JP2020154087A - Laser beam shaping device - Google Patents

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Abstract

To provide a laser beam shaping device capable of preventing power loss of a laser beam and a thermal damage of a component in the device and capable of efficiently irradiating a target with a laser beam having a desired cross-sectional shape.SOLUTION: A laser beam shaping device includes: a first optical system for separating a laser beam into a first beam shaped into a desired cross-sectional shape by deflecting a part of the laser beam and a second beam other than the first beam; and a second optical system which merges the second beam into a coaxial core shape with respect to the first beam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザビーム整形装置に関する。 The present invention relates to a laser beam shaping apparatus.

従来、高出力のレーザビームを比較的遠方に位置するターゲットに照射する出射装置が知られている。このようなターゲットにレーザビームを適切に照射するためには、所望の断面形状を有するレーザビームを効率よく安定して照射することが求められる場合がある。 Conventionally, an emitting device that irradiates a target located at a relatively distant place with a high-power laser beam has been known. In order to properly irradiate such a target with a laser beam, it may be required to efficiently and stably irradiate a laser beam having a desired cross-sectional shape.

上記のようなレーザビームを得る方法として、例えば特許文献1に開示されるように、レーザビームの断面周縁を制限アパーチャ(スリット)によりカット(クリップ)することにより、レーザビームを整形する方法が知られている。 As a method for obtaining a laser beam as described above, for example, as disclosed in Patent Document 1, a method for shaping a laser beam by cutting (clip) the cross-sectional peripheral edge of the laser beam with a limiting aperture (slit) is known. Has been done.

特開2013−233556号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-233556

しかしながら上記方法では、レーザビームがカットされることでパワー損失が発生する。また、レーザビームが出射装置内の光学系以外の部品に当たることで、該部品が熱損傷するおそれがある。 However, in the above method, power loss occurs due to the cutting of the laser beam. Further, when the laser beam hits a component other than the optical system in the emitting device, the component may be thermally damaged.

そこで本発明は、レーザビームのパワー損失及び出射装置内の部品の熱損傷を防止すると共に、所望の断面形状を有するレーザビームをターゲットに効率よく照射可能にすることを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to prevent power loss of the laser beam and thermal damage of parts in the emitting device, and to make it possible to efficiently irradiate the target with the laser beam having a desired cross-sectional shape.

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るレーザビーム整形装置は、レーザビームの一部を偏向することにより前記レーザビームを所望の断面形状に整形された第1ビームと該第1ビーム以外の第2ビームとに分離する第1光学系と、前記第2ビームを前記第1ビームに対して同軸心状に合流させる第2光学系と、を備える。 In order to solve the above problems, the laser beam shaping apparatus according to one aspect of the present invention has a first beam in which the laser beam is shaped into a desired cross-sectional shape by deflecting a part of the laser beam and the first beam. It includes a first optical system that separates the second beam from other than the second beam, and a second optical system that joins the second beam coaxially with the first beam.

上記構成によれば、第1光学系によりレーザビームを整形することで、所望の断面形状のレーザビームを得ることができる。また、第1光学系によりレーザビームの一部を偏向することでレーザビームを整形するので、レーザビームの整形に際して装置内の光学系以外の部品がレーザビームに当たるのを防止できるため、該部品が熱損傷するのを防止できる。これにより、装置を安定して駆動できる。 According to the above configuration, a laser beam having a desired cross-sectional shape can be obtained by shaping the laser beam with the first optical system. Further, since the laser beam is shaped by deflecting a part of the laser beam by the first optical system, it is possible to prevent parts other than the optical system in the apparatus from hitting the laser beam when shaping the laser beam. It can prevent thermal damage. As a result, the device can be driven stably.

また、第1光学系により偏向されて第1ビームと分離された第2ビームが、第2光学系により第1ビームに対して同軸心状に合流される。このため、レーザビームを整形する際にパワー損失が生じるのを防止できる。よって、所望の断面形状を有するように整形されたレーザビームをターゲットに効率よく照射できる。 Further, the second beam, which is deflected by the first optical system and separated from the first beam, is coaxially merged with the first beam by the second optical system. Therefore, it is possible to prevent power loss from occurring when shaping the laser beam. Therefore, the target can be efficiently irradiated with a laser beam shaped so as to have a desired cross-sectional shape.

前記第2ビームは、前記レーザビームの外周部であり、前記第1ビームは、前記レーザビームの前記外周部よりも内側に位置する中央部であってもよい。 The second beam may be an outer peripheral portion of the laser beam, and the first beam may be a central portion located inside the outer peripheral portion of the laser beam.

これにより、例えばレーザビームの強度分布が正規分布等である場合でも、パワー損失及び熱損傷を防止しつつ出射レーザビームのパワーを増大し易くできる。また、例えばレーザビームを出射する出射口径を増加させることにより、ターゲットの照射位置におけるレーザビームの強度及び集光強度を高めることができる。 Thereby, for example, even when the intensity distribution of the laser beam is a normal distribution or the like, it is possible to easily increase the power of the emitted laser beam while preventing power loss and thermal damage. Further, for example, by increasing the emission aperture at which the laser beam is emitted, the intensity and focusing intensity of the laser beam at the irradiation position of the target can be increased.

前記第2光学系は、前記第2ビームを、前記第1ビームに対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、前記第1ビームに合流させてもよい。これにより、ターゲットの照射位置におけるレーザビームの強度及び集光強度を更に高めることができる。 The second optical system is arranged by arranging the second beam coaxially with respect to the first beam and surrounding the outside, and reducing the diameter toward the downstream side in the light guide direction. It may be merged with the first beam. This makes it possible to further increase the intensity and focusing intensity of the laser beam at the irradiation position of the target.

前記第1光学系は、前記レーザビームの前記中央部を前記第1ビームとして通過させ、且つ、前記レーザビームの前記外周部を前記第2ビームとして反射する環状の反射面を有する下流側スクレイパーミラーを有し、前記下流側スクレイパーミラーの前記反射面が、前記第1ビームの光軸に対して傾斜して配置されていてもよい。これにより、これにより、光学系の構造を簡素化しながら第1ビームと第2ビームとを比較的容易に分離できる。 The first optical system is a downstream scraper mirror having an annular reflecting surface that allows the central portion of the laser beam to pass as the first beam and reflects the outer peripheral portion of the laser beam as the second beam. The reflective surface of the downstream scraper mirror may be arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the first beam. As a result, the first beam and the second beam can be separated relatively easily while simplifying the structure of the optical system.

前記第2光学系は、前記下流側スクレイパーミラーよりも上流側で、前記レーザビームを通過させ、且つ、前記下流側スクレイパーミラーで反射した前記第2ビームを前記第1ビームに合流させる環状の反射面を有する上流側スクレイパーミラーを有していてもよい。これにより、光学系の構造を簡素化しながらレーザビームの外周部を中央部に合流させ易くできる。 The second optical system is an annular reflection that allows the laser beam to pass upstream of the downstream scraper mirror and merges the second beam reflected by the downstream scraper mirror with the first beam. It may have an upstream scraper mirror with a surface. As a result, the outer peripheral portion of the laser beam can be easily merged with the central portion while simplifying the structure of the optical system.

前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームであり、前記第2ビームは、前記円環レーザビームの外周部と、前記外周部よりも内側に位置する内周部であり、前記第1ビームは、前記円環レーザビームの前記内周部と前記外周部との間に位置する中間周部であり、前記第1光学系は、前記円環レーザビームの前記外周部を反射する第1ミラーと、前記円環レーザビームの前記内周部を反射する第2ミラーとを個別に有していてもよい。 The laser beam guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section, and the second beam is an outer peripheral portion of the annular laser beam and the outer peripheral portion. An inner peripheral portion located inside the portion, and the first beam is an intermediate peripheral portion located between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the annular laser beam, and is the first optical system. May individually have a first mirror that reflects the outer peripheral portion of the annular laser beam and a second mirror that reflects the inner peripheral portion of the annular laser beam.

前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームであり、前記第1ビームは、前記円環レーザビームの外周部であり、前記第2ビームは、前記円環レーザビームの前記外周部よりも内側に位置する内周部であり、前記第2光学系は、前記第2ビームを、前記第1ビームに対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、前記第1ビームに合流させてもよい。 The laser beam guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section, and the first beam is an outer peripheral portion of the annular laser beam. The second beam is an inner peripheral portion located inside the outer peripheral portion of the annular laser beam, and the second optical system makes the second beam coaxial with the first beam. It may be merged with the first beam by arranging the laser so as to surround the outer side and reducing the diameter toward the downstream side in the light guide direction.

前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームであってもよい。 The laser beam guided upstream of the first optical system may be an annular laser beam having an annular cross section.

前記第2光学系は、アキシコンレンズ及びアキシコンミラーの少なくともいずれかを有していてもよい。これにより、第2ビームが環状レーザビームである場合でも、第2ビームを第1ビームに良好に合流させることができる。 The second optical system may have at least one of an axicon lens and an axicon mirror. Thereby, even when the second beam is an annular laser beam, the second beam can be satisfactorily merged with the first beam.

前記第2光学系は、凸レンズ、凹レンズ、球面ミラー、及び放物面ミラーの少なくともいずれかを有していてもよい。このように比較的汎用性の高い光学系部品を用いることで、比較的安価にレーザビーム整形装置を構成できる。 The second optical system may have at least one of a convex lens, a concave lens, a spherical mirror, and a parabolic mirror. By using such a relatively versatile optical system component, a laser beam shaping apparatus can be constructed at a relatively low cost.

前記第2光学系は、前記第1ビームと前記第2ビームとを分離させる分離位置と、前記第2ビームを前記第1ビームに合流させる合流位置との間で、前記第2ビームを複数回循環させてもよい。 The second optical system performs the second beam a plurality of times between a separation position for separating the first beam and the second beam and a merging position for merging the second beam with the first beam. It may be circulated.

上記構成によれば、第2ビームを第1ビームに合流させる際、第1ビームの光軸に対する第2ビームの傾斜角度を緩やかにして、レーザビームの集光性を向上させることができる。 According to the above configuration, when the second beam is merged with the first beam, the inclination angle of the second beam with respect to the optical axis of the first beam can be made gentle to improve the focusing property of the laser beam.

本発明の各態様によれば、レーザビームのパワー損失及び出射装置内の部品の熱損傷を防止すると共に、所望の断面形状を有するレーザビームをターゲットに効率よく照射できる。 According to each aspect of the present invention, it is possible to prevent power loss of the laser beam and thermal damage of parts in the emitting device, and to efficiently irradiate the target with the laser beam having a desired cross-sectional shape.

第1実施形態に係るレーザビーム整形装置の概要図である。It is a schematic diagram of the laser beam shaping apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1の第1光学系の一部構成とその周辺の構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the 1st optical system of FIG. 1 and the structure around it. 図1の上流側スクレイパーミラーとその周辺の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the scraper mirror on the upstream side of FIG. 1 and its periphery. 図1の第2光学系の一部構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the 2nd optical system of FIG. 図1のレーザビームの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the laser beam of FIG. 図1のレーザビームの強度分布を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution of the laser beam of FIG. 第1実施形態の変形例に係る第2光学系の一部構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the 2nd optical system which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態に係るレーザビーム整形装置の概要図である。It is a schematic diagram of the laser beam shaping apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図8のレーザビームの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the laser beam of FIG. 図8のレーザビームの強度分布を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution of the laser beam of FIG. 第3実施形態に係るレーザビーム整形装置の概要図である。It is a schematic diagram of the laser beam shaping apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図11のレーザビームの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the laser beam of FIG. 図11の第2光学系の一部構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the 2nd optical system of FIG. 第3実施形態の変形例に係る第2光学系の一部構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the 2nd optical system which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るレーザビーム整形装置の概要図である。It is a schematic diagram of the laser beam shaping apparatus which concerns on 4th Embodiment.

以下、図面を参照しながら各実施形態を説明する。以下の説明において、上流側とは、レーザビームの導光方向の上流側を指し、下流側とは、該導光方向の下流側を指す。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the upstream side refers to the upstream side in the light guide direction of the laser beam, and the downstream side refers to the downstream side in the light guide direction.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るレーザビーム整形装置1(以下、整形装置1とも称する。)の概要図である。図2は、図1の第1光学系2の一部構成とその周辺の構成を示す図である。図3は、図1の上流側スクレイパーミラー34とその周辺の構成を示す図である。図4は、図1の第2光学系3の一部構成を示す図である。図5は、図1のレーザビームL1の断面形状を示す図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view of a laser beam shaping device 1 (hereinafter, also referred to as a shaping device 1) according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a partial configuration of the first optical system 2 of FIG. 1 and its peripheral configuration. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the upstream scraper mirror 34 of FIG. 1 and its periphery. FIG. 4 is a diagram showing a partial configuration of the second optical system 3 of FIG. FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam L1 of FIG.

図1〜3に示すように、整形装置1は、レーザビーム発振装置10から出力されたレーザビームL1を整形する。整形装置1は、第1光学系2と第2光学系3とを備える。第1光学系2と第2光学系3は、整形装置1内のレーザビームL1の光路上に配置されている。図5に示すように、レーザビームL1は、一例として断面周縁が円形状であり、中実に形成されている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the shaping device 1 shapes the laser beam L1 output from the laser beam oscillating device 10. The shaping device 1 includes a first optical system 2 and a second optical system 3. The first optical system 2 and the second optical system 3 are arranged on the optical path of the laser beam L1 in the shaping device 1. As shown in FIG. 5, the laser beam L1 has a circular cross-sectional peripheral edge as an example, and is formed solidly.

本実施形態のレーザビームL1は、外周部80と、外周部80よりも内側に位置する中央部81を有する。外周部80は、断面が円環状であり、中央部81は、断面が円形である。外周部80と中央部81とは連続している。整形装置1では、レーザビームL1を所望の断面形状に整形するために、レーザビームL1から取り除く部分を外周部80とし、残留させる部分を中央部81とする。 The laser beam L1 of the present embodiment has an outer peripheral portion 80 and a central portion 81 located inside the outer peripheral portion 80. The outer peripheral portion 80 has an annular cross section, and the central portion 81 has a circular cross section. The outer peripheral portion 80 and the central portion 81 are continuous. In the shaping device 1, in order to shape the laser beam L1 into a desired cross-sectional shape, a portion removed from the laser beam L1 is designated as an outer peripheral portion 80, and a portion to be retained is designated as a central portion 81.

第1光学系2は、レーザビームL1の一部を偏向することによりレーザビームL1を所望の断面形状に整形された第1ビームB1と第1ビームB1以外の第2ビームB2とに分離する。本実施形態の第1光学系2は、ガイドミラー21,22、下流側スクレイパーミラー23、及びガイドミラー24を有する。各ミラー21〜24は、レーザビームL1の導光方向に同順に離隔して配置されている。 The first optical system 2 separates the laser beam L1 into a first beam B1 shaped into a desired cross-sectional shape and a second beam B2 other than the first beam B1 by deflecting a part of the laser beam L1. The first optical system 2 of the present embodiment includes guide mirrors 21 and 22, a downstream scraper mirror 23, and a guide mirror 24. The mirrors 21 to 24 are arranged apart from each other in the same order in the light guide direction of the laser beam L1.

ガイドミラー21,22,24は、レーザビームL1を所定の光路に案内する。下流側スクレイパーミラー23は、環状の反射面23aと貫通孔23bとを有する。反射面23aは、レーザビームL1の外周部80を第2ビームB2として反射する。反射面23aは、第1ビームB1(レーザビームL1)の光軸に対して傾斜して配置されている。即ち、本実施形態の第1光学系2は、レーザビームL1の一部を反射により偏向する。貫通孔23bは、レーザビームL1の中央部81を第1ビームB1として通過させる。 The guide mirrors 21, 22, and 24 guide the laser beam L1 to a predetermined optical path. The downstream scraper mirror 23 has an annular reflecting surface 23a and a through hole 23b. The reflecting surface 23a reflects the outer peripheral portion 80 of the laser beam L1 as the second beam B2. The reflecting surface 23a is arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the first beam B1 (laser beam L1). That is, the first optical system 2 of the present embodiment deflects a part of the laser beam L1 by reflection. The through hole 23b allows the central portion 81 of the laser beam L1 to pass through as the first beam B1.

第1ビームB1は、下流側スクレイパーミラー23の貫通孔23bを通過する。第1ビームB1(レーザビームL1)の光軸に対する反射面23aの傾斜角度は、適宜設定可能である。 The first beam B1 passes through the through hole 23b of the downstream scraper mirror 23. The inclination angle of the reflecting surface 23a with respect to the optical axis of the first beam B1 (laser beam L1) can be appropriately set.

このように本実施形態では、第2ビームB2は、レーザビームL1の外周部80であり、第1ビームB1は、レーザビームL1の中央部81である。 As described above, in the present embodiment, the second beam B2 is the outer peripheral portion 80 of the laser beam L1, and the first beam B1 is the central portion 81 of the laser beam L1.

第2光学系3は、第2ビームB2を第1ビームB1に対して同軸心状に合流させる。本実施形態の第2光学系3は、凸レンズ、凹レンズ、球面ミラー、及び放物面ミラーの少なくともいずれかを有する。一例として第2光学系3は、凸レンズ31,32、ガイドミラー33、及び上流側スクレイパーミラー34を有する。 The second optical system 3 joins the second beam B2 coaxially with the first beam B1. The second optical system 3 of the present embodiment has at least one of a convex lens, a concave lens, a spherical mirror, and a parabolic mirror. As an example, the second optical system 3 has convex lenses 31, 32, a guide mirror 33, and an upstream scraper mirror 34.

凸レンズ31,32及びガイドミラー33は、第1光学系2により偏向された第2ビームB2を所定の光路に案内する。図4に示すように、凸レンズ31,32は、レンズ間距離D1をおいて離隔して配置されている。凸レンズ31の焦点距離F1と凸レンズ32の焦点距離F2とは、共に0より大きい。ここではレンズ間距離D1を合計焦点距離(F1+F2)よりも大きく設定することで、凸レンズ31,32は第2ビームB2を集束させるようにしている。なお、D1=F1+F2と設定して第2ビームを一旦平行にしたあと、上流側スクレイパーミラー34を凹の放物面ミラーとして反射した第2ビームを集束させてもよい。上流側スクレイパーミラー34は基本的には平面ミラーであるが、放物面ミラーであってもよい。上流側スクレイパーミラー34が放物面ミラーである場合、上流側スクレイパーミラー34に入射する平行な入射ビームが、集束する反射ビームに変換される。 The convex lenses 31 and 32 and the guide mirror 33 guide the second beam B2 deflected by the first optical system 2 to a predetermined optical path. As shown in FIG. 4, the convex lenses 31 and 32 are arranged apart from each other with a distance D1 between the lenses. The focal length F1 of the convex lens 31 and the focal length F2 of the convex lens 32 are both larger than 0. Here, by setting the inter-lens distance D1 to be larger than the total focal length (F1 + F2), the convex lenses 31 and 32 focus the second beam B2. After setting D1 = F1 + F2 to make the second beam parallel once, the second beam reflected by the upstream scraper mirror 34 as a concave parabolic mirror may be focused. The upstream scraper mirror 34 is basically a flat mirror, but may be a parabolic mirror. When the upstream scraper mirror 34 is a parabolic mirror, the parallel incident beam incident on the upstream scraper mirror 34 is converted into a focused reflected beam.

本実施形態の第2光学系3は、凸レンズ31,32を有する拡大光学系を用いることで、第2ビームB2の断面形状(外径/内径比等の形状を含む)を保持したまま、第2ビームB2の外径を変化(拡大)可能に構成されている。なお、凸レンズ31の代わりに焦点距離が0より小さい凹レンズを用いてもよい。 The second optical system 3 of the present embodiment uses a magnifying optical system having convex lenses 31 and 32, so that the second optical system 3 retains the cross-sectional shape of the second beam B2 (including the shape such as the outer diameter / inner diameter ratio). The outer diameter of the 2-beam B2 can be changed (enlarged). A concave lens having a focal length smaller than 0 may be used instead of the convex lens 31.

図1に示す上流側スクレイパーミラー34は、環状の反射面34aと貫通孔34bとを有する。反射面34aは、下流側スクレイパーミラー23で反射した第2ビームB2を第1ビームB1に合流させる。貫通孔34bは、下流側スクレイパーミラー23よりも上流側で、レーザビームL1を通過させる。 The upstream scraper mirror 34 shown in FIG. 1 has an annular reflecting surface 34a and a through hole 34b. The reflecting surface 34a merges the second beam B2 reflected by the downstream scraper mirror 23 with the first beam B1. The through hole 34b allows the laser beam L1 to pass on the upstream side of the downstream scraper mirror 23.

なお、各ミラーを保持する保持部材は適宜選択可能である。レーザビームL1の光路を跨ぐように保持部材を配置する場合は、レーザビームL1の進行方向に垂直な保持部材の面の面積をなるべく低減するように調整する。 The holding member for holding each mirror can be appropriately selected. When the holding member is arranged so as to straddle the optical path of the laser beam L1, the area of the surface of the holding member perpendicular to the traveling direction of the laser beam L1 is adjusted to be reduced as much as possible.

整形装置1の駆動時には、レーザビームL1の導光方向の上流側から下流側に向けて、レーザビームL1がガイドミラー21により案内された後、上流側スクレイパーミラー34の貫通孔34bを通過し、ガイドミラー22により下流側スクレイパーミラー23に案内される。 When the shaping device 1 is driven, the laser beam L1 is guided by the guide mirror 21 from the upstream side to the downstream side in the light guide direction of the laser beam L1, and then passes through the through hole 34b of the upstream scraper mirror 34. The guide mirror 22 guides the scraper mirror 23 on the downstream side.

下流側スクレイパーミラー23において、レーザビームL1は、下流側スクレイパーミラー23の貫通孔23bを通過する第1ビームB1と、反射面23aで反射される第2ビームB2とに分離される。 In the downstream scraper mirror 23, the laser beam L1 is separated into a first beam B1 that passes through the through hole 23b of the downstream scraper mirror 23 and a second beam B2 that is reflected by the reflection surface 23a.

第1ビームB1は、下流側スクレイパーミラー23の貫通孔23bを通過した後、ガイドミラー24により案内され、出射レーザビームL2として出射光学系(ここでは出射装置40)へ導入される。なお、図2の図面右端に示した断面は、出射レーザビームL2の模式的な円形断面を示す。 After passing through the through hole 23b of the downstream scraper mirror 23, the first beam B1 is guided by the guide mirror 24 and introduced into the emission optical system (here, the emission device 40) as the emission laser beam L2. The cross section shown at the right end of the drawing of FIG. 2 shows a schematic circular cross section of the emitted laser beam L2.

一方、図2に示すように、下流側スクレイパーミラー23で反射された第2ビームB2は、凸レンズ31,32により導光された後、ガイドミラー33で反射され、上流側スクレイパーミラー34に案内される。このとき第2ビームB2は、凸レンズ32により集束される。その後、図3に示すように、第2ビームB2は、上流側スクレイパーミラー34の反射面34aで反射されて第1ビームB1と合流される。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the second beam B2 reflected by the downstream scraper mirror 23 is guided by the convex lenses 31 and 32, then reflected by the guide mirror 33 and guided by the upstream scraper mirror 34. To. At this time, the second beam B2 is focused by the convex lens 32. After that, as shown in FIG. 3, the second beam B2 is reflected by the reflecting surface 34a of the upstream scraper mirror 34 and merges with the first beam B1.

この合流の際、第2光学系3は、第2ビームB2を、第1ビームB1に対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、第1ビームB1に合流させる。第1ビームB1と第2ビームB2とが合流されることで、出射レーザビームL2が形成される。 At the time of this merging, the second optical system 3 arranges the second beam B2 coaxially with respect to the first beam B1 so as to surround the outside, and reduces the diameter toward the downstream side in the light guide direction. By letting it join the first beam B1. The emission laser beam L2 is formed by merging the first beam B1 and the second beam B2.

ここで本実施形態では、レーザビームL1と第2ビームB2との反射面34a上の合流位置では、第2ビームB2の内径は、上流側スクレイパーミラー34の貫通孔34bを通過したレーザビームL1の外径よりも十分大きい。一例として、該合流位置での第2ビームB2の内周は、上流側スクレイパーミラー34を通過したレーザビームL1の外周から径方向に離隔している。この状態から第2ビームB2は、レーザビームL1と共に導光され、レーザビームL1の中央部81である第1ビームB1の軸心へ向けて集束されながら第1ビームB1と合流される。 Here, in the present embodiment, at the confluence position of the laser beam L1 and the second beam B2 on the reflection surface 34a, the inner diameter of the second beam B2 is the laser beam L1 that has passed through the through hole 34b of the upstream scraper mirror 34. It is sufficiently larger than the outer diameter. As an example, the inner circumference of the second beam B2 at the confluence position is radially separated from the outer circumference of the laser beam L1 that has passed through the upstream scraper mirror 34. From this state, the second beam B2 is guided together with the laser beam L1 and merges with the first beam B1 while being focused toward the axis of the first beam B1 which is the central portion 81 of the laser beam L1.

合流された第1ビームB1と第2ビームB2は、下流側スクレイパーミラー23の貫通孔23bを通過する際、その全部が一度に通過してもよいし、整形装置1内の光路を複数回にわたって循環しながら通過してもよい。本実施形態では、第2光学系3は、第1ビームB1と第2ビームB2とを分離させる分離位置と、第2ビームB2を第1ビームB1に合流させる合流位置との間で、第2ビームB2を複数回循環させる。 When the merged first beam B1 and second beam B2 pass through the through hole 23b of the downstream scraper mirror 23, all of them may pass at once, or they may pass through the optical path in the shaping device 1 a plurality of times. It may pass while circulating. In the present embodiment, the second optical system 3 has a second position between the separation position for separating the first beam B1 and the second beam B2 and the merging position for merging the second beam B2 with the first beam B1. The beam B2 is circulated a plurality of times.

図6は、図1のレーザビームL1の強度分布を示す図である。図6に示すように、本実施形態のレーザビームL1の強度分布は正規分布である。仮に、レーザビームL1の外周部80を単に制限アパーチャによりカットしてレーザビームL1を整形した場合、該カット部分(図6のグラフ中に破線で示した部分)に対応するレーザビームL1のパワー損失が発生する。 FIG. 6 is a diagram showing the intensity distribution of the laser beam L1 of FIG. As shown in FIG. 6, the intensity distribution of the laser beam L1 of the present embodiment is a normal distribution. If the outer peripheral portion 80 of the laser beam L1 is simply cut by the limiting aperture to shape the laser beam L1, the power loss of the laser beam L1 corresponding to the cut portion (the portion shown by the broken line in the graph of FIG. 6). Occurs.

これに対して整形装置1では、レーザビームL1の整形した際に生じるレーザビームL1のカット部分(第2ビームB2)を第1ビームB1に合流させるため、パワー損失が生じるのが防止される。 On the other hand, in the shaping device 1, since the cut portion (second beam B2) of the laser beam L1 generated when the laser beam L1 is shaped is merged with the first beam B1, power loss is prevented.

以上説明したように、整形装置1によれば、第1光学系2によりレーザビームL1を整形することで、所望の断面形状のレーザビームを得ることができる。また、第1光学系2によりレーザビームL1の一部を偏向することでレーザビームL1を整形するので、レーザビームL1の整形に際して整形装置1内の光学系以外の部品がレーザビームL1に当たるのを防止できるため、該部品が熱損傷するのを防止できる。これにより、整形装置1を安定して駆動できる。 As described above, according to the shaping device 1, the laser beam L1 having a desired cross-sectional shape can be obtained by shaping the laser beam L1 by the first optical system 2. Further, since the laser beam L1 is shaped by deflecting a part of the laser beam L1 by the first optical system 2, parts other than the optical system in the shaping device 1 hit the laser beam L1 when shaping the laser beam L1. Since it can be prevented, it is possible to prevent the component from being thermally damaged. As a result, the shaping device 1 can be driven stably.

また、第1光学系2により偏向されて第1ビームB1と分離された第2ビームB2が、第2光学系3により第1ビームB1に対して同軸心状に合流される。このため、レーザビームL1を整形する際にパワー損失が生じるのを防止できる。よって、所望の断面形状を有するように整形されたレーザビームをターゲットに効率よく照射できる。 Further, the second beam B2, which is deflected by the first optical system 2 and separated from the first beam B1, is joined by the second optical system 3 in a coaxial center shape with respect to the first beam B1. Therefore, it is possible to prevent power loss from occurring when shaping the laser beam L1. Therefore, the target can be efficiently irradiated with a laser beam shaped so as to have a desired cross-sectional shape.

ここで従来、出射装置から遠方に位置する小さいターゲットに適切に照射するためには、例えばレーザビームの強度を高めると共にレーザビームの集光性能を高めることが求められる。 Here, conventionally, in order to appropriately irradiate a small target located far from the emitting device, it is required to increase the intensity of the laser beam and the focusing performance of the laser beam, for example.

レーザビームは、出射時のビーム径(以降、「出射ビーム径」と称する。)が大きいほどターゲットの照射位置での集光性能及び強度が向上する。このため、出射ビーム径は大きいほどよい。一方、出射ビーム径が出射装置の出射口径よりも大きくなると、レーザビームが出射装置内の光学系以外の部品に当たり、該部品が熱損傷したり、出射装置に熱影響が出るおそれがある。 As for the laser beam, the larger the beam diameter at the time of emission (hereinafter, referred to as “emission beam diameter”), the better the focusing performance and intensity at the irradiation position of the target. Therefore, the larger the emitted beam diameter, the better. On the other hand, if the emission beam diameter is larger than the emission aperture of the emission device, the laser beam may hit a component other than the optical system in the emission device, causing thermal damage to the component or thermal influence on the emission device.

この問題の対策としては、第1に出射ビーム径を小さくする方法が挙げられる。また第2に出射ビーム断面の周縁を制限アパーチャによりカットしてレーザを整形することにより、レーザを前記部品に当たらなくする方法が考えられる。 As a countermeasure for this problem, first, there is a method of reducing the emission beam diameter. Secondly, a method is conceivable in which the peripheral edge of the cross section of the emitted beam is cut by a limiting aperture to shape the laser so that the laser does not hit the component.

しかしながら第1の方法では、ターゲットの照射位置においてレーザビームの十分な集光性能及び強度を得ることが困難となる場合がある。また、第2の方法ではパワー損失が発生する。このパワー損失は、通常、集光性能を高めるために出射ビーム径を大きくすると増加する。 However, in the first method, it may be difficult to obtain sufficient focusing performance and intensity of the laser beam at the irradiation position of the target. In addition, power loss occurs in the second method. This power loss usually increases as the emission beam diameter is increased in order to improve the focusing performance.

これに対して整形装置1によれば、レーザビームL1から外周部80を第2ビームB2として取り除くことによりレーザビームL1を整形することで、レーザビームL1の径を変化させて出射ビーム径を所望の値に調整できるので、ターゲットの照射位置でのレーザビームの集光性能及び強度を向上できる。 On the other hand, according to the shaping device 1, the laser beam L1 is shaped by removing the outer peripheral portion 80 as the second beam B2 from the laser beam L1, so that the diameter of the laser beam L1 is changed to obtain the emitted beam diameter. Since it can be adjusted to the value of, the focusing performance and intensity of the laser beam at the irradiation position of the target can be improved.

また、第1光学系2により分離した第1ビームB1と第2ビームB2とを合流させることにより、出射ビーム径を大きく調整してもパワー損失が生じるのを防止できる。また、第1光学系2を用いることで、上記した熱損傷及び熱影響を防止できる。 Further, by merging the first beam B1 and the second beam B2 separated by the first optical system 2, it is possible to prevent power loss from occurring even if the emission beam diameter is greatly adjusted. Further, by using the first optical system 2, the above-mentioned thermal damage and thermal influence can be prevented.

また、第2ビームB2は外周部80であり、第1ビームB1は中央部81であるため、例えばレーザビームL1の強度分布が正規分布等である場合でも、パワー損失及び熱損傷を防止しつつ出射レーザビームL2のパワーを増大し易くできる。また、例えばレーザビームを出射する出射口径を増加させることにより、ターゲットの照射位置におけるレーザビームの強度及び集光強度を高めることができる。 Further, since the second beam B2 is the outer peripheral portion 80 and the first beam B1 is the central portion 81, for example, even when the intensity distribution of the laser beam L1 is a normal distribution or the like, power loss and thermal damage can be prevented. The power of the emitted laser beam L2 can be easily increased. Further, for example, by increasing the emission aperture at which the laser beam is emitted, the intensity and focusing intensity of the laser beam at the irradiation position of the target can be increased.

また第2光学系3は、第2ビームB2を、第1ビームB1に対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、第1ビームB1に合流させるので、ターゲットの照射位置におけるレーザビームの強度及び集光強度を更に高めることができる。 Further, the second optical system 3 arranges the second beam B2 coaxially with respect to the first beam B1 so as to surround the outside, and reduces the diameter toward the downstream side in the light guide direction. Since it merges with the first beam B1, the intensity and focusing intensity of the laser beam at the irradiation position of the target can be further increased.

また第1光学系2は、レーザビームL1の中央部81を第1ビームB1として通過させ、且つ、レーザビームL1の外周部80を第2ビームB2として反射する環状の反射面23aを有する下流側スクレイパーミラー23を有し、反射面23aが第1ビームB1の光軸に対して傾斜して配置されている。これにより、光学系の構造を簡素化しながら第1ビームB1と第2ビームB2とを比較的容易に分離できる。 Further, the first optical system 2 has an annular reflecting surface 23a that allows the central portion 81 of the laser beam L1 to pass as the first beam B1 and reflects the outer peripheral portion 80 of the laser beam L1 as the second beam B2. It has a scraper mirror 23, and the reflecting surface 23a is arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the first beam B1. As a result, the first beam B1 and the second beam B2 can be separated relatively easily while simplifying the structure of the optical system.

また第2光学系3は、下流側スクレイパーミラー23よりも上流側で、レーザビームL1を通過させ、且つ、下流側スクレイパーミラー23で反射した第2ビームB2をレーザビームL1と共に導光しながら第1ビームB1に合流させる環状の反射面34aを有する上流側スクレイパーミラー34を有している。これにより、光学系の構造を簡素化しながらレーザビームL1の外周部80を中央部81に合流させ易くできる。 Further, the second optical system 3 passes the laser beam L1 on the upstream side of the downstream scraper mirror 23, and guides the second beam B2 reflected by the downstream scraper mirror 23 together with the laser beam L1. It has an upstream scraper mirror 34 having an annular reflecting surface 34a that merges with one beam B1. As a result, the outer peripheral portion 80 of the laser beam L1 can be easily merged with the central portion 81 while simplifying the structure of the optical system.

また第2光学系3は、第1ビームB1と第2ビームB2とを分離させる分離位置と、第2ビームB2を第1ビームB1に合流させる合流位置との間で、第2ビームB2を複数回循環させる。このようにすることで、第2ビームB2を第1ビームB1に合流させる際、第1ビームB1の光軸に対する第2ビームB2の傾斜角度を緩やかにして、レーザビームの集光性を向上させることができる。 Further, the second optical system 3 has a plurality of second beams B2 between the separation position for separating the first beam B1 and the second beam B2 and the merging position for merging the second beam B2 with the first beam B1. Circulate around. By doing so, when the second beam B2 is merged with the first beam B1, the inclination angle of the second beam B2 with respect to the optical axis of the first beam B1 is made gentle, and the focusing property of the laser beam is improved. be able to.

また第2光学系3は、凸レンズ、凹レンズ、球面ミラー、及び放物面ミラーの少なくともいずれかを有する。このように比較的汎用性の高い光学系部品を用いることで、比較的安価に整形装置1を構成できる。 The second optical system 3 has at least one of a convex lens, a concave lens, a spherical mirror, and a parabolic mirror. By using such a relatively versatile optical system component, the shaping apparatus 1 can be configured at a relatively low cost.

図7は、第1実施形態の変形例に係る第2光学系の一部構成を示す図である。この第2光学系は、凸レンズ31の代わりに凹ミラー35を有し、凸レンズ32の代わりに凹ミラー36を有する。凹ミラー35の焦点距離F3と凹ミラー36の焦点距離F4とは、共に0より大きい。ミラー間距離D2を合計焦点距離(F1+F2)よりも大きく設定することで、凹ミラー35,36は第2ビームB2を集束させるように配置されている。 FIG. 7 is a diagram showing a partial configuration of a second optical system according to a modified example of the first embodiment. This second optical system has a concave mirror 35 instead of the convex lens 31 and a concave mirror 36 instead of the convex lens 32. The focal length F3 of the concave mirror 35 and the focal length F4 of the concave mirror 36 are both larger than 0. By setting the inter-mirror distance D2 larger than the total focal length (F1 + F2), the concave mirrors 35 and 36 are arranged so as to focus the second beam B2.

上記構成では、第1光学系により分離された第2ビームB2は、凹ミラー35,36により反射されて上流側スクレイパーミラー34に導光される。なお、凹ミラー35の代わりに、焦点距離が0より小さい凸ミラーを用いてもよい。 In the above configuration, the second beam B2 separated by the first optical system is reflected by the concave mirrors 35 and 36 and guided to the upstream scraper mirror 34. Instead of the concave mirror 35, a convex mirror having a focal length smaller than 0 may be used.

第1実施形態では、以下の第2実施形態に示す孔開きガイドミラー121を用いて、第2ビームB2を孔開きガイドミラー121の貫通孔121bを通じて、第1ビームB1の軸心と重なるように第1ビームB1と合流させてもよい。この場合、必要に応じて、第2光学系3は第2ビームB2の径を維持又は縮小させる光学部品を有していてもよい。以下、第2実施形態について、第1実施形態との差異を中心に説明する。 In the first embodiment, the perforated guide mirror 121 shown in the second embodiment is used so that the second beam B2 overlaps the axis of the first beam B1 through the through hole 121b of the perforated guide mirror 121. It may be merged with the first beam B1. In this case, the second optical system 3 may have an optical component that maintains or reduces the diameter of the second beam B2, if necessary. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係るレーザビーム整形装置101の概要図である。図9は、図8のレーザビームL3の断面形状を示す図である。図9に示すように、第1光学系102よりも上流側を導光されるレーザビームL3は、断面が円環状である円環レーザビームである。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic view of the laser beam shaping device 101 according to the second embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam L3 of FIG. As shown in FIG. 9, the laser beam L3 that is guided upstream of the first optical system 102 is an annular laser beam having an annular cross section.

本実施形態のレーザビームL3は、レーザビームL1と同様に第1ビームB1と第2ビームB2とを有する。第2ビームB2は、円環レーザビームの外周部90と、外周部90よりも内側に位置する内周部92である。第1ビームB1は、レーザビームL3の内周部92と外周部90との間に位置する中間周部91である。内周部92は中間周部91と連続しており、中間周部91は外周部90と連続している。整形装置101では、レーザビームL3を所望の断面形状に整形するために、レーザビームL3から取り除く部分を外周部90及び内周部92とし、残留させる部分を中間周部91とする。レーザビームL3の径方向の幅(厚み)寸法Wは、整形装置101に用いる光学系の種類等を調整することにより適宜設定可能である。 The laser beam L3 of the present embodiment has a first beam B1 and a second beam B2 like the laser beam L1. The second beam B2 is an outer peripheral portion 90 of the annular laser beam and an inner peripheral portion 92 located inside the outer peripheral portion 90. The first beam B1 is an intermediate peripheral portion 91 located between the inner peripheral portion 92 and the outer peripheral portion 90 of the laser beam L3. The inner peripheral portion 92 is continuous with the intermediate peripheral portion 91, and the intermediate peripheral portion 91 is continuous with the outer peripheral portion 90. In the shaping device 101, in order to shape the laser beam L3 into a desired cross-sectional shape, the portions to be removed from the laser beam L3 are the outer peripheral portion 90 and the inner peripheral portion 92, and the remaining portions are the intermediate peripheral portion 91. The radial width (thickness) dimension W of the laser beam L3 can be appropriately set by adjusting the type of the optical system used in the shaping apparatus 101 and the like.

第1光学系102は、孔開きガイドミラー121、ガイドミラー22、第1ミラー(スクレイパーミラー)123、孔開きガイドミラー124、及び第2ミラー125(以下、ガイドミラー125とも称する。)を有する。孔開きガイドミラー121及びガイドミラー22は、レーザビームL3を第1ミラー123に案内する。孔開きガイドミラー121は、反射面121a及び貫通孔121bを有する。第1ミラー123は、反射面123a及び貫通孔123bを有する。反射面123aは、レーザビームL3の外周部90を反射する。貫通孔123bは、レーザビームL3の中間周部91と内周部92とを通過させる。 The first optical system 102 includes a perforated guide mirror 121, a guide mirror 22, a first mirror (scraper mirror) 123, a perforated guide mirror 124, and a second mirror 125 (hereinafter, also referred to as a guide mirror 125). The perforated guide mirror 121 and the guide mirror 22 guide the laser beam L3 to the first mirror 123. The perforated guide mirror 121 has a reflecting surface 121a and a through hole 121b. The first mirror 123 has a reflecting surface 123a and a through hole 123b. The reflecting surface 123a reflects the outer peripheral portion 90 of the laser beam L3. The through hole 123b passes through the intermediate peripheral portion 91 and the inner peripheral portion 92 of the laser beam L3.

孔開きガイドミラー124は、中間周部91を反射して所定の光路に案内すると共に、内周部92を通過させる。孔開きガイドミラー124は、反射面124a及び貫通孔124bを有する。第2ミラー125は、レーザビームL2の内周部92を反射する。このように第1光学系102は、第1ミラー123と第2ミラー125とを個別に有する。 The perforated guide mirror 124 reflects the intermediate peripheral portion 91 to guide the intermediate peripheral portion 91 to a predetermined optical path and passes the inner peripheral portion 92. The perforated guide mirror 124 has a reflecting surface 124a and a through hole 124b. The second mirror 125 reflects the inner peripheral portion 92 of the laser beam L2. As described above, the first optical system 102 individually has the first mirror 123 and the second mirror 125.

第2光学系103は、第1実施形態の凸レンズ31,32及びミラー33,ミラー(スクレイパーミラー)34に加え、第2ミラー125,レンズ128,135、及びガイドミラー136,137を有する。光学要素125,135,136,128,137は、レーザビームL3の内周部92を第2ビームB2として導光し、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bを通じて第2ビームB2を第1ビームB1に合流させる。 The second optical system 103 includes a second mirror 125, lenses 128, 135, and guide mirrors 136, 137, in addition to the convex lenses 31, 32, mirror 33, and mirror (scraper mirror) 34 of the first embodiment. The optical elements 125, 135, 136, 128, and 137 guide the inner peripheral portion 92 of the laser beam L3 as the second beam B2, and pass the second beam B2 through the through hole 121b of the perforated guide mirror 121 to the first beam B1. To join.

レンズ135及びレンズ128は、ここでは第2ビームB2の径を縮小するように配置されている。レンズ135及びレンズ128は、第2ビームB2の径を維持又は拡大するように配置されていてもよい。第2光学系103が、第2ビームB2の径を拡大又は縮小する光学系として、凸レンズ、凹レンズ、及び放物面ミラー等の光学部品を含む場合、第2ビームB2の形状(外径/内径比等を含む)を保ったまま変化させることができる。 The lens 135 and the lens 128 are arranged here so as to reduce the diameter of the second beam B2. The lens 135 and the lens 128 may be arranged so as to maintain or expand the diameter of the second beam B2. When the second optical system 103 includes optical components such as a convex lens, a concave lens, and a parabolic mirror as an optical system for expanding or contracting the diameter of the second beam B2, the shape (outer diameter / inner diameter) of the second beam B2. It can be changed while maintaining the ratio etc.).

整形装置101の駆動時には、レーザビームL3の導光方向の上流側から下流側に向けて、レーザビームL3が孔開きガイドミラー121により案内された後、上流側スクレイパーミラー34の貫通孔34bを通過し、ガイドミラー22により第1ミラー123に案内される。 When the shaping device 101 is driven, the laser beam L3 is guided by the perforated guide mirror 121 from the upstream side to the downstream side in the light guide direction of the laser beam L3, and then passes through the through hole 34b of the upstream scraper mirror 34. Then, the guide mirror 22 guides the first mirror 123.

第1ミラー123において、レーザビームL3は、貫通孔123bを通過する、第1ビームB1(中間周部91)及び第2ビームB2(内周部92)と、反射面123aで反射される第2ビームB2(外周部90)とに分離される。 In the first mirror 123, the laser beam L3 passes through the through hole 123b and is reflected by the first beam B1 (intermediate peripheral portion 91) and the second beam B2 (inner peripheral portion 92) and the reflecting surface 123a. It is separated from the beam B2 (outer peripheral portion 90).

その後、第1ビームB1及び第2ビームB2(内周部92)を含むレーザビームは、孔開きガイドミラー124に案内される。第1ビームB1は、孔開きガイドミラー124の反射面124aにより反射されて所定の光路に案内され、第2ビームB2(内周部92)は、孔開きガイドミラー124の貫通孔124bを通過する。反射面124aで反射された第1ビームB1は、出射レーザビームL4として出射光学系(ここでは出射装置40)へ導入される。 After that, the laser beam including the first beam B1 and the second beam B2 (inner peripheral portion 92) is guided by the perforated guide mirror 124. The first beam B1 is reflected by the reflecting surface 124a of the perforated guide mirror 124 and guided to a predetermined optical path, and the second beam B2 (inner peripheral portion 92) passes through the through hole 124b of the perforated guide mirror 124. .. The first beam B1 reflected by the reflection surface 124a is introduced into the emission optical system (here, the emission device 40) as the emission laser beam L4.

一方、反射面123aで反射された第2ビームB2(レーザビームL3の外周部90)は、凸レンズ31,32により導光された後、ガイドミラー33で反射され、上流側スクレイパーミラー34に案内される。その後、第2ビームB2は、上流側スクレイパーミラー34の反射面34aで反射されて集束しながら第1ビームB1と合流される。 On the other hand, the second beam B2 (the outer peripheral portion 90 of the laser beam L3) reflected by the reflecting surface 123a is guided by the convex lenses 31 and 32, then reflected by the guide mirror 33 and guided by the upstream scraper mirror 34. Ru. After that, the second beam B2 is reflected by the reflecting surface 34a of the upstream scraper mirror 34 and merges with the first beam B1 while focusing.

また、孔開きガイドミラー124の貫通孔124bを通過した第2ビームB2(レーザビームL3の内周部92)は、光学要素125,135,136,128,137により導光された後、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bを通過して第1ビームB1と合流される。 Further, the second beam B2 (inner peripheral portion 92 of the laser beam L3) that has passed through the through hole 124b of the perforated guide mirror 124 is guided by the optical elements 125, 135, 136, 128, 137 and then perforated. It passes through the through hole 121b of the guide mirror 121 and joins the first beam B1.

本実施形態では、レーザビームL3と、内周部92である第2ビームB2との孔開きガイドミラー121の反射面121a上の合流位置では、内周部92である第2ビームB2の外径は、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bの内径よりも十分小さい。また、該合流位置におけるレーザビームL3の外径は、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bの内径よりも十分大きい。内周部92である第2ビームB2は、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bを通過して、レーザビームL3と共に導光され、第1ビームB1の軸心と重なるように第1ビームB1と合流される。 In the present embodiment, at the confluence position of the laser beam L3 and the second beam B2 which is the inner peripheral portion 92 on the reflection surface 121a of the perforated guide mirror 121, the outer diameter of the second beam B2 which is the inner peripheral portion 92 Is sufficiently smaller than the inner diameter of the through hole 121b of the perforated guide mirror 121. Further, the outer diameter of the laser beam L3 at the confluence position is sufficiently larger than the inner diameter of the through hole 121b of the perforated guide mirror 121. The second beam B2, which is the inner peripheral portion 92, passes through the through hole 121b of the perforated guide mirror 121, is guided together with the laser beam L3, and overlaps with the first beam B1 so as to overlap the axis of the first beam B1. Will be merged.

図10は、図8のレーザビームL3の強度分布を示す図である。図10の上側に示すように、円環レーザビームであるレーザビームL3の強度分布には、レーザビームL3の伝搬又は回折により発生した小さなピークが存在する場合がある。本実施形態では、レーザビームL3の外周部90と内周部92とを共にカットし(図10の破線部分)、図10の下側に示すように、カットした部分を第2ビームB2として回収して第1ビームB1に合流させることで、レーザビームL3の前記ピークに相当するパワー損失の発生をも防止する。 FIG. 10 is a diagram showing the intensity distribution of the laser beam L3 of FIG. As shown on the upper side of FIG. 10, the intensity distribution of the laser beam L3, which is a circular laser beam, may have small peaks generated by the propagation or diffraction of the laser beam L3. In the present embodiment, both the outer peripheral portion 90 and the inner peripheral portion 92 of the laser beam L3 are cut (broken line portion in FIG. 10), and the cut portion is collected as the second beam B2 as shown in the lower side of FIG. Then, by merging with the first beam B1, the occurrence of power loss corresponding to the peak of the laser beam L3 is also prevented.

即ち整形装置101によれば、レーザビームL3が円環状であっても、熱損傷を防止しつつ所望形状の出射レーザビームL4をターゲットに照射できる。また、伝搬及び回折により発生した比較的強度が高いレーザビーム部分を回収することにより、パワー損失を良好に防止できる。 That is, according to the shaping device 101, even if the laser beam L3 is annular, the target can be irradiated with the emitted laser beam L4 having a desired shape while preventing thermal damage. In addition, power loss can be satisfactorily prevented by recovering the laser beam portion having a relatively high intensity generated by propagation and diffraction.

(第3実施形態)
図11は、第3実施形態に係るレーザビーム整形装置201の概要図である。図12は、図11のレーザビームL5の断面形状を示す図である。図13は、図11の第2光学系203の一部構成を示す図である。
(Third Embodiment)
FIG. 11 is a schematic view of the laser beam shaping apparatus 201 according to the third embodiment. FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam L5 of FIG. FIG. 13 is a diagram showing a partial configuration of the second optical system 203 of FIG.

第2実施形態と同様に、第1光学系202よりも上流側を導光されるレーザビームL5は、断面が円環状の円環レーザビームである。レーザビームL5は、レーザビームL1と同様に第1ビームB1と第2ビームB2とを有する。第1ビームB1は、レーザビームL5の外周部90である。第2ビームB2は、レーザビームL5の外周部90よりも内側に位置する内周部93である。外周部90と内周部93とは連続している。整形装置201では、レーザビームL5を所望の断面形状に整形するために、レーザビームL5から取り除く部分を内周部93とし、残留させる部分を外周部90とする。 Similar to the second embodiment, the laser beam L5 guided upstream of the first optical system 202 is an annular laser beam having an annular cross section. The laser beam L5 has a first beam B1 and a second beam B2 like the laser beam L1. The first beam B1 is an outer peripheral portion 90 of the laser beam L5. The second beam B2 is an inner peripheral portion 93 located inside the outer peripheral portion 90 of the laser beam L5. The outer peripheral portion 90 and the inner peripheral portion 93 are continuous. In the shaping device 201, in order to shape the laser beam L5 into a desired cross-sectional shape, a portion removed from the laser beam L5 is designated as an inner peripheral portion 93, and a portion to be retained is designated as an outer peripheral portion 90.

第1光学系202は、ガイドミラー21,ガイドミラー22、及び孔開きガイドミラー124を有する。第2光学系203は、アキシコンレンズ及びアキシコンミラーの少なくともいずれかを有する。一例として第2光学系203は、ガイドミラー125,136、凸アキシコンレンズ138,139、及び上流側スクレイパーミラー34を有する。 The first optical system 202 includes a guide mirror 21, a guide mirror 22, and a perforated guide mirror 124. The second optical system 203 has at least one of an axicon lens and an axicon mirror. As an example, the second optical system 203 has guide mirrors 125, 136, convex axicon lenses 138, 139, and an upstream scraper mirror 34.

凸アキシコンレンズ138,139は、孔開きガイドミラー124の貫通孔124bを通過した第2ビームB2の幅(=(外径−内径)/2)を保ったまま内径(及び外径)を拡大する。凸アキシコンレンズ138,139は、互いの頂部を対向させた状態で離隔して配置されている。第2ビームB2が集光されるように、凸アキシコンレンズ138の頂角θaは、凸アキシコンレンズ139の頂角θbよりも大きく設定されている。なお、凸アキシコンレンズ138の代わりに頂角θaが頂角θbよりも大きい凹アキシコンレンズを用いてもよい。 The convex axicon lenses 138 and 139 expand the inner diameter (and outer diameter) while maintaining the width (= (outer diameter-inner diameter) / 2) of the second beam B2 that has passed through the through hole 124b of the perforated guide mirror 124. To do. The convex axicon lenses 138 and 139 are arranged apart from each other with their tops facing each other. The apex angle θa of the convex axicon lens 138 is set to be larger than the apex angle θb of the convex axicon lens 139 so that the second beam B2 is focused. Instead of the convex axicon lens 138, a concave axicon lens having an apex angle θa larger than the apex angle θb may be used.

第2光学系203は、第2ビームB2を、レーザビームL5に対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側に向かうに従って縮径させる。これにより第2光学系203は、第2ビームB2を、第1ビームB1に対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、第1ビームB1に合流させる。 The second optical system 203 arranges the second beam B2 coaxially with respect to the laser beam L5 so as to surround the outside, and reduces the diameter toward the downstream side in the light guide direction. As a result, the second optical system 203 arranges the second beam B2 coaxially with respect to the first beam B1 so as to surround the outside, and reduces the diameter toward the downstream side in the light guide direction. , Join the first beam B1.

整形装置201の駆動時には、レーザビームL5の導光方向の上流側から下流側に向けて、レーザビームL5がガイドミラー21により案内された後、上流側スクレイパーミラー34の34bを通過し、ガイドミラー22により孔開きガイドミラー124に案内される。 When driving the shaping device 201, the laser beam L5 is guided by the guide mirror 21 from the upstream side to the downstream side in the light guide direction of the laser beam L5, and then passes through 34b of the upstream scraper mirror 34 to pass through the guide mirror. It is guided by the perforated guide mirror 124 by 22.

孔開きガイドミラー124において、レーザビームL5は、貫通孔124bを通過する第2ビームB2(レーザビームL5の内周部93)と、反射面124aで反射される第1ビームB1とに分離される。第1ビームB1は、出射レーザビームL6として出射光学系(ここでは出射装置40)へ導入される。 In the perforated guide mirror 124, the laser beam L5 is separated into a second beam B2 (inner peripheral portion 93 of the laser beam L5) passing through the through hole 124b and a first beam B1 reflected by the reflecting surface 124a. .. The first beam B1 is introduced into the emission optical system (here, the emission device 40) as the emission laser beam L6.

一方、貫通孔124bを通過した第2ビームB2は、光学要素125,136,138,139により導光された後、上流側スクレイパーミラー34の反射面34aにより反射される。第2ビームB2は、レーザビームL5と共に導光され、第1ビームB1と合流される。 On the other hand, the second beam B2 that has passed through the through hole 124b is guided by the optical elements 125, 136, 138, and 139, and then reflected by the reflecting surface 34a of the upstream scraper mirror 34. The second beam B2 is guided together with the laser beam L5 and merges with the first beam B1.

本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1ビームB1と第2ビームB2との反射面34a上の合流位置では、第2ビームB2の内径は、上流側スクレイパーミラー34を通過したレーザビームL5の外径よりも十分大きい。一例として、該合流位置での第2ビームB2の内周は、上流側スクレイパーミラー34を通過したレーザビームL5の外周から径方向に離隔している。この状態から、第2ビームB2は、第1ビームB1の軸心へ向けて集束されながら第1ビームB1と合流される。この第2ビームB2の集束は、例えば、凸アキシコンレンズ138,139の頂角θa,θbを設定することにより調整される。 In the present embodiment, as in the first embodiment, at the confluence position of the first beam B1 and the second beam B2 on the reflection surface 34a, the inner diameter of the second beam B2 is a laser that has passed through the upstream scraper mirror 34. It is sufficiently larger than the outer diameter of the beam L5. As an example, the inner circumference of the second beam B2 at the confluence position is radially separated from the outer circumference of the laser beam L5 that has passed through the upstream scraper mirror 34. From this state, the second beam B2 merges with the first beam B1 while being focused toward the axial center of the first beam B1. The focusing of the second beam B2 is adjusted by, for example, setting the apex angles θa and θb of the convex axicon lenses 138 and 139.

以上の構成を有する整形装置201によれば、レーザビームL5が円環状であっても、熱損傷を防止しつつ所望形状の出射レーザビームL6をターゲットに照射できる。また、パワー損失を防止しながらレーザビームL5の内周部93を良好に整形できる。 According to the shaping device 201 having the above configuration, even if the laser beam L5 is annular, the target can be irradiated with the emitted laser beam L6 having a desired shape while preventing thermal damage. Further, the inner peripheral portion 93 of the laser beam L5 can be satisfactorily shaped while preventing power loss.

図14は、第3実施形態の変形例に係る第2光学系の一部構成を示す図である。この第2光学系では、凸アキシコンレンズ138の代わりに凸アキシコンミラー141を用い、凸アキシコンレンズ139の代わりに凹アキシコンミラー140を用いる。図14では、凸アキシコンミラー141の外観を示している。 FIG. 14 is a diagram showing a partial configuration of a second optical system according to a modified example of the third embodiment. In this second optical system, a convex axicon mirror 141 is used instead of the convex axicon lens 138, and a concave axicon mirror 140 is used instead of the convex axicon lens 139. FIG. 14 shows the appearance of the convex axicon mirror 141.

凹アキシコンミラー140は、環状で円錐内面の反射面140aと、貫通孔140bとを有する。反射面140aを内面とする円錐の頂角θcは、凸アキシコンミラー141の頂角θdよりも小さい。 The concave axicon mirror 140 is annular and has a reflecting surface 140a on the inner surface of the cone and a through hole 140b. The apex angle θc of the cone having the reflection surface 140a as the inner surface is smaller than the apex angle θd of the convex axicon mirror 141.

この構成では、凹アキシコンミラー140の貫通孔140bを通過した第2ビームB2が凸アキシコンミラー141の反射面141aで反射された後、凹アキシコンミラー140の反射面140aで反射される。なお、凸アキシコンミラー141の代わりに円錐内面の頂角が頂角θcよりも大きい凹アキシコンミラーを用いてもよい。 In this configuration, the second beam B2 that has passed through the through hole 140b of the concave axicon mirror 140 is reflected by the reflection surface 141a of the convex axicon mirror 141 and then reflected by the reflection surface 140a of the concave axicon mirror 140. Instead of the convex axicon mirror 141, a concave axicon mirror having an apex angle of the inner surface of the cone larger than the apex angle θc may be used.

このようなアキシコン光学系を用いることで、第2ビームB2を環状レーザビームに変換できると共に、その幅寸法(図9の幅寸法Wを参照)を維持しつつ、外径/内径比を変化させることができる。 By using such an Axicon optical system, the second beam B2 can be converted into an annular laser beam, and the outer diameter / inner diameter ratio is changed while maintaining the width dimension (see the width dimension W in FIG. 9). be able to.

以上のように、第3実施形態及び変形例に係る第2光学系は、アキシコンレンズ及びアキシコンミラーの少なくともいずれかを有するので、第2ビームB2が環状レーザビームである場合でも、第2ビームB2を第1ビームB1に良好に合流させることができる。 As described above, since the second optical system according to the third embodiment and the modified example has at least one of the axicon lens and the axicon mirror, the second beam B2 is a circular laser beam even when the second beam B2 is an annular laser beam. The beam B2 can be merging well with the first beam B1.

本実施形態では、第1光学系202よりも上流側を導光されるレーザビームL5は、断面が中実状であるレーザビームであってもよい。この場合、孔開きガイドミラー124の貫通孔124bを通過した中実状の第2ビームB2を、第2ビームB2の半径を幅とする環状のビームに変換して第1ビームB1に合流させることにより、パワー損失を防止しながら断面が所望の円環状に整形された出射レーザビームL6を得ることができる。 In the present embodiment, the laser beam L5 that is guided upstream of the first optical system 202 may be a laser beam having a solid cross section. In this case, the solid second beam B2 that has passed through the through hole 124b of the perforated guide mirror 124 is converted into an annular beam having a radius of the second beam B2 and merged with the first beam B1. It is possible to obtain an emitted laser beam L6 whose cross section is shaped into a desired annular shape while preventing power loss.

(第4実施形態)
図15は、第4実施形態に係るレーザビーム整形装置301の概要図である。第2実施形態と同様に、第1光学系よりも上流側を導光されるレーザビームL7は、断面が円環状である円環レーザビームである。第2ビームB2は、レーザビームの外周部90である(図12参照)。第1ビームB1は、レーザビームL7の外周部90よりも内側に位置する中央部(言い換えると内周部93)である。
(Fourth Embodiment)
FIG. 15 is a schematic view of the laser beam shaping device 301 according to the fourth embodiment. Similar to the second embodiment, the laser beam L7 guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section. The second beam B2 is the outer peripheral portion 90 of the laser beam (see FIG. 12). The first beam B1 is a central portion (in other words, an inner peripheral portion 93) located inside the outer peripheral portion 90 of the laser beam L7.

第1光学系302は、孔開きガイドミラー121、ガイドミラー22、下流側スクレイパーミラー23、及びガイドミラー24を有する。第2光学系303は、凸アキシコンレンズ142、凸アキシコンレンズ143、凸レンズ144,145、及びガイドミラー136,137を有する。凸アキシコンレンズ142,143は、第2ビームB2の幅を保ったまま内径を縮小するように配置されている。凸レンズ144,145は、凸アキシコンレンズ143を通過した第2ビームB2の径を更に縮小するように配置されている。 The first optical system 302 includes a perforated guide mirror 121, a guide mirror 22, a downstream scraper mirror 23, and a guide mirror 24. The second optical system 303 includes a convex axicon lens 142, a convex axicon lens 143, a convex lens 144, 145, and a guide mirror 136, 137. The convex axicon lenses 142 and 143 are arranged so as to reduce the inner diameter while maintaining the width of the second beam B2. The convex lenses 144 and 145 are arranged so as to further reduce the diameter of the second beam B2 that has passed through the convex axicon lens 143.

整形装置301の駆動時には、レーザビームL7の導光方向の上流側から下流側に向けて、レーザビームL7が孔開きガイドミラー121により案内された後、ガイドミラー22により下流側スクレイパーミラー23に案内される。 When the shaping device 301 is driven, the laser beam L7 is guided by the perforated guide mirror 121 from the upstream side to the downstream side in the light guide direction of the laser beam L7, and then guided to the downstream scraper mirror 23 by the guide mirror 22. Will be done.

下流側スクレイパーミラー23において、レーザビームL7は、下流側スクレイパーミラー23の貫通孔23bを通過する第1ビームB1と、反射面23aで反射される第2ビームB2(レーザビームL7の外周部90)とに分離される。第1ビームB1は、ガイドミラー24により案内され、出射レーザビームL8として出射光学系(ここでは出射装置40)へ導入される。 In the downstream scraper mirror 23, the laser beam L7 has a first beam B1 that passes through the through hole 23b of the downstream scraper mirror 23 and a second beam B2 that is reflected by the reflection surface 23a (the outer peripheral portion 90 of the laser beam L7). Is separated into. The first beam B1 is guided by the guide mirror 24 and introduced into the emission optical system (here, the emission device 40) as the emission laser beam L8.

一方、反射面23aで反射された第2ビームB2は、光学要素142,143,144,145,136,137により導光されると共に、光学要素142,143において集束された後、孔開きガイドミラー121の貫通孔121bを通過してレーザビーム7と共に導光され、第1ビームB1と合流される。 On the other hand, the second beam B2 reflected by the reflecting surface 23a is guided by the optical elements 142, 143, 144, 145, 136, 137, and after being focused by the optical elements 142, 143, the perforated guide mirror. It passes through the through hole 121b of 121, is guided together with the laser beam 7, and merges with the first beam B1.

このように整形装置301によれば、レーザビームL7が円環状であっても、パワー損失及び熱損傷を防止しつつ所望形状のレーザビームをターゲットに照射できる。 As described above, according to the shaping device 301, even if the laser beam L7 is annular, it is possible to irradiate the target with a laser beam having a desired shape while preventing power loss and thermal damage.

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。上記各実施形態は、互いに組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to each of the above embodiments, and its configuration can be changed, added, or deleted without departing from the spirit of the present invention. Each of the above embodiments may be combined with each other.

第1光学系によりレーザビームの一部を偏向する方法は、レーザビームを反射する方法以外の方法でもよい。また上記各実施形態では、整形装置内で第1光学系がレーザビームを第1ビームと第2ビームとに分離する分離位置よりも上流側で第2ビームを第1ビームに合流する構成を例示したが、これに限定されず、前記分離位置よりも下流側で第2ビームを第1ビームに合流する構成であってもよい。 The method of deflecting a part of the laser beam by the first optical system may be a method other than the method of reflecting the laser beam. Further, in each of the above embodiments, the configuration in which the first optical system merges the second beam with the first beam on the upstream side of the separation position where the laser beam is separated into the first beam and the second beam in the shaping apparatus is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and the second beam may be merged with the first beam on the downstream side of the separation position.

以上説明したように、本発明は、レーザビームのパワー損失を低減すると共に、レーザビームが照射されるターゲットの照射位置でのレーザビームの集光性能及び強度を向上できる優れた効果を奏する。従って、この効果の意義を発揮できるレーザシステムに本発明を広く適用すると有益である。 As described above, the present invention has an excellent effect of reducing the power loss of the laser beam and improving the focusing performance and intensity of the laser beam at the irradiation position of the target to which the laser beam is irradiated. Therefore, it is beneficial to widely apply the present invention to a laser system capable of exerting the significance of this effect.

B1 第1ビーム
B2 第2ビーム
L1,L3,L5,L7 レーザビーム
1,101,201,301 レーザビーム整形装置
2,202,302 第1光学系
3,203,303 第2光学系
23 下流側スクレイパーミラー
23a 下流側スクレイパーミラーの反射面
31,32 レンズ(凸レンズ)
34 上流側スクレイパーミラー
34a 上流側スクレイパーミラーの反射面
80,90 外周部
91 中間周部
92,93 内周部
123 第1ミラー
125 第2ミラー
138,139,142,143 凸アキシコンレンズ(アキシコンレンズ)
140,141 凹アキシコンミラー(アキシコンミラー)
B1 1st beam B2 2nd beam L1, L3, L5, L7 Laser beam 1,101,201,301 Laser beam shaping device 2,202,302 1st optical system 3,203,303 2nd optical system 23 Downstream scraper Mirror 23a Reflective surface of downstream scraper mirror 31,32 Lens (convex lens)
34 Upstream scraper mirror 34a Reflective surface of upstream scraper mirror 80,90 Outer circumference 91 Intermediate circumference 92,93 Inner circumference 123 First mirror 125 Second mirror 138, 139, 142, 143 Convex axicon lens (axicon) lens)
140, 141 Concave Axicon Mirror (Axicon Mirror)

Claims (11)

レーザビームの一部を偏向することにより前記レーザビームを所望の断面形状に整形された第1ビームと該第1ビーム以外の第2ビームとに分離する第1光学系と、
前記第2ビームを前記第1ビームに対して同軸心状に合流させる第2光学系と、
を備える、レーザビーム整形装置。
A first optical system that separates the laser beam into a first beam shaped into a desired cross-sectional shape and a second beam other than the first beam by deflecting a part of the laser beam.
A second optical system that joins the second beam coaxially with the first beam,
A laser beam shaping device.
前記第2ビームは、前記レーザビームの外周部であり、
前記第1ビームは、前記レーザビームの前記外周部よりも内側に位置する中央部である、請求項1に記載のレーザビーム整形装置。
The second beam is an outer peripheral portion of the laser beam.
The laser beam shaping apparatus according to claim 1, wherein the first beam is a central portion located inside the outer peripheral portion of the laser beam.
前記第2光学系は、前記第2ビームを、前記第1ビームに対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、前記第1ビームに合流させる、請求項2に記載のレーザビーム整形装置。 The second optical system is arranged by arranging the second beam coaxially with respect to the first beam and surrounding the outside, and reducing the diameter toward the downstream side in the light guide direction. The laser beam shaping apparatus according to claim 2, which merges with the first beam. 前記第1光学系は、前記レーザビームの前記中央部を前記第1ビームとして通過させ、且つ、前記レーザビームの前記外周部を前記第2ビームとして反射する環状の反射面を有する下流側スクレイパーミラーを有し、
前記下流側スクレイパーミラーの前記反射面が、前記第1ビームの光軸に対して傾斜して配置されている、請求項2又は3に記載のレーザビーム整形装置。
The first optical system is a downstream scraper mirror having an annular reflecting surface that allows the central portion of the laser beam to pass as the first beam and reflects the outer peripheral portion of the laser beam as the second beam. Have,
The laser beam shaping apparatus according to claim 2 or 3, wherein the reflecting surface of the downstream scraper mirror is arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the first beam.
前記第2光学系は、前記下流側スクレイパーミラーよりも上流側で、前記レーザビームを通過させ、且つ、前記下流側スクレイパーミラーで反射した前記第2ビームを前記第1ビームに合流させる環状の反射面を有する上流側スクレイパーミラーを有している、請求項4に記載のレーザビーム整形装置。 The second optical system is an annular reflection that allows the laser beam to pass upstream of the downstream scraper mirror and merges the second beam reflected by the downstream scraper mirror with the first beam. The laser beam shaping apparatus according to claim 4, which has an upstream scraper mirror having a surface. 前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームであり、
前記第2ビームは、前記円環レーザビームの外周部と、前記外周部よりも内側に位置する内周部であり、
前記第1ビームは、前記円環レーザビームの前記内周部と前記外周部との間に位置する中間周部であり、
前記第1光学系は、前記円環レーザビームの前記外周部を反射する第1ミラーと、前記円環レーザビームの前記内周部を反射する第2ミラーとを個別に有する、請求項1に記載のレーザビーム整形装置。
The laser beam that is guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section.
The second beam is an outer peripheral portion of the annular laser beam and an inner peripheral portion located inside the outer peripheral portion.
The first beam is an intermediate peripheral portion located between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the annular laser beam.
The first optical system has a first mirror that reflects the outer peripheral portion of the annular laser beam and a second mirror that reflects the inner peripheral portion of the annular laser beam, according to claim 1. The laser beam shaping device described.
前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームであり、
前記第1ビームは、前記円環レーザビームの外周部であり、
前記第2ビームは、前記円環レーザビームの前記外周部よりも内側に位置する内周部であり、
前記第2光学系は、前記第2ビームを、前記第1ビームに対して同軸心状且つ外方を取り囲むように配置すると共に、導光方向の下流側へ向かうに従って縮径させることで、前記第1ビームに合流させる、請求項1に記載のレーザビーム整形装置。
The laser beam that is guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section.
The first beam is an outer peripheral portion of the annular laser beam.
The second beam is an inner peripheral portion located inside the outer peripheral portion of the annular laser beam.
The second optical system is arranged by arranging the second beam coaxially with respect to the first beam and surrounding the outside, and reducing the diameter toward the downstream side in the light guide direction. The laser beam shaping apparatus according to claim 1, which merges with the first beam.
前記第1光学系よりも上流側を導光される前記レーザビームは、断面が円環状である円環レーザビームである、請求項3に記載のレーザビーム整形装置。 The laser beam shaping apparatus according to claim 3, wherein the laser beam guided upstream of the first optical system is an annular laser beam having an annular cross section. 前記第2光学系は、アキシコンレンズ及びアキシコンミラーの少なくともいずれかを有する、請求項6〜8のいずれか1項に記載のレーザビーム整形装置。 The laser beam shaping apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the second optical system has at least one of an axicon lens and an axicon mirror. 前記第2光学系は、凸レンズ、凹レンズ、球面ミラー、及び放物面ミラーの少なくともいずれかを有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のレーザビーム整形装置。 The laser beam shaping apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the second optical system has at least one of a convex lens, a concave lens, a spherical mirror, and a parabolic mirror. 前記第2光学系は、前記第1ビームと前記第2ビームとを分離させる分離位置と、前記第2ビームを前記第1ビームに合流させる合流位置との間で、前記第2ビームを複数回循環させる、請求項1〜10のいずれか1項に記載のレーザビーム整形装置。

The second optical system performs the second beam a plurality of times between a separation position for separating the first beam and the second beam and a merging position for merging the second beam with the first beam. The laser beam shaping apparatus according to any one of claims 1 to 10, which is circulated.

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