JP6648399B1 - レーザ加工装置、レーザ加工装置の収差調整方法、レーザ加工装置の収差制御方法、及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略を示した構成図である。図1に示すように、本実施形態のレーザ加工装置10は、ステージ12と、加工装置本体(光学系ユニット)20と、加工レンズ26と、制御装置50とを備えている。なお、本実施形態では、加工装置本体20と制御装置50とが別々に構成される場合を例示したが、この構成に限らず、加工装置本体20は制御装置50の一部又は全部を含んでいてもよい。
次に、本実施形態のレーザ加工装置10の動作(レーザ加工方法)について説明する。
次に、レーザ加工装置10における光学系配置構成について詳しく説明する。図6は、レーザ加工装置10における光学系配置構成の一例を示した構成図である。なお、図6においては、空間光変調器24、加工レンズ26、及びリレー光学系30の光学的な配置関係を分かりやすくするために、説明とは関係ない部分については図示を省略している。また、図6において、f1は第1レンズ30aの焦点距離、f2は第2レンズ30bの焦点距離、fobjは加工レンズ26の焦点距離である。後述する図7も同様である。
また、リレー光学系30(両側テレセントリックな縮小光学系)の倍率(f2/f1)をmとした場合、式(1)を以下の式(2)のように表現することができる。
図7に示した光学系配置構成によれば、空間光変調器24と加工レンズ26のレンズ瞳26aとが光学的に共役関係となるように各構成要素(光学系)が配置されているので、図6に示した光学系配置構成と同様の効果を得ることができる。
次に、本実施形態のレーザ加工装置10における収差調整方法について説明する。
まず、加工装置本体20が有する収差を補正するための第1収差補正情報S1を取得して記憶する(ステップS10からステップS16)。
次に、加工レンズ26が有する収差を補正するための第2収差補正情報S2を取得して記憶する(ステップS18からステップS28)。
式(3)を変形すると、以下の式(4)が得られる。
レーザ光源22から出射されたレーザ光Lが加工装置本体20の構成要素(空間光変調器24及びリレー光学系30を含む)を経て加工レンズ26を介して平面ミラー72に照射され、平面ミラー72からの反射光が加工レンズ26を介して波面センサ76に導かれ、その波面が波面センサ76で測定されるためである。すなわち、波面センサ76によって測定される波面に含まれる収差RAは、加工装置本体20が有する収差R1と、加工レンズ26が有する収差R2の2倍との合計(和)として表現できる。
このようにして空間光変調器制御部58は、メモリ部60に記憶した第1収差補正情報S1及び合計収差補正情報T1に基づき、第2収差補正情報S2を求める。そして、空間光変調器制御部58は、加工レンズ26と関連付けて第2収差補正情報S2をメモリ部60に記憶する(ステップS24)。
次に、加工深さに応じた収差を補正するための第3収差補正情報S3を取得して記憶する(ステップS30からステップS40)。
このようにして空間光変調器制御部58は、メモリ部60に記憶した合計収差補正情報T1及び合計収差補正情報T2に基づき、第3収差補正情報S3を求める。そして、空間光変調器制御部58は、加工深さと関連付けて第3収差補正情報S3をメモリ部60に記憶する(ステップS36)。
なお、ゼルニケ多項式の係数に限らず、別の形の多項式展開の係数であってもかまわない。
図12は、収差変化検出装置を備えたレーザ加工装置の一例を示した概略図である。図12において、図1と共通する要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
本実施形態によれば、空間光変調器24と加工レンズ26のレンズ瞳26aとが光学的に共役関係にあるため、空間光変調器24で形成した波面形状が加工レンズ26のレンズ瞳26aに投影されることになり、加工レンズ26の焦点面(加工点)で所望の光分布を得ることができる。これにより、収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができる。
Claims (10)
- 被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって変調された前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する加工レンズと、
第1レンズと第2レンズとを有し、前記空間光変調器と前記加工レンズとの間の光路上に配置される両側テレセントリックなリレー光学系と、
を備え、
前記空間光変調器と前記加工レンズのレンズ瞳とが光学的に共役関係にあり、且つ、前記第2レンズと前記レンズ瞳との間の距離は、前記第2レンズの焦点距離よりも長い、
レーザ加工装置。 - 前記空間光変調器の光変調面と前記レンズ瞳とが光学的に共役関係にある、
請求項1に記載のレーザ加工装置。 - 前記被加工物の内部における前記レーザ光の集光点を合わせる位置で発生する前記レーザ光の収差が所定の収差以下となるように、前記空間光変調器を制御する空間光変調器制御部を備える、
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置の収差調整方法であって、
前記レーザ加工装置は、
前記空間光変調器を含む複数の光学系を有する加工装置本体と、
前記加工装置本体に着脱自在に取り付けられる前記加工レンズと、
を備え、
前記加工装置本体が有する収差を補正するための第1収差補正情報を取得して記憶する第1収差補正情報取得工程と、
前記加工レンズが有する収差を補正するための第2収差補正情報を取得して記憶する第2収差補正情報取得工程と、
を含む、レーザ加工装置の収差調整方法。 - 前記レーザ加工領域の加工深さに起因する収差を補正するための第3収差補正情報を取得して記憶する第3収差補正情報取得工程を更に含む、
請求項4に記載のレーザ加工装置の収差調整方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置の収差制御方法であって、
前記レーザ加工装置は、
前記空間光変調器を含む複数の光学系を有する加工装置本体と、
前記加工装置本体に着脱可能に取り付けられる前記加工レンズと、
前記加工装置本体が有する収差を補正するための第1収差補正情報と、前記加工レンズが有する収差を補正するための第2収差補正情報とを記憶するメモリ部と、
を備え、
前記メモリ部に記憶された前記第1収差補正情報及び前記第2収差補正情報に基づき、前記空間光変調器に呈示させる合成収差補正情報を取得する合成収差補正情報取得工程と、
前記合成収差補正情報に基づき、前記空間光変調器を制御する制御工程と、
を含む、レーザ加工装置の収差制御方法。 - 前記メモリ部には、前記第1収差補正情報と、前記第2収差補正情報と、前記レーザ加工領域の加工深さに起因する収差を補正するための第3収差補正情報とが記憶されており、
前記合成収差補正情報取得工程は、前記メモリ部に記憶された前記第1収差補正情報、前記第2収差補正情報、及び前記第3収差補正情報に基づき、前記空間光変調器に呈示させる合成収差補正情報を取得する、
請求項6に記載のレーザ加工装置の収差制御方法。 - 前記加工装置本体が有する収差の変化を検出する検出工程と、
前記検出工程の検出結果に基づき、前記第1収差補正情報を補正する第1補正工程と、
を更に含む、請求項6又は請求項7に記載のレーザ加工装置の収差制御方法。 - 前記検出工程の検出結果に基づき、前記第2収差補正情報を補正する第2補正工程を更に含む、請求項8に記載のレーザ加工装置の収差制御方法。
- 被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器によって変調された前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する加工レンズと、を用意し、
前記空間光変調器と前記加工レンズとの間の光路上に、第1レンズと第2レンズとを有する両側テレセントリックなリレー光学系を配置し、
前記空間光変調器と前記加工レンズのレンズ瞳とが光学的に共役関係にあり、且つ、前記第2レンズと前記レンズ瞳との間の距離は、前記第2レンズの焦点距離よりも長くなるように配置し、
前記被加工物の内部における前記レーザ光の集光点を合わせる位置で発生する前記レーザ光の収差が所定の収差以下となるように、前記空間光変調器を制御する、
レーザ加工方法。
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