(57)【要約】【課題】加工対象物の加工深さに対して、レーザ光の加工条件を一定とする。【解決手段】  レーザ加工装置１は、加工対象物２をレーザ加工する装置であって、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源１２と、レーザ光を加工対象物に集光させると共に、レーザ光における加工対象物のレーザ光の入射面から加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学手段１４と、光学手段と加工対象物との間のレーザ光の光路中に配置され、レーザ光に対して、加工対象物の所定光路長、及び加工対象物のレーザ光の入射面から加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加手段１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学手段と、
前記光学手段と前記加工対象物との間の前記レーザ光の光路中に配置され、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加手段と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記収差付加手段は、当該収差付加手段内部を通過する前記レーザ光の光路長を、前記加工対象物における、前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分となるよう調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記収差付加手段は、前記加工対象物と屈折率が同一であり、且つ前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分に相当する厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記収差付加手段は、前記加工対象物への加工深さの変更に応じて、前記レーザ光に付加する収差を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記収差付加手段は、
前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分に相当する厚さより小さい厚さを有する複数の補正部材と、
前記複数の補正部材を通過する前記レーザ光の光路長の合計が、前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分となるよう前記複数の補正部材を設定する設定手段と
を備えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記光学手段は、
前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、
前記レーザ光における前記所定光路長に応じた収差を補正する収差補正手段と
を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置におけるレーザ加工方法であって、
レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学工程と、
前記光学手段と前記加工対象物との間において、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加工程と
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置及び方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、ガラス基板などの加工対象物の表面又は内部にレーザ光を集光させ、多光子吸収による化学的又は物理的な改質領域を形成し、該改質領域を利用して加工対象物を切断するレーザカッティング装置などが知られている。このようなレーザ加工装置においては、加工精度の向上のために、種々の工夫が為されている。
【０００３】
例えば、後述する先行技術文献には、加工対象物内部にレーザ光を集光させる際に、光スポットの形成深さ、つまり加工深さに応じて、レーザ出力や収差の補正により、レーザ光の集光状態を調整する技術が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６４８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工装置においては、加工対象物の内部に光スポットを形成する場合、レーザ加工装置に用いられる対物レンズによる球面収差などの収差により、加工深さに応じて光スポットの径が変化する。このため、加工深さに対する光スポットの径の自由度がなく、また、加工精度の向上のために光スポットの径を安定させるためには、適宜レーザ光の出力補正が求められている。
【０００６】
他方で、高精度の加工を実現するためには、加工対象物の表面又は内部に集光されるレーザ光の光スポットの径をより小さく絞ることが好ましいという要求がある。特に、レーザ加工装置の回折限界近くまで光スポットの径を絞る場合、収差による光スポットの径の変化は顕著となり、高精度の加工を困難としている。
【０００７】
本発明は、例えば上述の問題点に鑑み為されたものであり、加工対象物に対する加工条件を一定として、加工深さの変化に対して対応可能なレーザ加工装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学手段と、前記光学手段と前記加工対象物との間の前記レーザ光の光路中に配置され、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加手段とを備える。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工方法は、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置におけるレーザ加工方法であって、レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学工程と、前記光学手段と前記加工対象物との間において、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例のレーザ加工装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】光学系と収差付加部材と加工対象物の関係を示す図である。
【図３】変形例のレーザ加工装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のレーザ加工装置の実施形態は、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学手段と、前記光学手段と前記加工対象物との間の前記レーザ光の光路中に配置され、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加手段とを備える。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置の実施形態によれば、レーザ光源が出射するレーザ光が加工対象物の表面又は内部に集光部を形成することで、該集光部近傍の加工対象物を改質させる。改質した加工対象物表面又は内部の領域には、例えばクラックが生じるため、該クラックを起点として加工対象物を分断するなどといった加工を容易に行うことが出来る。
【００１３】
実施形態のレーザ加工装置が備える光学手段は、レーザ光源より出射されるレーザ光を加工対象物の表面又は内部に集光させることで、集光部を形成する。このとき、光学手段は、レーザ光に対して、収差の補正を行う。補正される収差は、レーザ光が加工対象物内部を所定距離通過する場合に生じる収差に相当する収差である。言い換えれば、光学手段は、レーザ光に対して、レーザ光が加工対象物内部を所定距離通過する場合に生じる収差と等量の逆方向の収差（言い換えれば、負の収差）を付加する。ここに、所定距離とは、レーザ加工装置によって行われる加工対象物に対する加工の深さ以上の距離である。言い換えれば、所定距離は、加工対象物に入射するレーザ光の入射面から加工のための集光部を形成する位置までの距離以上の距離である。光学手段は、例えば、レーザ光に対して負の収差を付加可能であり、且つ集光可能な形状を有するレンズ、又は集光用のレンズと、収差を付加するための光学素子を含む構成などである。
【００１４】
収差付加手段は、レーザ光に対して、レーザ光が加工対象物内部を通過する場合と同様の収差を付加する。このとき収差付加手段は、光学手段による収差の補正量（言い換えれば、負の収差）と、レーザ光が加工対象物に入射した後、集光部を形成する加工深さに達するまでに付加される収差（言い換えれば、正の収差）との絶対値の差分に相当する正の収差をレーザ光に付加する。
【００１５】
以上説明した構成によれば、光学手段によってレーザ光に付加される負の収差と、収差付加手段と加工対象物とによってレーザ光に付加される正の収差とが打ち消し合うため、集光部におけるレーザ光に対する収差の影響を排することが出来る。後に詳述するように、加工対象物内部の加工深さが変更される場合であっても、加工深さに応じて、収差付加手段により付加される収差を調整することで、レーザ光の加工条件を一定に保つことが出来る。尚、同様のことが、加工対象物の屈折率の変化に対しても言える。
【００１６】
このように構成することで、加工対象物の屈折率や加工深さの変化に対して、レーザ光の加工条件を一定に保つことが可能となり、レーザ光の集光状態を適切な状態に維持することが出来る。このことは、特に収差による影響が大きい、光学手段における回折限界に近い領域での集光において特に顕著である。
【００１７】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様では、前記収差付加手段は、当該収差付加手段内部を通過する前記レーザ光の光路長を、前記加工対象物における、前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分となるよう調整する。
【００１８】
この態様によれば、収差付加手段は、レーザ光が当該収差付加手段内部を通過する時の光路長（つまり、収差付加手段内部に形成されるレーザ光の光路の光路長）を変更することで上述した収差をレーザ光に付加する。収差付加手段は、例えばレーザ光の光路中に配置される、所定の厚さ及び屈折率を有する部材であって、レーザ光が該収差付加手段を通過する際に、レーザ光の光路長を調整する。
【００１９】
調整されるレーザ光の目標光路長は、加工対象物内部における所定光路長と入射面から加工深さまでの光路長との差分である。このように光路長が調整される光路をレーザ光が通過することで、レーザ光には、光学手段による負の収差と、レーザ光が加工対象物内部を通過することで付加される正の収差との絶対値の差分に相当する正の収差が付加される。従って、このように構成することで、比較的簡単にレーザ光の集光部における収差の影響を排し、加工条件を一定に保つことが可能となる。
【００２０】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様では、前記収差付加手段は、前記加工対象物と屈折率が同一であり、且つ前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分に相当する厚さを有する。
【００２１】
このように構成することで、比較的簡単に、レーザ光に対して、光学手段による負の収差と、レーザ光が加工対象物内部を通過することで付加される正の収差との絶対値の差分に相当する正の収差を付加することが出来る。従って、レーザ光の集光部における収差の影響を排し、加工条件を一定に保つことが可能となる。
【００２２】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様では、前記収差付加手段は、前記加工対象物への加工深さの変更に応じて、前記レーザ光に付加する収差を変更する。
【００２３】
この態様によれば、収差付加手段は、レーザ光に付加する収差を変更可能に構成される光学素子、又は複数の異なる収差に対応した部材などである。レーザ加工装置が加工対象物を加工する際の加工深さに応じて、レーザ光に付加する収差を適宜変更することで、異なる加工深さに対しても、レーザ光の加工条件を一定に保つことが出来る。
【００２４】
収差付加手段が、加工対象物への加工深さの変更に応じて、レーザ光に付加する収差を変更する態様の一例として、前記収差付加手段は、前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分に相当する厚さより小さい厚さを有する複数の補正部材と、前記複数の補正部材を通過する前記レーザ光の光路長の合計が、前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の差分となるよう前記複数の補正部材を設定する設定手段とを備える。
【００２５】
この態様によれば、所定光路長、及び加工対象物に入射するレーザ光の入射面から加工深さの光路長の差分に相当する厚さ（つまり、収差付加手段が付加する収差に対応する厚さ）より小さい厚さを単位厚さとする複数の補正部材を備える。従って、レーザ光が該補正部材を一つ通過する毎に、光学手段により付加される負の収差と加工対象物により付加される正の収差との絶対値の差分より小さい収差量を有する正の収差がレーザ光に付加される。
【００２６】
設定手段は、該複数の補正部材を通過するレーザ光の光路長の合計が、所定光路長と加工対象物内における入射面から加工深さまでの光路長の差分となるよう、複数の補正部材の一部又は全部をレーザ光の光路中に配置する。
【００２７】
このように構成することで、比較的簡単に、レーザ加工装置が加工対象物を加工する際の加工深さに応じて、レーザ光に付加する収差を適宜変更することが可能となる。設定手段は、好適には、加工対象物における加工深さが変化することで、加工対象物により付加される正の収差量が変化する場合、該変化に伴って光路中に配置される補正部材を再設定する。これにより、加工深さの変化に応じた収差の変化に追従して、収差を調整することが出来る。
【００２８】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様では、前記光学手段は、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、前記レーザ光における前記所定光路長に応じた収差を補正する収差補正手段とを備える。
【００２９】
この態様では、好適には、レーザ光源と集光レンズとの間に設けられる収差補正手段によって、レーザ光に対して負の収差が付加される。集光レンズは、該負の収差が付加されるレーザ光の入射を受け、加工対象物の表面又は内部に集光させる。
【００３０】
このように構成することで、加工対象物の屈折率や加工深さに応じて、収差補正手段が付加する負の収差量を適宜変更することで、屈折率又は加工深さの異なる加工対象物の加工に対応することが出来る。
【００３１】
本発明のレーザ加工方法の実施形態は、加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置におけるレーザ加工方法であって、レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に集光させると共に、前記レーザ光における前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長以上の所定光路長に応じた収差を補正する光学工程と、前記光学手段と前記加工対象物との間において、前記レーザ光に対して、前記加工対象物の前記所定光路長、及び前記加工対象物の前記レーザ光の入射面から前記加工深さまでの光路長の光路長差に応じた収差を付加する収差付加工程とを備える。
【００３２】
本発明のレーザ加工方法の実施形態によれば、レーザ加工装置を用いて、上述した本発明のレーザ加工装置の実施形態によるものと同様の効果を得ることが出来る。尚、本発明のレーザ加工方法の実施形態についても、上述した本発明のレーザ加工装置の実施形態の各種態様と同様の各種態様を採用してもよい。
【００３３】
以上、説明したように、本発明のレーザ加工装置の実施形態は、レーザ光源と、光学手段と、収差付加手段とを備える。本発明のレーザ加工方法の実施形態は、光学工程と、収差付加工程とを備える。
【００３４】
このため、加工対象物における加工深さに応じてレーザ光に付加される収差の影響を好適に抑制し、レーザ光の加工条件を一定に保つことが可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（１）レーザ加工装置の構成
先ず、図１を参照して、本発明のレーザ加工装置の一例である、レーザカッティング装置１の基本的な構成について説明する。
【００３７】
図１に示されるように、レーザカッティング装置１は、制御装置１１と、レーザ光源１２と、ダイバージングレンズ１３と、Ｄレンズアクチュエータ１３ａと、光学系１４と、Ｆレンズアクチュエータ１４ａと、収差付加部材１５と、ステージ１６と、ステージアクチュエータ１６ａとを備える。
【００３８】
制御装置１１は、レーザ光源１２、Ｄレンズアクチュエータ１３ａ、Ｆレンズアクチュエータ１５ａ、収差付加部材１５及びステージアクチュエータ１６ａに接続され、各部からの出力を受けると共に、各部の動作を制御する制御信号を供給する。
【００３９】
レーザ光源１２は、本発明のレーザ光源の一例であって、レーザ発生部、結集素子、位相変調器及び共振器などを備え、レーザ光Ｌをダイバージングレンズ１３方向へ出射する。
【００４０】
ダイバージングレンズ１３は、入射したレーザ光Ｌの光束角度を調整し、好適には平行光の態様で光学系１４方向へ出射させるレンズである。ダイバージングレンズ１３は、支持部材を介して、レーザ光Ｌの光軸方向（以下、Ｚ方向と記載する）に移動可能なＤレンズアクチュエータ１３ａに接続される。Ｄレンズアクチュエータ１３ａは、制御装置１１からの制御信号に応じてダイバージングレンズ１３をＺ方向に移動させることで、レーザ光Ｌの光束角度を任意の角度に変更する。
【００４１】
光学系１４は、レーザ光Ｌを加工対象物２の表面又は内部に集光するための集光レンズを含む構成である。光学系１４に入射したレーザ光Ｌは、収差付加部材１５を介して加工対象物２に入射し、集光部Ｆを形成する。光学系１４は、上述した集光レンズの他に、該集光レンズを支持する支持部材と、該支持部材に接続されるＦレンズアクチュエータ１４ａと、レーザ光Ｌに対して球面収差を付加する部材とを含む。Ｆレンズアクチュエータ１４ａは、制御装置１１からの制御信号に応じて、ステージ１６に載置される加工対象物２に対して相対的に光学系１４をＺ方向に移動させることで、加工対象物２の表面又は内部に形成されるレーザ光Ｌの集光部ＦのＺ方向の位置を任意の位置に変更する。
【００４２】
光学系１４は、レーザ光Ｌにおける、加工対象物２における最大加工深さＴに応じた球面収差を補正する。言い換えれば、光学系１４は、レーザ光Ｌに対して、加工対象物２内部を最大加工深さＴ通過する際に付加される球面収差（以下、正の球面収差と称して説明する）の絶対値と同一の絶対値を有する逆方向の球面収差（以下、負の球面収差と称して説明する）を付加する。ここに、加工対象物２における最大加工深さＴとは、加工対象物２において考えられ得る、レーザ光Ｌの集光部Ｆを形成して加工を行う位置の表面からの距離である加工深さＷの最大値以上の距離である。例えば、加工対象物２の下面、つまり図１のＺ方向下方の表面に対して、加工対象物２を透過して加工を行う場合、最大加工深さＴは、Ｚ方向の加工対象物２の厚さ以上の値となる。尚、最大加工深さＴは、加工対象物２の厚さより長い距離であってよい。
【００４３】
上述の構成を実現するために、光学系１４は、例えば所定の形状を有する非球面レンズや、複数のレンズを備える構成であってよい。
【００４４】
また、Ｆレンズアクチュエータ１４ａには、光学系１４の移動距離を検出可能な位置センサが内蔵され、制御装置１１は、位置センサからの出力を検出して光学系１４のＺ方向の位置を取得及び制御可能となっている。このため、制御装置１１は、加工対象物２の表面から任意の位置に光学系１４の集光位置を合わせることが可能であり、且つ該集光位置の表面からの加工深さＷを取得可能である。
【００４５】
収差付加部材１５は、Ｚ方向における上面及び下面の夫々が、平坦且つレーザ光Ｌの光軸に直行する面に平行に構成され、距離Ｔ−Ｗに相当する光路長を有する部材である。収差付加部材１５は、好適には、レーザ光Ｌが入射する面（例えば、上面）における表面反射及びレーザ光Ｌが出射する面（例えば、下面）における表面反射が生じ難い素材により構成される。例えば、収差付加部材１５は、加工対象物２と同一の屈折率Ｎを有し、Ｚ方向の厚さがＴ−Ｗのガラスになどである。また、上述した要件を満たしていればその他の固体又は液体材料により構成されてもよい。
【００４６】
光学系１４より出射したレーザ光Ｌは、収差付加部材１５を通過して加工対象物２に入射する。このとき、収差付加部材１５内部を通過するレーザ光Ｌには、加工対象物２内を距離Ｔ−Ｗ通過する場合と同様の正の球面収差が付加される。
【００４７】
加工対象物２は、光学系１４によってレーザ光Ｌが集光される集光部Ｆが加工対象物２の表面又は内部に位置するように、ステージ１６に載置される。
【００４８】
ステージアクチュエータ１６ａは、ステージ１６をレーザ光Ｌの光軸に直行する面内（図１におけるＸＹ面内）及びレーザ光Ｌの光軸方向（Ｚ方向）において移動させるアクチュエータである。ステージアクチュエータ１６ａは、制御装置１１からの制御信号に応じてステージ１６を移動させる。
【００４９】
上述した構成によれば、予め光学系１４に付加される負の球面収差により、集光レンズ１５を通過するレーザ光Ｌに対して、加工対象物２内部を最大加工深さＴ分通過する際に付加される収差量に相当する球面収差が補正される。また、レーザ光Ｌには、収差付加部材１５により、加工対象物２に等しい屈折率Ｎ及び距離Ｔ−Ｗに基づく正の球面収差が付加される。更に、レーザ光Ｌは、加工対象物２内を透過して加工深さＷの位置に集光部Ｆを形成するために、加工深さＷ分の正の球面収差が付加される。従って、レーザ光Ｌに対して、収差付加部材１５及び加工対象物２内において付加される正の球面収差が、予め光学系１４により付加される負の球面収差により補正される。このため、加工深さＷの位置に形成される集光部Ｆは、加工対象物２内の加工深さＷに応じた球面収差による影響を受けない。これにより、レーザカッティング装置１は、加工深さＷに応じてレーザ光Ｌの加工条件に変化を受けることなく、加工対象物２の任意の加工深さＷに集光部Ｆを形成して加工を行うことが出来る。
【００５０】
上述した構成において、制御装置１１は、Ｆレンズアクチュエータ１４ａより入力される加工深さＷに応じて、収差付加部材１５の厚さがＴ−Ｗとなるよう適宜設定可能であることが好ましい。収差付加部材１５は、例えば、比較的小さい厚さを有する複数の板状の部材と、制御装置１１からの制御信号に応じて、該複数の板状の部材をレーザ光Ｌの光路中に挿入又は光路中から除去可能な機構を備えた構成であってよい。制御装置１１は、Ｆレンズアクチュエータ１４ａより入力される加工深さＷに応じて、距離Ｔ−Ｗに相当する厚さの板状の部材を光路中に付加させることで、加工深さＷに変化に応じて、自動的に球面収差の補正を行うことが出来る。尚、上述の説明では、球面収差を例としているが、その他の収差についても同様に影響を排除して、レーザ光の加工条件を一定に保つことが出来る。
【００５１】
尚、上述したレーザカッティング装置１によれば、加工対象物２と光学系１４との間にガラス板などにより構成される収差付加部材１５が配置される。このため、加工対象物２の加工の際に生じるデブリ等の汚れが光学系１４の集光レンズに付着することを防ぎ、レンズの損傷を抑制することが出来る。
【００５２】
図２に、光学系１４と、収差付加部材１５と、加工対象物２の加工深さＷとの関係を示す。図２の例では、光学系１４がレーザ光Ｌに付加する負の球面収差の収差量を、加工対象物２内部の光路長２０ｍｍ相当の収差量としている。つまり、最大加工深さＴ＝２０ｍｍに設定される。
【００５３】
図２（ａ）に示されるように、加工深さＷ＝０ｍｍの場合、レーザ光Ｌが加工対象物２の内部を通過する光路長は０ｍｍとなる。このため、レーザ光Ｌが加工対象物２の内部を通過することに起因する正の球面収差が生じない。他方で、レーザ光Ｌに対して、光学手段１４により光路長２０ｍｍ相当の負の球面収差が生じているため、収差付加部材１５は、レーザ光に対して、光路長２０ｍｍ相当の正の球面収差を付加するよう調整される。結果、集光部Ｆにおいては正と負の球面収差が打ち消し合い、球面収差の影響が生じない。
【００５４】
図２（ｂ）に示されるように、加工深さＷ＝１０ｍｍの場合、レーザ光Ｌが加工対象物２の内部を通過する光路長は１０ｍｍとなる。このため、集光部Ｆにおいては、レーザ光Ｌが加工対象物２の内部を通過することに起因して、光路長１０ｍｍに相当する正の球面収差が生じている。他方で、レーザ光Ｌに対して、光学手段１４により光路長２０ｍｍ相当の負の球面収差が生じているため、収差付加部材１５は、レーザ光に対して、光路長１０ｍｍ相当の正の球面収差を付加するよう調整される。結果、集光部Ｆにおいては正と負の球面収差が打ち消し合い、球面収差の影響が生じない。
【００５５】
収差付加部材１５の構成について、例えば、収差付加部材１５の屈折率が加工対象物２の屈折率Ｎと同一である場合、収差付加部材１５の厚さは、光学系１４により付加される負の球面収差に対応する光路長と、加工対象物２内部の加工深さに応じた光路長との差分に相当する厚さとなる。図２（ｃ）に示される例では、加工深さＷ＝１０ｍｍであり、光学系１４により付加される負の球面収差が光路長２０ｍｍに相当する場合、収差付加部材１５の厚さは１０ｍｍとなる。収差付加部材１５の厚さは、好適には、付加する正の球面収差と、収差補正部材１５の屈折率に応じて変化する。
【００５６】
また、図２（ｄ）に示されるように、夫々屈折率Ｎ且つ厚さ５ｍｍの収差付加部材１５ａ及び１５ｂをレーザ光Ｌの光路中に配置する構成であってもよい。この場合でも、収差付加部材１５ａ及び１５ｂの夫々においてレーザ光Ｌに付加される球面収差の合計は、加工対象物２の加工深さ１０ｍｍに相当するため、上述したものと同様の効果が得られる。尚、収差付加部材１５ａ及び１５ｂは、互いに密着していても、離間していてもよい。
【００５７】
（２）変形例
レーザカッティング装置１の変形例であるレーザカッティング装置１’について説明する。図３は、レーザカッティング装置１’の構成を示す図である。尚、図３において、図１と同一の番号を付している部分は、図１に示されるレーザカッティング装置１と同様の構成であってよい。例えば、レーザカッティング装置１’は、レーザカッティング装置１と同様に、制御装置１１と、レーザ光源１２と、ダイバージングレンズ１３と、Ｄレンズアクチュエータ１３ａと、Ｆレンズアクチュエータ１４ａと、収差付加部材１５と、ステージ１６と、ステージアクチュエータ１６ａとを備える。また、レーザカッティング装置１’は、集光レンズ１７と、収差補正部材１８とを有する。
【００５８】
集光レンズ１７は、入射したレーザ光Ｌを加工対象物２方向に集光させ、加工対象物２の表面又は内部に集光部Ｆを形成させる。
【００５９】
収差補正部材１８は、ダイバージングレンズ１３と集光レンズ１７との間に配置される。ダイバージングレンズ１３を透過したレーザ光Ｌは、収差補正部材１８内部を透過して集光レンズ１７に入射する。収差補正部材１８は、内部を通過するレーザ光Ｌに対して加工対象物２における最大加工深さＴに応じた負の球面収差を付加する。収差補正部材１８は、典型的には、内部を通過するレーザ光Ｌの光路長が、加工対象物２の屈折率Ｎ及び最大加工深さＴに応じて決定される光路長に対応するものとなるよう設定される光学素子又は複数のレンズを備える構成である。
【００６０】
上述した構成によれば、変形例のレーザカッティング装置１’は、上述したレーザ加工装置１と同様に加工深さＷに応じてレーザ光Ｌの加工条件に変化を受けることなく、加工対象物２の任意の加工深さＷに集光部Ｆを形成して加工を行うことが出来る。
【００６１】
尚、レーザカッティング装置１’では、例えば制御装置１１の制御により、収差補正部材１８がレーザ光Ｌに対して付加する負の球面収差を適宜変更可能な態様であってもよい。このような態様では、収差補正部材１８は、好適には、制御装置１１からの制御信号により、光学素子の設定、又は光路状に配置される複数のレンズ配置を変更可能となる。このように構成することで、加工対象物２の最大加工深さＴ及び屈折率Ｎに基づく球面収差に応じて、適宜等量の負の球面収差を付加することで、球面収差を補正することが出来る。このため、レーザカッティング装置１’により加工可能な加工対象物２のサイズ、加工の態様及び材質の自由度を向上させることが出来る。
【００６２】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うレーザ加工装置及び方法などもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１  レーザカッティング装置、
２  加工対象物、
１１  制御装置、
１２  レーザ光源、
１３  ダイバージングレンズ、
１４  光学系、
１５  収差付加部材、
１６  ステージ、
１７  集光レンズ、
１８  収差補正部材、
Ｌ  レーザ光、
Ｎ  加工対象物の屈折率、
Ｔ  加工対象物の加工最大深さ、
Ｗ  加工対象物の加工深さ。
【図１】
2012024787.tif 000003
【図２】
2012024787.tif 000004
【図３】
2012024787.tif 000005