(57)【要約】【課題】複数波長の光のそれぞれにおけるコマ収差を少なくするビームエキスパンダ装置において、全体の形状が大きくならず、それらを設置または収容するスペースが比較的小さく、また、導入コストが高くならないビームエキスパンダシステムを提供することを目的とする。【解決手段】平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射するとともに、第１の波長についてコマ収差が許容値以内である第１の前段のビーム・コンバータと、上記第１の波長とは異なる第２の波長の光についてコマ収差が許容値以内であり、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射する第２の前段のビーム・コンバータと、上記第１の前段のビーム・コンバータが出射したビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する後段のビーム・コンバータとを有する。【選択図】図１
2015194655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射するとともに、第１の波長についてコマ収差が許容値以内である第１の前段のビーム・コンバータと；
上記第１の波長とは異なる第２の波長の光についてコマ収差が許容値以内であり、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射する第２の前段のビーム・コンバータと；
上記第１の前段のビーム・コンバータが出射したビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する後段のビーム・コンバータと；
を有し、上記第１の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、上記第２の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータの代わりに上記第２の前段のビーム・コンバータを使用し、上記第２の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用することを特徴とするビームエキスパンダシステム。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１、２の波長とは異なる第３の波長についてコマ収差が許容値以内であり、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射する第３の前段のビーム・コンバータを有し、
上記第１の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、上記第２の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第２の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、上記第３の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第３の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用することを特徴とするビームエキスパンダシステム。
【請求項３】
第１の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射する第１の前段のビーム・コンバータと、上記第１の前段のビーム・コンバータが出射したビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する後段のビーム・コンバータとを組み合わせてビームエキスパンダ装置を構成し、
上記第１の波長とは異なる第２の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータにおいてコマ収差が許容値以内である第１の波長とは異なる第２の波長においてコマ収差が許容値以内である第２の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用することを特徴とするビームエキスパンダの使用方法
【請求項４】
請求項３において、
上記第１、２の前段のビーム・コンバータにおいてコマ収差が許容値以内である第１、２の波長とは異なる第３の波長においてコマ収差が許容値以内である第３の前段のビーム・コンバータを有し、
上記第１の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、
上記第２の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第２の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、
上記第３の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第３の波長においてコマ収差が許容値以内である第３の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用することを特徴とするビームエキスパンダの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数波長のそれぞれの光のビームを拡大する場合、コマ収差を少なくすることができるビームエキスパンダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のビームエキスパンダ装置として、ビームエキスパンダを２段で構成にしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来のビームエキスパンダ装置は、１つの特定の波長λ１の光について、コマ収差を少なくするように設計され、このためには、前段のビームエキスパンダを、波長λ１についてコマ収差を少なくするように設計し、また、後段のビームエキスパンダも、波長λ１についてコマ収差を少なくするように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９２５８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例において、互いに異なる２つの波長λ１、λ２のそれぞれについてもコマ収差を少なくするためには、波長λ１用のビームエキスパンダ装置とは別に、波長λ２用のビームエキスパンダ装置を設け、これら２つのビームエキスパンダ装置によってビームエキスパンダシステムを構成している。
【０００６】
図５は、従来のビームエキスパンダシステムＢＥＳ３を示す図である。
【０００７】
従来のビームエキスパンダシステムＢＥＳ３は、第１の波長λ１用のビームエキスパンダ装置１００Ｐと、第２の波長λ２用のビームエキスパンダ装置２００Ｐとを有し、平行ビームである入射ビームの口径を拡大して、平行ビームを出射している。
【０００８】
第１の波長λ１用のビームエキスパンダ装置１００Ｐは、前段のビーム・コンバータ１０Ｐと後段のビーム・コンバータ２０Ｐとによって構成され、前段のビーム・コンバータ１０Ｐ、後段のビーム・コンバータ２０Ｐは、ともに、第１の波長λ１の光を使用した場合、コマ収差が少なくなるように設計されている。
【０００９】
第２の波長λ２用のビームエキスパンダ装置２００Ｐは、前段のビーム・コンバータ１１Ｐと後段のビーム・コンバータ２１Ｐとによって構成され、前段のビーム・コンバータ１１Ｐ、後段のビーム・コンバータ２１Ｐは、ともに、第２の波長λ２の光を使用した場合、コマ収差が少なくなるように設計されている。
【００１０】
従来のビームエキスパンダシステムＢＥＳ３は、上記構成によって、第１の波長λ１の光を使用した場合にコマ収差が少なく、また、第２の波長λ２の光を使用した場合にもコマ収差が少ない。
【００１１】
しかし、従来のビームエキスパンダシステムＢＥＳ３では、互いに異なる２つの波長λ１、λ２のそれぞれで、コマ収差を少なくするためには、２つの前段のビーム・コンバータと２つの後段のビーム・コンバータとを設ける必要があり、つまり、波長ごとに、２つのビームエキスパンダ装置を設ける必要がある。すなわち、波長λ１について前段、後段の２つのビーム・コンバータを設け、これとは別に、波長λ２についても前段、後段の２つのビーム・コンバータを設ける必要がある。したがって、入射ビームの口径を拡大して出射しつつ、波長ごとにコマ収差を少なくすると、ビームエキスパンダシステム全体の形状が大きく、それらを設置または収容するスペースが大きく、また、導入コストが高いという問題がある。
【００１２】
上記例では、２つの波長のそれぞれでコマ収差を少なくする場合であるが、３つ以上の波長のそれぞれでコマ収差を少なくする場合には、ビームエキスパンダシステム全体の形状がさらに大きく、それらを設置または収容するスペースがさらに大きく、また、導入コストがさらに高いという問題がある。
【００１３】
本発明は、複数波長の光のそれぞれにおけるコマ収差を少なくするビームエキスパンダ装置において、全体の形状が大きくならず、それらを設置または収容するスペースが比較的小さく、また、導入コストが高くならないビームエキスパンダシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のビームエキスパンダシステムは、平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射するとともに、第１の波長についてコマ収差が許容値以内である第１の前段のビーム・コンバータと、上記第１の波長とは異なる第２の波長の光についてコマ収差が許容値以内であり、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームまたは発散ビームを出射する第２の前段のビーム・コンバータと、上記第１の前段のビーム・コンバータが出射したビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する後段のビーム・コンバータとを有し、上記第１の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用し、上記第２の波長の光についてビームの口径を拡大する場合には、上記第１の前段のビーム・コンバータの代わりに上記第２の前段のビーム・コンバータを使用し、上記第２の前段のビーム・コンバータと上記後段のビーム・コンバータとを組み合わせて使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数波長の光のそれぞれにおけるコマ収差を少なくするビームエキスパンダ装置において、全体の形状が大きくならず、それらを設置または収容するスペースが比較的小さく、また、導入コストが高くならないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１であるビームエキスパンダシステムＢＥＳ１を示す概念図である。
【図２】ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１におけるビームエキスパンダ装置１００をより具体的に示す図である。
【図３】ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１において、第１の前段のビーム・コンバータ１１の代わりに第２の前段のビーム・コンバータ１２を使用したビームエキスパンダ装置２００と、第１の前段のビーム・コンバータ１１とを示す図である。
【図４】本発明の実施例２であるビームエキスパンダシステムＢＥＳ２を示す概念図である。
【図５】従来のビームエキスパンダシステムＢＥＳ３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１であるビームエキスパンダシステムＢＥＳ１を示す概念図である。
【００１９】
ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１は、ビームエキスパンダ装置１００と、第２の前段のビーム・コンバータ１２とを有する。
【００２０】
ビームエキスパンダ装置１００は、第１の前段のビーム・コンバータ１１と、後段のビーム・コンバータ２０とを有する。
【００２１】
第１の前段のビーム・コンバータ１１は、平行ビームを発散ビーム（球面波ビーム）に変えるＰＳビーム・コンバータである。また、第１の前段のビーム・コンバータ１１は、第１の波長λ１において、コマ収差が許容値以内であり、平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな発散ビームを出射する。
【００２２】
後段のビーム・コンバータ２０は、第１の前段のビーム・コンバータ１１が出射したビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する。
【００２３】
第２の前段のビーム・コンバータ１２は、平行ビームを発散ビーム（球面波ビーム）に変えるＰＳビーム・コンバータである。また、第２の前段のビーム・コンバータ１２は、第１の波長λ１とは異なる第２の波長２において、コマ収差が許容値以内であり、入射した平行ビームの口径よりも口径が大きな発散ビームを出射する。
【００２４】
換言すれば、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１は、第１の前段のビーム・コンバータ１１と、第２の前段のビーム・コンバータ１２と、後段のビーム・コンバータ２０とを有する。
【００２５】
図２は、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１におけるビームエキスパンダ装置１００をより具体的に示す図である。
【００２６】
第１の前段のビーム・コンバータ１１は、凸レンズ１１a、１１ｂを有し、後段のビーム・コンバータ２０は、凸レンズ２０a、２０ｂを有し、第２の前段のビーム・コンバータ１２は、凸レンズ１２a、１２ｂを有する。
【００２７】
なお、第１の前段のビーム・コンバータ１１、後段のビーム・コンバータ２０、第２の前段のビーム・コンバータ１２のレンズ構成は、図２に示す構成以外であってもよい。また、後述の第３の前段のビーム・コンバータ１３のレンズ構成も、図２に示す構成以外であってもよい。
【００２８】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００２９】
まず、第１の波長λ１の平行ビームの口径を拡大し、かつ、コマ収差が許容値以内である第１の前段のビーム・コンバータ１１を、後段のビーム・コンバータ２０と組み合わせて、ビームエキスパンダ装置１００を構成する。
【００３０】
このように組み合わせたビームエキスパンダ装置１００によって、コマ収差を許容値以内に収めることができる。ビームエキスパンダ装置１００において、その入射したビームの口径は、たとえば１０ｍｍφであり、その出射光のビームの口径は、たとえば５００ｍｍφである。なお、第１の波長λ１は、たとえば、６３３ｎｍである。
【００３１】
一方、第２の波長λ２の光のビームの口径を拡大するには、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１において、第１の前段のビーム・コンバータ１１の代わりに、第２の前段のビーム・コンバータ１２を使用する。第２の前段のビーム・コンバータ１２は、第２の波長λ２の平行ビームの口径を拡大し、かつ、コマ収差が許容値以内である。第２の波長λ２は、たとえば、８５５ｎｍである。
【００３２】
図３は、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１において、第１の前段のビーム・コンバータ１１の代わりに第２の前段のビーム・コンバータ１２を使用したビームエキスパンダ装置２００と、第１の前段のビーム・コンバータ１１とを示す図である。
【００３３】
つまり、第２の前段のビーム・コンバータ１２と後段のエキスパンダ２０とを組み合わせることによって、ビームエキスパンダ装置２００を構成する。このように組み合わせたビームエキスパンダ装置２００によって、第２の波長λ２の光のビームの口径を拡大した場合に、コマ収差を許容値以内に収めることができる。
【００３４】
しかも、第１の波長λ１の光のビームの口径を拡大するために、ビームエキスパンダ装置１００を備え、また、第２の波長λ２の光のビームの口径を拡大するために、ビームエキスパンダ装置２００を備えた場合（従来例）よりも、実施例１の方が、後段のビーム・コンバータ２０を１つ設ければよいので、全体の設置または収容スペースが少ない。
【００３５】
上記実施例１において、第１の前段のビーム・コンバータ１１は、平行ビームを入射し、発散ビームを出射するが、発散ビームを出射する代わりに、平行ビームを出射するようにしてもよい。また、第２の前段のビーム・コンバータ１２において、発散ビームを出射する代わりに、平行ビームを出射するようにしてもよい。これらの場合には、後段のビーム・コンバータ２０は、第１の前段のビーム・コンバータ１１または第２の前段のビーム・コンバータ１２が出射した平行ビームを入射し、平行ビームを出射する。
【００３６】
また、図２には、第１の前段のビーム・コンバータ１１、後段のビーム・コンバータ２０、第２の前段のビーム・コンバータ２０の具体例が記載されているが、ビーム・コンバータ１１、２０、１２として、図２に示す構成以外のビーム・コンバータを使用するようにしてもよい。
【実施例２】
【００３７】
図４は、本発明の実施例２であるビームエキスパンダシステムＢＥＳ２を示す概念図である。
【００３８】
ビームエキスパンダシステムＢＥＳ２は、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ１に第３の前段のビーム・コンバータ１３を付加したシステムであり、つまり、ビームエキスパンダ装置１００と、第２の前段のビーム・コンバータ１２と、第３の前段のビーム・コンバータ１３とを有する。
【００３９】
第３の前段ビームエキスパンダ１３は、平行ビームを発散ビームに変えるＰＳビーム・コンバータである。また、第３の前段ビームエキスパンダ１３は、波長λ１、λ２とは異なる第３の波長λ３において、コマ収差が許容値以内であり、入射したビームの口径よりも口径が大きな発散ビームを出射する。
【００４０】
次に、ビームエキスパンダシステムＢＥＳ２の動作について説明する。
【００４１】
まず、第１の波長λ１またはλ２を使用して、ビームの口径を拡大するときに、コマ収差を許容値以内に収める場合は、実施例１における操作と同様の操作を実行する。
【００４２】
つまり、第１の波長λ１を使用して、ビームの口径を拡大するときに、コマ収差を許容値以内に収める場合、第１の前段のビーム・コンバータ１１と後段のビーム・コンバータ２０とを組み合わせてビームエキスパンダ装置１００を構成する。また、第２の波長λ２を使用して、ビームの口径を拡大するときに、コマ収差を許容値以内に収める場合、第２の前段のビーム・コンバータ１２と後段のビーム・コンバータ２０とを組み合わせてビームエキスパンダ装置２００を構成する。
【００４３】
一方、第３の波長λ３の光のビームの口径を拡大するには、ビームエキスパンダ装置１００において、第１の前段のビーム・コンバータ１１の代わりに、第３の前段のビーム・コンバータ１３を使用する。第３の前段のビーム・コンバータ１３は、第３の波長λ３の平行ビームの口径を拡大し、かつ、コマ収差が許容値以内である。第３の波長λ３は、たとえば、１０６４ｎｍである。
【００４４】
ところで、従来の考え方によれば、第１の波長λ１の光のビームの口径を拡大するために、前段のビーム・コンバータと第１の後段のビーム・コンバータとを備え、また、第２の波長λ２の光のビームの口径を拡大するために、第２の前段のビーム・コンバータと第２の後段のビーム・コンバータとを備え、さらに第３の波長λ３の光のビームの口径を拡大するために、第３の前段のビーム・コンバータと第３の後段のビーム・コンバータとを備える。つまり、第１、２、３の波長λ１、λ２、λ３の各光のビームの口径を拡大するために、３つの前段のビーム・コンバータと、３つの後段のビーム・コンバータとを必要とする。しかし、実施例２では、後段のビーム・コンバータとしては、後段のビーム・コンバータ２０のみを用意すれば足りるので、全体の設置または収容スペースが少ない。
【００４５】
なお、上記実施例は、２種類または３種類の波長に対応する実施例であるが、４種類以上の波長、つまり、ｎ種類の波長に対応するように、前段のビーム・コンバータをｎ個設けるようにしてもよい。この場合、後段のビーム・コンバータを１つのみ設ければ充分である。このようにしても、コマ収差を許容値以内に収めることができ、しかも、全体のスペースを小さくすることができる。
【００４６】
上記実施例２において、第１の前段のビーム・コンバータ１１、第２の前段のビーム・コンバータ１２、第３の前段のビーム・コンバータ１３は、発散ビームを出射する代わりに、平行ビームを出射するようにしてもよい。この場合には、後段のビーム・コンバータ２０は、第１の前段のビーム・コンバータ１１、第２の前段のビーム・コンバータ１２または第３の前段のビーム・コンバータ１３が出射した平行ビームを入射し、入射したビームの口径よりも口径が大きな平行ビームを出射する。
【符号の説明】
【００４７】
ＢＥＳ１、ＢＥＳ２…ビームエキスパンダシステム、
１００、２００…ビームエキスパンダ装置、
１１…第１の前段のビーム・コンバータ、
２０…後段のビーム・コンバータ、
１２…第２の前段のビーム・コンバータ、
１３…第３の前段のビーム・コンバータ。
【図１】
2015194655.tif 000003
【図２】
2015194655.tif 000004
【図３】
2015194655.tif 000005
【図４】
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【図５】
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