光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法
【課題】重畳照射によるラインビーム長手方向のスポットプロファイルの均一化の推進、戻り光遮断による光源のダメージの防止ないし抑制、制御信号用ビームの安定化によるラインビーム出力の向上等を図るための光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法を提供する。
【解決手段】レーザ光２を入射させた光ファイバアレイ３の出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系１Ａと、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系１Ｂを有することを特徴とする光ファイバアレイ３を用いたラインビーム照射装置１。
【解決手段】レーザ光２を入射させた光ファイバアレイ３の出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系１Ａと、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系１Ｂを有することを特徴とする光ファイバアレイ３を用いたラインビーム照射装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を入射させたマルチモード光ファイバアレイの出射光を用いてラインビームを生成し、照射対象となるワークの改質又は除去を目的とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を入射させたマルチモード光ファイバアレイの出射光を用いてラインビームを生成し、照射対象物の改質又は除去を目的とする装置の光学系を設計するにあたり、ファイバ出射光が、高コヒーレンスであること、プロファイルの変動が大きいこと、ランダム偏光であること、といった特性を持つため、種々の問題が発生していた。
【０００３】
すなわち、公知のホモジナイザでは、スポットプロファイルの均一化が困難
であった。さらに、ワークから光源への戻り光の遮断が困難で、ビームスプリッタの分光精度も不十分であった。
【０００４】
例えば、ロッドレンズの中に光を入れて内部で全反射させ、出口で照射分布
を均一にさせるロッドインテグレータをホモジナイザとして適用すると、十分なプロファイル均一化の効果を得るためには、長大なロッドが必要となり、光源が高コヒーレンスの場合には、斑点模様のスペックルが発生し易い。
また、光線多重分割、重畳照射によるホモジナイズでは、光線分割にフライアイレンズを用いるのが一般的であるが、このフライアイレンズを適用すると、スポット形状が矩形になるため、ラインビームに再整形しても、短手幅の縮小に限界がある。
さらに、微細な凹凸形状のパターンから、光の行路差による等位相面を形成する回折現象を利用した回折型ホモジナイザ（ＤＯＥ）では、光源特性に強く依存する構造であるため、安定したスポットプロファイルを得るのが難しい。
【０００５】
以上のようなホモジナイザに内在する課題を克服しようとする技術が提案
されている（例えば、特許文献１）。
この技術は、光配向法に適用可能なアルゴンクリプトンイオンレーザやエキシマレーザなど各種レーザのいずれかに対し、生産性に必要な出力パワーとビーム偏光性の制御機能を有し、さらに、有効なホモジナイザ光学系でビームの強度分布を均一化し、大面積のＬＣＤパネルの全面にわたって均一な光配向膜を作ろうとするレーザ照射光学システムである。その達成手段として、マルチモードの転送ファイバの出力端から出射されるランダム偏光のレーザビームを、
まずコリメートする。ランダム偏光平行ビームに対し、各々に用いる偏光板で一つのビームをＳ偏光とＰ偏光の直線偏光ビームに分離する。その後、ビームの試料面に照射する際の特定の偏光方向に揃うよう、各々の偏光方向を回転させ合わせる二分の一波長板を用いて直線偏光に調整する。そして各ビームが形成するラインビームを試料面で重ね合わせることにより、照射対象に均一光強度分布を持つラインビームを照射する。
【０００６】
本発明も、前記技術同様、光ファイバアレイの出射光を光源とし、レーザ光の直線偏光化と重畳照射によるホモジナイズを行うことでは共通する。
しかしながら、前記技術では、各ファイバが形成するラインビームを単純に重ね合わせているだけである為、均一なトップフラットを形成するのが難しく、また、スポットプロファイルが光源特性のバラツキの影響を受けやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００８−２４２１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、均一なトップフラットで出力の安定したラインビームを照射対象に合焦点し、例えば、シリコン膜の物理的特性を改質したり、結晶に含まれている欠陥を再結晶化により取り除いたりすることを目的とした、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置であって、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成により、各光学系を目的機能に特化した設計とすることが可能で、系全体をコンパクトに実装することができる。また、この装置によって、低コスト、高精度及び安定稼働が確保できる。
【００１１】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記ホモジナイズド光学系は、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、シリンドリカルレンズアレイとポラライジングコンバータが補完的な機能を発揮し、光源の多重分割と直線偏光化を同時に達成できる。
【００１３】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するコリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズとからなるホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うコリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と、前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系とで構成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法であって、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、ホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、フォーカシング光学系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に、直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、コリメートレンズ、シリンドリカルレン
ズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２
次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系及と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
前述の特徴によって、本発明は、スポットプロファイルの均一化が確保でき、照射対象ワークの照射部位における特性のバラツキが低減できる。また、照射ワークから光源への戻り光の遮断ができ、光源ダメージの防止を図ることができる。さらに、制御信号用ビームが安定である為、ラインビームの出力や焦点合わせ精度の向上を一段と図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のラインビーム照射装置の構成図である。
【図２】本発明に用いるポラライジングコンバータの概念図である。
【図３】無偏光ビームスプリッタの分光特性を説明するための図である。
【図４】無偏光ビームスプリッタの分光特性例を説明するための図である。
【図５】プロファイルのイメージ図であって（ａ）は、図１のＡ地点のプロファイルである。（ｂ）は、図１のＢ地点のプロファイルである。（ｃ）は、図１のＣ地点のプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置の構成図である。ラインビーム照射装置１は、光ファイバアレイ３、コリメートレンズ４、シリンドリカルレンズアレイ５、ポラライジングコンバータ６、シリンドリカルレンズアレイ７及びコンデンサレンズ８のレンズ等で配置するホモジナイズド光学系１Ａと、コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３で配置するフォーカシング光学系１Ｂとで構成する。
ホモジナイズド光学系１Ａ（矢印Ａと矢印Ｂの間）は、レーザ光２を入射させた光ファイバアレイ３の出力光を光源とし、コリメートレンズ４、シリンド
リカルレンズアレイ５、ポラライジングコンバータ６、シリンドリカルレンズアレイ７及びコンデンサレンズ８を、照射対象方向に順次配置して構成する。
ホモジナイズド光学系１Ａより照射対象１４側に位置するフォーカシング光学系１Ｂ（矢印Ｂと矢印Ｃの間）は、コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３と、フォーカシング光学系１Ｂに付属するオートフォーカス制御系１Ｃと出力測定系１Ｄとで構成する。シリンドリカルレンズアレイ７を設けたのは、Ｂ地点（矢印Ｂの部位）に分割光をそろえて結像させるための補助的ポジションにするためである。また、オートフォーカス用別光源１Ｅをダイクロイックミラー１０に入射させる。
【００２９】
レーザ光２を光ファイバアレイ３に入射し、その出射光を光源とする。この光源は、コリメートレンズ４で平行光ビームとなる。この状態での平行光ビームは、無偏光である。平行光ビームは、シリンドリカルレンズアレイ５に入射する。
【００３０】
ここで、光源分割、重畳照射によるホモジナイズに関しては、光源分割にフライアイレンズのようなレンズアイを用いるのが一般的である。しかし、本発明ではプロフェイルの均一化を行いたいのは、ラインビームの長手方向の一方向のみであるため、シリンドリカルレンズアレイ５を採用した。ただし、ホモジナイズ効果を高めるためには、光源の分割数をできる限り増やす必要がある。
【００３１】
シリンドリカルレンズアレイ５では、次のポラライジングコンバータ６との相補により、平行光ビームの多重分割が行われる。そこでポラライジングコンバータ６を図２を用いて説明する。
【００３２】
図２は、ポラライジングコンバータ６の概要図であって、レンズ６ａとレンズ６ｂの組み合わせとからなる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とλ/２板とで構成する。具体的には、端部の三角形状のレンズ６ａ1に対し菱形のレンズ６ｂ1を横方向に順次結合させ、傾斜面６ａ11を接合面として共通面とする。レンズ６ｂ1の隣にはレンズ６ｂ1と同一のレンズ６ｂ2を接合する。以下レンズ６ｂ3を同様に接合し、その端部に三角形状のレンズ６ａ2を接合してなる構造に、１/２板６ｃがレンズ６ｂ1、レンズ６ｂ3の出力側に所定のピッチ間隔で装備されている。菱形のレンズの数は、任意に設定できる。
無偏光の平行光ビームＬ１（Ｌ１ａ）が、シリンドリカルレンズアレイ５から偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とλ/２板のアレイ構造であるポラライジン
グコンバータ６のＰＢＳ６ｂ１に入射すると、無偏光（Ｐ＋Ｓ）Ｌ１の平行光ビームのうち、たとえば、Ｐ偏光Ｌ２ａ（またはＳ偏光）のみがそのままＰＢＳ６ａ透過し、Ｓ偏光Ｌ１ｃはＰ偏光Ｌ２ａと直交方向に反射する。Ｓ偏光Ｌ１ｃは、となりのＰＢＳのプリズム斜面６ｂ１１で反射してλ/２板６ｃ１に向かう。Ｓ偏光Ｌ２ｂは、Ｐ偏光Ｌ２ａと同一方向の直線偏光となる。このような透過光、反射光の関係は、レンズ６ｂ3に入射する無偏光Ｌ１ｂ（Ｌ２ｃ、Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄ）とλ/２板６ｃ２の関係においても同様である。
ただし、無偏光は、この図示例ではレンズ６ｂ２、６ａ２には入射されない。
【００３３】
ところで、ポラライジングコンバータ６では、無偏光（Ｐ＋Ｓ）Ｌ１を入射できるのは、入射面の半分の領域だけである。このため、用途によっては、入射不可能領域に反射膜を装着させて、戻り光を再利用する等の技術もあるが、本発明では、シリンドリカルレンズアレイ５からの入射光を有効に利用することにした。
【００３４】
すなわち、シリンドリカルレンズアレイ５からの出射光は分割および集光されている為、ポラライジングコンバータ６との位置関係を適切に調整することにより、前述の入射不可能領域への入射を回避することが可能である。
またシリンドリカルレンズアレイ５ではビームの分割数を増やすほど重畳照射後のホモジナイズ効果が高まるが、ポラライジングコンバータ６では、入射光の数に対し、構造的に出射光の数が倍になる特性がある。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ５から見ると、出射光の数が結果として倍数になると同時に直線偏光化されたことになり、ポラライジングコンバータ６から見ると、入射不可能領域に対策処理を行うことなく、直線偏光化を達成したことになる。
【００３５】
このようなシリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６の相補作用は、重畳照射によるラインビーム長手方向のスポットプロファイルの均一化（トップフラット化）と直線偏光化に効率よく達成することができ、目的とする２次光源が実質的に生成される。
ここで２次光源とは、ラインビームを指すが、上述のとおり、本発明では、光ファイバアレイ３の各ファイバからの出射光がコリメートレンズ４によって各光源が混合した平行光として生成され、シリンドリカルレンズアレイ５により多重分割され、ポラライジングコンバータ６によって更に倍数に多重分割される。この結果、重畳照射による光源特性のバラツキが高度に平準化される。
従って、ラインビームは長手方向に、きわめてトップフラットで安定化したプロファイルを実現することができる。
【００３６】
かかるシリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６の相補作用を確実に行うために、本発明は、ポラライジングコンバータ６のアレイピッチｎに対し、シリンドリカルアレイ５のアレイピッチを２ｎになるようデザインされている。
したがって、入射不可能領域に反射膜を装着させたり、戻り光対策を考慮する必要もなく、必要とするレーザ光２を有効に活用することができる。
【００３７】
さて、ポラライジングコンバータ６から出射されるビームは、第２シリンドリカルレンズアレイ７を経て、コンデンサレンズ８で集光される。
【００３８】
次に、ホモジナイズド光学系１Ａに続くフォーカシング光学系１Ｂについて説明する。
コンデンサレンズ８で集合されたレーザ光２は、第２コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３を透過して、照射対象ワーク１４を照射する。また直線偏光用ビームスプリッタ１１に入射した光の一部は出力測定系１Ｄに入射する。照射対象ワーク１４に照射される光は、本発明の構造では、円偏光となる。したがって、照射対象ワーク１４での偏光方向制御は、本発明では考慮外となる。
【００３９】
照射対象ワーク１４を照射して発生する反射光（戻り光）は、再度対物レンズ１３、λ/４板１２を透過して直線偏光用ビームスプリッタ１１に戻る。この反射光（戻り光）は、オートフォーカス制御系１Ｃに入射する。
【００４０】
続いて、フォーカシング光学系１Ｂに付設するオートフォーカス制御系１Ｃと出力測定系１Ｄについて説明する。一般に光ファイバからの出射光は、高い開口数（ＮＡ）、低パワー密度であるため、光源としての品位が低い。そのため、必要とするパワー密度を得るために縮小光学系を通すと、高ＮＡなるがゆえに焦点深度が浅くなる。そのため、ワーク面にレーザスポットの焦点が合うよう対物レンズ１３を移動させ、レーザスポットのパワー密度が変化しないようにするオートフォーカス制御系１Ｃは有用である。また、好感度なワークに対応するため、出力のフィードバック制御に必要な出力測定系１Ｄも有用である。
【００４１】
ところで、出力測定系１Ｄを確実に機能させるためには、ビームスプリッタの分光精度が高いこと、すなわち光源特性が変化しても分光特性に変動が生じないことが必須である。図３と図４は、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）の分光特性を説明するための図である。
【００４２】
図３において、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５は、三角形のプリズムを組み合わせたもので、縦横直交辺１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、に対し、多層膜を付着させた傾斜面１５ｅを共通面とするプリズムで構成する。
ＮＰＢＳ１５のプリズム傾斜面に構成した多層膜１５ｅにランダム偏光である入射光１６（Ｌ３）は、透過光Ｌ４と傾斜面１５ｅよって水平方向の反射光Ｌ５に分離される。この場合、透過光１７と反射光１８はＰ偏光とＳ偏光が混在する。無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５では、このＰ偏光とＳ偏光の分光比を完全に一致させることは技術的に困難である。
【００４３】
図４は、このような技術的な課題を説明するための例示であって、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５を用いた場合のＮＰＢＳの分光特性例、入射光の偏光比率例及びＮＰＢＳ出力の相互関係を図示したものである。
その結果、ＮＰＢＳ１５の出力結果は、同じ入射光量であっても反射光量が１０％以上も変動する。
本発明では、ビームスプリッタに入射する２次光源はすでに直線偏光に変換されているので、直線偏光用ビームスプリッタ１１を使用することができ、実用上十分な分光精度が確保されている。
【００４４】
さて、本発明は、ランダム偏光のファイバ出射光を平行光とした後、多重分割、重畳照射によってプロファイルの均一化と直線偏光化された２次光源を生成し、本２次光源を用いて従来技術では奏し得ない光学系を再構築することにある。
そこで、図５を用いてステップごとに２次光源の生成過程のプロファイルを説明する。図５は、プロファイルのイメージ図であって、（ａ）は、図１のＡ地点（Ａ矢印）のプロファイル、（ｂ）は、図１のＢ地点（Ｂ矢印）におけるプロファイル、そして（ｃ）は、図１のＣ地点（Ｃ矢印）のプロファイルである。各図とも、縦軸はビーム強度を、横軸はスポット位置をあらわす。
【００４５】
図５（ａ）の段階では、２次光源の生成前の段階であって、出射光（長手方向にＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ３からなるＡＬ、短手方向はＡＳとする）はラインビーム生成前であり、各ファイバの出射光は、長手方向、短手方向ともにガウ
シアン分布に近似の状態のプロファイルになっている。
例えば、ＡＬ１は、ＡＬ１ａ、ＡＬ１ｂ、ＡＬ１ｃで囲繞される三角錐の模式図であるが、実際にはガウシアンモードに近似の放射強度分布を形成する。ＡＬ２（ＡＬ２ａ、ＡＬ２ｂ、ＡＬ２ｃで囲繞される三角錐の模式図）、ＡＬ３（ＡＬ３ａ、ＡＬ３ｂ、ＡＬ３ｃで囲繞される三角錐の模式図）及びＡＳ（ＡＳａ、ＡＳｂ、ＡＳｃで囲繞される三角錐の模式図）についても同様である。
【００４６】
図５（ｂ）においては、ホモジナイズド光学系１Ａにおけるレーザ光の多重分割、重畳照射によって２次光源が生成され、かつプロファイルの均一化を図っている。すなわち、２次光源の長手方向は、トップフラットのＢＬａ、ＢＬｂ、ＢＬｃおよびＢＬｄで形成される略等脚台形ＢＬのプロファイルである。
ＢＬｃがトップフラットをなしている。
短手方向はＡＳと同様のガウシアンモードに近似のプロファイルＢＳ（ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃに囲繞された領域）である。本発明では、ラインビームの長手方向にのみプロファイルの均一化を行うことにしているので、機能的には十分である。
【００４７】
図５（ｃ）においては、フォーカシング光学系１Ｂの縮小光学制御によってパワー密度を高めたプロファイルとする。すなわち、ＣＬａ、ＣＬｂ、ＣＬｃおよびＣＬｄで形成される略等脚台形ＣＬが２次光源の長手方向は、図５（ｂ）の長手方向より縮小されたプロファイルとなる。また、短手方向はガウシアンモードに近似ながらＢＳよりシャープなプロファイルＣＳ（ＣＳａ、ＣＳｂ、ＣＳｃに囲繞された領域）となっている。
【００４８】
本発明においては、不測の入射方向ずれや入射位置ずれが均一化面におけるプロファイルの均一化の悪化を招かぬよう光軸ずれ防止に十分配慮している（特にホモジナイズド光学系１Ａ）。
【００４９】
ところで、特許文献１の技術に関し、各ファイバからの出射光（これはガウス分布に近いプロファイルである）を直線偏光化されたラインビームに整形する過程において、本質的にホモジナイズ部と偏光制御部は独立的であって、相互関係はない。一方本発明では、シリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６間に補完的な相互関係を持たせることによって、ホモジナイズ効果の飛躍的向上と直線偏光化を図り、２次光源を生成すること、その２次光源をもって光学系を再構築することをもって前述の諸課題を解決しつつ、系全体をコンパクトに実装することが可能となる。
【００５０】
本発明の２次光源を生成する構成は、ラインビーム長手/短手幅の可変機能やスポットプロファイルの更なるトップフラット化、マーキング用途で異なるスポット形状への可変機能を要求される場合等に有効に対応し得るものである。
【符号の説明】
【００５１】
１：ラインビーム照射装置、
１Ａ：ホモジナイズド光学系、１Ｂ：フォーカシング光学系、
５：シリンドリカルレンズアレイ、６：ポラライジングコンバータ 、
１１：ビームスプリッタ、１２：λ/４板、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を入射させたマルチモード光ファイバアレイの出射光を用いてラインビームを生成し、照射対象となるワークの改質又は除去を目的とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を入射させたマルチモード光ファイバアレイの出射光を用いてラインビームを生成し、照射対象物の改質又は除去を目的とする装置の光学系を設計するにあたり、ファイバ出射光が、高コヒーレンスであること、プロファイルの変動が大きいこと、ランダム偏光であること、といった特性を持つため、種々の問題が発生していた。
【０００３】
すなわち、公知のホモジナイザでは、スポットプロファイルの均一化が困難
であった。さらに、ワークから光源への戻り光の遮断が困難で、ビームスプリッタの分光精度も不十分であった。
【０００４】
例えば、ロッドレンズの中に光を入れて内部で全反射させ、出口で照射分布
を均一にさせるロッドインテグレータをホモジナイザとして適用すると、十分なプロファイル均一化の効果を得るためには、長大なロッドが必要となり、光源が高コヒーレンスの場合には、斑点模様のスペックルが発生し易い。
また、光線多重分割、重畳照射によるホモジナイズでは、光線分割にフライアイレンズを用いるのが一般的であるが、このフライアイレンズを適用すると、スポット形状が矩形になるため、ラインビームに再整形しても、短手幅の縮小に限界がある。
さらに、微細な凹凸形状のパターンから、光の行路差による等位相面を形成する回折現象を利用した回折型ホモジナイザ（ＤＯＥ）では、光源特性に強く依存する構造であるため、安定したスポットプロファイルを得るのが難しい。
【０００５】
以上のようなホモジナイザに内在する課題を克服しようとする技術が提案
されている（例えば、特許文献１）。
この技術は、光配向法に適用可能なアルゴンクリプトンイオンレーザやエキシマレーザなど各種レーザのいずれかに対し、生産性に必要な出力パワーとビーム偏光性の制御機能を有し、さらに、有効なホモジナイザ光学系でビームの強度分布を均一化し、大面積のＬＣＤパネルの全面にわたって均一な光配向膜を作ろうとするレーザ照射光学システムである。その達成手段として、マルチモードの転送ファイバの出力端から出射されるランダム偏光のレーザビームを、
まずコリメートする。ランダム偏光平行ビームに対し、各々に用いる偏光板で一つのビームをＳ偏光とＰ偏光の直線偏光ビームに分離する。その後、ビームの試料面に照射する際の特定の偏光方向に揃うよう、各々の偏光方向を回転させ合わせる二分の一波長板を用いて直線偏光に調整する。そして各ビームが形成するラインビームを試料面で重ね合わせることにより、照射対象に均一光強度分布を持つラインビームを照射する。
【０００６】
本発明も、前記技術同様、光ファイバアレイの出射光を光源とし、レーザ光の直線偏光化と重畳照射によるホモジナイズを行うことでは共通する。
しかしながら、前記技術では、各ファイバが形成するラインビームを単純に重ね合わせているだけである為、均一なトップフラットを形成するのが難しく、また、スポットプロファイルが光源特性のバラツキの影響を受けやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００８−２４２１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、均一なトップフラットで出力の安定したラインビームを照射対象に合焦点し、例えば、シリコン膜の物理的特性を改質したり、結晶に含まれている欠陥を再結晶化により取り除いたりすることを目的とした、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置及びその照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置であって、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成により、各光学系を目的機能に特化した設計とすることが可能で、系全体をコンパクトに実装することができる。また、この装置によって、低コスト、高精度及び安定稼働が確保できる。
【００１１】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記ホモジナイズド光学系は、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、シリンドリカルレンズアレイとポラライジングコンバータが補完的な機能を発揮し、光源の多重分割と直線偏光化を同時に達成できる。
【００１３】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記ラインビーム照射装置において、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するコリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズとからなるホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うコリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と、前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系とで構成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法であって、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、ホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、フォーカシング光学系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に、直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記ラインビーム照射方法において、レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、コリメートレンズ、シリンドリカルレン
ズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２
次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系及と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
前述の特徴によって、本発明は、スポットプロファイルの均一化が確保でき、照射対象ワークの照射部位における特性のバラツキが低減できる。また、照射ワークから光源への戻り光の遮断ができ、光源ダメージの防止を図ることができる。さらに、制御信号用ビームが安定である為、ラインビームの出力や焦点合わせ精度の向上を一段と図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のラインビーム照射装置の構成図である。
【図２】本発明に用いるポラライジングコンバータの概念図である。
【図３】無偏光ビームスプリッタの分光特性を説明するための図である。
【図４】無偏光ビームスプリッタの分光特性例を説明するための図である。
【図５】プロファイルのイメージ図であって（ａ）は、図１のＡ地点のプロファイルである。（ｂ）は、図１のＢ地点のプロファイルである。（ｃ）は、図１のＣ地点のプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置の構成図である。ラインビーム照射装置１は、光ファイバアレイ３、コリメートレンズ４、シリンドリカルレンズアレイ５、ポラライジングコンバータ６、シリンドリカルレンズアレイ７及びコンデンサレンズ８のレンズ等で配置するホモジナイズド光学系１Ａと、コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３で配置するフォーカシング光学系１Ｂとで構成する。
ホモジナイズド光学系１Ａ（矢印Ａと矢印Ｂの間）は、レーザ光２を入射させた光ファイバアレイ３の出力光を光源とし、コリメートレンズ４、シリンド
リカルレンズアレイ５、ポラライジングコンバータ６、シリンドリカルレンズアレイ７及びコンデンサレンズ８を、照射対象方向に順次配置して構成する。
ホモジナイズド光学系１Ａより照射対象１４側に位置するフォーカシング光学系１Ｂ（矢印Ｂと矢印Ｃの間）は、コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３と、フォーカシング光学系１Ｂに付属するオートフォーカス制御系１Ｃと出力測定系１Ｄとで構成する。シリンドリカルレンズアレイ７を設けたのは、Ｂ地点（矢印Ｂの部位）に分割光をそろえて結像させるための補助的ポジションにするためである。また、オートフォーカス用別光源１Ｅをダイクロイックミラー１０に入射させる。
【００２９】
レーザ光２を光ファイバアレイ３に入射し、その出射光を光源とする。この光源は、コリメートレンズ４で平行光ビームとなる。この状態での平行光ビームは、無偏光である。平行光ビームは、シリンドリカルレンズアレイ５に入射する。
【００３０】
ここで、光源分割、重畳照射によるホモジナイズに関しては、光源分割にフライアイレンズのようなレンズアイを用いるのが一般的である。しかし、本発明ではプロフェイルの均一化を行いたいのは、ラインビームの長手方向の一方向のみであるため、シリンドリカルレンズアレイ５を採用した。ただし、ホモジナイズ効果を高めるためには、光源の分割数をできる限り増やす必要がある。
【００３１】
シリンドリカルレンズアレイ５では、次のポラライジングコンバータ６との相補により、平行光ビームの多重分割が行われる。そこでポラライジングコンバータ６を図２を用いて説明する。
【００３２】
図２は、ポラライジングコンバータ６の概要図であって、レンズ６ａとレンズ６ｂの組み合わせとからなる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とλ/２板とで構成する。具体的には、端部の三角形状のレンズ６ａ1に対し菱形のレンズ６ｂ1を横方向に順次結合させ、傾斜面６ａ11を接合面として共通面とする。レンズ６ｂ1の隣にはレンズ６ｂ1と同一のレンズ６ｂ2を接合する。以下レンズ６ｂ3を同様に接合し、その端部に三角形状のレンズ６ａ2を接合してなる構造に、１/２板６ｃがレンズ６ｂ1、レンズ６ｂ3の出力側に所定のピッチ間隔で装備されている。菱形のレンズの数は、任意に設定できる。
無偏光の平行光ビームＬ１（Ｌ１ａ）が、シリンドリカルレンズアレイ５から偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とλ/２板のアレイ構造であるポラライジン
グコンバータ６のＰＢＳ６ｂ１に入射すると、無偏光（Ｐ＋Ｓ）Ｌ１の平行光ビームのうち、たとえば、Ｐ偏光Ｌ２ａ（またはＳ偏光）のみがそのままＰＢＳ６ａ透過し、Ｓ偏光Ｌ１ｃはＰ偏光Ｌ２ａと直交方向に反射する。Ｓ偏光Ｌ１ｃは、となりのＰＢＳのプリズム斜面６ｂ１１で反射してλ/２板６ｃ１に向かう。Ｓ偏光Ｌ２ｂは、Ｐ偏光Ｌ２ａと同一方向の直線偏光となる。このような透過光、反射光の関係は、レンズ６ｂ3に入射する無偏光Ｌ１ｂ（Ｌ２ｃ、Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄ）とλ/２板６ｃ２の関係においても同様である。
ただし、無偏光は、この図示例ではレンズ６ｂ２、６ａ２には入射されない。
【００３３】
ところで、ポラライジングコンバータ６では、無偏光（Ｐ＋Ｓ）Ｌ１を入射できるのは、入射面の半分の領域だけである。このため、用途によっては、入射不可能領域に反射膜を装着させて、戻り光を再利用する等の技術もあるが、本発明では、シリンドリカルレンズアレイ５からの入射光を有効に利用することにした。
【００３４】
すなわち、シリンドリカルレンズアレイ５からの出射光は分割および集光されている為、ポラライジングコンバータ６との位置関係を適切に調整することにより、前述の入射不可能領域への入射を回避することが可能である。
またシリンドリカルレンズアレイ５ではビームの分割数を増やすほど重畳照射後のホモジナイズ効果が高まるが、ポラライジングコンバータ６では、入射光の数に対し、構造的に出射光の数が倍になる特性がある。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ５から見ると、出射光の数が結果として倍数になると同時に直線偏光化されたことになり、ポラライジングコンバータ６から見ると、入射不可能領域に対策処理を行うことなく、直線偏光化を達成したことになる。
【００３５】
このようなシリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６の相補作用は、重畳照射によるラインビーム長手方向のスポットプロファイルの均一化（トップフラット化）と直線偏光化に効率よく達成することができ、目的とする２次光源が実質的に生成される。
ここで２次光源とは、ラインビームを指すが、上述のとおり、本発明では、光ファイバアレイ３の各ファイバからの出射光がコリメートレンズ４によって各光源が混合した平行光として生成され、シリンドリカルレンズアレイ５により多重分割され、ポラライジングコンバータ６によって更に倍数に多重分割される。この結果、重畳照射による光源特性のバラツキが高度に平準化される。
従って、ラインビームは長手方向に、きわめてトップフラットで安定化したプロファイルを実現することができる。
【００３６】
かかるシリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６の相補作用を確実に行うために、本発明は、ポラライジングコンバータ６のアレイピッチｎに対し、シリンドリカルアレイ５のアレイピッチを２ｎになるようデザインされている。
したがって、入射不可能領域に反射膜を装着させたり、戻り光対策を考慮する必要もなく、必要とするレーザ光２を有効に活用することができる。
【００３７】
さて、ポラライジングコンバータ６から出射されるビームは、第２シリンドリカルレンズアレイ７を経て、コンデンサレンズ８で集光される。
【００３８】
次に、ホモジナイズド光学系１Ａに続くフォーカシング光学系１Ｂについて説明する。
コンデンサレンズ８で集合されたレーザ光２は、第２コリメートレンズ９、ダイクロイックミラー１０、直線偏光用ビームスプリッタ１１、λ/４板１２及び対物レンズ１３を透過して、照射対象ワーク１４を照射する。また直線偏光用ビームスプリッタ１１に入射した光の一部は出力測定系１Ｄに入射する。照射対象ワーク１４に照射される光は、本発明の構造では、円偏光となる。したがって、照射対象ワーク１４での偏光方向制御は、本発明では考慮外となる。
【００３９】
照射対象ワーク１４を照射して発生する反射光（戻り光）は、再度対物レンズ１３、λ/４板１２を透過して直線偏光用ビームスプリッタ１１に戻る。この反射光（戻り光）は、オートフォーカス制御系１Ｃに入射する。
【００４０】
続いて、フォーカシング光学系１Ｂに付設するオートフォーカス制御系１Ｃと出力測定系１Ｄについて説明する。一般に光ファイバからの出射光は、高い開口数（ＮＡ）、低パワー密度であるため、光源としての品位が低い。そのため、必要とするパワー密度を得るために縮小光学系を通すと、高ＮＡなるがゆえに焦点深度が浅くなる。そのため、ワーク面にレーザスポットの焦点が合うよう対物レンズ１３を移動させ、レーザスポットのパワー密度が変化しないようにするオートフォーカス制御系１Ｃは有用である。また、好感度なワークに対応するため、出力のフィードバック制御に必要な出力測定系１Ｄも有用である。
【００４１】
ところで、出力測定系１Ｄを確実に機能させるためには、ビームスプリッタの分光精度が高いこと、すなわち光源特性が変化しても分光特性に変動が生じないことが必須である。図３と図４は、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）の分光特性を説明するための図である。
【００４２】
図３において、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５は、三角形のプリズムを組み合わせたもので、縦横直交辺１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、に対し、多層膜を付着させた傾斜面１５ｅを共通面とするプリズムで構成する。
ＮＰＢＳ１５のプリズム傾斜面に構成した多層膜１５ｅにランダム偏光である入射光１６（Ｌ３）は、透過光Ｌ４と傾斜面１５ｅよって水平方向の反射光Ｌ５に分離される。この場合、透過光１７と反射光１８はＰ偏光とＳ偏光が混在する。無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５では、このＰ偏光とＳ偏光の分光比を完全に一致させることは技術的に困難である。
【００４３】
図４は、このような技術的な課題を説明するための例示であって、無偏光用ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）１５を用いた場合のＮＰＢＳの分光特性例、入射光の偏光比率例及びＮＰＢＳ出力の相互関係を図示したものである。
その結果、ＮＰＢＳ１５の出力結果は、同じ入射光量であっても反射光量が１０％以上も変動する。
本発明では、ビームスプリッタに入射する２次光源はすでに直線偏光に変換されているので、直線偏光用ビームスプリッタ１１を使用することができ、実用上十分な分光精度が確保されている。
【００４４】
さて、本発明は、ランダム偏光のファイバ出射光を平行光とした後、多重分割、重畳照射によってプロファイルの均一化と直線偏光化された２次光源を生成し、本２次光源を用いて従来技術では奏し得ない光学系を再構築することにある。
そこで、図５を用いてステップごとに２次光源の生成過程のプロファイルを説明する。図５は、プロファイルのイメージ図であって、（ａ）は、図１のＡ地点（Ａ矢印）のプロファイル、（ｂ）は、図１のＢ地点（Ｂ矢印）におけるプロファイル、そして（ｃ）は、図１のＣ地点（Ｃ矢印）のプロファイルである。各図とも、縦軸はビーム強度を、横軸はスポット位置をあらわす。
【００４５】
図５（ａ）の段階では、２次光源の生成前の段階であって、出射光（長手方向にＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ３からなるＡＬ、短手方向はＡＳとする）はラインビーム生成前であり、各ファイバの出射光は、長手方向、短手方向ともにガウ
シアン分布に近似の状態のプロファイルになっている。
例えば、ＡＬ１は、ＡＬ１ａ、ＡＬ１ｂ、ＡＬ１ｃで囲繞される三角錐の模式図であるが、実際にはガウシアンモードに近似の放射強度分布を形成する。ＡＬ２（ＡＬ２ａ、ＡＬ２ｂ、ＡＬ２ｃで囲繞される三角錐の模式図）、ＡＬ３（ＡＬ３ａ、ＡＬ３ｂ、ＡＬ３ｃで囲繞される三角錐の模式図）及びＡＳ（ＡＳａ、ＡＳｂ、ＡＳｃで囲繞される三角錐の模式図）についても同様である。
【００４６】
図５（ｂ）においては、ホモジナイズド光学系１Ａにおけるレーザ光の多重分割、重畳照射によって２次光源が生成され、かつプロファイルの均一化を図っている。すなわち、２次光源の長手方向は、トップフラットのＢＬａ、ＢＬｂ、ＢＬｃおよびＢＬｄで形成される略等脚台形ＢＬのプロファイルである。
ＢＬｃがトップフラットをなしている。
短手方向はＡＳと同様のガウシアンモードに近似のプロファイルＢＳ（ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃに囲繞された領域）である。本発明では、ラインビームの長手方向にのみプロファイルの均一化を行うことにしているので、機能的には十分である。
【００４７】
図５（ｃ）においては、フォーカシング光学系１Ｂの縮小光学制御によってパワー密度を高めたプロファイルとする。すなわち、ＣＬａ、ＣＬｂ、ＣＬｃおよびＣＬｄで形成される略等脚台形ＣＬが２次光源の長手方向は、図５（ｂ）の長手方向より縮小されたプロファイルとなる。また、短手方向はガウシアンモードに近似ながらＢＳよりシャープなプロファイルＣＳ（ＣＳａ、ＣＳｂ、ＣＳｃに囲繞された領域）となっている。
【００４８】
本発明においては、不測の入射方向ずれや入射位置ずれが均一化面におけるプロファイルの均一化の悪化を招かぬよう光軸ずれ防止に十分配慮している（特にホモジナイズド光学系１Ａ）。
【００４９】
ところで、特許文献１の技術に関し、各ファイバからの出射光（これはガウス分布に近いプロファイルである）を直線偏光化されたラインビームに整形する過程において、本質的にホモジナイズ部と偏光制御部は独立的であって、相互関係はない。一方本発明では、シリンドリカルレンズアレイ５とポラライジングコンバータ６間に補完的な相互関係を持たせることによって、ホモジナイズ効果の飛躍的向上と直線偏光化を図り、２次光源を生成すること、その２次光源をもって光学系を再構築することをもって前述の諸課題を解決しつつ、系全体をコンパクトに実装することが可能となる。
【００５０】
本発明の２次光源を生成する構成は、ラインビーム長手/短手幅の可変機能やスポットプロファイルの更なるトップフラット化、マーキング用途で異なるスポット形状への可変機能を要求される場合等に有効に対応し得るものである。
【符号の説明】
【００５１】
１：ラインビーム照射装置、
１Ａ：ホモジナイズド光学系、１Ｂ：フォーカシング光学系、
５：シリンドリカルレンズアレイ、６：ポラライジングコンバータ 、
１１：ビームスプリッタ、１２：λ/４板、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系を有することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項２】
前記ホモジナイズド光学系は、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項３】
前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項４】
前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項５】
前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項６】
前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項７】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するコリメートレンズ、シリンドリカ
ルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズとからなるホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うコリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と、前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系とで構成することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項８】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、ホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、フォーカシング光学系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項９】
前記ホモジナイズド光学系は、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１０】
前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１１】
前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に、直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１２】
前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１３】
前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設する
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１４】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うフォーカシング光学系を有することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項２】
前記ホモジナイズド光学系は、照射対象方向に、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項３】
前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項４】
前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項５】
前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項６】
前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項７】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出射光からなる光源と、前記光源を整形して多重分割、重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成するコリメートレンズ、シリンドリカ
ルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズとからなるホモジナイズド光学系と、前記２次光源による照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うコリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と、前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系とで構成することを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射装置。
【請求項８】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、ホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、フォーカシング光学系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象からの光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項９】
前記ホモジナイズド光学系は、アレイピッチ２ｎのシリンドリカルレンズアレイとアレイピッチｎのポラライジングコンバータを対設して配置ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１０】
前記ホモジナイズド光学系は、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１１】
前記フォーカシング光学系は、照射対象方向に、直線偏光用ビームスプリッタとλ/４板を対設して配置することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１２】
前記フォーカシング光学系は、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１３】
前記フォーカシング光学系は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するとともに、オートフォーカス制御系と出力測定系を付設する
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【請求項１４】
レーザ光を入射させた光ファイバアレイの出力光を光源とし、ホモジナイズド光学系とフォーカシング光学系とからなる光学系のうち、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズアレイ、ポラライジングコンバータ及びコンデンサレンズを、照射対象方向に順次配置して構成するホモジナイズド光学系において、上記光源を整形して多重分割と重畳照射によるプロファイルの均一化と直線偏光化を実施して２次光源を生成し、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、直線偏光用ビームスプリッタ、λ/４板及び対物レンズを、照射対象方向に順次配置した構成するフォーカシング光学系と前記フォーカシング光学系に付設するオートフォーカス制御系と出力測定系において、前記２次光源の照射対象への照射、前記照射対象から光源への戻り光の遮断及び制御信号用ビームの抽出を行うことを特徴とする光ファイバアレイを用いたラインビーム照射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３０５７５（Ｐ２０１３−３０５７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４９３０（Ｐ２０１１−１６４９３０）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００２３３０３３）日立コンピュータ機器株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００２３３０３３）日立コンピュータ機器株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
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