JPH02267516A - 放射ビームの非点収差制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放射ビームにおける非点収差のような収差を減
少させる方法および装置に関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕半導体
レーザは一般にその出力ビームにおいである形態の非点
収差を示す。さらに、これらのレーザの広い許容限界に
起因して非点収差の程度は半導体レーザの任意の特定種
類に対しても一定でもなくまた予測性もない。過去にお
いて、非点収差を補正するために補正値が各半導体レー
ザに合う非点収差光集束構成要素を選択することがそれ
ゆえ必要であった。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の一つ
の特徴によれば放射ビームの非点収差制御装置は、二つ
の集束要素を介して、軸を中心とする入力ビームを通過
することを含み、前記各集束要素はビーム軸を包含する
二つの直交面が異なる集束力を有し；さらにビームの非
点収差を制御するために前記ビーム軸（１３）のまわり
に前記集束要素を相対的に回転させることを含む。

本発明の別の特徴によれば、放射ビームの非点収差制御
装置は二つの集束要素を含み、前記各集束要素は前記ビ
ーム軸を包含する二つの直交面が異なる集束力を有し；
前記各集束要素はビームの非点収差を制御するためにビ
ーム軸のまわりに相対的に回転可能である。

相互におよび放射ビームに関連して連続的に回転可能で
ある二つの集束要素を提供することによって放射源にお
ける非点収差の変動量を補正することが可能になる。そ
のため集束装置は単一でも異なるビーム源に対して使用
可能になる。

集束要素はレンズが薄いことが好ましく、典型的に、各
集束要素は正集束力が弱い柱レンズを含む。しかしなが
ら、他の実施例では、集束要素は集束力が正または負の
いずれかまた組み合せである鏡であってもよい。

好ましい実施例では、集束要素に入射する放射入力ビー
ムは該要素からのビームであるかのように実質的にコリ
メートされる。

出力ビームは非点収差に対して完全に補正されてもよく
または圧縮プリズムのようなその後のビーム整形装置に
よってもたらされる非点収差を補償するほどの非点収差
の制御量を有するように調整されてもよい。

好ましい実施例では、該レンズは双方が凸面レンズであ
り、典型的にはそれぞれは約５ｍの焦点距離を有する。

本発明が半導体レーザの８カビームを補正するように使
用されてもよいが、適切な集束要素を用いて遠赤外線お
よびマイク波周波数のような他の放射ビームにおける非
点収差を補正するために本発明を使用することが可能で
ある。

〔実施例〕

以下、本発明に係る方法および装置について添付図面を
参照して詳細に説明する。

第１ａ図および第１ｂ図は相互に直角な平面における半
導体レーザｌからの出力ビーム２０発敗を示す。第１ａ
図において出力ビーム２０発敗は第１ｂ図における出力
ビームの発散よりも小さく、さらにこのためビームの輪
郭は楕円形になる。ビームの輪郭が円形であることが要
求されるならば、これは望ましくないことである。同様
に出力ビーム２に非点収差の存在が有るということが第
１ａ図および第１ｂ図において見られ得る。第１図では
出力ビーム１２は点１１に虚焦点を有しまた第１ｂ図で
は出力ビーム１２は点１２に虚焦点を有する。虚焦点１
１　、１２は距離Δ２だけ離れた主軸上の異なる点にあ
り、このことは非点収差が出力ビーム２に存在すること
を示している。ある半導体レーザに関して、距離ΔＺは
例えば０から６μｍの範囲にあり、最大が８μｍである
。

第２ａ図および第２ｂ図は出力ビーム２が非点収差であ
る半導体レーザ１を示し、第２ａ図の平面は第２ｂ図の
平面に対して相互に直交する。第２ａ図および第２ｂ図
において、半導体レーザ１からのビームのうち非点収差
で楕円形なものは焦点面にビーム４を発生させる複合レ
ンズ３を通過する。次にこのビーム４は２つの薄い円柱
形レンズ５．６を通過し、これらのレンズは出力ビーム
７を生成する。

該レンズ５８６は主軸１３のまわりを相互に関連して連
続的に回転可能である。第２ａ図および第２ｂｅｌで示
される特別の例において、レンズ５゜６の曲面１４　、
１５は平行でない位置へ相対的にそれぞれに回転し得る
けれども相互に平行である。典型的にはレンズ５．６の
焦点距離は約＋５ｍである。

第２ａ図の平面では半導体レーザ１の虚焦点は主軸１３
の点１１にあり、該点１１は複合レンズ３の焦点面１８
と一致する。そのため、ビーム４はコリメートされさら
に円柱レンズ５．６によって補正することを要求しない
。これを達成するために円柱レンズ５．６はこの面に集
束力をもたないように向けられる。

しかしながら第２ｂ図において半導体レーザ１１の虚焦
点は主軸１３の点１２にあり、その点は複合レンズ３の
焦点面１８から距離ΔＺにある。第２ｂ図の面における
出力ビームの虚焦点が焦点面１８上にないので、合成レ
ンズ３からのビーム４は正確にコリメートされていす角
度Δθだけはずれている。

このずれ、Δθは、第２ｂ図の平面でコリメート出力ビ
ーム７を形成する円柱レンズ５，６によって２つの段階
で補正される。レンズ５．６が第２ａ図の平面に零集束
能力有するので第２ｂ図の平面に最大集束力をもたせる
。なぜなら第２ｂ図の平面は第２ａ図の平面に対し相互
に直交するからである。そのためビーム４のずれΔθは
レンズ５によってΔθ／２へ減少しそして次にレンズ６
によって実質的に零ずれへ減少する。

第２ａ図および第２ｂ図において示される例に奢いて、
半導体レーザ１の出力ビームの虚焦点１１゜１２の非点
収差分離ΔＺは補正され得る最大分離ΔＺであり、さら
に典型的にはレンズ５，６は、最大ΔＺが約８μｍであ
るように選択される。

第３ａ図および第３ｂ図は出力ビーム２における非点収
差が零である半導体レーザ１を示す。第３ａ図の平面は
第３ｂ図の平面に対して相互に直交をなす。第３ａ図お
よび第３ｂ図における合成レンズおよび薄レンズ５．６
は第２ａ図および第２ｂ図における複合レンズおよび薄
レンズ５．６と同一である。しかしながら、第３ａ図お
よび第３ｂ図において、レンズ５．６の曲面１４および
１５は相互に直交し、第２ａ図および第２ｂ図のように
平行でない。そのため第３ａ図および第３ｂ図における
二つの薄レンズ５．６の組合せは第３ａ図の平面および
第３ｂ図の平面の双方に、等集束力を提供する。

コリメート出力ビーム７を得るために、レンズ５．６を
用いて補正され得る最大非点収差分離の半分に等しい距
離だけ複合レンズ３の焦点面１８からの出力ビームの虚
焦点を相殺することがそれ故必要になる。この距離は第
３ａ図および第３ｂ図におけるΔＺ／２として示される
。

第３ａ図では、出力ビーム２の虚焦点１６が焦点面１８
にないので合成レンズ３からのビーム４は正しくコリメ
ートされず角度Δθ／２にはずれている。次にビーム４
はそらされずにレンズ５を通過しさらにコリメート出力
ビーム７を生成するレンズ６によって補正される。その
平面が第３ａ図の平面に直交になる第３ｂ図において、
複合レンズ３からのビーム４はΔθ／２の角度に同様に
ずれさらに薄レンズ５によって補正される。次に該ビー
ム４はそらされずにコリメート出力ビームを与える薄レ
ンズ６を通過する。

零および最大非点収差分離間の全非点収差分離に対して
コリメート出力ビーム７を達成することは可能であり、
該コリメート出力ビーム７が該レンズ５．６を相互に相
対的に回転することによって該レンズ５．６によって決
定されるので該レンズ５，６の曲面１４　、１５は相互
に一定角度になる。

第４ａ図、第４ｂ図および第４ｃ図はレンズ５゜６の端
部であって異なる方向のレンズ５，６を示す図である。

これらの図において、レンズ５．６は長方形であるとし
て示されさらにレンズ６は明瞭のために点線で示される
。

第４ａ図は第２ａ図および第２ｂ図で示されるレンズ５
．６の方向に対応し、それらの図では曲面１４　、１５
は平行で最大集束力の平面はｙ軸に沿っている。

第４ｂ図は第３ａ図および第３ｂ図で示されるレンズの
方向に対応する。この場合においてレンズ５は最大集束
のその平面にｙ軸を再び通過させる。しかしながら、レ
ンズ６は最大集束力のその平面にＸ軸を通過させる。

第４Ｃ図はレンズ５．６の方向に対応し、その方向に非
点収差分離は零および最大分離の間にある。この場合に
、各レンズ５．６に対して最大集束力の平面はθが０°
および４５℃間の任意角度である２θの相互角にある。

半導体レーザ１がオンに切換えられる動作でさらにレン
ズ５．６を相対的に相互にまたコリメートビーム４に対
して相対的に回転することによって出力ビーム７が円形
でかつ非−非点収差の双方になるレンズの位置を達成す
ることが可能になる。

次にこれは円形、非−非点収差出力ビーム１０に至る。

レンズ５．６の位置補正を容易にするために、出力ビー
ム７を分析する干渉計を使用することが望ましい。

第１図におけるレンズ５．６がビーム４に向ケられるそ
れらの曲面１４　、１５と共に示されるけれどこれは本
質的なものでない。曲面１４．１５は出力ビーム７へ向
けられるが可能であり、または他の任意の組合せの方向
へ向けられるのが可能であり、例えばレンズ５の曲面１
４はビーム４に面するのが可能でありさらにレンズ６の
曲面は出力ビーム７に面することも可能であろう。

連続的に相互に関連して回転可能である二つの円柱薄レ
ンズの組合せおよびコリメート放射ビームを用いること
によって、多くの半導体レーザからの出力ビームの非点
収差を補償するための固定焦点距離を有する二つのレン
ズ５．６を使用することが可能になることが確かめられ
た。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば相互におよび放射ビ
ームに関連して連続的に回転可能である二つの集束要素
を提供することとしたので放射源における非点収差の変
動量を補正することが可能になる。そのため集束装置は
単一でも異なるビーム源に対して使用不能になることが
期待される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は相互に直交な面における半導
体レーザからの典型的なビームを示す図、第２ａ図およ
び第２ｂ図は使用時に半導体レーザが非点収差である装
置を示す相互的直交面の概略図、 第３ａ図および第３ｂ図は使用時に半導体レーザが非−
非点収差である装置を示す相互的直交面の概略図、 第４ａ図右よび第４ｂ図は第２図および第３図のそれぞ
れの装置についての集束要素の方向を示す図、 第４Ｃ図は集束要素の中間方向を示す図である。 図において、 ４・・・放射ビーム、　　　５．６・・・集束要素、１
３・・・軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二つの集束要素（５，６）を介して、軸（１３）を
   中心とする入力ビームを通過することを含み、前記各集
   束要素はビーム軸を包含する二つの直交面が異なる集束
   力を有し；さらにビームの非点収差を制御するために前
   記ビーム軸（１３）のまわりに前記集束要素（５，６）
   を相対的に回転させることを含む放射ビーム（４）の非
   点収差制御方法。 ２、前記集束要素（５，６）に入射する放射入力ビーム
   が実質的にコリメートされる請求項１記載の方法。 ３、前記放射ビーム（４）が半導体レーザによって生成
   された請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法
   。 ４、二つの集束要素（５，６）を含み、前記各集束要素
   は前記ビーム軸（１３）を包含する二つの直交面が異な
   る集束力を有し；前記各集束要素はビームの非点収差を
   制御するためにビーム軸のまわりに相対的に回転可能で
   ある放射ビーム（４）の非点収差制御装置。 ５、前記集束要素（５，６）が薄レンズである請求項４
   記載の装置。 ６、集束要素（５，６）のそれぞれは正集束力が弱い円
   柱レンズを含む請求項４または請求項５記載の装置。 ７、前記レンズ（５，６）が凸面のレンズである請求項
   ５または請求項６記載の装置。 ８、各レンズが約５ｍの焦点距離を有する請求項７記載
   の装置。