JPS6125116A - レ−ザ−ビ−ム結像光学系 - Google Patents
レ−ザ−ビ−ム結像光学系Info
- Publication number
- JPS6125116A JPS6125116A JP14617984A JP14617984A JPS6125116A JP S6125116 A JPS6125116 A JP S6125116A JP 14617984 A JP14617984 A JP 14617984A JP 14617984 A JP14617984 A JP 14617984A JP S6125116 A JPS6125116 A JP S6125116A
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- JP
- Japan
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- laser beam
- plane
- lenses
- optical system
- image formation
- Prior art date
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- Pending
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- Lenses (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザービームを用いて楕円形状の焦点像を
得る光学系であって、入射レーザービームの方向が変動
しても一定の位置に焦点を結像できるレーザービーム結
像光学系に関するものである。
得る光学系であって、入射レーザービームの方向が変動
しても一定の位置に焦点を結像できるレーザービーム結
像光学系に関するものである。
従来の楕円形状の焦点を得るためのレーザービーム結像
光学系は、第１図（ａ）の平面図及びこの平面図と直交
する方向から見た（ｂ）の側面図に示すように、２枚の
焦点距離の異なる第１、第２のシリンドリカルレンズ１
．２を、その柱状の軸同志が直交するように配置する構
成としている。
光学系は、第１図（ａ）の平面図及びこの平面図と直交
する方向から見た（ｂ）の側面図に示すように、２枚の
焦点距離の異なる第１、第２のシリンドリカルレンズ１
．２を、その柱状の軸同志が直交するように配置する構
成としている。
つまり、第１のシリンドリカルレンズｌは平面において
のみ屈折力を有し、第２のシリンドリカルレンズ２は側
面内においてのみ屈折力を有している。第１図（ａ）の
平面内において、平行光束の入射レーザービームＬは、
第１のシリンドリカルレンズ１により第２のシリンドリ
カルレンズ２に無関係に結像面に像を結ぶことになる。
のみ屈折力を有し、第２のシリンドリカルレンズ２は側
面内においてのみ屈折力を有している。第１図（ａ）の
平面内において、平行光束の入射レーザービームＬは、
第１のシリンドリカルレンズ１により第２のシリンドリ
カルレンズ２に無関係に結像面に像を結ぶことになる。
従って、入射レーザービームＬの第１のシリンドリカル
レンズｌに対する平面内での入射角が変化すれば、結像
面における水平方向の結像位置が変化することになる。
レンズｌに対する平面内での入射角が変化すれば、結像
面における水平方向の結像位置が変化することになる。
同様に第１図（ｂ）の側面内において、入射レーザービ
ームＬは第１のシリンドリカルレンズ１に無関係に、第
２のシリンドリカルレンズ２により結像面に結像される
から、入射・レーザービームＬの第２のシリンドリカル
レンズ２に対する側面内での入射角が変化すれば、結像
面における垂直方向の結像位置が変化する。従って、こ
の従来のレーザービーム結像光学系はレーザービーム発
生器の姿勢による出射角の変化の影響を受は易い欠点が
ある。
ームＬは第１のシリンドリカルレンズ１に無関係に、第
２のシリンドリカルレンズ２により結像面に結像される
から、入射・レーザービームＬの第２のシリンドリカル
レンズ２に対する側面内での入射角が変化すれば、結像
面における垂直方向の結像位置が変化する。従って、こ
の従来のレーザービーム結像光学系はレーザービーム発
生器の姿勢による出射角の変化の影響を受は易い欠点が
ある。
楕円形状の焦点を有するレーザービーム結像光学系は、
プリンタ、微小物体の散乱測定など各方向に応用されて
いるが、プリンタの場合の結像位置の変化は走査むらと
なり、測光においては測定値のばらつきによる精度の低
下をもたらすことになる。
プリンタ、微小物体の散乱測定など各方向に応用されて
いるが、プリンタの場合の結像位置の変化は走査むらと
なり、測光においては測定値のばらつきによる精度の低
下をもたらすことになる。
本発明の目的は、上述の欠点を除去し、入射レーザービ
ームの入射角の変化による楕円形状の焦点の結像位置の
変動を防止するレーザービーム結像光学系を提供するこ
とにあり、その要旨は、楕円形状の焦点像を結像面に結
像するレーザービーム結像光学系において、第１の平面
内においてのみ屈折力を有し前記結像面に対し互いに共
役な少なくとも２個のシリンドリカルレンズと、前記第
１の平面と直交する第２の平面内においてのみ屈折力を
有し前記結像面に対し互いに共役な少なくとも２個のシ
リンドリカルレンズとを具備したことを特徴とするもの
である６ 本発明に係る実施例を説明するのに先立ち、レンズの共
役関係について説明する。通常のガスレーザー等による
ビームはＴＥＭｏｏモードであり、その強度分布はガウ
ス強度分布を有しており、一般に強度分布が中心強度の
１／ｅ２となる径をもってビームの大きさとしている。
ームの入射角の変化による楕円形状の焦点の結像位置の
変動を防止するレーザービーム結像光学系を提供するこ
とにあり、その要旨は、楕円形状の焦点像を結像面に結
像するレーザービーム結像光学系において、第１の平面
内においてのみ屈折力を有し前記結像面に対し互いに共
役な少なくとも２個のシリンドリカルレンズと、前記第
１の平面と直交する第２の平面内においてのみ屈折力を
有し前記結像面に対し互いに共役な少なくとも２個のシ
リンドリカルレンズとを具備したことを特徴とするもの
である６ 本発明に係る実施例を説明するのに先立ち、レンズの共
役関係について説明する。通常のガスレーザー等による
ビームはＴＥＭｏｏモードであり、その強度分布はガウ
ス強度分布を有しており、一般に強度分布が中心強度の
１／ｅ２となる径をもってビームの大きさとしている。
レンズの口径が入射ビームの径りの２倍以上あると仮定
すると、このときのビーム径ｄは、 ｄ＝ （４／π）＊ ＦＮｏ・λ −・（１）で表
される。ここで、λは入射レーザービームの波長、ＦＮ
ｏはレンズのＦ値であり、ｆをレンズの焦点距離とする
と、、ＦＮｏはｆｌＤであり、（１）式を書き直すと次
式になる。
すると、このときのビーム径ｄは、 ｄ＝ （４／π）＊ ＦＮｏ・λ −・（１）で表
される。ここで、λは入射レーザービームの波長、ＦＮ
ｏはレンズのＦ値であり、ｆをレンズの焦点距離とする
と、、ＦＮｏはｆｌＤであり、（１）式を書き直すと次
式になる。
ＤＩｄ＝（４／π）・ｆ・λ ・・・（１）″ビーム
を光学系で結像するとき、最小径になるところをビーム
ウェストと呼んでいる。いま第２図に示すように、焦点
距離ｆの凸レンズ３の＃側熱点位置にビームウェス）Ｉ
ｌａをおくと、実線で示すように後側焦点位置にビーム
ウェス）Ｗｂが結像する。ここで、 Ｄ（讐ａ） 、
１１（Ｗｂ）をそれぞれと・−ムウエストＷａ、ビーム
ウェストｗｂの位置のビーム径とすると、（１）′式を
基に（２）式が得られる。
を光学系で結像するとき、最小径になるところをビーム
ウェストと呼んでいる。いま第２図に示すように、焦点
距離ｆの凸レンズ３の＃側熱点位置にビームウェス）Ｉ
ｌａをおくと、実線で示すように後側焦点位置にビーム
ウェス）Ｗｂが結像する。ここで、 Ｄ（讐ａ） 、
１１（Ｗｂ）をそれぞれと・−ムウエストＷａ、ビーム
ウェストｗｂの位置のビーム径とすると、（１）′式を
基に（２）式が得られる。
Ｉｔ（Ｗａ） ・Ｄ（Ｗｂ） ＝ （４／ ｗ）
・ｆ ・λ・・・（２）第２図において、凸レンズ３の
焦点距離をｆｌ、凸レンズ４の焦点距離をｆ２．凸レン
ズ４の後側の焦点位置、つまりビームウェス）Ｗｅの位
置におけるビーム径をＤ（Ｗｃ）とすると、（２）式に
より、Ｄ（′ｗａ）・Ｄ（ｗｂ）＝（４／π）・ｆｌ・
λ０、（Ｗｂ） ・Ｄ（Ｗｅ） ＝ （４／ ａ）
、ｏ ｆ２・λ＋”＋ Ｄ（Ｗｃ） ／Ｄ（ｗａ）
＝ｆ２／Ｈ＝（３）となる、つまり、両凸レンズ３，４
の焦点距離ｆ１． ｆ２ノ比によりビームｆｌＤ（ｋｌ
ａ） カＤ（Ｗｃ） ニｉｌ換される。この場合にｒｔ
＝ １、ｆ２＝ ２ ｊとすればｆ２＞ｆｌテあり、Ｄ
（Ｗｅ） ＞ Ｄ（Ｈａ） テア６ カラ、最終のビー
ム径が大きくなるビームエキスパンダである。また、ｆ
２＜ｆｌのときにはＤ（Ｗｃ） ＜Ｄ（Ｗａ） テあり
、最終ビーム径が小さくなるから、この系をビームコン
プレッサと呼んでいる。
・ｆ ・λ・・・（２）第２図において、凸レンズ３の
焦点距離をｆｌ、凸レンズ４の焦点距離をｆ２．凸レン
ズ４の後側の焦点位置、つまりビームウェス）Ｗｅの位
置におけるビーム径をＤ（Ｗｃ）とすると、（２）式に
より、Ｄ（′ｗａ）・Ｄ（ｗｂ）＝（４／π）・ｆｌ・
λ０、（Ｗｂ） ・Ｄ（Ｗｅ） ＝ （４／ ａ）
、ｏ ｆ２・λ＋”＋ Ｄ（Ｗｃ） ／Ｄ（ｗａ）
＝ｆ２／Ｈ＝（３）となる、つまり、両凸レンズ３，４
の焦点距離ｆ１． ｆ２ノ比によりビームｆｌＤ（ｋｌ
ａ） カＤ（Ｗｃ） ニｉｌ換される。この場合にｒｔ
＝ １、ｆ２＝ ２ ｊとすればｆ２＞ｆｌテあり、Ｄ
（Ｗｅ） ＞ Ｄ（Ｈａ） テア６ カラ、最終のビー
ム径が大きくなるビームエキスパンダである。また、ｆ
２＜ｆｌのときにはＤ（Ｗｃ） ＜Ｄ（Ｗａ） テあり
、最終ビーム径が小さくなるから、この系をビームコン
プレッサと呼んでいる。
次に、第２図の破線で示すビームに着目すると、前述し
たように凸レンズ３の後備焦点位置と凸レンズ４の前側
焦点位置とを一致させた光学系では、ビームウェストＩ
ｌａを凸レンズ３の前側焦点位置とすれば、ビームウェ
ス）Ｗｃは凸レンズ４の後側焦点位置になることが判る
。このとき、ビームウェス）Ｗａ、！＝Ｗｃは光学的に
共役な関係にあるから、Ｗａの位置が変わらなければ入
射方向がたとえ変動しても、ビームウェス）ＩｌａはＷ
ｅの位置に正確に結像されるので、ビームの結像位置は
変ることはない。
たように凸レンズ３の後備焦点位置と凸レンズ４の前側
焦点位置とを一致させた光学系では、ビームウェストＩ
ｌａを凸レンズ３の前側焦点位置とすれば、ビームウェ
ス）Ｗｃは凸レンズ４の後側焦点位置になることが判る
。このとき、ビームウェス）Ｗａ、！＝Ｗｃは光学的に
共役な関係にあるから、Ｗａの位置が変わらなければ入
射方向がたとえ変動しても、ビームウェス）ＩｌａはＷ
ｅの位置に正確に結像されるので、ビームの結像位置は
変ることはない。
上述の共役関係を前提として、本発明を第３図に図示の
実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例に基づいて詳細に説明する。
第３図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であり、４個の
シリンドリカルレンズ１１．１２．１３．１４が使用さ
れている。シリンドリカルレンズ１１．１２はこれらの
屈折力同志が直交する方向に配置され、シリンドリカル
レンズ１３．１４同志も同様である。従って、平面内に
おいてはシリンドリカルレンズ１１と１３の屈折力が作
用し、側面内においてはシリンドリカルレンズ１２と１
４の屈折力が作用するようになっている。そして作用的
には、第２図に示す凸レンズ３がシリンドリカルレンズ
１１．１２にほぼ相当し、凸レンズ４がシリンドリカル
レンズ１３．１４にほぼ相当することになる。
シリンドリカルレンズ１１．１２．１３．１４が使用さ
れている。シリンドリカルレンズ１１．１２はこれらの
屈折力同志が直交する方向に配置され、シリンドリカル
レンズ１３．１４同志も同様である。従って、平面内に
おいてはシリンドリカルレンズ１１と１３の屈折力が作
用し、側面内においてはシリンドリカルレンズ１２と１
４の屈折力が作用するようになっている。そして作用的
には、第２図に示す凸レンズ３がシリンドリカルレンズ
１１．１２にほぼ相当し、凸レンズ４がシリンドリカル
レンズ１３．１４にほぼ相当することになる。
シリンドリカルレンズ１１’、１３は第３図（ａ）の平
面内において、平行光束から成る入射レーザービームＬ
のビームウェストＷａｌをｌ１ｌｂｌを経てＷｃｌに結
像する。同様に、シリンドリカルレンズ１２．１４によ
ってビームウェストＷａ２をｌ１ｃ２に結像する。この
場合も第２図と同様に、ビームウェストＷｃｌはＷａｌ
と共役、ビームウェストＷｃ２はＷｃ２と共役である
から、レーザービームＬの入射面が変動しても、平面内
及び側面内共に結像位置での変位が生ずることはない。
面内において、平行光束から成る入射レーザービームＬ
のビームウェストＷａｌをｌ１ｌｂｌを経てＷｃｌに結
像する。同様に、シリンドリカルレンズ１２．１４によ
ってビームウェストＷａ２をｌ１ｃ２に結像する。この
場合も第２図と同様に、ビームウェストＷｃｌはＷａｌ
と共役、ビームウェストＷｃ２はＷｃ２と共役である
から、レーザービームＬの入射面が変動しても、平面内
及び側面内共に結像位置での変位が生ずることはない。
シリンドリカルレンズ１１．１２．１３．１４の焦点距
離を、例えばそれぞれ４１．５ｉ、２１．１とすると、
結像比は（３）式より、Ｄ（Ｗｃｌ）／ Ｄ（Ｗａｌ）
＝ ２４！ ／ ４ Ｎ ＝ １ ／ ２Ｄ（Ｗｃ２）
／り（Ｗｃ２）＝ １ ／ ５ Ｎ ＝ １ ／ ５と
なり、結像面での楕円形ビームの短軸と長袖との比は２
：５となる。
離を、例えばそれぞれ４１．５ｉ、２１．１とすると、
結像比は（３）式より、Ｄ（Ｗｃｌ）／ Ｄ（Ｗａｌ）
＝ ２４！ ／ ４ Ｎ ＝ １ ／ ２Ｄ（Ｗｃ２）
／り（Ｗｃ２）＝ １ ／ ５ Ｎ ＝ １ ／ ５と
なり、結像面での楕円形ビームの短軸と長袖との比は２
：５となる。
なお、実施例において共役なシリンドリカルレンズを２
枚ずつとしたが、これは使用目的に応じて更に枚数を増
やしても支障はない。
枚ずつとしたが、これは使用目的に応じて更に枚数を増
やしても支障はない。
以上説明したように本発明に係るレーザービーム結像光
学系は、直交する平面内において、それぞれ゛屈折力を
有する共役なレンズ系を採用して結像するようにしたの
で、入射レーザービームの入射角が変化しても楕円形ビ
ームの結像位置が変位しないという大きな利点がある。
学系は、直交する平面内において、それぞれ゛屈折力を
有する共役なレンズ系を採用して結像するようにしたの
で、入射レーザービームの入射角が変化しても楕円形ビ
ームの結像位置が変位しないという大きな利点がある。
第１図（ａ）は従来の楕円結像用レーザービーム結像光
学系の平面図、（ｂ）はその側面図、第２図は共役な１
組の凸レンズを用いた結像光学系の説明図、第３図は本
発明に係るレーザービーム結像光学系の一実施例を示し
、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 符号３．４は凸レンズ、１１．１２．１３．１４はシリ
ンドリカルレンズである。 特許出願人 キャノン株式会社 第１図 （Ｑ） （ｂ）
学系の平面図、（ｂ）はその側面図、第２図は共役な１
組の凸レンズを用いた結像光学系の説明図、第３図は本
発明に係るレーザービーム結像光学系の一実施例を示し
、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 符号３．４は凸レンズ、１１．１２．１３．１４はシリ
ンドリカルレンズである。 特許出願人 キャノン株式会社 第１図 （Ｑ） （ｂ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、楕円形状の焦点像を結像面に結像するレーザービー
ム結像光学系において、第１の平面内においてのみ屈折
力を有し前記結像面に対し互いに共役な少なくとも２側
のシリンドリカルレンズと、前記第１の平面と直交する
第２の平面内においてのみ屈折力を有し前記結像面に対
し互いに共役な少なくとも２個のシリンドリカルレンズ
とを具備したことを特徴とするレーザービーム結像光学
系。 ２、前記第１、第２の平面におけるシリンドリカルレン
ズ同志の焦点距離の比により、それぞれ楕円の長軸及び
短軸方向の長さを決定するようにした特許請求の範囲第
１項に記載のレーザービーム結像光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14617984A JPS6125116A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14617984A JPS6125116A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6125116A true JPS6125116A (ja) | 1986-02-04 |
Family
ID=15401920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14617984A Pending JPS6125116A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6125116A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169593A (en) * | 1989-11-03 | 1992-12-08 | General Electric Company | Control rod drive handling tools for nuclear reactor |
| EP1074871A2 (de) * | 1999-08-05 | 2001-02-07 | Lissotschenko, Vitalij, Dr. | Optische Abbildungsvorrichtung |
| WO2014061368A1 (ja) * | 2012-10-15 | 2014-04-24 | ソニー株式会社 | 微小粒子測定装置 |
-
1984
- 1984-07-14 JP JP14617984A patent/JPS6125116A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169593A (en) * | 1989-11-03 | 1992-12-08 | General Electric Company | Control rod drive handling tools for nuclear reactor |
| EP1074871A2 (de) * | 1999-08-05 | 2001-02-07 | Lissotschenko, Vitalij, Dr. | Optische Abbildungsvorrichtung |
| EP1074871A3 (de) * | 1999-08-05 | 2004-05-26 | Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH & Co.KG | Optische Abbildungsvorrichtung |
| WO2014061368A1 (ja) * | 2012-10-15 | 2014-04-24 | ソニー株式会社 | 微小粒子測定装置 |
| CN104718444A (zh) * | 2012-10-15 | 2015-06-17 | 索尼公司 | 微粒测量装置 |
| US9429508B2 (en) | 2012-10-15 | 2016-08-30 | Sony Corporation | Microparticle measuring apparatus |
| JPWO2014061368A1 (ja) * | 2012-10-15 | 2016-09-05 | ソニー株式会社 | 微小粒子測定装置 |
| US9816913B2 (en) | 2012-10-15 | 2017-11-14 | Sony Corporation | Microparticle measuring apparatus |
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