CN115210623A - 光束分支装置及分支比调整方法 - Google Patents

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Abstract

在入射到偏振光束分离器的激光束的路径上沿着激光束的传播方向依次配置有第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜。第1调整机构以能够朝向使入射于第1反射镜的入射光的偏振面与被第1反射镜反射的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整第1反射镜的方式支承第1反射镜。第2调整机构以能够朝向在通过第1调整机构改变了第1反射镜的姿势的情况下能够维持第1反射镜的反射光入射到第2反射镜的状态及第2反射镜的反射光入射到第3反射镜的状态的方向移动并且摆动调整第2反射镜的方式支承第2反射镜。根据本发明，无需增加插入到激光束的光路上的光学组件的件数即可对入射到偏振光束分离器的激光束的偏振方向进行微调。

Description

光束分支装置及分支比调整方法
技术领域
本发明涉及一种将激光束进行分支的光束分支装置及分支比调整方法。
背景技术
已知有一种双轴激光加工装置，其为了提高激光加工的效率，从输出自激光振荡器的脉冲激光束的一个脉冲切取出两个脉冲并利用两条激光束进行加工(例如，参考下述专利文献1)。在公开于专利文献1的激光加工装置中，脉冲激光束的一个脉冲通过声光元件在时间轴上被分割成两个脉冲，且两个脉冲分别在不同的光路上传播。声光元件具有从一个脉冲切取出加工用的脉冲的功能及将一条光路分支成两条光路的功能。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-71136号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
被声光元件分支的两条光路所成的角度很小。因此，应配置于分支后的两条光路上的光学组件在空间上容易发生干涉，导致配置光学组件的位置受到限制。通过代替声光元件而使用根据偏振方向将激光束分支成两条路径的偏振光束分离器，可以将一条光路分支成两条光路。
由于偏振光束分离器的制造偏差，激光束的分支比在个体之间存在偏差。为了将被分支的两条激光束的强度设定为目标值，必须对入射到偏振光束分离器的激光束的偏振方向进行微调，以对P偏振成分及S偏振成分的强度比进行微调。使用布鲁斯特窗能够调整P偏振成分及S偏振成分的强度比。若仅为了调整P偏振成分及S偏振成分的强度比而在激光束的光路上插入布鲁斯特窗，则光学组件的件数会增加。增加的光学组件会对激光束的会聚发散带来热透镜效应等各种不良影响。
本发明的目的在于提供一种无需增加插入到激光束的光路上的光学组件的件数即可对入射到偏振光束分离器的激光束的偏振方向进行微调的光束分支装置及分支比调整方法。
用于解决技术课题的手段
根据本发明的一个观点，提供一种光束分支装置，其具有：
偏振光束分离器，将被直线偏振的激光束进行分支；及
偏振方向调整光学系统，将所入射的激光束引导至所述偏振光束分离器，
所述偏振方向调整光学系统具有：
第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜，在入射到所述偏振光束分离器的激光束的路径上沿着激光束的传播方向依次配置；
第1调整机构，以能够朝向使入射于所述第1反射镜的入射光的偏振面与被所述第1反射镜反射的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整所述第1反射镜的方式支承所述第1反射镜；及
第2调整机构，以能够朝向在通过所述第1调整机构改变了所述第1反射镜的姿势的情况下能够维持所述第1反射镜的反射光入射到所述第2反射镜的状态及所述第2反射镜的反射光入射到所述第3反射镜的状态的方向移动并且摆动调整所述第2反射镜的方式支承所述第2反射镜。
根据本发明的另一观点，提供一种分支比调整方法，其中，
在入射于根据偏振方向改变被直线偏振的激光束的分支比后进行分支的偏振光束分离器的激光束的路径上，沿着激光束的传播方向依次配置第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜，
朝向使入射于所述第1反射镜的入射光的偏振面与被所述第1反射镜反射的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整所述第1反射镜，
移动及摆动调整所述第2反射镜，由此，在所述第1反射镜的姿势发生变化之后，也维持所述第1反射镜的反射光入射到所述第2反射镜的状态及所述第2反射镜的反射光入射到所述第3反射镜的状态。
发明效果
通过对第1反射镜进行摆动调整以及移动及摆动调整第2反射镜，无需增加光学组件的件数即可调整入射到偏振光束分离器的激光束的偏振方向。
附图说明
图1是一种实施例的光束分支装置的概略立体图。
图2中(A)是表示光束分支装置的各光学组件的配置及激光束的光轴的位置关系的概略俯视图，图2中(B)是表示各光学组件的配置及激光束的光轴的位置关系的概略侧视图。
图3是第2调整机构的概略主视图。
图4是图1～图3所示的实施例的变形例的激光加工装置的概略图。
图5是表示又一实施例的偏振方向调整光学系统的第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜的位置关系的概略图。
具体实施方式
参考图1～图3，对一种实施例的光束分支装置进行说明。
图1是一种实施例的光束分支装置的概略立体图。在光学平台10上支承有激光光源20、偏振方向调整光学系统30及偏振光束分离器40。偏振方向调整光学系统30包括第1反射镜31、第2反射镜32、第3反射镜33、第1调整机构36及第2调整机构37。定义将光学平台10的上表面作为xy面且将光学平台10的上表面的法线方向作为z轴方向的xyz正交坐标系。例如，xy面为水平面，z轴朝向铅垂上方。
图2中(A)是表示各光学组件的配置及激光束的光轴的位置关系的概略俯视图，图2中(B)是表示从x轴方向观察时的各光学组件的配置及激光束的光轴的位置关系的概略侧视图。在以下说明中，参考图1并且必要时还参考图2中(A)及(B)。
激光光源20输出被直线偏振的激光束。从激光光源20输出的激光束的光轴相对于光学平台10的上表面平行。例如，从激光光源20输出的激光束的光轴与xy面平行，激光束朝向x轴的负方向传播。在本说明书中，将xy面称为基准平面。该激光束的偏振方向PD与y轴平行。即，偏振面与xy面平行。从激光光源20输出的激光束依次被第1反射镜31、第2反射镜32及第3反射镜33反射后入射到偏振光束分离器40。
第1反射镜31朝向使反射后的激光束(以下，称为反射光)的光轴相对于入射的激光束(以下，称为入射光)的偏振面及包括入射光的光轴且相对于偏振面正交的平面均倾斜的方向反射激光束。例如，基于第1反射镜31的反射光的光轴相对于基准平面(xy面)及zx面均倾斜(参考图2中(B))。并且，第1反射镜31的反射光的光轴相对于入射光的光轴正交。即，第1反射镜31的反射光的光轴与yz面平行(参考图2中(A))。
第1调整机构36以能够朝向使入射于第1反射镜31的入射光的偏振面与被第1反射镜31反射后的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整第1反射镜31的方式支承第1反射镜31(参考图2中(B))。若对第1反射镜31进行摆动调整，则基于第1反射镜31的反射光的光轴在与yz面平行的面内发生变化，从而与基准平面(xy面)的倾斜角(以下，称为仰角θ)发生变化。
基于第2反射镜32的反射光的光轴相对于基准平面(xy面)垂直(参考图2中(B))。第2调整机构37以能够朝向即使对第1反射镜31进行摆动调整也能够维持第1反射镜31的反射光入射到第2反射镜32的状态及第2反射镜32的反射光入射到第3反射镜33的状态的方向移动并且摆动调整第2反射镜32的方式支承第2反射镜32(参考图2中(B))。即使第2反射镜32移动，第2反射镜32的反射光的光轴在xy面内的位置也不变。
第3反射镜33固定于光学平台10上。第3反射镜33的反射光的光轴相对于基准平面(xy面)平行，反射光朝向x轴的正方向传播(参考图2中(A))。即，第3反射镜33的反射光的传播方向与第1反射镜31的入射光的传播方向反向平行。第3反射镜33的反射光入射到偏振光束分离器40。第3反射镜33的反射光的偏振方向PD根据仰角θ(参考图2中(B))而相对于xy面倾斜。例如，若仰角θ为45°，则第3反射镜33的反射光的偏振面相对于xy面倾斜45°。
偏振光束分离器40将入射的激光束分支成与x轴平行的光路及与z轴平行的光路这两个光路。分支比取决于入射的激光束的偏振方向。在第3反射镜33的反射光的偏振面相对于xy面倾斜45°的情况下，基于偏振光束分离器40的激光束的分支比大约成为1比1。
图3是第2调整机构37的概略主视图。在光学平台10上固定有支承部件51。支承部件51具有与yz面平行的引导面。在支承部件51的引导面，能够沿z轴方向移动地安装有升降部件53及定位块52。例如，定位块52通过在z轴方向上长的长孔55而螺纹紧固于支承部件51。升降部件53通过在z轴方向上长的多个长孔56而螺纹紧固于支承部件51。在对升降部件53进行定位时，首先将定位块52固定于支承部件51上，然后使升降部件53的朝向下方的面与定位块52的朝向上方的面接触。
在升降部件53上安装有镜架54。在镜架54上，能够摆动调整地支承有第2反射镜32。
接着，对上述实施例的优异效果进行说明。
在上述实施例中，通过第1调整机构36对第1反射镜31进行摆动调整来调整仰角θ(图2中(B))，由此，能够调整入射到偏振光束分离器40的激光束的偏振方向。即，能够调整相对于偏振光束分离器40的P偏振成分与S偏振成分的强度比。由此，能够吸收偏振光束分离器40的制造上的偏差所致的分支比的个体差异，从而能够使被分支的两条激光束的强度相同。
接着，对第1反射镜31的摆动调整的范围及第2反射镜32在z轴方向上的移动范围进行说明。第1反射镜31的摆动调整的范围优选根据偏振光束分离器40的分支比的个体偏差的大小来设定。若扩大第1反射镜31的摆动调整的范围，则能够应对偏振光束分离器40的分支比的更大的个体偏差。例如，想要应对一般的偏振光束分离器40的分支比的通常的个体偏差，将第1反射镜31的摆动调整的范围设定为仰角θ(图2中(B))的可调整范围包括45°±1°的范围即可。
仰角θ的可调整范围只要能够吸收偏振光束分离器40的分支比的个体偏差即可，无需过大。若扩大仰角θ(图2B)的可调整范围，则不得不为了维持第1反射镜31的反射光入射到第2反射镜32的状态而扩大第2反射镜32的可移动范围。即，不得不扩大将第2反射镜32支承为能够移动的支承部件51及镜架54(图3)的可调整范围。若过于扩大第2反射镜32的可移动范围，则会变得支承部件51和镜架54难以应对。因此，优选以能够在45°±5°的范围内调整仰角θ的方式设定第1反射镜31的摆动调整的范围。
若将第1反射镜31的入射光的光轴与第3反射镜33的反射光的光轴之间的间隔标记为L，则从第3反射镜33至第2反射镜32为止的高度成为L×tanθ。若设为能够在45°±5°的范围内调整仰角θ，则只要设为能够在L×tan40°至L×tan50°的范围内移动第2反射镜32的高度即可。只要能够设为在该范围内移动第2反射镜32，则即使对第1反射镜31进行摆动调整，也能够维持第1反射镜31的反射光入射到第2反射镜32的状态。作为一例，在间隔L为143mm的情况下，优选能够在120.0mm以上且170.4mm以下的范围内调整从第3反射镜33至第2反射镜32为止的高度。
并且，上述实施例中使用的第1反射镜31、第2反射镜32及第3反射镜33通常为使从激光光源20输出的激光束的偏振方向旋转45°所需的光学组件。在上述实施例中，无需在激光束的光轴上追加配置用于对偏振方向进行微调的专用的光学组件(例如，布鲁斯特窗等)即可对偏振方向进行微调。因此，能够减少光学组件的件数的增加对激光束的会聚发散带来的影响等。
并且，在上述实施例中，即使对第1反射镜31进行摆动调整来改变仰角θ(图2中(B))，第2反射镜32与第3反射镜33之间的激光束的光轴也不会在xy面内方向上移动。因此，在进行偏振方向的调整时，无需对第3反射镜33进行位置调整和摆动调整。而且，即使对第1反射镜31进行了摆动调整，从激光光源20输出的激光束的光轴与入射到偏振光束分离器40的激光束的光轴之间的间隔也不会改变。因此，即使进行偏振方向的调整，也无需调整激光光源20与偏振光束分离器40之间的相对位置关系。
接着，对上述实施例的变形例进行说明。
在上述实施例中，从激光光源20输出的激光束的偏振方向与y轴方向平行，但该偏振方向也可以与z轴方向平行。并且，在上述实施例中，从激光光源20输出的激光束的传播方向与入射到偏振光束分离器40的激光束的传播方向为反向平行，但两者也可以同向平行。
在上述实施例中，被偏振光束分离器40反射的激光束的光轴与z轴平行，但也可以与y轴平行。并且，在上述实施例中，在yz面内改变了第1反射镜31的反射光的光轴，但也可以在相对于x轴倾斜的平面内改变第1反射镜31的反射光的光轴。
接着，参考图4，对另一实施例的激光加工装置进行说明。
图4是本实施例的激光加工装置的概略图。在光学平台10的上表面支承有激光光源20、偏振方向调整光学系统30、偏振光束分离器40及折返镜23。另外，根据需要还配置有调整激光束的光束直径或发散会聚的光学组件(例如，光圈、光束扩展器等)。从激光光源20输出的激光束的偏振方向通过偏振方向调整光学系统30而被调整，之后入射到偏振光束分离器40。作为偏振方向调整光学系统30，使用图1～图3所示的实施例的偏振方向调整光学系统30。
通过偏振方向调整光学系统30调整了偏振方向的激光束被偏振光束分离器40分支成两条。被偏振光束分离器40反射的激光束穿过设置于光学平台10的开口而入射到配置于光学平台10下的光束扫描器24A。在偏振光束分离器40直线前进的激光束被折返镜23反射到下方，并穿过设置于光学平台10的开口而入射到配置于光学平台10下的光束扫描器24B。
通过光束扫描器24A、24B扫描的激光束分别通过聚光透镜25A、25B而入射到加工对象物60A、60B。加工对象物60A、60B例如为印刷电路板，其通过激光束的入射而进行钻孔加工。
加工对象物60A、60B被移动机构70保持为能够沿基板的面内方向移动。在移动机构70上安装有功率计26。通过使两条激光束中的一个激光束入射到功率计26，能够测定激光束的功率。控制装置71控制激光光源20、光束扫描器24A、24B及移动机构70。
接着，对本实施例的优异效果进行说明。
一边利用功率计26分别测量两条激光束的功率一边利用偏振方向调整光学系统30调整入射到偏振光束分离器40的激光束的偏振方向，由此，能够使两条激光束的功率相等。作为偏振方向调整光学系统30，使用图1～图3所示的实施例的偏振方向调整光学系统30，因此，无需在激光束的光轴上配置用于对偏振方向进行微调的专用的光学组件(例如，布鲁斯特窗等)即可对偏振方向进行微调。
接着，对上述实施例的变形例进行说明。在上述实施例中，由一个功率计26测量两条激光束各自的功率，但作为一变形例，也可以在移动机构70上安装两个功率计。若安装两个功率计，则能够同时测量两条激光束的功率。因此，能够得到用于使两条激光束的功率相等的偏振方向调整光学系统30的调整变得容易的效果。
接着，参考图5，对又一实施例的偏振方向调整光学系统进行说明。以下，省略对与图1～图3所示的实施例的偏振方向调整光学系统30相同结构的说明。
图5是表示本实施例的偏振方向调整光学系统30的第1反射镜31、第2反射镜32及第3反射镜33的位置关系的概略图。在图2中(B)所示的实施例中，第2反射镜32的移动方向与z轴平行。因此，若对第1反射镜31进行摆动调整，则第1反射镜31与第2反射镜32之间的光路长度及第2反射镜32与第3反射镜33之间的光路长度这两者均发生变化。相对于此，在本实施例中，在对第1反射镜31进行摆动调整时，第2反射镜32沿着以第3反射镜33的激光束的入射点为中心的圆弧38进行移动。因此，即使进行偏振方向的调整，第2反射镜32与第3反射镜33之间的光路长度也不会改变，只有第1反射镜31与第2反射镜32之间的光路长度发生变化。
接着，对本实施例的优异效果进行说明。
在本实施例中，也与图1～图3所示的实施例相同地，无需在激光束的光轴上配置用于对偏振方向进行微调的专用的光学组件(例如，布鲁斯特窗等)即可对偏振方向进行微调。
接着，对上述实施例的变形例进行说明。
在上述实施例中，在对第1反射镜31进行摆动调整时，不改变第2反射镜32与第3反射镜33之间的光路长度，而是改变第1反射镜31与第2反射镜32之间的光路长度。相反地，也可以构成为，不改变第1反射镜31与第2反射镜32之间的光路长度，而改变第2反射镜32与第3反射镜33之间的光路长度。
上述各实施例仅为示例，理所当然，在不同的实施例中示出的结构可以进行局部替换或组合。关于多个实施例中的基于相同结构的相同的作用效果，不在各实施例中一一赘述。此外，本发明并不只限于上述实施例。例如，可以进行各种变更、改进、组合等，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。
符号说明
10-光学平台，20-激光光源，23-折返镜，24A、24B-光束扫描器，25A、25B-聚光透镜，26-功率计，30-偏振方向调整光学系统，31-第1反射镜，32-第2反射镜，33-第3反射镜，36-第1调整机构，37-第2调整机构，38-圆弧，40-偏振光束分离器，51-支承部件，52-定位块，53-升降部件，54-镜架，55、56-长孔，60A、60B-加工对象物，70-移动机构，71-控制装置。

Claims (8)

1.一种光束分支装置，其特征在于，具有：
偏振光束分离器，将被直线偏振的激光束进行分支；及
偏振方向调整光学系统，将所入射的激光束引导至所述偏振光束分离器，
所述偏振方向调整光学系统具有：
第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜，在入射到所述偏振光束分离器的激光束的路径上沿着激光束的传播方向依次配置；
第1调整机构，以能够朝向使入射于所述第1反射镜的入射光的偏振面与被所述第1反射镜反射的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整所述第1反射镜的方式支承所述第1反射镜；及
第2调整机构，以能够朝向在通过所述第1调整机构改变了所述第1反射镜的姿势的情况下能够维持所述第1反射镜的反射光入射到所述第2反射镜的状态及所述第2反射镜的反射光入射到所述第3反射镜的状态的方向移动并且摆动调整所述第2反射镜的方式支承所述第2反射镜。
2.根据权利要求1所述的光束分支装置，其特征在于，
所述第1调整机构以能够朝向使所述第1反射镜的反射光的光轴在相对于入射于所述第1反射镜的入射光的光轴垂直的平面内发生变化的方向摆动调整所述第1反射镜的方式支承所述第1反射镜，
所述第2调整机构以能够朝向使从所述第1反射镜至所述第2反射镜为止的光路长度及从所述第2反射镜至所述第3反射镜为止的光路长度中的至少一个光路长度发生变化的方向移动并且摆动调整所述第2反射镜的方式支承所述第2反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其特征在于，
入射于所述第1反射镜的入射光的光轴与所述第3反射镜的反射光的光轴相对于基准平面平行。
4.根据权利要求3所述的光束分支装置，其特征在于，
从所述第2反射镜至所述第3反射镜为止的激光束的光轴相对于所述基准平面垂直，
所述第2调整机构以使所述第2反射镜能够在相对于所述基准平面正交的方向上移动的方式支承所述第2反射。
5.一种分支比调整方法，其特征在于，
在入射于根据偏振方向改变被直线偏振的激光束的分支比后进行分支的偏振光束分离器的激光束的路径上，沿着激光束的传播方向依次配置第1反射镜、第2反射镜及第3反射镜，
朝向使入射于所述第1反射镜的入射光的偏振面与被所述第1反射镜反射的反射光的光轴所成的角度发生变化的方向摆动调整所述第1反射镜，
移动及摆动调整所述第2反射镜，由此，在所述第1反射镜的姿势发生变化之后，也维持所述第1反射镜的反射光入射到所述第2反射镜的状态及所述第2反射镜的反射光入射到所述第3反射镜的状态。
6.根据权利要求5所述的分支比调整方法，其特征在于，
在对所述第1反射镜进行摆动调整时，使所述第1反射镜反射光的光轴在相对于入射于所述第1反射镜的入射光的光轴垂直的平面内发生变化，
在移动及摆动调整所述第2反射镜时，使从所述第1反射镜至所述第2反射镜为止的光路长度及从所述第2反射镜至所述第3反射镜为止的光路长度中的至少一个公路长度发生变化。
7.根据权利要求5或6所述的分支比调整方法，其特征在于，
入射于所述第1反射镜的入射光的光轴与所述第3反射镜的反射光的光轴相对于基准平面平行。
8.根据权利要求7所述的分支比调整方法，其特征在于，
从所述第2反射镜至所述第3反射镜为止的激光束的光轴相对于所述基准平面垂直，
在改变所述第2反射镜的位置及姿势时，使所述第2反射镜在相对于所述基准平面正交的方向上移动。
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