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1.因为平面镜的上表面是玻璃,下表面才是有反射作用的水银,所以真正起反射作用的是在下表面,是属于镜面反射2.月亮的影子距离睡眠是3.8*10的8次方米.这个反射是在河水的表面形成的镜面反射,和水深是没有关系的,因为镜面反射形成的象是虚象,是月亮在河水表面形成反射光的延长线形成的.你想象一下,你照镜子的时候,镜子不是在墙上吗,而你距离镜子肯定有一段距离,那不是这段距离也没有了吗?
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专利名称激光束均匀照射的光学系统的制作方法
技术领域本发明涉及对被照射物激光处理(laser treatment)时、改善了照射面上的照射激光束(laser beam)的强度分布的均匀性的激光束均匀照射用的光学系统。
背景技术 作为使用了激光照射的热处理的例子，我们知道在制造多晶硅膜时，预先在适当的衬底(例如玻璃衬底)上通过化学气相淀积法(CVD)等的气相淀积(vapor deposition)法形成非晶体的硅膜，用激光束扫描该非晶硅膜而进行多晶化的方法。例如美国专利USP5,529,951公开了在半导体集成电路的组装中，通过再向电路构成部分蒸镀非晶硅，向必要的地方照射受激准分子(excimer)激光束，在多晶硅层上形成非晶体的方法。该美国专利为了增大照射面区域，在光学系统中使用蝇眼透镜或棱镜作为均匀化手段，使受激准分子激光束的强度分布在整个近正方形的区域中均匀化。
我们还知道在大面积的衬底上使硅膜多晶化的方法，例如通过透镜把来自激光光源的激光束聚光在非晶硅膜上进行照射，在照射时，使激光点在硅膜上扫描，一边局部地使其熔化，一边在凝固的过程中使硅结晶。在使用的激光束中，在照射位置的光束的轴向强度分布依赖于激光源的光束轮廓，通常是对光学轴为轴对称的高斯分布。通过这样分布的光束的照射而形成的多晶硅膜向表面方向的结晶的均匀性非常低，很难在薄膜晶体管制造中把它作为半导体衬底使用。
此外，还知道使波长短的受激准分子激光在照射面上的光束轮廓为矩形，掠过半导体膜上进行加热的技术。在日本专利公开11-16851和日本专利公开10-333077中，把来自振荡器的激光束通过在垂直于光轴的面内彼此交叉的两个柱面透镜阵列后，通过配置在其前方的聚焦透镜，在半导体膜表面上成像。柱面透镜阵列把多个微小柱面透镜配置为彼此平行，并且垂直于光轴，是把一条光束分割为多条光束的光学元件。
上面所述的方法使采用高斯分布或单纯模式的激光束通过两个柱面透镜阵列，在正交的两个方向上成为均匀的强度分布。照射光束在半导体膜等的照射表面上的形状在半导体表面上正交的两个方向上具有不同的宽度。该方法通过使照射的激光束在窄的一方的宽度方向扫描移动，在半导体膜上反复形成了具有相当于长的一方的宽度的宽度一定的多结晶区域。
可是，如果通过这样的柱面透镜阵列分割来自激光光源的激光束，再在照射面上合成，则照射面上产生激光的光干涉，在照射位置，形成具有光束强度高和光束强度低的地方来回重复的干涉图案。
由于由重合了的多个光束在照射面上产生的干涉影响到照射面上结晶的生长。即，当使用照射面上的照射光束的形状为长方形的照射激光束来加热非晶体半导体膜、使其结晶化时，因为使照射光束在窄的宽度方向移动，所以与移动方向正交的长度方向的强度分布严重影响结晶的生长，该方向的强度分布不均匀、干涉图案大，这对于使硅膜的结晶粒长大是不利的。
提出了几种去掉由于这种干涉引起的激光照射强度的不均匀性的方法。在日本专利公开中公开了通过平行光管(collimator)使来自光源的激光束成为平行光，照射到反射面为阶梯状的镜子上，使通过该多级镜分割的光束通过合成柱面透镜阵列和汇聚用的柱面透镜阵列，照射到照射面上。该光学系统通过各反射面间的阶梯，为分割的光束设置比激光束的可干涉长度长的光程差，防止照射面中的分割光束之间的干涉。
另外，日本专利公开号公开了通过光束平行光管使来自光源的激光束成为平行光后，照射到多个小的反射镜上，把来自各反射镜的反射光照射到照射面上，使其重合，所以通过确保经各平面镜反射的激光束的光程差在可干涉长度以上，同样防止了干涉。
上面所述的光束的均匀化技术利用具有多个反射面的反射镜来设置光程差，防止因分割来自同一光源的激光束，而在照射面上重合时发生的干涉，可是这些光学系统需要特殊的反射镜。特别是特开的光学系统需要使基于反射镜的光学系统的光轴弯曲的配置。为了能使多个分割的各光束正确地照射到照射面，要求光学系统的各反射镜满足特定的位置关系的配置。因此，多个反射镜的配置变得复杂，存在应该作为热处理装置而配置的光学系统的自由度降低的问题。特别是对全部的分割束设置光程差时，对于时间的干涉距离大的激光振荡源，装置变得又大又变复杂，这是不现实的，而且光学调整也困难。
鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种激光束均匀照射的光学系统，这种光学系统通过使分割了来自光源的激光束的各光束在照射面上重合，是在照射面上形成具有均匀的强度分布的照射光束的光学系统，它可以防止重合引起的分割束间的干涉，能谋求照射光束的均匀化。
本发明的其他目的在于提供一种均匀照射的光学系统使用于防止这样的干涉、使照射光束均匀化的结构和调整变得简单并且容易。
本发明的别的目的在于提供一种光学系统，它适用于作为被照射物的非晶硅膜中使其多晶化的激光加热装置，能制造在结晶区域上晶格缺陷少的多晶硅膜。
本发明的均匀照射激光束的光学系统由以下部分构成在光束截面中、把来自激光光源的激光束在空间上分割为分割束的激光束分割部件；把多个被分割的光束重合照射在照射面上的重合照射部件；使照射面上的光束强度均匀的均匀化部件。所述激光束分割部件使分割的光束宽度为来自光源的激光束截面的截面方向的空间干涉距离的1/2倍以上。规定为这样的光束宽度的分割束即使通过重合照射部件在照射面上重合，也减轻了多个光束的相互干涉，使照射面上的照射强度的分布均匀。
该激光束均匀照射的光学系统除了包括在光束截面中把来自激光光源的激光束在空间上分割为分割束的激光束分割部件和把分割的光束重合照射在照射面上的重合照射部件外，还包含使照射面上的光束强度均匀的均匀化部件。一种所述的均匀化部件包含使所述分割的光束的彼此相邻的相邻分割束中的一方相对于另一方延迟了比该激光束的时间的干涉距离还长的光学延迟部件，用于防止彼此相邻的分割束间在照射面上发生干涉，使照射强度分布均匀化。
作为本发明别的均匀化部件，包含使由激光束分割部件分割的彼此相邻的分割束间的偏振角度实质上正交的旋光部件。旋光部件通过使分割了的光束间的偏振角度彼此正交，减轻照射面上使各相邻的分割束重合时会产生的分割束间的干涉，使照射强度分布均匀化。
本发明的光学系统通过同时减少所述激光束的截面方向的空间的干涉距离的要素和光轴方向的时间的干涉距离的要素，具有能使照射强度分布极其均匀的优点。
本发明中，重合照射部件包含使各分割的激光束在照射面上彼此位移或彼此错开，形成复制的照射光束。通过分割部件分割为多个的各分割束在通过重合照射部件时，在光学上错开，照射到照射面上，降低了照射面上分割束间的干涉。用于使该复制位移或错开的重合照射部件能简单地实施，能同时使用防止所述空间的干涉距离的要素和光轴方向的时间的干涉距离的要素引起的干涉的部件。
本发明的所述激光束均匀照射的光学系统把照射面作为形成在衬底上的非晶体或多晶体的半导体膜，能用作半导体膜退火用光学系统。
下面简要说明附图。
图1A和1B是表示利用了本发明的波导的实施例的激光束均匀照射的光学系统的配置的图，分别表示从y方向观察的图和从x方向观察的图。
图2是说明波导的激光束的分割形态的剖视图。
图3A表示激光束在波导中分割时，应该分割的激光束的截面中的分割束的配置，图3B表示波导出射端面中的分割束的配置。
图4是表示由波导分割出的彼此相邻的两个分割束在照射面上重合时的合成照射光束的强度分布和可见度的图(d＝s时)。
图5是说明激光束的空间的干涉距离s的定义的图。
图6是表示由波导分割为7束的分割束在照射面上重合时的合成照射光束的强度分布和可见度的图(d＝s时)。
图7是表示激光束的光程差和可见度的关系的曲线图。
图8A和图8B是表示使用了柱面透镜阵列作为本发明的激光束分割部件的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统的配置的与图1A和图1B相当的图。
图9A表示使用分割用柱面透镜阵列作为激光束分割部件，应该分割的激光束的截面中的分割束的配置，图9B同样表示波导出射端面中的分割束的配置。
图10是表示由分割用柱面透镜阵列分割的彼此相邻的两个分割束在照射面上重合时的合成照射光束的强度分布和可见度的图(d＝s时)。
图11是表示由分割用柱面透镜阵列分割为7束的分割束在照射面上重合时的合成照射光束的强度分布和可见度的图(d＝s时)。
图12A和12B表示与本发明的实施例相关，使用波导作为分割部件，利用了透光性的延迟板7作为光学延迟部件的激光束均匀照射的光学系统的与图1A和图1B同样的图。
图13是图12所示的光学系统的变形例，表示遮断了在波导的反射面之间不反射而通过的分割束的形态的光学系统与图12B同样的图。
图14是表示本发明的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统的配置的和图12B同样的图，表示入射光的光轴和波导中心轴斜交的配置。
图15是表示入射光的光轴和波导中心轴斜交的配置中的光束分割的与图14同样的图。
图16A和16B是说明斜交配置了入射光的光轴和波导中心轴的图15所示的波导中的激光束的分割状态的与图3A和图3B同样的图。
图17是表示本发明的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统的配置的图，其配置为波导的入射面与波导中心轴斜交。
图18A和18B表示关于本发明的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统，对分割用的柱面透镜阵列应用了延迟板的与图8A和图8B同样的图。
图19表示在复制用柱面透镜阵列的前后配置了两块延迟板的与图18B同样的图。
图20是对复制用柱面透镜阵列进行焦点调制的与图18B同样的图。
图21A和图21B表示关于本发明的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统，使用波导作为分割部件、使用旋光板作为均匀化部件的例子，分别是与图1A和图1B同样的图。
图22是图21B的光学系统的变形例，表示遮断了在波导的反射面之间不反射而通过的分割束的形态的光学系统的与图21B同样的图。
图23是表示本发明的其他实施例的激光束均匀照射的光学系统的配置的与图21B的同样的图，表示入射光的光轴和波导中心轴斜交的配置。
图24是表示入射光的光轴和波导中心轴斜交的配置中的光束分割的与图23同样的图。
图25为图21的变形例，表示包含半波长板和光程长补偿部件的激光束均匀照射的光学系统。
图26为图23的例子的变形例，表示包含半波长板和光程长补偿部件的激光束均匀照射的光学系统。
图27A和27B表示应用了分割用柱面透镜阵列和半波长板的与图1A和图1B同样的图。
图28表示对图27A和27B所示的分割束交替配置了半波长板和延迟板的光学系统的与图27B同样的图。
图29表示在复制用柱面透镜阵列的前后配置了两个延迟板的与图27B同样的图。
图30A和30B是关于本发明的其他实施例，表示重合照射部件使各分割束在照射面上彼此位移，即错开、复制的激光束均匀照射的光学系统的配置的图，分别表示从y方向观察的图和从x方向观察的图。图30C是表示图30A和30B所示的光学系统的照射光束强度的轮廓的图。
图31A、31B和31C表示入射光的光轴和波导中心轴斜交配置的分别与图30A、30B以及30C同样的图。
图32A和32B是具有在照射面上使分割束位移、复制的重合照射部件的分别与图8A和图8B同样的图。
图33A和33B是具有在照射面上使分割束位移、复制的重合照射部件的分别与图18A和图18B同样的图。
图34是具有在照射面上使各分割束位移、复制的重合照射部件的与图27同样的图。
具体实施例方式
本发明的光学系统的激光束分割部件使从激光光源发出的单一激光束分割出的多个分割束通过重合部件，使分割束被重合照射到照射面上。这里激光束分割部件关于多个分割束，使各光束宽度为激光束截面上的截面方向的空间的干涉距离的1/2倍以上，据此，防止在照射面上的分割束间的干涉，照射光束的强度分布能均匀化。
在光束被分割前，两个分割束在该激光束的截面内是彼此相邻的时，容易发生分割束间的干涉，但是通过使各分割束宽度为空间的干涉距离的1/2倍以上，就能降低相互干涉。
把上述的各分割束的光束宽度规定为激光束分割部件的出射面中的分割束的宽度，这时空间的干涉距离是指来自光源的激光束投射到该出射面的位置时、在截面内的空间的干涉距离。后面将详细描述，该空间的干涉距离是指激光束被分为两支，然后由于在照射面上再次重合时发生的干涉，后面描述的可见度(visibility)变为1/e时的两个光束的最小重叠距离。
在本发明中，分割束宽度与光束截面中的截面方向的空间的干涉距离的比为1/2以上，但是 以上较好，在1以上更好。即，由激光束分割部件分割的分割束的宽度希望设定为空间的干涉距离的 以上，特别是1倍以上。
分割束宽度的上限由分割激光束的分割数决定，但是分割的光束的数量至少是5，希望在7以上。尽管分割数越大对照射的激光束的强度的平坦化就越有效，但是不希望分割数大到使所述分割束宽度与空间的干涉距离的比变为低于1/2。实用的分割数为5～7，分割束宽度对于空间的干涉距离设定为1倍以上。
激光束分割部件分割来自激光源的激光束，并且规定所述的激光束宽度，但是该分割部件能使用波导或柱面透镜阵列。它们都是只在垂直于光轴的面中的任意一个方向把激光束分割成所述分割数的分割束。
波导能利用具有彼此相对的反射面的中空体和实心的透光体。中空的波导能利用在空间中把两个镜面以一定间隔相对配置的物体。
实心的波导是透明的板状，把两方的主面作为镜面，把两方的端面用于入射和出射的透光体。这样的波导通常能利用光学玻璃板。
在波导中，在激光束分割部件中包含用于使来自激光源的射出激光束入射到波导内的反射面间的聚光透镜。
从波导的出射面能得到在反射面不反射而透过波导内的分割束；和每次在相对的反射面上反射的两组的分割束。入射光束在反射面反射的次数每增加一次，分割束就增加两个。
而作为激光束分割部件的柱面透镜阵列是使柱状、截面为凸透镜状的多个柱面透镜平行排列在与光轴实质上正交的一个方向上。能对应于每个微小的柱面透镜得到的分割束。在使用柱面透镜阵列的激光束分割部件中，希望包含向柱面透镜阵列入射平行光的平行光管。
本发明的光学系统的其他形态在光学系统中包含均匀化部件，在均匀化部件中包含光学延迟部件和旋光部件。
在本发明中，光学延迟部件具有使通过所述激光束分割部件分割的光束中彼此相邻的分割束的一方相对于另一方，延迟比该激光束的时间的干涉距离还长的功能，据此，在照射面上，降低乃至防止彼此相邻的分割束之间的干涉。
光学延迟部件最好利用延迟光束用的透光体，即延迟板，将其插入通过所述激光束分割部件分割的各分割束彼此在空间上分离的光路中。这时，在把各分割束反过来向来自光源的单一的激光束投影时，彼此相邻的分割束中至少任意一方中插入延迟板，在彼此相邻的分割束之间在光学上设置光程差。
延迟板使分割的相邻的光束的光程差比该激光束的时间的干涉距离大，据此，防止分离的多个分割束照射到照射面、使其重合时的分割束间的干涉。光程差由延迟板的厚度即光束透过长度、延迟板的折射率和空气的折射率的差来决定。
以来自激光源的激光束为基准，把延迟板插入从该激光束分离出的相邻的分割束的每隔一个的排列中，彼此产生光程差，从而产生相位差。
本发明中，均匀化部件还包含旋光部件，旋光部件使由激光束分割部件分割出的相邻的分割束间的偏振角度实质上正交，在照射面上重合，形成具有所需要的均匀的强度分布的轮廓的照射光束。在本实施例中，通过使分割的光束间的偏振角度彼此正交，减少当在照射面上各相邻的分割束重合时会产生的分割束间的干涉，使照射强度分布均匀化。
以来自激光源的激光束为基准，把旋光板插入从该激光束分离出的相邻的分割束的每隔一个的排列中，使彼此在偏振面间产生约90°的角度。
旋光部件的一个例子是使用水晶的结晶板，该结晶板使透过的光束的偏振面相对于另一方的分割束的偏振面几乎旋光90°。这样的旋光部件称作半波长板。这里，所谓的实质上正交，包含从一方的分割束的偏振面与另一方的分割束的偏振面正交时的角度有±30°的偏移也行。这样，即使两个光束的偏振面不正交，而是斜交，也能降低两个光束间的实质上的干涉。
其他的旋光部件，还能利用菲涅耳菱面体(fresnel rhomb)。
此外，由于只在彼此相邻的分割束中的所述一方的分割束中插入旋光部件，由此相对于另一方的分割束产生光程差，该光程差使在照射面上产生这些分割束的成像位置的偏移。因此，在所述另一方的分割束中插入光程长补偿板，希望使不插入所述旋光部件的另一方的分割束的光程长与该一方的分割束的光程长实质上相同。据此，能使照射面上的所述一方和另一方的分割束的成像鲜明，能有助于合成的照射光束强度分布的均匀化。
关于所述的均匀化部件即延迟板和旋光板的配置，重合照射部件包含把来自激光束分割部件的分割束复制到照射面上的复制(像传递)透镜，当形成了复制透镜把多个分割束在空间上分离了的区域时，延迟板等的均匀化部件被插入这样的分离区域中。例如当激光束分割部件为波导时，延迟板通过复制透镜被配置在各分割束汇聚的焦点位置上。
关于均匀化部件的简化，希望波导的构造或配置不产生不反射而通过的分割束。该配置如后所述，通过在预定组的分割束中插入单一的延迟板或旋光板，在另一组的分割束中不插入，能减轻照射面上的干涉。它具有能使单一的光学延迟部件的配置简便的优点。
为此，希望只在入射激光束在内反射面不反射而通过波导的分割束中插入遮蔽体。
其他的形态能采用使向波导入射的激光束对于波导中心轴非对称地入射的构造。因此，波导中，使对于波导的入射激光束的光轴与所述的波导的反射面间的中心轴斜交，据此，能不产生在哪个反射面上都不反射而通过的分割束。
别的形态在波导中使用上面所述的实心透光体，可是，采用该波导的入射面和波导的中心轴斜交的结构，能用斜交的入射面使入射光折射。能使入射光束至少在反射面反射一次，构成分割束。在这些形态中，与遮断不反射就通过的分割束的结构相比，具有能在照射中利用所有的分割束的优点。
当激光束分割部件为柱面透镜阵列时，因为各柱面透镜阵列的出射一侧光路彼此分离，所以均匀化部件的别的配置能把延迟板或旋光板配置在光束的光程上。这时，能把几个小的延迟板或旋光板配置在由柱面透镜阵列分割的成列的光束的每隔一个中。
这样，多个分割束的一部分透过均匀化部件，重合照射部件把分割束重合照射在照射面上，照射的激光的形状投影为矩形或直线状，照射的光束的长度方向的强度分布变为一样。
本发明的实施例中，重合照射部件还包含在照射面上使各分割激光束彼此错开、复制，形成照射光束的功能。重合照射部件把通过分割部件分离的分割束重合照射在照射面上，使其在照射面上成为矩形或直线状，但是在本实施例中，通过把几个分割束在照射光束的形状的长度方向错开，特别是消除了长度方向的两侧产生的强度的强弱分布。这样的重合照射部件最好能利用具有透镜像差的柱面透镜。
本发明的这些实施例的激光束均匀照射的光学系统适用于用于把在玻璃衬底上通过化学气相淀积法等而覆盖形成的非晶硅或多晶硅的薄膜加热熔化，进行多晶化或使生长成更粗大的结晶的退火(annealing)装置中。这里，退火不仅是对固体膜照射激光，直接进行结晶化或再结晶，还包含用激光照射使固体膜暂时熔化，在之后的熔化膜的凝固过程中使其结晶。
在本发明中，激光源包含固体激光器和半导体激光器，激光束包含固体激光和半导体激光的基波和高次谐波。特别是当照射面是硅半导体膜，尤其是非晶硅膜时，除了NdYAG激光器、NdYLF激光器、YbYAG激光器等的固体激光器的基波，希望利用第二高次谐波(2倍波)或第三高次谐波(2倍波)照射。当这些高次谐波为于350～800nm的波长区域时，所述非晶膜能适度地吸收光束，高效地加热熔化。
特别是在上述的退火用光学系统中，在硅薄膜表面上，形成细的宽幅状的线状的照射激光，通过在与光束线正交方向上扫描，在照射光束通过时，以该光束的宽度扫描硅薄膜，均匀、急速地加热，在光束通过后放置冷却时，能在凝固过程中使其结晶生长，光束的干涉图案少，强度分布均匀，所以能制造各结晶具有宽幅的长的形状和均匀的高结晶性的结晶硅膜。
实施例1在本发明的实施例1中，图1A和图1B表示激光束均匀照射的光学系统，但是表示了该光学系统在照射面上，形成在y方向以均匀的分布扩展，在x方向汇聚为线状的直线状的照射轮廓的例子。
光学系统包含激光束分割部件3和重合照射部件6(61、62)。在本例子中，在激光束分割部件3中利用波导4，把激光束1分割为所需数量的分割束16a～16e，通过重合照射部件6把这些分割束在照射面90上成像为直线状轮廓的照射光束19。
在本实施例中，激光束分割部件3包含用于使来自激光振荡器的激光束1入射到波导4内的光学系统，包含用于产生平行光束的扩束透镜31、y方向准直透镜32和x方向准直透镜33，下面还包含在y方向聚光、并使其入射到波导4内的柱面透镜的聚光透镜34。
波导4中彼此相对的平行主表面具有反射面41、42，反射面41、42在该图中与y方向垂直。激光束1贯穿两个反射面间的入射面43和出射面44与激光束的光轴正交。入射的激光束1通过反射面之间被分割成从出射端射出的分割束成分、在反射面41和42的任意一个反射一次(m＝1)的两个分割束(m＝+1，m＝-1)成分、在两个反射面反射两次(m＝2)的分割束(m＝+2，m＝-2)成分、还有分别反射三次乃至三次以上一对分割束从出射端射出的各成分。
来自波导4的分割束通过重合照射部件6重合投射到照射面90上。重合照射部件6由在y方向把分割束复制到照射面上的y方向复制透镜61(柱面透镜)和在x方向聚光的聚光透镜62(柱面透镜)构成。y方向的复制透镜61通过x方向聚光透镜62，在照射面90上把光束在y方向延伸规定的长度，x方向聚光透镜62使光束在x方向汇聚为线状，据此，在照射面上取得了直线状轮廓的照射光束19。
更具体而言，图2表示了使用激光束分割部件的波导、分割从激光振荡器(未图示)射出的激光光束的形态，但是来自激光振荡器的激光束通过柱面透镜的聚光透镜34，经过焦点F0入射到波导4内。在波导4内，入射光束的一部分具有没有在反射面反射就透过的分割束(反射次数＝0)，在彼此相对的反射面41或42只反射了一次的分割束在y方向有2种(m＝±1)，在反射面41和42反射两次的分割束也同样在y方向有2种(m＝±2)，各分割束从出射面44射出。在垂直于光轴、并且包含焦点F0的面上，有从出射面44射出的各分割束的虚像焦点F+1、F-1、F+2、F-2，能观察到各分割束从这些虚像焦点F+1……经过出射面44的开口被射出。
在图2中，如果假定通过没有波导时的聚光透镜34，通过焦点而扩展的激光束投影到出射面44所在的面的光束的轮廓为圆，该投影的激光束14能分解为与多个分割束分别分类对应的成分。激光束1的截面的各成分在截面上，如果在y方向按m＝-2、-1、0、+1、+2的顺序分割，则需要注意从波导4的出射面44射出的成分即分割束在y方向为反射次数＝+2、+1、0、-1、-2的顺序的排列。
在图2中，只表示了从波导4的出射面44射出的m＝0、+1、+2的成分的分割束的配置，m＝+1和m＝+2的分割束对于反射面的中间面向彼此相反的方向射出。而m＝-1、-2的分割束对于m＝+1、+2的反射面的中心面位于对称方向，但是在图中省略了。
图3A是把激光束从焦点F0在波导4不反射，投影到波导4的出射面44的对应平面上的激光束14的分割束的分割宽度图示化的图。它是遵循高斯分布的圆形轮廓的激光束14由波导分割为7束的例子。
在波导4中，彼此相邻的分割束在其出射面44上反复重叠。因此，基于激光束1的分割而彼此相邻的成分的边界部位在图3B中，与波导的出射面的分割束的反复部分一致。例如，在图3A中，m＝+1的成分的边界部III和与它挨着的m＝0的边界部iii在波导的出射面44中反复重叠(如图3B所示)。
如果这样的反复的分割束通过y方向复制透镜61和x方向聚光透镜62，重合投影到照射面90上，则在照射面上的照射光束中发生干涉，强度形成了波状分布。
图4表示了来自分割束的两个成分，例如反射次数m＝+1和m＝0的两个成分通过y方向复制透镜61和x方向聚光透镜62等，重合照射到照射面90上时的照射面90上的照射光束19的强度分布图的例子。但是在原来的激光束上彼此相邻的分割束边界部iii和III严重地彼此干涉，而同样在原来的激光束上彼此远离的分割束边界部IV和ii表现了干涉引起的强度分布的变动小。在图4中，在横轴上取分割宽度d，在纵轴上取相对的光束强度。只是，图4是把激光束的强度分布近似为高斯分布，分割宽度d与空间的干涉距离s相等时的情形。
照射面上的重合引起的干涉的程度依赖于分割宽度d和该位置处的激光束空间的干涉距离s的比。这里，把空间的干涉距离s定义为在激光束的光束截面的强度分布保持高斯分布时，如图5所示的那样，规定光束直径D是强度变为光轴强度1/e2(这里，e是自然对数的底)时的圆(1/e2圆)的直径D，是把单一的激光束分支为两个时的双方的1/e2圆的中心间的距离，这时从在照射面上使它们光轴为公共的后使其干扰的状态，把光轴彼此错开，在重叠的照射区域中，干涉条纹的可见度降低到1/e。这里，可见度是把干涉后的强度分布的最高强度和最低强度的差除以最高强度和最低强度的和而得到的值，是表示干涉的程度的尺度。
当激光束的分割宽度d为d＝s/2时，彼此相邻的分割束的彼此接近的区域的照射光束的重叠部分中，可见度接近1，在远离的区域的照射光束的重叠部分中可见度为1/e。中间的区域中，从1向1/e渐渐减小。在较佳的实施例中，分割宽度d为d＝s/2以上，这时远离的区域的照射光束的重叠部分中可见度降低到1/e以下。
激光束的分割宽度d为d=s/2]]&以上时，在远离的区域的照射光束的重叠部分中可见度降低到1/e2。在最佳的实施例中，在远离的区域的照射光束的重叠部分中可见度降低到1/e4以下。
使分割宽度d为d＝s，如图2所示，通过波导4把激光束分割为7束，图6表示出在照射面上重合时的强度分布，表现了得到相当改善的强度分布。在该图中，产生的干涉条纹的周期T由T＝λ/sin Δθ决定。这里，λ是波长，Δθ是产生干涉的两个分割束在照射面19上的入射角的差。
实施例2本实施例中，利用柱面透镜阵列作为另一种光束分割部件。本例如图8A和8B所示，激光束均匀照射的光学系统包含用于使来自激光振荡器的激光束1入射到柱面透镜阵列5的光学系统，包含用于产生平行光束的扩束透镜31、y方向准直透镜32和x方向准直透镜33，来自准直透镜33的平行光束入射到柱面透镜阵列5。
在柱面透镜阵列5中，柱面透镜指的是在图中x方向为柱状、向着光轴把截面凸透镜层叠在y方向的透镜，但是图例由5级这样的微小的柱面透镜5a～5e构成，据此，形成了五个分割束。
来自分割光束用的柱面透镜阵列5的向y方向的分割束15a～15e入射到配置在前方的另外的复制用柱面透镜阵列51，来自复制用柱面透镜阵列51的分割束通过在x方向聚光的聚光透镜62(柱面透镜)投射到照射面90上，形成具有在y方向均匀、在x方向汇聚得很细的线状轮廓的照射光束19。物镜63配置在复制用柱面透镜阵列51和聚光透镜62之间。
图9A和9B表示了柱面透镜阵列5的激光束的分割形态。与前面所述的由波导进行的分割不同，用各微小柱面透镜分割的光束在照射面上重合时，没有返回，只是被重叠，因此，即使两个相邻的分割束通过复制用柱面透镜阵列51和x方向聚光透镜62在照射面上重合，合成后的强度分布在y方向的干涉中也没有差异。
图10表示分割宽度d与上述的空间的干涉距离s相等时、彼此相邻的两个分割束在照射面上的重合的强度分布在y方向一定，它的可见度是一定的，为1/e。
图11表示关于通过所述分割用的柱面透镜阵列5分割为7束的分割束，分割宽度d为d＝s，在照射面上重合时的强度分布，但是y方向，表现了相当好的分布。
实施例3本发明的实施例的光学系统中，所述均匀化部件包含通过所述波导形成的分割束中彼此相邻的分割束的一方相对于另一方，延迟比该激光束的时间的干涉距离还长的光学延迟部件。为了防止激光束的彼此相邻的区域发出的两条分割束之间发生干涉，光学延迟部件在彼此相邻的区域的两条分割束之间设置了时间的干涉距离以上的光程差。
本实施例作为光学延迟部件，表示利用了透光性的延迟板的光学系统。如图12A和图12B所示，光学系统使用利用了波导4的激光束分割部件3、作为重合照射部件6的正交的两个柱面透镜(61、62)、作为光学延迟部件的延迟板7。本例子中，波导4与实施例1的波导同样，把激光束1分割为所需数量的分割束16a～16e，通过重合照射部件6把这些分割束在照射面90上作为直线状轮廓的照射光束19而成像。
在图12B中，在多个分割束彼此分离的位置，在彼此容易产生干涉的分割束的任意一个中，插入透光性的延迟板7(即光学玻璃板2)作为光学延迟部件，在相邻的分割束之间形成光程差。本例子中，由波导4分割的光束由y方向复制透镜61复制，通过x方向聚光透镜62在照射面上形成照射光束，但是在y方向复制透镜61和x方向聚光透镜62之间，通过y方向复制透镜61在各光束中形成焦点f，把作为延迟板7的玻璃板插入在相邻的光束的任意一方中的焦点位置f或它的前后，设置光程差。图的例子中，在5个分割束中每隔一束中插入作为延迟板7的玻璃板，在彼此相邻的延迟板7、7之间的空间中，其他的分割束通过。通过这样排列的延迟板7，重合在照射面上的照射光束中，不产生彼此相邻的分割束间的干涉，所以实质上能取得强度分布均匀的轮廓。
玻璃板的光程差Δa由玻璃板的厚度a、玻璃的折射率n1、空气的折射率n0(可是，通常n0＝1)给出。Δa＝(n1-n0)/n1。
玻璃板的光程差Δa设定为时间的干涉距离ΔL以上。即Δa□ΔL。而激光束的时间的干涉距离由ΔL＝cΔt?λ2/Δλ提供。这里，c是光速，Δt是可干涉时间，Δλ是激光具有的波长宽度(频谱宽度)，激光的波长宽度越窄，干涉距离越长。
举例来说，在NdYAG激光器中，关于中心波长λ＝1.06μm的光束，频谱宽度Δλ＝0.12～0.30mm，所以时间的干涉距离ΔL＝3.8～9.4mm。
在图7中表示了从激光束的彼此相邻的区域分割出的两个分割束在照射面上的可见度和分割束间设置的光程差的距离(即光程差Δa)的关系。当光程差为时间的干涉距离ΔL时，可见度下降到1/e，通过使来自分割束间的光程差进一步增大，可见度进一步减小。
从这些关系求出彼此相邻的分割束间提供时间的干涉距离ΔL以上的光程差的玻璃厚度a。延迟板的厚度希望设定为通过延迟板设置时间的干涉距离ΔL的2倍以上的光程差，更希望为4倍以上。例如，光源是所述的NdYAG激光器，当对光学延迟部件的延迟板7使用了石英(折射率n1＝1.46)时，对于时间的干涉距离ΔL为3.8～9.4mm，石英玻璃厚度a为12～30mm。
图13是本实施例3的变形例，表示从x方向观察的光学系统的配置。除了光学延迟部件7的配置的不同，基本上是与图12A和图13B的光学系统相同的激光束均匀照射的光学系统，但是本例子遮断了在所述的波导的反射面间不反射而通过的分割束。
即，来自所述图2、图3A和图3B所示的波导4的反射次数m＝0时的直线前进的光束由配置在y方向复制透镜后的焦点位置f的遮蔽体79遮断。由于m＝0的直线前进的光束被遮蔽体79阻挡，不到达照射面，所以它对干涉没贡献。因此，作为光学延迟部件7，只插入对称配置的分割束组(m＝+1、-2)或(m＝-1、+2)的任意一方，在另一方的光束组不配置光学延迟部件7，据此，减轻照射面上的分割束间的干涉，并且光学延迟部件7能利用使一方的分割束组(m＝+1、-2)统一透射的单一延迟板71，例如一块玻璃板或玻璃棒，具有能简化光学系统的优点。
其他变形例的光学系统包含波导4和光学延迟部件7，只是提供的由波导构成的激光束分割部件不含有在波导4内不反射而直线前进的分割束，使所有的分割束至少反射一次，并且防止两个以上的反射分割束反射相同的次数。如图14所示，这样的激光束分割部件能采用激光束分割部件的入射光学系统的光轴相对于波导的中心轴以给定的角度斜交配置的构造。
如图15、图16A和图16B所示，设定为入射到波导4内的柱面透镜的聚光透镜34的光束的周边成分①入射到波导4的入射面，在反射面反射一次，从出射面出射；来自聚光透镜34的其他光束成分②、③、④分别被反射两次、三次、四次，其他成分被更多次反射，从出射面射出。被射出、分割的光束在图15的出射面一侧，用反射次数m的数字1～8表示。
在图16A和图16B中，描述了出射面44上的平面中的光束截面的分割束的配置和出射面中分割束的重合。反射次数的顺序表示了激光束截面中的分割束的配置的顺序。因此，反射次数的顺序差1的分割束彼此在照射面上容易干涉，所以在顺序差1的分割束的任意一方中配置延迟板7作为空间的迟部件。如图14所示，该延迟板的配置在y方向复制透镜的焦点f位置，反射偶数次数(例如，m＝2、4、6)的分割束群对于奇数次数(m＝1、2、3)的分割束群，偏向一方，所以通过在反射偶数次数m＝2、4、6的分割束全体中插入单一的延迟板72，能简单地防止相邻的分割束彼此的干涉。
在图16A和图16B中，如上述的实施例所述，分割束的宽度d被设定为大于、等于空间的干涉距离s的1/2，希望在 以上，特别是大于、等于1个s。
图17表示不形成在波导4内直线前进的分割束的其他变形例。本例子中，使波导4的光轴40与聚光透镜34的光轴30一致，但是通过使波导4的入射面43不与光轴正交，以适当的角度斜交，使斜交的入射面43上的入射光束13折射，也能得到没有0次反射，而有1次、2次、3次等的反射的分割束。在本例子中，通过在y方向复制透镜的焦点f位置，在偶数次反射(例如m＝2、4、6)的分割束或奇数次反射(例如m＝1、3、5)的分割束中集中插入一个延迟板71，就能设置彼此相邻的分割束间的光程差。
实施例4本实施例表示应用所述实施例2的柱面透镜阵列作为分割部件和把所述延迟板作为延迟通过该柱面透镜阵列分离的分割束的光学延迟部件、防止干涉的例子。
图18A和图18B中，在从分割用的柱面透镜阵列5在y方向上分割出的分割束15a～15e中插入了延迟板7作为光学延迟部件。本例子各延迟板7被插入隔一个分割束的分割束15a、15c、15d中，在其他的分割束15b、15d中不插入。据此，限制了彼此相邻的分割束间(例如，分割束15a和15b之间，或分割束15b和15c)的照射面90上的干涉，能使由重合的照射光束产生的干涉的强度分布均匀化。
图19是图18A和18B所示的激光束均匀照射的光学系统的变形例，但是分割用的柱面透镜阵列5的分割束和它的前方的复制用柱面透镜阵列51的前方的焦点位置处分别配置一对延迟板73和74。在本例子中，因为在复制用柱面透镜阵列51的前后配置了两个延迟板73和74，所以能使延迟板的被复制面与复制面为共轭关系，据此，具有能使照射面上的衍射的影响最小的优点。
图20是图18B所示的激光束均匀照射的光学系统的变形例，只是，把插入了延迟板7的分割束的复制用柱面透镜阵列51的微小透镜512和不插入延迟板7的分割束的复制用柱面透镜阵列51的微小透镜511制作为具有不同的焦点距离，使它们在照射面上的成像变为一样。通过在由分割用柱面透镜阵列5于y方向上排列、分割得到的分割束的每隔一个分割束中插入调整光程长用的延迟板7，对于不插入延迟板的分割束，产生了焦点位置f的偏移，但是用复制用柱面透镜阵列51的各微小透镜的焦点距离来补偿焦点f的位置偏移，据此，能使照射面上成像的各分割束的强度分布均匀化。
实施例5在本实施例中，应用旋光部件作为均匀化部件，防止彼此相邻的分割束在照射面上的干涉，实现均匀化。本光学系统表示包含作为激光束分割部件的波导、作为重合照射部件的柱面透镜阵列和作为均匀化部件的旋光部件的激光束均匀照射的光学系统。本光学系统形成在照射面上，在y方向以均匀的分布扩展，在x方向为线状汇聚的直线状的照射轮廓。激光束分割部件3利用波导4，把激光束分割为所希望数量的分割束，通过重合照射部件把分割束在照射面上成像为直线状的轮廓。
本实施例的光学系统中，所述的均匀化部件包含使由所述的波导形成的分割束中彼此相邻的相邻分割束中的任意一方相对于另一方，偏振面的角度实质上正交的旋光部件。该旋光部件使来自彼此相邻的区域的分割束的偏振面彼此正交，防止分割束彼此的干涉。
旋光部件进行旋光，使偏振面的相对角度实质上正交，从而使彼此相邻的两个分割束达到彼此实质上不发生干涉的程度，希望利用由石英构成的半波长板。
在图21A和21B中，在波导4的前方的y方向复制透镜61(柱面透镜)的前方形成焦点f，把半波长板8作为旋光部件配置在该焦点位置。在本例子中，来自波导4的五个分割束中，只在反射次数m＝0、m＝+2和m＝-2的三个分割束中插入半波长板7，在m＝+1和m＝-1的其他反射次数的分割束中不插入。该结构在排列在y方向的分割束的每隔一个中插入半波长板。据此，参照图2和图3A，只在彼此相邻的两个分割束中的任意一方中插入半波长板8，使其偏振角相对于另一方的分割束实质上正交。据此，在彼此相邻的任意组合的两个分割束中，即使在照射面90上重合，也不会发生干涉。因此，与所述分割宽度的限制一起，通过实质上偏振面不同的光束的重合，改善了照射光束的均匀性。
本实施例作为均匀化部件，使排列在y方向的分割束每隔一个中插入半波长板8，所以有必要在半波长板8、8之间设置间隙，使其他分割束透过，该半波长板的配置和构造有些复杂。
为了解决这个问题，在图22所示的构造中，特别是通过配置在y方向复制透镜61的出射一侧的焦点位置f处的遮蔽体89遮断反射次数m＝0的直线前进的光束。m＝0的直线前进的光束不到达照射面，所以它对干涉没贡献。因此，作为旋光部件，把一块半波长板8插入对于直线前进的光束(m＝0)对称配置的分割束群(m＝+1、-2)或(m＝-1、+2)的任意一方中，另一方的分割束组不配置旋光部件。据此，减轻了照射面90上的分割束19彼此间的干涉，并且旋光部件8能利用使一方的分割束组(m＝+1、-2)一起透过的一块半波长板82，具有能简化光学系统的优点。
遮蔽体89能利用吸收或使激光束反射的固体，例如石墨、陶瓷、金属等，也能把遮蔽体89与所述单一的旋光部件82组装为一体，配置在y方向复制透镜61的焦点位置f。
图22的所述变形例通过遮蔽体89遮断了中心的分割束m＝0，但是因为遮断的中心的光束m＝1具有相当大的能量，所以不利用它会导致效率下降，在这一点上是不经济的。
因此，下一个变形例中，入射激光的光轴相对于波导与其反射面41、42间的中心轴斜交，如所述实施例3的图14～图16已经表示的那样，不生成在反射面41、42间不反射而通过的分割束。这时，用反射次数m划分的分割束的对称性被破坏，如图23所示，波导的光束分割被分离为从一次反射的分割束(m＝1)到数次反射(在本例子中，到6次(m＝6))的分割束，防止两个以上的反射分割束反射相同的次数。并且从图23可知，奇数次反射m＝1、3、5和偶数次反射m＝2、4、6的分割束在焦点位置f集中为一组，所以不用放弃利用图22所示的无反射的分割束(m＝0)，使用单一的旋光部件8就能简单配置奇数次反射m＝1、3、5或偶数次反射m＝2、4、6的分割束，如图23所示，通过只在反射是偶数次数的分割束组中插入单一的旋光部件82，就能使彼此相邻的分割束组的偏振面实质上正交，具有能简单地实现防止彼此干涉的优点。
作为所述的图23的其他变形例，图24所示的光学系统由实心的透光体构成波导4，形成该波导4的入射面43，使它与波导4的中心轴不正交，而是适当地斜交，使来自所述光源一侧的所述聚光透镜34的激光束12入射到斜交入射面43上，并折射。结果，能使入射的光束在反射面41、42之间至少反射一次，与图23同样，不生成不反射而通过的分割束(m＝0)，能设定反射次数一次一次增加的分割束，这时用单一的半波长板划分为只有偶数次反射的分割束或奇数次反射的分割束，能统一使这些划分的分割束群偏振。这时，因为与波导的中心轴共轴配置聚光透镜34的光轴，所以光学系统的设计组装是容易的，并且能实现与图23同样的效果。
在所述实施例中，旋光部件在所述例子中，在相邻的分割束中插入半波长板，防止彼此干涉。但是半波长板同时实质上延长了该分割束的光程长，所以在插入了半波长板的分割束和未插入半波长板的分割束之间产生光程长的差。这样，如果两种分割束的光程长不同，则照射面上的照射光束的成像位置彼此偏移，照射面上的光束强度轮廓变得不鲜明，特别是取线状轮廓时，宽度方向强度分布扩展。下面，表示插入为此的光程长补偿板、防止产生光程差的例子。
图25使用图21B所示的波导分割光束，在y方向复制透镜61的焦点位置f，如上所述，在每隔一个分割束中插入半波长板8、8。本例子对不插入半波长板的另一方的分割束插入延长光程长的延迟板83作为光程长补偿部件。本例子使用光学玻璃板作为延迟板83，其厚度设定为使产生与由半波长板产生的光程长相同。在照射面上，不产生这些分割束间彼此的光程差，能确保照射轮廓的鲜明度。
图26是在图23的例子中应用了延迟板83的例子，在y方向复制透镜61的焦点位置f，在偶数次反射的分割束(m＝2、4、6)组中，如上所述，统一插入单一的半波长板82，在另一方的奇数次反射的分割束(m＝1、3、5)组中不插入单一的延迟板83，消除了光束群之间的光程差。本例子特别的优点是能使单一的半波长板82和单一的延迟板83一体化，简单地配置在所述焦点f的位置。
实施例6本实施例表示应用旋光部件作为均匀化部件、应用柱面透镜阵列作为激光束分割部件的激光束均匀照射的光学系统的例子。
在图27中，图示出用于使来自激光振荡器(未图示)的激光束1入射到柱面透镜阵列5中的光学系统，该光学系统包含用于产生平行光束的扩束透镜31、y方向准直透镜32和x方向准直透镜33，来自准直透镜33的平行光束入射到柱面透镜阵列5。柱面透镜阵列5指的是在图中x方向为柱状、向着光轴把截面凸透镜层叠在y方向的透镜，但是由5级微小的柱面透镜5a～5e构成，据此，形成了五个分割束15a～15e。
来自分割用的柱面透镜阵列5的在y方向上的分割束入射到配置在它前方的另外的复制用柱面透镜阵列51，来自制用柱面透镜阵列51的分割束通过在x方向聚光的聚光透镜62(柱面透镜)投射到照射面90上，形成具有在y方向均匀、在x方向汇聚得很细的线状轮廓的照射光束19。物镜63配置在复制用柱面透镜阵列51和聚光透镜62之间。
半波长板8作为旋光部件被插入从分割用的柱面透镜阵列5在y方向分割的分割束15a～15e中，但是半波长板7被插入每隔一个的分割束15a、15c、15d中，在其他的分割束15b、15d中不插入。据此，彼此相邻的分割束间(例如，分割束15a和15b之间，分割束15b和15c或其他相邻的分割束间)，偏振角度实质上正交，抑制了在照射面90上的干涉，能使重合的照射光束19的干涉产生的强度分布均匀化。
别的变形例表示出了半波长板还包括光程长补偿部件的例子，图28是在图27A和图27B所示的光学系统中，在不插入旋光部件的相应的另一方的分割束(在本例子中，15b、15d)中插入延迟板83的玻璃体作为光程长补偿部件的例子。如上所述，所述一方的分割束被配置了半波长板8作为旋光部件，但是半波长板8的插入延长了该分割束的光程长。如果两种分割来的光程长不同，照射面上的成像位置就彼此偏移，轮廓变得不鲜明。为了进行修正，在另一方的分割束中插入延长光程长的延迟板83作为补偿光程长的部件。本例子把延迟板83的光学玻璃板设定为产生与由半波长板8产生的光程长相同的厚度。因为图27的配置交替排列半波长板8和延迟板83，所以交替并且一体地连接半波长板8和延迟板83，能形成一体的均匀化部件。
图29是在图27所示的激光束均匀照射的光学系统的复制用柱面透镜阵列51中，把插入了半波长板7的分割束的微小透镜512和不插入半波长板7的分割束的微小透镜511制作为具有不同的焦点距离，使它们在照射面90上的成像变为一样。通过在由分割用柱面透镜阵列5分割、排列在y方向的分割束的每隔一个分割束中插入旋转偏振面用的半波长板8，对于不插入半波长板的分割束，产生了焦点f位置的偏移，但是本例子用复制用柱面透镜阵列51的各微小透镜的焦点距离补偿焦点位置的偏移，据此，能使照射面上成像的各分割束的强度分布均匀化。
实施例7在本实施例中表示的激光束照射的光学系统由分割来自激光光源的激光束的激光束分割部件和在照射面上重合照射分割束的重合照射部件构成，重合照射部件在向照射面上复制各分割束时，各分割束在照射面上彼此错开，即彼此位移，形成照射光束。
本实施例利用波导作激光束分割部件，重合照射部件把来自激光束分割部件的分割束彼此偏移地照射到照射面90上，据此，防止照射面上的分割束的彼此干涉，谋求照射光束的均匀化。
在本实施例中，图30A和图30B中，激光束分割部件包括用于使来自激光振荡器的激光束1入射到波导4内的光学系统，包含用于产生平行光束的扩束透镜31、y方向准直透镜32和x方向准直透镜33，还包含在y方向上聚光、并使其入射到波导4内的柱面透镜的聚光透镜34。
波导4中，彼此相对的平行主表面具有反射面41、42，反射面41、42在该图中与y方向垂直，入射面43和出射面44与光学轴正交(与y方向平行)。由所述的实施例1的图2和3可知，从入射面43入射的激光束1被分离为在反射面不反射而通过的成分(m＝0)和在反射面反射的成分，反射的成分被分离为只反射一次(m＝1)的成分、反射两次(m＝2)以及反射三次的分割束成分。
来自波导4的分割束通过重合照射部件6重合投射到照射面90上，但是重合照射部件6由在y方向把分割束复制到照射面上的y方向复制透镜61(柱面透镜)和在x方向聚光的聚光透镜62(柱面透镜)构成。
y方向的复制透镜61通过x方向聚光透镜62，在照射面90上，在y方向延伸规定的长度，x方向聚光透镜62使光束在x方向汇聚为线状，据此，在照射面上取得了直线状轮廓的照射光束19。
在本实施例中，如图30B所示，作为重合照射部件，利用配置在波导4的前方的复制透镜61的像差，在照射面90上，使各分割束16a～16s彼此在y方向稍微错开照射，据此，如图30C所示意地表示的那样，使照射面90上合成的照射光束19的y方向的两端部的重合错开，使它的强度分布为阶梯状，减轻了大的干涉，在均匀的照射范围中，能取得干扰少的强度均匀的照射光束。
图31A和图31B的例子如实施例3的图14所示，由透明固体形成波导4，使它的入射面43与之轴向斜交，使入射的激光束折射，从出射面射出由反射面反射一次(m＝1)的光束、反射两次(m＝2)的光束、反射3次(m＝3)以至6次(m＝6)的光束，通过y方向聚光透镜61和x方向聚光透镜62把分割束照射在照射面90上，但是与图30A和图30B同样，利用y方向聚光透镜61的透镜像差，使分割束在图中的照射面90上，在y方向错开照射，据此，防止了照射面上的分割束彼此的干涉，谋求照射光束的均匀化。
下面的变形例说明的是在使用包括柱面透镜阵列的激光束分割部件的光学系统中、由重合照射部件在照射面上把各分割的激光束相互偏移地复制、形成照射光束的激光束照射的光学系统。
图32A和图32B包含放大激光束的扩束透镜31、y方向准直透镜32和x方向准直透镜33，使平行光束入射到分割用的柱面透镜阵列5中。通过柱面透镜阵列5分割的光束15a～15e通过复制用的柱面透镜阵列51、y方向物镜(柱面透镜)63和x方向聚光透镜62，在照射面上取得在y方向延伸的线状轮廓的照射光束19。而且，调节该物镜63，使来自激光束分割部件的分割束16a～16e彼此错开地照射到照射面90上，得到照射光束19，据此，防止照射面上的分割束的彼此干涉，谋求照射光束在y方向的强度均匀化。这时，如图30C所示，照射轮廓的y方向的两端部表现出阶梯状的强度分布，能在其间得到表现均匀分布的照射光束范围。
如图33A和图33B所示，本实施例的变形例在分割用柱面透镜阵列5和复制用柱面透镜阵列51之间配置延迟板7作为光学延迟部件，减少激光束截面上彼此相邻的分割束在照射面上的干涉。本例子中，通过形成因物镜63产生的重合时的各分割束的偏移而导致干涉的减轻，和因光学延迟产生的各分割束间的干涉的减轻的相乘效果起作用，具有能进一步降低干涉引起的强度分布的变动的优点。
在本实施例中，在光学延迟部件中，在排列的多个分割束中每隔一个分割束配置透光性延迟板7。通过使相邻的分割束的任意一方的光束透过延迟板7，在相邻的分割束间形成空间的干涉距离以上的光程差。
下面，说明在均匀化部件中利用使所述分割束的彼此相邻的分割束的一方相对于另一方的偏振方向实质上正交的偏振部件的例子。图34所示的例子使激光束从激光源到扩束透镜31之间预先通过旋光板71，在由分割用柱面透镜阵列5在y方向分割的分割束15a～15e中插入半波长板8作为旋光部件。但是半波长板8被插入每隔一个的分割束15a、15c、15d中，在其他的分割束15b、15d中不插入。据此，彼此相邻的分割束间(例如，分割束15a和15b之间，分割束15b和15c或其他相邻的分割束间)，偏振角度实质上正交，抑制了在照射面90上的干涉，能使基于重合的照射光束19的干涉的强度分布均匀化。在本例子中，在y方向被分割的每隔一个光束中插入了半波长板7，把偏振光通过复制用透镜照射到照射面90上，但是，这里通过调节物镜63，使各分割束在照射面上的y方向错开重叠，防止分割束间的干涉。表示错开光束照射在照射面90上时的照射光束19的强度分布，但是在y方向的照射光束19的两端部，强度分布降低为阶梯状，但是除了两端部之外的主要部分取得了干涉少的均匀分布。
1.一种激光束均匀照射的光学系统，包括把来自激光光源的激光束在光束截面中、在空间上分割为分割束的激光束分割部件；以及把分割束重合照射在照射面上的重合照射部件；其特征在于所述激光束分割部件使所述的分割束宽度大于、等于激光束截面的截面方向的空间干涉距离的1/2倍。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述的激光分割宽度大于、等于空间干涉距离。
3.一种激光束均匀照射的光学系统，包括把来自激光光源的激光束在光束截面中、在空间上分割为分割束的激光束分割部件；把分割束重合照射在照射面上的重合照射部件；以及使照射面上的光束强度均匀的均匀化部件；其特征在于所述均匀化部件包括使所述分割的光束的彼此相邻的相邻分割束的一方相对于另一方延迟比该激光束的时间的干涉距离还长的光学延迟部件。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中所述光学延迟部件是配置在把多个分割束在空间上分离的区域中的延迟板，使该空间上分离的相邻分割束中的某一束透过。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述激光束分割部件是具有彼此相对的反射面的一维方向的波导，所述重合照射部件包括把来自激光束分割部件的分割束复制到照射面上的复制透镜，以及各延迟板配置在分割束的复制透镜的焦点位置附近。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其中配置入射激光的光轴相对于波导与其反射面间的中心轴斜交，使得在反射面间不产生不反射而通过的光，使彼此相邻的两组照射光束的任意一个通过单一的延迟板。
7.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述激光束分割部件是一维分割激光束的分割用的柱面透镜阵列；所述延迟板被配置在空间上分离了由所述的分割用的柱面透镜阵列形成的多个分割束的区域中，使彼此相邻的分割束的任意一个透过。
8.一种激光束均匀照射的光学系统，包括把来自激光光源的激光束在光束截面中、在空间上分割为分割束的激光束分割部件；把分割束重合照射在照射面上的重合照射部件；以及使照射面上的光束强度均匀的均匀化部件；其特征在于所述均匀化部件包括使所述分割了的光束的彼此相邻的相邻分割束的一方相对于另一方的偏振方向实质上正交的旋光部件。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述旋光部件是被配置在空间上分离了多个分割束的区域中的旋光部件，用于使该空间上分离的相邻分割束的任意一方的偏振方向实质上正交。
10.根据权利要求8或9所述的光学系统，其中所述激光束分割部件是具有彼此相对的反射面的一维方向的波导，所述重合照射部件包含把来自激光束分割部件的分割束复制到照射面上的复制透镜，以及所述旋光板配置在分割束的复制透镜的焦点位置附近。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其中入射激光的光轴与所述波导的反射面间的中心轴斜交，使在反射面间不产生不反射而通过的分割束。
12.根据权利要求8或9所述的光学系统，其中所述激光束分割部件是一维分割激光束的分割用的柱面透镜阵列，所述旋光板被配置在空间上分离了由分割用的柱面透镜阵列形成的多个分割束的区域中，使彼此相邻的分割束的任意一方相对于另一方的偏振方向正交。
13.根据权利要求8或9所述的光学系统，其中配置了插入到所述另一方的分割束中，用于使另一方的分割束的光程长与所述一方的分割束的光程长实质上相同的光程长补偿板。
14.一种激光束均匀照射的光学系统，包括把来自激光光源的激光束在光束截面中、在空间上分割为分割束的激光束分割部件；以及把分割束重合照射在照射面上的重合照射部件；其特征在于所述重合照射部件使各分割束在照射面上彼此位移、复制，形成照射光束。
15.根据权利要求14所述的光学系统，其中所述激光束分割部件包含具有彼此相对的反射面的一维方向的波导或分割用的柱面透镜阵列，以及所述重合照射部件是具有透镜像差的柱面透镜。
激光束均匀照射的光学系统，包括把来自光源的激光束在空间上分割为分割束的波导；把分割束重合照射在照射面上的重合用透镜；使照射面上的光束强度均匀的延迟板。波导使分割束宽度为激光束截面上的空间干涉距离的1/2倍以上；延迟板使分割出的彼此相邻的分割束间延迟比该激光束的时间的干涉距离还长，减轻照射面上的干涉。另一光学系统包括把激光束分割为分割束的激光束分割部件；把分割束重合照射在照射面上的重合照射部件；使照射面上的光束强度均匀的均匀化部件。均匀化部件包括使分割出的彼此相邻的分割束之间延迟比该激光束的时间的干涉距离还长的光学延迟部件，还可包括使分割出的彼此相邻的分割束之间偏振方向实质上正交的旋光部件。
文档编号G02B27/10GK108378
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者岡本達樹, 森川和敏, 佐藤行雄, 西前順一, 小川哲也 申请人:三菱电机株式会社