JP2021015170A - レーザー光走査装置及びレーザー光走査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1A、図1Bを用いて、本願発明の実施の形態に係るレーザー光走査装置の構成を説明する。レーザー光走査装置10は、光源30から出射され、光ファイバ31により伝搬されたレーザー光を処理対象の表面に照射するためのヘッド部20とを備え、ヘッド部20は、平行光生成光学系21、光偏向器23および透過型回折光学素子25(図1A)、あるいは反射型回折光学素子26(図1B)とを備える。
回折光学素子とは、回折光学素子に入射したレーザー光を、所定の形状の光強度分布に成形することができる光学素子である。図2のような光の強度分布、プロファイルを有するレーザー光を回折することで、四角形等の所定の形状の光強度分布をもつ回折像40を成形することができる。回折光学素子としては、図3Aのように、入射した偏向光24が透過して結像する透過型回折光学素子25と、図3Bのように、入射した偏向光24が反射して結像する反射型回折光学素子26がある。本願発明の実施の形態では、これらの透過型、反射型回折光学素子のいずれも用いることができる。これらの回折光学素子25、26は、ヘッド部20への脱着が可能であり、レーザー光走査装置の用途に応じて回折光学素子を交換することで所望の光強度分布をもつ回折像40を得ることができる。
円や輪の形状の光強度分布を持つ光を加工対象物に照射する場合において、従来のビーム走査方法を用いる場合、2次元の偏向動作を行うために2つの機械駆動を用いた光偏向器が必要であった。これに対して、本実施の形態では、図4Aに示すように、1つの機械駆動を用いた1次元の偏向動作を行う光偏向器23と所定の加工が施された回折光学素子25とを組み合わせて、従来の2次元のビーム走査と同等のビーム走査を実現する。光偏向器23としてはビームの1次元の偏向動作ができるものであれば、どのような機械駆動機構を使用しても構わない。
図4Aの構成において、鏡を機械駆動することによって500Hzでビームを偏向するレーザー光走査装置を作製した。このとき、光偏向器23に入射する光のエネルギー密度は8mJ/mm2であり、使用した透過型回折光学素子25のエネルギー変換効率、すなわち、回折像のエネルギーを入射光のエネルギーで割った値は0.9であった。
第1の実施の形態では、光偏向器23として機械駆動機構を用いたが、機械駆動機構を必要としない電気光学効果を利用した光偏向器23を使用してもよい。電気光学効果を利用した光偏向器23として、ニオブ酸チタン酸カリウム(KTa1-xNbx03:KTN)単結晶を用いたものが挙げられる。KTN単結晶では、非特許文献2に記載されているように、電圧の印加によってレーザー光を偏向することが可能である。
図4Aの構成において、電気光学効果を利用するKTN単結晶光偏向器によってビームを500kHzで走査する装置を作製した。このとき、光偏向器23に入射する光のエネルギー密度は8mJ/mm2であり、使用した透過型回折光学素子25のエネルギー変換効率、すなわち、回折像のエネルギーを入射光のエネルギーで割った値は0.9であった。
図5A、5Bは、従来の直線を複数描く走査と同等のビーム走査を、1次元の偏向を行う光偏向器23と、直線の回折像40を成形できる回折光学素子25を組み合わせて実現する構成例を示したものである。図5Bは、光偏向器23の偏向動作の一例であり、偏向されたビームの回折光学素子25における入射位置(A〜D)の時間的な変化は、図4Bと同様である。
Claims (8)
- 光源から放射されたレーザー光から平行光を生成する光学系と、
前記光学系からの平行光に対して1次元の偏向を行う光偏向器と、
前記光偏向器からの偏向光を回折する回折光学素子とを備え、
前記回折光学素子は、前記回折光学素子に対向する所定の平面上に回折光が結像され、前記偏向光の入射位置に応じて、前記回折光が結像される前記所定の平面上の位置が異なるように構成される
レーザー光走査装置。 - 前記回折光学素子は、前記光偏向器から前記回折光学素子に向かう軸に垂直な平面上に、前記回折光が結像されるように構成される
請求項1に記載のレーザー光走査装置。 - 前記回折光学素子は、複数の区分に分割されており、前記複数の区分のそれぞれに照射された光が、それぞれ異なる位置に結像されるように加工されている
請求項1または2に記載のレーザー光走査装置。 - 前記光偏向器は、電気光学効果を利用する光偏向器である
請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザー光走査装置。 - 前記電気光学効果を利用する光偏向器は、KTN単結晶を用いた光偏向器である
請求項4に記載のレーザー光走査装置。 - 前記回折光学素子は、脱着可能に構成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザー光走査装置。 - 前記回折光学素子は、結像される回折光のエネルギー密度が、前記回折光学素子に入射するレーザー光のエネルギー密度と等しくなるように構成されている
請求項1〜6のいずれか1項に記載のレーザー光走査装置。 - 光偏向器と回折光学素子とを備えたレーザー光走査装置におけるレーザー光走査方法であって、
光源から放射されたレーザー光から平行光を生成するステップと、
前記平行光に対して1次元の偏向を行うステップと、
前記偏向された偏向光を回折するステップとを含み、
前記回折するステップでは、前記回折光学素子に対向する所定の平面上に回折光が結像され、前記回折光学素子における前記偏向光の入射位置に応じて、前記回折光が結像される前記所定の平面上の位置が異なるように前記偏向光が回折される
レーザー光走査方法。
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