JPS61241723A - レ−ザ−光線の可変減衰 - 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】 本発明はレーザーの出力を制御するシステムおよび方法
に関する。

数多くの装置が、距離計または距離目盛りとして、たと
えばそのエネルギーが可視領域外にあるレーザーに関す
るターゲットを表示するものとして。

低出力の可視光レーザーを利用している。たとえば、外
科用レーザー装置は、ある場合にはＣＯ□レーザーｔ’
ｓまた他の場合にはＹＡＧレーザー金用い、そしてこの
両者は可視スペクトル外のエネルギーを利用している。

この種レーザーの外科用システムは同−照準金偏えた低
出力、可視光レーザー（たとえば、赤色光ヘリウムネオ
ン・レーザー）を包含し、これにより、医師は出力レー
ザーからの不可視光レーザーが患者にアドレスするのを
現実に「見る」ことができる。このような場合、不可視
光レーザーと共に可視光レーザーの同時操作を行う機構
が設けられ、可視光線のポイントが適切に照準されたと
きに、エネルギーが高出力ＣＯ３またはＹＡＧレーザー
を経由して同一ポイントに加えられる。

典型的には、これらのシステムのユーザーは。

距離計、内視鏡または同様の複合光学系を介して目標ポ
イントを観察し、また可視光線スポットの強度全変化さ
せるのが容易であるということを望むものである。従っ
て１本発明の目的はこの種の距離計およびターゲット・
システムにおいて、可視レーザー光線の減衰を選択的に
変化させる装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、この種のビーム減衰が経済的に、
より重要なのは方角的な偏移を生じることなく達成され
るということである。凡ゆる場合に、可視光線ターゲッ
トビームが不可視光線ビームの実際のターゲットを正確
に照準したままであることが、明らかに必須である。

数多くの先行技術は、これら目的の達成を目標として来
た。成る種の先行技術において、機械的チョッパ（たと
えば、その幅が半径に応じて変動する開口部を有する回
転円板）により、ビームを横切る円板の位置に関係する
減衰量金生じさせる。

すなわち、この種のシステムにおいて、半径方向におけ
る円板の位置決めは、特定の遮断比のビーム通路上もた
らし、一方、異なった位置、すなわちビームのアドレス
について半径方向の異なった位置での円板の位置決めは
、さらに異なった遮断比のビーム通路をもたらす。機械
的チョッパ法は。

機械的システムの通例の信頼性および安定性の問題をも
たらし、また凡ゆる場合に嵩高、複雑であり、そしてよ
る好ましい形態のものは高価である。

従来装置の他の種類の１のは、可変中濃度フィルターと
して塗布された可変濃度薄膜を利用しており、これはビ
ームを横切って移動させたときに選択的な可変減衰をも
たらす。薄膜装置は極端に脆く、かつ傷付きやすく、そ
して機械的チョッパ形式装置の欠点の大部分に関係して
いる。

更に他の種類の、磁気光学および電子光学装置〔たとえ
ばボッケル電池（Ｐｏｃｋｅｌ　　ｃｅｌｌ）　）によ
り特徴づけられる従来の装置は、この装置に加えられる
磁界または電界による可変偏光回転体と□して機能する
。この種の装置において、偏光レーザー光線は、前記装
置を通過し１次いで固定偏光子を通過させることにより
可変的に減衰される。

この種の装置は高いコストと嵩を伴い、一方、光学的な
らびに機械的には優れているが、全体の装置設計におけ
るビーム減衰器の相対的により低い総体的な重要性に関
しては可成りの減損を伴っている。

更に他の従来技術は、音響光学変調器を利用するもので
あり、この場合、駆動信号のピーク振幅を変化させるこ
とは、可変減衰をもたらす零次外の光を多かれ少なかれ
回折させることになる。しかし、これらの装置は非常に
限定されたダイナミックレンジを伴い、また経済的な短
所を有している０ 従って１本発明の更に他の目的は、簡単で、信頼性があ
り、かつ安価な形態で、前述の種類の装置と同等もしく
はそれ以上の機能的な操作を実現することである。

本発明は、レーザー光線の偏光面の制御された回転に関
する液晶装置の利用を前提とするものである。この液晶
装置は、レーザーおよび直線偏光フィルターの中間に位
置しており、直線偏光フィルターは、レーザーの面に対
し所定の角度（好ましくは９０）？もって位置づけられ
ている。液晶装置は、その電極に加えられる電圧に関連
した光線の偏光回転度を示す。その結果、成る元の量が
フィルターを通過するが、これは液晶装置において示さ
れた偏光回転度に関係するものである。

好ましい実施態様において、この液晶装置は慣用の液晶
ディスプレーに類像の態様で形成される。

すなわち液晶層は一対の透明酸化イ／ジラム錫電極間に
サンドイッチされており、これらの各々を介してビーム
は次から次へと通過する。電極は。

零乃至低ＤＣレベル、好ましくは方形波を含む駆動信号
を提供するが、方形波は５０％のデユーティサイクルと
、液晶自体によって偏光回転度を決定する振幅とを有し
ている。本発明の特徴は、信頼性、比較的に低いビーム
パワーの消耗、実質的にヒステリシスを伴わない操作、
そして恐らくはもつとも重要な、最少識別可能ビームシ
ンチレークヨンを包含する。

８ｇ１図を参照すると１部分的に分解した概略形式で本
発明の好ましい実施態様が示されている。

第１図において、レーザー１０１はヘリウムネオ／・レ
ーザーであって、その対応物は数多くの供給元から市販
されている。その他のレーザーも。

勿論それらのビームが液晶装置を損傷しない限り受容可
能である。レーザー１０１から発生するビーム１０２は
、単一の固定偏光面（すなわち、通光によるもの）、た
とえば第１図の等側口における垂直面を有している。ビ
ームは最初、液晶１０４から成る層をす／ドイツチする
一対の電極１０５および１０６を包含する液晶装置を通
過する。実際には、液晶１０４ならびに電極１０５およ
び１０６を包含する液晶装置は緊密にラミネートされる
が、説明の便宜のために第１図では、それらは分解され
ている。電極１０５および１０６は。

通常の電圧供給装置１０９に夫々延びる電気的リード線
１０Ｂおよび１０７を備えているが、図中には詳細に示
されていない。

液晶装置１０４，１０５および１０６ｔ−通過した後、
ビームは固定直線偏光子１０３を通過する。

本発明の原理によれば、偏光子１０３は、レーザー１０
１から発生したときのビーム１０２の偏光面に対し特有
の所定角度をもって位置づけられている。レーザー１０
１から発生するビーム１０２の偏光面とフィルター１０
３の偏光面との間の角度変位は、設計者の要求により様
々な角度であってよいが・好ましい実施態様において、
この角度変位は９０である。すなわち、好ましい実施態
様において、フィルター１０３の偏光面はレーザー１０
１から発生したときのビーム１０２の偏光に対して直角
となる。あるいは、このプロセスを零と所定透過条件と
の間の領域に関して逆転させてもよい。

例示的な実施態様において、液晶装置１０４゜１０５お
よび１０６は、「セイコー」かう商標表示モｆＮｓ　ｐ
　ｓ　３９　Ｐ　Ｒの下に市販されている液晶装置とし
て実施する。しかし、数多ぐの代替タイプの装置および
供給元が容易に市場から人手可能であることは明らかで
ある。

本発明の原理によれば、ビームは液晶層！１０４゜１０
５および１０６の操作により低下するが、その当初値の
２．３％の減衰である。先に述べた「セイコー」装置で
は、ラミネート構造体の界面における反射に基因する約
２０％のビーム出力損失に遭遇する。しかし、異なった
液晶装置を特にこの因子に関し所望のものとして選択可
能であり。

一般的には減衰装置における損失２０％は許容可能であ
ると考えられている。場合によりＡＲコーチングは透過
損失を約１０％に減少させることができる。

電圧供給装置１０９０種々の形式のものが利用可能であ
るが１重要な設計上の考慮は、電極１０５および１０６
（代表的なものは透明な酸化イ／ジクムー錫ンを透明で
はない形態（たトエば、インジクム錫〕に還元するのを
阻止するために、電極駆動信号のＤＣ成分を最少とする
ことである。従って、好ましい実施態様において電圧供
給装置１０９は、電極ＩＱ５およびＩＱ８’＆：ゼロ・
バイアスの５０％デユーティサイクル方形波により駆動
し、それを経由するビーム透過駆動信号のピーク対ピー
ク電圧を変化きせることにより第２図に従って変動する
。特に、第２図のプロットは、フィルター１０３からの
標準化された透過率を、レーザーから発生するビームの
強度対供給装置ＩＱ９からの駆動信号のピーク対ピーク
電圧の百分率として示すものである。

一般に、駆動信号のピーク対ピーク電圧を変動させる方
が、駆動信号のデューテイサイクヤを変動させるよシも
有利であることが知られているが。

後者の駆動機構も使用可能である。１００Ｈｚの方形波
信号は、１０００Ｈｚの信号と同様、好ましい実施態様
において満足をもって利用された。第２図の考慮から明
らかなように１曲線の最も有用な領域は、ピーク対ピー
クで３乃至４ボルトの領域において始まり、そしてピー
ク対ピークで６ボルトの領域に低下して行き、それ以上
のピーク対ピーク電圧変化はビーム減衰に関し、決定的
に小さな効果を有している。実験結果は、投射距離４０
フイート（約１２メートル）を超える測定可能なビーム
・シ／テレ−ジョンを示さず、また何らの顕著なヒステ
リシス効果もないことを示している。

更に、本装置はＡＣ信号により駆動されるにも拘らず、
その応答は、非常に低い周波数を除き、殆どあるいは全
く時間依存性を示さず、つまり、この装置はビームを裁
断しないものであることを留意するのは興味深いことで
ある。

本発明の原理に従う実施態様は、医学的に、上に述べた
種類の従来装置よりも実質的にコンパクトであり、全体
として非機械的であり、従って可動部分を伴わず、その
上コストは他の１以上に記載した先行技術のコスト低下
がほとんどないのに対し１本出願日現在で２０％低下の
範囲にあるということは注目に値する。

以上の構成における作動を説明すると、電極が全く付勢
されなければ、液晶装置１０４，１０５および１０６は
、入射光の偏光面を丁度９０’だけ回転する。装置の反
射損失を除いて、完全な透過がみられる。電極１０５お
よび１０６が十分に付勢されると、その間の電界が、そ
れらの間の液晶層１０４の光学的活性を無効とするので
、偏光回転は全く生ぜず、その結果、固定偏光子１０３
１ｄそれに対し入射する全ての光を妨げる。種々の透過
が、上述した「セイコー」の液晶装置に関し。

第２図に示した偏移関数に一般的に従って、完全侵入と
完全遮断の間の領域において得られる。勿論、この種の
操作は、上記したようにレーザー１０１から発生するビ
ーム１０２の偏光面に関連するフィルター１０３の角度
変位の選択に依存するものである。

均一な減衰操作が、温度の広い範囲に亘り要求される場
合には、シリコ／ダイオードの直列組合せ体を回路１０
７，１０８および１０９に組み込むことが望ましく、こ
れは用いられた特定の液晶装置の温度変化に従って選択
された温度係数およびその将来の周囲温度範囲を提供す
ることになる。

前述したところは１本発明の原理についての具体的例示
および好ましい実施態様を述べたものであるが、本発明
の精神および範囲を逸脱することなく数多くの代替的実
施態様が当該技術分野の通常の知＠を有する者によって
為されることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明原理の例示的実施態様を示す分１０１・
・・レーザー、１０２・・・ビーム、１０３・・・固定
直線偏光子、１０４・・・液晶、１１１５．１０６・・
・電極％　１０７，１０８・・・電気的リード線、１０
９・・・電圧供給装置。 特許出願人　　　テークマン０エレクトａ・オプテイク
ス―インコーポレイテッド （外２名）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の偏光面上で直線的に偏光された光の光源を
   備えたシステムにおける可変ビーム減衰装置であつて、 ａ）前記所定の偏光面から所定の角度変位偏光面を有す
   る固定直線偏光フィルターと、 ｂ）前記光源と前記フィルターとの間にあり、前記所定
   の偏光面からのビーム偏光をその偏光面に向けて選択的
   に回転させて、前記フィルターの面に平行な関連増加成
   分を提供する回転を増大させ、その結果それによつて透
   過を行う液晶手段と、 を備えた装置。
2. （２）前記フィルターがその偏光面に関し、前記所定の
   偏光面に対し直角に位置づけされる特許請求の範囲第１
   項記載の装置。
3. （３）前記液晶手段が実質的に透明な電極間にラミネー
   トされた液晶層を備え、前記ビームは前記電極の最も近
   い一方、前記層、そして前記電極の離れた一方を夫々通
   過して、前記フィルターに達する特許請求の範囲第２項
   記載の装置。
4. （４）更に前記電極を駆動するための電圧源を包含する
   特許請求の範囲第３項記載の装置。
5. （５）前記電圧源が、下記信号のピーク対ピーク電圧に
   関連して前記液晶手段により惹起される、最小ＤＣレベ
   ルの偏光回転を有する時間変化信号を提供する手段を備
   えている特許請求の範囲第４項記載の装置。