(57)【要約】      （修正有）【課題】アキシコンレンズを用いた、レーザビームによる加工のための新規な光学装置、及び、ガラス物品の製造方法の提供。【解決手段】光学装置１ａは、第一レンズ群２１と、アキシコンレンズ１０と、第二レンズ群２２と、を備える。レーザービームＬＢが第一レンズ群２１に入射する。第一レンズ群２１を透過したレーザービームがアキシコンレンズ１０に入射する。アキシコンレンズ１０を透過したレーザービームが第二レンズ群２２に入射する。第一レンズ群２１は、第一ベッセルビームＡを形成するとともに第一リングビームＢを形成し、かつ、第一リングビームＢのリング幅が最小となる焦点面ｆを形成する。第二レンズ群２２は、リング幅が光軸に沿って略一定である第二リングビームＣを形成するとともに、第二ベッセルビームＤを形成する。【選択図】図１
2020033257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームが入射する第一レンズ群と、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームが入射するアキシコンレンズと、
前記アキシコンレンズを透過した前記レーザービームが入射する第二レンズ群と、を備え、
前記第一レンズ群は、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成し、
前記第二レンズ群は、前記第一リングビームを入射させ、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成する、
レーザービームを用いた加工のための光学装置。
【請求項２】
前記第一レンズ群、前記アキシコンレンズ、及び前記第二レンズ群がこの順番で前記光軸上に配置されており、前記焦点面は、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間に形成される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間に配置され、前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線を遮蔽する第一遮光部及び前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの外側に存在する光線を遮蔽する第二遮光部の少なくとも一方を有する、遮蔽体をさらに備えた、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記遮蔽体は、前記第一遮光部を有する、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記遮蔽体は、前記第一遮光部及び前記第二遮光部を有する、請求項３又は４に記載の光学装置。
【請求項６】
第一レンズ群にレーザービームを入射させることと、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームをアキシコンレンズに入射させることと、
前記第一レンズ群によって、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成することと、
第二レンズ群に前記第一リングビームを入射させて、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成することと、を含む、
レーザービームを用いた加工方法。
【請求項７】
前記第一レンズ群、前記アキシコンレンズ、及び前記第二レンズ群がこの順番で前記光軸上に配置されており、前記焦点面は、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間に形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線及び前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの外側に存在する光線の少なくとも一方を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することをさらに含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線及び前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの外側に存在する光線を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することを含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
第一レンズ群にレーザービームを入射させることと、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームをアキシコンレンズに入射させることと、
前記第一レンズ群によって、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成することと、
第二レンズ群に前記第一リングビームを入射させて、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成することと、
前記第二ベッセルビームをガラスに照射して前記ガラスに変質部を形成することと、を含む、
ガラス物品の製造方法。
【請求項１２】
前記第一レンズ群、前記アキシコンレンズ、及び前記第二レンズ群がこの順番で光軸上に配置されており、前記焦点面は、アキシコンレンズと第二レンズ群との間に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線及び前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの外側に存在する光線の少なくとも一方を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの内側に存在する光線及び前記光軸に垂直な方向において前記第一リングビーム又は前記第二リングビームの外側に存在する光線を、前記アキシコンレンズと前記第二レンズ群との間、又は、前記第二レンズ群と前記第二ベッセルビームとの間で遮蔽することをさらに含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
エッチングにより前記変質部の少なくとも一部を除去して前記ガラスに孔を形成することをさらに含む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームを用いた加工のための光学装置、レーザービームを用いた加工方法、及びガラス物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザービームを用いた加工方法が知られている。例えば、特許文献１には、波長λのレーザーパルスを照射して変質部を形成するガラスの加工方法が記載されている。この方法において、レーザーパルスのパルス幅が１ｎｓ〜２００ｎｓの範囲であり、波長λにおけるガラスの吸収係数が５０ｃｍ-1以下である。加えて、この方法において、その変質部をエッチングすることによりガラスに孔が形成される。
【０００３】
特許文献２及び３には、レーザーパルスを用いた、孔付きガラスの製造方法が記載されている。その製造方法によれば、所定のレーザー加工用ガラスにレーザーパルスを照射して変質部を形成し、その変質部をエッチングして孔が形成される。
【０００４】
特許文献４には、透明材料を加工するためのシステムが記載されている。そのシステムは、レーザー源と、光学アセンブリとを備えている。レーザー源は、パルス状のレーザービームを放出する。光学アセンブリは、パルス状のレーザービームの光路に配置され、パルス状のレーザービームをレーザービームの焦線（focal line）に変化させる。レーザービームの焦線は、透明材料のバルクに配置され、透明材料において多光子吸収を引き起こす。多光子吸収により、レーザービームの焦線に沿って材料の変質が生じる。光学アセンブリはアキシコンを備えている。非特許文献１では、ベッセルビームの光軸方向における強度プロフィールに対するアキシコンの先端の曲率の影響が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５６２００号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１２９２５４号
【特許文献３】国際公開第２０１６／１２９２５５号
【特許文献４】国際公開第２０１６／０１０９５４号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Proceedings of SPIE, (米)，2008, Vol.7141, 714126-1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３には、アキシコンレンズを有する光学系は記載されていない。特許文献４にはアキシコンを有する光学系が記載されている。しかし、特許文献４に記載されていない、レーザービームを用いた加工のための新規な光学装置を案出する余地がある。そこで、本発明は、アキシコンレンズを備えた、レーザービームを用いた加工のための新規な光学装置を提供する。加えて、本発明は、アキシコンレンズを用いた、レーザービームによる新規な加工方法を提供する。さらに、本発明は、アキシコンレンズを用いた、新規なガラス物品の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
レーザービームが入射する第一レンズ群と、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームが入射するアキシコンレンズと、
前記アキシコンレンズを透過した前記レーザービームが入射する第二レンズ群と、を備え、
前記第一レンズ群は、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成し、
前記第二レンズ群は、前記第一リングビームを入射させ、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成する、
レーザービームを用いた加工のための光学装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、
第一レンズ群にレーザービームを入射させることと、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームをアキシコンレンズに入射させることと、
前記第一レンズ群によって、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成することと、
第二レンズ群に前記第一リングビームを入射させて、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成することと、を含む、
レーザービームを用いた加工方法を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、
第一レンズ群にレーザービームを入射させることと、
前記第一レンズ群を透過した前記レーザービームをアキシコンレンズに入射させることと、
前記第一レンズ群によって、前記アキシコンレンズの後方に第一ベッセルビームを形成するとともに前記第一ベッセルビームの後方に第一リングビームを形成し、かつ、光軸に垂直な方向に前記第一リングビームのリング幅が最小となる焦点面を形成することと、
第二レンズ群に前記第一リングビームを入射させて、前記第二レンズ群の後方に前記光軸に垂直な方向におけるリング幅が前記光軸に沿って略一定である第二リングビームを形成するとともに、前記第二リングビームの後方に第二ベッセルビームを形成することと、
前記第二ベッセルビームをガラスに照射して前記ガラスに変質部を形成することと、を含む、
ガラス物品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のレーザービームを用いた加工のための光学装置は、例えば、ガラスを加工するのに有利な新規の光学装置である。上記の加工方法は、例えば、ガラスを加工するのに有利な新規の方法である。上記の製造方法は、変質部を有するガラス物品を製造するのに有利な新規の方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る光学装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、アキシコンレンズによる近似ベッセルビーム（quasi-Bessel Beam）の生成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、アキシコンレンズに入射する異なるビーム径を有するレーザービームに対して、アキシコンレンズを透過したビームの光軸上の強度を示すグラフである。
【図４】図４は、異なる頂角を有するアキシコンレンズに対して、アキシコンレンズを透過したビームの光軸上の強度を示すグラフである。
【図５】図５は、異なる頂角を有するアキシコンレンズに対して、図４に示す、光軸上のビームの強度が最大となる光軸上の位置において、光軸に垂直な方向のビームの強度を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、アキシコンレンズの先鋭さが高いときのアキシコンレンズを透過した光線の強度分布を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、アキシコンレンズの先鋭さが低いときのアキシコンレンズを透過した光線の強度分布を示す図である。
【図７】図７は、実施例１に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施例２に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図９】図９は、比較例１に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、実施例４に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施例４に係る光学装置におけるアキシコンレンズの先端形状を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施例５に係るシミュレーションにおけるアキシコンレンズの先端形状を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、実施例３に係るシミュレーションにおいて光軸上の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、実施例３に係るシミュレーションにおいて光軸に垂直な方向の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、実施例４に係るシミュレーションにおいて光軸上の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、実施例４に係るシミュレーションにおいて光軸に垂直な方向の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、実施例５に係るシミュレーションにおいて光軸上の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、実施例５に係るシミュレーションにおいて光軸に垂直な方向の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、比較例２に係るシミュレーションにおいて光軸上の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、比較例２に係るシミュレーションにおいて光軸に垂直な方向の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、比較例３に係るシミュレーションにおいて光軸上の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、比較例３に係るシミュレーションにおいて光軸に垂直な方向の電界振幅の大きさを示すグラフである。
【図１８】図１８は、別の実施形態に係る光学装置を模式的に示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、別の実施形態に係る光学装置の遮蔽体を光軸に沿って前方から見た図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、別の実施形態に係る光学装置の別の遮蔽体を光軸に沿って前方から見た図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、別の実施形態に係る光学装置のさらに別の遮蔽体を光軸に沿って前方から見た図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、別の実施形態に係る光学装置のさらに別の遮蔽体を光軸に沿って前方から見た図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図１９Ａに示す遮蔽体の変形例を光軸に沿って前方から見た図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図１９Ｂに示す遮蔽体の変形例を光軸に沿って前方から見た図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、図１９Ｄに示す遮蔽体の変形例を光軸に沿って前方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１４】
本発明に係るレーザービームを用いた加工方法は、例えば、図１に示す光学装置１ａを備えた加工装置を用いて実施される。光学装置１ａは、第一レンズ群２１と、アキシコンレンズ１０と、第二レンズ群２２とを備えている。第一レンズ群２１には、レーザービームＬＢが入射する。アキシコンレンズ１０には、第一レンズ群２１を透過したレーザービームＴＢが入射する。第二レンズ群２２には、アキシコンレンズ１０を透過したレーザービームが入射する。第一レンズ群２１は、アキシコンレンズ１０の後方に第一ベッセルビームＡを形成するとともに第一ベッセルビームＡの後方に第一リングビームＢを形成する。加えて、第一レンズ群２１は、光軸ｚに垂直な方向に第一リングビームＢのリング幅が最小となる焦点面ｆを形成する。第二レンズ群２２には、第一リングビームＢが入射し、第二レンズ群２２の後方に光軸ｚに垂直な方向におけるリング幅が光軸ｚに沿って略一定である第二リングビームＣを形成するとともに、第二リングビームＣの後方に第二ベッセルビームＤを形成する。本明細書において「後方」とは、基準に対してレーザービームの進行方向に離れた位置を意味し、「前方」とは、基準に対してレーザービームの進行方向とは逆方向に離れた位置を意味する。また、厳密な意味での「ベッセルビーム」は無限大の広がりとエネルギーを有するため、実現不可能である。一方、アキシコンレンズを用いれば限定された範囲で近似ベッセルビーム(quasi-Bessel beam）を実現できる。本明細書における「ベッセルビーム」は「近似ベッセルビーム」を意味する。
【００１５】
この光学装置１ａを用いて、以下の工程を含む加工方法を実行できる。
（Ｉａ）第一レンズ群２１にレーザービームＬＢを入射させる。
（Ｉｂ）第一レンズ群２１を透過したレーザービームＴＢをアキシコンレンズ１０に入射させる。
（Ｉｃ）第一レンズ群２１によって、アキシコンレンズ１０の後方に第一ベッセルビームＡを形成するとともに第一ベッセルビームＡの後方に第一リングビームＢを形成し、かつ、光軸ｚに垂直な方向に第一リングビームＢのリング幅が最小となる焦点面ｆを形成する。
（Ｉｄ）第二レンズ群２２に第一リングビームＢを入射させて、第二レンズ群２２の後方に光軸ｚに垂直な方向におけるリング幅が光軸ｚに沿って略一定である第二リングビームＣを形成するとともに、第二リングビームＣの後方に第二ベッセルビームＤを形成する。
【００１６】
例えば、所定のガラスに第二ベッセルビームＤを照射することにより、ガラスに変質部を形成できる。本発明に係るガラス物品の製造方法は、上記の（Ｉａ）〜（Ｉｄ）の工程に加えて、下記の（IIａ）の工程を含む。
（IIａ）第二ベッセルビームＤをガラスに照射してガラスに変質部を形成する。
【００１７】
数μｍ〜数百μｍの直径を有する貫通孔又は有底孔が形成されたガラス基板は、ガラスインタポーザ等の様々な用途で使用しうる。このため、ガラス基板にこのような孔を形成する技術は産業上極めて重要である。なお、本明細書において「孔」は貫通孔及び有底孔を意味する。ガラスに孔を形成する方法として、以下の（ｉ）〜（vi）の方法が考えられる。特に、下記の（iv）の方法は、特許文献１〜３にも記載されており、数百μｍの厚みを有するガラス基板にも数十μｍの直径を有する孔を形成でき、他の方法に比べて優位性を有する。
（ｉ）ドリルなどの工具による穿孔
（ii）サンドブラスト
（iii）レーザービームを用いた加工
（iv）レーザービームを用いた加工とエッチングとを組み合わせた方法
（ｖ）ドライエッチング
（vi）放電加工
【００１８】
ガラスに照射されたレーザービームはガラスに吸収され、発熱が起こる。これにより、レーザービームの光軸に沿ってガラスが融解する。ガラスにおいてレーザービームが照射される領域は、数μｍ以下のサイズの狭い領域になるので、この領域に対応したサイズの融解部がガラスに形成される。ガラスにレーザービームを照射したときには、プラズマの発生又はフィラメンテーションといった現象が発生する場合もある。しかし、この場合にも、結果的には、熱によってガラスが融解する。ガラスにレーザービームを照射した直後にガラスの融解部の周辺に熱が拡散することにより、融解部が凝固（ガラス化）する。このとき、融解部が凝固した部分では、体積の収縮が生じるので、その部分が周囲より空乏になる。場合によっては体積の収縮によって生じる応力によってその部分に微小亀裂が生じる。この微小亀裂は、引っ張り応力により、ガラスに照射されたレーザービームの進行方向に垂直な方向に発生する。この空乏な部分及び微小亀裂を有する部分がガラスの他の部分とは異質な変質部になると考えられる。このように部分的に変質部を有するガラスを、酸又はアルカリでエッチングすると、変質部におけるエッチングレートは、ガラスの他の部分におけるエッチングレートに比べて高い。なぜなら、変質部は、空乏な部分又は微小亀裂を有する部分であるからである。結果的に、変質部がより選択的にエッチングされ、貫通孔等の孔をガラスに形成できる。変質部が微小亀裂を有する部分である場合には、微小亀裂の開口から選択的にエッチングされ、亀裂の開口方向において大きな孔径を有する孔が形成される。これは、微小亀裂がレーザービームの進行方向に垂直な方向に生じる場合が多いからである。このため、ガラスに形成される孔を真円孔に近づけるためには、微小亀裂の大きさを小さくすることが望ましい。ガラスに照射されるレーザービームの径を小さくすることによって、微小亀裂の大きさを小さくできる。
【００１９】
例えば、一般的なガウシアンビームであるレーザービームを凸レンズで集光して数μｍのスポット径に調節してガラスに照射することが考えられる。しかし、この場合には、ガラスの厚みが数百μｍ以上であると、焦点深度の観点から、ガラスにおけるレーザービームの広がりが影響して、変質部における亀裂の大きさが数十μｍ以上と大きい。その結果、この場合には、変質部をエッチングして形成された孔が楕円孔になりやすい。
【００２０】
一方、アキシコンレンズを備えた光学系を用いてレーザービームを集光すれば、ベッセルビームを形成できる。図２に示す通り、ガウシアンであるレーザービームがアキシコンレンズに入射すると、レーザービームの平面波が、光軸に沿って収束する円錐状の波面を有するビームとなって出射される。さらに、アキシコンレンズに近接した領域で、その円錐状の波面が重なる領域内（ｚ＝０〜ｚmax）にベッセルビームが形成される。ベッセルビームが形成された後方には、リング状のビームが形成される。ベッセルビームは、メインローブ及びサイドローブを有する。ベッセルビームは、メインローブにおいて光軸を中心に高い強度を示し、光軸から離れたサイドローブにおいて波状に変化する強度分布（サイドローブ）を示す。光軸方向においてベッセルビームが保たれる長さ（有効長さ）は、数ｍｍ〜数十ｍｍでありうる。図２に示す通り、有効長さに相当する領域では、メインローブ及びサイドローブを有するベッセルビームが光軸に沿って連続的に存在する。なお、アキシコンレンズを透過後のビームの強度Ｉ（ρ，ｚ）は、下記の式（１）で表され、ベッセルビームをなす同一強度の平面波で囲まれた錐の半頂角α0は、式（２）で表される。ρは光軸ｚからの半径方向の距離であり、Ｐはアキシコンレンズに入射したレーザーなどのガウシアンビームの全体のパワーであり、ｋは角波数であり、ｗ0はガウシアンビームのビームウエストであり、ｚmax=ｗ0cosα0/sinα0である。ｎはアキシコンレンズの屈折率であり、ｎ0はアキシコンレンズの周囲の媒質の屈折率であり、τはアキシコンレンズの頂角である。
【００２１】
【数１】
2020033257.tif 000003
【００２２】
【数２】
2020033257.tif 000004
【００２３】
ベッセルビームのメインローブにおいて、光エネルギー密度が高い。このため、ベッセルビームが形成される領域にガラスの厚み方向の部分が含まれる又は重なるように、ベッセルビームのメインローブにガラスを配置すると、ベッセルビームが形成される領域に沿ってガラスに変質部が形成される。ベッセルビームが形成される領域では、その焦点深度が長いことにより、変換されたレーザービームのビーム径は、ガラスの厚み方向に数ｍｍにわたって数μｍ以下でありうる。これにより、ガラスの厚みが数百μｍ以上であっても、変質部における亀裂の大きさが小さく、真円孔に近い孔をガラスに形成できる。アキシコンレンズの使用にはこのような利点がある。
【００２４】
図２に示す通り、ベッセルビームは、典型的には、アキシコンレンズの後方に隣接して形成される。このため、アキシコンレンズの後方に隣接して形成されるベッセルビームをガラスの変質部の形成に利用しようとすると、アキシコンレンズとガラスとの距離が近く、ガラスとアキシコンレンズとが接触するリスクが高い。このため、アキシコンレンズの後方に隣接して形成されるベッセルビームをガラスの変質部の形成に利用することは、実際の作業にいくつかの問題をもたらす。例えば、アキシコンレンズの先端とガラスとの不慮の接触又は衝突によりアキシコンレンズが破損すると、アキシコンレンズの光学特性が著しく劣化してしまう。その結果、ガラスの変質部を工業的に、安定的に形成することが難しい。そこで、アキシコンレンズなどの光学部品と、ベッセルビームが形成される領域との距離を長くすることが望ましい。本発明に係る加工装置及び加工方法によれば、アキシコンレンズ１０から離れた領域に第二ベッセルビームが形成され、第二ベッセルビームを用いてガラスに変質部を形成できる。このため、アキシコンレンズとガラスとが接触するリスクが低い。
【００２５】
図１に示す通り、光学装置１ａにおいて、例えば、第一レンズ群２１、アキシコンレンズ１０、及び第二レンズ群２２がこの順番で光軸上に配置されている。例えば、第一レンズ群２１は、略平行なビームである、レーザービームＬＢを収束させて収束ビームＴＢを形成する。アキシコンレンズ１０は、第一レンズ群２１の後方に配置されており、収束ビームＴＢが入射し、円錐状の波面を有するビームを出射させて、光軸上の所定の区間に第一ベッセルビームＡを形成する。第二レンズ群２２は、アキシコンレンズ１０の後方に配置されている。加えて、第二レンズ群２２は、リング状の第一リングビームＢを発散させることなく、幅が略一定のリング状の第二リングビームＣを形成する。光学装置１ａにおいて、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間で、第一ベッセルビームＡが形成された領域の後方に、第一リングビームＢが形成される。第一リングビームＢは、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間で、光軸ｚに垂直な方向において最小のリングの幅を示す焦点面ｆを有する。焦点面ｆは、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間に形成される。第二リングビームＣにおいて、光軸ｚに垂直な方向における幅ｂｆが光軸ｚに沿って略一定である。光学装置１ａにおいて、第二リングビームＣが重なって、光軸上の所定の区間に第二ベッセルビームＤが形成される。なお、レンズ群とは、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、ビームや光線を、集光（凸レンズ作用）又は発散（凹レンズ作用）させる機能を有する光学要素であり、レンズ群は、一つのレンズ又は二以上のレンズからなる群でありうる。特に断りのない限り、レンズ群を構成するレンズは、光軸に対し軸対称なレンズであり、複数枚のレンズの組み合わせによりレンズ群が構成される場合には、それらのレンズの中心軸が一致するように配置される。
【００２６】
加工装置は、例えば、光学装置１ａと、レーザービームＬＢを出射するためのレーザー発振器（図示省略）とを備えている。
【００２７】
ガラスと光（レーザー）との相互作用としては、一般的な光の吸収による発熱と、多光子吸収によるガラスの内部の分子結合の直接的な切断とが考えられる。前者は、通常の吸収率で議論できる。一方、後者の相互作用が生じる確率は低いので、後者の相互作用のためには、光子密度が高い状態、すなわち、高フルエンスの状態が必要である。例えば、図３に示す通り、アキシコンレンズに入射するレーザービームのビーム径が小さいほど、アキシコンレンズを透過したビームの光軸上の強度は高い。このため、ビーム径を小さくして、光子の空間密度を高めて高フルエンスの状態を実現することが考えられる。一方、図３に示す通り、アキシコンレンズに入射するレーザービームのビーム径が大きいほど、ベッセルビームが形成される領域の光軸方向における長さが長い。このため、アキシコンレンズを透過したビームの光軸上の強度とベッセルビームが形成される領域の光軸方向における長さとの両立を踏まえて、レーザービームのビーム径が決定される。なお、図３に示す通り、ベッセルビームが形成される領域の光軸方向における長さが長いと、エネルギーが光軸方向に分散する。このため、ベッセルビームが形成される領域において光軸上の強度を高く保つために、アキシコンレンズに入射するレーザービームのエネルギーを高めることが有効である。なお、図３において、ｒｂはアキシコンレンズに入射するレーザービームの基準ビーム径を意味する。
【００２８】
高フルエンスの状態を実現するために、レーザービームのパルス幅を短くして光子の時間密度を高めることも望ましい。一方、光の吸収に伴う発熱によりガラスの内部で分子が活性化すると、多光子吸収がより発生しやすい状況になる。このため、ナノ秒のオーダーのパルス幅を有するレーザービームによっても多光子吸収を発生させることが可能である。
【００２９】
レーザー発振器により生成されるレーザービームＬＢは、例えば、下記の条件を満たす。これにより、ガラスに変質部を良好に形成できる。
波長：５３５ｎｍ以下（望ましくは、波長３５５ｎｍを含む）
中心波長：３００〜４００ｎｍ（望ましくは３５５ｎｍ）
エネルギー：１００μＪ／パルス以上
パルス幅：１ナノ秒（ｎｓ）以上
ビーム径：０．５〜２０ｍｍ（望ましくは、０．５〜１０ｍｍ）
パルス数：１パルス
ビームモード：シングルモード
【００３０】
レーザービームＬＢのパルス幅は、望ましくは１〜２００ｎｓであり、より望ましくは１〜１００ｎｓであり、さらに望ましくは１〜５０ｎｓである。レーザービームＬＢのパルス幅が２００ｎｓより大きくなると、レーザーパルスの尖頭値が低下してしまい、ガラスの加工がうまくできない場合がある。レーザーパルスのビーム品質Ｍ2値は、例えば２以下であってもよい。Ｍ2値が２以下であるレーザーパルスを用いることによって、ガラスにおける微小な細孔又は微小な溝の形成が容易である。
【００３１】
上記（IIａ）の工程では、レーザービームＬＢが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの高調波、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザーの高調波、又はＮｄ：ＹＬＦレーザーの高調波であってもよい。高調波は、例えば、第２高調波、第３高調波又は第４高調波である。これらレーザーの第２高調波の波長は、５３２〜５３５ｎｍ近傍である。第３高調波の波長は、３５５〜３５７ｎｍ近傍である。第４高調波の波長は、２６６〜２６８ｎｍの近傍である。これらのレーザーを用いることによって、ガラスを安価に加工できる。
【００３２】
レーザー発振器は、例えば、コヒレント社製の高繰返し固体パルスＵＶレーザー：ＡＶＩＡ３５５−４５００である。このレーザー発振器では、第３高調波Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザーであり、繰返し周波数が２５ｋＨｚの時に６Ｗ程度の最大のレーザーパワーが得られる。第３高調波の波長は３５０〜３６０ｎｍである。
【００３３】
レーザービームＬＢの波長は、３５０〜３６０ｎｍの範囲であってもよい。一方、レーザービームの波長が５３５ｎｍよりも大きくなると、照射スポットが大きくなり、微小な構造の作製が困難になる上、熱の影響で照射スポットの周囲が割れやすくなる。
【００３４】
第一レンズ群２１は、例えば、凸レンズと同様の光学的機能を有し、凸レンズの作用を発揮する単一のレンズから構成されていてもよい。この場合、第一レンズ群２１は、レーザービームＬＢのビーム径よりも十分に大きい有効径を有してもよい。レーザー発振器により生成されたレーザービームＬＢは、そのビーム径が数ｍｍ程度の略平行ビームである。レーザービームＬＢのビーム径が十分に小さい場合、第一レンズ群２１のパワーを適切に選択することで、第一レンズ群２１が単一のレンズから構成されたときであっても、収束ビームＴＢにおいて発生する収差を、問題のないレベルまで小さくできる。なお、第一レンズ群２１が単一のレンズであれば、複数のレンズによってレンズ群を構成する場合に発生しうる問題を避けることができる。その問題は、以下のようなものである。光学系の収差を補正するために、通常、異なる屈折率を有する複数のレンズを組み合わせてレンズ群を構成することが考えられる。しかし、レンズ群に入射するレーザービームが主に紫外線領域の波長を有する場合、利用可能なレンズの材料が限定され、レンズ群の設計における自由度が減少し、収差の補正が難しい。特に、レンズ群のパワーの向上に有利な高い屈折率を有するガラス材料は、紫外線領域において非常に低い透過率を示すので、レンズ群に用いることが難しい。レンズ群を構成するレンズのいずれかの面は非球面形状であってもよい。一般に、非球面形状の面を有するレンズは、球面形状又は平面で構成されたレンズより高度な設計の自由度を有し、収差の補正に有効である。また、レンズ又はレンズ群のパワーとは、光線を曲げることのできる程度を表し、レンズ又はレンズ群の有効焦点距離の逆数で表される。
【００３５】
第一レンズ群２１は、先述のように、適正に収差補正された複数のレンズによって構成されていてもよい。レーザービームＬＢが大きな広がり角を有する発散ビーム又は収束ビームである場合には、光軸から離れた斜めの光線がレンズ群に入射するので収差が発生しやすい。そのような場合は、先述のように、有効径が十分に大きいレンズで第一レンズ群２１を構成すること、又は、レンズの材料の屈折率や形状を考慮して複数のレンズで第一レンズ群２１を構成することによって収差を低減することが望ましい。
【００３６】
アキシコンレンズ１０は、円錐面を含み、その円錐面は、例えば、１１０〜１６０°の頂角を有する。図４に示す通り、アキシコンレンズの頂角τが大きいほど、光軸上で所定の強度が保たれる範囲の長さが長くなる。一方、図５に示す通り、アキシコンレンズの頂角τが小さいほど、アキシコンレンズを透過した光線の交差角度α0が大きくなり、メインローブの直径を１μｍ以下に小さくすることも可能である。アキシコンレンズ１０の頂角が上記の範囲であれば、アキシコンレンズを透過後のレーザービームにおいて光軸上で所定の強度が保たれる範囲の長さと、ベッセルビームにおけるメインローブの径を所望の値に調節できる。本明細書において、ビーム径とは、光軸に垂直な平面において、ビームの最大強度の１／ｅ2倍（１３．５％）の強度の等強度線によって囲まれた領域の直径を意味する。
【００３７】
第二レンズ群２２は、第一リングビームＢを発散させることなく収束させて第二リングビームＣを形成できる限り、特定のレンズに限定されない。第二レンズ群２２は、例えば１つの凸レンズと同様の光学的機能を有し、凸レンズの作用を発揮できる単一のレンズから構成されてもよい。第二レンズ群２２は、第一リングビームＢを発散させないので、光学装置１ａの光軸方向の全長を短くしやすい。図１に示す通り、第二レンズ群２２には、光軸から離れた斜めの光線が入射するので、収差が発生しやすい。このため、場合によっては、第二レンズ群２２は適正に収差が補正された低収差レンズであってもよく、第二レンズ群２２は複数のレンズによって構成されていることも望ましい。例えば、第二レンズ群２２としては、例えば同一形状の２つの平凸レンズ（光軸に対して軸対称であり、凸面とその凸面と反対方向を向いている平面を含むレンズ）を用いてもよい。この場合、第二レンズ群２２において、２つの平凸レンズの中心軸が一致しており、かつ、凸面同士が対向している。これにより、第二レンズ群２２を透過した光線に発生する収差を比較的容易に低減できる。第二レンズ群２２を構成するレンズのいずれかの面は非球面形状であってもよい。一般に、非球面形状の面を有するレンズは、球面形状又は平面で構成されたレンズより高度な設計の自由度を有し、収差の補正に有効である。
【００３８】
本発明に係る加工方法は、望ましくは、下記の（Ｉｅ）の工程をさらに含む。
（Ｉｅ）光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線及び光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの外側に存在する光線の少なくとも一方を、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間、又は、第二レンズ群２２と第二ベッセルビームＤとの間で遮蔽する。
【００３９】
本発明に係る方法は、より望ましくは、下記の（Ｉｆ）の工程をさらに含む。
（Ｉｆ）光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線を、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間、又は、第二レンズ群２２と第二ベッセルビームＤとの間で遮蔽する。
【００４０】
本発明に係る加工方法は、例えば、下記の（Ｉｇ）の工程をさらに含んでいてもよい。
（Ｉｇ）光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線及び光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの外側に存在する光線を、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間、又は、第二レンズ群２２と第二ベッセルビームＤとの間で遮蔽する。
【００４１】
光学装置１ａは、例えば、遮蔽体２５を備える。遮蔽体２５は、アキシコンレンズ１０と第二レンズ群２２との間、又は、第二レンズ群２２と第二ベッセルビームＤとの間に配置される。遮蔽体２５は、第一遮光部及び第二遮光部の少なくとも一方を有する。第一遮光部によって、第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線が遮蔽される。第二遮光部によって、光軸ｚに垂直な方向において第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの外側に存在する光線が遮蔽される。遮蔽体２５は、望ましくは、第一遮光部を有し、第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線を遮蔽する。さらに、遮蔽体２５は、第一遮光部及び第二遮光部を有していてもよい。この場合、遮蔽体２５は、第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側に存在する光線及び第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの外側に存在する光線を遮蔽する。遮蔽体２５は、例えば、板状の部材である。遮蔽体２５は、望ましくは円板状の部材である。この場合、例えば、遮蔽体２５の中心が光軸に略一致するように配置される。遮蔽体２５はその中央に貫通孔を有していてもよい。遮蔽体２５は、第一リングビームＢ又は第二リングビームＣの内側及び外側に存在する光線を遮蔽するのに適した材料から形成されていてもよい。
【００４２】
アキシコンレンズ１０は、望ましくは、その円錐面に先鋭な先端を有する。一方、アキシコンレンズの先端の加工の精密さには限界があり、アキシコンレンズの先端を完全に先鋭にすることは容易なことではない。アキシコンレンズの作製に用いられる機械又は工具は、有限の大きさを有するとともに所定の公差を有するので、極端に言えば、アキシコンレンズの先端と先端に近い部位が、理想的な錐形状から外れ、球面、平面、又は球面と平面が組み合わさった面になる可能性がある。
【００４３】
アキシコンレンズ１０の先端が完全に先鋭でないと、第一ベッセルビームＡ及び第一リングビームＢの形状が理想的な形状からずれる。図６Ａに示す通り、アキシコンレンズの先端が先鋭であると、アキシコンレンズを透過した光線において明確なメインローブが認められる。一方、図６Ｂに示す通り、アキシコンレンズの先端が、先鋭でなく、球面状になっていたり、欠損などの欠陥を含む場合には、メインローブが不明確になる。これは、欠陥を含んだ先端部分によって不規則な屈折光が生じ、このような光線が不規則な干渉を起こすためである。アキシコンレンズの先端の形状の影響を受けた光の一部は、第一リングビームＢの比較的内側に存在するので、第一リングビームＢの内側に存在する光線を、第一リングビームＢを収束させる前に遮蔽すれば、アキシコンレンズ１０の先端が先鋭でないことによる影響が、第二ベッセルビームＤに現れるのを防止できる。その結果、第二ベッセルビームＤを適切に形成できる。
【００４４】
上記の（IIａ）の工程で使用されるガラス（以下、レーザー加工用ガラスともいう）は、例えば、レーザービームＬＢの中心波長λｃにおいて１〜５０ｃｍ-1の吸収係数を有し、望ましくは中心波長λｃにおいて３〜４０ｃｍ-1の吸収係数を有する。このガラスは、望ましくは、３００〜４００ｎｍの範囲の特定の波長において、１〜５０ｃｍ-1の吸収係数を有し、より望ましくはこの特定の波長において、３〜４０ｃｍ-1の吸収係数を有する。このようなガラスは、公知のガラスから選択できる。例えば、特許文献２又は３に記載されたガラスを（IIａ）の工程で使用されるガラスとして選択できる。ガラスの吸収係数αは、厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板の透過率及び反射率を測定することによって算出できる。厚さｔ（ｃｍ）のガラス基板について、所定の波長（波長５３５ｎｍ以下）における透過率Ｔ（％）と入射角１２°における反射率Ｒ（％）とを分光光度計（例えば、日本分光株式会社製  紫外可視近赤分光光度計Ｖ−６７０）を用いて測定する。得られた測定値から以下の式（３）を用いて吸収係数αを算出できる。
α＝（１／ｔ）＊ｌｎ｛（１００−Ｒ）／Ｔ｝      （３）
【００４５】
（IIａ）の工程で使用されるガラスは、例えば板ガラスである。この場合、ガラスの厚みは、例えば２ｍｍ以下であり、０．１〜１．５ｍｍでありうる。
【００４６】
上記の（IIａ）の工程では、１度のレーザーパルス照射でガラスに変質部を形成することが可能である。例えば、上記の（IIａ）の工程において、照射位置が重ならないようにレーザーパルスを照射することによって、ガラスに変質部を形成できる。ただし、照射位置が重なるようにレーザーパルスを照射してもよい。
【００４７】
上記の（IIａ）の工程では、例えば、上記の光学装置１ａを用いてガラスの内部に第二ベッセルビームが形成されるようにレーザーパルスが集光される。例えば、ガラス板に貫通孔を形成する場合には、通常、ガラス板の厚さ方向の中央付近に第二ベッセルビームが形成されるようにレーザーパルスを集光する。なお、ガラス板の上面側(レーザーパルスの入射側)のみを加工する場合には、例えば、ガラス板の上面側に第二ベッセルビームが形成されるように、光学系とガラスとの間隔を調整してもよい。逆に、ガラス板の下面側(レーザーパルスの入射側とは反対側)のみを加工する場合には、例えば、ガラス板の下面側に第二ベッセルビームが形成されるように、光学系とガラスとの間隔を調整してもよい。ただし、変質部が形成できる限り、レーザーパルスは、ガラスの外部に第二ベッセルビームが形成されるように集光されてもよい。
【００４８】
本発明に係るガラス物品の製造方法は、下記の（IIｂ）の工程をさらに含む。
（IIｂ）エッチングにより変質部の少なくとも一部を除去してガラスに孔を形成する。
【００４９】
（IIｂ）の工程において、典型的には、ウェットエッチングにより変質部の少なくとも一部が除去される。エッチング液において、典型的には、ガラスに対するエッチングレートよりも変質部に対するエッチングレートが大きい。エッチング液は、例えば、フッ酸（フッ化水素（ＨＦ）の水溶液）である。また、エッチング液は、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）もしくはその水溶液、硝酸（ＨＮＯ3）もしくはその水溶液、又は塩酸（塩化水素（ＨＣｌ）の水溶液）であってもよい。エッチング液は、これらの中の１種の酸でもよく、２種以上の酸の混合物であってもよい。エッチング液がフッ酸である場合、変質部のエッチングが進みやすく、短時間に孔を形成できる。エッチング液が硫酸である場合、変質部以外のガラスがエッチングされにくく、テーパ角の小さいストレートな孔を形成できる。
【００５０】
（IIｂ）の工程において、板ガラスの片側のみからのエッチングを可能にするために、板ガラスの一方の主面に表面保護皮膜剤を塗布してもよい。このような表面保護皮膜剤としては、シリテクト−II（Trylaner International社製）等の市販品を使用できる。
【００５１】
エッチング時間あるいはエッチング液の温度は、変質部の形状あるいは目的とする加工形状に応じて選択される。なお、エッチング時のエッチング液の温度を高くすることによって、エッチング速度を高めることができる。また、エッチング条件によって、孔の直径を制御することが可能である。
【００５２】
エッチング時間は板ガラスの厚みにもよるので、特に限定されないが、３０〜１８０分程度が好ましい。エッチング液の温度は、例えば、５〜４５℃程度であり、１５〜４０℃程度であり得る。（IIｂ）の工程の期間中に、エッチング液の温度は、エッチングレートの調整のために変更可能である。必要に応じて、エッチング液に超音波を印加しながら、エッチングを行ってもよい。これにより、エッチングレートを大きくすることができるとともに、液の撹拌効果を期待できる。
【００５３】
レーザー加工用ガラスとしては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、又はチタン含有シリケートガラスが好適である。さらに、これらのガラスのうち、アルカリ成分（アルカリ金属酸化物）を実質的に含んでいない無アルカリガラス又はアルカリ成分を微量だけ含んでいる低アルカリガラス等のガラスをレーザー加工用ガラスとして好適に使用できる。
【００５４】
上記の吸収係数をさらに効果的に高めるために、ガラスが、着色成分として、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＣｕから選ばれる金属の酸化物を少なくとも１種含んでいてもよい。
【００５５】
ホウケイ酸ガラスとしては、コーニング社の＃７０５９ガラス（組成は、質量％で表して、ＳｉＯ2  ４９％、Ａｌ2Ｏ3  １０％、Ｂ2Ｏ3  １５％、ＲＯ（アルカリ土類金属酸化物）２５％）又はパイレックス（登録商標）（ガラスコード７７４０）等が挙げられる。
【００５６】
アルミノシリケートガラスの第一の例は、以下のような組成を有してもよい。
質量％で表して、
ＳｉＯ2  ５０〜７０％、
Ａｌ2Ｏ3  １４〜２８％、
Ｎａ2Ｏ  １〜５％、
ＭｇＯ  １〜１３％、及び
ＺｎＯ  ０〜１４％、
を含むガラス組成物。
【００５７】
アルミノシリケートガラスの第二の例は、以下のような組成を有してもよい。
質量％で表して、
ＳｉＯ2  ５６〜７０％、
Ａｌ2Ｏ3  ７〜１７％、
Ｂ2Ｏ3  ０〜９％、
Ｌｉ2Ｏ  ４〜８％、
ＭｇＯ  １〜１１％、
ＺｎＯ  ４〜１２％、
ＴｉＯ2  ０〜２％、
Ｌｉ2Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ  １４〜２３％、
ＣａＯ＋ＢａＯ  ０〜３％、
を含むガラス組成物。
【００５８】
アルミノシリケートガラスの第三の例は、以下のような組成を有してもよい。
質量％で表して、
ＳｉＯ2  ５８〜６６％、
Ａｌ2Ｏ3  １３〜１９％、
Ｌｉ2Ｏ  ３〜４．５％、
Ｎａ2Ｏ  ６〜１３％、
Ｋ2Ｏ  ０〜５％、
Ｒ2Ｏ  １０〜１８％（ただし、Ｒ2Ｏ＝Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）、
ＭｇＯ  ０〜３．５％、
ＣａＯ  １〜７％、
ＳｒＯ  ０〜２％、
ＢａＯ  ０〜２％、
ＲＯ  ２〜１０％（ただし、ＲＯ＝ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、
ＴｉＯ2  ０〜２％、
ＣｅＯ2  ０〜２％、
Ｆｅ2Ｏ3  ０〜２％、
ＭｎＯ  ０〜１％（ただし、ＴｉＯ2＋ＣｅＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3＋ＭｎＯ＝０．０１〜３％）、
ＳＯ3  ０．０５〜０．５％、
を含むガラス組成物。
【００５９】
アルミノシリケートガラスの第四の例は、以下のような組成を有してもよい。
質量％で表して、
ＳｉＯ2  ６０〜７０％、
Ａｌ2Ｏ3  ５〜２０％、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ５〜２５％、
Ｌｉ2Ｏ  ０〜１％、
Ｎａ2Ｏ  ３〜１８％、
Ｋ2Ｏ  ０〜９％、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ５〜２０％、
ＭｇＯ  ０〜１０％、
ＣａＯ  １〜１５％、
ＳｒＯ  ０〜４．５％、
ＢａＯ  ０〜１％、
ＴｉＯ2  ０〜１％、
ＺｒＯ2  ０〜１％、
を含むガラス組成物。
【００６０】
アルミノシリケートガラスの第五の例は、以下のような組成を有してもよい。
質量％で示して、
ＳｉＯ2  ５９〜６８％、
Ａｌ2Ｏ3  ９．５〜１５％、
Ｌｉ2Ｏ  ０〜１％、
Ｎａ2Ｏ  ３〜１８％、
Ｋ2Ｏ  ０〜３．５％、
ＭｇＯ  ０〜１５％、
ＣａＯ  １〜１５％、
ＳｒＯ  ０〜４．５％、
ＢａＯ  ０〜１％、
ＴｉＯ2  ０〜２％、
ＺｒＯ2  １〜１０％、
を含むガラス組成物。
【００６１】
ソーダライムガラスは、例えば板ガラスに広く用いられるガラス組成物である。
【００６２】
チタン含有シリケートガラスの第一の例は、以下のような組成を有してもよい。
モル％で表示して、
ＴｉＯ2  ５〜２５％を含み、
ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3  ５０〜７９％、
Ａｌ2Ｏ3＋ＴｉＯ2  ５〜２５％、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｒｂ2Ｏ＋Ｃｓ2Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ５〜２０％、
であるガラス組成物。
【００６３】
また、上記のチタン含有シリケートガラスの第一の例において、
ＳｉＯ2  ６０〜６５％、
ＴｉＯ2  １２．５〜１５％、
Ｎａ2Ｏ  １２．５〜１５％、を含み、
ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3  ７０〜７５％、
であることが好ましい。
【００６４】
さらに、上記のチタン含有シリケートガラスの第一の例において、
（Ａｌ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｒｂ2Ｏ＋Ｃｓ2Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）≦０．９、
であることがより好ましい。
【００６５】
また、チタン含有シリケートガラスの第二の例は、以下のような組成を有してもよい。モル％で表示して、
Ｂ2Ｏ3  １０〜５０％、
ＴｉＯ2  ２５〜４０％、を含み、
ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3  ２０〜５０％、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｒｂ2Ｏ＋Ｃｓ2Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  １０〜４０％、
であるガラス組成物。
【００６６】
低アルカリガラスの第一の例は、以下のような組成を有してもよい。
モル％で表示して、
ＳｉＯ2  ４５〜６８％、
Ｂ2Ｏ3  ２〜２０％、
Ａｌ2Ｏ3  ３〜２０％、
ＴｉＯ2  ０．１〜５．０％（但し５．０％は除く）、
ＺｎＯ  ０〜９％、を含み、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ０〜２．０％（但し２．０％は除く）であるガラス組成物。
【００６７】
また、上記の低アルカリガラスの第一の例において、着色成分として、
ＣｅＯ2  ０〜３％、
Ｆｅ2Ｏ3  ０〜１％、
を含むことが好ましい。さらに実質的にアルカリ金属酸化物を含まない無アルカリガラスがより好ましい。
【００６８】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例は、必須成分としてＴｉＯ2を含む。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例におけるＴｉＯ2の含有量は、０．１モル％以上５．０モル％未満であり、レーザー照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、望ましくは０．２〜４．０モル％であり、より望ましくは０．５〜３．５モル％であり、さらに望ましくは１．０〜３．５モル％である。特定の組成を有する低アルカリガラス又は無アルカリガラスにＴｉＯ2を適度に含ませることは、比較的弱いレーザー等のエネルギー照射によっても変質部を形成することを可能とし、さらにその変質部は後工程において超音波照射しながらエッチングを行うときにより容易に除去されうるという作用をもたらす。また、ＴｉＯ2は結合エネルギーが紫外光のエネルギーと略一致しており、紫外光を吸収する。ＴｉＯ2を適度に含ませることにより、電荷移動吸収として、他の着色剤との相互作用を利用して着色をコントロールすることも可能である。従ってＴｉＯ2の含有量の調整により、所定の光に対する吸収を適度なものにすることができる。ガラスが適切な吸収係数を有することによって、エッチングによって孔が形成される変質部の形成が容易になるため、これらの観点からも、適度にＴｉＯ2を含ませることが好ましい。
【００６９】
また、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例はＺｎＯを任意成分として含んでいてもよい。この場合、ＺｎＯの含有量は、望ましくは０〜９．０モル％であり、より望ましくは１．０〜８．０モル％であり、さらに望ましくは１．５〜５．０モル％であり、特に望ましくは１．５〜３．５モル％である。ＺｎＯは、ＴｉＯ2と同様に紫外光の領域に吸収を示す成分であり、レーザー加工用ガラスにＺｎＯが含まれていればガラスに対して有効な作用をもたらす。
【００７０】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例は、着色成分としてＣｅＯ2を含有していてもよい。特にＣｅＯ2をＴｉＯ2と併用することによって、変質部をより容易に形成できる。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例におけるＣｅＯ2の含有量は、望ましくは０〜３．０モル％であり、より望ましくは０．０５〜２．５モル％であり、さらに望ましくは０．１〜２．０モル％であり、特に望ましくは０．２〜０．９モル％である。
【００７１】
Ｆｅ2Ｏ3もレーザー加工用ガラスにおける着色成分として有効であり、レーザー加工用ガラスはＦｅ2Ｏ3を含有していてもよい。特に、ＴｉＯ2とＦｅ2Ｏ3とを併用すること、又は、ＴｉＯ2と、ＣｅＯ2と、Ｆｅ2Ｏ3とを併用することにより、変質部の形成が容易になる。低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるＦｅ2Ｏ3の含有量は、望ましくは０〜１．０モル％であり、より望ましくは０．００８〜０．７モル％であり、さらに望ましくは０．０１〜０．４モル％であり、特に望ましくは０．０２〜０．３モル％である。
【００７２】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例において、以上に挙げた成分に限られるものではないが、適度な着色成分の含有によりガラスの所定波長（波長５３５ｎｍ以下）の吸収係数が１〜５０ｃｍ-1、好ましくは３〜４０ｃｍ-1になるようにしてもよい。
【００７３】
また、低アルカリガラスの第二の例は、以下のような組成を有してもよい。
モル％で表示して、
ＳｉＯ2  ４５〜７０％、
Ｂ2Ｏ3  ２〜２０％、
Ａｌ2Ｏ3  ３〜２０％、
ＣｕＯ  ０．１〜２．０％、
ＴｉＯ2  ０〜１５．０％、
ＺｎＯ  ０〜９．０％、
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ  ０〜２．０％（但し２．０％は除く）であるガラス組成物。
さらに実質的にアルカリ金属酸化物を含まない無アルカリガラスがより好ましい。
【００７４】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例は、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例と同様にＴｉＯ2を含んでいてもよい。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例におけるＴｉＯ2の含有量は、０〜１５．０モル％であり、レーザー照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、望ましくは０〜１０．０モル％であり、より望ましくは１〜１０．０モル％であり、さらに望ましくは１．０〜９．０モル％であり、特に望ましくは１．０〜５．０モル％である。
【００７５】
また、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例はＺｎＯを含んでいてもよい。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例におけるＺｎＯの含有量は０〜９．０モル％であり、望ましくは１．０〜９．０モル％であり、より望ましくは１．０〜７．０モル％である。ＺｎＯは、ＴｉＯ2と同様に紫外光の領域に吸収を示す成分であるので、ＺｎＯが含まれていればレーザー加工用ガラスに対して有効な作用をもたらす。
【００７６】
さらに、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例は、ＣｕＯを含む。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例におけるＣｕＯの含有量は、望ましくは０．１〜２．０モル％であり、より望ましくは０．１５〜１．９モル％であり、さらに望ましくは０．１８〜１．８モル％であり、特に望ましくは０．２〜１．６モル％である。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例がＣｕＯを含有していることにより、ガラスに着色が生じ、所定のレーザーの波長における吸収係数を適切な範囲に調節でき、照射レーザーのエネルギーを適切に吸収させることができる。その結果、孔形成の基礎となる変質部を容易に形成できる。
【００７７】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第二の例において、以上に挙げた成分に限られるものではないが、適度な着色成分の含有によりガラスの所定波長（波長５３５ｎｍ以下）の吸収係数が１〜５０ｃｍ-1、望ましくは３〜４０ｃｍ-1になるようにしてもよい。
【００７８】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例はＭｇＯを任意成分として含んでいてもよい。ＭｇＯはアルカリ土類金属酸化物の中でも、熱膨張係数の増大を抑制し、かつ、歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させる。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＭｇＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは９．５モル％以下である。また、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＭｇＯの含有量は、望ましくは２．０モル％以上であり、より望ましくは３．０モル％以上であり、さらに望ましくは４．０モル％以上であり、特に望ましくは４．５モル％以上である。
【００７９】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例はＣａＯを任意成分として含んでいてもよい。ＣａＯは、ＭｇＯと同様に、熱膨張係数の増大を抑制し、かつ、歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させる。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＣａＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは９．３モル％以下である。また、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＣａＯの含有量は、望ましくは１．０モル％以上であり、より望ましくは２．０モル％以上であり、さらに望ましくは３．０モル％以上であり、特に望ましくは３．５モル％以上である。
【００８０】
低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例はＳｒＯを任意成分として含んでいてもよい。ＳｒＯはＭｇＯ及びＣａＯと同様に、熱膨張係数の増大を抑制し、かつ、歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるので、失透特性と耐酸性の改善のためにはレーザー加工用ガラスに含有させてもよい。低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＳｒＯの含有量は、望ましくは１５．０モル％以下であり、より望ましくは１２．０モル％以下であり、さらに望ましくは１０．０モル％以下であり、特に望ましくは９．３モル％以下である。また、低アルカリガラス又は無アルカリガラスの上記の第一の例及び第二の例におけるＳｒＯの含有量は、望ましくは１．０モル％以上であり、より望ましくは２．０モル％以上であり、さらに望ましくは３．０モル％以上であり、特に望ましくは３．５モル％以上である。
【００８１】
本明細書において、ある成分を「実質的に含有しない」とは、ガラスにおける当該成分の含有量が、０．１モル％未満、望ましくは０．０５モル％未満、より望ましくは０．０１モル％以下であることを意味する。なお、本明細書において、数値範囲（各成分の含有量、各成分から算出される値及び各物性等）の上限値及び下限値は適宜組み合わせ可能である。
【００８２】
レーザー加工用ガラスの熱膨張係数は、望ましくは１００×１０-7／℃以下であり、より望ましくは７０×１０-7／℃以下であり、さらに望ましくは６０×１０-7／℃以下であり、特に望ましくは５０×１０-7／℃以下である。また、レーザー加工用ガラスの熱膨張係数の下限は特に限定されないが、例えば１０×１０-7／℃以上であり、２０×１０-7／℃以上であってもよい。
【００８３】
レーザー加工用ガラスの熱膨張係数は、例えば以下のように測定する。まず、直径５ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱形状のガラス試料を作製する。これを２５℃からガラス試料の降伏点まで加温し、各温度におけるガラス試料の伸びを測定することにより、熱膨張係数を算出する。５０〜３５０℃の範囲の熱膨張係数の平均値を計算し、平均熱膨張係数を決定できる。
【００８４】
上記の（IIａ）の工程では、いわゆる感光性ガラスを用いる必要はなく、加工できるガラスの範囲が広い。すなわち、上記の（IIａ）の工程では、金又は銀を実質的に含まないガラスを加工できる。
【００８５】
特に剛性の高いガラスは、レーザー照射した際に、ガラスの上面と下面のどちらにおいても割れを発生しづらく、上記の（IIａ）の工程において好適に加工できる。このため、レーザー加工用ガラスのヤング率は、望ましくは８０ＧＰａ以上である。
【００８６】
以上に挙げたガラスについては、市販されている場合もあり、それらを購入して入手することができる。またそうでない場合であっても、公知の成形方法（例えば、オーバーフロー法、フロート法、スリットドロー法、キャスティング法等）で所望のガラスを作製することができ、さらに切断や研磨等の後加工によって目的の形状のガラス組成物を得ることができる。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００８８】
＜実施例１＞
図７に示す実施例１に係る光学装置１ｂにおいて、波長３５５ｎｍ、ビーム径が５ｍｍの平行光のレーザービームを入射させたときの光線追跡シミュレーションを行った。光学装置１ｂは、第一レンズ群２１ａ、アキシコンレンズ１０ａ、及び第二レンズ群２２ａを有する。第一レンズ群２１ａ、アキシコンレンズ１０ａ、及び第二レンズ群２２ａは、それらの中心軸がビームの光軸に一致し、かつ、ビームの進行方向にこの順番で配置されている。第一レンズ群２１ａは、厚さがゼロで、無収差の理想レンズＬ（２１ａ−１）からなり、その有効焦点距離ＥＦＬ（２１ａ−１）は３２．５４ｍｍである。アキシコンレンズ１０ａは、頂角τが１６０°である円錐面と、その円錐面と反対方向を向いている平面とを含み、アキシコンレンズ１０ａの中心厚みＣＴ（１０ａ）は２．０ｍｍとし、アキシコンレンズ１０ａの媒質の屈折率は１．４７６である。アキシコンレンズ１０ａは、その平面にビームが入射するように向けられて配置されている。レンズＬ（２１ａ−１）からなる第一レンズ群２１ａと、アキシコンレンズ１０ａとの間隔ｄ（１１）は２．０ｍｍである。第二レンズ群２２ａは、厚さがゼロで、無収差の理想レンズＬ（２２ａ−１）からなり、その有効焦点距離ＥＦＬ（２２ａ−１）は７．８１ｍｍである。アキシコンレンズ１０ａと、レンズＬ（２２ａ−１）との距離ｄ（１２）は３５．９ｍｍである。光学装置１ｂにおいて、平行なレーザービームが第一レンズ群２１ａを透過して収束光となり、この収束光が、アキシコンレンズ１０ａに入射し、円錐状の波面を有するビームが出射する。光学装置１ｂは、アキシコンレンズ１０ａの後方に、円錐状の波面が重なる範囲において第一ベッセルビームを形成する。さらに、ビームは、第一ベッセルビームの後方において、第一リングビームとなって発散しつつ、第二レンズ群２２ａに至る前に、リングの幅が最小となる焦点面を形成する。第一リングビームが、第二レンズ群２２ａに入射し、光軸に垂直な方向における幅が光軸に沿って略一定であって、光軸に向かって収束する第二リングビームが出射する。第二レンズ群２２ａの後方において、レンズＬ（２２ａ−１）からなる第二レンズ群２２ａからｄ（１３）＝１０ｍｍだけ離れた光軸上の点を略始点とした一定の区間に、第二ベッセルビームが形成される。第二ベッセルビームが形成される領域は、第二リングビーム（の波面）が重なる領域内である。レンズＬ（２２ａ−１）からなる第二レンズ群２２ａと、上記ベッセルビームが形成された領域の光軸方向の略始点との距離ｄ（１３）は、加工に供されるガラス等の表面を光学装置１ｂによる最終的なビームの出射面に近接できる最短の距離であり、ワーキングディスタンスＷＤ（１）に相当する。光学装置１ｂの光軸上の全長（レンズＬ（２１ａ−１）からレンズＬ（２２ａ−１）までの光軸上の距離）にワーキングディスタンスＷＤ（１）を加えた長さは、４９．９ｍｍとなる。第二ベッセルビームが形成される領域に、その厚み方向の部分が含まれる又は重なるように板状のガラスを配置することによって、ガラス内部に変質部を形成することが可能となる。
【００８９】
＜実施例２＞
図８に示す実施例２に係る光学装置１ｃにおいて、波長３５５ｎｍ、ビーム径が２．５ｍｍの平行光のレーザービームを入射させたときの光線追跡シミュレーションを行った。光学装置１ｃは、第一レンズ群２１ｂ、アキシコンレンズ１０ｂ、及び第二レンズ群２２ｂを有する。第一レンズ群２１ｂ、アキシコンレンズ１０ｂ、及び第二レンズ群２２ｂは、それらの中心軸がビームの光軸に一致し、かつ、ビームの進行方向にこの順番で配置されている。第一レンズ群２１ｂは、レンズＬ（２１ｂ−１）、レンズＬ（２１ｂ−２）、及びレンズＬ（２１ｂ−３）から構成されており、これらのレンズはビームの進行方向にこの順番で配置されている。レンズＬ（２１ｂ−１）の中心厚みＣＴ（２１ｂ−１）は１．０ｍｍであり、レンズＬ（２１ｂ−１）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２１ｂ−１）は球面形状からなる凹面とその凹面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２１ｂ−１）は、その凹面にビームが入射し、かつ、その平面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２１ｂ−１）の凹面の球面の曲率半径は、−５．００ｍｍである。レンズＬ（２１ｂ−２）の中心厚みＣＴ（２１ｂ−２）は４．０ｍｍであり、レンズＬ（２１ｂ−２）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２１ｂ−２）は球面形状からなる凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２１ｂ−２）は、その平面にレンズＬ（２１ｂ−１）からのビームが入射し、かつ、その凸面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２１ｂ−１）とレンズＬ（２１ｂ−２）との間隔ｄ（２１）は３８．００ｍｍである。レンズＬ（２１ｂ−２）の凸面の球面の曲率半径は−２４．３３ｍｍである。レンズＬ（２１ｂ−３）の中心厚みＣＴ（２１ｂ−３）は４．０ｍｍであり、レンズＬ（２１ｂ−３）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２１ｂ−３）は、球面形状からなる凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２１ｂ−３）は、その凸面にレンズ（２１ｂ−２）からのビームが入射し、かつ、その平面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２１ｂ−２）とレンズＬ（２１ｂ−３）との間隔ｄ（２２）は０ｍｍである。レンズＬ（２１ｂ−２）とレンズＬ（２１ｂ−３）とは、それらの凸面同士が対向し、かつ、凸面の頂点が接触するように配置されている。レンズＬ（２１ｂ−３）の凸面の球面の曲率半径は２４．３３ｍｍである。レンズＬ（２１ｂ−２）とレンズＬ（２１ｂ−３）とは同一の形状である。図８に示す通り、第一レンズ群２１ｂは、ビームエクスパンダのように、レーザービームのビーム径を拡大し、かつ、ビームを収束させる機能を有する。
【００９０】
アキシコンレンズ１０ｂは、頂角τが１４０°である円錐面と、その円錐面と反対方向を向いている平面とを含み、アキシコンレンズ１０ｂの中心厚みＣＴ（１０ｂ）は５．０ｍｍであり、アキシコンレンズ１０ｂの媒質の屈折率は１．４７６である。アキシコンレンズ１０ｂは、その平面に第一レンズ群２１ｂからのビームが入射し、かつ、その円錐面からビームが出射するような向きで配置されている。第一レンズ群２１ｂのレンズ（２１ｂ−３）と、アキシコンレンズ１０ｂとの間隔ｄ（２３）は２．０ｍｍである。
【００９１】
第二レンズ群２２ｂは、レンズＬ（２２ｂ−１）及びレンズＬ（２２ｂ−２）から構成され、これらのレンズがビームの進行方向にこの順番で配置されている。レンズＬ（２２ｂ−１）の中心厚みＣＴ（２２ｂ−１）は５．０ｍｍであり、レンズＬ（２２ｂ−１）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２２ｂ−１）は、球面形状からなる凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２２ｂ−１）は、その平面にアキシコンレンズ１０ｂからのビームが入射し、かつ、その凸面からビームが出射するような向きで配置されている。アキシコンレンズ１０ｂとレンズＬ（２２ｂ−１）との間隔ｄ（２４）は３６．９６ｍｍである。レンズＬ（２２ｂ−１）の凸面の球面の曲率半径は−１４．２５ｍｍである。レンズＬ（２２ｂ−２）の中心厚みＣＴ（２２ｂ−２）は５．０ｍｍであり、レンズＬ（２２ｂ−２）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２２ｂ−２）は、凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２２ｂ−２）は、その凸面にレンズＬ（２２ｂ−１）からのビームが入射し、かつ、その平面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２２ｂ−１）とレンズＬ（２２ｂ−２）との間隔ｄ（２５）は０ｍｍである。レンズＬ（２２ｂ−１）とレンズＬ（２２ｂ−２）とは、それらの凸面同士が対向し、かつ、凸面の頂点が接触するように配置されている。レンズＬ（２２ｂ−２）の凸面の球面の曲率半径は１４．２５ｍｍである。レンズＬ（２２ｂ−１）とレンズＬ（２２ｂ−２）とは同一の形状である。光学装置１ｃにおいて、平行なレーザービームが第一レンズ群２１ｂを透過して、そのレーザービームのビーム径が拡大されて、かつ、収束光となり、その収束光が、アキシコンレンズ１０ｂに入射し、円錐状の波面を有するビームが出射する。光学装置１ｃは、アキシコンレンズ１０ｂの後方に、円錐状の波面が重なる範囲において第一ベッセルビームを形成する。さらに、ビームは、第一ベッセルビームの後方において、第一リングビームとなって発散しつつ、第二レンズ群２２ｂに至る前に、リングの幅が最小になる焦点面を形成する。第一リングビームは、第二レンズ群２２ｂに入射し、光軸に垂直な方向における幅が光軸に沿って略一定であって、光軸に向かって収束する第二リングビームが出射する。第二レンズ群２２ｂの後方において、レンズＬ（２２ｂ−２）からｄ（２６）＝１８ｍｍだけ離れた光軸上の点を略始点とした一定の区間に、第二ベッセルビームが形成される。第二ベッセルビームが形成される領域は、第二リングビーム（の波面）が重なる領域内であった。ｄ（２６）はワーキングディスタンスＷＤ（２）に相当し、光学装置１ｃの光軸上の全長と、ワーキングディスタンスＷＤ（２）を加えた長さは、１１８．９６ｍｍとなる。第二ベッセルビームが形成される領域に、その厚み方向の部分が含まれる又は重なるように板状のガラスを配置することによって、ガラス内部に変質部を形成することが可能である。
【００９２】
＜比較例１＞
図９に示す比較例１に係る光学装置１００において、ワーキングディスタンスが実施例１と同等になるように、各光学要素のパラメータを検討しつつ、波長３５５ｎｍ、ビーム径が５．０ｍｍの平行光のレーザービームを入射させたときの光線追跡のシミュレーションを行った。光学装置１００は、アキシコンレンズ１１０、第一レンズ群１２１、及び第二レンズ群１２２を有し、アキシコンレンズ１１０、第一レンズ群１２１、及び第二レンズ群１２２は、それらの中心軸がビームの光軸に一致し、かつ、ビームの進行方向にこの順番で光軸に沿って配置されている。アキシコンレンズ１１０は、頂角τが１６０°である円錐面と、その円錐面と反対方向を向いている平面とを含み、アキシコンレンズ１１０の中心厚みＣＴ（１１０）は２．０ｍｍであり、アキシコンレンズ１１０の媒質の屈折率は１．４７６である。アキシコンレンズ１１０は、その平面にビームが入射し、かつ、その円錐面からビームが出射するような向きで配置されている。第一レンズ群１２１は、厚さがゼロで、無収差の理想レンズＬ（１２１−１）からなり、その有効焦点距離ＥＦＬ（１２１−１）は３５．６８ｍｍである。アキシコンレンズ１１０と、レンズＬ（１２１−１）からなる第一レンズ群１２１との間隔ｄ（１２１）は、４７．４８ｍｍである。第二レンズ群１２２は、厚さがゼロで、無収差の理想レンズＬ（１２２−１）からなり、その有効焦点距離ＥＦＬ（１２２−１）は１０．００ｍｍである。レンズＬ（１２１−１）からなる第一レンズ群１２１と、レンズＬ（１２２−１）からなる第二レンズ群１２２との間隔ｄ（１２２）は、有効焦点距離ＥＦＬ（１２１−１）と有効焦点距離ＥＦＬ（１２２−１）との和の４５．６８ｍｍである。光学装置１００において、平行なレーザービームがアキシコンレンズ１１０に入射し、円錐状の波面を有するビームが出射する。光学装置１００は、アキシコンレンズ１１０の後方に円錐状の波面が重なる範囲において、第一ベッセルビームを形成する。さらに、ビームは、第一ベッセルビームの後方において、第一リングビームとなって発散する。第一リングビームは第一レンズ群１２１に入射し、第二リングビームが出射する。さらに、第二リングビームにおいて、第一レンズ群１２１の後方にリングの幅が最小となる焦点面が形成される。第二リングビームは、第二レンズ群１２２に入射し、光軸に垂直な方向における幅が光軸に沿って略一定であって、光軸に向かって収束する第三リングビームが出射する。第二レンズ群１２２の後方において、レンズＬ（１２２−１）からｄ（１２３）＝１０ｍｍだけ離れた光軸上の点を略始点とした一定の区間に、第二ベッセルビームが形成される。第二ベッセルビームが形成される領域は、第三リングビーム（の波面）が重なる領域内である。第二レンズ群１２２と、上記のベッセルビームが形成された領域の光軸方向の略始点との距離ｄ（１２３）は、ワーキングディスタンスＷＤ（２１）に相当する。光学装置１００の光軸上の全長（アキシコンレンズ１１０から第二レンズ群１２２までの光軸上の距離）にワーキングディスタンスＷＤ（２１）を加えた長さは、１０５．１６ｍｍとなる。第二ベッセルビームが形成される領域に、その厚み方��の部分が含まれる又は重なるように板状のガラスを配置することによって、ガラス内部に変質部を形成することが可能である。なお、比較例１において、レーザービームが透過する最終の光学系である第２レンズ群１２２との配置上の関係から、アキシコンレンズ１１０の後方に配置されているレンズ群について、第一レンズ群１２１と称した。
【００９３】
＜実施例３＞
図１０に示す実施例３に係る光学装置１ｄに波長３５５ｎｍのガウシアンレーザービームを入射させたときの電界振幅をシミュレーションした。ビーム中心での最大強度の１／ｅ2倍（１３．５％）の強度となる直径は２．５ｍｍとした。このシミュレーションには、米国のSynopsys社製の電磁波伝搬解析ソフト（BeamPROP”Version 6.0.3）を用いた。光学装置１ｄは、第一レンズ群２１ｃ、アキシコンレンズ１０ｃ、及び第二レンズ群２２ｃを有し、第一レンズ群２１ｃ、アキシコンレンズ１０ｃ、及び第二レンズ群２２ｃが、それらの中心軸がビームの光軸に一致し、かつ、ビームの進行方向にこの順番で配置されている。光学装置１ｄ及び後述の光学装置１ｅによるビームのふるまいは、以下の点において、実施例１に係る光学装置１ｂによるビームのふるまいと同様であった。第一レンズ群２１ｃによって収束光が形成され、その収束光が、アキシコンレンズ１０ｃに入射して、その後方に第一ベッセルビーム、第一リングビーム、及び焦点面を形成し、第一リングビームが、第二レンズ群２２ｃに入射し、その後方に第二リングビーム及び第二ベッセルビームを形成する。
【００９４】
第一レンズ群２１ｃは、レンズＬ（２１ｃ−１）からなる。レンズＬ（２１ｃ−１）の中心厚みＣＴ（２１ｃ−１）は３．３３ｍｍであり、レンズＬ（２１ｃ−１）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２１ｃ−１）は互いに反対方向を向いている球面形状からなる２つの凸面を含む。レンズＬ（２１ｃ−１）のいずれの凸面においても、その凸面の球面の曲率半径の絶対値は３１．５７ｍｍである。レンズＬ（２１ｃ−１）は、一方の凸面からビームが入射されるように配置されている。シミュレーション上の原点と、レンズＬ（２１ｃ−１）との間隔ｄ（３１）は０．６９ｍｍである。アキシコンレンズ１０ｃは、頂角τが１４０°である円錐面と、その円錐面と反対方向を向いている平面とを含み、アキシコンレンズ１０ｃの中心厚みＣＴ（１０ｃ）は４．１８ｍｍであり、アキシコンレンズ１０ｃの媒質の屈折率は１．４７６である。アキシコンレンズ１０ｃは、その平面にレンズＬ（２１ｃ−１）からのビームが入射し、かつ、その円錐面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２１ｃ−１）とアキシコンレンズ１０ｃとの間隔ｄ（３２）は７．４２ｍｍである。シミュレーション上の原点からアキシコンレンズ１０ｃの先端までの距離ｚ１は１５．６２ｍｍである。
【００９５】
第二レンズ群２２ｃは、レンズＬ（２２ｃ−１）及びレンズＬ（２２ｃ−２）から構成され、これらのレンズがビームの進行方向にこの順番で配置されている。レンズＬ（２２ｃ−１）の中心厚みＣＴ（２２ｃ−１）は３．６０ｍｍであり、レンズＬ（２２ｃ−１）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２２ｃ−１）は、球面形状である凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２２ｃ−１）は、その平面にアキシコンレンズ１０ｃからのビームが入射し、かつ、その凸面からビームが出射するような向きで配置されている。アキシコンレンズ１０ｃとレンズＬ（２２ｃ−１）との間隔ｄ（３３）は２６．３８ｍｍである。レンズＬ（２２ｃ−１）の凸面の球面の曲率半径は−１３．７５ｍｍである。レンズＬ（２２ｃ−２）の中心厚みＣＴ（２２ｃ−２）は３．６０ｍｍであり、レンズＬ（２２ｃ−２）の媒質の屈折率は１．４７６であり、レンズＬ（２２ｃ−２）は、球面形状である凸面とその凸面と反対方向を向いている平面とを含む。レンズＬ（２２ｃ−２）は、その凸面にレンズＬ（２２ｃ−１）からのビームが入射し、かつ、その平面からビームが出射するような向きで配置されている。レンズＬ（２２ｃ−１）とレンズＬ（２２ｃ−２）との間隔ｄ（３４）は０ｍｍである。レンズＬ（２２ｃ−１）とレンズＬ（２２ｃ−２）とは、それらの凸面同士が対向し、かつ、凸面の頂点が接触するように配置されている。レンズＬ（２２ｃ−２）の凸面の球面の曲率半径は１３．７５ｍｍである。レンズＬ（２２ｃ−１）とレンズＬ（２２ｃ−２）とは同一の形状である。原点から、第二レンズ群２２ｃのレンズＬ（２２ｃ−２）の出射面までの距離ｚ２は、４９．２０ｍｍである。第二レンズ群２２ｃの後方のベッセルビームが形成される領域及びその領域の近傍の光軸上の電界振幅のシミュレーション結果を図１３Ａに示す。加えて、その領域及びその領域の近傍における光軸と垂直な方向の電界振幅のシミュレーション結果を図１３Ｂに示す。電界振幅の二乗値が光強度に対応する。
【００９６】
＜実施例４＞
図１１に示す実施例４に係る光学装置１ｅに波長３５５ｎｍのガウシアンレーザービームを入射させたときの電界振幅をシミュレーションした。実施例４におけるシミュレーションの条件は、特に説明する場合を除き、実施例３のシミュレーションの条件と同一であった。また、図１１において、光学エレメント及び距離を示す符号には、アキシコンレンズ１０ｄ及び遮蔽体２５を除き、図１０に示す実施例３に係る光学装置１ｄの符号と同一のものを用いるものとする。光学装置１ｅにおいて、アキシコンレンズ１０ｄの先端は、図１２Ａに示す球面状である。図１２Ａにおいて、α＝２０°、Ｗ＝０．２ｍｍ、及びＲ＝０．２９２４ｍｍとした。加えて、図１１に示す通り、第二レンズ群２２ｃのレンズＬ（２２ｃ−１）の入射側平面に、厚みが十分に薄い板状の遮蔽体２５を接触させて配置する。遮蔽体２５は、８．８ｍｍの直径及び１０μｍの厚みを有する円板であり、遮蔽体２５の軸線は光軸上に位置しており、遮蔽体２５は半径方向において第一リングビームの内側を通過する光を遮蔽する。遮蔽体２５の複素屈折率は、３．１３６＋３．３１２１ｉとした。この複素屈折率は、シミュレーションによる光線追跡において、遮蔽体２５に入射する光線があった場合に遮蔽体２５によって充分に遮蔽されるように定めたものである。光学装置１ｅにおいて、第二レンズ群２２ｃの後方のベッセルビームが形成される領域及びその近傍の光軸上の電界振幅のシミュレーション結果を図１４Ａに示す。加えて、その領域及びその近傍における光軸と垂直な方向の電界振幅のシミュレーション結果を図１４Ｂに示す。
【００９７】
＜実施例５＞
アキシコンレンズ１０ｄの先端の形状を図１２Ｂに示すアキシコンレンズ１０ｅの形状に変更した以外は、実施例４と同様にしてシミュレーションを行った。図１２Ｂにおいて、α＝２０°、Ｗ＝０．２ｍｍ、及びＲ＝０．１４６２ｍｍとした。この場合に、第二レンズ群２２ｃの後方のベッセルビームが形成される領域及びその領域の近傍の光軸上の電界振幅のシミュレーション結果を図１５Ａに示す。加えて、その領域及びその近傍における光軸と垂直な方向の電界振幅のシミュレーション結果を図１５Ｂに示す。
【００９８】
＜比較例２＞
遮蔽体２５を配置しなかったこと以外は、実施例４と同一の条件でシミュレーションを行った。この場合に、第二レンズ群２２ｃの後方のベッセルビームが形成される領域及びその近傍の光軸上の電界振幅のシミュレーション結果を図１６Ａに示す。加えて、その領域及びその近傍における光軸と垂直な方向の電界振幅のシミュレーション結果を図１６Ｂに示す。
【００９９】
＜比較例３＞
遮蔽体２５を配置しなかったこと以外は、実施例５と同一の条件でシミュレーションを行った。この場合に、第二レンズ群２２ｃの後方のベッセルビームが形成される領域及びその近傍の光軸上の電界振幅のシミュレーション結果を図１７Ａに示す。加えて、その領域及びその近傍における光軸と垂直な方向の電界振幅のシミュレーション結果を図１７Ｂに示す。
【０１００】
（その他の実施形態）
図１８は、実施例３をさらに発展させた、その他の実施形態に係る光学装置１ｆを示す。光学装置１ｆに係る光学系は、各レンズ群とアキシコンレンズの仕様及び配置の点で実施例３に係る光学系１ｄと同一であるが、光軸上にいずれも板状の遮蔽体２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、及び２６ｄをさらに備えるものである。遮蔽体２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、及び２６ｄは、リングビームの光路以外の部分を略遮蔽するように配置されている。光学装置１ｆによるビームや光線のふるまいを考察するにあたり、入射するビーム径をここでは５ｍｍと仮定した。これは、強度がピーク強度の１／ｅ2倍に対応するビーム径（２．５ｍｍ）よりさらに外側にも広がるビーム径を考慮するためである。遮蔽体２６ａは、アキシコンレンズの先端から１７．３ｍｍ離れた位置に配置されている。この位置は、第１リングビームの幅が最も小さくなる焦点面の光軸上の位置に相当する。図１９Ａに示す通り、遮蔽体２６ａは、透過部２７ａ及び遮光部２８ａを有する。透過部２７ａは、第一リングビームが透過可能なリング状の部位であり、遮光部２８ａは、半径方向において透過部２７ａの内側の透過部２７ａと同心の円状の部位である第一遮光部２８ａ１と、半径方向において透過部２７ａの外側の透過部２７ａと同心のリング状の部位を含む部位である第二遮光部２８ａ２とを含む。第一遮光部２８ａ１は、半径方向において第一リングビームの内側を通過する光線を遮蔽し、第二遮光部２８ａ２は、半径方向において第一リングビームの外側を通過する光線を遮蔽する。遮蔽体２６ａが配置される位置（焦点面）における第１リングビームの直径は６．３ｍｍである。透過部２７ａの内径は、例えば、６．０ｍｍであり、透過部２７ａの外径は、例えば、６．６ｍｍである。ここで、透過部とは、その部位において、７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上の透過率を示す部位をいう。また、遮光部とは、その部位において、１０％以下、好ましくは５%以下、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは０．５％以下の透過率を示す部位をいう。遮光の効果を最大とするためには、透過部の幅をリングビームの幅と一致させればよい。しかしながら、両者を完全に一致させる設計とすれば、製作時の誤差によってリングビームの一部が遮光されてしまう可能性が大きい。そこで、透過部の幅は誤差を見越して、ある程度余裕を持たせた大きさとするのが好ましい。
【０１０１】
遮蔽体２６ｂは、アキシコンレンズの先端から２３．０ｍｍ離れた位置に配置されている。図１９Ｂに示す通り、遮蔽体２６ｂは、透過部２７ｂ及び遮光部２８ｂを有する。透過部２７ｂは、第一リングビームが透過可能な部位であり、遮光部２８ｂは、半径方向において透過部２７ｂの内側の透過部２７ｂと同心の円状の部位である第一遮光部２８ｂ１を含む。第一遮光部２８ｂ１は、半径方向において第一リングビームの内側を通過する光線を遮蔽する。遮蔽体２６ｂが配置される位置における第一リングビームは、内径が８．３８ｍｍであり、外径が９．３４ｍｍである。透過部２７ｂの内径は、例えば、８．０ｍｍであり、透過部２７ｂの外径は特に制限されない。光軸より遠く離れた位置を通過する光線等は、例えば光学系を一体化するための筐体等により遮蔽されるように構成されてもよい。
【０１０２】
遮蔽体２６ｃは、第２レンズ群２２ｃのレンズＬ（２２ｃ−１）の入射面に配置されている。遮蔽体２６ｃは、透過部２７ｃ及び遮光部２８ｃを有する。透過部２７ｃは、第一リングビームが透過可能なリング状の部位であり、遮光部２８ｃは、半径方向において透過部２７ｃの内側の透過部２７ｃと同心の円状の部位である第一遮光部２８ｃ１と、半径方向において透過部２７ｃの外側の透過部２７ｃと同心のリング状の部位である第二遮光部２８ｃ２とを含む。第一遮光部２８ｃ１は、半径方向において第一リングビームの内側を通過する光線を遮蔽し、第二遮光部２８ｃ２は、半径方向において第一リングビームの外側を通過する光線を遮蔽する。遮蔽体２６ｃが配置される位置における第一リングビームは、内径が９．６１ｍｍであり、外径が１１．２ｍｍである。透過部２７ｃの内径は、例えば、９．４ｍｍであり、透過部２７ｃの外径は、例えば、１１．６ｍｍである。
【０１０３】
遮蔽体２６ｄは、レンズＬ（２２ｃ−２）の出射面から５．０ｍｍ離れた位置に配置されている。遮蔽体２６ｄは、透過部２７ｄ及び遮光部２８ｄを有する。透過部２７ｄは、第二リングビームが透過可能なリング状の部位であり、遮光部２８ｄは、半径方向において透過部２７ｄの内側の透過部２７ｄと同心の円状の部位である第一遮光部２８ｄ１と、半径方向において透過部２７ｄの外側の透過部２７ｄと同心のリング状の部位を含む部位である第二遮光部２８ｄ２とを含む。第一遮光部２８ｄ１は、半径方向において第二リングビームの内側を通過する光線を遮蔽し、第二遮光部２８ｄ２は、半径方向において第二リングビームの外側を通過する光線を遮蔽する。遮蔽体２６ｄが配置される位置における第二リングビームは、内径が７．５６ｍｍであり、外径が９．６９ｍｍである。透過部２７ｄの内径は、例えば７．３ｍｍであり、透過部２７ｄの外径は、例えば１０．０ｍｍである。第二リングビームが生じた領域に、遮蔽体２６ｄを設けることによって、実質的なワーキングディスタンスが短くなるが、光学系の組み立てや調整が容易になる。
【０１０４】
遮蔽体２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、及び２６ｄとして、波長３５５ｎｍの光に対して高い透過率を示す石英ガラス等の基板上に、透過部となることが予定されている部位を除いて、金属薄膜などの遮蔽性の層を形成したものを用いることができる。さらに、遮蔽体２６a、２６ｂ、及び２６ｄは、それぞれ、図２０Ａ、図２０Ｂ、及び図２０Ｃに示すように、薄い遮蔽性の板を細い支持体２９ａ、２９ｂ、及び２９ｄ等で一体化したものでもよい。この場合は、例え僅かであったとしても、基板による吸収や屈折の作用を排除することができる。遮蔽体２６ｃは、レンズＬ（２２ｃ−１）の面上に直接形成してもよい。さらに、遮蔽体２６a、２６ｂ、２６ｃ、及び２６ｄのいずれか一つ以上のものを選択して光学系が構成されてもよい。さらに、遮蔽体２６ａ、２６ｃ、及び２６ｄは、それぞれ独立に第二遮光部を含まないものであってもよい。ここで、第二遮光部を含まないとは、その該当部分が透過部と同等程度に光を透過させることを意味する。すなわち、第二遮光部を含まない遮蔽体とは、外形に制限のない透過部と、第一遮光部と、を含むものである。
【０１０５】
実施例１と比較例１とを比較する。実施例１と比較例１は、ビーム径が同じレーザービームと同じアキシコンレンズを用いたことに留意する。実施例１において、１０ｍｍのワーキングディスタンスＷＤ（１）を得るために必要な光学装置の全長（第一レンズ群２１ａから第二レンズ群２２ａまでの距離）は３９．９ｍｍであり、一方、比較例１において、同じ１０ｍｍのワーキングディスタンスＷＤ（２１）を得るために必要な光学装置の全長（アキシコンレンズ１１０から第二レンズ群１２２までの距離）は９５．１６ｍｍである。図９から明らかであるように、比較例１に係る光学装置１００においては、アキシコンレンズ１１０と第一レンズ群１２１との中間部分でのリングビームの直径が、基本的に増大している。その後方に続く第一レンズ群１２１と第二レンズ群１２２の中間部分では、リングビームの径は、ほぼ一定である。両レンズ群の中間にリングビームの焦点を形成するためには、両レンズ群の間隔を長くする必要があり、その間隔は、両レンズ群の焦点距離の和に等しくなる。一方、実施例１に係る光学装置１ｂにおいては、アキシコンレンズ１０ａと第二レンズ群２２ａとの中間部分でのリングビームの直径が基本的に増大していて、この部分の長さは比較例１の「リングビーム増大領域」と大差がない。ところが「リングビームの直径がほぼ一定となる領域」は存在しない。その結果として、実施例１に係る光学装置１ｂの全長は比較例１に係る光学装置１００よりも、はるかに短くなる。
【０１０６】
実施例１に係る光学装置１ｂ及び比較例１に係る光学装置１００のそれぞれは、２つのレンズ群を有している。実施例１に係る光学装置１ｂにおいて、第一レンズ群２１ａに入射するビームのビーム径は比較的小さい。一方、比較例１に係る光学装置１００において、第一レンズ群１２１には、アキシコンレンズを透過後のリングビームを透過させる必要がある。このため、必然的に、第一レンズ群１２１に入射するビームの最大径が大きく、かつ、そのビームが光軸に対して傾く。このため、第一レンズ群１２１には、第一レンズ群２１ａに要求される収差を補正する性能に比べて高いレベルの収差を補正する性能が要求される。例えば、実施例１に係る光学装置１ｂにおいて、第一レンズ群２１ａには、レーザー光源から出射したビーム径の小さい略平行光が入射するので、収差の発生を抑制することのできる性能を実現しやすい。一方、比較例１に係る光学装置１００の第一レンズ群１２１には、開口数（ＮＡ）の大きいビームが入射する。このため、第一レンズ群１２１が単一のレンズから構成される場合、球面収差等の収差の補正が困難であると考えられる。
【０１０７】
実施例２に係る光学装置１ｃにおいて、アキシコンレンズ１０ｂに入射するビームのビーム径が比較的大きい。このため、実施例２に係る光学装置１ｃの全長（１００．９６ｍｍ）は、実施例１に係る光学装置１ｂの全長よりも長い。代わりに、実施例２に係る光学装置１ｃにおいて、実施例１に係る光学装置１ｂに比べてより長いワーキングディスタンス（ＷＤ（２）＝１８ｍｍ）を実現できる。図３にも示す通り、アキシコンレンズに入射するレーザービームを大きくすることにより、光軸方向においてベッセルビームが保たれる長さを長くできるということが示されている。
【０１０８】
実施例３〜５と、比較例２及び３とを比較する。実施例３において、アキシコンレンズ１０ｃの円錐面の先端は先鋭であり、一方、比較例２及び３において、アキシコンレンズの先端は丸みを帯び先鋭ではなかった。図１３Ａと、図１６Ａ及び図１７Ａとを比較すると、比較例２及び３における光軸上の電界振幅の分布は、実施例３における光軸上の電界振幅の分布に比べて光軸に沿って不規則に変化している。光の強度は電界振幅の二乗値に対応するので、電界振幅の状態は光強度の状態とみなすことができる。このため、比較例２及び３において、光軸上の光強度が不規則に変化すると理解される。比較例２及び３においてアキシコンレンズの先端が先鋭でないことが、光軸上の電界振幅の不規則な変化、ひいては光軸上の光強度の不規則な変化に影響していると考えられる。比較例２及び３のように光学装置においてアキシコンレンズの先端が先鋭でないと、その光学装置を透過したビームを板ガラス等の加工対象に照射して加工対象の内部に変質部を形成するプロセスにより得られる製品の品質が安定しにくいと考えられる。なぜなら、そのような光学装置によって加工対象に照射されたレーザービームにおいて光軸上のレーザービームの光強度がばらつき、均一な変質部の形成に不利な影響がもたらされると考えられるからである。
【０１０９】
実施例４及び５において、比較例２及び３と同様に、アキシコンレンズの先端が丸みを帯び先鋭ではなかった。しかし、実施例４及び５において遮蔽体２５が配置されている。実施例４及び５において、図１４Ａ及び図１５Ａに示す通り、比較例２及び３で見られたような光軸上の電界振幅の不規則な変化は、ほとんど見られなかった。特に、電界振幅が最大となる、原点からの距離ｚが７９ｍｍ±１ｍｍの範囲において、比較例２及び３で見られたような光軸上の電界振幅の不規則な変化が見られなかった。その他の実施形態における特徴は、板状の遮蔽体２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、及び２６ｄから選択される一又は複数の遮蔽体が光軸上に配置されていることである。これによって、光軸上の電界振幅の不規則な変化をもたらす光線をカットする性能をさらに効果的に得られることが示唆される。遮蔽体２６ａ、２６ｃ、及び２６ｄは、先述のようにリングビームが透過可能なリング状の部位である透過部と、半径方向において透過部の内側の透過部と同心の円状の部位である第一遮光部と、透過部の外側の透過部と同心のリング状の部位を含む部位からなる第二遮光部を含む。遮蔽体２６ｂは、透過部と、半径方向において透過部の内側の透過部と同心の円状の部位である第一遮光部を含む。また、遮蔽体２６ａ、２６ｃ、及び２６ｄは、第二遮光部を含まないものであってもよい。その場合の遮蔽体による作用効果は次のように考えられる。先述のように、先端の先鋭度が劣化したアキシコンレンズから出射される一部の光が、リングビームの外側に存在した等の場合であって、第二遮光部に該当する部位をそれらの光が通過して、第二レンズ群のさらに後方まで到達したときを考える。そのような光は、第一及び第二リングビームの外側を進むため、第二ベッセルビームが形成される領域に到達する蓋然性が低く、第二ベッセルビームを形成するうえでその影響が小さいと考えられるからである。遮蔽体２６ｂは第二遮光部をそもそも有しない。対照的に、リングビームの内側を通過する光が存在する場合には、比較例２及び３で示したように、透過部の内側を第一遮光部によって遮蔽しなければ、第二ベッセルビームの形成するうえで、軸上の電界振幅の不規則な変化をはじめとした影響が大きくなる。また、遮蔽体に第二遮光部がない場合に、光軸より離れた光路をとる光は、光学系を一体化もしくは支持するための筐体等の内部の面に到達する場合も多く、吸収等によりその光の強度が減衰する蓋然性が高い。従って、その他の実施形態に係る遮蔽体においては、遮光部のうち、リングビームの内側を通過する光を遮蔽するための第一遮光部を形成することが望ましく、リングビームの外側を通過する光を遮蔽するための第二遮光部を形成することがより望ましい形態であるということができる。
【０１１０】
比較例２及び３では、アキシコンレンズの先端が先鋭ではなかったことにより、リングビームの形成に寄与しない光線が光軸に近い領域を進み、光軸上の電界振幅の不規則な変化に影響を与えたと考えられる。アキシコンレンズの先端は円錐形状なので、先述のように、精度良く研磨するためには高度の技術が必要である。従って、たとえば先端にわずかな丸みが残る製品を不良品として除外すると、歩留りが低下して製造コストが高くなる。また、先端にはレーザービームのエネルギーが集中するので、使用中に温度差などによる応力集中が起こり、クラック及び欠けが発生することも考えられる。さらに、不用意な衝突による破損の可能性もある。アキシコンレンズの先端に丸み、クラック、欠けなどの欠陥があると、その部分を通過する光線の方向は、アキシコンレンズの先端が完全な円錐形状の場合とは異なるので、リングビーム又はベッセルビームの形成に寄与しない不規則な光が生じる。ベッセルビームの形成された領域にこのような不規則な光の一部が到達すると、ランダムな干渉等が発生して、形成されたベッセルビームの分布に乱れが生じてしまう。このため、実施例４及び５のように、リングビームの形成に寄与しない光線の伝搬を遮蔽することにより、第二ベッセルビームが形成される領域における電界振幅の不規則な変化を防止できると考えられる。なお、本発明における実施例ではアキシコンレンズの平面が前方、円錐面が後方になるように配置している。そのため、第一ベッセルビームは空気中に形成される。アキシコンレンズを逆向きにして用いることも可能であるが、その場合は第一ベッセルビームがレンズの中に形成されるので、ガラス材料と光エネルギーが相互作用を起こして劣化などの原因となることが懸念される。
【０１１１】
実施例１〜５又はその他の実施形態に係る光学装置のいずれかを用いて、第二ベッセルビームを上記のガラスに照射すれば、微小亀裂が小さい変質部を形成できると考えられる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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