JP2019098367A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少数の回折光学素子を用い、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を所定の範囲内の任意の分岐比で第１レーザ光と第２レーザ光とに分岐する分岐部と、前記第１レーザ光のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する第１回折光学素子と、前記整形された第１レーザ光と、前記レーザ光と同じビームプロファイルを有する前記第２レーザ光とを所定の位置に集光させる集光手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

レーザ加工装置において、レーザ光のビームプロファイルを制御することによって、加工に適したプロファイルとする技術が知られている。例えば、特許文献１では、複数の微細回折パターンが隙間無く形成された回折光学素子に対して、複数の微細回折パターンを跨ぐようにレーザ光を透過させることによって、ビームプロファイルを制御する技術が開示されている。また、特許文献２では、円盤状のディスクに複数個の回折光学素子が設けられ、ディスクを回転させて回折光学素子を選択し、選択した回折光学素子にレーザ光を照射する技術が記載されている。

特開２０１５−１７４１００号公報 特開２０００−２８００８５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、回折光学素子に複数の微細回折パターンを隙間無く形成する必要があり、回折光学素子が大型化、高コスト化するという問題がある。また、特許文献２の技術では、形成できるビームプロファイルの数が回折光学素子の数で制限されているためビームプロファイルを連続的に変形できず、かつディスクが大型化、高コスト化するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少数の回折光学素子を用い、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を所定の範囲内の任意の分岐比で第１レーザ光と第２レーザ光とに分岐する分岐部と、前記第１レーザ光のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する第１回折光学素子と、前記整形された第１レーザ光と、前記レーザ光と同じビームプロファイルを有する前記第２レーザ光とを所定の位置に集光させる集光手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１回折光学素子は、前記第１レーザ光のビームプロファイルをドーナツ状のプロファイルに整形することを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記ドーナツ状のプロファイルはラゲールガウシアン（ＬＧ）０，１モードのプロファイルであることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１回折光学素子は、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンを有することを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１回折光学素子は、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンと、レンズ様のパターンとを足し合わせた、ドリル状のパターンを有することを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光および前記第２レーザ光は、ガウシアン状のビームプロファイルを有することを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を任意の分岐比で第１レーザ光と第２レーザ光とに分岐する分岐部と、前記第１レーザ光のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する第１回折光学素子と、前記第２レーザ光のビームプロファイルを所定の第２形状に整形する第２回折光学素子と、前記整形された第１レーザ光と、前記整形された第２レーザ光とを加工対象の所定の位置に集光させる集光手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分岐する偏波ビームスプリッタを備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記分岐部は、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光にπだけ位相差を与えて前記偏波ビームスプリッタに出力する１／２波長板を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記１／２波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置および前記光軸を回転軸とした前記１／２波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光源は、単一偏波の前記レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を伝搬して前記分岐部に対して出力する偏波保持型デリバリファイバとを備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、偏波分岐合成素子と１／４波長板とを有し、前記偏波分岐合成素子が、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光を偏波方向が互いに直交する２つのレーザ光に分岐し、前記１／４波長板が、前記２つのレーザ光の一方を２回通過させて偏波方向を９０度回転させ、前記偏波分岐合成素子が、前記偏波方向を回転されたレーザ光と前記２つのレーザ光の他方とを合成して前記分岐部に出力する偏波変換部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態および入射角度に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分岐する光ビームスプリッタを備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記光ビームスプリッタを変位させて前記入射角度を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光源は、ランダムな偏波の前記レーザ光を出力する光源部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを平行にする平行化部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記整形された第１レーザ光が、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するように構成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記整形された第１レーザ光が前記集光手段に入力する位置を変更可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記分岐比を取得するための取得手段と、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記分岐比が設定値になるように前記分岐部の制御を行う補正制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１レーザ光の光路長と前記第２レーザ光の光路長との差を補正する光路長補正手段を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記集光手段を通過した前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを同軸となるように偏波合成する偏波ビームコンバイナを備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、前記第１レーザ光および前記２レーザ光のうち、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するレーザ光の光路上に配置された１／４波長板を備えることを特徴とする。

本発明によれば、少数の回折光学素子を用い、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するレーザ加工装置を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図２は、第１回折光学素子に形成されたパターンを示す図である。 図３は、レーザ加工装置により実現されるビームプロファイルの例を示す図である。 図４は、レーザ加工装置により実現されるビームプロファイルの例を示す図である。 図５は、実施形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図６は、実施形態３に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図７は、実施形態４に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図８は、実施形態５に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図９は、実施形態６に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１０は、偏波変換部の構成を示す模式図である。 図１１は、実施形態７に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１２は、図１１に示すレーザ加工装置における補正制御を説明する図である。 図１３は、実施形態８に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１４は、実施形態９に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１６は、実施形態９の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１６は、実施形態１０に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図１７は、第１回折光学素子に形成されたパターンの別の例を示す図である。

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中、適宜ｘｙｚ座標系を用いて方向を説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光源１と、分岐部２と、第１回折光学素子３と、集光手段４と、を備える。

レーザ光源１は、たとえば光ファイバレーザを備えており、レーザ加工用のレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌの波長は、レーザ加工に用いることができる波長であれば特に限定されないが、本実施形態１では１．１μｍ波長帯に含まれる波長である。レーザ光Ｌのビームプロファイルは、特に限定されないが、本実施形態１では、レーザ光Ｌは、ＴＥＭ００モードのガウシアン状のビームプロファイルを有する。

分岐部２は、レーザ光源１からデリバリファイバを介してレーザ光Ｌが入力され、レーザ光Ｌを所定の範囲内の任意の分岐比で互いに平行な第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とに分岐する。分岐比を、レーザ光Ｌのパワーに対する第１レーザ光Ｌ１のパワーで表すと、所定の範囲は好ましくは０％〜１００％であるが、これには限定されない。

第１回折光学素子３は、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルを、ガウシアン状から、所定の第１形状に整形する。所定の第１形状は特に限定されないが、本実施形態１では、第１回折光学素子３は、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルをプロファイルＰ１に示すようなドーナツ状のプロファイルに整形する。

図２は、第１回折光学素子３に形成されたパターンを示す図である。第１回折光学素子３には、ｎを１以上の整数として、光軸ＯＸ２の回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンを有している。これにより、整形された第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルはＬＧ（ラゲールガウシアン）０，１モードのプロファイルとなる。ＬＧ０，１モードのプロファイルの強度分布は、下記式（１）〜（３）のように、Ｉｇ、Ｉｌ、ωｇ、ωｌをパラメータとして、半径ｒに対してＩ（ｒ）で表される。
Ｉｇ（ｒ）＝Ｉｇ＊ｅｘｐ（−２＊ｒ^２／ωｇ^２） ・・・ （１）
Ｉｌ（ｒ）＝Ｉｌ＊√２＊ｒ／ωｌ^２＊２＊ｒ^２/ωｌ^２＊ｅｘｐ（−ｒ^２／ωｌ^２）
・・・ （２）
Ｉ（ｒ）＝Ｉｇ（ｒ）＋Ｉｌ（ｒ） ・・・ （３）

一方、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは整形をされずプロファイルＰ２で示すようにレーザ光Ｌと同じガウシアン状である。

集光手段４は、単レンズ又は複数のレンズで構成されており、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを加工対象であるワークＷ上の所定の位置に集光させる。本実施形態１では、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とは、集光手段４の光軸ＯＸ１と平行に集光手段４に入射するので、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とは同じ位置に重畳されて集光される。特に、第１レーザ光Ｌ１は、集光手段４の光軸ＯＸ１上で集光手段４に入射する。

なお、分岐部２、第１回折光学素子３、集光手段４はワークＷに対して一体となって平行移動可能に構成されており、集光された第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とはワークＷ上を走査される。これにより、ワークＷはレーザ加工される。

このレーザ加工装置１００では、分岐部２がレーザ光Ｌを任意の分岐比で第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とに分岐し、集光手段４が整形された第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とをワークＷ上の所定の位置に集光させる。これにより、ワークＷには第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを任意の比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。分岐部２が分岐比を連続的に変化させると、ワークＷに照射さる重畳されたレーザ光のビームプロファイルも連続的に変化する。すなわち、レーザ加工装置１００は、１つの第１回折光学素子３を用い、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。特に、ビームプロファイルを、ガウシアン状とＬＧ０，１モードのドーナツ状とを重畳させたものとすることで、ワークＷに対して良好な入熱制御をすることができる。

図３、図４は、レーザ加工装置１００により実現されるビームプロファイルの例を示す図である。各図において、横軸はビーム中心からの位置を示し、縦軸は光の強度を示している。また、凡例において「ＳＵＭ」は「Ｇａｕｓｓｉａｎ」モードと「ＬＧ０，１」モードとを重畳したものを示す。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ分岐比が３０％、３７％であり、トップハットライクなビームプロファイル形状である。なお、分岐比は、レーザ光Ｌの強度に対する第２レーザ光Ｌ２の強度を百分率で示している。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ分岐比が４７％、８２％、８％であり、それぞれ三角形状、ガウシアン状、ドーナツ状のビームプロファイル形状である。このように、レーザ加工装置１００は、重畳されたレーザ光のビームプロファイルを様々な形状とできる。

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ａは、レーザ光源１Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、光学ユニット５と、アクチュエータ６と、制御部７と、を備える。光学ユニット５は、分岐部である偏波ビームスプリッタ２Ａと、平行化部であるプリズム８とを備えている。

レーザ光源１Ａは、単一直線偏波のレーザ光ＬＡを出力する光源部１Ａａと、レーザ光ＬＡを伝搬して偏波ビームスプリッタ２Ａに対して出力する偏波保持型デリバリファイバ１Ａｂとを備える。光源部１Ａａは、たとえば光ファイバレーザを備えている。レーザ光ＬＡの波長はたとえば１．１μｍ波長帯に含まれる波長である。レーザ光ＬＡのビームプロファイルは、特に限定されないが、本実施形態２では、レーザ光ＬＡは、ＴＥＭ００モードのガウシアン状のビームプロファイルを有する。レーザ光ＬＡは、矢印Ａｒ１で示すように、偏波保持型デリバリファイバ１Ａｂから出力された後の状態で直線偏波であり、ｘｙ平面内にてｘ軸の正の向きに対して４５度だけ傾いているとする。レーザ光ＬＡはｚ軸の正の方向に進行するとする。

偏波ビームスプリッタ２Ａは、レーザ光ＬＡが入力されると、これをその偏波状態に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とに分岐する。第１レーザ光ＬＡ１は矢印Ａｒ２で示すように偏波方向がｘ軸に平行であり、ｚ軸の正の方向に進行する。第２レーザ光ＬＡ２は黒丸Ｃ１で示すように偏波方向がｙ軸方向に平行であり、ｘ軸の正の方向に進行する。

プリズム８は、第２レーザ光ＬＡ２が入力され、第２レーザ光ＬＡ２を反射してその進行方向をｚ軸の正の方向に変換し、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを平行にする。

第１回折光学素子３は、第１レーザ光ＬＡ１のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する。所定の第１形状は特に限定されないが、本実施形態２では、第１回折光学素子３は、第１レーザ光ＬＡ１のビームプロファイルをプロファイルＰ１に示すようなドーナツ状のプロファイルに整形する。一方、第２レーザ光ＬＡ２のビームプロファイルは整形をされずプロファイルＰ２で示すようにレーザ光ＬＡと同じガウシアン状である。

集光手段４は、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とをワーク（図示しない）上の所定の位置に集光させる。本実施形態２では、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とは、集光手段４の光軸ＯＸ１と平行に集光手段４に入射するので、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とは同じ位置に重畳されて集光される。特に、第１レーザ光ＬＡ１は、集光手段４の光軸ＯＸ１上で集光手段４に入射する。

アクチュエータ６は、たとえば電動モータなどの回転アクチュエータを備えており、矢印Ａｒ３で示すように、レーザ光ＬＡの光軸を回転軸として光学ユニット５を回転させる。

光学ユニット５、アクチュエータ６、第１回折光学素子３、集光手段４はワークに対して一体となって平行移動可能に構成されており、集光された第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とはワーク上を走査される。これにより、ワークはレーザ加工される。

制御部７は、演算部と、記憶部とを備えている。演算部は、制御部７が実行する制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分と、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分とを備えている。

制御部７は、光源部１Ａａの駆動制御と、光学ユニット５、第１回折光学素子３、集光手段４、アクチュエータ６の移動制御と、アクチュエータ６の駆動制御とを少なくとも行う。制御部７は、アクチュエータ６の駆動制御を行うことによって光学ユニット５を回転させる。なお、偏波ビームスプリッタ２Ａは、光学ユニット５が回転したときに偏心回転しないように配置されている。

制御部７は、レーザ光ＬＡの光軸を回転軸とした偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置を制御することにより、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２と分岐比を変更する分岐比制御部として機能する。具体的には、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置に応じて、偏波ビームスプリッタ２Ａに対するレーザ光ＬＡの偏波方向は変化するが、上述したように、偏波ビームスプリッタ２Ａは、レーザ光ＬＡの偏波状態に応じた分岐比で分岐を行う。たとえば、偏波ビームスプリッタ２Ａが或る回転位置の場合は分岐比が略０％となり、その回転位置から回転すると分岐比は連続的に増加し、９０度回転すると略１００％となる。したがって、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置を制御することにより、分岐比を変更することができるのである。なお、光学ユニット５の回転時には偏波ビームスプリッタ２Ａとプリズム８とが回転軸回りに回転するので、偏波ビームスプリッタ２Ａは第２レーザ光ＬＡ２を常にプリズム８に向かって出力する。

なお、分岐比の設定値は、たとえばより上位の制御装置から制御部７に設定信号が入力されることによって設定される。また、制御部７が入力インターフェイスを接続されており、ユーザーが入力インターフェイスを介して設定値を入力することによって設定されてもよい。

このレーザ加工装置１００Ａも、実施形態１に係るレーザ加工装置１００と同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ａは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。

（実施形態３）
図６は、実施形態３に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｂは、レーザ光源１Ａと、偏波ビームスプリッタ２Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、アクチュエータ６Ｂと、制御部７Ｂと、プリズム８と、１／２波長板９とを備える。レーザ加工装置１００Ｂでは、少なくとも偏波ビームスプリッタ２Ａと１／２波長板９とが分岐部を構成している。

レーザ光源１Ａと、偏波ビームスプリッタ２Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、プリズム８との構成および機能は、レーザ加工装置１００Ａの対応する要素と同様なので、以下ではアクチュエータ６Ｂと、制御部７Ｂと、１／２波長板９について主に説明する。

１／２波長板９は、偏波保持型デリバリファイバ１Ａｂから出力されたレーザ光ＬＡに、πだけ位相差を与えて偏波ビームスプリッタ２Ａに出力する。１／２波長板９は、レーザ光ＬＡの偏波方向を変化させる機能を有する。

アクチュエータ６Ｂは、たとえば電動モータなどの回転アクチュエータを備えており、矢印Ａｒ４で示すように、レーザ光ＬＡの光軸を回転軸として１／２波長板９を回転させることができる。

偏波ビームスプリッタ２Ａ、プリズム８、１／２波長板９、アクチュエータ６Ｂ、第１回折光学素子３、集光手段４はワークに対して一体となって平行移動可能に構成されており、集光された第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とはワーク上を走査される。これにより、ワークはレーザ加工される。

制御部７Ｂは、制御部７と同様に演算部と記憶部とを備え、光源部１Ａａの駆動制御と、偏波ビームスプリッタ２Ａ、プリズム８、１／２波長板９、アクチュエータ６Ｂ、第１回折光学素子３、集光手段４の移動制御と、アクチュエータ６Ｂの駆動制御とを少なくとも行うように構成されている。制御部７Ｂは、アクチュエータ６Ｂの駆動制御を行うことによって１／２波長板９を回転させる。

制御部７Ｂは、レーザ光ＬＡの光軸を回転軸とした１／２波長板９の回転位置を制御することにより、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２との分岐比を変更する分岐比制御部として機能する。具体的には、１／２波長板９の回転位置に応じて、偏波ビームスプリッタ２Ａに対するレーザ光ＬＡの偏波方向は変化するので、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置を制御することにより、分岐比を連続的に変更することができる。

このレーザ加工装置１００Ｂも、実施形態１、２に係るレーザ加工装置１００、１００Ａと同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ｂは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。また、レーザ加工装置１００Ｂは、回転させる対象が１／２波長板９のみであるので、機構をより簡易にできる。

（実施形態４）
図７は、実施形態４に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｃは、レーザ光源１Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、偏波ビームスプリッタ２Ａとプリズム８とを有する光学ユニット５と、アクチュエータ６Ａ、６Ｂと、制御部７Ｃと、１／２波長板９とを備える。これらの要素のうち制御部７Ｃ以外の構成および機能は、レーザ加工装置１００Ａ、１００Ｂにおける対応する要素と同様なので、重複説明を省略する。なお、レーザ加工装置１００Ｃでは、少なくとも偏波ビームスプリッタ２Ａと１／２波長板９とが分岐部を構成している。

制御部７Ｃは、制御部７、７Ｂと同様に演算部と記憶部とを備え、光源部１Ａａの駆動制御と、光学ユニット５、１／２波長板９、アクチュエータ６Ａ、６Ｂ、第１回折光学素子３、集光手段４の移動制御と、アクチュエータ６Ａ、６Ｂの駆動制御とを少なくとも行うように構成されている。制御部７Ｃは、アクチュエータ６Ａ、６Ｂの駆動制御を行うことによって光学ユニット５および１／２波長板９をそれぞれ別個に回転させる。

制御部７Ｃは、レーザ光ＬＡの光軸を回転軸とした、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置および１／２波長板９の回転位置を制御することにより、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２との分岐比を変更する分岐比制御部として機能する。

このレーザ加工装置１００Ｃも、実施形態１〜３に係るレーザ加工装置１００、１００Ａ、１００Ｂと同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ｃは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。

また、レーザ加工装置１００Ｃは、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転位置および１／２波長板９の回転位置を別個に制御できるので、第１レーザ光ＬＡ１に対する第２レーザ光ＬＡ２の方位を自由に設定できる。このようなことは、１／２波長板９の回転位置の制御によって分岐比を調整し、光学ユニット５の回転制御によって第１レーザ光ＬＡ１に対する第２レーザ光ＬＡ２の方位を調整することで実現できる。たとえば、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを重畳させたレーザ光を、矢印Ａｒ５で示す方向を進行方向として走査させる場合に、第２レーザ光ＬＡ２を第１レーザ光ＬＡ１に対して常に進行方向側に位置させることができる。

（実施形態５）
図８は、実施形態５に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｄは、レーザ光源１Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、偏波ビームスプリッタ２Ｄとプリズム８とを備える光学ユニット５Ｄと、アクチュエータ６、６Ｄと、制御部７Ｄとを備える。

偏波ビームスプリッタ２Ｄは、レーザ光源１Ａからレーザ光ＬＡが入力されると、これをその偏波状態に応じた分岐比で第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光とＬＡ２とに分岐する。第１レーザ光ＬＡ１は黒丸Ｃ１で示すように偏波方向がｙ軸に平行であり、ｘ軸の正の方向に進行する。第２レーザ光ＬＡ２は矢印Ａｒ２で示すように偏波方向がｘ軸方向に平行であり、z軸の正の方向に進行する。

プリズム８は、第１レーザ光ＬＡ１が入力され、第１レーザ光ＬＡ１の進行方向をｚ軸の正の方向に変換し、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを平行にする。第１回折光学素子３は、第１レーザ光ＬＡ１のビームプロファイルを、たとえばプロファイルＰ１に示すようなドーナツ状のプロファイルに整形する。ここで、光学ユニット５Ｄは、プリズム８が、矢印Ａｒ６に示すように反射前の第１レーザ光ＬＡ１の進行方向に平行に移動できるように、プリズム８を備えている。プリズム８が移動すると、反射後の第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２との距離が変化する。

アクチュエータ６Ｄは、たとえば電動の直動アクチュエータを備えており、プリズム８を、矢印Ａｒ６に示すように移動させることができる。

制御部７Ｄは、制御部７、７Ｂ、７Ｃと同様に演算部と記憶部とを備え、光源部１Ａａの駆動制御と、光学ユニット５Ｄ、アクチュエータ６、６Ｄ、第１回折光学素子３、集光手段４の移動制御と、アクチュエータ６、６Ｄの駆動制御とを少なくとも行うように構成されている。制御部７Ｄは、アクチュエータ６の駆動制御を行うことによって光学ユニット５Ｄを回転させて、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２との分岐比を制御する。また、制御部７Ｄは、アクチュエータ６Ｄの駆動制御を行うことによってプリズム８を光学ユニット５Ｄ内で移動させる。

集光手段４は、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とをワーク上の所定の位置に集光させる。本実施形態５では、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とは、集光手段４の光軸ＯＸ１と平行に集光手段４に入射するので、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とは同じ位置に重畳されて集光される。

ここで、第２レーザ光ＬＡ２は、集光手段４の光軸ＯＸ１上で集光手段４に入射する。一方、第１レーザ光ＬＡ１は、光軸ＯＸ１から離間した位置で集光手段４に入射するが、制御部７Ｄがプリズム８を移動させると、第１レーザ光ＬＡ１が集光手段４に入射する位置の光軸ＯＸ１との離間距離を変更可能である。その結果、第１レーザ光ＬＡ１が集光手段４によってワークに集光される際の、ワーク表面に対する第２レーザ光ＬＡ１の入射角度が矢印Ａｒ７に示すように変化する。

このように、第１レーザ光ＬＡ１の入射角度が変化すると、ワーク表面に投影される第１レーザ光ＬＡ１のビームプロファイルの形状も変化する。たとえば、入射角度が大きくなるとビームプロファイルの形状は長径がより長い長円環状に変化する。

このレーザ加工装置１００Ｄも、実施形態１〜４に係るレーザ加工装置１００、１００Ａ〜１００Ｃと同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ｄは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。

また、レーザ加工装置１００Ｄは、プリズム８を移動させることによって、第１レーザ光ＬＡ１のビームプロファイルの長円環状の長径を連続的に変化させることができるので、ワークに照射させるレーザ光のビームプロファイルをより多様な形状にすることができる。

（実施形態６）
図９は、実施形態６に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｅは、レーザ光源１Ｅと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、光学ユニット５Ｅと、アクチュエータ６Ｅと、制御部７Ｅと、を備える。光学ユニット５Ｅは、分岐部である光ビームスプリッタ２Ｅと、平行化部であるミラー８Ｅとを備えている。

レーザ光源１Ｅは、ランダムな偏波のレーザ光ＬＥを出力する光源部１Ｅａと、レーザ光ＬＥを伝搬して光ビームスプリッタ２Ｅに対して出力するデリバリファイバ１Ｅｂとを備える。光源部１Ｅａは、たとえば光ファイバレーザを備えている。レーザ光ＬＥの波長はたとえば１．１μｍ波長帯に含まれる波長である。レーザ光ＬＥのビームプロファイルは、特に限定されないが、本実施形態６では、レーザ光ＬＥは、ＴＥＭ００モードのガウシアン状のビームプロファイルを有する。レーザ光ＬＥは、矢印Ａｒ８で示すようにランダムな偏波である。レーザ光ＬＥはｚ軸の正の方向に進行するとする。

光ビームスプリッタ２Ｅは、レーザ光ＬＥが入力される側の表面に誘電体多層膜が形成され、裏面に反射防止膜が形成された板状の光学部品である。光ビームスプリッタ２Ｅは、レーザ光ＬＥが入力されると、これをその偏波状態および入射角度θに応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とに分岐する。透過する第１レーザ光ＬＥ１はいわゆるｓ偏光の光であり、反射する第２レーザ光ＬＥ２はｐ偏光の光である。すなわち、第１レーザ光ＬＥ１は矢印Ａｒ２で示すように偏波方向がｘ軸に平行であり、ｚ軸の正の方向に進行する。第２レーザ光ＬＥ２は黒丸Ｃ１で示すように偏波方向がｙ軸方向に平行であり、ｘ軸の正の方向に進行する。

板状のミラー８Ｅは、第２レーザ光ＬＥ２が入力され、第２レーザ光ＬＥ２を反射してその進行方向をｚ軸の正の方向に変換し、第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とを平行にする。

第１回折光学素子３は、第１レーザ光ＬＥ１のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する。所定の第１形状は特に限定されないが、本実施形態６では、第１回折光学素子３は、第１レーザ光ＬＥ１のビームプロファイルをプロファイルＰ１に示すようなドーナツ状のプロファイルに整形する。一方、第２レーザ光ＬＥ２のビームプロファイルは整形をされずプロファイルＰ２で示すようにレーザ光ＬＥと同じガウシアン状である。

集光手段４は、第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とをワーク（図示しない）上の所定の位置に集光させる。本実施形態６では、第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とは、集光手段４の光軸ＯＸ１と平行に集光手段４に入射するので、第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とは同じ位置に重畳されて集光される。特に、第１レーザ光ＬＥ１は、集光手段４の光軸ＯＸ１上で集光手段４に入射する。

アクチュエータ６Ｅは、たとえば電動モータなどの回転アクチュエータを備えており、矢印Ａｒ９で示すように、ｙ軸に平行な回転軸Ｘ１を回転軸として光ビームスプリッタ２Ｅを連続的に回転させることができるとともに、矢印Ａｒ１０で示すように、ｙ軸に平行な回転軸Ｘ２を回転軸としてミラー８Ｅを連続的に回転させることができる。なお、アクチュエータ６Ｅは、光ビームスプリッタ２Ｅとミラー８Ｅとが常に平行になるようにこれらを回転させる。これにより、光ビームスプリッタ２Ｅへのレーザ光ＬＥの入射角度θが変化しても、常に第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とは平行に保たれる。

光学ユニット５Ｅ、アクチュエータ６Ｅ、第１回折光学素子３、集光手段４はワークに対して一体となって平行移動可能に構成されており、集光された第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とはワーク上を走査される。これにより、ワークはレーザ加工される。

制御部７Ｅは、制御部７、７Ｂ〜７Ｄと同様に演算部と記憶部とを備え、光源部１Ｅａの駆動制御と、光学ユニット５Ｅ、第１回折光学素子３、集光手段４、アクチュエータ６Ｅの移動制御と、アクチュエータ６Ｅの駆動制御とを少なくとも行うように構成されている。制御部７Ｅは、アクチュエータ６Ｅの駆動制御を行うことによって光ビームスプリッタ２Ｅおよびミラー８Ｅを回転させる。

制御部７Ｅは、光ビームスプリッタ２Ｅおよびミラー８Ｅを変位させて回転位置を制御し、入射角度θを制御することにより、第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２との分岐比を変更する分岐比制御部として機能する。入射角度θは連続的に変更可能なので、分岐比も連続的に変更可能である。

このレーザ加工装置１００Ｅも、実施形態１〜５に係るレーザ加工装置１００、１００Ａ〜１００Ｄと同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ｅは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。

ところで、レーザ光源１Ｅは、ランダムな偏波のレーザ光ＬＥを出力するものであるが、図１０に示すような偏波変換部１０と組み合わせて、レーザ光ＬＥの偏波状態を直線偏波に変換してもよい。偏波変換部１０は、偏波分岐合成素子１１と、１／４波長板１２と、ミラー１３とを備える。

偏波分岐合成素子１１は、レーザ光源１Ｅから入力されたレーザ光ＬＥを２つのレーザ光ＬＥ３、ＬＥ４に分岐する。レーザ光ＬＥ３は矢印Ａｒ１１に示すように偏波方向がｘ軸に平行であり、ｚ軸の正の方向に進行する。レーザ光ＬＥ４は黒丸Ｃ２で示すように偏波方向がｙ軸方向に平行であり、ｘ軸の正の方向に進行する。１／４波長板１２は、２つのレーザ光ＬＥ３、ＬＥ４のうちレーザ光ＬＥ４を通過させてその偏波状態を円偏波とする。ミラー１３は１／４波長板１２を通過したレーザ光ＬＥ４を反射して１／４波長板１２をもう一回通過させる。これにより、１／４波長板１２はレーザ光ＬＥ４を２回通過させてその偏波方向を矢印Ａｒ１２で示すように９０度回転させる。これによりレーザ光ＬＥ４の偏波方向はレーザ光ＬＥ３の偏波方向と同じになる。その後、偏波分岐合成素子１１が、偏波方向を９０度回転されたレーザ光ＬＥ４とレーザ光ＬＥ３とを合成すると、直線偏波のレーザ光ＬＥ５となる。レーザ光ＬＥ５は、分岐部に出力する。

このようなレーザ光源１Ｅと偏波変換部１０との組み合わせは、たとえば実施形態２〜５のレーザ光源１Ａに換えて用いることができる。この場合、レーザ光ＬＥ５は偏波ビームスプリッタ２Ａに向かって出力される。

（実施形態７）
図１１は、実施形態７に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｆは、レーザ光源１Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、偏波ビームスプリッタ２Ａとプリズム８とを有する光学ユニット５と、アクチュエータ６と、制御部７Ｆと、フォトディテクタ（ＰＤ）１４、１５と、ミラー１６とを備える。

レーザ光源１Ａと、偏波ビームスプリッタ２Ａと、第１回折光学素子３と、集光手段４と、アクチュエータ６と、プリズム８との構成および機能は、レーザ加工装置１００Ａの対応する要素と同様なので、以下では制御部７Ｆと、ＰＤ１４、１５と、ミラー１６とについて主に説明する。

ＰＤ１４は、光学ユニット５に設けられており、第２レーザ光ＬＡ２の迷光ＳＬ２を受光し、その受光強度に応じた電流信号を制御部７Ｆに出力するように構成されている。ＰＤ１５は、集光手段４の近傍に設けられており、ミラー１６で反射された第１レーザ光ＬＡ１の迷光ＳＬ１を受光し、その受光強度に応じた電流信号を制御部７Ｆに出力するように構成されている。

制御部７Ｆは、制御部７、７Ｂ〜７Ｅと同様に演算部と記憶部とを備え、光源部１Ａａの駆動制御と、光学ユニット５、アクチュエータ６、第１回折光学素子３、集光手段４、ＰＤ１４、１５、ミラー１６の移動制御と、アクチュエータ６の駆動制御とを少なくとも行うように構成されている。制御部７Ｆは、アクチュエータ６の駆動制御を行うことによって光学ユニット５を回転させる。

さらに、制御部７Ｆと、ＰＤ１４、１５は、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２との分岐比を取得する取得手段、および取得結果に基づいて、分岐比が設定値になるように偏波ビームスプリッタ２Ａの制御を行う補正制御部として機能する。具体的には、制御部７Ｆは、ＰＤ１４、１５のそれぞれから入力された電流信号に基づいて、現在の分岐比を演算して取得する。つづいて、制御部７Ｆは現在の分岐比と分岐比の設定値とを比較する。そして、現在の分岐比が設定値とは異なる場合は、制御部７Ｆはアクチュエータ６を駆動制御して偏波ビームスプリッタ２Ａを回転させ、分岐比が設定値になるようにする。

図１２は、レーザ加工装置１００Ｆにおける補正制御を説明する図である。図１２に示すように、偏波ビームスプリッタ２Ａが基準回転位置であるときに分岐比が０％であり、基準回転位置からの偏波ビームスプリッタ２Ａの回転量に応じて分岐比が０％から１００％の間で変化するとする。なお、回転量と分岐比とが１：１で対応するように、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転量は９０度から１８０度の間で制御される。

まず、分岐比が８０％の回転量をθｉとし、そこから分岐比を５０％にするために回転量をθｅに変更しようとしたが、制御誤差等の何らかの理由で回転量がθｅｅに変更されてしまったとする。

制御部７Ｆは、取得した分岐比の値Ｄｅｅから、θｅｅ＝Ａｒｃｃｏｓ（Ｄｅｅ）の式を用いてθｅｅを算出する。また、制御部７Ｆは、設定値の分岐比Ｄｅ（＝５０％）から、θｅ＝Ａｒｃｃｏｓ（Ｄｅ）の式を用いてθｅを算出する。つづいて、制御部７Ｆは、補正回転量Φを、Φ＝θｅｅ−θｅの式を用いて算出する。つづいて、制御部７Ｆは、アクチュエータ６Ａを制御して偏波ビームスプリッタ２Ａを−Φだけ回転させる。これにより、偏波ビームスプリッタ２Ａの回転量はθｅとなり、設定値の分岐比Ｄｅに補正される。

このレーザ加工装置１００Ｆも、実施形態１〜６に係るレーザ加工装置１００、１００Ａ〜１００Ｅと同様に、ワークに対して第１レーザ光ＬＥ１と第２レーザ光ＬＥ２とを任意かつ連続的に変化可能な比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ加工装置１００Ｆは、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。さらに、レーザ加工装置１００Ｆは、補正制御を実行することによって、重畳させたビームプロファイルをより高精度に制御できる。

（実施形態８）
図１３は、実施形態８に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｇは、図５に示すレーザ加工装置１００Ａに、１／４波長板１９と光路長補正手段２０とを追加したものである。以下では１／４波長板１９と光路長補正手段２０とについて主に説明する。

１／４波長板１９は、第１レーザ光ＬＡ１および第２レーザ光ＬＡ２のうち、集光手段４の光軸ＯＸ１から離間した位置で集光手段４に入力するレーザ光の光路上に配置される。本実施形態８では、１／４波長板１９は第２レーザ光ＬＡ２の光路上に配置されている。１／４波長板１９を通過した第２レーザ光ＬＡ２は矢印Ａｒ１３で示すように円偏波となる。

集光手段４の光軸ＯＸ１から離間した位置で集光手段４に入力する第２レーザ光ＬＡ２は、ワークに対して或る傾斜角度を持って入射する。ワークは一般的にその構成材料に応じて入射角度による光吸収率依存性を有するが、第２レーザ光ＬＡ２を円偏波とすることで、光吸収率依存性の影響を抑制することができる。

また、光路長補正手段２０は、第１レーザ光ＬＡ１の光路長と第２レーザ光ＬＡ２の光路長との差を補正する。光路長補正手段２０は、たとえばレーザ光ＬＡを吸収しない光学材料で構成された光学素子であり、その屈折率に応じて空気中の光路長とは異なる光路長を第１レーザ光ＬＡ１に与える。光路長補正手段２０により、第１レーザ光ＬＡ１の光路長と第２レーザ光ＬＡ２の光路長とが一致するので、たとえばレーザ光ＬＡがパルス光の場合に、パルスのタイミングを一致させたい場合に効果的である。

（実施形態９）
図１４は、実施形態９に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｈは、図６に示すレーザ加工装置１００Ｂに、ミラー２１と偏波ビームコンバイナ２２とを追加したものである。ミラー２１と偏波ビームコンバイナ２２とは集光手段４に対してｚ軸の正の方向に配置されている。

ミラー２１は、集光手段４を通過した第２レーザ光ＬＡ２を偏波ビームコンバイナ２２に向けて反射させる。偏波ビームコンバイナ２２は、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを同軸となるように偏波合成する。これにより、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを、同軸で重畳された状態でワークに照射することができる。

（実施形態９の変形例）
図１５は、実施形態９の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｉは、図１４に示すレーザ加工装置１００Ｈにおいて、集光手段４を集光手段４ａと集光手段４ｂとに置き換え、ミラー２１をミラー２３に置き換えた構成を備えている。

第１レーザ光ＬＡ１は集光手段４ａの光軸ＯＸ１ａに一致する光路で集光手段４ａを透過し、集光される。第２レーザ光ＬＡ２は集光手段４ｂの光軸ＯＸ１ｂに一致する光路で集光手段４ｂを透過し、集光される。ミラー２３は、集光手段４ｂを通過した第２レーザ光ＬＡ２を偏波ビームコンバイナ２２に向けて反射させる。偏波ビームコンバイナ２２は、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを同軸となるように偏波合成する。これにより、第１レーザ光ＬＡ１と第２レーザ光ＬＡ２とを、同軸で重畳された状態でワークに照射することができる。また、第１レーザ光ＬＡ１は集光手段４ｂの光軸ＯＸ１ｂを透過し、第２レーザ光ＬＡ２は集光手段４ｂの光軸ＯＸ１ｂを透過するので、第１レーザ光ＬＡ１、第２レーザ光ＬＡ２に対する集光手段４ａ、４ｂの収差の影響を抑制できる。

（実施形態１０）
図１６は、実施形態１０に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置１００Ｊは、図１に示すレーザ加工装置１００に、第２回折光学素子３Ｊを追加したものである。第２回折光学素子３Ｊは、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルを所定の第２形状に整形する。所定の第２形状は特に限定されないが、本実施形態１０では、第２回折光学素子３Ｊは、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルをプロファイルＰ３に示すようなガウシアン状のプロファイルに整形する。集光手段４は、整形された第１レーザ光Ｌ１と、整形された第２レーザ光Ｌ２とをワークＷの所定の位置に集光させる。これにより、レーザ加工装置１００Ｊは、ワークＷに第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを任意の比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。このレーザ加工装置１００Ｊも、実施形態１〜９および変形例に係るレーザ加工装置１００、１００Ａ〜１００Ｉと同様に、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。

なお、上記実施形態では、第１回折光学素子３は、図２に示すように、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンを有する。しかし、第１回折光学素子はこれに限らず、図１７に示すように、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンと、光軸を中心とするレンズ様のパターンとを足し合わせた、ドリル状のパターンを有するものでもよい。なお、図中右側には位相を濃淡で示したスケールを示している。図１７のパターンであれば、集光手段４の焦点距離を一定にした場合に、ドーナツ状のビームプロファイルのスポットサイズを意図した径とすることがより容易になる。

また、上記実施形態では、レーザ光のビームプロファイルは、ガウシアン状またはドーナツ状であるが、これらに限定はされない。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、図１１に示した補正制御のための構成を他の実施形態に組み合わせてもよい。この場合、たとえば図６のレーザ加工装置１００Ｂにおいては補正制御により１／２波長板９を回転させ、図９のレーザ加工装置１００Ｅにおいては補正制御により光ビームスプリッタ２Ｅおよびミラー８Ｅを回転させる。また、図１３に示した１／４波長板１９や光路長補正手段２０や図１４に示したミラー２１および偏波ビームコンバイナ２２を、他の実施形態に組み合わせてもよい。

また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１、１Ａ、１Ｅ レーザ光源
１Ａａ、１Ｅａ 光源部
１Ａｂ 偏波保持型デリバリファイバ
１Ｅｂ デリバリファイバ
２ 分岐部
２Ａ、２Ｄ 偏波ビームスプリッタ
２Ｅ 光ビームスプリッタ
３ 第１回折光学素子
３Ｊ 第２回折光学素子
４、４ａ、４ｂ 集光手段
５、５Ｄ、５Ｅ 光学ユニット
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅ アクチュエータ
７、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ 制御部
８ プリズム
８Ｅ、１３、１６、２１、２３ ミラー
９ １／２波長板
１０ 偏波変換部
１１ 偏波分岐合成素子
１２、１９ １／４波長板
１４、１５ ＰＤ
２０ 光路長補正手段
２２ 偏波ビームコンバイナ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊ レーザ加工装置

Claims (24)

1. レーザ光を出力するレーザ光源と、
   前記レーザ光を所定の範囲内の任意の分岐比で第１レーザ光と第２レーザ光とに分岐する分岐部と、
   前記第１レーザ光のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する第１回折光学素子と、
   前記整形された第１レーザ光と、前記レーザ光と同じビームプロファイルを有する前記第２レーザ光とを所定の位置に集光させる集光手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記第１回折光学素子は、前記第１レーザ光のビームプロファイルをドーナツ状のプロファイルに整形することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記ドーナツ状のプロファイルはＬＧ０，１モードのプロファイルであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第１回折光学素子は、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンを有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記第１回折光学素子は、ｎを１以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が２ｎπだけ螺旋面状に変化するパターンと、レンズ様のパターンとを足し合わせた、ドリル状のパターンを有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ光および前記第２レーザ光は、ガウシアン状のビームプロファイルを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
7. レーザ光を出力するレーザ光源と、
   前記レーザ光を任意の分岐比で第１レーザ光と第２レーザ光とに分岐する分岐部と、
   前記第１レーザ光のビームプロファイルを所定の第１形状に整形する第１回折光学素子と、
   前記第２レーザ光のビームプロファイルを所定の第２形状に整形する第２回折光学素子と、
   前記整形された第１レーザ光と、前記整形された第２レーザ光とを加工対象の所定の位置に集光させる集光手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
8. 前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分岐する偏波ビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
9. 前記分岐部は、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光にπだけ位相差を与えて前記偏波ビームスプリッタに出力する１／２波長板を備えることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
10. 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
11. 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記１／２波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
12. 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置および前記光軸を回転軸とした前記１／２波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
13. 前記レーザ光源は、単一偏波の前記レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を伝搬して前記分岐部に対して出力する偏波保持型デリバリファイバとを備えることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
14. 偏波分岐合成素子と１／４波長板とを有し、前記偏波分岐合成素子が、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光を偏波方向が互いに直交する２つのレーザ光に分岐し、前記１／４波長板が、前記２つのレーザ光の一方を２回通過させて偏波方向を９０度回転させ、前記偏波分岐合成素子が、前記偏波方向を回転されたレーザ光と前記２つのレーザ光の他方とを合成して前記分岐部に出力する偏波変換部を備えることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
15. 前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態および入射角度に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とに分岐する光ビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
16. 前記光ビームスプリッタを変位させて前記入射角度を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザ加工装置。
17. 前記レーザ光源は、ランダムな偏波の前記レーザ光を出力する光源部を備えることを特徴とする請求項１５または１６に記載のレーザ加工装置。
18. 前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを平行にする平行化部を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
19. 前記整形された第１レーザ光が、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
20. 前記整形された第１レーザ光が前記集光手段に入力する位置を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ加工装置。
21. 前記分岐比を取得するための取得手段と、
    前記取得手段の取得結果に基づいて、前記分岐比が設定値になるように前記分岐部の制御を行う補正制御部と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
22. 前記第１レーザ光の光路長と前記第２レーザ光の光路長との差を補正する光路長補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
23. 前記集光手段を通過した前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを同軸となるように偏波合成する偏波ビームコンバイナを備えることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
24. 前記第１レーザ光および前記２レーザ光のうち、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するレーザ光の光路上に配置された１／４波長板を備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。