特許 7453328 レーザ放射用の変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】レーザ放射用の変換装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/06 20060101AFI20240312BHJP

   G02B 27/09 20060101ALI20240312BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20240312BHJP

   H01S 5/22 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

G02B3/06

G02B27/09

H01S5/02253

H01S5/22 610

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022500731

(86)(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-08

(86)【国際出願番号】 EP2020058186

(87)【国際公開番号】W WO2021004661

(87)【国際公開日】2021-01-14

【審査請求日】2022-04-01

(31)【優先権主張番号】102019118443.6

(32)【優先日】2019-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】520335587

【氏名又は名称】リモ ディスプレイ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イワネンコ ミハイル

(72)【発明者】

【氏名】グリム ビャチェスラフ

(72)【発明者】

【氏名】カリス ヘンニング

【審査官】小西 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０９６０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０３５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４２１５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １／００ － １／０８

３／００ － ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ放射（７）用の変換装置（１）であって、
第１の方向（ｘ）に並んで配置されたシリンドリカルレンズ（３）の第１のアレイ（２）と、
前記第１の方向（ｘ）に並んで配置されたシリンドリカルレンズ（５）の第２のアレイ（４）を備え、
前記変換装置（１）の動作中に、変換される前記レーザ放射（７）が最初に前記第１のアレイ（２）を通過し、次に前記第２のアレイ（４）を通過し、ここでそれぞれの場合において前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）の１つは、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）の１つに関連付けられて、テレスコープのアレイを生じるように規定されており、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）のシリンダ軸（６）と前記第１の方向（ｘ）との間の角度（γ）は、４５°より大きく、９０°未満であり、
前記第１のアレイ（２）が、モノリシックな基板の一方の面に形成されており、前記第２のアレイ（４）が、前記基板の他方の面に形成されており、
前記テレスコープの縮小係数（Γ）は、次を適用し得て、
Γ＝Ｆ _３ ／Ｆ _５ ＝Ｒ _３ ／Ｒ _５
ここで、
Ｆ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）の焦点距離であり、
Ｆ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）の焦点距離であり、
Ｒ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）の曲率半径であり、そして、
Ｒ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）の曲率半径であり、
前記第１及び／又は第２のアレイ（２、４）の前記シリンドリカルレンズ（３、５）の前記シリンダ軸（６）と前記第１の方向（ｘ）との間の角度は角度（γ）であり、次が適用される、
γ＝ａｒｃｔａｎ（√（Γ））ことを特徴とする、
変換装置（１）。

【請求項2】

前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）のシリンダ軸（６）が前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）のシリンダ軸（６）に平行であることを特徴とする、
請求項１に記載の変換装置（１）。

【請求項3】

前記第１及び／又は第２のアレイ（２、４）の前記シリンドリカルレンズ（３、５）の前記シリンダ軸（６）と前記第１の方向（ｘ）との間の角度（γ）は、４６°より大きく、６０°未満であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の変換装置（１）。

【請求項4】

前記第１のアレイ（２）のすべてのシリンドリカルレンズ（３）が同じ焦点距離（Ｆ_３）及び／又は同じ曲率半径（Ｒ_３）を有すること、及び／又は、前記第２のアレイ（４）のすべてのシリンドリカルレンズ（５）が同じ焦点距離（Ｆ_５）及び／又は同じ曲率半径（Ｒ_５）を有することを特徴とする、
請求項１～３のいずれか一項に記載の変換装置（１）。

【請求項5】

前記テレスコープの縮小係数（Γ）は、１．１～３の間であることを特徴とする、
請求項１～４のいずれか一項に記載の変換装置（１）。

【請求項6】

前記第１及び／又は前記第２のアレイ（２、４）の前記シリンドリカルレンズ（３、５）は、屈折レンズ又は屈折率分布型レンズであることを特徴とする、
請求項１～５のいずれか一項に記載の変換装置（１）。

【請求項7】

レーザ放射用の変換装置であって、
第１の方向に並んで配置されたシリンドリカルミラーの第１のアレイと、
前記第１の方向に並んで配置されたシリンドリカルミラーの第２のアレイを備え、
前記変換装置の動作中に、変換される前記レーザ放射が最初に前記第１のアレイによって反射され、次に前記第２のアレイによって反射され、ここでそれぞれの場合において前記第１のアレイの前記シリンドリカルミラーの１つは、前記第２のアレイの前記シリンドリカルミラーの１つに関係付けられて、テレスコープのアレイを生じるように規定されており、前記第１のアレイの前記シリンドリカルミラーのシリンダ軸と前記第１の方向との間の角度（γ）は、４５°より大きく、９０°未満であり、
前記第１のアレイが、モノリシックな基板の一方の面に形成されており、前記第２のアレイが、前記基板の他方の面に形成されており、
前記テレスコープの縮小係数（Γ）は、次を適用し得て、
Γ＝Ｆ _３ ／Ｆ _５ ＝Ｒ _３ ／Ｒ _５
ここで、
Ｆ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルミラーの焦点距離であり、
Ｆ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルミラーの焦点距離であり、
Ｒ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルミラーの曲率半径であり、そして、
Ｒ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルミラーの曲率半径であり、
前記第１及び／又は第２のアレイの前記シリンドリカルミラーのシリンダ軸と前記第１の方向との間の角度は角度（γ）であり、次が適用される、
γ＝ａｒｃｔａｎ（√（Γ））ことを特徴とする、
変換装置。

【請求項8】

レーザ装置であって、
前記レーザ装置の動作中にレーザ放射（７）を放出するレーザ光源（１０）と、
前記レーザ光源（１０）から放射される前記レーザ放射（７）用の変換装置（１）であって、第１の方向（ｘ）に互いに隣り合って配置されたシリンドリカルレンズ（３）又はシリンドリカルミラーの第１のアレイ（２）と、前記第１の方向（ｘ）に互いに隣り合って配置されたシリンドリカルレンズ（５）又はシリンドリカルミラーの第２のアレイ（４）を有し、それぞれの場合において前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）又はシリンドリカルミラーが、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）又は前記シリンドリカルミラーの１つに割り当てられて、前記第１のアレイ（２）のシリンドリカルレンズ（３）を通過する、又は前記第１のアレイの前記シリンドリカルミラーによって反射される前記レーザ放射（７）の部分ビーム（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）が、前記第２のアレイ（４）の前記関連するシリンドリカルレンズ（５）を少なくとも実質的に通過する、又は前記第２のアレイの前記シリンドリカルミラーによって少なくとも実質的に反射され、ここで前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）又は前記シリンドリカルミラー上のこの部分ビーム（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）の断面は、前記第２のアレイ（４）の前記関連するシリンドリカルレンズ（５）又は前記シリンドリカルミラー上の前記部分ビーム（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）の断面よりも大きい、請求項１～７のいずれか一項に記載の変換装置（１）である、変換装置（１）と、を備え、
前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）又は前記シリンドリカルミラーの前記シリンダ軸（６）と前記第１の方向（ｘ）との間の角度（γ）は、４５°より大きく、９０°未満であり、
前記第１のアレイ（２）が、モノリシックな基板の一方の面に形成されており、前記第２のアレイ（４）が、前記基板の他方の面に形成されており、
前記テレスコープの縮小係数（Γ）は、次を適用し得て、
Γ＝Ｆ _３ ／Ｆ _５ ＝Ｒ _３ ／Ｒ _５
ここで、
Ｆ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）の前記焦点距離であり、
Ｆ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）の前記焦点距離であり、
Ｒ _３ は、前記第１のアレイ（２）の前記シリンドリカルレンズ（３）の前記曲率半径であり、そして、
Ｒ _５ は、前記第２のアレイ（４）の前記シリンドリカルレンズ（５）の前記曲率半径であり、
前記第１及び／又は第２のアレイ（２、４）の前記シリンドリカルレンズ（３、５）の前記シリンダ軸（６）と前記第１の方向（ｘ）との間の角度は角度（γ）であり、次が適用される、
γ＝ａｒｃｔａｎ（√（Γ））ことを特徴とする、
レーザ装置。

【請求項9】

前記レーザ光源（１０）は、半導体レーザとして、互いに約２００μｍの距離に離隔された複数のエミッタを備えたレーザダイオードバーとして設計されることを特徴とする、
請求項８に記載のレーザ装置。

【請求項10】

前記レーザ装置は、前記レーザ光源（１０）と前記変換装置（１）との間に配置された少なくとも１つの速軸コリメートレンズ（１１）を更に備え、前記速軸コリメートレンズ（１１）は前記レーザ光源（１０）によって発せられた前記レーザ放射（７）を前記第１の方向（ｘ）に垂直な第２の方向（ｙ）にコリメートすることを特徴とする、
請求項８又は９に記載のレーザ装置。

【請求項11】

前記レーザ光源（１０）は、前記レーザ放射（７）の伝播方向（ｚ）に垂直な前記第１の方向（ｘ）に関するビーム品質係数（Ｍ_ｘ ^２）が１より大きく、かつ前記伝播方向（ｚ）に垂直である第２の方向（ｙ）に関するビーム品質係数（Ｍ_ｙ ^２）が１より大きい、マルチモードレーザ放射を放出し得て、前記変換装置（１）の前記アレイ（２、４）は、前記変換装置（１）に衝突する前記レーザ放射（７）が変換されて、前記レーザ放射（７）の前記ビーム品質係数（Ｍ_ｘ ^２）が前記第１の方向（ｘ）に対して増加され、前記レーザ放射（７）の前記ビーム品質係数（Ｍ_ｙ ^２）が前記第２の方向に対して減少されるように、前記レーザ装置内に設計され配置されていることを特徴とする、
請求項８又は９に記載のレーザ装置。

【請求項12】

前記レーザ光源（１０）は、Ｎｄ－ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザ又は紫外線ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザとして設計されることを特徴とする、
請求項８、１０又は１１のうちの一項に記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１、又は請求項１０の前文に記載のレーザ放射用の変換装置と、請求項１１の前文に記載のレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フラットパネルディスプレイの製造のために、紫外線（ＵＶ）ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザは、信頼性が高くメンテナンスの少ないレーザ源として最近確立されている。この点で、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）、例えば柔軟なＯＬＥＤディスプレイ、及びアニーリング（つまり、アモルファスシリコン層の結晶化）アプリケーション、例えばＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）薄膜トランジスタの製造が、これらのタイプのソースで対応され得る。これらのレーザは、別のソース、例えばエキシマレーザに比べてパルスエネルギーが低く、処理エリアに密に集束されたビームスポットを作成する必要が生じる。更に、被加工材の均一な照明のための均質な強度分布は、一貫した製品品質を達成するために必須である。

【0003】

特許文献１では、レーザ放射用のレーザ光源及び変換装置を備えたレーザ装置が開示されている。レーザ光源は、周波数２倍化Ｎｄ－ＹＡＧレーザとして、又はエキシマレーザとして形成され得る。レーザ光源から発せられるレーザ放射は、例えば、円形断面を有し、ｘ方向及びｙ方向の両方でビーム品質係数Ｍ_ｘ ^２＝Ｍ_ｙ ^２＝４を有する。変換装置は、シリンドリカルレンズの２つのアレイからなり、これは一緒にテレスコープのアレイを形成する。シリンドリカルレンズのシリンダ軸は、シリンドリカルレンズが並んで配設される方向に対して４５°の角度で傾斜される。この設計により、テレスコープを通過する部分ビームの断面がシリンドリカルレンズの軸に対して鏡像化されることを確実にする。このような設計によって達成され得ることは、一方向に関するビーム品質係数が大幅に減少され、１より大きくならないことであり、別の方向に関するビーム品質係数は、ビーム変換前の状態と比較して増加される。したがって、線に垂直な方向に関して約１のビーム品質係数の場合、長い焦点深度を有する非常に薄い線形プロファイルを得ることができる。この場合、線の長手方向の範囲に関するビーム品質係数が、同時に大幅に増加するという事実は、不利であるとは証明されず、それは線の長手方向に集束が望まれないか、又は高度な集束が望まれないためである。逆に、線の長手方向におけるビーム品質係数の増加の結果として、一般に、空間コヒーレンスと、それと共にこの方向の光干渉も大幅に減少される。

【0004】

このビーム変換方法は、レーザ放射を複数の部分ビームに分割することに基づく。分割プロセス中に、シャープな強度エッジが作成され、これは、ほとんどの場合、シリンドリカルレンズの間の中間ゾーンの照明を伴う。これらのゾーンでの光の傾斜は、望ましくないエネルギー損失につながり、これは、これらのエリアにおける表面とコーティングの品質と形状が技術的に制限されることが多く、十分に制御されていないためである。更に、ビーム変換装置は通常、十分にコリメートされた入射ビーム用のテレスコピックシステムとして設計される。しかし、これはほとんどの場合、一方向に対してのみ遂行される。別の方向に対して、入射ビームは顕著な発散を有する場合があり、これは、第２のアレイのレンズの過剰照明につながり、したがって、光の損失につながる場合がある。

【0005】

冒頭に記載したタイプの変換装置及びレーザ装置は、特許文献２から知られている。そこで記載されたレーザ装置は、レーザダイオードバーを含み、そのレーザ放射は光ファイバに結合される。レーザ装置は、変換装置を更に含み、それはシリンドリカルレンズの４つのアレイから構成される２つのモノリシックレンズテレスコープを含む。第１の２つのアレイは、レンズが第１の方向に対して４５°に向けられ、縮小ケプラー式望遠鏡アレイを形成する。第３及び第４のアレイは、レンズが第１の方向に対して－４５°に向けられ、縮小ガリレオ式望遠鏡アレイを形成する。これらの２つの交差したテレスコープは、シリンドリカルレンズの軸に対する入射ビームの断面を鏡像化し、同時に出口で断面を縮小する。サイズの縮小は、レーザダイオードバーの個々のエミッタによって発せられるレーザビームが重なるのを防ぐことが意図され、バー放射の集束を改善すると言われている。

【0006】

しかし、第１のケプラー式望遠鏡の後方のビームサイズは、一方向にのみ縮小される。垂直方向については、それらは更に拡張され、第２のガリレオ式望遠鏡アレイのシリンドリカルレンズを部分的に過剰照明する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許第７７８２５３５号

【文献】欧州特許出願公開第１５２８４２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の根底にある課題は、損失が低減される、上記のタイプの変換装置及びレーザ装置の作成である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によると、これは、請求項１又は請求項１０の特徴を有する前述のタイプの変換装置と、請求項１１の特徴を有する前述のタイプのレーザ装置とによって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。

【0010】

請求項１によると、第１のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸は、第１の方向と４５°より大きく、９０°未満の角度を囲むことが意図される。このように、レーザ放射が第２のアレイのシリンドリカルレンズと第２のアレイの隣接するレンズとの間の空間に当たるのを少なくとも部分的に防止することが可能である。

【0011】

第２のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸は、第１のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸と平行であると規定され得る。特に、第１及び／又は第２のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸は、第１の方向と４６°より大きく、６０°未満の角度を囲み得る。この角度範囲は、損失を回避するのに有利であることがわかる。

【0012】

第１のアレイのすべてのシリンドリカルレンズが同じ焦点距離及び／又は同じ曲率半径を有すること、及び／又は、第２のアレイのすべてのシリンドリカルレンズが同じ焦点距離及び／又は同じ曲率半径を有することが可能である。特に、第２のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離及び半径は、第１のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離及び半径とは異なる。

【0013】

テレスコープの縮小係数は１より大きく、特に１．１～３の間であると規定され得る。この範囲の縮小は、損失を回避するためにも有利であることが証明されている。

【0014】

特に、テレスコープの縮小係数Γは、次を適用し得る。
Γ＝Ｆ_３／Ｆ_５＝Ｒ_３／Ｒ_５
ここで、
Ｆ_３は第１のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離であり、
Ｆ_５は第２のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離であり、
Ｒ_３は第１のアレイのシリンドリカルレンズの曲率半径であり、そして、
Ｒ_５は第２のアレイのシリンドリカルレンズの曲率半径である。

【0015】

縮小を達成するために、第１のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離は、第２のアレイのシリンドリカルレンズの焦点距離よりも長くなるように選択される。

【0016】

第１及び／又は第２のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸は、以下が適用される第１の方向（ｘ）と角度を囲むこともまた規定され得る。
γ＝ａｒｃｔａｎ（√（Γ））

【0017】

そのような設計は、対応して大きな縮小係数を備え、レーザ放射が第２のアレイのシリンドリカルレンズと隣接するレンズとの間の空間に、入口で完全にコリメートされていない光であっても当たらないことを確実にする。そのような損失低減変換は、同時に、レンズ頂点の軸に関してアレイレンズ対を通過するすべての部分ビームの断面のミラーリングを提供し得る。

【0018】

シリンドリカルレンズの第１及び第２のアレイが、１つの、特にモノリシックな基板の上に形成される可能性がある。これにより、変換装置のコンパクトで堅牢な設計が実現する。更に、シリンドリカルレンズのアレイ間の距離の調整は必要でない。

【0019】

代替的に、アレイはまた、異なる基板の上に形成され得る。個々のシリンドリカルレンズからアレイを組み立てることも可能である。そのような設計は、例えば、製造又は熱安定性に関して利点を提示し得る。

【0020】

第１及び／又は第２のアレイのシリンドリカルレンズは、屈折レンズ又は屈折率分布型レンズであることが規定され得る。代替的に、回折設計も考え得る。

【0021】

請求項１０によると、第１のアレイのシリンドリカルミラーのシリンダ軸は、第１の方向と４５°より大きく、９０°未満の角度を囲むことが意図される。この代替設計では、２つのアレイは、シリンドリカルミラー、特に凹面シリンドリカルミラーをシリンドリカルレンズの代わりに含む。シリンドリカルミラーを用いたこの設計では、従属請求項２～９の特性が同様に実現され得る。

【0022】

請求項１１によると、第１のアレイのシリンドリカルレンズのシリンダ軸は、第１の方向と４５°より大きく、９０°未満の角度を囲むことが意図される。特に、変換装置は、本発明による変換装置であり得る。

【0023】

レーザ光源は、半導体レーザとして、特にレーザダイオードバーとして、例えば、互いに約２００μｍの距離で離隔された複数のエミッタを備えるレーザダイオードバーとして設計される可能性がある。レーザ装置は、少なくとも１つの速軸コリメートレンズをレーザ光源と変換装置との間に配置して含むことが規定され得て、特に、ここで速軸コリメートレンズは、レーザ光源によって発せられたレーザ放射を、第１の方向に垂直な第２の方向にコリメートする。このようなレーザダイオードバーの場合、複数のエミッタの放射光場は対称化され得て、その集束性は、最小の光損失を備えた変換装置によって改善される。

【0024】

代替的に、レーザ光源は、レーザ放射の伝播方向に垂直な第１の方向に関するビーム品質係数が１より大きい、特に２より大きく、かつ第１の方向に垂直であり伝播方向に垂直である第２の方向に関するビーム品質係数が１より大きい、特に２より大きい、マルチモードレーザ放射を放出し得て、変換装置のアレイは、変換装置に衝突するレーザ放射が変換されて、レーザ放射のビーム品質係数が第１の方向に対して増加され、かつレーザ放射のビーム品質係数が第２の方向に対して減少されるように、レーザ装置内で設計され配置されている可能性がある。特に、レーザ光源は、Ｎｄ－ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザ又はダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザ、例えば、紫外線ＤＰＳＳレーザであり得る。また、このようなレーザ光源を用いて、ビーム成形損失は、変換装置によって減少され得る。
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図を参照して好ましい例示的な実施形態の以下の説明に基づいて明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明による変換装置の一実施形態の斜視図を示す。

【図2】本発明によるレーザ装置の一実施形態の概略側面図を示す。

【図3】図２によるレーザ装置の上面図を示す。

【図4】概略的に示されたレーザ放射を備えた、本発明による変換装置の一実施形態の詳細の概略正面図を示す。

【図5】図４の矢印Ｖ－Ｖによる概略断面図を示す。

【図6】概略的に示されたレーザ放射を備えた、本発明による変換装置の一実施形態の詳細の概略正面図を示す。

【図7】概略的に示されたレーザ放射を備えた、本発明による変換装置の一実施形態の第１のアレイの詳細の正面図を示す。

【図8】概略的に示されたレーザ放射を備えた、図６による変換装置の第２のアレイの詳細の正面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図面において、同一又は機能的に同一の部分には、同一の参照番号が付けられる。更に、デカルト座標系は、いくつかの図においてより良い方向付けのために挿入される。

【0027】

図１に示す本発明による変換装置１の実施形態は、第１の方向ｘに並んで配置されたシリンドリカルレンズ３の第１のアレイ２と、同じく第１の方向ｘに並んで配置されたシリンドリカルレンズ５の第２のアレイ４とを含む。アレイ２、４は、基板の表側と裏側に配置され、その結果、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３は第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５の反対側になる。ここで、シリンドリカルレンズ３、５は、基板の上にモノリシックに形成される。

【0028】

第１及び第２のアレイ２、４のシリンドリカルレンズ３、５はそれぞれ、それらのシリンダ軸６が、ｘ方向と角度γを形成するように配向され（図１を参照）、角度γは４５°よりも大きく、特に４６°～６０°の間である。更に、第１のアレイ２のすべてのシリンドリカルレンズ４の焦点距離及び曲率半径は同じである。更に、第２のアレイ３のすべてのシリンドリカルレンズ５の焦点距離及び曲率半径も同じである。

【0029】

変換装置１の動作中に、変換されるレーザ放射は、最初に第１のアレイ２を通過し、次に第２のアレイ４を通過し、それによって、レーザ放射は、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３によって複数の部分ビームに分割されることが意図される。第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３を通過する部分ビームは、第２のアレイ４の反対側のシリンドリカルレンズ５を通過する。

【0030】

個々の部分ビームは、ｘ方向に対して傾斜したシリンドリカルレンズ３、５によって変換され、変換装置１を通過した後にそれらの断面がシリンドリカルレンズ３、５の対応する頂点線８に対して、図６に概略的に示されるよう鏡像化されて出現し、ここで入力ビームＡＢＣＤは出力ビームＡ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’に変換される。

【0031】

レーザ放射が、マルチモードレーザ放射であり、かつそのビーム品質係数Ｍ_ｘ ^２、Ｍ_ｙ ^２が第１の方向ｘと第２の方向ｙの両方に関して２より大きい場合、レーザ放射のビーム品質係数Ｍ_ｘ ^２が第１の方向ｘに対して増加され、レーザ放射のビーム品質係数Ｍ_ｙ ^２が第２の方向ｙに対して減少されるという変換によって達成され得る。そのようなレーザ放射のための典型的なレーザ光源は、例えば、Ｎｄ－ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザ又は紫外線ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザである。

【0032】

第１及び第２のアレイ２、４の対向するシリンドリカルレンズ３、５はそれぞれテレスコープ、特にケプラー式望遠鏡を形成する。テレスコープを形成する対向するシリンドリカルレンズ３、５の間の距離は、これらのレンズの焦点距離の合計に等しい。

【0033】

ここで、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３の焦点距離は、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５の焦点距離よりも長く、対向するシリンドリカルレンズ３、５によって形成されるテレスコープを縮小テレスコープにする。テレスコープの縮小係数Γは１より大きく、特に１．１～３の間である。

【0034】

図７は、シリンドリカルレンズ３の第１のアレイ２へのレーザ放射７の衝突を概略的に示し、ここでは、簡単にするために、４つのシリンドリカルレンズ３のみが示される。レーザ放射７は、細長い楕円形断面を有する。ｐを用いて、隣接するシリンドリカルレンズ３の頂点線８の距離がマークされる。レーザビーム７は、第１のアレイ２によって、複数の部分ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに分割される。

【0035】

図８は、これらの部分ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの、シリンドリカルレンズ５の第２のアレイ４への衝突を示す。部分ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、頂点線８に関して鏡像化され、縮小係数Γに応じてサイズが縮小されていることがわかる。この縮小は、部分ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが、第２のアレイ４の個々のシリンドリカルレンズ５と隣接するレンズとの間の移行エリアに衝突しないという事実に寄与する。

【0036】

図４及び図５は、レーザ放射の個々のビームが変換装置１によってどのように変換されるかを示す。テレスコープの１つは、概略的にのみ示される。シリンドリカルレンズ３、５は、明確にするために別個のレンズとして描かれる。しかし、図１に示すように、モノリシック基板の入口面と出口面によって形成され得る。

【0037】

図５から、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３の焦点距離Ｆ_３は、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５の焦点距離Ｆ_５よりも長く、したがって、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３に光軸９から距離Ｈで入り、その後、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５を通過するビームは、光軸９から、より短い距離Ｈ’を有することがわかる。同じことが、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３に光軸９からより短い距離ｈで入るビームにも言える。図５は、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５を通過した後、このビームが光軸９に対して更に短い距離ｈ’を有することを示す。図４は、これらの状態を正面図で示す。

【0038】

したがって、以下が適用される。
Γ＝Ｈ／Ｈ’＝ｈ／ｈ’＝Ｒ_３／Ｒ_５＝Ｆ_３／Ｆ_５［方程式１］
ここで、Ｒ_３は、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３の半径であり、Ｒ_５は、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５の半径である。シリンドリカルレンズ３、５の半径Ｒ_３、Ｒ_５は、異方性ビーム成形用の変換装置を使用してレーザ線を生成する場合、数ミリメートルになり得る。

【0039】

図４を使用して、角度γとテレスコープの縮小係数Γの関係が導出され得る。ｔａｎ（γ）＝√Γは、Γ＞０の場合であることがわかる。これから、角度γについて次のようになる。
γ＝ａｒｃｔａｎ（√（Γ））［方程式２］

【0040】

方程式１と２を同時に満たすと、生じる部分ビーム断面のミラーリングがシリンドリカルレンズ３、５の頂点線８に関して提供される。

【0041】

図４から、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３上のｘのｘ方向に延長を有するビームは、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５上のｙ’のｙ方向に延長を有することが更に導き出され得る（図４を参照）。ｙ’の場合、次のように適用される。

【数1】

【0042】

したがって、図４から、第１のアレイ２のシリンドリカルレンズ３上のｙのｙ方向に延長を有するビームは、第２のアレイ４のシリンドリカルレンズ５上のｘ’のｘ方向に延長を有することが更に導き出され得る（図４を参照）。ｘ’の場合、次のように適用される。

【数2】

【0043】

方程式から、変換装置の出力でのセグメントの高さと幅は、Γ＞１の場合、ｔａｎ（γ）倍減少することがわかる。

【0044】

これらの考察から、入射強度分布について変換装置の動作原理は、アフィン写像のコンテキストで説明されることもでき、次のプロパティを保持する。
１．共線性
２．平行度
３．凸集合
４．線に沿った長さの比率
５．重み付けされた点集合の重心

【0045】

変換装置のアフィン写像(affine map)は、画像空間ではＦ_ω（Γ）∈Ｒ^２、角度空間ではＦ_Θ（Γ）∈Ｒ^２で表され、次のようになる。
Ｆ_ω（Γ）＝Ｒ（Γ）^Ｔ・Ｓ（Γ）・Ｒ（Γ）
Ｆ_Θ（Γ）＝Ｒ（Γ）^Ｔ・Ｓ^－１（Γ）・Ｒ（Γ）［方程式５］
ここで、

【数3】

【0046】

ここで、Ｓ（Γ）∈Ｒ^２は、ｙ軸に関するスケーリング操作を表す。頂点線８に関するミラーリングとスケーリングには、基底の変換が必要であり、これは、よく知られている２Ｄ回転行列Ｒ（Γ）によって与えられる。更に、角度空間と画像空間のスケーリングは反転した動作を示すため、Ｓ（Γ）を反転する必要がある。

【0047】

簡単な計算の後、これは次のように変換される。

【数4】

【0048】

したがって、方程式（３）と（４）は、座標ベクトルに沿った入力ベクトルの特殊なケースであり、次によって得られる。

【数5】

【0049】

図２と図３には、レーザダイオードバーをレーザ光源１０として含むレーザ装置が示される。図３による上面図では、このレーザダイオードバーの３つのエミッタのみが示される。例えば、レーザダイオードバーは、２２個のエミッタと９８０ｎｍの波長を有する高出力バーであり得る。個々のエミッタは、遅軸方向にそれぞれ１３０μｍのサイズにすることができ、これは、示された例のｘ方向に対応する。個々のエミッタは、速軸方向にそれぞれ１．６μｍのサイズにすることができ、これは、示された例のｙ方向に対応する。個々のエミッタは、遅軸方向又はｘ方向に２００μｍのピッチを有し得る。遅軸方向又はｘ方向の開口数は±４．２５°であり得る。速軸方向又はｙ方向の開口数は±２４．５°であり得る。

【0050】

レーザ装置は、速軸コリメートレンズ１１をレーザ光源１０と変換装置１との間に更に含む。速軸コリメートレンズ１１は、個々のエミッタによって発せられたレーザ放射７をｙ方向又は速軸方向にコリメートする。例えば、速軸コリメートレンズ１１は、０．１６ｍｍの焦点距離を有し得る。

【0051】

そのようなレーザダイオードバーと共に使用するために、変換装置１のシリンドリカルレンズ３、５の半径は、約０．２～１．５ｍｍであり得る。

【0052】

変換装置１の説明された設計により、レーザ光源１０としてレーザダイオードバーを使用する場合でさえ、レーザ放射を第２のアレイ４の隣接するシリンドリカルレンズ５の領域に衝突させないことによって損失を減らし得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】