JP2000171738A - ビーム合成装置、マルチビーム光源装置及びマルチビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率にして光利用効率を各光ビーム間で均
一化し得る小型で簡易な構成の多ビーム用のビーム合成
装置を提供する。 【解決手段】 第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２の
各々のビームスプリッタ面ＢＳ₁〜ＢＳ_m-1、ＢＳ₁〜Ｂ
Ｓ_n-1の配列方向に対応してマトリックス状にｍ＊ｎ本
の光ビームＢＭ₁₁〜ＢＭ_nmを入射させることにより、こ
れらの光ビームを実質的に１本の光ビームに合成でき
る。併せて、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２の各
ビームスプリッタ面ＢＳ₁〜ＢＳ_m-1、ＢＳ₁〜ＢＳ_n-1の
反射率及び透過率をビーム合成前後の光量比が略均一と
なるように設定することで、ｍ＊ｎ本の全ての光ビーム
ＢＭ₁₁〜ＢＭ_nmについて入射ビームの光量をビーム間で
同一としたまま、合成後の各光ビームの光量を略均一に
できる。加えて、ｍ＊ｎ本の光ビームＢＭ₁₁〜ＢＭ_nmを
マトリックス状に第１のビーム合成手段Ｓ１に入射させ
るため、比較的小型な構成で済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
デジタル複写機、レーザファクシミリ等における高速光
書込系に利用されるビーム合成装置、マルチビーム走査
装置及びマルチビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高速記録を行なうため、複数
本の光ビームを感光体上に同時に走査させて画像記録を
行なうマルチビーム走査装置が知られている。この場合
のマルチビーム走査装置としては、光源として複数個の
半導体レーザを用い、偏光ビームスプリッタ等により各
半導体レーザからの光ビームを合成するビーム合成方式
（例えば、特開平６−３３１９１３号公報参照）と、光
源として複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用
いるアレイ方式（例えば、特開平５−５３０６８号公報
参照）とが、一般によく知られている。これらのマルチ
ビーム走査装置におけるビーム数は、通常、２ビームで
あるが、高速記録の要求に対してさらなる多ビーム化の
実現が望まれている。

【０００３】アレイ方式の場合、半導体レーザアレイ自
体の入手が困難で、また、入手できたとしても非常に高
価である。特に、発光点の数、即ち、射出し得る光ビー
ム数が増えるに従ってこの傾向が増す。一方、ビーム合
成方式によれば、通常の汎用されている半導体レーザを
用い得るため、３ビーム以上のマルチビーム化を図る上
では、コスト面においてアレイ方式より有利と考えられ
る。

【０００４】ビーム合成方式で３ビーム以上のマルチビ
ーム化を図ったものとしては、例えば、特開平７−１８
１４１２号公報に示されるものがある。即ち、ｎ個の半
導体レーザからの光ビームを（ｎ−１）面のビームスプ
リッタ面と１個のミラー面とを一体的に構成した合成プ
リズムに入射させることにより合成するようにしたもの
である。このような合成プリズムの一例として、ビーム
スプリッタ面を全て偏光ビームスプリッタ面として構成
する例が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように複
数個の偏光ビームスプリッタを用いても、３ビーム以上
の光ビームを実質的な光損失なしに合成することは原理
的に不可能である。即ち、偏光ビームスプリッタにより
合成された２本の光ビームは互いに垂直な直線偏光光束
となるので、これらの光を次の偏光ビームスプリッタに
入射させるときにはλ／２板又はλ／４板などの偏光素
子が別途必要となり、構成が複雑化する上に、この偏光
ビームスプリッタ射出後の何れかの光ビームの光量は入
射前の少なくとも１／２以下となってしまう。

【０００６】従って、このような合成プリズムの場合、
複数の偏光ビームスプリッタ面を用いるメリットがあま
りなく、（ｎ−１）面のビームスプリッタ面の内、１面
のみを偏光ビームスプリッタ面とし、残りの（ｎ−２）
個は通常のビームスプリッタ面とするか、或いは、（ｎ
−１）面の全てを通常のビームスプリッタ面とするかの
何れかの方式が考えられる。

【０００７】例えば、図２２に示すように、１面の内面
反射面Ｍと、（ｎ−１）面のビームスプリッタ面ＢＳ_i
（ｉ＝１，…，ｎ−１）とにより、ｎ本の光ビームＢＭ
_i （ｉ＝１，…，ｎ）を合成する合成プリズム１００の
場合を考える。ここでは、全てのビームスプリッタ面Ｂ
Ｓ_i を通常のビームスプリッタ面とし、各ビームスプリ
ッタ面ＢＳ_i がその透過率と反射率とがとも０．５で光
損失を無視できるハーフミラー構成とした場合、各光ビ
ームＢＭ_i のビーム合成前後の光量比、即ち、光利用効
率η_i は、 η_i ＝０．５ⁱ （但し、ｉ＝１，…，ｎ−１） η_n ＝０．５^n-1 として表される。しかし、ハーフミラーの反射（又は、
透過）回数に応じて光量が減衰していくため、合成すべ
き光ビーム数の増加に伴い光利用効率が低下するととも
に、光利用効率のビーム間偏差が大きくなってしまう。
例えば、 ｎ＝４の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝0.25，η₃ ＝η₄ ＝0.125 ｎ＝６の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝0.25，η₃ ＝0.125，η₄ ＝0.0625，
η₅ ＝η₆ ＝0.03125 ｎ＝８の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝0.25，η₃ ＝0.125，η₄ ＝0.0625，
η₅ ＝0.03125，η₆ ＝0.0156，η₇ ＝η₈ ＝0.0078 の如くなり、合成プリズム１００における光利用効率の
ビーム間偏差が大きくなる。

【０００８】また、仮に図２２のような構成においてビ
ームスプリッタ面ＢＳ_n-1 のみを偏光ビームスプリッタ
面とし、他のビームスプリッタ面ＢＳ_i がその透過率と
反射率とがとも０．５で光損失を無視できるハーフミラ
ー構成とした場合を考えると、各光ビームＢＭ_i のビー
ム合成前後の光利用効率η_i は、 η_i ＝０．５ⁱ （但し、ｉ＝１，…，ｎ−２） η_n-1 ＝η_n ＝０．５^n-1 として表され、同様に、光ビーム数の増加に従い、光利
用効率が低下するとともに、光利用効率のビーム間偏差
が大きくなってしまう。例えば、 ｎ＝４の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝η₃ ＝η₄ ＝0.25 ｎ＝６の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝0.25，η₃ ＝0.125，η₄ ＝η₅ ＝η
₆ ＝0.0625 ｎ＝８の場合、 η₁ ＝0.5，η₂ ＝0.25，η₃ ＝0.125，η₄ ＝0.0625，
η₅ ＝0.03125，η₆ ＝η₇ ＝η₈ ＝0.0156 の如くなり、合成プリズム１００における光利用効率の
ビーム間偏差が大きくなる。

【０００９】このように、何れの方式にしても、光利用
効率が低下すると高出力の光源が必要となり、光源が高
価となる。また、光利用効率のビーム間偏差が大きいの
で、合成プリズム１００から射出後の光量を各光ビーム
間で均一化させるためには、ＮＤフィルタ等の光減衰手
段が別途必要になったり、合成プリズム１００への入射
前の光量、即ち、各光源自体の発光出力を、各光ビーム
の光利用効率に応じて大きく異ならせるように設定する
必要が生ずる。

【００１０】従って、光源として複数個の半導体レーザ
を用いる場合を考えると、同種の半導体レーザを使用す
る場合には最低の光利用効率に合わせて高出力の半導体
レーザとする必要があり、コスト高になるとともに、光
利用効率の高い光ビームに対応する半導体レーザの発光
出力が定格より著しく小さくなるため、ＬＥＤ発光成分
の比率が高くなり結像性能が劣化したり半導体レーザの
モニタ電流が微弱となり出力制御に支障を来すおそれが
ある。また、出力定格の異なる複数種類の半導体レーザ
を使用する場合には、種類が異なることにより半導体レ
ーザの光学的・電気的特性（例えば、波長、拡がり角、
モニタ電流、周波数応答特性等）が異なるため、各半導
体レーザの出力制御や感光体に対する結像性能に支障を
来すことが多くなる。さらに、図２２の例のように複数
本の光ビームを１列状にビーム合成装置に入射させる構
成の場合、光ビーム数の増加に伴いビーム合成装置（合
成プリズム）がビーム配列方向において大型化してしま
う。

【００１１】そこで、本発明は、多数の光ビームのマル
チビーム化を図る上で、ビーム合成前後の光量比なる光
利用効率が高く、かつ、その光利用効率を各光ビーム間
で均一化し得る比較的小型で簡易な構成のビーム合成装
置を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、上記目的を達成する上
で、光損失を最小限に抑え得るビーム合成装置を提供す
る。

【００１３】さらには、このようなビーム合成装置を利
用することにより、合成出力される各光ビームの光出力
を均一化し得るマルチビーム光源装置及びマルチビーム
走査装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のビ
ーム合成装置は、略同一方向からマトリックス状に入射
するｍ＊ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）本の光ビームを合成する
ビーム合成装置であって、互いに平行に並設された（ｍ
−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有
し、入射したｍ＊ｎ本の光ビームを実質的に列状のｎ本
の光ビームに合成する第１のビーム合成手段と、互いに
平行に並設された（ｎ−１）面のビームスプリッタ面と
１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手段から
出射される列状のｎ本の光ビームを実質的に１本の光ビ
ームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、各々の
ビーム合成手段におけるビーム合成前後の各光ビームの
光量比が各ビーム間で略均一となるように前記（ｍ−
１）面のビームスプリッタ面及び前記（ｎ−１）面のビ
ームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定されてい
る。

【００１５】従って、第１のビーム合成手段は互いに平
行に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッタ面と１
面の反射面とからなり、第２のビーム合成手段は互いに
平行に並設された（ｎ−１）面のビームスプリッタ面と
１面の反射面とからなるので、第１のビーム合成手段の
ビームスプリッタ面の配列方向に対応してｍ列、第２の
ビーム合成手段のビームスプリッタ面の配列方向に対応
してｎ列のマトリックス状にｍ＊ｎ本の光ビームを第１
のビーム合成手段に入射させることにより、これらのｍ
＊ｎ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成する
ことができる。併せて、第１のビーム合成手段の各ビー
ムスプリッタ面の反射率及び透過率をビーム合成前後の
光量比が略均一となるように設定し、かつ、第２のビー
ム合成手段の各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率
をビーム合成前後の光量比が略均一となるように設定し
たので、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームについて入射ビーム
の光量をビーム間で同一としたまま、合成後の各光ビー
ムの光量を略均一とさせることができるとともに、ビー
ムスプリッタ面の透過／反射回数の多い光ビームについ
ても大きな光損失を生ずることもない。これにより、入
射ビームの光量を大きく異ならせたり発光出力の異なる
複数種類の光源を用いることなくビーム間のばらつきの
小さな多ビーム合成が可能になるとともに、全体的に高
い光利用効率を維持することができる。加えて、ｍ＊ｎ
本の光ビームをマトリックス状に第１のビーム合成手段
に入射させるため、１列状にｍ＊ｎ本の光ビームを入射
させる構成に比べ、比較的小型な構成で多ビームの合成
が可能となる。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のビ
ーム合成装置において、前記（ｍ−１）面のビームスプ
リッタ面を前記第１のビーム合成手段による被合成ビー
ムに近い方から順にＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 と
し、これらの各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率
を各々Ｒ_i ，Ｔ_i （ｉ＝１，２，…，ｍ−１）とし、前
記（ｎ−１）面のビームスプリッタ面を前記第２のビー
ム合成手段による被合成ビームに近い方から順にＢ
Ｓ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′ とし、これらの各ビ
ームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ_i′ ，Ｔ
_i′ （ｉ＝１，２，…，ｎ−１）としたとき、各反射率
Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ 又は Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１） Ｒ_m-1 ＝Ｔ_m-1 Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ 又は Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／
Ｔ₁′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｎ−
１） Ｒ_n-1′ ＝Ｔ_n-1′ なる条件を満たすように設定されている。

【００１７】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る各ビームスプリッタ面の反射率と透過率とが実質的に
所定の条件を満たすように設定されているので、ビーム
スプリッタ面の種類や特性によらず、第１，２のビーム
合成手段通過前後の光量比をビーム間で均一化させるこ
とができ、全体として、ｍ＊ｎ本全ての光ビームについ
てビーム合成前後の光量比が各ビーム間で均一なビーム
合成装置を提供できる。

【００１８】ここに、本発明及び以下の発明において、
「実質的に」とは、光ビーム合成前後の光量比のビーム
間偏差が、機能上、問題がない程度の誤差を含み得るこ
とを意味する。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項２記載のビ
ーム合成装置において、各反射率Ｒ _i ，Ｒ_i′ 及び透過
率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ−１)：１ 又は Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：
(ｍ−１) Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：(ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−
１） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ−１)：１ 又は Ｒ₁′ ：Ｔ₁′
＝１：(ｎ−１) Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：(ｎ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｎ
−１） なる条件を満たすように設定されている。

【００２０】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る各ビームスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十
分に小さい場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率及
び透過率が実質的に所定の条件を満たすように設定され
ているので、全体としてｍ＊ｎ本全ての光ビームについ
てビーム合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となる
ようにして合成して出力させることができる。

【００２１】請求項４記載の発明は、請求項２記載のビ
ーム合成装置において、前記（ｍ−１）面のビームスプ
リッタ面の光損失を各々δ、前記（ｎ−１）面のビーム
スプリッタ面の光損失を各々δ′としたとき、各反射率
Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}／{(１＋δ)(１−δ)
^1-m−１} 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^i-m−１}（但し、ｉ＝
２，…，ｍ−１） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n}−１}／{(１＋δ′)
(１−δ′)^{1- n}−１} 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n}−１} Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n}−１}(但し、
ｉ＝２，…，ｎ−１) なる条件を満たすように設定されている。

【００２２】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る各々のビームスプリッタ面の光損失を或る一定値で近
似できる場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率及び
透過率が実質的に所定の条件を満たすように設定されて
いるので、全体としてｍ＊ｎ本全ての光ビームについて
ビーム合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるよ
うにして合成して出力させることができる。

【００２３】請求項５記載の発明は、請求項１記載のビ
ーム合成装置において、前記（ｍ−１）面のビームスプ
リッタ面及び前記（ｎ−１）面のビームスプリッタ面の
内の何れか１つが偏光ビームスプリッタ面である。

【００２４】従って、請求項１記載の発明に加えて、ビ
ームスプリッタ面の内の何れか１つが偏光ビームスプリ
ッタであるので、入射ビームの偏光状態を適切に設定す
るだけで光損失を最小限に抑えることもできる。

【００２５】請求項６記載の発明は、請求項５記載のビ
ーム合成装置において、前記第１のビーム合成手段中に
前記偏光ビームスプリッタ面を含む場合にはｍ′＝ｍ−
１、ｎ′＝ｎ、前記第２のビーム合成手段中に前記偏光
ビームスプリッタ面を含む場合にはｍ′＝ｍ、ｎ′＝ｎ
−１であって、前記偏光ビームスプリッタ面を除く
（ｍ′−１）面のビームスプリッタ面を前記第１のビー
ム合成手段による被合成ビームに近い方から順にＢＳ
₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} とし、これらの各ビームス
プリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ_i ，Ｔ_i （ｉ＝
１，２，…，ｍ′−１）とし、前記偏光ビームスプリッ
タ面を除く（ｎ′−１）面のビームスプリッタ面を前記
第２のビーム合成手段による被合成ビームに近い方から
順にＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′ とし、これ
らの各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ
_i′ ，Ｔ_i′ （ｉ＝１，２，…，ｎ′−１）としたと
き、各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、
実質的に、 Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ 又は Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ′−１） Ｒ_{m ′ -1} ＝Ｔ_{m ′ -1} Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ 又は Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／
Ｔ₁′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｎ′
−１） Ｒ_{n ′ -1}′ ＝Ｔ_{n ′ -1}′ なる条件を満たすように設定されている。

【００２６】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る１つの偏光ビームスプリッタを除く各ビームスプリッ
タ面の反射率と透過率とが実質的に所定の条件を満たす
ように設定されているので、ビームスプリッタ面の種類
や特性によらず、第１，２のビーム合成手段通過前後の
光量比をビーム間で均一化させることができ、全体とし
て、ｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合成前後の
光量比が各ビーム間で均一なビーム合成装置を提供でき
る。

【００２７】請求項７記載の発明は、請求項６記載のビ
ーム合成装置において、各反射率Ｒ _i ，Ｒ_i′ 及び透過
率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ′−１)：１ 又は Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：
(ｍ′−１) Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：(ｍ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ′
−１） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ′−１)：１ 又は Ｒ₁′ ：
Ｔ₁′ ＝１：(ｎ′−１) Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：(ｎ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，
ｎ′−１） なる条件を満たすように設定されている。

【００２８】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る１つの偏光ビームスプリッタを除く各ビームスプリッ
タ面の光損失が無視できる程度に十分に小さい場合に、
各ビームスプリッタ面の各反射率及び透過率が実質的に
所定の条件を満たすように設定されているので、全体と
してｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合成前後の
光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して
出力させることができる。

【００２９】請求項８記載の発明は、請求項６記載のビ
ーム合成装置において、前記（ｍ′−１）面のビームス
プリッタ面の光損失を各々δ、前記（ｎ′−１）面のビ
ームスプリッタ面の光損失を各々δ′としたとき、各反
射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的
に、 Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^{2-m ′}−１}／{(１＋δ)(１−
δ)^{1-m ′}−１} 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１} Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{i-m ′}−１}（但し、ｉ＝
２，…，ｍ′−１） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n ′}−１}÷{(１＋
δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n ′}−１} （但し、ｉ＝２，…，ｎ′−１）なる条件を満たすよう
に設定されている。

【００３０】従って、第１，２のビーム合成手段におけ
る１つの偏光ビームスプリッタを除く各々のビームスプ
リッタ面の光損失を或る一定値で近似できる場合に、各
ビームスプリッタ面の各反射率及び透過率が実質的に所
定の条件を満たすように設定されているので、全体とし
てｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合成前後の光
量比が各ビーム間で略均一となるようにして合成して出
力させることができる。

【００３１】請求項９記載の発明のマルチビーム光源装
置は、光ビームをマトリックス状に射出するｍ＊ｎ（ｍ
≧３，ｎ≧３）個の光源と、これらの各光源から射出さ
れるｍ＊ｎ本の光ビームが第１のビーム合成手段に入射
される請求項１ないし８の何れか一に記載のビーム合成
装置とを備える。

【００３２】従って、ビーム合成装置から合成されて出
力される各光ビームの合成前後の光量比が各ビーム間で
均一化され、かつ、光利用効率が高いので、光源として
は比較的低出力の同種のものを使用することができ、よ
って、比較的低コストにてビーム間の特性のばらつきの
少ない多ビームのマルチビーム光源装置となる。

【００３３】請求項１０記載の発明のマルチビーム走査
装置は、請求項９記載のマルチビーム光源装置と、この
マルチビーム光源装置のビーム合成装置から実質的に１
本に合成されて出力されるｍ＊ｎ本の光ビームを偏向走
査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向走査され
るｍ＊ｎ本の光ビームを感光体上に光スポットとして結
像させる結像光学系とを備える。

【００３４】従って、多ビームについて各ビーム間の特
性のばらつきの少ない状態で良好に感光体に対して光書
込みを行わせることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
に基づいて説明する。本実施の形態は、ビーム合成装置
１に適用されている。このビーム合成装置１は、第１の
ビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成手段Ｓ２との組
合せとして構成されている。ｘｙｚ座標系において、第
１のビーム合成手段Ｓ１はｙ方向に幅を持ってｚ方向に
並設され、ｘ，ｚ両方向に対して各々４５°の角度に設
定された（ｍ−１）個（ただし、ｍ≧３）のビームスプ
リッタＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 と１個のミラーＭ
とからなる。同じく、ｘｙｚ座標系において、第２のビ
ーム合成手段Ｓ２はｙ方向に並設され、ｘ，ｙ両方向に
対して各々４５°の角度に設定された（ｎ−１）個（た
だし、ｎ≧３）のビームスプリッタＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′
，…，ＢＳ_n-1′と１個のミラーＭ′とからなる。な
お、いうまでもないが、本実施の形態の構成において
は、ミラーＭ，Ｍ′の表面又は裏面には反射面が形成さ
れ、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ
_m-1 ，ＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′の表面又は
裏面にはビームスプリッタ面が形成されており、ミラー
Ｍ，Ｍ′と反射面とは等価的であり、ビームスプリッタ
ＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 ，ＢＳ ₁′ ，ＢＳ₂′ ，
…，ＢＳ_n-1′とビームスプリッタ面とは等価的であ
る。

【００３６】従って、図１に示すように、ｚ方向にｍ
本、ｙ方向にｎ本のマトリックス状配列のｍ＊ｎ本の光
ビームＢＭ₁₁，ＢＭ₂₁，…，ＢＭ_n1，ＢＭ₁₂，…，ＢＭ
_n2，…，ＢＭ_1m，…、ＢＭ_nmを略同一方向なるｘ方向か
ら第１のビーム合成手段Ｓ１に入射させると、これらの
光ビームは、各々対応するミラーＭ、各ビームスプリッ
タＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 により適宜反射・透過
を繰り返すことでｘ−ｚ平面内で順次合成され、ｙ方向
へのｎ本の列状の光ビームＢＭ_c1，ＢＭ_c2，…，ＢＭ_cn
に合成されて射出する。図１に示す例では、入射方向と
同一のｘ方向に射出される。第１のビーム合成手段Ｓ１
から射出されたこれらのｎ本の列状の光ビームＢＭ_c1，
ＢＭ_c2，…，ＢＭ_cnは、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入
射し、そのミラーＭ′、各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，
ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′ により適宜反射・透過を繰り
返すことでｘ−ｙ平面内で順次合成されて、最終的に、
第２のビーム合成手段Ｓ２への入射方向と同一方向への
被合成ビームＢＭ_cc1又は直交方向への被合成ビームＢ
Ｍ_cc2なる実質的に１本の光ビームとして射出する。

【００３７】ここに、本実施の形態では、以下に詳述す
るように、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２におけ
る各ビームスプリッタＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 ，
ＢＳ ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′は、その反射率、
透過率が、各ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２におけるビーム
合成前後の光量比がほぼ均一となるように所定値に設定
されているので、本実施の形態のビーム合成装置１によ
り合成された光ビームはｍ＊ｎ本全てについてビーム合
成前後のビーム間偏差が小さいビーム合成を行なうこと
が可能となる。

【００３８】いま、第１のビーム合成手段Ｓ１における
（ｍ−１）枚のビームスプリッタに関して、第１のビー
ム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢＭ_c1，ＢＭ_c2，
…，ＢＭ_cnに近い方から順に、ＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，Ｂ
Ｓ_m-1 とし、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1
の反射率及び透過率を各々Ｒ_i ，Ｔ_i （ｉ＝１，…，ｍ
−１）とし、同様に、第２のビーム合成手段Ｓ２におけ
る（ｎ−１）枚のビームスプリッタに関して、第２のビ
ーム合成手段Ｓ２による被合成ビームＢＭ_cc1又はＢＭ
_cc2に近い方から順に、ＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ
_n-1′ とし、各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ
_n-1′ の反射率及び透過率を各々Ｒ_i′ ，Ｔ _i′ （ｉ＝
１，…，ｎ−１）としたとき、各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及
び透過率Ｔ_i，Ｔ_i′ が、実質的に、下記の条件（１）
（２） Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ ……………………………………条件(1-1) 又は、 Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ ……………………………………条件(1-1)′ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１）……条件(1-2) Ｒ_m-1 ＝Ｔ_m-1 ……………………………………条件(1-3) …………………………………条件（１） Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ ……………………………条件(2-1) 又は、 Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／Ｔ₁′ ……………………………条件(2-1)′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′（但し、ｉ＝３，…，ｎ−１）条件(2-2) Ｒ_n-1′ ＝Ｔ_n-1′ ………………………………条件(2-3) …………………………………条件（２） を満たすように設定されている。

【００３９】まず、条件（１）は、第１のビーム合成手
段Ｓ１において各光ビームの合成前後の光量比を全ての
ビーム間で略均一とするための条件である。これらの
内、条件(1-1) は被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを入
射方向と同一方向に取出す場合、条件(1-1)′ は被合成
ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを入射方向と直交する方向に
取出す場合の条件を示す。また、「実質的に」とは、ビ
ーム合成前後の光量比のビーム間偏差が、機能上、問題
がない程度の誤差を含み得ることを意味し、厳密に偏差
が零である必要がないことを意味する（以下の各実施の
形態においても同様である）。

【００４０】具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さ
いものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ
列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，
ｎ）の入射方向（ｘ方向）へのビーム合成前後の光利用
効率η_i （被合成ビームＢＭ _c1，…，ＢＭ_cnに最も近い
ビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順にη₁ ，…，η
_m とする）を考えると、条件(1-1)，(1-2)，(1-3) を満
足する場合、 η₁ ＝Ｔ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝(Ｔ₁／Ｒ₁)・Ｒ₁＝Ｔ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η_m-1 となり、第１のビーム合成手段Ｓ１によるｍ列の光ビー
ムのビーム合成において、ｍ列の全ての光ビームの光利
用効率が等しくなる（η₁ ＝η₂ ＝…＝η_m ＝Ｔ ₁ ）。

【００４１】同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さい
ものとして、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ列
の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，
ｎ）の入射方向に直交する方向（ｚ方向）へのビーム合
成前後の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，Ｂ
Ｍ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順
にη₁ ，…，η_m とする）を考えると、条件(1-1)′，
(1-2)，(1-3) を満足する場合、 η₁ ＝Ｒ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₁／Ｔ₁)・Ｔ₁＝Ｒ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-２ ＝η_m-1 となり、第１のビーム合成手段Ｓ１によるｍ列の光ビー
ムのビーム合成において、ｍ列の全ての光ビームの光利
用効率が等しくなる（η₁ ＝η₂ ＝…＝η_m ＝Ｒ ₁ ）。

【００４２】また、条件（２）は、第２のビーム合成手
段Ｓ２において各光ビームの合成前後の光量比を全ての
ビーム間で略均一とするための条件である。これらの
内、条件(2-1) は入射方向と同一方向に被合成ビームＢ
Ｍ_cc1 を取出す場合、条件(2-1)′ は入射方向に直交す
る方向に被合成ビームＢＭ_cc2 を取出す場合の条件を示
す。

【００４３】条件（２）についても基本的には条件
（１）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、条件(2-1)，(2-2)，(2-3)
を満足する場合、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝Ｔ₁′
となる。また、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいもの
とし、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢ
Ｍ_c1，…，ＢＭ_cnの入射方向と直交する方向への被合成
ビームＢＭ_cc2 としてのビーム合成前後の光利用効率η
_i′ （被合成ビームＢＭ_cc2 に最も近い光ビームＢＭ_c1
から順にη₁′ ，…，η_n′ とする）を考えると、条件
(2-1) ′，(2-2)，(2-3) を満足する場合、η₁′ ＝
η₂′ ＝…＝η_n′ ＝Ｒ₁′ となる。よって、何れの場
合にも、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前
後の光利用効率が全ての光ビームについて等しくなる。

【００４４】従って、条件（１）及び条件（２）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 条件(1-1)，(1-2)，(1-3)，(2-1)，(2-2)，(2-3)を満足
する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｔ₁・Ｔ₁′ 条件(1-1)，(1-2)，(1-3)，(2-1)′，(2-2)，(2-3)を満
足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｔ₁・Ｒ₁′ 条件(1-1)′，(1-2)，(1-3)，(2-1)，(2-2)，(2-3)を満
足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｒ₁・Ｔ₁′ 条件(1-1)′，(1-2)，(1-3)，(2-1)′，(2-2)，(2-3)を
満足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｒ₁・Ｒ₁′ として表される。

【００４５】なお、幾つかの変形例について図２ないし
図１１を参照して説明する。図２に示す第１の変形例
は、第１のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnを光ビームの入射方向と直交する方向
（ｚ方向）に取出す構成とした場合のビーム合成装置２
である。このような被合成ビームの取出しに対応して、
第２のビーム合成手段Ｓ２は、ｙ方向に並設され、ｙ，
ｚ両方向に対して各々４５°の角度に設定された（ｎ−
１）面のビームスプリッタＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，Ｂ
Ｓ_n-1′ と１面のミラーＭ′とからなる。

【００４６】従って、第１のビーム合成手段Ｓ１により
合成され、ｚ方向に射出されるｎ列の被合成ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnは、第２のビーム合成手段Ｓ２によりｙ
−ｚ平面内で適宜反射・透過を繰返すことで順次合成さ
れ、最終的に、これらの被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ
_cnの入射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 又は
直交する方向への被合成ビームＢＭ_cc2 として射出され
る。

【００４７】このようなビーム合成装置２においても、
第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２における各ビーム
スプリッタＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 ，ＢＳ₁′ ，
ＢＳ ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′は、その反射率、透過率が、
実質的に、前述した条件（１）（２）を満たすように設
定されている。よって、このようなビーム合成装置２の
場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が得られる。

【００４８】図３ないし図６に示す第２の変形例は、ビ
ーム合成装置１に対応するビーム合成装置３をプリズム
構成により一体化構造としたものである。図３はビーム
合成装置３の構成例を示す斜視図、図４はその分解斜視
図、図５は平面図、図６は側面図である。従って、図１
における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビーム合成
手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構成さ
れ、接着等により一体化されている。即ち、第１のビー
ム合成手段Ｓ１にあっては（ｍ−１）個のビームスプリ
ッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 が各々ビームスプリッタ面Ｂ
Ｓ₁ ，…，ＢＳ_{m- 1} として構成され、１個のミラーＭが
内面反射面Ｍとして構成されている。また、第２のビー
ム合成手段Ｓ２にあっては（ｎ−１）個のビームスプリ
ッタＢＳ₁，…，ＢＳ_n-1 が各々ビームスプリッタ面Ｂ
Ｓ₁ ，…，ＢＳ_n-1 として構成され、１個のミラーＭ′
が内面反射面Ｍ′として構成されている。

【００４９】ここに、このようなビーム合成装置３にお
いても、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２における
各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 ，
ＢＳ ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′は、その反射率、
透過率が、実質的に、前述した条件（１）（２）を満た
すように設定されている。よって、このようなビーム合
成装置４の場合にも、ビーム合成装置１と同様な効果が
得られる。特に、この変形例のようにプリズム構成とし
た場合には、内面反射面Ｍ，Ｍ′では光ビームが全反射
するために内面反射面Ｍ，Ｍ′での光損失を殆ど生じな
い上に、全体が一体化構造となるため、コンパクトとな
り、ビーム合成装置３が傾いたり位置ずれを起こしても
第１，２ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２各々において各ビー
ムスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 、ＢＳ₁′ ，ＢＳ
₂′ ，…，ＢＳ_n-1′間の相対角度が変動することがな
く、ビーム合成後の各ビーム間の角度は一定に保たれ、
安定したビーム合成を行えるものとなる。また、第１，
２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２間もプリズム構造の接着
等により一体化されているので、振動等による外乱や経
時変化などがあっても各面が全て同時に動くため、射出
ビームの方向を安定させることができる。

【００５０】図７ないし図１１に示す第３の変形例は、
ビーム合成装置２に対応するビーム合成装置４をビーム
合成装置３と同様にプリズム構成により一体化構造とし
たものである。図７はビーム合成装置４の構成例を示す
斜視図、図８はその分解斜視図、図９は平面図、図１０
は正面図、図１１は側面図である。この変形例による場
合、基本的には第２の変形例のビーム合成装置３の場合
と同様な効果が得られる。

【００５１】なお、図１や図３ないし図６に示したビー
ム合成装置１，３のように第１のビーム合成手段Ｓ１に
よる被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnをビーム入射方向
と同一方向（ｘ方向）へ取出す構成とした場合、入射ビ
ームに直交する方向（ｚ方向）においてビーム合成装置
１，３を小型な構成とすることができる。一方、図２や
図７ないし図１１に示したビーム合成装置２，４のよう
に第１のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢ
Ｍ_c1，…，ＢＭ_cnをビーム入射方向と直交する方向（ｚ
方向）へ取出す構成とした場合、入射ビームの進行方向
（ｘ方向）においてビーム合成装置２，４を小型な構成
とすることができる。

【００５２】また、前述した条件（１）のように、第１
のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢＭ_c1，…，
ＢＭ_cnをビーム入射方向と同一方向へ取出す構成とする
か、ビーム入射方向と直交する方向へ取出す構成とする
かによって、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ
_m-1の透過率、反射率の最適な設定値が変わる（透過率
と反射率とが入れ替わる）。同様に、前述した条件
（２）のように、第２のビーム合成手段Ｓ２による最終
的な被合成ビームを、第１のビーム合成手段Ｓ１による
被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnと同一方向の被合成ビ
ームＢＭ_cc1 を利用するか、直交する方向の被合成ビー
ムＢＭ_cc2 を利用するかによって、各ビームスプリッタ
面ＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′の透過率、反射率の最適な
設定値が変わる（透過率と反射率とが入れ替わる）。

【００５３】ここに、本実施の形態及び各変形例におい
て、第１のビーム合成手段Ｓ１に関する条件（１）は各
ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失δ_i
（＝１−Ｒ_i −Ｔ_i ）（ｉ＝１，…，ｍ−１）に依ら
ず、ビーム合成前後の光量比を一定とするための条件で
ある。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-
1 の光損失δ_i が決まれば、条件(1-3) によりビームス
プリッタ面ＢＳ_m-1 の反射率Ｒ_m-1 、透過率Ｔ_m-1 の設
定値は、 Ｒ_m-1 ＝Ｔ_m-1 ＝(１−δ_m-1 )／２ として求められる。次に、ビームスプリッタ面ＢＳ_m-2
の反射率Ｒ_m-2 、透過率Ｔ_m-2 の設定値は、一般式：Ｒ
_m-2 ＋Ｔ_m-2 ＝１−δ_m-2 、及び、条件(1-2) から導出
される式：Ｒ_m-2 ／Ｔ_m-2 ＝Ｒ_m-1 により、 Ｒ_m-2 ＝Ｒ_m-1・(１−δ_m-2 )／(１＋Ｒ_m-1) Ｔ_m-2 ＝(１−δ_m-2 )／(１＋Ｒ_m-1) として求められる。以下、同様に、一般式：Ｒ_i ＋Ｔ_i
＝１−δ_i 、及び、条件(1-2) に基づき、各ビームスプ
リッタ面ＢＳ_m-3 ，…，ＢＳ₂ の各々の反射率及び透過
率の設定率が順次求められ、最後に、条件(1-1) 又は条
件(1-1)′ によりビームスプリッタ面ＢＳ₁ の反射率Ｒ
₁ 、透過率Ｔ₁ の設定値が求められる。従って、条件
（１）を満足することにより、各ビームスプリッタ面Ｂ
Ｓ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失δ_i によらずに、第１のビ
ーム合成手段S１によるビーム合成前後の光量比を一定
とすることができる。

【００５４】条件（２）についても、条件（１）の場合
と同様にして、第２のビーム合成手段Ｓ２における各ビ
ームスプリッタ面ＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′ の反射率、
透過率の設定値が求められる。従って、条件（２）を満
足することにより、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁′ ，
…，ＢＳ_n-1′の光損失δ_i′ によらずに、第２のビー
ム合成手段S２によるビーム合成前後の光量比を一定と
することができる。

【００５５】ちなみに、ｍ＝３のときに満たすべき条件
は、 Ｒ₂ ＝Ｔ₂ Ｔ₁ ／Ｒ₁ ＝Ｒ₂ 又は Ｔ₁ ／Ｒ₁ ＝Ｒ₂ ｎ＝３のときに満たすべき条件は、 Ｒ₂′ ＝Ｔ₂′ Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ ＝Ｒ₂′ 又は Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ ＝
Ｒ₂′ である。

【００５６】ところで、ビームスプリッタ面には、様々
な種類があるが、一般には、ガラス等の基体上に金属や
誘電体膜をコーティングすることにより作製される。例
えば、クロム等による金属コーティングしたものは、光
損失は比較的大きいが、入射ビームの波長、偏光状態に
よる影響が少なく、かつ、角度依存性も小さいという特
長がある。また、誘電体多層膜コーティングしたもの
は、入射ビームの波長、偏光状態による影響を受けやす
く、かつ、角度依存性が大きいが、光損失が殆どないと
いう特長がある。さらに、全誘電体無偏光コーティング
されたものは、光損失が小さく入射ビームの偏光状態の
影響も受けにくいという特長がある。また、金属＋誘電
体なるハイブリッドコーティングされたものは、双方の
長所を併有する特長がある。これらは何れも使用可能で
あり、ビーム合成装置１〜４の用途に応じて適宜選択さ
れる。

【００５７】また、このようなビーム合成装置１〜４に
関して、入射側と出射側とを逆にすれば、ビーム分割装
置として機能し得ることはいうまでもない（以下の各実
施の形態のビーム合成装置でも同様である）。即ち、第
２のビーム合成手段Ｓ２の射出側から光ビームを入射さ
せることにより、均一な光量のｍ＊ｎ本の光ビームに分
割して射出させることができる。

【００５８】本発明の第二の実施の形態を図１に基づい
て説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置１に適用
されており、基本的には、第一の実施の形態の場合と同
様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ−
１）枚のビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 、及
び、第２のビーム合成手段Ｓ２における（ｎ−１）枚の
ビームスプリッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′の光損失が
無視できる程度に十分小さい場合に適用されている。

【００５９】このような前提の下、各ビームスプリッタ
ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の各反射率Ｒ _i 及び透過率Ｔ_i
（Ｒ_i ＋Ｔ_i ≦１）、各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，
…，ＢＳ _n-1′の各反射率Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i′
（Ｒ_i′ ＋Ｔ_i′ ≦１）が、実質的に、下記の条件
（３）（４） Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ−１)：１ ………………………………条件(3-1) 又は、Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：(ｍ−１) ……………………条件(3-1)′ Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：（ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１） …………………………………条件(3-2) …………………………………条件（３） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ−１)：１ …………………………条件(4-1) 又は、Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝１：(ｎ−１) ………………条件(4-1)′ Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：（ｎ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｎ−１） …………………………………条件(4-2) …………………………………条件（４） を満たすように設定されている。

【００６０】まず、条件（３）は、各ビームスプリッタ
ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-１ の光損失が無視できる程度に十
分小さい場合に、第１のビーム合成手段Ｓ１によるビー
ム合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とするた
めの条件である。これらの内、条件(3-1) は入射ビーム
と同一方向に被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す
場合、条件(3-1)′ は入射ビームと直交する方向に被合
成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合の条件を示
す。

【００６１】具体的に、第１のビーム合成手段Ｓ１に関
して、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損
失がない（Ｒ_i ＋Ｔ_i ＝１）ものとして、第１のビーム
合成手段Ｓ１へ入射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，
ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，ｎ）の入射方向（ｘ方向）へ
のビーム合成前後の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ
_n1）から順にη₁ ，…，η_m とする）を考えると、条件
(3-1)，(3-2)を満足する場合、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１／ｍ η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝{１／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ＋１)}・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)} ・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)}・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ となり、全ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η_m が
１／ｍで等しくなる。

【００６２】同様に、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，
ＢＳ_m-1 の光損失がない（Ｒ_i ＋Ｔ _i ＝１）ものとし
て、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ列の各光ビ
ームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，ｎ）の入射
方向に直交する方向（ｚ方向）へのビーム合成前後の光
利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに最も
近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順にη₁ ，
…，η_m とする）を考えると、条件(3-1)′，(3-2)を満
足する場合、 η₁ ＝Ｒ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝{１／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｎ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ＋１)}・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)} ・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)}・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ となり、全ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η_m が
１／ｍで等しくなる。

【００６３】また、条件（４）は、各ビームスプリッタ
ＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′ の光損失が無視できる程度に
十分小さい場合に、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビ
ーム合成前後の光量比を全てのビーム間で略均一とする
ための条件である。これらの内、条件(4-1) は入射方向
と同一方向に被合成ビームＢＭ_cc1 を取出す場合、条件
(4-1)′ は入射方向に直交する方向に被合成ビームＢＭ
_cc2 を取出す場合の条件を示す。

【００６４】条件（４）についても基本的には条件
（３）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、条件(4-1)，(4-2)を満足す
る場合、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝１／ｎとなる。
また、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいものとし、第
２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，
…，ＢＭ_cnの入射方向と直交する方向への被合成ビーム
ＢＭ_cc2 としてのビーム合成前後の光利用効率η_i′
（被合成ビームＢＭ_{cc 2} に最も近い光ビームＢＭ_c1から
順にη₁′ ，…，η_n′ とする）を考えると、条件(4-
1) ′，(4-2)を満足する場合、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η
_n′ ＝１／ｎとなる。よって、何れの場合にも、第２の
ビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の光利用効率
が全ての光ビームについて等しくなる。

【００６５】従って、条件（３）及び条件（４）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝１／（ｍ＊ｎ） として表される。

【００６６】なお、本実施の形態でも、変形例として例
示した各ビーム合成装置２〜４に同様に適用できる。即
ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 、ＢＳ
₁′，…，ＢＳ_n-1′に関して、各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及
び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、前述した条件
（３）（４）を満たすように設定されていればよい。

【００６７】ここで、一例として、条件(3-1)，(3-2)，
(4-1)，(4-2)の具体的数値例を示すと、 ｍ＝ｎ＝３（ビーム総数９）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝２：１，Ｒ₁ ＝0.667， Ｔ₁ ＝0.333 ＢＳ₂ Ｒ₂ ：Ｔ₂ ＝１：１，Ｒ₂ ＝0.5 ， Ｔ₂ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝２：１，Ｒ₁′＝0.667， Ｔ₁′＝0.333 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：１，Ｒ₂′＝0.5 ， Ｔ₂′＝0.5 η_i ＝0.333（＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３） η_j′ ＝0.333（＝１／ｎ）（ｊ＝１，２，３） Ｅ_ji＝0.111（＝１／（ｍ＊ｎ））（ｉ＝１，２，３，ｊ＝１，２，３） ｍ＝ｎ＝４（ビーム総数１６）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝３：１，Ｒ₁ ＝0.75 ， Ｔ₁ ＝0.25 ＢＳ₂ Ｒ₂ ：Ｔ₂ ＝１：２，Ｒ₂ ＝0.333， Ｔ₂ ＝0.667 ＢＳ₃ Ｒ₃ ：Ｔ₃ ＝１：１，Ｒ₃ ＝0.5 ， Ｔ₃ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝３：１，Ｒ₁′＝0.75 ， Ｔ₁′＝0.25 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：２，Ｒ₂′＝0.333， Ｔ₂′＝0.667 ＢＳ₃′ Ｒ₃′：Ｔ₃′＝１：１，Ｒ₃′＝0.5 ， Ｔ₃′＝0.5 η_i ＝0.25（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，４） η_j′＝0.25（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，４） Ｅ_ji＝0.0625（＝１／（ｍ＊ｎ））（ｉ＝１，…，４，ｊ＝１，…，４） ｍ＝ｎ＝５（ビーム総数２５）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝４：１，Ｒ₁ ＝0.8 ， Ｔ₁ ＝0.2 ＢＳ₂ Ｒ₂ ：Ｔ₂ ＝１：３，Ｒ₂ ＝0.25 ， Ｔ₂ ＝0.75 ＢＳ₃ Ｒ₃ ：Ｔ₃ ＝１：２，Ｒ₃ ＝0.333， Ｔ₃ ＝0.667 ＢＳ₄ Ｒ₄ ：Ｔ₄ ＝１：１，Ｒ₄ ＝0.5 ， Ｔ₄ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝４：１，Ｒ₁′＝0.8 ， Ｔ₁′＝0.2 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：３，Ｒ₂′＝0.25 ， Ｔ₂′＝0.75 ＢＳ₃′ Ｒ₃′：Ｔ₃′＝１：２，Ｒ₃′＝0.333， Ｔ₃′＝0.667 ＢＳ₄′ Ｒ₄′：Ｔ₄′＝１：１，Ｒ₄′＝0.5 ， Ｔ₄′＝0.5 η_i ＝0.2（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，５） η_j′＝0.2（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，５） Ｅ_ji＝0.04（＝１／（ｍ＊ｎ））（ｉ＝１，…，５，ｊ＝１，…，５） となる。

【００６８】なお、条件(3-1)′，(3-2)，(4-1)′，(4-
2)の具体的数値例としては、上記数値例中のＲ₁ とＴ₁
の数値を入替えればよい。

【００６９】ちなみに、ビームスプリッタ面を図２２に
示した従来のように全てハーフミラーとしたときの光利
用効率は、その最小値をＥ_min 、最大値をＥ_max とする
と（光損失はないものとする）、 ビーム総数ｍ＊ｎ＝９の場合 Ｅ_min＝0.00391、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝128 ビーム総数ｍ＊ｎ＝１６の場合 Ｅ_min＝3.05×10^-5、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝16384 ビーム総数ｍ＊ｎ＝２５の場合 Ｅ_min＝5.96×10^-8、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝8.39×10⁶ となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明
らかである。

【００７０】例えば、仮に光利用効率のビーム間偏差が
３〜４倍程度まで許容されると仮定すると、各ビームス
プリッタ面の反射率Ｒ_i （Ｒ_j′ ）、透過率Ｔ_i
（Ｔ_j′ ）の上記設定値の許容範囲として、Ｒ_i
（Ｒ_j′ ）、Ｔ_i （Ｔ_j′ ）の内で大きい方をＸ_i （Ｘ
_j′ ）としたときに（ただし、ｉ＝１，…，ｍ−１、ｊ
＝１，…，ｎ−１）、Ｘ_i に対しては概ね±｛（√２）
^1/(m-1)−１｝×１００％程度まで、Ｘ_j′ に対しては
概ね±｛（√２）^1/(n-1)−１｝×１００％程度まで許
容されることになり、許容範囲の大きいものとなる。

【００７１】条件(3-1)′，(3-2)，(4-1)′，(4-2)によ
る場合も同様である。

【００７２】本発明の第三の実施の形態を図１に基づい
て説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置１に適用
されており、基本的には、第一の実施の形態の場合と同
様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ−
１）枚のビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損
失が無視できないほぼ等しい一定値δを持ち、第２のビ
ーム合成手段Ｓ２における（ｎ−１）枚のビームスプリ
ッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′ の光損失が無視できない
ほぼ等しい一定値δ′を持つ場合に適用されている。こ
のような前提の下、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，Ｂ
Ｓ_m-1 の各反射率Ｒ_i 及び透過率Ｔ_i （Ｒ_i ＋Ｔ_i ＝１
−δ）、各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′
の各反射率Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i′ （Ｒ_i′＋Ｔ_i′＝１
−δ′）が、実質的に、下記の条件（５）（６） Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} ………………………条件(5-1) 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} ………条件(5-1)′ Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^i-m−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ−１） …………………………………条件(5-2) …………………………………条件（５） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n}−１}／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n}−１} ………………………条件(6-1) 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n}−１} ………条件(6-1)′ Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n}−１}(但し、ｉ＝２，…，ｎ−１) …………………………………条件(6-2) …………………………………条件（６） を満たすように設定されている。

【００７３】まず、条件（５）は、第１のビーム合成手
段Ｓ１における各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ
_m-1 の光損失が無視できない一定値δを持つ場合に、こ
の第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成前後の光
量比を全てのビーム間で略均一とするための条件であ
る。これらの内、条件(5-1) は入射ビームと同一方向に
被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合、条件(5
-1)′ は入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合の条件を示す。

【００７４】ここで、条件(5-2) より、第１のビーム合
成手段Ｓ１の各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1
の透過率Ｔ_i は、 Ｔ_i ＝１−δ−Ｒ_i ＝{(１＋δ)(１−δ)^i-m+1−１}／{(１＋δ)(１−δ)^i-m−１} （但し、ｉ＝２，…，ｍ−１）であるので、Ｔ_i ＝Ｒ_i
／Ｒ_i+1 （ｉ＝２，…，ｍ−２）、即ち、Ｒ_i ＝Ｒ_i-1
／Ｔ_i-1 （ｉ＝３，…，ｍ−１）と表される。また、条
件(5-2) より、 Ｒ_m-1 ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^-1−１} ＝(１−δ)／２ Ｔ_m-1 ＝１−δ−Ｒ_m-1 ＝(１−δ)／２＝Ｒ_m-1 となる。

【００７５】具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失
が一定値δを持つものとして、第１のビーム合成手段Ｓ
１へ入射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ
＝１，２，…，ｎ）の入射方向（ｘ方向）へのビーム合
成前後の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，Ｂ
Ｍ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順
にη₁ ，…，η_m とする）を考えると、条件(5-1)，(5-
2)を満足する場合、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１−δ−Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}・{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１}＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₂・Ｒ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-1 ＝η₁ となり、第１のビーム合成手段Ｓ１に入射したｍ列の全
ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η_m がδ／{(１＋
δ)(１−δ)^1-m−１}として等しくなる。

【００７６】同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失
が一定値δを持つものとして、第１のビーム合成手段Ｓ
１へ入射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ
＝１，２，…，ｎ）の入射方向と直交する方向（ｚ方
向）へのビーム合成前後の光利用効率η_i （被合成ビー
ムＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，
…，ＢＭ_n1）から順にη₁ ，…，η_m とする）を考える
と、条件(5-1)′，(5-2)を満足する場合、 η₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}・(１−δ−Ｒ₁) ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１}＝η１ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-1 ＝η₁ となり、第１のビーム合成手段Ｓ１に入射したｍ列の全
ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η_m がδ／{(１＋
δ)(１−δ)^1-m−１}として等しくなる。

【００７７】また、条件（６）は、第２のビーム合成手
段Ｓ２における各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ
_n-1′ の光損失が無視できない一定値δ′を持つ場合
に、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の
光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件であ
る。これらの内、条件(6-1) は入射方向と同一方向に被
合成ビームＢＭ_cc1 を取出す場合、条件(6-1)′ は入射
方向に直交する方向に被合成ビームＢＭ_cc2 を取出す場
合の条件を示す。

【００７８】条件（６）についても基本的には条件
（５）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、条件(6-1)，(6-2)を満足す
る場合、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝δ′／{(１＋
δ′)(１−δ′)^{1- n}−１}となる。また、ミラーＭ′の
光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合成手段
Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入射方向
と直交する方向への被合成ビームＢＭ_cc2 としてのビー
ム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ_cc2
に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，η_n′
とする）を考えると、条件(6-1) ′，(6-2)を満足する
場合も、η₁′＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝δ′／{(１＋
δ′)(１−δ′)^{1- n}−１}となる。よって、何れの場合
にも、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後
の光利用効率が全ての光ビームについて等しくなる。

【００７９】従って、条件（５）及び条件（６）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′ ＝δ＊δ′ ÷{(１＋δ)(１−δ)^{1- m}−１}＊{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n}−１} として表される。

【００８０】なお、本実施の形態でも、変形例として例
示した各ビーム合成装置２〜４に同様に適用できる。即
ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 、ＢＳ
₁′，…，ＢＳ_n-1′に関して、各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及
び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、前述した条件
（５）（６）を満たすように設定されていればよい。

【００８１】ここで、一例として、光損失が一定値δ＝
δ′＝0.1 のとき条件(5-1)，(5-2)，(6-1)，(6-2)の具
体的数値例を示すと、 ｍ＝ｎ＝３（ビーム総数９）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.621， Ｔ₁ ＝0.279 ＢＳ₂ Ｒ₂ ＝0.45 ， Ｔ₂ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.621， Ｔ₁′＝0.279 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.45 ， Ｔ₂′＝0.45 η_i ＝0.279（＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３） η_j′＝0.279（＝１／ｎ）（ｊ＝１，２，３） Ｅ_ji＝0.078（ｉ＝１，２，３，ｊ＝１，２，３） ｍ＝ｎ＝４（ビーム総数１６）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.703， Ｔ₁ ＝0.197 ＢＳ₂ Ｒ₂ ＝0.279， Ｔ₂ ＝0.621 ＢＳ₃ Ｒ₃ ＝0.45 ， Ｔ₃ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.703， Ｔ₁′＝0.197 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.279， Ｔ₂′＝0.621 ＢＳ₃′ Ｒ₃′＝0.45 ， Ｔ₃′＝0.45 η_i ＝0.197（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，４） η_j′＝0.197（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，４） Ｅ_ji＝0.039（ｉ＝１，…，４，ｊ＝１，…，４） ｍ＝ｎ＝５（ビーム総数２５）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.752， Ｔ₁ ＝0.148 ＢＳ₂ Ｒ₂ ＝0.197， Ｔ₂ ＝0.703 ＢＳ₃ Ｒ₃ ＝0.279， Ｔ₃ ＝0.621 ＢＳ₄ Ｒ₄ ＝0.45 ， Ｔ₄ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.752， Ｔ₁′＝0.148 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.197， Ｔ₂′＝0.703 ＢＳ₃′ Ｒ₃′＝0.279， Ｔ₃′＝0.621 ＢＳ₄′ Ｒ₄′＝0.45 ， Ｔ₄′＝0.45 η_i ＝0.148（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，５） η_j′＝0.148（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，５） Ｅ_ji＝0.022（＝１／（ｍ＊ｎ））（ｉ＝１，…，５，
ｊ＝１，…，５） となる。

【００８２】なお、条件(5-1)′，(5-2)，(6-1)′，(6-
2)の具体的数値例としては、上記数値例中のＲ₁ とＴ₁
の数値を入替えればよい。

【００８３】ちなみに、ビームスプリッタ面を図２２に
示した従来のように全てハーフミラー（δ＝0.1，Ｔ＝
Ｒ＝0.45）としたときの光利用効率は、その最小値をＥ
_min、最大値をＥ_max とすると、 ビーム総数ｍ＊ｎ＝９の場合 Ｅ_min＝0.00168、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／Ｅ_min＝268 ビーム総数ｍ＊ｎ＝１６の場合 Ｅ_min＝6.28×10^-6、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／Ｅ_min＝7.16×10⁴ ビーム総数ｍ＊ｎ＝２５の場合 Ｅ_min＝4.75×10^-9、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／Ｅ_min＝9.46×10⁷ となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明
らかである。

【００８４】本発明の第四の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態は、ビーム合成装置１とほ
ぼ同一構成のビーム合成装置５に適用されている。基本
的には、第一の実施の形態のビーム合成装置１の場合と
同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ
−１）枚のビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 、及
び、第２のビーム合成手段Ｓ２における（ｎ−１）枚の
ビームスプリッタＢＳ ₁′ ，…，ＢＳ_n-1′の内の何れ
か１枚が偏光ビームスプリッタＰＢＳにより構成されて
いる。本実施の形態では、第１のビーム合成手段Ｓ１に
おける（ｍ−１）枚のビームスプリッタＢＳ₁ ，…，Ｂ
Ｓ_m-1内の何れか１枚、例えば、（ｍ−１）枚目のビー
ムスプリッタＢＳ_m-1に代えて偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳが用いられている。この偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓは入射ビームのｐ偏光成分を透過し、ｓ偏光成分を反
射するので、この偏光ビームスプリッタＰＢＳへの入射
ビームを図示の如く所定の偏光状態に設定しておくこと
により、実質的に光損失なしにビーム合成を行なわせる
ことができる。

【００８５】ここに、本実施の形態では、以下に詳述す
るように、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２におけ
る偏光ビームスプリッタＰＢＳを除く各ビームスプリッ
タに関して、その反射率、透過率が、各ビーム合成手段
Ｓ１，Ｓ２におけるビーム合成前後の光量比がほぼ均一
となるように所定値に設定されているので、本実施の形
態のビーム合成装置１により合成された光ビームはｍ＊
ｎ本全てについてビーム合成前後のビーム間偏差が小さ
いビーム合成を行なうことが可能となる。

【００８６】いま、第１のビーム合成手段Ｓ１中に偏光
ビームスプリッタＰＢＳを含む場合にはｍ′＝ｍ−１、
ｎ′＝ｎとし、第２のビーム合成手段Ｓ２中に偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳを含む場合にはｍ′＝ｍ、ｎ′＝ｎ
−１とする。このような前提の下、偏光ビームスプリッ
タＰＢＳを除く（ｍ′−１）個のビームスプリッタを第
１のビーム合成手段Ｓによる被合成ビームＢＭ_c1，…，
ＢＭ_cnに近い方から順にＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_{m ′
-1} とし、これらの各ビームスプリッタの反射率及び透
過率を各々Ｒ_i ，Ｔ_i （ｉ＝１，２，…，ｍ′−１）と
し、かつ、偏光ビームスプリッタを除く（ｎ′−１）個
のビームスプリッタを第２のビーム合成手段Ｓによる被
合成ビームＢＭ_cc1又はＢＭ_cc2に近い方から順にＢ
Ｓ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′ とし、これらの各
ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ_i′ ，
Ｔ_i′ （ｉ＝１，２，…，ｎ′−１）としたとき、各反
射率Ｒ _i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的
に、下記の条件（７）（８） Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ …………………………………条件(7-1) 又は、 Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ …………………………………条件(7-1)′ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ′−１）条件(7-2) Ｒ_{m ′ -1} ＝Ｔ_{m ′ -1} ………………………………条件(7-3) …………………………………条件（７） Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ ………………………条件(8-1) 又は、 Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／Ｔ₁′ ………………………条件(8-1)′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′（但し、ｉ＝３，…，ｎ′−１）条件(8-2) Ｒ_{n ′ -1}′ ＝Ｔ_{n ′ -1}′ …………………………条件(8-3) …………………………………条件（８） を満たすように設定されている。

【００８７】まず、条件（７）は、第１のビーム合成手
段Ｓ１において各光ビームの合成前後の光量比を全ての
ビーム間で略均一とするための条件である。これらの
内、条件(7-1) は被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを入
射方向と同一方向に取出す場合、条件(7-1)′ は被合成
ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを入射方向と直交する方向に
取出す場合の条件を示す。

【００８８】具体的に、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入
射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，
２，…，ｎ）の入射方向（ｘ方向）へのビーム合成前後
の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに
最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順にη
₁ ，…，η_m とする）を考えると、図１２の例のように
第１のビーム合成手段Ｓ１内に偏光ビームスプリッタＰ
ＢＳが含まれ（ｍ′＝ｍ−１）、ミラーＭの光損失が十
分に小さく、かつ、偏光ビームスプリッタＰＢＳへは透
過光に対してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏光の直線
偏光の光ビームを入射させることで偏光ビームスプリッ
タＰＢＳによる光損失を無視できる場合に、条件(7-
1)，(7-2)，(7-3) を満足するとき、 η₁ ＝Ｔ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝(Ｔ₁／Ｒ₁)・Ｒ₁＝Ｔ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η_m-1 となる。

【００８９】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝Ｔ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝(Ｔ₁／Ｒ₁)・Ｒ₁＝Ｔ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η_m-1 となり、何れにしても第１のビーム合成手段Ｓ１による
ｍ列の光ビームのビーム合成において、ｍ列の全ての光
ビームの光利用効率が等しくなる（η₁ ＝η₂ ＝…＝η
_m ＝Ｔ₁ ）。

【００９０】また、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射す
るｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，
…，ｎ）の入射方向と直交する方向（ｚ方向）へのビー
ム合成前後の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，
…，ＢＭ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）
から順にη₁ ，…，η_m とする）を考えると、第１のビ
ーム合成手段Ｓ１内に偏光ビームスプリッタＰＢＳが含
まれ（ｍ′＝ｍ−１）、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、かつ、偏光ビームスプリッタＰＢＳへは透過光に対
してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏光の直線偏光の光
ビームを入射させることで偏光ビームスプリッタＰＢＳ
による光損失を無視できる場合に、条件(7-1)′，(7-
2)，(7-3) を満足するとき、 η₁ ＝Ｒ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₁／Ｔ₁)・Ｔ₁＝Ｒ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η_m-1 となる。

【００９１】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝Ｒ₁ η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₁／Ｔ₁)・Ｔ₁＝Ｒ₁ ＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ 〜 η_i ＝Ｒ・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η_m-1 となり、何れにしても第１のビーム合成手段Ｓ１による
ｍ列の光ビームのビーム合成において、ｍ列の全ての光
ビームの光利用効率が等しくなる（η₁ ＝η₂ ＝…＝η
_m ＝Ｒ₁ ）。

【００９２】また、条件（８）は、第２のビーム合成手
段Ｓ２において各光ビームの合成前後の光量比を全ての
ビーム間で略均一とするための条件である。これらの
内、条件(8-1) は入射方向と同一方向に被合成ビームＢ
Ｍ_cc1 を取出す場合、条件(8-1)′ は入射方向に直交す
る方向に被合成ビームＢＭ_cc2 を取出す場合の条件を示
す。

【００９３】条件（８）についても基本的には条件
（７）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、条件(8-1)，(8-2)，(8-3)
を満足する場合、ｎ′＝ｎ，ｎ′＝ｎ−１の何れの場合
も、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝Ｔ₁′ となる。ま
た、同様に、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいものと
し、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnの入射方向と直交する方向への被合成ビ
ームＢＭ_cc2 としてのビーム合成前後の光利用効率
η_i′ （被合成ビームＢＭ_cc2 に最も近い光ビームＢＭ
_c1から順にη₁′ ，…，η_n′ とする）を考えると、条
件(8-1) ′，(8-2)，(8-3) を満足する場合、ｎ′＝
ｎ，ｎ′＝ｎ−１の何れの場合も、η₁′ ＝η₂′ ＝…
＝η_n′ ＝Ｒ₁′ となる。よって、何れの場合にも、第
２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の光利用
効率が全ての光ビームについて等しくなる。

【００９４】従って、条件（７）及び条件（８）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 条件(7-1)，(7-2)，(7-3)，(8-1)，(8-2)，(8-3)を満足
する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｔ₁・Ｔ₁′ 条件(7-1)，(7-2)，(7-3)，(8-1)′，(8-2)，(8-3)を満
足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｔ₁・Ｒ₁′ 条件(7-1)′，(7-2)，(7-3)，(8-1)，(8-2)，(8-3)を満
足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｒ₁・Ｔ₁′ 条件(7-1)′，(7-2)，(7-3)，(8-1)′，(8-2)，(8-3)を
満足する場合、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝Ｒ₁・Ｒ₁′ として表される。

【００９５】なお、幾つかの変形例について図１３ない
し図１５を参照して説明する。図１３に示す第１の変形
例は、第１のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢ
Ｍ_c1，…，ＢＭ_cnを光ビームの入射方向と直交する方向
（ｚ方向）に取出す構成とした場合のビーム合成装置６
である。構成的には、図２に示したビーム合成装置２と
同様であり、ビームスプリッタＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，Ｂ
Ｓ_m-1、ＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′の何れかに
代えて１つの偏光ビームスプリッタＰＢＳが含まれてい
る。ここでは、第１のビーム合成手段Ｓ１中に含まれて
いる。

【００９６】このようなビーム合成装置６においても、
第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２に関して偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳを除く（ｍ′−１）個、（ｎ′−
１）個のビームスプリッタに関して、その反射率、透過
率が、実質的に、前述した条件（７）（８）を満たすよ
うに設定されている。よって、このようなビーム合成装
置６の場合にも、ビーム合成装置５と同様な効果が得ら
れる。

【００９７】図１４に示す第２の変形例は、ビーム合成
装置５に対応するビーム合成装置７をプリズム構成によ
り一体化構造としたものである。構成的には、図３ない
し図６に示したビーム合成装置３と同様であり、ビーム
スプリッタ面ＢＳ₁ ，ＢＳ₂，…，ＢＳ_m-1、ＢＳ₁′ ，
ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′の何れかに代えて１つの偏光
ビームスプリッタ面ＰＢＳが含まれている。ここでは、
第１のビーム合成手段Ｓ１中に含まれている。従って、
図１２における第１のビーム合成手段Ｓ１と第２のビー
ム合成手段Ｓ２とがともにビーム合成プリズムとして構
成され、接着等により一体化されている。即ち、第１の
ビーム合成手段Ｓ１にあってはビームスプリッタ、偏光
ビームスプリッタが各々ビームスプリッタ面、偏光ビー
ムスプリッタ面として構成され、１個のミラーＭが内面
反射面Ｍとして構成されている。また、第２のビーム合
成手段Ｓ２にあってはビームスプリッタが各々ビームス
プリッタ面として構成され、１個のミラーＭ′が内面反
射面Ｍ′として構成されている。

【００９８】ここに、このようなビーム合成装置７にお
いても、第１，２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２に関して
偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳを除く（ｍ′−１）個、
（ｎ′−１）個のビームスプリッタ面に関して、その反
射率、透過率が、実質的に、前述した条件（７）（８）
を満たすように設定されている。よって、このようなビ
ーム合成装置７の場合にも、ビーム合成装置５と同様な
効果が得られる。特に、この変形例のようにプリズム構
成とした場合には、内面反射面Ｍ，Ｍ′では光ビームが
全反射するために内面反射面Ｍ，Ｍ′での光損失を殆ど
生じない上に、全体が一体化構造となるため、コンパク
トとなり、ビーム合成装置３が傾いたり位置ずれを起こ
しても第１，２ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２各々において
各ビームスプリッタ面、偏光ビームスプリッタ面間の相
対角度が変動することがなく、ビーム合成後の各ビーム
間の角度は一定に保たれ、安定したビーム合成を行える
ものとなる。また、第１，２ビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２
間もプリズム構造の接着等により一体化されているの
で、振動等による外乱や経時変化などがあっても各面が
全て同時に動くため、射出ビームの方向を安定させるこ
とができる。

【００９９】図１５に示す第３の変形例は、ビーム合成
装置６に対応するビーム合成装置８をビーム合成装置７
と同様にプリズム構成により一体化構造としたものであ
る。構成的には、図７ないし図１１に示したビーム合成
装置４と同様であり、ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，ＢＳ
₂ ，…，ＢＳ_m-1、ＢＳ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′
の何れかに代えて１つの偏光ビームスプリッタ面ＰＢＳ
が含まれている。ここでは、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に含まれている。この変形例による場合、基本的には
第２の変形例のビーム合成装置７の場合と同様な効果が
得られる。

【０１００】なお、図１２や図１４に示したビーム合成
装置５，７のように第１のビーム合成手段Ｓ１による被
合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnをビーム入射方向と同一
方向（ｘ方向）へ取出す構成とした場合、入射ビームに
直交する方向（ｚ方向）においてビーム合成装置５，７
を小型な構成とすることができる。一方、図１３や図１
５に示したビーム合成装置６，８のように第１のビーム
合成手段Ｓ１による被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを
ビーム入射方向と直交する方向（ｚ方向）へ取出す構成
とした場合、入射ビームの進行方向（ｘ方向）において
ビーム合成装置６，８を小型な構成とすることができ
る。

【０１０１】また、前述した条件（７）のように、第１
のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビームＢＭ_c1，…，
ＢＭ_cnをビーム入射方向と同一方向へ取出す構成とする
か、ビーム入射方向と直交する方向へ取出す構成とする
かによって、（ｍ′−１）面分の各ビームスプリッタ面
の透過率、反射率の最適な設定値が変わる（透過率と反
射率とが入れ替わる）。同様に、前述した条件（８）の
ように、第２のビーム合成手段Ｓ２による最終的な被合
成ビームを、第１のビーム合成手段Ｓ１による被合成ビ
ームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnと同一方向の被合成ビームＢＭ
_cc1 を利用するか、直交する方向の被合成ビームＢＭ
_cc2 を利用するかによって、（ｎ′−１）面分の各ビー
ムスプリッタ面の透過率、反射率の最適な設定値が変わ
る（透過率と反射率とが入れ替わる）。

【０１０２】ここに、本実施の形態及び各変形例におい
て、第１のビーム合成手段Ｓ１に関する条件（７）は各
ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} の光損失δ
_i （＝１−Ｒ_i −Ｔ_i ）（ｉ＝１，…，ｍ′−１）に依
らず、ビーム合成前後の光量比を一定とするための条件
である。即ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ
_{m ′ -1} の光損失δ_i が決まれば、条件(7-3) によりビー
ムスプリッタ面ＢＳ_{m ′ -1} の反射率Ｒ_{m ′ -1} 、透過率Ｔ
_{m ′ -1} の設定値は、 Ｒ_{m ′ -1} ＝Ｔ_{m ′ -1} ＝(１−δ_{m ′ -1} )／２ として求められる。次に、ビームスプリッタ面ＢＳ_{m ′
-2} の反射率Ｒ_{m ′ -2} 、透過率Ｔ_{m ′ -2} の設定値は、一
般式：Ｒ_{m ′ -2} ＋Ｔ_{m ′ -2} ＝１−δ_{m ′ -2} 、及び、条件
(7-2) から導出される式：Ｒ_{m ′ -2} ／Ｔ_{m ′ -2} ＝Ｒ_{m ′
-1} により、 Ｒ_{m ′ -2} ＝Ｒ_{m ′ -1}・(１−δ_{m ′ -2} )／(１＋Ｒ_{m ′ -1}) Ｔ_{m ′ -2} ＝(１−δ_{m ′ -2} )／(１＋Ｒ_{m ′ -1}) として求められる。以下、同様に、一般式：Ｒ_i ＋Ｔ_i
＝１−δ_i 、及び、条件(7-2) に基づき、各ビームスプ
リッタ面ＢＳ_{m ′ -3} ，…，ＢＳ₂ の各々の反射率及び透
過率の設定率が順次求められ、最後に、条件(7-1) 又は
条件(7-1)′ によりビームスプリッタ面ＢＳ₁ の反射率
Ｒ₁ 、透過率Ｔ₁ の設定値が求められる。従って、条件
（１）を満足することにより、各ビームスプリッタ面Ｂ
Ｓ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失δ_i によらずに、第１のビ
ーム合成手段Ｓ１によるビーム合成前後の光量比を一定
とすることができる。

【０１０３】条件（８）についても、条件（７）の場合
と同様にして、第２のビーム合成手段Ｓ２における各ビ
ームスプリッタ面ＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′ の反射
率、透過率の設定値が求められる。従って、条件（８）
を満足することにより、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁′
，…，ＢＳ_{n ′ -1}′の光損失δ_i′ によらずに、第２の
ビーム合成手段S２によるビーム合成前後の光量比を一
定とすることができる。

【０１０４】ちなみに、ｍ′≦３のときに満たすべき条
件は、 ｍ′＝２（ｍ＝３）のとき、 Ｒ₁ ＝Ｔ₁ ｍ′＝３（ｍ＝３又はｍ＝４）のとき、 Ｒ₂ ＝Ｔ₂ Ｔ₁ ／Ｒ₁ ＝Ｒ₂ 又は Ｒ₁ ／Ｔ₁ ＝Ｒ₂ であり、ｎ′≦３のときに満たすべき条件は、 ｎ′＝２（ｎ＝３）のとき、 Ｒ₁′ ＝Ｔ₁′ ｎ′＝３（ｎ＝３又はｎ＝４）のとき、 Ｒ₂ ＝Ｔ₂ Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ ＝Ｒ₂′ 又は Ｒ₁′ ／Ｔ₁′ ＝
Ｒ₂′である。

【０１０５】ところで、ビームスプリッタ面には、様々
な種類があるが、一般には、ガラス等の基体上に金属や
誘電体膜をコーティングすることにより作製される。例
えば、クロム等による金属コーティングしたものは、光
損失は比較的大きいが、入射ビームの波長、偏光状態に
よる影響が少なく、かつ、角度依存性も小さいという特
長がある。また、誘電体多層膜コーティングしたもの
は、入射ビームの波長、偏光状態による影響を受けやす
く、かつ、角度依存性が大きいが、光損失が殆どないと
いう特長がある。さらに、全誘電体無偏光コーティング
されたものは、光損失が小さく入射ビームの偏光状態の
影響も受けにくいという特長がある。また、金属＋誘電
体なるハイブリッドコーティングされたものは、双方の
長所を併有する特長がある。これらは何れも使用可能で
あり、ビーム合成装置５〜８の用途に応じて適宜選択さ
れる。

【０１０６】また、このようなビーム合成装置５〜８に
関しても、入射側と出射側とを逆にすれば、ビーム分割
装置として機能し得ることはいうまでもない（以下の各
実施の形態のビーム合成装置でも同様である）。即ち、
第２のビーム合成手段Ｓ２の射出側から光ビームを入射
させることにより、均一な光量のｍ＊ｎ本の光ビームに
分割して射出させることができる。

【０１０７】本発明の第五の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置５に適
用されており、基本的には、第四の実施の形態の場合と
同様であるが、偏光ビームスプリッタＰＢＳを除く第１
のビーム合成手段Ｓ１における（ｍ′−１）枚のビーム
スプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} 、及び、第２のビー
ム合成手段Ｓ２における（ｎ′−１）枚のビームスプリ
ッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′の光損失が無視できる
程度に十分小さい場合に適用されている。

【０１０８】このような前提の下、各ビームスプリッタ
ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} の各反射率Ｒ_i 及び透過率Ｔ_i
（Ｒ_i ＋Ｔ_i ≦１）、各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，
…，ＢＳ_{n ′ -1}′の各反射率Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i′
（Ｒ_i′ ＋Ｔ_i′ ≦１）が、実質的に、下記の条件
（９）（10） Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ′−１)：１ …………………………条件(9-1) 又は、Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：(ｍ′−１) ………………条件(9-1)′ Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：（ｍ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１） …………………………………条件(9-2) …………………………………条件（９） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ′−１)：１ ………………………条件(10-1) 又は、Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝１：(ｎ′−１) ……………条件(10-1)′ Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：（ｎ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｎ′−１） ……………………………………条件(10-2) …………………………………条件（10） を満たすように設定されている。

【０１０９】まず、条件（９）は、第１のビーム合成手
段Ｓ１における各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m
′ -1} の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、
第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成前後の光量
比を全てのビーム間で略均一とするための条件である。
これらの内、条件(9-1) は入射ビームと同一方向に被合
成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合、条件(9-
1)′ は入射ビームと直交する方向に被合成ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合の条件を示す。

【０１１０】具体的に、図１２に示すような第１のビー
ム合成手段Ｓ１に関して、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，
…，ＢＳ_{m ′ -1} の光損失がない（Ｒ_i ＋Ｔ_i ＝１）もの
として、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ列の各
光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，ｎ）の
入射方向（ｘ方向）へのビーム合成前後の光利用効率η
_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに最も近いビーム
列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ _n1）から順にη₁ ，…，η_m とす
る）を考えると、第１のビーム合成手段Ｓ１内に偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳが含まれ（ｍ′＝ｍ−１）、ミラ
ーＭの光損失が十分に小さく、かつ、偏光ビームスプリ
ッタＰＢＳへは透過光に対してはｐ偏光、反射光に対し
てはｓ偏光の直線偏光の光ビームを入射させることで偏
光ビームスプリッタＰＢＳによる光損失を無視できる場
合に、条件(9-1)，(9-2)を満足する場合、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１／(ｍ−１) η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}＝１／(ｍ−１) η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／(ｍ−１) η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−４)}・{(ｍ−４)／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ)}・{(ｍ−ｉ)／(ｍ−ｉ＋１)} ・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)}・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)} ・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／(ｍ−１) 〜 η_m-1 ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） η_m ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） となる。

【０１１１】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１／ｍ η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁＝{１／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ＋１)}・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)} ・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)}・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ となり、何れにしても、第１のビーム合成手段Ｓ１にお
ける全ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η_m が１／
ｍ′で等しくなる。

【０１１２】同様に、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，
ＢＳ_m-1 の光損失がない（Ｒ_i ＋Ｔ _i ＝１）ものとし
て、第１のビーム合成手段Ｓ１へ入射するｍ列の各光ビ
ームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ＝１，２，…，ｎ）の入射
方向に直交する方向（ｚ方向）へのビーム合成前後の光
利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに最も
近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）から順にη₁ ，
…，η_m とする）を考えると、第１のビーム合成手段Ｓ
１内に偏光ビームスプリッタＰＢＳが含まれ（ｍ′＝ｍ
−１）、ミラーＭの光損失が十分に小さく、かつ、偏光
ビームスプリッタＰＢＳへは透過光に対してはｐ偏光、
反射光に対してはｓ偏光の直線偏光の光ビームを入射さ
せることで偏光ビームスプリッタＰＢＳによる光損失を
無視できる場合に、条件(9-1)′，(9-2)を満足する場
合、 η₁ ＝Ｒ₁ ＝１／(ｍ−１) η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}＝１／(ｍ−１) η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／(ｍ−１) η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−４)}・{(ｍ−４)／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ)}・{(ｍ−ｉ)／(ｍ−ｉ＋１)} ・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)}・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)} ・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／(ｍ−１) 〜 η_m-1 ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） η_m ＝Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ＝１／（ｍ−１） となる。

【０１１３】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝Ｒ₁ ＝１／ｍ η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁＝{１／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ}＝１／ｍ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−３)}・{(ｍ−３)／(ｍ−２)}・{(ｍ−２)／(ｍ−１)} ・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝{１／(ｍ−ｉ＋１)}・{(ｍ−ｉ＋１)／(ｍ−ｉ＋２)} ・{(ｍ−ｉ＋２)／(ｍ−ｉ＋３)}・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(１／２)・(２／３)・(３／４)・…・{(ｍ−３)／(ｍ−２)} ・{(ｍ−２)／(ｍ−１)}・{(ｍ−１)／ｍ} ＝１／ｍ となり、何れにしても、全ての光ビームの光利用効率η
₁ ，…，η_m が１／ｍ′で等しくなる。

【０１１４】また、条件（10）は、各ビームスプリッタ
の光損失が無視できる程度に十分小さい場合に、第２の
ビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の光量比を全
てのビーム間で略均一とするための条件である。これら
の内、条件(10-1) は入射方向と同一方向に被合成ビー
ムＢＭ_cc1 を取出す場合、条件(10-1)′ は入射方向に
直交する方向に被合成ビームＢＭ_cc2 を取出す場合の条
件を示す。

【０１１５】条件（10）についても基本的には条件
（９）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓへは透過光に対してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏
光の直線偏光の光ビームを入射させることで偏光ビーム
スプリッタＰＢＳによる光損失を無視できる場合に、条
件(10-1)，(10-2)を満足するとき、η₁′ ＝η₂′ ＝…
＝η_n′ ＝１／ｎ′となる。また、ミラーＭ′の光損失
が十分に小さいものとし、第２のビーム合成手段Ｓ２へ
入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入射方向と直交
する方向への被合成ビームＢＭ_cc2 としてのビーム合成
前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ_cc2 に最も
近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，η_n′ とす
る）を考えると、偏光ビームスプリッタＰＢＳへは透過
光に対してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏光の直線偏
光の光ビームを入射させることで偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳによる光損失を無視できる場合に、条件(10-1)
′，(10-2)を満足するとき、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝
η_n′ ＝１／ｎ′となる。よって、何れの場合にも、第
２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の光利用
効率が全ての光ビームについて等しくなる。

【０１１６】従って、条件（９）及び条件（10）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′＝１／（ｍ′＊ｎ′） として表される。偏光ビームスプリッタが第１のビーム
合成手段Ｓ１中に含まれる場合には（ｍ′＝ｍ−１，
ｎ′＝ｎ）、 Ｅ_ji＝１／｛（ｍ−１）＊ｎ｝ となり、偏光ビームスプリッタが第２のビーム合成手段
Ｓ２中に含まれる場合には（ｍ′＝ｍ，ｎ′＝ｎ−
１）、 Ｅ_ji＝１／｛ｍ＊（ｎ−１）｝ となる。

【０１１７】なお、本実施の形態でも、変形例として例
示した各ビーム合成装置６〜８に同様に適用できる。即
ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} 、Ｂ
Ｓ₁′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′に関して、各反射率Ｒ_i ，
Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′が、実質的に、前述した
条件（９）（10）を満たすように設定されていればよ
い。

【０１１８】ここで、一例として、条件(9-1)，(9-2)，
(10-1)，(10-2)の具体的数値例を示すと、 ｍ＝ｎ＝ｎ′＝３，ｍ′＝２（ビーム総数９）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：１，Ｒ₁ ＝0.5 ， Ｔ₁ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝２：１，Ｒ₁′＝0.667， Ｔ₁′＝0.333 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：１，Ｒ₂′＝0.5 ， Ｔ₂′＝0.5 η_i ＝0.5 （＝１／ｍ′）（ｉ＝１，２，３） η_j′＝0.333（＝１／ｎ′）（ｊ＝１，２，３） Ｅ_ji＝0.167（＝１／（ｍ′＊ｎ′））（ｉ＝１，２，３，ｊ＝１，２，３） ｍ＝ｎ＝ｎ′＝４，ｍ′＝３（ビーム総数１６）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝２：１，Ｒ₁ ＝0.333， Ｔ₁ ＝0.667 ＢＳ₂ Ｒ₂ ：Ｔ₂ ＝１：１，Ｒ₂ ＝0.5 ， Ｔ₂ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝３：１，Ｒ₁′＝0.75 ， Ｔ₁′＝0.25 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：２，Ｒ₂′＝0.333， Ｔ₂′＝0.667 ＢＳ₃′ Ｒ₃′：Ｔ₃′＝１：１，Ｒ₃′＝0.5 ， Ｔ₃′＝0.5 η_i ＝0.333（＝１／ｍ′）（ｉ＝１，…，４） η_j′＝0.25（＝１／ｎ′）（ｊ＝１，…，４） Ｅ_ji＝0.0833（＝１／（ｍ′＊ｎ′））（ｉ＝１，…，４，ｊ＝１，…，４） ｍ＝ｎ＝ｎ′＝５，ｍ′＝４（ビーム総数２５）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝３：１，Ｒ₁ ＝0.25 ， Ｔ₁ ＝0.75 ＢＳ₂ Ｒ₂ ：Ｔ₂ ＝１：２，Ｒ₂ ＝0.333， Ｔ₂ ＝0.667 ＢＳ₃ Ｒ₃ ：Ｔ₃ ＝１：１，Ｒ₃ ＝0.5 ， Ｔ₃ ＝0.5 ＢＳ₁′ Ｒ₁′：Ｔ₁′＝４：１，Ｒ₁′＝0.8 ， Ｔ₁′＝0.2 ＢＳ₂′ Ｒ₂′：Ｔ₂′＝１：３，Ｒ₂′＝0.25 ， Ｔ₂′＝0.75 ＢＳ₃′ Ｒ₃′：Ｔ₃′＝１：２，Ｒ₃′＝0.333， Ｔ₃′＝0.667 ＢＳ₄′ Ｒ₄′：Ｔ₄′＝１：１，Ｒ₄′＝0.5 ， Ｔ₄′＝0.5 η_i ＝0.25（＝１／ｍ′）（ｉ＝１，…，５） η_j′＝0.2（＝１／ｎ′）（ｊ＝１，…，５） Ｅ_ji＝0.05（＝１／（ｍ′＊ｎ′））（ｉ＝１，…，５，ｊ＝１，…，５） となる。

【０１１９】なお、条件(9-1)′，(9-2)，(10-1)′，(1
0-2)の具体的数値例としては、上記数値例中のＲ₁ とＴ
₁ の数値を入替えればよい。

【０１２０】ちなみに、ビームスプリッタ面を図２２に
示した従来のように全てハーフミラーとしたときの光利
用効率は、その最小値をＥ_min 、最大値をＥ_max とする
と（光損失はないものとする）、第二の実施の形態中で
前述したように、 ビーム総数ｍ＊ｎ＝９の場合 Ｅ_min＝0.00391、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝128 ビーム総数ｍ＊ｎ＝１６の場合 Ｅ_min＝3.05×10^-5、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝16384 ビーム総数ｍ＊ｎ＝２５の場合 Ｅ_min＝5.96×10^-8、Ｅ_max＝0.5、Ｅ_max／Ｅ_min＝8.39×10⁶ となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明
らかである。

【０１２１】例えば、仮に光利用効率のビーム間偏差が
３〜４倍程度まで許容されると仮定すると、各ビームス
プリッタ面の反射率Ｒ_i （Ｒ_j′ ）、透過率Ｔ_i
（Ｔ_j′ ）の上記設定値の許容範囲として、Ｒ_i
（Ｒ_j′ ）、Ｔ_i （Ｔ_j′ ）の内で大きい方をＸ_i （Ｘ
_j′ ）としたときに（ただし、ｉ＝１，…，ｍ′−１、
ｊ＝１，…，ｎ′−１）、Ｘ_i に対しては概ね±｛（√
２）^{1/(m ′ -1)}−１｝×１００％程度まで、Ｘ_j′ に対
しては概ね±｛（√２）^{1/(n ′ -1)}−１｝×１００％程
度まで許容されることになり、許容範囲の大きいものと
なる。

【０１２２】条件(9-1)′，(9-2)，(10-1)′，(10-2)に
よる場合も同様である。

【０１２３】本発明の第六の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態も、ビーム合成装置５に適
用されており、基本的には、第四の実施の形態の場合と
同様であるが、第１のビーム合成手段Ｓ１における
（ｍ′−１）枚のビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m
′ -1} の光損失が無視できないほぼ等しい一定値δを持
ち、第２のビーム合成手段Ｓ２における（ｎ′−１）枚
のビームスプリッタＢＳ₁′，…，ＢＳ_{n ′ -1}′ の光損
失が無視できないほぼ等しい一定値δ′を持つ場合に適
用されている。このような前提の下、各ビームスプリッ
タＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} の各反射率Ｒ_i 及び透過率Ｔ
_i （Ｒ_i ＋Ｔ_i ＝１−δ）、各ビームスプリッタＢ
Ｓ₁′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′の各反射率Ｒ_i′ 及び透過率
Ｔ_i′ （Ｒ_i′ ＋Ｔ_i′ ＝１−δ′）が、実質的に、下
記の条件（11）（12） Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^{2-m ′}−１}／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１} ………………………条件(11-1) 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１} ………条件(11-1)′ Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{i-m ′}−１}（但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１） …………………………………条件(11-2) …………………………………条件（11） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n ′}−１}／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}− １} ………………………条件(12-1) 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} ………条件(12-1)′ Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n ′}−１} （但し、ｉ＝２，…，ｎ′−１） …………………………………条件(12-2) …………………………………条件（12） を満たすように設定されている。

【０１２４】まず、条件（11）は、第１のビーム合成手
段Ｓ１における各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m
′ -1} の光損失が無視できない一定値δを持つ場合に、
この第１のビーム合成手段Ｓ１によるビーム合成前後の
光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件であ
る。これらの内、条件(11-1) は入射ビームと同一方向
に被合成ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合、条件
(11-1)′ は入射ビームと直交する方向に被合成ビーム
ＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnを取出す場合の条件を示す。

【０１２５】ここで、条件(11-2) より、第１のビーム
合成手段Ｓ１の各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m
′ -1} の透過率Ｔ_i は、 Ｔ_i ＝１−δ−Ｒ_i ＝{(１＋δ)(１−δ)^{i-m ′ +1}−１}／{(１＋δ)(１−δ)^{i-m ′}−１} （但し、ｉ＝２，…，ｍ′−１）であるので、Ｔ_i ＝Ｒ
_i ／Ｒ_i+1 （ｉ＝２，…，ｍ′−２）、即ち、Ｒ_i ＝Ｒ
_{i- 1} ／Ｔ_i-1 （ｉ＝３，…，ｍ′−１）と表される。ま
た、条件(11-2) より、 Ｒ_{m ′ -1} ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^-1−１} ＝(１−δ)／２ Ｔ_{m ′ -1} ＝１−δ−Ｒ_{m ′ -1} ＝(１−δ)／２＝Ｒ_{m ′ -1} となる。

【０１２６】具体的に、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} の光損
失が一定値δを持つものとして、第１のビーム合成手段
Ｓ１へ入射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ
_jm（ｊ＝１，２，…，ｎ）の入射方向（ｘ方向）へのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i （被合成ビームＢＭ_c1，
…，ＢＭ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，…，ＢＭ_n1）
から順にη₁ ，…，η_m とする）を考えると、第１のビ
ーム合成手段Ｓ１内に偏光ビームスプリッタＰＢＳが含
まれ（ｍ′＝ｍ−１）、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、かつ、偏光ビームスプリッタＰＢＳへは透過光に対
してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏光の直線偏光の光
ビームを入射させることで偏光ビームスプリッタＰＢＳ
による光損失を無視できる場合に、条件(11-1)，(11-2)
を満足する場合、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１−δ−Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{2 -m}−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{3 -m}−１}・{(１＋δ)(１−δ)^{2 -m}−１} ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{2 -m}−１}＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₂・Ｒ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-1 ＝η₁ となる。

【０１２７】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝Ｔ₁ ＝１−δ−Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}・{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１}＝η₁ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｒ₁＝Ｒ₂・Ｒ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｒ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｒ₁＝η_m-1 ＝η₁ となり、何れにしても、第１のビーム合成手段Ｓ１に入
射したｍ列の全ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η
_m がδ／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１}として等しくな
る。

【０１２８】同様に、ミラーＭの光損失が十分に小さ
く、各ビームスプリッタＢＳ₁ ，…，ＢＳ_m-1 の光損失
が一定値δを持つものとして、第１のビーム合成手段Ｓ
１へ入射するｍ列の各光ビームＢＭ_j1，…，ＢＭ_jm（ｊ
＝１，２，…，ｎ）の入射方向と直交する方向（ｚ方
向）へのビーム合成前後の光利用効率η_i （被合成ビー
ムＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnに最も近いビーム列（ＢＭ₁₁，
…，ＢＭ_n1）から順にη₁ ，…，η_m とする）を考える
と、第１のビーム合成手段Ｓ１内に偏光ビームスプリッ
タＰＢＳが含まれ（ｍ′＝ｍ−１）、ミラーＭの光損失
が十分に小さく、かつ、偏光ビームスプリッタＰＢＳへ
は透過光に対してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏光の
直線偏光の光ビームを入射させることで偏光ビームスプ
リッタＰＢＳによる光損失を無視できる場合に、条件(1
1-1)′，(11-2)を満足する場合、 η₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{2 -m}−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{3 -m}−１}・(１−δ−Ｒ₁) ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{2 -m}−１}＝η１ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-1 ＝η₁ となる。

【０１２９】また、同様に、第１のビーム合成手段Ｓ１
中に偏光ビームスプリッタＰＢＳがない場合にも（ｍ′
＝ｍ）、 η₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} η₂ ＝Ｒ₂・Ｔ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}・(１−δ−Ｒ₁) ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１}＝η１ η₃ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₂／Ｔ₂)・Ｔ₂・Ｔ₁＝Ｒ₂・Ｔ₁＝η₂ ＝η₁ η₄ ＝Ｒ₄・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝(Ｒ₃／Ｔ₃)・Ｔ₃・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ₃・Ｔ₂・Ｔ₁＝η₃ ＝η₁ 〜 η_i ＝Ｒ_i・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_i-1／Ｔ_i-1)・Ｔ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_i-1・Ｔ_i-2・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_i-1 ＝η₁ 〜 η_m-1 ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝(Ｒ_m-2／Ｔ_m-2)・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-2 ＝η₁ η_m ＝Ｔ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁ ＝Ｒ_m-1・Ｔ_m-2・Ｔ_m-3・…・Ｔ₂・Ｔ₁＝η_m-1 ＝η₁ となり、何れにしても、第１のビーム合成手段Ｓ１に入
射したｍ列の全ての光ビームの光利用効率η₁ ，…，η
_m がδ／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１}として等しくな
る。

【０１３０】また、条件（12）は、第２のビーム合成手
段Ｓ２における各ビームスプリッタＢＳ₁′ ，…，ＢＳ
_{n ′ -1}′ の光損失が無視できない一定値δ′を持つ場合
に、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成前後の
光量比を全てのビーム間で略均一とするための条件であ
る。これらの内、条件(12-1) は入射方向と同一方向に
被合成ビームＢＭ_cc1 を取出す場合、条件(12-1)′ は
入射方向に直交する方向に被合成ビームＢＭ_cc2 を取出
す場合の条件を示す。

【０１３１】条件（12）についても基本的には条件（1
1）の場合と同様であり、詳細は省略するが、ミラー
Ｍ′の光損失が十分に小さいものとし、第２のビーム合
成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ_c1，…，ＢＭ_cnの入
射方向と同一方向への被合成ビームＢＭ_cc1 としてのビ
ーム合成前後の光利用効率η_i′ （被合成ビームＢＭ
_cc1に最も近い光ビームＢＭ_c1から順にη₁′ ，…，
η_n′ とする）を考えると、偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓへは透過光に対してはｐ偏光、反射光に対してはｓ偏
光の直線偏光の光ビームを入射させることで偏光ビーム
スプリッタＰＢＳによる光損失を無視できる場合に、条
件(12-1)，(12-2)を満足する場合、η₁′ ＝η₂′ ＝…
＝η_n′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１}と
なる。また、ミラーＭ′の光損失が十分に小さいものと
し、第２のビーム合成手段Ｓ２へ入射する光ビームＢＭ
_c1，…，ＢＭ_cnの入射方向と直交する方向への被合成ビ
ームＢＭ_{cc 2} としてのビーム合成前後の光利用効率
η_i′ （被合成ビームＢＭ_cc2 に最も近い光ビームＢＭ
_c1から順にη₁′ ，…，η_n′ とする）を考えると、偏
光ビームスプリッタＰＢＳへは透過光に対してはｐ偏
光、反射光に対してはｓ偏光の直線偏光の光ビームを入
射させることで偏光ビームスプリッタＰＢＳによる光損
失を無視できる場合に、条件(12-1) ′，(12-2)を満足
する場合も、η₁′ ＝η₂′ ＝…＝η_n′ ＝δ′／{(１
＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１}となる。よって、何れの
場合にも、第２のビーム合成手段Ｓ２によるビーム合成
前後の光利用効率が全ての光ビームについて等しくな
る。

【０１３２】従って、条件（11）及び条件（12）を同時
に満足することにより、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームを、
同一の光利用効率で合成することができる。このとき、
各光ビームＢＭ_ji（ｉ＝１，…，ｍ、ｊ＝１，…，ｎ）
の光利用効率Ｅ_jiは、 Ｅ_ji＝η_i・η_j′ ＝δ＊δ′ ÷{(１＋δ)(１−δ)^{1- m ′}−１}＊{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} として表される。

【０１３３】なお、本実施の形態でも、変形例として例
示した各ビーム合成装置６〜８に同様に適用できる。即
ち、各ビームスプリッタ面ＢＳ₁ ，…，ＢＳ_{m ′ -1} 、Ｂ
Ｓ₁′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′に関して、各反射率Ｒ_i ，
Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′が、実質的に、前述した
条件（11）（12）を満たすように設定されていればよ
い。

【０１３４】ここで、一例として、光損失が一定値δ＝
δ′＝0.1 のとき条件(11-1)，(11-2)，(12-1)，(12-2)
の具体的数値例を示すと、 ｍ＝ｎ＝ｎ′＝３，ｍ′＝２（ビーム総数９）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.45 ， Ｔ₁ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.621， Ｔ₁′＝0.279 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.45 ， Ｔ₂′＝0.45 η_i ＝0.45 （＝１／ｍ）（ｉ＝１，２，３） η_j′＝0.279（＝１／ｎ）（ｊ＝１，２，３） Ｅ_ji＝0.126（ｉ＝１，２，３，ｊ＝１，２，３） ｍ＝ｎ＝ｎ′＝４，ｍ′＝３（ビーム総数１６）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.621， Ｔ₁ ＝0.279 ＢＳ₂ Ｒ₂ ＝0.45 ， Ｔ₂ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.703， Ｔ₁′＝0.197 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.279， Ｔ₂′＝0.621 ＢＳ₃′ Ｒ₃′＝0.45 ， Ｔ₃′＝0.45 η_i ＝0.279（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，４） η_j′＝0.197（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，４） Ｅ_ji＝0.055（ｉ＝１，…，４，ｊ＝１，…，４） ｍ＝ｎ＝ｎ′＝５，ｍ′＝４（ビーム総数２５）の場合 ＢＳ₁ Ｒ₁ ＝0.703， Ｔ₁ ＝0.197 ＢＳ₂ Ｒ₂ ＝0.279， Ｔ₂ ＝0.621 ＢＳ₃ Ｒ₃ ＝0.45 ， Ｔ₃ ＝0.45 ＢＳ₁′ Ｒ₁′＝0.752， Ｔ₁′＝0.148 ＢＳ₂′ Ｒ₂′＝0.197， Ｔ₂′＝0.703 ＢＳ₃′ Ｒ₃′＝0.279， Ｔ₃′＝0.621 ＢＳ₄′ Ｒ₄′＝0.45 ， Ｔ₄′＝0.45 η_i ＝0.197（＝１／ｍ）（ｉ＝１，…，５） η_j′＝0.148（＝１／ｎ）（ｊ＝１，…，５） Ｅ_ji＝0.025（ｉ＝１，…，５，ｊ＝１，…，５） となる。

【０１３５】なお、条件(11-1)′，(11-2)，(12-1)′，
(12-2)の具体的数値例としては、上記数値例中のＲ₁ と
Ｔ₁ の数値を入替えればよい。

【０１３６】ちなみに、ビームスプリッタ面を図２２に
示した従来のように全てハーフミラー（δ＝0.1，Ｔ＝
Ｒ＝0.45）としたときの光利用効率は、その最小値をＥ
_min、最大値をＥ_max とすると、第三の実施の形態中で
前述したように、 ビーム総数ｍ＊ｎ＝９の場合 Ｅ_min＝0.00168、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／η_min＝268 ビーム総数ｍ＊ｎ＝１６の場合 Ｅ_min＝6.28×10^-6、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／η_min＝7.16×10⁴ ビーム総数ｍ＊ｎ＝２５の場合 Ｅ_min＝4.75×10^-9、Ｅ_max＝0.45、Ｅ_max／η_min＝9.46×10⁷ となるので、本実施の形態及び各変形例による効果が明
らかである。

【０１３７】本発明の第七の実施の形態を図１６ないし
図１８に基づいて説明する。本実施の形態は、マルチビ
ーム光源装置ないしはマルチビーム走査装置に関し、レ
ーザプリンタに適用されている。まず、図１６に示すよ
うにｍ＊ｎ本のマルチビームをマトリックス状に同時に
射出し得るマルチビーム光源装置１１が設けられてい
る。このマルチビーム光源装置１１は図１７に示すよう
にｍ＊ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）個の光源としての半導体レ
ーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nmと、各半導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nm
から発せられるｍ＊ｎ本の光ビームを各々実質的な平行
光束（又は、所定の発散光束、或いは集光光束）とする
ｍ＊ｎ個のコリメートレンズＣＬ₁₁〜ＣＬ _nmと、平行光
束化されたｍ＊ｎ本の光ビームを合成するビーム合成装
置１２とにより構成されている。即ち、複数の半導体レ
ーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nmからの光ビームを各々コリメート
し、ビーム合成装置１２を通すことにより合成前後の光
量比がビーム間で均一なｍ＊ｎ本のビームが実質的に１
本に合成された被合成ビームとして出射される。

【０１３８】ビーム合成装置１２は、前述した各実施の
形態或いは各変形例におけるビーム合成装置１〜８の何
れかであるが、本実施の形態では、特に、ビーム合成装
置３が用いられている。即ち、ｍ＊ｎ本の光ビームをマ
トリックス状に第１のビーム合成手段Ｓ１に入射させる
ものであり、半導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nm等もビーム合
成装置１２（ビーム合成装置３）に対してマトリックス
状に配列されている。

【０１３９】マルチビーム光源装置１１より射出したｍ
＊ｎ本の光ビームは、副走査方向にパワーを持つシリン
ダレンズ１３に入射し、副走査方向に集光光束とされ、
偏向手段としての回転多面鏡１４の同一反射面に入射す
る。回転多面鏡１４は複数の偏向反射面を有し、入射し
た光ビームをその回転により各偏向反射面で順次偏向走
査する。

【０１４０】回転多面鏡１４の偏向反射面で反射された
ｍ＊ｎ本の光ビームは走査光学系１５に入射し、感光体
１６面上に光スポットとして結像されながら、一括して
露光走査される。ここに、走査光学系１５はｆθレンズ
１７とトロイダルレンズ１８とにより構成されており、
入射した光ビームを感光体１６上に結像させるととも
に、感光体１６上を略等速走査させる。なお、走査光学
系１５としてはこのような構成に限らず、例えば、ｆθ
レンズ１７に代えてｆθミラーを用いるような構成であ
ってもよい。シリンダレンズ１３及び走査光学系１５に
より結像光学系１９が構成され、マルチビーム光源装置
１１から射出されたｍ＊ｎ本の光ビームを各々感光体１
６上に所定の光スポットとなるように結像させる。

【０１４１】従って、図１６に示すような基本的構成に
おいて、回転多面鏡１４が等速回転すると、ｍ＊ｎ本の
光ビームは等角速度的に偏向され、感光体１６上にはｍ
＊ｎ本の光ビームによりｍ＊ｎ本の走査線が一括して等
速走査されることになる。

【０１４２】なお、本実施の形態では、光源として半導
体レーザを用いたが、ＬＥＤ等を用いてもよい。また、
単なる半導体レーザに代えて、各々ｐ（ｐ≧２）個の発
光点を有するｍ＊ｎ個の半導体レーザアレイを光源とし
て用いれば、図１６と同様な構成のまま、ｐ＊ｍ＊ｎ本
の光ビームを同時に走査させ得るマルチビーム走査装置
となる。また、ｍ＊ｎ個の光源の配列方向は任意であ
り、図示のような実施の形態例に限定されるものではな
い。

【０１４３】また、マルチビーム光源装置１１から発せ
られる最終的な被合成ビームＢＭ_{cc 1}，ＢＭ_cc2の内で書
込みに用いない方をビーム合成特性の検出やフィードバ
ック用に用いるようにしてもよい。

【０１４４】ところで、本実施の形態におけるマルチビ
ーム光源装置１１の組立構成例を図１８を参照して説明
する。まず、ｍ＊ｎマトリックス状に配列されて用いる
半導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nmを位置決め用の切欠部（図
示せず）の位置を基準として各半導体レーザのヘテロ接
合面が概ね平行となるように各々の支持体２１₁₁〜２１
_nmに圧入固定され、支持体２１₁₁〜２１_nmを介して基体
２２にねじ止め固定される。基体２２には、支持体２１
₁₁〜２１_nmを基体２２側からねじ止め固定するためのね
じ穴２３が形成されており、半導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ
_nmを支持体２１ ₁₁〜２１_nmを介して基体２２側から基体
２２に仮ねじ止め固定する。

【０１４５】また、各々鏡筒に納められたコリメートレ
ンズＣＬ₁₁〜ＣＬ_nmを、基体２２に形成された嵌合穴２
４に各半導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nmと位置合わせして係
合・接着する。この際、いわゆるコリメート調整が、半
導体レーザとコリメートレンズとの対に対して順次行わ
れ、各光ビームが各々平行光束或いは所定の発散光束
（又は、集光光束）とされる。次に、各半導体レーザＬ
Ｄ₁₁〜ＬＤ_nmからの光ビームを整形するアパーチャＡＰ
₁₁〜ＡＰ_nmが形成されたアパーチャ部材２５及びビーム
合成装置１２（ビーム合成装置３）を収容・支持したフ
ランジ部２６を基体２２に対してねじ止め固定する。こ
こに、フランジ部２６の光ビーム射出部には円筒状の凸
部２７が形成されている。マルチビーム光源装置１１は
この円筒状の凸部２７をガイドとして図１６に示したよ
うなマルチビーム走査装置本体と接合される。また、ビ
ーム整形用のアパーチャ部材２５はビーム合成装置１２
の前方でシリンダレンズ１３の後方の何れかの位置に配
設すればよい。もっとも、やや大きめのｎ＊ｍ個のアパ
ーチャＡＰ₁₁〜ＡＰ_nmが形成されたアパーチャ部材２５
をコリメートレンズＣＬ₁₁〜ＣＬ_nmとビーム合成装置１
２との間に配設することにより、有害光を除去し得る効
果が得られる。なお、前述したコリメート調整時には、
各光ビームは光軸（ｘ方向）を中心に互いに所定の微小
角度（数分ないし数十分程度）ずつずれるように設定さ
れ、フランジ部２６の一部に形成されたアーム部２８を
マイクロメータヘッド等により押圧しマルチビーム光源
装置１１全体を光軸を中心に回転することにより、感光
体１６上にｍ＊ｎ本の光ビームが所定の走査ピッチとな
るように設定・調整される。

【０１４６】以上で、マルチビーム光源装置１１は、半
導体レーザＬＤ₁₁〜ＬＤ_nmが固定され基体２２に仮ねじ
止め固定された支持体２１₁₁〜２１_nmを除いて組み立て
られた状態となる。

【０１４７】なお、図１９ないし図２１は、ビーム合成
装置１２としてビーム合成装置３に代えてビーム合成装
置７を用いたマルチビーム光源装置ないしはマルチビー
ム走査装置の構成例を示す変形例である。即ち、第１，
２のビーム合成手段Ｓ１，Ｓ２のビームスプリッタ面の
何れか１つに偏光ビームスプリッタ面を含む構成のビー
ム合成装置を用いる例である。

【０１４８】このため、例えば第１のビーム合成手段Ｓ
１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ部分に対する入射面に
はλ／２板３０が介在されている。即ち、偏光ビームス
プリッタＰＢＳ部分に対応する光ビームは、λ／２板３
０によりその直線偏光の方向を９０°回転させてからビ
ーム合成装置１２に入射させることにより、高効率でビ
ーム合成が行われるとともに、各光ビームの合成前後の
光量比が均一化される。もっとも、λ／２板３０を設け
ずに、対応する半導体レーザの設定方向を工夫すること
で他方の光ビームと偏光方向が直交するようにしてもよ
い。また、λ／４板３１は必要に応じてビーム合成装置
１２の出射側前方に設けられ、ｍ＊ｎ本の光ビームを各
々円偏光に揃えることにより、感光体１６に至る各光ビ
ームの特性が概ね均一化される。

【０１４９】この他の点は、図１６ないし図１８の場合
と同様に構成すればよい。

【０１５０】

【発明の効果】請求項１記載の発明のビーム合成装置に
よれば、略同一方向からマトリックス状に入射するｍ＊
ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）本の光ビームを合成するビーム合
成装置であって、互いに平行に並設された（ｍ−１）面
のビームスプリッタ面と１面の反射面とを有し、入射し
たｍ＊ｎ本の光ビームを実質的に列状のｎ本の光ビーム
に合成する第１のビーム合成手段と、互いに平行に並設
された（ｎ−１）面のビームスプリッタ面と１面の反射
面とを有し、前記第１のビーム合成手段から出射される
列状のｎ本の光ビームを実質的に１本の光ビームに合成
する第２のビーム合成手段とを備えているので、第１の
ビーム合成手段のビームスプリッタ面の配列方向に対応
してｍ列、第２のビーム合成手段のビームスプリッタ面
の配列方向に対応してｎ列のマトリックス状にｍ＊ｎ本
の光ビームを第１のビーム合成手段に入射させることに
より、これらのｍ＊ｎ本の光ビームを実質的に１本の光
ビームに合成することができる。併せて、第１のビーム
合成手段の各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を
ビーム合成前後の光量比が略均一となるように設定し、
かつ、第２のビーム合成手段の各ビームスプリッタ面の
反射率及び透過率をビーム合成前後の光量比が略均一と
なるように設定したので、ｍ＊ｎ本の全ての光ビームに
ついて入射ビームの光量をビーム間で同一としたまま、
合成後の各光ビームの光量を略均一とさせることができ
るとともに、ビームスプリッタ面の透過／反射回数の多
い光ビームについても大きな光損失を生ずることもな
い。これにより、入射ビームの光量を大きく異ならせた
り発光出力の異なる複数種類の光源を用いることなくビ
ーム間のばらつきの小さな多ビーム合成が可能になると
ともに、全体的に高い光利用効率を維持することができ
る。加えて、ｍ＊ｎ本の光ビームをマトリックス状に第
１のビーム合成手段に入射させるため、１列状にｍ＊ｎ
本の光ビームを入射させる構成に比べ、比較的小型な構
成で多ビームの合成が可能となる。

【０１５１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における各ビームスプリッタ面の反射率と透過率とが
満たすべき条件を明らかにしたので、ビームスプリッタ
面の種類や特性によらず、第１，２のビーム合成手段通
過前後の光量比がビーム間で均一化させることができ、
全体として、ｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合
成前後の光量比が各ビーム間で均一なビーム合成装置を
提供できる。第１，２のビーム合成手段における各ビー
ムスプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さ
い場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率及び透過率
が実質的に所定の条件を満たすように設定されているの
で、全体としてｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム
合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにし
て合成して出力させることができる。

【０１５２】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における各ビームスプリッタ面の光損失が無視できる
程度に十分に小さい場合に、各ビームスプリッタ面の各
反射率及び透過率が満たすべき条件を明らかにしたの
で、全体としてｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム
合成前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにし
て合成して出力させることができる。

【０１５３】請求項４記載の発明によれば、請求項２記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における各々のビームスプリッタ面の光損失を或る一
定値で近似できる場合に、各ビームスプリッタ面の各反
射率及び透過率が満たすべき条件を明らかにしたので、
全体としてｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合成
前後の光量比が各ビーム間で略均一となるようにして合
成して出力させることができる。

【０１５４】請求項５記載の発明によれば、請求項１記
載のビーム合成装置に加えて、ビームスプリッタ面の内
の何れか１つが偏光ビームスプリッタであるので、入射
ビームの偏光状態を適切に設定するだけで光損失を最小
限に抑えることもできる。

【０１５５】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における１つの偏光ビームスプリッタを除く各ビーム
スプリッタ面の反射率と透過率とが実質的に所定の条件
を満たすように設定されているので、ビームスプリッタ
面の種類や特性によらず、第１，２のビーム合成手段通
過前後の光量比がビーム間で均一化させることができ、
全体として、ｍ＊ｎ本全ての光ビームについてビーム合
成前後の光量比が各ビーム間で均一なビーム合成装置を
提供できる。

【０１５６】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における１つの偏光ビームスプリッタを除く各ビーム
スプリッタ面の光損失が無視できる程度に十分に小さい
場合に、各ビームスプリッタ面の各反射率及び透過率が
満たすべき条件を明らかにしたので、全体としてｍ＊ｎ
本全ての光ビームについてビーム合成前後の光量比が各
ビーム間で略均一となるようにして合成して出力させる
ことができる。

【０１５７】請求項８記載の発明によれば、請求項６記
載のビーム合成装置において、第１，２のビーム合成手
段における１つの偏光ビームスプリッタを除く各々のビ
ームスプリッタ面の光損失を或る一定値で近似できる場
合に、各ビームスプリッタ面の各反射率及び透過率が満
たすべき条件を明らかにしたので、全体としてｍ＊ｎ本
全ての光ビームについてビーム合成前後の光量比が各ビ
ーム間で略均一となるようにして合成して出力させるこ
とができる。

【０１５８】請求項９記載の発明のマルチビーム光源装
置によれば、光ビームをマトリックス状に射出するｍ＊
ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）個の光源と、これらの各光源から
射出されるｍ＊ｎ本の光ビームが第１のビーム合成手段
に入射される請求項１ないし８の何れか一に記載のビー
ム合成装置とを備えることで、ビーム合成装置から合成
されて出力される各光ビームの合成前後の光量比が各ビ
ーム間で均一化され、かつ、光利用効率が高いので、光
源としては比較的低出力の同種のものを使用することが
でき、よって、比較的低コストにてビーム間の特性のば
らつきの少ない多ビームのマルチビーム光源装置を提供
することができる。

【０１５９】請求項１０記載の発明のマルチビーム走査
装置によれば、請求項９記載のマルチビーム光源装置
と、このマルチビーム光源装置のビーム合成装置から実
質的に１本に合成されて出力されるｍ＊ｎ本の光ビーム
を偏向走査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向
走査されるｍ＊ｎ本の光ビームを感光体上に光スポット
として結像させる結像光学系とを備えることで、多ビー
ムについて各ビーム間の特性のばらつきの少ない状態で
良好に感光体に対して光書込みを行わせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一、二及び三の実施の形態を示すビ
ーム合成装置の原理的斜視図である。

【図２】第１の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜
視図である。

【図３】第２の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜
視図である。

【図４】その分解斜視図である。

【図５】その平面図である。

【図６】その側面図である。

【図７】第３の変形例を示すビーム合成装置の原理的斜
視図である。

【図８】その分解斜視図である。

【図９】その平面図である。

【図１０】その正面図である。

【図１１】その側面図である。

【図１２】本発明の第四、五及び六の実施の形態を示す
ビーム合成装置の原理的斜視図である。

【図１３】第１の変形例を示すビーム合成装置の原理的
斜視図である。

【図１４】第２の変形例を示すビーム合成装置の原理的
斜視図である。

【図１５】第３の変形例を示すビーム合成装置の原理的
斜視図である。

【図１６】本発明の第七の実施の形態を示すマルチビー
ム光源装置及びマルチビーム走査装置の斜視図である。

【図１７】そのマルチビーム光源装置を示す斜視図であ
る。

【図１８】そのマルチビーム光源装置の組立構成例を示
す分解斜視図である。

【図１９】変形例を示すマルチビーム光源装置及びマル
チビーム走査装置の斜視図である。

【図２０】そのマルチビーム光源装置を示す斜視図であ
る。

【図２１】そのマルチビーム光源装置の組立構成例を示
す分解斜視図である。

【図２２】従来例を示す原理的側面図である。

【符号の説明】

１〜８，１２ ビーム合成装置 １１ マルチビーム光源装置 １４ 偏向手段 １６ 感光体 １９ 結像光学系 Ｓ１ 第１のビーム合成手段 Ｓ２ 第２のビーム合成手段 ＢＳ，ＢＳ′ ビームスプリッタ面 ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ面 Ｍ，Ｍ′ 反射面 ＬＤ 光源

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略同一方向からマトリックス状に入射す
   るｍ＊ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）本の光ビームを合成するビ
   ーム合成装置であって、 互いに平行に並設された（ｍ−１）面のビームスプリッ
   タ面と１面の反射面とを有し、入射したｍ＊ｎ本の光ビ
   ームを実質的に列状のｎ本の光ビームに合成する第１の
   ビーム合成手段と、 互いに平行に並設された（ｎ−１）面のビームスプリッ
   タ面と１面の反射面とを有し、前記第１のビーム合成手
   段から出射される列状のｎ本の光ビームを実質的に１本
   の光ビームに合成する第２のビーム合成手段とを備え、 各々のビーム合成手段におけるビーム合成前後の各光ビ
   ームの光量比が各ビーム間で略均一となるように前記
   （ｍ−１）面のビームスプリッタ面及び前記（ｎ−１）
   面のビームスプリッタ面の透過率及び反射率が設定され
   ているビーム合成装置。
2. 【請求項２】 前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面
   を前記第１のビーム合成手段による被合成ビームに近い
   方から順にＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，…，ＢＳ_m-1 とし、これら
   の各ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ
   _i ，Ｔ_i （ｉ＝１，２，…，ｍ−１）とし、前記（ｎ−
   １）面のビームスプリッタ面を前記第２のビーム合成手
   段による被合成ビームに近い方から順にＢＳ₁′ ，ＢＳ
   ₂′ ，…，ＢＳ_n-1′ とし、これらの各ビームスプリッ
   タ面の反射率及び透過率を各々Ｒ _i′ ，Ｔ_i′ （ｉ＝
   １，２，…，ｎ−１）としたとき、各反射率Ｒ_i ，
   Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ 又は Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ−１） Ｒ_m-1 ＝Ｔ_m-1 Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ 又は Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／
   Ｔ₁′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｎ−
   １） Ｒ_n-1′ ＝Ｔ_n-1′ なる条件を満たすように設定されている請求項１記載の
   ビーム合成装置。
3. 【請求項３】 各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′及び透過率Ｔ_i ，
   Ｔ_i′が、実質的に、 Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ−１)：１ 又は Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：
   (ｍ−１) Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：(ｍ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ−
   １） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ−１)：１ 又は Ｒ₁′ ：Ｔ₁′
   ＝１：(ｎ−１) Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：(ｎ−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｎ
   −１） なる条件を満たすように設定されている請求項２記載の
   ビーム合成装置。
4. 【請求項４】 前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面
   の光損失を各々δ、前記（ｎ−１）面のビームスプリッ
   タ面の光損失を各々δ′としたとき、各反射率Ｒ_i ，Ｒ
   _i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^2-m−１}／{(１＋δ)(１−δ)
   ^1-m−１} 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^1-m−１} Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^i-m−１}（但し、ｉ＝
   ２，…，ｍ−１） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n}−１}／{(１＋δ′)
   (１−δ′)^{1- n}−１} 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n}−１} Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n}−１}(但し、
   ｉ＝２，…，ｎ−１) なる条件を満たすように設定されている請求項２記載の
   ビーム合成装置。
5. 【請求項５】 前記（ｍ−１）面のビームスプリッタ面
   及び前記（ｎ−１）面のビームスプリッタ面の内の何れ
   か１つが偏光ビームスプリッタ面である請求項１記載の
   ビーム合成装置。
6. 【請求項６】 前記第１のビーム合成手段中に前記偏光
   ビームスプリッタ面を含む場合にはｍ′＝ｍ−１、ｎ′
   ＝ｎ、前記第２のビーム合成手段中に前記偏光ビームス
   プリッタ面を含む場合にはｍ′＝ｍ、ｎ′＝ｎ−１であ
   って、前記偏光ビームスプリッタ面を除く（ｍ′−１）
   面のビームスプリッタ面を前記第１のビーム合成手段に
   よる被合成ビームに近い方から順にＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ，
   …，ＢＳ _{m ′ -1} とし、これらの各ビームスプリッタ面の
   反射率及び透過率を各々Ｒ_i ，Ｔ _i （ｉ＝１，２，…，
   ｍ′−１）とし、前記偏光ビームスプリッタ面を除く
   （ｎ′−１）面のビームスプリッタ面を前記第２のビー
   ム合成手段による被合成ビームに近い方から順にＢ
   Ｓ₁′ ，ＢＳ₂′ ，…，ＢＳ_{n ′ -1}′ とし、これらの各
   ビームスプリッタ面の反射率及び透過率を各々Ｒ_i′ ，
   Ｔ_i′ （ｉ＝１，２，…，ｎ′−１）としたとき、各反
   射率Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的
   に、 Ｒ₂ ＝Ｔ₁ ／Ｒ₁ 又は Ｒ₂ ＝Ｒ₁ ／Ｔ₁ Ｒ_i ＝Ｒ_i-1 ／Ｔ_i-1 （但し、ｉ＝３，…，ｍ′−１） Ｒ_{m ′ -1} ＝Ｔ_{m ′ -1} Ｒ₂′ ＝Ｔ₁′ ／Ｒ₁′ 又は Ｒ₂′ ＝Ｒ₁′ ／
   Ｔ₁′ Ｒ_i′ ＝Ｒ_i-1′ ／Ｔ_i-1′ （但し、ｉ＝３，…，ｎ′
   −１） Ｒ_{n ′ -1}′ ＝Ｔ_{n ′ -1}′ なる条件を満たすように設定されている請求項５記載の
   ビーム合成装置。
7. 【請求項７】 各反射率Ｒ_i ，Ｒ_i′及び透過率Ｔ_i ，
   Ｔ_i′が、実質的に、 Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝(ｍ′−１)：１ 又は Ｒ₁ ：Ｔ₁ ＝１：
   (ｍ′−１) Ｒ_i ：Ｔ_i ＝１：(ｍ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，ｍ′
   −１） Ｒ₁′ ：Ｔ₁′ ＝(ｎ′−１)：１ 又は Ｒ₁′ ：
   Ｔ₁′ ＝１：(ｎ′−１) Ｒ_i′ ：Ｔ_i′ ＝１：(ｎ′−ｉ)（但し、ｉ＝２，…，
   ｎ′−１） なる条件を満たすように設定されている請求項６記載の
   ビーム合成装置。
8. 【請求項８】 前記（ｍ′−１）面のビームスプリッタ
   面の光損失を各々δ、前記（ｎ′−１）面のビームスプ
   リッタ面の光損失を各々δ′としたとき、各反射率
   Ｒ_i ，Ｒ_i′ 及び透過率Ｔ_i ，Ｔ_i′ が、実質的に、 Ｒ₁ ＝{(１＋δ)(１−δ)^{2-m ′}−１}／{(１＋δ)(１−
   δ)^{1-m ′}−１} 又は、 Ｒ₁ ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{1-m ′}−１} Ｒ_i ＝δ／{(１＋δ)(１−δ)^{i-m ′}−１}（但し、ｉ＝
   ２，…，ｍ′−１） Ｒ₁′ ＝{(１＋δ′)(１−δ′)^{2- n ′}−１}÷{(１＋
   δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} 又は、 Ｒ₁′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{1- n ′}−１} Ｒ_i′ ＝δ′／{(１＋δ′)(１−δ′)^{i- n ′}−１} （但し、ｉ＝２，…，ｎ′−１）なる条件を満たすよう
   に設定されている請求項６記載のビーム合成装置。
9. 【請求項９】 光ビームをマトリックス状に射出するｍ
   ＊ｎ（ｍ≧３，ｎ≧３）個の光源と、これらの各光源か
   ら射出されるｍ＊ｎ本の光ビームが第１のビーム合成手
   段に入射される請求項１ないし８の何れか一に記載のビ
   ーム合成装置とを備えるマルチビーム光源装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のマルチビーム光源装置
    と、このマルチビーム光源装置のビーム合成装置から実
    質的に１本に合成されて出力されるｍ＊ｎ本の光ビーム
    を偏向走査させる偏向手段と、この偏向手段により偏向
    走査されるｍ＊ｎ本の光ビームを感光体上に光スポット
    として結像させる結像光学系とを備えるマルチビーム走
    査装置。