JPH0154685B2 - - Google Patents
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- JPH0154685B2 JPH0154685B2 JP53061484A JP6148478A JPH0154685B2 JP H0154685 B2 JPH0154685 B2 JP H0154685B2 JP 53061484 A JP53061484 A JP 53061484A JP 6148478 A JP6148478 A JP 6148478A JP H0154685 B2 JPH0154685 B2 JP H0154685B2
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- JP
- Japan
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- light beam
- light
- scanning
- converter
- diameter
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
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
等の画像走査装置、特にフアクシミリ装置に使用
する光ビーム発生装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an image scanning device for scanning characters, figures, photographs, etc. using a laser beam, and particularly to a light beam generating device used in a facsimile device.
レーザ光を偏向器、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や感
光材料上に走査して図形を記録する方法は高速度
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・セールス)やフアク
シミリ装置、プリンター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画素の大きさや1回に記録で
きる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レーザビーム径は任意に
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光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光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
る情報は一画素中の中心部からの情報の方が周辺
部からの情報よりも強く反映されることを示す。
また記録される画素は中心部での濃度が周辺部の
濃度よりも大きくなる。 Methods that detect object shapes and images by scanning a laser beam over an object or paper using a deflector and a condensing lens, and methods that record shapes by scanning a photosensitive material can achieve high speed and high resolution. Because of this characteristic, it is used in optical scanning devices such as POS (point of sales), facsimile machines, and printers. Generally, in the above laser beam scanning device,
The size of one pixel from which information can be obtained at one time and the size of one pixel that can be recorded at one time are determined by the diameter of the light beam focused on the scanning plane. Further, the required resolution differs depending on the optical scanning device, and the diameter of the focused laser beam must be arbitrarily set in accordance with the different resolutions. A commonly used method to meet this requirement is to use an optical system such as an optical beam expander to convert the diameter of the optical beam incident on the optical scanning optical system, thereby changing the focused beam. Generally, the spatial energy distribution of the light beam emitted from a laser light source is a Gaussian distribution, so the light energy distribution in one pixel irradiated by one light beam is always a Gaussian distribution regardless of the light beam diameter. Become. This indicates that information obtained from reflected light is reflected more strongly from the center of one pixel than from the periphery.
Furthermore, the density of the recorded pixel at the center is greater than the density at the periphery.
この効果はフアクシミリ装置において顕著にあ
らわれ、光ビーム走査線間にある情報の抜けが生
じる。この情報の抜けを防ぐ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
ところに問題があつた。したがつて、縦横比の異
なる矩形状強度分布をもつ光ビームが求められて
いる。 This effect is noticeable in facsimile machines, where information is missing between light beam scanning lines. A problem arises in that when the diameter of the light beam is increased to prevent this information from being omitted, the resolution is reduced in the scanning line direction. Therefore, a light beam having a rectangular intensity distribution with different aspect ratios is required.
従来の走査装置では第1図に示したようにレー
ザ光源1、レンズ3,4、走査鏡6、fθレンズ
7、走査面8、光検出器10とから成り、各レン
ズは光軸が一致するように配置されている。この
ような装置ではレーザ光源から出射されたレーザ
光2はレンズ3、レンズ4によつて拡大された光
ビーム径をもつ光ビーム5になり、走査鏡6に反
射された後にfθレンズ7によつてxy平面上にあ
る走査面8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おこなわれる。この場合、レ
ーザ光1の空間的エネルギー分布は通常ガウス分
布であるので集光ビーム9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,fθ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しとて下式
で表わされる。 As shown in Fig. 1, a conventional scanning device consists of a laser light source 1, lenses 3 and 4, a scanning mirror 6, an fθ lens 7, a scanning surface 8, and a photodetector 10, and the optical axes of each lens coincide with each other. It is arranged like this. In such a device, a laser beam 2 emitted from a laser light source becomes a light beam 5 having a beam diameter expanded by lenses 3 and 4, and is reflected by a scanning mirror 6 and then reflected by an fθ lens 7. and is focused onto a scanning plane 8 on the xy plane. The focused beam 9 is scanned in the x direction by rotating the scanning mirror 6 in the xz plane, and the scanning plane 8 is sequentially moved in the y direction every time the scanning in the x direction is completed. The reflected light from the scanning surface 8 is received by a photodetector 10, information is read out, and two-dimensional scanning is performed. In this case, since the spatial energy distribution of the laser beam 1 is usually a Gaussian distribution, the energy distribution of the focused beam 9 is also a Gaussian distribution. Generally, the diameter of a laser beam with a Gaussian distribution has an energy of 1/e 2 (e is the base of the natural logarithm)
It is expressed as the diameter of a point. The diameter of the light beam 5 is
2ω 0 , fθ When the focal length of the lens 7 is f, the diameter 2ω of the focused beam 9 is expressed by the following formula, where λ is the wavelength of the laser beam.
2ω=2fλ/πω0 (1)
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おこなわ
れる。 2ω=2fλ/πω 0 (1) Therefore, if the diameter 2ω 0 of the light beam 5 is decreased, the focused beam diameter 2ω will be increased, and if the diameter 2ω 0 of the light beam 5 is increased, the focused beam diameter 2ω will be decreased. The diameter of the light beam 5 is usually changed by changing the ratio of the focal lengths of the lenses 3 and 4.
集束ビーム形状を楕円状にするにはレンズ3の
前に1次元にビーム巾を変更する円筒レンズのコ
リメート光学系を入れることによつておこなえる
が、強度分布はガウス分布のままであるので既に
述べた欠点を補うことができない。また光ビーム
を広げて矩形開口を置き、開口を通つた光のみを
用いる方法も考えられるが、光エネルギーの損失
が大きくて実用的でない。 Making the focused beam shape elliptical can be done by inserting a collimating optical system with a cylindrical lens that changes the beam width one-dimensionally in front of lens 3, but since the intensity distribution remains Gaussian, it is possible to It is not possible to compensate for the shortcomings. Another method is to spread the light beam, place a rectangular aperture, and use only the light that passes through the aperture, but this is not practical because the loss of light energy is large.
本発明の目的は矩形状強度分布を示す光ビーム
を発生する光ビーム発生装置を提供することにあ
る。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light beam generating device that generates a light beam exhibiting a rectangular intensity distribution.
本発明の光ビーム発生装置は単色光源から出射
された光ビームを複数の光ビームに変換する光ビ
ーム変換器を単色光源の出射側に設け、さらにこ
の光ビーム変換器の出射側にレンズを設けた構造
となつており、単色光源からの光ビームを光ビー
ム変換器により複数の光ビームに変換した後に、
これら複数の光ビームをレンズで合成して矩形状
強度分布を示しかつ非対称な形状をもつ光ビーム
を発生するものである。 The light beam generator of the present invention is provided with a light beam converter for converting a light beam emitted from a monochromatic light source into a plurality of light beams on the output side of the monochromatic light source, and further provided with a lens on the output side of the light beam converter. After converting the light beam from a monochromatic light source into multiple light beams using a light beam converter,
These multiple light beams are combined using a lens to generate a light beam that exhibits a rectangular intensity distribution and has an asymmetric shape.
以下この装置の詳細を図を用いて説明する。 The details of this device will be explained below using the drawings.
第2図は本発明による光ビーム発生装置の原理
を説明するための図である。光ビーム変換器であ
る周期Pの正弦波位相板12にガウス状ビーム1
1(2ω)が入射し、回折された光がレンズ13
によつて集光されるが、レンズ焦点面での光ビー
ム強度I(ε)は下式で表わされる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the light beam generator according to the present invention. A Gaussian beam 1 is sent to a sinusoidal phase plate 12 with a period P which is a light beam converter.
1 (2ω) is incident, and the diffracted light enters the lens 13
The light beam intensity I(ε) at the focal plane of the lens is expressed by the following equation.
I(ε)〜∞
〓q=-∞
J2 q(m)exp{−2π2ω2(ε−q/
p)}
(2)
m=2π(n−1)l/λ (3)
ε=X/λf (4)
ここでqは整数、nは位相板の屈折率、λは光
の波長である。 I(ε) 〜∞ 〓 q=-∞ J 2 q (m)exp{−2π 2 ω 2 (ε−q/
p)} (2) m=2π(n-1)l/λ (3) ε=X/λf (4) where q is an integer, n is the refractive index of the phase plate, and λ is the wavelength of light.
第2図においてq=0に対応するのが0次回折
光14、q=1が1次回折光14′、q=−1が
−1次回折光14″である。|q|>2の次数にあ
たる回折光の強度はこれらの回折光に較べて小さ
い。位相変調度mの値を変えることにより各次数
の回折光強度を変えることができ、周期Pの値を
変えることにより各回折光の重なり具合を変化さ
せることができる。 In Fig. 2, q=0 corresponds to 0th-order diffracted light 14, q=1 corresponds to 1st-order diffracted light 14', and q=-1 corresponds to -1st-order diffracted light 14''. Diffraction corresponding to an order of |q|>2 The intensity of the light is small compared to these diffracted lights. By changing the value of the phase modulation degree m, the intensity of the diffracted light of each order can be changed, and by changing the value of the period P, the degree of overlapping of each diffracted light can be changed. It can be changed.
第3図に、これら回折光がコヒーレントに重な
り合つて合成された光ビーム形状を示す。第3図
に示した光ビーム形状は、位相変調度mを
1.44radにとつたときの光ビーム形状で、このと
き等しい光強度を持つq=0±1次回折光が重な
り合う。光ビーム形状20は2ω/P=0.75のと
きで、光ビーム形状21は2ω/P=0.875のとき
である。第3図から判るようにかなり矩形に類似
した強度分布をもつ光ビームが得られる。この矩
形状ビームを得る効率は(2)式より計算され、入射
光エネルギーの90%以上が変換される。位相変調
度mがm>1.44radを満たす位相変調度でも2ω/
Pの値を選べば同様の光ビーム形状が得られる。
しかし、高次光強度が増えてくるので望ましくな
い。また2ω/p≫1の条件では、各回折光が分
離してしまい、合成された矩形状光ビームは得ら
れない。 FIG. 3 shows the shape of a light beam formed by coherently overlapping and combining these diffracted lights. The light beam shape shown in Figure 3 has a phase modulation degree m.
This is the shape of the light beam when it reaches 1.44 rad. At this time, q=0±1st-order diffracted lights with equal light intensity overlap. The light beam shape 20 is when 2ω/P=0.75, and the light beam shape 21 is when 2ω/P=0.875. As can be seen from FIG. 3, a light beam with a fairly rectangular intensity distribution is obtained. The efficiency of obtaining this rectangular beam is calculated from equation (2), and more than 90% of the incident light energy is converted. Even if the phase modulation degree m satisfies m>1.44rad, 2ω/
A similar light beam shape can be obtained by selecting the value of P.
However, this is not desirable because the intensity of higher-order light increases. Further, under the condition of 2ω/p≫1, each diffracted light beam is separated, and a combined rectangular light beam cannot be obtained.
第4図は本発明による光ビーム発生装置の実施
例を示す図である。単色光源として用いたレーザ
光源30、光ビーム変換器32、レンズ34がこ
の順に設置されており、レーザ光源30より出射
されたガウス状光ビーム31が光ビーム変換器3
2に入射する。 FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a light beam generating device according to the present invention. A laser light source 30 used as a monochromatic light source, a light beam converter 32, and a lens 34 are installed in this order, and a Gaussian light beam 31 emitted from the laser light source 30 is transferred to the light beam converter 3.
2.
光ビーム変換器32によつて回折された複数の
光ビーム33はレンズ34によつてフーリエ変換
され焦点面に複数の光ビーム33による合成光ビ
ーム35が得られる。第4図ではy方向に1次元
の正弦波形状が刻まれている位相板を用いている
ので、z方向にはガウス分布で、y方向に第3図
に示す形状の合成光ビーム35となる。光ビーム
35の幅はz方向を1とすると、y方向にほぼ2
の大きさになる楕円状ビームが得られる。 The plurality of light beams 33 diffracted by the light beam converter 32 are Fourier transformed by the lens 34, and a composite light beam 35 of the plurality of light beams 33 is obtained at the focal plane. In Fig. 4, a phase plate with a one-dimensional sinusoidal shape carved in the y direction is used, so the combined light beam 35 has a Gaussian distribution in the z direction and a shape shown in Fig. 3 in the y direction. . The width of the light beam 35 is approximately 2 in the y direction when the width in the z direction is 1.
An elliptical beam of size is obtained.
第5図は本発明に用いる光ビーム変換器のマス
ク露光法による製作方法の製造工程の一部を示
す。 FIG. 5 shows a part of the manufacturing process of a method for manufacturing a light beam converter used in the present invention by a mask exposure method.
フオトレジスト41が塗布されている透明基盤
40に正弦波状濃度分布が記録されているマスク
42を重ね、上より照射光43を与える。フオト
レジスト41には正弦波状光量が記録されるの
で、現像処理によつて所望の正弦波形が刻まれた
光ビーム変換器が得られる。 A mask 42 on which a sinusoidal density distribution is recorded is placed on a transparent substrate 40 coated with a photoresist 41, and irradiation light 43 is applied from above. Since a sinusoidal light amount is recorded on the photoresist 41, a light beam converter having a desired sinusoidal waveform can be obtained by the development process.
第6図は本発明に用いる光ビーム変換器をホロ
グラフイツクに製作する方法の工程の一部を示
す。 FIG. 6 shows some steps of a method for holographically manufacturing a light beam converter used in the present invention.
フオトレジスト41が塗布されている透明基盤
40にコヒーレント光44,45を与え、干渉縞
をフオトレジスト41に記録する。記録される正
弦波形の周期、深さはコヒーレント光44,45
のなす角度と光強度によつて変えることができ
る。フオトレジスト41には現像処理後、所望の
正弦波形が形成される。 Coherent light beams 44 and 45 are applied to a transparent substrate 40 coated with a photoresist 41, and interference fringes are recorded on the photoresist 41. The period and depth of the recorded sine waveform are determined by coherent light44,45
It can be changed depending on the angle formed by the light and the light intensity. After the photoresist 41 is developed, a desired sinusoidal waveform is formed.
第7図は本発明に用いる硬化性樹脂を用いた光
ビーム変換器の製造方法の工程の一部を示す図で
ある。透明基盤40と正弦波状形状を刻んだ押し
型47の間に硬化性樹脂46を流し込み、熱重合
反応もしくは化学的重合反応を開始する。硬化性
樹脂46が硬化した後、押し型47を取り除くこ
とにより光ビーム変換器が得られる。 FIG. 7 is a diagram showing a part of the process of manufacturing a light beam converter using a curable resin used in the present invention. A curable resin 46 is poured between the transparent substrate 40 and a pressing die 47 having a sinusoidal shape, and a thermal polymerization reaction or a chemical polymerization reaction is started. After the curable resin 46 is cured, the mold 47 is removed to obtain a light beam converter.
第8図は本発明に用いる熱変形樹脂を用いた光
ビーム変換器の製造方法の工程の一部を示す図で
ある。アクリル、塩ビ等の樹脂48に正弦波形状
を刻んだ押し型47を押しつけ、熱と圧力をかけ
ることにより樹脂48を変形せしめることによ
り、光ビーム変換器が得られる。 FIG. 8 is a diagram showing a part of the process of manufacturing a light beam converter using a heat-deformable resin used in the present invention. A light beam converter is obtained by pressing a mold 47 having a sinusoidal shape into a resin 48 such as acrylic or vinyl chloride, and deforming the resin 48 by applying heat and pressure.
以上述べたように本発明によれば、縦横比の異
なる矩形状強度分布をもつ光ビームを効率良く得
られる光ビーム発生装置が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a light beam generator that can efficiently generate light beams having rectangular intensity distributions with different aspect ratios.
第1図は従来の光走査装置の一例を説明するた
めの図、第2図、第3図は本発明による光ビーム
発生装置の原理を説明するための図、第4図は本
発明による光ビーム発生装置の実施例を示す図、
第5,6,7,8図は本発明に用いる光ビーム変
換器の製造方法の製造工程の一部を示す図であ
る。
図において、1,30は単色光源、2,5,
9,11,31,32,35は光ビーム、3,
4,7,13,34はレンズ、6は走査鏡、8は
走査面、10は受光器、12,32は光ビーム変
換器、14,14′,14″,20,21は光ビー
ム形状、40は透明基盤、41はフオトレジス
ト、42はマスク、43,44,45は照射光、
46は硬化性樹脂、47は押し型、48は熱変形
樹脂である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a conventional optical scanning device, FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the principle of a light beam generator according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a conventional optical scanning device. A diagram showing an example of a beam generator,
5, 6, 7, and 8 are diagrams showing a part of the manufacturing process of the method for manufacturing a light beam converter used in the present invention. In the figure, 1, 30 are monochromatic light sources, 2, 5,
9, 11, 31, 32, 35 are light beams, 3,
4, 7, 13, 34 are lenses, 6 is a scanning mirror, 8 is a scanning surface, 10 is a light receiver, 12, 32 are light beam converters, 14, 14', 14'', 20, 21 are light beam shapes, 40 is a transparent substrate, 41 is a photoresist, 42 is a mask, 43, 44, 45 are irradiation lights,
46 is a curable resin, 47 is a press mold, and 48 is a heat deformable resin.
Claims (1)
ームに変換する光ビーム変換器であつて、正弦波
状の位相をもち、かつ正弦波状位相周期Pと前記
単色光源から出射された光ビーム径2ωが0.75
2ω/P0.875の関係をもち、位相変調度が1.44
ラジアンである光ビーム変換器を前記単色光源の
出射側に設け、さらにこの光ビーム変換器の出射
側にレンズを設けてx方向に矩形状強度分布を示
し、y方向にガウス状強度分布を示す光ビームを
発生することを特徴とする光ビーム発生装置。1 A light beam converter that converts a light beam emitted from a monochromatic light source into a plurality of light beams, which has a sinusoidal phase, and has a sinusoidal phase period P and a diameter 2ω of the light beam emitted from the monochromatic light source. 0.75
The relationship is 2ω/P0.875, and the phase modulation degree is 1.44.
A light beam converter of radian is provided on the output side of the monochromatic light source, and a lens is further provided on the output side of the light beam converter to exhibit a rectangular intensity distribution in the x direction and a Gaussian intensity distribution in the y direction. A light beam generator characterized by generating a light beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148478A JPS54153052A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Light beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148478A JPS54153052A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Light beam generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54153052A JPS54153052A (en) | 1979-12-01 |
| JPH0154685B2 true JPH0154685B2 (en) | 1989-11-20 |
Family
ID=13172391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6148478A Granted JPS54153052A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Light beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54153052A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598804B2 (en) * | 1973-12-19 | 1984-02-27 | キヤノン株式会社 | Line image forming device |
-
1978
- 1978-05-22 JP JP6148478A patent/JPS54153052A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54153052A (en) | 1979-12-01 |
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