(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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は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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【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は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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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