JP2003307710A - ビーム整形装置および光量モニター装置 - Google Patents
ビーム整形装置および光量モニター装置Info
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- JP2003307710A JP2003307710A JP2002114551A JP2002114551A JP2003307710A JP 2003307710 A JP2003307710 A JP 2003307710A JP 2002114551 A JP2002114551 A JP 2002114551A JP 2002114551 A JP2002114551 A JP 2002114551A JP 2003307710 A JP2003307710 A JP 2003307710A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のビーム整形素子では偏光方向とグレー
ティング方位との整合がとれず、全体として回折効率が
悪くなる課題があった。 【解決手段】 半導体レーザー等の光源１を出射するレ
ーザー光３はビーム整形素子２に入射し、その第１面２
ａを回折して１／２波長板２ｃを透過し、第２面２ｂで
回折してビームの広がりが円形分布に整形された状態で
出射する。ビーム整形素子２の第１面２ａに入射する時
は偏光状態はｐ波（矢印５の偏光方向）であったが、１
／２波長板２ｃを透過することでＳ波（矢印５ｄの偏光
方向）に変換され、第２面２ｂに入射するとき、および
その後の偏光状態もＳ波である。ビーム整形素子２を出
射後の光は偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ａを反射
し、この光がビームの広がりの整形された光源として使
用される。
ティング方位との整合がとれず、全体として回折効率が
悪くなる課題があった。 【解決手段】 半導体レーザー等の光源１を出射するレ
ーザー光３はビーム整形素子２に入射し、その第１面２
ａを回折して１／２波長板２ｃを透過し、第２面２ｂで
回折してビームの広がりが円形分布に整形された状態で
出射する。ビーム整形素子２の第１面２ａに入射する時
は偏光状態はｐ波（矢印５の偏光方向）であったが、１
／２波長板２ｃを透過することでＳ波（矢印５ｄの偏光
方向）に変換され、第２面２ｂに入射するとき、および
その後の偏光状態もＳ波である。ビーム整形素子２を出
射後の光は偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ａを反射
し、この光がビームの広がりの整形された光源として使
用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザー等の
光源から出射する楕円状強度分布の光を円形状強度分布
に整形するビーム整形装置や、光源から出射する光の光
量の一部を検出し、光量の制御を行う光量モニター装置
に関するものである。
光源から出射する楕円状強度分布の光を円形状強度分布
に整形するビーム整形装置や、光源から出射する光の光
量の一部を検出し、光量の制御を行う光量モニター装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を、例えば特願2001-277691
号を例にとり説明する。図３は特願2001-277691号にお
けるビーム整形装置の断面構成における平面図（図３
（ａ））と側面図（図３（ｂ））を示している。
号を例にとり説明する。図３は特願2001-277691号にお
けるビーム整形装置の断面構成における平面図（図３
（ａ））と側面図（図３（ｂ））を示している。
【０００３】図３（ａ）、図３（ｂ）に於いて、半導体
レーザー等の光源１を出射するレーザー光はビーム整形
素子２に入射し、その第１面２ａと第２面２ｂでそれぞ
れ回折してビームの広がりが円形分布に整形された状態
で出射する。特に、図３（ｂ）に示す様にメリディオナ
ル面（光軸Ｌを含む断面）内では第１面２ａで光軸Ｌ側
に傾く側の回折の後、第２面２ｂでその反対側の回折が
行われ、図３（ａ）に示す様にサジタル面（光軸Ｌを含
みメリディオナル面に直交する面）内では第１面１ａで
光軸Ｌ側から離れる側の回折の後、第２面２ｂでその反
対側の回折が行われる形態で、初期収差なしの条件と色
収差なしの条件をともに満たす設計が可能となる。
レーザー等の光源１を出射するレーザー光はビーム整形
素子２に入射し、その第１面２ａと第２面２ｂでそれぞ
れ回折してビームの広がりが円形分布に整形された状態
で出射する。特に、図３（ｂ）に示す様にメリディオナ
ル面（光軸Ｌを含む断面）内では第１面２ａで光軸Ｌ側
に傾く側の回折の後、第２面２ｂでその反対側の回折が
行われ、図３（ａ）に示す様にサジタル面（光軸Ｌを含
みメリディオナル面に直交する面）内では第１面１ａで
光軸Ｌ側から離れる側の回折の後、第２面２ｂでその反
対側の回折が行われる形態で、初期収差なしの条件と色
収差なしの条件をともに満たす設計が可能となる。
【０００４】図４は上記従来のビーム整形素子の第１面
２ａに形成されるグレーティングのパターン図である。
楕円３ａは第１面２ａ上でのレーザー光の広がり範囲を
示しており、楕円分布の状態で入射している。
２ａに形成されるグレーティングのパターン図である。
楕円３ａは第１面２ａ上でのレーザー光の広がり範囲を
示しており、楕円分布の状態で入射している。
【０００５】図５は上記従来のビーム整形素子の第２面
２ｂに形成されるグレーティングのパターン図である。
円３ｂは第２面２ｂ上でのレーザー光の広がり範囲を示
しており、光は第２面２ｂ上ではほぼ円分布の状態で入
射している。
２ｂに形成されるグレーティングのパターン図である。
円３ｂは第２面２ｂ上でのレーザー光の広がり範囲を示
しており、光は第２面２ｂ上ではほぼ円分布の状態で入
射している。
【０００６】図６は上記従来のビーム整形素子の回折面
（第１面２ａ，第２面２ｂ）の表面を拡大した説明図で
ある。回折面には接線２ｇに沿ってグレーティングが形
成されており、グレーティングの断面形状にはブレーズ
状(鋸歯形状)やそれに内接する階段形状をなす（図６で
はブレーズ状で表示）。このグレーティングに入射する
光３は接線２ｇに直交する面内で高効率に回折して光４
となる。
（第１面２ａ，第２面２ｂ）の表面を拡大した説明図で
ある。回折面には接線２ｇに沿ってグレーティングが形
成されており、グレーティングの断面形状にはブレーズ
状(鋸歯形状)やそれに内接する階段形状をなす（図６で
はブレーズ状で表示）。このグレーティングに入射する
光３は接線２ｇに直交する面内で高効率に回折して光４
となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のビー
ム整形装置において以下の問題があった。
ム整形装置において以下の問題があった。
【０００８】一般に、ブレーズ状(鋸歯形状)やそれに内
接する階段形状の断面をもつグレーティングの回折効率
はグレーティングピッチに依存するだけでなく入射光の
偏光状態にも依存する。グレーティングのピッチが密に
なると回折効率は低下するが、偏光状態に対する依存性
も高まる。この依存性の現象はピッチが光の波長の３０
倍以下の時に現れ始め、３０倍以上ではほとんど差のな
かった光の回折効率が、３０倍以下の時には偏光方向が
接線２ｇの方位にある方がその直交方向よりも有利にな
る。例えばピッチが光の波長の１０倍程度における実測
結果では、偏光方向５ａ及び５ｂ（図６参照）に対する
回折効率はそれぞれ９０％及び８７％となり、偏光方向
５ａの方が５ｂよりも３％程度、回折効率が高い。
接する階段形状の断面をもつグレーティングの回折効率
はグレーティングピッチに依存するだけでなく入射光の
偏光状態にも依存する。グレーティングのピッチが密に
なると回折効率は低下するが、偏光状態に対する依存性
も高まる。この依存性の現象はピッチが光の波長の３０
倍以下の時に現れ始め、３０倍以上ではほとんど差のな
かった光の回折効率が、３０倍以下の時には偏光方向が
接線２ｇの方位にある方がその直交方向よりも有利にな
る。例えばピッチが光の波長の１０倍程度における実測
結果では、偏光方向５ａ及び５ｂ（図６参照）に対する
回折効率はそれぞれ９０％及び８７％となり、偏光方向
５ａの方が５ｂよりも３％程度、回折効率が高い。
【０００９】一般にはレーザー光の偏光方向はレーザー
光の楕円状の広がり分布の短軸側に沿っているので、図
４において偏光方向は矢印５の方位にある。図４のグレ
ーティングパターンにおいて、最も狭ピッチとなる領域
（いわば強く回折する領域）は円６の近傍であり、この
位置でのグレーティング方位（図６の接線２ｇの方位）
は偏光方向５にほぼ沿っているので、第１面２ａでの回
折は回折効率が高い。一方、図５では第２面２ｂに入射
する光の偏光方向は図４と同じ矢印５の方位にある。
光の楕円状の広がり分布の短軸側に沿っているので、図
４において偏光方向は矢印５の方位にある。図４のグレ
ーティングパターンにおいて、最も狭ピッチとなる領域
（いわば強く回折する領域）は円６の近傍であり、この
位置でのグレーティング方位（図６の接線２ｇの方位）
は偏光方向５にほぼ沿っているので、第１面２ａでの回
折は回折効率が高い。一方、図５では第２面２ｂに入射
する光の偏光方向は図４と同じ矢印５の方位にある。
【００１０】図５のグレーティングパターンにおいて、
最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）は
円７の近傍であり、この位置でのグレーティング方位
（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５とほぼ直交して
いるので、第２面２ｂでの回折は回折効率が悪い。従っ
て、従来のビーム整形素子では偏光方向とグレーティン
グ方位との整合がとれず、全体として回折効率が悪くな
る課題があった。
最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）は
円７の近傍であり、この位置でのグレーティング方位
（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５とほぼ直交して
いるので、第２面２ｂでの回折は回折効率が悪い。従っ
て、従来のビーム整形素子では偏光方向とグレーティン
グ方位との整合がとれず、全体として回折効率が悪くな
る課題があった。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑み、全ての回折
面で偏光方向とグレーティング方位との整合がとれ、回
折効率を高められるビーム整形素子を提供するととも
に、部品点数を増やすことなく光源から出射する光の光
量の一部を検出し、光量の制御を行う光量モニターとし
ても利用できる光量モニター装置を提供することを目的
とする。
面で偏光方向とグレーティング方位との整合がとれ、回
折効率を高められるビーム整形素子を提供するととも
に、部品点数を増やすことなく光源から出射する光の光
量の一部を検出し、光量の制御を行う光量モニターとし
ても利用できる光量モニター装置を提供することを目的
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、以下の手段を用いる。
決するため、以下の手段を用いる。
【００１３】第１の本発明（請求項１に対応）は、光源
と回折素子とを備え、前記回折素子は光源から出射し回
折素子に入射する光が主に入射光軸を含む面Ａに沿って
最も強く回折するように構成され、光の偏光方向が前記
面Ａにほぼ直交するように前記光源又は回折素子を配置
することを特徴とするビーム整形装置である。
と回折素子とを備え、前記回折素子は光源から出射し回
折素子に入射する光が主に入射光軸を含む面Ａに沿って
最も強く回折するように構成され、光の偏光方向が前記
面Ａにほぼ直交するように前記光源又は回折素子を配置
することを特徴とするビーム整形装置である。
【００１４】第２の本発明（請求項２に対応）は、光源
と偏光子と回折素子を備え、前記回折素子は光源から出
射し偏光子を経て前記回折素子に入射する光が主に入射
光軸を含む面Ｂに沿って最も強く回折するように構成さ
れ、前記偏光子により光の偏光方向が前記面Ｂにほぼ直
交するように変換されることを特徴とするビーム整形装
置である。
と偏光子と回折素子を備え、前記回折素子は光源から出
射し偏光子を経て前記回折素子に入射する光が主に入射
光軸を含む面Ｂに沿って最も強く回折するように構成さ
れ、前記偏光子により光の偏光方向が前記面Ｂにほぼ直
交するように変換されることを特徴とするビーム整形装
置である。
【００１５】第３の本発明（請求項３に対応）は、光源
と第１の回折素子と偏光子と第２の回折素子を備え、前
記光源から出射し前記第１の回折素子に入射する光が主
に入射光軸を含む面Ａに沿って最も強く回折し、前記偏
光子を経て前記第２の回折素子に入射する光が主に入射
光軸を含む面Ｂに沿って最も強く回折し、前記第１の回
折素子に入射する光の偏光方向が前記面Ａにほぼ直交
し、前記第２の回折素子に入射する光の偏光方向が前記
偏光子により光の偏光方向が前記面Ｂにほぼ直交するよ
うに変換されることを特徴とするビーム整形装置であ
る。
と第１の回折素子と偏光子と第２の回折素子を備え、前
記光源から出射し前記第１の回折素子に入射する光が主
に入射光軸を含む面Ａに沿って最も強く回折し、前記偏
光子を経て前記第２の回折素子に入射する光が主に入射
光軸を含む面Ｂに沿って最も強く回折し、前記第１の回
折素子に入射する光の偏光方向が前記面Ａにほぼ直交
し、前記第２の回折素子に入射する光の偏光方向が前記
偏光子により光の偏光方向が前記面Ｂにほぼ直交するよ
うに変換されることを特徴とするビーム整形装置であ
る。
【００１６】第４の本発明（請求項４に対応）は、前記
面Ａと面Ｂがほぼ直交し、前記偏光子が１／２波長板で
あることを特徴とする第３の発明に記載のビーム整形装
置である。
面Ａと面Ｂがほぼ直交し、前記偏光子が１／２波長板で
あることを特徴とする第３の発明に記載のビーム整形装
置である。
【００１７】第５の本発明（請求項５に対応）は、光源
と第１の回折素子と偏光子と第２の回折素子と偏光ビー
ムスプリッタと光検出器を備え、前記偏光子は光軸周り
の領域Cでほぼ１／２波長板として振る舞い、領域Cを囲
む外側の領域Dではほぼ１波長板として振る舞い、前記
領域Cを透過する光は前記偏光ビームスプリッタを反射
（または透過）する一方、前記領域Dを透過する光は前
記偏光ビームスプリッタを透過（または反射）して光検
出器に入射し受光され、光量制御用の信号として用いら
れることを特徴とする第４の発明に記載のビーム整形装
置および光量モニター装置である。
と第１の回折素子と偏光子と第２の回折素子と偏光ビー
ムスプリッタと光検出器を備え、前記偏光子は光軸周り
の領域Cでほぼ１／２波長板として振る舞い、領域Cを囲
む外側の領域Dではほぼ１波長板として振る舞い、前記
領域Cを透過する光は前記偏光ビームスプリッタを反射
（または透過）する一方、前記領域Dを透過する光は前
記偏光ビームスプリッタを透過（または反射）して光検
出器に入射し受光され、光量制御用の信号として用いら
れることを特徴とする第４の発明に記載のビーム整形装
置および光量モニター装置である。
【００１８】第６の本発明（請求項６に対応）は、前記
領域Dを透過する光は、第１または第２の回折素子のど
ちらか一方の回折素子で回折し、他方の回折素子では回
折しないことを特徴とする第５の発明に記載のビーム整
形装置である。
領域Dを透過する光は、第１または第２の回折素子のど
ちらか一方の回折素子で回折し、他方の回折素子では回
折しないことを特徴とする第５の発明に記載のビーム整
形装置である。
【００１９】第７の本発明（請求項７に対応）は、光源
と偏光子と回折素子と偏光ビームスプリッタと光検出器
を備え、前記偏光子は光軸周りの領域Cでほぼ１／２波
長板として振る舞い、領域Cを囲む外側の領域Dではほぼ
１波長板として振る舞い、光源から出射し前記領域Cを
透過する光は前記回折素子の横を通って、前記偏光ビー
ムスプリッタに入射し、これを反射（または透過）する
一方、前記領域Dを透過する光は前記回折素子により回
折して、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを透
過（または反射）して光検出器に入射し受光され、光量
制御用の信号として用いられることを特徴とする光量モ
ニター装置である。
と偏光子と回折素子と偏光ビームスプリッタと光検出器
を備え、前記偏光子は光軸周りの領域Cでほぼ１／２波
長板として振る舞い、領域Cを囲む外側の領域Dではほぼ
１波長板として振る舞い、光源から出射し前記領域Cを
透過する光は前記回折素子の横を通って、前記偏光ビー
ムスプリッタに入射し、これを反射（または透過）する
一方、前記領域Dを透過する光は前記回折素子により回
折して、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを透
過（または反射）して光検出器に入射し受光され、光量
制御用の信号として用いられることを特徴とする光量モ
ニター装置である。
【００２０】第８の本発明（請求項８に対応）は、光源
と偏光子と回折素子と偏光ビームスプリッタと光検出器
を備え、前記偏光子は光軸周りの領域Cでほぼ１波長板
として振る舞い、領域Cを囲む外側の領域Dではほぼ１／
２波長板として振る舞い、光源から出射し前記領域Cを
透過する光は前記回折素子の横を通って、前記偏光ビー
ムスプリッタに入射し、これを反射（または透過）する
一方、前記領域Dを透過する光は前記回折素子により回
折して、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを透
過（または反射）して光検出器に入射し受光され、光量
制御用の信号として用いられることを特徴とする光量モ
ニター装置である。
と偏光子と回折素子と偏光ビームスプリッタと光検出器
を備え、前記偏光子は光軸周りの領域Cでほぼ１波長板
として振る舞い、領域Cを囲む外側の領域Dではほぼ１／
２波長板として振る舞い、光源から出射し前記領域Cを
透過する光は前記回折素子の横を通って、前記偏光ビー
ムスプリッタに入射し、これを反射（または透過）する
一方、前記領域Dを透過する光は前記回折素子により回
折して、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを透
過（または反射）して光検出器に入射し受光され、光量
制御用の信号として用いられることを特徴とする光量モ
ニター装置である。
【００２１】上記の様な構成により、各回折素子表面で
の偏光方向を回折効率を高める側に揃えることができ
る。また、同じ回折素子を用いて、光源から出射する光
のうちで、本来ならば周辺光として捨てられるべき光
を、光量モニター用に光として検出することができる。
の偏光方向を回折効率を高める側に揃えることができ
る。また、同じ回折素子を用いて、光源から出射する光
のうちで、本来ならば周辺光として捨てられるべき光
を、光量モニター用に光として検出することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下本発明の実
施の形態１を図１、図４、図５に基づいて説明する。な
お従来例と共通の要素については、同一の番号を付して
説明する。
施の形態１を図１、図４、図５に基づいて説明する。な
お従来例と共通の要素については、同一の番号を付して
説明する。
【００２３】図１（ａ）、図１（ｂ）は本発明の実施の
形態１におけるビーム整形装置及び光量モニター装置の
断面構成における平面図と側面図を示している。
形態１におけるビーム整形装置及び光量モニター装置の
断面構成における平面図と側面図を示している。
【００２４】図１（ａ）、図１（ｂ）に於いて、ビーム
整形装置は光源１と２つの平行平板の間に１／２波長板
２ｃを挟んだビーム整形素子２とで構成される。２ａは
２つの平行平板のうちの光源１側に設けた平行平板の光
源１側の面に対応する第１面、２ｂは２ａは２つの平行
平板のうちの偏光ビームスプリッタ８側に設けた平行平
板の偏光ビームスプリッタ８側の面に対応する第２面で
ある。ビーム整形素子２の第１面２ａには径１１ａ、１
１ｂの領域内に、第２面２ｂには径１２ａ、１２ｂの領
域内に、それぞれ図４と図５で示したビーム整形用の回
折グレーティングが形成されている。光量モニター装置
は上記ビーム整形素子２に加えて、偏光ビームスプリッ
タ８と光検出器９により構成される。まず、半導体レー
ザー等の光源１を出射するレーザー光３はビーム整形素
子２に入射し、その第１面２ａを回折して１／２波長板
２ｃを透過した後、第２面２ｂで回折してビームの広が
りが円形分布に整形された状態で出射する。ビーム整形
素子２の第１面２ａに入射する時は偏光状態はｐ波（矢
印５の偏光方向）であったが、１／２波長板２ｃを透過
することでＳ波（矢印５ｄ（矢印５の偏光方向に垂直な
方向）の偏光方向）に変換され、第２面２ｂに入射する
とき、およびその後の偏光状態もＳ波である。レーザー
光の偏光方向はレーザー光の楕円状の広がり分布の短軸
側に沿っているので、図４において偏光方向は矢印５の
方位にある。図４のグレーティングパターンにおいて、
最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）は
円６の近傍であり、この位置でのグレーティング方位
（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５にほぼ沿ってい
るので、第１面２ａでの回折は回折効率が高い。一方、
図５では回折面２ｂに入射する光の偏光方向は矢印５ｄ
の方位にある。図５のグレーティングパターンにおい
て、最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領
域）は円７の近傍であり、この位置でのグレーティング
方位（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５ｄにほぼ沿
っているので、第２面２ｂでの回折も回折効率が高い。
ビーム整形素子２を出射後の光は偏光ビームスプリッタ
８の偏光面８ａを反射し、この光がビームの広がりの整
形された光源として使用される。一方、光源１を出射す
るレーザー光の内の、より遠軸側にある光１０（光軸Ｌ
から見て遠い側の光）もビーム整形素子２に入射し、第
１面２ａではグレーティングの形成されている範囲外に
あるので、この面を回折せずに透過屈折し、この屈折光
は近軸側の光３（第１面２ａで光軸Ｌ側に回折する光
束）との分離が増長され、１／２波長板２ｃの領域の外
を通過し、第２面２ｂでビーム整形用グレーティングの
形成されている領域の外の領域１３ｂに入射する。領域
１３ｂにはグレーティングが形成されており、このグレ
ーティングにより光１０は第２面２ｂを透過回折して、
光軸Ｌに近づきつつ収束する光となる。
整形装置は光源１と２つの平行平板の間に１／２波長板
２ｃを挟んだビーム整形素子２とで構成される。２ａは
２つの平行平板のうちの光源１側に設けた平行平板の光
源１側の面に対応する第１面、２ｂは２ａは２つの平行
平板のうちの偏光ビームスプリッタ８側に設けた平行平
板の偏光ビームスプリッタ８側の面に対応する第２面で
ある。ビーム整形素子２の第１面２ａには径１１ａ、１
１ｂの領域内に、第２面２ｂには径１２ａ、１２ｂの領
域内に、それぞれ図４と図５で示したビーム整形用の回
折グレーティングが形成されている。光量モニター装置
は上記ビーム整形素子２に加えて、偏光ビームスプリッ
タ８と光検出器９により構成される。まず、半導体レー
ザー等の光源１を出射するレーザー光３はビーム整形素
子２に入射し、その第１面２ａを回折して１／２波長板
２ｃを透過した後、第２面２ｂで回折してビームの広が
りが円形分布に整形された状態で出射する。ビーム整形
素子２の第１面２ａに入射する時は偏光状態はｐ波（矢
印５の偏光方向）であったが、１／２波長板２ｃを透過
することでＳ波（矢印５ｄ（矢印５の偏光方向に垂直な
方向）の偏光方向）に変換され、第２面２ｂに入射する
とき、およびその後の偏光状態もＳ波である。レーザー
光の偏光方向はレーザー光の楕円状の広がり分布の短軸
側に沿っているので、図４において偏光方向は矢印５の
方位にある。図４のグレーティングパターンにおいて、
最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）は
円６の近傍であり、この位置でのグレーティング方位
（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５にほぼ沿ってい
るので、第１面２ａでの回折は回折効率が高い。一方、
図５では回折面２ｂに入射する光の偏光方向は矢印５ｄ
の方位にある。図５のグレーティングパターンにおい
て、最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領
域）は円７の近傍であり、この位置でのグレーティング
方位（図６の接線２ｇの方位）は偏光方向５ｄにほぼ沿
っているので、第２面２ｂでの回折も回折効率が高い。
ビーム整形素子２を出射後の光は偏光ビームスプリッタ
８の偏光面８ａを反射し、この光がビームの広がりの整
形された光源として使用される。一方、光源１を出射す
るレーザー光の内の、より遠軸側にある光１０（光軸Ｌ
から見て遠い側の光）もビーム整形素子２に入射し、第
１面２ａではグレーティングの形成されている範囲外に
あるので、この面を回折せずに透過屈折し、この屈折光
は近軸側の光３（第１面２ａで光軸Ｌ側に回折する光
束）との分離が増長され、１／２波長板２ｃの領域の外
を通過し、第２面２ｂでビーム整形用グレーティングの
形成されている領域の外の領域１３ｂに入射する。領域
１３ｂにはグレーティングが形成されており、このグレ
ーティングにより光１０は第２面２ｂを透過回折して、
光軸Ｌに近づきつつ収束する光となる。
【００２５】この収束光は１／２波長板２ｃを透過して
いないのでｐ波（矢印５の偏光方向）のままであり、偏
光ビームスプリッタ８の偏光面８ａを透過することがで
き、光検出器９の上に集光して、その光量が検出され
る。
いないのでｐ波（矢印５の偏光方向）のままであり、偏
光ビームスプリッタ８の偏光面８ａを透過することがで
き、光検出器９の上に集光して、その光量が検出され
る。
【００２６】上記実施の形態では、各回折面での偏光方
向とグレーティング方位との整合がとれており、全体の
回折効率を最大限に高められている。また、ビーム整形
用のためにグレーティングの形成される第２面２ｂに、
領域１３ｂ内のグレーティングを形成しても、プロセス
上で工数が増える訳ではなく（マスクパターン側に配慮
しておけばビーム整形用のためにグレーティングが形成
されると同時に領域１３ｂ内のグレーティングも形成さ
れる）、しかも領域１３ｂ内を通過する光は本来ならば
周辺光として捨てられるべきものである。従って、上記
実施の形態は部品点数を増やすことなく、かつ光の無駄
な損失を伴わずに、光量モニターを構成できている。
向とグレーティング方位との整合がとれており、全体の
回折効率を最大限に高められている。また、ビーム整形
用のためにグレーティングの形成される第２面２ｂに、
領域１３ｂ内のグレーティングを形成しても、プロセス
上で工数が増える訳ではなく（マスクパターン側に配慮
しておけばビーム整形用のためにグレーティングが形成
されると同時に領域１３ｂ内のグレーティングも形成さ
れる）、しかも領域１３ｂ内を通過する光は本来ならば
周辺光として捨てられるべきものである。従って、上記
実施の形態は部品点数を増やすことなく、かつ光の無駄
な損失を伴わずに、光量モニターを構成できている。
【００２７】なお上記実施の形態では、１／２波長板２
ｃを円形領域（または楕円領域）に形成しているが、回
折面上のグレーティングパターンによって円形領域内は
１波長板（単なる透過板）、その外側は１／２波長板と
する形態も存在する。いずれにしても、１／２波長板２
ｃは整形領域内において各回折面での偏光方向とグレー
ティング方位との整合がとれる形状であればよい。さら
に、光検出器９は偏光ビームスプリッタ８を透過する側
に配置したが、偏光ビームスプリッタ８を光軸Ｌの周り
に９０度回転して、偏光面８ａを反射する側に光検出器
９を配置する構成でも、反射光と透過光が入れ替わるだ
けで効果は同じである。また、光を光検出器９側に回折
させるためのグレーティングを第２面２ｂ側（領域１３
ｂ内）に形成したが、第１面２ａ側でもよく、光の利用
効率は落ちるが第１面２ａ、第２面２ｂの双方にあって
もよい。
ｃを円形領域（または楕円領域）に形成しているが、回
折面上のグレーティングパターンによって円形領域内は
１波長板（単なる透過板）、その外側は１／２波長板と
する形態も存在する。いずれにしても、１／２波長板２
ｃは整形領域内において各回折面での偏光方向とグレー
ティング方位との整合がとれる形状であればよい。さら
に、光検出器９は偏光ビームスプリッタ８を透過する側
に配置したが、偏光ビームスプリッタ８を光軸Ｌの周り
に９０度回転して、偏光面８ａを反射する側に光検出器
９を配置する構成でも、反射光と透過光が入れ替わるだ
けで効果は同じである。また、光を光検出器９側に回折
させるためのグレーティングを第２面２ｂ側（領域１３
ｂ内）に形成したが、第１面２ａ側でもよく、光の利用
効率は落ちるが第１面２ａ、第２面２ｂの双方にあって
もよい。
【００２８】また、上記実施の形態ではビーム整形装置
と光量モニター装置を組み合わせて説明したが別々に構
成しても構わない。特に、ビーム整形装置は光源１とビ
ーム整形素子２とで既に構成できている。光量モニター
装置も、上記実施の形態において、ビーム整形素子２の
各回折面(つまり第１面２ａ、第２面２ｂ)でビーム整形
用のグレーティングを省くことで、光量モニター装置と
して成立する。
と光量モニター装置を組み合わせて説明したが別々に構
成しても構わない。特に、ビーム整形装置は光源１とビ
ーム整形素子２とで既に構成できている。光量モニター
装置も、上記実施の形態において、ビーム整形素子２の
各回折面(つまり第１面２ａ、第２面２ｂ)でビーム整形
用のグレーティングを省くことで、光量モニター装置と
して成立する。
【００２９】（実施の形態２）図２（ａ）は本発明の実
施の形態２におけるビーム整形装置の断面構成図を示し
ている。図２（ａ）に於いて、ビーム整形装置は光源１
と回折グレーティング２Hとで構成され、レーザー光等
の光源を出射する光が回折グレーティング２Hを透過、
回折することで光の分布が変換されている。回折グレー
ティング２Hの最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回
折する領域）でのグレーティング方位はｙ軸方向にあ
り、光源を出射する光の偏光方向３ｙもｙ軸方向にあ
る。従って、偏光方向とグレーティング方位との整合が
とれるように回折グレーティング２H（または光源１）
が配置されているので、上記実施の形態での回折効率は
高い。
施の形態２におけるビーム整形装置の断面構成図を示し
ている。図２（ａ）に於いて、ビーム整形装置は光源１
と回折グレーティング２Hとで構成され、レーザー光等
の光源を出射する光が回折グレーティング２Hを透過、
回折することで光の分布が変換されている。回折グレー
ティング２Hの最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回
折する領域）でのグレーティング方位はｙ軸方向にあ
り、光源を出射する光の偏光方向３ｙもｙ軸方向にあ
る。従って、偏光方向とグレーティング方位との整合が
とれるように回折グレーティング２H（または光源１）
が配置されているので、上記実施の形態での回折効率は
高い。
【００３０】（実施の形態３）図２（ｂ）は本発明の実
施の形態３におけるビーム整形装置の断面構成図を示し
ている。
施の形態３におけるビーム整形装置の断面構成図を示し
ている。
【００３１】図２（ｂ）に於いて、ビーム整形装置は光
源１と１／２波長板２Pと回折グレーティング２Hとで構
成され、レーザー光等の光源を出射する光が１／２波長
板２Pを透過し、回折グレーティング２Hを回折すること
で光の分布が変換されている。回折グレーティング２H
の最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）
でのグレーティング方位はｙ軸方向にある。光源を出射
する光の偏光方向３ｘはｘ軸方向にあるが、１／２波長
板２Pを透過することでｙ軸方向に揃う。従って、回折
前の偏光方向とグレーティング方位との整合がとれるの
で、本実施の形態での回折効率も高い。
源１と１／２波長板２Pと回折グレーティング２Hとで構
成され、レーザー光等の光源を出射する光が１／２波長
板２Pを透過し、回折グレーティング２Hを回折すること
で光の分布が変換されている。回折グレーティング２H
の最も狭ピッチとなる領域（いわば強く回折する領域）
でのグレーティング方位はｙ軸方向にある。光源を出射
する光の偏光方向３ｘはｘ軸方向にあるが、１／２波長
板２Pを透過することでｙ軸方向に揃う。従って、回折
前の偏光方向とグレーティング方位との整合がとれるの
で、本実施の形態での回折効率も高い。
【００３２】
【発明の効果】以上の本発明により、ビーム整形素子の
各回折面での偏光方向を最も挟ピッチ領域（いわば強く
回折する領域）でのグレーティング方位に揃えることが
できるので、全体の回折効率を高めることができる。ま
た、ビーム整形素子で使用したグレーティングを利用
し、偏光ビームスプリッタと光検出器以外に部品点数を
増やすことなく、光源から出射する光のうち、本来なら
ば周辺光として捨てられる領域の光を検出することがで
き、安価で高効率な光量モニター装置を構成することが
できる。
各回折面での偏光方向を最も挟ピッチ領域（いわば強く
回折する領域）でのグレーティング方位に揃えることが
できるので、全体の回折効率を高めることができる。ま
た、ビーム整形素子で使用したグレーティングを利用
し、偏光ビームスプリッタと光検出器以外に部品点数を
増やすことなく、光源から出射する光のうち、本来なら
ば周辺光として捨てられる領域の光を検出することがで
き、安価で高効率な光量モニター装置を構成することが
できる。
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるビーム整
形装置及び光量モニター装置の断面構成における平面図 （ｂ）本発明の実施の形態１におけるビーム整形装置及
び光量モニター装置の断面構成における側面図
形装置及び光量モニター装置の断面構成における平面図 （ｂ）本発明の実施の形態１におけるビーム整形装置及
び光量モニター装置の断面構成における側面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態２におけるビーム整
形装置の断面構成図 （ｂ）本発明の実施の形態３におけるビーム整形装置の
断面構成図
形装置の断面構成図 （ｂ）本発明の実施の形態３におけるビーム整形装置の
断面構成図
【図３】（ａ）従来例の形態におけるビーム整形装置の
断面構成における平面図 （ｂ）従来の形態におけるビーム整形装置の断面構成に
おける側面図
断面構成における平面図 （ｂ）従来の形態におけるビーム整形装置の断面構成に
おける側面図
【図４】従来及び本発明の実施の形態１におけるビーム
整形素子の表面２ａに形成されるグレーティングのパタ
ーン図
整形素子の表面２ａに形成されるグレーティングのパタ
ーン図
【図５】従来及び本発明の実施の形態１におけるビーム
整形素子の表面２ｂに形成されるグレーティングのパタ
ーン図
整形素子の表面２ｂに形成されるグレーティングのパタ
ーン図
【図６】従来の形態におけるビーム整形素子の回折面
（２ａ，２ｂ）の表面を拡大した説明図
（２ａ，２ｂ）の表面を拡大した説明図
１ 光源
２ ビーム整形素子
２ａ，２ｂ 回折面
２ｃ １／２波長板
８ 偏光ビームスプリッタ
９ 光検出器
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｓ 5/022 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｅ
(72)発明者 高橋 雄一
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA57 AA65 BA05 BA06
BC21
2H099 AA00 BA17 CA06 CA08 DA00
5D119 AA03 JA12 JA13
5F073 AB25 EA29 FA04
Claims (8)
- 【請求項１】 光源と回折素子を備え、前記回折素子は
前記光源から出射し前記回折素子に入射する光が主に入
射光軸を含む面Ａに沿って最も強く回折するように構成
され、光の偏光方向が前記面Ａにほぼ直交するように前
記光源又は回折素子を配置することを特徴とするビーム
整形装置。 - 【請求項２】 光源と偏光子と回折素子を備え、前記回
折素子は前記光源から出射し前記偏光子を経て前記回折
素子に入射する光が主に入射光軸を含む面Ｂに沿って最
も強く回折するように構成され、前記偏光子により光の
偏光方向が前記面Ｂにほぼ直交するように変換されるこ
とを特徴とするビーム整形装置。 - 【請求項３】 光源と第１の回折素子と偏光子と第２の
回折素子を備え、前記光源から出射し前記第１の回折素
子に入射する光が主に入射光軸を含む面Ａに沿って最も
強く回折し、前記偏光子を経て前記第２の回折素子に入
射する光が主に入射光軸を含む面Ｂに沿って最も強く回
折し、前記第１の回折素子に入射する光の偏光方向が前
記面Ａにほぼ直交し、前記第２の回折素子に入射する光
の偏光方向が前記偏光子により光の偏光方向が前記面Ｂ
にほぼ直交するように変換されることを特徴とするビー
ム整形装置。 - 【請求項４】 前記面Ａと面Ｂがほぼ直交し、前記偏光
子が１／２波長板であることを特徴とする請求項３記載
のビーム整形装置。 - 【請求項５】 光源と第１の回折素子と偏光子と第２の
回折素子と偏光ビームスプリッタと光検出器を備え、前
記偏光子は光軸周りの領域Cでほぼ１／２波長板として
振る舞い、領域Cを囲む外側の領域Dではほぼ１波長板と
して振る舞い、前記領域Cを透過する光は前記偏光ビー
ムスプリッタを反射（または透過）する一方、前記領域
Dを透過する光は前記偏光ビームスプリッタを透過（ま
たは反射）して光検出器に入射し受光され、光量制御用
の信号として用いられることを特徴とする請求項４記載
のビーム整形装置。 - 【請求項６】 前記領域Dを透過する光は、第１または
第２の回折素子のどちらか一方の回折素子で回折し、他
方の回折素子では回折しないことを特徴とする請求項５
記載のビーム整形装置。 - 【請求項７】 光源と偏光子と回折素子と偏光ビームス
プリッタと光検出器を備え、前記偏光子は光軸周りの領
域Cでほぼ１／２波長板として振る舞い、領域Cを囲む外
側の領域Dではほぼ１波長板として振る舞い、光源から
出射し前記領域Cを透過する光は前記回折素子の横を通
って、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを反射
（または透過）する一方、前記領域Dを透過する光は前
記回折素子により回折して、前記偏光ビームスプリッタ
に入射し、これを透過（または反射）して光検出器に入
射し受光され、光量制御用の信号として用いられること
を特徴とする光量モニター装置。 - 【請求項８】 光源と偏光子と回折素子と偏光ビームス
プリッタと光検出器を備え、前記偏光子は光軸周りの領
域Cでほぼ１波長板として振る舞い、領域Cを囲む外側の
領域Dではほぼ１／２波長板として振る舞い、光源から
出射し前記領域Cを透過する光は前記回折素子の横を通
って、前記偏光ビームスプリッタに入射し、これを反射
（または透過）する一方、前記領域Dを透過する光は前
記回折素子により回折して、前記偏光ビームスプリッタ
に入射し、これを透過（または反射）して光検出器に入
射し受光され、光量制御用の信号として用いられること
を特徴とする光量モニター装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002114551A JP2003307710A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | ビーム整形装置および光量モニター装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002114551A JP2003307710A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | ビーム整形装置および光量モニター装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003307710A true JP2003307710A (ja) | 2003-10-31 |
Family
ID=29396317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002114551A Pending JP2003307710A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | ビーム整形装置および光量モニター装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003307710A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007158092A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Sony Corp | レーザ発光装置およびレーザ駆動方法 |
| KR20120050497A (ko) * | 2009-08-26 | 2012-05-18 | 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하 | 레이저 시스템용 계측 모듈 |
| CN111103744A (zh) * | 2018-10-26 | 2020-05-05 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 显示设备与显示系统 |
-
2002
- 2002-04-17 JP JP2002114551A patent/JP2003307710A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007158092A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Sony Corp | レーザ発光装置およびレーザ駆動方法 |
| KR20120050497A (ko) * | 2009-08-26 | 2012-05-18 | 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하 | 레이저 시스템용 계측 모듈 |
| KR101709820B1 (ko) | 2009-08-26 | 2017-03-08 | 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하 | 레이저 시스템용 계측 모듈 |
| CN111103744A (zh) * | 2018-10-26 | 2020-05-05 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 显示设备与显示系统 |
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