(57)【要約】【課題】この発明は、簡易な構成で、小形化の促進を図り得、且つ、広範囲にわたる高精度なビーム走査を実現し得るようにすることにある。【解決手段】回動自在な反射ミラー１３を、ビーム走査の倍率に応じてビームエキスパンダ１１の第１の光学系１１１と第２の光学系１１２との間の光軸上であって、第２の光学系１１２の焦点Ｆとの間の距離ｆ1と、第２の光学系１１２との距離f2との比に基づいて設定される任意位置に回動自在に配置し、反射ミラー１３を回動制御して、その回転角に応じてビームエキスパンダ１１の第１の光学系１１１に導かれたレーザビームのビーム偏角を制御して第２の光学系１１２から目標方向にビーム走査するように構成したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したレーザビームを拡張させる第１の光学系と拡張させたレーザビームを平行光とする第２の光学系を有したビーム径を調整するビームエキスパンダと、
このビームエキスパンダの第１の光学系と第２の光学系との間に配され、前記第１の光学系で拡張されたレーザビームを前記第２の光学系に案内してビーム走査する光軸回りに回動自在に設けられた反射光学系と、
この反射光学系を光軸回りに回動制御してビーム偏角を制御し、レーザビームを前記ビームエキスパンダの第２の光学系を介してビーム走査する偏角制御手段と、
を具備することを特徴とするレーザビーム走査装置。
【請求項２】
前記偏角制御手段は、前記反射光学系を光軸回りに駆動し、前記ビームエキスパンダの前記第２の光学系の焦点位置と前記反射光学系との距離と、該第２の光学系と該反射光学系との距離との比に基づいて設定される倍率でレーザビームをビーム走査することを特徴とする請求項１記載のレーザビーム走査装置。
【請求項３】
前記ビーム走査の倍率は、前記ビームエキスパンダの第２の光学系の出射光軸の偏角により決定されることを特徴とする請求項２記載のレーザビーム走査装置。
【請求項４】
前記反射光学系は、チルトミラーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のレーザビーム走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば航空機等の飛翔体を含む移動体に搭載される赤外線レーザ照射器、監視カメラ、工業用レーザマーカのレーザ光軸、望遠鏡や測量器等に用いるのに好適するレーザビーム走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のレーザビーム走査装置は、空間を伝搬するレーザ光が反射光学系に入射されると、それに偏角を与えて目標に向けて出射し、その反射光により目標を検出するのに用いられている。このようなレーザビーム走査装置は、その光学系にガルバノミラーやチルトミラーと称する駆動走査自在な反射光学系が設けられ、この反射光学系の光軸を軸回りに回動制御することにより、照射するレーザビームに対して所望の駆動偏角を与えてビーム走査が行われる。
【０００３】
また、レーザビーム走査装置には、例えば第１及び第２の光学系で構成されるビームエキスパンダが設けられ、このビームエキスパンダを用いてレーザビームのビーム径を大きくして、拡がり角を抑える方法が採られている。このビームエキスパンダは、反射光学系の前段に配置したり（例えば、特許文献１参照）、あるいは後段に配置したりすることで、使用に供され、その焦点距離を長く設定した方が、短い場合に比べて光学的性能が良好となる特性を有する。
【０００４】
さらに、レーザビーム走査装置は、レーザビームのビーム径を絞って、大きなビーム偏角を与えるように構成すると、高精度なビーム走査が可能となるが、反射光学系を光軸回りに回動するための駆動部が大形となり、小形化の促進が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記レーザビーム走査装置では、反射光学系をビームエキスパンダの前段に配置すると、レーザビームが拡張前で、そのビーム径が小さいことで、反射光学系を小形化することが可能となるが、ビームエキスパンダの光学倍率分だけ大きな偏角が必要となり、その駆動部が大形となるという不都合を有する。
【０００７】
また、反射光学系をビームエキスパンダの後段に配置した場合には、ビーム径が拡張された状態であることで、その偏角が小さくて済むが、その光学系が大口径となり、駆動部が大形となるという不都合を有する。
【０００８】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、小形化の促進を図り得、且つ、安定した高精度なビーム走査を実現し得るようにしたレーザビーム走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、入射したレーザビームを拡張させる第１の光学系と拡張させたレーザビームを平行光とする第２の光学系を有したビーム径を調整するビームエキスパンダと、このビームエキスパンダの第１の光学系と第２の光学系との間に配され、前記第１の光学系で拡張されたレーザビームを前記第２の光学系に案内してビーム走査する光軸回りに回動自在に設けられた反射光学系と、この反射光学系を光軸回りに回動制御してビーム偏角を制御し、レーザビームを前記ビームエキスパンダの第２の光学系を介してビーム走査する偏角制御手段とを備えてレーザビーム走査装置を構成した。
【００１０】
上記構成によれば、反射光学系を、ビーム走査の倍率に応じてビームエキスパンダの第１の光学系と第２の光学系との間の光軸上であって、第２の光学系の焦点との間の距離ｆ1と、第２の光学系との距離ｆ2との比に基づいて設定される任意位置に回動自在に配置し、その反射光学系を回動制御して、その回転角に応じてビームエキスパンダの第１の光学系に導かれたレーザビームのビーム偏角が制御されて第２の光学系から目標方向にビーム走査される。
【００１１】
これにより、ビームエキスパンダの空間を利用しての反射光学系の配置が実現されると共に、そのビーム径の最小化が図れて、反射光学系の小形化が図れ、しかも、ビームエキスパンダを、小形化を保ったうえで、その焦点距離を長く設定することが可能となり、その光学的性能の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、小形化の促進を図り得、且つ、安定した高精度なビーム走査を実現し得るようにしたレーザビーム走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施の形態に係るレーザビーム走査装置の配置構成を説明するために示した平面図である。
【図２】図１のビームエキスパンダの光学系と反射光学系の配置構成を説明するために示した平面図である。
【図３】図２のビーム径を拡張したうえで、レーザビームを偏角する機能を説明するために示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、この発明の一実施の形態に係るレーザビーム走査装置を示すもので、機器本体１０には、ビームエキスパンダ１１及び光源１２が収容され、そのビーム出射口が例えば直交する二軸回りに回転自在に設けられている。
【００１６】
ビームエキスパンダ１１は、例えば凹レンズで形成される第１の光学系１１１と、凸レンズで形成される第２の光学系１１２とで構成され、第１の光学系１１１に入射されたレーザビームを拡がり角や光軸を変化させることなくビーム径を拡張させて第２の光学系１１２から出射させる。この第１及び第２の光学系１１１，１１２は、その光軸が直交されて配置される（図２参照）。
【００１７】
そして、ビームエキスパンダ１１の第１及び第２の光学系１１１，１１２は、同一光軸上に直交配置され、その光軸上の交点位置には、反射光学系を構成するチルトミラーやガルバノミラー等の反射ミラー１３が光軸と直交する軸回りに回動調整自在に配置されている。
【００１８】
このうち第１の光学系１１１は、上記光源１２の出射口に対向されて配置され、この光源１２から出射されたレーザビームが入射されると、ビーム径を拡張して上記反射ミラー１３を経由して第２の光学系１１２に出射する。他方の第２の光学系１１２は、機器本体１０の出射口に対向されて配置され、機器本体１０の移動位置に応じてレーザビームを目標方向に所定の駆動偏角を有して出射する。
【００１９】
上記反射ミラー１３は、偏角制御手段を構成するミラー駆動部１４に軸回りに回動自在に支持される。そして、このミラー駆動部１４には、偏角制御器１５が接続される。この偏角制御器１５は、ビーム走査指令情報に基づいてミラー駆動信号を生成してミラー駆動部１４を駆動制御して反射ミラー１３を光軸と直交する軸回り回転角を制御し、第２の光学系１１２への反射光軸の偏角を後述するように可変制御させる。
【００２０】
これにより、この第２の光学系１１２には、第１の光学系１１１でビーム径の拡張されたレーザビームが反射ミラー１３を経由して導かれ、その入射されたレーザビームを平行光に変換して機器本体１０の出射口から目標方向に向けて所望の偏角θを有して出射させてビーム走査を実行する。
【００２１】
上記構成において、ビームエキスパンダ１１の第２の光学系１１２の焦点距離ｆは、図２及び図３に示すように第１の光学系１１１、反射ミラー１３、第２の光学系１１２で形成される光軸上であって、第２の光学系１１２と反射ミラー１３との距離をｆ2とし、反射ミラー１３と第２の光学系１１２の焦点Ｆまでの距離をｆ1とすると、
ｆ＝ｆ1＋ｆ2
となる。
【００２２】
ここで、反射ミラー１３は、ミラー駆動部１４を介して図２中時計方向に偏角δだけ回動されると、該反射ミラー１３と第２の光学系１１２との間の偏角が２δと２倍となる（図３参照）。このように反射ミラー１３に偏角δが与えられると、第２の光学系１１２は、第１の光学系１１１に入射されて反射ミラー１３を経由して導かれたレーザビームに基づく焦点Ｆの鏡像位置が、該反射ミラー１３に偏角δを与える前と、偏角δを与えた後とで変化されて、位置ずれΔが発生する。この第２の光学系１１２の焦点Ｆの鏡像の位置ずれΔは、
Δ＝ｆ1×ｔａｎ２δ
の式で表される。
【００２３】
この焦点Ｆの鏡像に発生する位置ずれΔにより、第２の光学系１１２の出射光軸は、その偏角θが
θ＝ｔａｎ-1（Δ/ｆ）
＝ｔａｎ-1（（ｆ1×ｔａｎ２δ）／ｆ）
となる。
【００２４】
この結果、ビームエキスパンダ１１の第１の光学系１１１に入射されたビーム径φdのレーザビームは、反射ミラー１３を経由して第２の光学系１１２に導かれると、ビーム径φd´に拡張された状態で、その偏角がθで機器本体１０の出射口より出射される（図３参照）。
【００２５】
即ち、レーザビームを目標方向にビーム走査するには、先ず、ビーム走査指令情報が偏角制御部１５に入力される。すると、偏角制御器１５は、そのビーム走査指令情報に基づいてミラー駆動信号を生成してミラー駆動部１４を駆動制御し、反射ミラー１３の偏角δを可変制御する。この反射ミラー１３の偏角δに応じて上記第１の光学系１１１に入射されたレーザビームは、第２の光学系１１２から所望の偏角θを有して目標に向けて出射される。
【００２６】
このように、上記レーザビーム走査装置は、回動自在な反射ミラー１３を、ビーム走査の倍率に応じてビームエキスパンダ１１の第１の光学系１１１と第２の光学系１１２との間の光軸上であって、第２の光学系１１２の焦点Ｆとの間の距離ｆ1と、第２の光学系１１２との距離f2との比に基づいて設定される任意位置に回動自在に配置し、反射ミラー１３を回動制御して、その回転角に応じてビームエキスパンダ１１の第１の光学系１１１に導かれたレーザビームのビーム偏角を制御して第２の光学系１１２から目標方向にビーム走査するように構成した。
【００２７】
これによれば、ビームエキスパンダ１１の空間を利用して反射ミラー１３の配置が実現されると共に、レーザビームのビーム径の最小化が図れて、反射ミラー１３の小形化が図れ、しかも、ビームエキスパンダ１１を、小形化を保ったうえで、光学的性能に影響を及ぼす焦点距離を長く設定することが可能となるため、その光学的性能の向上を図ることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、第１の光学系１１１を凹レンズで形成して、第２の光学系１１２を凸レンズで形成するように構成したビームエキスパンダ１１を用いて構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他のレンズ構造のものにおいても適用可能で、同様に有効な効果が期待される。
【００２９】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００３０】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００３１】
１０…機器本体、１１…ビームエキスパンダ、１１１…第１の光学系、１１２…第２の光学系、１２…電源、１３…反射ミラー、１４…ミラー駆動部、１５…偏角制御器。
【図１】
2011186330.tif 000003
【図２】
2011186330.tif 000004
【図３】
2011186330.tif 000005