WO2015033494A1 - レーザー走査装置 - Google Patents

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laser
aperture
prism
adjustment
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俊哉 的崎
宏勲 中原
智 岸上
伸夫 竹下
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三菱電機株式会社
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    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/141—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using dichroic mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a laser scanning device using a plurality of laser light sources.
  • a laser scanning device using a plurality of laser light sources three types of laser light sources of a red laser, a green laser, and a blue laser are combined into one optical axis by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the laser light emitted from each laser light source is converted into light slightly narrower than parallel using a condensing lens or a collimating lens, and an aperture (also referred to as an aperture limiting device) is applied to each laser light. ),
  • Each laser beam has a predetermined shape and size, and is scanned with a single MEMS mirror by converting the laser beam into one converging optical axis direction using a mirror or a prism.
  • Patent Document 1 For example, refer to Patent Document 1).
  • JP 2010-107615 A (page 5-10, FIG. 1)
  • the respective laser beams when the laser beams emitted from the respective laser light sources are collected in one condensing optical axis direction, the respective laser beams have a predetermined shape and size.
  • the apertures are provided for each laser light source.
  • the collimator lens and the laser light source are adjusted as a single unit for each light source in the manufacturing process of the laser scanning device, and then reassembled during the entire assembly.
  • the position needs to be adjusted, and there are many adjustment items in the manufacturing process of the laser scanning device.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • the laser scanning device using a plurality of laser light sources, the laser scanning device has a simple configuration and realizes reduction of adjustment items in the manufacturing process. Is what you get.
  • a plurality of laser light sources for emitting laser light having an elliptical light intensity distribution, and a reflecting surface, the laser light incident from each of the laser light sources is focused on a focusing optical axis.
  • a prism for converting the direction, an aperture provided in a state in which an opening position through which the laser light emitted from the prism passes can be adjusted in a predetermined adjustment direction, and the prism incident through the aperture A plurality of laser light sources each having a long axis direction of a light intensity distribution at a position where the laser light emitted from each of the plurality of laser light sources is incident on the aperture. It is characterized in that it is provided in an orientation that becomes the adjustment direction.
  • the present invention provides an aperture on the optical path from the prism to the scanning mirror so that each laser beam emitted from the prism can adjust the luminous flux passing through the aperture in a predetermined adjustment direction. It is possible to configure with one aperture without providing an aperture for each laser light source. As a result, it is possible to realize a laser scanning apparatus that has a simple configuration and reduces adjustment items in the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the laser scanning device according to the present embodiment.
  • three laser light sources 101, 102, and 103 are provided.
  • a prism 301 that converts laser light emitted from the laser light source 102 in the direction of the focusing optical axis and a prism 302 that converts laser light emitted from the laser light source 103 in the direction of the focusing optical axis are provided.
  • the focusing optical axis L is shown to take an axis parallel to the X axis.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the laser scanning device according to the present embodiment cut along the XZ plane.
  • the housing 10 is a housing of the laser scanning device according to the present embodiment.
  • the first laser light source 101 emits a first laser beam.
  • the first laser light source 101 is, for example, a red semiconductor laser, and the first laser light is laser light having a red wavelength.
  • the light is emitted toward the ⁇ X direction. Further, it is provided such that the wide direction (long axis direction) of the radiation angle specification of the light intensity distribution characteristic is directed to the Z axis direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 1).
  • the first laser light source 101 is supported by the light source adjustment plate 21 so that the emitted optical axis can be adjusted.
  • the first laser light source 101 is fixed to the light source adjustment plate 21 by press-fitting or bonding.
  • the light source adjustment plate 21 is in close contact with the side surface of the housing 10 and is finely adjusted in the contact surface inward direction, and then screwed or bonded. It is fixed by.
  • a collimating lens 201 is provided in the emission direction of the first laser light source 101.
  • the collimator lens 201 converts the light beam of the first laser light into parallel light.
  • the collimating lens 201 is supported by the lens adjustment holder 31.
  • the collimator lens 201 and the lens adjustment holder 31 are bonded and fixed, and the lens adjustment holder 31 is provided so as to be fitted in a cylindrical hole of the housing 10 in a state where precise position adjustment is possible in the optical axis direction.
  • the light source adjustment plate 21 and the lens adjustment holder 31 are precisely adjusted so that the parallel light of the first laser beam from the first laser light source 101 is adjusted in the direction of the focusing optical axis L.
  • the precise adjustment means performing a precise position adjustment.
  • the second laser light source 102 emits second laser light.
  • the second laser light source 102 is, for example, a green semiconductor laser, and the second laser light is green wavelength laser light.
  • the light is emitted toward the ⁇ Y direction. Further, it is provided so that the wide direction (long axis direction) of the radiation angle specification of the light intensity distribution characteristic is directed to the Z-axis direction.
  • the second laser light source 102 is supported by the light source adjustment plate 22 so that the emitted optical axis can be adjusted.
  • the second laser light source 102 is fixed to the light source adjustment plate 22 by press-fitting or bonding, and the light source adjustment plate 22 is in close contact with the side surface of the housing 10 and is finely adjusted in the in-contact direction, and then fixed with screws. It is fixed by bonding.
  • a collimating lens 202 is provided in the emission direction of the second laser light source 102.
  • the collimator lens 202 converts the light beam of the second laser light into parallel light.
  • the collimating lens 202 is supported by the lens adjustment holder 32.
  • the collimating lens 202 and the lens adjustment holder 32 are bonded and fixed, and the lens adjustment holder 32 is provided so as to be fitted in a cylindrical hole of the housing 10 in a state where precise position adjustment is possible in the optical axis direction.
  • the parallel light of the second laser beam emitted from the collimator 202 is converted in the direction of the focused optical axis by a prism beam splitter (also referred to as a prism) 301.
  • the prism beam splitter 301 has a reflecting surface inclined at 45 degrees in the prism, and reflects the light beam incident from the ⁇ Y direction in the ⁇ X direction.
  • the prism beam splitter 301 is supported by the prism adjustment holder 41.
  • the prism beam splitter 301 and the prism adjustment holder 41 are bonded and fixed, the prism adjustment holder 42 is moved precisely in the X-axis direction with respect to the side surface of the housing 10, and the reflection surface in the prism is accurately moved in the X-axis direction in FIG. Move. If the reflecting surface in the prism is moved in the X-axis direction, it is possible to adjust in the Y-axis direction the light flux that reflects the parallel light of the second laser light incident on the reflecting surface.
  • the light source adjustment plate 22, the lens adjustment holder 32, and the prism adjustment holder 41 are precisely adjusted so that the parallel light of the second laser light from the second laser light source 102 is converted into a focused optical axis. Adjust and provide.
  • the third laser light source 103 emits third laser light.
  • the third laser light source 103 is, for example, a blue semiconductor laser, and the third laser light is a blue wavelength laser light.
  • the light is emitted toward the ⁇ Y direction. Further, it is provided so that the wide direction (long axis direction) of the radiation angle specification of the light intensity distribution characteristic is directed to the Z-axis direction.
  • the third laser light source 103 is supported by the light source adjustment plate 23 so that the emitted optical axis can be adjusted.
  • the third laser light source 103 is fixed to the light source adjustment plate 23 by press-fitting or bonding, and the light source adjustment plate 23 is in close contact with the side surface of the housing 10 and is finely adjusted in the contact surface inward direction, and then fixed with screws. It is fixed by bonding.
  • a collimating lens 203 is provided in the emission direction of the third laser light source 103.
  • the collimator lens 203 converts the light beam of the third laser light into parallel light.
  • the collimating lens 203 is supported by the lens adjustment holder 33.
  • the collimating lens 203 and the lens adjustment holder 33 are bonded and fixed, and the lens adjustment holder 33 is provided so as to be fitted in a cylindrical hole of the housing 10 in a state where precise position adjustment is possible in the optical axis direction.
  • the parallel light of the third laser beam emitted from the collimator 203 is converted by the prism beam splitter 302 in the direction of the focusing optical axis.
  • the prism beam splitter 302 has a reflecting surface inclined at 45 degrees in the prism, and reflects the light beam incident from the ⁇ Y direction in the ⁇ X direction.
  • the prism beam splitter 302 is supported by the prism adjustment holder 42.
  • the prism beam splitter 302 and the prism adjustment holder 42 are bonded and fixed, and the prism adjustment holder 42 is moved precisely in the X-axis direction with respect to the side surface of the housing 10 so that the reflection surface in the prism is accurately moved in the X-axis direction in FIG. Move. If the reflecting surface in the prism is moved in the X-axis direction, it is possible to adjust in the Y-axis direction the light flux that reflects the parallel light of the second laser light incident on the reflecting surface.
  • the light source adjustment plate 23, the lens adjustment holder 33, and the prism adjustment holder 42 are precisely adjusted so that the parallel light of the third laser light from the third laser light source 103 is converted into the focused optical axis. Adjust and provide.
  • a step structure is provided at a place where the prism adjustment holder 41 and the prism adjustment holder 42 are in contact with each other, and a gap that allows the inside of the housing 10 to be seen through is adjusted even when each is adjusted.
  • the light beam converted to the focused optical axis L is incident on a biaxial polarizing mirror (also referred to as a scanning mirror) 500 through an aperture 53 described later.
  • a biaxial polarizing mirror also referred to as a scanning mirror
  • the light beam converted to the focusing optical axis L is once reflected by the mirror 401 and incident on the biaxial polarizing mirror 500.
  • the mirror 401 is supported by the mirror adjustment plate 60.
  • the mirror 401 and the mirror adjustment plate 60 are fixed, and the mirror adjustment plate 60 is fixed to the housing 10 in a state where precise position adjustment is possible in the X-axis direction.
  • the MEMS mirror 501 is provided in the biaxial polarizing mirror 500.
  • the biaxial polarizing mirror 500 inputs an electric signal for scanning in a two-dimensional scanning direction, and changes the angle of the reflecting surface of the MEMS mirror 501 by using the MEMS mirror 501 as an actuator.
  • the biaxial polarizing mirror 500 converts the reflection angle of the light beam incident on the MEMS mirror 501 by changing the angle of the reflection surface of the MEMS mirror 501.
  • the light can be emitted to the display area on the XZ plane.
  • this embodiment will be described as a two-dimensional laser scanning device, the scanning mirror 500 scans in the one-dimensional scanning direction when a one-dimensional laser scanning device is configured. An electrical signal is input, and the angle of the reflection surface of the MEMS mirror 501 is changed by an actuator of the MEMS mirror 501.
  • the biaxial polarizing mirror 500 is supported by the MEMS mirror plate 70.
  • the biaxial polarizing mirror 500 and the MEMS mirror plate 70 are fixed, and the MEMS mirror plate 70 is fixed to the housing 10.
  • the aperture 53 is a hole that blocks unnecessary light generated by a prism or a casing on the way and allows only necessary light to pass therethrough.
  • the light beams converted from the respective laser light sources to the focusing optical axis L pass through the aperture 53 and become predetermined light beams.
  • the aperture 53 is provided at a position eccentric with respect to the central axis of the cylindrical aperture adjustment holder 51.
  • the aperture adjustment holder 51 provided with the aperture 53 is accurately inserted into the cylindrical hole of the housing 10.
  • the cylindrical hole of the housing 10 provides an opening for precisely fitting the aperture adjustment holder 51 and accurately positions the position of the aperture adjustment holder 51 in the central axis direction.
  • an internal thread portion is provided at the entrance portion of the cylindrical hole of the housing 10, and a screw ring 52 having a ring shape and an external thread portion provided on the outside is rotationally inserted, and the aperture adjustment holder 51 is accurately attached to the housing 10. It is fixed in a state where a moderate pressure is applied.
  • the male screw part of the screw ring 52 and the female screw part of the cylindrical hole of the housing 10 employ a screw specification with a narrow screw pitch interval of a fine specification, but a coarse specification may be used.
  • a groove is provided in a part of the cylindrical outer shape of the aperture adjustment holder 51 in the horizontal direction with respect to the central axis, and an opening is provided on the upper surface of the housing 10 at a position where the groove is visible.
  • the aperture adjustment holder 51 can be precisely rotated from this opening using an eccentric pin.
  • the aperture 53 moves slightly in the Z-axis direction (predetermined adjustment direction).
  • the aperture 53 is integrally formed as the structure of the aperture adjustment holder 51.
  • the aperture 53 is formed of a thin metal plate or another component having an opening in a metal foil, and then the aperture 53 is formed.
  • the adjustment holder 51 may be used by being press-fitted or fixed by a method such as adhesion.
  • the wide direction (major axis direction) of the radiation angle specification of the light intensity distribution characteristic is the Z axis in the light beam converted into the focusing optical axis L incident on the aperture 53.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the assembly adjustment method of the laser scanning device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an adjustment target at the stage of the adjustment procedure of the present invention, and the positional relationship between the light intensity distribution from the laser light source (elliptical shape) and the luminous flux after passing through the aperture (circular oblique line region).
  • the laser light source is a light source such as a semiconductor laser that has an elliptical light intensity distribution.
  • a laser beam profiler measuring device For measurement for position adjustment, for example, a laser beam profiler measuring device is used.
  • the first laser light source 101 is turned on (STEP 11).
  • the light emission point position of the first laser light source 101 is adjusted (STEP 12).
  • the converted collimated light is adjusted so as to match the direction of the focusing optical axis L.
  • the focal length of the collimating lens 201 matches the light emitting point of the first laser light source 101 (STEP 13).
  • the focal length of the collimating lens 201 coincide with the light emitting point of the semiconductor laser 101, the light transmitted through the collimating lens becomes collimated light.
  • the first semiconductor laser 101 is adjusted in-plane so as to obtain a predetermined emission angle.
  • the incident position of the reflection mirror 401 is adjusted using the mirror adjustment plate 60 (STEP 14).
  • the mirror adjustment plate 60 By moving the mirror adjustment plate 60 in the X direction with the eccentric pin and adjusting the incident position of the reflecting mirror 401, the incident position in the X direction to the MEMS mirror 501 on which the reflected light from the reflecting mirror 401 enters is adjusted.
  • the Z-direction incident position on the MEMS mirror 501 is adjusted using the aperture adjustment holder 51 (STEP 15).
  • the aperture adjustment holder 51 By rotating the aperture adjustment holder 51 with the eccentric pin, the adjustment of the Z-direction incident position on the MEMS mirror 501 can be realized.
  • FIG. 4A shows the positional relationship between the adjustment target before the STEP 15 adjustment, the light intensity distribution by the first laser light source 101, and the light beam (circular hatched area) after passing through the aperture 53. This is adjusted in STEP 15, and as shown in FIG. 4B, the position of the round first light beam (hatched area) after passing through the aperture 53 from the first laser light source 101 is the position of the adjustment target. Adjusted to
  • the second laser light source 102 and the third laser light source 103 are turned on (STEP 21).
  • the focal length of the collimating lens 202 is matched with the light emitting point of the second laser light source 102, and the focal length of the collimating lens 203 is matched with the light emitting point of the third laser light source 103 (STEP 23). .
  • STEP 22 is adjusted to STEP 12 and STEP 23 is adjusted by the same adjustment method as STEP 13 so that each collimated light is aligned with the direction of the focusing optical axis L.
  • the second laser light source 102 and the third laser light source 103 are different in direction from the first laser light source 101, the adjustment directions change correspondingly.
  • the intensity distribution light flux of each collimated light is adjusted using the prism adjustment plate 41 and the prism adjustment plate 42 (STEP 24).
  • the light intensity distribution of the light beam (second light beam) from the second semiconductor laser 102 and the light intensity distribution of the light beam (third light beam) from the third semiconductor laser 103 are elliptical distributions.
  • the prism adjustment plate 41 provided with the prism 301 and the prism 302 so that the central axis in the elliptical minor axis direction, which is the narrower of these elliptical distributions, coincides with the central axis in the elliptical minor axis direction of the first light flux.
  • the prism adjustment plate 42 is moved and adjusted with an eccentric pin in the X-axis direction.
  • each of the first light beam, the second light beam, and the third light beam overlaps in the elliptical short axis direction and has a slight shift in the elliptical long axis direction, but the light intensity distribution in the elliptical long axis direction. No adjustment is performed because the areas that are transmitted through the aperture 53 overlap sufficiently.
  • FIG. 4C shows the positional relationship between the adjustment target before the STEP 24 adjustment, the light intensity distribution of the first light flux adjusted in STEP 15, and the light intensity distribution of the second light flux and the third light flux.
  • This is adjusted in STEP 24, and as shown in FIG. 4D, the central axis in the elliptical short axis direction in the light intensity distribution of the second light flux and the third light flux is the elliptical short axis direction in the light intensity distribution of the first light flux. It is adjusted to coincide with the center axis of.
  • FIG. 5 is a diagram showing a flow of an adjustment method when assembling a conventional laser scanning device using three laser light sources.
  • the adjustment points when assembling the conventional laser scanning device are two directions (two places) in STEP112, one direction (one place) in STEP113, and two directions (two places) in STEP114.
  • There are a total of 15 adjustment points because it is generated by the laser light source, and there are a total of 6 additional points because 2 directions (2 places) in STEP 212 and 2 directions (2 places) in STEP 312 are generated by two laser light sources. In total, 21 adjustment points are generated.
  • the adjustment method for assembling the laser scanning device according to the present invention reduces the number of adjustment points from 21 to 13 compared to the conventional adjustment method for assembling the laser scanning device using three laser light sources. be able to.
  • the collimating lens (201, 202 and 203), the semiconductor laser (101, 102 and 103), the prism (301 and 302), the reflection mirror 401, and the aperture 53 are included. Since assembly is completed with a total of 10 fixed fixed points, the fixed points after adjustment are 12 in the conventional procedure, whereas in the present invention, the fixed points can be reduced to 10 in total.
  • the laser scanning device using three laser light sources, there is a limit to the number of parts and miniaturization because it is necessary to configure a light source unit for each laser light source. Furthermore, in the conventional laser scanning device, there was a problem that the number of device steps for adjusting the light source section increased, but the laser scanning device according to the present invention is configured without providing an aperture for each laser light source. Can do. As a result, the laser scanning device can be realized with a simple configuration.
  • the prism is shown as having a cube shape.
  • the prism is not limited to this shape, and may be a plate shape, for example.
  • the prism 301 or the prism 302 has a reflecting surface inclined at 45 degrees, and the light beam incident from the first direction ( ⁇ Y direction) is reflected in the second direction (vertical to the first direction ( The light beam reflected in the ⁇ X direction and transmitted from the third direction (the X direction) opposite to the second direction passes through the second direction (the ⁇ X direction).

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Abstract

　複数のレーザー光源（１０１、１０２、１０３）と、それぞれの前記レーザー光源から入射されたレーザー光を集束光軸方向に変換するプリズム（３０１、３０２）と、前記プリズムから出射されたレーザー光について所定の調整方向に調整可能に設けられたアパーチャー（５３）と、前記アパーチャーを介して入射された前記プリズムからのレーザー光を走査位置に反射する走査ミラー（５００）とを備え、前記複数のレーザー光源は、それぞれが出射したレーザー光が前記アパーチャーに入射するときに光強度分布の長軸方向が所定の調整方向になる向きで設ける。

Description

レーザー走査装置
　この発明は、複数のレーザー光源を用いたレーザー走査装置に関する。
　従来、複数のレーザー光源を用いたレーザー走査装置として、赤色レーザーと緑色レーザーと青色レーザーとの３種類のレーザー光源を用いてそれらを一つの光軸にまとめてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーによって走査するレーザー走査装置がある。この場合、それぞれのレーザー光源から出射されるレーザー光を集光レンズまたはコリメートレンズを用いてレーザー光を平行よりやや狭まった光に変換した上で、それぞれのレーザー光にアパーチャ（開口制限装置ともいう）を通過させることで、それぞれのレーザー光を所定の形状およびサイズにし、ミラー又はプリズムを用いて一つの集光光軸方向に変換することで一つのＭＥＭＳミラーで走査していた。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１０７６１５号公報（第５－１０頁、第１図）
　しかしながら、特許文献１のようなレーザー走査装置では、それぞれのレーザー光源から出射されるレーザー光が一つの集光光軸方向に集まったときにそれぞれのレーザー光が所定の形状およびサイズになるように、それぞれのレーザー光源に対してアパーチャーを設けているが、このような構成ではレーザー走査装置の製造過程において、それぞれの光源毎にコリメートレンズとレーザー光源をひとつのユニットとして調整した後に全体組立時に再度位置調整する必要があり、レーザー走査装置の製造過程での調整項目が多くなるという問題があった。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数のレーザー光源を用いたレーザー走査装置において、簡素な構成であり製造過程での調整項目の削減を実現するレーザー走査装置を得るものである。
　この発明に係る光走査装置においては、光強度分布が楕円形状のレーザー光を出射する複数のレーザー光源と、反射面を有し、それぞれの前記レーザー光源から入射された前記レーザー光を集束光軸方向に変換するプリズムと、前記プリズムから出射された前記レーザー光を通過させる開口位置が所定の調整方向に調整が可能な状態に設けられたアパーチャーと、前記アパーチャーを介して入射された前記プリズムからの前記レーザー光を走査位置に反射する走査ミラーとを備え、前記複数のレーザー光源は、それぞれが出射した前記レーザー光が前記アパーチャーに入射する位置での光強度分布の長軸方向が前記所定の調整方向になる向きで設けられたことを特徴とするものである。
　この発明は、プリズムから走査ミラーまでの光路上に、前記プリズムから出射されたそれぞれのレーザー光がアパーチャーを通過する光束を所定の調整方向に調整が可能になるようにアパーチャーを設けることにより、それぞれのレーザー光源ごとにアパーチャーを設けることなく１つのアパーチャーで構成することができる。これにより、簡素な構成でかつ製造過程での調整項目の削減するレーザー走査装置を実現することが可能となる。
この発明の実施の形態１にかかるレーザー走査装置の横断面図である。 この発明の実施の形態１にかかるレーザー走査装置の縦断面図である。 この発明の実施の形態１にかかるレーザー走査装置の組立調整フローを示す図である。 この発明の実施の形態１にかかるレーザー走査装置の調整段階における調整目標と、レーザー光源からの光強度分布及びアパーチャー透過後の光束の位置関係とを示す図である。 従来のレーザー走査装置の組立調整フローを示す図である。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態にかかるレーザー走査装置の横断面図である。図１においては３つのレーザー光源１０１、１０２、及び１０３が設けられている。また、レーザー光源１０２から出射されたレーザー光を集束光軸方向に変換するプリズム３０１とレーザー光源１０３から出射されたレーザー光を集束光軸方向に変換するプリズム３０２とが設けられている。ここで、図１では集束光軸Ｌは、Ｘ軸に平行な軸をとるように示している。図２は、本実施の形態にかかるレーザー走査装置をＸ－Ｚ面で切断したときの縦断面図である。
　図１においては、レーザー光源１０１は集束光軸方向にレーザー光が出射される向きに設けられているため、プリズムの反射面による集束光軸方向への変換は必要なくなる。また、プリズム３０２から２軸偏光ミラー５００までの光路上にアパーチャー５３が位置の調整が可能な状態に設けられている。
　次に各構成要素について説明する。筐体１０は、本実施の形態にかかるレーザー走査装置の筐体である。
　第１のレーザー光源１０１は、第１のレーザー光を出射する。第１のレーザー光源１０１は、例えば赤色半導体レーザーであって、第１のレーザー光は赤色波長のレーザー光である。ここで、図１では、－Ｘ方向に向けて出射するように設けられている。また、光強度分布特性の放射角度仕様の広い方向（長軸方向）が、Ｚ軸方向（図１の紙面に対して垂直方向）に向くように設ける。
　第１のレーザー光源１０１は、出射する光軸の調整が可能になるように光源調整プレート２１によって支持されている。例えば、第１のレーザー光源１０１は光源調整プレート２１に圧入あるいは接着により固定され、光源調整プレート２１は筐体１０の側面に密着し、密着面内方向に精密調整された後、ねじ固定あるいは接着により固定されている。
　第１のレーザー光源１０１の出射方向にはコリメートレンズ２０１が設けられている。コリメートレンズ２０１は、第１のレーザー光の光束を平行光に変換する。また、コリメートレンズ２０１は、レンズ調整ホルダ３１に支持されている。例えばコリメートレンズ２０１とレンズ調整ホルダ３１とを接着固定し、レンズ調整ホルダ３１を筐体１０の円筒状の穴に対し、光軸方向に精密な位置調整が可能な状態で嵌め合わさるように設ける。
　このように光源調整プレート２１とレンズ調整ホルダ３１とを精密調整して、第１のレーザー光源１０１からの第１のレーザー光の平行光を集束光軸Ｌの方向に調整して設ける。ここで、精密調整とは、精密な位置調整を行なうことをいう。
　第２のレーザー光源１０２は、第２のレーザー光を出射する。第２のレーザー光源１０２は、例えば緑色半導体レーザーであって、第２のレーザー光は緑色波長のレーザー光である。ここで、図１では、－Ｙ方向に向けて出射するように設けられている。また、光強度分布特性の放射角度仕様の広い方向（長軸方向）が、Ｚ軸方向に向くように設ける。
　第２のレーザー光源１０２は、出射する光軸の調整が可能になるように光源調整プレート２２によって支持されている。例えば、第２のレーザー光源１０２は光源調整プレート２２に圧入あるいは接着により固定され、光源調整プレート２２は筐体１０の側面に密着し、密着面内方向に精密調整された後、ねじ固定、あるいは接着により固定されている。
　第２のレーザー光源１０２の出射方向にはコリメートレンズ２０２が設けられている。コリメートレンズ２０２は、第２のレーザー光の光束を平行光に変換する。また、コリメートレンズ２０２は、レンズ調整ホルダ３２に支持されている。例えばコリメートレンズ２０２とレンズ調整ホルダ３２とを接着固定し、レンズ調整ホルダ３２を筐体１０の円筒状の穴に対し、光軸方向に精密な位置調整が可能な状態で嵌め合わさるように設ける。
　コリメート２０２から出射された第２のレーザー光の平行光はプリズムビームスプリッタ（プリズムともいう）３０１によって集束光軸方向に変換される。プリズムビームスプリッタ３０１は、プリズム内に４５度に傾斜した反射面を有し、－Ｙ方向から入射された光束を－Ｘ方向に反射する。
　また、プリズムビームスプリッタ３０１は、プリズム調整ホルダ４１に支持されている。例えばプリズムビームスプリッタ３０１とプリズム調整ホルダ４１とを接着固定し、プリズム調整ホルダ４２を筐体１０の側面に対しＸ軸方向に精密可動してプリズム内の反射面を図１のＸ軸方向に精密可動する。プリズム内の反射面をＸ軸方向に可動すれば、反射面に入射する第２のレーザー光の平行光が反射される光束についてＹ軸方向に調整することができる。
　このように光源調整プレート２２とレンズ調整ホルダ３２とプリズム調整ホルダ４１とを精密調整して、第２のレーザー光源１０２からの第２のレーザー光の平行光が集束光軸に変換されるように調整して設ける。
　第３のレーザー光源１０３は、第３のレーザー光を出射する。第３のレーザー光源１０３は、例えば青色半導体レーザーであって、第３のレーザー光は青色波長のレーザー光である。ここで、図１では、－Ｙ方向に向けて出射するように設けられている。また、光強度分布特性の放射角度仕様の広い方向（長軸方向）が、Ｚ軸方向に向くように設ける。
　第３のレーザー光源１０３は、出射する光軸の調整が可能になるように光源調整プレート２３によって支持されている。例えば、第３のレーザー光源１０３は光源調整プレート２３に圧入あるいは接着により固定され、光源調整プレート２３は筐体１０の側面に密着し、密着面内方向に精密調整された後、ねじ固定、あるいは接着により固定されている。
　第３のレーザー光源１０３の出射方向にはコリメートレンズ２０３が設けられている。コリメートレンズ２０３は、第３のレーザー光の光束を平行光に変換する。また、コリメートレンズ２０３は、レンズ調整ホルダ３３に支持されている。例えばコリメートレンズ２０３とレンズ調整ホルダ３３とを接着固定し、レンズ調整ホルダ３３を筐体１０の円筒状の穴に対し、光軸方向に精密な位置調整が可能な状態で嵌め合わさるように設ける。
　コリメート２０３から出射された第３のレーザー光の平行光はプリズムビームスプリッタ３０２によって集束光軸方向に変換される。プリズムビームスプリッタ３０２は、プリズム内に４５度に傾斜した反射面を有し、－Ｙ方向から入射された光束を－Ｘ方向に反射する。
　また、プリズムビームスプリッタ３０２は、プリズム調整ホルダ４２に支持されている。例えばプリズムビームスプリッタ３０２とプリズム調整ホルダ４２とを接着固定し、プリズム調整ホルダ４２を筐体１０の側面に対しＸ軸方向に精密可動してプリズム内の反射面を図１のＸ軸方向に精密可動する。プリズム内の反射面をＸ軸方向に可動すれば、反射面に入射する第２のレーザー光の平行光が反射される光束についてＹ軸方向に調整することができる。
　このように光源調整プレート２３とレンズ調整ホルダ３３とプリズム調整ホルダ４２とを精密調整して、第３のレーザー光源１０３からの第３のレーザー光の平行光が集束光軸に変換されるように調整して設ける。
　また、プリズム調整ホルダ４１とプリズム調整ホルダ４２とが接する箇所は段差構造を設け、各々が調整されても筐体１０の内部を見通すことができるような隙間が発生しない構造になっている。
　集束光軸Ｌに変換された光束は、後述するアパーチャー５３を介して２軸偏光ミラー（走査ミラーともいう）５００に入射される。図１では、集束光軸Ｌに変換された光束は、一旦ミラー４０１で反射されて２軸偏光ミラー５００に入射される。
　ミラー４０１は、ミラー調整プレート６０に支持されている。例えばミラー４０１とミラー調整プレート６０とを固定し、ミラー調整プレート６０をＸ軸方向に精密な位置調整が可能な状態で筐体１０に固定される。
　ＭＥＭＳミラー５０１は、２軸偏光ミラー５００に備えられたものである。２軸偏光ミラー５００は、２次元の走査方向に走査するための電気信号を入力し、ＭＥＭＳミラー５０１をアクチュエーターでＭＥＭＳミラー５０１の反射面の角度を変化させるものである。このように２軸偏光ミラー５００は、ＭＥＭＳミラー５０１の反射面の角度を変化させることでＭＥＭＳミラー５０１に入射された光束の反射角を変換させる。これによりＸ－Ｚ面の表示領域に出射することができる。なお、本実施の形態は走査方向が２次元のレーザー走査装置として説明するが、走査方向が１次元のレーザー走査装置を構成する場合は、走査ミラー５００は１次元の走査方向に走査するための電気信号を入力し、ＭＥＭＳミラー５０１をアクチュエーターでＭＥＭＳミラー５０１の反射面の角度を変化させるものである。
　２軸偏光ミラー５００は、ＭＥＭＳミラープレート７０に支持されている。例えば２軸偏光ミラー５００とＭＥＭＳミラープレート７０とを固定し、ＭＥＭＳミラープレート７０を筐体１０に固定される。
　アパーチャー５３は、途中のプリズムや筐体などで発生した不要な光を遮り、必要な光だけを通すようにした孔である。それぞれのレーザー光源から集束光軸Ｌに変換された光束は、アパーチャー５３を通過して所定の光線となる。
　アパーチャー５３は円筒状のアパーチャー調整ホルダ５１の中心軸に対し偏芯した位置に設けられている。
　アパーチャー５３を設けたアパーチャー調整ホルダ５１は、筐体１０の円筒状の穴に精度よく挿入される。
　筐体１０の円筒状の穴は、アパーチャー調整ホルダ５１を精密に嵌め合わさる開口部を設けるとともに、アパーチャー調整ホルダ５１の中心軸方向の位置を正確に位置決めする。
　さらに筐体１０の円筒状の穴の入口部には、雌ねじ部を設け、リング状で外側に雄ねじ部を設けたスクリューリング５２を回転挿入し、筐体１０に対し、アパーチャー調整ホルダ５１を精度良く適度な与圧が加わった状態に固定する。
　スクリューリング５２の雄ねじ部、および筐体１０の円筒状穴の雌ねじ部は、細目仕様のスクリューピッチ間隔が狭いねじ仕様を採用しているが、並目仕様を用いてもよい。
　アパーチャー調整ホルダ５１の円筒状外形の一部に中心軸と水平方向に溝を設け、この溝が見える位置に筐体１０の上面に開口部を設けている。
　この開口部から偏芯ピンを用いてアパーチャー調整ホルダ５１を精密に回転調整が可能になっている。
　したがって、偏芯ピンによるアパーチャー調整ホルダ５１の回転調整を実施すると、アパーチャー５３は、Ｚ軸方向（所定の調整方向）に微小可動する。
　これによりアパーチャー５３の中心軸が、集束光軸Ｌに変換された光束の光軸中心と一致するように調整することが可能となる。
　なお、アパーチャー５３は、アパーチャー調整ホルダ５１の構造として一体に形成しているが、アパーチャー５３部分を、厚みの薄い、金属薄板、あるいは金属箔に開口を設けた別の部品を構成したのち、アパーチャー調整ホルダ５１に圧入、あるいは接着等の方法で固定して使用してもよい。
　このように、それぞれのレーザー光源からのレーザー光について、アパーチャー５３に入射される集束光軸Ｌに変換された光束において、光強度分布特性の放射角度仕様の広い方向（長軸方向）がＺ軸方向になるように構成することで、アパーチャー調整ホルダ５１によるＺ軸方向の調整でそれぞれのレーザー光源からのレーザー光に対して所定の光線を通過させることができる。これにより、それぞれのレーザー光源ごとにアパーチャーを設けることなく構成することができる。これにより、簡素な構成でレーザー走査装置を実現することが可能となる。
　次に本発明にかかるレーザー走査装置の組立調整方法について説明する。図３は、本発明にかかるレーザー走査装置の組立調整方法を示すフローチャート図である。また、図４は、本発明の調整手順の段階における調整目標と、レーザー光源からの光強度分布（楕円形）及びアパーチャー透過後の光束（円形の斜線領域）の位置関係とを示す図である。ここで、レーザー光源を半導体レーザーなど、光強度分布が楕円形を成す光源を用いるものとする。
　また、位置調整のための計測については、例えば、レーザービームプロファイラ計測装置を使用するものとする。
　最初に、本発明にかかるレーザー走査装置の構成部品の全体組立を行なう（ＳＴＥＰ０１）。
　次に、第１のレーザー光源１０１を点灯する（ＳＴＥＰ１１）。
　次に、第１のレーザー光源１０１の発光点位置の調整を行なう（ＳＴＥＰ１２）。ここでは、光源調整プレート２１とコリメートレンズ２０１を支持するレンズ調整ホルダ３１とを調整することで、変換されたコリメート光が集束光軸Ｌの方向に合うように調整する。
　次に、コリメートレンズ２０１の焦点距離と第１のレーザー光源１０１の発光点とを一致させる調整を行なう（ＳＴＥＰ１３）。コリメートレンズ２０１の焦点距離と半導体レーザー１０１の発光点とを一致させることでコリメートレンズ透過光はコリメート光となるが、実際の部品では、コリメートレンズの光軸公差、半導体レーザーの発光点公差が存在するので、第１の半導体レーザー１０１を面内調整し所定の出射角度が得られるように調整する。
　次に、ミラー調整プレート６０を用いて、反射ミラー４０１の入射位置を調整する（ＳＴＥＰ１４）。ミラー調整プレート６０を偏芯ピンでＸ方向に移動させて、反射ミラー４０１の入射位置を調整することで、反射ミラー４０１からの反射光が入射するＭＥＭＳミラー５０１へのＸ方向入射位置が調整される。
　次に、アパーチャー調整ホルダ５１を用いて、ＭＥＭＳミラー５０１へのＺ方向入射位置を調整する（ＳＴＥＰ１５）。アパーチャー調整ホルダ５１を偏芯ピンで回転移動させることで、ＭＥＭＳミラー５０１へのＺ方向入射位置の調整が実現できる。
　図４（Ａ）は、ＳＴＥＰ１５調整前の、調整目標と第１のレーザー光源１０１による光強度分布及びアパーチャー５３を透過後の光束（円形の斜線領域）との位置関係を示す。これをＳＴＥＰ１５の調整を行ない、図４（Ｂ）に示すように、第１のレーザー光源１０１からアパーチャー５３を透過した後の丸型の第１光束の位置（斜線領域）が、調整目標の位置に調整される。
　次に、レーザービームプロファイラ計測装置を使用して、アパーチャー５３を透過した後の丸型の第１光束が、所望の出射角度及び光束径に調整されたかの確認を行ない（ＳＴＥＰ１６）、問題なければ（ＯＫであれば）、次のＳＴＥＰ２１に進み、問題があれば（ＮＧであれば）、ＳＴＥＰ１１に戻って再調整を行なう。
　次に、第２のレーザー光源１０２及び第３のレーザー光源１０３を点灯する（ＳＴＥＰ２１）。
　次に、第２のレーザー光源１０２及び第３のレーザー光源１０３の発光点位置の調整を行なう（ＳＴＥＰ２２）。
　次に、コリメートレンズ２０２の焦点距離と第２のレーザー光源１０２の発光点とを一致させ、コリメートレンズ２０３の焦点距離と第３のレーザー光源１０３の発光点とを一致させる調整を行なう（ＳＴＥＰ２３）。
　ここで、ＳＴＥＰ２２はＳＴＥＰ１２と、ＳＴＥＰ２３はＳＴＥＰ１３と同様の調整方法でそれぞれのコリメート光が集束光軸Ｌの方向に合うように調整する。ただし、第２のレーザー光源１０２と第３のレーザー光源１０３とは第１のレーザー光源１０１と向きが違うため、それぞれ調整方向は対応して変わる。
　次に、プリズム調整プレート４１及びプリズム調整プレート４２を用いて、それぞれのコリメート光の強度分布光束を調整する（ＳＴＥＰ２４）。第２の半導体レーザー１０２からの光束（第２光束）の光強度分布と、第３の半導体レーザー１０３からの光束（第３光束）の光強度分布とは楕円状の分布となる。これら楕円状分布の狭い方となる楕円短軸方向の中心軸が第１光束の楕円短軸方向の中心軸と一致するように、プリズム３０１及びプリズム３０２とが設けられているプリズム調整プレート４１及びプリズム調整プレート４２をＸ軸方向に偏芯ピンで移動調整する。
　それぞれの第１光束、第２光束、及び第３光束の光強度分布は、楕円短軸方向で重なり、楕円長軸方向で若干のずれを有しているが、楕円長軸方向の光強度分布はアパーチャー５３で透過する領域は十分重なるため調整を行わない。
　図４（Ｃ）は、ＳＴＥＰ２４調整前の、調整目標と、ＳＴＥＰ１５で調整された第１光束の光強度分布と、第２光束及び第３光束の光強度分布との位置関係を示す。これをＳＴＥＰ２４の調整を行ない、図４（Ｄ）に示すように、第２光束及び第３光束の光強度分布における楕円短軸方向の中心軸が第１光束の光強度分布における楕円短軸方向の中心軸と一致するように調整される。
　次に、レーザービームプロファイラ計測装置を使用して、アパーチャー５３を透過した後の第２光束及び第３光束が、所望の出射角度及び光束径に調整されたかの確認を行ない（ＳＴＥＰ２５）、問題なければ（ＯＫであれば）、調整は完了し、問題があれば（ＮＧであれば）、ＳＴＥＰ２１に戻って再調整を行なう。
　図５は、従来の３つのレーザー光源を用いたレーザー走査装置を組み立てる場合の調整方法のフローを示す図である。図５に示すように、従来のレーザー走査装置を組み立てる場合の調整箇所は、ＳＴＥＰ１１２で２方向（２箇所）、ＳＴＥＰ１１３で１方向（１箇所）、ＳＴＥＰ１１４で２方向（２箇所）が、それぞれのレーザー光源で発生するため計１５箇所の調整箇所があり、さらにＳＴＥＰ２１２で２方向（２箇所）、ＳＴＥＰ３１２で２方向（２箇所）が２つのレーザー光源で発生するため計６箇所の追加があって、総計で２１箇所の調整箇所が発生する。
　一方、図３に示す本発明にかかるレーザー走査装置を組み立てる場合の調整方法であれば、ＳＴＥＰ１２でＹ方向とＺ方向の２箇所、ＳＴＥＰ１３でＸ方向の１箇所、ＳＴＥＰ１４でＸ方向の１箇所、ＳＴＥＰ１５でＺ方向の１箇所が、第１のレーザー光源で発生するため計５箇所の調整箇所があり、さらにＳＴＥＰ２２でＸ方向とＺ方向の２箇所とＳＴＥＰ２３でＹ方向の１箇所とＳＴＥＰ２４でＸ方向の１箇所が２つのレーザー光源で発生するため計８箇所の追加があって、総計で１３箇所の調整箇所が発生する。
　このように、従来の３つのレーザー光源を用いたレーザー走査装置を組み立てる場合の調整方法よりも、本発明にかかるレーザー走査装置を組み立てる場合の調整方法は調整箇所が２１箇所から１３箇所に削減することができる。
　また、従来手順による固定箇所は、３つの光源部組立時にそれぞれアパーチャー、コリメートレンズ、レーザー光源の調整固定１箇所の計９箇所を固定する必要があり、さらに全体組立時にそれぞれの光源部を調整固定するので計３箇所を固定する必要があるため、レーザー走査装置全体の組立において全部で１２箇所を固定する必要があった。
　本発明にかかるレーザー走査装置であれば、コリメートレンズ（２０１、２０２及び２０３）と、半導体レーザー（１０１、１０２及び１０３）と、プリズム（３０１及び３０２）と、反射ミラー４０１と、アパーチャー５３との調整固定合計１０箇所固定で組立が完了するため、調整後の固定箇所は、従来手順では計１２箇所であったのに対し、本発明では計１０箇所に削減できる。
　上述の通り、従来の３つのレーザー光源を用いたレーザー走査装置では、レーザー光源毎に光源部を構成する必要から、部品点数と小型化に限界が生じていた。さらに従来のレーザー走査装置では組み立てるのに、光源部調整用の装置工程が多くなる課題があったが、本発明にかかるレーザー走査装置では、それぞれのレーザー光源ごとにアパーチャーを設けることなく構成することができる。これにより、簡素な構成でレーザー走査装置を実現することが可能となるという効果を奏する。
　また、従来のレーザー走査装置では、光源部のアパーチャーからＭＥＭＳミラーに入射するまでのプリズムや筐体による不要反射光の影響を取り除くことができない課題があったが、本発明にかかるレーザー走査装置では、アパーチャーとＭＥＭＳミラーとの光路に不要反射光の影響となるプリズムや筐体を設ける必要がないため、アパーチャーとＭＥＭＳミラーとの光路に関わる不要反射光の影響を受けないレーザー走査装置を得ることができる。
　なお、本実施の形態及び図面においてプリズムをキューブ状の形状からなるもので示しているが、この形状に限定されるものではなく、例えば板状の形状からなるものであっても構わない。この場合においても、プリズム３０１またはプリズム３０２は、４５度に傾斜した反射面を有し、第１の方向（－Ｙ方向）から入射された光束を第１の方向に垂直な第２の方向（－Ｘ方向）に反射し、第２の方向と反対の方向である第３の方向（Ｘ方向）から入射された光束を第２の方向（－Ｘ方向）に通す作用をもつ。
　１０１、１０２、１０３　　レーザー光源
　３０１，３０２　　　　　　プリズム
　５１　　　　　　　　　　　アパーチャー調整ホルダ
　５３　　　　　　　　　　　アパーチャー
　５００　　　　　　　　　　走査ミラー

Claims (4)

  1. 　光強度分布が楕円形状のレーザー光を出射する複数のレーザー光源と、
    　反射面を有し、それぞれの前記レーザー光源から入射された前記レーザー光を集束光軸方向に変換するプリズムと、
    　前記プリズムから出射された前記レーザー光を通過させる開口位置が所定の調整方向に調整可能に設けられたアパーチャーと、
    　前記アパーチャーを介して入射された前記プリズムからの前記レーザー光を走査位置に反射する走査ミラーと
    を備え、
    　前記複数のレーザー光源は、それぞれが出射した前記レーザー光が前記アパーチャーに入射する位置での光強度分布の長軸方向が前記所定の調整方向になる向きで設けられた
    ことを特徴とするレーザー走査装置。
  2. 　前記走査ミラーと前記プリズムと前記アパーチャーとはそれぞれ一方向のみに可動域を有し、
    　前記プリズムの可動方向は、前記走査ミラーの可動方向に対して平行であり、
    　前記アパーチャーの可動方向は、前記走査ミラーの可動方向に対して垂直である
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー走査装置。
  3. 　前記複数のレーザー光源は、それぞれが出射した前記レーザー光が前記アパーチャーに入射する位置での光強度分布の長軸方向が、前記アパーチャーの可動方向と平行になる向きで設けられるものであって、
    　前記複数のレーザー光源のうちの第１のレーザー光源は、前記第１のレーザー光源から出射した第１のレーザー光が、前記プリズムを介して前記集束光軸方向に合うように調整して設けられるものであり、
    　前記アパーチャーは、前記集束光軸方向に合うように調整された前記第１のレーザー光を通過したレーザー光が、所定の出射角度及び光束径になるように調整して設けられるものであり、
    　前記複数のレーザー光源のうち前記第１のレーザー光源と異なるレーザー光源は、出射したレーザー光が、プリズムを介して前記集束光軸方向に合うように調整して設けられるものであり、
    　前記プリズムは、前記集束光軸方向に合うように調整されたそれぞれの前記レーザー光が前記プリズムを介して前記アパーチャーを通過したときに、前記所定の出射角度及び光束径を満たして入射されるように調整して設けられるものである
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー走査装置。
  4. 　前記集束光軸と平行な回転軸から偏芯した位置で前記アパーチャーを保持し、前記回転軸を中心軸として前記アパーチャーを回転調整するアパーチャー調整ホルダを備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
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