偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置
【課題】被加工物への安定したレーザ加工を容易に行うことができる偏光方位角調整装置を得ること。
【解決手段】入射してくるレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を透過させるとともに、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射する偏光子１４と、偏光子１４で反射されたレーザ光のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して光路の下流側へ導く反射ミラー１５，１５と、を有するとともにＰ波偏光成分Ｐ１を吸収し且つＳ波偏光成分Ｓ１を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、光学ユニットは、光学ユニットへのレーザ光の入射光軸と光学ユニットからのレーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ光学ユニットを入射光軸を中心として回転させた場合に入射光軸および出射光軸の光軸方向が維持されるように、偏光子１４と反射ミラー１５，１５とが配置されている。
【解決手段】入射してくるレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を透過させるとともに、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射する偏光子１４と、偏光子１４で反射されたレーザ光のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して光路の下流側へ導く反射ミラー１５，１５と、を有するとともにＰ波偏光成分Ｐ１を吸収し且つＳ波偏光成分Ｓ１を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、光学ユニットは、光学ユニットへのレーザ光の入射光軸と光学ユニットからのレーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ光学ユニットを入射光軸を中心として回転させた場合に入射光軸および出射光軸の光軸方向が維持されるように、偏光子１４と反射ミラー１５，１５とが配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工に用いるレーザ光の偏光方位角を調整する偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板等の被加工物に穴あけ加工を行うレーザ加工装置の生産性を向上させる方法として、レーザ発振器で生成された１つのレーザ光を複数に分割し、複数穴を同時に穴あけ加工する方法がある。この方法では、分割されたレーザ光のそれぞれのエネルギーが均等でない場合、加工穴径等の加工品質にばらつきが生じてしまう。
【０００３】
このため、特許文献１に記載の方法では、分光用偏光子よりも光路上流に、光軸を中心に回転調整機構を有した偏光方位角調整用偏光子を設けている。そして、透過するＰ波の偏光方位角を調整することで、エネルギーを均等に分割している。エネルギーを分割させる際には、分光用偏光子に対して偏光方向Ｐ波成分と偏光方向Ｓ波成分とを均等に持つレーザ光を入射させることで、分光用偏光子を透過する光をＰ波成分と、分光用偏光子を反射するＳ波成分とに均等に分割できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８２５１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、偏光方位角調整用偏光子を透過するＰ波成分を光路下流へ伝播している。このため、偏光子に入射するレーザ光のパワーが高いと偏光子の基板材料の熱レンズ効果によってレーザ光のビーム径が変化し、熱レンズ効果が発生していない場合と比べてマスクを透過するレーザ光のエネルギー強度がばらつく。これにより、被加工物の加工品質が劣化または不安定になるという問題があった。また、偏光方位角調整時に偏光子を回転調整した場合、光の屈折から光軸中心に僅かなずれが生じ、被加工物の加工品質が劣化する場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物への安定したレーザ加工を容易に行うことができる偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、を有するとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光の入射光軸と出射光軸とが同軸である光学ユニットから、偏光子で反射されたＳ波偏光成分を出射するので、被加工物への安定したレーザ加工を容易に行うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、偏光子と偏光方位角の関係を説明するための図である。
【図４】図４は、レーザ光が偏光子を透過した場合の熱レンズ現象を説明するための図である。
【図５】図５は、Ｐ波偏光成分を出射する偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、偏光ビームスプリッタ７によって１つのレーザ光２を２つのレーザ光８Ａ，８Ｂに分光し、２つのレーザ光８Ａ，８Ｂをそれぞれ独立に走査することによって、２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂを同時に穴あけ加工する装置である。本実施の形態のレーザ加工装置１００には、偏光ビームスプリッタ７よりも光路上流に偏光子と反射ミラー（反射光学素子）とを含んで構成される偏光方位角調整装置３０（偏光方位角を調整するための手段）が配置されている。そして、偏光方位角調整装置３０の偏光子で反射したＳ波偏光成分（後述のＳ波偏光成分Ｓ１）を光路下流へ導くことで、レーザ光２を偏光ビームスプリッタ７に導いている。
【００１２】
レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１、偏光方位角調整装置（光学ユニット）３０、マスク（ビームマスク）４、ビーム可変部５、反射ミラー６、偏光ビームスプリッタ（分光部）７、ガルバノスキャナ１０Ａｘ，１０Ａｙ，１０Ｂｘ，１０Ｂｙ、ｆθレンズ１１Ａ，１１Ｂ、ＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂを有している。
【００１３】
レーザ発振器１は、直線偏光のレーザ光２をパルス波として出射する装置である。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、反射ミラー６を介して偏光方位角調整装置３０に導かれる。反射ミラー６は、レーザ光２やレーザ光８Ａ，８Ｂを反射して光路下流へ導くミラーである。反射ミラー６は、レーザ加工装置１００内の光路上の種々の位置に配置されている。
【００１４】
偏光方位角調整装置３０は、偏光方位角を調整する装置である。偏光方位角調整装置３０へは、偏光方位角（偏光方向）２ａのレーザ光２が入射され、偏光方位角調整装置３０からは偏光方位角２ｂのレーザ光２が出射される。偏光方位角調整装置３０は、入射したレーザ光２と同軸方向にレーザ光２を出射する。
【００１５】
本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０はレーザ光２の偏光子14で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を出射するとともに偏光子14で透過するＰ波偏光成分Ｐ１を吸収している。さらに、偏光方位角調整装置３０内の偏光子および反射ミラーなどを１つの光学ユニットで構成しておき、この光学ユニットをレーザ光２の光軸（入射光軸および出射光軸）を中心に回転できるようレーザ加工装置１００内に取り付けておく。偏光方位角調整装置３０から出射されたレーザ光２は、反射ミラー６を介してビーム可変部５に導かれる。
【００１６】
ビーム可変部５は、レーザ光２を所望のビーム径に可変させる装置である。ビーム可変部５でビーム系が変化させられたレーザ光２は、マスク４に導かれる。マスク４は、加工穴を所望の大きさ、形状に加工するために、入射するレーザ光２から必要な部分のレーザ光２を切り取る。マスク４で整形されたレーザ光２は、反射ミラー６を介して偏光ビームスプリッタ７に導かれる。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ（分光用偏光ビームスプリッタ）７は、ビーム状の１本のレーザ光２を２本のレーザ光８Ａ，８Ｂに分光するビームスプリッタ等の偏光子である。偏光ビームスプリッタ７は、レーザ光２のＰ波成分を透過し、Ｓ波成分を反射する性質を持っている。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ７を透過した一方のレーザ光８Ａは、偏光方位角９Ａのレーザ光８ＡとしてＸＹテーブル１２Ａ上の被加工物１３Ａに導かれるレーザ光である。また、偏光ビームスプリッタ７で反射した他方のレーザ光８Ｂは、偏光方位角９Ｂのレーザ光８ＢとしてＸＹテーブル１２Ｂ上の被加工物１３Ｂに導かれるレーザ光である。偏光ビームスプリッタ７で分光されたレーザ光８Ａは、反射ミラー６を介してガルバノスキャナ１０Ａｘ，１０Ａｙに導かれる。また、偏光ビームスプリッタ７で分光されたレーザ光８Ｂは、反射ミラー６を介してガルバノスキャナ１０Ｂｘ，１０Ｂｙに導かれる。
【００１９】
ガルバノスキャナ１０Ａｘは、被加工物１３Ａに対するレーザ光８Ａの照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０Ａｙは、被加工物１３Ａに対するレーザ光８Ａの照射位置をＹ方向に移動させる。また、ガルバノスキャナ１０Ｂｘは、被加工物１３Ｂに対するレーザ光８Ｂの照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０Ｂｙは、被加工物１３Ｂに対するレーザ光８Ｂの照射位置をＹ方向に移動させる。ガルバノスキャナ１０Ａｘとガルバノスキャナ１０Ａｙで、２軸方向に走査されたレーザ光８Ａは、ｆθレンズ１１Ａに導かれる。また、ガルバノスキャナ１０Ｂｘとガルバノスキャナ１０Ｂｙで、２軸方向に走査されたレーザ光８Ｂはｆθレンズ１１Ｂに導かれる。
【００２０】
ｆθレンズ１１Ａ，１１Ｂは、それぞれレーザ光８Ａ，８ＢをＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上に置かれた被加工物１３Ａ，１３Ｂに集光させるレンズである。ＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂは、加工ワークなどの被加工物１３Ａ、１３Ｂを載置するとともに、Ｘ方向とＹ方向の２軸方向に移動する。
【００２１】
つぎに、偏光方位角調整装置３０について説明する。図２は、実施の形態に係る偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。また、図３は、偏光子と偏光方位角の関係を説明するための図である。図３では、偏光子１４の断面図を示している。偏光方位角調整装置３０は、偏光子１４と、複数枚の反射ミラー（図２では、反射ミラー１５が２枚である場合を図示）と、ダンパ１６と、を有しており、これらが筐体３５内に格納されている。
【００２２】
偏光子１４は、入射したレーザ光２の偏光方位角２ｃの成分（Ｐ波偏光成分）を透過し、偏光方位角２ｂの成分（Ｓ波偏光成分）を反射する性質を持っている。したがって、偏光子１４に入射するレーザ光２の偏光方位角が偏光方位角２ｂと等しければ、レーザ光２を全て反射し、偏光子１４に入射するレーザ光の偏光方位角が偏光方位角２ｃと等しければレーザ光２を全て透過する。
【００２３】
偏光子１４へは、偏光方位角２ａを有した直線偏光のレーザ光２がレーザ発振器１から入射される。偏光子１４は、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して光路下流側へ導く。また、偏光子１４は、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を透過させてダンパ１６に導く。偏光方位角調整装置３０は、偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１をレーザ加工装置１００の光路下流へ伝播させる。
【００２４】
反射ミラー１５は、偏光子１４で反射されたレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して偏光方位角調整装置３０の出射側へ導くミラーである。反射ミラー１５は、偏光方位角調整装置３０に入射してきたレーザ光２の光軸と偏光方位角調整装置３０から出射されるレーザ光２の光軸とが同軸になるように配置されている。ダンパ１６は、偏光子１４を透過したレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を受け止める。また、光学ユニットとしても筐体３５は、レーザ光２の光軸（レーザ加工装置１００への入射軸および出射軸）を中心に回転できるようレーザ加工装置１００に対して回転自在に取り付けられている。
【００２５】
つぎに、レーザ加工装置１００の動作処理手順について説明する。レーザ発振器１から導かれてくる偏光方位角２ａのレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１は、偏光子１４で反射され、偏光方位角２ａとは異なる偏光方位角２ｂに偏光方位角が変えられてマスク４に導かれる。また、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１は、偏光子１４を透過した後、ダンパ１６に吸収される。
【００２６】
マスク４では、レーザ光２の所望部分のみを透過させることによって、レーザ光２をレーザ加工に適したビームモード形状に整形する。マスク４で整形されたレーザ光２は、１〜複数枚の反射ミラー６で反射されて偏光ビームスプリッタ７に導かれる。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ７では、レーザ光２のＰ波偏光成分が偏光ビームスプリッタ７を透過してレーザ光８Ａとして出射され、レーザ光２のＳ波偏光成分が偏光ビームスプリッタ７で反射してレーザ光８Ｂとして出射される。２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工穴品質にばらつきを生じさせないようにするためには、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーが等しいことが必要である。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０から出射するレーザ光２の偏光方位角２ｂが、偏光ビームスプリッタ７に対して４５°の偏光方位角になるように、偏光方位角調整装置３０を光軸方向に回転調整しておく。換言すると、偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザ光２のＳ波偏光成分とＰ波偏光成分とが同じ大きさとなるよう、偏光方位角調整装置３０でレーザ光２の偏向角度２ｂを調整しておく。これにより、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーと、を等しくすることが可能となる。
【００２９】
また、本実施の形態では、偏光子１４を透過するＰ波偏光成分Ｐ１を光路下流に導くのではなく、偏光子１４で反射したＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流に導いている。このため、偏光子１４の基板材料による透過熱の熱レンズ効果の影響を受けずに、安定した加工品質を提供することが可能となる。熱レンズ効果は、偏光子１４の基板材料（例えば、ＺｎＳｅ基板）内を高いパワーのレーザ光が透過した場合に、基板材料が局所的に温度上昇することによって偏光子１４の屈折率分布が生じ、これにより、偏光子１４がレンズの作用をする現象である。
【００３０】
図４は、偏光子を透過するＰ波成分を光路下流へ導いた場合の熱レンズ現象を説明するための図である。図４の（ａ）では、熱レンズ現象が発生していない場合のレーザビーム強度分布を示している。また、図４の（ｂ）では、熱レンズ現象が発生した場合のレーザビーム強度分布を示している。
【００３１】
熱レンズ現象が発生していない場合、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、レーザビーム強度分布Ａ１を有している。また、熱レンズ現象が発生している場合、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、レーザビーム強度分布Ｂ１を有している。レーザビーム強度分布Ｂ１は、レーザビーム強度分布Ａ１と同じ強度分布を有したレーザ光である。
【００３２】
そして、レーザ発振器１からのレーザ光は、レーザ光のＰ波偏光成分Ｐ１が偏光子１７を透過する。ここでの偏光子１７は、例えば偏光方位角調整装置３０と同様の位置に配置されている。このとき、熱レンズ現象が発生していなければ、レーザビーム強度分布Ａ１のレーザ光は、偏光子１７を透過することによって、レーザビーム強度分布Ａ２のレーザ光になる。また、熱レンズ現象が発生していれば、レーザビーム強度分布Ｂ１のレーザ光は、偏光子１７を透過することによって、レーザビーム強度分布Ａ２とは異なるレーザビーム強度分布Ｂ２のレーザ光になる。
【００３３】
図４の（ｂ）に示すように偏光子１７に熱レンズ現象が発生した場合、図４の（ａ）に示すように偏光子１７に熱レンズ現象が発生していない場合と比べて、マスク４におけるレーザ光のビーム径が変わってしまう。熱レンズ現象の度合いは偏光子１７に入射されるレーザ光のパワーに依存するので、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、マスク４を透過するレーザ光のビームエネルギーが変化する。このため、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、被加工物に到達するレーザ光のエネルギーにばらつきが生じる。具体的には、熱レンズ現象が発生していない場合は、レーザビーム強度分布Ａ３のレーザ光が光路下流に導かれる。また、熱レンズ現象が発生している場合は、レーザビーム強度分布Ａ３とは異なるレーザビーム強度分布Ｂ３のレーザ光が光路下流に導かれる。この結果、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、被加工物の加工穴の品質に差が生じる。
【００３４】
一方、本実施の形態では、偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ導くので、偏光子１４（基板材料）の熱レンズ現象の影響を受けずに、安定した加工品質の加工穴を被加工物１３Ａ，１３Ｂに形成することが可能となる。
【００３５】
偏光方位角調整装置３０では、入射するレーザ光２のうち、偏光子１４で透過するＰ波偏光成分Ｐ１をダンパ１６に吸収させているので、Ｐ波偏光成分Ｐ１はエネルギー損失となる。偏光ビームスプリッタ７から出射するレーザ光８Ａとレーザ光８Ｂのエネルギーが等しくなるように、偏光方位角調整装置３０を回転調整した後の偏光方位角２ｂと偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２の偏光方位角２ａとが同じであれば、偏光子１４でレーザ光２が全て反射し、ダンパで吸収されないため、エネルギー損失はなく光路下流へレーザ光２が導かれる。そのため、偏光方位角２ａと偏光方位角２ｂとがほぼ等しくなるように、偏光方位角調整装置３０よりも光路上流の１〜複数の反射ミラー６を配置しておけば、エネルギー損失を抑制することが可能となる。したがって、偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザ光２のＳ波偏光成分とＰ波偏光成分とが同じ大きさとなる偏光方位角２ｂでレーザ光２を出射するよう偏光方位角調整装置３０を回転させるとともに、偏光方位角２ａが偏光方位角２ｂに近づくよう偏光方位角調整装置３０よりも光路上流の反射ミラー６を配置しておく。
【００３６】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０において、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２と偏光方位角調整装置３０から出射されるレーザ光２が同軸になるように偏光子１４および反射ミラー１５を配置している。換言すると、偏光方位角調整装置３０（光学ユニット）を入射光軸を中心として回転させた場合に入射光軸および出射光軸の光軸方向が回転前のまま維持されるように、偏光子１４および反射ミラー１５が配置されている。これにより、偏光方位角調整装置３０を回転調整した場合であっても、光軸にずれが生じないので、加工品質が劣化しない。
【００３７】
このように、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２のうち偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ伝播させるので、偏光子１４の熱レンズ現象の影響を受けることなく安定したレーザ加工を行うことが可能となる。また、１つの偏光子１４と少なくとも２つの光学素子（反射ミラー１５）を、偏光方位角調整装置３０への入射光軸と出射光軸とが同軸になるように光学ユニットを構成しているので、偏光方位角を調整するために光軸中心に光学ユニットを回転調整しても光軸にずれが生じない。このため、安定したレーザ加工を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０をレーザ光２を２つに分光して、２つのＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上で同時に２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工を行うレーザ加工装置１００に適用する場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０を他の構成を有したレーザ加工装置に適用してもよい。
【００３９】
例えば、レーザ光２を２つに分光して、２つのＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上で同時に２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工を行う場合について説明したが、本実施の形態は、この構成に限定されない。
【００４０】
例えば、レーザ光２を３つ以上に分光して、３つ以上のＸＹテーブル上で同時に３つ以上の被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４１】
また、１つのＸＹテーブルに複数の被加工物を載置するとともに、レーザ光２を複数に分光して各被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４２】
また、１つの駆動系に複数のＸＹテーブルを取付けるとともに、レーザ光２を複数に分光し、各ＸＹテーブル上に載置された被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４３】
また、１つのＸＹテーブルに１つの被加工物を載置するとともに、レーザ光２を複数に分光し、複数のレーザビームによって被加工物の複数個所を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０の各構成要素（偏光子１４、反射ミラー１５、ダンパ１６）が筐体３５内に格納されている場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０の各構成要素は、筐体３５内に格納する必要はない。偏光方位角調整装置３０の各構成要素を筐体３５内に格納しない場合であっても、各構成要素を接続することによって１つの光学ユニットで構成しておく。そして、光学ユニットをレーザ光２の光軸を中心に回転できるようレーザ加工装置１００内に取り付けておく。
【００４５】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０内に反射ミラー１５が２枚配置されている場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０内に配置する反射ミラー１５の枚数は３枚以上であってもよい。この場合も、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２と偏光方位角調整装置３０から出射するレーザ光２とが同軸となるよう、反射ミラー１５を配置しておく。また、偏光方位角調整装置３０は、図１に示した位置に配置する場合に限らず、偏光ビームスプリッタ７よりも前段（光路上流側）であれば、何れの位置に配置してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では、光学ユニットごと偏光子１４と反射ミラー１５を回転させる場合について説明したが、偏光子１４と反射ミラー１５とを独立して回転させてもよい。この場合も、偏光子１４および反射ミラー１５を回転させる偏光方位角調整装置３０への入射光軸と出射光軸との光軸が同軸になるよう、偏光子１４と反射ミラー１５とを回転させる。
【００４７】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０から偏光子１４を反射するＳ波偏光成分を出射させたが、偏光子の透過熱レンズによる影響がない場合、偏光子１４を透過するＰ波偏光成分を出射させてもよい。図５は、偏光子を透過するＰ波偏光成分を出射する偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。なお、図５の各構成要素のうち図２に示す偏光方位角調整装置３０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００４８】
偏光方位角調整装置３１は、偏光子１４と、複数枚の反射ミラー（図５では、２枚の反射ミラー１５を図示）と、ダンパ１６と、を有しており、これらが筐体３５内に格納されている。
【００４９】
偏光子１４は、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ２を反射してダンパ１６に導く。また、偏光子１４は、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ２を透過させて光路下流側へ導く。反射ミラー１５は、偏光子１４を透過したレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ２を反射して偏光方位角調整装置３１の出射側へ導く。反射ミラー１５は、偏光方位角調整装置３１に入射してきたレーザ光２の光軸と偏光方位角調整装置３１から出射されるレーザ光２の光軸とが同軸になるように配置されている。ダンパ１６は、偏光子１４で反射したレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ２を受け止める。この構成により、偏光方位角調整装置３１は、偏光方位角調整装置３１と同様に、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーと、が等しくなるよう、レーザ光２を出射する。これにより、偏光方位角調整装置３１からＰ波偏光成分Ｐ２を出射する場合に、偏光方位角を調整するために光軸中心に光学ユニットを回転調整しても光軸にずれが生じない。
【００５０】
このように実施の形態によれば、偏光方位角調整装置３０によってレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ導いているので、偏光子１４の熱レンズ現象による影響を受けずにレーザ加工を行うことが可能となる。また、偏光方位角調整装置３０を１つの光学ユニットで構成し、レーザ光の光軸方向に回転自在に取り付けられているので、レーザ光２の光軸方向を変えることなく偏光方位角を調整することが可能となる。したがって、被加工物１３Ａ，１３Ｂへの安定したレーザ加工を容易に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置は、レーザ加工に用いるレーザ光の偏光方位角の調整に適している。
【符号の説明】
【００５２】
１ レーザ発振器
２，８Ａ，８Ｂ レーザ光
２ａ〜２ｃ，９Ａ，９Ｂ 偏光方位角
４ マスク
６ 反射ミラー
７ 偏光ビームスプリッタ
１２Ａ，１２Ｂ ＸＹテーブル
１３Ａ，１３Ｂ 被加工物
１４ 偏光子
１５ 反射ミラー
１６ ダンパ
３０，３１ 偏光方位角調整装置
３５ 筐体
１００ レーザ加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工に用いるレーザ光の偏光方位角を調整する偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板等の被加工物に穴あけ加工を行うレーザ加工装置の生産性を向上させる方法として、レーザ発振器で生成された１つのレーザ光を複数に分割し、複数穴を同時に穴あけ加工する方法がある。この方法では、分割されたレーザ光のそれぞれのエネルギーが均等でない場合、加工穴径等の加工品質にばらつきが生じてしまう。
【０００３】
このため、特許文献１に記載の方法では、分光用偏光子よりも光路上流に、光軸を中心に回転調整機構を有した偏光方位角調整用偏光子を設けている。そして、透過するＰ波の偏光方位角を調整することで、エネルギーを均等に分割している。エネルギーを分割させる際には、分光用偏光子に対して偏光方向Ｐ波成分と偏光方向Ｓ波成分とを均等に持つレーザ光を入射させることで、分光用偏光子を透過する光をＰ波成分と、分光用偏光子を反射するＳ波成分とに均等に分割できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８２５１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、偏光方位角調整用偏光子を透過するＰ波成分を光路下流へ伝播している。このため、偏光子に入射するレーザ光のパワーが高いと偏光子の基板材料の熱レンズ効果によってレーザ光のビーム径が変化し、熱レンズ効果が発生していない場合と比べてマスクを透過するレーザ光のエネルギー強度がばらつく。これにより、被加工物の加工品質が劣化または不安定になるという問題があった。また、偏光方位角調整時に偏光子を回転調整した場合、光の屈折から光軸中心に僅かなずれが生じ、被加工物の加工品質が劣化する場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物への安定したレーザ加工を容易に行うことができる偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、を有するとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光の入射光軸と出射光軸とが同軸である光学ユニットから、偏光子で反射されたＳ波偏光成分を出射するので、被加工物への安定したレーザ加工を容易に行うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、偏光子と偏光方位角の関係を説明するための図である。
【図４】図４は、レーザ光が偏光子を透過した場合の熱レンズ現象を説明するための図である。
【図５】図５は、Ｐ波偏光成分を出射する偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、偏光ビームスプリッタ７によって１つのレーザ光２を２つのレーザ光８Ａ，８Ｂに分光し、２つのレーザ光８Ａ，８Ｂをそれぞれ独立に走査することによって、２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂを同時に穴あけ加工する装置である。本実施の形態のレーザ加工装置１００には、偏光ビームスプリッタ７よりも光路上流に偏光子と反射ミラー（反射光学素子）とを含んで構成される偏光方位角調整装置３０（偏光方位角を調整するための手段）が配置されている。そして、偏光方位角調整装置３０の偏光子で反射したＳ波偏光成分（後述のＳ波偏光成分Ｓ１）を光路下流へ導くことで、レーザ光２を偏光ビームスプリッタ７に導いている。
【００１２】
レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１、偏光方位角調整装置（光学ユニット）３０、マスク（ビームマスク）４、ビーム可変部５、反射ミラー６、偏光ビームスプリッタ（分光部）７、ガルバノスキャナ１０Ａｘ，１０Ａｙ，１０Ｂｘ，１０Ｂｙ、ｆθレンズ１１Ａ，１１Ｂ、ＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂを有している。
【００１３】
レーザ発振器１は、直線偏光のレーザ光２をパルス波として出射する装置である。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、反射ミラー６を介して偏光方位角調整装置３０に導かれる。反射ミラー６は、レーザ光２やレーザ光８Ａ，８Ｂを反射して光路下流へ導くミラーである。反射ミラー６は、レーザ加工装置１００内の光路上の種々の位置に配置されている。
【００１４】
偏光方位角調整装置３０は、偏光方位角を調整する装置である。偏光方位角調整装置３０へは、偏光方位角（偏光方向）２ａのレーザ光２が入射され、偏光方位角調整装置３０からは偏光方位角２ｂのレーザ光２が出射される。偏光方位角調整装置３０は、入射したレーザ光２と同軸方向にレーザ光２を出射する。
【００１５】
本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０はレーザ光２の偏光子14で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を出射するとともに偏光子14で透過するＰ波偏光成分Ｐ１を吸収している。さらに、偏光方位角調整装置３０内の偏光子および反射ミラーなどを１つの光学ユニットで構成しておき、この光学ユニットをレーザ光２の光軸（入射光軸および出射光軸）を中心に回転できるようレーザ加工装置１００内に取り付けておく。偏光方位角調整装置３０から出射されたレーザ光２は、反射ミラー６を介してビーム可変部５に導かれる。
【００１６】
ビーム可変部５は、レーザ光２を所望のビーム径に可変させる装置である。ビーム可変部５でビーム系が変化させられたレーザ光２は、マスク４に導かれる。マスク４は、加工穴を所望の大きさ、形状に加工するために、入射するレーザ光２から必要な部分のレーザ光２を切り取る。マスク４で整形されたレーザ光２は、反射ミラー６を介して偏光ビームスプリッタ７に導かれる。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ（分光用偏光ビームスプリッタ）７は、ビーム状の１本のレーザ光２を２本のレーザ光８Ａ，８Ｂに分光するビームスプリッタ等の偏光子である。偏光ビームスプリッタ７は、レーザ光２のＰ波成分を透過し、Ｓ波成分を反射する性質を持っている。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ７を透過した一方のレーザ光８Ａは、偏光方位角９Ａのレーザ光８ＡとしてＸＹテーブル１２Ａ上の被加工物１３Ａに導かれるレーザ光である。また、偏光ビームスプリッタ７で反射した他方のレーザ光８Ｂは、偏光方位角９Ｂのレーザ光８ＢとしてＸＹテーブル１２Ｂ上の被加工物１３Ｂに導かれるレーザ光である。偏光ビームスプリッタ７で分光されたレーザ光８Ａは、反射ミラー６を介してガルバノスキャナ１０Ａｘ，１０Ａｙに導かれる。また、偏光ビームスプリッタ７で分光されたレーザ光８Ｂは、反射ミラー６を介してガルバノスキャナ１０Ｂｘ，１０Ｂｙに導かれる。
【００１９】
ガルバノスキャナ１０Ａｘは、被加工物１３Ａに対するレーザ光８Ａの照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０Ａｙは、被加工物１３Ａに対するレーザ光８Ａの照射位置をＹ方向に移動させる。また、ガルバノスキャナ１０Ｂｘは、被加工物１３Ｂに対するレーザ光８Ｂの照射位置をＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０Ｂｙは、被加工物１３Ｂに対するレーザ光８Ｂの照射位置をＹ方向に移動させる。ガルバノスキャナ１０Ａｘとガルバノスキャナ１０Ａｙで、２軸方向に走査されたレーザ光８Ａは、ｆθレンズ１１Ａに導かれる。また、ガルバノスキャナ１０Ｂｘとガルバノスキャナ１０Ｂｙで、２軸方向に走査されたレーザ光８Ｂはｆθレンズ１１Ｂに導かれる。
【００２０】
ｆθレンズ１１Ａ，１１Ｂは、それぞれレーザ光８Ａ，８ＢをＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上に置かれた被加工物１３Ａ，１３Ｂに集光させるレンズである。ＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂは、加工ワークなどの被加工物１３Ａ、１３Ｂを載置するとともに、Ｘ方向とＹ方向の２軸方向に移動する。
【００２１】
つぎに、偏光方位角調整装置３０について説明する。図２は、実施の形態に係る偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。また、図３は、偏光子と偏光方位角の関係を説明するための図である。図３では、偏光子１４の断面図を示している。偏光方位角調整装置３０は、偏光子１４と、複数枚の反射ミラー（図２では、反射ミラー１５が２枚である場合を図示）と、ダンパ１６と、を有しており、これらが筐体３５内に格納されている。
【００２２】
偏光子１４は、入射したレーザ光２の偏光方位角２ｃの成分（Ｐ波偏光成分）を透過し、偏光方位角２ｂの成分（Ｓ波偏光成分）を反射する性質を持っている。したがって、偏光子１４に入射するレーザ光２の偏光方位角が偏光方位角２ｂと等しければ、レーザ光２を全て反射し、偏光子１４に入射するレーザ光の偏光方位角が偏光方位角２ｃと等しければレーザ光２を全て透過する。
【００２３】
偏光子１４へは、偏光方位角２ａを有した直線偏光のレーザ光２がレーザ発振器１から入射される。偏光子１４は、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して光路下流側へ導く。また、偏光子１４は、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を透過させてダンパ１６に導く。偏光方位角調整装置３０は、偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１をレーザ加工装置１００の光路下流へ伝播させる。
【００２４】
反射ミラー１５は、偏光子１４で反射されたレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を反射して偏光方位角調整装置３０の出射側へ導くミラーである。反射ミラー１５は、偏光方位角調整装置３０に入射してきたレーザ光２の光軸と偏光方位角調整装置３０から出射されるレーザ光２の光軸とが同軸になるように配置されている。ダンパ１６は、偏光子１４を透過したレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１を受け止める。また、光学ユニットとしても筐体３５は、レーザ光２の光軸（レーザ加工装置１００への入射軸および出射軸）を中心に回転できるようレーザ加工装置１００に対して回転自在に取り付けられている。
【００２５】
つぎに、レーザ加工装置１００の動作処理手順について説明する。レーザ発振器１から導かれてくる偏光方位角２ａのレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１は、偏光子１４で反射され、偏光方位角２ａとは異なる偏光方位角２ｂに偏光方位角が変えられてマスク４に導かれる。また、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ１は、偏光子１４を透過した後、ダンパ１６に吸収される。
【００２６】
マスク４では、レーザ光２の所望部分のみを透過させることによって、レーザ光２をレーザ加工に適したビームモード形状に整形する。マスク４で整形されたレーザ光２は、１〜複数枚の反射ミラー６で反射されて偏光ビームスプリッタ７に導かれる。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ７では、レーザ光２のＰ波偏光成分が偏光ビームスプリッタ７を透過してレーザ光８Ａとして出射され、レーザ光２のＳ波偏光成分が偏光ビームスプリッタ７で反射してレーザ光８Ｂとして出射される。２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工穴品質にばらつきを生じさせないようにするためには、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーが等しいことが必要である。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０から出射するレーザ光２の偏光方位角２ｂが、偏光ビームスプリッタ７に対して４５°の偏光方位角になるように、偏光方位角調整装置３０を光軸方向に回転調整しておく。換言すると、偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザ光２のＳ波偏光成分とＰ波偏光成分とが同じ大きさとなるよう、偏光方位角調整装置３０でレーザ光２の偏向角度２ｂを調整しておく。これにより、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーと、を等しくすることが可能となる。
【００２９】
また、本実施の形態では、偏光子１４を透過するＰ波偏光成分Ｐ１を光路下流に導くのではなく、偏光子１４で反射したＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流に導いている。このため、偏光子１４の基板材料による透過熱の熱レンズ効果の影響を受けずに、安定した加工品質を提供することが可能となる。熱レンズ効果は、偏光子１４の基板材料（例えば、ＺｎＳｅ基板）内を高いパワーのレーザ光が透過した場合に、基板材料が局所的に温度上昇することによって偏光子１４の屈折率分布が生じ、これにより、偏光子１４がレンズの作用をする現象である。
【００３０】
図４は、偏光子を透過するＰ波成分を光路下流へ導いた場合の熱レンズ現象を説明するための図である。図４の（ａ）では、熱レンズ現象が発生していない場合のレーザビーム強度分布を示している。また、図４の（ｂ）では、熱レンズ現象が発生した場合のレーザビーム強度分布を示している。
【００３１】
熱レンズ現象が発生していない場合、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、レーザビーム強度分布Ａ１を有している。また、熱レンズ現象が発生している場合、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、レーザビーム強度分布Ｂ１を有している。レーザビーム強度分布Ｂ１は、レーザビーム強度分布Ａ１と同じ強度分布を有したレーザ光である。
【００３２】
そして、レーザ発振器１からのレーザ光は、レーザ光のＰ波偏光成分Ｐ１が偏光子１７を透過する。ここでの偏光子１７は、例えば偏光方位角調整装置３０と同様の位置に配置されている。このとき、熱レンズ現象が発生していなければ、レーザビーム強度分布Ａ１のレーザ光は、偏光子１７を透過することによって、レーザビーム強度分布Ａ２のレーザ光になる。また、熱レンズ現象が発生していれば、レーザビーム強度分布Ｂ１のレーザ光は、偏光子１７を透過することによって、レーザビーム強度分布Ａ２とは異なるレーザビーム強度分布Ｂ２のレーザ光になる。
【００３３】
図４の（ｂ）に示すように偏光子１７に熱レンズ現象が発生した場合、図４の（ａ）に示すように偏光子１７に熱レンズ現象が発生していない場合と比べて、マスク４におけるレーザ光のビーム径が変わってしまう。熱レンズ現象の度合いは偏光子１７に入射されるレーザ光のパワーに依存するので、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、マスク４を透過するレーザ光のビームエネルギーが変化する。このため、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、被加工物に到達するレーザ光のエネルギーにばらつきが生じる。具体的には、熱レンズ現象が発生していない場合は、レーザビーム強度分布Ａ３のレーザ光が光路下流に導かれる。また、熱レンズ現象が発生している場合は、レーザビーム強度分布Ａ３とは異なるレーザビーム強度分布Ｂ３のレーザ光が光路下流に導かれる。この結果、熱レンズ現象が発生した場合と発生しない場合とで、被加工物の加工穴の品質に差が生じる。
【００３４】
一方、本実施の形態では、偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ導くので、偏光子１４（基板材料）の熱レンズ現象の影響を受けずに、安定した加工品質の加工穴を被加工物１３Ａ，１３Ｂに形成することが可能となる。
【００３５】
偏光方位角調整装置３０では、入射するレーザ光２のうち、偏光子１４で透過するＰ波偏光成分Ｐ１をダンパ１６に吸収させているので、Ｐ波偏光成分Ｐ１はエネルギー損失となる。偏光ビームスプリッタ７から出射するレーザ光８Ａとレーザ光８Ｂのエネルギーが等しくなるように、偏光方位角調整装置３０を回転調整した後の偏光方位角２ｂと偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２の偏光方位角２ａとが同じであれば、偏光子１４でレーザ光２が全て反射し、ダンパで吸収されないため、エネルギー損失はなく光路下流へレーザ光２が導かれる。そのため、偏光方位角２ａと偏光方位角２ｂとがほぼ等しくなるように、偏光方位角調整装置３０よりも光路上流の１〜複数の反射ミラー６を配置しておけば、エネルギー損失を抑制することが可能となる。したがって、偏光ビームスプリッタ７へ入射するレーザ光２のＳ波偏光成分とＰ波偏光成分とが同じ大きさとなる偏光方位角２ｂでレーザ光２を出射するよう偏光方位角調整装置３０を回転させるとともに、偏光方位角２ａが偏光方位角２ｂに近づくよう偏光方位角調整装置３０よりも光路上流の反射ミラー６を配置しておく。
【００３６】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０において、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２と偏光方位角調整装置３０から出射されるレーザ光２が同軸になるように偏光子１４および反射ミラー１５を配置している。換言すると、偏光方位角調整装置３０（光学ユニット）を入射光軸を中心として回転させた場合に入射光軸および出射光軸の光軸方向が回転前のまま維持されるように、偏光子１４および反射ミラー１５が配置されている。これにより、偏光方位角調整装置３０を回転調整した場合であっても、光軸にずれが生じないので、加工品質が劣化しない。
【００３７】
このように、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２のうち偏光子１４で反射するＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ伝播させるので、偏光子１４の熱レンズ現象の影響を受けることなく安定したレーザ加工を行うことが可能となる。また、１つの偏光子１４と少なくとも２つの光学素子（反射ミラー１５）を、偏光方位角調整装置３０への入射光軸と出射光軸とが同軸になるように光学ユニットを構成しているので、偏光方位角を調整するために光軸中心に光学ユニットを回転調整しても光軸にずれが生じない。このため、安定したレーザ加工を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０をレーザ光２を２つに分光して、２つのＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上で同時に２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工を行うレーザ加工装置１００に適用する場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０を他の構成を有したレーザ加工装置に適用してもよい。
【００３９】
例えば、レーザ光２を２つに分光して、２つのＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上で同時に２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂの加工を行う場合について説明したが、本実施の形態は、この構成に限定されない。
【００４０】
例えば、レーザ光２を３つ以上に分光して、３つ以上のＸＹテーブル上で同時に３つ以上の被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４１】
また、１つのＸＹテーブルに複数の被加工物を載置するとともに、レーザ光２を複数に分光して各被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４２】
また、１つの駆動系に複数のＸＹテーブルを取付けるとともに、レーザ光２を複数に分光し、各ＸＹテーブル上に載置された被加工物を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４３】
また、１つのＸＹテーブルに１つの被加工物を載置するとともに、レーザ光２を複数に分光し、複数のレーザビームによって被加工物の複数個所を同時にレーザ加工するレーザ加工装置に偏光方位角調整装置３０を適用してもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０の各構成要素（偏光子１４、反射ミラー１５、ダンパ１６）が筐体３５内に格納されている場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０の各構成要素は、筐体３５内に格納する必要はない。偏光方位角調整装置３０の各構成要素を筐体３５内に格納しない場合であっても、各構成要素を接続することによって１つの光学ユニットで構成しておく。そして、光学ユニットをレーザ光２の光軸を中心に回転できるようレーザ加工装置１００内に取り付けておく。
【００４５】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０内に反射ミラー１５が２枚配置されている場合について説明したが、偏光方位角調整装置３０内に配置する反射ミラー１５の枚数は３枚以上であってもよい。この場合も、偏光方位角調整装置３０に入射するレーザ光２と偏光方位角調整装置３０から出射するレーザ光２とが同軸となるよう、反射ミラー１５を配置しておく。また、偏光方位角調整装置３０は、図１に示した位置に配置する場合に限らず、偏光ビームスプリッタ７よりも前段（光路上流側）であれば、何れの位置に配置してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では、光学ユニットごと偏光子１４と反射ミラー１５を回転させる場合について説明したが、偏光子１４と反射ミラー１５とを独立して回転させてもよい。この場合も、偏光子１４および反射ミラー１５を回転させる偏光方位角調整装置３０への入射光軸と出射光軸との光軸が同軸になるよう、偏光子１４と反射ミラー１５とを回転させる。
【００４７】
また、本実施の形態では、偏光方位角調整装置３０から偏光子１４を反射するＳ波偏光成分を出射させたが、偏光子の透過熱レンズによる影響がない場合、偏光子１４を透過するＰ波偏光成分を出射させてもよい。図５は、偏光子を透過するＰ波偏光成分を出射する偏光方位角調整装置の概略構成を示す図である。なお、図５の各構成要素のうち図２に示す偏光方位角調整装置３０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００４８】
偏光方位角調整装置３１は、偏光子１４と、複数枚の反射ミラー（図５では、２枚の反射ミラー１５を図示）と、ダンパ１６と、を有しており、これらが筐体３５内に格納されている。
【００４９】
偏光子１４は、レーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ２を反射してダンパ１６に導く。また、偏光子１４は、レーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ２を透過させて光路下流側へ導く。反射ミラー１５は、偏光子１４を透過したレーザ光２のＰ波偏光成分Ｐ２を反射して偏光方位角調整装置３１の出射側へ導く。反射ミラー１５は、偏光方位角調整装置３１に入射してきたレーザ光２の光軸と偏光方位角調整装置３１から出射されるレーザ光２の光軸とが同軸になるように配置されている。ダンパ１６は、偏光子１４で反射したレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ２を受け止める。この構成により、偏光方位角調整装置３１は、偏光方位角調整装置３１と同様に、レーザ光８Ａのエネルギーとレーザ光８Ｂのエネルギーと、が等しくなるよう、レーザ光２を出射する。これにより、偏光方位角調整装置３１からＰ波偏光成分Ｐ２を出射する場合に、偏光方位角を調整するために光軸中心に光学ユニットを回転調整しても光軸にずれが生じない。
【００５０】
このように実施の形態によれば、偏光方位角調整装置３０によってレーザ光２のＳ波偏光成分Ｓ１を光路下流へ導いているので、偏光子１４の熱レンズ現象による影響を受けずにレーザ加工を行うことが可能となる。また、偏光方位角調整装置３０を１つの光学ユニットで構成し、レーザ光の光軸方向に回転自在に取り付けられているので、レーザ光２の光軸方向を変えることなく偏光方位角を調整することが可能となる。したがって、被加工物１３Ａ，１３Ｂへの安定したレーザ加工を容易に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る偏光方位角調整装置およびレーザ加工装置は、レーザ加工に用いるレーザ光の偏光方位角の調整に適している。
【符号の説明】
【００５２】
１ レーザ発振器
２，８Ａ，８Ｂ レーザ光
２ａ〜２ｃ，９Ａ，９Ｂ 偏光方位角
４ マスク
６ 反射ミラー
７ 偏光ビームスプリッタ
１２Ａ，１２Ｂ ＸＹテーブル
１３Ａ，１３Ｂ 被加工物
１４ 偏光子
１５ 反射ミラー
１６ ダンパ
３０，３１ 偏光方位角調整装置
３５ 筐体
１００ レーザ加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする偏光方位角調整装置。
【請求項２】
レーザ光を出射して被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置において、
前記レーザ光を出射する光源から前記被加工物までの光路上に、前記レーザ光の偏光方位角を調整するするとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに、
前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記光学ユニットから前記被加工物までの光路上に、前記レーザ光を２つのレーザ光に分光する分光部をさらに有し、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットから出射するレーザ光の偏向角度が、前記分光部に対して４５°の偏光方位角となるように、前記入射光軸を中心として回転させられることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子を透過した前記レーザ光のＰ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに前記Ｓ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｐ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする偏光方位角調整装置。
【請求項１】
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする偏光方位角調整装置。
【請求項２】
レーザ光を出射して被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置において、
前記レーザ光を出射する光源から前記被加工物までの光路上に、前記レーザ光の偏光方位角を調整するするとともに前記Ｐ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｓ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子で反射された前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに、
前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記光学ユニットから前記被加工物までの光路上に、前記レーザ光を２つのレーザ光に分光する分光部をさらに有し、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットから出射するレーザ光の偏向角度が、前記分光部に対して４５°の偏光方位角となるように、前記入射光軸を中心として回転させられることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
入射してくるレーザ光のＰ波偏光成分を透過させるとともに、前記レーザ光のＳ波偏光成分を反射する偏光子と、
前記偏光子を透過した前記レーザ光のＰ波偏光成分を反射して光路の下流側へ導く少なくとも２つの反射光学素子と、
を有するとともに前記Ｓ波偏光成分を吸収し且つ前記Ｐ波偏光成分を光路の下流側へ出射する光学ユニットを備え、
前記光学ユニットは、前記光学ユニットへの前記レーザ光の入射光軸と前記光学ユニットからの前記レーザ光の出射光軸とが同軸であり且つ前記光学ユニットを前記入射光軸を中心として回転させた場合に前記入射光軸および前記出射光軸の光軸方向が維持されるように、前記偏光子と前記反射光学素子とが配置されていることを特徴とする偏光方位角調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５１３０６（Ｐ２０１１−２５１３０６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６１５６（Ｐ２０１０−１２６１５６）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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