JP2002148562A - 半導体レーザ加工装置 - Google Patents
半導体レーザ加工装置Info
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- JP2002148562A JP2002148562A JP2000346742A JP2000346742A JP2002148562A JP 2002148562 A JP2002148562 A JP 2002148562A JP 2000346742 A JP2000346742 A JP 2000346742A JP 2000346742 A JP2000346742 A JP 2000346742A JP 2002148562 A JP2002148562 A JP 2002148562A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多数のレーザダイオードをバー状に配設した
ＬＤアレイを有する平板状レーザユニットを複数用いて
高輝度のレーザ光を得る。 【解決手段】 多数のレーザダイオード素子をスロウア
クシス方向にバー状に配設したＬＤアレイ２を有する平
板状ＬＤユニット１を複数積み重ね配置したＬＤユニッ
トスタック３ａ、３ｂを設け、ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂの前部に平板状ＬＤユニット１から出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状ＬＤユ
ニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレ
イ長と同等にするコリメータレンズ４、５を配設し、こ
れらコリメータレンズ４、５から出射したレーザビーム
をＳＬＯＷ方向に半分の幅にするλ／２波長板１２と偏
向ビームスプリッタ１３から成るＰＢＳ加算器１４を設
けた。
ＬＤアレイを有する平板状レーザユニットを複数用いて
高輝度のレーザ光を得る。 【解決手段】 多数のレーザダイオード素子をスロウア
クシス方向にバー状に配設したＬＤアレイ２を有する平
板状ＬＤユニット１を複数積み重ね配置したＬＤユニッ
トスタック３ａ、３ｂを設け、ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂの前部に平板状ＬＤユニット１から出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状ＬＤユ
ニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレ
イ長と同等にするコリメータレンズ４、５を配設し、こ
れらコリメータレンズ４、５から出射したレーザビーム
をＳＬＯＷ方向に半分の幅にするλ／２波長板１２と偏
向ビームスプリッタ１３から成るＰＢＳ加算器１４を設
けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ加工装
置に関し、特にレーザダイオード素子をバー状に配設し
たＬＤアレイを有する平板状レーザユニットを複数用い
て高輝度、即ち高いレーザパワー密度のレーザビームを
得る半導体レーザ加工装置に関するものである。
置に関し、特にレーザダイオード素子をバー状に配設し
たＬＤアレイを有する平板状レーザユニットを複数用い
て高輝度、即ち高いレーザパワー密度のレーザビームを
得る半導体レーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属の精密溶接や切断加工用のレ
ーザ加工装置においては、高いレーザパワー密度を得る
必要があるために、ＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザが用い
られている。すなわち、ＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザは
高出力のものを得ることができ、かつ集光レンズ系で容
易にレーザビーム径を絞ることができるため、精密溶接
等に必要な１ＭＷ／ｃｍ2 程度のレーザパワー密度が得
られる。
ーザ加工装置においては、高いレーザパワー密度を得る
必要があるために、ＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザが用い
られている。すなわち、ＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザは
高出力のものを得ることができ、かつ集光レンズ系で容
易にレーザビーム径を絞ることができるため、精密溶接
等に必要な１ＭＷ／ｃｍ2 程度のレーザパワー密度が得
られる。
【０００３】一方、半導体レーザ加工装置は、構成が簡
単かつコンパクトで低コストであるが、単一のレーザダ
イオード素子の出力は小さいため、大きな出力を得るに
は多数の半導体レーザを用いる必要があり、そのために
多数のレーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバ
ー状に配設したＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニット
が開発されている。例えば、厚さ１μｍ、幅１００μｍ
のレーザダイオード素子を３５〜７０個バー状に配設し
て成る長さ１０ｍｍのＬＤアレイをその冷却手段ととも
に、厚さ１．８ｍｍ、幅１２．５ｍｍ、長さ１８ｍｍの
筐体に組み込んで成る４０〜２００Ｗの出力を持つ平板
状ＬＤユニットが知られている。
単かつコンパクトで低コストであるが、単一のレーザダ
イオード素子の出力は小さいため、大きな出力を得るに
は多数の半導体レーザを用いる必要があり、そのために
多数のレーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバ
ー状に配設したＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニット
が開発されている。例えば、厚さ１μｍ、幅１００μｍ
のレーザダイオード素子を３５〜７０個バー状に配設し
て成る長さ１０ｍｍのＬＤアレイをその冷却手段ととも
に、厚さ１．８ｍｍ、幅１２．５ｍｍ、長さ１８ｍｍの
筐体に組み込んで成る４０〜２００Ｗの出力を持つ平板
状ＬＤユニットが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＣＯ2
レーザやＹＡＧレーザを用いたレーザ加工装置は、装置
構成が複雑で大型化し、コスト高となるという問題があ
り、そのため構成が簡単かつコンパクトな半導体レーザ
を用いて必要なレーザパワー密度を得ることが望まれて
いる。
レーザやＹＡＧレーザを用いたレーザ加工装置は、装置
構成が複雑で大型化し、コスト高となるという問題があ
り、そのため構成が簡単かつコンパクトな半導体レーザ
を用いて必要なレーザパワー密度を得ることが望まれて
いる。
【０００５】そこで、上記平板状ＬＤユニットを複数積
み重ね配置してＬＤユニットスタックを構成し、出力さ
れたレーザビームをコリメータレンズで平行光とし、集
光レンズ系でレーザビーム径を絞ることが考えられる
が、レーザダイオード素子から出射されたレーザ光をレ
ンズ光学系で集光しようとしても、レンズの特性から原
理的にスロウアクシス方向には１／３以下に集光するこ
とはできないという限界があり、そのためスロウアクシ
ス方向に１０ｍｍのレーザビームは最大限３ｍｍ程度に
しか集光することができず、十分なレーザパワー密度を
得ることができないという問題がある。
み重ね配置してＬＤユニットスタックを構成し、出力さ
れたレーザビームをコリメータレンズで平行光とし、集
光レンズ系でレーザビーム径を絞ることが考えられる
が、レーザダイオード素子から出射されたレーザ光をレ
ンズ光学系で集光しようとしても、レンズの特性から原
理的にスロウアクシス方向には１／３以下に集光するこ
とはできないという限界があり、そのためスロウアクシ
ス方向に１０ｍｍのレーザビームは最大限３ｍｍ程度に
しか集光することができず、十分なレーザパワー密度を
得ることができないという問題がある。
【０００６】なお、偏向ビームスプリッタ（以下、ＰＢ
Ｓと記す）を用いて偏向方向が直交する２つのレーザビ
ームを加算するようにした加算器は知られており、偏向
方向が直交する一対のＬＤユニットスタックからのレー
ザビームを加算してレーザパワー密度を倍加することも
考えられるが、スロウアクシス方向のレーザビーム幅は
同じであり、上記集光限界によって十分なレーザパワー
密度を得ることができず、上記問題を解決することはで
きない。
Ｓと記す）を用いて偏向方向が直交する２つのレーザビ
ームを加算するようにした加算器は知られており、偏向
方向が直交する一対のＬＤユニットスタックからのレー
ザビームを加算してレーザパワー密度を倍加することも
考えられるが、スロウアクシス方向のレーザビーム幅は
同じであり、上記集光限界によって十分なレーザパワー
密度を得ることができず、上記問題を解決することはで
きない。
【０００７】また、ＵＳＰ５５５７４７５号明細書に
は、平板状ＬＤユニットからのレーザビームのように、
スロウアクシス方向に横長のレーザビームをその長手方
向に分割して縦に重ね、縦横に輝度が対称なレーザビー
ムを得る手段が開示されているが、レーザパワー密度を
高くするものではない。
は、平板状ＬＤユニットからのレーザビームのように、
スロウアクシス方向に横長のレーザビームをその長手方
向に分割して縦に重ね、縦横に輝度が対称なレーザビー
ムを得る手段が開示されているが、レーザパワー密度を
高くするものではない。
【０００８】本発明は、上記従来の問題に鑑み、レーザ
ダイオード素子をバー状に配設したＬＤアレイを有する
平板状レーザユニットを複数用いて高輝度のレーザビー
ムを得ることができる半導体レーザ加工装置を提供する
ことを目的としている。
ダイオード素子をバー状に配設したＬＤアレイを有する
平板状レーザユニットを複数用いて高輝度のレーザビー
ムを得ることができる半導体レーザ加工装置を提供する
ことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ加
工装置は、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニッ
トと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けたＬＤ
ユニットスタックと、各平板状ＬＤユニットから出射し
たレーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状Ｌ
Ｄユニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をＬＤ
アレイ長と同等にするようにＬＤユニットスタックの前
部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレンズ
から出射したレーザビームをスロウアクシス方向に半分
の幅にするＰＢＳ加算器とを設けたものであり、ＬＤユ
ニットスタックからコリメータレンズを介して出射され
た矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に２分
割して互いに加算することができ、レーザパワー密度
（輝度）を２倍にできると同時にスロウアクシス方向の
レーザビーム幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光
性を向上でき、レーザパワー密度の向上に大きな効果を
発揮する。
工装置は、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニッ
トと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けたＬＤ
ユニットスタックと、各平板状ＬＤユニットから出射し
たレーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状Ｌ
Ｄユニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をＬＤ
アレイ長と同等にするようにＬＤユニットスタックの前
部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレンズ
から出射したレーザビームをスロウアクシス方向に半分
の幅にするＰＢＳ加算器とを設けたものであり、ＬＤユ
ニットスタックからコリメータレンズを介して出射され
た矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に２分
割して互いに加算することができ、レーザパワー密度
（輝度）を２倍にできると同時にスロウアクシス方向の
レーザビーム幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光
性を向上でき、レーザパワー密度の向上に大きな効果を
発揮する。
【００１０】上記ＰＢＳ加算器は、λ／２波長板と、偏
向ビームスプリッタからなるものが好適である。
向ビームスプリッタからなるものが好適である。
【００１１】また、ＰＢＳ加算器から出射したレーザビ
ームをスロウアクシス方向に拡大するシリンドリカルレ
ンズと、このシリンドリカルレンズから出射したレーザ
ビームを集光する集光レンズ系を設けると、シリンドリ
カルレンズの拡大倍率をＸとして、集光レンズ系による
ＰＢＳ加算器から出射したレーザビームのスロウアクシ
ス方向幅に対する最大集光率が３Ｘ倍となり、シリンド
リカルレンズでスロウアクシス方向に拡大することで集
光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向上するこ
とができる。
ームをスロウアクシス方向に拡大するシリンドリカルレ
ンズと、このシリンドリカルレンズから出射したレーザ
ビームを集光する集光レンズ系を設けると、シリンドリ
カルレンズの拡大倍率をＸとして、集光レンズ系による
ＰＢＳ加算器から出射したレーザビームのスロウアクシ
ス方向幅に対する最大集光率が３Ｘ倍となり、シリンド
リカルレンズでスロウアクシス方向に拡大することで集
光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向上するこ
とができる。
【００１２】また、集光レンズ系により集光されたレー
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のＮＡが０．２〜０．２５となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のＮＡが０．２〜０．２５となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
【００１３】また、ＬＤユニットスタックを複数設け、
各平板状ＬＤユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設
数で除した値とし、各ＬＤユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
各平板状ＬＤユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設
数で除した値とし、各ＬＤユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
【００１４】また、本発明の半導体レーザ加工装置は、
レーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバー状に
設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニットと、この
平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた複数のＬＤユニ
ットスタックと、各平板状ＬＤユニットから出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を、平板状ＬＤ
ユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設数で除し
た値、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレイ長と同等に
する、ＬＤユニットスタックの前部に設けたコリメータ
レンズと、各ＬＤユニットスタックからコリメータレン
ズを介して出射したレーザビームを重ね合わせて単一の
矩形断面とするインターリーブ加算器を設けたものであ
り、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
レーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバー状に
設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニットと、この
平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた複数のＬＤユニ
ットスタックと、各平板状ＬＤユニットから出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を、平板状ＬＤ
ユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設数で除し
た値、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレイ長と同等に
する、ＬＤユニットスタックの前部に設けたコリメータ
レンズと、各ＬＤユニットスタックからコリメータレン
ズを介して出射したレーザビームを重ね合わせて単一の
矩形断面とするインターリーブ加算器を設けたものであ
り、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
【００１５】上記インターリーブ加算器は、各コリメー
タレンズから出射したレーザビームのファストアクシス
方向の幅以上の厚さの平板状プリズムを積み重ねて配置
し、この平板状プリズムは、各ＬＤユニットスタックか
ら出射したレーザビームを反射もしくは透過させるもの
が好適である。
タレンズから出射したレーザビームのファストアクシス
方向の幅以上の厚さの平板状プリズムを積み重ねて配置
し、この平板状プリズムは、各ＬＤユニットスタックか
ら出射したレーザビームを反射もしくは透過させるもの
が好適である。
【００１６】また、インターリーブ加算器は、レーザビ
ームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを介装
し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨したも
のとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の研磨
時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微小な
欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザビー
ムが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止でき
る。
ームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを介装
し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨したも
のとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の研磨
時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微小な
欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザビー
ムが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止でき
る。
【００１７】また、インターリーブ加算器のレーザビー
ム反射面は、レーザビームを全反射するものが好適であ
る。すなわち、インターリーブ加算器は、複数のＬＤユ
ニットスタックの配設形態に応じて、例えば正方形と菱
形や正方形と直角三角形の平板状プリズムを組み合わせ
て構成されるが、レーザビーム反射面がレーザビームを
全反射するものであればどのような形状でもよい。
ム反射面は、レーザビームを全反射するものが好適であ
る。すなわち、インターリーブ加算器は、複数のＬＤユ
ニットスタックの配設形態に応じて、例えば正方形と菱
形や正方形と直角三角形の平板状プリズムを組み合わせ
て構成されるが、レーザビーム反射面がレーザビームを
全反射するものであればどのような形状でもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザ加工
装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明
する。
装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明
する。
【００１９】図１、図２において、１は多数のレーザダ
イオード素子をスロウアクシス方向にバー状に配設した
ＬＤアレイ２を有する平板状ＬＤユニットであり、例え
ば厚さ１μｍ、幅１００μｍのレーザダイオード素子を
３５〜７０個、バー状に配設して成る長さ１０ｍｍのＬ
Ｄアレイ２をその冷却手段とともに、厚さ１．８ｍｍ、
幅１２．５ｍｍ、長さ１８ｍｍの筐体に組み込んで構成
されている。この平板状ＬＤユニット１は、４０〜２０
０Ｗの出力を有している。
イオード素子をスロウアクシス方向にバー状に配設した
ＬＤアレイ２を有する平板状ＬＤユニットであり、例え
ば厚さ１μｍ、幅１００μｍのレーザダイオード素子を
３５〜７０個、バー状に配設して成る長さ１０ｍｍのＬ
Ｄアレイ２をその冷却手段とともに、厚さ１．８ｍｍ、
幅１２．５ｍｍ、長さ１８ｍｍの筐体に組み込んで構成
されている。この平板状ＬＤユニット１は、４０〜２０
０Ｗの出力を有している。
【００２０】３ａ、３ｂは、複数の平板状ＬＤユニット
１を積み重ね配置した一対のＬＤユニットスタックであ
り、本実施形態では６つの平板状ＬＤユニット１を積み
重ねた一方のＬＤユニットスタック３ａと、５つの平板
状ＬＤユニット１を積み重ねた他方のＬＤユニットスタ
ック３ｂをレーザビームが平行するように平面視で並列
配置されるとともに、側面視で平板状ＬＤユニット１が
千鳥配置になるように上下に半ピッチずらせて配置され
ている。
１を積み重ね配置した一対のＬＤユニットスタックであ
り、本実施形態では６つの平板状ＬＤユニット１を積み
重ねた一方のＬＤユニットスタック３ａと、５つの平板
状ＬＤユニット１を積み重ねた他方のＬＤユニットスタ
ック３ｂをレーザビームが平行するように平面視で並列
配置されるとともに、側面視で平板状ＬＤユニット１が
千鳥配置になるように上下に半ピッチずらせて配置され
ている。
【００２１】これらＬＤユニットスタック３ａ、３ｂの
前部には、ＬＤアレイ２から出射したレーザ光をファス
トアクシス方向に平板状ＬＤユニット１の厚さ寸法の半
分の幅の平行光とするファストアクシス方向コリメータ
レンズ４と、ＬＤアレイ２から出射したレーザ光をスロ
ウアクシス方向にＬＤアレイ２の長さと略等しい幅の平
行光とするスロウアクシス方向コリメータレンズ５とが
配設されている。これらコリメータレンズ４、５にて、
図４（ａ）に示すように、上記具体例では、ファストア
クシス方向の上下幅が０．９ｍｍ、スロウアクシス方向
の横幅が１０ｍｍの６本と５本のレーザビーム６が１．
８ｍｍピッチでかつ相互に半ピッチずらせて千鳥状に配
設された２群のレーザビーム群７ａ、７ｂが形成され
る。
前部には、ＬＤアレイ２から出射したレーザ光をファス
トアクシス方向に平板状ＬＤユニット１の厚さ寸法の半
分の幅の平行光とするファストアクシス方向コリメータ
レンズ４と、ＬＤアレイ２から出射したレーザ光をスロ
ウアクシス方向にＬＤアレイ２の長さと略等しい幅の平
行光とするスロウアクシス方向コリメータレンズ５とが
配設されている。これらコリメータレンズ４、５にて、
図４（ａ）に示すように、上記具体例では、ファストア
クシス方向の上下幅が０．９ｍｍ、スロウアクシス方向
の横幅が１０ｍｍの６本と５本のレーザビーム６が１．
８ｍｍピッチでかつ相互に半ピッチずらせて千鳥状に配
設された２群のレーザビーム群７ａ、７ｂが形成され
る。
【００２２】これらコリメータレンズ４、５の前部に
は、レーザビーム群７ａ、７ｂを図４（ｂ）に示すよう
に、単一の矩形断面のレーザビーム１１とするインター
リーブ加算器８が配設されている。このインターリーブ
加算器８は、図３に示すように、各レーザビーム６のフ
ァストアクシス方向の幅と同一厚さの６枚の正方形の平
板状プリズム９と５枚の菱形の平板状プリズム１０を交
互に積み重ねて構成されており、レーザビーム群７ａの
レーザビーム６はそのまま直進して通過し、レーザビー
ム群７ｂのレーザビーム６は２回の直角な全反射によっ
て平行移動し、レーザビーム群７ａのレーザビーム６の
間に入り込んでその隙間を埋め、単一の矩形断面のレー
ザビーム１１が形成される。このレーザビーム１１は、
上記具体例では、上下の縦寸法が９．９ｍｍ、横方向の
幅寸法が１０ｍｍの略正方形の断面形状となっている。
は、レーザビーム群７ａ、７ｂを図４（ｂ）に示すよう
に、単一の矩形断面のレーザビーム１１とするインター
リーブ加算器８が配設されている。このインターリーブ
加算器８は、図３に示すように、各レーザビーム６のフ
ァストアクシス方向の幅と同一厚さの６枚の正方形の平
板状プリズム９と５枚の菱形の平板状プリズム１０を交
互に積み重ねて構成されており、レーザビーム群７ａの
レーザビーム６はそのまま直進して通過し、レーザビー
ム群７ｂのレーザビーム６は２回の直角な全反射によっ
て平行移動し、レーザビーム群７ａのレーザビーム６の
間に入り込んでその隙間を埋め、単一の矩形断面のレー
ザビーム１１が形成される。このレーザビーム１１は、
上記具体例では、上下の縦寸法が９．９ｍｍ、横方向の
幅寸法が１０ｍｍの略正方形の断面形状となっている。
【００２３】インターリーブ加算器８の前部には、レー
ザビーム１１をスロウアクシス方向に２分割して互いに
加算し、レーザビーム１１の半分の幅でレーザパワー密
度（輝度）が２倍のレーザビーム１５を形成するための
λ／２波長板１２と一対の偏向ビームスプリッタ（以
下、ＰＢＳと記す）１３ａ、１３ｂから成るＰＢＳ加算
器１４が配設されている。なお、λ／２波長板１２に対
向するＰＢＳ１３ａは、直角にレーザビームを全反射す
るプリズム等の反射手段に代えても良い。このＰＢＳ加
算器１４において、レーザビーム１１がそのスロウアク
シス方向に２分割され、その一半はλ／２波長板１２で
レーザビーム１１の偏向方向が９０度変換された後ＰＢ
Ｓ１３ａで直角に全反射されてＰＢＳ１３ｂに入射し、
他半は元の偏向方向を維持したまま直進してＰＢＳ１３
ｂに入射することにより、ＰＢＳ１３ｂでレーザビーム
１１一半が直角に全反射し、他半はそのまま通過するこ
とでレーザビーム１１がスロウアクシス方向に２分割さ
れて互いに加算され、図４（ｃ）に示すように、上記具
体例では縦寸法が９．９ｍｍ、幅寸法が５ｍｍの半幅倍
密レーザビーム１５が形成される。
ザビーム１１をスロウアクシス方向に２分割して互いに
加算し、レーザビーム１１の半分の幅でレーザパワー密
度（輝度）が２倍のレーザビーム１５を形成するための
λ／２波長板１２と一対の偏向ビームスプリッタ（以
下、ＰＢＳと記す）１３ａ、１３ｂから成るＰＢＳ加算
器１４が配設されている。なお、λ／２波長板１２に対
向するＰＢＳ１３ａは、直角にレーザビームを全反射す
るプリズム等の反射手段に代えても良い。このＰＢＳ加
算器１４において、レーザビーム１１がそのスロウアク
シス方向に２分割され、その一半はλ／２波長板１２で
レーザビーム１１の偏向方向が９０度変換された後ＰＢ
Ｓ１３ａで直角に全反射されてＰＢＳ１３ｂに入射し、
他半は元の偏向方向を維持したまま直進してＰＢＳ１３
ｂに入射することにより、ＰＢＳ１３ｂでレーザビーム
１１一半が直角に全反射し、他半はそのまま通過するこ
とでレーザビーム１１がスロウアクシス方向に２分割さ
れて互いに加算され、図４（ｃ）に示すように、上記具
体例では縦寸法が９．９ｍｍ、幅寸法が５ｍｍの半幅倍
密レーザビーム１５が形成される。
【００２４】ＰＢＳ加算器１４の前部には、半幅倍密レ
ーザビーム１５のＳＬＯＷ方向の幅をＸ（Ｘ＞１）倍す
る平凹シリンドリカルレンズ１６と集光レンズ系１７が
配設されている。この平凹シリンドリカルレンズ１６を
設けた理由は次の通りである。レーザビーム１５をスロ
ウアクシス方向に集光する場合、図５（ａ）に示すよう
に、集光レンズ系１７に用いているレンズの性質からレ
ーザビーム１５の幅Ｗを１／３に集光するのが限界で、
集光した時のレーザビーム幅ｙは、ｙ＝１／３Ｗが限界
であり、上記具体例では５／３ｍｍまでしか集光でき
ず、十分なレーザパワー密度を得ることができないこと
による。これに対して、図５（ｂ）に示すように、レー
ザビーム１５の幅ＷをＸ倍し、図４（ｄ）に示すよう
に、スロウアクシス方向にＸ倍拡大した拡幅レーザビー
ム１８を一旦形成すると、集光倍率の高い集光レンズ系
１７により最大限ｙ＝（１／３Ｘ）・Ｗまで集光するこ
とができるようになり、上記具体例でＸ倍を３．５倍と
すると、５／１０．５＝０．４８ｍｍまで集光すること
ができる。かくして、平凹シリンドリカルレンズ１６と
集光レンズ系１７にて上記具体例では半幅倍密レーザビ
ーム１５を横幅０．３７×縦幅０．２７ｍｍに集光する
ことができる。
ーザビーム１５のＳＬＯＷ方向の幅をＸ（Ｘ＞１）倍す
る平凹シリンドリカルレンズ１６と集光レンズ系１７が
配設されている。この平凹シリンドリカルレンズ１６を
設けた理由は次の通りである。レーザビーム１５をスロ
ウアクシス方向に集光する場合、図５（ａ）に示すよう
に、集光レンズ系１７に用いているレンズの性質からレ
ーザビーム１５の幅Ｗを１／３に集光するのが限界で、
集光した時のレーザビーム幅ｙは、ｙ＝１／３Ｗが限界
であり、上記具体例では５／３ｍｍまでしか集光でき
ず、十分なレーザパワー密度を得ることができないこと
による。これに対して、図５（ｂ）に示すように、レー
ザビーム１５の幅ＷをＸ倍し、図４（ｄ）に示すよう
に、スロウアクシス方向にＸ倍拡大した拡幅レーザビー
ム１８を一旦形成すると、集光倍率の高い集光レンズ系
１７により最大限ｙ＝（１／３Ｘ）・Ｗまで集光するこ
とができるようになり、上記具体例でＸ倍を３．５倍と
すると、５／１０．５＝０．４８ｍｍまで集光すること
ができる。かくして、平凹シリンドリカルレンズ１６と
集光レンズ系１７にて上記具体例では半幅倍密レーザビ
ーム１５を横幅０．３７×縦幅０．２７ｍｍに集光する
ことができる。
【００２５】なお、半幅倍密レーザビーム１５は、ファ
ストアクシス方向についてはコリメート光と見なすこと
ができて集光性が良いので、そのままでも必要な集光性
を十分に確保することができ、拡大してもしなくても良
い。
ストアクシス方向についてはコリメート光と見なすこと
ができて集光性が良いので、そのままでも必要な集光性
を十分に確保することができ、拡大してもしなくても良
い。
【００２６】このようにして集光されたレーザビーム
は、他端に対物レンズ系２０を設けた光ファイバ１９に
入射されている。そのため、上記集光レンズ系１７は、
光ファイバ１９のＮＡ（＝ｓｉｎθ）＝０．２〜０．２
５となるような焦点距離と外径の集光レンズを選択して
構成されている。また、上記具体例では０．３７×０．
２７ｍｍに集光されているので直径０．５ｍｍの光ファ
イバ１９を用いることができる。
は、他端に対物レンズ系２０を設けた光ファイバ１９に
入射されている。そのため、上記集光レンズ系１７は、
光ファイバ１９のＮＡ（＝ｓｉｎθ）＝０．２〜０．２
５となるような焦点距離と外径の集光レンズを選択して
構成されている。また、上記具体例では０．３７×０．
２７ｍｍに集光されているので直径０．５ｍｍの光ファ
イバ１９を用いることができる。
【００２７】かくして、上記具体例では、出力が１００
Ｗの平板状ＬＤユニット１を用いた場合、総出力は１．
１ＫＷで、光ファイバ１９の断面積が０．１９６ｍｍ2
であるので、５６１ＫＷ／ｃｍ2 のレザーパワー密度と
なり、対物レンズ系２０で集光面積を半分に絞ることに
よって１ＭＷ／ｃｍ2 を実現することができ、平板状Ｌ
Ｄユニット１を用いて精密レーザ溶接や切断を実現する
ことができる。
Ｗの平板状ＬＤユニット１を用いた場合、総出力は１．
１ＫＷで、光ファイバ１９の断面積が０．１９６ｍｍ2
であるので、５６１ＫＷ／ｃｍ2 のレザーパワー密度と
なり、対物レンズ系２０で集光面積を半分に絞ることに
よって１ＭＷ／ｃｍ2 を実現することができ、平板状Ｌ
Ｄユニット１を用いて精密レーザ溶接や切断を実現する
ことができる。
【００２８】このような半導体レーザ加工を行うため
に、ＬＤユニットスタック３ａ、３ｂにおける各平板状
ＬＤユニット１のＬＤアレイ２の出力制御や、対物レン
ズ系２０を移動制御を行う制御部（図示せず）が設けら
れる。
に、ＬＤユニットスタック３ａ、３ｂにおける各平板状
ＬＤユニット１のＬＤアレイ２の出力制御や、対物レン
ズ系２０を移動制御を行う制御部（図示せず）が設けら
れる。
【００２９】本実施形態によれば、一対のＬＤユニット
スタック３ａ、３ｂを設け、各ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂの前部に配設されるファストアクシス方向のコ
リメータレンズ４を、各ＬＤユニット１から出射したレ
ーザビームのＦＡＳＴ方向の幅をＬＤユニット１の厚さ
の半分にするように構成し、これらＬＤユニットスタッ
ク３ａ、３ｂからコリメータレンズ４、５を介して出力
されたレーザビーム群７ａ、７ｂを単一の矩形断面のレ
ーザビーム１１にするインターリーブ加算器８を設けて
いるので、複数のＬＤユニットスタック３ａ、３ｂから
のレーザービームを単一のＬＤユニットスタック３ａ、
３ｂからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加
算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することがで
きる。
スタック３ａ、３ｂを設け、各ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂの前部に配設されるファストアクシス方向のコ
リメータレンズ４を、各ＬＤユニット１から出射したレ
ーザビームのＦＡＳＴ方向の幅をＬＤユニット１の厚さ
の半分にするように構成し、これらＬＤユニットスタッ
ク３ａ、３ｂからコリメータレンズ４、５を介して出力
されたレーザビーム群７ａ、７ｂを単一の矩形断面のレ
ーザビーム１１にするインターリーブ加算器８を設けて
いるので、複数のＬＤユニットスタック３ａ、３ｂから
のレーザービームを単一のＬＤユニットスタック３ａ、
３ｂからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加
算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することがで
きる。
【００３０】また、このインターリーブ加算器８から出
射された矩形断面のレーザビーム１１をＰＢＳ加算器１
４にてスロウアクシス方向に２分割して互いに加算して
いるので、レーザパワー密度を２倍にできると同時にス
ロウアクシス方向のレーザビーム幅を半分にしてスロウ
アクシス方向の集光性を向上でき、レーザパワー密度の
向上に大きな効果を発揮する。
射された矩形断面のレーザビーム１１をＰＢＳ加算器１
４にてスロウアクシス方向に２分割して互いに加算して
いるので、レーザパワー密度を２倍にできると同時にス
ロウアクシス方向のレーザビーム幅を半分にしてスロウ
アクシス方向の集光性を向上でき、レーザパワー密度の
向上に大きな効果を発揮する。
【００３１】また、ＰＢＳ加算器１４から出射した半幅
倍密レーザビーム１５は、スロウアクシス方向に拡大す
る平凹シリンドリカルレンズ１６と集光レンズ系１７に
て、レーザビームを一旦スロウアクシス方向にＸ倍拡大
した後集光することによって、集光レンズ系１７による
半幅倍密レーザビーム１５のスロウアクシス方向幅に対
する最大集光率が３Ｘ倍となって集光性をさらに向上で
き、レーザパワー密度を向上することができる。
倍密レーザビーム１５は、スロウアクシス方向に拡大す
る平凹シリンドリカルレンズ１６と集光レンズ系１７に
て、レーザビームを一旦スロウアクシス方向にＸ倍拡大
した後集光することによって、集光レンズ系１７による
半幅倍密レーザビーム１５のスロウアクシス方向幅に対
する最大集光率が３Ｘ倍となって集光性をさらに向上で
き、レーザパワー密度を向上することができる。
【００３２】また、集光されたレーザビームを、他端に
対物レンズ系２０を設けた光ファイバ１９の一端に入射
させ、集光レンズ系１７はＮＡが０．２〜０．２５にな
るような焦点距離と外径の集光レンズを用いると、集光
したレーザビームを光ファイバ１９に損失なく入射させ
て光ファイバ１９内を伝播させ、対物レンズ系２０にて
任意の位置と方向にレーザビームを照射することがで
き、コンパクトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を
実現できる。
対物レンズ系２０を設けた光ファイバ１９の一端に入射
させ、集光レンズ系１７はＮＡが０．２〜０．２５にな
るような焦点距離と外径の集光レンズを用いると、集光
したレーザビームを光ファイバ１９に損失なく入射させ
て光ファイバ１９内を伝播させ、対物レンズ系２０にて
任意の位置と方向にレーザビームを照射することがで
き、コンパクトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を
実現できる。
【００３３】なお、上記実施形態では、２つのＬＤユニ
ットスタック３ａ、３ｂを並列配置した例を示したが、
図６（ａ）に示すように、２つのＬＤユニットスタック
３ａ、３ｂを、出射するレーザビームがインターリーブ
加算器８で交叉するように直交配置してもよい。この場
合、インターリーブ加算器８は、図６（ｂ）に示すよう
に、正方形の平板状プリズム９と三角形の平板状プリズ
ム２１を積み重ねて構成すればよい。
ットスタック３ａ、３ｂを並列配置した例を示したが、
図６（ａ）に示すように、２つのＬＤユニットスタック
３ａ、３ｂを、出射するレーザビームがインターリーブ
加算器８で交叉するように直交配置してもよい。この場
合、インターリーブ加算器８は、図６（ｂ）に示すよう
に、正方形の平板状プリズム９と三角形の平板状プリズ
ム２１を積み重ねて構成すればよい。
【００３４】また、以上の実施形態では２つのＬＤユニ
ットスタック３ａ、３ｂを配設した例を示したが、図７
（ａ）に示すように、３つのＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂ、３ｃを、出射するレーザビームがインターリ
ーブ加算器８で交叉するように直交配置してもよい。こ
の場合、インターリーブ加算器８は、図７（ｂ）に示す
ように、平板状ＬＤユニット１の厚さの１／３の厚さの
１つの正方形の平板状プリズム９と２つの三角形の平板
状プリズム２１を積み重ねて構成すればよい。また、Ｆ
ＡＳＴ方向のコリメータレンズ４が、平板状ＬＤユニッ
ト１からのレーザビームを平板状ＬＤユニット１の厚さ
の１／３のＦＡＳＴ方向の幅のコリメート光にするよう
に構成される。なお、上記平板状プリズムの形状は、反
射面がレーザビームを全反射できれば、どのような形状
でもよい。
ットスタック３ａ、３ｂを配設した例を示したが、図７
（ａ）に示すように、３つのＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂ、３ｃを、出射するレーザビームがインターリ
ーブ加算器８で交叉するように直交配置してもよい。こ
の場合、インターリーブ加算器８は、図７（ｂ）に示す
ように、平板状ＬＤユニット１の厚さの１／３の厚さの
１つの正方形の平板状プリズム９と２つの三角形の平板
状プリズム２１を積み重ねて構成すればよい。また、Ｆ
ＡＳＴ方向のコリメータレンズ４が、平板状ＬＤユニッ
ト１からのレーザビームを平板状ＬＤユニット１の厚さ
の１／３のＦＡＳＴ方向の幅のコリメート光にするよう
に構成される。なお、上記平板状プリズムの形状は、反
射面がレーザビームを全反射できれば、どのような形状
でもよい。
【００３５】また、上記実施形態におけるインターリー
ブ加算器８においては、図３に示すように、正方形と菱
形の平板状プリズム９、１０のレーザビームの出射端面
に臨む部分ではガラス板が隙間なく積み重なっている
が、入射端面に臨む部分はガラス板間にその厚さ分の隙
間があいて片持ち状に突出しており、レーザビームの入
射端面を研磨する際にガラス板の振動によって微小な欠
けが発生し、その欠けによってレーザ光が拡散してエネ
ルギー効率が低下する原因となる。
ブ加算器８においては、図３に示すように、正方形と菱
形の平板状プリズム９、１０のレーザビームの出射端面
に臨む部分ではガラス板が隙間なく積み重なっている
が、入射端面に臨む部分はガラス板間にその厚さ分の隙
間があいて片持ち状に突出しており、レーザビームの入
射端面を研磨する際にガラス板の振動によって微小な欠
けが発生し、その欠けによってレーザ光が拡散してエネ
ルギー効率が低下する原因となる。
【００３６】そこで、図８（ａ）に示すように、正方形
の平板状プリズム９を、両ＬＤユニットスタック３ａ、
３ｂにわたる長さの長方形の平板状プリズム２２に代
え、図８（ｂ）に示すように、菱形の平板状プリズム１
０のＬＤユニットスタック３ａに対向する部分に、補助
ガラス板２３を配置し、図８（ｃ）に示すように、これ
らを積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面の領
域と出射端面の領域を研磨し、反射防止コーティングを
施してインターリーブ加算器８を構成するのが好まし
い。これにより、研磨時のガラスの微小の欠けを無くす
とともに反射を防止でき、両ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂからのレーザビームをエネルギーロス無く加算
することができる。なお、長方形の平板状プリズム２２
を用いるのではなく、正方形の平板状プリズム９と正方
形又は三角形の補助ガラス板２３を併用してもよい。
の平板状プリズム９を、両ＬＤユニットスタック３ａ、
３ｂにわたる長さの長方形の平板状プリズム２２に代
え、図８（ｂ）に示すように、菱形の平板状プリズム１
０のＬＤユニットスタック３ａに対向する部分に、補助
ガラス板２３を配置し、図８（ｃ）に示すように、これ
らを積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面の領
域と出射端面の領域を研磨し、反射防止コーティングを
施してインターリーブ加算器８を構成するのが好まし
い。これにより、研磨時のガラスの微小の欠けを無くす
とともに反射を防止でき、両ＬＤユニットスタック３
ａ、３ｂからのレーザビームをエネルギーロス無く加算
することができる。なお、長方形の平板状プリズム２２
を用いるのではなく、正方形の平板状プリズム９と正方
形又は三角形の補助ガラス板２３を併用してもよい。
【００３７】また、両ＬＤユニットスタック３ａ、３ｂ
を図６に示すように配置した場合には、図９（ａ）に示
すように、正方形の平板状プリズム９はそのままで、図
９（ｂ）に示すように、三角形の平板状プリズム２１の
ＬＤユニットスタック３ａに対向する部分に、補助ガラ
ス板２３を配置し、図８（ｃ）に示すように、これらを
積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面と出射端
面となる３側面を研磨し、反射防止コーティングを施せ
ば良い。さらに、図７に示すように３つのＬＤユニット
スタック３ａ、３ｂ、３ｃを配置した場合も同様に、三
角形の平板状プリズム２１に対して補助ガラス板２３を
配置すればよい。
を図６に示すように配置した場合には、図９（ａ）に示
すように、正方形の平板状プリズム９はそのままで、図
９（ｂ）に示すように、三角形の平板状プリズム２１の
ＬＤユニットスタック３ａに対向する部分に、補助ガラ
ス板２３を配置し、図８（ｃ）に示すように、これらを
積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面と出射端
面となる３側面を研磨し、反射防止コーティングを施せ
ば良い。さらに、図７に示すように３つのＬＤユニット
スタック３ａ、３ｂ、３ｃを配置した場合も同様に、三
角形の平板状プリズム２１に対して補助ガラス板２３を
配置すればよい。
【００３８】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ加工装置によれ
ば、以上のように平板状ＬＤユニットを複数積み重ね配
置したＬＤユニットスタックと、ＬＤユニットスタック
の前部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズから出射したレーザビームをスロウアクシス方向に
半分の幅にするＰＢＳ加算器とを設けたので、ＬＤユニ
ットスタックからコリメータレンズを介して出射された
矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に２分割
して互いに加算することができ、レーザパワー密度を２
倍にできると同時にスロウアクシス方向のレーザビーム
幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光性を向上で
き、レーザパワー密度の向上に大きな効果を発揮する。
ば、以上のように平板状ＬＤユニットを複数積み重ね配
置したＬＤユニットスタックと、ＬＤユニットスタック
の前部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズから出射したレーザビームをスロウアクシス方向に
半分の幅にするＰＢＳ加算器とを設けたので、ＬＤユニ
ットスタックからコリメータレンズを介して出射された
矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に２分割
して互いに加算することができ、レーザパワー密度を２
倍にできると同時にスロウアクシス方向のレーザビーム
幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光性を向上で
き、レーザパワー密度の向上に大きな効果を発揮する。
【００３９】また、ＰＢＳ加算器から出射したレーザビ
ームをＳＬＯＷ方向に拡大するシリンドリカルレンズ
と、レーザビームを集光する集光レンズ系を設けると、
シリンドリカルレンズでスロウアクシス方向に拡大する
ことで集光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向
上することができる。
ームをＳＬＯＷ方向に拡大するシリンドリカルレンズ
と、レーザビームを集光する集光レンズ系を設けると、
シリンドリカルレンズでスロウアクシス方向に拡大する
ことで集光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向
上することができる。
【００４０】また、集光レンズ系により集光されたレー
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のＮＡが０．２〜０．２５となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のＮＡが０．２〜０．２５となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
【００４１】また、ＬＤユニットスタックを複数設け、
各平板状ＬＤユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設
数で除した値とし、各ＬＤユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
を加算してレーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
各平板状ＬＤユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設
数で除した値とし、各ＬＤユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービーム
を加算してレーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
【００４２】また、別の本発明の半導体レーザ加工装置
によれば、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニッ
トと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた複数
のＬＤユニットスタックと、各平板状ＬＤユニットから
出射したレーザビームのファストアクシス方向の幅を、
平板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配
設数で除した値、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレイ
長と同等にする、ＬＤユニットスタックの前部に設けた
コリメータレンズと、各ＬＤユニットスタックからコリ
メータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わ
せて単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設け
たので、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービ
ームをインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットス
タックからのレーザビームと同一断面のレーザビームに
加算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
によれば、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユニッ
トと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた複数
のＬＤユニットスタックと、各平板状ＬＤユニットから
出射したレーザビームのファストアクシス方向の幅を、
平板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配
設数で除した値、スロウアクシス方向の幅をＬＤアレイ
長と同等にする、ＬＤユニットスタックの前部に設けた
コリメータレンズと、各ＬＤユニットスタックからコリ
メータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わ
せて単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設け
たので、複数のＬＤユニットスタックからのレーザービ
ームをインターリーブ加算器にて単一のＬＤユニットス
タックからのレーザビームと同一断面のレーザビームに
加算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
【００４３】また、上記インターリーブ加算器を、レー
ザビームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを
介装し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨し
たものとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の
研磨時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微
小な欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザ
ビームが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止で
きる。
ザビームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを
介装し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨し
たものとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の
研磨時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微
小な欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザ
ビームが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止で
きる。
【図１】本発明の半導体レーザ加工装置における一実施
形態の概略構成を示す平面図である。
形態の概略構成を示す平面図である。
【図２】同実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図３】同実施形態におけるインターリーブ加算器の構
成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は側面図であ
る。
成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は側面図であ
る。
【図４】同実施形態における各位置でのレーザビームの
断面形状を示す図である。
断面形状を示す図である。
【図５】集光レンズ系によるスロウアクシス方向の集光
限界を示し、（ａ）は拡大しない場合、（ｂ）は本実施
形態において拡大した場合の集光状態の説明図である。
限界を示し、（ａ）は拡大しない場合、（ｂ）は本実施
形態において拡大した場合の集光状態の説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるＬＤユニットス
タックの配設状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそ
のインターリーブ加算器を構成する平板状プリズムの説
明図である。
タックの配設状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそ
のインターリーブ加算器を構成する平板状プリズムの説
明図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態におけるＬＤユニ
ットスタックの配設状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）はそのインターリーブ加算器を構成する平板状プ
リズムの説明図である。
ットスタックの配設状態を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）はそのインターリーブ加算器を構成する平板状プ
リズムの説明図である。
【図８】図１の半導体レーザ加工装置におけるインター
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
【図９】図６の半導体レーザ加工装置におけるインター
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
１ 平板状ＬＤユニット ２ ＬＤアレイ ３ａ、３ｂ ＬＤユニットスタック ４ ファストアクシス方向コリメータレンズ ５ スロウアクシス方向コリメータレンズ ８ インターリーブ加算器 ９ 正方形の平板状プリズム １０ 菱形の平板状プリズム １２ λ／２波長板 １３ 偏向ビームスプリッタ １４ ＰＢＳ加算器 １６ 平凹シリンドリカルレンズ １７ 集光レンズ系 １９ 光ファイバ ２０ 対物レンズ系 ２１ 三角形の平板状プリズム ２２ 長方形の平板状プリズム ２３ 補助ガラス板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA04 BA03 BA05 BA06 CA11 CA17 CA21 CA39 2H099 AA17 BA17 CA06 CA08 4E068 CA02 CD08 CD09 CD13 CE08 CK01 5F073 AB27 AB28 AB29 BA09 EA15 EA22 EA24 FA26
Claims (9)
- 【請求項１】 レーザダイオード素子をスロウアクシス
方向にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユ
ニットと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた
ＬＤユニットスタックと、各平板状ＬＤユニットから出
射したレーザビームのファストアクシス方向の幅を平板
状ＬＤユニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅を
ＬＤアレイ長と同等にするようにＬＤユニットスタック
の前部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズから出射したレーザビームをスロウアクシス方向に
半分の幅にするＰＢＳ加算器とを設けたことを特徴とす
る半導体レーザ加工装置。 - 【請求項２】 ＰＢＳ加算器は、λ／２波長板と、偏向
ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザ加工装置。 - 【請求項３】 ＰＢＳ加算器から出射したレーザビーム
をスロウアクシス方向に拡大するシリンドリカルレンズ
と、このシリンドリカルレンズから出射したレーザビー
ムを集光する集光レンズ系を設けたことを特徴とする請
求項１又は２記載の半導体レーザ加工装置。 - 【請求項４】 集光レンズ系により集光されたレーザビ
ームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファイバ
の他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ系の
ＮＡが０．２〜０．２５となることを特徴とする請求項
３記載の半導体レーザ加工装置。 - 【請求項５】 ＬＤユニットスタックを複数設け、各平
板状ＬＤユニットから出射したレーザビームのファスト
アクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平板状
ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタックの配設数で
除した値とし、各ＬＤユニットスタックからコリメータ
レンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせて単
一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設けたこと
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体レー
ザ加工装置。 - 【請求項６】 レーザダイオード素子をスロウアクシス
方向にバー状に設けたＬＤアレイを有する平板状ＬＤユ
ニットと、この平板状ＬＤユニットを積み重ねて設けた
複数のＬＤユニットスタックと、各平板状ＬＤユニット
から出射したレーザビームのファストアクシス方向の幅
を、平板状ＬＤユニットの厚さをＬＤユニットスタック
の配設数で除した値、スロウアクシス方向の幅をＬＤア
レイ長と同等にする、ＬＤユニットスタックの前部に設
けたコリメータレンズと、各ＬＤユニットスタックから
コリメータレンズを介して出射したレーザビームを重ね
合わせて単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を
設けたことを特徴とする半導体レーザ加工装置。 - 【請求項７】 インターリーブ加算器は、各コリメータ
レンズから出射したレーザビームのファストアクシス方
向の幅以上の厚さの平板状プリズムを積み重ねて配置
し、この平板状プリズムは、各ＬＤユニットスタックか
ら出射したレーザビームを反射もしくは透過させること
を特徴とする請求項５又は６記載の半導体レーザ加工装
置。 - 【請求項８】 インターリーブ加算器は、レーザビーム
の入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを介装し、
入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨したことを
特徴とする請求項７記載の半導体レーザ加工装置。 - 【請求項９】 インターリーブ加算器のレーザビーム反
射面は、レーザビームを全反射することを特徴とする請
求項７又は８記載の半導体レーザ加工装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000346742A JP2002148562A (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 半導体レーザ加工装置 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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