JPH0444005A - 光路分割素子 - 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、１つの光束を同一平面内で複数の光束に分割
する光路分割素子に関し、特に、均一光量の光源光を二
次元の多光束群に分割し、照射面に二次元のマルチスポ
ットを与える光路分割素子に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｃ０２レーザ、Ａｒ”　レーザ等各種レーザ光源を用い
た誘電体薄膜（あるいは厚膜）の空間選択形成方法、す
なわち、レーザＣＶＤ法を用いてマイクロレンズアレイ
の作製を行う場合、従来は、マルチスポットを基板面に
与える方法としてガルバノミラ−とアークサイン集光レ
ンズあるいは、ポリゴンミラーとｆ・θレンズの組み合
わせによる走査光学系と、ＡＯＭ、ＥＯＭ等の組み合わ
せによる方法が知られている。

上記の光走査方式によれば、基板面の所定の位置への光
照射はパルス状に行われるが、パルス照射時はＣＷ照射
時と比べて膜を構成する粒径が大きくなるという欠点が
知られている。

又、上記光走査方式を用いる場合、偏向光学系、光変調
器及び、両者の同期制御等が必要となる。

さらに、マイクロレンズアレイを構成する個々の要素レ
ンズ間の均一性を保つためには、個々のスポットに対し
、等しい光量を与えることが必要で、そのために、−回
の走査時間内でレーザのパワーを一定にしなければなら
ない等の理由から、装置が非常に複雑ζこなるという問
題があった。

また、ＣＷ照射をするためには、光束を分割する必要が
あり、この目的には円錐状の光束射出面を有するアキシ
コンレンズの使用が考えられる。

しかし、この場合、分割される光束は平行ではないため
に、レンズと被照射面間の距離が相違すると、被照射面
の面積や被照射面相互間の距離が相違してしまい、調整
がむづかしい。

上記の欠点を解消すべく、分割された光束の射出方向を
揃えた光路分割素子が特開昭５０−６５２４６で提案さ
れている。第１０図で説明するが、これは頂角の等しい
２つの三角柱体のプリズムａ。

ｂを、両頂角の稜線ａ′　、ｂ′が平行になるように背
中合わせにし、四角柱状プリズムＣをはさむようにして
一体化したものである。第１Ｉ図に示すように、平行な
入射光束ｒ１及びｒ２は、プリズムで屈折されてｒｌ’
＋ｒ２′の２光束に分割され、各光束はその方向を変化
させない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の光路分割素子は、２つにしか分割できず
、多数の要素レンズをもつマイクロレンズアレイの形成
用には不向きである。また、第１１図に点線で示す分割
素子の上下端部から入射した光束は、プリズム透過後に
接近してしまい、光束の分離が悪くなるので、ここの部
分を遮蔽することになり、光束の利用効率が低下する。

本発明は、上記の従来技術の有する欠点の解消を図った
もので、基板面に対してＣＷ照射で光量比の等しいマル
チスポットを二次元的に等間隔に与えることができる簡
便な光路分割素子を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、　光束入射面と
、これに平行な光束射出面とを有し、これら両面と直角
に隣接する複数の接合面を有する主プリズムと、 光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し、これ
ら両面と直角に隣接する外側接合面と、該外側接合面と
対向し、光束入射面と鈍角をなす内側接合面とを有する
副プリズムとからなり、主プリズムの前記−の接合面と
、副プリズムの前記内側接合面とを接合した構成を基本
としている。

そして、前記主プリズムの前記一以上の接合面に第１層
の副プリズムの前記内側接合面を接合し、第２層以降の
副プリズムの前記内側接合面を、その内側にある副プリ
ズムの外側接合面に順次接合した構成とすることもでき
る。

さらに、各接合されるプリズムの光束入射面側で隣接す
る稜線が相互に重なり合うことが望ましい。

又、各副プリズムの光束入射面が主プリズムの光束入射
面の延長面内に投影する面積を、主プリズムの光束入射
面の面積とほぼ同じになるように、副プリズムの前記内
外接合面間の距離を変化させる構成を採用することもで
きる。

合わせて、主プリズム及び各副プリズムの光束入射面に
、反射防止膜を形成する構成としてもよい この場合、主プリズムにおける反射防止膜の膜厚をもと
したとき第１層の副プリズムの反射防止膜の膜厚ｔ、が
次式、 （但しｎは反射防止膜の屈折率） を満たす構成とすることが望ましい。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。

本発明の光路分割素子は、１個の主プリズムと、この主
プリズムの周囲に接合される複数群の副プリズムから構
成される。

先ず、第１図から第３図に示されるように、主プリズム
１は直方体形状をしており、−辺の長さがｇｏの正方形
をした光束入射面１０と、同じ正方形の光束射出面２０
がｄｏの間隔で平行に対向し、これら両面と直角に設け
られた接合面０１から０４とで直方体形状に形成されて
いる。

一方、第４図から第６図は、副プリズム１ｊ（ｉ＝１　
、２　、３・・・・・・ｎ　　ｊ＝１，２，３１４）を
示すが、図示のように副プリズムｉｊは台形で、上面が
長方形状の光束入射面１０ｉとなり、底面が同じく長方
形状の光束射出面２０ｉとなって、ｄｉの間隔で平行に
対向している。そして、これらを接合する４つの接合面
０１ｉから０４ｉの内、０１ｉのみが光束入射面１０ｉ
とπ／２＋θｉ　（ｉ＝］、２．３・・・・・・ｎ）の
鈍角をなし、他のＯ２ｉから０４１は光束入射面１０ｉ
と直角になっている。本明細書においては、上記傾斜し
た接合面０１ｉを内側接合面といい、これに対向する接
合面０２ｉを外側接合面ということにする。

この副プリズムｉｊにおいて、光束入射面１０ｊと内側
接合面０１１、及び外側接合面０２ｉよりなる稜線の長
さは共にｌｉｊで、これは、主プリズム１の前記！０に
等しい。

、°、　１ｉｊ−ｐｏ　（ｉ−１，２，３・・・・・・
ｎｊ＝１．２，３．４） 以上の構成からなる副プリズムｉｊを、第７図に示すよ
うに主プリズム１の各接合面０１〜０４に接合する。

すなわち、先ず、主プリズム１の各接合面０１〜０４に
第１層の副プリズム１１．　、１２　、１３　。

１４の傾斜した各内側接合面０１　ｉ　（ｉ＝１）を接
合する。

次に、各第１層の副プリズムの外側接合面０２ｉ　　（
ｉ＝１）に第２層の副プリズム２１，２２゜２３．２４
の内側接合面０１ｉ　　（ｉ＝２）を接合する。図示は
しないが、順次に任意の第ｎ層まで同様に接合していく
ことができる。

このとき、各接合されるプリズムの光束入射面１０又は
ＩＯｉ側で隣接するプリズムの稜線が完全に重なるよう
に接合している。

第８図に示すように、各副プリズムの光束入射面１０ｉ
と主プリズムの光束入射面１０とのなす角をφ、とすれ
ば、 となる。なお、ここで、θ８〉０である。

また、各副プリズムの光束入射面１０ｉが主プリズムの
光束入射面１０の延長面内に投影する面積を、主プリズ
ムの光束入射面の面積と同じになるように、副プリズム
の前記内外接合面間の距離ρ五を次式により決定する。

１２４　＝１６　／ｃｏｓ　φエ　　　　　　　・・・
・・・拳・・（２）上記構成の光路分割素子において、
第８図に示すように、主プリズム１の光束入射面１０と
垂直な入射光線束ＡＯ，ＡＩ・・・・・・Ａｉを照射す
る。

この内、主プリズム１の光束入射面１０に入射する入射
光線束ＡＯは、光束入射面１０で屈折せずに主プリズム
を透過し、射出光線束Ａｏ′となって光束射出面２０か
ら垂直に射出する。

第１層の副プリズム１１．１２の光束入射面Ｉ０１に入
射する光線束Ａ１は、図示のように屈折してＡｏ′から
シフトしてＡｌ１となる。第２層以降も同様で、第１層
の副プリズムｉｊ　からの射出光線束は隣接するプリズ
ムの光線束からシフトしてＡｌ１となり、光路がプリズ
ムの数と同数に分割されることになる。

第９図は第７図に示す光路分割素子（図示の例は９分割
素子）に遮光板３０を配し、該遮光板に十字状のスリッ
ト３１を形成したもので、射出側投影面４０上に９個の
正方形スポットを十字状で、かつ等間隔に形成している
。このように分割された射出光線束が照射する各面積、
すなわち各開口面積を求めてみる。

主プリズムの光束入射面１０の面積をＳｏとすれば、前
述の通り光線は真っ直ぐに進むから、主プリズムの開口
面積はＳｏ　　＝ＳＯであり、第３図から、 ３０−４０２　　　　　　　　・・・・・・・・・（３
）となる。

副プリズムの光束入射面の面積Ｓｉは、第６図から５ｉ
＝Ｉ！ｏＸｊ２．で、〔２）式より、Ｓ　ｉ　＝　ｌａ
　”　／ｃｏｓ　φヨ・・・・・・・・・（４）となる
。

また、第８図から前記副プリズムｉｊの光線入射面１０
ｉへの入射光線の入射角はφ８、従って副プリズムｉｊ
の開口面積Ｓｉ′は、 Ｓ　ｉ’　＝Ｓ　ｉ　Ｘｃｏｓ　φ；　−１−ｏ　２（
一定）　　・（５）となり、各々のプリズムの開口面積
Ｓｉ′は全て等しくなる。

次に、任意の副プリズムｉｊにおいて、第８図に示すよ
うに屈折角はφ六′であり、一方、入射角はφ、である
から、プリズムの屈折率をＮとしたとき、スネルの法則
により、 φ４　　＝　　ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ　φ、）　　・・
・・・・（６）が成り立つ。

前記副プリズムｉｊの光束入射面１０ｉにて屈折した屈
折光束は、前記副プリズムｉｊの光束射出面２０ｉで再
び屈折される。このときスネルの法則が成り立つから、
射出角はφ、となり、射出光束Ａｉ′は入射光束Ａｔと
平行である。ただし、副プリズムにおける屈折により、
射出光束Ａｔ’は入射光束Ａｉに対してΔＸｉだけシフ
トする。

そして、このシフト量は次式、 ΔＸＨ＝ｄ＝　５ｉｎ（φ、−φ；　’　）　／　ｃｏ
ｓ　φ、（７）により求めることができる。

ここで、ｄｌは、前記副プリズムｉｊの光束入射面１０
ｉから光束射出面２０ｉ間の距離である。

このとき、副プリズムｉｊの光束入射面１０ｉと内側接
合面０１ｉとのなす角π／２＋θｉについて、 ａｒｃｓｉｎ　（ｓｉｎ　　φ□　）　〈θ１　　　　
・・・・・・・・・（８）が成り立つようにθ、を設定
すると、この（８）弐と前述の（６）式から、 φ、′　〈θ、　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・（９）が成り立つので、副プリズムｊｊ内を透過
する光線は、傾斜した内側接合面０１ｉを越えて、隣接
するプリズム内には入射しない。

一方、（７）式のｄｉは、次式 を満足するように決定されている。

ここで、前記主プリズム１の光束入射面１０から光束射
出面２０間の距離がｄｏであるから、ｄｌ−ｄｏ　　　
　　・・・・・・（１１）を満たず。

（１０）式から、 したがって、ΔＸ、及びΔＸ、−１は、Δχ４＝ｉｄ１
ｓｉｎ（φ１−φｓ　’　）　／ｃｏｓ　φ１ΔＸＨ−
１＝（ｉ−１）ｄ　１ｓｉｎ（φ１−φｔ　’　）　／
ｃｏｓ　φｊとなる。

同様に、第１層の副プリズム１ｊによる射出光（７）′ （７）“ 束のシフト量Δｘ１は、 △Ｘ１＝ｄ１ｓｉ−ｎ（φ１−φｓ　’　）　／ｃｏｓ
　φ１（７）／／′となる。

ΔＸ、をΔｘ１で表せば、 ΔＸ、−ｉΔｘ１　　　　　　　　・・・・・・・・・
０３）したがって、射出光束Ａ、′とＡ、−１間の間隔
は全て、ｄ　ｌ５ｉｎ（φ１−φｓ　’　）　／ｃｏｓ
　φ１となり、等光量比の二次元マルチスポットが得ら
れることになる。

これによれば、各々のスポットへのＣＷ照射が実現し、
ＣＶＤ形成される膜の粒径が大きくなるというパルス照
射時の問題を解決できる。また、レンズアレイ形成時の
レーザパワーのゆらぎは、各々のスポットに対し均等に
配分され、各々の要素レンズ間のバラツキは走査型結像
光学系を用いたパルス照射時よりも少なくできる。

次に、他の実施例について説明する。

上記の実施例による光路分割素子においては、副プリズ
ムｉｊの積層する層の数、即ちｉの増加に伴い、光束入
射角φ、が増大する。

例えば、ＣＯ２レーザの波長、λ−１０，６１ｔ　ｍ、
プリズムの硝材がＺｎ５ｅにおいて、垂直入射時の反射
率ゼロの条件として、 Ｚｎ５ｅの屈折率　　ｎ９＝２．４ 反射防止膜の屈折率　ｎ１＝Ｊｎｇ＝１．５４９また、
反射防止膜の厚みｔｏは、 ｎ１ｔｏ　−λ／２　より　ｔｏ　＝１．７１１．　ｕ
ｍまた、反射率Ｒの入射角φ依存性は、 光束入射面１０ｉに屈折率ｎ１で膜厚ｔ、の反射防止膜
を形成すれば、入射角φに対し、反射防止膜中の屈折角
φ′は、 φ−ｎ１ｓｉｎ　φ′の関係になり、副プリズムｉｊへ
の入射角φ′を小さくできる。また、膜厚による位相ズ
レがｎ１ｔ１ｃｏｓ　φ′で表せ、ｃｏｓ　φ′だけ膜
厚が薄くなることにより生じる。

従って、各々の副プリズムｉｊの反射防止膜の膜厚し、
を、 ス 従って、入射角φが大きいとき、反射率Ｒが急増、すな
わち反射損失が急激に増加するので、第９図に示す各開
口面積Ｓｊ′全体が受ける光量は、主プリズムに対応す
る開口面積ＳＯ′が受ける光量に比べ低下する。

そこで、この実施例においては、副プリズムｉｊの光束
入射面１０ｉに反射防止膜を形成する構成とした。

とすれば、各プリズムの表面反射が均一になり、スポッ
ト間の光量比がさらに均一になる。

〔発明の効果〕

以」二説明したように本発明によれば、走査型結像光学
系を用いるよりも装置の構成が単純であり、各々のスポ
ットへのＣＷ照躬が実現し、ＣＶＤ形成される膜の粒径
が大きくなるというパルス照射時の問題を解決できる。

また、マイクロレンズアレイ形成時のレーザパワーのゆ
らぎは、各々のスポットに対し均等に配分され、各々の
要素レンズ間のバラツキは走査型結像光学系を用いたパ
ルス照射時よりも少なくできる。

さらに反射防止膜を形成することにより、各プリズムが
形成するスポット間の光量がより一層均−化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光路分割素子に使用される主プリズム
の斜視図、 第２図は第１図のＸ−Ｚ面図、 第３図は第１図のＸ−Ｙ面図、 第４図は本発明の光路分割素子に使用される副プリズム
の斜視図、 第５図は第４図のＸ−Ｚ面図、 第６図は第４図のＸ−Ｙ面図、 第７図は本発明の光路分割素子の斜視図、第８図は光路
分割作用を説明する図、 第９図は第７図の光路分割素子の使用状態を示す斜視図
、 第１０図は従来の光路分割素子の斜視図、第１１図は従
来の光路分割素子の光路分割作用を説明する図である。 １・・・主プリズム、１ｊ（１１〜１４，２１〜２４）
・・・副プリズム、１０．１０ｉ・・・光束入射面、２
０．２０　ｉ・・・光束射出面、０１〜０４・・・（主
プリズムの）接合面、Ｏｌｉ・・・（副プリズムの）内
側接合面、０２ｉ・・・（同）外側接合面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し
   、これら両面と直角に隣接する複数の接合面を有する主
   プリズムと、 光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し、これ
   ら両面と直角に隣接する外側接合面と、該外側接合面と
   対向し、光束入射面と鈍角をなす内側接合面とを有する
   副プリズムとからなり、主プリズムの前記一の接合面と
   、副プリズムの前記内側接合面とを接合したことを特徴
   とする光路分割素子。
2. （２）光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し
   、これら両面と直角に隣接する複数の接合面を有する主
   プリズムと、 光束入射面と、これに平行な光束射出面とを有し、これ
   ら両面と直角に隣接する外側接合面と、該外側接合面と
   対向し、光束入射面と鈍角をなす内側接合面とを有する
   複数の副プリズムとからなり、 前記主プリズムの前記一以上の接合面に第１層の副プリ
   ズムの前記内側接合面を接合し、第２層以降の副プリズ
   ムの前記内側接合面を、その内側にある副プリズムの外
   側接合面に順次接合したことを特徴とする光路分割素子
   。
3. （３）各接合されるプリズムの光束入射面側で隣接する
   稜線が相互に重なり合うことを特徴とする請求項１又は
   ２記載の光路分割素子。
4. （４）各副プリズムの光束入射面が主プリズムの光束入
   射面の延長面内に投影する面積を、主プリズムの光束入
   射面の面積とほぼ同じになるように、副プリズムの前記
   内外接合面間の距離を変化させたことを特徴とする請求
   項１から３の何れかに記載の光路分割素子。
5. （５）第ｉ層の副プリズムの光束入射面から光束射出面
   間の厚さｄ＿ｉが次式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但しφ＿ｉ、φ＿ｉ′はプリズムの屈折率をＮとして
   各々以下に定義される。） φ＿ｉ：第ｉ層の副プリズムの光束入射面と主プリズム
   の光束入射面とのなす角。 ▲数式、化学式、表等があります▼ により求められることを特徴とする請求項１から４の何
   れかに記載の光路分割素子。
6. （６）主プリズム及び各副プリズムの光束入射面に、反
   射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１から４の
   何れかに記載の光路分割素子。
7. （７）、主プリズムにおける反射防止膜の膜厚をｔとし
   たとき第ｉ層の副プリズムの反射防止膜の膜厚ｔ＿ｉが
   次式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但しｎは反射防止膜の屈折率） を満たすことを特徴とする請求項５記載の光路分割素子
   。