JP2002113589A - レーザー加工方法及び加工装置 - Google Patents
レーザー加工方法及び加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長の異なる複数のレーザービームを用いて
行う加工を、より簡単な構成の装置で行うことを可能と
し、また、光学系の調整や加工条件の適正化もより簡単
に行うことのできる、レーザー加工方法及び装置を提供
すること。 【解決手段】 波長の異なる複数のレーザービームを取
り出すためのレーザー発振器１１，１２と、波長の異な
るレーザービームをそれぞれ複数のレーザービームに分
岐する共通の位相格子１４と、レーザービームを集光す
る集光レンズ１５とを備えたレーザー加工装置であっ
て、位相格子の設計に応じて、それぞれの波長の分岐レ
ーザービームの集光スポットの配置を決定する。
行う加工を、より簡単な構成の装置で行うことを可能と
し、また、光学系の調整や加工条件の適正化もより簡単
に行うことのできる、レーザー加工方法及び装置を提供
すること。 【解決手段】 波長の異なる複数のレーザービームを取
り出すためのレーザー発振器１１，１２と、波長の異な
るレーザービームをそれぞれ複数のレーザービームに分
岐する共通の位相格子１４と、レーザービームを集光す
る集光レンズ１５とを備えたレーザー加工装置であっ
て、位相格子の設計に応じて、それぞれの波長の分岐レ
ーザービームの集光スポットの配置を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長の異なる複数
のレーザービームを用いて被加工物を加工する方法及び
装置に関する。
のレーザービームを用いて被加工物を加工する方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１８は、波長の異なる複数のレーザー
ビームを用いて被加工物を加工する従来の加工装置の例
を示す構成図である。ここでは、波長λ１のレーザーを
位相格子Ｇ１で分岐させてレーザービームアレイを発生
させ、そのレーザービームアレイを集光レンズＬ１に通
し、光路合成ミラー３を通過させて被加工物５の加工位
置に集光照射している。また、波長λ２のレーザーを位
相格子Ｇ２で分岐させてレーザービームアレイを発生さ
せ、そのレーザービームアレイを集光レンズＬ２に通し
た後、光路合成ミラー３で反射させて、上記被加工物５
の加工位置に集光照射している。
ビームを用いて被加工物を加工する従来の加工装置の例
を示す構成図である。ここでは、波長λ１のレーザーを
位相格子Ｇ１で分岐させてレーザービームアレイを発生
させ、そのレーザービームアレイを集光レンズＬ１に通
し、光路合成ミラー３を通過させて被加工物５の加工位
置に集光照射している。また、波長λ２のレーザーを位
相格子Ｇ２で分岐させてレーザービームアレイを発生さ
せ、そのレーザービームアレイを集光レンズＬ２に通し
た後、光路合成ミラー３で反射させて、上記被加工物５
の加工位置に集光照射している。
【０００３】この場合、波長λ１と波長λ２のレーザー
ビームの被加工物５上での集光スポットを重ね合わせ、
波長λ１のレーザービームで被加工物５を加熱し、λ２
のレーザービームで被加工物５に穴あけ加工等を行うこ
とができる。そして、このように複数の波長で同時に加
工することにより、加工品質や加工速度が向上するとい
った効果が期待できる。
ビームの被加工物５上での集光スポットを重ね合わせ、
波長λ１のレーザービームで被加工物５を加熱し、λ２
のレーザービームで被加工物５に穴あけ加工等を行うこ
とができる。そして、このように複数の波長で同時に加
工することにより、加工品質や加工速度が向上するとい
った効果が期待できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示すように、波長の異なる複数のレーザーのレーザービ
ームアレイをそれぞれ所定の位置に照射させるために
は、各波長のレーザーに対応する位相格子と集光レンズ
とをそれぞれ備えるとともに、それらの姿勢・位置を調
整する治具（図中に記載省略）も個別に用意することが
必要となるため、装置構成が複雑となる。また、それら
の治具の調整に時間と労力を要するため、加工コストも
上昇する。加えて、集光レンズと被加工物との間に、光
路合成ミラー等を配置する必要もあり、そのために光学
系の配置や仕様が制約を受け、被加工物上の集光スポッ
ト径及びその間隔を所要の条件に合わせる（レーザービ
ームアレイ条件の適正化）ことが難しくなるという問題
もある。さらに、２波長あるいは複数波長を同時発振す
る１台のレーザー発振器を使用する場合には、同軸上に
得られる２本のビームをいったん分離し、それぞれのビ
ームを分岐素子で分岐した後に、再び加工面上で合成す
る、といった煩雑な構成をとらなければならならず、２
台のレーザー発振器の代わりに１台のレーザー発振器を
使うというメリットが生かされていなかった。
示すように、波長の異なる複数のレーザーのレーザービ
ームアレイをそれぞれ所定の位置に照射させるために
は、各波長のレーザーに対応する位相格子と集光レンズ
とをそれぞれ備えるとともに、それらの姿勢・位置を調
整する治具（図中に記載省略）も個別に用意することが
必要となるため、装置構成が複雑となる。また、それら
の治具の調整に時間と労力を要するため、加工コストも
上昇する。加えて、集光レンズと被加工物との間に、光
路合成ミラー等を配置する必要もあり、そのために光学
系の配置や仕様が制約を受け、被加工物上の集光スポッ
ト径及びその間隔を所要の条件に合わせる（レーザービ
ームアレイ条件の適正化）ことが難しくなるという問題
もある。さらに、２波長あるいは複数波長を同時発振す
る１台のレーザー発振器を使用する場合には、同軸上に
得られる２本のビームをいったん分離し、それぞれのビ
ームを分岐素子で分岐した後に、再び加工面上で合成す
る、といった煩雑な構成をとらなければならならず、２
台のレーザー発振器の代わりに１台のレーザー発振器を
使うというメリットが生かされていなかった。
【０００５】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、波長の異なる複数のレーザービームを
用いて行う加工を、より簡単な構成の装置で行うことを
可能とし、また、光学系の調整やレーザービームアレイ
条件の適正化もより簡単に行うことのできる、レーザー
加工方法及び装置を提供することを目的とする。
なされたもので、波長の異なる複数のレーザービームを
用いて行う加工を、より簡単な構成の装置で行うことを
可能とし、また、光学系の調整やレーザービームアレイ
条件の適正化もより簡単に行うことのできる、レーザー
加工方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザー加工方
法は、波長の異なる複数のレーザービームを共通の位相
格子を利用してそれぞれ所定の態様に分岐させ、それら
の分岐レーザービームを被加工物の加工位置に集光照射
して該被加工物を加工することを特徴とする。こうする
ことで、レーザービームを分岐させる位相格子の数を削
減でき、従って、加工装置の構成が簡素化され、それに
伴う光学系の調整やレーザービームアレイ条件の適正化
も容易になる。
法は、波長の異なる複数のレーザービームを共通の位相
格子を利用してそれぞれ所定の態様に分岐させ、それら
の分岐レーザービームを被加工物の加工位置に集光照射
して該被加工物を加工することを特徴とする。こうする
ことで、レーザービームを分岐させる位相格子の数を削
減でき、従って、加工装置の構成が簡素化され、それに
伴う光学系の調整やレーザービームアレイ条件の適正化
も容易になる。
【０００７】また、波長の異なる分岐レーザービームの
前記被加工物上での照射位置を重ね合わせることを特徴
とする。これによれば、例えば、ある波長のレーザービ
ームで加工部位を加熱し、別の波長のレーザービームで
穴あけや切断等の加工を行うことが可能になる。この場
合、レーザービームの位相格子への光路にレーザービー
ムのビーム径を調節するビーム調節器を配置して、各分
岐レーザービームの被加工物上での集光スポット径を一
致させることもできる。
前記被加工物上での照射位置を重ね合わせることを特徴
とする。これによれば、例えば、ある波長のレーザービ
ームで加工部位を加熱し、別の波長のレーザービームで
穴あけや切断等の加工を行うことが可能になる。この場
合、レーザービームの位相格子への光路にレーザービー
ムのビーム径を調節するビーム調節器を配置して、各分
岐レーザービームの被加工物上での集光スポット径を一
致させることもできる。
【０００８】また、前記各分岐レーザービームの光強度
をほぼ均一にすることを特徴とする。これにより、複数
箇所で同時に均一な加工が実施できる。
をほぼ均一にすることを特徴とする。これにより、複数
箇所で同時に均一な加工が実施できる。
【０００９】また、前記位相格子をレーザービームを集
光する集光器と被加工物との間に配置して、前記被加工
物への照射位置を調節することを特徴とする。これによ
り、被加工物に対する分岐レーザービームの集光スポッ
ト径とその間隔を所要の条件に定めることができ、従っ
て、高精度で所望の加工を行うことが可能となる。
光する集光器と被加工物との間に配置して、前記被加工
物への照射位置を調節することを特徴とする。これによ
り、被加工物に対する分岐レーザービームの集光スポッ
ト径とその間隔を所要の条件に定めることができ、従っ
て、高精度で所望の加工を行うことが可能となる。
【００１０】更に、前記複数のレーザービームとして、
波長の異なる２種類のレーザービームを利用することを
特徴とする。この方法はレーザービームを複数組み合わ
せる際の基本構成であり、装置構成や制御態様をもっと
も簡素にできる。
波長の異なる２種類のレーザービームを利用することを
特徴とする。この方法はレーザービームを複数組み合わ
せる際の基本構成であり、装置構成や制御態様をもっと
も簡素にできる。
【００１１】また、本発明のレーザー加工装置は、波長
の異なるレーザービームを取り出すための少なくとも１
台のレーザー発振器と、波長の異なるレーザービームを
それぞれ所定の態様に分岐させる共通の位相格子と、レ
ーザービームを集光する集光器とを備えたことを特徴と
する。この装置によれば、レーザービームを分岐させる
位相格子の個数削減により装置が簡素化され、これに伴
う光学系の調整やレーザービームアレイ条件の適正化も
容易になる。上記の場合において、１台のレーザー発振
器に波長の異なる複数のレーザービームを発振させるよ
うにしてもよく、あるいは波長の異なるレーザービーム
毎にレーザー発振器を備えてもよい。また、前記波長の
異なるレーザービームを波長λ１と波長λ２の２種類の
レーザービームとし、ｍ１λ１＝ｍ２λ２（ただし、ｍ
１，ｍ２は回折次数）を満足するようにすると、これら
２つの波長のレーザービームから生じた、２つのレーザ
ービームアレイの被加工物上での照射位置を重ねること
ができる。
の異なるレーザービームを取り出すための少なくとも１
台のレーザー発振器と、波長の異なるレーザービームを
それぞれ所定の態様に分岐させる共通の位相格子と、レ
ーザービームを集光する集光器とを備えたことを特徴と
する。この装置によれば、レーザービームを分岐させる
位相格子の個数削減により装置が簡素化され、これに伴
う光学系の調整やレーザービームアレイ条件の適正化も
容易になる。上記の場合において、１台のレーザー発振
器に波長の異なる複数のレーザービームを発振させるよ
うにしてもよく、あるいは波長の異なるレーザービーム
毎にレーザー発振器を備えてもよい。また、前記波長の
異なるレーザービームを波長λ１と波長λ２の２種類の
レーザービームとし、ｍ１λ１＝ｍ２λ２（ただし、ｍ
１，ｍ２は回折次数）を満足するようにすると、これら
２つの波長のレーザービームから生じた、２つのレーザ
ービームアレイの被加工物上での照射位置を重ねること
ができる。
【００１２】また、レーザービームの前記位相格子への
光路にレーザービームのビーム径を調節するビーム調節
器を配置したことを特徴とする。この装置によれば、分
岐レーザービームの被加工物上での集光スポット径を調
節することができ、波長の異なる複数のレーザービーム
を用いながら、高精度かつ高効率の加工が可能となる。
また、前記位相格子を前記集光器と前記被加工物との間
に配置し光軸方向に移動可能にしたことを特徴とする。
これにより、分岐レーザービームの被加工物上での照射
位置が調整できるので、極めて高い精度で加工を行うこ
とができる。
光路にレーザービームのビーム径を調節するビーム調節
器を配置したことを特徴とする。この装置によれば、分
岐レーザービームの被加工物上での集光スポット径を調
節することができ、波長の異なる複数のレーザービーム
を用いながら、高精度かつ高効率の加工が可能となる。
また、前記位相格子を前記集光器と前記被加工物との間
に配置し光軸方向に移動可能にしたことを特徴とする。
これにより、分岐レーザービームの被加工物上での照射
位置が調整できるので、極めて高い精度で加工を行うこ
とができる。
【００１３】また、前記集光器を色消しレンズから構成
したことを特徴とする。これにより、少ない種類の波
長、例えば２種類の波長のレーザービームを使う場合等
には、集光器にそれらのレーザービームに対して同じ集
光特性をもたせることが可能となる。更に、異なる波長
のパルスを同時に発振するレーザー発振器を使用する場
合には、異なる波長のパルスを時分割でそれぞれ個別に
取り出す分光装置を前記レーザー発振器と前記位相格子
との間に配置することで、異なる波長のレーザービーム
アレイを被加工物に交互に照射することもできる。
したことを特徴とする。これにより、少ない種類の波
長、例えば２種類の波長のレーザービームを使う場合等
には、集光器にそれらのレーザービームに対して同じ集
光特性をもたせることが可能となる。更に、異なる波長
のパルスを同時に発振するレーザー発振器を使用する場
合には、異なる波長のパルスを時分割でそれぞれ個別に
取り出す分光装置を前記レーザー発振器と前記位相格子
との間に配置することで、異なる波長のレーザービーム
アレイを被加工物に交互に照射することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明の実施の形態を詳細に説明する。
明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】図１は本発明の実施の形態１，２で使用す
るレーザー加工装置の構成図であって、２種類の波長の
レーザー（波長λ１、λ２）を用いることができる装置
である。すなわち、波長λ１のレーザーを発振する第１
のレーザー発振器１１と、波長λ２のレーザーを発振す
る第２のレーザー発振器１２と、波長λ１のレーザーを
通し波長λ２のレーザーを反射させる光路合成ミラー１
３と、光路合成ミラー１３からの各レーザーをそれぞれ
複数のレーザービーム（レーザービームアレイ）に分岐
させる位相格子１４と、位相格子１４からのレーザービ
ームアレイを被加工物２０の加工ポイントに集光照射さ
せるための集光レンズ１５とを備えてなる。集光レンズ
１５は色消しレンズ（アクロマチック）であり、波長λ
１、λ２の各レーザーに対して同じ焦点距離を有する。
この装置においては、使用する位相格子１４のビーム分
岐機能に応じて、種々の態様の加工が可能となる。な
お、ここでは、第１のレーザー発振器１１で１０６４ｎ
ｍの連続発振波を、第２のレーザー発振器１２で５３２
ｎｍをパルス波を発振させるものとするが、第１及び第
２のレーザー発振器１１，１２がともにパルス波を発振
させる場合には、それら２つの波長のパルスがほぼ同時
に被加工物を照射するように、これらパルス間の出射タ
イミングを合わせることが必要となる。
るレーザー加工装置の構成図であって、２種類の波長の
レーザー（波長λ１、λ２）を用いることができる装置
である。すなわち、波長λ１のレーザーを発振する第１
のレーザー発振器１１と、波長λ２のレーザーを発振す
る第２のレーザー発振器１２と、波長λ１のレーザーを
通し波長λ２のレーザーを反射させる光路合成ミラー１
３と、光路合成ミラー１３からの各レーザーをそれぞれ
複数のレーザービーム（レーザービームアレイ）に分岐
させる位相格子１４と、位相格子１４からのレーザービ
ームアレイを被加工物２０の加工ポイントに集光照射さ
せるための集光レンズ１５とを備えてなる。集光レンズ
１５は色消しレンズ（アクロマチック）であり、波長λ
１、λ２の各レーザーに対して同じ焦点距離を有する。
この装置においては、使用する位相格子１４のビーム分
岐機能に応じて、種々の態様の加工が可能となる。な
お、ここでは、第１のレーザー発振器１１で１０６４ｎ
ｍの連続発振波を、第２のレーザー発振器１２で５３２
ｎｍをパルス波を発振させるものとするが、第１及び第
２のレーザー発振器１１，１２がともにパルス波を発振
させる場合には、それら２つの波長のパルスがほぼ同時
に被加工物を照射するように、これらパルス間の出射タ
イミングを合わせることが必要となる。
【００１６】実施の形態１ （波長の異なる２組のレーザービームアレイを被加工物
上に重ねて照射する場合）この場合には２つの波長λ
１、λ２の関係を次のように定める。 ｍ１λ１＝ｍ２λ２ ・・・（１） ただし、ｍ１，ｍ２は回折ビームの回折次数である。
上に重ねて照射する場合）この場合には２つの波長λ
１、λ２の関係を次のように定める。 ｍ１λ１＝ｍ２λ２ ・・・（１） ただし、ｍ１，ｍ２は回折ビームの回折次数である。
【００１７】上記加工装置に使用できるレーザーは特に
限定されるものではないが、例えば、広く様々な加工へ
利用されているＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用する場合に
は、少なくとも、１０６４ｎｍ（基本波）、５３２ｎｍ
（第２高調波）、３５５ｎｍ（第３高調波）、２６６ｎ
ｍ（第４高調波）の波長が利用でき、この中から選んだ
２つの波長は式（１）の関係を満足する。例えば、１０
６４ｎｍと５３２ｎｍ、１０６４ｎｍと３５５ｎｍ、１
０６４ｎｍと２６６ｎｍの組み合わせが可能である。
限定されるものではないが、例えば、広く様々な加工へ
利用されているＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用する場合に
は、少なくとも、１０６４ｎｍ（基本波）、５３２ｎｍ
（第２高調波）、３５５ｎｍ（第３高調波）、２６６ｎ
ｍ（第４高調波）の波長が利用でき、この中から選んだ
２つの波長は式（１）の関係を満足する。例えば、１０
６４ｎｍと５３２ｎｍ、１０６４ｎｍと３５５ｎｍ、１
０６４ｎｍと２６６ｎｍの組み合わせが可能である。
【００１８】上記の関係を更に詳しく説明する。次数ｍ
の回折ビームの被加工物上の位置ｘは次式から決まる。 ｘ＝ｍ・λ・ｆ／ｐ ・・・（２） ただし、λは波長、ｆはレンズ焦点距離、ｐは位相格子
の周期である。更に、式（２）から、２つの波長λ１、
λ２の回折ビームの被加工物上の位置ｘ１、ｘ２は以下
のように定まる。 ｘ１＝ｍ１・λ１・ｆ／ｐ ・・・（３−１） ｘ２＝ｍ２・λ２・ｆ／ｐ ・・・（３−１） ここで、ｍ１，ｍ２は位相格子１４により分岐された分
岐レーザービームの回折次数であり、ｆとｐは２つの波
長λ１、λ２に対して共通とする。また、波長λ１，λ
２に対して色消し特性を有する集光レンズを用いること
により、上記２つの波長に対する集光距離（式（３−
１），（３−２）中のｆ）を同じにすることができる。
の回折ビームの被加工物上の位置ｘは次式から決まる。 ｘ＝ｍ・λ・ｆ／ｐ ・・・（２） ただし、λは波長、ｆはレンズ焦点距離、ｐは位相格子
の周期である。更に、式（２）から、２つの波長λ１、
λ２の回折ビームの被加工物上の位置ｘ１、ｘ２は以下
のように定まる。 ｘ１＝ｍ１・λ１・ｆ／ｐ ・・・（３−１） ｘ２＝ｍ２・λ２・ｆ／ｐ ・・・（３−１） ここで、ｍ１，ｍ２は位相格子１４により分岐された分
岐レーザービームの回折次数であり、ｆとｐは２つの波
長λ１、λ２に対して共通とする。また、波長λ１，λ
２に対して色消し特性を有する集光レンズを用いること
により、上記２つの波長に対する集光距離（式（３−
１），（３−２）中のｆ）を同じにすることができる。
【００１９】２つの波長λ１、λ２の回折ビームが被加
工物上の同じ位置を照射するためには、式（３−１）＝
式（３−２）となることが必要であり、 ｍ１λ１＝ｍ２λ２ ・・・（４） が満足されなければならない。例えば、λ１＝１０６４
ｎｍ、λ２＝５３２ｎｍとすると、それぞれの波長に対
する所要の回折次数ｍ１、ｍ２は、次式の関係を満たす
ように選ぶ必要がある。 ２ｍ１＝ｍ２ ・・・（５）
工物上の同じ位置を照射するためには、式（３−１）＝
式（３−２）となることが必要であり、 ｍ１λ１＝ｍ２λ２ ・・・（４） が満足されなければならない。例えば、λ１＝１０６４
ｎｍ、λ２＝５３２ｎｍとすると、それぞれの波長に対
する所要の回折次数ｍ１、ｍ２は、次式の関係を満たす
ように選ぶ必要がある。 ２ｍ１＝ｍ２ ・・・（５）
【００２０】一例として、レーザービームを９分岐する
場合を取り上げると、式（５）から２つの波長１０６４
ｎｍと５３２ｎｍに対して、それぞれ、ｍ１＝０、±
１、±２、±３、±４、ｍ２＝０、±２、±４、±６、
±８を選ぶことにより、それぞれの波長のレーザーから
再生された９本の回折ビームが被加工物上で重なること
になる。
場合を取り上げると、式（５）から２つの波長１０６４
ｎｍと５３２ｎｍに対して、それぞれ、ｍ１＝０、±
１、±２、±３、±４、ｍ２＝０、±２、±４、±６、
±８を選ぶことにより、それぞれの波長のレーザーから
再生された９本の回折ビームが被加工物上で重なること
になる。
【００２１】なお、ここでは９分岐を例に挙げたが、異
なる分岐数及び異なる回折光パターンに対しても同様の
考え方が適用できる。
なる分岐数及び異なる回折光パターンに対しても同様の
考え方が適用できる。
【００２２】本発明に用いる位相格子は、波長λ１と波
長λ２の両方を同時に考慮して設計されるもので、複数
の位相レベルを有しており、位相格子の１周期を複数の
区間に分割して各区間毎に位相レベルを決定したもので
ある。位相格子の設計には反復的最適化手法を用いる必
要があり、例えば、シミュレーテッドアニーリグ法を用
いることができる。シミュレーテッドアニーリグ法の基
本的な考えは、例えば、Journal of Optical Society o
f America A/Vol. 5，No.1/January 1998，pp30-38、に
紹介されている。設計においては、位相格子の位相分布
は階段状にディジタイズ（量子化）されたものであると
する。設計パラメータは、位相が変化する位置の座標と
位相値である。スカラー光学理論の範疇では、ｍ次の回
折光強度Ｉｍは、次式で計算できる。 Ｉｍ＝（１／ｐ）∫ｅｘｐ（ｊ（φ（ｘ）＋２πｍｘ／ｐ））ｄｘ ・・・（６） ここで、ｐは格子の１周期の長さである。φ（ｘ）は量
子化された位相分布であり、φ（ｘ）＝２π（ｎ（λ）
−１）ｈ（ｘ）／λである。λは波長、ｎ（λ）は格子
媒体の屈折率、ｘは位置座標である。すなわち、Ｉｍは
波長λの関数である。２波長の場合には、それぞれの波
長に対する位相分布φ１（ｘ）、φ２（ｘ）は以下のよ
うに与えられる。 φ１（ｘ）＝２π（ｎ（λ１）−１）ｈ（ｘ）／λ１ ・・・（７） φ２（ｘ）＝２π（ｎ（λ２）−１）ｈ（ｘ）／λ２ ・・・（８） また、２波長で機能する格子の設計に用いる評価関数Ｆ
（ｍｅｒｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を以下のように定義
する。 Ｆ＝ｗ１Σ（Ｉｍ（λ１）−α（λ１））2 ＋ｗ２ΣＩｍ（λ１）2 ＋ｗ３Σ（Ｉｍ（λ２）−α（λ２））2 ＋ｗ４ΣＩｍ（λ２）2 ・・・（９） ここで、ｗ１、ｗ２、ｗ３，ｗ４は重み係数であり、競
合する２つの波長間の回折特性のバランスをとるための
係数である。（９）式において、第１項及び第２項は、
波長λ１に対して要求される分岐性能を実現するための
ものである。第１項は加工に必要な回折ビームへできる
だけ多くのエネルギーを均等に分配するためにあり、第
２項は加工に不要な回折ビームの強度を抑制するために
ある。他方、第３項及び第４項は波長λ２に対して要求
される分岐性能を実現するためのものである。第３項は
加工に必要な回折ビームへできるだけ多くのエネルギー
を均等に分配するためにあり、第４項は加工に不要な回
折ビームの強度を抑制するためにある。式（９）におい
て、「α（ ）」は目標とする回折光強度である。Σ
は、注目する複数の回折ビームについての和をとること
を表す。評価関数の定義はさまざまであり、上式の定義
は一例にすぎない。設計が収束するための因子として、
初期位相分布、アニーリング条件、重み係数がある。ま
た、最大位相変調深さは、例えば、２つの波長のうち、
長い方で２πとなるように選ぶことができる。
長λ２の両方を同時に考慮して設計されるもので、複数
の位相レベルを有しており、位相格子の１周期を複数の
区間に分割して各区間毎に位相レベルを決定したもので
ある。位相格子の設計には反復的最適化手法を用いる必
要があり、例えば、シミュレーテッドアニーリグ法を用
いることができる。シミュレーテッドアニーリグ法の基
本的な考えは、例えば、Journal of Optical Society o
f America A/Vol. 5，No.1/January 1998，pp30-38、に
紹介されている。設計においては、位相格子の位相分布
は階段状にディジタイズ（量子化）されたものであると
する。設計パラメータは、位相が変化する位置の座標と
位相値である。スカラー光学理論の範疇では、ｍ次の回
折光強度Ｉｍは、次式で計算できる。 Ｉｍ＝（１／ｐ）∫ｅｘｐ（ｊ（φ（ｘ）＋２πｍｘ／ｐ））ｄｘ ・・・（６） ここで、ｐは格子の１周期の長さである。φ（ｘ）は量
子化された位相分布であり、φ（ｘ）＝２π（ｎ（λ）
−１）ｈ（ｘ）／λである。λは波長、ｎ（λ）は格子
媒体の屈折率、ｘは位置座標である。すなわち、Ｉｍは
波長λの関数である。２波長の場合には、それぞれの波
長に対する位相分布φ１（ｘ）、φ２（ｘ）は以下のよ
うに与えられる。 φ１（ｘ）＝２π（ｎ（λ１）−１）ｈ（ｘ）／λ１ ・・・（７） φ２（ｘ）＝２π（ｎ（λ２）−１）ｈ（ｘ）／λ２ ・・・（８） また、２波長で機能する格子の設計に用いる評価関数Ｆ
（ｍｅｒｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を以下のように定義
する。 Ｆ＝ｗ１Σ（Ｉｍ（λ１）−α（λ１））2 ＋ｗ２ΣＩｍ（λ１）2 ＋ｗ３Σ（Ｉｍ（λ２）−α（λ２））2 ＋ｗ４ΣＩｍ（λ２）2 ・・・（９） ここで、ｗ１、ｗ２、ｗ３，ｗ４は重み係数であり、競
合する２つの波長間の回折特性のバランスをとるための
係数である。（９）式において、第１項及び第２項は、
波長λ１に対して要求される分岐性能を実現するための
ものである。第１項は加工に必要な回折ビームへできる
だけ多くのエネルギーを均等に分配するためにあり、第
２項は加工に不要な回折ビームの強度を抑制するために
ある。他方、第３項及び第４項は波長λ２に対して要求
される分岐性能を実現するためのものである。第３項は
加工に必要な回折ビームへできるだけ多くのエネルギー
を均等に分配するためにあり、第４項は加工に不要な回
折ビームの強度を抑制するためにある。式（９）におい
て、「α（ ）」は目標とする回折光強度である。Σ
は、注目する複数の回折ビームについての和をとること
を表す。評価関数の定義はさまざまであり、上式の定義
は一例にすぎない。設計が収束するための因子として、
初期位相分布、アニーリング条件、重み係数がある。ま
た、最大位相変調深さは、例えば、２つの波長のうち、
長い方で２πとなるように選ぶことができる。
【００２３】位相格子の設計にあたっては、波長に依存
する格子媒体の屈折率を考慮する必要がある。例えば、
格子媒体を溶融石英とすると、その屈折率は、１．４５
（波長１０６４ｎｍに対して）、１．４６（波長５３２
ｎｍに対して）、１．４８（波長３５５ｎｍに対し
て）、１．５０（波長２６６ｎｍに対して）となってい
る。
する格子媒体の屈折率を考慮する必要がある。例えば、
格子媒体を溶融石英とすると、その屈折率は、１．４５
（波長１０６４ｎｍに対して）、１．４６（波長５３２
ｎｍに対して）、１．４８（波長３５５ｎｍに対し
て）、１．５０（波長２６６ｎｍに対して）となってい
る。
【００２４】次に、実施の形態１で使用可能な位相格子
の設計事例の３例を以下に示す。 （ａ）λ１＝１０６４ｎｍとλ２＝５３２ｎｍの組み合
わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０，±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０，±２、±４、±６、±８ １周期当たりの分割数：４０ 位相レベル数：３２（値＝０〜３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８１％、均
一性０．９２ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８５％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図２
に、そして位相格子の回折光強度分布を図３にそれぞれ
示す。
の設計事例の３例を以下に示す。 （ａ）λ１＝１０６４ｎｍとλ２＝５３２ｎｍの組み合
わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０，±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０，±２、±４、±６、±８ １周期当たりの分割数：４０ 位相レベル数：３２（値＝０〜３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８１％、均
一性０．９２ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８５％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図２
に、そして位相格子の回折光強度分布を図３にそれぞれ
示す。
【００２５】（ｂ）λ１＝１０６４ｎｍとλ２＝３５５
ｎｍの組み合わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０、±３、±６、±９、±１２ １周期当たりの分割数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８６％、均
一性０．９５ 波長３５５ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９８ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図４
に、そして位相格子の回折光強度分布を図５にそれぞれ
示す。
ｎｍの組み合わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０、±３、±６、±９、±１２ １周期当たりの分割数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８６％、均
一性０．９５ 波長３５５ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９８ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図４
に、そして位相格子の回折光強度分布を図５にそれぞれ
示す。
【００２６】（ｃ）λ１＝１０６４ｎｍとλ２＝２６６
ｎｍの組み合わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０、±４、±８、±１２、±１６ １周期当たりの分割数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均
一性０．９６ 波長２６６ｎｍに対する特性：光利用効率８３％、均一
性０．９４ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図６
に、そして位相格子の回折光強度分布を図７にそれぞれ
示す。
ｎｍの組み合わせの場合 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０、±４、±８、±１２、±１６ １周期当たりの分割数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均
一性０．９６ 波長２６６ｎｍに対する特性：光利用効率８３％、均一
性０．９４ なお、この場合における位相格子の位相分布図を図６
に、そして位相格子の回折光強度分布を図７にそれぞれ
示す。
【００２７】また、実際の位相格子の深さｈは次式から
決まる。 ｈ＝（φ／２π）・（λ／（ｎ−１）） ＝（Ｎ／Ｑ）・（λ／（ｎ−１）） ・・・（１０） ここで、φは位相変調深さ、λは波長、ｎは材料の屈折
率で、Ｎは位相値（Ｎ＝０，１，２・・・（Ｑ−
１））、Ｑは位相レベル数である。前述の設計事例
（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合、波長λ１＝１０６４ｎｍに
対して、最大位相変調深さを２πと定め、位相レベル数
はどの場合にもＱ＝３２とした。位相格子の材料を溶融
石英とするとｎ＝１．４５（波長１０６４ｎｍに対し
て）であるから、所要の格子深さはｈは２２９１ｎｍと
なる。この格子深さは、波長５３２ｎｍに対して４．１
πの最大位相変調深さを、波長３５５ｎｍに対して６．
４πの最大位相変調深さを、波長２６６ｎｍに対して
８．９πの最大位相変調深さをそれぞれ与える。
決まる。 ｈ＝（φ／２π）・（λ／（ｎ−１）） ＝（Ｎ／Ｑ）・（λ／（ｎ−１）） ・・・（１０） ここで、φは位相変調深さ、λは波長、ｎは材料の屈折
率で、Ｎは位相値（Ｎ＝０，１，２・・・（Ｑ−
１））、Ｑは位相レベル数である。前述の設計事例
（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合、波長λ１＝１０６４ｎｍに
対して、最大位相変調深さを２πと定め、位相レベル数
はどの場合にもＱ＝３２とした。位相格子の材料を溶融
石英とするとｎ＝１．４５（波長１０６４ｎｍに対し
て）であるから、所要の格子深さはｈは２２９１ｎｍと
なる。この格子深さは、波長５３２ｎｍに対して４．１
πの最大位相変調深さを、波長３５５ｎｍに対して６．
４πの最大位相変調深さを、波長２６６ｎｍに対して
８．９πの最大位相変調深さをそれぞれ与える。
【００２８】上記のようにして設計された位相格子の製
作は、例えば、まず、マスク露光あるいはレーザー描画
により石英基板上のレジスト膜をパターニングし、その
後、得られたレジストパターンを石英基板へイオンエッ
チングにより転写して、石英基板上に表面凹凸型格子を
形成することによって行われる。
作は、例えば、まず、マスク露光あるいはレーザー描画
により石英基板上のレジスト膜をパターニングし、その
後、得られたレジストパターンを石英基板へイオンエッ
チングにより転写して、石英基板上に表面凹凸型格子を
形成することによって行われる。
【００２９】図８には上記設計条件（ａ）に基づくの位
相格子を使用した場合における２つの波長のレーザービ
ームアレイの被加工物上での照射位置を例示した。ここ
では、波長λ１のレーザービームアレイの集光スポット
Ｓ１の中に、波長λ２のレーザービームアレイの集光ス
ポットＳ２が位置し、集光スポットＳ１とＳ２が重なっ
た状態となっている。これによれば、波長λ１のレーザ
ーで被加工物の加工部位を加熱しながら、波長λ２のレ
ーザーで被加工物の加工（穴あけ等）を行うことが可能
となる。
相格子を使用した場合における２つの波長のレーザービ
ームアレイの被加工物上での照射位置を例示した。ここ
では、波長λ１のレーザービームアレイの集光スポット
Ｓ１の中に、波長λ２のレーザービームアレイの集光ス
ポットＳ２が位置し、集光スポットＳ１とＳ２が重なっ
た状態となっている。これによれば、波長λ１のレーザ
ーで被加工物の加工部位を加熱しながら、波長λ２のレ
ーザーで被加工物の加工（穴あけ等）を行うことが可能
となる。
【００３０】以上のように、上記設計条件（ａ）（ｂ）
（ｃ）のように設計された位相格子を使用することで、
光を効率的に利用でき、また光強度が相対的に高くて均
一なレーザービームアレイが得られ、被加工物上の複数
箇所を均一に同時加工することが可能となる。
（ｃ）のように設計された位相格子を使用することで、
光を効率的に利用でき、また光強度が相対的に高くて均
一なレーザービームアレイが得られ、被加工物上の複数
箇所を均一に同時加工することが可能となる。
【００３１】実施の形態２ （波長の異なる２組のレーザービームアレイを被加工物
上の異なる位置に照射する場合）この場合には２つの波
長λ１とλ２の間に特に制約はない。しかし、これらの
レーザービームアレイを特定の条件下（光利用効率、光
強度分布、照射位置等に関する条件）で被加工物上に照
射するためには、それに合わせて使用する位相格子を設
計及び製作することが必要となる。
上の異なる位置に照射する場合）この場合には２つの波
長λ１とλ２の間に特に制約はない。しかし、これらの
レーザービームアレイを特定の条件下（光利用効率、光
強度分布、照射位置等に関する条件）で被加工物上に照
射するためには、それに合わせて使用する位相格子を設
計及び製作することが必要となる。
【００３２】波長の異なる２組のレーザービームアレイ
を被加工物上の異なる位置に照射する場合に使用する位
相格子の設計条件の３例を以下に記す。なお、波長の組
み合わせは，いずれの場合も、λ１＝１０６４ｎｍ、λ
２＝５３２ｎｍとする。
を被加工物上の異なる位置に照射する場合に使用する位
相格子の設計条件の３例を以下に記す。なお、波長の組
み合わせは，いずれの場合も、λ１＝１０６４ｎｍ、λ
２＝５３２ｎｍとする。
【００３３】（ｄ）の例 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０，±１、±２、±３、±４ １周期当たりの区間数：３６ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８５％、均
一性０．９０ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９２ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
９に示す。
一性０．９０ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９２ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
９に示す。
【００３４】（ｅ）の例 ビーム分岐数：１３ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４、±５、
±６ ｍ２＝０，±１、±２、±３、±４、±５、±６ １周期当たりの区間数：４０ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８３％、均
一性０．９４ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８６％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
１０に示す。
±６ ｍ２＝０，±１、±２、±３、±４、±５、±６ １周期当たりの区間数：４０ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８３％、均
一性０．９４ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８６％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
１０に示す。
【００３５】（ｆ）の例 ビーム分岐数：１７ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４、±５、
±６、±７、±８ ｍ２＝０，±１、±２、±３、±４、±５、±６、±
７、±８ １周期当たりの区間数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８５％、均
一性０．９２ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
１１に示す。
±６、±７、±８ ｍ２＝０，±１、±２、±３、±４、±５、±６、±
７、±８ １周期当たりの区間数：４２ 位相レベル数：３２（値０−３１） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率８５％、均
一性０．９２ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率８４％、均一
性０．９５ なお、この場合における位相格子の回折光強度分布を図
１１に示す。
【００３６】図１２には上記設計条件（ｄ）に基づく位
相格子を使用した場合における２つの波長のレーザービ
ームアレイの照射位置を例示した。ここでは、波長λ１
のレーザービームアレイの集光スポットＳ１と、波長λ
２のレーザービームアレイの集光スポットＳ２が重なる
場合と、集光スポットＳ２が集光スポットＳ１の間に来
るばあいとが生じている。この場合、例えば、重なった
集光スポットで深穴加工を、重なっていない集光スポッ
トで浅穴加工をすることが考えられる。また、２つの波
長に対してビーム分岐数を相違させ、例えば、１０６４
ｎｍについては９分岐、５３２ｎｍについては１７分岐
等とすると、深い穴と浅い穴を交互に並べて加工するこ
とができる。
相格子を使用した場合における２つの波長のレーザービ
ームアレイの照射位置を例示した。ここでは、波長λ１
のレーザービームアレイの集光スポットＳ１と、波長λ
２のレーザービームアレイの集光スポットＳ２が重なる
場合と、集光スポットＳ２が集光スポットＳ１の間に来
るばあいとが生じている。この場合、例えば、重なった
集光スポットで深穴加工を、重なっていない集光スポッ
トで浅穴加工をすることが考えられる。また、２つの波
長に対してビーム分岐数を相違させ、例えば、１０６４
ｎｍについては９分岐、５３２ｎｍについては１７分岐
等とすると、深い穴と浅い穴を交互に並べて加工するこ
とができる。
【００３７】以上のように、上記設計条件（ｄ）（ｅ）
（ｆ）の位相格子を使用することで、光を効率よく利用
し、しかも光強度が相対的に高くてほぼ均一なレーザー
ビームアレイが得られ、複数箇所を均一に同時加工する
ことが可能となる。
（ｆ）の位相格子を使用することで、光を効率よく利用
し、しかも光強度が相対的に高くてほぼ均一なレーザー
ビームアレイが得られ、複数箇所を均一に同時加工する
ことが可能となる。
【００３８】次に、レーザービームアレイの被加工物上
での集光スポットの大きさｗを検討してみる。集光スポ
ットの大きさｗは以下の式から見積もることができる。 ｗ＝２λｆ／Ｄ ・・・（１１） ただし、λはレーザーの波長、ｆはレンズ焦点距離、Ｄ
は位相格子へ入射するレーザーのビーム直径である。２
つの波長λ１とλ２のレーザービームの集光スポット径
を所定の大きさにするには、それぞれの光路中にビーム
拡大器を配置して、ビーム直径を独立に調節すればよ
い。このことは、実施の形態１及び２のいずれにも適用
できる。
での集光スポットの大きさｗを検討してみる。集光スポ
ットの大きさｗは以下の式から見積もることができる。 ｗ＝２λｆ／Ｄ ・・・（１１） ただし、λはレーザーの波長、ｆはレンズ焦点距離、Ｄ
は位相格子へ入射するレーザーのビーム直径である。２
つの波長λ１とλ２のレーザービームの集光スポット径
を所定の大きさにするには、それぞれの光路中にビーム
拡大器を配置して、ビーム直径を独立に調節すればよ
い。このことは、実施の形態１及び２のいずれにも適用
できる。
【００３９】図１３はレーザー加工装置の波長λ１、λ
２のそれぞれのレーザービーム路にビーム幅を調節する
ビーム拡大器１６、１７を配置した例を示す構成図であ
る。これらのビーム拡大器１６、１７を調整すること
で、ビーム波面の曲率半径を独立に変えることができ
る。この性質と回折次数の選択とにより、二つの波長が
整数倍の関係にない組み合わせに対しても、それぞれの
波長の回折ビームアレイを加工面上の同じ場所へ重ねる
ことが可能となる。また、被加工物２０上での波長λ１
の集光スポットと波長λ２の集光スポットの径を同じ大
きさにして、より高精度かつ高効率の加工を行うことも
可能となる。２つの波長λ１，λ２のレーザービームの
集光スポットの径を同じ大きさにするためには、式（１
１）から、以下の関係が満足されるように、各々の波長
に対するレーザーのビーム直径Ｄ１、Ｄ２を定める必要
がある。 Ｄ１／Ｄ２＝λ１／λ２ ・・・（１２）
２のそれぞれのレーザービーム路にビーム幅を調節する
ビーム拡大器１６、１７を配置した例を示す構成図であ
る。これらのビーム拡大器１６、１７を調整すること
で、ビーム波面の曲率半径を独立に変えることができ
る。この性質と回折次数の選択とにより、二つの波長が
整数倍の関係にない組み合わせに対しても、それぞれの
波長の回折ビームアレイを加工面上の同じ場所へ重ねる
ことが可能となる。また、被加工物２０上での波長λ１
の集光スポットと波長λ２の集光スポットの径を同じ大
きさにして、より高精度かつ高効率の加工を行うことも
可能となる。２つの波長λ１，λ２のレーザービームの
集光スポットの径を同じ大きさにするためには、式（１
１）から、以下の関係が満足されるように、各々の波長
に対するレーザーのビーム直径Ｄ１、Ｄ２を定める必要
がある。 Ｄ１／Ｄ２＝λ１／λ２ ・・・（１２）
【００４０】実施の形態３ 図１４は本発明の更に別の態様を示す構成図である。こ
こでのレーザー加工装置は、複数種類の波長のレーザー
を発振できる１台の第３のレーザー発振器２１と、先に
説明した異なる２つの波長に対して作用するように設計
した位相格子１４と、色消しレンズからなる集光レンズ
１５とから構成される。図１４は、２つの波長（λ１，
λ２）を同じタイミングで発振するタイプのレーザー発
振器を用い、波長λ１のパルスと波長λ２のパルスを同
時に被加工物２０に照射する場合のレーザー加工装置の
例である。
こでのレーザー加工装置は、複数種類の波長のレーザー
を発振できる１台の第３のレーザー発振器２１と、先に
説明した異なる２つの波長に対して作用するように設計
した位相格子１４と、色消しレンズからなる集光レンズ
１５とから構成される。図１４は、２つの波長（λ１，
λ２）を同じタイミングで発振するタイプのレーザー発
振器を用い、波長λ１のパルスと波長λ２のパルスを同
時に被加工物２０に照射する場合のレーザー加工装置の
例である。
【００４１】一方、波長λ１と波長λ２の２種類のレー
ザービームのパルスを時間帯を変えて被加工物に照射さ
せる場合には、図１４の装置のレーザービーム路に、特
定波長（λ１又はλ２）のレーザービームをそれぞれ個
別に取り出す分光手段を配置する必要がある。図１５
は、特定波長（λ１又はλ２）を透過するフィルタを交
互に備えた回転円盤２２を配置したレーザー加工装置で
あって、回転円盤２２が波長λ１のパルスと波長λ２の
パルスを交互に取り出す機能を果たしている。
ザービームのパルスを時間帯を変えて被加工物に照射さ
せる場合には、図１４の装置のレーザービーム路に、特
定波長（λ１又はλ２）のレーザービームをそれぞれ個
別に取り出す分光手段を配置する必要がある。図１５
は、特定波長（λ１又はλ２）を透過するフィルタを交
互に備えた回転円盤２２を配置したレーザー加工装置で
あって、回転円盤２２が波長λ１のパルスと波長λ２の
パルスを交互に取り出す機能を果たしている。
【００４２】ここで、回転円盤２２の例を図１６に示
す。この回転円盤２２では、角度θ１ラジアンの領域で
λ１の波長のビームを透過し、角度θ２ラジアンの領域
でλ２の波長のビームを透過する。この回転円盤の角速
度ωは、次式で表せる。 ω＝θ１／Δｔ１＝＝θ２／Δｔ２ ・・・（１３） 従って、例えば、 ・発振周波数１ｋＨｚ（１０００パルス／秒） ・１００パルス毎にλ１とλ２のレーザービームを交互
に透過させる ・Δｔ１＝Δｔ２＝０．１秒 ・θ１＝θ２＝π とすると、ω＝１０πラジアン／秒、となる。
す。この回転円盤２２では、角度θ１ラジアンの領域で
λ１の波長のビームを透過し、角度θ２ラジアンの領域
でλ２の波長のビームを透過する。この回転円盤の角速
度ωは、次式で表せる。 ω＝θ１／Δｔ１＝＝θ２／Δｔ２ ・・・（１３） 従って、例えば、 ・発振周波数１ｋＨｚ（１０００パルス／秒） ・１００パルス毎にλ１とλ２のレーザービームを交互
に透過させる ・Δｔ１＝Δｔ２＝０．１秒 ・θ１＝θ２＝π とすると、ω＝１０πラジアン／秒、となる。
【００４３】なお、第３のレーザー発振器２１が、２種
類の波長のレーザーを異なるタイミングで出射する場合
には、回転円盤２２は不要である。
類の波長のレーザーを異なるタイミングで出射する場合
には、回転円盤２２は不要である。
【００４４】実施の形態３のレーザー加工装置は、使用
されるレーザー発振器が１台だけのため、その分装置の
構成が簡略化できる。
されるレーザー発振器が１台だけのため、その分装置の
構成が簡略化できる。
【００４５】なお、上記各実施の形態では、位相格子１
４を集光レンズ１５の手前に配置したが、位相格子１４
を集光レンズ１５と被加工物２０との間に配置して、そ
の位相格子１４の位置を光軸方向に変えることにより、
被加工物上での分岐レーザービームの照射間隔を調節す
ることも可能である。
４を集光レンズ１５の手前に配置したが、位相格子１４
を集光レンズ１５と被加工物２０との間に配置して、そ
の位相格子１４の位置を光軸方向に変えることにより、
被加工物上での分岐レーザービームの照射間隔を調節す
ることも可能である。
【００４６】また、上記各実施の形態では１次元の位相
格子の事例をとり上げたが、２次元の位相格子に対して
も同様の考え方を適用することができる。
格子の事例をとり上げたが、２次元の位相格子に対して
も同様の考え方を適用することができる。
【００４７】また、上記各位相格子の設計において、設
計時の諸条件（位相変調深さ、位相レベル数、周期あた
りの区間数等）、波長及び特性に対する重み付けを違え
ることにより、達成される特性は変化する。例えば、上
記の位相格子設計条件では、分岐レーザービームをほぼ
均一（均一性≧０．９０）としたが、あえて不均一にす
ることも可能である。更には、２つの波長間で分岐性能
に差を持たせることも可能である。
計時の諸条件（位相変調深さ、位相レベル数、周期あた
りの区間数等）、波長及び特性に対する重み付けを違え
ることにより、達成される特性は変化する。例えば、上
記の位相格子設計条件では、分岐レーザービームをほぼ
均一（均一性≧０．９０）としたが、あえて不均一にす
ることも可能である。更には、２つの波長間で分岐性能
に差を持たせることも可能である。
【００４８】また、異なる３つ以上の波長に対して機能
する位相格子を作ることも可能であり、本発明は使用す
る波長の個数に制限されるものではない。
する位相格子を作ることも可能であり、本発明は使用す
る波長の個数に制限されるものではない。
【００４９】参考までに、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、
３５５ｎｍの３つの波長を使用する場合の位相格子の設
計事例（ｇ）を示す。 （ｇ）の例 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０，±２、±４、±６、±８ ｍ３＝０，±３、±６、±９、±１２ １周期当たりの区間数：８０ 位相レベル数：６４（値０−６３） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率７３％、均
一性０．８６ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率７８％、均一
性０．９５ 波長３５５ｎｍに対する特性：光利用効率８０％、均一
性０．９８ この場合における位相格子の回折光強度分布は図１７に
示される。
３５５ｎｍの３つの波長を使用する場合の位相格子の設
計事例（ｇ）を示す。 （ｇ）の例 ビーム分岐数：９ 回折次数：ｍ１＝０、±１、±２、±３、±４ ｍ２＝０，±２、±４、±６、±８ ｍ３＝０，±３、±６、±９、±１２ １周期当たりの区間数：８０ 位相レベル数：６４（値０−６３） 最大位相変調深さ：１０６４ｎｍに対して２π 波長１０６４ｎｍに対する特性：光利用効率７３％、均
一性０．８６ 波長５３２ｎｍに対する特性：光利用効率７８％、均一
性０．９５ 波長３５５ｎｍに対する特性：光利用効率８０％、均一
性０．９８ この場合における位相格子の回折光強度分布は図１７に
示される。
【００５０】
【発明の効果】本発明のレーザー加工方法によれば、共
通の位相格子により波長の異なる複数のレーザーをそれ
ぞれ所定の態様のレーザービームアレイに分岐させてい
るため、レーザー加工装置の構成を簡素化することがで
きる。また、本発明のレーザー加工装置は、従来の構成
に比べて光学系が簡素化され、光学系の調整や加工条件
の適正化をより簡単に行うことが可能となった。
通の位相格子により波長の異なる複数のレーザーをそれ
ぞれ所定の態様のレーザービームアレイに分岐させてい
るため、レーザー加工装置の構成を簡素化することがで
きる。また、本発明のレーザー加工装置は、従来の構成
に比べて光学系が簡素化され、光学系の調整や加工条件
の適正化をより簡単に行うことが可能となった。
【図１】実施の形態１，２で使用するレーザー加工装置
の構成図。
の構成図。
【図２】設計条件（ａ）の位相格子の位相分布図。
【図３】設計条件（ａ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図４】設計条件（ｂ）の位相格子の位相分布図。
【図５】設計条件（ｂ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図６】設計条件（ｃ）の位相格子の位相分布図。
【図７】設計条件（ｃ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図８】設計条件（ａ）の位相格子を使用した場合にお
ける２つの波長のレーザービームアレイの照射位置を示
す図。
ける２つの波長のレーザービームアレイの照射位置を示
す図。
【図９】設計条件（ｄ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図１０】設計条件（ｅ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図１１】設計条件（ｆ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図１２】設計条件（ｄ）の位相格子を使用した場合に
おける２つの波長のレーザービームアレイの照射位置を
示す図。
おける２つの波長のレーザービームアレイの照射位置を
示す図。
【図１３】図１の構成にビーム拡大器を加えたレーザー
加工装置の構成図。
加工装置の構成図。
【図１４】実施の形態３で使用するレーザー加工装置の
構成図。
構成図。
【図１５】図１４の構成に特定波長透過フィルタを備え
た回転円盤を加えたレーザー加工装置の構成図。
た回転円盤を加えたレーザー加工装置の構成図。
【図１６】特定波長透過フィルタを備えた回転円盤の一
例を示す図。
例を示す図。
【図１７】設計条件（ｇ）の位相格子の回折光強度分布
図。
図。
【図１８】波長の異なる複数のレーザー光を用いて被加
工物を加工する従来の加工装置の例を示す構成図。
工物を加工する従来の加工装置の例を示す構成図。
１１...第１のレーザー発振器 １２...第２のレーザー発振器 １３...光路合成ミラー １４...位相格子 １５...集光レンズ １６...ビーム拡大器 １７...ビーム拡大器 ２０...被加工物 ２１...第３のレーザー発振器 ２２...特定波長透過フィルタを備えた回転円盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中尾 斉 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA33 AA37 AA45 AA48 AA50 AA51 4E068 CA07 CA09 CA11 CD01 CD04 CD05 CD13
Claims (14)
- 【請求項１】 波長の異なる複数のレーザービームを共
通の位相格子を利用してそれぞれ所定の態様に分岐さ
せ、それらの分岐レーザービームを被加工物の加工位置
に集光照射して該被加工物を加工することを特徴とする
レーザー加工方法。 - 【請求項２】 波長の異なる分岐レーザービームの前記
被加工物上での照射位置を重ね合わせることを特徴とす
る請求項１に記載のレーザー加工方法。 - 【請求項３】 レーザービームの前記位相格子への光路
にレーザービームのビーム径を調節するビーム調節器を
配置して、各分岐レーザービームの前記被加工物への集
光スポット径を一致させることを特徴とする請求項２に
記載のレーザー加工方法。 - 【請求項４】 各分岐レーザービームの光強度をほぼ均
一にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載のレーザー加工方法。 - 【請求項５】 前記位相格子をレーザービームを集光す
る集光器と被加工物との間に配置して、前記被加工物へ
の照射位置を調節することを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載のレーザー加工方法。 - 【請求項６】 前記複数のレーザービームとして、波長
の異なる２種類のレーザービームを利用することを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザー加工
方法。 - 【請求項７】 波長の異なる複数のレーザービームを取
り出すための少なくとも１台のレーザー発振器と、波長
の異なるレーザービームをそれぞれ所定の態様に分岐さ
せる共通の位相格子と、レーザービームを集光する集光
器とを備えたことを特徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項８】 前記レーザー発振器として、波長の異な
る複数のレーザービームを発振する１台のレーザー発振
器を備えたことを特徴とする請求項７に記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項９】 前記レーザー発振器として、波長の異な
るレーザービーム毎に対応するレーザービームを発振す
るレーザー発振器をそれぞれ備えたことを特徴とする請
求項７に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１０】 前記波長の異なるレーザービームが波
長λ１と波長λ２の２種類のレーザービームであり、ｍ
１λ１＝ｍ２λ２（ただし、ｍ１，ｍ２は前記位相格子
により分岐された分岐レーザービームの回折次数）を満
足することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記
載のレーザー加工装置。 - 【請求項１１】 レーザービームの前記位相格子への光
路にレーザービームのビーム径を調節するビーム調節器
を配置したことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれ
かに記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１２】 前記位相格子を前記集光器と前記被加
工物との間に光軸方向へ移動可能に配置したことを特徴
とする項７乃至１１のいずれかに記載のレーザー加工装
置。 - 【請求項１３】 前記集光器を色消しレンズから構成し
たことを特徴とする請求項７乃至１２に記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項１４】 異なる波長のパルスを時分割でそれぞ
れ個別に取り出す分光装置を、前記レーザー発振器と前
記位相格子との間に配置したことを特徴とする請求項８
記載のレーザー加工装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001212666A JP3820930B2 (ja) | 2000-08-02 | 2001-07-12 | レーザー加工方法及び加工装置 |
| US09/919,876 US6507003B2 (en) | 2000-08-02 | 2001-08-02 | Method and apparatus for laser processing |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000233822 | 2000-08-02 | ||
| JP2000-233822 | 2000-08-02 | ||
| JP2001212666A JP3820930B2 (ja) | 2000-08-02 | 2001-07-12 | レーザー加工方法及び加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113589A true JP2002113589A (ja) | 2002-04-16 |
| JP3820930B2 JP3820930B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=26597206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001212666A Expired - Fee Related JP3820930B2 (ja) | 2000-08-02 | 2001-07-12 | レーザー加工方法及び加工装置 |
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| US (1) | US6507003B2 (ja) |
| JP (1) | JP3820930B2 (ja) |
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| JP2006231628A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Murata Mfg Co Ltd | セラミックグリーンシートの加工方法 |
| JP2007007660A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Olympus Corp | レーザ加工装置 |
| JP2009269089A (ja) * | 2008-05-02 | 2009-11-19 | Leister Process Technologies | レーザ駆動方法及びその装置 |
| JP2010046703A (ja) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Disco Abrasive Syst Ltd | レーザー加工装置及びレーザー加工方法 |
| JP2016523710A (ja) * | 2013-03-22 | 2016-08-12 | エム−ソルヴ・リミテッド | 複数のレーザビーム群を形成するための装置及び方法 |
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| JP2003200279A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-07-15 | Seiko Epson Corp | 基板の電気配線切断方法及びその装置、並びに電子デバイスの製造方法及びその装置 |
| WO2004027464A1 (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 回折光学素子とその形成方法 |
| DE10333770A1 (de) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Carl Zeiss Meditec Ag | Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserimpulsen grosser spektraler Bandbreite und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| US20060054604A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Saunders Richard J | Laser process to produce drug delivery channel in metal stents |
| JP5025158B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2012-09-12 | 日立造船株式会社 | レーザ加工方法及び装置 |
| US8116341B2 (en) * | 2007-05-31 | 2012-02-14 | Electro Scientific Industries, Inc. | Multiple laser wavelength and pulse width process drilling |
| WO2010063828A1 (en) * | 2008-12-05 | 2010-06-10 | Micronic Laser Systems Ab | Methods and apparatuses for increasing available power in optical systems |
| JP5814371B2 (ja) | 2010-09-21 | 2015-11-17 | 中国科学院理化技術研究所 | レーザマイクロ・ナノ加工方法 |
| WO2012041711A1 (de) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Anordnung und verfahren zur erzeugung eines lichtstrahles für die materialbearbeitung |
| US8896909B2 (en) | 2010-11-04 | 2014-11-25 | Micronic Ab | Method and device scanning a two-dimensional brush through an acousto-optic deflector (AOD) having an extended field in a scanning direction |
| EP2659305B1 (en) | 2010-11-04 | 2017-01-04 | Micronic Mydata AB | Method and device scanning a two-dimensional brush through an acousto-optic deflector (aod) having an extended field in a scanning direction |
| US9346122B1 (en) | 2013-01-08 | 2016-05-24 | Universal Laser Systems, Inc. | Multi-wavelength laser processing systems and associated methods of use and manufacture |
| RU2580180C2 (ru) * | 2014-03-06 | 2016-04-10 | Юрий Александрович Чивель | Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления |
| CN105140769B (zh) * | 2015-09-28 | 2018-06-26 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种光谱合成光束重叠检测调整装置 |
| JP7499562B2 (ja) * | 2015-10-30 | 2024-06-14 | シューラット テクノロジーズ，インク． | 付加製造システム及び方法 |
| US10799986B2 (en) * | 2016-06-27 | 2020-10-13 | Illinois Tool Works Inc. | Wide path welding, cladding, additive manufacturing |
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| EP3685954B1 (en) * | 2019-01-22 | 2024-01-24 | Synova S.A. | Method for cutting a workpiece with a complex fluid-jet-guided laser beam |
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-
2001
- 2001-07-12 JP JP2001212666A patent/JP3820930B2/ja not_active Expired - Fee Related
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