DE112017007786T5

DE112017007786T5 - Laserstrahlprofil-Messvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007786T5
Application number: DE112017007786.9T
Authority: DE
Inventors: Masaki Tsunekane
Original assignee: Canare Electric Co Ltd
Current assignee: Canare Electric Co Ltd
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2020-05-14
Also published as: JP6490241B1; US11067438B2; JPWO2019021435A1; WO2019021435A1; US20200209058A1

Abstract

Eine Laserstrahlprofil-Messvorrichtung enthält: ein plattenartiges oder blockartiges Fluoreszenzerzeugungselement mit einer Einfallsfläche, auf der ein Laserlicht einfällt, und einer Emissionsfläche, von der das Laserlicht emittiert wird; ein Lichttrennelement zum Trennen von Fluoreszenz vom Laserlicht, wobei die Fluoreszenz in dem Fluoreszenzerzeugungselement erzeugt und von der Emissionsfläche emittiert wird; und ein Bildelement zum Empfangen der Fluoreszenz. Das Fluoreszenzerzeugungselement enthält einen auf dessen Einfallsfläche ausgebildeten ersten Film. Der erste Film weist eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens einer Wellenlänge λ1 des Laserlicht und Reflektierens einer Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf. Der erste Film weist eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens einer Wellenlänge λ1 des Laserlichts und Reflektierens einer Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf. Das Lichttrennelement kann einen zweiten Film mit einer Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ2 und Reflektierens der Wellenlänge λ1 oder einen dritten Film mit einer Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ2 und Durchlassens der Wellenlänge λ1 aufweisen. Der erste Film kann ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Carakteristik des Reflektierens einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 und der Wellenlänge λ2 aufweisen, während der zweite Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektieren der Wellenlänge λ0 aufweisen kann. Alternativ kann der erste Film ferner die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 und der Wellenlänge λ2 aufweisen, während der dritte Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ0 aufweisen kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahlprofil-Messvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Laserstrahlprofil-Messvorrichtung, die geeignet ist, ein zweidimensionales Strahlprofil von Laserlicht mit hoher Leistung mit hoher Positionspräzision und hoher Genauigkeit zu messen.
Technologischer Hintergrund
Die folgenden Verfahren sind als ein herkömmliches Verfahren zur Messung eines Strahlprofils (zweidimensionale Lichtintensitätsverteilung) von Laserlicht mit hoher Leistung von mehr als 100 mW bekannt. Die Verfahren schließen ein: Ein Verfahren, bei dem ein Laserlicht mittels eines Filters oder Spiegels abgeschwächt wird und mit einem Bildsensor, wie zum Beispiel CCD und CMOS, beobachtet wird; ein Verfahren, bei dem die Intensität von durchgehendem Licht während des teilweisen Abschirmens des Lichtstrahls mit einem Pinhole, Schlitz oder einer Messerschneider gemessen wird und das Strahlprofil anhand einer Korrelation zwischen der Lichtabschirmposition und der Intensität von durgehendem Licht berechnet wird; ein Verfahren, bei dem eine Lichtintensitätsverteilung durch zweidimensionales Scannen mit einem Stab mit einem kleinen Spiegel an dessen Spitze oder einem Lichtleitstab, der mit einem kleinen Loch an dessen Spitze ausgebildet ist, in dem Strahl gemessen wird; und ein Verfahren, bei dem eine Lichtstreuplatte mit dem Laserlicht bestrahlt wird und ein Bild des gestreuten Lichts von hinten mittels einer Kamera gemessen wird. Es wird angemerkt, dass der hierin verwendete Begriff „Kamera“ allgemein Vorrichtungen bzw. Geräte zum Aufnehmen von Bildern bedeutet. Die Kamera enthält allgemein darin ein Bildelement (zum Beispiel einen Bildsensor, wie zum Beispiel CCD oder CMOS) zum Detektieren eines Bildes und ein optisches System (Linse und dergleichen) zur Bildung eines Bildes auf dem Bildelement.
Das Verfahren zum Abschwächen des Laserlichts mit dem Filter oder Spiegel erfordert einen gewissen Raum zum Einsetzen des Filters oder Spiegels vor dem Bildsensor. Eine gewisse Position des zu vermessenden Strahls verhindert jedoch das Einsetzen des Filters oder Spiegels. Zusätzlich ist das Einsetzen des Filters oder Spiegels mit der Befürchtung verbunden, dass das Strahlprofil durch Wärme oder Aberrationen verformt werden kann. Andererseits begegnet man dem folgenden Problem bei dem Verfahren zur Messung des Laserstrahls während des teilweisen Abschirmens des Strahls mit dem Pinhole, Schlitz oder der Messerschneide. In einem Fall, in dem das Strahlprofil kein einziges (single) Maximum (Peak) aufweist, sondern kompliziert ist, kann die Messgenauigkeit aufgrund des Volumens von mittels der Messung erfasster Information erheblich verringert werden. Das Verfahren zur Durchführung von zweidimensionalem Scannen im Laserstrahl mittels des Stabs mit dem kleinen Spiegel an der Spitze oder dem Lichtleitstab, der mit dem kleinen Loch an dessen Spitze ausgebildet ist, leidet unter dem folgenden Nachteil. Das Profil eines feinen Strahls mit eine Größe von 1 mm oder weniger kann wegen der Größe des an der Spitze des Stabs angebrachten Spiegels oder der Größe des Loches an der Spitze des Stabs nicht gemessen werden. Bei mechanischem Scannen mit dem Stab mit hoher Geschwindigkeit flattert die Spitze des Stabs und kann somit die Positionspräzision verringert werden. Gemäß dem Verfahren, bei dem die Lichtstreuplatte mit dem Laserlicht bestrahlt wird, so dass das Bild von gestreutem Licht mit der Kamera von hinten gemessen wird, wird das zu messende gestreute Licht mehrere Male gestreut und ist somit das Bild verschwommen. Insbesondere kann in einem Fall, in dem die Laserstrahlgröße auf 1 mm oder weniger reduziert ist, die Messgenauigkeit deutlich verringert werden.
Andererseits ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem das Laserlicht auf einen plattenartigen fluoreszierenden Körper (fluoreszierende Platte) angewendet und eine Messung einer zweidimensionalen Intensitätsverteilung der davon emittierten Fluoreszenz durchgeführt wird (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 bis 3 und Nicht-Patentliteratur 1). Die Patentliteratur 1 und 2 schlagen ein Verfahren vor, bei dem die fluoreszierende Platte mit dem Laserlicht von der Vorderseite der fluoreszierenden Platte bestrahlt wird und die Fluoreszenz von der bestrahlten Fläche mit einer Kamera von einer Vorderseite der mit dem Laser bestrahlten fluoreszierenden Platte oder von einer Rückseite derselben beobachtet wird. Die Patentliteratur 3 und die Nicht-Patentliteratur 1 schlagen ein Verfahren vor, bei dem Nd:YAG als die fluoreszierende Platte verwendet wird, und berichten über die experimentellen Ergebnisse. Die Nicht-Patentliteratur 1 ist der Bericht über die Ergebnisse von vergangenen Experimenten, wobei ein Co-Autor davon der Erfinder ist.
Nunmehr auf die 10 Bezug nehmend, erfolgt eine Beschreibung eines bisher vorgeschlagenen Verfahrens zur Messung eines Strahlprofils unter Verwendung der Fluoreszenz. Zu messendes Laserlicht (Wellenlänge: 808 nm) 1103 wird auf einen filmartigen fluoreszierenden Körper 1101, der auf einer Fläche eines transparenten Blocks 1100 ausgebildet ist, angewendet. Ein von dem fluoreszierenden Körper 1101 nicht absorbiertes Laserlicht dringt durch eine Grenzfläche 1102 zum Emittieren zur Außenseiten. Andererseits wird von dem fluoreszierenden Körper erzeugte Fluoreszenz 1104 von der Grenzfläche 1102 reflektiert und durch ein Filter 1105 von Wellenlängen mit Ausnahme der Fluoreszenzwellenlänge befreit. Danach tritt das resultierende Licht in die Kamera 1106, um in einem Bild fokussiert zu werden. Die Nicht-Patentliteratur 1 offenbart auch grundsätzlich dieselbe Konfiguration, außer dass die Durchlassrichtung und Reflexionsrichtung des Laserlichts entgegengesetzt sind. Die Literatur zitiert Nd:YAG als ein Beispiel für den fluoreszierenden Körper.
Hinsichtlich der oben beschriebenen Techniken im Stand der Technik werden die Vorteile des Messverfahrens unter Verwendung der Fluoreszenz gegenüber den anderen Messverfahren nachfolgend beschrieben. Erstens ermöglicht das Verfahren eine exakte und hochgenaue Identifikation einer Position in einer Richtung der optischen Achse (z-Achsenrichtung) des zu messenden Laserlichts auf der fluoreszierenden Platte. Speziell wird durch Platzieren der fluoreszierenden Platte an einer Position, wo der Strahl zu messen ist, ein Strahlprofil am interessierenden Ort in ein Fluoreszenzintensitätsprofil (Fluoreszenzbild) getreu umgewandelt, das durch eine Kamera zur Beobachtung und Speicherung abgebildet wird. Die von der fluoreszierenden Platte emittierte Fluoreszenz weist eine von derjenigen des Laserlichts separate Wellenlänge auf, um vom Laserlicht mittels eines dichroitischen Spiegels (Wellenlängentrennspiegel) oder dergleichen leicht getrennt zu werden. Die Fluoreszenz kann mit hohem Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (signal-to-noise ratio (S/N)) beobachtet werden. Da die Fluoreszenz für Streuung oder Absorption in der fluoreszierenden Platte wenig anfällig ist, ist ein Fluoreszenzbild unschärfefrei und weist hohe Auflösung auf, um von einer Kamera mit einem hohen Genauigkeitsgrad gemessen zu werden. Es ist einfach, die Intensität der erzeugten Fluoreszenz auf 1/100 oder weniger der Intensität von einfallendem Laserlicht durch Einstellen (Reduzieren) der Konzentration (Absorptionscharakteristik) und Dicke des fluoreszierenden Plattenmaterials und fluoreszierenden Körpers zu reduzieren. Das heißt, dass die fluoreszierende Platte auch als eine Art von Neutralfilter fungiert, so dass nach der Trennung der Fluoreszenz durch den Wellenlängentrennspiegel das Laserlicht unter Verwendung des Bildsensors ohne Signalsättigung oder Signalausfall beobachtet werden kann. Ferner kann die Menge von Wärme, die in der fluoreszierenden Platte zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, reduziert werden, so dass ein Temperaturanstieg unterdrückt werden kann, wenn Laserlicht mit hoher Leistung direkt angewendet wird. Somit kann die Messung über eine lange Zeit stabil durchgeführt werden. Anders als das Laserlicht oder das gestreute Licht desselben ist die Fluoreszenz inkohärentes Licht, dass weniger Speckles erzeugt. Bei Verwendung mit einem optischen System mit einer kleinen numerischen Apertur (numerical aperture (NA)) kann die Fluoreszenz in einem Bild auf dem Bildsensor genau fokussiert werden, was zu einem hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl des optischen Systems führt. Ferner sorgt die Fluoreszenz für freie Einstellung von Bildvergrößerung basierend auf der Kombination von Linsen, was den Vorteil aufweist, dass eine Messung eines feinen Strahlprofils mit hoher Genauigkeit durch Vergrößerung ermöglicht wird.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 1994-221917
Patentliteratur 2: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2004-245778
Patentliteratur 3: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2008-519263

Nicht- Patentliteratur
Nicht-Patentliteratur 1: Masaki Tsunekane et. al. „Proposal for New Measurement Method of High-accuracy 2D Beam Profile" 11. bis 12. January 2015, the 35th Annual Conference of Laser Society
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die obengenannte Patentliteratur und Nicht-Patentliteratur enthält keine spezielle Beschreibung der Bildung eines Films, der auf einer Fläche des fluoreszierenden Materials, fluoreszierenden Körpers oder der fluoreszierenden Platte (nachfolgend allgemein als „fluoreszierende Platte“ bezeichnet) ausgebildet ist und zur Steuerung der Reflexion von Licht mit der Wellenlänge der in der fluoreszierenden Platte erzeugten Fluoreszenz dient. Wenn das Laserlicht auf die fluoreszierende Platte angewendet wird und darin absorbiert wird, wird die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz allgemein in alle Richtungen emittiert. Somit wird die Fluoreszenz mit Ausnahme derjenigen, die auf eine Kamera oder einen Bildsensor zur Messung des Strahlprofils einfällt, gestreut und geht verloren. Von der gestreuten Fluoreszenz tritt ein Teil der Fluoreszenz durch die Fläche der fluoreszierenden Platte aus der Vorrichtung. Nachfolgend wird die in Rede stehende Fluoreszenz häufig von einer Fläche eines externen optischen Teils oder einer Gehäusefläche reflektiert, bevor sie durch die Fläche der fluoreszierenden Platte wieder in die Vorrichtung eintritt und ferner in die oben beschriebene Kamera oder den oben beschriebenen Bildsensor zur Messung des Strahlprofils eintritt. Der Wiedereintritt von derartiger gestreuter Fluoreszenz ist mit dem folgenden Problem verbunden. Die in Rede stehende Fluoreszenz überlappt mit Licht, das in der fluoreszierenden Platte erzeugt wird und an sich ein Messobjekt ist, was zu einer Verformung der Strahlprofilgestalt, Beobachtung eines tatsächlich nicht existierenden Bildes (Geisterbild) oder der Abnahme des S/N-Verhältnisses der Messung aufgrund des Anstiegs des Hintergrundniveaus führt. Hinsichtlich der von der fluoreszierenden Platte erzeugten und in der Vorrichtung, aber nicht aus der Vorrichtung heraus gestreuten Fluoreszenz kann eine Maßnahme ergriffen werden, um zu verhindern, dass die in Rede stehende Fluoreszenz mit der auf die Kamera oder den Bildsensor einfallenden Fluoreszenz gemischt wird. Beispielsweise ist die Konfiguration der Wandfläche in der Vorrichtung so gestaltet, dass sie verhindert, dass das gestreute Licht in der Vorrichtung von der Wand reflektiert wird. Jedoch ist es schwierig, die von der Außenseite der Vorrichtung durch die fluoreszierende Platte zurück reflektierte Fluoreszenz von der Fluoreszenz, die an sich das Messobjekt ist, zu unterscheiden oder zu trennen. Dies führt zur Befürchtung, dass die Messgenauigkeit und -reproduzierbarkeit sowie die Zuverlässigkeit von Messerergebnissen ernsthaft verschlechtert wird.
Die in der Patentliteratur 3 und der Nichtpatentliteratur 1 dargelegten Konfigurationen weisen das folgende Problem auf. In einem Fall, in dem ein Laserlicht mit einer Wellenlänge nahe der Wellenlänge der Fluoreszenz eintritt, versagt ein optisches Element zur Trennung zwischen dem Laserlicht und der Fluoreszenz dabei, eine vollständige Trennung zwischen dem Laserlicht und der Fluoreszenz zu bewerkstelligen, so dass das Laserlicht mit hoher Leistung demselben optischen Pfad wie demjenigen der Fluoreszenz folgen kann, in ein Bandpassfilter, eine Kamera oder einen Bildsensor eindringt und einen Schaden oder Brandschaden daran verursacht.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf die Lösung der Probleme der herkömmlichen Konfigurationen gerichtet und besteht eine Aufgabe derselben darin, eine hochgenaue Messung des Strahlprofils von Laserlicht mit hoher Leistung bereitzustellen, indem verhindert wird, dass in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz zur Außenseite der Vorrichtung streut und die gestreute Fluoreszenz in die fluoreszierende Platte erneut eintritt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, sicherzustellen, dass in einem Fall, in dem das Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge eintritt, verhindert wird, dass das Bandpassfilter, die Kamera oder der Bildsensor Schaden oder Brandschaden erleiden.
Problemlösung
Die Erfindung weist die folgende Konfiguration zur Lösung eines ersten der oben beschriebenen Probleme auf. Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Laserstrahlprofil-Messvorrichtung zur Messung eines zweidimensionalen Profils eines Laserlichts: ein plattenartiges oder blockartiges Fluoreszenzerzeugungselement, das eine Einfallsfläche, auf die das Laserlicht einfällt, und eine Emissionsfläche enthält, von der das Laserlicht emittiert wird; ein Lichttrennelement zum Trennen von Fluoreszenz vom Laserlicht, wobei die Fluoreszenz in dem Fluoreszenzerzeugungselement erzeugt und von der Emissionsfläche emittiert wird; und ein Bildelement zum Empfangen der Fluoreszenz, und weist eine Konfiguration auf, wobei das plattenartige oder blockartige Fluoreszenzerzeugungselement einen ersten Film enthält, der auf seiner Einfallsfläche ausgebildet ist, und der erste Film eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens einer Wellenlänge λ1 des Laserlichts und Reflektierens einer Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann der erste Film einen Reflexionsgrad von 70% oder mehr bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann der erste Film einen Reflexionsgrad von 90% oder mehr bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das Lichttrennelement einen zweiten Film enthalten und kann der zweite Film eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz und Reflektierens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann der erste Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweisen, während der zweite Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ0 aufweisen kann.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das Lichtrennelement einen dritten Film enthalten und weist der dritte Film eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz und Durchlassens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts auf.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann der erste Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweisen, während der dritte Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ0 aufweisen kann.
Eine kurze Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration und Funktionen einer Laserstrahlprofil-Messvorrichtung gemäß der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 geliefert. 1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung zeigt, die ein 45°-Prisma, das das Laserlicht reflektiert und die Fluoreszenz durchlässt, als ein Lichttrennelement verwendet. 2 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung zeigt, die einen 45°-Spiegel, der das Laserlicht durchlässt und die Fluoreszenz reflektiert, anstelle des 45°-Prismas als das Lichttrennelement verwendet. 3 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch Funktionen eines ersten Films S1, eines zweiten Films S2 und eines dritten Films S3 gemäß der Erfindung zeigt. 4(A) und 4(B) zeigen Graphiken, die beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Films S2, die für die Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung geeignet sind, zeigen. 5(A) und 5(B) zeigen Graphiken, die beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des dritten Films S3, die für die Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung geeignet sind, zeigen. 6(A) und 6(B) zeigen Graphiken, die beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Films S2, die für die Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung geeigneter sind, zeigen. 7(A) und 7(B) zeigen Graphiken, die beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des dritten Films S3, die für die Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung geeigneter sind, zeigen.
Gemäß einem Beispiel der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, enthält ein Fluoreszenzerzeugungselement 10 eine fluoreszierende Platte 1, die, beim Einfall eines Laserlichts mit einer Wellenlänge λ1, einen Teil des einfallendes Lichts absorbiert und darin Fluoreszenz mit einer Wellenlänge λ2 erzeugt. Außerdem enthält gemäß einem Beispiel der in 2 gezeigten Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung ein Fluoreszenzerzeugungselement 30 eine fluoreszierende Platte 21, die, beim Einfall des Laserlichts mit der Wellenlänge λ1, einen Teil des einfallenden Lichts absorbiert und darin die Fluoreszenz mit der Wellenlänge λ2 erzeugt. Eine Einfallsfläche 1a der fluoreszierenden Platte 1 und eine Einfallsfläche 21a der fluoreszierenden Platte 21 sind jeweils mit einem ersten Film S1 ausgebildet, der eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und Reflektierens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist. Dieser erste Film S1 weist eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik auf, wie sie in irgendeiner der 4(A) bis 7(A) gezeigt ist. Hierin bedeutet die Phrase „der Film weist eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge des Laserlichts und Reflektierens der Wellenlänge der Fluoreszenz“, dass hinsichtlich der Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik der Film einen geringeren Reflexionsgrad bei der Wellenlänge des Laserlichts und einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge der Fluoreszenz aufweist. Mit anderen Worten weist der Film eine hohe Durchlässigkeit bei der Wellenlänge des Laserlichts und eine geringe Durchlässigkeit der Wellenlänge der Fluoreszenz auf. Umgekehrt bedeutet die Phrase „der Film weist eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge des Laserlichts und Durchlassens der Wellenlänge der Fluoreszenz“, dass hinsichtlich der Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik der Film einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge des Laserlichts und einen geringen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge der Fluoreszenz aufweist. Mit anderen Worten weist der Film eine geringe Durchlässigkeit bei der Wellenlänge des Laserlichts und eine hohe Durchlässigkeit bei der Wellenlänge der Fluoreszenz auf. Der Reflexionsgrad eines Films ist definiert als ein Verhältnis einer von dem Film reflektierten Lichtmenge zu einer auf den Film einfallenden Lichtmenge. In der folgenden Beschreibung, die auf die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik Bezug nimmt, die in 4 bis 7 gezeigt ist, entspricht ein Reflexionsgrad von 70% oder 90% einem hohen Reflexionsgrad, während ein Reflexionsgrad von nahezu 0 einem geringen bzw. niedrigen Reflexionsgrad entspricht. Diese numerischen Werte für den Reflexionsgrad sind jedoch als Beispiele wörtlich zitiert und die Erfindung ist auf diese Werte nicht begrenzt.
In jeder von 1 oder 2 dringt das Laserlicht mit der Wellenlänge λ1 durch den auf der Einfallsfläche 1a, 21a der fluoreszierenden Platte 1, 21 ausgebildeten ersten Film S1, um in die fluoreszierende Platte 1, 21 einzutreten. Ein Teil der Fluoreszenz mit der Wellenlänge λ2, die in der fluoreszierenden Platte 1, 21 erzeugt ist, geht in Richtung der Einfallsfläche 1a, 21a, aber ein Großteil davon wird zu einer Emissionsfläche 1b, 21b durch Reflexion durch den auf der Einfallsfläche 1a, 21a gebildeten ersten Film S1 zurückgebracht. Der erste Film S1 verhindert nämlich, dass ein Teil der in der fluoreszierenden Platte 1, 21 erzeugten Fluoreszenz durch die Einfallsfläche 1a, 21a dringt, um gestreut zu werden und in der Außenseite der Vorrichtung verloren zu gehen. Wenn ein Teil der Fluoreszenz in Richtung zur Einfallsfläche 1a, 21a durch den ersten Film S1 dringt, um von der Einfallsfläche 1a, 21a gestreut zu werden und in der Außenseite der Vorrichtung verloren zu gehen, und die gestreute Fluoreszenz in Richtung zur Einfallsfläche 1a, 21a von der Außenseite der Vorrichtung zurück reflektiert wird, wird zudem der Großteil der reflektierten Fluoreszenz vom ersten Film S1 zur Außenseite der Vorrichtung ähnlich reflektiert. Das heißt, dass der erste Film S1 auch verhindert, dass ein Teil der zur Außenseite der Vorrichtung gestreuten Fluoreszenz wieder auf die fluoreszierende Platte 1, 21 durch die Einfallsfläche 1a, 21a eintritt. Dies ist wirksam, um nachteilige Wirkungen auf die Strahlprofilmessung zu begrenzen oder zu verhindern, die durch die zur Außenseite der Vorrichtung gestreute und wieder auf die fluoreszierende Platte einfallende Fluoreszenz verursacht werden. Ferner tritt die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz durch die Einfallsfläche nicht aus der Vorrichtung heraus, sondern wird vom ersten Film S1 zur Innenseite der Vorrichtung reflektiert. Dies führt zu einem Vorteil, dass die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz hinsichtlich der als Bild durch den Bildsensor zu beobachtenden Lichtmenge erhöht wird, so dass die Vorrichtung hinsichtlich der S/N-Leistung verbessert ist.
In einem Fall, in dem der erste Film S1 einen Reflexionsgrad von 70% bei der Wellenlänge λ2 von Fluoreszenz (zum Beispiel Reflexionseigenschaft des ersten Films S1, wie z.B. in 4(A), 5(A), 6(A), 7(A) aufweist, weist die von der fluoreszierenden Platte 1, 21 zur Außenseite der Vorrichtung gestreute Fluoreszenzlichtmenge 30% der Lichtmenge auf, wenn der erste Film S1 einen geringen Reflexionsgrad (zum Beispiel einen Reflexionsgrad von nahezu 0%) aufweist. Wenn ferner ein Teil der zur Außenseite der Vorrichtung gestreuten Fluoreszenz von der Außenseite zur fluoreszierenden Platte 1, 21 wieder zurück reflektiert wird, werden 70% der zurückgebrachten Fluoreszenz von der Fläche der fluoreszierenden Platte 1, 21 wieder nach außen reflektiert. Somit wird die in die fluoreszierende Platte 1, 21 eintretende Lichtmenge auf 9% im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem der erste Film S1 einen geringen Reflexionsgrad aufweist. Somit kann die ungünstige Wirkung auf die Strahlprofilmessung, die dadurch verursacht wird, dass die Fluoreszenz zur Außenseite gestreut wird, aber wieder auf die fluoreszierende Platte einfällt, merklich reduziert werden.
In einem Fall, in dem der erste Film S1 einen Reflexionsgrad von 90% bei der Wellenlänge λ2 von Fluoreszenz (durch das Beispiel von 8(A) dargestellt) aufweist, wird die wieder auf die fluoreszierende Platte 1, 21 von der Außenseite der Vorrichtung einfallende Lichtmenge auf 1% im Vergleich zum Fall reduziert, in dem der erste Film S1 den geringen Reflexionsgrad (zum Beispiel einen Reflexionsgrad von nahezu 0%) aufweist. Somit kann die nachteilige Wirkung auf die Strahlprofilmessung, die dadurch verursacht wird, dass die Fluoreszenz zur Außenseite der Vorrichtung gestreut wird, aber wieder auf die fluoreszierende Platte einfällt, noch weiter reduziert werden. Außerdem tritt die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz von der Einfallsfläche nicht aus der Vorrichtung heraus, sondern wird vom ersten Film S1 in die Vorrichtung reflektiert. Dies führt auch zu einem Vorteil, dass die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz hinsichtlich der als Bild durch den Bildsensor zu beobachtenden Lichtmenge erhöht wird, so dass die Vorrichtung hinsichtlich der S/N-Leistung verbessert ist.
Nun zu einem Fall, in dem ein zweites Laserlicht mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge λ1 des Laserlichts erheblich unterscheidet, oder insbesondere einer Wellenlänge λ2' nahe der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf das Fluoreszenzerzeugungselement einfällt. In dem Beispiel der in der 1 gezeigten Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung ist eine Reflexionsfläche 3b in einem 45°-Prisma 3 als ein Lichttrennelement ausgebildet, wobei der zweite Film S2 eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz und Reflektierens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts aufweist. In ähnlicher Weise ist in dem in 2 gezeigten Beispiel der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung eine Reflexionsfläche 23a eines 45°-Spiegels 23 als das Lichttrennelement ausgebildet, wobei der dritte Film S3 eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz und Durchlassens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts aufweist. Dieser zweite Film S2 und dieser dritte Film S3 auf dem Lichttrennelement emittiert jeweils das Laserlicht durch das Fluoreszenzerzeugungselement zur Außenseite der Vorrichtung durch Reflexion und Transmission und führt jeweils die Fluoreszenz zum Bildsensor durch Transmission und Reflexion.
In einem Beispiel kann der zweite Film S2 einen Reflexionsgrad von nahezu 100% bei der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und einen Reflexionsgrad von nahezu 0% bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz (die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des zweiten Films S2, die in 4(B), 6(B) gezeigt ist) aufweisen. In ähnlicher Weise kann der dritte Film S3 einen Reflexionsgrad von nahezu 0% bei der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und einen Reflexionsgrad von nahezu 100% bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz (die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des dritten Films S3, die in 5(B), 7(B) gezeigt ist) aufweisen.
In dem in 1 gezeigten Beispiel der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung wollen wir uns auf die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Films S2 bei einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz fokussieren. In einem in 4 gezeigten Beispiel einer üblichen Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik weist der erste Film S1 einen Reflexionsgrad von nahezu 0% bei der Wellenlänge λ0 genau wie bei der Wellenlänge λ1 (in 4(A)) auf, während der zweite Film S2 einen Reflexionsgrad von nahezu 0% bei der Wellenlänge λ0 genau wie bei der Wellenlänge λ2 (in 4(B)) aufweist. In diesem Beispiel werden, wenn die Wellenlänge A2' des einfallenden zweiten Laserlichts dieselbe wie die Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz ist oder in deren Nähe liegt, 70% des eintreffenden zweiten Laserlichts vom ersten Film S1 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert, während die verbleibenden 30% des Lichts in das Fluoreszenzerzeugungselement eindringen. Mit der Wellenlänge, die dieselbe wie diejenige der Fluoreszenz ist oder in deren Nähe liegt, dringt das zweite Laserlicht nachfolgend auch durch den zweiten Film S2, der auf der Reflexionsfläche des Lichttrennelements ausgebildet ist, und geht in Richtung des Bildsensors. Das zweite Laserlicht, von dem 70% bereits vom ersten Film S1 reflektiert sind, ist abgeschwächt. Somit besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass das zweite Laserlicht einen Schaden oder Brandschaden an dem Bandpassfilter, der Kamera oder dem Bildsensor merklich reduzieren kann. Das heißt, wenn der erste Film S1 mit einer derartigen Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik zum Durchlassen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts als das Messobjekt und zum Reflektieren der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf der Einfallsfläche 1a des Fluoreszenzerzeugungselements ausgebildet ist, kann der Schaden an dem optischen System oder dem Bildelement der Vorrichtung reduziert werden, selbst wenn das zweite Laserlicht mit der Wellenlänge, die dieselbe wie die Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz ist oder in deren Nähe liegt, in die Vorrichtung eintritt.
Wenn jedoch die Wellenlänge λ2' des einfallenden zweiten Laserlichts dieselbe wie die Wellenlänge λ0 ist oder in deren Nähe liegt, geht nahezu das gesamte zweite Laserlicht in Richtung zum Bildsensor, wenn es durch den ersten Film S1 und das Fluoreszenzerzeugungselement 10 und auch durch den zweiten Film S2, der auf der Reflexionsfläche 3b des Lichttrennelements ausgebildet ist, dringt. Dies führt zur Befürchtung, dass das intensive zweite Laserlicht in das Bandpassfilter, die Kamera oder in Bildsensor dringt, was zu einem Schaden oder Brandschaden an diesen Elementen führt. In einem Fall, in dem der erste Film S1 und der zweite Film S2 die in 4 gezeigten Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken aufweisen, ist es somit notwendig, zu bestätigen, dass die Wellenlänge des einfallenden Laserlichts nicht dieselbe wie die Wellenlänge λ0 ist oder in deren Nähe liegt. Andernfalls ist es notwendig sicherzustellen, dass das Laserlicht mit der in Rede stehenden Wellenlänge nicht in die Vorrichtung eintreten kann.
In ähnlicher Weise ist in einem in 2 gezeigten Beispiel einer Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung ein in 5 gezeigtes Beispiel für übliche Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken wie folgt. Der erste Film S1 weist einen Reflexionsgrad nahe 0% bei der Wellenlänge λ0 genau wie einen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ1 (5(A)) auf, während der dritte Film S3 einen Reflexionsgrad nahe bei 100% bei der Wellenlänge λ0 genau wie einen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ1 (5(B)) aufweist. Falls in diesem Beispiel die Wellenlänge λ2" des einfallenden zweiten Laserlichts dieselbe wie die Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz ist oder in deren Nähe liegt, werden 70% des eintreffenden zweiten Laserlichts vom ersten Film S1 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert und kann somit der Schaden an der Vorrichtung genau wie bei der oben beschriebenen Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung reduziert werden. Wenn jedoch die Wellenlänge λ2' des einfallenden zweiten Laserlichts dieselbe wie diese Wellenlänge λ0 ist oder in deren Nähe liegt, dringt nahezu das gesamte Laserlicht durch den auf der Einfallsfläche des Fluoreszenzerzeugungselements 30 ausgebildeten ersten Film S1 und dann durch das Fluoreszenzerzeugungselement 30. Nachfolgend wird das gesamte durchgelassene Laserlicht von dem auf der Reflexionsfläche 23a eines Lichttrennelements 23 gebildeten dritten Film S3 reflektiert und geht somit in Richtung zum Bildsensor. Es ist somit wahrscheinlich, dass das intensive zweite Laserlicht in das Bandpassfilter, die Kamera oder den Bildsensor eindringt, wodurch ein Schaden oder Brandschaden an diesen Elementen verursacht wird. In einem Fall, in dem der erste Film S1 und der dritte Film S3 die in 5 gezeigten Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken aufweisen, ist es somit notwendig, zu bestätigen, dass die Wellenlänge des einfallenden Laserlichts nicht dieselbe wie die in Rede stehende Wellenlänge λ0 ist oder in deren Nähe liegt. Andernfalls ist es notwendig, sicherzustellen, dass das Laserlicht mit der in Rede stehenden Wellenlänge nicht in die Vorrichtung eintreten kann. Es ist somit erwünscht, dass eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die verhindern kann, dass das Bandpassfilter, die Kamera oder der Bildsensor den Schaden oder Brandschaden erleiden, wenn ein Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge dort eintritt.
In dem in 1 gezeigten Beispiel der Laser-Reflexion-Trenn-Strahlprofil-Messvorrichtung weist der erste Film S1 bevorzugter einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf und weist der zweite Film S2 auch einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ0 auf. Als ein spezielles Beispiel zeigt 6(A) eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des ersten Films S1, während 6(B) eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des zweiten Films S2 zeigt. Dazu ist hier anzumerken, dass der erste Film S1 einen Reflexionsgrad von 70% bei der Wellenlänge λ0 aufweist, der dem Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz gleicht. Der zweite Film S2 weist einen Reflexionsgrad von nahezu 100% bei der Wellenlänge λ0 auf, der dem Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ1 des Laserlichts gleicht. In einem Fall, in dem der erste Film S1 und der zweite Film S2 derartige Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken aufweisen, wird in Abfolge beschrieben, wie der Lichtweg des Laserlichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge des in die Vorrichtung eintretenden zweiten Laserlichts variiert. Erstens, wenn ein Laserlicht mit einer Wellenlänge λ1 oder weniger eintritt, geht das Laserlicht nicht in Richtung zum Bildsensor, weil nach Durchdringen des ersten Films S1 das gesamte Laserlicht vom zweiten Film S2 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert wird. Wenn ein Laserlicht mit einer Wellenlänge, die größer als λ1 und gleich λ0 oder geringer ist, eintritt, dringt das gesamte Laserlicht mit einer Wellenlänge nahe λ1 durch den ersten Film S1, während 70% des Lichts mit einer Wellenlänge nahe λ0 vom ersten Film S1 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert werden. Andererseits dringen die verbleibenden 30% des Lichts durch den ersten Film S1. Das Laserlicht geht jedoch nicht zum Bildsensor, weil das gesamte Laserlicht mit beiden Wellenlängen vom zweiten Film S2 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert wird. Wenn das Laserlicht mit einer Wellenlänge oberhalb λ0 eintritt, reflektiert der erste Film S1 70% des einfallenden Lichts unabhängig von der Wellenlänge, während die verbleibenden 30% des Lichts zum Lichttrennelement gehen. Davon geht das Licht mit der Wellenlänge gleich λ2 oder in der Nähe davon auch durch den zweiten Film S2 und geht zum Bildsensor. Jedoch ist das Laserlicht, von dem 70% bereits vom ersten Film S1 reflektiert sind, abgeschwächt. Somit kann die Wahrscheinlichkeit, dass das Laserlicht Schaden oder Brandschaden an dem Bandpassfilter, der Kamera oder dem Bildsensor verursachen kann, merklich reduziert werden. Bei der Strahlprofil-Messvorrichtung mit der in 1 gezeigten Konfiguration wird das folgende Merkmal durch Konfigurieren des ersten Films S1 und des zweiten Films S2 mit den in 6 gezeigten Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken erhalten. Wenn ein Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge einschließlich der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz eintritt, wird ein Großteil des einfallenden Lichts zur Außenseite der Vorrichtung vom ersten Film S1 oder vom zweiten Film S2 emittiert. Somit wird die Menge des Laserlichts, das die Kamera oder den Bildsensor erreicht, unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden Laserlichts geeignet begrenzt. Dementsprechend kann die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden. Die in 6 gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des ersten Films S1 ist so definiert, dass der Film einen Reflexionsgrad von 70% bei der Wellenlänge λ0 und der Wellenlänge λ2 aufweist. Wenn der erste Film einen höheren Reflexionsgrad von 90% oder nahezu 100%, wie durch die nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsformen veranschaulicht, aufweist, kann der Film die Menge des Laserlichts, das den Bildsensor erreicht, im Wesentlichen auf 0% reduzieren, unabhängig davon, welche Wellenlänge das zweite Laserlicht aufweist. Somit kann vollständig verhindert werden, dass das Bandpassfilter, die Kamera oder der Bildsensor Schaden oder Brandschaden erleiden.
In ähnlicher Weise wird in dem in 2 gezeigten Beispiel der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung mehr bevorzugt, dass der erste Film S1 bei einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ0 aufweist, während der dritte Film S3 einen niedrigen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ0 aufweisen kann. Die Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Filmes S1 und des dritten Films S3 sind in 7 als ein spezielles Beispiel gezeigt. Dazu ist anzumerken, dass der erste Film S1 einen Reflexionsgrad von 70 % bei der Wellenlänge λ0 aufweist, der derselbe wie der Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz ist. Der dritte Film S3 weist einen Reflexionsgrad von nahezu 0 % bei der Wellenlänge λ0 auf, der derselbe wie der Reflexionsgrad bei der Wellenlänge λ1 des Laserlichts ist. In einem Fall, in dem der erste Film S1 und der dritte Film S3 derartige Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken aufweisen, wird in Abfolge beschrieben, wie der Lichtweg des Laserlichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge des in die Vorrichtung eintretenden zweiten Laserlichts variiert. Als erstes, wenn das Laserlicht mit der Wellenlänge λ1 oder geringer eintritt, geht das Laserlicht nicht zum Bildsensor, weil nach Hindurchtreten durch den ersten Film S1 das gesamte Laserlicht auch durch den dritten Film S3 dringt und zur Außenseite der Vorrichtung emittiert wird. Wenn das Laserlicht mit der Wellenlänge, die größer als λ1 und gleich oder geringer als λ0 ist, eintritt, dringt das gesamte Laserlicht mit der Wellenlänge nahe λ1 durch den ersten Film S1, während 70 % des Lichts mit der Wellenlänge nahe λ0 vom ersten Film S1 zur Außenseite der Vorrichtung reflektiert werden. Andererseits dringen die verbleibenden 30 % des Lichts durch den ersten Film S1. Das Laserlicht geht jedoch nicht zum Bildsensor, weil das gesamte Laserlicht mit beiden Wellenlängen durch den dritten Film S3 geht und zur Außenseite der Vorrichtung emittiert wird. Wenn das Laserlicht mit Wellenlänge oberhalb λ0 eintritt, reflektiert der erste Film S1 70 % des Lichts unabhängig von der Wellenlänge, während die verbleibenden 30 % des Lichts in Richtung zum Lichttrennelement gehen. Davon wird das Licht mit der Wellenlänge gleich λ2 oder in deren Nähe vom dritten Film S3 reflektiert und geht zum Bildsensor. Jedoch ist das Licht, von dem 70 % bereits vom ersten Film S1 reflektiert wurden, abgeschwächt. Somit wird die Wahrscheinlichkeit, dass das Laserlicht den Schaden oder Brandschaden an dem Bandpassfilter, der Kamera oder dem Bildsensor verursacht, merklich reduziert. Bei der Strahlprofilmessvorrichtung mit der in 2 gezeigten Konfiguration wird das folgende Merkmal durch Konfigurieren des ersten Films S1 und des dritten Films S3 mit den in 7 gezeigten Wellenlängen-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken erhalten. Wenn ein Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge eintritt, wird der Großteil des einfallenden Lichts zur Außenseite der Vorrichtung vom ersten Film S1 oder dritten Film S3 emittiert. Somit wird die Menge des Laserlichts, das die Kamera oder den Bildsensor erreicht, unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden Laserlichts geeignet begrenzt. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden. Die in 7 gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des ersten Films S1 ist so definiert, dass der Film den Reflexionsgrad von 70 % bei der Wellenlänge λ0 und der Wellenlänge λ2 aufweist. Wenn der Film einen höheren Reflexionsgrad von 90° oder nahezu 100°, wie durch die nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsformen veranschaulicht, aufweist, kann der Film die Menge des zweiten Laserlichts, das den Bildsensor erreicht, auf nahezu 0 % reduzieren, egal welche Wellenlänge das zweite Laserlicht aufweist. Somit kann vollständig verhindert werden, dass das Bandpassfilter, die Kamera oder der Bildsensor Schaden oder Brandschaden erleiden. Es wird angenommen, dass eine Relation von Wellenlänge λ1 von Laserlicht < Wellenlänge λ0 < Wellenlänge λ2 von Fluoreszenz in 4 bis 7 sowie in 8 und 9 existiert.
3 zeigt ein Blockdiagramm, das Funktionen der oben genannten Filme schematisch zeigt. Das folgende Merkmal wird durch Auswählen der Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des ersten Films S1 des Fluoreszenzerzeugungselements und der Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des zweiten Films S2 oder des dritten Films S3 des Wellenlängentrennelements, wie in 6 oder 7 dargestellt, erhalten. Wenn ein Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge in die Strahlprofilmessvorrichtung eintritt, wird das Laserlicht zur Außenseite der Vorrichtung vom ersten Film S1 in Kombination mit dem zweiten Film S2 oder dem dritten Film S4 emittiert, bevor das Laserlicht den Bildsensor erreicht. Währenddessen trifft nur die in der fluoreszierenden Platte erzeugte Fluoreszenz auf den Bildsensor und wird beobachtet. Es wir hier angenommen, dass eine Relation von Wellenlänge λ1 von Laserlicht < Wellenlänge λ0 < Wellenlänge λ2' von zweitem Laserlicht besteht.
Es ist hierbei anzumerken, dass eine optimale Wellenlänge als die Wellenlänge λ0 gemäß einer Zentralwellenlänge des prinzipiell zu messenden Laserlichts (einschließlich der Wellenlänge λ1 des Laserlichts gemäß der Erfindung), einem Absorptionswellenlängenbereich der fluoreszierenden Platte, einer Fluoreszenzdetektionswellenlänge (einschließlich der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz gemäß der Erfindung) oder eines Fluoreszenzerzeugungswellenlängenbereichs ausgewählt werden kann. Die Konfigurationen des ersten Films S1, des zweiten Filmes S2 und des dritten Films S3 können jeweils gemäß der ausgewählten Wellenlänge λ0 und einem erforderlichen Reflexionsgrad bei der ausgewählten Wellenlänge λ0 gestaltet werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die erfinderische Strahlprofilmessvorrichtung, die die Fluoreszenz verwendet, ist zu einer Messung mit hoher Genauigkeit des Strahlprofils eines Hochleistungslasers fähig, indem die in dem Fluoreszenzerzeugungselement erzeugte Fluoreszenz am Streuen zur Außenseite der Vorrichtung gehemmt bzw. gehindert und indem die gestreute Fluoreszenz am erneuten Einfallen auf das Fluoreszenzerzeugungselement gehemmt bzw. gehindert wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen Strahlprofilmessvorrichtung, die die Fluoreszenz verwendet, wird, selbst wenn ein Laserlicht mit irgendeiner Wellenlänge von der Außenseite in die Vorrichtung eintritt, der Großteil des einfallenden Lichts zur Außenseite der Vorrichtung durch den ersten Film S1 oder den zweiten Film S2 oder den dritten Film S3 emittiert. Dies bewirkt eine merkliche Reduzierung des Risikos eines Schadens oder Brandschadens an dem Bandpassfilter, der Kamera oder dem Bildsensor, das bei der herkömmlichen Konfiguration auftreten kann, wenn das zweite Laserlicht mit der Wellenlänge nahe der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz auf die Vorrichtung einfallen gelassen wird. Somit kann die Vorrichtung hinsichtlich der Zuverlässigkeit verbessert werden.
Die oben beschriebenen Aufgaben und Vorteile sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verständlicher werden. Es versteht sich, dass die folgenden Ausführungsformen lediglich als Beispiele zu verstehen sind, aber die Erfindung nicht darauf beschränkt sein soll.
Figurenliste

1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung einer Laserstrahlprofilmessvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
2 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung der Laserstrahlprofilmessvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
3 zeigt ein Blockdiagramm, das Funktionen eines ersten Films S1 und eines zweiten Films S2 oder eines dritten Films S3 gemäß der Erfindung schematisch zeigt;
4 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Film S2 der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen;
5 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die beispielhafte Wellenlängen-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des dritten Films S3 der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen;
6 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die bevorzugtere beispielhaften Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Films S2 der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen;
7 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die bevorzugtere beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des dritten Films S3 der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen;
8 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die noch bevorzugtere beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des zweiten Films S2 der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen;
9 zeigt eine Gruppe von Grafiken, die noch bevorzugtere beispielhafte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristiken des ersten Films S1 und des dritten Films S3 der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung zeigen; und
10 zeigt ein Diagramm, das ein herkömmliches Beispiel eines Fluoreszenz verwendenden Strahlprofilmessverfahrens darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Laserstrahlprofil-Messvorrichtung gemäß der Erfindung werden unten basierend auf den beigefügten Zeichnungen und unter Bezugnahme auf viele Beispiele der Laserstrahlprofil-Messvorrichtung speziell beschrieben.
Erneut unter Bezugnahme auf 1 wird ein Beispiel der Laserstrahlprofil-Messvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Wie bereits oben erwähnt, zeigt 1 eine beispielhafte Konfiguration einer Laserstrahl-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung 100, insbesondere eine Positionsbeziehung von Komponenten der Vorrichtung in Draufsicht. Ein Fluoreszenserzeugungselement 10 der Laserlicht-Reflexion-Trenn-Laserstrahlprofilmessvorrichtung 100 weist eine zylindrische Gestalt mit einem Durchmesser von 10 mm auf und enthält eine fluoreszierende Platte 1 und einen Trägerkörper 2. Die fluoreszierende Platte 1 ist aus einem Nd: YAG-Kristall mit Nd-Konzentration von 1,0 Atom-%(at.%) und einer Dicke von 0,2 mm hergestellt. Der Trägerkörper 2 ist aus einem Nd-losen YAG-Kristall mit einer Dicke von 2 mm hergestellt. Gegenüberliegenden Flächen(durch eine Bezugszahl 1b in 1 dargestellt) der fluoreszierenden Platte 1 und des Trägerkörpers 2 sind durch Thermokompressionsbonden ohne Verwendung eines Bindemittels/Haftvermittlers miteinander integral verbunden. Da diese Komponenten aus demselben Basismaterial YAG hergestellt sind, erfahren die Komponenten keine Lichtreflexion an einer Grenzfläche derselben aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes, wenn die Komponenten miteinander direkt verbunden sind. Dieselbe Wärmeausdehnungsrate aufweisend, sind diese Komponenten weniger anfällig für Versagen, wie z.B. verformungsinduzierte Abtrennung der fluoreszierenden Platte 1 vom Trägerkörper 2, wenn die fluoreszierende Platte Wärme erzeugt. Als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung ist ein dielektrischer Film S1 auf einer Lasereinfallsfläche 1a der fluoreszierenden Platte 1 ausgebildet. Der dielektrische Film weist einen Reflexionsgrad von 0,5% in einem Wellenlängenbereich von 800nm bis 900nm eines Laserlichts 12, von dem prinzipiell angenommen wird, dass es vermessen wird, und einen Reflexionsgrad von 90% bei einer 1064nm-Wellenlänge der in der fluoreszierenden Platte 1 erzeugten und von einem Bildsensor 8 detektierten Fluoreszenz auf. Als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung weist der erste Film S1 eine Struktur auf, die so gestaltet ist, dass sie eine in 8 (A) gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik aufweist, wo λ1 800nm ist, λ0 950nm ist und λ2 1064nm ist. Andererseits ist auf einer gegenüberliegenden Fläche 2b des Trägerkörpers 2 von der mit der fluoreszierenden Platte 1 gebildeten Fläche ein dielektrischer Film(nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% in einem breiten Band von 800nm bis 1100nm gebildet, sodass das Laserlicht 12 und eine in der fluoreszierenden Platte 1 erzeugte Fluoreszenz 13 nicht reflektiert werden. Ein 45°-Prisma 3 als das Lichttrennelement zur Trennung zwischen dem Laserlicht 12 und der Fluoreszenz 13 ist aus 15mm - quadratischem Quarz hergestellt und durch Kombinieren von zwei rechtwinkligen Prismen konfiguriert. Auf einer Einfallsfläche 3a des 45 °- Prismas 3 ist ein dielektrischer Film (nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% in einem Bereich von 800nm bis 1100nm ausgebildet, sodass das Laserlicht 12 und die erzeugte Fluoreszenz 13 nicht reflektiert werden. Auf einer Fläche 3b, die unter 45° geneigt ist, in dem 45°-Prisma 3 ist ein dielektrischer Film mit einem Reflexionsgrad von 99,7% für Licht unter einem Einfallswinkel von 45° und in einem Wellenlängenbereich von 800nm-900nm und mit einem Reflexionsgrad von 3% bei der Wellenlänge von 1064nm ausgebildet, um die Fluoreszenz bei der Wellenlänge von 1064nm durchzulassen. Dazu ist anzumerken, dass als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung der dielektrische Film S2 eine Struktur aufweist, die so gestaltet ist, dass sie eine in 8(B) gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik aufweist, bei der λ1 808nm ist, λ0 950nm ist und λ2 1064nm ist. Ferner ist auf einer Prismafläche 3c, von der die Fluoreszenz 13 durch die Fläche 3b emittiert wird, ein dielektrischer Film(nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% bei der Wellenlänge von 1064nm ausgebildet. Auf einer Fläche 3d des 45°-Prismas 3, von der das Laserlicht 12 unter 45° von der Fläche 3b emittiert wird, ist ein dielektrischer Film(nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% in einem Wellenlängenbereich von 800nm bis 900nm ausgebildet.
In der in 1 gezeigten Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung 100 wird das Laserlicht 12 mit der Wellenlänge 808nm, das darauf als ein Beispiel für das zu messende Laserlicht einfallen gelassen wird, durch die fluoreszierende Platte 1 und den Trägerkörper 2 gelassen und von dem 45°-Prisma 3 reflektiert und zur Außenseite der Vorrichtung emittiert. Ein Teil des durch die fluoreszierende Platte 1 durchgelassenen Laserlicht 12 wird von dem Nd: YAG der fluoreszierenden Platte 1 absorbiert, wo das absorbierte Licht einer Energieumwandlung unterliegt, um Fluoreszenz umher zu emittieren, wobei die Fluoreszenz eine Zentralwellenlänge von 1 µm proportional zur Verteilung der Laserlichtintensität aufweist. Von der emittierten Fluoreszenz dringt die 1064nm-Fluoreszenz 13 durch das 45°-Prisma 3 und durch eine Objektivlinse 4, ein Neutralfilter 5, ein Bandpassfilter 6 und eine Abbildungslinse 7, um den CMOS-Bildsensor 8 zu erreichen. Die Objektivlinse 4 und Abbildungslinse 7 sind Konvexlinsen, die aus optischem Glas hergestellt sind, das unter dem Oberbegriff „BK7“ bekannt ist, und die beide eine Brennweite von 50mm aufweisen. Auf den Flächen dieser Linsen ist ein dielektrischer Film(nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% bei 1064nm ausgebildet. Die fluoreszierende Platte 1 befindet sich in einem Brennpunkt der Objektivlinse 4, während sich der CMOS-Bildsensor 8 in einem Brennpunkt der Abbildungslinse 7 befindet. In dieser Konfiguration wird ein Fluoreszenzbild der fluoreszierenden Platte 1 1:1 auf einer Aufnahmefläche(nicht gezeigt) in dem CMOS-Bildsensor 8 ausgebildet. Das Neutralfilter 5 weist eine Transmission von 10% bei der Wellenlänge von 1064nm auf und schwächt somit die Fluoreszenz, um die Sättigung des CMOS-Bildsensors 8 zu verhindern. Der CMOS-Bildsensor 8 kann für eine geeignete Empfindlichkeit für Licht durch Entfernen des Neutralfilters 5 eingestellt werden, wenn ein einfallendes Laserlicht so schwach ist, dass Fluoreszenz von der fluoreszierenden Platte 1 geringe Intensität aufweist, oder durch Einsetzen von mehr als einem Neutralfilter 5, wenn das Laserlicht und die Fluoreszenz höhere Intensitäten aufweisen. Das Bandpassfilter 6 weist eine solche Charakteristik auf, dass es nicht bei Wellenlängen außer 1064nm blockiert, um zu verhindern, dass das Licht mit Wellenlängen außer 1064nm dem CMOS-Bildsensor 8 erreicht. Das Bandpassfilter 6 weist ein Transmissionswellenlängeninterval von z.B. 10nm bei der Wellenlänge von 1064nm auf.
Nunmehr wieder auf die 2 bezugnehmend, erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels für die Laserstrahlprofil-Messvorrichtung gemäß der Erfindung. Wie bereits oben beschrieben, zeigt 2 die beispielhafte Konfiguration der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung 200 oder insbesondere eine Positionsbeziehung der Komponenten der Vorrichtung in Draufsicht. Ein Fluoreszenzerzeugungselement 30 der Laserlicht-Durchlass-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung 200 weist eine Einfallsfläche auf, die von einem 6mm-Quadrat-Prisma definiert ist, und ist im Wesentlichen aus einer fluoreszierenden Platte 21 und einem Trägerkörper 22 zusammengesetzt. Ein Material der fluoreszierenden Platte 21 ist durchsichtige Nd: YAG-Keramik mit einer Nd-Konzentration von 0,7 Atom-%(at.%) und einer Dicke von 0,05mm. Ein Material des Trägerkörpers 22 ist durchsichtige Nd-lose YAG-Keramik mit einer Dicke von 2mm. Gegenüberliegende Flächen (durch eine Bezugszahl 21b in 2 dargestellt) der fluoreszierenden Platte 21 und des Trägerkörpers 22 sind durch ein Niedertemperatur-Fusionsbondingverfahren ohne Verwendung eines Bindemittels/Haftvermittlers miteinander integral verbunden. Als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung ist ein dielektrischer Film S1 auf einer Einfallsfläche 21a der fluoreszierenden Platte 21 ausgebildet. Der dielektrische Film weist einen Reflexionsgrad von 0,5% in einem Wellenlängenbereich von 800nm bis 900nm von einem angenommenen zu messenden Laserlicht 32 und einen Reflexionsgrad von 99% bei einer 1064nm-Wellenlänge der in der fluoreszierenden Platte 21 erzeugten und von dem Bildsensor 8 detektierten Fluoreszenz auf. Als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung weist der erste Film S1 eine Struktur auf, die gestaltet ist, um eine in 9A gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik aufzuweisen, wo λ1 800nm ist, λ0 950nm ist und λ2 1064nm ist. Auf der gegenüberliegenden Fläche 22b des Fluoreszenzerzeugungselements 30 von der mit der fluoreszierenden Platte 21 gebildeten Fläche ist ein dielektrischer Film (nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% in einem breiten Band von 800nm bis 1100nm ausgebildet, sodass das Laserlicht 32 und eine in der fluoreszierenden Platte 21 erzeugte Fluoreszenz 33 nicht reflektiert werden. Auf einer Fläche 23a des 45°-Spiegels 23 ist ein dielektrischer Film S3 mit einem Reflexionsgrad von 99% für Licht bei einem Einfallswinkel von 45° und in einem Wellenlängenbereich von 1000nm bis 1100nm und einem Reflexionsgrad von 0,3% in einem Wellenlängenbereich von 800nm bis 950nm ausgebildet. Als ein Beispiel für die Lösung des Problems gemäß der Erfindung weist der dielektrische Film S3 eine Struktur auf, die gestaltet ist, um eine in 9B gezeigte Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik aufzuweisen, wo λ1 800nm ist, λ0 950nm ist und λ2 1064nm ist.
In der in 2 gezeigten Laserlicht-Reflexion-Trenn-Strahlprofilmessvorrichtung 200 wird das als ein Beispiel für die Wellenlänge des zu messenden Laserlichts einfallen gelassene Laserlicht von 808nm durch die fluoreszierende Platte 21 und den Trägerkörper 22 und ferner durch den 45°- Spiegel 23 gelassen, um zur Außenseite der Vorrichtung emittiert zu werden. Bei Transmission durch die fluoreszierende Platte 21 wird ein Teil des Laserlichts von dem Nd: YAG der fluoreszierenden Platte 21 absorbiert, wobei das absorbierte Licht Energieumwandlung unterliegt, sodass Fluoreszenz herum emittiert wird, wobei die Fluoreszenz eine Zentralwellenlänge von 1 µm proportional zur Verteilung von Laserlichtintensität aufweist. Von der emittierten Fluoreszenz wird eine Fluoreszenz 33 mit 1064nm von dem 45°-Spiegel 23 reflektiert und erreicht den CMOS-Bildsensor 8 nach Transmission durch die Objektivlinse 4, das Neutralfilter 5, das Bandpassfilter 6 und die Abbildungslinse 7. Die Objektivlinse 4 und Abbildungslinse 7 sind aus Quarz hergestellte Konvexlinsen. Die Objektivlinse 4 weist eine Brennweite von 50mm auf, während die Abbildungslinse 7 eine Brennweite von 100mm aufweist. Auf den Flächen dieser Linsen ist ein dielektrischer Film (nicht gezeigt) mit einem Reflexionsgrad von 0,5% bei 1064nm ausgebildet. Die fluoreszierende Platte 21 befindet sich in einem Brennpunkt der Objektivlinse, während sich der CMOS-Bildsensor 8 in einem Brennpunkt der Abbildungslinse 7befindet. Ein Fluoreszenzbild der fluoreszierenden Platte 21 wird zweifach vergrößert ausgebildet und auf einer Aufnahmefläche (nicht gezeigt) in dem CMOS-Bildsensor 8 visualisiert. Das Neutralfilter 5 weist eine Transmission von 10% bei der Wellenlänge von 1064nm auf und dämpft die Fluoreszenz, um die Sättigung des CMOS-Bildsensors 8 zu verhindern. Der CMOS-Bildsensor 8 kann auf geeignete Empfindlichkeit für Licht durch Entfernen des Neutralfilters 5, wenn ein einfallendes Laserlicht so schwach ist, dass Fluoreszenz von der fluoreszierenden Platte 21 eine geringe Intensität aufweist, oder durch Einsetzen von mehr als einem Neutralfilter 5, wenn das Laserlicht und die Fluoreszenz hohe Intensitäten aufweisen, eingestellt werden. Das Bandpassfilter 6 weist eine derartige Charakteristik auf, dass es Licht mit Wellenlängen außer 1064nm blockt, um zu verhindern, dass Licht bei Wellenlängen außer 1064nm den CMOS-Bildsensor 8 erreicht. Das Bandpassfilter 6 weist ein Transmissionswellenlängeninterval von z.B. 10nm bei der Wellenlänge von 1064nm auf.
In den obigen Beispielen werden TiO₂, Ta₂O₅, HfO₂,Nb₂O₃, ZrO₂, MgF₂, YF₃, SiO₂, Al₂O₃ und dergleichen vorzugsweise als Materialien für die dielektrischen Filme S1, S2, S3 und die dielektrischen Filme, die auf den Flächen des Fluoreszenzerzeugungselements, 45°-Prismas, 45°- Spiegels und Konvexlinsen ausgebildet sind, zur Steuerung des Reflexionsgrads für die Wellenlänge bevorzugt verwendet. Ein oder mehrere von diesen Materialien für Dielektrika können zur Bildung eines einschichtigen dünnen Films mit einer speziellen Dicke (wie z.B. 0,5µm oder weniger) oder eines mehrschichtigen Films, der durch Laminieren von mehreren Filmen mit unterschiedlichen Materialien in speziellen Dicken aufeinander ausgebildet ist, verwendet werden. Dies ermöglicht, dass ein gewünschter Reflexionsgrad in einem bestimmten Wellenlängenbereich dem gebildeten Film verliehen wird. Beispiele für ein Verfahren zur Bildung des Films schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein: ein Vakuumabscheideverfahren, bei dem ein Material in Vakuum zur Abscheidung des Materials auf eine Fläche eines Objekts erwärmt wird; ein Sputter-Abscheideverfahren, bei dem ein Material mit Ionen unterschiedlichen Materials beschossen wird, um das Material zur Abscheidung auf eine Fläche eines Objekts zu ejizieren. Wichtig ist, dass ein optimales Material, eine optimale Filmdicke und ein optimales Filmbildeverfahren zum Erhalten eines erforderlichen Reflexionsgrads in einem erforderlichen Wellenlängenbereich ausgewählt werden.
Während die oben beschriebene Beispiele Nd: YAG als ein Beispiel für das Medium der fluoreszierenden Platte zitieren, ist der Umfang der Erfindung hinsichtlich des Materials der fluoreszierenden Platte nicht darauf beschränkt. Andere verwendbare Materialien sind: Yb: YAG, das Licht bei 940nm und 970nm absorbiert und Fluoreszenz bei 1050nm emittiert; Cr, Yb: YAG, das Yb: YAG und Cr4⁺-Ionen enthält, die hinzugefügt sind, um Fluoreszenzlebensdauer zu verkürzen; Er: YAG, das Licht nahe 785nm oder 1,5µm absorbiert und Fluoreszenz von 1,6µm oder 2,9µm absorbiert; Tm: YAG, das Licht von 780nm oder 785nm absorbiert und Fluoreszenz von 2,01µ emittier; Ho: YAG, das Licht nahe 1,9µm absorbiert und Fluoreszenz von 2,01µm emittiert; Cr, Tm, Ho: YAG, das Licht nahe 780nm absorbiert und Fluoreszenz von 2,08µm emittiert, und Ce: YAG, das Licht nahe 350nm oder 450nm absorbiert und Fluoreszenz von 550nm emittiert. Ferner Cr, Nd: YAG, mit zugefügten Cr³⁺-Ionen, das Licht im sichtbaren Lichtbereich absorbiert und Fluoreszenz von 1µm emittiert, ist auch verwendbar. Die oben beschriebenen Lichtenergieabsorbtionswellenlängen und Fluoreszenzwellenlängen stellen typische Beispiele dar und es kann irgendeine Lichtenergieabsorbtionswellenlänge oder irgendeine Fluoreszenzwellenlänge von denjenigen, die dem Medium innewohnen, gemäß jeder Aufgabe oder Spezifikation ausgewählt werden. Eine zu detektierende Fluoreszenzwellenlänge muss nicht immer auf eine Fluoreszenzspitzenwellenlänge des Mediums gesetzt werden. Zur Verhinderung von Streulaserlicht mit einer Wellenlänge nahe der Fluoreszenzspitzenwellenlänge kann eine Transmissionswellenlänge eines Bandpassfilters so eingestellt werden, dass das Filter einen Fluoreszenzwellenlänge mit einer Wellenlänge abgesehen von der Fluoreszenzspitzenwellenlänge detektiert. Während die vorangehenden Beispiele YAG als das Basismaterial der fluoreszierenden Platte und des Trägerkörpers verwenden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Quarz und BK7, die transparent sind, können verwendet werden. Andernfalls sind Y₂ O₃, Lu₂O₃, LuAG, YAP, Ss₂O₃, GGG, GSGG, YSGG, YSO und Saphir, die höhere Wärmeleitfähigkeit als YAG aufweisen, auch verwendbar. Das Basismaterial kann ein Einkristall oder transparente Keramik sein. Es ist erforderlich, ein Medium auszuwählen, das die Wellenlänge eines zu messenden Laserlichts absorbieren kann. Die fluoreszierende Platte und der Trägerkörper können mit einem transparenten Bindemittel/Haftvermittler oder andernfalls, mittels eines optischen Kontakts, wo verbundene Flächen mit hoher Genauigkeit poliert sind und aneinander gedrückt sind, miteinander verbunden werden. Unter dem Gesichtspunkt von Verbindungsfestigkeit werden jedoch Thermokompressionsbonding zum Miteinanderverbinden der Flächen bei höheren Temperaturen, Diffusionsbonding (Hochtemperaturfusion) und Niedertemperaturfusion mehr bevorzugt. Zur Verhinderung der Deformation der fluoreszierenden Platte aufgrund von Wärmeerzeugung können die fluoreszierende Platte und der Trägerkörper vorzugsweise aus äquivalenten Basismaterialien mit ähnlichen Expansionskoeffizienten hergestellt werden. Wenn jedoch die fluoreszierende Platte einen kleinen Wärmewert aufweist, kann der Trägerkörper aus einem anderen Material als dasjenige der fluoreszierenden Platte hergestellt werden. Beispielsweise kann das Basismaterial der fluoreszierenden Platte YAG sein und dasjenige des Trägerkörpers Saphir mit guter Wärmeleitfähigkeit sein. Es ist jedoch wünschenswerter, dass die fluoreszierende Platte eine geringe Dicke aufweist, um die Positionsgenauigkeit der Messung in Bezug auf die Richtung der optischen Achse des Strahls zu verbessern. Wenn jedoch die fluoreszierende Platte dünn hergestellt ist, nimmt eine Transmissionsstrecke des Laserlichts ab, sodass die erzeugte Fluoreszenz eine geringere Intensität aufweist. Somit kann eine gewünschte Fluoreszenzintensität durch Erhöhen der Zugabemenge von fluoreszierendem Element zur fluoreszierenden Platte erhalten werden.
Die obige Beschreibung stellt das Beispiel dar, bei dem die Objektivlinse 4 und die Abbildungslinse 7 mit derselben Brennweite zur Bildung der Abbildung der fluoreszierenden Platte auf dem Bildsensor mit einem Vergrößerungsverhältnis von 1:1 verwendet werden und das Beispiel dar, bei dem die Abbildungslinse 7 mit einer anderen Brennweite als derjenigen der Objektivlinse zur Bildung des Bildes auf dem Bildsensor 8 mit einem Vergrößerungsverhältnis von 1:2 verwendet wird. Es können jedoch Linsen mit Brennweiten, die sich von den obigen unterscheiden, verwendet werden, um ein vergrößertes Bild oder ein verkleinertes Bild auf die fluoreszierende Platte auf dem Bildsensor zu projizieren. Abbildungsoptiken, können drei oder mehr Linsen verwenden und sind nicht besonders beschränkt. Ein reflektierender Spiegel kann in die obige Abbildungsoptik eingesetzt werden, um den optischen Pfad für den Zweck des Reduzierens der gesamten Vorrichtungsgröße zu biegen. Die Einsetzpositionen des Neutralfilters und des Bandpassfilters sind nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Die Filter können irgendwo in den Abbildungsoptiken eingesetzt werden.
Während die obigen Beispiele die Konfiguration darstellen, bei der das Neutralfilter und das Bandpassfilter im Raum zwischen der Objektivlinse und der Abbildungslinse angeordnet sind, wo die Lichtintensität am geringsten ist. Das Neutralfilter und / oder das Bandpassfilter können jedoch auch an Plätzen angeordnet werden, die sich von den obigen unterscheiden. So fern notwendig, können mehr als ein Neutralfilter und mehr als ein Bandpassfilter verwendet werden. Der Typ oder die Dämpfungsrate des Neutralfilters, die Transmissionswellenlänge, das Transmissionswellenlängenintervall, Transmissionsgrad bzw. Durchlässigkeitsgrad und dergleichen des Bandpassfilters können auf der Basis des zu messenden Laserlichts, Spezifikationen der fluoreszierenden Platte und dergleichen optimal ausgewählt werden. Der CMOS-oder CCD-Bildsensor als das Bildelement können ein Material, wie z.B. Si, Ge, GaAs, InGaAs und InP verwenden, die geeignete Empfindlichkeiten bei der Wellenlänge der von der fluoreszierenden Platte emittierten Fluoreszenz aufweisen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ist auf eine große Vielzahl von Vorrichtungen mit einer Funktion zum Messen des Strahlprofils des Laserlichts anwendbar.
Bezugszeichenliste

10, 30:: Fluoreszenzerzeugungselement
1, 21:: Fluoreszierende Platte
2,22:: Trägerkörper
1a, 21a:: Laserlichteinfallsfläche
1b, 21b:: Grenzfläche zwischen fluoreszierender Platte und Trägerkörper
S1:: erster Film
S2:: zweiter Film
S3:: dritter Film
12,32:: Laserlicht
13,33:: Fluoreszenz
3: 45° -: Prisma
4:: Objektivlinse
5:: Neutralfilter
6:: Bandpassfilter
7:: Abbildungslinse
8:: Bildsensor
1100:: Transparenter Block
1101:: Fluoreszierender Körper
1102:: Grenzfläche
1103:: Laserlicht
1105:: Filter
1106:: Kamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 1994221917 [0006]
JP 2004245778 [0006]
JP 2008519263 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Masaki Tsunekane et. al. „Proposal for New Measurement Method of High-accuracy 2D Beam Profile“ 11. bis 12. January 2015, the 35^th Annual Conference of Laser Society [0007]

Claims

Laserstrahlprofil-Messvorrichtung zur Messung eines zweidimensionalen Laserlichtprofils, umfassend: ein plattenartiges oder blockartiges Fluoreszenzerzeugungselement mit einer Einfallsfläche, auf der das Laserlicht einfällt, und einer Emissionsfläche, von der das Licht emittiert wird; ein Lichttrennelement zur Trennung von Fluoreszenz vom Laserlicht, wobei die Fluoreszenz in dem Fluoreszenzerzeugungselement erzeugt und von der Emissionsfläche emittiert wird; ein Bildelement zum Empfangen der Fluoreszenz, wobei das plattenartige oder blockartige Fluoreszenzerzeugungselement einen auf seiner Einfallsfläche ausgebildeten ersten Film enthält und der erste Film eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens einer Wellenlänge λ1 des Laserlichts und Reflektierens einer Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist.
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Film einen Reflexionsgrad von 70% oder mehr bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist,
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Film einen Reflexionsgrad von 90% oder mehr bei der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist.
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichttrennelement einen zweiten Film enthält und der zweite Film einen Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenläge λ2 der Fluoreszenz und Reflektierens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts aufweist.
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist, während der zweite Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ0 aufweist,
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichttrennelement einen dritten Film enthält und der dritte Film ein Wellenlänge-zu-Reflexions-Charakteristik des Reflektierens der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz und Durchlassens der Wellenlänge λ1 des Laserlichts aufweist,
Laserstrahlprofil-Messvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Reflektierens einer Wellenlänge λ0 zwischen der Wellenlänge λ1 des Laserlichts und der Wellenlänge λ2 der Fluoreszenz aufweist, während der dritte Film ferner eine Wellenlänge-zu-Reflexionsgrad-Charakteristik des Durchlassens der Wellenlänge λ0 aufweist.