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JPWO2009063670A1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

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Abstract

レーザ加工装置１は、レーザ光源１０、空間光変調器２０、制御部２２、集光光学系３０および遮蔽部材４０を備える。位相変調型の空間光変調器２０は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。制御部２２は、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に呈示させ、空間光変調器２０から出力されたレーザ光を、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を加工領域９１に選択的に配置させて、加工対象物９０を加工する。

Description

本発明は、加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置および方法に関するものである。
レーザ光源から出力されたレーザ光を集光光学系により集光して加工対象物に照射することにより該加工対象物を加工することができる。単にレンズを用いてレーザ光を集光するだけであれば、レーザ光を１つの集光位置に走査することで、加工対象物を所望の形状に加工することができる。しかし、この場合には加工に要する時間が長い。
加工時間の短縮化を図るための最も簡便な手法は、複数の集光位置にレーザ光を同時に集光照射して多点同時加工を行うことである。例えば、複数のレーザ光源を用いて、各レーザ光源から出力されたレーザ光をレンズにより集光すれば、多点同時加工を行うことができる。しかし、この場合には、複数のレーザ光源を用いることから、コストが高く、設置領域や光学系が複雑なものとなる。
このような問題を解消することを意図した発明が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された発明では、位相変調型の空間光変調器にホログラムを呈示させて、１つレーザ光源から出力されたレーザ光を空間光変調器により位相変調し、その位相変調されたレーザ光を集光光学系により複数の位置に同時に集光照射する。空間光変調器に呈示されるホログラムは、集光光学系により複数の集光位置にレーザ光が集光されるような位相変調分布を有する。
特許第２７２３７９８号公報
ところで、特許文献１に開示された発明では、複数の集光位置それぞれに照射されるレーザ光のエネルギーが均一であることが望ましい。この場合、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーは、凡そ集光位置の個数に反比例する。例えば、集光位置が１個である場合と比べて、集光位置が２個である場合には、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーは２分の１になる。
一方、フェムト秒レーザ光を用いてアブレーションにより金属表面の加工を行う場合には、レーザ光強度によりアブレーション率が異なることが知られている。つまり、特許文献１に開示された発明では、集光位置の個数が変動することにより、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーが変動して、各集光位置における加工の程度が変動することになる。
このような問題点を解消するために、集光位置の個数に応じて所要の減衰率のＮＤ（NeutralDensity）フィルタを挿入することで、集光位置の個数によらず各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーを一定に維持することが考えられる。しかしながら、集光位置の個数が変化する度にＮＤフィルタを取り替えることは、著しく効率を低下させることになる。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ホログラムが呈示される位相変調型の空間光変調器を用いて複数の集光位置または一定面積を有する集光領域に同時にレーザ光を照射して加工対象物の加工領域を加工するものであって、加工領域におけるレーザ光の集光位置の個数または集光領域の面積が変動しても、各集光位置または集光領域に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することが容易にできる装置および方法を提供することを目的とする。
本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3)空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、(4) 空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備える。さらに、制御部が、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を集光光学系により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、Ｍ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を加工領域に選択的に配置させて、加工対象物を加工することを特徴とする。ただし、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは１以上Ｍ以下の整数である。
本発明では、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光が集光光学系に入力された場合に、該レーザ光が集光光学系により一定数であるＭ個の集光位置に集光されるが、そのＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域に選択的に配置される。しかし、後述するように、集光光学系と加工対象物との間に設けられる遮蔽部材、または、空間光変調器と集光光学系との間に設けられる４ｆ光学系とともに用いられる遮蔽部材もしくはミラーにより、残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工領域には配置されない。
本発明に係るレーザ加工装置は、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に備えるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、個数Ｍが、加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌと等しいのが好適である。ただし、Ｌは整数である。
本発明に係るレーザ加工装置において、個数Ｍが、加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌより大きく、制御部は、Ｍ個の集光位置のうち最大値Ｌ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｌ)個の集光位置が常に加工領域に配置されないよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。ただし、Ｌは整数である。
本発明に係るレーザ加工装置において、制御部は、(Ｍ−Ｎ)個の集光位置または(Ｍ−Ｌ)個の集光位置に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置は、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に備え、この遮蔽部材が、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽するのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置は、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に備え、このミラーが、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を反射させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置は、制御部が、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域の外部の領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、外部の領域は、加工対象物の上部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、外部の領域は、加工対象物の側部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、加工対象物には、レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、制御部は、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を非影響領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に備え、制御部が、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部により加工対象物を相対的に移動させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3)空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、(4) 空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を用いる。さらに、制御部により、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を集光光学系により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、Ｍ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を加工領域に選択的に配置させて、加工対象物を加工することを特徴とする。ただし、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは１以上Ｍ以下の整数である。
本発明に係るレーザ加工方法は、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に用いるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、個数Ｍが、加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌと等しいのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、個数Ｍが、加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌより大きく、制御部は、Ｍ個の集光位置のうち最大値Ｌ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｌ)個の集光位置が常に加工領域に配置されないよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、制御部は、(Ｍ−Ｎ)個の集光位置または(Ｍ−Ｌ)個の集光位置に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法は、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に用いて、この遮蔽部材により、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽するのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法は、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に用いて、このミラーにより、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域に配置させないよう、レーザ光を反射させるのが好適である。
これら４ｆ光学系においてフェムト秒レーザなどの高ピークパワーのレーザを用いる場合には、エアブレークダウンを防ぐために真空状態にするのが好ましい。
本発明に係るレーザ加工方法は、制御部により、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域の外部の領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、外部の領域は、加工対象物の上部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、外部の領域は、加工対象物の側部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、加工対象物には、レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、制御部は、集光光学系によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を非影響領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に用いて、制御部により、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部により加工対象物を相対的に移動させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、(1)レーザ光を出力するレーザ光源と、(２)レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(３)空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、(４)空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備える。さらに、制御部が、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を集光光学系により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光させ、面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を加工領域に選択的に配置させて、加工対象物を加工する、ことを特徴とする。ただし、Ｘは正数であり、ＹはＸ以下の正数である。
本発明では、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光が集光光学系に入力された場合に、該レーザ光が集光光学系により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光されるが、その面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域が加工領域に選択的に配置される。しかし、後述するように、集光光学系と加工対象物との間に設けられる遮蔽部材、または、空間光変調器と集光光学系との間に設けられる４ｆ光学系とともに用いられる遮蔽部材もしくはミラーにより、残りの面積（ＸーＹ）の集光領域は加工領域には配置されない。
本発明に係るレーザ加工装置において、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に備えるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、面積Ｘが、加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚと等しいのが好適である。ただし、Ｚは正数である。
本発明に係るレーザ加工装置において、面積Ｘが、加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚより大きく、制御部は、面積Ｘの集光領域のうち最大面積Ｚの集光領域を除く面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域が常に加工領域に配置されないよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。ただし、Ｚは正数である。
本発明に係るレーザ加工装置において、制御部は、面積（ＸーＹ）の集光領域または面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に備え、この遮蔽部材が、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽するのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に備え、このミラーが、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を反射させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、制御部が、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域の外部の領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、外部の領域は、加工対象物の上部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、外部の領域は、加工対象物の側部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、加工対象物には、レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、制御部は、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を非影響領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置において、加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に備え、制御部が、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部により加工対象物を相対的に移動させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、(1)レーザ光を出力するレーザ光源と、(２)レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(３)空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、(４)空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を用いる。さらに、制御部により、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器から出力されたレーザ光を集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を集光光学系により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光させ、面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を加工領域に選択的に配置させて、加工対象物を加工することを特徴とする。ただし、Ｘは正数であり、ＹはＸ以下の正数である。
本発明に係るレーザ加工方法において、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に用いるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、面積Ｘが、加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚと等しいのが好適である。ただし、Ｚは正数である。
本発明に係るレーザ加工方法において、面積Ｘが、加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚより大きく、制御部により、面積Ｘの集光領域のうち最大面積Ｚの集光領域を除く面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域が常に加工領域に配置されないよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。ただし、Ｚは正数である。
本発明に係るレーザ加工方法において、制御部により、面積（ＸーＹ）の集光領域または面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に用いて、この遮蔽部材により、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を遮蔽するのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、空間光変調器と集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に用いて、このミラーにより、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域に配置させないよう、レーザ光を反射させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、制御部により、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を加工領域の外部の領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、外部の領域は、加工対象物の上部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、外部の領域は、加工対象物の側部の空間であるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、加工対象物には、レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、制御部により、集光光学系による面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を非影響領域に配置させるよう、ホログラムを空間光変調器に呈示させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工方法において、加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に用いて、制御部により、空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部により加工対象物を相対的に移動させるのが好適である。
本発明に係るレーザ加工装置またはレーザ加工方法は、ホログラムが呈示される位相変調型の空間光変調器を用いて複数の集光位置または一定面積を有する集光領域に同時にレーザ光を照射して加工対象物の加工領域を加工することができ、また、加工領域におけるレーザ光の集光位置の個数が変動しても、あるいは加工領域におけるレーザ光の集光領域の面積が変動しても、各集光位置または集光領域に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することが容易にできる。
第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第１の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第２の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第３の態様を説明する図である。 第１実施形態の説明における比較例のレーザ加工方法を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第２態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第３態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第４態様を説明する図である。 第１実施形態におけるホログラム作成方法のフローチャートである。 第１実施形態におけるホログラム修正方法のフローチャートである。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１および第１実施形態に係るレーザ加工方法における集光光学系３０，遮蔽部材４０，加工対象物９０および集光位置の間の関係を示す図である。 第２実施形態に係るレーザ加工装置２の構成を示す図である。 第３実施形態に係るレーザ加工装置３の構成を示す図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。 第５実施形態に係るレーザ加工装置５の構成を示す図である。 第５実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。 実施例１における加工領域９１および遮蔽領域９２それぞれでのレーザ光集光位置の配置を示す図である。 実施例１の説明において、比較例における各集光位置でのレーザ光強度を纏めた図表である。 実施例１における各集光位置でのレーザ光強度を纏めた図表である。 Ｙ分岐光導波路の平面図である。 実施例３の説明において、比較例のＹ分岐光導波路の形成方法を説明する図である。 実施例３のＹ分岐光導波路の形成方法を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様の別態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様の別態様を説明する図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。 第４実施形態の別態様に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。 第４実施形態の別態様に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。 第６実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。 実施例２における加工領域９１および遮蔽領域９２それぞれでのレーザ光集光位置の配置を示す図である。 実施例２における各集光位置でのレーザ光強度を纏めた図表である。
符号の説明
１〜５…レーザ加工装置、１０…レーザ光源、１１…スペイシャルフィルタ、１２…コリメートレンズ、１３，１４…ミラー、２０…空間光変調器、２１…駆動部、２２…制御部、３０…集光光学系、４０…遮蔽部材、５０…４ｆ光学系、５１，５２…レンズ、５３…遮蔽部材、５４…ミラー、５５…ダンパ、６０…移動部、９０…加工対象物、９１…加工領域。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
［レーザ加工装置１の構成］
先ず、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。この図に示されるレーザ加工装置１は、加工対象物９０における加工領域９１に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工する装置であって、レーザ光源１０、スペイシャルフィルタ１１、コリメートレンズ１２、ミラー１３、ミラー１４、空間光変調器２０、駆動部２１、制御部２２、集光光学系３０および遮蔽部材４０を備える。
レーザ光源１０は、加工対象物９０の加工領域９１に照射されるべきレーザ光を出力するものであり、好適にはフェムト秒レーザ光源やＮｄ:ＹＡＧレーザ光源などのパルスレーザ光源である。このレーザ光源１０から出力されたレーザ光は、スペイシャルフィルタ１１を経た後、コリメートレンズ１２によりコリメートされ、ミラー１３およびミラー１４により反射されて、空間光変調器２０に入力される。
空間光変調器２０は、位相変調型のものであって、レーザ光源１０から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。この空間光変調器２０において呈示される位相ホログラムは、数値計算により求められたホログラム（ＣＧＨ: Computer Generated Hologram）であるのが好ましい。
この空間光変調器２０は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。反射型の空間光変調器２０としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型および光アドレス型の何れであってもよい。また、透過型の空間光変調器２０としてはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であってもよい。図１では、空間光変調器２０として反射型のものが示されている。
駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定するものであり、その画素毎の位相変調量設定のための信号を空間光変調器２０に与える。駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定することで、空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。
集光光学系３０は、空間光変調器２０の後段に設けられていて、空間光変調器２０において画素毎に位相変調されて出力されたレーザ光を入力する。特に、この集光光学系３０は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光をフーリエ変換するレンズを含む。そのフーリエ変換像は、フーリエ変換レンズの後焦点面に形成される。
制御部２２は、例えばコンピュータで構成され、駆動部２１の動作を制御することで、駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる。このとき、制御部２２は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光を集光光学系３０により複数個の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器２０に呈示させる。
特に、本実施形態では、制御部２２は、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に呈示させる。そして、制御部２２は、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光を、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を加工領域９１に選択的に配置させて、加工対象物９０を加工する。ただし、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは１以上Ｍ以下の整数である。上記Ｎ個の集光位置が配置される加工領域９１は、加工対象物９０の表面だけでなく加工対象物９０の内部も含まれる。
遮蔽部材４０は、集光光学系３０による上記Ｍ個の集光位置のうち上記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工対象物９０に配置させないようレーザ光を遮蔽するものである。
図２〜図４それぞれは、第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる態様を説明する図である。
図２に示される第１の態様では、制御部２２は、中央処理部２２１，通信部２２２および記憶部２２３を含む。中央処理部２２１は、空間光変調器２０に呈示させるべき複数のホログラムＣＧＨ１〜ＣＧＨ３のデータを予め作成して、これを記憶部２２３に記憶させておく。空間光変調器２０にホログラムを呈示させるときには、中央処理部２２１は、記憶部２２３からホログラムのデータを読み出して、その読み出したホログラムのデータを通信部２２２へ送り、通信部２２２は、そのホログラムのデータを駆動部２１の処理部２１１へ送る。そして、駆動部２１の処理部２１１は、制御部２２から受け取ったホログラムのデータを空間光変調器２０へ送り、空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。
図３に示される第２の態様では、駆動部２１の記憶部２１３が、空間光変調器２０に呈示させるべき複数のホログラムＣＧＨ１〜ＣＧＨ３のデータを予め記憶しておく。空間光変調器２０にホログラムを呈示させるときには、制御部２２は、駆動部２１に対して、記憶部２１３に記憶されているホログラムのデータを指定し、その指定したホログラムのデータを空間光変調器２０へ送らせて、空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。
図４に示される第３の態様では、制御部２２に含まれる記憶部２２３は、集光光学系３０によりレーザ光が集光されるときの集光位置の所望パターン１〜３のデータを予め記憶しておく。空間光変調器２０にホログラムを呈示させるときには、中央処理部２２１は、記憶部２２３から所望パターンのデータを読み出して、その読み出した所望パターンを再生し得るホログラムを作成し、そのホログラムのデータを通信部２２２へ送り、通信部２２２は、そのホログラムのデータを駆動部２１の処理部２１１へ送る。そして、駆動部２１の処理部２１１は、制御部２２から受け取ったホログラムのデータを空間光変調器２０へ送り、空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。
図２〜図４に示された何れの態様においても、集光位置の所望パターンからホログラムを作成するに際して、フーリエ変換型およびフレネルゾーンプレート型の何れの手法によりホログラムを作成してもよい。フーリエ変換型はＧＳ法などのアルゴリズムによりホログラムを作成することができ、フレネルゾーンプレート型はＯＲＡ（optimal-rotation-angle）法などのアルゴリズムによりホログラムを作成することができる。
なお、ＧＳ法については文献「R. W. Gerchberg and W. O.Saxton, "A practical algorithm for the determination of phase from imageand diffraction plane pictures", Optik, Vol.35, pp.237-246 (1972).」に記載されている。また、ＯＲＡ法については文献「Jorgen Bengtsson, "Kinoform design with anoptimal-rotation-angle method", Applied Optics, Vol.33, No.29,pp.6879-6884 (1994).」に記載されている。
［レーザ加工方法］
次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の動作および第１実施形態に係るレーザ加工方法について、比較例と対比しつつ説明する。ここでは、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ"のアルファベット３文字を多点表示するように加工対象物９０の加工領域９１にレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工するものとする。
［レーザ加工方法、比較例］
図５は、比較例のレーザ加工方法を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて丸印はレーザ光集光位置を示している。同図（ａ）は、文字"Ｈ" を加工するためレーザ光が１２点の集光位置に照射される様子を示している。同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するためレーザ光が１１点の集光位置に照射される様子を示している。また、同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するためレーザ光が１０点の集光位置に照射される様子を示している。
この比較例では、最初に "Ｈ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に呈示され、次に "Ｐ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に呈示され、最後に "Ｋ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に呈示される。このように、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合には、文字によってレーザ光集光位置の個数が異なるので、文字によって各集光位置のレーザ光照射エネルギーが異なり、それ故、文字によって加工ムラが生じてしまう。
これに対して、本実施形態では、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光され、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて、加工対象物９０が加工される。遮蔽部材４０により、残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工対象物９０に配置されない。
［レーザ加工方法、第１態様］
図６は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様を説明する図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１２点の集光位置に照射される様子を示している。同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１１点の集光位置に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の１点の集光位置に照射される様子を示している。また、同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１０点の集光位置に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の２点の集光位置に照射される様子を示している。
すなわち、この第１態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数である１２個（Ｍ個）の集光位置に集光される。そして、"Ｈ" の文字を加工する際には、１２個（Ｍ個）の集光位置の全てが加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ａ））。"Ｐ" の文字を加工する際には、１２個（Ｍ個）の集光位置のうち１１個（Ｎ個）の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ｂ））。また、"Ｋ" の文字を加工する際には、１２個（Ｍ個）の集光位置のうち１０個（Ｎ個）の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ｃ））。なお、図６において、加工対象物９０の文字"Ｈ"の部分（文字"Ｈ"，"Ｐ"，"Ｋ"のうち加工のために必要な集光位置の個数が最も多い部分であり、特許請求の範囲における「所定部分」に相当する。）を加工するための集光位置の個数の最大値Ｌは１２個であり、これは、レーザ光の集光位置の合計個数Ｍと等しい。ただし、Ｌは整数である。
このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合であっても、文字によらずレーザ光集光位置の個数が１２個と一定であるので、文字によらず各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
［レーザ加工方法、第１態様の別態様］
図２４は、上述した第１態様の別態様を説明する図である。図６を参照しながら説明した第１態様と比べると、図２４（ｃ）においては、文字"Ｋ"を加工するためのレーザ光が加工領域９１内の１０点の集光位置に照射されることまでは同じであるが、遮蔽部材４０上においてはレーザ光が１点の集光位置のみに照射される点で相違する。ただし、遮蔽部材４０上の１点の集光位置に照射されるレーザ光の強度が異なっており、例えば図２４（ｃ）の遮蔽部材４０上の１点の集光位置に照射されるレーザ光の強度は図６（ｃ）の遮蔽部材４０上の２点の集光位置にそれぞれ照射されるレーザ光の強度の約２倍である。つまり、遮蔽部材４０上の集光位置に照射されるレーザ光の強度が可変である。なお、図２４（後述する図２５も同様）では、説明の便宜のため、レーザ光の強度の違いを白丸印の大きさに比例して表現している。このような強度の異なるCGHは、例えばGS法では、ターゲットパターンの振幅に差をつけることにより作成することができる。
遮蔽部材４０上に照射するレーザ光の強度を強くすることに限らず、図２５（ｃ）に示すように遮蔽部材４０上に照射するレーザ光の強度を低くしてもよい。これは、例えば、レーザ光の強度が強いことにより、遮蔽部材４０自体が加工されてしまうことを防止するために行われる。なお、図２５は第１態様の別態様を説明する図であって、図６の第１態様と比べると、図２５（ｃ）において、レーザ光が遮蔽部材４０上の４点の集光位置に照射される点で相違する。ただし、図２５（ｃ）において遮蔽部材４０上の４点の集光位置にそれぞれ照射されるレーザ光の強度は、図６（ｃ）の遮蔽部材４０上の２点の集光位置にそれぞれ照射されるレーザ光の強度の約０．５倍であり、この強度は遮蔽部材４０が加工される閾値より低いものである。
［レーザ加工方法、第２態様］
図７は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第２態様を説明する図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１２点の集光位置に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の３点の集光位置に照射される様子を示している。同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１１点の集光位置に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の４点の集光位置に照射される様子を示している。また、同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の１０点の集光位置に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の５点の集光位置に照射される様子を示している。
すなわち、この第２態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数である１５個（Ｍ個）の集光位置に集光される。そして、"Ｈ" の文字を加工する際には、１５個（Ｍ個）の集光位置のうち１２個（Ｎ個）の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ａ））。"Ｐ" の文字を加工する際には、１５個（Ｍ個）の集光位置のうち１１個（Ｎ個）の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ｂ））。また、"Ｋ" の文字を加工する際には、１５個（Ｍ個）の集光位置のうち１０個（Ｎ個）の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ｃ））。
このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合であっても、文字によらずレーザ光集光位置の個数が１５個と一定であるので、文字によらず各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
なお、図６に示されたレーザ加工方法の第１態様では、集光光学系３０による集光位置の個数（Ｍ）は、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ"それぞれの文字を加工する上で必要な集光位置の個数の最大値である１２（Ｌ）とされた。つまり、Ｍ＝Ｌであった。これに対して、図７に示されたレーザ加工方法の第２態様では、集光光学系３０による集光位置の個数（Ｍ）は、上記最大数１２（Ｌ）より大きい１５とされた。つまり、Ｍ＞Ｌである。そして、第２態様では、Ｍ個（１５個）の集光位置のうち最大値Ｌ個（１２個）の集光位置を除く３個の集光位置が常に加工領域９１に配置されないよう、つまり遮蔽部材４０上に配置されるよう、制御部２２がホログラムを空間光変調器２２に呈示させる。後者の第２態様は、レーザ光源１０から出力されるレーザ光の強度が大きい場合、各ホログラムによる集光位置の個数Ｍ（すなわち、各集光位置でのレーザ光照射エネルギーの大きさ）を適切に設定することができるので、好適である。何れの態様においても、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ"それぞれの文字を加工する際に、文字によらずレーザ光集光位置の個数が一定であるので、文字によらず各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となる。
［レーザ加工方法、第３態様］
図８は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第３態様を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、白丸印はレーザ光集光位置を示し、黒丸印は既に加工された位置を示している。ここでは、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" のアルファベット３文字を多点表示するように加工対象物９０の加工領域９１にレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工するものとする。ただし、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" の順に１文字ずつ加工するのではなく、最初に"Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の一部を加工し、次に "Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の残部を加工し、最後に"Ｖ" の文字の全てを加工する。
この第３態様では、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数である１４個の集光位置に集光される。そして、"Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の一部を加工する際には、１４個の集光位置のうち８個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの６個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される（同図（ａ））。"Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の残部を加工する際には、１４個の集光位置のうち１２個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの２個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される（同図（ｂ））。また、"Ｖ" の文字を加工する際には、１４個の集光位置のうち９個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの５個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される（同図（ｃ））。
このように、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" の順に１文字ずつ加工するのではなく所定の順番で加工する場合であっても、文字によらずレーザ光集光位置の個数が１４個と一定であるので、文字によらず各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。この第３態様では、加工すべき文字によらず、レーザ光源１０から出力されるレーザ光の強度に応じて、各ホログラムによる集光位置の個数（すなわち、各集光位置のレーザ光照射エネルギーの大きさ）を適切に設定することができる。
［レーザ加工方法、第４態様］
図９は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第４態様を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、白丸印はレーザ光集光位置を示し、黒丸印は既に加工された位置を示している。ここでは、"Ｈ" のアルファベット１文字を多点表示するように加工対象物９０の加工領域９１にレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工するものとする。また、最初に"Ｈ" の文字の一部を加工し、次に "Ｈ" 文字の更に他の一部を加工し、最後に "Ｈ" の文字の残部を加工する。
この第４態様では、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数である８個の集光位置に集光される。そして、"Ｈ" の文字の一部を加工する際には、８個の集光位置のうち６個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの２個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される（同図（ａ））。"Ｈ" 文字の更に他の一部を加工する際には、８個の集光位置の全てが加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（同図（ｂ））。また、"Ｈ" の文字の残部を加工する際には、８個の集光位置のうち３個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの５個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される（同図（ｃ））。
このように、"Ｈ"の１文字を３回に分けて加工する場合であっても、各回につきレーザ光集光位置の個数が８個と一定であるので、各回の各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。この第４態様でも、加工すべき文字によらず、レーザ光源１０から出力されるレーザ光の強度に応じて、各ホログラムによる集光位置の個数（すなわち、各集光位置のレーザ光照射エネルギーの大きさ）を適切に設定することができる。
［ホログラム作成方法］
次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置１および第１実施形態に係るレーザ加工方法におけるホログラム作成方法について説明する。図１０は、第１実施形態におけるホログラム作成方法のフローチャートである。
各回の加工内容が既に決定している場合（ステップＳ１１でNo）には、各回の加工の際の加工領域９１におけるレーザ光集光位置の個数のうちの最大値である最大加工点数を決定して（ステップＳ１２）、ステップＳ１６へ進む。各回の加工内容が既に決定している場合（ステップＳ１１でYes）であって、最大加工点数が既知である場合（ステップＳ１３でYes）には、ステップＳ１６へ進む。
また、各回の加工内容が既に決定している場合（ステップＳ１１でYes）であって、最大加工点数が既知でない場合（ステップＳ１３でNo）には、遮蔽部材４０に集光される不要光が無いとして、各回の加工の際の加工領域９１におけるレーザ光集光位置の個数のうちの最大値である最大加工点数を調べ（ステップＳ１４）、その最大加工点数を適用した場合における各集光位置におけるレーザ光の強度が問題なければ（ステップＳ１５でYes）、ステップＳ１６へ進む。最大加工点数を適用した場合における各集光位置におけるレーザ光の強度が大きい又は小さくて問題あれば（ステップＳ１５でNo）、最大加工点数を変更して（ステップＳ１７）、ステップＳ１６へ進む。
そして、ステップＳ１６では、最大加工点数（すなわち、各回の加工の際のるレーザ光集光位置の総数）にあわせて所望パターンを設定して、ＧＳ法やＯＲＡ法を用いて計算機ホログラムを作成する。このホログラムにより再生される集光位置は、加工領域９１に集光されるものを含み、必要に応じて遮蔽部材４０上に集光されるものをも含む。
［ホログラム修正方法］
上記のようにして作成された各ホログラムを空間光変調器２０に呈示させて、空間光変調器２０により位相変調されて出力されたレーザ光を集光光学系３０によりＭ個の集光位置に集光させた場合に、実際には、各集光位置におけるレーザ光の強度が一定でない場合があり得る。このような場合、上記のようにして作成されたホログラムに対してフィードバックを行って修正する必要がある。図１１は、第１実施形態におけるホログラム修正方法のフローチャートである。
ホログラムを修正するには、ホログラムを空間光変調器２０に呈示させて、空間光変調器２０により位相変調されて出力されたレーザ光を集光光学系３０により複数の集光位置に集光させ（ステップＳ２１）、各集光位置におけるレーザ光の強度をＣＣＤ（Charged Coupled Device）により測定する（ステップＳ２２）。測定された各集光位置におけるレーザ光の強度が所望どおりであれば（ステップＳ２３でYes）、これで終了する。一方、測定された各集光位置におけるレーザ光の強度が所望どおりでなければ（ステップＳ２３でNo）、測定された各集光位置の何れかの基準点の強度Ｉbaseを決定し（ステップＳ２４）、これに合わせて所望パターンにおける各集光位置で再生されるべきレーザ光の振幅を変更して（ステップＳ２５）、計算機ホログラムを再び作成する（ステップＳ２６）。
ステップＳ２２で測定された各集光位置におけるレーザ光の強度をＩｎとする。ステップＳ２５では、ステップＳ２４で決定された基準点の強度Ｉbaseと各集光位置の強度Ｉｎとの比（＝Ｉｎ／Ｉbase）を求め、当初のパターンにおいて基準とした点の階調をｔbaseとして、修正後の各点の階調ｔnを「ｔｎ＝ｔbase(Ｉbase／Ｉｎ)1/2」なる式で求める。そして、ステップＳ２６では、修正後の各点の階調ｔnに基づいて、ＧＳ法で計算機ホログラムを再び作成する。
なお、ＯＲＡ法のフィードバックについては文献「Hidetomo Takahashi,Satoshi Hasegawa, and Yoshio Hayasaki, "Holographic femtosecond laserprocessing using optimal-rotation-angle method with compensation of spatialfrequency response of liquid crystal spatial frequency response of liquidcrystal spatial light modulator." Applied Optics, Vol.46, Issue 23, pp.5917-5923.」に記載されている。
このようなフィードバックによるホログラムの修正は、各回の加工の際の加工領域９１におけるレーザ光集光位置でのレーザ光強度を意図的に不均一とする場合にも適用することができる。
ところで、第１実施形態に係るレーザ加工装置１および第１実施形態に係るレーザ加工方法においては、図１２に示されるように、加工対象物９０の内部を加工する場合に、集光光学系３０により集光されて集光位置へ向うレーザ光のうち一部が遮蔽部材４０により遮断される事態も生じ得る。集光光学系３０としてＮＡが大きい対物レンズが用いられる場合や、集光位置が加工対象物９０の内部の深いところである場合には、このような事態が生じ易い。このような事態が生じると、集光位置におけるレーザ光の強度が低下する一方、遮蔽部材４０が破壊される危険もある。このような事態を回避するには、以下に説明する第２〜第４の各実施形態の構成を採用するのが好ましい。
（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態に係るレーザ加工装置２の構成を示す図である。図１に示された第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成と比較すると、この図１３に示される第２実施形態に係るレーザ加工装置２は、遮蔽部材４０に替えて、レンズ５１，レンズ５２および遮蔽部材５３を備える点で相違する。
レンズ５１およびレンズ５２は、空間光変調器２０と集光光学系３０との間に設けられていて、４ｆ光学系５０を構成している。遮蔽部材５３は、これら第１レンズ５１と第２レンズ５２との間に設けられている。この遮蔽部材５３は、集光光学系３０によるＭ個の集光位置のうち加工領域９１に配置されるべきＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域９１に配置させないようレーザ光を遮蔽する。
この構成では、４ｆ光学系５０内の遮蔽部材５３により不要光（加工領域９１に到達すべきレーザ光を除く光）を遮断することができるので、加工領域９１に配置されるべきＮ個の集光位置へ到達するレーザ光の一部を遮断してしまう可能性を小さくすることが可能となる。また、４ｆ光学系５０のレンズ５１，５２のＮＡを集光光学系３０のＮＡより小さくすることで、遮蔽部材５３における集光スポット径を大きくすることができる。これにより、遮蔽部材５３におけるパワー密度が小さくなり、遮蔽部材５３が破壊されることを防ぐことができる。
本実施形態でも、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光され、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて、加工対象物９０が加工される。遮蔽部材５３により、残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工対象物９０に配置されない。各回につきレーザ光集光位置の個数が一定数Ｍであるので、各回の各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。
（第３実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第３実施形態について説明する。図１４は、第３実施形態に係るレーザ加工装置３の構成を示す図である。図１３に示された第２実施形態に係るレーザ加工装置２の構成と比較すると、この図１４に示される第３実施形態に係るレーザ加工装置３は、遮蔽部材５３に替えてミラー５４およびダンパ５５を備える点で相違する。
ミラー５４は、４ｆ光学系５０を構成する第１レンズ５１と第２レンズ５２との間に設けられている。このミラー５３は、集光光学系３０によるＭ個の集光位置のうち加工領域９１に配置されるべきＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域９１に配置させないようレーザ光を反射させる。ダンパ５５は、ミラー５４により反射されたレーザ光を入力し、このレーザ光を吸収する。
この構成では、ミラー５４により反射されてダンパ５５に到達する不要光（加工領域９１に到達すべきレーザ光を除く光）のパワー密度が小さくなり、不要光により遮光部材やフィルタが加工されることを防ぐことができる。
本実施形態でも、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光され、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて、加工対象物９０が加工される。ミラー５４により、残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工対象物９０に配置されない。各回につきレーザ光集光位置の個数が一定数Ｍであるので、各回の各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。
（第４実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第４実施形態について説明する。図１５は、第４実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一部を示す図である。この第４実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成は、図１に示されたものと略同様である。
この第４実施形態では、制御部２２は、集光光学系３０によるＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を加工領域９１に配置させる一方、これらを除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域９１の外部の領域に配置させるよう、駆動部２１を介して空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。加工領域９１の外部の領域は、加工対象物９０の外部の空間である。
図１５は、上記外部の領域が加工領域９１の上部の空間である場合を示す。図１５に示されるように、加工対象物９０の加工領域９１の集光位置Ｐ１にレーザ光が集光されて、この集光位置Ｐ１が加工される。一方、加工対象物９０の上部の空間の集光位置Ｐ２にもレーザ光が集光されるが、これは加工対象物９０の加工に寄与しない。なお、図１５において、集光位置Ｐ２におけるレーザ光（不要光）の強度は、加工対象物９０の加工しきい値以下でも以上であってもよいが、加工対象物９０や加工機内部あるいは外部の他機器に影響のないようにする必要がある。
図２６および図２７は、上記外部の領域が加工領域９１の側部の空間である場合を示す。図２６および図２７に示されるように、加工対象物９０の加工領域９１の集光位置Ｐ１にレーザ光が集光されて、この集光位置Ｐ１が加工される。一方、加工対象物９０の側部の空間の集光位置Ｐ２にもレーザ光が集光されるが、これは加工対象物９０の加工に寄与しない。なお、図２６に示されるように集光位置Ｐ１と集光位置Ｐ２が同一の平面上に存在してもよく（つまりＨ１とＨ２が同一）、図２７に示されるように集光位置Ｐ１と集光位置Ｐ２が異なる平面上に存在してもよい（つまりＨ１とＨ３が相違）。なお、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３等は、加工対象物９０の底面からの高さを表す。
また、図２６および図２７において、集光位置Ｐ２におけるレーザ光（不要光）の強度は、加工対象物９０の加工しきい値以下でも以上であってもよいが、加工対象物９０や加工機内部あるいは外部の他機器に影響のないようにする必要がある。なお、言うまでもないが、このような不要光の配置は制御部２２がホログラムを空間光変調器２０に呈示させることにより行われるものである。
本実施形態でも、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光され、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて、加工対象物９０が加工される。残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工対象物９０に配置されない。各回につきレーザ光集光位置の個数が一定数Ｍであるので、各回の各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。
［第４実施形態の別態様］
以上まで、不要光を加工対象物９０の加工とは関係の無い外部の領域（加工対象物９０の上部または側部）に配置することについて説明したが、レーザ光が集光照射されても当該加工対象物９０の加工に影響が及ばない領域（以下、「非影響領域Ａ」と記載）を加工対象物９０内に設けた場合には、当該非影響領域Ａを不要光の配置場所として用いることができる。
図２８および図２９は、加工対象物９０内に非影響領域Ａを設けた様子を示す。図２８および図２９に示されるように、加工対象物９０の加工領域９１の集光位置Ｐ１にレーザ光が集光されて、この集光位置Ｐ１が加工される。一方、加工対象物９０内に設けられた非影響領域Ａの集光位置Ｐ２にもレーザ光が集光され、この集光位置Ｐ２も加工はされるが、これは加工対象物９０全体としての加工に寄与するものではない。なお、図２８に示されるように集光位置Ｐ１と集光位置Ｐ２が同一の平面に存在してもよく（つまりＨ１とＨ４が同一）、図２９に示されるように集光位置Ｐ１と集光位置Ｐ２が多次元の平面に存在してもよい（つまりＨ１とＨ５が相違）。なお、Ｈ１、Ｈ４、Ｈ５等は、加工対象物９０の底面からの高さを表す。言い換えれば、非影響領域Ａを加工対象の集光位置Ｐ１と同一の平面上に設けてもよく、異なる平面上に設けてもよい。なお、加工完了後には、この非影響領域Ａを適宜切り離して廃棄してもよい。
また、図２８および図２９において、集光位置Ｐ２におけるレーザ光（不要光）の強度は、加工対象物９０の加工しきい値以下でも以上であってもよいが、加工対象物９０の非影響領域Ａ以外の部分に影響のないようにする必要がある。なお、言うまでもないが、このような不要光の配置は制御部２２がホログラムを空間光変調器２０に呈示させることにより行われるものである。
（第５実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第５実施形態について説明する。図１６は、第５実施形態に係るレーザ加工装置５の構成を示す図である。図１に示された第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成と比較すると、この図１６に示される第５実施形態に係るレーザ加工装置５は、移動部６０を更に備える点で相違する。
移動部６０は、加工対象物９０を相対的に移動させる。その移動の方向は、集光光学系３０の光軸に対して垂直な方向であるのが好ましい。制御部２２は、駆動部２１を介して空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部６０により加工対象物９０を相対的に移動させる。
次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置５の動作および第５実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。図１７は、第５実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、白丸印はレーザ光集光位置を示し、黒丸印は既に加工された位置を示している。また、同図（ａ）〜（ｃ）と加工が進むに従い加工対象物９０は右方へ移動するものとする。
この例では、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数である９個の集光位置に集光される。同図（ａ）では、９個の集光位置のうち２個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの７個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される。同図（ａ）から加工対象物９０が右方へ一定距離だけ移動した同図（ｂ）では、９個の集光位置の全てが加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される。同図（ｂ）から加工対象物９０が右方へ更に一定距離だけ移動した同図（ｃ）では、９個の集光位置のうち２個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの７個の集光位置が遮蔽部材４０上に配置される。
本実施形態でも、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定数であるＭ個の集光位置に集光され、これらＭ個の集光位置のうちＮ個の集光位置が加工領域９１に選択的に配置されて、加工対象物９０が加工される。残りの(Ｍ−Ｎ)個の集光位置は加工対象物９０に配置されない。各回につきレーザ光集光位置の個数が一定数Ｍであるので、各回の各集光位置のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。
本実施形態では、移動部６０により加工対象物９０を移動させながら、その移動量に応じたホログラムを空間光変調器２０に呈示させることができる。空間光変調器２０の画度ピッチが固定であるので、空間光変調器２０におけるレーザ光の回折角が限られていて、集光光学系３０による集光位置の範囲が限られているが、本実施形態では、加工対象物９０を移動させることにより、広い加工領域９１において加工をすることができる。
なお、本実施形態では、レーザ加工装置５に対して加工対象物９０を移動させてもよいし、加工対象物９０に対してレーザ加工装置５を移動させてもよい。また、レーザ加工装置５のうちでもミラー１３、ミラー１４、空間光変調器２０、集光光学系３０および遮蔽部材４０を、集光光学系３０の光軸に対して垂直な方向に移動させてもよい。
（第６実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第６実施形態について説明する。上述した第１実施形態〜第５実施形態においては集光および加工の単位が「ドット（点）」であったのに対し、第６実施形態では集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」である点が相違する。なお、この「一定の面積を有するパターン」との語には、「線」も含まれるものとする。また、第６実施形態は、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であること以外は、基本的には上述した第１実施形態〜第５実施形態と同じであるため、以下では第１実施形態〜第５実施形態との相違点を中心に簡略に説明する。
［レーザ加工装置１の構成］
第６実施形態に係るレーザ加工装置１の全体構成は、図１に示されたものと略同様である。ただし、制御部２２の機能に相違点がある。すなわち、第６実施形態に係る制御部２２は、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に呈示させる。そして、制御部２２は、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光を、集光光学系３０により「一定の面積を有するパターン」である面積Ｘの集光領域に集光させ、これら面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を加工領域９１に選択的に配置させて、加工対象物９０を加工する。ただし、Ｘは正数であり、ＹはＸ以下の正数である。上記面積Ｙの集光領域が配置される加工領域９１は、加工対象物９０の表面だけでなく加工対象物９０の内部も含まれる。
［レーザ加工方法、第１実施形態の第１態様に対応］
上述した第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様と同様のことが第６実施形態でも言える。図３０はこれを説明するための図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の面積Ｙ１の集光領域（パターンｈ）に照射される様子を示している。同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の面積Ｙ２の集光領域（パターンｐ）に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の面積（Ｘ−Ｙ２）の集光領域（パターンｐ１）に照射される様子を示している。また、同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するためレーザ光が加工領域９１内の面積Ｙ３の集光領域（パターンｋ）に照射されるとともに、遮蔽部材４０上の面積（Ｘ−Ｙ３）の集光領域（パターンｋ１）に照射される様子を示している。ただし、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は加工領域９１に選択的に配置される部分の面積（特許請求の範囲における面積Ｙ）の一例であり、それらの大小関係はＹ１＞Ｙ２＞Ｙ３である。なお、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３の大小関係をより分かりやすく例えると、上述した第１実施形態と関連付けて、例えば、面積Ｙ１はドット１２個分の面積であり、面積Ｙ２はドット１１個分の面積であり、面積Ｙ３はドット１０個分の面積であると仮定することができる。
すなわち、この態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光される。そして、"Ｈ" の文字を加工する際には、面積Ｘの集光領域の全てが加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工される（すなわちＸ＝Ｙ１、同図（ａ））。"Ｐ" の文字を加工する際には、面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙ２の集光領域が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの面積（Ｘ−Ｙ２）の集光領域は遮蔽部材４０上に選択的に配置される（同図（ｂ））。また、"Ｋ" の文字を加工する際には、面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙ３の集光領域が加工領域９１に選択的に配置されて加工対象物９０が加工され、残りの面積（Ｘ−Ｙ３）の集光領域は遮蔽部材４０上に選択的に配置される（同図（ｃ））。
なお、図３０において、加工対象物９０の文字"Ｈ"の部分（文字"Ｈ"，"Ｐ"，"Ｋ"のうち加工のために必要な集光領域の面積が最も大きい部分であり、特許請求の範囲における「所定部分」に相当する。）を加工するための集光領域の面積の最大値ＺはＹ１と等しく、これは、レーザ光の集光領域の合計面積Ｘと等しい。ただし、Ｚは整数である。
このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合であっても、文字によらずレーザ光の集光領域の合計面積がＸと一定であるので、文字によらず各集光領域のレーザ光照射エネルギーが略一定となり、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
［第１実施形態〜第５実施形態の他の事項に対応］
以上により、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることを踏まえた上で、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様と同様のことが第６実施形態でも言えることについて説明した。以上の説明を参酌すれば、第１実施形態の他の事項、つまり第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様の別態様、レーザ加工方法の第２態様、レーザ加工方法の第３態様、レーザ加工方法の第４態様、ホログラム作成方法、ホログラム修正方法についても、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることを踏まえた上で、同様のことが第６実施形態でも言えることが当業者ならば容易に理解できるであろう。同様に、以上の説明を参酌して、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第４実施形態の別態様、第５実施形態についても、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることを踏まえた上で、同様のことが第６実施形態でも言えることが当業者ならば容易に理解できるであろう。
ただし、第１実施形態〜第５実施形態の各説明において、「Ｍ」との記載は「Ｘ」に置き換え、「Ｎ」との記載は「Ｙ」に置き換え、「Ｌ」との記載は「Ｚ」に置き換え、「一定数であるＭ個の集光位置」との記載は「一定面積である面積Ｘの集光領域」に置き換え、「Ｍ個の集光位置のうちＮ個の集光位置」との記載は「面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域」に置き換え、「集光位置の個数の最大値Ｌ」との記載は「集光領域の面積の最大値Ｚ」に置き換え、「Ｍ個の集光位置のうち加工領域９１に配置されるべきＮ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置」との記載は「面積Ｘの集光領域のうち加工領域９１に配置されるべき面積Ｙの集光領域を除く面積(Ｘ−Ｙ)個の集光領域」に置き換えることが、容易な理解のために好ましい。
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第２〜第５の実施形態それぞれにおいて、第１実施形態において図２〜図４を用いて説明した空間光変調器２０へのホログラムの書き込みについての第１〜第３の態様を適用してもよいし、第１実施形態において図６〜図９、図２４，図２５を用いて説明した各回の加工の際の集光位置の配置についての第１〜第４の態様を適用してもよい。
第２〜第４の実施形態それぞれにおいても、第５実施形態と同様に、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、移動部により加工対象物９０を相対的に移動させてもよい。
また、第１実施形態における遮蔽部際４０を備える構成、第２実施形態における４ｆ光学系５０および遮蔽部材５３を備える構成、第３実施形態における４ｆ光学系５０およびミラー５４を備える構成、ならびに、第４実施形態における不要な(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を加工領域９１の外部の領域に配置させる構成のうち、何れか２以上のものを併用してもよい。
また、これらの変形例の全てを第６実施形態に適用できることは言うまでもない。すなわち、以上の変形例において、集光および加工の単位を「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」としてもよい。
ここでは、初めに集光位置２点で加工し、その次に集光位置４点で加工する場合を想定する。比較例では、初めに集光位置の総数を２とし、次に集光位置の総数を４とする。これに対して、実施例１では、図１８に示されるように、初めに加工領域９１での集光位置を２点とするとともに遮蔽領域９２での集光位置を３点とし、次に加工領域９１での集光位置を４点とするとともに遮蔽領域９２での集光位置を１点とする。
図１９は、比較例における各集光位置でのレーザ光強度を纏めた図表である。比較例では、２点で加工を行う場合と４点で加工を行う場合とで、加工のためのレーザ光の強度が異なることがわかる（例えば、点１について２２００ｎＷと１１００ｎＷなど）。光強度が変わってしまうので、均一な加工が難しい。図２０は、実施例１における各集光位置でのレーザ光強度を纏めた図表である。実施例１では、加工領域９１での集光位置の個数が変化しても、集光位置の総数が５個と一定であるので、各集光位置におけるレーザ光強度が略一定（９０５ｎＷ〜９２０ｎＷの範囲内で略一定）であることがわかる。
実施例２は、上記実施例１と全て同一条件で行われるが、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることに相違点がある。すなわち、実施例２では、図３１に示されるように、初めに、加工領域９１での集光領域を面積Ｙ４の線状のパターンＡとするとともに、遮蔽領域９２での集光領域を面積（Ｘ−Ｙ４）のパターンＢとする（同図（ａ））。次に、加工領域９１での集光領域を面積Ｙ５の線状のパターンＣとするとともに、遮蔽領域９２での集光領域を面積（Ｘ―Ｙ５）のパターンＤとする（同図（ｂ））。ただし、Ｙ４，Ｙ５は加工領域９１に選択的に配置される部分の面積（特許請求の範囲における面積Ｙ）の一例であり、それらの大小関係はＹ４＜Ｙ５である。なお、Ｙ４，Ｙ５の大小関係をより分かりやすく例えると、上述した実施例１と関連付けて、例えば、面積Ｙ４はドット２個分の面積であり、面積Ｙ５はドット４個分の面積であると仮定することができる。また、Ｘは上述したようにレーザ光の集光領域の合計面積（上記の例で言うとドット５個分の面積）であり、面積（Ｘ−Ｙ４）のパターンＢや面積（Ｘ−Ｙ５）のパターンＤの形状は何でもよい。
図３２は、実施例２における各集光領域でのレーザ光強度を纏めた図表である。実施例２では、加工領域９１での集光領域の面積が変化しても、集光領域の合計面積が面積Ｘと一定であるので、各集光領域におけるレーザ光強度が略一定（９１０ｎＷ〜９２０ｎＷの範囲内で略一定）であることがわかる。
加工対象物としてのガラスの内部にフェムト秒レーザ光を照射することにより屈折率を変化させることができる。この技術を応用することにより、ガラス内部に光導波路や３次元光回路など形成することができる。ガラス内部に光導波路や３次元的な光回路を形成しようとした場合、先に述べたように多点で加工することで、高速に作製することができる。しかしながら、ガラスの屈折率変化はフェムト秒レーザ光の強度によって変わる。
例えば、図２１に示されるようなＹ分岐の光導波路を形成する場合を想定する。この場合の加工対象物９０は、ガラスであって、レーザ光照射によりＹ分岐形状の光導波路９３〜９５が形成される。
空間光変調器を用いない比較例では、図２２に示されるように、光導波路９３および光導波路９４が順次に形成され（同図（ａ））、その後に光導波路９５が形成される（同図（ｂ））。この比較例では、１点ずつ加工するので、長い加工時間を要する。
第５実施形態のように加工対象物を移動させる場合には、高速な形成が可能となるものの、分岐前と分岐後とでは強度が異なってしまうので、分岐点を境に屈折率の変化が異なる。これを回避するためには、分岐前と分岐後とで入射光の光量を調整する必要がある。
そこで、上記第５実施形態に相当する実施例では、図２３に示されるように、常に２点が再生されているので、各集光位置でのレーザ光強度が略一定である。よって、Ｙ分岐光導波路を高速かつ高精度に作製することができる。なお、以上で説明した実施例３において、集光および加工の単位を「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」としてもよいことは言うまでもない。この場合には、図２３において、各点が所定の面積を有するパターンとなる。
加工領域におけるレーザ光の集光位置の個数が変動しても、あるいは加工領域におけるレーザ光の集光領域の面積が変動しても、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することが容易にできる装置および方法を提供する。

Claims (48)

  1. 加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
    前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を前記集光光学系により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、前記Ｍ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を前記加工領域に選択的に配置させて、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工装置（ただし、Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上Ｍ以下の整数）。
  2. 前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 前記個数Ｍが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌと等しいことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置（ただし、Ｌは整数）。
  4. 前記個数Ｍが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌより大きく、
    前記制御部は、前記Ｍ個の集光位置のうち前記最大値Ｌ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｌ)個の集光位置が常に前記加工領域に配置されないよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置（ただし、Ｌは整数）。
  5. 前記制御部は、前記(Ｍ−Ｎ)個の集光位置または前記(Ｍ−Ｌ)個の集光位置に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１〜４何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  6. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に備え、
    この遮蔽部材が、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する、
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  7. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に備え、
    このミラーが、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を反射させる、
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  8. 前記制御部が、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域の外部の領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  9. 前記外部の領域は、前記加工対象物の上部の空間である、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
  10. 前記外部の領域は、前記加工対象物の側部の空間である、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
  11. 前記加工対象物には、前記レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、
    前記制御部は、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記非影響領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
  12. 前記加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に備え、
    前記制御部が、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、前記移動部により前記加工対象物を相対的に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  13. 加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
    前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
    を用いて、
    前記制御部により、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を前記集光光学系により一定数であるＭ個の集光位置に集光させ、前記Ｍ個の集光位置のうちＮ個の集光位置を前記加工領域に選択的に配置させて、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工方法（ただし、Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上Ｍ以下の整数）。
  14. 前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に用いることを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  15. 前記個数Ｍが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌと等しいことを特徴とする請求項１３または１４に記載のレーザ加工方法。
  16. 前記個数Ｍが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光位置の最大値Ｌより大きく、
    前記制御部により、前記Ｍ個の集光位置のうち前記最大値Ｌ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｌ)個の集光位置が常に前記加工領域に配置されないよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１３または１４に記載のレーザ加工方法。
  17. 前記制御部により、前記(Ｍ−Ｎ)個の集光位置または前記(Ｍ−Ｌ)個の集光位置に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１３〜１６何れか１項に記載のレーザ加工方法。
  18. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に用いて、
    この遮蔽部材により、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する、
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  19. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に用いて、
    このミラーにより、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を反射させる、
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  20. 前記制御部により、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記加工領域の外部の領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  21. 前記外部の領域は、前記加工対象物の上部の空間である、ことを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工方法。
  22. 前記外部の領域は、前記加工対象物の側部の空間である、ことを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工方法。
  23. 前記加工対象物には、前記レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、
    前記制御部により、前記集光光学系による前記Ｍ個の集光位置のうち前記Ｎ個の集光位置を除く(Ｍ−Ｎ)個の集光位置を前記非影響領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  24. 前記加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に用いて、
    前記制御部により、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、前記移動部により前記加工対象物を相対的に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
  25. 加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
    前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を前記集光光学系により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光させ、前記面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を前記加工領域に選択的に配置させて、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工装置（ただし、Ｘは正数、ＹはＸ以下の正数）。
  26. 前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に備えることを特徴とする請求項２５記載のレーザ加工装置。
  27. 前記面積Ｘが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚと等しいことを特徴とする請求項２５または２６に記載のレーザ加工装置（ただし、Ｚは正数）。
  28. 前記面積Ｘが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚより大きく、
    前記制御部は、前記面積Ｘの集光領域のうち前記最大面積Ｚの集光領域を除く面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域が常に前記加工領域に配置されないよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項２５または２６に記載のレーザ加工装置（ただし、Ｚは正数）。
  29. 前記制御部は、前記面積（ＸーＹ）の集光領域または前記面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項２５〜２８何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  30. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に備え、
    この遮蔽部材が、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する、
    ことを特徴とする請求項２５記載のレーザ加工装置。
  31. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に備え、
    このミラーが、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を反射させる、
    ことを特徴とする請求項２５記載のレーザ加工装置。
  32. 前記制御部が、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域の外部の領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項２５記載のレーザ加工装置。
  33. 前記外部の領域は、前記加工対象物の上部の空間である、ことを特徴とする請求項３２に記載のレーザ加工装置。
  34. 前記外部の領域は、前記加工対象物の側部の空間である、ことを特徴とする請求項３２に記載のレーザ加工装置。
  35. 前記加工対象物には、前記レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、
    前記制御部は、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記非影響領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項２５に記載のレーザ加工装置。
  36. 前記加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に備え、
    前記制御部が、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、前記移動部により前記加工対象物を相対的に移動させる、
    ことを特徴とする請求項２５記載のレーザ加工装置。
  37. 加工対象物における加工領域に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
    前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
    を用いて、
    前記制御部により、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力されたレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、該レーザ光を前記集光光学系により一定面積である面積Ｘの集光領域に集光させ、前記面積Ｘの集光領域のうち面積Ｙの集光領域を前記加工領域に選択的に配置させて、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工方法（ただし、Ｘは正数、ＹはＸ以下の正数）。
  38. 前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する遮蔽部材を更に用いることを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
  39. 前記面積Ｘが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚと等しいことを特徴とする請求項３７または３８に記載のレーザ加工方法（ただし、Ｚは正数）。
  40. 前記面積Ｘが、前記加工対象物の所定部分を加工するための集光領域の最大面積Ｚより大きく、
    前記制御部により、前記面積Ｘの集光領域のうち前記最大面積Ｚの集光領域を除く面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域が常に前記加工領域に配置されないよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項３７または３８に記載のレーザ加工方法（ただし、Ｚは正数）。
  41. 前記制御部により、前記面積（ＸーＹ）の集光領域または前記面積(Ｘ−Ｚ)の集光領域に集光されるレーザ光の強度が可変となるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項３７〜４０何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  42. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられた遮蔽部材と、を更に用いて、
    この遮蔽部材により、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を遮蔽する、
    ことを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
  43. 前記空間光変調器と前記集光光学系との間に設けられ第１レンズおよび第２レンズを含む４ｆ光学系と、これら第１レンズと第２レンズとの間に設けられたミラーと、を更に用いて、
    このミラーにより、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域に配置させないよう、前記レーザ光を反射させる、
    ことを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
  44. 前記制御部により、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記加工領域の外部の領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
  45. 前記外部の領域は、前記加工対象物の上部の空間である、ことを特徴とする請求項４４に記載のレーザ加工方法。
  46. 前記外部の領域は、前記加工対象物の側部の空間である、ことを特徴とする請求項４４に記載のレーザ加工方法。
  47. 前記加工対象物には、前記レーザ光が集光照射されても当該加工対象物の加工には影響が及ばない非影響領域が設けられており、
    前記制御部により、前記集光光学系による前記面積Ｘの集光領域のうち前記面積Ｙの集光領域を除く面積（ＸーＹ）の集光領域を前記非影響領域に配置させるよう、前記ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
  48. 前記加工対象物を相対的に移動させる移動部を更に用いて、
    前記制御部により、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に呈示させるとともに、前記移動部により前記加工対象物を相対的に移動させる、
    ことを特徴とする請求項３７に記載のレーザ加工方法。
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