JPH09288203A - 多重焦線レンズ - Google Patents
多重焦線レンズInfo
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- JPH09288203A JPH09288203A JP8311467A JP31146796A JPH09288203A JP H09288203 A JPH09288203 A JP H09288203A JP 8311467 A JP8311467 A JP 8311467A JP 31146796 A JP31146796 A JP 31146796A JP H09288203 A JPH09288203 A JP H09288203A
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- lens
- imaging system
- cylindrical
- multifocal
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
- G02B27/126—The splitting element being a prism or prismatic array, including systems based on total internal reflection
Abstract
(57)【要約】
【課題】十分に細い多重焦線幅が得られ、特に１０μｍ
程度以下の多重焦線幅が得られる多重焦線レンズを提供
する。 【解決手段】レーザー光源側より順に、レーザー光の波
面を分割する波面分割手段１と、波面分割手段１によっ
て分割された各光束をそれぞれ線状の焦線となるように
集光し、且つ各焦線が互いに重畳するように集光する結
像系２とを有する。波面分割手段１は複数のプリズム角
を持つプリズムからなり、結像系２はシリンドリカルレ
ンズ群からなる。シリンドリカルレンズ群の母線方向
は、プリズムの稜線方向と直交するように配置される。
程度以下の多重焦線幅が得られる多重焦線レンズを提供
する。 【解決手段】レーザー光源側より順に、レーザー光の波
面を分割する波面分割手段１と、波面分割手段１によっ
て分割された各光束をそれぞれ線状の焦線となるように
集光し、且つ各焦線が互いに重畳するように集光する結
像系２とを有する。波面分割手段１は複数のプリズム角
を持つプリズムからなり、結像系２はシリンドリカルレ
ンズ群からなる。シリンドリカルレンズ群の母線方向
は、プリズムの稜線方向と直交するように配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を複数
の焦線に集光し、且つ複数の焦線が重なるように集光す
る多重焦線レンズに関する。
の焦線に集光し、且つ複数の焦線が重なるように集光す
る多重焦線レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線レーザーは、励起用のレーザー光を
線状に集光してターゲットに照射することにより発振さ
れる。その際、ターゲット上での励起用レーザー光のエ
ネルギー密度を十分に高くするために、複数の焦線が互
いに重なるように集光し、且つ重ねられた多重焦線の線
幅が十分に細くなるように集光する必要があり、そのた
めに多重焦線レンズが用いられる。従来、多重焦線レン
ズはカナダのケベック大学および中国の上海光学精密機
械研究所で製作され、Ｘ線レーザー媒質の生成に使用さ
れたことが報告されている。これらのレンズはシリンド
リカルレンズまたは凸レンズを縦に多分割し、その後に
プリズム効果を持たせて、各々の光学素子を通過した光
線が焦線全体を照射するようにし、また貼り合わせ構造
であった。
線状に集光してターゲットに照射することにより発振さ
れる。その際、ターゲット上での励起用レーザー光のエ
ネルギー密度を十分に高くするために、複数の焦線が互
いに重なるように集光し、且つ重ねられた多重焦線の線
幅が十分に細くなるように集光する必要があり、そのた
めに多重焦線レンズが用いられる。従来、多重焦線レン
ズはカナダのケベック大学および中国の上海光学精密機
械研究所で製作され、Ｘ線レーザー媒質の生成に使用さ
れたことが報告されている。これらのレンズはシリンド
リカルレンズまたは凸レンズを縦に多分割し、その後に
プリズム効果を持たせて、各々の光学素子を通過した光
線が焦線全体を照射するようにし、また貼り合わせ構造
であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしシリンドリカル
レンズまたは凸レンズを縦に多分割し、または貼り合わ
せる構造では、多重焦線の線幅を十分に細くすることが
困難であった。すなわち平行光線を入射させたとき、多
重焦線の線幅を１０μｍ以下にすることはできず、上記
従来例では１００μｍ以上の線幅で使用されている。多
重焦線幅が広くなると、多価イオンを生成する場合に線
幅に比例したエネルギーを必要とし、Ｘ線源およびＸ線
レーザーを小型化して実用的な装置にすることができな
い。さらに、分割した光学部品を、細い焦線が多重に一
致するように高精度に貼り合わせることは、技術的に非
常に困難であった。本発明は、十分に細い多重焦線幅が
得られ、特に１０μｍ程度以下の多重焦線幅が得られる
多重焦線レンズを提供することを課題とする。
レンズまたは凸レンズを縦に多分割し、または貼り合わ
せる構造では、多重焦線の線幅を十分に細くすることが
困難であった。すなわち平行光線を入射させたとき、多
重焦線の線幅を１０μｍ以下にすることはできず、上記
従来例では１００μｍ以上の線幅で使用されている。多
重焦線幅が広くなると、多価イオンを生成する場合に線
幅に比例したエネルギーを必要とし、Ｘ線源およびＸ線
レーザーを小型化して実用的な装置にすることができな
い。さらに、分割した光学部品を、細い焦線が多重に一
致するように高精度に貼り合わせることは、技術的に非
常に困難であった。本発明は、十分に細い多重焦線幅が
得られ、特に１０μｍ程度以下の多重焦線幅が得られる
多重焦線レンズを提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、レーザー光源側より順に、レーザー光の
波面を分割する波面分割手段と、該波面分割手段によっ
て分割された各光束をそれぞれ線状の焦線となるように
集光し、且つ各焦線が互いに重畳するように集光する結
像系とを有する多重焦線レンズとした。その具体的な構
成としては、波面分割手段として複数のプリズム角を持
つプリズムを用い、結像系としてシリンドリカルレンズ
群を用い、シリンドリカルレンズ群の母線方向をプリズ
ムの稜線方向と直交するように配置した構成とすること
ができる。その際、プリズムと結像系との間に角倍率変
換手段を配置することが好ましい。この角倍率変換手段
としては、負レンズ成分と正レンズ成分の順に配置され
た球面系アフォーカルエクスパンダーとすることもでき
るし、また、母線方向をプリズムの稜線方向と平行に配
置したシリンドリカル系アフォーカルエクスパンダーと
することもできる。
に本発明では、レーザー光源側より順に、レーザー光の
波面を分割する波面分割手段と、該波面分割手段によっ
て分割された各光束をそれぞれ線状の焦線となるように
集光し、且つ各焦線が互いに重畳するように集光する結
像系とを有する多重焦線レンズとした。その具体的な構
成としては、波面分割手段として複数のプリズム角を持
つプリズムを用い、結像系としてシリンドリカルレンズ
群を用い、シリンドリカルレンズ群の母線方向をプリズ
ムの稜線方向と直交するように配置した構成とすること
ができる。その際、プリズムと結像系との間に角倍率変
換手段を配置することが好ましい。この角倍率変換手段
としては、負レンズ成分と正レンズ成分の順に配置され
た球面系アフォーカルエクスパンダーとすることもでき
るし、また、母線方向をプリズムの稜線方向と平行に配
置したシリンドリカル系アフォーカルエクスパンダーと
することもできる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１実施例を示し、この多重焦線レンズ
は、レーザー光源（図示せず）から射出されるレーザー
光の波面を分割するプリズム１と、正の屈折力を持つシ
リンドリカル結像系２からなり、プリズム１の稜線とシ
リンドリカル結像系２の母線とは、互いに直交するよう
に配置されている。図１では光軸をｘとし、光軸ｘと直
交し且つ互いに直交する方向をｙ、ｚとしており、図１
（ａ）は多重焦線レンズのｘ−ｚ断面図を示し、（ｃ）
はｘ−ｙ断面図を示す。以降簡単のため、ｘ−ｚ断面を
平断面と呼び、ｘ−ｙ断面を縦断面と呼ぶ。図１（ｂ）
はプリズム１に代えて、平行平板１ａを用いたときの参
考用縦断面図であり、本実施例による多重焦線レンズの
機能の理解を促進するために示した。
図１は本発明の第１実施例を示し、この多重焦線レンズ
は、レーザー光源（図示せず）から射出されるレーザー
光の波面を分割するプリズム１と、正の屈折力を持つシ
リンドリカル結像系２からなり、プリズム１の稜線とシ
リンドリカル結像系２の母線とは、互いに直交するよう
に配置されている。図１では光軸をｘとし、光軸ｘと直
交し且つ互いに直交する方向をｙ、ｚとしており、図１
（ａ）は多重焦線レンズのｘ−ｚ断面図を示し、（ｃ）
はｘ−ｙ断面図を示す。以降簡単のため、ｘ−ｚ断面を
平断面と呼び、ｘ−ｙ断面を縦断面と呼ぶ。図１（ｂ）
はプリズム１に代えて、平行平板１ａを用いたときの参
考用縦断面図であり、本実施例による多重焦線レンズの
機能の理解を促進するために示した。
【０００６】以下の表１に第１実施例の諸元を示す。表
１において、［全体諸元］中、ｆ2はシリンドリカル結
像系２の焦点距離を表し、λは使用波長を表す。［レン
ズ諸元］中、第１カラムはレーザー光源側からの各レン
ズ面の番号、第２カラムｒzは平断面での各レンズ面の
曲率半径、第３カラムｒyは縦断面での各レンズ面の曲
率半径、第４カラムｄは各レンズ面の間隔、第５カラム
ｎは各レンズの屈折率を表す。また、長さの単位は、別
段の記載のない限りｍｍである。
１において、［全体諸元］中、ｆ2はシリンドリカル結
像系２の焦点距離を表し、λは使用波長を表す。［レン
ズ諸元］中、第１カラムはレーザー光源側からの各レン
ズ面の番号、第２カラムｒzは平断面での各レンズ面の
曲率半径、第３カラムｒyは縦断面での各レンズ面の曲
率半径、第４カラムｄは各レンズ面の間隔、第５カラム
ｎは各レンズの屈折率を表す。また、長さの単位は、別
段の記載のない限りｍｍである。
【０００７】プリズム１の第２面は、表１及び図４に示
すように、ｚ方向に平行な４本の稜線によって、Ｃ、
Ｂ、Ａ、Ｂ′、及びＣ′の５つのゾーンに分割されてい
る。分割の仕方は、表１の［プリズム諸元と焦線］に示
すように、各ゾーンごとのｙ方向の幅を均等にしてい
る。プリズム１の平断面は、図１（ａ）に示すように単
なる平行平板として現れるが、プリズム１の縦断面は、
図１（ｃ）と図４（ａ）に示すように、プリズム角を持
つ多角形として現れる。Ａ、Ｂ及びＣゾーンのプリズム
角θA、θB及びθCは、 ０°＝｜θA｜＜｜θB｜＜｜θC｜ となるように形成されており、またＢ′ゾーンとＣ′ゾ
ーンのプリズム角は、それぞれＢゾーンとＣゾーンのプ
リズム角θB、θCと符号が反対で絶対値が等しい。
すように、ｚ方向に平行な４本の稜線によって、Ｃ、
Ｂ、Ａ、Ｂ′、及びＣ′の５つのゾーンに分割されてい
る。分割の仕方は、表１の［プリズム諸元と焦線］に示
すように、各ゾーンごとのｙ方向の幅を均等にしてい
る。プリズム１の平断面は、図１（ａ）に示すように単
なる平行平板として現れるが、プリズム１の縦断面は、
図１（ｃ）と図４（ａ）に示すように、プリズム角を持
つ多角形として現れる。Ａ、Ｂ及びＣゾーンのプリズム
角θA、θB及びθCは、 ０°＝｜θA｜＜｜θB｜＜｜θC｜ となるように形成されており、またＢ′ゾーンとＣ′ゾ
ーンのプリズム角は、それぞれＢゾーンとＣゾーンのプ
リズム角θB、θCと符号が反対で絶対値が等しい。
【０００８】シリンドリカル結像系２は４枚のシリンド
リカルレンズからなり、各シリンドリカルレンズは、図
１（ａ）と（ｃ）に示すように、その母線がｙ方向と平
行に配置されている。したがってシリンドリカル結像系
２の平断面は、図１（ａ）に示すように曲率半径を持つ
ように現れるが、シリンドリカル結像系２の縦断面は、
図１（ｂ）と（ｃ）に示すように単なる平行平板として
現れる。
リカルレンズからなり、各シリンドリカルレンズは、図
１（ａ）と（ｃ）に示すように、その母線がｙ方向と平
行に配置されている。したがってシリンドリカル結像系
２の平断面は、図１（ａ）に示すように曲率半径を持つ
ように現れるが、シリンドリカル結像系２の縦断面は、
図１（ｂ）と（ｃ）に示すように単なる平行平板として
現れる。
【０００９】以上の結果、レーザー光源からのレーザー
光は、図１（ａ）に示す平断面においては、平行光束の
ままプリズム１を透過し、シリンドリカル結像系２を透
過することによって１点に集光する。他方、プリズム１
に代えて平行平板１ａを用いたときには、当然に平行光
束のまま平行平板１ａを透過し、更に図１（ｂ）に示す
縦断面においては、平行光束のままシリンドリカル結像
系２を透過して結像する。したがって平行平板１ａを用
いたときの集光状態は、図１（ａ）と（ｂ）によって表
される線状の焦線５となる。
光は、図１（ａ）に示す平断面においては、平行光束の
ままプリズム１を透過し、シリンドリカル結像系２を透
過することによって１点に集光する。他方、プリズム１
に代えて平行平板１ａを用いたときには、当然に平行光
束のまま平行平板１ａを透過し、更に図１（ｂ）に示す
縦断面においては、平行光束のままシリンドリカル結像
系２を透過して結像する。したがって平行平板１ａを用
いたときの集光状態は、図１（ａ）と（ｂ）によって表
される線状の焦線５となる。
【００１０】しかるに実際にプリズム１を用いたときの
縦断面では、図１（ｃ）に示すようになる。すなわち中
央のＡゾーンに入射した光束は、Ａゾーンのプリズム角
θAが０°であるから、平行光束のままＡゾーンを透過
し、更に平行光束のままシリンドリカル結像系２を透過
して焦線として結像する。したがって中央ゾーンＡを透
過した光束による焦線の長さは、Ａゾーンの幅と同じで
あり、本実施例では入射レーザー光の直径の１／５とな
る。他方、中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′に入射
した光束は、中央から離れるに従ってプリズム面でより
強い屈折作用を受けて、光軸ｘ側に向うように折り曲げ
られ、その後は平行光束のままシリンドリカル結像系２
を透過して結像する。したがって中央以外のゾーンを透
過した光束による焦線は、ｘ軸方向に近づいた位置に形
成される。中央以外のゾーンのプリズム角は、各ゾーン
Ａ、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′ごとの焦線が実質的に重なるよ
うに、すなわち各ゾーンごとの焦線の中点がｘ軸上に位
置するように定められており、こうして各ゾーンごとの
焦線が重畳して多重焦線５ａが得られる。かくして入射
円形レーザービームの強度分布は均一化され、同時にレ
ーザー光の強度の向上が図られる。５本の焦線をスライ
ドさせて重畳させる役割は、先頭に配置された波面分割
手段としてのプリズム１が行っている。
縦断面では、図１（ｃ）に示すようになる。すなわち中
央のＡゾーンに入射した光束は、Ａゾーンのプリズム角
θAが０°であるから、平行光束のままＡゾーンを透過
し、更に平行光束のままシリンドリカル結像系２を透過
して焦線として結像する。したがって中央ゾーンＡを透
過した光束による焦線の長さは、Ａゾーンの幅と同じで
あり、本実施例では入射レーザー光の直径の１／５とな
る。他方、中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′に入射
した光束は、中央から離れるに従ってプリズム面でより
強い屈折作用を受けて、光軸ｘ側に向うように折り曲げ
られ、その後は平行光束のままシリンドリカル結像系２
を透過して結像する。したがって中央以外のゾーンを透
過した光束による焦線は、ｘ軸方向に近づいた位置に形
成される。中央以外のゾーンのプリズム角は、各ゾーン
Ａ、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′ごとの焦線が実質的に重なるよ
うに、すなわち各ゾーンごとの焦線の中点がｘ軸上に位
置するように定められており、こうして各ゾーンごとの
焦線が重畳して多重焦線５ａが得られる。かくして入射
円形レーザービームの強度分布は均一化され、同時にレ
ーザー光の強度の向上が図られる。５本の焦線をスライ
ドさせて重畳させる役割は、先頭に配置された波面分割
手段としてのプリズム１が行っている。
【００１１】中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透
過した光束は、光軸ｘに対して斜めに進行する。したが
ってその結像位置は、中央のゾーンＡを透過した光束の
結像位置よりも、マイナス側にわずかに寄った位置、す
なわちシリンドリカル結像系２側に寄った位置となり、
且つ、結像した焦線の長手方向は、ｘ軸とは直交せず
に、直交方向から倒れて結像する。この結果各ゾーン
Ａ、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′ごとの焦線を重ね合わせた多重
焦線５ａのベストフォーカス位置は、ゾーンＡを透過し
た光束の結像位置よりもマイナス側に寄った位置とな
り、ベストフォーカス位置での多重焦線５ａの幅も、ゾ
ーンＡを透過した光束だけによる単独の焦線幅よりも広
がる。
過した光束は、光軸ｘに対して斜めに進行する。したが
ってその結像位置は、中央のゾーンＡを透過した光束の
結像位置よりも、マイナス側にわずかに寄った位置、す
なわちシリンドリカル結像系２側に寄った位置となり、
且つ、結像した焦線の長手方向は、ｘ軸とは直交せず
に、直交方向から倒れて結像する。この結果各ゾーン
Ａ、Ｂ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′ごとの焦線を重ね合わせた多重
焦線５ａのベストフォーカス位置は、ゾーンＡを透過し
た光束の結像位置よりもマイナス側に寄った位置とな
り、ベストフォーカス位置での多重焦線５ａの幅も、ゾ
ーンＡを透過した光束だけによる単独の焦線幅よりも広
がる。
【００１２】表１において、［プリズム諸元と焦線］
中、ゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′のフォーカス位置と、多
重焦線のフォーカス位置は、ゾーンＡのフォーカス位置
からのデフォーカス量で表している。またゾーンＢ、
Ｂ′、Ｃ、Ｃ′の焦線幅は、それぞれのベストフォーカ
ス位置での個別の焦線の幅を表しており、多重焦線の焦
線幅は、多重焦線としてのベストフォーカス位置での焦
線幅を表している。表１より明らかなように、個別の焦
線の幅は十分に細いものの、中央ゾーンＡから離れたゾ
ーンとなるに従って、個別の焦線のベストフォーカス位
置がマイナス側に移動するから、多重焦線としての焦線
幅は拡大している。但しそれにも拘らず、従来例よりも
十分に細い多重焦線が得られている。
中、ゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′のフォーカス位置と、多
重焦線のフォーカス位置は、ゾーンＡのフォーカス位置
からのデフォーカス量で表している。またゾーンＢ、
Ｂ′、Ｃ、Ｃ′の焦線幅は、それぞれのベストフォーカ
ス位置での個別の焦線の幅を表しており、多重焦線の焦
線幅は、多重焦線としてのベストフォーカス位置での焦
線幅を表している。表１より明らかなように、個別の焦
線の幅は十分に細いものの、中央ゾーンＡから離れたゾ
ーンとなるに従って、個別の焦線のベストフォーカス位
置がマイナス側に移動するから、多重焦線としての焦線
幅は拡大している。但しそれにも拘らず、従来例よりも
十分に細い多重焦線が得られている。
【００１３】なお、レーザー光による各焦線５の幅が十
分に細くなるためには、シリンドリカル結像系２の軸上
の球面収差が良好に補正されている必要がある。球面系
の結像系では、球面収差を良好に補正して１点に集光す
る技術が、従来より十分に開発されており、必要な明る
さすなわちＦNOによって結像系の構成やレンズの枚数に
差異があっても、容易に得られる。したがって本実施例
のシリンドリカル結像系２は、このような従来の球面系
の結像系の設計データを、単に母線方向を一致させたシ
リンドリカルレンズ群に置き換えることにより、容易に
得ることができる。このときプリズム１に代えて平行平
板１ａを用いたときの焦線５とは、入射光束の径を長さ
とし、球面系での球面収差の横収差を幅とする焦線であ
り、この焦線５はｙ方向の形状と強度分布がｙ＝０に関
して対称である。また各ゾーン毎の焦線の長さ、すなわ
ち多重焦線５ａの長さは、入射レーザー光の直径とプリ
ズム１による分割数とによって定められる。本実施例で
は分割数を５としているが、分割数については特に制約
はない。
分に細くなるためには、シリンドリカル結像系２の軸上
の球面収差が良好に補正されている必要がある。球面系
の結像系では、球面収差を良好に補正して１点に集光す
る技術が、従来より十分に開発されており、必要な明る
さすなわちＦNOによって結像系の構成やレンズの枚数に
差異があっても、容易に得られる。したがって本実施例
のシリンドリカル結像系２は、このような従来の球面系
の結像系の設計データを、単に母線方向を一致させたシ
リンドリカルレンズ群に置き換えることにより、容易に
得ることができる。このときプリズム１に代えて平行平
板１ａを用いたときの焦線５とは、入射光束の径を長さ
とし、球面系での球面収差の横収差を幅とする焦線であ
り、この焦線５はｙ方向の形状と強度分布がｙ＝０に関
して対称である。また各ゾーン毎の焦線の長さ、すなわ
ち多重焦線５ａの長さは、入射レーザー光の直径とプリ
ズム１による分割数とによって定められる。本実施例で
は分割数を５としているが、分割数については特に制約
はない。
【００１４】
【表１】 ［全体諸元］ 入射光束直径＝60 全長＝634.48 ｆ2＝430.2 λ=1.064μm ［レンズ諸元］ ｒz ｒy ｄ ｎ 1 ∞ ∞ 15.00000 1.449675 2 ∞ （プリズム角） 20.00000 3 99.00000 ∞ 15.00000 1.506672 4 ∞ ∞ 20.80000 5 -230.00000 ∞ 15.00000 1.506672 6 ∞ ∞ 13.00000 7 ∞ ∞ 15.00000 1.506672 8 80.10000 ∞ 125.00000 9 124.00000 ∞ 14.00000 1.506672 10 ∞ ∞ 381.68000 ［プリズム諸元と焦線］ ゾーン ｙ プリズム角 フォーカス位置 焦線幅 Ｃ 30 〜 18 -5.055° -0.88 1.5μm Ｂ 18 〜 6 -2.545° -0.21 6.1μm Ａ 6 〜 -6 0° (381.68) 6 μm Ｂ′ -6 〜-18 2.545° -0.21 6.1μm Ｃ′ -18 〜-30 5.055° -0.88 1.5μm 多重焦線 -0.38 60 μm
【００１５】次に、個々の焦線を重畳させてより均一化
し、これによりレーザー光の強度を向上させるために
は、中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光
束による焦線のｘ方向のベストフォーカス位置を、中央
ゾーンＡを透過した光束による焦線のベストフォーカス
位置に近づけ、且つ、中央以外のゾーンを透過した光束
による焦線の倒れを少なくする必要がある。中央以外の
ゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光束による焦線の
デフォーカス量と倒れは、縦断面でのシリンドリカル結
像系２からの射出角に応じて増大する。縦断面でのシリ
ンドリカル結像系２からの射出角とは、縦断面でのシリ
ンドリカル結像系２への入射角に等しく、したがって縦
断面でのプリズム１からの射出角に等しい。
し、これによりレーザー光の強度を向上させるために
は、中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光
束による焦線のｘ方向のベストフォーカス位置を、中央
ゾーンＡを透過した光束による焦線のベストフォーカス
位置に近づけ、且つ、中央以外のゾーンを透過した光束
による焦線の倒れを少なくする必要がある。中央以外の
ゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光束による焦線の
デフォーカス量と倒れは、縦断面でのシリンドリカル結
像系２からの射出角に応じて増大する。縦断面でのシリ
ンドリカル結像系２からの射出角とは、縦断面でのシリ
ンドリカル結像系２への入射角に等しく、したがって縦
断面でのプリズム１からの射出角に等しい。
【００１６】それ故、中央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、
Ｃ′を透過した光束による焦線のデフォーカス量と倒れ
を少なくして、これらの焦線が中央ゾーンＡを透過した
光束による焦線と精度良く重畳するためには、中央以外
のゾーンのプリズム１からの射出角を小さくすれば良
い。但し単に中央以外のゾーンを透過する光束のプリズ
ム１からの射出角を小さくしただけでは、各焦線をｙ方
向に重畳させることができない。すなわち中央以外のゾ
ーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過する光束のプリズム１か
らの射出角を小さくし、しかもこれらの光束による焦線
の中点がｘ軸上に位置するためには、プリズム１をシリ
ンドリカル結像系２から十分に離隔する必要がある。
Ｃ′を透過した光束による焦線のデフォーカス量と倒れ
を少なくして、これらの焦線が中央ゾーンＡを透過した
光束による焦線と精度良く重畳するためには、中央以外
のゾーンのプリズム１からの射出角を小さくすれば良
い。但し単に中央以外のゾーンを透過する光束のプリズ
ム１からの射出角を小さくしただけでは、各焦線をｙ方
向に重畳させることができない。すなわち中央以外のゾ
ーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過する光束のプリズム１か
らの射出角を小さくし、しかもこれらの光束による焦線
の中点がｘ軸上に位置するためには、プリズム１をシリ
ンドリカル結像系２から十分に離隔する必要がある。
【００１７】第２実施例は上記の観点に立って構成され
たものであり、この第２実施例の諸元を表２に示す。第
２実施例ではプリズム１をシリンドリカル結像系２から
十分に離隔して配置し、その分、プリズム角を十分に浅
く形成したものである。表２に示されているように、中
央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光束によ
る個別の焦線のデフォーカス量は０であり、したがって
多重焦線としてのベストフォーカス位置のデフォーカス
量も０となっている。この結果、多重焦線の線幅が著し
く細くなっている。
たものであり、この第２実施例の諸元を表２に示す。第
２実施例ではプリズム１をシリンドリカル結像系２から
十分に離隔して配置し、その分、プリズム角を十分に浅
く形成したものである。表２に示されているように、中
央以外のゾーンＢ、Ｂ′、Ｃ、Ｃ′を透過した光束によ
る個別の焦線のデフォーカス量は０であり、したがって
多重焦線としてのベストフォーカス位置のデフォーカス
量も０となっている。この結果、多重焦線の線幅が著し
く細くなっている。
【００１８】
【表２】 ［全体諸元］ 入射光束直径＝60 全長＝4404.48 ｆ2＝430.2 λ=1.064μm ［レンズ諸元］ ｒz ｒy ｄ ｎ 1 ∞ ∞ 15.00000 1.449675 2 ∞ （プリズム角） 3770.00000 3 99.00000 ∞ 15.00000 1.506672 4 ∞ ∞ 20.80000 5 -230.00000 ∞ 15.00000 1.506672 6 ∞ ∞ 13.00000 7 ∞ ∞ 15.00000 1.506672 8 80.10000 ∞ 125.00000 9 124.00000 ∞ 14.00000 1.506672 10 ∞ ∞ 381.68000 ［プリズム諸元と焦線］ ゾーン ｙ プリズム角 フォーカス位置 焦線幅 Ｃ 30 〜 18 -0.70° 0 8μm Ｂ 18 〜 6 -0.35° 0 7μm Ａ 6 〜 -6 0° (381.68) 7μm Ｂ′ -6 〜-18 0.35° 0 7μm Ｃ′ -18 〜-30 0.70° 0 8μm 多重焦線 0 8μm
【００１９】次に、第３実施例を図２に示し、その諸元
を表３に示す。上記第２実施例では、確かに十分に細い
多重焦線が得られるが、プリズム１をシリンドリカル結
像系２から十分に離隔して配置する必要があるために、
長大な光学系とならざるを得ない。またプリズム角を十
分に浅く形成する必要があり、その製造が非常に困難と
なる。
を表３に示す。上記第２実施例では、確かに十分に細い
多重焦線が得られるが、プリズム１をシリンドリカル結
像系２から十分に離隔して配置する必要があるために、
長大な光学系とならざるを得ない。またプリズム角を十
分に浅く形成する必要があり、その製造が非常に困難と
なる。
【００２０】そこでこの第３実施例では、プリズム１と
シリンドリカル結像系２の間に球面系で構成されたアフ
ォーカルエキスパンダー３を挿入したものである。本実
施例の球面系アフォーカルエキスパンダー３は、プリズ
ム１側から順に、負レンズと正レンズとによって構成さ
れている。球面系アフォーカルエクスパンダー３への入
射光束の高さをｈ、光軸ｘとなす角度をｕとし、射出光
束の高さをｈ′、光軸ｘとなす角度をｕ′とすると、ア
フォーカル倍率βと角倍率γは、 β＝ｈ′／ｈ γ＝ｕ′／ｕ で定義され、両者間には、 γ＝１／β なる関係がある。
シリンドリカル結像系２の間に球面系で構成されたアフ
ォーカルエキスパンダー３を挿入したものである。本実
施例の球面系アフォーカルエキスパンダー３は、プリズ
ム１側から順に、負レンズと正レンズとによって構成さ
れている。球面系アフォーカルエクスパンダー３への入
射光束の高さをｈ、光軸ｘとなす角度をｕとし、射出光
束の高さをｈ′、光軸ｘとなす角度をｕ′とすると、ア
フォーカル倍率βと角倍率γは、 β＝ｈ′／ｈ γ＝ｕ′／ｕ で定義され、両者間には、 γ＝１／β なる関係がある。
【００２１】本実施例ではアフォーカル倍率βを２．４
倍としており、したがって角倍率γはγ＝１／２．４倍
となる。この結果、全長を約１／４に短縮しても、十分
に細い多重焦線を得ることができた。またこのとき、プ
リズムの角度は６．５倍に拡大されており、したがって
プリズム１の製造が容易となると共に、プリズム角の精
度についても軽減されることとなる。更にこの構成で
は、球面系アフォーカルエクスパンダー３の負レンズと
正レンズによって発生する球面収差の過不足を利用する
ことにより、多重焦線の幅をより良好に補正することが
できた。
倍としており、したがって角倍率γはγ＝１／２．４倍
となる。この結果、全長を約１／４に短縮しても、十分
に細い多重焦線を得ることができた。またこのとき、プ
リズムの角度は６．５倍に拡大されており、したがって
プリズム１の製造が容易となると共に、プリズム角の精
度についても軽減されることとなる。更にこの構成で
は、球面系アフォーカルエクスパンダー３の負レンズと
正レンズによって発生する球面収差の過不足を利用する
ことにより、多重焦線の幅をより良好に補正することが
できた。
【００２２】
【表３】 ［全体諸元］ 入射光束直径＝25 全長＝1044.04 γ＝1/2.4 ｆ2＝455.9 λ=1.064μm ［レンズ諸元］ ｒz ｒy ｄ ｎ 1 ∞ ∞ 15.00000 1.449675 2 ∞ （プリズム角） 20.00000 3 -139.70500 -139.70500 8.00000 1.449675 4 629.60000 629.60000 340.00000 5 ∞ ∞ 8.00000 1.506672 6 -307.85200 -307.85200 15.00000 7 105.39000 ∞ 15.00000 1.506672 8 ∞ ∞ 20.80000 9 -223.65000 ∞ 15.00000 1.506672 10 ∞ ∞ 13.00000 11 ∞ ∞ 15.00000 1.506672 12 89.00000 ∞ 125.00000 13 130.82100 ∞ 14.00000 1.506672 14 ∞ ∞ 420.24 ［プリズム諸元と焦線］ ゾーン ｙ プリズム角 フォーカス位置 焦線幅 Ｃ 12.5 〜 7.5 -4.565° 0 3.6μm Ｂ 7.5 〜 2.5 -2.282° 0 4.5μm Ａ 2.5 〜 -2.5 0° (420.24) 4.5μm Ｂ′ -2.5 〜 -7.5 2.282° 0 4.5μm Ｃ′ -7.5 〜-12.5 4.565° 0 3.6μm 多重焦線 0 4.5μm
【００２３】次に、第４実施例を図３に示し、その諸元
を表４に示す。上記第３実施例では、図２（ｂ）に示す
ように、縦断面でのシリンドリカル結像系２に入射する
光束の角度を縮小するために、シリンドリカル結像系２
の手前にアフォーカルエキスパンダー３を配置してい
る。しかしこのアフォーカルエキスパンダー３は球面系
であったために、図２（ａ）に示すように、平断面での
シリンドリカル結像系２に入射する光束の径が拡大され
ている。
を表４に示す。上記第３実施例では、図２（ｂ）に示す
ように、縦断面でのシリンドリカル結像系２に入射する
光束の角度を縮小するために、シリンドリカル結像系２
の手前にアフォーカルエキスパンダー３を配置してい
る。しかしこのアフォーカルエキスパンダー３は球面系
であったために、図２（ａ）に示すように、平断面での
シリンドリカル結像系２に入射する光束の径が拡大され
ている。
【００２４】そこでこの第４実施例では、縦断面につい
てはシリンドリカル結像系２に入射する光束の角度を縮
小し、平断面についてはシリンドリカル結像系２に入射
する光束の径を拡大しないように、シリンドリカル結像
系２の手前にシリンドリカルアフォーカルエキスパンダ
ー４を配置したものである。シリンドリカルアフォーカ
ルエキスパンダー４は、プリズム１側から順に、シリン
ドリカル負レンズとシリンドリカル正レンズとによって
構成されている。両シリンドリカルレンズの母線方向
は、プリズム１の稜線に対して平行であり、したがって
シリンドリカル結像系２の母線に対しては直交してい
る。
てはシリンドリカル結像系２に入射する光束の角度を縮
小し、平断面についてはシリンドリカル結像系２に入射
する光束の径を拡大しないように、シリンドリカル結像
系２の手前にシリンドリカルアフォーカルエキスパンダ
ー４を配置したものである。シリンドリカルアフォーカ
ルエキスパンダー４は、プリズム１側から順に、シリン
ドリカル負レンズとシリンドリカル正レンズとによって
構成されている。両シリンドリカルレンズの母線方向
は、プリズム１の稜線に対して平行であり、したがって
シリンドリカル結像系２の母線に対しては直交してい
る。
【００２５】このようにこの第４実施例では、シリンド
リカルアフォーカルエキスパンダー４を用いることによ
り、縦断面すなわち分割される焦線の長さ方向に対して
は、角倍率変換機能を残し、平断面すなわち焦線の幅方
向に対しては、アフォーカル倍率がかからないように構
成している。この結果、一層焦点深度を増大させること
ができ、多重焦線の幅を減じることができた。
リカルアフォーカルエキスパンダー４を用いることによ
り、縦断面すなわち分割される焦線の長さ方向に対して
は、角倍率変換機能を残し、平断面すなわち焦線の幅方
向に対しては、アフォーカル倍率がかからないように構
成している。この結果、一層焦点深度を増大させること
ができ、多重焦線の幅を減じることができた。
【００２６】
【表４】 ［全体諸元］ 入射光束直径＝25 全長＝1041.63 γ＝1/2.4 ｆ2＝455.9 λ=1.064μm ［レンズ諸元］ ｒz ｒy ｄ ｎ 1 ∞ ∞ 15.00000 1.449675 2 ∞ （プリズム角） 20.00000 3 ∞ -139.70500 8.00000 1.449675 4 ∞ 629.60000 340.00000 5 ∞ ∞ 8.00000 1.506672 6 ∞ -307.85200 15.00000 7 105.39000 ∞ 15.00000 1.506672 8 ∞ ∞ 20.80000 9 -223.65000 ∞ 15.00000 1.506672 10 ∞ ∞ 13.00000 11 ∞ ∞ 15.00000 1.506672 12 89.00000 ∞ 125.00000 13 130.82100 ∞ 14.00000 1.506672 14 ∞ ∞ 417.83400 ［プリズム諸元と焦線］ ゾーン ｙ プリズム角 フォーカス位置 焦線幅 Ｃ 12.5 〜 7.5 -4.565° 0 3 μm Ｂ 7.5 〜 2.5 -2.282° 0 3.1μm Ａ 2.5 〜 -2.5 0° (417.834) 4.5μm Ｂ′ -2.5 〜 -7.5 2.282° 0 3.1μm Ｃ′ -7.5 〜-12.5 4.565° 0 3 μm 多重焦線 0 4.5μm
【００２７】
【発明の効果】本発明による多重焦線レンズによれば、
線幅が十分に細い多重焦線が得られ、例えばＸ線レーザ
ーを発振させる目的に用いる励起用のレーザー光を容易
に線状光束に集光することができる。
線幅が十分に細い多重焦線が得られ、例えばＸ線レーザ
ーを発振させる目的に用いる励起用のレーザー光を容易
に線状光束に集光することができる。
【図１】（ａ）第１実施例を示す平断面図、（ｂ）プリ
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第１実施例を示す縦断面図である。
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）第３実施例を示す平断面図、（ｂ）プリ
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第３実施例を示す縦断面図である。
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第３実施例を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）第４実施例を示す平断面図、（ｂ）プリ
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第４実施例を示す縦断面図である。
ズムに代えて平行平板を用いた状態を示す参考用縦断面
図、及び（ｃ）第４実施例を示す縦断面図である。
【図４】第１実施例のプリズムを示す（ａ）拡大概略縦
断面図と、（ｂ）右側面図である。
断面図と、（ｂ）右側面図である。
１…プリズム １ａ…平行平板 ２…シリンドリカル結像系 ３…球面系アフォー
カルエクスパンダー ４…シリンドリカルアフォーカルエクスパンダー ５…焦線 ５ａ…多重焦線
カルエクスパンダー ４…シリンドリカルアフォーカルエクスパンダー ５…焦線 ５ａ…多重焦線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 民夫 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 学校法人トヨタ学園内 (72)発明者 安藤 剛三 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内
Claims (6)
- 【請求項１】レーザー光源側より順に、レーザー光の波
面を分割する波面分割手段と、該波面分割手段によって
分割された各光束をそれぞれ線状の焦線となるように集
光し、且つ各焦線が互いに重畳するように集光する結像
系と、を有することを特徴とする多重焦線レンズ。 - 【請求項２】前記波面分割手段は複数のプリズム角を持
つプリズムからなり、前記結像系はシリンドリカルレン
ズ群からなり、該シリンドリカルレンズ群の母線方向
を、前記プリズムの稜線方向と直交するように配置した
ことを特徴とする請求項１記載の多重焦線レンズ。 - 【請求項３】前記波面分割手段と結像系との間に角倍率
変換手段を配置したことを特徴とする請求項１又は２記
載の多重焦線レンンズ。 - 【請求項４】前記角倍率変換手段は、負レンズ成分と正
レンズ成分の順に配置され球面レンズ系で構成されたア
フォーカルエクスパンダーであることを特徴とする請求
項３記載の多重焦線レンズ。 - 【請求項５】前記角倍率変換手段は、シリンドリカルレ
ンズ系で構成されたアフォーカルエクスパンダーである
ことを特徴とする請求項３記載の多重焦線レンズ。 - 【請求項６】前記シリンドリカル系アフォーカルエクス
パンダーの母線方向は、前記波面分割手段の稜線方向に
平行であり、前記結像系の母線方向に直交することを特
徴とする請求項５記載の多重焦線レンズ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8311467A JPH09288203A (ja) | 1996-02-22 | 1996-11-06 | 多重焦線レンズ |
| US08/802,953 US5991082A (en) | 1996-02-22 | 1997-02-21 | Lens system with multiple focal lines |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-35289 | 1996-02-22 | ||
| JP3528996 | 1996-02-22 | ||
| JP8311467A JPH09288203A (ja) | 1996-02-22 | 1996-11-06 | 多重焦線レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09288203A true JPH09288203A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=26374249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8311467A Pending JPH09288203A (ja) | 1996-02-22 | 1996-11-06 | 多重焦線レンズ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5991082A (ja) |
| JP (1) | JPH09288203A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW528879B (en) * | 2001-02-22 | 2003-04-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind | Illumination optical system and laser processor having the same |
| US6995841B2 (en) * | 2001-08-28 | 2006-02-07 | Rice University | Pulsed-multiline excitation for color-blind fluorescence detection |
| JP4685386B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2011-05-18 | 株式会社リコー | 画像表示装置、プロジェクタ装置、及び画像観察装置 |
| DE102019206976B3 (de) * | 2019-05-14 | 2020-11-12 | Trumpf Laser Gmbh | Optisches System zum Erzeugen zweier Laserfokuslinien sowie Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5577137A (en) * | 1995-02-22 | 1996-11-19 | American Research Corporation Of Virginia | Optical chemical sensor and method using same employing a multiplicity of fluorophores contained in the free volume of a polymeric optical waveguide or in pores of a ceramic waveguide |
| US5726804A (en) * | 1995-05-15 | 1998-03-10 | Rocky Mountain Research Center | Wavetrain stabilization and sorting |
| US5734504A (en) * | 1995-12-14 | 1998-03-31 | Lockheed Martin Corporation | Multi-beam illuminator laser |
-
1996
- 1996-11-06 JP JP8311467A patent/JPH09288203A/ja active Pending
-
1997
- 1997-02-21 US US08/802,953 patent/US5991082A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5991082A (en) | 1999-11-23 |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060425 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070227 |