CN101189097B - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种在通过激光器的多次脉冲照射或固定时间照射、加工被加工物的多个被加工部分的过程中，使用微透镜或全息元件等作为聚光或成像单元来进行加工，能够使加工直径或加工形状均匀的激光加工装置及激光加工方法。一种对被加工物的被加工区域内的多个被加工部分进行加工的激光加工装置，包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及被加工物的配置单元；固定被加工物和聚光或成像单元，在被加工区域内及区域外，一面使激光光束和聚光或成像单元相对地移动一面进行加工，以使聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对每一个多个被加工部分的加工中的累计激光光束照射时间相等。

Description

激光加工装置及激光加工方法 
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置及激光加工方法，特别地，涉及一种照射激光光束对被加工物成批地进行多次加工的激光加工装置及激光加工方法。 
背景技术
照射激光光束对被加工物进行穿孔加工时，对被加工物进行多次激光的脉冲照射，或通过固定时间照射对被加工物进行照射。 
在此过程中，已公知一种使用微透镜阵列将激光光束分成多支、通过在被加工面上聚光、对被加工物进行多个穿孔的多个点成批加工(以下称为“微透镜”方式)。 
众所周知，按上述微透镜方式进行加工时，通常在初期及经过一段时间时，激光光束会变得不均匀这样的不适合。 
此外，为了精密地进行激光加工，到目前为止已知有掩模投影加工。掩模投影加工是一种通过利用投影光学系统在被加工面上投影掩模图形来进行加工的技术。 
在此技术中，为了减少加工不均匀，作为固定型的均匀照明光学系统，广泛使用图24中示出的使用蝇眼(fly eye)积分仪的光束均质器(homogenizer)等。 
另外，已公知一种通过光束的机械的扫描的加工均匀化技术(例如参照专利文献1至4)。 
在专利文献1中，记载了一种在小孔的投影加工中，通过使用移动反射镜扫描向小孔照射的光束，使单一孔的加工底面的深度均匀化的技术。 
专利文献1：日本专利第3199124号公报 
在专利文献2中，记载了一种在图形掩模的投影加工中，通过使图形 掩模和被加工物联动，并相对于照射光束移动，进行加工深度均匀化的技术。 
专利文献2：日本专利第3211206号公报 
在专利文献3中，记载了一种在小孔的投影加工中，组合角度可动的反射镜和柱面透镜，形成平行光束的扫描系统，执行向小孔的照射光束扫描，使加工精度均匀化的技术。 
专利文献3：日本特开平7-51878号公报 
在专利文献4中，有在微透镜方式中，在目的为进行宽范围的加工的实施例中，通过对加工区域内进行光束扫描，能够减少照射不均匀这样的记述。 
专利文献4：日本特开2001-269789号公报 
通常，如图26所示，由于照射能量密度和加工速度具有相关性，所以随着照射能量的变大，加工处理就会变快。 
此外，在被加工物上，由于激光的能量分布为图27所示那样的山型的形状，所以如图28所示，照射能量大时，加工孔径就会变大。另一方面，在受激准分子激光器的情况下，虽然具有图29所示的光束外形轮廓，但激光本身存在不均匀，当照射激光存在不均匀时，就会对均匀的加工造成影响。如此，众所周知，在激光光束中存在能量分布不均匀，此不均匀随时间变化。 
焦点直径受到激光光束散度的影响。激光光束散度越大，焦点直径就变得越大。有时沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴，发散角大大小会不同。这种情况下，加工形状变为椭圆形。 
基于以上事实，在微透镜方式中，为了使加工直径均匀化，需要以下各种的对应，1、对应于激光光束的外形轮廓，2、对应于激光光束的发散角的初始阶段的均匀化，3、对应于激光光束的发散角的时效变化等。 
此外，为了有效地进行加工，需要大力保证激光的照射能量，为了使此时的加工直径均匀化，必须使照射激光不会产生不均匀。 
现有技术的光束均质器和引用文献1至3中公开的技术，是任意一种掩模投影加工，由于通过掩模遮挡住非加工部分的光而废弃能量，所以存在能量利用率差，加工中需要大的能量这样装置原理上的大的课题。 
而且，在将这些均匀化技术适用于微透镜方式时，存在以下的问题。 
由于蝇眼积分仪的光束均质器分割光束，并在一个部位进行对准，所以产生多方向的形成角度的光束，由于微透镜中不能以微小直径聚光，所以原理上不能使用。 
此外，在固定型光学系统中，由于时效变化而使得光束品质超出设计范围的情况，会存在不能均匀化的问题。 
而且，存在价格高、光学调整复杂、不能改善向一方向倾斜的能量分布等不适合。 
图25是表示光束均质器的场合下，入射的激光光束具有向一个方向倾斜的能量分布时候，不能使能量分布均匀化的说明图。 
在引用文献1的技术中，仅进行一维方向的光束扫描，但由于实际的受激准分子激光的强度分布具有二维的分布，所以仅通过一维的光束扫描进行均匀径加工有困难。此外，在此技术中，存在不能对应激光光束的发散角的变化等这样的不适合。 
引用文献2的技术，使掩模和被加工物对应于转印倍率，一面使它们同步扫描，一面进行加工，为掩模投影加工特有的技术。 
引用文献2的技术，对应于转印倍率，对掩模和被加工物进行同步扫描并加工，为掩模投影加工特有的技术。 
引用文献3的技术，为了形成平行光，必须使照射在反射镜上的光束成为没有宽度的线，但现实中由于有宽度所以不能形成完全的平行光。 
因此，在微透镜方式中，不能缩小加工直径。 
此外，为了使加工中使用的激光强度在反射镜上成为宽度狭小的光束，所以在反射镜上要变为非常大的能量密度，由于反射镜受到损伤，所以不现实。 
引用文献4的技术，是微透镜方式，光束扫描的范围仅仅是加工区域内。 
如此，仅加工区域内一面对准照射光束一面扫描进行加工的情况下，加工区域的端部光束的照射次数或时间变少。由此，加工直径比中心部变小，以高精度进行穿孔加工有困难。 
此外，在引用文献4中，没有公开具体的光束扫描的装置结构。 
而且，在引用文献4中记载着利用不稳定谐振器型激光器，能够不受激光光束的发散角的影响，但实际中，即使使用不稳定谐振器型激光器，也存在发散角带来的影响，如不进行发散角的均匀化处理，加工形状就会成为椭圆形。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在通过激光器的多次脉冲照射或固定时间照射进行向被加工物的多个被加工部分的加工的过程中，使用微透镜或全息元件等作为聚光或成像单元进行加工，能够使加工直径或加工形状均匀的激光加工装置及激光加工方法。 
本发明的另一目的在于，提供一种即使对于在初始及随时间具有不均匀的光束品质的激光器，也能使加工直径和加工形状均匀的激光加工装置及激光加工方法。 
本发明的再另一个目的在于，提供一种能够有效地进行穿孔加工的激光加工装置及激光加工方法。 
本发明者们为了解决上述课题进行锐意研究后，获得了光束外形轮廓和激光光束的发散角对加工直径及加工形状产生影响这样的知识。并且，提出通过进行光束外形轮廓和激光光束的发散角的初始阶段的均匀化及向时效变化的对应就能够解决上述课题，直到实现本发明。 
即，根据本发明的激光加工装置，其用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，该激光加工装置包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；固定上述被加工物和上述聚光或成像单元，在上述被加工区域内及区域外，一面使上述激光光束和上述聚光或成像单元相对地移动一面进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等，由此解决上述课题。 
此外，一种激光加工装置，其用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；一面使上述被加工物和上述聚光或成像单元相对地移动，一面在上述被加工区域内及区域外，使上述激光光束和上述聚光或成像单元相对地移动，同时进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等，由此解决上述课题。 
在此，所谓被加工部分是指通过激光光束的聚光或成像来加工的1个加工点或通过使上述被加工物和上述聚光或成像单元相对地移动来加工的连续的1个加工形状。 
如此，根据本发明的激光加工装置，由于直到激光光束完全通过上述聚光或成像单元上为止使它们相对地移动，因此能够在加工区域的所有部位使光束的照射次数或时间均匀，使所有的加工直径均匀化。 
此外，由于构成一面使组件在二维方向上对准一面扫描的结构，所以即使在激光光束的强度分布中有二维的分布，也能够进行均匀的加工。如此，根据本发明的激光加工装置，就能够对多个被加工部分进行均匀地、且任意形状的加工。 
对于上述激光光束的上述聚光或成像单元的加工中的相对的移动是二维或三维移动。 
再有，在包括使上述配置单元和上述激光光束的聚光或成像单元以上述激光光束的光轴方向为轴旋转的旋转机构时，与激光光束的发散角的变化无关，由于对被加工物均匀地照射激光光束，因此能够保证加工点为正圆形状。 
再有，在与上述被加工物内的上述被加工区域不同的被加工区域中，移动上述激光光束的聚光或成像单元，或新的聚光成像单元，通过进行上述加工后续的新的加工，就能够实现宽范围的被加工区域的加工。 
本发明的激光装置，包括在激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴独立地变更光束尺寸，使主光线平行的2个独立的光束扩展器，从激光器射出的激光光束的发散角沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴不同的时候，利用此光束扩展器，能够使射入聚光或成像单元的激光光束的发散角相互一致。 
此外，在2个光束扩展器中的至少一个光束扩展器中包括变焦机构，在射入聚光或成像单元的激光光束的发散角变化的时候，利用变焦机构，能够简便地使上述发散角一致。
还可以构成在变焦机构中包括自动变焦调整机构的结构。 
再有，被加工部分对正圆形状进行了记载，但通过使用变焦扩展器调整上述发散角也可以为椭圆形状。 
而且，优选构成为包括监视射入聚光或成像单元的激光光束的发散角的监视器装置。 
监视器装置具有使用光束扩展器中具备的变焦机构，将在上述激光光束中在垂直的面内正交的2方向上的上述激光光束的发散角维持在固定的比例的控制机构。 
上述激光光束的发散角的变化可以利用上述监视器装置来检测出，通过使上述监视器装置和扩展器的自动变焦机构联动，就能够自动调整上述激光光束的发散角。 
根据本发明的激光加工方法，用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，该激光加工装置包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；上述激光加工方法包括：第一工序，固定上述被加工物和上述聚光或成像单元；和第二工序，在上述被加工区域内及区域外，一面使上述激光光束和上述聚光或成像单元相对地移动一面进行加工，以使对多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等，由此解决上述课题。 
而且，根据本发明的激光加工方法，是加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分的激光加工方法，该激光加工装置包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；上述激光加工方法包括：第一工序，在上述被加工物上移动上述聚光或成像单元；和第二工序，一面使上述被加工物和上述聚光或成像单元相对地移动，一面在上述被加工区域内及区域外，相对地移动上述激光光束和上述聚光或成像单元，同时进行加工，以使对多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等。由此解决上述课题。 
在上述激光加工方法中，优选二维或三维地执行上述第二工序的上述激光光束相对上述聚光或成像单元的加工中相对的移动。 
此外，优选在上述第二工序中，具有使在上述第一工序中固定的上述被加工物和上述聚光或成像单元以上述激光光束的光轴方向为轴旋转的工序。 
而且，优选在上述第二工序之后，具有后续的第二工序，其包括在与上述被加工物内的上述被加工区域不同的被加工区域中，移动上述激光光束的聚光或成像单元，或新的聚光或成像单元的第三工序。 
发明效果 
如上所述，本发明的激光加工装置及激光加工方法包括：聚光或成像单元及被加工物的配置单元，控制此配置单元以使其相对激光光束进行规定的动作，构成为使形成在被加工物上的被加工部分的加工直径或加工形状均匀化。 
而且，由于包括使上述聚光或成像单元及被加工物的上述配置单元相对移动的机构，能够将被加工部分加工成任意形状。 
并且，本发明的激光加工装置及激光加工方法，包括：激光光束的、在激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴独立地变更光束尺寸，使主光线平行的2个独立的光束扩展器机构，能够使激光光束的发散角一致，由此能够使在被加工物中形成的被加工部分的加工直径或加工形状均匀化。 
此外，本发明的激光加工装置及激光加工方法，在光束扩展器机构的至少一个中具有变焦机构，即使在激光光束的发散角的大小随时间变化的情况下，利用上述变焦机构，也能将射入聚光或成像单元的激光光束的发散角保持固定，能够使在被加工物中形成的被加工部分的加工直径或加工形状均匀化。 
附图说明
图1是表示本发明的第1实施例的激光加工装置结构的说明图。 
图2是表示扩展器机构的说明图。 
图3是表示扩展器机构的另一个例子的说明图。 
图4是表示激光加工工序的流程图。 
图5是相对于被加工物的光束区和透镜区的关系的说明图。 
图6是相对于被加工物的光束区和透镜区的关系的说明图。 
图7是相对于被加工物的光束区和透镜区的关系的说明图。 
图8是表示各种加工方法的加工直径的状态的曲线图。 
图9是表示实施例1的变化例的、表示微透镜和被加工区域的关系的说明图。 
图10是表示实施例1的变化例的、表示微透镜阵列的变化例的说明图。 
图11是表示实施例1的变化例的、工作调整单元的说明图。 
图12是表示实施例1的变化例的、表示狭窄间隙加工的例子的说明图。 
图13是表示被加工物和微透镜阵列的相对移动加工的、线状加工的例子的说明图。 
图14是表示被加工物和微透镜阵列的相对移动加工的、圆形加工的例子的说明图。 
图15是图14的圆形加工的例子的说明图。 
图16是表示被加工物和微透镜阵列的相对移动加工的、锪孔(ザグリ)加工的例子的说明图。 
图17是表示被加工物和微透镜阵列的相对移动加工的、锥形加工的例子的说明图。 
图18是表示本发明的第2实施例的激光加工装置结构的说明图。 
图19是表示第2实施例的扫描图形的说明图。 
图20是表示本发明的第3实施例的激光加工装置结构的说明图。 
图21是表示第3实施例的反射镜扫描组件结构的说明图。 
图22是表示本发明的第4实施例的激光加工装置结构的说明图。 
图23是表示第4实施例的散度监视器结构的说明图。 
图24是表示现有技术的光束均质器的一个例子的说明图。 
图25是表示光束均质器在入射的激光光束具有向一方向倾斜的能量分布的时候，不能使能量分布均匀化的说明图。 
图26是表示照射能量密度和加工速度的相关性的曲线图。 
图27时表示被加工物上的能量分布的曲线图。 
图28是表示照射能量密度和加工直径的相关性的曲线图。 
图29是表示受激准分子激光器的光束外形轮廓的说明图。 
图中：10…激光器装置，11…激光器光源，12…衰减器，13…栅缝，14a、14b…部分反射镜，15…能量监视器，16…快门，17…光束扩展器，17a…变焦机构，17b～17f…柱面透镜，18…反射镜，20…光束剖面仪，30…微透镜阵列，31…微透镜，40…工作调整单元，41…平台，42…旋转台面，43…XYZ平台，50…反射镜扫描组件，51…第1反射镜，52…第2反射镜，60…散度监视器，61…圆形栅缝，62…透镜，63…二维传感器，B…光束区，H…孔，R…透镜区，SC…扫描范围，S…激光加工装置，U…组件，W…被加工物。 
具体实施方式
下面参照附图，说明本发明的一实施方式。再有，以下说明的构件、配置等不限定本发明，毫无疑问，按本发明的宗旨可以进行各种改变。 
图1至图8表示本发明的一个实施方式，图1是表示本发明的第1实施例的激光加工装置结构的说明图，图2及图3是表示扩展器机构的说明图，图4是表示加工工序流程图。图5至图7是相对于被加工物的光束区和透镜区的关系的说明图，图8是表示各种加工方法的加工直径的状态的曲线图。 
本实施方式的激光加工装置结构为：具有加工直径均匀化机构，能够进行多点成批激光加工。在本说明书中，“加工”主要指穿孔加工，但也指在包含退火、蚀刻、掺杂、成膜等。 
<实施例1> 
如图1所示，本实施方式的激光加工装置S结构包括：激光装置10，光束剖面仪20、作为聚光单元的微透镜阵列30、作为被加工物W的配置单元的工作调整单元40等。而且，由在工作调整单元40上配置的微透镜阵列30和被加工物W构成组件U。 
本实施例的激光装置10包括：激光器光源11、衰减器12、栅缝13、部分反射镜14、能量监视器15、快门(机械快门)16、光束扩展器17、反射镜18等。 
激光器光源11遵照未图示的控制部的控制，放射出激光光束，通过衰减器12、栅缝13、快门16，能够射入光束扩展器17。通过栅缝13的激光光束由部分反射镜14部分地反射，导入能量监视器15。本例的能量监视器15测量激光光束的能量。能量监视器可以使用公知的能量监视器。 
再有，由于能量监视器15包括控制系统，所以就能够与衰减器12联动具有能量控制的反馈机构。作为衰减器的例子，可列举利用根据向楔形基板的光束的入射角度而改变透过率的类型，通过用步进电动机来控制楔形基板角度，就能够调整能量的透过率。 
作为本例的激光器光源11，使用具备不稳定谐振器的受激准分子激光器，但不限于此，也可以使用碳酸气体激光器、YAG激光器等其它的激光器。此外，也可以使用注入同步型的激光器。而且，作为激光装置优选具备出射光的能量调整机构。 
本例的衰减器12是光束强调调整用滤波器，优选可改变透过率，具有透过率自动转换机构。如果自动转换透过率，就具有能够与能量监视器联动，进行能量控制这样的效果。 
本例的栅缝13是切出加工中所需激光光束尺寸的栅缝，激光光束品质好的部分通过栅缝13。 
本例的部分反射镜14被配置在光路上，能够将激光光束的一部分导入能量监视器15。 
本例的快门(机械快门)16被配置在光路上，在加工被加工物W时打开，再不加工时关闭，遮挡激光光束的光。 
本例的光束扩展器17构成为，在激光光束中独立地变更垂直面内正交的2个方向的光束放大率，并且使激光光束的主光线变成平行光。 
在本例中，包括图2所示的变焦机构17a，在激光光束中能够在垂直面内正交的2个方向上调整激光光束的发散角(也称光束散度)。变焦机构17a结构为包括柱面透镜17b、17c、17d，此柱面透镜17c和17d之间的距离，能够从图2(a)所示的状态向图2(b)所示的状态连续地调整变焦倍率。变更变焦倍率时，使柱面透镜17c和17d的位置联动地变化，以使成型的激光光束的主光线维持平行光。变焦机构17a使用公知的技术，例如调节各透镜间的距离。 
受激准分子激光器等激光器，在激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴，激光光束的发散角大多不同，此情况下即使将射出的光束聚光，焦点也为椭圆形状。 
作为此修正，本例的激光加工装置S，包括：在激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴独立地变更光束尺寸光束扩展器，能够在2个方向上独立地改变光束放大倍率。由此，通过使射入聚光或成像单元的激光光束的发散角沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴相等，就能够使加工形状变成正圆。 
此外，即使在激光光束的发散角度随时间变化的情况下，利用变焦机构的调整，通过使射入聚光或成像单元的激光光束的发散角沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴相等，也能够使加工形状变成正圆。 
再有，光束扩展器17如图3所示，也可以为使用凹型柱面透镜17e和凸型柱面透镜17f的结构。 
此外，为了能够进一步调整光轴，优选在光束扩展器17的固定器中配备位置·角度调整机构。作为位置·角度调整机构，例如可以使用例如已上市的具备位置·角度调整的透镜固定器。 
再有，还可以具备改变强度分布的强度分布光学部件等。 
本例的反射镜18用于改变激光光束的方向，优选2个以上用于光轴调整用。 
微透镜阵列30由很多个微透镜31集成而成(参照图10)本例中，作为微透镜阵列30，使用折射型透镜、菲涅耳透镜、二进制光学(binary optics)等。再有，并不限制为与一般的球面透镜同等的聚光，包含可以以任意的强度分布形成者。此外，作为进行聚光或成像的单元，除微透镜阵列外还可以使用全息元件等。 
通过向作为多个聚光或成像单元的微透镜31垂直地射入激光，来对被加工物W实施穿孔加工。再有，为了能够进行光学系统调整，本例的微透镜阵列30的结构包括微透镜31的高度、风扇、角度调整用机构。 
本例的激光加工装置S还包括未图示的气流机构。气流机构用于在加工被加工物W时使气体流动，以使得因加工而飞散的污染物不附着在光学系统上。并且，设置使气体流出的机构和向相反侧排气的机构。作为使 气体流出的单元，例如可采用用风扇送空气或从高压容器和工厂配管供给空气/氮气/氦气等单元，在相反侧设置有排出口和吸引口。排出口及吸引口可以由例如气体排出泵等构成。 
本例的工作调整单元40作为配置被加工物W的配置单元，由在加工位置变更用的XYZ方向可移动的平台41构成，包括光学调整用的高度调整/角度调整机构等。 
将被加工物W配置在平台41上时，未图示的控制部使平台41在水平方向上移动，能够到达照射透镜系统的光轴位置。而且，利用控制部能够控制激光器光源，使其照射激光光束。 
由于预先特定照射图形的面积，所以控制部用照射图形的面积除以未图示的能量测量仪的输出信号的值，计算能量密度。而且，控制部控制激光器光源使得此能量密度成为规定的值。 
此外，为了能够在本例的平台41上把持被加工物W，将其设为吸附台。再有，平台使用不受加工时的贯通的光束损伤的材质、例如不锈钢、铝等。 
设平台41与被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构为一体，最低，也使用带有光束区和微透镜阵列30的尺寸之和以上的行程的平台。 
优选具有照射光束区加上微透镜阵列30的尺寸倍数的长度的距离以上的行程。 
平台41最好使用移动精度即平台移动时的角度摇晃小的平台。 
再有，本例的激光加工装置S中，也可以构成根据激光光束的外形轮廓的变化，来控制平台41的速度和对被加工物的扫描次数的结构。或者，可以构成根据激光光束的外形轮廓的变化，来控制激光光束的能量强度的结构。 
接着，根据图4说明由上述结构构成的激光加工装置的激光加工工序。 
首先，接通未图示的开关进行启动时，对整个装置通电，预先向控制部指示对被加工物W的加工直径等数据，此后，在快门16关闭的状态下，激光器光源11振荡(步骤S1)。接着，利用能量监视器15测量能量(步骤S2)。接着，根据在步骤S2测量的能量，调整衰减器12的透过率，以便成为适合加工被加工物W的能量(步骤S3)。在此，确认在固定时间内， 能量变化较小，振荡是稳定的。 
接着，在平台41上安装被加工物W(步骤S4)。此安装位置为偏离了照射光束区的位置。 
然后，打开快门16(步骤S5)，开始由微透镜阵列30和被加工物W构成的组件U的扫描(步骤S6)。 
步骤S6中，利用规定的加工条件，扫描组件U，进行加工。在此，所谓规定的加工条件因被加工物不同而不同，根据平台速度、扫描范围等来决定。 
此时，设平台41在X、Y方向上移动(摇动)，使组件U通过照射光束区，进行穿孔加工。 
图5至图7中示出了步骤S6中的平台41的移动(摇动)的详细情况。 
如图5所示，固定光束区B，使由微透镜阵列30及被加工物W构成组件U通过此光束区B。 
在图5中，为了明确表示穿孔加工的状况，图示出作为微透镜阵列30的构成要素的微透镜31。 
首先，如图5(a)所示，使组件U位于光束区B之外的位置。接着，如图5(b)～图5(e)所示，使平台41移动，向图5的箭头标记方向移动组件U。 
随着组件U通过光束区B，在被加工物W中形成孔H。 
在本例中，如图5(e)所示，在直到光束区B完全通过微透镜31上之前进行扫描。 
图6是表示微透镜31的透镜区R、光束区B和扫描范围SC的关系的示意图。 
如图6(a)所示，最初，使透镜区R位于光束区B的外侧。 
接着，使平台41移动。由此，如图6(b)～6(e)所示，使透镜区R通过光束区B。 
如图6所示，即使扫描范围SC最低，也大于等于光束区B和透镜区R之和。 
如图6所示，在光束区B完全通过微透镜31上之前，进行扫描。 
图7表示组件U(透镜区R)的扫描图形。 
组件U的扫描，微透镜阵列30的图形不限于一维排列，也可以按未图示的二维的图形进行扫描。 
这是由于，受激准分子激光器等的光束强度分布，在实施严密的均匀径加工后，具有二维的分布。 
进行图7所示的二维的图形的扫描时，在各个扫描中，如图5及图6所示，直到光束区B完全地通过微透镜31上止，进行扫描。 
像这样，一面在二维方向上对准，一面进行对被加工物W的扫描，由此能够在被加工物W上均匀地成批进行多个点的穿孔。 
如图4所示，在步骤S7中，由于设定了预加工时间，根据计时器对被加工物W仅进行规定的加工时间的加工。 
在结束步骤S7的加工时刻，使组件U在照射光束位置之外的位置停止(步骤S8)。此后，关闭快门16(步骤S9)，卸载被加工物W(步骤S10)。 
最后，停止激光器光源11的振荡(步骤S11)。 
如上所述，进行被加工物W的加工。 
图8是表示按各种加工方法即“不扫描”、“仅透镜区扫描”、“完全扫描”、加工直径如何不同的曲线图。 
图8(a)表示固定加工的加工直径(即“不扫描”)，图8(b)表示按仅对加工区域内进行光束扫描的加工方法的加工直径(即“仅透镜区扫描”)，图8(c)表示本例的激光加工方法的加工直径(即“完全扫描”)的结果。 
如图所示，在固定加工的方法中，如图8(a)所示，可知加工范围狭窄，加工直径的偏差大。此外，采用仅对加工区域内(仅透镜区扫描)进行光束扫描的加工方法时，如图8(b)所示，可知端部的加工直径的偏差大。 
另一方面，根据本例的激光加工方法即“完全扫描”，如图8(c)所示，可知即使在被加工物W的任意位置，也能够进行固定的加工直径的穿孔。 
这是由于，在本例的激光加工方法中，在光束区B完全地通过微透镜31上之前都进行扫描，所以在被加工物W的任何部位，都能够使加工时 间固定，即使在被加工物W的任何部位都能够以相同的条件进行加工。 
此外，如图7所示，由于按二维的图形扫描，所以即使激光光束的强度为二维的，由于对准进行照射，因此能进行均匀的穿孔加工。 
图9至图17是表示实施例1的变化例的说明图，图9是表示微透镜和被加工区域的关系的说明图，图10是表示微透镜阵列的变化例的说明图，图11是表示工作调整单元的说明图，图12是表示狭窄间隙加工的例子的说明图。 
图11所示的工作调整单元40包括能够变更被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元等)的相对位置的平台。即，如图11所示，在XY方向上可移动的平台41上，还包括在XYZ方向上可移动的平台43。 
平台41由2轴的线性平台等构成，平台43由3轴的线性平台等构成。利用运动控制器对各平台41、43进行控制，工作参数的设定等由未图示的PC执行。优选平台43的控制器具有圆弧补插功能。运动控制器例如可使用Delta Tau Systems公司制UMACJ-Turbo等，公知的控制器。 
根据图11所示的工作调整单元40，通过在被加工区域加工后变更上述相对位置，加工新的被加工区域，就能以任意地间隔加工多个加工部分。 
由此，能够进行宽范围的被加工区域的加工和被加工部分的狭窄间隔的加工。 
即，如图9所示，是宽范围的被加工区域的加工方法。即，使用图11所示的、在XY方向上可移动的平台41(图1的例子中，平台41是XYZ方向，本例的场合是XY方向)，相对于被加工物W移动微透镜阵列30(微透镜31)后，固定被加工物W和微透镜阵列30的相对位置。此后，将固定的被加工物W和微透镜阵列30通过使用在XYZ方向上可移动的平台43，扫描光束区B的范围，来进行被加工区域1的加工。 
如此，结束被加工区域1的加工后，使用在XY方向上可移动的平台41，相对于被加工物W向被加工区域2移动微透镜阵列30，固定被加工物W和微透镜阵列30的相对位置，实施被加工区域2的加工。 
通过重复以上工序，实施宽范围的被加工区域的加工。 
图10表示微透镜阵列30的变化例。图10所示的微透镜阵列30包括 无间隙邻接配设微透镜31的结构(图形1)，设置规定的间隔配设与图形1不同直径的微透镜31的结构(图形2)的二种图形。 
通过将微透镜的配置图形转换到不同的微透镜阵列30的区域，就能够按多次加工图形进行加工。 
使用本例的微透镜阵列30进行加工的情况下，首先，如图10(a)所示，执行图形1的部分的穿孔加工。 
接着，如图10(b)所示，在由图形1的部分形成的被加工部分之间，进行图形2的部分穿孔加工。 
由于构成图形2的部分的微透镜31比构成图形1的部分的微透镜31小径，所以由图形2的部分形成的孔比由图形1的部分形成的孔小。 
如此，能够按多个排列图形对被加工物W进行穿孔加工。 
此外，如图12所示，在进行第1次的加工后，不移动被加工物，使微透镜阵列30移动，进行第2次的加工，重合第2被加工区域进行加工，由此在加工部分之间实施加工，就能够进行狭窄间隔加工。 
利用图11所示的工作调整单元40，通过一面使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构任意地相对移动一面进行加工，就能够将多个被加工部分加工成任意的形状。 
图13至图17表示被加工物和微透镜的相对移动加工，图13是线状加工的例子的说明图，图14及图15时圆形加工的例子的说明图，图16是锪孔加工的例子的说明图，图17是锥形加工的例子说明图。 
如图13所示，一面一维的使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元等)相对地移动，一面进行加工，由此能够形成多个线状的被加工部分。 
此外，图14是一面使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构相对地按圆形移动一面进行加工的例子，图15表示此时的光束焦点和加工孔的图。即，如图15所示，使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元40)相对移动的同时，使光束焦点按圆形(如空白的箭头标记所示)移动。 
由此，能够进行具有比微透镜的焦点直径大的任意的加工直径的圆形加工，不进行焦点直径不同的微透镜的转换，就能够进行加工直径不同的 图形的加工。 
此外，因加工光束的发散角的时效变化，加工形状变成椭圆形的情况下，通过修正被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构的相对的移动的轨道，就能够将加工孔调整为正圆。 
而且，一面使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元40)相对地按圆形移动一面进行加工时，通过在加工时间中使其旋转半径变化，就能够调整加工孔的锥形角度和深度方向的三维形状。图16是一面使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元40)相对地进行圆运动一面进行加工时，在加工初期进行大的旋转半径r1的圆运动，形成加工直径大的加工孔，在加工后期进行小的旋转半径r2的圆运动，形成在中央部小的加工孔，由此进行锪孔形状的加工。 
图17是一面使被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构(工作调整单元40)相对地进行圆运动一面进行加工时，在加工初期进行大的旋转半径r1的圆运动，慢慢地缩小旋转半径(r2、r3)，由此调整加工孔的锥形的角的例子。为了使附图便于理解，形成台阶的某个剖面形状，通过使旋转半径连续的变化，能够使剖面形状变得光滑。再有，即使使旋转半径从小径变成大径，也能够进行同样的加工。 
此外，在加工时间内，通过调整被加工物W和微透镜阵列30及其保持机构相对移动的条件和光束的照射条件，就能够调整被加工物的加工速度，使三维形状的细小调整变得容易。在此，所谓相对移动的条件，是平台43的移动速度和扫描图像，所谓光束照射条件是能量密度和振荡频率等。而且，在此，虽然主要示出圆形的加工例，但并不限制相对移动的形状，能够适用于椭圆形、多角形、自由曲线等的任意形状的加工。 
图18至图23是表示其它实施例的激光加工装置的说明图。在各实施例中，对与上述实施例相同的构件/相同的配置，赋予相同的符号，省略其说明。 
<实施例2> 
图18及图19表示第2实施例的激光加工装置S。第2实施例的激光加工装置S，在与实施例1相同的结构中，作为被加工物W的工作调整单元40，构成在平台41上装备旋转台面42的结构。 
在本例中，如图18所示，以照射光束的光轴方向为轴改变微透镜阵列30和被加工物W一体的组件U的角度，扫描光束区B。 
作为受激准分子激光器等的特性，有因激光的时效变化而使激光光束的发散角变化的情况。此情况，通常在纵横产生各向异性的变化。由此，加工点具有逐步变化成椭圆形的倾向。 
但是，为本例的结构时，由于使组件U旋转，如图19的右侧所示，随着加工的推进，进行正圆形状的穿孔。根据本例，与激光光束的发散角的变化无关，能够将加工点加工成正圆形状。 
<实施例3> 
图20及图21表示第3实施例的激光光束加工装置S。第3实施例的激光光束装置S，在实施例1的结构中，除反射镜18和光束剖面仪20以外的结构是相同的，还包括反射镜扫描组件50。图21示出了反射镜扫描组件50的结构。反射镜扫描组件50包括第1反射镜51和第2反射镜52。 
第1反射镜51从图21的上方向向下方向反射光。第2反射镜52从图21的纸面表面方向向背面方向反射光。 
第1反射镜51和第2反射镜52能够分别按图21的箭头标记方向移动。 
通过联动驱动它们，能够对微透镜31上进行二维的扫描。 
但是，移动反射镜中，平台移动时的机械的角度变动，由于反射镜反射而变成光学的角度变动的2倍大。 
再有，在第3实施例中，可以使平台41、第1反射镜51、第2反射镜52彼此联动进行驱动。 
或者，作为至少包括一个反射镜的结构，通过与平台41组合，也可以进行对组件U的二维的扫描。 
<实施例4> 
图22及图23表示第4实施例的激光光束加工装置S。第4实施例的激光光束装置S的结构为，在与实施例1的相同结构中，还装备了监视激光光束的发散角的变化的散度监视器60。 
第4实施例的激光加工装置S包括向能量监视器15反射激光的光的部分反射镜14a，以及向散度监视器60反射激光的光的部分反射镜14b。 
在本例中，用散度监视器60监视激光光束的发散角，在发散角的大小发生变化时，调节光束扩展器17的变焦机构17a(参照图2)，能够保持射入微透镜阵列30的激光光束的发散角固定。 
图23是表示散度监视器60的简要结构的说明图。 
本例的散度监视器60结构为，使在光束扩展器17的后段用部分反射镜14b取出的光束通过圆形栅缝61之后，利用具有长的焦距的透镜62进行聚光，通过在其焦点位置配置测量光束强度分布的二维传感器63来进行测量。再有，替代二维传感器63，也可以在正交的2个方向上分别配置一维线性传感器。 
为了使此测量光束强度的分布相等，若使用光束扩展器17的变焦机构17a，调整扩展器倍率，就能够在纵横上使激光光束的发散角相等。例如，作为扩展器倍率的调整，使用公知的技术，例如调节各透镜间的距离等。 
通过透镜聚光的焦点位置的光束强度分布为基于衍射的强度分布和受激光光束的发散角的影响的强度分布的总强度分布。基于衍射的强度分布依赖于波长、向透镜射入的光束直径、透镜的焦距，受激光光束的发散角的影响的强度分布依赖于发散角、透镜的焦距。由此，所谓“加工中使用的光束放大率的测量”、“使向透镜射入的光束直径在纵横上一致”变得有效。 
将光束扩展器17的变焦机构17a作为自动变焦调整机构，使散度监视器60和变焦机构17a联动，由此就能够自动调整激光光束的发散角。例如，采用在变焦机构的透镜的移动中具备一轴以上的自动平台的结构。 

Claims (12)

1.一种激光加工装置，用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；固定上述被加工物和上述聚光或成像单元，在上述被加工区域内及区域外，一面使上述激光光束和上述聚光或成像单元相对地移动一面进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等。
2.一种激光加工装置，用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；一面使上述被加工物和上述聚光或成像单元相对地移动，一面在上述被加工区域内及区域外，相对地移动上述激光光束和上述聚光或成像单元，同时进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等。
3.根据权利1或2所述的激光加工装置，其特征在于，对上述激光光束的上述聚光或成像单元的加工中的相对移动是二维或三维移动。
4.根据权利1或2所述的激光加工装置，其特征在于，还包括使上述配置单元和上述激光光束的聚光或成像单元以上述激光光束的光轴方向为轴旋转的旋转机构。
5.根据权利1或2所述的激光加工装置，其特征在于，在与上述被加工物内的上述被加工区域不同的被加工区域中，移动上述激光光束的聚光或成像单元或新的聚光或成像单元，进行上述加工后续的新加工。
6.根据权利1或2所述的激光加工装置，其特征在于，具有在上述激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴独立地变更光束尺寸使主光线平行的2个独立的光束扩展器，在光束扩展器的至少一个内具备变焦机构。
7.根据权利6所述的激光加工装置，其特征在于，包括控制机构，其具有监视通过上述光束扩展器后的激光光束的发散角的监视器装置，使用光束扩展器中具备的变焦机构，将在上述激光光束中沿着在垂直于激光光束方向的面内正交的2轴上述激光光束的发散角维持在固定比例。
8.一种激光加工方法，用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，该激光加工装置包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；
上述激光加工方法包括：第一工序，固定上述被加工物和上述聚光或成像单元；和第二工序，在上述被加工区域内及区域外，一面使上述激光光束和上述聚光或成像单元相对地移动一面进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等。
9.一种激光加工方法，用于加工被加工物的被加工区域内的多个被加工部分，该激光加工装置包括：激光装置、从该激光装置射出的激光光束的聚光或成像单元、以及上述被加工物的配置单元；
上述激光加工方法包括：第一工序，在上述被加工物上移动上述聚光或成像单元；和第二工序，一面使上述被加工物和上述聚光或成像单元相对地移动，一面在上述被加工区域内及区域外，相对地移动上述激光光束和上述聚光或成像单元，同时进行加工，以使上述聚光或成像单元接受来自激光光束内的不同区域的照射，并且使对上述多个被加工部分的每一个的加工中的累计激光光束照射时间相等。
10.根据权利要求8或9所述的激光加工方法，其特征在于，上述第二工序的上述激光光束相对上述聚光或成像单元的加工中的相对的移动，是二维或三维移动。
11.根据权利要求8或9所述的激光加工方法，其特征在于，在上述第二工序中，具有使上述被加工物和上述聚光或成像单元以上述激光光束的光轴方向为轴旋转的工序。
12.根据权利要求8或9所述的激光加工方法，其特征在于，在上述第二工序之后，具有后续的第二工序，其包括在与上述被加工物内的上述被加工区域不同的被加工区域中，移动上述激光光束的聚光或成像单元，或新的聚光或成像单元的第三工序。
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