(57)【要約】【課題】簡素且つコンパクトでありながら、光源の波長特性を気にすることなく、任意径の真円の光束を出射できる光束径調整装置を提供する。【解決手段】光源ＯＳからの光束を通過させるスリット６ａを有するスリット部材６と、スリット部材６に取り付けられ、スリット６ａの長さを規制する規制部材７ｂ、７ｂと、スリット６ａを通る軸線回りに、スリット部材６を回転させる駆動装置としてのダイレクトドライブモータＤＭを有するので、規制部材７ｂ、７ｂによりスリット６ａの長さを規制したスリット部材６を回転させることで、波長依存性を与えることなく、真円であり且つスリット６ａの長さに応じた径の光束Ｌを創成することができる。【選択図】図１
2008046213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を通過させるスリットを有するスリット部材と、
前記スリット部材に取り付けられ、前記スリットの長さを規制する規制部材と、
前記スリットを通る軸線回りに、前記スリット部材を回転させる回転装置とを有することを特徴とする光束径調整装置。
【請求項２】
前記規制部材を前記スリット部材に対して変位させる変位装置を有することを特徴とする請求項１に記載の光束径調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と被照射部との間に配置されて、光源からの光束を所定の径で被照射部に向かって照射する光束径調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば光ビーム走査装置において、記録面上に集光させるレーザビームの径、すなわち集光ビーム径は、画像の記録または画像の読取り（以下単に画像の記録という）密度すなわち走査線密度によって変更する必要が生じる。例えば画像の記録（読取り）密度を下げる場合、すなわち走査線密度を下げる場合には、集光ビーム径を大きくする必要がある。
【０００３】
集光ビーム径を変更する方法として、従来より次の２つの方法が提案されている。第１の方法は開口絞りを用いる方法である（特許文献１参照）。第２の方法は光学系の倍率変更による方法である。第１の方法は光ビームのコリメート光（平行光）部分に開口絞りを挿入し、コリメートビーム（平行ビーム）の光束径を制限することにより、つまりケラレを利用することにより集光ビーム径を大きくするものである。
【０００４】
しかるに、一般に集光ビーム径ｄは式：ｄ＝Ｋλｆ／Ｄで表される。ここにＫは係数、λはビーム波長、ｆは走査レンズ（集光レンズ）の焦点距離、Ｄは走査レンズに入射するビームの光束径（以下入射ビーム径）である。またビーム径ｄは、その出力最大点に対し１／ｅ2（≒０．１３５）の強度に対応する径（直径）である。
【０００５】
上述の式から明らかなように、集光ビーム径ｄを拡大するためには入射ビーム径Ｄを小さくすればよい。すなわち第１の方法は、この入射ビーム径Ｄを変えることによりビーム径ｄを制御するものである。例えば集光ビーム径ｄ＝１０μｍの時の入射ビーム径をＤ0とし、ビームをｄ＝１３μｍに拡大するためには、レンズ入射ビーム径ＤをおおよそＤ＝１０／１３＝０．７７Ｄ0に絞るような開口絞りを入射ビーム（平行ビーム）に介在させればよい。
【０００６】
一方、第２の方法においては、走査レンズに入射するコリメートビーム径は一般的に大きく、そのような径のビームを生成するためにビームエキスパンダ系が用いられる。そしてこのエキスパンダ系の光学倍率を可変とすることにより集光ビーム径を可変とするものである。
【特許文献１】特開昭５６−１４１６６２号公報
【特許文献２】特開平１０−６２７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前記第１の方法では、開口絞りを用いて入射ビームの一部を遮光することにより集光ビーム径を拡大するため、入射ビームの光利用効率が低下するという問題がある。集光ビーム径を大きくするのは走査線密度を下げて記録密度を粗くするためであり、この時に必要な光量は集光ビーム径が小さい高密度記録時よりも大きくなる。それにもかかわらず、実際には開口絞りにより遮光される光量が増えて、集光ビームとして得られる光量は減少することになる。
【０００８】
これに対し第２の方法では、エキスパンダ系としてレンズを用いた複数の光学系またはズーム系が必要になる。このため光路長が長くなると共に、光学系自体や可動調整機構などが複雑で高価になるという問題がある。更に、レンズを用いているため、光源の波長依存性を無視できないという問題もある。
【０００９】
更に、特許文献２には、レーザビームの一部の光束を偏光を利用して分割し、偏光状態が異なる部分を集光することによりビーム径を拡大する技術が開示されている。ところが、特許文献２の技術では偏光を利用するために光学系が複雑となり、大がかりな装置となっている。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、簡素且つコンパクトでありながら、光源の波長特性を気にすることなく、任意径の真円の光束を出射できる光束径調整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】
【００１１】
本発明の光束径調整装置は、
光源からの光束を通過させるスリットを有するスリット部材と、
前記スリット部材に取り付けられ、前記スリットの長さを規制する規制部材と、
前記スリットを通る軸線回りに、前記スリット部材を回転させる回転装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光束径調整装置によれば、光源からの光束を通過させるスリットを有するスリット部材と、前記スリット部材に取り付けられ、前記スリットの長さを規制する規制部材と、前記スリットを通る軸線回りに、前記スリット部材を回転させる回転装置とを有するので、前記規制部材により前記スリットの長さを規制した前記スリット部材を、前記回転装置により回転させることで、波長依存性を与えることなく、真円であり且つ前記スリットの長さに応じた径の光束を創成することができる。
【００１３】
前記規制部材を前記スリット部材に対して変位させる変位装置を有すると、前記スリット部材を回転させながら、前記規制部材の位置すなわちスリット長を可変とできるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる光束径調整装置の斜視図である。図２は、本実施の形態にかかる光束径調整装置の断面図である。図３は、光束径の調整状態を示す図である。
【００１５】
図２において、光束径調整装置１０は、固定部１と、中空円筒状の回転部２とを有する。固定部１は、中央に固定軸１ａを有し、端部周辺にステータ１ｂを有している。固定軸１ａを含む固定部１内を、軸線方向に貫通する孔１ｃが形成されている。固定軸１ａの外周面には、絶縁体３を介して、４つの玉軸受４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの内輪が、互いに隔置されて固定されている。玉軸受４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの外輪は、絶縁体５を介して、回転部２の内周面に固定されている。
【００１６】
固定部１ａを内包する回転部２は、図２で左端に、孔１ｃに対向して設けられ図２で上下に延在するスリット６ａを有するスリット部材６を取り付けている。スリット部材６には、スリット６ａの両端近傍に、それぞれ変位装置７を配置している。
【００１７】
各変位装置７は、ケース７ａと、ケース７ａに対して出入り自在に移動可能な板状の規制部材７ｂと、ケース７ａ内で互いに絶縁された状態で連結された形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆとからなる。形状記憶合金７ｃの自由端は規制部材７ｂに連結され、形状記憶合金７ｆの自由端はケース７ａの底部に連結される。形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、通電により自己発熱で膨張し、非通電により冷却されて収縮する特性を有する。
【００１８】
図示していないが、それぞれ形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆの一端は、玉軸受４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの外輪に、独立して配線Ｈ１により接続されており、他端はケース７ａに接地されている。一方、玉軸受４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの内輪は、固定軸１ａを通る配線Ｈ２により、それぞれ独立して外部の駆動装置ＤＲに接続されている。
【００１９】
回転部２の外周には、固定部１に設けられたステータ１ｂに対向して、ロータ２ａが形成されている。ステータ１ｂと、ロータ２ａとで、公知のダイレクトドライブモータ（回転装置）ＤＭを構成する。ダイレクトドライブモータＤＭについては、よく知られているため、以下に詳細は記載しない。
【００２０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図１に示すように、半導体レーザなど外部の光源ＯＳより、光束径調整装置１０に向かって、任意の径の光束Ｌが照射されているものとする。図２において、かかる光束Ｌは、固定部１の孔１ｃを通過しスリット６ａに照射されることとなる。ここで、スリット６ａ上で対向する規制部材７ｂ、７ｂに規制されながらスリット６ａを通過した光束は、規制部材７ｂ、７ｂの間隔Δの長さ、及びスリット６ａの幅で規制された光束となって光束径調整装置１０の外部へと照射される。
【００２１】
かかる状態で、ダイレクトドライブモータＤＭに不図示のドライバから電力を供給すると、ステータ１ｂに対してロータ２ａに回転力が生じ、所定の速度で回転部２が回転するようになる。これによりスリット部材６も回転するので、図１に示すように、スリット６ａから出射される光束も軸線回りに回転し、これにより直径Δの真円である光束を出射できることとなる。特に、スリット部材６を一定速で高速回転させれば、出射される光束の光強度分布は均一となる。
【００２２】
ここで、駆動装置ＤＲから配線Ｈ２を介して電力を供給すると、玉軸受４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ及び配線Ｈ１を介して、形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆのいずれかに電力が供給されるようになる。しかるに、例えば形状記憶合金７ｃ、７ｄのみに電力が供給されたときは、形状記憶合金７ｃ、７ｄのみが通電されて、図２に示すように形状記憶合金７ｃ、７ｄのみが膨張するようになる。これにより規制部材７ｂを、スリット６ａに沿って軸線に近づく方に移動させることができ、それによりスリット６ａから射出されるの光束Ｌの長さを変えることができる。光束Ｌの長さを変えることによって、光束径調整装置１０から出射される光束Ｌの径を調整することができる。
【００２３】
明らかであるが、形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、それぞれ通電されることで独立して膨張することができるので、いずれの形状記憶合金に通電するかで、規制部材７ｂの位置を任意に変えることができる。図３（ａ）は、多い数の形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆに通電した状態での規制部材７ｂの位置と、光束Ｌの径を示しており、図３（ｂ）は、それより少ない数の形状記憶合金７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆに通電した状態での規制部材７ｂの位置と、光束Ｌの径を示している。
【００２４】
本実施の形態の光束径調整装置１０によれば、光源ＯＳからの光束を通過させるスリット６ａを有するスリット部材６と、スリット部材６に取り付けられ、スリット６ａの長さを規制する規制部材７ｂ、７ｂと、スリット６ａを通る軸線回りに、スリット部材６を回転させる駆動装置としてのダイレクトドライブモータＤＭを有するので、規制部材７ｂ、７ｂによりスリット６ａの長さを規制したスリット部材６を回転させることで、波長依存性を与えることなく、真円であり且つスリット６ａの長さに応じた径の光束Ｌを創成することができる。又、外部の駆動装置ＤＲからの駆動により、スリット部材６を回転させている間でも、規制部材７ｂ、７ｂを変位させて、光束Ｌの径を調整できる。
【００２５】
本発明によれば、純粋に機械的な構造体から構成されているために、極めて簡易な構造で、光路長を変化させることなく光束径を変化させることができる。さらに、光束径を任意に変化させることで、レーザ加工装置やレーザ露光装置などのプロセスにおいて線幅に応じたライン描画ができる上に、光束径を真円化できるので、様々な方向に光束を動かしても線幅が変化しないという利点がある。従って、レーザ加工やレーザ露光装置などの露光スポットの照射量制御として使用すると、特に有効である。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、回転を変位装置７を用いることなく、規制部材７ｂ、７ｂに形成した長孔に挿通したねじを用いてスリット部材６に取り付けることもできる。かかる場合、光束の径Ｌの調整は、回転部２を静止した状態で、規制部材７ｂ、７ｂをスリット６ａに沿ってずらすことで行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態にかかる光束径調整装置の斜視図である。
【図２】本実施の形態にかかる光束径調整装置の断面図である。
【図３】光束径の調整状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 固定部
１ａ 固定軸
１ｂ ステータ
１ｃ 孔
２ 回転部
２ａ ロータ
３ 絶縁体
４Ａ〜４Ｄ 玉軸受
５ 絶縁体
６ スリット部材
６ａ スリット
７ 変位装置
７ａ ケース
７ｂ 規制部材
７ｃ〜７ｆ 形状記憶合金
１０ 光束径調整装置
ＤＭ ダイレクトドライブモータ
ＤＲ 駆動装置
Ｈ１ 配線
Ｈ２ 配線
Ｌ 光束
ＯＳ 光源
【図１】
2008046213.tif 000003
【図２】
2008046213.tif 000004
【図３】
2008046213.tif 000005