(57)【要約】      （修正有）【課題】光軸周りのほぼコリメートされた光線の入力束を焦点周りの焦点領域に焦束するワンピース光学素子を提供する。【解決手段】光学素子ＯＥは、入口側が光入口ＬＥの方を向く頂面ＫＳ．ｐを有し光軸ＯＡに対してセンタリングされた円錐台ＫＳにより境界付けられる。出口側は光出口ＬＡの方を向く光軸ＯＡ上の円錐頂を有する円錐Ｋと、円錐Ｋ周りに配置された回転対象非球面境界面ＡＧとにより境界付けられる。円錐Ｋは円錐台ＫＳと相補的な円錐として形成される。非球面境界面ＡＧは光学素子ＯＥの光出口ＬＡの後方で光軸ＯＡに位置する焦点Ｆを有する平凸非球面収束レンズの凸面の部分面として形成される。円錐台ＫＳの及び円錐Ｋの側面ＫＳ．ｍ，Ｋ．ｍは内部反射するよう形成され光軸ＯＡに沿って離されて、ほぼコリメートされた入力束ＥＢは円錐Ｋの側面Ｋ．ｍの内側から円錐台ＫＳの側面ＫＳ．ｍの内側に向けられる。【選択図】図３
2016143057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性材料からなり、光軸（ＯＡ）周りのコリメートされた光線（Ｓ）の入力束（ＥＢ）を、焦点（Ｆ）周りの焦点領域に焦束するためのワンピース光学素子（ＯＥ）であって、
前記光学素子（ＯＥ）は、入口側が、光入口（ＬＥ）の方を向く頂面を有し、前記光軸（ＯＡ）に対してセンタリングされた円錐台（ＫＳ）によって境界付けられ、出口側が、前記光軸（ＯＡ）上にあり光出口（ＬＡ）の方を向く円錐頂を有する円錐（Ｋ）と、前記円錐（Ｋ）の周りに回転対称に設けられた非球境界面（ＡＧ）とによって境界付けられ、
前記円錐（Ｋ）は、前記円錐台（ＫＳ）と相補的な円錐として形成され、
前記非球境界面（ＡＧ）は、前記光学素子（ＯＥ）の前記光出口（ＬＡ）の後方で前記光軸（ＯＡ）上に位置する焦点（Ｆ）を有する平凸非球面収束レンズ（Ｌ）の凸面（Ｌ．ｋ）の部分面として形成されており、
コリメートされた前記入力束（ＥＢ）が前記円錐（Ｋ）の側面（Ｋ．ｍ）の内側から前記円錐台（ＫＳ）の側面（ＫＳ．ｍ）の内側に向けられるように、前記円錐台（ＫＳ）の及び前記円錐（Ｋ）の前記側面（ＫＳ．ｍ，Ｋ．ｍ）が、内部反射するよう形成され前記光軸（ＯＡ）に沿って互いに間隔があけられている、
ことを特徴するワンピース光学素子（ＯＥ）。
【請求項２】
前記円錐台（ＫＳ）の及び前記台形（Ｋ）の前記側面（ＫＳ．ｍ，Ｋ．ｍ）は、内側が鏡面となっている、ことを特徴とする請求項１に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【請求項３】
前記円錐（Ｋ）の開口角は、１８０°より小さく、前記光学素子（ＯＥ）の前記透過性材料から空気への移行のために、全反射の限界角の２倍まで減少されている、ことを特徴とする請求項１に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【請求項４】
回折光学素子が、前記円錐台（ＫＳ）の前記頂面（ＫＳ．ｐ）上に位置しており、前記回折光学素子の透過関数は、前記光学素子（ＯＥ）を通る光線経路に沿った超短波レーザーパルスの郡速度分散が最小化されるように選択されている、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【請求項５】
前記回折光学素子の前記透過関数は、前記郡速度分散、及び、前記光学素子（ＯＥ）を通り前記光線経路に沿った超短波レーザーパルスの高次分散が最小化されるように選択されている、ことを特徴とする請求項４に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）を用いてコリメートされた光線（Ｓ）の入力束（ＥＢ）を焦束するための方法であって、
最低放射照度（Ｅ_ｍｉｎ）を超える放射照度が、前記焦点（Ｆ）周りの前記焦点領域内で、前記焦点領域外では全く生じない物理効果のために得られる、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記物理効果は、前記最低放射照度（Ｅ_ｍｉｎ）を超える重合反応に基づくものである、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記物理効果は、前記最低放射照度（Ｅ_ｍｉｎ）を超える光穿孔に基づくものである、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記物理効果は、前記最低放射照度（Ｅ_ｍｉｎ）を超える固体材料の溶融に基づくものである、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の方法を実施するためのシステムであって、前記ワンピース光学素子（ＯＥ）は、入口側において、コリメートされた光で照射される、ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
前記ワンピース光学素子（ＯＥ）は、前記焦点（Ｆ）周りの前記焦点領域と、１より大きい屈折率を有する浸漬液によって繋がっている、ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
光透過保護素子が、前記ワンピース光学素子（ＯＥ）と前記焦点領域との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記保護素子は、交換可能である、ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のほぼコリメートされた光線を焦束するためのワンピース光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光線焦束用の光学素子は、光軸周りのコリメートされた入力光線を回折して、焦点領域中で重なり合う出力光線にするものであり、従来から知られている。従って、比較的広い入射瞳にわたり分布する比較的低い平均入射放射照度を、焦点領域の比較的狭い断面に集中した比較的高い平均出力放射照度に変化させることができる。
【０００３】
特許文献ＵＳ２０１０／０３０９５６６Ａ１には、固体光透過材料からなる少なくとも２つのレフラキシコンを備える光学システムが開示されている。各レフラシキコンは、光軸に沿って互いにセンタリングされかつ反射性を有するように形成された円錐形状の内面及び円錐台形状の外面を有する。
【０００４】
重合反応、光穿孔、固体材料の溶接等の物理効果は、ある最低放射照度を超えるときに引き起されるものであり、従来において、上記光学素子を焦点領域内だけで当該最低放射照度を超えるようにするために使用することが知られている。それによって、材料や生態組織を、焦点領域によって比較的鋭く規定される空間部内で加工することができる。
【０００５】
所定の断面を有する光線の入力束をとても狭い領域に焦束することができる光学素子は、非常に高い放射照度の実現及び非常に正確な処理にとって好都合である。例えば、この目的ために非球面レンズが従来から知られており；幾何光学の理論に基づき、当該レンズは、ある波長の光に対しては、光軸に対して平行なあらゆる入射光線を回折して、非球面レンズの出口側の主平面から焦点距離離れて位置する光軸上の焦点で交差する出力光線にすることができるように形成されている。
【０００６】
しかしながら、波動光学効果を考慮すると、この種のタイプの非球面レンズでも無限小拡張の焦点を達成することはできず、そして、単波長に対しては、それに代わって、基本的には以下の数１のエアリーディスクｄAiryの直径で与えられる有限拡張の焦点となる。
【０００７】
【数１】
2016143057.tif 000003
ここで、λは単色光の波長であり、ｎはレンズの周囲の媒体の屈折率であり、αは非球面レンズの出口側の開口角度の半分である。
【０００８】
従来技術に係るシステム及び方法は、開口数を増加させることにより焦点領域の範囲を減少させていた。入射瞳の断面が同じままであれば、従来技術によるところの開口数の増加は、焦点距離を減少させる、従って、レンズの前面と処理される材料との加工間隙（作業距離）を減少させることによって達成される。従来技術によれば、開口数の増加は、空気よりも高い屈折率を有する浸漬液を、レンズと処理される材料との間で使うことよっても達成される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、従来のシステムよりも、狭い焦点領域、及び／又は、広い加工間隙、及び／又は、処理される材料に対する高い可動性を達成することができ、コンパクトで省スペースなデザインであり、成形（製造）後の調整が省略され又は簡略化される、所定の直径の入射瞳にわたって分布するほぼコリメートされた光を焦束するための光学素子を提供することにある。さらに、本願発明の目的は、前記光学素子を使用するための方法及び当該方法を実施するためのシステムを提供することにある。
【００１０】
本発明の光学素子に関する目的は、請求項１に記載の構成によって達成される。光学素子の使用方法に関する目的は、請求項５に記載の構成によって達成される。前記方法を実施するためのシステムに関する目的は、請求項９に記載の構成によって達成される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態は、従属クレームの内容によって得られる。
【００１２】
光軸周りのほぼコリメートされた光線の入力束を焦点領域に焦束するためのワンピース光学素子は、入口側が、光入口の方を向く頂面を有し光軸に対してセンタリングされた円錐台によって境界付けられ、出口側が、光出口の方を向く光軸上の円錐頂を有し、周りに回転対称非球境界面が設けられた円錐によって境界付けられている。この円錐は、上記円錐台と相補的な円錐として形成されている。非球境界面は、光学素子の光出口の後方で光軸上に位置する焦点を有する平凸非球面収束レンズの凸面の部分面として形成されている。光学素子は、光透過材料からなる。円錐台の側面及び円錐の側面は、内部反射するよう形成され、かつ光軸に沿って互いに離されることで、ほぼコリメートされた入力束が円錐の側面の内側から円錐台の内側に向けられる。
【００１３】
円錐台の反射側面及び円錐の反射側面が、光軸に対してほぼコリメートされ該光軸周りに回転対称のガウシアン形状で分布する放射照度を有する光線の入力束を、リング形状で非球境界面に当たる光軸に対してほぼ平行な光線の束に形作る。非球境界面は、このリング形状の光線の束を、該非球境界面に割り当てられている平凸非球面収束レンズの焦点周りにある焦点領域中に集束させる。ここで、焦点面を、焦点を含み該焦点を通る光軸が通過する平面とすると、焦点面における放射照度は焦点に対して回転対称に分布される。
【００１４】
本発明の光学素子の利点は、放射照度分布が従来技術の光学素子のシステムよりも焦点周りに狭く分布されることにある。焦点面における放射照度分布がある所定の最低放射照度を超える領域である有効領域は、従来技術の構成よりも小さい直径を有する円エリアとして形成される。その結果、上記の最低放射照度を超えるときにだけ実質的に生じる物理効果に依存するアプリケーションにおいて、より高い正確性を達成することができる。代わりに、従来技術の構成でも達成することができる有効領域内のより高い放射照度を生じさせることもできる。その結果、これまでは周知のシステムでは達成することができなかったまたは周知のシステムだけでは十分に達成することができなかった物理効果のための最低放射照度を達成することができる。
【００１５】
ワンピース光学素子の更なる利点は、そのコンパクトで省スペースなデザインである。円錐の側面及び円錐台の側面上での反射によってもたらされる光線経路の屈折によって、光軸に沿った構造長をとても小さくすることができる。反射及び屈折境界面の位置は、ワンピース光学素子の設計によって予め決めておくことができるので、成形後の調整が必要なくなる。
【００１６】
ワンピース光学素子の一実施形態では、円錐台の側面及び円錐の側面は内側が鏡面として形成されている。このような鏡面化は、周知の方法で、対費用効果が高くかつ有利に実行することができる。
【００１７】
ワンピース光学素子の一実施形態では、円錐の開口角は、１８０度よりも小さく、光学素子の材料から空気への移行のために、全反射の限界角の二倍まで減少される。光軸に対してほぼコリメートされ円錐の側面に当たる光線の全反射は、円錐の開口角の選択によってもたらされる。円錐の側面の内側から円錐台の側面の内側への全反射は単純な方法でもたらされる。鏡面化境界面よりも低い光損失の光線偏向を、全反射によって達成することができる。それゆえ、本発明のこの実施形態では、とても高い光収量（収率）が達成される。
【００１８】
ワンピース光学素子の一実施形態では、回折光学素子が、円錐台の頂面上に位置している。前記回折光学素子の透過関数は、光学素子を通る光線経路に沿った超短波レーザーパルスの郡速度分散がほぼ最小化されるように選択される。光学的に、前記回折光学素子の透過関数は、さらに、高次分散が前記超短波レーザーパルスに対して最小化されるように選択される。光学素子の焦点領域における前記超短波レーザーパルスのパルス形状の歪み、及び／又は、時間長さは、それによって好適に制限されまたは最小化される。
【００１９】
ワンピース光学素子を用いてほぼコリメートされた入射束を焦束するための方法では、最低放射照度を超える放射照度を、放射照度リミット未満の放射照度ではほぼ完全に現れない物理効果のために、焦点領域内で達成することができる。従って、ほぼ円断面であり従来の方法と比べてとても小さな直径を有する有効領域内でこの物理効果を達成することができる。それによって、とても高い正確性及び／又は分解能を有する処理方法が可能となる。
【００２０】
例えば、物理効果が放射照度リミット以上でほぼ完全に生じ前記放射照度リミット未満ではほぼ生じない重合反応に基づくものとすることができる。照射誘起の重合反応に基づくいわゆる３Ｄプリンティング方法を、それゆえ、本発明の光学素子によってとても高い分解能で好適に実行することができる。
【００２１】
方法の更なる実施形態では、放射照度リミットを越える光穿孔を、処理される材料のとても小さな限られた領域でとても正確に引き起こすことができる。それゆえ、例えば超短波レーザーパルスによるレーザー原位置角膜切開反転術（ＬＡＳＩＫ）における角膜組織またはレンズ組織を分離するといった、レーザー誘起キャビテーションのための従来技術の方法を、とても正確かつ穏やかに実施することができる。しかしながら、レーザー手術のためのその他の多くの従来の方法を、正確性及び分解能を改善して実施することもできる。
【００２２】
方法の追加の実施形態では、固体材料が放射照度リミットを超えて溶解される。例えば、レーザー溶接、レーザー切断といった周知の方法が、とても正確に及び／又はとても狭い溶接継目や溶接接合で可能になる。
【００２３】
本発明の光学素子を用いてほぼコリメートされた光線束を焦束するため方法を実施するためのシステムでは、光学素子が入口側でほぼコリメートされた光で照射される。利用できる対費用効果が高くかつ高い性能のレーザー光源をこの目的のために使用することができる。
【００２４】
このようなシステムの実施形態では、前記光学素子は、出口側において、屈折率が１を超える浸漬液によって繋がっており、当該浸漬液は光学素子の開口数の増加をもたらす。その結果、光学素子の入口側の照射の幾何学性及び放射照度を変化させず、焦点領域の狭窄、及び、それによる焦点面における放射照度の増加、及び／又は、有効領域の断面の減少を達成できる。同様に、焦点領域を変化させず、光線の入力束の断面を増加させることができ、それによってより高い光エネルギーを光学素子に結合させることができ、結果的に焦点面においてより高い放射照度を得ることができる。さらに、焦点領域を変化させず、かつ、入力束の断面を変化させずに、光軸に対して直角な光学素子の広がりを少なくすることができ、従って、より対費用効果が高く、製造がより簡便な光学素子を使用することができる。
【００２５】
このようなシステムの別の実施形態では、光透過保護素子が、本発明の光学素子と焦点領域との間に配置されており；当該保護素子は、とりわけ円錐の出口側の側面や出口側非球境界面において光学素子への汚れや機械的ダメージを好適に防止する。例えば、このような保護素子は、レーザー溶接またはレーザー切断中における光学素子の出口面上での蒸発したまたは噴霧された材料の堆積を防止または減少させることができる。
【００２６】
本発明に係るこの実施形態の追加例では、保護素子が交換可能である。特に、ごみや埃が集中する加工方法において、少ない労力で、汚れた保護素子を、新しいまたは清掃された保護素子に置き換えることができき、また清掃のために取り外すことができる。その結果、実質的に長期に渡り衰えない放射照度を有する加工、及び、同時に、セットアップ時間、メンテナンス期間の短縮を実現することができる。
【００２７】
本発明の実施例は、以下で図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、平凸非球面レンズを通過する光線経路を概略的に示す。
【図２】図２は、焦点領域を通り光軸からの距離に沿った放射照度のプロファイルを概略的に示す。
【図３】図３は、光線焦束用のワンピース光学素子を通る光線経路を概略的に示す。
【００２９】
全図面中で互いに対応する部分には、同じ符号が付されている。
【００３０】
図１は、従来技術に係る光軸ＯＡを有する平凸非球面レンズＬを通る光線Ｓの経路を概略的に示す。光入口ＬＥで光軸ＯＡに対してコリメートされた入射光線の入力束ＥＢは、平凸非球面レンズＬにその凸面Ｌ．ｋ側から入射する。収束出射光線の出力束ＡＢは、平凸非球面レンズＬの平面Ｌ．ｐから光出口ＬＡ側にでる。凸面Ｌ．ｋは、光軸ＯＡに対して回転対称に形成されており、幾何光学の理論によれば、出力光線は、平凸非球面レンズＬの出口側に位置する焦点Ｆ中で交差する。
【００３１】
しかしながら、光の波動性ゆえに考慮すべき回折により、幾何光学の理論に反し、全ての入射光線Ｓにわたり分布する全放射束は、焦点Ｆで集中するのではなく、むしろ焦点面で光軸ＯＡに対して回転対称に分布する。ここで、焦点面は、焦点Ｆを含み該焦点Ｆで光軸ＯＡと直交する平面である。
【００３２】
図２は、焦点面において焦点Ｆを通る仮想線に沿った放射照度の分布を放射照度プロファイルとして概略的に示し、焦点Ｆに対する位置の距離ｘが位置軸Ｘ上にプロットされ、前記距離ｘで測定された放射照度値が放射照度軸Ｅ上にプロットされている。同じ距離であるが焦点Ｆから反対方向にある焦点Ｆを通る仮想線に沿った位置では、符号が反転する。
【００３３】
平凸非球面レンズＬが、図１に概略的に示されるように、コリメートされた光線Ｓの入力束ＥＢで照射され、かつ、当該入力束ＥＢが、光軸ＯＡの周りに回転対称のガウシアン放射照度分布を有するのであれば、焦点面では、放射照度分布は、光軸ＯＡ周りに回転対称になり、かつ、放射照度プロファイルＥ_Ｌは、２つのゼロ点によって囲まれる位置ｘ＝０、即ち焦点Ｆの位置で最大となる。放射照度分布の光軸ＯＡに対する回転対称性から、放射照度プロファイルＥ_Ｌは位置ｘ＝０を通る垂線に対して鏡面対称の曲線となる。
【００３４】
ある最低放射照度Ｅ_ｍｉｎが、例えば、重合反応（ポリメライゼーション）、光穿孔（光パーフォレーション）、材料の溶融といったある特定の物理効果を達成するために必要な場合、この物理効果は、焦点面にて、半径が距離値ｘ_Ｌ_ｍｉｎによって与えられる光軸ＯＡ周りの有効円内だけで達成される。なお、放射照度プロファイルＥ_Ｌによれば、距離が当該距離値のときに放射照度がちょうど最低放射照度Ｅ_ｍｉｎとなる。
【００３５】
放射照度プロファイルＥ_Ｌの、焦点Ｆにおける最大値を囲む二つのゼロ点の位置は、平凸非球面レンズＬの開口数によって決定される。開口数の増加はこの二つのゼロ点をより近付け、放射照度プロファイルＥ_Ｌ下の面積としての全放射電力は変化しないので、それゆえ、より高い最大値及びこの最大値周りの急傾斜をもたらす。従来のシステム及び方法では、それゆえ、物理効果を実施するためのより高い最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを得るために、及び／又は、物理効果を実施しているときの正確性を改善するためには、平凸非球面レンズＬの開口数の増加を試みていた。
【００３６】
図３は、光軸ＯＡに対して回転対称に形成されたワンピース光学素子ＯＥを通る光線経路を概略的に示す。入口側では、光学素子ＯＥは、平頂面ＫＳ．ｐまでのびる円錐側面ＫＳ．ｍを有する円錐台ＫＳによって境界付けられている。円錐側面ＫＳ．ｍは、内側が鏡面として形成されており、光学素子ＯＥの内部から円錐側面ＫＳ．ｍに当たる光線Ｓが反射されるようになっている。平頂面ＫＳ．ｐは、入口側の方を向いており、光軸ＯＡに対してセンタリングされかつ垂直に配向されている。平頂面ＫＳ．ｐは、光学素子ＯＥの入口ポートとなる。
【００３７】
出口側では、光学素子ＯＥは、その円錐頂が光軸ＯＡ上にありかつ出口側の方を向く中央円錐Ｋによって境界付けられている。円錐Ｋは、円錐台ＫＳと相補的な円錐として形成されている；言い換えると：円錐Ｋは、円錐台ＫＳを完成させて完全な円錐Ｋを形成する。円錐Ｋの側面Ｋ．ｍは内側が鏡面として形成されており、光学素子ＯＥの内部から側面Ｋ．ｍに当たる光線Ｓは反射される。
【００３８】
円錐Ｋの及び円錐台ＫＳの側面Ｋ．ｍ、ＫＳ．ｍの鏡面化に代わる代替案として、光学素子ＯＥの材質の屈折率にもよるが、円錐Ｋの、従って円錐台ＫＳの開口角を、円錐Ｋの側面Ｋ．ｍの内側での及び円錐台ＫＳの側面ＫＳ．ｍの内側での光線Ｓの反射が全反射で生じるように、選択することもできる。
【００３９】
出口側では、光学素子ＯＥは、光軸ＯＡに対して回転対称であり円錐Ｋを縁取りこれを囲む非球境界面ＡＧによってさらに境界付られている。非球境界面ＡＧのエリア、即ち円錐Ｋの外側では、光学素子ＯＥの出口側境界面は、その出口側の焦点が光軸ＯＡ上にある仮想平凸非球面レンズＬの凸エリアＬ．ｋと一致している。
【００４０】
光学素子ＯＥへの入光及び／又は光学素子ＯＥからの出光の際における透過ロスを抑えるために、平頂面ＫＳ．ｐ及び／又は非球境界面ＡＧを、反射防止性を有するように構成することもできる。
【００４１】
光学素子ＯＥを通る光線経路が以下で説明される。光軸ＯＡに対してコリメートされ、円形断面を有する光線Ｓの入力束ＥＢは、方向の変化なしに平頂面ＫＳ．ｐを通過し、円錐Ｋの側面Ｋ．ｍ上にて内側に反射される。光軸ＯＡに対する側面Ｋ．ｍの傾斜ゆえに、側面Ｋ．ｍで反射した後の光線束は、光軸ＯＡ対して同心状のリング形状断面を有し、このリング形状断面を有する光リングＬＲの内径及び外径は、光線経路の方向に、即ち円錐台ＫＳの側面ＫＳ．ｍへの方向に均一に広がる。
【００４２】
円錐Ｋは円錐台ＫＳと相補的な円錐を形成するので、拡大された光リングＬＲは、光軸ＯＡに対して平行なコリメートされた光線Ｓが円錐Ｋの側面Ｋ．ｍの内側に当たるときと同じ入射角で、円錐台ＫＳの側面ＫＳ．ｍの内側に当たる。結果的に、拡大された光リングＬＲは側面ＫＳ．ｍの内側で反射されて、光軸ＯＡに対してコリメートされリング形状断面を有する非球境界面ＡＧの方向への光線Ｓの束になる。それゆえ、この反射された光リングＬＲ‘は、そのリング形状断面が変化しないまま、非球境界面ＡＧに当たる。
【００４３】
非球境界面ＡＧは回転対称に湾曲しており、幾何光学の理論に基づけば、光軸ＯＡに対してコリメートされた入射光線Ｓは出口側の焦点Ｆに当っていく。
【００４４】
実際、ここでの結果もまた、光の屈曲ゆえに、焦点面における放射照度の分布は、無限小焦点Ｆに集中するのではなくこれを回転対称に超える。図２は、本発明の光学素子ＯＥによって得られた放射照度プロファイルＥ_ＯＥを示し、加えて、ビーム拡大用のアキシコンを用いない従来技術に係る平凸非球面レンズＬの放射照度プロファイルＥ_Ｌを示す。ここで、両者は同じ開口数を有している。
【００４５】
図２から明らかな通り、光学素子ＯＥによって得られる放射照度プロファイルＥ_ＯＥの中央最大部、即ち、最大値を囲む二つの最小値であるゼロ点間の領域は、従来技術の放射照度プロファイルＥ_Ｌの中央最大部よりも狭い。とりわけ、光学素子ＯＥによって形成された光線による所定の最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを超える領域もより狭く、半径が距離値ｘ_ＯＥ_ｍｉｎによって与えられる光軸ＯＡ周りの円となる。なお、放射照度プロファイルＥ_ＯＥによれば、当該距離値において放射照度がちょうど最低放射照度Ｅ_ｍｉｎとなる。
【００４６】
従って、ワークピースや材料の加工が、このような所定の最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを超えるときだけ引き起こされる物理効果に基づくときには、より正確な加工のためには、従来技術では、開口数を増加させなければならずしかも否定的な効果を伴うものであったが、光学素子ＯＥを用いればより正確な加工を開口数の増加なしに好適に実現することができる。
【００４７】
光軸ＯＡに対して、正確にコリメートされた光線Ｓだけでなく、例えば５度未満で、わずかに発散または収束した、即ちわずかに傾斜した光線Ｓからなる入力束ＥＢによっても、放射照度プロファイルが、とりわけ中央最大部の高さ及び幅に関して放射照度プロファイルＥ_ＯＥの図示された曲線と基本的に類似したものとなるのは、当業者にとって自明である。従って、光学素子ＯＥを、正確にコリメートされていない光源に対しても用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ  光線
Ｌ  平凸非球面レンズ
Ｌ．ｐ  平凸非球面レンズの平面
Ｌ．ｋ  平凸非球面レンズの凸面
ＯＡ  光軸
ＥＢ  入力束
ＡＢ  出力束
ＬＥ  光入口
ＬＡ  光出口
Ｆ  焦点
Ｘ  位置軸
Ｅ  放射照度軸
Ｅ_Ｌ  平凸非球面レンズの放射照度プロファイル
Ｅ_ＯＥ  光学素子の放射照度プロファイル
Ｅ_ｍｉｎ  最低放射照度
ＯＥ  光学素子
ＫＳ  円錐台
ＫＳ．ｍ  円錐台の側面
ＫＳ．ｐ  円錐台の頂面
Ｋ  円錐
Ｋ．ｍ  円錐の側面
ＡＧ  非球境界面
ＬＲ，ＬＲ‘  光リング
【図１】
2016143057.tif 000004
【図２】
2016143057.tif 000005
【図３】
2016143057.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月30日(2016.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
回折光学素子が、前記円錐台（ＫＳ）の前記頂面（ＫＳ．ｐ）上に位置しており、前記回折光学素子の透過関数は、前記光学素子（ＯＥ）を通る光線経路に沿った超短レーザーパルスの群速度分散が最小化されるように選択されている、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記回折光学素子の前記透過関数は、前記群速度分散、及び、前記光学素子（ＯＥ）を通り前記光線経路に沿った超短レーザーパルスの高次分散が最小化されるように選択されている、ことを特徴とする請求項４に記載のワンピース光学素子（ＯＥ）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ワンピース光学素子の一実施形態では、回折光学素子が、円錐台の頂面上に位置している。前記回折光学素子の透過関数は、光学素子を通る光線経路に沿った超短レーザーパルスの群速度分散がほぼ最小化されるように選択される。光学的に、前記回折光学素子の透過関数は、さらに、高次分散が前記超短レーザーパルスに対して最小化されるように選択される。光学素子の焦点領域における前記超短レーザーパルスのパルス形状の歪み、及び／又は、時間長さは、それによって好適に制限されまたは最小化される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
方法の更なる実施形態では、放射照度リミットを越える光穿孔を、処理される材料のとても小さな限られた領域でとても正確に引き起こすことができる。それゆえ、例えば超短レーザーパルスによるレーザー原位置角膜切開反転術（ＬＡＳＩＫ）における角膜組織またはレンズ組織を分離するといった、レーザー誘起キャビテーションのための従来技術の方法を、とても正確かつ穏やかに実施することができる。しかしながら、レーザー手術のためのその他の多くの従来の方法を、正確性及び分解能を改善して実施することもできる。
【外国語明細書】
2016143057000001.pdf