JPH05164988A - ベッセルビーム発生光学装置 - Google Patents
ベッセルビーム発生光学装置Info
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- JPH05164988A JPH05164988A JP33539991A JP33539991A JPH05164988A JP H05164988 A JPH05164988 A JP H05164988A JP 33539991 A JP33539991 A JP 33539991A JP 33539991 A JP33539991 A JP 33539991A JP H05164988 A JPH05164988 A JP H05164988A
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- JP
- Japan
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- hologram
- bessel
- bessel beam
- axicon
- optical device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 装置から任意の装置にかつ発生位置を光軸方
向に可変できるベッセルビーム発生装置を提供すること
にある。 【構成】 第１の同心円形干渉縞ホログラム２および第
２のホログラム３の組合せで入射レーザビーム１を円環
状の光ビームに変換する光学手段と、円環状の光ビーム
で照射される第３ホログラムから構成され、第１または
第２のホログラムの少なくとも１つを光軸方向に可変に
することでベッセルビーム発生位置を光軸方向に可変す
る。
向に可変できるベッセルビーム発生装置を提供すること
にある。 【構成】 第１の同心円形干渉縞ホログラム２および第
２のホログラム３の組合せで入射レーザビーム１を円環
状の光ビームに変換する光学手段と、円環状の光ビーム
で照射される第３ホログラムから構成され、第１または
第２のホログラムの少なくとも１つを光軸方向に可変に
することでベッセルビーム発生位置を光軸方向に可変す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコード読み取り装
置やレーザ描画装置に用いられる、ビームプロファイル
がベッセル関数型のいわゆるベッセルビームの発生光学
装置に関するものである。
置やレーザ描画装置に用いられる、ビームプロファイル
がベッセル関数型のいわゆるベッセルビームの発生光学
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】動径方向にベッセル関数型の電界分布を
持つ光ビームは、回折を起こさずほぼ一定のビーム径で
伝播することが知られている。従来から用いられている
ガウシアンビームに比較して焦点深度が極めて大きいこ
とから、レーザ読み取り装置やレーザ描画装置への応用
が期待されている。このようなベッセルビームを用いた
レーザバーコード読み取り装置の一例としては本願発明
者による特願平３−１９０４２５号明細書をあげること
ができる。ベッセルビームが回折広がりの無いビームで
あることは、例えば１９８７年４月１７日発行のＰｈｙ
ｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第５８
巻、第１５号、第１４９９〜１５０１頁所載のＪ．Ｄｕ
ｒｎｉｎ他著の論文「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−Ｆｒｅ
ｅ Ｂｅａｍｓ」をあげることができる。このようなベ
ッセル関数型の強度分布を得る方法はいくつかあり、図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
持つ光ビームは、回折を起こさずほぼ一定のビーム径で
伝播することが知られている。従来から用いられている
ガウシアンビームに比較して焦点深度が極めて大きいこ
とから、レーザ読み取り装置やレーザ描画装置への応用
が期待されている。このようなベッセルビームを用いた
レーザバーコード読み取り装置の一例としては本願発明
者による特願平３−１９０４２５号明細書をあげること
ができる。ベッセルビームが回折広がりの無いビームで
あることは、例えば１９８７年４月１７日発行のＰｈｙ
ｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、第５８
巻、第１５号、第１４９９〜１５０１頁所載のＪ．Ｄｕ
ｒｎｉｎ他著の論文「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−Ｆｒｅ
ｅ Ｂｅａｍｓ」をあげることができる。このようなベ
ッセル関数型の強度分布を得る方法はいくつかあり、図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
【０００３】図２（ａ）は円形スリットとレンズを用い
た方法で、レーザビーム１が円形スリット５で回折さ
れ、レンズ７で集光される。レンズ７から図に示した距
離Ｌ1 の間でベッセル関数型ビームになる。遮光板６は
円形スリット５の高次の回折光を遮るために用いてい
る。
た方法で、レーザビーム１が円形スリット５で回折さ
れ、レンズ７で集光される。レンズ７から図に示した距
離Ｌ1 の間でベッセル関数型ビームになる。遮光板６は
円形スリット５の高次の回折光を遮るために用いてい
る。
【０００４】図２（ｂ）は同心円形干渉縞をもつホログ
ラム８を用いた方法である。ブレーズホログラムを用い
た場合は問題無いが、１次回折効率が低い場合は、オフ
アクシスホログラムにして、０次回折光を遮蔽する必要
がある。
ラム８を用いた方法である。ブレーズホログラムを用い
た場合は問題無いが、１次回折効率が低い場合は、オフ
アクシスホログラムにして、０次回折光を遮蔽する必要
がある。
【０００５】図２（ｃ）は円錐状のアキシコン９を用い
た方法である。これらの詳細は、上記の文献の他に、１
９８８年１０月１日発行のＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃ
ｓ誌、第２７巻、第１９号、第３９５９〜３９６２頁所
載のＪ．Ｔｕｒｕｎｅｎ他著の論文「Ｈｏｌｏｇｒａｐ
ｈｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｒａｃ
ｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ ｂｅａｍｓ」および、１９８６年
発行のＯＰＴＩＣＡＡＣＴＡ誌第３３巻、第９号、第１
１６１〜１１７６頁所載のＭ．Ｐｅｒｅｚ他著の論文
「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ
ｚｏｎｅ ｐｌａｔｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ
ｔｈｉｎ ｌｉｎｅａｒ ａｘｉｃｏｎｓ」に述べられ
ている。
た方法である。これらの詳細は、上記の文献の他に、１
９８８年１０月１日発行のＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃ
ｓ誌、第２７巻、第１９号、第３９５９〜３９６２頁所
載のＪ．Ｔｕｒｕｎｅｎ他著の論文「Ｈｏｌｏｇｒａｐ
ｈｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｒａｃ
ｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ ｂｅａｍｓ」および、１９８６年
発行のＯＰＴＩＣＡＡＣＴＡ誌第３３巻、第９号、第１
１６１〜１１７６頁所載のＭ．Ｐｅｒｅｚ他著の論文
「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ
ｚｏｎｅ ｐｌａｔｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ
ｔｈｉｎ ｌｉｎｅａｒ ａｘｉｃｏｎｓ」に述べられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のベッセ
ルビーム発生方式では、図２からわかるようにベッセル
ビーム領域（図２のＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）はベッセルビー
ム発生光学装置の直後から始まる。実際の応用ではベッ
セルビーム発生光学装置の後にビームを走査するための
スキャナを配置するが、この配置により、実際に使える
ベッセルビーム領域の長さが減少し、ベッセルビームの
焦点深度が深いという特徴を減じてしまうという問題が
あった。特に、レーザ描画装置に用いるような場合は、
絞り込みビーム径がミクロンオーダのため、ベッセル領
域の長さも短く、スキャナさえ配置できないという問題
があった。また一方、レーザバーコード読み取り装置に
用いるような場合は、読み取り深度をさらに拡大するた
めに、ベッセル領域を光軸方向に可変したいという要求
があるが、可変できなかった。
ルビーム発生方式では、図２からわかるようにベッセル
ビーム領域（図２のＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）はベッセルビー
ム発生光学装置の直後から始まる。実際の応用ではベッ
セルビーム発生光学装置の後にビームを走査するための
スキャナを配置するが、この配置により、実際に使える
ベッセルビーム領域の長さが減少し、ベッセルビームの
焦点深度が深いという特徴を減じてしまうという問題が
あった。特に、レーザ描画装置に用いるような場合は、
絞り込みビーム径がミクロンオーダのため、ベッセル領
域の長さも短く、スキャナさえ配置できないという問題
があった。また一方、レーザバーコード読み取り装置に
用いるような場合は、読み取り深度をさらに拡大するた
めに、ベッセル領域を光軸方向に可変したいという要求
があるが、可変できなかった。
【０００７】この発明の目的は、ベッセルビーム発生装
置から任意の位置にベッセルビームを発生できるベッセ
ルビーム発生装置を提供することにある。
置から任意の位置にベッセルビームを発生できるベッセ
ルビーム発生装置を提供することにある。
【０００８】この発明の他の目的は、ベッセルビーム発
生位置を光軸方向に可変できるベッセルビーム発生装置
を提供することにある。
生位置を光軸方向に可変できるベッセルビーム発生装置
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のベッセル
ビーム発生装置は、動径方向にベッセル関数型の電界分
布を持つ光ビームを遠視野領域において参照光と干渉さ
せて得られるホログラムと、前記ホログラムに前記参照
光の共役波面を照射する光学手段とから構成されている
ことを特徴とする。
ビーム発生装置は、動径方向にベッセル関数型の電界分
布を持つ光ビームを遠視野領域において参照光と干渉さ
せて得られるホログラムと、前記ホログラムに前記参照
光の共役波面を照射する光学手段とから構成されている
ことを特徴とする。
【００１０】本発明の第２のベッセルビーム発生装置
は、アキシコンと前記アキシコンに円環状の光ビームを
照射する光学手段とから構成されていることを特徴とす
る。
は、アキシコンと前記アキシコンに円環状の光ビームを
照射する光学手段とから構成されていることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の第３のベッセルビーム発生装置
は、同心円形干渉縞をもつホログラムと前記ホログラム
に円環状の光ビームを照射する光学手段とから構成され
ていることを特徴とする。
は、同心円形干渉縞をもつホログラムと前記ホログラム
に円環状の光ビームを照射する光学手段とから構成され
ていることを特徴とする。
【００１２】本発明の第４のベッセルビーム発生装置
は、第１のアキシコンまたは同心円形干渉縞をもつホロ
グラムおよび第２のアキシコンまたは同心円形干渉縞を
もつホログラムの組合せで入射ビームを円環状の光ビー
ムに変換する光学手段と、前記円環状の光ビームで照射
される第３のアキシコンまたは同心円形干渉縞をもうホ
ログラムから成るベッセルビーム発生光学装置におい
て、前記第１または前記第２のアキシコンまたは同心円
形干渉縞をもつホログラムの少なくとも１つを光軸方向
に可変にしたことを特徴とする。
は、第１のアキシコンまたは同心円形干渉縞をもつホロ
グラムおよび第２のアキシコンまたは同心円形干渉縞を
もつホログラムの組合せで入射ビームを円環状の光ビー
ムに変換する光学手段と、前記円環状の光ビームで照射
される第３のアキシコンまたは同心円形干渉縞をもうホ
ログラムから成るベッセルビーム発生光学装置におい
て、前記第１または前記第２のアキシコンまたは同心円
形干渉縞をもつホログラムの少なくとも１つを光軸方向
に可変にしたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】図３（ａ）に本発明の作用原理を示す。図２
（ｂ）に示したのと同様にレーザビーム１で同心円干渉
縞を持つホログラム８を照射すると、ホログラム８の直
後から距離Ｌ4 の範囲をベッセル領域とするベッセルビ
ームが発生する。ベッセルビーム領域を過ぎると、図３
（ａ）からわかるようにレーザビームは円環状のビーム
となって伝播する。図３（ｂ）に示すように、この円環
状ビームの領域に８と同じホログラム９を置き、右側か
ら円環状ビームで照射すれば、光線逆行則からわかるよ
うに、ホログラム９から距離ｄ4 離れた位置から距離Ｌ
4 の長さにわたりベッセルビームを発生することができ
る。さらに、円環状ビームの光軸からの位置を可変する
と距離ｄ4 が変化する。つまりベッセルビーム領域を光
軸方向に可変できる。以上の説明ではレーザビームを光
線として説明したが、ホログラム９から相当遠方でベッ
セルビームを得ようとすると、ホログラム光学素子で発
生した円環状ビームの回折が無視できなくなる。このよ
うな場合は、あらかじめ図３（ａ）の光学系でベッセル
ビームを発生させ、その遠方での回折波面を参照波と干
渉させてホログラムを記録し、このホログラムを参照波
の共役波面で照射することでホログラムから遠方にベッ
セルビームを作ることができる。
（ｂ）に示したのと同様にレーザビーム１で同心円干渉
縞を持つホログラム８を照射すると、ホログラム８の直
後から距離Ｌ4 の範囲をベッセル領域とするベッセルビ
ームが発生する。ベッセルビーム領域を過ぎると、図３
（ａ）からわかるようにレーザビームは円環状のビーム
となって伝播する。図３（ｂ）に示すように、この円環
状ビームの領域に８と同じホログラム９を置き、右側か
ら円環状ビームで照射すれば、光線逆行則からわかるよ
うに、ホログラム９から距離ｄ4 離れた位置から距離Ｌ
4 の長さにわたりベッセルビームを発生することができ
る。さらに、円環状ビームの光軸からの位置を可変する
と距離ｄ4 が変化する。つまりベッセルビーム領域を光
軸方向に可変できる。以上の説明ではレーザビームを光
線として説明したが、ホログラム９から相当遠方でベッ
セルビームを得ようとすると、ホログラム光学素子で発
生した円環状ビームの回折が無視できなくなる。このよ
うな場合は、あらかじめ図３（ａ）の光学系でベッセル
ビームを発生させ、その遠方での回折波面を参照波と干
渉させてホログラムを記録し、このホログラムを参照波
の共役波面で照射することでホログラムから遠方にベッ
セルビームを作ることができる。
【００１４】
【実施例】図１に本発明のベッセルビーム発生光学装置
の実施例の断面図を示す。本実施例はホログラムを用い
た場合を示しているが、３つのホログラムはいずれもア
キシコンであってもよい。図１（ａ）の第１ホログラム
２および第２ホログラム３は円環状のレーザビームを作
るための光学系で、かつ円環状ビームの光軸からの位置
を可変する機能を兼ねている。第１ホログラム２を照射
したレーザビーム１は第１ホログラム２で回折され円環
状ビームとなって第２ホログラム３に入射する。第２ホ
ログラム３に入射した円環状ビームは第２ホログラム３
で回折され光軸に平行な円環状ビームに変換され、第３
ホログラム４に入射する。第３ホログラムに入射した円
環状ビームは回折され、第３ホログラム４から距離ｄ1
離れた位置から距離Ｌの長さに渡りベッセルビームを発
生する。
の実施例の断面図を示す。本実施例はホログラムを用い
た場合を示しているが、３つのホログラムはいずれもア
キシコンであってもよい。図１（ａ）の第１ホログラム
２および第２ホログラム３は円環状のレーザビームを作
るための光学系で、かつ円環状ビームの光軸からの位置
を可変する機能を兼ねている。第１ホログラム２を照射
したレーザビーム１は第１ホログラム２で回折され円環
状ビームとなって第２ホログラム３に入射する。第２ホ
ログラム３に入射した円環状ビームは第２ホログラム３
で回折され光軸に平行な円環状ビームに変換され、第３
ホログラム４に入射する。第３ホログラムに入射した円
環状ビームは回折され、第３ホログラム４から距離ｄ1
離れた位置から距離Ｌの長さに渡りベッセルビームを発
生する。
【００１５】図１（ｂ）はベッセルビームの発生位置を
光軸方向で変えるために、第２ホログラム３を距離ｌ2
だけ第１ホログラム２の方向に移動した状態を示す。こ
の状態では、ベッセルビームは第３ホログラム４から距
離ｄ2 離れた位置から距離Ｌの長さに渡りベッセルビー
ムを発生する。すなわち、ベッセルビームの発生位置が
ｄ1 −ｄ2 だけ移動したことになる。このように、第１
ホログラム２と第２ホログラム３の相対的距離を可変す
ることでベッセルビームの発生位置を容易に可変でき
る。
光軸方向で変えるために、第２ホログラム３を距離ｌ2
だけ第１ホログラム２の方向に移動した状態を示す。こ
の状態では、ベッセルビームは第３ホログラム４から距
離ｄ2 離れた位置から距離Ｌの長さに渡りベッセルビー
ムを発生する。すなわち、ベッセルビームの発生位置が
ｄ1 −ｄ2 だけ移動したことになる。このように、第１
ホログラム２と第２ホログラム３の相対的距離を可変す
ることでベッセルビームの発生位置を容易に可変でき
る。
【００１６】
【発明の効果】この発明により、ベッセルビーム発生装
置から任意の位置にベッセルビームを発生できるベッセ
ルビーム発生装置が得られる。さらに、この発明によ
り、ベッセルビーム発生位置を光軸方向に可変できるベ
ッセルビーム発生装置が得られる。
置から任意の位置にベッセルビームを発生できるベッセ
ルビーム発生装置が得られる。さらに、この発明によ
り、ベッセルビーム発生位置を光軸方向に可変できるベ
ッセルビーム発生装置が得られる。
【図１】（ａ）は本発明の実施例を示す断面図、（ｂ）
は本発明の実施例においてベッセルビーム発生位置を変
化させた状態を示す断面図である。
は本発明の実施例においてベッセルビーム発生位置を変
化させた状態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は円形スリットとレンズを用いてベッセ
ル関数型の強度分布を得る光学系、（ｂ）は同心円形の
ホログラム光学素子を用いてベッセル関数型の強度分布
を得る光学系、（ｃ）は円錐状のアキシコンを用いてベ
ッセル関数型の強度分布を得る光学系を示す図である。
ル関数型の強度分布を得る光学系、（ｂ）は同心円形の
ホログラム光学素子を用いてベッセル関数型の強度分布
を得る光学系、（ｃ）は円錐状のアキシコンを用いてベ
ッセル関数型の強度分布を得る光学系を示す図である。
【図３】本発明の作用原理を説明するための光学系の断
面図である。
面図である。
１ レーザビーム ２ 第１ホログラム ３ 第２ホログラム ４ 第３ホログラム ５ 円形スリット ６ 遮光板 ７ レンズ ８ ホログラム ９ アキシコン
Claims (4)
- 【請求項１】動径方向にベッセル関数型の電界分布を持
つ光ビームを遠視野領域において参照光と干渉させて得
られるホログラムと、前記ホログラムに前記参照光の共
役波面を照射する光学手段とから構成されていることを
特徴とするベッセルビーム発生光学装置。 - 【請求項２】アキシコンと前記アキシコンに円環状の光
ビームを照射する光学手段とから構成されていることを
特徴とするベッセルビーム発生光学装置。 - 【請求項３】同心円形干渉縞をもつホログラムと前記ホ
ログラムに円環状の光ビームを照射する光学手段とから
構成されていることを特徴とするベッセルビーム発生光
学装置。 - 【請求項４】第１のアキシコンまたは同心円形干渉縞を
もつホログラムおよび第２のアキシコンまたは同心円形
干渉縞をもつホログラムの組合せで入射ビームを円環状
の光ビームに変換する光学手段と、前記円環状の光ビー
ムで照射される第３のアキシコンまたは同心円形干渉縞
をもうホログラムから成るベッセルビーム発生光学装置
において、前記第１または前記第２のアキシコンまたは
同心円形干渉縞をもつホログラムの少なくとも１つを光
軸方向に可変にしたことを特徴とするベッセルビーム発
生光学装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33539991A JP2953158B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | ベッセルビーム発生光学装置 |
| EP92113105A EP0525801B1 (en) | 1991-07-31 | 1992-07-31 | Method and arrangement of generating a non-diffractive beam at a location which is remote from optical element and application thereof |
| DE69228028T DE69228028T2 (de) | 1991-07-31 | 1992-07-31 | Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines ungebeugten Strahles von einer vom optischen Element fernliegenden Stelle und eine Anwendung hierzu |
| US07/922,786 US5336875A (en) | 1991-07-31 | 1992-07-31 | Method and arrangement of generating a non-diffractive beam at a location which is remote from optical element and application thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33539991A JP2953158B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | ベッセルビーム発生光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164988A true JPH05164988A (ja) | 1993-06-29 |
| JP2953158B2 JP2953158B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=18288111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33539991A Expired - Fee Related JP2953158B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-12-19 | ベッセルビーム発生光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953158B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003195213A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-07-09 | Samsung Electronics Co Ltd | 照明系及びこれを採用したプロジェクタ |
| US7342700B2 (en) | 2005-02-04 | 2008-03-11 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | Optical scanning apparatus and image forming apparatus |
| JP2012119098A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Gigaphoton Inc | 光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置 |
| CN114503460A (zh) * | 2019-07-31 | 2022-05-13 | 山东航天电子技术研究所 | 一种自由空间激光通信*** |
| WO2024034016A1 (ja) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子の設計方法および回折素子の製造方法 |
| WO2024034006A1 (ja) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子の設計方法および回折素子の製造方法 |
-
1991
- 1991-12-19 JP JP33539991A patent/JP2953158B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003195213A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-07-09 | Samsung Electronics Co Ltd | 照明系及びこれを採用したプロジェクタ |
| US7342700B2 (en) | 2005-02-04 | 2008-03-11 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | Optical scanning apparatus and image forming apparatus |
| JP2012119098A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Gigaphoton Inc | 光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置 |
| CN114503460A (zh) * | 2019-07-31 | 2022-05-13 | 山东航天电子技术研究所 | 一种自由空间激光通信*** |
| WO2024034016A1 (ja) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子の設計方法および回折素子の製造方法 |
| WO2024034006A1 (ja) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子の設計方法および回折素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2953158B2 (ja) | 1999-09-27 |
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