JPH05323110A - 多ビーム発生素子 - Google Patents
多ビーム発生素子Info
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- JPH05323110A JPH05323110A JP4130313A JP13031392A JPH05323110A JP H05323110 A JPH05323110 A JP H05323110A JP 4130313 A JP4130313 A JP 4130313A JP 13031392 A JP13031392 A JP 13031392A JP H05323110 A JPH05323110 A JP H05323110A
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- grating
- generating element
- beams
- beam generating
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
- G02B5/1871—Transmissive phase gratings
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は光学装置等に用いられるレーザ光を
複数本に分ける多ビーム発生素子に関するものであり、
その目的とするところは、高い光利用効率をもち、発生
させる多ビームの一様性が良く、かつ簡単なプロセスで
作成できる多ビーム発生素子を提供することにある。 【構成】 多ビーム発生素子において、基板２上に設け
られたグレーティング７は、２段階の位相レベルをもつ
少なくとも３個の不均等幅の矩形パターンから構成され
る。
複数本に分ける多ビーム発生素子に関するものであり、
その目的とするところは、高い光利用効率をもち、発生
させる多ビームの一様性が良く、かつ簡単なプロセスで
作成できる多ビーム発生素子を提供することにある。 【構成】 多ビーム発生素子において、基板２上に設け
られたグレーティング７は、２段階の位相レベルをもつ
少なくとも３個の不均等幅の矩形パターンから構成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を複数本に分
けて複数本のビームをそれぞれ独立に同時に用いること
で高速化を実現したり、あるいはレーザ光を複数本に分
けることでレーザ光照射形状を所望のものに変換する光
学装置等に有効に使用できる、多ビーム発生素子に関す
るものである。
けて複数本のビームをそれぞれ独立に同時に用いること
で高速化を実現したり、あるいはレーザ光を複数本に分
けることでレーザ光照射形状を所望のものに変換する光
学装置等に有効に使用できる、多ビーム発生素子に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】グレーティング素子にレーザ光を入射さ
せると、多数の回折光が発生する。この現象を利用し、
グレーティング素子を多ビーム発生素子として用いるこ
とは従来から提案されてきている。なお、ここでいう多
ビ−ムとは３本以上の光ビ−ムを発生させることをい
う。
せると、多数の回折光が発生する。この現象を利用し、
グレーティング素子を多ビーム発生素子として用いるこ
とは従来から提案されてきている。なお、ここでいう多
ビ−ムとは３本以上の光ビ−ムを発生させることをい
う。
【０００３】図２はグレーティングを用いる光学系の一
例を示している。グレーティング７は基板２上に形成さ
れている。グレーティング７にレーザ光１を照射する
と、回折光５が多数発生する。レンズ３の前焦点位置に
グレーティング７を置き、後焦点位置４にスクリ−ン等
を配置し、回折光５を観察すると、等間隔に配置した多
点スポットが得られる。このようにして、一本ビームか
ら多ビームに変換することができるが、多ビームの本数
を増し、かつ発生させる多ビームの光を効率良く一様に
させることは困難であった。
例を示している。グレーティング７は基板２上に形成さ
れている。グレーティング７にレーザ光１を照射する
と、回折光５が多数発生する。レンズ３の前焦点位置に
グレーティング７を置き、後焦点位置４にスクリ−ン等
を配置し、回折光５を観察すると、等間隔に配置した多
点スポットが得られる。このようにして、一本ビームか
ら多ビームに変換することができるが、多ビームの本数
を増し、かつ発生させる多ビームの光を効率良く一様に
させることは困難であった。
【０００４】その対策として、一本のビームを多数のビ
ームに変換するグレーティング素子として、１９９１年
第３回Ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
会議Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ８４ページに、
一つの方式が発表された。この方式においては、図１６
のように、基板３５上にグレーティング３６を構成する
基準位相パターンを更に一定幅に分割し、細分した幅に
３段以上のレベルからなる位相パターンを付与してい
る。この結果、多ビームの一様性はある程度良いものが
得られた。
ームに変換するグレーティング素子として、１９９１年
第３回Ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
会議Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ８４ページに、
一つの方式が発表された。この方式においては、図１６
のように、基板３５上にグレーティング３６を構成する
基準位相パターンを更に一定幅に分割し、細分した幅に
３段以上のレベルからなる位相パターンを付与してい
る。この結果、多ビームの一様性はある程度良いものが
得られた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
式では、位相パターンを多段に付与する必要があるた
め、電子線の強度を精度良く多段に制御して電子線露光
用材料に照射して作成するという困難なプロセスが必要
である。また、位相パターンに与える多段レベル数は作
成プロセスから限りがあるため多ビーム数、光利用効
率、多ビームの光強度の一様性等の特性にも限界があ
る。
式では、位相パターンを多段に付与する必要があるた
め、電子線の強度を精度良く多段に制御して電子線露光
用材料に照射して作成するという困難なプロセスが必要
である。また、位相パターンに与える多段レベル数は作
成プロセスから限りがあるため多ビーム数、光利用効
率、多ビームの光強度の一様性等の特性にも限界があ
る。
【０００６】従って、本発明の目的は、高い光利用効率
を持ち、発生させる多ビームの一様性が良く、かつ簡単
なプロセスで作成できる多ビーム発生素子を提供するこ
とにある。
を持ち、発生させる多ビームの一様性が良く、かつ簡単
なプロセスで作成できる多ビーム発生素子を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基準位
相パターンを繰り返し配置したものからなるグレーティ
ングにおいて、前記基準位相パターンを更に３個以上の
不均等幅の矩形パターンで分割することによって達成さ
れる。
相パターンを繰り返し配置したものからなるグレーティ
ングにおいて、前記基準位相パターンを更に３個以上の
不均等幅の矩形パターンで分割することによって達成さ
れる。
【０００８】
【作用】前記不均等幅は、任意に最適化して設定できる
ため位相レベルは２段のみとするにもかかわらず、発生
する多ビームは精度良く一様で光利用効率も高いものが
実現できる。また、単一深さでグレーティングを構成で
きるので作成が非常に容易になる。
ため位相レベルは２段のみとするにもかかわらず、発生
する多ビームは精度良く一様で光利用効率も高いものが
実現できる。また、単一深さでグレーティングを構成で
きるので作成が非常に容易になる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】図１は、本発明となる多ビーム発生素子に
用いられるグレーティングの基準位相パターンを示す図
である。グレーティング７は基準位相パターンが格子ピ
ッチｐで、繰り返し配置されているものとする。基準位
相パターンは、不均等幅の矩形パターンからなり、位相
レベルは２段であり、その位相レベル差をａとしてい
る。また、基準位相パターンは中心線８に対象な偶関数
としている。位相の矩形パターンの幅はｈ（１）、ｈ
（２）、ｈ（３）……ｈ（Ｍ）で表す。ただし、基準位
相パターン１ピッチの分割数は（２Ｍ−１）としてい
る。また、分割中心の幅は２ｈ（１）である。基準位相
パターンをｆ（ξ）、グレーティングの格子ピッチをｐ
とすると、図２に示したスクリーン上での光強度分布は
次式で表せる。
用いられるグレーティングの基準位相パターンを示す図
である。グレーティング７は基準位相パターンが格子ピ
ッチｐで、繰り返し配置されているものとする。基準位
相パターンは、不均等幅の矩形パターンからなり、位相
レベルは２段であり、その位相レベル差をａとしてい
る。また、基準位相パターンは中心線８に対象な偶関数
としている。位相の矩形パターンの幅はｈ（１）、ｈ
（２）、ｈ（３）……ｈ（Ｍ）で表す。ただし、基準位
相パターン１ピッチの分割数は（２Ｍ−１）としてい
る。また、分割中心の幅は２ｈ（１）である。基準位相
パターンをｆ（ξ）、グレーティングの格子ピッチをｐ
とすると、図２に示したスクリーン上での光強度分布は
次式で表せる。
【００１１】
【数１】
【００１２】式（１）を計算すると次式が得られる。 I(s)=F(s)M(s) ……（２） ただし、
【００１３】
【数３】
【００１４】 M(s)=|sin(psN/2)/sin(ps/2)|2 ……（４） 式（４）の関数Ｍ（ｓ）は図３に示すように、グレーテ
ィングの回折位置で等しいピーク値をもつ関数である。
グレーティングからの多数の回折光が一様な光強度をも
つようにするためには、式（３）の関数Ｆ（ｓ）が多数
の回折光に対して一様な値をもたなければならない。こ
のため、基準位相パターンを示す関数ｆ（ξ）をいかに
設定するかが、決定的に重要である。
ィングの回折位置で等しいピーク値をもつ関数である。
グレーティングからの多数の回折光が一様な光強度をも
つようにするためには、式（３）の関数Ｆ（ｓ）が多数
の回折光に対して一様な値をもたなければならない。こ
のため、基準位相パターンを示す関数ｆ（ξ）をいかに
設定するかが、決定的に重要である。
【００１５】式（３）に図１の基準位相パターンを代入
し、計算すると次式が得られる。
し、計算すると次式が得られる。
【００１６】
【数５】
【００１７】ただし、本発明では位相レベルは２段レベ
ルとするため、 ａ1＝ａ3＝ａ5＝ａ7＝ …… ａ2＝ａ4＝ａ6＝ａ8＝ …… ……（６） であり、図１に示すように位相差をａ1−ａ2＝ａとす
る。
ルとするため、 ａ1＝ａ3＝ａ5＝ａ7＝ …… ａ2＝ａ4＝ａ6＝ａ8＝ …… ……（６） であり、図１に示すように位相差をａ1−ａ2＝ａとす
る。
【００１８】所望の多ビーム発生素子を得るには式
（５）を用いて、最適なｈ（ｎ）（ただし、ｎ＝１、２
…… Ｍ）、位相差ａを求めることになる。ところで、
位相差ａは符号＋、−いずれでも式（５）の値は変わら
ず、また当然、２πの整数倍の加減を行なっても得られ
る結果は変わらない。以下、設計した多ビーム発生用グ
レーティング素子の実施例を示す。
（５）を用いて、最適なｈ（ｎ）（ただし、ｎ＝１、２
…… Ｍ）、位相差ａを求めることになる。ところで、
位相差ａは符号＋、−いずれでも式（５）の値は変わら
ず、また当然、２πの整数倍の加減を行なっても得られ
る結果は変わらない。以下、設計した多ビーム発生用グ
レーティング素子の実施例を示す。
【００１９】〔実施例１〕３ビーム発生素子については
下記の結果が得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．２１８ ｈ（２）／ｐ＝０．２８２ ｜ａ｜＝２．０４５（ラジアン） ……（７） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図４に示す。縦軸は入射光強度を１
とした場合の光強度を示し、横軸はスクリーン上の座標
ｓを示す。３ビームが一様強度で得られている。３ビー
ム全体の光強度は８５％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（７）の設計値は次の
範囲まで許容できる。 ０．１２６＜ｈ（１）／ｐ＜０．３７４ １．５＜｜ａ｜＜２．５ ……（８） 〔実施例２〕５ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０２６ ｈ（２）／ｐ＝０．３２７ ｈ（３）／ｐ＝０．１４８ ｜ａ｜＝２．６０２（ラジアン） ……（９） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図５に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。５ビームが一様強度で得られている。５ビー
ム全体の光強度は７７％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（９）の設計値は次の
範囲まで許容できる。 ０．００２＜ｈ（１）／ｐ＜０．０４７ ０．２９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．３６１ ２．２３５＜｜ａ｜＜４．０６ ……（１０） 〔実施例３〕７ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０６５ ｈ（２）／ｐ＝０．２２ ｈ（３）／ｐ＝０．２１５ ｜ａ｜＝３．８１０（ラジアン） ……（１１） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図６に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。７ビームが一様強度で得られている。７ビー
ム全体の光強度は８４％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１１）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０４５＜ｈ（１）／ｐ＜０．０９４ ０．１９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．２４３ ３．５５＜｜ａ｜＜４．０３６ ……（１２） 〔実施例４〕分割数を増した７ビーム発生素子について
は下記の結果が得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０１８ ｈ（２）／ｐ＝０．０８３ ｈ（３）／ｐ＝０．１７２ ｈ（４）／ｐ＝０．２２７ ｜ａ｜＝３．５６９（ラジアン） ……（１３） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図７に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。７ビームが一様強度で得られている。７ビー
ム全体の光強度は７０％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１３）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０００３６＜ｈ（１）／ｐ＜０．０３ ０．０６＜ｈ（２）／ｐ＜０．１０５ ０．１４９＜ｈ（３）／ｐ＜０．１９ ２．４５＜｜ａ｜＜３．８４ ……（１４） 〔実施例５〕９ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０９４ ｈ（２）／ｐ＝０．０７ ｈ（３）／ｐ＝０．１９６ ｈ（４）／ｐ＝０．１４ ｜ａ｜＝２．６４４ ……（１５） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図８に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。９ビームが一様強度で得られている。９ビー
ム全体の光強度は７６％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１５）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０６９＜ｈ（１）／ｐ＜０．１１７ ０．０４８＜ｈ（２）／ｐ＜０．０８８ ０．１７６＜ｈ（３）／ｐ＜０．２２ ２．４５＜｜ａ｜＜２．９ ……（１６） 以上述べた本発明の多ビーム発生用グレーティング素子
は既存の光学材料のコーティング技術、エッチング技術
等で容易に作成できる。図９、図１０はそれぞれ作成し
た素子の断面構造を示す。図９においては、基板１０上
にコーティング材料９でグレーティングを形成してい
る。コーティング材料の屈折率をｎc、厚みをｅとする
と式（８）等で述べた位相差ａとは次の関係があり、位
相差ａの設計値から厚みｅを設定できる。 ａ＝（２π／λ）（ｎcー１）ｅ ……（１７） 基板としてはガラス材料、コーティング材料としてはＭ
ｇＦ2材料を用いることができる。図１０はガラス等の
基板１１を直接エッチングでグレーティングを形成した
例である。
下記の結果が得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．２１８ ｈ（２）／ｐ＝０．２８２ ｜ａ｜＝２．０４５（ラジアン） ……（７） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図４に示す。縦軸は入射光強度を１
とした場合の光強度を示し、横軸はスクリーン上の座標
ｓを示す。３ビームが一様強度で得られている。３ビー
ム全体の光強度は８５％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（７）の設計値は次の
範囲まで許容できる。 ０．１２６＜ｈ（１）／ｐ＜０．３７４ １．５＜｜ａ｜＜２．５ ……（８） 〔実施例２〕５ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０２６ ｈ（２）／ｐ＝０．３２７ ｈ（３）／ｐ＝０．１４８ ｜ａ｜＝２．６０２（ラジアン） ……（９） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図５に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。５ビームが一様強度で得られている。５ビー
ム全体の光強度は７７％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（９）の設計値は次の
範囲まで許容できる。 ０．００２＜ｈ（１）／ｐ＜０．０４７ ０．２９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．３６１ ２．２３５＜｜ａ｜＜４．０６ ……（１０） 〔実施例３〕７ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０６５ ｈ（２）／ｐ＝０．２２ ｈ（３）／ｐ＝０．２１５ ｜ａ｜＝３．８１０（ラジアン） ……（１１） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図６に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。７ビームが一様強度で得られている。７ビー
ム全体の光強度は８４％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１１）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０４５＜ｈ（１）／ｐ＜０．０９４ ０．１９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．２４３ ３．５５＜｜ａ｜＜４．０３６ ……（１２） 〔実施例４〕分割数を増した７ビーム発生素子について
は下記の結果が得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０１８ ｈ（２）／ｐ＝０．０８３ ｈ（３）／ｐ＝０．１７２ ｈ（４）／ｐ＝０．２２７ ｜ａ｜＝３．５６９（ラジアン） ……（１３） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図７に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。７ビームが一様強度で得られている。７ビー
ム全体の光強度は７０％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１３）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０００３６＜ｈ（１）／ｐ＜０．０３ ０．０６＜ｈ（２）／ｐ＜０．１０５ ０．１４９＜ｈ（３）／ｐ＜０．１９ ２．４５＜｜ａ｜＜３．８４ ……（１４） 〔実施例５〕９ビーム発生素子については下記の結果が
得られた。 ｈ（１）／ｐ＝０．０９４ ｈ（２）／ｐ＝０．０７ ｈ（３）／ｐ＝０．１９６ ｈ（４）／ｐ＝０．１４ ｜ａ｜＝２．６４４ ……（１５） 上記設計例の素子を図２の光学系で再生して行ったシミ
ュレーション結果を図８に示す。縦軸、横軸は図４と同
様である。９ビームが一様強度で得られている。９ビー
ム全体の光強度は７６％と高い光利用効率となってい
る。多ビームの一様性が多ビームの平均光強度の±５０
％まで許容できるとしたとき、式（１５）の設計値は次
の範囲まで許容できる。 ０．０６９＜ｈ（１）／ｐ＜０．１１７ ０．０４８＜ｈ（２）／ｐ＜０．０８８ ０．１７６＜ｈ（３）／ｐ＜０．２２ ２．４５＜｜ａ｜＜２．９ ……（１６） 以上述べた本発明の多ビーム発生用グレーティング素子
は既存の光学材料のコーティング技術、エッチング技術
等で容易に作成できる。図９、図１０はそれぞれ作成し
た素子の断面構造を示す。図９においては、基板１０上
にコーティング材料９でグレーティングを形成してい
る。コーティング材料の屈折率をｎc、厚みをｅとする
と式（８）等で述べた位相差ａとは次の関係があり、位
相差ａの設計値から厚みｅを設定できる。 ａ＝（２π／λ）（ｎcー１）ｅ ……（１７） 基板としてはガラス材料、コーティング材料としてはＭ
ｇＦ2材料を用いることができる。図１０はガラス等の
基板１１を直接エッチングでグレーティングを形成した
例である。
【００２０】本発明の多ビーム発生素子から発生する多
ビームを図１１の１２のように分離して用いても良い
し、図１２の１３のように互いのビームが重なるように
設定しても良い。図１２のようにすることで、グレーテ
ィングに入射した円形ビームは光強度の一様領域が広い
矩形ビームに変換することができる。
ビームを図１１の１２のように分離して用いても良い
し、図１２の１３のように互いのビームが重なるように
設定しても良い。図１２のようにすることで、グレーテ
ィングに入射した円形ビームは光強度の一様領域が広い
矩形ビームに変換することができる。
【００２１】図１３は本発明の多ビーム発生素子をレー
ザプリンタ装置に適用した例を示している。レーザ装置
２５から出射したレーザ光１は多ビーム発生素子１４に
入射する。発生した多ビームを図１で説明したレンズ３
で互いに平行な多ビームとし、マルチチャネル音響光学
素子２６に入射させるとともに音響光学素子内で小さな
スポットに絞り込む。なぜなら、小さなスポットにする
とスポットを横切る音波の通過時間を短かくなるので、
光変調の高速化が可能となるからである。ここで、マル
チチャネル音響光学素子２６の構造の概略を図１４で説
明する。この素子は、１つのＰｂＭｏＯ4結晶等の音響
光学媒体にトランスジューサ２４が複数個設けてあり、
入射する多ビーム光を独立に変調できる。すなわち、複
数のトランスジューサ２４にそれぞれ独立した電気信号
を与えると、それぞれの信号が独立に音波を結晶中に伝
搬させ、対応する光ビームを音波により回折させて変調
させる。３３はマルチチャネル音響光学素子２６を駆動
する回路装置を示す。マルチチャネル音響光学素子２６
を出射した光はレンズ３１で適当なビーム径に変換した
後、回転多面鏡２８に入射する。回転多面鏡２８は矢印
のごとく回転しており、多ビームを同時に感光ドラム３
０上で走査する。レンズ２９は多ビーム光を感光ドラム
上に微小な多点スポットとして絞り込むためのものであ
る。光検知器２７は多ビームの光を受光し、それぞれの
光に対応する信号を発生し、対応する光の同期信号とす
るためのものである。
ザプリンタ装置に適用した例を示している。レーザ装置
２５から出射したレーザ光１は多ビーム発生素子１４に
入射する。発生した多ビームを図１で説明したレンズ３
で互いに平行な多ビームとし、マルチチャネル音響光学
素子２６に入射させるとともに音響光学素子内で小さな
スポットに絞り込む。なぜなら、小さなスポットにする
とスポットを横切る音波の通過時間を短かくなるので、
光変調の高速化が可能となるからである。ここで、マル
チチャネル音響光学素子２６の構造の概略を図１４で説
明する。この素子は、１つのＰｂＭｏＯ4結晶等の音響
光学媒体にトランスジューサ２４が複数個設けてあり、
入射する多ビーム光を独立に変調できる。すなわち、複
数のトランスジューサ２４にそれぞれ独立した電気信号
を与えると、それぞれの信号が独立に音波を結晶中に伝
搬させ、対応する光ビームを音波により回折させて変調
させる。３３はマルチチャネル音響光学素子２６を駆動
する回路装置を示す。マルチチャネル音響光学素子２６
を出射した光はレンズ３１で適当なビーム径に変換した
後、回転多面鏡２８に入射する。回転多面鏡２８は矢印
のごとく回転しており、多ビームを同時に感光ドラム３
０上で走査する。レンズ２９は多ビーム光を感光ドラム
上に微小な多点スポットとして絞り込むためのものであ
る。光検知器２７は多ビームの光を受光し、それぞれの
光に対応する信号を発生し、対応する光の同期信号とす
るためのものである。
【００２２】ところで、多ビーム光はマルチチャネル音
響光学素子２６内で小さなスポット列になされている。
このスポット径をＤ、トランスジューサ２４の配列ピッ
チをＴとするとＴ／Ｄは当然１より大きい。このため感
光ドラム３０上での多点スポットもこの比で配列するこ
とになり、スポット径よりもスポット配列ピッチが大き
くなってしまう。多点スポットの走査間に光の照射され
ない領域ができないようにするため、多点スポットは感
光ドラム３０上で図１５の３４に示されているように、
スポット配列方向と走査方向が斜めになるように設定す
る必要がある。これを実現するには、多ビーム発生素子
１４及びマルチチャネル音響光学素子２６のトランスジ
ューサ２４の配列方向を回転多面鏡の回転軸に対して実
質的に斜めに配置することが必要である。
響光学素子２６内で小さなスポット列になされている。
このスポット径をＤ、トランスジューサ２４の配列ピッ
チをＴとするとＴ／Ｄは当然１より大きい。このため感
光ドラム３０上での多点スポットもこの比で配列するこ
とになり、スポット径よりもスポット配列ピッチが大き
くなってしまう。多点スポットの走査間に光の照射され
ない領域ができないようにするため、多点スポットは感
光ドラム３０上で図１５の３４に示されているように、
スポット配列方向と走査方向が斜めになるように設定す
る必要がある。これを実現するには、多ビーム発生素子
１４及びマルチチャネル音響光学素子２６のトランスジ
ューサ２４の配列方向を回転多面鏡の回転軸に対して実
質的に斜めに配置することが必要である。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明の多ビーム発生素
子では、２段階の位相レベルすなわち単一深さでグレー
ティングを構成できるので作成が容易で、かつグレーテ
ィングを構成する矩形パターンの幅を任意に変化させて
設計できるので設計の自由度が大きい。また、高い光利
用効率でかつ発生する多ビームの光強度の一様性が優れ
たものが実現できる。
子では、２段階の位相レベルすなわち単一深さでグレー
ティングを構成できるので作成が容易で、かつグレーテ
ィングを構成する矩形パターンの幅を任意に変化させて
設計できるので設計の自由度が大きい。また、高い光利
用効率でかつ発生する多ビームの光強度の一様性が優れ
たものが実現できる。
【図１】 本発明の多ビ−ム発生素子に用いられるグレ
−ティングの基準位相パタ−ンを示す図である。
−ティングの基準位相パタ−ンを示す図である。
【図２】 グレ−ティングで多ビ−ムを発生させる光学
系を示す図である。
系を示す図である。
【図３】 関数Ｍ（ｓ）を示す図である。
【図４】 本発明の多ビ−ム発生用グレ−ティングで３
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
【図５】 本発明の多ビ−ム発生用グレ−ティングで５
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
【図６】 本発明の多ビ−ム発生用グレ−ティングで７
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
【図７】 本発明の多ビ−ム発生用グレ−ティングで７
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
【図８】 本発明の多ビ−ム発生用グレ−ティングで９
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
ビ−ムを発生させた場合の光強度の分布を示す図であ
る。
【図９】 本発明の多ビ−ム発生素子に用いられるグレ
−ティングの断面構造を示す図である。
−ティングの断面構造を示す図である。
【図１０】 本発明の多ビ−ム発生素子に用いられるグ
レ−ティングの断面構造を示す図である。
レ−ティングの断面構造を示す図である。
【図１１】 多ビームの形状を示す図である
【図１２】 多ビ−ムから矩形形状の光パタ−ンを形成
する実施例を示す図である。
する実施例を示す図である。
【図１３】 本発明の多ビ−ム発生素子をレ−ザプリン
タ装置に用いた実施例を示す図である。
タ装置に用いた実施例を示す図である。
【図１４】 マルチチャネル音響光学変調器の拡大図で
ある。
ある。
【図１５】 スポット配列を斜めに設定した場合の走査
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図１６】 従来技術におけるグレ−ティングレンズを
示す模式図である。
示す模式図である。
１はレ−ザ光、２、１０、１１、３５は基板、３はレン
ズ、４はスクリ−ン、５は回折光、６は平行光、７、３
６はグレ−ティング、９はコーティング材料、１４は多
ビーム発生素子である。
ズ、４はスクリ−ン、５は回折光、６は平行光、７、３
６はグレ−ティング、９はコーティング材料、１４は多
ビーム発生素子である。
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に基準位相パターンを繰り返し配
置したグレーティングを設けた多ビーム発生素子におい
て、 前記基準位相パターンは２段階の位相レベルをもつ少な
くとも３個の不均等幅の矩形パターンからなり、少なく
とも３つのビームを発生することを特徴とする多ビーム
発生素子。 - 【請求項２】 ３つのビームを発生する多ビーム発生素
子であって、前記基準位相パターンが３部分の矩形パタ
−ンからなり、矩形パターンの幅に関するパラメータｈ
（１）、ｈ（２）のうち、ｈ（１）は下記の式 ０．１２６＜ｈ（１）／ｐ＜０．３７４ ｐ：グレーティングの格子ピッチ で定義され、また２段階位相レベルの差ａは、２πの整
数倍の加減は許容するとして、下記の式 １．５＜｜ａ｜＜２．５ で定義されることを特徴とする請求項１記載の多ビーム
発生素子。 - 【請求項３】 ５つのビームを発生する多ビーム発生素
子であって、前記基準位相パターンが５部分の矩形パタ
−ンからなり、矩形パターンの幅に関するパラメータｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）のうち、ｈ（１）、ｈ
（２）は下記の式 ０．００２＜ｈ（１）／ｐ＜０．０４７ ０．２９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．３６１ ｐ：グレーティングの格子ピッチ で定義され、また２段階位相レベルの差ａは、２πの整
数倍の加減は許容するとして、下記の式 ２．２３５＜｜ａ｜＜４．０６ で定義されることを特徴とする請求項１記載の多ビーム
発生素子。 - 【請求項４】 ７つのビームを発生する多ビーム発生素
子であって、前記基準位相パターンが５部分の矩形パタ
−ンからなり、矩形パターンの幅に関するパラメータｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）のうち、ｈ（１）、ｈ
（２）は下記の式 ０．０４５＜ｈ（１）／ｐ＜０．０９４ ０．１９３＜ｈ（２）／ｐ＜０．２４３ ｐ：グレーティングの格子ピッチ で定義され、また２段階位相レベルの差ａは、２πの整
数倍の加減は許容するとして、下記の式 ３．５５＜｜ａ｜＜４．０３６ で定義されることを特徴とする請求項１記載の多ビーム
発生素子。 - 【請求項５】 ７つのビームを発生する多ビーム発生素
子であって、前記基準位相パターンが７部分の矩形パタ
−ンからなり、矩形パターンの幅に関するパラメータｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）、ｈ（４）のうち、ｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）は下記の式 ０．０００３６＜ｈ（１）／ｐ＜０．０３ ０．０６＜ｈ（２）／ｐ＜０．１０５ ０．１４９＜ｈ（３）／ｐ＜０．１９ ｐ：グレーティングの格子ピッチ で定義され、また２段階位相レベルの差ａは、２πの整
数倍の加減は許容するとして、下記の式 ２．４５＜｜ａ｜＜３．８４ で定義されることを特徴とする請求項１記載の多ビーム
発生素子。 - 【請求項６】 ９つのビームを発生する多ビーム発生素
子であって、前記基準位相パターンが７部分の矩形パタ
−ンからなり、矩形パターンの幅に関するパラメータｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）、ｈ（４）のうち、ｈ
（１）、ｈ（２）、ｈ（３）は下記の式 ０．０６９＜ｈ（１）／ｐ＜０．１１７ ０．０４８＜ｈ（２）／ｐ＜０．０８８ ０．１７６＜ｈ（３）／ｐ＜０．２２ ｐ：グレーティングの格子ピッチ で定義され、また２段階位相レベルの差ａは、２πの整
数倍の加減は許容するとして、下記の式 ２．４５＜｜ａ｜＜２．９ で定義されることを特徴とする請求項１記載の多ビーム
発生素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4130313A JPH05323110A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 多ビーム発生素子 |
| US08/062,550 US5574597A (en) | 1992-05-22 | 1993-05-18 | Light scanner and multi-beam generator using the same |
| DE4317137A DE4317137B4 (de) | 1992-05-22 | 1993-05-21 | Vielstrahlgenerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4130313A JPH05323110A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 多ビーム発生素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05323110A true JPH05323110A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15031340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4130313A Pending JPH05323110A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 多ビーム発生素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5574597A (ja) |
| JP (1) | JPH05323110A (ja) |
| DE (1) | DE4317137B4 (ja) |
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| US5574597A (en) | 1996-11-12 |
| DE4317137A1 (de) | 1993-11-25 |
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