JPH06194587A - レーザビーム２次元偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２個のガルバノメータのミラーの回転軸の方
向を共に垂直に配置することを可能にして、制動油を充
填した高性能のガルバノメータが使用できるように図る
こと。 【構成】 この装置は第１と第２のガルバノメータのミ
ラー１２，１８の間に、コリメータ用の第１のレンズ１
５と、レーザビーム振動面を水平から垂直方向に変える
２面ねじれ反射光学系１６と集光用の第２のレンズ１７
とを配設してある。２面ねじれ反射光学系１６の働きに
より、第１のミラー１２は、回転軸が垂直であるにもか
かわらず、垂直偏向器として動作させることができる。
従って、両ミラー１２，１８の回転軸を共に垂直に配置
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザディスプレイな
どに用いられる、レーザビームを水平，垂直の２次元に
偏向走査するレーザビーム２次元偏向装置に関し、特に
２枚の振動するミラーを用いてレーザビームを垂直と水
平の両方向に偏向して映写スクリーン等へレーザスポッ
トの軌跡を描く装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のレーザビーム２次元偏向
装置は、図１に示すように、２個のミラー付のガルバノ
メータ（ミラーガルバノメータまたはガルバノミラーと
も称する）２，５の回転軸先端に取り付けられたミラー
３，６を互いに接近させ、これらミラーの回転軸の軸線
４，７が互いに直交するように配置した比較的単純な構
成のものであった。

【０００３】偏向走査対象のレーザビーム１は、例えば
受信機で復調された赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各
出力信号により、クリプトンイオンレーザ６４７．１ｎ
ｍ（Ｒ），アルゴンイオンレーザ５１４．５ｎｍ
（Ｇ），アルゴンイオンレーザ４８８．０ｎｍ（Ｂ）の
イオンレーザを変調し、ダイクロイックミラーを用いて
同一光路に集められたレーザ光線束である。入射したレ
ーザビーム１は第１のガルバノメータ２のミラー３の回
転方向の振動（以下、回転振動と称する）により水平偏
向（水平方向ｘへの偏向）を与えられ、次に第２のガル
バノメータ５のミラー６の回転振動により垂直偏向（垂
直方向ｙへの偏向）を与えられてスクリーン８上に投射
される。レーザビーム１はスクリーン８上でスポットサ
イズが最小になるようにあらかじめ集光光学系（不図
示）により収束されてから上記の偏向を受ける。またレ
ーザビーム１は非常に細く収束できるので解像度のよい
鮮明な画像が得られる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のレーザビーム２次元偏向装置では、２個の
ガルバノメータのミラーの回転軸の方向が互いに直交す
る構成のため、どのように配置姿勢を変えても２個のガ
ルバノメータのミラーの回転軸の方向を共に垂直にする
ことは不可能である。

【０００５】一方、優れた周波数応答特性を有するガル
バノメータは可動コイルとミラー部が密閉されてその内
部に制動油が充填されている。このようなガルバノメー
タは構造上、油が洩れないようにミラーの回転軸を垂直
に保つ必要がある。従って、上述のような従来の構成で
はこのような制動油を用いた高性能のガルバノメータを
使用することはできなかった。

【０００６】本発明の目的は、上述の点に鑑み、２個の
ガルバノメータのミラーの回転軸の方向を共に垂直に配
置することを可能にして、制動油を充填した高性能のガ
ルバノメータが使用できるように図ったレーザビーム２
次元偏向装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、回転軸が大地に対して垂直方向の第１の
ガルバノメータのミラーと、該第１のガルバノメータの
ミラーによって水平方向に偏向させられたレーザビーム
の移動面を扇状から平行帯状に変える第１のレンズと、
該第１のレンズを出射したレーザビームの移動面を水平
方向から垂直方向に変える２面ねじれ反射光学系と、該
２面ねじれ反射光学系から出射したレーザビームの移動
面を集束させる第２のレンズと、該第２のレンズを出射
したレーザビームに水平方向の偏向を与える回転軸が大
地に対して垂直方向の第２のガルバノメータのミラーと
を具備したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明では、２個のガルバノメータのミラー間
にレーザビームの振動面を水平方向から垂直方向に変換
する２面ねじれ反射光学系を配設するようにしたので、
第１のミラーは回転軸が垂直であるにもかかわらず垂直
偏向器として動作させることができる。従って、第１お
よび第２のミラーは共にその回転軸の方向を大地に対し
て垂直に設置することができる。そのため、ミラーを回
転振動させるガルバノメータとして制動油を充填した高
性能のガルバノメータの使用が可能となり、ひいては周
波数応答性を向上できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１０】図２は本発明の一実施例のレーザビーム２
次元偏向装置の構成を示す。第１のガルバノメータのミ
ラー１２と第２のガルバノメータのミラー１８は適切な
間隔に離して配置され、ミラー１２の回転軸１２１の方
向１３およびミラー１８の回転軸１８１の方向１９がそ
れぞれ大地に対して垂直に保持される。これらミラー１
２および１８の間にコリメート用の第１のレンズ１５，
水平方向の偏向光線を垂直方向の偏向光線に変えるため
の２面ねじれ反射光学系１６および集光用の第２のレン
ズ１７が配設され、第２のミラー１８の前方にスクリー
ン２０が設置される。両ミラー１２および１８は各ガル
バノメータにより入力駆動電流（制御電流）に応じて回
転軸を中心に回転振動（回転方向の振動）を行う。

【００１１】レーザビーム１１は第１の偏向を与えるた
めの第１のガルバノメータのミラー１２に入射し、その
反射光はミラー１２の回転振動に従って図２のハッチン
グで示すような扇形に拡がった範囲を移動する。この扇
形の光線移動範囲（以下、ビーム振動面と称する）の中
心線１４と光軸とを一致させた第１のレンズ１５を、こ
のレンズの前側焦点（第１焦点）の位置が第１ミラー１
２の中心に一致するように設置する。このように第１の
レンズ１５を設置すると、このレンズ１５を通過したレ
ーザビームは光軸１４と平行となるので、第１のミラー
１２の回転振動に従って光軸１４に水平に、かつ平行に
振動する。

【００１２】第１のレンズ１５の後方のレーザビームが
光軸に平行に振動している位置に、２面ねじれ反射光学
系１６を図２に示すような姿勢で設置する。この２面ね
じれ反射光学系１６の構造は、図３の分解斜視図に示す
ように、２個の直角プリズム２１，２２を図示のように
互いの底部を向き合せ、その反射面を９０度ひねって接
着したものである。この２面ねじれ反射光学系１６によ
って、レーザビームはこの光学系の内部で２回全反射を
して、そのビーム振動面を水平方向から垂直方向に変換
される。

【００１３】２面ねじれ反射光学系１６を出射したレー
ザビームは第２のレンズ１７によってそのビーム振動面
が図２に示すように帯状から逆扇形に変形される。第２
のレンズ１７は通常、第１のレンズ１５と同一のレンズ
が用いられる。第１のレンズ１５と第２のレンズ１７間
の光路長は通常、第１のレンズ１５の後側焦点距離（第
２焦点距離）と第２のレンズ１７の前側焦点距離（第１
焦点距離）との和に等しく設定する。このように設定す
ることによって、第２のレンズ１７を出射したレーザビ
ームは、その直径および発散角共に第１のミラー１２の
反射ビームと同一に復元される。そして、第２のレンズ
１７の後側焦点（第２焦点）の位置に振動ビームが交叉
してクロスポイントを生じる。このクロスポイントの位
置に第２のミラー１８を設置して、レーザビームに対し
て第２の偏向である水平偏向を与える。

【００１４】このようにして第２のミラー１８の出射ビ
ームは垂直偏向と水平偏向との２次元偏向を与えられた
ビームとなってスクリーン２０へ投射される。

【００１５】以上述べたように、本発明によるレーザビ
ーム２次元偏向装置の第１のミラー１２はその回転軸１
２１が垂直であるにもかかわらず、２面ねじれ反射光学
系１６等の助けにより、垂直偏向器として動作させるこ
とができる。従って、第２のミラー１８は水平偏向器と
してその回転軸１８１を垂直にできるので、レーザビー
ム２次元偏向装置を構成する第１，第２のミラー１２，
１８は共にその回転軸を大地に対して垂直に保持でき
る。これによって、制動油を充填した高性能のガルバノ
メータの使用が可能になり、周波数応答特性の極めて優
れた、レーザビームの２次元偏向を行うレーザビーム２
次元偏向装置を実現することができた。

【００１６】（他の実施例）なお、上記レンズ１５，１
７は組合せ無収差レンズ系も好ましい。２面ねじれ反射
光学系１６は図２等に示す形状のプリズムに限定され
ず、例えば２枚の反射鏡を傾斜を付けてねじれ配置する
ことによってもこれと同様な作用が得られる。ガルバノ
メータのミラー１２，１８は平面ミラーに限らず、ポリ
ゴンミラー（多面鏡）に置き換えることができる。ガル
バノメータのミラーの駆動源としては通常の検電器の可
動コイルの他に、ピエゾモータ等を利用することも可能
である。

【００１７】また、本発明のレーザビーム２次元偏向装
置は、レーザディスプレイに限らず、レーザビームプロ
ジェクタ、レーザ照明装置、レーザ描画装置等にも好適
である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２個のガルバノメータを用いてレーザビームの２次元偏
向を行う装置において、２個のガルバノメータのミラー
間にレーザビームの振動面を水平方向から垂直方向に変
換する２面ねじれ反射光学系を配設するようにしたの
で、それら２個のミラーの回転軸の方向を共に大地に対
して垂直に設置することができ、これにより制動油を充
填した高性能のガルバノメータの使用が可能になり、周
波数応答特性の極めて優れたレーザビーム２次元偏向装
置を実現することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のレーザビーム２次元偏向装置の構成を示
す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例のレーザビーム２次元偏向装
置の構成を示す光路図である。

【図３】図２の２面ねじれ反射光学系の構造を示す分解
斜視図である。

【符号の説明】

１１ レーザビーム １２ 第１のガルバノメータのミラー（第１のミラー） １３ ミラーの回転軸の方向（軸線） １４ 光軸 １５ 第１のレンズ １６ ２面ねじれ反射光学系 １７ 第２のレンズ １８ 第２のガルバノメータのミラー（第２のミラー） １９ ミラーの回転軸の方向（軸線） ２０ スクリーン ２１，２２ 直角三角プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 俊一 兵庫県明石市小久保120−55 Ｂ−1603 (72)発明者 山村 實 神奈川県厚木市戸室145−11 (72)発明者 益子 仁 神奈川県秦野市鶴巻2059−18

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸が大地に対して垂直方向の第１の
   ガルバノメータのミラーと、 該第１のガルバノメータのミラーによって水平方向に偏
   向させられたレーザビームの移動面を扇状から平行帯状
   に変える第１のレンズと、 該第１のレンズを出射したレーザビームの移動面を水平
   方向から垂直方向に変える２面ねじれ反射光学系と、 該２面ねじれ反射光学系から出射したレーザビームの移
   動面を集束させる第２のレンズと、 該第２のレンズを出射したレーザビームに水平方向の偏
   向を与える回転軸が大地に対して垂直方向の第２のガル
   バノメータのミラーとを具備したことを特徴とするレー
   ザビーム２次元偏向装置。