(57)【要約】【課題】レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や設計目標仕様を大幅に変更することない穴開け加工装置の提供。【解決手段】複数の半導体レーザ素子１０ａ〜１０ｃから発光した複数のレーザ光を受光面において入射し、該入射したレーザ光を所定の屈折特性によって集光したレーザスポットを被加工物に照射するレンズ１４と、該レンズ１４の受光面に対するレーザ光の入射角度を任意の角度に偏向して出射するレンズ１２ａ〜１２ｃとを備え、レーザ光偏向手段であるレンズ１２ａ〜１２ｃが、レンズ１４から出射した複数のレーザスポットＳ０１〜Ｓ０３の合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザビームＬ０１〜Ｌ０３の光の出射角度を偏向させ、制御部１５が、レーザスポットＳ０１〜Ｓ０３の合焦点位置が被加工物２０の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させるもの。【選択図】図１
2010120039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みのある被加工物の深さ方向に焦点深度をもって集光されるレーザスポットを照射し、該レーザスポット照射により被加工物の所定座標の深さ方向に穴開け加工を行うレーザ加工装置において、
レーザ光を発光する複数のレーザ発光素子と、
前記複数のレーザ発光素子から発光した複数のレーザ光を受光面において入射し、該入射したレーザ光を所定の屈折特性によって集光したレーザスポットを被加工物に照射する第１のレンズと、
該第１のレンズの受光面に対するレーザ光の入射角度を任意の角度に偏向して出射するレーザ光偏向手段と、
前記複数のレーザ発光素子から発光を個々に制御する制御部とを備え、
前記レーザ光偏向手段が、前記第１のレンズから出射した複数のレーザスポットの合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させ、
前記制御部が、前記レーザスポットの合焦点位置が被加工物の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光偏向手段が、複数のレーザ発光素子が発光した個々のレーザ光を任意の方向に偏向して出射する複数の第２のレンズから構成される請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光偏向手段が、複数のレーザ発光素子が発光したレーザ光を入射し、該レーザ光を任意の方向に偏向して出射する導波路から構成される請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御部が、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行する請求項１から３何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記制御部が、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行する請求項１から３何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記複数の半導体レーザ発光部の波長を、各半導体レーザ発光部の焦点が合わされる被加工物に対して吸収率が高い波長に設定した請求項１から５何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
レーザ光を発光する複数のレーザ発光素子と、該複数のレーザ発光素子から発光した複数のレーザ光を受光面において入射し、該入射したレーザ光を所定の屈折特性によって集光したレーザスポットを被加工物に照射する第１のレンズと、該第１のレンズの受光面に対するレーザ光の入射角度を任意の角度に偏向して出射するレーザ光偏向手段と、前記複数のレーザ発光素子から発光を個々に制御する制御部とを備え、厚みのある被加工物の深さ方向に焦点深度をもって集光されるレーザスポットを照射し、該レーザスポット照射により被加工物の所定座標の深さ方向に穴開け加工を行うレーザ加工装置のレーザ加工方法であって、
前記レーザ光偏向手段により、前記第１のレンズから出射した複数のレーザスポットの合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させる工程と、
前記制御部により、前記レーザスポットの合焦点位置が被加工物の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させる工程とを行うレーザ加工方法。
【請求項８】
複数のレーザ発光素子が発光した個々のレーザ光を任意の方向に偏向して出射する複数の第２のレンズから前記レーザ光偏向手段を構成し、該レーザ光偏向手段が、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させる請求項７記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
複数のレーザ発光素子が発光したレーザ光を入射し、該レーザ光を任意の方向に偏向して出射する導波路から前記レーザ光偏向手段を構成し、該レーザ光偏向手段が、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させる請求項７記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記制御部により、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行する請求項７から９何れかに記載のレーザ加工方向。
【請求項１１】
前記制御部により、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４構成とを実行する請求項７から９何れかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
前記複数の半導体レーザ発光部の波長を、各半導体レーザ発光部の焦点が合わされる被加工物に対して吸収率が高い波長に設定した請求項７から１１何れかに記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子を光源として被加工物に穴開け加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、特に板状の被加工物の厚み方向に穴を開口することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、板状の被加工物への穴開け加工技術として、被加工物の表面に照射したレーザ光の熱エネルギを利用したレーザ加工装置が製品化されている。従来技術によるレーザ加工装置は、集光された高エネルギ密度のレーザビームを必要とするため、高出力のＣＯ２レーザ光源やＹＡＧレーザ光源を使用するものであった。
【０００３】
尚、前述のレーザビームによって穴開け加工を行うレーザ加工装置技術に関する技術が記載された文献としては、下記特許文献１が挙げられ、この特許文献１には、ＹＡＧレーザ光源からのレーザビームと半導体レーザ光源からのレーザビームを重畳するビーム重畳部と、この重畳したレーザビームを集光して被加工物に照射する色収差を有するレンズとを用い、該レンズの色収差を利用して被加工物の厚み方向に対して各レーザビームの焦点位置が異なるようにレーザビームを照射する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２６３７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術によるＣＯ２レーザ光源やＹＡＧレーザ光源を使用するレーザ加工装置は、高出力レーザビームの直進性を利用して被加工物を加工するためレーザビームを被加工物に対して集光する必要がないが、半導体レーザ光源の主力は低出力のため集光する必要がある。
【０００５】
このため従来の半導体レーザ光源を利用したレーザ加工装置は、板状の被加工物の厚み方向に穴を開口するためには、前述の焦点位置を厚み方向に移動させなければ成らず、この焦点合わせ位置を移動させるために装置構成が複雑になると言う不具合があった。
【０００６】
これを具体的に説明すると、まず、図６に示すレンズ１４に照射される光の波長をλ、レンズの屈折率をｃ、開口数をＮＡ、焦点深度をｄとしたとき、開口数ＮＡは、一般に「ｃ・ｓｉｎθ」で表され、焦点深度ｄは、「ｄ＝λ÷（ＮＡ）２」で表される。
【０００７】
ここで焦点深度ｄを大きくしたい場合、波長λを大きくするか、開口数ＮＡを小さくするものであるが、前述のレーザ加工装置における波長λは被加工物が吸収する波長に依存するため制限があり変更することができない。他方、開口数ＮＡは光学的なレンズ特性に依存するために一般的な手法によって開口数ＮＡを小さくする手法を検討すると、開口数ＮＡは図６に示したｓｉｃθの値（レンズ１４への有効半径ｒと焦点ｓとの距離をａとしたとき、ｒ／ａ）で決まる値を小さくするためには有効半径ｒを小さくするか、又は距離ａを大きくすることが考えられる。
【０００８】
ここで現実的なレーザ加工装置に求められる仕様として、例えば、レーザ波長λが９００μｍ、対物レンズの有効半径ｒが１０ｍｍ、被加工物との距離であるワーキングディスタンスが約１５０ｍｍ、必要とする焦点深度が２００μｍとした場合、上記計算式により焦点深度ｄが約９０μｍとなり、必要焦点深度２００μｍの約半分の焦点深度しか得られないと言う不具合があった。
【０００９】
更に前述した必要焦点深度２００μｍを得るためのレンズの光学的定数を見直した場合、ワーキングディスタンスを約２３０ｍｍとすることが計算上は導かれるが、この場合は、ワーキングディスタンスが当初の設計目標と大幅に異なるため、装置の全体設計からの見直しが必要となると言う不具合もあった。
【００１０】
本発明の目的は、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる半導体レーザ光源を用いたレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するため本発明は、厚みのある被加工物の深さ方向に焦点深度をもって集光されるレーザスポットを照射し、該レーザスポット照射により被加工物の所定座標の深さ方向に穴開け加工を行うレーザ加工装置において、
レーザ光を発光する複数のレーザ発光素子と、
前記複数のレーザ発光素子から発光した複数のレーザ光を受光面において入射し、該入射したレーザ光を所定の屈折特性によって集光したレーザスポットを被加工物に照射する第１のレンズと、
該第１のレンズの受光面に対するレーザ光の入射角度を任意の角度に偏向して出射するレーザ光偏向手段と、
前記複数のレーザ発光素子から発光を個々に制御する制御部とを備え、
前記レーザ光偏向手段が、前記第１のレンズから出射した複数のレーザスポットの合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させ、
前記制御部が、前記レーザスポットの合焦点位置が被加工物の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させることを第１の特徴とする。
【００１２】
また本発明は、該第１の特徴のレーザ加工装置において、前記レーザ光偏向手段が、複数のレーザ発光素子が発光した個々のレーザ光を任意の方向に偏向して出射する複数の第２のレンズから構成されることを第２の特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記第１の特徴のレーザ加工装置において、前記レーザ光偏向手段が、複数のレーザ発光素子が発光したレーザ光を入射し、該レーザ光を任意の方向に偏向して出射する導波路から構成されることを第３の特徴とする。
【００１４】
また本発明は、該第１から第３何れかの特徴のレーザ加工装置において、前記制御部が、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行することを第４の特徴とする。
【００１５】
また本発明は、該第１から第３何れかの特徴のレーザ加工装置において、前記制御部が、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行することを第５の特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記第１から第５何れかの特徴のレーザ加工装置において、前記複数の半導体レーザ発光部の波長を、各複数の半導体レーザ発光部の焦点が合わされる被加工物に対して吸収率が高い波長に設定したことを第６の特徴とする。
【００１７】
更に本発明は、レーザ光を発光する複数のレーザ発光素子と、該複数のレーザ発光素子から発光した複数のレーザ光を受光面において入射し、該入射したレーザ光を所定の屈折特性によって集光したレーザスポットを被加工物に照射する第１のレンズと、該第１のレンズの受光面に対するレーザ光の入射角度を任意の角度に偏向して出射するレーザ光偏向手段と、前記複数のレーザ発光素子から発光を個々に制御する制御部とを備え、厚みのある被加工物の深さ方向に焦点深度をもって集光されるレーザスポットを照射し、該レーザスポット照射により被加工物の所定座標の深さ方向に穴開け加工を行うレーザ加工装置のレーザ加工方法であって、
前記レーザ光偏向手段により、前記第１のレンズから出射した複数のレーザスポットの合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させる工程と、
前記制御部により、前記レーザスポットの合焦点位置が被加工物の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させる工程とを行うことを第７の特徴とする。
【００１８】
また本発明は、第７の特徴のレーザ加工方法において、複数のレーザ発光素子が発光した個々のレーザ光を任意の方向に偏向して出射する複数の第２のレンズから前記レーザ光偏向手段を構成し、該レーザ光偏向手段が、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させることを第８の特徴とする。
【００１９】
また本発明は、第７の特徴のレーザ加工方法において、複数のレーザ発光素子が発光したレーザ光を入射し、該レーザ光を任意の方向に偏向して出射する導波路から前記レーザ光偏向手段を構成し、該レーザ光偏向手段が、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させることを第９の特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記第７から第９何れかの特徴のレーザ加工方法において、前記制御部により、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの１回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４工程とを実行することを第１０の特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記第７から第９何れかの特徴のレーザ加工方法において、前記制御部により、
前記被加工物の所定座標の表面近傍の深さ位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第１工程と、
該第１工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第２工程と
該第２工程の合焦点深さに比べてレーザスポットの焦点深度だけ深い位置に合焦点したレーザスポットの複数回の照射を行う第３工程と、
前記第１工程から第３工程とを少なくとも１回繰り返す第４構成とを実行することを第１１の特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記第７から第１１の何れかの特徴のレーザ加工方法において、前記複数の半導体レーザ発光部の波長を、各複数の半導体レーザ発光部の焦点が合わされる被加工物に対して吸収率が高い波長に設定したことを第１２の特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、レーザ光偏向手段が、第１のレンズから出射した複数のレーザスポットの合焦点位置を、被加工物の所定座標における深さが異なる複数位置になるようにレーザ光の出射角度を偏向させる工程と、制御部により、前記レーザスポットの合焦点位置が被加工物の表面から深くなる順にレーザ発光素子を発光させる工程とを行うことによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明によるレーザ加工装置及びレーザ加工方法の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態によるレーザ加工装置の構成を示す図、図２は本実施形態による発光タイミングを説明するための図、図３は第２の実施形態による発光タイミングを説明するための図、図４は本発明の第３の実施形態によるレーザ加工装置の原理構成を示す図、図５は本発明の第４の実施形態によるレーザ加工装置の原理構成を示す図である。
【００２５】
［第１実施形態］
本発明の第１の実施形態によるレーザ加工方法を実現するレーザ加工装置は、例えば図１に示す如く、後述するレンズ面に対して所定波長のレーザ光を発光する複数の半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｃと、これら各半導体レーザ素子１０ａ〜１０ｃから照射されたレーザ光を任意方向の平行光に偏光して出力する複数のレンズ１２ａ〜１２ｃと、該複数のレンズ１２ａ〜１２ｃから出射した複数のレーザ光を入射し、各々のレーザ光入射位置に応じた焦点合わせを行ったレーザビームを形成し、被加工物２０に照射するレンズ１４と、前記複数の半導体レーザ素子１０ａ〜１０ｃを個別に駆動するための複数の駆動部１３ａ〜１３ｃと、該複数の駆動部１３ａ〜１３ｃを制御する制御部１５とから構成される。
【００２６】
尚、前記半導体レーザ素子１１ａ〜１１ｃ及び複数のレンズ１２ａ〜１２ｃとは個別に半導体レーザ発光部１１ａ〜１１ｃを構成すると共に、前記レンズ１４から照射される複数のレーザビームの焦点位置は、レンズ１４に対するレーザビームの照射方向を偏向しているため、半導体レーザ発光部１１ａからのレーザビームＬ０３が被加工物２０の表面位置から最も深い深度のレーザスポットＳ０３を形成し、半導体レーザ発光部１１ｂからのレーザビームＬ０１が被加工物２０の表面位置よりやや深い深度のレーザスポットＳ０2を形成し、半導体レーザ発光部１１ｃからのレーザビームＬ０２が被加工物２０の前記レーザスポットＳ０３とＳ０１との中間の深度のレーザスポットＳ０２を形成するように、レンズ１４に対する各半導体レーザ発光部１１ａ〜１１ｃからのレーザ光の照射角度が設定されている。また、前記各レーザスポットの深さ方向の合焦点位置は、例えばレーザスポットの焦点深度相当分だけ深くなるように設定されているが、焦点深度より短い深さ（距離）に設定しても良い。
【００２７】
このように構成されたレーザ加工装置の加工手順は、制御部１５が、図２に示したフローに従って、駆動部１３ｂにより半導体レーザ発光部１１ｂからレーザ光を発光してレーザビームＬ０１により被加工物２０にレーザスポットＳ０１をタイミングｔ１にて照射して穴開けを行う第１工程と、駆動部１３ｃにより半導体レーザ発光部１１ｃからレーザ光をタイミングｔ２にて発光してレーザビームＬ０２により被加工物２０にレーザスポットＳ０２を照射して穴開けを行う第２工程と、駆動部１３ａにより半導体レーザ発光部１１ａからレーザ光をタイミングｔ３にて発光してレーザビームＬ０３により被加工物２０にレーザスポットＳ０３を照射して穴開けを行う第３工程と、続いて前記第１工程から第３工程を繰り返す工程を実行することによって、被加工物２０の厚み方向Ａに対して表面から順に焦点深度が順に深くなるレーザスポットＳ０１〜レーザスポットＳ０３を照射して穴開け加工を行うことによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。
【００２８】
［第２実施形態］
前記実施形態においては、制御部１５が、タイミングｔ１からｔ３のタイミングで順に被加工物２０の深さ方向に掘り進めるようにレーザスポット照射を繰り返すことによって被加工物２０に所定深さの穴を開口する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、同一焦点深さのレーザスポットを複数連続して照射し、この連続レーザスポット照射を順に深さが深くなるように掘り進める様に構成しても良い。
【００２９】
この第２実施形態によるレーザ加工装置は、図１と同様な構成において、制御部１５が、図３に示す如く、駆動部１３ｂにより半導体レーザ発光部１１ｂからレーザ光をタイミングｔ１とタイミングｔ２との連続発光によるレーザビームＬ０１により被加工物２０にレーザスポットＳ０１の連続照射により穴開けを行う第１工程と、駆動部１３ｃにより半導体レーザ発光部１１ｃからレーザ光をタイミングｔ３とタイミングｔ４にて発光してレーザビームＬ０２により被加工物２０にレーザスポットＳ０２の連続照射して穴開けを行う第２工程と、駆動部１３ａにより半導体レーザ発光部１１ａからレーザ光をタイミングｔ５とタイミングｔ６にて発光してレーザビームＬ０３により被加工物２０にレーザスポットＳ０３を連続照射して穴開けを行う第３工程と、続いて前記第１工程から第３工程を繰り返す工程を実行することによって、被加工物２０の厚み方向Ａに対して表面から順に焦点深度が順に深くなるレーザスポットＳ０１〜レーザスポットＳ０３を連続照射して穴開け加工を行うことによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。
【００３０】
尚、前記各実施形態においては、被加工物２０に照射するレーザスポットの焦点深度差による数が３の例を説明したが、本発明はこれに限られることなく４以上の焦点深度差をもつレーザスポットを照射する様に構成することや、連続照射するレーザスポット数を３以上に設定しても良い。
【００３１】
［第３実施形態］
前記実施形態においては、レンズ面に対して直線的に配置した複数の半導体レーザ発光部からレーザ光を順に焦点深度の異なるレーザスポットとして照射する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、レンズ面に対して半導体レーザ発光部を直角方向に交差する様に配置することや、円環状や螺旋状に配置することも含み、半導体レーザ発光部を直角方向交差配置の実施形態を図４を参照して説明する。
【００３２】
図４は本発明の第３の実施形態による半導体レーザ発光部を直角方向交差配置したレーザ加工装置の原理を説明するためのものであって、半導体レーザ素子の駆動部や被加工物等の構成は前述の実施形態のものと同様な構成して説明する。
【００３３】
本実施形態による半導体レーザ発光部の配置は、図４に示す如く、レンズ１４の面に対して直交するＸＹ軸を想定したとき、該ＸＹ軸の交差点に半導体レーザ発光部１０ｂを配置し、Ｘ軸方向に半導体レーザ発光部１０ａと半導体レーザ発光部１０ｃを前記半導体レーザ発光部１０ｂを中心として等間隔に配置し、Ｙ方向に半導体レーザ発光部１０ｄと半導体レーザ発光部１０ｅを前記半導体レーザ発光部１０ｂを中心として等間隔に配置する。
【００３４】
このレーザ照射装置は、各々の半導体レーザ発光部１０から被加工物に照射されるレーザスポットを被加工物の厚み方向（深さ方向）に順にＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４、Ｓ０５としたとき、制御部が、半導体レーザ発光部１０ｂのレーザ発光によってレーザスポットＳ０１を照射する工程と、半導体レーザ発光部１０ｃのレーザ発光によってレーザスポットＳ０２を照射する工程と、半導体レーザ発光部１０ａのレーザ発光によってレーザスポットＳ０３を照射する工程と、半導体レーザ発光部１０ｄのレーザ発光によってレーザスポットＳ０４を照射する工程と、半導体レーザ発光部１０ｅのレーザ発光によってレーザスポットＳ０５を照射する工程とを順に実行することによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。尚、レーザ光の発光タイミングは前述の図２及び図３に示したタイミングが好適である。
【００３５】
また、本実施形態においては半導体レーザ発光部を直角方向交差配置した例を説明したが、円環状／螺旋状／非等間隔等の任意に半導体レーザ発光部を配置しても良い。
【００３６】
［第４実施形態］
また前記実施形態においては、半導体レーザ発光部にレンズ１２ａ〜１２ｃを設ける例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば図５に示す如く、半導体レーザ発光部１１ａ〜１１ｃからのレーザ光を入射し、所定の方向に案内する導波路５０を設け、該導波路５０からレンズ１４に照射し、被加工物２０にレーザスポットＳ０１とレーザスポットＳ０２とレーザスポットＳ０３とを順に照射するように構成しても良い。
【００３７】
前記導波路５０は、レーザ光が入射される所定の屈折率のコア部及び該コア部を覆うようにコア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とより構成され、前記半導体レーザ発光部１１ｂからのレーザ光を入射する光導波路を矢印５１及び５３に示す如く湾曲させ、半導体レーザ発光部１１ｂからのレーザ光を入射する光導波路を矢印５２に示す如く直進させるように構成されている。
【００３８】
この導波路５０の構成により本実施形態によるレーザ照射装置は、導波路５０から出射される上下端のレーザビームが傾斜をもってレンズ１４に照射され、レンズ１４がその光学特性によって各々入射されたレーザ光によるレーザビームＬ０１とレーザビームＬ０２とレーザビームＬ０３とを順に被加工物２０に照射することによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。尚、レーザ光の発光タイミングは前述の図２及び図３に示したタイミングが好適である。
【００３９】
以上述べた如く本発明によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法は、被加工物に焦点合わせを行うレンズ１４に対する複数の半導体レーザ発光部からのレーザ照射方向を、被加工物の厚み方向（深さ方向）に対して焦点位置が変化するように設定すると共に、前記複数の半導体レーザ発光部からの発光によるレーザスポットの焦点位置が被加工物の表面から深くなる順に発光することによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。
【００４０】
また本発明によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法は、被加工物に焦点合わせを行うレンズ１４に対する複数の半導体レーザ発光部からのレーザ照射方向を、被加工物の厚み方向（深さ方向）に対して焦点位置が変化するように光路を形成する導波路を用い、前記複数の半導体レーザ発光部からの発光によるレーザスポットの焦点位置が被加工物の表面から深くなる順に発光することによって、レーザ光学系の焦点合わせ位置の移動や装置設計目標仕様を大幅に変更することなく厚みのある板状の被加工物に穴開け加工を行うことができる。
【００４１】
尚、前述の各実施形態においては、レンズ１４に対する複数のレーザ照射角度を偏向させることや、複数の湾曲した光路を形成する光導波路を用いる例を説明したが、本発明は前述の実施形態に限るものではなく、複数の半導体レーザ素子からのレーザ光を光ファイバによって導き、焦点位置が異なるように配置された又は特性のレンズを介してレーザスポットを照射する構成や、レーザ光源を1つとし、該レーザ光源からのレーザ光を異なる位置に配置された複数のレンズに選択的に照射することによってレーザスポットを焦点位置が異なるように順に照射する構成等の他の構成によっても本発明を実施することができる。
【００４２】
また、前記実施形態においては、同一波長の複数の半導体レーザ素子を用いる例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、波長の異なる複数の半導体レーザ素子を光源とすることもできる。この例は、例えば、被加工物が複数の材質（金属）で構成されている場合、各々の金属の吸収率に見合ったレーザ波長を有する半導体レーザ素子を取り混ぜて搭載することによって、加工効率を上げることができる。具体的には、例えばアルミは約８００ｎｍ近辺に吸収波長ピーク（約１５パーセント）があり、長波長側、短波長側では吸収率が低く、他方、銀は４００ｎｍ以下に吸収帯があり、仮に銀とアルミが層を構成する被加工物の場合、この２つの波長の半導体レーザ素子を光源とすることによって、銀とアルミが層を構成する被加工物を効率よく穴開け加工することができる。この場合、例えば被加工物の表面に近い層がアルミ、次の層がアルミ、更に深い層がアルミであり、各層の厚みが焦点深度と同等の場合、図１に示した半導体レーザ発光部１０ｂの波長を約８００ｎｍ、半導体レーザ発光部１０ｃの波長を４００ｎｍ以下、半導体レーザ発光部１０ａの波長を約８００ｎｍとすることが想定され、各層の厚みが焦点深度より大きい場合は、層厚さに応じて各層に好適な波長の半導体レーザ発光部を複数用意することによって効率よく穴開け加工を行うことができる。尚、吸収率が高いとは、例えばピーク吸収率に対して相対的に高めであり、１０％から２０％の吸収率を言う。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態によるレーザ加工装置の構成を示す図。
【図２】本実施形態による発光タイミングを説明するための図。
【図３】本発明の第２実施形態による発光タイミングを説明するための図。
【図４】本発明の第３実施形態によるレーザ加工装置の原理構成を示す図。
【図５】本発明の第４実施形態によるレーザ加工装置の原理構成を示す図。
【図６】一般のレンズ特性を説明するための図。
【符号の説明】
【００４４】
１０ａ〜１０ｃ：半導体レーザ発光部、１１ａ〜１１ｃ：半導体レーザ発光部、１２ａ〜１２ｃ：レンズ、１３ａ〜１３ｃ：駆動部、１４：レンズ、１５：制御部、２０：被加工物、５０：導波路。
【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６】
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