JP2003295083A

JP2003295083A - 光線束走査装置及び光線束走査方法

Info

Publication number: JP2003295083A
Application number: JP2002095924A
Authority: JP
Inventors: Jiro Yamamoto; 次郎山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】大径のビームを用い、高速で直線走査を行
う。【解決手段】光線束を出射する光源と、第１入射面と
第１出射面とを有し、第１入射面及び第１出射面が仮想
軸と交差し、光源から出射された光線束が第１入射面に
入射し、第１出射面から出射するように配置され、第１
入射面から入射した光線束の進行方向を、仮想軸に直交
する特定の第１偏向方向に向かって偏向させる第１光学
部材と、第２入射面と第２出射面とを有し、第２入射面
及び第２出射面が仮想軸と交差し、第１出射面から出射
した光線束が第２入射面に入射し、第２出射面から出射
するように配置され、第２入射面から入射した光線束の
進行方向を、仮想軸に直交する特定の第２偏向方向に向
かって偏向させる第２光学部材と、第１光学部材を第１
偏向方向とともに、仮想軸を中心として回転させる第１
回転機構と、第２光学部材を第２偏向方向とともに、仮
想軸を中心として回転させる第２回転機構とを有する光
線束走査装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光線束を光学部材
に入射して走査する光線束走査装置及び光線束走査方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまでの技術では、大径のレーザビー
ムを用い高速で直線加工を行うことが困難であった。

【０００３】揺動運動部をもつスキャナ、たとえばガル
バノスキャナの場合にはモータの回転方向を反転させ
て、ミラーを揺動させねばならず、その１往復には５０
ｍｓ程度の時間を必要とする。またクランク機構を用い
たスキャナの場合、モータは一方向の回転運動をするが
ミラーは揺動運動をし、これは１往復に１０ｍｓ程を要
する。これらはポリゴンミラーを用いたレーザ加工装置
に比べかなり低速である。また、これら揺動運動部をも
つスキャナで大径のレーザビームを走査するためには、
ミラーを大きくする必要があり、ますます高速揺動が困
難となる。更に、ガルバノスキャナ及びクランク機構を
用いたスキャナには、振動が発生するという問題もあっ
た。

【０００４】ポリゴンミラーを用いれば、１スキャン１
ｍｓ程の高速スキャンが可能である。しかしポリゴンミ
ラーでレーザビームを走査する場合には、ポリゴンミラ
ーの相互に隣り合う平面鏡の境界線がビーム内を通過す
る間、ビームが２方向に分岐してしまう。レーザビーム
が大径であれば、２方向に分岐される時間が長くなって
しまう。更に、非常に大きなポリゴンミラーを必要とす
ることになり、高速回転が困難になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大き
な断面を有する光線束を高速で走査するのに適した光線
束走査方法及び光線束走査装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、光線束を出射する光源と、第１の入射表面と第１の
出射表面とを有し、該第１の入射表面及び該第１の出射
表面が仮想軸と交差し、前記光源から出射された光線束
が該第１の入射表面に入射し、該第１の出射表面から出
射するように配置され、該第１の入射表面から入射した
光線束の進行方向を、該仮想軸に直交する特定の第１の
偏向方向に向かって偏向させる第１の光学部材と、第２
の入射表面と第２の出射表面とを有し、該第２の入射表
面及び該第２の出射表面が前記仮想軸と交差し、前記第
１の出射表面から出射した光線束が該第２の入射表面に
入射し、該第２の出射表面から出射するように配置さ
れ、該第２の入射表面から入射した光線束の進行方向
を、該仮想軸に直交する特定の第２の偏向方向に向かっ
て偏向させる第２の光学部材と、前記第１の光学部材を
前記第１の方向とともに、前記仮想軸を中心として回転
させる第１の回転機構と、前記第２の光学部材を前記第
２の方向とともに、前記仮想軸を中心として回転させる
第２の回転機構とを有する光線束走査装置が提供され
る。

【０００７】該光線束走査装置の前記第１の光学部材と
前記第２の光学部材とを、前記仮想軸を中心として適当
な回転角だけ回転させることにより、前記仮想軸に直交
する走査平面上の走査可能領域内の任意の点にビームを
照射することができる。これにより、２次元のレーザ加
工を行うことができる。

【０００８】また、前記光線束走査装置の前記第１の光
学部材と前記第２の光学部材とを、前記仮想軸の周囲に
同一の速さで反対方向に回転させ、前記第１の入射表面
に前記光線束を入射させる。前記第１の光学部材が、前
記仮想軸と平行に前記第１の入射表面に入射する光線束
を前記第１の偏向方向に向かって偏向させる偏向角度
と、前記第２の光学部材が、前記仮想軸と平行に前記第
２の入射表面に入射する光線束を前記第２の偏向方向に
向かって偏向させる偏向角度とが等しい場合、前記第１
の入射表面に入射し、前記第２の出射表面から進行方向
を変えられ出射される光線束が、前記走査平面上に描く
軌跡の往路と復路とを直線に近づけることができる。こ
の走査される光線束を用いて直線状の加工が可能とな
る。また、補正手段を用いることにより、この閉曲線上
の走査を直線状の走査に補正して直線加工を行うことも
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例による光線
束走査方法を説明する。

【００１０】図１（Ａ）は、第１の実施例で用いるプリ
ズム２の斜視図である。プリズム２は直円柱形の透明部
材の上部を、底面と角度αをなす平面で切断した形状を
もつ。したがって上面形状は楕円である。この楕円の中
心をＯとする。また、楕円周上に点Ｍ、Ｎを、線分ＭＮ
が楕円の長径となるように、かつ点Ｍからプリズム底面
までの距離が、点Ｎからプリズム底面までの距離よりも
大きくなるように定める。更に、円形底面の中心をＯ'
とし、底面円周上に点Ｍ'を、線分Ｍ'Ｍと線分Ｏ'Ｏと
が平行になるように定める。線分Ｏ'Ｏをプリズム２の
中心軸と呼ぶ。中心軸Ｏ'Ｏを鉛直方向に一致させ、か
つ円形の底面を下に向けてプリズム２を配置する。たと
えば断面形状が円である光線束１が、鉛直上方から中心
軸に沿って、プリズム２の上面に入射する。プリズム２
は、光線束１の進行方向を、中心軸Ｏ'Ｏに直交する特
定の方向（Ｏ'からＭ'に向かう方向）に向けてある角度
だけ変化させ、底面から出射させる。

【００１１】図１（Ｂ）は、前出のプリズム２を使用し
た光学装置の概略図である。プリズム２が、中心軸Ｏ'
Ｏを鉛直方向に一致させ、かつ円形の底面を下に向けて
配置されている。回転機構４は、プリズム２を中心軸
Ｏ'Ｏを中心として回転させることができる。また、そ
の回転の速さ及び方向を調節することができる。

【００１２】まず、プリズム２を回転させることなく、
図１（Ｂ）に示す光学装置に、鉛直上方から、たとえば
断面形状が円形の光線束１を入射させる。光線束１は、
鉛直上方からプリズム２の上面に入射する。光線束１は
屈折してプリズム２内を進み、プリズム２の底面から出
射する。出射方向は、Ｏ'からＭ'に向かう方向に向かっ
て、鉛直下方と角度βをなす方向である。プリズム２が
屈折率ｎ＝１．５の材料で形成され、プリズム２上面の
底面に対する傾き角αが３０°である場合、プリズム２
が光線束１を偏向させる角度βはおよそ１０°になる。

【００１３】次に、回転機構４により、プリズム２を中
心軸Ｏ'Ｏを中心として回転させながら、図１（Ｂ）に
示す光学装置に、鉛直上方から光線束１を入射させる。
点Ｍ'もプリズム２とともに回転しているため、光線束
１の軌跡は中心軸Ｏ'Ｏの延長線を中心とする直円錐形
の錐面を構成する。プリズム２の下方に、プリズム２の
中心軸Ｏ'Ｏと垂直な水平面を考え、これをＸＹ平面６
とすると、光線束１とＸＹ平面６との交わり部分の軌跡
は円周となる。

【００１４】図１（Ｃ）は、プリズム２及びプリズム２
と同型、同材質、同一特性のプリズム３を使用した光学
装置の斜視図である。プリズム２及び３は、互いの中心
軸の延長線が一致し、かつ円形面どうしが向き合うよう
に、位置合わせをされている。また、一致する中心軸の
延長線が、鉛直方向と平行になるように配置されてい
る。２個のプリズムのうち、鉛直上方にあるのがプリズ
ム２である。図１（Ｃ）においては、２個のプリズム
は、それぞれの楕円面の中心における法線が、同一平面
内に存在し、かつ平行でないように並べられている。プ
リズム２の楕円面に、鉛直上方から中心軸に沿って、た
とえば断面形状が円である光線束１を入射させる。プリ
ズム２の楕円面に、プリズム２の中心軸と平行に光線束
１が入射し円形面から出射する場合に、プリズム２が光
線束１を偏向させる角度と、プリズム３の円形面に、プ
リズム３の中心軸と平行に光線束１が入射し楕円面から
出射する場合に、プリズム３が光線束１を偏向させる角
度とは等しい。図１（Ｃ）のように並べられたプリズム
２及び３は、光線束１の進行方向を、中心軸Ｏ'Ｏに直
交する特定の方向（Ｏ'からＭ'に向かう方向）に向け
て、前出βよりも大きいある角度だけ変化させ、プリズ
ム３の楕円面から出射する。

【００１５】図１（Ｄ）は、前出の２個のプリズム２及
び３を用いて構成される光学装置の概略図である。２個
のプリズムは、図１（Ｃ）に示したのと同じ位置合わせ
及び配置がなされている。回転機構４及び５が、それぞ
れプリズム２及び３を、それぞれの中心軸を中心として
回転させることができる。また、それぞれその回転の速
さ及び方向を調節することができる。

【００１６】図１（Ｄ）に示す光学装置に、鉛直上方か
ら、たとえば断面形状が円形の光線束１を入射させる。
光線束１は、鉛直上方からプリズム２の楕円面に入射す
る。プリズム２及び３を回転しない初期の状態において
は、光線束１は、図１（Ｃ）を用いて述べたように偏向
してプリズム３の楕円面から出射し、プリズム２及び３
の中心軸に垂直な水平面であるＸＹ平面６に入射する。
光線束１とＸＹ平面６との交わり部分の形状は楕円であ
る。この楕円の中心をＸ₁とする。

【００１７】図２は、ＸＹ平面６を示す。プリズム２及
び３の中心軸の延長線とＸＹ平面６との交点をＸＹ平面
６の原点とし、Ｘ軸、Ｙ軸を、Ｘ₁がＸ軸上の正座標の
点となるように画定する。

【００１８】図１（Ｄ）を参照する。プリズム２の楕円
面に、鉛直上方から、たとえば断面形状が円形の光線束
１を入射させながら、回転機構４及び５により、それぞ
れプリズム２及び３を回転させる。回転の速さを同一に
し、向きを反対にする。たとえば上面視において、既述
の初期状態から、プリズム２を反時計回りに、プリズム
３を時計回りに、同一の速さで回転させる。

【００１９】再び図２を参照する。初期状態からプリズ
ム２が上面視において反時計回りにθ（０≦θ＜２π）
だけ回転している瞬間、鉛直上方からプリズム２に入射
した光線束１は、プリズム２により矢印１０方向に向け
てある角度だけ偏向され出射する。そして光線束１は、
時計回りにθだけ回転しているプリズム３に入射し、矢
印１１方向に向けてある角度だけ偏向され出射する。こ
の二つのプリズム２及び３によって、光線束１が偏向さ
れる角度は等しい。その結果、光線束１は２個のプリズ
ム２及び３により、θ≠π／２、３π／２のとき、Ｘ軸
方向に偏向されて、プリズム３の楕円面から出射する。
θ＝π／２、３π／２のときは、鉛直下方に向けて出射
する。また、光線束１はプリズム２に入射後、プリズム
２及び３の中心軸と直交する方向に変位されて、プリズ
ム３から出射する。すなわち、入射位置に比し、光線束
１の出射位置は水平方向に変位している。したがって、
ＸＹ平面６に入射した光線束１の軌跡は、たとえば図２
に実線で示したような、閉じた環状部分となる。なお、
一点鎖線で記したのは、ＸＹ平面６に入射する光線束１
の中心が描く軌跡である。Ｙ₁はθ＝π／２のときの、
Ｘ₂はθ＝πのときの、Ｙ₂はθ＝３π／２のときの光線
束１の中心とＸＹ平面６との交点である。プリズム２及
び３の回転に従って、光線束１の中心とＸＹ平面６との
交点は、Ｘ₁から、Ｙ₁、Ｘ₂、Ｙ₂と閉じた曲線上を反時
計回りに辿ってＸ₁に戻ってくる。この周期は、プリズ
ム２及び３の回転周期と等しい。

【００２０】ここでＸＹ平面６の原点とＹ₁との間の距
離は、光線束１がプリズム２に入射後プリズム３から出
射するまでに、Ｙ軸方向に変位した距離に等しい。また
ＸＹ平面６の原点とＸ₁との間の距離は、プリズム３に
おける光線束１の出射位置からＸＹ平面６までの距離に
比例する。したがってプリズム３の出射面（楕円面）か
らＸＹ平面６までの距離をある程度とれば、ＸＹ平面６
の原点とＸ₁との間の距離は、ＸＹ平面６の原点とＹ₁と
の間の距離に比して非常に大きくすることができ、曲線
Ｘ₁Ｙ₁Ｘ₂（往路）及び曲線Ｘ₂Ｙ₂Ｘ₁（復路）は直線に
近づく。

【００２１】たとえば円形断面を有する光線束１が鉛直
上方からプリズム２の上面中心部に入射する。プリズム
２及び３の屈折率ｎ＝１．５、プリズム２及び３上面の
傾き角α＝３０°、光線束１の中心が入射する位置から
プリズム２底面までの距離を５ｃｍとし、プリズム２と
プリズム３の配置間隔（各プリズムの円形面間の距離）
を１ｃｍとすると、ＸＹ平面６の原点とＹ₁との間の距
離は０．９ｃｍとなる。また、光線束１がプリズム３よ
り出射される位置からＸＹ平面６までの距離を４３ｃｍ
とすると、ＸＹ平面６の原点とＸ₁との間の距離は２５
ｃｍとなる。

【００２２】図３は、図１（Ｄ）に示した光学装置の下
方と上方に、それぞれ補正レンズ７、補正レンズ８を配
置した光学装置の概略図である。補正レンズ７はたとえ
ば凸シリンドリカルレンズ、補正レンズ８はたとえば凹
シリンドリカルレンズである。光線束１は、補正レンズ
８を透過後プリズム２に入射し、プリズム３から出射後
補正レンズ７を透過して、ＸＹ平面６に入射する。補正
レンズ７によって、光線束１とＸＹ平面６との交わり部
分の軌跡が直線に近づくように、プリズム３の楕円面か
ら出射した光線束１の光路を補正することができる。補
正レンズ８をも具備することが好ましい。補正レンズ７
及び８により、光線束１の、ほぼ直線状の往復に近似さ
れるＸ₁Ｙ₁Ｘ₂Ｙ₂上の周回走査は、更により直線状に近
い往復に補正されて、Ｘ₁Ｘ₂間を往復する直線走査と近
似されるようになる。

【００２３】この直線往復走査の周期はプリズムの回転
周期に等しい。プリズムは８０００〜１００００ｒｐｍ
の速さで回転させることができるので、たとえばガルバ
ノミラーを使用したビーム走査の６倍以上の速さで直線
走査を行うことが可能である。

【００２４】以上記したように、２個の同一特性のプリ
ズムを用い、光線束を直線的に高速走査することができ
る。また、ＸＹ平面６の任意の位置へ光線束を到達させ
ることも可能である。

【００２５】上記光線束走査方法でプリズムの代わりに
回折光学素子（ＤＯＥ，Diffractive Optical Elemen
t）を使用することができる。

【００２６】図４（Ａ）はＤＯＥ２１の断面を示す概略
図である。ＤＯＥ２１の一方の面に回折格子が形成され
ている。

【００２７】図４（Ｂ）に示すように、ＤＯＥ２１は、
この回折格子によって、プリズム２と同様に、入射する
光線束２０の進路を変えることが可能である。

【００２８】図４（Ｃ）は、図３に示した光学装置にお
いて、２個のプリズムのかわりに２個のＤＯＥを使用し
た光学装置の概略図である。２個のＤＯＥについては、
断面図を示してある。ＤＯＥ２１及び２２は、それぞれ
の回折格子の形成された面を平行にし、かつそれらが水
平方向にのびるように配置されている。

【００２９】回転機構２３により、ＤＯＥ２１は、ＤＯ
Ｅ２１を鉛直方向に貫く回転軸を中心にして回転する。
また、回転機構２４により、ＤＯＥ２２は、ＤＯＥ２２
を鉛直方向に貫く回転軸を中心にして回転する。更にＤ
ＯＥ２１及び２２は、それぞれの回転軸の延長線が一致
するように位置合わせがなされている。回転機構２３
は、ＤＯＥ２１の回転の速さ及び方向を調節することが
でき、回転機構２４は、ＤＯＥ２２の回転の速さ及び方
向を調節することができる。

【００３０】ＤＯＥ２１とＤＯＥ２２とを、それぞれの
回転軸を中心として、同一の速さで逆向きに回転させな
がら、たとえば円形断面を有する光線束２０を、回転軸
の鉛直上方からＤＯＥ２１の回折格子が形成された面に
入射させるとすると、これまでプリズム２及び３を用い
て説明してきたのと同様に、ＤＯＥ２２から出射した光
線束２０とＸＹ平面６との交わり部（楕円）の中心の描
く軌跡は、図２に示した軌跡と同様の閉曲線になる。補
正レンズ２５及び２６を挿入すると、その軌跡はより直
線に近づく。

【００３１】なお、ＤＯＥ２１及び２２の回折角は、プ
リズム２及び３の屈折角よりも大きくとることができ
る。したがって、図３と図４（Ｃ）に示した光学装置を
比較した場合、プリズム３の光線束出射位置からＸＹ平
面６までの距離と、ＤＯＥ２２の光線束出射位置からＸ
Ｙ平面６までの距離とが等しいとすると、ＤＯＥを用い
た図４（Ｃ）の光学装置の方が、ＸＹ平面６上において
より長い線分上の往復走査を可能にする。

【００３２】ＤＯＥ２１とＤＯＥ２２とは、回折格子の
形成されている面を向き合わせて配置される。これは、
光線束２０が、ＤＯＥ２１で回折されてからＤＯＥ２２
で回折されるまでに進行する距離を短くするためであ
る。回折格子の形成されている面を向き合わせることに
よって、向き合わせない配置に比し、仮に、補正レンズ
２５及び２６がない場合には、図２に示すＸＹ平面６の
原点とＹ₁とを結ぶ線分に対応する部分の長さが短くな
る。このように、２個のＤＯＥを一定の間隔で配置する
とき、回折格子の形成されている面間の距離を最小にす
るようにＤＯＥを向かい合わせると、ＸＹ平面６上にお
いて、光線束２０は、より直線走査に近い走査を行う。
また、回折格子の形成されている面を向き合わせていな
い場合に比べ、直線走査に近づける補正も容易になる。

【００３３】図５は本発明の第２の実施例によるレーザ
加工装置の概略図である。レーザ発振器２９、たとえば
ＣＯ₂レーザ発振器からレーザビームが出射される。マ
スク３０がレーザビームの断面を、たとえば円形に整形
する。エキスパンダ３１がレーザビームを拡大する。拡
大されたレーザビームはコリメーションレンズ３２を通
過する。コリメートレンズ３２を通過したレーザビーム
は、たとえば直径１００ｍｍの円形断面を有する平行光
にされる。反射ミラー３３で反射され、たとえば凹シリ
ンドリカルレンズである補正レンズ４４に入射する。そ
の後、ＤＯＥ３４に垂直に入射し、ＤＯＥ３５から出射
する。ＤＯＥ３４及び３５は同型で同一特性のＤＯＥで
あり、図４（Ｃ）と同様の配置がなされている。回転機
構３７及び３９は、それぞれＤＯＥ３４及び３５を、そ
れぞれの回転軸を中心にして回転させることができる。
また、それぞれの回転の速さと方向とを調節することが
できる。ＤＯＥ３５から出射されたレーザビームは、た
とえば凸シリンドリカルレンズである補正レンズ４０、
レーザビームの焦点を加工対象物４３表面に結ばせるｆ
θレンズ４１を経て、ＸＹ平面４２上に据えられた加工
対象物４３に入射する。補正レンズ４０によって、加工
対象物４３に入射するレーザビームは、直線走査に近似
される走査を行うように光路を補正される。よりよい補
正のために、補正レンズ４４をも具備することが好まし
い。

【００３４】第１の実施例による光線束走査方法で説明
したようにＤＯＥ３４とＤＯＥ３５を逆方向に同じ速さ
で回転させ、レーザビームの進路を補正レンズ４０及び
４４で補正すると、レーザビームはＸＹ平面４２上にお
いて、たとえばＸ軸方向に往復直線走査に近似される走
査を行う。これにより、ＸＹ平面４２上においてＸ軸方
向の高速直線加工が可能になる。またＤＯＥ３４及び３
５の回転方向の位置を制御することにより、レーザビー
ムをＸＹ平面４２上の任意の点に入射させることができ
る。これによりＸＹ平面４２上における２次元加工が可
能となる。

【００３５】図６は本発明の第３の実施例によるレーザ
加工装置の概略図である。図５に示した第２の実施例の
構成と異なるところは、ｆθレンズのかわりに焦点レン
ズを用いていること、固定された反射ミラーでなく揺動
するガルバノミラーを使用していることである。図５に
おけるｆθレンズ４１には、２個のＤＯＥ及び補正レン
ズ４０を透過した後のレーザビームが入射したが、図６
における焦点レンズ５３には、補正レンズ６４及び２個
のＤＯＥに入射する前のレーザビームが入射する。他の
構成は第２の実施例に等しい。

【００３６】焦点レンズ５３はＸＹ平面６２上に据えら
れた加工対象物６３上に、レーザビームの焦点を結ばせ
る。

【００３７】ガルバノミラー６１は揺動することによ
り、ＸＹ平面６２上においてレーザビームをＹ方向に走
査する。

【００３８】ＤＯＥ５４とＤＯＥ５５の相対的な位置関
係は、図５に示したレーザ加工装置の場合と同じであ
る。レーザビームは、ＤＯＥ５４の回折格子が形成され
た面に垂直に入射する。

【００３９】ＤＯＥ５４及びＤＯＥ５５を、同一の速さ
で反対方向に回転させ、レーザビームの光路を補正レン
ズ６０及び６４で補正することにより、ＸＹ平面６２に
入射するレーザビームにＸ方向の高速直線往復スキャン
を行わせることができる。ガルバノミラー６１は、その
際レーザビームをＹ方向に低速でスキャンさせる。すな
わち、第３の実施例によるレーザ加工装置は２個のＤＯ
Ｅ５４、５５とガルバノミラー６１によって２次元のレ
ーザ加工を行うことができる。Ｘ方向には高速スキャン
が必要であり、Ｙ方向には高速のスキャンを必要としな
い用途に適する。

【００４０】なお、加工対象物６３上に集光するレーザ
ビームのビームスポットを小さくするため、焦点レンズ
５３に入射する直前の、レーザビームの進行方向と直交
するレーザビーム断面を内包する円の中で最小のものの
直径を５ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００４１】第２及び第３の実施例によるレーザ加工装
置で直線走査に近似できる走査を行う際、ＤＯＥの一回
転につき、レーザビームの走査は一往復である。つまり
ＤＯＥを駆動するモータの回転角度に対しビームの走査
距離が小さいため、加工対象物上に集光するレーザビー
ムのビームスポットの位置精度を高めることができる。
したがって第２及び第３の実施例によるレーザ加工装置
で行う加工の特性として、高い位置分解能を実現するこ
とができる。

【００４２】なお、上記の各実施例においては２個のプ
リズムまたは２個のＤＯＥを用いた場合について説明し
たが、これが入射ビームをビームの進行方向に変化を与
えて透過させる他の光学部材であっても、またはプリズ
ムやＤＯＥを含むそれらの適切な組み合わせであって
も、適用できることは明らかであろう。また第３の実施
例においてＹ方向のスキャンにガルバノミラーを用いた
が、これが別の光学手段、たとえばピエゾを用いたスキ
ャナであっても、適用できることは明らかであろう。

【００４３】以上、本発明の実施例について示したが、
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なこと
は当業者には自明であろう。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大きな断面を有する光線束を高速で走査することのでき
る光線束走査方法及び光線束走査装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、本発明
の第１の実施例を説明するための光学装置の概略図であ
る。

【図２】第１の実施例を説明するためのＸＹ平面を示
す。

【図３】第１の実施例を説明するための光学装置の概略
図である。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＯＥの断面を示す概略
図であり、（Ｃ）は、第１の実施例を説明するための光
学装置の概略図である。

【図５】本発明の第２の実施例によるレーザ加工装置の
概略図である。

【図６】本発明の第３の実施例によるレーザ加工装置の
概略図である。

【符号の説明】

１光線束２、３プリズム４、５回転機構６ＸＹ平面７、８補正レンズ１０、１１矢印２０光線束２１、２２ＤＯＥ２３、２４回転機構２５、２６補正レンズ２９レーザ発振器３０マスク３１エキスパンダ３２コリメーションレンズ３３反射ミラー３４、３５ＤＯＥ３７、３９回転機構４０補正レンズ４１ｆθレンズ４２ＸＹ平面４３加工対象物４４補正レンズ４９レーザ発振器５０マスク５１エキスパンダ５２コリメーションレンズ５３焦点レンズ５４、５５ＤＯＥ５７、５９回転機構６０補正レンズ６１ガルバノミラー６２ＸＹ平面６３加工対象物６４補正レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光線束を出射する光源と、第１の入射表面と第１の出射表面とを有し、該第１の入
射表面及び該第１の出射表面が仮想軸と交差し、前記光
源から出射された光線束が該第１の入射表面に入射し、
該第１の出射表面から出射するように配置され、該第１
の入射表面から入射した光線束の進行方向を、該仮想軸
に直交する特定の第１の偏向方向に向かって偏向させる
第１の光学部材と、第２の入射表面と第２の出射表面とを有し、該第２の入
射表面及び該第２の出射表面が前記仮想軸と交差し、前
記第１の出射表面から出射した光線束が該第２の入射表
面に入射し、該第２の出射表面から出射するように配置
され、該第２の入射表面から入射した光線束の進行方向
を、該仮想軸に直交する特定の第２の偏向方向に向かっ
て偏向させる第２の光学部材と、前記第１の光学部材を前記第１の偏向方向とともに、前
記仮想軸を中心として回転させる第１の回転機構と、前記第２の光学部材を前記第２の偏向方向とともに、前
記仮想軸を中心として回転させる第２の回転機構とを有
する光線束走査装置。
【請求項２】前記第１の光学部材が、光線束が前記仮
想軸に平行に入射した場合に、該光線束を前記第１の偏
向方向に偏向させる角度と、前記第２の光学部材が、光
線束が前記仮想軸に平行に入射した場合に、該光線束を
前記第２の偏向方向に偏向させる角度とが等しい請求項
１に記載の光線束走査装置。
【請求項３】前記第１及び第２の回転機構が、それぞ
れ第１の光学部材と第２の光学部材とを、相互に反対方
向に同一の速さで回転させる請求項１または２に記載の
光線束走査装置。
【請求項４】更に、前記光線束走査装置が、前記第２
の光学部材の前記第２の出射表面から出射した光線束
と、前記仮想軸に垂直な平面との交わり部分の軌跡が直
線に近づくように、前記第２の出射表面から出射した光
線束の光路を補正する補正手段を含む請求項３に記載の
光線束走査装置。
【請求項５】前記第１及び第２の光学部材がともにプ
リズムであるかまたはともに回折光学素子である請求項
１〜４のいずれかに記載の光線束走査装置。
【請求項６】前記第１及び第２の光学部材がともに回
折光学素子であり、かつ前記２個の回折光学素子を一定
の間隔で配置するとき、該２個の回折光学素子が、回折
格子の形成された面間の距離を最小とするように配置さ
れている請求項１〜４に記載の光線束走査装置。
【請求項７】更に、前記第２の光学部材の前記第２の
出射表面から出射した前記光線束が加工対象物に入射
し、前記光線束走査装置が、前記光源から前記加工対象
物に至る前記光線束の光路上に配置されて、前記光線束
を前記加工対象物表面に収束させる集光レンズを含み、
かつ該集光レンズに入射する直前の前記光線束の進行方
向と直交する該光線束の断面を内包する円の中で最小の
ものの直径を５ｍｍ以上とするように調整する光学手段
を含む請求項１〜６のいずれかに記載の光線束走査装
置。
【請求項８】光源から光線束を出射する工程と、該光源から出射された光線束を、第１の入射表面と第１
の出射表面とを有し、該第１の入射表面及び該第１の出
射表面が仮想軸と交差し、該第１の入射表面から入射し
た光線束の進行方向を、該仮想軸に直交する特定の第１
の偏向方向に向かって偏向させて前記第１の出射表面か
ら出射させる第１の光学部材に入射させる工程と、該第１の出射表面から出射された光線束を、第２の入射
表面と第２の出射表面とを有し、該第２の入射表面及び
該第２の出射表面が前記仮想軸と交差し、該第２の入射
表面から入射した光線束の進行方向を、該仮想軸に直交
する特定の第２の偏向方向に向かって偏向させて前記第
２の出射表面から出射させる第２の光学部材に入射させ
る工程と、前記第１の光学部材を前記第１の偏向方向とともに、前
記第２の光学部材を前記第２の偏向方向とともに、前記
仮想軸を中心として回転させる工程とを有する光線束走
査方法。