JP7360384B2 - 位相シフト反射器を有する音響光学システム - Google Patents

Description

関連出願

本願は２０１７年９月２２日になされた米国仮出願６２／５６２，０４７の利益を主張するものであり、その内容は全体として参照により組み込まれる。

背景

ブラッグセルとも呼ばれる音響光学（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔｏ－ｏｐｔｉｃ）デバイスは、無線周波数の音響波を用いて光を回折させ、シフトさせる。これらのデバイスは、Ｑスイッチング、通信システムにおける信号変調、顕微鏡システムにおけるレーザスキャニング及びビーム強度制御、周波数シフト、分光システムにおける波長フィルタリングのために用いられることが多い。他の多くの用途も音響光学デバイスの使用に適している。例えば、レーザを用いた材料加工システムにおいてＡＯ偏向器（ＡＯＤ：ＡＯ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）を用いることができる。

典型的なＡＯデバイスにおいては、変換器がＡＯ媒体（「ＡＯセル」とも呼ばれる。）に取り付けられる。このＡＯ媒体は、典型的には、回折させる光の波長に対して好適に透明な結晶又はガラスである。ＲＦ信号（「駆動信号」としても知られる。）が（例えばＲＦドライバから）変換器に印加され、これにより、変換器はある周波数で振動するように駆動されて、ＡＯ媒体内に膨張と収縮の周期的な領域として現れるＡＯ媒体内を伝搬する音響波が生成され、これにより、ＡＯ媒体内で周期的に変化する屈折率が生成される。周期的に変化する屈折率は、ＡＯ媒体を伝搬するレーザ光ビームを回折可能な光学グレーティングのように機能する。

図１を参照し、ＡＯＤ１００は、全体的に、ＡＯ媒体１０２と、（ＡＯ媒体１０２の変換器端部で）ＡＯ媒体１０２に取り付けられた変換器１０４と、（ＡＯ媒体１０２の変換器端部とは反対側の吸収器端部で）ＡＯ媒体１０２に取り付けられた音響吸収器１０６とを含む。ＡＯＤ１００を駆動するため、ＲＦドライバ１０８が通常は変換器１０４の入力に電気的に接続されている。ＡＯ媒体１０２を構成する材料は、偏向させるレーザ光ビームにおける光の波長に応じて選択される。変換器１０４は一般的に圧電変換器であり、ＲＦドライバ１０８から出力された入力ＲＦ信号（すなわち駆動信号）に応答して振動するように動作することができる。ドライバ１０８は、最終的に変換器１０４に入力される駆動信号を生成するように動作することができる。

一般的に、変換器１０４により生成される振動が変換器端部から音響吸収器１０６に向かってＡＯＤ１００の回折軸１１０に沿ってＡＯ媒体１０２内を伝搬するような（例えば、線１１２により示されるような）対応する音響波を生成できるように、変換器１０４はＡＯ媒体１０２に取り付けられる。図１に例示的に示されるように、（例えば、周波数、振幅、位相などにより特徴づけられる）駆動信号が変換器１０４に印加されると、変換器１０４はＡＯ媒体１０２内を伝搬する音響波を生成するように振動し、これによりＡＯ媒体１０２内で周期的に変化する屈折率が生成される。当該技術分野において知られているように、この周期的に変化する屈折率は、ＡＯ媒体１０２の第１の表面１０２ａに入射して、音響波に対して測定されるブラッグ角θ_ＢでＡＯ媒体１０２内を伝搬する（例えば、軸１１４に沿って伝搬する）レーザ光ビームを回折するように機能する。

入射レーザ光ビームを回折すると、通常ゼロ次及び１次の回折ピークを含む回折パターンが生成され、高次の回折ピーク（２次、３次など）も含まれる場合がある。当該技術分野で知られているように、回折されたレーザ光ビームのゼロ次回折ピークの部分は「ゼロ次」ビームと呼ばれ、回折されたレーザ光ビームの１次回折ピークの部分は「１次」ビームと呼ばれる。一般に、ゼロ次ビームと他の回折次数のビーム（例えば、１次ビームなど）とは、ＡＯ媒体１０２を（例えば、第１の表面１０２ａの反対側の、ＡＯ媒体１０２の第２の表面１０２ｂを通って）出射すると、異なるビーム経路に沿って伝播する。例えば、０次ビームは０次ビーム経路に沿って伝播し、１次ビームは１次ビーム経路に沿って伝播する。０次と他の回折次数のビーム経路間の角度（例えば、０次のビーム経路と１次のビーム経路との間の角度θ_Ｄ）は、ＡＯ媒体１０２に入射するレーザ光ビームを回折させるために印加された駆動信号におけるある周波数（又は複数の周波数）に対応する。

印加された駆動信号の振幅は様々な回折次数ビームに回折される入射レーザ光ビームの割合に非線形な効果を与えることができ、ＡＯＤは、入射レーザ光ビームのかなりの部分を１次ビームに回折し、入射レーザ光ビームの比較的小さな部分を他の回折次数ビーム（例えば、０次ビームなど）に残すように駆動することができる。さらに、印加された駆動信号の周波数を迅速に変化させ１次ビームをスキャンすることができる（例えば、加工対象物の異なる領域の処理を容易にするため）。したがって、加工対象物の加工（例えば、溶融、蒸発、アブレーション、マーキング、クラッキングなど）をする際に１次ビームを加工対象物上で可変に偏向させるため、ＡＯＤはレーザを用いた材料加工の分野で使用するためのレーザ加工システムに有利に組み込まれる。

レーザ加工システムには通常１つ以上のビームダンプが含まれており、ゼロ次のビーム経路（及び高次のビーム経路）に沿って伝搬するレーザ光が加工対象物に到達するのを防止する。したがって、レーザ加工システム内では、ＡＯＤ１００を出射する１次のビーム経路は、典型的には、ＡＯＤ１００内で（例えば、本明細書では「１次偏向角」とも称される、角度θ_Ｄだけ）回転又は偏向されたビーム経路１１４とみなすことができる。ＡＯＤ１００が入射レーザ光ビームを回折させるように駆動される場合、ビーム経路１１４の回転中心となる軸（本明細書では「回転軸」とも称される。）は、ＡＯＤ１００の回折軸と、入射レーザ光ビームがＡＯＤ１００内で伝搬する軸（本明細書では「光軸」とも称される。）とに対して直交する。したがって、ＡＯＤ１００は、ＡＯＤ１００の回折軸とＡＯＤ１００内の光軸とを含む（あるいは、これらに対して全体的に平行である）平面（本明細書では「偏向面」とも称される。）内において、入射ビーム経路１１４を偏向させる。ＡＯＤ１００が偏向面内でビーム経路１１４を偏向可能な空間的範囲は、本明細書では、ＡＯＤ１００の「スキャンフィールド」と称される。

直列に配置された複数のＡＯＤをレーザ加工システムに組み込んで、２つの軸に沿ってビーム経路１１４を偏向させることが可能である。例えば、図２を参照すると、第１のＡＯＤ２００及び第２のＡＯＤ２０２は、それぞれの回折軸（すなわち、それぞれ第１の回折軸２００ａ及び第２の回折軸２０２ａ）が互いに垂直となるように、配置することができる。この例では、第１のＡＯＤ２００は、第１の回転軸２００ｂ（例えば、第１の回折軸２００ａに直交する。）の周りにビーム経路１１４を回転させるように動作し、これにより入射ビーム経路１１４を第１の偏向面（すなわち、第１の回折軸２００ａ及び第１のＡＯＤ２００内の光軸を含む、すなわちこれらに対して全体的に平行である平面）内で偏向させる。ここで、第１の偏向面は、第１の回転軸２００ｂに直交する。同様に、第２のＡＯＤ２０２は、第２の回転軸２０２ｂ（例えば、第２の回折軸２０２ａに直交する。）の周りにビーム経路１１４を回転させるように動作し、これにより入射ビーム経路１１４を第２の偏向面（すなわち、第２の回折軸２０２ａ及び第２のＡＯＤ２０２内の光軸を含む、すなわちこれらに対して全体的に平行である平面）内で偏向させる。ここで、第２の偏向面は、第２の回転軸２０２ｂに直交する。上記を考慮すると、第１及び第２のＡＯＤ２００及び２０２は、集合的に多軸「ビームポジショナ」として特徴付けることができ、それぞれを選択的に操作して、２次元スキャンフィールド２０４内でビーム経路１１４を偏向させることができる。理解されるであろうが、２次元範囲のスキャンフィールド２０４は、２つの１次元スキャンフィールドの、すなわち第１のＡＯＤ２００に関連する第１の１次元スキャンフィールドと第２のＡＯＤ２０２に関連する第２の１次元スキャンフィールドとの重ね合わせであると考えることができる。

多軸ビームポジショナに含まれるＡＯＤの種類によっては、第１のＡＯＤ２００を透過した１次のビーム経路における光の偏光面（すなわち、電界が振動する面）を回転させることが望ましい場合がある。入射レーザ光ビームの大部分を１次ビームに回折させるのに必要なＲＦ駆動電力量が偏向されているレーザ光ビームの偏光状態に大きく依存する場合、偏光面を回転させることが望ましいであろう。さらに、多軸ビームポジショナの各ＡＯＤが同じ材料で形成されたＡＯ媒体１０２を含む場合、各ＡＯＤが同一タイプの音響波を使用して入射レーザ光ビームを偏向させる場合、及び第１のＡＯＤ２００を透過した１次ビームにおける光の偏光状態を線形にして第２の回折軸２０２ａに対して特定の方向に向けることが望ましい場合には、ちょうど第２のＡＯＤ２０２の向きを第１のＡＯＤ２００の向きに対して回転させたように、第２のＡＯＤ２０２を透過した１次ビームにおける光の偏光状態を第１のＡＯＤ２００を透過した１次ビームにおける光の偏光状態に対して回転させることが同様に望ましいであろう。

従来、偏光の回転は半波長板によってなされているが、入射レーザ光ビームに対する半波長板通過後の偏光方向は、入射レーザ光ビームの偏光方向に対する半波長板の向きの関数である。半波長板は、通常、位相シフトさせる特定波長（又は波長範囲）の光に対して適切に透過し、十分な複屈折を示す材料から製造される。９μｍ（又はその付近）から１１μｍ（又はその付近）（例えば、９．２μｍ、９．５μｍ、１０．６μｍなど）の範囲の波長の光を位相シフトするように設計された従来の半波長板は、望ましくないほど高価であり、通常はＣＯ_２レーザを用いたレーザによる材料加工などの高出力レーザ用途には適していない。

概要

一実施形態は、第１の回折軸を有し、入射直線偏光レーザ光ビームを回折するように動作する第１の音響光学（ＡＯ）偏光器（ＡＯＤ）であって、前記第１の回折軸が前記直線偏光レーザ光の偏光面に対して所定の空間的関係を有するように配向されたＡＯＤを含むビームポジショナとして、広く特徴づけられる。このビームポジショナは、前記第１のＡＯＤから光が伝搬可能なビーム経路上に配置された少なくとも１つの位相シフト反射器を含む。この少なくとも１つの位相シフト反射器は、前記第１のＡＯＤによって回折された光の偏光面を回転させるように構成及び配向することができる。

別の実施形態は、第１の音響光学（ＡＯ）偏光器（ＡＯＤ）と、第２のＡＯＤと、第１のＡＯＤと第２のＡＯＤとの間に挿入された位相遅延子と、を含むビームポジショナとして、広く特徴づけられる。前記第１のＡＯＤ及び前記第２のＡＯＤからなる群から選択される少なくとも１つのＡＯＤは、ゲルマニウムを含む材料で形成されたＡＯセルを含むことができる。

別の実施形態は、第１の音響光学（ＡＯ）偏光器（ＡＯＤ）と、第１のＡＯＤからレーザ光ビームが伝播可能であるビーム経路上に配置された第２のＡＯＤと、前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間のビーム経路上に配置された位相遅延子と、前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間のビーム経路上に配置されたミラーと、を含むビームポジショナとして、広く特徴づけられる。前記レーザ光ビームが前記第１のＡＯＤに入射する方向と少なくとも全体的に反対の方向に前記第２のＡＯＤから出射して伝播可能であるように、前記第１のＡＯＤ、前記第２のＡＯＤ、前記位相遅延子及び前記ミラーは配置されている。

図１は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を概略的に示す。 図２は、多軸ビームポジショナにおけるＡＯＤの配置を概略的に示す。 図３、４、５、及び７は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナを概略的に示す斜視図である。 図３、４、５、及び７は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナを概略的に示す斜視図である。 図３、４、５、及び７は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナを概略的に示す斜視図である。 図６及び８は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナにおける１／４波長位相シフト反射器の位相シフトと入射角の間の例示的な関係を示すグラフである。 図３、４、５、及び７は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナを概略的に示す斜視図である。 図６及び８は、様々な実施形態による多軸ビームポジショナにおける１／４波長位相シフト反射器の位相シフトと入射角の間の例示的な関係を示すグラフである。

詳細な説明

ここで、実施形態の例を添付した図面を参照しつつ述べる。明示的に述べている場合を除き、図面においては、コンポーネント、特徴部、要素などのサイズや位置などやそれらの間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、また理解しやすいように誇張されている。図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。

明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。特に定義されている場合を除き、本明細書において使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）すべての用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことを理解すべきである。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。

特に示されている場合を除き、「約」や「およそ」、「ほぼ」などは、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特徴が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクターを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方向に加えて異なる方向を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方向の双方を含み得るものである。対象物が他の方向を向く場合（例えば９０度回転される場合や他の方向にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。

本発明の実施形態は、全般的に、ＡＯＤを透過したレーザ光ビームの経路に配置された少なくとも１つの位相シフト反射器（当該技術分野において「位相シフトミラー」、「位相遅延ミラー」、「反射位相遅延子」としても知られる。）を含む多軸ビームポジショナを提供するものとして特徴付けられる。ＡＯＤを透過したレーザ光ビームは一般的に直線偏光であると特徴付けられ、その少なくとも１つの位相シフト反射器は、ＡＯＤを透過したレーザ光ビームの偏光面を回転するように構成及び配向される。

図３に示す一実施形態例では、多軸ビームポジショナ３００は、（例えば、第１の回折軸３０２ａ及び第１の回転軸３０２ｂによって特徴付けられる）第１のＡＯＤ３０２、（例えば、第２の回折軸３０４ａ及び回転軸３０４ｂによって特徴付けられる）第２のＡＯＤ３０４、位相シフト反射器３０６、及び（例えば、１対の中継レンズ３１０及び３１２を含む）光中継システム３０８を含み得る。通常、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々は、ＡＯＤ１００に関して上述したように提供することができる。例えば、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々は、（ＡＯ媒体１０２のような）ＡＯ媒体、（変換器１０４のような）ＡＯ媒体の変換器端部に取り付けられた変換器、及び、オプションとして、変換器端部とは反対側のＡＯ媒体の吸収端部でＡＯ媒体に取り付けられた（吸収器１０６のような）音響吸収器を含み得る。

図示はされていないが、多軸ビームポジショナ３００は、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々の変換器（不図示）の入力に電気的に接続された１つ以上の（例えば、ＲＦドライバ１０８などの）ＲＦドライバを含み得る。したがって、ＲＦドライバは、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々に対して１つ以上の駆動信号を印加することができる。印加された駆動信号に応じて、第１のＡＯＤ３０２は、第１の偏向面（すなわち、第１の回転軸３０２ｂに直交し、かつ第１の回折軸３０２ａ及び第１のＡＯＤ３０２内の光軸を含むか又はこれらに対して平行である平面）内で入射レーザ光ビームを偏向させるように動作する。同様に、印加された駆動信号に応じて、第２のＡＯＤ３０４は、第２の偏向面（すなわち、第２の回転軸３０４ｂに直交し、かつ第２の回折軸３０４ａ及び第２のＡＯＤ３０４内の光軸を含むか又は平行である平面）内で入射レーザ光ビームを偏向させるように動作する。

半波長位相シフト反射器３０６は、入射レーザ光ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分との間に１８０度の位相シフトをもたらすように構成された（例えば、実質的に平らな反射器表面３０６ａを有する）半波長位相シフト反射器として提供される。光中継システム３０８は、第１のＡＯＤ３０２の像を、第２のＡＯＤ３０４に中継するように配置構成される。ここに示されるように、ビーム経路１１４は一点鎖線として図示されており、多軸ビームポジショナ３００の前述の構成要素は、ビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光を、回折させ（例えば、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の場合）、屈折させ（例えば、光中継システム３０８の場合）又は反射する（例えば、半波長位相シフト反射器３０６の場合）ように配置されている。

第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々は、縦モードＡＯＤとして提供される。したがって、特定のＡＯＤに入射するレーザ光の偏光面は、そのＡＯＤを出射するレーザ光の偏光面に対して平行（又は少なくとも実質的に平行）である。多軸ビームポジショナ３００は直線偏光レーザ光に対して動作するように構成されるので、ビーム経路１１４に沿って伝播して第１のＡＯＤ３０２に入射するレーザ光は当該分野で公知の任意の手段により直線偏光（又は少なくとも実質的に直線偏光）するように提供され、そして第１のＡＯＤ３０２は入射するレーザ光ビームの偏光面に対して第１の回折軸３０２ａが平行（又は少なくとも実質的に平行）となるように配向される。同様に、ビーム経路１１４に沿って伝播して第２のＡＯＤ３０４に入射するレーザ光は直線偏光（又は少なくとも実質的に直線偏光）とされ、第２のＡＯＤ３０４は入射するレーザ光ビームの偏光面に対して第２の回折軸３０４ａが平行（又は少なくとも実質的に平行）となるように配向される。

半波長位相シフト反射器３０６は、（第１のＡＯＤ３０２を出た後に）反射器表面３０６ａに入射するレーザ光の偏光面を（第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して）９０度だけ回転させるように配置構成される。これを達成するため、また以下で詳細に議論するように、半波長位相シフト反射器３０６は、レーザ光ビームが４５度の入射角（又はその付近）で反射器表面３０６ａに入射するように配向される。また、半波位相シフト反射器３０６は、入射レーザ光ビームの偏光面が反射面３０６ａで入射／反射面に対して４５度（又は少なくとも実質的に４５度）の角度となるように配向される。

動作時は、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号に含まれる周波数は、第１のＡＯＤ３０２に印加されたときに、第１のＡＯＤ３０２を１次偏向角の範囲（本明細書では「１次偏向角範囲」とも称される。）内にある１次偏向角θ_Ｄで伝搬出射する１次の回折ビームを生成する目的周波数の範囲内にあり得る。この目的周波数の範囲とは、概念的には、低い周波数と高い周波数によって画される周波数範囲に及ぶ周波数帯域と捉えることができる。

一実施形態において、半波長位相シフト反射器３０６の向きは、第１のＡＯＤ３０２に対して固定されている。したがって、第１のＡＯＤ３０２の動作中、第１のＡＯＤ３０２を出射する１次のビーム経路１１４は、多くの可能な入射角のうちの１つで（すなわち、第１のＡＯＤ３０２の動作中に第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号に含まれる周波数に応じて）反射器表面３０６ａに入射しうる。一実施形態において、半波長位相シフト反射器３０６は、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数範囲の周波数帯内の基準周波数に等しい場合に、第１のＡＯＤ３０２を出射する１次のビーム経路１１４が反射器表面３０６ａに４５度の入射角で（又はその付近、あるいは少なくとも実質的に４５度の入射角で）入射するように配向される。周波数帯は２ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、２５ＭＨｚ、３０ＭＨｚなど又はこれらの任意の値の間であり得て、また、周波数帯の下側の周波数は２５ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、３５ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、４５ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、５５ＭＨｚ、６０ＭＨｚなど又はこれらの任意の値の間であり得る。したがって、基準周波数は、２６ＭＨｚ（又はその付近）から８９ＭＨｚ（又はその付近）の範囲の任意の周波数であり得る。一実施形態において、基準周波数は、３０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚなど、又はこれらの任意の値の間であり得る。一般に、基準周波数は、目的周波数範囲の周波数帯の中央又はその付近に位置する。一実施形態において、基準周波数が目的周波数範囲の周波数帯の中間周波数の１５％、１０％、５％、２％、１％、０．５％、０．２５％、０．１％などの範囲内又はこれらの任意の値の間に存する場合に、基準周波数はその周波数帯の中央付近に存する。

別の実施形態では、第１のＡＯＤ３０２に対する半波長位相シフト反射器３０６の向きは可変としうる。例えば、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数の部分範囲内にある場合に第１のＡＯＤ３０２を出射する１次のビーム経路１１４が４５度の入射角で（又はその付近で、若しくは少なくとも実質的に４５度の入射角で）反射器表面３０６ａに入射するようにするため、半波長位相シフト反射器３０６を回転させてもよい。目的周波数の部分範囲は、低い周波数と高い周波数とによって画された周波数の部分範囲（目的周波数範囲と等しいか、それよりも小さい）に亘る周波数帯と考えることができる。第１のＡＯＤ３０２に対する半波長位相シフト反射器３０６の向きを迅速に調整できるようにするため、半波長位相シフト反射器３０６は、ボイスコイルアクチュエータ、圧電ポジショナ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）ポジショナなど、又はこれらの任意の組合せ）によって駆動されるステージに取り付けられてもよく、あるいは半波長位相シフト反射器３０６は、変形可能ミラーやこれと同種のものとして、又はこれらの任意の組合せとして提供されてもよい。

図示されているように、位相シフト反射器３０６は、第１のＡＯＤ３０２と光中継システム３０８との間のビーム経路１１４上に配置される。別の実施形態では、しかしながら、位相シフト反射器３０６は、光中継システム３０８の１対の中継レンズ３１０、３１２間のビーム経路１１４上に配置可能である。更に別の実施形態では、位相シフト反射器３０６は、光中継システム３０８と第２のＡＯＤ３０４との間のビーム経路１１４上に配置可能である。

上述のように配向及び構成された場合、半波長位相シフト反射器３０６は、入射レーザ光ビームの偏光面を、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して（レーザ光ビームが伝搬する光軸の周りに）９０度回転させる。さらに、図３に例示的に示すように、半波長位相シフト反射器３０６は、多軸ビームポジショナ３００の部品を比較的コンパクトなパッケージに組み立てることを困難にすることができるように、ビーム経路１１４の向きを曲げる。多軸ビームポジショナ３００のよりコンパクトな組立てを容易にするため、ゼロ（又は少なくとも実質的にゼロ）の位相シフト（本明細書では「ゼロ位相シフト反射器」とも称される。）を与えるように構成されたミラーを提供して、ビーム経路１１４を任意の適当な又は望ましい方法で折り返してよりコンパクトな多軸ビームポジショナを提供することができる。

例えば、図４に示すように、（例えば、実質的に平坦な反射器表面４０２ａを有する）ゼロ位相シフト反射器４０２を、多軸ビームポジショナ３００の半波長位相シフト反射器３０６とレンズ３１０の間のビーム経路１１４上に挿入することができる（これにより、多軸ビームポジショナ４００が得られる。）。図４に例示的に示されているように、レーザ光ビームが伝搬して半波長位相シフト反射器３０６に入射する方向と略反対の方向に沿ってゼロ位相シフト反射器４０２によって反射されたレーザ光ビームが伝搬し、かつゼロ位相シフト反射器４０２から反射された第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面が反射器表面３０６ａに入射時の第１の偏向面の向きに対して９０度回転するように、ゼロ位相シフト反射器４０２を配置することができる。ゼロ位相シフト反射器４０２はなんらの（又は実質的な）位相シフトを与えないので、反射器表面４０２ａで反射されたレーザ光ビームの偏光面は、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して変化しない（又は無視できる量だけ変化する。）そのため、第２のＡＯＤ３０４に最終的に伝達される直線偏光レーザ光の偏光方向は、第１のＡＯＤ３０２から出力される直線偏光レーザ光の偏光方向に対して平行（又は少なくとも実質的に平行）となる。したがって、図４に示されるように、第２のＡＯＤ３０４の第２の回折軸３０４ａは、第１のＡＯＤ３０２の第１の回折軸３０２ａに対して平行（又は少なくとも実質的に平行）となるようにすることができる。さらに、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面は、（例えば、ゼロ位相シフト反射器４０２から光中継システム３０８を介して）第２のＡＯＤ３０４に投影されたとき、第２のＡＯＤ３０４の第２の偏向面に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となる。したがって、第１のＡＯＤ３０２に関連付けられたスキャンフィールド（１次元スキャンフィールド）は、第２のＡＯＤ３０４に投影されたとき、第２のＡＯＤ３０４に関連付けられたスキャンフィールド（同様に１次元のスキャンフィールド）に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となり、多軸ビームポジショナ４００は、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４に関連する２つの１次元スキャンフィールドの重ね合わせによって特徴付けられる２次元スキャンフィールドを有すると考えることができる。

典型的には、半波長位相シフト反射器３０６がビーム経路１１４に沿って伝播する入射レーザ光ビームに与えることができる位相シフト（「位相遅延」としても知られる。）の量は、（例えば、第１のＡＯＤ３０２の駆動周波数を変化させた結果として）反射器表面３０６ａでのビーム経路１１４の入射角が変化するのに従って変化する。この位相シフトの変化は、第２のＡＯＤ３０４に入射するビームの偏光状態の偏差をもたらし、それは所望の軸上でもはや直線偏光されず、むしろ楕円偏光される。ビーム経路１１４の入射角が反射器表面３０６ａで変化する影響を排除し又は低減するため、半波長位相シフト反射器３０６を１対の１／４波長位相シフト反射器に置換することができる。例えば、図５に示されているように、多軸ビームポジショナ５００は図３に示された多軸ビームポジショナ３００に関して説明したところと同様に提供されてもよいが、半波長位相シフト反射器３０６は、ビーム経路１１４内に配置された１対の１／４波長位相シフト反射器（すなわち、実質的に平面の反射器表面５０２ａを有する第１の位相シフト反射器５０２、及び実質的に平面の反射器表面５０４ａを有する第２の位相シフト反射器５０４）によって置換される。

図５に例示的に示すように、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数範囲の前述の基準周波数に等しい場合に、ビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光ビームがある入射角（「第１の入射角」とも称される。）で、例えば４５度（又はその付近、あるいは少なくとも実質的に４５度の第１の入射角）で、反射器表面５０２ａに入射するように配置される。第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数範囲の前述の基準周波数に等しい場合に、反射器表面５０２ａから反射された光が等しい（又は少なくとも実質的に等しい）量のＳ偏光成分及びＰ偏光成分を含むように（すなわち、反射器表面５０２ａによって反射された光が円偏光となるように、又は少なくともほぼ円偏光となるように）、更に配置される。上述のように向けられることにより、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、入射レーザ光ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分との間に９０度（又はその程度）の位相シフトをもたらすように構成される。

第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、反射器表面５０４ａが第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａに対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となるように配置される。したがって、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の反射器表面５０４ａの表面法線は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａの表面法線に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となる。上述のように向けられると、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、入射レーザ光ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分との間に９０度（又はその程度）の位相シフトをもたらす。したがって、反射器表面５０４ａに入射する円偏光（又は少なくともほぼ円偏光）の光は、直線偏光（又は少なくとも実質的に直線偏光）の光として反射される。

多軸ビームポジショナ５００内の１対の１／４波長位相シフト反射器５０２、５０４からの合計の位相シフトが１８０度（又はその程度）となるのを容易にするため、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、同一の入射角範囲にわたって第２の１／４波長位相シフト反射器５０４と同じ（又は実質的に同じ）位相シフト特性（少なくとも実質的に線形である。）を有するように提供される。図６は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２及び第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の各々が、同一の入射角範囲にわたって有し得る例示的な位相シフト特性を示すチャートである。任意の特定の入射角において第１の１／４波長位相シフト反射器５０２又は第２の１／４波長位相シフト反射器５０４のいずれかによって与えられる位相シフト量は、１／４波長位相シフト反射器の反射器表面が作製される材料、反射器表面の温度、反射器表面での機械的歪みの存在、大きさ、及び方向などの１つ若しくは複数の要因又はこれらの任意の組合せに応じて、（例えば、エラーバーによって示されているように）変化する可能性がある。

第１のＡＯＤ３０２を出射する１次ビーム経路１１４が反射器表面５０２ａに４５度の第１の入射角で入射すると、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、入射した直線偏光レーザ光に９０度の位相シフトを与え、少なくとも実質的に円偏光された（例えば、少なくとも実質的に等量のＳ偏光成分及びＰ偏光成分を備えた）レーザ光ビームを反射する。しかしながら、図６に例示的に示されるように、第１の入射角が４５度から乖離すると、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２によって与えられる位相シフトはそれに応じて９０度から乖離し、その結果、漸増的に楕円形になる偏光を有するレーザ光の反射ビームとなる。

例えば、第１の入射角が４５度を超えて増加すると、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、９０度より大きい位相シフト（すなわち、「オーバーシフト」）を生成する。入射角が４５度未満に減少すると、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、９０度未満の位相シフト（すなわち、「アンダーシフト」）を生成する。しかしながら、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４が上記のように向けられる場合、第２の入射角（すなわち、反射器表面５０４ａに入射するレーザ光ビームの入射角）は、第１の入射角の余角となる。すなわち、第１の入射角と第２の入射角との和は９０度である。したがって、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２により生じるオーバーシフトは、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４により生じる等しい（又はほぼ若しくは少なくとも実質的に等しい）が、反対のアンダーシフトによって補償される。同様に、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２によって生成されるアンダーシフトは、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４によって生成される等しい（又はほぼ若しくは少なくとも実質的に等しい）が、反対のオーバーシフトによって補償される。最終的な結果は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２と第２の１／４波長位相シフト反射器５０４とが、一体的に、ある範囲の入射角に亘って第１の１／４波長位相シフト反射器５０２に入射するレーザ光ビームのＳ成分とＰ成分の間に１８０度（又はその程度）の合計位相シフトをもたらすことができることである。

上記のように配向及び構成されると、多軸ビームポジショナ５００の第１の１／４波長位相シフト反射器５０２と第２の１／４波長位相シフト反射器５０４とは一体的に作用して、第１のＡＯＤ３０２から出力されるレーザ光ビームの偏光面を、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して（例えば、９０度又はその程度）回転させ、また、反射器表面５０２ａに入射する際の第１の偏向面の向きに対して第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面を（例えば、９０度又はその程度）回転させるので、多軸ビームポジショナ５００は、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４に関連付けられた２つの１次元スキャンフィールドの重ね合わせによって特徴付けられる２次元スキャンフィールドを有すると考えることができる。

図５に示されているように、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２及び第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、第１のＡＯＤ３０２と光中継システム３０８との間に配置される。しかしながら、別の実施形態では、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２及び第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、光中継システムの１対の中継レンズ３１０、３１２の間に配置することができる。更に別の実施形態では、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２及び第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、光中継システム３０８と第２のＡＯＤ３０２との間に配置することができる。更に別の実施形態では、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、多軸ビームポジショナ５００における任意の１対の構成要素の間に配置することができ、また、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の光学的に下流で、多軸ビームポジショナ５００の他の１対の構成要素の間に配置することができる。

別の実施形態では、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の反射器表面５０４ａが第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａに対して平行（又は少なくとも実質的に平行）となるように、多軸ビームポジショナ５００を変形することができる（これにより図７に示されたような多軸ビームポジショナ７００が得られる）。反射面５０２ａ及び５０４ａが互いに平行（又は少なくとも実質的に平行）であることに加えて、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の反射面は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射面と同じ（又は少なくとも実質的に同一平面上）である。したがって、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の反射器表面５０４ａの表面法線は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａの表面法線に対して平行（又は少なくとも実質的に平行）となる。

多軸ビームポジショナ７００の１対の１／４波長位相シフト反射器５０２、５０４からの合計の位相シフトが１８０度（又は約１８０度）となるのを容易にするため、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は、同一の入射角範囲に亘って第２の１／４波長位相シフト反射器５０４と、相応して異なる位相シフト特性（少なくとも実質的に線形でもよい。）を有するように提供される。具体的には、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２又は第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の一方は、（当技術分野で公知の適当な又は有益な手段により）所定の入射角でＳ偏光成分とＰ偏光成分との間にアンダーシフトの位相を生成するように構成される一方、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２又は第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の他方は、それと同じ所与の入射角でＳ偏光とＰ偏光との間にオーバーシフトの位相を生成するように構成される。図８は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２又は第２の１／４波長位相シフト反射器５０４のうちの１つが、ある範囲の入射角に亘って有し得る例示的な位相シフト特性を示すチャートである。例えば、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２は図６に示された位相シフト特性を有しうる一方、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は図８に示された位相シフト特性を有しえて、あるいはその逆でもよい。

図６及び図８に示されるように、共通の入射角でのアンダーシフトとオーバーシフトの合計の大きさは１８０度（又はその程度）になる。例えば、４５度の入射角において、両１／４波長位相シフト反射器は９０度の位相シフトを生成する。４３度の入射角において、これら１／４波長位相シフト反射器の１つは８３度の位相シフトを生成し（図６を参照）、１／４波長位相シフト反射器のもう１つは９７度の位相シフトを生成する（図８を参照）。４６度の入射角において、これら１／４波長位相シフト反射器の１つは９４度の位相シフトを生成し（図６を参照）、他方の１／４波長位相シフト反射器は８６度の位相シフトを生成する（図８を参照）。

上述のように配向及び構成された場合、多軸ビームポジショナ７００の第１の１／４波長位相シフト反射器５０２及び第２の１／４波長位相シフト反射器５０４は一体的に作用して、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して、第１のＡＯＤ３０２から出力されるレーザ光ビームの偏光面を（例えば、９０度、又はその程度だけ）回転させる。しかしながら、多軸ビームポジショナ５００に関して上述した実施形態とは異なり、多軸ビームポジショナ７００の１対の１／４波長位相シフト反射器は、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａに入射するレーザ光の偏光面に対して、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面を回転させない。１対の１／４波長位相シフト反射器もまた、反射器表面５０４ａから反射された光が、レーザ光ビームが第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の反射器表面５０２ａに入射した方向と全体的に同じ方向に伝播するように、ビーム経路１１４の方向を変えると考えることができる。結果として、最終的に多軸ビームポジショナ７００における第２のＡＯＤ３０４に送達される直線偏光レーザ光の偏光方向は、第１のＡＯＤ３０２から出力された直線偏光のレーザ光の偏光方向に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となる。したがって、図７に示されているように、第２のＡＯＤ３０４の第２の回折軸３０４ａは、第１のＡＯＤ３０２の第１の回折軸３０２ａに対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となり得る。さらに、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面は、（例えば、光中継システム３０８を介して第２の１／４波長位相シフト反射器５０４から）第２のＡＯＤ３０４に投影される場合、第２のＡＯＤ３０４の第２の偏向面に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となる。したがって、第１のＡＯＤ３０２に関連付けられたスキャンフィールド（１次元スキャンフィールド）は、第２のＡＯＤ３０４に投影されるとき、第２のＡＯＤ３０４に関連付けられたスキャンフィールド（同様に１次元のスキャンフィールドである。）に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）となり、多軸ビームポジショナ７００は、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４に関連付けられた２つの１次元スキャンフィールドの重ね合わせによって特徴付けられる２次元スキャンフィールドを有すると考えることができる。

上述の議論からは、多軸ビームポジショナ７００において、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の向きは第１のＡＯＤ３０２に対して固定され、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の向きは第１の１／４波長位相シフト反射器５０２に対して固定されていると想定されている。この実施形態では、図５に関して説明した実施形態とは異なり、２つの位相シフト反射器がＳ偏光成分とＰ偏光成分の間に９０度の位相シフトを与える入射角以外の入射角でＳ偏光成分とＰ偏光成分の間に同じ位相シフトを与える場合には、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４はオーバーシフト又はアンダーシフトを補償しない。しかしながら、他の実施形態では、第１のＡＯＤ３０２に対する第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の向きは可変とすることができ、第１のＡＯＤ３０２に対する第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の向きは可変とすることができ、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４に対する第１の１／４波長位相シフト反射器５０２の向きは可変とすることができ、第１の１／４波長位相シフト反射器５０２に対する第２の１／４波長位相シフト反射器５０４の向きは可変とすることができ、その他類似の構成とすることもでき、又はこれらの任意の組合せとすることもできる。例えば、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数の前述の部分範囲内にある場合に第１のＡＯＤ３０２を出射する１次のビーム経路１１４が４５度（又は少なくとも実質的に４５度）の入射角で反射器表面５０２ａに入射するようにするため、（例えば、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４とは独立して、又は同調して）第１の１／４波長位相シフト反射器５０２を回転させることができる。別の例では、第１のＡＯＤ３０２に印加される駆動信号の周波数が目的周波数の前述の部分範囲内にある場合に第１の１／４波長位相シフト反射器５０２によって生じるオーバーシフト又はアンダーシフトを補償するため、第２の１／４波長位相シフト反射器５０４を第１の１／４波長位相シフト反射器５０２に対して回転させることができる。これら１／４波長位相シフト反射器の任意のものの方向の迅速な調整を容易にするため、１／４波長位相シフト反射器の一方又は両方を、ボイスコイルアクチュエータ、圧電ポジショナ、ＭＥＭＳポジショナなど、又はこれらの任意の組合せによって動作するステージに取り付けてもよく、あるいは１／４波長位相シフト反射器の一方又は両方を変形可能ミラーなどとして提供してもよく、又はこれらの任意の組合せであってもよい。

一実施形態では、第１及び第２のＡＯＤ３０２及び３０４のＡＯ媒体１０２が形成される材料はゲルマニウム（Ｇｅ）などの材料とすることができ、これは典型的には２μｍから２０μｍまでの範囲の波長の光を偏向するように選択される。したがって、ビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光ビームは２μｍから２０μｍの範囲の波長を有することができ、一実施形態では波長は９μｍから１１μｍの範囲にある。例示的な波長は、９．４μｍ、９．６μｍ、１０．６μｍなど、又はこれらの近傍、又はこれらの値の任意のものの間を含みうる。このようなレーザ光線は、任意の適当なレーザ光源（例えば、当技術分野で知られているように、２０Ｗ（又はその付近）から２０ｋＷ（又はその付近）の範囲の平均出力でレーザビームを出力できる高出力ＣＯ_２レーザ）から生成できる。前述の任意の位相シフト反射器を形成できる材料は、シリコン、銅、モリブデン、金など、又はこれらの任意の組合せなどの材料を含むことができ、また、当技術分野で知られているように、典型的には、偏向されるレーザ光ビームにおける光の波長に応じて選択される。例えば、第１及び第２のＡＯＤ３０２及び３０４のＡＯセルはゲルマニウム（Ｇｅ）で形成することができ、任意の多軸ビームポジショナ３００、４００、５００又は７００の任意の位相シフト反射器はシリコンや銅などの材料で形成することができ、またオプションで、当技術分野でよく知られているように１つ又は複数のコーティングを含むことができる。

上述の実施形態では、多軸ビームポジショナ３００、４００、５００及び７００は、２つのＡＯＤ（すなわち、第１及び第２のＡＯＤ２００及び２０２）を備えた多軸ビームポジショナとして提供される。他の実施形態では、ビームポジショナは、単一のＡＯＤ、又は２つよりも多いＡＯＤを含んでもよい。ビームポジショナが単一のＡＯＤを含む実施形態では、ビームポジショナは、そのＡＯＤの光出力に配置された少なくとも１つの位相シフト反射器（例えば、少なくとも１つの半波長位相シフト反射器、少なくとも１つの１／４波長位相シフト反射器など、又はこれらの任意の組み合わせ）を含むことができる。ビームポジショナが２つよりも多いＡＯＤを含む実施形態では、ビームポジショナは、（たとえば、図３、４、５、又は７に関して上記で説明したように）ビーム経路が別のＡＯＤに供給されるＡＯＤの光出力に配置された少なくとも１つの位相シフト反射器を含んでも含まなくてもよい。

上述の実施形態では、ビームポジショナは、ビーム偏向デバイスとして１つ以上のＡＯＤを含むものとして説明されている。ビームポジショナは、追加的に、（例えば、上記のＡＯＤのいずれかから透過された光のビームを偏向するように配置された）他の１つ以上のビーム偏向デバイスをさらに含み得ることを認識されたい。そのような場合においては、そのような他のビーム偏向デバイスの任意のものは、電気光学偏向器（ＥＯＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）や、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータなどによって作動する高速ステアリングミラー（ＦＳＭ：ｆａｓｔ－ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）要素や、ガルバノミラー、回転ポリゴンスキャナ等や、あるいはこれらの任意の組合せを含みうる。

上記は、本発明の実施形態及び（実施）例を説明するものであり、本発明を限定するものと解釈されてはならない。いくつかの具体的な実施形態及び例を図面を参照して説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び有利な点から実質的に逸脱することなく、開示された実施形態及び（実施）例、並びに他の実施形態に対して多くの変形が可能であることを容易に理解するであろう。

例えば、上記の実施形態では、第１のＡＯＤ３０２から出力される光の偏光面を回転させるために半波長位相シフト反射器又は１対の１／４波長位相シフト反射器の使用を説明したが、他のタイプの位相シフト反射器、又は複数の位相シフト反射器の組合せを、そのような反射器がビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光ビームにおける偏光のＳ成分とＰ成分との間に１８０度（又はその程度）の位相シフトを与えて、第１のＡＯＤ３０２の第１の偏向面に対して第１のＡＯＤ３０２から出力される光の偏光面を９０度（又はその程度）だけ回転させるように構成配置される限り、（１つ又は複数のゼロ位相シフト反射器との協働の有無に関係なく）使用できることが理解されるであろう、

さらに、第１及び第２のＡＯＤ２００及び２０２のＡＯ媒体１０２が形成される材料に関する上記の議論ではゲルマニウムに限定されていたが、第１及び第２のＡＯＤ２００及び２０２の任意のもののＡＯ媒体１０２が形成される材料は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ウルフェナイト（ＰｂＭｏＯ_４）、二酸化テルル（ＴｅＯ_２）、結晶石英、ガラス質ＳｉＯ_２、三硫化ヒ素（Ａｓ_２Ｓ_３）、ＬｉＮｂＯ_３などのような他の適切な材料でもよく、当技術分野で知られているように、典型的には偏向されるレーザ光ビームの光の波長に応じて選択される。したがって、前述の位相シフト反射器を形成することができる材料もまた、当技術分野で知られているように、反射されるレーザ光ビームの光の波長に依存する。任意の位相シフト反射器を形成できる例示的な材料には、ガラス、溶融シリカ、水晶、シリコン、銅、モリブデン、金、炭化ケイ素、アルミニウムなどの材料、又はこれらの任意の組合せが含まれる。

さらに、上記の実施形態では、入射するレーザ光ビームの偏光面に対して平行な（又は少なくとも実質的に平行な）回折軸を有するＡＯＤの使用及び配置について説明したが、本明細書で説明する原理は入射するレーザ光ビームの偏光面に対して垂直な（又は少なくとも実質的に垂直な）回折軸を有するＡＯＤの使用を含む他の実施形態に適用してもよい。例えば、第１のＡＯＤ３０２及び第２のＡＯＤ３０４の各々（すなわち、多軸ビームポジショナ３００、４００、５００又は７００の任意のものにおいて）は、水晶などの材料で形成されたＡＯセルを備えることができ、そして、レーザ光ビームがビーム経路１１４に沿って伝搬する際に、これらのＡＯＤの各々の回折軸が各ＡＯＤに入射するレーザ光ビームの偏光面に対して垂直（又は少なくとも実質的に垂直）になるように向けられる。この例では、レーザ光ビームは、電磁スペクトルの紫外領域、可視領域、又は他の赤外領域の波長を持ち、直線偏光となっている。

さらに、上記の実施形態では、多軸ビームポジショナ３００、４００、５００、又は７００は光中継システム３０８を含むものとして説明したが、光中継システム３０８は省略してもよいことが理解されよう。

さらに、第１のＡＯＤ３０２から出力されるレーザ光ビームに位相シフトを与える位相シフト反射器が様々に使用される実施形態が上記で議論されたが、（例えば、図３、図４、図５又は図７のいずれかに関して上述した位相シフト反射器のいずれかに加えて、又はその代替として）１つ以上の透過位相シフト板も使用できることが理解されるであろう。一般に、透過位相シフト板は、ビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光ビームの波長に対して少なくとも実質的に透明である。例えば、ビーム経路１１４に沿って伝播するレーザ光ビームが９μｍから１１μｍの範囲内の波長（例えば、９．４μｍ、９．６μｍ、１０．６μｍなど、若しくはその前後、又はこれらの値の任意のものの間）である場合に、構造化ダイヤモンド半波長板などの透過型位相シフト板をビーム経路１１４に挿入して、第１のＡＯＤ３０２によって出力されるレーザ光ビームに１８０の位相シフトを与えることができる。

したがって、そのような変形はすべて、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。例えば、任意の文、段落、（実施）例又は実施形態の主題と、他の文、段落、（実施）例又は実施形態の一部又は全部の主題とを組み合わせることが、組合せが相互に排他的である場合を除いて可能であることを当業者は理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって、特許請求の範囲の均等物がそこに含まれる態様で定められるべきである。

Claims (29)

1. 直線偏光レーザ光ビームが伝搬可能なビーム経路を２次元スキャンフィールド内で偏向可能なビームポジショナであって、
   第１の回折軸を有し、前記直線偏光レーザ光ビームを回折し、これにより前記ビーム経路を前記２次元スキャンフィールドの第１の軸に沿って延びる第１のスキャンフィールド内で偏向するように動作する第１の音響光学（ＡＯ）偏向器（ＡＯＤ）と、
   前記第１のＡＯＤから前記第１のＡＯＤにより偏向された前記ビーム経路に沿って伝搬可能な前記レーザ光ビームを回折し、これによりさらに前記ビーム経路を前記２次元スキャンフィールドの第２の軸に沿って延びる第２のスキャンフィールド内で偏向するように配置され動作する第２のＡＯＤと、
   前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間であって、前記第１のＡＯＤから前記レーザ光ビームが伝搬可能な前記ビーム経路上に配置される少なくとも１つの反射器であって、少なくとも１つの位相シフト反射器を含む少なくとも１つの反射器と、
   を備え、
   前記第１のＡＯＤ、前記第２のＡＯＤ、及び前記少なくとも１つの位相シフト反射器は、前記第１のスキャンフィールドの前記第１の軸が前記第２のスキャンフィールドの前記第２の軸と平行とならないように前記第１のスキャンフィールドが前記第２のＡＯＤ上に投影可能となるように配置され、
   前記少なくとも１つの位相シフト反射器は、前記第１のＡＯＤによって回折された光の偏光面を回転させるように構成及び配向される、
   ビームポジショナ。
2. 前記第２のＡＯＤは、第２の回折軸を有し、
   前記第１のＡＯＤ及び前記第２のＡＯＤは、前記第１の回折軸が前記第２の回折軸に対して平行となるように配置される、請求項１に記載のビームポジショナ。
3. 前記第２のＡＯＤは、第２の回折軸を有し、
   前記第１のＡＯＤ及び前記第２のＡＯＤは、前記第１の回折軸が前記第２の回折軸に対して垂直となるように配置される、請求項１に記載のビームポジショナ。
4. 前記少なくとも１つの反射器は、前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間の前記ビーム経路上に配置された少なくとも１つのゼロ位相シフト反射器を更に備えた、請求項１に記載のビームポジショナ。
5. 前記少なくとも１つの位相シフト反射器は半波長位相シフト反射器を含む、請求項１に記載のビームポジショナ。
6. 前記少なくとも１つの位相シフト反射器は２つの１／４波長位相シフト反射器を含む、請求項１に記載のビームポジショナ。
7. 前記２つの１／４波長位相シフト反射器は、
   第１の反射器表面を有する第１の１／４波長位相シフト反射器と、
   第２の反射器表面を有する第２の１／４波長位相シフト反射器と、
   を含み、
   前記第１の反射器表面の表面法線が前記第２の反射器表面の表面法線に対して垂直となるように、前記第１の１／４波長位相シフト反射器と前記第２の１／４波長位相シフト反射器とが互いに対して配向された、請求項６に記載のビームポジショナ。
8. 前記２つの１／４波長位相シフト反射器は、
   第１の反射器表面を有する第１の１／４波長位相シフト反射器と、
   第２の反射器表面を有する第２の１／４波長位相シフト反射器と、
   を含み、
   前記第１の反射器表面の表面法線が前記第２の反射器表面の表面法線に対して平行となるように、前記第１の１／４波長位相シフト反射器と前記第２の１／４波長位相シフト反射器とが互いに対して配向された、請求項６に記載のビームポジショナ。
9. 前記ビーム経路上に配置された少なくとも１つのガルバノミラーを更に備え、前記少なくとも１つの位相シフト反射器は前記第１のＡＯＤと前記ガルバノミラーの間に配置された、請求項１に記載のビームポジショナ。
10. 前記少なくとも１つの位相シフト反射器の向きは前記第１のＡＯＤに対して固定されている、請求項１に記載のビームポジショナ。
11. 前記少なくとも１つの位相シフト反射器の向きは前記第１のＡＯＤに対して可変である、請求項１に記載のビームポジショナ。
12. 前記第１のＡＯＤはゲルマニウムを含む材料で形成されたＡＯセルを含む、請求項１に記載のビームポジショナ。
13. 前記第１のＡＯＤは石英を含む材料で形成されたＡＯセルを含む、請求項１に記載のビームポジショナ。
14. 前記少なくとも１つの位相シフト反射器はシリコン及び銅からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む材料で形成された、請求項１に記載のビームポジショナ。
15. 前記第１の回折軸は、前記第１のＡＯＤに入射する前記直線偏光レーザ光ビームの偏光面に対して平行である、請求項１に記載のビームポジショナ。
16. 前記第１の回折軸は、前記第１のＡＯＤに入射する前記直線偏光レーザ光ビームの偏光面に対して垂直である、請求項１に記載のビームポジショナ。
17. レーザ光ビームが伝搬可能なビーム経路を第１の軸に沿って延びる第１のスキャンフィールド内で偏向するように動作する第１の音響光学（ＡＯ）偏向器（ＡＯＤ）と、
    前記第１のＡＯＤから前記レーザ光ビームが伝搬可能な前記ビーム経路上に配置され、前記ビーム経路を第２の軸に沿って延びる第２のスキャンフィールド内で偏向するように動作する第２のＡＯＤと、
    前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間の前記ビーム経路上に配置された位相遅延子と、
    を備え、
    前記第１のＡＯＤ、前記第２のＡＯＤ、及び前記位相遅延子は、前記第１のスキャンフィールドの前記第１の軸が前記第２のスキャンフィールドの前記第２の軸と平行とならないように前記第１のスキャンフィールドが前記第２のＡＯＤ上に投影可能となるように配置され、
    前記第１のＡＯＤ及び前記第２のＡＯＤからなる群から選択される少なくとも１つのＡＯＤは、ゲルマニウムを含む材料で形成されたＡＯセルを含む、
    多軸ビームポジショナ。
18. 前記位相遅延子は少なくとも１つの位相シフト反射器を含む、請求項１７に記載のビームポジショナ。
19. 前記位相遅延子は透過型位相シフト板を含む、請求項１７に記載のビームポジショナ。
20. 前記透過型位相シフト板は構造化ダイヤモンド半波長板を含む、請求項１９に記載のビームポジショナ。
21. レーザ光ビームが伝搬可能なビーム経路を第１の軸に沿って延びる第１のスキャンフィールド内で偏向するように動作する第１の音響光学（ＡＯ）偏向器（ＡＯＤ）と、
    前記第１のＡＯＤから前記レーザ光ビームが伝播可能な前記ビーム経路上に配置され、前記ビーム経路を第２の軸に沿って延びる第２のスキャンフィールド内で偏向するように動作する第２のＡＯＤと、
    前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間のビーム経路上に配置された位相遅延子と、
    前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間のビーム経路上に配置されたミラーと、
    を備え、
    前記レーザ光ビームが前記第１のＡＯＤに入射する方向と少なくとも全体的に反対の方向に前記第２のＡＯＤから出射して伝播可能であるように、また、前記第１のスキャンフィールドの前記第１の軸が前記第２のスキャンフィールドの前記第２の軸と平行とならないように前記第１のスキャンフィールドが前記第２のＡＯＤ上に投影可能となるように、前記第１のＡＯＤ、前記第２のＡＯＤ、前記位相遅延子、及び前記ミラーが配置されている、
    ビームポジショナ。
22. 前記ミラーは、ゼロ位相シフト反射器である、請求項２１に記載のビームポジショナ。
23. 前記第１のスキャンフィールドは、前記第１のスキャンフィールドの前記第１の軸が前記第２のスキャンフィールドの前記第２の軸に垂直となるように前記第２のＡＯＤ上に投影可能である、請求項１から２１のいずれか一項に記載のビームポジショナ。
24. 前記第１のＡＯＤと前記第２のＡＯＤとの間に配置される光中継システムであって、前記第１のスキャンフィールドが前記光中継システムを介して前記第２のＡＯＤ上に投影可能となるように配置される光中継システムをさらに備える、請求項１に記載のビームポジショナ。
25. 前記少なくとも１つの反射器は、１対のレンズの間に配置される、請求項２４に記載のビームポジショナ。
26. 前記少なくとも１つの反射器は、前記第１のＡＯＤと前記光中継システムとの間に配置される、請求項２４に記載のビームポジショナ。
27. 前記少なくとも１つの反射器は、前記第２のＡＯＤと前記光中継システムとの間に配置される、請求項２４に記載のビームポジショナ。
28. 前記第２の回折軸は、前記第２のＡＯＤに入射する前記直線偏光レーザ光ビームの偏光面に対して平行である、請求項２又は３に記載のビームポジショナ。
29. 前記第２の回折軸は、前記第２のＡＯＤに入射する前記直線偏光レーザ光ビームの偏光面に対して垂直である、請求項２又は３に記載のビームポジショナ。
    

Images