JPS6125120A - レ−ザ−ビ−ム結像光学系 - Google Patents
レ−ザ−ビ−ム結像光学系Info
- Publication number
- JPS6125120A JPS6125120A JP14618084A JP14618084A JPS6125120A JP S6125120 A JPS6125120 A JP S6125120A JP 14618084 A JP14618084 A JP 14618084A JP 14618084 A JP14618084 A JP 14618084A JP S6125120 A JPS6125120 A JP S6125120A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- diameter
- beam diameter
- optical system
- waist
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、結像ビーム径を可変にするレーザービーム結
像光学系に関するものである。
像光学系に関するものである。
レーザービームの結像ビーム径は、例えばプリッタ等種
々の用途によっては変更を要することがある。従来の結
像ビーム径を可変にするレーザービーム結像光学系は、
通常では光源側のビームエキスパンダと結像側の結像レ
ンズから成っている。例えば第１図（ａ）に示すように
、レーザー光源１から出射したレーザービームＢは、凸
レンズ２．３から成るビームエキスパンダＬ１によりビ
ーム径を拡大し、結像レンズ４により結像面Ｓに結像す
る。
々の用途によっては変更を要することがある。従来の結
像ビーム径を可変にするレーザービーム結像光学系は、
通常では光源側のビームエキスパンダと結像側の結像レ
ンズから成っている。例えば第１図（ａ）に示すように
、レーザー光源１から出射したレーザービームＢは、凸
レンズ２．３から成るビームエキスパンダＬ１によりビ
ーム径を拡大し、結像レンズ４により結像面Ｓに結像す
る。
通常のガスレーザー等によるビームはＴＥＭｏ。
モードであり、その強度分布はガウス強度分布を有して
おり、その強度分布が中心強度の１／ｅ２となる径をも
ってビームの大きさとしている。レンズの口径が入射ビ
ーム径りの２倍以上あると仮定すると、このときのビー
ム径ｄは、 ｄ＝ （４／π） ・ ＦＮｏ争 入 ・・
・（１）で表される。ここで、入は入射レーザービーム
の波長、ＦＮｏはレンズのＦ値であり、ｆをレンズの焦
点距離とすると、ＦＮｏはｆ／Ｄであり、（１）式を書
き直すと次式になる。
おり、その強度分布が中心強度の１／ｅ２となる径をも
ってビームの大きさとしている。レンズの口径が入射ビ
ーム径りの２倍以上あると仮定すると、このときのビー
ム径ｄは、 ｄ＝ （４／π） ・ ＦＮｏ争 入 ・・
・（１）で表される。ここで、入は入射レーザービーム
の波長、ＦＮｏはレンズのＦ値であり、ｆをレンズの焦
点距離とすると、ＦＮｏはｆ／Ｄであり、（１）式を書
き直すと次式になる。
Ｄ・ｄ＝（４／π）・ｆ・入 ・・・（１）′ビーム
を光学系で結像するとき、最小径になるところをビーム
ウェストと呼んでいる。いまｔ！ｉ４２図において、Ｗ
ａを入射ビームウェスト、ｗｂを出射ビームウェスト、
Ｆ’、Ｆをそれぞれ凸レンズ５の前側焦点位置、後側焦
点位置とする。ここで、前側焦点位置Ｆ′にビームウェ
ストＷａをおくと、後側焦点位置Ｆにビームウェスｈｗ
ｂが結像する。
を光学系で結像するとき、最小径になるところをビーム
ウェストと呼んでいる。いまｔ！ｉ４２図において、Ｗ
ａを入射ビームウェスト、ｗｂを出射ビームウェスト、
Ｆ’、Ｆをそれぞれ凸レンズ５の前側焦点位置、後側焦
点位置とする。ここで、前側焦点位置Ｆ′にビームウェ
ストＷａをおくと、後側焦点位置Ｆにビームウェスｈｗ
ｂが結像する。
Ｄ（Ｗａ） 、 Ｄ（Ｗｂ）をそれぞれビームウェスト
Ｗａ、ビームウェストｗｂの位置のビーム径とすると、
（１）′式を基に（２）式が得られる。
Ｗａ、ビームウェストｗｂの位置のビーム径とすると、
（１）′式を基に（２）式が得られる。
Ｄ（Ｗａ）−Ｄ（Ｗｂ） ＝ （４／π） ”、ｆ−λ
・（’２）第１図（ａ）において、凸レンズ３の焦点距
離をｆ３、前側焦点位置のビームウェス）Ｗｈのビーム
径をＤ（Ｗｂ） 、後側ビームウェストＷｉの径をＤ（
Ｗｉ）、結像レンズ４の焦点距離をｆ４とし、凸レンズ
４の後側焦点位置、つまり焦点面Ｓのビームウェストｖ
ｊにおけるビーム径をＤ（Ｗｊ）とすると、（２）式に
より、 Ｄ（Ｗｂ） ・Ｄ（Ｗｉ） ＝ （４／π） ・ｆ３・
入Ｄ（Ｗｉ） Ｄ（Ｗｊ） ＝ （４／π） ・ｆ４
・入、°、 ロ（Ｗｊ） ／Ｄ（Ｗｈ） ＝ｆ
４／ｆ３ −（３）となり１１両凸レンズ
３．４の焦点距離ｆ３、ｆ４の比によりビーム径Ｄ（Ｗ
ｂ）がＩ）（Ｗｊ）に変換されることになる８、ここで
、凸レンズ３を＃１１図（ｂ）に示す焦点距離が異なる
凸レンズ３′を有するビームエキスパンダし２に変える
と、ビーム径口（ＷＤも変化する。即ち、凸レンズ３゛
の焦点距離をｆ３’ とすると、（３）式よりＤ（Ｗｊ
） ／Ｄ（Ｗｂ） ＝ｆ４／ｆ３’ となり、ｆ３°
＜ｆ３であるエキスパンダＬ２に変更することにより、
焦点面Ｓにおけるビーム径Ｄ（Ｗｊ）は大きくなること
が判る。
・（’２）第１図（ａ）において、凸レンズ３の焦点距
離をｆ３、前側焦点位置のビームウェス）Ｗｈのビーム
径をＤ（Ｗｂ） 、後側ビームウェストＷｉの径をＤ（
Ｗｉ）、結像レンズ４の焦点距離をｆ４とし、凸レンズ
４の後側焦点位置、つまり焦点面Ｓのビームウェストｖ
ｊにおけるビーム径をＤ（Ｗｊ）とすると、（２）式に
より、 Ｄ（Ｗｂ） ・Ｄ（Ｗｉ） ＝ （４／π） ・ｆ３・
入Ｄ（Ｗｉ） Ｄ（Ｗｊ） ＝ （４／π） ・ｆ４
・入、°、 ロ（Ｗｊ） ／Ｄ（Ｗｈ） ＝ｆ
４／ｆ３ −（３）となり１１両凸レンズ
３．４の焦点距離ｆ３、ｆ４の比によりビーム径Ｄ（Ｗ
ｂ）がＩ）（Ｗｊ）に変換されることになる８、ここで
、凸レンズ３を＃１１図（ｂ）に示す焦点距離が異なる
凸レンズ３′を有するビームエキスパンダし２に変える
と、ビーム径口（ＷＤも変化する。即ち、凸レンズ３゛
の焦点距離をｆ３’ とすると、（３）式よりＤ（Ｗｊ
） ／Ｄ（Ｗｂ） ＝ｆ４／ｆ３’ となり、ｆ３°
＜ｆ３であるエキスパンダＬ２に変更することにより、
焦点面Ｓにおけるビーム径Ｄ（Ｗｊ）は大きくなること
が判る。
このように従来装置においては、ビームエキスパンダを
交換することにより焦点面Ｓにおけるビーム径を変える
ようにしているが、エキスパンダを交換しなければなら
ないために、偏心精度が悪くなり再現性に不満が残る。
交換することにより焦点面Ｓにおけるビーム径を変える
ようにしているが、エキスパンダを交換しなければなら
ないために、偏心精度が悪くなり再現性に不満が残る。
本発明の目的は、上述の欠点を解決し、エキスパンダを
交換せずに結像ビーム径を変化させることができるレー
ザービーム結像光学系を提供することにあり、その要旨
は、結像ビーム径を可変とするレーザービーム結像光学
系において、光軸方向に移動可能なビーム径調整用レン
ズと、該レンズの後方に配置した固定の変倍光学系とか
ら成ることを特徴とするものである。
交換せずに結像ビーム径を変化させることができるレー
ザービーム結像光学系を提供することにあり、その要旨
は、結像ビーム径を可変とするレーザービーム結像光学
系において、光軸方向に移動可能なビーム径調整用レン
ズと、該レンズの後方に配置した固定の変倍光学系とか
ら成ることを特徴とするものである。
実施例を説明するに先立ち、第２図、第３図によりビー
ムウェストの焦点位置からのずれの影響について述べる
ことにする。いまｗ４２図に示すように、ビームウェス
トＷａの位置が前側焦点Ｆ゛から距離Ｘずれると、ビー
ム径、焦点距離ｆＫよってビームウェストｗｂの結像位
置が検測焦点Ｆから距離Ｘ°変化することになる。第３
図はこのビームウェス）Ｗａが焦点位置Ｆ′から距離Ｘ
ずれた場合の入射ビームウェストＷａ、出射ビームウェ
ストｗｂの位置関係を示しており、凸レンズ５の焦点距
離ｆを５０ｍｍとしている０通常の幾何光学的条件が成
立する場合にはｘｓｘ’ ＝−ｆ２の関係があり、第３
図はＤ（Ｗａ） ＝ Ｏ、ｌ ｍｍ、 Ｄ（Ｗａ）＝Ｏ
，１２ｍｍの２つの場合について、ずれ量ｘ＋ｘ’の関
係をグラフ化している。
ムウェストの焦点位置からのずれの影響について述べる
ことにする。いまｗ４２図に示すように、ビームウェス
トＷａの位置が前側焦点Ｆ゛から距離Ｘずれると、ビー
ム径、焦点距離ｆＫよってビームウェストｗｂの結像位
置が検測焦点Ｆから距離Ｘ°変化することになる。第３
図はこのビームウェス）Ｗａが焦点位置Ｆ′から距離Ｘ
ずれた場合の入射ビームウェストＷａ、出射ビームウェ
ストｗｂの位置関係を示しており、凸レンズ５の焦点距
離ｆを５０ｍｍとしている０通常の幾何光学的条件が成
立する場合にはｘｓｘ’ ＝−ｆ２の関係があり、第３
図はＤ（Ｗａ） ＝ Ｏ、ｌ ｍｍ、 Ｄ（Ｗａ）＝Ｏ
，１２ｍｍの２つの場合について、ずれ量ｘ＋ｘ’の関
係をグラフ化している。
第３図からＤ（％ｌａ） ＝ ０ 、１ ｍｍの場合に
ずれ量ｘ十ｘ’が同一の値となる幾つかのＸの値を見出
すこと、ができる、つまり、凸レンズ５をその光軸に沿
ってＸだけ移動する場合に、ビームウェストｗｂの位置
が同一となり得る移動量Ｘが複数個存在することになる
０例えば、ｘ＝８０ｍｍとＸ＝２０ｍｍは共にｘ＋ｘ’
が１１０ｍｍであり、Ｘが８０ｍｍであっても２０ｍｍ
であってもど一ムウエストｗｂはｘ＋ｘ’ ＝ ｌ ｌ
０ｍｎ１７）位置になる。しかしながら、ビームウェ
ストｗｂのビーム径Ｄ（Ｗｂ）は異なる値をとり、入射
側ウェス）Ｗａの径Ｄ（ｌｌａ） ＝ Ｏ、ｌ ｍｍに
対して、出射側ビームウェストｗｂではビーム径は例え
ばそれぞれＤ（Ｗｂ）＝０．０６２ｍｍ、ｌｌ（Ｗｂ）
＝０．２１２となり、。
ずれ量ｘ十ｘ’が同一の値となる幾つかのＸの値を見出
すこと、ができる、つまり、凸レンズ５をその光軸に沿
ってＸだけ移動する場合に、ビームウェストｗｂの位置
が同一となり得る移動量Ｘが複数個存在することになる
０例えば、ｘ＝８０ｍｍとＸ＝２０ｍｍは共にｘ＋ｘ’
が１１０ｍｍであり、Ｘが８０ｍｍであっても２０ｍｍ
であってもど一ムウエストｗｂはｘ＋ｘ’ ＝ ｌ ｌ
０ｍｎ１７）位置になる。しかしながら、ビームウェ
ストｗｂのビーム径Ｄ（Ｗｂ）は異なる値をとり、入射
側ウェス）Ｗａの径Ｄ（ｌｌａ） ＝ Ｏ、ｌ ｍｍに
対して、出射側ビームウェストｗｂではビーム径は例え
ばそれぞれＤ（Ｗｂ）＝０．０６２ｍｍ、ｌｌ（Ｗｂ）
＝０．２１２となり、。
変倍比が０．２１２１０．０６２＝３．４倍となる。
上述の前提を基に本発明を第４図に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
レーザー光源１１から出射したレーザービームＢは、光
軸０に沿って順次に凸レンズ１２．１３．１４．１５を
経て焦点面Ｓに結像する。ここで、凸レンズ１２はビー
ム径調整用レンズ、凸＋ｚンズ１３．１４はビームエキ
−スパツタを構成し、凸レンズ１５は結像レンズの役割
を果している。
軸０に沿って順次に凸レンズ１２．１３．１４．１５を
経て焦点面Ｓに結像する。ここで、凸レンズ１２はビー
ム径調整用レンズ、凸＋ｚンズ１３．１４はビームエキ
−スパツタを構成し、凸レンズ１５は結像レンズの役割
を果している。
焦点面ＳにおけるビームウェストＷｒのビーム径Ｄ（Ｗ
ｒ）は、（３）式で明らかなように凸レンズ１３の後側
焦点であるビームウェストＷｓのビーム径Ｄ（Ｗｓ）に
依存する。同様にして（２）式から明らかなように、ビ
ーム径Ｄ（Ｗｓ）は凸レンズ１３の前側焦点であるビー
ムウェストＷｔのビーム径Ｄ（Ｗｔ）により定まること
になる。従って、ビーム径Ｗ（Ｗｔ）の大きさを変えれ
ば焦点面Ｓにおけるビーム径Ｄ（Ｗｒ）を変えることが
できる。
ｒ）は、（３）式で明らかなように凸レンズ１３の後側
焦点であるビームウェストＷｓのビーム径Ｄ（Ｗｓ）に
依存する。同様にして（２）式から明らかなように、ビ
ーム径Ｄ（Ｗｓ）は凸レンズ１３の前側焦点であるビー
ムウェストＷｔのビーム径Ｄ（Ｗｔ）により定まること
になる。従って、ビーム径Ｗ（Ｗｔ）の大きさを変えれ
ば焦点面Ｓにおけるビーム径Ｄ（Ｗｒ）を変えることが
できる。
本発明では、第２図、第３図において説明したビームウ
ェストと焦点位置とのずれによる変倍を積極的に利用し
て、ビームウェストＷｔにおけるビーム径ｎ（ｗｔ）の
大きさを可変しようとするものであり、その意図のため
に凸レンズ１２は光軸Ｏに沿って移動し得るようになっ
ている。
ェストと焦点位置とのずれによる変倍を積極的に利用し
て、ビームウェストＷｔにおけるビーム径ｎ（ｗｔ）の
大きさを可変しようとするものであり、その意図のため
に凸レンズ１２は光軸Ｏに沿って移動し得るようになっ
ている。
例えば、凸レンズ１２を先の第３図のグラフ図から求ま
るような成る定められたレンズ１２°の位置に移動して
も、ビームウェス）Ｗｔの位置は移動することなく、こ
てに形成されるレーザビームＢのビーム径Ｄ（Ｗｔ）は
、元の位置の場合に比較して成る定められた倍率で変倍
されることになる。
るような成る定められたレンズ１２°の位置に移動して
も、ビームウェス）Ｗｔの位置は移動することなく、こ
てに形成されるレーザビームＢのビーム径Ｄ（Ｗｔ）は
、元の位置の場合に比較して成る定められた倍率で変倍
されることになる。
このようにしてビーム径調整用レンズの移動のみで、結
像ビーム径を変倍することが可能となる。なお実施例に
おいては、主としてビームエキスパンダを用いた場合に
ついて説明したが、ビーム径を縮小するビームコンプレ
ッサを利用した場合も考え方は同様である。また、ビー
ム径調整用レンズは単レンズとしているが、複数枚のレ
ンズから構成してもよいことは勿論である。
像ビーム径を変倍することが可能となる。なお実施例に
おいては、主としてビームエキスパンダを用いた場合に
ついて説明したが、ビーム径を縮小するビームコンプレ
ッサを利用した場合も考え方は同様である。また、ビー
ム径調整用レンズは単レンズとしているが、複数枚のレ
ンズから構成してもよいことは勿論である。
以上説明したように本発明に係るレーザービーム結像光
学系は、ビーム径調整用レンズを光軸に沿って移動する
だけで、結像ビーム径を変倍することが可能となり、機
構的にも極めて簡素であり、従来のビームエキスパンダ
の交換のような偏心の虞れもなく高精度の結像ビームが
得られる。
学系は、ビーム径調整用レンズを光軸に沿って移動する
だけで、結像ビーム径を変倍することが可能となり、機
構的にも極めて簡素であり、従来のビームエキスパンダ
の交換のような偏心の虞れもなく高精度の結像ビームが
得られる。
第１図体（ａ） 、 （ｂ）は結像ビーム径を可変する
光学系の説明図、第２図はビームウェストを焦点位置か
らずらした場合の結像関係の説明図、第３図はビーｂ。 ウェストの焦点位置からのずれと結像位置との関係のグ
ラフ図、第４図は本発明に係るレーザービーム結像光学
系の一実施例を示す構成は凸レンズである。 特許出願人 キャノン株式会社 第１図 第２図
光学系の説明図、第２図はビームウェストを焦点位置か
らずらした場合の結像関係の説明図、第３図はビーｂ。 ウェストの焦点位置からのずれと結像位置との関係のグ
ラフ図、第４図は本発明に係るレーザービーム結像光学
系の一実施例を示す構成は凸レンズである。 特許出願人 キャノン株式会社 第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、結像ビーム径を可変とするレーザービーム結像光学
系において、光軸方向に移動可能なビーム径調整用レン
ズと、該レンズの後方に配置した固定の変倍光学系とか
ら成ることを特徴とするレーザービーム結像光学系。 ２、前記ビーム径調整用レンズの移動量は、該レンズに
より形成される後方ビームウェストの位置が変化しない
所定の距離とした特許請求の範囲第１項に記載のレーザ
ービーム結像光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14618084A JPS6125120A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14618084A JPS6125120A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6125120A true JPS6125120A (ja) | 1986-02-04 |
| JPH0439647B2 JPH0439647B2 (ja) | 1992-06-30 |
Family
ID=15401942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14618084A Granted JPS6125120A (ja) | 1984-07-14 | 1984-07-14 | レ−ザ−ビ−ム結像光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6125120A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63135915A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Toshiba Corp | レ−ザ光伝送路 |
| US5040886A (en) * | 1990-01-31 | 1991-08-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Matching optics for gaussian beams |
| US5442487A (en) * | 1990-04-12 | 1995-08-15 | Nidek Co., Ltd. | Ophthalmic photocoagulating apparatus using a laser diode and a lens system for the apparatus |
| JP2022539890A (ja) * | 2019-07-08 | 2022-09-13 | フラウンホーファー－ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン | マルチチャネル光学機械アドレス指定部 |
-
1984
- 1984-07-14 JP JP14618084A patent/JPS6125120A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63135915A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Toshiba Corp | レ−ザ光伝送路 |
| US5040886A (en) * | 1990-01-31 | 1991-08-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Matching optics for gaussian beams |
| US5442487A (en) * | 1990-04-12 | 1995-08-15 | Nidek Co., Ltd. | Ophthalmic photocoagulating apparatus using a laser diode and a lens system for the apparatus |
| JP2022539890A (ja) * | 2019-07-08 | 2022-09-13 | フラウンホーファー－ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン | マルチチャネル光学機械アドレス指定部 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0439647B2 (ja) | 1992-06-30 |
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