(57)【要約】通過するレーザ光線（１）を少なくとも部分的に変えることが可能な少なくとも１つの変調手段（３）を有するレーザ光線用変調装置において、少なくとも２つの部分光束に分割することが可能である光線分割手段（２）を有し、さらに、光線拡散方向において光線分割手段（２）の後に、少なくとも２つの部分光束を再び１つにすることが可能である光線統合手段（６）を有し、該少なくとも１つの変調手段（３）は、該光線統合手段（６）によって共にガイドされるレーザ光線に、少なくとも２つの光線束の干渉によって、予め定められた空間領域において所望の変調が行われるように、部分光線束の少なくとも１つを、該少なくとも１つの変調手段（３）によって変更することが可能であるように該光線分割手段（２）と該光線統合手段（６）との間に設けられるレーザ光線用変調装置。
2005519325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過するレーザ光線（１）を少なくとも部分的に変えることが可能な少なくとも１つの変調手段（３）を有するレーザ光線用変調装置において、少なくとも２つの部分光束に分割することが可能である光線分割手段（２）を有し、さらに、光線拡散方向において光線分割手段（２）の後に、少なくとも２つの部分光束を再び１つにすることが可能である光線統合手段（６）を有し、該少なくとも１つの変調手段（３）は、該光線統合手段（６）または光線統合手段（６）に属するものによって共にガイドされるレーザ光線に、少なくとも２つの光線束の干渉によって、予め定められた空間領域において所望の変調が行われるように、部分光線束の少なくとも１つを、該少なくとも１つの変調手段（３）によって変更することが可能であるように該光線分割手段（２）と該光線統合手段（６）との間に設けられることを特徴とするレーザ光線用変調装置。
【請求項２】
レーザ光線は少なくとも部分的に、中位の拡散方向（Ｚ）に垂直な第１方向（Ｙ）において、該中位の拡散方向（Ｚ）と第１方向（Ｙ）とに垂直な第２の方向（Ｘ）よりも、大きなダイバージェンスを有し、第１の方向（Ｙ）において部分光束にほぐれが起こることを特徴とする請求項１に記載の変調装置。
【請求項３】
光線分割手段（２）はプリズムとして、特に、少なくとも部分的に金属被覆されたプリズムとして形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の変調装置。
【請求項４】
光線分割手段は半反射鏡として形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の変調装置。
【請求項５】
光線統合手段（６）は、プリズムとして、特に、少なくとも部分的に金属被覆されたプリズムとして形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項６】
光線統合手段は半反射鏡として形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項７】
少なくとも１つの変調手段（３）は、これが、その部分光線の少なくとも１つの目的とする位相シフトを達成するように、特にレーザ光の半波長分をシフトするように、前記少なくとも１つの部分光線束を変えることが可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項８】
変調手段（３）は、反射して動作する変調器として、特にＧＬＶ変調器として構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項９】
変調手段（３）は伝送によって動作する変調器として構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項１０】
変調手段（３）は二次元変調器として実現され、実質的に互いに直交する２つの方向に関してそこに入射するレーザ光線を変調することが可能であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項１１】
光線分割手段（２）、変調手段（３）および光線統合手段（６）によって、干渉計が形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項１２】
光線統合手段（６）の光線拡散方向後部にフィルタ（８）が設けられ、該フィルタは、目的とする変調に対応して、レーザ光線の一部を次第にフェードアウトすることが可能であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の変調装置。
【請求項１３】
光線拡散方向（Ｚ）においてフィルタ（８）の前方およびまたは後方にレンズ手段、特にシリンドリカルレンズが設けられ、該レンズ手段がレーザ光線（１）をフィルタ（８）上に集束し、および／または、集束されたレーザ光線をふたたびコリメートすることが結像集束させる、および／またはフィルタに続いて、集束されたレーザ光線を再びコリメートすることが可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の変調装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、レーザ光線変調装置であって、該変調装置を通過して出射されるレーザ光線を少なくとも部分的に変えることが可能な変調手段を少なくとも有する変調装置に関する。
【０００２】
かかる変調装置はよく知られている。それらは種々の分野で利用することが可能である。たとえばレーザプリンタ、レーザテレビ、レーザ加工などがある。
【０００３】
従来利用されている変調手段の典型はいわゆるＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）変調装置である。かかるＧＬＶ変調装置は、反射して動作する。その反射表面には、レーザ光線を反射することが可能な、互いに平行して配置された多数の棒状セグメントが設けられている。これらの各セグメントは傾斜可能に構成されてなる。変調は通常、互いに直接隣接し合う２つのセグメントが異なって傾斜する、または一方のセグメントが傾斜し、他方のセグメントが本来の位置そのままに置くことによって行われ、したがって、これらの隣接し合うセグメントが異なって傾斜することによって、これらのセグメント上に現れる隣接し合う部分光線間にわずかの位相差が生じる。この位相差によって、変調装置の範囲内において直接干渉がおこるために、変調装置によって反射された光の拡散特性を適切に変えることが可能となる。
【０００４】
このような変調装置では、このためには高度に干渉性の光が存在しなければならないということが欠点であることが明らかになっている。これは、特にレーザダイオードバーの場合には、レーザダイオードバーの各発光源が配置される方向に（遅軸方向に）各発光源が延びているために、通常は存在しない。さらなる欠点として、１つのレーザダイオードバーから出射した光線の上述のような特性によって、大抵は２以上の互いに隣接した、特に４または６の隣接したセグメントが照射され、したがってこのような変調手段の解像度が著しく悪いということも明らかになっている。さらにまた、レーザダイオードバーまたは積重レーザダイオードバーがレーザ光源として利用されるときには、ＧＬＶ変調装置の対応する部分領域の互いに傾斜しあって隣接するセグメントの場合の個々の状態と互いに傾斜し合わずに隣接するセグメントの場合の個々の状態との間の区別を十分にすることができない。
【０００５】
本発明の基礎となる課題は、特にレーザ光源としてレーザダイオードバーまたは積重レーザダイオードを利用する場合に、より効率的に形成される、本明細書冒頭において述べたタイプの変調装置を作製することである。
これは、本発明に従えば、請求項１の特徴によって達成される。
【０００６】
請求項１に従えば、変調装置は、少なくとも２つの部分光束に分割することが可能である光線分割手段を有し、変調装置はさらに、光線拡散方向において光線分割手段の後に、少なくとも２つの部分光束を再び１つにすることが可能である光線統合手段を有し、変調装置は少なくとも１つの変調手段を有し、該変調手段は、光線統合手段または光線統合手段に属するものによって共にガイドされるレーザ光線に、少なくとも２つの光束の干渉によって、予め定められた空間領域において所望の変調が行われるように、部分光束の少なくとも１つを、少なくとも１つの変調手段によって変更することが可能であるように光線分割手段と光線統合手段との間に設けられる。かかる装置の利点として、互いに対応する部分光線束に分割することによって、変調の質と精度は利用されるコヒーレンスに依存しないことが明らかとなっている。
【０００７】
本発明の好適な実施の形態に従えば、レーザ光線は少なくとも部分的に、中位の拡散方向に垂直な第１方向において、該中位の拡散方向と第１方向とに垂直な第２の方向よりも、大きなダイバージェンスを有し、第１の方向において部分光束にほぐれが起こる。特にレーザダイオードバーを利用する場合、より大きなダイバージェンスの第１の方向は速軸に対応し、それに対してより小さいダイバージェンスの第２の方向は遅軸に対応する。したがって、本発明に従えば、ほぐれが、第１の方向に、したがって速軸方向に起こるとき、対応する部分光束の変化が同時に速軸に起こり、したがって、さらに速軸方向におけるレーザ光線のより大きなコヒーレンスも利用される。
【０００８】
光線分割手段はプリズムとして、特に、少なくとも部分的に金属被覆されたプリズムとして形成することが可能である。代わりに、光線分割手段は半反射鏡として形成してもよい。
【０００９】
さらにまた、光線統合手段は、プリズムとして、特に、少なくとも部分的に金属被覆されたプリズムとして形成することが可能である。代わりに、光線統合手段は半反射鏡として形成してもよい。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態に従えば、前記少なくとも１つの変調手段は、これが、個々の、またはすべての部分光線の目的とする位相シフトを達成するように、前記少なくとも１つの部分光線束を、特に半波長分だけ変えることが可能である。これによって、部分光線束内で隣接した部分光線に位相シフトが互いに伝達されるという、従来技術との相異点が明確になる。本発明に従えば、同じ部分光線束の隣接する部分光線に位相シフトが互いに与えられるのではなく、２つの部分光線束の特に一方にのみ、変調手段によって位相シフトが生じ、したがって両部分光線束を統合した後にようやく、光線統合手段または光線統合手段に属する物において、または光線統合手段の後方において干渉によって変調が起こる。このような方法においては、変調手段が反射で動作する変調器として形成されるとき、特に、ＧＬＶ変調器として形成されるときには、もはや、変調器の２つ、または、４つ、または６つの互いに隣接するセグメントが寄与するのではなく、好ましくは、１つの要素が寄与するだけである。このような方法においてはもちろん、レーザ光線を変調することが可能な精度をかなり高めることが可能になる。
変調手段は伝送によって動作する変調器として形成することも可能である。
【００１１】
さらにまた、変調手段は二次元変調器として実施することも可能であり、それによって、実質的に互いに直交する２つの方向に関してその上に入射するレーザ光線を変調することが可能である。この方法では、レーザ光線に、たとえば領域によってプリント工程または類似の工程におけるセル状格子を冗長にすることが可能である２次元情報を加えることが可能である。
【００１２】
さらにまた、本発明に従った変調装置は三次元変調器を利用することも可能であり、それによってその上に入射するレーザ光線を、実質的に互いに直交する３方向に関して変調することが可能である。
【００１３】
光線分割手段、変調手段および光線統合手段から構成される本発明に従った変調装置は、干渉計としてみなすことが可能である。したがって、本発明に従った変調装置では、前記要素の配列に関しては、たとえばマイケルソン干渉計などの一般によく知られたタイプの干渉計が適している。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態に従えば、光線統合手段の光線拡散方向後部にフィルタが設けられ、該フィルタは、フィルタが目的とする変調に応じて、レーザ光線の一部を次第にフェードアウトすることが可能である。この場合、フィルタの光線拡散方向前方およびまたは後方にレンズ手段、特にシリンドリカルレンズを設けることが可能で、かかるレンズ手段がレーザ光線をフィルタ上に結像する、または集束させる、および／またはフィルタに続いて、集束されたレーザ光線を再びコリメートすることが可能である。光線統合手段の範囲で、または光線統合手段より後段で、変調手段によって生じる干渉によって、再び１つになったレーザ光線がある方向においては拡散可能とされ、ある方向では拡散可能とされないために、フィルタはレーザ光線の所望の部分、たとえばデジタル情報を変調する場合の論理“０”に対応する部分などを拡散するためには、フィルタは非常に適している。同様に、この場合、レーザ光線のフィルタを通過する部分が論理“１”に対応する。
【００１５】
本発明に従えば、レーザ光線は部分光線束に分割され、次いで、部分光線束の少なくとも１つについて、目的とされる変調に応じて位相がシフトされ、次いでそれらの部分光線束は、２つの部分光線束の干渉によって所望の変調が達成されるように共にガイドされる。この方法によって、簡単な手段を用いて高い精度の非常に効果的な変調を達成することが可能である方法が当業者に提供される。特に、これは、共にガイドされた、たとえば論理“０”に対応するレーザ光線の部分からの前述のフェードアウトによって生起させることが可能である。さらにまた、速軸方向におけるレーザダイオードバーのレーザ光線が２つの部分光線束に分割される場合、速軸方向における位相シフトを取込むことによって、従来の技術から知られた変調方法よりも、変調の質を著しく高められる。
本発明に従った変調装置は、特にプリンタ用途に利用することが可能である。
【００１６】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した、以下の好適な実施の形態についての説明によって明らかになるであろう。
【００１７】
本発明に従った変調装置に入射するレーザ光線１は、たとえばレーザダイオードバーとして実施されるレーザ光源から出射させることができる。したがって、レーザ光源は１つの方向に、図１ａおよび図１ｂにおいてはＸ方向に、多くの合い並んで配列されたＸ方向に延びる線状発光源によって比較的長くなった断面を有する。さらにまた、レーザダイオードバーとして実施されるレーザ光源は、それに垂直な方向に、すなわちＹ方向には、非常にわずかな延び、たとえば１μｍを有する。速軸と呼ばれるこのＹ方向においては、ダイバージェンスは遅軸と呼ばれるＸ方向よりも実質的に大きい。
【００１８】
本発明に従った変調装置は、図１ａおよび図１ｂから明らかである。本発明の変調装置は、光線分割手段２を有し、光線分割手段２はその上に入射するレーザ光線１を２つの部分光線束に分割することが可能である。図１ａにおいて、この分割は２つの任意に選択された部分光線１ａおよび１ｂによって表されている。光線分割手段２は、図示された実施の形態においては２つのプリズム２ａおよび２ｂからなり、これらは互いに同じであり、かつ直角三角形の２つの対応する直角を挟む辺の面を有して並んで設けられ、たとえば互いに接着されている。図１ａから明らかであるように、２つの部分光線１ａ，１ｂは、光線分割手段２の２つの互いに分割された１／２片、すなわち２つの別々のプリズム２ａ、２ｂに入射する。これらの部分光線は、それぞれの直角三角形の斜辺面にて反射した後、２回目には、互いに接着された直角を挟む辺の面にて反射する。これらの面はたとえば金属被覆してもよい。次いで、これらの部分光線はプリズム２ａ，２ｂの斜辺面から出射し、したがって最初の拡散方向Ｚに対して４５°程度の角度まで上方または下方に回折する。このような方法でレーザ光線を、図１ａの光線分割手段２から上方および下方に互いに遠ざかっていく２つの部分光線束に分割される。
【００１９】
図１ａにおける上方に進む部分光線束は、ミラー４で、Ｚ方向に対して−４５°までの角度で下方に反射する。これは例示として選択された部分光線１ａによって示されている。下方に回折した部分光線束は、例示として１ｂで示されているように、変調手段３によってＺ方向に対して約４５°までの角度で上方に反射する。変調手段３は、たとえばＧＬＶ変調器として実施することが可能である。特に、変調手段３は横方向に、すなわち図１ｂにおいてＸ方向に合い並んで配置された各セグメント５、特に棒状セグメント５有してもよい。これらの棒状セグメント５は、部分光線１ｂについて例示されているように、その上に入射する光を反射することができる。特に、各棒状セグメント５の傾斜角はたとえば部分光線１ｂの光路が、レーザ光線の半波長分に対応し得るわずかの分だけ長くまたは短くなるように、角棒状セグメント５の傾斜角を変える可能性がある。各セグメント５は図１ｂにおいては、Ｘ方向において全幅にわたっている。Ｘ方向における一定の点で、対応のセグメントを傾斜させることも、またはさせないことも可能である。このような方法で、異なるＸ座標に向けられたレーザ光線１の、変調手段３に入射する部分光線束３に、半波長の位相差を与えることも、または与えないことも可能である。
【００２０】
さらにまた変調装置は、変調手段３とミラーとによって反射された部分光線束を統合する光線統合手段６を有し、したがって再び共にガイドされるレーザ光線１は、図１ａおよび図１ｂの正のＺ方向に伝播する。この光線統合手段６はたとえばプリズムとして実施され、場合によっては表面が金属被覆された面における部分光線束の反射は、その反射の後で、部分光線束が正のＺ方向に進むように行わせる。このような方法でふたたび互いに１つにされた部分光線束は、変調手段３の各セグメント５の位置に対応して、たとえば用いられるレーザ光線の半波長の局所的位相差を有する。
【００２１】
光線統合手段に次いで、Ｚ方向に順に、円柱軸がＸ方向に延びるシリンドリカルレンズ７、フィルタ８および円柱軸がやはりＸ方向に延びるさらなるシリンドリカルレンズ９が設けられる。この場合、図１ａから明らかなように、フィルタ８は、シリンドリカルレンズ７またはシリンドリカルレンズ９から間隔をあけて設けられ、この間隔はこれらのシリンドリカルレンズ７，９の焦点距離にかなり正確に対応し、この場合シリンドリカルレンズ７とシリンドリカルレンズ９の焦点距離は同じである。このような方法において、両シリンドリカルレンズ７，９は互いに焦点距離の２倍に相当する間隔をあけているので、シリンドリカルレンズ７に入射する前にＺ方向に対して平行なレーザ光線は、シリンドリカルレンズ９から出射した後、ふたたびＺ方向に対して平行となる。フィルタ８はＹ方向に積重される２つのフィルタ部分８ａ，８ｂから成り、これらの間にある間隙がＸ方向に延びる。フィルタ部分８ａ，８ｂ間にある間隙は、両シリンドリカルレンズ７，９の焦点線上に実質的に正確に配置されている。
【００２２】
図２ａ，２ｂにおいては、異なる２つの場合が示されている。第１の場合において、レーザ光線１の図示された部分については、変調手段３の対応するセグメント５は、レーザ光線１の変調手段３から反射される部分が、レーザ光線１のミラー４から反射される対応する部分に対してλ／２、すなわち、利用されるレーザ光線の波長の半分である位相差を有するように、傾けられている。レーザ光線のこれらの部分は、光線統合手段６においてふたたび共にガイドされた後では、干渉のために正確にはＺ方向に伝播することができない。これは図３ａに示されており、図において、単位は任意である強度Ｉは角度θに対して分布され、角度θはＺ軸とレーザ光線１の拡散方向との間の角度である。単に概略図を示すだけである、図３ａは、レーザ光線のこの方法において干渉し合う部分の拡散がＺ方向には生じないことを示している。これについては、図２ａにおいて示されているが、レンズ７によって集束されたレーザ光線１はフィルタ８の範囲で、したがって、フィルタ面の範囲で、ＸＺ平面ではなく、ＸＺ平面の幾分上下で集束される。光線の進行経路にフィルタが導入されているので、この方法において変調されるレーザ光線１は右方には、したがって正のＺ方向にはフィルタ８から出射されない。
【００２３】
図２ｂおよび図３ｂは、レーザ光線１の一部を示し、図において、変調手段３の対応するセグメント５は傾けられておらず、したがって干渉は光線統合手段６を介する統合後に生じない。この場合、図３ｂから、ほぼＺ方向に最大の拡散があることが明らかである。これは図２ｂにおいても明らかで、図２ｂにおいて、シリンドリカルレンズ７によって集束されたレーザ光線１の焦点線は実質的にＸＺ平面のフィルタ８の範囲にある。したがって、レーザ光線のこの部分は実質的にフィルタ８によって妨げられずに入射し、第２のシリンドリカルレンズ９を通過した後、正のＺ方向においてＺ軸に対して平行に伝播する。
【００２４】
光線分割手段２の代わりに、他の光線分割手段を利用することも可能である。たとえば、光線統合手段６に適合する光線分割手段であればよい。さらにまた、光線統合手段６の代わりに、他の光線統合手段でもよく、たとえば、光線分割手段２に実質的に適合する光線統合手段であればよい。
【００２５】
ＧＬＶ変調器として実現される変調手段３の代わりに、他の変調手段を利用することも可能である。特に、変調手段上に入射する光線の二次元変調が生じ得る変調手段を利用することも可能である。たとえば、二次元化された光源から出射された光線は、たとえば積重されたレーザダイオードバーの光線は、適切に変調可能である。本質的なことは、ただ、部分光線束、すなわち特に、図１ａにおいて、たとえば選択された部分光線１ｂを有する、下方に傾斜した部分光線束には、各部分セグメントにおいて適切に、位相差が付与されるということである。位相シフトが行われる各部分セグメントはレーザ光線１が変調されるべき情報によって定められる。これらの情報は、たとえば、プリント情報、またはレーザテレビに関する情報またはワークピース加工情報などである。
【００２６】
さらに、ミラー４の代わりに、反射変調手段を利用することも可能である。この場合重要なことは、ただ単に、フィルタ８を介して各部分領域を通過することを可能とするために、またはフィルタ８によって遮断することを可能とするために、分割されたレーザ光線１の対応の各部分領域間に、予め定めることが可能な位相差を生じさせることが可能であるかということである。
【００２７】
本発明に従った変調装置の前述の記載は、本発明に従った変調装置の原理は、干渉計のそれに類似することを明確に示す。
【００２８】
本発明に従えば、たとえば、レーザダイオードバーから出射したレーザ光線１は、変調装置の前または後ろまたはその範囲において、速軸ダイバージェンスおよび遅軸ダイバージェンスについて、従来の適切な手段を用いてコリメートすることが可能である。これは速軸ダイバージェンスについては、円柱軸線がＸ方向に延びるシリンドリカルレンズである。遅軸ダイバージェンスについては、円柱軸線がＹ方向に延びるシリンドリカルレンズアレイである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】本発明に従う変調装置の側面図である。
【図１ｂ】図１ａの矢符１ｂ−１ｂに従う図である。
【図２ａ】第１の状態における図１ａに従う変調装置の詳細図である。
【図２ｂ】第２の状態における図２ａに従う図である。
【図３ａ】図２ａにおける状態の強度と拡散角との間の関係を示す概略図である。
【図３ｂ】図２ｂにおける状態を示す図３ａに対応する図である。
【図１ａ】
2005519325.tif 000003
【図１ｂ】
2005519325.tif 000004
【図２ａ】
2005519325.tif 000005
【図２ｂ】
2005519325.tif 000006
【図３ａ】
2005519325.tif 000007
【図３ｂ】
2005519325.tif 000008
【国際調査報告】
2005519325.tif 000009
2005519325.tif 000010
2005519325.tif 000011
2005519325.tif 000012