JP2000502191A - レーザービームを均質化する光ファイバー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザービームを均質化する光学装置は、処理すべきレーザービームを、各々実質的に一様な横断面および実質的に均質なエネルギー分布をもつｍ×ｎ個のレーザービームに分割する複数の隣接した前方レンズ（ＬＦ_mn）と、前方レンズ（ＬＦ_mn）の焦面に配置され、各々複数の前方レンズ（ＬＦ_mn）のなかから選択された一つの前方レンズ（ＬＦ_mn）の焦点に配置される複数の入射瞳（ＰＥ_ij）を備えた第１中間面（ＰＩ１）と、複数の出射瞳（ＰＳ_ij）を備えた第２中間面（ＰＩ２）と、複数の出射瞳（ＰＳ_ij）からのビームを集束できる集束レンズ（ＬＣ）と、複数の入射瞳（ＰＥ_ij）からの光ビームを複数の出射瞳（ＰＳ_kl）へ個々に伝送する光学伝送手段とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザービームを均質化する光ファイバー装置 本発明は、レーザービームを均質化する光ファイバー装置に関するものである 。 光ファイバー装置は、一般にはレーザーを使用した技術分野、特にアモルファ スシリコンのアニーリング、清浄、研磨および表面調製のようなレーザー表面処 理に適用される。 通常の用語において、少なくとも最低形式の放出におけるレーザービームの横 断面を横切ってのエネルギー分布は、いずれの場合もビームの横断面を横切って 可変であるガウス分布をもつ。 しかしながら、例えばアモルファスシリコンの最適なアニーリングを得るため に、均質でしかも実質的に一様なエネルギー分布をもつレーザービームを用いる 必要がある。 この均質性は特に、レーザーで処理すべき試料のサイズが大きい場合に要求さ れる（本出願人が1995年８月11日に出願した、「レーザー表面処理装置および方 法」なる名称のフランス特許出願第9509778 号に記載されており、上記フランス 特許出願の内容はすべての有用な目的のために本願と一体の部分を有する）。ま たこの均質性は、入射レーザービームが並列および／または直列に配置した一連 のレーザーユニットからの幾つかのレーザービームを組合わせたものである場合 にも要求される（本出願人が1995年８月11日に出願した、「レーザー表面処理最 適化する複数のレーザーユニットを備えたレーザー源の制御方法および装置」な る名称のフランス特許出願第9509780 号でに記載されており、上記フランス特許 出願の内容はすべての有用な目的のために本願と一体の部分を有する）。 レーザービームを均質化する手段はすでに公知である。 しかしながら、これらの手段は、通常複雑で高価で、構成し難く、また大きな 寸法および高出力のビームには十分には適さない。 本発明は、この問題を正確に解決することにある。 本発明は、 −処理すべきレーザービームの伝搬方向に垂直にｍ列およびｎ行に配置され、 処理すべきレーザービームをｍ×ｎ個のレーザービームに分割でき、各レーザー ビームが実質的に一様な横断面および実質的に均質なエネルギー分布をもつ複数 の隣接した前方レンズと、 −レーザービームの伝搬方向において前方レンズの下流に処理すべきレーザー ビームの伝搬方向に垂直に配置され、選択した平面において前方レンズからのビ ームを集束させる少なくとも一つの集束レンズと を有する形式のレーザービームを均質化する光ファイバー装置に関する。 本発明の一般的な定義によれば、光ファイバー装置は、 −実質的に前方レンズの焦面に位置し、各々複数の前方レンズのなかから選択 した一つの前方レンズ焦点に実質的に配置した複数の入射瞳を備えた第１中間面 と、 −複数の出射瞳を備え、これらの出射瞳からのビームを集束レンズで集束でき るようにした第２中間面と、 −入射瞳からの光ビームを複数の出射瞳に向かって個々に伝送するのに適した 光学伝送手段と を有している。 光学伝送手段はこうしてレーザーエネルギーの多くの均質な部分を伝送するこ とができる。従って、高出力レーザーの場合に、本発明による装置によってレー ザーエネルギーを低出力エネルギーの多くの均質な部分に分割して伝送すること ができる。その結果、高出力レーザーの影響で特に本発明による装置の光学素子 に生じ得る損傷を避けることができるようになる。 また本装置では、閉じたフィールドにおいて均質なビームが得られるようにな る。 均質化すべきビームが並列および／または直列に配置した一連のレーザーユニ ットからの幾つかのレーザービームを組合わせたものである場合に有利に応用さ れる。 本発明の好ましい実施例によれば、光学伝送手段は、複数の光ファイバーから 成り、各光ファイバーの一端は入射瞳に接続され、他の一端は出射瞳に接続され る。 例えば、光ファイバーの直径は約１２５μｍであり、また長さは１ｍ以下であ る。変形例においては、これらの光ファイバーの長さは１ｍ以上である。 本発明の他の特徴によれば、前方レンズからのレーザービームを伝送するイン デックスｉ、ｊの複数の光ファイバーはそれらビームをインデックスｋ、ｌの分 布に分布させることができ、インデックスｋ、ｌの少なくとも幾つかはインデッ クスｉ、ｊと異なる。変形例としてインデックスｉ、はそれぞれインデックスｋ 、ｌに等しい。 本発明の他の実施例によれば、装置は、複数の出射瞳からのレーザービームの 伝搬方向に垂直にｑ列、ｒ行に配列され、複数の出射瞳からのレーザービームを 受けかつそれらレーザービームの各々を、各々実質的に一様な横断面および実質 的に均質なエネルギー分布をもつｑ・ｒ個のレーザービームに分割するようにさ れた複数の付加的な連続した前方レンズを備えた第３中間面を有し、集束レンズ は、付加的な連続した前方レンズからのレーザービームを選択した平面に集束す るようにされる。 本発明の他の実施例によれば、光学伝送手段は、複数のディスクリート光学素 子から成る。 本発明の他の特徴および利点は以下の詳細な説明および図面を考慮することに より明らかとなる。 図１は、均質化装置の基本手段を示す概略図である。 図２は、均質化装置の変形例を示す。 図３は、二つの集束レンズを備えた均質化装置を示す。 図４は、均質化装置の前方レンズの組立体を示す。 図５は、前方レンズで分割されたレーザービームを受け、集束レンズに向かっ て伝搬する本発明による複数の光ファイバーを概略的に示す。 図６は、本発明による光ファイバーの交差分布における、前方レンズで分割さ れたレーザービームの分布を概略的に示す。 図７は、前方レンズで分割されそして光ファイバーで分布されたレーザービー ムを、本発明による複数の付加的な前方レンズで再び分割する、図５の装置の変 形例を示す。 図８は、前方レンズで分割されそして光ファイバーで分布されたレーザービー ムを、複数の付加的な前方レンズで再び分割する、図６の装置の変形例を示す。 図１において、符号ＦＬＡは均質化すべきレーザービームを示す。このレーザ ービームは横断面において一様でないエネルギー分布をもつ。このレーザービー ムは例えば一つのレーザーユニットまたは並列および／または直列に配置された 一連のレーザーユニットから発生される。 例えば、このレーザービームはアモルファスシリコンのアニーリング用に用い られる。一つの応用例では、平坦な液晶スクリーンを製造するためにアモルファ スシリコンの大きなパネルを照射することから成る。このレーザービームは処理 すべき試料を担持するターゲット面ＣＩＢに照射される。 レーザービームを均質化する光学装置は、処理すべきレーザービームの伝搬方 向に垂直に（横断して）ｍ行、ｎ列に配置されたｍ×ｎ個の連続した前方レンズ ＬＦを有している。ｍ、ｎは整数であり、例えばm、ｎは７である。前方レンズ は真直ぐなまたは傾斜した長方形マトリックスに配列される。例えば、それらは 一様に長方形または平行四辺形に配列される。 これらの前方レンズはレーザービームＦＬＡをｍ×ｎ個のレーザービームに分 割し、各レーザービームは実質的に一様な横断面および実質的に均質なエネルギ ー分布をもっている。 レーザービームの伝搬方向において前方レンズＬＦの下流には、レーザービー ムの伝搬方向に対して垂直に集束レンズＬＣが配置されている。この集束レンズ ＬＣは前方レンズからのビームをターゲット面ＣＩＢに収束させることができる 。 ｍ×ｎ個の連続した前方レンズＬＦにはｍ×ｎ個のダイアフラムＤＩがそれぞ れ組み合わされる。各ダイアフラムは、実質的に組合さったレンズの対物焦面に 配置され、そして組合さった前方レンズからの光ビームを受けて、それを空間的 にフィルタリングする。 符号“ａ”は前方レンズＬＦの幅を表している。符号ｆは前方レンズと組合さ ったダイアフラムＤＩとの間の焦点距離（ドロー管に近接）を表している。符号 ＦはダイアフラムＤＩと集束レンズＬＣとの間の距離（焦点距離と異なり得る） を表している。符号Ａは本発明による均質化装置ＨＯによって面ＣＩＢに得られ た均質化レーザービームの幅を表している。この幅Ａはａ×Ｆ／ｆに等しい。 各ダイアフラムＤＩは選択した形状および寸法、例えば円形の開口を備えてい る。支持体すなわちマスクＭＡは複数のダイアフラムを支持している。 前方レンズは例えば、凸平、両凸または凹凸型のものである。 レンズの形状により形の決まる各前方レンズからの光ビームの横断面形がダイ アフラムの下流において矩形または六角形となるように構成される。 集束レンズＬＣが直径の小さなものから成る場合には、光学装置は安価であり しかも大きな集束レンズの場合より光学収差が小さい。 図２において、集束レンズＬＣは、前方レンズＬＦの焦面が集束レンズＬＣの 焦面と結合しないように配置される。この変形例では均質化装置の大きさが縮小 される。 光線の通路は、均質か装置が必ずしも焦点外れとならないことを示している。 図３を参照すると、集束レンズＬＣの代わりに二つの集束レンズＬＣ１、ＬＣ ２が用いられ、これらの集束レンズＬＣ１、ＬＣ２は前方レンズＬＦの下流で光 ビームの伝搬方向に大して垂直に配置され、そしてダイアフラムＤＩと組合され ている。 非常に有利には、これらの集束レンズＬＣ１、ＬＣ２は光軸に沿って動くこと ができる。 二つのレンズＬＣ１、ＬＣ２間の距離ｄは変えられ、それにより、結果として の焦点距離を変えかつ選択した応用例えばアモルファスシリコンのアニーリング の場合に処理すべきパネルのサイズに合ったサイズの均質化ビームをターゲット 面ＣＩＢに得るようにされる。 他の光学素子すなわち前方レンズＬＦ、ダイアフラムＤＩおよびターゲット面 ＣＩＢも光軸に沿って移動できることが認められるべきである。 種々の光学素子間の相対距離を選択することにより、均質化ビームのサイズを 選択した応用に適合させること（距離ｄを変えることにより倍率を選択できるこ と）できるだけでなく、均質化装置の大きさを小さくすることもできる。 また距離ｄの選択により、本出願人が「レーザー表面処理を最適化するために 幾つかのレーザーユニットを備えたレーザー源の制御方法および装置」なる名称 で出願した上述の特許出願に開示したように、レーザービームによって供給され る単位表面当たりのエネルギーを調整することもできるようになることが認めら れるべきである。 図４には、同一の列ｍにおける複数の前方レンズＬＦを徹複数のビームの通路 を示している。本発明を容易に理解できるようにするために、単に三つだけの前 方レンズＬＦが互いに並置して概略的に示されている。これらの前方レンズは例 えば凸平型のものである。これらのレンズは全体として、入射面ＦＥと出射面Ｆ Ｓと四つの横面ＦＬ１〜ＦＬ４とをもつ平行六面体型である。凸部分は処理すべ きレーザービームＦＬＡを受ける。前方レンズの横面の一つは、中央の前方レン ズＬＦ２の横面ＦＬ３の場合、点Ａ２、Ａ′３、Ｂ′３、Ｂ２で画定される。 点Ａ１からの処理すべきレーザービームは中央の前方レンズＬＦ２の点Ａ２に 入射される。このレーザービームは中央の前方レンズＬＦ２を通過し、点Ａ３か ら点Ａ４へ向って伝搬されていく。点Ａ３はＡ′３に対してわずかにずれている ことが理解されるべきである。 前方レンズの凸部分はＢＶのような二つの鋭い縁部を備えている。 前方レンズＬＦ２は横面ＦＬ１に横切る方向に形成された浅い溝ＥＮ４を備え ている。 同様に、前方レンズＬＦ２は横面ＦＬ２に横切る方向に形成された浅い溝ＥＮ ３を備えている。 これらの溝は、好ましくは、前方レンズの出射面に隣接するように形成されて いる。 他の前方レンズについて同様に構成されている。 二つの隣接した前方レンズＬＦ２、ＬＦ３は互いに組合わされる。それぞれの 溝ＥＮ３、ＥＮ２の共働によりこれらのレンズは、これらの前方レンズＬＦ２、 ＬＦ３を通る光ビームの光学特性と干渉せずに、溝ＥＮ３、ＥＮ２に接着剤を施 すことによって接合され得る。 中央の前方レンズＬＦ２を通過するビームＢ１の通路は点Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を 通過する。 光路は溝ＥＮおよび斜面ＣＨによって妨げられないことが認められるべきであ る。 レンズの組立てる他の手段は、本出願人が本願と同日付けで「レーザービーム を均質化する光学装置」なる名称で出願した国際特許出願に開示したものにより 可能であり、その国際特許出願の内容はすべての有効な目的のために本願の一体 部分を構成する。 前方レンズは辺の長さが約１ｃｍの全体形状が矩形または六角形のものである 。 例えば、均質化すべきビームＦＬＡは、辺の長さが約５〜８ｃｍの矩形である 。 本発明によれば、前方レンズで分割されたレーザービームは、光ファイバーま たはディスクリート光学素子のような光学伝送手段によって集束レンズヘ向って 伝送され分配される。 図５を参照すると、光学伝送手段は、インデックスｍ、ｎの複数の前方レンズ ＬＦと組合さったインデックスｍ、ｎの複数の入射瞳ＰＥからのレーザービーム をインデックスｋ、ｌの複数の出射瞳ＰＳへ個々に伝送できるインデックスｉ、 ｊの複数の光ファイバーＦＯを有している。 インデックスｍおよびｎまたはｋおよびｌは、ｍ（またはｋ）行、ｎ（または ｌ）列に配列された二次元マトリックスを意味している。インデックスｉおよび ｊそれぞれ１からｍまでまた１からｎまで変化する。 複数の入射瞳ＰＥは前方レンズＬＦの焦面に位置した中間面ＰＩ１に配置され る。 インデックスｋ、ｌの複数の出射瞳ＰＳは、中間面ＰＩ１と区別できるまたは 中間面ＰＩ１に重なり得る中間面ＰＩ２に配置される。 入射瞳および／または出射瞳は物理的形状を与えられても与えられなくてもよ いことが認められるべきである。物理的形状が与えられ場合には、空間フィルタ リングは改善できる。さらに、入射瞳と出射瞳とを光学的に一対一に対応させる のが有利である。 各光ファイバーＦＯはその一部でレーザーエネルギーの一部を伝送する働きを していることが認められるべきである。高出力レーザーの場合、本発明による装 置によって、高出力レーザーエネルギーを低い出力の複数のエネルギー部分に分 割して伝送できる。その結果、特に装置の光学素子における高出力レーザーの影 響で生じ得る損傷が避けられることになる。 これらの光ファイバーＦＯを、少なくも部分的に交差するビームに配列するの が有利であり得る。すなわち、インデックスｉ、ｊのファイバーの少なくとも幾 つかは各々ｉおよび／またはｊの同じ値をもたない出射瞳ＰＳを接続する。原則 的にこれらの交差は、任意の出射瞳が入射瞳の一つから連通下ままであるように 配列される。 言い換えれば、前方レンズＬＦ_ijのエネルギーを集めるファイバーの束はそれ らを分布ＰＳ_klに分布でき、ｋ、ｌの少なくとも幾つかはｉ、ｊと異なる。これ により、出射瞳におけるエネルギー分布をそのエネルギーに対する所望の特性に 近づけることができる（図６）。 また、光ファイバーによって、レーザービームＦＬＡの光軸の外側に位置した ターゲット面ＣＩＢを照射することができることが認められるべきである。 これに関連して、出射瞳で得られたレーザービームを均質化することについて 説明する。重要な応用は、単位表面当たりのエネルギー密度が横断面において一 様であるビームを得ることにあるが、用語「均質化」は必ずしも全横断面におけ るエネルギー密度の均等性を意味するのではなく、このエネルギー密度の所望の 分布を得ることにも包含することは明らかである。 変形例においては、レーザービームの均質性をさらに改善するために、レーザ ービームを再度分割する必要が有り得る。これらの条件（図７）のもとで、本発 明による装置は、複数の出射瞳ＰＳ_klからのレーザービームの伝搬方向に対して 垂直に、ｑ行、ｒ列に配置したインデックスｑ、ｒの複数の付加的な前方レンズ ＬＦＳを備えた中間面ＰＩ３を有する。これらの複数の付加的な前方レンズＬＦ Ｓは複数の出射瞳ＰＳ_klからのレーザービームを受けて、それらの各々をｑ・ｒ 個のレーザービームに分割し、各分割したレーザービームが実質的に一様な横断 面と実質的に均質なエネルギー分布をもつようにされる。 一つまたは複数の集束レンズは、付加的な前方レンズで分割したレーザービー ムを、選択した面ＣＩＢに集める。 出射瞳ＰＳ_klからのレーザービームは、インデックスk、ｌの少なくとも幾つ かがインデックスｑ、ｒと異なるような分布で付加的な前方レンズＬＦＳ_qrによ って分割される。 有利には、中間面ＰＩ４はインデックスｑ、ｒの複数のダイアフラムＤＩを備 える。インデックスｑ、rの複数のダイアフラムＤＩは、複数の付加的な前方レ ンズＬＦＳからのインデックスｑ、ｒのレーザービームを受け、それらのレーザ ービームを空間的にフィルタリングする。 光ファイバーは長くも短くもできる。例えば、それらの光ファイバーは直径約 １２５μｍである（ファイバーの芯）。 １２５μｍの芯の場合、短いファイバーは１ｍ以下である。このファイバーは それに入射するビームの横断面形を維持する。 １２５μｍの芯の場合、長いファイバーは１ｍ以上である。このファイバーは それに入射する光ビームをデポーライズしそして回転対称で光ビームを放出する 。 図８を参照すると、付加的な前方レンズＬＦＳは中間面ＰＩ２および中間面Ｐ Ｉ４から距離２ｆで配置される。これらの状況のもので、出射瞳ＰＳからの光ビ ームは幾つかの付加的な前方レンズを照射する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年８月１１日（１９９７．８．１１） 【補正内容】 明細書の補正（第２〜５，５Ａ頁の翻訳） レーザービームを均質化する手段はすでに公知である（日本国特開平１−2864 78 号公報、米国特許第5253110 号公報、欧州特許公開第0266120 号公報、ドイ ツ国特許公開第4220705 号公報および欧州特許公開第0097250 号公報）。 しかしながら、これらの手段は、通常複雑で高価で、構成し難く、また大きな 寸法および高出力のビームには適さない。 本発明は、この問題を正確に解決することにある。 本発明は、 −入力レーザービームの伝搬方向に垂直な平面にｍ列およびｎ行に配置され、 入力レーザービームを、各々選択した幾何学形状の基本横断面および基本横断面 において実質的に均質である光強度の空間分布をもつｍ×ｎ個の基本レーザービ ームに分割するのに適したｍ×ｎ個の連続した複数の前方レンズのマトリックス と、 −入力レーザービームの伝搬方向において前方レンズの下流に入力レーザービ ームの伝搬方向に垂直な平面に配置され、選択した平面において前方レンズから の基本ビームを集束させ、所望のエネルギー密度の空間分布をもつ出力ビームを 得るようにした少なくとも一つの集束レンズと を有する入力レーザービームを処理する光ファイバー装置に関する。 本発明の一般的な定義によれば、光ファイバー装置は、 −各々第１端部とこの第１端部の反対側の第２端部とを備えた複数の光ファイ バーを有し、光ファイバーの第１端部が前方レンズの焦面で形成した第１中間面 にｉ列、ｊ行の第１のマトリックス配列で配置され、光ファイバーの第１端部の 各々が実質的にそれぞれの前方レンズの焦点に配置され、光ファイバーの第２端 部が前方レンズの焦面の下流に位置した第２中間面に選択した分布の第２の二次 元配列で配置され、光ファイバーの第１、第２端部がそれぞれ複数の入射瞳およ び出射瞳を構成し、また第２中間面の下流に配置された集束レンズが複数の出射 瞳からの基本ビームを集束できるように構成される。 従って、光ファイバーはレーザーエネルギーの多くの均質な基本部分を伝送す ることができる。従って、高出力レーザーの場合に、本発明による装置によって レーザーエネルギーを低出力エネルギーの多くの均質な基本部分に分割して伝送 することができる。その結果、高出力レーザーの影響で特に本発明による装置の 光学素子に生じ得る損傷を避けることができるようになる。 また本装置では、閉じたフィールドにおいて均質な出力ビームが得られるよう になる。 処理すべき入力ビームが並列および／または直列に配置した一連のレーザーユ ニットからの幾つかのレーザービームを組合わせたものである場合に有利に応用 される。 例えば、光ファイバーの直径は約１２５μｍであり、また長さは１ｍ以下であ る。変形例においては、これらの光ファイバーの長さは１ｍ以上である。 実際に、第２の二次元配列はｋ列、１行のマトリックスに対応している。 本 発明の他の特徴によれば、前方レンズからのレーザービームを伝送するインデッ クスｉ、ｊの複数の光ファイバーはそれらビームをインデックスｋ、１の分布に 分布させることができ、インデックスｋ、ｌの少なくとも幾つかはインデックス ｉ、ｊと異なる。変形例としてインデックスｉ、ｊはそれぞれインデックスｋ、 ｌに等しい。 本発明の他の実施例によれば、装置は、第２中間面の下流に配置され、複数の 出射瞳からの基本レーザービームの伝搬方向に垂直にｑ列、ｒ行に配列され、複 数の出射瞳からの基本レーザービームを受けかつそれら基本レーザービームの各 々を、各々選択した幾何学形状の付加的な基本横断面およびこの付加的な基本横 断面において実質的に均質なエネルギー分布をもつｑ・ｒ個の付加的な基本レー ザービームに分割するようにされた複数の付加的な連続した前方レンズを備えた 第３中間面を有し、集束レンズは、付加的な連続した前方レンズからの付加的な 基本レーザービームを選択した平面に集束するようにされる。 本発明の他の特徴および利点は以下の詳細な説明および図面を考慮することに より明らかとなる。 図１は、均質化装置の基本手段を示す概略図である。 図２は、均質化装置の変形例を示す。 図３は、二つの集束レンズを備えた均質化装置を示す。 図４は、均質化装置の前方レンズの組立体を示す。 図５は、前方レンズで分割されたレーザービームを受け、集束レンズに向かっ て伝搬する本発明による複数の光ファイバーを概略的に示す。 図６は、本発明による光ファイバーの交差分布における、前方レンズで分割さ れたレーザービームの分布を概略的に示す。 図７は、前方レンズで分割されそして光ファイバーで分布されたレーザービー ムを、本発明による複数の付加的な前方レンズで再び分割する、図５の装置の変 形例を示す。 図８は、前方レンズで分割されそして光ファイバーで分布されたレーザービー ムを、複数の付加的な前方レンズで再び分割する、図６の装置の変形例を示す。 図１において、符号ＦＬＡは均質化すべきレーザービームを示す。このレーザ ービームは横断面において一様でないエネルギー分布をもつ。このレーザービー ムは例えば一つのレーザーユニットまたは並列および／または直列に配置された 一連のレーザーユニットから発生される。 例えば、このレーザービームはアモルファスシリコンのアニーリング用に用い られる。一つの応用例では、平坦な液晶スクリーンを製造するためにアモルファ スシリコンの大きなパネルを照射することから成る。このレーザービームは処理 すべき試料を担持するターゲット面ＣＩＢに照射される。 例えば日本国特開平１-286478 号に開示されたように、公知の形式では、レー ザービームを均質化する光学装置は、処理すべきレーザービームの伝搬方向に垂 直に（横断して）ｍ列、ｎ行に配置されたｍ×ｎ個の連続した前方レンズＬＦを 有している。ｍ、ｎは整数であり、例えばｍ、ｎは７である。前方レンズは真直 ぐなまたは傾斜した長方形マトリックスに配列される。例えば、それらは一様に 長方形または平行四辺形に配列される。 明細書の補正（第１０頁の翻訳） 本発明によれば、前方レンズで分割されたレーザービームは、光ファイバーな どのような光学伝送手段によって集束レンズヘ向って伝送され分配される。 図５を参照すると、光学伝送手段は、インデックスｍ、ｎの複数の前方レンズ ＬＦと組合さったインデックスｍ、ｎの複数の入射瞳ＰＥからのレーザービーム をインデックスｋ、ｌの複数の出射瞳ＰＳへ個々に伝送できるインデックスｉ、 ｊの複数の光ファイバーＦＯを有している。 インデックスｍおよびｎまたはｋおよびｌは、ｍ（またはｋ）行、ｎ（または ｌ）列に配列された二次元マトリックスを意味している。インデックスｉおよび ｊそれぞれ１からｍまでまた１からｎまで変化する。 複数の入射瞳ＰＥは前方レンズＬＦの焦面に位置した中間面ＰＩ１に配置され る。 インデックスｋ、ｌの複数の出射瞳ＰＳは、中間面ＰＩ１と区別できるまたは 中間面ＰＩ１に重なり得る中間面ＰＩ２に配置される。 入射瞳および／または出射瞳は物理的形状を与えられても与えられなくてもよ いことが認められるべきである。物理的形状が与えられ場合には、空間フィルタ リングは改善できる。さらに、入射瞳と出射瞳とを光学的に一対一に対応させる のが有利である。 各光ファイバーＦＯはその一部でレーザーエネルギーの一部を伝送する働きを していることが認められるべきである。高出力レーザーの場合、本発明による装 置によって、高出力レーザーエネルギーを低い出力の複数のエネルギー部分に分 割して伝送できる。その結果、特に装置の光学素子における高出力レーザーの影 響で生じ得る損傷が避けられることになる。 請求の範囲の補正（翻訳） １．入力レーザービームを光学的に処理する光学装置において、 前記装置は、 前記入力レーザービームの伝搬方向に垂直な平面にｍ列およびｎ行に配置され 、前記入力レーザービームを、各々選択した幾何学形状の基本横断面および前記 基本横断面において実質的に均質である光強度の空間分布をもつｍ×ｎ個の基本 レーザービームに分割するのに適したｍ×ｎ個の連続した複数の前方レンズ（Ｌ Ｆ）のマトリックスと、 前記入力レーザービームの伝搬方向において前記前方レンズ（ＬＦ_mn）の下流 に前記入力レーザービームの伝搬方向に垂直な平面に配置され、選択した平面（ ＣＩＢ）において前記前方レンズからの基本ビームを集束させ、横断面において 単位表面当たり所望のエネルギー密度の分布をもつ出力ビームを得るようにした 少なくとも一つの集束レンズ（ＬＣ）とを有し、さらに、 各々第１端部と前記第１端部の反対側の第２端部とを備えた複数の光ファイバ ー（ＦＯ_ij）を有し、前記光ファイバーの第１端部が前記前方レンズ（ＬＦ_mn) の焦面からなる第１中間面（ＰＩ１）にｉ列およびｊ行の第１のマトリックス配 列で配置され、前記光ファイバーの第１端部の各々が実質的にそれぞれの前方レ ンズの焦点に配置され、前記光ファイバーの第２端部が前記前方レンズの焦面の 下流に位置した第２中間面（ＰＩ２）に選択した分布の第２の二次元配列で配置 され、前記光ファイバーの第１および第２端部がそれぞれ複数の入射瞳（ＰＥ_ij ）および出射瞳（ＰＳ_kl）を構成し、また前記第２中間面の下流に配置された前 記集束レンズが前記複数の出射瞳（ＰＳ_k1）からの基本ビームを集束できるよう に構成したことを特徴とする光学装置。 ２．前記光ファイバー（ＦＯ_ij）の直径が約１２５μｍであり、また長さが１ｍ 以下であることを特徴とする請求の範囲１記載の光学装置。 ３．前記光ファイバー（ＦＯ_ij）の直径が約１２５μｍであり、また長さが１ｍ 以上であることを特徴とする請求の範囲１記載の光学装置。 ４．前記第２の二次元配列がｋ列およびｌ行のマトリックスに対応していること を特徴とする請求の範囲１記載の光学装置。 ５．前記前方レンズ（ＬＦ_ij）からのレーザービームを伝送する前記複数の光フ ァイバー（ＦＯ_ij）は、それらビームをインデックスｋ、ｌの少なくとも幾つか がインデックスｉ、ｊと異なる分布（ＰＳ_kl）に分布させることができることを 特徴とする請求の範囲４記載の光学装置。 ６．前記前方レンズ（ＬＦ_ij）からのレーザービームを伝送する前記複数の光フ ァイバー（ＦＯ_ij）は、それらビームをインデックスｋ、ｌがインデックスｉ、 ｊと同じである分布（ＰＳ_kl）に分布させることができることを特徴とする請求 の範囲４記載の光学装置。 ７．前記第２中間面（ＰＩ２）の下流に配置され、複数の出射瞳（ＰＳ_kl）から の基本レーザービームの伝搬方向に垂直にｑ列およびｒ行に配列され、前記複数 の出射瞳（ＰＳ_kl）からの基本レーザービームを受け、各基本レーザービームを 、各々選択した幾何学形状の付加的な基本横断面および前記付加的な基本横断面 において実質的に均質であるエネルギー分布をもつｑ・ｒ個の付加的な基本レー ザービームに分割するようにされた複数の連続した付加的な前方レンズ（ＬＦＳ_qr ）を備えた第３中間面（ＰＩ３）を有し、前記集束レンズが、前記付加的な前 方レンズ（ＬＦＳ_qr）からの付加的な基本レーザービームを選択した平面に集束 するようにされることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれか１項に記載の光 学装置。 ８．前記複数の出射瞳（ＰＳ_kl）からの付加的な基本レーザービームを分割する 前記複数の付加的な前方レンズ（ＬＦＳ_qr）は、インデックスｋ、ｌの少なくと も幾つかがインデックスｑ、ｒと異なる分布（Ｒ_qr）に分割できることを特徴と する請求の範囲７記載の光学装置。 ９．前記第３中間面（ＰＩ３）の下流に配置され、前記複数の付加的な前方レン ズからのｑ・ｒ個のレーザービームを受け、それらのレーザービームを空間的に フィルタリングする複数のダイアフラム（ＤＩ_qr）を備えた第４中間面（ＰＩ４ ）を有することを特徴とする請求の範囲７記載の光学装置。 10．前記第１および第２中間面（Ｐ１１、ＰＩ２）が別個であることを特徴とす る請求の範囲１記載の光学装置。 11．前記前方レンズが、それらを通過する光ビームの光学通路と干渉することな しに互いに接続されることを特徴とする請求の範囲１〜10のいずれか１項に記載 の光学装置。 12．合成焦点距離を変えるために光軸に沿って動くことのできる二つの集束レン ズ（ＬＣ１、ＬＣ２）を有することを特徴とする請求の範囲１〜11のいずれか１ 項に記載の光学装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーザービームを均質化する光学装置において、 前記装置は、 −処理すべきレーザービームの伝搬方向に垂直にｍ列およびｎ行きに配置され 、前記処理すべきレーザービームをｍ×ｎ個のレーザービームに分割することが でき、各レーザービームが実質的に一様な横断面および実質的に均質なエネルギ ー分布をもつ複数の隣接した前方レンズ（ＬＦ_mn）と、 −前記レーザービームの伝搬方向において前記前方レンズ（ＬＦ_mn）の下流に 前記レーザービームの伝搬方向に垂直に配置され、選択した平面（ＣＩＢ）にお いて前記前方レンズからのビームを集束させて均質なビームを得るようにした少 なくとも一つの集束レンズ（ＬＣ）とを有し、さらに、 −実質的に前記前方レンズ（ＬＦ_mn）の焦面に位置し、各々前記複数の前方レ ンズ（ＬＦ_mn）のなかから選択した一つの前方レンズ（ＬF_mn）の焦点に実質的 に配置した複数の入射瞳（ＰＥ_ij）を備えた第１中間面（ＰＩ１）と、 −複数の出射瞳（ＰＳ_ij）を備え、前記出射瞳（ＰＳ_ij）からのビームを前記 集束レンズで集束できるようにした第２中間面（ＰＩ２）と、 −前記複数の入射瞳（ＰＥ_ij）からの光ビームを前記複数の出射瞳（ＰＳ_ij） に向かって個々に伝送するのに適した光学伝送手段とを有することを特徴とする レーザービームを均質化する光学装置。 ２．前記光学伝送手段が、複数の光ファイバー（ＦＯ_ij）から成り、各光ファイ バーの一端が入射瞳（ＰＥ_ij）に接続され、他の一端が出射瞳（ＰＳ_ij）に接続 されていることを特徴とする請求の範囲１記載のレーザービームを均質化する光 学装置。 ３．前記光ファイバー（ＦＯ_ij）の直径が約１２５μｍであり、また長さが１ｍ 以下であることを特徴とする請求の範囲２記載のレーザービームを均質化する光 学装置。 ４．前記光ファイバー（ＦＯ_ij）の直径が約１２５μｍであり、また長さが１ｍ 以上であることを特徴とする請求の範囲２記載のレーザービームを均質化する光 学装置。 ５．前記前方レンズ（ＬＦ_ij）からのレーザービームを伝送する前記複数の光フ ァイバー（ＦＯ_ij）は、それらビームをインデックスｋ、ｌの少なくとも幾つか がインデックスi、ｊと異なる分布（ＰＳ_k1）に分布させることができることを 特徴とする請求の範囲２記載のレーザービームを均質化する光学装置。 ６．前記前方レンズ（ＬＦ_ij）からのレーザービームを伝送する前記複数の光フ ァイバー（ＦＯ_ij）は、それらビームをインデックスｋ、１がインデックスｉ、 ｊと同じである分布（ＰＳ_k1）に分布させることができることを特徴とする請求 の範囲２記載のレーザービームを均質化する光学装置。 ７．複数の出射瞳（ＰＳ_k1）からのレーザービームの伝搬方向に垂直にｑ列およ びｒ行に配列され、前記複数の出射瞳（ＰＳ_kl）からのレーザービームを受け、 各レーザービームを、実質的に一様な横断面および実質的に均質なエネルギー分 布をもつq・r個のレーザービームに分割するようにされた複数の連続した付加的 な前方レンズ（ＬＦＳ_qr）を備えた第３中間面（ＰＩ３）を有し、前記集束レン ズが、前記付加的な前方レンズ（ＬＦＳ_qr）からのレーザービームを選択した平 面に集束するようにされることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれか１項に 記載のレーザービームを均質化する光学装置。 ８．前記複数の出射瞳（ＰＳ_k1）からのレーザービームを分割する前記複数の付 加的な前方レンズ（ＬＦＳ_qr）は、インデックスｋ、ｌの少なくとも幾つかがイ ンデックスｑ、ｒと異なる分布（Ｒ_qp）に分割できることを特徴とする請求の範 囲７記載のレーザービームを均質化する光学装置。 ９．前記複数の付加的な前方レンズからのｑ・ｒ個のレーザービームを受け、そ れらのレーザービームを空間的にフィルタリングする複数のダイアフラム（ＤＩ_qr ）を備えた第４中間面（ＰＩ４）を有することを特徴とする請求の範囲７記載 のレーザービームを均質化する光学装置。 10．前記第１および第２中間面（Ｐ１１、ＰＩ２）が別個であるかまたは重ねら れることを特徴とする請求の範囲１記載のレーザービームを均質化する光学装置 。 11．前記光学伝送手段が複数のディスクリート光学素子から成ることを特徴とす る請求の範囲１記載のレーザービームを均質化する光学装置。 12．前記前方レンズが、それらを通過する光ビームの光学通路と干渉することな しに互いに接続されることを特徴とする請求の範囲１〜11のいずれか１項に記載 のレーザービームを均質化する光学装置。 13．合成焦点距離を変えるために光軸に沿って動くことのできる二つの集束レン ズ（ＬＣ１、ＬＣ２）を有することを特徴とする請求の範囲１〜12のいずれか１ 項に記載のレーザービームを均質化する光学装置。