JP2018025606A - ビーム整形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結像条件を維持しながらビーム形状を目標とする楕円率に調整することが可能なビーム整形装置を得る。【解決手段】ビーム整形装置１００は、光軸の上のモニタ位置５におけるレーザ光１１のビーム形状を測定する測定手段と、モニタ位置を経たレーザ光を透過する第１のシリンドリカルレンズ６と、第１のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、第１のシリンドリカルレンズを経たレーザ光を透過する第２のシリンドリカルレンズ７と、第２のシリンドリカルレンズを経たレーザ光の進行方向を変更する折り曲げミラー８，９と、第１、第２のシリンドリカルレンズおよびを折り曲げミラーを光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構１２，１３，１４と、を備え、モニタ位置におけるビーム形状に基づいて、モニタ位置と、折り曲げミラーにより進行方向が変更された後にレーザ光が経由する基準位置１０とが結像条件を満たすように移動機構を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームのビーム形状を整形するビーム整形装置に関する。

従来のビーム整形装置として、第１のシリンドリカルレンズと、第１のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交する方向に位置づけられた第２のシリンドリカルレンズと、第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズとの間隔を調整できる間隔調整機構を有するビーム整形機構が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１のビーム整形機構によれば、断面が楕円形のビーム形状の長軸と短軸との比である楕円率を、適宜変更することが可能である。

特開２００７−１３６４７７号公報

特許文献１のビーム整形機構においては、光源であるレーザ発振器が発生するビームの楕円率、発散角またはビーム品質が経時的に変化した場合、光源の変化に応じてどのように第１および第２のシリンドリカルレンズの位置および間隔を設定すれば、光軸上の予め定められた位置である基準位置において目標とする楕円率のビーム形状を確保して、ビーム形状を一定に維持することができるのか、使用者は何ら情報を得られない。したがって、試行錯誤を伴う光学系の調整の手間がかかるとともに、使用者によって調整手順が異なるため、目標とする楕円率に調整できたとしても、調整後のビーム径は使用者によって異なる結果となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結像条件を維持しながらビーム形状を目標とする楕円率に調整することが可能なビーム整形装置を得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光軸の上のモニタ位置におけるレーザ光のビーム形状を測定する測定手段と、モニタ位置を経たレーザ光を透過する第１のシリンドリカルレンズと、第１のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、第１のシリンドリカルレンズを経たレーザ光を透過する第２のシリンドリカルレンズと、第２のシリンドリカルレンズを経たレーザ光の進行方向を変更する折り曲げミラーと、第１、第２のシリンドリカルレンズおよびを折り曲げミラーを光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備える。本発明は、モニタ位置におけるビーム形状に基づいて、モニタ位置と、折り曲げミラーにより進行方向が変更された後にレーザ光が経由する基準位置とが結像条件を満たすように移動機構を制御することを特徴とする。

本発明によれば、結像条件を維持しながらビーム形状を目標とする楕円率に調整することが可能なビーム整形装置を実現できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるビーム整形装置の構成図 実施の形態１にかかるビーム整形装置におけるモニタ位置と基準位置との間の光学系の位置関係を示す図 実施の形態１にかかるビーム整形装置におけるモニタ位置でのビーム形状を示す図 実施の形態１にかかるビーム整形装置における基準位置でのビーム形状を示す図 実施の形態１にかかるビーム整形装置におけるモニタ位置と基準位置との間の光学系の別の位置関係を示す図 本発明の実施の形態２にかかるビーム整形装置の構成図 本発明の実施の形態３にかかるビーム整形装置の構成図 本発明の実施の形態４にかかるビーム整形装置の構成図

以下に、本発明の実施の形態にかかるビーム整形装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるビーム整形装置１００の構成図である。レーザ発振器１から出射されたレーザ光１１は、伝送光学系２を通過し、部分反射ミラー３に到達する。部分反射ミラー３はレーザ光１１の入射ビームの一部を９０°反射して、レーザ光１１のビーム形状を測定する測定手段であるビーム形状モニタ４に入射させる。ビーム形状モニタ４としては、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）によってビーム強度分布を測定する装置、もしくはナイフエッジ形状といった形状を有する可動アパーチャを装備したパワー計測装置等が用いられる。ビーム形状モニタ４で計測するレーザ光１１のビーム形状は、部分反射ミラー３を透過したビームの光軸の上でビーム形状をモニタするモニタ位置５におけるビーム形状と一致する。

モニタ位置５を通過したレーザ光１１は、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７を順に透過し、２枚の折り曲げミラー８，９において“コ”の字型に伝送された後、整形ビームの基準位置１０を経由する。基準位置１０は固定されている。

ここで、紙面右から左へ向かう方向を第一の方向とし、紙面上から下に向かう方向を第二の方向とし、紙面左から右へ向かう方向を第三の方向とする。２枚の折り曲げミラー８，９によってレーザ光１１が“コ”の字型に伝送されるとは、レーザ光１１の進行方向が第一の方向から第二の方向へと変更され、その後第二の方向から第三の方向へと変更されて伝送されることである。すなわち、レーザ光１１が“コ”の字型に伝送されるとは、レーザ光１１の最初の進行方向である第一の方向と最後の進行方向である第三の方向とが平行かつ反対方向となるように変更してレーザ光１１が伝送されることをいう。

ただし、２枚の折り曲げミラー８，９によって折り曲げられたレーザ光１１の最初の進行方向と最後の進行方向とは、後述するように折り曲げミラー８，９を移動してモニタ位置５と基準位置１０との間の光路長を変更することができるのであれば、必ずしも平行でなくても構わない。また、折り曲げミラーも必ずしも２枚には限定されず、それ以上の枚数であっても構わない。

ビーム進行方向である上記第三の方向における基準位置１０の後方には、基準位置１０を経たレーザ光１１のビームを更にビーム進行方向へ結像伝送する光学系１５が配置されている。

第１のシリンドリカルレンズ６の集光方向と第２のシリンドリカルレンズ７の集光方向とが互いに直交するように第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７は設置されている。また、第１のシリンドリカルレンズ６は、第１のシリンドリカルレンズ６を光軸の方向に移動することができる移動機構１２に搭載されており、第２のシリンドリカルレンズ７は、第２のシリンドリカルレンズ７を光軸の方向に移動することができる移動機構１３に搭載されている。更に、２枚の折り曲げミラー８，９は、共に移動機構１４に搭載されている。移動機構１４は、折り曲げミラー８，９に対してレーザ光１１のビームが入出射する光軸の方向すなわち上記第一および第三の方向と平行に移動可能である。

図２は、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００におけるモニタ位置５と基準位置１０との間の光学系の位置関係を示す図である。図２は、図１の実際の配置とは異なって光学的な距離関係を示しており、モニタ位置５と基準位置１０との間の距離、モニタ位置５および基準位置１０に対する第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の位置関係を示す。

第１のシリンドリカルレンズ６が光軸に垂直な断面上のｘ方向に集光性能を有しているとすると、第２のシリンドリカルレンズ７は、上記断面上でｘ方向に垂直なｙ方向に集光性能を有している。第１のシリンドリカルレンズ６のｘ方向の焦点距離をｆ_ｘとし、第２のシリンドリカルレンズ７のｙ方向の焦点距離をｆ_ｙとする。さらに、図２に示すように、モニタ位置５と基準位置１０との間の距離をＬとし、第１のシリンドリカルレンズ６とモニタ位置５との間の距離をＬ_ａｘとし、第１のシリンドリカルレンズ６と基準位置１０との間の距離をＬ_ｂｘとし、第２のシリンドリカルレンズ７とモニタ位置５との間の距離をＬ_ａｙとし、第２のシリンドリカルレンズ７と基準位置１０との間の距離をＬ_ｂｙとする。これらの距離を用いた以下の数式（１）および数式（２）の結像条件を満たす結像関係になるように第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７は配置される。

また数式（１）および（２）に示した結像条件より、基準位置１０におけるｘ方向およびｙ方向の各ビーム径は、以下の数式（３）および数式（４）に示すように、モニタ位置５におけるビーム径のそれぞれＭ_ｘ倍およびＭ_ｙ倍となるよう決定される。

但し、以下の数式（５）が成り立っている。

図３は、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００におけるモニタ位置５でのビーム形状を示す図である。図４は、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００における基準位置１０でのビーム形状を示す図である。図３のビーム形状の楕円率はｋ＝φ_ｘ／φ_ｙであり、図４のビーム形状の楕円率はｋ_０＝φ_０ｘ／φ_０ｙである。φ_ｘおよびφ_０ｘはそれぞれｘ方向の直径、φ_ｙおよびφ_０ｙはそれぞれｙ方向の直径である。

基準位置１０でのビーム形状を、楕円率ｋ_０＝１の直径φ_０＝１．０ｍｍの円形となるような光学設計を行うとする。モニタ位置５でのビーム形状がｘ方向の直径φ_ｘ＝０．１２ｍｍおよびｙ方向の直径φ_ｙ＝０．１６ｍｍであるとすると、モニタ位置５でのビーム形状は楕円率ｋ＝０．７５（＝０．１２／０．１６）の楕円形状である。すると、基準位置１０でのビーム形状を上記のように楕円率ｋ_０＝１の直径φ_０＝１．０ｍｍの円形にするためには、ｘ方向およびｙ方向の各倍率は、それぞれ、Ｍ_ｘ＝１／０．１２＝８．３３およびＭ_ｙ＝１／０．１６＝６．２５となる。さらに、モニタ位置５と基準位置１０との間の距離Ｌ＝８００ｍｍであるとする。

以上に示したＭ_ｘ、Ｍ_ｙおよびＬの値と、上記した数式（１）から数式（５）の条件を用いることにより、ｆ_ｘ＝７６．５ｍｍ、ｆ_ｙ＝９５．１ｍｍ、Ｌ_ａｘ＝８５．７ｍｍ、Ｌ_ａｙ＝１１０．３ｍｍが得られ、焦点距離ｆ_ｘ、ｆ_ｙと第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の配置が一意に決定される。上記焦点距離ｆ_ｘおよびｆ_ｙをそれぞれ有する第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７を、モニタ位置５から上記Ｌ_ａｘおよびＬ_ａｙ離れた位置となるように図１のように配置することにより、ビーム伝送系を構築する。すなわち、ビーム整形装置１００は、モニタ位置５と基準位置１０とが結像条件を満たすように、モニタ位置５におけるビーム形状と基準位置１０での目標とするビーム形状とに基づいて、移動機構１２，１３，１４を制御する。

ここで、レーザ発振器１の状態が経時的に変動し、レーザ光１１の特性が変化することによりモニタ位置５でのビーム径が変化したとする。モニタ位置５でのビーム径の変動は、ビーム形状モニタ４で検知することができる。レーザ加工に用いられるビーム整形装置１００においては、モニタ位置５でのビーム形状がｘ方向の直径φ’_ｘおよびｙ方向の直径φ’_ｙに変化したとしても、加工結果を一定にするため、レーザ光１１の変化に関わらず、基準位置１０におけるビーム形状の縦横比すなわち楕円率が維持されることが望ましい。

図５は、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００におけるモニタ位置５と基準位置１０との間の光学系の別の位置関係を示す図である。図５において、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７は変更していないので、第１のシリンドリカルレンズ６のｘ方向の焦点距離ｆ_ｘおよび第２のシリンドリカルレンズ７のｙ方向の焦点距離ｆ_ｙに変化はなく、図２の場合と同じである。したがって、図５は、図２とは、モニタ位置５、基準位置１０、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の配置が異なっているが、それ以外は同じとなる。

図５においては、モニタ位置５と基準位置１０との間の距離をＬ’とし、第１のシリンドリカルレンズ６とモニタ位置５との間の距離をＬ’_ａｘとし、第１のシリンドリカルレンズ６と基準位置１０との間の距離をＬ’_ｂｘとし、第２のシリンドリカルレンズ７とモニタ位置５との間の距離をＬ’_ａｙとし、第２のシリンドリカルレンズ７と基準位置１０との間の距離をＬ’_ｂｙとする。モニタ位置５と基準位置１０との結像条件を維持するためには、以下の数式（６）から数式（１０）を満たす必要がある。

但し、以下の数式（１０）が成り立っている。

更に、ビーム変動前後で、基準位置１０におけるビーム形状の楕円率を一定に維持するためには、以下の数式（１１）を満たす必要がある。

上記した数式（６）から数式（１１）を同時に満たす、第１のシリンドリカルレンズ６、第２のシリンドリカルレンズ７の新たな位置Ｌ’_ａｘ、Ｌ’_ａｙおよびモニタ位置５と基準位置１０との間の距離Ｌ’は、一意に決定できる。

例として、レーザ発振器１の状態が経時的に変動し、モニタ位置５でのビーム形状がｘ方向の直径φ’_ｘ＝０．１４ｍｍおよびｙ方向の直径φ’_ｙ＝０．１９ｍｍの楕円率ｋ’＝φ’_ｘ／φ’_ｙ＝０．７４の楕円形状に変化したとする。第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７は交換していないので、ｆ_ｘ＝７６．５ｍｍ、ｆ_ｙ＝９５．１ｍｍは固定されたままである。モニタ位置５から基準位置１０への結像倍率は、Ｍ’_ｘ＝１／０．１４＝６．９５、Ｍ’_ｙ＝１／０．１９＝５．１２へ変動することになる。この場合、数式（６）から数式（１１）によれば、Ｌ’_ａｘ＝８７．５ｍｍ、Ｌ’_ａｙ＝１１３．７ｍｍ、Ｌ’＝６９５．８ｍｍとすることで、基準位置１０におけるビーム形状の楕円率を１のまま維持することができる。但し、基準位置１０でのビーム直径は、φ’_０＝０．９７ｍｍに変化する。基準位置１０における楕円率を目標の値にすることができれば、ビーム直径は基準位置１０の後に設けられた光学系１５で容易に補正することで調整することができる。

第１のシリンドリカルレンズ６の移動機構１２を光路上で１．８ｍｍだけ基準位置１０側へ移動することにより、図２のＬ_ａｘ＝８５．７ｍｍから図５のＬ’_ａｘ＝８７．５ｍｍとすることができる。第２のシリンドリカルレンズ７の移動機構１３を光路上で３．４ｍｍだけ基準位置１０の側へ移動することにより、図２のＬ_ａｙ＝１１０．３ｍｍから図５のＬ’_ａｙ＝１１３．７ｍｍとすることができる。モニタ位置５と基準位置１０との間の距離を１０４．２ｍｍだけ縮小するために、図１において折り曲げミラー８，９の移動機構１４を５２．１ｍｍだけ第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の側に近づけることで、図２のＬ＝８００ｍｍから図５のＬ’＝６９５．８ｍｍとすることができる。すなわち、折り曲げミラー８，９および移動機構１４により、モニタ位置５と基準位置１０との間の光路長を変更することができる。

このように、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００によれば、レーザ発振器１の状態が変動してビームの特性が変化しても、モニタ位置５でのビーム形状の変化をビーム形状モニタ４で検知することにより、使用者による調整の手間を省いて光学素子を交換することなく基準位置１０におけるビーム形状の楕円率を一定値に維持することが可能となる。

また、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００によれば、数式（３）および数式（４）の値を変更することにより、基準位置１０におけるビーム形状を任意の楕円率に変更することも可能である。更に、モニタ位置５におけるビーム径の変化に応じて、移動機構１２，１３，１４を自動制御し、リアルタイムに基準位置１０におけるビーム形状の楕円率を制御することも可能である。つまり、モニタ位置５のビーム形状の変化に応じて、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の位置およびモニタ位置５から基準位置１０までの光路長を、数式（１１）を満たすようにしてモニタ位置５と基準位置１０との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置１０におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。

また、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００によれば、モニタ位置５におけるビーム形状の検出のために部分反射ミラー３の反射光を用いたが、透過光を用いてもよいし、モニタ位置５よりもビーム進行方向側のビームを計測して、モニタ位置５におけるビーム形状を推測してもよい。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかるビーム整形装置２００の構成図である。実施の形態２にかかるビーム整形装置２００には、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００から移動機構１４が除かれている代わりに、光軸上で光学系１５を移動することが可能な移動機構１６が追加されている。そして、ビーム整形装置１００では固定されていた基準位置１０がビーム整形装置２００では光軸に沿って移動する基準位置１７に変更されている。

上記以外のビーム整形装置２００の構成は、ビーム整形装置１００と同じであり、説明を省略する。すなわち、実施の形態２にかかるビーム整形装置２００においては、光軸に沿って光学系１５を移動することにより基準位置１７を光軸に沿って移動させて、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離を変更することができる。すなわち、光学系１５を移動することにより基準位置１７が光軸に沿って移動すると考えることができる。

実施の形態２にかかるビーム整形装置２００においては、２枚の折り曲げミラー８，９を経たレーザ光１１は基準位置１７に達した後、光軸上を移動させる移動機構１６を備えた光学系１５を経由する。

実施の形態２にかかるビーム整形装置２００において、レーザ発振器１の状態が経時的に変動してレーザ光１１の特性が変化すると、ビーム形状モニタ４で検知するビーム形状の変化から、実施の形態１で説明したように、数式（６）から数式（１１）を満たすように、第１のシリンドリカルレンズ６、第２のシリンドリカルレンズ７の新たな位置Ｌ’_ａｘ、Ｌ’_ａｙおよびモニタ位置５と基準位置１７との間の距離Ｌ’が決定される。

ビーム整形装置２００では、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７については、実施の形態１と同様に移動機構１２，１３を駆動させることにより新たな位置Ｌ’_ａｘ、Ｌ’_ａｙに移動させる。しかし、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離Ｌ’については、実施の形態１とは異なり、基準位置１７の後方に配置された光学系１５の移動機構１６を駆動させることにより基準位置１７自体を光軸上で移動させることにより調整する。これにより、基準位置１７におけるビーム形状を目標とする楕円率に維持することができる。

実施の形態２にかかるビーム整形装置２００によれば、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００に設けられていた移動機構１４がなくとも、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離を変更することが可能となる。また、移動機構１４が不要となることにより、２枚の折り曲げミラー８，９を省いて、直線的な光学系を構築して小型化を図ることも可能となる。

実施の形態２にかかるビーム整形装置２００によっても、モニタ位置５のビーム形状の変化に応じて、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の位置およびモニタ位置５から基準位置１７までの光路長を、モニタ位置５と基準位置１７との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置１７におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかるビーム整形装置３００の構成図である。実施の形態３にかかるビーム整形装置３００においては、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００の光学系１５が、レーザ光１１のビーム径の拡大率が可変のビームエキスパンダ１８で構成されている。ビームエキスパンダ１８以外のビーム整形装置３００の構成は、ビーム整形装置１００と同じであり、説明を省略する。

実施の形態３にかかるビーム整形装置３００においては、基準位置１０を通過したレーザ光１１のビームは、ビームエキスパンダ１８に入射するように光学系が配置されている。

実施の形態３にかかるビーム整形装置３００においても、レーザ発振器１からのレーザ光１１の特性が変化すると、ビーム形状モニタ４で検知するビーム形状の変化から、実施の形態１で説明したように、数式（６）から数式（１１）を満たすように、移動機構１２，１３，１４を駆動させることにより、基準位置１０におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整する。しかし、レーザ光１１の特性が変化すると、特性の変化に応じた調整後の基準位置１０におけるビーム径は変化する。

実施の形態１で示した数値例においては、レーザ光１１の特性が変化する前には基準位置１０において直径φ_０＝１．０ｍｍで楕円率＝１の円形であったビームが、ビーム特性変動に応じた調整後においては、楕円率＝１を維持したまま直径φ’_０＝０．９７ｍｍの円形のビームに変化した。このビーム径の変動も、数式（６）から数式（１１）によって解析的に導出される値である。したがって、楕円率に加えてビーム径も含めて調整前後で一致させたい光学系の場合は、調整後のビームエキスパンダ１８のビーム径の拡大率を３％（＝（１．０−０．９７）／０．９７）増加させればよい。

実施の形態３にかかるビーム整形装置３００によれば、モニタ位置５のビーム形状の変化に応じて、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の位置およびモニタ位置５から基準位置１０までの光路長を、モニタ位置５と基準位置１０との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置１０におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。さらに、ビームエキスパンダ１８を用いることによりビーム特性変動に応じた調整前後のビーム径を補正して一定にすることも可能である。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかるビーム整形装置４００の構成図である。実施の形態４にかかるビーム整形装置４００においては、実施の形態２にかかるビーム整形装置２００の光学系１５が、拡大率が可変のビームエキスパンダ１８で構成されており、光軸上でビームエキスパンダ１８を移動することが可能な移動機構１９が設けられている。すなわち、ビーム整形装置２００の光学系１５および移動機構１６がビームエキスパンダ１８および移動機構１９に置き換わっており、それら以外のビーム整形装置４００の構成は、ビーム整形装置２００と同じであり、説明を省略する。

ビーム整形装置４００においても、光軸に沿ってビームエキスパンダ１８を移動することにより基準位置１７を光軸に沿って移動させて、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離を変更することができる。

実施の形態４にかかるビーム整形装置４００においては、２枚の折り曲げミラー８，９を経たレーザ光１１は基準位置１７に達した後、光軸上を移動させる移動機構１９を備えたビームエキスパンダ１８を経由する。

実施の形態４にかかるビーム整形装置４００において、レーザ発振器１の状態が経時的に変動してレーザ光１１の特性が変化すると、ビーム形状モニタ４で検知するビーム形状の変化から、実施の形態１で説明したように、数式（６）から数式（１１）を満たすように、第１のシリンドリカルレンズ６、第２のシリンドリカルレンズ７の新たな位置Ｌ’_ａｘ、Ｌ’_ａｙおよびモニタ位置５と基準位置１７との間の距離Ｌ’が決定される。

ビーム整形装置４００では、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７については、実施の形態１と同様に移動機構１２，１３を駆動させることにより新たな位置Ｌ’_ａｘ、Ｌ’_ａｙに移動させる。しかし、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離Ｌ’については、実施の形態２と同様に、基準位置１７の後方に配置されたビームエキスパンダ１８の移動機構１９を駆動させることにより基準位置１７自体を光軸上で移動させることにより調整する。これにより、基準位置１７におけるビーム形状を目標とする楕円率に維持することができる。

実施の形態４にかかるビーム整形装置４００によれば、実施の形態１にかかるビーム整形装置１００または実施の形態３にかかるビーム整形装置３００に設けられていた移動機構１４がなくとも、モニタ位置５と基準位置１７との間の距離を変更することが可能となる。また、移動機構１４が不要となることにより、２枚の折り曲げミラー８，９を省いて、直線的な光学系を構築することも可能となる。

また、実施の形態４にかかるビーム整形装置４００においても、ビーム特性変動に応じた調整の前後の基準位置１７におけるビーム径の変化を数式（６）から数式（１１）によって解析的に導出できるので、実施の形態３にかかるビーム整形装置３００と同様に、ビームエキスパンダ１８の拡大率を調整することにより、調整前後の楕円率のみならずビーム径も一定に維持することが可能となる。

実施の形態４にかかるビーム整形装置４００によれば、モニタ位置５のビーム形状の変化に応じて、第１のシリンドリカルレンズ６および第２のシリンドリカルレンズ７の位置およびモニタ位置５から基準位置１７までの光路長を、モニタ位置５と基準位置１７との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置１７におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。さらに、ビームエキスパンダ１８を用いることによりビーム特性変動に応じた調整前後のビーム径を一定にすることも可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ レーザ発振器、２ 伝送光学系、３ 部分反射ミラー、４ ビーム形状モニタ、５ モニタ位置、６ 第１のシリンドリカルレンズ、７ 第２のシリンドリカルレンズ、８，９ 折り曲げミラー、１０，１７ 基準位置、１１ レーザ光、１２，１３，１４，１６，１９ 移動機構、１５ 光学系、１８ ビームエキスパンダ、１００，２００，３００，４００ ビーム整形装置。

Claims (4)

1. 光軸の上のモニタ位置におけるレーザ光のビーム形状を測定する測定手段と、
   前記モニタ位置を経た前記レーザ光を透過する第１のシリンドリカルレンズと、
   前記第１のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、前記第１のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光を透過する第２のシリンドリカルレンズと、
   前記第２のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光の進行方向を変更する折り曲げミラーと、
   前記第１、第２のシリンドリカルレンズおよびを前記折り曲げミラーを光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記モニタ位置における前記ビーム形状に基づいて、前記モニタ位置と、前記折り曲げミラーにより進行方向が変更された後に前記レーザ光が経由する基準位置とが結像条件を満たすように前記移動機構を制御する
   ことを特徴とするビーム整形装置。
2. 光軸の上のモニタ位置におけるレーザ光のビーム形状を測定する測定手段と、
   前記モニタ位置を経た前記レーザ光を透過する第１のシリンドリカルレンズと、
   前記第１のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、前記第１のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光を透過する第２のシリンドリカルレンズと、
   前記第２のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光が経由する光学系と、
   前記第１、第２のシリンドリカルレンズおよび前記光学系を光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記モニタ位置における前記ビーム形状に基づいて、前記モニタ位置と、前記第２のシリンドリカルレンズと前記光学系との間に位置する基準位置とが結像条件を満たすように前記移動機構を制御する
   ことを特徴とするビーム整形装置。
3. 前記基準位置を経由した前記レーザ光が入射し、前記レーザ光のビーム径の拡大率が可変なビームエキスパンダを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形装置。
4. 前記光学系は、前記レーザ光のビーム径の拡大率が可変なビームエキスパンダである
   ことを特徴とする請求項２に記載のビーム整形装置。

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