JPH11337888A - スペックルパターン分散装置及びレーザ光照射システム - Google Patents

スペックルパターン分散装置及びレーザ光照射システム

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JPH11337888A
JPH11337888A JP10141191A JP14119198A JPH11337888A JP H11337888 A JPH11337888 A JP H11337888A JP 10141191 A JP10141191 A JP 10141191A JP 14119198 A JP14119198 A JP 14119198A JP H11337888 A JPH11337888 A JP H11337888A
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JP
Japan
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laser light
laser
light
speckle pattern
optical
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Application number
JP10141191A
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English (en)
Inventor
Hiroharu Sasaki
弘治 佐々木
Koji Kuwabara
皓二 桑原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペックルパターンを時間的に分散してスペ
ックルパターンを平均化すること。 【解決手段】 レーザ発振器１０１からのレーザ光１を
集光レンズ１０２を介して光ファイバー１０３を伝送
し、レーザ光３がコリメータレンズ１０４でレーザ平行
光４として音響光学偏向器１０９を透過するときに、駆
動電源１１０からの超音波信号によって音響光学偏向器
１０９の屈折率が時間的に変化し、レーザ平行光４がス
ペックルパターン分散光５として反射境１０５に入射さ
れ、この分散光５が均一強度分布光学系１０６を介して
均一強度分布のレーザ光として加工試料１０８に照射さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スペックルパター
ン分散装置およびレーザ光照射システムに係り、特に、
光ファイバーを主とした光伝送系を伝送するレーザ光の
強度分布を調整するに好適なスペックルパターン分散装
置および強度分布の調整されたレーザ光を試料に照射す
るに好適なレーザ光照射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーを用いた光伝送システムと
しては光通信システムが知られている。また光ファイバ
ーにレーザ光を伝送するシステムとしては、溶接や切断
および医療分野などのレーザ加工システム（レーザ光照
射システム）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のシステムでは、
エネルギー伝送が主体であり、いかに効率良くエネルギ
ーを伝送するかについては十分配慮されているが、光フ
ァイバー光路内および光ファイバー出射面でのレーザ光
の干渉によって発生するレーザ強度分布の変動（以下ス
ペックルパターンと略称する。）に関しては配慮されて
いない。
【０００４】すなわち、光ファイバーを用いてレーザ光
を伝送する従来のシステムにおいては、光ファイバーか
ら出射されたレーザ光を平行光に変換し、平行光に変換
されたレーザ光を均一強度分布光学系により強度分布が
均一なレーザ光に変換して試料に照射する構成が採用さ
れているが、レーザ光が平行光に変換されるときなど、
レーザ光が光ファイバーから他の伝送系に伝送する過程
でその強度分布が変動してスペックルパターンが発生す
ることについては十分配慮されていない。
【０００５】レーザ光が光ファイバー内を伝般していく
過程では、レーザ光が光ファイバー内で分布的に光路差
を生じた状態となり、光ファイバーの出射側では、この
光路差を生じたレーザ光が面散乱した状態で発生する。
このとき発生する散乱光がそれぞれ干渉しあうことによ
ってスペックルパターンが発生する。このスペックルパ
ターンはレーザ光のようなコーヒーレンスな光を光学的
な表面粗さを持つ反射体や透過体に照射した場合、反射
体から反射した反射光や透過体を透過した透過光の中に
きらきら輝く明暗の斑点模様が表れる。この現象は、コ
ヒーレントなレーザ光が照射面および透過面でランダム
に散乱され、各点からの散乱波が観測面の各点で重ね合
わさって生ずるランダムな干渉現象であり、散乱波の位
相関係によって強めあったり、弱めあったりする。多数
の散乱波の位相関係は観測点によって異なり、全体とし
て、ランダムな明暗の斑点模様が強度に応じて分布する
スペックルパターンが形成される。このようなスペック
ルパターンの大きいレーザ光を加工試料に照射した場
合、図２（ａ）に示すように、強度分布が不規則で大き
な振幅を示すレーザ光が加工試料に照射され、一様な加
工精度を得ることは困難である。
【０００６】本発明の目的は、スペックルパターンを時
間分散してスペックルパターンを平均化することができ
るスペックルパターン分散装置およびスペックルパター
ンを時間分散し、均一強度分布のレーザ光を試料に照射
することができるレーザ光照射システムを提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、レーザ発振源からのレーザ光を伝送する
光ファイバーの出射光をこの出射光とは異なる形態に変
更して伝送する補助光学伝送系に、前記補助光学系を伝
送するレーザ光の伝送路上における光透過媒体の屈折率
を時間的に変化させる屈折率調整手段を備えてなるスペ
ックルパターン分散装置を構成したものである。
【０００８】前記スペックルパターン分散装置を構成す
るに際しては、以下の要素を付加することができる。
【０００９】（１）前記屈折率調整手段は、超音波信号
を発生する超音波信号発生手段と、前記補助光学伝送系
を伝送するレーザ光を入射して透過するとともに、入射
したレーザ光に対して屈折率が前記超音波信号に応じて
変化する音響光学偏向手段とから構成されてなる。
【００１０】（２）前記屈折率調整手段は、電気信号を
発生する電気信号発生手段と、前記補助光学伝送系を伝
送するレーザ光を入射して透過するとともに、入射した
レーザ光に対して屈折率が前記電気信号に応じて変化す
る電気光学偏向手段とから構成されてなる。
【００１１】（３）前記屈折率調整手段は、前記補助光
学伝送系を構成するレーザ光伝送媒体の密度を時間的に
変化させる密度調整手段により構成されてなる。
【００１２】（４）前記密度調整手段は、前記補助光学
伝送系のレーザ光伝送媒体に対してガスを噴射するガス
噴射手段と、このガス噴射手段から噴射されるガスの温
度または圧力を時間的に変化させるガス調整手段とから
構成されてなる。
【００１３】（５）前記密度調整手段は、レーザ光の透
過が可能な液体媒質を前記補助光学伝送系のレーザ光伝
送路に送給する液体媒質送給手段と、前記液体媒質の送
給量を時間的に変化させる送給量調整手段とから構成さ
れてなる。
【００１４】また、本発明は、レーザ発振源からのレー
ザ光を伝送する光ファイバーと、この光ファイバーの出
射光をこの出射光とは異なる形態に変更して伝送する補
助光学伝送系のうち少なくとも一方に、レーザ光の光路
長を時間的に変化させる光路長調整手段を備えてなるス
ペックルパターン分散装置を構成したものである。
【００１５】前記スペックルパターン分散装置を構成す
るに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１６】（１）前記光路長調整手段は、前記補助光
学伝送系のレーザ光伝送路に配置されてレーザ光を透過
するレーザ光透過板と、このレーザ光透過板に対するレ
ーザ光の入射角を時間的に変化させる入射角調整手段と
から構成されてなる。
【００１７】（２）前記光路長調整手段は、前記補助光
学伝送系のレーザ光伝送路にレーザ光の光軸に対して傾
斜した状態で配置されてレーザ光を透過するレーザ光透
過板と、このレーザ光透過板をレーザ光の光軸と平行な
軸を中心に回転駆動するとともに前記レーザ光の光軸に
対して前記レーザ光透過板を歳差運動させて前記レーザ
光透過板に対するレーザ光の入射角を時間的に変化させ
る入射角調整手段とから構成されてなる。
【００１８】（３）前記光路長調整手段は、前記光ファ
イバーの出射口側を振動させて歳差運動させる光ファイ
バー振動手段から構成されてなる。
【００１９】（４）レーザ発振源からのレーザ光を伝送
する光ファイバー内のレーザ光の光路長を時間的に変化
させる光路長調整手段を備えてなる。
【００２０】（５）前記光路長調整手段は、前記光ファ
イバーの出射口側を振動させる光ファイバー振動手段か
ら構成されてなる。
【００２１】また、本発明は、レーザ光を発振するレー
ザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を伝送す
る光ファイバーと、この光ファイバーの出射光をこの出
射光とは異なる形態に変換して試料まで伝送する補助光
学伝送系とを備えたレーザ光照射システムにおいて、前
記いずれかのスペックルパターン分散装置を備えてなる
レーザ光照射システムを構成したものである。
【００２２】前記した手段によれば、光ファイバーから
のレーザ光が補助光学伝送系を介して伝送する過程で、
レーザ光を伝送する媒体の屈折率を時間的に変化させた
り、あるいは光ファイバーの光路長を時間的に変化させ
たりしているため、屈折率や光路長の変化に伴ってレー
ザ光全体が移動し、スペックルパターンも時間的に移動
する。この結果として、レーザ光全体のスペックルパタ
ーンが時間的に平均化される。スペックルパターンが時
間的に平均化されたレーザ光を試料に照射すると、ほぼ
均一な強度分布のレーザ光を試料に照射することがで
き、均一な加工精度を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
【００２４】（実施形態１）図１は本発明の第１実施形
態を示すレーザ光照射システムの全体構成図である。図
１において、レーザ光照射システムは、スペックルパタ
ーンの時間的分散を音響光学偏向を利用して行なうよう
にしたものであり、レーザ発振源としてのレーザ発振器
１０１、集光レンズ１０２、光ファイバー１０３、コリ
メートレンズ１０４、反射鏡１０５、均一強度分布光学
系１０６、レーザ光照射室１０７、音響光学偏向器１０
９、駆動電源１１０を備えて構成されており、レーザ光
照射室１０７内に加工試料１０８が収納されている。
【００２５】レーザ発振器１０１は、ビーム広がり角が
小さく、ガウシャン分布の強度分布を有するレーザ光を
発振し、発振したレーザ光１を集光レンズ１０２側に出
射するようになっている。レーザ光１は集光レンズ１０
２で集光され、集光されたレーザ光がファイバー入射光
となって光ファイバー１０３に入射されるようになって
いる。すなわち、光ファイバー１０３はコア径が２０ミ
クロンメートル（μｍ）以下であり、非常に小さいこと
から、光ファイバー１０３にレーザ光を入射させるため
には、レーザ光の集光径を光ファイバーコア径の約７０
％以下にする必要がある。つまり、光ファイバー１０３
にレーザ光を入射させるには、レーザ光を集光レンズで
集光し、レーザ光の集光径をコア径が２５０ミクロンメ
ートルの光ファイバーを用いた場合には１４ミクロンメ
ートル以下にする必要がある。しかも、小さい径での集
光を行なうためには、レーザ光がシングルモードと言わ
れるビーム広がり角が小さく、ガウシャン分布の強度分
布を有するレーザ光でなければならない。このようなこ
とを考慮し、本実施形態では、レーザ発振器１０１から
のレーザ光１が集光レンズ１０２を介して光ファイバー
１０３に入射されるようになっている。
【００２６】光ファイバー１０３内を伝搬したレーザ光
は光ファイバー１０３の出射側よりレーザ光３として出
射される。このレーザ光３は大きな広がり角で光ファイ
バー３から出射されるため、レーザ光３をコリメートレ
ンズ１０４を用いてレーザ平行光４に変換している。こ
のレーザ平行光４を音響光学偏向器１０９に入射させる
とスペックルパターン分散光５となり、このスペックル
パターン分散光５は反射鏡１０５を介して均一強度分布
光学系入射ビーム６として均一強度分布光学系１０６に
入射する。均一強度分布光学系１０６は、レーザ光照射
室１０７に取付られて、拡大レンズ１０６ａ、分割レン
ズ１０６ｂ、結像レンズ１０６ｃを備えて構成されてお
り、均一強度分布光学系１０６を通過したレーザ光はレ
ーザ光照射室１０８内に設置された加工試料１０８の表
面に均一強度分布のレーザ光７として照射される。すな
わちコリメートレンズ１０４、反射鏡１０５、均一強度
分布光学系は光ファイバー１０３からのレーザ光を加工
試料１０８まで導く補助光学伝送系として構成されてい
る。そして均一強度分布光学系１０６に入射したレーザ
光は複数のレンズを寄せ合わせて構成された分割レンズ
１０６ｂで複数のレーザビームに分割される。この分割
されたそれぞれのレーザビームを１か所に重ねあわせる
ことで均一強度分布のレーザ光としてその像を結像レン
ズ１０６によって加工試料１０８の表面に結像させる構
成となっている。
【００２７】音響光学偏向器１０９は、スペックルパタ
ーン分散装置の一構成要素として、補助光学伝送系のレ
ーザ光伝送路中に配置されて、駆動電源１１０とともに
屈折率調整手段を構成するとともに、レーザ平行光４に
対して屈折率が超音符信号に応じて変化する音響光学偏
向手段として構成されている。この音響光学偏向器１０
９には、超音波信号発生手段を構成する駆動電源１１０
から数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの超音波信号が入力されてお
り、音響光学偏向器１０９は、駆動電源１１０からの超
音波信号にしたがって屈折率を変化させてスペックルパ
ターン分散光５を生成するようになっている。
【００２８】具体的には、音響光学偏向器１０９は、レ
ーザ平行光４によるスペックルパターンを時間的に分散
させるために、レーザ発振器１０１の共振器内部に配置
されて、ピークーパワの高いパルスレーザ光を発振する
ためのＱスイッチと同一の要素として、例えば、光損失
の少ない石英体などの光学媒質体（光透過媒体）を備え
て構成されている。光学媒質体に数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの
超音波信号を印加すると、光学媒質体内部に音響波の粗
密波が発生し、光学媒質体の屈折率が変化する（音響光
学効果）。これによって光学媒質体に位相格子が形成さ
れて光が回折される。つまり光学媒質体に超音波を印加
することによって光学媒質体を透過するレーザ光の光路
が曲げられることになる。
【００２９】このように、光ファイバー１０３からのレ
ーザ光がコリメートレンズ１０４を介してレーザ平行光
４となって音響光学偏向器１０９に入射されると、音響
光学偏向器１０９に入力される超音波信号に応じて音響
光学偏向器１０９の屈折率が音響光学効果により時間的
に変化する。これに伴ってレーザ光の光路長が時間的に
変化することになり、レーザ光全体が移動し、スペック
ルパターンも時間的に移動する。その結果として、レー
ザ光全体のスペックルパターンが時間的に平均化され
る。すなわち音響光学偏向器１０９がないときよりも、
スペックルパターンの分布状態が平均化される。このよ
うなスペックルパターン分散光５を反射鏡１０５、均一
強度分布光学系１０６を介して加工試料１０８に照射す
ると、ほぼ均一な強度分布のレーザ光を加工試料１０８
に照射することができる。
【００３０】図２（ｂ）に本発明に係るレーザ光照射シ
ステムを用いて加工試料１０８表面にレーザ光を照射し
たときのレーザ強度分布を示す。図２から、（ａ）に示
す従来のシステムよりもスペックルパターンの強度振幅
が１／３以下に減少していることがわかる。
【００３１】このように、本実施形態によれば、音響光
学偏向器１０９をレーザ光伝送路内に設置するだけで、
簡便にスペックルパターンを時間的に平均化することが
できる。
【００３２】また前記実施形態においては、駆動電源１
１０の周波数を変えるだけでスペックルパターンの移動
周波数を変化させることができるため、時間分散の割合
を短時間で行なうことができる。
【００３３】また前記実施形態においては、音響光学偏
向器１０９を光ファイバ１０３の出射側に配置したもの
について述べたが、音響光学偏向器１０９をレーザ光照
射室１０７内部のうち加工試料１０８の直前に配置して
も同様な効果を得ることができる。
【００３４】（実施形態２）図３に、図１の音響光学偏
向器１０９の代わりに、電気光学偏向器１１１を配置し
たときの実施形態を示す。電気光学偏向器１１１は駆動
電源１１２とともに屈折率調整手段を構成するととも
に、駆動電源１１２からの電気信号（パルス電圧）を受
けてレーザ平行光４に対する屈折率が電気信号に応じて
変化する電気光学偏向手段として構成されている。この
電気光学偏向器１１１には、電気信号発生手段としての
駆動電源１１２から３〜３．５ｋＶの高電圧パルス信号
が印加されており、電気光学偏向器１１１は、高電圧パ
ルス信号に応じてポッケルス効果を示す非線形光学結晶
素子（ＫＤＰ等）を備えて構成されている。非線形光学
結晶素子に高電圧パルス信号が印加されると、非線形光
学結晶素子の屈折率が時間的に変化する。このため、光
ファイバー１０３から出射したスペックルパターンを含
んだレーザ光３がレーザ平行光４として電気光学偏向器
１１１を通過する過程で、レーザ平行光４の光路長が時
間的に変化する。そしてこの状態を繰り返すこと、つま
り、電気光学偏向器１１１に高電圧パルス信号を繰り返
して印加することで、レーザ平行光４がスペックルパタ
ーン分散光５となって反射鏡１０５に出射される。スペ
ックルパターン５が均一強度分布光学系１０６を介して
加工試料１０８に照射されると、ほぼ均一な強度分布の
レーザ光１０７が加工試料１０８表面に照射されること
になる。
【００３５】本実施形態によれば、電気光学偏向器１１
１をレーザ光伝送路内に設置するだけで簡便にスペック
ルパターンを時間的に平均化することができるととも
に、ほぼ均一な強度分布のレーザ光を加工試料１０８に
照射することができ、均一な加工精度を得ることができ
る。
【００３６】また、本実施形態においては、電気光学偏
向器１１１の屈折率はパルス電圧の大きさによって屈折
率の変化量が変わることから、繰り返し印加するパルス
電圧の値を駆動電源１１２によってパルスごとに変える
ことで、スペックルパターンの分散量もパルス電圧の印
加ごとに変化することから、スペックルパターンの時間
的分散を細分化させることができる。
【００３７】また、本実施形態においては、電気光学偏
向器１１１を光ファイバー１０３の出射側に設けたもの
について述べたが、これをレーザ光照射室１０７内部の
うち加工試料１０８の直前に配置しても同様な効果を得
ることができる。
【００３８】（実施形態３）図４に、図１の音響光学偏
向射１０９の代わりに、光ファイバー１０３の出射側
に、レーザ光伝送媒体である空気の屈折率を時間的に変
化させる密度調整手段を設けたときの実施形態を示す。
【００３９】図４において、本実施形態においては、屈
折率調整手段として、圧縮ガス容器１１３、駆動電源１
１４、電磁弁１１５、ガス噴射ノズル１１６を備えて構
成されており、噴射ガスノズル１１６からレーザ平行光
４の伝送路中に噴射ガス１１７が噴射されるようになっ
ている。すなわち、一般的に、ガス体の光に対する屈折
率はそのガス体の密度によって変化する。この密度はガ
ス体の温度や圧力に依存することから、ガス体の温度や
圧力を変化させれば屈折率も変化することになる。そこ
で、本実施形態では、ガス噴射ノズル１１６からレーザ
平行光４に向けて噴射ガス１１７を噴射させることによ
り、レーザ平行光４の光路上におけるガス体の圧力を変
えて屈折率を変えるようにしたものである。
【００４０】具体的には、圧縮ガス容器１１３に充填さ
れた圧縮空気を電磁弁１１５を介してガス噴射ノズル１
１６に送給し、ガス噴射ノズル１１６からレーザ平行光
４の伝送路中に噴射ガス１１７を噴射させるようになっ
ている。このとき、駆動電源１１４により電磁弁１１５
の開閉を時間的に制御することで、ガス噴射ノズル１１
６から噴射される噴射ガス１１７の流速を時間的に変化
させることができる。そして噴射ガスの流速が時間的に
変化すると、空気の圧力変化および密度変化が起こり、
空気の屈折率が時間的に変化することになる。このこと
より、レーザ平行光４の中にあるスペックルパターンは
時間的に分散されてスペックルパターン分散光５とな
る。なお、ガス噴射ノズル１１６、圧縮ガス容器１１３
がガス噴射手段を構成し、電磁弁１１５、駆動電源１１
４がガス調整手段を構成することになる。
【００４１】本実施形態によれば、ガス媒体として圧縮
容器を用いることができるため、流速が時間的に変化す
る圧縮空気をレーザ平行光４の伝送路中に噴射させるこ
とで、スペックルパターンを簡便な方法で時間的に分散
させることができるとともに、均一な強度分布のレーザ
光を加工試料１０８の表面に照射させることができる。
【００４２】また本実施形態においては、ガス媒体とし
て、窒素、ヘリウムなどの種々のガスを用いることがで
きることから、使用環境にあった方法で使用することが
できる。
【００４３】また、前記実施形態においては、レーザ光
照射室１０７内部の加工試料１０８の直前にガス噴射ノ
ズル１１６を配置しても同様の効果を得ることができ
る。
【００４４】（実施形態４）図５に、図１の音響光学偏
向器１０９の代わりに、光ファイバー１０３の出射側の
レーザ光伝送路中にレーザ光の透過が可能な液体媒質を
配置し、この液体媒質の屈折率を時間的に変化させる屈
折率調整手段として、液体媒質を送給する液体媒質送給
手段と、液体媒質の送給量を時間的に変化させる送給量
調整手段を設けたときの実施形態を示す。
【００４５】本実施形態においては、液体媒質送給手段
として、溶液体器１１８、ポンプ１２０、液体通過セル
１２１、パイプ１２３、１２４を備え、送給量調整手段
として駆動電源１１２を備えて構成されており、液体通
過セル１２１がレーザ平行光４の伝送路中に配置され、
液体通過セル１２１の両端にパイプ１２３、１２４が接
続されている。そして、本実施形態では、液体媒質にレ
ーザを透過できるシルコンオイルを用いており、溶液タ
ンク１１８内にシルコンオイル１１９が充填されてい
る。溶液タンク１１８内に充填されたシリコンオイル１
１９は、駆動電源１２２の駆動によってポンプ１２０が
運転されると、ポンプ１２０によって加圧されてパイプ
１２３を介して液体通過セル１２１に送給される。液通
過素セル１２１を通過したシリコンオイルはパイプ１２
４を介して溶液タンク１１８に戻るようになっている。
このとき、駆動電源１２２によってポンプ１２０の回転
数を時間的に変化させると、ポンプ１２０から流出する
シリコンオイル１１９の流量を時間的に変化させること
ができる。この結果、液体通過セル１２１の中を流れる
シリコンオイル１１９の流量も時間的に変化することに
なる。
【００４６】一方、液体通過セル１２１はシリコンオイ
ルの流入口と流出口がそれぞれ１か所であることから、
液体通過セル１２１をシリコンオイルが通過する過程で
は、液体通過セル１２１の全ての流路における流速は一
様にならず、ある流速分布をもってシリコンオイルが流
れることになる。つまり、液体通過セル１２１中では流
速分布をもってシリコンオイルが流れ、その流速が時間
的に変化していることになる。これにより、液体通過セ
ル１２１中のシリコンオイルの屈折率が時間的に変化す
る。この結果、レーザ平行光４が液体通過セル１２１の
シリコンオイル中を透過する過程で、レーザ平行光４の
スペックルパターンは時間的に分散されてスペックルパ
ターンの分散光５となって反射鏡１０５に入射される。
この分散光５が均一強度分布光学系１０６を介して加工
試料１０８に入射されると、加工試料１０８には強度分
布の均一なレーザ光が照射されることになる。
【００４７】本実施形態によれば、液体媒質としてシリ
コンオイルを用いることができるため、簡便な方法でス
ペックルパターンを時間的に分散することができる。
【００４８】また、本実施形態においては、液体媒質と
して、水、アルコールなどの種々の液体を用いることが
できることから、使用環境にあった方法で使用すること
ができる。
【００４９】さらに、前記実施形態においては、レーザ
光照射室１０７内部の加工試料１０８の直前に液体通過
セル１２１を配置する構成によっても同様の効果を得る
ことができる。
【００５０】（実施形態５）図６に、図１の音響光学偏
向器１０９の代わりに、光ファイバ１０３の出射側のレ
ーザ光伝送路中にレーザ光透過円板（レーザ光透過板）
１２７を配置し、レーザ平行光４がレーザ光透過円板１
２７に入射するときの入射角度を時間的に変化させる入
射角調整手段として、モータ１２６、モータ駆動電源１
２６を設け、レーザ光透過円板１２７、モータ１２６、
モータ駆動電源１２５によってレーザ平行光の光路長を
時間的に変化させる光路長調整手段を構成したときの実
施形態を示す。
【００５１】レーザ光透過円板１２７は石英ガラス板を
用いて構成されており、このレーザ光透過円板１２７は
レーザ光透過面がモータ１２６のモータ回転軸に対して
傾斜した状態でモータ回転軸に取り付けられている。そ
してモータ駆動電源１２５からの電力にしたがってモー
タ１２６が回転駆動されると、レーザ光透過円板１２７
はモータ１２６のモータ回転軸に対して歳差運動をす
る。歳差運動するレーザ光透過円板１２７に対してレー
ザ平行光４が入射すると、レーザ光透過円板１２７に入
射するレーザ平行光４の入射角度が時間的に変化するこ
とになる。
【００５２】具体的には、図７に示すように、レーザ光
透過円板１２７が回転方向１２８に回転すると、図７
（ａ）に示すような位置関係となったとき、つまり、レ
ーザ光４のレーザ光透過円板１２７に対する入射角度が
＋θであったとき、レーザ光４はレーザ光透過円板１２
７の入射側および出射側で屈折され、スペックルパター
ン分散光５ａとなる。このとき、スペックルパターン分
散光５ａの光軸はレーザ平行光４の光軸より−ｄの距離
だけ平行移動した位置になる。
【００５３】次に、レーザ光透過円板１２７の回転に伴
って、（ｂ）図の状態になったとき、つまり、レーザ光
透過円板１２７に対するレーザ平行光４の入射角度が−
θの状態になったときには、スペックルパターン分散光
５ａの光軸はレーザ平行光４の光軸より＋ｄの距離だけ
平行移動した位置になる。ここで、具体的な例として、
レーザ光透過円板１２７の板厚を１．０ｍｍ、レーザ光
に対する屈折率をｎ＝１．４、入射角度をθ＝１５とし
た場合の光軸平行移動距離はｄ＝０．２ｍｍとなる。つ
まり、レーザ光透過円板１２７が１回転する間に、スペ
ックルパターン分散光５ａの光軸はｄ＝０．０２ｍｍを
半径とする円内を平行移動することになり、スペックル
パターンの時間的分散が可能になる。またモータ１２６
の回転数を変化させることによりスペックルパターンの
時間的分散割合を変えることができる。
【００５４】本実施形態によれば、レーザ光透過円板１
２７に入射するレーザ平行光４の入射角度を時間的に変
化させることで、レーザ光の光路長を時間的に変化させ
ることができ、スペックルパターンを平均化することが
できるとともに、均一な強度分布のレーザ光を加工試料
１０８表面に照射することができる。
【００５５】また、本実施形態によれば、レーザ光透過
円板１２７に石英ガラス板を用いることで、光の透過波
長域が紫外線から赤外線までと広く多くのレーザ光線を
用いることができる。
【００５６】さらに、本実施形態においては、レーザ光
照射室１０７内部のうち加工試料１０８直前にレーザ光
透過円板１２７を配置する構成によっても同様な効果が
得られる。
【００５７】また、レーザ光の光路長を時間的に変化さ
せるに際しては、レーザ光透過円板１２７をレーザ平行
光４に対して垂直に配置し、光ファイバー１０３を振動
させて、光ファイバー１０３をレーザ光透過円板１２７
に対して歳差運動させる光ファイバー駆動手段を設ける
構成を採用することもできる。
【００５８】（実施形態６）図８に、光ファイバー１０
３内のレーザ光の光路長を時間的に変化させる光路長調
整手段を構成したときの実施形態を示す。
【００５９】本実施形態においては、レーザ平行光４の
伝送路上にレーザ光透過円板１２７を設ける代わりに、
光ファイバー１０３の途中に光路長調整手段としての光
ファイバ回転装置１２９が配置されている。この光ファ
イバー回転装置１２９は光ファイバ１０３の長さ方向の
一部を時間的に回転振動させる光ファイバー振動手段と
して構成されており、具体的には、図９に示すように、
光ファイバー貫通パイプ１３０、ベアリング１３１、回
転体１３２を備えて構成されており、光ファイバ貫通パ
イプ１３２がベースに固定されている。光ファイバー貫
通パイプ１３０内には光ファイバー１０３が挿入されて
おり、この光ファイバー１０３の先端側は回転体１３２
の側面側に形成された穴部１３４から引き出されるよう
になっている。この穴部１３４は、回転体１３２の回転
軸とは同軸方向でかつ同一軸ではない位置に形成されて
いる。そして回転体１３２はベアリング１３１を介して
光ファイバー貫通パイプ１３０の外周側に回転自在に固
定されている。また光ファイバー貫通パイプ１３０の内
径と穴部１３４の穴径は光ファイバー１０３の外径より
も十分な大きさで構成されている。つまり、光ファイバ
ー１０３はフリーの状態にある。
【００６０】このような構成において、回転体１３２を
モータなどの駆動装置によって回転させると、光ファイ
バー１０３は、光ファイバー貫通パイプ１３０の回転軸
と回転体１３２の回転軸とがずれていることから回転振
動することになる。つまり、光ファイバー１０３は時間
的に湾曲される。この結果、光ファイバー１０３を構成
する光透過体コア部と光反射体クラッド部も時間的に湾
曲される。そして光ファイバー１０３が時間的に湾曲さ
れているときに、光ファイバー１０３内をレーザ光が伝
搬すると、光透過体コア部を透過して光反射体クラッド
部で反射するレーザ光の光反射クラッド部への入射角度
が時間的に変化する。この結果、光ファイバー１０３内
部を通過するレーザ光の伝搬距離が時間的に変化するこ
とになる。これにより、光ファイバー１０３から出射し
たレーザ光３内に存在するスペックルパターンの位置が
時間的に変化し、コリメートレンズ１０４からはスペッ
クルパターンが時間的に分散されたスペックルパターン
分散光５がレーザ平行光として出射される。このスペッ
クルパターン５が反射鏡１０５、均一強度分布光学系１
０６を介して加工試料１０８に照射されると、加工試料
１０８には均一な強度分布のレーザ光１０７が照射され
ることになる。
【００６１】本実施形態によれば、光ファイバー１０３
を伝送するレーザ光の光路長を時間的に変化させるよう
にしたため、スペックルパターンを時間的に分散させて
スペックルパターン分散光を生成することができ、スペ
ックルパターンを平均化することができるとともに、均
一な強度分布のレーザ光を加工試料１０８に照射するこ
とが可能となり、均一な加工精度を得ることができる。
【００６２】また、本実施形態によれば、光ファイバー
１０３を部分的に回転振動させることによってスペック
ルパターンを時間的に分散させることができるため、前
記各実施形態にように、光ファイバー１０３の出射光側
にスペックルパターン分散手段を設ける必要がなく、前
記各実施形態よりも構成の簡素化を図ることができる。
【００６３】また、前記実施形態においては、光ファイ
バー１０３に回転振動を与える手段について述べたが、
光ファイバー１０３に横振動を与える手段を構成しても
同様の効果を得ることができる。
【００６４】また、前記実施形態においては、光ファイ
バー１０３の出射光側を回転振動させる光ファイバー駆
動手段を設ける構成によってもスペックルパターンを時
間的に分散させることができる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光を透過する媒体の屈折率を時間的に変化させた
り、あるいはレーザ光の光路長を時間的に変化させるよ
うにしたため、スペックルパターンを時間的に分散させ
てスペックルパターンを平均化することができる。さら
にスペックルパターンが時間的に分散されたレーザ光を
試料に照射するに際して、均一な強度分布のレーザ光を
試料に照射することができ、均一な加工精度を得ること
ができるとともにレーザ加工の品質の向上に寄与するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図２】従来のシステムによるレーザ光強度分布特性図
と本発明に係るシステムのレーザ光強度分布特性図であ
る。
【図３】本発明の第２実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図７】レーザ光透過円板と入射角度との関係を説明す
るための図である。
【図８】本発明の第６実施形態を示すレーザ光照射シス
テムの構成図である。
【図９】光ファイバー回転装置の要部縦断面図である。
【符号の説明】 １ レーザ光 ２ ファイバー入射光 ３ ファイバー出射光 ４ レーザ平行光 ５、５ａ スペックルパターン分散光 ６ 均一強度分布光学系入射光 ７ レーザ照射光 １０１ レーザ発振器 １０２ 集光レンズ １０３ 光ファイバー １０４ コリメートレンズ １０５ 反射鏡 １０６ 均一強度分布光学系 １０６ａ 拡大レンズ １０６ｂ 分割レンズ １０６ｃ 結像レンズ １０７ レーザ光照射室 １０８ 加工試料 １０９ 音響光学偏向器 １１０ 駆動電源 １１１ 電気光学偏向器 １１２ 駆動電源 １１３ 圧縮ガス容器 １１４ 駆動電源 １１５ 電磁弁 １１６ ガス噴射ノズル １１７ 噴射ガス １１８ タンク １２０ ポンプ １２１ 液体透過セル １２２ 駆動電源 １２６ モータ １２７ レーザ光透過円板 １２９ 光ファイバー回転装置 １３０ 光ファイバー貫通パイプ １３１ ベアリング １３２ 回転体 １３４ 穴部

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振源からのレーザ光を伝送する
    光ファイバーの出射光をこの出射光とは異なる形態に変
    更して伝送する補助光学伝送系に、前記補助光学系を伝
    送するレーザ光の伝送路上における光透過媒体の屈折率
    を時間的に変化させる屈折率調整手段を備えてなるスペ
    ックルパターン分散装置。
  2. 【請求項２】 前記屈折率調整手段は、超音波信号を発
    生する超音波信号発生手段と、前記補助光学伝送系を伝
    送するレーザ光を入射して透過するとともに、入射した
    レーザ光に対して屈折率が前記超音波信号に応じて変化
    する音響光学偏向手段とから構成されてなることを特徴
    とする請求項１記載のスペックルパターン分散装置。
  3. 【請求項３】 前記屈折率調整手段は、電気信号を発生
    する電気信号発生手段と、前記補助光学伝送系を伝送す
    るレーザ光を入射して透過するとともに、入射したレー
    ザ光に対して屈折率が前記電気信号に応じて変化する電
    気光学偏向手段とから構成されてなることを特徴とする
    請求項１記載のスペックルパターン分散装置。
  4. 【請求項４】 前記屈折率調整手段は、前記補助光学伝
    送系を構成するレーザ光伝送媒体の密度を時間的に変化
    させる密度調整手段により構成されてなることを特徴と
    する請求項１記載のスペックルパターン分散装置。
  5. 【請求項５】 前記密度調整手段は、前記補助光学伝送
    系のレーザ光伝送媒体に対してガスを噴射するガス噴射
    手段と、このガス噴射手段から噴射されるガスの温度ま
    たは圧力を時間的に変化させるガス調整手段とから構成
    されてなることを特徴とする請求項４記載のスペックル
    パターン分散装置。
  6. 【請求項６】 前記密度調整手段は、レーザ光の透過が
    可能な液体媒質を前記補助光学伝送系のレーザ光伝送路
    に送給する液体媒質送給手段と、前記液体媒質の送給量
    を時間的に変化させる送給量調整手段とから構成されて
    なることを特徴とする請求項４記載のスペックルパター
    ン分散装置。
  7. 【請求項７】 レーザ発振源からのレーザ光を伝送する
    光ファイバーと、この光ファイバーの出射光をこの出射
    光とは異なる形態に変更して伝送する補助光学伝送系の
    うち少なくとも一方に、レーザ光の光路長を時間的に変
    化させる光路長調整手段を備えてなるスペックルパター
    ン分散装置。
  8. 【請求項８】 前記光路長調整手段は、前記補助光学伝
    送系のレーザ光伝送路に配置されてレーザ光を透過する
    レーザ光透過板と、このレーザ光透過板に対するレーザ
    光の入射角を時間的に変化させる入射角調整手段とから
    構成されてなることを特徴とする請求項７記載のスペッ
    クルパターン分散装置。
  9. 【請求項９】 前記光路長調整手段は、前記補助光学伝
    送系のレーザ光伝送路にレーザ光の光軸に対して傾斜し
    た状態で配置されてレーザ光を透過するレーザ光透過板
    と、このレーザ光透過板をレーザ光の光軸と平行な軸を
    中心に回転駆動するとともに前記レーザ光の光軸に対し
    て前記レーザ光透過板を歳差運動させて前記レーザ光透
    過板に対するレーザ光の入射角を時間的に変化させる入
    射角調整手段とから構成されてなることを特徴とする請
    求項７記載のスペックルパターン分散装置。
  10. 【請求項１０】 前記光路長調整手段は、前記光ファイ
    バーの出射口側を振動させて歳差運動させる光ファイバ
    ー振動手段から構成されてなることを特徴とする請求項
    ７記載のスペックルパターン分散装置。
  11. 【請求項１１】 レーザ発振源からのレーザ光を伝送す
    る光ファイバー内のレーザ光の光路長を時間的に変化さ
    せる光路長調整手段を備えてなることを特徴とするスペ
    ックルパターン分散装置。
  12. 【請求項１２】 前記光路長調整手段は、前記光ファイ
    バーの出射口側を振動させる光ファイバー振動手段から
    構成されてなることを特徴とする請求項１１記載のスペ
    ックルパターン分散装置。
  13. 【請求項１３】 レーザ光を発振するレーザ発振器と、
    このレーザ発振器からのレーザ光を伝送する光ファイバ
    ーと、この光ファイバーの出射光をこの出射光とは異な
    る形態に変更して試料まで伝送する補助光学伝送系とを
    備えたレーザ光照射システムにおいて、請求項１乃至１
    ２のうちいずれか１項に記載のスペックルパターン分散
    装置を備えてなることを特徴とするレーザ光照射システ
    ム。
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