(57)【要約】  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レーザ加工装置およびこのレーザ加工装置で使用されるレーザ光のためのパワーバランス装置を得る。対向する一対の主面の一方の主面側に、基板材料と同一材料からなる複数の凸部が設定周期Ｐでそれぞれ平行に直線状に延びた回折格子が形成され、前記回折格子の構造性複屈折を利用可能に形成された、遠赤外光のレーザ光が入射される偏光位相差板であって、前記回折格子の前記周期ＰがＰ＜λ／ｎ(λは入射光の波長、ｎは前記基板材料の屈折率)を満たすものと、前記偏光位相差板を回転させる回転機構と、を備えたレーザ光のためのパワーバランス装置とした。
2017126363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の主面の一方の主面側に、基板材料と同一材料からなる複数の凸部が設定周期Ｐでそれぞれ平行に直線状に延びた回折格子が形成され、前記回折格子の構造性複屈折を利用可能に形成された、遠赤外光のレーザ光が入射される偏光位相差板であって、前記回折格子の前記周期ＰがＰ＜λ／ｎ(λは入射光の波長、ｎは前記基板材料の屈折率)を満たすものと、
前記偏光位相差板を回転させる回転機構と、
を備えた、レーザ光のためのパワーバランス装置。
【請求項２】
前記偏光位相差板のリターデーションがπ／２未満である、請求項１に記載のレーザ光のためのパワーバランス装置。
【請求項３】
前記偏光位相差板の材料がＺｎＳからなる、請求項１または２に記載のレーザ光のためのパワーバランス装置。
【請求項４】
前記偏光位相差板の主面に重ねられたミラーを備えた、請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーザ光のためのパワーバランス装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のレーザ光のためのパワーバランス装置と、
前記パワーバランス装置の偏光位相差板に対して前記レーザ光を発生するレーザ発振器と、
前記偏光位相差板から被加工物までの光路上で、前記レーザ光を２つのレーザ光に分光する分光部と、
を備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板等の被加工物に対して穴あけ加工を行うレーザ加工装置に関し、特にレーザ光のためのパワーバランス装置およびこのパワーバランス装置を使用したレーザ加工装置に関するものである。
【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ＣＯ2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、複数の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、下記特許文献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、分光用偏光子に入射する偏光方向Ｐ波成分と偏光方向Ｓ波成分とのバランスを調整し、分光用偏光子を透過するＰ波成分と、分光用偏光子で反射するＳ波成分とに分割されたレーザ光のエネルギーを均等に調整している。【０００４】
下記特許文献２には、ＹＡＧレーザ光のパワーバランスを調整する例が記載されている。分光用偏光子よりも光路上流に、光軸を中心に回転調整を行う回転調整機構を有した透過型の１／４波長(π／２)位相差板を設け、分光用偏光子に入射する偏光方向Ｐ波成分と偏光方向Ｓ波成分を調整することで、加工のエネルギーを均等に調整している。【０００５】
下記特許文献３には、透過光を使わず、Ｓ偏光だけを利用する偏光方位角調整機構とすることで、熱レンズの発生を防止している。【０００６】
近年、プリント基板等の穴あけ加工機では、貫通穴等の高エネルギー加工や、加工速度の向上によって、レーザ光は出力が向上してきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８２５１０号パンフレット
【特許文献２】特開平９−１０８８７８号公報(図１)
【特許文献３】特開２０１１−２５１３０６号公報
【特許文献４】特開２０１４−２９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の技術では、例えば上記特許文献１に記載の構成では、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、光の屈折が原因で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。
また、上記特許文献２に記載の構成は、波長１μｍ程度のＹＡＧレーザ光用であり、遠赤外光を透過することはできない。遠赤外光を透過する複屈折材料は硫化カドミウム(ＣｄＳ)があるが、毒物で、取扱困難である。
また、上記特許文献３に記載の構成では、透過光を使わず、Ｓ偏光だけを利用しており、効率が悪い。【０００９】
この発明は、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レーザ加工装置およびこのレーザ加工装置で使用されるレーザ光のためのパワーバランス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】
【００１０】
この発明は、対向する一対の主面の一方の主面側に、基板材料と同一材料からなる複数の凸部が設定周期Ｐでそれぞれ平行に直線状に延びた回折格子が形成され、前記回折格子の構造性複屈折を利用可能に形成された、遠赤外光のレーザ光が入射される偏光位相差板であって、前記回折格子の前記周期ＰがＰ＜λ／ｎ(λは入射光の波長、ｎは前記基板材料の屈折率)を満たすものと、前記偏光位相差板を回転させる回転機構と、を備えた、レーザ光のためのパワーバランス装置等にある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、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レーザ加工装置およびこのレーザ加工装置で使用されるレーザ光のためのパワーバランス装置を提供でいる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図１のサブ波長格子構造の偏光位相差板の一例の構成を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。
【図４】図３のレーザ用のパワーバランス装置の一例の内分構成を示す透視側面図である。
【図５】図３のレーザ用のパワーバランス装置の別の例の内分構成を示す透視側面図である。
【図６】この発明に係る熱レンズ現象の影響を説明するための図である。
【図７】この発明に係る熱レンズ現象の抑制の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明では、サブ波長格子構造により、遠赤外光において透過率の高い材料を用いたパワーバランス装置を構成できるため、熱レンズを防止し、高出力ビームでも高い加工品質が得られるレーザ加工装置およびこのレーザ加工装置で使用されるレーザ光のためのパワーバランス装置を提供する。
【００１４】
以下、この発明によるレーザ加工装置およびこのレーザ加工装置で使用されるレーザ光のためのパワーバランス装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において基本的に、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。
＜レーザ加工装置の構成＞
レーザ加工装置１００は、分光部である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つの分散レーザ光８Ａ，８Ｂに分光する。概略的に、２つの分散レーザ光８Ａ，８Ｂはそれぞれ独立に走査されることによって、最終的にｆθレンズ１１Ａ，１１Ｂを介して、ＸＹテーブル１２Ａ，１２Ｂ上の２つの被加工物１３Ａ，１３Ｂを同時に穴あけ加工する。
被加工物１３Ａに対する分散レーザ光８Ａの照射位置を、ガルバノスキャナ１０ＡｘがＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０ＡｙはＹ方向に移動させる。同様に、被加工物１３Ｂに対する分散レーザ光８Ｂの照射位置を、ガルバノスキャナ１０ＢｘがＸ方向に移動させ、ガルバノスキャナ１０ＢｙはＹ方向に移動させる。なお、上記Ｘ方向、Ｙ方向はＸＹテーブルと同様に、被加工物１３Ａ，１３Ｂの平面内の互いに直交する座標であり、後述する偏光位相差板２００でのｘｙｚ方向とは異なる。
【００１６】
この実施の形態１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、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を配置している。偏光位相差板２００は、回転機構２２０により光軸回りに回転可能に構成されている。
【００１７】
＜サブ波長格子構造の偏光位相差板＞
遠赤外光を透過できるサブ波長格子構造の偏光位相差板２００は、例えば上記特許文献４にも示されるような構造を有する。図２は、図１のサブ波長格子構造の偏光位相差板２００の一例の構成を示す斜視図である。レーザ光が入射される偏光位相差板２００は、基板２０２と、基板２０２の一対の対向する主面の一方の主面に、基板２０２と同一材料で形成された回折格子２０１とを備える。回折格子２０１は、ｘ，ｙ方向を基板面とする互いに直交する方向を示すｘ，ｙ，ｚ方向の、ｘ方向と平行に直線状に延びる複数の凸部２０３を、ｙ方向に沿って設定周期Ｐに従った設定間隔で整列形成して構成されている。
【００１８】
こうした回折格子２０１に向けて光がｚ方向に沿って入射した場合、
ｘ方向の偏光成分(ＴＥ偏光)に関する有効屈折率と、
ｙ方向の偏光成分(ＴＭ偏光)に関する有効屈折率と、
が互いに異なるようになり、いわゆる構造性複屈折が生ずる。その結果、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間で伝搬速度差が生じ、この伝搬速度差に対応した位相差(リターデーション)に応じて楕円偏光が発生する。
【００１９】
Ｐ＜λ／ｎ          (１)
Ｐ：回折格子の周期(間隔)
λ：入射光の波長
ｎ：基板材料の屈折率
【００２０】
上記式(１)を満たすようにしておけば、垂直入射光でも、高次回折光の損失を防止できることが知られている。凸部２０３の断面形状は、その底部から頂部に渡って角度αのテーパ形状２０６に形成されている。
具体的には、
基板２０２の基板材料は硫化亜鉛(ＺｎＳ)で、
凸部２０３の高さＨすなわち溝の深さは４．０１μｍ、
テーパ形状２０６の傾斜角度αは２２．２度、
フィリングファクタｆは０．４６８で、
リターデーションはλ／８(＝π／４)である。
なお、フィリングファクタｆは、凸部２０３の高さＨの半分の位置(Ｈ／２)における、凸部２０３の幅Ｗの周期Ｐに対する比率、即ち、ｆ＝Ｗ／Ｐの値である。
基板２０２の回折格子２０１のない他方の主面には、反射防止膜２０７を施している。反射防止膜２０７の材料はゲルマニウムである。
【００２１】
＜発振器の直線偏光＞
レーザ発振器１は、遠赤外光である例えば直線偏光のＣＯ2レーザ光からなるレーザ光２(λ＝９．２９μｍ)をパルス波として出射するレーザ装置である。レーザ発振器１から出射されたレーザ光２は、１つまたは複数の反射ミラー６を介してサブ波長格子位相差板である偏光位相差板２００に導かれる。反射ミラー６は、レーザ光２や分散レーザ光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。
【００２２】
＜偏光ビームスプリッタ＞
分光用偏光ビームスプリッタである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本の分散レーザ光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。
【００２３】
＜レーザ加工装置の動作＞
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θのレーザ光２は、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を透過後、ビーム可変部５を介してマスク４に導かれる。
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つまたは複数の反射ミラー６で反射されて偏光ビームスプリッタ７に導かれる。
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を透過して分散レーザ光８Ａとして出射される。また、レーザ光２のＳ波偏光成分が、偏光ビームスプリッタ７で反射されて分散レーザ光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、分散レーザ光８Ａのエネルギーと分散レーザ光８Ｂのエネルギーが等しいことが必要である。
【００２４】
＜熱レンズ＞
熱レンズ効果は、偏光子である図１のサブ波長格子構造の偏光位相差板２００の基板材料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の屈折率分布が生じ、これにより、偏光子がレンズの作用をする現象である。
なお例えば上記特許文献１の場合は、偏光方位角調整用偏光子において熱レンズ効果が派生する。
【００２５】
＜熱レンズの加工への影響＞
図６は、この発明による偏光位相差板２００に対応する従来の偏光子１７を透過するＰ波成分を、偏光子１７の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６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６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。
【００２６】
図６の(ａ)の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。また図６の(ｂ)の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する。
【００２７】
そして、レーザ発振器１からのレーザ光２は、偏光子１７を透過する。ここでの偏光子１７は、例えば従来の偏光方位角調整装置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。
【００２８】
図６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は、図６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、図１の被加工物１３Ａ，１３Ｂ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。
【００２９】
＜ＴＦＰによる吸収という課題の発掘。透過型でも実施可能＞
この実施の形態１においても、上記特許文献１と同様に偏光位相差板２００においてレーザ光が厚みのある基板を透過する点は同じであるため、基板の径方向の温度勾配により、同様に熱レンズ現象が発生すると考えられる。
これに対しては、この発明に係る調査の結果、上記特許文献１に係る偏光ビームスプリッタに使われているＴＦＰ(薄膜偏光子)は、実際に使用されているものは、厚み１μｍ以上のＴｈＦ4(フッ化トリウム)が何層にも積み重ねられた構造であった。具体的にはＴｈＦ4(フッ化トリウム)の層が４層以上に積み重ねられている。ＴｈＦ4の膜状態での吸収係数を測定した結果、１９[ｃｍ-1]であり、母材であるＺｎＳｅ(セレン化亜鉛)(５ｅ-4[ｃｍ-1])の３８０００倍であった。ＴｈＦ4の膜厚の合計が５μｍ程度、ＺｎＳｅの基板厚みが５ｍｍとした場合、ＴｈＦ4の方が３８倍もレーザ光を吸収することになる。ＴＦＰで吸収された熱は、薄膜のため、径方向への熱伝導性が悪く、径方向の温度差を発生させる。すなわち、ＴＦＰでの熱の吸収による影響が支配的であることが分かった。
【００３０】
＜サブ波長格子構造の作用と効果＞
これに対して、この実施の形態１では、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置としたことで、遠赤外光において透過率の高い基板材料だけで構成でき、ＴＦＰを排除できる。この結果、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。
さらに、この実施の形態１では、図２に示す偏光位相差板２００の基板２０２の母材すなわち材料にＺｎＳ(硫化亜鉛)を使用している。赤外透過用材料の中では、屈折率の小さいＺｎＳを基板に用いることで、フレネル反射を防止し、ＹＦ3(フッ化イットリウム)等の吸収率の高い材料の膜を格子上に設けなくても、吸収の少ないＺｎＳ単一材料で波長板すなわち偏光位相差板２００を構成でき、熱レンズの発生を抑制できる。
また、ＺｎＳｅの熱伝導率が１８[Ｗ／(ｍＫ)]であるのに対し、ＺｎＳの熱伝導率が２７．２[Ｗ／(ｍＫ)]と大きいため、温度分布が生じにくく、熱レンズの発生を抑えられる。
【００３１】
一例として、レーザ加工装置のパワーバランス装置として、特許文献１に記載の従来の偏光方位角調整用偏光子を用いた偏光方位角調整装置を設置した場合と、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置を設置した場合における、熱レンズ現象の影響を評価した結果を図７に示す。レーザ加工装置のパワーバランス装置は、実施の形態１と同様の位置に配置されている。レーザ発振器１からのレーザ光は、パワーバランス装置を透過後、ビーム可変部５を介して、マスク４にて所望部分のみを透過される構成となっている。
【００３２】
図７の(ａ)は、レーザ加工装置のパワーバランス装置として、特許文献１に記載の従来の偏光方位角調整装置を設置した場合における、レーザ発振器のパルス発生の周波数に対する被加工物に到達するレーザ光のエネルギー強度の変化率の測定結果である。横軸にレーザ発振器のパルス発生の周波数(パルス周波数)、縦軸に被加工物に到達するレーザ光のエネルギー強度の変化率(加工点エネルギー変化率)を示している。
【００３３】
パルス周波数が高くなる程、パワーバランス装置に入射するレーザ光のパワーが高くなる。加工点エネルギー変化率は、パルス周波数が２００Ｈｚ程度の低い時の加工点エネルギーを分母とし、各パルス周波数での加工点エネルギーを分子とし、除算した値である。パルス周波数が低い時、加工点エネルギー変化率は小さく、パルス周波数が高くなるにつれて、加工点エネルギー変化率は大きくなっている。これは、偏光方位角調整装置を透過するレーザ光のパワーが高くなる程、熱レンズ効果が大きくなり、マスクを透過するレーザ光のエネルギー強度の変化率が大きくなることを示している。
【００３４】
図７の(ｂ)は、レーザ加工装置のパワーバランス装置として、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置を設置した場合における、レーザ発振器のパルス発生の周波数に対する被加工物に到達するレーザ光のエネルギー強度の変化率の測定結果である。パルス周波数を２００Ｈｚから２４００Ｈｚまで変化させた時の、加工点エネルギー変化率の変化範囲は、従来の偏光方位角調整装置を設置した場合は約７．５％、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置を設置した場合は約６％であり、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置をレーザ加工装置に用いたことにより、熱レンズの発生が抑制されたことが示される。
【００３５】
図７から、パルス周波数と加工点エネルギー変化率には比例関係が示され、レーザ発振器１からのレーザ光のパルス周波数が高いほど、レーザ光のパワーが高いほど、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を用いたパワーバランス装置による熱レンズの抑制の効果が大きくなり、高出力ビームでも高い加工品質が得られる。
【００３６】
＜透過型位相差板方式の他のメリット＞
上記特許文献１は偏光方角調整装置の光軸回りの回転角によって、上記特許文献３は光軸に対する反射面の角度によって、下流の光軸が変化するが、この実施の形態１の構成では、偏光位相差板２００の芯ズレや傾きによって、透過する光の光軸は変化しない。このため、精度の低い回転機構でよく、コストを低減できる。
【００３７】
＜リターデーションをπ／２(９０度)未満にする効果、サブ波長格子適用の課題＞
上記特許文献２の位相差板は、π、π／２の例が開示されている。サブ波長格子構造では、πやπ／２のリターデーションを得るためには、細くて深い高アスペクト比の微細構造が必要なため加工が難しい問題があった。
【００３８】
以下にパワーバランス調整に必要なリターデーションを計算する。
図１に示す偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)７の９Ａ，９Ｂで示された分離方向を方向ａ、ｂとし、
偏光ビームスプリッタ７に入射する直線偏光の光の偏光方位角をθ、
偏光位相差板２００のリターデーションをφ、
図２のＴＭ偏光方向である進相軸角度をψ、
とすると、入射光ｅ０は
【００３９】
【数１】
2017126363.tif 000003
【００４０】
で示される。入射光ｅ０が偏光位相差板２００を通った後の光ｅ１は、
【００４１】
【数２】
2017126363.tif 000004
【００４２】
となる。光ｅ１は、偏光ビームスプリッタ７で分離される。分離された各偏光成分ｅ１ａ，ｅ１ｂは
【００４３】
【数３】
2017126363.tif 000005
【００４４】
となる。
入射光のパワーに対する各偏光のパワーの差ΔＰは、
【００４５】
【数４】
2017126363.tif 000006
【００４６】
となる。
上記式(５)より、ψを変えることによるΔＰの調整幅は、第２項が固定値で、第１項のｃｏｓ(４ψ−２θ)が−１から１の値をとるため、
【００４７】
【数５】
2017126363.tif 000007
【００４８】
となる。
【００４９】
レーザ加工装置のパワーバランス調整としては±１０％程度の調整幅で十分であり、上記式(５)(６)より、偏光位相差板２００に必要なリターデーションφは
【００５０】
φ＞０．６４ｒａｄ＝３７度
【００５１】
となる。
このように、パワーバランス装置に限っては９０度よりも遙かに小さなリターデーションでも実用上問題なく、これによって、偏光位相差板２００の凸部２０３の高さＨである溝の深さを浅くでき、製造が可能となる。
また、リターデーションφが小さいほど、回転させた時の調整幅が狭い、すなわち、回転角位置ズレに対するバランス変動が小さいことになるので、回転機構を安価に製造できるメリットもある。
なお実施の形態１において、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００と回転機構２２０がレーザ用のパワーバランス装置を構成する。
【００５２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーザ加工装置の構成の一例を示す図である。図４は図３のレーザ用のパワーバランス装置３００の一例の内部構成を示す透視側面図である。図３のこの実施の形態２のレーザ加工装置では、図１の実施の形態１のサブ波長格子構造の偏光位相差板２００と回転機構２２０の機能をまとめて含むレーザ用のパワーバランス装置３００が設けられている。レーザ用のパワーバランス装置３００は図４に示すように、ミラーである銅ミラー２１０の上にサブ波長格子構造の偏光位相差板２００を格子構造が表に向くように重ねて、ミラーホルダ２１４内に収納し、さらにＯリング２１１をミラーホルダ２１４の押さえ板２１２と偏光位相差板２００の表面との間に挿入して挟み込むようにして固定する構造を有する。
【００５３】
入射したレーザ光２は、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を透過し、銅ミラー２１０の表面で反射し、もう一度サブ波長格子構造の偏光位相差板２００を透過する。このように偏光位相差板２００を２回透過するため、偏光位相差板２００のリターデーションは半分でよい。
また、ミラーホルダ２１４には、ミラーホルダ２１４全体を銅ミラー２１０の反射面の法線回りに回転させることができる回転機構２１３を備えている。
その他の基本的な構成は、図１の上記実施の形態１のものと同じである。
【００５４】
＜ミラーと波長板を重ねた効果＞
図４のような構成により、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００の背面と銅ミラー２１０の反射面が接しているため、偏光位相差板２００で吸収された熱は銅ミラー２１０方向に流れ偏光位相差板２００は冷却される。熱の流れる方向が径方向でなく矢印ＨＥで示すように光軸方向のため、径方向の温度勾配の発生を抑制できる。結果、熱レンズの発生を防止でき、さらにハイパワーなレーザ加工が可能となる。
【００５５】
図５は図３のレーザ用のパワーバランス装置３００の別の例を示す透視側面図である。図５では、サブ波長格子構造の偏光位相差板２００の凸部側が銅ミラー２１０の面側に向けられ、銅ミラー２１０の上にサブ波長格子構造の偏光位相差板２００を格子構造と反対の主面が表に向くように重ねてミラーホルダ２１４に収納されている。この場合、格子が空気に触れていないためゴミ等の異物の付着を防止できる。
【００５６】
以上この発明によれば、サブ波長格子構造により、遠赤外光において透過率の高い材料を用いたパワーバランス装置、レーザ加工装置を構成できるため、熱レンズを防止し、高出力ビームでも高い加工品質が得られる。
また、偏光位相差板のリターデーションをπ／２未満としたことにより、偏光位相差板の格子のアスペクト比が小さくなり、製造が容易となる。
また、偏光位相差板の材料をＺｎＳとしたので、熱レンズの発生を防止できる。
また、偏光位相差板にミラーをと重ねたことで、偏光位相差板背面をミラーと接触させ冷却できるため、熱レンズの発生を防止でき、また偏光位相差板２００のリターデーションは半分でよい。
【００５７】
なおこの発明によるレーザ光のためのパワーバランス装置、レーザ加工装置は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用の可能性】
【００５８】
この発明によるパワーバランス装置、レーザ加工装置は多くの分野のレーザ加工に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  レーザ発振器、２  レーザ光、４  マスク、５  ビーム可変部、６  反射ミラー、７  偏光ビームスプリッタ、８Ａ，８Ｂ  分散レーザ光、１０Ａｘ，１０Ａｙ，１０Ｂｘ，１０Ｂｙ  ガルバノスキャナ、１１Ａ，１１Ｂ  ｆθレンズ、１２Ａ，１２Ｂ  ＸＹテーブル、１３Ａ，１３Ｂ    被加工物、１７  偏光子、１００  レーザ加工装置、２００  偏光位相差板、２０１  回折格子、２０２  基板、２０３  凸部、２０６  テーパ形状、２０７  反射防止膜、２１０  銅ミラー、２１１  Ｏリング、２１２  押さえ板、２１３  回転機構、２１４  ミラーホルダ、２２０  回転機構、３００  パワーバランス装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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