(57)【要約】【解決手段】位置決め不安定による角偏差及び熱ドリフトによる径方向変位を補正するためのレーザー補正素子。補正素子は、角偏差非対称光学素子及び径方向変位非対称光学素子を１つ以上有する。角偏差非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸が最適中心線と平行となるように、角偏差素子へのレーザービームの入射角で決まる第１補正角でビーム軸を再方向付けする。径方向変位非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の径方向変位によって決まる第２補正角でビーム軸を再方向付けする。コリメーティング非対称光学素子が、ビーム軸の中心線からの径方向変位及びコリメーティング素子への入射角で決まる第３補正角でレーザービームを再方向付けしても良い。
2006522954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるように前記ビーム軸を補正角で再方向付けするための角偏差非対称光学素子を有し、前記補正角は前記ビーム軸の前記角偏差非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まり、前記補正角の大きさは、前記ビーム軸の前記角偏差非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大又は前記角偏差非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の減少に従って増大することを特徴とする位置決め不安定によるレーザービームの角偏差を補正するための補正素子。
【請求項２】
径方向変位非対称光学素子とコリメーティング非対称光学素子とを有し、前記径方向変位非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第１補正角で前記ビーム軸を再方向付け、前記径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域に前記ビーム軸を方向付け、前記補正角の大きさは、前記ビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大し、前記コリメーティング非対称光学素子は、前記焦点領域に配置され、前記レーザービームを第２補正角で再方向付けし、前記第２補正角の大きさは、前記ビーム軸の前記コリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又は前記コリメーティング非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の増大に従って増大することを特徴とする熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位を補正するための補正素子。
【請求項３】
角偏差非対称光学素子と径方向変位非対称光学素子とコリメーティング非対称光学素子とを有し、前記角偏差非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるように前記ビーム軸を第１補正角で再方向付けし、前記第１補正角は前記角偏差非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の減少に従って増大し、前記径方向変位非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第２補正角で前記ビーム軸を再方向付け、前記径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域に前記ビーム軸を方向付け、前記第２補正角は、前記ビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大し、前記コリメーティング非対称光学素子は、前記焦点領域に配置され、前記レーザービームを第３補正角で再方向付けし、前記第３補正角の大きさは、前記ビーム軸の前記コリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又は前記コリメーティング非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の増大に従って増大することを特徴とする位置決め不安定によるレーザービームの角偏差及び熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位の少なくとも一方を補正するための補正素子。
【請求項４】
補正非対称光学素子とコリメーティング非対称光学素子とを有し、前記補正非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるように前記ビーム軸を第１補正角で再方向付けし、前記第１補正角は前記角偏差非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の減少に従って増大し、前記補正非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第２補正角で前記ビーム軸を再方向付け、前記径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域に前記ビーム軸を方向付け、前記第２補正角は、前記ビーム軸の前記径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大し、前記コリメーティング非対称光学素子は、前記焦点領域に配置され、前記レーザービームを第３補正角で再方向付けし、前記第３補正角の大きさは、前記ビーム軸の前記コリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又は前記コリメーティング非対称光学素子への前記レーザービームの入射角の増大に従って増大することを特徴とする位置決め不安定によるレーザービームの角偏差及び熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位の少なくとも一方を補正するための補正素子。
【請求項５】
前記角偏差非対称光学素子が非対称ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の補正素子。
【請求項６】
前記径方向変位非対称光学素子が非対称ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項２に記載の補正素子。
【請求項７】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項３に記載の補正素子。
【請求項８】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項４に記載の補正素子。
【請求項９】
前記角偏差非対称光学素子が非対称レンズであることを特徴とする請求項１に記載の補正素子。
【請求項１０】
前記角偏差非対称光学素子が非対称屈折素子であることを特徴とする請求項１に記載の補正素子。
【請求項１１】
前記角偏差非対称光学素子が非対称回折素子であることを特徴とする請求項１に記載の補正素子。
【請求項１２】
前記径方向変位非対称光学素子が非対称レンズであることを特徴とする請求項２に記載の補正素子。
【請求項１３】
前記径方向変位非対称光学素子が非対称屈折素子であることを特徴とする請求項２に記載の補正素子。
【請求項１４】
前記径方向変位非対称光学素子が非対称回折素子であることを特徴とする請求項２に記載の補正素子。
【請求項１５】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称レンズであることを特徴とする請求項３に記載の補正素子。
【請求項１６】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称屈折素子であることを特徴とする請求項３に記載の補正素子。
【請求項１７】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称回折素子であることを特徴とする請求項３に記載の補正素子。
【請求項１８】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称レンズであることを特徴とする請求項４に記載の補正素子。
【請求項１９】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称屈折素子であることを特徴とする請求項４に記載の補正素子。
【請求項２０】
前記角偏差非対称光学素子、前記径方向変位非対称光学素子及び前記コリメーティング非対称光学素子のうちの少なくとも１つが非対称回折素子であることを特徴とする請求項４に記載の補正素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームの制御に関し、特にレーザーシステムにおけるレーザービームの位置決めにおける揺らぎ及びドリフトの制御と補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束有向レーザービームは、通例、金属、高分子、集積回路、基板、セラミックス、他の材料などの材料に関して、貫通及び微小ブラインドバイアの穿孔、レーザーイメージング、集積回路の基板切断及び修正や特注生産、穿孔、切断、及び、選択材料の除去や他の複雑な機械加工やマイクロマシニング作業など、多様な工程に使用される。このような工程は非常に複雑なものとなり、同時又は逐次作業において、単一又は複数のレーザーや、可視光レーザー、赤外線（ＩＲ）レーザー、紫外線（ＵＶ）レーザーなどの複数タイプのレーザーの同時又は逐次使用を含むことも多い。しかしながら、一般的には、レーザーシステムの一般的な目的は、１つ又は多数のレーザービームのエネルギーを制御可能且つ信頼性高く方向付け、集束、集中させて、目標スポットに各ビームを収束、又は、目標の表面上にレーザービームの開口領域を描画することである。
【０００３】
しかしながら、従来技術の従来レーザーシステムに発生する２つの問題は、高信頼且つ制御可能な形でレーザービームを目標位置へ「位置決め」することに対して直接影響を及ぼす。第１の問題は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、「位置決め不安定」とも称されるが、「ビーム揺動」として言及されることが多いが、レーザービーム１２のビーム軸１０が最適中心線１４から偏差角θずれる径方向偏差である。位置決め不安定は、レーザー１６自体の特性と「ポンピングジッタ」などのレーザー１６の通常作用の両方に本質的に内在するものである。
【０００４】
従来技術の第２の問題は、図２Ａ及び２Ｂに示されるが、「熱ドリフト」と称されることが多いものであり、これもレーザービーム１２のビーム軸１０を最適中心線１４から外れさせる原因となる。熱ドリフトは一般に、動作中の加熱、レーザー１６のパワーレベルの変化及びレーザー１６の動作環境の変化によるレーザー１６のパラメータの変化に起因すると考えられる。注意すべきは、「位置決め不安定」がビーム軸１０の最適中心線１４からの角偏差を生じるのに対して、「熱ドリフト」は最適中心線１４に対するビーム軸１０の直線的な径方向ドリフトを生じることである。即ち、レーザービーム１２のビーム軸１０は、最適中心線１４の軸に平行なまま、最適中心線１４から径方向に離れるようにドリフトする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術の持つこれらの問題及び関連する問題に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、位置決め不安定や熱ドリフトによるレーザービームの角偏差や径方向変位を補正するための単一の補正素子又は複数の補正素子を対象とする。
【０００７】
位置決め不安定によるレーザービームの角偏差を補正するための補正素子としての第１実施例では、補正素子は、レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるようにビーム軸を補正角で再方向付けするための角偏差非対称光学素子を有し、補正角はビーム軸の非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まり、補正角の大きさは、ビーム軸の非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大又は非対称光学素子へのレーザービームの入射角の減少に従って増大する。
【０００８】
熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位を補正するための補正素子としての第２実施例では、補正素子は径方向変位非対称光学素子を有する。径方向変位非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第１補正角でビーム軸を再方向付け、径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域に前記ビーム軸を方向付けする。補正角の大きさは、ビーム軸の径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大する。補正素子は焦点領域に配置されたコリメーティング非対称光学素子を有する。コリメーティング非対称光学素子は、レーザービームを第２補正角で再方向付けする。第２補正角の大きさは、ビーム軸のコリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又はコリメーティング非対称光学素子へのレーザービームの入射角の増大に従って増大する。
【０００９】
位置決め不安定によるレーザービームの角偏差及び熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位の少なくとも一方を補正するための補正素子としての第３実施例では、補正素子は角偏差非対称光学素子を有する。角偏差非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるようにビーム軸を第１補正角で再方向付けする。第１補正角は角偏差非対称光学素子へのレーザービームの入射角の減少に従って増大する。また、補正素子は径方向変位非対称光学素子を有する。径方向変位非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第２補正角でビーム軸を再方向付け、径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域にビーム軸を方向付ける。第２補正角は、ビーム軸の径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大する。最後に、コリメーティング非対称光学素子が焦点領域に配置される。コリメーティング非対称光学素子は、レーザービームを第３補正角で再方向付けする。第３補正角の大きさは、ビーム軸のコリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又はコリメーティング非対称光学素子へのレーザービームの入射角の増大に従って増大する。
【００１０】
更なる実施例では、位置決め不安定によるレーザービームの角偏差及び熱ドリフトによるレーザービームの径方向変位の少なくとも一方を補正するための補正素子は、補正非対称光学素子を有する。補正非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸がレーザービームの最適中心線と平行となるようにビーム軸を第１補正角で再方向付けする。第１補正角は角偏差非対称光学素子へのレーザービームの入射角の減少に従って増大する。補正非対称光学素子は、レーザービームのビーム軸の非対称光学素子の中心線からの径方向変位によって決まる第２補正角でビーム軸を再方向付けし、径方向変位非対称光学素子から選択距離だけ離れた焦点領域にビーム軸を方向付けする。第２補正角は、ビーム軸の径方向変位非対称光学素子の中心線からの径方向変位の増大に従って増大する。コリメーティング非対称光学素子が焦点領域に配置される。コリメーティング非対称光学素子は、レーザービームを第３補正角で再方向付けする。第３補正角の大きさは、ビーム軸のコリメーティング非対称光学素子の中心線からの径方向変位の減少又はコリメーティング非対称光学素子へのレーザービームの入射角の増大に従って増大する。
【００１１】
本発明の個々の実施例において、補正素子は、非対称ホログラム光学素子、非対称レンズ、非対称屈折素子、又は、非対称回折素子であっても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、例示によって図面を参照しながら本発明を説明する。
【００１３】
本明細書において上述したように、「位置決め不安定」及び「熱ドリフト」という２つの問題は、両方共に、レーザービーム１２のビーム軸１０の最適中心線１４からの偏差を生じる。「位置決め不安定」の場合はビーム軸１０の最適中心線１４からの角偏差を生じ、「熱ドリフト」の場合はビーム軸１０の最適中心線１４からの線形の径方向偏差を生じる。
【００１４】
次に、「位置決め不安定」及び「熱ドリフト」の影響を考察する。図３Ａは、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）の場合、特に標準対称ホログラフィック光学素子（ＳＳＨＯＥ）１８あるいは同等のレンズに関して、熱ドリフト効果による径方向変位の結果を示す。ＳＳＨＯＥ１８は対称なので、ＨＯＥ軸２０に平行なビーム軸１０Ａに沿ってＳＳＨＯＥ１８に入射するレーザービーム１２Ａは、ビーム軸１０Ｂ上のレーザービーム１２ＢとしてＳＳＨＯＥ１８を出射する。なお、ビーム軸１０Ｂはビーム軸１０Ｂに同軸で、その直線延長である。より具体的には、ＨＯＥ軸２０に平行だが、ＨＯＥ軸２０から距離Ｄだけ半径方向に変位したビーム軸１０Ａに沿ってＳＳＨＯＥ１８に入射するレーザービーム１２Ａは、ビーム軸１０Ｂとして示す同じビーム軸１０Ａに沿ってＳＳＨＯＥ１８を出射し、ＨＯＥ軸２０に対して距離Ｄだけ半径方向に変位したままとなる。このように、ＳＳＨＯＥ１８や同等の対称レンズは、入射レーザービーム１２のビーム軸１０をＳＳＨＯＥ１８のＨＯＥ軸２０に対して径方向に再方向付けすることはないので、熱ドリフト効果を補正あるいは制御することは不可能である。
【００１５】
図３Ｂを参照すると、「位置決め不安定」の影響を受けたレーザービーム１２Ａは、ＨＯＥ軸２０に対して角偏差θを有するビーム軸１０Ａに沿ってＳＳＨＯＥ１８の入射面２２に入射することになる。即ち、レーザービーム１２Ａは、ＨＯＥ軸２０に対して平行にはならない。ＳＳＨＯＥ１８や同等の対称レンズの対称性のため、レーザービーム１２Ｂは、レーザービーム１２ＡがＳＳＨＯＥ１８に入射したビーム軸１０Ａの延長であるビーム軸１０Ｂに沿ってＳＳＨＯＥ１８の出射面２４を出射することになる。それ故、熱ドリフトの場合のように、従来のＳＳＨＯＥ１８や同等な対称レンズは、位置決め不安定やその結果生じるビーム軸１０の角偏差を補正あるいは制御することは不可能である。
【００１６】
従来技術のレーザーシステムは、能動制御されたサーボミラーを使用して「位置決め不安定」及び「熱ドリフト」の影響を補正しようと試みる。このサーボミラーは、レーザービームを再方向付けして「位置決め不安定」及び「熱ドリフト」を補正するように制御される。しかし、この種の方法は、位置決め不安定や熱不安定によるビームの実際の経路を検出し、当該ビームの目標最適経路と比較し、その目標経路にビームを向けるようにサーボミラーを制御する必要がある。このような方法は複雑で高価となるだけでなく、位置決め不安定や熱ドリフトの影響を検出して補正するのに固有の時間遅延があり、しかも、機械系公差及び制御系公差によってそれらの方法自体の誤差を持ち込んでしまうので、これらの問題に対する完全に満足のいく解決策を提供することはない。
【００１７】
本発明によれば、図４に示すように、熱ドリフトによる径方向変位と位置決め不安定による角偏差の一方又は両方は、非対称素子（ＮＳＥ）２６によって補正できる。ＮＳＥ２６は、例えば、非対称ホログラム光学素子（ＮＳＨＯＥ）や、非対称レンズや非対称屈折素子や非対称回折素子などの同等の光学素子である。ＮＳＥ２６はＳＳＨＯＥ１８や同等の対称素子とは違って、ＮＳＥ２６を横切るレーザービーム１２のビーム軸１０の経路は、ＮＳＥ２６をレーザービーム１２が通過中に補正角φだけ屈折又は曲げられる。次に更に論じることになるが、ＮＳＥ２６の一実施例では、角φは入射ビーム軸１０のＮＳＥ２６の中心線軸２８からの径方向変位Δの増加に従って増加する。ＮＳＥ２６の第２実施例では、補正角φはＮＳＥ２６の平面に対する入射レーザービーム１２のビーム軸１０の入射角αの減少に従って増加する。
【００１８】
熱ドリフトによる径方向変位と位置決め不安定による角偏差の一方又は両方を補正するためのドリフト・偏差補正素子３０の実施例は図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに例示される。
【００１９】
図５Ａは、位置決め不安定によるレーザービーム１２の角偏差を補正するためのドリフト・偏差補正素子３０の一実施例を示す。図示のように、本例では、ドリフト・偏差補正素子３０は、非対称ホログラム光学素子（ＮＳＨＯＥ）や同等の非対称レンズなどの単一ＮＳＥ２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ又は２６Ｓからなる。
【００２０】
まず図５Ａに示すような位置決め不安定による角偏差の幾何学的様相を考慮して、位置決め不安定から生じる角偏差を有するレーザービーム１２を、一点、即ち、レーザー１６から放射されたものと考えると、各レーザービーム１２のビーム軸１０は、ゆらぎの度合いによって決まる角偏差θで当該点から外側に向かって放射され、それはレーザービーム１２がＮＳＥ２６の平面に衝突するまで続く。図５Ａに示す素子配置を考慮すると、ビーム軸１０とＮＳＥ２６Ａの平面との入射角αは、角偏差θが増加するのに従ってある相互関係で減少することが分かる。また、ＮＳＥ２６Ａの中心線軸２８とビーム軸１０がＮＳＥ２６Ａに入射する点との径方向変位Δは、角偏差θが増加するのに従って増加することが分かる。換言すれば、角偏差θは、ＮＳＥ２６Ａに対する入射角αに逆比例すると共に、ＮＳＥ２６Ａの中心線軸２８からの径方向変位Δに比例する。
【００２１】
位置決め不安定による角偏差の補正には、レーザービーム１２のビーム軸１０を適切な方法で方向付ける補正角φで再方向付けすること、即ち、曲げたり屈折したりすることが必要なことは明らかであろう。この点に関して、例えば、補正角φは、ビーム軸１０がＮＳＥ２６Ａを出射するや否やＨＯＥ軸２０と平行になるように構成しても良い。他の例では、補正角φは、第２ＮＳＥ（図示せず）の入射面など、ＮＳＥ２６Ａから所定距離だけ離れた選択点又は領域上にレーザービーム１２を方向付けするように構成しても良い。
【００２２】
どちらの場合も、上述の角偏差幾何学の説明から分かるように、補正角φの大きさは、それ故、径方向変位Δの増加又は入射角αの減少に従って増加しなければならない。それ故、角補正ＮＳＥ２６Ａの第１実施例では、例えばＮＳＨＯＥ又は同等の非対称レンズである角補正ＮＳＥ２６Ａは、補正角φが角補正ＮＳＥ２６Ａの中心軸からの径方向距離に比例して増加するように構成される。上述のように、それ故、ビーム軸１０の角偏差θが大きくなればなるほど、ビーム軸１０の角補正ＮＳＥ２６Ａの中心軸からの径方向変位Δは大きくなり、補正角φも大きくなる。
【００２３】
角補正ＮＳＥ２６Ａの第２実施例では、角補正ＮＳＥ２６Ａは、補正角φが入射角αの減少に従って、即ち、ビーム軸１０の角偏差θの増加に従って増加するように構成される。しかしながら、角偏差θ、入射角α及び径方向変位Δの関係から、この２つの角補正ＮＳＥ２６Ａの実施例は等価であることが分かる。
【００２４】
それ故、図５Ａに示すように、ドリフト・偏差補正素子３０の角補正ＮＳＥ２６Ａは、角偏差θに比例した補正角φでレーザービーム１２を曲げたり屈折させたりすることによって角偏差θを補正する。その結果、ＨＯＥ軸２０に対して平行でないビーム軸１０を持つ如何なるレーザービーム１２も補正角φで曲げられ、ビーム軸１０はＨＯＥ軸２０に平行となるか、又は、ビーム軸１０は選択焦点又は領域に方向付けられる。
【００２５】
角補正ＮＳＥ２６Ａの動作の結果は図５Ｂに示される。図５Ｂは、最適中心線１４を中心にした補正済みビーム１２Ｃの有り得る分布を未補正ビーム１２Ｕの有り得る分布と比較して示すレーザー１６の端面図である。
【００２６】
次に図５Ｃは、熱ドリフトによるレーザービーム１２の径方向変位を補正するドリフト・偏差補正素子３０の一実施例を示す。前述のように、熱ドリフトあるいは同様な径方向変位の原因は、ビーム軸１０の目標最適中心線１４からの角偏差ではなくて最適中心線１４からの径方向変位を生じる。このため、径方向変位、即ち、熱ドリフトは、ＮＳＥ２６に対して約９０°の入射角αを有するビーム軸１０を生じ、径方向変位Δの補正は入射角αではなく径方向変位Δの関数となる。
【００２７】
図示のように、本例では、ドリフト・偏差補正素子３０は、変位補正ＮＳＥ２６Ｂとそれに続くコリメーティングＮＳＥ２６Ｃとからなり、それぞれ、例えば非対称ホログラム光学素子又は同等の非対称レンズであって良い。
【００２８】
本実施例では、上述のように、変位補正ＮＳＥ２６Ｂの補正角φは、変位補正ＮＳＥ２６Ｂの中心線軸２８とレーザービーム１２のビーム軸１０が変位補正ＮＳＥ２６Ｂの平面に入射する点との径方向変位Δに比例して径方向に増加する。ドリフト補正ＮＳＥ２６Ｂの効果は、それ故、ビーム軸１０の径方向変位Δに比例した補正角φ、即ち、レーザービーム１２の熱ドリフトに比例した角で、レーザービーム１２を屈折させたり曲げたりすることである。熱ドリフトから生じるレーザービーム１２のビーム軸１０の変位は径方向であり、レーザービーム１２のビーム軸１０はそれ故最適中心線１４にほぼ平行となるので、ビーム軸１０は通常変位補正ＮＳＥ２６Ｂの入射面に垂直となる。このように、変位補正ＮＳＥ２６Ｂの賦課する補正角φは、変位補正ＮＳＥ２６Ｂから一定距離にある点あるいは小領域上にビーム軸１０を凝縮、即ち、方向付け又は集束させることになる。図５Ｃに図示するように、変位補正ＮＳＥ２６Ｂの焦点は、コリメーティングＮＳＥ２６Ｃとして示されたドリフト・偏差補正素子３０の第２素子の入射面上あるいはその付近にある。
【００２９】
コリメーティングＮＳＥ２６Ｃは、幾つかの点で、角補正ＮＳＥ２６Ａの逆変換に類似である。即ち、図示のように、レーザービーム１２は、それぞれのビーム軸１０が凡そコリメーティングＮＳＥ２６ＣのＨＯＥ軸２０に対して角α、即ち、角偏差θに類似の角となるように、補正ＮＳＥ２６ＢからコリメーティングＮＳＥ２６Ｃに入射する。図示のように、コリメーティングＮＳＥ２６Ｃは、レーザービーム出射コリメーティングＮＳＥ２６Ｃのビーム軸が平行となるように、入射角αに逆比例する補正角φで各入射レーザービーム１２を再方向付けしたり曲げたりする。
【００３０】
変位補正ＮＳＥ２６Ｂとそれに続くコリメーティングＮＳＥ２６Ｃからなるドリフト・偏差補正素子３０は、それ故、まず各レーザービーム１２の径方向変位を減少させるようにレーザービーム１２を再方向付け、所定の距離にある所定の領域にレーザービーム１２を集束又は方向付けし、その後ビーム軸１０の相対角を目標最適中心線１４に対して平行となるように補正することによって、熱ドリフトによる径方向変位を補正することができる。
【００３１】
こうしたドリフト・偏差補正素子３０の動作は図５Ｄに示される。図５Ｄは、最適中心線１４を中心にした補正済みビーム１２Ｃの有り得る分布を未補正ビーム１２Ｕと比較して示す。
【００３２】
次に図５Ｅに示された場合を考えると、位置決め不安定による角偏差と熱ドリフトによる径方向変位は別個に発生することは希で、両方の影響が所与の状況に現存する方が普通であるということが分かるであろう。このように、全てのレーザービーム１２ではないにしても多くのレーザービーム？？？１２は、角偏差と径方向変位の両方を呈し、所与のレーザービーム１２がＮＳＥ２６Ｄに衝突するＮＳＥ２６Ｄの中心線軸２８からの径方向距離は、径方向変位又は角偏差、又は程度の差はあれ、その両方によるものであり得る。
【００３３】
このように、２素子ドリフト・偏差補正素子３０は、例えば、偏差補正ＮＳＥ２６Ａとそれに続く変位補正ＮＳＥ２６Ｂとを用いて構成しても良い。それぞれ上述のように機能し、この組み合わせによって、まずレーザービーム１２の角偏差を補正して、角偏差によって決まる補正角φによって平行ビーム軸１０を持つ出力レーザービーム１２に各レーザービーム１２を再方向付けする。それ故、この第１段では、事実上、角偏差を径方向変位にそして径方向変位を角変位に変え、出力レーザービーム１２は径方向変位のみを示すこととなる。その後の第２段で、最終的な出力レーザービーム１２を提供するために、図５Ｃで論じたように径方向変位を補正することになる。
【００３４】
ドリフト・偏差補正素子３０の他の実施例が図５Ｅに示される。これは、角補正ＮＳＥ２６Ａと変位補正ＮＳＥ２６Ｂの両方の特性を単一の角・変位補正ＮＳＥ２６Ｄに組み合わせたものであり、例えば、ＮＳＨＯＥからなる。本例では、補正角φは、衝突レーザービーム１２のＨＯＥ軸２０からの径方向変位と角・変位補正ＮＳＥ２６Ｄへのレーザービーム１２の入射角αの両方の関数となるので、単一角・変位補正ＮＳＥ２６Ｄは角補正ＮＳＥ２６Ａと変位補正ＮＳＥ２６Ｂの両方の機能を実行する。
【００３５】
どちらの実施例でも、ドリフト・偏差補正素子３０の出力はコリメーティングＮＳＥ２６Ｃを通過して平行ビーム１２となり、整形器素子２６Ｓに通される。この点で、コリメーティングＮＳＥ２６Ｃと整形器素子２６Ｓの順番はどのように配置してもよく、これらの素子は、例えば、必要な機能を実行するＮＳＨＯＥやＨＯＥや非球面光学素子やその他の素子からなっても良いことが分かるであろう。
【００３６】
図５Ｅに示す実施例の結果は、最適中心線１４を中心にした補正済みビーム１２Ｃの有り得る分布をドリフト未補正ビーム１２ＤＵ及び角未補正ビーム１２ＡＵと比較して図５Ｆに示す。
【００３７】
レーザービームや波面を改良した上述の発明には、本明細書に含まれた発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更を加えられるので、上述の説明や付属図面で示した材料の全ては、本明細書において発明概念を説明する単なる例として解釈されるべきものであり、発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは位置決め不安定によるレーザービームの角偏差の説明図である。
【図２】図２Ａ及び２Ｂは熱ドリフトによるレーザービームの径方向ドリフトの説明図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂはレーザービームの径方向変位及び角偏差の説明図である。
【図４】図４は角偏差又は径方向変位を補正するための本発明の方法の説明図である。
【図５】図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ及び５Ｆは、レーザービームの角偏差及び径方向ドリフトを補正するための本発明の方法と装置の実施例を示す説明図である。
【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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【国際調査報告】
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