JP4945343B2

JP4945343B2 - 焦点距離調整装置、レーザ加工装置、レーザ変位計及び電気光学素子

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Publication number: JP4945343B2
Application number: JP2007173506A
Authority: JP
Inventors: 友紀小宮
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: JP2009014793A

Description

本発明は、焦点距離調整装置、レーザ加工装置、レーザ変位計及び電気光学素子に関するものである。

従来、例えばレーザ加工装置において、ビームエキスパンダ等を備えた焦点距離調整装置を用いたものがある（例えば特許文献１参照）。このような焦点距離調整装置では、レーザ光源から出射されたレーザ光はビームエキスパンダによりその拡がり角度が調整され、収束レンズにて収束される。レーザ光の拡がり角度が変化すると焦点位置が光軸方向に移動するため、ビームエキスパンダによる拡がり角度の制御によって焦点位置の調整が可能となっている。このようなビームエキスパンダは、レーザ光の光軸に沿って設けられる凹レンズ及び凸レンズを有し、そのレンズ間距離を機械的に変化させることによってレーザ光の拡がり角度を調整するようになっているため、焦点距離調整の高速化には限界があった。

そこで、例えば特許文献２のレーザ加工装置（レーザプリンタ）では、電気光学材料を有する電気光学素子を備えた焦点距離調整装置が用いられている。電気光学材料は加えられる電界強度に応じて屈折率が変化するものであり、その加える電界強度を制御することで入射されるレーザ光の拡がり角度が変化するようになっている。即ち、電圧制御により焦点位置が調整されるため、焦点距離調整を高速にすることができる。尚、このようなレーザ加工装置において、レーザ光源から出射されたレーザ光は偏光板にて直線偏光化され、その偏向方向が電気光学素子にて発生する電界の方向と直交するようになっており、電気光学素子は発生する電界の方向が互いに直交するように配置された電気光学素子が２つ設けられている。そして、１つ目の電気光学素子にてレーザ光を光軸と直交する一方方向に絞って（又は拡げて）レーザ光のビーム径を楕円形状にした後に、レーザ光の偏光方向をλ／２波長板にて９０°回転させて、２つ目の電気光学素子にてレーザ光をそのビーム径の楕円形状の長手方向に絞る（又は拡げる）。このようにして、２つの電気光学素子によって２段階でレーザ光の拡がり角度が変化するようになっている。
特開２００７−１１１７６３号公報特開平３−２１０５８０号公報

しかしながら、上記した特許文献２のようなレーザ加工装置において、電気光学材料に入射光されたレーザ光は、実際には電気光学材料に加える電界の方向に倣って曲がるように屈折する。また、その曲がる大きさは電界強度に応じて変化する。このため、レーザ光は電気光学材料を通過する際に、その拡がり角度が調整されるだけでなく光軸が電界に応じて曲がってしまい、ワークへの加工が困難なものになる虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる電気光学素子、焦点距離調整装置、レーザ加工装置及びレーザ変位計を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１及び第２電極間に誘電体材料を介在させてなる電気光学素子と、該第１及び第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、該電圧印加手段で印加する前記電圧を変化させることにより前記誘電体材料に入射された入射光の光軸に対する拡がり角度を可変して、該電気光学素子から出射されて収束される光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置であって、前記電気光学素子は、前記入射光が通過する通過部と、前記第１及び第２電極を配置する電極部とを有し、前記電極部は、前記誘電体材料の入射側の端面に前記第１電極を設けるための第１配置面及び出射側の端面に前記第２電極を設けるための第２配置面が設けられ、該第１及び第２配置面の少なくとも一方は、前記光軸を挟んで対称位置においてその内面が前記光軸側に向く傾斜面に形成され、前記傾斜面は、前記光軸側に突出する湾曲形状に形成されたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２電極間に誘電体材料を介在させてなる電気光学素子は、入射光が通過する通過部と、第１及び第２電極を配置する電極部とを有し、電極部の誘電体材料における第１及び第２電極が設けられた第１及び第２配置面の少なくとも一方は、入射光の光軸を挟んで対称位置においてその内面がその光軸側に向く傾斜面に形成される。この構成により、第１及び第２電極間に電位差が与えられると、第１及び第２電極間には誘電体材料を通過する電気力線が光軸側に突出するように湾曲して示される電界が発生し、その電界の作用により入射光の拡がり角度が可変される。従って、第１及び第２電極に印加する電圧を制御して誘電体材料に加えられる電界強度を変化させることで拡がり角度を調整することができ、これにより焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる。また、この発明では、第１又は第２電極が設けられた傾斜面は光軸側に突出する湾曲形状に形成されるため、入射光の拡がり角度を可変するための好適な電界を発生させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点距離調整装置において、前記第１及び第２電極がそれぞれ前記光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなる前記電気光学素子を２つ備え、該各電気光学素子は前記一対の電極の並ぶ方向が互いに直交するように前記光軸上に並設されたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２電極がそれぞれ光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなる電気光学素子を２つ備え、該各電気光学素子は一対の電極の並ぶ方向が互いに直交するように光軸上に並設される。このため、各電気光学素子に対する電圧制御により入射光の拡がり角度を調整することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の焦点距離調整装置において、前記電気光学素子は、前記第１及び第２配置面が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、前記第１及び第２電極が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されたことをその要旨とする。

この発明では、電気光学素子は第１及び第２配置面が光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、第１及び第２電極が光軸を中心とする３６０°に亘って形成される。このため、直線偏光化されていない入射光に対しても電圧制御により入射光の拡がり角度を調整することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、前記誘電体材料の第１及び第２配置面のいずれか一方は、前記光軸と直交する平面をなすことをその要旨とする。

この発明では、誘電体材料の第１及び第２配置面のいずれか一方は入射光の光軸と直交する平面をなすため、入射光の拡がり角度を可変するための好適な電界を発生させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、前記第１及び第２電極は透明電極であり、前記電極部は前記通過部を兼ねることをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２電極は透明電極であり、電極部は通過部を兼ねるため、電気光学素子を小型に構成することが可能である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、前記誘電体材料は、加えられる電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学材料からなることをその要旨とする。

この発明では、誘電体材料は加えられる電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学材料からなるため、電気光学素子に対する電圧制御により入射光の拡がり角度を調整することができる。

請求項７に記載の発明は、加工用レーザ光源を備え、そのレーザ光源から出射されたレーザ光を請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置を介して加工対象物に照射することをその要旨とする。

請求項８に記載の発明は、レーザ光源を備え、そのレーザ光源から出射されたレーザ光を請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置を介して測定対象物に照射することをその要旨とする。

上記請求項７及び８に記載の発明では、レーザ加工装置又はレーザ変位計において、焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる。
請求項９に記載の発明は、第１及び第２電極間に誘電体材料を介在させてなり、該第１及び第２電極間に印加する電圧を変化させることにより入射された入射光の光軸に対する拡がり角度を可変可能な電気光学素子であって、前記誘電体材料は、前記入射光が通過する通過部と、前記第１及び第２電極を配置する電極部とを有し、前記電極部は、前記誘電体材料の入射側の端面に前記第１電極を設けるための第１配置面及び出射側の端面に前記第２電極を設けるための第２配置面が設けられ、該第１及び第２配置面の少なくとも一方は、前記光軸を挟んで対称位置においてその内面が前記光軸側に向く傾斜面に形成され、前記傾斜面は、前記光軸側に突出する湾曲形状に形成されたことをその要旨とする。

この発明では、誘電体材料における第１及び第２電極が設けられた第１及び第２配置面の少なくとも一方は、入射光の光軸を挟んで対称位置においてその内面がその光軸側に向く傾斜面に形成される。この構成により、第１及び第２電極間に電位差が与えられると、第１及び第２電極間には誘電体材料を通過する電気力線が光軸側に突出するように湾曲して示される電界が発生し、その電界の作用により入射光の拡がり角度が可変される。従って、第１及び第２電極に印加する電圧を制御して誘電体材料に加えられる電界強度を変化させることで拡がり角度を調整することができ、これにより焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる。また、この発明では、第１又は第２電極が設けられた傾斜面は光軸側に突出する湾曲形状に形成されるため、入射光の拡がり角度を可変するための好適な電界を発生させることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電気光学素子において、前記第１及び第２電極はそれぞれ、前記光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなることをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２電極はそれぞれ、光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなるため、第１及び第２電極に印加する電圧を制御して誘電体材料に加えられる電界強度を変化させることで拡がり角度を調整することができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の電気光学素子において、前記誘電体材料の第１及び第２配置面は、前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、前記第１及び第２電極が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されたことをその要旨とする。

この発明では、第１及び第２配置面が光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、第１及び第２電極が光軸を中心とする３６０°に亘って形成される。このため、直線偏光化されていない入射光に対しても電圧制御により入射光の拡がり角度を調整することができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電気光学素子において、前記誘電体材料の第１及び第２配置面のいずれか一方は、前記光軸と直交する平面をなすことをその要旨とする。

従って、上記記載の発明によれば、電気光学素子、焦点距離調整装置、レーザ加工装置及びレーザ変位計において、焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に概略構成を示す本実施形態のレーザ加工装置１０は、制御回路１１の制御に基づいて、搬送ラインにて搬送されるワーク（加工対象物）Ｗの表面に文字・記号・図形等をマーキング加工するものである。

レーザ加工装置１０は、加工用のレーザ光を出射する加工用レーザ光源１２を備えている。レーザ光源１２はレーザ発振器からなり、制御回路１１にてその発振が制御される。
レーザ光源１２の後段に配置されたビームエキスパンダ１３は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光のビーム径を一定の倍率で一旦拡大する。尚、本実施形態では、ビームエキスパンダ１３からは、光軸Ｌに対して一定の拡がり角度で拡がるレーザ光が出射されるようになっている。

ビームエキスパンダ１３の後段には電気光学ユニット１４が配置されている。電気光学ユニット１４は、ビームエキスパンダ１３にて一旦拡大されたレーザ光の拡がり角度を制御回路１１による制御に基づき可変する。

電気光学ユニット１４の後段に配置されたガルバノミラー１５は、該電気光学ユニット１４にて拡がり角度が可変されたレーザ光を反射してその照射方向を変更するものであり、例えば対をなすＸ軸ミラーとＹ軸ミラーとで構成されている。ガルバノミラー１５は、制御回路１１の制御に基づく駆動装置１６の駆動により角度制御され、マーキングする文字や記号、図形等に基づいて２次元でレーザ光を走査する。

ガルバノミラー１５の後段に配置された収束レンズ（ｆθレンズ）１７は、電気光学ユニット１４にて拡がり角度が調整されたレーザ光をワークＷの表面において所定のスポット径となるまで収束させ、マーキング加工に適したエネルギー密度まで高める。

［焦点距離調整装置］
このような構成のレーザ加工装置１０において、上記電気光学ユニット１４及び収束レンズ１７にて焦点距離調整装置が構成されている。このような焦点距離調整装置では、レーザ光の焦点をワークＷの表面に合わせる収束レンズ１７の屈折率は一定であるため、電気光学ユニット１４による拡がり角度の可変に応じて焦点距離が変化する（図３参照）。即ち、レーザ光の焦点距離は、電気光学ユニット１４から出射されるレーザ光の拡がり角度の大きさにより決定され、制御回路１１はワークＷの表面までの距離を測定する距離センサ１８からの測定結果を受けてその距離にレーザ光の焦点距離を合わすべく電気光学ユニット１４を制御する。以下に、電気光学ユニット１４について詳しく説明する。

図２に示すように、電気光学ユニット１４は２つの電気光学素子２１を有している。電気光学素子２１は、加えられる電界の強度に応じて屈折率が変化する電気光学材料（誘電体材料）からなる電気光学部材２２と、その電気光学部材２２に電界を加えるための第１及び第２電極２３，２４とを有している。本実施形態では、電気光学部材２２はＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）結晶からなる。

電気光学部材２２は略台形柱状をなし、図３に示すように、上底面の中央部から下底面の中央部に向けて光軸Ｌが設定されており、その光軸Ｌに沿う断面が左右対称の山形に形成されている。尚、図３では、説明の便宜のため、電気光学ユニット１４において電気光学素子２１を１つのみ図示するとともに、ガルバノミラー１５を省略している。電気光学部材２２は、左右方向の中心線がレーザ光の光軸Ｌを重なるように配置されるとともに、入射側（ビームエキスパンダ１３側）を向く入射面２２ａがレーザ光の光軸Ｌと直交する平面状をなしている。入射面２２ａは第１電極２３を配置するための第１配置面であり、入射面２２ａには平面形状が該入射面２２ａと略同じ大きさの第１電極２３が固着されている。第１電極２３は平面板状に形成されるとともに、その中央にはレーザ光を入射するための通過部を構成する貫通孔２３ａが形成されている（図２参照）。尚、電気光学素子２１において、図３における左右方向中央にレーザ光が通過する通過部が形成されるとともに、該通過部の左右方向両側に電極を配置するための電極部が形成される。

電気光学部材２２の光軸Ｌ方向に沿って出射側に突出する凸部２２ｂの底面（頂面）は、第１電極２３の貫通孔２３ａから入射面２２ａに入射したレーザ光を出射する出射面２２ｃとなっており、この出射面２２ｃは入射面２２ａと平行な平面状に形成されている。凸部２２ｂの側面は、光軸Ｌから離れるにしたがって入射面２２ａに近づくとともに光軸Ｌ側に突出する湾曲形状に形成された傾斜面２２ｄとなっている。即ち、傾斜面２２ｄは、レーザ光の光軸Ｌを挟んで対称位置においてその内面がその光軸Ｌ側を向くように傾斜している。この傾斜面２２ｄは第２電極２４を配置するための第２配置面であり、左右両側の傾斜面２２ｄにはそれぞれ傾斜面２２ｄの湾曲に沿う形状をなす第２電極２４が固着されている。即ち、一対の第２電極２４は光軸Ｌと直交する一方向（図３における左右方向）に並んで配置されている。尚、各第２電極２４間に位置する出射面２２ｃが第２電極２４側の通過部となっている。また、第１及び第２電極２３，２４はともに金属部材からなる。

図２に示すように、電気光学ユニット１４において２つの電気光学素子２１よりも入射側（ビームエキスパンダ１３側）には、レーザ光を直線偏光に変えるための偏光板２５が設けられている。偏光板２５はその板面が光軸Ｌと直交するとともに、直線偏光化したレーザ光の偏光方向が偏光板２５のすぐ後段の電気光学素子２１の左右方向と一致するように設けられている。即ち、偏光板２５を通過し、すぐ後段の電気光学素子２１に入射するレーザ光の偏光方向と、その電気光学素子２１の第１及び第２電極２３，２４間に発生する電界の方向とが一致するようになっている。各電気光学素子２１は、一対の第２電極２４の並ぶ方向（前述した光軸Ｌと直交する一方向）が互いに直交するように光軸Ｌ上に並設されている。また、各電気光学素子２１間には、偏光板２５にて直線偏光化されたレーザ光の偏光方向を９０°回転させるためのλ／２波長板２６が介在されている。

このような電気光学ユニット１４において、ビームエキスパンダ１３から出射されたレーザ光は偏光板２５にて直線偏光化されて１つ目の電気光学素子２１に入射する。各電気光学素子２１は、第１電極２３が接地されるとともに、各第２電極２４には電圧印加手段を構成として含む制御回路１１によってそれぞれ等しい大きさの電圧が印加される。制御回路１１は電源１９からの電圧を直流電圧に変換し、距離センサ１８の測定結果に基づく大きさの電圧を第２電極２４に印加する。

電気光学素子２１において、第２電極２４に電圧が印加されると、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差が生じ、図３に示すように、電気光学素子２１の光軸Ｌに対して線対称の形状に起因して光軸Ｌに対して線対称の電界が発生する。この第１及び第２電極２３，２４間の電界の電気力線は、図３において破線で示すように、光軸Ｌ側に突出するように湾曲している。第１及び第２電極２３，２４間に電界が発生すると、電気光学部材２２はその電界の強度に応じてその屈折率が変化する。電気光学部材２２の入射面２２ａから入射したレーザ光は、電気光学部材２２の中心線（光軸Ｌ）側に屈折しながら進み、そのビーム径が各第２電極２４側から均等に収縮されるようになっている。即ち、１つ目の電気光学素子２１から出射されたレーザ光のビーム径は、各第２電極２４側から均等に収縮した楕円形状となる。

次に、１つ目の電気光学素子２１から出射されたレーザ光は、λ／２波長板２６にてその偏光方向が９０°回転する。尚、このとき、レーザ光の偏光方向は変わるが、ビーム径の楕円形状は回転することなくそのまま維持される。λ／２波長板２６を通過したレーザ光は２つ目の電気光学素子２１に入射する。２つ目の電気光学素子２１の各第２電極２４には、上記１つ目の電気光学素子２１の各第２電極２４と等しい電圧が制御回路１１により印加されている。そして、レーザ光は２つ目の電気光学素子２１によって楕円の長手方向に収縮され、そのビーム径は略円形となる。このように、電気光学ユニット１４は、ビームエキスパンダ１３から出射されたレーザ光の拡がり角度を可変する。

また、レーザ光の拡がり角度は、各電気光学素子２１の第１及び第２電極２３，２４間に発生する電界強度の大きさ、即ち、制御回路１１にて第２電極２４に印加される電圧の大きさに応じてその拡がり量が可変される。第２電極２４に印加する電圧を大きくし電界強度を大きくすると、焦点位置が光軸Ｌに沿って収束レンズ１７側に移動する。即ち、焦点距離が短くなる。一方、第２電極２４に印加する電圧を小さくし電界強度を小さくすると、焦点位置が光軸Ｌに沿って収束レンズ１７から遠ざかる位置に移動する。即ち、焦点距離が長くなる。即ち、制御回路１１による電圧制御により、レーザ光の拡がり角度が可変され、収束レンズ１７にて収束される焦点位置が調整される。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）電気光学材料（誘電体材料）としての電気光学部材２２において、第２電極２４が設けられた第２配置面としての傾斜面２２ｄは、その内面がその光軸Ｌ側を向くように傾斜している。これにより、第１及び第２電極２３，２４間に電位差が与えられると、電気光学部材２２を通過する電気力線が光軸Ｌ側に突出するように湾曲して示される電界が発生し、その電界の作用によりレーザ光の拡がり角度が可変される。従って、電気光学素子２１に印加する電圧を制御して電気光学部材２２に加えられる電界強度を変化させることで拡がり角度を調整することができ、これにより焦点距離調整の高速化を図りつつも、焦点距離調整を的確に行うことができる。

（２）一対の第２電極２４が光軸Ｌと直交する一方向に並んで配置された電気光学素子２１が２つ設けられ、該電気光学素子２１はその一対の第２電極２４の並ぶ方向が互いに直交するように光軸Ｌ上に並設される。このため、各電気光学素子に対する電圧制御により入射光の拡がり角度を調整することができる。これとともに、レーザ光の偏光方向と電気光学部材２２にて発生する電界の方向とが一致しないことによるレーザ光の分散を抑制することができる。

（３）入射面２２ａは光軸Ｌと直交する平面をなすため、レーザ光の拡がり角度を可変するための好適な電界を発生させることができる。
（４）第２電極２４が設けられた傾斜面２２ｄは光軸Ｌ側に突出する湾曲形状に形成されるため、レーザ光の拡がり角度を可変するための好適な電界を発生させることができる。

（６）誘電体材料としての電気光学部材２２は、加えられる電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学材料からなるため、電気光学素子２１に対する電圧制御によりレーザ光の拡がり角度を調整することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電気光学ユニット１４はビームエキスパンダ１３の後段に設けられたが、特にこれに限定されるものではなく、レーザ光源１２の後段、ガルバノミラー１５の後段、又は収束レンズ１７の後段に設けてもよい。また、上記実施形態では、収束レンズ１７はガルバノミラー１５の後段に設けられたが、レーザ光源１２の後段、ビームエキスパンダ１３の後段、又は電気光学ユニット１４の後段に設けてもよい。

・上記実施形態では、電気光学部材２２の入射面２２ａと出射面２２ｃとは互いに平行な平面状に形成されたが、これ以外に例えば、入射面２２ａ及び出射面２２ｃの少なくとも一方を球面状に形成してもよい。

・上記実施形態では、電気光学素子２１は凸部２２ｂの頂面が出射面２２ｃとなるように配置されたが、入射面２２ａとなるように配置してもよい。
・上記実施形態では、入射面２２ａ側の第１電極２３が接地され、出射面２２ｃ側の第２電極２４に電圧が印加されたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば第１電極２３に電圧を印加し、第２電極２４を接地してもよく、また、第１及び第２電極２３，２４の両方に電圧を印加してもよい。このとき、上記実施形態では、第１電極２３を低電位、第２電極２４と高電位としてレーザ光の拡がり角度を小さくする（収縮する）ように作用したが、第１電極２３を高電位、第２電極２４と低電位としてレーザ光の拡がり角度を大きくする（発散する）ように作用させてもよい。

・上記実施形態では、第１電極２３が１つ、第２電極２４が２つ設けられたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば第１電極２３を分割し、光軸Ｌと直交する一方向に（図３における左右方向）並んで配置される一対の第１電極を設けてもよい。また、各第２電極２４をレーザ光が通過する以外の位置で繋がるように１つの部材で構成してもよい。

・上記実施形態では、傾斜面２２ｄは光軸Ｌ側に突出する湾曲形状に形成されるが、これ以外に例えば、断面直線状となるように形成してもよい。
・上記実施形態では、電気光学部材２２の凸部２２ｂの傾斜面２２ｄは、図３における左右方向両端まで形成されたが、図５に示すように、左右方向両端部分が入射面２２ａと平行となるように形成してもよい。

・上記実施形態では、電気光学ユニット１４は２つの電気光学素子２１を備えたが、これ以外に例えば、図４に示すような電気光学素子３１を１つ備える構成としてもよい。図４に示すように、電気光学素子３１を構成する電気光学部材３２、第１電極３３及び第２電極３４がともに光軸Ｌを中心とする平面円形状に形成されている。即ち、電気光学部材３２における第１及び第２電極３３，３４を配置するための第１及び第２配置面が光軸Ｌを中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、第１及び第２電極３３，３４が光軸Ｌを中心とする３６０°に亘って形成されている。尚、電気光学素子３１におけるレーザ光の光軸Ｌに沿う断面は、上記実施形態の電気光学素子２１の断面（図３参照）と同一である。電気光学部材３２は光軸Ｌ方向に突出する凸部３２ａを有し、その側面の周方向全体に亘って第２電極３４が設けられている。また、電気光学素子３１の凸部３２ａ側を入射側及び出射側のいずれを向くように配置してもよい。この構成によれば、電気光学素子３１が平面円形状をなすため、第１及び第２電極３３，３４間に電位差が与えられると、周方向全体において電気力線が光軸Ｌ側に突出するように湾曲して示される電界が発生するため、直線偏光化されていないレーザ光に対しても拡がり角度を調整可能である。従って、電気光学素子３１の数を減らすことができるだけでなく、上記実施形態のような偏光板２５やλ／２波長板２６等が不要となり、部品点数を削減に貢献することができる。また、電気光学素子３１を図６及び図７に示すように構成してもよい。図６に示す電気光学素子３１では、第２電極３４の周縁部が第１電極３３と平行になっている。図７に示す電気光学素子３１では、凸部３２ａの側面が断面直線状となるように傾斜するとともに、その側面の一部分に第２電極３４が設けられている。また、図４のような電気光学素子３１において、図８に示すように、凸部３２ａの側面３２ｂに光軸Ｌと直交する一方向（図８においては左右方向）に並んで配置された一対の第２電極３４を設けてもよい。尚、図８のような電気光学素子３１は、上記実施形態と同様に２つ設けられ、各電気光学素子３１は一対の第２電極２４の並ぶ方向が互いに直交するように光軸Ｌ上に並設される。

・上記実施形態では、電気光学部材２２にＫＴＮ結晶を用いたが、これ以外に例えば、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ラタン）結晶等を用いてもよい。また、電気光学材料としては、ＫＴＮ以外の材料でもよく主にポッケルス効果やカー効果を利用するもの、つまり、第１及び第２電極間に印加される電圧を変化することに基づいて電気光学素子２１，３１に加えられる電界強度が変化し、この加えられる電界強度に応じて屈折率が変化するものであればよい。

・上記実施形態では、第１及び第２電極２３，２４に金属部材を用いたが、これ以外に例えば、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）等からなる透明電極を用いてもよい。この場合、透明電極ゆえ、図９に示すように、貫通孔２３ａを形成していない第１電極２３と、出射面としての傾斜面２２ｄを覆う第２電極２４とを形成してもよい。即ち、電気光学部材２２において、電極を配置する電極部をレーザ光が通過する通過部を兼ねる構成としてもよい。この構成によれば、電気光学素子２１を小型に構成することが可能である。尚、この構成は、図４、図６及び図７に示すような、第１電極３３及び第２電極３４がともに光軸Ｌを中心とする平面円形状に形成された電気光学素子３１に適用してもよい。

・上記実施形態では、レーザ加工装置を例にとって説明したが、これ以外に例えば、レーザ変位計に用いてもよい。
次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ）前記誘電体材料を通過する電気力線が前記光軸側に突出するように湾曲して示される前記第１及び第２電極間の電界の作用により、前記入射光の拡がり角度が可変される。

これにより、誘電体材料を通過する入射光が電気光学材料に加える電界の方向に倣って曲がることなく、その入射光の拡がり角度を好適に可変させることができる。

本実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略構成図。電気光学ユニットを示す分解斜視図。電気光学ユニットの作用を説明するための概略図。別例における電気光学素子を示す斜視図。別例における電気光学素子を示す斜視図。別例における電気光学素子を示す斜視図。別例における電気光学素子を示す斜視図。別例における電気光学素子を示す斜視図。別例における電気光学素子を示す概略図。

符号の説明

Ｌ…光軸、Ｗ…ワーク、１１…電圧印加手段としての制御回路、１２…レーザ光源、１４…電気光学ユニット、１７…収束レンズ、２１，３１…電気光学素子、２２，３２…誘電体材料及び電気光学材料としての電気光学部材、２２ａ…第１配置面としての入射面、２２ｄ…第２配置面としての傾斜面、２３，３３…第１電極、２４，３４…第２電極。

Claims

第１及び第２電極間に誘電体材料を介在させてなる電気光学素子と、該第１及び第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、該電圧印加手段で印加する前記電圧を変化させることにより前記誘電体材料に入射された入射光の光軸に対する拡がり角度を可変して、該電気光学素子から出射されて収束される光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置であって、
前記電気光学素子は、前記入射光が通過する通過部と、前記第１及び第２電極を配置する電極部とを有し、
前記電極部は、前記誘電体材料の入射側の端面に前記第１電極を設けるための第１配置面及び出射側の端面に前記第２電極を設けるための第２配置面が設けられ、該第１及び第２配置面の少なくとも一方は、前記光軸を挟んで対称位置においてその内面が前記光軸側に向く傾斜面に形成され、
前記傾斜面は、前記光軸側に突出する湾曲形状に形成されたことを特徴とする焦点距離調整装置。
請求項１に記載の焦点距離調整装置において、
前記第１及び第２電極がそれぞれ前記光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなる前記電気光学素子を２つ備え、該各電気光学素子は前記一対の電極の並ぶ方向が互いに直交するように前記光軸上に並設されたことを特徴とする焦点距離調整装置。
請求項１に記載の焦点距離調整装置において、
前記電気光学素子は、前記第１及び第２配置面が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、前記第１及び第２電極が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されたことを特徴とする焦点距離調整装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、
前記誘電体材料の第１及び第２配置面のいずれか一方は、前記光軸と直交する平面をなすことを特徴とする焦点距離調整装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、
前記第１及び第２電極は透明電極であり、前記電極部は前記通過部を兼ねることを特徴とする焦点距離調整装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置において、
前記誘電体材料は、加えられる電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学材料からなることを特徴とする焦点距離調整装置。
加工用レーザ光源を備え、そのレーザ光源から出射されたレーザ光を請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置を介して加工対象物に照射することを特徴とするレーザ加工装置。
レーザ光源を備え、そのレーザ光源から出射されたレーザ光を請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点距離調整装置を介して測定対象物に照射することを特徴とするレーザ変位計。
第１及び第２電極間に誘電体材料を介在させてなり、該第１及び第２電極間に印加する電圧を変化させることにより入射された入射光の光軸に対する拡がり角度を可変可能な電気光学素子であって、
前記誘電体材料は、前記入射光が通過する通過部と、前記第１及び第２電極を配置する電極部とを有し、
前記電極部は、前記誘電体材料の入射側の端面に前記第１電極を設けるための第１配置面及び出射側の端面に前記第２電極を設けるための第２配置面が設けられ、該第１及び第２配置面の少なくとも一方は、前記光軸を挟んで対称位置においてその内面が前記光軸側に向く傾斜面に形成され、前記傾斜面は、前記光軸側に突出する湾曲形状に形成されたことを特徴とする電気光学素子。
請求項９に記載の電気光学素子において、
前記第１及び第２電極はそれぞれ、前記光軸と直交する一方向に並んで配置された一対の電極を有してなることを特徴とする電気光学素子。
請求項９に記載の電気光学素子において、
前記誘電体材料の第１及び第２配置面は、前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されるとともに、前記第１及び第２電極が前記光軸を中心とする３６０°に亘って形成されたことを特徴とする電気光学素子。
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電気光学素子において、
前記誘電体材料の第１及び第２配置面のいずれか一方は、前記光軸と直交する平面をなすことを特徴とする電気光学素子。