(57)【要約】　　　（修正有）【課題】１次回折光のビーム強度を向上させ、かつ小型で高い耐震性を有する、音響光学装置を提供する。【解決手段】音響光学装置１０は、例えばレーザビームの変調に使用されるものであって、ケーシング１２内に設けられた音響光学素子１８の中心に外部からのレーザビームを所定の入射角で入射するようにケーシング１２に第１窓１４を設けると共に、音響光学素子１８から出射される１次回折光２４をケーシング１２の外側に導く第２窓１６を設け、更に音響光学素子１８を透過した０次回折光２６を受ける光センサ３０を備えてなる。【効果】０次回折光２６をモニタするので、１次回折光２４のビーム強度が向上し、さらにケーシング１２と０次回折光をモニタする光センサ３０とを一体化することで音響光学装置１０の小型化ならびに耐震性が向上する。【選択図】　　図１
2004078060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの変調に使用される音響光学装置であって、
ケーシング、
前記ケーシング内に設けられた音響光学素子、
前記ケーシングに設けられ、前記レーザビームを所定の入射角度をもって前記音響光学素子の中心に入射するように導く第１窓、
前記ケーシングに設けられ、前記音響光学素子から出射される１次回折光を、前記ケーシングの外側に導く第２窓、および
前記ケーシング内の前記音響光学素子を透過した０次回折光を受ける位置に設けられる光センサを備える、音響光学装置。
【請求項２】
前記ケーシング内に設けられて前記音響光学素子を透過した前記０次回折光を前記光センサに導くためのミラーをさらに備える、請求項１記載の音響光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は音響光学装置に関し、特にたとえばレーザビームの変調に使用される音響光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１次回折光のビーム強度は、音響光学素子を駆動するドライバからの高周波電力によって決まる。音響光学素子ドライバは８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ、数Ｗの高周波電力を発生させるが、ドライバ運転時の発熱に伴う内部半導体素子の特性変化により、出力電力を一定にするのは極めて困難である。また、レーザビームのビーム強度が変化した場合も、１次回折光のビーム強度が変化する。
【０００３】
従って、音響光学素子によってレーザビームを変調して得られる１次回折光が、設定値通りに安定して供給されるためには、１次回折光のビーム強度をモニタし、音響光学素子のドライバへフィードバックする必要がある。従来は、例えば、特開２００１−２８６３３９号公報［Ｇ０１Ｎ２１／００］の図１に示すように、１次回折光の光路上にビームサンプラのような光学素子を配置して１次回折光を２方向に分割し、モニタした１次回折光のビーム強度を音響光学素子のドライバへフィードバックすることで１次回折光のビーム強度を制御していた。
【０００４】
一方、音響光学素子を透過した変調されていない０次回折光は不必要なため、０次回折光と１次回折光とを分離できる位置において０次回折光の光路を遮断していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の音響光学装置では、ビームサンプラによって１次回折光を分割していたため、１次回折光のビーム強度が低減してしまうという問題があった。
【０００６】
また、ビームサンプラ、および０次回折光を遮断する部品によって、装置が大型かつ複雑化していた。更に、ビームサンプラによる光路の偏向、ビームサンプラから受ける振動による光路の振動などの要因によって、ビームサンプラ以降の光学部品において光路の調整が困難であった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、１次回折光のビーム強度を向上させ、かつ小型で高い耐震性を有する、音響光学装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、レーザビームの変調に使用される音響光学装置であって、ケーシング、このケーシング内に設けられた音響光学素子、ケーシングに設けられ、レーザビームを所定の入射角度をもって音響光学素子の中心に入射するように導く第１窓、ケーシングに設けられ、音響光学素子から出射される１次回折光を、ケーシングの外側に導く第２窓、およびケーシング内の音響光学素子を透過した０次回折光を受ける位置に設けられる光センサを備える、音響光学装置である。
【０００９】
【作用】
音響光学素子に入射するレーザビームは、音響光学素子により変調され、回折した１次回折光と、変調されずに音響光学素子を透過した０次回折光とに分かれる。音響光学素子に入射するレーザビームのビーム強度と、１次回折光及び０次回折光のビーム強度との間には次のような関係がある。
【００１０】
【数１】
１次回折光ビーム強度＋０次回折光ビーム強度＝入射ビーム強度（一定）
従って、モニタしたい１次回折光のビーム強度は上述の数１を変形することにより、０次回折光のビーム強度をモニタし、１次回折光のビーム強度へ換算することで測定することができる。
【００１１】
【数２】
１次回折光ビーム強度＝入射ビーム強度（一定）−０次回折光ビーム強度
また、０次回折光をモニタすることにより、ビームサンプラと０次回折光を遮断する部品が不必要となる。
【００１２】
０次回折光と１次回折光が非常に接近しているため、第２窓と光センサとが干渉しない位置までケーシングの幅寸法を大きくする必要があったが、ケーシング内に０次回折光を光センサに導くミラーを配置することにより、ケーシングの寸法を小型化することが可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、１次回折光を分割してモニタするのではなく、０次回折光をモニタするため、１次回折光のビーム強度が向上する。また、ビームサンプラと０次回折光を遮断する部品をなくし、ケーシングと０次回折光をモニタする光センサとを一体化することで、音響光学装置が小型化できる。更に、音響光学装置の部品点数が減少したことで、耐震性が向上する。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】
図１に示すこの発明の一実施例の音響光学装置１０は、ケーシング１２を含み、このケーシング１２は、例えば黒色の樹脂、または内部の黒色表面処理を施した金属で作製され、直方体形状である。また、ケーシング１２の内部は、ケーシング１２の側面に設けられた第１窓１４と第２窓１６以外から、見えないようになっている。
【００１６】
ケーシング１２内に配置した音響光学素子１８は、例えばＴｅＯ２のような直方体形状の光学結晶であり、音響光学素子１８の側面にはトランスデューサ２０が接着されている。このトランスデューサ２０に８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ、数Ｗの高周波電力が与えられることで、接着している音響光学素子１８に弾性波（進行波）が接着面に対して垂直方向に発生し、音響光学素子１８の結晶構造が粗密となる。そして、結晶構造の粗密に伴い、音響光学素子１８内部に屈折率が異なる層が形成されるため、音響光学素子１８は透過型回折格子と同様の働きをし、入射したレーザビーム２２を回折させる。音響光学素子１８からの１次回折光２４の回折角θは、入射したレーザビーム２２の波長λ及びトランスデューサ２０に与えられた高周波電力の周波数ｆに依存し、次式より求められる。
【００１７】
【数３】
θ＝λ×ｆ／Ｖ
ここで、Ｖは音響光学素子１８の光学結晶中の音速である。
【００１８】
また、音響光学素子１８の１次回折光２４の回折効率はトランスデューサ２０へ与えられる高周波電力に依存し、トランスデューサ２０に与えられる電力と音響光学素子１８の回折効率との関係は図２のようになっている。
【００１９】
ケーシング１２の側面には、レーザビーム２２が入射するための第１窓１４がある。図２に示すような回折効率を得るためには、図３に示すように、レーザビーム２２は上述の数３から算出される角度をもって音響光学素子１８の中心に入射させなければならないので、第１窓１４は、レーザビーム２２が入射角θをもって第１窓１４から入射すると、音響光学素子１８の中心に入射できる位置に配置されている。すなわち、第１窓１４は、ケーシング１２の側面に設けられ、レーザビーム２２を所定の入射角θをもって音響光学素子１８の中心に入射するように導いている。
【００２０】
そして、第１窓１４と音響光学素子１８に対して反対側に、音響光学素子１８によって変調され、上述の数３によりレーザビーム２２の波長λから算出された回折角θへ回折した１次回折光２４が出射する位置に第２窓１６が配置されている。つまり、第２窓１６は、ケーシング１２の側面に設けられ、音響光学素子１８から出射される１次回折光２４を、ケーシング１２の外側に導いている。
【００２１】
再び図１を参照して、ケーシング１２内の音響光学素子１８を透過した０次回折光２６は、１次回折光２４と非常に接近しているため（回折角θは数十ｍｒａｄ）、ミラー２８を用いて０次回折光２６の光路を偏向させる。このミラー２８を挿入することにより、第２窓１６と光センサ３０とが干渉しない位置までケーシング１２の幅寸法をとる必要がなくなり、ケーシング１２が小型化できる。
【００２２】
また、光センサ３０は偏向した０次回折光２６を受光できるようにケーシング１２に配置される。すなわち、ミラー２８はケーシング１２内の音響光学素子１８を透過した０次回折光２６を光センサ３０に導き、光センサ３０はこの０次回折光２６を受ける位置に設ける。この場合、出来る限り０次回折光２６が光センサ３０の中心に入射するように光軸を調整することが望ましい。
【００２３】
上記のようにトランスデューサ２０に与えられる高周波電力と音響光学素子１８の回折効率との間には図２に示されるような関係があるので、音響光学素子１８の透過率は１００％から回折効率を差し引いた値となる。従って、透過光（０次回折光２６）を受光している光センサ３０からの出力電圧は図４のような曲線を描き、０次回折光２６のビーム強度はトランスデューサ２０に与えられる電力０Ｗのときに最大となる。そこで、トランスデューサ２０に与えられる電力が０Ｗのときに、光センサ３０の出力が、例えば１０Ｖになるように、光センサ３０のアンプのゲインを予め調整しておく。
【００２４】
図５はこの実施例の音響光学装置１０を用いたビーム強度制御部のブロック図である。この図に示すように、音響光学装置１０内の音響光学素子１８を透過した０次回折光２６は光センサ３０に入射し、光センサ３０からは図４に示した出力電圧が発生する。実際にモニタしたい１次回折光２４のビーム強度と光センサ３０によってモニタしている０次回折光２６のビーム強度とは、上述の数３で示される関係にあるため、ビーム強度制御部には、０次回折光２６のビーム強度から１次回折光２４のビーム強度に換算するための電圧補正回路３２を設け、０次回折光のビーム強度をモニタしている光センサ３０からの出力電圧を１次回折光２４のビーム強度に対する値に補正する。
【００２５】
電圧補正回路３２は、図６に示すように、オペアンプ３４と基準電圧３６を含み、オペアンプ３４を用いて光センサ３０からの０〜１０Ｖの出力電圧と基準電圧３６（１０Ｖ）との差分をとることで、０次回折光２６のビーム強度から１次回折光２４のビーム強度に比例した補正電圧へ補正する。
【００２６】
再び図５を参照して、図６の電圧補正回路３２で補正された補正電圧は、図５のビーム強度設定部３８にて設定された電圧と比較される。ビーム強度設定部３８は図示しないが可変抵抗を含み、１次回折光２４のビーム強度が最大になるときを１０Ｖとして、最大ビーム強度の相対値を０〜１０Ｖの範囲で設定できる。
【００２７】
誤差電圧増幅部４０は第１オペアンプと第２オペアンプ（いずれも図示せず）を含み、第１オペアンプはビーム強度設定部３８にて設定した設定電圧と電圧補正回路３２から出力された補正電圧の差分を取り、誤差電圧を生成する。また、第２オペアンプは比例ゲインをかけて誤差電圧を増幅する。増幅された誤差電圧は、音響光学素子ドライバ４２に高周波電力出力量を指令値として与えられる。
【００２８】
具体的には、１次回折光２４のビーム強度が設定値よりも低ければ、音響光学素子ドライバ４２の出力を増加させ、逆に設定値よりも高ければ、出力を減少させるように指令することで１次回折光２４の安定化を図る。
【００２９】
図７はこの発明の他の実施例を示し、この実施例では、ミラー２８を用いずに、０次回折光２６を直進させ、第２窓１６と光センサ３０とをケーシング１２の同じ側面に配置している。
【００３０】
但し、０次回折光２６は、上記のように１次回折光２４と非常に接近しているため（回折角θは数十ｍｒａｄ）、第２窓１６と光センサ３０とが接触しないようにケーシング１２の寸法を設計する必要がある。その結果、図１に示す実施例に比べて、耐震性はさらに向上する。従って、使用するレーザが長波長である場合やトランスデューサ２０に与える高周波電力の周波数が高い場合には有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である音響光学装置の透視斜視図である。
【図２】図１の音響光学素子に供給される高周波電力とその回折効率との関係を示すグラフである。
【図３】同じく音響光学素子に入出射する理想的ビーム角度を示す上面図である。
【図４】０次回折光を光センサで測定した場合のセンサの出力電圧を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施例における音響光学装置を用いたビーム強度制御部のブロック図である。
【図６】図５における電圧補正回路の具体的な回路図である。
【図７】図１に相当する他の実施例を示す透視斜視図である。
【符号の説明】
１０　・・・音響光学装置
１２　・・・ケーシング
１４　・・・第１窓
１６　・・・第２窓
１８　・・・音響光学素子
２０　・・・トランスデューサ
２２　・・・入射レーザビーム
２４　・・・１次回折光
２６　・・・０次回折光
２８　・・・ミラー
３０　・・・光センサ
【図１】
2004078060.tif 000003
【図２】
2004078060.tif 000004
【図３】
2004078060.tif 000005
【図４】
2004078060.tif 000006
【図５】
2004078060.tif 000007
【図６】
2004078060.tif 000008
【図７】
2004078060.tif 000009