JPS5994729A - レ−ザを具備する光学装置 - 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】 本発明はレーザを具備する光学装置に関する。

レーザを用いた光学装置は従来より各種の用途に用いら
れ、レーザとしても各種形式の装置が採用されている。

ところでレーザを出射したレーザビームの通る光筋は常
に一定しているというものではなくわずかに変動するの
が普通である。即ち、レーザビームの進む方向がレーザ
内部の成る点を中心とじて動き、該ビームの位置が変動
する訳である。かかる現象は一般に角度ドリフトと称せ
られている。

この現象の発生原因は必すしも明らかでないが、気体レ
ーザにおいては、その温度の変化によって、角度ドリフ
トの発生が最も顕著となることは確認されている。例え
ば、レーザの作動開始時のように、レーザの温度が所定
温度まで達しないとき等は、角度ドリフトの量はかなり
大きくなる。但し、レーザが所定の温度まで昇温し、一
定温度に保たれたとしてもわずかな角度ドリフトは認め
られる。

角度ドリフトは、気体レーザにおいて特に顕著に現われ
る。

上述の如き角度ドリフトが発生すると各種の不都合を生
じ、例えは、後述する如くレーザを有する光学装置によ
りホログラムを作製する際、一定の性質を持った複数の
ホログラムを作ることはできず、各ホログラムの性質に
ほらつき力５生じてしまう。

従来は上記不都合に対処するため、角度ドリフトの量に
応じて、光学素子の位置をその都度修正するか、或いは
ドリフトが温度変化により生ずる場合には、レーザの作
動開始後、該レーザが所定温度に達するまで待機し、し
かる後レーザの使用を開始したり、レーザの温度を一定
に保つべく、レーザ周囲の温度を調整する等の処置を施
していた。ところが光学素子をその都度修正する作業は
煩雑であり、また温度が一定になるまでの待機時間はか
なり長く、例えば気体レーザにおいては１乃至２時間程
の待ち時間が必要である。更にレーザの周囲を調温する
にはその設備を必要とし、温度調節の精度を高めれば高
める程、光学装置のコストが上昇する欠点を免れない。

のみならず、レーザの温度が一定となった後に発生する
わずかな角度ドリフトについては、レーザの温度を調節
しても、これを回避することはできない。

本発明は上記認識に基きなされたものであり、角度ドリ
フトによるレーザビームの位置すれを従来よりも減少さ
せることの可能な光学装置を提供することである。

以下、角度ドリフトが発生する主たる原因と考えられて
いる事項、及びこれを放置した際に生ずる不都合の一例
を図面に従って説明し、次いて本発明の実施例を図面に
基き詳述する。

第１図は角度ドリフトの発生原因を説明する説明図であ
り、−例として、気体レーザの共振反射鏡１，２を示す
図である。これら反射鏡１，２は適数の、例えば４本の
フレーム３によって支持されている。図示していないレ
ーザ管からのレーザ光は、周知の如く、一方の反射鏡２
から出射する。

レーザを出射するレーザビームの所定の正しい出射方間
を実線矢印Ａで示す。レーザが所定の温度に保たれてい
れば、レーザビームは大略この矢印へ方向に進む（但し
、温度が所定温度に保たれてもわずかな角度ドリフトの
発生はみられる〕。ところがレーザの周囲温度に変化が
生じたり、レーザの作動開始時のようにレーザが所定温
度まで達していないときは、レーザ管自体の温度が所定
の温度になっていないため、フレーム３が、所定の状態
よりも伸びたり、或いは縮んだりし、これによって、反
射鏡２が、第２図に実線で示す所定の状態から破線で示
す状態へと、微小にずれ動く。

このようにずれ動いた反射鏡２を出射するレーザビーム
は、実線矢印Ａの位置から破線矢印Ｂの位置へとずれ動
くことになる。換言すれは、レーザビームの進む方向が
Ｃで示した点を中心として、実線矢印Ａの方向から破線
矢印Ｂの方向へ偏る訳である。これがレーザの温度変化
により生ずる角度ドリフトの一例であり、レーザのうち
特に角度ドリフトの量が大きいとされている気体レーザ
においては、ドリフトする角度θは数十乃至数百μｒａ
ｄのオーダに達することもある。尚、第２図に示した角
度ドリフトの中心Ｃは、固定しておらず、０存間と共に
変動するのが普通である。

第１ノ及び第２図を参照して、気体レーザにおける角度
ドリフトの主たる発生原因を説明したが、図示した形態
以外のレーザにおいても、角度ドリフトは発生するし、
レーザの温度が一定であっても微小な角度ドリフトが発
生することは先に繰返し説明した通りである。

次に上述の如き角度ドリフトにより生ずる不都合の一例
を第３図に従って説明する。

第３図に例示した光学装置は、レーザ４から出射し・た
レーザビームが実線Ａで示すようにレンズ５を通υ、そ
の径を拡大で眉、て、被照射面６を照射するように構成
はｎ、ている。Ｓは被照射面６上における光強度の強い
位置を示す。

次に、角度ドリフトが発生して、レーザ４から破線Ｂで
示す如くレーザビームが出射すると、ドリフトの角度（
第２図に示した角度θに相当する角度）が極くわずかで
あっても、レーザ４内のドリフト中心からレンズ５まで
の距離が大さく、或いはレンズ５の焦点距離が短いと、
被照射面６における光強度の強い位置は、ＳからＳ′へ
と、太きくずＩ’１−動き、被照垣面６における照度分
布が変動する。

第３図に示す如き光学装置は従来より広く利用されてお
り、その用途によっては、上記ドリフトが重大な影響を
及ぼすことになる。例えば、被照射面６ＶＣホログラム
記録材料を配置し、ホログラムを作製する場合を考える
と、実線Ａで示したし−ザビームがホログラム記録材料
を照射したときと、破線Ｂで示したビームが照射しだと
さとでは、記録材料に照射でｎる光の光量分布が変るた
め、完成したホログラムの回折効率分布が変ってしまい
、一定品質のホログラムを作ることはできない。

尚、ホログラム作製用の光学装置では、レーザ４からの
元金ビームスプリッタで分割し、こ、ｎ、’ｉ図示して
いないレンズを通し、この光を図示した照射位置と同一
位置に照射するが、分割し１こレーザビームにつ（、ｌ
ては、第３図には示していない。

上記欠点を軽減するため本発明に係る構成においては、
第４図に例示する如くレーザ４を出射し。

たレーザビームの光路中に、アフォーカル光学系７が配
置は眉でいる。第４図における１０５は、角度ドリフト
によりレーザビームの位置が所定位置からずイすると不
都合を生ずる光学系を示し、アフォーカル光学系７は、
この光学系１０５と、レーザ４との間に位置している。

アフォーカル光学系は、セイ］自体周知の如く、この光
学系に入射しに平行光が、平行光のまま該光学系を出射
するように構成は石、ている。図示したアフォーカル光
学系７は２つの凸レンズ８，９から成−り、一方のレン
ズ８で集束したレーザビームが再び発散して、他方のレ
ンズ９で平行光となる。

第４図の場合も、角度ドリフトが発生しないときのレー
ザビーム’に実線Ａで示し、角度ドリフトが発生したと
きのビームの一例を破線Ｂで示しである。今、アフォー
カル光学系７が設けら眉てぃないと仮定し、かかる状態
で角度ドリフトが発生した場合を考えてみると、レーザ
４を破線で示す如く出射したレーザビームは、一点鎖Ｈ
Ｄで示す如く直進することになり、光学系への入射位置
（光束の中心；後述する＆　、　Ｅ３も同じ）Ｅｌは、
角度ドリフトが発生しないときのレーザビームの同人射
位置Ｅ２から太きくずれている（このずれ全Ｆとする。

ところがアフォーカル光学系７が設けらイ９ていると、
角度ドリフトが発生しても、アフォーカル光学系７に入
射して、こイ１を出射するレーザビームは破線Ｂで示す
如く進み、Ｅ３で示す位置ニＴ：、”ｌｔ　学系１０５
　ＶＣ入市し、よってドリフトの無いときの入射位置Ｅ
、からのず２１．　Ｇは、わずかである。

上述の如くアフォーカル光学系金用いることによって、
角度ドリフトが生じても、こｎにより光学系１０５に与
えられる影響は、従来よりも大幅に減少する。ところで
、アフォーカル光学系７の角倍率は、これｉ１以下に設
定することが有利で必り、その理由を以下に明らかにす
る。

レーザを出射するレーザビームは、角度ドリフトによっ
てその位置を変えるが、このビームは、角度ドリフトた
けでなく、ビームの中心に対して平行にドリフトするこ
とがある（以下、こｎを平行ドリフトと称する〕。従っ
て、アフォーカル光学系７０角倍率を１よりも大きく設
定し、この光学系７に入射するレーザビームの直径Ｈ０
よりモ、これを出射するビームの直径Ｈ２の方が大きく
なるようにすると、入射前のビームが平行ドリフトを起
こしに場合、該ドリフトがアフォーカル光学系７によっ
てむしろ拡大されてしまう。角倍率が１以下（）−Ｉ、
　）　ｌ−１２）であれば、このような不都合が生ずる
ことはなく、こ７１が、角倍率ｉ１以下に設定すること
が望ましいとする理由である。角倍率全１よりも小ざく
設定すｎば、アフォーカル光学系によって、平行ドリフ
トラ減少芒せることも可能である。ま１ここの倍率を１
に設定すれば、一方のレンズ８に入射するレーザビーム
と、他方のし／ズ９を出射するレーザビームの位置状態
は、丁度点対称となる。

次に本発明に係る光学装置を、等間隔直線格子を持った
ホログラム全作製する定めの光学系に用（／１　　　　
□た場合のより具体的な構成例を説明する。

第５図において、レーザ４を出射し１こレーザビームは
アフォーカル光学系７全通り、対物レンズ２０５、ピン
ホール１０及びコリメータレンズ１１を通過し、ホログ
ラム記録材料１２に照射−ｇ、ｎ、る。

この場合も実際にはレーザ４ケ出たレーザビームは、ピ
ームスブ′リッタによって分割され、その分割光が、対
物レンズ、ピンホール及びコリメータレンズを通って、
記録材料１２に入射するが、この分割光及びこ２１に関
連する光学素子については図に示していない。ビームス
プリッタｌｉＬ／　−ｆ４からピンホール寸での光路中
の適所に配置でき、アフォーカルＸ学系７を構成する２
つのレンズ８゜９の間に配置することもできる。尚１対
物レンズ２０５はレーザ４からのレーザビームの径を拡
げ、コリメータレンズ１１は、ホログラム記録材料１２
に等間隔直線格子を形成する１こめに用いら７１ている
。

角度ドリフトが生じていないときは、レーザビームは実
、１ｉ５１Ａで示す如く進んで、記録材料１２會照射し
・、角度トリ２トが発生したときは破線Ｂの如く記録相
料を照射するが、アフォーカル光学系７が設けら眉てい
るため、記録相料１２における両ビームの位置ずｎは極
くわずかである。このため、記録材料１２上での光量分
布の変動が少なくなり、作製づ２″１．た各ホログラム
の回折効率分布が大幅に変わることは阻止さ７する。

第５図に示したアフォーカル光学系７の角倍率が１のと
さは、各光学素子は第６図に示す如く位置し、一方のレ
ンズ８に入射するレーザビームの、角度ドリフトによる
位置ずｎは、そのまま他方のレンズ９ヘシフトする（但
し、両レンズ８，９の位置でのビームの位置ずれの方向
は、逆である。゛第５図参照）。

アフォーカル光学系７の角倍率を１よ−りも小感くする
と、第７図の如くなる。この場合、角倍率を１／δとす
ると、一方のレンズ８に入射するビーム径Ｈ，ｖｃ対し
、他方のレンズ９全出射するビーム径Ｈ２はＨ，／δと
なる。従って、第７図におけるピンホール１０とコリメ
ータレンズ１１との距離ｋ　Ｌ２、第６図における同距
離ｔ　Ｌｔとすわば、コリメータレンズｌｌｉ出射する
ビームの径Ｈを、第６図と第７図とにおいて同じ太す芒
にするには、Ｌ２＝Ｌ、ｘδに設定すればよい。コリメ
ータレンズ１１を出射したレーザビームの角度ドリフト
による位置ずｎの量は、第６図の場合も第７図の場合も
同じでるる。

上述した各実施例においては、アフォーカル光学系と、
他の光学系とを組合せた光学装置を示し・ｋが、アフォ
ーカル光学系を出射しＲレーザビーム音直ニ被照射面に
照射するように構成することもできる。捷タアフオーカ
ル光学系を２つの凸レンズにより構成する以外に、他の
各種の形態でこ７１を構成できることは当然である。

以上の説明からも理解できるように本発明によ、！１は
、角度トリ；フ）［基因するレーザビームの位置ずイ１
を効果的に低減できる。よって、従来の如き各種の処置
を施す必要をなくすこともでさるし、或いは１）−ザの
使用開始前に待機時間をあけるようにし１ことし、でも
、その時間を短縮でき、貫たレーザ會調温するにしても
その調節全従来の如く厳格に行う必要はない。更に、角
度ドリフトの量に合せて光学装置全調節するようにした
とし、ても、その回数を減らすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度変化に基く角度ドリフトの主たる発生原因
を説明する説明図、第２図（ダ第１図の部分拡大図、第
３図は角度ドリフトにより生ずる不都合を明らかにする
、光学装置の一例を示した側面図、第４図は本発明に係
る光学装置の一例を示す概略側面図、第５図は本発明を
ホログラムの作゛製用の光学装置に適用した側面図、第
６図はアフォーカル光学系の角倍率が１のと式の説明図
、第７図は同倍率が１より小なるときの説明図である。 ４・・・レーザ ７・・・アフォーカル元学系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　レーザを出射したレーザビームの光路中に、
   アフォーカル光学系を配置したことを特徴とするレーザ
   を具備する光学装置。
2. （２）前記アフォーカル光学系の角倍率が１以下である
   特許請求の範囲第１項に記載の光学装置。