JP2013030575A - 光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光2を入射させた光ファイバアレイ3の出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2次光源を生成するホモジナイズド光学系1Aと、前記2次光源による照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系1Bを有することを特徴とする光ファイバアレイ3を用いたラインビーム照射装置1。
【選択図】図1
Description
であった。さらに、ワークから光源への戻り光の遮断が困難で、ビームスプリッタの分光精度も不十分であった。
を均一にさせるロッドインテグレータをホモジナイザとして適用すると、十分なプロファイル均一化の効果を得るためには、長大なロッドが必要となり、光源が高コヒーレンスの場合には、斑点模様のスペックルが発生し易い。
また、光線多重分割、重畳照射によるホモジナイズでは、光線分割にフライアイレンズを用いるのが一般的であるが、このフライアイレンズを適用すると、スポット形状が矩形になるため、ラインビームに再整形しても、短手幅の縮小に限界がある。
さらに、微細な凹凸形状のパターンから、光の行路差による等位相面を形成する回折現象を利用した回折型ホモジナイザ(DOE)では、光源特性に強く依存する構造であるため、安定したスポットプロファイルを得るのが難しい。
されている(例えば、特許文献1)。
この技術は、光配向法に適用可能なアルゴンクリプトンイオンレーザやエキシマレーザなど各種レーザのいずれかに対し、生産性に必要な出力パワーとビーム偏光性の制御機能を有し、さらに、有効なホモジナイザ光学系でビームの強度分布を均一化し、大面積のLCDパネルの全面にわたって均一な光配向膜を作ろうとするレーザ照射光学システムである。その達成手段として、マルチモードの転送ファイバの出力端から出射されるランダム偏光のレーザビームを、
まずコリメートする。ランダム偏光平行ビームに対し、各々に用いる偏光板で一つのビームをS偏光とP偏光の直線偏光ビームに分離する。その後、ビームの試料面に照射する際の特定の偏光方向に揃うよう、各々の偏光方向を回転させ合わせる二分の一波長板を用いて直線偏光に調整する。そして各ビームが形成するラインビームを試料面で重ね合わせることにより、照射対象に均一光強度分布を持つラインビームを照射する。
しかしながら、前記技術では、各ファイバが形成するラインビームを単純に重ね合わせているだけである為、均一なトップフラットを形成するのが難しく、また、スポットプロファイルが光源特性のバラツキの影響を受けやすい。
ズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2
次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/4板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系及と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記2次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする。
ホモジナイズド光学系1A(矢印Aと矢印Bの間)は、レーザ光2を入射させた光ファイバアレイ3の出力光を光源とし、コリメートレンズ4、シリンド
リカルレンズアレイ5、ポラライジングコンバータ6、シリンドリカルレンズアレイ7及びコンデンサレンズ8を、照射対象方向に順次配置して構成する。
ホモジナイズド光学系1Aより照射対象14側に位置するフォーカシング光学系1B(矢印Bと矢印Cの間)は、コリメートレンズ9、ダイクロイックミラー10、直線偏光用ビームスプリッタ11、λ/4板12及び対物レンズ13と、フォーカシング光学系1Bに付属するオートフォーカス制御系1Cと出力測定系1Dとで構成する。シリンドリカルレンズアレイ7を設けたのは、B地点(矢印Bの部位)に分割光をそろえて結像させるための補助的ポジションにするためである。また、オートフォーカス用別光源1Eをダイクロイックミラー10に入射させる。
無偏光の平行光ビームL1(L1a)が、シリンドリカルレンズアレイ5から偏光ビームスプリッタ(PBS)とλ/2板のアレイ構造であるポラライジン
グコンバータ6のPBS6b1に入射すると、無偏光(P+S)L1の平行光ビームのうち、たとえば、P偏光L2a(またはS偏光)のみがそのままPBS6a透過し、S偏光L1cはP偏光L2aと直交方向に反射する。S偏光L1cは、となりのPBSのプリズム斜面6b11で反射してλ/2板6c1に向かう。S偏光L2bは、P偏光L2aと同一方向の直線偏光となる。このような透過光、反射光の関係は、レンズ6b3に入射する無偏光L1b(L2c、L1d、L2d)とλ/2板6c2の関係においても同様である。
ただし、無偏光は、この図示例ではレンズ6b2、6a2には入射されない。
またシリンドリカルレンズアレイ5ではビームの分割数を増やすほど重畳照射後のホモジナイズ効果が高まるが、ポラライジングコンバータ6では、入射光の数に対し、構造的に出射光の数が倍になる特性がある。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ5から見ると、出射光の数が結果として倍数になると同時に直線偏光化されたことになり、ポラライジングコンバータ6から見ると、入射不可能領域に対策処理を行うことなく、直線偏光化を達成したことになる。
ここで2次光源とは、ラインビームを指すが、上述のとおり、本発明では、光ファイバアレイ3の各ファイバからの出射光がコリメートレンズ4によって各光源が混合した平行光として生成され、シリンドリカルレンズアレイ5により多重分割され、ポラライジングコンバータ6によって更に倍数に多重分割される。この結果、重畳照射による光源特性のバラツキが高度に平準化される。
従って、ラインビームは長手方向に、きわめてトップフラットで安定化したプロファイルを実現することができる。
したがって、入射不可能領域に反射膜を装着させたり、戻り光対策を考慮する必要もなく、必要とするレーザ光2を有効に活用することができる。
コンデンサレンズ8で集合されたレーザ光2は、第2コリメートレンズ9、ダイクロイックミラー10、直線偏光用ビームスプリッタ11、λ/4板12及び対物レンズ13を透過して、照射対象ワーク14を照射する。また直線偏光用ビームスプリッタ11に入射した光の一部は出力測定系1Dに入射する。照射対象ワーク14に照射される光は、本発明の構造では、円偏光となる。したがって、照射対象ワーク14での偏光方向制御は、本発明では考慮外となる。
NPBS15のプリズム傾斜面に構成した多層膜15eにランダム偏光である入射光16(L3)は、透過光L4と傾斜面15eよって水平方向の反射光L5に分離される。この場合、透過光17と反射光18はP偏光とS偏光が混在する。無偏光用ビームスプリッタ(NPBS)15では、このP偏光とS偏光の分光比を完全に一致させることは技術的に困難である。
その結果、NPBS15の出力結果は、同じ入射光量であっても反射光量が10%以上も変動する。
本発明では、ビームスプリッタに入射する2次光源はすでに直線偏光に変換されているので、直線偏光用ビームスプリッタ11を使用することができ、実用上十分な分光精度が確保されている。
そこで、図5を用いてステップごとに2次光源の生成過程のプロファイルを説明する。図5は、プロファイルのイメージ図であって、(a)は、図1のA地点(A矢印)のプロファイル、(b)は、図1のB地点(B矢印)におけるプロファイル、そして(c)は、図1のC地点(C矢印)のプロファイルである。各図とも、縦軸はビーム強度を、横軸はスポット位置をあらわす。
シアン分布に近似の状態のプロファイルになっている。
例えば、AL1は、AL1a、AL1b、AL1cで囲繞される三角錐の模式図であるが、実際にはガウシアンモードに近似の放射強度分布を形成する。AL2(AL2a、AL2b、AL2cで囲繞される三角錐の模式図)、AL3(AL3a、AL3b、AL3cで囲繞される三角錐の模式図)及びAS(ASa、ASb、AScで囲繞される三角錐の模式図)についても同様である。
BLcがトップフラットをなしている。
短手方向はASと同様のガウシアンモードに近似のプロファイルBS(BSa、BSb、BScに囲繞された領域)である。本発明では、ラインビームの長手方向にのみプロファイルの均一化を行うことにしているので、機能的には十分である。
1A:ホモジナイズド光学系、1B:フォーカシング光学系、
5:シリンドリカルレンズアレイ、6:ポラライジングコンバータ 、
11:ビームスプリッタ、12:λ/4板、
Claims (14)
- レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2次光源を生成するホモジナイズド光学系と、前記2次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系を有することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- 前記ホモジナイズド光学系は、照射対象方向に、アレイピッチ2nのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチnのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- 前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- 前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に直線偏光用ビームスプリッタとλ/4板を対設して配置することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- 前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- 前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/4板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
- レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2次光源を生成するコリメートレンズ、シリンドリカ
ルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズとからなるホモジナイズド光学系と、前記2次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うコリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/4板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と、前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系とで構成することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。 - レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、ホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2次光源を生成し、フォーカシング光学系において、前記2次光源の照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
- 前記ホモジナイズド光学系は、アレイピッチ2nのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチnのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項8に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
- 前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項8に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
- 前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に、直線偏光用ビームスプリッタとλ/4板を対設して配置することを特徴とする請求項8に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
- 前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項8に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
- 前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/4板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設する
ことを特徴とする請求項7に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。 - レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して2次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/4板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記2次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
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