JPH11271670A - アフォーカル結像光学系及びレーザ装置 - Google Patents
アフォーカル結像光学系及びレーザ装置Info
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- JPH11271670A JPH11271670A JP7763998A JP7763998A JPH11271670A JP H11271670 A JPH11271670 A JP H11271670A JP 7763998 A JP7763998 A JP 7763998A JP 7763998 A JP7763998 A JP 7763998A JP H11271670 A JPH11271670 A JP H11271670A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、高出力レーザビームに対する空間フ
ィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビームブレーク
アップの抑制を図る。 【解決手段】第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１
をレーザビーム像５の縦方向に対して結像条件を満足す
る如く配置し、第２のシリンドリカルレンズ対１２、１
３をレーザビーム像５の横方向に対して結像条件を満足
する如く配置し、かつこれらレンズ対の各焦点面１４、
１６にそれぞれスリット状の空間フィルタ１５、１７を
配置する。
ィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビームブレーク
アップの抑制を図る。 【解決手段】第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１
をレーザビーム像５の縦方向に対して結像条件を満足す
る如く配置し、第２のシリンドリカルレンズ対１２、１
３をレーザビーム像５の横方向に対して結像条件を満足
する如く配置し、かつこれらレンズ対の各焦点面１４、
１６にそれぞれスリット状の空間フィルタ１５、１７を
配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム空間
強度分布の高品質を保ってレーザビームを伝送するアフ
ォーカル結像光学系及びこれを適用して多段増幅を行う
レーザ装置に関する。
強度分布の高品質を保ってレーザビームを伝送するアフ
ォーカル結像光学系及びこれを適用して多段増幅を行う
レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５はアフォーカル結像光学系の構成図
である。このアフォーカル結像光学系は、２枚の球面レ
ンズ１、２を配置したもので、一方の球面レンズ１が入
射側レンズ、他方の球面レンズ２が出射側レンズであ
る。このうち入射側の球面レンズ１の焦点面３には、円
形開口より成る空間フィルタ４が配置されている。
である。このアフォーカル結像光学系は、２枚の球面レ
ンズ１、２を配置したもので、一方の球面レンズ１が入
射側レンズ、他方の球面レンズ２が出射側レンズであ
る。このうち入射側の球面レンズ１の焦点面３には、円
形開口より成る空間フィルタ４が配置されている。
【０００３】このような構成であれば、２枚の球面レン
ズ１、２は、物体面Ｏにおけるレーザビーム像５の径φ
inを、これら球面レンズ１、２による倍率Ｍにより口径
変換し、レーザビーム像の径φout として結像面Ｉに転
送する。
ズ１、２は、物体面Ｏにおけるレーザビーム像５の径φ
inを、これら球面レンズ１、２による倍率Ｍにより口径
変換し、レーザビーム像の径φout として結像面Ｉに転
送する。
【０００４】このとき、空間フィルタ４は、入射された
レーザビーム像５に存在する高空間周波数の変調成分を
低減する。これにより、レーザビーム伝搬時に生じる回
折の影響に起因するビームブレークアップを抑制し、こ
れと同時にビーム強度分布の平坦化を実現し、高ビーム
品質のレーザビームを発生できる。
レーザビーム像５に存在する高空間周波数の変調成分を
低減する。これにより、レーザビーム伝搬時に生じる回
折の影響に起因するビームブレークアップを抑制し、こ
れと同時にビーム強度分布の平坦化を実現し、高ビーム
品質のレーザビームを発生できる。
【０００５】ここで、このような高ビーム品質のレーザ
ビームを発生するためには、２枚の球面レンズ１、２の
各焦点距離をｆ1 、ｆ2 としたとき、物体面Ｏと結像面
Ｉとの距離Ｌを次式が満足するようにする必要がある。
ビームを発生するためには、２枚の球面レンズ１、２の
各焦点距離をｆ1 、ｆ2 としたとき、物体面Ｏと結像面
Ｉとの距離Ｌを次式が満足するようにする必要がある。
【０００６】 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）・ｆ1 ＋（１−Ｍ）2 ・ａ …(1) Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 …(2) なお、ａは物体側の作動距離である。
【０００７】２枚の球面レンズ１、２のレンズ間隔は、
アフォーカル条件によりｆ1 ＋ｆ2であり、結像面側の
作動距離ｂは、 ｂ＝（１−Ｍ）・ｆ2 −Ｍ2 ・ａ …(3) となる。
アフォーカル条件によりｆ1 ＋ｆ2であり、結像面側の
作動距離ｂは、 ｂ＝（１−Ｍ）・ｆ2 −Ｍ2 ・ａ …(3) となる。
【０００８】しかしながら、このようなアフォーカル結
像光学系を高出力のレーザビームに適用すると、焦点面
３でのエネルギー密度が過大となり、しばしば空間フィ
ルタ４に損失が生じることがある。
像光学系を高出力のレーザビームに適用すると、焦点面
３でのエネルギー密度が過大となり、しばしば空間フィ
ルタ４に損失が生じることがある。
【０００９】このような空間フィルタ４の損失を避ける
手段として、レーザビーム像５をシリンドリカルレンズ
のようなアナモルフィックに光学系によりラインフォー
カスすることが行われている。
手段として、レーザビーム像５をシリンドリカルレンズ
のようなアナモルフィックに光学系によりラインフォー
カスすることが行われている。
【００１０】図６はかかるシリンドリカルレンズを用い
たアフォーカル結像光学系の構成図である。このアフォ
ーカル結像光学系は、２枚のシリンドリカルレンズ６、
７を配置し、このうち入射側のシリンドリカルレンズ６
の焦点面８には、スリット状の有限開口より成る空間フ
ィルタ９が配置されている。
たアフォーカル結像光学系の構成図である。このアフォ
ーカル結像光学系は、２枚のシリンドリカルレンズ６、
７を配置し、このうち入射側のシリンドリカルレンズ６
の焦点面８には、スリット状の有限開口より成る空間フ
ィルタ９が配置されている。
【００１１】このような構成であれば、２枚のシリンド
リカルレンズ６、７は、物体面Ｏにおけるレーザビーム
像５を焦点面８において線状にラインフォーカスし、空
間フィルタ９を通過し、再び円形に戻して倍率Ｍにより
口径変換して結像面Ｉに転送する。
リカルレンズ６、７は、物体面Ｏにおけるレーザビーム
像５を焦点面８において線状にラインフォーカスし、空
間フィルタ９を通過し、再び円形に戻して倍率Ｍにより
口径変換して結像面Ｉに転送する。
【００１２】このような構成であれば、焦点面８におけ
るエネルギー密度は、球面レンズ１、２により集光した
場合と比較して大幅に低減されるので、空間フィルタ９
の耐久性を高くできる。
るエネルギー密度は、球面レンズ１、２により集光した
場合と比較して大幅に低減されるので、空間フィルタ９
の耐久性を高くできる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２枚の
シリンドリカルレンズ６、７を用いた場合、その結像条
件は、これらレンズ６、７の作用する方向にのみ成立す
るため、この方向と垂直な断面方向では、回折によるビ
ームブレークアップが生じる。
シリンドリカルレンズ６、７を用いた場合、その結像条
件は、これらレンズ６、７の作用する方向にのみ成立す
るため、この方向と垂直な断面方向では、回折によるビ
ームブレークアップが生じる。
【００１４】又、空間フィルタ９が作用するのも、レー
ザビーム像５の一断面方向のみに限定される。そこで本
発明は、高出力レーザビームに対する空間フィルタの耐
久性を高め、かつ回折によるビームブレークアップの抑
制を図ることができるアフォーカル結像光学系を提供す
ることを目的とする。
ザビーム像５の一断面方向のみに限定される。そこで本
発明は、高出力レーザビームに対する空間フィルタの耐
久性を高め、かつ回折によるビームブレークアップの抑
制を図ることができるアフォーカル結像光学系を提供す
ることを目的とする。
【００１５】又、本発明は、高出力レーザビームに対す
る空間フィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビーム
ブレークアップの抑制を図ることができるアフォーカル
結像光学系を用いてレーザビームを伝送し、高品質のレ
ーザビームを出力できるレーザ装置を提供することを目
的とする。
る空間フィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビーム
ブレークアップの抑制を図ることができるアフォーカル
結像光学系を用いてレーザビームを伝送し、高品質のレ
ーザビームを出力できるレーザ装置を提供することを目
的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、物体
面におけるビーム像を所定の倍率により結像面に結像す
るアフォーカル結像光学系において、ビーム像の一断面
方向及びこの断面方向に対して垂直な他の断面方向に対
してそれぞれ独立に結像条件を満足する如く配置された
光学レンズ系と、この光学レンズ系における一断面方向
及び他の断面方向の各焦点面上にそれぞれ配置され、ビ
ーム像中に存在する高空間周波数の変調成分を低減する
各空間フィルタと、を備えて上記目的を達成しようとす
るアフォーカル結像光学系である。
面におけるビーム像を所定の倍率により結像面に結像す
るアフォーカル結像光学系において、ビーム像の一断面
方向及びこの断面方向に対して垂直な他の断面方向に対
してそれぞれ独立に結像条件を満足する如く配置された
光学レンズ系と、この光学レンズ系における一断面方向
及び他の断面方向の各焦点面上にそれぞれ配置され、ビ
ーム像中に存在する高空間周波数の変調成分を低減する
各空間フィルタと、を備えて上記目的を達成しようとす
るアフォーカル結像光学系である。
【００１７】このような構成であれば、ビーム像の一断
面方向及びこれに垂直な他の断面方向に対してそれぞれ
独立に結像条件を満足する如く光学レンズ系を配置し、
これら一断面方向及び他の断面方向の各焦点面上にそれ
ぞれ空間フィルタを配置することにより、ビーム像の一
断面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタ
を通過し再び円形のビーム像に戻り、これと同時にビー
ム像の他の断面方向に対してラインフォーカスされて空
間フィルタを通過し再び円形のビーム像に戻され、この
ビーム像が結像面に結像される。
面方向及びこれに垂直な他の断面方向に対してそれぞれ
独立に結像条件を満足する如く光学レンズ系を配置し、
これら一断面方向及び他の断面方向の各焦点面上にそれ
ぞれ空間フィルタを配置することにより、ビーム像の一
断面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタ
を通過し再び円形のビーム像に戻り、これと同時にビー
ム像の他の断面方向に対してラインフォーカスされて空
間フィルタを通過し再び円形のビーム像に戻され、この
ビーム像が結像面に結像される。
【００１８】従って、高出力レーザビームに対する空間
フィルタの耐久性が高めれ、かつ回折によるビームブレ
ークアップが抑制される。請求項２によれば、光学レン
ズ系は、ビーム像の一断面方向に対して結像条件を満足
する如く配置された第１のシリンドリカルレンズ対と、
ビーム像の他の断面方向に対して結像条件を満足する如
く配置された第２のシリンドリカルレンズ対と、を配置
している。
フィルタの耐久性が高めれ、かつ回折によるビームブレ
ークアップが抑制される。請求項２によれば、光学レン
ズ系は、ビーム像の一断面方向に対して結像条件を満足
する如く配置された第１のシリンドリカルレンズ対と、
ビーム像の他の断面方向に対して結像条件を満足する如
く配置された第２のシリンドリカルレンズ対と、を配置
している。
【００１９】このような構成であれば、第１のシリンド
リカルレンズ対によりビーム像の一断面方向に対してラ
インフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形の
ビーム像に戻り、これと同時に第２のシリンドリカルレ
ンズ対によりビーム像の他の断面方向に対してラインフ
ォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形のビーム
像に戻される。
リカルレンズ対によりビーム像の一断面方向に対してラ
インフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形の
ビーム像に戻り、これと同時に第２のシリンドリカルレ
ンズ対によりビーム像の他の断面方向に対してラインフ
ォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形のビーム
像に戻される。
【００２０】請求項３によれば、光学レンズ系は、一断
面方向に作用する第１のシリンドリカルレンズ対の各焦
点距離をｆ1 ，ｆ2 、他の断面方向に作用する第２のシ
リンドリカルレンズ対の各焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体
側の第１及び第２のシリンドリカルレンズ対に対する各
作動距離をａ、ａ´とした場合、物体面と結像面との距
離Ｌ、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' 但し、Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ1'を満足す
るように第１及び第２のシリンドリカルレンズ対を配置
している。
面方向に作用する第１のシリンドリカルレンズ対の各焦
点距離をｆ1 ，ｆ2 、他の断面方向に作用する第２のシ
リンドリカルレンズ対の各焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体
側の第１及び第２のシリンドリカルレンズ対に対する各
作動距離をａ、ａ´とした場合、物体面と結像面との距
離Ｌ、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' 但し、Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ1'を満足す
るように第１及び第２のシリンドリカルレンズ対を配置
している。
【００２１】このような構成であれば、第１のシリンド
リカルレンズ対の焦点距離をｆ1 ，ｆ2 、第２のシリン
ドリカルレンズ対の焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体側の第
１及び第２のシリンドリカルレンズ対に対する各作動距
離をａ、ａ´とした場合、物体面と結像面との距離Ｌ
を、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' 但し、Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ１’を満足
するように第１及び第２のシリンドリカルレンズ対を配
置することにより、それぞれの結像条件が満たされる。
リカルレンズ対の焦点距離をｆ1 ，ｆ2 、第２のシリン
ドリカルレンズ対の焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体側の第
１及び第２のシリンドリカルレンズ対に対する各作動距
離をａ、ａ´とした場合、物体面と結像面との距離Ｌ
を、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' 但し、Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ１’を満足
するように第１及び第２のシリンドリカルレンズ対を配
置することにより、それぞれの結像条件が満たされる。
【００２２】請求項４によれば、空間フィルタは、光学
レンズ系による一断面方向及び他の断面方向の焦点面上
に沿って配置されたスリット状の有限開口である。この
ような構成であれば、スリット状の有限開口から成る空
間フィルタを一断面方向及び他の断面方向の焦点面上に
沿って配置し、一断面方向及び他の断面方向におけるビ
ーム像中に存在する高空間周波数の変調成分を低減す
る。
レンズ系による一断面方向及び他の断面方向の焦点面上
に沿って配置されたスリット状の有限開口である。この
ような構成であれば、スリット状の有限開口から成る空
間フィルタを一断面方向及び他の断面方向の焦点面上に
沿って配置し、一断面方向及び他の断面方向におけるビ
ーム像中に存在する高空間周波数の変調成分を低減す
る。
【００２３】請求項５によれば、少なくともレーザ発振
器から出力されるレーザビーム光路上にアフォーカル結
像光学系を配置したレーザ装置において、このアフォー
カル結像光学系を、レーザビームの一断面方向及びこの
断面方向に対して垂直な他の断面方向に対してそれぞれ
独立に結像条件を満足する如く配置された光学レンズ系
と、この光学レンズ系における一断面方向及び他の断面
方向の各焦点面上に配置され、レーサビーム中に存在す
る高空間周波数の変調成分を低減する各空間フィルタ
と、により形成する。
器から出力されるレーザビーム光路上にアフォーカル結
像光学系を配置したレーザ装置において、このアフォー
カル結像光学系を、レーザビームの一断面方向及びこの
断面方向に対して垂直な他の断面方向に対してそれぞれ
独立に結像条件を満足する如く配置された光学レンズ系
と、この光学レンズ系における一断面方向及び他の断面
方向の各焦点面上に配置され、レーサビーム中に存在す
る高空間周波数の変調成分を低減する各空間フィルタ
と、により形成する。
【００２４】このような構成であれば、レーザ発振器か
ら出力されたレーザビームは、アフォーカル結像光学系
に入射し、ここで、レーサビームの一断面方向に対して
ラインフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形
のビーム像に戻り、これと同時にレーザビームの他の断
面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタを
通過し再び円形のビーム像に戻されて出射される。
ら出力されたレーザビームは、アフォーカル結像光学系
に入射し、ここで、レーサビームの一断面方向に対して
ラインフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形
のビーム像に戻り、これと同時にレーザビームの他の断
面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタを
通過し再び円形のビーム像に戻されて出射される。
【００２５】請求項６によれば、レーザ発振器から出力
されたレーザビームをレーザ増幅器により増幅出力する
レーザ装置において、少なくともレーザ発振器から出力
されたレーザビームをレーザ増幅器に伝送するアフォー
カル結像光学系を備え、このアフォーカル結像光学系
を、レーザビームの一断面方向及びこの断面方向に対し
て垂直な他の断面方向に対してそれぞれ独立に結像条件
を満足する如く配置された光学レンズ系と、この光学レ
ンズ系における一断面方向及び他の断面方向の各焦点面
上に配置され、レーサビーム中に存在する高空間周波数
の変調成分を低減する各空間フィルタと、により形成す
る。
されたレーザビームをレーザ増幅器により増幅出力する
レーザ装置において、少なくともレーザ発振器から出力
されたレーザビームをレーザ増幅器に伝送するアフォー
カル結像光学系を備え、このアフォーカル結像光学系
を、レーザビームの一断面方向及びこの断面方向に対し
て垂直な他の断面方向に対してそれぞれ独立に結像条件
を満足する如く配置された光学レンズ系と、この光学レ
ンズ系における一断面方向及び他の断面方向の各焦点面
上に配置され、レーサビーム中に存在する高空間周波数
の変調成分を低減する各空間フィルタと、により形成す
る。
【００２６】このような構成であれば、レーザ発振器か
ら出力されたレーザビームは、アフォーカル結像光学系
に入射し、ここで、レーサビームの一断面方向に対して
ラインフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形
のビーム像に戻り、これと同時にレーザビームの他の断
面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタを
通過し再び円形のビーム像に戻され、この出射されたレ
ーサビームがレーザ増幅器に伝送されて増幅出力され
る。
ら出力されたレーザビームは、アフォーカル結像光学系
に入射し、ここで、レーサビームの一断面方向に対して
ラインフォーカスされて空間フィルタを通過し再び円形
のビーム像に戻り、これと同時にレーザビームの他の断
面方向に対してラインフォーカスされて空間フィルタを
通過し再び円形のビーム像に戻され、この出射されたレ
ーサビームがレーザ増幅器に伝送されて増幅出力され
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】（１） 以下、本発明の第１の実
施の形態について図面を参照して説明する。図１はアフ
ォーカル結像光学系の構成図である。このアフォーカル
結像光学系には、４枚のシリンドリカルレンズ１０、１
１、１２、１３が同一光軸上に配置されている。
施の形態について図面を参照して説明する。図１はアフ
ォーカル結像光学系の構成図である。このアフォーカル
結像光学系には、４枚のシリンドリカルレンズ１０、１
１、１２、１３が同一光軸上に配置されている。
【００２８】このうち第１のシリンドリカルレンズ対１
０、１１は、レーザビーム像５の一断面方向（以下、縦
方向と称する）に対して作用するようにシリンドリカル
面を配置している。
０、１１は、レーザビーム像５の一断面方向（以下、縦
方向と称する）に対して作用するようにシリンドリカル
面を配置している。
【００２９】第２のシリンドリカルレンズ対１２、１３
は、レーザビーム像５の一断面方向に対して垂直方向の
他の断面方向（以下、横方向と称する）に対して作用す
るようにシリンドリカル面を配置している。
は、レーザビーム像５の一断面方向に対して垂直方向の
他の断面方向（以下、横方向と称する）に対して作用す
るようにシリンドリカル面を配置している。
【００３０】これら第１及び第２のシリンドリカルレン
ズ対１０、１１及び１２、１３は、それぞれアフォーカ
ルの結像条件を満足する如く配置されている。すなわ
ち、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１の各焦点
距離をｆ1 ，ｆ2 、第２のシリンドリカルレンズ対１
２、１３の各焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体側の第１及び
第２のシリンドリカルレンズ対に対する各作動距離を
ａ、ａ´とした場合、物体面Ｏと結像面Ｉとの距離Ｌ、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' …(4) 但し、 Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ1' …(5) を満足するように第１及び第２のシリンドリカルレンズ
対１０、１１及び１２、１３は配置されている。
ズ対１０、１１及び１２、１３は、それぞれアフォーカ
ルの結像条件を満足する如く配置されている。すなわ
ち、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１の各焦点
距離をｆ1 ，ｆ2 、第２のシリンドリカルレンズ対１
２、１３の各焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体側の第１及び
第２のシリンドリカルレンズ対に対する各作動距離を
ａ、ａ´とした場合、物体面Ｏと結像面Ｉとの距離Ｌ、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' …(4) 但し、 Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ1' …(5) を満足するように第１及び第２のシリンドリカルレンズ
対１０、１１及び１２、１３は配置されている。
【００３１】これにより、縦及び横方向共に同一の物体
面Ｏ、結像面Ｉに対して結像条件が成立する。具体的な
一例を挙げると、図２に示すように第１のシリンドリカ
ルレンズ対１０、１１の各レンズの焦点距離ｆ1 、ｆ2
を４５０ｍｍ、３６０ｍｍ、第２のシリンドリカルレン
ズ対１２、１３の各レンズの焦点距離ｆ1'、ｆ2'を４３
７ｍｍ、３５０ｍｍとし、第１及び第２のシリンドリカ
ルレンズ対に対する各作動距離ａ、ａ´を４００ｍｍ、
５２０ｍｍ、縦横方向の各結像倍率Ｍ、Ｍ´を共に０．
８倍とすると、物体面Ｏと結像面Ｉとの距離Ｌは、１６
０２ｍｍとなる。
面Ｏ、結像面Ｉに対して結像条件が成立する。具体的な
一例を挙げると、図２に示すように第１のシリンドリカ
ルレンズ対１０、１１の各レンズの焦点距離ｆ1 、ｆ2
を４５０ｍｍ、３６０ｍｍ、第２のシリンドリカルレン
ズ対１２、１３の各レンズの焦点距離ｆ1'、ｆ2'を４３
７ｍｍ、３５０ｍｍとし、第１及び第２のシリンドリカ
ルレンズ対に対する各作動距離ａ、ａ´を４００ｍｍ、
５２０ｍｍ、縦横方向の各結像倍率Ｍ、Ｍ´を共に０．
８倍とすると、物体面Ｏと結像面Ｉとの距離Ｌは、１６
０２ｍｍとなる。
【００３２】又、第１のシリンドリカルレンズ対１０、
１１の入射側のレンズ１０の焦点面１４には第１の空間
フィルタ１５が配置され、第２のシリンドリカルレンズ
対１２、１３の入射側のレンズ１２の焦点面１６には第
２の空間フィルタ１７が配置されている。
１１の入射側のレンズ１０の焦点面１４には第１の空間
フィルタ１５が配置され、第２のシリンドリカルレンズ
対１２、１３の入射側のレンズ１２の焦点面１６には第
２の空間フィルタ１７が配置されている。
【００３３】これら第１及び第２の空間フィルタ１５、
１６は、それぞれスリット状の有限開口に形成されてお
り、そのスリット幅は５００μｍに形成され、回折限界
集光径の約５倍となっている。
１６は、それぞれスリット状の有限開口に形成されてお
り、そのスリット幅は５００μｍに形成され、回折限界
集光径の約５倍となっている。
【００３４】このうち第１の空間フィルタ１５は、第１
のシリンドリカルレンズ対１０、１１による縦方向のラ
インフォーカスに対してスリットを平行になるように配
置されている。
のシリンドリカルレンズ対１０、１１による縦方向のラ
インフォーカスに対してスリットを平行になるように配
置されている。
【００３５】第２の空間フィルタ１７は、第２のシリン
ドリカルレンズ対１２、１３による横方向のラインフォ
ーカスに対してスリットを平行になるように配置されて
いる。
ドリカルレンズ対１２、１３による横方向のラインフォ
ーカスに対してスリットを平行になるように配置されて
いる。
【００３６】次に上記の如く構成されたアフォーカル結
像光学系の作用について図３に示す模式図を参照して説
明する。第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１は、
物体面Ｏにおけるレーザビーム像５を焦点距離ｆ1 の焦
点面１４において縦方向のラインフォーカスとし、空間
フィルタ１５においてビーム縦方向の変調成分を低減
し、再び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して結像面
Ｉに転送する。
像光学系の作用について図３に示す模式図を参照して説
明する。第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１は、
物体面Ｏにおけるレーザビーム像５を焦点距離ｆ1 の焦
点面１４において縦方向のラインフォーカスとし、空間
フィルタ１５においてビーム縦方向の変調成分を低減
し、再び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して結像面
Ｉに転送する。
【００３７】これと共に、第２のシリンドリカルレンズ
対１２、１３は、物体面Ｏにおけるレーザビーム像５を
焦点距離ｆ1'の焦点面１６において横方向のラインフォ
ーカスとし、空間フィルタ１７においてビーム横方向の
変調成分を低減し、再び円形に戻して倍率Ｍにより口径
変換して結像面Ｉに転送する。
対１２、１３は、物体面Ｏにおけるレーザビーム像５を
焦点距離ｆ1'の焦点面１６において横方向のラインフォ
ーカスとし、空間フィルタ１７においてビーム横方向の
変調成分を低減し、再び円形に戻して倍率Ｍにより口径
変換して結像面Ｉに転送する。
【００３８】このように上記第１の実施の形態において
は、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１をレーザ
ビーム像５の縦方向に対して結像条件を満足する如く配
置し、第２のシリンドリカルレンズ対１２、１３をレー
ザビーム像５の横方向に対して結像条件を満足する如く
配置し、かつこれらレンズ対の各焦点面１４、１６にそ
れぞれスリット状の空間フィルタ１５、１７を配置した
ので、レーザビームの縦横方向の各変調成分が低減さ
れ、出射されるレーザビーム像の空間強度分布を平坦化
できる。
は、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１をレーザ
ビーム像５の縦方向に対して結像条件を満足する如く配
置し、第２のシリンドリカルレンズ対１２、１３をレー
ザビーム像５の横方向に対して結像条件を満足する如く
配置し、かつこれらレンズ対の各焦点面１４、１６にそ
れぞれスリット状の空間フィルタ１５、１７を配置した
ので、レーザビームの縦横方向の各変調成分が低減さ
れ、出射されるレーザビーム像の空間強度分布を平坦化
できる。
【００３９】又、各空間フィルタ１５、１７上で縦横方
向共にそれぞれラインフォーカスが形成されるので、エ
ネルギー密度は球面レンズを用いた場合よりも大幅に低
減でき、各空間フィルタ１５、１７の耐久性を向上でき
る。
向共にそれぞれラインフォーカスが形成されるので、エ
ネルギー密度は球面レンズを用いた場合よりも大幅に低
減でき、各空間フィルタ１５、１７の耐久性を向上でき
る。
【００４０】さらに、縦横方向共に同一の物体面Ｏ、結
像面Ｉに対して結像条件が成立しているので、縦横方向
においてそれぞれ回折によるビームブレークアップが抑
制できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
像面Ｉに対して結像条件が成立しているので、縦横方向
においてそれぞれ回折によるビームブレークアップが抑
制できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４１】図４はアフォーカル結像光学系を適用した
ＹＡＧレーザ装置の構成図である。ＹＡＧレーザ発振器
２０から出力されるレーザビームの光路上には、１台の
増幅器２１が配置されている。これらＹＡＧレーザ発振
器２０及び増幅器２１は、それぞれコントローラ２２、
２３によりＹＡＧレーザ媒質を励起するフラッシュラン
プを点灯して発振制御されるものとなっている。
ＹＡＧレーザ装置の構成図である。ＹＡＧレーザ発振器
２０から出力されるレーザビームの光路上には、１台の
増幅器２１が配置されている。これらＹＡＧレーザ発振
器２０及び増幅器２１は、それぞれコントローラ２２、
２３によりＹＡＧレーザ媒質を励起するフラッシュラン
プを点灯して発振制御されるものとなっている。
【００４２】主コントローラ２４は、これらＹＡＧレー
ザ発振器２０及び増幅器２１の発振タイミングを制御す
るタイミング制御信号を各コントローラ２２、２３に送
出する機能を有している。
ザ発振器２０及び増幅器２１の発振タイミングを制御す
るタイミング制御信号を各コントローラ２２、２３に送
出する機能を有している。
【００４３】ＹＡＧレーザ発振器２０と増幅器２１との
間のレーザビーム光路上、及び増幅器２１の出力光路上
には、それぞれ各アフォーカル結像光学系２５、２６が
配置されている。
間のレーザビーム光路上、及び増幅器２１の出力光路上
には、それぞれ各アフォーカル結像光学系２５、２６が
配置されている。
【００４４】これらアフォーカル結像光学系２５、２６
は、それぞれ図１に示すアフォーカル結像光学系と同一
構成となっている。すなわち、４枚のシリンドリカルレ
ンズ１０、１１、１２、１３が同一光軸上に配置され、
このうち第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１が、
ＹＡＧのレーザビームの縦方向に対して作用するように
シリンドリカル面を配置し、かつ第２のシリンドリカル
レンズ対１２、１３が、ＹＡＧのレーザビームの横方向
に対して作用するようにシリンドリカル面を配置してい
る。
は、それぞれ図１に示すアフォーカル結像光学系と同一
構成となっている。すなわち、４枚のシリンドリカルレ
ンズ１０、１１、１２、１３が同一光軸上に配置され、
このうち第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１が、
ＹＡＧのレーザビームの縦方向に対して作用するように
シリンドリカル面を配置し、かつ第２のシリンドリカル
レンズ対１２、１３が、ＹＡＧのレーザビームの横方向
に対して作用するようにシリンドリカル面を配置してい
る。
【００４５】これら第１及び第２のシリンドリカルレン
ズ対１０、１１及び１２、１３は、それぞれ上記式(4)
及び(5) のアフォーカルの結像条件を満足する如く配置
されている。
ズ対１０、１１及び１２、１３は、それぞれ上記式(4)
及び(5) のアフォーカルの結像条件を満足する如く配置
されている。
【００４６】このような構成であれば、ＹＡＧレーザ発
振器２０からレーザビームが出力されると、このレーザ
ビームはアフォーカル結像光学系２５により伝送されて
増幅器２１に入射する。
振器２０からレーザビームが出力されると、このレーザ
ビームはアフォーカル結像光学系２５により伝送されて
増幅器２１に入射する。
【００４７】このとき、アフォーカル結像光学系２５
は、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１によりレ
ーザビームを縦方向のラインフォーカスとし、空間フィ
ルタ１５においてビーム縦方向の変調成分を低減し、再
び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して転送し、これ
と共に第２のシリンドリカルレンズ対１２、１３により
レーザビームを横方向のラインフォーカスとし、空間フ
ィルタ１７においてビーム横方向の変調成分を低減し、
再び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して転送する。
は、第１のシリンドリカルレンズ対１０、１１によりレ
ーザビームを縦方向のラインフォーカスとし、空間フィ
ルタ１５においてビーム縦方向の変調成分を低減し、再
び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して転送し、これ
と共に第２のシリンドリカルレンズ対１２、１３により
レーザビームを横方向のラインフォーカスとし、空間フ
ィルタ１７においてビーム横方向の変調成分を低減し、
再び円形に戻して倍率Ｍにより口径変換して転送する。
【００４８】このようにして伝送されたＹＡＧのレーザ
ビームは、増幅器２１において増幅出力され、この後、
アフォーカル結像光学系２６により所望の空間に伝送さ
れる。なお、アフォーカル結像光学系２６の作用は、ア
フォーカル結像光学系２５と同様である。
ビームは、増幅器２１において増幅出力され、この後、
アフォーカル結像光学系２６により所望の空間に伝送さ
れる。なお、アフォーカル結像光学系２６の作用は、ア
フォーカル結像光学系２５と同様である。
【００４９】このように上記第２の実施の形態において
は、ＹＡＧレーザ装置にアフォーカル結像光学系２５、
２６を適用したので、ＹＡＧレーザ発振器２０から出力
されたレーザビームの空間強度分布を平坦化しかつ回折
によるビームブレークアップを抑制して増幅器２１に伝
送でき、さらに増幅器２１から増幅出力されたレーザビ
ームの空間強度分布を平坦化しかつ回折によるビームブ
レークアップを抑制し、高品質のＹＡＧレーザを所望の
空間に伝送できる。
は、ＹＡＧレーザ装置にアフォーカル結像光学系２５、
２６を適用したので、ＹＡＧレーザ発振器２０から出力
されたレーザビームの空間強度分布を平坦化しかつ回折
によるビームブレークアップを抑制して増幅器２１に伝
送でき、さらに増幅器２１から増幅出力されたレーザビ
ームの空間強度分布を平坦化しかつ回折によるビームブ
レークアップを抑制し、高品質のＹＡＧレーザを所望の
空間に伝送できる。
【００５０】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、ア
フォーカル結像光学系を適用するレーザ装置は、ＹＡＧ
レーザ装置に限らず、ＣＯ2 、エキシマ等の気体レーザ
装置、色素レーザ等の液体レーザ装置に適用してもよ
い。
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、ア
フォーカル結像光学系を適用するレーザ装置は、ＹＡＧ
レーザ装置に限らず、ＣＯ2 、エキシマ等の気体レーザ
装置、色素レーザ等の液体レーザ装置に適用してもよ
い。
【００５１】又、多段増幅のレーザ装置における各増幅
器間にそれぞれアフォーカル結像光学系を配置し、高品
質のレーザビームを所望の空間に伝送するようにしても
よい。
器間にそれぞれアフォーカル結像光学系を配置し、高品
質のレーザビームを所望の空間に伝送するようにしても
よい。
【００５２】さらに、多段増幅のレーザ装置に限らず、
ＹＡＧレーザ発振器２０から出力されるレーザビーム光
路上にアフォーカル結像光学系を配置し、ＹＡＧレーザ
発振器２０から出力されたレーザビームの空間強度分布
を平坦化しかつ回折によるビームブレークアップを抑制
し、高品質のＹＡＧレーザとして所望の空間に伝送する
に適用してもよい。又、レーザ装置の適用に限らず、各
種ビーム像の伝送にも適用できる。
ＹＡＧレーザ発振器２０から出力されるレーザビーム光
路上にアフォーカル結像光学系を配置し、ＹＡＧレーザ
発振器２０から出力されたレーザビームの空間強度分布
を平坦化しかつ回折によるビームブレークアップを抑制
し、高品質のＹＡＧレーザとして所望の空間に伝送する
に適用してもよい。又、レーザ装置の適用に限らず、各
種ビーム像の伝送にも適用できる。
【００５３】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、高
出力レーザビームに対する空間フィルタの耐久性を高
め、かつ回折によるビームブレークアップの抑制を図る
ことができるアフォーカル結像光学系を提供できる。
出力レーザビームに対する空間フィルタの耐久性を高
め、かつ回折によるビームブレークアップの抑制を図る
ことができるアフォーカル結像光学系を提供できる。
【００５４】又、本発明は、高出力レーザビームに対す
る空間フィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビーム
ブレークアップの抑制を図ることができるアフォーカル
結像光学系を用いてレーザビームを伝送し、高品質のレ
ーザビームを出力できるレーザ装置を提供できる。
る空間フィルタの耐久性を高め、かつ回折によるビーム
ブレークアップの抑制を図ることができるアフォーカル
結像光学系を用いてレーザビームを伝送し、高品質のレ
ーザビームを出力できるレーザ装置を提供できる。
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態のアフォーカ
ル結像光学系の構成図。
ル結像光学系の構成図。
【図２】アフォーカル結像光学系の具体的な配置の一例
を示す図。
を示す図。
【図３】アフォーカル結像光学系の作用を示す模式図。
【図４】アフォーカル結像光学系を適用したＹＡＧレー
ザ装置の構成図。
ザ装置の構成図。
【図５】従来の球面レンズを用いたアフォーカル結像光
学系の構成図。
学系の構成図。
【図６】従来のシリンドリカルレンズを用いたアフォー
カル結像光学系の構成図。
カル結像光学系の構成図。
５…レーザビーム、 １０，１１…第１のシリンドリカルレンズ対、 １２，１３…第２のシリンドリカルレンズ対、 １５…第１の空間フィルタ、 １７…第２の空間フィルタ、 ２０…ＹＡＧレーザ発振器、 ２１…増幅器、 ２２，２３…コントローラ、 ２４…主コントローラ、 ２５，２６…アフォーカル結像光学系。
Claims (6)
- 【請求項１】 物体面におけるビーム像を所定の倍率に
より結像面に結像するアフォーカル結像光学系におい
て、 前記ビーム像の一断面方向及びこの断面方向に対して垂
直な他の断面方向に対してそれぞれ独立に結像条件を満
足する如く配置された光学レンズ系と、 この光学レンズ系における前記一断面方向及び前記他の
断面方向の各焦点面上にそれぞれ配置され、前記ビーム
像中に存在する高空間周波数の変調成分を低減する各空
間フィルタと、を具備したことを特徴とするアフォーカ
ル結像光学系。 - 【請求項２】 光学レンズ系は、ビーム像の一断面方向
に対して結像条件を満足する如く配置された第１のシリ
ンドリカルレンズ対と、 前記ビーム像の他の断面方向に対して結像条件を満足す
る如く配置された第２のシリンドリカルレンズ対と、を
配置したことを特徴とする請求項１記載のアフォーカル
結像光学系。 - 【請求項３】 光学レンズ系は、一断面方向に作用する
第１のシリンドリカルレンズ対の各焦点距離をｆ1 ，ｆ
2 、他の断面方向に作用する第２のシリンドリカルレン
ズ対の各焦点距離をｆ1'，ｆ2'、物体側の前記第１及び
第２のシリンドリカルレンズ対に対する各作動距離を
ａ、ａ´とした場合、物体面と結像面との距離Ｌ、 Ｌ＝（１−Ｍ2 ）ａ＋（１−Ｍ）2 ・ｆ1 ＝（１−Ｍ´2 ）ａ´＋（１−Ｍ´）2 ・ｆ1' 但し、Ｍ＝−ｆ2 ／ｆ1 、Ｍ´＝−ｆ2'／ｆ1'を満足す
るように前記第１及び第２のシリンドリカルレンズ対を
配置することを特徴とする請求項２記載のアフォーカル
結像光学系。 - 【請求項４】 空間フィルタは、光学レンズ系による一
断面方向及び他の断面方向の焦点面上に沿って配置され
たスリット状の有限開口であることを特徴とする請求項
１記載のアフォーカル結像光学系。 - 【請求項５】 少なくともレーザ発振器から出力される
レーザビーム光路上にアフォーカル結像光学系を配置し
たレーザ装置において、 前記アフォーカル結像光学系を、前記レーザビームの一
断面方向及びこの断面方向に対して垂直な他の断面方向
に対してそれぞれ独立に結像条件を満足する如く配置さ
れた光学レンズ系と、 この光学レンズ系における前記一断面方向及び前記他の
断面方向の各焦点面上に配置され、前記レーサビーム中
に存在する高空間周波数の変調成分を低減する各空間フ
ィルタと、により形成したことを特徴とするレーザ装
置。 - 【請求項６】 レーザ発振器から出力されたレーザビー
ムをレーザ増幅器により増幅出力するレーザ装置におい
て、 少なくとも前記レーザ発振器から出力されたレーザビー
ムを前記レーザ増幅器に伝送するアフォーカル結像光学
系を備え、 このアフォーカル結像光学系を、前記レーザビームの一
断面方向及びこの断面方向に対して垂直な他の断面方向
に対してそれぞれ独立に結像条件を満足する如く配置さ
れた光学レンズ系と、 この光学レンズ系における前記一断面方向及び前記他の
断面方向の各焦点面上に配置され、前記レーサビーム中
に存在する高空間周波数の変調成分を低減する各空間フ
ィルタと、により形成したことを特徴とするレーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7763998A JP3655086B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | アフォーカル結像光学系及びレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7763998A JP3655086B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | アフォーカル結像光学系及びレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271670A true JPH11271670A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3655086B2 JP3655086B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=13639475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7763998A Expired - Fee Related JP3655086B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | アフォーカル結像光学系及びレーザ装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3655086B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007079029A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Canon Inc | 照明光学系およびそれを用いた投射型表示装置 |
| JP2008177608A (ja) * | 2008-04-07 | 2008-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 外部整形光学装置とスラブレーザとレーザ装置 |
| CN102393570A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-03-28 | 谭一舟 | 滤波装置及抑制等离子体堵孔和减弱激光烧蚀效应的方法 |
| JP2013502723A (ja) * | 2009-08-20 | 2013-01-24 | ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー， エルエルシー | 高平均出力レーザ用の空間フィルタ |
| CN103543527A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-01-29 | 上海激光等离子体研究所 | 线聚焦空间滤波器 |
| JPWO2016151827A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-11 | ギガフォトン株式会社 | レーザ装置 |
| CN113126273A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 长春长光华大智造测序设备有限公司 | 一种显微物镜的条形照明光学系统 |
-
1998
- 1998-03-25 JP JP7763998A patent/JP3655086B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102393570A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-03-28 | 谭一舟 | 滤波装置及抑制等离子体堵孔和减弱激光烧蚀效应的方法 |
| CN102393570B (zh) | 2011-12-02 | 2013-04-03 | 谭一舟 | 滤波装置及抑制等离子体堵孔和减弱激光烧蚀效应的方法 |
| CN103543527A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-01-29 | 上海激光等离子体研究所 | 线聚焦空间滤波器 |
| JPWO2016151827A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-11 | ギガフォトン株式会社 | レーザ装置 |
| CN113126273A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 长春长光华大智造测序设备有限公司 | 一种显微物镜的条形照明光学系统 |
| CN113126273B (zh) * | 2019-12-30 | 2022-12-23 | 长春长光华大智造测序设备有限公司 | 一种显微物镜的条形照明光学系统 |
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