JPH0252311A - レーザービーム用軟調縁部絞り - 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） 本発明はコヒーレントなビームの放射の絞りに関する。

（従来の技術） 気体又は固体レーザーによって発生されるようなコヒー
レントなビームの放射が、絞り、例えば、添付図面の第
１ａ図に例示され且つ金属の部片２２の穴２０からなる
絞り１８、によって截頭されるならば、穴２０の鋭利な
縁部２４がビームを穴の縁部で回折させる。第１ｂ図は
絞りを横切る位置Ｘに対する絞り１８の光学濃度の線図
であり、第１ｃ図は第１ａ図に例示した絞りを横切る位
置Ｘに対する通過した％光の線図である。穴の縁部での
回折は穴２０の下流でビームに干渉パターンを生ずる。

ビームに干渉パターンが存在することは多くの目的のた
めに望ましくない。例えば、レーザー及び絞りがレーザ
ープリンターで使用されるならば、干渉パターンは光受
容体上の絞りの大きさを増加させるであろう。少なくと
も高解像度のプリンターでは、小さなスポット寸法が望
ましく、そのようなスポット寸法の増加は望ましくない
。ビームの干渉発生截頭作用を避けるために、光学要素
の全ては非常に大きく作られねばならず、その結果高い
コストを伴う。截頭作用によって生ずる望ましくない干
渉パターンは、とりわけレザー融解システム、ビデオデ
ィスク再生装置及び記録装置でも生じ、且つ望ましくな
い。このため、レーザービームを截頭することによって
生ずる干渉作用を最小限にする必要があることは明らか
である。

米国特許明細書筒３，９３５，５４５号は高能力レーザ
ー増幅器システムにおいて回折で誘起される損害を減ら
すための方法及び装置を説明している。特に、それは、
特別の半径内で一様で高い光学透過と漸進的により大き
い半径においで益々低い値へ徐々に低下する透過とを有
する穴にビームを通過させることによってレーザービー
ムプロフィルを適当に調整することを開示している。そ
のような絞りの例は添付図面の第２ａ図に例示される絞
り２６であり、それは交差斜線付領域において不透明を
呈する透き通ったガラス板の部片２８からなる。中央の
円板状の形状にされた領域３２では、１００％の透過が
ある。即ち絞りは領域３２において透き通っている。第
２ａ図で斜線を付けられた環状部分３４では、透過は透
き通った領域３２に近接する１００％から不透明な領域
３０に近接する０％まで変化する。このように、穴の半
径に沿う光学濃度に、円板状の形状にされた領域３２の
外半径で始まり且つ不透明な領域３ｏの内半径で終わる
勾配がある。このような穴は軟調の縁部を有すると説明
されることができ、且つその透過効率、即ち「通過され
た」％光は第２ｂ図に例示される。一般に使用している
軟調の縁部の穴を製作する別の方法は、クロム又は他の
不透明な材料の薄い膜をガラス基体上に蒸着する特殊化
された薄膜パターン化技術を含む。軟調の穴は穴の縁部
における光学濃度に勾配を設ける機械的装置によって蒸
着中に膜にパターン化される。

（発明が解決しようとする課題） 既知の軟調縁部の絞りの製作は困難であり且つ費用がか
かる。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明によれば
、レーザービーム用の軟調縁部の絞りは、通過区域と、
阻止区域と、通過区域及び阻止区域の間の遷移区域とを
含む。遷移区域は回折格子を含む。回折格子の回折効率
は、通過区域に近接して第１の値と阻止区域に近接して
第２の値とを有し且つそれ以外の場所では第１及び第２
の値の間で変化する。

本発明の一実施例では、阻止区域及び遷移区域を担持す
る絞り部材がある。該絞り部材は通過区域を形成する透
き通った領域を有する。この実施例では、阻止区域は不
透明であるか又は入射光の実質的に全部を回折する回折
格子であることができる。阻止区域が回折格子である実
施例では、回折格子によって回折された光は、透き通っ
た通過区域を通過した光と異なる方向へ向けられ、且つ
異なる方向へ向けられるのでそれは絞りの下流で光学シ
ステムへ入射せず、又は別の方法で該光学システムによ
って受入れられない。それ故、阻止区域によって回折さ
れた光は不透明な阻止区域におけると同様に効果的に阻
止される。遷移区域での回折格子は通過区域に近接して
非常に低い効率を存し、それにより入射光の小さいパー
センテージだけが回折され、且つ通過区域を通過した光
の方向と異なる方向へ進む。遷移区域の回折格子は阻止
区域に近接して非常に高い効率を有し、それによりそれ
に入射する光の大部分は回折される。

遷移区域での回折格子の回折効率は、通過区域に近接す
る非常に低い値と阻止区域に近接する非常に高い値との
間で変化する。透き通った領域は絞り部材の穴であり得
る。このため、阻止区域は、光を通過領域によって通過
されたビームから離れる方へ回折によって再方向付けす
ることによって光を阻止する。

（実施例） 第３ａ図から第６図までは絞り３８である本発明の第１
の実施例を例示し、且つ該実施例は光学平面ガラスの四
角形の部片４０を含み、該部片上には、中央の円板状の
形状にされた領域４２を除いて、回折格子パターン４４
が形成される。パターン４４は、透き通った領域４２と
接し且つ変化する回折効率を有する環状領域４６と、領
域４６の半径方向外側にあり且つ最大回折効率を有する
絞りの完全な領域４８とを含む。当業者は９５％を超え
る回折効率が得られることを知っている。

第４図は絞り３８の断面図であり且つ絞りへ入射する光
５０に及ぼす絞りの作用を例示する。透き通った中央の
円板状の形状にされた領域４２へ入射する光５０は絞り
３８を真直ぐに通過することは理解されよう。環状領域
４５の半径方向外側にある阻止領域へ入射する光は実質
的に全て回折される。即ち、達成し得る最大回折効率に
依存して数パーセントだけが回折せずに透過される。環
状領域４６へ入射する光５０は回折せずに透過されもし
且つ回折されもする。回折される光に対する回折せずに
透過される光の比率は環状領域で変化し、円板状の形状
にされた領域４２に近接して実質的に全ての光が通過さ
れ且つ光が実質的に回折されないが、領域４８に近接し
て実質的に全ての光が回折され且つ光は実質的に通過さ
れない。

このため、環状の遷移領域４６での回折格子の回折効率
は、中央の円板状の形状にされた領域４２である通過区
域に近接して第１の値と、領域４８である阻止区域に近
接して第２の値とを有し、且つそれ以外の場所ではこれ
らの値の間で変化する。

第６図に例示するように、絞り３８で通過されたと考え
られる光が入射光５０と平行に絞りを去る光であるよう
に絞り３８が使用されていると仮定する。絞りで「通過
された」光を使用する光学システムは、第６図に、他の
実施例を例示する図面と同様に、入射光と平行な光線を
受入れるのか又は入射光に対して角度をもって配置され
た光線を受入れるのかを示すために配置され且つ方向付
けられた目の記号によって示される。第６閏から第２３
図で使用される記号を理解するために、第５図を構成す
る凡例を参照されたい。

第３ａ図から第６図に関連して上述した絞りは次のよう
にして製作され得る。ガラスの部片４０は陽性のフォト
レジスＩ・で被覆される。ガラス上のクロムのフォトマ
スクが被膜の上に置かれる。

フォトマスクは絞り３８の円板状の形状にされた領域４
２、即ち通過区域に対応する円板状の形状にされた領域
で最大濃度を有する。フォトマスクの最大濃度領域の周
りに、減少する濃度の環状領域があり、該減少する濃度
は絞り３８の領域４８、即ち阻止区域の半径方向内方の
境界の半径における零濃度まで減少する。このため、中
央の不透明な領域と周辺の透き通った領域との間でフォ
トマスクに半径方向の勾配がある。フォトマスクはガラ
ス基体上にクロム又は他の不透明な材料の薄い膜を被覆
することによって作られ得る。勾配領域は光学濃度に勾
配を付けるだめの機械的装置を用いて形成される。

所定の位置にあるフォトマスクによって、干渉パターン
は当業者に知られる手段によってフォトレジスト上に作
られるので、説明をここではしない。フォトレジストは
フォトマスクを通して干渉パターンに露光される。露光
後、露光されたフォトレジストを担持するガラス基体は
既知のエツチング加工を受け、該エツチング加工は中央
の円板状の形状にされた領域を透き通らせ、領域４８に
正弦波状の格子パターンで最大溝深さを有する回折格子
パターンをもたせ、且つ環状領域４６に正弦波状の溝パ
ターンをもたせ、該溝パターンの溝の深さは中央の円板
状の形状にされた領域に近接して零から領域４８に近接
して最大まで変化する。

このように、ガラスのフォトマスク」二のり１コムは作
るのに高価であるが、それは本発明による軟調縁部絞り
を作る際に工具として多数回にわたって使用されるのに
反して、従来技術ではクロムは絞りを構成していた。

第７図は本発明の第２の実施例を例示し、これも透過絞
りである。この第２の実施例では、阻止区域は不透明で
あり又は反射性を有し、且つ通過区域を通過する光は入
射光と実質的に平行に絞りを去る光である。遷移区域に
おいて、光は一部回折され且つ一部真直ぐに通過され、
その比率は通過区域の中心からの半径方向距離と共に変
化する。

このため、絞りで通過された光を使用しようとされる光
学システムは第７図で目の記号で指示されるようにおよ
そ配置されかつ方向付けられる。

第８図は本発明の第３の実施例を例示し、それも透過絞
りである。しかしながら、この第３の実施例では、「通
過された」とみなされる光は絞りによって回折された光
であり且つ阻止される先は絞りによって吸収され又は反
射される。

第９図は本発明の第４の実施例を例示し、それも透過絞
りである。この第４の実施例では、通過されたとみなさ
れる光は回折された光であり且つ存効に阻止される光は
入射光と平行な方向へ絞りを去る光である。このため、
絞りで通過された光を使用する光学システムは第９図で
目の記号で示されるようにおよそ配置され且つ方向付け
られる。

第１０図から第１３図までは、絞りの通過区域が外方の
環状部分であり且つ阻止区域が中央の円板状の形状にさ
れた区域であることを共通とする本発明の第４から第８
までの実施例を例示する。

第１０図で、第５の実施例の通過区域はそれに入射する
実質的に全部の光を回折し、且つ「通過された」光を使
用する光学システムは目の記号で示したようにおよそ配
置され且つ方向付けられる。

阻止区域はそれへ入射する光を吸収するか又は反射する
。

第１１図に例示する第６の実施例は、阻止区域が透き通
っており且つそれへ入射する光を絞りを通して真直ぐに
進め、それにより阻止区域から発する先は入射光と平行
であるが、勿論それは「通過された」光を使用する光学
システムを外れることを除いて第５の実施例と同様であ
り、該光学システムは目の記号で所定の位置及び方向に
示されている。

第１２図は本発明の第７の実施例を示し、ごごでは通過
区域は光が回折せずに通過する区域であり、且つ阻止区
域は入射光の実質的に全てが回折される区域である。絞
りで「通過された」光を使用する光学システムは目の記
号で示される。この実施例では、「通過されたＪ光は入
射光と平行な光であり且つ通過区域は遷移区域及び阻止
区域の半径方向外方に配置されているので、通過された
光がその半径方向内方周辺において並びにその半径方向
外方において阻止されることが所望されるならば、軟調
縁部がその半径方向外方周辺にも本発明に従って設けら
れる。そのような半径方向外方の軟調縁部は環状遷移区
域を含み且つその半径方向外側に阻止区域を含む。この
ような実施例、即ち第８の実施例は第１３図に示される
。

本発明の第９の実施例が第１４図に例示され、それには
環状遷移区域によって囲まれた中央の円板状の形状にさ
れた阻止区域があり、該環状遷移区域は環状通過区域に
よって囲まれている。通過区域で「通過された」光を使
用する光学システムは目の記号によって適当な位置及び
配向で表示される。もし「通過された」光の環状部分の
半径方向外方周辺をも境界付けすることが所望されるな
らば、本発明に従う軟調縁部が設けられることができ、
且つかかる実施例、即ち第９の実施例は図面の第９図に
例示される。第１５図では、通過区域の周りに環状遷移
区域があり且つ遷移区域の周りに環状阻止区域がある。

これまで説明した全ての実施例では、「通過された」光
は光が入射する側と反対の絞りの側から発し、且つ回折
があるところでは回折は透過回折格子によってである。

また、回折格子が反則性を有する本発明の実施例が構成
され得る。そのような幾つかの実施例が第１６図から第
２３図までに示され、これらの図において、入射光は前
の実施例における左から向けられるのに反して右から向
けられ、且つ「通過された」光を使用する光学ノステム
（目の記号によって示される）はそれらの図に示される
ように絞りの右にある。

第１６図に示す第１０の実施例では、通過区域は反射区
域であり且つ阻止区域は反射性回折格子であり、該反射
性回折格子はそれへ入射する光の実質的に全てを回折し
且つその全てを反射する。

遷移区域はそれへ入射する光の全てを反射し旧つその若
干を回折し、回折される量は阻止区域に近接して零であ
り且つ通過区域に近接して最大であり且つそれら２つの
値の間で漸進的に変化する。

絞りで「通過された」光を使用する光学システムは、図
面に目の記号で配置及び配向の両方を示される。

第１７図に例示される本発明の第１１の実施例は第１６
図に示す第１０の実施例と同様であるが、第１１の実施
例では阻止区域は吸収性を有する。

第１２の実施例が第１８図に示され、同図で通過区域は
反射性回折格子であり、阻止区域は吸収性を有し、且つ
遷移区域は反射性及び回折性を有し、その回折効率は通
過区域に近接して最大から阻止区域に近接して最小まで
減少する。絞りによって［通過されたＪ光を使用する光
学システムは目の記号によって位置及び配向を表示され
る。

第１９図に示される第１３の実施例は第１２の実施例と
同様であるが、阻止区域が反射性を有することで相違す
る。絞りで「通過された」光を使用する光学システムの
配向から、反射されるが回折されない光が光学装置によ
って受入れられないことは認められよう。

説明すべき第１４の実施例が第２０図に示され、同図で
阻止区域が中央にあり且つ通過区域が環状であり遷移区
域の半径方向外方に配置され、遷移区域が阻止区域と接
していることは理解されよう。

この実施例では、阻止区域は吸収性を有し、且つそれ以
外では第１４の実施例と同様である第２１図に示す第１
５の実施例では、阻止区域は反射性を有する。

説明すべき第１６の実施例が第２２図に示される。この
実施例では、通過区域は、円板状の形状にされた阻止区
域の周りにある環状遷移区域の外側の環状部分である。

通過区域は全くの反射性であり、阻止区域は最大回折効
率を有する反射回折性を有し、且つ遷移区域は反射性を
有し且つ阻止区域に近接して最大から通過区域に近接し
て零まで変化する回折効率を有する回折性を有する。通
過区域で「通過された」光を使用する光学システムは第
２２図に目の記号で示されるように配置され且つ配向さ
れる。

説明すべき第１７の実施例は第２３図に示され且つ第２
２図に示す１６の実施例と同様であるが、阻止区域が吸
収性であることで相違する。

光を回折せずに透過する通過区域を含む上述した本発明
の実施例では、フォトレジストを担持する基体材料は通
過区域を横切って連続している。

基体材料はそのような通過区域で不連続であり又は存在
しないことができることは理解されよう。

同様に、阻止区域が光を回折せずに透過する実施例では
、基体材料はそのような阻止区域で不連続であり又は存
在しないことができる。

本発明による絞りを製作する１つの方法は前述されてい
る。別の製作方法はフォトレジストの二重露光を含む。

この第２の製作方法では、回折格子は通常の様式でフォ
トレジストに記録される。

しかしながら、フォトレジストが処理される前に、紫外
露光システムと前述したような軟調穴を有するガラスフ
ォトマスク上のクロムとを用いて接触露光が行われる。

フォトレジストの処理後、回折効率に勾配を有する回折
格子パターンが絞りの遷移区域にある。

上述した本発明による絞りの製作方法は比較的高価なフ
ォトマスクを使用することを含む。しかしがしながら、
製作された絞りは高品質をもつことができる。品質要求
が少ないならば、反射性格子穴は材料化されたプラスチ
ックに非常に経済的に型押成形されることができる。

上述した実施例の多くにおいで、阻止区域へ入射する光
は吸収されないが、透過され又は反射され又は回折され
又は反射され／回折され、それが「通過された」光と異
なって方向付けられることで「通過された」光と区別さ
れることは認められよう。「阻止された」光はそれが光
学システムを逸れて通過するように異なって方向付けら
れる。

この「阻止された」光は、例えばレーザーダイオードの
ような光源の能力、又は他の制御作用を監視するために
使用され得る。

レーザー走査器はレーザーダイオードの出力の周波数変
化の作用を改善するために、回転するハロゲンの上流に
一定の回折格子を含むことが提案されている。「通過さ
れた」光が中央の円板状の形状にされた通過区域によっ
て回折される本発明による絞りは、ハロゲンの上流の静
止格子を形成することができ且つ静止格子の作用及び絞
りとしての作用の両方を行うことができる。

（発明の効果） レーザービーム用の軟調縁部絞りに変化する回折効率を
有する回折格子を用いることによって、絞りは比較的経
済的に且つ効果的に製作されることができる。

通過され且つ所望される光は絞りへ入射するビムと平行
であることができ又はそれに対して傾斜されることがで
き且つ透過され又は反射されることができる。このため
、本発明による絞りを採用するシステムの設計に融通性
がある利益が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は金属部片に鋭利な縁部穴として形成された既
知の絞りを例示する図であり、第１ｂ図は第１ａ図に例
示する絞りを横切る位置に対する光学濃度の線図であり
、第１Ｃ図は第１ａ図に例示する既知の絞りを横切る位
置に対する「通過された」％光の線図であり、第２ａ図
は既知の軟調縁部絞りを例示する図であり、第２ｂ図は
第２ａ図に例示する絞りによる透過効率（即ち「通過さ
れた」％光）の線図であり、第３ａ図は本発明による絞
りの１つの実施例を例示する図であり、第３ｂ図は第３
ａ図に例示する絞りについての絞りを横切る位置に対す
る回折効率の線図であり、第３ｃ図は第３ａ図に例示す
る絞りについての絞りを横切る位置に対する「通過され
た１％光の線図であり、第４図は第３ａ図に例示する絞
りの断面図であって、絞りへ入射する光に及ぼす絞りの
作用を示し、第５図は次の第６図から第２３図までで使
用される記号の凡例を示し、且つ第６図から第２３図ま
では本発明の１７の実施例を示す線図であり、この内箱
６図は第３図及び第４図に例示する実施例を示す。 ３８・・・絞り、４０・・・ガラス部片、４２・・・回
折格子パターンのない円板状の形状にされた領域、４４
・・・回折格子パターン、４６・・・変化する回折効率
を有する回折格子パターンを有する環状領域、４８・・
・領域４６の半径方向外側にあり且つ最大回折効率を有
する領域、５０・・・入射光。 回槍切牢 ＦＩＧ。 遷キクｌｒｔりへ 入村光 同性せ１”１−血丹つ載ｔ＝ｙｔ＞、鱈尤回ｔ１’７１
壬￥蓼的 、ｌ訃のべ叶丸 ＋ＸＪｊｔ先１舎クリζ゛　■及収　ズ弓女ＶキＦＩＧ
、６ 臂 ＦＩＧ、　１０ 臂 ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、　１３ ＦＩＧ、　１４ ＦＩＧ、１７ ＦＩＧ、１Ｂ ν ＦＩＧ、２０ ＦＩＧ、　２Ｉ ＦＩＧ、２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザービーム用軟調縁部絞りであって、通過区域
   （４２）と、阻止区域（４８）と、前記通過区域及び前
   記阻止区域の間の遷移区域（４６）とを含み、前記遷移
   区域が回折格子（４４）を含み、該回折格子の回折効率
   が前記通過区域に近接して第１の値と前記阻止区域に近
   接して第２の異なる値とを有し且つそれ以外の場所で前
   記第１及び第２の値の間で回折効率を変化する、レーザ
   ービーム用軟調縁部絞り。 ２、前記阻止区域（４８）及び前記遷移区域（４６）を
   担持する絞り部材（３８）を含み、前記絞り部材が前記
   通過領域を形成する透き通った領域（４２）を有する特
   許請求の範囲第１項に記載の軟調縁部絞り。 ３、前記絞り部材（３８）がガラスで作られ且つ前記通
   過区域を横切って連続する特許請求の範囲第２項に記載
   の軟調縁部絞り。 ４、前記透き通った領域（４２）が円板状の形状にされ
   且つ前記遷移区域（４６）が環状である特許請求の範囲
   第２項に記載の軟調縁部絞り。 ５、前記遷移区域（４６）での前記回折格子（４４）が
   透過格子であり且つ前記透き通った領域（４２）に近接
   して最小の効率を有し且つ前記阻止区域（４８）に近接
   して最大の効率を有し、それにより通過区域に近接する
   遷移区域へ入射するレーザービームの少ない光が格子に
   よって回折され、且つ阻止区域に近接する遷移区域へ入
   射する実質的に全ての光が格子によって回折され、回折
   された光が透き通った領域を通過するビームの部分の方
   向と異なる回折後の方向を有する特許請求の範囲第２項
   に記載の軟調縁部絞り。 ６、前記阻止区域（４８）が最大回折効率を有する回折
   格子を含む特許請求の範囲第５項に記載の軟調縁部絞り
   。 ７、前記阻止区域が不透明であり又は反射性を有する特
   許請求の範囲第５項に記載の軟調縁部絞り。 ８、前記通過区域及び前記遷移区域を担持する絞り部材
   を含み、前記通過区域がそれに入射する光を回折するた
   めの回折格子を含み、それによりそれへ入射する光が入
   射光の方向と異なる回折後の方向を有し、前記遷移区域
   での前記回折格子が前記通過区域に近接してそれへ入射
   する光を前記通過区域の光と同様に回折する特許請求の
   範囲第１項に記載の軟調縁部絞り。 ９、前記通過区域及び前記遷移区域での前記回折格子が
   両方共に透過形式のものである特許請求の範囲第７項に
   記載の軟調縁部絞り。 １０、前記通過区域及び前記遷移区域での前記回折格子
   が両方共に反射形式のものである特許請求の範囲第８項
   に記載の軟調縁部絞り。 １１、前記阻止区域を形成する不透明な円板状の形状に
   された区域と、前記遷移区域を形成するために前記円板
   状の形状にされた区域の周りにあり且つそれと接する環
   状区域とを有する絞り部材を含み、前記回折効率の前記
   第１の値が前記阻止区域に近接する遷移区域へ入射する
   レーザー光を前記回折格子によって回折せずに実質的に
   通過させないようにあり、且つ前記回折効率の前記第２
   の値が前記通過区域に近接する前記遷移区域へ入射する
   レーザー光の実質的に全部を前記回折格子によって回折
   せずに通過させるようにある特許請求の範囲第１項に記
   載の軟調縁部絞り。 １２、遷移区域での回折格子が反射形式の格子である特
   許請求の範囲第１０項に記載の軟調縁部絞り。 １３、遷移区域での回折格子が透過格子である特許請求
   の範囲第１０項に記載の軟調縁部絞り。