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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Lasergerät unter Verwendung einer
Phasenverschiebungsvorrichtung.
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Eine Phasenverschiebungsvorrichtung kann verwendet
werden, um einen Laserstrahl in eine Vielzahl von
Lichtflächen zu unterteilen, in denen das Licht von einer
Fläche mit dem von einer anderen Fläche außer Phase ist.
Solch ein Verfahren erleichtert die Einstellung des
Lichtfleckdurchmessers für die Erzeugung von Bildern mit
hoher Genauigkeit und zum Korrigieren des Astigmatismus eines
Laserstrahls.
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In Geräten zum Eingeben oder zum Ausgeben von
Bildinformationen unter Verwendung eines Laserstrahls ist es
erwünscht, ein Bild mit hoher Auflösungskraft zu erzeugen
oder wiederzugeben.
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Eine hohe Auflösungskraft kann bei der Erzeugung oder
Wiedergabe von Bildinformation erzielt werden, indem man den
Lichtfleckdurchmesser des Laserlichts (Laserstrahls) bei der
Bild-Eingabe oder -Ausgabe verringert, und es ist bereits
bekannt, daß eine Verringerung des Lichtfleckdurchmessers
durch die Verwendung eines optischen Systems mit einer großen
numerischen Apertur (NA) erzielt werden kann.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines
herkömmlichen optischen Abtastgeräts, das beispielsweise in
einem Laserstrahldrucker verwendet wird.
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In Fig. 1 wird ein von einer Lichtquelleneinheit 91,
die beispielsweise aus einem Laser besteht, emittierter
Laserstrahl in einen im wesentlichen parallelen Strahl durch
eine parallel richtende Linse 92 verwandelt und tritt in
einen sich drehenden Polygonspiegel 93 ein. Der Spiegel 93
wird in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung mit
einer konstanten hohen Geschwindigkeit gedreht, wodurch der
Laserstrahl, der am Punkt P auf einer Reflexionsfläche 93a
des sich drehenden Polygonspiegels 93 eintritt, reflektiert
wird und in eine Abtastbewegung auf einer Haupt-Abtastebene
gebracht wird, wobei er in eine f-θ-Linse 94, die ein
optisches Fokussiersystem darstellt, eintritt. Bei Austritt
von der Linse 94 wird der Laserstrahl auf eine abgetastete
Ebene 95 fokussiert, und er tastet die Ebene linear mit einer
im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit ab.
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Zum Beispiel kann bei einer Bilderzeugung auf der
abgetasteten Ebene, die beispielsweise aus einem
lichtempfindlichen Element zusammengesetzt ist, eine höhere
Auflösungskraft erzielt werden, indem man die numerische
Apertur des f-θ-Linsensystems 94 erhöht, wodurch der
Durchmesser des Lichtflecks 96 verringert wird, der auf die
abgetastete Ebene 95 fokussiert ist.
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Es ist jedoch sehr schwierig, ein optisches System
mit einer großen NA aufzubauen, und NA = 1 kann in der
Theorie an der Luft nicht durch ein optisches System
überschritten werden. Ein Anstieg der NA verringert auch
drastisch die Schärfentiefe, wodurch die Toleranz
hinsichtlich der Position der Bildebene kleiner wird, womit
die Herstellung und die Einstellung des Geräts extrem
schwierig werden.
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Im allgemeinen sind der Lichtfleckdurchmesser und die
Schärfentiefe auf der Bildebene in einem Lasergerät unter
Verwendung einer Laserlichtquelle durch die folgenden
Gleichungen gegeben:
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Fleckdurchmesser = kλ/(2 x NA) (a)
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Schärfentiefe = ±λ/(2 x NA²) (b)
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worin λ die Wellenlänge ist, k eine Konstante ist
(k ≥ 1,64), die das Niveau der Strahlintensität am Rand der
Pupille des optischen Abbildungssystems angibt, und der
Lichtfleckdurchmesser 11/e² der Spitzenintensität ist.
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Als ein Beispiel zeigt Tabelle 1 den
Lichtfleckdurchmesser und die Schärfentiefe auf der
abgetasteten Ebene für verschiedene Werte von NA, die mit
λ = 0,78 Mm und k = 1,7 in den Gleichungen (a) und (b)
berechnet sind.
Tabelle 1
NA des optischen Systems
Fleckdurchmesser (µm)
Schärfentiefe (µm)
Bemerkung
Laserstrahldrucker
Objektivlinse für optische Scheibe
Objektivlinse für Mikroskop
Grenzwert
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Auch ist der als Lichtquelle in dem Lasergerät
verwendete Halbleiterlaser aufgrund seines Aufbaus mit
Astigmatismus behaftet. Insbesondere ist, wie in Fig. 2A
gezeigt, die Größe der Lichtemissionsfläche in einer Richtung
parallel zu der Ebene des Übergangs der Halbleitervorrichtung
(x-Richtung) und in einer dazu senkrechten Richtung (y-
Richtung) verschieden. Folglich ist der Krümmungsradius der
Wellenfront an einem entfernten Punkt von der
Laserlichtquelle in der parallelen Richtung und der
senkrechten Richtung unterschiedlich, wie in Fig. 2B gezeigt.
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Aus diesem Grund ergeben sich, wenn der Lichtstrahl
von der Laserlichtquelle durch ein achsensymmetrisches
Linsensystem fokussiert wird, jeweils unterschiedliche beste
Fokussierpositionen Px', Py' in der x- und y-Richtung, womit
sich ein sogenannter Astigmatismus Δ oder Δ' ergibt.
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Herkömmlich wird der Astigmatismus korrigiert, indem
man eine zylindrische Linse in den optischen Weg bringt und
ihre Position einstellt.
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In dem Lasergerät zur Verwendung in einem Laserstrahldrucker,
wie in Tabelle 1 gezeigt, wird beispielsweise die
Tiefenschärfe kleiner als ± 1 mm, wenn die numerische Apertur
des optischen Abbildungssystems 0,02 oder größer ist, wenn
nämlich der Fleckdurchmesser 33 µm oder kleiner wird.
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Im allgemeinen wird bei einer Schärfentiefe, die
kleiner oder gleich ± 1 mm ist, die Herstellung des Geräts
extrem schwierig, da die Positionseinstellung oder Planarität
bzw. ebene Form des lichtempfindlichen Elements kritisch
wird. Folglich ist es im allgemeinen schwierig, für das
optische Abbildungssystem eine numerische Apertur
auszuwählen, die 0,02 überschreitet.
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Auch wird in der Objektivlinse für optische Scheiben
oder für ein Mikroskop ein Lichtfleckdurchmesser von ungefähr
0,7 µm allgemein als eine Grenze angesehen, da es theoretisch
schwierig ist, einen kleineren Durchmesser zu erzielen.
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Wie im vorstehenden erklärt wurde, ist es theoretisch
und mechanisch sehr schwierig gewesen, einen Laserstrahl mit
einem kleinen Fleckdurchmesser im herkömmlichen Lasergerät zu
erhalten.
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Astigmatismus kann in einer Linsenkombination mit
einer zylindrischen Linse, die eine große Krümmung erfordert,
vorhanden sein, insbesondere, wenn ein achsensymmetrisches
Linsensystem mit einem Halbleiterlaser kombiniert wird. Unter
solchen Umständen wird die Herstellung von solch einer
zylindrischen Linse schwierig, und man muß möglicherweise
einen Grad an Astigmatismus tolerieren.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Phasenverschiebungsvorrichtung bereitzustellen, die einen
durchgehenden Lichtstrahl in eine Vielzahl von Flächen
unterteilt.
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In einem Artikel mit dem Titel "Neues aus der Technik
Nr. 3 (1985)" wird eine zweiteilige optische
Phasenverschiebungsvorrichtung beschrieben. Die Art, in der
die in diesem Artikel beschriebene Vorrichtung verwendet
wird, bedeutet jedoch, daß das Problem, mit dem sich die
vorliegende Erfindung befaßt, nicht gelöst werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät unter
Verwendung einer Phasenverschiebungsvorrichtung, wie in
Anspruch 1 dargelegt, bereitgestellt.
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Die Erfindung wird nun nur als Beispiel unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen
Lasergeräts ist;
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Fig. 2A und 2B Ansichten sind, die den Astigmatismus
in einem herkömmlichen Haibleiterlaser zeigen;
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Fig. 3A und 3B teilweise schematische Ansichten einer
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
sind;
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Fig. 4A und 4B schematische Ansichten sind, die den
Zustand einer Wellenform des Lichtstrahls zeigen, der durch
die Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
geht;
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Fig. 5A bis 5C Diagramme sind, die die komplexe
Amplitudenverteilung und Intensitätsverteilung des
Lichtstrahls zeigen, der durch die
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
hindurchgeht;
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Fig. 6A und 6B Ansichten sind, die die Simulation
eines optischen Systems zum Korrigieren des Astigmatismus
eines Lasterstrahis unter Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
zeigen;
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Fig. 7A und 7B teilweise schematische Ansichten einer
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
sind;
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Fig. 8 eine schematische Ansicht ist, die den Zustand
der Wellenfront in der Nähe der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 9A bis 9C Diagramme sind, die die komplexe
Amplitudenverteilung in der Nähe der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und
das Transmissionsvermögen der Vorrichtung zeigen;
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Fig. 10 eine schematische Ansicht ist, die die
Anordnung der Position eines optischen Systems unter
Verwendung der Phasenverschiebungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 11A bis 11C Diagramme sind, die die komplexe
Amplitudenverteilung und Intensitätsverteilung auf der
Bildebene in Fig. 10 zeigen;
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Fig. 12 eine schematische Ansicht einer ersten
Ausführungsform ist, in der die
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf
ein optisches Abtastsystem angewendet wird;
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Fig. 13 bis 18 schematische Ansichten des
Lasergerätes unter Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
die die zweite bis siebte Ausführungsform darstellen, sind;
und
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Fig. 19A bis 19F Ansichten von weiteren
Ausführungsformen der Phasenverschiebungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung sind.
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Fig. 3A ist eine schematische perspektivische Ansicht
einer Ausführungsform der Phasenverschiebungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung, und Fig. 3B ist eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
entlang einer Ebene, die eine zentrale (optische) Achse
enthält.
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In diesen Zeichnungen werden eine
Phasenverschiebungsvorrichtung 4; eine erste Fläche 11, die
in kreisförmiger oder ovaler Form um die optische Achse
gebildet ist und transparent gegenüber dem Licht (Laserlicht
L) mit einer vorbestimmten Wellenlänge ist; eine zweite
Fläche 12 mit einer runden oder ovalen Ringform, die rund um
und unmittelbar angrenzend an die erste Fläche bereitgestellt
ist und transparent gegenüber dem Laserlicht L ist; und eine
Lichtabschirmfläche 13, die die zweite Fläche 12 umgibt und
gegenüber dem Laserlicht L undurchlässig ist, gezeigt.
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Somit ist der lichtdurchlässige Teil der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 in zwei transparente Flächen
unterteilt, d.h. die erste Fläche 11 und die zweite Fläche
12, und eine vorbestimmte Phasendifferenz wird zwischen den
zwei Strahlen, die jeweils durch die zwei Flächen 11 und 12
durchgehen, erteilt.
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Die vorliegende Ausführungsform ist so gestaltet, daß
der Laserstrahl, der durch die zweite Fläche 12 durchgeht,
eine optische Weglänge hat, die eine halbe Wellenlänge länger
als die des Laserstrahis ist, der durch die erste Fläche 11
geht.
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Somit teilt die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 den
durchgehenden Lichtstrahl in jeweils zwei Lichtstrahlen, die
durch die erste Fläche 11 und die zweite Fläche 12
durchgehen, und erzeugt eine Phasendifferenz von 180º
zwischen den zwei Strahlen.
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Solch eine Phasenverschiebungsvorrichtung kann
relativ einfach hergestellt werden. Sie kann beispielsweise
durch Verwendung einer paralleiflächigen flachen Glasplatte
mit genau geschliffenen Oberflächen als ein Substrat,
Herstellen eines dünnen Films mit einer Dicke von
d = λ/{2(n-1)} durch Vakuum-Abscheidung nur in der zweiten
Fläche 12 oder der ersten Fläche 11, worin λ die Wellenlänge
des Laserstrahls und n der Brechungsindex der aufgedampften
Substanz ist, und Beschichten der Lichtabschirmfläche mit
einem Licht absorbierenden Anstrich hergestellt werden.
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Im folgenden wird das Prinzip der Verringerung des
Lichtfleckdurchmessers durch die
Phasenverschiebungsvorrichtung erklärt. Fig. 4A und 4B zeigen
den Zustand der Wellenfront und die Amplitudenverteilung,
wenn ein Lichtstrahl einer ebenen Welle eintritt und durch
die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 der vorliegenden
Ausführungsform durchgelassen wird. Solch eine Situation wird
erhalten, wenn die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 in der
Nähe des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille des
Laserstrahls in einem Lasergerät positioniert ist.
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Schematisch sind die Wellenfronten der Lichtstrahlen
veranschaulicht, die jeweils durch die erste und zweite
Fläche 11, 12 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz
dazwischen durchgehen, wenn ein Laserstrahl mit planarer
Welle in die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 von der linken
Seite der Zeichnung eintritt.
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Da sich die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 in der
Nähe des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille befindet, nimmt
der von links eintretende Laserstrahl einen Zustand einer im
wesentlichen ebenen bzw. ebenen Welle an der Eintrittsfläche
ein, wie in Fig. 4A gezeigt. Da der Unterschied der optischen
Weglänge zwischen der planaren bzw. ebenen Welle, die durch
die erste Fläche 11 durchgeht, und der, die durch die zweite
Fläche 12 durchgeht, eine halbe Wellenlänge beträgt, nimmt
die Wellenfront des Strahls, der aus der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 austritt, eine in der
Zeichnung veranschaulichte Form an. Folglich nimmt die
komplexe Amplitudenverteilung des Laserstrahls unmittelbar
nach Austritt von der Vorrichtung 4 die in Fig. 4B gezeigte
Form an.
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In Fig. 4B gibt x die Koordinate in einer Richtung
senkrecht zu der optischen Achse an, U&sub0;(x) ist die komplexe
Amplitudenverteilung des Laserstrahls bei einer Koordinate x,
14 gibt die komplexe Amplitudenverteilung des von der ersten
Fläche 11 der Phasenverschiebungsvorrichtung 4
transmittierten Strahls an, 15a und lsb sind diejenigen des
von der zweiten Fläche 12 der Vorrichtung 4 durchgelassenen
Strahls.
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Obwohl U&sub0;(x) eine komplexe Zahl ist, kann sie auch
nur durch die reelle Zahlenachse dargestellt werden, wie in
Fig. 4B gezeigt, da nur die imaginäre Komponente 0 wird, wenn
die Phase auf 0º und 180º begrenzt ist. Für den Zweck der
Einfachheit wird angenommen, daß die Intensität des
Laserstrahls unabhängig von der Koordinate x konstant ist.
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Im folgenden wird die Intensitätsverteilung auf der
Bildebene erklärt, wenn die Phasenverschiebungsvorrichtung 4,
die als eine Objektebene betrachtet wird, durch ein optisches
System ohne Aberrationen abgebildet wird. Wiederum wird für
den Zweck der Einfachheit angenommen, daß die
Phasenverschiebungsvorrichtung eine eindimensionale
Vorrichtung ist, die sich entlang der x-Richtung erstreckt,
und es wird angenommen, daß die Vergrößerung des optischen
Systems 1 ist.
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Wenn das optische System eine unendlich große
numerische Apertur hat, wird die komplexe
Amplitudenverteilung auf der Objektebene, die in Fig. 4B
gezeigt wird, auf der Bildebene wiedergegeben. Da jedoch die
numerische Apertur in Realität endlich ist, wird aufgrund von
Beugung eine Ausbreitung erzeugt, womit eine komplexe
Amplitudenverteilung U&sub1;(x') wie in Fig. 5A gezeigt auf der
Bildebene bereitgestellt wird, worin x' die x-Koordinate auf
der Bildebene ist, und 16, 17a und 17b komplexe
Amplitudenverteilungen sind, die jeweils 14, 15a, 15b in Fig.
4B entsprechen. Dies kann mathematisch wie folgt erklärt
werden.
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Die komplexe Amplitudenverteilung U&sub1;(x') auf der
Bildebene kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben
werden, unter Verwendung der komplexen Amplitudenverteilung
U&sub0;(x) auf der Objektebene und der komplexen Punktbild-
Amplitudenverteilung K(x'):
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U&sub1;(x') = U&sub0;(x) K(x'-x)dx (1)
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Wenn U&sub0; durch eine Gruppe von drei Punktlichtquellen
mit unterschiedlichen Phasen angenähert werden kann, wird die
folgende Beziehung unter Verwendung von Dirac's Deltafunktion
δ(x) erhalten:
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U&sub0;(x) C δ(x) - δ(x-a) - δ(x+a) (2)
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worin a der Abstand von der optischen Achse zum Zentrum der
komplexen Amplitudenverteilung 15a oder 15b ist, und C eine
Konstante ist, die dem Verhältnis der Energie in dem
komplexen Amplitudenbereich 14 zu dem in dem komplexen
Amplitudenbereich isa oder 15b entspricht. Durch Substitution
mit Gleichung (2) kann die Gleichung (1) wie folgt
umgewandelt werden:
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U&sub1;(x') = C K(x') - K(x'+a) - K(x'-a) (3)
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so daß die komplexe Amplitudenverteilung auf der Bildebene
durch die Summe von drei komplexen Punktbild
Amplitudenverteilungen dargestellt werden kann. In der
Gleichung (2) entsprechen der erste, zweite und dritte Term
auf der rechten Seite jeweils der komplexen
Amplitudenverteilung 16, 17a, 17b in Fig. 5A. Für den Zweck
der Einfachheit sind die Verteilungen 16, 17a und 17b ohne
kleinere Peaks zweiter Ordnung gezeigt. Falls die vorstehend
erklärte Annäherung unter Betrachtung der Objektebene als
eine Gruppe von drei Punktlichtquellen nicht zutrifft, kann
die komplexe Amplitudenverteilung U&sub0;(x) der Objektebene wie
folgt gegeben werden, wenn man die Intensität auf der
Objektebene als Eins nimmt:
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worin a&sub0; der Abstand von der optischen Achse zu der Grenze
zwischen der ersten Fläche 11 und der zweiten Fläche 12 ist,
und a&sub1; der Abstand von der optischen Achse zu der Grenze
zwischen der zweiten Fläche 12 und der Lichtabschirmfläche 13
ist. Durch Substitution der Gleichung (4) in (1) kann die
komplexe Amplitudenverteilung U&sub1;(x') auf der Bildebene wie
folgt dargestellt werden:
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worin der erste, zweite und dritte Term auf der rechten Seite
jeweils den komplexen Amplitudenverteilungen 16, 17a und 17b
in Fig. 5A entsprechen.
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Zusammenfassend, wenn ein Objekt mit einer komplexen
Amplitudenverteilung wie in Fig. 4B gezeigt, mit einem
optischen Abbildungssystem abgebildet wird, kann die komplexe
Amplitudenverteilung auf der Bildebene durch die Summe von
drei komplexen Amplitudenverteilungen 16, 17a und 17b, die in
Fig. 5A gezeigt sind, dargestellt werden.
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In Fig. 5A werden die Kurven 17a' und 17b' erhalten,
indem man die komplexe Amplitudenverteilungskurven 17a, 17b
um die x'-Achse invertiert, und sie können verwendet werden,
um mit der Kurve 16 zum Bestimmen der Amplitude verglichen zu
werden. Es wird aus Fig. 5A deutlich, daß die Kurve 16 mit
den Kurven 17a' und 17b' in den Endsteigungsbereichen der
Kurve annähernd überlappt, und solch eine Beziehung ist
bevorzugt, um einen kleinen Fleckdurchmesser zu erhalten.
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Eine Kurve 18 in Fig. 5B zeigt eine komplexe
Amplitudenverteilung, die der Summe der drei komplexen
Amplitudenverteilungen 16, 17a und 17b in Fig. 5A entspricht.
Im Vergleich mit der Kurve 16 zeigt die Kurve 18 eine
verringerte Ausbreitung in der x'-Richtung.
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Eine Kurve 19 in Fig. 5C zeigt die
Intensitätsverteilung auf der Bildebene. Die
Intensitätsverteilung I(x') kann von der komplexen
Amplitudenverteilung U&sub1;(x') durch die folgende Gleichung
erhalten werden:
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I(x') = U&sub1;*(x') U&sub1;(x') = U&sub1;(x') ² (6)
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In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich,
wie im vorstehenden erklärt, eine
Phasenverschiebungsvorrichtung wie in den Fig. 3A und 3B
gezeigt, in der Nähe des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille
eines Laserstrahls, und die Abbildung mit einem optischen
System stellt einen Fleckdurchmesser bereit, der kleiner als
der ist, der durch die F-Zahl oder numerische Apertur des
optischen Systems definiert ist.
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Im folgenden wird das Prinzip der Korrektur des
Astigmatismus des Halbleiterlasers durch die
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf
der Grundlage des Ergebnisses einer Simulation erklärt.
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Fig. 6A ist eine schematische Ansicht der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4, die sich in der Nähe des
Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille eines Laserstrahls
befindet, und Fig. 6B ist ein Diagramm, das das Ergebnis der
Simulation der Intensitätsverteilung auf der Bildebene zeigt,
das durch eine Abbildungslinse 41 ohne Aberrationen erhalten
wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird für den
Zweck der Einfachheit die Berechnung für ein System mit
Rotationssymmetrie gemacht. Somit wird in Fig. 6B eine
Phasenverschiebungsvorrichtung mit konzentrischer Struktur
angenommen, die aus einer ersten Fläche 11 mit einem Radius A
von der optischen Achse und einer zweiten Fläche 12 mit einem
Radius B, die sich außerhalb befindet, zusammengesetzt ist,
bei einer Phasendifferenz von 180º zwischen dem durchgehenden
Lichtstrahl. Eine Lichtabschirmfläche ist außerhalb der
zweiten Fläche gebildet. Solch eine
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 befindet sich in der Nähe
eines Strahlbauchs bzw. einer Strahlentaille, der durch
Bündeln eines Laserstrahls gebildet ist, und er wird durch
eine Abbildungslinse abgebildet, von der man annimmt, daß sie
frei von Aberration ist.
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Die Simulation zum Bestimmen der
Intensitätsverteilung auf der Bildebene wurde auf der
Grundlage der üblichen Beugungstheorie durchgeführt, bei
einem Radius W&sub0; des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille,
einer Wellenlänge des Laserlichts und einer effektiven F-
Zahl FNO der Abbildungslinse bei der Bildebenenseite.
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Fig. 6B zeigt die Intensitätsverteilungen auf der
Bildebene, wenn A von 0,5 bis 2,0 µm variiert wird, unter den
Bedingungen von W&sub0; = 1,0 µm, λ = 0,6328 µm, FNO = 1,0 und
B = 2,0 µm. Die Intensitätsverteilung ist bei dem Maximalwert
normiert, und die Parameter W&sub0;, A und B werden durch die
Größen auf der Bildebene dargestellt, die durch die
tatsächlichen Größen multipliziert mit der Vergrößerung der
Abbildungslinse erhalten werden.
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Wie in Fig. 6B gezeigt, wird im Fall von A = 2 µm
eine Beziehung A = B erhalten. Dieser Fall entspricht einem
bloßen Einsetzen einer Blende, ohne Fläche der
Phasenumkehrung. In solch einem Fall ist der Ursprungspunkt
der divergierenden Lichtstrahlen verschieden von der Position
der Phasenverschiebungsvorrichtung, wie aus Fig. 2B
vorhergesagt werden kann, so daß der Lichtfleckdurchmesser
bis zu einem bestimmten Maß durch Verschieben der Bildebene
verringert werden kann. Bei dem Radius A = 1 µm wird der
Fleckdurchmesser auf der Bildebene aufgrund des Effekts der
Phasenumkehrung kleiner. Bei dem Radius A = 0,7 µm wird der
Lichtfleckdurchmesser auf der Bildebene sogar kleiner und
fällt ungefähr mit dem Airy-Muster der Abbildungslinse
zusammen. Das Airy-Muster ist ein Beugungsbild, das auf der
Bildebene erzeugt wird, wenn eine Punktlichtquelle durch eine
rotationssymmetrische Abbildungslinse, von der man annimmt,
daß sie frei von Aberration ist, abgebildet wird. Somit kann
angenommen werden, daß der Fall von A = 0,7 µm einer
imaginären Punktlichtquelle entspricht, die sich bei der
Phasenverschiebungsvorrichtung befindet.
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Folglich kann in Betracht gezogen werden, daß die
Phasenverschiebungsvorrichtung einen optischen Effekt zum
Verschieben des Licht-Brennpunkts des Laserstrahls zur
Position der Vorrichtung hat. Man kann auch in Betracht
ziehen, daß sie die Wirkung hat, daß der Öffnungswinkel des
Laserstrahls erhöht wird, wodurch der Laserstrahl in den
gesamten effektiven Durchmesser der Abbildungslinse
eingeleitet wird, und womit der Lichtfleckdurchmesser
verringert wird.
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Wie vorstehend erklärt kann, falls das optische
System eine Rotationssymmetrie hat, die Position des
Lichtzerstreuungspunkts durch die
Phasenverschiebungsvorrichtung gesteuert werden.
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Falls dem Lichtfleckdurchmesser wie bei einem
Halbleiterlaser Rotationssymmetrie fehlt, können zwei Licht-
Brennpunkte Px, Py jeweils in den unterschiedlichen
Querschnittsebenen, wie in Fig. 2B gezeigt, in Betracht
gezogen werden. Daher läßt die Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung die Verschiebung der Position
des Licht-Brennpunkts zu der Position der Vorrichtung in
jedem Querschnitt zu. Somit können die ursprünglich
unterschiedlichen Positionen der Licht-Brennpunkte in den
unterschiedlichen Querschnitten zur selben Position gebracht
werden.
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Auf der Grundlage von diesem Prinzip bewirkt die
vorliegende Ausführungsform Korrektur des Astigmatismus des
Halbleiterlasers durch geeignete Auswahl der Radien A, B der
Phasenverschiebungsvorrichtung und der Position der
Phasenverschiebungsvorrichtung in dem optischen Weg des
Laserstrahls. Die Phasendifferenz zwischen den von der ersten
Fläche 11 und der zweiten Fläche 12 durchgelassenen
Laserstrahlen ist nicht auf 180º beschränkt, sondern er kann
nach Belieben ausgewählt werden.
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Fig. 7A ist eine schematische perspektivische Ansicht
einer weiteren Ausführungsform der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
und Fig. 7B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
entlang einer Ebene, die die zentrale Achse (optische Achse)
z enthält.
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In den Fig. 7A und 7B sind eine
Phasenverschiebungsvorrichtung 21; eine erste transparente
Fläche 22, die in einer kreisförmigen oder ovalen Form um die
optische Achse z gebildet ist und transparent gegenüber dem
Laserlicht L mit einer vorbestimmten Wellenlänge ist; eine
erste Lichtabschirmfläche mit einer ovalen Ringform, die rund
um die erste transparente Fläche 22 bereitgestellt ist und
gegenüber dem Laserlicht L undurchlässig ist; eine zweite
transparente Fläche 24 mit einer ovalen Ringform, die rund um
die erste Lichtabschirmfläche bereitgestellt ist und
transparent gegenüber dem Laserlicht L ist; und eine zweite
Lichtabschirmfläche 25, die die zweite transparente Fläche 24
umgibt und gegenüber dem Laserlicht L lichtundurchlässig ist,
gezeigt.
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Somit ist die lichtdurchlässige Fläche der
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 in zwei transparente
Flächen 22, 24 um die erste Lichtabschirmf läche 23
unterteilt, und eine vorbestimmte Phasendifferenz wird
zwischen den zwei Lichtstrahlen, die durch die zwei
transparenten Flächen 22 und 24 durchgehen, bereitgestellt.
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Die vorliegende Ausführungsform ist so gestaltet, daß
die optische Weglänge des Lichtstrahls, der von der zweiten
transparenten Fläche 24 durchgelassen wird, um eine halbe
Wellenlänge länger ist als die des Lichtstrahls, der von der
ersten transparenten Fläche 22 durchgelassen wird. Somit
teilt die Phasenverschiebungsvorrichtung den eintretenden
Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen, die jeweils durch die
erste und zweite transparente Fläche durchgehen, wobei eine
Phasendifferenz von 180º zwischen den Lichtstrahlen erzeugt
wird.
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Solch eine Phasenverschiebungsvorrichtung kann
relativ leicht hergestellt werden. Sie kann beispielsweise
unter Verwendung einer parallelflächigen flachen Glasplatte
mit genau geschliffenen Oberflächen als ein Substrat, Bilden
eines Dünnfilms mit einer Dicke von d = λ/{2(n-1)} durch
Vakuum-Abscheidung nur in der zweiten transparenten Fläche,
wobei λ die Wellenlänge des Laserstrahis (Laserlicht L) und n
der Brechungsindex der abgeschiedenen Substanz ist, und
Beschichten der Lichtabschirmf lächen mit einem Licht
absorbierenden Anstrich hergestellt werden.
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Fig. 8 zeigt den Zustand der Wellenfront, wenn ein
Lichtstrahl einer ebenen bzw. planaren Welle eintritt und
durch die Phasenverschiebungsvorrichtung 21 der vorliegenden
Ausführungsform durchgelassen wird. Solch eine Situation
tritt auf, wenn die Phasenverschiebungsvorrichtung sich in
der Nähe des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille eines
Laserstrahls befindet.
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Es werden schematisch Wellenfronten der Lichtstrahlen
veranschaulicht, die von der ersten und zweiten transparenten
Fläche 22, 24 transmittiert werden und die jeweils einen
Phasenunterschied haben, wenn ein Laserstrahl einer ebenen
bzw. planaren Welle in die Phasenverschiebungsvorrichtung 21
von der linken Seite in der Zeichnung eintritt.
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Die Fig. 9A bis 9C sind Diagramme, die die komplexe
Amplitudenverteilung in der Nähe der
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 der vorliegenden
Ausführungsform, wenn ein Lichtstrahl hindurchgeht, und das
Amplituden-Durchlaßvermögen der Vorrichtung zeigen. Die
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 hat das Amplituden-
Durchlaßvermögen T(x, 0), wie in Fig. 9B gezeigt, wodurch ein
Lichtstrahl mit einer komplexen Amplitudenverteilung
U&sub0;(x, 0), wie in Fig. 9A gezeigt, wenn durch die
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 durchgelassen, mit einer
komplexen Amplitudenverteilung U&sub0;+(x, 0), wie in Fig. 9C
gezeigt, austritt. Für den Zweck der Einfachheit zeigen diese
Diagramme die Verteilungen auf der x-Achse (y = 0).
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In Fig. 9C geben die Kurven 26, 27 jeweils die
komplexe Amplitudenverteilung der Lichtstrahlen an, die von
der ersten und zweiten transparenten Fläche 22, 24
durchgelassen werden.
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Obwohl diese Zahlen komplexe Zahlen sind, können sie
auch nur durch die reelle Zahlenachse dargestellt werden, da
die imaginären Komponenten 0 werden, wenn die Phase auf 0º
und 180º beschränkt wird. Auch wird die komplexe
Amplitudenverteilung unmittelbar nach Verlassen der
Phasenverschiebungsvorrichtung durch das Produkt der
komplexen Amplitudenverteilung unmittelbar vor Eintritt in
die Vorrichtung und das Amplituden-Durchlaßvermögen der
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 dargestellt, d.h.:
U&sub0;+(x,0) = U&sub0;&supmin;(x,0) x T(x,0).
-
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, wenn man die
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 als die Objektebene ansieht
und sie durch ein optisches Abbildungssystem auf eine
vorbestimmte Ebene (eine Bildebene) abgebildet wird, und die
Fig. 11a bis 11c sind Diagramme, die die komplexe
Amplitudenverteilung und Intensitätsverteilung auf der
Bildebene 29 in dem optischen System zeigen, das in Fig. 10
gezeigt wird.
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In Fig. 10 wird ein von einer nicht dargestellten
Lichtquelle wie beispielsweise einem Laser emittierter
Lichtstrahl in einem planaren Wellenzustand in die
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 eingeleitet und auf eine
Bildebene 29 durch ein optisches Abbildungssystem 28
fokussiert, wobei man die Phasenverschiebungsvorrichtung als
eine Objektebene ansieht. Die komplexe Amplitudenverteilung
auf der Objektebene (Fig. 9C) wird auf der Bildebene
wiedergegeben, falls das optische Abbildungssystem 28 eine
unendlich große numerische Apertur hat. Diese Verteilung wird
jedoch entsprechend der Vergrößerung des optischen Systems 28
vergrößert oder verkleinert und wird bei dem zentralen Wert
normiert.
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Da jedoch die numerische Apertur des optischen
Abbildungssystems 28 in Realität endlich ist, wird durch
Beugung eine Ausbreitung erzeugt, wodurch eine komplexe
Amplitudenverteilung U&sub1;(x&sub1;, y&sub1;), die in Fig. 11A gezeigt ist,
auf der Bildebene 29 erzeugt wird, worin x&sub1;, y&sub1; Koordinaten
auf der Bildebene 29 sind. Die Fig. 11a bis 11c
veranschaulichen Verteilungen auf der x&sub1;-Achse (y&sub1; = 0).
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Die Amplitudenverteilungen 26a, 27a in Fig. 11a
entsprechen jeweils den 26, 27 in den Fig. 9A bis 9C, und sie
können miteinander addiert werden, da die Lichtstrahlen dem
selben Laser entstammen und kohärent sind. Fig. 11B zeigt das
Ergebnis der Addition, bei der die Amplitudenverteilung eine
schmalere Ausbreitung zeigt, da sich die Beiträge 26a und 27a
gegenseitig aufheben. Fig. 11C zeigt die
Intensitätsverteilung I(x&sub1;, y&sub1;) auf der x&sub1;-Achse, die als das
Quadrat des Absolutwerts der komplexen Amplitudenverteilung
U&sub1;(x&sub1;, y&sub1;) erhalten wird. Die Intensitätsverteilung zeigt
eine schmalere Ausbreitung im Vergleich mit einem Fall, in
dem der Lichtstrahl von der Lichtquelle auf die Bildebene 29
fokussiert wird, wobei das optische Abbildungssystem dieselbe
numerische Apertur hat und keine
Phasenverschiebungsvorrichtung 21 vorliegt.
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Die vorstehend erklärte Situation kann mathematisch
wie folgt erklärt werden. In der folgenden Beschreibung wird
die Phasenverschiebungsvorrichtung 21 als die Objektebene
angesehen, und die Koordinate (x, y) auf der Objektebene wird
durch die tatsächliche Größe multipliziert mit der
Vergrößerung des optischen Systems 28 dargestellt. Somit kann
die Amplitudenverteilung U&sub0;(x, y) auf der Objektebene und der
U&sub1;(x', y') auf der Bildebene 29 wie folgt korreliert werden:
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Diese Gleichung entspricht der Gleichung (2a) in "Principles
of Optics" von Born und Wolf, Abschnitt 9.5.
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In dieser Gleichung ist k die Transmissionsfunktion
des optischen Systems 28 (komplexe Amplitudenverteilung auf
der Bildebene durch eine Punktlichtquelle) und kann im Fall
eines Aberrations-freien optischen Systems mit einer
kreisförmigen Blende durch eine Gleichung dargestellt werden,
die eine Besselfunktion enthält.
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Auch kann die Intensitätsverteilung wie vorstehend
erklärt durch folgenden Ausdruck gegeben werden:
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I(x&sub1;, y&sub1;) = U&sub1;(x&sub1;, y&sub1;) ².
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein
Unterschied der optischen Weglänge von einer halben
Wellenlänge zwischen den Lichtstrahlen, die von der ersten
und zweiten transparenten Fläche durchgelassen werden,
bereitgestellt, wodurch ein Phasenunterschied von 180º
erzeugt wird, aber dieser ein Unterschied ist nicht
eingeschränkt, und der Unterschied der optischen Weglänge
kann geeignet entsprechend dem erforderlichen
Phasenunterschied variiert werden.
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Im folgenden werden zahlreiche Ausführungsformen des
Lasergeräts unter Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden
Ausführungsform erklärt.
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Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer ersten
Ausführungsform des Lasergeräts unter Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Ein von einer Lichtquelleneinheit 1, die
beispielsweise aus einem Laser zusammengesetzt ist,
emittierter Lichtstrahl wird durch eine parallelrichtende
Linse 2 in einen im wesentlichen Strahl verwandelt, der durch
eine Kondensorlinse 3 unter Bildung eines Strahlbauchs bzw.
einer Strahlentaille in der Nähe der Fokussierposition
gebündelt wird. Eine Phasenverschiebungsvorrichtung 4
befindet sich in der Nähe des Strahlbauchs bzw. der
Strahlentaille, und das von der Vorrichtung 4 durchgelassene
Licht wird durch eine parallelrichtende Linse 5 in einen
parallelen Strahl verwandelt, der in eine zylindrische Linse
mit einer Brechkraft in der Neben-Abtastrichtung eintritt.
Die zylindrische Linse 6 fokussiert den Lichtstrahl in einer
Linie entlang der Neben-Abtastrichtung, woraufhin der
Lichtstrahl in einen sich drehenden Polygonspiegel 7 eintritt
und von ihm reflektiert wird. Der von dem Polygonspiegel 7
reflektierte und abgelenkte Lichtstrahl wird durch ein f-θ-
Linsensystem 8 druchgelassen, wobei er auf einer abgetasteten
Ebene 9 einen Lichtfleck 10 bildet.
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Wenn der sich drehende Polygonspiegel 7 bei einer
konstanten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil
angegebenen Richtung gedreht wird, führt der Laserstrahlfleck
10 eine Abtastbewegung auf der abgetasteten Ebene 9 durch.
Bei der vorliegenden Ausführungsform mit dem vorstehend
erklärten Aufbau wird durch die Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 das Abtasten der
abgetasteten Ebene 9 mit einem kleineren
Lichtfleckdurchmesser erreicht, ohne daß die Schärfentiefe
beeinträchtigt wird. Auf diese Weise wird ein Lasergerät mit
der Fähigkeit zur Bilderzeugung oder zum Lesen eines Bildes
mit einer hohen Auflösungsleistung erhalten. Natürlich kann
ein ähnlicher Effekt mit der Phasenverschiebungsvorrichtung
21, die in Fig. 7 gezeigt ist, erhalten werden.
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Die Fig. 13 bis 16 sind schematische Ansichten, die
die zweite bis fünfte Ausführungsform des Lasergeräts unter
Verwendung der Phasenverschiebungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung zeigen, worin dieselben Komponenten
wie diejenigen der ersten Ausführungsform, die in Fig. 12
gezeigt ist, durch dieselben Zahlen dargestellt sind.
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In der in Fig. 13 gezeigten zweiten Ausführungsform
befindet sich die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 in der
Nähe einer Laserstrahl emittierenden Endfläche eines
Halbleiterlasers 1, der die Lichtquelle darstellt. Der von
einem Lichtemissionspunkt des Halbleiterlasers emittierte
Laserstrahl wird durch die Phasenverschiebungsvorrichtung 4,
die sich in dessen Nähe befindet, durchgelassen und wird
durch die parallelrichtende Linse 2 in einen parallelen
Strahl verwandelt und tritt in die zylindrische Linse 6 ein.
Der Aufbau danach ist derselbe wie in der ersten
Ausführungsform, die in Fig. 12 gezeigt ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, da die
Position unmittelbar nach der Strahl emittierenden Fläche des
Halbleiterlasers 1 in der Nähe eines Strahlbauchs bzw. einer
Strahlentaille ist, die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 an
diese Position verschoben, wodurch der Lichtfleckdurchmesser
auf der Grundlage des vorstehend erwähnten Prinzips
verringert wird.
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Die vorliegende Ausführungsform ist in dem Aufbau des
optischen Systems vereinfacht, im Vergleich mit der in Fig.
12 gezeigten ersten Ausführungsform.
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In der in Fig. 14 gezeigten dritten Ausführungsform
sind eine Lichtquelleneinheit 50, die aus einem He-Ne-Laser
zusammengesetzt ist; eine erste Kondensorlinse 51; ein A/O
(akustooptischer) Modulator 52; eine zweite Kondensorlinse
53; eine parallelrichtende Linse 54; und eine Strahl-
Ausweitungsvorrichtung 55 bereitgestellt. Ein von dem He-Ne-
Laser 50 emittierter Laserstrahl wird von der ersten
Kondensorlinse 51 fokussiert, dann einer
Intensitätsmodulation durch den AO-Modulator 52, der sich in
der Nähe des Brennpunktes befindet, unterzogen und dann
wiederum durch die zweite Kondensorlinse 53 fokussiert.
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Die Phasenverschiebungsvorrichtung 4 befindet sich in
der Nähe eines somit gebildeten Strahlbauchs bzw. einer somit
gebildeten Strahlentaille. Der von der Vorrichtung 4
austretende Laserstrahl wird von der paralleirichtenden Linse
54 in einen parallelen Strahl verwandelt, dann einer
Ausweitung des Strahldurchmessers durch die Strahl-
Ausweitungsvorrichtung 55 unterzogen, und tritt dann in die
zylindrische Linse 6 ein. Der Aufbau danach ist derselbe wie
bei der ersten Ausführungsform, die in Fig. 12 gezeigt ist,
und der Lichtfleck 10 wird auf der abgetasteten Ebene 9 in
derselben Weise gebildet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden ähnliche
Effekte in einem Lasergerät unter Verwendung eines Gaslasers
als Lichtquelle wie in der vorhergehenden Ausführungsform
erzielt, indem man den Laserstrahl von dem Gaslaser mit der
zweiten Kondensorlinse 53 unter Bildung eines Strahlbauches
bzw. einer Strahlentaille bündelt und die
Phasenverschiebungsvorrichtung mit dem vorstehend erwähnten
Aufbau in dessen Nähe setzt.
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Die in Fig. 15 gezeigte vierte Ausführungform ist
dadurch ausgezeichnet, daß der Laserstrahl von der
Lichtquelle 1 in den sich drehenden Polygonspiegel 7 von der
Seite der abgetasteten Ebene 9 durch das f-θ-Linsensystem 8
eingeleitet wird.
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Eine durchlässige Phasenverschiebungsvorrichtung 61
befindet sich im wesentlichen auf der abgetasteten Ebene 9.
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In der vorliegenden Ausführungsform stellt die f-θ-
Linse 8 ein optisches System zur Neigungskorrektur dar, in
dem der sich drehende Polygonspiegel und die abgetastete
Ebene 9 in einer im wesentlichen konjugierten Beziehung in
der Neben-Abtastrichtung sind. Ein von einem Licht
emittierenden Punkt des Halbleiterlasers 1 emittierter
Laserstrahl wird von einer parallelrichtenden Linse 2 in
einen parallelen Strahl verwandelt und von einer
Kondensorlinse 3 unter Bildung eines Strahlbauchs bzw. einer
Strahlentaille in der Nähe der Ausbreitung der abgetasteten
Ebene 9 fokussiert.
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Die Phasenverschiebungsvorrichtung 61 befindet sich
in der Nähe des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille. Die
Vorrichtung 61, die den Laserstrahl in einer diagonalen
Richtung empfängt, ist so gestaltet, daß ein Unterschied von
ungefähr einer halben Wellenlänge in der optischen Weglänge
zwischen den Laserstrahlen, die von den zwei Flächen
durchgelassen werden, für einen einfallenden Laserstrahl mit
einem bestimmten Diagonalwinkel bereitgestellt wird. Der von
der Vorrichtung 61 austretende Laserstrahl wird von der f-θ-
Linse 8 unter Bildung eines linearen Bildes in der Nähe einer
Reflexionsfläche des sich drehenden Polygonspiegeis 7
durchgelassen, dann von dem Polygonspiegel reflektiert und
wiederum von der f-θ-Linse 8 unter Bildung des Lichtflecks 10
auf der abgetasteten Ebene 9 durchgelassen. Durch die Drehung
des Polygonspiegels 7 in der durch einen Pfeil angegebenen
Richtung führt der Lichtfleck eine 10 eine Abtastbewegung in
einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung auf der
abgetasteten Ebene 9 durch.
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Durch die vorliegende Ausführungsform werden Vorteile
bereitgestellt, daß das optische System durch die Abwesenheit
der zylindrischen Linse zur Bildung eines linearen Bildes
vereinfacht werden kann, und daß die Herstellung der
Phasenverschiebungsvorrichtung 61 einfach ist, da der
Durchmesser des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille, der in
der Nähe der Phasenverschiebungsvorrichtung 61 gebildet wird,
ungefähr so groß wie der Lichtfleckdurchmesser bei
Abwesenheit der Vorrichtung ist.
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Außerdem ist die vorliegende Ausführungsform durch
eine stabile Laseroszillation ausgezeichnet, da der
Laserstrahl in die Phasenverschiebungsvorrichtung 61 geneigt
eintritt, wodurch der von der Vorrichtung reflektierte Strahl
kaum zu dem Halbleiterlaser zurückkehrt.
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Die in Fig. 16 gezeigte fünfte Ausführungsform ist
dieselbe wie die in Fig. 15 gezeigte vierte Ausführungsform,
außer, daß die durchlässige bzw. transmittierende
Phasenverschiebungsvorrichtung in der vierten Ausführungsform
durch eine reflektierende Phasenverschiebungsvorrichtung
ersetzt ist. Die reflektierende
Phasenverschiebungsvorrichtung 62 der vorliegenden
Ausführungsform ist für den einfallenden Laserstrahl mit
einem vorbestimmten Einfaliswinkel so gestaltet, daß eine
optische Wegdifferenz einer halben Wellenlänge zwischen den
von zwei Flächen transmittierten Laserstrahlen bereitgestellt
wird. Solch eine reflektierende
Phasenverschiebungsvorrichtung mit einem geneigten
einfallenden Strahl ermöglicht eine größere Kompaktheit des
gesamten optischen Systems und ermöglicht auch eine stabile
Laseroszillation, da das reflektierte Licht nicht zu dem
Laser zurückkehrt.
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Fig. 17 ist eine schematische Ansicht eines optischen
Systems, das die sechste Ausführungsform darstellt, in der
die Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
auf ein optisches Aufnahme-Nachweissystem für den optischen
Speicher angewendet wird.
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Ein von einer Lichtquelleneinheit 1, die
beispielsweise aus einem Laser zusammengesetzt ist,
emittierter Lichtstrahl wird von einer Kondensorlinse 81
unter Bildung eines Strahlbauchs bzw. einer Strahlentaille in
der Nähe der fokussierten Position gebündelt. Die
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 befindet sich in der Nähe
des Strahlbauchs bzw. der Strahlentaille, und der von der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 austretende Strahl wird
durch einen Strahlteiler 84 durchgelassen und durch eine
Objektivlinse 82 unter Bildung eines Lichtflecks auf einem
optischen Speichermaterial 83 gebündelt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein kleiner
Lichtfleckdurchmesser auf der Oberfläche des optischen
Speichermaterials 83 durch die Verwendung der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 gebildet. Das von dem
Material 83 reflektierte Licht wird von der Objektivlinse 82
durchgelassen, von dem Strahlteiler 84 reflektiert und tritt
in einen Fotodetektor 85 ein, der somit die Signale auf dem
optischen Speichermaterial 83 mit einer hohen Dichte liest.
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In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich
eine Phasenverschiebungsvorrichtung 4 an dem Strahlbauch bzw.
an der Strahlentaille, aber es ist auch möglich, die
Vorrichtung an eine andere Position zu legen, beispielsweise
in die Nähe der Lichtquelle 1, und es ist möglich, eine
beliebige Zahl an Phasenverschiebungsvorrichtungen zu
verwenden.
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Fig. 18 ist eine schematische Ansicht eines optischen
Systems, das die siebte Ausführungsform darstellt, in der die
Phasenverschiebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zur
Korrektur des Astigmatismus des Halbleiterlasers verwendet
wird.
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Ein von einer Lichtquelleneinheit 1, die aus einem
Halbleiterlaser zusammengesetzt ist, emittierter rotations-
asymmetrischer Laserstrahl wird von einer ersten
Kondensorlinse 71 unter Bildung eines Lichtflecks mit einer
rotations-asymmetrischen Form gebündelt. Eine
Phasenverschiebungsvorrichtung 4, die denen, die in den Fig.
3A, 3B gezeigt sind, ähnlich ist, ist in der Nähe des
Lichtflecks positioniert. Die Phasenverschiebungsvorrichtung
4 ist so gestaltet, daß sie einen Phasenunterschied von 180º
zwischen den von der ersten und zweiten Fläche 11, 12 in Fig.
3B durchgelassenen Lichtstrahlen bereitstellt, und sie hat
die Parameter A = 0,7 µm und B = 2 µm. Der von der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 durchgelassene Laserstrahl
wird wiederum von einer zweiten Kondensorlinse 72 unter
Bildung eines Lichtflecks auf einer Bildebene 86 fokussiert.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die
lichtemittierende Fläche des Halbleiterlasers 1, die
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 und die Bildebene 86 so
positioniert, daß sie zueinander optisch konjugiert sind.
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Auch wird in der vorliegenden Ausführungsform der
Licht-Brennpunkt des Laserstrahls sowohl in der x- als auch
in der y-Richtung zu der Position der
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 dadurch, daß die
Phasenverschiebungsvorrichtung 4 in die Nähe des Brennpunkts
der ersten Kondensorlinse 21, wie bereits vorstehend erklärt,
positioniert wird, verschoben, wodurch ein
zufriedenstellender Lichtfleck ohne Astigmatismus auf der
Bildebene 86 erhalten wird.
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Auf diese Weise läßt die vorliegende Ausführungsform
30 zu, daß ein Lasergerät erhalten wird, das für die Verwendung
in zahlreichen Systemen geeignet ist und die Fähigkeit hat,
einen zufriedenstellenden Lichtfleck ohne Astigmatismus
bereitzustellen, wobei die Phasenverschiebungsvorrichtung 4
als eine neue Punktlichtquelle genommen wird.
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Die in den vorstehenden Ausführungsformen zu
verwendende Phasenverschiebungsvorrichtung muß nicht auf die
in Fig. 3A gezeigte Struktur beschränkt sein, sondern sie
kann auch so wie in den Fig. 19A bis 19F gezeigt aufgebaut
sein.
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In diesen Zeichnungen bezeichnet 11 die erste Fläche;
12 bezeichnet die zweite Fläche; und die schraffierten
Flächen bezeichnen die Lichtabschirmfläche, und die erste und
zweite Fläche 11, 12 sind so aufgebaut, daß eine
Phasendifferenz von 180º (eine halbe Wellenlänge) zwischen
den durchgehenden Lichtstrahlen erzeugt wird.
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Das Lasergerät der vorliegenden Erfindung ist
zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungsformen
beispielsweise auf einen Laserstrahldrucker, ein Laser-
Mikroskop, ein Strichplatten- bzw. Retikel-Belichtungsgerät
unter Verwendung eines optischen Abtastsystems usw.
anwendbar.
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Wie vorstehend erklärt hat die vorliegende Erfindung
durch Positionieren einer Phasenverschiebungsvorrichtung wie
vorstehend erklärt zu einer vorbestimmten Position des
optischen Systems die Fähigkeit, den Astigmatismus eines
Laserstrahls im Fall der Verwendung eines Halbleiterlasers zu
korrigieren und einen Fleck mit einem kleineren Durchmesser
als dem, der durch die numerische Apertur des optischen
Systems definiert ist, zu erzeugen, während eine große
Schärfentiefe beibehalten wird, wodurch eine höhere
Auflösungskraft zum Beispiel bei der Bilderzeugung erzielt
wird.
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Anders als in dem Fall, daß das
Phasenverschiebungsverfahren auf das Belichtungsgerät
(Schrittschaltvorrichtung bzw. Stepper) für die Herstellung
von Halbleitervorrichtungen angewendet wird, ist bei der
vorliegenden Erfindung die Erzeugung der
Phasenverschiebungsfläche über das gesamte Blendenmuster auf
der Strichplatte bzw. dem Retikel nicht erforderlich. Gemäß
der vorliegenden Erfindung ist es lediglich erforderlich, daß
die Phasenverschiebungsfläche in einer Fläche nahe der
optischen Achse des optischen Systems gebildet ist, so daß
die Struktur des gesamten Geräts signifikant vereinfacht
werden kann.