(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工面（７，７１，７２，７３）における線形の強度分布（２８）を生成するためのビーム形成装置であって、
レーザビーム（８）を出射することができるレーザ光源（１）と、
レーザビーム（８）を加工面（７，７１，７２，７３）における線形の強度分布（２８）に移すことができる光学手段と、
加工面における線形の強度分布に影響を及ぼすためのレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）とを有し、
加工面における線形の強度分布に影響を及ぼすためのレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）は、レーザビーム（８）の伝播方向（ｚ）に移動可能なレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）を有し、移動可能なレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）の位置の変化によって、強度プロファイルが、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な方向において、トップハット形状（３８）から、相対的に鋭い最大値を有する形状（３９）に移行することを特徴とする装置。
【請求項２】
移動可能なレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）は、シリンダレンズとして形成され、そのシリンダ軸は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に合致することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
レーザビーム（８）の伝播方向（ｚ）において移動可能なレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）後段に配置されるテレスコープをさらに有し、該テレスコープは、少なくとも２つのさらなるレンズ手段（２７，４０）から形成され、該さらなるレンズ手段は、少なくとも、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な方向（ｙ）に、屈折力を有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも２つのさらなるレンズ手段（２７，４０）はそれぞれ、シリンダレンズとして形成され、そのシリンダ軸は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に合致することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）が１よりも大きく、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）が１よりも大きいとき、レーザ光源（１）は、マルチモードレーザビーム（８）を出射することができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
ビーム変換手段（３）を有し、該ビーム変換手段は、レーザビーム（８）またはレーザビーム（８）の部分ビーム（１４）を、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）が大きくなり、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）が小さくなるように、変換可能なように、前記装置に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
ビーム変換手段（３）は、レーザビーム（８）またはレーザビーム（８）の部分ビーム（１４）を、レーザビーム（８）または各部分ビーム（１４）の、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）および／または空間的コヒーレンス特性を、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）および／または空間的コヒーレンス特性と置き換えるように、変換可能であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
ビーム変換手段（３）は、レーザビーム（８）または個々の部分ビーム（１４）をレーザビーム（８）の伝播方向（ｚ）まわりに０°でない角度だけ回転させることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
ビーム変換手段（３）は、レーザビーム（８）または個々の部分ビーム（１４）をレーザビームの伝播方向（ｚ）まわりに９０°だけ回転させることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ビーム変換手段（３）は、変換されるべき個々の部分ビーム（１４）の、レーザビーム（８）の伝播方向（ｚ）に垂直な断面が、レーザビーム（８）の伝播方向（ｚ）に垂直な軸に関して、鏡像反転されるように、個々の部分ビーム（１４）を変換可能であることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項１１】
移動可能なレンズ手段（３７，３７１，３７２，３７３）は、レーザビームの伝播方向（ｚ）においてビーム変換手段（３）後段に配置されることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
レーザビーム（８）を複数の部分ビーム（１４）に分割するためのビーム分割手段（２，２’）をさらに有し、該ビーム分割手段は、レーザビームの伝播方向（ｚ）においてビーム変換手段（３）前段に、レーザビームをフーリエ変換することができるように配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
ビーム変換手段（３）は、ビーム分割手段（２，２’）後段に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
ビーム変換手段（３）は、ビーム分割手段（２’）の出射側フーリエ平面に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ビーム分割手段（２’）は、少なくとも１つのシリンダレンズアレイ（３３，３４）を有することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
ビーム分割手段（２’）は、２つの、レーザビームの伝播方向（ｚ）に相互に間隔をあけたシリンダレンズアレイ（３３，３４）を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
この２つの、レーザビームの伝播方向（ｚ）に相互に間隔をあけたシリンダレンズアレイ（３３，３４）の間隔は、第１のシリンダレンズアレイ（３３）のシリンダレンズ（３５）の焦点距離（ｆ３５）に対応することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
レーザビーム（８）を均質化するための均質化手段（５）を有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
ビーム変換手段（３）による変換後の個々の部分ビーム（１７）を統合することができるビーム統合手段（４）を有することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
レーザ光源（１）は、半導体レーザとして実施されないことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、２よりも大きく、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）は、２よりも大きいことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、４よりも大きく、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）は、４よりも大きいことを特徴とする請求項１〜２１に記載の装置。
【請求項２３】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、６よりも大きく、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）は、６よりも大きいことを特徴とする請求項１〜２２に記載の装置。
【請求項２４】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）の最大１０倍大きいことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）の最大５倍大きいことを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）の最大２倍大きいことを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
ビーム変換前のレーザ光源（１）のレーザビーム（８）において、線形の強度分布（２８）の延びる方向である第１の方向（ｘ）に関する回折限界倍数（Ｍｘ２）は、線形の強度分布（２８）の延びる方向に垂直な第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数（Ｍｙ２）に等しいことを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
レーザ光源（１）は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザとして実施されることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従ったビーム形成のための装置に関する。
【０００２】
定義：レーザビームの伝播方向においては、レーザビームの平均伝播方向を意味する。特に、平面波でない場合、または少なくとも部分的に発散性である場合。光ビーム、部分ビームまたはビームについては、別段の記載がされない限り、幾何学上の光学系の理想的ビームではなく、現実のレーザビーム。たとえば、無限小の小さなビーム断面ではなく、拡大されるビーム断面を示すガウシアンプロファイルまたは変形されたガウシアンプロファイルを有するレーザビーム。
【背景技術】
【０００３】
従来より、初めに述べられたタイプの装置が知られている。このタイプの装置の典型的なレーザ光源は、たとえば、Ｎｄ−ＹＡＧ−レーザ、またはエキシマレーザである。たとえば、シングルモードレーザとして稼働しないＮｄ−ＹＡＧ−レーザは、８〜２５の回折限界倍数（ビーム質ファクタ）Ｍ２を示す。回折限界倍数Ｍ２は、レーザビームの質を示す値である。たとえば純粋なガウシアンプロファイルを有するレーザビームの回折限界倍数Ｍ２は１を示す。回折限界倍数Ｍ２はレーザビームのモード数にほぼ対応する。
【０００４】
回折限界倍数Ｍ２は、レーザビームのフォーカシング性に影響する。ガウシアンプロファイルを有するレーザビームの場合、フォーカス領域における厚みｄ、すなわちビームくびれは、フォーカシングされるべきレーザビームの波長λに比例し、フォーカシングされるべきレンズの開口率に反比例する。フォーカシング領域におけるレーザビームの厚みについては、以下の式が適用される。
【０００５】
【数１】
0005395804.tif 000002
【０００６】
ガウシアン形状プロファイルを有さない、または１より大きい回折限界倍数Ｍ２を有するレーザビームの場合、フォーカシング領域における最小厚み、またはフォーカシング領域におけるビームくびれは、さらにまた以下の式に従った回折限界倍数に比例する。
【０００７】
【数２】
0005395804.tif 000003
【０００８】
レーザビームは、回折限界倍数が大きくなればなるほどフォーカシングが悪くなることも示されている。ここで、レーザビームの伝播方向に垂直な第２の方向に関して回折限界倍数Ｍ２はかなり大きいことに注目しておくべきである。この場合、第１の、たとえばｘで表される方向についての回折限界倍数Ｍｘ２と、第１の方向ｘに垂直な第２の、たとえばｙで表される方向についての回折限界倍数Ｍｙ２との間では異なる。回折限界倍数Ｍｘ２は、回折限界倍数Ｍｙ２よりも大きいことも小さいこともある。
【０００９】
さらにまた、技術水準においては、レーザビームはフォーカシングの前に加工面内へと規則的に均質化される。これはたとえば、多くのレンズを有するレンズアレイによって、レーザビームがレンズを通過して複数の部分ビームに分割されるように行われる。いずれにせよ、部分ビームの数は任意に大きくできないことが明らかになっている。なぜなら、とても大きな数の部分ビームの場合、加工面における部分ビームが重畳する際に、ビーム間の干渉によって高周波振動が起きるからである。これは加工面におけるビーム品質の悪化につながる。このような高周波振動が発生する基準は、伝播方向に垂直な方向におけるレーザビームの空間的コヒーレンスである。この空間的コヒーレンスが悪くなればなるほど、高周波振動に重畳することなく、光をより多くの数の部分ビームに分割され得る。事情によっては、回折限界倍数Ｍ２、すなわちＭｘ２またはＭｙ２は、空間的コヒーレンスを指示するものであり、したがって、回折限界倍数が大きい場合、多くの数の部分ビームに分割することが可能である。
【００１０】
種々の適用において、線形フォーカシング領域の延びる方向に対して垂直な方向における、いわゆるトップハットプロファイルに相応する強度分布が望ましい。他の適用の場合、鋭い最大強度を有する強度分布が好ましい。
【発明の概要】
【００１１】
このようなことから、本発明は、線形のフォーカシング領域の延びる方向に対して垂直な方向における強度分布に影響を及ぼすことが可能であるように、冒頭において述べたタイプの装置をさらに開発することを課題とする。
【００１２】
これは、発明に従えば、請求項１の特徴を有する冒頭において述べたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は、本発明の好ましい実施形態に該当する。
【００１３】
請求項１に従えば、加工面における線形の強度分布に影響を及ぼすためのレンズ手段、特にレーザビームの伝播方向に移動可能なレンズ手段を有し、レーザビームの伝播方向におけるレンズ手段の位置の変化によって、強度プロファイルが、線形の強度分布の延びる方向に垂直に変化することができる装置が提供される。
【００１４】
特に、レーザビームの伝播方向におけるレンズ手段の位置の変化によって、強度プロファイルが、トップハット形状から、相対的に鋭い最大値を有する形状に移行してもよい。これによって、適用に応じて、適切な強度プロファイルを選択することができる。
【００１５】
レーザビームの伝播方向において移動可能なレンズ手段後段に配置されるテレスコープをさらに有し、該テレスコープは、少なくとも２つのさらなるレンズ手段から形成され、該さらなるレンズ手段は、少なくとも、線形の強度分布の長さ方向に延びる方向に垂直な方向に、屈折力を有する装置を提供してもよい。このようなテレスコープによって、レーザビームを移動可能なレンズ手段の出射側焦点面に有する強度プロファイルを加工面に移すことができる。その場合、テレスコープは特に線形の強度分布の長さ方向に延びる方向に垂直な方向におけるビームくびれを低減することができる。
【００１６】
レーザビームの伝播方向に垂直な第１の方向に関する回折限界倍数Ｍｘ２が１よりも大きく、伝播方向に垂直な第２の方向に関する回折限界倍数Ｍｙ２が１よりも大きいとき、レーザ光源は、マルチモードレーザビームを出射することができることが提供されてもよい。
【００１７】
装置がビーム変換手段をさらに有し、該ビーム変換手段は、レーザビームまたはレーザビームの部分ビームを、第１の方向に関する回折限界倍数が大きくなり、第２の方向に関する回折限界倍数が小さくなるように、変換可能なように、装置に配置されてもよい。
【００１８】
ビーム変換手段は、レーザビームまたはレーザビームの部分ビームを、レーザビームまたは各部分ビームの第１の方向に関する回折限界倍数および／または空間的コヒーレンス特性を、第２の方向（ｙ）に関する回折限界倍数および／または空間的コヒーレンス特性と置き換えるように、変換可能である。
【００１９】
このようにして、２つの方向の一方に対する回折限界倍数はビーム変換前よりも明らかに小さくしてもよく、これに対し、ビーム変換後の２つの方向の他方に対する回折限界倍数はビーム変換前よりも明らかに大きくしてもよい。またこのことが、レーザビームを複数の部分ビームに分割する理由である。このような分割は、ビーム変換手段において、または別個のビーム変換手段前段に配置されるビーム分割手段において行われてもよい。その際、伝播方向に垂直な２つの方向の一方に関して回折限界倍数は、特に、分割した部分ビームの数によって、小さくしてもよいことは、明らかである。
【００２０】
一方の方向に関する回折限界倍数は、明らかに小さく、１以下であり、他方の方向に関する回折限界倍数は、ビーム変換前の状態に比べて、大きいことが達成される。しかし、発明に従う装置によって、加工面に非常に細い線を形成しなければならない場合、線の長さ方向に延びる方向に垂直な方向に、非常に小さなビームくびれに基づく非常に良好なフォーカシングを生じることができる。したがって、このような方向に関する非常に小さな回折限界倍数の場合、非常に細い線形プロファイルが得られる。特に、このとき、トップハットプロファイルを有する非常に限定された強度分布を生じることができる。このとき、同時に、線の長さ方向に延びる方向に関する回折限界倍数は明らかに大きく、不利ではないと実証され、線の長さ方向にフォーカシングがないまたは強くないことが望ましい。逆に、線の長さ方向における回折限界倍数の増大によって、通常、このような方向における空間的コヒーレンスは明らかに小さくなる。しかし、これは、このような長さ方向に非常に多くの相互に隣接して配置されるレンズを有する均質化すべきレンズアレイを、加工面における高周波振動のような望ましくない干渉効果を生じることなく用いることができる。したがって、発明に従う装置によって、線の長さ方向における追加のより良好な均質性を達成することができる。
【００２１】
前記装置がレーザビームを複数の部分ビームに分割するためのビーム分割手段をさらに有し、該ビーム分割手段は、特に、レーザビームの伝播方向においてビーム変換手段前段に、レーザビームをフーリエ変換することができるように配置されることが提供されてもよい。
【００２２】
その場合、ビーム分割手段後段のビーム変換手段は、特に、ビーム分割手段の出射側フーリエ面に配置される。フーリエ変換によって、線形強度分布の延びる方向に垂直な方向に関して、ガウシアン形状から外れた強度プロファイルを実現することを達成することが可能である。たとえば、トップハットプロファイル、または比較可能な鋭い最大値を有するプロファイルを得ることが可能である。特に、フーリエ変換によって、加工面において、ビーム変換手段から生じる部分ビームの近視野結像が生じることを達成可能である。
【００２３】
ビーム変換手段は、このようなものとして、技術水準、たとえば、ＥＰ１００６３８２Ａ１、ＥＰ１６１７２７５Ａ１、およびＥＰ１５２８４２５Ａ１から知られる。速軸方向の回折限界倍数Ｍｙ２が非常に小さく、遅軸方向の回折限界倍数Ｍｘ２が非常に大きな半導体レーザの非常に不均質なレーザビームは、レーザビームがビーム変換と適切なコリメーションとの後に、２方向において比較可能なビーム品質を示すように変換される。本発明の場合、両方向に関する、変換の前とそれほど異ならない、または少なくともほぼ同じ大きさの回折限界倍数Ｍｙ２、またはＭｘ２を示す、知られたビーム変換手段において逆の作用のために利用されるレーザビームは、ビーム変換の後に、回折限界倍数が、両方向の一方方向に関して、他方方向に関する回折限界倍数から明らかに異なるように変換される。
【００２４】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した好ましい実施形態についての以下の説明によって明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発明に従った装置の概略図を示す。
【図２ａ】発明に従った装置のビーム分割手段の平面図を示す。
【図２ｂ】図２ａに従ったビーム分割手段の側面図を示す。
【図２ｃ】図２ａおよび図２ｂに従ったビーム分割手段を通過後のレーザビームの断面を示す。
【図３ａ】発明に従った装置のビーム変換手段の平面図を示す。
【図３ｂ】図３ａに従ったビーム変換手段の側面図を示す。
【図３ｃ】図３ａに従ったビーム変換手段の斜視図を示す。
【図３ｄ】図３ａ〜図３ｃに従ったビーム変換手段通過後のレーザビームの断面図を示す。
【図４ａ】発明に従った装置のビーム分割手段の平面図を示す。
【図４ｂ】図４ａに従ったビーム統合手段の側面図を示す。
【図４ｃ】図４ａおよび図４ｂに従ったビーム統合手段を通過後のレーザビームの断面を示す。
【図５ａ】発明に従った装置の均質化手段およびフォーカシング手段の平面図を示しす。
【図５ｂ】図５ａに従った均質化手段およびフォーカシング手段の側面図を示す。
【図６】発明に従った装置を通過する前のレーザビームの断面図を示す。
【図７】加工面における、または発明に従った装置を通過後の、レーザビームの断面を示す。
【図８】発明に従った装置の、ビーム変換手段と、均質化手段と、発明に従った装置のビーム統合手段の第２実施形態とを示す。
【図９ａ】後段に設けられるビーム変換手段を有する発明に従った装置のビーム分割手段の第２実施形態の平面図を示す。
【図９ｂ】図９ａに従ったビーム分割手段とビーム変換手段との側面図を示す。
【図１０】第１の強度プロファイルを概略的に示す。
【図１１】第２の強度プロファイルを概略的に示す。
【図１２】発明に従った装置のさらなる実施形態のビーム変換手段と加工面との間の領域における概略的側面図を示す。
【図１３ａ】図１２に対応する図であって、強度プロファイルへの影響をみるためのレンズ手段の３つの異なる位置が表された図を示す。
【図１３ｂ】レンズ手段前段の強度プロファイルを概略的に示す。
【図１３ｃ】レンズ手段の第１の位置に対応する加工面の強度プロファイルを示す。
【図１３ｄ】レンズ手段の第２の位置に対応する加工面の強度プロファイルを示す。
【図１３ｅ】レンズ手段の第１の位置に対応する加工面の強度プロファイルを示す。
【図１４ａ】図１２に対応する図であって、強度プロファイルへの影響をみるためのレンズ手段の３つの異なる位置が表された図を示す。
【図１４ｂ】レンズ手段前段の強度プロファイルを概略的に示す。
【図１４ｃ】レンズ手段の第１の位置に対応する、加工面における強度プロファイルを概略的に示す。
【図１４ｃ】レンズ手段の第２の位置に対応する、加工面における強度プロファイルを概略的に示す。
【図１４ｅ】レンズ手段の第３の位置に対応する、加工面における強度プロファイルを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図のいくつかにおいては、よりよく位置づけるために、デカルト座標系が描かれている。
【００２７】
図１から概略的に明らかであるように、発明に従った装置は、レーザ光源１と、ビーム分割手段２と、ビーム変換手段３と、ビーム統合手段４と、均質化手段５と、レンズ６とを有し、該レンズ６は、加工面７において、レーザビームの線形強度プロファイルを発生させることが可能である。
【００２８】
レーザ光源１は、Ｎｄ−ＹＡＧ−レーザまたはエキシマレーザとして実施される。その場合、たとえばＮｄ−ＹＡＧ−レーザは、基本周波数、またはその２倍、または３倍、またはさらなる整数倍で駆動することが可能である。図６には、レーザ光源１から出射されるレーザビーム８は、たとえば円形の断面を有する。さらにまた、図６に示めされるように、レーザビーム８は、ｘ方向にもｙ方向にも、回折限界倍数がＭｘ２＝Ｍｙ２＝４となる。
【００２９】
ビーム分割手段２の詳細は、図２ａおよび図２ｂから明らかである。ビーム分割手段２には、交差された２面シリンダレンズ１０，１１とからなる望遠鏡９が直列配置されている。望遠鏡９は、ｘ方向にレーザビーム８を拡げ、ｙ方向にレーザビーム８を狭める（図２ａおよび図２ｂ参照）。
【００３０】
ビーム分割手段２は、シリンダレンズアレイとして形成され、シリンダレンズアレイのシリンダ軸は、ｙ方向に延びる。特に、凸状円筒面１２のアレイが、ビーム分割手段の入力面上に、凹状円筒面１３のアレイがビーム分割手段の出力面上に設けられる。これらの円筒面の焦点距離を適切に選択することによって、ビーム分割手段２から、４つの、ｘ方向に互いに離間された部分ビーム１４を出力させることが可能である。図２ｃは、これらの部分ビーム１４が、正方形の断面を有することを示している。
【００３１】
いずれにせよ、４つの円筒面１２よりも多くの面を設けることも、４つの円筒面１２よりも少ない円筒面を設けることも可能であり、したがって、４つの部分ビーム１４よりも多くの、またはそれよりも少ない部分ビームが生じる。たとえば、８または１３の円筒面１２，１３を設けることが可能である。
【００３２】
さらにまた図２ｃおいて、各部分ビーム１４のｘ方向の回折限界倍数はＭｘ２＝１となり、ｙ方向においてはＭｘ２＝４となることがわかる。まとめると、ｘ方向については、４つの部分ビーム１４全部についてｘ方向については、回折限界倍数Ｍｘ２＝４となる。
【００３３】
このように各部分ビーム１４に分割されたレーザビームは、図３ａおよび図３ｃから明かなビーム変換手段３に入射する。ビーム変換手段３は、ビーム変換手段３の入射面には凸状円筒面１５のアレイを有し、出射面には凸状円筒面１６のアレイを有するシリンダレンズアレイを含む。その場合、円筒面１５，１６のシリンダ軸は、ｙ方向またはｘ方向に対してα＝４５°で傾いている。ビーム変換手段３を通過する場合、各部分ビーム１４は、伝播方向ｚに対して平行な面に映されて現れるように変換される。図２ｃおよび図３ｄに示されるように、部分ビーム１４は変換された部分ビーム１７に変えられる。その場合、図２ｃ左の部分ビーム１４、または図３ｄ左の部分ビーム１７には、各辺に文字ａ，ｂ，ｃ，ｄが付されている。これらの文字ａ，ｂ，ｃ，ｄの交換が、これらの部分ビーム１４，１７の対角線での鏡像に対応するモデルに従って行われる。この変換は、辺ａ，ｃの引き続く交換によるｚ方向回りの９０°の回転として表すことも可能である。
【００３４】
図３ｄから明らかなように、部分ビーム１７の回折限界倍数は、部分ビーム１４のものとは異なる。特に、部分ビーム１７のそれぞれの場合、ｘ方向についての回折限界倍数Ｍｘ２は４に等しく、ｙ方向についての回折限界倍数Ｍｙ２は１に等しい。４つの部分ビーム１７すべてについてｘ方向に関しては回折限界倍数Ｍｘ２は合計１６に等しくなる。
【００３５】
ビーム変換手段３を通過した後、各部分ビーム１７はビーム統合手段４上に当たる。ビーム統合手段４は、ビーム分割手段２に対応して、ビーム統合手段４の入射面上の凹状円筒面１８のアレイと、ビーム統合手段４上の出射面上の凸状円筒面１９のアレイとによって形成される。ビーム統合手段４に続いて、さらに光路内にテレスコープ２０が設けられ、テレスコープ２０は、適切に配置されたシリンダレンズ２１，２２を介してビームをy−方向に拡げる。
【００３６】
図４ｃは、ビーム統合手段４とテレスコープ２０を通過した後のレーザビーム２３の断面を示す。レーザビーム２３は、正方形の断面を有する各レーザビームであることが分かる。特に、ｘ方向の回折限界倍数Ｍｘ２は１６であり、ｙ方向Ｍｙ２は１である。
【００３７】
ビーム統合手段を設けないことも可能である。さらにまた、テレスコープ２０を廃することも可能であり、またはテレスコープ２０を、ｘ方向に延びるシリンダ軸を有する他の形態のレンズと代えることも可能である。このような形状の例は、図１２〜図１４ｅに示されている。
【００３８】
このレーザビーム２３は、２つの並行して配置されたシリンダレンズアレイ２４，２５として形成される均質化手段５を通過する。シリンダレンズアレイ２４，２５は、ｚ方向においてシリンダレンズのおよそ焦点距離だけ互いに離れて配置される。ビーム変換とそれに伴う回折限界倍数Ｍｘ２の４から１６への増大とのゆえに、ｘ方向には、１６までのシリンダレンズ２４，２５を並行して配置することが可能であり、不所望な干渉作用が加工面７に生じない。
【００３９】
均質化手段５を通過した後、レーザビームは、２つの互いに離間して設けられるシリンダレンズとして形成されるレンズ手段２６，２７によるレンズ配置６を通過する。シリンダレンズとして形成される第１のレンズ手段２６のシリンダ軸はｙ方向に延び、シリンダレンズとして形成される第２のレンズ手段２７のシリンダ軸はｘ方向に延びる。レーザビームは、加工面７において線形の強度分布２８が生じるようにレンズ配置６によってフォーカシングされるだけでなく（図７参照）、シリンダレンズ２４，２５のために異なる、および／または同じ方向に伝播するレーザビームの各部分ビームが加工面７において重畳する。これは、視野レンズとして働き、かつ加工面においてレーザビームに重なるシリンダレンズアレイとそれに続くレンズによる、均質化のための知られた原理である。したがって、レンズ配置６は、フォーカシング手段として働き、均質化に寄与する。
【００４０】
加工面７における線形強度分布２８は、たとえば図７から分かる。この線形強度分布２８が概略的に示され、１０ｍｍ〜１０００ｍｍの長さＩ、たとえば約１００ｍｍの長さ、１μｍ〜１００μｍの厚みｄ、たとえば約１０μｍを有することが可能である。また、発明に従った装置では、マルチモードレーザ光源が利用された場合にも、フォーカス領域を、非常に厚みが小さく、場合によっては一層細く深いものにすることが可能である。いずれにせよ、強度分布２８の厚みを１０μｍよりも小さくすることが可能である。たとえばこれは、利用されるレンズの開口率に依存している。
【００４１】
Ｙ方向、すなわち線形強度分布２８の延びる方向に対して垂直な方向においては、レーザビームは、ガウス分布、またはトップハット分布、または任意の他の分布とすることが可能である。
【００４２】
図８は、ビーム統合手段のさらなる実施形態を示す。このビーム統合手段は、フーリエレンズとして働くレンズ手段２９を有する。すなわち、ビーム変換手段３の出射面３０は、入射側フーリエ面、またはレンズ手段２９の焦点面に配置され、均質化手段５の入射面３１は、出射側のフーリエレンズ、またはレンズ手段２９の焦点面に配置される。すなわち、ビーム変換手段３の出射面３０における強度分布の均質化手段５の入射面３１へのフーリエ変換が行われる。
【００４３】
同時に、図８において２つ表されている各部分ビーム１７は、均質化手段５の入射面３１において互いに重なる。各部分ビーム１７は異なる方向から入射面３１に入射するという事実のゆえに、特に、部分ビーム１７の数とそれに伴うビーム変換手段３の円筒面１６の数に対応する要素について、均質化手段５のシリンダレンズ２４，２５の数を少なくすることが可能である。
【００４４】
レンズ手段２９は、単独のレンズ、または複数のレンズとして実施することが可能である。レンズ手段２９を複数のレンズによって形成した場合、これらは、ビーム変換手段３の出射面３０がレンズ手段２９の入射側のシステム焦点面に配置され、均質化手段５の入力面３１がレンズ手段２９の出射側システム焦点面に配置されるように、装置に設けられる。
【００４５】
さらにまた、レンズ手段２９のレンズがシリンダレンズとして形成される場合、そのシリンダ軸はＹ方向に延びる。
【００４６】
図８においては、Ｙ方向に関するレーザビームのコリメーションのためのレンズ手段３２が破線で描かれている。これらのレンズ手段３２は任意であり、ビーム変換手段３とレンズ手段２９との間に配置することが可能である。レンズ手段３２は、単独のレンズまたは複数のレンズとして形成することが可能である。さらにまた、レンズ手段３２のレンズは、シリンダ軸がＸ方向に延びるシリンダレンズとして実施することが可能である。
【００４７】
図９ａおよび図９ｂに、ビーム分割手段２´の第２の実施形態を示す。このビーム分割手段２’は、２つのシリンダレンズアレイ３３，３４を含む。第１のシリンダレンズアレイ３３は、出射側に、Ｘ方向に並列して配置された複数の凸状シリンダレンズ３５を有し、それらのシリンダ軸はＹ方向に延びる。第２のシリンダレンズアレイ３４は、入射側にＸ方向に並列して配置された複数の凸状シリンダレンズ３６を有し、そのシリンダ軸もＹ方向に延びる。シリンダレンズアレイ３３，３４間の距離は、第１のシリンダレンズアレイ３３のシリンダレンズ３５の焦点距離ｆ３５に相当する。
【００４８】
このようにして、レーザビーム８のフーリエ変換を行うことが可能で、特に、ビーム変換手段３は、ビーム分割手段２’の出射側フーリエ面に配置される。フーリエ変換によって、加工面７においては、Ｙ方向に、または線形強度分布２８の延びる方向に垂直な方向に、たとえば図１０に示されるようなトップハット形状３８を有する強度プロファイルが得られる。
【００４９】
比較できる強度プロファイルは、シリンダレンズとして実施され、ビーム変換手段３の後段、または均質化手段５の後段に配置されるレンズ手段３７を介するビーム分割手段２，２’の形状次第とすることが可能である。レンズ手段３７のシリンダ軸は、Ｘ方向に延びる（図９ａおよび図９ｂ参照）。
【００５０】
特に、レンズ手段３７がレーザビームの伝播方向Ｚに移動可能である変形例が好適である。レンズ手段３７のＺ位置を変えることによって、加工面においてＹ方向、または線形強度分布２８の延びる方向に対して垂直な方向において得られる強度プロファイルへの影響を及ぼすことが可能である。たとえば、レンズ手段３７のＺ−位置を変えることによって、トップハット形状３８を有する強度プロファイルから比較的鋭い最大値を有するフォーム３９を有する強度プロファイルに変更することが可能である（図１１参照）。このような強度プロファイルはいくつかの利用において特に好適であることが実証された。
【００５１】
図１２〜図１４ｅにおいては、図１〜図１１のように、同じ部分には同じ参照符号を付している。図１２、図１３、および図１４ａにおいては、記載された光学要素間の光の伝播方向における距離は、寸法どおりに再現されているわけではない。
【００５２】
図１２は、ビーム変換手段３よりも後段の領域を示している。図示された実施形態において、シリンダレンズ２１，２２の代わりに、シリンダレンズとして形成される２つの凸状レンズ手段３７，４０が設けられ、それらのシリンダ軸は、Ｘ方向に延びる。レンズ手段３７，４０は、Ｙ方向加工面、または線形強度分布２８の延びる方向に垂直な方向において得られる強度プロファイルに影響することが可能である。レンズ手段３７の場合、たとえば図９ａおよび図９ｂに示された、移動可能なレンズ手段３７の問題である。
【００５３】
均質化手段５と、シリンダレンズとして形成されるレンズ手段２６とは、図１２においては単に破線で示されている。なぜなら、それらのシリンダ軸は、ｙ方向に延び、したがって、これらのレンズは、加工面７においてＹ方向に、または線形強度分布２８の延びる方向に垂直な方向において得られる強度プロファイルに影響を及ぼさない。さらにまた、シリンダレンズとして形成されるレンズ手段２７と加工面７とが示されている。
【００５４】
たとえば、レンズ手段３７は３０ｍｍの焦点距離ｆ３７、レンズ手段４０は１０００ｍｍの焦点距離ｆ４、およびレンズ手段２７は３０ｍｍの焦点距離ｆ２７を有する。図１２に概略的に示すように、レンズ手段４０とレンズ手段２７との間の距離は、レンズ手段４０とレンズ手段２７との焦点距離ｆ４０，ｆ２７の合計ｆ４０＋ｆ２７に対応し、すなわち、たとえば１０３０ｍｍである。レンズ手段４０とレンズ手段２７とは、したがって、テレスコープを形成し、該テレスコープはレンズ手段４０の前段に存在する強度分布を加工面７内に伝達することが可能である。この場合、焦点距離の比ｆ４０／ｆ２７＝３３のゆえに、ビームフィールドの拡大の伝達が小さくなる、またはテレスコープ前の領域から加工面７へとレーザビームがくびれることになる。たとえば、これによって、Ｙ方向における、または２０μｍの線形強度分布２８の延びる方向に垂直な方向における、ビームのくびれの拡大が生じる。
【００５５】
図１３ａには、レンズ手段３７の移動の影響が示される。ここで、３７１，３７２，３７３は、異なる位置におけるレンズ手段を示す。さらに、４１１，４１２，４１３はレンズ手段３７の異なる位置から生じたレンズ手段３７の出射側焦点面を示す。さらに、７１，７２，７３は、そこから生じた加工面７の移動を示す。
【００５６】
図９ａおよび図９ｂに示されるようなビーム分割手段２’の構成の場合、レンズ手段３７の入射側焦点面に、図１３ｂに示されるようなＹ方向における強度分布が生じる。この強度分布は、関数Ｆ（ｘ）＝（ｓｉｎ（ｘ））／ｘに対応する。このような関数Ｆ（ｘ）はトップハット強度分布のフーリエ変換である。このことは、第１の位置にあるレンズ手段３７１の出射側焦点面（図１３ａ参照）に、すなわちレンズ手段３７１によるフーリエ変換後に、トップハット強度分布に対応するＹ方向における強度分布が存在することを意味する。このようなトップハット分布は、レンズ手段４０とレンズ手段２７とによって形成されるテレスコープによって、加工面７１に移される。したがって、加工面７１には、図１３ｃに示されるように、Ｙ方向または線形の強度分布２８の長さ方向に延びる方向に垂直な方向におけるレーザビームがトップハット分布を有する。
【００５７】
レンズ手段３７１の、レンズ手段に参照符号３７２を与えた第２の位置への移動は、出射側焦点面の参照符号４１２が与えられた位置への移動を生じさせる。それに応じて、加工面は、同様に、参照符号７２を与えた位置にわずかに移動する。レンズ手段３７の第２の位置への移動によって、加工面７２の強度プロファイルの図１３ｄに従う分布への変化を達成することが明らかである。このような分布は、（ｓｉｎ（ｘ））／ｘに従う実質的な分布に対応する。
【００５８】
レンズ手段３７２の、レンズ手段に参照符号３７３を与えた第３の位置へのさらなる移動は、出射側焦点面の参照符号４１３が与えられた位置への移動を生じさせる。それに応じて、加工面は、同様に、参照符号７３を与えた位置にわずかに移動する。レンズ手段３７の第３の位置への移動によって、加工面７３の強度プロファイルの図１３ｅに従う分布への変化を達成することが明らかである。このような分布は、同様に、（ｓｉｎ（ｘ））／ｘに従う実質的な分布に対応し、もちろん、図１３ｄに従う分布に比べてＹ方向におけるビームくびれの大きさはわずかに減少される。
【００５９】
レンズ手段４０およびレンズ手段２７によって形成されるテレスコープの拡大または縮小特性のゆえに、レンズ手段３７の第１の位置から第２または第３の位置への移動によって、加工面は７１から７２または７３へのほとんど目立たない程度の移動しか生じない。たとえば、上記の焦点距離の場合、３７２または３７３で示された位置へのレンズ手段３７の２００ｍｍの移動は、加工面においてはより小さな移動をもたらす。したがって、７１から７２または７３への移動は、単に０．１８ｍｍの移動にしかならないであろう。このような移動は、実際には無視できる程度のものである。
【００６０】
図１４ａ〜図１４ｅは、図１３ａ〜図１３ｅに対して比較可能な場合を示し、それにおいては、レンズ手段３７の入射側の焦点面におけるｙ方向の強度分布は、図１４ｂに従った分布と、したがってトップハット分布とに対応する。このような分布は、ビーム分割手段２が、図２ａおよび図２ｂのように形成される場合、たとえば、レンズ手段３７の入射側焦点面にある。第１の位置にあるレンズ手段３７１においては場合、（ｓｉｎ（ｘ））／ｘ分布に対応する、出射側焦点面４１１における強度分布が生じる。加工面７１においても対応する分布が生じる（図１４ｃ参照）。
【００６１】
３７２および３７３の番号が付された、第２または第３の位置へのレンズ手段３７の移動により、図１４ｄおよび図１４ｅに従った、加工面７２，７３における分布が生じる。また、レンズ手段３７の入射側の焦点面におけるトップハット分布の場合にも、図１３ａ〜図１３ｅに従った場合と比較可能な強度分布（図１４ｃ〜図１４ｅ参照）を加工面７１，７２，７３において得ることができることが示される。
【００６２】
レンズ手段３７は、単独のシリンダレンズ、または複数のレンズから構成することが可能である。さらにまた、レンズ手段４０も、単独のシリンダレンズ、または複数のレンズから構成することが可能である。さらにまた、レンズ手段２７も単独のシリンダレンズ、または複数のレンズから構成することが可能である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１３ｅ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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