JP2008257137A

JP2008257137A - ビーム振り分け装置

Info

Publication number: JP2008257137A
Application number: JP2007102047A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; 克行小林
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】新規な構成のビーム振り分け装置を提供する。
【解決手段】ビーム偏光面を回転して出射する偏光面回転器と、これを出射したビーム光路上に配置され、ビームを第１及び第２方向に偏向する偏向器と、偏向器によって第１方向に偏向されたビーム光路上に配置され、ビームの第１偏光方向の成分を透過し、これと直交する第２偏光方向の成分を反射する第１ビーム分岐器と、偏向器によって第２方向に偏向されたビーム光路上に配置され、ビームの第３偏光方向の成分を透過し、これと直交する第４偏光方向の成分を反射する第２ビーム分岐器と、偏光面回転器を出射するビームの偏光方向が、第１ビーム分岐器に対して第１もしくは第２偏光方向となる、または、第２ビーム分岐器に対して第３もしくは第４偏光方向となる条件でビーム偏光面を回転させるとともに、偏向器に入射したビームが、第１または第２方向に偏向されるように、偏光面回転器及び偏向器を制御する制御装置とを有するビーム振り分け装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方向から入射したビームを複数の方向に振り分けて出射することのできるビーム振り分け装置に関する。

入射するレーザビームを異なる方向に出射する偏向器として、音響光学偏向器(Acoust-Optic Deflector: AOD)が知られている。

ＡＯＤに高周波の電気信号（交流電圧）を印加すると、ＡＯＤの音響光学媒体内に電気信号に同期した超音波の粗密波が発生する。この粗密波が回折格子として作用し、入射するレーザビームの一部がブラッグ反射され（音響光学効果）、偏向されて出射する。

レーザビームの回折角は粗密波の周波数に依存する。粗密波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。粗密波の周波数は、電気信号の周波数を変えることで制御できる。なお、ＡＯＤに電気信号が印加されない場合は、レーザビームの回折は起こらない。

ＡＯＤでレーザビームを偏向させることのできる最大角度は、たとえば約８°である。このため、たとえば１個のＡＯＤを用いて、４方向に均分的にレーザビームを偏向させる場合、隣り合う偏向レーザビーム間の角度は、約２．６６°と小さくなる。これらの偏向レーザビームを分離するためには、レーザビームを十分に長い距離を進行させる必要がある。また、レーザビームのビーム拡がり角度がレーザビーム間の角度より大きい場合には、どんなに長い距離を進行させても分離することはできない。

ＡＯＤを用いた種々のレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１及び２参照）。

また、３個のＡＯＤを用いてレーザビームを４分岐させる技術が知られている。

特開２０００−２６３２７１号公報特開２００４−１９１８８０号公報

本発明の目的は、新規な構成のビーム振り分け装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、外部からの制御により、入射するレーザビームの偏光面を回転させて出射することのできる偏光面回転器と、前記偏光面回転器を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御により、入射するレーザビームを、第１の方向、及び、前記第１の方向とは異なる第２の方向に選択的に偏向することのできる偏向器と、前記偏向器によって、前記第１の方向に偏向されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームの第１の偏光方向の成分を透過し、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を反射する第１のビーム分岐器と、前記偏向器によって、前記第２の方向に偏向されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームの第３の偏光方向の成分を透過し、前記第３の偏光方向と直交する第４の偏光方向の成分を反射する第２のビーム分岐器と、前記偏光面回転器を出射するレーザビームの偏光方向が、前記第１のビーム分岐器に対して前記第１の偏光方向もしくは前記第２の偏光方向となる、または、前記第２のビーム分岐器に対して前記第３の偏光方向もしくは前記第４の偏光方向となる条件で、入射するレーザビームの偏光面を回転させるように前記偏光面回転器を制御するとともに、前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第１の方向または前記第２の方向に偏向されるように、前記偏向器を制御する制御装置とを有するビーム振り分け装置が提供される。

本発明によれば、新規な構成のビーム振り分け装置を提供することができる。

図１は、実施例によるビーム振り分け装置を示す概略図である。

実施例によるビーム振り分け装置は、電気光学変調器(Electro-Optic Modulator; EOM)１１、ＥＯＭドライバ１１ａ、ＡＯＤ１２、ＡＯＤドライバ１２ａ、ビームブロック１３、折り返しミラー１４、１５、偏光ビームスプリッタ１６、１７、及び、制御装置１８を含んで構成される。

レーザ光源１０が、制御装置１８から送出される信号を受けて、パルスレーザビーム３０を出射する。レーザ光源１０からは、偏光ビームスプリッタ１６及び１７に対してＰ波となるような直線偏光であるパルスレーザビーム３０が出射される。

パルスレーザビーム３０は、ＥＯＭ１１に入射する。ＥＯＭ１１は、制御装置１８から送出される制御信号に基づいてＥＯＭドライバ１１ａが印加する電圧により、パルスレーザビーム３０の偏光面を旋回させる。ＥＯＭ１１が電圧無印加状態にされているとき、入射したＰ波がそのまま出射される。ＥＯＭ１１が電圧印加状態にされているとき、ＥＯＭ１１は、Ｐ波の偏光面を９０度旋回させる。これにより、ＥＯＭ１１から出射するパルスレーザビーム３０は、偏光ビームスプリッタ１６及び１７に対してＳ波となる。

ＥＯＭ１１を出射したパルスレーザビーム３０は、ＡＯＤ１２に入射する。ＡＯＤ１２は、制御装置１８から送出される制御信号に基づいてＡＯＤドライバ１２ａが印加する高周波の電気信号（交流電圧）により、パルスレーザビーム３０の出射方向を変化させる。

ＡＯＤ１２には、周波数ｆ_１もしくはｆ_１よりも高周波数である周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。周波数ｆ_１の交流電圧が印加されたとき、パルスレーザビーム３０は偏向角θ_１だけ偏向されＡＯＤ１２を出射する。このレーザビームをパルスレーザビーム３１とする。周波数ｆ_２の交流電圧が印加されたとき、パルスレーザビーム３０は偏向角θ_１より大きい偏向角θ_２だけ偏向されＡＯＤ１２を出射する。このレーザビームをパルスレーザビーム３２とする。

ＡＯＤ１２に交流電圧が印加されていないときにＡＯＤ１２に入射したパルスレーザビーム３０は、直進してビームブロック１３に入射し、吸収される。また、ＡＯＤ１２に周波数ｆ_１またはｆ_２の交流電圧が印加されている場合でも、パルスレーザビーム３０の一部（数％から１０％程度）は漏れ光として直進する。この漏れ光もビームブロック１３に入射し、吸収される。

偏向角θ_１だけ偏向されＡＯＤ１２を出射したパルスレーザビーム３１は、折り返しミラー１４で反射され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。また、偏向角θ_２だけ偏向されＡＯＤ１２を出射したパルスレーザビーム３２は、折り返しミラー１５で反射され、偏光ビームスプリッタ１７に入射する。

偏光ビームスプリッタ１６、１７は、入射するＰ波をそのまま透過させ、Ｓ波を反射する。偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ波は、光路１に沿って進行する。偏光ビームスプリッタ１６で反射されたＳ波は、光路２に沿って進行する。また、偏光ビームスプリッタ１７を透過したＰ波は、光路３に沿って進行し、偏光ビームスプリッタ１７で反射されたＳ波は、光路４に沿って進行する。

図２（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第１の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。

図２（Ａ）は、ＥＯＭ１１に入射するパルスレーザビーム３０の時間（時刻）とレーザ強度の関係を示す。横軸が時間、縦軸がレーザ強度を表す。第１の実施例においては、ＥＯＭ１１に入射する１つのレーザパルス（たとえばパルス幅が１５０μｓ）を時間軸に沿って４分割し、光路１〜光路４に沿って進行させる。４分割された各々のレーザパルスのパルス幅は、たとえば２０μｓである。

レーザパルスは、時刻ｔ_１〜ｔ_５に一定のレーザ強度でＥＯＭ１１に入射する。

図２（Ｂ）に、ＥＯＭ１１への電圧の印加タイミングを示す。横軸が時間、縦軸がＥＯＭ入力強度（印加電圧値）を表す。

時刻ｔ_２〜ｔ_３、及び、時刻ｔ_４〜ｔ_５に、入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。本図にはこれを「ＯＮ」と示した。その他の時刻においては、ＥＯＭ１１に電圧は印加されない。本図にはこれを「ＯＦＦ」と示した。ＥＯＭ１１は、電圧ＯＮ時には、偏光ビームスプリッタ１６及び１７に対してＳ波を出射し、電圧ＯＦＦ時には、偏光ビームスプリッタ１６及び１７に対してＰ波を出射する。

図２（Ｃ）に、ＡＯＤ１２への交流電圧の印加タイミングを示す。横軸が時間、縦軸がＡＯＤ入力周波数を表す。

時刻ｔ_１〜ｔ_３に、ＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_３〜ｔ_５に、角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

このため、時刻ｔ_１〜ｔ_３にＡＯＤ１２に入射したパルスレーザビーム３０は、折り返しミラー１４を経て、偏光ビームスプリッタ１６に入射するパルスレーザビーム３１となる。また、時刻ｔ_３〜ｔ_５に、ＡＯＤ１２に入射したパルスレーザビーム３０は、折り返しミラー１５を経て、偏光ビームスプリッタ１７に入射するパルスレーザビーム３２となる。

図２（Ｄ）〜（Ｇ）に、それぞれ光路１〜光路４に沿って進行するパルスレーザビームの時間（時刻）とレーザ強度の関係を示す。横軸が時間、縦軸がレーザ強度を表す。

図２（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図２（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_２〜ｔ_３においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図２（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_４においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図２（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_４〜ｔ_５においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

このように、１個のＥＯＭ、１個のＡＯＤ、及び、２個の偏光ビームスプリッタを用いて、１本のレーザビームを４本に振り分けて出射することができる。

なお、図２（Ｄ）〜（Ｇ）に示すパルスレーザビームのレーザ強度はすべて等しい。

図３（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第２の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。図３（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図２（Ａ）〜（Ｇ）に対応し、縦軸及び横軸の表す物理量は等しい。

図３（Ａ）を参照する。第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、ＥＯＭ１１に入射する１つのレーザパルス（たとえばパルス幅１５０μｓ）を時間軸に沿って４分割し、光路１〜光路４に沿って進行させる。４分割された各々のレーザパルスのパルス幅は、たとえば２０μｓである。

図３（Ｂ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_５に、入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。

図３（Ｃ）を参照する。

時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_３〜ｔ_４にＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_２〜ｔ_３及び時刻ｔ_４〜ｔ_５に、角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

図３（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図３（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_４においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図３（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_２〜ｔ_３においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図３（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_４〜ｔ_５においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

第２の実施例によるビーム振り分け方法は、第１の実施例に比べて、ＥＯＭ１１の切り替え頻度が低く、ＡＯＤ１２の切り替え頻度が高い。

図２（Ａ）〜（Ｇ）、及び、図３（Ａ）〜（Ｇ）に示した態様の他にも、たとえば（ｉ）時刻ｔ_２〜ｔ_４にＡＯＤの入力周波数をｆ_２とし、時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_４〜ｔ_５にＡＯＤの入力周波数をｆ_１とする、そして時刻ｔ_１〜ｔ_３にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様、（ｉｉ）図３（Ｃ）に示すＡＯＤ入力状態において、時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_４〜ｔ_５にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様でも、レーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させることができる。

図４（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第３の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。図４（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図２（Ａ）〜（Ｇ）に対応し、縦軸及び横軸の表す物理量は等しい。

図４（Ａ）を参照する。第３の実施例においては、ＥＯＭ１１に入射する、連続する２つのレーザパルスを、それぞれ時間軸に沿って２分割し、光路１〜光路４に沿って進行させる。

レーザパルスは、時刻ｔ_１〜ｔ_３（第１レーザパルス）及び時刻ｔ_４〜ｔ_６（第２レーザパルス）に一定のレーザ強度でＥＯＭ１１に入射する。第１レーザパルスと第２レーザパルスのパルス幅及びレーザ強度は相互に等しい。また、レーザパルスは、一定の繰り返し周波数で発振されている。

図４（Ｂ）を参照する。時刻ｔ_２〜ｔ_３、及び、時刻ｔ_５〜ｔ_６に、入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。

図４（Ｃ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_３に、ＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_４〜ｔ_６に、角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

図４（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図４（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_２〜ｔ_３においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図４（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_４〜ｔ_５においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図４（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_５〜ｔ_６においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

このように、１つのレーザパルスを時間軸に沿って４分割するのではなく、連続する２つのレーザパルスを、それぞれ時間軸に沿って２分割し、光路１〜光路４に沿って進行させることもできる。

なお、図４（Ｄ）〜（Ｇ）に示すパルスレーザビームのレーザ強度はすべて等しい。

図５（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第４の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。図５（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図４（Ａ）〜（Ｇ）に対応し、縦軸及び横軸の表す物理量は等しい。

図５（Ａ）を参照する。第４の実施例においても、第３の実施例と同様に、ＥＯＭ１１に入射する、連続する２つのレーザパルスを、それぞれ時間軸に沿って２分割し、光路１〜光路４に沿って進行させる。

図５（Ｂ）を参照する。時刻ｔ_４〜ｔ_６に、入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。

図５（Ｃ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_４〜ｔ_５にＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_２〜ｔ_３及び時刻ｔ_５〜ｔ_６に角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

図５（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図５（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_４〜ｔ_５においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図５（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_２〜ｔ_３においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図５（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_５〜ｔ_６においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

第４の実施例によるビーム振り分け方法は、第３の実施例に比べて、ＥＯＭ１１の切り替え頻度が低く、ＡＯＤ１２の切り替え頻度が高い。

なお、図５（Ｂ）には、時刻ｔ_４に、ＥＯＭ１１への電圧印加を開始しているが、時刻ｔ_３〜ｔ_４の間の時刻に電圧印加を開始すればよい。

また、図４（Ａ）〜（Ｇ）、及び、図５（Ａ）〜（Ｇ）に示した態様の他にも、たとえば（ｉ）時刻ｔ_２〜ｔ_３及び時刻ｔ_４〜ｔ_５にＡＯＤの入力周波数をｆ_２とし、時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_５〜ｔ_６にＡＯＤの入力周波数をｆ_１とする、そして時刻ｔ_１〜ｔ_３にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様、（ｉｉ）図５（Ｃ）に示すＡＯＤ入力状態において、時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_５〜ｔ_６にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様でも、レーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させることができる。

図６（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第５の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。図６（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図２（Ａ）〜（Ｇ）に対応し、縦軸及び横軸の表す物理量は等しい。

図６（Ａ）を参照する。第５の実施例においては、ＥＯＭ１１に入射する、連続する４つのレーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させる。

レーザパルスは、時刻ｔ_１〜ｔ_２（第１レーザパルス）、時刻ｔ_３〜ｔ_４（第２レーザパルス）、時刻ｔ_５〜ｔ_６（第３レーザパルス）及び時刻ｔ_７〜ｔ_８（第４レーザパルス）に一定のレーザ強度でＥＯＭ１１に入射する。第１〜第４レーザパルスのパルス幅及びレーザ強度は相互に等しい。また、レーザパルスは、一定の繰り返し周波数で発振されている。

図６（Ｂ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_４、及び、時刻ｔ_７〜ｔ_８に、入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。

図６（Ｃ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_３〜ｔ_４にＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_５〜ｔ_６及び時刻ｔ_７〜ｔ_８に角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

図６（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図６（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_４においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図６（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_５〜ｔ_６においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図６（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_７〜ｔ_８においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

このように、連続する４つのレーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させることもできる。

なお、図６（Ｄ）〜（Ｇ）に示すパルスレーザビームのレーザ強度はすべて等しい。

図７（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、第６の実施例によるビーム振り分け方法を説明する。図７（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ図６（Ａ）〜（Ｇ）に対応し、縦軸及び横軸の表す物理量は等しい。

図７（Ａ）を参照する。第６の実施例においても、第５の実施例と同様に、ＥＯＭ１１に入射する、連続する４つのレーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させる。

図７（Ｂ）を参照する。時刻ｔ_５〜ｔ_６及び時刻ｔ_７〜ｔ_８に入射光（Ｐ波）の偏光面を９０度回転させる電圧が、ＥＯＭ１１に印加される。

図７（Ｃ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_５〜ｔ_６にＡＯＤ１２に入射するパルスレーザビーム３０を角度θ_１だけ偏向して出射する周波数ｆ_１の交流電圧が印加される。また、時刻ｔ_３〜ｔ_４及び時刻ｔ_７〜ｔ_８に角度θ_１より大きい角度θ_２だけ偏向して出射する周波数ｆ_２の交流電圧が印加される。

図７（Ｄ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_２においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して光路１に沿って進行する。

図７（Ｅ）を参照する。時刻ｔ_５〜ｔ_６においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_１である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３１が出射され、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて光路２に沿って進行する。

図７（Ｆ）を参照する。時刻ｔ_３〜ｔ_４においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＦＦであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＰ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７を透過して光路３に沿って進行する。

図７（Ｇ）を参照する。時刻ｔ_７〜ｔ_８においては、ＥＯＭ１１への電圧入力はＯＮであり、ＡＯＤ１２への印加電圧の周波数はｆ_２である。このため、ＡＯＤ１２からはＳ波であるパルスレーザビーム３２が出射され、偏光ビームスプリッタ１７で反射されて光路４に沿って進行する。

なお、図７（Ｄ）〜（Ｇ）に示すパルスレーザビームのレーザ強度はすべて等しい。

また、図７（Ｂ）においては、時刻ｔ_５〜ｔ_６及び時刻ｔ_７〜ｔ_８に、ＥＯＭ１１に印加する電圧をＯＮとしたが、時刻ｔ_５〜ｔ_８まで連続して印加電圧をＯＮとしてもよい。

更に、図６（Ａ）〜（Ｇ）、及び、図７（Ａ）〜（Ｇ）に示した態様の他にも、たとえば（ｉ）時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_７〜ｔ_８にＡＯＤの入力周波数をｆ_２とし、時刻ｔ_３〜ｔ_４及び時刻ｔ_５〜ｔ_６にＡＯＤの入力周波数をｆ_１とする、そして時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_３〜ｔ_４にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様、（ｉｉ）図７（Ｃ）に示すＡＯＤ入力状態において、時刻ｔ_１〜ｔ_２及び時刻ｔ_７〜ｔ_８にＥＯＭ入力をＯＮにするという態様でも、連続する４つのレーザパルスを、光路１〜光路４に沿って進行させることができる。

第５の実施例を説明する図６（Ａ）〜（Ｇ）、及び、第６の実施例を説明する図７（Ａ）〜（Ｇ）においては、レーザパルスのパルス幅に比べて、パルス間隔（インターバル）が短く描かれているが、実際には、たとえばパルス幅は２０μｓ、パルス間隔（インターバル）は１００μｓ（繰り返し周波数１０ｋＨｚ）である。第５及び第６の実施例においては、あるレーザパルスと次のレーザパルスとの間にＡＯＤの切り替えを行うため、１つのレーザパルス中で切り替える場合に比べて、切り替えを低速で行うことができる。ＥＯＭについても同様である。したがって、ＡＯＤ、ＥＯＭにかかる負荷を軽減することができ、ＡＯＤやＥＯＭの安定度や寿命を増すことができる。または、安価な低速ＡＯＤや低速ＥＯＭを用いてビーム振り分け装置を構成することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、パルスレーザビームを出射するレーザ光源を用いたが、連続波を出射するレーザ発振器を用いてレーザ光源を構成してもよい。

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自明であろう。

レーザ加工一般に利用することができる。

実施例によるビーム振り分け装置を示す概略図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第１の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第２の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第３の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第４の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第５の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｇ）は、第６の実施例によるビーム振り分け方法を説明するための図である。

符号の説明

１０レーザ光源
１１ＥＯＭ
１１ａＥＯＭドライバ
１２ＡＯＤ
１２ａＡＯＤドライバ
１３ビームブロック
１４、１５折り返しミラー
１６、１７偏光ビームスプリッタ
１８制御装置
３０〜３３パルスレーザビーム

Claims

外部からの制御により、入射するレーザビームの偏光面を回転させて出射することのできる偏光面回転器と、
前記偏光面回転器を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御により、入射するレーザビームを、第１の方向、及び、前記第１の方向とは異なる第２の方向に選択的に偏向することのできる偏向器と、
前記偏向器によって、前記第１の方向に偏向されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームの第１の偏光方向の成分を透過し、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の成分を反射する第１のビーム分岐器と、
前記偏向器によって、前記第２の方向に偏向されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームの第３の偏光方向の成分を透過し、前記第３の偏光方向と直交する第４の偏光方向の成分を反射する第２のビーム分岐器と、
前記偏光面回転器を出射するレーザビームの偏光方向が、前記第１のビーム分岐器に対して前記第１の偏光方向もしくは前記第２の偏光方向となる、または、前記第２のビーム分岐器に対して前記第３の偏光方向もしくは前記第４の偏光方向となる条件で、入射するレーザビームの偏光面を回転させるように前記偏光面回転器を制御するとともに、前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第１の方向または前記第２の方向に偏向されるように、前記偏向器を制御する制御装置と
を有するビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から１つのレーザパルスを出射させ、該１つのレーザパルスのパルス幅内に、時間の経過に沿って第１乃至第５の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２の時刻及び前記第４の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第１乃至第３の時刻には、前記第１の方向に偏向し、前記第３乃至第５の時刻には、前記第２の方向に偏向するように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から１つのレーザパルスを出射させ、該１つのレーザパルスのパルス幅内に、時間の経過に沿って第１乃至第５の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第３の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第２乃至第４の時刻には、前記第１の方向に偏向し、前記第１乃至第２の時刻、及び、前記第４乃至第５の時刻には、前記第２の方向に偏向するように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から１つのレーザパルスを出射させ、該１つのレーザパルスのパルス幅内に、時間の経過に沿って第１乃至第５の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第３の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器が、前記第２、第３、及び第４の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から１つのレーザパルスを出射させ、該１つのレーザパルスのパルス幅内に、時間の経過に沿って第１乃至第５の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２及び第４の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器が、前記第２、第３、及び第４の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から２つのレーザパルスを出射させ、先に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第１乃至第３の時刻、後に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第４乃至第６の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２の時刻、及び、第５の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第１乃至第３の時刻には、前記第１の方向に偏向し、前記第４乃至第６の時刻には、前記第２の方向に偏向するように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から２つのレーザパルスを出射させ、先に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第１乃至第３の時刻、後に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第４乃至第６の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第３の時刻と前記第４の時刻の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器に入射したレーザビームが、前記第１乃至第２の時刻、及び、前記第５乃至第６の時刻には、前記第１の方向に偏向し、前記第２乃至第３の時刻、及び、前記第４乃至第５の時刻には、前記第２の方向に偏向するように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から２つのレーザパルスを出射させ、先に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第１乃至第３の時刻、後に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第４乃至第６の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第３の時刻と前記第４の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器が、前記第２及び第５の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から２つのレーザパルスを出射させ、先に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第１乃至第３の時刻、後に出射されたレーザパルスのパルス幅内には、時間の経過に沿って、第４乃至第６の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２及び前記第５の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°変化させ、
前記偏向器が、前記第２及び第５の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から４つのレーザパルスを出射させ、出射された１つずつのレーザパルスのパルス幅内に、順に、時間の経過に沿って、第１及び第２の時刻、第３及び第４の時刻、第５及び第６の時刻、第７及び第８の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の時刻、及び、前記第６の時刻と前記第７の時刻の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°回転させ、
前記偏向器が、前記第４の時刻と前記第５の時刻の間の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から４つのレーザパルスを出射させ、出射された１つずつのレーザパルスのパルス幅内に、順に、時間の経過に沿って、第１及び第２の時刻、第３及び第４の時刻、第５及び第６の時刻、第７及び第８の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第４の時刻と前記第５の時刻の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°回転させ、
前記偏向器が、前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の時刻、及び、前記第６の時刻と前記第７の時刻の間の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から４つのレーザパルスを出射させ、出射された１つずつのレーザパルスのパルス幅内に、順に、時間の経過に沿って、第１及び第２の時刻、第３及び第４の時刻、第５及び第６の時刻、第７及び第８の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第４の時刻と前記第５の時刻の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°回転させ、
前記偏向器が、前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の時刻、前記第４の時刻と前記第５の時刻の間の時刻、及び、前記第６の時刻と前記第７の時刻の間の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
更に、外部からの制御により、前記偏光面回転器に入射するレーザビームを出射する光源を含み、
前記制御装置は、
前記光源から４つのレーザパルスを出射させ、出射された１つずつのレーザパルスのパルス幅内に、順に、時間の経過に沿って、第１及び第２の時刻、第３及び第４の時刻、第５及び第６の時刻、第７及び第８の時刻を定めたとき、
前記偏光面回転器が、前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の時刻、及び、前記第６の時刻と前記第７の時刻の間の時刻において、出射するレーザビームの偏光面を９０°回転させ、
前記偏向器が、前記第２の時刻と前記第３の時刻の間の時刻、前記第４の時刻と前記第５の時刻の間の時刻、及び、前記第６の時刻と前記第７の時刻の間の時刻において、前記第１の方向と前記第２の方向との間で、偏向方向を切り替えるように、前記光源、前記偏光面回転器、及び、前記偏向器を制御する請求項１に記載のビーム振り分け装置。
前記偏向器が音響光学偏向器である請求項１〜１３のいずれか１項に記載のビーム振り分け装置。
前記偏光面回転器が電気光学変調器である請求項１〜１４のいずれか１項に記載のビーム振り分け装置。