JPH0151802B2 - - 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離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光源からの光ビーム
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を走査する走査光
学系において、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１次元のストライプ状位相格子を設けた構造
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。 走査光学系の説明として、以下に送信機に用い
られる走査光学系について説明するが、走査記録
光学系についても同様のことが成り立つ。 第１図は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を、
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の光エネルギーが
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。 光ビーム変換器としては、公開特許昭53−
61483「走査光学系」で述べられているように、プ
リズム、円筒レンズ、複屈折物質、回折格子が用
いられる。特に回折格子は小形で、位置精度を必
要としないので光ビーム変換器として最適であ
る。しかし、前記文献に述べられている回折格子
は正弦波状の位相プロフアイルをもつた位相格子
であり、正弦波プロフアイルが忠実に製作できな
いと高次回折光が発生し、所望の楕円ビームが得
られない。位相プロフアイルを製作するためには
フオトレジストにパターンを露光する方法が取ら
れるが、フオトレジストの非線形な特性のために
忠実な正弦波プロフアイルを製作することは非常
に難しい。 本発明はかかる点においてなされたもので、製
作が容易にできるストライプ状の位相格子を光ビ
ーム変換器に用いた走査光学系に関するものであ
る。第４図は本発明に用いる光ビーム変換器の原
理を示すものである。レーザ光４０はストライプ
状位相格子４１に入射すると複数本の回折光４
２，４３，４４に分かれ、レンズ４５後方のｆの
位置にあるフーリエ変換面（Ｘ−Ｙ面）で各回折
光が合成されて、強度分布４６をもつ変換ビーム
が得られる。レーザ光ビーム径2ωと格子ピツチ
Ｐの関係、格子の位相量ｍを適当に選択すること
によつて、変換ビームの強度分布を矩形状にする
ことができる。 格子ピツチＰ、位相量ｍラジアンのストライプ
状格子の振巾透過率ｔ（ｘ、ｙ）は(1)式で表わさ
れる。 ｔ（ｘ、ｙ） ＝EXP｛jmrect（2x／Ｐ）comb（ｘ／Ｐ）｝(1) ここで

【式】 comb（ｘ／ｐ）＝_∞ 〓^n=-∞ δ（ｘ／ｐ−ｎ） このストライプ状格子にレーザビーム（ウエス
ト巾ｗ）が入射したとき、レンズ焦点上（ζ軸
上）での変換ビームの光量分布Ｂ（ζ）は(2)式で
表わされる。 Ｂ（ζ）＝A∫^∞ _-∞exp（−x²／w²） ・ｔ（ｘ）・exp（i2πxζ）dx (2) ここでζ＝Ｘ／λ・ｆ (2)式は解析的に解けないので、数値計算よりＢ
（ζ）を求めることができる。得られる光量分布
は０次光、１次光、２次光、……を加えたものに
なるので、矩形状の変換ビームプロフアイルを求
めるためには０次光、１次光の光量が等しくなる
ように設定する必要がある。第５図はストライプ
状格子からの各次数への光量を位相量を横軸にプ
ロツトしたものである。位相量ｍが２ラジアン近
傍のＰ点で０次光と１次光の光量が等しくなる。
第６図は位相量ｍが２ラジアンの時の変換ビーム
プロフアイルをレーザビーム巾2wと格子ピツチ
Ｐの比を変数にしてプロツトしたものである。
2w／ｐの値が2.0では０次、±１次光は分離した
ままであるが、2w／ｐの値が小さくなるにつれ
て矩形状プロフアイルに近づき、2w／ｐ＝0.8で
はかなり直線的な頂点形状をもつ矩形に近いプロ
フアイルが得られる。走査ビームに必要とする楕
円形状によつて、2w／ｐの値は0.8近傍の値に決
められる。 第７図に本発明に用いるストライプ状位相格子
の製作方法をａ〜ｅの工程で示す。まず、透明基
盤５０、例えばガラス板、アクリル板、にフオト
レジスト５１、例えばAZ−1350、をスピンナー
でコートする（第７図ａ）。フオトレジストの厚
みｄは位相量ｍに等しくなるように設定する。フ
オトレジストの屈折率ｎは1.5近傍であるので、
位相量ｍは(3)式で求められる。 ｍ＝2π（ｎ−１）ｄ／λ (3) πd／λ ｍ＝２ラジアンを得るにはｄ〜0.4μmの膜厚を
製作すれば良い。高濃度のAZ−1350をスピンナ
ーで約1000rpmの回転数で塗布すると、上記膜厚
が得られる。次に、フオトレジスト膜５１上にマ
スク５２を密着して重ね、紫外光５３を照射する
（第７図ｂ）。マスク５２はレーザビーム幅2wの
値に対してピツチＰが2w／ｐ〜0.8になるような
ストライプの濃淡が記録されているものである。
マスク５２は銀塩乾板にストリツプコート上に切
つたパターンを縮小撮影して製作したもので十分
である。上記露光をおこなつたフオトレジストを
現像することによつて、マスク５２と同じパター
ンのレリーフパターン５３が得られる（第７図
ｃ）。この透明基盤５０にフオトレジスト５３の
レリーフパターンをもつ光学素子は、位相量ｍ＝
２ラジアンをもつ2w／ｐ〜0.8のストライプ状位
相格子であるので、本発明の光学系に用いること
ができる。フオトレジストの膜はケトン系の溶剤
に溶け、傷がつきやすい等の欠点をもつので、さ
らに堅固な膜をもつ素子の製作が必要な場合があ
る。その時は誘電体膜、例えば酸化ジルコンをフ
オトレジスト５３のレリーフパターン上に蒸着す
る（第７図ｄ）。酸化ジルコンの屈折率は約２の
値であるので、蒸着する膜厚は約2000Åに設定す
る。蒸着後の試料をアセトンおよびフオトレジス
トの剥離液で処理し、酸化ジルコンのストライプ
状パターンを得る（第７図ｅ）。このようにして
製作した酸化ジルコンの位相格子は位相量２ラジ
アンをもち、薬品、傷に強く、十分に実用に供せ
られるものである。 また、フオトレジスト膜のレリーフパターンで
形成した位相格子にNiメツキを施し、Niメツキ
膜によるプレス金型を製作して、レコードと同様
のプレス加工によつてアクリル樹脂からなる位相
格子を製作することもできる。この方法によれ
ば、安価に多量に位相格子を製作でき、上記方法
による位相格子と同様の特性が得られる。 以上、詳細に説明したように、この発明によれ
ば信頼性の高い光ビーム変換器を用いた走査光学
系が得られる。また、走査光学系として走査送信
器の光学系を用いて説明したが、走査記録装置に
ついても同様の装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ走査光学系、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、第３図は本発明による走査光学系の実施
例を示す図、第４図は本発明に用いる光ビーム変
換器の原理を示す図、第５図は変換ビームの各次
数光量を示す図、第６図は変換ビームプロフアイ
ルを示す図、第７図は光ビーム変換器の製作方法
を示す図である。 図において、１，２１はレーザ光源、２，５，
２２，２４，２７，４０はレーザ光、３，４，
７，２５，２６，２９，４５はレンズ、８，３０
は走査面、９，１２，１３，１４，３１は走査ビ
ーム、１１は走査線、１０，３２は受光器、６，
２８はスキヤンニングミラー、２３，４１は光ビ
ーム変換器、４２，４３，４４は回折光、４６は
変換ビームプロフアイル、５０は透明基板、５
１，５３はフオトレジスト、５２はマスク、５３
は紫外光、５４，５５は誘電体膜である。

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
   からの光束を走査する走査光学系において、前記
   単色光源と光走査手段の間に走査面上に置ける光
   ビームを楕円形状ビームに変換する１次元のスト
   ライプ状位相格子でありピツチｐと光ビーム巾
   2wとの比Ｋ＝2w／ｐが0.8の近傍であり、かつ位
   相量が２ラジアン近傍にある位相格子を設けたこ
   とを特徴とする走査光学系。