WO2023214475A1 - レーザ加工装置 - Google Patents

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WO2023214475A1
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WO
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polarized light
axis
linearly polarized
polarization direction
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English (en)
French (fr)
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聖 形部
真之 呉屋
弘臣 宮原
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing device.
  • laser oscillators such as short pulse laser oscillators having an oscillation frequency of about 100 kHz to 1 MHz are known.
  • galvano optical systems which are widely used to scan laser light, mechanically vibrate mirrors, and the maximum scanning frequency is about 1kHz, which is one to two orders of magnitude higher than the oscillation frequency of a laser oscillator. Frequency is low.
  • An optical beam scanner has been proposed that utilizes KTN crystal, which is an electro-optic material that can scan laser light through voltage control (Patent Document 1).
  • the optical beam scanner disclosed in Patent Document 1 does not mechanically vibrate a mirror but performs scanning with a laser beam by voltage control, so it is possible to realize high-speed operation exceeding 200 kHz.
  • the light beam scanner disclosed in Patent Document 1 scans only linearly polarized light components in a predetermined polarization direction, and the laser light scanned by the light beam scanner has only linearly polarized light components. Therefore, for example, when it is desired to uniformly process all regions within the beam diameter of the laser beam, there is a possibility that the desired process cannot be performed using a laser beam with only a linearly polarized component.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a laser processing device that can perform high-speed processing using a laser beam and uniformly process all areas within the beam diameter of the laser beam.
  • the purpose is to provide.
  • a laser processing apparatus includes an irradiation section that irradiates a workpiece with laser light along a first axis, and a laser beam that is irradiated from the irradiation section and which is incident on the first axis.
  • a quarter-wave plate disposed between the first crystal element and the emission section.
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a plan view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a quarter wavelength plate.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the direction of the optical axis of a quarter-wave plate and the polarization direction of laser light.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of processing a workpiece by converting linearly polarized light into circularly polarized light.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of processing a workpiece without converting the polarization direction of linearly polarized light.
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the laser processing apparatus 100 of this embodiment includes an irradiation section 10, a linear polarizer 20, a reduction optical system 30, a KTN crystal element (second crystal element) 40, and a voltage application section ( second voltage application section) 45, plano-concave lens 47, connection optical system 50, half-wave plate 60, KTN crystal element (first crystal element) 70, voltage application section (first voltage application section) 75 , an emission section 80 , a quarter wavelength plate 90 , an adjustment mechanism 91 , and a control section 95 .
  • the irradiation unit 10 is a device that irradiates a randomly polarized laser beam L0 toward a workpiece W such as a metal plate along an axis (first axis) Z1.
  • the irradiation unit 10 irradiates a laser beam L0 having an output of 20 W or more and 1000 W or less.
  • the linear polarizer 20 is an element into which the laser beam L0 irradiated by the irradiation unit 10 is incident.
  • the linear polarizer 20 polarizes linearly polarized light (second linearly polarized light) that is a component of the polarization direction (second polarization direction) along the X2-Z1 plane formed by the axis Z1 of the laser beam L0 and the axis X2 perpendicular to the axis Z1. )
  • L2 is transmitted along the axis Z1.
  • the polarization direction of the linearly polarized light L2 is 90 degrees different from the polarization direction of the linearly polarized light L1, which will be described later.
  • linear polarizer 20 emits linearly polarized light L3, which is a component whose polarization direction is 90 degrees different from that of the linearly polarized light L2, along the axis (second axis) X2.
  • the linear polarizer 20 is made of, for example, calcite or quartz.
  • the reduction optical system 30 is an optical system that narrows down the beam diameter of the linearly polarized light L2 that has passed through the linear polarizer 20 and emits it toward the KTN crystal element 40 along the axis Z1.
  • the reduction optical system 30 has a first biconvex lens 31 and a second biconvex lens 32 arranged along the axis Z1.
  • the KTN crystal element 40 is an oxide crystal made of potassium (K), tantalum (Ta), and niobium (Nb).
  • the KTN crystal element 40 is an electro-optic crystal that can adjust the emission direction of linearly polarized light in a fixed polarization direction in accordance with the voltage applied by the voltage application section 45.
  • a KTN crystal element is used as an example of the electro-optic crystal, but lithium niobate or lithium tantalate can also be used.
  • the KTN crystal element 40 shown in FIG. 1 is arranged so that the output direction of the linearly polarized light L2 in the polarization direction along the X1-Z1 plane that has passed through the linear polarizer 20 can be adjusted.
  • the linearly polarized light L2 that has passed through the linear polarizer 20 is incident on the KTN crystal element 40.
  • the KTN crystal element 40 changes the emission direction (second emission direction) ⁇ x of the linearly polarized light L2, which is a component of the polarization direction along the X1-Z1 plane of the laser beam L0, with respect to the axis Z1 to the voltage applied by the voltage application unit 45. Adjust accordingly.
  • the voltage application unit 45 is a device that applies voltage to the KTN crystal element 40.
  • the voltage applying unit 45 adjusts the voltage applied to the KTN crystal element 40 so that the emission direction ⁇ x in which the KTN crystal element 40 emits the linearly polarized light L2 is adjusted to an arbitrary angle.
  • the voltage application section 45 adjusts the voltage applied to the KTN crystal element 40 according to a control signal transmitted from the control section 95.
  • the frequency of the voltage output by the voltage application unit 45 is set, for example, to 1 kHz or more and 1 MHz or less.
  • the connecting optical system 50 is an optical system that guides the linearly polarized light L2 emitted from the KTN crystal element 40 and passed through the plano-concave lens 47 to the half-wave plate 60.
  • the connecting optical system 50 includes a plano-convex lens 51 and a plano-convex lens 52, the convex portions of which are arranged to face each other.
  • the half-wave plate 60 changes the polarization direction of the linearly polarized light L2 that passes through the KTN crystal element 40 and is emitted from the connection optical system 50 into a polarization direction that is 90 degrees different from the polarization direction along the X1-Z1 plane (a first polarization direction).
  • ) is a member that guides the linearly polarized light (first linearly polarized light) L1 to the KTN crystal element 70.
  • the half-wave plate 60 changes the polarization direction of the linearly polarized light L2 to a polarization direction that is 90 degrees different from the polarization direction along the X1-Z1 plane by giving the incident linearly polarized light L2 a phase difference of 180 degrees corresponding to a half wavelength. Convert.
  • the half-wave plate 60 changes the polarization direction of the linearly polarized light L2 by 90 degrees because the KTN crystal element 70 changes the polarization direction of the linearly polarized light L1 along the Y1-Z1 plane perpendicular to the X1-Z1 plane with respect to the axis Z1.
  • This is to adjust the emission direction (first emission direction) ⁇ y according to the voltage applied by the voltage application section 75.
  • the emission direction ⁇ x adjusted by the KTN crystal element 40 and the emission direction ⁇ y adjusted by the KTN crystal element 70 can be adjusted to an arbitrary position on the two-dimensional plane. The position can be adjusted.
  • the KTN crystal element 70 is an oxide crystal made of potassium (K), tantalum (Ta), and niobium (Nb).
  • the KTN crystal element 70 is an electro-optic crystal that can adjust the emission direction of linearly polarized light in a fixed polarization direction in accordance with the voltage applied by the voltage application section 75.
  • a KTN crystal element is used as an example of the electro-optic crystal, but lithium niobate or lithium tantalate can also be used.
  • the KTN crystal element 70 shown in FIG. 1 is arranged so that the output direction of linearly polarized light L1 having a polarization direction along the Y1-Z1 plane that has passed through the half-wave plate 60 can be adjusted.
  • the linearly polarized light L1 that has passed through the half-wave plate 60 is incident on the KTN crystal element 70.
  • the KTN crystal element 70 adjusts the emission direction (first emission direction) ⁇ y of the linearly polarized light L1 having a polarization direction along the Y1-Z1 plane with respect to the axis Z1 according to the voltage applied by the voltage application unit 75.
  • the voltage application unit 75 is a device that applies a voltage to the KTN crystal element 70.
  • the voltage applying unit 75 adjusts the voltage applied to the KTN crystal element 70 so that the emission direction ⁇ y in which the KTN crystal element 70 emits the linearly polarized light L1 is adjusted to an arbitrary angle.
  • the voltage application section 75 adjusts the voltage applied to the KTN crystal element 70 according to a control signal transmitted from the control section 95.
  • the frequency of the voltage output by the voltage applying section 75 is set to, for example, 1 kHz or more and 1 MHz or less.
  • the output unit 80 is a device that outputs linearly polarized light L1, whose output direction ⁇ x is adjusted by the KTN crystal element 40 and whose output direction ⁇ y is adjusted by the KTN crystal element 70, to the workpiece W.
  • the output section 80 includes a condensing lens 81 that is a biconvex lens and a gas nozzle 82 .
  • the condensing lens 81 is a lens for condensing the linearly polarized light L1 emitted from the KTN crystal element 70 and passing through the plano-concave lens 77 near the axis Z1.
  • the gas nozzle 82 is a truncated conical tube extending along the axis Z1, and an inert gas (for example, nitrogen gas) is injected from the condensing lens 81 toward the workpiece W along the axis Z1. circulate. By injecting inert gas toward the workpiece W using the gas nozzle 82, the workpiece W melted by the laser beam can be blown away.
  • the quarter-wave plate 90 is a member disposed on the axis Z1 between the KTN crystal element 70 and the emission section 80.
  • the quarter-wave plate 90 is an optical member capable of converting linearly polarized light into circularly polarized light.
  • the quarter-wave plate 90 is arranged to convert the linearly polarized light L1 incident from the KTN crystal element 70 into circularly polarized light L4.
  • the adjustment mechanism 91 is a mechanism that adjusts the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 around the axis Z1.
  • the adjustment mechanism 91 rotates the quarter-wave plate 90 around the axis Z1 using an electric motor (not shown) that is driven in response to a control signal from the control unit 95. Adjust the direction of the optical axis OP of the /4 wavelength plate 90.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the quarter-wave plate 90.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 and the polarization direction of laser light.
  • the quarter-wave plate 90 is arranged so that the incident surface 90a on which the linearly polarized light L1 emitted from the KTN crystal element 70 is incident coincides with the X3-Y3 plane.
  • the axis X3 is an axis perpendicular to the axis Z1.
  • the axis Y3 is an axis perpendicular to both the axis Z1 and the axis X3.
  • the optical axis OP is inclined at an angle ⁇ with respect to the axis Y3 in the X3-Y3 plane.
  • the angle ⁇ is adjusted by an adjustment mechanism 91.
  • the adjustment mechanism 91 adjusts the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 around the axis Z1 so that the angle ⁇ is 45 degrees.
  • the polarization direction L2p of the linearly polarized light L2, which is the laser light from passing through the linear polarizer 20 to entering the half-wave plate 60 is the same as the axis X3 (axis X1, X2). axis).
  • the polarization direction L1p of the linearly polarized light L1 which is the laser light from passing through the half-wave plate 60 to entering the quarter-wave plate 90, is a direction along the axis Y3 (the axis in the same direction as the axis Y1). becomes.
  • the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 is inclined at an angle ⁇ with respect to the axis Y3.
  • the adjustment mechanism 91 adjusts the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 around the axis Z1 so that the angle ⁇ is 45 degrees.
  • the quarter-wave plate 90 arranged so that the angle ⁇ is 45 degrees converts the linearly polarized light L1 into the circularly polarized light L4.
  • the polarization direction L4p of the circularly polarized light L4 is a direction that periodically revolves around the axis Z1.
  • the adjustment mechanism 91 adjusts the quarter-wave plate 90 around the axis Z1 so that when the linearly polarized light L1 passes through the quarter-wave plate 90 without changing the polarization direction, the angle ⁇ becomes 0 degrees or 90 degrees. Adjust the direction of the optical axis OP.
  • the quarter-wave plate 90 arranged so that the angle ⁇ is 0 degrees or 90 degrees allows the linearly polarized light L1 to pass through without changing its polarization direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of processing the workpiece W by converting the linearly polarized light L1 into the circularly polarized light L4.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of processing the workpiece W without converting the polarization direction of the linearly polarized light L1.
  • the processing area PA indicates a melted portion formed on the workpiece W such as a metal plate during the on-state period in which the laser beam is irradiated from the irradiation unit 10.
  • the processing area PA has a substantially perfect circular shape with the beam diameter BD of the laser light. This is because the polarization direction of the circularly polarized light L4 emitted from the emitting section 80 changes periodically, and the amount of processing in the area irradiated with the laser beam (all areas within the beam diameter BD) is made uniform. be. Since the amount of machining in all areas within the beam diameter BD is made uniform, it is suitable for machining each area of the circular machining shape PS shown in FIG. 5 equally to make a circular hole in the workpiece W. ing.
  • the processing area PA when processing the workpiece W without converting the polarization direction of the linearly polarized light L1, the processing area PA has a width where the beam diameter BD of the laser light is shorter than the beam diameter BD on the long axis. It has an elliptical shape with W as the short axis. This is because the polarization direction L1p of the linearly polarized light L1 emitted from the emission unit 80 is fixed, and the amount of processing in the area irradiated with the laser beam (all areas within the beam diameter BD) is along the polarization direction L1p. This is because the number increases in the direction (direction along the axis Y3). Since the amount of processing in the region irradiated with the laser beam increases in the direction along the polarization direction L1p, it is suitable for cutting processing, etc. in which processing is performed linearly along the polarization direction L1p.
  • the adjustment mechanism 91 converts the linearly polarized light L1 into circularly polarized light L4 by setting the angle ⁇ to 45 degrees, or changes the polarization direction of the linearly polarized light L1 by setting the angle ⁇ to 0 degrees or 90 degrees.
  • the adjustment mechanism 91 may set the angle ⁇ to any angle greater than 0 and less than 45 degrees, or greater than 45 degrees and less than 90 degrees.
  • the width W shown in FIG. 6 can be changed. By setting the width W to an appropriate length, an appropriate processing area PA can be formed on the workpiece W according to the processing desired to be performed on the workpiece W.
  • the control section 95 is a device that transmits control signals to the voltage application section 45 and the voltage application section 75.
  • the control unit 95 transmits a control signal for adjusting the voltage applied to the KTN crystal element 40 by the voltage application unit 45 to the voltage application unit 45, and adjusts the voltage applied to the KTN crystal element 70 by the voltage application unit 75.
  • a control signal for this purpose is transmitted to the voltage application section 75.
  • the laser processing apparatus 100 of this embodiment described above has the following functions and effects.
  • the laser beam irradiated from the irradiation unit 10 is incident on the KTN crystal element 70, and the laser beam is applied to the axis Z1 and perpendicular to the axis Z1 according to the voltage applied by the voltage application unit 75.
  • the output direction ⁇ y of the linearly polarized light L1 in the polarization direction L1p along the plane formed by the axis Y1 is adjusted with respect to the axis Z1.
  • the linearly polarized light L1 with the polarization direction L1p whose output direction ⁇ y has been adjusted is outputted to the workpiece W by the output unit 80.
  • the quarter-wave plate 90 is arranged between the KTN crystal element 70 and the emission section 80, the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 is adjusted.
  • the quarter-wave plate 90 can convert the polarization direction L1p of the linearly polarized light L1 into circularly polarized light L4. Therefore, the polarization direction of the laser beam emitted from the emission section 80 changes periodically, and the processing amount in all regions within the beam diameter BD of the laser beam is made uniform.
  • the laser processing apparatus 100 of the present embodiment high-speed processing is performed by adjusting the emission direction ⁇ y of the laser light according to the voltage, and uniform processing is performed in all areas within the beam diameter BD of the laser light. It becomes possible to do so.
  • the direction of the optical axis OP of the quarter-wave plate 90 around the axis Z1 is adjusted by the adjustment mechanism 91 to convert the linearly polarized light L1 into the circularly polarized light L4. This makes it possible to uniformly process all regions within the beam diameter BD of the laser beam.
  • the polarization of the linearly polarized light L1 within the beam diameter BD can be adjusted.
  • the amount of processing in the region in the direction L1p can be made larger than the amount of processing in other regions, and for example, the amount of processing when processing by moving the laser beam linearly along the polarization direction L1p can be increased.
  • the linear polarizer 20 by arranging the linear polarizer 20, a component of the randomly polarized laser light irradiated from the irradiation unit 10 in the polarization direction L2p that is 90 degrees different from the polarization direction L1p.
  • the linearly polarized light L2 is incident on the KTN crystal element 40
  • a component of the laser beam in a direction different from the polarization direction L2p is not incident on the KTN crystal element 40.
  • a component of the laser beam in a direction different from the polarization direction L2p is a component whose emission direction ⁇ x cannot be adjusted by the KTN crystal element 40.
  • the amount of the laser beam incident on the KTN crystal element 40 is suppressed, and the emission direction ⁇ x of the laser beam due to the temperature rise of the KTN crystal element 40 is reduced. Fluctuations can be suppressed.
  • the linearly polarized light L2 that has passed through the KTN crystal element 40 changes to the polarization direction L1p, which is 90 degrees different from the polarization direction L2p when passing through the half-wave plate 60.
  • Linearly polarized light L1 polarized in the polarization direction L1p is incident on the KTN crystal element 70.
  • the KTN crystal element 70 adjusts the emission direction ⁇ y with respect to the axis Z1 according to the voltage applied by the voltage application section 75.
  • the linearly polarized light L1 whose emission direction ⁇ y has been adjusted is emitted to the workpiece W by the emission unit 80.
  • the laser beam can be irradiated to an arbitrary irradiation position in a two-dimensional direction. Can be adjusted.
  • a laser processing apparatus (100) includes an irradiation unit (10) that irradiates a laser beam (L0) toward a workpiece (W) along a first axis (Z1);
  • the laser beam irradiated from the irradiation unit is incident, and the laser beam is polarized in a first polarization direction along a plane formed by the first axis and a second axis (Y1) perpendicular to the first axis.
  • a first crystal element (70) that adjusts a first emission direction ( ⁇ y) with respect to one axis according to an applied voltage
  • a first voltage application section (75) that applies a voltage to the first crystal element
  • an emitting section (80) that emits the laser beam, the first emitting direction of which has been adjusted by a first crystal element, to the workpiece (W); and an emitting section (80) disposed between the first crystal element and the emitting section. and a quarter wavelength plate (90).
  • the laser beam irradiated from the irradiation section is incident on the first crystal element, and the laser beam is applied to the first axis according to the voltage applied by the first voltage application section.
  • the first emission direction of the laser light in the first polarization direction along the plane formed by the orthogonal second axes with respect to the first axis is adjusted.
  • the laser beam in the first polarization direction whose first emission direction has been adjusted is emitted to the workpiece by the emission section.
  • the quarter-wave plate is disposed between the first crystal element and the emission section, by adjusting the direction of the crystal optical axis of the quarter-wave plate, The first polarization direction of the laser beam can be converted into circularly polarized light using a quarter-wave plate. Therefore, the polarization direction of the laser beam emitted from the emission section changes periodically, and the processing amount in all regions within the beam diameter of the laser beam is made uniform. Therefore, according to the laser processing apparatus according to the present disclosure, it is possible to perform high-speed processing by adjusting the emission direction of the laser light according to the voltage, and to perform uniform processing in all areas within the beam diameter of the laser light. It becomes possible.
  • the quarter-wave plate converts first linearly polarized light (L1), which is a component in the first polarization direction of the laser beam, into circularly polarized light (L1). L4).
  • L1 first linearly polarized light
  • L4 circularly polarized light
  • a laser processing apparatus includes an adjustment mechanism (91) that adjusts the direction of the optical axis (OP) of the quarter-wave plate around the first axis. Equipped with.
  • the laser processing apparatus by adjusting the direction of the optical axis of the quarter-wave plate around the first axis using the adjustment mechanism and converting the first linearly polarized light into circularly polarized light, , it becomes possible to uniformly process all areas within the beam diameter of the laser beam.
  • the polarization direction of the first linearly polarized light within the beam diameter can be adjusted.
  • the amount of processing in the area can be made larger than the amount of processing in other areas, and for example, the amount of processing when processing by moving the laser beam linearly along the polarization direction can be increased.
  • the randomly polarized laser beam irradiated by the irradiation unit is incident, and the first laser beam of the laser beam is incident.
  • a linear polarizer (20) that transmits second linearly polarized light (L2), which is a component in a second polarization direction that is 90 degrees different from the polarization direction, along the first axis (Z1); a second crystal element (40) into which the second linearly polarized light is incident and which adjusts a second exit direction ( ⁇ x) of the second linearly polarized light with respect to the first axis according to an applied voltage; a second voltage applying section (45) that applies a voltage to the second crystal element; and a second voltage applying section (45) that changes the second polarization direction of the second linearly polarized light that has passed through the second crystal element to the first polarization direction and guides the second linearly polarized light to the first crystal element.
  • the second linearly polarized light which is a component in the second polarization direction that is 90 degrees different from the first polarization direction, of the randomly polarized laser light irradiated from the irradiation section is
  • the laser beam is incident on the second crystal element, a component of the laser beam in a direction different from the second polarization direction is not incident on the second crystal element.
  • a component of the laser beam in a direction different from the second polarization direction is a component whose second emission direction cannot be adjusted by the second crystal element.
  • the amount of laser light incident on the second crystal element is suppressed, and the output direction of the laser beam due to the temperature rise of the second crystal element is suppressed. Fluctuations can be suppressed.
  • the second linearly polarized light that has passed through the second crystal element has a polarization direction different from the second polarization direction by 90 degrees when passing through the half-wave plate.
  • the polarization direction is changed, and first linearly polarized light polarized in the first polarization direction is incident on the first crystal element.
  • the first crystal element adjusts the first emission direction with respect to the first axis according to the voltage applied by the first voltage application section.
  • the first linearly polarized light whose first emission direction has been adjusted is emitted to the workpiece by the emission section.
  • the laser beam can be adjusted in any two-dimensional direction. It can be adjusted so that the irradiation position is irradiated.

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Abstract

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。

Description

レーザ加工装置
　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。
     
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