(57)【要約】【課題】本発明は、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ変換後の強度分布形状も良好なものが得られる光強度変換素子を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の光強度変換素子は、入射光４が入射する第１の光学面２において前記入射光４の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、出射光５が出射する第２の光学面３において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面２と第２の光学面３の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面２の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面３の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．６×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成したものである。【選択図】図１
2009236993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガウス型強度分布を有する入射光を略矩形状の強度分布を有する出射光に変換する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、前記第２の光学面において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成した光強度変換素子。
【請求項２】
入射光の強度分布を変換して出射光を出射する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ1、前記第２の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ2としたときに、Ｋ1＝Ｋ2＝０を満足するように構成した光強度変換素子。
【請求項３】
第１の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣA、第２の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣBとしたときに、ＣAおよびＣBをいずれも正の数とした請求項２記載の光強度変換素子。
【請求項４】
ガウス型強度分布を有する入射光の強度分布を変換して出射光を得る光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径としたときに、前記第１の光学面の開口径を入射光径の１．２倍以上とした光強度変換素子。
【請求項５】
ガウス型強度分布を有する入射光を中央部よりも外周部の強度分布を強くした出射光に変換する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、前記第２の光学面において入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜０．８を満足するように構成した光強度変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学機器に用いられる光強度変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー光を各種光学機器の光源とする小型で長寿命の半導体レーザーが広く使用されている。この半導体レーザーの出射する光は、光軸の中心部分の強度が最も強く、周囲に向かうにつれて強度が弱まるガウス型強度分布を呈している。このような半導体レーザーをホログラム記録装置やレーザー加工装置に適用する場合、光の強度分布を変換する素子が必要である。ホログラム記録装置に使用する場合には、波面収差が小さく光束内の光の強度がほぼ均一な略矩形状の出射光が得られる光強度変換素子を必要とし、また、レーザー加工装置の場合には、エッジのシャープな加工をするために光束の中央部よりも外周部の強度を強めた出射光が得られる光強度変換素子を必要とするものである。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００３−９８４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来においては、光強度変換素子を用いて強度分布を変換した場合、変換した光束をさらに必要とする光径の光束に変換する必要があった。そのため、光束の光径を変換するための光学素子を別途必要とし、その結果、光学系の小型化を阻害するとともにコストが増加するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光速に変換することができ、かつ変換後の強度分布形状も良好なものが得られる光強度変換素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、ガウス型強度分布を有する入射光を略矩形状の強度分布を有する出射光に変換する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、前記第２の光学面において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成したもので、この構成によれば、入射光が入射する第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、出射光が出射する第２の光学面において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成しているため、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ平坦度の高い矩形形状の強度分布が得られる光強度変換素子を得ることができるという作用効果を有するものである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、入射光の強度分布を変換して出射光を出射する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ1、前記第２の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ2としたときに、Ｋ1＝Ｋ2＝０を満足するように構成したもので、この構成によれば、入射光が入射する第１の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ1、出射光が出射する第２の光学面の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ2としたときに、Ｋ1＝Ｋ2＝０を満足するように構成しているため、電子計算機を用いて非球面係数を計算して光学設計を行う際に、収束性がよく安定したシミュレーションを行うことができ、これにより、収差の少ない光強度変換素子を効率よく設計することができるという作用効果を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣA、第２の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣBとしたときに、ＣAおよびＣBをいずれも正の数としたもので、この構成によれば、第１の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣA、第２の光学面の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣBとしたときに、ＣAおよびＣBをいずれも正の数としているため、変換後に形状のよい強度分布を有する出射光を得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、ガウス型強度分布を有する入射光の強度分布を変換して出射光を得る光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径としたときに、前記第１の光学面の開口径を入射光径の１．２倍以上としたもので、この構成によれば、入射光が入射する第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径としたときに、前記第１の光学面の開口径を入射光径の１．２倍以上としているため、入射光における周辺部の光の散乱等による出射光の強度分布形状に対する影響を実用上ほとんどなくすことができ、これにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、ガウス型強度分布を有する入射光を中央部よりも外周部の強度分布を強くした出射光に変換する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、前記第２の光学面において入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜０．８を満足するように構成したもので、この構成によれば、入射光が入射する第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、出射光が出射する第２の光学面において入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜０．８を満足するように構成しているため、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ外周部の強度が強い光強度分布が得られる光強度変換素子を得ることができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明の光強度変換素子は、ガウス型強度分布を有する入射光を略矩形状の強度分布を有する出射光に変換する光強度変換素子において、前記入射光が入射する第１の光学面と、前記出射光が出射する第２の光学面とを備え、前記第１の光学面において前記入射光の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、前記第２の光学面において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面と第２の光学面の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成しているため、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ平坦度の高い矩形形状の強度分布が得られる光強度変換素子を得ることができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１における光強度変換素子の側面図および光路図である。
【００１５】
図１（ａ）（ｂ）において、１は光強度変換素子で、この光強度変換素子１は、ｄ線に対する屈折率が１．５２、ｄ線に対するアッベ数が６３．５の光学ガラスを加熱加圧成形して作製した光学レンズであり、強度分布を変換すべき光が入射する第１の光学面２と、強度分布が変換された光が出射する第２の光学面３とを備えているものである。４は第１の光学面２に入射する入射光であり、５は第２の光学面３から出射する出射光である。
【００１６】
前記入射光４は半導体レーザーなどのようにガウス型光強度分布を有する光を発する光源（図示せず）から放射された光束で、コリメータ素子（図示せず）により平行光に変換されたものである。この入射光４の光強度分布を図８に示す。図８において、横軸は光軸を原点として光軸に垂直な方向（単位はｍｍ）を表し、縦軸は最大強度を１．０としたときの相対強度である。ガウス型光強度分布を有する光束は光軸上で最大強度を有し、理論上は光軸と垂直な方向に無限に広がる光束であるが、一般的には最大強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）の強度を有する径をガウス型強度分布を有する光の光径として扱う。入射光４における入射光径Ａは２ｍｍである。
【００１７】
そして、第１の光学面２の開口径Ｔは、入射光径Ａの１．５倍の３ｍｍに構成しているもので、このように入射光径Ａに対して第１の光学面２の開口径Ｔを１．５倍とすることにより、入射光径Ａの外側の光がノイズとなって出射光５の強度分布形状に影響するのを抑制することができるが、実用上は入射光径Ａの１．２倍以上とすることにより入射光径Ａの外側の光による影響を十分少なくすることができるものである。
【００１８】
また、第２の光学面３の開口径は、第１の光学面２に入射した入射光４の出射光路を包含するように構成しているものである。
【００１９】
出射光５における出射光径Ｂは、入射光４における入射光径Ａ内の光が第２の光学面３から出射する際の径であり、入射光径Ａの内側の光の光路をたどることにより決定される。
【００２０】
第１の光学面２および第２の光学面３はいずれも非球面式により表される非球面により構成したものであり、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式は、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、以下の（数１）で与えられる。
【００２１】
【数１】
2009236993.tif 000003
【００２２】
ただし、（数１）において、各符号の意味は、以下の通りである。
【００２３】
Ｚ：光軸からの高さがＹの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離
Ｙ：光軸からの高さ
Ｒ：近軸曲率半径
Ｋ：円錐定数
ＣJ：Ｊ次の非球面係数
本発明の実施の形態１における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚Ｌを（表１）に示すように構成したものである。
【００２４】
【表１】
2009236993.tif 000004
【００２５】
ただし、レンズ厚Ｌは光軸上における第１の光学面と第２の光学面との間の距離である。
【００２６】
以上のように構成した光強度変換素子における光の強度分布変換について説明する。
【００２７】
図１（ｃ）は本発明の実施の形態１における光強度変換素子の出射光５の強度分布図である。
【００２８】
図１（ｃ）において、横軸は光軸を原点として光軸に垂直な方向（単位はｍｍ）を表し、縦軸は出射光５における最大強度を１．０としたときの相対強度である。図１（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができたものである。この出射光５の平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下であり、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【００２９】
また、ガウス型強度分布の入射光４を矩形形状の出射光５に変換すると同時に、入射光４の入射光径Ａ＝２ｍｍを１．３２ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に縮小変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは１．４６ｍｍであり、この出射光径Ｂにおける光強度は最大強度の約５０％程度であり、平坦部の径は出射光径Ｂの９０％程度であった。
【００３０】
そしてまた、出射光５の収差として０．０１１λｒｍｓを得ることができた。通常の光学系における収差の要求は０．０７λｒｍｓ以下であり、単一素子における収差の要求は０．０４λｒｍｓ以下であるため、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成したものである。
【００３１】
入射光４の光径サイズに対する出射光５の光径サイズの拡大倍率または縮小倍率は、入射光径Ａに対する出射光径Ｂの比Ｂ／Ａを目安にすることができるが、この比の調整は、第１の光学面２の近軸曲率半径Ｒ1と第２の光学面３の近軸曲率半径Ｒ2との比Ｒ2／Ｒ1を調整することによって実現できる。そして入射光４の入射光径Ａが与えられ、これに対して必要とする出射光５の出射光径Ｂが与えられたときに、出射光５の強度分布の平坦度はレンズ厚Ｌを調整することにより確保することができた。
【００３２】
ここで、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保するために光強度変換素子１の構成に必要な要件は、入射光４の入射光径Ａと出射光５の出射光径Ｂに対して、第１の光学面２の近軸曲率半径Ｒ1と第２の光学面３の近軸曲率半径Ｒ2とレンズ厚Ｌとを、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することであった。なお、上記本発明の実施の形態１においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝０．８３であった。
【００３３】
そして、第１の光学面２を決定する非球面式の係数と第２の光学面３を決定する非球面式の係数を求める際に、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【００３４】
また、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣA、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣBとしたときに、ＣAおよびＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【００３５】
以上のように本発明の実施の形態１における光強度変換素子は、第１の光学面２において入射光４の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径Ａ、第２の光学面３において前記入射光径Ａ内の光が出射する際の径を出射光径Ｂ、前記第１の光学面２と第２の光学面３の光軸上における距離をＬ、前記第１の光学面２の近軸曲率半径をＲ1、前記第２の光学面３の近軸曲率半径をＲ2としたときに、０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２を満足するように構成しているため、入射光４の強度分布を変換すると同時に入射光４の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ平坦度の高い矩形形状の強度分布が得られる光強度変換素子を得ることができるものである。
【００３６】
また、本発明の実施の形態１における光強度変換素子は、第１の光学面２の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ1、第２の光学面３の形状を表す非球面式における円錐定数をＫ2としたときに、Ｋ1＝Ｋ2＝０を満足するように構成しているため、電子計算機を用いて非球面係数を計算して光学設計を行う際に、収束性がよく安定してシミュレーションを行うことができ、これにより、収差の少ない光強度変換素子を効率よく設計することができるものである。
【００３７】
そしてまた、本発明の実施の形態１における光強度変換素子は、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣA、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数をＣBとしたときに、ＣAおよびＣBをいずれも正の数としているため、変換後に形状のよい強度分布を有する出射光５を得ることができるものである。
【００３８】
さらに、本発明の実施の形態１における光強度変換素子は、第１の光学面２において入射光４の強度が光軸における強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）となる径を入射光径としたときに、前記第１の光学面２の開口径を入射光径の１．２倍以上としているため、入射光４における周辺部の光の散乱等による出射光５の強度分布形状に対する影響を実用上ほとんどなくすことができ、これにより、形状のよい強度分布の出射光５を得ることができるものである。
【００３９】
なお、入射光径の寸法の異なる入射光に対する光強度変換素子の設計は、同倍率の比率で相似拡大または相似縮小することにより得られる。例えば、入射光径が４ｍｍの場合には全ての寸法を２倍に相似拡大すればよい。
【００４０】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
この実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【００４２】
図２（ａ）は本発明の実施の形態２における光強度変換素子の側面図、図２（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図２（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【００４３】
なお、この実施の形態２において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数である。
【００４４】
すなわち、本発明の実施の形態２における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表２）に示すように構成したものである。
【００４５】
【表２】
2009236993.tif 000005
【００４６】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図２（ｃ）に示す。
【００４７】
図２（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができ、そして、この平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下で、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【００４８】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍを１．５ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に縮小変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは１．７０ｍｍであった。
【００４９】
そしてまた、出射光５の収差としては、０．００４λｒｍｓを得ることができ、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成した。
【００５０】
さらに、本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１と同様に、
０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保した。なお、本発明の実施の形態２においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝０．９８であった。
【００５１】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【００５２】
そしてまた、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣAと、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【００５３】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。
【００５４】
この実施の形態３においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【００５５】
図３（ａ）は本発明の実施の形態３における光強度変換素子の側面図、図３（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図３（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【００５６】
なお、この実施の形態３において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数である。
【００５７】
すなわち、本発明の実施の形態３における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表３）に示すように構成したものである。
【００５８】
【表３】
2009236993.tif 000006
【００５９】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図３（ｃ）に示す。
【００６０】
図３（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができ、そして、この平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下で、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【００６１】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍを１．７６ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に縮小変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは２．０ｍｍであった。
【００６２】
そしてまた、出射光５の収差としては、０．００３λｒｍｓを得ることができ、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成した。
【００６３】
さらに、本発明の実施の形態３においては、上記した本発明の実施の形態１と同様に、
０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保した。なお、本発明の実施の形態３においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝１．１４であった。
【００６４】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【００６５】
そしてまた、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣAと、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【００６６】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
この実施の形態４においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【００６８】
図４（ａ）は本発明の実施の形態４における光強度変換素子の側面図、図４（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図４（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【００６９】
なお、この実施の形態４において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚である。
【００７０】
すなわち、本発明の実施の形態４における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表４）に示すように構成したものである。
【００７１】
【表４】
2009236993.tif 000007
【００７２】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図４（ｃ）に示す。
【００７３】
図４（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができ、そして、この平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下で、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【００７４】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍを１．１８ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に縮小変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは１．４０ｍｍであった。
【００７５】
そしてまた、出射光５の収差としては、０．００４λｒｍｓを得ることができ、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成した。
【００７６】
さらに、本発明の実施の形態４においては、上記した本発明の実施の形態１と同様に、
０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保した。なお、本発明の実施の形態４においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝１．１１であった。
【００７７】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【００７８】
そしてまた、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣAと、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【００７９】
（実施の形態５）
以下、実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。
【００８０】
この実施の形態５においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【００８１】
図５（ａ）は本発明の実施の形態５における光強度変換素子の側面図、図５（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図５（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【００８２】
なお、この実施の形態５において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚である。
【００８３】
すなわち、本発明の実施の形態５における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表５）に示すように構成したものである。
【００８４】
【表５】
2009236993.tif 000008
【００８５】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図５（ｃ）に示す。
【００８６】
図５（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができ、そして、この平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下で、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【００８７】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍを２．２ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に拡大変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは２．４０ｍｍであった。
【００８８】
そしてまた、出射光５の収差としては、０．００７λｒｍｓを得ることができ、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成した。
【００８９】
さらに、本発明の実施の形態５においては、上記した本発明の実施の形態１と同様に、
０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保した。なお、本発明の実施の形態５においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝１．０７であった。
【００９０】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【００９１】
そしてまた、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣAと、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【００９２】
（実施の形態６）
以下、実施の形態６について、図面を参照しながら説明する。
【００９３】
この実施の形態６においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【００９４】
図６（ａ）は本発明の実施の形態６における光強度変換素子の側面図、図６（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図６（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【００９５】
なお、この実施の形態６において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚である。
【００９６】
すなわち、本発明の実施の形態６における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表６）に示すように構成したものである。
【００９７】
【表６】
2009236993.tif 000009
【００９８】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図６（ｃ）に示す。
【００９９】
図６（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、頂上部が平坦な矩形形状の強度分布の出射光５を得ることができ、そして、この平坦部の平坦度は、出射光の最大強度に対して５％以下で、平坦度の高い強度変換を実現できた。
【０１００】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍを２．２５ｍｍの平坦部を有する矩形形状の出射光５に拡大変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは２．５０ｍｍであった。
【０１０１】
そしてまた、出射光５の収差としては、０．００７７λｒｍｓを得ることができ、光学系を構成する単一素子としては十分な収差を達成した。
【０１０２】
さらに、本発明の実施の形態６においては、上記した本発明の実施の形態１と同様に、
０．８＜３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜１．２の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布における頂上の平坦度を確保した。なお、本発明の実施の形態６においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝０．９６であった。
【０１０３】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができるとともに、収差を十分小さくすることができた。
【０１０４】
そしてまた、第１の光学面２の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣAと、第２の光学面３の形状を表す非球面式における４次の非球面係数ＣBをいずれも正の数とすることにより、形状のよい強度分布の出射光を得ることができた。
【０１０５】
（実施の形態７）
以下、実施の形態７を用いて、本発明の特に請求項２〜５に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【０１０６】
この実施の形態７においては、上記した本発明の実施の形態１と共通する構成部品については同一番号を付しており、その説明は省略する。
【０１０７】
図７（ａ）は本発明の実施の形態７における光強度変換素子の側面図、図７（ｂ）は同光強度変換素子を通る光の光路図、図７（ｃ）は同光強度変換素子を通過した光の光強度分布図である。
【０１０８】
なお、この実施の形態７において、上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚である。
【０１０９】
すなわち、本発明の実施の形態７における光強度変換素子は、第１の光学面２および第２の光学面３を表す非球面式の各係数およびレンズ厚を（表７）に示すように構成したものである。
【０１１０】
【表７】
2009236993.tif 000010
【０１１１】
以上のように構成した光強度変換素子１における出射光の強度分布図を図７（ｃ）に示す。
【０１１２】
図７（ｃ）に示すように、ガウス型強度分布の入射光４に対して、外周部に鋭いピークを有する出射光５を得ることができた。このような外周部の光強度の強い光束は、加工用レーザー光源として使用する場合に、エッジのシャープな加工をすることが可能になり有用である。
【０１１３】
また、強度分布の変換と同時に、入射光径Ａ＝２ｍｍをφ１．３２ｍｍの出射光５に縮小変換することができた。なお、入射光径Ａ内の光が出射する際に対応する出射光径Ｂは１．４６ｍｍであった。
【０１１４】
そしてまた、本発明の実施の形態７においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＜０．８の関係を満足するように構成することにより、出射光５の強度分布において外周部に鋭いピークを設けることができた。なお、本発明の実施の形態７においては、３．４×（Ａ／Ｌ）・（Ｂ／Ａ）2・（Ｒ1／Ｒ2）＝０．７２であった。
【０１１５】
また、第１の光学面２における円錐定数Ｋ1と第２の光学面３における円錐定数Ｋ2とをＫ1＝Ｋ2＝０とすることにより、シミュレーションの計算を安定的に早く収束させることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る光強度変換素子は、入射光の強度分布を変換すると同時に入射光の光径を所望の光径の光束に変換することができ、かつ平坦度の高い矩形形状の光強度分布を得ることができるという効果を有するものであり、特に各種光学機器に用いることにより有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態１における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態２における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態３における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態４における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態５における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態６における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態７における光強度変換素子の側面図、光路図および出射光の強度分布図
【図８】本発明の実施の形態１〜７において使用する入射光の強度分布図
【符号の説明】
【０１１８】
１  光強度変換素子
２  第１の光学面
３  第２の光学面
４  入射光
５  出射光
【図１】
2009236993.tif 000011
【図２】
2009236993.tif 000012
【図３】
2009236993.tif 000013
【図４】
2009236993.tif 000014
【図５】
2009236993.tif 000015
【図６】
2009236993.tif 000016
【図７】
2009236993.tif 000017
【図８】
2009236993.tif 000018