JP2002098930A - レーザ加工機 - Google Patents
レーザ加工機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フラットトップビームのエッジがたち、加工面
に照射したとき加工面の集光位置の周辺にまで照射の影
響がでないようにする。 【解決手段】レーザ発振器１によりレーザ光を放出し、
レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有する
位相板３により、レーザ発振器１が放出したレーザ光を
位相変調し、振幅調整板４により、位相板３により位相
変調されたレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調し、
第２の光学系５により、振幅調整板４により強度分布
（振幅分布）変調されたレーザ光を加工面６に集光す
る。
に照射したとき加工面の集光位置の周辺にまで照射の影
響がでないようにする。 【解決手段】レーザ発振器１によりレーザ光を放出し、
レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有する
位相板３により、レーザ発振器１が放出したレーザ光を
位相変調し、振幅調整板４により、位相板３により位相
変調されたレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調し、
第２の光学系５により、振幅調整板４により強度分布
（振幅分布）変調されたレーザ光を加工面６に集光す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工機に関
し、特に同位相で強度分布がガウス関数の形状を示すガ
ウシアンビームであるレーザ光の強度分布を変換して加
工面（集光面）にて均一なフラットトップの強度分布の
ビームにして照射するレーザ加工機に関する。
し、特に同位相で強度分布がガウス関数の形状を示すガ
ウシアンビームであるレーザ光の強度分布を変換して加
工面（集光面）にて均一なフラットトップの強度分布の
ビームにして照射するレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のレーザ加工機は、レーザ
光のガウシアン強度分布を加工面（集光面）において均
一にして照射するため、例えば、特開平５−３２６７１
６号公報開示されているように、レーザ光を２領域の位
相板（図９参照、低い部分１領域と高い部分１領域。）
を用いてその強度分布をベッセル関数に近似させこれを
結像光学系で逆フーリエ変換してフラットトップの強度
分布のビームにして加工面（集光面）に照射している。
しかし、このフラットトップビームのエッジの傾斜がゆ
るく、加工面に照射すると加工面の周辺にまで照射の影
響がでる。
光のガウシアン強度分布を加工面（集光面）において均
一にして照射するため、例えば、特開平５−３２６７１
６号公報開示されているように、レーザ光を２領域の位
相板（図９参照、低い部分１領域と高い部分１領域。）
を用いてその強度分布をベッセル関数に近似させこれを
結像光学系で逆フーリエ変換してフラットトップの強度
分布のビームにして加工面（集光面）に照射している。
しかし、このフラットトップビームのエッジの傾斜がゆ
るく、加工面に照射すると加工面の周辺にまで照射の影
響がでる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
加工機は、２領域の位相板のみを使用してベッセル関数
へ近似しているため、ベッセル関数への近似が足りない
ので、フラットトップビームのエッジの傾斜がゆるくな
り、加工面に照射したとき加工面の集光位置の周辺にま
で照射の影響がでるという問題がある。
加工機は、２領域の位相板のみを使用してベッセル関数
へ近似しているため、ベッセル関数への近似が足りない
ので、フラットトップビームのエッジの傾斜がゆるくな
り、加工面に照射したとき加工面の集光位置の周辺にま
で照射の影響がでるという問題がある。
【０００４】本発明の目的はこのような従来の欠点を除
去するため、ベッセル関数への近似が良くフラットトッ
プビームのエッジがたち、加工面に照射したとき加工面
の集光位置の周辺にまで照射の影響がでないレーザ加工
機を提供することにある。
去するため、ベッセル関数への近似が良くフラットトッ
プビームのエッジがたち、加工面に照射したとき加工面
の集光位置の周辺にまで照射の影響がでないレーザ加工
機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のレーザ加
工機は、同位相で強度分布がガウス関数の形状を示すガ
ウシアンビームであるレーザ光を放出するレーザ発振器
と、前記レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域
を有し前記レーザ発振器が放出した前記レーザ光を位相
変調する位相板と、前記位相板により位相変調された前
記レーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振幅調整
板と、前記振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調
された前記レーザ光を加工面に集光する光学系と、を備
えて構成されている。
工機は、同位相で強度分布がガウス関数の形状を示すガ
ウシアンビームであるレーザ光を放出するレーザ発振器
と、前記レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域
を有し前記レーザ発振器が放出した前記レーザ光を位相
変調する位相板と、前記位相板により位相変調された前
記レーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振幅調整
板と、前記振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調
された前記レーザ光を加工面に集光する光学系と、を備
えて構成されている。
【０００６】本発明の第２のレーザ加工機は、同位相で
強度分布がガウス関数の形状を示すガウシアンビームで
あるレーザ光を放出するレーザ発振器と、前記レーザ発
振器が放出した前記レーザ光を予め定めた大きさｗのビ
ーム径に形成する第１の光学系と、前記レーザ光の位相
を反転させる同心円帯状の領域を有し前記第１の光学系
により前記ｗの前記ビーム径に形成された前記レーザ光
を位相変調する位相板と、前記位相板により位相変調さ
れた前記レーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振
幅調整板と、前記振幅調整板により強度分布（振幅分
布）変調された前記レーザ光を加工面に集光する第２の
光学系と、を備えて構成されている。
強度分布がガウス関数の形状を示すガウシアンビームで
あるレーザ光を放出するレーザ発振器と、前記レーザ発
振器が放出した前記レーザ光を予め定めた大きさｗのビ
ーム径に形成する第１の光学系と、前記レーザ光の位相
を反転させる同心円帯状の領域を有し前記第１の光学系
により前記ｗの前記ビーム径に形成された前記レーザ光
を位相変調する位相板と、前記位相板により位相変調さ
れた前記レーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振
幅調整板と、前記振幅調整板により強度分布（振幅分
布）変調された前記レーザ光を加工面に集光する第２の
光学系と、を備えて構成されている。
【０００７】本発明の第１と第２のレーザ加工機の前記
第１の光学系は、前記レーザ発振器が放出した前記ガウ
シアンビームである前記レーザ光の中心の強度の１／ｅ
2 の強度となる位置の前記レーザ光の中心からの距離を
予め定めた前記ｗになるようにしている。
第１の光学系は、前記レーザ発振器が放出した前記ガウ
シアンビームである前記レーザ光の中心の強度の１／ｅ
2 の強度となる位置の前記レーザ光の中心からの距離を
予め定めた前記ｗになるようにしている。
【０００８】本発明の第１と第２のレーザ加工機の前記
位相板は、この位相板の中心に最も近い前記同心円帯状
の前記領域までの距離を１．２×前記ｗとしている。
位相板は、この位相板の中心に最も近い前記同心円帯状
の前記領域までの距離を１．２×前記ｗとしている。
【０００９】また、本発明の第１と第２のレーザ加工機
の前記位相板は、前記レーザ光の強度分布を、前記加工
面の位置において望まれる均一の強度分布の形状である
フラットトップの形状をフーリエ変換したものである断
面が一次の第一種ベッセル関数の形状に近似した前記強
度分布になるように位相変調し、前記振幅調整板は、前
記位相板が前記位相変調して前記一次の第一種ベッセル
関数の形状に近似した前記レーザ光の前記強度分布を、
前記レーザ光のエネルギーを削除することにより前記一
次の第一種ベッセル関数の形状への前記近似の精度を上
げるように前記強度分布変調するようにしている。
の前記位相板は、前記レーザ光の強度分布を、前記加工
面の位置において望まれる均一の強度分布の形状である
フラットトップの形状をフーリエ変換したものである断
面が一次の第一種ベッセル関数の形状に近似した前記強
度分布になるように位相変調し、前記振幅調整板は、前
記位相板が前記位相変調して前記一次の第一種ベッセル
関数の形状に近似した前記レーザ光の前記強度分布を、
前記レーザ光のエネルギーを削除することにより前記一
次の第一種ベッセル関数の形状への前記近似の精度を上
げるように前記強度分布変調するようにしている。
【００１０】更に、本発明の第１と第２のレーザ加工機
の前記位相板は、前記位相反転させる前記同心円帯状の
前記領域を少なくとも１領域としている。
の前記位相板は、前記位相反転させる前記同心円帯状の
前記領域を少なくとも１領域としている。
【００１１】また、本発明の第１と第２のレーザ加工機
の前記位相板は、前記位相反転させる前記同心円帯状の
前記領域の深さｄをλφ／２π（ｎ−１）（但し、λ：
波長、φ：位相、ｎ：屈折率）としている。
の前記位相板は、前記位相反転させる前記同心円帯状の
前記領域の深さｄをλφ／２π（ｎ−１）（但し、λ：
波長、φ：位相、ｎ：屈折率）としている。
【００１２】本発明の第１と第２のレーザ加工機の前記
振幅調整板は、半径が同一の部分の透過率を同一にし半
径方向に透過率を変化させる透過率分布を有するように
している。
振幅調整板は、半径が同一の部分の透過率を同一にし半
径方向に透過率を変化させる透過率分布を有するように
している。
【００１３】また、本発明の第１と第２のレーザ加工機
の前記振幅調整板は、前記位相板の前記同心円帯状の前
記領域を形成しない裏面である第２面に前記振幅調整板
の機能を形成し前記位相板と同一板とするようにしてい
る。
の前記振幅調整板は、前記位相板の前記同心円帯状の前
記領域を形成しない裏面である第２面に前記振幅調整板
の機能を形成し前記位相板と同一板とするようにしてい
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１５】図１は、本発明のレーザ加工機の一つの実
施の形態を示すブロック図である。
施の形態を示すブロック図である。
【００１６】図１に示す本実施の形態は、同位相で強度
分布がガウス関数の形状を示すガウシアンビームである
レーザ光を放出するレーザ発振器１と、レーザ発振器１
が放出したレーザ光を予め定めた大きさｗ（例えば、１
／ｅ2 半径１〜２ｍｍ程度）のビーム径に形成する第１
の光学系２（例えば、レンズ群、エキスパンダー等）
と、レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有
し第１の光学系２によりｗのビーム径に形成されたレー
ザ光を位相変調する位相板３と、位相板３により位相変
調されたレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振
幅調整板４と、振幅調整板４により強度分布（振幅分
布）変調されたレーザ光を加工面６に集光する第２の光
学系５（例えば、エキスパンダーと対物レンズ等との
組）とにより構成されている。
分布がガウス関数の形状を示すガウシアンビームである
レーザ光を放出するレーザ発振器１と、レーザ発振器１
が放出したレーザ光を予め定めた大きさｗ（例えば、１
／ｅ2 半径１〜２ｍｍ程度）のビーム径に形成する第１
の光学系２（例えば、レンズ群、エキスパンダー等）
と、レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有
し第１の光学系２によりｗのビーム径に形成されたレー
ザ光を位相変調する位相板３と、位相板３により位相変
調されたレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調する振
幅調整板４と、振幅調整板４により強度分布（振幅分
布）変調されたレーザ光を加工面６に集光する第２の光
学系５（例えば、エキスパンダーと対物レンズ等との
組）とにより構成されている。
【００１７】第１の光学系２は、レーザ発振器１が放出
したガウシアンビームであるレーザ光の中心の強度の１
／ｅ2 （但し、ｅは自然対数の基底）の強度となる位置
のレーザ光の中心からの距離を予め定めたｗになるよう
にしている。
したガウシアンビームであるレーザ光の中心の強度の１
／ｅ2 （但し、ｅは自然対数の基底）の強度となる位置
のレーザ光の中心からの距離を予め定めたｗになるよう
にしている。
【００１８】位相板３は、レーザ光の強度分布を、加工
面６の位置において望まれる均一の強度分布の形状であ
るフラットトップの形状をフーリエ変換したものである
断面が一次の第一種ベッセル関数（以後、ベッセル関数
と記載する。）の形状に近似した強度分布になるように
位相変調し、振幅調整板４は、位相板３が位相変調して
ベッセル関数の形状に近似したレーザ光の強度分布を、
レーザ光のエネルギーを削除することによりベッセル関
数の形状への近似の精度を上げるように強度分布変調す
るようにしている。
面６の位置において望まれる均一の強度分布の形状であ
るフラットトップの形状をフーリエ変換したものである
断面が一次の第一種ベッセル関数（以後、ベッセル関数
と記載する。）の形状に近似した強度分布になるように
位相変調し、振幅調整板４は、位相板３が位相変調して
ベッセル関数の形状に近似したレーザ光の強度分布を、
レーザ光のエネルギーを削除することによりベッセル関
数の形状への近似の精度を上げるように強度分布変調す
るようにしている。
【００１９】また、位相板３は、位相反転させる同心円
帯状の領域を少なくとも１領域（すなわち、低い部分１
領域と高い部分２領域。）としている。
帯状の領域を少なくとも１領域（すなわち、低い部分１
領域と高い部分２領域。）としている。
【００２０】振幅調整板４は、半径が同一の部分の透過
率を同一にし半径方向に透過率を変化させる透過率分布
を有するようにしている。
率を同一にし半径方向に透過率を変化させる透過率分布
を有するようにしている。
【００２１】次に、本実施の形態のレーザ加工機の動作
を図２から図８を参照して詳細に説明する。
を図２から図８を参照して詳細に説明する。
【００２２】図２は、位相板の一例を示す正面図であ
り、（イ）と（エ）の部分が位相を反転させる同心円帯
状の領域であり低い部分である。この場合は、同心円帯
状の領域が２領域あり、高い部分３領域と低い部分２領
域を合わせた５領域の例を示している。
り、（イ）と（エ）の部分が位相を反転させる同心円帯
状の領域であり低い部分である。この場合は、同心円帯
状の領域が２領域あり、高い部分３領域と低い部分２領
域を合わせた５領域の例を示している。
【００２３】図３は、図２に示す位相板の断面の一例を
示す図であり、位相を反転させる低い部分の深さは、ｄ
＝λφ／２π（ｎ−１）（ただし、λ：波長、φ：位
相、ｎ：屈折率）である。
示す図であり、位相を反転させる低い部分の深さは、ｄ
＝λφ／２π（ｎ−１）（ただし、λ：波長、φ：位
相、ｎ：屈折率）である。
【００２４】図４は、２領域の位相板のみを使用したと
きのフラットトップビーム形状を示す図であり、２領域
の位相板３のみを使用してレーザ発振器１が放出したレ
ーザ光をベッセル関数の形状に近似させたときの加工面
６でのフラットトップビームの強度分布を示す図であ
る。
きのフラットトップビーム形状を示す図であり、２領域
の位相板３のみを使用してレーザ発振器１が放出したレ
ーザ光をベッセル関数の形状に近似させたときの加工面
６でのフラットトップビームの強度分布を示す図であ
る。
【００２５】図５は、図２に示す位相板のみを使用した
ときのフラットトップビーム形状を示す図であり、図２
に示す位相板３のみを使用してレーザ発振器１が放出し
たレーザ光をベッセル関数の形状に近似させたときの加
工面６でのフラットトップビームの強度分布を示す図で
ある。
ときのフラットトップビーム形状を示す図であり、図２
に示す位相板３のみを使用してレーザ発振器１が放出し
たレーザ光をベッセル関数の形状に近似させたときの加
工面６でのフラットトップビームの強度分布を示す図で
ある。
【００２６】図６は、図２に示す位相板と振幅調整板と
を使用したときのフラットトップビーム形状を示す図で
あり、図２に示す位相板３と振幅調整板４を使用してレ
ーザ発振器１が放出したレーザ光をベッセル関数の形状
に近似させたときの加工面６でのフラットトップビーム
の強度分布を示す図である。
を使用したときのフラットトップビーム形状を示す図で
あり、図２に示す位相板３と振幅調整板４を使用してレ
ーザ発振器１が放出したレーザ光をベッセル関数の形状
に近似させたときの加工面６でのフラットトップビーム
の強度分布を示す図である。
【００２７】図７は、振幅調整板の一例を示す図であ
り、例えば合成石英等の透明な板にクロム等を蒸着して
透過率分布を施していることを示し、中心が１００％の
透過率であり透過率を１０％ずつ周辺方向に減少させ０
％からまた増加させていることを示している。
り、例えば合成石英等の透明な板にクロム等を蒸着して
透過率分布を施していることを示し、中心が１００％の
透過率であり透過率を１０％ずつ周辺方向に減少させ０
％からまた増加させていることを示している。
【００２８】図８は、図２に示す位相板により変調した
レーザ光の強度分布と所望するベッセル関数の形状とを
重ねて示して近似の度合いをあらわした図であり、横軸
は半径ｒ方向を、縦軸は強度を示し、強度分布が負の部
分は位相が反転していることを示している。
レーザ光の強度分布と所望するベッセル関数の形状とを
重ねて示して近似の度合いをあらわした図であり、横軸
は半径ｒ方向を、縦軸は強度を示し、強度分布が負の部
分は位相が反転していることを示している。
【００２９】図１において、レーザ発振器１から放出さ
れたレーザ光は第１の光学系２により位相板３の中心に
レーザ光の中心を合わせるようにして位相板３上に予め
定めた適切な大きさのビーム径を形成する。すなわち、
レーザ発振器１が放出したガウシアンビームであるレー
ザ光の中心の強度の１／ｅ2 の強度となる位置のこのレ
ーザ光の中心からの距離（ガウシアンビームの１／ｅ2
半径）をｗとした場合、レーザ光の中心と位相板３の中
心とを一致させこの中心から位相板３の最初の境界（０
点）（位相板３の中心に最も近い同心円帯状の領域の境
界）までの距離（半径）ＡがＡ＝１．２×ｗとなると
き、加工面６のフラットトップビームが最もフラットと
なる（実験等による。）ので、ｗ＝（位相板３の最初の
境界までの距離Ａ）／１．２を予め計算しこのｗのビー
ム半径を作り出すために、レーザ発振器１の後に第１の
光学系２を設置する。
れたレーザ光は第１の光学系２により位相板３の中心に
レーザ光の中心を合わせるようにして位相板３上に予め
定めた適切な大きさのビーム径を形成する。すなわち、
レーザ発振器１が放出したガウシアンビームであるレー
ザ光の中心の強度の１／ｅ2 の強度となる位置のこのレ
ーザ光の中心からの距離（ガウシアンビームの１／ｅ2
半径）をｗとした場合、レーザ光の中心と位相板３の中
心とを一致させこの中心から位相板３の最初の境界（０
点）（位相板３の中心に最も近い同心円帯状の領域の境
界）までの距離（半径）ＡがＡ＝１．２×ｗとなると
き、加工面６のフラットトップビームが最もフラットと
なる（実験等による。）ので、ｗ＝（位相板３の最初の
境界までの距離Ａ）／１．２を予め計算しこのｗのビー
ム半径を作り出すために、レーザ発振器１の後に第１の
光学系２を設置する。
【００３０】次に、位相板３は、ビーム半径ｗのレーザ
光を位相変調する。これにより、図８に示す、位相板３
により変調した強度分布（加工面６にて望まれるフラッ
トトップビームの強度分布をフーリエ変換したベッセル
関数の形状を近似した強度分布）となる。ここで、位相
板３について説明すると、位相板３の役割は、加工面６
にて所望のフラットトップビームの強度分布のフーリエ
変換である、断面がベッセル関数Ｊ１［ｘ］の値が負の
部分（位相が反転する部分）を作り出すことが位相板３
の役割であり、位相板３は、ベッセル関数Ｊ１［ｘ］の
値が０の位置において境界（図８中のａの位置は図２の
（ア）と（イ）との境界、ｂの位置は（イ）と（ウ）と
の境界に対応する。）を有し、位相を反転させる同心円
帯状の領域の深さｄ＝λφ／２π（ｎ−１）（ただし、
λ：波長、φ：位相、ｎ：屈折率）を有している透過型
の素子である。そして、位相反転の大きさφは実験等に
より０．９π〜１．０πが良い。図２と図３とに示す位
相板３は、同心円帯状の反転する領域２カ所（イ）、
（エ）があり、ガウシアンビームのピーク付近を含む中
心部（ア）はλ／２０程度に十分に研磨して使用し、周
りの（イ）、（エ）をエッチングにより彫り込む加工法
が適切だと思われる。２カ所の位相変調とした理由は、
図４で示す、２領域（図２で示す（ア）と（イ）の領域
のみであり、（ウ）〜（オ）の領域も（イ）の領域と同
様の加工をした領域。）の位相板３のみを使用したとき
のフラットトップビームの形状より、図５で示す、図２
に示す位相板３のみを使用したときのフラットトップビ
ームの形状や、図６で示す、図２に示す位相板３と振幅
調整板４を使用したときのフラットトップビームの形状
のほうがよりフラットに近いためである（２領域の場合
より３領域（図２で示す（ア）と（イ）と（ウ）の領域
のみであり、（エ）と（オ）の領域も（ウ）の領域と同
様の加工をした領域。）以上の方がフラットに近
い。）。
光を位相変調する。これにより、図８に示す、位相板３
により変調した強度分布（加工面６にて望まれるフラッ
トトップビームの強度分布をフーリエ変換したベッセル
関数の形状を近似した強度分布）となる。ここで、位相
板３について説明すると、位相板３の役割は、加工面６
にて所望のフラットトップビームの強度分布のフーリエ
変換である、断面がベッセル関数Ｊ１［ｘ］の値が負の
部分（位相が反転する部分）を作り出すことが位相板３
の役割であり、位相板３は、ベッセル関数Ｊ１［ｘ］の
値が０の位置において境界（図８中のａの位置は図２の
（ア）と（イ）との境界、ｂの位置は（イ）と（ウ）と
の境界に対応する。）を有し、位相を反転させる同心円
帯状の領域の深さｄ＝λφ／２π（ｎ−１）（ただし、
λ：波長、φ：位相、ｎ：屈折率）を有している透過型
の素子である。そして、位相反転の大きさφは実験等に
より０．９π〜１．０πが良い。図２と図３とに示す位
相板３は、同心円帯状の反転する領域２カ所（イ）、
（エ）があり、ガウシアンビームのピーク付近を含む中
心部（ア）はλ／２０程度に十分に研磨して使用し、周
りの（イ）、（エ）をエッチングにより彫り込む加工法
が適切だと思われる。２カ所の位相変調とした理由は、
図４で示す、２領域（図２で示す（ア）と（イ）の領域
のみであり、（ウ）〜（オ）の領域も（イ）の領域と同
様の加工をした領域。）の位相板３のみを使用したとき
のフラットトップビームの形状より、図５で示す、図２
に示す位相板３のみを使用したときのフラットトップビ
ームの形状や、図６で示す、図２に示す位相板３と振幅
調整板４を使用したときのフラットトップビームの形状
のほうがよりフラットに近いためである（２領域の場合
より３領域（図２で示す（ア）と（イ）と（ウ）の領域
のみであり、（エ）と（オ）の領域も（ウ）の領域と同
様の加工をした領域。）以上の方がフラットに近
い。）。
【００３１】次に、位相板３で位相変調されたレーザ光
は、強度分布（振幅分布）を変調するある透過率分布を
有した例えば図７に示す振幅調整板４（この振幅調整板
４は、中心を位相板３の中心に合わせ位相板３の直後に
設定する。）に入射し、所望の振幅に変換される。この
変換により、位相板３で位相変調して近似したものより
もベッセル関数の形状に精度よく近似した強度分布とな
る。ここで、振幅調整板４について図７を用いて説明す
る。図８に示すように、所望のベッセル関数に近似され
た位相板３により変調した強度分布は、まだ近似が足り
ない状態であり、ここからは、レーザ光のエネルギーを
削る方向になるが、振幅を変調する必要が生まれる。そ
こで、図７に示すように、図８のベッセル関数の値が０
の位置（ａの位置）に相当する位相板３の境界（図２の
（ア）と（イ）との境界）付近に透過率分布が低い（例
えば透過率０％から１０％程度）部分を持たせた振幅調
整板４を置き、この部分を通過するレーザ光の強度を減
少させて０に近づけることによりベッセル関数への近似
の精度を上げる。
は、強度分布（振幅分布）を変調するある透過率分布を
有した例えば図７に示す振幅調整板４（この振幅調整板
４は、中心を位相板３の中心に合わせ位相板３の直後に
設定する。）に入射し、所望の振幅に変換される。この
変換により、位相板３で位相変調して近似したものより
もベッセル関数の形状に精度よく近似した強度分布とな
る。ここで、振幅調整板４について図７を用いて説明す
る。図８に示すように、所望のベッセル関数に近似され
た位相板３により変調した強度分布は、まだ近似が足り
ない状態であり、ここからは、レーザ光のエネルギーを
削る方向になるが、振幅を変調する必要が生まれる。そ
こで、図７に示すように、図８のベッセル関数の値が０
の位置（ａの位置）に相当する位相板３の境界（図２の
（ア）と（イ）との境界）付近に透過率分布が低い（例
えば透過率０％から１０％程度）部分を持たせた振幅調
整板４を置き、この部分を通過するレーザ光の強度を減
少させて０に近づけることによりベッセル関数への近似
の精度を上げる。
【００３２】そして、位相板３と振幅調整板４により変
調を受けて強度分布がベッセル関数に近似されたレーザ
光は加工面６にてフーリエ変換面に相当するように配置
された第２の光学系５（例えば、エキスパンダーと対物
レンズ）を経て加工面６にて（３領域以上の位相板３と
振幅調整板４を組み合わせた場合の）図６に示すような
フラットトップビームとなり集光される。
調を受けて強度分布がベッセル関数に近似されたレーザ
光は加工面６にてフーリエ変換面に相当するように配置
された第２の光学系５（例えば、エキスパンダーと対物
レンズ）を経て加工面６にて（３領域以上の位相板３と
振幅調整板４を組み合わせた場合の）図６に示すような
フラットトップビームとなり集光される。
【００３３】以上の説明では、振幅調整板４を位相板３
と別の素子として設定していたが、位相板３の同心円帯
状の領域を形成しない裏面である第２面に振幅調整板４
の機能を形成し位相板３と同一板とするようにしても良
い。
と別の素子として設定していたが、位相板３の同心円帯
状の領域を形成しない裏面である第２面に振幅調整板４
の機能を形成し位相板３と同一板とするようにしても良
い。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工機によれば、レーザ発振器によりレーザ光を放出し、
レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有する
位相板により、レーザ発振器が放出したレーザ光を位相
変調し、振幅調整板により、位相板により位相変調され
たレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調し、光学系に
より、振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調され
たレーザ光を加工面に集光するため、レーザ発振器が放
出したガウシアンビーム（レーザ光）変調することによ
り作成したベッセル関数への近似が良くなり、加工面で
のフラットトップビームのエッジがたち、加工面に照射
したとき加工面の集光位置の周辺にまで照射の影響がで
ない。
工機によれば、レーザ発振器によりレーザ光を放出し、
レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有する
位相板により、レーザ発振器が放出したレーザ光を位相
変調し、振幅調整板により、位相板により位相変調され
たレーザ光の強度分布（振幅分布）を変調し、光学系に
より、振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調され
たレーザ光を加工面に集光するため、レーザ発振器が放
出したガウシアンビーム（レーザ光）変調することによ
り作成したベッセル関数への近似が良くなり、加工面で
のフラットトップビームのエッジがたち、加工面に照射
したとき加工面の集光位置の周辺にまで照射の影響がで
ない。
【図１】本発明のレーザ加工機の一つの実施の形態を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】位相板の一例を示す正面図である。
【図３】図２に示す位相板の断面の一例を示す図であ
る。
る。
【図４】２領域の位相板のみを使用したときのフラット
トップビーム形状を示す図である。
トップビーム形状を示す図である。
【図５】図２に示す位相板のみを使用したときのフラッ
トトップビーム形状を示す図である。
トトップビーム形状を示す図である。
【図６】図２に示す位相板と振幅調整板とを使用したと
きのフラットトップビーム形状を示す図である。
きのフラットトップビーム形状を示す図である。
【図７】振幅調整板の一例を示す図である。
【図８】図２に示す位相板により変調した強度分布と所
望するベッセル関数の形状とを重ねて示して近似の度合
いをあらわした図である。
望するベッセル関数の形状とを重ねて示して近似の度合
いをあらわした図である。
【図９】従来の技術で使用する２領域の位相板を示す図
である。
である。
１ レーザ発振器 ２ 第１の光学系 ３ 位相板 ４ 振幅調整板 ５ 第２の光学系 ６ 加工面
Claims (11)
- 【請求項１】 同位相で強度分布がガウス関数の形状を
示すガウシアンビームであるレーザ光を放出するレーザ
発振器と、 前記レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有
し前記レーザ発振器が放出した前記レーザ光を位相変調
する位相板と、 前記位相板により位相変調された前記レーザ光の強度分
布（振幅分布）を変調する振幅調整板と、 前記振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調された
前記レーザ光を加工面に集光する光学系と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工機。 - 【請求項２】 同位相で強度分布がガウス関数の形状を
示すガウシアンビームであるレーザ光を放出するレーザ
発振器と、 前記レーザ発振器が放出した前記レーザ光を予め定めた
大きさｗのビーム径に形成する第１の光学系と、 前記レーザ光の位相を反転させる同心円帯状の領域を有
し前記第１の光学系により前記ｗの前記ビーム径に形成
された前記レーザ光を位相変調する位相板と、 前記位相板により位相変調された前記レーザ光の強度分
布（振幅分布）を変調する振幅調整板と、 前記振幅調整板により強度分布（振幅分布）変調された
前記レーザ光を加工面に集光する第２の光学系と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工機。 - 【請求項３】 前記第１の光学系は、前記レーザ発振器
が放出した前記ガウシアンビームである前記レーザ光の
中心の強度の１／ｅ2 の強度となる位置の前記レーザ光
の中心からの距離を予め定めた前記ｗになるようにした
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。 - 【請求項４】 前記位相板は、この位相板の中心に最も
近い前記同心円帯状の前記領域までの距離を１．２×前
記ｗとしたことを特徴とする請求項２又は３記載のレー
ザ加工機。 - 【請求項５】 前記位相板は、前記レーザ光の強度分布
を、前記加工面の位置において望まれる均一の強度分布
の形状であるフラットトップの形状をフーリエ変換した
ものである断面が一次の第一種ベッセル関数の形状に近
似した前記強度分布になるように位相変調し、前記振幅
調整板は、前記位相板が前記位相変調して前記一次の第
一種ベッセル関数の形状に近似した前記レーザ光の前記
強度分布を、前記レーザ光のエネルギーを削除すること
により前記一次の第一種ベッセル関数の形状への前記近
似の精度を上げるように前記強度分布変調するようにし
たことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のレー
ザ加工機。 - 【請求項６】 前記位相板は、前記位相反転させる前記
同心円帯状の前記領域を少なくとも１領域としたことを
特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のレーザ加
工機。 - 【請求項７】 前記位相板は、前記位相反転させる前記
同心円帯状の前記領域の深さｄをλφ／２π（ｎ−１）
（但し、λ：波長、φ：位相、ｎ：屈折率）としたこと
を特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のレ
ーザ加工機。 - 【請求項８】 前記位相板は、前記位相反転を０．９π
から１．０πとしたことを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載のレーザ加工機。 - 【請求項９】 前記振幅調整板は、半径が同一の部分の
透過率を同一にし半径方向に透過率を変化させる透過率
分布を有するようにしたことを特徴とする請求項１、
２、３、４、５、６、７又は８記載のレーザ加工機。 - 【請求項１０】 前記振幅調整板は、前記位相板の前記
位相を反転させる前記領域の境界に対応する部分の透過
率を低くして前記透過率分布を有するようにしたことを
特徴とする請求項９記載のレーザ加工機。 - 【請求項１１】 前記振幅調整板は、前記位相板の前記
同心円帯状の前記領域を形成しない裏面である第２面に
前記振幅調整板の機能を形成し前記位相板と同一板とす
るようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６、７、８、９又は１０記載のレーザ加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292585A JP2002098930A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | レーザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292585A JP2002098930A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | レーザ加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002098930A true JP2002098930A (ja) | 2002-04-05 |
Family
ID=18775504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000292585A Pending JP2002098930A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | レーザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002098930A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026661A (ja) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Ricoh Co Ltd | ビームスポット整形方法、光走査装置、及び画像形成装置 |
| WO2008105312A1 (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光源装置、観察装置および加工装置 |
| JP2008243834A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 光源装置 |
| JP2009134316A (ja) * | 2009-03-17 | 2009-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | レーザビーム光学系およびレーザ加工装置 |
| JP2011206822A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Dainippon Printing Co Ltd | 光照射装置および変調マスク |
| CN109357992A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-19 | 赛默飞世尔（上海）仪器有限公司 | 用于对光束进行整形的光学系统及流式细胞仪 |
| JP2019053277A (ja) * | 2017-06-23 | 2019-04-04 | アスフェリコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 交替ビーム密度プロファイルを有する近接場ビーム密度分布のための光学モジュールシステム |
| CN112496530A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-16 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种v型槽光纤包层激光微纳加工系统及方法 |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000292585A patent/JP2002098930A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8553733B2 (en) | 2007-02-26 | 2013-10-08 | Hamamatsu Photonics K.K. | Light source device, observation device, and processing device |
| JP2008243834A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 光源装置 |
| JP2009134316A (ja) * | 2009-03-17 | 2009-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | レーザビーム光学系およびレーザ加工装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040406 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040511 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |