特許 7542352 アッテネータ装置及びレーザ加工装置

(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】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】アッテネータ装置及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/02 20060101AFI20240823BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

G02B26/02 G

B23K26/00 N

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020124684

(22)【出願日】2020-07-21

(65)【公開番号】P2022021215

(43)【公開日】2022-02-02

【審査請求日】2023-07-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 晴康

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】実公昭４９－０１６０００（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３９８４１１２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０６－２０６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００１３２７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２５８５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２２８２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２５９０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／０２

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸に沿ってレーザ光が入射する一対の第１ウィンドウを有する第１ウィンドウ対であって、前記一対の第１ウィンドウの各々は、前記光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第１表面を含み、前記一対の第１ウィンドウの一方の前記一対の第１表面は、前記光軸に対して、前記一対の第１ウィンドウの他方の前記一対の第１表面とは反対側に傾いている、前記第１ウィンドウ対と、
前記第１ウィンドウ対が前記光軸周りに回転可能となるように前記第１ウィンドウ対を保持する回転保持部と、
一対の第２ウィンドウを有する第２ウィンドウ対であって、前記一対の第２ウィンドウの各々は、前記光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第２表面を含み、前記一対の第２ウィンドウの一方の前記一対の第２表面は、前記光軸に対して、前記一対の第２ウィンドウの他方の前記一対の第２表面とは反対側に傾いている、前記第２ウィンドウ対と、
前記第１ウィンドウ対及び前記第２ウィンドウ対をこの順に通過した後に前記レーザ光が入射するように配置され、前記レーザ光の波長をλとすると、光学軸に平行な偏光成分と前記光学軸に直交する偏光成分との間にλ／４の位相差を与えるλ／４位相素子と、を備え、
前記第２ウィンドウ対は、前記光軸に平行な方向から見た場合に、前記第２ウィンドウ対を透過するＰ偏光成分の振動方向が前記λ／４位相素子の前記光学軸に対して４５度傾くように、配置されている、アッテネータ装置。

【請求項2】

前記第１ウィンドウ対、前記回転保持部及び前記第２ウィンドウ対は、互いに固定され、１つのユニットを構成している、請求項１に記載のアッテネータ装置。

【請求項3】

前記第１ウィンドウ対及び前記第２ウィンドウ対は、共通の筐体内に配置されている、請求項１又は２に記載のアッテネータ装置。

【請求項4】

前記筐体には、放熱構造が設けられている、請求項３に記載のアッテネータ装置。

【請求項5】

前記放熱構造は、前記筐体の外面に設けられた複数の板状の放熱フィンによって構成されている、請求項４に記載のアッテネータ装置。

【請求項6】

前記第１ウィンドウ対の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように前記回転保持部を制御する制御部を更に備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のアッテネータ装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１ウィンドウ対の回転角度と前記第１ウィンドウ対及び前記第２ウィンドウ対による前記レーザ光の減衰率との関係に基づいて、前記第１ウィンドウ対の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように前記回転保持部を制御する、請求項６に記載のアッテネータ装置。

【請求項8】

前記レーザ光を出力する光源と、
請求項１～７のいずれか一項に記載のアッテネータ装置と、を備えるレーザ加工装置。

【請求項9】

前記光源は、炭酸ガスレーザ発振器である、請求項８に記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アッテネータ装置及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を減衰させるアッテネータとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたアッテネータは、光軸とブリュースタ角を成すようにＶ字状に配置された一対のウィンドウを備えている。このように配置されたウィンドウの表面では、Ｐ偏光成分が略１００％透過する一方、Ｓ偏光成分は５０％程度のみが透過する。そのため、一対のウィンドウが有する計４つの表面をレーザ光に通過させることで、Ｓ偏光成分の大部分を除去してレーザ光を減衰させることができる。また、一対のウィンドウを光軸周りに回転させることで、透過成分の割合を変化させ、レーザ光の減衰率を変化させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許３６５５２６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなアッテネータを、例えばレーザ加工装置に適用することが考えられる。レーザ加工装置においては、加工対象物で反射されたレーザ光が伝送経路を逆行してレーザ発振器に戻ると、発振器の破損又は発振出力の不安定化の原因となり得る。そのため、そのような戻り光を抑制することが求められる。

【0005】

本発明は、レーザ光を好適に減衰させることができると共に、戻り光を抑制することができるアッテネータ装置、及びそのようなアッテネータ装置を備えたレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のアッテネータ装置は、光軸に沿ってレーザ光が入射する一対の第１ウィンドウを有する第１ウィンドウ対であって、一対の第１ウィンドウの各々は、光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第１表面を含み、一対の第１ウィンドウの一方の一対の第１表面は、光軸に対して、一対の第１ウィンドウの他方の一対の第１表面とは反対側に傾いている、第１ウィンドウ対と、第１ウィンドウ対が光軸周りに回転可能となるように第１ウィンドウ対を保持する回転保持部と、一対の第２ウィンドウを有する第２ウィンドウ対であって、一対の第２ウィンドウの各々は、光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第２表面を含み、一対の第２ウィンドウの一方の一対の第２表面は、光軸に対して、一対の第２ウィンドウの他方の一対の第２表面とは反対側に傾いている、第２ウィンドウ対と、第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対をこの順に通過した後にレーザ光が入射するように配置され、レーザ光の波長をλとすると、光学軸に平行な偏光成分と光学軸に直交する偏光成分との間にλ／４の位相差を与えるλ／４位相素子と、を備え、第２ウィンドウ対は、光軸に平行な方向から見た場合に、第２ウィンドウ対を透過するＰ偏光成分の振動方向がλ／４位相素子の光学軸に対して４５度傾くように、配置されている。

【0007】

このアッテネータ装置では、レーザ光が、一対の第１ウィンドウ及び一対の第２ウィンドウを通過する。各第１ウィンドウは、光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第１表面を含んでおり、各第２ウィンドウは、光軸とブリュースタ角を成すように延在する一対の第２表面を含んでいる。したがって、レーザ光は、光軸とブリュースタ角を成すように延在する計８つの表面を通過する。これにより、レーザ光を減衰させることができる。また、回転保持部により、第１ウィンドウ対が光軸周りに回転可能に保持されている。これにより、第１ウィンドウ対を回転させることで、レーザ光の減衰率を変化させることができる。特に、このアッテネータ装置では、レーザ光が計８つの表面において減衰されるため、減衰範囲を大きく確保することができ、減衰率を大きく変化させることができる。また、第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対をこの順に通過したレーザ光が、光学軸に平行な偏光成分と光学軸に直交する偏光成分との間にλ／４の位相差を与えるλ／４位相素子に入射する。ここで、第２ウィンドウ対は、光軸に平行な方向から見た場合に、第２ウィンドウ対を透過するＰ偏光成分の振動方向がλ／４位相素子の光学軸に対して４５度傾くように、配置されている。これにより、第２ウィンドウ対及びλ／４位相素子がアイソレータとして機能し、戻り光を除去することができる。よって、このアッテネータ装置によれば、レーザ光を好適に減衰させることができると共に、戻り光を抑制することができる。

【0008】

第１ウィンドウ対、回転保持部及び第２ウィンドウ対は、互いに固定され、１つのユニットを構成していてもよい。この場合、アッテネータ装置の取り扱いを容易化することができる。

【0009】

第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対は、１つの筐体内に配置されていてもよい。この場合、アッテネータ装置の取り扱いを一層容易化することができる。また、第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対で反射されたレーザ光を筐体内に留めることができる。

【0010】

筐体には、放熱構造が設けられていてもよい。この場合、第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対で反射されたレーザ光により生じる熱を効果的に放熱することができる。

【0011】

本発明のアッテネータ装置は、第１ウィンドウ対の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように回転保持部を制御する制御部を更に備えてもよい。この場合、レーザ光の減衰率を目標強度に応じた減衰率に調整することができる。

【0012】

制御部は、第１ウィンドウ対の回転角度と第１ウィンドウ対及び第２ウィンドウ対によるレーザ光の減衰率との関係に基づいて、第１ウィンドウ対の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように回転保持部を制御してもよい。この場合、レーザ光の減衰率を目標強度に応じた減衰率に確実に調整することができる。

【0013】

本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を出力する光源と、上記アッテネータ装置と、を備える。このレーザ加工装置によれば、上述した理由により、レーザ光を好適に減衰させることができると共に、戻り光を抑制することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、レーザ光を好適に減衰させることができると共に、戻り光を抑制することができるアッテネータ装置及びレーザ加工装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態のレーザ加工装置を示す構成図である。

【図2】アッテネータ装置の外観を示す斜視図である。

【図3】アッテネータ装置の内部を示す斜視図である。

【図4】ブリュースタ面における光の減衰を説明するための斜視図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）は、第１ウィンドウ対を回転させた場合の透過成分の割合の変化を示す図である。

【図6】λ／４位相素子を説明するための図である。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、アイソレータ機能を説明するための図である。

【図8】回転保持部に入力されたパルス数と透過率との関係の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示されるレーザ加工装置１は、加工対象物（ワーク）にレーザ光Ｌを照射して加工対象物を加工するための加工エンジンである。図１に示されるように、レーザ加工装置１は、光源２と、ミラー３，４と、アッテネータ装置５と、制御部６と、を備えている。アッテネータ装置５は、アッテネータユニット７及びλ／４位相素子８を有している。ミラー３，４、アッテネータユニット７及びλ／４位相素子８は、例えば矩形板状のステージ９上に配置されている。

【0018】

光源２は、例えば、炭酸ガスレーザ発振器であり、円偏光のレーザ光Ｌを出力する。ミラー３は、例えば、円偏光ミラーであり、光源２から出射されたレーザ光Ｌを反射させると共に、レーザ光Ｌの偏光状態を円偏光から直線偏光に変化させる。ミラー４は、ミラー３からのレーザ光Ｌをアッテネータユニット７に向かって反射させる。

【0019】

アッテネータユニット７は、レーザ光Ｌの強度を減衰させる。λ／４位相素子８は、アッテネータユニット７を通過したレーザ光Ｌを反射する。λ／４位相素子８により反射されたレーザ光Ｌは、加工対象物に入射する。制御部６は、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、記録媒体であるＲＡＭ及びＲＯＭ（記憶部）を含むコンピュータによって構成されている。制御部６は、レーザ加工装置１の各部の動作を制御する。

【0020】

図２及び図３に示されるように、アッテネータユニット７は、第１ウィンドウ対１０と、回転保持部２０と、第２ウィンドウ対３０と、筐体４０と、を備えている。第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０は、共通の筐体４０内に配置されている。第１ウィンドウ対１０、回転保持部２０及び第２ウィンドウ対３０は、筐体４０に対して固定されており、筐体４０と共に１つのユニットを構成している。

【0021】

筐体４０は、第１ウィンドウ対１０を収容する箱状の第１部分４１と、第２ウィンドウ対３０を収容する箱状の第２部分４２と、を有している。第１部分４１には、レーザ光Ｌが入射する入射部４３が形成されており、第２部分４２には、レーザ光Ｌが出射する出射部４４が形成されている。回転保持部２０は、第１部分４１と第２部分４２との間に配置されている。回転保持部２０により筐体４０の一部が構成されているとみなすこともできる。

【0022】

第１部分４１、第２部分４２及び回転保持部２０は、板部材４５上に配置されている。第１部分４１及び第２部分４２の外面には、放熱構造４６が設けられている。この例では、放熱構造４６は、光軸ＡＸに平行な方向に沿って並ぶ複数の板状の放熱フィン（ダンパー）４６ａによって構成されており、第１部分４１の外面及び第２部分４２の外面に設けられている。

【0023】

第１ウィンドウ対１０は、光軸ＡＸ上において互いに向かい合う一対の第１ウィンドウ１１を有している。各第１ウィンドウ１１には、入射部４３を通過したレーザ光Ｌが光軸ＡＸに沿って入射する。各第１ウィンドウ１１は、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）により矩形板状に形成されている。

【0024】

各第１ウィンドウ１１は、互いに平行な一対の第１表面１１ａを含んでいる。一対の第１ウィンドウ１１の一方の一対の第１表面１１ａは、光軸ＡＸに対して、一対の第１ウィンドウ１１の他方の一対の第１表面１１ａとは反対側に傾いている。すなわち、一対の第１ウィンドウ１１は、略逆Ｖ字状に配置されている。この例では、一対の第１ウィンドウ１１は、光軸ＡＸに直交する平面に関して面対称に配置されている。

【0025】

各第１表面１１ａは、光軸ＡＸとブリュースタ角を成すように延在している。ブリュースタ角は、屈折率が互いに異なる物質の界面においてＰ偏光成分の反射率が０となる入射角である。Ｐ偏光は、反射面の法線と光軸ＡＸとが含まれる面に対して振動方向が平行な偏光である。光が入射する物質の屈折率をｎとすると、ブリュースタ角はｔａｎ^－１ｎで表される。入射角がブリュースタ角となるように配置された面をブリュースタ面という。ブリュースタ面における光の減衰については後述する。

【0026】

回転保持部２０は、ベース２１と、回転ステージ２２と、を有している。回転ステージ２２は、光軸ＡＸ周りに回転可能となるようにベース２１に固定されている。一対の第１ウィンドウ１１は、回転ステージ２２に固定されており、光軸ＡＸ周りに回転可能となっている。すなわち、回転保持部２０は、第１ウィンドウ対１０が光軸ＡＸ周りに回転可能となるように、第１ウィンドウ対１０を保持している。一対の第１ウィンドウ１１間の位置関係は固定されており、一対の第１ウィンドウ１１は一体的に回転する。回転保持部２０の動作は、制御部６により制御される。ベース２１及び回転ステージ２２には、ベース２１及び回転ステージ２２を光軸ＡＸに沿って貫通する開口が形成されており、レーザ光Ｌは当該開口を通過する。

【0027】

第２ウィンドウ対３０は、光軸ＡＸ上において互いに向かい合う一対の第２ウィンドウ３１を有している。各第２ウィンドウ３１には、第１ウィンドウ対１０を透過したレーザ光Ｌが光軸ＡＸに沿って入射する。各第２ウィンドウ３１は、例えば、第１ウィンドウ１１と同一の材料により、矩形板状に形成されている。

【0028】

各第２ウィンドウ３１は、互いに平行な一対の第２表面３１ａを含んでいる。一対の第２ウィンドウ３１の一方の一対の第２表面３１ａは、光軸ＡＸに対して、一対の第２ウィンドウ３１の他方の一対の第２表面３１ａとは反対側に傾いている。すなわち、一対の第２ウィンドウ３１は、略逆Ｖ字状に配置されている。この例では、一対の第２ウィンドウ３１は、光軸ＡＸに直交する平面に関して面対称に配置されている。各第２表面３１ａは、光軸ＡＸとブリュースタ角を成すように延在している。一対の第２ウィンドウ３１の位置は、筐体４０内において固定されている。

【0029】

図４を参照しつつ、ブリュースタ面における光の減衰について説明する。図４に示されるように、入射角θがブリュースタ角となるブリュースタ面Ｂでは、入射光のＰ偏光成分が略１００％透過する一方、Ｓ偏光成分は５０．３３％のみが透過して残りは反射する。したがって、第１ウィンドウ対１０の４つの第１表面１１ａをレーザ光Ｌに通過させることで、Ｐ偏光成分を略１００％透過させつつ、Ｓ偏光成分を６．４％程度にまで減衰させることができる。同様に、第２ウィンドウ対３０の４つの第２表面３１ａをレーザ光Ｌに通過させることで、Ｐ偏光成分を略１００％透過させつつ、Ｓ偏光成分を６．４％程度にまで減衰させることができる。

【0030】

レーザ光Ｌが第１ウィンドウ１１を透過する際には屈折により光路にずれが生じるが、アッテネータ装置５では一対の第１ウィンドウ１１が互いに反対側に傾くように配置されているため、一方の第１ウィンドウ１１において生じた光路のずれが、他方の第１ウィンドウ１１を通過する際に補正される。その結果、一対の第１ウィンドウ１１を通過する前後で光軸ＡＸの位置にずれが生じることがない。同様に、一対の第２ウィンドウ３１を通過する前後で光軸ＡＸの位置にずれが生じることがない。

【0031】

図５を参照しつつ、第１ウィンドウ対１０を回転させた場合の透過成分の割合の変化について説明する。図５では、第１ウィンドウ対１０が１つの要素として簡略化して示されている。図５（ａ）に示されるように、Ｐ偏光成分のみを有する光が第１ウィンドウ対１０に入射すると、光の１００％が透過する。この状態から、図５（ｂ）に示されるように第１ウィンドウ対１０を光軸ＡＸ周りに４５度回転させると、入射光がＰ偏光成分とＳ偏光成分とに均等に分割される。すなわち、図５（ａ）におけるＰ偏光成分を１とすると、図５（ｂ）ではＰ偏光成分及びＳ偏光成分が０．５ずつとなる。Ｐ偏光成分は略１００％透過されるが、Ｓ偏光成分は６．４％に減衰されるため、図５（ｃ）に示されるように、Ｐ偏光成分が０．５透過する一方、Ｓ偏光成分は０．０３２のみが透過する。

【0032】

このように、第１ウィンドウ対１０にＰ偏光成分のみが入射している状態から第１ウィンドウ対１０を光軸ＡＸ周りに回転させると、Ｐ偏光成分が減少してＳ偏光成分が増加する。その結果、Ｓ偏光成分の大部分は反射されるため、透過光の強度を変化させることができる。すなわち、第１ウィンドウ対１０を光軸ＡＸ周りに例えば０度から９０度まで回転させることで、透過成分の割合を変化させ、透過光の強度を１００％から６．４％まで連続的に変化させることができる。

【0033】

一方、図５（ｃ）に示されるように、Ｓ偏光成分の大部分が反射されるものの、残りの一部は反射されずに透過する。したがって、光が第１ウィンドウ対１０を透過する際には、強度が減衰されると共に、偏光方向が回転する。

【0034】

再び図１を参照して、λ／４位相素子８は、第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０をこの順に通過した後にレーザ光Ｌが入射するように配置されている。すなわち、λ／４位相素子８は、レーザ光Ｌの進行方向において第２ウィンドウ対３０の下流側に配置されている。λ／４位相素子８は、レーザ光Ｌの波長をλとすると、光学軸に平行な偏光成分と光学軸に直交する偏光成分との間にλ／４の位相差を与える。λ／４位相素子８は、例えば円偏光ミラーであり、入射したレーザ光Ｌを反射させつつ、レーザ光Ｌにλ／４の位相差を与える。

【0035】

図６に示されるように、λ／４位相素子８は、直線偏光の光が入射した場合に、入射した光を円偏光に変化させる。より具体的には、λ／４位相素子８は、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合にλ／４位相素子８の光学軸ＯＡに対して４５度傾いた直線偏光の光が入射した場合に、入射した光を円偏光に変化させる。

【0036】

アッテネータ装置５では、第２ウィンドウ対３０及びλ／４位相素子８により、加工対象物で反射したレーザ光Ｌである戻り光を抑制するアイソレータが構成されている。図７を参照しつつ、当該アイソレータについて説明する。図７では、第２ウィンドウ対３０が１つの要素として簡略化して示されている。図７（ａ）では、レーザ光Ｌが第２ウィンドウ対３０及びλ／４位相素子８をこの順に通過した後、加工対象物Ｗに照射される様子が示されている。図７（ｂ）では、加工対象物Ｗで反射された戻り光Ｒがλ／４位相素子８を通過した後、第２ウィンドウ対３０により反射されて除去される様子が示されている。なお、上記実施形態ではλ／４位相素子８が反射型の素子であったが、図７では、λ／４位相素子８が透過型の素子である例が示されている。いずれの場合においても、アイソレータとしての動作原理は共通である。

【0037】

図７（ａ）に示されるように、第２ウィンドウ対３０はＰ偏光成分を１００％透過させてＳ偏光成分の大部分を反射させることから、第２ウィンドウ対３０を透過したレーザ光Ｌは、Ｐ偏光成分のみを有する直線偏光状態であるとみなすことができる。ここで、第２ウィンドウ対３０は、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合に、第２ウィンドウ対３０を通過するＰ偏光成分の振動方向がλ／４位相素子８の光学軸ＯＡに対して４５度傾くように、配置されている。すなわち、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合に、各第２ウィンドウ３１の法線（各第２表面３１ａの法線）と光学軸ＯＡとの間の角度は、４５度となっている。これにより、レーザ光Ｌがλ／４位相素子８により直線偏光から円偏光に変換され、円偏光のレーザ光Ｌが加工対象物Ｗに照射される。円偏光のレーザ光Ｌを加工対象物Ｗに照射することで、加工精度を高めることができる。

【0038】

図７（ｂ）に示されるように、加工対象物Ｗに照射されたレーザ光Ｌの一部は加工対象物Ｗで反射され、位相差が１８０度変化した円偏光の戻り光Ｒとなる。戻り光Ｒにはλ／４位相素子８により９０度の位相差が与えられる。λ／４位相素子８を透過した戻り光Ｒは、Ｓ偏光成分のみを有する直線偏光状態であるとみなすことができる。λ／４位相素子８を透過した戻り光Ｒは、第２ウィンドウ対３０に入射する。第２ウィンドウ対３０はＳ偏光成分の大部分を反射させるため、戻り光Ｒは第２ウィンドウ対３０により反射され、光源２側へは戻らない。このように、第２ウィンドウ対３０及びλ／４位相素子８は、戻り光Ｒを除去するアイソレータを構成している。戻り光Ｒの遮断は、加工対象物Ｗの反射率が高い場合に特に重要となる。

【0039】

図８は、回転保持部２０に入力されたパルス数と透過率との関係の例を示すグラフである。図８に示されるように、回転保持部２０の回転ステージ２２を駆動する駆動部にパルスが入力されて回転ステージ２２が回転し、第１ウィンドウ対１０が光軸ＡＸ周りに回転すると、アッテネータ装置５によるレーザ光Ｌの透過率が変化する。

【0040】

図８の例では、パルス数が１９１００である時点において、透過率が９６％で最大となった。透過率が最大となる状態は、第１ウィンドウ対１０の回転角度が第２ウィンドウ対３０の回転角度と同一である状態、すなわち、第１ウィンドウ対１０と第２ウィンドウ対３０とが光軸ＡＸに直交する平面に関して面対称に位置する状態に相当する。一方、第１ウィンドウ対１０の回転角度が第２ウィンドウ対３０の回転角度と９０度異なる場合に、透過率は最小となる。なお、第１ウィンドウ対１０の回転範囲は、６０度程度の範囲内であってもよい。この場合、第１ウィンドウ対１０の回転角度が第２ウィンドウ対３０の回転角度と６０度異なる場合に、透過率が最小となってもよい。

【0041】

上述したとおり、レーザ加工装置１では、ミラー３により直線偏光に変換されたレーザ光Ｌが第１ウィンドウ対１０に入射する。第１ウィンドウ対１０に入射する直線偏光のレーザ光Ｌの偏光方向は、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合に、各第２ウィンドウ３１の法線方向と一致している。すなわち、第１ウィンドウ対１０に入射する直線偏光のレーザ光Ｌの偏光方向は、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合に、λ／４位相素子８の光学軸ＯＡに対して４５度傾いている。

【0042】

制御部６は、第１ウィンドウ対１０の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように回転保持部２０を制御する。この例では、制御部６は、図８のグラフに基づくテーブルを記憶部に記憶している。当該テーブルは、第１ウィンドウ対１０の回転角度と第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０によるレーザ光Ｌの減衰率との関係を表す。制御部６は、当該テーブルに基づいて、第１ウィンドウ対１０の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように回転保持部２０を制御する。

【0043】

レーザ加工装置１は、光源２とアッテネータ装置５との間に配置され、アッテネータ装置５に入射するレーザ光Ｌの強度を検出するパワーメータを更に備えている。制御部６は、パワーメータにより検出されたレーザ光Ｌの検出強度、目標強度及び上記テーブルに基づいて、第１ウィンドウ対１０の回転角度を決定する。目標強度は、例えば加工対象物Ｗに対するレーザ光Ｌの照射強度であり、ユーザにより設定される。
［作用及び効果］

【0044】

アッテネータ装置５では、レーザ光Ｌが、一対の第１ウィンドウ１１及び一対の第２ウィンドウ３１を通過する。各第１ウィンドウ１１は、光軸ＡＸとブリュースタ角を成すように延在する一対の第１表面１１ａを含んでおり、各第２ウィンドウ３１は、光軸ＡＸとブリュースタ角を成すように延在する一対の第２表面３１ａを含んでいる。したがって、レーザ光Ｌは、光軸ＡＸとブリュースタ角を成すように延在する計８つの表面を通過する。これにより、レーザ光Ｌを減衰させることができる。また、回転保持部２０により、第１ウィンドウ対１０が光軸ＡＸ周りに回転可能に保持されている。これにより、第１ウィンドウ対１０を回転させることで、レーザ光Ｌの減衰率を変化させることができる。特に、アッテネータ装置５では、レーザ光Ｌが計８つの表面において減衰されるため、減衰範囲を大きく確保することができ、減衰率を大きく変化させることができる。

【0045】

また、第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０をこの順に通過したレーザ光Ｌが、光学軸ＯＡに平行な偏光成分と光学軸ＯＡに直交する偏光成分との間にλ／４の位相差を与えるλ／４位相素子８に入射する。ここで、第２ウィンドウ対３０は、光軸ＡＸに平行な方向から見た場合に、第２ウィンドウ対３０を透過するＰ偏光成分の振動方向がλ／４位相素子８の光学軸ＯＡに対して４５度傾くように、配置されている。これにより、第２ウィンドウ対３０及びλ／４位相素子８がアイソレータとして機能し、戻り光Ｒを除去することができる。よって、アッテネータ装置５によれば、レーザ光Ｌを好適に減衰させることができると共に、戻り光Ｒを抑制することができる。また、第２ウィンドウ対３０に代えて例えば波長板等の他の偏光素子をポラライザとして用いてアイソレータを構成する場合と比べて、レーザ光Ｌの利用効率を高めることが可能となる。また、第２ウィンドウ対３０を省略し、第１ウィンドウ対１０のみによってレーザ光Ｌを減衰させる場合、第１ウィンドウ対１０の回転角度によってはアイソレータ機能を実現することができないが、アッテネータ装置５では、第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０の２つのウィンドウ対を備えることで、アイソレータ機能を確実に実現することができる。また、他の減光手段として、波長板と偏光素子を用いるものがあるが、波長板の精度のばらつきが大きい、波長板のコーティングに損傷が生じ易いといった問題がある。これに対し、アッテネータ装置５では、そのような事態を回避することができる。

【0046】

第１ウィンドウ対１０、回転保持部２０及び第２ウィンドウ対３０が、互いに固定され、１つのユニットを構成している。これにより、アッテネータ装置５の取り扱いを容易化することができる。

【0047】

第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０が、共通の筐体４０内に配置されている。これにより、アッテネータ装置５の取り扱いを一層容易化することができる。また、第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０で反射されたレーザ光Ｌを筐体４０内に留めることができる。

【0048】

筐体４０には、放熱構造４６が設けられている。これにより、第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０で反射されたレーザ光Ｌにより生じる熱を効果的に放熱することができる。

【0049】

制御部６が、第１ウィンドウ対１０の回転角度と第１ウィンドウ対１０及び第２ウィンドウ対３０によるレーザ光Ｌの減衰率との関係に基づいて、第１ウィンドウ対１０の回転角度が目標強度に応じた回転角度となるように回転保持部２０を制御する。これにより、レーザ光Ｌの減衰率を目標強度に応じた減衰率に確実に調整することができる。また、例えばユーザが第１ウィンドウ対１０の回転角度を手動で調整する場合と比べて、操作性及び再現性を向上することができる。

【0050】

本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１…レーザ加工装置、２…光源、５…アッテネータ装置、６…制御部、８…λ／４位相素子、１０…第１ウィンドウ対、１１…第１ウィンドウ、１１ａ…第１表面、２０…回転保持部、３０…第２ウィンドウ対、３１…第２ウィンドウ、３１ａ…第２表面、４０…筐体、４６…放熱構造、ＡＸ…光軸、Ｌ…レーザ光、ＯＡ…光学軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】