JP2023165158A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光による高速加工を行うとともにレーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行う。【解決手段】被加工物Ｗに向けてレーザ光Ｌ０を軸線Ｚ１に沿って照射する照射部１０と、照射部１０から照射されたレーザ光Ｌ０が入射するとともに軸線Ｚ１および軸線Ｚ１に直交する軸線Ｙ１により形成される平面に沿った偏光方向のレーザ光の軸線Ｚ１に対する出射方向θｙを印加される電圧に応じて調整するＫＴＮ結晶素子７０と、ＫＴＮ結晶素子７０に電圧を印加する電圧印加部と、ＫＴＮ結晶素子７０により出射方向θｙが調整されたレーザ光を被加工物Ｗに出射する出射部８０と、ＫＴＮ結晶素子７０と出射部８０との間に配置される１／４波長板９０と、を備えるレーザ加工装置１００を提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、レーザ加工装置に関するものである。

従来、１００ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度の発振周波数を有する短パルスレーザ発振器などのレーザ発振器が知られている。一方、レーザ光を走査するために広く用いられるガルバノ光学系は、機械的にミラーを振動させるものであり、走査周波数が最大でも１ｋＨｚ程であるためレーザ発振器の発振周波数に比べて１～２桁周波数が低い。

そして、電圧制御によってレーザ光の走査を行うことが可能な電気光学材料であるＫＴＮ結晶を利用した光ビームスキャナが提案されている（特許文献１）。特許文献１に開示される光ビームスキャナは、機械的にミラーを振動させるものではなく電圧制御によりレーザ光の走査を行うため、２００ｋＨｚを超える高速な動作を実現することが可能となっている。特許文献１に開示される光ビームスキャナを用いて電圧制御によりレーザ光の走査を行うことで高速走査による高速加工が可能となる。

特開２０１９－１０５８１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される光ビームスキャナは、所定の偏光方向の直線偏光成分のみを走査するものであり、光ビームスキャナが走査するレーザ光は直線偏光成分のみを有するものとなる。そのため、例えば、レーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行いたい場合など、直線偏光成分のみのレーザ光では所望の加工を行うことができない可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、レーザ光による高速加工を行うとともにレーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るレーザ加工装置は、被加工物に向けてレーザ光を第１軸線に沿って照射する照射部と、前記照射部から照射された前記レーザ光が入射するとともに前記第１軸線および前記第１軸線に直交する第２軸線により形成される平面に沿った第１偏光方向の前記レーザ光の前記第１軸線に対する第１出射方向を印加される電圧に応じて調整する第１結晶素子と、前記第１結晶素子に電圧を印加する第１電圧印加部と、前記第１結晶素子により前記第１出射方向が調整された前記レーザ光を前記被加工物に出射する出射部と、前記第１結晶素子と前記出射部との間に配置される１／４波長板と、を備える。

本開示によれば、レーザ光による高速加工を行うとともにレーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す正面図である。 本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す平面図である。 １／４波長板を示す斜視図である。 １／４波長板の光学軸の方向と、レーザ光の偏光方向との関係を示す図である。 直線偏光を円偏光に変換して被加工物を加工する例を示す図である。 直線偏光の偏光方向を変換せずに被加工物を加工する例を示す図である。

以下、本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す正面図である。図２は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１００は、照射部１０と、直線偏光子２０と、縮小光学系３０と、ＫＴＮ結晶素子（第２結晶素子）４０と、電圧印加部（第２電圧印加部）４５と、平凹レンズ４７と、接続用光学系５０と、半波長板６０と、ＫＴＮ結晶素子（第１結晶素子）７０と、電圧印加部（第１電圧印加部）７５と、出射部８０と、１／４波長板９０と、調整機構９１と、制御部９５と、を備える。

照射部１０は、金属板等の被加工物Ｗに向けてランダム偏光のレーザ光Ｌ０を軸線（第１軸線）Ｚ１に沿って照射する装置である。照射部１０は、２０Ｗ以上かつ１０００Ｗ以下の出力を有するレーザ光Ｌ０を照射する。

直線偏光子２０は、照射部１０により照射されたレーザ光Ｌ０が入射される素子である。直線偏光子２０は、レーザ光Ｌ０の軸線Ｚ１および軸線Ｚ１に直交する軸線Ｘ２により形成されるＸ２－Ｚ１平面に沿った偏光方向（第２偏光方向）の成分である直線偏光（第２直線偏光）Ｌ２を軸線Ｚ１に沿って透過させる。直線偏光Ｌ２の偏光方向は、後述する直線偏光Ｌ１の偏光方向と偏光方向が９０度異なる。

また、直線偏光子２０は、直線偏光Ｌ２の偏光方向と９０度異なる偏光方向の成分である直線偏光Ｌ３を軸線（第２軸線）Ｘ２に沿って出射する。直線偏光子２０は、例えば、方解石や水晶により形成されている。

縮小光学系３０は、直線偏光子２０を透過した直線偏光Ｌ２のビーム径を絞り、ＫＴＮ結晶素子４０に向けて軸線Ｚ１に沿って出射する光学系である。縮小光学系３０は、第１両凸レンズ３１および第２両凸レンズ３２を軸線Ｚ１に沿って配置したものである。

ＫＴＮ結晶素子４０は、カリウム（Ｋ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ）からなる酸化物結晶である。ＫＴＮ結晶素子４０は、電圧印加部４５により印加される電圧に応じて、一定の偏光方向の直線偏光の出射方向を調整可能な電気光学結晶である。ここでは、電気光学結晶としてＫＴＮ結晶素子を例として出しているが、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムでも適用可能である。

図１に示すＫＴＮ結晶素子４０は、直線偏光子２０を通過したＸ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向の直線偏光Ｌ２の出射方向を調整可能とするように配置されている。ＫＴＮ結晶素子４０には、直線偏光子２０を通過した直線偏光Ｌ２が入射する。ＫＴＮ結晶素子４０は、レーザ光Ｌ０のＸ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向の成分である直線偏光Ｌ２の軸線Ｚ１に対する出射方向（第２出射方向）θｘを電圧印加部４５により印加される電圧に応じて調整する。

電圧印加部４５は、ＫＴＮ結晶素子４０に電圧を印加する装置である。電圧印加部４５は、ＫＴＮ結晶素子４０が直線偏光Ｌ２を出射する出射方向θｘを任意の角度に調整するように、ＫＴＮ結晶素子４０に印加する電圧を調整する。電圧印加部４５は、制御部９５から伝達される制御信号に応じてＫＴＮ結晶素子４０に印加する電圧を調整する。電圧印加部４５が出力する電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上かつ１ＭＨｚ以下に設定される。

接続用光学系５０は、ＫＴＮ結晶素子４０から出射されて平凹レンズ４７を通過した直線偏光Ｌ２を半波長板６０に導く光学系である。接続用光学系５０は、凸部分が対向して配置される平凸レンズ５１および平凸レンズ５２を有する。

半波長板６０は、ＫＴＮ結晶素子４０を通過して接続用光学系５０から出射される直線偏光Ｌ２の偏光方向をＸ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向と９０度異なる偏光方向（第１偏光方向）に変えた直線偏光（第１直線偏光）Ｌ１をＫＴＮ結晶素子７０へ導く部材である。半波長板６０は、入射される直線偏光Ｌ２に半波長分の１８０度の位相差を与えることにより、直線偏光Ｌ２の偏光方向をＸ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向から９０度異なる偏光方向に変換する。

半波長板６０で直線偏光Ｌ２の偏光方向を９０度変えているのは、ＫＴＮ結晶素子７０においてＸ１－Ｚ１平面に直交するＹ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向を有する直線偏光Ｌ１の軸線Ｚ１に対する出射方向（第１出射方向）θｙを電圧印加部７５により印加される電圧に応じて調整するためである。ＫＴＮ結晶素子４０が調整する出射方向θｘとＫＴＮ結晶素子７０が調整する出射方向θｙとを９０度異ならせることにより、直線偏光Ｌ１の被加工物Ｗへの照射位置を２次元平面上の任意の位置に調整することができる。

ＫＴＮ結晶素子７０は、カリウム（Ｋ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ）からなる酸化物結晶である。ＫＴＮ結晶素子７０は、電圧印加部７５により印加される電圧に応じて、一定の偏光方向の直線偏光の出射方向を調整可能な電気光学結晶である。ここでは、電気光学結晶としてＫＴＮ結晶素子を例として出しているが、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムでも適用可能である。

図１に示すＫＴＮ結晶素子７０は、半波長板６０を通過したＹ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向を有する直線偏光Ｌ１の出射方向を調整可能とするように配置されている。ＫＴＮ結晶素子７０には、半波長板６０を通過した直線偏光Ｌ１が入射する。ＫＴＮ結晶素子７０は、Ｙ１－Ｚ１平面に沿った偏光方向を有する直線偏光Ｌ１の軸線Ｚ１に対する出射方向（第１出射方向）θｙを電圧印加部７５により印加される電圧に応じて調整する。

電圧印加部７５は、ＫＴＮ結晶素子７０に電圧を印加する装置である。電圧印加部７５は、ＫＴＮ結晶素子７０が直線偏光Ｌ１を出射する出射方向θｙを任意の角度に調整するように、ＫＴＮ結晶素子７０に印加する電圧を調整する。電圧印加部７５は、制御部９５から伝達される制御信号に応じてＫＴＮ結晶素子７０に印加する電圧を調整する。電圧印加部７５が出力する電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上かつ１ＭＨｚ以下に設定される。

出射部８０は、ＫＴＮ結晶素子４０により出射方向θｘが調整され、かつＫＴＮ結晶素子７０により出射方向θｙが調整された直線偏光Ｌ１を被加工物Ｗに出射する装置である。出射部８０は、両凸レンズである集光レンズ８１と、ガスノズル８２とを有する。

集光レンズ８１は、ＫＴＮ結晶素子７０から出射されて平凹レンズ７７を通過した直線偏光Ｌ１を軸線Ｚ１の近傍に集光するためのレンズである。ガスノズル８２は、軸線Ｚ１に沿って延びる円錐台状の筒であり、軸線Ｚ１に沿って集光レンズ８１から被加工物Ｗに向けて噴射される不活性ガス（例えば、窒素ガス）が内部を流通する。ガスノズル８２により被加工物Ｗに向けて不活性ガスを噴射することにより、レーザ光により溶融した被加工物Ｗを吹き飛ばすことができる。

１／４波長板９０は、ＫＴＮ結晶素子７０と出射部８０との間の軸線Ｚ１上に配置される部材である。１／４波長板９０は、直線偏光を円偏光に変換することが可能な光学部材である。１／４波長板９０は、ＫＴＮ結晶素子７０から入射される直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換するように配置されている。

調整機構９１は、軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整する機構である。調整機構９１は、例えば、制御部９５からの制御信号に応答して駆動する電動モータ（図示略）を用いて１／４波長板９０を軸線Ｚ１回りに回転させることにより、軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整する。

ここで、図３および図４を参照して、１／４波長板９０の光学軸ＯＰとレーザ光の偏光方向との関係について説明する。図３は、１／４波長板９０を示す斜視図である。図４は、１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向と、レーザ光の偏光方向との関係を示す図である。

図３に示すように、１／４波長板９０は、ＫＴＮ結晶素子７０から出射した直線偏光Ｌ１が入射する入射面９０ａがＸ３－Ｙ３平面と一致するように配置される。軸線Ｘ３は、軸線Ｚ１に直交する軸線である。軸線Ｙ３は、軸線Ｚ１と軸線Ｘ３の双方に直交する軸線である。図３に示すように、光学軸ＯＰは、Ｘ３－Ｙ３平面において、軸線Ｙ３に対して角度αだけ傾斜して配置される。角度αは、調整機構９１により調整される。調整機構９１は、角度αが４５度となるように、軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整する。

図４に示すように、直線偏光子２０を通過してから半波長板６０に入射するまでのレーザ光である直線偏光Ｌ２の偏光方向Ｌ２ｐは、軸線Ｘ３（軸線Ｘ１，軸線Ｘ２と同じ方向の軸線）に沿った方向となる。一方、半波長板６０を通過してから１／４波長板９０に入射するまでのレーザ光である直線偏光Ｌ１の偏光方向Ｌ１ｐは、軸線Ｙ３（軸線Ｙ１と同じ方向の軸線）に沿った方向となる。Ｘ３－Ｙ３平面において、１／４波長板９０の光学軸ＯＰは、軸線Ｙ３に対して角度αだけ傾斜して配置される。

調整機構９１は、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換する場合、角度αが４５度となるように、軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整する。角度αが４５度となるように配置された１／４波長板９０は、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換する。図４に示すように、円偏光Ｌ４の偏光方向Ｌ４ｐは、軸線Ｚ１回りに周期的に周回する方向となる。

調整機構９１は、直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに１／４波長板９０を通過させる場合、角度αが０度または９０度となるように、軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整する。角度αが０度または９０度となるように配置された１／４波長板９０は、直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに通過させる。

次に、図５および図６を参照して、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換して被加工物Ｗを加工する場合と、直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに被加工物Ｗを加工する場合について説明する。図５は、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換して被加工物Ｗを加工する例を示す図である。図６は、直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに被加工物Ｗを加工する例を示す図である。図５および図６において、加工領域ＰＡは、照射部１０からレーザ光が照射されるオン状態の期間に金属板等の被加工物Ｗに形成される溶融部分を示す。

図５に示すように、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換して被加工物Ｗを加工する場合、加工領域ＰＡはレーザ光のビーム径ＢＤの略真円形状となる。これは、出射部８０から出射される円偏光Ｌ４の偏光方向が周期的に変化し、レーザ光が照射される領域（ビーム径ＢＤ内の全ての領域）における加工量が均一化されるからである。ビーム径ＢＤ内の全ての領域における加工量が均一化されるため、図５に示す円形の加工形状ＰＳの各領域を均等に加工して被加工物Ｗに円形の穴を空ける加工等に適している。

一方、図６に示すように、直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに被加工物Ｗを加工する場合、加工領域ＰＡはレーザ光のビーム径ＢＤが長軸でビーム径ＢＤよりも短い幅Ｗが短軸の楕円形状となる。これは、出射部８０から出射される直線偏光Ｌ１の偏光方向Ｌ１ｐが固定されており、レーザ光が照射される領域（ビーム径ＢＤ内の全ての領域）における加工量が偏光方向Ｌ１ｐに沿った方向（軸線Ｙ３に沿った方向）で多くなるからである。レーザ光が照射される領域における加工量が偏光方向Ｌ１ｐに沿った方向で多くなるため、偏光方向Ｌ１ｐに沿って直線状に加工する切断加工等に適している。

以上において、調整機構９１は、角度αを４５度となるようにして直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換するか、角度αを０度または９０度となるようにして直線偏光Ｌ１の偏光方向を変換せずに１／４波長板９０を通過させるかのいずれかを実行するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、調整機構９１は、角度αを０より大きく４５度未満の任意の角度、または４５度より大きく９０度未満の任意の角度に設定しても良い。この場合、図６に示す幅Ｗを変化させることができる。幅Ｗを適切な長さに設定することで、被加工物Ｗに行いたい加工に応じた適切な加工領域ＰＡを被加工物Ｗに形成することができる。

制御部９５は、電圧印加部４５および電圧印加部７５に制御信号を伝達する装置である。制御部９５は、電圧印加部４５がＫＴＮ結晶素子４０に印加する電圧を調整するための制御信号を電圧印加部４５に伝達し、電圧印加部７５がＫＴＮ結晶素子７０に印加する電圧を調整するための制御信号を電圧印加部７５に伝達する。

以上説明した本実施形態のレーザ加工装置１００は、以下の作用及び効果を奏する。
本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、照射部１０から照射されたレーザ光がＫＴＮ結晶素子７０に入射され、電圧印加部７５により印加される電圧に応じて、軸線Ｚ１および軸線Ｚ１に直交する軸線Ｙ１により形成される平面に沿った偏光方向Ｌ１ｐの直線偏光Ｌ１の軸線Ｚ１に対する出射方向θｙが調整される。出射方向θｙが調整された偏光方向Ｌ１ｐの直線偏光Ｌ１は、出射部８０により被加工物Ｗに出射される。

本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、ＫＴＮ結晶素子７０と出射部８０との間に１／４波長板９０が配置されるため、１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整することにより、１／４波長板９０で直線偏光Ｌ１の偏光方向Ｌ１ｐを円偏光Ｌ４に変換することができる。そのため、出射部８０から出射されるレーザ光の偏光方向が周期的に変化し、レーザ光のビーム径ＢＤ内の全ての領域における加工量が均一化される。したがって、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、電圧に応じてレーザ光の出射方向θｙを調整することによる高速加工を行うとともにレーザ光のビーム径ＢＤ内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能となる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、調整機構９１により軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整して、直線偏光Ｌ１を円偏光Ｌ４に変換することにより、レーザ光のビーム径ＢＤ内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能となる。また、調整機構９１により軸線Ｚ１回りの１／４波長板９０の光学軸ＯＰの方向を調整して、直線偏光Ｌ１を直線偏光のまま通過させることにより、ビーム径ＢＤ内の直線偏光Ｌ１の偏光方向Ｌ１ｐの領域の加工量を他の領域の加工量よりも多くし、例えば、偏光方向Ｌ１ｐに沿って直線的にレーザ光を移動させて加工する際の加工量を多くすることができる。

本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、直線偏光子２０を配置することにより、照射部１０から照射されるランダム偏光のレーザ光のうち偏光方向Ｌ１ｐと９０度異なる偏光方向Ｌ２ｐの成分である直線偏光Ｌ２がＫＴＮ結晶素子４０に入射されるが、偏光方向Ｌ２ｐとは異なる方向のレーザ光の成分はＫＴＮ結晶素子４０に入射されない。偏光方向Ｌ２ｐとは異なる方向のレーザ光の成分は、ＫＴＮ結晶素子４０による出射方向θｘの調整ができない成分である。ＫＴＮ結晶素子４０に入射されるレーザ光を直線偏光Ｌ２に絞ることにより、ＫＴＮ結晶素子４０に入射されるレーザ光の光量を抑制し、ＫＴＮ結晶素子４０の温度上昇によるレーザ光の出射方向θｘの変動を抑制することができる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、ＫＴＮ結晶素子４０を通過した直線偏光Ｌ２は半波長板６０を通過する際に偏光方向Ｌ２ｐと偏光方向が９０度異なる偏光方向Ｌ１ｐに変わり、偏光方向Ｌ１ｐに偏光された直線偏光Ｌ１がＫＴＮ結晶素子７０に入射される。ＫＴＮ結晶素子７０は、電圧印加部７５により印加される電圧に応じて軸線Ｚ１に対する出射方向θｙを調整する。出射方向θｙが調整された直線偏光Ｌ１は、出射部８０により被加工物Ｗに出射される。本実施形態のレーザ加工装置によれば、直線偏光Ｌ１の出射方向θｙと直線偏光Ｌ２の出射方向θｘとを調整することにより、レーザ光が２次元方向の任意の照射位置へ照射されるように調整することができる。

以上説明した本実施形態に記載のレーザ加工装置は、例えば以下のように把握される。
本開示の第１態様に係るレーザ加工装置（１００）は、被加工物（Ｗ）に向けてレーザ光（Ｌ０）を第１軸線（Ｚ１）に沿って照射する照射部（１０）と、前記照射部から照射された前記レーザ光が入射するとともに前記第１軸線および前記第１軸線に直交する第２軸線（Ｙ１）により形成される平面に沿った第１偏光方向の前記レーザ光の前記第１軸線に対する第１出射方向（θｙ）を印加される電圧に応じて調整する第１結晶素子（７０）と、前記第１結晶素子に電圧を印加する第１電圧印加部（７５）と、前記第１結晶素子により前記第１出射方向が調整された前記レーザ光を前記被加工物（Ｗ）に出射する出射部（８０）と、前記第１結晶素子と前記出射部との間に配置される１／４波長板（９０）と、を備える。

本開示に係るレーザ加工装置によれば、照射部から照射されたレーザ光が第１結晶素子に入射され、第１電圧印加部により印加される電圧に応じて、第１軸線および第１軸線に直交する第２軸線により形成される平面に沿った第１偏光方向のレーザ光の第１軸線に対する第１出射方向が調整される。第１出射方向が調整された第１偏光方向のレーザ光は、出射部により被加工物に出射される。

本開示に係るレーザ加工装置によれば、第１結晶素子と出射部との間に１／４波長板が配置されるため、１／４波長板の結晶光学軸の方向を調整することにより、１／４波長板でレーザ光の第１偏光方向を円偏光に変換することができる。そのため、出射部から出射されるレーザ光の偏光方向が周期的に変化し、レーザ光のビーム径内の全ての領域における加工量が均一化される。したがって、本開示に係るレーザ加工装置によれば、電圧に応じてレーザ光の出射方向を調整することによる高速加工を行うとともにレーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能となる。

本開示の第２態様に係るレーザ加工装置は、第１態様において、前記１／４波長板が、前記レーザ光の前記第１偏光方向の成分である第１直線偏光（Ｌ１）を円偏光（Ｌ４）に変換するように配置されている。
本開示の第２態様に係るレーザ加工装置によれば、１／４波長板により第１直線偏光が円偏光に変換されるため、レーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能となる。

本開示の第３態様に係るレーザ加工装置は、第１態様または第２態様において、前記第１軸線回りの前記１／４波長板の光学軸（ＯＰ）の方向を調整する調整機構（９１）を備える。
本開示の第３態様に係るレーザ加工装置によれば、調整機構により第１軸線回りの１／４波長板の光学軸の方向を調整して、第１直線偏光を円偏光に変換することにより、レーザ光のビーム径内の全ての領域に均一の加工を行うことが可能となる。また、調整機構により第１軸線回りの１／４波長板の光学軸の方向を調整して、第１直線偏光を直線偏光のまま通過させることにより、ビーム径内の第１直線偏光の偏光方向の領域の加工量を他の領域の加工量よりも多くし、例えば、偏光方向に沿って直線的にレーザ光を移動させて加工する際の加工量を多くすることができる。

本開示の第４態様に係るレーザ加工装置は、第１態様から第３態様のいずれかにおいて、前記照射部により照射されたランダム偏光の前記レーザ光が入射されるとともに前記レーザ光の前記第１偏光方向と９０度異なる第２偏光方向の成分である第２直線偏光（Ｌ２）を前記第１軸線（Ｚ１）に沿って透過させる直線偏光子（２０）と、前記直線偏光子を通過した前記第２直線偏光が入射するとともに前記第２直線偏光の前記第１軸線に対する第２出射方向（θｘ）を印加される電圧に応じて調整する第２結晶素子（４０）と、前記第２結晶素子に電圧を印加する第２電圧印加部（４５）と、前記第２結晶素子を通過した前記第２直線偏光の前記第２偏光方向を前記第１偏光方向に変えて前記第１結晶素子へ導く半波長板（６０）と、を備える。

本開示の第４態様に係るレーザ加工装置によれば、照射部から照射されるランダム偏光のレーザ光のうち第１偏光方向と９０度異なる第２偏光方向の成分である第２直線偏光が第２結晶素子に入射されるが、第２偏光方向とは異なる方向のレーザ光の成分は第２結晶素子に入射されない。第２偏光方向とは異なる方向のレーザ光の成分は、第２結晶素子による第２出射方向の調整ができない成分である。第２結晶素子に入射されるレーザ光を第２直線偏光に絞ることにより、第２結晶素子に入射されるレーザ光の光量を抑制し、第２結晶素子の温度上昇によるレーザ光の出射方向の変動を抑制することができる。

また、本開示の第４態様に係るレーザ加工装置によれば、第２結晶素子を通過した第２直線偏光は半波長板を通過する際に第２偏光方向と偏光方向が９０度異なる第１偏光方向に変わり、第１偏光方向に偏光された第１直線偏光が第１結晶素子に入射される。第１結晶素子は、第１電圧印加部により印加される電圧に応じて第１軸線に対する第１出射方向を調整する。第１出射方向が調整された第１直線偏光は、出射部により被加工物に出射される。本開示の第４態様に係るレーザ加工装置によれば、第１直線偏光の第１出射方向と第２直線偏光の第２出射方向とを調整することにより、レーザ光が２次元方向の任意の照射位置へ照射されるように調整することができる。

１０ 照射部
２０ 直線偏光子
３０ 縮小光学系
３１ 第１両凸レンズ
３２ 第２両凸レンズ
４０ ＫＴＮ結晶素子（第２結晶素子）
４５ 電圧印加部（第２電圧印加部）
４７ 平凹レンズ
５０ 接続用光学系
５１ 平凸レンズ
５２ 平凸レンズ
６０ 半波長板
７０ ＫＴＮ結晶素子（第１結晶素子）
７５ 電圧印加部（第１電圧印加部）
７７ 平凹レンズ
８０ 出射部
８１ 集光レンズ
８２ ガスノズル
９０ １／４波長板
９０ａ 入射面
９１ 調整機構
９５ 制御部
１００ レーザ加工装置
ＢＤ ビーム径
Ｌ０ レーザ光
Ｌ１ 直線偏光
Ｌ１ｐ 偏光方向
Ｌ２ 直線偏光
Ｌ２ｐ 偏光方向
Ｌ３ 直線偏光
Ｌ４ 円偏光
Ｌ４ｐ 偏光方向
ＯＰ 光学軸
ＰＡ 加工領域
ＰＳ 加工形状
Ｗ 被加工物
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｙ１，Ｙ３，Ｚ１ 軸線
α 角度
θｘ 出射方向（第２出射方向）
θｙ 出射方向（第１出射方向）

Claims (4)

1. 被加工物に向けてレーザ光を第１軸線に沿って照射する照射部と、
   前記照射部から照射された前記レーザ光が入射するとともに前記第１軸線および前記第１軸線に直交する第２軸線により形成される平面に沿った第１偏光方向の前記レーザ光の前記第１軸線に対する第１出射方向を印加される電圧に応じて調整する第１結晶素子と、
   前記第１結晶素子に電圧を印加する第１電圧印加部と、
   前記第１結晶素子により前記第１出射方向が調整された前記レーザ光を前記被加工物に出射する出射部と、
   前記第１結晶素子と前記出射部との間に配置される１／４波長板と、を備えるレーザ加工装置。
2. 前記１／４波長板は、前記レーザ光の前記第１偏光方向の成分である第１直線偏光を円偏光に変換するように配置されている請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記第１軸線回りの前記１／４波長板の光学軸の方向を調整する調整機構を備える請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記照射部により照射されたランダム偏光の前記レーザ光が入射されるとともに前記レーザ光の前記第１偏光方向と９０度異なる第２偏光方向の成分である第２直線偏光を前記第１軸線に沿って透過させる直線偏光子と、
   前記直線偏光子を通過した前記第２直線偏光が入射するとともに前記第２直線偏光の前記第１軸線に対する第２出射方向を印加される電圧に応じて調整する第２結晶素子と、
   前記第２結晶素子に電圧を印加する第２電圧印加部と、
   前記第２結晶素子を通過した前記第２直線偏光の前記第２偏光方向を前記第１偏光方向に変えて前記第１結晶素子へ導く半波長板と、を備える請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。