(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なった波長を有する加工用レーザ光線（２）及び案内用レーザ光線（３）を送出する加工用レーザ及び案内用レーザを用い、光学系（４）によりそれぞれのレーザ光線（２、３）が加工用素材（５、５′）上に位置及び形状が同一のそれぞれのパターン（６、６′）を描画する加工用素材を加工及び／又は接合するためのレーザ装置の操作方法であって、
パターン（６、６′）の形状が、光学系（４）に組み込まれた少なくとも１つの回折素子（７）により決定され、
２つのレーザ光線（２、３）を１つの回折素子（７）を通過させることにより、通過以前には小さかった案内用レーザ光線（３）の断面を加工用レーザ光線（２）の大きな断面に適合させ、
回折素子（７）と加工用素材（５、５′）の間の光路において、案内用レーザ光線（３）が加工用レーザ光線（２）から分離された後に案内用レーザ光線（３）の断面が拡大されることを特徴とするレーザ装置の操作方法。
【請求項２】
加工用レーザ光線（２）から分離された後に、案内用レーザ光線（３）の断面は、光線の方向変更手段（８、９）に対する距離が可変の光線の断面の拡大手段としての互いに隔てられた反射鏡（１０、１１、１３）により拡大され、加工用素材（５、５′）において加工用レーザ光線（２）の断面に適合されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置の操作方法。
【請求項３】
案内用レーザ光線（３）は、加工用レーザ光線（２）とは異なって波長に依存する鏡（８、９）により進行方向が変えられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ装置の操作方法。
【請求項４】
それぞれ異なった波長を有する加工用レーザ光線（２）及び案内用レーザ光線（３）を送出する加工用レーザ及び案内用レーザ、並びに前記加工用レーザ及び案内用レーザのレーザ光線（２、３）が加工用素材（５、５′）上に位置及び形状が同一のそれぞれのパターン（６、６′）を描画させる光学系（４）を備えた加工用素材を加工及び／又は接合するためのレーザ装置であって、
光学系（４）は、パターン（６、６′）の形状を決定するために１つの回折素子（７）を備え且つパターン（６、６′）の大きさを均一とするために回折素子（７）の後方に光線の断面の拡大機構を備え、
前記光線の断面の拡大機構は、案内用レーザ光線（３）のパターン（６′）の大きさを加工用レーザ光線（２）のパターン（６）の大きさに適合させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
回折素子（７）は、固定されたエッチングにより形成された回折素子（７）であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
回折素子（７）は、可変の電子的に制御できる回折素子（７）であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光線の断面の拡大機構は、回折素子（７）と加工用素材（５、５′）の間の光路において、加工用レーザ光線（２）から案内用レーザ光線（３）を分離するために光線の方向変更手段（８、９）を備えていることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記光線の断面の拡大機構は、案内用レーザ光線（３）の断面を拡大させる拡大手段を備えていることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
案内用レーザ光線（３）の加工用レーザ光線（２）から分離及び／又は加工用レーザ光線（２）との結合は、反射手段としての波長に依存する鏡（８、９）により実行されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
分離後の案内用レーザ光線（３）の断面の拡大は、光線の断面の拡大手段としての前記波長に依存する鏡（８、９）との間隔が可変の２つの反射鏡（１０、１１、１３）により実行されことを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの波長が異なる加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線を用い、案内用レーザ光線の光路長を光学系により変化させて加工用レーザ光線と共に加工用素材へパターンを描き加工用素材を加工及び／又は接合する方法に関する。本発明は、提案した方法を実現するレーザ装置にも関する。案内用レーザ光線には、可視域のレーザ光線を用い、準備工程及び作動時の監視を簡素化することが重要である。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置及び方法は実用化されている。電磁放射線、特にレーザ光線を用いて加工用素材の加工又は接合する際には、加工用素材へ照射される光線の強度及び形状が重要である。特に、生成された焦点内のエネルギー密度分布を正しく調整することが重要である。そのため、レーザ光線により、加工用素材上に、種々の形状の熱分配用パターン又は溶接用継ぎ目を生成することがしばしば必要であった。そのため、最適な加工結果が得られるように、用いる高出力のレーザ光線を、加工用素材の大きさ及び形状に応じて調整して加工用素材に焦光していた。
【０００３】
加工用レーザ光が全く見えないか殆ど見えないので、加工用素材の所定の位置に又は所定の線に沿って正確に加工用レーザ光線を作動できるように、所望の光点に調整して加工用素材に正確に照射することは、時には困難を伴うこともあった。このことは、レーザ装置の準備並びに加工用素材のレーザ処理にも当てはまり、レーザ加工中の監視も困難であった。
【０００４】
このような困難さを減らすため、加工用レーザ光線の照射の際に、可視域の波長の案内用レーザからの案内用レーザ光線を導入することが知られている。案内用レーザ光線は、不可視である加工用レーザ光線と同じ形状で光線の中心が互いに重なり合うように操作及び形成される。案内用レーザ光線と加工用レーザ光線の波長が異なることにより、通常それぞれの光学系も異なっているので、加工用素材上の案内用レーザ光線の光点は加工用レーザ光線よりも小さく形成されていた。
【０００５】
加工用素材に作用する加工用レーザ光線の光点は、正確な大きさであることが望ましいか又は必要である。案内用レーザ光線と加工用レーザ光線の間の波長の差異及びそれに伴う屈折及び焦点を差異を補償するために、案内用レーザ光線を拡大させて、案内用レーザ光線の光点又はパターンの大きさを加工用レーザ光線の光点又はパターンの大きさに適合させる必要がある。
【０００６】
断面が円形の光線と異なった断面形状の光線では特殊な熱分配パターンが必要であり、レーザ源からの断面円形のレーザ光線は、例えば回折素子（ＤＯＥ）などの適当な手段を用いて、所望の大きさ及び形状に変換される。これは、その用途に調整された光学系又はマスク（固定回折素子）又は電子制御された光学系（可変回折素子）により同時溶接用に実行される。これにより、円形の光点の代わりに、所望のパターンを加工用素材上に生成できる。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２により、加工用レーザ及び案内用レーザを有するレーザシステムにおいて、拡大及び集光機構を用いて案内用レーザの光線の断面を加工用レーザの光線の断面に適合させて加工用素材上に同じ大きさの円形の光点を表示させることは周知である。通常、光線の変形は集光又は拡散レンズ、又は全反射又はハーフミラーにより行われる。特許文献１、２のレーザ源は断面が円形のレーザ光線を備え、１つ又は複数の光学素子により所望の断面形状に変更できる。そのためには、レーザ光の振幅及び／又は偏光及び／又は位相を変更できる空間的な解像性を有する光変調器が適している。
【０００８】
レーザ光を偏光させる光変調器については特許文献３に開示されている。ここに記載された変調器は、変調光と非変調光を明確にするためにレーザ光線の幾つかを偏光させることができる。変調光又は非変調光を選択的に通過させないように、変調器の後方に偏光フィルタを付加すると、偏光フィルタを通過したレーザ光線の断面は、変調器の規定する断面を示すようになる。
【０００９】
更に、特許文献４には、加工用素材を加工する２つの異なった波長のレーザ光線を生成するレーザ装置が開示されている。２つのレーザ源からの加工用レーザ光線は特殊なハーフミラーにより結合され、位相を変化させる回折格子により同時に加工用素材上にパターンを形成する。
【００１０】
更に、特許文献５には、加工用素材を保持する保持手段及び加工用素材を照射するレーザ光集光手段を備えた加工装置が開示されている。レーザ光線は加工用素材を穿孔することが可能であり、レーザ集光手段には、レーザ光線の伝送及び集光する装置が備えられている。この装置には、少なくとも２つ焦点に交互に集光できる発振装置も備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許公報第１９８２５０９２Ｃ２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８３６１１５Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００４０１７１２９Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／００２１７２３Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００９８５４８Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、空間的強度分布が同一ではない加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線の異なったパターンにより、異なった波長を統一して加工用素材を遮蔽することであり、これらレーザ光線のパターンは、レーザ光の振幅及び／又は偏光及び／又は位相を変更できる電子的な空間的に解像性を有する光変調器を用いて調整する可能性を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、請求項１に記載の特徴を有するレーザ加工方法及び請求項４記載の特徴を有するレーザ装置によって解決される。
【００１４】
具体的には、下記の（１）〜（１０）の構成により上記課題が解決される。
【００１５】
（１）それぞれ異なった波長を有する加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線を送出する加工用レーザ及び案内用レーザを用い、光学系によりそれぞれの前記レーザ光線が加工用素材上に位置及び形状が同一のそれぞれのパターンを描画する加工用素材を加工及び／又は接合するためのレーザ装置の操作方法であって、前記パターンの形状が、前記光学系に組み込まれた少なくとも１つの回折素子により決定され、前記２つのレーザ光線を１つの前記回折素子を通過させることにより、通過以前には小さかった前記案内用レーザ光線の断面を前記加工用レーザ光線の大きな断面に適合させ、前記回折素子と前記加工用素材の間の光路において、前記案内用レーザ光線が前記加工用レーザ光線から分離された後に前記案内用レーザ光線の断面が拡大されることを特徴とするレーザ装置の操作方法。
【００１７】
（２）前記加工用レーザ光線から分離された後に、前記案内用レーザ光線の断面は、光線の方向変更手段に対する距離が可変の光線の断面の拡大手段としての互いに隔てられた反射鏡により拡大され、前記加工用素材において前記加工用レーザ光線の断面に適合されることを特徴とする前記（１）に記載のレーザ装置の操作方法。
【００１８】
（３）前記案内用レーザ光線は、前記加工用レーザ光線とは異なって波長に依存する鏡により進行方向が変えられることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のレーザ装置の操作方法。
【００１９】
（４）それぞれ異なった波長を有する加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線を送出する加工用レーザ及び案内用レーザ、並びに前記加工用レーザ及び前記案内用レーザの前記レーザ光線が前記加工用素材上に位置及び形状が同一のそれぞれのパターンを描画させる光学系を備えた加工用素材を加工及び／又は接合するためのレーザ装置であって、前記光学系は、前記パターンの形状を決定するために１つの回折素子を備え且つ前記パターンの大きさを均一とするために前記回折素子の後方に光線の断面の拡大機構を備え、前記光線の断面の拡大機構は、前記案内用レーザ光線の前記パターンの大きさを前記加工用レーザ光線の前記パターンの大きさに適合させることを特徴とするレーザ装置。
【００２０】
（５）前記回折素子は、固定されたエッチングにより形成された回折素子であることを特徴とする前記（４）に記載のレーザ装置。
【００２１】
（６）前記回折素子は、可変の電子的に制御できる回折素子であることを特徴とする前記（４）に記載のレーザ装置。
【００２２】
（７）前記光線の断面の拡大機構は、前記回折素子と前記加工用素材の間の光路において、前記加工用レーザ光線から前記案内用レーザ光線を分離するために光線の方向変更手段を備えていることを特徴とする前記（４）ないし（６）のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【００２３】
（８）前記光線の断面の拡大機構は、前記案内用レーザ光線の断面を拡大させる拡大手段を備えていることを特徴とする前記（４）ないし（７）のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【００２４】
（９）前記案内用レーザ光線の前記加工用レーザ光線から分離及び／又は前記加工用レーザ光線との結合は、反射手段としての波長に依存する鏡により実行されることを特徴とする前記（７）に記載のレーザ装置。
【００２５】
（１０）分離後の前記案内用レーザ光線の断面の拡大は、光線の断面の拡大手段としての前記波長に依存する鏡との間隔が可変の２つの反射鏡により実行されことを特徴とする前記（８）に記載のレーザ装置。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、比較的に簡単な光学系を構成することにより、案内用レーザ光線のパターンを加工用レーザのパターンに容易に適合させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１の光学系の配置を示す模式図（２つのレーザ光線は回折素子に対して同一方向から入射して回折される）
【図２】実施例２の光学系の配置を示す模式図（２つのレーザ光線は回折素子に対して互いに逆方向から入射して回折される）
【図３】実施例３の光学系の配置を示す模式図（２つのレーザ光線は回折素子に対して同一方向から入射して反射される）
【図４】実施例４の光学系の配置を示す模式図（実施例３の変形）
【図５】実施例５の光学系の配置を示す模式図（２つのレーザ光線は回折素子に対して互いに逆の方向から入射して反射される）
【発明を実施するための形態】
【００３２】
波長の異なる加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線を加工用素材へと伝送する加工用レーザ及び案内用レーザを備えたレーザ装置を用いて、レーザ光線により加工用素材を加工及び／又は接合する本発明の方法では、加工用レーザ及び案内用レーザのレーザ光線は、少なくとも１つの回折素子を備えた光学系により、自由に設定できる位置、形状及び大きさが同一のパターンが加工用素材上に描画される。光学系に組み込まれた少なくとも１つの回折素子により、加工用素材上のパターンの形状が決定される。
【００３３】
その場合、互いに依存している加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線のパターンは、２つのレーザ光線を透過させるか又は反射させる機能を有するたった１つの回折素子により生成される。回折素子により処理されるべき加工用レーザ及び案内用レーザのレーザ光線は、同時か、交互か又は単独で回折素子に向かう。隣り合って配置される２つのパターンを形成するために、２つの回折素子を用いることも可能である。その場合、２つの回折素子は同一か又は異なってもよい。２つの回折素子による加工用レーザ光線のパターン及び案内用レーザ光線のパターンは互いに依存せず、光線へは同様か又は異なる影響を及ぼす。ここでも、加工用レーザ及び案内用レーザのレーザ光線は、同時か、交互か又は単独で回折素子に向かってもよい。
【００３４】
別の方法では、大きさの異なった同一形状のパターンを生成する加工用レーザ又は案内用レーザに１つの回折素子が用いられている。案内用レーザ光線の小さな断面は、回折素子により加工用レーザ光線の大きな断面とほぼ同一になるように適合される。代わりに、パターンの形状及び大きさを決めるのに、２つのレーザ光線のそれぞれに２つの異なった回折素子を割当ててもよい。加工用素材上のパターンがほぼ同じ大きさになるように案内用レーザ光線の断面と加工用レーザ光線の断面が互いに適合するように、２つの回折素子が構成されることが好ましい。
【００３５】
更に別の実施例では、案内用レーザ光線は、回折素子及び加工用素材を透過又は反射する間は、加工用レーザ光線から分離されている。分離された案内用レーザ光線は、加工用素材における加工用レーザ光線に適合するように、分離されたレーザ光線の断面が拡大される。
【００３６】
本発明による好ましい方法の過程では、案内用レーザ光線は波長に依存する鏡により案内用レーザ光線は加工用レーザ光線から分離され、加工用レーザ光線と再び結合される。波長に依存する鏡により、案内用レーザ光線又は加工用レーザ光線の進行方向が変更されるが、他のレーザ光線に妨げられことなく進行する。
【００３７】
本発明による好ましい方法の一過程では、加工用レーザ光線から分離された後の案内用レーザ光線の断面は、互いに隔てられた反射鏡として形成された二色性ミラーにより反射されて拡大され加工用素材において加工用レーザ光線に適合される。この場合、案内用レーザ光線の光路を変化させて増大させることにより、案内用レーザ光線の断面が拡大される。互いに９０°の位置関係にある２つの反射鏡を近づけるか又は遠ざけることにより、案内用レーザ光線の光路長を変えることができる。
【００３８】
２つの互いに独立した回折素子を用いる場合には、加工用素材及び加工用レーザ又は案内用レーザに対する構成及び配置によっては、回折素子と加工用素材の間における案内用レーザ光線の断面の拡大が必要ではなくなる。そのため、巧妙に選択すれば、回折素子の後方に光線の断面の拡大機構を配置すること又は光線反射手段又は光線の断面の拡大手段は必要なくなる。
【００３９】
本発明のレーザ光線による加工用素材の加工及び／又は接合する装置の光学系により、加工用レーザ及び案内用レーザのそれぞれのレーザ光線は位置、形状が同一のパターンを加工用素材上に描画する。レーザ装置の光学系は、２つの光線のパターンを規定するために少なくとも１つの回折素子、並びに案内用レーザ光線のパターンを加工用レーザ光線のパターンに適合させてパターンを同一の大きさとするために１つの光線の断面の拡大機構を備えている。案内用レーザ光線の断面の拡大機構は、光路の後半に少なくとも１つの回折素子を備えている。この場合、加工用レーザ及び案内用レーザはそれぞれ異なった波長のレーザ光線を発振し、案内用レーザ光線の波長は加工用レーザ光線の波長より短く可視光線域である。加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線によるパターンは、同時又は交互に形成してもよい。交互に操作する場合には、パターンの２つ描画の時間は同じか又は異なってもよい。当然のことであるが、全溶接工程中、案内用レーザへの通電を遮断して、制御のため所望の時点に一時的に新たに通電してもよい。
【００４０】
補助手段を追加しなくても加工用素材上に描画できる回折素子は、レーザ光線を透過又は反射するように操作されてレーザ光線の位相を空間的に変調する。位相変調とは、所望のパターンの輪郭線が生成されるようにレーザ光の位相を変調することである。そのために、固定又は可変の回折素子が用いられる。固定された回折素子では、位相の情報は、例えば表面のエッチング構造としてか又は屈折率の差異として材料に書き込まれる。可変の回折素子は電子的に制御できる電子光部品である。
【００４１】
例えば、可変の回折素子として液晶の位相変調器により、十分な横方向のコヒーレンスを有する偏光された光線に由来する生成されたレーザ光線の一部の位相状態を可変に制御できるので、回折素子を通過した光線は所望の方法で干渉させることができる。生成されたレーザ光線は、液晶により幾つかの光束に分けられる。それぞれの光束は、個々に制御可能な液晶セルにおいて、所定の方法により位相変調される。回折素子を通過した光束が集合して、新たなレーザ光線が形成される。個々の液晶セルによって、簡単で、自在に且つ特に他の光束に依存しない光束の変調ができる。
【００４２】
本発明による装置では、固定又は可変の回折素子は案内用レーザ光線並びに加工用レーザ光線に均等に作用する。この装置では、回折素子は、同一方向又は異なった方向から入射する案内用レーザ光線及び加工用レーザ光線のそれぞれか又は共に透過又は反射させることができる。その上、少なくとも１つの回折素子でもそれに入射した２つのレーザ光線は同一側か又は異なった側に送出される。
【００４３】
レーザ源から発振された光線はそれぞれが所定の発散する性質、すなわちレーザ源から送出された光線は互いに離れて拡がる性質を備えており、レーザ光線の質を示している。回折素子に入射する前の発散の小さいレーザ光線は、回折素子において屈折及び位相変調されて、回折素子を通過した後のレーザ光線はその断面が拡大される。この拡大は、案内用レーザ光線及び加工用レーザ光線の波長により異なり、このことが加工用素材上への描画された案内用レーザ光線によるパターンの大きさと加工用レーザ光線によるパターンの大きさが異なる要因となる。
【００４４】
案内用レーザ光線により形成される小さなパターンを加工用レーザ光線によるパターンの大きさにするために、本発明によるレーザ装置には、案内用レーザ光線によるパターンの大きさを変更して、光線の断面を目標とする大きさに制御する拡大機構が備えられている。この光線の断面の拡大機構が、加工用レーザ光線に影響されずに案内用レーザ光線に作用するために、回折素子の通過後に案内用レーザ光線を加工用レーザ光線から分離する必要がある。
【００４５】
そのために、光線の断面の拡大機構は、回折素子と加工用素材との間に、光路のある区間において案内用レーザ光線を加工用レーザ光線から分離する光線進行方向変更手段を備えることが好ましい。案内用レーザ光線の加工用レーザ光線からの分離及び／又は加工用レーザ光線との結合は波長に依存する鏡を用いて実行される。
【００４６】
二色性ミラーと称される波長に依存する鏡は、光路切換機構として装着される。この鏡は加工用レーザ光線の進行方向を変化させず、表面の反射によって案内用レーザ光線の進行方向が９０°変更される。そのために、鏡の光学系の軸に対する角度は４５°に設定するのが理想的である。回折素子を操作して、案内用及び加工用レーザ光線を反射させるか又は透過させるかに応じて且つ案内用及び加工用レーザ光線の光学系の軸に対する角度に応じて、２つの波長に依存する鏡のそれぞれは回折素子の前後、２つとも回折素子の前方又は回折素子の後方に配置される。この場合、２つの二色性ミラーは互いに平行か又は９０°の角度に配置される。
【００４７】
本発明による好適な実施例では、光線の断面の拡大機構は案内用レーザ光線の断面を拡大させる拡大手段を備えている。この拡大機構は、波長に依存する鏡によって規定される案内用レーザ光線の光路間に配置される。該拡大機構は、加工用レーザ光線に影響を与えることなく、案内用レーザ光線の発散性を利用して光線の断面の大きさを調整する。案内用レーザ光線が加工用レーザ光線から分離された後に、光線の進行方向の変更手段としての二色性ミラーとの間隔が可変である２つの反射鏡によって案内用レーザ光線の断面が拡大されることが好ましい。２つの反射鏡は全反射するように形成され、案内用レーザ光線の方向を９０°変える。２つの反射鏡のそれぞれが、光学系の軸に対して４５°傾斜して配置され、二色性ミラー又は回折素子の方向に配列されていることが好ましい。光線の断面の拡大手段を形成する２つの反射鏡の間隔は、双方又は一方を動かせて変更することができる。
【００４８】
２つの反射鏡は、波長に依存する鏡及び回折素子と共に作動して、２つのレーザ光線が分離−結合する間において、回折素子と加工用素材間の光路を直接入射よりも長くすることにより、案内用レーザ光線の断面が拡大される。この場合、案内用レーザ光線の小さな屈折角は、加工用レーザ光線の大きな屈折角と同一になるように補正されて、案内用レーザ光線の発散角度が増すことにより光路が長くなり光線の断面が拡大される。２つの光線の断面の拡大手段の２つの反射鏡に対する間隔を調整することにより、案内用レーザ光線の光路長を変更でき、それにより加工用素材上に案内用レーザ光線が描画するパターンの大きさを加工用レーザ光線が描画するパターンの大きさに適合させることができる。
【００４９】
上記の補正では、案内用及び加工用レーザ光線の空間の強度分布を決めるのに、単独、又は好ましくは２つの並列に配置された回折素子を用いることが可能である。
【００５０】
案内用レーザ光線と加工用レーザ光線に対して異なった効果を得るために、２つの異なった回折素子を用いる方法もある。２つの回折素子は、加工用レーザ又は案内用レーザ光線を横切って光学系に可動に装着されて共通の担体上に並列に配置されることが好ましい。これにより、担体の位置に影響されるレーザ光線は、２つの回折素子に同時に向かわせるか否か又は光路中のいずれか１つの回折素子に向かわせてもよい。また、担体上の回折素子を交互に光路内に案内することも可能である。固定された回折素子又は可変の回折素子により、レーザ光線の描画によりパターンが生成される。固定された回折素子はエッチングされることが好ましく、可変の回折素子はレーザ光線を透過させるか又は反射させるように電子的に制御できる。この場合、これらの回折素子のパターンは、共通の生地に互いに接するか又は離れて配置されるか、共通の台座内の異なった生地に形成される。
【００５１】
２つの回折素子がどのように形成されるかによって、加工用レーザ光線に対する案内用レーザ光線の断面の拡大の程度が大きいか小さいか決まる。加工用レーザ光線又は案内用レーザ光線の波長に対するそれぞれの回折素子を正確に調整することにより、同一の断面を有する加工用レーザ光線及び案内用レーザ光線が回折素子から発せられる。このような場合、位置、形状及び大きさの同じパターンを加工用素材上に形成するために、回折素子の後方の光線の断面の拡大機構は必要なくなる。
【００５２】
以下、図面を用いて本発明による実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００５３】
図１には、不図示の加工用レーザ並びに不図示の案内用レーザを有するレーザ装置１が示されており、加工用レーザ光線２及び案内用レーザ光線３は光学系４を介して重なり合った加工用素材５、５′に作用する。レーザ光線２、３は異なった波長を有し、案内用レーザ光線３は可視光の範囲にある。光学系４を用いて加工用レーザ光線２はパターン６、案内用レーザ光線３はパターン６′により加工用素材５、５′上に投影される。パターン６、６′は互いに重なり合い、その形状及び大きさは同じである。光学系４は、回折素子（ＤＯＥ）７、案内用レーザ光線３を反射する２つの二色性ミラー８、９並びに光線を拡大する手段としての反射鏡１０、１１を含んで構成される。回折素子７は、加工用素材５、５′に対しては平行にまた入射する２つのレーザ光線２、３に対しては垂直に配置されている。この構成では、レーザ光線は回折素子を通過する。回折素子７を通過する光線は、回折素子によりそれぞれの波長に応じて回折される。そのため、回折素子７を通過した案内用レーザ光線３の断面は、加工用レーザ光線２の断面よりも小さくなる。案内用レーザ光線３のパターン６′を加工用レーザ光線２のパターン６に適合されるように、回折素子７を通過した後の案内用レーザ光線３は、加工用レーザ光線から分離される。
【００５４】
回折素子７に対して４５°の角度に配置された回折素子７に近い第１の二色性ミラー８により上記分離が実行され、案内用レーザ光線３の方向は約９０°変えられる。方向が変えられた案内用レーザ光線３は、第１の二色性ミラー８と同じ傾きを有する第１の反射鏡１０入射する。案内用レーザ光線３は、この反射鏡によりその方向が約９０°変えられる。次いで、案内用レーザ光線３は、第１の反射鏡１０に対して９０°に配置された第２の反射鏡１１に入射し、その方向が約９０°変えられる。反射鏡１０、１１の間では、案内用レーザ光線３は、加工用レーザ光線２と平行に進行する。第２の反射鏡１１により案内用レーザ光線３が反射され、その方向が９０°変えられて第２の二色性ミラー９へ入射する。第２の二色性ミラー９で反射された案内用レーザ光線３は、その方向が９０°変えられ加工用レーザ光線２と同じ向きとなる。
【００５５】
加工用レーザ光線２から案内用レーザ光線３を分離させ、反射鏡１０、１１を通過後に再度加工用レーザ光線２に結合させる２つの二色性ミラー８、９は、互いに９０°の角度になるように配置されている。加工用レーザ光線２は、２つの二色性ミラー８、９に影響されることなく、そこを通過して直進する。加工用レーザ光線２の光路外に在る２つの反射鏡１０、１１と２つの二色性ミラー８、９との間隔は可変であり、それにより案内用レーザ光線３の光路長が調整できる。レーザ源からの光路が長くなるほど、レーザ光線の断面が大きくなる。このことを案内用レーザ光線３に適用してその光路長を調整することにより、案内用レーザ光線３のパターン６′を加工用レーザ光線２のパターンの大きさに適合させる。
【実施例２】
【００５６】
図２に示す本実施例の光学系４では、案内用レーザ光線３と加工用レーザ光線２は互いに逆の側から、回折素子７に垂直に入射する。不図示のレーザ源から放射された加工用レーザ光線２及び案内用レーザ光線３は直交しており、案内用レーザ光線は光学系４の光軸に垂直であり、加工用レーザ光線２は該光軸に平行である。
【００５７】
案内用レーザ光線３は、光学系４の回折素子７と加工用素材５、５′の間に入射し、そこの第１の二色性ミラー９により反射されて回折素子７へと向かう。回折素子７を通過した案内用レーザ光線３は、第１の二色性ミラー９に対して平行に配置された第２の二色性ミラー８へと入射し、そこで反射されて２つの反射鏡１０、１１へと向かう。案内用レーザ光線３は、２つの反射鏡１０、１１により反射された後に第１の二色性ミラー９へと入射し、そこで加工用レーザ光線２と結合される。図１でも説明したように、反射鏡１０、１１と二色性ミラー８、９との間隔は可変である。従って、案内用レーザ光線３の光路長も同様に増大させることができる。
【実施例３】
【００５８】
図３に示す本実施例では、回折素子７が案内用レーザ光線３及び加工用レーザ光線２を反射するように操作される。本実施例の光学系４においては、二色性ミラー８、９及び反射鏡１０、１１は、加工用素材５、５′に対して、図１と同様に配置される。しかし、レーザ源からのレーザ光線２、３は、互いに平行で光学系４の光軸に対しては垂直であり、回折素子７には同じ側から入射して第１の二色性ミラー８の方へと反射される。そのために、回折素子７は、光学系４の光軸に対して４５°傾斜して配置されている。回折素子７以後は、２つのレーザ光線２、３は図１の実施例に記載されたように進行し、案内用レーザ光線３の光路長も同様に増大させることができる。
【実施例４】
【００５９】
図４に示す本実施例は、基本的には図３の実施例と同じである。互いに平行で光学系４の光軸に垂直であるレーザ源からのレーザ光線２、３は、二色性ミラー８、９と加工用素材５、５′の間に入射する。これらのレーザ光線は全反射鏡１２により、二色性ミラー８、９及び反射鏡１０、１１の脇を通り過ぎて、回折素子７へと向かう。案内用レーザ光線３及び加工用レーザ光線２は、回折素子７により反射されて、第１の二色性ミラー８へと向かう。最終的には、案内用レーザ光線３の光路長は図１、図３の実施例と同様に増大させることができる。
【実施例５】
【００６０】
図５には、回折素子７を２つのレーザ光線の反射に用いる別の実施例を示す。本実施例では、案内用レーザ光線３の波長に依存しない反射鏡１０の代わりに、波長に依存する二色性ミラー１３用いた点が図３の実施例と異なっている。二色性ミラー１３は、回折素子７に近接して、光学系４の光軸に対して４５°傾いて配置されている。レーザ源からの加工用レーザ光線２及び案内用レーザ光線３は互いに平行であるが、光学系４にその光軸に対して逆の側から垂直に入射する。加工用レーザ光線２は、二色性ミラー１３を通過し回折素子７へと入射して、回折素子７と加工用素材５、５′の間に配置された二色性ミラー９へと反射されて、加工用素材５、５′へと向かう。案内用レーザ光線３は、先ず光学系４の光軸に対して４５°傾き回折素子７とは平行な二色性ミラー９に入射する。案内用レーザ光線３は、二色性ミラー９により反射されて、回折素子７へと向かい、そこで二色性ミラー１３へと反射され、その二色性ミラー１３により、波長には依存しない反射鏡１１へと反射される。案内用レーザ光線３は、反射鏡１１により反射されて二色性ミラー９へと向かい、そこで反射されて加工用素材５、５′へと向かう。二色性ミラー１３の回折素子７との間隔及び二色性ミラー９との間隔は可変なので、案内用レーザ光線３の光路長を増大させて、加工用素材５、５′上の案内用レーザ光線３のパターン６′を加工用レーザ光線２のパターンの大きさに適合させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    レーザ装置
２    加工用レーザ光線
３    案内用レーザ光線
４    光学系
５、５′    加工用素材
６、６′    パターン
７    回折素子
８    二色性ミラー
９    二色性ミラー
１０  反射鏡
１１  反射鏡
１２  全反射鏡
１３  二色性ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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