JPH11504131A - 単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの照射野を形成し案内する装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの照射野を形成し案内するための装置と方法、特に限定された照射野を生成するための、屈折素子を備えた照射野変換用光学系を有する単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザからなるアレイもしくは照射野機構装置の照射野を形成し案内するための方法と装置において、前記装置が照射野（４）を所定のデータに従って少なくとも２つのビーム群に区分し、各々のビーム群がこれに割当てられた所定の座標を有する屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２４）に入射し、各々の屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２４）は少なくともその一面（７）で、互いに異なる出力座標および／または出力伝搬方向を有するビーム群が屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２４）から出射するように各々のビーム群を屈折させることを特徴とする装置および方法が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの 照射野を形成し案内する装置とその方法 本発明は、単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの照射野 を形成し、案内するための装置、特に限定された照射野を生成するための、反射 素子を備えた照射野変換用光学系を有する単数または複数の固体レーザおよび／ または半導体レーザからなるアレイもしくは照射野機構装置の照射野を形成し、 案内するための装置に関する。本発明は更に、単数または複数個の固体レーザお よび／または半導体レーザの照射野を形成し、案内する方法、特に限定された照 射野を生成するための、反射素子を備えた照射野変換用光学系を有する単数また は複数個の固体レーザおよび／または半導体レーザからなるアレイもしくは照射 野機構装置の照射野を形成し、案内する方法に関する。 固体および半導体レーザは近年、材料加工および医療技術での用途が増大して いる。 固体レーザのその他の応用分野として材料加工がある。その際、固体レーザの 導入分野は生成されるビームに必要とされる波長、所定の導入分野向きのレーザ の出力および形式によって決定される。固体レーザ、特に出力等級が低い固体レ ーザを使用すると、短い波長および適宜の加工用光学系との組合わせによって極 めて短い焦点直径を可能にする高い照射性能が得られるので、固体レーザには特 に加工が困難な、反射率が高い材料での用途、および高い加工精度が要求される 用途が開かれる。更なる利点としては、例えばガス・レーザとは対照的に、多く のモードで同時に振動する固体レーザの広い周波数帯域幅を挙げることができる 。固体レーザのその他の特徴として、一般的な長さが約８ｃｍで、一般的な直径 が１ｃｍである構造的なコンパクトさが挙げられる。材料加工の分野での固体レ ーザの応用範囲には材料の切削、穿孔、切断、接合および溶接がある。 ダイオード・レーザは近年になって急速に開発が進んできた。代表的な利用分 野として材料加工及び固体レーザのポンピングが挙げられる。 高出力のダイオード・レーザは代表的には断面積が１μｍ×１００μｍの活性 媒質を有している。活性媒質の幾何学的形状に規定されて、ダイオード・レーザ から照射されるビームは照射断面が楕円形であり、また、狭い方向での発散が大 きく、広い方向、もしくはいわゆるジャンクション面と呼ばれる接合面での発散 が比較的小さいという特徴を有している。ダイオード・レーザを利用してより高 い出力密度を達成するためには、通常は複数個のレーザ・ダイオードをレーザ・ ダイオードの照射野機構、またはアレイへと構成し、それらのビームを集束する ことが行われている。照射野を生成するには、レーザ・ダイオードはそれらが一 列に配列されている場合には楕円形の照射断面の長軸と互いに平行に配置される 。狭い方向での照射性能は屈曲によって限定され、また接合面では約１０００倍 も屈曲によって限定されるで、レーザ・ダイオード・アレイから照射されるビー ムは円柱レンズおよび球面レンズ、またはそれらの組合わせによっては小さい円 形のスポット内には集束されることができず、そのため例えばレーザ・ダイオー ド・アレイと組合わせてビームを光ファイバに結合したり、または固体レーザを いわゆる“エンド・オン・ポンプ”(End-on-Pumpen)する用途は限定されてしま う。 制御された固体レーザ、特に高い照射性能を活用した出力等級が低い固体レー ザの場合でも、高い出力密度の拡張された照射野を生成するためには、複数個の このような固体レーザをアレイもしくは照射野機構に構成する必要がある。 固体レーザおよびダイオード・レーザによる照射野生成装置が大きいことに起 因する問題点は、レーザで発生する熱の排熱であり、これにも適宜の冷却手段が 必要であるので、冷却体を備え、または冷却液を通すための冷却管を形成するに は個々の固体、もしくは活性媒質の間に間隔を隔てなければならない。勿論この ような冷却手段によって、レーザをレーザ・アレイ、もしくはレーザによる照射 野生成装置に構成することができるパッキング密度は大幅に制約される。 ダイオード・レーザ、または固体レーザから構成されたアレイもしくは照射野 生成装置から生成されるこのような照射野には、集束面、すなわち例えば加工物 の表面上で特定の照射形状と出力密度が必要であるので、それぞれ個々の固体レ ーザまたはダイオード・レーザから照射されるビームはそれに対応して案内され 、形成されなければならない。 このようなダイオード・アレイの照射性能は異なる双方の方向では著しく異な るので、すなわち照射性能は狭い方向での屈曲によって限定され、接合面での照 射性能は１０００倍の屈曲によって限定されるので、レーザ・ダイオード・アレ イから照射されるビームは円柱レンズおよび球面レンズ、またはそれらの光学部 品の組合わせによっては小さい円形のスポット内には集束されることができない 。そのため目下のところ、高出力ダイオード・レーザの利用は照射性能の要求基 準が低い分野に限定されている。現在の用途を医療技術や材料加工、ファイバー 結合および固体レーザおよび光ファイバー・レーザのエンド・オン・ポンプにま で拡張するには、高出力ダイオード・レーザ・ビームを変換する必要がある。 前記の個々の固体レーザから必要とされる適切な大きさの照射野を生成すべき 場合には、照射性能が高い前述の固体レーザにも同様のことが当てはまる。 前述の技術水準および記載した問題点に基づいて、本発明の目的は、ダイオー ドーもしくは固体レーザから、すなわちこれらのレーザから構成されたダイオー ド・レーザまたは固体レーザ・アレイから照射されるビーム、または、例えば（ 適宜にビーム成分に区分(unterteilen)された）ダイオード・バーから照射され たビームを簡単で低コストの手段で、出力密度が所望の構成と配列の照射野へと 変換可能な装置と方法を提供することにある。 上記の目的は、照射野を所定のデータに従って少なくとも２つのビーム群に区 分し、各々のビーム群をこれらに割当てられた所定の座標を有する屈折素子に入 射させ、その際に各々の屈折素子は少なくともその一面でそれぞれのビーム群を 屈折させることによって、ビーム群がそれぞれ相対的に変更された出力座標、お よび／または出力伝搬方向で屈折素子から出射するように、冒頭に述べた種類の 照射野を形成し、案内する装置を構成することによって達成される。 本発明に従って前述の目的は、冒頭に延べた種類の方法から出発して、照射野 を所定のデータに従って少なくとも２つのビーム群に区分し、そのようにして形 成された各々のビーム群をこれに割当てられた第１屈折素子に入射させ、その際 に各々の屈折素子の少なくとも一面でそれぞれのビーム群を屈折させることによ って、第１屈折素子から出射するビーム群が入射方向に対して第１の方向に互い に偏倚するようにする方法によって達成される。 前述の装置または方法によって、簡単な屈折素子を利用して、それぞれの屈折 素子への個々のビーム群の異なる入射角、および／または屈折素子を通過する個 々のビーム群の異なる作用経路を活用しつつ、出射側で規定された偏倚を生ずる ことが可能になるので、それぞれのビーム群は互いに変更された座標および／ま たは搬送方向方位で出射する。個々のゴイオード・レーザおよび（または固体レ ーザ、ひいてはビーム断面は互いに所定の間隔を隔てているものの、この屈折手 段によって、屈折素子の出力側での個々の照射野の位置の方向転換を達成できる だけではなく、簡単な方法で個々の照射野をより密接にし、ひいては面積単位当 たりの出力密度を高めることも可能である。このような方向転換および出力密度 分布の変更には最小限の光学部品しか必要ではなく、それによっても構造がコン パクトになることは明らかである。更に、個々の固体および／または半導体レー ザに対する屈折素子の入射側の相対位置、並びにビームの伝搬方向に対して横向 きの屈折素子の広がりによって、所望の集束と出力密度分布に対応する区分化を 行うことができる。このことは、例えば一方の、および／または他方の屈折素子 内に、照射野生成装置の単数または複数のレーザ（個別照射源）のビームが入射 することを意味している。すなわち、屈折素子の入力側で既に照射野のビーム群 の区分が行われるのである。このような装置は固体および（半導体）レーザから 任意に区分され、構成された照射野生成装置、すなわち、線形の照射野生成装置 、もしくはアレイ、または、例えば伝搬方向に対して垂直な二次元の照射野を生 成する複数の個々のレーザから複数の、互いに積層された線形のレーザ・アレイ を有する照射野生成装置に適している。 本発明の別の構成では、屈折素子から出射したビームが区分され、ビームに割 当てられた第２の屈折素子に入射する。この区分化は個々のビーム群が第１屈折 素子に入射する第１の区分化とは異なっていてもよく、又は元の区分化、すなわ ち各々の第１屈折素子に、これも第１屈折素子を透過した同じビーム群が入射す る第２屈折素子がそれぞれ割当てられる区分化を維持してもよい。そこで、それ ぞれの第２屈折素子では、入射座標とは互いに相対的に変更された座標および／ または伝搬方向を有するビーム群が第２屈折素子から出射するようにそれぞれの ビーム群が屈折する。このことは、第２屈折素子の出射側で、出射したビーム群 が第１の方向転換とは異なる方向成分の相対座標で伝搬することを意味している 。言い換えると、個々のレーザから構成された照射野生成装置から照射されるビ ームは先ず、ビーム伝搬方向に対して垂直な広がりで、すなわちｘ−ｙ方向に屈 折素子内に入射することによって、第１屈折素子の後で先ず一方の伝搬方向、す なわち、例えば好適には照射野の最大の広がりに対して垂直であるｘ−方向での 偏倚が達成されるように個々のビーム群が異なって屈折されるので、第１屈折素 子の出射側では個々のビーム群はこのｘ−方向で互いに並列して互いに階段状に 偏倚する。例えばこのような区分化を維持すると、偏倚したビーム群はそれぞれ 規定された角度と、第１素子への入射方向とは異なる方向成分を有する方向で別 の屈折素子に入射するので、個々のビーム群はそれぞれの屈折素子で、出力側で は入力側とは異なる偏倚を有し、および／または今度はｘ−方向に異なる伝搬方 向を有するように屈折する。一方ではこのことは、集束面で第１屈折素子の出力 側で階段状に偏倚したビーム群が今度は互いに重なって入れ子状に挟み込まれ、 かつ例えば閉鎖された照射野を形成することを意味している。この例から明らか であるように、場合によっては区分された任意の数の個々の固体および／または 半導体レーザから、ビーム群の数に対応する数の第１と第２の素子を使用して、 照射野の元の伝搬方向に対して垂直な２つの空間的方向でのビーム群の方向転換 、および／または再区分化を達成できる。それによって、高い効率の出力性能、 最小限の数の光学素子を使用することによるコンパクトな構造、およびビーム群 の配列、および再編成の高い自由度が達成される。 必要ならば、個別照射源から放射されるビームを素子上に集束するために、そ の場合も区分化の枠内で補足的に集束用光学系が使用される。 それぞれの屈折素子の出力側での偏倚を達成するには、個々のビーム群に屈折 素子内の長さが異なる伝搬経路を割当てる簡単な手段が講じられる。これは一方 では関連する屈折素子へのそれぞれのビーム群の入射角が異なるようにすること によっても可能であり、または、それぞれの屈折素子が異なる長さを有するよう にし、それによってそれぞれの素子を通る伝搬経路を延長し、ひいては出力側で の偏倚を拡大させることも可能である。 例えば、均一な段状の方向転換を達成するために、それぞれのビーム群が１個 または２個の単一レーザ源からのビームに対応するような、例えば互いに同一の ビーム群から構成された照射野を生成するため、それぞれの屈折素子は隣接する ビーム群の伝搬経路の長さの差が等しくなるような寸法にされ、かつ入射面が相 対的にそれぞれのビーム群の伝搬方向を向くように配列される。それによって屈 折素子の出射側でビーム群相互間で同一の偏倚を達成することができる。簡単な 実施の形態では、屈折素子から屈折素子への上記のような均一の偏倚を保つため に、屈折素子および／または第２屈折素子の出射面は互いに階段状に偏倚され、 このことは同時に個々の屈折素子がビーム伝搬方向に異なる長さを有することを 意味している。更に、それぞれのビーム群を互いに均一に偏倚させるために、屈 折素子および／または第２屈折素子の出射面および／または入射面が互いに平行 に延びる平面に位置するように構成することが好適である場合もある。しかし、 ビーム群にそれぞれ割当てられた屈折素子の入射面が同一平面上に位置するよう に配列して、屈折素子の出射側に階段状の偏倚を生じさせることが好適である。 何故ならば、その場合は屈折による屈折素子内部の発散角がより小さく、そのた め偏倚が入射側で生ずる場合と比較して、より明確に限定された区分を達成でき るからである。 屈折素子内の個々のビーム群の異なる屈折によって所望の偏倚を達成するため の別の簡単な手段は、例えば屈折素子用に異なる種類のガラス体を使用すること によって、または、屈折率を高め、または屈折率を低める手段として純度が高い という特性を有する、好適には石英ガラス製のガラス体に異なるドーピングを施 すことによって、屈折素子の少なくとも一部に異なる屈折率を付与することであ る。この場合も、それぞれ隣接する屈折素子に好適には同じ比率で増減する異な る屈折率を付与することによって、隣接するビーム群に均一な偏倚を生ずるため に均一な段を形成することが有利である。 屈折素子のビーム群がそれぞれ隣接する屈折素子内に入射することを防止する ため、隣接する屈折素子は隣接する屈折素子よりも屈折率が低い層によって互い に分離される。そこで、ビームの分散角によって屈折素子の縁部ゾーンに到達す る屈折素子内のビーム群は全反射によって屈折素子の中心部の方向に反射される 。 既に述べたように、入射するビーム群の座標を互いに変化させ、および／また は伝搬方向を変化させるために屈折素子を導入することで、所望の照射野と出力 密度を達成することが極めて簡単に可能になる。屈折素子から出射するビームに 、ビームが屈折素子内で屈折する方向に加えて補足的な方向成分を付与するため に、入射および／または出射面が一方では共通面に垂直であり、しかし他方では 出射面の平面上に互いに平行に延びた軸を中心に相互にずらした屈折素子が有利 である。好ましくはビームが屈折する方向に対して垂直な方向に入射面および／ または出射面をずらして配列することによって、個々のビーム群の伝搬方向、ひ いてはその座標が互いに異なるものになる。その上、ビーム群のそれぞれのビー ムを拡大したり集束したりするため、上記の面を僅かに凹凸に湾曲させることも 可能である。屈折素子の入射面および／または出射面がそれぞれ共通平面上にあ るようにし、かつこれらの面の平面上に互いに平行に延びた軸を中心に互いにず らすことによって、照射野を１つの方向成分で拡大する別の簡単な可能性が得ら れる。このような手段はそれぞれ第１の屈折素子、およびそれぞれ第２の屈折素 子に講じることができ、勿論このような手段は第２の屈折素子の、しかもこの場 合もビーム出射面に講じられることが有利である。 すでに前述したように、個々の固体レーザおよび／またはダイオード・レーザ からなる照射野生成装置もしくはアレイの基本的な欠点はその占積率が低いこと である。占積率とは例えば、個々のレーザの出射窓がある出射面における、照射 野生成装置の出射窓を通して拡がる総面積に対する個々のレーザビームの断面積 の総計のことであると理解されたい。多くの用途では、一方では極めて均一な占 積率を達成すること、すなわちレーザビームが照射される面の全ての領域が均一 な輝度で照射されることが望ましい。個々のビーム群のビーム群の断面サイズが 関連する屈折素子の幅よりも小さい場合には更に、屈折素子の入射面の幅のほぼ 全体が照射されるように、それぞれのビーム群がそれぞれの屈折素子の入射面内 に０°ではない入射角で入射するようにする手段が講じられる。このような手段 は、屈折素子が個々の、互いに関連するガラス体で構成されている場合に適用す ることが好適である。 広がりが比較的大きい均一な照射野を生成するか、または照射密度が高い小さ いビーム・スポットを作用面に確保するため、個々のレーザから構成された複数 の帯状の照射野を互いに平行に配列して、出力ビームが所定数の線形レーザ・ア レイから編成されたレーザ照射野生成装置から放射されるようにされ、その際に 、各々の線形レーザ・アレイは多数の個別レーザから構成されている。 これまで第１屈折素子から出射したビームが区分化の後で第２屈折素子に案内 される実施の形態を説明してきたが、別の実施の形態では、屈折素子から出射し たビームが区分され、各々のビーム群はこれに割当てられた反射面を有する反射 素子に向けられる。それぞれがビーム群に割当てられる個々の反射面は別の反射 面に対して偏倚および／または傾倒して配置されており、個々のビーム群はそれ らの入射座標に対して互いに相対的に異なる座標、および／または伝搬方向、お よび／または方向付けで反射面から出射される。この場合の方向付けとは、照射 軸に対するビーム断面が集束面での鏡面に当たる前の方向に対して例えば１８０ °旋回するものであるものと理解されたい。このような方向転換も個々のレーザ から生成される照射野の均質化に役立つものである。 一方、反射素子によってある程度対称である段階的な方向転換を達成するため 、各々の反射素子の個々の反射面は並列した個々のビーム群の順に順次偏倚され る。 個々の反射面によって所望の偏倚を達成するため、反射面はこれに関連する屈 折素子の出射面に対してそれぞれ異なる間隔を隔てて配置される。個々の鏡面の 偏倚、ひいては個々のビーム群の偏倚を互いに相関させるため、偏倚、ひいては 同一面上に集束される個々のビーム群が互いに線形に偏倚した関係を保つように 、照射される反射面の中心は一直線上に位置する必要がある。第２の段階で別の 屈折素子が第１屈折素子に関連する場合に用いられる手段に応じて、第１の屈折 素子および後続の反射素子の場合にそれぞれ隣接する反射面の間隔の変化は同じ 大きさになるように選択される。特に、比較的小さい空間で高いパッキング密度 を有することができる、個々のダイオード・レーザから構成されたレーザ照射野 生成装置から生成される照射野を形成することができるように、個々の反射面は 階段状のミラーから形成され、これは加工手段が簡単であるので、例えばミラー 体に階段状平面、もしくは鏡面をフライス削りすることによって、サイズが小さ くても製造することができる。 個々の反射面は、照射がそこから構成されるビーム群のビーム断面を補足的に 拡げ、または集束するために、凹面または凸面に湾曲した面であってもよい。例 えば作用を受ける一方向だけで集束を達成するために、円筒セグメントの形式の 湾曲が有利である。 占積率を高めるため、ビーム群のそれぞれの断面サイズが関連する反射素子の 幅よりも小さいビーム群の場合は、屈折素子の反射面の幅のほぼ全体が照射され るように、それぞれのビーム群のビームを０°ではない角度でそれぞれの反射素 子の反射面に向ける。 装置のコンパクトな構造に関しては、ビーム群にそれぞれ割当てられた屈折素 子およびそれぞれの別の屈折素子を一体に構成し、第１屈折素子と第２屈折素子 との間の個々のビーム群の区分化もしくは方向転換は、これらの双方の屈折素子 の遷移部分をなす適宜に形成された境界面で行われる。それによって、一方向、 並びに別の方向への、ひいてはビーム群のそれぞれの伝搬方向および／または座 標への所望のビーム案内を単一の光学素子によって達成することができる。同様 にして、反射素子をそれぞれのビーム群に割当てられた屈折素子のビーム出射面 に反射面の形式で被覆して、後に取付けた反射面を有する第１の屈折素子に関し ても、一体に形成された装置が可能である。一体からなるこのような装置は、屈 折素子と反射素子とを一体に形成した後、それぞれの屈折素子および／または反 射素子を更に調整する必要がなくなり、このような装置をレーザ照射野生成装置 に対してだけ調整すればよいという利点が得られる。 本発明に基づくビーム変換の枠内で、最後の変換素子の後で、必要な場合は、 最後の素子から出射、もしくは反射したビーム群が互いに平行な伝搬方向、また は共通の交差点を有する２個以上の素子によって変換を行うことができることが 追求される。 反射素子も屈折素子も特有の利点を有している。屈折素子の特徴は、入射面と 出射面との間の必要な偏倚を達成するために一つの屈折体しか必要ではないこと である。その上、屈折素子の場合は、出射面で出射するビーム群が更に偏倚され るように出射面の方位を選択することができる。更に、屈折素子では個々の屈折 素子をそれぞれのビーム群に限定的に割当てることによって高い占積密度を達成 することができる。その上、このような屈折素子は、ビーム群がそれぞれ同じ分 散角で入射面に入射するので、ほぼ同じ屈折率が達成されるように構成、配置さ れている。最後に、ビームが屈折素子に案内され、そのためこの領域で外部から の干渉の影響を受けないことが利点である。前述のような反射素子にはそれぞれ 例えばプラスチックのような簡単に製造できる担持体に載せることができる鏡面 もしくは反射面しか必要ない。例えば射出成形によって製造できるまさにこのよ うなプラスチック担体で、極めて低コストの装置が得られる。 前述の個々の構成に基づく手段による利点を明確にし、本発明のその他の特徴 を示すために、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。 図中、 第１Ａ図から１Ｅ図は本発明の装置と組合わせて使用できる様々な一次元およ び二次元のレーザ・アレイを概略的に示している。 第２Ａ図および２Ｂ図は第１の屈折素子（第２Ａ図）および後続の第２の屈折 素子（第２Ｂ図）を使用して第１Ａ図または１Ｂ図に示した一次元の線形レーザ ・アレイを形成し、かつ案内する本発明に基づく装置の第１実施の形態を示して いる。 第３Ａ図および３Ｂ図は第２Ａ図および２Ｂ図に対応する装置であるが、屈折 素子は第２図の実施の形態とは異なり、出射側で階段状に互いに偏倚された出射 面を有する装置を示している。 第４Ａ図および４Ｂ図は屈折素子の出力側に補足的な反射面を設けた、第３Ａ 図および３Ｂ図の実施の形態と類似した実施の形態を示している。 第５Ａ図および５Ｂ図は第１屈折素子（第５Ａ図）および後続の反射素子（第 ５Ｂ図）とを使用した装置を示している。 第６図は個々のガラス板の形式の屈折素子の積層を示し、個々のガラス板には 下の図でガラス板の延長方向に対して横向きに屈折率が記載されている。 第７Ａ図および７Ｂ図は個々のガラス板から形成された屈折素子を示し、ガラ ス板は異なる屈折率を有している。 第８Ａ図は第７Ａ図および７Ｂ図の装置の矢印ＶＩＩＩＡの方向から見た図面 である。 第８Ｂ図は第８Ａ図の装置の矢印ＶＩＩＩＢの方向から見た平面図である。 第９Ａ図および９Ｂ図は第８Ａ図および８Ｂ図に対応する図面であるが、第８ 図とは異なり、ビーム群の個々のビームは異なる高さでそれぞれの屈折素子に入 射し、同じ高さがそれぞれの屈折素子から出射する。 第１０図は第７Ａ図に対応するガラス板の積層内の個々のビーム群が多重に屈 折される装置の概略側面図である。 第１１Ａ図は照射密度、もしくは占積率を高める役割を果たす本発明に基づく 装置を示している。 第１１Ｂ図は第１１Ａ図の入力側と出力側の照射野のビーム断面分布の概略図 である。 第１２図は占積率を高めるための階段状ミラー装置の透視図である。 第１３図は各々の階段状ミラーに線形レーザ・アレイを割当てた第１２図の装 置を示している。 第１４図は個々の階段状ミラー素子にそれぞれ線形レーザ・アレイ区分を割当 てた第１３図の装置を示している。 第１５図および１６図は凹面状に湾曲させたミラー面をそれぞれ有する階段状 ミラーを示している。 第１７Ａ図および１７Ｂ図は第１屈折素子（第１７Ａ図）および第２屈折素子 （第１７Ｂ図）とを有する装置を示し、３つのそれぞれの屈折素子にはそれぞれ ３つの単一レーザを有する３列の照射野生成装置が割当られている。 第１８図は個々の鏡面を共通軸を中心にそれぞれ同じ角度だけ互いにずらした 階段状ミラーの別の実施の形態を示している。 第１９個々の鏡面が互いに異なる偏倚を有し、互いに異なった傾斜を有してい る階段状ミラーの別の実施の形態を示している。 第２０Ａ図および２０Ｂ図は線形レーザ・アレイの照射野がそれによって区分 化され、ほぼ円形の照射が形成される、屈折素子（第２０Ａ図）と反射素子（第 ２０Ｂ図）を示している。 第２１図は別の、例えば照射野を区分した別の階段状ミラーの概略図である。 可能性がある種々の実施形態での本発明の装置は、複数の固体および／または 半導体レーザから組合わせたアレイまたは照射野生成装置の照射野を形成し案内 するのに適している。これは更に、例えば再構成または変換されるべき長く延び る照射野を有するダイオード・バーの照射用に、個々のレーザから放射される照 射野の形成にも適している。 固体およびダイオード・レーザの形式の個々のレーザ照射源の出力を高めるた めのスケーリングは限定されているので、より高いレーザ出力と出力密度を達成 するために、多数個の個別レーザ照射源が多様なアレイ、または照射野生成装置 に編成される。このような多様な照射野生成装置は第１Ａ図〜第１Ｅ図に示して ある。 その場合、第１Ａ図および１Ｃ図に示すような線形の照射野生成装置と、第１ Ｂ図に示すような二重線形の照射野生成装置と、第１Ｄ図の概略図のような放射 形の照射野生成装置と、第１Ｅ図の概略図に基づく二次元アレイとを類別するこ とができる。 第１Ａ図に示すような線形アレイはＮ個の個別照射源を有しているので、ビー ムの配分は長く延びた線形のビームになる。高い占積率の円形、または正方形の 照射面を集束、または加工面で達成すべきような場合は、線形の形状には欠点が ある。 本明細書の枠内で“占積率”という用語を使用する場合、以下では第１図で参 照符号１で示した個々の照射源のビーム断面積の、個々の照射源１によって拡大 される総面積に対する比率であるものと理解されたい。 個別照射源からなる第１Ａ図に示した線形アレイの欠点は、放射方向で照射性 能が個々の照射源に対して係数Ｎだけ劣化することにある。従って一次元の線形 の構成では、断面形状および照射性能に関して照射野の放射がある程度非対称に なり、その程度は実験結果が示すように、個別照射源の数を増し、全出力を高め るにつれて高まる。第１Ｂ図に示した二次元アレイ、または特に第１Ｅ図に示し たような２個以上の線形アレイを組合わせたアレイには、例えばこれを冷却した り（ダイオード・レーザの場合）、励起したり（固体レーザの場合）するために 内部の個別照射源にアクセスすることが難しいという欠点がある。冷却措置およ び励振のために必要な措置を講じるためには、個別照射源１の相互の間隔Ｄ（第 １Ａ図を参照）を拡大しなければならず、それによって勿論、ビーム放射の部位 の占積率が低下する。 占積率を高める別の可能性は、第１Ｄ図に示したような構成にすることである 。個々の照射源１は中心軸を中心に配置された円形の放射断面を有している。 第１Ａ図〜第１Ｅ図から明らかであるように、照射出力を高め、照射密度およ び占積率を高めるには、個別照射源の数を増やすだけでは不十分である。何故な らば、個別照射源を多次元で構成するには限界があるからである。例えば、対応 して内部の照射源を備えるには、個別照射源１の相互間隔Ｄを大きくする必要が ある。 後述する個々の実施の形態が同一の、または同類の部品を有している場合は、 これらの部品と素子とは同じ参照符号で示され、これらの部品を繰り返して説明 することはしないので、一つの実施の形態におけるこれらの部品の説明は、それ ぞれ別の実施の形態の説明で転用するものとする。 従って、個別照射源の構成によって最も左右されないようにするには、多数個 の固体および／または半導体レーザからなる照射野生成装置の所定の構成で集束 面に明確に限定された照射野を生成できるように、後続の光学装置によって個々 の照射源１からのビームの座標、および／または個々のビームの伝搬方向、およ び／または個別ビームの方位を互いに変化させることが必要である。 第２Ａ図および２Ｂ図に示した本発明の第１の実施の形態では、第１Ａ図に拡 大して示すように、６個の個別照射源１からなる線形の装置である固体または半 導体レーザの照射野生成装置１から出射するビーム４は、それぞれが照射方向と 平行に延びた点線によって示されている個々の、第１の屈折素子６から形成され た第１素子５に向けられる。各々の個別照射源から発生される個々のビーム群は 区分化されることができ、所定のデータに応じて各々のビーム群はこれに割当て られた第１屈折素子６に入射する。第２Ａ図に示した実施の形態では、各々の単 一照射全にはそれぞれ一つ屈折素子６が割当てられている。すなわち、この例で は第１素子は６つの個々の屈折素子６から構成されている。第２Ａ図の右側に示 すように、個々のビーム群４は０°ではない入射角で屈折素子６の端面に入射す るので、ビーム群はそれぞれの屈折素子内で屈折する。個別屈折素子６の屈折率 は同一であり、もしくは同一の光透過製材料から製造されているので、個々のビ ーム群４は屈折素子６のビーム入射面７で同じ屈折率で屈折する。個別屈折素子 の長さが異なっていることによって、個々のビーム群は異なる長さの経路でそれ ぞれの屈折素子６を伝搬するので、第２Ａ図の左下に示すように、ビーム入射面 ７上の相対位置と比較して異なる高さでビーム出射面８から出射する。ビーム入 射面７で互いに同一に、階段状に偏倚するので、ビーム出射面８ではビーム断面 はそれぞれ同じ偏倚を生ずる。次に個々のビーム群が第２素子９に送られ、区分 化に応じて、第１素子５から出射した各々の出射ビーム１０には、これも第２Ｂ 図で点線で示した第２反射素子１１がそれぞれ割当てられる。第２の個々の屈折 素子１１は、第１素子５に対応して、階段状に段付けされたビーム入射面７を有 しており、一方、ビーム出射面８は共通面にある。勿論、第２素子９の屈折素子 １１の段付けは、外側のビーム群から別の外側のビーム群まで、第１素子の屈折 素子６の段付けとは反対にされている。それによって、それぞれのビーム群の全 伝搬経路は同じ長さに形成され、共通面で集束されることができる。 この第２屈折素子１１では個別出射ビーム１０のビーム入射面７への入射角に 基づき、第１素子５での個々のビーム群４の入射方向に対して９０°だけずれた 方向で屈折が生ずる。それによって、個々のビーム群８は、第２素子１０のビー ム出射面１２から出射する出射ビーム１２が偏倚するように屈折する。それによ って、個別ビームの断面は第２Ｂ図の下の図に示すように互いに上下に重なる。 ビーム出射面８での出射ビーム１２の偏倚の大きさは一方ではそれぞれの第２屈 折素子１１の屈折率によって、また、他方ではビーム群に関連する屈折素子がそ れによって調節されるそれぞれのビーム群の伝搬経路の長さによって左右される 。第２Ａ図および２Ｂ図に示すように、双方の素子５および９、もしくはその第 １屈折素子６および第２屈折素子１１によって、ビーム群は２回屈折され、その 結果、一方ではビーム群は伝搬方向に対して垂直に異なるの方向に偏倚され、他 方では第２屈折素子１１によってビーム群１０の伝搬方向に対して垂直であると ともに、第１の屈折方向に対して垂直な方向でも再び重なるので、ビーム断面を 線形の装置から発して、照射強度がより高い密な照射野へと集結させることがで きる。第２Ａ図および２Ｂ図に示したような原理に基づいて、線形の装置から出 射する別のビーム形状を構成することが可能である。 第２Ａ図および２Ｂ図の装置は、ダイオード・レーザから形成された照射野ビ ーム形成およびビーム案内において特に利点を備えている。代表的には、個々の ダイオード・レーザ２４の線形の照射野生成装置では長さ１ｃｍに亘ってダイオ ードが集積される。ビーム断面積が１μｍ×１０ｍｍのこのようなレーザ・ダイ オードの照射野生成装置では、楕円形のビーム断面の異なる両方向で照射性能が 著しく異なっている。すなわち狭い方向、すなわち接合面での照射性能は約１０ ００倍も屈曲によって限定される。第２Ａ図に示すように各エミッタに屈折段、 もしくは屈折素子が備えられている、正にこのようなレーザ・ダイオードの照射 野生成装置と組合わせて、第１素子５（階段状ガラス体）内でエミッタ相互間に ｙ方向に横向きの偏倚が生ずる。後に記載するように、入射角、段の高さおよび 屈折率は、隣接する帯状エミッタの間の偏倚がｙ方向でのビーム・サイズよりも やや大きくなるように互いに調整される。そこで第２素子９、もしくは第２の階 段状ガラス体はビーム入射面７へのビームの入射方向を適宜に選択することで、 また段の高さを適宜に選択することでｘ方向（緩速方向）での偏倚を生じる。第 １素子５の影響を及ぼす要因、すなわち屈折率、段の高さおよび入射角を適宜に 選択することによって、ビーム群はｙ方向に互いに編成される。そこでｙ方向に 沿った照射性能はエミッタの数（図示した実施の形態では６個）の係数だけ低減 し、同時に緩速方向（ｘ方向）での照射性能は同じ係数だけ高まる。それによっ て、双方の方向での照射性能が匹敵できるようになり、ダイオード・レーザの照 射野生成装置による全照射を円形、または方形のスポットに集束することができ る。 第３Ａ図および３Ｂ図は、第２Ａ図および２Ｂ図の装置と匹敵する装置を示し ている。第３図のこの実施の形態では、第１素子１３と第２素子１４はビーム出 射面７がそれぞれ同一平面上に位置するような向きある個々の第１と第２の屈折 素子から形成され、一方ビーム出射面８は階段状に実施されている。それぞれの ビーム群がそれぞれ関連する屈折素子を通る経路が異なっているため、この場合 も第１の方向での偏倚と第２の方向での偏倚が生じるので、第２Ａ図および２Ｂ 図の場合と同様にビーム・スポットが生成される。第３Ａ図および３Ｂ図の第１ と第２の素子１３および１４の実施の形態は、個々の照射源の出射窓の間の間隔 が第１素子１３のビーム入射面に入射するまで等しいことにより正確な区分化を 実現できることで第２図の実施の形態よりも優れている。 第２図および３図から分かるように、個々のビーム断面からどのビーム・パタ ーンが生成されるべきであるかに応じて、階段を例えば、屈折素子が照射方向へ の最大の広がりを伴って素子の中心の照射方向に位置するようにも段付けするこ とができる。 その上、屈折素子は個々のガラス体から加工されることが好適である。後に説 明する別の実施の形態では、個々の屈折素子がガラス板から構成される。 第４Ａ図および４Ｂ図には、この場合も６個の個別照射源からなる線形の装置 に基づく実施の形態が示されている。第３Ａ図および３Ｂ図の実施の形態とは異 なり、第４Ａ図および４Ｂ図のこの実施の形態ではビーム出射面８が鏡面被覆さ れている。それによって、個々の屈折素子１５内で伝搬するビーム群が鏡面被覆 された面に当接し、ビームが面に当たる角度に応じて反射するので、第４Ａ図の 右の図に示すようにビームが素子１３の側方から出射することが達成される。第 ４Ａ図ではこの鏡面被覆された端面８は入射面７と平行に延びるように示されて いるが、端面８で反射するビーム群１０の伝搬方向に、この面の傾斜位置を変更 することによって付加的な、変更された方向成分を付与することができる。この ようにして、一方では異なる長さの伝搬方向によって入射ビーム４が屈折素子１ ５内で１方向に方向転換され、他方では端面の鏡面８によって異なる方向成分で 変換されることが可能になる。第４Ａ図の屈折素子１３に対応して、基本構造が 第３Ｂ図の実施の形態の屈折素子１４と対応する第４Ｂ図の別の屈折素子１４は 、これも鏡面被覆された単面８を有しているので、この面８で個々のビーム群が 反射し、かつ第４Ｂ図の右の図に示し、記載された座標から明らかであるように 、第４Ａ図の屈折素子１３の出射側の方向に対して垂直な方向で側方に出射する 。 第５Ａ図および５Ｂ図は別の実施の形態を示している。この場合は、第３Ａ図 の第１素子１３の屈折素子１５と同一である第１屈折素子６（第５Ａ図）から出 射するビーム１０は反射面１８の形式の個別反射素子を有する第２素子１７（第 ５Ｂ図）へと案内される。この反射面１８は互いに階段状に偏倚するので、第１ 素子１３から個々に出射する出射ビーム１０は、第５Ｂ図の左に示すように互い に重なって集束面で関連する照射野を生成するように、それぞれの反射面１８に 当たる。 それぞれ生成された照射野については、照射面の伝搬方向のそれぞれの変化を 示すために、個々のビーム断面が相互に適宜の間隔を置いて示されていることを 記載しておく。勿論、関連する照射野が所望の集束面で発生するようにビームを 集束させることもできる。 第６図は例えば個々のガラス板１９（屈折素子）から構成された第３Ａ図およ び５Ａ図の第１素子１３の実施態様を概略的に示している。それぞれ隣接したガ ラス板１０はガラス板１９と比較して屈折率が低い別のガラス板２０によって分 離されている。個々のビーム群は屈折率が高いガラス板１９内で結合されるので 、ビーム群は導波管の形式でガラス板内で透過され、形成される。このような手 段には特にレーザ照射野生成装置、好適には占積密度、もしくは占積率が低いダ イオード・レーザ照射野生成装置用に有利である。何故ならば、このようにして 個々のダイオード・レーザのそれぞれに正確に屈折素子を割当てることができ、 それによって、占積率に規定されたビーム性能の低下を避けることができるから である。 第７Ａ図および７Ｂ図は同じ外径を有する個々のガラス板２１から構成された 装置を示している。第７Ｂ図から分かるように、個々のガラス板の屈折率は異な っており、左の板の屈折率が最も低く、最も右外側の板２１の屈折率が最も高い 。屈折率は第７Ｂ図のグラフが示すように、個々のガラス板２１相互間でほぼ同 じ段階で高くなっている。使用時には、各ガラス板２１は屈折素子として照射野 のそれぞれのビーム群に割当てられる。各々のビーム群は、角度を伴ってガラス 板２１の端面であるそれぞれのビーム入射面７に当たるので、それぞれのビーム 群は屈折率に応じて異なって屈折する。ガラス板２１の内部でのこのような異な ったビーム進行経路は第８Ａ図または８Ｂ図に記載されている。第７図および８ 図に示した個々のガラス板の装置によって、ビーム出射面８で第８Ｂ図から分か るように、この場合も前述の実施の形態に関して記載したように、段付き、もし くは階段状に互いに偏倚したビーム分布が得られる。 第９Ａ図および９Ｂ図には第７Ａ図および８Ａ図に対応するガラス板２１の装 置の側面図が示されており、この実施の形態では入射ビーム４はガラス板２１相 互間で偏倚しており、屈折率が階段状に異なっているので、出射ビーム１０の高 さは第９Ｂ図に示すように同じである。第９Ａ図は第８Ａ図の関連図と見なすこ とができ、それぞれの入射ビーム４の座標から明らかであるように、第９Ａ図は 旋回した方向での異なる伝搬経路を示すために第８Ａ図とは９０°旋回してある 。 第８図および９図に示すように、２つの素子を個々のガラス板２１から形成す ることによって、ガラス板の積層を互いに０°ではない角度で配列することがで きる。すなわち、それぞれのガラス板積層、またはこれらのガラス板積層から形 成された第１屈折素子と第２屈折素子での屈折は、入射ビームを２つの異なる方 向に変換する異なる方向で行われなければならない。 第１０図には屈折率が異なる個々のガラス体２３から構成された別のガラス板 積層の実施の形態の側面図が示されている。個々のガラス体２３の側面７に入射 するビーム４はそれぞれのガラス体２３内でそれぞれ複数回屈折し、入射面７と 対向する出射面８から、個々のガラス板２３の屈折率が異なることによる対応す る偏倚を伴って出射する。双方の面７と８とは適宜に反射性、透過性を備えて積 層することができる。このような複数回の屈折によってガラス体２３内の伝搬経 路が長くなり、ひいてはガラス体２３の構造が小さいにも関わらず出射するビー ム群１０の偏倚が大きくなる。 例えば第１Ｂ図および１Ｅ図に示されるような形式でダイオード・レーザ・ア レイから構成された照射野生成装置を観察すると、占積率は熱によって制約され て、個別照射源によって拡がる平面の約３０ないし５０％になる。それにより、 前述したように、ビーム性能は理論値の占積率に対して１００％低減する。占積 率を高め、ひいては高いビーム性能を保持するため、第１１Ａ図に示した屈折素 子２４からなる装置が有利である。この概略的な例では、３つの屈折素子２４が 積層されている。入射面は前述の別の実施態様（板状の屈折素子）とは異なり傾 斜している。個々の、入射ビーム群４はビーム入射面７に対して角度を呈してい るので、伝搬方向に対して横向きのビーム群のサイズがより小さいにも関わらず 、第１１Ａ図の中央の屈折素子２４が示すように、それぞれの屈折素子２４のビ ーム入射面７の全体が照射される。このようにして、ビーム出射面８の側には第 １１Ｂ図により明解に示すように、占積率がより高くなる。反射素子を使用した 適宜の手段が第１２図に概略的に示されている。この例では、ビーム群４は入射 ビーム群４の斜線２７によって示すように、階段状ミラー２６のそれぞれの反射 面２５に対して斜めに入射するので、それぞれのビーム群の幅と比較して反射面 ２５のより広い領域が照射される。それによって出力側では個々のビーム群の相 対座標が変化して、出射ビーム１０の側部を貫く線２８によって示されているよ うに、ほぼ１００％の占積率を有するようになる。このような手段は例えば、鏡 面から反射するビームの占積率を入射ビームと比較して高めるために素子１７が 変換される第５Ａ図および５Ｂ図に示した実施態様であってよい。 第１１図および１２図には占積率を高める手段を概略的にしか図示していない が、屈折素子に関連してビーム群の入射面への入射方向を適宜に選択し、かつ第 １２図に示す反射面２５の位置を適宜に選択することによって、入射ビーム群に 対する出射ビーム群の相互の偏倚を付加的に変化させて、第２図から５図を参照 して前述したように、所望の変換がなされるようにする。 特に所定の用途でのダイオード・レーザに関しては高い出力密度が必要であり 、そのために急速方向に複数個の線形ダイオード・レーザ照射野生成装置が互い に積層されるので、このような場合に占積率を高めるために前述の手段を急速方 向で再度講じることができる。 第１３図には（第１２図に対応する）３つの反射面２５を有する反射素子もし くは階段状ミラー２６の概略的な構造が示されている。この場合、例えば第１２ 図に示した実施の形態とは異なり、各々の個別反射面２５には線形の照射野生成 装置２９が割当てられ、各々の線形照射野生成装置はこの概略図では例えば個別 ダイオード・レーザである３つの個別照射源３０から構成されている。各々の線 形照射野生成装置２９のビーム群は予め選択された入射角で階段状ミラー２６の それぞれの反射面に入射することにより、階段状ミラー２６の入射側と出射側の それぞれの照射野の比較によって示されるように、鏡面が入射方向に対して傾斜 しているため個々の線形照射野生成装置２９は互いにより密接して配置される。 第１３図に図示した実施の形態では一方向でしか行われないこの簡単な手段によ っても占積率を高めることができる。 第１４図には第１３図の階段状ミラー２６の上部を拡大して示してある。第１ ３図の階段状ミラー２６の各々の段に割当てられた個々の面２５は同一平面上に あるのに対して、第１４図の実施の形態では例えば反射面が補足的に段状に形成 されているので、それによって個別照射源３０からなる線形の照射野生成装置２ ９の個々のビーム群は出力側で適宜の偏倚を生ずる。 前述の屈折素子または反射素子に当たる個々のビーム群を付加的に集束させる ため、屈折素子の個々のビーム入射面、または反射素子の鏡面は異なる方向に凹 面状に、好適には第１５図および１６図に示すように円筒セグメント状に湾曲さ せることができる。 第２図から４図を参照して様々な実施の形態を示し、第１と第２の屈折素子を 使用して個別照射源からなる線形の照射野生成装置からのビーム群を説明してき たが、第１７図および１８図には、ビーム群がそれぞれ３つの個別照射源３０を 有する３つの線形照射野生成装置から入射する、それぞれ３つの第１屈折素子６ と、３つの第２屈折素子９とを有する第１と第２の素子５、９を備えた実施の形 態が示されている。この照射野生成装置の個別照射源３０からのビームは、各々 の第１屈折素子６に関連して区分化され、ｘ−方向に延びる各々の線形照射野生 成装置２９のｚ−方向に互いに重なった個別照射源３０にそれぞれ屈折素子６が 割当てられ、それによって、３つのビーム群としてそれぞれの屈折素子に入射す るようにされている。個々の屈折素子６でこれらののビーム群は屈折し（図示し た実施の形態では屈折素子の屈折素子はそれぞれ同じである）、それによって、 ３つの屈折素子６内の伝搬経路の長さが異なるため、出射ビーム１０は階段状の 偏倚を生ずる。この偏倚によって、個々のビーム群は、ビームが第１の屈折方向 とは垂直である方向に屈折するように、第１８Ｂ図に示す第２屈折素子１１に入 射するので、第２屈折素子１１の出力側で３つのビーム群、ひいては新たな個々 のビーム群は第１７Ｂ図に示すように互いに重なって進む。 これまで、個々のビーム群を区分化し、かつ再構成し、またはビーム群の占積 率を高めるための種々の実施の形態を説明してきた。再区分し、かつ占積率を高 めるためのそれぞれの手段を異なる順序と、異なるステップ数で実施できること が理解されよう。 第１８図は、各々の鏡面３３がビーム群に割当てられている、６つの鏡面３３ を有する階段状ミラー３２の別の実施の形態を示している。個々の鏡面３３は、 一方では階段状ミーラ３２の面３４に対応する面に対して垂直であり、他方では 第１８図に点線で示した軸３５を中心に互いにそれぞれ同じ角度だけずらしてあ る。このような手段によって、入射側と、ビーム出射側との間で個々のビーム群 が二重に偏倚すること、すなわち２回の変換を達成することができる。 第１８図に示すように、屈折体を階段状ミラー３２に対応して形成することが でき、その場合、第１８図の階段状ミラー３２の個々の鏡面３３はビーム群用の 入射および／または出射面に対応する。 更に、第１８図とは異なり、個々の鏡面３３は、個々の鏡面３３がそれを中心 に互いにずらされている個々の軸３５が間隔を隔てて互いに平行に配列されるよ うに付加的に偏倚されている。 第１９図はそれぞれがビーム群に割当てられている６つの鏡面３７を有する別 の階段状ミラー３６の例を示している。個々の階段状鏡面３７は第１９図の階段 状ミラー３６の側面に対応する平面３８に対して垂直であり、これらは勿論、そ の長手方向に対して横向きに僅かな角度で傾倒されており、面３８に対して垂直 な長辺は互いに平行の向きにある。隣接する鏡面３７のそれぞれの偏倚は右側か ら左側へと大きくなっている。このような構成によって、空間的に分離され、そ の伝搬方向が異なる入射ビーム群から始まって、これらのビーム群がダイオード ・レーザに関連して急速方向に互いに重なり、共通の方向に伝搬するように反射 することが達成される。このことは固体レーザに関しても同様に当てはまる。 例えば個別ダイオード１である線形に配置された７つの個別照射源から発する 照射野を区分し、向きを転換するための別の実施の形態が第２０Ａ図および２０ Ｂ図に示されている。第２０Ａ図では、個別ダイオード１の数に応じて区分され る個々のビーム群すなわちビーム群は互いに階段状にされたビーム入射面７を有 する反射体４０に入射する。ビーム群４は、双方の外側のビーム入射面７に個別 ダイオード１のそれぞれ２つのビーム群が入射し、一方、中央のビーム入射面に は線形照射野生成装置３の対応する３つの中央の個別ダイオード１のビーム群が 入射するように区分され、かつ前記ビーム入射面７に割当てられている。屈折体 ４０内でのビーム群の伝搬経路の長さが異なっているので、個々のビーム群はビ ーム出射面８で互いに偏倚するので、第２０Ａ図の右に示すようなビーム・パタ ーンが生ずる。これらのビーム・パターンには第２０Ｂ図が示すように、３つの ビーム区分化に対応して階段状ミラー体４２の３つの鏡面４１が割当てられる。 個々の鏡面４１は、２−３−２個の照射野を有するほぼ円形の照射野が互いに重 なって発生するように、３つのビーム群が横向きに入れ子状に嵌め込まれるよう な偏倚を有ている。 この図から、屈折および反射手段による個々の照射野の意図的な方向転換によ って個別ダイオード１のビーム、または個々の線形ビーム源からの照射野生成装 置のビームが要求に適宜に適応できることが分かる。 更に、反射によって個々のビーム群の方向転換が可能であること、すなわちの れらのビーム群がその伝搬方向の軸線を中心に転回され、もしくは鏡面反射する ことが理解されよう。 第２１図は第１２図の階段状ミラー２６と匹敵する階段状ミラー４３を有する 実施の形態を更に示している。この例では、個々の照射源の個々のビーム断面が 互いに重なり、互いに間隔を有している第２１図の右に示すように、個別の鏡面 ４４が線形の照射野生成装置からのこ刃状の形状を有するように鏡面を適宜に傾 斜させることによって、これらのビーム断面が第２１図の左上に示すように、対 角線状に位置し、互いに隣接していることが示されている。このような構成によ って、出力側で入射側と比較して占積率を高め、同時に偏倚を生ずることが達成 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの照射野を形成し 案内するための装置、特に限定された照射野を生成するための、屈折素子を備え た照射野変換用光学系を有する単数または複数の固体レーザおよび／または半導 体レーザからなるアレイもしくは照射野機構装置の照射野を形成し案内するため の装置において、 照射野（４）を所定のデータに従って少なくとも２つのビーム群に区分し、各 々のビーム群がこれに割当てられた所定の座標を有する屈折素子（６；１５；１ ９；２１；２３；２４）に入射し、各々の屈折素子（６；１５；１９；２１；２ ３；２４）は少なくともその一面（７）で、互いに異なる出力座標および／また は出力伝搬方向を有するビーム群が屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２ ４）から出射するように各々のビーム群を屈折させることを特徴とする照射野を 形成し案内するための装置。 ２．屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２４）から出射するビーム（１０ ）が区分され、各ビーム群はこれらに割当てられた別の屈折素子（１１；１６； １９；２１；２３；２４）に入射し、各々の別の屈折素子（１１；１６；１９； ２１；２３；２４）は、少なくともその面で、それぞれのビーム群の相対的な横 座標とは互いに相対的に変更された出力座標および／または出力伝搬方向を有す るビーム群が別の屈折素子（１１；１６；１９；２１；２３；２４）から出射す るように、前記それぞれのビーム群を屈折させることを特徴とする請求項１に記 載の装置。 ３．個々のビーム群が屈折素子（１１；１６；１９；２１；２３；２４）内を異 なる長さの伝搬経路でそれぞれ伝搬することを特徴とする請求項１または２に記 載の装置。 ４．隣接するビーム群の伝搬経路の差異が互いに同一であることを特徴とする請 求項３に記載の装置。 ５．屈折素子（１３；１９）および／または別の屈折素子（１４；１９）の出射 面（８）が互いに階段状に偏倚していることを特徴とする請求項２〜４のいずれ か一項に記載の装置。 ６．屈折素子（６；１５；１９；２１；２３；２４）および／または別の屈折素 子（１１；１６；１９；２１；２３；２４）の出射面（８）および／または入射 面（７）が互いに平行に延びる面上にあることを特徴とする請求項２〜５のいず れか一項に記載の装置。 ７．ビーム群が同一平面上にあるそれぞれの入射面に入射することを特徴とする 請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。 ８．複数の屈折素子（２１）のうち少なくとも一部の屈折率が互いに異なること を特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。 ９．隣接する屈折素子（２１）の屈折率が互いに異なることを特徴とする請求項 ８記載の装置。 １０．隣接する個々の屈折素子（１４）がこれらの屈折素子よりも屈折率が低い 層（２０）によって分離されたことを特徴とする請求項８または９に記載の装置 。 １１．個々の屈折素子の入射面および／または反射面が共通の面上に垂直に位置 し、互いに異なる傾斜を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか 一項に記載の装置。 １２．個々の屈折素子の入射面および／または反射面がそれぞれ共通の面上に垂 直に位置し、かつこれらの面内に互いに平行に延びた軸を中心に互いにずれてい ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。 １３．それぞれの断面のサイズが関連する屈折素子（２４）の幅よりも小さいビ ーム群の場合、それぞれのビーム群は、屈折素子（２４）の入射面（７）の幅の ほぼ全体が照射されるように、０°ではない入射角でそれぞれの屈折素子（２４ ）の入射面（７）に入射することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に 記載の装置。 １４．屈折素子に割当てられたビーム群が帯状の照射野を形成し、各々の帯状の 照射野のビーム群は、ビームの伝搬方向に対して横方向に同一平面上で互いに平 行に配列されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。 １５．複数の帯状照射野（２９）が互いに平行に配列されることを特徴とする請 求項１４に記載の装置。 １６．複数の帯状の照射野（２９）が互いに等間隔を有することを特徴とする請 求項１５に記載の装置。 １７．各々の帯状照射野（２９）が同数のビーム群（３０）から構成されること を特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の装置。 １８．屈折素子（６；１１；１５；１６；１９；２１；２３；２４）がガラス状 材料からなることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。 １９．複数の屈折素子および／または別の屈折素子（６；１１；１５；１６）が 一体の屈折体を形成することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載 の装置。 ２０．屈折素子の入射面および／または出射面が凸面または凹面状に湾曲した面 であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。 ２１．屈折素子から出射するビームが区分され、各々のビーム群が、これに割当 てられた反射面を有する反射素子（１８；２５；３３；３７；４１；４４）に向 けられ、反射面は、その入射座標とは互いに相対的に異なった座標および／また は伝搬方向および／または方位のビーム群が反射面から出射されるように互いに 偏倚、および／または傾倒されたことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ２２．偏倚がビーム群の順序に順次対応することを特徴とする請求項２１に記載 の装置。 ２３．反射面がこれに関連する屈折素子の出射面からそれぞれ異なる間隔を隔て られていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の装置。 ２４．照射される反射面の中心が一直線上にあることを特徴とする請求項２１〜 ２３のいずれか一項に記載の装置。 ２５．隣接する反射面のそれぞれの偏倚とそれぞれの間隔の差異は同じであるこ とを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の装置。 ２６．反射面が階段状に形成された第１ミラー（１７；２６；３２；３６；４２ ；４３）からなることを特徴とする請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の装 置。 ２７．反射面が平坦な面であることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか一項 に記載の装置。 ２８．反射面が凸面または凹面状に湾曲した面であることを特徴とする請求項１ 〜２６のいずれか一項に記載の装置。 ２９．それぞれの断面のサイズが関連する反射素子（２６）の幅よりも小さいビ ーム群の場合は、それぞれのビーム群は反射素子（２６）の反射面（２５）の幅 のほぼ全体が照射されるように０°ではない入射角でそれぞれの反射素子の反射 面（２５）に当たることを特徴とする請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の 装置。 ３０．ビーム群に割当てられた屈折素子と別の屈折素子とが一体に構成されたこ とを特徴とする請求項２〜２０のいずれか一項に記載の装置。 ３１．ビーム群に割当てられた反射素子を、このビーム群に割当てられた屈折素 子（１３；１４）のビーム出射面（８）上に反射面として載せたことを特徴とす る請求項２１に記載の装置。 ３２．個々の反射素子（３７）が共通の平面（３８）上に垂直に位置し、互いに 異なる傾斜を有していることを特徴とする請求項２１〜３１のいずれか一項に記 載の装置。 ３３．個々の反射素子（３３）が、それらの面と同一面上に延びた共通の軸（３ ５）を中心に互いにずれていることを特徴とする請求項２６〜３１のいずれか一 項に記載の装置。 ３４．単数または複数の固体レーザおよび／または半導体レーザの照射野を形成 し案内するための方法、特に限定された照射野を生成するための、屈折素子を備 えた照射野変換用光学系を有する単数または複数の固体レーザおよび／または半 導体レーザからなるアレイもしくは照射野機構装置の照射野を形成し案内するた めの方法において、 照射野を所定のデータに従って少なくとも２つのビーム群に区分し、それによ って形成されたビーム群がこれに割当てられた第１屈折素子に入射し、それぞれ のビーム群は各々の屈折素子の少なくとも一面で、第１屈折素子から出射したビ ーム群が第１の方向で、入射した方向に対して互いに偏倚するように屈折される ことを特徴とする照射野を形成し案内するための方法。 ３５．第１屈折素子から出射するビーム群を区分し、これらの各ビーム群はこれ らに割当てられた第２屈折素子に入射し、それぞれのビーム群は各々の第２屈折 素子の少なくともその一面で、第２屈折素子から出射したビーム群が第２の方向 で、第１の方向に対して互いに偏倚して出射するように屈折されることを特徴と する請求項３４に記載の方法。 ３６．偏倚は第１方向と垂直な方向成分を有することを特徴とする請求項３４ま たは３５に記載の方法。 ３７．ビーム群は、第１屈折素子で、照射野生成装置もしくは照射野の最大の広 がりに対してほぼ垂直の方向成分を有する方向で屈折されることを特徴とする請 求項３４〜３６のいずれか一項に記載の方法。 ３８．屈折素子から出射したビーム群が区分され、これらの各々のビーム群はこ れに割当てられた反射面を有する反射素子に向けられ、同一平面上にあり互いに 偏倚した反射面によってビーム群は第２の方向に反射されることを特徴とする請 求項３４に記載の方法。 ３９．第２の方向に反射するビーム群が第１の方向とは垂直の方向成分を有する 偏倚を生ずることを特徴とする請求項３８に記載の方法。 ４０．ビーム群は、屈折素子で、照射野生成装置もしくは照射野の最大の広がり に対してほぼ垂直な方向成分を有する方向で屈折されることを特徴とする請求項 ３８または３９に記載の方法。 ４１．ビーム群は、最後の素子から出射したビームが互いに平行な伝搬方向を有 するように変換されることを特徴とする請求項３５〜４０のいずれか一項に記載 の方法。 ４２．ビーム群は、最後の素子から出射したビームが共通の交点を有するように 変換されることを特徴とする請求項３５〜４０のいずれか一項に記載の方法。