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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】光学薄膜フィルター及びビームシェーパー
(51)【国際特許分類】
G02B 5/28 20060101AFI20240722BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20240722BHJP
B23K 26/06 20140101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
G02B5/28
H01S3/10 Z
B23K26/06
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020117309
(22)【出願日】2020-07-07
(65)【公開番号】P2022014771
(43)【公開日】2022-01-20
【審査請求日】2023-05-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000219738
【氏名又は名称】東海光学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124420
【弁理士】
【氏名又は名称】園田 清隆
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 宗男
【審査官】横川 美穂
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－１４１６８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３７８６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５３１００８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２７３２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２０８２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公平０７－１０２４７０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００７－０２９９５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１３３５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０７１０５０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／２８
Ｈ０１Ｓ ３／１０
Ｂ２３Ｋ ２６／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、
を備えており、
前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、
前記光学多層膜に入射する前の前記光線の電場の楕円率と、前記光学多層膜により断面強度分布が変換された前記光線の電場の楕円率との変化量である楕円率変化量が、０．５以下である
ことを特徴とする光学薄膜フィルター。
【請求項2】
基材と、
前記基材の表面に形成された光学多層膜と、
を備えており、
前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、
前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、ガウシアン型であり、
前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型である
ことを特徴とする光学薄膜フィルター。
【請求項3】
基材と、
前記基材の表面に形成された光学多層膜と、
を備えており、
前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、
前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型であり、
前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、ドーナツ型である
ことを特徴とする光学薄膜フィルター。
【請求項4】
請求項１ないし請求項３の何れかに記載の光学薄膜フィルターと、１以上のレンズと、
を備えており、
少なくとも１つの前記レンズは、前記光線を屈折して、前記光学薄膜フィルターに対し入射させる
ことを特徴とするビームシェーパー。
【請求項5】
前記光学薄膜フィルター及び１以上の前記レンズのうちの少なくとも何れかが、ケースに入れられていることを特徴とする請求項４に記載のビームシェーパー。
【請求項6】
前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に、ピンホールを有するピンホール板が設けられており、少なくとも１つの前記レンズは、前記ピンホールにおいて前記光線を合焦させる
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のビームシェーパー。
【請求項7】
複数の前記レンズの一部又は全部は、前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に配置されており、前記光線を拡径するものであることを特徴とする請求項４ないし請求項６の何れかに記載のビームシェーパー。
【請求項8】
前記光学薄膜フィルター及び１つの前記レンズに代えて、前記光学多層膜を成膜した１つのレンズが配置されていることを特徴とする請求項４ないし請求項７の何れかに記載のビームシェーパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光線の断面強度分布を変更可能な光学薄膜フィルター及びビームシェーパーに関する。
【背景技術】
【0002】
レーザーから発振されるビームの断面強度分布を変更可能なビームシェーパーとして、特許文献１（特公平７－１０２４７０号公報）に記載されたフィルターが知られている。
このフィルターは、図２に記載されるように、ビームの断面強度分布を、ガウス型分布Ａ（ガウシアン型）から、平坦な強度分布Ｃ（フラットトップ型）に変更するものである。
レーザー加工では、ビームの断面強度分布が、発振直後の一般的な態様であるガウシアン型からフラットトップ型に変更されると、厚板の切断がより円滑に行われることとなる。即ち、ガウシアン型では、切断途中の厚板の加工部分の断面（溶け込み形状）がすり鉢状になり、当該加工部分の所定以上の深さが確保され難く、厚板の切断が途中で進まなくなる。これに対し、フラットトップ型では、溶け込み形状が柱状になり、切断途中の加工部分の深さが確保され、厚板の切断が完了する。
このフィルターは、［００２３］に記載されるように、透光板に膜厚勾配を持たせたり、透明材料に同波長域に吸収スペクトルを有する密度勾配を持たせて含有させた透光板としたり、透明板の表面にアルミニウム等の金属薄膜を真空蒸着等によって膜厚が変化するように形成したりすることにより構成される（アポダイジングフィルター）。
このフィルターは、図２に記載されるように、ビームの断面強度分布を、ガウス型分布Ａ（ガウシアン型）から、平坦な強度分布Ｃ（フラットトップ型）に変更するものである。
レーザー加工では、ビームの断面強度分布が、発振直後の一般的な態様であるガウシアン型からフラットトップ型に変更されると、厚板の切断がより円滑に行われることとなる。即ち、ガウシアン型では、切断途中の厚板の加工部分の断面（溶け込み形状）がすり鉢状になり、当該加工部分の所定以上の深さが確保され難く、厚板の切断が途中で進まなくなる。これに対し、フラットトップ型では、溶け込み形状が柱状になり、切断途中の加工部分の深さが確保され、厚板の切断が完了する。
このフィルターは、［００２３］に記載されるように、透光板に膜厚勾配を持たせたり、透明材料に同波長域に吸収スペクトルを有する密度勾配を持たせて含有させた透光板としたり、透明板の表面にアルミニウム等の金属薄膜を真空蒸着等によって膜厚が変化するように形成したりすることにより構成される（アポダイジングフィルター）。
【0003】
又、同様なフィルターとして、特許文献２（特開２００２－９８９３０号公報）に記載された位相板が知られている。
この位相板は、［００２２］，図２，図３に記載されるように、同心円帯状の膜厚の低い部分を２領域有しており、ガウシアンビームをフラットトップビームに変更する。
この位相板は、［００２２］，図２，図３に記載されるように、同心円帯状の膜厚の低い部分を２領域有しており、ガウシアンビームをフラットトップビームに変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特公平７－１０２４７０号公報
【文献】特開２００２－９８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述の各種のアポダイジングフィルターでは、膜厚又は密度の高低分布が付与されるため、製造時にその分布に応じ調整されたマスクを要する等、製造が複雑になる。
又、上述の各種のアポダイジングフィルターのうち、アルミニウム等の金属薄膜等を用いてビームを部分的に吸収することで断面強度分布を調整するものでは、ビームのエネルギーが吸収により蓄積して、比較的に短寿命となり、特にハイパワーレーザーに対して耐性が低く損傷し易いものとなる。
又、上述の各種のアポダイジングフィルターのうち、アルミニウム等の金属薄膜等を用いてビームを部分的に吸収することで断面強度分布を調整するものでは、ビームのエネルギーが吸収により蓄積して、比較的に短寿命となり、特にハイパワーレーザーに対して耐性が低く損傷し易いものとなる。
【0006】
そこで、本発明の主な目的は、製造を行い易い光学薄膜フィルター，ビームシェーパーを提供することである。
又、本発明の別の主な目的は、長寿命であり、ハイパワーレーザービームの断面強度分布変換が耐久性の高い状態で行える光学薄膜フィルター，ビームシェーパーを提供することである。
又、本発明の別の主な目的は、長寿命であり、ハイパワーレーザービームの断面強度分布変換が耐久性の高い状態で行える光学薄膜フィルター，ビームシェーパーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、光学薄膜フィルターにおいて、基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、を備えており、前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、
前記光学多層膜に入射する前の前記光線の電場の楕円率と、前記光学多層膜により断面強度分布が変換された前記光線の電場の楕円率との変化量である楕円率変化量が、０．５以下であることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、を備えており、前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、ガウシアン型であり、前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、を備えており、前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型であり、前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、ドーナツ型であることを特徴とするものである。
前記光学多層膜に入射する前の前記光線の電場の楕円率と、前記光学多層膜により断面強度分布が変換された前記光線の電場の楕円率との変化量である楕円率変化量が、０．５以下であることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、を備えており、前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、ガウシアン型であり、前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜と、を備えており、前記光学多層膜は、干渉により、自身に入射させる光線の波長において、前記光線の入射角度に応じた透過率である入射角度依存透過率を有するものであり、前記入射角度依存透過率により、前記光学多層膜に屈折させて入射させた前記光線の断面強度分布を変換するものであり、前記光学多層膜に入射する前の前記光線の断面強度分布は、フラットトップ型であり、前記光学多層膜により変換された前記光線の断面強度分布は、ドーナツ型であることを特徴とするものである。
【0008】
上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明は、ビームシェーパーにおいて、上記の光学薄膜フィルターと、１以上のレンズと、を備えており、少なくとも１つの前記レンズは、前記光線を屈折して、前記光学薄膜フィルターに対し入射させることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルター及び１以上の前記レンズのうちの少なくとも何れかが、ケースに入れられていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に、ピンホールを有するピンホール板が設けられており、少なくとも１つの前記レンズは、前記ピンホールにおいて前記光線を合焦させることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、上記発明において、複数の前記レンズの一部又は全部は、前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に配置されており、前記光線を拡径するものであることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルター及び１つの前記レンズに代えて、前記光学多層膜を成膜した１つのレンズが配置されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルター及び１以上の前記レンズのうちの少なくとも何れかが、ケースに入れられていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に、ピンホールを有するピンホール板が設けられており、少なくとも１つの前記レンズは、前記ピンホールにおいて前記光線を合焦させることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、上記発明において、複数の前記レンズの一部又は全部は、前記光学薄膜フィルターより前記光線の上流側に配置されており、前記光線を拡径するものであることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、上記発明において、前記光学薄膜フィルター及び１つの前記レンズに代えて、前記光学多層膜を成膜した１つのレンズが配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
そこで、本発明の主な効果は、製造を行い易い光学薄膜フィルター，ビームシェーパーが提供されることである。
又、本発明の別の主な効果は、長寿命であり、ハイパワーレーザービームの断面強度分布変換が耐久性の高い状態で行える光学薄膜フィルター，ビームシェーパーが提供されることである。
又、本発明の別の主な効果は、長寿命であり、ハイパワーレーザービームの断面強度分布変換が耐久性の高い状態で行える光学薄膜フィルター，ビームシェーパーが提供されることである。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】（Ａ）は本発明の第１形態に係るビームシェーパーの模式図であり、（Ｂ）はその一部についての変更例の模式図であり、（Ｃ）はビームのガウシアン型の断面強度分布の模式的なグラフ（横軸は光軸からの距離ｄで縦軸は相対強度である）及び数式であり、（Ｄ）はビームのフラットトップ型の断面強度分布の模式的なグラフ及び数式である。
【図2】（Ａ）は本発明の第２形態に係るビームシェーパーの模式図であり、（Ｂ）はその一部についての変更例の模式図である。
【図3】（Ａ）は本発明の第３形態に係るビームシェーパーの模式図であり、（Ｂ）はその一部についての変更例の模式図である。
【図4】（Ａ）は本発明の第４形態に係るビームシェーパーの模式図であり、（Ｂ）はその一部についての変更例の模式図である。
【図5】本発明の実施例１に係る光学多層膜の各層の物理膜厚が示されるグラフである。
【図6】本発明の実施例１に係る反射防止膜の各層の物理膜厚が示されるグラフである。
【図7】本発明の実施例１においてレンズ及び光学薄膜フィルターをレンズの上方からみた模式図であって、ビームが直線偏光する場合の図である。
【図8】本発明の実施例１においてレンズ及び光学薄膜フィルターをレンズの上方からみた模式図であって、ビームが円偏光する場合の図である。
【図9】楕円率に関する模式図である。
【図10】実施例１の光学多層膜に対し、ビームが、１０６４ｎｍを含む波長域での各波長において角度θ＝０°で入射する場合の分光透過率分布を示すグラフである。
【図11】実施例１の光学多層膜に対し、波長１０６４ｎｍのビームが、角度θ（横軸）で入射する場合の透過率の目標値Ｔ（θ），ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓ，位相差Δ（縦軸）を示すグラフである。
【図12】波長１０６４ｎｍのビームにおける、空間座標（横軸）と、実施例１の光学多層膜８に係る透過率の目標値Ｔ（θ），ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓ，入射の角度θ（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図13】（Ａ）～（Ｃ）は、方位角φが順に０°，４５°，９０°である平面における直線偏光したビームの、空間座標に対する、実施例１での変換前後及び目標値に係る断面強度分布、並びに楕円率分布を示すグラフである。
【図14】ビームが進む方向に向かってみたビームの断面図に、極座標（ｄ，φ）における所定の軸及び点を重ねた模式図である。
【図15】（Ａ）は、図１４で表された点（０，０）における直線偏光したビームの実施例１での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフであり、図１５（Ｂ）～（Ｆ）は、順に点（２，０）、（２，２２．５）、（２，４５）、（２，６７．５）、（２，９０）における直線偏光したビームの実施例１での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
【図16】（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（４，０）、（４，２２．５）、（４，４５）、（４，６７．５）、（４，９０）における直線偏光したビームの実施例１での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
【図17】（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（１０，０）、（１０，２２．５）、（１０，４５）、（１０，６７．５）、（１０，９０）における直線偏光したビームの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る実施の形態の例が、適宜図面に基づいて説明される。尚、本発明の形態は、これらの例に限定されない。
【0012】
［第１形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１形態に係るビームシェーパー１の模式図である。
ビームシェーパー１は、レンズ２と、光学薄膜フィルター４と、を有している。
ビームシェーパー１は、ビームＢの断面強度分布を変換するものである。ビームＢの断面強度分布は、ビームＢの進行方向に垂直な断面におけるエネルギー分布である。尚、断面強度分布の変換の対象は、レーザー発振器からのビームＢ以外の光線であっても良い。
ビームシェーパー１は、レーザー加工装置における被加工物ＷＯを載置するテーブルに隣接して配置されている。
ビームＢは、レーザー加工装置に設けられたレーザー発振器から発振される。ビームＢは、レーザー発振器から横方向に発出し、ミラーによりレンズ２の方向（上下方向）に方向変換され、レンズ２に上方から入射する。
尚、ビームシェーパー１は、被加工物ＷＯ（テーブル）から離れて配置されていても良い。ビームＢにおけるレーザー発振器からの発出方向及びミラーによる反射後の方向等の各種の方向のうち少なくとも何れかは、上述あるいは図示の方向と異なっていても良い。ビームシェーパー１は、レーザー加工装置以外に設けられても良い。
図１（Ａ）は、本発明の第１形態に係るビームシェーパー１の模式図である。
ビームシェーパー１は、レンズ２と、光学薄膜フィルター４と、を有している。
ビームシェーパー１は、ビームＢの断面強度分布を変換するものである。ビームＢの断面強度分布は、ビームＢの進行方向に垂直な断面におけるエネルギー分布である。尚、断面強度分布の変換の対象は、レーザー発振器からのビームＢ以外の光線であっても良い。
ビームシェーパー１は、レーザー加工装置における被加工物ＷＯを載置するテーブルに隣接して配置されている。
ビームＢは、レーザー加工装置に設けられたレーザー発振器から発振される。ビームＢは、レーザー発振器から横方向に発出し、ミラーによりレンズ２の方向（上下方向）に方向変換され、レンズ２に上方から入射する。
尚、ビームシェーパー１は、被加工物ＷＯ（テーブル）から離れて配置されていても良い。ビームＢにおけるレーザー発振器からの発出方向及びミラーによる反射後の方向等の各種の方向のうち少なくとも何れかは、上述あるいは図示の方向と異なっていても良い。ビームシェーパー１は、レーザー加工装置以外に設けられても良い。
【0013】
レンズ２は、凸レンズであり、ここでは凸面と平面とを有する平凸レンズである。平凸レンズでは、板状の光学薄膜フィルター４を平面側へ配置し易く、好ましい。
レンズ２は、透光性を有しており、自身に入射する、波長λでビーム径２Ｄ（直径）のビームＢを屈折させ、焦点距離ｆだけ離れた光軸Ｌ上の点である焦点Ｆで収束させる。
ビームＢの中心軸と、レンズ２の光軸Ｌは、一致している。
レンズ２の材質は、特に限定されず、例えばガラス、結晶、あるいは樹脂である。
レンズ２は、透光性を有しており、自身に入射する、波長λでビーム径２Ｄ（直径）のビームＢを屈折させ、焦点距離ｆだけ離れた光軸Ｌ上の点である焦点Ｆで収束させる。
ビームＢの中心軸と、レンズ２の光軸Ｌは、一致している。
レンズ２の材質は、特に限定されず、例えばガラス、結晶、あるいは樹脂である。
【0014】
ビームＢは、レンズ２の凸面に入射し、界面である凸面の形状により、焦点Ｆで収束するような角度θを有するように折れ曲がる。角度θは、光軸Ｌに対する折れ曲がったビームＢの部分の角度である。角度θは、光軸Ｌからの距離ｄに伴って変化し、ｄ＝０でθ＝０であり、ｄが増加するとθが増加して、ｄ＝Ｄ（ビームＢの半径）で最大値θｍａｘとなる。即ち、角度θは、距離ｄの関数θ（ｄ）である。ビームＢの断面における同心円状の部分（距離ｄが一定である部分）は、同じ角度θで折れ曲がる。
レンズ２は、角度θの最大値θｍａｘを可及的に大きく確保して光学多層膜８の設計に余裕を持たせる観点から、例えばレンズ２の直径より短い焦点距離ｆを有する等、ある程度短い焦点距離ｆを有するものが好ましい。
又、幾何学的な関係から、θ（ｄ），θｍａｘは、順に次の式（１），（２）で示される。ここで、ｔａｎ－１は、ｔａｎの逆関数である。
レンズ２は、角度θの最大値θｍａｘを可及的に大きく確保して光学多層膜８の設計に余裕を持たせる観点から、例えばレンズ２の直径より短い焦点距離ｆを有する等、ある程度短い焦点距離ｆを有するものが好ましい。
又、幾何学的な関係から、θ（ｄ），θｍａｘは、順に次の式（１），（２）で示される。ここで、ｔａｎ－１は、ｔａｎの逆関数である。
【0015】
【数1】
【0016】
光学薄膜フィルター４は、基材６と、光学多層膜８と、反射防止膜１０と、を有している。
基材６は、板状であり、光学多層膜８が成膜された第１面Ｒ１と、反射防止膜１０が成膜された第２面Ｒ２と、を備えている。
基材６は、透光性を有する。
基材６の材質は、特に限定されず、例えば石英ガラス等のガラス、結晶、あるいは樹脂である。
基材６の形状は、特に限定されず、例えば平行平板、あるいはウェッジ付きである。
基材６の肉厚は、特に限定されないところ、収差を抑制する観点から、薄い方が好ましい。但し、基材６の最低限以上の強度が確保されることが好ましい。
尚、図１（Ｂ）に示されるように、光学薄膜フィルター４は、光学多層膜８のみから成り、レンズ２の表面Ｒ’（平凸レンズの平面）に付着されても良い。この場合、レンズ２が付着された光学薄膜フィルター４専用のものとなる一方、光学薄膜フィルター４による収差が最低限まで抑制される。
基材６は、板状であり、光学多層膜８が成膜された第１面Ｒ１と、反射防止膜１０が成膜された第２面Ｒ２と、を備えている。
基材６は、透光性を有する。
基材６の材質は、特に限定されず、例えば石英ガラス等のガラス、結晶、あるいは樹脂である。
基材６の形状は、特に限定されず、例えば平行平板、あるいはウェッジ付きである。
基材６の肉厚は、特に限定されないところ、収差を抑制する観点から、薄い方が好ましい。但し、基材６の最低限以上の強度が確保されることが好ましい。
尚、図１（Ｂ）に示されるように、光学薄膜フィルター４は、光学多層膜８のみから成り、レンズ２の表面Ｒ’（平凸レンズの平面）に付着されても良い。この場合、レンズ２が付着された光学薄膜フィルター４専用のものとなる一方、光学薄膜フィルター４による収差が最低限まで抑制される。
【0017】
光学多層膜８は、誘電体材料あるいは半導体材料を用いた無機多層膜であり、誘電体多層膜あるいは半導体多層膜である。
光学多層膜８は、基材６の第１面Ｒ１における一部又は全部に形成される。尚、光学多層膜８は、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２に形成されても良い。
光学多層膜８は、低屈折率層及び高屈折率層を含む。又、光学多層膜８は、更に中屈折率層を含み得る。
高屈折率層及び低屈折率層（並びに中屈折率層）の層数及び材質の選択、並びに各層における厚み（層に係る物理膜厚あるいは光学膜厚）の増減といった設計要素の変更により、光学多層膜８の設計が変更される。
例えば、中屈折率層がこれと光学的に等価である高屈折率層と低屈折率層との組合せにより置換される等、光学多層膜８における一部又は全部の構造は、光学的に等価な他の構造に置換されても良い。
光学多層膜８は、基材６の第１面Ｒ１における一部又は全部に形成される。尚、光学多層膜８は、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２に形成されても良い。
光学多層膜８は、低屈折率層及び高屈折率層を含む。又、光学多層膜８は、更に中屈折率層を含み得る。
高屈折率層及び低屈折率層（並びに中屈折率層）の層数及び材質の選択、並びに各層における厚み（層に係る物理膜厚あるいは光学膜厚）の増減といった設計要素の変更により、光学多層膜８の設計が変更される。
例えば、中屈折率層がこれと光学的に等価である高屈折率層と低屈折率層との組合せにより置換される等、光学多層膜８における一部又は全部の構造は、光学的に等価な他の構造に置換されても良い。
【0018】
高屈折率層は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）、若しくは酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）又はこれらの二種以上の混合物といった高屈折率材料から形成される。
又、低屈折率層は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化アルミニウムと酸化プラセオジムとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｐｒ２Ｏ３）、酸化アルミニウムと酸化ランタンとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３）、若しくは酸化アルミニウムと酸化タンタルとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｔａ２Ｏ５）、又はこれらの二種以上の混合物といった低屈折率材料から形成される。
中屈折率層は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｐｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３、といった中屈折率材料から形成される。
尚、例えば、上述の高屈折率材料から２つの材料を選択して、光学多層膜８が形成されても良い。又、光学多層膜８の外部に、防汚膜等の他の機能を有する膜が組み合わせられても良い。
又、低屈折率層は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化アルミニウムと酸化プラセオジムとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｐｒ２Ｏ３）、酸化アルミニウムと酸化ランタンとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３）、若しくは酸化アルミニウムと酸化タンタルとの組合せ（Ａｌ２Ｏ３－Ｔａ２Ｏ５）、又はこれらの二種以上の混合物といった低屈折率材料から形成される。
中屈折率層は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｐｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３、といった中屈折率材料から形成される。
尚、例えば、上述の高屈折率材料から２つの材料を選択して、光学多層膜８が形成されても良い。又、光学多層膜８の外部に、防汚膜等の他の機能を有する膜が組み合わせられても良い。
【0019】
光学多層膜８の低屈折率層及び高屈折率層（並びに中屈折率層）は、真空蒸着法あるいはイオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法等により形成される。
光学多層膜８は、基材６における複数の面に形成されても良い。例えば、光学多層膜８は、平行平板あるいはウェッジ付き、凹面、凸面の基材６の表裏両面に形成されても良い。
光学多層膜８は、基材６における複数の面に形成されても良い。例えば、光学多層膜８は、平行平板あるいはウェッジ付き、凹面、凸面の基材６の表裏両面に形成されても良い。
【0020】
反射防止膜１０は、光学多層膜８と同様に、主に低屈折率層及び高屈折率層を交互に積層した膜である。反射防止膜１０は、第２面Ｒ２におけるビームＢの反射を抑えるように設計される。
反射防止膜１０は、基材６の第２面Ｒ２における一部又は全部に形成される。
尚、反射防止膜１０は、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２に形成されても良い。反射防止膜１０は、省略されても良い。
反射防止膜１０は、基材６の第２面Ｒ２における一部又は全部に形成される。
尚、反射防止膜１０は、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２に形成されても良い。反射防止膜１０は、省略されても良い。
【0021】
光学薄膜フィルター４は、レンズ２におけるビームＢの出射側、即ちレンズ２の平面側に配置される。光学薄膜フィルター４は、光学多層膜８に基材６を介さず直接入射させるため、光学多層膜８がレンズ２に近い側となるように配置される。尚、光学薄膜フィルター４は、基材６がレンズ２に近い側となるように配置されても良い。
光学多層膜８には、レンズ２により、角度θ（ｄ）を有するビームＢが入射する。よって、角度θは、入射角度に相当する。
光学多層膜８には、レンズ２により、角度θ（ｄ）を有するビームＢが入射する。よって、角度θは、入射角度に相当する。
【0022】
レーザー発振器から光学多層膜８入射直前までのビームＢにおける断面強度分布は、図１（Ｃ）に示されるようなガウシアン型であり、ビームＢの円状の断面の中心においてビームＢの強度が最も強く、中心から同心円状に強度が弱くなっていき、ビームＢの外縁で強度が十分に小さいような分布である。
このガウシアン型の断面強度分布ｆＧ（ｄ）は、最も強い強度を１として、一般に次の式（３）で表される。ここで、σは標準偏差であり、ｆＧ（ｄ）の半値全幅ＦＷＨＭは、２√（２ｌｎ２）σであって、ｌｎは自然対数である。
このガウシアン型の断面強度分布ｆＧ（ｄ）は、最も強い強度を１として、一般に次の式（３）で表される。ここで、σは標準偏差であり、ｆＧ（ｄ）の半値全幅ＦＷＨＭは、２√（２ｌｎ２）σであって、ｌｎは自然対数である。
【0023】
【数2】
【0024】
光学多層膜８は、ビームＢが入射する角度θに応じて透過率が所定の態様で変化するように設計されている。
一般に、光をフィルタリングする光学多層膜８は、光の入射の角度θが増加すると、分光透過率分布が短波長側へシフトする特性を有している。即ち、光学多層膜８では、多層での干渉状態が入射の角度θにより異なり、干渉に入射の角度θへの依存性が存在して、透過率が入射の角度θに依存したものとなる（入射角度依存透過率）。
例えば、θ＝０（垂直入射）において、７００ｎｍの波長を境界として、これより短波長側で１００％に近い透過率を持ち、長波長側で０％に近い透過率を持つショートウェーブパスフィルタにおいて、θが増加すると、７００ｎｍより短い波長を境界として、これより短波長側で１００％に近い透過率を持ち、長波長側で０％に近い透過率を持つように、分光透過率分布が短波長側にシフトする。
かような特性は、従来、波長軸（横軸）方向について注目されてきた。これに対し、本発明では、透過率軸（縦軸）方向の変化に注目し、当該変化を制御することで、入射の角度θに依存した所望の透過率を有する光学多層膜８を構成する。
光学多層膜８は、透過率が１００％未満である場合、主にビームＢの一部の反射により透過率を減少させる。光学多層膜８において、ビームＢの吸収は殆ど起こらず、透過率の減少に寄与しない。
一般に、光をフィルタリングする光学多層膜８は、光の入射の角度θが増加すると、分光透過率分布が短波長側へシフトする特性を有している。即ち、光学多層膜８では、多層での干渉状態が入射の角度θにより異なり、干渉に入射の角度θへの依存性が存在して、透過率が入射の角度θに依存したものとなる（入射角度依存透過率）。
例えば、θ＝０（垂直入射）において、７００ｎｍの波長を境界として、これより短波長側で１００％に近い透過率を持ち、長波長側で０％に近い透過率を持つショートウェーブパスフィルタにおいて、θが増加すると、７００ｎｍより短い波長を境界として、これより短波長側で１００％に近い透過率を持ち、長波長側で０％に近い透過率を持つように、分光透過率分布が短波長側にシフトする。
かような特性は、従来、波長軸（横軸）方向について注目されてきた。これに対し、本発明では、透過率軸（縦軸）方向の変化に注目し、当該変化を制御することで、入射の角度θに依存した所望の透過率を有する光学多層膜８を構成する。
光学多層膜８は、透過率が１００％未満である場合、主にビームＢの一部の反射により透過率を減少させる。光学多層膜８において、ビームＢの吸収は殆ど起こらず、透過率の減少に寄与しない。
【0025】
光学多層膜８では、ビームＢの断面強度分布が、ガウシアン型の断面強度分布ｆＧ（ｄ）からフラットトップ型の断面強度分布ｆＦ（ｄ）に変換されるような、角度θに伴う透過率を有するように設計される（フラットトップ裾有り型：後述の実施例１，２，４、フラットトップ裾切り型：後述の実施例３）。尚、光学多層膜８は、断面強度分布を、ガウシアン型から、フラットトップ型以外の他の型に変換するものであっても良いし、ガウシアン型以外の型から、フラットトップ型あるいは他の型に変換するものであっても良い（フラットトップ裾切り型からドーナツ型への変換：後述の実施例５）。
フラットトップ型の断面強度分布ｆＦ（ｄ）は、より詳しくは、ガウシアン型の断面強度分布ｆＧ（ｄ）において半値を超える部分（半値全幅ＦＷＨＭの線より上の部分）をカットした分布であり、次の式（４）で示される。このカットにより、半値全幅ＦＷＨＭを直径とする円形のフラット部（断面強度分布が３次元である場合）が形成され、当該フラット部が、ビームＢの強度の面で有効に被加工物ＷＯ等に作用する有効断面領域となる。尚、フラットトップ型の断面強度分布ｆＦ（ｄ）は、例えば２／３を超える部分をカットした分布とする等、様々に変更されても良い。
フラットトップ型の断面強度分布ｆＦ（ｄ）は、より詳しくは、ガウシアン型の断面強度分布ｆＧ（ｄ）において半値を超える部分（半値全幅ＦＷＨＭの線より上の部分）をカットした分布であり、次の式（４）で示される。このカットにより、半値全幅ＦＷＨＭを直径とする円形のフラット部（断面強度分布が３次元である場合）が形成され、当該フラット部が、ビームＢの強度の面で有効に被加工物ＷＯ等に作用する有効断面領域となる。尚、フラットトップ型の断面強度分布ｆＦ（ｄ）は、例えば２／３を超える部分をカットした分布とする等、様々に変更されても良い。
【0026】
【数3】
【0027】
光学多層膜８の角度θ毎の透過率の目標値Ｔ（θ）は、各型の断面強度分布ｆＧ（ｄ），ｆＦ（ｄ）に基づいて、次の式（５）により算出される。
光学多層膜８は、透過率の目標値Ｔ（θ）に適合するように設計され、理想的には、角度θに応じた透過率Ｔｒ（θ）が、目標値Ｔ（θ）と全く同一のものとなる（Ｔｒ（θ）＝Ｔ（θ））。尚、現実的には、光学多層膜８は、透過率Ｔｒ（θ）が可及的に目標値Ｔ（θ）に近づくように設計される。
光学多層膜８は、透過率の目標値Ｔ（θ）に適合するように設計され、理想的には、角度θに応じた透過率Ｔｒ（θ）が、目標値Ｔ（θ）と全く同一のものとなる（Ｔｒ（θ）＝Ｔ（θ））。尚、現実的には、光学多層膜８は、透過率Ｔｒ（θ）が可及的に目標値Ｔ（θ）に近づくように設計される。
【0028】
【数4】
【0029】
透過率Ｔｒ（θ）を有する光学多層膜８をビームＢが通過することにより、ビームＢの断面強度分布がガウシアン型からフラットトップ型に変換され、ビームＢが、レンズ２の収束作用により、断面強度分布が相似的に縮小しつつ、被加工物ＷＯに達する。
厳密には、光学薄膜フィルター４が配置されずレンズ２のみとされた場合のビームＢの外縁（図１における光学薄膜フィルター４以下のビームＢの点線）に対し、光学薄膜フィルター４が配置される第１形態では、光学薄膜フィルター４（主に基材６）によりビームＢが屈折されることから、ビームＢの外縁がズレることとなる。尚、図１では、明確化のため、ビームＢの外縁のズレが誇張されている。
実際には、ビームＢの外縁のズレは光学薄膜フィルター４の肉厚に比例し、光学薄膜フィルター４（基材６）が薄い板状であれば、ズレは十分に小さいから、被加工物ＷＯは、光学薄膜フィルター４が配置されない場合と同じく、レンズ２から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置すれば良い。又、精密性が重視される場合、あるいは強度の確保等により光学薄膜フィルター４の肉厚が比較的に厚い場合には、ビームＢの外縁のズレを算出して、そのズレの分だけ被加工物ＷＯの位置をずらせば良い。ズレの算出等について、基材６をレンズ２側に配置する場合も、同様である。尚、図１（Ｂ）に示される変更例の場合、光学多層膜８付きのレンズ２は、各種の収差の発生が抑制され、配置等において光学多層膜８のないレンズ２と同様に取り扱える。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
厳密には、光学薄膜フィルター４が配置されずレンズ２のみとされた場合のビームＢの外縁（図１における光学薄膜フィルター４以下のビームＢの点線）に対し、光学薄膜フィルター４が配置される第１形態では、光学薄膜フィルター４（主に基材６）によりビームＢが屈折されることから、ビームＢの外縁がズレることとなる。尚、図１では、明確化のため、ビームＢの外縁のズレが誇張されている。
実際には、ビームＢの外縁のズレは光学薄膜フィルター４の肉厚に比例し、光学薄膜フィルター４（基材６）が薄い板状であれば、ズレは十分に小さいから、被加工物ＷＯは、光学薄膜フィルター４が配置されない場合と同じく、レンズ２から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置すれば良い。又、精密性が重視される場合、あるいは強度の確保等により光学薄膜フィルター４の肉厚が比較的に厚い場合には、ビームＢの外縁のズレを算出して、そのズレの分だけ被加工物ＷＯの位置をずらせば良い。ズレの算出等について、基材６をレンズ２側に配置する場合も、同様である。尚、図１（Ｂ）に示される変更例の場合、光学多層膜８付きのレンズ２は、各種の収差の発生が抑制され、配置等において光学多層膜８のないレンズ２と同様に取り扱える。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
【0030】
第１形態の光学薄膜フィルター４は、基材６と、基材６の表面Ｒに形成された光学多層膜８と、を備えており、光学多層膜８は、干渉により、自身に入射させるビームＢの波長において、ビームＢの入射の角度θに応じた透過率Ｔｒ（θ）（設計上の目標値Ｔ（θ））である入射角度依存透過率を有するものであり、その入射角度依存透過率により、光学多層膜８に屈折させて入射させたビームＢの断面強度分布を変換するものである。
よって、光学薄膜フィルター４は、基材６に光学多層膜８を成膜するだけで製造され、製造を行い易い光学薄膜フィルター４が提供される。
又、光学多層膜８は、反射により透過率を低減させるため、自身にビームＢのエネルギーは蓄積されない。従って、光学薄膜フィルター４は、長寿命となり、ハイパワーレーザーに対しても耐性が高く損傷が防止されたものとなる。
よって、光学薄膜フィルター４は、基材６に光学多層膜８を成膜するだけで製造され、製造を行い易い光学薄膜フィルター４が提供される。
又、光学多層膜８は、反射により透過率を低減させるため、自身にビームＢのエネルギーは蓄積されない。従って、光学薄膜フィルター４は、長寿命となり、ハイパワーレーザーに対しても耐性が高く損傷が防止されたものとなる。
【0031】
又、第１形態の光学薄膜フィルター４では、光学多層膜８に入射する前のビームＢの電場の楕円率ｋと、光学多層膜８により断面強度分布が変換されたビームＢの電場の楕円率ｋとの変化量である楕円率変化量が、０．５以下である。よって、変換前後で偏光状態が保存され、特に、加工に適した円偏光のビームＢの断面強度分布を、円偏光のままあるいは円偏光に近い状態で変換する光学薄膜フィルター４が提供される。
更に、光学多層膜８に入射する前のビームＢの断面強度分布は、ガウシアン型であり、光学多層膜８により変換されたビームＢの断面強度分布は、フラットトップ型である。よって、発振直後の断面強度分布として一般的なガウシアン型を、厚板加工等に適したフラットトップ型に変換する、製造容易であり、長寿命でハイパワー対応可能な光学薄膜フィルター４が提供される。
加えて、第１形態のビームシェーパー１は、光学薄膜フィルター４と、１つのレンズ２と、を備えており、レンズ２は、ビームＢを屈折して、光学薄膜フィルター４に対し入射させる。よって、光学薄膜フィルター４に対し、ビームＢを、様々な入射の角度θを有する状態で入射させるレンズ２を備えた、製造容易で耐性の高いビームシェーパー１が提供される。
更に、光学多層膜８に入射する前のビームＢの断面強度分布は、ガウシアン型であり、光学多層膜８により変換されたビームＢの断面強度分布は、フラットトップ型である。よって、発振直後の断面強度分布として一般的なガウシアン型を、厚板加工等に適したフラットトップ型に変換する、製造容易であり、長寿命でハイパワー対応可能な光学薄膜フィルター４が提供される。
加えて、第１形態のビームシェーパー１は、光学薄膜フィルター４と、１つのレンズ２と、を備えており、レンズ２は、ビームＢを屈折して、光学薄膜フィルター４に対し入射させる。よって、光学薄膜フィルター４に対し、ビームＢを、様々な入射の角度θを有する状態で入射させるレンズ２を備えた、製造容易で耐性の高いビームシェーパー１が提供される。
【0032】
［第２形態］
図２（Ａ）は、本発明の第２形態に係るビームシェーパー１０１の模式図である。
ビームシェーパー１０１は、第１形態と同様であるレンズ２及び光学薄膜フィルター４を備えている。
レンズ２の凸面は、被加工物ＷＯ側に配置される。光学薄膜フィルター４の基材６は、レンズ２の平面と対向して配置される。
尚、図２（Ｂ）に示されるように、レンズ２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第２形態は、第１形態と同様の変更例を適宜有する。
図２（Ａ）は、本発明の第２形態に係るビームシェーパー１０１の模式図である。
ビームシェーパー１０１は、第１形態と同様であるレンズ２及び光学薄膜フィルター４を備えている。
レンズ２の凸面は、被加工物ＷＯ側に配置される。光学薄膜フィルター４の基材６は、レンズ２の平面と対向して配置される。
尚、図２（Ｂ）に示されるように、レンズ２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第２形態は、第１形態と同様の変更例を適宜有する。
【0033】
又、ビームシェーパー１０１は、レンズ１０２を備えている。
レンズ１０２は、レンズ２と同様に成る。レンズ１０２の焦点距離ｆは、レンズ２と同じである。
レンズ１０２は、レンズ２に対し、平面をレンズ２の平面と向かい合わせた状態で、焦点距離ｆの２倍離れた位置に配置されている。レンズ１０２は、レンズ２からみて、被加工物ＷＯと反対側に配置されている。レンズ１０２は、ビームＢの光路において、レンズ２及び光学薄膜フィルター４の上流に配置されている。
レンズ１０２は、レンズ２と同様に成る。レンズ１０２の焦点距離ｆは、レンズ２と同じである。
レンズ１０２は、レンズ２に対し、平面をレンズ２の平面と向かい合わせた状態で、焦点距離ｆの２倍離れた位置に配置されている。レンズ１０２は、レンズ２からみて、被加工物ＷＯと反対側に配置されている。レンズ１０２は、ビームＢの光路において、レンズ２及び光学薄膜フィルター４の上流に配置されている。
【0034】
更に、ビームシェーパー１０１は、レンズ１１２を備えている。
レンズ１１２は、凸レンズであり、ここでは平凸レンズである。
レンズ１１２の焦点距離ｆ’は、レンズ２，１０２の焦点距離ｆに比べて十分に（例えば２倍以上）大きい。
レンズ１１２の凸面は、レンズ２の凸面と向かい合っており、レンズ２の凸面と隣接している。
レンズ２，１０２，１１２の光軸Ｌは揃えられており、ビームＢの中心軸と一致している。
レンズ１１２は、凸レンズであり、ここでは平凸レンズである。
レンズ１１２の焦点距離ｆ’は、レンズ２，１０２の焦点距離ｆに比べて十分に（例えば２倍以上）大きい。
レンズ１１２の凸面は、レンズ２の凸面と向かい合っており、レンズ２の凸面と隣接している。
レンズ２，１０２，１１２の光軸Ｌは揃えられており、ビームＢの中心軸と一致している。
【0035】
レンズ２，１０２，１１２、及び光学薄膜フィルター４は、ケース１２０内に配置されている。ケース１２０は、レンズ１０２側でビームＢを入れる上孔１２１と、レンズ１１２側でビームＢを出す下孔１２２とを有している。尚、下孔１２２には、被加工物ＷＯからの飛散物がケース１２０内に入り込まないように、透光性を有する窓板が設置されても良い。
ケース１２０内には、ピンホール板１２４が設置されている。ピンホール板１２４は、光軸Ｌと直交するように設けられている。ピンホール板１２４は、ピンホールＰＨを有する。ピンホール板１２４は、レンズ２，１０２の中間に配置されている。ピンホール板１２４のレンズ２，１０２に対する各距離は、互いに等しい。ピンホールＰＨは、光軸Ｌ上に配置されている。
ケース１２０内には、ピンホール板１２４が設置されている。ピンホール板１２４は、光軸Ｌと直交するように設けられている。ピンホール板１２４は、ピンホールＰＨを有する。ピンホール板１２４は、レンズ２，１０２の中間に配置されている。ピンホール板１２４のレンズ２，１０２に対する各距離は、互いに等しい。ピンホールＰＨは、光軸Ｌ上に配置されている。
【0036】
上孔１２１から入ったガウシアン型のビームＢは、レンズ１０２により収束し、ピンホールＰＨで焦点Ｆ’を結んで（合焦して）下方に発散し、光学多層膜８に、入射する角度θが光軸Ｌからの距離ｄに応じた状態で入射する。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、レンズ２に至る。
発散するビームＢは、レンズ２により平行光に戻され、レンズ１１２に達する。
ビームＢは、フラットトップ型の断面強度分布のままレンズ１１２により収束され、下孔１２２から出て、焦点距離ｆ’だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、レンズ２に至る。
発散するビームＢは、レンズ２により平行光に戻され、レンズ１１２に達する。
ビームＢは、フラットトップ型の断面強度分布のままレンズ１１２により収束され、下孔１２２から出て、焦点距離ｆ’だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
【0037】
第２形態のビームシェーパー１０１は、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２，１０２，１１２と、を備えており、レンズ１０２は、ビームＢを屈折して、光学薄膜フィルター４に対し入射させる。よって、光学薄膜フィルター４に対し、ビームＢを、様々な入射の角度θを有する状態で入射させるレンズ１０２を備えた、製造容易で耐性の高いビームシェーパー１０１が提供される。
又、第２形態のビームシェーパー１０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２，１０２，１１２とが、ケース１２０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース１２０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等（外部機器等）への影響の発生が抑制される。
更に、第２形態のビームシェーパー１０１では、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に、ピンホールＰＨを有するピンホール板１２４が設けられており、レンズ１０２は、ピンホールＰＨにおいてビームＢを合焦させる（焦点Ｆ’）。よって、ピンホール板１２４により、散乱光がビームＢの上流側に戻る事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。又、被加工物ＷＯに対してビームＢを収束させるためのレンズ１１２は、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のものとすることが可能である。
又、第２形態のビームシェーパー１０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２，１０２，１１２とが、ケース１２０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース１２０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等（外部機器等）への影響の発生が抑制される。
更に、第２形態のビームシェーパー１０１では、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に、ピンホールＰＨを有するピンホール板１２４が設けられており、レンズ１０２は、ピンホールＰＨにおいてビームＢを合焦させる（焦点Ｆ’）。よって、ピンホール板１２４により、散乱光がビームＢの上流側に戻る事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。又、被加工物ＷＯに対してビームＢを収束させるためのレンズ１１２は、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のものとすることが可能である。
【0038】
［第３形態］
図３（Ａ）は、本発明の第３形態に係るビームシェーパー２０１の模式図である。
ビームシェーパー２０１は、レンズ２０２、及び第１形態と同様の光学薄膜フィルター４を備えている。
レンズ２０２は、凸レンズであり、平凸レンズである。レンズ２０２の平面は、被加工物ＷＯ側に配置される。光学薄膜フィルター４の光学多層膜８は、レンズ２０２の平面と対向して配置される。
レンズ２０２の焦点距離ｆ３は、第１形態のレンズ２の焦点距離ｆより長い。
尚、図３（Ｂ）に示されるように、レンズ２０２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２０２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第３形態は、第１形態及び第２形態と同様の変更例を適宜有する。
図３（Ａ）は、本発明の第３形態に係るビームシェーパー２０１の模式図である。
ビームシェーパー２０１は、レンズ２０２、及び第１形態と同様の光学薄膜フィルター４を備えている。
レンズ２０２は、凸レンズであり、平凸レンズである。レンズ２０２の平面は、被加工物ＷＯ側に配置される。光学薄膜フィルター４の光学多層膜８は、レンズ２０２の平面と対向して配置される。
レンズ２０２の焦点距離ｆ３は、第１形態のレンズ２の焦点距離ｆより長い。
尚、図３（Ｂ）に示されるように、レンズ２０２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２０２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第３形態は、第１形態及び第２形態と同様の変更例を適宜有する。
【0039】
又、ビームシェーパー２０１は、レンズ２１２を備えている。
レンズ２１２は、凹レンズであり、ここでは凹面と平面とを有する平凹レンズである。レンズ２１２の焦点距離ｆ１は、負の値である。レンズ２１２の凹面には、発振されたビームＢが入射し、レンズ２１２の平面から発散する。レンズ２１２は、ビームＢの径を拡大する。尚、レンズ２１２は、両凹レンズ等であっても良い。
レンズ２１２は、レンズ２０２の上流に配置されている。レンズ２１２の平面は、レンズ２０２側に配置されている。
レンズ２１２は、凹レンズであり、ここでは凹面と平面とを有する平凹レンズである。レンズ２１２の焦点距離ｆ１は、負の値である。レンズ２１２の凹面には、発振されたビームＢが入射し、レンズ２１２の平面から発散する。レンズ２１２は、ビームＢの径を拡大する。尚、レンズ２１２は、両凹レンズ等であっても良い。
レンズ２１２は、レンズ２０２の上流に配置されている。レンズ２１２の平面は、レンズ２０２側に配置されている。
【0040】
更に、ビームシェーパー２０１は、レンズ２２２を備えている。
レンズ２２２は、凸レンズであり、ここでは平凸レンズである。
レンズ２２２の焦点距離ｆ２は、レンズ２１２の焦点距離ｆ１の絶対値より大きい。
レンズ２２２は、レンズ２１２，２０２の間であって、レンズ２０２に近い側に配置されている。レンズ２２２は、レンズ２０２に隣接している。レンズ２２２の凸面は、レンズ２０２の凸面と向かい合っている。
レンズ２２２の平面に入射したレンズ２１２からの発散光は、凸面で平行光となる。尚、レンズ２２２で発散度合が弱められても良い。
レンズ２０２，２１２，２２２の光軸Ｌは揃えられており、ビームＢの中心軸と一致している。
レンズ２１２，２２２の組合せは、ガリレオ式である。
レンズ２２２は、凸レンズであり、ここでは平凸レンズである。
レンズ２２２の焦点距離ｆ２は、レンズ２１２の焦点距離ｆ１の絶対値より大きい。
レンズ２２２は、レンズ２１２，２０２の間であって、レンズ２０２に近い側に配置されている。レンズ２２２は、レンズ２０２に隣接している。レンズ２２２の凸面は、レンズ２０２の凸面と向かい合っている。
レンズ２２２の平面に入射したレンズ２１２からの発散光は、凸面で平行光となる。尚、レンズ２２２で発散度合が弱められても良い。
レンズ２０２，２１２，２２２の光軸Ｌは揃えられており、ビームＢの中心軸と一致している。
レンズ２１２，２２２の組合せは、ガリレオ式である。
【0041】
レンズ２０２，２１２，２２２、及び光学薄膜フィルター４は、ケース２３０内に配置されている。ケース２２０は、レンズ２１２側でビームＢを入れる上孔２３１と、レンズ１１２側でビームＢを出す下孔２３２とを有している。尚、下孔２３２には、被加工物ＷＯからの飛散物がケース２２０内に入り込まないように、透光性を有する窓板が設置されても良い。
【0042】
上孔２３１から入ったガウシアン型のビームＢは、レンズ２１２により発散し、レンズ２２２で拡径された平行光となり、レンズ２０２で収束して、光学多層膜８に、入射する角度θが光軸Ｌからの距離ｄに応じた状態で入射する。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、下孔２３２から出、レンズ２０２から焦点距離ｆ３だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、下孔２３２から出、レンズ２０２から焦点距離ｆ３だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
【0043】
第３形態のビームシェーパー２０１は、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２１２，２２２と、を備えており、レンズ２０２は、ビームＢを屈折して、光学薄膜フィルター４に対し入射させる。よって、光学薄膜フィルター４に対し、ビームＢを、様々な入射の角度θを有する状態で入射させるレンズ２０２を備えた、製造容易で耐性の高いビームシェーパー２０１が提供される。
又、第３形態のビームシェーパー２０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２１２，２２２とが、ケース２３０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース２３０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。
更に、第３形態のビームシェーパー２０１では、複数のレンズ２１２，２２２は、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に配置されており、ビームＢを拡径するものである。よって、光学多層膜８に対し角度θを付けてビームＢを入射させるためのレンズ２０２に対し、拡径されたビームＢが入射することとなり、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のレンズ２０２が用いられても、角度θの幅が十分に確保された（角度θの最大値θｍａｘが十分に大きい）状態でビームＢが入射することとなり、中焦点距離以上のレンズ２０２が使用されても光学多層膜８の設計に余裕を持たせることができる。
又、第３形態のビームシェーパー２０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２１２，２２２とが、ケース２３０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース２３０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。
更に、第３形態のビームシェーパー２０１では、複数のレンズ２１２，２２２は、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に配置されており、ビームＢを拡径するものである。よって、光学多層膜８に対し角度θを付けてビームＢを入射させるためのレンズ２０２に対し、拡径されたビームＢが入射することとなり、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のレンズ２０２が用いられても、角度θの幅が十分に確保された（角度θの最大値θｍａｘが十分に大きい）状態でビームＢが入射することとなり、中焦点距離以上のレンズ２０２が使用されても光学多層膜８の設計に余裕を持たせることができる。
【0044】
［第４形態］
図４（Ａ）は、本発明の第４形態に係るビームシェーパー３０１の模式図である。
ビームシェーパー３０１は、第３形態におけるガリレオ式のレンズ２１２，２２２をケプラー式のレンズ３１２，２２２に代え、更にピンホール板３３４を追加した他、第３形態と同様に成る。
即ち、ビームシェーパー３０１は、第３形態の凹面を上流側に有するレンズ２１２に代わり、凸面を上流側に有するレンズ３１２を、上孔２３１側に有している。
レンズ３１２は、凸レンズであって、平凸レンズであり、ここではレンズ２１２の焦点距離ｆ１と正負のみ異なる焦点距離ｆ１’を有する。尚、レンズ３１２は、両凸レンズ等であっても良い。
図４（Ａ）は、本発明の第４形態に係るビームシェーパー３０１の模式図である。
ビームシェーパー３０１は、第３形態におけるガリレオ式のレンズ２１２，２２２をケプラー式のレンズ３１２，２２２に代え、更にピンホール板３３４を追加した他、第３形態と同様に成る。
即ち、ビームシェーパー３０１は、第３形態の凹面を上流側に有するレンズ２１２に代わり、凸面を上流側に有するレンズ３１２を、上孔２３１側に有している。
レンズ３１２は、凸レンズであって、平凸レンズであり、ここではレンズ２１２の焦点距離ｆ１と正負のみ異なる焦点距離ｆ１’を有する。尚、レンズ３１２は、両凸レンズ等であっても良い。
【0045】
レンズ２０２，２２２，３１２の光軸Ｌは揃えられており、ビームＢの中心軸と一致している。
レンズ３１２の凸面に入射したビームＢは、平面を出て収束光となり、焦点Ｆ”を結んだ後で発散光となってレンズ２２２に至る。レンズ３１２は、焦点距離ｆ１’より遠方で、ビームＢの径を拡大する。
ケース２３０内には、ピンホール板３３４が設置されている。ピンホール板３３４は、光軸Ｌと直交するように設けられている。ピンホール板３３４は、ピンホールＰＨを有する。ピンホール板３３４は、レンズ２２２，３１２の中間に配置されている。ピンホールＰＨは、光軸Ｌ上の焦点Ｆ”を含むように配置されている。
尚、図４（Ｂ）に示されるように、レンズ２０２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２０２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第４形態は、第１形態ないし第３形態と同様の変更例を適宜有する。
レンズ３１２の凸面に入射したビームＢは、平面を出て収束光となり、焦点Ｆ”を結んだ後で発散光となってレンズ２２２に至る。レンズ３１２は、焦点距離ｆ１’より遠方で、ビームＢの径を拡大する。
ケース２３０内には、ピンホール板３３４が設置されている。ピンホール板３３４は、光軸Ｌと直交するように設けられている。ピンホール板３３４は、ピンホールＰＨを有する。ピンホール板３３４は、レンズ２２２，３１２の中間に配置されている。ピンホールＰＨは、光軸Ｌ上の焦点Ｆ”を含むように配置されている。
尚、図４（Ｂ）に示されるように、レンズ２０２及び光学薄膜フィルター４は、レンズ２０２及びその平面に形成された光学多層膜８に置き換えることができる。この場合、第１形態の図１（Ｂ）の場合と同様な効果が発揮される。又、第４形態は、第１形態ないし第３形態と同様の変更例を適宜有する。
【0046】
上孔２３１から入ったガウシアン型のビームＢは、レンズ３１２により収束後に発散し、レンズ２２２で拡径された平行光となり、レンズ２０２で収束して、光学多層膜８に、入射する角度θが光軸Ｌからの距離ｄに応じた状態で入射する。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、下孔２３２から出、レンズ２０２から焦点距離ｆ３だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
ビームＢは、光学多層膜８によりフラットトップ型に変換され、光学多層膜８及び基材６を出て、下孔２３２から出、レンズ２０２から焦点距離ｆ３だけ離れた被加工物ＷＯに当てられる。
被加工物ＷＯは、収束され且つ断面強度分布がフラットトップ型に変換されたビームＢにより加工される。
【0047】
第４形態のビームシェーパー３０１は、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２２２，３１２と、を備えており、レンズ２０２は、ビームＢを屈折して、光学薄膜フィルター４に対し入射させる。よって、光学薄膜フィルター４に対し、ビームＢを、様々な入射の角度θを有する状態で入射させるレンズ２０２を備えた、製造容易で耐性の高いビームシェーパー３０１が提供される。
又、第４形態のビームシェーパー３０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２２２，３１２とが、ケース２３０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース２３０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。
更に、第４形態のビームシェーパー３０１では、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に、ピンホールＰＨを有するピンホール板３３４が設けられており、レンズ３１２は、ピンホールＰＨにおいてビームＢを合焦させる（焦点Ｆ”）。よって、ピンホール板３３４により、散乱光がビームＢの上流側に戻る事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。又、被加工物ＷＯに対してビームＢを収束させるためのレンズ２０２は、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のものとすることが可能である。
又更に、第４形態のビームシェーパー３０１では、複数のレンズ２２２，３１２は、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に配置されており、ビームＢを拡径するものである。よって、光学多層膜８に対し角度θを付けてビームＢを入射させるためのレンズ２０２に対し、拡径されたビームＢが入射することとなり、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のレンズ２０２が用いられても、角度θの幅が十分に確保された状態でビームＢが入射することとなり、中焦点距離以上のレンズ２０２が使用されても光学多層膜８の設計に余裕を持たせることができる。
又、第４形態のビームシェーパー３０１では、光学薄膜フィルター４と、３つのレンズ２０２，２２２，３１２とが、ケース２３０に入れられている。よって、光学多層膜８等から出た反射光を始めとするビームＢの散乱光がケース２３０の外部に放射される事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。
更に、第４形態のビームシェーパー３０１では、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に、ピンホールＰＨを有するピンホール板３３４が設けられており、レンズ３１２は、ピンホールＰＨにおいてビームＢを合焦させる（焦点Ｆ”）。よって、ピンホール板３３４により、散乱光がビームＢの上流側に戻る事態が防止され、散乱光によるレーザー発振器等への影響の発生が抑制される。又、被加工物ＷＯに対してビームＢを収束させるためのレンズ２０２は、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のものとすることが可能である。
又更に、第４形態のビームシェーパー３０１では、複数のレンズ２２２，３１２は、光学薄膜フィルター４よりビームＢの上流側に配置されており、ビームＢを拡径するものである。よって、光学多層膜８に対し角度θを付けてビームＢを入射させるためのレンズ２０２に対し、拡径されたビームＢが入射することとなり、短焦点距離のレンズ２より低廉な中焦点距離以上のレンズ２０２が用いられても、角度θの幅が十分に確保された状態でビームＢが入射することとなり、中焦点距離以上のレンズ２０２が使用されても光学多層膜８の設計に余裕を持たせることができる。
【0048】
そして、上記第１～第４形態の何れにも存在する変更例において（図１（Ｂ），図２（Ｂ），図３（Ｂ），図４（Ｂ））、光学薄膜フィルター４及び１つのレンズ（第１，第２形態：レンズ２、第３，第４形態：レンズ２０２）に代えて、光学多層膜８を表面Ｒ’に成膜した１つのレンズ（第１，第２形態：レンズ２、第３，第４形態：レンズ２０２）が配置されている。
この場合、ビームＢの断面強度分布の変更が可能である光学薄膜フィルター４による収差が、最低限まで抑制される。
この場合、ビームＢの断面強度分布の変更が可能である光学薄膜フィルター４による収差が、最低限まで抑制される。
【実施例】
【0049】
次に、本発明の上記実施形態に準じた実施例が示される。
但し、実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。特に、実施例におけるビームＢの波長は、１０６４ｎｍ、３５５ｎｍとされているところ、本発明におけるビームＢの波長は、これらのものに限られない。
又、本発明の捉え方により、実施例が、本発明の範囲外となる実質的な比較例となったり、比較例が、本発明の範囲内である実質的な実施例となったりすることがある。
但し、実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。特に、実施例におけるビームＢの波長は、１０６４ｎｍ、３５５ｎｍとされているところ、本発明におけるビームＢの波長は、これらのものに限られない。
又、本発明の捉え方により、実施例が、本発明の範囲外となる実質的な比較例となったり、比較例が、本発明の範囲内である実質的な実施例となったりすることがある。
【0050】
［実施例１：フラットトップ裾有り型１］
≪構成等≫
本発明に係る実施例１として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型（フラットトップ裾有り型）への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表１に示される通りである。光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図５に示される通りである。反射防止膜１０の各層（奇数層：ＳｉＯ２，偶数層：Ｔａ２Ｏ５）の物理膜厚は、図６に示される通りである。
≪構成等≫
本発明に係る実施例１として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型（フラットトップ裾有り型）への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表１に示される通りである。光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図５に示される通りである。反射防止膜１０の各層（奇数層：ＳｉＯ２，偶数層：Ｔａ２Ｏ５）の物理膜厚は、図６に示される通りである。
【0051】
【表1】
【0052】
≪直線偏光と入射位置等≫
図７は、レンズ２及び光学薄膜フィルター４をレンズ２の上方からみた模式図であって、ビームＢが直線偏光する場合の図である。図７において、ｘ軸は、レンズ２の光軸Ｌと直交しており、直線偏光の方向にとられる。又、ｙ軸は、レンズ２の光軸Ｌ及びｘ軸と直交するようにとられる。
ビームＢの中心軸は、光軸Ｌ（ｚ軸）と一致した状態で、図７の紙面手前から奥方向（ｚ軸＋方向）へ進む。ビームＢは、レンズ２で焦点Ｆに向かい屈折されて、光学薄膜フィルター４（光学多層膜８）に角度θで入射する。
光学多層膜８に対して、ｘｚ平面Ｐ１内で入射するビームＢは、ｐ偏光となる。より詳しくは、ビームＢの全強度に対するｐ偏光強度比が１で、ｓ偏光強度比が０となる。
一方、光学多層膜８に対して、ｙｚ平面Ｐ２内で入射するビームＢは、ｓ偏光となる。より詳しくは、ｐ偏光強度比が０で、ｓ偏光強度比が１となる。
他方、ｘｚ平面がｚ軸周り（図７の反時計回り）で方位角φだけ回転した平面Ｐ３内で入射するビームＢは、ｐ偏光及びｓ偏光が共存したものとなる。より詳しくは、ビームＢの動径方向成分（ｃｏｓφに比例）がｐ偏光となり、方位角方向成分（ｓｉｎφに比例）がｓ偏光となり、ｐ偏光強度比が（ｃｏｓφ）２で、ｓ偏光強度比が（ｓｉｎφ）２となる。
光学多層膜８通過後において光軸Ｌの周りで強度が対称なビームＢとする観点からは、光学多層膜８の透過率特性は、ｐ偏光とｓ偏光とで同じであることが好ましい。又、光学多層膜８通過後において通過前の偏光状態を維持する観点からは、光学多層膜８の透過率特性は、通過前後でのｐ偏光とｓ偏光との位相差が０であることが好ましい。
光学多層膜８の特性が、その設計及び製造の少なくとも一方によって好ましい状態からの差を生じると、直線偏光のビームＢは、光学多層膜８の通過により、楕円偏光になる。
図７は、レンズ２及び光学薄膜フィルター４をレンズ２の上方からみた模式図であって、ビームＢが直線偏光する場合の図である。図７において、ｘ軸は、レンズ２の光軸Ｌと直交しており、直線偏光の方向にとられる。又、ｙ軸は、レンズ２の光軸Ｌ及びｘ軸と直交するようにとられる。
ビームＢの中心軸は、光軸Ｌ（ｚ軸）と一致した状態で、図７の紙面手前から奥方向（ｚ軸＋方向）へ進む。ビームＢは、レンズ２で焦点Ｆに向かい屈折されて、光学薄膜フィルター４（光学多層膜８）に角度θで入射する。
光学多層膜８に対して、ｘｚ平面Ｐ１内で入射するビームＢは、ｐ偏光となる。より詳しくは、ビームＢの全強度に対するｐ偏光強度比が１で、ｓ偏光強度比が０となる。
一方、光学多層膜８に対して、ｙｚ平面Ｐ２内で入射するビームＢは、ｓ偏光となる。より詳しくは、ｐ偏光強度比が０で、ｓ偏光強度比が１となる。
他方、ｘｚ平面がｚ軸周り（図７の反時計回り）で方位角φだけ回転した平面Ｐ３内で入射するビームＢは、ｐ偏光及びｓ偏光が共存したものとなる。より詳しくは、ビームＢの動径方向成分（ｃｏｓφに比例）がｐ偏光となり、方位角方向成分（ｓｉｎφに比例）がｓ偏光となり、ｐ偏光強度比が（ｃｏｓφ）２で、ｓ偏光強度比が（ｓｉｎφ）２となる。
光学多層膜８通過後において光軸Ｌの周りで強度が対称なビームＢとする観点からは、光学多層膜８の透過率特性は、ｐ偏光とｓ偏光とで同じであることが好ましい。又、光学多層膜８通過後において通過前の偏光状態を維持する観点からは、光学多層膜８の透過率特性は、通過前後でのｐ偏光とｓ偏光との位相差が０であることが好ましい。
光学多層膜８の特性が、その設計及び製造の少なくとも一方によって好ましい状態からの差を生じると、直線偏光のビームＢは、光学多層膜８の通過により、楕円偏光になる。
【0053】
≪円偏光と入射位置等≫
図８は、ビームＢが円偏光する場合の図７同様図である。
円偏光の場合、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比は、常に１：１となる。
よって、円偏光は、光学多層膜８の光学特性がｐ偏光に対するものとｓ偏光に対するものとで同等で、且つ光学多層膜８の通過後のｐ偏光とｓ偏光との位相差が０であると、保存される。
光学多層膜８の特性が、その設計及び製造の少なくとも一方によって好ましい状態からの差を生じると、円偏光のビームＢは、光学多層膜８の通過により、楕円偏光になる。
レーザー加工において、直線偏光あるいは楕円偏光のビームＢで切断した場合、被加工物ＷＯに入射するビームＢの偏光方向に依存して光の吸収が異なる結果、加工方向により加工幅，表面粗さ等の加工品質が異なってしまうこと、及びこれを回避するために異方性のない円偏光のビームＢで加工すれば良いことが知られている。かような観点からは、光学多層膜８は、円偏光のビームＢを円偏光のまま通過させることが好ましく、実施例１の光学多層膜８は、この観点に鑑みて設計されている。
図８は、ビームＢが円偏光する場合の図７同様図である。
円偏光の場合、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比は、常に１：１となる。
よって、円偏光は、光学多層膜８の光学特性がｐ偏光に対するものとｓ偏光に対するものとで同等で、且つ光学多層膜８の通過後のｐ偏光とｓ偏光との位相差が０であると、保存される。
光学多層膜８の特性が、その設計及び製造の少なくとも一方によって好ましい状態からの差を生じると、円偏光のビームＢは、光学多層膜８の通過により、楕円偏光になる。
レーザー加工において、直線偏光あるいは楕円偏光のビームＢで切断した場合、被加工物ＷＯに入射するビームＢの偏光方向に依存して光の吸収が異なる結果、加工方向により加工幅，表面粗さ等の加工品質が異なってしまうこと、及びこれを回避するために異方性のない円偏光のビームＢで加工すれば良いことが知られている。かような観点からは、光学多層膜８は、円偏光のビームＢを円偏光のまま通過させることが好ましく、実施例１の光学多層膜８は、この観点に鑑みて設計されている。
【0054】
円偏光のビームＢが光学多層膜８においてどの程度円偏光の状態を保持して通されたかに関係する指標として、ここでは楕円率が示される。
図９は、楕円率に関する模式図であり、光学多層膜８通過後のビームＢ（楕円偏光）における電場ベクトルの軌道の一例を示すグラフである。図９中、Ｅｐはｐ偏光の電場であり、Ｅｓはｓ偏光の電場である。電場ベクトルの軌道に係る楕円の中心は、ＥｐとＥｓとの交点（原点）を通る。
光学多層膜８通過前に次の式（６）の電場を有するビームＢが、光学多層膜８通過後、図９に示されるように、次の式（７）の電場を有したとする。ここで、ａｐは光学多層膜８通過前のＥｐの振幅であり、ａｓは光学多層膜８通過前のＥｓの振幅であり、ωは周波数であり、Δ０は偏光状態を表すパラメータ（０°で直線偏光，＋９０°で受光する側からみて右回りの円偏光）であり、Ｔｐは光学多層膜８のｓ偏光に対する透過率であり、Ｔｓは光学多層膜８のｓ偏光に対する透過率であり、Δは透過位相差、即ちｐ偏光とｓ偏光との位相差δｐ－δｓである。
図９は、楕円率に関する模式図であり、光学多層膜８通過後のビームＢ（楕円偏光）における電場ベクトルの軌道の一例を示すグラフである。図９中、Ｅｐはｐ偏光の電場であり、Ｅｓはｓ偏光の電場である。電場ベクトルの軌道に係る楕円の中心は、ＥｐとＥｓとの交点（原点）を通る。
光学多層膜８通過前に次の式（６）の電場を有するビームＢが、光学多層膜８通過後、図９に示されるように、次の式（７）の電場を有したとする。ここで、ａｐは光学多層膜８通過前のＥｐの振幅であり、ａｓは光学多層膜８通過前のＥｓの振幅であり、ωは周波数であり、Δ０は偏光状態を表すパラメータ（０°で直線偏光，＋９０°で受光する側からみて右回りの円偏光）であり、Ｔｐは光学多層膜８のｓ偏光に対する透過率であり、Ｔｓは光学多層膜８のｓ偏光に対する透過率であり、Δは透過位相差、即ちｐ偏光とｓ偏光との位相差δｐ－δｓである。
【0055】
【数5】
【0056】
つまり、光学多層膜８通過後のビームＢに係る電場ベクトルの軌道は、Ｅｐに対して偏光方位角ψだけ図９の反時計回りで回転したＥξの方向において振幅ａｐ’＝ａｐ√Ｔｐで振動し、Ｅｓに対して偏光方位角ψだけ図９の反時計回りで回転したＥηの方向において振幅ａｓ’＝ａｓ√Ｔｓで振動するものとなる。
そして、楕円率ｋが、（ａｐ’，ａｓ’）、あるいはＥξＥη平面における原点から（ａｐ’，ａｓ’）への線分とＥξ軸との角度である楕円率角χにより、式（８），（９）で表される。
そして、楕円率ｋが、（ａｐ’，ａｓ’）、あるいはＥξＥη平面における原点から（ａｐ’，ａｓ’）への線分とＥξ軸との角度である楕円率角χにより、式（８），（９）で表される。
【0057】
【数6】
【0058】
楕円率ｋは、１であれば右回りの円偏光を示し、０であれば直線偏光を示し、－１であれば左回りの円偏光を示す。
尚、偏光方位角ψは次の式（１０）で示され、Ｅξ軸は次の式（１１）で示され、Ｅη軸は次の式（１２）で示される。
尚、偏光方位角ψは次の式（１０）で示され、Ｅξ軸は次の式（１１）で示され、Ｅη軸は次の式（１２）で示される。
【0059】
【数7】
【0060】
楕円率ｋは、直線偏光が光学多層膜８においてどの程度直線偏光の状態を保持して通されたかに関係する指標としても用いることができる。
即ち、直線偏光が楕円率ｋ＝０であるところ、変換後でも直線偏光を完全に維持していれば楕円率ｋは０のままであるし、変換後に楕円偏光となれば、楕円率ｋが大きいほど直線偏光からかけ離れることになる。
即ち、直線偏光が楕円率ｋ＝０であるところ、変換後でも直線偏光を完全に維持していれば楕円率ｋは０のままであるし、変換後に楕円偏光となれば、楕円率ｋが大きいほど直線偏光からかけ離れることになる。
【0061】
≪直線偏光における変換等≫
図１０は、実施例１の光学多層膜８に対し、ビームＢが、１０６４ｎｍを含む波長域での各波長において角度θ＝０°で入射する場合の分光透過率分布を示すグラフである。
実施例１の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザー基本波長）に対して設計されている。図１０において、波長１０６４ｎｍでの透過率は５０％であり、波長１０６４±１０ｎｍにおいて、透過率は５％から９５％程度まで比例的に単調増加し、波長１０６４＋１０ｎｍ以上で、透過率が１００％に近い（９５％以上である）状態が、波長１１００ｎｍ程度まで続いている。透過率特性は、入射する角度θの増加と共に短波長側へシフトする。そして、短波長側へシフトした場合の波長１０６４ｎｍでの透過率は、シフト量（角度θ）の増加と共に上昇していき、所定の角度θ以上で１００％に近い状態となる。
図１０は、実施例１の光学多層膜８に対し、ビームＢが、１０６４ｎｍを含む波長域での各波長において角度θ＝０°で入射する場合の分光透過率分布を示すグラフである。
実施例１の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザー基本波長）に対して設計されている。図１０において、波長１０６４ｎｍでの透過率は５０％であり、波長１０６４±１０ｎｍにおいて、透過率は５％から９５％程度まで比例的に単調増加し、波長１０６４＋１０ｎｍ以上で、透過率が１００％に近い（９５％以上である）状態が、波長１１００ｎｍ程度まで続いている。透過率特性は、入射する角度θの増加と共に短波長側へシフトする。そして、短波長側へシフトした場合の波長１０６４ｎｍでの透過率は、シフト量（角度θ）の増加と共に上昇していき、所定の角度θ以上で１００％に近い状態となる。
【0062】
図１１は、実施例１の光学多層膜８に対し、波長１０６４ｎｍのビームＢが、角度θ（横軸）で入射する場合の透過率の目標値Ｔ（θ），ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓ，位相差Δ（縦軸）を示すグラフである。
光学多層膜８の設計において、角度θで変化する透過率の目標値Ｔ（θ）として、入射の角度θ＝０°で透過率が５０％であり、θ＝９°強までガウシアン型の断面強度分布の頂部の曲線を打ち消すように透過率が単調増加し、その角度以降、透過率が１００％で維持されるものが設定される。
その目標値Ｔ（θ）に対し、光学多層膜８の実際の透過率Ｔｒ（θ）は、ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ及びｓ偏光に対する透過率Ｔｓの双方共に、十分に近づいたものとなっている。
尚、厳密には、入射の角度θが３°程度以上となると、透過率Ｔｐ，Ｔｓのズレが生じ、又位相差Δも０°から離れていくため、透過率の偏光依存性が見られるようになる。
光学多層膜８の設計において、角度θで変化する透過率の目標値Ｔ（θ）として、入射の角度θ＝０°で透過率が５０％であり、θ＝９°強までガウシアン型の断面強度分布の頂部の曲線を打ち消すように透過率が単調増加し、その角度以降、透過率が１００％で維持されるものが設定される。
その目標値Ｔ（θ）に対し、光学多層膜８の実際の透過率Ｔｒ（θ）は、ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ及びｓ偏光に対する透過率Ｔｓの双方共に、十分に近づいたものとなっている。
尚、厳密には、入射の角度θが３°程度以上となると、透過率Ｔｐ，Ｔｓのズレが生じ、又位相差Δも０°から離れていくため、透過率の偏光依存性が見られるようになる。
【0063】
図１２は、波長１０６４ｎｍのビームＢにおける、空間座標（横軸）と、実施例１の光学多層膜８に係る透過率の目標値Ｔ（θ），ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓ，入射の角度θ（縦軸）との関係を示すグラフである。図１２は、光学多層膜８を透過した直後のビームＢについて表されている。このビームＢの空間分布は、被加工物ＷＯに至るまで、収束により、光軸Ｌを中心として相似的に縮小されていく。かような透過直後の事項、及び縮小の事項は、以下、適宜同様に当てはまる。
空間座標は、光軸Ｌに垂直なある放射方向における距離ｄの点と、その反対方向における距離ｄの点にマイナスをつけた点との集合で表される。例えば、方位角φの平面内の光軸Ｌに垂直な直線上で、一方の光軸Ｌからの距離ｄの点が空間座標＋ｄとされ、他方の距離ｄの点が空間座標－ｄとされる。
光学多層膜８の透過率の目標値Ｔ（θ）は、空間座標が±５ｍｍ程度内である領域、即ち光軸Ｌを中心とする半径５ｍｍ程度の円内領域において、ガウシアン型と横軸を中心に対称となる状態で、距離ｄの絶対値に対して単調増加している。これに対し、ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓは、十分に近づいている。
空間座標は、光軸Ｌに垂直なある放射方向における距離ｄの点と、その反対方向における距離ｄの点にマイナスをつけた点との集合で表される。例えば、方位角φの平面内の光軸Ｌに垂直な直線上で、一方の光軸Ｌからの距離ｄの点が空間座標＋ｄとされ、他方の距離ｄの点が空間座標－ｄとされる。
光学多層膜８の透過率の目標値Ｔ（θ）は、空間座標が±５ｍｍ程度内である領域、即ち光軸Ｌを中心とする半径５ｍｍ程度の円内領域において、ガウシアン型と横軸を中心に対称となる状態で、距離ｄの絶対値に対して単調増加している。これに対し、ｐ偏光に対する透過率Ｔｐ，ｓ偏光に対する透過率Ｔｓは、十分に近づいている。
【0064】
図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、方位角φが順に０°，４５°，９０°である平面における直線偏光したビームＢの、空間座標に対する、変換前後及び目標値に係る断面強度分布（変換前の最大強度を１とした相対強度の分布）、並びに楕円率分布を示すグラフである。
断面強度分布の目標値は、透過率が目標値Ｔ（θ）であった場合の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布である。
光学多層膜８の断面強度分布は、どの方位角φでも、概ね断面強度分布の目標値に対し、一致又は隣接するように追従できている。
厳密には、光学多層膜８では、方位角φにより、ｓ偏光及びｐ偏光に対する透過率特性に差異があるため、ビームＢの断面強度分布は、方位角φにより異なっている。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、方位角φ＝０°，９０°では空間座標によらず常に０であるものの、方位角φがそれら以外の値であると、光軸Ｌから離れるほど増加していく。
断面強度分布の目標値は、透過率が目標値Ｔ（θ）であった場合の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布である。
光学多層膜８の断面強度分布は、どの方位角φでも、概ね断面強度分布の目標値に対し、一致又は隣接するように追従できている。
厳密には、光学多層膜８では、方位角φにより、ｓ偏光及びｐ偏光に対する透過率特性に差異があるため、ビームＢの断面強度分布は、方位角φにより異なっている。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、方位角φ＝０°，９０°では空間座標によらず常に０であるものの、方位角φがそれら以外の値であると、光軸Ｌから離れるほど増加していく。
【0065】
図１４は、ビームＢが進む方向に向かってみたビームＢの断面図に、極座標（ｄ，φ）における所定の軸及び点を重ねた模式図である。
図１５（Ａ）は、図１４で表された点（０，０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフであり、図１５（Ｂ）～（Ｆ）は、順に点（２，０）、（２，２２．５）、（２，４５）、（２，６７．５）、（２，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
図１６（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（４，０）、（４，２２．５）、（４，４５）、（４，６７．５）、（４，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
図１７（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（１０，０）、（１０，２２．５）、（１０，４５）、（１０，６７．５）、（１０，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
図１５（Ａ）は、図１４で表された点（０，０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフであり、図１５（Ｂ）～（Ｆ）は、順に点（２，０）、（２，２２．５）、（２，４５）、（２，６７．５）、（２，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
図１６（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（４，０）、（４，２２．５）、（４，４５）、（４，６７．５）、（４，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
図１７（Ａ）～（Ｅ）は、順に点（１０，０）、（１０，２２．５）、（１０，４５）、（１０，６７．５）、（１０，９０）における直線偏光したビームＢの、実施例１の光学多層膜８での変換前後の電場ベクトルの軌道を示すグラフである。
【0066】
図１５（Ａ）で示されるように、（０，０）即ちレンズ２の中心を通る直線偏光したビームＢの部分は、光学多層膜８に垂直に入射する。よって、当該部分の偏光は関係せず、当該部分の楕円率ｋは変換前後で０である。
図１５～図１７で示されるように、何れの距離ｄにおいても、方位角φ＝４５°で変換後の楕円率ｋが最大となる。又、０°及び９０°を除く何れの方位角φにおいても、距離ｄ＝２（光軸Ｌから２．０ｍｍ）に対してｄ＝４で楕円率ｋが大きくなる。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、図１５～図１７中ビームＢの断面強度分布の裾部分（ｄ＝１０ｍｍ）を除く中央部分（有効断面領域）において最大となる（４，４５）の点でも０．０７４であり、即ち楕円率ｋの変換前（ｋ＝０）に対する変換後の最大（ｋ＝０．０７４）の変化量は０．０７４であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で十分に維持される。
図１５～図１７で示されるように、何れの距離ｄにおいても、方位角φ＝４５°で変換後の楕円率ｋが最大となる。又、０°及び９０°を除く何れの方位角φにおいても、距離ｄ＝２（光軸Ｌから２．０ｍｍ）に対してｄ＝４で楕円率ｋが大きくなる。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、図１５～図１７中ビームＢの断面強度分布の裾部分（ｄ＝１０ｍｍ）を除く中央部分（有効断面領域）において最大となる（４，４５）の点でも０．０７４であり、即ち楕円率ｋの変換前（ｋ＝０）に対する変換後の最大（ｋ＝０．０７４）の変化量は０．０７４であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で十分に維持される。
【0067】
≪円偏光における変換等≫
図１８（Ａ）～（Ｃ）は、円偏光したビームＢに対する実施例１による変換に係る図１３（Ａ）～（Ｃ）と同様のグラフである。
光学多層膜８の断面強度分布は、円偏光に対しても、どの方位角φでも、概ね断面強度分布の目標値に対し、一致又は隣接するように追従できている。
厳密には、光学多層膜８では、円偏光に対しては、方位角φの方向では断面強度及び楕円率の双方共に方向依存性がない。一方、距離ｄの方向ではｓ偏光に対する差異及びｐ偏光に対する差異があり、断面強度及び楕円率の双方共に方向依存性が存在する。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、方位角φによらず、空間座標＝０（光軸Ｌ上）では常に１（円偏光）であるものの、光軸Ｌから離れるほど減少していく。
図１８（Ａ）～（Ｃ）は、円偏光したビームＢに対する実施例１による変換に係る図１３（Ａ）～（Ｃ）と同様のグラフである。
光学多層膜８の断面強度分布は、円偏光に対しても、どの方位角φでも、概ね断面強度分布の目標値に対し、一致又は隣接するように追従できている。
厳密には、光学多層膜８では、円偏光に対しては、方位角φの方向では断面強度及び楕円率の双方共に方向依存性がない。一方、距離ｄの方向ではｓ偏光に対する差異及びｐ偏光に対する差異があり、断面強度及び楕円率の双方共に方向依存性が存在する。
光学多層膜８通過後の楕円率ｋは、方位角φによらず、空間座標＝０（光軸Ｌ上）では常に１（円偏光）であるものの、光軸Ｌから離れるほど減少していく。
【0068】
図１９～図２１は、円偏光したビームＢに対する実施例１による変換に係る図１５～図１７と同様のグラフである。
図１９～図２１で示されるように、距離ｄが一定であれば、何れの方位角φにおいても光学多層膜８通過後の楕円率ｋは一定である。又、楕円率ｋは、光軸Ｌ上で１であり、距離ｄが大きくなるほど小さくなる。
楕円率ｋは、図１９～図２１中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで０．８５２であり、楕円率ｋの変換前（ｋ＝１）に対する変換後の最大（ｋ＝０．８５２）の変化量は１－０．８５２＝０．１４８であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で十分に維持される。
尚、楕円率ｋの変化量（楕円率変化量）は、種々のシミュレーション等により、直線偏光及び円偏光といった偏光状態に関わらず、０．５以下に収まれば、ビームＢの断面強度分布の変換による影響を被加工物ＷＯ等に及ぼし難くなり、好ましいことが判明している。
図１９～図２１で示されるように、距離ｄが一定であれば、何れの方位角φにおいても光学多層膜８通過後の楕円率ｋは一定である。又、楕円率ｋは、光軸Ｌ上で１であり、距離ｄが大きくなるほど小さくなる。
楕円率ｋは、図１９～図２１中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで０．８５２であり、楕円率ｋの変換前（ｋ＝１）に対する変換後の最大（ｋ＝０．８５２）の変化量は１－０．８５２＝０．１４８であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で十分に維持される。
尚、楕円率ｋの変化量（楕円率変化量）は、種々のシミュレーション等により、直線偏光及び円偏光といった偏光状態に関わらず、０．５以下に収まれば、ビームＢの断面強度分布の変換による影響を被加工物ＷＯ等に及ぼし難くなり、好ましいことが判明している。
【0069】
［実施例２：フラットトップ裾有り型２］
≪構成等≫
本発明に係る実施例２として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表２に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図２２に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例１，２で変わらないものの、実施例２の各層の物理膜厚は、総じて実施例１より増えている。
反射防止膜１０は、実施例１と同じである。
≪構成等≫
本発明に係る実施例２として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表２に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図２２に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例１，２で変わらないものの、実施例２の各層の物理膜厚は、総じて実施例１より増えている。
反射防止膜１０は、実施例１と同じである。
【0070】
【表2】
【0071】
≪直線偏光における変換等≫
図２３は、実施例２に係る図１０同様図である。図２４は、実施例２に係る図１１同様図である。図２５は、実施例２に係る図１２同様図である。
実施例２の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー基本波長）に対して設計されている。
実施例２の光学多層膜８における透過率特性は、大要実施例１と同様であり、更にｐ偏光に対する透過率Ｔｐとｓ偏光に対する透過率Ｔｓとの差異が、様々な角度θ及び空間座標にわたって実施例１より小さくなったものである。特に、フラットトップ型断面強度分布の中央部（フラット部）に対応する入射の角度θ≦１０°程度の領域で、位相差Δが殆ど０であり、変換前後での偏光状態が保存される透過率特性が確保される。
又、波長１０６４＋１０ｎｍ程度以上波長１１００ｎｍ程度までの波長域で、透過率が実施例１より更に１００％に近づいている。
図２３は、実施例２に係る図１０同様図である。図２４は、実施例２に係る図１１同様図である。図２５は、実施例２に係る図１２同様図である。
実施例２の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー基本波長）に対して設計されている。
実施例２の光学多層膜８における透過率特性は、大要実施例１と同様であり、更にｐ偏光に対する透過率Ｔｐとｓ偏光に対する透過率Ｔｓとの差異が、様々な角度θ及び空間座標にわたって実施例１より小さくなったものである。特に、フラットトップ型断面強度分布の中央部（フラット部）に対応する入射の角度θ≦１０°程度の領域で、位相差Δが殆ど０であり、変換前後での偏光状態が保存される透過率特性が確保される。
又、波長１０６４＋１０ｎｍ程度以上波長１１００ｎｍ程度までの波長域で、透過率が実施例１より更に１００％に近づいている。
【0072】
図２６は、本発明の実施例２（直線偏光）に係る図１３同様図である。
図２７～図２９は、本発明の実施例２（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。
実施例２の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、実施例１の光学多層膜８における当該差異より小さいため、実施例２の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度は、実施例１の当該断面強度より更に等方的になる。
又、実施例２の位相差Δは、実施例１の位相差Δより小さいため、実施例２における楕円率ｋの変化は、実施例１における当該変化より小さくなる。
即ち、楕円率ｋは、図２７～図２９中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで最大０．００５であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．００５であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
図２７～図２９は、本発明の実施例２（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。
実施例２の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、実施例１の光学多層膜８における当該差異より小さいため、実施例２の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度は、実施例１の当該断面強度より更に等方的になる。
又、実施例２の位相差Δは、実施例１の位相差Δより小さいため、実施例２における楕円率ｋの変化は、実施例１における当該変化より小さくなる。
即ち、楕円率ｋは、図２７～図２９中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで最大０．００５であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．００５であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0073】
≪円偏光における変換等≫
図３０～図３３は、実施例２（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例２の位相差Δが実施例１の位相差Δより小さいことにより、実施例２における楕円率ｋの変化は、実施例１における当該変化より小さくなる。
即ち、楕円率ｋは、図３１～図３３中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで０．９８９であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１１であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
図３０～図３３は、実施例２（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例２の位相差Δが実施例１の位相差Δより小さいことにより、実施例２における楕円率ｋの変化は、実施例１における当該変化より小さくなる。
即ち、楕円率ｋは、図３１～図３３中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝４．０ｍｍで０．９８９であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１１であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0074】
［実施例３：フラットトップ裾切り型］
≪構成等≫
本発明に係る実施例３として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に類するものが形成された。ここで、実施例３では、ガウシアン型をフラットトップ裾切り型に変換するものである。フラットトップ裾切り型は、フラットトップ型における中央部分の断面強度分布を残して裾部分の断面強度分布を０とした（０に近づけるものを含む）もので、ここでは光軸Ｌを中心として全幅２√（２ｌｎ２）σ以内で強度が一定となり（中央部分）、全幅２√（２ｌｎ２）σ外で強度が０となる（裾部分）ものである。フラットトップ裾切り型は、フラットトップ型の一種である。即ち、フラットトップ型には、フラットトップ裾有り型とフラットトップ裾切り型とが含まれる。
各種の値は、次の表３に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図３４に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例１，２より増えている。
反射防止膜１０は、実施例１と同じである。
≪構成等≫
本発明に係る実施例３として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に類するものが形成された。ここで、実施例３では、ガウシアン型をフラットトップ裾切り型に変換するものである。フラットトップ裾切り型は、フラットトップ型における中央部分の断面強度分布を残して裾部分の断面強度分布を０とした（０に近づけるものを含む）もので、ここでは光軸Ｌを中心として全幅２√（２ｌｎ２）σ以内で強度が一定となり（中央部分）、全幅２√（２ｌｎ２）σ外で強度が０となる（裾部分）ものである。フラットトップ裾切り型は、フラットトップ型の一種である。即ち、フラットトップ型には、フラットトップ裾有り型とフラットトップ裾切り型とが含まれる。
各種の値は、次の表３に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：Ｔａ２Ｏ５，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図３４に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例１，２より増えている。
反射防止膜１０は、実施例１と同じである。
【0075】
【表3】
【0076】
≪直線偏光における変換等≫
図３５は、実施例３に係る図１０同様図である。図３６は、実施例３に係る図１１同様図である。図３７は、実施例３に係る図１２同様図である。
実施例３の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー基本波長）に対して設計されている。
実施例３の光学多層膜８における透過率特性は、波長約１０７０ｎｍまでは実施例２と同様であり、更に約１０７０ｎｍで透過率が１００％付近から０％まで急激に低下し、更に長波長側で透過率０％が維持されるようなものである。
図３５は、実施例３に係る図１０同様図である。図３６は、実施例３に係る図１１同様図である。図３７は、実施例３に係る図１２同様図である。
実施例３の光学多層膜８は、波長１０６４ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー基本波長）に対して設計されている。
実施例３の光学多層膜８における透過率特性は、波長約１０７０ｎｍまでは実施例２と同様であり、更に約１０７０ｎｍで透過率が１００％付近から０％まで急激に低下し、更に長波長側で透過率０％が維持されるようなものである。
【0077】
図３８は、本発明の実施例３（直線偏光）に係る図１３同様図である。
実施例３の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値に十分に追従している。厳密には、透過率を極めて狭い波長域内で１００％近くから０％まで急激に落とすフィルターの構成は一般に困難であり、変換後のビームＢの断面強度分布は、断面強度分布の目標値における垂直に近い透過率分布の部分に対して、多少のなまりが存在する。
図３９～図４１は、本発明の実施例３（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。
実施例３の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、十分に小さいため、実施例３の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例３の位相差Δは、十分に小さいため、実施例３における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図３９～図４１中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝２．０ｍｍで最大０．００８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．００８であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
実施例３の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値に十分に追従している。厳密には、透過率を極めて狭い波長域内で１００％近くから０％まで急激に落とすフィルターの構成は一般に困難であり、変換後のビームＢの断面強度分布は、断面強度分布の目標値における垂直に近い透過率分布の部分に対して、多少のなまりが存在する。
図３９～図４１は、本発明の実施例３（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。
実施例３の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、十分に小さいため、実施例３の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例３の位相差Δは、十分に小さいため、実施例３における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図３９～図４１中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝２．０ｍｍで最大０．００８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．００８であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0078】
≪円偏光における変換等≫
図４２～図４５は、実施例３（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例３の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例３における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図４３～図４５中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝２．０ｍｍで０．９８５であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１５であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
又、距離ｄ＝１０ｍｍ（図４５）における変換後のビームＢの電場ベクトル軌道は、殆ど０になっており、フラットトップ裾切り型における裾切りの作用が現れている。
図４２～図４５は、実施例３（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例３の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例３における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図４３～図４５中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝２．０ｍｍで０．９８５であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１５であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
又、距離ｄ＝１０ｍｍ（図４５）における変換後のビームＢの電場ベクトル軌道は、殆ど０になっており、フラットトップ裾切り型における裾切りの作用が現れている。
【0079】
［実施例４：フラットトップ裾有り型３］
≪構成等≫
本発明に係る実施例４として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表４に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：ＨｆＯ２，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図４６に示される通りである。
反射防止膜１０の各層（奇数層：ＳｉＯ２，偶数層：ＨｆＯ２）の物理膜厚は、図４７に示される通りである。
実施例４の光学多層膜８は、波長３５５ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー第３高調波）に対して設計されている。ＦＷＨＭは実施例１～３より狭く、レンズ２の外径及び焦点距離ｆは実施例１～３より小さく、θｍａｘは実施例１～３より大きい。
≪構成等≫
本発明に係る実施例４として、上記第１形態におけるガウシアン型からフラットトップ型への変換フィルターとしての光学多層膜８を含むビームシェーパー１に属するものが形成された。
各種の値は、次の表４に示される通りである。
光学多層膜８の各層（奇数層：ＨｆＯ２，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図４６に示される通りである。
反射防止膜１０の各層（奇数層：ＳｉＯ２，偶数層：ＨｆＯ２）の物理膜厚は、図４７に示される通りである。
実施例４の光学多層膜８は、波長３５５ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー第３高調波）に対して設計されている。ＦＷＨＭは実施例１～３より狭く、レンズ２の外径及び焦点距離ｆは実施例１～３より小さく、θｍａｘは実施例１～３より大きい。
【0080】
【表4】
【0081】
≪直線偏光における変換等≫
図４８～５０は、実施例４に係る図１０～図１２と同様の図である。
図４８において、実施例４の光学多層膜８における波長３５５ｎｍでの透過率は５０％であり、波長３５５±５ｎｍにおいて、透過率は１０％から９８％程度まで比例的に単調増加し、波長３５５＋５ｎｍ以上で、透過率が１００％に近い（９６％以上である）状態が、波長３７３ｎｍ程度まで続いている。透過率特性は、入射する角度θの増加と共に短波長側へシフトする。そして、短波長側へシフトした場合の波長３５５ｎｍでの透過率は、シフト量（角度θ）の増加と共に上昇していき、所定の角度θ以上で１００％に近い状態となる。
図４８～５０は、実施例４に係る図１０～図１２と同様の図である。
図４８において、実施例４の光学多層膜８における波長３５５ｎｍでの透過率は５０％であり、波長３５５±５ｎｍにおいて、透過率は１０％から９８％程度まで比例的に単調増加し、波長３５５＋５ｎｍ以上で、透過率が１００％に近い（９６％以上である）状態が、波長３７３ｎｍ程度まで続いている。透過率特性は、入射する角度θの増加と共に短波長側へシフトする。そして、短波長側へシフトした場合の波長３５５ｎｍでの透過率は、シフト量（角度θ）の増加と共に上昇していき、所定の角度θ以上で１００％に近い状態となる。
【0082】
図５１は、本発明の実施例４（直線偏光）に係る図１３同様図である。
実施例４の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値（θｍａｘ＝３１．１°程度までのもの）に十分に追従している。
図５２～図５４は、本発明の実施例４（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。但し、それぞれｄ＝２に対応する点（２，０）、（２，２２．５）、（２，４５）、（２，６７．５）、（２，９０）に代えて、それぞれｄ＝０．５に対応する点（０．５，０）、（０．５，２２．５）、（０．５，４５）、（０．５，６７．５）、（０．５，９０）におけるものが示され、同様に、それぞれｄ＝４に対応する各点に代えてｄ＝１．０に対応する各点におけるものが示され、又それぞれｄ＝１０に対応する各点に代えてｄ＝２．５に対応する各点におけるものが示される。この点、後述する実施例４の円偏光においても同様である。
実施例４の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、十分に小さいため、実施例４の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例４の位相差Δは、十分に小さいため、実施例４における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図５２～図５４中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．０ｍｍで最大０．０１１であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１１であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
実施例４の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値（θｍａｘ＝３１．１°程度までのもの）に十分に追従している。
図５２～図５４は、本発明の実施例４（直線偏光）に係る図１５～図１７と同様の図である。但し、それぞれｄ＝２に対応する点（２，０）、（２，２２．５）、（２，４５）、（２，６７．５）、（２，９０）に代えて、それぞれｄ＝０．５に対応する点（０．５，０）、（０．５，２２．５）、（０．５，４５）、（０．５，６７．５）、（０．５，９０）におけるものが示され、同様に、それぞれｄ＝４に対応する各点に代えてｄ＝１．０に対応する各点におけるものが示され、又それぞれｄ＝１０に対応する各点に代えてｄ＝２．５に対応する各点におけるものが示される。この点、後述する実施例４の円偏光においても同様である。
実施例４の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、十分に小さいため、実施例４の光学多層膜８を通過したビームＢの断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例４の位相差Δは、十分に小さいため、実施例４における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図５２～図５４中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．０ｍｍで最大０．０１１であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０１１であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0083】
≪円偏光における変換等≫
図５５～図５８は、実施例４（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例４の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例４における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図５６～図５８中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．０ｍｍで０．９７８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０２２であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
図５５～図５８は、実施例４（円偏光）に係る図１８～図２１と同様の図である。
円偏光においても、実施例４の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例４における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図５６～図５８中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．０ｍｍで０．９７８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０２２であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0084】
［実施例５：ドーナツ型］
≪構成等≫
本発明に係る実施例５として、上記第１形態におけるビームシェーパー１に類するものが形成された。実施例５の光学多層膜８は、フラットトップ裾切り型をドーナツ型に変換するものである。ドーナツ型は、フラットトップ裾切り型における強度が０以外でフラットとなった部分内に、強度が落ち込む中央強度低下部分を有するもので、ここでは光軸Ｌを中心として全幅２ｍｍ程度（光軸Ｌから±１ｍｍ程度）以内である円柱状部分で強度が０となり（穴部分）、その外側で光軸Ｌを中心として外径全幅２√（２ｌｎ２）σ以内で強度が一定となり（中央部分）、全幅２√（２ｌｎ２）σ外で強度が０となるものである。ドーナツ型では、穴部分を除く中央部分が、有効断面領域となる。ドーナツ型の断面強度分布を有するビームＢは、例えば穴部分に相当する形状を有する微細な突起を加工する際に用いられる。尚、光学多層膜８は、フラットトップ裾有り型をドーナツ型に変換するもの等であっても良い。
実施例５における各種の値は、次の表５に示される通りである。
又、光学多層膜８の各層（奇数層：ＨｆＯ２，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図５９に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例４より増えている。
実施例４の光学多層膜８は、波長３５５ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー第３高調波）であって断面強度分布がフラットトップ裾切り型に調整されたもの対して設計されている。
反射防止膜１０は、実施例４と同じである。
≪構成等≫
本発明に係る実施例５として、上記第１形態におけるビームシェーパー１に類するものが形成された。実施例５の光学多層膜８は、フラットトップ裾切り型をドーナツ型に変換するものである。ドーナツ型は、フラットトップ裾切り型における強度が０以外でフラットとなった部分内に、強度が落ち込む中央強度低下部分を有するもので、ここでは光軸Ｌを中心として全幅２ｍｍ程度（光軸Ｌから±１ｍｍ程度）以内である円柱状部分で強度が０となり（穴部分）、その外側で光軸Ｌを中心として外径全幅２√（２ｌｎ２）σ以内で強度が一定となり（中央部分）、全幅２√（２ｌｎ２）σ外で強度が０となるものである。ドーナツ型では、穴部分を除く中央部分が、有効断面領域となる。ドーナツ型の断面強度分布を有するビームＢは、例えば穴部分に相当する形状を有する微細な突起を加工する際に用いられる。尚、光学多層膜８は、フラットトップ裾有り型をドーナツ型に変換するもの等であっても良い。
実施例５における各種の値は、次の表５に示される通りである。
又、光学多層膜８の各層（奇数層：ＨｆＯ２，偶数層：ＳｉＯ２）の物理膜厚は、図５９に示される通りである。光学多層膜８の層数は、実施例４より増えている。
実施例４の光学多層膜８は、波長３５５ｎｍのビームＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー第３高調波）であって断面強度分布がフラットトップ裾切り型に調整されたもの対して設計されている。
反射防止膜１０は、実施例４と同じである。
【0085】
【表5】
【0086】
≪直線偏光における変換等≫
図６０～図６２は、実施例５に係る図１０～図１２と同様の図である。
実施例５の光学多層膜８における透過率特性は、波長約３５５ｎｍまでの短波長域で透過率が０％あるいは０％に近く、波長約３５５ｎｍから＋２ｎｍの狭い波長域で透過率が急激に１００％近く（９５％程度）まで上昇し、波長約３５５＋２ｎｍより長波長側で透過率が１００％近くに維持されるようなものである。
図６０～図６２は、実施例５に係る図１０～図１２と同様の図である。
実施例５の光学多層膜８における透過率特性は、波長約３５５ｎｍまでの短波長域で透過率が０％あるいは０％に近く、波長約３５５ｎｍから＋２ｎｍの狭い波長域で透過率が急激に１００％近く（９５％程度）まで上昇し、波長約３５５＋２ｎｍより長波長側で透過率が１００％近くに維持されるようなものである。
【0087】
図６３は、本発明の実施例５（直線偏光）に係る図１３同様図である。
実施例５の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値に十分に追従している。厳密には、透過率を極めて狭い波長域内で０％近くから１００％まで急激に上げるフィルターの構成は一般に困難であり、変換後のビームＢの断面強度分布は、断面強度分布の目標値における垂直に近い透過率分布の部分に対して、多少のなまりが存在する。
図６４～図６５は、本発明の実施例５（直線偏光）に係る図５２～図５３と同様の図である。尚、実施例５において、距離ｄ＝３．０では、何れの方位角φにおいても変換前後で電場がなかったため、ｄ＝３．０に係る図（図５４に相当する図）は、実施例５では省略される。この点、実施例５の円偏光の場合においても同様である。
実施例５の光学多層膜８では、光軸Ｌに近い距離ｄ＝０．５の各点において（図６４）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後において縮小されている。かような縮小は、ドーナツ型の穴部分の形成の現れである。他方、実施例５の光学多層膜８では、光軸Ｌからやや離れた距離ｄ＝１．５の各点において（図６５）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後においても比較的に維持されている。かような維持は、ドーナツ型の有効断面領域部分の形成の現れである。
実施例５の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、特に空間座標が±３ｍｍ以内の領域で十分に小さいため、実施例５の光学多層膜８を通過したビームＢのドーナツ型の断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例５の位相差Δは、十分に小さいため、実施例５における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図６４～図６５中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．５ｍｍで最大０．０２１であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０２１であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
実施例５の光学多層膜８は、何れの方位角φにおいても、ビームＢの断面強度分布の目標値に十分に追従している。厳密には、透過率を極めて狭い波長域内で０％近くから１００％まで急激に上げるフィルターの構成は一般に困難であり、変換後のビームＢの断面強度分布は、断面強度分布の目標値における垂直に近い透過率分布の部分に対して、多少のなまりが存在する。
図６４～図６５は、本発明の実施例５（直線偏光）に係る図５２～図５３と同様の図である。尚、実施例５において、距離ｄ＝３．０では、何れの方位角φにおいても変換前後で電場がなかったため、ｄ＝３．０に係る図（図５４に相当する図）は、実施例５では省略される。この点、実施例５の円偏光の場合においても同様である。
実施例５の光学多層膜８では、光軸Ｌに近い距離ｄ＝０．５の各点において（図６４）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後において縮小されている。かような縮小は、ドーナツ型の穴部分の形成の現れである。他方、実施例５の光学多層膜８では、光軸Ｌからやや離れた距離ｄ＝１．５の各点において（図６５）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後においても比較的に維持されている。かような維持は、ドーナツ型の有効断面領域部分の形成の現れである。
実施例５の光学多層膜８におけるｓ偏光とｐ偏光との透過率特性の差異は、特に空間座標が±３ｍｍ以内の領域で十分に小さいため、実施例５の光学多層膜８を通過したビームＢのドーナツ型の断面強度分布は、十分に等方的である。
又、実施例５の位相差Δは、十分に小さいため、実施例５における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図６４～図６５中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．５ｍｍで最大０．０２１であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０２１であり、直線偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0088】
≪円偏光における変換等≫
図６６は、実施例５（円偏光）に係る図１８同様図である。
図６７～図６８は、実施例５（円偏光）に係る図５６～図５７と同様の図である。
実施例５の光学多層膜８では、円偏光においても、光軸Ｌに近い距離ｄ＝０．５の各点において（図６７）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後において縮小されており、又光軸Ｌからやや離れた距離ｄ＝１．５の各点において（図６８）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後においても維持されている。
更に、円偏光においても、実施例５の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例５における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図６７～図６８中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．５ｍｍで０．９５８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０４２であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
図６６は、実施例５（円偏光）に係る図１８同様図である。
図６７～図６８は、実施例５（円偏光）に係る図５６～図５７と同様の図である。
実施例５の光学多層膜８では、円偏光においても、光軸Ｌに近い距離ｄ＝０．５の各点において（図６７）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後において縮小されており、又光軸Ｌからやや離れた距離ｄ＝１．５の各点において（図６８）、変換前の電場ベクトルの軌道が変換後においても維持されている。
更に、円偏光においても、実施例５の位相差Δが十分に小さいことにより、実施例５における楕円率ｋの変化は、十分に小さくなる。即ち、楕円率ｋは、図６７～図６８中ビームＢの断面強度分布の中央部分（有効断面領域）に属するｄ＝１．５ｍｍで０．９５８であり、楕円率ｋの変換前に対する変換後の最大の変化量は０．０４２であり、円偏光したビームＢの偏光状態は、特に中央部分において、変換前後で極めて精度の良い状態で維持される。
【0089】
実施例５では、光学多層膜８に入射する前のビームＢの断面強度分布は、フラットトップ型であり、光学多層膜８により変換されたビームＢの断面強度分布は、ドーナツ型である。
よって、微小な突起を加工可能なドーナツ型のビームＢが、製造容易で長寿命な光学薄膜フィルター４により実現される。
よって、微小な突起を加工可能なドーナツ型のビームＢが、製造容易で長寿命な光学薄膜フィルター４により実現される。
【符号の説明】
【0090】
１，１０１，２０１，３０１・・ビームシェーパー、２，１０２，１１２，２０２，２１２，２２２，３１２・・レンズ、４・・光学薄膜フィルター、６・・基材、８・・光学多層膜、１２０，２３０・・ケース、１２４，３３４・・ピンホール板、Ｂ・・ビーム（光線）、ＰＨ・・ピンホール、Ｒ・・（基材６の）表面、Ｒ’・・（レンズ２の）表面、ＷＯ・・被加工物、θ・・角度（入射角度）、θｍａｘ・・（角度θの）最大値。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】
【図62】
【図63】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図68】