(57)【要約】【課題】直線偏光された入力レーザービーム（１１０ａ）を第１の出力レーザービーム（１３０ａ）又は第２の出力レーザービーム（１６０ａ）へ選択的に切り換えるための切り換え装置及びレーザー加工装置を提供する。【解決手段】切り換え装置は入力レーザービーム（１１０ａ）の偏光方向を選択的に回転させるための一次光学素子（ＥＯＭ）を有する一次光学切り換え素子と、偏光方向によって入力レーザービームを第１の光路（１２０ａ）又は第２の光路（１５０ａ）へ誘導する下流側の一次偏光依存レフレクタ（Ｒ）とを備える。二つの光路の各々（各々１２０ａと１５０ａ）において、更なる光学切り換え素子が各々提供され、これには各々のレーザービーム（各々１２０ｂと１５０ｂ）の偏光方向を選択的に回転させるための二次光学素子（各々ＥＯＭ１とＥＯＭ２）と、偏光方向によって各々のレーザービームを出力レーザービーム（各々１３０ａと１６０ａ）に誘導する二次偏光依存レフレクタ（各々Ｒ１とＲ２）とを備える。【選択図】図１
2006175517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に直線偏光された入力レーザービーム（１１０ａ、２１０ａ）を第１の出力レーザービーム（１３０ａ、２３０ａ）又は第２の出力レーザービーム（１６０ａ、１６０ａ）へ選択的に切り換えるための切り換え装置であって、
前記入力レーザービーム（１１０ａ、２１０ａ）の偏光方向を選択的に回転させるための一次光学素子（ＥＯＭ）と、
第１の方向（Ｓ）に偏光された入射レーザー光（１１０ｂ、２１０ｂ）の一部を第１の光路（１２０ａ、２２０ａ）へ誘導でき、第２の方向（Ｐ）に偏光された入射レーザー光（１１０ｂ、２１０）の一部を第２の光路（１５０ａ、２５０ａ）に誘導できるように設計された、前記一次光学素子（ＥＯＭ）の下流にある一次偏光依存レフレクタ（Ｒ）と、
前記第１の光路（１２０ａ、２２０ａ）に配設され、前記第１の光路（１２０ａ、２２０ａ）へ誘導されたレーザー光の偏光方向を選択的に回転させるための第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）と、
前記第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）の下流にあって２つの異なる方向（Ｓ、Ｐ）に偏光された二つの一次ビーム部分を空間的に分離するための、前記二つの一次ビーム部分の一方を第１の出力レーザービーム（１３０ａ、２３０ａ）とする、第１の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ１）と、
前記第２の光路（１５０ａ、２５０ａ）に配設され、前記第２の光路（１５０ａ、２５０ａ）に誘導された前記レーザー光の偏光方向を選択的に回転させるための第２の二次光学素子（ＥＯＭ２）と、
前記第２の二次光学素子（ＥＯＭ２）の下流にあって二つの異なる方向（Ｓ、Ｐ）に偏光された二つの二次ビーム部分を空間的に分離するための、前記二つの二次ビーム部分の一方を前記第２の出力レーザービーム（１６０ａ、２６０ａ）とする第２の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ２）と、
を備えたことを特徴とするレーザービーム切り換え装置。
【請求項２】
更に、前記二つの一次ビーム部分の他方を第１のビームトラップ（ＢＤ１）へ供給できるように、前記第１の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ１）に対して配置された前記第１のビームトラップ（ＢＤ１）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザービーム切り換え装置。
【請求項３】
更に、前記二つの二次ビーム部分の他方を第２のビームトラップ（ＢＤ２）へ供給できるように、前記第２の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ２）に対して配置された前記第２のビームトラップ（ＢＤ２）を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザービーム切り換え装置。
【請求項４】
前記一次光学素子（ＥＯＭ）、前記第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）および／または前記第２の二次光学素子（ＥＯＭ２）は、電気光学変調器又は磁気光学変調器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のレーザービーム切り換え装置。
【請求項５】
前記一次偏光依存レフレクタ（Ｒ）、前記第１の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ１）および／または前記第２の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ２）は、透明な光学素子であって、前記各々の入射光ビーム（１１０ｂ、２１０ｂ、１２０ｂ、２２０ｂ、１５０ｂ、２５０ｂ）に対してブリュースター角に方位した表面を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のレーザービーム切り換え装置。
【請求項６】
被加工物を高速加工するための、特に電子回路基板担体の穿孔および／または構成するためのレーザー加工装置であって、
請求項１乃至５のいずれか一つに記載のレーザービーム切り換え装置と、
実質的に直線偏光された前記入力レーザービーム（１１０、２１０ａ）を伝送するようにセットアップされたレーザー発振器（ＬＯ）と、
前記第１の出力レーザービーム（１３０ａ、２３０ａ）の中に配設された第１の偏向部（ＤＵ１）と、
前記第２の出力レーザービーム（１６０ａ、２６０ａ）の中に配設された第２の偏向部（ＤＵ２）とを備え、
前記二つの偏向部（ＤＵ１，ＤＵ２）は、二つの出力レーザービーム（１３０ｃ、２３０ｃ）を、少なくとも一つの被加工物上の所定の標的位置に位置決めするように設けたことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項７】
更に、前記一次光学素子（ＥＯＭ）、前記第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）及び前記第２の二次光学素子（ＥＯＭ２）へ結合される制御部（μＰ）を備えたことを特徴とする請求項６に記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
前記制御部（μＰ）は、
第１の動作条件において、
前記入力レーザービーム（１１０ａ）が前記第１の光路（１２０ａ）へ実質的に伝送され、
前記第２の光路（１５０ａ）へ伝送された前記入力レーザービーム（１１０ａ）の強度の残りの第１の残余が前記第２の出力レーザービーム（１６０ａ）の光路から前記第２の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ２）によって除去されるように、前記第１の残余がその偏光に関して前記第２の二次光学素子（ＥＯＭ２）による影響を受け、
前記第１の出力レーザービーム（１３０ｃ）が所定の放射出力で加工される前記被加工物（１９０）に照射されるように、前記第１の光路（１２０ａ）に伝送された前記レーザービームの偏光が前記第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）によって調節される、
ように設計されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
前記制御部（μＰ）は、
第２の動作条件において、
前記入力レーザービーム（２１０ａ）が前記第２の光路（２５０ａ）へ実質的に伝送され、
前記第１の光路（２２０ａ）へ伝送された前記入力レーザービームの強度の残りの第２の残余が前記第１の出力レーザービーム（２３０ａ）の前記光路から前記第１の二次偏光依存レフレクタ（Ｒ１）により除去されるように、前記第２の残余がその偏光に関して前記第１の二次光学素子（ＥＯＭ１）によって影響を受け、
前記第２の出力レーザービーム（２６０ｃ）が所定の放射出力で加工される前記被加工物（２９０）に照射されるように、前記第２の光路（２５０ａ）に伝送された前記レーザービームの偏光が前記第２の二次光学素子（Ｒ２）によって調節される、
ように設計されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に直線偏光された入力レーザービームを第１の出力レーザービーム又は第２の出力レーザービームへ選択的に切り換えるための装置に関する。さらに詳しくは、本発明は被加工物を高速加工のためのレーザー加工（machining）装置、特に電子回路担体の穿孔および／または構成するためのレーザー加工装置に関し、該レーザー加工装置は前述のレーザービーム切り換え装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
現在、コンパクトな構成で実現されようとする電子回路アセンブリは多層回路担体上に構成されることが多く特に多層回路基板上に構成される。そのようにするためには回路基板の特定の導体層同士を導通させる必要がある。これは導通させようとする各層に盲孔又は貫通孔を導体層に穿孔し、続けて孔を導電性メタライゼーションで被覆することによって実現されている。この方法では回路パスは２次元的にだけでなく３次元的にも形成され、電子回路アセンブリに必要とされる空間を大幅に減少できるようになる。
【０００３】
一般に、回路基板は電子回路の分野で特殊なレーザー加工装置によるパルスレーザー放射を用いて穿孔される。通常、二酸化炭素又は固体レーザー、たとえばＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザーをレーザー光源として使用する。競合レーザー加工装置で重要な特徴は、一方では単位時間内に穿孔可能な孔の個数、また他方でレーザー加工装置の購入費用である。そのため、単一のレーザー光源から放射されるレーザービームを高速スイッチング素子により二つの部分光路の一方へ最適に偏向可能なレーザー加工装置を開発した。各々の部分光路内には偏向部と撮像部が設けてあり、これにより各々の部分ビームを加工しようとする１つまたはそれ以上の被加工物上の異なる標的ポイントへ誘導する。このようなビーム切り換え中に第１のレーザービームよる孔空けに必要な時間間隔を用いて第２のレーザービーム用偏向部の偏向ミラーを位置合わせすることで、スループットの増加が実現される。つまり、第１のレーザービームによる穿孔操作を終了した直後に、第２のレーザービームへ対応して切り換えることにより、第２のレーザービームによるレーザー加工を開始することができる。このようにすると、かなり離れた位置にあるレーザービームの別の標的ポイントへ偏向部を位置合わせする無用な二次処理時間を排除することができる。レーザービームで回路基板に穿孔するのと、他のレーザービームに対して偏向部で位置合わせするのとを交互に行なう対応装置が、例えば日本特開２００２−０１１５８４号公報で知られている。
【０００４】
日本特開２００３−１２６９８２号公報から、レーザービーム切り換え要素として偏光依存レフレクタと協動する電気光学変調器を含むようなレーザー加工装置が知られている。電気光学変調器を適切に制御することにより偏光依存レフレクタに当たるレーザービームの偏光方向に選択的に作用してレーザービームが偏光依存レフレクタの下流にある２本の出力ビーム光路の一方へ最適に誘導されるようにしている。しかし、電気光学変調器に入射するレーザー放射が完全に偏光されないため、さらには電気光学変調器によって生成された偏光方向の回転角度は常にある程度の量の不確定度（indistinctness）を示すため、ある程度の残余強度が切り換えていないレーザービームの光路に進入してしまう。この残余ビーム強度による被加工物への望ましくない損傷を回避するため、追加のポラライザー（偏光子）をレーザー加工装置に設け、被加工物上への望ましくないレーザー放射の漏洩率を最小限に減少させるようにする。このレーザー加工装置では、被加工物を加工する２本のレーザービームの強度が各々のレーザービームで独立制御できないという欠点がある。
【０００５】
【特許文献１】日本特開２００２−０１１５８４号公報
【特許文献２】日本特開２００３−１２６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、一方で高速な切り換え時間が可能で、他方で被加工物に各々向けるレーザービームの個々の調節が可能な入力レーザービームを第１の出力レーザービーム又は第２のレーザービームへ選択的に切り換える装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、前述のレーザービーム切り換え装置を効率的に使用して高速かつ精密な加工を行なうためのレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る装置は、入力レーザービームの偏光方向の選択的回転を行なうための一次光学素子と、該一次光学素子の下流にある偏光依存レフレクタ（反射部材）とを備える。該レフレクタ（反射部材）は第１の方向に偏光された入射レーザー光の部分が第１の光路に誘導され、第２の方向に偏光された部分が第２の光路に誘導されるように設計される。第１の光路には、第１の二次光学素子の下流にある第１の二次偏光依存レフレクタ（反射部材）と同じように、第１の光路へ誘導されたレーザー光の偏光方向を選択的に回転させるための第１の二次光学素子が、二つの異なる方向に偏光された２つの第１ビーム部分を空間的に分離し、該２つの第１ビーム部分の一方を第１の出力レーザービームとするために配置される。第２の光路には、第２の光路に誘導されたレーザー光の偏光方向を選択的に回転のための第２の二次光学素子と、該第２の二次光学素子より下流にある第２の二次偏光依存レフレクタ（反射部材）とが同様に備えられる。これらは、２つの異なる偏光された第２ビーム部分を、該２つの第２ビーム部分の一方を第２の出力レーザービームとして、空間的に分離するために作用する。
【０００９】
本発明は、一次光学素子と一次偏光依存レフレクタ（反射部材）とを含む一次光学偏向素子が任意に２つの光路の任意の一方へ一次光学素子を明確に制御することにより入射レーザービームの強度を誘導するという作用に基づくものである。二次光学素子と下流の二次偏光依存レフレクタ（反射部材）とを含む二次切り換え素子は、有利な方法で二つの目的を満たしている。
【００１０】
第１の目的は、各々の光路に進入し、更に例えば入力レーザービームの不完全な直線偏光又は入力レーザービームの偏光方向の不完全な切り換えに起因した、望ましくはない漏洩強度が各々の光路からフェードアウトすることにある。つまり、望ましくはないレーザー強度は各々の非活性化光路を通って被加工物に入射しない、又は少なくとも非常に強力に抑圧された望ましくないレーザー強度しか各々の非活性化光路を通って被加工物に入射しない。
【００１１】
第２の目的は、活性化された光路内に配置されている二次光学素子を対応させて制御することによって、被加工物に高速で当てる(照射する)光強度を各々の加工動作に合わせて調節できるようにすることにある。つまり、出力を調節するために、例えば制御可能な光減衰器等の素子を追加する必要がなく、出力は短いタイムスケールで調節される。
【００１２】
望ましくは、偏光依存レフレクタ（反射部材）は、２つの相互に直交する偏光方向が互いに分離されるように設計され、適切に配置される。通常、一方の偏光は本発明のレーザービーム偏向器の全ての光路が位置する平面に対して平行に向けられ、他方の偏光はこれに直交する。
【００１３】
また、本発明の装置が、更に、光学素子と下流の偏光依存レフレクタ（反射部材）を有する切り換え素子を適切な方法で直列に接続する場合には、入力レーザービームを２つ以上の出力レーザービームへと選択的に切り換えるためにも使用できることは特筆すべきことである。この場合、本発明にかかる数個の装置は、入力レーザービームが３つ、４つ、又はそれ以上の数の内の何れの数の出力レーザービームへ選択的に誘導されるように、カスケード形式で一緒に作用する。
【００１４】
直列に接続されて各々が光学素子と偏光依存レフレクタ（反射部材）とを備える２個以上の光学切り換え素子からカスケードとして構成されたアレイの場合には、漏洩率、すなわち現に活性化されていない光路を通過するレーザー強度を更に減少させることができる。
【００１５】
請求項２及び３の各々によれば、ビーム部分は、第１の二次偏光依存レフレクタ（反射部材）及び第２の二次偏光依存レフレクタ（反射部材）の各々によって第１のビームトラップ及び第２のビームトラップの中の各々へ誘導される。これは、フェードアウトしたビーム部分が例えば被加工物の光学的位置測定に影響を及ぼしかねないような望まない散乱放射を発生しないという点で有利である。
【００１６】
請求項４によれば、光学素子のうちの少なくとも１個は電気光学変調器又は磁気光学変調器である。術語「電気光学変調器」は、電気光学的作用、特にカー効果又はポッケルス効果により光ビームの偏光方向に影響を与える何らかの種類の変調器を意味する。術語「磁気光学変調器」は磁気光学作用、特にファラデー効果によって光ビームの偏光方向に影響を与える変調器を意味する。電気光学変調器及び磁気光学変調器は、分極方向のきわめて高速な切り換えが可能になり、１００ｋＨｚまでの反復周波数を有する入力パルス化レーザービームの場合でも２つの連続レーザーパルス間の切り換えが可能になる点で有利である。つまり、高速な反復周波数の場合であっても各レーザーパルスが加工材料に使用可能である。これに加え、出力とエネルギーの各々をパルスに基づいて制御できる。
【００１７】
請求項５によれば、偏光依存レフレクタ（反射部材）の少なくとも１個は各々のレーザービームに対してブリュースター角に向けられた表面を有する透明光学素子である。最も単純な例では偏光依存レフレクタ（反射部材）の各々は、単純な共平面ガラス板であり、ブリュースター角はガラス材料の屈折率ｎで決定される。単純なガラス板は、非常に価格の安い光学素子であること、更に曇りやその他の損傷なしにレーザーの大出力に耐えることができる点で有利である。しかし、たとえば複屈折結晶等その他の偏光依存レフレクタ（反射部材）も同様に使用できる。
【００１８】
本発明の第２の目的は、独立請求項６の特徴で構成され、特に電子回路担体の穿孔および／または該担体を構成するための高速加工するためのレーザー加工装置によって実現される。本発明に係るレーザー加工装置は、請求項１から５までのいずれか一つに記載のレーザービーム切り換え装置と、実質的に直線偏光される入力レーザービームを出射するためにセットアップされたレーザー発振器と、第１の出力レーザービームに配設された第１の偏向部と、第２の出力レーザービームに配設された第２の偏向部とを備えて構成される。２個の偏向部は、各々少なくとも１つの被加工物上に与えられた標的ポイント（標的位置）に２本の出力レーザービームの一方の位置合わせを行なうために提供される。
【００１９】
本発明によるレーザー加工装置では、２つの加工エリアにある材料の交互の加工が可能になる。第１の出力レーザービームによる加工中に第２の偏向部は標的ポイントに位置合わせされ、当該標的ポイントは第１の出力レーザービームによる加工が終了した直後にレーザービーム切り換え装置による切り換えを介して第２の出力レーザービームが到達する。特に高速光学素子を使用してレーザービームの偏光方向を選択的に回転させる場合、パルス化レーザー発振器の２個の連続パルスの間でビーム切り換えを実現することが可能になる。このようにすると各種標的位置の間での偏向部のジャンプ移動に起因する材料加工中での二次処理時間が、これらの時間間隔が各々他方の偏向部によって誘導されたレーザービームでの材料加工に使用される限り完全に除去される。
【００２０】
偏向部は一般にガルバノミラーと呼ばれるもので互いに直交する軸の回りで回転可能なように支持された２枚のガルバノミラーが動き、２枚のガルバノミラーを経由して誘導されたレーザービームが加工エリア内のどこかの標的ポイントへ配向されるようにしてある。
【００２１】
請求項７によるレーザー加工装置は、更に一次光学素子、第１の二次光学素子、第２の二次光学素子に結合された制御部を備えて構成される。これにより全部の光学素子の個別制御が可能になり、制御部は更にレーザー発振器および／または２個の偏向部を制御するように配設することが可能である。
【００２２】
請求項８によれば、制御部は第１の動作条件にレーザー加工装置を切り換え可能なように設計される。そのようにすると、入力レーザービームは実質的に第１の光路へ伝送され、第２の光路に伝送される入力レーザービームの強度の第１の残りの残余は偏光状態によって第２の二次光学素子により影響されるので、この第１の剰余は第２の二次分極依存レフレクタ（反射部材）によって第２の出力レーザービームの光路から除去される。さらに、第１の光路へ伝送されたレーザービームの偏光は、第１の出力レーザービームが所定の放射出力で被加工物上に当たる(照射する)ように、第１の二次光学素子の適切な制御により調節することが可能である。よって、望ましくない残余強度を被加工物から第２の光路へ伝送されるように保持することが可能で、被加工物上に当たる（照射する）第１の出力レーザービームの強度を各々の材料加工へ最適な方法で調節することも可能になる。つまり、大小の長さの個々のパルスならびにパルスシーケンス（いわゆるバースト）を生成でき、各種の新しい応用が得られる。
【００２３】
請求項９によれば、第２の動作条件は、第２の出力レーザービームの強度を最適に調節し、残余強度が第１の光路からほぼ完全に除去されるように、類似の方法で調節可能である。
【００２４】
更に、本発明の利点や特徴は現時点での最良な実施例の以下の代表例の説明から得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係るレーザービーム切り換え装置及びレーザー加工装置の実施例に付いて図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２において、同一の部材は同一の参照番号を付してあるか又は等価な参照番号が付してあり、単に最初の桁だけが異なることに注意すべきである。
【００２６】
図１に図示したレーザー加工装置１００の第１の動作条件において、レーザー発振器ＬＯは実質的に直線偏光された入力レーザービーム１１０ａを放射する。レーザー発振器ＬＯが偏光度の低いレーザービームを含む場合には、入力レーザービーム１１０ａに必要とされる直線偏光を付与する追加の偏光器を使用する必要がある。入力レーザービーム１１０ａの偏光方向は投射平面に対して実質的に直交しており、よっていわゆるＳ偏光の大部分といわゆるＰ偏光の単にわずかな部分とを含む。これが図面において図示してあり文字Ｓは上向き矢印を前置し、文字Ｐは下向き矢印を前置してある。以下の説明においてはこの模式的識別の分類方法に準拠する。文字「Ｓ」と「Ｐ」は各々が各々の偏光方向を表わす。前置される上向き矢印は大部分を表わし、前置される下向きの矢印は各々の偏光方向の小さい部分を表わす。
【００２７】
入力レーザービーム１１０ａは一次電気光学変調器ＥＯＭ（Electro-Optical Modulator）に入射し、これは適切に制御されている場合には、後述するように、何らかの角度で上記変調器ＥＯＭから出射するレーザービーム１１０ｂの偏光方向を回転することができる。第１の動作状態において一次電気光学変調器ＥＯＭは入力レーザービーム１１０ａの偏光方向と比較してレーザービーム１１０ｂの偏光方向が変化しないように制御される。これはレーザービーム１１０ｂがＳ偏光の大部分とＰ偏光の単に小部分とをまだ含んでいることを意味している。
【００２８】
一次ブリュースター窓Ｒは上記一次光学変調器ＥＯＭの下流に接続されている。ブリュースター窓はレーザービーム１１０ｂの光路に対してブリュースター角で配置される共平面ガラス板が好適である。つまり、Ｓ偏光の大部分は第１の光路１２０ａに反射される。Ｐ偏光の小部分はガラス板の厚みに依存する平行オフセットで一次ブリュースター窓Ｒに入射し、第２の光路１５０ａに誘導される。
【００２９】
第１の光路１２０ａに反射されたＳ偏光部分は第１の二次電気光学変調器ＥＯＭ１に入射し、変調器は正しく制御されている場合対応するレーザービームの偏光方向を回転させることも可能である。図１から分かるように、第１の動作条件における変調器ＥＯＭ１は変調器ＥＯＭ１から出射するレーザービーム１２０ｂが今度は実質的にＰ偏光を含むように制御される。つまり、実質的にＰ偏光された部分が第１の二次ブリュースター窓Ｒ１に入射する。
【００３０】
第１の二次ブリュースター窓Ｒ１は入射レーザービームのＰ偏光部分が第１の出力レーザービーム１３０ａとして透過し、Ｓ偏光部分は反射されてレーザービーム１３５として第１のビームトラップＢＤ１に誘導されるように設定してある。第１の出力レーザービーム１３０ａは、加工エリア内の第１の偏向部ＤＵ１を用いて、位置決めテーブル１９５上に配置されている被加工物１９０の特定の標的ポイント(標的位置)へ配向される。第１の偏向部ＤＵ１から出射するレーザービームは図１においては第１の加工レーザービーム１３０ｃとして図示してある。
【００３１】
第１の二次電気光学変調器ＥＯＭ１を選択的に制御することにより変調器ＥＯＭ１を出射するレーザービーム１２０ｂの偏光方向を回転させ、その結果、第１の出力レーザービーム１３０ａの強度は各々の材料加工に依存する強度及び出力値の各々へと選択的に減少する。差分強度はレーザービーム１３５としてビームトラップＢＤ１へ誘導される。これにより第１の加工レーザービーム１３０ｃの強度を各々に必要とされる材料加工へ高速で調節することが可能になる。
【００３２】
一次ブリュースター窓Ｒによって透過されたＰ偏光部分は第２の光路１５０ａに配置された第２の二次電気光学変調器ＥＯＭ２へ入射する。図１に図示してある第１の動作条件において変調器ＥＯＭ２は変調器ＥＯＭ２から出射するレーザービーム１５０ｂの偏光をＳ偏光に向かって回転させる。つまり、結果として強度が弱く実質的にＳ偏光されたレーザービームが第２の二次ブリュースター窓Ｒ２に入射することになる。これによりＳ偏光されたビーム１５０ｂをレーザービーム１６５として反射し、第２のビームトラップＢＤ２に誘導する。このようにすると第２の光路１５０ａへ誘導された残余レーザー強度が第２の出力レーザービーム１６０ａとして偏向ミラーＭ経由で第２の偏向部ＤＵ２に誤って入射しないように保証することができる。つまり、第１の動作条件において第２の偏向部ＤＵ２を経由して誘導されたレーザービームに起因する偶発的な材料の損傷は不可能である。
【００３３】
第２の偏向部ＤＵ２経由で被加工物へ誘導されたレーザー放射の強度と出力(パワー)の各々は以下のように推定可能である：市販使用できるレーザーの偏光特性は典型的には１００：１の範囲である。これに対応する数字は、電気光学変調器とブリュースター窓から構成される切り換え素子において切り換え特性の対応する数字としては約１００：１から最大１０００：１まで確実にされている。その結果、これは「活性化されていない」レーザービームと比較して「活性化された」レーザービームが強度と出力（パワー）の各々について最大で１０の５乗から１０の６乗強力であることを意味する。つまり「オフに切り換えられた」ビームの強度と出力の各々は入力レーザービームの強度のわずか０．０１％から０．００１％でしかない。このような強力な抑圧の場合には、第２の出力レーザービーム１６０ａによる被加工物１９０に対する望ましくない加工作用は発生し得ない。
【００３４】
本実施例によれば、レーザー加工の全工程が中央制御部μｐにより制御され、制御部はレーザー発振器ＬＯと、一次電気光学変調器ＥＯＭと、第１と第２の二次電気光学変調器ＥＯＭ１及びＥＯＭ２と、２個の偏向部ＤＵ１及びＤＵ２と、位置決めテーブル１９５へ制御ライン１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ、１８０ｅ、１８０ｆ、１８０ｇ経由で接続されている。
【００３５】
図２に図示したレーザー加工装置２００の第２の動作条件において、入力レーザービーム２１０ａの偏光方向は一次電気光学変調器ＥＯＭ（Electro-Optical Modulator）により９０度回転される。その結果、変調器ＥＯＭから出射するレーザービーム２１０ｂはＰ偏光の大部分とＳ偏光のわずかな部分とを含む。ここで第１の動作条件と比較して強いＰ偏光部分は第２の光路２５０ａへ誘導され、変調器ＥＯＭ２を出射するレーザービーム２５０ｂの偏光方向は適当な方法で第２の二次電気光学変調器ＥＯＭ２を適切に制御することにより調節することが可能である。つまり、第２の出力レーザービーム２６０ａは強度に関して材料加工に対して最適に調節される。結果として、各々調節されたレーザービーム２５０ｂの偏光方向によってＳ方向に偏光されたレーザービーム２６５は幾分か強力な強度でビームトラップＢＤ２へ誘導されることになる。
【００３６】
第１の光路２２０ａへ誘導されたレーザービームの強度の相当な減少は変調器ＥＯＭ１とブリュースター窓Ｒ１の協動により実現される。つまり、第２の動作条件において第１の光路２２０ａへ誘導されたレーザー光の偏光方向は、回転されないで、すでに弱いレーザー光２２０ｂの最大部分がブリュースター窓Ｒ１で反射されてレーザービーム２３５としてビームトラップＢＤ１へ誘導されるようにする。前述の強度の定量的予測に対応して、第２の動作条件において偏向部ＤＵ１経由で伝送されたレーザー光の強度は１０のマイナス４乗まで弱まるので被加工物２９５の偶発的な材料加工を心配する必要はなくなる。同時に、第２の二次電気光学変調器ＥＯＭ２を適切に制御することにより、第２の加工レーザービーム２６０ｃの光強度は自由に、すなわち各々のレーザーパルスについて個別に調節できる。
【００３７】
要約すると、以下を実現することが可能である。：
本発明は直線偏光された入力レーザービーム（１１０ａ）を第１の出力レーザービーム（１３０ａ）又は第２の出力レーザービーム（１６０ａ）へ選択的に切り換えるための切り換え装置を提供する。切り換え装置は、入力レーザービーム（１１０ａ）の偏光方向を選択的に回転させるための一次光学素子（ＥＯＭ）を有する一次光学切り換え素子と、偏光方向によって入力レーザービームを第１の光路（１２０ａ）又は第２の光路（１５０ａ）へ誘導する下流側の一次偏光依存レフレクタ（反射部材）（Ｒ）とで構成される。二つの光路の各々（各々１２０ａと１５０ａ）において、更なる光学切り換え素子が各々備えられ、各々の光学切り換え素子は、各々のレーザービーム（各々１２０ｂと１５０ｂ）の偏光方向を選択的に回転させるための二次光学素子（各々ＥＯＭ１とＥＯＭ２）と、偏光方向によって各々のレーザービームを出力レーザービーム（各々１３０ａと１６０ａ）に誘導する二次偏光依存レフレクタ（反射部材）（各々Ｒ１とＲ２）とで構成される。更に、本発明は前述のレーザービーム切り換え装置を含むレーザー加工装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は第１の動作条件におけるレーザー加工装置を示す。
【図２】図２は第２の動作条件における図１のレーザー加工装置を模式図で示す。
【符号の説明】
【００３９】
１００…レーザー加工装置（第１の動作条件）、
ＬＯ…レーザー発振器、
１１０ａ…入力レーザービーム、
Ｓ…偏光方向、
Ｐ…偏光方向、
↑…高強度／出力、
↓…低強度／出力、
ＥＯＭ…一次電気光学変調器、
１１０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ後）、
Ｒ…一次ブリュースター窓（一次偏光依存レフレクタ（反射部材））、
１２０ａ…第１の光路、
ＥＯＭ１…第１の二次電気光学変調器、
１２０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ１後）、
Ｒ１…第１の二次ブリュースター窓（第１の二次偏光依存レフレクタ（反射部材））、
１３０ａ…第１の出力レーザービーム、
ＤＵ１…第１の偏向部、
１３０ｃ…第１の加工レーザービーム、
１３５…レーザービーム（ビームトラップ用）、
ＢＤ１…第１のビームトラップ、
１５０ａ…第２の光路、
ＥＯＭ２…第２の二次電気光学変調器、
１５０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ１後）、
Ｒ２…第２の二次ブリュースター窓（第２の二次偏光依存レフレクタ（反射部材））、
１６０ａ…第２の出力レーザービーム、
Ｍ…偏向ミラー、
１６５…レーザービーム（ビームトラップ用）、
ＢＤ２…第２のビームトラップ、
ＤＵ２…第２の偏向部、
μＰ…制御部、
１８０ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇ…制御線、
１９０…被加工物、
１９５…位置決めテーブル、
２００…レーザー加工装置（第２の動作条件）、
ＬＯ…レーザー発振器、
２１０ａ…入力レーザービーム、
Ｓ…偏光方向、
Ｐ…偏光方向、
↑…高強度／出力、
↓…低強度／出力、
ＥＯＭ…一次電気光学変調器、
２１０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ後）、
Ｒ…一次ブリュースター窓、
２２０ａ…第１の光路、
ＥＯＭ１…第１の二次電気光学変調器、
２２０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ１後）、
Ｒ１…第１の二次ブリュースター窓、
２３０ａ…第１の出力レーザービーム、
２３５…レーザービーム（ビームトラップ用）、
ＢＤ１…第１のビームトラップ、
ＤＵ１…第１の偏向部、
２５０ｃ…第２の光路、
ＥＯＭ２…第２の二次電気光学変調器、
２５０ｂ…レーザービーム（ＥＯＭ１後）、
Ｒ２…第２の二次ブリュースター窓、
２６０ａ…第２の出力レーザービーム、
Ｍ…偏向ミラー、
ＤＵ２…第２の偏向部、
２６０ｃ…第２の加工レーザービーム、
２６５…レーザービーム（ビームトラップ用）、
ＢＤ２…第２のビームトラップ、
μＰ…制御部、
２８０ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇ…制御ライン、
２９０…被加工物、
２９５…位置決めテーブル。
【図１】
2006175517.tif 000003
【図２】
2006175517.tif 000004