(57)【要約】【課題】レーザ照射による加工において、分解能が高く、任意の出力分布を持ち、かつ安定したレーザ照射を可能とする。【解決手段】レーザアレイ光源１から発振されたレーザ光１２はコリメートレンズ１３によって平行光（レーザ光１２−１）となり、透過液晶装置１４を介して被加工物５に照射される。透過液晶装置１４の液晶分子の偏光方向を制御部１５により制御して、透過するレーザ光１２−２の出力を調節することにより、出力の階調が高く、分解能の高いレーザ光１２−２を作り出す。また、透過液晶装置１４を透過したレーザ光１２−２の一部をビームスプリッター１６で分離し、分離したレーザ光１２−３を受光素子１７に導き、出力分布をモニターする。これにより光源の半導体レーザ１１の出力やスポット内のエネルギー分布の変化を受光素子１７にて随時検出し、透過液晶装置１４にフィードバックして、一定の出力分布を維持する。【選択図】図２
2009192620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアレイ光源から発振されたレーザ光を被加工物に照射し、前記レーザ光のエネルギーにより加工を行うレーザ照射装置において、
前記レーザアレイ光源から発振されたレーザ光を拡大し平行光にするレーザビーム拡大光学系と、
前記レーザビーム拡大光学系により平行光としたレーザ光に任意のエネルギー分布を形成するための透過液晶装置と、
前記透過液晶装置と前記被加工物の間に前記透過液晶装置を透過後のレーザ光の一部を分離するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターにより分離したレーザ光の強度を測定する受光素子とを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記レーザアレイ光源を複数個配列した半導体レーザとすることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記レーザアレイ光源から発振するレーザ光の出力を可変するレーザドライバーを有し、前記レーザアレイ光源を構成する各々の半導体レーザに対して個別に印加電流を制御し、前記レーザ光の出力を可変することを特徴とする請求項１または２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記レーザ光の透過液晶装置への入射地点において、隣接する半導体レーザから発せられる前記レーザ光の偏光方向が互いに異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記レーザ光を透過させる透過液晶装置の透過量を制御する制御部を有し、前記透過液晶装置を透過した後のレーザ光の一部をビームスプリッターにより分離し、前記分離したレーザ光の強度を受光素子により測定し、前記測定したレーザ光の出力分布結果に基づいて、前記透過液晶装置の透過量を随時調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記レーザアレイ光源と前記透過液晶装置との間において、
レーザ光の一部を分離するための複数個の偏光ビームスプリッターと、
前記分離した一部のレーザ光の強度を測定する受光素子と、
前記偏光ビームスプリッターと前記受光素子の間に前記レーザ光を遮断する複数個の光学シャッターとを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記透過液晶装置に入射する前のレーザ光の発振において、偏光ビームスプリッターにより前記レーザ光の一部を分離し、受光素子により測定した前記レーザ光の出力分布結果に基づき、前記レーザ光を発振するレーザアレイ光源へ電流を印加するレーザドライバーと、前記レーザドライバーの印加する電流量を演算する演算部を有することを特徴とする請求項６記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記透過液晶装置に入射する前のレーザ光の測定において、偏光ビームスプリッターによって、複数に分離された前記レーザ光を再度重ね合わせるための光学素子と、前記再度重ね合わされたレーザ光を測定する受光素子を有することを特徴とする請求項６または７記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査レーザ光による露光方法を用いたレーザ照射装置に係り、特に、複数の半導体レーザから発せられるレーザ光を照射する光学ユニットを用いて、レーザ光が照射される被照射物の所定位置に複数の任意の二次的な強度分布を持ったレーザ光を照射する照射効率および照射品質に優れたレーザ照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ照射装置としては、光源である複数の半導体レーザをアレイ状に配置することで、直線（曲線）状，面状にレーザ光を照射することを可能にしている。レーザアレイ光源から発せられたレーザ光を光ファイバー、光導波板やミラーなどの光学素子を用いて、被加工物へレーザ光を導いている。また、レーザアレイ光源を形成する各々の半導体レーザの出力を個別に調整することで、任意の出力分布を持ったレーザ光を被加工物に照射できるようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された図８に示すような光学ユニット８は、複数の半導体レーザのレーザアレイ光源１から発振されたレーザ光を光ファイバー２に入射させ、光ファイバー２を束ねたファイバーバンドル３とすることでレーザ光を集約し、被加工物５に照射している。
【０００４】
また、図９は特許文献１に記載の光学ユニット８のレーザ光射出口に設けられたマスク４を示す模式図である。レーザ光強度の比較的均一な部分のみを、マスク４の開口部を透過させて被加工物５に照射する。そうすることで、常に一定強度のレーザ光を被加工物５に照射することができる。図８に示す光学ユニット８を複数配列し、各々の出力を調整することで、面状に任意のエネルギー分布を持ったレーザ光を成形することができる（図１０参照）。
【特許文献１】特開２００３−２５５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の構成では、レーザアレイ光源から発せられたレーザ光の出力を直接モニターすることができず、各々の半導体レーザの持つ出力特性に依存した出力調整となり、精度のよいエネルギー分布を持ったレーザ光を作り出すことができないという課題を有していた。
【０００６】
また、エネルギー分布の分解能は、レーザ光を集光するレンズなどの光学素子により決められており、より分解能が高いエネルギー分布を持たせようとした場合、レンズは大型化し小型化が難しくなる。さらに、レンズが大型化することで、収差などによる歪が生じ、精度のよいエネルギー分布を持ったレーザ光を作り出すことができないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、レーザアレイ光源から発せられるレーザ光が照射される被照射物の所定位置に複数の任意の二次的な強度分布を持ったレーザ光を照射する照射効率および照射品質に優れたレーザ照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したレーザ照射装置は、レーザアレイ光源から発振されたレーザ光を被加工物に照射し、レーザ光のエネルギーにより加工を行うレーザ照射装置において、レーザアレイ光源から発振されたレーザ光を拡大し平行光にするレーザビーム拡大光学系と、レーザビーム拡大光学系により平行光としたレーザ光に任意のエネルギー分布を形成するための透過液晶装置と、透過液晶装置と被加工物の間に透過液晶装置を透過後のレーザ光の一部を分離するビームスプリッターと、ビームスプリッターにより分離したレーザ光の強度を測定する受光素子とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２〜４に記載した発明は、前述のレーザ照射装置において、レーザアレイ光源を複数個配列した半導体レーザとすること、さらに、レーザアレイ光源から発振するレーザ光の出力を可変するレーザドライバーを有し、レーザアレイ光源を構成する各々の半導体レーザに対して個別に印加電流を制御し、レーザ光の出力を可変すること、さらに、レーザ光の透過液晶装置への入射地点において、隣接する半導体レーザから発せられるレーザ光の偏光方向が互いに異なることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載した発明は、前述のレーザ照射装置において、レーザ光を透過させる透過液晶装置の透過量を制御する制御部を有し、透過液晶装置を透過した後のレーザ光の一部をビームスプリッターにより分離し、分離したレーザ光の強度を受光素子により測定し、測定したレーザ光の出力分布結果に基づいて、透過液晶装置の透過量を随時調整することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載した発明は、前述のレーザ照射装置において、レーザアレイ光源と透過液晶装置との間において、レーザ光の一部を分離するための複数個の偏光ビームスプリッターと、分離した一部のレーザ光の強度を測定する受光素子と、偏光ビームスプリッターと受光素子の間にレーザ光を遮断する複数個の光学シャッターとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載した発明は、前述のレーザ照射装置における透過液晶装置に入射する前のレーザ光の発振において、偏光ビームスプリッターによりレーザ光の一部を分離し、受光素子により測定したレーザ光の出力分布結果に基づき、レーザ光を発振するレーザアレイ光源へ電流を印加するレーザドライバーと、レーザドライバーの印加する電流量を演算する演算部を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に記載した発明は、前述のレーザ照射装置における透過液晶装置に入射する前のレーザ光の測定において、偏光ビームスプリッターによって、複数に分離されたレーザ光を再度重ね合わせるための光学素子と、再度重ね合わされたレーザ光を測定する受光素子を有することを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、透過液晶装置を用いることによって、装置を大型化することなく、分解能の高いエネルギー分布を形成することができ、また、透過液晶装置の透過後のレーザ光出力を測定することで、随時被加工物に照射している出力とエネルギー分布が得られるとともに、その出力情報をフィードバックすることにより安定したエネルギー分布を維持でき、さらに、透過液晶装置の透過前のレーザ光出力を測定することで、レーザアレイ光源から発せられるレーザ光の出力を検出し、その出力情報をフィードバックすることにより透過液晶装置への入射レーザ光を常に所望の出力分布に維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、透過液晶装置によりレーザ光の透過量を調整することで、液晶セルサイズでの分解能の高い半導体レーザの露光が可能となり、また、透過量の調整を機械的マスクとは異なり段階的に調整ができるため、任意のレーザ光の出力分布を形成でき、さらに、透過液晶装置入射前のレーザ光測定によって透過液晶装置への入射レーザ光の出力を一定にでき、また透過液晶装置透過後のレーザ光測定によって補加工物への出力分布を測定することができることから、レーザアレイ光源自体の出力変動を随時察知してフィードバックすることで、常に一定の出力分布を持ったレーザ光を被加工物に照射することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１におけるレーザアレイ光源の構造を示す概略図であり、図２は本実施形態１におけるレーザ照射装置の全体的な構造を示す概略側面図である。図２に示すレーザ照射装置は、レーザアレイ光源１、レーザアレイ光源１から発振されるレーザ光１２を拡大および平行光に整形するレーザビーム拡大光学系となるコリメートレンズ１３、コリメートレンズ１３で平行光にしたレーザ光１２−１に任意のエネルギー分布を形成するための透過液晶装置１４、透過液晶装置１４を駆動させるための制御部１５、透過液晶装置１４を透過した後のレーザ光１２−２を部分的に分離するビームスプリッター１６、ビームスプリッター１６で分離したレーザ光１２−３の出力を測定する受光素子１７で構成される。図３は本実施形態１における透過液晶装置を透過した後のレーザ光の出力分布と透過液晶装置の制御の関係を示す模式図である。また、以下の各図において、図１，図２において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態１では半導体レーザ１１を一列に配置したレーザアレイ光源１としている。本実施形態１で用いた半導体レーザ１１は９１５ｎｍにピークを持つレーザ光である。１つの半導体レーザ１１の発光点から発せられたレーザ光をコリメートレンズ１３により平行光にしており、１．５×０．５ｍｍ角程度のスポット形状１２ｓとしている。スポットの大きさは半導体レーザ１１のチップ単体の出力と加工に必要な出力から決定され、より高い出力が必要な場合は、スポット形状１２ｓを小さくし、エネルギー密度を上げる必要がある。
【００１９】
半導体レーザ１１を複数個配列しアレイ状の光源とすることで、照射効率が大幅に向上し、生産性を改善することができる。また、レーザアレイ光源１とすることで、より広い領域にレーザ光１２を照射することができ、被加工物５の移動をなくすことまたは低減することが可能であるため、より位置精度の高いレーザ照射が可能となる。
【００２０】
なお、レーザアレイ光源１を形成する半導体レーザ１１の配置数は、半導体レーザ１１のチップ単体の出力および加工に必要な出力、加工に必要なレーザ照射領域によって決定される。例えば、１つの半導体レーザ１１の出力が小さく、被加工物５の加工面積が広い場合は、多くの半導体レーザ１１を配置したレーザアレイ光源１とする必要がある。図１では、長方形のスポット形状１２ｓに対して、長軸が隣接するレーザ光と並ぶように配置しているが、短軸側が隣接するように配置してもよい。
【００２１】
図２に示すように、レーザアレイ光源１から発振されたレーザ光１２はコリメートレンズ１３によって平行光（レーザ光１２−１）となり、透過液晶装置１４を介して被加工物５に照射される。透過液晶装置１４の液晶分子の偏光方向を制御部１５により制御することで、透過液晶装置１４を透過するレーザ光１２−２の出力を液晶のセル毎に調節することが可能となり、レーザ光出力の階調が高く、分解能の高いレーザ光１２−２を作り出すことができる。
【００２２】
透過液晶装置１４を透過し出力分布を持ったレーザ光１２−２の一部をビームスプリッター１６で分離し、この分離したレーザ光１２−３を受光素子１７に導き、透過液晶装置１４によって作られるレーザ光の出力分布をモニターする。
【００２３】
光源の半導体レーザ１１は使用環境（温度や湿度など）や使用時間により、その出力やスポット内のエネルギー分布が変化する。その変化を受光素子１７にて随時検出し、透過液晶装置１４にフィードバックすることで、常に一定の出力分布を維持することができる。例えば、図３に示すように、レーザアレイ光源１を形成する半導体レーザ１１のチップの１つが何らかの原因により、出力低下を起こした場合、出力分布２１にパワーの低い低出力領域２２が発生する。
【００２４】
出力低下が発生した場合、出力分布２１の結果を基に、図示していない演算部を用いて、低出力領域２２に対応する液晶セル１４ａの特定を行う。同時に必要な透過量を演算し、液晶セル１４ａにフィードバックすることで、液晶セル１４ａのみ透過量を大きくすることができ、所定の出力分布を維持することができる。
【００２５】
また、透過液晶装置１４の透過量の調整で補正できないほどの、出力低下が起きた場合、その出力低下を検出し、レーザ照射を停止することにより、不要な不良を作ることなく、レーザ照射装置の異常を検出することができる。
【００２６】
なお、図２においてはレーザ光１２−４を被加工物５に対して垂直に照射しているが、斜めに照射してもよく、そうすることで、被加工物５からの反射光が光学ユニットに戻ることを防止でき、透過液晶装置１４やレーザアレイ光源１にダメージを与えることを防止することができる。
【００２７】
（実施形態２）
前述の実施形態１においては、図２に示すように、透過液晶装置１４を透過した後の、所定の出力分布を持ったレーザ光１２−２の一部を、ビームスプリッター１６を用いて受光素子１７に導き、受光素子１７での出力測定により透過液晶装置１４によって作られるレーザ光の出力分布をモニターしている。
【００２８】
しかしながら、実施形態１においては、図４に示すように、レーザアレイ光源１を形成する半導体レーザ１１から発振されるレーザ光１２は１つ１つが広がり角、出力分布や入出力特性に違いを持つため、透過液晶装置１４に入射する前でのレーザ光１２の出力測定において、歪な出力分布２３を持ったレーザ光１２となってしまう。そのため、レーザ光１２の出力変動の原因（レーザアレイ光源１の出力低下や拡大光学系の汚れなど）を特定することが困難である。この出力変動が起こった場合の対応としては、透過液晶装置１４での透過率の調整のみであり、精度よくレーザ光１２の出力分布を制御することが困難であった。
【００２９】
そこで、本実施形態２は、実施形態１よりもレーザ光の出力分布を精密に制御する場合、図５，図６に示すような構成としたものである。図５は本実施形態２におけるレーザアレイ光源の構造とレーザ光の偏光方向の関係を示す概略図である。図６は本実施形態２におけるレーザ照射装置の全体的な構造を示す概略側面図である。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態２では半導体レーザ１１を一列に配置したレーザアレイ光源１ａ，１ｂを光源としている。半導体レーザ１１は９１５ｎｍにピークを持つレーザ光１２を発振する。１つの半導体レーザ１１の発光点から発せられたレーザ光１２を、コリメートレンズを用いて平行光にしており、１．５×０．５ｍｍ角程度のスポット形状１２ｓを形成する。このとき、各半導体レーザ１１から発振されるレーザ光１２の偏光方向２０は隣接するどのレーザ光１２とも違っている。
【００３１】
スポットの大きさは半導体レーザ１１のチップ単体の出力と加工に必要な出力から決定され、より高い出力が必要な場合は、スポット形状１２ｓを小さくし、エネルギー密度を上げる必要がある。図５では、複数の半導体レーザ１１を面状に配列したレーザアレイ光源１ａ，１ｂとすることで、照射効率を大幅に向上し、生産性を改善している。
【００３２】
また、レーザアレイ光源１ａ，１ｂを光源とすることで、より広い領域にレーザ光１２を照射することができ、被加工物の移動をなくすことまたは低減することが可能であるため、より位置精度の高いレーザ照射が可能となる。なお、レーザアレイ光源１ａ，１ｂを形成する半導体レーザ１１の配置数は、半導体レーザ１１のチップ単体の出力および加工に必要な出力、加工に必要なレーザ照射領域によって決定される。
【００３３】
例えば、１つの半導体レーザのチップ出力が小さく、加工面積が広い場合は、多くの半導体レーザのチップを配置したレーザアレイ光源とする必要がある。逆に、必要とするパワーが小さい場合または照射領域が狭い場合には線状に配列したレーザアレイ光源としてもよい。
【００３４】
そして、図６に示すように、レーザ照射装置は、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃ、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに個別の電流を印加するレーザドライバー３１、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに印加する電流量を演算するレーザ出力演算部３２、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃから発振されるレーザ光１２ａ〜１２ｃを平行光に成形するコリメートレンズ１３、コリメートレンズ１３で平行光にしたレーザ光の任意のエネルギー分布を形成するための透過液晶装置１４、透過液晶装置１４を駆動させるための制御部１５を備えている。
【００３５】
さらに、透過液晶装置１４に入射する前のレーザ光１２−１ａ〜１２−１ｃを部分的に反射する偏光ビームスプリッター３３および３４、偏光ビームスプリッター３３および３４で分離したレーザ光１２−５ａ，１２−５ｃおよび１２−５ｂの出力を測定するための受光素子３９、偏光ビームスプリッター３３および３４と受光素子３９の間にレーザ光を遮断するための光学シャッター３５および３６、偏光ビームスプリッター３３および３４で分離したレーザ光を受光素子３９に導くための光学素子３７および３８、透過液晶装置１４を透過した後のレーザ光１２−２を部分的に分離するビームスプリッター１６、ビームスプリッター１６で分離したレーザ光１２−３の出力を測定する受光素子１７で構成される。
【００３６】
図６において、コリメートレンズ１３によって平行光となったレーザ光１２ａ〜１２ｃは透過液晶装置１４を介して被加工物５に照射される。透過液晶装置１４に入射する前の地点での各レーザ光１２−１ａ〜１２−１ｃの偏光方向の関係は、レーザ光１２−１ａと１２−１ｃは同じ偏光特性を持ち、１２−１ｂは１２−１ａおよび１２−１ｃと９０度偏光方向が異なっている。
【００３７】
偏光ビームスプリッター３３の持つ偏光方向をレーザ光１２−１ａおよび１２−１ｃと一致するように配置することで、レーザ光１２−１ｂを反射することなく、レーザ光１２−１ａおよび１２−１ｃのみを反射する。また、偏光ビームスプリッター３４の持つ偏光方向をレーザ光１２−１ｂと一致するように配置することで、レーザ光１２−１ａおよび１２−１ｃを反射することなく、レーザ光１２−１ｂを反射できる。この偏光ビームスプリッター３３および３４により、レーザ光の一部を反射し、ミラーなどの光学素子３７および３８で受光素子３９にレーザ光を導くことで、透過液晶装置１４に入射する前のレーザ光１２−１ａ〜１２−１ｃの出力を測定している。
【００３８】
偏光方向の違いを利用することで各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃの出力を別に測定することができる。同じ偏光特性を持つレーザ光１２ａおよび１２ｃを発振している半導体レーザ１１ａおよび１１ｃの出力を測定する場合、光学シャッター３５を開け、光学シャッター３６を閉じた状態とする。光学シャッター３５を開けているため、偏光ビームスプリッター３３で反射されたレーザ光１２−５ａおよび１２−５ｃは光学素子３７および３８を介して受光素子３９に入射する。このとき、光学シャッター３６は閉じているため、偏光ビームスプリッター３４で反射されたレーザ光１２−５ｂは光学シャッター３６に遮られ受光素子３９に入射することがないため、レーザ光１２−５ａおよび１２−５ｃの発振元である半導体レーザ１１ａおよび１１ｃの出力を測定できる。
【００３９】
また、レーザ光１２ａおよび１２ｃとは９０度違う偏光特性を持つレーザ光１２ｂを発振している半導体レーザ１１ｂの出力を測定する場合、光学シャッター３５を閉じ、光学シャッター３６を開けた状態とする。光学シャッター３５は閉じられているため、偏光ビームスプリッター３３で反射されたレーザ光１２−５ａおよび１２−５ｃは光学シャッター３５に遮られ受光素子３９に入射することがなく、偏光ビームスプリッター３４で反射されたレーザ光１２−５ｂのみが、受光素子３９に入射することになり、レーザ光１２−５ｂの発振元である半導体レーザ１１ｂの出力を測定することができる。
【００４０】
さらに、光学シャッター３５および３６の両方を開けることで、分離したレーザ光を再度合成し、透過液晶装置１４に入射する前のレーザ出力を直接測定することが可能となる。そうすることで、複数の受光素子を用いた場合に生じる、受光素子の受光感度などによる影響を無視することができるため、より精度よく出力測定をすることができる。
【００４１】
透過液晶装置１４に入射する前の出力分布測定の模式図を図７に示す。レーザアレイ光源１は半導体レーザ１１ａ〜１１ｅで構成している。半導体レーザ１１ａ〜１１ｅから発振されるレーザ光１２ａ〜１２ｅは隣接するレーザ光同士の偏光方向２０が９０度ずつ異なっている。半導体レーザ１１ａ、１１ｃと１１ｅが同じ偏光特性を持ち、半導体レーザ１１ｂと１１ｄが同じ偏光特性を持っている。この偏光特性の違いで、レーザ光を分離して出力測定を行うため、半導体レーザ１１ａ、１１ｃと１１ｅの出力分布は２３ａ，２３ｃ，２３ｅのように測定され、半導体レーザ１１ｂおよび１１ｄの出力分布は２３ｂ，２３ｄのように測定できる。このような構成により、隣接する半導体レーザのチップ同士の出力を分けて測定することができるため、得られた出力分布には重なり合いが少なく、各々の半導体レーザの出力に近い形で出力測定が可能となる。
【００４２】
図６に示すように、透過液晶装置１４に入射前のレーザ出力を受光素子３９にて測定することにより、この受光素子３９で得られた測定結果を基に、歪な出力分布の原因が半導体レーザの出力変動の異常である場合に、出力変動異常を起こしている半導体レーザを特定することができる。出力変動を起こしている半導体レーザに対して、所定の出力分布を形成するために必要な電流量をレーザ出力演算部３２で算出し、レーザドライバー３１で半導体レーザ１１に電流を印加することで、常に一定の出力分布を維持することができる。
【００４３】
また、任意の出力分布の形成において、各々の半導体レーザ毎に必要最低限の出力に調整することが可能であるため、半導体レーザの経年劣化を抑制すると共に、透過液晶装置に対しても、レーザ光の照射によるダメージを軽減することができる。
【００４４】
半導体レーザ１１ａ〜１１ｃの間隔が狭すぎる場合、１つ以上隣にあるレーザ光と重なり合ってしまい、偏光の違いによるレーザ光の分離ができず、１つ１つのレーザ出力を正確に測れなくなる。また、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃ間隔が広すぎる場合、隣接するレーザ光同士が重なり合わず、レーザ光に隙間ができてしまい、被加工物にレーザ光が照射されない領域ができてしまうことになる。このため、本実施形態２において、最適な間隔としており、例えばレーザアレイ光源１を形成する半導体レーザ１１ａ〜１１ｃの間隔を５ｍｍとしている。
【００４５】
さらに、本実施形態２において、隣接するレーザ光の偏光は常に９０度違う向きとなっているが、レーザアレイ光源から発せられるレーザ光の偏光の分布が十分に狭い場合は、偏光の向きの変化は９０度でなくてもよい。３つ以上の偏光方向とそれぞれの偏光方向に対応した偏光ビームスプリッターを組み合わせることでより高精度に各レーザ光の出力を測定することが可能となる。
【００４６】
また、図６に示すように、偏光ビームスプリッター３３および３４を透過したレーザ光１２−１は透過液晶装置１４を介して被加工物５に照射されることから、透過液晶装置１４の液晶分子の偏光方向を制御することで、透過液晶装置１４を透過するレーザ光の出力を液晶のセル毎に調節することが可能となり、レーザ出力の階調が高く、分解能の高いレーザ光を作り出すことができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態２においても、前述の実施の形態１と同様に、透過液晶装置１４を透過し出力分布を持ったレーザ光１２−２の一部をビームスプリッター１６で分離し、受光素子１７に導き、透過液晶装置１４によって作られる出力分布をモニターし、出力やスポット内のエネルギー分布が変化を随時検出し、透過液晶装置１４にフィードバックすることにより、常に一定の出力分布を維持することができる。例えば、レーザアレイ光源１を形成する半導体レーザ１１ａ〜１１ｃの１つが何らかの原因により、出力低下を起こした場合、そのレーザ光が透過する領域の液晶セルのみ透過量を大きくすることで、所定の出力分布を維持することができる。
【００４８】
液晶セルの透過量の調整で補正できないほどの、出力低下が起きた場合、その出力低下を検出し、レーザ照射を停止することで、不要な不良を作ることなく、レーザ照射装置の異常を検出することができる。
【００４９】
また、図６ではレーザ光１２−４を被加工物５に対して垂直に照射しているが、斜めに照射してもよく、そのようにすることで、被加工物５からの反射光が光学ユニットに戻ることを防止でき、透過液晶装置１４やレーザアレイ光源１にダメージを与えることを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るレーザ照射装置は、透過液晶装置によりレーザ光の透過量を調整することで、分解能の高い半導体レーザの露光が可能となり、また、透過量の調整を機械的マスクとは異なり段階的に調整ができるため、任意のレーザ光の出力分布を形成でき、さらに、透過液晶装置入射前のレーザ光測定によって透過液晶装置への入射レーザ光の出力を一定にでき、また透過液晶装置透過後のレーザ光測定によって補加工物への出力分布を測定することができることから、レーザアレイ光源自体の出力変動を随時察知してフィードバックすることで、常に一定の出力分布を持ったレーザ光を被加工物に照射することができ、複数の半導体レーザから発せられるレーザ光を照射する光学ユニットを用いて、レーザ光が照射される被照射物の所定位置に複数の任意の二次的な強度分布を持ったレーザ光の照射に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態１におけるレーザアレイ光源の構造を示す概略図
【図２】本実施形態１におけるレーザ照射装置の全体構造を示す概略側面図
【図３】本実施形態１における透過液晶装置透過後のレーザ光出力分布と透過液晶装置制御の関係を示す模式図
【図４】透過液晶装置入射前のレーザ光の出力分布測定を示す模式図
【図５】本発明の実施形態２におけるレーザアレイ光源の構造とレーザ光の偏光方向の関係を示す概略図
【図６】本実施形態２におけるレーザ照射装置の全体構造を示す概略側面図
【図７】透過液晶装置入射前のレーザ光の出力分布測定を示す模式図
【図８】従来の光学ユニットの構成を示す概略図
【図９】従来の光学ユニットのレーザ光射出口に設けたマスクを示す模式図
【図１０】従来のレーザ照射装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００５２】
１，１ａ，１ｂ  レーザアレイ光源
２  光ファイバー
３  ファイバーバンドル
４  マスク
５  被加工物
８  光学ユニット
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ  半導体レーザ
１２，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４  レーザ光
１２ｓ  スポット形状
１３  コリメートレンズ
１４  透過液晶装置
１４ａ  液晶セル
１５  制御部
１６  ビームスプリッター
１７，３９  受光素子
２０  偏光方向
２１，２３  出力分布
２２  低出力領域
３１  レーザドライバー
３２  レーザ出力演算部
３３，３４  偏光ビームスプリッター
３５，３６  光学シャッター
３７，３８  光学素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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