CN110174769A - 光照射装置及方法、具备光照射装置的光加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光照射装置、具备光照射装置的光加工装置、光照射方法以及光加工方法，其目的在于提供一种具有高质量且稳定的光束轮廓的光照射装置。本发明的光照射装置借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备用于对所述激光的入射光束截面进行变倍的第一调光单元、以及用于转换所述激光的透射波前的相位分布的第二调光单元。

Description

光照射装置及方法、具备光照射装置的光加工装置及方法

技术领域

本发明涉及光照射装置、具备光照射装置的光加工装置、光照射方法以及光加工方法。

背景技术

众所周知，微加工领域中经常使用激光加工技术，用激光照射对象物进行加工。

为了以良好的精度进行上述微加工，需要控制聚焦位置上的光束能够稳定保持理想的形状。为此，要求转换光束轮廓，形成高质量的高斯光束、平顶光束、拉盖尔光束、贝塞尔光束等光束形状，照射到对象物上。关于转换光束轮廓以形成平顶光束的方法，例如有使用转换为圆柱形的平顶光束的非球面透镜型或转换为矩形的平顶光束的衍射光学元件(DOE)等方法。

但是，即便将这些光学元件设置在光轴中心等最合适的位置上，在进行多次反射的复杂光学系统中所形成的光束形状有时也难以避免偏离理想的形状。

为了解决上述问题，例如专利文献1(JP特许第5692969号公报)等现有技术提出一种通过像差补偿手段来抑制激光的像差，提高光束轮廓质量的方法。

然而，如果只是单纯地进行像差补偿，还不足以充分提高光束质量，因此需要有用来获得更加高质量光束轮廓的光照射装置。

发明内容

本发明以解决上述问题为目的，旨在提供一种具有高质量且稳定的光束轮廓的光照射装置。

本发明提供一种光照射装置，其借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备，第一调光单元，用于对所述激光的入射光束截面进行变倍；以及，第二调光单元，用于转换所述激光的透射波前的相位分布。

本发明的效果在于提供能够照射具有高质量且稳定的光束轮廓的光束的光照射装置。

附图说明

图1是本发明涉及的光照射装置的构成示意图。

图2是图1所示的光束变倍单元构成的一例示意图。

图3是图2所示的光束变倍单元动作的一例示意图。

图4是图1所示的光束变倍单元的变形例的示意图。

图5是图1所示的光束变倍单元的另一变形例的示意图。

图6是图1所示的光束波前转换单元构成的一例示意图。

图7是图1所示的光束波前转换单元构成的一例示意图。

图8是图1所示的光束波前转换单元构成的其他例子的示意图。

图9是图8所示的光束波前转换单元构成的一例斜视图。

图10是图1所示的光束波前转换单元的构成例的示意图。

图11是第一实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。

图12是图11所示的光照射装置的输出例和比较例的示意图。

图13图1所示的光照射装置构成的变形例的示意图。

图14是第二实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。

图15是用图14所示的光照射装置输出的一例激光光束轮廓的示意图。

图16是第三实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。

图17是图16涉及的光照射装置的输出例的示意图。

图18是本发明涉及的光加工装置构成的一例示意图。

图19是图18所示的光加工装置的其他构成一例示意图。

图20是本发明涉及的光加工装置的一例动作示意图。

图21是本发明涉及的光加工装置的另一例动作示意图。

具体实施方式

以下参考附图，描述本发明涉及的光照射装置和使用该光照射装置的光加工装置的第一实施方式。

本实施方式的光照射装置100如图1所示，是用激光照射加工对象的试料WK表面的全部或一部分而获得光加工物的激光加工装置。

光照射装置100具有作为激光振荡器的光源101、用于会聚并调整从光源101射出的激光的照射光学系统102、用于放置试料WK的试料台104、以及用于调整试料WK位置的移动载物台103。

本实施方式以激光L的光轴方向为Z轴向，将垂直于光轴的2个方向为X轴向和Y轴向。因此，″垂直于光轴的截面″指的是指XY平面，如果设定″垂直于光轴的截面上的一个轴″作为Y方向，则可以确定″与光轴及其中的一个轴正交的另一个轴″为X方向。

虽然本实施方式如图1所示，激光L的行进方向随着照射光学系统102而变化，然而该行进方向也可能因照射光学系统102的设计而变动，或者随着试料WK的设置位置而改变。无论在哪种情况下，激光L的行进方向均以光轴方向为Z轴来表示。

本实施方式中，光源101是100皮秒以下的脉冲激光振荡器，其对试料WK热影响所造成的损伤较少。另外，在本实施方式中，尤其作为实施例，以波长532nm、最大输出功率8W、频率200kHz、经过后述的扩束器(BEX)10扩大后的光束直径3mm为例进行说明。

照射光学系统102具有多个反射镜M1～M6、设置在反射镜M1和反射镜M2之间，用于扩大从光源101射出的激光L的光束直径的扩束器10以及设置在反射镜M2和反射镜M3之间的光束轮廓控制单元20。

照射光学系统102还具有用于调整激光L的光轴位置的X偏转镜40、Y偏转镜50、以及用于让激光L会聚到试料WK的任意聚焦位置上的聚光透镜60。

本实施例以六片反射镜M1～反射M6构成，但也可以是使用10片以上反射镜构成，该反射镜的镜片数量并不受限制。

试料台104上放置试料WK，由移动载物台103保持，可以在垂直于激光L的光轴的XY平面的两个轴向上移动。

从光源101射出的激光L经过扩束器10扩大光束直径后，由光束轮廓控制单元20调整后述的各种光束轮廓。

使用X偏转镜40和Y偏转镜50对激光L进行微调整，使得激光L相对于光轴中心对称，而后由聚光透镜60射往试料WK上的任意聚焦位置P。

通过激光L的照射，试料WK获得加工。

光束轮廓控制单元20具有光束变倍部21和光束波前转换部22，光束变倍部21作为第一调光部，用于改变激光L的入射光束截面的纵横比，光束波前转换部22作为第二调光部，用于转换激光L的透射波前的相位分布。

光束变倍部21如图2所示，是由两片一组的以玻璃等透明体制造的棱镜211、212构成的双棱镜，利用光的折射改变光的方向，从而改变特定方向的激光L的直径。

在此，图3(a)、(b)、(b)分别显示棱镜211、212在图2中如下述转动时，激光L的入射光束在虚线框中的截面。

在图2中，分别让棱镜211朝A方向、棱镜212朝B方向转动。当设定激光L在X方向、Y方向上的光束截面直径分别为Rx、Ry时，如图3(a)所示，转动后纵横比变为Rx/Ry＜1，激光L的光束截面D上Y方向相对变长。但实际上，此时是因X方向的射出光束变窄，因而纵横比Rx/Ry＜1。

与此相同，在图2中分别让棱镜211朝B方向、棱镜212朝方向转动后，如图3(b)所示，纵横比Rx/Ry＞1，激光L的光束截面D在X方向上变长。

光束变倍部21通过组合上述两个动作，便可以自由调整激光L的入射光束截面D上平行于一方轴Y的直径Ry以及平行于与前述一方轴以及光轴相垂直的X轴的直径Rx。换言之，可以改变光束截面D的纵横比。

按照上述构成，即使入射光束的截面变形，也可以用光束变倍部21将激光L的光束截面D改为真圆，因而能够生成更理想的光束轮廓，提高加工精度。

作为光束变倍部21的另一种实施方式，如图4所示，也可以是使用三片三组的柱形透镜L21a、L21b、L21c的构成。这些柱形透镜均为一侧具有凹圆弧或凸圆弧的透镜，在平行于圆柱轴向的Y方向上不具有屈光力或者屈光力十分小，而在与Y方向和光轴方向正交的X方向上，通过凹圆弧或凸圆弧的屈光力，可以让光束直径扩大或缩小。

通过上述三组三片柱形透镜L21a～L21c中位于中间的可动柱形透镜L21b在Z方向上前后移动，可以只扩大或缩小X方向的光束直径Rx。

上述结构可以保持Y方向的光束直径Ry不变，而只扩大或缩小X方向的光束直径Rx，因而能够只让X方向和Y方向的其中一方的光束直径变倍。

在此的变倍不是以相似的形状来扩大或缩小激光L的光束截面，而是让光束截面形状非相似地变形扩大或缩小。

按照上述构成，即便例如入射光束截面变形，也可以使用光束变倍部21将激光L的光束截面D改变为真圆，因而能够生成更加理想的光束轮廓。

如图4所示，柱形透镜L21a、L21c是凸透镜时称为开普勒型三组透镜系统，如图5所示，当柱形透镜L21a、L21c包含凹透镜时称为伽利略型三组透镜系统。无论哪种方式均可以起到不考虑光轴位移变化的作用。

图4所示的开普勒型三组透镜系统与已经描述了的双棱镜方式相比，前者像差更小。同样，图5所示的伽利略型三组透镜系统由于是不会聚激光L的光学系统，因此是不易发生空气击穿的构成，适用于飞秒激光等短时间内峰值功率大的(大功率的)激光用途。

光束波前转换部22如图6所示，具有相对设置的透明电极220和涂敷在透明电极220之间的液晶221。图6(a)、(b)分别显示透明电极220之间施加电压的0N状态和没有施加电压的0FF状态。光束波前转换部22是如图6(a)、(b)所示的透射型液晶相位调制元件，其通过液晶元件内液晶分子的排列方向随电位分布而发生变动，使得入射到液晶元件上的透射波前产生对应的相位差，来调制该透射波前。

上述透射型相位调制元件由数个像素～数+个像素的透明分割电极构成，能够在元件的整个透射面上形成二元函数性质的电位分布，通过施加与电位相应的相位差来产生相位分布，生成球面像差和像散等特定的波前。

其结果，可以制作出相当于泽尼克(Zernike)多项式像差函数的波前。

或者如图7所示，光束波前转换部22也可以使用反射型相位调制元件223和棱镜224。如果使用反射型相位调制元件223，则可以利用矩阵状电极制作复杂的相位分布。

进而，光束波前转换部22如图8、图9所示，还可以是使用多张变形透镜的构成。

该构成使用多个柱形透镜，作为在垂直于成为光轴的Z轴的XY面内，相对于其中一方轴和与该一方轴正交的另一方轴的焦点位置不同的光轴转动非对称光学元件。

图8所示的光束波前转换部22沿着激光L的入射方向依次具有X方向为柱形面的凸柱形透镜CYL1和凹柱形透镜CYL2的多个柱形透镜。

两个柱形透镜CYL1、CYL2被设置为两者的曲面相对设置。该透镜结构被称为凹凸CYL方式。

设凹凸YL方式中，两个柱形透镜的合成焦距为f，柱形透镜CYL1的焦距为f1，柱形透镜CYL2的焦距为f2，两个柱形透镜CYL1，CYL2之间的间隔为d时，合成焦距f可以用下式1表示。

换言之，间隔d越短，合成焦距f越长。

具体而言，f1＝50mm，f2＝-50mm，d＝0.25mm时，f＝10000mm，可以形成比f1和f2的值更长的焦距。

换言之，在透射两个柱形透镜CYL1、CYL2的透射波前上，可以重叠少量的柱形波前。也就是说，如图8的虚线所示，对于具有平行波前的入射激光L，可以得到具有弯曲波前的射出激光L′。

而且，通过与聚光透镜60的散焦效果相结合，还可以生成透射波前的0度偏振成份。

进而，通过调整间隔d还可以进行光束成形，使激光L的长径与短径之比在聚焦位置P附近相对变小。

如果将光束波前转换部22设为上述凹凸CYL方式，就可以使两片柱形透镜基本紧密接触，不仅设计紧凑，而且光轴调整也变得容易。

另外，作为使用多个柱形透镜的构成，除了凹凸CYL方式之外，还可以考虑使用凸柱形透镜的凸凸CYL方式或凹凹CYL方式。

凸凸CYL方式的光束波前转换部22如图10所示，是将两个具有X方向柱形表面的柱形透镜CYL3和CYL4设置为以平面相对且相间距离L+ΔL的光学系统。

以下说明该构成。

首先，将位于入射一方的柱形透镜CYL3设置为凸面朝向朝向入射一方，同样，将位于射出一方的柱形透镜CYL4设置为凸面朝向射出一方，并且柱形透镜CYL3与柱形透镜CYL4的焦点位置一致，则以该光学系统整体的倍率1波前保持平坦。也就是说，在理想情况下X方向和Y方向的聚光位置一致。

调整一距离ΔL，该距离ΔL相对于此时的柱形透镜CYL3和柱形透镜CYL4之间的距离L十分微小，略微产生变化，如图10中的虚线所示，能够仅在X方向上形成柱形波前。

通过与聚光透镜60的散焦效果相结合，也能够产生透射波前的0度变形成分

具体而言，例如当以合成石英制的焦距为50mm的平凸透镜为入射一方的柱形透镜CYL3，合成石英制的焦距为50m的平凸透镜为射出一方的柱形透镜CYL4，合成石英制的焦距为100mm的轴对称透镜为聚光透镜60时，设柱形透镜间距L＝87mm，微小间隔为ΔL、从聚光透镜60的第一面到聚光点(焦点位置)为止的距离为S时，可知表1所示。

表1

由表1可知，柱形透镜间隔L+ΔL如果发生0.1mm变动，则焦点位置S约变动0.5mm。上述构成可使X方向和Y方向的聚光位置错开。实施例中以柱形透镜CYL3、CYL4作为两片一组的构成，除此之外，也可以使用变形透镜等粘合透镜，也可以以两片组合成非球面透镜。这样的构成能够进一步补偿像差，有助于提高加工精度。

这样，凸凸CYL方式的光路长虽然比凹凸CYL方式更长，但能够形成非常良好的波前。

在用上述柱形透镜转换入射光束波前的相位分布的构成中，对能够用泽尼克多项式进行的0度像散和45度像散转换的波前将产生制约。

然而，这些像散波前除了能够通过构成倾斜和焦斑等照射光学系102的光学元件的位置调整来解决的波前之外，是最低频率成分，在光束品质中是非常重要的波前。本实施方式可以用简单的构成来有效补偿该重要波前的像散成分。

图11显示用上述构成的光照射装置100照射高质量高斯光束照射的构成。

图12(a)、(b)、(c)显示，当设定光源101为波长532nm、最大输出功率8W、频率200kHz、经扩束器10扩大后的激光L的直径为3mm、聚光透镜60的焦距为100mm时，聚光透镜60的聚光位置上光束轮廓的一例测量结果。

对于图10所示的照射光学系统102的构成中的反射镜等即便光学设计上必要但对像差等影响很小的构成，以下省略说明。

图12(a)是默认条件，即纵横比Rx/Ry＝1，无相位转换条件下的光束轮廓。也就是说，图12(a)可以作为光源101及照射光学系统102的基准光束轮廓。图12(a)～(c)均以聚光透镜60的聚光位置为中心0时，光轴方向的散焦量表示为横轴，光束直径的测量结果为纵轴进行显示。

从所得结果可知，在聚光透镜60的跟前产生了像散，在X方向和Y方向上光束直径D为最小的束腰位置上产生了偏差。

另一方面，图12(b)作为比较例，是单纯地仅使用变换相位分布的构成，对图12(a)产生的像散进行补偿时的测量结果。

根据结果可知，该构成使得X方向和Y方向上的束腰位置基本一致，但束腰尺寸会发生变化。

其原因在于，通过补偿像散，Y方向成为发散光，X方向成为收敛光，从而在聚光透镜60之前X方向的入射光束直径Rx变小，而Y方向的入射光束直径Ry变大所造成的。

对此，本实施方式利用光束波前转换部22补偿像散，同时，用光束变倍部21对入射的激光L的截面的纵横比进行变倍，来抑制像散，从而抑制入射光束直径的纵横比变动。按照上述构成，能够如图12(c)所示地照射高质量的加工用激光光束。

另外，如图13所示，还可以具有设置在聚光透镜60之前的波前传感器70。

关于波前传感器70的设置位置，虽然理想的情况下设置在聚光透镜60的入射一方的聚光透镜60之前，但也可以设置在照射光学系统102内任何位置上。另外，该波前传感器70还可以设置在与聚光透镜60或与试料WK等价的位置上。

使用上述波前传感器70能够测量透射波前的像差，因此能够将波前像差的相位分布展开为泽尼克多项式，补偿像差成分。

也就是说，可以用上述波前传感器70测量的透射波前的像差量的相位分布展开为泽尼克多项式，导出像差成分，用光束波前转换部22转换相位分布，使该像差成分的一部分或全部相位发生偏移。

这样，通过基于波前传感器70的像差测量结果来调整光束波前转换部22，能够更加高精度地控制光束轮廓。

进而，通过波前传感器70的监测来进行反馈控制，即使在加工过程中发生环境变化时，也能够针对环境变化来设定轮廓，因而能够实施高精度加工。

作为第二实施方式，图14显示将光轴上光束强度为最大的高斯光束转换为在离开光轴中心的周边位置上光束强度为最大的拉盖尔高斯光束的实施例。

在本实施方式中，照射光学系统102具有设置在聚光透镜60之前的Vortex元件用DOE，即光束强度转换元件90。

在本实施方式中，光束变倍部21如图5所示，是柱形透镜L21a、L21c中包含凹透镜的伽利略型三组透镜系统，能够对通过三片柱形透镜对入射的激光L进行X方向的变倍。

光束波前转换部22是透射型液晶相位调制元件，相位调制元件以全0FF的所谓平面镜状态设置。照射光学系统102被设置为让激光L通过多个镜和光学元件达到试料WK。其他的构成与第一实施方式中所作的描述相同，因而省略说明。在上述实施形态中用激光L加工试料WK时，如图20所示，首先用波前传感器70测量默认状态下的激光L，测定透射波前像差的相位分布(步骤S101)。

光束波前转换部22将上述像差量的相位分布展开为泽尼克多项式，导出像差成分(步骤S102)，对其中一部分或全部波前像差的相位发生偏移的波前相位进行逆运算，决定施加在相位调制元件上的电压等(步骤S103)。该工序是用于转换激光L的透射波前相位分布的光束相位改变处理。

同时，为了抑制因上述光束波前转换部22的相位控制而产生的激光L的截面纵横比变动，光束变倍部21让柱形透镜L21b移动，进行变倍，使得Rx/Ry变为适当的值(步骤S104)。该工序是在垂直于激光L的光轴Z轴的XY截面上，改变X轴向直径Rx和Y轴向直径Ry的直径之比的光束截面改变处理。

光束强度转换元件90是例如DOE(Diffractive 0ptical Element)衍射光学元件，是用于转换入射激光L的强度分布的转换元件。

优选该光束强度变换元件90在入射之前受到良好的透射波前像差补偿。因此，优选设置在聚光透镜60之面。

一般认为，用DOE作为光束强度变换元件90时，对于DOE入射光束的大小必须固定在规定范围以内。但是如果类似本实施方式，在聚光透镜60之前设置DOE，则将在聚光透镜60的前面形成会聚光或发散光，从而能够形成任意的光束轮廓。

通过光束强度转换元件90改变了强度分布的激光L通过聚光透镜60会聚在试料WK加工对象位置的聚焦位置P上(步骤S105)。

根据该构成，激光L的光束截面在理想状态下被转换成拉盖尔高斯光束后，通过聚光透镜60照射到试料WK上的聚焦位置P，因而能够射出具有目标光束轮廓的激光L。

图15用颜色区分示意性地显示利用上述实施方式所获得的聚焦位置P的强度分布。

除上述之外，使用激光L的光加工方法还可以如图21所示，用预先给出的初始条件来设定激光L的光束轮廓(步骤S200)，经过上述步骤S101～S105说明的各个步骤后，判断是否结束加工(步骤S201)。

此时，在步骤S201中，如果判断为否，也就是加工未结束，则改变聚焦位置P的坐标(x，y，z)(步骤S202)，再次取得透射波前(步骤S101)。

上述构成能够在加工过程中取得透射波前来补偿波前，因此能够更加高精度地制作任意的光束轮廓。

以下说明作为本发明的第三实施方式，图16显示的将激光L转换为平顶光束的构成。

在本实施方式中，光束强度转换元件90是用于转换为平顶光束的平顶组合器用DOE，设置在扩束器10的射出一方。

在本实施方式中，光束变倍部21是双棱镜型的变倍装置，采用使多个棱镜211和棱镜212独立转动的所谓双棱镜方式。该构成通过使入射棱镜211和棱镜212的光线角度彼此不同来进行纵横比变倍。

本实施方式的光束波前转换部22使用反射型液晶相位调制元件223和棱镜镜224。

从光源101射出的激光L通过扩束器10扩大到预定大小的光束直径，入射光束强度转换元件90。

通过光束强度转换元件90，激光L截面上的强度分布被转换为所谓的平顶型光束轮廓。

进而，激光L透射棱镜211和棱镜212，在X方向和Y方向上变倍，形成预定的纵横比。该工序是光束截面更改处理，改变垂直于激光L的光轴Z轴的XY截面上X轴向直径Rx和Y轴向直径Ry的直径之比。

然后，经过变倍后激光L受到棱镜224反射，入射液晶相位调制元件223，对应经过排列的液晶而发生相位转换。该工序是光束相位改变步骤，用于转换激光L的透射波前的相位分布。

激光L再次受到棱镜镜224反射，依次透射构成照射光学系统102的光学元件后，通过聚光透镜60照射到试料WK上。该工序为本实施方式中的聚光处理。

众所周知，在使用这种双棱镜方式的光束变倍部21时，激光L的光轴发生移位。但是，通过调整棱镜224和反射型液晶相位调制元件223的设置，可以补偿该光轴移位，形成良好的光束形状。

为了进行光束轮廓调整，存在提高反射镜平面精度用以改善透射波前精度的方法。但是，例如，为了用反射镜补偿λ/10大小的微小像散，需要将此处的反射镜中各自的面精度提高到λ/50左右，而这在现实中十分困难。

图17(a)显示按照本发明第三实施方式的构成来照射矩形的平顶光束时，试料WK的聚焦位置P上的一例强度分布。

图17(a)是用光束变倍部21进行补偿后光束截面纵横比为理想的Rx/Ry＝1的状态，且相位分布为理想状态的测量结果。

另一方面，图17(b)、(c)显示比较例，表示相位分布为在理想状态上稍稍重叠了像散的状态。从该比较例可知，虽然透射波前上被重叠的像散的量是λ/10以下的微量，但却发生了对形状产生影响的偏离。

这样，通过结合光束变倍部21和光束波前转换部22，能够高精度地再现合适的光束轮廓，照射具有高质量且稳定的光束轮廓的激光L。

本实施方式能够在不依赖于镜和光学元件的面精度的情况下，控制照射激光L的光束轮廓。

在本实施方式中，光束强度转换元件90被设置在扩束器10之后。这样，通过将光束强度变换元件90设置在光源101一侧即照射光学系统102的上游，能够确保DOE的入射光束以及射出光束双方的质量。

以下用图18说明使用上述光照射装置的光栅扫描型激光加工装置300。

在本实施方式中，除已经说明的光照射装置100之外，还具有加工控制单元310和扫描光学系统320。加工控制单元310是用于调整试料WK位置的主计算机，扫描光学系统320用多面镜321使光照射装置100射出的激光L偏转作为扫描光照射到试料WK上。

加工控制单元310具有坐标控制部311和曝光条件设定部312，坐标控制部311用于控制移动载物台103，使试样WK移动到聚焦位置P的坐标。曝光条件设定部312用于根据试样WK的材质和形状对光源101发射的激光L进行曝光时间等控制。

加工控制单元310从外部输入以CAD等制作的加工对象的图像数据等加工用数据后，按照该加工对象的数据，由曝光条件设定部312选择并决定曝光区域、扫描速度、光输出等曝光参数。

按照上述曝光参数，光源101射出激光L，该激光L光束在截面纵横比和透射波前的相位受到上述第一～第三实施方式所述的光束变倍部21和光束波前转换部22高精度控制的状态下，入射扫描光学系统320。

扫描光学系统320具有多面镜321和至少一个相当于扫描透镜的fθ透镜322。多面镜321是以等角速度旋转的多面体镜，通过反射入射侧面的激光L在主扫描方向上连续照射。在此，主扫描方向是指激光L的聚焦位置P随着多面镜321的转动而发生移动的方向。

fθ透镜322在与主扫描方向正交的副扫描方向上具有功率，而且在主扫描方向上激光L以角度θ入射时形成与焦距f′相乘大小(H＝f′·θ)的像。按照该构成，即使多面镜321等角转动，扫描速度也不会随着激光L的入射角度而变动，而是以同样的扫描速度照射激光L。

根据上述构成，由扫描光学系统320射出的激光L，换言之该激光的聚焦位置P，在试料WK的表面上沿主扫描方向C移动。

根据上述构成，试料WK的表面沿主扫描方向C连续受到激光L加工。该工序是用经过聚光的光对加工对象物实施加工的光加工处理。

此时，照射到试料WK上的光束点直径约为数十μm～100μm，通常，光束点直径越小，加工质量越高。

但是，如果减小光束点直径，光束的相位和纵横比的控制以及聚光工序中聚焦位置P的控制的难度会增大。

而如本实施方式，即使光束点较小，也能够照射具有高质且稳定的光束轮廓的激光L，有助于提高加工质量。

激光加工装置300如图19所示，具有比扫描透镜fθ透镜更加靠近试料WK的同步检测装置330。

该构成可以使得每次用多面镜321的各镜面扫描时的扫描开始位置保持不变，因此不会产生转动误差或曝光位置偏离，能够以良好的精度决定聚焦位置P。

激光加工装置300具有比柱形透镜CYL更靠近前方的开口即光圈332以及准直镜331。

本实施方式的激光加工装置300通过上述构成，能够制造高质且稳定的光加工物。

在本实施方式的激光加工装置300中，光源101为脉冲激光振荡器，具有至少一个为可转动的作为扫描镜的多面镜321，激光L通过多面镜321会聚到预定的位置，在该聚焦位置P上对试料WK进行加工。

利用该构成，本实施方式可以提供一种利用短脉冲激光进行微加工，不需要提高激光功率便能提高吞吐量的激光加工装置。

利用该激光加工装置，能够对用于触摸屏的IT0电极图案加工、银涂布加工、导光板加工为代表的尺寸微小但加工面积率高、目标加工深度均一的试料进行高速的高精细加工。

关于适用于本发明的光加工装置，还包括IT0图案装置、激光打标装置、3D印刷装置等。也就是说，光加工装置除了进行切割和打孔等切除加工装置以外，还包括实施用光照射加热而产生溶解凝固的类似于层叠造型法等加工的装置。

以上描述了本发明的实施方式，本发明不限于上述各种实施方式，只要在实施阶段不脱离本发明要旨范围，允许改变构成要素并具体化。除此之外，通过适当组合上述实施方式中公开的多个构成要素，可以构成各种发明。例如还可以从实施方式显示的全部构成要素中删除一些构成要素。进而还可以适当组合不同的实施方式和变形例。

Claims (11)

1.一种光照射装置，其借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备，

第一调光单元，用于对所述激光的入射光束截面进行变倍；以及，

第二调光单元，用于转换所述激光的透射波前的相位分布。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述第一调光单元改变入射该第一调光单元的入射光束的与光轴垂直的截面中平行于其中一方的轴的直径、和平行于与所述光轴以及所述一方的轴正交的另一方的轴的直径之比，

所述第一调光单元和所述第二调光单元被设置在所述聚光透镜的所述光源一侧，所述激光在所述聚光透镜入射一侧的表面上具有预定的截面形状和透射波前。

3.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，所述第一调光单元具有多个变形透镜，通过使得该多片变形透镜中至少一片变形透镜在光轴方向上移动，对所述激光进行变倍。

4.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，所述第一调光单元具有多个棱镜，通过使得入射棱镜的角度互不相同，对所述激光进行变倍。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述第二调光单元具有多片变形透镜，

通过改变所述多片变形透镜的间隔，转换所述激光的透射波前的相位分布。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，所述第二调光单元是液晶相位调制元件。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，

具有被设置在所述聚光透镜的光源一侧的波前传感器、以及根据该波前传感器的检测结果来控制所述第一调光单元和所述第二调光单元的相位分布控制部，

所述相位分布控制部将所述波前传感器检测到的所述透射波前的像差值的相位分布展开为泽尼克多项式，求出像差成分，用所述第二调光单元转换相位分布，使得所述像差成分的一部分或全部的相位产生偏离。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，

具有衍射光学元件，

所述第一调光单元和所述第二调光单元被设置在所述衍射光学原件和所述聚光透镜之间。

9.一种光加工装置，其特征在于，具有，

根据权利要求1至7中任意一项所述的光照射装置；以及，

至少一个能够转动的扫描镜，

所述光源是脉冲激光振荡器，

所述激光借助于所述扫描镜照射到预定的位置，在所述聚焦位置上实施对象物的加工。

10.一种光照射方法，其特征在于，具有，

光束相位改变工序，转换光源发射的光的透射波前的相位分布；

光束截面改变工序，改变经过光束相位改变工序的光在垂直于该光的光轴的截面上，一方的轴的直径和、与该一方的轴以及所述光轴相垂直的另一方的轴的直径之比；以及，

聚光工序，会聚经过所述光束截面改变工序的光。

11.一种光加工方法，其特征在于，具有，

光束相位改变工序，转换光源发射的光的透射波前的相位分布；

光束截面改变工序，改变经过光束相位改变工序的光在垂直于该光的光轴的截面上，一方的轴的直径和、与该一方的轴以及所述光轴相垂直的另一方的轴的直径之比；以及，

聚光工序，将经过所述光束截面改变工序的光会聚到加工对象物表面的加工对象位置。