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JP4009114B2 - Laser optical device - Google Patents

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JP4009114B2
JP4009114B2 JP2002029710A JP2002029710A JP4009114B2 JP 4009114 B2 JP4009114 B2 JP 4009114B2 JP 2002029710 A JP2002029710 A JP 2002029710A JP 2002029710 A JP2002029710 A JP 2002029710A JP 4009114 B2 JP4009114 B2 JP 4009114B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザマーカ、レーザトリマー、レーザディスプレイなどに用いることのできる、ビーム強度変調手段として音響光学素子(以下AOMと呼ぶ)を用いたレーザ装置、あるいは、該装置にビーム走査機構を付加したビーム走査装置に関する。詳しくは、AOMによって回折される所望の変調ビームと、それ以外の不要な回折ビームとを明確に分離し、所望の変調ビームのみを取り出す技術に関する
【0002】
【従来の技術】
レーザビームをAOMによって変調させることにより、さまざまな機能をもつレーザ装置が構成できることが知られている。AOMは入射ビームの強度を変調させることができ、レーザマーカ、レーザトリマー、レーザディスプレイなど多岐にわたるレーザ装置に使用されている。
レーザの強度変調方式には、直接変調方式があり、低出力半導体レーザにおいては、直接変調方式が用いられることが多い。
しかし、レーザ出力が高くなると、直接変調方式ではデューティ比が下がってくる。一方でAOMはレーザビームパワーが大きい場合でもデューティ比を確保できるのでワットクラスのハイパワーレーザを用いたレーザ装置において有効な変調手段となっている。
【0003】
AOMから出射される回折ビームには0次光と1次光の2つが存在するが、ビームの入射条件等によっては−1次、+2次の回折光が同時に放射されることがある。このうち、通常、変調光として使用するのは1次回折光のみである。これを所望の変調ビームと呼ぶことにする。その他のビームは不要であるため、不要な回折ビームと呼ぶことにする。不要な回折ビームは遮光する必要がある。
ところが、AOMから放射される回折ビームの回折分離角は数ミリラジアンと非常に小さい。そのため、AOMの近傍で不要な回折ビームのみを遮光することが難しく、開口をもつ遮光板によって所望の変調ビーム以外を遮光しようとすると、ビーム直径と開口径がほぼ同一になってしまう。すると、開口のエッジでビームが回折してしまう。また、開口の位置がずれると透過光量が低下し、光利用効率が低下してしまう。
【0004】
不要な回折ビームを遮断して、所望の変調ビームのみを取り出す技術として、特開平9−5689号公報に記載された技術が知られている。この技術は、AOMから出射されるわずかな分離角度をもった複数の回折ビームを、2群の凸レンズからなるビームエキスパンダに導き、前群の焦点面にピンホールの開いた遮光板を置いて、所望の変調ビームのみを通過させるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
AOMから十分離れた位置ではAOMから出射される複数の回折ビームの離間距離は広がるので、不要な回折ビームの遮光は容易になるが、長い光路長を要するので装置が大型化してしまう。回避策として、光路をミラーで折り返して装置を小型化することが可能であるが、装置構成が複雑になり、調整も煩雑になる。
複数の回折ビームの離間距離を拡大する従来技術の別なる方法として、図10のように、AOMの出射端側にウェッジ基板を配置する方法がある。ウェッジ基板3の表面から入射した複数の回折光1、2は所定の基板厚さを透過し、ウェッジ基板3の裏面で反射して、再び基板内を透過し、ウェッジ基板3の表面から出射する。以上の工程によって近接していた複数の回折光1、2をある程度離間させ、離間した後に、開口4aを有する遮光部材4を介して不要な回折ビームを遮蔽することができる。しかしこの方法ではビームに非点収差が発生し集光特性が劣化する。また、ビームの光路が折り返される系になるので、この系の後段で3原色のビーム合成を行う場合には系の配置調整が複雑になる。また、3原色の各々の光路に対してこの系を設置する必要があるので、系の配置は一層複雑になる。
前記特開平9−5689号公報に記載の光学系は、小さい分離角度をもち、部分的に重複してしている複数の光束でも、所望のビームのみを通すピンホールを持つ遮光板によって明確に分離できる利点はあるが、それぞれの光束の集光点はかなり近接しているので、ピンホールの構成に与えられる許容誤差があまり大きくない。
理想的には、変調ビーム径よりも大きい開口を以って、不要な回折ビームを遮光でき、しかも、長い光学距離を必要としないことが望まれる。
【0006】
レーザ装置において、変調ビームは平行もしくは平行に近い状態で伝搬されることが望ましい。ビームが発散すると、後方の光学系の大型化が必要になりコストアップする。レーザビームのガウシアン伝搬特性原理から、ビーム径を大きくした方が、伝搬ビームの平行度が向上することは知られているが、レーザマーカ、レーザトリマー、レーザスキャンディスプレイなどの用途においては、一旦ビーム径を拡張してしまうと、最後に集光する際の焦点深度が浅くなり、深度が浅いと加工面やスクリーンの位置精度が厳しくなる。以上のことから、ビーム径を大きくして伝搬ビームの平行度を向上する光学系が採用されるケースは稀である。要はレーザから放射されるビーム径になるべく近い状態を維持してビームを伝搬させることが望ましい。
【0007】
異なる波長のレーザの各々を変調して用いる装置においては、波長の異なるレーザビームの各々に対応するAOMが同様の問題をもつ。波長の異なるビームの各々がAOMを通過すると回折ビーム本数が増えるが、これらのうちで不要な回折ビームを効率よく同時に遮光する方法が望まれる。
遮光手段によって選択された所望の変調ビームは波長が異なっているが、これらのビームを集光したり、あるいは走査させたりする装置が考えられる。この場合に、波長の異なるビームの集光位置やスポットサイズを一致させることができる装置構成が望まれる。
【0008】
これらの問題点を踏まえ、本発明では、AOMから出射する不要な回折ビームを短い光学経路内で遮光することを主たる目的とする。そして、所望の変調ビームの平行性の制御を可能にすることを主たる目的とする。
さらに以下のようなことを目的とする。
回折光分離効果を高くし、部品の加工精度や組み付けの調整精度を緩和する。波長の異なるレーザを同時に使用するレーザ装置内において、不要な回折ビームのすべてを同時に遮光し、所望の変調ビームを平行ビームに変換する。波長の異なる変調ビームを同一の焦点位置に集光させる。AOMで変調した波長の異なるビームを走査して同一の位置に集光させるとともに集光スポットサイズも同一にする。
そして、これらレーザ光学装置を用いたビーム走査装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本願の請求項1に記載の発明では、 互いに異なる波長のレーザビームを出射する複数のレーザ光源を有し、各レーザ光源より出射されたレーザビームを、それぞれの波長毎に音響光学素子にて変調して所望の変調ビームを取り出すレーザ光学装置において、
前記音響光学素子により変調された複数の回折ビームのうち、前記所望の変調ビームとは回折角の異なるすべての回折ビームを不要な回折ビームとし、
全反射ミラーおよびダイクロイックミラーにより構成される偏向装置を備え、
該偏向装置は、前記所望の変調ビームをその光軸が同一直線上に一致するように合成し、前記不要な回折ビームを前記所望の変調ビームとは異なる光路を経由するよう構成し、
前記偏向装置の後方に、前記所望の変調ビームの光軸にその光軸を一致させたビームエキスパンダを構成するアフォーカル光学系を備え、
該アフォーカル光学系はアクロマートレンズを含む前記アフォーカル光学系の第一の光学素子と、遮光部材と、アクロマートレンズを含む前記アフォーカル光学系の第二の光学素子と、をこの順に配置し、
前記遮光部材は第二の光学素子にほぼ密着して配置され、その開口の中心が、前記同軸に合成された所望の変調ビームの光軸に一致するよう配置され、前記所望の変調ビームのみを通し、該所望の変調ビームの光軸と距離的に分離された前記不要な回折ビームを通さない大きさの開口を有し、
前記所望の変調ビームのみを第二の光学素子を通過後、平行光束として出力する構成を備え、
第二の光学素子の後方にアクロマート集光レンズを備え、さらにその後方に前記所望の変調ビームを走査する1個以上のビーム走査手段を有することを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のレーザ光学装置において、前記ビーム走査手段は、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーの少なくとも一方であることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載のレーザ光学装置において、前記音響光学変調素子に入力する超音波の搬送周波数を、入射するレーザビームの波長に対応させて異ならせることにより、複数の回折ビームの分離角度を、前記音響光学変調素子によらず互いに同等とさせ、前記偏向装置により前記所望の変調ビームのビーム光軸を同軸に合成すると共に、不要な回折ビームの光路を一致させることを特徴とする。
【0015】
【作用】
請求項1記載の発明によれば、波長の異なる複数の所望の変調ビームのビーム光軸を一致させておき、アクロマートレンズを含むアフォーカル光学系と遮光部材を用いて、不要な回折ビームを遮断するとともに、所望の変調ビームを平行光にして出力し、その出射光をアクロマート集光レンズで集光させながらビーム走査を行うので、表示装置等に適用したとき、所望の変調ビームが波長の違いに関わりなく所定の像面位置に焦点を結ぶことができる。 請求項2記載の発明によれば、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーの少なくとも一方によって、前記所望の変調ビームが偏向走査される。 請求項3記載の発明によれば、不要な回折ビームも、波長の違いによる光路の違いが発生しない。
【0018】
【実施の形態】
図1は本発明の第1の参考例を説明する図である。
図1において、レーザ光源1から出射し、AOM2に入射した平行ビームは、AOM2において変調を受け、0次光、±1次光などの複数の回折ビームとして出射する。AOM2から出射される複数本の回折ビームは、入射したビームの波長と、AOMに入力される超音波振動の搬送周波数に依存した分離角度を有する。これら複数の回折ビームの分離角度は小さいが、直後に負のパワーをもつ光学素子31を置くことにより、その屈折効果によって、光学素子31から出射される回折ビームが短い光学距離において分離角度を拡大できる。光学素子31を、以後使用する所望の変調ビーム5と光軸を一致して配置させることにより、所望の変調ビーム5はレンズ中心を通過するので、そのビーム光軸は屈折されずに直進する。ただし、平行光束として入射した所望の変調ビーム5は発散光束として出射する。光学素子31の後方において、所望のビーム以外のビーム、すなわち、不要な回折ビーム6は所望の変調ビーム5と距離的に十分に分離されているので、適度な大きさの開口4aをもつ遮光部材4によって、不要な回折ビーム6のみを容易に遮光できる。ここで、開口4aの適度な大きさとは、既に述べた理由により、所望の変調ビームの径より大きめの方がよい。ただし、不要な回折ビームが入り込まない程度にしておかなければならない。部品精度等の止むを得ないバラツキがあっても所望の変調ビームのみが得られるように、光学素子31のパワー、該光学素子31から遮光部材4までの距離、および、開口4aの大きさを決める。
ここで光学素子と呼ぶのは、その目的に合いさえすれば、単レンズでも、複数のレンズによる複合レンズでもよい。要は、光学的に1個のレンズとして取り扱えるものであればよい。以下の説明においても同様である。
【0019】
図2は本発明の第2の参考例を説明する図である。図1との違いはAOM直後の光学素子が正のパワーをもつ光学素子32になっている点である。
図2において、不要な回折ビームのビーム光軸は、所望の変調ビームとの間に分離角度を有しており一見発散性のようであるが、個々のビームは平行光束である。そのため、光学素子によって屈折された各ビームは、光学素子の焦点面上の互いに一致しない位置に焦点を結ぶ。しかし、各ビームのビーム光軸は光学素子の焦点位置より若干後方で収束し、その後発散する。
光学素子32に入射する前の各ビームの分離角度は小さいが、光学素子32のレンズパワーを大きくすることによって、短い光学距離において回折ビームの分離角度を拡大することができる。光学素子32の光軸を、実際に使用する所望の変調ビーム5のビーム光軸と一致させることにより、所望の変調ビーム5のビーム光軸は屈折作用を受けず直進する。ただし、平行光束として光学素子32に入射した所望の変調ビーム5は、光学素子32の焦点位置を過ぎると発散光束となって進行する。不要な回折ビーム6も前述の様に光学素子32の焦点面上に焦点を結ぶが、そのビーム光軸は前記焦点位置よりも後方で所望の変調ビームのビーム光軸と交わる。両ビーム光軸の交点の後方において、不要な回折ビーム6のビーム光軸は所望の変調ビーム5のビーム光軸と距離的に分離されるので、第1の参考例と同様、遮光部材4の位置を選ぶことによって所望の変調ビームのみを取り出すことができる。
遮光部材4の位置を前記両ビーム光軸の交点から近い位置に置くと、前記両ビーム光軸間の距離は、光学素子3に入射するときの両ビーム光軸間の距離よりもむしろ小さくなってしまう可能性がある。この問題が生ずるのを防ぐために、遮光部材4の置く位置は、光学素子32から前記交点位置までの距離と少なくとも同じ距離だけ、好ましくはそれ以上前記交点から離れている必要がある。
【0020】
図3は本発明の第3の参考例を説明する図である。図2との違いは、遮光部材4の後方に正のパワーをもつ光学素子7が配置されており、光学素子32との組み合わせでアフォーカル系のビームコンバータを形成している点である。すなわち、光学素子32の焦点位置と、光学素子7の焦点位置が一致するように同軸に配置されている。
図3において、光学素子32に入射した平行光束である所望の変調ビーム5は、光学素子32によってその焦点位置に一旦収束され、そのまま発散光として進行し、ビームコンバータの後群である光学素子7の直前に配置した、遮光部材4の開口4aを通過したのち光学素子7に入射する。前述のように、光学素子7は光学素子32と共焦点になっているので、所望の変調ビーム5は、光学素子7を経ると再び平行光束となって光軸上を進む。
なお、図では遮光部材4の位置を、ビームが光学素子7に入射する前になるようにしているが、不要回折ビームの遮光の効果だけを考えれば、遮光部材4の代わりにビームが光学素子7を出射した直後に、図の点線で示すように遮光部材4’を置いても構わない。これは、以後の参考例および実施形態すべてにおいて同様である。一般的には不要な光束はなるべく早く遮断して、光学素子内での不要な散乱光を未然に防止するのが普通である。
図示はしてないが、図1の光学系において遮光部材4の直後に正のパワーをもつ光学素子7を置いて、光学素子31からの発散光束を平行光束に変換しても、図3の参考例と同様な効果が得られる。この構成は図3の構成よりも光路長を短くできる利点がある。
【0021】
図4はよく使われる変調方式にも以下に示す本発明が適用しうることを示す参考例の図である。
図4において、レーザ光源1から出た平行ビームは、正のパワーをもつ光学素子8によって、AOM2の変調位置に焦点を結ぶ。このようにすることによって、変調速度を速くすることができるので、この構成はよく用いられている。
AOM2によって変調された光束は発散性の複数の回折ビームとなってAOM2を出射する。これらの光束を同じく正のパワーをもつ光学素子9によって平行光束に戻す。すなわち光学素子8と、光学素子9もまたアフォーカル系を構成している。光学素子9を通った光束は、第3の実施形態と同様、内部に遮光部材4を含むビームコンバータによって所望の変調ビーム5のみを平行光束として取り出すことができる。
ただし、AOM2で変調を受けた光束は発散角をもつので、この角度が分離角度より大きいと部分的に重複してしまい、遮光部材4では分離できなくなる。
もともとAOM2の分離角度があまり大きくないため、光束の発散角をそれよりさらに小さくするためには、光学素子8とAOM2との距離を十分大きくとらねばならず、装置の小型化に難点がある。
【0022】
図5は本発明に用いるビームコンバータの、より好ましい条件を説明するための、一部を拡大した図である。
ビームコンバータは、前群と後群の焦点距離の大小関係により、ビームエキスパンダとビームコンデンサに分かれる。本発明では、原理的にはどちらも採用可能であるが、分離の程度を大きくする目的だけから言えば、ビームエキスパンダの構成の方が適している。
図5において、ビームコンバータを形成するアフォーカル系レンズ群の光学素子3と光学素子7のそれぞれの焦点距離をf1、f2とする。ここで、f1<f2、すなわち、後群の光学素子の焦点距離を、前群のそれより大きくする。これにより、後群にほぼ密着して配置された遮光部材4の位置での、所望の変調ビームのビーム光軸と不要な回折ビームのビーム光軸との軸間距離を、前群の光学素子に入射する前の両ビーム光軸の軸間距離よりf2/f1の比だけ大きくすることができる。ただし、この構成はビームエキスパンダとなり、入射ビームのビーム径より出射ビームのビーム径の方が前記と同じ比で大きくなる。既に述べたように、ビーム径をあまり大きくすることは得策ではないので、他の要素との兼ね合いでf1、f2を定める。
【0023】
図6は本発明の実施形態の主要部の基本構成を説明する図である。
図において、1−1、1−2は互いに波長の異なるレーザ光源である。それらの出射光の波長を仮にλ1、λ2とする。それぞれの光源から出射した平行ビームはそれぞれ対応するAOM2−1、2−2によって変調され、それぞれが複数の回折ビームを出射する。AOM2−1を出射した波長λ1の複数の回折ビームは、第1の偏向装置である全反射ミラー10によって偏向される。AOM2−2を出射した波長λ2の複数の回折ビームは、波長λ1は透過し、波長λ2は全反射するような第2の偏向装置であるダイクロイックミラーにより偏向される。このとき、AOM2−1から出射される複数の回折ビームのうち、所望の変調ビーム5−1のビーム光軸と、AOM2−2から出射される複数の回折ビームのうち、所望の変調ビーム5−2のビーム光軸とが同一直線上に一致するように全反射ミラー10とダイクロイックミラー11とを配置する。これによって、波長の異なる複数の所望の変調ビームがあたかも1本のビームのようになり、合成ビーム52となる。両ミラー10、11で偏向された不要な回折ビーム6は合成ビーム52とは異なる光路を通る。
【0024】
一般にレーザ光源1から出射したレーザビームは平行性が良いことを前提としているが、いくつも光学系を経由するうち若干発散性になることもある。その場合には必要に応じて図の2点鎖線で示すように、弱い正のパワーをもったコリメートレンズ92を、アフォーカルレンズ系より手前に挿入すると良い。
合成ビーム52と不要回折ビーム6は第3の参考例と同様なアフォーカル系を通すことによって、遮光部材4で合成ビーム52のみを光学素子73から取り出すことができる。
ところで、合成ビーム52は異なる波長成分、λ1、λ2を含んでいる。したがって、図3のように光学素子32や光学素子7として、色収差を含むレンズ系を用いてしまうと、光学素子7を出射した合成ビームは、波長による屈折率の違いにより、両波長をともに平行光束に揃えることができなくなってしまう。そこで、ここに使う光学素子はすべて色消しを図ったレンズ系、すなわち、アクロマートレンズ系により構成する。これによって、光学素子33へ入射し、光学素子73を出射した合成ビーム52は波長の違いにかかわらず平行光束となる。
以上、理解を容易にするため、2色の場合で説明してきたが、ディスプレイなどの用途には一般に3原色を用いるのが普通であり、本実施形態も3色の場合に適用できることは明らかである。ただし、その場合、第3の波長をλ3とすると、第3の偏向装置としては、λ1とλ2は透過し、λ3は全反射するダイクロイックミラーあるいはバンドパスフィルタを用いることになる。その他の構成は図から明らかである。以下の図においても説明は2色の場合でしてあるが、3色用の構成を前提としている。
【0025】
図7は図6の構成において、特に不要な回折ビームを処理しやすく制御する方法を説明する図である。
AOMで回折するビームの回折角度は入射する光束の波長によって変わる。AOMに加える超音波振動は、搬送波と信号用の変調波を合成したものである。変調波は振幅変調であり、変調ビームの強度変化として現れる。搬送波の周波数の違いはAOMの内部に発生する格子縞の間隔の違いに現れる。結果的に回折ビームの分離角度の違いとなって現れる。
図6において、異なる波長の光束に対し、AOM2−1、2−2で同じ周波数の搬送波を用いて変調を行えば、図のように、不要な回折ビームの光路は波長によって分離角度が異なるため、ダイクロイックミラー11を経た後も互いに異なる光路を通る。
図7においては、AOM2−1、2−2に与える搬送波の周波数を異ならせ、結果として不要な回折ビームの分離角度が両者ほぼ等しくなるように制御する。それに伴って、AOM2−2と、全反射ミラー10を介したAOM2−1とを、ダイクロイックミラー11に関して光学的に対称な配置とする。その結果、ダイクロイックミラー11を経由した不要な回折ビーム62は波長が異なっていながら、ほぼ同じ光路をたどる。こうすることによって、遮光部材4の開口4aを最も効率よい大きさに設定できる。
【0026】
図8は本発明の実施形態のさらなる構成を示す図であり、走査装置などに適用し得る光学系を示す。図7の構成の光学素子73の後方にさらに正のパワーをもつアクロマート集光レンズ系12を配置した構成である。
光学素子73を出射した、異なる波長を含む合成ビーム52は、平行光束となってアクロマート集光レンズ系12に入射する。したがって、合成ビーム52はあたかも1つの波長のビームであるかのように振る舞い、どの波長の光束もアクロマート集光レンズ12系の焦点位置に焦点を結ぶので、ディスプレイなどに用いたとき、色ずれが生じない。
【0027】
アクロマート集光レンズ系12の焦点距離に波長差はないが、焦点を結んだときのスポット径は波長によって変わる。スポット径の大きさは波長とF値(口径比すなわち、焦点距離/ビーム径)に比例する。波長が長い場合はビーム径を大きくすることでF値を小さくできるので、ビーム径制御によって、波長とF値の積算値をほぼ同一にすることができる。以上の原理に基き、波長差のある合成ビーム52の集光スポット径を揃えることが可能になる。この効果はレーザスキャンディスプレイの用途に対して効果がある。具体的な構成としては、出射ビーム径の異なるレーザ光源を採用するか、あるいは、図示はしてないが、レーザ光源から全反射ミラーもしくはダイクロイックミラーなどの偏向装置までのどこかにビームエキスパンダもしくはビームコンデンサを挿入することで達成できる。
【0028】
図9は本発明の実施形態の全体像を示す図である。
図9において、符号13、14はビーム走査手段を示す。図の例では13は回転多面鏡を、14はガルバノミラーを表す。ビーム走査手段に光束を入射させる光学系は、図1ないし図8に示す光学系のいずれか一つを、少なくともその一部に有している。図9は図8に示す光学系をそのまま当てはめた例で示してある。
【0029】
図9に示した構成ではビーム走査手段の例としてポリゴンミラー13、ガルバノミラー14を記載したが、符号13をガルバノミラーとしてもよい。あるいは、符号14をポリゴンミラーとしてもよい。図の構成では、ポリゴンミラー13は変調ビーム5を紙面水平方向に走査し、ガルバノミラー14は紙面垂直方向に走査する。図9の構成によれば、2個のビーム走査手段を用いて、変調ビーム52は2軸方向に、すなわち、2次元的に走査される。ただし、被走査面が移動するような場合で、2次元的に走査する必要がない場合には、走査手段は1個でよい。
図示はしてないが、画像形成装置などに使われるf・θレンズを併用し、走査手段前後の光学系をそれにあわせたものにすれば、平面ディスプレイに歪みのない画像を表示することも可能である。
【0030】
ビーム走査装置としては、レーザマーカ、レーザトリマー、レーザスキャンディスプレイなどが考えられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。本発明の装置構成手段によれば、不要なビームを短い光路長で容易に遮光することができる。所望の変調ビームについては、そのビーム径よりも大きな開口を有する遮光部材の開口を通過させることができるので、開口エッジによる回折が発生しないため、ビームを集光した際にサイドローブのないスポットを形成できる。さらには、加工面あるいはスクリーンに不要なビームが到達することを回避できるので、加工品質ないし画像品質を向上させることができる。あるいは、波長の異なるビームを同一の焦点位置に集光させることができるので、加工部材の位置を変えることなく、スポット径の異なる加工が行える。あるいは、スクリーン上に3色のビームスポットを照射させるレーザスキャンディスプレイにおいては色ずれの原因となる波長による焦点位置ずれやスポットサイズの差異が発生しない。
【0031】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、AOMから出射する複数の回折ビームの内、不要な回折ビームを短い光学経路内で遮光することができ、不要成分を含まず、波長の異なる複数の所望の変調ビームのみを光量損失なく取り出す装置が小型化でき、波長の違いによる光路の違いや集光点の違いが発生しない装置が得られる。
請求項2に記載の発明によれば、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーの少なくとも一方によって、前記所望の変調ビームが偏向走査されるビーム走査装置が提供できる。
【0032】
請求項3に記載の発明によれば、波長の異なるレーザを同時に使用するレーザ装置内において、不要な回折ビームのすべてを1つの遮光部材で同時に遮光し、波長の異なる複数の所望の変調ビームを、合成ビームとしてあたかも1つのビームであるかのように取り扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の参考例を説明する図である。
【図2】 本発明の第2の参考例を説明する図である。
【図3】 本発明の第3の実施形態を説明する図である。
【図4】 よく使われる変調方式にも以下に示す本発明が適用しうることを示す参考例の図である。
【図5】 本発明に用いるビームコンバータの、より好ましい条件を説明するための、一部を拡大した図である。
【図6】 本発明の実施形態の主要部の基本構成を説明する図である。
【図7】 図6の構成において、特に不要な回折ビームを処理しやすく制御する方法を説明する図である。
【図8】 本発明の実施形態のさらなる構成を示す図である。
【図9】 本発明の実施形態の全体像を示す図である。
【図10】 複数の回折ビームの離間距離を拡大する従来技術の一例を示す参考図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 AOM
31、32、33 光学素子
4 遮光部材
5 所望の変調ビーム
52 合成ビーム
6 不要な回折ビーム
7 光学素子
10 全反射ミラー
11 ダイクロイックミラー
12 アクロマート集光レンズ系
13、14 ビーム走査手段
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention can be used for a laser marker, a laser trimmer, a laser display, or the like, a laser device using an acousto-optic element (hereinafter referred to as AOM) as a beam intensity modulation means, or a beam obtained by adding a beam scanning mechanism to the device. The present invention relates to a scanning device. More specifically, the present invention relates to a technique for clearly separating a desired modulated beam diffracted by an AOM and other unnecessary diffracted beams and extracting only the desired modulated beam.
[0002]
[Prior art]
It is known that a laser apparatus having various functions can be configured by modulating a laser beam by AOM. AOM can modulate the intensity of an incident beam and is used in a wide variety of laser devices such as laser markers, laser trimmers, and laser displays.
The laser intensity modulation method includes a direct modulation method, and the direct modulation method is often used in a low-power semiconductor laser.
However, as the laser output increases, the duty ratio decreases in the direct modulation method. On the other hand, AOM can ensure a duty ratio even when the laser beam power is large, and is therefore an effective modulation means in a laser apparatus using a watt class high power laser.
[0003]
There are two diffracted beams emitted from the AOM: zero-order light and first-order light. Depending on the incident conditions of the beam, -1st-order and + 2nd-order diffracted light may be emitted simultaneously. Of these, only the first-order diffracted light is normally used as modulated light. This will be referred to as the desired modulated beam. Since other beams are unnecessary, they are called unnecessary diffraction beams. Unnecessary diffraction beams need to be shielded.
However, the diffraction separation angle of the diffracted beam radiated from the AOM is as small as several milliradians. For this reason, it is difficult to shield only unnecessary diffraction beams in the vicinity of the AOM, and when a light other than a desired modulated beam is shielded by a light shielding plate having an aperture, the beam diameter and the aperture diameter become substantially the same. Then, the beam is diffracted at the edge of the opening. Further, if the position of the opening is shifted, the amount of transmitted light is reduced, and the light use efficiency is reduced.
[0004]
A technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-5589 is known as a technique for cutting off an unnecessary diffracted beam and extracting only a desired modulated beam. In this technique, a plurality of diffracted beams emitted from the AOM with a slight separation angle are guided to a beam expander composed of two groups of convex lenses, and a light shielding plate with a pinhole is placed on the focal plane of the front group. Only the desired modulated beam is allowed to pass through.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the distance between the plurality of diffracted beams emitted from the AOM increases at a position sufficiently away from the AOM, it is easy to shield unnecessary diffracted beams, but a long optical path length is required, resulting in an increase in size of the apparatus. As a workaround, it is possible to reduce the size of the apparatus by folding the optical path with a mirror, but the apparatus configuration becomes complicated and adjustment becomes complicated.
As another method of the prior art for expanding the separation distance of a plurality of diffracted beams, there is a method of arranging a wedge substrate on the output end side of the AOM as shown in FIG. The plurality of diffracted lights 1 and 2 incident from the surface of the wedge substrate 3 are transmitted through a predetermined substrate thickness, reflected by the back surface of the wedge substrate 3, transmitted through the substrate again, and emitted from the surface of the wedge substrate 3. . The plurality of diffracted beams 1 and 2 that have been close to each other by the above steps are separated to some extent, and after being separated, an unnecessary diffracted beam can be shielded via the light shielding member 4 having the opening 4a. However, with this method, astigmatism occurs in the beam and the light condensing characteristic is deteriorated. Further, since the beam optical path is folded, the arrangement adjustment of the system becomes complicated when the beam synthesis of the three primary colors is performed in the subsequent stage of the system. Further, since it is necessary to install this system for each of the optical paths of the three primary colors, the arrangement of the system is further complicated.
The optical system described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-5589 is clearly defined by a light-shielding plate having a pinhole that allows only a desired beam to pass through even a plurality of partially overlapping light beams having a small separation angle. Although there is an advantage that it can be separated, since the condensing points of the respective light beams are quite close to each other, the tolerance given to the configuration of the pinhole is not so large.
Ideally, it is desirable that an unnecessary diffraction beam can be shielded with an aperture larger than the modulation beam diameter, and that a long optical distance is not required.
[0006]
In the laser apparatus, it is desirable that the modulated beam is propagated in a parallel or nearly parallel state. When the beam diverges, it is necessary to increase the size of the rear optical system, which increases the cost. From the principle of the Gaussian propagation characteristics of laser beams, it is known that increasing the beam diameter improves the parallelism of the propagating beam. However, in applications such as laser markers, laser trimmers, and laser scan displays, the beam diameter is once increased. If the range is extended, the depth of focus when condensing the light last becomes shallow, and if the depth is small, the accuracy of the position of the processing surface and the screen becomes severe. From the above, it is rare that an optical system that increases the beam diameter and improves the parallelism of the propagating beam is employed. In short, it is desirable to propagate the beam while maintaining a state as close as possible to the beam diameter emitted from the laser.
[0007]
In an apparatus that modulates and uses lasers having different wavelengths, AOMs corresponding to laser beams having different wavelengths have the same problem. When each of the beams having different wavelengths passes through the AOM, the number of diffracted beams increases. Of these, a method of efficiently shielding unnecessary diffracted beams simultaneously is desired.
Although the desired modulated beams selected by the light shielding means have different wavelengths, an apparatus that condenses or scans these beams can be considered. In this case, an apparatus configuration capable of matching the condensing positions and spot sizes of beams having different wavelengths is desired.
[0008]
In view of these problems, the main object of the present invention is to shield unnecessary diffracted beams emitted from the AOM within a short optical path. The main object is to enable control of the parallelism of a desired modulated beam.
Furthermore, it aims at the following things.
Increases the diffracted light separation effect and relaxes the precision of parts processing and assembly adjustment. In a laser apparatus that uses lasers having different wavelengths at the same time, all unnecessary diffraction beams are simultaneously shielded, and a desired modulated beam is converted into a parallel beam. The modulated beams having different wavelengths are condensed at the same focal position. The beams with different wavelengths modulated by AOM are scanned and condensed at the same position, and the focused spot size is also made the same.
And it aims at providing the beam scanning apparatus using these laser optical apparatuses.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problem, in the invention according to claim 1 of the present application,Having a plurality of laser light sources emitting laser beams of different wavelengths,Emitted from laser light sourceTale-The beam is modulated by acousto-optic elements for each wavelength.To extract the desired modulated beamIn laser optics,
  A plurality of diffracted beams modulated by the acoustooptic deviceAmong them, all diffracted beams having different diffraction angles from the desired modulated beam are made unnecessary diffracted beams,
  Consists of total reflection mirror and dichroic mirrorWith a deflection device,
  The deflecting device combines the desired modulated beam so that the optical axes thereof coincide with each other on the same straight line, and configures the unnecessary diffracted beam to pass through an optical path different from the desired modulated beam,
  SaidBehind the deflection device,The optical axis is matched with the optical axis of the desired modulated beam.The afocal optical system that makes up the beam expanderPrepared,
  The afocal optical system isThe first optical element of the afocal optical system including an achromatic lens, a light shielding member, and the second optical element of the afocal optical system including an achromatic lens are arranged in this order,
  The light shielding member is disposed in close contact with the second optical element;The center of the aperture is arranged to coincide with the optical axis of the desired modulated beam synthesized coaxially, and only the desired modulated beam is passed through and separated from the optical axis of the desired modulated beam by a distance. An opening having a size that prevents the unnecessary diffraction beam from passing therethrough;
  Only the desired modulated beamAfter passing through the second optical element,Output as parallel light fluxWith a configuration to
  Behind the second optical elementIsIt has an achromatic condensing lens, and further has one or more beam scanning means for scanning the desired modulated beam behind the achromatic condensing lens.
[0010]
  In the invention according to claim 2,2. The laser optical device according to claim 1, wherein the beam scanning means is at least one of a polygon mirror and a galvanometer mirror.It is characterized by that.
[0011]
  In invention of Claim 3,3. The laser optical device according to claim 1, wherein a separation frequency of a plurality of diffracted beams is varied by changing a carrier frequency of an ultrasonic wave input to the acousto-optic modulator in accordance with a wavelength of an incident laser beam. Are made equal to each other regardless of the acousto-optic modulator, and the optical axis of the desired modulated beam is synthesized coaxially by the deflecting device and the optical path of the unnecessary diffracted beam is matched.It is characterized by that.
[0015]
[Action]
  According to invention of Claim 1,The optical axes of a plurality of desired modulated beams having different wavelengths are made to coincide with each other, and an afocal optical system including an achromat lens and a light shielding member are used to block an unnecessary diffracted beam, and the desired modulated beam is parallel light. Since the beam is scanned while the emitted light is collected by an achromatic condenser lens, when applied to a display device or the like, the desired modulated beam is focused on a predetermined image plane position regardless of the difference in wavelength. Can be tied.  According to invention of Claim 2,The desired modulated beam is deflected and scanned by at least one of a polygon mirror and a galvanometer mirror.  According to invention of Claim 3,An unnecessary diffraction beam does not cause a difference in optical path due to a difference in wavelength.
[0018]
Embodiment
  FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.Reference exampleFIG.
  In FIG. 1, a parallel beam emitted from a laser light source 1 and incident on an AOM 2 is modulated by the AOM 2 and emitted as a plurality of diffracted beams such as zero-order light and ± first-order light. The plurality of diffracted beams emitted from the AOM 2 have a separation angle that depends on the wavelength of the incident beam and the carrier frequency of the ultrasonic vibration input to the AOM. Although the separation angle of these diffracted beams is small, by placing an optical element 31 having a negative power immediately after that, the diffracted beam emitted from the optical element 31 is expanded at a short optical distance due to its refraction effect. it can. By arranging the optical element 31 so that the optical axis coincides with the desired modulated beam 5 to be used thereafter, the desired modulated beam 5 passes through the center of the lens, so that the optical axis of the beam goes straight without being refracted. However, the desired modulated beam 5 incident as a parallel light beam is emitted as a divergent light beam. Behind the optical element 31, the beam other than the desired beam, that is, the unnecessary diffracted beam 6 is sufficiently separated from the desired modulated beam 5 in terms of distance, so that the light shielding member having an opening 4a of an appropriate size. 4 makes it possible to easily shield only the unnecessary diffraction beam 6. Here, the appropriate size of the opening 4a is preferably larger than the diameter of the desired modulated beam for the reason already described. However, it must be set so that unnecessary diffraction beams do not enter. The power of the optical element 31, the distance from the optical element 31 to the light shielding member 4, and the size of the opening 4 a are set so that only a desired modulated beam can be obtained even if there is an unavoidable variation in component accuracy or the like. Decide.
  Here, the optical element may be a single lens or a compound lens composed of a plurality of lenses as long as the purpose is met. The point is that it can be optically handled as one lens. The same applies to the following description.
[0019]
  FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.Reference exampleFIG. The difference from FIG. 1 is that the optical element immediately after the AOM is an optical element 32 having a positive power.
  In FIG. 2, the beam optical axis of the unwanted diffracted beam has a separation angle with the desired modulated beam and appears to be divergent, but each beam is a parallel beam. Therefore, each beam refracted by the optical element is focused on a position that does not coincide with each other on the focal plane of the optical element. However, the beam optical axis of each beam converges slightly behind the focal position of the optical element and then diverges.
  Although the separation angle of each beam before entering the optical element 32 is small, the separation angle of the diffracted beam can be expanded at a short optical distance by increasing the lens power of the optical element 32. By making the optical axis of the optical element 32 coincide with the beam optical axis of the desired modulated beam 5 actually used, the beam optical axis of the desired modulated beam 5 goes straight without being refracted. However, the desired modulated beam 5 incident on the optical element 32 as a parallel light beam travels as a divergent light beam after the focal position of the optical element 32. The unwanted diffracted beam 6 is focused on the focal plane of the optical element 32 as described above, but its beam optical axis intersects the beam optical axis of the desired modulated beam behind the focal position. Since the beam optical axis of the unnecessary diffracted beam 6 is separated from the beam optical axis of the desired modulated beam 5 behind the intersection of the two beam optical axes, as in the first reference example, By selecting the position, only the desired modulated beam can be extracted.
  When the position of the light shielding member 4 is set at a position close to the intersection of the two beam optical axes, the distance between the two beam optical axes becomes smaller than the distance between the two beam optical axes when entering the optical element 3. There is a possibility that. In order to prevent this problem from occurring, the position where the light shielding member 4 is placed needs to be at least the same distance as the distance from the optical element 32 to the intersection position, preferably more away from the intersection.
[0020]
  FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.Reference exampleFIG. The difference from FIG. 2 is that an optical element 7 having a positive power is disposed behind the light shielding member 4, and an afocal beam converter is formed in combination with the optical element 32. That is, they are arranged coaxially so that the focal position of the optical element 32 and the focal position of the optical element 7 coincide.
  In FIG. 3, a desired modulated beam 5 which is a parallel light beam incident on the optical element 32 is once converged to the focal position by the optical element 32 and proceeds as it is as divergent light, and the optical element 7 which is the rear group of the beam converter. After passing through the opening 4 a of the light shielding member 4 disposed immediately before the light, the light enters the optical element 7. As described above, since the optical element 7 is confocal with the optical element 32, the desired modulated beam 5 travels on the optical axis again as a parallel beam after passing through the optical element 7.
  In the drawing, the position of the light shielding member 4 is set to be before the beam enters the optical element 7. However, considering only the effect of shielding the unwanted diffraction beam, the beam is replaced with the optical element instead of the light shielding member 4. Immediately after exiting 7, a light shielding member 4 ′ may be placed as shown by the dotted line in the figure. This isReference examples andThe same applies to all the embodiments. In general, unnecessary light fluxes are usually blocked as soon as possible to prevent unnecessary scattered light in the optical element.
  Although not shown, even if the optical element 7 having a positive power is placed immediately after the light shielding member 4 in the optical system of FIG. 1 and the divergent light beam from the optical element 31 is converted into a parallel light beam, FIG. The same effect as the reference example can be obtained. This configuration has an advantage that the optical path length can be shortened compared to the configuration of FIG.
[0021]
  Figure 4 also shows a commonly used modulation method.It is shown belowIt is a figure of the reference example which shows that this invention can be applied.
  In FIG. 4, the parallel beam emitted from the laser light source 1 is focused on the modulation position of the AOM 2 by the optical element 8 having a positive power. By doing so, the modulation speed can be increased, and this configuration is often used.
  The light beam modulated by the AOM 2 becomes a plurality of divergent diffracted beams and exits the AOM 2. These light beams are returned to parallel light beams by the optical element 9 having the same positive power. That is, the optical element 8 and the optical element 9 also constitute an afocal system. As in the third embodiment, the light beam that has passed through the optical element 9 can be extracted as a parallel light beam only by the beam converter that includes the light shielding member 4 therein.
  However, since the light beam modulated by the AOM 2 has a divergence angle, if this angle is larger than the separation angle, it partially overlaps and cannot be separated by the light shielding member 4.
Originally, since the separation angle of AOM2 is not so large, in order to further reduce the divergence angle of the light beam, the distance between the optical element 8 and AOM2 must be sufficiently large, which makes it difficult to reduce the size of the apparatus.
[0022]
  FIG.Beam converter used in the present inventionIt is the figure which expanded a part for demonstrating more preferable conditions.
  The beam converter is divided into a beam expander and a beam condenser depending on the magnitude relationship between the focal lengths of the front group and the rear group. In the present invention, both can be adopted in principle, but the configuration of the beam expander is more suitable only for the purpose of increasing the degree of separation.
  In FIG. 5, the focal lengths of the optical element 3 and the optical element 7 of the afocal lens group forming the beam converter are defined as f1 and f2, respectively. Here, f1 <f2, that is, the focal length of the optical element in the rear group is made larger than that in the front group. Accordingly, the distance between the optical axis of the desired modulated beam and the beam optical axis of the unnecessary diffracted beam at the position of the light shielding member 4 disposed substantially in close contact with the rear group is set as the optical element of the front group. Can be made larger by the ratio of f2 / f1 than the distance between the optical axes of the two beams before entering the beam. However, this configuration becomes a beam expander, and the beam diameter of the outgoing beam is larger than the beam diameter of the incident beam at the same ratio as described above. As already described, since it is not a good idea to make the beam diameter too large, f1 and f2 are determined in consideration of other factors.
[0023]
  FIG. 6 shows the present invention.Basic configuration of the main part of the embodimentFIG.
  In the figure, reference numerals 1-1 and 1-2 denote laser light sources having different wavelengths. The wavelengths of the emitted light are assumed to be λ1 and λ2. The parallel beams emitted from the respective light sources are modulated by the corresponding AOMs 2-1 and 2-2, respectively, and each emits a plurality of diffracted beams. The plurality of diffracted beams having the wavelength λ1 emitted from the AOM 2-1 are deflected by the total reflection mirror 10 which is the first deflecting device. The plurality of diffracted beams having the wavelength λ2 emitted from the AOM2-2 are deflected by a dichroic mirror which is a second deflecting device that transmits the wavelength λ1 and totally reflects the wavelength λ2. At this time, among the plurality of diffracted beams emitted from the AOM 2-1, the beam optical axis of the desired modulated beam 5-1, and among the plurality of diffracted beams emitted from the AOM 2-2, the desired modulated beam 5- The total reflection mirror 10 and the dichroic mirror 11 are arranged so that the two beam optical axes coincide with each other on the same straight line. As a result, a plurality of desired modulated beams having different wavelengths appear as one beam, and become a combined beam 52. Unnecessary diffracted beam 6 deflected by both mirrors 10 and 11 passes through a different optical path from synthesized beam 52.
[0024]
  In general, it is assumed that the laser beam emitted from the laser light source 1 has good parallelism, but may be slightly divergent as it passes through several optical systems. In that case, as shown by a two-dot chain line in the figure, a collimating lens 92 having a weak positive power may be inserted in front of the afocal lens system as necessary.
  The combined beam 52 and the unwanted diffraction beam 6 areThird reference exampleBy passing the same afocal system, the light shielding member 4 can extract only the combined beam 52 from the optical element 73.
  By the way, the combined beam 52 includes different wavelength components, λ1 and λ2. Therefore, if a lens system including chromatic aberration is used as the optical element 32 or the optical element 7 as shown in FIG. 3, the combined beam emitted from the optical element 7 has both wavelengths parallel due to the difference in refractive index depending on the wavelength. It becomes impossible to align with the luminous flux. Therefore, all the optical elements used here are constituted by an achromatic lens system, that is, an achromatic lens system. As a result, the combined beam 52 incident on the optical element 33 and exiting the optical element 73 becomes a parallel light beam regardless of the difference in wavelength.
  As described above, in order to facilitate understanding, the case of two colors has been described. However, in general, three primary colors are generally used for applications such as a display, and it is obvious that this embodiment can also be applied to the case of three colors. is there. However, in this case, if the third wavelength is λ3, a dichroic mirror or a bandpass filter that transmits λ1 and λ2 and totally reflects λ3 is used as the third deflecting device. Other configurations are apparent from the figure. In the following drawings, the description is for the case of two colors, but a configuration for three colors is assumed.
[0025]
  7 controls the diffracted beam which is unnecessary particularly easily in the configuration of FIG.MethodFIG.
  The diffraction angle of the beam diffracted by the AOM varies depending on the wavelength of the incident light beam. The ultrasonic vibration applied to the AOM is a combination of a carrier wave and a modulation wave for signal. The modulated wave is amplitude modulated and appears as a change in intensity of the modulated beam. The difference in the frequency of the carrier wave appears in the difference in the interval between the lattice fringes generated inside the AOM. As a result, it appears as a difference in the separation angle of the diffracted beam.
  In FIG. 6, if light beams having different wavelengths are modulated using carrier waves having the same frequency in AOMs 2-1 and 2-2, the optical path of an unnecessary diffracted beam has a different separation angle depending on the wavelength as shown in the figure. After passing through the dichroic mirror 11, they pass through different optical paths.
  In FIG. 7, the frequency of the carrier wave applied to the AOMs 2-1 and 2-2 is varied, and as a result, the control is performed so that the separation angles of unnecessary diffracted beams are substantially equal to each other. Accordingly, the AOM 2-2 and the AOM 2-1 via the total reflection mirror 10 are optically symmetrically arranged with respect to the dichroic mirror 11. As a result, the unnecessary diffracted beam 62 passing through the dichroic mirror 11 follows substantially the same optical path, although the wavelengths are different. By doing so, the opening 4a of the light shielding member 4 can be set to the most efficient size.
[0026]
  FIG. 8 shows the present invention.The fruitEmbodimentFurther configurationFIG. 2 shows an optical system that can be applied to a scanning device or the like. This is a configuration in which an achromatic condensing lens system 12 having a positive power is further arranged behind the optical element 73 configured as shown in FIG.
  The combined beam 52 having different wavelengths emitted from the optical element 73 becomes a parallel light flux and enters the achromatic condenser lens system 12. Therefore, the combined beam 52 behaves as if it is a beam of one wavelength, and the light flux of any wavelength is focused on the focal position of the achromatic condenser lens 12 system. Does not occur.
[0027]
Although there is no wavelength difference in the focal length of the achromatic condensing lens system 12, the spot diameter when focused is changed depending on the wavelength. The size of the spot diameter is proportional to the wavelength and the F value (aperture ratio, that is, focal length / beam diameter). When the wavelength is long, the F value can be reduced by increasing the beam diameter. Therefore, the integrated value of the wavelength and the F value can be made substantially the same by controlling the beam diameter. Based on the above principle, it is possible to make the condensing spot diameters of the combined beam 52 having a wavelength difference uniform. This effect is effective for the use of a laser scan display. As a specific configuration, a laser light source having a different output beam diameter is adopted, or although not shown, a beam expander or somewhere from the laser light source to a deflection device such as a total reflection mirror or a dichroic mirror This can be achieved by inserting a beam condenser.
[0028]
  FIG. 9 shows the present invention.The fruitEmbodimentOverall pictureFIG.
In FIG. 9, reference numerals 13 and 14 denote beam scanning means. In the illustrated example, 13 represents a rotating polygon mirror and 14 represents a galvanometer mirror. The optical system that makes the light beam incident on the beam scanning means has at least a part of any one of the optical systems shown in FIGS. FIG. 9 shows an example in which the optical system shown in FIG. 8 is applied as it is.
[0029]
FIG.Configuration shown inIn the above description, the polygon mirror 13 and the galvanometer mirror 14 are described as examples of beam scanning means, but the reference numeral 13 may be a galvanometer mirror. Alternatively, reference numeral 14 may be a polygon mirror. In the configuration shown in the figure, the polygon mirror 13 scans the modulated beam 5 in the horizontal direction on the paper surface, and the galvanometer mirror 14 scans in the vertical direction on the paper surface. According to the configuration of FIG. 9, the modulated beam 52 is scanned in two axes, that is, two-dimensionally, using two beam scanning means. However, if the surface to be scanned moves and there is no need for two-dimensional scanning, only one scanning means is required.
Although not shown, it is possible to display a distortion-free image on a flat display if an f / θ lens used in an image forming apparatus or the like is used together and the optical system before and after the scanning means is adapted to that. It is.
[0030]
As the beam scanning device, a laser marker, a laser trimmer, a laser scan display, and the like can be considered, but the present invention is not necessarily limited thereto. According to the apparatus configuration means of the present invention, an unnecessary beam can be easily shielded with a short optical path length. The desired modulated beam can pass through the opening of the light shielding member having an opening larger than the beam diameter, so that diffraction due to the opening edge does not occur. Can be formed. Furthermore, since it is possible to avoid an unnecessary beam reaching the processing surface or the screen, it is possible to improve processing quality or image quality. Alternatively, since beams having different wavelengths can be condensed at the same focal position, processing with different spot diameters can be performed without changing the position of the processing member. Alternatively, in the laser scan display that irradiates the beam spot of three colors on the screen, the focal position shift and the spot size difference due to the wavelength causing the color shift do not occur.
[0031]
【The invention's effect】
  Claim 1Described inAccording to the invention, an unnecessary diffracted beam among a plurality of diffracted beams emitted from the AOM can be shielded in a short optical path, does not include an unnecessary component,Multiple different wavelengthsA device that extracts only the desired modulated beam without loss of light quantity can be miniaturized.Thus, an apparatus can be obtained in which a difference in optical path and a difference in condensing point do not occur due to a difference in wavelength.
  Claim 2According to the invention ofA beam scanning device in which the desired modulated beam is deflected and scanned by at least one of a polygon mirror and a galvanometer mirror can be provided.
[0032]
  ClaimDescribed in 3According to the invention, in a laser apparatus using lasers having different wavelengths at the same time, all unnecessary diffraction beams are simultaneously shielded by a single light shielding member, and a plurality of desired modulated beams having different wavelengths are obtained as combined beams. It can be handled as if it were one beam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the first of the present invention.Reference exampleFIG.
FIG. 2 shows the second of the present invention.Reference exampleFIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
[Fig.4] Also used for commonly used modulationIt is shown belowIt is a figure of the reference example which shows that this invention can be applied.
[Figure 5]Beam converter used in the present inventionIt is the figure which expanded a part for demonstrating more preferable conditions.
FIG. 6 of the present inventionBasic configuration of the main part of the embodimentFIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration in which unnecessary diffraction beams are controlled to be easily processed in the configuration of FIG.MethodFIG.
FIG. 8The fruitEmbodimentFurther configurationFIG.
FIG. 9The fruitEmbodimentOverall pictureFIG.
FIG. 10 is a reference diagram showing an example of a conventional technique for enlarging the separation distance of a plurality of diffraction beams.
[Explanation of symbols]
  1 Laser light source
  2 AOM
  31, 32, 33 Optical elements
  4 Shading member
  5 Desired modulated beam
  52 Composite beam
  6 Unnecessary diffraction beam
  7 Optical elements
  10 Total reflection mirror
  11 Dichroic mirror
  12 Achromatic condenser lens system
  13, 14 Beam scanning means

Claims (3)

互いに異なる波長のレーザビームを出射する複数のレーザ光源を有し、各レーザ光源より出射されたレーザビームを、それぞれの波長毎に音響光学素子にて変調して所望の変調ビームを取り出すレーザ光学装置において、
前記音響光学素子により変調された複数の回折ビームのうち、前記所望の変調ビームとは回折角の異なるすべての回折ビームを不要な回折ビームとし、
全反射ミラーおよびダイクロイックミラーにより構成される偏向装置を備え、
該偏向装置は、前記所望の変調ビームをその光軸が同一直線上に一致するように合成し、前記不要な回折ビームを前記所望の変調ビームとは異なる光路を経由するよう構成し、
前記偏向装置の後方に、前記所望の変調ビームの光軸にその光軸を一致させたビームエキスパンダを構成するアフォーカル光学系を備え、
該アフォーカル光学系はアクロマートレンズを含む前記アフォーカル光学系の第一の光学素子と、遮光部材と、アクロマートレンズを含む前記アフォーカル光学系の第二の光学素子と、をこの順に配置し、
前記遮光部材は第二の光学素子にほぼ密着して配置され、その開口の中心が、前記同軸に合成された所望の変調ビームの光軸に一致するよう配置され、前記所望の変調ビームのみを通し、該所望の変調ビームの光軸と距離的に分離された前記不要な回折ビームを通さない大きさの開口を有し、
前記所望の変調ビームのみを第二の光学素子を通過後、平行光束として出力する構成を備え、
第二の光学素子の後方にアクロマート集光レンズを備え、さらにその後方に前記所望の変調ビームを走査する1個以上のビーム走査手段を有することを特徴としたレーザ光学装置。
A plurality of laser light sources for emitting a laser beam of different wavelengths, Les Zabimu emitted from the laser light sources, laser optical apparatus for each wavelength and modulated by the acousto-optic element takes out the desired modulated beam In
Among the plurality of diffracted beams modulated by the acoustooptic device, all diffracted beams having a diffraction angle different from the desired modulated beam are made unnecessary diffracted beams,
It has a deflecting device composed of a total reflection mirror and dichroic mirror ,
The deflecting device combines the desired modulated beam so that the optical axes thereof coincide with each other on the same straight line, and configures the unnecessary diffracted beam to pass through an optical path different from the desired modulated beam,
Behind the deflecting device comprises an afocal optical system constituting the desired modulated beam of a beam expander to match the optical axis to the optical axis,
The afocal optical system includes a first optical element of the afocal optical system including an achromatic lens, a light shielding member, and a second optical element of the afocal optical system including an achromatic lens, in this order,
The light shielding member is disposed in close contact with the second optical element, and the center of the opening is disposed so as to coincide with the optical axis of the desired modulated beam synthesized coaxially, and only the desired modulated beam is disposed. An aperture of a size that does not pass through the unwanted diffracted beam separated from the optical axis of the desired modulated beam through a distance;
A configuration in which only the desired modulated beam is output as a parallel beam after passing through the second optical element ,
Behind the second optical element comprises a achromat condenser lens, further the laser optical device characterized by having one or more beam scanning means for scanning the desired modulated beam to the rear.
請求項1に記載のレーザ光学装置において、前記ビーム走査手段は、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーの少なくとも一方であることを特徴とするレーザ光学装置。  2. The laser optical apparatus according to claim 1, wherein the beam scanning means is at least one of a polygon mirror and a galvanometer mirror. 請求項1に記載のレーザ光学装置において、前記音響光学変調素子に入力する超音波の搬送周波数を、入射するレーザビームの波長に対応させて異ならせることにより、複数の回折ビームの分離角度を、前記音響光学変調素子によらず互いに同等とさせ、前記偏向装置により前記所望の変調ビームのビーム光軸を同軸に合成すると共に、不要な回折ビームの光路を一致させることを特徴とするレーザ光学装置。  In the laser optical device according to claim 1, by separating the carrier frequency of the ultrasonic wave input to the acousto-optic modulator according to the wavelength of the incident laser beam, the separation angles of the plurality of diffraction beams are Laser optical apparatus characterized in that they are equal to each other regardless of the acousto-optic modulation element, the optical axis of the desired modulated beam is coaxially synthesized by the deflecting device, and the optical path of the unwanted diffracted beam is made coincident .
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