JPH03109527A - 光ビーム偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、音響光学偏向素子（ＡＯＤ）を用いて光ビ
ームを偏向させる光ビーム偏向装置に関し、特に、ＡＯ
Ｄのシリンドリカルレンズ効果を補正する光ビーム偏向
装置に関する。

（従来の技術） 音響光学偏向素子（ＡＯＤ）は、光ビームを偏向させる
偏向器として広く用いられている光学素子である。特に
、ＡＯＤは偏向角の制御を高速で行うことができるので
、光ビームを高速で走査するための走査光学系に用いら
れることが多い。

しかし、ＡＯＤを用いて高速な走査を行うと、シリンド
リカルレンズ効果と呼ばれる現象が現れることが知られ
ている。ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効果については
、例えばり、Ｄ、Ｄｉｃｋｓｏｎ、　”ｏｐｔｉｃａｌ
　Ｃｏｎ５ｉｄｅｒａｔ１ｏｎｓ　ｆ’ｏｒ　ａｎ　Ａ
ｃｏｕｓｔｏｏｐｔｌｃ　Ｄｅ−ｒｌｅｃｔｏｒ、−Ａ
ｐｐＨｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　　誌、　Ｖｏｌ、１１．　
　Ｎｏ、ＬＯ。

１９７２年１０月、第２１９６頁〜第２２０２頁に詳し
く述べられている。第７Ａ図はＡＯＤにおけるシリンド
リカルレンズ効果を説明するための概念図である。

図において、ＡＯＤｌは、音響媒質１ａと超音波振動子
（トランスデユーサ）ｌｂとを備えている。

トランスデユーサ１ｂから発振された超音波Ｓは、音響
媒質１ａ中を進行する。図において、超音波Ｓは音響媒
質１ａ内に平行線によって模擬的に示されている。この
平行線は、その間隔が狭いほど周波数が高いことを意味
している。なお、超音波Ｓの周波数は、図に示すように
最高周波数ｆ□８から最低周波数ｆ　９　まで直線的に
低下するよう１１１ｎ に周期的に変化している。

音響媒質１ａに光ビームＬ　　、Ｌｂが入射すると、１
次回折光である出射光ＬＬ　　が出射さａｌ’　　　　
ｂｌ れる。出射光ＬＬ　　の偏向角θは、一般に次ａ１・　
　　ｂｌ 式で与えられる。

θ−−ｆλ／Ｖ　　　　　　　　　　・・・（１）ここ
で、ｆ：超音波の周波数 λ：光の波長 Ｖ二音響媒質１ａ中の音速 偏向角θを素早く変化させるために超音波Ｓの周波数を
高速で変化させると、第７Ａ図に模擬的に示すように、
音響媒質ｌａ中に高周波の音波と低周波の音波とが同時
に存在することになる。このとき、入射光Ｌ５は入射光
Ｌａよりもトランスデユーサ１ｂから遠いところで回折
するので、入射光Ｌ　の回折に関与する周波数ｆｂは入
射光Ｌ、の回折に関与する周波数ｆａよりも高くなって
いる。従って、（１）式から導かれる占うに、出射光Ｌ
　の偏向角θ　は出射光Ｌａ□の偏向角θ８よりｌ　　
　　　　　　　　ｂ りも大きくなる。すなわち、ＡＯＤｌは凹レンズとして
働く。一方、超音波Ｓの周波数をこれとは逆に低周波か
ら高周波に変化させると、ＡＯＤ　１は凸レンズとして
働く。このような現象がシリンドリカルレンズ効果と呼
ばれるものである。

このようなシリンドリカルレンズ効果を補正する方法と
して、例えば特開昭６０−１０７８２８号公報に示され
ているように、ＡＯＤｌの出射側に補正レンズを設ける
方法が知られている。第７Ｂ図は、このような補正方法
を示す概念図である。

図において、補正レンズ２はＡＯＤｌの出射側に配置さ
れて、出射光ＬＬ　　の偏向角（出射角）ａｔ’　　ａ
ｂ θ　を等しくする働きを有している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、ＡＯＤ　　からの出射光ＬａｌとＬｂｌの偏同
角θ　とａｂの差Δθは小さいので、補正レンズ２によ
ってこれらの偏向角を精度良く一致させるためには、補
正レンズ２の焦点距離を精度良く製作しなければならな
い。一方、通常のレンズに対する焦点距離の精度は±５
％程度であるので、高精度のレンズを用いようとすれば
、レンズ自体が高価なものになってしまうという問題が
ある。

ところで、ＡＯＤを含む分解点数は、光ビームの径の大
きさに比例するので、分解点数を増加させるために、光
ビームの径を増大させたいという要求がある。そして、
この要求を満たすために、光ビームを拡大するレンズ系
（エキスパンダ）をＡＯＤの近辺に設けることがある。

この場合に、ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効果を補正
するための補正レンズをさらに設けると、ＡＯＤの前後
に設置するレンズの数が多くなる。従って、レンズ同士
の母線合わせが複雑になるなどの問題も生じてくる。

（発明の目的） この発明は、従来の技術における上述の課題を解決する
ためになされたものであり、高精度な補正レンズを必要
とすることなく、ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効果を
補正することのできる光ビーム偏向装置を提供すること
を目的とする。

また、この発明の他の目的は、シリンドリカルレンズ効
果を補正しつつ、単純なレンズ構成で光ビームの径を増
大させることのできる光ビーム偏向装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 上述の課題を解決するため、この発明の第１の構成では
、音響光学偏向素子と、光軸上に順次配列された複数の
シリンドリカルレンズで構成され、光ビームを第１の方
向に拡大して前記音響光学偏向素子に入射させる第１の
一方向エキスパンダとを備えている。そして、前記複数
のシリンドリカルレンズの設置位置は、前記音響光学偏
向素子の動作時における出射ビームが平行光となるよう
に定められている。

また、この発明の第２の構成では、第１の一方向エキス
パンダは、第１と第２のシリンドリカルレンズで構成さ
れており、前記第１のシリンドリカルレンズは入射され
た光ビームを第１の方向において前記光ビームよりも大
きな径を持つ第１の光へと変換するレンズであり、前記
第２のシリンドリカルレンズは、前記第１の光を前記第
１の方向において屈折して第２の光とし、当該箱２の光
を前記音響光学偏向素子へと与えるレンズである。

そして、前記音響光学偏向素子の動作時におけるシリン
ドリカルレンズ効果を等価レンズによって表現したとき
に、前記等価レンズが凹レンズか凸レンズかに応じて、
前記第２の光が、前記等価レンズの焦点位置を目標集束
位置とする前記第１の方向についての集束型の光、また
は前記焦点位置を仮想発散中心位置とする前記第１の方
向についての発散型の光となるように、前記第１と第２
のシリンドリカルレンズの設置位置が定められる。

さらに、この発明の第３の構成では、音響光学偏向素子
の出射側に、さらに第２の一方向エキスパンダを備えて
いる。この第２の一方向エキスパンダは、第１の一方向
エキスパンダにおける２つのシリンドリカルレンズと同
一仕様の２つのシリンドリカルレンズで構成され、前記
音響光学偏向素子からの出射ビームを第１の方向と直交
する第２の方向に拡大するとともに、その出射ビームが
平行光となるように前記複数のシリンドリカルレンズの
設置位置が定められている。

（作用） 第１の構成では、光ビームを拡大するための第１の一方
向エキスパンダにおいて、複数のシリンドリカルレンズ
の設置位置を適宜定めることによって、音響光学偏向素
子（Ａ　ＯＤ）からの出射光を平行光となるようにして
いるので、ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効果を補正す
るための特別な補正用レンズを必要としない。

また、第２の構成では、第１の一方向エキスパンダは２
つのシリンドリカルレンズで構成されており、その設置
位置を適宜定めることによって、この第１の一方向エキ
スパンダから出射される第２の光を次のような性質を有
する集束光または発散光とする。すなわち、ＡＯＤのシ
リンドリカルレンズ効果を等価レンズで表現したときに
、その等価レンズが凹レンズの場合には前記第２の光を
集束光とし、その目標集束位置が等価レンズの焦点位置
と一致するようにする。一方、等価レンズが凸レンズの
場合には前記第２の光を発散光とし、その仮想発散中心
位置が等価レンズの焦点位置と一致する。従って、第１
の一方向エキスパンダから出射される第２の光がＡＯＤ
に入射されると、シリンドリカルレンズ効果によってＡ
ＯＤからの出射ビームが平行光となる。

さらに、第３の構成では、ＡＯＤの出射側の第２の一方
向エキスパンダを、第１の一方向エキスパンダと同一仕
様のシリンドリカルレンズで構成したので、単純なレン
ズ構成となる。

（実施例） Ａ、走査光学系の構成 第１図は、この発明の一実施例を適用した走査光学系の
構成を示す斜視図である。図において、Ａｒ＋レーザ発
振器２０１から出射したレーザビームＬＢｏは、ミラー
２０３．２０５で反射され、それによって高さ変換が行
われる。

ミラー２０３は、図中のＸ方向に平行な軸を中心にして
、角度範囲α３の間で角度を調整できるようになってい
る。同様に、ミラー２０５も、Ｘ方向に平行な軸を中心
にして、角度範囲α５の間で角度を調整できるようにな
っている。さらに、ミラー２０５は、Ｙ方向に移動範囲
ΔＹの間で平行移動させて固定できるようにしている。

ミラー２０３と２０５の角度範囲α　、α５はともに±
５″以上に設定されている。また、ミラー２０３と２０
５の間隔をＨとすると、ミラー２０５の移動範囲ΔＹは
士Ｈ−ｔａｎ５＠以上に設定されている。

このように、ミラー２０３と２０５の角度や位置を調整
可能としたのは、後述するＡＯＤ２１３の偏向方向ＤＦ
ｏに対して正確に平行な直線偏光の光ビームを入射させ
るためである。レーザ発振器２０１から出射されるレー
ザビームＬＢｏは、鉛直方向の直線偏光であるが、その
方向精度は±５％である。従って、ミラー２０３と２０
５の角度や位置を上述の範囲で調整することによって、
ＡＯＤ２１３に入射するレーザビー１、が偏向方向ＤＦ
ｏ　（Ｙ方向に平行）に対して平行な直線偏光となるよ
うにすることができる。そして、このような調整によっ
て、ＡＯＤ２１　Ｂの回折効率を最大とすることができ
る。なお、ミラー２０３と２０５の調整機構は、上述の
ように偏光方向を回転させる手段としての機能を有して
いるが、半波長板などの特別な偏光方向回転手段を用い
ることなく、ミラー２０３，２０５のみの簡単な構成で
その機能を達成している点で優れている。

ミラー２０３と２０５で高さ変換されたレーザビームＬ
　Ｂ　ｏは、集光レンズ２０６によって音響光学変調器
（ＡＯＭ）２０７内に集光される。八〇Ｍ２Ｏ７は、制
御回路５０から与えられるＡＯＭドライブ信号Ｓ　に応
答して出射ビームＢ１をＤ ＯＮ１０ＦＦ変調する。変調後のビームＢ１は、コリメ
ータレンズ２０８によって再び平行ビームとなり、さら
にミラー２１０で反射された後にビーム偏向部ＢＤに入
射する。

ビーム偏向部ＢＤは、水平方向エキスパンダ２１１とＡ
ＯＤ２１３と垂直方向エキスパンダ２１４とから構成さ
れている。第２Ａ図は、ビーム偏向部ＢＤを拡大して示
す斜視図である。また、第２Ｂ図はその正面図、第２Ｃ
図はその平面図である。水平方向エキスパンダ２１１は
、それぞれＹ方向にパワーを持フロッドレンズ２１１ａ
とシリンドリカル凸レンズ２１１ｂとから構成されてお
り、ビームＢ１をＹ方向の一方向に拡大する。すなわち
、水平方向エキスパンダ２１１によって拡大されたビー
ムＢｌａは、偏平な楕円形の断面形状を有している。ま
た、水平方向エキスパンダ２１１は、後述するように、
ＡＯＤ２１３のシリンドリカルレンズ効果を補正する補
正レンズ系としての機能も有している。水平方向エキス
パンダ２１１によって拡大されたビームＢｌａはＡＯＤ
　２１３に入射し、ＡＯＭ２１３は制御回路５０から与
えられるＡＯＤドライブ信号ＳＤＤに応じて出射ビーム
Ｂ　をＹ方向と平行な偏向方向Ｄ　Ｆ　Ｏに偏向すａ る。そして、この出射ビームＢ２ａは、さらに、垂直方
向エキスパンダ２１４によって２方向の一方向に拡大さ
れ、はぼ円形の断面を有する平行光としてのビームＢ２
となる。なお、垂直方向エキスパンダ２１４は、それぞ
れ２方向にパワーを持つロッドレンズ２１４ａとシリン
ドリカル凸レンズ２１４ｂとによって構成されている。

ビーム偏向部ＢＤから出射されたビームＢ２は、第１図
に示すスキャンレンズ２１６とミラー２１７とレンズ系
２１８とで構成される結像系■Ｓによって集光され、走
査面ＳＳ上に結像する。

上記のように、ビーム偏向部ＢＤにおいてビームＢ１を
拡大するのは、走査面ＳＳ上での分解点数を増加させる
ためである。ここで、分解点数とは、ＡＯＤ２１　Ｂに
よる走査面ＳＳ上の１回の走査中に、相互に識別しうる
ビームスポットの数をいう。この分解点数Ｎ、は次式で
与えられる。

Ｎ、−Ｗ／Ｄ１　　　　　　　　　−（２ａ）Ｄ　−１
，２７λ　Ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（２ｂ）ここで、Ｗ：走査面ＳＳ上での走査幅 Ｄ１　：走査面ｓｓ上での光点径 λ：レーザ光の波長 Ｆ：Ｆナンバー また、Ｆナンバーは、周知のように次式で与えられる。

Ｆ−ｆ／Ｄ２　　　　　　　　　　　　・・・（３）こ
こで、ｆ：結像系Ｉｓの焦点距離 Ｄ２：入射瞳の直径（ＡＯＤ２１３への入射ビームＢ１
ａの幅） ＡＯＤ２１３への入射ビームはレーザビームなどでＤ２
の値は入射瞳の直径ではなく、入射ビームＢ［ａの幅に
よって定められる。

（２ａ）、　（２ｂ）および（３）式から、分解点数Ｎ
、は次式で与えられる。

Ｎ　　−ＷＤ２／１．２７λｆ　　　　　　　・・・（
４）（４）式の右辺において、入射ビームの幅Ｄ２以外
の値は、結像系Ｉｓの特性とＡＯＤ２１３の偏向角によ
って決まってしまう。従って、分解点数ＮＤを増加させ
るには、ＡＯＤ２１３への入射ビームＢ１ａの幅を増大
させればよいことがわかる。

なお、ＡＯＤ２１３への入射ビームＢ１ａの断面形状を
Ｙ方向に長い楕円形としているのは、ＡＯＤ２１３の開
口部が、素子の製作上の制約から長方形となっているの
に合わせているからである。

このＡＯＤ２１３の音響媒質は二酸化テルル（Ｔｅ　０
２　）の結晶で形成されており、現在の技術では、大き
な正方形の開口部を有する結晶を製作することは困難で
ある。一方、分解点数Ｎ、に寄与するのは、ＡＯＤ２１
３の偏向方向ＤＦｏに沿った入射ビームＢｌａの幅であ
る。そこで、ＡＯＤ２１３の長方形の開口部の長辺を偏
向方向Ｄ　Ｆ　ｏに合わせ、偏向方向ＤＦｏ　（Ｙ方向
）の幅が大きなビームＢ１ａを入射することによって、
分解点数ＮＤの増加を図っているのである。

Ｂ、シリンドリカルレンズ効果の補正 水平方向エキスパンダ２１１と垂直方向エキスパンダ２
］４のうち、ＡＯＤ２１３の入射側に位置する水平方向
エキスパンダ２１１は、ＡＯＤ２１３のシリンドリカル
レンズ効果を補正する補正レンズ系としての機能を有し
ている。このため、後で詳述するように、水平方向エキ
スパンダ２１１のロッドレンズ２１１ａとシリンドリカ
ルレンズ凸レンズ２１１ｂとの焦点位置は互いに一致し
ておらず、望遠鏡系を構成していない。

第３Ａ図は、水平方向エキスパンダ２１１によるシリン
ドリカルレンズ効果の補正方法を示す概念図である。図
において、ＡＯＤ２１３のトランスデユーサ２１３ｂは
、高周波から低周波に掃引する超音波Ｓ１を発生してい
る。このとき、ＡＯＤ２１３の音響媒質２１３ａは、前
述したように凹レンズとして働く。この凹レンズの焦点
距離Ｆ１は、次式で表わされる。

）’　　　ｓ−ｙ　　　・　Ｔ／λ　・　Δ　ｆ　　　
　　　　　・・・（５）ここで、Ｖ：音響媒質２１３ａ
中の音速Ｔ：超音波の掃引時間（第３Ａ図参照）λ：レ
ーザ光の波長 Δｆ：駆動周波数帯域 （−ｆｍａｘ　−ｆｌＩｉｎ　） このＡＯＤ２１３の凹レンズ効果を補償することによっ
てＡＯＤ２１３からの出射ビームＢ２．を平行光にする
ためには、水平方向エキスパンダ２１１からの出射ビー
ムＢｌａを、ＡＯＤ２１３の終了側の焦点ＦＣ１で収束
するような収束光とすればよい。この焦点ＦＣ１は、音
響媒質２１３ａ内の回折位置から上述の焦点距離Ｆ１だ
け離れた位置に存在する。また、このとき、次式が成立
する。

１ ここで、ｇ　：ロッドレンズ２１１ａの後ろ側照点ＦＣ
ｏからシリンドリカルレン ズ２１１ｂまでの距離 ｄ　ニジリントリカルレンズ２１１ｂと音響媒質２１３
ａ内の回折位置と の距離 ＦＳ　ニジリントリカルレンズ２１１ｂの焦点距離 ＡＯＤ２１　Ｂの凹レンズ効果を補正するには、距離工
、を、（６）式を満足するように調整すればよいことが
わかる。つまり、シリンドリカルレンズ２１１ｂの焦点
距離Ｆ　の精度をあまり高める必要は無く、製作された
シリンドリカルレンズ２１１ｂの実際の焦点距離Ｆ　に
応じて、距離９□およびｄ２を調整すればよい。

第３Ｂ図は、トランスデユーサ２１３ｂが、低周波から
高周波に掃引する超音波Ｓ２を発生している場合を示す
概念図である。この場合には、音響媒質２１３ｂは凸レ
ンズとして働き、その焦点距離Ｆ２は、前述の（５）式
で与えられる。この凸レンズ効果を補償することによっ
てＡＯＤ２１３からの出射ビームＢ２ａ！平行光にする
ためには、水平方向エキスパンダ２１１からの出射ビー
ムＢ１、を、ロッドレンズ２１１ａの手前の焦点Ｆ　Ｃ
２から発散していく発散光とすればよい。もちろん、こ
の焦点ＦＣ２は、音響媒質２１３ａ内の回折位置から焦
点距離Ｆ１だけ離れた位置に存在する。

このとき、（６）式と同様な次式が成立する。

Ｆｌ−ｄｌ　　１１　　ＦＳ （５）〜（７）式に具体的な数値を代入すれば、例えば
第１表のような関係が得られる。

（以下余白） 第 表 第１表は、ｖ、Ｔ、　λ、Δｆ、ｄ、Ｆ。

Ｓ Ｆ　の値に基づいて求められたＦ　　、１　．１ｒｓ　
　　１　　　ａ の値を示している。ここで、Ｆ　はロッドレンズ「 ２１１ａの焦点距離、４２　　（−，１！１＋Ｆｒ）は
ロラドレンズ２１１ａとシリンドリカルレンズ２１１ｂ
との距離である。この表かられかるように、この実施例
では一組のロッドレンズ２１１ａとシリンドリカルレン
ズ２１１ｂを用いて、それらの設置位置を調整すること
によって、凹レンズ効果と凸レンズ効果のどちらでも補
正するこ俣ができるという利点がある。また、ＡＯＤ２
１３における超音波の掃引方法が変わり、シリンドリカ
ルレンズ効果に基因する音響媒質２１３ａの焦点距離Ｆ
　が変わった場合にも、距離ｇ　や距離ｄ１をａ 調整することにより、出射ビームＢ２ａを平行光とする
ことが可能である。

なお、水平方向エキスパンダ２１１は、本来はＡＯＤ２
１３への入射ビームＢｌａの幅を拡大させることによっ
て、分解点数ＮＤを増加させるために設けられたもので
ある。すなわち、この実施例のビーム偏向部ＢＤは、Ａ
ＯＤ２１Ｂのシリンドリカルレンズ効果を補正するため
の特別な補正レンズを必要としないという利点を有して
いる。−方、従来のようにＡＯＤ２１３のシリンドリカ
ルレンズ効果を出射側で補正しようとすると、垂直方向
エキスパンダ２１４とは別に補正レンズを必要とする。

これは、シリンドリカルレンズ効果を補正するためには
、ＡＯＤ２１３の偏向方向ＤＦｏ　（Ｙ方向）にパワー
を有する補正レンズが必要であるのに対して、垂直方向
エキスパンダ２１４がパワーを持つ方向はＺ方向のみだ
からである。　さらに、このビーム偏向部ＢＤには次の
ような利点もある。すなわち、ＡＯＤ２１３の入射側で
シリンドリカルレンズ効果の補正を行うことによって、
ＡＯＤ２１３からの出射ビームＢ２ａ７：＋＜平行光に
なる。この結果、ＡＯＤ２１３の出射側にある垂直方向
エキスパンダ２１４と、結像系ＩＳとをテレセントリッ
ク系（特に垂直方向エキスパンダ２１４は望遠鏡系）に
すればよいので、これらの光学系の集光性能を悪化させ
ることがないという利点である。

Ｃ，エキスパンダの全体構成 以上で述べたように、ＡＯＤ２１３の入射側にある水平
方向エキスパンダ２１１はシリンドリカルレンズ効果を
補正する機能を有しているために、収束系または発散系
を構成している。一方、ＡＯＤ２１３の出射側にある垂
直方向エキスパンダ２１４は望遠鏡系を構成している。

そして、この実施例では両方のエキスパンダにおけるロ
ッドレンズ２１１ａと２１４ａの仕様を同一とし、さら
に、シリンドリカルレンズ２１１ｂと２１４ｂの仕様も
同一としている。

これら（７）　Ｌ／　＞ズ２１１ａ、２１４ａ、２１１
ｂおよび２１４ｂの仕様は、次のように決定される。

まず、ロッドレンズ２１１ａ、２１４ａの焦点距離Ｆ、
と、シリンドリカルレンズ２１１ｂ、２１４ｂの焦点距
離Ｆ　を決定する。これらの焦点距離Ｆ　とＦＳとの和
（Ｆ、＋Ｆｓ）は、望遠鏡系である垂直方向エキスパン
ダ２１４の長さと等しく、また、水平方向エキスパンダ
２１１の長さともほぼ等しい。従って、走査光学系全体
の大きさを小さくするためには、これらの焦点距ＭＦｒ
とＦ３とが小さい方が好ましい。一方、焦点距離が小さ
いレンズは一般に設計が難しい点も考慮する。

水平方向エキスパンダ２１１は、ビームＢ１ａの幅をＡ
ＯＤ２１３の開口部の大きさに合致するようにビームＢ
１を拡大する。その倍率は焦点距離の比（Ｆ　　／Ｆ　
　）で表わされるので、この比ｒ （Ｆ　　／Ｆ　　）も考慮する必要がある。

ｒ 以上の条件を考慮して、この実施例では、外径６龍のロ
ッドレンズ２１１ａ、２１４ａを使用することとしてい
る。このロッドレンズ２１１ａ。

２１４ａの焦点距離Ｆ　は４．４關である。そして、シ
リンドリカルレンズ２１１ｂ、２１４ｂの焦点距離Ｆ　
は６４止と設定している。

次に、シリンドリカルレンズ２１１ｂ、２１４ｂの形状
、材質等を次のように決定する。

これらのシリンドリカルレンズ２１１ｂ、２１４ｂを単
レンズとしてもよいが、収差を所望の値以下に抑えるこ
とが難しい。そこで、この実施例では、シリンドリカル
レンズ２１１ｂ、２１４ｂを、第４図に示すような貼り
合わせレンズＣＬとして構成している。貼り合わせレン
ズＣＬは、凹レンズＬ１と凸レンズＬ２とで構成されて
いる。

この貼り合わせレンズＣＬのレンズパラメータは次の７
つである。

ｒｌ　：凹レンズＬ１の外側面の曲率半径ｒ２　：凹レ
ンズＬ１と凸レンズＬ２の境界の曲率半径 「３　：凸レンズＬ２の外側面の曲率半径ｔ１　：凹レ
ンズＬ１の厚み ｔ２：凸レンズＬ２の厚み ｎｌ　：凹レンズＬ１の屈折率 ｎｌ：凸レンズＬ２の屈折率 貼り合わせレンズＣＬ（すなわちシリンドリカルレンズ
２１１ｂ、２１４ｂ）の焦点距離Ｆ　は、これらのレン
ズパラメータの関数ｆｌとして表ゎすことができる。

Ｆ　　＝ｆ　　　（ｒｔ　、ｒ２　、　　ｒｓ　。

ｓ　　　　　　１ ｆ　　＋　　Ｌ　２　＋　　ｎ　１　、　　ｎ　２　）
　　　・・・（８）■ この焦点距離Ｆ　の値は、前述したように６４關と設定
している。

水平方向エキスパンダ２１１においては、（６）式また
は（７）式によってＡＯＤ２１３との距離を設定した場
合に、その横収差をできるだけ小さくすることが要求さ
れる。一般に、収差の評価はレンズの有効径（瞳）の７
割と１０割の位置の光線に対して評価される。水平方向
のエキスパンダ２１１において、有効径が７割の位置で
の光線の横収差Ｄ　Ｙ　（７）および１０割の位置での
光線の横収差Ｄ　Ｙ　（１０）も、 それぞれ上記のレンズパラメータの関数ｆ２゜ｆ３とし
て表わすことができる。

ＤＹ（７）−ｆ　　　（ｒｌ、ｒｌ、ｒ３゜１　　、　
　ｔｌ、ｎｌ、ｎ２）・・・（９）■ ＤＹ（１０）−ｆ　　　（ｒｌ、ｒｌ、ｒ３゜ｉ　　、
ｔｌ、ｎｔ　、ｎ２）”’（１０）一方、垂直方向エキ
スパンダ２１４は、前述したように望遠鏡系（アフォー
カル系）として構成されるので、角度収差をできるだけ
小さくすることが要求される。そして、この角度収差も
、一般に有効径の７割と１０割の位置の光線に対して評
価される。垂直方向エキスパンダ２１４において、有効
径が７割の位置での光線の角度収差Ｄ　Ｍ　Ａ　（７）
および１０割の位置での光線の角度収差ＤＭＡ（ｌＯ）
も、上記のレンズパラメータの関数ｆ　　、ｆ５となる
。

ＤＭＡ（７）−ｆ　　　（ｒ　　、ｒｌ、　　ｒ３゜１ ｔｌ、ｔｌ、ｎｌ、ｎ２）・・・（■１）ＤＹ　（１０
）　−ｉ５　（ｒｔ　、　　ｒｌ、ｒ３゜ｔｔ　、ｔｌ
、ｎｌ、ｎ２　）　・　（１２）各レンズパラメータの
値は、（９）式〜（１２）式に基づいて、いわゆるＤＬ
Ｓ法（減衰最小自乗法）などの方法によって決定するこ
とができる。例えば、上述のように焦点距離Ｆ　の値が
定まっているので（８）式を境界条件とし、（９）〜（
１２）式の収差ｆ　　−ｆ５を残存収差としてＤＬＳ法
を適用すればよい。ＤＬＳ法を実行するコンピュータプ
ログラムは市販されており、例えば５ｉｎｃｌａｉｒ　
０ｐｔｉｃＳ社のプログラム”５ｕｐｅｒ−Ｏｓ　Ｉｏ
”などを利用することができる。

このようにして、求められたレンズパラメータの一例は
次に示す通りである： ｒ　■−ｏｏ、　　　　ｒ　２−　２３．７７ｍｍｒ　
３−−４４．２６　ｍｍ。

ｔ　　ｗａ３ｍｍ、　　ｔｌ　−５，２ｍｍ■ ｎｌ−１，８０５９（ＳＦｌｌ）ｌ ｎ　２−１．７６４２　（Ｌ　ａ　Ｆ　７　）屈折率ｎ
　　、ｎ２の値から、凹レンズＬ　の材質１ は５ＦＩＩ、凸レンズＬ２の材質は、ＬａＦ７とすれば
良い。このような貼り合わせレンズＣＬを用いて水平方
向エキスパンダ２１１を構成すると、その横収差は３μ
ｍ以下、波面収差はλ／４以下となる。また、この貼り
合わせレンズＣＬを用いて垂直方向エキスパンダ２１４
を構成すると、その角度収差は５０μｒａｄ以下、波面
収差はλ／４以下になる。

なお、例えば高屈折率のレンズ材質としての５Ｆ１１を
用い、単レンズによって所要の性能を得るには、焦点距
離Ｆ　が７５順以上になってしまう。従って、上述のよ
うに貼り合わせレンズＣＬを採用することによって、エ
キスパンダ２１１゜２１４の全長を短くすることができ
たことになる。

以上のように、この実施例では焦点距離が比較的短いロ
ッドレンズ（２１１ａ、２１４ａ）と、焦点距離が比較
的貼り合わせシリンドリカルレンズＣＬ　（２１１ｂ、
２１４ｂ）とを組合わせることにより、同一の仕様のレ
ンズによってフォーカル系のエキスパンダ２１１とアフ
ォーカル系のエキスパンダ２１４のどちらも構成するこ
とができるという利点がある。また、いずれのエキスパ
ンダ２１１．２１４においても十分に収差を小さくする
ことができ、さらに、その全長も短くできるという利点
がある。

Ｄ、補正の確認と調整 水平方向エキスパンダ２１１におけるロッドレンズ２１
１ａとシリンドリカルレンズ２１１ｂの距離１　　（−
１ｔ２＋Ｆｒ）を、（６）式または（７）式に基づいて
設定すればシリンドリカルレンズ効果を補正できる。し
かし、レンズの焦点距離は、製作誤差が５％程度までは
ありうるので、シリンドリカル効果がうまく補正された
か否かを確認し、距離量、を再調整するようにすること
が望ましい。

第１図に示す制御回路５０は、シリンドリカルレンズ効
果の補正状態を確認するための信号を発生するように構
成されている。第５図は、制御回路５０の構成を示すブ
ロック図である。

通常の走査を行う場合には、切換スイッチ５３がドツト
データメモリ５１とＡＯＭドライバ５４とを接続するよ
うに切換えられている。図示しない外部回路から制御回
路５０に入力されたドツトデータ（ラスターデータ）Ｓ
Ｒは、ドツトデータメモリ５１に保持される。ドツトデ
ータメモリ５１は、掃引信号発生部５６からの読出し開
始信号Ｓ　　を受けた後に、同期信号発生部５５から与
ＴＡ えられる読出しクロック信号Ｓ　　に同期して、ＬＫ それまで保持していたドツトデータＳＲを変調信号ＳＭ
としてＡＯＭドライバ５４に与える。ＡＯＭドライバ５
４は変調信号ＳＨに基づいて、ＡＯＭ２０７を０Ｎ１０
ＦＦ制御するためのＡＯＭドライブ信号ＳＭＤを出力す
る。また、ＡＯＤドライバ５７は、掃引信号発生部５６
から与えられる掃引信号ＶＴを受けて、ＡＯＤ２１３を
制御するためのＡＯＤドライブ信号ＳＤｏを発生する。

シリンドリカルレンズ効果の補正状態を確認する場合に
は、切換スイッチ５３が切換えられてテストパターンデ
ータメモリ５２とＡＯＭドライバ５４とが接続される。

第６図は、シリンドリカルレンズ効果の補正状態を確認
する場合の動作を示すタイミングチャートである。図に
おいて、読出し開始信号Ｓ　　に誘発され、読出しクロ
ック信ＴＡ 号Ｓ　　に同期して出力される掃引信号Ｖア　（おＬＫ よびＡＯＤドライブ信号ＳＤ、）は、７０μｓの周期で
低周波から高周波に掃引する超音波をＡＯＤ２１３のト
ランスデユーサ２１３ｂに発生させる。

そして、テストパターンデータメモリ５２から発生され
る変調信号ＳＭ　（およびＡＯＭドライバ信号ＳＭＤ）
は、１回の掃引周期の中で数回（第６図の例では４回）
だけＡＯＭ２０７をＯＮにする。

この結果、第１図に示すように、走査面ＳＳ上をビーム
Ｂ２が走査しつつ点灯する。すなわち、ビームＢ２が１
回走査するごとに、数個のビームスポットＢＳ、ＢＳ２
・・・が所定の間隔で結像されす るのを観察することができる。そして、走査面ＳＳ上で
結像されるビームスポットＢＳ、ＢＳ２ ・・・を観察すれば、非点収差が十分に除去されている
か否かを容易に確認することができる。なお、ビームス
ポットＢＳ、ＢＳ２・・・は数μｍ程度の■ 直径を有しており、極めて小さいので、ビームスポット
ＢＳ、ＢＳ２・・・を観察するための観察手■ 段をレンズ系２１８と走査面ＳＳとの間に挿入する。な
お、このレンズ系２１８は、前記したようにＡＯＤ２１
３からの平行光としての出射ビームＢ２ａをテレセント
リック系として更に必要な間隔に縮小するためのもので
ある。この観察手段は、レンズ系を通してビームスポッ
トＢＳ、ＢＳ２ ・・・を直接拡大し、その拡大像を目視で観察するよう
に構成されていてもよい。また、ＣＯＤカメラなどを用
いて、ビームスポットＢＳ、ＢＳ２・・・などの像をＣ
ＲＴ上に表示するようにしてもよい。

このような観察の結果、非点収差が十分に除去されてい
ないときは、水平方向エキスパンダ２１１のロッドレン
ズ２１１ａとシリンドリカルレンズ２１１ｂとの距離ｇ
　を調整する。そして、この調整によって非点収差を小
さくし、ＡＯＤ２１３のシリンドリカルレンズ効果の補
正が十分に行われるようにすることができる。

Ｅ、変形例 この発明は、上記実施例に限られるものではなく、例え
ば次のような変形も可能である。

■　上記実施例では、一方向エキスパンダ２１１．２１
４を、それぞれロッドレンズ２１１ａ。

２１４ａとシリンドリカルレンズ２１１ｂ、２１４ｂの
組合せで構成した。しかし、２個以上の複数のシリンド
リカルレンズを組合せて１組の一方向エキスパンダを構
成してもよい。なお、ロッドレンズも一種のシリンドリ
カルレンズと言うこともてきるので、この広義の意味で
は上記実施例におけるエキスパンダも２個のシリンドリ
カルレンズを組合わせて構成されているものと言うこと
ができる。

■　ＡＯＤ２１３の入射側にある一方向エキスパンダ２
１１は、動作時におけるＡＯＤ２１３がらの出射ビーム
Ｂ２ａが平行光となるように、２個のシリンドリカルレ
ンズ２１１ａ、２１１ｂの設置位置（すなわち、距離１
　やｄｌ）が設定されていればよい。この目的を達成で
きるのであれば、焦点距離のより短い方のシリンドリカ
ルレンズ（上記実施例ではロッドレンズ２１１ａ）を凹
レンズとしてもよい。このようにしてもＡＯＤ２１３の
出射側にあるエキスパンダ２１４を望遠鏡系とすること
ができるので、同一仕様の２個のレンズをそれぞれ用い
て、ＡＯＤ２１３の入射側と出射側に設置する２つの一
方向エキスパンダを構成することができる。なお、一般
に入射側の一方向エキスパンダを複数のシリンドリカル
レンズで構成したときにも、同一仕様の複数のシリンド
リカルレンズを用いて出射側の一方向エキスパンダを構
成できることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の第１または第２の構成
によれば、第１の一方向エキスパンダにおける複数のシ
リンドリカルレンズの設置位置を定めることによって、
ＡＯＤからの出射光を平行光となるようにしているので
、高精度な補正用レンズを必要とせずにシリンドリカル
レンズ効果を補正することができるという効果がある。

また、この発明の第３の構成によれば、ＡＯＤの出射側
の第２の一方向エキスパンダを、入射側の第１の一方向
エキスパンダと同一仕様のシリンドリカルレンズで構成
したので、単純なレンズ構成によって、ＡＯＤのシリン
ドリカルレンズ効果を補正しつつ光ビームの径を増大さ
せることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を適用した走査光学系の構
成を示す斜視図、 第２Ａ図から第２Ｃ図はこの発明の一実施例を示す図、 第３Ａ図および第３Ｂ図はＡＯＤの入射側のエキスパン
ダの位置の設定方法を示す概念図、第４図はエキスパン
ダに用いられる貼り合わせレンズを示す平面図、 第５図はシリンドリカルレンズ効果の補正状態を確認す
るための回路を示すブロック図、第６図はそのタイミン
グチャート、 第７Ａ図および第７Ｂ図はＡＯＤのシリンドリカルレン
ズ効果を説明するための概念図である。 ＢＤ・・・ビーム偏向部、 ２１１・・・水平方向エキスパンダ、 ２１３・・・ＡＯＤ。 ２１４・・・垂直方向エキスパンダ、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響光学偏向素子と、 光軸上に順次配列された複数のシリンドリカルレンズで
   構成され、光ビームを第１の方向に拡大して前記音響光
   学偏向素子に入射させる第１の一方向エキスパンダとを
   備え、 前記複数のシリンドリカルレンズの設置位置は、前記音
   響光学偏向素子の動作時における出射ビームが平行光と
   なるように定められていることを特徴とする光ビーム偏
   向装置。
2. （２）第１の一方向エキスパンダは、第１と第２のシリ
   ンドリカルレンズで構成されており、前記第１のシリン
   ドリカルレンズは、入射された光ビームを第１の方向に
   おいて前記光ビームよりも大きな径を持つ第１の光へと
   変換するレンズであり、 前記第２のシリンドリカルレンズは、前記第１の光を前
   記第１の方向において屈折して第２の光とし、当該第２
   の光を前記音響光学偏向素子へと与えるレンズであって
   、 前記音響光学偏向素子の動作時におけるシリンドリカル
   レンズ効果を等価レンズによって表現したときに、前記
   等価レンズが凹レンズか凸レンズかに応じて、前記第２
   の光が、前記等価レンズの焦点位置を目標集束位置とす
   る前記第１の方向についての集束型の光、または前記焦
   点位置を仮想発散中心位置とする前記第１の方向につい
   ての発散型の光となるように、前記第１と第２のシリン
   ドリカルレンズの設置位置が定められる請求項１記載の
   光ビーム偏向装置。
3. （３）音響光学偏向素子の出射側に、さらに第２の一方
   向エキスパンダを備えており、 前記第２の一方向エキスパンダは、第１の一方向エキス
   パンダにおける複数のシリンドリカルレンズと同一仕様
   の複数のシリンドリカルレンズで構成され、前記音響光
   学偏向素子からの出射ビームを第１の方向と直交する第
   ２の方向に拡大するとともに、その出射ビームが平行光
   となるように前記複数のシリンドリカルレンズの設置位
   置が定められている請求項１記載の光ビーム偏向装置。