JP3283220B2 - 光束分割素子 - Google Patents
光束分割素子Info
- Publication number
- JP3283220B2 JP3283220B2 JP19929797A JP19929797A JP3283220B2 JP 3283220 B2 JP3283220 B2 JP 3283220B2 JP 19929797 A JP19929797 A JP 19929797A JP 19929797 A JP19929797 A JP 19929797A JP 3283220 B2 JP3283220 B2 JP 3283220B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light beam
- beam splitting
- splitting element
- phase
- reference phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
型の光束分割素子に関する。
は、例えば特開平5−323110号公報、特開平7−
225305号公報に開示されている。これらの公報に
は、単一の位相高さを持つ不均等幅の矩形パターンを利
用して奇数本、あるいは偶数本の回折光を得る光束分割
素子が開示される。
た公報に記載された従来の光束分割素子は、回折効率が
前者の実施例で70%〜85%、後者の実施例で81%
と低い値に止まっており、入射光の強度を十分有効に利
用することができず、光エネルギーのロスが大きいとい
う課題がある。
報にも記載されるように、コンピュータに接続される光
記録装置、あるいは、光コンピュータの分野では、ディ
ジタル演算の単位が1バイト、すなわち8ビットであ
り、演算の基本が一般に偶数ビット単位であるため、こ
れらの分野で利用される光記録装置、あるいは光コンピ
ュータにおいても、偶数本の光が利用される場合があ
る。したがって、光束分割素子も光を偶数本に分割する
ことができれば、入射光の強度を無駄にすることなく有
効に利用することができる。
みてなされたものであり、偶数本の回折光を発生する光
束分割素子であって、回折効率を従来の素子よりも高め
ることができる光束分割素子を提供することを目的とす
る。
ティング型の光束分割素子は、上記の目的を達成させる
ため、帯状の基準位相パターンを、そのピッチ内で与え
る位相差が非線形に変化するよう、かつ、ピッチ内の何
れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよ
う形成し、隣接する基準位相パターンの間でΔPの位相
ギャップを有し、この位相ギャップΔPが、0.7π<
|ΔP|<1.2πの条件を満たすことを特徴とする。
素子の実施形態を説明する。図1は実施形態の光束分割
素子の基準位相パターンの形状を示す拡大図、図2は素
子全体を示す斜視図である。
形成された部分は、図1に拡大して示されるように、x
方向に延びる帯状の基準位相パターンP1,P2,...が
基板B上に等ピッチでy方向に多数並列して形成され
る。基板Bは、基準パターンPも含めて透明な樹脂材
料、またはガラス材料で形成されており、入射光を回折
させて複数の光束に分割する透過型のグレーティング型
光束分割素子である。
2,...は、y方向においてそのピッチ内で与える位相差
が非線形に変化するよう、すなわち、二値ではなく多値
の値を持つよう、しかも、このピッチ内の何れの位置を
中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成され
ている。また、隣接する基準位相パターンの間では、す
なわちパターンP1とP2との間、パターンP2とP3との
間では、ΔPの位相ギャップが形成され、この位相ギャ
ップΔPは、0.7π<|ΔP|<1.2πの条件を満
たすよう設定されている。
0.0125ラジアンおきに8本の回折光に分割する場
合、使用波長を488nmとすると、y方向のピッチは
約40μm、段差は基板の屈折率を1.5として高低の
ピーク間で約1μmとなる。なお、図1に示される基準
位相パターンの形状は、後述する実施例3の基準位相パ
ターンを利用して形成されている。
光を効率よく発生させることができる。一般に回折格子
を用いると、回折光は0次回折光(透過光)を中心にプラ
スマイナスの回折光が対称的に現れて全体として奇数本
の回折光が得られる。発明の光束分割素子では、基準パ
ターンの位相分布を非対称にすることにより、上記の奇
数本の回折光の対称性を崩し、偶数本の回折光の発生を
可能としている。また、多値の位相分布を与えることに
より、回折効率を高め、入射光のエネルギーを有効に利
用することを可能としている。
見ると、図2に示されるように、円筒の一部を切り欠い
た形状に形成されており、破線で示される円C1,C2を
断面とする円柱に沿って形成された内側の凹状の円柱面
11に、周方向に沿って延びる基準位相パターンが母線
方向に沿って複数並列して回折パターン部12が形成さ
れている。
るような複雑な位相パターンを持つ回折格子は、干渉法
や、干渉法により得られたパターンをマスクとするエッ
チング法では正確に刻むことができない。そこで、ここ
では、機械刻線法によりマスターとなる金型を作成し、
その刻線されたマスターのパターンを樹脂や光学ガラス
に転写することにより光束分割素子を作成する。
る場合にも、平面上に位相パターンを形成するために
は、この平面に平行な面内の直交2軸方向と、平面に垂
直な高さ方向との全部で3次元の方向に対してバイトと
金型とを相対的に駆動制御しなければならず、加工に時
間がかかる上、3次元の制御で波長オーダーの精密なパ
ターンを刻むためには駆動装置のコストが高くなる。実
施形態では、形成される位相パターンが、図1に示され
るように、その高さがy方向に沿ってのみ変化し、x方
向については同一であることに着目し、x方向を円周方
向とする円柱面上に位相パターンを形成するよう構成し
ている。
な旋盤20の回転軸21に円柱状の金型30を取り付
け、y方向に直交するz方向に移動可能なスライドテー
ブル22にバイト23を固定する。金型30をRx方向
に回転させつつy方向に微少量づつ送り、目的とする位
相パターンの形状に合わせてバイト23と金型30との
距離が変化するようスライドテーブル22をz方向に移
動制御する。このような制御により、金型30の表面に
は、位相パターンの反転形状となる位相パターンのマス
ターが円周方向Rxに沿った帯状に刻線される。すなわ
ち、Rx方向については、何れの位置でも位相パターン
の高さは同一であるため位置の制御は不要である。
的な位置を回転軸方向yと回転軸に近接、離反するz方
向の二次元方向に制御するのみで金型を加工することが
でき、比較的簡単な制御で実施形態のように位相パター
ンが多値、非線形の複雑な位相差を持つグレーティング
パターンのマスターを形成することができる。
ターが形成された金型30を成形機にセットしてPMM
A等の光学樹脂を基材として成形することにより、金型
の位相パターンのマスターが光学樹脂に転写され、所定
の位相パターンを有するグレーティング型の光束分割素
子を形成することができる。
例である光束分割素子の構成例を12例説明する。実施
例1は入射光束を4つの回折光に分割する素子、実施例
2〜5は入射光を8つの回折光に分割する素子、実施例
6〜12は入射光束を16の回折光に分割する素子の例
である。
定の本数(4,8,16本)に分割するときに、(1)分割
された各光束の強度が同一になるようにすること、(2)
目的とする分割数以外の位置に余分な光が出ないように
すること、という2つの条件を満たすよう最適化するこ
とにより求められた形状である。
れる基準位相パターンの形状を示す。この表では、基準
位相パターンの1ピッチを図1のy方向、すなわち位相
パターンの並列方向に沿って0〜63の64の座標に等
分割し、各座標での相対的な形状を光の位相差として示
しており、その単位はラジアンである。実形状は、座標
0の点からのz方向の距離として表される場合、空気中
での使用を前提とすると、使用波長をλ、素子の屈折率
をnとして、位相×λ/(2π(n−1))により求められ
る。図4は、表1に示される実施例1の光束分割素子の
基準位相パターンの形状を示すグラフであり、縦軸が位
相差、横軸が座標である。実施例1では、隣接する基準
位相パターン間の位相ギャップΔPは1.00πである。位
相ギャップは、座標0の位相と座標63の位相との差と
して求められる。
れる基準位相パターンの形状を示す。図5は、表2に示
される実施例2の光束分割素子の基準位相パターンの形
状を示すグラフである。実施例2では、隣接する基準位
相パターン間の位相ギャップΔPは0.75πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図6は、表3に示
される実施例3の光束分割素子の基準位相パターンの形
状を示すグラフである。実施例3では、隣接する基準位
相パターン間の位相ギャップΔPは0.99πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図7は、表4に示
される実施例4の光束分割素子の基準位相パターンの形
状を示すグラフである。実施例4では、隣接する基準位
相パターン間の位相ギャップΔPは0.99πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図8は、表5に示
される実施例5の光束分割素子の基準位相パターンの形
状を示すグラフである。実施例5では、隣接する基準位
相パターン間の位相ギャップΔPは1.00πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図9は、表6に示
される実施例6の光束分割素子の基準位相パターンの形
状を示すグラフである。実施例6では、隣接する基準位
相パターン間の位相ギャップΔPは1.01πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図10は、表7に
示される実施例7の光束分割素子の基準位相パターンの
形状を示すグラフである。実施例7では、隣接する基準
位相パターン間の位相ギャップΔPは0.98πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図11は、表8に
示される実施例8の光束分割素子の基準位相パターンの
形状を示すグラフである。実施例8では、隣接する基準
位相パターン間の位相ギャップΔPは1.14πである。
れる基準位相パターンの形状を示す。図12は、表9に
示される実施例9の光束分割素子の基準位相パターンの
形状を示すグラフである。実施例9では、隣接する基準
位相パターン間の位相ギャップΔPは0.86πである。
用いられる基準位相パターンの形状を示す。図13は、
表10に示される実施例2の光束分割素子の基準位相パ
ターンの形状を示すグラフである。実施例10では、隣
接する基準位相パターン間の位相ギャップΔPは1.07π
である。
用いられる基準位相パターンの形状を示す。図14は、
表11に示される実施例11の光束分割素子の基準位相
パターンの形状を示すグラフである。実施例11では、
隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔPは1.04
πである。
用いられる基準位相パターンの形状を示す。図15は、
表12に示される実施例12の光束分割素子の基準位相
パターンの形状を示すグラフである。実施例12では、
隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔPは0.98
πである。
12の光束分割素子の光束分割性能を示す数値であり、
入射光の強度を1として、分割された各光束の光量を次
数毎に示している。回折効率は、各実施例が目的とする
分割数の回折光の強度が入射光束の強度に占める割合を
示し、例えば実施例1では−1次〜+2次の4つの回折
光強度の合計が、実施例2では−3次〜+4次の8つの
回折光強度の合計が、それぞれ入射光束の強度1に占め
る割合を示す。なお、表13、14に示される各実施例
の回折光の強度分布は、図16〜図27のグラフにそれ
ぞれ示されている。これらのグラフで、横軸は回折光の
次数、縦軸は入射光の強度を1としたときの各次数の回
折光の強度を示す。また、以下の結果に対し、入射光の
入射面は、図2における光束分割素子10の凹面凸面の
どちらであるかを問わない。
によれば、回折効率を最低でも約91%、最大では約9
8%にまで高めることができる。
とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合がパー
セントで示されている。4つの回折光を得る実施例1の
場合には、入射光の強度を1としたときの各回折光の強
度の理想値は0.25であるが、−1次光の実際の強度
は0.22965であるため、理想値に対する割合は9
2%となる。同様に、8つの回折光を得る実施例2〜4
の場合には、理想強度は0.125、16の回折光を得
る実施例6〜12の場合には理想強度は0.0625と
なる。
的とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合は、
全ての実施例を通じて92%〜98%であり、各実施例
毎の割合の最大値と最小値との差は、パーセント表示で
0ポイント〜4ポイントである。これらの結果から、何
れの実施例においても、各回折光に入射光のエネルギー
がほぼ均等に振り分けられていることが理解できる。ま
た、上記実施例では、位相基準パターンの形状は、図1
からもわかるように、図2の円柱面11に対して凸であ
る。すなわち、各実施例は、各位相基準パターンについ
て、その形状が最も低くなる点を基準点とし、そこから
凸となる方向を正として表している。しかしながら、本
発明では、上記各実施例に関して、基準点から凹となる
方向を正としても構わない。この場合、上記実施例の基
準点は、各位相基準パターンにおいて最も高い点とな
る。
設計値通りに形成された場合の性能であり、パターンに
誤差がある場合には、性能は劣化する。回折効率のバラ
ツキを約10%以下に抑えようとした場合、許容される
位相誤差は2%程度となる。例えば、段差が1μmの場
合には、0.02μmの精度で基準位相パターンを形成
する必要がある。許容誤差幅を広げるためには、例えば
位相パターンが形成された部分とその周囲の媒質との屈
折率差を小さくし、基準位相パターンの実形状のスケー
ルを拡大する手法を採用できる。すなわち、位相パター
ンにより所定の位相差をあたえる場合、屈折率差が大き
ければ、段差は小さくとも良いが、屈折率差が小さい場
合には同一の位相差をあたえるために必要な段差が大き
くなる。したがって、要求される形状の精度(加工精度)
を緩和することができる。屈折率差を小さくするために
は、例えば、位相パターンが形成された面をパターン部
分に近い屈折率を持つマッチング液に接するように液層
を設ければよい。
ば、基準位相パターンをそのピッチ内で与えられる位相
差が非線形に変化するよう形成したことにより、また、
このピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差
が非対称となるよう形成したことにより、従来より高い
回折効率で入射光を偶数本の回折光に分割することがで
きる。
大して示す拡大斜視図である。
視図である。
す斜視図である。
相パターンの構成を示すグラフである。
相パターンの構成を示すグラフである。
相パターンの構成を示すグラフである。
相パターンの構成を示すグラフである。
相パターンの構成を示すグラフである。
位相パターンの構成を示すグラフである。
準位相パターンの構成を示すグラフである。
準位相パターンの構成を示すグラフである。
準位相パターンの構成を示すグラフである。
基準位相パターンの構成を示すグラフである。
基準位相パターンの構成を示すグラフである。
基準位相パターンの構成を示すグラフである。
光の強度分布を示すグラフである。
光の強度分布を示すグラフである。
光の強度分布を示すグラフである。
光の強度分布を示すグラフである。
光の強度分布を示すグラフである。
折光の強度分布を示すグラフである。
折光の強度分布を示すグラフである。
折光の強度分布を示すグラフである。
折光の強度分布を示すグラフである。
回折光の強度分布を示すグラフである。
回折光の強度分布を示すグラフである。
回折光の強度分布を示すグラフである。
Claims (15)
- 【請求項1】 帯状の基準位相パターンが基板上に等ピ
ッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて複数
の光束に分割するグレーティング型の光束分割素子にお
いて、 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内で与える位相差
が非線形に変化するよう、かつ、前記ピッチ内の何れの
位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形
成され、隣接する前記基準位相パターンの間でΔPの位
相ギャップを有し、該位相ギャップΔPが、0.7π<
|ΔP|<1.2πの条件を満たすことを特徴とする光
束分割素子。 - 【請求項2】 前記基準位相パターンは、分割された各
光束の強度が同一になるように、かつ、目的とする分割
数以外の位置に余分な光が出ないように最適化すること
により得られたパターンであることを特徴とする請求項
1に記載の光束分割素子。 - 【請求項3】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を4分割することを特徴とする請求項2
に記載の光束分割素子。 - 【請求項4】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を8分割することを特徴とする請求項2
に記載の光束分割素子。 - 【請求項5】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を8分割することを特徴とする請求項2
に記載の光束分割素子。 - 【請求項6】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を8分割することを特徴とする請求項2
に記載の光束分割素子。 - 【請求項7】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を8分割することを特徴とする請求項2
に記載の光束分割素子。 - 【請求項8】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項9】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内
を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下
の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項10】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ
内を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以
下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項11】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ
内を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以
下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項12】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ
内を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以
下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項13】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ
内を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以
下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項14】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ
内を64に等分割した場合の各座標位置での位相が、以
下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成さ
れ、前記入射光を16分割することを特徴とする請求項
2に記載の光束分割素子。 - 【請求項15】 前記所定の誤差範囲は、位相量として
約2パーセントであることを特徴とする請求項3〜14
の何れかに記載の光束分割素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19929797A JP3283220B2 (ja) | 1996-07-09 | 1997-07-09 | 光束分割素子 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19827196 | 1996-07-09 | ||
JP8-198271 | 1996-07-09 | ||
JP19929797A JP3283220B2 (ja) | 1996-07-09 | 1997-07-09 | 光束分割素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1078504A JPH1078504A (ja) | 1998-03-24 |
JP3283220B2 true JP3283220B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=26510881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19929797A Expired - Lifetime JP3283220B2 (ja) | 1996-07-09 | 1997-07-09 | 光束分割素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3283220B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4106478B2 (ja) | 1998-03-06 | 2008-06-25 | 株式会社オーク製作所 | 多ビーム走査型露光装置 |
JPH11258413A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Asahi Optical Co Ltd | 光束分割素子 |
JP3965504B2 (ja) | 1999-06-11 | 2007-08-29 | 株式会社オーク製作所 | マルチビーム光学系 |
JP3992890B2 (ja) | 1999-09-16 | 2007-10-17 | ペンタックス株式会社 | マルチビーム光学系 |
JP3718397B2 (ja) | 2000-01-07 | 2005-11-24 | ペンタックス株式会社 | マルチビーム光学系 |
-
1997
- 1997-07-09 JP JP19929797A patent/JP3283220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1078504A (ja) | 1998-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2022049C (en) | Diffractive lens | |
US5606434A (en) | Achromatic optical system including diffractive optical element | |
US5340637A (en) | Optical device diffraction gratings and a photomask for use in the same | |
US6021000A (en) | Beam splitting diffractive optical element | |
US20150355394A1 (en) | Diffraction gratings and the manufacture thereof | |
EP0477348A1 (en) | Hologon scanner with beam shaping stationary diffraction grating | |
JP3283220B2 (ja) | 光束分割素子 | |
JPH10293205A (ja) | 回折光学素子及び金型の製造方法 | |
US4940308A (en) | Laser beam stop | |
US5309272A (en) | Dual pass binary diffractive optical element scanner | |
JP3326333B2 (ja) | 位相型回折素子およびそのグレーティングパターン製造方法 | |
JPH11258413A (ja) | 光束分割素子 | |
CN1151410C (zh) | 数码三维与光变图像的制作方法及激光照排系统 | |
JP2005084485A (ja) | 回折光学素子 | |
WO1999000623A1 (en) | Automotive lamp lens and lamp system utilizing diffractive optics and method for making the same | |
JP2001147308A (ja) | 光束分割素子 | |
US4840443A (en) | Holographic scanner spinner | |
US5448403A (en) | Binary diffractive optical element scanner | |
EP2879883B1 (en) | Method for forming a diffractive optical element | |
US5335108A (en) | Rotating disc optical synchronization system using alternating binary diffractive optical elements | |
JPH03238454A (ja) | 干渉露光用マスクの製造方法 | |
JP2005037868A (ja) | 反射防止面の形成方法、反射防止部材形成用金型の製造方法、金型、反射防止部材、金型製造用のマスター部材の製造方法 | |
US20230126879A1 (en) | Roll mold and manufacturing method therefor, and transfer sheet | |
CN2251459Y (zh) | 衍射-折射构形复合式激光光束变换镜 | |
JPH05150108A (ja) | 位相シフト回折格子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090301 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090301 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100301 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110301 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110301 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120301 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120301 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130301 Year of fee payment: 11 |