JP2009125761A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのレーザ光を複数に分光し、被加工物上に同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、分光された各レーザ光の被加工物上での照射領域の大きさを等しくすることができるレーザ加工装置を得ること。
【解決手段】分光された複数のレーザ光のうちのレーザ光Ｌαの光路上に配置され、レーザ光Ｌαの被加工物１２上でのビーム径を変化させる焦点差補正鏡２５ａと、焦点差補正鏡２５ａのメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位置を変化させないように、焦点差補正鏡２５ａの反射面のメリジオナル方向とサジタル方向の曲率を変化させる焦点差補正鏡制御機能５２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、被加工物に対する穴あけ加工を主目的とするレーザ加工装置に関するものである。

従来のレーザ加工装置には、レーザ光源からの１つのレーザ光を分光ミラーで複数に分光し、分光した複数のレーザ光をそれぞれｆθレンズの入射側に配置した複数のガルバノスキャナ系に導き、これらの複数のガルバノスキャナ系によってレーザ光を走査することによって、被加工物上の異なる複数の領域にレーザ光を照射することが可能な構成のものが存在する。しかし、このような構成のレーザ加工装置では、分光ミラーによって分光された２つのレーザ光は、異なった光路を経由しているため、通過する光学部品の製作精度のばらつきによって集光特性が変化し、２つのレーザ光の結像位置が異なる場合があり、加工品質（穴径、穴深さ、真円度など）に差異が生じる可能性があった。そこで、従来では、少なくとも一方のレーザ光の光路上に、レーザ光の結像位置を変化させるための可変形ミラーを挿入した構成のレーザ加工装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

国際公開第２００４／１０１２１１号パンフレット

ところで、上記特許文献１には、レーザ光の光路上に可変形ミラーを挿入する構成について記載されているが、この可変形ミラーの反射面形状をどのように変化させることによって、分光された２つのレーザ光の結像位置（焦点）を調整するのかについては開示されていなかった。たとえば可変形ミラーを単純な凹面形状や凸面形状に変形した場合には、メリジオナル方向とサジタル方向で収差が発生してしまうので、このような単純な変形で２つのレーザ光の結像位置を調整することはできないという問題点があった。つまり、レーザ光にメリジオナル方向とサジタル方向の収差を発生させることなく、２つのレーザ光の結像位置を調整する技術、より具体的には２つのレーザ光の被加工物上での照射領域の大きさを等しくする技術が求められていた。

また、レーザ光の被加工物上での照射位置を制御するガルバノスキャナのガルバノミラーは、薄くそして軽く作られることに主眼が置かれており、その平面形状には各ガルバノミラー間で多少のばらつきが存在している。その結果、各ガルバノスキャナで反射されるレーザ光には、メリジオナル方向とサジタル方向で収差（非点）が発生してしまう。そして、この収差が発生すると、レーザ光の結像形状が理想的な円形状から楕円形状へとずれてしまい、加工品質が劣化してしまうという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、レーザ光源からの１つのレーザ光を複数に分光し、被加工物上に同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、分光された各レーザ光の被加工物上での照射領域の大きさを等しくすることができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。また、光路に配置された光学部品によって生じる収差で変形した結像形状を補正することができるレーザ加工装置を得ることも目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるレーザ加工装置は、第１の偏向手段でレーザ光を複数のレーザ光に分光し、第２の偏向手段で異なる複数の光路を経由してきた前記複数のレーザ光を混合し、前記複数のレーザ光をそれぞれ走査して、テーブル上に配置された被加工物上の異なる位置に同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、分光された前記複数のレーザ光の少なくとも１つの光路上に、該光路を経由するレーザ光の前記被加工物上でのビーム径を変化させる焦点差補正鏡と、前記被加工物上での前記レーザ光の照射面内で照射面の中心を通り互いに直交する２つの方向を第１と第２の方向とし、これらの第１と第２の方向に対応する前記焦点差補正鏡の反射面内での第３と第４の方向における前記焦点差補正鏡の曲率をそれぞれＲ_M2，Ｒ_S2とし、前記レーザ光の前記焦点差補正鏡に対する入射角をθとしたときに、下記式（１）にしたがって、前記焦点差補正鏡の前記第３および第４の方向の曲率を変化させる焦点差補正鏡制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、分光された複数のレーザ光の被加工物上での照射領域が同じ大きさとなるように反射面が制御された焦点差補正鏡を備えるようにしたので、複数のレーザ光による加工品質を同等のものとすることができるという効果を有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレーザ加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。このレーザ加工装置は、プリント基板などの被加工物１２を載置し、水平面（ＸＹ平面）内で移動可能なＸＹテーブル１１と、レーザ光Ｌ₀を出射するレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光Ｌ₀をＸＹテーブル１１上の被加工物１２に照射するための光学系と、被加工物１２の加工制御を行うとともに試し加工時におけるＸＹテーブル１１上の加工位置を撮像するＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラなどの撮像手段４１と、レーザ加工装置全体を制御する制御部５０と、を備える。なお、この図において、被加工物１２を載置するＸＹテーブル１１の面を水平面とし、この水平面内で互いに直交する２つの軸をＸ軸とＹ軸とし、これらのＸ軸とＹ軸の両方に垂直な軸をＺ軸としている。

光学系は、レーザ発振器２０から出射されたレーザ光Ｌ₀から、被加工物１２にあける加工穴を所望の大きさ、形状にするために必要な部分のレーザ光Ｌを切取るマスク２１と、マスク２１を通過したレーザ光Ｌを、透過するレーザ光Ｌαと反射するレーザ光Ｌβとに分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏向手段２２と、分光されたレーザ光Ｌα，Ｌβを混合（ミックス）し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏向手段２８と、第２の偏向手段２８からの混合されたレーザ光Ｌα，ＬβをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂと、混合されたレーザ光Ｌα，Ｌβを被加工物１２上に集光させるｆθレンズ３１と、を備える。なお以下では、ガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂのことをメインガルバノスキャナ２９ともいう。

ここで、レーザ光Ｌαの光路上には、レーザ光Ｌαを反射させるとともに、メリジオナル平面とサジタル平面での結像位置の違いによって生じる形状を補正する収差補正鏡２４ａと、レーザ光Ｌαを反射させるとともに、レーザ光Ｌαの結像位置を変化させる焦点差補正鏡２５ａと、レーザ光ＬαをＸＹテーブル１１上の所定の方向に走査するガルバノスキャナ２６ａと、が配置されている。

また、レーザ光Ｌβの光路上には、分光されたレーザ光Ｌβを反射させて光路に導く固定ミラー２３ａと、レーザ光Ｌβを反射させるとともに、メリジオナル平面とサジタル平面での結像位置の違いによって生じる形状を補正する収差補正鏡２４ｂと、ＸＹテーブル１１上でガルバノスキャナ２６ａによるレーザ光Ｌαの走査方向とは相異なる方向にレーザ光Ｌβを走査するガルバノスキャナ２６ｂと、が配置されている。なお、以下では、ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂを副ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂともいう。

詳細は後述するが、収差補正鏡２４ａ，２４ｂは、レーザ光の被加工物１２上面での楕円形状をほぼ真円形状に補正する機能を有する。また、焦点収差補正鏡２５ａは、レーザ光Ｌαの結像位置を変化させて、レーザ光Ｌαの被加工物１２上での大きさを、レーザ光Ｌβの被加工物１２上での大きさと一致させる機能を有する。

なお、以下では、焦点差補正鏡２５ａ、副ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ、第２の偏向手段２８、メインガルバノスキャナ２９およびｆθレンズ３１を含む構成を加工ヘッドという。この加工ヘッドは、Ｚ軸方向に移動可能である。

また、この図１では簡単のため、光路上に配置される固定ミラー２３ａと、収差補正鏡２４ａ，２４ｂと、焦点差補正鏡２５ａと、ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂ，２９ａ，２９ｂとは、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβの光路をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかとほぼ平行になるように、レーザ光Ｌ，Ｌα，Ｌβを９０度の角度で曲げる（反射させる）目的で、たとえば図に示されるＸＹＺ座標系のいずれかの軸に対して、反射面がほぼ４５度の角度をなして配置される場合で説明する。また、第１の偏向手段２２で透過した側のレーザ光Ｌαは第２の偏向手段２８では反射し、第１の偏向手段２２で反射した側のレーザ光Ｌβは第２の偏向手段２８で透過するように光路が構成される。さらに、第１の偏向手段２２と第２の偏向手段２８との間で分光したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路長は同一になるように構成されている。

さらに、第１の偏向手段２２と第２の偏向手段２８との間の２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの光路上に配置される固定ミラー２３ａ、収差補正鏡２４ａ，２４ｂおよび焦点差補正鏡２５ａの合計数と、ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂの数とはともに、２つの光路で等しくなるように配置されている。さらに、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβで特性の差が出ないように、ガルバノスキャナの配置方法も工夫されている。すなわち、ｆθレンズ３１からガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂの配置位置までの光路長はともに、２つの光路で等しくなるように設計されている。

つまり、第１の偏向手段２２で透過したレーザ光Ｌαの第２の偏向手段２８までの光路上には、ｎ（ｎは自然数）枚のミラー（収差補正鏡２４ａと焦点差補正鏡２５ａ）と１つのガルバノスキャナ２６ａが設けられている。また、第１の偏向手段２２で反射したレーザ光Ｌβの第２の偏向手段２８までの光路上には、ｎ枚のミラー（固定ミラー２３ａと収差補正鏡２４ｂ）と１つのガルバノスキャナ２６ｂが設けられている。ただし、この図１の場合では、ｎ＝２枚であるが、装置構成によって、配置するミラーの数を適宜増やすことが可能である。このような構成によって、２つの光路上には同数のミラーとガルバノスキャナが配置されるので、２つの光路上を通過するレーザ光の品質を同等のものとすることができる。

また、光学系は図１に示されるように、レーザ光Ｌα用のガルバノスキャナ２６ａと、レーザ光Ｌβ用のガルバノスキャナ２６ｂとの走査方向が同一にならないように設置される。この図１の例においては、（理想的なｆθレンズ３１を仮定すると）レーザ光Ｌα用のガルバノスキャナ２６ａの走査方向は、直後でＸ方向でありＸＹテーブル１１上ではＸ方向となるように、ガルバノミラー２７ａの回転軸がＺ軸方向となるようにガルバノスキャナ２６ａが配置される。また、レーザ光Ｌβ用のガルバノスキャナ２６ｂの走査方向は、直後でＺ方向でありＸＹテーブル１１上ではＹ方向となるように、ガルバノミラー２７ｂの回転軸がＹ軸方向となるように、ガルバノスキャナ２６ｂは配置される。つまり、ガルバノスキャナ２６ａを走査することで、レーザ光ＬαをＸＹテーブル１１上のＸ軸方向に走査することができ、ガルバノスキャナ２６ｂを走査することで、レーザ光ＬβをＸＹテーブル１１上のＹ軸方向に走査することができる。

制御部５０は、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面の形状を所定の条件に基づいて変化させる収差補正鏡制御機能５１と、焦点差補正鏡２５ａの反射面の形状を所定の条件に基づいて変化させる焦点差補正鏡制御機能５２と、収差補正鏡制御機能５１および焦点差補正鏡制御機能５２で設定された収差補正鏡２４ａ，２４ｂおよび焦点差補正鏡２５ａの反射面形状で被加工物１２の穴あけ加工を行う加工制御機能５３と、を備える。なお、加工制御機能５３では、被加工物１２上の所定の位置に加工穴をあけるプログラムなどの加工情報にしたがって、レーザ発振器２０の出力を制御し、メインガルバノスキャナ２９と副ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂのガルバノミラー３０ａ，３０ｂ，２７ａ，２７ｂを回転させる。また、収差補正や焦点差補正を行う試しの加工処理時に、撮像手段４１で被加工物１２に形成した加工穴を撮像する。

つぎに、このような構成を有するレーザ加工装置のレーザ加工処理時の動作について説明する。レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌ₀は、偏光方向をＺ軸に対して４５度の向きに調整されており、マスク２１を通過して所定の大きさと形状を有するレーザ光Ｌに絞られた後、第１の偏向手段２２に入射する。第１の偏向手段２２では、偏光方向が入射面と垂直なＰ波であるレーザ光Ｌαと、偏光方向が入射面と平行なＳ波であるレーザ光Ｌβとに分光される。

レーザ光Ｌαは、第１の偏向手段２２を透過し、収差補正鏡２４ａと、焦点差補正鏡２５ａと、１つのレーザ光用のガルバノスキャナ２６ａとを経由して第２の偏向手段２８へと導かれる。また、レーザ光Ｌβは、第１の偏向手段２２で反射され、固定ミラー２３ａと、収差補正鏡２４ｂと、１つのレーザ光用のガルバノスキャナ２６ｂとを経由して第２の偏向手段２８へと導かれる。

第２の偏向手段２８を経由したそれぞれのレーザ光Ｌα，Ｌβは、メインガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂで走査され、ｆθレンズ３１を通過することで、それぞれ被加工物１２上の２点に照射される。そして、被加工物１２が加工される。走査領域内の穴の加工がすべて終了した後、ＸＹテーブル１１を図中のＸＹ方向に移動させることで、つぎの走査領域の加工を実施することができる。このとき、副ガルバノスキャナ２６ａ，２６ｂとメインガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂは、ともに制御部５０の加工制御機能５３によって予め設定された加工情報に基づいてミラー角度が制御される。また、収差補正鏡２４ａ，２４ｂも、収差補正鏡制御機能５１によって反射面が所定の曲率を有するように制御され、焦点差補正鏡２５ａも、焦点差補正鏡制御機能５２によって反射面が所定の曲率を有するように制御される。

ここで、レーザ光の収差（非点）の補正処理と焦点差の補正処理について説明する。通常、レーザ光の収差補正を行った後に、複数のレーザ光間の被加工物１２上でのビーム径の違いを補正する焦点差補正を行うので、最初に収差補正処理について説明し、つぎに焦点差補正処理について説明する。

（収差補正処理）
レーザ光の収差（非点）と、その収差を補正する収差補正鏡２４ａ，２４ｂの構造について説明する。図２−１〜図２−２は、収差補正鏡におけるレーザ光のメリジオナル平面とサジタル平面を説明するための図である。図２−１に示されるように、レーザ加工装置の光学系において、光軸と主光線Ｌ_mを含む面をメリジオナル平面ＰＭといい、入射点（反射点）において、主光線Ｌ_mを含みメリジオナル平面ＰＭに垂直な面をサジタル平面ＰＳという。また、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面（上面）とメリジオナル平面ＰＭとの交線方向をａ軸とし、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面（上面）とサジタル平面ＰＳとの交線方向をｂ軸とする。以下では、このａ軸方向をメリジオナル方向ともいい、ｂ軸方向をサジタル方向ともいう。

また、図２−２に示されるように、マスク２１を通過したレーザ光が、収差補正鏡２４ａ（２４ｂ）によって反射され、ｆθレンズ３１で像を結ぶ場合を考える。ここで、一点鎖線は、メリジオナル平面で切ったときのレーザ光Ｌ_Mの軌跡を示しており、点線は、サジタル平面で切ったときのレーザ光Ｌ_Sの軌跡を示している。これらのレーザ光の軌跡は実際には垂直に交わる関係にあるが、この図では説明の便宜上同一平面内に示している。また、これらの平面上の焦点を結像位置というものとする。通常、メリジオナル平面上の結像位置Ｐ_Mとサジタル平面上の結像位置Ｐ_Sとは、この図に示されるように一致しない。この図では、メリジオナル平面上の結像位置Ｐ_Mの方がサジタル平面上の結像位置Ｐ_Sに比してｆθレンズ３１よりも近くに位置している場合が示されている。

メリジオナル平面上のレーザ光Ｌ_Mの結像位置Ｐ_Mとサジタル平面上のレーザ光Ｌ_Sの結像位置Ｐ_Sの中点を結像位置の中心位置Ｐ₁（メリジオナル平面上のレーザ光Ｌ_Mとサジタル平面上のレーザ光Ｌ_Sとを合成したレーザ光Ｌ₁の結像位置）というものとすると、結像位置の中心位置Ｐ₁におけるメリジオナル平面内での光線の広がりと、サジタル平面内での光線の広がりとが等しいので、結像位置の中心位置Ｐ₁でのレーザ光の進行方向に垂直な面内での形状（ビーム形状）は円形となる。しかし、結像位置の中心位置Ｐ₁からメリジオナル平面上の結像位置Ｐ_M側またはサジタル平面上の結像位置Ｐ_S側にずれると、両平面内での光線の広がりに差が生じ、レーザ光のビーム形状は楕円形となる。このとき、結像位置の中心位置Ｐ₁からメリジオナル平面上の結像位置Ｐ_M側とサジタル平面上の結像位置Ｐ_S側とで形成されるそれぞれのレーザ光の楕円の長軸の向きは、レーザ光の進行方向に垂直な面内で９０度回転した位置関係にある。

この収差補正鏡２４ａ，２４ｂでは、上記のメリジオナル平面上の結像位置Ｐ_Mとサジタル平面上の結像位置Ｐ_Sとを一致させる補正、より具体的には、ビーム形状をほぼ真円とする補正を行う。この補正は、図２−２から理解されるように、メリジオナル平面上の結像位置Ｐ_Mが結像位置の中心位置Ｐ₁へと向かうよう（図の右方向）に移動させ、サジタル平面上の結像位置Ｐ_Sが結像位置の中心位置Ｐ₁へと向かうように（図の左方向）に移動させることによって行う。つまり、メリジオナル平面上の結像位置Ｐ_Mとサジタル平面上の結像位置Ｐ_Sとを逆方向に移動させるように補正を行う。ただし、ここでは後述する焦点差補正鏡２５ａによる焦点を合わせる機能と分けるために結像位置の中心位置Ｐ₁が補正の前後で変化しないように補正することを前提とする。

一般的に、屈折率ｎが１の媒質中において、光学系における光線の光軸からの距離をｒ_inとし、光線の光軸とのなす角度をθ_inとし、出射面における光線の光軸からの距離をｒ_outとし、光線の光軸とのなす角度をθ_outとしたとき、ｒ_in，θ_inと、ｒ_out，θ_outとの間の関係は、次式（１）に示されるように線形で表すことができる。

この式（１）内の行列Ａは、２行２列の行列であり、光学系の光線行列という。収差補正鏡２４ａ，２４ｂのメリジオナル方向（図２−１のａ軸方向）の曲率をＲ_M1とし、サジタル方向（図２−１のｂ軸方向）の曲率をＲ_S1とし、収差補正鏡２４ａ，２４ｂへのレーザ光Ｌα，Ｌβの入射角をθとすると、メリジオナル平面での光線行列Ａは、次式（２）で表現され、サジタル平面での光線行列Ａは次式（３）で表現される。なお、Ｒ_M1＞０，Ｒ_S1＞０の場合は、収差補正鏡２４ａ，２４ｂのメリジオナル方向とサジタル方向の曲率が凹んだ状態にあり、Ｒ_M1＜０，Ｒ_S1＜０の場合は、収差補正鏡２４ａ，２４ｂのメリジオナル方向とサジタル方向の曲率が凸の状態にあることを示している。

ここで、結像位置の中心位置Ｐ₁が補正の前後でずれないように、メリジオナル平面とサジタル平面での結像位置が光軸方向に対称にずれるためには、収差補正鏡２４ａ，２４ｂのメリジオナル方向とサジタル方向で曲率の変化が逆（符号が＋と−）のときに、メリジオナル方向とサジタル方向で同じ光線行列が得られればよいので、式（２）と式（３）から、次式（４）が成り立ち、次式（５）が得られる。

この式（５）を満たすように、収差補正鏡２４ａ，２４ｂのメリジオナル方向とサジタル方向の曲率半径を変化させることで、結像位置の中心位置Ｐ₁を変化させずに、レーザ光のメリジオナル平面とサジタル平面での結像位置Ｐ_M，Ｐ_Sを、結像位置の中心位置Ｐ₁に向かって移動させて、収差補正することができる。なお、この式（５）のθは、収差補正鏡２４ａ，２４ｂへのレーザ光Ｌα，Ｌβの入射角であり、図１に示される場合には、４５°である（ミラーによる折り返しが９０°となる）。

図３−１は、収差補正鏡の変形状態を示す図であり、図３−２は、収差補正鏡の変形による結像位置のずれる方向を模式的に示す図である。図３−１で、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面（上面）とメリジオナル平面との交線をａ軸とし、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面（上面）とサジタル平面との交線をｂ軸とする。このとき、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面のａ軸に平行な直線上では中央が凹んだ凹型となり、ｂ軸に平行な直線上では中央が突出した凸型である鞍型に反射面が変形する。つまり、メリジオナル方向（ａ軸）とサジタル方向（ｂ軸）とで、曲率の変化が逆となるように変化させている。

図３−１のように変形させた収差補正鏡２４ａ，２４ｂに平行光が入射すると、メリジオナル方向（ａ軸）では中央が凹んだ凹型であるので、レーザ光は収束し、サジタル方向（ｂ軸）では、中央が突出している凸型であるので、レーザ光は発散する。その結果、図３−２に示されるように、メリジオナル平面内の光Ｌ₁₁は、補正前の結像位置Ｐ₁₁からＰ₁₀方向（図中左方向）に結像位置がずれ、サジタル平面内の光Ｌ₁₂は、補正前の結像位置Ｐ₁₂からＰ₁₀方向（図中右方向）に結像位置がずれる。そして、レーザ光Ｌ₁₀のビーム形状がほぼ真円形状となるように、式（５）にしたがった曲率Ｒ_M1，Ｒ_S1を求める。

図４−１は、収差補正鏡の構造の一例を示す組み立て図であり、図４−２は、収差補正鏡の変形の様子を示す図である。図４−１に示されるように、この収差補正鏡２４ａ（２４ｂ）は、円形反射鏡２４１と、円形反射鏡２４１とほぼ同じ形状の支持部材２４２と、ピエゾ逆圧電効果により電圧を印加することによって長さを正確に制御できる４個のピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２と、を備える。ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２は、ａ軸と円形反射鏡２４１の外周との交点付近の２箇所で円形反射鏡２４１の裏面と支持部材２４２の表面とに固定される。また、ピエゾアクチュエータ２４３ｂ−１，２４３ｂ−２は、ｂ軸と円形反射鏡２４１の外周との交点付近の２箇所で円形反射鏡２４１の裏面と支持部材２４２の表面とに固定される。ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２と、円形反射鏡２４１および支持部材２４２との間は、ネジ止め、ロウ付け、接着剤による接着などの適当な方法によって固定される。

図３−１に示されるように収差補正鏡２４ａ（２４ｂ）を変形させる場合には、ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２は、図４−２に示されるａ軸と円形反射鏡２４１の外周との２箇所の交点２４５付近で円形反射鏡２４１を押す方向の加重Ａを発生させ、ピエゾアクチュエータ２４３ｂ−１，２４３ｂ−２は、同じくｂ軸と円形反射鏡２４１の外周との２箇所の交点２４６付近で円形反射鏡２４１を引く方向の加重Ｂを発生させる。これによって、収差補正鏡２４ａ（２４ｂ）の反射面２４１Ａは、ａ軸に平行な直線上では中央が凹んだ凹型となり、ｂ軸に平行な直線上では中央が突出した凸型である鞍型に変形する。

なお、各ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さと、そのときの収差補正鏡２４ａ，２４ｂ（円形反射鏡２４１）のａ軸およびｂ軸方向の曲率Ｒ_M1，Ｒ_S1との間の関係を予め求めておく必要がある。

つぎに、収差補正鏡２４ａ，２４ｂを用いた収差の補正方法について説明する。まず、たとえば加工ヘッドの高さが基準値（０μｍ）のときの現在の収差補正鏡２４ａ，２４ｂの曲率（対応する各ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さ）の状態で、制御部５０の加工制御機能５３による指示に基づいて被加工物１２に対して穴をあける試しのレーザ加工を行う。そして、加工した穴形状を、撮像手段４１で撮像する。

非点収差が有る場合には、穴形状（ビーム形状）が楕円になる。そこで、収差補正鏡制御機能５１は、各ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを長くまたは短くする方向に所定量だけ変化させる。なお、このときピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを、収差補正鏡２４ａ，２４ｂのａ軸方向とｂ軸方向の曲率Ｒ_M1，Ｒ_S1が式（５）を満たすように変化させる。そして、同様に加工制御機能５３は、被加工物１２に対してレーザ加工を行い、その結果得られる穴形状を撮像手段４１で撮像する。変化させたときのレーザ光による加工形状が楕円から真円に近くなれば、式（５）の制約にしたがって、そのままピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを同じ方向に変化させていき、穴形状が最も真円に近くなるピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを、上記の手順を繰り返すことによって求める。

一方、ピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを所定量だけ変化させたときの、レーザ光による加工形状の扁平の度合いがさらに大きくなる場合には、収差補正鏡制御機能５１は、式（５）の制約にしたがってピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを反対方向に変化させ、加工制御機能５３は、レーザ加工を行って穴形状を撮像する処理を繰り返し行って、撮像した穴形状が最も真円に近くなるピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを求める。なお、最も真円に近いというのは、最も真円に近い状態から所定の許容できる範囲の状態に有ることを意味する。

以上のようにして求めたほぼ真円の穴形状が得られるピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを収差補正鏡制御機能５１に加工条件として設定する。その後に行われる加工では、収差補正鏡制御機能５１は、設定されたピエゾアクチュエータ２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２の長さを収差補正鏡２４ａ，２４ｂに設定し、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの収差がほぼなくなるように反射面を変形させた後、加工制御機能５３は、予め設定された加工情報にしたがって、被加工物１２への穴あけ加工を行う。

図５−１は、収差補正前の加工穴の様子を模式的に示す図であり、図５−２は、収差補正後の加工穴の様子を模式的に示す図であり、図５−３は、図５−１と図５−２の加工穴の被加工物上での位置を示す図である。図５−１に示されるように、収差補正前では、加工ヘッドの高さが０μｍ（基準位置）のときにのみメリジオナル方向とサジタル方向の収差が所定値以下で、加工穴の形状がほぼ真円となっている。しかし、加工ヘッドの高さが０μｍよりも高くなると、加工穴の形状が左右方向に長い楕円形状へと変化し、逆に加工ヘッドの高さが０μｍよりも低くなると、加工穴形状が上下方向に長い楕円形状へと変化している。つまり、レーザ光の収差補正がなされていないので、加工ヘッドの高さを変えると、レーザ光の形状が真円からずれてしまう。

これに対して、図５−２に示されるように、適正な収差補正を施した後では、加工穴の大きさに多少のばらつきが存在するものの、加工ヘッドの高さがすべての範囲で、メリジオナル方向とサジタル方向の収差が所定値以下となるので、加工穴の形状が真円となっている。このように、収差補正を行うと、加工穴の形状がほぼ円となる加工ヘッドの高さの範囲が広がり、加工条件の幅が広げられる。

なお、上述した説明では、被加工物１２上に形成される穴形状の非点の方向が収差補正鏡２４ａ，２４ｂのａ軸−ｂ軸方向に一致する場合を例に挙げて説明したが、穴形状の非点の方向がａ軸−ｂ軸方向に一致するとは限らない。図６は、穴形状の非点の方向が収差補正鏡２４ａ，２４ｂのａ軸−ｂ軸方向からずれている状態を示す図である。この図に示されるように、穴形状の非点の方向がａ軸−ｂ軸方向からずれている場合には、収差補正鏡２４ａ，２４ｂを反射面内で回転させ、非点の方向がａ軸−ｂ軸方向と一致するように調整する必要がある。つまり、穴形状の径が長い方または短い方と収差補正鏡２４ａ，２４ｂのａ軸またはｂ軸を一致させる。そのため、収差補正鏡２４ａ，２４ｂは、回転可能な構成を有している。

（焦点差補正処理）
複数のレーザ光Ｌα，Ｌβ間の被加工物１２上でのビーム径の大きさの違いを補正する焦点差補正処理について説明する。図７−１は、２つのレーザ光の焦点が一致していない状態の加工穴の状態の一例を示す図であり、図７−２は、焦点差補正処理によってレーザ光の焦点を一致させた状態の加工穴の状態の一例を示す図である。これらの図７−１において、左側の図はレーザ光Ｌαの加工穴を示しており、右側の図はレーザ光Ｌβの加工穴を示している。また、この図において、点線で囲まれた領域は、収差が補正され、被加工物１２上でのビーム形状がほぼ真円である領域を示している。この図に示されるように、レーザ光Ｌαの加工穴形状がほぼ真円となる加工ヘッドの高さが−６０〜−２０μｍであり、レーザ光Ｌβの加工穴形状がほぼ真円となる加工ヘッドの高さが−２０〜２０μｍである。つまり、加工ヘッドの高さが０μｍの場合に、レーザ光Ｌβの焦点は合っている状態であるが、レーザ光Ｌαの焦点は合っていない。このような状態を改善するために、レーザ光Ｌαの結像位置を補正する必要が生じてくる。

そこで、焦点差補正鏡２５ａは、収差補正鏡２４ａ，２４ｂによって収差が補正されたほぼ真円のレーザ光の被加工物１２上面でのビーム径の大きさを、反射面の曲率を変化させることによって変化させる機能を有する。具体的には、第１の偏向手段２２で分光されたレーザ光Ｌα，Ｌβの被加工物１２上面での穴形状が一致していない場合に、両者を揃えるために、レーザ光Ｌαの結像位置を変化させる機能を有する。その結果、図７に示されるレーザ光Ｌαの加工に使用できるレーザ光の範囲をレーザ光Ｌβに合わせることが可能になる。

ここで、焦点差補正鏡２５ａのメリジオナル方向の曲率をＲ_M2とし、サジタル方向の曲率をＲ_S2とし、焦点差補正鏡２５ａでの入射角をθとすると、メリジオナル平面での光線行列は、次式（６）で表現され、サジタル平面での光線行列は次式（７）で表現される。

このとき、焦点差補正鏡２５ａの反射面の曲率を変化させるが、メリジオナル方向とサジタル方向とで、収差を発生させずに結像位置を変化させるように変形させる必要がある。つまり、焦点差補正鏡２５ａの反射面の曲率を変化させるときに、メリジオナル方向の光線行列とサジタル方向の光線行列とが等しければよいので、式（６）と式（７）から次式（８）が成り立ち、次式（９）が得られる。

この式（９）を満たすように、メリジオナル方向とサジタル方向の曲率半径Ｒ_M2，Ｒ_S2を変化させることで、レーザ光Ｌαのメリジオナル方向とサジタル方向の収差の発生を抑制しつつ、レーザ光Ｌαの大きさを変化させることができる。また、この式（９）に示されるように、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの場合と異なり、焦点差補正鏡２５ａでは、メリジオナル方向とサジタル方向とで、曲率の変化が同じ方向となっている。なお、この式（９）のθは、焦点差補正鏡２５ａへのレーザ光Ｌαの入射角であり、図１に示される場合には、４５°である（ミラーによる折り返しが９０°となる）。

図８−１は、焦点差補正鏡の変形状態を示す図であり、図８−２は、焦点差補正鏡の変形による結像位置のずれる方向を模式的に示す図であり、図８−３は、焦点差補正鏡の構造の一例を示す組み立て図である。図８−１で、焦点差補正鏡２５ａの反射面（上面）とメリジオナル平面との交線をａ軸とし、焦点差補正鏡２５ａの反射面（上面）とサジタル平面との交線をｂ軸とする。このとき、Ｒ_M2，Ｒ_S2がともに正の場合には、図８−１に示されるように、焦点差補正鏡２５ａの反射面のａ軸、ｂ軸のそれぞれに平行な直線上では中央が凹んだ凹型となり、Ｒ_M2，Ｒ_S2がともに負の場合には、ａ軸、ｂ軸のそれぞれに平行な直線上では中央が突出した凸型となるように、反射面が変形する。

図８−１のように変形させた焦点差補正鏡２５ａに平行光が入射すると、メリジオナル方向とサジタル方向のそれぞれで中央が凹んだ凹型の反射面であるので、図８−２に示されるようにレーザ光Ｌ₁₃からレーザ光Ｌ₁₄へと収束し、結像位置は変形させる前のＰ₁₃からＰ₁₄へとずれる。なお、この図８−２では、焦点差補正鏡２５ａによってメリジオナル方向とサジタル方向の収差が補正されたレーザ光の結像位置の変化を示している。そして、この結像位置のずれによって、レーザ光Ｌαの被加工物１２上でのビーム径が、レーザ光Ｌβの被加工物１２上でのビーム径と一致するような、式（９）にしたがった曲率Ｒ_M2，Ｒ_S2を求める。

また、図８−３に示されるように、焦点差補正鏡２５ａは、円形反射鏡２５１と、円形反射鏡２５１とほぼ同じ形状の支持部材２５２と、ピエゾ逆圧電効果により電圧を印加することによって長さを正確に制御できる４個のピエゾアクチュエータ２５３ａ−１，２５３ａ−２，２５３ｂ−１，２５３ｂ−２と、円形反射鏡２５１の中央部分の高さを固定するための固定部材２５４と、を備える。ピエゾアクチュエータ２５３ａ−１，２５３ａ−２は、ａ軸と円形反射鏡２５１の外周との交点付近の２箇所で円形反射鏡２５１の裏面と支持部材２５２の表面とに固定される。また、ピエゾアクチュエータ２５３ｂ−１，２５３ｂ−２は、ｂ軸と円形反射鏡２５１の外周との交点付近の２箇所で円形反射鏡２５１の裏面と支持部材２５２の表面とに固定される。さらに、固定部材２５４は、所定の長さの伸縮しない材料によって構成され、円形反射鏡２５１の裏面の中央部分と、支持部材２５２の表面の中央部分とを接続するように固定される。ピエゾアクチュエータ２５３ａ−１，２５３ａ−２，２５３ｂ−１，２５３ｂ−２および固定部材２５４と、円形反射鏡２５１および支持部材２５２との間は、ネジ止め、ロウ付け、接着剤による接着などの適当な方法によって固定される。なお、このような構造の焦点差補正鏡２５ａの場合には、焦点差を補正するために、すべてのピエゾアクチュエータ２５３ａ−１，２５３ａ−２，２５３ｂ−１，２５３ｂ−２は、同じ方向に長さを変化させる。また、この場合にも各ピエゾアクチュエータ２５３ａ−１，２５３ａ−２，２５３ｂ−１，２５３ｂ−２の長さと、そのときの焦点差補正鏡２５ａのａ軸およびｂ軸方向の曲率Ｒ_M2，Ｒ_S2との間の関係を予め求めておく必要がある。

つぎに、焦点差補正鏡２５ａを用いた２つの光路の焦点差の補正方法について説明する。ここでは、収差補正鏡２４ａ，２４ｂによる各レーザ光Ｌα，Ｌβの結像形状の補正が既になされている状態にあり、その補正値が収差補正鏡制御機能５１に設定されているものとする。まず、たとえば加工ヘッドの高さが基準値（０μｍ）のときの現在の焦点差補正鏡２５ａの曲率（対応する各ピエゾアクチュエータの長さ）の状態で、制御部５０の加工制御機能５３による指示に基づいて被加工物１２に対して穴をあける試しのレーザ加工を行う。そして、加工した穴形状を、撮像手段４１で撮像する。

２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの間に焦点差が存在する場合には、レーザ光Ｌα，Ｌβの穴形状（ビーム形状）が異なる。そこで、最初に、加工ヘッドの高さとレーザ光Ｌα，Ｌβの穴形状との関係を測定し、いずれの光路の焦点が短いかを判断する。ここで、焦点差補正鏡２５ａがレーザ光Ｌαの光路に挿入されているので、レーザ光Ｌβを光路の基準とする。その結果、レーザ光Ｌαの焦点がレーザ光Ｌβの焦点よりも短い場合には、焦点差補正鏡制御機能５２は、レーザ光Ｌαの焦点距離を伸ばすために、焦点差補正鏡２５ａのａ軸方向とｂ軸方向の曲率Ｒ_M2，Ｒ_S2が式（９）を満たすように、各ピエゾアクチュエータの長さを変化させる。この場合には、各ピエゾアクチュエータを短くするように変化させればよい。そして、同様に加工制御機能５３による被加工物１２に対して試しのレーザ加工を行い、その結果得られる穴形状と加工ヘッドの高さとの関係を測定する。このとき、レーザ光Ｌαの焦点距離が、レーザ光Ｌβの焦点距離に近くなれば、式（９）の制約にしたがって、そのままピエゾアクチュエータの長さを同じ方向に（短く）変化させていき、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの焦点が等しくなるピエゾアクチュエータの長さを、上記の手順を繰り返すことによって求める。ここで、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの焦点が等しいとは、２つのレーザ光の焦点距離の差が所定の許容できる範囲内にあることをいう。

一方、レーザ光Ｌαの焦点がレーザ光Ｌβの焦点よりも長い場合には、焦点差補正鏡制御機能５２は、レーザ光Ｌαの焦点距離を短くするために、各ピエゾアクチュエータの長さを長くする方向に所定量だけ変化させる。このときもピエゾアクチュエータの長さの変化量は、式（９）の制約下で変化させる。その後、同様に加工制御機能５３が被加工物１２に対して試しのレーザ加工を行い、その結果得られる穴形状と加工ヘッドの高さとの関係を測定する。このとき、レーザ光Ｌαの焦点距離がレーザ光Ｌβの焦点距離に近くなれば、式（９）の制約にしたがって、そのままピエゾアクチュエータの長さを同じ方向に（長く）変化させていき、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの焦点が等しくなるピエゾアクチュエータの長さを、上記の手順を繰り返すことによって求める。

以上のようにして求めたレーザ光Ｌα，Ｌβの被加工物１２上でのビーム径がほぼ等しいピエゾアクチュエータの長さを加工条件として焦点差補正鏡制御機能５２に設定する。このようにして焦点が設定された状態で加工穴を形成した状態が図７−２に示されている。図７−１では、加工穴の形状はみなほぼ真円であるが、２つのレーザ光の焦点が一致していない状態であったが、図７−２では、２つのレーザ光の焦点が一致した状態となっている。つまり、左側のレーザ光Ｌαと右側のレーザ光Ｌβでの加工穴形状がほぼ真円で加工に適した大きさとなる加工ヘッドの高さが−２０〜２０μｍとなり、焦点が一致している状態にある。

その後に行われる加工では、焦点差補正鏡制御機能５２は、設定されたピエゾアクチュエータの長さを焦点差補正鏡２５ａに設定し、レーザ光Ｌβの被加工物１２上でのビーム径に、レーザ光Ｌαのビーム径が等しくなるように反射面を変形させた後、加工制御機能５３は、予め設定された加工情報にしたがって、被加工物１２への穴あけ加工を行う。

以上のような構成によって、制御部５０の加工制御機能５３によるレーザ加工時には、レーザ発振器２０から出力され、マスク２１を通過し、第１の偏向手段２２で分光されたレーザ光Ｌαには、その光路上に収差補正鏡２４ａと焦点差補正鏡２５ａが配置されており、また、レーザ光Ｌβには、その光路上に収差補正鏡２４ｂが配置されているので、被加工物１２上での収差が補正されるとともに、被加工物１２上でのビーム径が２つのレーザ光Ｌα，Ｌβでほぼ等しくなる。

なお、上述した説明では、焦点差補正鏡２５ａをレーザ光Ｌαの光路上にのみ設けた場合を説明したが、分光された複数の光路の少なくとも１つの光路に焦点差補正鏡が設置されていればよい。つまり、焦点差補正鏡をレーザ光Ｌβの光路上にのみ設けてもよいし、レーザ光Ｌα，Ｌβのそれぞれの光路上に設けてもよい。

また、上述した説明では、レーザ光Ｌα，Ｌβの光路上に収差補正鏡２４ａ，２４ｂを設けているが、被加工物１２に照射されるレーザ光に収差が発生しないように構成されている場合には、収差補正鏡２４ａ，２４ｂを設ける必要はない。この場合には、収差補正鏡２４ａ，２４ｂに代えて、単にレーザ光Ｌα，Ｌβを反射させて光路に導く固定ミラーが設けられる。

さらに、上述した説明では、収差補正時に、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面を式（５）にしたがって変化させて、２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの結像位置の中心位置を変化させないで収差を補正する場合を示したが、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面を式（５）の制約にしたがって変化させずに収差補正を行ってもよい。つまり、収差補正鏡２４ａ，２４ｂの反射面を式（５）にしたがわずに変化させて２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの収差補正を行った後に、焦点差補正鏡２５ａの反射面を式（９）にしたがって変化させて、収差補正鏡２４ａ，２４ｂによる収差補正で生じた焦点差を含めて２つのレーザ光Ｌα，Ｌβの焦点差の補正を行ってもよい。

この実施の形態１によれば、レーザ発振器２０から出射され、分光された複数のレーザ光の光路の少なくとも１つの光路上に、焦点差補正鏡２５ａを設けるようにしたので、複数のレーザ光の被加工物１２上でのビーム径を、収差を発生させることなく同じ大きさにすることができる。また、レーザ発振器２０から出射され、分光された複数のレーザ光の光路上に、収差補正鏡２４ａ，２４ｂを設けるようにしたので、メリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位置の違いによって生じる結像形状を補正して、被加工物１２上面でのレーザ光の形状（穴形状）を最も真円に近い状態とすることができる。さらに、収差補正鏡２４ａ，２４ｂによる収差補正を、結像位置の中心位置を変化させずに行うようにしたので、複数の光路上のレーザ光の焦点差と、各レーザ光の収差と、を独立して補正することができる。

実施の形態２．
図９は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態２の構成の一例を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１のレーザ加工装置において、レーザ光Ｌα，Ｌβの光路上の焦点差補正鏡２５ａを固定ミラー２３ｂで置き換え、また、制御部５０には、焦点差補正鏡制御機能５２が取り除かれた構成を有する。

つまり、レーザ光Ｌαの光路上には、レーザ光Ｌαを反射させるとともに、被加工物１２の上面でメリジオナル平面とサジタル平面での結像位置の違いによって生じる形状を補正する収差補正鏡２４ａと、レーザ光Ｌαを反射させる固定ミラー２３ｂと、レーザ光ＬαをＸＹテーブル１１上の所定の方向に走査するガルバノスキャナ２６ａと、が配置されている。

また、レーザ光Ｌβの光路上には、分光されたレーザ光Ｌβを反射させて光路に導く固定ミラー２３ａと、レーザ光Ｌβを反射させるとともに、被加工物１２の上面でメリジオナル平面とサジタル平面での結像位置の違いによって生じる形状を補正する収差補正鏡２４ｂと、ＸＹテーブル１１上のレーザ光Ｌαのガルバノスキャナ２６ａによる走査方向とは相異なる方向にレーザ光Ｌβを走査するガルバノスキャナ２６ｂと、が配置されている。

そして、この実施の形態２でも、収差補正鏡２４ａ，２４ｂは、上記した式（５）にしたがって、その反射面のメリジオナル方向の曲率Ｒ_M1とサジタル方向の曲率Ｒ_S1を変化させる。これによって、収差補正の前後で結像位置の中心位置を変えずに、第１の偏向手段２２によって分光された２つのレーザ光Ｌα，Ｌβのそれぞれに生じるメリジオナル方向とサジタル方向の収差を補正することができる。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。また、収差補正処理の方法も実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。

この実施の形態２によれば、レーザ発振器２０から出射され、分光された複数のレーザ光の光路上に、収差補正鏡２４ａ，２４ｂを設けるようにしたので、メリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位置との中点である結像位置の中心位置を変化させずに、各レーザ光のメリジオナル方向とサジタル方向の収差を補正することができる。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、第１の偏向手段２２で分光された複数のレーザ光の光路上に配置されるガルバノスキャナの数が等しい構成のレーザ加工装置の場合を例に挙げて説明したが、他の構成のレーザ加工装置に対してもこの発明を適用することができる。

図１０は、この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態３の構成の一例を示す図である。このレーザ加工装置は、実施の形態１の図１のレーザ加工装置と比べて、光学系の構成が異なっている。つまり、実施の形態１に示したレーザ加工装置では、上記したように分光された各光路上に配置されるガルバノスキャナの数を同じくした構成の光学系を有していたが、この実施の形態３のレーザ加工装置では、分光された各光路上に配置されるガルバノスキャナの数が異なる構成の光学系を有する。

より具体的には、この実施の形態３の光学系は、レーザ発振器２０から出射される直線偏光のレーザ光Ｌ₀を円偏光のレーザ光Ｌ_Cに変えるリターダ２３ｃと、加工穴を所望の大きさ、形状にするためにレーザ光Ｌ_Cから必要な部分のレーザ光Ｌを切取るマスク２１と、レーザ光Ｌを反射して所定の光路に導く固定ミラー２３ｄと、レーザ光Ｌを反射するとともに、第１の偏向手段２２で分光される一方のレーザ光Ｌｂの収差を補正する収差補正鏡２４ｃと、収差補正鏡２４ｃで反射されたレーザ光Ｌを、透過するレーザ光（以下、主ビームともいう）Ｌａと反射するレーザ光（以下、副ビームともいう）Ｌｂとに分光する偏光ビームスプリッタなどからなる第１の偏向手段２２と、分光された主ビームＬａと副ビームＬｂを混合（ミックス）し、ほぼ同一の光路に導く偏光ビームスプリッタなどからなる第２の偏向手段２８と、第２の偏向手段２８からの混合されたレーザ光Ｌａ，ＬｂとをＸＹテーブル１１上で相異なる方向に走査するガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂと、混合されたレーザ光Ｌａ，Ｌｂを被加工物１２上に集光させるｆθレンズ３１と、を備える。

ここで、主ビームＬａの光路上には、主ビームＬａを反射させるとともに、主ビームＬａの結像位置を変化させる焦点差補正鏡２５ｂと、主ビームＬａを反射させるとともに、主ビームＬａのメリジオナル平面とサジタル平面での結像位置の違いによって生じる形状を補正する収差補正鏡２４ｄと、が配置されている。

また、副ビームＬｂの光路上には、副ビームＬｂを反射させるとともに、ＸＹテーブル１１上のＸ軸方向に走査するガルバノスキャナ３２ａと、副ビームＬｂを反射させるとともにＸＹテーブル１１上のＹ軸方向に走査するガルバノスキャナ３２ｂと、が配置されている。ガルバノスキャナ３２ａは、ガルバノミラー３３ａの回転軸がＸ軸方向となるように配置され、ガルバノスキャナ３２ｂは、ガルバノミラー３３ｂの回転軸がＹ軸となるように配置される。また、これらのガルバノスキャナ３２ａ，３２ｂは、副ガルバノスキャナ３２ともいう。

なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。また、この図１０では、撮像手段と、レーザ発振器２０、メインガルバノスキャナ２９、副ガルバノスキャナ３２、収差補正鏡２４ｃ，２４ｄおよび焦点差補正鏡２５ｂを制御する制御部とについては、その図示を省略している。

ここで、このような構成のレーザ加工装置の動作について説明する。レーザ発振器から出射された直線偏光のレーザ光Ｌ₀は、リターダ２３ｃによって円偏光のレーザ光Ｌ_Cにされ、マスクで所定の大きさと形状のレーザ光Ｌにされる。そして、このレーザ光Ｌが固定ミラー２３ｄと収差補正鏡２４ｃで反射されて第１の偏向手段２２に入射する。第１の偏向手段２２では、偏光方向が入射面と垂直なＰ波であるレーザ光と、偏光方向が入射面と平行なＳ波であるレーザ光とに分光される。

第１の偏向手段２２を透過したレーザ光（主ビーム）Ｌａは、焦点差補正鏡２５ｂと収差補正鏡２４ｄを経由して、第２の偏向手段２８に導かれる。一方、第１の偏向手段２２で反射したレーザ光（副ビーム）Ｌｂは、副ガルバノスキャナ３２ａ，３２ｂで２軸方向に走査された後、第２の偏向手段２８に導かれる。ここで、主ビームＬａは、常に同じ位置で第２の偏向手段２８に導かれるが、副ビームＬｂは、ガルバノスキャナ３２ａ，３２ｂの振り角を制御することで、第２の偏向手段２８に入射する位置や角度が調整される。

その後、主ビームＬａは第２の偏向手段２８で反射され、副ビームＬｂは第２の偏向手段２８で透過されることで、二つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂは、ほぼ同じ光路をメインガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂへと導かれる。そして、ガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂによって２軸方向に走査された後、ｆθレンズ３１に導かれ、それぞれ被加工物１２上の所定位置に集光され、加工が実施される。このとき、副ガルバノスキャナ３２ａ，３２ｂとメインガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂを走査することによって、被加工物１２上の任意の異なる２点に、主ビームＬａと副ビームＬｂとを照射することができる。走査領域内の穴の加工がすべて終了した後、ＸＹテーブル１１を図中のＸＹ方向に移動させることで、つぎの走査領域の加工を実施することができる。

このとき、副ガルバノスキャナ３２ａ，３２ｂとメインガルバノスキャナ２９ａ，２９ｂは、ともに制御部５０の加工制御機能５３によって予め設定された加工情報に基づいてミラー角度が制御される。

また、収差補正鏡２４ｃ，２４ｄは、図示しない収差補正鏡制御機能によって実施の形態１の式（５）に示される条件下で、反射面のメリジオナル方向とサジタル方向の曲率を変化させることで、結像位置の中心位置を変化させることなく、２つのレーザ光Ｌａ，Ｌｂの結像形状をほぼ真円に補正することができる。

さらに、焦点差補正鏡２５ｂは、図示しない焦点差補正鏡制御機能によって実施の形態１の式（９）に示される条件下で、反射面のメリジオナル方向とサジタル方向の曲率を変化させることで、レーザ光の結像形状を変化させることなく、結像位置を変化させることが可能となる。

図１０の構成では、副ビームＬｂの光路上に収差補正鏡２４ｃの配置位置を確保できないために、第１の偏向手段２２の前段に副ビームＬｂの収差補正用の収差補正鏡２４ｃが設けられている。このような構成では、収差補正鏡２４ｃで副ビームＬｂの収差補正を行うことはできるが、その補正による影響が主ビームＬａにも及んでしまう。そのため、副ビームＬｂの収差補正→主ビームＬａの収差補正→主ビームＬａと副ビームＬｂの焦点差補正の順に補正を行うことが望ましい。なお、主ビームＬａの光路上の焦点差補正鏡２５ｂと収差補正鏡２４ｄの配置位置は逆であってもよい。

この図１０は一例であり、レーザ光Ｌの収差がないような装置構成とすることができる場合には、収差補正鏡２４ｃ，２４ｄを設けずに、焦点差補正鏡２５ｂのみを設ける構成としてもよい。また、実施の形態２のように、焦点差補正鏡２５ｂを設けずに、収差補正鏡２４ｃ，２４ｄのみを設ける構成としてもよい。

この実施の形態３によっても、光路が分岐されたレーザ光について、結像位置の中心位置を変化させずに収差を補正したり、収差が補正された複数のレーザ光間の被加工物１２上でのビーム径を等しくするように補正したりすることができる。

なお、上記で示したレーザ加工装置の構成は一例であって、ミラーの数や光路の数を任意に変更することが可能である。また、上述した説明で、収差補正鏡２４ａ〜２４ｄと焦点差補正鏡２５ａ，２５ｂのａ軸方向、ｂ軸方向と、被加工物１２上でのレーザ光Ｌα，Ｌβ，Ｌａ，Ｌｂのメリジオナル方向、サジタル方向とは、収差補正鏡２４ａ〜２４ｄや焦点差補正鏡２５ａ，２５ｂと、被加工物１２との間に配置されるミラーの数によって変化するものであり、固定的な関係にあるものではない。また、上述したように、被加工物１２上でのレーザ光Ｌα，Ｌβ，Ｌａ，Ｌｂのメリジオナル方向、サジタル方向と、収差補正鏡２４ａ〜２４ｄのａ軸方向、ｂ軸方向とが一致しない場合には、両者が一致するように収差補正鏡２４ａ〜２４ｄを面内で回転させればよい。

以上のように、この発明にかかるレーザ加工装置は、同時に複数の穴加工を精度よく行う場合に有用である。

この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。 収差補正鏡におけるレーザ光のメリジオナル平面とサジタル平面を説明するための図である。 収差補正鏡におけるレーザ光のメリジオナル平面とサジタル平面を説明するための図である。 収差補正鏡の変形状態を示す図である。 収差補正鏡の変形による結像位置のずれる方向を模式的に示す図である。 収差補正鏡の構造の一例を示す組み立て図である。 収差補正鏡の変形の様子を示す図である。 収差補正前の加工穴の様子を模式的に示す図である。 収差補正後の加工穴の様子を模式的に示す図である。 図５−１と図５−２の加工穴の被加工物上での位置を示す図である。 穴形状の非点の方向がａ軸−ｂ軸方向からずれている状態を示す図である。 焦点差補正鏡による補正前の加工穴の状態を模式的に示す図である。 焦点差補正鏡による補正後の加工穴の状態を模式的に示す図である。 焦点差補正鏡の変形状態を示す図である。 焦点差補正鏡の変形による結像位置のずれる方向を模式的に示す図である。 焦点差補正鏡の構造の一例を示す組み立て図である。 この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態２の構成の一例を示す図である。 この発明にかかるレーザ加工装置の実施の形態３の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１１ ＸＹテーブル
１２ 被加工物
２０ レーザ発振器
２１ マスク
２２ 第１の偏向手段
２３ａ，２３ｂ，２３ｄ 固定ミラー
２３ｃ リターダ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 収差補正鏡
２５ａ，２５ｂ 焦点差補正鏡
２６ａ，２６ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ 副ガルバノスキャナ
２７ａ，２７ｂ，３０ａ，３０ｂ，３３ａ，３３ｂ ガルバノミラー
２８ 第２の偏向手段
２９，２９ａ，２９ｂ メインガルバノスキャナ
３１ ｆθレンズ
４１ 撮像手段
５０ 制御部
５１ 収差補正鏡制御機能
５２ 焦点差補正鏡制御機能
５３ 加工制御機能
２４１，２５１ 円形反射鏡
２４１Ａ 反射面
２４２，２５３ 支持部材
２４３ａ−１，２４３ａ−２，２４３ｂ−１，２４３ｂ−２，２５３ａ−１，２５３ａ−２，２５３ｂ−１，２５３ｂ−２ ピエゾアクチュエータ
２５４ 固定部材

Claims (6)

1. 第１の偏向手段でレーザ光を複数のレーザ光に分光し、第２の偏向手段で異なる複数の光路を経由してきた前記複数のレーザ光を混合し、前記複数のレーザ光をそれぞれ走査して、テーブル上に配置された被加工物上の異なる位置に同時に照射して加工を行うレーザ加工装置において、
   分光された前記複数のレーザ光の少なくとも１つの光路上に、該光路を経由するレーザ光の前記被加工物上でのビーム径を変化させる焦点差補正鏡と、
   前記被加工物上での前記レーザ光の照射面内で照射面の中心を通り互いに直交する２つの方向を第１と第２の方向とし、これらの第１と第２の方向に対応する前記焦点差補正鏡の反射面内での第３と第４の方向における前記焦点差補正鏡の曲率をそれぞれＲ_M2，Ｒ_S2とし、前記レーザ光の前記焦点差補正鏡に対する入射角をθとしたときに、下記式（１）にしたがって、前記焦点差補正鏡の前記第３および第４の方向の曲率を変化させる焦点差補正鏡制御手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
   

   
2. 前記各光路のレーザ光の前記第１の方向と前記レーザ光の主光線とを含む面内の第１の結像位置と、前記第２の方向と前記レーザ光の主光線とを含む面内の第２の結像位置との違いである収差を補正する収差補正鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記第１の結像位置と前記第２の結像位置との中点である結像位置の中心位置を変化させないように、前記収差補正鏡の反射面を変化させる収差補正鏡制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記収差補正鏡制御手段は、前記第１および第２の方向に対応する前記収差補正鏡の反射面内での第５と第６の方向における前記収差補正鏡の曲率をそれぞれＲ_M1，Ｒ_S1とし、前記レーザ光の前記収差補正鏡に対する入射角をθとしたときに、下記式（２）にしたがって、前記収差補正鏡の前記第５および第６の方向の曲率を変化させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
   

   
5. 前記収差補正鏡は、前記複数の光路上に設けられることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
6. 前記収差補正鏡は、前記複数の光路のうちの１つの光路の収差を補正するために前記第１の偏向手段の前段の光路上と、前記複数の光路のうちの他の光路上のそれぞれと、に設けられることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。

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