JPS5820015B2 - 集束レ−ザ・ビ−ム光学装置 - Google Patents

集束レ−ザ・ビ−ム光学装置

Info

Publication number
JPS5820015B2
JPS5820015B2 JP55029286A JP2928680A JPS5820015B2 JP S5820015 B2 JPS5820015 B2 JP S5820015B2 JP 55029286 A JP55029286 A JP 55029286A JP 2928680 A JP2928680 A JP 2928680A JP S5820015 B2 JPS5820015 B2 JP S5820015B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
focus
laser beam
optical
laser
depth
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
Application number
JP55029286A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55161209A (en
Inventor
メルボ−ン・エドワ−ド・ラベデユウ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS55161209A publication Critical patent/JPS55161209A/ja
Publication of JPS5820015B2 publication Critical patent/JPS5820015B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • 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
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • 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
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0988—Diaphragms, spatial filters, masks for removing or filtering a part of the beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/005—Diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10821—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum further details of bar or optical code scanning devices
    • G06K7/10831—Arrangement of optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K2207/00—Other aspects
    • G06K2207/1013—Multi-focal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は与えられたターゲット上にレーザ・ビーｌ＞を
集束させるための光学装置に関し、具体的にはターゲッ
トにおいて焦点深度を増大する光学装置に関する。
集束レーザ・ビームは広く使用されている。
１つの重要な応用はＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ ５ａｌ
ｅｓ）記録システムであり、該システムでは符号化ラベ
ルが集束レーザ・ビームによって走査され、しかも集束
レンズと走査対象表面間の距離が常にかなり不確定であ
る。
他の重要な応用は高速、高分解能レーザ印刷システムで
あり、該システムでは前述の不確定性に対する許容度は
更に厳しい。
この問題を解決するための従来の方法は高価で、かさば
り、製造及び調節が困難な通常の光学装置の改善に依存
していた。
米国特許第４０３０８１７号ではビームの中心部分が実
質的に均一なプロフィールを有し、外方部はガウス・プ
ロフィールを有するように光学系の光ビームを形成する
ためにフィルタが使用されている。
従ってこの配列体は以下に説明する本発明とは全く異な
っている。
本発明は上記の問題点を克服した集束レーザ・ビーム光
学系を提供するにあり、本発明のこの目的はガウスの断
面プロフィールを有するレーザ・ビーム発生装置、ビー
ム集束装置及びこれ等の装置間でレーザ・ビーム経路中
におかれた光学しぼりより成る光学系において達成され
る。
さらに具体的にはしぼりはガウス・プロフィールの裾部
分においてビームをしぼる開孔を有する。
基本的にはこのしぼりはターゲットにおけるビームの焦
点深度を広げる効果を有する。
開孔は具体的要件に従ってレーザ・ビームをしぼる即ち
切りつめる様な寸法を有する事が好ましく、集束スポッ
ト寸法を一定とした場合、しぼりを用いないビームに対
して７５％迄焦点深度を広げる事が可能である。
通常の光学系において、系の開口をしはることにより焦
点深度が増大することは周知である。
これと同時に、系により生じる回折パターンの大きさも
増大し従って光学系の解像度が減少する事も周知である
。
これに対し、本発明では、ガウス・プロフィールの強度
分布を有するレーザ・ビームを用い、その裾部分をしほ
りで絞った場合には、回折パターンの寸法を増大させる
ことなく焦点深度を増大させることができることがわか
ったのである。
通常の集束レーザ・ビーム光学装置が第１図に示されて
いる。
レーザ１２から放射されたレーザ・ビーム１０は線１６
によって表わされた与えられた血中の所望のターゲット
にある焦点にビームを集束するために、概略的に単一レ
ンズ１４として表わされた集束レンズ系に通過される様
に配列されている。
レーザ・ビーム１０は図の上に重畳された曲線１８によ
って表わされたガウス・プロフィールの強度分布を有す
る。
系の焦点深度は１９によって表わされている。
本発明によれば、装置の焦点深度はレーザ１２と集束レ
ンズ系１４間に光学しぼりを介在させる事によって広げ
られる。
集束レンズ系１４及び光学しぼり２０は第２図に示す如
く位置付けてもよく、これらの位置を入れ替えてもよい
。
更に、光学し７ぼり２０は複数要素集束レンズ系の要素
レンズ間に配置してもよい。
しぼりはビーム１０の直径及び曲線１８によって表わさ
れたプロフィールに関係する開孔を有する。
この関係は以下に詳細に論じる。
基本的配列は第２図を参照することにより容易に理解で
きよう。
図で光学しぼり２０は集束レンズ系１４と、光学しぼり
２０の間におかれている。
レーザは具体的応用に対して必ずしも最適ではない標準
直径のものが通常は利用可能であるので、多くの応用に
対しては光学ビーム拡大装置を使用するのが慣習である
。
拡大されたレーザ・ビーム１０′は曲線２８によって表
わされたがウス・プロフィールの強度分布を有し、光学
しぼり２０は以下に説明する如くこの特性曲線２８に従
って選択される。
本発明の主目的は全走査フィールドにわたって所望のタ
ーゲットにおける、もしくはターゲット近くにおけるレ
ーザ・スポットの寸法を実質上一定に保持する事にある
。
上述の如く、レーザ・ビームをしぼる即ち切りつめる事
により焦点深度が広がる事が実験的に発見された。
計算機を使って調べたところこの結果が正しい事が実証
され、本発明に従う配列体を最適化するための計算機プ
ログラムが開発された。
第３図は理論的焦点からの距離（即ち焦点はずれ距離）
を横軸に表わし、焦点の合ったスポットの幅に対する焦
点が幾分ぼけた即ちスポット・サイズが増大したスポッ
トの幅の比を縦軸に表わした場合の、１／２ピ一ク点（
即ちピーク点の強度を１とした場合１／２強度レベルの
点）において測定した曲線を示す。
曲線３１，３２，３３及び３４はガウス状強度分布を有
するビームの強度がピーク強度の夫々１ ／ ｅ８（＝
０．０００３、ｅは自然対数）、０．０８．１／ｅ２（
＝０．１３５）及び０．２倍になるような半径の開口で
ビームをしぼった即ち切りつめた場合の曲線を示す。
１／ｅ８点における切りつめに対する曲線３１はしぼっ
ていない即ち切りつめていないビームに対する曲線と実
質的に同一であり、この曲線は本発明に従ってビームを
切りつめた場合にどの程度の改善が得られるかを示すた
めの基準として第３図に示しである。
例えば第３図において、成る光学系において焦点の合っ
た理想的スポットの幅に対して１０％までの太り（焦点
はけによる）が許容されるものとすると、第３図の縦軸
の１．１を通過する横軸に平行な線を引けばしぼらない
ビーム（曲線３１）では約０．０８８波長の焦点深度で
あるのに対し、本発明に従って１／ｅ２半径でビームを
しぼった場合（曲線３３）、焦点深度は約０．１４５波
長に広がり、約６５％の焦点深度増加が得られる。
第４図は１／ｅ２ピ一ク点（即ちピーク点の強度を１と
した場合１／ ｅ２（＝０．１３５ ）強度レベルの点
）において測定した第３図と同様な曲線を示す。
同図においても、１／、ｅ８半径の切りつめに対する曲
線４１（即ち実質的に切りつめていないビームに対する
曲線）に比して０．０８ 、１／ ｅ２（＝０．１３５
）及び０．２半径での切りつめビームに対する曲線４２
．４３．４４は焦点深度を改善することがわかる。
このようにスポット幅比（第３図、第４図の縦軸）が成
る範囲内にある時、即ち第３図の列では１．０５乃至１
．９５、第４図の列では１．７５乃至２．５５の時ビー
ムを０．０８乃至０．２半径で切りつめることにより、
焦点深度を大幅に改善できる。
なお、０．２半径以上の切りつめに対しては０．２半径
の場合に比して殆んど変りがないことがわかった。
通常のカメラ・レンズにおいて光学しぼり直径を減少す
ると焦点深度が増大するが、同時にスポット寸法は広が
る。
本発明によれば、スポット寸法を実質的に変化させる事
なく焦点深度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は通常の集束レーザ・ビーム光学装置の概略図で
ある。 第２図は本発明に従う集束レーザ・ビーム光学装置の概
略図である。 第３図及び第４図は本発明に従う光学装置の動作のグラ
フ表示である。 １０・・・・・・レーザ・ビーム、１０′・・・・・・
拡大ビーム、１２・・・・・・ガウス・プロフィールを
有するレーザ、１４・・・・・・レンズ系、１６・・・
・・・ターゲット平面、２０・・・・・・光学しぼり、
２２・・・・・・光学的ビーム拡大装置、２８・・・・
・・特性曲線、２９・・・・・・焦点深度。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 直径方向にガウス曲線状に分布した強度分布を有す
    るコヒーレント光ビームを発生するレーザと、 上記光ビームを集束させるよう上記レーザに対して整列
    して軸方向に配置された集束レンズ系と、上記レンズ系
    に対して軸方向に整列して配置され、上記光ビームのピ
    ーク強度の０．０８乃至０，２０倍の光ビーム強度を生
    じるような半径の開口を有する光学しぼりと、 を具備する集束レーザ・ビーム光学装置。
JP55029286A 1979-05-29 1980-03-10 集束レ−ザ・ビ−ム光学装置 Expired JPS5820015B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/043,185 US4304467A (en) 1979-05-29 1979-05-29 Focussed laser beam optical system
US43185 1979-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55161209A JPS55161209A (en) 1980-12-15
JPS5820015B2 true JPS5820015B2 (ja) 1983-04-21

Family

ID=21925924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP55029286A Expired JPS5820015B2 (ja) 1979-05-29 1980-03-10 集束レ−ザ・ビ−ム光学装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4304467A (ja)
EP (1) EP0019778B1 (ja)
JP (1) JPS5820015B2 (ja)
CA (1) CA1119028A (ja)
DE (1) DE3062945D1 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3404822A1 (de) * 1984-02-10 1985-08-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Braggzellen-spektralanalysator mit einem prismenaufweitungssystem
WO1986000427A1 (en) * 1984-06-21 1986-01-16 American Telephone & Telegraph Company Deep-uv lithography
FI69718C (fi) * 1984-07-16 1986-03-10 Sellmatic Oy Apparat foer foersaeljning av individuellt maerkta foeremaol
JPH0734068B2 (ja) * 1984-11-22 1995-04-12 ミノルタ株式会社 結像光学装置
EP0367300B1 (en) 1985-02-28 1992-07-22 Symbol Technologies, Inc. Portable laser diode scanning head
EP0240005B1 (en) 1986-04-01 1994-09-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Optical system for semiconductor laser beam
US4832446A (en) * 1986-11-28 1989-05-23 Fuji Photo Co., Ltd. Laser optical system
EP0280414A1 (en) * 1987-02-02 1988-08-31 Taunton Technologies, Inc. Sculpture apparatus for correcting curvature of the cornea
EP0310711B1 (en) * 1987-10-05 1993-09-01 Hitachi, Ltd. Optical device with phase-locked diodelaser array
EP0366890A3 (en) * 1988-10-31 1991-09-25 Symbol Technologies, Inc. Laser diode scanner with enhanced visibility over extended working distance
US5304788A (en) * 1988-10-31 1994-04-19 Symbol Technologies, Inc. Laser diode scanner with enhanced visibility at an aiming distance relative to the reading distance
US5119113A (en) * 1990-10-11 1992-06-02 International Business Machines Corporation Spot-defined exposure system for a laser printer
US5353164A (en) * 1992-10-30 1994-10-04 At&T Bell Laboratories Objective lens for a free-space photonic switching system
US7095763B2 (en) * 2001-12-17 2006-08-22 Cyberoptics Semiconductor, Inc. Semiconductor wafer carrier mapping sensor
US20050086024A1 (en) * 2003-09-19 2005-04-21 Cyberoptics Semiconductor Inc. Semiconductor wafer location sensing via non contact methods
EP1716476B1 (en) * 2004-02-09 2015-05-20 Koninklijke Philips N.V. Optical input device based on doppler shift and laser self-mixing

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4866856A (ja) * 1971-12-16 1973-09-13
JPS5391756A (en) * 1977-01-21 1978-08-11 Minolta Camera Co Ltd Zoom lens system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2040507A5 (ja) * 1969-04-01 1971-01-22 Commissariat Energie Atomique
CH539892A (de) * 1971-03-22 1973-07-31 Zellweger Uster Ag Abtastvorrichtung für optisch erkennbare Zeichen
US3750189A (en) * 1971-10-18 1973-07-31 Ibm Light scanning and printing system
US3801182A (en) * 1972-07-10 1974-04-02 Identicon Corp Optical scanning apparatus
US3980397A (en) * 1973-09-17 1976-09-14 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Diffraction smoothing aperture for an optical beam
US4030817A (en) * 1976-03-22 1977-06-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Apodization filter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4866856A (ja) * 1971-12-16 1973-09-13
JPS5391756A (en) * 1977-01-21 1978-08-11 Minolta Camera Co Ltd Zoom lens system

Also Published As

Publication number Publication date
CA1119028A (en) 1982-03-02
JPS55161209A (en) 1980-12-15
DE3062945D1 (en) 1983-06-09
US4304467A (en) 1981-12-08
EP0019778B1 (en) 1983-05-04
EP0019778A1 (en) 1980-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5820015B2 (ja) 集束レ−ザ・ビ−ム光学装置
US5090798A (en) Applied intensity distribution controlling apparatus
US4396285A (en) Laser system and its method of use
JP5027163B2 (ja) 光学系の焦点位置を検出する装置および方法、ならびに眼科的処置装置
US5524018A (en) Superior resolution laser using bessel transform optical filter
US5477554A (en) Phase shift device and laser apparatus utilizing the same
KR102047612B1 (ko) 레이저광 정형 및 파면 제어용 광학계
US9323052B2 (en) Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode
JP2004536350A (ja) 空間的に部分的にコヒーレントな光ビームの強度分布の回折成形
CN109530913A (zh) 一种贝塞尔光束的激光加工优化方法及系统
JP3553986B2 (ja) ２重ベッセルビーム発生方法及び装置
JP2814396B2 (ja) 眼科光学装置
US12013513B2 (en) Metasurface based device for generating abrupt autofocusing beam
JPH04123016A (ja) レーザ装置
JPH0784221A (ja) 集光用光学装置とこれに付加される光学的付加装置及びこれらを用いた測定機器
Young Pinhole imagery
JPH04123017A (ja) 位相シフト素子及びそれを用いたレーザ装置
KR100200840B1 (ko) 속응답 광변조장치
JPS62231924A (ja) 投影露光方法及びその装置
JPH05307151A (ja) 偏向走査方法およびその装置
Zinn et al. F2-laser fabrication of fiber-integrated optical elements
SU1697042A1 (ru) Устройство дл фокусировки гауссова пучка в пр моугольник с равномерным распределением интенсивности
KR100296386B1 (ko) 레이저빔프로파일변형방법및장치그리고광섬유그레이팅가공방법
JPS6125120A (ja) レ−ザ−ビ−ム結像光学系
JPS5573079A (en) Information recording-reproducing method