(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー装置等の光源から発せられたビームの一部の透過を遮閉し、且つ、透過したビームの断面形状を、所望の形状に変換するビーム整形装置において、光学ガラス等の透明な板の表面に部分的に誘電体多層膜を施して形成したビーム遮閉手段のレーザ照射面における一部ビームの遮閉部分と一部ビームの非遮閉部分との境界部分に、連続してなだらかに前記誘電体多層膜の膜厚が変化する中間帯を設け、
前記ビーム遮閉手段によって乱されるビームの波面を補正する波面補正手段を前記ビーム遮閉手段の後に備え、
前記波面補正手段は、光学ガラス等の透明な板の表面及び裏面の少なくとも一面に、前記ビーム遮蔽手段の前記誘電体多層膜の膜厚との合計が一定となる膜厚で誘電体単層膜が蒸着されている
ことを特徴とするビーム整形装置。
【請求項２】
前記ビーム遮閉手段における中間帯を、透過率が非遮閉部分より遮閉部分に向けて連続してなだらかに減少するように誘電体多層膜の膜厚を空間的に変化させて蒸着したことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形装置。
【請求項３】
前記ビーム遮閉手段における中間帯を、透過率が非遮閉部分より遮閉部分に向けて連続してなだらかに減少するように誘電体多層膜の膜厚を光学ガラスの表裏面で空間的に変化させて蒸着したことを特徴とする請求項１または２に記載のビーム整形装置。
【請求項４】
離隔した２本の中間帯で挟まれる非遮閉部分を光学ガラスの表裏面において直行させ、４本の中間帯で囲まれる領域をビームの断面形状とすることを特徴とする請求項３に記載のビーム整形装置。
【請求項５】
光学ガラス等の透明な板の表面に部分的に誘電体多層膜を施すことによって、光源から発生されたビームの一部を遮蔽させるための遮閉部分と前記ビームを透過させる非遮閉部分とを有するビーム遮閉手段を形成し、
前記ビーム遮閉手段は、遮閉部分と非遮閉部分との境界部分に、前記誘電体多層膜の膜厚が連続してなだらかに変化する中間帯を有しており、
前記ビーム遮閉手段の後に設置して前記ビーム遮蔽手段によって乱されるビームの波面を補正するための波面補正手段を、光学ガラス等の透明な板の表面に誘電体単層膜を蒸着することによって形成する際に、非遮閉部分を形成させる蒸着を施さない部分を覆うためのマスクを被蒸着物である前記透明な板から離すことによって、前記波面補正手段における蒸着を施す遮閉部分と非遮閉部分の境界部分における誘電体単層膜の膜厚を連続してなだらかに変化させ、前記波面補正手段の前記誘電体単層膜の膜厚と前記ビーム遮閉手段の膜厚との合計が一定となる膜厚になるように、前記波面補正手段の前記誘電体単層膜を前記透明な板の表面に蒸着させる
ことを特徴とするビーム整形装置の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばレーザ装置から発生するビームの断面形状を所望の形状に変換するビーム整形装置及びその装置作製方法に関するものであり、特に工業加工用のレーザー装置あるいは医療用のレーザー装置などに利用される。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば実開平５−１３６８２号公報に記載された従来のレーザー用ビーム整形装置である。ただし、簡略化のため本発明に関係の無い部分を省略して図示している。図において、１は光源であるレーザー装置、２はレーザー装置１から発せられるビーム、３はビーム遮閉手段である矩形開口部付きアパーチャ、４はビーム遮閉手段３を通して整形されたビームである。ビーム遮閉手段３は金属等の板に、矩形の穴を開けることにより、ビームの遮閉部分と非遮閉部分とを分けて設けたものである。
【０００３】
次に従来装置の動作について説明する。レーザー装置１から発せられたビーム２は、ビーム遮閉手段３の遮閉部分によって一部出射が遮閉される。そして、一部のビームはビーム遮閉手段３の非遮閉部分を通して出射される。この出射されたビーム４の断面形状は、ビーム遮閉手段３の非遮閉部分すなわち矩形開口部と同じ形状に整形される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置におけるビーム遮閉手段３の非遮閉部分を通った直後に整形されたビーム４は、図１１に示すように均一な断面強度分布となっているが、ビームの伝搬に伴なって回折現象により次第に図１２に示すような断面強度分布に縞状の不均一が生じるという問題点があった。
【０００５】
このようなビームの断面強度分布に不均一が発生すると、例えば医療用のレーザー装置においては、患部に対する照射ムラが生じて治療効果が損なわれるという不具合が生じる。また、工業加工用のレーザー装置においては、ビームを微小領域に集束することが出来なくなるため、切削性などの加工性能が劣化するという不具合が生じる。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、伝搬後においてもビームの断面強度分布の不均一を小さく抑え、かつ波面の歪みを生じさせないビーム整形装置及びその製作方法を得ることを目的とする。
ここで波面とは、電磁波である光の等位相面の一般的呼称であり、波面に歪みがあると、ビームの形状は伝搬に伴って変化してしまうという不具合が生じる。
【０００７】
請求項１の発明に係るビーム整形装置は、レーザー装置等の光源から発せられたビームの一部の透過を遮閉し、且つ、透過したビームの断面形状を、所望の形状に変換するビーム整形装置において、光学ガラス等の透明な板の表面に部分的に誘電体多層膜を施して形成したビーム遮閉手段のレーザ照射面における一部ビームの遮閉部分と一部ビームの非遮閉部分との境界部分に、連続してなだらかに前記誘電体多層膜の膜厚が変化する中間帯を設け、前記ビーム遮閉手段によって乱されるビームの波面を補正する波面補正手段を前記ビーム遮閉手段の後に備え、前記波面補正手段は、光学ガラス等の透明な板の表面及び裏面の少なくとも一面に、前記ビーム遮蔽手段の前記誘電体多層膜の膜厚との合計が一定となる膜厚で誘電体単層膜が蒸着されているものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るビーム整形装置は、ビーム遮閉手段における中間帯を、透過率が非遮閉部分より遮閉部分に向けて連続してなだらかに減少するように誘電体多層膜の膜厚を空間的に変化させて蒸着したものである。
【０００９】
請求項３の発明に係るビーム整形装置は、ビーム遮閉手段における中間帯を、透過率が非遮閉部分より遮閉部分に向けて連続してなだらかに減少するように誘電体多層膜の膜厚を光学ガラスの表裏面で空間的に変化させて蒸着したものである。
【００１０】
請求項４の発明に係るビーム整形装置は、離隔した２本の中間帯で挟まれる非遮閉部分を光学ガラスの表裏面において直行させ、４本の中間帯で囲まれる領域をビームの断面形状とするものである。
【００１４】
請求項５の発明に係るビーム整形装置の製作方法は、光学ガラス等の透明な板の表面に部分的に誘電体多層膜を施すことによって、光源から発生されたビームの一部を遮蔽させるための遮閉部分と前記ビームを透過させる非遮閉部分とを有するビーム遮閉手段を形成し、前記ビーム遮閉手段は、遮閉部分と非遮閉部分との境界部分に、前記誘電体多層膜の膜厚が連続してなだらかに変化する中間帯を有しており、前記ビーム遮閉手段の後に設置して前記ビーム遮蔽手段によって乱されるビームの波面を補正するための波面補正手段を、光学ガラス等の透明な板の表面に誘電体単層膜を蒸着することによって形成する際に、非遮閉部分を形成させる蒸着を施さない部分を覆うためのマスクを被蒸着物である前記透明な板から離すことによって、前記波面補正手段における蒸着を施す遮閉部分と非遮閉部分の境界部分における誘電体単層膜の膜厚を連続してなだらかに変化させ、前記波面補正手段の前記誘電体単層膜の膜厚と前記ビーム遮閉手段の膜厚との合計が一定となる膜厚になるように、前記波面補正手段の前記誘電体単層膜を前記透明な板の表面に蒸着させるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は本実施の形態に係るビーム整形装置である。図において、１は光源であるレーザー装置、２はレーザー装置１から発せられるビーム、３Ａは本実施の形態におけるビーム遮閉手段、５Ａはビーム遮閉手段３Ａを透過したビームの波面の歪みを補正し、ビームを整形するを波面補正手段、４ａは整形されたビームである。
【００１７】
次に、図２にビーム遮閉手段３Ａの詳細を示す。図２において、３ａは光学ガラス、３ｂはビーム２を全て透過するような膜厚で誘電体多層膜を光学ガラス３ａの表面に蒸着した非遮閉部分、３ｃはビーム２を全て反射するような膜厚で誘電体多層膜を蒸着した遮閉部分である。３ｄは非遮閉部分３ｂと遮閉部分３ｃとに挟まれた領域であり、全透過から全反射の間、すなわち透過率が１００％から０％の間を連続的になだらかに変化するように膜厚を変化させて誘電体多層膜を蒸着した中間帯である。図３はビーム遮閉手段３Ａを形成する光学ガラス３ａの表面における透過率分布を示す。図から明らかなように非遮閉部分３ｂにおいてはビーム２を１００％透過させるが、中間帯３ｄにおいては透過率が１００％から徐々に０％に下がって行く。
【００１８】
光学ガラス３ａの裏面にも、図２に示すように表面と同様に誘電体多層膜を蒸着する。ただし各領域の境界線方向を表面のものと直交させ、各境界線が井桁状になるように設定している。従って、四方境界線で囲まれる部分が非遮閉領域となる。
【００１９】
図４は波面補正手段５Ａの詳細図を示す。図４において、５ａは光学ガラス、５ｂ，５ｃ，５ｄは各々、ビーム遮閉手段３Ａの領域３ｂ，３ｃ，３ｄを通過してきたビーム２が通過する位置に相当する領域であり、各領域毎にビーム遮閉手段３Ａで発生した波面歪を相殺するように、ビーム遮閉手段３Ａの膜厚との合計が一定となる膜厚で誘電体単層膜を光学ガラス５ａに蒸着してある。
【００２０】
次に本実施の形態の動作について説明する。レーザー装置１から発せられたビーム２は、ビーム遮閉手段３Ａの遮閉部分３ｃによって一部遮閉され、そしてビーム遮閉手段３Ａの非遮閉部分３ｂを出射するビームは、ビーム遮閉手段３Ａの表面及び裏面に設けられた非遮閉部分３ｂの形状の重なりである井桁形状、すなわち矩形に整形される。また、整形されたビーム２の断面強度分布は、図５に示すようにビーム遮閉手段３Ａの透過率分布と同様の分布となり、ビーム２の外縁部３ｄの強度変化が従来の装置のように急峻にはならず、なだらかになる。
【００２１】
このため、図１２に示すような伝搬に伴う回折現象の影響が小さくなり、従来の装置で生じる縞状の不均一が小さく抑えられる。ところが、本実施の形態においては、ビーム遮閉手段３Ａを光学ガラスに蒸着する誘電体多層膜の膜厚を空間的に変えるようにしているために、透過したビーム２の波面は、図６に示すように各部分の膜厚の差に比例した歪が与えられてしまう。
【００２２】
波面に歪みがあると、伝搬に伴いビームの形状が変化してしまうが、波面補正手段５Ａを構成する光学ガラス５ａの表面には、ビーム遮閉手段３Ａの膜厚との合計が一定となる膜厚で誘電体単層膜を蒸着されているため、ビーム２が波面補正手段５Ａを通過する際に、ビーム２にはビーム遮閉手段３Ａで与えられた歪みと全く逆向きの歪みが与えられる。従って、双方の手段により波面の歪みは相殺され、結果的に図７に示すように波面の歪みがないビーム４ａが得られる。
【００２３】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図８は例えば光学ガラス等の光学部品に膜蒸着を行う蒸着装置の構成図である。この蒸着装置は図２に示されるように光学ガラス３ａの表面に誘電体多層膜を蒸着してビーム整形装置を構成するビーム遮閉手段３Ａを形成する。
【００２４】
図８において、７は光学部品の膜蒸着において一般的に使用される典型的な真空蒸着窯、９は誘電体を熱して誘電体蒸気８を発生させる坩堝、３Ａは図２に示された構成で誘電体多層膜が蒸着されるビーム遮閉手段、６Ａは坩堝９とビーム遮閉手段３Ａの間に設置されたマスクであり、この位置にマスク６Ａを設置することで光学ガラス３ａの表面に図２に示された構成で誘電体多層膜が蒸着されてビーム遮閉手段が形成される。
【００２５】
また、図９は同じく光学部品に膜蒸着を行う蒸着装置の構成図である。この蒸着装置は図４に示されるように、光学ガラス５ａの表面にビーム整形装置を構成する波面補正手段５Ａを形成する場合を示している。尚、図中、図８と同一部分は同一または相当部分を示す。図において、６Ｂはマスクであり、この位置にマスク６Ｂを設置することで光学ガラス５ａの表面に図４に示された構成で誘電体単層膜が蒸着されて波面補正手段５Ａが形成される。
【００２６】
したがって、特別な装置は必要とせず、マスクを交換するのみで一般的に使用されている蒸着装置でビーム遮閉手段３Ａ、波面補正手段５Ａを光学ガラス３ａ，５ａの表面に形成することができる。
【００２７】
次に本実施の形態に係るビーム整形装置の製作方法について説明する。坩堝９内で熱せられた誘電体は、誘電体蒸気８となって上昇し、光学ガラス３ａまたは５ａの表面に蒸着されて光学部品が製作される。蒸着時間を制御することにより、蒸着される膜の厚さが制御できる。以上の動作は、一般的な光学部品の膜蒸着作業である。
【００２８】
また、一般的な膜蒸着作業においては、膜を蒸着したくない部分がある場合には、マスク６Ａあるいは６Ｂを被蒸着物に密着させて設置する。したがって、マスク６Ａあるいは６Ｂを無しで一度蒸着し、全面に均一な膜厚を付けておいてから、マスク６Ａあるいは６Ｂを密着させて再度蒸着することにより、膜厚の異なる部分を所望の膜厚で成膜することができる。また、誘電体の種類を変えて、同様の手順を繰り返すことにより多層膜を作成することもできる。
【００２９】
本実施の形態では、このマスク６Ａあるいは６Ｂを被蒸着物である光学ガラス３ａあるいは５ａに密着させず、間隔をあけて設置する。このため、誘電体蒸気８の一部は、マスク６Ａあるいは６Ｂの辺縁部を迂回して被蒸着物に到達できるので、マスク６Ａあるいは６Ｂの辺縁部の真上に位置する被蒸着物表面の膜厚変化は急峻ではなくなり、空間的に連続になだらかに膜厚が変化する中間帯を作成することが出来る。この手法によって、中間帯を持つビーム遮閉手段３Ａ、及び波面補正手段５Ａを製作することができる。また、従来の蒸着装置がそのまま使え、特別なビーム整形装置を用意する必要がないため、廉価な方法でビーム整形装置を製作することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るビーム整形装置では、ビーム遮閉手段の遮閉部分と非遮閉部分との境界部分に、空間的に連続してなだらかに透過率が変化する中間帯を設け、またビーム遮閉手段で生じる波面の歪みを補正する波面補正手段を設けたので、伝搬に伴う回折現象による断面強度分布の不均一が発生しにくく、断面形状が長く維持される高性能なビーム整形装置を得ることができるという効果がある。
【００３１】
また、上記のようなビーム遮閉手段及び波面補正手段を製作する方法として、光学ガラス等に誘電体単層膜若くは誘電体多層膜を蒸着する際に、マスクと光学ガラス等の間に間隔を設けるることで、蒸着を施す遮閉部分と蒸着を施さない非遮閉部分の境界部分に空間的に連続してなだらかに透過率が変化する中間帯を形成するようにしたので、従来の蒸着装置を使用し、特別な製造装置を使用することなく廉価に、しかも高性能なビーム整形装置を製作することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るビーム整形装置の構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１におけるビーム遮閉手段の詳細図である。
【図３】  この発明の実施の形態１におけるビーム遮閉手段のビーム透過率の分布図である。
【図４】  この発明の実施の形態１における波面補正手段の詳細図である。
【図５】  この発明の実施の形態１における波面補正手段で整形されたビームの断面強度の分布図である。
【図６】  この発明の実施の形態１におけるビーム遮閉手段の効果を説明するビーム透過率の分布図である。
【図７】  この発明の実施の形態１における波面補正手段の効果を説明するビーム透過率の分布図である。
【図８】  この発明の実施の形態２に係る蒸着装置の構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態２に係る蒸着装置の構成図である。
【図１０】  従来のビーム整形装置の構成図である。
【図１１】  従来の装置におけるビーム遮閉手段の動作を説明するためのビーム透過率の分布図である。
【図１２】  従来の装置におけるビーム遮閉手段の問題点を説明するためのビーム透過率の分布図である。
【符号の説明】
１  光源、２  ビーム、３Ａ  ビーム遮閉手段、４Ａ  整形されたビーム、５Ａ  波面補正手段、６Ａ  マスク、３ａ,５ａ  光学ガラス、３ｂ,５ｂ  非遮閉部分、３ｃ,５ｃ  遮閉部分、３ｄ,５ｄ  中間帯。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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