JP2934292B2 - 光路分割素子 - Google Patents

光路分割素子

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JP2934292B2 JP19774290A JP19774290A JP2934292B2 JP 2934292 B2 JP2934292 B2 JP 2934292B2 JP 19774290 A JP19774290 A JP 19774290A JP 19774290 A JP19774290 A JP 19774290A JP 2934292 B2 JP2934292 B2 JP 2934292B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1つの光束を同一平面内で複数の光束に分
割する光路分割素子に関し、特に、均一光量の光源光を
二次元の多光束群に分割し、照射面に二次元のマルチス
ポットを与える光路分割素子に関するものである。
〔従来の技術〕
CO2レーザ、Ar+レーザ等各種レーザ光源を用いた誘電
体薄膜(あるいは厚膜)の空間選択形成方法、すなわ
ち、レーザCVD法を用いてマイクロレンズアレイの作製
を行う場合、従来は、マルチスポットを基板面に与える
方法としてガルバノミラーとアークサイン集光レンズあ
るいは、ポリゴンミラーとf・θレンズの組み合わせに
よる走査光学系と、AOM,EOM等の組み合わせによる方法
が知られている。
上記の光走査方法によれば、基板面の所定の位置への
光照射はパルス状に行われるが、パルス照射時はCW照射
時と比べて膜を構成する粒径が大きくなるという欠点が
知られている。
又、上記光走査方式を用いる場合、偏向光学系、光変
調器及び、両者の同期制御等が必要となる。
さらに、マイクロレンズアレイを構成する個々の要素
レンズ間の均一性を保つためには、個々のスポットに対
し、等しい光量を与えることが必要で、そのために、一
回の走査時間内でレーザのパワーを一定にしなければな
らない等の理由から、装置が非常に複雑になるという問
題があった。
また、CW照射をするためには、光束を分割する必要が
あり、この目的には円錐状の光束射出面を有するアキシ
コンレンズの使用が考えられる。しかし、この場合、分
割される光束は平行ではないために、レンズと被照射面
間の距離が相違すると、被照射面の面積や被照射面相互
間の距離が相違してしまい、調整がむづかしい。
上記の欠点を解消すべく、分割された光束の射出方向
を揃えた光路分割素子が特開昭50−65246で提案されて
いる。第10図で説明するが、これは頂角の等しい2つの
三角柱体のプリズムa,bを、両頂角の稜線a′,b′が平
行になるように背中合わせにし、四角柱状プリズムcを
はさむようにして一体化したものである。第11図に示す
ように、平行な入射光束r1及びr2は、プリズムで屈折さ
れてr1′,r2′の2光束に分割され、各光束はその方向
を変化させない。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の光路分割素子は、2つにしか分割でき
ず、多数の要素レンズをもつマイクロレンズアレイの形
成用には不向きである。また、第11図に点線で示す分割
素子の上下端部から入射した光束は、プリズム透過後に
接近してしまい、光束の分離が悪くなるので、ここの部
分を遮蔽することになり、光束の利用効率が低下する。
本発明は、上記の従来技術の有する欠点の解消を図っ
たもので、基板面に対してCW照射で光量比の等しいマル
チスポットを二次元的に等間隔に与えることができる簡
便な光路分割素子を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために本発明は、光束入射面
と、これに平行な光束射出面とを有し、これら両面に直
角に隣接する複数の接合面を有する主プリズムと、 光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し、こ
れら両面と直角に隣接する外側接合面と、該外側接合面
と対向し、光束入射面と鈍角をなす内側接合面とを有す
る複数の副プリズムとからなり、前記主プリズムの前記
一以上の接合面に第1層の副プリズムの前記内側接合面
を接合し、第2層以降の副プリズムの前記内側接合面
を、その内側にある副プリズムの外側接合面に順次接合
した構成としている。
又、各接合されるプリズムの光束入射面側で隣接する
稜線が相互に重なり合う構成とすることが望ましい。
又、各副プリズムの光束入射面が主プリズムの光束入
射面の延長面内に投影する面積を、主プリズムの光束入
射面の面積とほぼ同じになるように、副プリズムの前記
内外接合面間の距離を変化させる構成を採用することも
できる。
合わせて、主プリズム及び各副プリズムの光束入射面
に、反射防止膜を形成する構成としてもよい。
この場合、主プリズムにおける反射防止膜の膜厚をt
としたとき第i層の副プリズムの反射防止膜の膜厚ti
次式、 (但しnは反射防止膜の屈折率) を満たす構成とすることが望ましい。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。本発
明の光路分割素子は、1個の主プリズムと、この主プリ
ズムの周囲に接合される複数群の副プリズムから構成さ
れる。
先ず、第1図から第3図に示されるように、主プリズ
ム1は直方体形状をしており、一辺の長さがl0の正方形
をした光束入射面10と、同じ正方形の光束射出面20がd0
の間隔で平行に対向し、これら両面と直角に設けられた
接合面01から04とで直方体形状に形成されている。
一方、第4図から第6図は、副プリズムij(i=1,2,
3……n、j=1,2,3,4)を示すが、図示のように副プリ
ズムijは台形で、上面が長方形状の光束入射面10iとな
り、底面が同じく長方形状の光束射出面20iとなって、d
iの間隔で平行に対向している。そして、これらを接合
する4つの接合面01iから04iの内、01iのみが光束入射
面10iとπ/2+θi(i=1,2,3……n)の鈍角をなし、
他の02iから04iは光束入射面10iと直角になっている。
本明細書においては、上記傾斜した接合面01iを内側接
合面といい、これに対向する接合面02iを外側接合面と
いうことにする。
この副プリズムijにおいて、光束入射面10iと内側接
合面01i、及び外側接合面02iよりなる稜線の長さは共に
l ijで、これは、主プリズム1の前記l0に等しい。
∴ l ij=l0(i=1,2,3……n j=1,2,3,4) 以上の構成からなる副プリズムijを、第7図に示すよ
うに主プリズム1の各接合面01〜04に接合する。
すなわち、先ず、主プリズム1の各接合面01〜04に第
1層の副プリズム11,12,13,14の傾斜した各内側接合面0
1i(i=1)を接合する。
次に、各第1層の副プリズムの外側接合面02i(i=
1)に第2層の副プリズム21,22,23,24の内側接合面01i
(i=2)を接合する。図示はしないが、順次に任意の
第n層まで同様に接合していくことができる。
このとき、各接合されるプリズムの光束入射面10又は
10i側で隣接するプリズムの稜線が完全に重なるように
接合している。
第8図に示すように、各副プリズムの光束入射面10i
と主プリズムの光束入射面10とのなす角をφとすれ
ば、 となる。なお、ここで、θ>0である。
また、各副プリズムの光束入射面10iが主プリズムの
光束入射面10の延長面内に投影する面積を、主プリズム
の光束入射面の面積と同じになるように、副プリズムの
前記内外接合面間の距離liを次式により決定する。
li=l0/cosφ ………(2) 上記構成の光路分割素子において、第8図に示すよう
に、主プリズム1の光束入射面10と垂直な入射光線束
A0,A1……Aiを照射する。
この内、主プリズム1の光束入射面10に入射する入射
光線束A0は、光束入射面10で屈折せずに主プリズムを透
過し、射出光線束A0′となって光束射出面20から垂直に
射出する。
第1層の副プリズム11,12の光束入射面101に入射する
光線束A1は、図示のように屈折してA0′からシフトして
A1′となる。第2層以降も同様で、第i層の副プリズム
ijからの射出光線束は隣接するプリズムの光線束からシ
フトしてAi′となり、光路がプリズムの数と同数に分割
されることになる。
第9図は第7図に示す光路分割素子(図示の例は9分
割素子)に遮光板30を配し、該遮光板に十字状のスリッ
ト31を形成したもので、射出側投影面40上に9個の正方
形スポットを十字状で、かつ等間隔に形成している。こ
のように分割された射出光線束が照射する各面積、すな
わち各開口面積を求めてみる。
主プリズムの光束入射面10の面積をS0とすれば、前述
の通り光線は真っ直ぐに進むから、主プリズムの開口面
積はS0′=S0であり、第3図から、 S0=l0 2 ………(3) となる。
副プリズムの光束入射面の面積Siは、第6図からSi=
l0×liで、(2)式より、 Si=l0 2/cos φ ………(4) となる。
また、第8図から前記副プリズムijの光線入射面10i
への入射光線の入射角はφ、従って副プリズムijの開
口面積Si′は、 Si′=Si×cos φ=l0 2(一定) …(5) となり、各々のプリズムの開口面積Si′は全て等しくな
る。
次に、任意の副プリズムijにおいて、第8図に示すよ
うに屈折角はφ′であり、一方、入射角はφである
から、プリズムの屈折率をNとしたとき、スネルの法則
により、 が成り立つ。
前記副プリズムijの光束入射面10iにて屈折した屈折
光束は、前記副プリズムijの光束射出面20iで再び屈折
される。このときスネルの法則が成り立つから、射出角
はφとなり、射出光束Ai′は入射光束Aiと平行であ
る。ただし、副プリズムにおける屈折により、射出光束
Ai′は入射光束Aiに対してΔXiだけシフトする。
そして、このシフト量は次式、 ΔXi=di×(tanφ−tanφ′)×cosφ …(7) により求めることができる。
ここで、diは、前記副プリズムijの光束入射面10iか
ら光束射出面20i間の距離である。
このとき、副プリズムijの光束入射面10iと内側接合
面01iとのなす角π/2+θについて、 が成り立つようにθを設定すると、この(8)式との
前述の(6)式から、 φ′<θ ………(9) が成り立つので、副プリズムij内を透過する光線は、傾
斜した内側接合面01iを越えて、隣接するプリズム内に
は入射しない。
以上の構成により、射出光束AiとAi-1は分割された平
行光束となり、各々のスポットへのCW照射が実現し、CV
D形成される膜の粒径が大きくなるというパルス照射時
の問題を解決できる。また、レンズアレイ形成時のレー
ザパワーのゆらぎは、各々のスポットに対し均等に配分
され、各々の要素レンズ間のバラツキは走査型結像光学
系を用いたパルス照射時よりも少なくできる。
次に、他の実施例について説明する。
上記の実施例による光路分割素子においては、副プリ
ズムijの積層する層の数、即ちiの増加に伴い、光束入
射角φが増大する。
例えば、CO2レーザの波長、λ=10.6μm、プリズム
の硝材がZnSeにおいて、垂直入射時の反射率ゼロの条件
として、 ZnSeの屈折率 ng=2.4 反射防止膜の屈折率 n1=ng=1.549 また、反射防止膜の厚みt0は、 n1t0=λ/2 より t0=1.711μm また、反射率Rの入射角φ依存性は、 従って、入射角φが大きいとい、反射率Rが急増、すな
わち反射損失が急激に増加するので、第9図に示す各開
口面積Si′全体が受ける光量は、主プリズムに対応する
開口面積S0′が受ける光量に比べ低下する。
そこで、この実施例においては、副プリズムijの光束
入射面10iに反射防止膜を形成する構成とした。
光束入射面10iに屈折率n1で膜厚tiの反射防止膜を形
成すれば、入射角φに対し、反射防止膜中の屈折角φ′
は、 φ=n1sinφ′の関係になり、副プリズムijへの入射角
φ′を小さくできる。また、膜厚により位相ズレがn1t1
cosφ′で表せ、cosφ′だけ膜厚が薄くなることにより
生じる。
従って、各々の副プリズムijの反射防止膜の膜厚t
iを、 とすれば、各プリズムの表面反射が均一になり、スポッ
ト間の光量比がさらに均一になる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、走査型結像光学
系を用いるよりも装置の構成が単純であり、各々のスポ
ットへのCW照射が実現し、CVD形成される膜の粒径が大
きくなるというパルス照射時の問題を解決できる。ま
た、マイクロレンズアレイ形成時のレーザパワーのゆら
ぎは、各々のスポットに対し均等に配分され、各々の要
素レンズ間のバラツキは走査型結像光学系を用いたパル
ス照射時よりも少なくできる。
さらに反射防止膜を形成することにより、各プリズム
が形成するスポット間の光量がより一層均一化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光路分割素子に使用される主プリズム
の斜視図、 第2図は第1図のX−Z面図、 第3図は第1図のX−Y面図、 第4図は本発明の光路分割素子に使用される副プリズム
の斜視図、 第5図は第4図のX−Z面図、 第6図は第4図のX−Y面図、 第7図は本発明の光路分割素子の斜視図、 第8図は光路分割作用を説明する図、 第9図は第7図の光路分割素子の使用状態を示す斜視
図、 第10図は従来の光路分割素子の斜視図、 第11図は従来の光路分割素子の光路分割作用を説明する
図である。 1……主プリズム、ij(11〜14,21〜24)……副プリズ
ム、10,10i……光束入射面、20,20i……光束射出面、01
〜04……(主プリズムの)接合面、01i……(副プリズ
ムの)内側接合面、02i……(同)外側接合面。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光束入射面と、これに平行な光束射出面と
    を有し、これら両面と直角に隣接する複数の接合面を有
    する主プリズムと、 光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し、これ
    ら両面と直角に隣接する外側接合面と、該外側接合面と
    対向し、光束入射面と鈍角をなす内側接合面とを有する
    複数の副プリズムとからなり、 前記主プリズムの前記一以上の接合面に第1層の副プリ
    ズムの前記内側接合面を接合し、第2層以降の副プリズ
    ムの前記内側接合面を、その内側にある副プリズムの外
    側接合面に順次接合したことを特徴とする光路分割素
    子。
  2. 【請求項2】各接合されるプリズムの光束入射面側で隣
    接する稜線が相互に重なり合うことを特徴とする請求項
    1記載の光路分割素子。
  3. 【請求項3】各副プリズムの光束入射面が主プリズムの
    光束入射面の延長面内に投影する面積を、主プリズムの
    光束入射面の面積とほぼ同じになるように、副プリズム
    の前記内外接合面間の距離を変化させたことを特徴とす
    る請求項1又は2記載の光路分割素子。
  4. 【請求項4】主プリズム及び各副プリズムの光束入射面
    に、反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項1か
    ら3の何れかに記載の光路分割素子。
  5. 【請求項5】主プリズムにおける反射防止膜の膜厚をt
    としたとき第i層の副プリズムの反射防止膜の膜厚ti
    次式、 (但しnは反射防止膜の屈折率) を満たすことを特徴とする請求項4記載の光路分割素
    子。
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