CN105518512B - 激光扫描装置 - Google Patents

Abstract

激光扫描装置具有：多个激光光源(101、102、103)；棱镜(301、302)，其将从各个所述激光光源入射的激光转换到集束光轴方向；孔径(53)，其被设置成能够在规定的调整方向调整从所述棱镜出射的激光；以及扫描镜(500)，其将经由所述孔径入射的来自所述棱镜的激光反射到扫描位置，所述多个激光光源以各自射出的激光入射到所述孔径时光强度分布的长轴方向成为规定的调整方向的朝向进行设置。

Description

激光扫描装置

技术领域

本发明涉及使用多个激光光源的激光扫描装置。

背景技术

以往，作为使用多个激光光源的激光扫描装置有如下的激光扫描装置：使用红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器这3种激光光源，将它们会聚成一个光轴，通过MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电***)镜进行扫描。该情况下，使用会聚透镜或准直透镜将从各个激光光源射出的激光转换成比平行稍窄的光后，使各个激光通过孔径(aperture)(也称作开口限制装置)，由此使各个激光成为规定的形状和尺寸，使用镜或棱镜转换到一个会聚光轴方向，由此利用一个MEMS镜进行扫描(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-107615号公报(第5～10页、第1图)

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1这样的激光扫描装置中，是针对各个激光光源设置孔径，以使在从各个激光光源射出的激光会聚到一个会聚光轴方向时，各个激光成为规定的形状和尺寸，但是，在这种结构中，在激光扫描装置的制造过程中，在按照各个光源将准直透镜和激光光源调整成一个单元后，在整体组装时需要再次进行位置调整，存在激光扫描装置的制造过程中的调整项目增多这样的问题。

本发明正是为了解决上述这种课题而完成的，在使用多个激光光源的激光扫描装置中，得到结构简单且可实现制造过程中的调整项目的削减的激光扫描装置。

用于解决课题的手段

在本发明的光扫描装置中，其特征在于，该光扫描装置具有：多个激光光源，其射出光强度分布为椭圆形状的激光；棱镜，其具有反射面，将从各个所述激光光源入射的所述激光转换到集束光轴方向；孔径，其被设置成能够在规定的调整方向调整使从所述棱镜出射的所述激光通过的开口位置的状态；以及扫描镜，其将经由所述孔径入射的来自所述棱镜的所述激光反射到扫描位置，所述多个激光光源以如下的朝向进行设置：各自射出的所述激光入射到所述孔径的位置处的光强度分布的长轴方向成为所述规定的调整方向。

发明效果

在本发明中，在从棱镜到扫描镜的光路上设置孔径，使得能够在规定的调整方向调整从所述棱镜出射的各个激光通过孔径的光束，由此，不用按照各个激光光源设置孔径，能够利用一个孔径构成。由此，能够实现结构简单且可削减制造过程中的调整项目的激光扫描装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的激光扫描装置的横剖视图。

图2是本发明的实施方式1的激光扫描装置的纵剖视图。

图3是示出本发明的实施方式1的激光扫描装置的组装调整流程的图。

图4的(A)～(D)是示出本发明的实施方式1的激光扫描装置的调整阶段中的调整目标以及来自激光光源的光强度分布和透过孔径后的光束的位置关系的图。

图5是示出现有的激光扫描装置的组装调整流程的图。

具体实施方式

实施方式1

图1是本实施方式的激光扫描装置的横剖视图。在图1中设置有3个激光光源101、102、103。并且，设置有将从激光光源102射出的激光转换到集束光轴方向的棱镜301、以及将从激光光源103射出的激光转换到集束光轴方向的棱镜302。这里，在图1中，示出集束光轴L取与X轴平行的轴。图2是以X-Z面切断本实施方式的激光扫描装置时的纵剖视图。

在图1中，激光光源101被设置成向集束光轴方向射出激光的朝向，因此，不需要利用棱镜的反射面转换到集束光轴方向。并且，在从棱镜302到双轴偏振镜500的光路上以能够进行位置调整的状态设置有孔径53。

接着，对各结构要素进行说明。框体10是本实施方式的激光扫描装置的框体。

第1激光光源101射出第1激光。第1激光光源101例如是红色半导体激光器，第1激光是红色波长的激光。这里，在图1中，设置成朝向-X方向射出。并且，设置成光强度分布特性的放射角度规格较宽的方向(长轴方向)朝向Z轴方向(与图1的纸面垂直的方向)。

第1激光光源101由光源调整板21支承，使得能够调整射出的光轴。例如，第1激光光源101通过压入或粘接而固定于光源调整板21，光源调整板21与框体10的侧面紧密贴合，在被精密调整到紧密贴合面内方向后，通过螺钉固定或粘接进行固定。

在第1激光光源101的射出方向设置有准直透镜201。准直透镜201将第1激光的光束转换成平行光。并且，准直透镜201由透镜调整保持架31支承。例如粘接固定准直透镜201和透镜调整保持架31，设置成以能够在光轴方向进行精密位置调整的状态将透镜调整保持架31嵌合到框体10的圆筒状的孔。

这样对光源调整板21和透镜调整保持架31进行精密调整，设置成将来自第1激光光源101的第1激光的平行光调整到集束光轴L的方向。这里，精密调整是指进行精密的位置调整。

第2激光光源102射出第2激光。第2激光光源102例如是绿色半导体激光器，第2激光是绿色波长的激光。这里，在图1中，设置成朝向-Y方向射出。并且，设置成光强度分布特性的放射角度规格较宽的方向(长轴方向)朝向Z轴方向。

第2激光光源102由光源调整板22支承，使得能够调整射出的光轴。例如，第2激光光源102通过压入或粘接而固定于光源调整板22，光源调整板22与框体10的侧面紧密贴合，在被精密调整到紧密贴合面内方向后，通过螺钉固定或粘接进行固定。

在第2激光光源102的射出方向设置有准直透镜202。准直透镜202将第2激光的光束转换成平行光。并且，准直透镜202由透镜调整保持架32支承。例如粘接固定准直透镜202和透镜调整保持架32，设置成以能够在光轴方向进行精密位置调整的状态将透镜调整保持架32嵌合到框体10的圆筒状的孔。

从准直透镜202出射的第2激光的平行光被棱镜分束器(也称作棱镜)301转换到集束光轴方向。棱镜分束器301在棱镜内具有45度倾斜的反射面，使从-Y方向入射的光束向-X方向反射。

并且，棱镜分束器301由棱镜调整保持架41支承。例如粘接固定棱镜分束器301和棱镜调整保持架41，使棱镜调整保持架41相对于框体10的侧面在X轴方向精密可动，使棱镜内的反射面在图1的X轴方向精密可动。如果使棱镜内的反射面在X轴方向可动，则能够将入射到反射面的第2激光的平行光被反射后的光束调整到Y轴方向。

这样对光源调整板22、透镜调整保持架32和棱镜调整保持架41进行精密调整，设置成进行调整以使将来自第2激光光源102的第2激光的平行光转换成集束光轴。

第3激光光源103射出第3激光。第3激光光源103例如是蓝色半导体激光器，第3激光是蓝色波长的激光。这里，在图1中，设置成朝向-Y方向射出。并且，设置成光强度分布特性的放射角度规格较宽的方向(长轴方向)朝向Z轴方向。

第3激光光源103由光源调整板23支承，使得能够调整射出的光轴。例如，第3激光光源103通过压入或粘接而固定于光源调整板23，光源调整板23与框体10的侧面紧密贴合，在被精密调整到紧密贴合面内方向后，通过螺钉固定或粘接进行固定。

在第3激光光源103的射出方向设置有准直透镜203。准直透镜203将第3激光的光束转换成平行光。并且，准直透镜203由透镜调整保持架33支承。例如粘接固定准直透镜203和透镜调整保持架33，设置成以能够在光轴方向进行精密位置调整的状态将透镜调整保持架33嵌合到框体10的圆筒状的孔。

从准直透镜203出射的第3激光的平行光被棱镜分束器302转换到集束光轴方向。棱镜分束器302在棱镜内具有45度倾斜的反射面，使从-Y方向入射的光束向-X方向反射。

并且，棱镜分束器302由棱镜调整保持架42支承。例如粘接固定棱镜分束器302和棱镜调整保持架42，使棱镜调整保持架42相对于框体10的侧面在X轴方向精密可动，使棱镜内的反射面在图1的X轴方向精密可动。如果使棱镜内的反射面在X轴方向可动，则能够将入射到反射面的第3激光的平行光被反射后的光束调整到Y轴方向。

这样对光源调整板23、透镜调整保持架33和棱镜调整保持架42进行精密调整，设置成进行调整以使将来自第3激光光源103的第3激光的平行光转换成集束光轴。

并且，在棱镜调整保持架41和棱镜调整保持架42接触的部位设置阶梯差构造，成为即使对它们进行调整也不会产生能够看到框体10内部的间隙的构造。

被转换成集束光轴L的光束经由后述的孔径53入射到双轴偏振镜(也称作扫描镜)500。在图1中，被转换成集束光轴L的光束暂且被镜401反射而入射到双轴偏振镜500。

镜401由镜调整板60支承。例如固定镜401和镜调整板60，以能够在X轴方向进行精密位置调整的状态将镜调整板60固定于框体10。

MEMS镜501设置于双轴偏振镜500。双轴偏振镜500输入用于在二维扫描方向进行扫描的电信号，针对MEMS镜501，利用致动器使MEMS镜501的反射面的角度变化。这样，双轴偏振镜500通过使MEMS镜501的反射面的角度变化，对入射到MEMS镜501的光束的反射角进行转换。由此，能够出射到X-Z面的显示区域。另外，本实施方式说明了扫描方向为二维的激光扫描装置，但是，在构成扫描方向为一维的激光扫描装置的情况下，扫描镜500输入用于在一维扫描方向进行扫描的电信号，针对MEMS镜501，利用致动器使MEMS镜501的反射面的角度变化。

双轴偏振镜500由MEMS镜板70支承。例如固定双轴偏振镜500和MEMS镜板70，将MEMS镜板70固定于框体10。

孔径53是遮挡中途的棱镜或框体等中产生的多余光而只有必要光通过的孔。从各个激光光源转换成集束光轴L的光束通过孔径53而成为规定光线。

孔径53设置在相对于圆筒状的孔径调整保持架51的中心轴偏心的位置。

设置有孔径53的孔径调整保持架51高精度地***到框体10的圆筒状的孔。

框体10的圆筒状的孔设置精密地嵌合孔径调整保持架51的开口部，并且，准确地对孔径调整保持架51的中心轴方向的位置进行定位。

进而，在框体10的圆筒状的孔的入口部设置阴螺纹部，旋转***呈环状且外侧设置有阳螺纹部的螺旋环52，相对于框体10，高精度地以施加适度压力的状态固定孔径调整保持架51。

螺旋环52的阳螺纹部和框体10的圆筒状孔的阴螺纹部采用细眼规格的螺旋间距间隔较窄的螺纹规格，但是，也可以使用粗眼规格。

在孔径调整保持架51的圆筒状外形的一部分，在与中心轴水平的方向设置槽，在能看到该槽的位置处，在框体10的上表面设置有开口部。

能够使用偏心销从该开口部精密地对孔径调整保持架51进行旋转调整。

因此，当利用偏心销实施孔径调整保持架51的旋转调整时，孔径53在Z轴方向(规定的调整方向)微小可动。

由此，能够进行调整以使孔径53的中心轴与转换成集束光轴L的光束的光轴中心一致。

另外，孔径53作为孔径调整保持架51的构造而一体形成，但是，也可以利用厚度较薄的金属薄板或在金属箔设置有开口的不同部件构成孔径53部分后，通过压入或粘接等方法固定在孔径调整保持架51进行使用。

这样，针对来自各个激光光源的激光，在入射到孔径53的转换成集束光轴L的光束中，光强度分布特性的放射角度规格较宽的方向(长轴方向)成为Z轴方向，由此，通过基于孔径调整保持架51的Z轴方向调整，能够使来自各个激光光源的激光通过规定光线。由此，不用按照各个激光光源设置孔径。由此，能够以简单的结构实现激光扫描装置。

接着，对本发明的激光扫描装置的组装调整方法进行说明。图3是示出本发明的激光扫描装置的组装调整方法的流程图。并且，图4的(A)～(D)是示出本发明的调整顺序的阶段中的调整目标、以及来自激光光源的光强度分布(椭圆形)和透过孔径后的光束(圆形的区域)的位置关系的图。这里，设激光光源使用半导体激光器等光强度分布呈椭圆形的光源。

并且，关于位置调整用的计测，例如使用激光束轮廓计测装置。

最初，进行本发明的激光扫描装置的结构部件的整体组装(步骤01)。

接着，点亮第1激光光源101(步骤11)。

接着，进行第1激光光源101的发光点位置的调整(步骤12)。这里，通过调整光源调整板21和支承准直透镜201的透镜调整保持架31，调整成转换后的准直光与集束光轴L的方向一致。

接着，进行使准直透镜201的焦距和第1激光光源101的发光点一致的调整(步骤13)。通过使准直透镜201的焦距和半导体激光器101的发光点一致，准直透镜透射光成为准直光，但是，在实际的部件中，由于存在准直透镜的光轴公差、半导体激光器的发光点公差，因此，对第1半导体激光器101进行面内调整，进行调整以得到规定的出射角度。

接着，使用镜调整板60对反射镜401的入射位置进行调整(步骤14)。利用偏心销使镜调整板60在X方向移动，对反射镜401的入射位置进行调整，由此，对来自反射镜401的反射光入射的向MEMS镜501的X方向入射位置进行调整。

接着，使用孔径调整保持架51对向MEMS镜501的Z方向入射位置进行调整(步骤15)。通过利用偏心销使孔径调整保持架51旋转移动，能够实现向MEMS镜501的Z方向入射位置的调整。

图4的(A)示出步骤15调整前的调整目标与基于第1激光光源101的光强度分布和透过孔径53后的光束(圆形的区域)之间的位置关系。对其进行步骤15的调整，如图4的(B)所示，从第1激光光源101透过孔径53后的圆形的第1光束的位置被调整成调整目标的位置。

接着，使用激光束轮廓计测装置，确认透过孔径53后的圆形的第1光束是否被调整成期望的出射角度和光束直径(步骤16)，如果没有问题(如果OK)，则进入接下来的步骤21，如果有问题(如果NG)，则返回步骤11再次进行调整。

接着，点亮第2激光光源102和第3激光光源103(步骤21)。

接着，进行第2激光光源102和第3激光光源103的发光点位置的调整(步骤22)。

接着，进行使准直透镜202的焦距和第2激光光源102的发光点一致，使准直透镜203的焦距和第3激光光源103的发光点一致的调整(步骤23)。

这里，步骤22利用与步骤12相同的调整方法，步骤23利用与步骤13相同的调整方法，调整成各个准直光与集束光轴L的方向一致。但是，由于第2激光光源102和第3激光光源103的朝向与第1激光光源101的朝向不同，因此，调整方向分别对应地变化。

接着，使用棱镜调整板41和棱镜调整板42对各个准直光的强度分布光束进行调整(步骤24)。来自第2半导体激光器102的光束(第2光束)的光强度分布和来自第3半导体激光器103的光束(第3光束)的光强度分布成为椭圆状的分布。利用偏心销在X轴方向对设置有棱镜301和棱镜302的棱镜调整板41和棱镜调整板42进行移动调整，以使这些椭圆状分布较窄的一方即椭圆短轴方向的中心轴与第1光束的椭圆短轴方向的中心轴一致。

各个第1光束、第2光束和第3光束的光强度分布在椭圆短轴方向重合，在椭圆长轴方向具有些许偏移，但是，由于椭圆长轴方向的光强度分布与孔径53中透过的区域充分重合，因此不进行调整。

图4的(C)示出步骤24调整前的调整目标、步骤15中调整后的第1光束的光强度分布、第2光束和第3光束的光强度分布之间的位置关系。对其进行步骤24的调整，如图4的(D)所示，调整成第2光束和第3光束的光强度分布中的椭圆短轴方向的中心轴与第1光束的光强度分布中的椭圆短轴方向的中心轴一致。

接着，使用激光束轮廓计测装置，确认透过孔径53后的第2光束和第3光束是否被调整成期望的出射角度和光束直径(步骤25)，如果没有问题(如果OK)，则调整完成，如果有问题(如果NG)，则返回步骤21再次进行调整。

图5是示出现有的组装使用3个激光光源的激光扫描装置的情况下的调整方法的流程的图。如图5所示，关于现有的组装激光扫描装置的情况下的调整部位，由于在各个激光光源中产生步骤112中2个方向(2个部位)、步骤113中1个方向(1个部位)、步骤114中2个方向(2个部位)的调整部位，因此存在合计15个部位的调整部位，进而，由于在2个激光光源中产生步骤212中2个方向(2个部位)、步骤312中2个方向(2个部位)的调整部位，因此追加合计6个部位，总计产生21个部位的调整部位。

另一方面，如果是图3所示的本发明的组装激光扫描装置的情况下的调整方法，则由于在第1激光光源中产生步骤12中Y方向和Z方向这2个部位、步骤13中X方向这1个部位、步骤14中X方向这1个部位、步骤15中Z方向这1个部位的调整部位，因此，存在合计5个部位的调整部位，进而，由于在2个激光光源中产生步骤22中X方向和Z方向这2个部位、步骤23中Y方向这1个部位、步骤24中X方向这1个部位的调整部位，因此追加合计8个部位，总计产生13个部位的调整部位。

这样，与现有的组装使用3个激光光源的激光扫描装置的情况下的调整方法相比，本发明的组装激光扫描装置的情况下的调整方法能够将调整部位从21个部位削减至13个部位。

并且，关于基于现有顺序的固定部位，在组装3个光源部时需要分别固定孔径、准直透镜、激光光源的调整固定的1个部位即合计9个部位，进而，在整体组装时对各个光源部进行调整固定，因此需要固定合计3个部位，因此，在激光扫描装置整体组装中全部需要固定12个部位。

如果是本发明的激光扫描装置，则以准直透镜(201、202、203)、半导体激光器(101、102、103)、棱镜(301、302)、反射镜401、孔径53的调整固定即合计10个部位固定完成组装，因此，关于调整后的固定部位，在现有顺序中为合计12个部位，与此相对，在本发明中能够削减至合计10个部位。

如上所述，在现有的使用3个激光光源的激光扫描装置中，由于需要按照每个激光光源构成光源部，因此，部件数量和小型化方面产生极限。进而，在现有的激光扫描装置中，在组装时存在光源部调整用的装置工序增多的课题，但是，在本发明的激光扫描装置中，不用按照各个激光光源设置孔径。由此，发挥能够以简单的结构实现激光扫描装置这样的效果。

并且，在现有的激光扫描装置中，存在无法去除从光源部的孔径入射到MEMS镜之前的棱镜或框体导致的多余反射光的影响的课题，但是，在本发明的激光扫描装置中，由于不需要在孔径和MEMS镜的光路设置成为多余反射光的影响的棱镜或框体，因此，能够得到不会受到与孔径和MEMS镜的光路有关的多余反射光的影响的激光扫描装置。

另外，本实施方式和附图中示出棱镜由立方体状的形状构成的情况，但是不限于该形状，例如也可以由板状的形状构成。该情况下，棱镜301或棱镜302具有45度倾斜的反射面，具有如下作用：使从第1方向(-Y方向)入射的光束向与第1方向垂直的第2方向(-X方向)反射，使从与第2方向相反的方向即第3方向(X方向)入射的光束通过第2方向(-X方向)。

标号说明

101、102、103：激光光源；301、302：棱镜；51：孔径调整保持架；53：孔径；500：扫描镜。

Claims (13)

1.一种激光扫描装置，其特征在于，该激光扫描装置具有：

多个激光光源，其射出光强度分布为椭圆形状的激光；

孔径，其使从所述多个激光光源射出的所述激光通过；以及

扫描镜，其将来自所述孔径的所述激光反射到扫描位置，

所述孔径的位置能够在第1调整方向进行调整，

所述多个激光光源以如下的朝向进行设置：各自射出的所述激光入射到所述孔径的位置处的光强度分布的长轴方向与所述第1调整方向平行。

2.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有反射镜，该反射镜将来自所述孔径的所述激光转换成入射到所述扫描镜的反射光，

所述反射镜的位置能够在第2调整方向进行调整，

所述第2调整方向与所述激光入射到所述反射镜的集束光轴方向平行，

所述第1调整方向与所述第2调整方向垂直。

3.根据权利要求2所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述反射镜的位置仅能够在作为所述第2调整方向的一个方向进行调整。

4.根据权利要求2或3所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有棱镜，该棱镜具有反射面，将从各个所述激光光源入射的所述激光转换成所述集束光轴方向的激光，

所述多个激光光源被调整设置成，从所述多个激光光源射出的激光经由所述棱镜而与所述集束光轴方向一致，

所述棱镜被调整设置成，被调整成与所述集束光轴方向一致的各个所述激光经由所述棱镜入射到所述孔径，所述入射的激光中的多余光被孔径遮挡，只有必要光通过孔径。

5.根据权利要求2或3所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有孔径调整保持架，该孔径调整保持架在从与所述集束光轴方向平行的旋转轴偏心的位置处保持所述孔径，以所述旋转轴为中心轴旋转，由此对所述孔径的位置进行调整。

6.根据权利要求4所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有孔径调整保持架，该孔径调整保持架在从与所述集束光轴方向平行的旋转轴偏心的位置处保持所述孔径，以所述旋转轴为中心轴旋转，由此对所述孔径的位置进行调整。

7.根据权利要求3所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述孔径的位置仅能够在作为所述第1调整方向的一个方向进行调整。

8.根据权利要求7所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有棱镜，该棱镜具有反射面，将从各个所述激光光源入射的所述激光转换成所述集束光轴方向的激光，

所述多个激光光源被调整设置成，从所述多个激光光源射出的激光经由所述棱镜而与所述集束光轴方向一致，

所述棱镜被调整设置成，被调整成与所述集束光轴方向一致的各个所述激光经由所述棱镜入射到所述孔径，所述入射的激光中的多余光被孔径遮挡，只有必要光通过孔径。

9.根据权利要求7或8所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有孔径调整保持架，该孔径调整保持架在从与所述集束光轴方向平行的旋转轴偏心的位置处保持所述孔径，以所述旋转轴为中心轴旋转，由此对所述孔径的位置进行调整。

10.根据权利要求2所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述孔径的位置仅能够在作为所述第1调整方向的一个方向进行调整。

11.根据权利要求10所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有棱镜，该棱镜具有反射面，将从各个所述激光光源入射的所述激光转换成所述集束光轴方向的激光，

所述多个激光光源被调整设置成，从所述多个激光光源射出的激光经由所述棱镜而与所述集束光轴方向一致，

所述棱镜被调整设置成，被调整成与所述集束光轴方向一致的各个所述激光经由所述棱镜入射到所述孔径，所述入射的激光中的多余光被孔径遮挡，只有必要光通过孔径。

12.根据权利要求10或11所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述激光扫描装置具有孔径调整保持架，该孔径调整保持架在从与所述集束光轴方向平行的旋转轴偏心的位置处保持所述孔径，以所述旋转轴为中心轴旋转，由此对所述孔径的位置进行调整。

13.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，

所述孔径的位置仅能够在作为所述第1调整方向的一个方向进行调整。