JP2002277812A - Laser scanning method and scanner - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェッジプリズム
の機械的回転を用いたレーザ光の走査方法並びに走査装
置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a laser beam scanning method and a scanning device using mechanical rotation of a wedge prism.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ走査装置は、レーザを利用した情
報記録、情報蓄積、表示、計測等の各種の応用システム
において必須の構成要素である。応用目的によってレー
ザ走査装置に求められる特性は異なる。レーザ計測もし
くはセンシングシステムの一つであるレーザレーダ装置
に使用されるレーザ走査装置では、レーザビームを広範
囲に遠方まで照射することから、口径の大きいレーザビ
ームを高速に角度偏向することが求められる。このよう
な走査特性を有する従来のレーザ走査装置の一例が特開
平４−１１０６８５公報に開示されている。レーザ走査
光学系の主要部分の構成を図５に示す。図５において、
ウェッジプリズム１１ａとウェッジプリズム１１ｂが、
それぞれホルダー１２ａとホルダー１２ｂに保持され、
回転駆動装置１３ａと回転駆動装置１３ｂによって回転
する構造となっている。これら２つのウェッジプリズム
は同じ材料からできており、またそのウェッジ角度は等
しい。これらのプリズムを互いに反対方向に同じ速度で
位相を同期させて回転させることによって、レーザ光の
１次元直線往復走査を実現している。大口径ビームの高
速走査に適した方式の一つである。2. Description of the Related Art A laser scanning device is an essential component in various application systems such as information recording, information storage, display, and measurement using a laser. The characteristics required for the laser scanning device differ depending on the application purpose. 2. Description of the Related Art In a laser scanning device used in a laser radar device, which is one of laser measurement or sensing systems, a laser beam having a large diameter is required to be angularly deflected at a high speed because a laser beam is radiated over a wide range to a long distance. An example of a conventional laser scanning device having such scanning characteristics is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-110686. FIG. 5 shows the configuration of the main part of the laser scanning optical system. In FIG.
The wedge prism 11a and the wedge prism 11b
Respectively held by holders 12a and 12b,
It is structured to be rotated by the rotation driving device 13a and the rotation driving device 13b. These two wedge prisms are made of the same material and their wedge angles are equal. By rotating these prisms in opposite directions at the same speed and with the same phase, one-dimensional linear reciprocal scanning of laser light is realized. This is one of the methods suitable for high-speed scanning of large-diameter beams.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このレーザ走査装置には、次のような課題がある。第１
の課題は、単なる１次元走査のために、２つものウェッ
ジプリズムを要しており。また、それらを回転させるた
めの回転駆動装置もまた２組必要であって、必然的に重
量や消費電力が大きくなってしまう点である。第２の課
題は、第１のウェッジプリズムと第２のウェッジプリズ
ムを同期させて回転駆動する必要があることである。こ
のためには、それぞれのウェッジプリズムの回転角度を
常にモニターしながら、回転駆動装置の動作を高度に制
御する必要がある。回転速度は同じであっても同期が取
れていない場合は、１次元走査の方向が所定の方向に定
まらなくなる。同期が取れない上にさらに、回転速度が
わずかにでも異なってしまう場合には、その走査軌跡は
楕円に近いパターンを描きながらその楕円がゆっくりと
回転するような軌跡となって、実用上不都合の場合が多
い。本発明の目的は、ウェッジプリズムの回転駆動装置
が１組のみで済み、また、回転駆動装置の高度な制御も
不要な、口径が大きなレーザビームを高速に１次元乃至
は２次元に走査可能とするレーザ走査方法並びに走査装
置を提供することにある。However, the conventional laser scanning apparatus has the following problems. First
The problem is that two wedge prisms are required for simple one-dimensional scanning. In addition, two sets of rotary drive devices for rotating them are also required, which inevitably increases the weight and power consumption. A second problem is that the first wedge prism and the second wedge prism need to be synchronously driven for rotation. For this purpose, it is necessary to control the operation of the rotation driving device to a high degree while constantly monitoring the rotation angle of each wedge prism. If the rotation speeds are the same but not synchronized, the one-dimensional scanning direction cannot be determined in a predetermined direction. If synchronization is not achieved and the rotation speed is slightly different, the scanning trajectory becomes a trajectory that slowly rotates while drawing a pattern close to the ellipse, which is inconvenient for practical use. Often. An object of the present invention is to provide a high-speed one-dimensional or two-dimensional scanning of a laser beam having a large diameter, which requires only one set of rotary driving devices for a wedge prism, and does not require advanced control of the rotary driving devices. To provide a laser scanning method and a scanning device.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る発明のレーザ走査方法は、ウェッジプリズムを回転し
てレーザ光を１次元に往復走査させるレーザ走査方法で
あって、前記ウェッジプリズムをレーザ光が透過する面
内で一定速度で回転させ、前記ウェッジプリズムを透過
した前記レーザ光を固定した２つの反射面により２度反
射させて前記ウェッジプリズムを前記透過方向とは反対
方向から再透過させることによって前記レーザ光を１次
元に往復走査することを特徴とする。また、本発明の請
求項２に係わる発明のレーザ走査方法は、前記請求項１
に係わる発明記載の前記２つの反射面が、反射鏡である
ことを特徴とする。また、本発明の請求項３に係わる発
明のレーザ走査方法は、前記請求項１に係わる発明記載
の前記前記２つの反射面が、光学研磨された直角プリズ
ムの直角をなす２つの研磨面であることを特徴とするま
た、本発明の請求項４に係わる発明のレーザ走査方法
は、ウェッジプリズムを回転してレーザ光を２次元に往
復走査させるレーザ走査方法であって、前記ウェッジプ
リズムをレーザ光が透過する面内で一定速度で回転さ
せ、前記ウェッジプリズムを透過した前記レーザ光を２
つの反射面により２度反射させて前記ウェッジプリズム
を前記透過方向とは反対方向から再透過させ、前記２つ
の反射面のいずれか一方の反射面を前記ウェッジプリズ
ムを除去したときに光路が作る面に垂直な軸の回りに往
復回転することによって前記レーザ光を２次元に往復走
査することを特徴とする。また、本発明の請求項５に係
わる発明のレーザ走査装置は、ウェッジプリズムと、前
記ウェッジプリズムを光が透過する面内で一定速度で回
転させる手段と、前記ウェッジプリズムを透過した前記
レーザ光を２度反射させて前記ウェッジプリズムを前記
透過方向とは反対方向から再透過させる固定した２つの
反射面を備え、前記レーザ光を１次元に往復走査するこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項６に係わる発明
のレーザ走査装置は、前記請求項５に係わる発明記載の
前記２つの反射面が、反射鏡であることを特徴とする。
また、本発明の請求項７に係わる発明のレーザ走査装置
は、前記請求項５に係わる発明記載の前記２つの反射面
が、光学研磨された直角プリズムの直角をなす２つの研
磨面であることを特徴とする。また、本発明の請求項８
に係わる発明のレーザ走査装置は、ウェッジプリズム
と、前記ウェッジプリズムを光が透過する面内で一定速
度で回転させる手段と、前記ウェッジプリズムを順次透
過したレーザ光を２度反射させて前記ウェッジプリズム
を前記透過方向とは反対方向から再透過させる２つの反
射面と、前記２つの反射面のいずれか一方の反射面を前
記ウェッジプリズムを除去したときに光路が作る面に垂
直な軸の回りに往復回転させる手段を備え、前記レーザ
光を２次元に往復走査することを特徴とする。また、本
発明の請求項９に係わる発明のレーザ走査装置は、偏光
ビームスプリッタと、１／４波長板と、光が透過する面
内で一定速度で回転するウェッジプリズムと、一軸方向
にレンズ作用を有するレンズと、前記偏光ビームスプリ
ッタと前記１／４波長板と前記ウェッジプリズムと前記
レンズとウェッジプリズムを透過した前記レーザ光を反
射させて前記ウェッジプリズムを前記透過方向とは光軸
が同一で反対方向から再透過させる固定した反射面、を
備えることを特徴とする。また、本発明の請求項１０に
係わる発明のレーザ走査装置は、前記請求項９に係わる
発明記載の前記レンズが円筒レンズであることを特徴と
する。また、本発明の請求項１１に係わる発明のレーザ
走査装置は、前記請求項９に係わる発明記載の前記レン
ズがトロイダルレンズであることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser scanning method for rotating a wedge prism to reciprocally scan a laser beam in one dimension. The laser light is rotated at a constant speed in a plane through which the laser light is transmitted, and the laser light transmitted through the wedge prism is reflected twice by two fixed reflecting surfaces to re-transmit the wedge prism from a direction opposite to the transmission direction. In this case, the laser light is reciprocally scanned one-dimensionally. Further, the laser scanning method of the invention according to claim 2 of the present invention,
The two reflection surfaces according to the invention according to the invention are characterized in that they are reflection mirrors. Further, in the laser scanning method according to the third aspect of the present invention, the two reflecting surfaces according to the first aspect of the present invention are two polished surfaces forming right angles of an optically polished right angle prism. The laser scanning method according to claim 4 of the present invention is a laser scanning method in which a wedge prism is rotated to reciprocally scan a laser beam two-dimensionally. Is rotated at a constant speed in a plane through which the laser beam passes, and the laser beam transmitted through the wedge prism is
A surface formed by an optical path when one of the two reflecting surfaces is removed by removing the wedge prism by re-transmitting the wedge prism in a direction opposite to the transmitting direction by reflecting twice from the two reflecting surfaces. The laser light is reciprocally scanned two-dimensionally by reciprocating rotation about an axis perpendicular to the laser beam. Further, the laser scanning device according to the invention according to claim 5 of the present invention includes a wedge prism, means for rotating the wedge prism at a constant speed in a plane through which light is transmitted, and the laser beam transmitted through the wedge prism. The laser beam is reciprocally scanned one-dimensionally with two fixed reflecting surfaces that reflect twice and re-transmit the wedge prism from a direction opposite to the transmission direction. Further, a laser scanning device according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that the two reflecting surfaces according to the fifth aspect of the present invention are reflecting mirrors.
According to a seventh aspect of the present invention, in the laser scanning device according to the fifth aspect, the two reflecting surfaces are two polished surfaces forming a right angle of an optically polished right angle prism. It is characterized by. Further, claim 8 of the present invention
The laser scanning device according to the invention relates to a wedge prism, means for rotating the wedge prism at a constant speed within a plane through which light passes, and the wedge prism by reflecting the laser light sequentially transmitted through the wedge prism twice. Two reflection surfaces that re-transmit the light from the opposite direction to the transmission direction, and any one of the two reflection surfaces is formed around an axis perpendicular to a surface formed by an optical path when the wedge prism is removed. The apparatus is characterized in that a means for reciprocating rotation is provided, and the laser light is reciprocally scanned two-dimensionally. A laser scanning device according to a ninth aspect of the present invention includes a polarizing beam splitter, a quarter-wave plate, a wedge prism rotating at a constant speed in a plane through which light passes, and a lens function in one axial direction. The polarizing beam splitter, the quarter-wave plate, the wedge prism, the lens and the laser beam that has passed through the wedge prism and the wedge prism has the same optical axis as the transmission direction. A fixed reflecting surface that retransmits light from the opposite direction. Further, a laser scanning device according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the lens according to the ninth aspect is a cylindrical lens. Further, a laser scanning device according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that the lens according to the ninth aspect is a toroidal lens.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１に、本発明のレーザ走査装置
の第一の実施形態の構成断面図を示す。図１において、
ウェッジプリズム１は波長が中赤外域のレーザ光の走査
を目的としているため、この波長域で透明かつ高屈折率
の材料を基板にして製作されている。ウェッジプリズム
１は、円形のホルダー２に保持され、ホルダー２ととも
に回転駆動装置３によって光透過方向を回転軸にして一
定速度で回転する。回転駆動装置３はウェッジプリズム
１を円形のホルダー２とともに周辺部分を駆動するタイ
プのものである。ウェッジプリズム１の右側には回転せ
ず固定の第１の反射鏡４と第２の反射鏡５が、それぞれ
の反射面のなす角が９０度となるように配置してある。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a laser scanning device according to a first embodiment of the present invention. In FIG.
Since the wedge prism 1 is intended to scan a laser beam having a wavelength in the mid-infrared region, it is manufactured using a transparent and high-refractive-index material as a substrate in this wavelength region. The wedge prism 1 is held by a circular holder 2, and rotates at a constant speed together with the holder 2 by a rotation driving device 3 with a light transmission direction as a rotation axis. The rotary driving device 3 is of a type that drives the peripheral portion of the wedge prism 1 together with the circular holder 2. On the right side of the wedge prism 1, a first reflecting mirror 4 and a second reflecting mirror 5 that are fixed without rotating are arranged so that the angle between the respective reflecting surfaces is 90 degrees.
【０００６】第一の実施形態の動作について説明する。
図の左側からウェッジプリズム１を通過した入射レーザ
光６は、第１の反射鏡４と第２の反射鏡５により２度反
射したのち再びウェッジプリズム１を通過し、走査レー
ザ光７として出力する。出力したレーザ光は、図の紙面
に対して垂直方向に一次元に角度走査される。これと垂
直方向すなわち紙面の上下方向へは、わずかに光軸がシ
フトするのみとなる。The operation of the first embodiment will be described.
The incident laser light 6 that has passed through the wedge prism 1 from the left side of the figure is reflected twice by the first reflecting mirror 4 and the second reflecting mirror 5, passes through the wedge prism 1 again, and is output as a scanning laser light 7. . The output laser light is one-dimensionally angularly scanned in a direction perpendicular to the plane of the drawing. The optical axis shifts only slightly in the vertical direction, that is, in the vertical direction of the drawing.
【０００７】図１に示すレーザ走査装置の動作を、図２
を参照しながらさらに詳しく説明する。図２（ａ）は２
つの固定反射鏡４及び５の反射面の交線方向に見たとき
の断面図であり、また図２（ｂ）は、これと直交して、
図２（ａ）を下側から見た図である。ウェッジプリズム
１のウェッジ角度をα、屈折率をｎと表すと、透過する
光の偏向角度βは次の式で表すことができる。β＝ｓｉ
ｎ-1（ｎ・ｓｉｎα）−αこの角度βの偏向方向はウェ
ッジプリズム１の斜面の回転によりその方向が変化す
る。図２（ａ）の視点でみたウェッジプリズム１の偏向
角成分をβ1 、図２（ｂ）の視点で見た偏向角成分をβ
2 とする。The operation of the laser scanning device shown in FIG.
This will be described in more detail with reference to FIG. FIG.
FIG. 2B is a cross-sectional view of the fixed reflecting mirrors 4 and 5 when viewed in the direction of the line of intersection, and FIG.
FIG. 2A is a view of FIG. 2A as viewed from below. Assuming that the wedge angle of the wedge prism 1 is α and the refractive index is n, the deflection angle β of the transmitted light can be expressed by the following equation. β = si
n −1 (n · sin α) −α The deflection direction of this angle β changes due to the rotation of the inclined surface of the wedge prism 1. The deflection angle component of the wedge prism 1 viewed from the viewpoint of FIG. 2A is β 1 , and the deflection angle component of the wedge prism 1 viewed from the viewpoint of FIG.
Assume 2 .
【０００８】図２（ａ）において、第２の反射鏡５を反
射したレーザ光は、２つの反射鏡を経た後その光軸方向
は、入射レーザ光の光軸とβ1 の角度をなす。さらに再
度ウェッジプリズム１を通過することにより、角度β1
の角度で屈折を受け、ウェッジプリズム１を出力する出
射レーザ光７の光軸は入射レーザ光６と平行になる。ウ
ェッジプリズム１が回転しβ1 の大きさが変化してもこ
の平行は保たれる。ただし、出力されるレーザ光の光軸
はウェッジプリズム１がない場合の光軸（基準光軸）位
置に対して図２（ａ）の面内において紙面上下にわずか
にシフトする。In FIG. 2A, the laser light reflected by the second reflecting mirror 5 passes through two reflecting mirrors, and its optical axis direction forms an angle β 1 with the optical axis of the incident laser light. Further, by passing through the wedge prism 1 again, the angle β 1
And the optical axis of the emitted laser light 7 output from the wedge prism 1 becomes parallel to the incident laser light 6. This parallelism is maintained even if the wedge prism 1 rotates and the magnitude of β 1 changes. However, the optical axis of the output laser light is slightly shifted up and down in the plane of FIG. 2A with respect to the optical axis (reference optical axis) position when the wedge prism 1 is not provided.
【０００９】図２（ｂ）は、前述の如く図２（ａ）に直
交する方向から見た図である。図２（ｂ）において、図
面上手前に位置する第２の反射鏡５を反射したレーザ光
は、入射レーザ光の光軸に対してβ2 の角度なす。さら
に第２の反射鏡５を反射したレーザ光は再度ウェッジプ
リズム１を通過し、さらに角度β2の偏向を受ける。そ
のため出力されるレーザ光の光軸は、入射レーザ光の光
軸に対して２β2 の角度をなす。そしてその最大角は本
レーザ走査装置の最大走査角２βとなる。ウェッジプリ
ズムの回転に伴って図２（ｂ）の座標方向の偏向角β2
は連続的に大きさが変化する。ウェッジプリズムが図２
（ｂ）の状態から１８０度回転軸上で回転した状態への
変化による最大走査角度は４βとなる。FIG. 2B is a view as seen from a direction orthogonal to FIG. 2A as described above. In FIG. 2B, the laser light reflected by the second reflecting mirror 5 located on the near side in the drawing forms an angle of β 2 with the optical axis of the incident laser light. Further, the laser light reflected by the second reflecting mirror 5 passes through the wedge prism 1 again, and is further deflected by the angle β 2 . The optical axis of the laser beam output therefore is at an angle of 2.beta 2 with respect to the optical axis of the incident laser beam. The maximum angle is the maximum scanning angle 2β of the present laser scanning device. With the rotation of the wedge prism coordinate direction of the deflection angle beta 2 shown in FIG. 2 (b)
Changes continuously in size. Figure 2 shows wedge prism
The maximum scanning angle due to the change from the state of (b) to the state of rotating on the 180-degree rotation axis is 4β.
【００１０】ウェッジプリズム１にシリコン結晶を用
い、そのウェッジ角を３度とした場合、このウェッジプ
リズム１を通過する光の偏向角はウェッジ角とシリコン
の屈折率３.４によって決まり、その角度は約７度とな
る。第２の反射鏡５で反射され再びウェッジプリズム１
を逆透過したレーザ光の偏向角は、７度の２倍の１４度
となる。さらにウェッジプリズム１の１８０度回転によ
って、本実施例のレーザ走査装置の走査角度幅はさらに
その２倍の２８度となる。When a silicon crystal is used for the wedge prism 1 and its wedge angle is set to 3 degrees, the deflection angle of the light passing through the wedge prism 1 is determined by the wedge angle and the refractive index 3.4 of silicon, and the angle is It is about 7 degrees. The wedge prism 1 is reflected by the second reflecting mirror 5 again.
The deflection angle of the laser light that has been transmitted through the mirror is 14 degrees, which is twice as large as 7 degrees. Further, by rotating the wedge prism 1 by 180 degrees, the scanning angle width of the laser scanning device of this embodiment is further doubled to 28 degrees.
【００１１】なお、上記実施例では、第１の反射鏡４と
第２の反射鏡５の互いの反射面がなす角を９０度とした
が、９０度より小さい角度に設定して、入射レーザ光の
光軸と走査レーザ光の光軸が交わるようにしてもよい。
この場合、入射レーザ光と出力レーザ光の互いの光軸が
なす角は、ウェッジプリズム１の回転角度によらず常に
一定となる。In the above embodiment, the angle formed between the first and second reflecting mirrors 4 and 5 is 90 degrees. The optical axis of the light and the optical axis of the scanning laser light may intersect.
In this case, the angle formed by the optical axes of the incident laser light and the output laser light is always constant regardless of the rotation angle of the wedge prism 1.
【００１２】なお、上記実施例では、第１の反射鏡４と
第２の反射鏡５の替わりに１つの三角プリズムを使用し
てもよい。この場合、三角プリズムの１面を透過面とし
てウェッジプリズム１を通過したレーザ光を三角プリズ
ム内に入射させ、他の２面を全反射を利用した反射面と
し、再び透過面を透過させたのちにウェッジプリズム１
を通過させる。これによれば、装置の組立のときに、２
つの反射鏡のなす角度を精密に調整する必要が不要とな
る。また、回転駆動装置３は、ウェッジプリズム１の中
心を回転軸としてこの中心を直接駆動するような回転駆
動装置を使用してもよい。ただしこの場合は、光路を遮
らない構造とする必要がある。また、上記実施例ではウ
ェッジプリズム１の材料としてシリコンを使用したが、
走査させたいレーザ光の波長に対して透過率が高い材料
であればよい。In the above embodiment, one triangular prism may be used instead of the first reflecting mirror 4 and the second reflecting mirror 5. In this case, the laser light that has passed through the wedge prism 1 with one surface of the triangular prism as the transmitting surface is made incident on the triangular prism, the other two surfaces are used as reflecting surfaces using total reflection, and transmitted through the transmitting surface again. Wedge prism 1
Through. According to this, when assembling the device, 2
It is not necessary to precisely adjust the angle between the two reflecting mirrors. Further, the rotation driving device 3 may use a rotation driving device that directly drives the center of the wedge prism 1 with the rotation axis as the rotation axis. However, in this case, it is necessary to have a structure that does not block the optical path. In the above embodiment, wedge prism 1 is made of silicon.
Any material may be used as long as it has a high transmittance for the wavelength of the laser beam to be scanned.
【００１３】次に、本発明の第２の実施の形態について
図３を参照して説明する。その基本的な光路構成は第１
の実施形態と同じであるが、走査を２次元的にできるよ
うに工夫している。その構成を示す図３において、第２
の反射鏡５は、図１の第１の実施形態では固定してあっ
たものを、ステッピングモータによる往復回転駆動装置
８を取り付けてある。往復回転駆動装置８は第２の反射
鏡５を、図３の紙面に垂直な軸を中心に往復回転運動を
させるもので、その動作周期は、回転駆動装置３の回転
周期の２００倍から８００倍程度に設定されている。こ
の往復回転駆動装置８により、回転駆動装置３による走
査方向とは直交する方向にもレーザ光を走査することが
できる。このように、本実施例では、ウェッジプリズム
の回転駆動による１次元走査と、この走査方向とは直交
する方向に往復回転駆動装置８による反射鏡の往復回転
走査を同時に行なうことによって２次元のレーザ走査を
実現することができる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic optical path configuration is the first
This embodiment is the same as the first embodiment, but is devised so that scanning can be performed two-dimensionally. In FIG. 3 showing the configuration, the second
The reflecting mirror 5 is fixed in the first embodiment shown in FIG. 1, but is provided with a reciprocating rotary driving device 8 using a stepping motor. The reciprocating rotary driving device 8 causes the second reflecting mirror 5 to reciprocate and rotate around an axis perpendicular to the plane of FIG. 3, and its operation cycle is 200 to 800 times the rotation cycle of the rotary driving device 3. It is set to about twice. The reciprocating rotary drive device 8 can also scan the laser beam in a direction orthogonal to the scanning direction of the rotary drive device 3. As described above, in the present embodiment, the two-dimensional laser is driven by rotating the wedge prism and the reciprocating rotation scanning of the reflecting mirror by the reciprocating rotation driving device 8 is performed simultaneously in the direction orthogonal to the scanning direction. Scanning can be realized.
【００１４】上記の２次元レーザ走査は、図１における
レーザ走査装置の後にこれに直交する方向に低速走査す
る手段を光路上にタンデムに設けることによっても実現
できるが、上記の第２の実施形態では。図１に示すレー
ザ走査装置の一部の部品に駆動装置を付加するだけで２
次元走査が可能となるため、小型かつ軽量な装置で２次
元走査可能となるという効果が得られる。また、上記の
第２の実施形態では第２の反射鏡に往復回転駆動装置８
を取り付けているが、これを第１の反射鏡４にこれを取
り付けても同様の効果が得られる。The two-dimensional laser scanning can be realized by providing a means for performing low-speed scanning in a direction orthogonal to the laser scanning device after the laser scanning device in FIG. 1 in tandem on the optical path. OK. Only by adding a driving device to some parts of the laser scanning device shown in FIG.
Since two-dimensional scanning can be performed, an effect that two-dimensional scanning can be performed with a small and lightweight device can be obtained. In the second embodiment, the reciprocating rotary driving device 8 is mounted on the second reflecting mirror.
The same effect can be obtained by attaching this to the first reflecting mirror 4.
【００１５】次に、本発明の第３の実施の形態について
図４を参照して説明する。第１の実施形態では走査レー
ザ光と入射レーザ光を２つの反射鏡によって道筋を変え
て空間的分離を行っている。図４の実施形態では、入射
光と走査光とは偏光を変えて光路の分離を行い、合わせ
て円筒レンズを挿入してウェッジプリズムの回転によっ
て走査方向と直交する方向に起こる光路のシフトを解消
する構成である。直線偏光の入射レーザ光６は、偏光ビ
ームスプリッタ１２を透過し、１／４波長板９によって
円偏光となってウェッジプリズム１に入射する。ウェッ
ジプリズムで偏向されて出射したレーザ光は、固定の反
射鏡１１によって反射を受ける。反射光は入射光と同一
の光路を辿って再びウェッジプリズム１によって偏向を
受ける。１／４波長板９を再透過した走査レーザ光は入
射光と直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ
１２によって、光路を入射レーザ光７と異なる方向に向
けられ分離される。ウェッジプリズム１と反射鏡１１の
間に両者を焦点位置とする円筒レンズ１０を配設するこ
とによって、円筒レンズのレンズパワーのある軸方向で
斜めに円筒レンズに入射した光は、光軸を基準光路と平
行に曲げられ、反射鏡１１の反射面に垂直に入射し反射
し、入射と同一の光路を辿って再び円筒レンズ１０、ウ
ェッジプリズム１を逆透過する。ウェッジプリズムによ
って円筒レンズのレンズパワーのない軸方向に偏向され
たビームは、円筒レンズを素通りし、反射鏡に斜めに入
射して偏向角度の増幅を受ける。また、円筒レンズ１０
を反射鏡１１の反射面が焦点位置となるように配設して
いるため、走査レーザ光７のビームサイズや形状は入射
レーザ光６と同一となる。この第３の実施形態を利用し
て２次元の角度偏向走査を行うためは、偏光ビームスプ
リッタで光路を入射レーザ光と分離された走査レーザ光
を往復回転する反射鏡に入射させることで可能となる。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the scanning laser beam and the incident laser beam are spatially separated by changing the route by two reflecting mirrors. In the embodiment shown in FIG. 4, the incident light and the scanning light are separated in optical path by changing the polarization, and a cylindrical lens is additionally inserted to eliminate the optical path shift that occurs in the direction orthogonal to the scanning direction due to the rotation of the wedge prism. It is a configuration to do. The linearly polarized incident laser light 6 passes through the polarization beam splitter 12, becomes circularly polarized by the ４ wavelength plate 9, and enters the wedge prism 1. The laser light emitted after being deflected by the wedge prism is reflected by the fixed reflecting mirror 11. The reflected light follows the same optical path as the incident light and is again deflected by the wedge prism 1. The scanning laser light re-transmitted through the quarter-wave plate 9 becomes linearly polarized light orthogonal to the incident light, and is separated by the polarizing beam splitter 12 by directing the optical path in a direction different from that of the incident laser light 7. By disposing the cylindrical lens 10 having both focal points between the wedge prism 1 and the reflecting mirror 11, the light incident on the cylindrical lens obliquely in a certain axis direction having the lens power of the cylindrical lens is referenced to the optical axis. The light is bent parallel to the optical path, is incident perpendicularly to the reflecting surface of the reflecting mirror 11, is reflected, follows the same optical path as the incident light, and passes through the cylindrical lens 10 and the wedge prism 1 again. The beam deflected in the axial direction without the lens power of the cylindrical lens by the wedge prism passes through the cylindrical lens, enters the reflecting mirror obliquely, and undergoes amplification of the deflection angle. Further, the cylindrical lens 10
Are arranged such that the reflecting surface of the reflecting mirror 11 is located at the focal position, so that the beam size and shape of the scanning laser beam 7 are the same as those of the incident laser beam 6. In order to perform two-dimensional angular deflection scanning using the third embodiment, it is possible to make the optical path of the scanning laser light separated from the incident laser light by a polarizing beam splitter into a reciprocating rotating reflecting mirror. Become.
【００１６】上記の実施形態では、ウェッジプリズムに
よって走査方向と直交する方向に偏向された光の光軸を
基準光路と平行にするために、円筒レンズを用いている
が、円筒レンズのレンズパワーの無い軸方向に斜めに進
む光に収差を生じる場合には、円筒レンズの代わりにト
ロイダルレンズを用いることによって収差の問題は解消
される。In the above embodiment, the cylindrical lens is used to make the optical axis of the light deflected in the direction orthogonal to the scanning direction by the wedge prism parallel to the reference optical path. In the case where an aberration occurs in light traveling obliquely in a non-axial direction, the problem of the aberration is solved by using a toroidal lens instead of a cylindrical lens.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下に記載するような効果を奏する。第１の効果は
１次元走査に必要な機械的動作が一方向の一定速度によ
る回転動作のみなので、有効径を大きく保ったまま、高
速な走査が可能であることである。第２の効果は、１枚
のウェッジプリズムの回転運動で１次元走査を実現して
いるので、２枚のウェッジプリズムを同期させながら反
転させる方式に比べ、駆動装置が１個で済むために消費
電力が小さくて済むことや、また、同期に必要な高度な
制御が不要となることである。第３の効果は、同期に必
要な制御が不要になることから、より高速な走査が可能
となることである。As described above, the present invention has the following effects. The first effect is that high-speed scanning can be performed while maintaining a large effective diameter because the only mechanical operation required for one-dimensional scanning is a rotating operation at a constant speed in one direction. The second effect is that one-dimensional scanning is realized by the rotational movement of one wedge prism, so that only one drive device is required compared to a method in which two wedge prisms are inverted while being synchronized. That is, the power is small and the advanced control required for synchronization is not required. The third effect is that higher-speed scanning can be performed because control required for synchronization is not required.
【図１】本発明のレーザ走査装置の第１の実施形態の構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a laser scanning device of the present invention.
【図２】本発明のレーザ走査装置の第１の実施形態にお
ける光路を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path in the laser scanning device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明のレーザ走査装置の第２の実施形態の構
成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the laser scanning device of the present invention.
【図４】本発明のレーザ走査装置の第３の実施形態の構
成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the laser scanning device of the present invention.
【図５】従来のレーザ走査装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional laser scanning device.
１ ウェッジプリズム ２ ホルダー ３ 回転駆動装置 ４ 反射鏡 ５ 反射鏡 ６ 入射レーザ光 ７ 走査レーザ光 ８ 往復回転駆動装置 ９ １／４波長板 １０ 円筒レンズ １１ 反射鏡 １２ 偏光ビームスプリッタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wedge prism 2 Holder 3 Rotation drive device 4 Reflection mirror 5 Reflection mirror 6 Incident laser beam 7 Scanning laser beam 8 Reciprocation rotation drive device 9 1/4 wavelength plate 10 Cylindrical lens 11 Reflection mirror 12 Polarization beam splitter
Claims (11)
１次元に往復走査させるレーザ走査方法であって、前記
ウェッジプリズムをレーザ光が透過する面内で一定速度
で回転させ、前記ウェッジプリズムを透過した前記レー
ザ光を固定した２つの反射面により２度反射させて前記
ウェッジプリズムを前記透過方向とは反対方向から再透
過させることによって前記レーザ光を１次元に往復走査
することを特徴とするレーザ走査方法。1. A laser scanning method for rotating a wedge prism to reciprocally scan a laser beam in one dimension, wherein the wedge prism is rotated at a constant speed in a plane through which the laser beam passes, and the wedge prism is transmitted. The laser beam being reflected two times by two fixed reflecting surfaces and re-transmitting the wedge prism from a direction opposite to the transmission direction, thereby reciprocally scanning the laser beam in one dimension. Scan method.
を特徴とする前記請求項１記載のレーザ走査方法。2. The laser scanning method according to claim 1, wherein said two reflecting surfaces are reflecting mirrors.
角プリズムの直角をなす２つの研磨面であることを特徴
とする前記請求項１記載のレーザ走査方法。3. The laser scanning method according to claim 1, wherein said two reflecting surfaces are two polished surfaces forming a right angle of an optically polished right angle prism.
２次元に往復走査させるレーザ走査方法であって、前記
ウェッジプリズムをレーザ光が透過する面内で一定速度
で回転させ、前記ウェッジプリズムを透過した前記レー
ザ光を２つの反射面により２度反射させて前記ウェッジ
プリズムを前記透過方向とは反対方向から再透過させ、
前記２つの反射面のいずれか一方の反射面を前記ウェッ
ジプリズムを除去したときに光路が作る面に垂直な軸の
回りに往復回転することによって前記レーザ光を２次元
に往復走査することを特徴とするレーザ走査方法。4. A laser scanning method in which a wedge prism is rotated to reciprocally scan a laser beam two-dimensionally, wherein the wedge prism is rotated at a constant speed in a plane through which the laser beam is transmitted, and the wedge prism is transmitted. The laser light is reflected twice by two reflection surfaces, and the wedge prism is re-transmitted from a direction opposite to the transmission direction,
The laser light is reciprocally scanned two-dimensionally by reciprocally rotating one of the two reflecting surfaces around an axis perpendicular to a surface formed by an optical path when the wedge prism is removed. Laser scanning method.
ズムを光が透過する面内で一定速度で回転させる手段
と、前記ウェッジプリズムを透過した前記レーザ光を２
度反射させて前記ウェッジプリズムを前記透過方向とは
反対方向から再透過させる固定した２つの反射面を備
え、前記レーザ光を１次元に往復走査することを特徴と
するレーザ走査装置。5. A wedge prism, means for rotating the wedge prism at a constant speed in a plane through which light is transmitted, and a laser beam transmitted through the wedge prism for two times.
A laser scanning device comprising two fixed reflecting surfaces for reflecting the laser light in the direction opposite to the transmission direction and retransmitting the wedge prism in a direction opposite to the transmission direction, and reciprocally scanning the laser light in one dimension.
を特徴とする前記請求項５記載のレーザ走査装置。6. The laser scanning device according to claim 5, wherein said two reflecting surfaces are reflecting mirrors.
角プリズムの直角をなす２つの研磨面であることを特徴
とする前記請求項５記載のレーザ走査装置。7. The laser scanning device according to claim 5, wherein said two reflecting surfaces are two polished surfaces forming right angles of an optically polished right angle prism.
ズムを光が透過する面内で一定速度で回転させる手段
と、前記ウェッジプリズムを透過したレーザ光を２度反
射させて前記ウェッジプリズムを前記透過方向とは反対
方向から再透過させる２つの反射面と、前記２つの反射
面のいずれか一方の反射面を前記ウェッジプリズムを除
去したときに光路が作る面に垂直な軸の回りに往復回転
させる手段を備え、前記レーザ光を２次元に往復走査す
ることを特徴とするレーザ走査装置。8. A wedge prism, means for rotating the wedge prism at a constant speed in a plane through which light is transmitted, and reflecting the laser light transmitted through the wedge prism twice to move the wedge prism in the transmission direction. Comprises two reflecting surfaces that retransmit light from opposite directions, and means for reciprocating rotation of one of the two reflecting surfaces about an axis perpendicular to the surface formed by the optical path when the wedge prism is removed. And a laser scanning device for reciprocally scanning the laser light two-dimensionally.
と、光が透過する面内で一定速度で回転するウェッジプ
リズムと、一軸方向にレンズ作用を有するレンズと、前
記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板と前記ウェ
ッジプリズムと前記レンズとウェッジプリズムを順次透
過した前記レーザ光を反射させて前記ウェッジプリズム
を前記透過方向とは光軸が同一で反対方向から再透過さ
せる固定した反射面、を備えることを特徴とするレーザ
走査装置。9. A polarizing beam splitter, a quarter-wave plate, a wedge prism rotating at a constant speed in a plane through which light is transmitted, a lens having a lens function in one axial direction, the polarizing beam splitter and the first beam. A fixed reflecting surface that reflects the laser light sequentially transmitted through the 波長 wavelength plate, the wedge prism, the lens, and the wedge prism, and retransmits the wedge prism from the opposite direction with the same optical axis as the transmission direction; A laser scanning device comprising:
特徴とする前記請求項９記載のレーザ走査装置。10. The laser scanning device according to claim 9, wherein said lens is a cylindrical lens.
ことを特徴とする前記請求項９記載のレーザ走査装置。11. The laser scanning device according to claim 9, wherein said lens is a toroidal lens.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082844A JP2002277812A (en) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | Laser scanning method and scanner |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002277812A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 2001-03-22 JP JP2001082844A patent/JP2002277812A/en active Pending
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