特許 7499628 ビーム整形光学装置及び真円度調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-06

(45)【発行日】2024-06-14

(54)【発明の名称】ビーム整形光学装置及び真円度調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20240607BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020117103

(22)【出願日】2020-07-07

(65)【公開番号】P2022014651

(43)【公開日】2022-01-20

【審査請求日】2023-05-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】河村 譲一

(72)【発明者】

【氏名】田中 研太

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１１１５１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６０－１４６２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９２７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２９７９１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器から出力されたレーザビームの経路に配置され、シリンドリカルミラーを含む補正光学部品と、
前記補正光学部品を経由するレーザビームの経路に配置され、凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品と、
前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させる方向に前記補正光学部品を移動可能に支持する支持機構と
を有し、
前記支持機構によって前記補正光学部品を移動させたとき、前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長が不変であるビーム整形光学装置。

【請求項2】

前記補正光学部品はシリンドリカル凹面鏡と平面ミラーとを含み、
前記補正光学部品の入側のレーザビームの光軸と、出側のレーザビームの光軸とは平行であり、
前記支持機構は、前記シリンドリカル凹面鏡と前記平面ミラーとの相対位置関係を保った状態で、入側及び出側のレーザビームの光軸と平行な方向に移動可能に、前記補正光学部品を支持する請求項１に記載のビーム整形光学装置。

【請求項3】

さらに、前記シリンドリカルミラーに入射するレーザビームの光軸と、前記シリンドリカルミラーで反射したレーザビームの光軸とのなす角の二等分線を回転中心として、前記シリンドリカルミラーの回転方向の姿勢を変化させる姿勢調整機構を有する請求項１に記載のビーム整形光学装置。

【請求項4】

さらに、
前記補正光学部品及び前記集光光学部品を経由したレーザビームの経路の基準位置におけるビーム断面の形状を検出する検出器と、
前記検出器で検出されたビーム断面の形状を真円に近付けるように前記支持機構を動作させて、前記補正光学部品を移動させる制御装置と
を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のビーム整形光学装置。

【請求項5】

さらに、
前記基準位置を通過したレーザビームの経路に配置されたビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを経由したレーザビームの経路に配置されたアパーチャと
を有し、
前記ビームエキスパンダは、前記基準位置のレーザビームのビーム断面を前記アパーチャの位置に転写する請求項４に記載のビーム整形光学装置。

【請求項6】

シリンドリカルミラーを含む補正光学部品、及び凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品を経由して基準位置に、レーザ発振器から出力されたレーザビームを集光させ、
前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長を不変とし、かつ前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させて、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける真円度調整方法。

【請求項7】

さらに、前記シリンドリカルミラーに入射するレーザビームの光軸と、前記シリンドリカルミラーで反射したレーザビームの光軸とのなす角の二等分線を回転中心として、前記シリンドリカルミラーの回転方向の姿勢を変化させることによって、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける請求項６に記載の真円度調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビーム整形光学装置及び真円度調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板等の加工対象物に穴明け加工を行う従来のレーザ加工装置について説明する。レーザ発振器から出力されたレーザビームが凹面鏡に導かれ、ビームエキスパンダの転写元位置で所定のサイズに集光される。ビームエキスパンダが、転写元位置のビーム断面を、アパーチャの位置に転写する。アパーチャによってビーム断面の外形がほぼ円形にされたレーザビームが、ガルバノスキャナ及びｆθレンズを経由して加工対象物の表面に入射する。

【0003】

加工対象物に円形の穴を形成するために、加工対象物の表面におけるビーム断面の真円度を高めることが望ましい。真円度とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさをいう。例えば、円形形体を二つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心二円の間隔が最小となる場合の２つの円の半径の差で表すことができる。半径の差が小さいほど、円形形体は真円に近い。下記の特許文献１に、レーザビームの光共振器内に。直交する二方向に関して異なる曲率半径を持つ形状のミラーを配置することにより、ビームモードの真円性の向上を図ったレーザ発振器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－３４０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の装置では、アパーチャによってビーム断面の外形が円形にされるが、加工対象物の表面におけるビーム断面の形状が円形から崩れる場合がある。アパーチャが配置されている位置におけるビームプロファイルやビームの広がり角が、縦方向と横方向とで異なるためである。

【0006】

本発明の目的は、ビーム断面を真円に近付けることが可能なビーム整形光学装置及び真円度調整方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
レーザ発振器から出力されたレーザビームの経路に配置され、シリンドリカルミラーを含む補正光学部品と、
前記補正光学部品を経由するレーザビームの経路に配置され、凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品と、
前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させる方向に前記補正光学部品を移動可能に支持する支持機構と
を有し、
前記支持機構によって前記補正光学部品を移動させたとき、前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長が不変であるビーム整形光学装置が提供される。

【0008】

本発明の他の観点によると、
シリンドリカルミラーを含む補正光学部品、及び凸レンズまたは凹面鏡からなる集光光学部品を経由して基準位置に、レーザ発振器から出力されたレーザビームを集光させ、
前記レーザ発振器から前記集光光学部品までのレーザビームの光路長を不変とし、かつ前記補正光学部品と前記集光光学部品との間のレーザビームの光路長を変化させて、前記基準位置におけるレーザビームのビーム断面を真円に近付ける真円度調整方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

補正光学部品を配置すると、レーザビームの光軸に直交する二方向のビームの広がり角の一方が固定され、他方が変化する。補正光学部品と集光光学部品との間の光路長を変化させることにより、広がり角の変化量を調整することができる。これにより、ビーム断面を真円に近付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施例によるビーム整形光学装置を搭載したレーザ加工装置の概略図である。

【図2】図２は、レーザ発振器の光軸を含む断面図である。

【図3】図３は、実施例によるレーザ発振器の光軸に垂直な断面図である。

【図4】図４は、実施例によるビーム整形光学装置の概略図である。

【図5】図５Ａ～図５Ｃは、レーザビームの反射による経路の折れ曲がりを考慮せずレーザビームが直進すると仮定した場合のレーザビームの発散及び収束の様子を示す模式図である。

【図6】図６Ａは、他の実施例によるビーム整形光学装置のシリンドリカル凹面鏡、入射するレーザビームの光軸、及び反射したレーザビームの光軸の斜視図であり、図６Ｂは、シリンドリカル凹面鏡の母線がｘ軸に平行である場合に、補正光学部品を移動させたときのビーム断面の形状の変化を示す図であり、図６Ｃは、ビーム断面を伸び縮みさせる方向がｙ方向に対して傾いたときのビーム断面の形状の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１～図５Ｃを参照して、一実施例によるビーム整形光学装置について説明する。
図１は、本実施例によるビーム整形光学装置５０を搭載したレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置は、レーザ発振器１２、加工装置８０、及び制御装置７０を含む。

【0012】

レーザ発振器１２は架台１１の上に支持されており、架台１１は共通ベース１００に固定されている。加工装置８０は、ビーム整形光学装置５０、ビーム走査器８１、ｆθレンズ８２、及びステージ８５含む。ステージ８５の上に加工対象物９０が保持される。ビーム整形光学装置５０、ビーム走査器８１、ｆθレンズ８２、及びステージ８５は、共通ベース１００に支持されている。共通ベース１００は、例えば床である。

【0013】

レーザ発振器１２は、パルスレーザビームを出力する。レーザ発振器１２として、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。レーザ発振器１２から出力されたパルスレーザビームが、ビーム整形光学装置５０によってビームプロファイルを整形され、ビーム走査器８１及びｆθレンズ８２を経由して加工対象物９０に入射する。ビーム走査器８１は、レーザビームを二方向に走査する。ステージ８５は、加工対象物９０を、その表面に平行な二方向に移動させる。制御装置７０は、ビーム整形光学装置５０を制御して、ビーム断面の形状を真円に近付ける。

【0014】

ビーム走査器８１がレーザビームを二方向に走査して加工対象物９０の所望の位置にパルスレーザビームを入射させることにより、穴明け加工が行われる。パルスレーザビームの走査可能範囲が加工対象物９０の表面の全域をカバーしていない場合には、ステージ８５によって加工対象物９０を移動させることにより、加工対象物９０の表面のほぼ全域を加工することができる。

【0015】

図２は、レーザ発振器１２の光軸を含む断面図である。レーザ発振器１２は、レーザ媒質ガス及び光共振器２０等を収容するチェンバ１５を含む。チェンバ１５にレーザ媒質ガスが収容される。チェンバ１５の内部空間が、相対的に上側に位置する光学室１６と、相対的に下側に位置するブロワ室１７とに区分されている。光学室１６とブロワ室１７とは、上下仕切り板１８で仕切られている。なお、上下仕切り板１８には、レーザ媒質ガスを光学室１６とブロワ室１７との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１７の側壁から光学室１６の底板１９が、光共振器２０の光軸２０Ａの方向に張り出しており、光学室１６の光軸方向の長さが、ブロワ室１７の光軸方向の長さより長くなっている。

【0016】

チェンバ１５の底板１９が、４個の支持箇所４５で架台１１（図１）に支持されている。４個の支持箇所４５は、平面視において長方形の４個の頂点に相当する位置に配置されている。

【0017】

光学室１６内に、一対の放電電極２１及び一対の共振器ミラー２５が配置されている。一対の放電電極２１は、それぞれ電極ボックス２２に固定されている。一対の電極ボックス２２は複数の電極支持部材２３を介して底板１９に支持されている。一対の放電電極２１は、上下方向に間隔を隔てて配置され、両者の間に放電領域２４が画定される。放電電極２１は放電領域２４に放電を生じさせることにより、レーザ媒質ガスを励起させる。一対の共振器ミラー２５は、放電領域２４を通る光軸２０Ａを持つ光共振器２０を構成する。後に図３を参照して説明するように、放電領域２４を図２の紙面に垂直な方向にレーザ媒質ガスが流れる。

【0018】

一対の共振器ミラー２５は、光学室１６内に配置された共通の共振器ベース２６に固定されている。共振器ベース２６は、光軸２０Ａの方向に長い板状の部材であり、複数の光共振器支持部材２７を介して底板１９に支持されている。

【0019】

光共振器２０の光軸２０Ａを一方向（図１において左方向）に延伸させた延長線と光学室１６の壁面との交差箇所に、レーザビームを透過させる光透過窓２８が取り付けられている。光共振器２０内で励振されたレーザビームが光透過窓２８を透過して外部に放射される。

【0020】

ブロワ室１７にブロワ２９が配置されている。ブロワ２９は、光学室１６とブロワ室１７との間でレーザ媒質ガスを循環させる。

【0021】

図３は、実施例によるレーザ発振器１２の光軸２０Ａ（図２）に垂直な断面図である。図２を参照して説明したように、チェンバ１５の内部空間が上下仕切り板１８により、上方の光学室１６と下方のブロワ室１７とに区分されている。光学室１６内に、一対の放電電極２１及び共振器ベース２６が配置されている。一対の放電電極２１は、それぞれ電極ボックス２２に固定されている。電極ボックス２２は、複数の電極支持部材２３によってチェンバ１５の底板１９（図２）に支持されている。一対の放電電極２１の間に放電領域２４が画定される。共振器ベース２６は、複数の光共振器支持部材２７によってチェンバ１５の底板１９（図２）に支持されている。電極支持部材２３及び光共振器支持部材２７は、図３に示した断面からずれた位置に配置されているため、図３において電極支持部材２３及び光共振器支持部材２７を破線で表している。

【0022】

光学室１６内に仕切り板４０が配置されている。仕切り板４０は、上下仕切り板１８に設けられた開口１８Ａから放電領域２４までの第１ガス流路４１、放電領域２４から上下仕切り板１８に設けられた他の開口１８Ｂまでの第２ガス流路４２を画定する。レーザ媒質ガスは、放電領域２４を、光軸２０Ａ（図２）に対して直交する方向に流れる。放電方向は、レーザ媒質ガスが流れる方向、及び光軸２０Ａの両方に対して直交する。ブロワ室１７、第１ガス流路４１、放電領域２４、及び第２ガス流路４２によって、レーザ媒質ガスが循環する循環路が形成される。ブロワ２９は、この循環路をレーザ媒質ガスが循環するように、矢印で示したレーザ媒質ガスの流れを発生させる。

【0023】

ブロワ室１７内の循環路に、熱交換器４３が収容されている。放電領域２４で加熱されたレーザ媒質ガスが熱交換器４３を通過することによって冷却され、冷却されたレーザ媒質ガスが放電領域２４に再供給される。

【0024】

次に、図４を参照して、本実施例によるビーム整形光学装置５０について説明する。
図４は、実施例によるビーム整形光学装置５０の概略図である。ビーム整形光学装置５０は、補正光学部品５１、集光光学部品５５、平面ミラー５６、ビームエキスパンダ６０、アパーチャ６１、平面ミラー６２、支持機構６５、及び検出器６６を含む。補正光学部品５１は、シリンドリカル凹面鏡５２及び平面ミラー５３を含む。集光光学部品５５は、球面または放物面の反射面を持つ凹面鏡である。

【0025】

レーザ発振器１２から出力されたレーザビームがシリンドリカル凹面鏡５２で反射され、さらに平面ミラー５３で反射されて集光光学部品５５に入射する。集光光学部品５５で反射されたレーザビームが、平面ミラー５６で反射されてビームエキスパンダ６０に入射する。ビームエキスパンダ６０は、平面ミラー５６とビームエキスパンダ６０との間の基準位置６３のビーム断面を、アパーチャ６１の位置に、ビーム径を拡大または縮小して転写する。基準位置６３を転写元位置という場合がある。ビームエキスパンダ６０に関して、基準位置６３とアパーチャ６１の位置とが共役の関係にある。

【0026】

アパーチャ６１は、レーザビームの周辺部を遮光し、ビーム断面を円形に整形する。アパーチャ６１を通過したレーザビームが平面ミラー６２で反射されてビーム走査器８１に入射する。ビーム走査器８１には、例えばガルバノスキャナが用いられる。ビーム走査器８１は、レーザビームを二方向に走査する。ｆθレンズ８２は、ビーム走査器８１で走査されたレーザビームを加工対象物９０の表面に集光する。例えば、ｆθレンズ８２は、アパーチャ６１を加工対象物９０の表面に結像させる。

【0027】

支持機構６５は、補正光学部品５１と集光光学部品５５との間のレーザビームの光軸に沿って補正光学部品５１を移動可能に支持する。補正光学部品５１は、図４において両矢印で示すように並進移動する。移動後の補正光学部品５１を破線で示している。補正光学部品５１に入射するレーザビームの光軸と、補正光学部品５１から集光光学部品５５に向かうレーザビームの光軸とは平行である。支持機構６５は、シリンドリカル凹面鏡５２と平面ミラー５３との相対位置関係を保った状態で、補正光学部品５１を移動させる。このため、補正光学部品５１を移動させても、レーザ発振器１２から集光光学部品５５までのレーザビームの光路長は不変である。

【0028】

検出器６６は、レーザビームの経路上の基準位置６３と、レーザビームの経路から外れた位置との間で、両矢印で示すように移動可能である。図４において、レーザビームの経路上の基準位置６３に位置する検出器６６を破線で示しており、レーザビームの経路から外れた位置の検出器６６を実線で示している。検出器６６は、入射するレーザビームのビーム断面の形状を検出する。検出器６６として、例えばビームプロファイラを用いることができる。

【0029】

検出器６６による検出結果が制御装置７０に入力される。制御装置７０は、検出器６６の検出結果に基づいて支持機構６５を制御し、補正光学部品５１を移動させる。支持機構６５の制御の詳細については後に説明する。

【0030】

次に、図５Ａ～図５Ｃを参照して、ビーム整形光学装置５０内のレーザビームの発散と収束、及びビーム断面の形状について説明する。

【0031】

図５Ａ～図５Ｃは、レーザビームの反射による経路の折れ曲がりを考慮せずレーザビームが直進すると仮定した場合のレーザビームの発散及び収束の様子を示す模式図である。シリンドリカル凹面鏡５２（図４）のシリンドリカル面の母線と平行な方向をｘ方向とし、母線に垂直な面をｙｚとし、レーザビームの進行方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。例えば、ｘ方向は、一対の放電電極２１（図２）が離隔される方向（放電方向）に対応し、ｙ方向は、放電領域２４（図３）内をレーザ媒質ガスが流れる方向に対応する。

【0032】

図５Ａ及び図５Ｂは、ｙｚ面におけるレーザビームの発散、収束を表している。図５Ａと図５Ｂとでは、シリンドリカル凹面鏡５２の位置が異なっている。図５Ｂにおいて、図５Ａに示した状態と同一の状態を破線で示している。図５Ｃは、ｚｘ面におけるレーザビームの発散、収束を表している。図５Ａ～図５Ｃにおいて、レーザ発振器１２から出力されたレーザビーム３１の光軸３０を二点鎖線で表している。ここで、「レーザビームの光軸」とは、ビーム断面の中心を連ねた直線であり、レーザ発振器１２内の光共振器２０の光軸２０Ａを延長した直線に一致する。

【0033】

レーザ発振器１２から出力されたレーザビーム３１がシリンドリカル凹面鏡５２、集光光学部品５５を経由して基準位置６３まで導光される。本実施例においては、レーザ発振器１２の出口において、レーザビーム３１のビーム断面３２がｘ方向に長い楕円である。また、ｙｚ面内おけるレーザビーム３１の広がり角θｙ（図５Ａ、図５Ｂ）が、ｚｘ面内におけるレーザビーム３１の広がり角θｘ（図５Ｃ）より大きい。

【0034】

シリンドリカル凹面鏡５２は、図５Ａ、図５Ｂに示したようにｙｚ面内においてレーザビーム３１を収束させる。ｚｘ面内においては、シリンドリカル凹面鏡５２は平面ミラーとして機能し、レーザビーム３１の収束及び発散に影響を与えない。

【0035】

図５Ａに示した破線は、シリンドリカル凹面鏡５２に代えて平面ミラーを配した場合のレーザビーム３１の発散、収束の様子を示している。ｙｚ面内におけるレーザビーム３１の広がり角θｙがｚｘ面内におけるレーザビーム３１の広がり角θｘより大きいため、基準位置６３におけるビーム断面３３は、図５Ａにおいて破線で示すように、ｙ方向に長い楕円になる。

【0036】

シリンドリカル凹面鏡５２を配置すると、ｙｚ面内おいてレーザビーム３１が収束され、ｚｘ面内においてはレーザビーム３１の発散、収束が影響を受けない。このため、基準位置６３におけるビーム断面３３の寸法がｙ方向に縮められる。図５Ａに示した状態では、ビーム断面３３のｙ方向への縮み量が大きくなりすぎて、ビーム断面３３は実線で示すようにｘ方向に長い楕円になる。

【0037】

図５Ｂに示すようにシリンドリカル凹面鏡５２を集光光学部品５５の方に移動させると、ｙｚ面内におけるレーザビーム３１の収束力が弱まる。ｚｘ面内においては、シリンドリカル凹面鏡５２を移動させてもレーザビーム３１の発散、収束は影響を受けない。その結果、基準位置６３におけるビーム断面３３が、図５Ａに実線で示したビーム断面３３からｙ方向に延びる。図５Ｂ及び図５Ｃに示したように、ビーム断面３３が、破線で示した形状から実線で示した形状に変化し、真円に近づく。

【0038】

次に、制御装置７０（図４）の機能について説明する。
制御装置７０は、検出器６６から検出結果を取得し、ビーム断面の形状を検出する。さらに、支持機構６５を制御して、ビーム断面の形状が真円に近づく向きに補正光学部品５１を移動させる。現時点のビーム断面の形状と真円との差が許容範囲内である場合、制御装置７０は、補正光学部品５１を停止させる。

【0039】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本願の発明者らによる評価実験によると、ビームエキスパンダ６０の転写元である基準位置６３（図４）におけるビーム断面が真円からずれると、アパーチャ６１でビーム断面を真円に整形しても、加工された穴の形状が真円からずれてしまうことが判明した。これは、アパーチャ６１の位置においてビーム断面の外形のみを真円に整形しても、ビーム断面内におけるビームプロファイルや、レーザビームの広がり角が、光軸に直交する縦方向と横方向とで異なっているためである。基準位置６３におけるビーム断面を真円に近付けると、加工された穴が真円に近づくことがわかった。

【0040】

本実施例では、補正光学部品５１（図４）の位置を調整して基準位置６３におけるビーム断面を真円に近付けることができる。基準位置６３におけるビーム断面が真円に近づくことにより、加工対象物９０の表面においてもビーム断面が真円に近づくことになり、円形の孔を形成することが可能になる。

【0041】

また、本実施例では、補正光学部品５１（図４）を移動させてもレーザ発振器１２から集光光学部品５５までのレーザビームの光路長が変化しない。このため、補正光学部品５１の移動が、ｙｚ面内（図５Ａ、図５Ｂ）におけるレーザビームの発散、収束以外のレーザビームの伝搬状態に影響を与えることはない。これにより、ビーム断面を真円に近付けるために調整すべきパラメータの数が抑制され、調整を容易に行うことができる。

【0042】

次に、上記実施例の変型例について説明する。
上記実施例では補正光学部品５１にシリンドリカル凹面鏡５２（図４）を用いているが、シリンドリカル凹面鏡５２に代えてシリンドリカル凸面鏡を用いてもよい。すなわち、補正光学部品５１がシリンドリカルミラーを含むようにしてもよい。または、シリンドリカル凹面鏡５２に代えてシリンドリカル凸レンズまたはシリンドリカル凹レンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズを用いる場合には、平面ミラー５３（図４）は不要である。このように、補正光学部品５１として、シリンドリカル状の反射面または屈折面を持つ光学部品を用いればよい。また、上記実施例では集光光学部品５５として凹面鏡を用いているが、凹面鏡に代えて凸レンズを用いてもよい。

【0043】

上記実施例では、ビーム整形光学装置５０（図１）を、穴明け加工を行うレーザ加工装置に搭載しているが、その他のレーザ加工装置に搭載してもよい。特に、ビーム断面を真円に近付けて加工することが要求されるレーザ加工装置に搭載することにより、大きな効果が得られる。また、レーザ発振器１２として炭酸ガスレーザを用いているが、その他の種々のレーザ発振器に上記実施例によるビーム整形光学装置５０を組み合わせてもよい。

【0044】

上記実施例では、レーザビームがシリンドリカル凹面鏡５２（図４）で反射した後に平面ミラー５３に入射する構成としているが、両者の位置を入れ替えてもよい。すなわち、レーザ発振器１２から出力されたレーザビームが平面ミラー５３で反射され、その反射光がシリンドリカル凹面鏡５２に入射する構成としてもよい。

【0045】

上記実施例では、制御装置７０が支持機構６５を制御して補正光学部品５１を移動させるが、ユーザが支持機構６５を手動で調整することにより、補正光学部品５１を移動させてもよい。

【0046】

上記実施例では、補正光学部品５１をレーザ発振器１２と集光光学部品５５との間のレーザビームの経路に配置しているが、補正光学部品５１と集光光学部品５５との位置関係を変えてもよい。すなわち、集光光学部品５５を、レーザ発振器１２と補正光学部品５１との間のレーザビームの経路に配置してもよい。この場合にも、補正光学部品５１と集光光学部品５５との間のレーザビームの光路長を変化させることにより、基準位置６３におけるビーム断面を真円に近付けることができる。

【0047】

次に、図６Ａ～図６Ｃを参照して他の実施例によるビーム整形光学装置について説明する。以下、図１～図５Ｃに示した実施例によるビーム整形光学装置と共通の構成については説明を省略する。

【0048】

図６Ａは、本実施例によるビーム整形光学装置のシリンドリカル凹面鏡５２、シリンドリカル凹面鏡５２に入射するレーザビームの光軸３０Ａ、及び反射したレーザビームの光軸３０Ｂの斜視図である。本実施例によるビーム整形光学装置５０は、姿勢調整機構６７を含む。姿勢調整機構６７は、シリンドリカル凹面鏡５２に入射するレーザビームの光軸３０Ａと、シリンドリカル凹面鏡５２で反射したレーザビームの光軸３０Ｂとのなす角の二等分線を回転中心３５として、シリンドリカル凹面鏡５２の回転方向の姿勢を変化させる。回転中心３５はシリンドリカル凹面鏡５２の反射面に対して垂直である。

【0049】

次に、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、本実施例の優れた効果について説明する。
図６Ｂは、シリンドリカル凹面鏡５２の母線がｘ軸に平行である場合に、補正光学部品５１を移動させたときのビーム断面３３の形状の変化を示す図である。シリンドリカル凹面鏡５２の母線がｘ軸に平行であるため、補正光学部品５１を移動させると、ビーム断面３３がｙ方向に延び縮みする。真円度調整前の破線で示すビーム断面の長軸がｙ方向に対して傾いている場合、ビーム断面３３をｙ方向に延び縮みさせてもビーム断面３３は真円にならない。

【0050】

シリンドリカル凹面鏡５２の回転方向の姿勢を変化させると、補正光学部品５１を移動させることによってビーム断面３３を伸び縮みさせる方向がｙ方向に対して傾く。

【0051】

図６Ｃは、ビーム断面３３を伸び縮みさせる方向がｙ方向に対して傾いたときのビーム断面３３の形状の変化を示す図である。伸び縮みする方向が、破線で示したビーム断面の長軸方向に一致するように、シリンドリカル凹面鏡５２の回転方向の姿勢を調整している。このため、シリンドリカル凹面鏡５２を配置することにより、ビーム断面３３は破線で示したビーム断面の長軸方向に縮む。補正光学部品５１を移動させてビーム断面３３の縮み量を調整することにより、ビーム断面３３を真円に近付けることができる。

【0052】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0053】

１１ 架台
１２ レーザ発振器
１５ チェンバ
１６ 光学室
１７ ブロワ室
１８ 上下仕切り板
１８Ａ、１８Ｂ 開口
１９ 底板
２０ 光共振器
２０Ａ 光軸
２１ 放電電極
２２ 電極ボックス
２３ 電極支持部材
２４ 放電領域
２５ 共振器ミラー
２６ 共振器ベース
２７ 光共振器支持部材
２８ 光透過窓
２９ ブロワ
３０、３０Ａ、３０Ｂ レーザビームの光軸
３１ レーザビーム
３２ レーザ発振器の出口におけるビーム断面
３３ 基準位置のビーム断面
３５ 回転中心
４０ 仕切り板
４１ 第１ガス流路
４２ 第２ガス流路
４３ 熱交換器
４５ 支持箇所
５０ ビーム整形光学装置
５１ 補正光学部品
５２ シリンドリカル凹面鏡
５３ 平面ミラー
５５ 集光光学部品
５６ 平面ミラー
６０ ビームエキスパンダ
６１ アパーチャ
６２ 平面ミラー
６３ 基準位置
６５ 支持機構
６６ 検出器
６７ 姿勢調整機構
７０ 制御装置
８０ 加工装置
８１ ビーム走査器
８２ ｆθレンズ
８５ ステージ
９０ 加工対象物
１００ 共通ベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】