JP4699874B2

JP4699874B2 - レーザ発生装置

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Publication number: JP4699874B2
Application number: JP2005331152A
Authority: JP
Inventors: 徹也白石; 哲雄境野; 一也大滝
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: JP2007136478A

Description

本発明は、特定波長のレーザ光を選択して出力可能とするレーザ発生装置に関し、詳しくは、特定波長のレーザ光の選択を瞬時に行なえるようにすると共に、他の光学装置に対するレーザ光の光軸合わせを容易にしようとするレーザ発生装置に係るものである。

従来、レーザ加工機に使用されているこの種のレーザ発生装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器から出力されたレーザ光を第１のレーザ光とこの第１のレーザ光よりも波長の短い第２のレーザ光に変調する変調手段と、上記第１のレーザ光と第２のレーザ光とを集光して被加工物に照射する集光光学系と上記変調手段との間に設けられ上記第１のレーザ光を第２のレーザ光と異なる光路に導入してこの第１のレーザ光の上記集光光学系に至るまでの光路長を制御する光路補正手段と、上記第１のレーザ光の光路に設けられこの第１のレーザ光が上記集光光学系に到達する光量を制御する第１の光量制御手段と、上記第２のレーザ光の光路に設けられこの第２のレーザ光が上記集光光学系に到達する光量を制御する第２の光量制御手段とを具備したものとなっている（例えば、特許文献１参照）。

また、レーザ加工機に使用されている他のレーザ発生装置は、単一波長光を射出するレーザ発振器と、該レーザ発振器からの単一波長光を複数の波長光に変換する変換手段と、ダイクロイックミラーにより複数の異なる光路を通るように分離された上記複数の波長光を可変光減衰手段を用いて透過あるいは遮光し、波長選択する選択手段と、を有するものとなっている（例えば、特許文献２参照）
特開平０５−１９２７７９号公報（第１図）特開平０６−１０６３７８号公報（第１図）

しかし、このような従来のレーザ発生装置において、上記特許文献１に記載のレーザ発生装置は、分離された各光路上にそれぞれ配設されたポラライザからなる光量制御手段を回転して一方のレーザ光の光量を最少に絞って遮断すると同時に、他方のレーザ光の光量を上げて当該他方のレーザ光を選択するようにしているので波長選択を瞬時に行なうことができなかった。

また、上記特許文献２に記載のレーザ発生装置は、上記特許文献１に記載のレーザ発生装置と同様に、各光路上に配設された可変光減衰器を回転して一方のレーザ光の光量を絞って遮断すると同時に、他方のレーザ光の光量を上げて当該他方のレーザ光を選択するものであり、この場合も波長選択を瞬時に行なうことができなかった。

そして、上記特許文献１及び２に記載のレーザ発生装置は、いずれもレーザ光の出力方向を変位させることができないため、出力するレーザ光を他の光学装置の光軸に合わせるためには、レーザ発生装置の他の光学装置に対する取り付け角度を調整して行なわなければならず、調整が困難であると同時に取り付けが不安定となっていった。したがって、上記レーザ発生装置を顕微鏡に取り付けて被加工物上を高速移動させるようなレーザ加工機に適用した場合には、移動による振動で取り付け部が緩み光軸ずれが生じるおそれがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、特定波長のレーザ光の選択を瞬時に行なえるようにすると共に、他の光学装置に対するレーザ光の光軸合わせを容易にしようとするレーザ発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるレーザ発生装置は、単一波長のレーザ光を発生するレーザ発振ユニットと、前記単一波長のレーザ光を波長変換して複数波長のレーザ光を出力する波長変換ユニットと、前記複数波長のレーザ光を波長の異なる二つのレーザ光に分離して互いに平行な二つの光路を通って射出する波長分離ユニットと、前記二つの光路の遮断と開放を同時に実行し、前記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力する波長選択ユニットと、前記二つの光路を同一の光軸に合致させると共に、該光軸が合致されたレーザ光の出力方向を変位可能とする出力光学ユニットと、を備え、前記波長選択ユニットは、前記二つの光路の間に、個別に回動可能な第１及び第２の遮光板を配置して構成され、前記第１の遮光板は、非回動状態にあるとき、前記二つの光路のうち、一方の光路を開放すると共に他方の光路を遮断又は開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、前記二つの光路のいずれも開放するように形成され、前記第２の遮光板は、非回動状態にあるとき、前記一方の光路を遮断すると共に前記他方の光路を開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、前記一方の光路を開放すると共に前記他方の光路を遮断するように形成され、前記第１及び第２の遮光板の回動状態を制御して、前記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力し得るようにしたものである。

このような構成により、レーザ発振ユニットで単一波長のレーザ光を発生し、波長変換ユニットで上記単一波長のレーザ光を波長変換して複数波長のレーザ光を出力し、波長分離ユニットで上記複数波長のレーザ光を波長の異なる二つのレーザ光に分離して互いに平行な二つの光路を通って射出し、波長選択ユニットで該二つの光路の遮断と開放を同時に実行し、上記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力し、出力光学ユニットで上記二つの光路を同一の光軸に合致させると共に、該光軸が合致されたレーザ光の出力方向を変位する。このとき、波長選択ユニットは、上記二つの光路の間に個別に回動可能に配置され、非回動状態にあるとき、上記二つの光路のうち、一方の光路を開放すると共に他方の光路を遮断又は開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、上記二つの光路のいずれも開放するように形成された第１の遮光板と、非回動状態にあるとき、上記一方の光路を遮断すると共に上記他方の光路を開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、上記一方の光路を開放すると共に上記他方の光路を遮断するように形成された第２の遮光板との回動状態を制御して、上記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力する。

そして、前記第１及び第２の遮光板は、前記光路を開放する位置に特定波長のレーザ光を選択的に透過させるフィルタを設けたものである。これにより、第１及び第２の遮光板の二つの光路を開放する位置に設けたフィルタで特定波長のレーザ光を選択的に透過させる。

また、前記第１及び第２の遮光板は、前記光路を遮断する位置にセラミック板を設けたものである。これにより、第１及び第２の遮光板の二つの光路を遮断する位置に設けたセラミック板で各レーザ光の光路を遮断する。

さらに、前記波長変換ユニットは、入力する単一波長のレーザ光を複数波長のレーザ光に変換する複数の非線形光学結晶を近接配設して一つのケース内に収容したものである。これにより、近接配設して一つのケース内に収容した複数の非線形光学結晶で入力する単一波長のレーザ光を複数波長のレーザ光に変換する。

そして、前記出力光学ユニットは、レーザ光の出力側に二枚の反射ミラーをその反射面を対向させてそれぞれ個別にあおり調整可能に配設し、前記各反射ミラーで反射されて出力するレーザ光の出力方向を変位可能にしたものである。これにより、レーザ光の出力側に反射面を対向させて配設した二枚の反射ミラーをそれぞれ個別にあおり調整し、各反射ミラーで反射されて出力するレーザ光の出力方向を変位させる。

また、前記出力光学ユニットは、前記合致された光軸上に前記選択された特定波長のレーザ光の径を広げるビームエキスパンダを備えたものである。これにより、合致された出力光軸上に備えたビームエキスパンダで選択された特定波長のレーザ光の径を広げる。

そして、前記構成要素としての各ユニットは、ベース部材に複数に仕切られて形成された各部屋にそれぞれ収容されて設置されたものである。これにより、ベース部材に複数に仕切られて形成された各部屋に構成要素としての各ユニットをそれぞれ収容して設置する。

請求項１に係る発明によれば、単一波長のレーザ光を波長変換して生成され、分離して二つの光路に導入された波長の異なる最大４波長のレーザ光から特定波長のレーザ光の選択を瞬時に行なうことができる。さらに、レーザ光の出力方向を変位させるだけでレーザ光を他の光学装置の光軸に容易に合わせることができる。したがって、装置本体を他の光学装置にしっかり固定した状態で光軸合わせができ、例えば高速移動されるレーザ加工機に適用した場合にも調整状態を安定に保つことができる。

また、請求項２に係る発明によれば、複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択的に取り出すことができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、遮光板を例えばアルミニウム等の金属材料で形成した場合にも、上記遮光板がレーザ光でスパッタされるのを防止することができる。したがって、薄い金属板の打ち抜きまたは切り出し加工により遮光板を形成することができ、遮光板の形成が容易になる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、潮解性を有する複数の非線形光学結晶を組み合わせた場合にも、上記非線形光学結晶を保護するウィンドーガラスが１組ですみ、波長変換ユニットを小型化することができる。また、一度に温度調整を行なうことができ、温度調整機構を簡単にすることができる。

そして、請求項５に係る発明によれば、二枚の反射ミラーのあおりを調整するだけでレーザ光の出力方向を容易に変位させることができる。したがって、他の装置に対するレーザ光の光軸合わせ機構を簡単にすることができる。

また、請求項６に係る発明によれば、出力側にビームエキスパンダを備えているので、該ビームエキスパンダに至るまでは径の細いレーザ光を扱うことができ、波長変換ユニット、波長分離ユニット及び波長選択ユニットを小型化することができる。したがって、装置本体を小型化することができる。

そして、請求項７に係る発明によれば、筐体を密閉構造とすることができ、外部からの塵埃の混入を防ぐことができる。また、部屋毎にそこに発生する熱量に応じた温度調整をすることができ、各レーザ光の光軸を安定させることができる。さらに、筐体の剛性を向上することができ、振動や熱応力に対して各レーザ光の光軸をより安定させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ発生装置の実施形態を示す内部構造の平面図であり、蓋を外した状態を示す。このレーザ発生装置は、単一波長のレーザ光から複数波長のレーザ光を発生し、この複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力可能とするもので、筐体１上にレーザ光の進行方向に沿ってレーザ発振ユニット２と、波長変換ユニット３と、波長分離ユニット４と、波長選択ユニット５と、出力光学ユニット６とを順次並べて配設している。以下、例えば被加工物の加工に適切な特定波長のレーザ光を選択して照射して被加工物の加工又は修正を行なうレーザ加工機に適用した場合について説明する。

上記筐体１は、例えば直方体状の厚みの厚いアルミニウムのベース部材８を削り出して複数の部屋７を形成し、該各部屋７に構成要素としての後述するレーザ発振ユニット２と、波長変換ユニット３と、波長分離ユニット４と、波長選択ユニット５と、出力光学ユニット６とをそれぞれ収容して設置するものであり、装置本体となるものである。そして、上記複数の部屋７は、上記直方体状のベース部材８の略中央部に長手方向の一方の端部８ａから他方の端部８ｂに向かって延びた主仕切り９と、該主仕切り９から左右に延びた副仕切り１０によって仕切られている。これにより、筐体１の剛性が向上し、振動や熱応力に対してレーザ光の光軸を安定させることができる。さらに、上記主仕切り９及び副仕切り１０には、レーザ光の光路に対応して貫通穴６０が形成されている。なお、筐体１は、アルミニウムの鋳造等によって形成してもよい。

上記レーザ発振ユニット２は、単一波長として例えば波長が1064nmの直線偏光の基本レーザ光を発生するものであり、例えばＹＡＧレーザである。そして、Ｎｄ：ＹＡＧロッド部１１及びレーザ励起用のフラッシュランプ部１２を有するレーザチャンバ１３と、該レーザチャンバ１３のレーザ光の射出方向後方に配設され、偏光子１４と波長板１５と電気光学素子１６と後部ミラー１７とを後方に向かってこの順に並べて構成したＱスイッチ１８と、上記レーザチャンバ１３のレーザ光の射出方向前方に配設された前部ミラー１９とを備えている。これにより、ジャイアントパルスのレーザ光を発生させて射出することができる。なお、上記レーザチャンバ１３は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド部１１とフラッシュランプ部１２とが分離可能に構成されており、フラッシュランプ部１２のみを取り外して交換することができるようになっている。

上記波長変換ユニット３は、例えば1064nmのレーザ光を波長変換してこれよりも波長の短い、例えば532nm及び355nmの高調波を発生し、これら複数波長のレーザ光を出力するものであり、波長板２０と、近接して配設され一つのケース２１内に収容された複数の非線形光学結晶、例えば第２高調波を発生するＳＨＧ結晶２２及び第３高調波を発生するＴＨＧ結晶２３と、上記非線形光学結晶から出力されたレーザ光の光路を直角に折り曲げる反射ミラー２４とからなる。なお、第４高調波を発生するＦＨＧ結晶をＴＨＧ結晶と交換して配設すれば266nmの高調波のレーザ光を作ることができる。

上記波長分離ユニット４は、上記複数波長のレーザ光を波長の異なる少なくとも二つのレーザ光に分離して互いに平行な二つの光路Ｒ _１，Ｒ _２を通って射出するものであり、本実施形態においては1064nm及び532nmからなる第１のレーザ光Ｌ_１を透過し、355nmの第２のレーザ光Ｌ_２を反射して分離するダイクロイックミラー２５と、上記分離された1064nm及び532nmの第１のレーザ光Ｌ_１を反射するダイクロイックミラー２６とからなる。なお、上記波長変換ユニット３から射出されるレーザ光に266nmのレーザ光が含まれる場合には、上記ダイクロイックミラー２５は、355nm及び266nmからなる第２のレーザ光Ｌ_２を反射するようにされる。また、本実施形態においては、第１のレーザ光Ｌ _１が光路Ｒ _１を通り、第２のレーザ光Ｌ _２が光路Ｒ _２を通るようになっている。

上記波長選択ユニット５は、分離された第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の各光路Ｒ₁，Ｒ₂の遮断と開放を同時に実行し、上記第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂から特定波長のレーザ光を選択して出力するものであり、シャッタ２７と、光量調整手段２８とからなる。

上記シャッタ２７は、上記波長分離ユニット４から射出される第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の光路Ｒ₁，Ｒ₂間の中央部に該二つの光路Ｒ₁，Ｒ₂に沿って設けられた回動軸Ｏ₁，Ｏ₂を中心に正逆回動し、上記二つの光路Ｒ₁，Ｒ₂のいずれか一方を遮断すると同時に他方を開放するように形成されたものである。

上記シャッタ２７の具体的構成例は、上下方向に配置された二つのソレノイド２９，３０でそれぞれ個別に回動される二枚の遮光板（以下、「第１の遮光板」及び「第２の遮光板」と記載する）３１，３２がレーザ光の進行方向に並べられ近接して配設されている。第１の遮光板３１は、図２（ａ）に示すように、回動軸Ｏ₁近傍で下向きに折れ曲がった略逆Ｖ字形状を有し、ソレノイド２９がOFFして非回動の状態にあるとき、板面３１ａの第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に対応する位置に開口３３を形成し、該開口３３に532nmのレーザ光を選択的に透過するフィルタ３４を設け、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂に対応する位置に該光路Ｒ₂を遮断するセラミック板３５を設けている。

また、図２（ｂ）に示すように、ソレノイド２９がONして矢印Ａ方向に所定角度だけ回動された状態にあるとき、板面３１ａの第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に対応する位置に開口３６を形成し、該開口３６に1064nmのレーザ光を選択的に透過するフィルタ３７を設け、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂に対応する位置に開口３８を形成し、該開口３８に355nmのレーザ光を選択的に透過するフィルタ３９を設けている。この場合、フィルタ３９は無くてもよい。

なお、図２において、符号４０は、非回動状態における第１の遮光板３１の上端部３１ｂの位置を検出するフォトセンサーであり、符号４１は、回動状態における第１の遮光板３１の下端部３１ｃの位置を検出するフォトセンサーである。

また、上記第２の遮光板３２は、図３（ａ）に示すように、回動軸Ｏ₂近傍で上向きに折れ曲がった略Ｖ字形状を有し、ソレノイド３０がOFFして非回動の状態にあるとき、板面３２ａの第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に対応する位置に該光路Ｒ₁を遮断するセラミック板４２を設け、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂に対応する位置に355nmのレーザ光が通過可能に開口４３を形成している。

また、同図（ｂ）に示すように、ソレノイド３０がONして矢印Ｂ方向に所定角度だけ回動された状態にあるとき、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に対応して端面３２ｂを削って上記1064nm又は532nmのレーザ光が通過できる凹部４４を形成し、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂に対応する位置に該光路Ｒ₂を遮断するセラミック板４５を設けている。このように端面３２ｂを削って、下端部３２ｃを形成することによって、該下端部３２ｃを回転角度の検出部として使用しているため、第２の遮光板３２の軽量化ができ、また、回転軸Ｏ₂を中心にして遮光板３２の重量バランスが偏らないようにしている。

なお、図３において、符号４６は、非回動状態における第２の遮光板３２の下端部３２ｃの位置を検出するフォトセンサーであり、符号４７は、回動状態における第２の遮光板３２の上端部３２ｄの位置を検出するフォトセンサーである。

これにより、図４（ａ）に示すように、第１及び第２の遮光板３１，３２が非回動状態にあるときは、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に第１の遮光板３１の開口３３と第２の遮光板３２のセラミック板４２が位置付けられる。一方、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂には、第１の遮光板３１のセラミック板３５と第２の遮光板３２の開口４３が位置付けられる。その結果、第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の光路Ｒ₁，Ｒ₂のいずれもがセラミック板３５，４２で遮断されて上記1064nm、532nm及び355nmのいずれのレーザ光も選択されない（図５参照）。

また、図４（ｂ）に示すように、第１の遮光板３１が矢印Ａ方向に所定角度だけ回動し、第２の遮光板３２が非回動状態にあるときは、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に第１の遮光板３１の開口３６と第２の遮光板３２のセラミック板４２が位置付けられて該セラミック板４２によって上記光路Ｒ₁が遮断される。一方、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂には、第１の遮光板３１の開口３８と第２の遮光板３２の開口４３とが位置付けられる。その結果、第１の遮光板３１の開口３８に設けたフィルタ３９によって355nmのレーザ光が選択されて出力する（図５参照）。

さらに、図４（ｃ）に示すように、第１の遮光板３１が非回動状態にあり、第２の遮光板３２が矢印Ｂ方向に所定角度だけ回動しているときは、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に第１の遮光板３１の開口３３と第２の遮光板３２の凹部４４とが位置付けられる。一方、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂には、第１の遮光板３１のセラミック板３５及び第２の遮光板３２のセラミック板４２が位置付けられて第１の遮光板３１のセラミック板３５によって上記光路Ｒ₂が遮断される。その結果、第１の遮光板３１の開口３３に設けられたフィルタ３４により、532nmのレーザ光が選択されて出力する（図５参照）。

そして、図４（ｄ）に示すように、第１及び第２の遮光板３１，３２がそれぞれ矢印Ａ，Ｂ方向に所定角度だけ回動しているときは、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁に第１の遮光板３１の開口３６と第２の遮光板３２の凹部４４とが位置付けられる。一方、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂には、第１の遮光板３１の開口３８と第２の遮光板３２のセラミック板４５とが位置付けられて第２の遮光板３２のセラミック板４５によって上記光路Ｒ₂が遮断される。その結果、第１の遮光板３１の開口３６に設けられたフィルタ３７により、1064nmのレーザ光が選択されて出力する（図５参照）。

図１に示すように、上記シャッタ２７に対してレーザ光の射出方向前方には、光量調整手段２８が設けられている。この光量調整手段２８は、上記シャッタ２７によって選択された特定波長のレーザ光の光量が被加工物を加工又は修正するのに最適な光エネルギーとなるように調整するものであり、第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の光路Ｒ₁，Ｒ₂上にそれぞれ配設されており、波長板４８と偏光子４９とをレーザ光の進行方向に添ってこの順に配設して構成されている。

上記波長板４８は、入力した直線偏光のレーザ光の偏波面を0〜90度回転させるものであり、図示省略の駆動部によって回動されるようになっている。また、上記偏光子４９は、例えば偏光ビームスプリッタであり、偏波面が入射面に平行なＰ偏光成分を透過し、入射面に垂直なＳ偏光成分を反射するようになっている。したがって、例えば入射光が上記偏光子４９の入射面に対して垂直なＳ偏光である場合には、上記波長板４８が0〜90度まで回転されるのにしたがって偏波面が回転されて、Ｐ偏光成分が増大し、上記偏光子４９を透過するレーザ光が増加する。これにより、レーザ光の光量調整が可能となる。

なお、上記二つの偏光子４９をその入射面が平行となるように配設して上記波長板４８の回転方向が互いに反対方向となるように、又は上記二つの偏光子４９をその入射面が直交するように配設して上記波長板４９の回転方向が同方向となるように設定すれば、第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の一方のレーザ光の光量を増大させた場合に、他方のレーザ光の光量を減少させることができる。したがって、一方のレーザ光を選択すべきところ、事故又はミスにより他方のレーザ光が選択された場合にも、他方のレーザ光の光量が絞られているため該他方のレーザ光により被加工物が加工されるおそれがない。

また、上記光量調整手段２８の出力側に連続的に透過率が変化するＮＤフィルタを配設してもよい。この場合、光量調整手段２８とＮＤフィルタを組み合わせて使用すれば、レーザ光の光量の微調整が容易になる。

上記出力光学ユニット６は、分離された第１及び第２レーザ光Ｌ₁，Ｌ₂の光路Ｒ₁，Ｒ₂を同一の光軸Ｒ₃に合致させると共に、該光軸Ｒ₃が合致されたレーザ光の出力方向を変位可能とするものであり、合成手段５１と、ビームエキスパンダ５２と、出力光変位手段５３とをレーザ光の進行方向に添ってこの順に配設して構成されている。

上記合成手段５１は、第２のレーザ光Ｌ₂の355nmのレーザ光を反射して直角に折り曲げるダイクロイックミラー５４と、第１のレーザ光Ｌ₁の532nm及び1064nmのレーザ光を透過し、355nmのレーザ光を反射して上記各レーザ光を同一の光軸Ｒ₃上で合致させるダイクロイックミラー５５とからなる。

上記ビームエキスパンダ５２は、選択された特定波長のレーザ光の径を広げるものであり、上記ダイクロイックミラー５５で合致された光軸Ｒ₃上に配置されている。そして、凹レンズ５６と凸レンズ５７とをレーザ光の進行方向に添ってこの順に並べて構成されている。

上記出力光変位手段５３は、レーザ光の出力方向を変位させて図示省略の顕微鏡の光軸に合致させるものであり、二枚のダイクロイックミラーからなる反射ミラー５８，５９をその反射面を対向させて配置しており、図示省略のあおり調整用ネジを各反射ミラー５８，５９に備えて外部から調整可能となっている。これにより、上記あおり調整用ネジを操作して、図６に示すように反射ミラー５８，５９をそれぞれ水平軸Ｘ_１−Ｘ_１，Ｘ_２−Ｘ_２回りに矢印Ｃ，Ｄ方向に、また垂直軸Ｙ_１−Ｙ_１，Ｙ_２−Ｙ_２回りに矢印Ｅ，Ｆ方向にそれぞれ個別にあおり調整して各反射ミラー５８，５９で反射されて出力するレーザ光の出力方向を変位させ上記顕微鏡の光軸に合致させることができる。

上述したように、複数の波長を含むレーザ光を少なくとも二つのレーザ光に分離して異なる光路Ｒ₁，Ｒ₂を通って射出させ、その後同一の光軸Ｒ₃に合致させるようにしているので、例えば波長変換ユニット３の非線形光学結晶においてウォークオフした紫外線のレーザ光も他の波長のレーザ光と同一の光軸で出力することができる。したがって、紫外線を含む複数の波長のレーザ光を被加工物の同一位置に照射させることができる。

なお、上記合成手段５１の出力側に光量検知センサーを配設すれば、該光量検知センサーの出力をフィードバックして上記波長選択ユニット５の波長板４８の回転角度を制御することができる。これにより、選択された特定波長のレーザ光の光量を一定に保つと共に、予め設定した値に自動調整することができる。

また、上記出力光変位手段５３の反射ミラー５９に対してレーザ光の射出方向後方には、図示省略の白色ＬＥＤが配設され、該白色ＬＥＤから放射された観察用照明の白色光を上記反射ミラー５９を透過させて被加工物の加工位置に照射できるようになっている。これにより、ロボットケーブルを用いて電源を上記白色ＬＥＤに供給することができ、本発明のレーザ加工機が被加工物上を高速移動されてもケーブルが切断するおそれがない。

そして、本発明のレーザ発生装置は、上述したように、1064nm，532nm，355nmの波長を含むレーザ光をダイクロイックミラー２５で光路Ｒ₁とＲ₂に分離し、それをダイクロイックミラー５５で再び同一の光軸Ｒ₃に合致させるようにしている。したがって、例えば光路Ｒ₂を355nmのレーザ光のみが通るようにすれば、355nmのレーザ光は、ダイクロイックミラー２５，５４，５５を順次通過することによって、他の波長成分が除去されて純度が上げられる。

次に、このように構成されたレーザ発生装置の動作について説明する。
ここでは、筐体１が図示省略のレーザ加工機の顕微鏡の鏡筒の上端部に固定されており、二つの反射ミラー５８，５９があおり調整されて該反射ミラー５８，５９で反射されて出力するレーザ光の出力方向が上記顕微鏡の光軸に合致された状態にある場合について説明する。

先ず、レーザ発振ユニット２で生成された例えば1064nmの直線偏光の基本レーザ光は、波長変換ユニット３に入射し、ここで、非線形光学結晶であるＳＨＧ結晶２２及びＴＨＧ結晶２３によって波長変換され、上記1064nmの基本レーザ光の高調波である532nm及び355nmのレーザ光が生成される。

上記３波長のレーザ光は、波長分離ユニット４に入射し、ダイクロイックミラー２５でこれを透過する1064nm及び532nmの第１のレーザ光Ｌ₁と、反射する355nmの第２のレーザ光Ｌ₂とに分離される。そして、ダイクロイックミラー２５を透過した第１のレーザ光Ｌ₁は、ダイクロイックミラー２６で反射されて第２のレーザ光Ｌ₂と平行に波長分離ユニット４から射出する。

第１及び第２のレーザ光Ｌ₁，Ｌ₂は、波長選択ユニット５に入射する。ここでは、先ず、シャッタ２７によって、上記３波長のレーザ光のうちいずれかが選択される。具体的には、図５に示すように、シャッタ２７の第１の遮光板３１が回動され、第２の遮光板３２が非回動とされると、355nmのレーザ光が選択される。また、第１の遮光板３１が非回動とされ、第２の遮光板３２が回動されると、532nmのレーザ光が選択される。そして、第１及び第２の遮光板３２がいずれも回動されると1064nmのレーザ光が選択される。

上記３波長のレーザ光のうちから選択された特定波長のレーザ光は、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁又は第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂を通って光量調整手段２８に入射する。ここでは、波長板４８が所定角度だけ回転されて上記選択された特定波長のレーザ光の偏波面が回転される。そして、上記回転角度におけるＰ偏光成分が偏光子４９を透過する。この場合、上記波長板４８の回転角度に応じてＰ偏光成分の大きさが変化するため、偏光子４９を透過して出力するレーザ光の光量が変化する。したがって、上記回転角度を所定角度に設定すればレーザ光量を所定値に調整することができる。

上記選択された特定波長のレーザ光は、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁又は第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂を通って出力光学ユニット６に入射する。この場合、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁を通って入射する1064nm又は532nmのレーザ光は、合成手段５１のダイクロイックミラー５５を透過して光軸Ｒ₃上をそれに沿って進む。

一方、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂を通って入射する355nmのレーザ光は、合成手段５１のダイクロイックミラー５４で反射されてダイクロイックミラー５５に入射する。そして、このダイクロイックミラー５５により反射されて光軸Ｒ₃上をそれに沿って進む。

光軸Ｒ₃に沿って進む上記選択された特定波長のレーザ光は、ビームエキスパンダ５２によって径が拡大されて出力光変位手段５３に入射する。そして、上記レーザ光は、出力光変位手段５３の二つの反射ミラー５８，５９で反射され、上記顕微鏡の光軸に沿って射出し被加工物の加工又は修正位置に照射する。

なお、以上の説明においては、レーザ光が1064nm、532nm及び355nmの３波長の場合について述べたが、これに限られず、266nmのレーザ光が含まれていてもよい。この場合、1064nm及び532nmのレーザ光は、第１のレーザ光Ｌ₁の光路Ｒ₁を通し、355nm及び266nmのレーザ光は、第２のレーザ光Ｌ₂の光路Ｒ₂を通すようにするとよい。このとき、波長選択ユニット５のシャッタ２７は、図２に示す第１の遮光板３１のセラミック板３５を設けた位置に開口を形成し、該開口に266nmのレーザ光を選択的に透過するフィルタに設ければ、第１及び第２の遮光板３１，３２が非回動状態において、上記266nmのレーザ光を選択することができる。

また、以上の説明においては、本発明のレーザ発生装置をレーザ加工機に適用した場合について説明したが、これに限られず、特定波長のレーザ光を選択して使用する他の如何なる光学装置にも適用することができる。

本発明によるレーザ発生装置の実施形態を示す内部構造の平面図であり、蓋を外した状態を示す。上記レーザ発生装置に使用されるシャッタの第１の遮光板を示す説明図である。上記レーザ発生装置に使用されるシャッタの第２の遮光板を示す説明図である。上記シャッタによる波長選択動作を示す説明図である。上記シャッタの動作状態と選択される特定波長のレーザ光の関係を示す表である。上記レーザ発生装置に使用される出力光変位手段によるレーザ光の出力方向の変位について説明する斜視図である。

符号の説明

１…筐体
２…レーザ発振ユニット
３…波長変換ユニット
４…波長分離ユニット
５…波長選択ユニット
６…出力光学ユニット
７…部屋
８…ベース部材
８ａ…一方の端部
８ｂ…他方の端部
９…主仕切り
１０…副仕切り
２１…ケース
２２…ＳＨＧ結晶（非線形光学結晶）
２３…ＴＨＧ結晶（非線形光学結晶）
２７…シャッタ
３１…第１の遮光板
３２…第２の遮光板
３４，３７，３９…フィルタ
３５，４２，４５…セラミック板
５２…ビームエキスパンダ
５３…出力光変位手段
５８，５９…出力光変位手段の反射ミラー
Ｌ_１…第１のレーザ光
Ｌ_２…第２のレーザ光
Ｒ_１…第１のレーザ光の光路
Ｒ_２…第２のレーザ光の光路
Ｒ_３…光軸
Ｏ_１，Ｏ_２…回動軸

Claims

単一波長のレーザ光を発生するレーザ発振ユニットと、
前記単一波長のレーザ光を波長変換して複数波長のレーザ光を出力する波長変換ユニットと、
前記複数波長のレーザ光を波長の異なる二つのレーザ光に分離して互いに平行な二つの光路を通って射出する波長分離ユニットと、
前記二つの光路の遮断と開放を同時に実行し、前記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力する波長選択ユニットと、
前記二つの光路を同一の光軸に合致させると共に、該光軸が合致されたレーザ光の出力方向を変位可能とする出力光学ユニットと、
を備え、
前記波長選択ユニットは、前記二つの光路の間に、個別に回動可能な第１及び第２の遮光板を配置して構成され、
前記第１の遮光板は、非回動状態にあるとき、前記二つの光路のうち、一方の光路を開放すると共に他方の光路を遮断又は開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、前記二つの光路のいずれも開放するように形成され、
前記第２の遮光板は、非回動状態にあるとき、前記一方の光路を遮断すると共に前記他方の光路を開放し、所定角度だけ回動した回動状態にあるとき、前記一方の光路を開放すると共に前記他方の光路を遮断するように形成され、
前記第１及び第２の遮光板の回動状態を制御して、前記複数波長のレーザ光から特定波長のレーザ光を選択して出力し得るようにした、
ことを特徴とするレーザ発生装置。
前記第１及び第２の遮光板は、前記光路を開放する位置に特定波長のレーザ光を選択的に透過させるフィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ発生装置。
前記第１及び第２の遮光板は、前記光路を遮断する位置にセラミック板を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ発生装置。
前記波長変換ユニットは、入力する単一波長のレーザ光を複数波長のレーザ光に変換する複数の非線形光学結晶を近接配設して一つのケース内に収容したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発生装置。
前記出力光学ユニットは、レーザ光の出力側に二枚の反射ミラーをその反射面を対向させてそれぞれ個別にあおり調整可能に配設し、前記各反射ミラーで反射されて出力するレーザ光の出力方向を変位可能にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ発生装置。
前記出力光学ユニットは、前記合致された光軸上に前記選択された特定波長のレーザ光の径を広げるビームエキスパンダを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ発生装置。
前記構成要素としての各ユニットは、ベース部材に複数に仕切られて形成された各部屋にそれぞれ収容されて設置されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ発生装置。