JP2022503883A

JP2022503883A - 基板の修正に利用される回転式光源

Info

Publication number: JP2022503883A
Application number: JP2021517571A
Authority: JP
Inventors: キースリング，ハイコ; シュぺート，フロリアン; ヨアヒムテルブリュッヘン，ラルフ
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-01-12
Also published as: KR102569941B1; WO2020068573A3; CN113056345B; KR20210054579A; EP3856445A2; US20200101562A1; TW202026081A; CN113056345A; WO2020068573A2; US11633805B2

Abstract

ビーム源（１１０）と、第１および第２の部分を含む光学システム（３０４）とを備えるシステム。システムはさらに、第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータを備え、第１のトルクモータ（４２０）は、第１の軸線（４３４）を中心にして第１の部分（４１６）を回転させるように構成されている。第２のトルクモータ（４２６）は、第２の軸線（４３６）を中心にして第２の部分（４１８）を回転させるように構成されている。第１の軸線は、第２の軸線に対して垂直である。

Description

関連出願

本願は、２０１８年９月２８日に出願された米国仮出願第６２／７３８，６４３号明細書の優先権の利益を主張し、その内容が依拠され、その内容全体を参照により援用するものとする。

本明細書は、概して、透明ワークをレーザ加工するための装置および方法に関し、より詳細には、準非回折ビームを用いたレーザ加工に関する。

材料のレーザ加工の分野には、異なる種類の材料の切断加工、穴あけ加工、フライス加工、溶接加工、溶融加工などを含む幅広い用途が含まれる。これらのプロセスの中でも、特に注目されているのが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用のガラス、サファイア、もしくは溶融シリカなどの材料、または電子デバイス用ディスプレイ材料の製造に利用することができる、異なる種類の透明基板を切断または分離するプロセスである。

プロセス開発とコストの観点から、ガラス基板の切断・分離を改善する機会は数多くある。曲面を有する三次元（３Ｄ）構造体の処理には大きな関心が寄せられている。典型的には、ワークを傾けてレーザビームに向け、表面に対するビームの入射が垂直になるようにする。しかしながら、これらのシステムでは、ワークの生産性やサイズが制限され、ほとんどの場合、所望の精度が得られない。そこで、透明ワークの自由形状切断を行うためのシステムおよび方法が求められている。

したがって、透明ワークに対して自由形状レーザ加工を行うためには、所望のレーザ光を発生させ、正確な位置決めを提供する高精度の光学システムが必要とされる。

第１の実施形態によれば、本開示は、光源と、第１および第２の部分を含む光学システムとを備えるシステムを提供する。本システムはまた、第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータを備え、第１のトルクモータが、第１の軸線を中心にして第１の部分を回転させるように構成されており、第２のトルクモータが、第２の軸線を中心にして第２の部分を回転させるように構成されており、第１の軸線が第２の軸線に対して垂直である。

第２の実施形態は、光学システムが、非球面光学素子と、第１の反射光学デバイスと、光をコリメートするように構成された第１のレンズと、第２の反射光学デバイスと、光を集光するように構成された第２のレンズとを備える、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第３の実施形態は、光学システムが、屈折型アキシコン、反射型アキシコン、負のアキシコン、空間光変調器、回折光学素子、または立方体形状の光学素子を含む非球面光学素子をさらに備える、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第４の実施形態は、光学システムが、ミラーを含む第１および第２の反射光学デバイスを備える、第１または第２の実施形態記載のシステムを含む。

第５の実施形態は、第１の部分が、非球面光学素子および反射光学デバイスを備える、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第６の実施形態は、第１の部分が、レンズをさらに備える、第５の実施形態記載のシステムを含む。

第７の実施形態は、第１の部分が、反射光学デバイスおよびレンズを備える、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第８の実施形態は、第２の部分が、反射光学デバイスおよびレンズを含む、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第９の実施形態は、第２の部分が、別のレンズをさらに含む、第８の実施形態記載のシステムを含む。

第１０の実施形態は、光源が、１パルスバーストあたり２サブパルスを含むパルスバーストを有するパルスレーザビームを発生させる、第１の実施形態記載のシステムを含む。

第１１の実施形態は、光学システムが、準非回折ビームを生成するように構成されている、第１から第１０の実施形態までのいずれか１つ記載のシステムを含む。

第１２の実施形態は、準非回折ビームが、波長λ、スポットサイズｗ_Ｏ、および

［式中、Ｆ_Ｄは、１０以上の値を有する無次元発散係数である］よりも大きいレイリー長Ｚ_Ｒを有する横断面を含む、第１から第１１の実施形態までのいずれか１つ記載のシステムを含む。

第１３の実施形態は、無次元発散係数Ｆ_Ｄが、１０～２０００、５０～１５００、または１００～１０００の値を有する、第１２の実施形態記載のシステムを含む。

第１４の実施形態は、トルクモータを追跡するように構成されたエンコーダをさらに備える、第１から第１３の実施形態までのいずれか１つ記載のシステムを含む。

第１５の実施形態は、第１の軸線が垂直なＺ軸であり、第２の軸線が直交座標系におけるＸ軸またはＹ軸である、第１から第１４の実施形態までのいずれか１つ記載のシステムを含む。

第１６の実施形態は、システムが、透明ワークをレーザ加工するように構成されている、第１から第１５の実施形態までのいずれか１つ記載のシステムを含む。

第１７の実施形態は、透明ワークが、アルカリアルミノシリケートガラス材料を含む、第１６の実施形態記載のシステムを含む。

第１８の実施形態によれば、本開示は、システムにより、準非回折ビームを生成するステップと、準非回折ビームを透明ワークに送出するステップとを含む方法を提供する。本方法はまた、誘起吸収を発生させ、透明ワーク内に欠陥を生成するステップを含む。本方法はさらに、光学システムにより、準非回折ビームを輪郭線に沿って透明ワークに対して移動させ、透明ワーク内に複数の欠陥を有する輪郭を形成するステップを含み、準非回折ビームが、透明ワークの衝突面に衝突位置で直交するように配向されている。

第１９の実施形態は、透明ワークの衝突面が曲面である、第１８の実施形態記載の方法を含む。

第２０の実施形態は、異なる表面配向を有する透明ワークの曲面上の異なる位置に準非回折ビームが輪郭線に沿って移動する際に、準非回折ビームと衝突面との間の直交配向を維持するステップをさらに含む、第１８または第１９の実施形態記載の方法を含む。

第２１の実施形態は、システムが、光源と、第１および第２の部分を含む光学システムと、第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータとを備え、第１のトルクモータが、第１の軸線を中心にして第１の部分を回転させるように構成されており、第２のトルクモータが、第２の軸線を中心にして第２の部分を回転させるように構成されており、第１の軸線が第２の軸線に対して垂直である、第１８、第１９または第２０の実施形態記載の方法を含む。

第２２の実施形態は、光学システムが、非球面光学素子と、第１の反射光学デバイスと、光をコリメートするように構成された第１のレンズと、第２の反射光学デバイスと、光を集光するように構成された第２のレンズとを備える、第２１の実施形態記載の方法を含む。

第２３の実施形態によれば、本開示は、物体の輪郭の画像をキャプチャするステップと、キャプチャされた画像内の較正パターンの変位から準非回折ビームの動きを決定するステップと、決定された変位を所定の変位と比較するステップと、比較から差分値を生成するステップと、差分値に応じて準非回折ビームの位置および向きを補正するステップと、差分値が閾値を下回るまで、キャプチャ、決定、比較、生成および補正を繰り返すステップとを含む方法を提供する。

第２４の実施形態は、閾値が２０μｍ～４０μｍの値を有する、第２３の実施形態記載の方法を含む。

第２５の実施形態は、物体としてアルカリアルミノシリケートガラス材料を用いることをさらに含む、第２３または第２４の実施形態記載の方法を含む。

本明細書に記載されるプロセスおよびシステムの追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む、本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。

前述の一般的な説明と以下の詳細な説明との両方が、さまざまな実施形態を説明し、特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付の図面は、さまざまな実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成している。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、説明と一緒に、特許請求された主題の原理および動作を説明する役割を果たしている。

図面に記載される実施形態は、本質的に例証的かつ例示的なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図していない。例証的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むことで理解することができ、同様の構造は同様の参照数字で示される。
本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、透明ワークにおける欠陥の輪郭の形成を概略的に示す図である。本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、透明ワークの加工中のレーザビーム焦線の位置決めを概略的に示す図である。本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、レーザ加工用の光学アセンブリを概略的に示す図である。本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、例示的なパルスバースト内のレーザパルスの相対強度対時間をグラフ化した図である。本明細書に記載される１つ以上の実施形態による、別の例示的なパルスバースト内のレーザパルスの相対的な強度対時間をグラフ化した図である。ある実施形態による、透明ワークの自由なレーザ加工のためのシステムを示す図である。ある実施形態による、自由形状レーザ加工のための光学システムを示す図である。複数の実施形態による、光学システムの図を示す。複数の実施形態による、光学システムの図を示す。複数の実施形態による、光学システムの図を示す。複数の実施形態による、光学システムの図を示す。複数の実施形態による、光学システムの図を示す。複数の実施形態による、光学システムの較正方法を示す図である。

本発明の特徴および利点は、以下に記載される詳細な説明を図面と併せて読むことで、より明らかになるであろう。図面では、同様の参照文字は、全体を通して対応する要素を示している。図面では、同様の参照番号は、概して、同一の、機能的に類似した、かつ／または構造的に類似した要素を示している。ある要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の左端の数字で示している。

ここで、回転式光源を用いて透明ワークをレーザ加工するシステムおよびプロセスの実施形態を詳細に参照する。この例は、添付の図面に示されている。可能な限り、同一の参照数字を図面全体に使用して、同一または同様の部品を参照する。

本明細書で使用される場合、「レーザ加工」とは、レーザビームを透明ワーク上および／または透明ワーク内に送出することを含む。いくつかの実施形態では、レーザ加工はさらに、例えば、輪郭線に沿って、修正線に沿って、または別の経路に沿って、レーザビームを透明ワークに対して並進させることを含む。レーザ加工の例としては、レーザビームを用いて、透明ワークの中に延びる一連の欠陥を含む輪郭を形成すること、レーザビームを用いて、透明ワークに修正トラックを形成すること、赤外線レーザビームを用いて、積層ワークスタックの透明ワークを加熱することが挙げられる。レーザ加工は、１つ以上の所望の分離線に沿って透明ワークを分離してもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、１つ以上の所望の分離線に沿って透明ワークを分離するために、レーザ以外の追加のステップを利用してもよい。

本明細書で使用される場合、「輪郭線」とは、透明ワークの表面上の直線、角度の付いた線、多角形の線または曲線を指し、レーザビームがワークの平面内を移動して対応する輪郭を作り出す際に通過する経路を画定する。

本明細書で使用される場合、「輪郭」とは、輪郭線に沿ってレーザを並進させることにより形成されるワークの一連の欠陥を指す。本明細書で使用される場合、輪郭とは、基板内または基板上の仮想的な二次元の形状または経路を指す。したがって、輪郭自体は仮想的な形状であるが、輪郭は、例えば、断層線または亀裂によって顕在化することがある。輪郭は、ワークにおける所望の分離の表面を画定する。輪郭は、輪郭線に沿ってさまざまな技術を用いて透明ワーク内に複数の欠陥を作り出すことにより形成することができ、例えば、輪郭線に沿って連続した点にパルスレーザビームを送出することにより形成することができる。複数の輪郭および／または曲線状の焦線を有するレーザを使用して、面取りされた分離面などの複雑な形状を作り出すこともできる。

本明細書で使用される場合、「断層線」とは、輪郭に沿って延び、それに近似している一連の密接に間隔を空けた欠陥線を指す。

本明細書で使用される場合、「欠陥」とは、修正された材料の領域（例えば、バルク材料に対して屈折率が修正された領域）、透明ワークにおける空隙、亀裂、スクラッチ、傷、穴、穿孔または他の変形部を指す。これらの欠陥は、本明細書のさまざまな実施形態では、欠陥線または損傷トラックと称することがある。欠陥線または損傷トラックは、同じ位置での単一のレーザパルスまたは複数のパルスの場合、透明ワークの単一の位置に送出されたレーザビームによって形成される。輪郭線に沿ってレーザを並進させると、輪郭を形成する複数の欠陥線が生じることになる。線焦点レーザの場合、欠陥は線状の形状を有することができる。

本明細書で使用される場合、「ビーム横断面」という語句は、レーザビームのビーム伝搬方向に対して垂直な平面に沿ったレーザビームの横断面を指し、例えば、ビーム伝搬方向がＺ方向である場合にはＸ－Ｙ平面に沿った横断面を指す。

本明細書で使用される場合、「ビームスポット」とは、衝突面、すなわち、レーザ光学系に最も近接した透明ワークの表面におけるレーザビームの横断面（例えば、ビーム横断面）を指す。

本明細書で使用される場合、「衝突面」とは、レーザ光学システムに最も近接する透明ワークの表面を指す。

本明細書で使用される場合、「上流」および「下流」とは、ビーム経路に沿った２つの位置またはコンポーネントの、ビーム源に対する相対的な位置を指す。例えば、第１のコンポーネントが第２のコンポーネントよりもレーザビームが通過する経路に沿ってレーザ光学システムに近い場合、第１のコンポーネントは第２のコンポーネントよりも上流に位置する。

本明細書で使用される場合、「レーザビーム焦線」とは、光学線に平行な、線形で細長い集光領域を形成するレーザビームの相互作用（例えば、交差）する光線のパターンを指す。レーザビーム焦線は、光学軸に沿った異なる位置でレーザビームの光学軸と相互作用（例えば、交差）する収差光線を含む。さらに、本明細書に記載されるレーザビーム焦線は、以下で詳細に数学的に定義される準非回折ビームを用いて形成される。

本明細書で使用される場合、本明細書では、「コースティック」とは、光学コンポーネントによって屈折され、その後、透明ワーク上および／またはワークに送出されたレーザビームの光の包絡線を指す。例えば、コースティックは、光学システムの最下流の光学コンポーネントから透明ワーク上および／またはワーク内に延びるレーザビームの光の包絡線を含むことができる。さらに、コースティックの波面が相互作用（例えば、交差）して、例えば、透明ワーク内にレーザビームの焦線を形成することができる。

本明細書で使用される場合、「光学的に修正された領域」とは、透明ワークに形成された領域、または透明ワーク上に配置された材料であって、光学的に修正された領域に衝突する、いくつかの実施形態では通過するコースティックの部分を修正するのに十分な光学的特性を有するものである。光学的に修正された領域の例示的な光学的特性としては、遮断特性、散乱特性、反射特性、吸収特性、屈折特性、回折特性、位相シフト特性などが挙げられる。本明細書に記載される例示的な光学的に修正された領域は、修正トラックおよび分断材料ストリップを含む。

本明細書で使用される場合、コースティックの一部が光学的に修正された領域によって「修正」されるのは、光学的に修正された領域が、光学的に修正された領域がない場合には欠陥が形成されていたであろう場所に欠陥が形成されない程度まで、コースティックの一部の波面の経路に沿ってレーザビーム焦線の強度を低下させたり、形成を妨げたりする方法で、コースティックの波面を変化させている場合である。コースティックの波面の修正の例には、波面の遮断、吸収、屈折、回折、反射、散乱、または位相シフトが含まれる。

本明細書で使用される「透明ワーク」という語句は、ガラス、ガラスセラミック、または他の透明な材料から形成されたワークを意味し、本明細書で使用される「透明」という用語は、材料の光吸収が材料の深さ１ｍｍあたり２０％未満、例えば、特定のパルスレーザ波長では材料の深さ１ｍｍあたり１０％未満、または特定のパルスレーザ波長では材料の深さ１ｍｍあたり１％未満であることを意味する。別段の定めがない限り、材料の光吸収は、材料の深さ１ｍｍあたり約２０％未満である。透明ワークは、約５０マイクロメートル（μｍ）～約１０ｍｍ（例えば、約１００μｍ～約５ｍｍ、または約０．５ｍｍ～約３ｍｍ）の深さ（例えば、厚さ）を有していてもよい。透明ワークは、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケート、アルカリ土類アルミノシリケートガラス、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、溶融シリカなどのガラス組成物から形成されたガラス製ワーク、またはサファイア、シリコン、ヒ化ガリウム、もしくはそれらの組み合わせなどの結晶材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、透明ワークをレーザ加工する前または後に、焼き戻し処理により透明ワークを強化してもよい。いくつかの実施形態では、ガラスはイオン交換可能であってもよく、ガラス組成物は、透明ワークをレーザ加工する前または後に、ガラス強化のためにイオン交換を受けてもよい。例えば、透明ワークは、ニューヨーク州コーニングのCorning Incorporated社から入手可能なCorning Gorilla（登録商標）ガラス（例えば、コード２３１８、コード２３１９、およびコード２３２０）などの、イオン交換されたガラスおよびイオン交換可能なガラスを含んでいてもよい。さらに、これらのイオン交換されたガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約６ｐｐｍ／℃～約１０ｐｐｍ／℃（約６×１０^－６／℃～約１０×１０^－６／℃）である。他の透明ワークの例としては、ニューヨーク州コーニングのCorning Incorporated社から入手可能なEAGLE XG（登録商標）およびCORNING LOTUS（商標）を挙げることができる。さらに、透明ワークは、レーザの波長に対して透明な他のコンポーネント、例えば、サファイアまたはセレン化亜鉛などの結晶を含んでいてもよい。

イオン交換プロセスでは、透明ワークの表面層にあるイオンが、同じ原子価または酸化状態を有するより大きなイオンに置き換えられ、例えば、透明ワークの一部または全部をイオン交換浴に浸すことによって置き換えられる。小さいイオンを大きいイオンに置き換えることで、圧縮応力の層が透明ワークの１つ以上の表面から、透明ワーク内のある一定の深さまで延び、これは応力層深さ（Depth of layer）と称される。圧縮応力は、ガラスシートの正味の応力がゼロになるように、引張応力（中心張力と称される）の層によってバランスが取られている。ガラスシートの表面に圧縮応力が形成されることで、ガラスは強くなり、機械的な損傷を受けにくくなり、そのため、応力層深さまで達していない傷に対するガラスシートの致命的な破損を軽減する。いくつかの実施形態では、透明ワークの表面層にある小さいナトリウムイオンは、大きいカリウムイオンと交換される。いくつかの実施形態では、表面層にあるイオンおよび大きいイオンは、Ｌｉ^＋（ガラス中に存在する場合）、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｒｂ^＋、およびＣｓ^＋などの一価のアルカリ金属カチオンである。あるいは表面層にある一価のカチオンは、Ａｇ^＋、Ｔｌ^＋、Ｃｕ^＋などのアルカリ金属カチオン以外の一価のカチオンで置き換えられていてもよい。

ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、例示的な透明ワーク１６０（「基板」とも呼ばれる）が、本明細書に記載される方法に従ってレーザ加工を受けている様子が概略的に示されている。特に、図１Ａは、透明ワーク１６０を分離するために使用されてもよい、複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０の形成を概略的に示している。複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０は、輪郭線１６５に沿って並進方向１０１に移動する超短パルスレーザビームを含んでいてもよいレーザビーム１１２で透明ワーク１６０を加工することによって形成されてもよい。欠陥１７２は、例えば、透明ワーク１６０の深さ方向に延びていてもよく、かつ透明ワーク１６０の衝突面と直交していてもよい。さらに、レーザビーム１１２は、衝突面上の特定の位置である衝突位置１１５で、透明ワーク１６０に初期接触する。図１Ａおよび図１Ｂに示されているとおり、透明ワーク１６０の第１の表面１６２が衝突面を含むが、他の実施形態では、レーザビーム１１２は、その代わりに、透明ワーク１６０の第２の表面１６４を初期照射してもよいことを理解されたい。さらに、図１Ａは、レーザビーム１１２が、透明ワーク１６０の第１の表面１６２に投影されるビームスポット１１４を形成することを示している。

２０１４年１０月３１日に出願された米国特許第９，８１５，７３０号明細書（その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする）には、レーザを使用して３Ｄ形状の透明基板を加工する方法が記載されている。

図１Ａおよび図１Ｂは、ビーム経路１１１に沿って伝搬するレーザビーム１１２を示しており、レーザビーム１１２は、例えば、非球面光学素子１２０（図１Ｃ）、例えば、アキシコンおよび１つ以上のレンズ（例えば、後述され、図１Ｃに示されているとおり、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２）を用いて、透明ワーク１６０内のレーザビーム焦線１１３に集光され得るように配向されている。例えば、レーザビーム焦線１１３の位置は、Ｚ軸に沿って、かつＺ軸を中心にして制御されてもよい。さらに、レーザビーム焦線１１３は、約０．１ｍｍ～約１００ｍｍの範囲の長さ、または約０．１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の長さを有していてもよい。さまざまな実施形態が、約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、または約５ｍｍ、例えば約０．５ｍｍ～約５ｍｍの範囲の長さｌを有するレーザビーム焦線１１３を有するように構成されていてもよい。さらに、レーザビーム焦線１１３は、以下でより詳細に定義されるように、準非回折ビームの一部であってもよい。

動作中、レーザビーム１１２は、輪郭線１６５に沿って透明ワーク１６０に対して（例えば、並進方向１０１に）並進させて、輪郭１７０の複数の欠陥１７２を形成してもよい。レーザビーム１１２を透明ワーク１６０に送出するか、または局所化すると、透明ワーク１６０内に誘起吸収が発生し、輪郭線１６５に沿って間隔を空けた位置で透明ワーク１６０の化学結合を切断するのに十分なエネルギーを蓄積させて欠陥１７２を形成する。１つ以上の実施形態によれば、レーザビーム１１２は、透明ワーク１６０の動き（例えば、図１Ｃに示されるとおり、透明ワーク１６０に結合された並進ステージ１９０の動き）、レーザビーム１１２の動き（例えば、レーザビーム焦線１１３の動き）、または透明ワーク１６０とレーザビーム焦線１１３との両方の動きによって、透明ワーク１６０全体にわたって並進させてもよい。レーザビーム焦線１１３を透明ワーク１６０に対して並進させることにより、複数の欠陥１７２を透明ワーク１６０に形成してもよい。

いくつかの実施形態では、欠陥１７２は、一般に、約０．１μｍ～約５００μｍ、例えば、約１μｍ～約２００μｍ、約２μｍ～約１００μｍ、約５μｍ～約２０μｍなどの輪郭１７０に沿った距離だけ、互いに間隔を空けてもよい。例えば、欠陥１７２の間の適切な間隔は、ＴＦＴ／ディスプレイガラス組成物の場合、約０．１μｍ～約５０μｍ、例えば、約５μｍ～約１５μｍ、約５μｍ～約１２μｍ、約７μｍ～約１５μｍ、または約７μｍ～約１２μｍであってもよい。いくつかの実施形態では、隣接する欠陥１７２の間の間隔は、約５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下などであってもよい。

図１Ａに示されているとおり、輪郭１７０の複数の欠陥１７２は、透明ワーク１６０の中に延び、輪郭１７０に沿って透明ワーク１６０を別々の部分に分離するための亀裂伝搬の経路を確立する。輪郭１７０の形成には、輪郭線１６５に沿ってレーザビーム１１２を透明ワーク１６０に対して（例えば、並進方向１０１に）並進させて、輪郭１７０の複数の欠陥１７２を形成することが含まれる。１つ以上の実施形態によれば、レーザビーム１１２は、透明ワーク１６０の動き、レーザビーム１１２の動き（例えば、レーザビーム焦線１１３の動き）、または透明ワーク１６０とレーザビーム１１２との両方の動きによって、例えば、１つ以上の並進ステージ１９０（図１Ｃ）を用いて、透明ワーク１６０全体にわたって並進させてもよい。レーザビーム焦線１１３を透明ワーク１６０に対して並進させることにより、複数の欠陥１７２を透明ワーク１６０に形成してもよい。さらに、図１Ａに示される輪郭１７０は線形であるが、輪郭１７０は非線形（すなわち、曲率を有する）であってもよい。曲線状の輪郭は、例えば、透明ワーク１６０またはレーザビーム焦線１１３のいずれかを、一次元ではなく二次元で他方に対して並進させることによって生成されてもよい。

いくつかの実施形態では、透明ワーク１６０は、輪郭１７０に沿った透明ワーク１６０の分離を誘発するために、後続の分離ステップにおいてさらに作用されてもよい。後続の分離ステップは、輪郭１７０に沿って亀裂を伝搬させるために、機械的な力または熱応力によって誘発される力を用いることを含んでいてもよい。赤外線レーザビームなどの熱源を用いて熱応力を生じさせ、それによって輪郭１７０に沿って透明ワーク１６０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、赤外線レーザビームを使用して分離を開始し、次いで、分離を機械的に仕上げてもよい。理論に拘束されることなく、赤外線レーザは、輪郭１７０上またはその近傍の透明ワーク１６０の温度を急速に上昇させる制御された熱源である。この急速な加熱は、輪郭１７０上またはそれに隣接する透明ワーク１６０に圧縮応力を構築してもよい。加熱されたガラス表面の領域は、透明ワーク１６０の全表面積に比べて比較的小さいことから、加熱された領域は比較的急速に冷却される。結果として生じる温度勾配は、輪郭１７０に沿って、透明ワーク１６０の深さを介して亀裂を伝搬させるのに十分な引張応力を透明ワーク１６０に誘発し、その結果、輪郭１７０に沿って透明ワーク１６０が完全に分離される。理論に拘束されることなく、引張応力は、より高い局所温度を有するワークの部分におけるガラスの膨張（すなわち、密度の変化）によって引き起こされる可能性があると考えられる。

ガラスに熱応力を生じさせるのに適した赤外線レーザは、典型的にはガラスに吸収されやすい波長を有し、典型的には１．２μｍ～１３μｍの範囲の波長、例えば４μｍ～１２μｍの範囲の波長を有する。さらに、赤外線レーザビームの出力は、約１０Ｗ～約１０００Ｗ、例えば１００Ｗ、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗなどであってもよい。さらに、赤外線レーザビームの１／ｅ^２ビーム径は、約２０ｍｍ以下、例えば１５ｍｍ、１２ｍｍ、１０ｍｍ、８ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、またはそれ以下であってもよい。動作中、赤外線レーザビームの１／ｅ^２ビーム径が大きいと、レーザ加工の高速化や高出力化が容易になり得る一方で、赤外線レーザビームの１／ｅ^２ビーム径が小さいと、輪郭１７０付近の透明ワーク１６０の部分への損傷を抑えて高精度な分離が容易になり得る。例示的な赤外線レーザとしては、二酸化炭素レーザ（「ＣＯ_２レーザ」）、一酸化炭素レーザ（「ＣＯレーザ」）、固体レーザ、レーザダイオード、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

他の実施形態では、透明ワーク１６０に存在する応力は、種類、深さ、および材料特性（例えば、吸収、ＣＴＥ、応力、組成など）に応じて、更なる加熱または機械的分離ステップなしに、輪郭１７０に沿って自発的な分離を引き起こすことができる。例えば、透明ワーク１６０が強化されたガラス基板（例えば、イオン交換されたガラス基板または熱強化されたガラス基板）を含む場合、輪郭１７０の形成は、輪郭１７０に沿った亀裂伝搬を誘発して、透明ワーク１６０を分離することができる。

再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２はさらに、図に示されているとおり、強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有し、Ｚはレーザビーム１１２のビーム伝搬方向であり、ＸおよびＹは伝搬方向に直交する方向である。Ｘ方向およびＹ方向を横断面方向と称し、Ｘ－Ｙ平面を横断面平面と称してもよい。横断面平面におけるレーザビーム１１２の強度分布を横断面強度分布と称してもよい。

ビームスポット１１４または他の横断面におけるレーザビーム１１２は、図１Ｃに示される光学アセンブリ１００に関して以下でより詳細に説明するように、非球面光学素子１２０を介してレーザビーム１１２（例えば、パルスビーム源などのビーム源１１０を用いたガウシアンビームなどのレーザビーム１１２）を伝搬させることにより、準非回折ビーム、例えば、以下で数学的に定義される低ビーム発散角（広がり角）を有するビームを含んでいてもよい。ビーム発散角とは、ビームの伝搬方向（すなわち、Ｚ方向）におけるビーム横断面の拡大率を指す。ここで議論される１つの例示的なビーム横断面は、透明ワーク１６０に投影されるレーザビーム１１２のビームスポット１１４である。例示的な準非回折ビームとしては、ガウスベッセルビームおよびベッセルビームが挙げられる。

レーザビーム１１２の発散をもたらす要因の１つに回折がある。他の要因としては、レーザビーム１１２を形成する光学システムによって引き起こされるフォーカシングもしくはデフォーカシング、または界面での屈折や散乱が挙げられる。輪郭１７０の欠陥１７２を形成するためのレーザビーム１１２は、発散角が小さく、回折が弱いレーザビーム焦線１１３を形成してもよい。レーザビーム１１２の発散角は、レーザビーム１１２の強度分布の分散σ^２とビーム伝搬係数Ｍ^２とに関連するレイリー長Ｚ_Ｒによって特徴付けられる。以下の説明では、直交座標系を用いて式を提示する。他の座標系に対応する式は、当業者に知られている数学的手法を用いて得ることができる。ビーム発散角に関する追加情報は、SPIE Symposium Series Vol. 1224, p. 2 (1990)に掲載されているA.E. Siegman著の「New Developments in Laser Resonators」およびOptics Letters, Vol. 22(5), 262 (1997)に掲載されているR. Borghi and M. Santarsiero著の「M² factor of Bessel-Gauss beams」と題する論文に見出すことができ、これらの開示は、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。追加情報は、「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams」と題する国際規格ISO 11146-1:2005(E)、「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 2: General astigmatic beams」と題するISO 11146-2:2005(E)、および「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods」と題するISO11146-3:2004(E)に見出すことができ、これらの開示は、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。

時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビーム１１２の強度プロファイルの重心の空間座標は、以下の式で与えられる：

これらはウィグナー分布の一次モーメントとしても知られており、ISO 11146-2:2005(E)の第３．５項に記載されている。それらの測定方法は、ISO 11146-2:2005(E)の第７項に記載されている。

分散とは、レーザビーム１１２の強度分布の横断面（Ｘ－Ｙ）平面における幅を、ビーム伝搬方向の位置ｚの関数として表した指標である。任意のレーザビームでは、Ｘ方向の分散とＹ方向の分散とが異なる場合がある。

は、それぞれＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとする。特に注目されるのは、近接場および遠方場の限界における分散である。

は、それぞれ近接場限界におけるＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとし、

は、それぞれ遠方場限界におけるＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとする。フーリエ変換

（ν_ｘおよびν_ｙは、それぞれＸ方向およびＹ方向の空間周波数である）を用いた時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビームの場合、Ｘ方向およびＹ方向における近接場および遠方場の分散は以下の式で与えられる：

分散量

は、ウィグナー分布の対角要素としても知られている（ISO 11146-2:2005(E)参照）。これらの分散は、ISO 11146-2:2005(E)の第７項に記載される測定技術を用いて、実験用レーザビームについて定量化することができる。簡単に説明すると、この測定では、線形不飽和ピクセル検出器を使用して、分散および重心座標を定義する積分式の無限積分領域に近似する有限空間領域にわたってＩ（ｘ，ｙ）が測定される。測定領域の適切な範囲、背景差分および検出器のピクセル分解能は、ISO 11146-2:2005(E)の第７項に記載される反復測定手順の収束によって決定される。式１～６で与えられる式の数値は、ピクセル検出器で測定された強度値の配列から数値的に計算される。

任意の光ビームの横方向の振幅プロファイル

（ここで、

である）と、任意の光ビームの空間周波数分布

（ここで、

である）との間のフーリエ変換関係を通じて、次のように示されることができる：

式（７）および（８）では、

は、それぞれｘ方向およびｙ方向のウエスト位置ｚ_０ｘおよびｚ_０ｙで発生する

の最小値であり、λはレーザビーム１１２の波長である。式（７）および（８）から、

が、レーザビーム１１２のウエスト位置（例えば、レーザビーム焦線１１３のウエスト部分）に関連する最小値から、いずれかの方向にｚとともに二次関数的に増加することがわかる。さらに、軸対称であり、それによって軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を有するビームスポット１１４を含む本明細書に記載される実施形態では、

となり、非軸対称であり、それによって非軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を有するビームスポット１１４を含む本明細書に記載される実施形態では、

となる。

式（７）および（８）は、ビーム伝搬係数Ｍ^２の観点から書き換えることができ、ｘ方向およびｙ方向の個別のビーム伝搬係数

は、以下のように定義される：

式（９）および（１０）を再配置し、式（７）および（８）に代入すると、次のようになる：

この式は、次のように書き換えることができる：

［式中、ｘ方向およびｚ方向におけるレイリー長Ｚ_ＲｘおよびＺ_Ｒｙは、それぞれ次のように与えられる：

レイリー長は、（ISO 11146-1:2005(E)の第３．１２項で定義されているビームウエストの位置に対する）距離であって、（ビームウエストの位置での分散に対して）レーザビームの分散が２倍になる距離に対応し、レーザビームの横断面領域の発散角の指標となる。さらに、軸対称であり、それによって軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を有するビームスポット１１４を含む本明細書に記載される実施形態では、Ｚ_Ｒｘ＝Ｚ_Ｒｙとなり、非軸対称であり、それによって非軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を有するビームスポット１１４を含む本明細書に記載される実施形態では、Ｚ_Ｒｘ≠Ｚ_Ｒｙ、すなわち、Ｚ_Ｒｘ＜Ｚ_ＲｙまたはＺ_Ｒｘ＞Ｚ_Ｒｙとなる。レイリー長は、光強度がビームウエスト位置（最大強度の位置）で観測されるその値の半分に減衰するビーム軸に沿った距離としても観測されることができる。レイリー長が長いレーザビームは発散角が小さく、レイリー長が短いレーザビームに比べて、ビーム伝搬方向の距離に応じてゆっくりと拡大していく。

上記の式は、レーザビームを記述する強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いることで、（ガウシアンビームに限らず）あらゆるレーザビームに適用することができる。ガウシアンビームのＴＥＭ_００モードの場合、強度プロファイルは、次のように与えられる：

［式中、ｗ_Ｏは半径（ビーム強度がビームウエスト位置ｚ_０でビームのピークビーム強度の１／ｅ^２に減少する半径として定義される）である］。式（１７）と上記の式から、ＴＥＭ_００ガウシアンビームの場合、以下の結果が得られる:

［式中、Ｚ_Ｒ＝Ｚ_ＲＸ＝Ｚ_ＲＹである］。さらに、ガウシアンビームの場合、

であることが留意される。

ビーム横断面は、形状および寸法によって特徴付けられる。ビーム横断面の寸法は、ビームのスポットサイズによって特徴付けられる。ガウシアンビームの場合、スポットサイズは、ビームの強度がその最大値の１／ｅ^２に減少する半径方向の広がりと定義されることが多く、式（１７）ではｗ_Ｏと表される。ガウシアンビームの最大強度は、強度分布の中心（ｘ＝０およびｙ＝０（直交座標系）またはｒ＝０（円筒座標系））で発生し、スポットサイズを決定するために使用される半径方向の広がりは、中心を基準にして測定される。

軸対称（すなわち、ビーム伝搬軸Ｚを中心として回転対称）の横断面を有するビームは、ISO 11146-1:2005(E)の第３．１２項で規定されているように、ビームウエスト位置で測定される単一の寸法またはスポットサイズによって特徴付けられることができる。ガウシアンビームの場合、式（１７）はスポットサイズがｗ_Ｏに等しいことを示しており、これは式（１８）から２σ_０ｘまたは２σ_０ｙに対応する。円形断面などの軸対称の横断面を有する軸対称ビームの場合、σ_０ｘ＝σ_０ｙとなる。したがって、軸対称ビームの場合、断面の寸法は、ｗ_Ｏ＝２σ_０となる単一のスポットサイズパラメータで特徴付けられてもよい。スポットサイズは、軸対称ビームとは異なりσ_０ｘ≠σ_０ｙとなる非軸対称ビームの横断面についても同様に定義することができる。したがって、ビームのスポットサイズが非軸対称の場合、非軸対称ビームの横断面寸法を２つのスポットサイズパラメータ：それぞれｘ方向のｗ_Ｏｘおよびｙ方向のｗ_Ｏｙであって、

で特徴付ける必要がある。

さらに、非軸対称ビームの場合、軸方向（すなわち、任意の回転角度）の対称性がないため、σ_０ｘおよびσ_０ｙの値の計算結果は、Ｘ軸およびＹ軸の向きの選択に依存することになる。ISO 11146-1:2005(E)では、これらの基準軸をパワー密度分布の主軸と呼んでおり（第３．３項～第３．５項）、以下の説明ではＸ軸およびＹ軸がこれらの主軸と一致していると仮定している。さらに、非軸対称ビームのスポットサイズパラメータの最小値（ｗ_{ｏ，ｍｉｎ}）および最大値（ｗ_{ｏ，ｍａｘ}）を定義するために、Ｘ軸およびＹ軸が横断面平面内で中心にして回転することができる角度φ（例えば、それぞれＸ軸およびＹ軸の基準位置に対するＸ軸およびＹ軸の角度）を使用してもよい：

［式中、２σ_{０，ｍｉｎ}＝２σ_０ｘ（φ_{ｍｉｎ，ｘ}）＝２σ_０ｙ（φ_{ｍｉｎ，ｙ}）であり、２σ_{０，ｍａｘ}＝２σ_０ｘ（φ_{ｍａｘ，ｘ}）＝２σ_０ｙ（φ_{ｍａｘ，ｙ}）である］。ビーム横断面の軸方向の非対称性の大きさは、アスペクト比によって定量化することができ、このアスペクト比は、ｗ_{ｏ，ｍａｘ}のｗ_{ｏ，ｍｉｎ}に対する比として定義される。軸対称ビーム横断面はアスペクト比が１．０であるが、楕円形や他の非軸対称のビーム横断面はアスペクト比が１．０よりも大きく、例えば、１．１よりも大きく、１．２よりも大きく、１．３よりも大きく、１．４よりも大きく、１．５よりも大きく、１．６よりも大きく、１．７よりも大きく、１．８よりも大きく、１．９よりも大きく、２．０よりも大きく、３．０よりも大きく、５．０よりも大きく、１０．０などよりも大きい。

ビーム伝搬方向（例えば、透明ワーク１６０の深さ寸法）における欠陥１７２の均一性を促進するために、発散角が小さいレーザビーム１１２を使用してもよい。１つ以上の実施形態では、発散角が小さいレーザビーム１１２を利用して欠陥１７２を形成してもよい。前述のとおり、発散角はレイリー長によって特徴付けられることができる。非軸対称ビームの場合、主軸ＸおよびＹのレイリー長は、それぞれＸ方向およびＹ方向について式（１５）および（１６）で定義され、任意の現実のビームの場合、

であることを示すことができ、

は、レーザビームの強度分布によって決定される。対称ビームの場合、レイリー長は、Ｘ方向およびＹ方向で同じであり、式（２２）または（２３）で表される。発散角が小さいということは、レイリー長の値が大きく、レーザビームの回折が弱いということに関連している。

ガウシアン強度プロファイルを有するビームは、欠陥１７２を形成するためのレーザ加工にはあまり適していない可能性がある。というのも、利用可能なレーザパルスエネルギーでガラスなどの材料を修正できるように、十分に小さいスポットサイズ（例えば、約１～５μｍまたは約１～１０μｍなどのマイクロメートル範囲のスポットサイズ）に集光した場合、回折が大いに起こり、短い伝搬距離では大幅に発散してしまうからである。低発散を実現するためには、パルスレーザビームの強度分布を制御または最適化して回折を抑えることが望ましい。パルスレーザビームは、非回折性であっても、弱回折性であってもよい。弱回折レーザ光としては、準非回折レーザ光が挙げられる。代表的な弱回折レーザ光としては、ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、およびマシュービームが挙げられる。

非軸対称ビームの場合、レイリー長Ｚ_ＲｘおよびＺ_Ｒｙは等しくならない。式（１５）および（１６）から、Ｚ_ＲｘおよびＺ_Ｒｙは、それぞれσ_０ｘおよびσ_０ｙに依存していることがわかるが、前述のとおり、σ_０ｘおよびσ_０ｙの値は、Ｘ軸およびＹ軸の向きに依存している。これに伴い、Ｚ_ＲｘおよびＺ_Ｒｙの値も変化し、各々が主軸に対応した最小値および最大値を有することになり、Ｚ_Ｒｘの最小値をＺ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}、Ｚ_Ｒｙの最小値をＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}と表すと、任意のビームプロファイルの場合、Ｚ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}は、以下のように与えられる：

および

レーザビームの発散角は、レイリー長が最小の方向に短い距離で発生することから、欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２の強度分布は、Ｚ_ＲｘおよびＺ_Ｒｙの最小値（または軸対称ビームの場合はＺ_Ｒの値）ができるだけ大きくなるように制御されてもよい。Ｚ_Ｒｘの最小値Ｚ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_Ｒｙの最小値Ｚ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}は、非軸対称ビームでは異なることから、損傷領域を形成する際にＺ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}のうちの小さい方をできるだけ大きくする強度分布のレーザビーム１１２を使用してもよい。

いくつかの実施形態では、Ｚ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}のうちの小さい方（または軸対称ビーム場合はＺ_Ｒの値）は、５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上、５０μｍ～１０ｍｍの範囲、１００μｍ～５ｍｍの範囲、２００μｍ～４ｍｍの範囲、３００μｍ～２ｍｍの範囲である。

ここで特定されるＺ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}のうちの小さい方の値および範囲（軸対称ビームの場合はＺ_Ｒの値）は、式（２７）で定義したスポットサイズパラメータｗ_{ｏ，ｍｉｎ}を調整することでワークが透過性になる異なる波長に対して実現可能である。いくつかの実施形態では、スポットサイズパラメータｗ_{ｏ，ｍｉｎ}は、０．２５μｍ以上、０．５０μｍ以上、０．７５μｍ以上、１．０μｍ以上、２．０μｍ以上、３．０μｍ以上、５．０μｍ以上、０．２５μｍ～１０μｍの範囲、０．２５μｍ～５．０μｍの範囲、０．２５μｍ～２．５μｍの範囲、０．５０μｍ～１０μｍの範囲、０．５０μｍ～５．０μｍの範囲、０．５０μｍ～２．５μｍの範囲、０．７５μｍ～１０μｍの範囲、０．７５μｍ～５．０μｍの範囲、０．７５μｍ～２．５μｍなどの範囲である。

非回折または準非回折ビームは、一般に、半径に対して非単調に減少するなどの複雑な強度プロファイルを有している。ガウシアンビームとの類似性から、非軸対称ビームの有効スポットサイズｗ_{ｏ，ｅｆｆ}は、強度が最大強度の１／ｅ^２に減少する最大強度の半径方向位置（ｒ＝０）からの最短の半径方向距離として任意の方向に定義することができる。さらに、軸対称ビームの場合、ｗ_{ｏ，ｅｆｆ}は、強度が最大強度の１／ｅ^２に減少する最大強度の半径方向位置（ｒ＝０）からの半径方向距離である。非軸対称ビームの場合は有効スポットサイズｗ_{ｏ，ｅｆｆ}、または軸対称ビームの場合はスポットサイズｗ_ｏに基づくレイリー長の基準は、以下の非軸対称ビームの場合は式（３１）、または軸対称ビームの場合は式（３２）を用いて、損傷領域を形成するための非回折または準非回折ビームとして規定することができる：

［式中、Ｆ_Ｄは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０～２０００の範囲、５０～１５００の範囲、１００～１０００の範囲の値を有する無次元発散係数である。式（３１）を式（２２）または式（２３）と比較することにより、非回折または準非回折ビームの場合、式（３１）のＺ_{Ｒｘ，ｍｉｎ}およびＺ_{Ｒｙ，ｍｉｎ}のうちの小さい方の距離であって、有効ビームサイズが２倍になる距離は、典型的なガウシアンビームプロファイルを使用した場合に予想される距離のＦ_Ｄ倍であることがわかる。無次元発散係数Ｆ_Ｄは、レーザビームが準非回折性であるか否かを判断するための基準を提供する。本明細書で使用される場合、レーザビーム１１２は、レーザビームの特性がＦ_Ｄ≧１０の値で式（３１）または式（３２）を満たす場合、準非回折性とみなされる。Ｆ_Ｄの値が増加するにつれて、レーザビーム１１２はより完全に近い非回折状態に近づく。さらに、式（３２）は、式（３１）を単純化しただけであり、そのため、式（３１）は、軸対称および非軸対称のパルスレーザビーム１１２の両方について、無次元発散係数Ｆ_Ｄを数学的に記述していることを理解されたい。

ここで、図１Ｃを参照すると、準非回折性であり、非球面光学素子１２０（例えば、アキシコン１２２）を用いて透明ワーク１６０にレーザビーム焦線１１３を形成するレーザビーム１１２を生成するための光学アセンブリ１００が概略的に示されている。光学アセンブリ１００は、レーザビーム１１２を出力するビーム源１１０、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２を含む。ビーム源１１０は、レーザビーム１１２、例えば、パルスレーザビームまたは連続波レーザビームを出力するように構成された任意の既知のビーム源またはまだ開発されていないビーム源１１０を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、ビーム源１１０は、例えば、１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、または２６６ｎｍ、または２１５ｎｍの波長を含むレーザビーム１１２を出力してもよい。さらに、透明ワーク１６０に欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２は、選択されたパルスレーザ波長に対して透過性である材料によく適している可能性がある。

さらに、透明ワーク１６０は、例えば、ビーム源１１０が出力するレーザビーム１１２が、非球面光学素子１２０を通過し、その後、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の両方を通過した後、透明ワーク１６０を照射するように配置されていてもよい。光軸１０２は、ビーム源１１０がレーザビーム１１２を出力した際にレーザビーム１１２のビーム経路１１１が光軸１０２に沿って延びるように、ビーム源１１０と透明ワーク１６０との間に（図１Ｃに示される実施形態ではＺ軸線に沿って）延びている。

欠陥１７２を形成するのに適したレーザ波長は、透明ワーク１６０による線形吸収および散乱の複合損失が十分に低い波長である。実施形態では、この波長における透明ワーク１６０による線形吸収および散乱による複合損失は、２０％／ｍｍ未満、または１５％／ｍｍ未満、または１０％／ｍｍ未満、または５％／ｍｍ未満、または１％／ｍｍ未満であり、寸法「／ｍｍ」は、レーザビーム１１２のビーム伝搬方向（例えば、Ｚ方向）における透明ワーク１６０内の距離の１ミリメートルあたりを意味する。多くのガラス製ワークの代表的な波長は、Ｎｄ^３＋の基本波および高調波（例えば、Ｎｄ^３＋：ＹＡＧまたはＮｄ^３＋：ＹＶＯ_４の基本波は１０６４ｎｍ付近であり、高次の高調波は５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、および２６６ｎｍ付近である）を含む。スペクトルの紫外、可視、および赤外部分の他の波長も、所与の基板材料の線形吸収および散乱損失の要件を満たすものであれば使用可能である。

動作中、ビーム源１１０が出力するレーザビーム１１２は、透明ワーク１６０に多光子吸収（ＭＰＡ）を生じさせてもよい。ＭＰＡとは、同一または異なる周波数の２つ以上の光子が同時に吸収されることで、分子をある状態（通常は基底状態）からより高いエネルギーの電子状態（すなわち、イオン化）へと励起することである。関与する分子の下位状態と上位状態とのエネルギー差は、関与する光子のエネルギーの合計に等しい。ＭＰＡは誘起吸収とも呼ばれ、例えば、線形吸収よりも数桁弱い二次または三次（またはそれよりも高次）のプロセスであり得る。ＭＰＡは、二次誘起吸収の強さが、例えば光強度の２乗に比例し得るという点で線形吸収と異なり、ひいては非線形光学プロセスである。

輪郭１７０を生じさせる穿孔ステップ（図１Ａおよび図１Ｂ）は、ビーム源１１０（例えば、超短パルスレーザなどのパルスビーム源）を、非球面光学素子１２０、第１のレンズ１３０、および第２のレンズ１３２と組み合わせて利用して、透明ワーク１６０を照射し、レーザビーム焦線１１３を生成してもよい。レーザビーム焦線１１３は、上記で定義したように、ガウスベッセルビームまたはベッセルビームなどの準非回折ビームを含み、透明ワーク１６０を完全にまたは部分的に穿孔して、透明ワーク１６０に欠陥１７２を形成し、これらが輪郭１７０を形成してもよい。レーザビーム１１２がパルスレーザビームを含む実施形態では、個々のパルスのパルス持続時間は、約１フェムト秒～約２００ピコ秒、例えば約１ピコ秒～約１００ピコ秒、５ピコ秒～約２０ピコ秒などの範囲であり、個々のパルスの繰返し率は、約１ｋＨｚ～４ＭＨｚの範囲、例えば約１０ｋＨｚ～約３ＭＨｚの範囲、または約１０ｋＨｚ～約６５０ｋＨｚの範囲であってもよい。

図２Ａおよび図２Ｂも参照すると、前述の個々のパルス繰返し率での単一のパルス動作に加えて、パルスレーザビームを含む実施形態では、パルスは、２サブパルス２０１Ａ以上のパルスバースト２０１で生成されてもよい（例えば、１パルスバーストあたり３サブパルス、４サブパルス、５サブパルス、１０サブパルス、１５サブパルス、２０サブパルス以上、例えば、１パルスバースト２０１あたり１～３０サブパルス、または、５～２０サブパルスなど）。理論に拘束されることを意図するものではないが、パルスバーストは、単一のパルス操作を使用して容易にアクセスできない時間スケールで、材料（すなわち、透明ワーク１６０の材料におけるＭＰＡ）との光学エネルギー相互作用を生じさせる、短くて速いサブパルスのグルーピングである。さらに、理論に拘束されることを意図するものではないが、パルスバースト（すなわち、パルス群）内のエネルギーは保存される。実例として、１００μＪ／バーストのエネルギーおよび２サブパルスを有するパルスバーストの場合、１００μＪ／バーストのエネルギーは２パルスに分割され、サブパルスあたり５０μＪの平均エネルギーとなり、１００μＪ／バーストのエネルギーおよび１０サブパルスを有するバルスパーストの場合、１００μＪ／バーストは１０サブパルスに分割され、サブパルスあたり１０μＪの平均エネルギーとなる。さらに、パルスバーストのサブパルス間のエネルギー分布は均一である必要はない。実際、いくつかの例では、パルスバーストのサブパルス間のエネルギー分布は、パルスバーストの第１のサブパルスが最も多くのエネルギーを含み、パルスバーストの第２のサブパルスがわずかに少ないエネルギーを含み、パルスバーストの第３のサブパルスがさらに少ないエネルギーを含むという指数関数的な減衰の形をしている。しかしながら、個々のパルスバースト内の他のエネルギー分布も可能であり、この場合、各サブパルスの正確なエネルギーは、透明ワーク１６０に異なる量の修正をもたらすように調整することができる。

さらに、理論に拘束されることを意図するものではないが、１つ以上の輪郭１７０の欠陥１７２が少なくとも２つのサブパルスを有するパルスバーストを用いて形成される場合、輪郭１７０に沿って透明ワーク１６０を分離するのに必要な力（すなわち、最大破断抵抗）は、単一のパルスレーザを用いて形成される同一の透明ワーク１６０の隣接する欠陥１７２の間に同じ間隔を有する輪郭１７０の最大破断抵抗と比較して低減される。例えば、単一のパルスを用いて形成された輪郭１７０の最大破断抵抗は、２つ以上のサブパルスを有するパルスバーストを用いて形成された輪郭１７０の最大破断抵抗の少なくとも２倍以上である。さらに、単一のパルスを用いて形成された輪郭１７０と、２つのサブパルスを有するパルスバーストを用いて形成された輪郭１７０との間の最大破断抵抗の差は、２つのサブパルスを有するパルスバーストを用いて形成された輪郭１７０と、３つのサブパルスを有するパルスバーストを用いて形成された輪郭１７０との間の最大破断抵抗の差よりも大きい。したがって、パルスバーストを使用して、単一のパルスレーザを用いて形成された輪郭１７０よりも容易に分離する輪郭１７０を形成してもよい。

さらに、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、パルスバースト２０１内のサブパルス２０１Ａは、約１ナノ秒～約５０ナノ秒、例えば、約１０ナノ秒～約３０ナノ秒、例えば約２０ナノ秒の範囲である持続時間によって分離されてもよい。他の実施形態では、パルスバースト２０１内のサブパルス２０１Ａは、最大１００ピコ秒（例えば、０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはそれらの間の任意の範囲）の持続時間によって分離されてもよい。所与のレーザの場合、パルスバースト２０１内の隣接するサブパルス２０１Ａの間の時間分離Ｔ_ｐ（図２Ｂ）は、比較的均一（例えば、互いに約１０％以内）であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、パルスバースト２０１内の各サブパルス２０１Ａは、後続のサブパルスから約２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）だけ時間的に分離される。さらに、各パルスバースト２０１の間の時間は、約０．２５マイクロ秒～約１０００マイクロ秒、例えば、約１マイクロ秒～約１０マイクロ秒、または、約３マイクロ秒～約８マイクロ秒であってもよい。

本明細書に記載されるビーム源１１０の例示的な実施形態のいくつかでは、約２００ｋＨｚのバースト繰返し率を備えるレーザビーム１１２を出力するビーム源１１０の場合、時間間隔Ｔ_ｂ（図２Ｂ）は約５マイクロ秒である。レーザバースト繰返し率は、バーストの最初のパルスから後続のバーストの最初のパルスまでの時間Ｔ_ｂに関係する（レーザバースト繰返し率＝１／Ｔ_ｂ）。いくつかの実施形態では、レーザバースト繰返し率は、約１ｋＨｚ～約４ＭＨｚの範囲であってもよい。実施形態では、レーザバーストの繰返し率は、例えば、約１０ｋＨｚ～６５０ｋＨｚの範囲であってもよい。各バーストの最初のパルスから後続のバーストの最初のパルスまでの間の時間Ｔ_ｂは、約０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚバースト繰返し率）～約１０００マイクロ秒（１ｋＨｚバースト繰返し率）、例えば、約０．５マイクロ秒（２ＭＨｚバースト繰返し率）～約４０マイクロ秒（２５ｋＨｚバースト繰返し率）、または約２マイクロ秒（５００ｋＨｚバースト繰返し率）～約２０マイクロ秒（５０ｋＨｚバースト繰返し率）であってもよい。正確なタイミング、パルス持続時間、およびバースト繰返し率は、レーザの設計に応じて異なっていてもよいが、高強度の短パルス（Ｔ_ｄ＜２０ピコ秒、いくつかの実施形態ではＴ_ｄ≦１５ピコ秒）が特に効果的であることが示されている。

バースト繰返し率は、約１ｋＨｚ～約２ＭＨｚ、例えば約１ｋＨｚ～約２００ｋＨｚの範囲であってもよい。バースト化またはパルスバースト２０１の生成は、サブパルス２０１Ａの放出が均一で安定した流れではなく、パルスバースト２０１の密集したクラスタで行われるレーザ動作の一種である。パルスバーストレーザビームは、透明ワーク１６０の材料がその波長で実質的に透過性になるように、操作される透明ワーク１６０の材料に基づいて選択された波長を有していてもよい。材料で測定されたバーストあたりの平均レーザ出力は、材料の厚さ１ｍｍあたり少なくとも約４０μＪであってもよい。例えば、実施形態では、１バーストあたりの平均レーザ出力は、約４０μＪ／ｍｍ～約２５００μＪ／ｍｍ、または約５００μＪ／ｍｍ～約２２５０μＪ／ｍｍであってもよい。具体的な例では、厚さ０．５ｍｍ～０．７ｍｍのCorning EAGLE XG（登録商標）透明ワークの場合、約３００μＪ～約６００μＪのパルスバーストがワークを切断および／または分離してもよく、これは、約４２８μＪ／ｍｍ～約１２００μＪ／ｍｍの例示的な範囲に相当する（すなわち、０．７ｍｍのEAGLE XG（登録商標）ガラスの場合は３００μＪ／０．７ｍｍであり、０．５ｍｍのEAGLE XG（登録商標）ガラスの場合は６００μＪ／０．５ｍｍである）。

透明ワーク１６０を修正するために必要とされるエネルギーはパルスエネルギーであり、これは、パルスバーストエネルギー（すなわち、各パルスバースト２０１が一連のサブパルス２０１Ａを含むパルスバースト２０１内に含まれるエネルギー）の観点から、または単一のレーザパルス内に含まれるエネルギー（その多くはバーストを含んでいてもよい）の観点から記述することができる。パルスエネルギー（例えば、パルスバーストエネルギー）は、約２５μＪ～約７５０μＪ、例えば、約５０μＪ～約５００μＪ、または約５０μＪ～約２５０μＪであってもよい。いくつかのガラス組成物では、パルスエネルギー（例えば、パルスバーストエネルギー）は、約１００μＪ～約２５０μＪであってもよい。しかしながら、ディスプレイまたはＴＦＴガラス組成物の場合、パルスエネルギー（例えば、パルスバーストエネルギー）はより高くてもよい（例えば、透明ワーク１６０の特定のガラス組成に応じて、約３００μＪ～約５００μＪ、または約４００μＪ～約６００μＪ）。

理論に拘束することを意図するものではないが、パルスバーストを生成することができるパルスレーザビームを含むレーザビーム１１２の使用は、透明な材料、例えばガラス（例えば、透明ワーク１６０）を切断または修正するのに有利である。単一のパルスレーザの繰返し率によって時間的に間隔を空けた単一のパルスを使用するのとは対照的に、バースト内の急速なパルスシーケンス全体にパルスエネルギーを拡散するバーストシーケンスを使用することで、単一のパルスレーザで可能なものよりも大きな時間スケールで材料と高強度の相互作用を行うことが可能になる。（単一のパルス動作とは対照的に）パルスバーストの使用により、欠陥１７２のサイズ（例えば、横断面サイズ）が大きくなり、このことが、１つ以上の輪郭１７０に沿って透明ワーク１６０を分離する際に、隣接する欠陥１７２の接続を容易にし、それによって意図しない亀裂の形成が最小限に抑えられる。さらに、欠陥１７２を形成するためにパルスバーストを使用すると、欠陥１７２から外側に延びる個々の亀裂が、欠陥１７２の分離が輪郭１７０をたどるように輪郭１７０の分離に影響を与えたり、別様にバイアスをかけたりしないように、各欠陥１７２から透明ワーク１６０のバルク材料に延びる亀裂の向きのランダム性が高まり、意図しない亀裂の形成を最小限に抑えられる。

再び図１Ｃを参照すると、非球面光学素子１２０は、ビーム源１１０と透明ワーク１６０との間のビーム経路１１１内に配置されている。動作中、非球面光学素子１２０を介してレーザビーム１１２、例えば入射ガウシアンビームを伝搬させると、上述のとおり、非球面光学素子１２０を越えて伝搬するレーザビーム１１２の部分が準非回折性となるように、レーザビーム１１２を変化させることができる。非球面光学素子１２０は、非球面形状を備える任意の光学素子を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、円錐形の波面生成光学素子、例えばアキシコンレンズ、例えば、負の屈折型アキシコンレンズ、正の屈折型アキシコンレンズ、反射型アキシコンレンズ、回折型アキシコンレンズ、プログラマブル空間光変調器アキシコンレンズ（例えば、位相アキシコン）を含んでいてもよい。

いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、その形状が数学的に次のように記述される少なくとも１つの非球面を含む：ｚ′＝（ｃｒ^２／１）＋（１－（１＋ｋ）（ｃ^２ｒ^２））^１／２＋（ａ_１ｒ＋ａ_２ｒ^２＋ａ_３ｒ^３＋ａ_４ｒ^４＋ａ_５ｒ^５＋ａ_６ｒ^６＋ａ_７ｒ^７＋ａ_８ｒ^８＋ａ_９ｒ^９＋ａ_１０ｒ^１０＋ａ_１１ｒ^１１＋ａ_１２ｒ^１２［式中、ｚ′は非球面の表面サグであり、ｒは半径径方向（例えば、Ｘ方向またはＹ方向）における非球面と光軸１０２との距離の距離であり、ｃは非球面の表面曲率（すなわち、ｃ_ｉ＝１／Ｒ_ｉであって、Ｒは非球面の表面半径）であり、ｋは円錐定数であり、係数ａ_ｉは、非球面を記述する１次～１２次の非球面係数またはより高次の非球面係数（多項式非球面）である。一例の実施形態では、非球面光学素子１２０の少なくとも１つの非球面は、それぞれ以下の係数ａ_１～ａ_７：－０．０８５２７４７８８；０．０６５７４８８４５；０．０７７５７４９９５；－０．０５４１４８６３６；０．０２２０７７０２１；－０．００５４９８７４７２；０．０００６６８２９５５を含み、非球面係数ａ_８～ａ_１２は０である。本実施形態では、少なくとも１つの非球面は、円錐定数ｋ＝０である。しかしながら、係数ａ_１が非ゼロの値であることから、これは、非ゼロの値の円錐定数ｋを有することと同等である。したがって、非ゼロの円錐定数ｋ、非ゼロの係数ａ_１、または非ゼロのｋと非ゼロの係数ａ_１との組み合わせを規定することで、同等の表面を記述することができる。さらに、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの非球面は、非ゼロの値を有する少なくとも１つの高次の非球面係数ａ_２～ａ_１２（すなわち、ａ_２，ａ_３．．．，ａ_１２≠０のうちの少なくとも１つ）によって記述または定義される。一例の実施形態では、非球面光学素子１２０は、立方体形状の光学素子などの３次の非球面光学素子を含み、非ゼロの係数ａ_３を有している。

いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０がアキシコン１２２を含む場合（図１Ｃに示される）、アキシコン１２２は、約１．２°、例えば約０．５°～約５°、または約１°～約１．５°、またはさらには約０．５°～約２０°の角度を有するレーザ出力面１２６（例えば、円錐面）を有していてもよく、この角度は、レーザビーム１１２がアキシコン１２２に入射するレーザ入力面１２４（例えば、平坦な面）に対して測定したものである。さらに、レーザ出力面１２６は、円錐形の先端部で終端する。さらに、非球面光学素子１２０は、レーザ入力面１２４からレーザ出力面１２６まで延び、円錐形の先端部で終端する中心線軸１２５を含む。他の実施形態では、非球面光学素子１２０は、ワキシコン、空間光変調器などの空間位相変調器、または回折光学格子を含んでいてもよい。動作中、非球面光学素子１２０は、入射レーザビーム１１２（例えば、入射ガウシアンビーム）を準非回折ビームに成形し、このビーム自体は、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２を介して送出される。

さらに図１Ｃを参照すると、第１のレンズ１３０は、第２のレンズ１３２の上流に配置され、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメーション空間１３４内でレーザビーム１１２をコリメートしてもよい。さらに、第２のレンズ１３２は、レーザビーム１１２を、キャプチャ面１０４に配置されていてもよい透明ワーク１６０に集光してもよい。いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２は、各々が平凸レンズを備えている。第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の各々が平凸レンズを備えている場合、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の各々の湾曲部はコリメーション空間１３４の方向に向いていてもよい。他の実施形態では、第１のレンズ１３０は、他のコリメートレンズを備えていてもよく、第２のレンズ１３２は、メニスカスレンズ、非球面レンズ、または他の高次補正集光レンズを備えていてもよい。

準非回折ビームを使用する用途では、レーザビーム焦線１１３は、輪郭１７０に沿った平均レーザ強度を最大化するために、透明ワーク１６０の第１の表面１６２に対して垂直に配向することができる。レイリー長Ｚ_Ｒとスポットサイズｗ_ｏとのアスペクト比が高いことから、準非回折ビームのアライメントはより困難になる可能性がある。小さな角度（例えば、２０°未満）での法線入射からの逸脱は、輪郭１７０に沿ったレーザ強度の大幅な低下をもたらし、これにより、所望の材料修正のための閾値を下回り、切断能力が失われる可能性がある。

いくつかの例では、準非回折ビームの法線入射は、基板を回転させることによって達成される。他の例では、準非回折ビームを直接回転させることは、三次元（３Ｄ）基板上の微細形状（fine features）を正確に切断したり、大きなサイズの基板を切断したりするために強く望まれる。ビーム形状が維持されることから、ガウシアンビームは、レーザヘッドを旋回させることで回転させたり傾けたりすることができる。しかしながら、準非回折ビームを回転させたり傾けたりすることは非常に困難である。光学システムの出力の外側で光の伝搬方向を操作すると、特に準非回折ビーム形成後に、ビーム形状の歪みが発生し得る。

ここで議論される実施形態は、準非回折ビーム形成用の光学素子と回転式機械ユニットとを一体化し、正確な位置決めおよび制御された準非回折ビームを提供する光学システムを提示する。

図３は、いくつかの実施形態による、透明ワーク１６０にレーザ加工を行うシステム３００の概略図であり、システム３００は、光源（例えば、ビーム源１１０）および光学システム３０４を含む。

この例では、ビーム源１１０は、ビーム経路１１１に沿って光学システム３０４を通過するレーザビーム１１２を生成する。レーザビーム１１２は、図２で説明したように、１パルスバーストあたり２サブパルス以上を有するパルスバーストによるパルスレーザビームとすることができる。レーザビーム１１２は、最初に、衝突面（例えば、図３に示されている第１の面１６２）上の衝突位置１１５で透明ワーク１６０に接触し、次いで、透明ワーク１６０内部でレーザビーム焦線１１３に集光する。この例では、システム３００を使用して、レーザビーム焦線１１３が衝突位置１１５で第１の表面１６２と直交し得るようにレーザビーム１１２を配向する。システム３００は、図１Ａに記載される輪郭１７０と同様の輪郭を形成するための透明ワーク１６０のレーザ加工のために構成されている。透明ワーク１６０は、図１Ａに記載される透明ワークとすることができ、アルカリアルミノシリケートガラス材料を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第１の表面１６２は、平坦または凹凸とすることができる。他の実施形態では、透明ワーク１６０は、図３に示されるとおり、三次元構造を有することができる。透明ワークは、小さな基板や、約０．５ｍ×０．５ｍの大きなシートなどとすることができる。

いくつかの実施形態では、ビーム源１１０は、光学システム３０４と一緒に取り付けることができる。他の実施形態では、ビーム源１１０は、光学システム３０４とは別個に配置することができる。この例では、レーザビーム１１２は、一組の光学配置またはファイバ（図示せず）を介して光学システム３０４に案内され得る。

光学システム３０４の出力におけるレーザビーム１１２は、本明細書に記載される準非回折ビームを含み、当該ビームの例としては、ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、およびマシュービームなどが挙げられる。

システム３００は、１つ以上の並進ステージ１９０と較正ユニット３６２とをさらに備えることができる。この例では、１つ以上の並進ステージ１９０は、透明ワーク１６０、ビーム源１１０、光学システム３０４、またはビーム源１１０と光学システム３０４との組み合わせを移動させるように構成することができる。並進ステージ１９０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に沿った線形移動（linear kinematic motions）を提供することができ、スライド、トラック、ガントリ、または光学システムのための任意の適切な位置決め装置を含むことができる。したがって、レーザビーム１１２と透明ワーク１６０との間の相対的な変位により衝突位置１１５を調整することができる。レーザビーム１１２は、ビーム経路１１１に沿って伝搬し、衝突面（例えば、第１の面１６２）と角度αを形成する。本開示の光学システム３０４は、衝突位置１１５で角度αを９０度に調整するための２つの回転運動を提供することができる。

較正ユニット３６２、例えば、１つ以上のカメラまたは画像センサを使用して、透明ワーク１６０上の輪郭の画像によりレーザビーム１１２の位置および向きを測定または較正すことができる。必要に応じて、並進ステージ１９０を使用して、較正ユニット３６２からのフィードバックに基づいて、光学システム３０４に対する透明ワーク１６０の位置および高さを調整することができる。レーザビーム１１２の向きは、光学システム３０４によって調整することができる。

図４は、光学システム３０４の例示的な構成を示しており、光学システム３０４は、非球面光学素子１２０、第１の反射光学デバイス４２４、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２などの光学素子を備えている。非球面光学素子１２０は、図４に示されているとおり、アキシコン１２２とすることができる。非球面光学素子１２０としてはまた、屈折型アキシコン、反射型アキシコン、負のアキシコン、空間光変調器、回折光学素子、または立方体形状の光学素子を挙げることができる。第１および第２の反射光学デバイス４２４および４３０は、ミラーを含む。第１のレンズ１３０は、レーザビーム１１２をコリメートするように構成することができ、第２のレンズ１３２は、レーザビーム１１２を集光するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、入射レーザビーム１１２（例えば、入射ガウシアンビーム）を準非回折ビームに変換することができ、準非回折ビームのレイリー長Ｚ_Ｒは、無次元発散係数Ｆ_Ｄが１０以上である式（３２）を用いて決定することができる。無次元発散係数Ｆ_Ｄはまた、１０～２０００、５０～１５００、または１００～１０００の値を有することができる。

第１および第２のレンズを使用して、光学システム３０４の出力におけるスポットサイズおよびレーザビームの焦線長さを修正することができる。１つの例示的な動作中、レーザビーム１１２は、第１および第２の反射光学デバイス４２４および４３０において光学システム３０４の内部で偏向される。ビーム形状の歪みを最小化するために、ビーム経路１１１または光学軸に沿った偏向角を９０度に維持することができる。

いくつかの実施形態では、光学システム３０４は、第１の部分４１６および第２の部分４１８を含む。第１の部分４１６は、非球面光学素子１２０および第１の反射光学デバイス４２４を含む。第２の部分４１８は、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２を含む。

いくつかの実施形態では、光学システム３０４は、第１および第２の部分４１６／４１８のそれぞれの部分と一体化された第１の回転デバイス４２０（本明細書では「第１のトルクモータ」とも呼ばれる）および第２の回転デバイス４２６（本明細書では「第２のトルクモータ」とも呼ばれる）を含む。第１の回転デバイス４２０および第２の回転デバイス４２６は、モータ、例えばダイレクトドライブモータとすることができる。ダイレクトドライブモータは、伝達ギアを介さずに可動構造体に直接動力を伝達することができる。伝達ギアのバックラッシュまたはヒステリシスのないダイレクトドライブモータは、より高い速度と、さらに重要なことには、より高い精度とを提供することができる。ダイレクトドライブモータとしては、レーザビームを通すための中央の中空シャフトを有するトルクモータを挙げることができる。さらに、トルクモータは、モータによって提供される回転を正確に位置決めして追跡するために、コンピューティングシステムと制御システム、例えばエンコーダとを含むことができる。トルクモータにはフィードバックデバイスと負荷との間に機械的な伝達がないことから、位置エンコーダは正確な制御のために高分解能を提供することができる。

光学システム３０４では、第１の回転デバイス４２０が第１の軸線４３４を中心にして第１の部分４１６を回転させ、第２の回転デバイス４２６が第２の軸線４３６を中心にして第２の部分４１８を回転させる。いくつかの実施形態では、第１の軸線４３４は、第２の軸線４３６に対して垂直にすることができる。この例では、第１の軸線４３４は、垂直なＺ軸（またはＣ軸）とすることができ、第２の軸線４３６は、直交座標系におけるＸ軸またはＹ軸（またはＡ軸）とすることができる。

いくつかの実施形態では、第２の部分４１８は、第１の部分４１６と一緒に第１の軸線４３４を中心にして回転することができる。この例では、第１の軸線４３４を中心とする回転は一次的であり、第２の軸線４３６を中心とする回転は二次的である。

いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、静止していることができ、必ずしも第１の軸線４３４を中心にして回転しない。他の実施形態では、第１のレンズ１３０は、第１の軸線４３４を中心にして回転することができ、必ずしも第２の軸線４３６を中心にして回転しない。したがって、実施形態では、第１の部分４１６は、非球面光学素子１２０、第１の反射光学デバイス４２４および第１のレンズ１３０を含むことができ、第２の部分４１８は、第２の反射光学デバイス４３０および第２のレンズ１３２を含むことができる。別の実施形態では、第１の部分４１６は、第１の反射光学デバイス４２４および第１のレンズ１３０を含むことができ、第２の部分４１８は、第２の反射光学デバイス４３０および第２のレンズ１３２を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の部分４１６は、第１の反射光学デバイス４２４を含み、第２の部分４１８は、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０および第２のレンズ１３２を含む。

図５Ａは、ある実施形態による、光学システム３０４の例示的な設計を示す。光学システム３０４は、第１の部分４１６および第２の部分４１８を含む。光学システム３０４はさらに、第１の回転デバイス４２０および第２の回転デバイス４２６を含む。この例では、第１の部分４１６は、非球面光学素子１２０および第１の反射光学デバイス４２４を含む。この例では、第１の回転デバイス４２０はトルクモータを含む。第１のトルクモータ４２０は、ステータ４２０Ｓおよびロータ４２０Ｒを含む。ステータ４２０Ｓは静止することができ、ロータ４２０Ｒは回転することができる。非球面光学素子１２０および第１の反射光学デバイス４２４はロータ４２０Ｒに取り付けることができる。

いくつかの実施形態では、第１の部分４１６はさらに、中空シャフトを有するスリップリング５５０を含む。スリップリング５５０を使用して、光学システム３０４の可動構造体に電力および電気信号を供給することができる。この例では、レーザビーム（図示せず）が、スリップリング５５０および第１のトルクモータ４２０の中空シャフトを通過し、非球面光学素子１２０に照射することができる。照射ビームと非球面光学素子１２０とのアライメントは、準非回折ビームを生成する上で重要である。

いくつかの実施形態では、第２の部分４１８は、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２を含む。この例では、第２の回転デバイス４２６はトルクモータを含む。第２のトルクモータ４２６は、ステータ４２６Ｓおよびロータ４２６Ｒを含む。ステータ４２６Ｓは静止することができ、ロータ４２６Ｒは回転することができる。図５Ａに示されているとおり、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２は、ロータ４２６Ｒに取り付けることができる。ステータ４２６Ｓは、例えば、金属製のチューブおよび／またはカップリングを介して、第１の部分４１６のロータ４２０Ｒに取り付けることができる。

非球面光学素子１２０と、第１の反射光学デバイス４２４と、第１のレンズ１３０と、第２の反射光学デバイス４３０と、第２のレンズ１３２との間のアライメントは、光学システム３０４の出力において所望の準非回折ビームを生成する上で重要である。したがって、第１の反射光学デバイス４２４および第２の反射光学デバイス４３０における光の偏向角は、光学軸に沿って９０度に保つことができる。

いくつかの実施形態では、第１の回転デバイス４２０は、第１の軸線４３４を中心にして第１の部分４１６を回転させることができ、第２の回転デバイス４２６は、第２の軸線４３６を中心にして第２の部分４１８を回転させることができる。第１の軸線４３４は、垂直なＺ方向のＣ軸を含むことができ、第２の軸線４３６は、Ｘ方向またはＹ方向のいずれかのＡ軸を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の部分４１８は、ロータ４２０Ｒとステータ４２６Ｓとの間の剛体接続を介して、第１の軸線４３４を中心にして回転することもできる。

いくつかの実施形態では、図５Ｂに示されているとおり、非球面光学素子１２０は、静止していることができ、必ずしも第１の軸線４３４を中心にして回転しない。この例では、非球面光学素子１２０は、ステータ４２０Ｓに取り付けることができる。いくつかの実施形態では、第１の部分４１６は、第１のレンズ１３０を含むことができ、第１のレンズ１３０は、第１の軸線４３４を中心にして回転することができ、必ずしも第２の軸線４３６を中心にして回転しない。この例では、第１のレンズ１３０は、ロータ４２０Ｒに取り付けることができる。

図６は、ある実施形態による、動作中の第１および第２の位置にある例示的な光学システム３０４を示す。この例では、光学システム３０４は、第１の部分４１６および第２の部分４１８を含む。第１の部分４１６は、非球面光学素子１２０および第１の反射光学デバイス４２４を含む。第２の部分４１８は、第１のレンズ１３０、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２を含む。光学システム３０４はさらに、第１の回転デバイス４２０および第２回転デバイス４２６を含む。

この例では、第１の部分４１６は、第１の軸線４３４を中心にして回転することができ、第２の部分４１８は、第２の軸線４３６を中心にして回転することができる。この例では、第１の軸線４３４は垂直なＺ軸とすることができ、第２の軸線４３６は水平なＸ軸またはＹ軸とすることができる。

いくつかの実施形態では、第２の部分４１８は、第１の部分４１６に取り付けることができ、また、（図６に示されているとおり）第１の軸線４３４を中心にして回転することができる。

この例では、図６の破線は、第１の回転デバイス４２０によって駆動される第１の軸線４３４を中心にして１８０度回転した後の光学システム３０４の光学素子の位置を示している。第１の部分４１６の一部として、非球面光学素子１２０および第１の反射光学デバイス４２４は、第１の軸線４３４を中心にして１８０度回転する。第２の部分４１８も、それが第１の回転デバイス４２０の回転構造に取り付けられていることから、第１の部分４１６と同時に、第１の軸線４３４を中心にして１８０度回転する。

図７および図８は、ある実施形態による、第２の軸線４３６を中心にして回転する第２の部分４１８の透視図および正面図である。

図７および図８では、第２の回転デバイス４２６、第１のレンズ１３０（図示せず）、第２の反射光学デバイス４３０、および第２のレンズ１３２は、第２の軸線４３６を中心にして回転することができる。いくつかの実施形態では、第２の軸線４３６は、Ｘ方向またはＹ方向のＡ軸とすることができる。

いくつかの実施形態では、光学システム３０４は、第１の回転デバイス４２０を含むことができる。第１の回転デバイス４２０は、第１の軸線４３４を中心にして回転することができる。いくつかの実施形態では、第１の軸線４３４は、垂直Ｚ方向のＣ軸とすることができる。いくつかの実施形態では、光学システム３０４はさらに、スリップリング５５０を含むことができる。

図１Ａおよび図３に戻って参照すると、ある実施形態による、透明ワーク１６０の自由形状レーザ加工のための方法が示されている。本方法は、システム３００を用いて準非回折ビーム１１２を生成するステップを含み、システム３００は、光源１１０および光学システム３０４を含む。本方法はまた、準非回折ビーム１１２を透明ワーク１６０に送出するステップ、誘起吸収を発生させるステップおよび透明ワーク１６０内に欠陥を生成するステップを含む。本方法はさらに、輪郭線１６５に沿って準非回折ビーム１１２を透明ワーク１６０に対して移動させ、透明ワーク１６０内に複数の欠陥１７２を有する輪郭１７０を形成するステップを含み、準非回折ビーム１１２は、衝突位置１１５で、透明ワーク１６０の衝突面（例えば、第１の面１６２）に直交して配向される。

図１Ａ、図３および図４を参照すると、準非回折ビーム１１２は、光学システム３０４の回転デバイス４２０および４２６を介して、任意の所与の衝突位置１１５で法線入射を維持するように調整することができる。準非回折ビームの形状を維持し、反射光学デバイス４２４／４３０における９０度の偏向角を維持するために、光学システム３０４は、３度の回転ではなく、２度の回転を有する。任意の所与の衝突位置１１５で法線入射を達成することは、準非回折ビーム１１２および透明ワーク１６０の入射面が第２の軸線４３６（例えば、Ａ軸）に対して垂直に、または言い換えれば、第２の軸線４３６を中心にした回転面に対して平行になり得るように、第１の回転デバイス４２０を第１の軸線４３４（例えば、Ｃ軸）を中心にして回転させる第１のステップを含む。任意の所与の衝突位置で法線入射を達成することは、準非回折ビーム１１２が入射面内で傾くことができ、衝突位置１１５で第１の表面１６２に対して垂直になり得るように、第２の回転デバイス４２６を回転させる第２のステップを含む。湾曲した衝突面を有する三次元の透明ワーク１６０の場合、異なる表面方向を有する透明ワーク１６０の曲面上の異なる位置に準非回折ビーム１１２が輪郭線１６５に沿って移動する際に、準非回折ビーム１１２と衝突面１６２との間の直交方向をシステム３００によって維持することができる。

前述したように、自由形状レーザ加工に使用されるシステム３００は、光源（またはビーム源１１０）と、第１および第２の部分４１６／４１８を含む光学システム３０４と、第１および第２の部分４１６／４１８のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータ４２０／４２６とを備え、第１のトルクモータ４２０は、第１の軸線４３４を中心にして第１の部分４１６を回転させるように構成されており、第２のトルクモータ４２６は、第２の軸線４３６を中心にして第２の部分４１８を回転させるように構成されており、かつ第１の軸線４３４は、第２の軸線４３６に対して垂直である。光学システム３０４は、非球面光学素子１２０と、第１の反射光学デバイス４２４と、光をコリメートするように構成された第１のレンズ１３０と、第２の反射光学デバイス４３０と、光を集光するように構成された第２のレンズ１３２とを含む。

図９は、ある実施形態による、準非回折ビーム１１２の位置および向きを測定および較正するための例示的な方法９００のフローチャートである。方法９００は、図１Ａ～図８を参照して上述したようなシステム３００の動作を記述してもよい。方法９００に示される操作は網羅的ではなく、図示される操作のいずれかの前、後、または間に、他の操作も同様に実行できることを理解されたい。本開示のさまざまな実施形態では、方法９００の操作は、異なる順序で実行することができ、かつ／または変化させることができる。

ステップ９０２では、物体（例えば、透明ワーク１６０）の輪郭（図１Ａの輪郭１７０と同様）の画像を、較正ユニット３６２（図３に示される）を使用してキャプチャすることができる。較正ユニット３６２は、１つ以上のカメラ、イメージセンサ、三次元スキャナなどの任意の視覚システムを含むことができ、較正ユニット３６２はまた、レーザトラッカーなどの三次元座標測定器を含むことができる。

ステップ９０４では、準非回折ビーム１１２の動きを、キャプチャされた画像内の１つ以上の較正パターンの変位から決定することができる。較正パターンは、シャープなコントラストの変化を有し、かつ／またはデジタル的に抽出することができる、任意の点、線、または角の特徴とすることができる。

ステップ９０６では、キャプチャされた画像内の１つ以上の較正パターンの決定された変位を所定の変位と比較することができる。

ステップ９０８では、キャプチャされた画像内の１つ以上の較正パターンの決定された変位と所定の変位との比較から差分値を生成することができる。

ステップ９１０では、準非回折ビーム１１２の位置および向きを、差分値に従って補正することができる。

ステップ９１２では、差分値が閾値を下回るまで、前のステップ９０２～９１０におけるキャプチャ、決定、比較、生成および補正の各操作を繰り返すことができ、閾値には２０μｍ～４０μｍの値が含まれる。閾値は、システム３００の分解能によって決定することができる。

本明細書ではさまざまな実施形態を説明してきたが、それらは例示のために提示したものであり、限定するためのものではない。適合および変更は、本明細書に提示される教示およびガイダンスに基づいて、開示された実施形態の同等物の意味および範囲内にあることが意図されていることが明らかになるはずである。したがって、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された実施形態に形態および詳細のさまざまな変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。本明細書に提示される実施形態の要素は、必ずしも相互に排他的なものではなく、当業者によって理解されるように、さまざまな状況を満たすために相互に置き換えることができる。

本開示の実施形態は、添付の図面に示されるようなその実施形態を参照して、本明細書で詳細に説明され、その中で、同様の参照番号が、同一または機能的に類似した要素を示すために使用される。「一実施形態」、「ある実施形態」、「いくつかの実施形態」、「特定の実施形態」などの言及は、説明された実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含むことがあるが、すべての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含むとは限らないことを示している。さらに、そのような文言は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が説明されている場合、明示的に記載されているか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を与えることは、当業者の知識の範囲内であることが述べられる。

実施例は、本開示を例証するものであって、限定するものではない。当該分野で通常遭遇するさまざまな条件およびパラメータの他の適切な変更および適合は、当業者には明らかであり、本開示の精神および範囲内にある。

本明細書で使用される「または」という用語は包括的であり、より具体的には、「ＡまたはＢ」という語句は、「Ａ、Ｂ、またはＡとＢの両方」を意味する。排他的な「または」は、本明細書では、例えば、「ＡまたはＢのいずれか」および「ＡまたはＢのうちの１つ」などの用語で指定される。

不定冠詞「a」および「an」を用いて要素またはコンポーネントを説明することは、これらの要素またはコンポーネントのうちの１つまたは少なくとも１つが存在することを意味する。従来、これらの冠詞は、修飾された名詞が単数形であることを意味するために用いられているが、本明細書で使用される場合、特定の例で別段の記載がない限り、冠詞「a」および「an」は複数形も含む。同様に、定冠詞「the」は、本明細書で使用される場合、特定の例で別段の記載がない限り、修飾された名詞が単数または複数であってもよいことを意味する。

特許請求の範囲で使用される場合、「～を備える、含む（comprising）」は、オープンエンド移行句である。「～を備える、含む（comprising））」の後に続く要素のリストは非排他的なリストであり、リストに具体的に記載されているもの以外の要素も存在していてよい。特許請求の範囲で使用される場合、「本質的に～からなる（consisting essentially of）」または「本質的に～で構成されている（composed essentially of）」とは、材料の組成を、指定された材料と、材料の基本的かつ新規な特性に実質的な影響を与えない材料に限定している。特許請求の範囲で使用される場合、「～からなる（consisting of）」または「～で完全に構成されている（composed entirely of）」とは、材料の構成を指定された材料に限定し、指定されていない材料を除外することである。

「ここで（wherein）」という用語は、構造の一連の特性を説明するために、オープンエンド移行句として使用される。

上限値および下限値を有する数値の範囲が本明細書に記載されている場合、特定の状況で別段の記載がない限り、その範囲は、その端点と、その範囲内のすべての整数および分数とを含むことを意図している。特許請求の範囲は、範囲を定義するときに記載された特定の値に限定することは意図していない。さらに、量、濃度、または他の値またはパラメータが、範囲、１つ以上の好ましい範囲、または上限の好ましい値および下限の好ましい値のリストとして与えられている場合、そのようなペアが個別に開示されているかどうかにかかわらず、任意の範囲の上限値または好ましい値と任意の範囲の下限値または好ましい値の任意のペアから形成されるすべての範囲を具体的に開示しているものと理解されるべきである。最後に、数値または範囲の端点を記述する際に「約」という用語が使用されている場合、本開示は言及されている特定の数値または端点を含むものと理解すべきである。本明細書中の数値または範囲の端点に「約」が付されているか否かにかかわらず、数値または範囲の端点は、「約」によって修飾されたものと、「約」によって修飾されていないものの２つの実施形態を含むことを意図している。

本明細書で使用される場合、「約」という用語は、量、サイズ、範囲、配合、パラメータ、ならびに他の数量および特性が正確ではなく、また正確である必要もないが、許容範囲、変換係数、四捨五入、測定誤差などや、当業者に知られている他の要因を反映して、必要に応じて近似値および／またはより大きいか小さい値であってもよいことを意味する。

以上、本実施形態を、指定された機能の実装とそれらの関係とを示す機能的ビルディングブロックを用いて説明してきた。これらの機能的ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、任意に定義されている。指定された機能とそれらの関係とが適切に実行される限り、代替の境界を定義することができる。

本明細書で使用される表現または用語は、説明のためのものであり、限定するためのものではないことを理解されたい。本開示の広さと範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物に従って定義されるべきである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
光源と、
第１および第２の部分を含む光学システムと、
前記第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータと
を備えるシステムであって、
前記第１のトルクモータは、第１の軸線を中心にして前記第１の部分を回転させるように構成されており、
前記第２のトルクモータは、第２の軸線を中心にして前記第２の部分を回転させるように構成されており、
前記第１の軸線は第２の軸線に対して垂直である、
システム。

実施形態２
前記光学システムが、
非球面光学素子と、
第１の反射光学デバイスと、
光をコリメートするように構成された第１のレンズと、
第２の反射光学デバイスと、
光を集光するように構成された第２のレンズと
を備える、実施形態１記載のシステム。

実施形態３
前記光学システムが、屈折型アキシコン、反射型アキシコン、負のアキシコン、空間光変調器、回折光学素子、または立方体形状の光学素子を含む非球面光学素子をさらに備える、実施形態１記載のシステム。

実施形態４
前記光学システムが、ミラーを含む第１および第２の反射光学デバイスを備える、実施形態１または２記載のシステム。

実施形態５
前記第１の部分が、非球面光学素子および反射光学デバイスを備える、実施形態１記載のシステム。

実施形態６
前記第１の部分が、レンズをさらに備える、実施形態５記載のシステム。

実施形態７
前記第１の部分が、反射光学デバイスおよびレンズを含む、実施形態１記載のシステム。

実施形態８
前記第２の部分が、反射光学デバイスおよびレンズを含む、実施形態１記載のシステム。

実施形態９
前記第２の部分が、別のレンズをさらに備える、実施形態８記載のシステム。

実施形態１０
前記光源が、１つのパルスバーストあたり２つ以上のサブパルスを含むパルスバーストを有するパルスレーザビームを発生させる、実施形態１記載のシステム。

実施形態１１
前記光学システムが、準非回折ビームを生成するように構成されている、実施形態１から１０までのいずれか１つ記載のシステム。

実施形態１２
前記準非回折ビームが、
波長λ、
スポットサイズｗ_０、および

［式中、Ｆ_Ｄは、１０以上の値を有する無次元発散係数である］よりも大きいレイリー長Ｚ_Ｒを有する横断面
を含む、実施形態１１記載のシステム。

実施形態１３
前記無次元発散係数Ｆ_Ｄが、１０～２０００、５０～１５００、または１００～１０００の値を有する、実施形態１２記載のシステム。

実施形態１４
前記トルクモータを追跡するように構成されたエンコーダをさらに備える、実施形態１から１３までのいずれか１つ記載のシステム。

実施形態１５
前記第１の軸線が垂直なＺ軸であり、前記第２の軸線が直交座標系におけるＸ軸またはＹ軸である、実施形態１から１４までのいずれか１つ記載のシステム。

実施形態１６
前記システムが、透明ワークをレーザ加工するように構成されている、実施形態１から１５までのいずれか１つ記載のシステム。

実施形態１７
前記透明ワークが、アルカリアルミノシリケートガラス材料を含む、実施形態１６記載のシステム。

実施形態１８
システムにより、準非回折ビームを生成するステップと、
前記準非回折ビームを透明ワークに送出して誘起吸収を発生させ、前記透明ワーク内に欠陥を生成するステップと、
前記システムにより、前記準非回折ビームを輪郭線に沿って前記透明ワークに対して移動させ、前記透明ワーク内に複数の欠陥を有する輪郭を形成するステップと
を含む方法であって、
前記準非回折ビームは、前記透明ワークの衝突面に衝突位置で直交するように配向されている、
方法。

実施形態１９
前記透明ワークの前記衝突面が曲面である、実施形態１８記載の方法。

実施形態２０
異なる表面配向を有する前記透明ワークの曲面上の異なる位置に前記準非回折ビームが前記輪郭線に沿って移動する際に、前記準非回折ビームと前記衝突面との間の直交配向を維持するステップをさらに含む、実施形態１８または１９記載の方法。

実施形態２１
前記システムが、
光源と、
第１および第２の部分を含む光学システムと、
前記第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータと
を備え、
前記第１のトルクモータは、第１の軸線を中心にして前記第１の部分を回転させるように構成されており、
前記第２のトルクモータは、第２の軸線を中心にして前記第２の部分を回転させるように構成されており、
前記第１の軸線が前記第２の軸線に対して垂直である、
実施形態１８から２０までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態２２
前記光学システムが、
非球面光学素子と、
第１の反射光学デバイスと、
光をコリメートするように構成された第１のレンズと、
第２の反射光学デバイスと、
光を集光するように構成された第２のレンズと
を備える、実施形態２１記載の方法。

実施形態２３
物体の輪郭の画像をキャプチャするステップと
前記キャプチャされた画像の較正パターンの変位から準非回折ビームの動きを決定するステップと、
前記決定された変位を所定の変位と比較するステップと、
前記比較から差分値を生成するステップと、
前記差分値に応じて、前記準非回折ビームの位置および向きを補正するステップと、
前記差分値が閾値を下回るまで、前記キャプチャ、判定、比較、生成および補正を繰り返すステップと
を含む、方法。

実施形態２４
前記閾値が２０μｍ～４０μｍの値を有する、実施形態２３記載の方法。

実施形態２５
物体としてアルカリアルミノシリケートガラス材料を用いることをさらに含む、実施形態２３または２４記載の方法。

Claims

光源と、
第１および第２の部分を含む光学システムと、
前記第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータと
を備えるシステムであって、
前記第１のトルクモータは、第１の軸線を中心にして前記第１の部分を回転させるように構成されており、
前記第２のトルクモータは、第２の軸線を中心にして前記第２の部分を回転させるように構成されており、
前記第１の軸線は第２の軸線に対して垂直である、
システム。
前記光学システムが、
非球面光学素子と、
第１の反射光学デバイスと、
光をコリメートするように構成された第１のレンズと、
第２の反射光学デバイスと、
光を集光するように構成された第２のレンズと
を備える、請求項１記載のシステム。
前記光学システムが、屈折型アキシコン、反射型アキシコン、負のアキシコン、空間光変調器、回折光学素子、または立方体形状の光学素子を含む非球面光学素子をさらに備える、請求項１または２記載のシステム。
前記光学システムが、ミラーを含む第１および第２の反射光学デバイスを備える、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
前記第１の部分が、非球面光学素子および反射光学デバイスを備える、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
前記第１の部分が、レンズをさらに備える、請求項５記載のシステム。
前記光学システムが、準非回折ビームを生成するように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。
前記準非回折ビームが、
波長λ、
スポットサイズｗ_０、および

［式中、Ｆ_Ｄは、１０以上の値を有する無次元発散係数である］よりも大きいレイリー長Ｚ_Ｒを有する横断面
を含む、請求項７記載のシステム。
前記無次元発散係数Ｆ_Ｄが、１０～２０００、５０～１５００、または１００～１０００の値を有する、請求項８記載のシステム。
システムにより、準非回折ビームを生成するステップと、
前記準非回折ビームを透明ワークに送出して誘起吸収を発生させ、前記透明ワーク内に欠陥を生成するステップと、
前記システムにより、前記準非回折ビームを輪郭線に沿って前記透明ワークに対して移動させ、前記透明ワーク内に複数の欠陥を有する輪郭を形成するステップと
を含む方法であって、
前記準非回折ビームは、前記透明ワークの衝突面に衝突位置で直交するように配向されている、
方法。
前記透明ワークの前記衝突面が曲面である、請求項１０記載の方法。
異なる表面配向を有する前記透明ワークの曲面上の異なる位置に前記準非回折ビームが前記輪郭線に沿って移動する際に、前記準非回折ビームと前記衝突面との間の直交配向を維持するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
前記システムが、
光源と、
第１および第２の部分を含む光学システムと、
前記第１および第２の部分のそれぞれの部分と一体化された第１および第２のトルクモータと
を備え、
前記第１のトルクモータは、第１の軸線を中心にして前記第１の部分を回転させるように構成されており、
前記第２のトルクモータは、第２の軸線を中心にして前記第２の部分を回転させるように構成されており、
前記第１の軸線が前記第２の軸線に対して垂直である、
請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。