DE112014004124T5

DE112014004124T5 - Laserabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE112014004124T5
Application number: DE112014004124.6T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Matozaki; Hironori Nakahara; Tomo Kishigami; Nobuo Takeshita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: US9470889B2; CN105518512A; WO2015033494A1; DE112014004124B4; JP6045708B2; CN105518512B; US20160223810A1; JPWO2015033494A1

Abstract

Angegeben werden mehrere Laserlichtquellen (101, 102, 103); Prismen (301, 302) zum Empfangen eines Laserlichts aus jeder der Laserlichtquellen und zum Lenken der empfangenen Laserlichter in Richtung einer optischen Konvergenzachse; eine Blende (53), die so angeordnet ist, dass sie in einer vorgegebenen Justierungsrichtung in Bezug auf die von den Prismen emittierten Laserlichter justierbar ist; und ein Abtastspiegel (500) zum Empfangen der Laserlichter von den Prismen durch die Blende und Reflektieren der empfangenen Laserlichter zu einer Abtastposition. Die mehreren Laserlichtquellen sind so ausgerichtet, dass lange Achsenrichtungen von Lichtintensitätsverteilungen mit der vorgegebenen Justierungsrichtung übereinstimmen, wenn die Laserlichter, die von den jeweiligen Laserlichtquellen emittiert werden, in die Blende eintreten.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserabtastvorrichtung mit mehreren Laserlichtquellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine herkömmliche Laserabtastvorrichtung mit mehreren Laserlichtquellen ist beispielsweise eine Laserabtastvorrichtung, die drei Arten von Laserlichtquellen, einschließlich eines roten Lasers, eines grünen Lasers und eines blauen Lasers, nutzt, diese in einer einzigen optischen Achse zusammenfasst und damit anhand eines MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)-Spiegels abtastet. Diese Vorrichtung wandelt Laserlicht, das von den einzelnen Laserlichtquellen emittiert wird, unter Verwendung einer Kondensorlinse oder Kollimatorlinse in ein Licht um, das im Vergleich zu parallelem Licht leicht verschmälert ist, wandelt die einzelnen Laserlichter jeweils in ein Laserlicht um, das eine vorgegebene Form und Größe hat, indem sie bewirkt, dass die einzelnen Laserlichter jeweils durch eine Blende treten (auch als Öffnungsbegrenzungsvorrichtung bezeichnet), lenkt sie in ein und derselben Richtung einer optischen Konvergenzachse unter Verwendung eines Spiegels oder Prismas und tastet damit unter Verwendung ein und desselben MEMS-Spiegels ab (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-107615 (Seiten 5–10, 1)

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDE PROBLEME
Jedoch ist in der Laserabtastvorrichtung wie im Patentdokument 1 die Blende für jede der Laserlichtquellen vorgesehen, so dass jedes von den Laserlichtern eine vorgegebene Form und Größe aufweist, wenn die von den jeweiligen Laserlichtquellen emittierten Laserlichter in der Richtung ein und derselben optischen Konvergenzachse zusammengefasst werden. Eine solche Konfiguration wirft das folgende Problem auf: im Herstellungsprozess der Laserabtastvorrichtung ist es notwendig, für jede Lichtquelle die Kollimatorlinse und die Laserlichtquelle als Einheit zu justieren und dann während der Gesamtmontage erneut eine Positionsjustierung durchzuführen, und daher stellen sich im Herstellungsprozess der Laserabtastvorrichtung viele Justierungsaufgaben.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ihr Ziel ist es, eine Laserabtastvorrichtung mit mehreren Laserlichtquellen anzugeben, die eine einfache Konfiguration aufweist und die eine Verringerung der Justierungsaufgaben im Herstellungsprozess erreicht.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Eine optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: mehrere Laserlichtquellen, wobei jede von den mehreren Laserlichtquellen ein Laserlicht mit einer Lichtintensitätsverteilung von elliptischer Form aufweist; ein Prisma mit einer reflektierenden Oberfläche, wobei das Prisma das Laserlicht aus jeder von den mehreren Laserlichtquellen empfängt und die empfangenen Laserlichter jeweils in einer Richtung einer optischen Konvergenzachse lenkt; eine Blende mit eine Öffnung, durch welche die vom Prisma emittierten Laserlichter treten, wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass eine Position der Öffnung in einer vorgegebenen Justierrichtung justierbar ist; und einen Abtastspiegel zum Empfangen der Laserlichter vom Prisma durch die Blende und zum Reflektieren der empfangenen Laserlichter auf eine Abtastposition, wobei die mehreren Laserlichtquellen so ausgerichtet sind, dass lange Achsenrichtungen der Lichtintensitätsverteilungen an Positionen, an denen die Laserlichter, die von den mehreren Laserlichtquellen emittiert werden, in die Blende eintreten, mit der vorgegebenen Justierrichtung zusammenfallen.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht eine Blende vor auf einem optischen Weg vom Prisma und Abtastspiegel, so dass durch die Blende tretende Lichtstrahlen der jeweiligen vom Prisma reflektierte Laserlichter in einer vorgegebenen Justierrichtung justiert werden können, und die somit von einer einzigen Blende gebildet werden kann, ohne eine Blende für jede einzelne Laserlichtquelle bereitzustellen. Dadurch ist es möglich, eine Laserabtastvorrichtung mit einer einfachen Konfiguration und verringerten Justierungsaufgaben im Herstellungsprozess anzugeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Laserabtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Längsschnittdarstellung der Laserabtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Skizze, die einen Montage- und Justierungsablauf der Laserabtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Skizze, die ein Justierungsziel in einem Schritt des Justierens der Laserabtastvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Lagebeziehungen zwischen Intensitätsverteilungen von Licht aus Laserlichtquellen und einem Lichtstrahl nach dem Durchtritt durch eine Blende darstellt.
5 ist eine Skizze, die einen Montage- und Justierungsablauf einer herkömmlichen Laserabtastvorrichtung darstellt.
ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Laserabtastvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. In 1 sind drei Laserlichtquellen 101, 102 und 103 bereitgestellt. Prismen 301 und 302 sind ebenfalls bereitgestellt. Das Prisma 301 lenkt Laserlicht, das von der Laserlichtquelle 102 emittiert wird, in Richtung einer optischen Konvergenzachse. Das Prisma 302 lenkt Laserlicht, das von der Laserlichtquelle 103 emittiert wird, in Richtung einer optischen Konvergenzachse. In 1 ist eine optische Konvergenzachse L als Achse dargestellt, die parallel zur X-Achse ist. 2 ist eine Längsschnittdarstellung der Laserabtastvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform entlang einer X-Z-Ebene.
In 1 ist die Laserlichtquelle 101 so ausgerichtet, dass sie ein Laserlicht in Richtung der optischen Konvergenzachse emittiert, und daher muss das Laserlicht nicht von einer reflektierenden Oberfläche eines Prismas in die Richtung der optischen Konvergenzachse gelenkt werden. Ferner ist die Blende 53 auf solche Weise in einem optischen Weg vom Prisma 302 zu einem Zweiachsen-Umlenkspiegel 500 angeordnet, dass ihre Position justiert werden kann.
Nun werden Komponenten beschrieben. Ein Gehäuse 10 ist ein Gehäuse der Laserabtastvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform.
Die erste Laserlichtquelle 101 emittiert ein erstes Laserlicht. Zum Beispiel ist die erste Laserlichtquelle 101 ein roter Halbleiterlaser, und das erste Laserlicht ist ein Laserlicht mit einer roten Wellenlänge. In 1 ist sie so angeordnet, dass sie das Licht in der -X-Richtung emittiert. Sie ist außerdem so angeordnet, dass eine Richtung (lange Achsenrichtung), in der eine Strahlungswinkelspezifikation eines Lichtintensitätsverteilungsmerkmals breit ist, mit der Z-Achsenrichtung (der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene von 1) zusammenfällt.
Die erste Laserlichtquelle 101 wird von einer Lichtquellenjustierungsplatte 21 getragen, so dass eine optische Achse des Lichtes, das von der ersten Laserlichtquelle 101 emittiert wird, justiert werden kann. Zum Beispiel wird die erste Laserlichtquelle 101 durch Presspassung oder Klebung an der Lichtquellenjustierungsplatte 21 befestigt; die Lichtquellenjustierungsplatte 21 wird in engen Kontakt mit der Seitenfläche des Gehäuses 10 gebracht, richtungsmäßig in Bezug auf die Oberfläche, die den engen Kontakt hat, präzise justiert und dann durch Schraubverbindung oder Klebung fixiert.
Eine Kollimatorlinse 201 ist in Emissionsrichtung der ersten Laserlichtquelle 101 angeordnet. Die Kollimatorlinse 201 wandelt einen Lichtstrahl des ersten Laserlichts in paralleles Licht um. Die Kollimatorlinse 201 wird von einer Linsenjustierungshalterung 31 getragen. Zum Beispiel werden die Kollimatorlinse 201 und die Linsenjustierungshalterung 31 durch Kleben aneinander fixiert, und die Linsenjustierungshalterung 31 wird auf solche Weise in ein zylindrisches Loch im Gehäuse 10 eingepasst, dass ihre Position in Richtung der optischen Achse präzise justiert werden kann.
Auf diese Weise werden die Lichtquellenjustierungsplatte 21 und die Linsenjustierungshalterung 31 präzise justiert, so dass das parallele Licht des ersten Lasers aus der ersten Laserlichtquelle 101 in Richtung der optischen Konvergenzachse L gelenkt wird. Hierbei bezeichnet präzise justieren eine präzise Positionsjustierung.
Die zweite Laserlichtquelle 102 emittiert ein zweites Laserlicht. Zum Beispiel ist die zweite Laserlichtquelle 102 ein grüner Halbleiterlaser, und das zweite Laserlicht ist ein Laserlicht mit einer grünen Wellenlänge. In 1 ist sie so angeordnet, dass sie das Licht in der -Y-Richtung emittiert. Sie ist außerdem so angeordnet, dass eine Richtung (lange Achsenrichtung), in der eine Strahlungswinkelspezifikation eines Lichtintensitätsverteilungsmerkmals breit ist, mit der Z-Achsenrichtung zusammenfällt.
Die zweite Laserlichtquelle 102 wird von einer Lichtquellenjustierungsplatte 22 getragen, so dass eine optische Achse des Lichtes, das von der zweiten Laserlichtquelle 102 emittiert wird, justiert werden kann. Zum Beispiel wird die zweite Laserlichtquelle 102 durch Presspassung oder Klebung an der Lichtquellenjustierungsplatte 22 befestigt; die Lichtquellenjustierungsplatte 22 wird in engen Kontakt mit der Seitenfläche des Gehäuses 10 gebracht, richtungsmäßig in Bezug auf die Oberfläche, die den engen Kontakt hat, präzise justiert und dann durch Schraubverbindung oder Klebung fixiert.
Eine Kollimatorlinse 202 ist in Emissionsrichtung der zweiten Laserlichtquelle 102 angeordnet. Die Kollimatorlinse 202 wandelt einen Lichtstrahl des zweiten Laserlichts in paralleles Licht um. Die Kollimatorlinse 202 wird von einer Linsenjustierungshalterung 32 getragen. Zum Beispiel werden die Kollimatorlinse 202 und die Linsenjustierungshalterung 32 durch Kleben aneinander fixiert, und die Linsenjustierungshalterung 32 wird auf solche Weise in ein zylindrisches Loch im Gehäuse 10 eingepasst, dass ihre Position in Richtung der optischen Achse präzise justiert werden kann.
Das parallele Licht des zweiten Laserlichts, das von der Kollimatorlinse 202 emittiert wird, wird vom Prismastrahlteiler 301 (der auch als Prisma bezeichnet wird) in Richtung der optischen Konvergenzachse gelenkt. Der Prismastrahlteiler 301 weist eine reflektierende Oberfläche auf, die im Prisma um 45 Grad geneigt ist, und reflektiert einen Lichtstrahl, der aus der -Y-Richtung einfällt, in der -X-Richtung.
Der Prismastrahlteiler 301 wird von einer Prismajustierungshalterung 41 getragen. Zum Beispiel werden der Prismastrahlteiler 301 und die Prismajustierungshalterung 41 durch Kleben aneinander befestigt, und die Prismajustierungshalterung 42 wird in der X-Achsenrichtung präzise gegen eine Seitenfläche des Gehäuses 10 bewegt, so dass die reflektierende Oberfläche des Prismas in der Richtung der X-Achse in 1 präzise bewegt wird. Durch Bewegen der reflektierenden Oberfläche im Prisma in der X-Achsenrichtung, kann der Lichtstrahl, der aus der Reflexion des parallelen Lichts des auf die reflektierende Oberfläche fallenden zweiten Laserlichts resultiert, in der Y-Achsenrichtung justiert werden.
Auf diese Weise werden die Lichtquellenjustierungsplatte 22, die Linsenjustierungshalterung 32 und die Prismajustierungshalterung 41 präzise justiert, so dass das parallele Licht des zweiten Laserlichts aus der zweiten Laserlichtquelle 102 entlang der optischen Konvergenzachse gelenkt wird.
Die dritte Laserlichtquelle 103 emittiert ein drittes Laserlicht. Zum Beispiel ist die dritte Laserlichtquelle 103 ein blauer Halbleiterlaser, und das dritte Laserlicht ist ein Laserlicht mit einer blauen Wellenlänge. In 1 ist sie so angeordnet, dass sie das Licht in der -Y-Richtung emittiert. Sie ist außerdem so angeordnet, dass eine Richtung (lange Achsenrichtung), in der eine Strahlungswinkelspezifikation eines Lichtintensitätsverteilungsmerkmals breit ist, mit der Z-Achsenrichtung zusammenfällt.
Die dritte Laserlichtquelle 103 wird von einer Lichtquellenjustierungsplatte 23 getragen, so dass eine optische Achse des Lichtes, das von der dritten Laserlichtquelle 103 emittiert wird, justiert werden kann. Zum Beispiel wird die dritte Laserlichtquelle 103 durch Presspassung oder Klebung an der Lichtquellenjustierungsplatte 23 befestigt; die Lichtquellenjustierungsplatte 23 wird in engen Kontakt mit der Seitenfläche des Gehäuses 10 gebracht, richtungsmäßig in Bezug auf die Oberfläche, die den engen Kontakt hat, justiert und dann durch Schraubverbindung oder Klebung fixiert.
Eine Kollimatorlinse 203 ist in Emissionsrichtung der dritten Laserlichtquelle 103 angeordnet. Die Kollimatorlinse 203 wandelt einen Lichtstrahl des dritten Laserlichts in paralleles Licht um. Die Kollimatorlinse 203 wird von einer Linsenjustierungshalterung 33 getragen. Zum Beispiel werden die Kollimatorlinse 203 und die Linsenjustierungshalterung 33 durch Kleben aneinander fixiert, und die Linsenjustierungshalterung 33 wird auf solche Weise in ein zylindrisches Loch im Gehäuse 10 eingepasst, dass ihre Position in Richtung der optischen Achse präzise justiert werden kann.
Das parallele Licht des dritten Laserlichts, das von der Kollimatorlinse 203 emittiert wird, wird vom Prismastrahlteiler 302 in Richtung der optischen Konvergenzachse gelenkt. Der Prismastrahlteiler 302 weist eine reflektierende Oberfläche auf, die im Prisma um 45 Grad geneigt ist, und reflektiert einen Lichtstrahl, der aus der -Y-Richtung einfällt, in der -X-Richtung.
Der Prismastrahlteiler 302 wird von einer Prismajustierungshalterung 42 getragen. Zum Beispiel werden der Prismastrahlteiler 302 und die Prismajustierungshalterung 42 durch Kleben aneinander befestigt, und die Prismajustierungshalterung 42 wird in der X-Achsenrichtung präzise gegen eine Seitenfläche des Gehäuses 10 bewegt, so dass die reflektierende Oberfläche des Prismas in der Richtung der X-Achse in 1 präzise bewegt wird. Durch Bewegen der reflektierenden Oberfläche im Prisma in der X-Achsenrichtung, kann der Lichtstrahl, der aus der Reflexion des parallelen Lichts des auf die reflektierende Oberfläche fallenden zweiten Laserlichts resultiert, in der Y-Achsenrichtung justiert werden.
Auf diese Weise werden die Lichtquellenjustierungsplatte 23, die Linsenjustierungshalterung 33 und die Prismajustierungshalterung 42 präzise justiert, so dass das parallele Licht des dritten Laserlichts aus der dritten Laserlichtquelle 103 entlang der optischen Konvergenzachse gelenkt wird.
Ein Bauteil, wo die Prismajustierungshalterungen 41 und 42 aneinander stoßen, ist mit einer abgestuften Struktur versehen und ist so gestaltet, dass keine Lücke, durch welche die Innenseite des Gehäuses sichtbar wäre, gebildet wird, wenn sie jeweils justiert werden.
Die Lichtstrahlen, die entlang der optischen Konvergenzachse L gelenkt werden, treffen durch die weiter unten beschriebene Blende 53 auf den zweiachsigen Umlenkspiegel 500 (auch als Abtastspiegel bezeichnet). In 1 werden die Lichtstrahlen, die entlang der optischen Konvergenzachse L gelenkt werden, von einem Spiegel 401 reflektiert und treffen auf den zweiachsigen Umlenkspiegel 500.
Der Spiegel 401 wird von einer Spiegeljustierungsplatte 60 getragen. Zum Beispiel werden der Spiegel 401 und die Spiegeljustierungsplatte 60 aneinander fixiert, und die Spiegeljustierungsplatte 60 wird auf solche Weise am Gehäuse 10 fixiert, dass ihre Position in X-Achsenrichtung präzise justiert werden kann.
Der zweiachsige Umlenkspiegel 500 beinhaltet einen MEMS-Spiegel 501. Der zweiachsige Umlenkspiegel 500 empfängt ein elektrisches Signal für das zweidimensionale Abtasten und ändert einen Winkel einer reflektierenden Oberfläche des MEMS-Spiegels 501 durch einen Stellantrieb. Auf diese Weise ändert der zweiachsige Umlenkspiegel 500 den Winkel der reflektierenden Oberfläche des MEMS-Spiegels 501, wodurch ein Reflexionswinkel eines Lichtstrahls, der auf den MEMS-Spiegel 501 trifft, verändert wird. Dadurch ist eine Emission auf einen Anzeigebereich in einer X-Z-Ebene möglich. Auch wenn diese Ausführungsform eine zweidimensionale Laserabtastvorrichtung beschreibt, empfängt der Abtastspiegel 500 ein elektrisches Signal zum eindimensionalen Abtasten, wenn eine eindimensionale Laserabtastvorrichtung konfiguriert wird, und ändert einen Winkel einer reflektierenden Oberfläche des MEMS-Spiegels 501 durch einen Stellantrieb.
Der zweiachsige Umlenkspiegel 500 wird von einer MEMS-Spiegelplatte 70 getragen. Zum Beispiel werden der zweiachsige Umlenkspiegel 500 und die MEMS-Spiegelplatte 70 aneinander fixiert, und die MEMS-Spiegelplatte 70 wird am Gehäuse 10 fixiert.
Die Blende 53 ist eine Öffnung, die so konfiguriert ist, dass sie unerwünschtes Licht, das von den Prismen, dem Gehäuse oder anderen Teilen auf dem Weg erzeugt wird, blockiert und nur notwendiges Licht durchlässt. Die Lichtstrahlen aus den jeweiligen Laserlichtquellen, die entlang der optischen Konvergenzachse L gelenkt werden, treten durch die Blende 53 und bilden einen vorgegebenen Lichtstrahl.
Die Blende 53 wird exzentrisch in Bezug auf eine Mittelachse einer zylindrischen Blendenjustierungshalterung 51 angeordnet.
Die Blendenjustierungshalterung 51, die mit der Blende 53 versehen ist, wird exakt in ein zylindrisches Loch im Gehäuse 10 eingeführt.
Das zylindrische Loch im Gehäuse 10 weist eine Öffnung auf, in welche die Blendenjustierungshalterung 51 exakt eingepasst wird, und positioniert die Blendenjustierungshalterung 51 exakt in der Richtung der Mittelachse.
Ferner ist ein Innengewindeabschnitt am Zugangsabschnitt des zylindrischen Loches im Gehäuse 10 vorgesehen, und ein ringförmiger Schraubring 52 mit einem Außengewindeabschnitt auf seiner Außenseite wird drehend in den Zugangsabschnitt eingeführt, so dass die Blendenjustierungshalterung 51 in einem Zustand, in dem sie angemessen mit Druck beaufschlagt wird, im Gehäuse 10 fixiert wird.
Der Außengewindeabschnitt des Schraubrings 52 und der Innengewindeabschnitt des zylindrischen Lochs im Gehäuse 10 sind Feingewinde mit einer schmalen Gewindesteigung, können aber auch Grobgewinde sein.
Ein Spalt ist in einem Teil eines zylindrischen Außenumfangs der Blendenjustierungshalterung 51 parallel zur Mittelachse vorgesehen, und eine Öffnung ist in einer oberen Oberfläche des Gehäuses auf solche Weise vorgesehen, dass der Spalt durch die Öffnung hindurch sichtbar ist.
Die Blendenjustierungshalterung 51 kann unter Verwendung eines exzentrischen Stiftes durch die Öffnung drehend präzise justiert werden.
Wenn die Blendenjustierungshalterung 51 mit dem exzentrischen Stift drehend justiert wird, bewegt sich somit die Blende 53 etwas in der Z-Achsenrichtung (in einer vorgegebenen Justierungsrichtung).
Dadurch ist es möglich, eine Mittelachse der Blende 53 so einzustellen, dass die Mittelachse der Blende 53 mit einer Mitte einer optischen Achse eines Lichtstrahls, der entlang der optischen Konvergenzachse L gelenkt wird, zusammenfällt.
Die Blende 53 ist als Einheit mit der Blendenjustierungshalterung 51 ausgebildet. Jedoch kann ein separates Teil, als Abschnitt mit der Blende 53, dadurch ausgebildet werden, dass eine Öffnung in einer dünnen Metallplatte oder einem Metallblech von geringer Dicke bereitgestellt wird, und dann durch Presspassen, Kleben oder auf andere Weise an der Blendenjustierungshalterung 51 fixiert werden.
Wie oben ist es so gestaltet, dass für jedes der Laserlichter aus den Laserlichtquellen in dem Lichtstrahl, der entlang der optischen Konvergenzachse L gelenkt wird und der in die Blende 53 eintritt, die Richtung, in der die Strahlungswinkelspezifikation des Lichtintensitätsverteilungsmerkmals breit ist (die lange Achsenrichtung), mit der Z-Achsenrichtung zusammenfällt. Mit dieser Konfiguration ist es durch die Justierung in der Z-Achsenrichtung durch die Blendenjustierungshalterung 51 möglich, einen Durchtritt eines vorgegebenen Lichtstrahls des Laserlichts aus den jeweiligen Laserlichtquellen zuzulassen. Somit kann es konfiguriert werden, ohne eine Blende für jede Laserlichtquelle bereitzustellen. Dadurch ist es möglich, eine Laserabtastvorrichtung mit einer einfachen Gestaltung bereitzustellen.
Nun wird ein Verfahren zum Zusammensetzen bzw. zur Montage und zum Justieren der Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Zusammensetzen und Justieren der Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 ist eine Skizze, die ein Justierungsziel in einem Schritt einer Justierungsabfolge der vorliegenden Erfindung und Lagebeziehungen zwischen Intensitätsverteilungen (elliptischen Formen) von Licht aus den Laserlichtquellen und einem Lichtstrahl (kreisförmige schraffierte Region) nach dem Durchtritt durch die Blende darstellt. Hierbei werden Lichtquellen, beispielsweise Halbleiterlaser, mit elliptischen Lichtintensitätsverteilungen als Laserlichtquellen verwendet.
Es wird angenommen, dass beispielsweise ein Laserstrahlprofilmesser bei der Messung für eine Positionsjustierung verwendet wird.
Zuerst wird eine Montage bzw. ein Zusammenbau sämtlicher Komponenten der Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt (Schritt 01).
Dann wird die erste Laserlichtquelle 101 eingeschaltet (Schritt 11).
Dann wird die Position eines Lichtemissionspunkts der ersten Laserlichtquelle 101 justiert (Schritt 12). Hierbei werden die Lichtquellenjustierungsplatte 21 und die Linsenjustierungshalterung 31, welche die Kollimatorlinse 201 trägt, so justiert, dass das parallel gerichtete Licht in Richtung der optischen Konvergenzachse L gelenkt wird.
Dann wird eine Justierung zum Anpassen des Lichtemissionspunkts der ersten Laserlichtquelle 101 an eine Brennweite der Kollimatorlinse 201 durchgeführt (Schritt 13). Durch Anpassen des Lichtemissionspunkts des Halbleiterlasers 101 an die Brennweite der Kollimatorlinse 201 wird das Licht, das durch die Kollimatorlinse tritt, zu parallel ausgerichtetem Licht. Da die tatsächlichen Komponenten jedoch eine Toleranz in Bezug auf die optische Achse der Kollimatorlinse und eine Toleranz in Bezug auf den Lichtemissionspunkt des Halbleiterlasers haben, wird der erste Halbleiterlaser 101 in einer Ebene so ausgerichtet, dass ein vorgegebener Emissionswinkel erhalten wird.
Dann wird die Auftreffposition am reflektierenden Spiegel 401 unter Verwendung der Spiegeljustierungsplatte 60 justiert (Schritt 14). Durch Bewegen der Spiegeljustierungsplatte 60 in der X-Richtung mit einem exzentrischen Stift, um die Auftreffposition am reflektierenden Spiegel 401 einzustellen, wird die Auftreffposition in der X-Richtung, an der das Licht, das vom reflektierenden Spiegel 401 reflektiert wird, auf den MEMS-Spiegel 501 trifft, justiert.
Dann wird die Auftreffposition am MEMS-Spiegel 501 in der Z-Richtung unter Verwendung der Blendenjustierungshalterung 51 justiert (Schritt 15). Durch drehendes Bewegen der Blendenjustierungshalterung 51 mit einem exzentrischen Stift kann die Auftreffposition am MEMS-Spiegel 501 in der Z-Richtung justiert werden.
4(A) zeigt eine Lagebeziehung zwischen dem Justierungsziel und der Intensitätsverteilung des Lichtes aus der ersten Laserlichtquelle 101 und dem Lichtstrahl (der kreisförmigen schraffierten Region) nach dem Durchtritt durch die Blende 53 vor der Justierung in Schritt 15. Durch die Durchführung der Justierung in Schritt 15 wird die Position (schraffierte Region) des kreisförmigen ersten Lichtstrahls aus der ersten Laserlichtquelle 101 nach dem Durchtritt durch die Blende 53 auf die Position des Justierungsziels justiert, wie in 4(B) dargestellt ist.
Dann wird unter Verwendung des Laserstrahlprofilmessers bestimmt, ob der kreisförmige erste Lichtstrahl, nachdem er durch die Blende 53 getreten ist, einen gewünschten Emissionswinkel und Lichtstrahldurchmesser aufweist (Schritt 16); falls kein Problem besteht (falls OK), geht der Ablauf zum nächsten Schritt 21 weiter; falls ein Problem besteht (falls nicht OK), kehrt der Ablauf zu Schritt 11 zurück, und die Justierung wird erneut durchgeführt.
Dann werden die zweite Laserlichtquelle 102 und die dritte Laserlichtquelle 103 eingeschaltet (Schritt 21).
Dann werden die Positionen der Emissionspunkte der zweiten Laserlichtquelle 102 und der dritten Laserlichtquelle 103 justiert (Schritt 22).
Dann wird eine Justierung zum Anpassen des Lichtemissionspunkts der zweiten Laserlichtquelle 102 an eine Brennweite der Kollimatorlinse 202 und zum Anpassen des Lichtemissionspunkts der dritten Laserlichtquelle 103 an eine Brennweite der Kollimatorlinse 203 durchgeführt (Schritt 23).
Das Justierungsverfahren in Schritt 22 ähnelt dem in Schritt 12; das Justierungsverfahren in Schritt 23 ähnelt dem von Schritt 13; die Justierungen werden so durchgeführt, dass jedes der parallel gerichtete Lichter in Richtung der optischen Konvergenzachse L gelenkt wird. Da die zweite Laserlichtquelle 102 und die dritte Laserlichtquelle 103 andere Ausrichtungen haben als die erste Laserlichtquelle 101, sind jedoch die entsprechenden Justierungsrichtungen demgemäß verschieden.
Unter Verwendung der Prismajustierungsplatten 41 und 42 wird dann die Intensitätsverteilung der Lichtstrahlen der jeweiligen parallel ausgerichteten Lichter justiert (Schritt 24). Die Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls (des zweiten Lichtstrahls) aus dem zweiten Halbleiterlaser 102 und die Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls (des dritten Lichtstrahls) aus dem dritten Halbleiterlaser 103 sind elliptische Verteilungen. Die Prismajustierungsplatten 41 und 42, die mit den Prismen 301 und 302 versehen sind, werden in der X-Achsenrichtung mit einem exzentrischen Stift bewegt und justiert, so dass Mittelachsen dieser elliptischen Verteilungen in einer Ellipsennebenachsenrichtung, in der die elliptischen Verteilungen schmal sind, mit einer Mittelachse des ersten Lichtstrahls in der Ellipsennebenachsenrichtung zusammenfallen.
Die Lichtintensitätsverteilung des ersten, des zweiten und des dritten Lichtstrahls fallen in der Ellipsennebenachsenrichtung zusammen und sind in einer Ellipsen-langen-Achsenrichtung etwas zueinander versetzt. Was die Ellipsen-lange-Achsenrichtung betrifft, so überlappen Regionen der Intensitätsverteilung des Lichts, das durch die Blende 53 tritt, einander ausreichend, und daher wird keine Justierung durchgeführt.
4(C) zeigt eine Lagebeziehung zwischen dem Justierungsziel, der Lichtintensitätsverteilung des ersten Lichtstrahls, der in Schritt 15 justiert wird, und der Lichtintensitätsverteilung des zweiten und des dritten Lichtstrahls vor der Justierung in Schritt 24. Durch Durchführen der Justierung in Schritt 24 werden die Mittelachsen der Lichtintensitätsverteilungen des zweiten und des dritten Lichtstrahls in der Ellipsennebenachsenrichtung so angepasst, dass sie mit der Mittelachse der Lichtintensitätsverteilung des ersten Lichtstrahls in der Ellipsennebenachsenrichtung zusammenfallen, wie in 4(D) dargestellt ist.
Dann wird unter Verwendung des Laserstrahlprofilmessers bestimmt, ob der zweite und der dritte Lichtstrahl, nachdem sie durch die Blende 53 getreten sind, einen gewünschten Emissionswinkel und Lichtstrahldurchmesser aufweisen (Schritt 25); falls kein Problem besteht (falls OK), wird die Justierung abgeschlossen; falls ein Problem besteht (falls nicht OK), kehrt der Ablauf zu Schritt 21 zurück, und die Justierung wird erneut durchgeführt.
5 ist eine Skizze, die einen Ablauf eines Justierungsverfahrens für die Montage einer herkömmlichen Laserabtastvorrichtung mit drei Laserlichtquellen darstellt. Wie in 5 dargestellt ist, wird bei der Montage der herkömmlichen Laserabtastvorrichtung in Schritt 112 eine Justierung für 2 Richtungen (2 Punkte), in Schritt 113 für 1 Richtung (1 Punkt) und in Schritt 114 für 2 Richtungen (2 Punkte), und zwar für jede Laserlichtquelle, d.h. insgesamt für 15 Punkte durchgeführt. Außerdem wird eine Anpassung in Schritt 212 für 2 Richtungen (2 Punkte) und in Schritt 312 für jede der beiden Laserlichtquellen für 2 Richtungen (2 Punkte), d.h. für insgesamt 6 Punkte durchgeführt. Somit wird eine Justierung für insgesamt 21 Punkte durchgeführt.
Dagegen wird in dem Justierungsverfahren, das in 3 dargestellt ist, bei der Montage der Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die erste Laserlichtquelle in Schritt 12 eine Justierung für die Y- und Z-Richtungen (2 Punkte), in Schritt 13 für die X-Richtung (1 Punkt), in Schritt 14 für die X-Richtung (1 Punkt) und in Schritt 15 für die Z-Richtung (1 Punkt), d.h. für insgesamt 5 Punkte durchgeführt. Außerdem wird in Schritt 22 für jede der beiden Laserlichtquellen eine Justierung für die X- und Z-Richtungen (2 Punkte), in Schritt 23 für die Y-Richtung (1 Punkt) und in Schritt 24 für die X-Richtung (1 Punkt), d.h. für insgesamt 8 Punkte durchgeführt. Somit wird eine Justierung für insgesamt 13 Punkte durchgeführt.
Somit kann gemäß dem Justierungsverfahren bei der Montage der Laserabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Justierungspunkte im Vergleich zum Justierungsverfahren der herkömmlichen Laserabtastvorrichtung mit den drei Laserlichtquellen von 21 auf 13 reduziert werden.
Ferner müssen beim herkömmlichen Verfahren, wenn die drei Lichtquelleneinheiten zusammengesetzt werden, sowohl die Blende als auch die Kollimatorlinse und die Laserlichtquelle jeder der drei Lichtquelleneinheiten justiert und fixiert werden, und somit müssen insgesamt 9 Punkte fixiert werden. Ferner muss während der Gesamtmontage jede der Lichtquelleneinheiten justiert und fixiert werden, und somit müssen insgesamt 3 Punkte fixiert werden. Daher müssen während der Montage der gesamten Laserabtastvorrichtung insgesamt 12 Punkte fixiert werden.
Für die Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Montage durch justieren und Fixieren der Kollimatorlinsen (201, 202 und 203), der Halbleiterlaser (101, 102 und 103), der Prismen (301 und 302), des reflektierenden Spiegels 401 und der Blende 53, d.h. durch Fixieren von insgesamt 10 Punkten abgeschlossen. Obwohl die Gesamtzahl der fixierten Punkte nach der Justierung im herkömmlichen Verfahren 12 ist, kann sie gemäß der vorliegenden Erfindung auf 10 reduziert werden.
Wie oben beschrieben, muss in der herkömmlichen Laserabtastvorrichtung mit den drei Laserlichtquellen eine Lichtquelleneinheit für jede Laserlichtquelle konfiguriert werden, was zu Beschränkungen der Anzahl der Teile und zu einer Verkleinerung führt. Obwohl die herkömmliche Laserabtastvorrichtung das Problem aufwirft, dass viele Vorrichtungen und Verfahren zum Justieren der Lichtquelleneinheiten für die Montage benötigt werden, kann die Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert werden, ohne eine Blende für jede einzelne Laserlichtquelle bereitzustellen. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, eine Laserabtastvorrichtung mit einer einfachen Gestaltung zu erreichen.
Ferner wirft die herkömmliche Laserabtastvorrichtung das Problem auf, dass die Wirkung vom unerwünschten reflektiertem Licht von einem Prisma oder einem Gehäuse zwischen den Blenden der Lichtquelleneinheiten und dem MEMS-Spiegel nicht eliminiert werden kann. Im Gegensatz dazu besteht bei der Laserabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit zur Bereitstellung eines Prismas oder Gehäuses, das unerwünschtes reflektiertes Licht erzeugen könnte, im optischen Weg zwischen der Blende und dem MEMS-Spiegel, und somit ist es möglich, eine Laserabtastvorrichtung zu schaffen, die frei ist von Wirkungen von unerwünschtem reflektiertem Licht auf den optischen Weg zwischen der Blende und dem MEMS-Spiegel.
In dieser Ausführungsform und den Zeichnungen weist das dargestellte Prisma eine Würfelform auf. Jedoch sind die Prismen nicht auf diese Form beschränkt und können beispielsweise eine plattenähnliche Form aufweisen. Auch in diesem Fall weist das Prisma 301 oder 302 eine reflektierende Oberfläche auf, die um 45 Grad geneigt ist, und hat die Funktion, einen Lichtstrahl, der aus einer ersten Richtung (der -Y-Richtung) einfällt, in einer zweiten Richtung (der -X-Richtung), die senkrecht ist zur ersten Richtung, zu reflektieren und in der zweiten Richtung (der -X-Richtung) einen Lichtstrahl durchzulassen, der aus einer dritten Richtung (der X-Richtung) einfällt, die der zweiten Richtung entgegengesetzt ist.
BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
101, 102, 103 Laserlichtquelle, 301, 302 Prisma, 51 Blendenjustierungshalterung, 53 Blende, 500 Abtastspiegel.

Claims

Laserabtastvorrichtung, umfassend: mehrere Laserlichtquellen, wobei jede von den mehreren Laserlichtquellen Laserlicht mit einer Lichtintensitätsverteilung mit einer elliptischen Form emittiert; ein Prisma mit einer reflektierenden Oberfläche, wobei das Prisma das Laserlicht aus jeder von den mehreren Laserlichtquellen empfängt und die empfangenen Laserlichter in einer Richtung einer optischen Konvergenzachse lenkt; eine Blende mit einer Öffnung, durch welche die Laserlichter, die aus dem Prisma emittiert werden, treten, wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass eine Position der Öffnung in einer vorgegebenen Justierungsrichtung justierbar ist; und einen Abtastspiegel zum Empfangen der Laserlichter von dem Prisma durch die Blende und Reflektieren der empfangenen Laserlichter zu einer Abtastposition, wobei die mehreren Laserlichtquellen so ausgerichtet sind, dass lange Achsenrichtungen der Lichtintensitätsverteilung an Positionen, an denen die Laserlichter, die von den mehreren Laserlichtquellen emittiert werden, in die Blende eintreten, mit der vorgegebenen Justierungsrichtung übereinstimmen.
Laserabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: sowohl der Abtastspiegel als auch das Prisma als auch die Blende einen Bewegungsbereich nur in einer Richtung aufweisen; die Richtung, in der das Prisma bewegbar ist, parallel ist zu der Richtung, in welcher der Abtastspiegel bewegbar ist; und die Richtung, in der die Blende bewegbar ist, senkrecht ist zu der Richtung, in welcher der Abtastspiegel bewegbar ist.
Laserabtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die mehreren Laserlichtquellen so ausgerichtet sind, dass die lange Achsenrichtungen der Lichtintensitätsverteilungen an den Positionen, an denen die Laserlichter, die von den mehreren Laserlichtquellen emittiert werden, in die Blende eintreten, parallel sind zu einer Richtung, in der die Blende bewegbar ist; eine erste Laserlichtquelle von den mehreren Laserlichtquellen so justiert und positioniert wird, dass ein erstes Laserlicht, das aus der ersten Laserlichtquelle emittiert wird, in Richtung der optischen Konvergenzachse durch das Prisma gelenkt wird; die Blende so justiert und positioniert wird, dass ein Laserlicht, das durch das erste Laserlicht tritt, das in Richtung der optischen Konvergenzachse gelenkt wird, einen vorgegebenen Emissionswinkel und Lichtstrahldurchmesser aufweist; die eine oder die mehreren Laserlichtquellen abgesehen von der ersten Laserlichtquelle von den mehreren Laserlichtquellen so justiert und positioniert werden, dass die Laserlichter, die von der einen oder den mehreren Laserlichtquellen emittiert werden, in Richtung der optischen Konvergenzachse durch das Prisma gelenkt werden; und das Prisma so justiert und positioniert ist, dass jedes der Laserlichter, die in Richtung der optischen Konvergenzachse gelenkt werden, wenn sie durch die Blende durch das Prisma treten, beim Eintreten den vorgegebenen Emissionswinkel und Lichtstrahldurchmesser einhalten.
Laserabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Blendenjustierungshalterung zum Halten der Blende in einer Position, die exzentrisch ist zu einer Drehachse, die parallel ist zu einer optischen Konvergenzachse, und zum Drehen und Justieren der Blende um die Drehachse.