JP2013254025A - レーザ照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光を発振するレーザ発振部1と、レーザ発振部1から発振されたレーザ光の出射方向への拡がり角を調整する調整レンズ2および駆動ステージ制御部7と、調整レンズ2および駆動ステージ制御部7により出射方向への拡がり角が調整されたレーザ光の光束を反射により重畳して照射角度方向の光強度分布を変換すると共に、光強度分布を変換した照射光の出射角をあらかじめ設定された照射角に調整する駆動ミラー3および駆動ミラー制御部6とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1によるレーザ照射装置の構成を示す図である。
図1に示すように、レーザ照射装置は、レーザ発振部1、調整レンズ2、駆動ミラー3、駆動ステージ4、照射角設定部5、駆動ミラー制御部6および駆動ステージ制御部7を備える。
照射角設定部5は、レーザ照射する照射光の照射角θsを指定する照射角信号を駆動ミラー制御部6および駆動ステージ制御部7に出力する。駆動ミラー制御部6は、照射角設定部5から入力された照射角信号を参照し、駆動ミラー3の反射により形成された2つの光路が互いに重畳した照射光が指定された照射角θsとなる第1のミラー3aおよび第2のミラー3bの回動角θmを算出する。算出した回動角θmに基づいて、第1のミラー3aおよび第2のミラー3bを、図1で示した水平面Aに対してそれぞれ矢印B,B´方向に駆動する。折れ曲がり角度θmと照射角θsは以下の式(1)の関係を満たす。
θs/2=θm・・・(1)
L=f×(θL−1.81×θs)/θL ・・・(2)
ガウスビームの拡がり角θLはピーク強度の1/e2倍となる光強度の拡がり全角を示す。
図2(a)は、レーザ発振部1から出力されるレーザ光の光強度分布を示す図である。レーザ発振部1から出力されるレーザ光の光強度はガウス分布の拡がり角を有している。
図2(b)は、第1のミラー3aおよび第2のミラー3bの反射により形成された2つの光路の光強度分布を示す図である。図2(b)の2つの光強度分布は、それぞれ異なる光路を進む2つのレーザ光の光強度を示している。
図2(c)は、駆動ミラー3から照射される照射光の光強度分布を示す図である。図2(b)に示した2つの光路のレーザ光が重畳され、図2(c)に示すように照射角θs内を均一、且つ高効率に照射する。
そこで、図5に示すように、第1のミラー3aおよび第2のミラー3bそれぞれに回動中心となる支柱を設けて構成してもよい。図5の例では、第1のミラー3aの一端部をミラー駆動ステージ8a上に設けた支柱9a上に固定し、第2のミラー3bの一端部をミラー駆動ステージ8b上に設けた支柱9b上に固定する。駆動ミラー制御部6がミラー駆動ステージ8a,8bを制御することにより移動し、第1のミラー3aが支柱9aを中心に回動し、第2のミラー3bが支柱9bを中心に回動する。
このように、第1のミラー3aおよび第2のミラー3bそれぞれの端部を回動中心となる支柱9a,9bに固定することにより、図1、図3および図4で示した駆動ミラー3の回動中心部3cにおける光強度の損失を回避することができる。
図6は、この発明の実施の形態2によるレーザ照射装置の構成を示す図である。
実施の形態2のレーザ照射装置は、レーザ発振部1、屈折率可変調整レンズ2b、屈折率可変プリズム10、照射角設定部5および屈折率調整部11で構成されている。なお、実施の形態1によるレーザ照射装置の構成要素と同一または相当する部分には実施の形態1で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
照射角設定部5は、照射光の照射角θsを指定する照射角信号を屈折率調整部11に出力する。屈折率調整部11は、照射角設定部5から入力された照射角信号を参照し、指定された照射角θsに基づいて、以下の式(3)および式(4)を満たす屈折率n1および屈折率n2を算出する。
n1=θs/2θp+1 ・・・(3)
n2=R(θL−1.81θs)/LθL+1・・・(4)
図7は、この発明の実施の形態3によるレーザ照射装置の構成を示す図である。
実施の形態3のレーザ照射装置は、レーザ発振部1、調整レンズ2、プリズム10a、照射角調整レンズ12、駆動ステージ4、照射角設定部5および駆動ステージ制御部7で構成されている。なお、実施の形態1によるレーザ照射装置の構成要素と同一または相当する部分には実施の形態1で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
まず、レーザ発振部1から調整レンズ2までの距離Lは、レーザ発振部1から照射されるガウスビームの拡がり角をθL、調整レンズ2の焦点距離をf、二等辺三角形であるプリズム10aの底角の角度をθp、プリズム10aの屈折率をnとすると、以下の式(5)の関係を満たす。なお、ガウスビームの拡がり角θLはピーク強度の1/e2となる光強度の拡がり角を示す。
L=f(θL−3.62θp(n−1))/θL ・・(5)
L´=−f´θs /2θp (n−1)+f´・・・(6)
Claims (8)
- レーザ光を発振するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部から発振されたレーザ光の出射方向への拡がり角を調整する出射角調整部と、
前記出射角調整部において出射方向への拡がり角が調整されたレーザ光の光束を反射または屈折により重畳して照射角度方向の光強度分布を変換すると共に、光強度分布を変換した照射光の出射角をあらかじめ設定された照射角に調整する照射光生成部とを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。 - 前記出射角調整部は、前記レーザ発振部から発振されたレーザ光の出射方向への拡がり角を調整する調整レンズと、前記あらかじめ設定された照射角に基づいて、前記調整レンズの配置位置を制御するレンズ駆動制御部とを備え、
前記照射光生成部は、前記調整レンズにおいて出射方向への拡がり角が調整されたレーザ光の光束を反射により重畳して照射角度方向の光強度分布を変換するミラーと、前記ミラーにより照射角度方向の光強度分布が変換された照射光の出射角が前記あらかじめ設定された照射角に一致する前記ミラーの配置位置を算出し、算出した配置位置に前記ミラーを配置するミラー制御部とを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ照射装置。 - 前記出射角調整部は、前記レーザ発振部から発振されたレーザ光の出射方向への拡がり角を屈折により調整する、前記屈折の屈折率が可変な屈折率可変調整レンズであって、
前記照射光生成部は、前記屈折率可変調整レンズにおいて出射方向への拡がり角が調整されたレーザ光の光束を屈折により重畳し、照射角度方向の光強度分布を変換すると共に、当該光強度分布を変換した照射光の出射角を前記あらかじめ設定された照射角に調整する、前記屈折の屈折率が可変な屈折率可変プリズムであって、
前記屈折率可変プリズムから出射される照射光の照射角が、前記あらかじめ設定された照射角に一致する前記屈折率可変調整レンズの屈折率および前記屈折率可変プリズムの屈折率を算出し、算出した屈折率を前記屈折率可変調整レンズおよび前記屈折率可変プリズムに設定する屈折率調整部とを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ照射装置。 - 前記出射角調整部は、前記レーザ発振部から発振されたレーザ光の出射方向への拡がり角を調整する調整レンズであり、
前記照射光生成部は、前記調整レンズにおいて出射方向への拡がり角が調整されたレーザ光の光束を屈折により重畳し、照射角度方向の光強度分布を変換するプリズムと、
前記プリズムにより照射角度方向の光強度分布が変換された照射光の出射角を前記あらかじめ設定された照射角に調整する照射角調整レンズと、前記照射角調整レンズから出射される照射光の照射角が、前記あらかじめ設定された照射角に一致する前記照射角調整レンズの配置位置を算出し、算出した配置位置に前記照射角調整レンズを配置する照射角調整レンズ制御部とを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ照射装置。 - 前記ミラーは、回転中心部を介して回動可能に配置した第1のミラーおよび第2のミラーを備え、
前記ミラー制御部は、前記回動中心部、前記第1のミラーおよび前記第2のミラーを一平面上に配置した場合に形成される水平面に対する前記第1のミラーおよび前記第2のミラーの回動角であって、前記第1のミラーおよび前記第2のミラーの反射により照射角度方向の光強度分布が変換された照射光の出射角が前記あらかじめ設定された照射角に一致する回動角を算出し、算出した回動角に基づいて前記第1のミラーおよび前記第2のミラーの回動を制御することを特徴とする請求項2記載のレーザ照射装置。 - 前記レーザ光は、ガウス形状の光強度分布を有し、
前記レンズ駆動制御部は、前記調整レンズの焦点距離、前記ガウス形状の強度分布を有するレーザ光のピーク強度の1/e2倍となる光強度の拡がり角、および前記あらかじめ設定された照射角に基づいて、前記レーザ発振部から前記調整レンズまでの距離を算出し、算出した距離に基づいて前記調整レンズを配置し、
前記ミラー制御部は、前記第1のミラーの回動角と前記第2のミラーの回動角の和θmと、前記あらかじめ設定された照射角θsとの間にθs/2=θmが成立する、前記第1のミラーおよび前記第2のミラーの回動角を算出し、算出した回動角に基づいて前記第1のミラーおよび前記第2のミラーを回動させることを特徴とする請求項5記載のレーザ照射装置。 - 前記レーザ光は、ガウス形状の光強度分布を有し、
前記屈折率可変プリズムは、二等辺三角形形状を有し、
前記屈折率調整部は、前記屈折率可変プリズムの二等辺三角形の底角の角度、および前記前記あらかじめ設定された照射角に基づいて前記屈折率可変プリズムの屈折率を算出し、前記レーザ発振部から前記屈折率可変レンズまでの距離、前記屈折率可変レンズの焦点距離、前記ガウス形状の強度分布を有するレーザ光のピーク強度の1/e2倍となる光強度の拡がり角、および前記あらかじめ設定された照射角に基づいて、前記屈折率可変レンズの屈折率を算出し、算出した前記屈折率を前記屈折率可変レンズおよび前記屈折率可変プリズムに設定することを特徴とする請求項3記載のレーザ照射装置。 - 前記レーザ光は、ガウス形状の光強度分布を有し、
前記プリズムは、二等辺三角形形状を有し、
前記調整レンズは、自レンズの焦点距離、前記ガウス形状の強度分布を有するレーザ光のピーク強度の1/e2倍となる光強度の拡がり角、前記プリズムの二等辺三角形の底角の角度、および前記あらかじめ設定された照射角に基づいて決定される距離を前記レーザ発振部から離間させて配置され、
前記照射角調整レンズ制御部は、前記プリズムから前記照射角調整レンズまでの距離、前記射角調整レンズの焦点距離、および前記あらかじめ設定された照射角に基づいて前記照射角調整レンズの配置位置を算出することを特徴とする請求項4記載のレーザ照射装置。
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