JP2014187227A - レーザ発振装置及びレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム品質を低下させることなく、小型化を図ることができるレーザ発振装置を提供する。
【解決手段】 励起用光源装置は、半導体レーザ素子及び複数のレンズを有している。複数のレンズは、いずれもホルダ３０に保持されている。このホルダ３０は、金属製のＣ字形状の枠部材であり、共振レーザ光の光路側に切り欠き部を有している。そして、各レンズは、互いに直交する２方向からの力によってホルダ３０に保持されている。この場合、切り欠き部を共振レーザ光が通過することが可能となり、励起用レーザ光の固体レーザ結晶への入射角を小さくすることができる。そこで、ビーム品質を低下させることなく、小型化を図ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ発振装置及びレーザ加工機に係り、更に詳しくは、固体レーザ結晶を有するレーザ発振装置、及び該レーザ発振装置を備えるレーザ加工機に関する。

近年、レーザ光を利用した装置として、レーザ加工機やレーザ計測器などが実用化されている。そして、レーザ光を射出するレーザ発振装置として、固体レーザ結晶を励起用レーザ光で励起し、特定波長のレーザ光を射出するレーザ発振装置が検討されている。このレーザ発振装置は、安定性及び高出力の点で優れている。特に、薄い板状の固体レーザ結晶を用いたレーザ発振装置は、マイクロチップレーザとも呼ばれ、固体レーザ結晶における熱の影響が小さく、ビーム品質に優れたレーザ光を射出することができる。

上記励起用レーザ光は、半導体レーザから射出され、光学系で集光されたレーザ光である（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。該光学系の光学素子はホルダに保持されている。例えば、特許文献３には、平面形状が光軸を対称線とする線対称の曲面及び平面が形成されている光学部材の取り付けに用いる光学部材用ホルダが開示されている。また、特許文献４には、光学素子の角度調整機構が開示されている。

レーザ加工機やレーザ計測器などの小型化への要求が年々高まっている。そして、その要求に応えるためには、レーザ発振装置の小型化が必須である。しかしながら、従来のレーザ発振装置では、ビーム品質を低下させることなく、小型化を図ることは困難であった。

本発明は、固体レーザ結晶と、２つの反射面の間に前記固体レーザ結晶を挟む共振器と、前記固体レーザ結晶の励起用レーザ光を射出する半導体レーザと、前記半導体レーザからの前記励起用レーザ光を集光する光学系と、前記光学系の一の光学素子を保持するホルダとを備え、前記光学系は、前記固体レーザ結晶における共振レーザ光が通過する面に前記励起用レーザ光を斜入射させ、前記ホルダは、前記共振レーザ光が通過可能である切り欠き部を有するレーザ発振装置である。

なお、本明細書では、共振器によって共振されるレーザ光を「共振レーザ光」という。

本発明のレーザ発振装置によれば、ビーム品質を低下させることなく、小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の概略構成を説明するための図である。 図１におけるレーザ発振装置の構成を説明するための図である。 励起用光源装置を説明するための図である。 ホルダを説明するための図（その１）である。 ホルダを説明するための図（その２）である。 ホルダを説明するための図（その３）である。 ホルダに取り付けられた板ばねを説明するための図である。 レンズがセットされた状態を説明するための図（その１）である。 レンズがセットされた状態を説明するための図（その２）である。 レンズがセットされた状態を説明するための図（その３）である。 図１０のＡ−Ａ断面図である。 調整機構を説明するための図である。 移動部材を説明するための図である。 保持部材を説明するための図（その１）である。 保持部材を説明するための図（その２）である。 ホルダが保持部材に保持されている状態を説明するための図（その１）である。 ホルダが保持部材に保持されている状態を説明するための図（その２）である。 ホルダが保持部材に保持されている状態を説明するための図（その３）である。 第２平行キーを説明するための図（その１）である。 第２平行キーを説明するための図（その２）である。 第１調整ねじの機能を説明するための図である。 保持部材の固定を説明するための図である。 調整機構の大きさを説明するための図（その１）である。 調整機構の大きさを説明するための図（その２）である。 本実施形態における励起用レーザ光の固体レーザ結晶への入射角を説明するための図である。 比較例における励起用レーザ光の固体レーザ結晶への入射角を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るレーザ加工機２０００の概略構成が示されている。

レーザ加工機２０００は、レーザ発振装置１０、光学系１００、被加工物Ｐが載置されるテーブル１５０、テーブル駆動装置１６０、操作パネル１８０及び制御装置２００などを備えている。

なお、以下では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、レーザ発振装置１０から射出されるレーザ光の進行方向を＋Ｚ方向とする。

レーザ発振装置１０は、制御装置２００の指示に基づいて、波長が５３２ｎｍのレーザ光を射出する。このレーザ発振装置１０の詳細については、後述する。

光学系１００は、レーザ発振装置１０から射出されたレーザ光を被加工物Ｐの表面近傍で集光させる。

テーブル駆動装置１６０は、制御装置２００の指示に基づいて、テーブル１５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に沿って移動させる。

操作パネル１８０は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。

制御装置２００は、操作パネル１８０からの各種設定情報に基づいて、レーザ発振装置１０及びテーブル駆動装置１６０を制御する。

ここで、レーザ発振装置１０の詳細について説明する。レーザ発振装置１０は、一例として図２に示されるように、固体レーザ結晶１１、ヒートシンク１３、波長変換素子１５、ミラー素子１７、励起用光源装置２０、調整機構５０（図２では図示省略。図１２参照）、及び不図示のハウジングなどを有している。なお、以下では、説明を分かりやすくするため、励起用光源装置２０から固体レーザ結晶１１に向かう方向をａ方向、該ａ方向及びＸ軸方向のいずれにも直交する方向をｂ方向とする。

固体レーザ結晶１１は、Ｎｄ（ネオジム）の濃度が５ａｔ％のＮｄ：ＹＶＯ_４結晶が、いわゆるｃ軸カットされた板状部材である。一例として、この板状部材は、３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍ（板厚）である。以下では、便宜上、固体レーザ結晶１１の−Ｚ側の面を「Ａ面」と表記し、＋Ｚ側の面を「Ｂ面」と表記する。

固体レーザ結晶１１のＡ面には、波長が８０８ｎｍの光に対して９８．０％以上の反射率を有し、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。

また、固体レーザ結晶１１のＢ面には、波長が８０８ｎｍの光に対して９５．０％以上の透過率を有し、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有し、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。

ヒートシンク１３は、熱伝導率の高い材料で構成され、内部に水路となる空洞を有している。熱伝導率の高い材料として、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ダイヤモンド、及びそれらを組合せたものを用いることができる。

ヒートシンク１３は、固体レーザ結晶１１の−Ｚ側に配置されている。ヒートシンク１３と固体レーザ結晶１１は、ＡｕＳｎはんだなどによって接合されている。そこで、固体レーザ結晶１１で発生した熱は、Ａ面を介してヒートシンク１３に移行することができる。なお、ヒートシンク１３と固体レーザ結晶１１との接合は、これに限定されるものではなく、要するに、固体レーザ結晶１１で発生した熱がヒートシンク１３に移行することができれば良い。

励起用光源装置２０は、波長が８０８ｎｍのレーザ光を、固体レーザ結晶１１のＢ面に向けて射出する。

励起用光源装置２０は、一例として図３に示されるように、半導体レーザ素子２１、及び励起光学系２２などを有している。

半導体レーザ素子２１は、外部から電力が供給されると、波長が８０８ｎｍのレーザ光（励起用レーザ光）を射出する。半導体レーザ素子２１の出力は４５Ｗである。ここでは、半導体レーザ素子２１としてＬＤアレイを用いている。

励起光学系２２は、半導体レーザ素子２１の＋ａ側に配置され、半導体レーザ素子２１から射出されたレーザ光を固体レーザ結晶１１のＢ面に集光する。ここでは、励起光学系２２は、第１レンズ２３と第２レンズ２４と第３レンズ２５とを有している。

図２に戻り、波長変換素子１５は、固体レーザ結晶１１の＋Ｚ側に配置され、固体レーザ結晶１１から射出されたレーザ光の波長を変換する。

この波長変換素子１５は、３ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍの四角柱状の部材であり、長手方向がＺ軸方向と一致するように配置されている。ここでは、波長変換素子１５として、ＬｉＢ_３Ｏ_５結晶、いわゆるＬＢＯ結晶が用いられている。

波長変換素子１５のＺ軸方向に関する両端面には、波長が１０６４ｎｍの光及び波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。

ミラー素子１７は、波長変換素子１５の＋Ｚ側に配置されている。ミラー素子１７の−Ｚ側の面は曲面であり、＋Ｚ側の面は平面である。ここでは、ミラー素子１７の−Ｚ側の面の曲率半径は、４００ｍｍである。

ミラー素子１７の−Ｚ側の面には、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．５％以上の反射率を有し、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。

そこで、固体レーザ結晶１１のＡ面にコーティングされている誘電体多層膜とミラー素子１７の−Ｚ側の面にコーティングされている誘電体多層膜とによって、いわゆる共振器が構成されている。このように、該共振器は、２つの反射面の間に固体レーザ結晶１１を挟んでいる。

ここでは、Ｚ軸方向に関して、固体レーザ結晶１１のＡ面とミラー素子１７の−Ｚ側の面との距離は２５０ｍｍである。すなわち、共振器の長さは２５０ｍｍである。

また、ミラー素子１７の＋Ｚ側の面には、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．５％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。

励起用光源装置２０から波長が８０８ｎｍの励起用レーザ光が射出されると、該励起用レーザ光は固体レーザ結晶１１に吸収される。そして、該吸収によって固体レーザ結晶１１は発光し、上記共振器によって波長が１０６４ｎｍのレーザ光が共振される。ここでは、共振器によって共振される波長が１０６４ｎｍのレーザ光が「共振レーザ光」である。

波長変換素子１５は、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を波長が５３２ｎｍのレーザ光に変換する。波長変換素子１５から射出された波長が５３２ｎｍのレーザ光は、ミラー素子１７を透過し、レーザ発振装置１０から外部に射出される。以下では、ミラー素子１７を透過したレーザ光を「発振レーザ光」ともいう。

励起光学系２２の３つのレンズは、いずれもホルダ３０に保持されている。このホルダ３０は、一例として図４に示されるように、金属製の枠部材であり、＋ｂ側に切り欠き部を有している。すなわち、ホルダ３０は、Ｃ字形状の部材である。ホルダ３０の一側の面が図５に示され、他側の面が図６に示されている。

レンズは板ばねを用いてホルダ３０に保持される。図７には、ホルダ３０に板ばね３１が取り付けられた状態が示されている。板ばね３１は、ホルダ３０に固定される固定部３１ａと、ねじが挿入される開口を有する中央部３１ｂと、略Ｌ字形状の先端部３１ｃから構成されている。そして、図８〜図１０には、第３レンズ２５がホルダ３０にセットされた状態が示されている。第３レンズ２５は、シリンドリカルレンズであり、板ばね３１の中央部３１ｂの開口にねじが挿入され、該ねじがホルダ３０のねじ穴にねじ込まれると、中央部３１ｂがホルダ３０に密着し、曲面が板ばね３１の先端部３１ｃによって＋ａ方向に付勢される。また、図１０のＡ−Ａ断面図が図１１に示されている。この図１１に示されるように、第３レンズ２５は、２つのいもねじ３２によって−ｂ側の面がホルダ３０に押し付けられている。

このように、第３レンズ２５は、レンズの平面（+ａ側の光学面）を基準にして固定されるが、レンズコバ部と球面側からも力が加えられており、より確実に固定されている。また、ホルダ３０の枠は、レンズの上下左右の移動を最小限に抑えている。

なお、第１レンズ２３及び第２レンズ２４も、第３レンズ２５と同様にしてホルダ３０に保持される。

ところで、レンズ（例えば、シリンドリカルレンズ）を枠状のホルダに固定する際、従来は、レンズの平面側を受け面にして、接着剤や板ばねでホルダに固定していた。しかし、接着剤で固定してしまうと、そのあとで調整が必要となったときに、接着剤をはく離しなければならず、調整が困難であった。また、板ばねで固定すると、１方向のみからの力によって保持されているため、該１方向に直交する方向へのレンズのずれを防止することができなかった。レンズがずれると、励起レーザ光のビーム特性が劣化し、発振レーザ光の出力低下を招くおそれがある。

そこで、レンズを強固に押えることが考えられるが、押圧力に比例して押えるためのメカニカルな機構は大きくなるのが通例である。また、ホルダの枠を大きくすることも考えられるが、他の光学部材と干渉しやすくなり、該干渉を避けるには大きなスペースを確保する必要があり、大型化を招く。

また、高出力のレーザ光がレンズを通過すると、レンズの材質にもよるが、少なからずレンズに熱膨張が生じる。ホルダがレンズの外周を保持する枠を有する場合、レンズの熱膨張による枠への応力負荷が懸念される。見方を変えると、枠に応力の逃げがないと、レンズ自身がその熱膨張による応力負荷を請け負うことになり、最悪の場合、レンズが破損してしまう恐れもある。そのため、ホルダには熱膨張による応力を逃がす工夫も必要であると考えられる。

本実施形態では、各レンズは、互いに直交する２方向からの力によってホルダ３０に保持されるため、レンズがずれるおそれはない。また、接着剤を使用していないため、ホルダ３０に保持したあとでレンズの調整が必要となっても、容易に調整を行うことができる。また、ホルダ３０が切り欠き部を有しているため、レンズに熱膨張が生じても、応力は緩和され、レンズの破損を防止することができる。さらに、該切り欠き部が共振レーザ光の光路側となるようにホルダ３０を取り付けることにより、切り欠き部を共振レーザ光が通過することが可能となり、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角を小さくすることができる。その結果、発振レーザ光の高出力化及びレーザ発振装置の小型化を図ることができる。

なお、特許文献３に開示されている光学部材用ホルダは、光学部材の位置決めをピンで行っており、本実施形態のホルダ３０とは異なるものである。また、光学部材の上下方向と光軸方向への規制は板バネでされているが、左右方向への規制はピンとの当たり具合によるため、本実施形態のホルダ３０とは異なるものである。

次に、調整機構５０について説明する。調整機構５０は、一例として図１２に示されるように、保持部材５１、移動部材５２、第１調整ねじ５３、第２調整ねじ５４、調整ねじホルダ５５、第１平行キー５６、第２平行キー５７（図１２では不図示。図１９及び図２０参照）、ベース部材５８などを有している。

ベース部材５８は、Ｘ軸方向に直交するベース面を有するブロック状の金属製部材である。ここでは、ベース部材５８における＋Ｘ側の面がベース面である。このベース部材５８は、上記ハウジングに取り付けられる。

移動部材５２は金属製部材であり、ベース部材５８のベース面上に載置されている。この移動部材５２の−ａ側端部には、図１３に示されるように、第１調整ねじ５３が保持される保持部５２ａを有している。

第１平行キー５６は、ｂ方向を長手方向とする平行キーであり、ベース部材５８と移動部材５２との間に配置されている。ベース部材５８及び移動部材５２には、それぞれ第１平行キー５６のキー溝が形成されている。この第１平行キー５６は、移動部材５２の±ａ方向への移動を阻止する機能と、移動部材５２の±ｂ方向への移動を案内（ガイド）する機能とを有している。

調整ねじホルダ５５は、移動部材５２の−ｂ側であって、ベース部材５８のベース面上に固定されている。この調整ねじホルダ５５には、第２調整ねじ５４が保持される。

保持部材５１は、図１４及び図１５に示されるように、ｂ方向に直交する保持面を有する金属製部材であり、移動部材５２の＋Ｘ側の面上に載置されている。ここでは、保持部材５１における＋ｂ側の面が保持面である。この保持部材５１には、ｂ方向に貫通する複数のねじ穴が形成されている。各ねじ穴には−ｂ側からねじが挿入される。

上記保持面の−ａ側には、半導体レーザ素子２１が光源ホルダを介してねじ止めされる。また、保持面の＋ａ側には、Ｘ軸方向に延びる３本の溝（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）がａ方向に関して隣接して形成されている。ここでは、溝５１ｂは、溝５１ａの＋ａ側に設けられ、溝５１ｃは、溝５１ｂの＋ａ側に設けられている。

溝５１ａには、第１レンズ２３が保持されたホルダ３０がねじ止めされ、溝５１ｂには、第２レンズ２４が保持されたホルダ３０がねじ止めされ、溝５１ｃには、第３レンズ２５が保持されたホルダ３０がねじ止めされる。すなわち、各ホルダ３０は、いわゆる嵌め合いの手法で固定される。このように、保持部材５１は、半導体レーザ素子２１と３つのホルダ３０を保持する。図１６〜図１８には、３つのホルダ３０が保持部材５１に保持されている状態が示されている。

また、保持部材５１は、＋ａ側端部近傍に−ｂ方向に延びる延設部５１ｄを有している。この延設部５１ｄには、Ｘ軸方向に延びる複数（ここでは、２つ）の貫通孔が設けられている。

第２平行キー５７は、一例として図１９及び図２０に示されるように、ａ方向を長手方向とする平行キーであり、保持部材５１と移動部材５２との間に配置されている。保持部材５１及び移動部材５２には、それぞれ第２平行キー５７のキー溝が形成されている。この第２平行キー５７は、±ｂ方向に関して保持部材５１を移動部材５２の移動に連動させる機能と、±ａ方向に関して保持部材５１のみを移動させる機能とを有している。

保持部材５１の−ａ側の面（側面）には、＋ａ方向に向かってねじ穴が形成されている（図２１参照）。そして、該ねじ穴に第１調整ねじ５３の先端部分がねじ込まれる。そこで、例えば、第１調整ねじ５３を時計回りに回転させると、保持部材５１のみが＋ａ方向に沿って移動し、第１調整ねじ５３を反時計回りに回転させると、保持部材５１のみが−ａ方向に沿って移動する。すなわち、第１調整ねじ５３によって、保持部材５１のみが±ａ方向に沿って移動する。

移動部材５２の−ｂ側の面（側面）には、＋ｂ方向に向かってねじ穴が形成されている。そして、該ねじ穴に第２調整ねじ５４の先端部分がねじ込まれる。そこで、例えば、第２調整ねじ５４を時計回りに回転させると、移動部材５２が保持部材５１とともに＋ｂ方向に沿って移動し、第２調整ねじ５４を反時計回りに回転させると、移動部材５２が保持部材５１とともに−ｂ方向に沿って移動する。すなわち、第２調整ねじ５４によって、移動部材５２が保持部材５１とともに±ｂ方向に沿って移動する。

ここでは、各調整ねじとして、Ｍ３細目ねじを用いている。このＭ３細目ねじは、１回転させたときの移動量が０．３５ｍｍである。ところで、一般的なマイクロメータでは、つまみを１回転させたときの移動量は０．５ｍｍである。すなわち、調整機構５０は、一般的なマイクロメータを利用した調整機構よりも高い精度で調整が可能である。なお、つまみを１回転させたときの移動量が０．５ｍｍよりも小さいマイクロメータもあるが、該マイクロメータを利用すると高価格化及び大型化を招く。

このように、調整機構５０は、励起用光源装置２０を±ａ方向及び±ｂ方向に沿って微小移動させることができる。ここでは、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角が最も小さくなるように、かつ所望のビーム品質の励起用レーザ光が固体レーザ結晶１１のＢ面に照射されるように、励起用光源装置２０の位置調整が行われる。

励起用光源装置２０の位置調整が完了すると、厚さ１ｍｍ程度の金属板を用いて、該金属板とベース部材５８のベース面によって保持部材５１の延設部５１ｄをいわゆる抱き締める（図２２参照）。

調整機構５０の大きさは、一例として、図２３における符号Ｄ１１が９０ｍｍ、Ｄ１２が２２．５５ｍｍ、Ｄ１３が３７．５５ｍｍ、Ｄ１４が２７．５ｍｍ、Ｄ１５が３４ｍｍであり、図２４における符号Ｄ１６が２２ｍｍである。

本実施形態では、励起光学系２２の３つのレンズは、個別にホルダ３０に保持されて、保持部材５１に取り付けられている。この場合、例えば３つのレンズのいずれかが汚れると、その汚れたレンズを保持しているホルダ３０のみを保持部材５１から取り外し、取り外されたホルダ３０に保持されている汚れたレンズを清浄なレンズに交換した後、再度該ホルダ３０を保持部材５１に取り付けることができる。仮に３つのレンズが鏡筒タイプのホルダで保持されていれば、３つのレンズをばらばらにしないとレンズ交換はできない。すなわち、調整機構５０は、メンテナンス性を向上させることができる。また、この場合、３つのレンズを個別に調整することができる。調整が必要なレンズがあれば、例えば、該レンズを保持しているホルダ３０の保持部材５１における嵌め合い部分にシムプレート等を挟むことで対応可能である。

また、第１調整ねじ５３は、励起用レーザ光の進行方向と反対側の端部に設けられている。この場合は、第１調整ねじ５３が励起用レーザ光の進行方向側の端部に設けられている場合よりも、作業性を向上させることができる。

また、第２調整ねじ５４は、共振器における共振レーザ光の光路側と反対側に設けられている。この場合は、調整機構５０が他の光学部材と干渉しにくくなり、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角を更に小さくすることができる。

なお、特許文献４に開示されている角度調整機構は、調整ねじを利用して２軸方向の調整を行っている。しかし、この角度調整機構では、調整ねじの調整機能は一方向（押し込み方向）のみであり、戻す方向へは板ばねで付勢している。一方、本実施形態の調整機構５０では、各調整ねじの調整機能は二方向（押し込み方向と戻す方向）である。

ところで、部材の位置を調整するための調整機構としては従来、マイクロメータやネジ類を使用したものが多かった。しかし、これらは、いわゆる片押しの調整機構になるため、バネ等で一定の力を反対側から部材に加えていなければ、部材は押したまま戻ってこなくなり、位置調整の効率としては悪い。

また、配置スペースに制約がある場合、マイクロメータ自身の大きさや、バネ等の他部材によって調整機構が大きくなり、目標とする配置スペースに収まらない可能性もある。レーザ発振装置では、要求される各部材の位置精度が非常に高いため、マイクロメータ等の機構を設けるのが好ましいが、小型のレーザ機器を設計する際、調整機構の大きさがネックとなる。

本実施形態の調整機構５０は、低コストで、簡素かつコンパクトな構造でありながら、２軸方向に関する位置調整を精度良く行うことができる。

本実施形態では、共振レーザ光がホルダ３０の切り欠き部を通過可能であるため、図２５に示されるように、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角θ１を２３°とすることができる。なお、ホルダ３０に代えて、切り欠き部がないホルダを用いた場合には、図２６に示されるように、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角θ２は３５°よりも小さくすることができない。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るレーザ加工機２０００では、テーブル駆動装置１６０と制御装置２００とによって、本発明のレーザ加工機における駆動機構が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ発振装置１０は、固体レーザ結晶１１、ヒートシンク１３、波長変換素子１５、ミラー素子１７、励起用光源装置２０、調整機構５０などを有している。

励起用光源装置２０は、半導体レーザ素子２１及び３つのレンズを有している。３つのレンズは、いずれもホルダ３０に保持されている。このホルダ３０は、金属製のＣ字形状の枠部材であり、共振レーザ光の光路側に切り欠き部を有している。そして、各レンズは、互いに直交する２方向からの力によってホルダ３０に保持されている。

この場合、ホルダ３０の切り欠き部を共振レーザ光が通過することが可能となり、励起用レーザ光の固体レーザ結晶１１への入射角を小さくすることができる。また、レンズに熱膨張が生じても、応力は緩和され、レンズの破損を防止することができる。さらに、接着剤を使用していないため、ホルダ３０に保持したあとでレンズの調整が必要となっても、容易に調整を行うことができる。その結果、発振レーザ光の高出力化及びレーザ発振装置の小型化を図ることができる。

調整機構５０は、保持部材５１、移動部材５２、第１調整ねじ５３、第２調整ねじ５４、調整ねじホルダ５５、第１平行キー５６、第２平行キー５７、及びベース部材５８などを有している。そして、第１調整ねじ５３を回すことによって励起用光源装置２０を±ａ方向に移動させ、第２調整ねじ５４を回すことによって励起用光源装置２０を±ｂ方向に移動させることができる。この調整機構５０は、低コストで、簡素かつコンパクトな構造でありながら、２軸方向に関する励起用光源装置２０の位置調整を精度良く行うことができる。

そこで、レーザ発振装置１０によると、ビーム品質を低下させることなく、小型化を図ることができる。

そして、レーザ加工機２０００は、レーザ発振装置１０を備えているため、その結果として、加工効率を低下させることなく、小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ホルダ３０がＣ字形状の部材である場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、共振レーザ光の光路側に切り欠き部を有していれば良い。

また、上記実施形態では、調整機構５０が、保持部材５１、移動部材５２、第１調整ねじ５３、第２調整ねじ５４、調整ねじホルダ５５、第１平行キー５６、第２平行キー５７、及びベース部材５８などから構成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、励起用光源装置２０を±ａ方向及び±ｂ方向に移動させることができれば良い。

また、上記実施形態では、励起光学系の３つのレンズがいずれもホルダ３０で保持されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。少なくとも、第３レンズ２５がホルダ３０で保持されていれば良い。

また、上記実施形態では、レーザ発振装置の励起光学系が３つのレンズで構成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、半導体レーザ素子からの励起用レーザ光を固体レーザ結晶に集光できれば良い。

また、上記実施形態では、発振レーザ光の波長が５３２ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、レーザ加工機が１つのレーザ発振装置を有している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、レーザ加工機が複数のレーザ発振装置を有しても良い。

また、上記実施形態では、レーザ光の照射位置を固定し、被加工物を移動させながら加工を行うレーザ加工機について説明したが、これに限定されるものではなく、被加工物を固定し、レーザ光の照射位置を移動させながら加工を行うレーザ加工機であっても良い。

また、レーザ発振装置１０は、レーザ加工機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。この場合であっても、装置の小型化を図ることができる。

１０…レーザ発振装置、１１…固体レーザ結晶、１３…ヒートシンク、１５…波長変換素子、１７…ミラー素子（共振器の一部）、２０…励起用光源装置、２１…半導体レーザ素子、２２…励起光学系（光学系）、２３…第１レンズ、２４…第２レンズ、２５…第３レンズ、３０…ホルダ、５０…調整機構、５１…保持部材、５１ａ…溝、５１ｂ…溝、５１ｃ…溝、５１ｄ…延設部、５２…移動部材、５３…第１調整ねじ（第１の調整部）、５４…第２調整ねじ（第２の調整部）、５５…調整ねじホルダ、５６…第１平行キー、５７…第２平行キー、５８…ベース部材、１００…光学系、１５０…テーブル、１６０…テーブル駆動装置、１８０…操作パネル、２００…制御装置、２０００…レーザ加工機、Ｐ…被加工物。

特開平１１−１７７１６７号公報 特開２００６−１６５２９２号公報 特開２００１−２８１５１２号公報 特開２０１２−１７３３４２号公報

Claims (10)

1. 固体レーザ結晶と、
   ２つの反射面の間に前記固体レーザ結晶を挟む共振器と、
   前記固体レーザ結晶の励起用レーザ光を射出する半導体レーザと、
   前記半導体レーザからの前記励起用レーザ光を集光する光学系と、
   前記光学系の一の光学素子を保持するホルダとを備え、
   前記光学系は、前記固体レーザ結晶における共振レーザ光が通過する面に前記励起用レーザ光を斜入射させ、
   前記ホルダは、前記共振レーザ光が通過可能である切り欠き部を有するレーザ発振装置。
2. 前記ホルダは、Ｃ字形状の部材であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
3. 前記光学系は、複数の光学素子を含み、
   前記複数の光学素子のなかで前記一の光学素子は、前記固体レーザ結晶に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ発振装置。
4. 前記半導体レーザ及び前記ホルダを保持する保持部材を備え、
   前記光学系は、複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子はそれぞれ前記ホルダに保持され、該複数のホルダは、それぞれ個別に前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ発振装置。
5. 前記半導体レーザ及び前記ホルダを保持する保持部材と、
   前記保持部材を、互いに直交する２軸方向に移動させるための調整機構とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ発振装置。
6. 前記互いに直交する２軸方向は、前記励起用レーザ光の光路に平行な第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ発振装置。
7. 前記調整機構は、前記保持部材を前記第１の方向に沿って移動させるための第１の調整部を有し、
   該第１の調整部は、前記励起用レーザ光の進行方向と反対側の端部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ発振装置。
8. 前記調整機構は、前記保持部材を前記第２の方向に沿って移動させるための第２の調整部を有し、
   該第２の調整部は、前記共振器における共振レーザ光の光路と反対側に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ発振装置。
9. 前記調整機構は、前記保持部材とともに前記第２の方向に沿って移動可能な移動部材を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のレーザ発振装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ発振装置と、
    被加工物が載置されるテーブルと、
    前記テーブルを少なくとも互いに直交する２軸方向に移動させる駆動機構と、
    前記レーザ発振装置からのレーザ光を集光するとともに、前記テーブル上の前記被加工物に照射する光学系とを備えるレーザ加工機。