への入射レーザの波長を変化させる
ことにより偏向制御を行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光学的偏向装置に関し、特にレンズを動かすこ
となく光源側の波長を変えるだけで偏向角の制御を行う
ことの出来るホログラム偏向装置に関する。

〔従来の技術〕

光の偏向装置は回転多面鏡あるいは振動ミラー等の如く
モータ等によるミラーの機械的な変位により行うものが
一般的である。またホログラムスキャナを利用したもの
もあるが、これもモータによりホログラムを機械的に動
かす点においては同じである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような機械的可動部分を有する偏向装置は装置が大
型化するのみならず可動部分の摩耗や潤滑の問題があり
、更に偏向角の制御は機械的可動部分の機械的精度に依
存し、精度の向上に限界がある。

またこれとは別に、音響光学素子等の固体素子を用いた
偏向装置も実用されているが偏向角が小さく、その用途
が限られるという問題がある。

本発明が解決すべき課題は、レンズあるいはミラーを動
かすという考え方（機械的偏向）を捨象し、非機械的に
偏向角を制御できる偏向装置を実現することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記課題を実現するために本発明に係る偏向装置は波長
可変レーザと、多角形透明体内にその中心軸に関し放射
状にホログラムを配設したホログラムモジュールとを有
し、上記透明体には波長可変レーザからのビームを内部
に入射せしめる入射部と、ホログラムにより偏向された
ビームを所定方向に出射せしめる出射部とが形成され、
それにより入射部への入射レーザの波長を変化させるこ
とにより偏向制御を行うようにしたことを構成上の特徴
とするものである。

〔作　用〕

レーザの波長を偏向゛するだけで水口グラムの回折格子
が変化し、それによりホログラムによるレーザビームの
偏向角を簡単に制御することが出来る。

〔実施例〕

第１１図は本発明の前提となるホログラムの回折特性を
示すもので、基本的には焦点距離が波長依存性を有する
ホログラムレンズ１１と、波長可変レーザ１３とにより
構成される。ホログラムレンズ１１は公知の如く光の回
折効果を利用して集光を行うレンズであり、大きな波長
依存性を有する。ホログラムレンズ１１は波長可変レー
ザエ３の光軸線Ｘに対して所定角度θだけ傾斜して配置
される。従ってホログラムレンズ１１に入射するレーザ
光線の波長を変化させることによりホログラムレンズの
偏向角が図示の如く変化し、結果的。

に集光点を画像面Ｍ上で矢印方向に走査することが出来
る。本発明はこのようにホログラムレンズの性質を利用
することによりホログラムレンズ１１は一切動かすこと
なく、単に光源側の波長を制御するだけでビームスキャ
ナが実現出来る。尚、本発明を単に偏向装置として適用
し、収束ビームスキャニングの必要がない場合にはホロ
グラムレンズＩＩはレンズである必要はなく、平面波グ
レーティングを有する通常の平板ホログラム（即ち、集
光性を持たない）でよい。

偏向角はホログラムの配置角度θにより決定されるが、
実際上は単一のホログラムレンズでは充分な偏向角が得
られない。そこで、本願出願人は先に、第１２図に示す
如く幾つかの平板ホログラム１５　（即ち、レンズでな
い）を渦巻き状に配置し、平板ホログラム１５を通過す
る度に偏向角を拡大させるような光学系を提案した（特
願昭６２−２１８９２号）。

本発明は第１２図に示す如き偏向装置を如何にしてコン
パクトな構造として具体的に実現するかということに向
けられたものであり、必要な数のホログラムを一体的な
多角形透明体内に特殊な配置で埋め込むことによりコン
パクトな単一のホログラムモジュール（ユニット）とし
て実現することに成功したものである。

第１．２．３図に本発明の基本構造を示す。

第１図において、直方ガラス体２１内に４枚の平板（平
面波）ホログラム１５Ａ〜１５Ｄが対角線状に埋め込ま
れている。これに斜め上方から半導体レーザ１３からの
レーザ光を照射することによりレーザ光は各ホログラム
１５Ａ〜１５Ｄにより順次下方にらせん状に回折され（
第１図の実施例では約１周半）、最後のホログラム（第
１図の実施例ではホログラム１５Ｂ）から外方に出射さ
れる。このとき、半導体レーザ１３の波長を変化させる
ことにより、出射ビームを１０１→１０３で示す如く矢
印Ａ方向に走査することができる。

これを第２．３図により更に詳しく説明する。

第２図においては直交配置したホログラム１５Ａ〜１５
Ｄのみをとり出して示しである。１つのホログラム、例
えばホログラム１５Ａにはホログラムが形成されていな
い入射部（非ホログラム部分）３１が形成され、他方、
ホログラム１５Ｃにも非ホログラム部分として形成され
る出射部３３が形成される。好ましくは入射部３１はホ
ログラム１５Ａの上端部に、また出射部３３はホログラ
ム１５Ｃの下端部に形成される。

第１ホログラム１５Ａの入射部（非ホログラム部分）３
１に斜め上方からかつ第２ホログラム１５Ｂに当たるよ
うに入射したレーザ光は初めに第２某ログラム１５Ｂに
より第３ホログラム１５Ｃに向って回折され（回折角θ
、）、そこで第４ホログラム１５Ｄにより回折され（回
折角θ２）次いで第４ホログラム１５Ｄにより第１ホロ
グラム１５Ａに向って回折される。以下、同様に回折を
繰り返す。レーザ光は回折されるたびにらせん状に下方
に進行し、図示実施例では約２周半した後に第３ホログ
ラム１５Ｃの出射部（非ホログラム部分）３３から出射
される。このとき入射レーザ光の波長を変化させること
により各ホログラムでの回折角が変化し、出射ビームを
１０１→１０３の如く走査することができる。

尚、レーザ光を斜め上方から入射させる代りに、少くと
も１つのホログラム、例えばホログラム１５Ａのグレー
ティング（回折格子）を対称軸（４枚のホログラムの中
心軸）に対し所定角度Δθだけ傾けて形成してもよい。

このようにグレーティングを傾けることにより、直方体
の端面に垂直に入射するレーザ光が下方に回折されるこ
とになる。

なお、グレーティングをΔθだけ傾せるホログラムはい
ずれのホログラムでもよいが、好ましくは、入射ビーム
を最初に回折させるホログラム（図示実施例では第２ホ
ログラム１５Ｂ０尚第２図においては便宜上、グレーテ
ィングの傾きを最も明瞭に表わすことができる第１ホロ
グラム１５Ａのグレーティングを傾けて示しである）が
好ましい。

第４．５図は具体的なホログラムモジュールの実施例を
示す。

第４図において、高さが２０鰭、−辺カ月０鰭の直角プ
リズム５０（断面直角三角形）を４個準備し、そのうち
２個について互いに直角を為す面にホログラム材料を塗
布する。ホログラム材料はＰＶＣｚ　（ポリビニルカル
バゾール）を使用したが、この材料に限らない。これに
ホログラフインク露光によりｆ　＝２７．３８本／龍の
グレーティング５３を形成した。これは、Ｈｅ　−Ｃｄ
　レーザ（λ＝　３２５ｎｍ）の２光束干渉（２６，４
°の等可干渉）又は、４４１．６ｔ＋ｍのＨｅ　−Ｃｄ
　レーザ（３７，２°の等可干渉）により作成した。こ
の際、グレーティング５３を形成した２個の直角プリズ
ムのうち、１個についてはグレーテイング面の上部を５
１１だけ、また他方のグレーテイング面の下部を５鶴だ
ｔ３グレーティングを形成せず、入射部３１、出射部３
３とした（第５図）。

次いで、ホログラムを形成しない残りの２個の直角プリ
ズム５０を一第４図に示す如く挾むようにして４個のプ
リズム５０を接着剤により接合し、直方体のホログラム
モジュールを完成する。

尚、第６図は第４図の変形実施例を示すもので、同図に
おいては各直角プリズム５０の直角を形成する一方の面
に夫々１つのホログラム５３が形成されている。即ち、
第６図に示す実施例においては、全く同一の４個の直角
プリズム５０を第４図と同様に接合することにより、第
４図と全く等価のホログラムモジュールが得られる。

第４図に示すホログラムモジュールに直径４璽烏φのレ
ーザビームを入射する（第７図）。光源は波長７８０ｎ
ｍで駆動電源により波長を±５ｎｍ変化させることがで
きる半導体レーザを使用する。

ホログラムのない入射部分３１と最初に通過する様に、
垂直線Ｘに対し２２．８°でコリメート光を入射する。

プリズムのガラス（屈折率１．５１）面で屈折し、ガラ
ス内では１４．９°の方向にビームが向く。

ガラス内のビームは第１のホログラムによって回折され
る。一般にｍ番目のホログラムにより回折される角度θ
６は、ｎを屈折率とすると、ｓｉｎθ、　＝ｆ（λ／ｎ
）　−ｃｏｓθ―−−■で与えられる。

波長変動Δλに対して回折角がθ、′変化し、θ１＝π
／４＋θ５　′となるとすると上式は次式に近似される
。

ここでｆ　（λ／ｎ）＝（Ｔとした。これよりＮとなる
。

さいごに、ガラス端面を出射する時にスネルの法則によ
り出射角θは θ　＝　　５ｉｎ−’（ｎ　　ｓｉｎθ１′）　　　　
　　　　　　■となる。

例えば、ホログラムを８回回折すると■と０式によりΔ
λ＝５ｎｍ；λ＝　７８Ｏｎ＋ｎとしてθ、’＝５．９
゜ θ＃８．９゜ が得られる。

波長可変レーザ−３自体は公知である。波長可変レーザ
（チューナプルレーザ）は種々のものが知られているが
、本実施例では半導体レーザを用いている。

第８図は本発明を例えばレーザプリンタに適用した別の
実施例を示す。同図において、波長可変レーザ光源１３
からの出射光線は本発明に係るホログラムモジュール４
０によりｆ−θレンズ５５を介してレーザプリンタの記
録ドラム５７上をこれに沿って走査される。尚、ｆ−θ
レンズ５５は公知の如く本来なら１１０で示す如く円弧
になるであろう走査ビームを平面結像させるためのもの
である。偏向角は■、■式よりθ＝６０°ていど得るに
は、０Ｍ　’　”　１９．３’　＝０．３４ｒｎｄ　−
ＬｔたがってΔλ＝１６ｎｍ　　Ｎ＝１２では、Δλ＝
１１ｎｍ、Ｎ＝１６では８．２ｎｍとすればよい。ここ
でＮが大きくなると先便用効率（η）が劣化するが、１
つのホログラムで９５％以上の効率が得られるからＮ＝
８でη＝が６６％以上と充分な光効率が得られる。

第９図はコリメートレンズ５９により平行ビームをホロ
グラムモジュール４０に入射し、ｆ−θレンズを省略し
た実施例を示すものである。この場合には実際の走査線
は上述の如く円弧になるが、適当な付加ホログラムを用
いることにより円弧状の結像点を必要に応じて矯正し平
面結像させることも可能である。第９図においては、ホ
ログラムはビーム収束機能を有する。

尚、第８図において、波長の時間当り変化量に第１０図
に示す如く差をもたせることにより、即ち波長の掃引を
時間コントロールすることにより等速走査とすることが
できる。

本発明は上記レーザプリンタの他、′バーコードリーグ
や光ヘッド等にも応用できる。

〔発明の効果〕

以上に記載した通り、本発明によれば発振波長を変化さ
せるだけで簡単に偏向角を制御できる非機械式偏向装置
が得られる。また非機械式であるためモータ等の劣化が
ない。ホログラムは、作成が簡単であり安価なホログラ
ムスキャナが得られる。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は本発明に係るホログラム偏向装置の基本構成
を示す図、第２図は本発明の基本原理を示す図、第３図
は第２図の偏向状態を示す図、第４図は本発明において
用いられるホログラムモジュールの分解平面図、第５図
は１個の直角プリズムを示す図解的斜視図、第６図は第
４図の変形実施例を示す図、第７図は第４図のホログラ
ムモジュールへのレーザ光入射状態を示す図、第８図は
本発明をレーザプリンタに適用した実施例を示す図、第
９図は第８図の変形実施例を示す図、第１０図は等速走
査のための波長掃引の一例を示す図、第。 １１図は本発明の前提となるホログラム偏向装置の基本
原理を示す図、第１２図は本願出願人の先願に係るホロ
グラム偏向装置を示す図。 １３・・・波長可変型半導体レーザ、 １５Ａ　、　１５Ｂ　、　１５ｃ　、　１５Ｄ・・・ホ
ログラム、３１・・・入射部、 ３３・・・出射部、 ４０・・・ホログラムモジュール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 波長可変レーザと、多角形透明体内にその中心軸に関し
   放射状にホログラム（１５Ａ〜１５Ｄ）を配設したホロ
   グラムモジュール（４０）とを有し、上記透明体には波
   長可変レーザからのビームを内部に入射せしめる入射部
   （３１）と、ホログラムにより偏向されたビームを所定
   方向に出射せしめる出射部（３３）とを形成し、以って
   入射部への入射レーザの波長を変化させることにより偏
   向制御を行うホログラム偏向装置。