(57)【要約】【課題】複数の光源から出射した光線束を、ホモジナイズ面上に均一化させて入射させる新たな構成の均一化光学装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の前段レンズアレイのレンズの各々に対応して後段レンズアレイのレンズが配置されている。第１及び第２の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束が、後段レンズアレイの対応するレンズに入射する。第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束の経路、及び第２の前段レンズアレイを通過した光線束の経路の双方と交差するように選択反射手段が配置される。第１の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分と、第２の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分とが空間的に分離されている。選択反射手段は、第１の前段レンズアレイを通過した光線束を透過させ、第２の前段レンズアレイを通過した光線束を反射させるように、透過領域と反射領域とが空間的に分離して設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の仮想平面に沿って複数のレンズが配置された第１の前段レンズアレイと、
第２の仮想平面に沿って複数のレンズが配置され、各レンズを通過した光線束が前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束と交差するように配置された第２の前段レンズアレイと、
第３の仮想平面に沿って複数のレンズが配置された後段レンズアレイであって、前記第１の前段レンズアレイのレンズ及び前記第２の前段レンズアレイのレンズの各々に対応して該後段レンズアレイのレンズが配置され、前記第１の前段レンズアレイ及び第２の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束が、該後段レンズアレイの対応するレンズに入射する後段レンズアレイと、
前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束の経路、及び前記第２の前段レンズアレイを通過した光線束の経路の双方と交差するように配置され、前記第１の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分と、前記第２の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分とが空間的に分離されており、前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束を透過させ、前記第２の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束を反射させるように、透過領域と反射領域とが空間的に分離して設けられている選択反射手段と
を有する均一化光学装置。
【請求項２】
前記後段レンズアレイの後方に配置され、該後段レンズアレイのレンズを通過した光線束を、ホモジナイズ面上にホモジナイズさせるコンデンサレンズを有する請求項１に記載の均一化光学装置。
【請求項３】
前記選択反射鏡のうち前記第１の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する複数の部分と、前記第２の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する複数の部分とが、該選択反射鏡の面内で交互に配列されている請求項１または２に記載の均一化光学装置。
【請求項４】
前記第１の前段レンズアレイの各レンズ及び前記第２の前段レンズアレイの各レンズが収束レンズであり、その焦点位置に前記後段レンズアレイの対応するレンズが配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の均一化光学装置。
【請求項５】
前記選択反射手段の配置された位置における各光線束の断面の面積が、前記第１の前段レンズアレイの各レンズを通過した直後の光線束の断面の面積及び前記第２の前段レンズアレイの各レンズを通過した直後の光線束の断面の面積の半分以下である請求項４に記載の均一化光学装置。
【請求項６】
さらに、前記第１の前段レンズアレイの後方に配置され、該第１の前段レンズアレイから遠ざかるに従って、該第１の前段レンズアレイの各レンズを通過した光線束の中心軸同士の間隔が拡がるように該光線束の進行方向を変える第１の発散レンズと、
前記第２の前段レンズアレイの後方に配置され、該第２の前段レンズアレイから遠ざかるに従って、該第２の前段レンズアレイの各レンズを通過した光線束の中心軸同士の間隔が拡がるように該光線束の進行方向を変える第２の発散レンズと
を有する請求項１〜３のいずれかに記載の均一化光学装置。
【請求項７】
第１の光源から出射された第１の光線束と、第２の光源から出射された第２の光線束とを重畳させる入射光学系と、
第１の仮想平面に沿って複数のレンズが配置され、前記入射光学系で重畳された前記第１の光線束及び第２の光線束が入射する前段レンズアレイと、
前記前段レンズアレイの後方に配置された後段レンズアレイであって、第２の仮想平面に沿い、前記前段レンズアレイのレンズの各々に対応して配置された複数のレンズを含み、前記前段レンズアレイのレンズを通過した前記第１の光線束及び第２の光線束の双方が、前記後段レンズアレイの対応するレンズに入射する後段レンズアレイと
を有する均一化光学装置。
【請求項８】
さらに、前記後段レンズアレイの後方に配置され、該後段レンズアレイのレンズを通過した光線束をホモジナイズ面上にホモジナイズさせるコンデンサレンズを有する請求項７に記載の均一化光学装置。
【請求項９】
前記前段レンズアレイの各レンズが収束レンズであり、前記後段レンズアレイのレンズが、前記前段レンズアレイの対応するレンズの焦点位置に配置されている請求項７または８に記載の均一化光学装置。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の均一化光学装置と、
前記第１の前段レンズアレイにレーザ光を入射させる第１のレーザ光源と、
前記第２の前段レンズアレイにレーザ光を入射させる第２のレーザ光源と
を有するレーザ照射装置。
【請求項１１】
前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源とが共にパルスレーザビームを出射し、
さらに、前記第１のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに同時に到着するように、該第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源を同期させる制御装置を有する請求項１０に記載のレーザ照射装置。
【請求項１２】
前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源とが共にパルスレーザビームを出射し、
さらに、前記第１のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに、該第１のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルス幅よりも短い時間間隔だけずれて到着するように、該第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源を同期させる制御装置を有する請求項１０に記載のレーザ照射装置。
【請求項１３】
前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源とが共にパルスレーザビームを出射し、
さらに、前記第１のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに交互に到着するように、該第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源を同期させる制御装置を有する請求項１０に記載のレーザ照射装置。
【請求項１４】
前記第１のレーザ光源と第２のレーザ光源とは、相互に異なる波長のレーザ光を出射する請求項１０に記載のレーザ照射装置。
【請求項１５】
請求項７〜９に記載の均一化光学装置であって、前記第１の光源及び第２の光源がパルスレーザビームを出射する均一化光学装置と、
前記第１の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに同時に到着するように、該第１の光源及び第２の光源を同期させる制御装置と
を有するレーザ照射装置。
【請求項１６】
請求項７〜９に記載の均一化光学装置であって、前記第１の光源及び第２の光源がパルスレーザビームを出射する均一化光学装置と、
前記第１の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに、該第１の光源から出射されるパルスレーザビームのパルス幅よりも短い時間間隔だけずれて到着するように、該第１の光源及び第２の光源を同期させる制御装置と
を有するレーザ照射装置。
【請求項１７】
請求項７〜９に記載の均一化光学装置であって、前記第１の光源及び第２の光源がパルスレーザビームを出射する均一化光学装置と、
前記第１の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスと、前記第２の光源から出射されるパルスレーザビームのパルスとが、前記後段レンズアレイに交互に到着するように、該第１の光源及び第２の光源を同期させる制御装置と
を有するレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一化光学装置及びレーザ照射装置に関し、特にレンズアレイを用いた均一化光学装置、及びその均一化光学装置を用いたレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームの断面内の光強度分布を均一化するために、レンズアレイを組み合わせたホモジナイザ光学系が用いられる。このホモジナイザ光学系は、レーザ光源から出射されたレーザビームを複数のビームに分割し、分割された各ビームを被照射体の同一領域内に入射させる。被照射体の表面における光強度を強くするためには、レーザ光源の出力を高める必要がある。
【０００３】
特許文献１に、光源をアレイ状に配置し、各光源から出射された光線束を、コンデンサレンズを介して１つのインテクレータ（フライアイレンズ）に入射させる映像表示装置が開示されている。光源を複数配置することにより、被照射面における光強度を強くすることができる。
【０００４】
特許文献２に、２つのレーザアレイ光源から出射されたレーザビームを、ダイクロイックミラーまたは偏光ビームスプリッタ等を用いて重畳させ、重畳されたレーザビームをホモジナイザによりホモジナイズさせる照明光学装置が開示されている。レーザアレイ光源を２つ用いることにより、被照射面における光強度を強くすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４３７０６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３１６８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数の光源から出射した光線束を、ホモジナイズ面上に均一化させて入射させる新たな構成の均一化光学装置、及びこの均一化光学装置を使用したレーザ照射装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の仮想平面に沿って複数のレンズが配置された第１の前段レンズアレイと、第２の仮想平面に沿って複数のレンズが配置され、各レンズを通過した光線束が前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束と交差するように配置された第２の前段レンズアレイと、第３の仮想平面に沿って複数のレンズが配置された後段レンズアレイであって、前記第１の前段レンズアレイのレンズ及び前記第２の前段レンズアレイのレンズの各々に対応して該後段レンズアレイのレンズが配置され、前記第１の前段レンズアレイ及び第２の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束が、該後段レンズアレイの対応するレンズに入射する後段レンズアレイと、前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束の経路、及び前記第２の前段レンズアレイを通過した光線束の経路の双方と交差するように配置され、前記第１の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分と、前記第２の前段レンズアレイを通過した光線束と交差する部分とが空間的に分離されており、前記第１の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束を透過させ、前記第２の前段レンズアレイのレンズを通過した光線束を反射させるように、透過領域と反射領域とが空間的に分離して設けられている選択反射手段とを有する均一化光学装置が提供される。
【０００８】
第１の前段レンズアレイに入射する光線束と第２の前段レンズアレイに入射する光線束とが、後段レンズアレイに入射される。後段レンズアレイを通過した光線束をホモジナイズ面上にホモジナイズさせることにより、ホモジナイズ面上の光強度を均一に近づけることができる。ホモジナイズ面上で２つの光線束が重畳されるため、光強度を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例による均一化光学装置の断面図を示す。均一化光学装置は、第１の前段レンズアレイ１、第２の前段レンズアレイ２、後段レンズアレイ３、コンデンサレンズ４、及び選択反射鏡５を含んで構成される。
【００１０】
第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２は、ある仮想平面に沿って配置された複数のレンズにより構成される。これらレンズアレイは、凸シリンドリカルレンズを１次元方向に配列させて構成される。第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２を構成する各レンズは、相互に同一の光学特性を有する等価なレンズである。図１では、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２が、４本の凸シリンドリカルレンズで構成されている場合を示している。
【００１１】
後段レンズアレイ３は、ある仮想平面に沿って配置された複数のレンズで構成され、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２の各レンズが、後段レンズアレイ３の１つのレンズに対応する。図１では、後段レンズアレイ３が８本の凸シリンドリカルレンズで構成されている場合を示している。
【００１２】
レーザ光源から出射されたレーザビーム１０が、第１の前段レンズアレイ１に入射し、他のレーザ光源から出射されたレーザビーム２０が、第２の前段レンズアレイ２に入射する。第１の前段レンズアレイ１に入射したレーザビーム１０は、４本の収束レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄに分割される。第２の前段レンズアレイ２に入射したレーザビーム２０は、４本の収束レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄに分割される。
【００１３】
第１の前段レンズアレイ１で分割されたレーザビーム１１Ａ〜１１Ｄを含むビーム群と、第２の前段レンズアレイ２で分割されたレーザビーム２１Ａ〜２１Ｄを含むビーム群とが、相互に９０°で交差する。２つのビーム群の交差する領域に選択反射鏡５が配置されている。選択反射鏡５は、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの経路及びレーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの経路の双方と交差する。選択反射鏡５のうちレーザビーム１１Ａ〜１１Ｄと交差する部分と、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄと交差する部分とは、空間的に分離され、交互に配列している。
【００１４】
選択反射鏡５のうち、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの入射する領域は透過領域とされ、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの入射する領域は反射領域とされている。レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄは、選択反射鏡５の透過領域を透過してそのまま直進し、後段レンズアレイ３の対応するレンズに入射する。レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄは、選択反射鏡５で反射され、後段レンズアレイ３の対応するレンズに入射する。選択反射鏡５で反射されたレーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの進行方向は、選択反射鏡５を透過したレーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの進行方向と平行である。後段レンズアレイ３の各レンズは、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２の対応するレンズの焦点位置に配置されている。
【００１５】
レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄ及びレーザビーム２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれ第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２を通過して収束されている。このため、選択反射鏡５の配置されている領域におけるビーム断面サイズは、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２を通過した直後のビーム断面サイズよりも小さくなっている。これにより、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの経路の間に間隙が形成される。同様に、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの経路の間にも間隙が形成される。
【００１６】
レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの経路と選択反射鏡５との交差箇所が、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの経路の間に間隙内に配置されるような構成とすることにより、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄの経路と、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄの経路とを、選択反射鏡５の配置されている位置において空間的に重なることなく分離することができる。２つのレーザビーム群が、選択反射鏡５の配置された面上で空間的に重ならないため、ケラレを生じさせること無く、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄを透過させ、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄを反射させることができる。
【００１７】
選択反射鏡５の配置された位置における各レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄ、及び２１Ａ〜２１Ｄの断面の面積が、第１の前段レンズアレイ１の各レンズを通過した直後のレーザビームの断面の面積及び第２の前段レンズアレイ２の各レンズを通過した直後のレーザビームの断面の面積の半分以下である場合に、ケラレを生じさせること無く、レーザビーム１１Ａ〜１１Ｄを透過させ、レーザビーム２１Ａ〜２１Ｄを反射させることができる。
【００１８】
第１の前段レンズアレイ１で分割されたレーザビーム１１Ａ〜１１Ｄが選択反射鏡５に入射する位置と、第２の前段レンズアレイ２で分割されたレーザビーム２１Ａ〜２１Ｄが選択反射鏡５に入射する位置とは、交互に配列される。このため、後段レンズアレイ３において、第１の前段レンズアレイ１のレンズに対応するレンズと、第２の前段レンズアレイ２のレンズに対応するレンズとは、交互に配列される。
【００１９】
後段レンズアレイ３の各レンズを、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２の対応するレンズの焦点位置に配置することにより、後段レンズアレイ３の各レンズを小さくすることができる。後段レンズアレイ３の各レンズを小さくすると、第１の前段レンズアレイ１の各レンズに対応するレンズを、後段レンズアレイ３の位置に並べた時、レンズ間に間隙が形成される。この間隙部に、第２の前段レンズアレイ２の各レンズに対応するレンズを配置することができる。
【００２０】
コンデンサレンズ４は、１つの凸シリンドリカルレンズで構成され、後段レンズアレイ３の各レンズを通過したレーザビームを、ホモジナイズ面６上にホモジナイズさせる。
【００２１】
第１の実施例による均一化光学装置は、２本のレーザビーム１０及び２０を、ホモジナイズ面６の同一の領域内に入射させる。このため、ホモジナイズ面６上における光強度を強めることができる。
【００２２】
図２に、第２の実施例による均一化光学装置の断面図を示す。第２の実施例による均一化光学装置は、第１の前段レンズアレイ１、第２の前段レンズアレイ２、後段レンズアレイ３Ａ、コンデンサレンズ４Ａ、選択反射鏡５Ａ、第１の発散レンズ１３、及び第２の発散レンズ２３を含んで構成される。
【００２３】
第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２は、図１に示した第１の実施例による第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２と同様の構造を有する。後段レンズアレイ３Ａを構成する複数のレンズは、第１の前段レンズアレイ１及び第２の前段レンズアレイ２３の複数のレンズと１対１に対応する。
【００２４】
第１の発散レンズ１３は、凹シリンドリカルレンズであり、第１の前段レンズアレイ１の後方に配置されている。第１の前段レンズアレイ１で分割されたレーザビーム１２Ａ〜１２Ｄは、第１の発散レンズ１３により、第１の前段レンズアレイ１から遠ざかるに従って、レーザビームの中心軸同士の間隔が拡がるように進行方向を変えられる。
【００２５】
第２の発散レンズ２３も、凹シリンドリカルレンズであり、第２の前段レンズアレイ２の後方に配置されている。第２の前段レンズアレイ２で分割されたレーザビーム２２Ａ〜２２Ｄは、第２の発散レンズ２３により、第２の前段レンズアレイ２から遠ざかるに従って、レーザビームの中心軸同士の間隔が拡がるように進行方向を変えられる。
【００２６】
第１の発散レンズ１３で進行方向を変えられたレーザビーム１２Ａ〜１２Ｄは、第１の前段レンズアレイ１と後段レンズアレイ３Ａとの間で焦点を結び、その後発散ビームとなって、後段レンズアレイ３Ａの対応するレンズに入射する。第１の前段レンズアレイ１と後段レンズアレイ３Ａとの間に選択反射鏡５Ａが配置されているが、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄの経路と交差する領域は透過領域にされている。
【００２７】
第２の発散レンズ２３で進行方向を変えられたレーザビーム２２Ａ〜２２Ｄが、選択反射鏡５Ａに入射する。選択反射鏡５Ａのうちレーザビーム２２Ａ〜２２Ｄの入射する領域は、反射領域とされている。レーザビーム２２Ａ〜２２Ｄは、選択反射鏡５Ａの反射領域で反射され、後段レンズアレイ３Ａの対応するレンズに入射する。レーザビーム２２Ａ〜２２Ｄも、第２の前段レンズアレイ２３と後段レンズアレイ３Ａとの間で焦点を結び、その後発散ビームになる。
【００２８】
コンデンサレンズ４Ａは、後段レンズアレイ３Ａを通過したレーザビームを、ホモジナイズ面６上にホモジナイズさせる。
【００２９】
第２の実施例では、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄの中心軸間の間隔が、後段レンズアレイ３Ａに近づくに従って広くなる。このため、後段レンズアレイ３Ａが配置された面上においては、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄの経路の間に間隙が形成される。この間隙部分に、第２の前段レンズアレイ２で分割されたレーザビーム２２Ａ〜２２Ｄの経路が配置される。
【００３０】
第２の実施例では、第１の前段レンズアレイ１で分割されたレーザビーム１２Ａ〜１２Ｄの中心軸同士の間隔、及び第２の前段レンズアレイ２で分割されたレーザビーム２２Ａ〜２２Ｄの中心軸同士の間隔が、後段レンズアレイ３Ａに近づくに従って拡がっている。さらに、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄのビーム断面が、第１の前段レンズアレイ１と後段レンズアレイ３Ａとの間で小さくなる。同様に、レーザビーム２２Ａ〜２２Ｄのビーム断面が、第２の前段レンズアレイ２と後段レンズアレイ３Ａとの間で小さくなる。
【００３１】
このため、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄの経路と、レーザビーム２２Ａ〜２２Ｄの経路とが、相互に空間的に重ならず、分離された領域が存在する。この部分に選択反射鏡５を配置することにより、ビームのケラレを生じさせること無く、レーザビーム１２Ａ〜１２Ｄを透過させ、レーザビーム２２Ａ〜２２Ｄを反射させることができる。
【００３２】
図３に、第３の実施例による均一化光学装置の断面図を示す。第３の実施例による均一化光学装置は、第１の前段レンズアレイ３１、第２の前段レンズアレイ３２、第３の前段レンズアレイ３３、後段レンズアレイ３４、及び選択反射鏡３６、３７を含んで構成される。図３では、第１〜第３の前段レンズアレイ３１〜３３の各々が３本の凸シリンドリカルレンズで構成されている場合を示している。後段レンズアレイ３４は９本の凸シリンドリカルレンズで構成されており、９本のシリンドリカルレンズは、第１〜第３の前段レンズアレイ３１〜３３のレンズと１対１に対応する。
【００３３】
第１の前段レンズアレイ３１と後段レンズアレイ３４との間に、選択反射鏡３６が配置されている。選択反射鏡３６と第２の前段レンズアレイ３２との間に、選択反射鏡３７が配置されている。
【００３４】
第１の前段レンズアレイ３１で分割されたレーザビームが、選択反射鏡３６の透過領域を透過して、後段レンズアレイの対応するレンズに入射する。第２の前段レンズアレイ３２で分割されたレーザビームが、選択反射鏡３７の透過領域を透過し、選択反射鏡３６の反射領域で反射して、後段レンズアレイ３４の対応するレンズに入射する。第３の前段レンズアレイ３３で分割されたレーザビームが、選択反射鏡３７の反射領域で反射し、さらに選択反射鏡３６の反射領域で反射して、後段レンズアレイ３４の対応するレンズに入射する。
【００３５】
後段レンズアレイ３４を透過したレーザビームは、図１に示した第１の実施例の場合と同様に、コンデンサレンズ４によりホモジナイズ面６上にホモジナイズされる。
【００３６】
第３の実施例では、３つの光源から出射されたレーザビームが、ホモジナイズ面上にホモジナイズされる。このため、ホモジナイズ面上における光強度をより強くすることができる。
【００３７】
図４に、第４の実施例によるレーザ照射装置の概略図を示す。第４の実施例によるレーザ照射装置は、均一化光学装置（ホモジナイザ）４０、第１のレーザ光源４１、第２のレーザ光源４２、ステージ４３、制御装置４４を含んで構成される。ステージ４３の上に、被照射物４５が保持される。均一化光学装置４０として、上述の第１または第２の実施例による均一化光学装置が用いられる。
【００３８】
第１のレーザ光源４１及び第２のレーザ光源４２は、パルスレーザビームを出射する。これらのレーザ光源として、エキシマレーザ、固体レーザ等を用いることができる。また、固体レーザを高調波発生素子と組み合わせることも可能である。出射されたパルスレーザビームは、均一化光学装置４０に入射される。均一化光学装置４０は、入射されたパルスレーザビームを、テーブル４３に保持された被照射物４５の表面にホモジナイズさせる。
【００３９】
制御装置４４は、以下の第１〜第３の動作モードのいずれかのモードで動作するように、第１のレーザ光源４１及び第２のレーザ光源４２の発振を制御する。
【００４０】
第１の動作モードでは、第１のレーザ光源４１から出射されたパルスレーザビームのパルスと、第２のレーザ光源４２から出射されたパルスレーザビームのパルスとが、均一化光学装置４０の後段レンズアレイ（例えば図１に示した後段レンズアレイ３）に同時に到着するように、第１のレーザ光源４１及び第２のレーザ光源４２を同期させる。これにより、被照射物４５に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギのピーク値を高くすることができる。
【００４１】
第２の動作モードでは、第１のレーザ光源４１から出射されたパルスレーザビームのパルスと、第２のレーザ光源４２から出射されたパルスレーザビームのパルスとが、均一化光学装置４０の後段レンズアレイに、第１のレーザ光源４１から出射されるパルスレーザビームのパルス幅よりも短い時間間隔だけずれて到着するように、第１のレーザ光源４１及び第２のレーザ光源４２を同期させる。これにより、被照射物４５に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを大きくすると共に、パルス幅を長くすることができる。
【００４２】
第３の動作モードでは、第１のレーザ光源４１から出射されたパルスレーザビームのパルスと、第２のレーザ光源から出射されたパルスレーザビームのパルスとが、均一化光学装置４０の後段レンズアレイに交互に到着するように、第１のレーザ光源４１及び第２のレーザ光源４２を同期させる。これにより、被照射物４５に入射するパルスレーザビームのパルス周波数を２倍にすることができる。
【００４３】
第１のレーザ光源４１の発振波長と第２のレーザ光源４２の発振波長とを異ならせることにより、波長の異なる２つのパルスレーザビームを被照射物４５に入射させることができる。
【００４４】
図５（Ａ）に、第５の実施例による均一化光学装置の断面図を示す。第５の実施例による均一化光学装置は、前段レンズアレイ５０、後段レンズアレイ５１、及びコンデンサレンズ５２を含んで構成される。前段レンズアレイ５のレンズと、後段レンズアレイ５１のレンズとは１対１に対応する。後段レンズアレイ５１の各レンズは、前段レンズアレイ５０の対応するレンズの焦点位置に配置されている。
【００４５】
進行方向が相互にわずかに異なる第１のレーザビーム５６及び第２のレーザビーム５７が、前段レンズアレイ５０に入射する。前段レンズアレイ５０は、第１のレーザビーム５６及び第２のレーザビーム５７を複数のレーザビームに分割する。分割されたレーザビームは、後段レンズアレイ５１の対応するレンズに入射する。
【００４６】
前段レンズアレイ５０の各レンズの光軸（中心軸）と、第１のレーザビーム５６及び第２のレーザビーム５７の進行方向とのずれがわずかであれば、分割されたレーザビームは、ケラレを生じることなく後段レンズアレイ５１の対応するレンズに入射する。
【００４７】
後段レンズアレイ５１を通過したレーザビームは、コンデンサレンズ５２によりホモジナイズ面５３上にホモジナイズされる。
【００４８】
図５（Ｂ）に、図５（Ａ）に示した前段レンズアレイ５０に入射する２本のレーザビームの生成方法の一例を示す。第１のレーザ光源６１から出射されたレーザビームが反射鏡６３で反射し、図５（Ａ）に示した第１のレーザビーム５６になる。第２のレーザ光源６２から出射されたレーザビームが、反射鏡６４で反射し、図５（Ａ）に示した第２のレーザビーム５７になる。第１のレーザビーム５６及び第２のレーザビーム５７が、均一化光学装置６０に入射する。
【００４９】
第１のレーザ光源６１、第２のレーザ光源６２、反射鏡６３及び６４を適当に配置することにより、相互にわずかに進行方向の異なる第１のレーザビーム５６と第２のレーザビーム５７とを均一化光学装置６０に入射させることができる。
【００５０】
第５の実施例の場合にも、２つのレーザ光源から出射されたレーザビームを一つの領域にホモジナイズさせているため、ホモジナイズ面上における光強度を強くすることができる。
【００５１】
また、図５（Ｂ）の第１のレーザ光源６１と第２のレーザ光源６２とを、上記第４の実施例で説明した第１〜第３の動作モードで動作させることも可能である。
【００５２】
上記実施例では、前段及び後段のレンズアレイをシリンドリカルレンズで構成したが、これらレンズアレイを、球面レンズを２次元方向に配置したフライアイレンズとしてもよい。
【００５３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の光源から出射された光線束を一つのホモジナイズ面上にホモジナイズさせることにより、光強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による均一化光学装置の断面図である。
【図２】第２の実施例による均一化光学装置の断面図である。
【図３】第３の実施例による均一化光学装置の断面図である。
【図４】第４の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図５】第５の実施例による均一化光学装置の断面図及び概略図である。
【符号の説明】
１  第１の前段レンズアレイ
２  第２の前段レンズアレイ
３、３Ａ  後段レンズアレイ
４、４Ａ、５２  コンデンサレンズ
５、５Ａ  選択反射鏡
６、５３  ホモジナイズ面
１０、２０  入射レーザビーム
１１Ａ〜１１Ｄ、１２Ａ〜１２Ｄ、２１Ａ〜２１Ｄ、２２Ａ〜２２Ｄ  分割されたレーザビーム
１３  第１の発散レンズ
１４  第２の発散レンズ
３１  第１の前段レンズアレイ
３２  第２の前段レンズアレイ
３３  第３の前段レンズアレイ
３４  後段レンズアレイ
３６、３７  選択反射鏡
４０、６０  均一化光学装置
４１  第１のレーザ光源
４２  第２のレーザ光源
４３  ステージ
４４  制御装置
４５  被照射物
５０  前段レンズアレイ
５１  後段レンズアレイ
５６  第１のレーザビーム
５７  第２のレーザビーム
６１  第１のレーザ光源
６２  第２のレーザ光源
６３、６４  反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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