(57)【要約】【課題】  ガウシアン分布のレーザビームを均一強度にしかつその均一ビームに対して位相補正を行うレーザ光学系に関して、位相補正レンズの加工の困難性を伴うことなく、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射することができる大面積照射光学系を提供する。【解決手段】  本発明は、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系１であり、断面強度分布がガウシアン分布であるレーザビーム２を均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズＬ１と、この強度変換レンズＬ１を通過した均一分布のレーザビーム２に位相補正を行ってコリメートする位相補正レンズＬ２と、この位相補正レンズＬ２を通過したレーザビーム２を像面７に発散光６の状態で照射させるための凸レンズ系４又は凹レンズ系５とを備えている。【選択図】      図１
2007102091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射するレーザビームをほぼ均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズと、
この強度変換レンズを通過した均一分布のレーザビームに位相補正を行ってコリメートする位相補正レンズと、
この位相補正レンズを通過したレーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための凸レンズ系又は凹レンズ系とを備えていることを特徴とする、
比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系。
【請求項２】
入射するレーザビームをほぼ均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズと、
この強度変換レンズを通過した均一分布のレーザビームに位相補正を行う補正機能と、当該レーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための発散又は集光機能とを併有する位相補正レンズとを備えていることを特徴とする、
比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系。
【請求項３】
入射するレーザビームの断面強度分布がガウシアン分布である請求項１または２に記載の大面積照射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工用途を目的とする高出力レーザシステムの発展には目覚ましいものがあり、鉄鋼や自動車の製造における切断、溶接から電子部品の微細穴あけ、液晶や半導体デバイスのアニーリング等の様々な産業分野で実用化が進展している。これは、レーザビームの高出力化や性能、品質、安定性の飛躍的向上によるところが大きい。
レーザビームの断面強度分布はガウス分布（シングルモード）が主流である。これはレンズによって理論的限界（回折限界）まで集光できるという特徴があるが、レーザ加工用途の多様化に伴い、不均一なガウス強度分布ではなく、均一な強度分布や目的に応じた任意の強度分布に対するニーズも高まっている。
【０００３】
均一な断面強度分布を得る手段としては、レーザビームの断面を縦横に多数に分断し、光学系によって所定位置に分断ビームを重ね合わせて平均化する重畳方式があり、例えばカライドスコープやインテグレータがそれに該当する。インテグレータは、多面体の構造によってレーザビームの断面を分割して重ね合わせることで、ある程度まで強度の均一化が可能であるが、干渉性に優れたレーザ光源を用いるとスパイク状に強度が乱れることが知られている。
【０００４】
一方、レーザビームを分割重畳しない強度均一化の方式として、非球面ビームホモジナイザと回折型ビームホモジナイザがある。このうち、後者の回折型ビームホモジナイザは、回折型光学部品（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）をホモジナイザとして応用したものである。ＤＯＥは、屈折等の幾何光学を利用したものではなく、ミクロン単位の微細な凹凸（画素）を光学部品の表面に付けることにより、光の回折現象を利用した光学部品である。これは光の位相を直接制御することから、レーザ加工だけでなく光通信等の応用分野もあるが、レーザ加工においては、ビーム分岐、ビームシェイプ及びビームホモジナイズといった応用が考えられている。
【０００５】
これに対して、前者の非球面ビームホモジナイザは、ガウス型の光線密度分布を均一分布に変換するように各光線の屈折角が非球面によって制御されるようになっている。この場合、非球面が光軸を中心とした回転対称形であるため、断面円形の均一ビームしか得られないが、各光線が交差しないように制御されるので、干渉が少なく高均一性が得られるという特徴がある。
この種の非球面ビームホモジナイザとして、レーザビームの不均一な強度分布を均一にすべくレンズの中央部ではビーム径を拡大しかつ周辺部ではビーム径を縮小する非球面の強度変換レンズと、この強度変換レンズによって乱れたビームの位相をビーム面内で揃えるための非球面の位相補正レンズとから構成されたものがある（特許文献１参照）。
【０００６】
上記非球面ビームホモジナイザにおいては、ホモジナイザの通過直後には均一な強度分布になっているが、その後のビームの空間伝搬に伴ってノイズが発生し、ホモジナイザの出射面から一定距離だけ離れた位置で均一な強度分布が維持できないことがある。
そこで、位相補正レンズの入射面において完全な均一分布形状（トップハット）にするのではなく、周辺部で少し裾を引く形状のスーパーガウシアン分布とすることで、ホモジナイザの出射面から離れた位置でも強度分布が乱れないようにした非球面ビームホモジナイザが提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１５３７５０号公報
【特許文献２】特開２００３−３４４７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記スーパーガウシアン分布を利用した非球面ホモジナイザでは、図１４に示すように、位相補正レンズＬ２を出たビームは平行光８にコリメートされて像面７に照射されるようになっている。このため、かかる光学系を用いた場合、照射可能な面積を大きくするには、図１５に示すように、位相補正レンズＬ２のレンズ径を照射部分に併せて大きくする必要があり、この場合、当該位相補正レンズＬ２の加工が非常に困難になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑み、ガウシアン分布のレーザビームを均一強度にしかつその均一ビームに対して位相補正を行うレーザ光学系に関して、位相補正レンズの加工の困難性を伴うことなく、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射することができる大面積照射光学系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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系であって、入射するレーザビームをほぼ均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズと、この強度変換レンズを通過した均一分布のレーザビームに位相補正を行ってコリメートする位相補正レンズと、この位相補正レンズを通過したレーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための凸レンズ系又は凹レンズ系とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記の本発明によれば、位相補正レンズを通過したレーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための凸レンズ系又は凹レンズ系を備えているので、位相補正レンズのレンズ径を大きくしなくても、その凸レンズ系又は凹レンズ系によって位相補正レンズを出射したあとの均一ビームの照射面積を拡大することができる。このため、位相補正レンズの加工の困難性を伴うことなく、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射することができる。
また、この場合、位相補正レンズの後方に凸レンズ系又は凹レンズ系を追加的に配置すれば足りるので、強度変換レンズと位相補正レンズからなる既設のホモジナイザを設計し直す必要がなく、大面積照射光学系を比較的安価に製造することができる。
【００１２】
また、本発明は、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射するための大面積照射光学系であって、入射するレーザビームをほぼ均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズと、この強度変換レンズを通過した均一分布のレーザビームに位相補正を行う補正機能と、当該レーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための発散又は集光機能とを併有する位相補正レンズとを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記の本発明によれば、位相補正レンズが、均一分布のレーザビームに位相補正を行う補正機能だけでなく、当該レーザビームを像面に発散光の状態で照射させるための発散又は集光機能を併有しているので、位相補正レンズのレンズ径を大きくしなくても、その発散又は集光機能によって位相補正レンズを出射したあとの均一ビームの照射面積を拡大することができる。このため、位相補正レンズの加工の困難性を伴うことなく、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射することができる。
また、この場合、位相補正レンズ自体が発散又は集光機能を併有しているので、前記凸レンズ系又は凹レンズ系を追加的に配置する場合に比べて光路が短くなり、大面積照射光学系の全長をより短縮することができる。
なお、上記の各発明において、強度変換レンズに入射するレーザビームとしては、その断面強度分布がガウシアン分布のものを採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り、本発明によれば、位相補正レンズの加工の困難性を伴うことなく、比較的大きな範囲に均一分布のレーザビームを照射することができる大面積照射光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る大面積照射光学系１の概略構成を示している。この図１に示すように、本実施形態の大面積照射光学系１は、ガウシアン分布のレーザビーム２を均一強度分布のビームにして平行光８の状態で出射させる非球面ビームホモジナイザ３と、このホモジナイザ３の後方に配置された凸レンズ系４（図１の場合）又は凹レンズ系５（図２の場合）とを備えている。
なお、図例では、凸レンズ系４及び凹レンズ系５を機能的に表現するために凸レンズ又は凹レンズが一つ描かれているが、これらのレンズ系４，５は組レンズで構成することも可能である。
【００１６】
これらのレンズ系４，５は、平行光８にコリメートされた均一強度分布のレーザビームを発散光６として出射させるものであり、この発散光６は、当該レンズ系４，５から所定距離だけ離れた像面７における比較的大面積の範囲（例えば直径１０ｃｍ程度）に、均一な強度分布の状態で照射されることになる。
本実施形態のホモジナイザ３は、断面強度分布がガウシアン分布であるレーザビームを均一な断面強度分布に変換する強度変換レンズＬ１と、この強度変換レンズＬ１を通過した均一分布のレーザビームに位相補正を行ってコリメートする位相補正レンズＬ２とからなる。以下、この非球面ビームホモジナイザ３の具体的構成について説明する。
【００１７】
図３に示すように、均一強度分布はガウス分布の重ね合わせで近似することができる。また、一般的にガウスビームはそのビーム径が小さいほど回折の影響を強く受け、伝搬とともにビーム径が大きく変化することが分かっている。
通常の非球面ホモジナイザにおいては、次の式（１）で定義される完全な強度分布を強度変換レンズによる目標強度としている。従って、この場合、図３（ｂ）に示すように、ガウスビームのビーム径が限りなくゼロに近いものとなり、伝搬時の回折の影響を強く受けるものと考えられる。
【００１８】
【数１】
2007102091.tif 000003
【００１９】
そこで、ビーム伝搬時の回折の影響を低減するため、図３（ａ）に示すように、次の式（２）で定義されるスーパーガウシアン関数を強度変換レンズによる目標強度とした設計に基づいて、当該強度変換レンズを設計する。以下、このスーパーガウシアン関数を目標強度とした非球面ビームホモジナイザの設計手法を説明する。
【００２０】
【数２】
2007102091.tif 000004
【００２１】
〔設計方法〕
ガウス分布のレーザを均一強度分布に変換する光学系を図４に示す。ガウス分布は１枚目の強度変換レンズ（以下、Ｌ１レンズという。）で強度変換を行い、このＬ１レンズから所定距離Ｌの位置にある２枚目の位相補正レンズ（以下、Ｌ２レンズという。）で均一強度にされる。そのとき、強度分布は均一強度になっているが位相が崩れているため、Ｌ２レンズで位相の補正を行う。そこで、以下において、Ｌ１レンズとＬ２レンズの設計手法をそれぞれ説明する。
【００２２】
〔Ｌ１レンズの設計手法〕
図５に示すように、入射ビームで強度の強い部分はビームを広げることで強度を弱め、逆に強度の弱い部分はビームを集めて強度を強めることで、整形後のビームを均一な強度分布とすることを可能とする。入力ビームの強度分布をＩ1（ｒ）、整形後の強度分布をＩ２（ｒ）とすると、Ｌ１レンズ上の位置ｒ1及びＬ２レンズ上の位置ｒ２において、次の式（３）の関係を満足させる必要がある（ビームパワー保存則）。
【００２３】
【数３】
2007102091.tif 000005
【００２４】
上記式（３）から、入射ビームでｒ１の位置が整形後にｒ２の位置にくるようなＬ１レンズの形状を求めればよい。ここで、ｒ＝ｒ１でのビームの傾きは、次の式（４）で表される。また、ＺｎＳｅの屈折率をｎとすると、図６に示したθ、θ１、θ２、θ０において、屈折の法則（スネルの法則）から、次の式（５）及び式（６）が求められる。
【００２５】
【数４】
2007102091.tif 000006
【００２６】
【数５】
2007102091.tif 000007
【００２７】
【数６】
2007102091.tif 000008
【００２８】
ここで、θ、θ１、θ２、θ０は十分に小さいとしている。
式（３）〜（６）を用いることにより、及び図６から、ｒ＝ｒ１でのＬ１レンズのレンズ面の傾きは、次の式（７）によって表される。
なお、θは十分に小さいものとして、tanθ＝θと近似した。この式（７）を積分することにより、Ｌ１レンズの非球面形状を求めることができる。
【００２９】
【数７】
2007102091.tif 000009
【００３０】
〔Ｌ２レンズの設計手法〕
Ｌ１レンズを通過して強度変換されたビームは位相が崩れている。そのため、ビームを平行光として伝搬させるためには位相補正が必要となる。この位相補正は、幾何光学的に傾いた光線を平行に戻すことに相当する。位相補正レンズにおいては、図７に示すように、入射側の第１面を非球面、出射側の第２面を平面とすると、以下の式（８）及び式（９）が成り立つ。
【００３１】
【数８】
2007102091.tif 000010
【００３２】
【数９】
2007102091.tif 000011
【００３３】
これらの式から、ｒ＝ｒ２でのＬ２レンズのレンズ面の傾きは次の式（１０）によって表される。この式（１０）を積分することで、Ｌ２レンズの非球面形状を求めることができる。
【００３４】
【数１０】
2007102091.tif 000012
【００３５】
〔設計パラメータの設定方法〕
上記に示した手法によってＬ１及びＬ２レンズを設計するに当たり、設計に用いる各種パラメータを設定する必要がある。設計に当たって必要となるパラメータは、以下の通りである。
１）レンズビームの波長
２）入射ガウシアンビーム径（１／ｅ２径）
３）出射スーパーガウシアンビーム径（１／ｅ２径）
４）出射スーパーガウシアンビームにおけるスーパーガウシアン次数
５）Ｌ１レンズとＬ２レンズ間の距離
ここで、上記１）２）はホモジナイザを導入する光学系の条件により決定される値であるから、本光学系の設計でパラメータとして最適化する必要のあるパラメータは上記３）〜５）である。
【００３６】
〔出射ビーム条件の決定方法〕
出射ビームの条件を決定するに当たり、その前提条件として、ホモジナイザ通過後の光学系における、転写マスクのマスク径、マスク位置におけるビームの強度分布均一性、マスク通過前後でのエネルギー利用率を設定する必要がある。
ここで、各パラメータを設定する際に、その伝搬時の回折の影響は、レーザの波長、均一強度ビーム径、伝搬距離によって異なるため、これらの指数を同一のパラメータで表現する必要がある。そこで、次の式（１１）に示すフレネル数を用いて表すことにする。
【００３７】
【数１１】
2007102091.tif 000013
【００３８】
図８に様々なスーパーガウシアン次数のスーパーガウシアン関数を伝搬させた際の、フレネル数とエネルギー利用率との関係を示す。ここで、エネルギー利用率とは、出射ビームの全エネルギーに対する、ビームの均一性が±５％以下の領域のエネルギーで定義する。また、ビームの均一性が±５％以下とは、次の式（１２）のことを意味する。
【００３９】
【数１２】
2007102091.tif 000014
【００４０】
図８の結果をもとに、仕様を満たす最適なスーパーガウシアン次数及びその１／ｅ２径を求めることができる。
〔Ｌ１−Ｌ２レンズ間距離の決定方法〕
レンズ間距離が長い場合、Ｌ１レンズからＬ２レンズに伝搬する際のレーザの回折の影響が大きくなり、幾何光学的に設計したＬ２非球面レンズ位置においては誤差が生じ、目的とする均一強度分布を得ることができない。更には、Ｌ２レンズ通過後にビームを平行光とすることができなくなる。これらの理由により、Ｌ１−Ｌ２レンズ間距離の設定に当たって、レンズ間距離の上限・下限を求める必要がある。このレンズ間距離の上限値を求める指数として、次の式（１３）で定義されるβ値がある。
【００４１】
【数１３】
2007102091.tif 000015
【００４２】
Ｌ１−Ｌ２間距離が長くなり、β＜３２となると、レンズ間での回折の影響が大きくなり、幾何光学的に設計した非球面レンズにおいては誤差が非常に大きくなることになる。逆に、Ｌ１−Ｌ２レンズ間距離が短い場合、Ｌ１及びＬ２両レンズにおいてビームが急激に曲げられることになる。そのため、実際にレンズを使用する場合のアライメントエラーの影響が非常に大きくなることになる。
これらを考慮した上で、Ｌ１−Ｌ２レンズ間距離を最適に設定する必要がある。
【００４３】
〔波動光学による伝搬解析〕
これまで述べた幾何光学的手法によって非球面レンズを設計したあと、実際にビームが伝搬する際の伝搬解析を行う必要がある。しかし、レンズの伝搬時には回折現象が現れ、光線追跡を基本とする幾何光学解析ではこの影響を考慮することができない。従って、上記の幾何光学設計による強度変換レンズ通過後のレンズ光の振る舞いは波動光学で確認する必要がある。
そこで、図９に示すような、一般的なレーザ伝搬について考える。面１上に定義されたビームが面２の上に伝搬するとき、波動光学の回折理論によれば次の式（１４）が成立する。
【００４４】
【数１４】
2007102091.tif 000016
【００４５】
ここで、式（１４）に示した波動光学解析において、ａ（ｘ，ｙ）は光の振幅、φ（ｘ，ｙ）は光の位相を表す。すなわち、波動光学解析においては、光を位相と振幅の組み合わせと考え、伝搬とともに位相が変化するために回折現象を取り扱うことができる。
しかし、波動光学解析を用いた場合、回折現象を取り扱うことができるという長所がある反面、レンズ等の実際の形状を取り扱うことができないという短所が存在する。
【００４６】
ここで、図１０に、非球面ビームホモジナイザにおけるＬ２面での光の挙動を、(a)幾何光学解析を用いた場合、(b)波動光学解析を用いた場合、について示す。(a)の場合、工船追跡を基本とするため、Ｌ２レンズによって平行光とされた光線は、その後、無限に平行光のまま進行することになる。
これに対し、(b)の場合は、Ｌ２レンズを実際のレンズ形状ではなく、厚みを持たない位相面として定義する。この際、この位相面を通過したビームは式（１４）における位相φ（ｘ，ｙ）が変化し、レーザの挙動が変化する。また、Ｌ２レンズ通過後も伝搬に伴う回折の影響によって強度分布が変化する。
【００４７】
非球面ビームホモジナイザにおいては、レンズ通過後の回折現象を厳密に解析する必要があるため、波動光学解析が適している。しかし、非球面ビームホモジナイザにおける伝搬解析を波動光学解析のみで行った場合には、問題が発生する。これは図１１に示したように、Ｌ２レンズによって平行光とされる時に発生する。
幾何光学によって設計されたＬ２レンズと、波動光学的にレンズの厚みをゼロとして作成した位相面との間には、レンズのサグ量（切削深さ）によりビームの伝搬に誤差が生じることになる。これは、特にレンズのサグ量が大きくなるレンズ外周部において顕著に表れる。
【００４８】
そこで、伝搬光の振幅を波動光学的に解析し、位相を幾何光学的に解析することで、この誤差を低減する。すなわち、式（１４）において、Ｌ１−Ｌ２レンズ間の伝搬解析を行う際には、Ｌ１レンズ位置でのレンズの複素振幅分布を振幅ａ（ｘ，ｙ）及び位相φ（ｘ，ｙ）に分割し、振幅については波動光学的にＬ２レンズ位置まで解析し、位相については幾何光学的に解析する。
そして、これらの位相及び振幅を再び複合することで、Ｌ２レンズ通過後の複素振幅分布を得ることができる。この方式によって、伝搬時の回折現象を扱うことができるとともに、レンズ通過時のレンズ形状による影響をも考慮した高精度な解析が可能となる。
【００４９】
〔設計例１〕
これまで述べてきた手法により、本実施形態の大面積照射光学系１を構成する非球面ビームホモジナイザ３の設計を行った。
入射レーザとして、波長λ＝１０．６μｍ（ＣＯ２レーザ）、φ１５ｍｍ（１／ｅ２径）のガウスビームを用い、Ｌ１−Ｌ２レンズ間距離を１７０ｍｍとし、出射ビームをφ１５ｍｍ（１／ｅ２径）の均一強度分布とした。
目的は、出射ビームがφ１５ｍｍ（１／ｅ２径）のスーパーガウシアンの程度の均一な分布となるようにし、かつ、Ｌ２レンズの後方でのパワー分布が崩れないということである。
【００５０】
スーパーガウシアンの次数をｎ＝３０とした。次の〔表１〕にビーム径、ビームウェスト、曲率半径などのレーザ条件を示す。
【００５１】
【表１】
2007102091.tif 000017
【００５２】
非球面レンズの曲面は次の式（１５）で表すことができる。
式（１５）において、ｒはレンズ半径、ｃは曲率である。Ｋは補正係数で、Ｋ＝０ならば完全な球面のレンズであり、曲率半径が１／ｃとなる。従って、式（１５）の第１項は球面レンズの項であり、第２項が非球面の形状を表す項である。レンズは中心対称性があるので、ｒの奇数次の係数は０である。従って、偶数次の非球面係数Ａｊだけを求めればよい。
【００５３】
【数１５】
2007102091.tif 000018
【００５４】
次の〔表２〕に、Ｌ１レンズ及びＬ２レンズの非球面係数を示す。
Ｌ１レンズの非球面係数は、当該レンズで屈折したビームが位相補正レンズでｎ＝３０のスーパーガウシアン分布を持つように定めたものである。ｃ＝０であるから球面成分は０であり、非球面係数だけで定義されている。非球面係数Ａ２，Ａ４，…Ａ２０の単位はｍｍ−１，ｍｍ−３，…ｍｍ−１９である。
【００５５】
【表２】
2007102091.tif 000019
【００５６】
図１２及び図１３は、本発明の他の実施形態を示している。
このうち、図１２に示す大面積照射光学系１では、位相補正のための補正機能を有する位相補正レンズＬ２自体がレーザビーム２を像面７に発散光６の状態で照射させるための集光機能を併有しており、この点で、位相補正のための位相補正レンズＬ２の後方に凸レンズ系４を別途配置している図１の場合と異なる。
また、図１３に示す大面積照射光学系１では、位相補正のための補正機能を有する位相補正レンズＬ２自体がレーザビーム２を像面７に発散光６の状態で照射させるための発散機能を併有しており、この点で、位相補正のための位相補正レンズＬ２の後方に凹レンズ系５を別途配置している図２の場合と異なる。
【００５７】
このため、これらの実施形態では、上記凸レンズ系４又は凹レンズ系５を追加的に配置する場合に比べて光路が短くなり、大面積照射光学系１の全長をより短縮できるという利点がある。
〔設計例２〕
図１２の大面積照射光学系１を構成するＬ１レンズ及びＬ２レンズの非球面係数を、次の〔表３〕に示す。この場合の光学系１は、Ｌ２レンズそのものに集光機能を付加したものであるから、図１又は２に示すホモジナイザ３の非球面係数（表２）と比較すると、Ｌ１レンズの非球面係数は同じでＬ２レンズの非球面係数だけが相違している。
【００５８】
【表３】
2007102091.tif 000020
【００５９】
また、図１３の大面積照射光学系１を構成するＬ１レンズ及びＬ２レンズの非球面係数を、次の〔表４〕に示す。この場合の光学系１は、Ｌ２レンズそのものに発散機能を付加したものであるから、図１又は２に示すホモジナイザ３の非球面係数（表２）と比較すると、Ｌ１レンズの非球面係数は同じでＬ２レンズの非球面係数だけが相違している。
【００６０】
【表４】
2007102091.tif 000021
【００６１】
なお、上記実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の範囲に含まれる。
例えば、本発明の大面積照射光学系１に使用されるレーザの波長は任意であり、赤外、可視及び紫外のどの波長の光源にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る大面積照射光学系の概略構成図である。
【図２】本発明に係る大面積照射光学系の概略構成図である。
【図３】多数の微小なガウス分布の集合として均一分布を近似した図であり、（ａ）はビーム系が比較的大きくより数の少ないガウスビームで近似した場合、（ｂ）はビーム系が比較的小さくより数の多いガウスビームで近似した場合を示す。
【図４】非球面ビームホモジナイザの光学系図である。
【図５】強度変換レンズの設計手法を示す図である。
【図６】強度変換レンズの非球面形状の計算モデルを示す光路図である。
【図７】位相補正レンズの非球面形状の計算モデルを示す光路図である。
【図８】フレネル数とエネルギー利用率の関係を示すグラフである。
【図９】波動光学解析におけるビーム伝搬モデルを示す図である。
【図１０】幾何光学解析と波動光学解析の相違を示す概念図である。
【図１１】波動光学解析の際の問題点を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る大面積照射光学系の概略構成図である。
【図１３】本発明に係る大面積照射光学系の概略構成図である。
【図１４】従来の非球面ホモジナイザの概略構成図である。
【図１５】従来の非球面ホモジナイザの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      大面積照射光学系
２      レーザビーム
３      非球面ビームホモジナイザ
４      凸レンズ系
５      凹レンズ系
６      発散光
７      像面
８      平行光
Ｌ１    強度変換レンズ
Ｌ２    位相補正レンズ
【図１】
2007102091.tif 000022
【図２】
2007102091.tif 000023
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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