JPH0375612A - レーザー光強度分布変換光学系 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、レーザー光強度分布変換光学系に関する。

［従来の技術］ レーザー光束は周知の如く光束断面上に於ける光強度分
布がガウス分布に従っている。このためレーザー光束を
用いる加工技術の精度等に問題があり、かかる問題に鑑
みてレーザー光束断面上における光強度分布を均一化す
る努力がなされている。このような光強度分布の変換を
行うための光学系がレーザー光強度分布変換光学系であ
る。

レーザー光強度分布変換光学系として比較的成功した例
としては、従来、特開昭６３−１８８１１５号公報に開
示されたものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のレーザー光強度分布変換光学系は、光強
度分布の変換態様が一義的であり、変換されたレーザー
光強度分布は変更も調整もできない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
レーザー光強度を変換し、なおかつ変換の態様を変化さ
せることができる新規なレーザー光強度分布変換光学系
の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明のレーザー光強度分布変換光学系は「略平行な光
束として入射するレーザー光束を、略平行な光束として
射出させ、射出レーザー光束における光束断面上の光強
度分布を、略均一な光強度の平坦分布領域を含む分布に
変換し、かつズーミングにより上記平坦分布領域の径を
連続的に変化させ得る光学系」である。

このレーザー光強度分布変換光学系は、ケプラー型の２
群４枚構成である。

「第１群」は、２枚のレンズにより構成され正の屈折力
を持つ。「第２群」も、２枚のレンズにより構成され正
の屈折力を持つ。

そして、第工群の入射瞳に光線高さｈ１（０≦ｈ、≦３
．２ａ＋ｍ）で入射する光線が第２群から射出するとき
の射出瞳に於ける光線高さをｈ２とし、第１群に於ける
焦点距離および球面収差を、それぞれｆ、、　Ｓ。

（ｈｉ）、第２群に於ける焦点距離および球面収差を。

それぞれｆｚ、　５ｚ（ｈｚ）とするとき、これらはズ
ーミング中、 （Ｉ）　　１９．９ｊ；７≦ｆ、≦　２０．０（ＩＩ）
　　２．’ＺＯ＜ｌ：ｆ、＜；　　２．６６（ＩＩＩ）
　　Ｓ＋（ｈｘ）＞Ｏ且つ５ｚ（ｈ２）＜。

（ＩＶ）　　１ｓｉ（ｈｘ）＋５ｚ（ｈｚ）ｌ　＜　　
０．０２（■）　　　０．２６　　≦Ｓ□（ｈｔ＝３．
２ｍｍ）≦　０．３３なる５条件を満足する。

［作　　用］ ガウス型のレーザー光強度分布を変換して、均一な光強
度分布を得るために球面収差を利用する方法が、ＡＰＰ
ＬＩＥＤ　０ＰＴＩＣ５第４巻１１号（１９６５年１４
００〜１４０３頁）に、また正弦条件を利用する方法が
、特開昭６３−１８８１１５号公報に開示されている。

本発明では球面収差を利用する。

２枚のレンズで構成された第１群は正の屈折率を有し、
これに入射側から平行光束を入射させたときの球面収差
を入射光線高さｈ□に対してＳ□（ｈｌ）とするとき、
ｓ、（ｈｔ）＞ｏとする（条件（ＩＩＩ））。

また、２枚のレンズで構成されて正の屈折力を持つ第２
群に「射出側」から平行光束を入射させたときの球面収
差を光線高さｈ！に対して５２　（ｈｚ）とするとき、
５２（ｈ２）＜Ｏとする。

このような球面収差条件を満足する第１．第２群を、上
記条件（ＶＩ）を満足するように組み合わせると、実質
的なアフォーカル系が得られる。即ち、この光学系に略
平行な光束を入射させると略平行な光束が射出する。

第６図を参照すると、入射光線高さｈｌの光線と射出光
線高さｈ２の光線とが互いに平行となる条件は、ｈｘ、
ｈｘが、図のＳ及び焦点距離ｆ工、ｆ２と共に、ｈ、＝
（ｆ、−５）ｈ１／（ｆ１＋ｓ）なる条件を満足するこ
とである。この条件が厳密に成り立つためには、入射光
線高さｈｌの光線に対する第１群の球面収差Ｓ□（ｈ、
）と、射出光線高さｈ２の光線に対する第２群の球面収
差ＳＲ（ｈｚ）が、Ｓ”り＋　（ｈｉ）＝ｓｚ（ｈｘ） を満足することが必要であるが、上記条件（ＶＩ）が満
足される程度に球面収差５ｓ（ｈｔ）、５ｚ（ｈｚ）の
絶対値の差が小さければ、射出する光線は略入射光線と
平行になる。

このとき、条件（１）、（ＩＩ）とともに条件（Ｖ）を
満足させると射出光束の光強度分布における平坦分布領
域の径をズーミングにより連続的に変化させることがで
きる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図を参照すると、この図に於いて符号Ｇ１は第１群
、符号Ｇ２は第２群をそれぞれ示している６第１群Ｇ１
は２枚のメニスカスレンズＬｌ、Ｌ２で構成され、全体
として正の屈折力を有する。第２群Ｇ２も２枚のメニス
カスレンズＬ３．Ｌ４で構成され、これも全体として正
の屈折力を有する。

入射側（第工図左方）から数えて第ｉ番目のレンズ面の
曲率半径をＲｊ、第ｉ番目のレンズ面間隔をＤｉ、入射
側から数えて第ｊ番目のレンズの屈折率（波長ｊｏ＆ｏ
ｏγ灼に対するもの）をＮｊとするとき、これらは、以
下のようしこ与えられる。

ｉ　　　　Ｒｉ　　　　　Ｄｉ　　　　　ｊ　　　　Ｎ
ｊｌ　　　１７．５１２　　４．５４１　　　１　　　
２．４０２８５゜９６１　　　可変 ３　　−１９．３２３　　９．２０６　　　２　　　２
．４０４−２５．８１８　　　可変 ５　　　２．８４１　　２．１８３　　　３　　　２−
４０６　　　６．５０５　　　可変 ７　　−５．０７９　　２．３９３　　　４　　　２．
４０８　　　−１４．５９８ 第１図に示すレンズ配置は、上記可変量が以下の値を取
った状態を示している。

１　　２　　　４　　　６ Ｄｉ　　　１．５　　　１８．３７３　　２．１３１こ
のときの第１群Ｇ１の球面収差を第２図（ａ）に。

また第２群Ｇ２の球面収差を第２図（ｂ）に示す。こ（
７）　ト’ｉ！！　５ｔ（ｈｘ＝３．２ｍ＋＋）＝０．
３３　テア’Ｊ、勿論条件（ＶＩ）は満足されている。

このとき、第１群の焦点距離ｆ工＝２０．００、第２群
の焦点距離ｆ２　＝　２．６６である。

この状態に於いて、入射側から、第５図１こ実線で示す
ようなガウス型分布５−１を持つ平行レーザー光束を入
射させると、射出光束に於ける光強度分布は、第５図の
曲線５−２のように非ガウス分布型となる。即ちビーム
径１２．８ｍｍを持つ入射光束に対し、射出光束はビー
ム径０’、８＋＋＋ｍの領域まで、±０．２５％の精度
で強度分布が均一化されている。この領域（半径ｄＯの
領域）を平坦分布領域と称するのである。

第３図は、上記可変量を以下の如くにしたときのレンズ
配置を示している。

１　　２　　　４　　　６ Ｄｉ　　　２−０　　　１７．３１１　　３．５このと
きの第１群Ｇ１の球面収差を第４図（ａ）に、また第２
群Ｇ２の球面収差を第４図（ｂ）に示す。

このとき、第１群の焦点路！！ｆ□＝　１９．９ｔ７．
第２群の焦点距離ｆ、＝２．２０である。また、Ｓｔ　
（ｈｔ＝３．２ｍｍ）＝０．２６である。

この状態に於いて、前述のガウス型分布５−１を持って
入射される平行レーザー光束は、射出光束に於いて第５
図の曲線５−３のように、ビーム径０゜５ｍｍの領域（
半径ｄｌの領域）まで、±０．２５％の精度で強度分布
が均一化された光強度分布に変換される。

このように、この実施例では第１群、第２群の焦点路！
ｆ、　、ｆ２　　の範囲が、 １９．９ケ７≦　ｆ、≦２０．０　　、２．２０≦ｆ２
≦２．６６の範囲で１条件（ＩＩＩ）　、Ｉ″ｉ）至（
Ｖ）を満足させつつズーミングを行うことができ、この
ズーミングにより射出光束の光強度分布は、略第５図の
曲線５−２゜５−３の間の分布を連続的に変化し、平坦
分布領域の径が連続的に変化する。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規なレーザー光強度分布変換光
学系を提供できる。この光学系は上記の如く構成されて
いるので、ガウス型の分布を持つレーザー光束の光強度
を平坦分布領域を含む分布に変換でき、しかも平坦分布
領域の径を連続的に変化させることができる。従って１
例えばマイクロレンズ作製用の光ＣＶＤ用の光束として
用いるとベレソト型のレンズを作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、本発明を実施例に即して説明する
ための図、第６図は、条件（ｍを説明するための図であ
る。 彩イ 図 ｆ ２ 図 他） （’６） 位） 々ｚ（ｔｎ仄） 塵 う 関 ｆ 塵 聞 （＾） （ム） Ａ Ａ 馬７許主乎面 冷２解支子佃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 略平行な光束として入射するレーザー光束を、略平行な
   光束として射出させ、射出レーザー光束における光束断
   面上の光強度分布を、略均一な光強度の平坦分布領域を
   含む分布に変換し、かつズーミングにより上記平坦分布
   領域の径を連続的に変化させ得る光学系であって、 それぞれが２枚のレンズにより構成され正の屈折力を持
   つ、第１群および第２群により構成される、２群４枚構
   成のケプラー型であり、 上記第１群の入射瞳に光線高さｈ＿１（０≦ｈ＿１≦３
   ．２ｍｍ）で入射する光線が第２群から射出するときの
   射出瞳に於ける光線高さをｈ＿２とし、第１群に於ける
   焦点距離および球面収差を、それぞれｆ＿１，Ｓ＿１（
   ｈ＿１）、第２群に於ける焦点距離および球面収差を、
   それぞれｆ＿２，Ｓ＿２（ｈ＿２）とするとき、これら
   が、（ I ）１９．９５７≦ｆ＿１≦２０．０ （II）２．２０≦ｆ＿２≦２．６６ （III）Ｓ＿１（ｈ＿１）＞０且つＳ＿２（ｈ＿２）＜
   ０（IV）｜Ｓ＿１（ｈ＿１）＋Ｓ＿２（ｈ＿２）｜≦０
   ．０２（Ｖ）０．２６≦Ｓ＿１（ｈ＿１＝３．２ｍｍ）
   ≦０．３３なる条件を満足しつつズーミングを行い得る
   、レーザー光強度分布変換光学系。