JPH0534735A - 音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器 - Google Patents
音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器Info
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- JPH0534735A JPH0534735A JP19230591A JP19230591A JPH0534735A JP H0534735 A JPH0534735 A JP H0534735A JP 19230591 A JP19230591 A JP 19230591A JP 19230591 A JP19230591 A JP 19230591A JP H0534735 A JPH0534735 A JP H0534735A
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- JP
- Japan
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- light
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- acousto
- prism
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Abstract
(57)【要約】
【目的】小型のビーム偏向器を提供する。
【構成】音響光学偏向素子１２ｃは音響光学偏向媒体１
４の内部に超音波を発生させるトランスジューサー１６
を備えており、入射光の１次回折光を３〜５°の範囲で
偏向する。音響光学偏向素子１２ｃの後方には４５°の
頂角を持つ平行プリズム２０が配置されており、その入
射面は音響光学偏向素子１２ｃの射出面に対して５．５
°傾いている。この結果、１次光は偏向角３〜５°に応
じて４３．３〜４４．７°の角度で第１反射面２０ａ入
射し、０次光は４１．２°の角度で入射する。プリズム
２０の臨界角は４３°であるため、１次光は全反射され
るが、０次光はその殆どが透過する。第１反射面２０ａ
で反射された光は、第２反射面２０ｂでも同様に反射さ
れて射出される。プリズム２０から射出された光はシリ
ンドリカルレンズ２２で平行ビームに整形される。
４の内部に超音波を発生させるトランスジューサー１６
を備えており、入射光の１次回折光を３〜５°の範囲で
偏向する。音響光学偏向素子１２ｃの後方には４５°の
頂角を持つ平行プリズム２０が配置されており、その入
射面は音響光学偏向素子１２ｃの射出面に対して５．５
°傾いている。この結果、１次光は偏向角３〜５°に応
じて４３．３〜４４．７°の角度で第１反射面２０ａ入
射し、０次光は４１．２°の角度で入射する。プリズム
２０の臨界角は４３°であるため、１次光は全反射され
るが、０次光はその殆どが透過する。第１反射面２０ａ
で反射された光は、第２反射面２０ｂでも同様に反射さ
れて射出される。プリズム２０から射出された光はシリ
ンドリカルレンズ２２で平行ビームに整形される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音響光学偏向素子を用い
たビーム偏向器に関する。
たビーム偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器
は、軽量小型に構成できるとともに、高速走査を行なえ
るという利点がある。このようなビーム偏向器は、入射
光の全部を偏向するわけでなく、その一部すなわち音響
光学偏向素子で回折された１次回折光（１次光）を偏向
ビームとして射出する。このため、１次光のみを取り出
し、非回折光（０次光）を除去する必要がある。
は、軽量小型に構成できるとともに、高速走査を行なえ
るという利点がある。このようなビーム偏向器は、入射
光の全部を偏向するわけでなく、その一部すなわち音響
光学偏向素子で回折された１次回折光（１次光）を偏向
ビームとして射出する。このため、１次光のみを取り出
し、非回折光（０次光）を除去する必要がある。
【０００３】この０次光を除去する手法としては、図６
に示すように、音響光学偏向素子１２ａの射出側に０次
光をカットする遮光壁３０を設ける手法が提案されてい
る。また別の手法として、１次光の偏光面が入射光のそ
れと直交する音響光学偏向素子１２ｂを使用する場合で
は、図７に示すように、０次光の偏光面が入射光のそれ
と同じなのを利用して偏光フィルター３２を用いて０次
光を除去する手法が提案されている。なお両図におい
て、シリンドリカルレンズ２２は、１次光が音響光学偏
向素子で走査された際に非平行ビームとなるので、これ
を補正するために設けられている。
に示すように、音響光学偏向素子１２ａの射出側に０次
光をカットする遮光壁３０を設ける手法が提案されてい
る。また別の手法として、１次光の偏光面が入射光のそ
れと直交する音響光学偏向素子１２ｂを使用する場合で
は、図７に示すように、０次光の偏光面が入射光のそれ
と同じなのを利用して偏光フィルター３２を用いて０次
光を除去する手法が提案されている。なお両図におい
て、シリンドリカルレンズ２２は、１次光が音響光学偏
向素子で走査された際に非平行ビームとなるので、これ
を補正するために設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの手法
にはそれぞれ以下に述べるような欠点がある。
にはそれぞれ以下に述べるような欠点がある。
【０００５】図６に示すように遮光壁を用いたもので
は、０次光と１次光とを分離するのに必要な距離Ｌは
は、０次光と１次光とを分離するのに必要な距離Ｌは
【０００６】
【数１】
【０００７】で表される。ここに、ａは光束径、θmin
は最小偏向角である。一般に、異方ブラッグ回折利用の
光学素子の場合、最小偏向角θminは３〜５°程度であ
る。一方、光束径ａは偏向光の分解点数の点から大きい
方が望ましく、ここでａ＝１０ｍｍとするとＬは１１０
〜１９０ｍｍ程度となる。この数値は、音響光学偏向素
子と光学系とを離す距離となり光学設計上の制約とな
る。これでは、小型に構成できるという音響光学偏向素
子を用いたビーム偏向器の利点が生かされない。
は最小偏向角である。一般に、異方ブラッグ回折利用の
光学素子の場合、最小偏向角θminは３〜５°程度であ
る。一方、光束径ａは偏向光の分解点数の点から大きい
方が望ましく、ここでａ＝１０ｍｍとするとＬは１１０
〜１９０ｍｍ程度となる。この数値は、音響光学偏向素
子と光学系とを離す距離となり光学設計上の制約とな
る。これでは、小型に構成できるという音響光学偏向素
子を用いたビーム偏向器の利点が生かされない。
【０００８】また、図７に示すように偏光フィルターを
利用したものでは、偏光特性の特別な音響光学偏向素子
を用いる必要があり、これは音響光学偏向素子への制約
となり、設計の上で不都合が生じる。
利用したものでは、偏光特性の特別な音響光学偏向素子
を用いる必要があり、これは音響光学偏向素子への制約
となり、設計の上で不都合が生じる。
【０００９】本発明は、小型のビーム偏光器を提供する
ことを目的とする。
ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のビーム偏向器
は、音響光学偏向素子と、音響光学偏向素子から射出さ
れる回折光（１次光）と非回折光（０次光）とを入射
し、そのうち回折光（１次光）を全反射させ、非回折光
（０次光）を透過させることにより両者を分離する分離
光学素子と、音響光学偏向素子の回折角を時間的に変化
させる際に、回折光（１次光）を補正して平行ビームと
なす光学系とを備えている。
は、音響光学偏向素子と、音響光学偏向素子から射出さ
れる回折光（１次光）と非回折光（０次光）とを入射
し、そのうち回折光（１次光）を全反射させ、非回折光
（０次光）を透過させることにより両者を分離する分離
光学素子と、音響光学偏向素子の回折角を時間的に変化
させる際に、回折光（１次光）を補正して平行ビームと
なす光学系とを備えている。
【００１１】
【作用】本発明の分離光学素子は、反射面に対して１次
光は臨界角よりも大きい角度で入射するが、０次光は臨
界角よりも小さい角度で入射するように配置したプリズ
ムで構成される。
光は臨界角よりも大きい角度で入射するが、０次光は臨
界角よりも小さい角度で入射するように配置したプリズ
ムで構成される。
【００１２】一般に屈折率の異なる媒体の境界面の前後
では、光線は図４（Ａ）に示すように次式で表されるス
ネルの法則に従って伝搬する。
では、光線は図４（Ａ）に示すように次式で表されるス
ネルの法則に従って伝搬する。
【００１３】ｎ1 ｓｉｎ θ1 ＝ ｎ2 ｓｉｎ θ2ここ
に、ｎ1とｎ2はそれぞれの媒体の屈折率、θ1は入射
角、θ2は屈折角である。
に、ｎ1とｎ2はそれぞれの媒体の屈折率、θ1は入射
角、θ2は屈折角である。
【００１４】このとき、次式で表される入射角θcは臨
界角と呼ばれ、この臨界角よりも大きい角度で入射した
光線は両媒体の境界面で全反射される。
界角と呼ばれ、この臨界角よりも大きい角度で入射した
光線は両媒体の境界面で全反射される。
【００１５】
【数２】
【００１６】この結果、図５に示すように、音響光学偏
向素子１２ｃから射出された光の中、１次光はプリズム
２０の反射面で全反射されるが、０次光は反射面を透過
し、０次光と１次光とが分離される。
向素子１２ｃから射出された光の中、１次光はプリズム
２０の反射面で全反射されるが、０次光は反射面を透過
し、０次光と１次光とが分離される。
【００１７】なお、厳密には０次光の全部が反射面を透
過するわけではなく、その一部は反射面で反射される
が、同様の反射の回数を増やすことにより、そのほとん
どを除去することができる。このとき、１次光は全反射
を繰り返すので理論的には損失は全くない。
過するわけではなく、その一部は反射面で反射される
が、同様の反射の回数を増やすことにより、そのほとん
どを除去することができる。このとき、１次光は全反射
を繰り返すので理論的には損失は全くない。
【００１８】
【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１９】本発明の第１の実施例を図１に示す。本実
施例では、音響光学偏向媒体１４にＴｅＯ2を用いた偏
向角可変範囲の広い異方ブラッグ回折（オフー［１１
０］型）音響光学偏向素子１２を用いている。この音響
光学偏向素子１２ｃは、波長λ＝４５８ｎｍの入射光に
対して、１次光を３〜５°の範囲で偏向できるものであ
る。音響光学偏向素子１２ｃの射出側には、４５°の頂
角を持つ平行プリズム２０が配置されている。このプリ
ズム２０は、波長λ＝４５８ｎｍの光に対して屈折率ｎ
＝１．４６４９８を有する溶融石英で作られており、そ
の入射面は音響光学偏向素子１２ｃの射出面に対して
５．５°傾けて配置されている。従って、プリズム２０
の第１反射面２０ａに対して、１次光は偏向角３〜５°
に対応して４３．３〜４４．７°の角度で入射し、０次
光は４１．２°の角度で入射する。溶融石英の臨界角は
４３°であるため、１次光は第１反射面２０ａで全反射
されるが、０次光はその殆どが第１反射面２０ａを通過
し、その中の約１１％のみが反射される。第１反射面２
０ａで反射された光は、第２反射面２０ｂにおいて同様
に反射される。ここでも１次光は全反射され損失はない
が、０次光は２回の反射により最初の光量の約１．２％
まで減少し、プリズム２０から射出される光は実質的に
ほぼ１次光のみとなる。プリズム２０から射出された光
は、音響光学偏向素子１２ｃで走査される際に非平行ビ
ームとなっているので、これを補正するシリンドリカル
レンズ２２を経て、偏向ビームを使用する光学系に向か
う。このシリンドリカルレンズ２２はプリズム２０と合
体させてもよい。
施例では、音響光学偏向媒体１４にＴｅＯ2を用いた偏
向角可変範囲の広い異方ブラッグ回折（オフー［１１
０］型）音響光学偏向素子１２を用いている。この音響
光学偏向素子１２ｃは、波長λ＝４５８ｎｍの入射光に
対して、１次光を３〜５°の範囲で偏向できるものであ
る。音響光学偏向素子１２ｃの射出側には、４５°の頂
角を持つ平行プリズム２０が配置されている。このプリ
ズム２０は、波長λ＝４５８ｎｍの光に対して屈折率ｎ
＝１．４６４９８を有する溶融石英で作られており、そ
の入射面は音響光学偏向素子１２ｃの射出面に対して
５．５°傾けて配置されている。従って、プリズム２０
の第１反射面２０ａに対して、１次光は偏向角３〜５°
に対応して４３．３〜４４．７°の角度で入射し、０次
光は４１．２°の角度で入射する。溶融石英の臨界角は
４３°であるため、１次光は第１反射面２０ａで全反射
されるが、０次光はその殆どが第１反射面２０ａを通過
し、その中の約１１％のみが反射される。第１反射面２
０ａで反射された光は、第２反射面２０ｂにおいて同様
に反射される。ここでも１次光は全反射され損失はない
が、０次光は２回の反射により最初の光量の約１．２％
まで減少し、プリズム２０から射出される光は実質的に
ほぼ１次光のみとなる。プリズム２０から射出された光
は、音響光学偏向素子１２ｃで走査される際に非平行ビ
ームとなっているので、これを補正するシリンドリカル
レンズ２２を経て、偏向ビームを使用する光学系に向か
う。このシリンドリカルレンズ２２はプリズム２０と合
体させてもよい。
【００２０】このように本実施例によれば、音響光学偏
向素子に何の制約も加えることなく、小型のビーム偏向
器を構成することが可能となる。
向素子に何の制約も加えることなく、小型のビーム偏向
器を構成することが可能となる。
【００２１】本発明の第２実施例を図２に示す。本実施
例の構成は基本的に上述の実施例と同じだが、ただ平行
プリズム２０に大型のものを使用している点が異なる。
本実施例では、平行プリズム２０に入射した１次光はそ
の内部で４回反射された後に射出される。従って、プリ
ズム内を伝搬する不要な０次光は（０．１１）4×１０
０＝０．０１５％まで減少する。このように反射面を多
くしたプリズム２０を用いてビームの反射回数を増やす
ことにより、上述の実施例よりもＳ／Ｎの高いビーム偏
向器を構成することができる。
例の構成は基本的に上述の実施例と同じだが、ただ平行
プリズム２０に大型のものを使用している点が異なる。
本実施例では、平行プリズム２０に入射した１次光はそ
の内部で４回反射された後に射出される。従って、プリ
ズム内を伝搬する不要な０次光は（０．１１）4×１０
０＝０．０１５％まで減少する。このように反射面を多
くしたプリズム２０を用いてビームの反射回数を増やす
ことにより、上述の実施例よりもＳ／Ｎの高いビーム偏
向器を構成することができる。
【００２２】次に本発明の第３実施例を図３に示す。本
実施例は、第１実施例で説明した構成に加えて、光セン
サー２６とフィードバックコントローラー２８が設けら
れている。これらは１次光の光量を一定に保つために設
けられたもので、これについて以下に述べる。
実施例は、第１実施例で説明した構成に加えて、光セン
サー２６とフィードバックコントローラー２８が設けら
れている。これらは１次光の光量を一定に保つために設
けられたもので、これについて以下に述べる。
【００２３】一般に、音響光学偏向素子で回折された１
次光の回折角を変化させると、これに伴って光量が変動
することが知られている。入射光は最終的に１次光と０
次光とに分かれるため、１次光の光量が減少すれば、そ
のぶん０次光の光量が増加する。このような１次光の光
量の変動は好ましいものではなく、その光量は一定に保
たれることが望まれる。このため、０次光の光量を光セ
ンサーで検知し、これに基づいて高周波発振器からトラ
ンスジューサーに供給する電力を制御し、１次光の光量
を一定に保つ技術が知られている。
次光の回折角を変化させると、これに伴って光量が変動
することが知られている。入射光は最終的に１次光と０
次光とに分かれるため、１次光の光量が減少すれば、そ
のぶん０次光の光量が増加する。このような１次光の光
量の変動は好ましいものではなく、その光量は一定に保
たれることが望まれる。このため、０次光の光量を光セ
ンサーで検知し、これに基づいて高周波発振器からトラ
ンスジューサーに供給する電力を制御し、１次光の光量
を一定に保つ技術が知られている。
【００２４】本実施例は、この技術を用いて１次光の光
量を一定に保つためのものである。光センサー２６は平
行プリズム２０の第１反射面２０ａを透過した０次光を
受光し、その光量に応じた信号を出力する。この信号は
フィードバックコントローラー２８に入力される。フィ
ードバックコントローラー２８は光センサー２６の出力
信号に応じて高周波発振器１８を制御し、トランスジュ
ーサー１６に供給する出力電力を調整して１次光の光量
を一定に保つ。
量を一定に保つためのものである。光センサー２６は平
行プリズム２０の第１反射面２０ａを透過した０次光を
受光し、その光量に応じた信号を出力する。この信号は
フィードバックコントローラー２８に入力される。フィ
ードバックコントローラー２８は光センサー２６の出力
信号に応じて高周波発振器１８を制御し、トランスジュ
ーサー１６に供給する出力電力を調整して１次光の光量
を一定に保つ。
【００２５】本実施例は、音響光学偏向素子の近くに光
センサーを設置できるため、一次光量補正を含めたスキ
ャナーユニットとして１つにまとめることが可能とな
る。
センサーを設置できるため、一次光量補正を含めたスキ
ャナーユニットとして１つにまとめることが可能とな
る。
【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、要旨を変更しない範囲で種々変形して実施
することができる。例えば、上記各実施例では、プリズ
ム２０の入手性を考え、頂角を４５°とするものを例と
して挙げたが、勿論、頂角は４５°に限定されるもので
はなく、要は、１次光は全反射し、０次光は透過するよ
うにできるものであればよい。また、硝材についても同
様であるが、プリズム２０の頂角や材質を変えたときプ
リズム２０への入射角も変わることは言うまでもない。
のではなく、要旨を変更しない範囲で種々変形して実施
することができる。例えば、上記各実施例では、プリズ
ム２０の入手性を考え、頂角を４５°とするものを例と
して挙げたが、勿論、頂角は４５°に限定されるもので
はなく、要は、１次光は全反射し、０次光は透過するよ
うにできるものであればよい。また、硝材についても同
様であるが、プリズム２０の頂角や材質を変えたときプ
リズム２０への入射角も変わることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、ビーム偏向器を小型に
構成することができるようになる。例えば、１０ｍｍの
ビーム径に対して、従来の遮光壁を用いる方法では音響
光学偏向素子の後方に１１０〜１９０ｍｍ程度の空間が
必要であったが、本発明では１５ｍｍ角の直角プリズム
２〜４個つなげた程度のプリズムを配置する空間があり
さえすれば良い。このように、従来に比べて遥かに小型
のビーム偏向器が提供されるようになる。また、どのよ
うな音響光学偏向素子に対しても適用できるという利点
もある。さらに、プリズムの反射面を増すことにより容
易に０次光の除去効率を上げることができる。しかも、
１次光はプリズムの反射面で全反射するため、ミラー類
のように反射時に数％が損失されるということもない。
構成することができるようになる。例えば、１０ｍｍの
ビーム径に対して、従来の遮光壁を用いる方法では音響
光学偏向素子の後方に１１０〜１９０ｍｍ程度の空間が
必要であったが、本発明では１５ｍｍ角の直角プリズム
２〜４個つなげた程度のプリズムを配置する空間があり
さえすれば良い。このように、従来に比べて遥かに小型
のビーム偏向器が提供されるようになる。また、どのよ
うな音響光学偏向素子に対しても適用できるという利点
もある。さらに、プリズムの反射面を増すことにより容
易に０次光の除去効率を上げることができる。しかも、
１次光はプリズムの反射面で全反射するため、ミラー類
のように反射時に数％が損失されるということもない。
【図１】本発明によるビーム偏向器の第１実施例を示
す。
す。
【図２】本発明によるビーム偏向器の第２実施例を示
す。
す。
【図３】本発明によるビーム偏向器の第３実施例を示
す。
す。
【図４】屈折率の異なる媒体の境界面における光の屈折
と反射の様子を説明する図である。
と反射の様子を説明する図である。
【図５】本発明の基本的な構成を示す図である。
【図６】遮光壁を用いた従来のビーム偏向器の構成を示
す。
す。
【図７】偏向フィルターを用いた従来のビーム偏向器の
構成を示す。
構成を示す。
１２…音響光学偏向素子、１４…音響光学偏向媒体、１
６…トランスジューサー、２０…平行プリズム、２２…
シリンドリカルレンズ。
６…トランスジューサー、２０…平行プリズム、２２…
シリンドリカルレンズ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 音響光学偏向素子と、 前記音響光学偏向素子から射出される回折光と非回折光
とを入射し、そのうち回折光を全反射させ、非回折光を
透過させることにより両者を分離する分離光学素子と、 前記音響光学偏向素子の回折角を時間的に変化させる際
に、回折光を補正して平行ビームとなす光学系とを備え
ている、音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19230591A JPH0534735A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19230591A JPH0534735A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0534735A true JPH0534735A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16289065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19230591A Pending JPH0534735A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 音響光学偏向素子を用いたビーム偏向器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0534735A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011085952A (ja) * | 2004-06-07 | 2011-04-28 | Electro Scientific Industries Inc | レーザシステム性能を改善するためのａｏｍ変調技術 |
| JP2013152471A (ja) * | 2006-09-12 | 2013-08-08 | Ucl Business Plc | ビーム偏向装置及び方法 |
| US9341919B2 (en) | 2010-04-21 | 2016-05-17 | Ucl Business Plc | Methods and apparatus for controling drive frequencies of acousto-optic deflectors |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP19230591A patent/JPH0534735A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011085952A (ja) * | 2004-06-07 | 2011-04-28 | Electro Scientific Industries Inc | レーザシステム性能を改善するためのａｏｍ変調技術 |
| JP2013152471A (ja) * | 2006-09-12 | 2013-08-08 | Ucl Business Plc | ビーム偏向装置及び方法 |
| US8687268B2 (en) | 2006-09-12 | 2014-04-01 | Ucl Business Plc | Imaging apparatus and methods |
| US9104087B2 (en) | 2006-09-12 | 2015-08-11 | Ucl Business Plc | Imaging apparatus and methods |
| US9341919B2 (en) | 2010-04-21 | 2016-05-17 | Ucl Business Plc | Methods and apparatus for controling drive frequencies of acousto-optic deflectors |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010703 |