JP7488684B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

特許文献１には、レーザアブレーションによるレーザ加工方法に関する技術が開示されている。このレーザ加工方法では、ビームプロファイルを可変とするビーム成形装置を用い、被加工物の厚さ方向に並ぶ複数の処理面のそれぞれに対し、互いに異なる幾何学形状のビームプロファイルを有するレーザビームを照射する。

特許文献２には、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する技術が開示されている。このレーザ加工方法では、レーザ光源から出射されたレーザ光を空間位相変調素子により位相変調して結像光学系に導き、該結像光学系によりレーザ光を被加工物に照射して、該被加工物を加工する。空間位相変調素子に入力される入力データとして、被加工物の加工形状を再生する像再生ホログラムデータと、所定加工位置に像再生を行う位置移動ホログラムデータとからなる合成データを用いる。そして、該合成データを順次変化させながら、被加工物にレーザ加工を行う。

特表２０１５－５２１１０８号公報 特開２００６－１１９４２７号公報

レーザ光源から出力されたレーザ光を集光光学系により集光して加工対象物に照射することにより該加工対象物を加工することができる。単にレンズを用いてレーザ光を集光する場合、レーザ光の集光位置を走査することによって、加工対象物を所望の形状に加工することができる。しかしながら、この場合には加工に長時間を要する。加工時間を短縮するために、例えば複数の照射点に対しレーザ光を同時に集光照射して多点同時加工を行うことが考えられる。そのための手法として、位相変調型の空間光変調器にホログラムを提示して、単一のレーザ光源から出力されたレーザ光を空間光変調器により位相変調し、その位相変調されたレーザ光を集光光学系により複数の照射点に同時に集光照射する手法がある。この場合、空間光変調器に提示されるホログラムは、集光光学系により複数の照射点にレーザ光が集光されるような位相変調分布を有する。

上記のような手法においては、照射点の位置を自在に制御し、より複雑な加工を行うことが望まれている。本開示は、空間光変調器を用いてレーザ光を位相変調することにより複数の照射点に同時に集光照射を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、より複雑な加工を行うことを目的とする。

一実施形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、二次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、ホログラムにより位相変調した後のレーザ光を出力する空間光変調器と、空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、空間光変調器から出力された位相変調後のレーザ光を集光光学系により被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備える。制御部は、複数の照射点に含まれる少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御する。

一実施形態に係るレーザ加工方法は、二次元配列された複数の画素それぞれにおいて光の位相を変調するホログラムを空間光変調器に呈示させる制御ステップと、レーザ光源から出力されたレーザ光を空間光変調器に入力し、ホログラムによりレーザ光の位相変調を行う光変調ステップと、位相変調後のレーザ光を集光する集光ステップと、を繰り返し行い、制御ステップでは、空間光変調器から出力された位相変調後のレーザ光を集光ステップにより被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させるとともに、複数の照射点に含まれる少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御する。

本開示によれば、空間光変調器を用いてレーザ光を位相変調することにより複数の照射点に同時に集光照射を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、より複雑な加工を行うことが可能となる。

本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置１０の構成を示すブロック図である。 （ａ）部は、集光光学系１４を介して被加工物Ｗに照射された位相変調後のレーザ光Ｌａ２を示す平面図である。（ｂ）部は、（ａ）部の一部を拡大して示す図である。 （ａ）部～（ｅ）部は、被加工領域Ａの平面形状の例を示す図である。 制御部１８のハードウェア構成例を示すブロック図である。 （ａ）部は、材質が互いに異なる複数の領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを含む被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗの光照射表面を示す平面図である。 （ａ）部は、材質が互いに異なる複数の領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを含む被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗの光照射表面を示す平面図である。 （ａ）部は、材質が互いに異なる複数の領域Ｗｄ，Ｗｅを含む被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、それぞれ（ａ）部のＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線、ＶＩＩｃ－ＶＩＩｃ線及びＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線に沿った断面図である。 （ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈａを示す断面図である。 （ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図８の（ａ）部に示されるＩＸａ－ＩＸａ線、ＩＸｂ－ＩＸｂ線、及びＩＸｃ－ＩＸｃ線のそれぞれに沿った断面内の照射点ＳＰの配置例を模式的に示している。 （ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、各断面内の照射点ＳＰの別の配置例を模式的に示している。 （ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｂを示す断面図である。 （ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｃを示す断面図である。 （ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｃ，Ｈｄを示す断面図である。 （ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｃ，Ｈｄ，Ｈｅを示す断面図である。 （ａ）部は、２つの被加工領域Ａの輪郭が曲率を有する場合に形成される貫通孔Ｈｆの断面形状を示している。（ｂ）部は、１つの被加工領域Ａの輪郭が曲率を有する場合に形成される貫通孔Ｈｇの断面形状を示している。 （ａ）部は、レーザ光Ｌａ２の照射により形成された孔Ｈｈを示す断面図である。（ｂ）部は、被加工物Ｗの一方の面Ｗ１における孔Ｈｈの形状を示す平面図である。（ｃ）部は、被加工物Ｗの他方の面Ｗ２における孔Ｈｈの形状を示す平面図である。 孔Ｈｈを形成するための、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工領域Ａの形状の変化を概念的に示す図である。（ａ）部は、被加工物Ｗにレーザ光Ｌａ２を照射するための構成の概略と、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工物Ｗの断面とを示している。（ｂ）部、（ｃ）部、（ｄ）部及び（ｅ）部は、被加工物Ｗにおいて互いに異なる深さに位置する各面内の被加工領域Ａの形状と、各面内の複数の照射点ＳＰとを示している。 図１７の（ｂ）部に示された面に対応するホログラムの例を示す図である。（ａ）部は、図１７の（ｂ）部に示された複数の照射点ＳＰを示している。（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、（ａ）部に示される複数の照射点ＳＰを実現するためのホログラムの例を示している。 図１７の（ｃ）部に示された面に対応するホログラムの例を示す図である。（ａ）部は、図１７の（ｃ）部に示された複数の照射点ＳＰを示している。（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、（ａ）部に示される複数の照射点ＳＰを実現するためのホログラムの例を示している。 図１７の（ｄ）部に示された面に対応するホログラムの例を示す図である。（ａ）部は、図１７の（ｄ）部に示された複数の照射点ＳＰを示している。（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、（ａ）部に示される複数の照射点ＳＰを実現するためのホログラムの例を示している。 図１７の（ｅ）部に示された面に対応するホログラムの例を示す図である。（ａ）部は、図１７の（ｅ）部に示された複数の照射点ＳＰを示している。（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、（ａ）部に示される複数の照射点ＳＰを実現するためのホログラムの例を示している。 レーザ光Ｌａ２の照射点ＳＰを被加工物Ｗよりもさらに遠くへ形成する様子を示す図である。 一実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。 記憶ステップＳ０を制御ステップＳ１の前に行う場合を示すフローチャートである。 特許文献１に記載されたレーザ加工方法を説明するための図である。 特許文献２に記載されたレーザ加工方法を説明するための図である。 特許文献２に記載されたレーザ加工方法を説明するための図である。

一実施形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、二次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、ホログラムにより位相変調した後のレーザ光を出力する空間光変調器と、空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、空間光変調器から出力された位相変調後のレーザ光を集光光学系により被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備える。制御部は、複数の照射点に含まれる少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御する。

一実施形態に係るレーザ加工方法は、二次元配列された複数の画素それぞれにおいて光の位相を変調するホログラムを空間光変調器に呈示させる制御ステップと、レーザ光源から出力されたレーザ光を空間光変調器に入力し、ホログラムによりレーザ光の位相変調を行う光変調ステップと、位相変調後のレーザ光を集光する集光ステップと、を繰り返し行い、制御ステップでは、空間光変調器から出力された位相変調後のレーザ光を集光ステップにより被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを空間光変調器に呈示させるとともに、複数の照射点に含まれる少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御する。

上記のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、制御部が（又は制御ステップにおいて）、複数の照射点に含まれる少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御する。この場合、被加工物の部位による材質の違い、すなわち同一強度のレーザ光に対する加工速度の違いが存在するときに、各部位に対応する各照射点において適切な光強度でもってレーザ光を照射することができる。したがって、２種類以上の材質からなる被加工物を複雑な形状に加工することが容易にできる。或いは、被加工領域が単一の材質からなる場合であっても、照射点毎に独立して光強度を制御することによって、被加工物の除去率（除去量）を被加工領域の部分毎に独立して制御でき、より複雑な形状を実現できる。
上記のレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、制御部は（制御ステップでは）、被加工物の少なくとも一部の領域において、少なくとも２つの照射点の光強度を互いに異ならせてもよい。また、被加工物は２種類以上の材質を含み、制御部は（制御ステップでは）、複数の照射点それぞれにおける材質に応じて、複数の照射点の光強度を互いに独立して制御してもよい。

上記のレーザ加工装置は、観察光を被加工物に照射する観察用光源と、被加工物において反射した観察光を検出する光検出器と、を更に備え、制御部は、光検出器による検出結果に基づいて各照射点における材質の変化を検出し、各照射点の光強度を材質の変化に応じて変更してもよい。同様に、上記のレーザ加工方法は、観察光を被加工物に照射し、被加工物において反射した観察光を検出する光検出ステップを更に含み、制御ステップにおいて、光検出ステップによる検出結果に基づいて各照射点における材質の変化を検出し、各照射点の光強度を材質の変化に応じて変更してもよい。これらの場合、加工精度をより高めることができる。

上記のレーザ加工装置は、被加工物の材質分布に応じた、各照射点の光強度に関するデータを予め記憶する記憶部を更に備え、制御部は、各照射点の光強度をデータに基づいて制御してもよい。同様に、上記のレーザ加工方法は、制御ステップの前に、被加工物の材質分布に応じた、各照射点の光強度に関するデータを予め記憶する記憶ステップを更に含み、制御ステップにおいて、各照射点の光強度をデータに基づいて制御してもよい。これらの場合、各照射点に必要な光強度を素早く得ることができるので、ホログラムの変更時間を短縮できる。

上記のレーザ加工装置において、制御部は、被加工物に照射される位相変調後のレーザ光の光軸と交差する第１の面内において複数の照射点により画成される被加工領域と、光軸と交差し第１の面から光軸の方向に離れている第２の面内において複数の照射点により画成される被加工領域との、形状及び大きさのうち少なくとも一方を互いに異ならせてもよい。同様に、上記のレーザ加工方法の制御ステップにおいて、被加工物に照射される位相変調後のレーザ光の光軸と交差する第１の面内において複数の照射点により画成される被加工領域と、光軸と交差し第１の面から光軸の方向に離れている第２の面内において複数の照射点により画成される被加工領域との、形状及び大きさのうち少なくとも一方を互いに異ならせてもよい。このように、光軸方向に離れた複数の面毎に被加工領域の形状及び／又は大きさを変化させることにより、光軸方向に垂直な断面の形状を自在に設定するような、従来より複雑な加工を行うことが可能となる。

上記のレーザ加工装置において、制御部は、複数の照射点により画成される被加工領域を画定する仮想線に沿って各照射点の位置を変更する複数のホログラムを空間光変調器に順次呈示させてもよい。同様に、上記のレーザ加工方法の制御ステップにおいて、複数の照射点により画成される被加工領域を画定する仮想線に沿って各照射点の位置を変更する複数のホログラムを空間光変調器に順次呈示させてもよい。これらの場合、各照射点に対して十分な光強度を与えつつ、単一のホログラムによりレーザ光を一度に照射する場合と比較してレーザ光源に必要な出力パワーを低減でき、レーザ光源の小型化に寄与できる。

上記のレーザ加工装置において、制御部は、ホログラムを変更する際に、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、レーザ光の光強度を被加工物のいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを空間光変調器に呈示させてもよい。同様に、上記レーザ加工方法の制御ステップにおいて、ホログラムを変更する際に、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、レーザ光の光強度を被加工物のいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを空間光変調器に呈示させてもよい。この場合、シャッタ等の機械的手段によりレーザ光を遮断する場合と比較して、レーザ加工装置の構成を簡素化することができる。

以上に説明した本開示のレーザ加工装置及びレーザ加工方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１０は、レーザ光源１１と、空間光変調器１２と、ダイクロイックミラー１３と、集光光学系１４と、駆動部１５と、観察用光源１６と、光検出器１７と、制御部１８と、を備える。レーザ光源１１は、１ピコ秒以下（例えば数フェムト秒）の時間幅を有するパルス状のレーザ光Ｌａ１を出力する。レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌａ１の波長は、例えば２５０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であって、一実施例では１０３０ｎｍである。また、レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌａ１のパワーは、例えば０．０１Ｗ以上１０００Ｗ以下であって、一実施例では１Ｗである。レーザ光源１１は、例えばＹｂ：ＹＡＧ結晶やＹｂ：ＫＧＷ結晶をレーザ媒質として有する固体レーザ、又は半導体レーザにより励起されたＹｂ添加光ファイバーレーザーである。

空間光変調器１２は、レーザ光源１１と光学的に結合されており、レーザ光源１１から出力されたレーザ光Ｌａ１を入力する。空間光変調器１２とレーザ光源１１との光学的な結合は、例えば空間的な結合である。空間光変調器１２は、二次元配列された複数の画素を有し、該複数の画素にホログラムを呈示することにより、各画素ごとに独立してレーザ光Ｌａ１の位相を変調する。空間光変調器１２は、例えば液晶型の構成を有する。空間光変調器１２が液晶型である場合、二次元配列された複数の画素電極に対し、ホログラムを構成する個別の電圧を印加する。これにより、液晶層にかかる電界の大きさを画素電極ごとに制御する。各画素の液晶層における光路長は、電界の大きさに応じて変化する。故に、各画素ごとに独立してレーザ光Ｌａ１の位相を変調することができる。空間光変調器１２は、透過型であってもよく、反射型であってもよい。また、空間光変調器１２の方式は液晶型に限られず、種々の方式の空間光変調器を適用してよい。空間光変調器１２は、ホログラムにより位相変調した後のレーザ光Ｌａ２を出力する。

ダイクロイックミラー１３は、或る波長範囲に含まれる光を透過し、別の波長範囲に含まれる光を反射する光学素子である。ダイクロイックミラー１３の一方の面は、空間光変調器１２と光学的に結合されている。空間光変調器１２からダイクロイックミラー１３に到達した変調後のレーザ光Ｌａ２は、ダイクロイックミラー１３により反射（または透過）し、被加工物Ｗへ向かう。ダイクロイックミラー１３は、例えばショートパスダイクロイックミラーである。レーザ光Ｌａ２は、空間光変調器１２の後段（より正確にはダイクロイックミラー１３の後段）に設けられた集光光学系１４を通過して、被加工物Ｗに達する。集光光学系１４は、例えばガラス製のレンズであって、ダイクロイックミラー１３を介して空間光変調器１２と光学的に結合されている。空間光変調器１２、ダイクロイックミラー１３及び集光光学系１４の光学的な結合は、例えば空間的な結合である。集光光学系１４は、ダイクロイックミラー１３と被加工物Ｗとの間の光路上に配置されている。

駆動部１５は、空間光変調器１２の各画素電極と電気的に接続されており、ホログラムを空間光変調器１２に呈示させるための駆動電圧Ｖｄを各画素電極に提供する。駆動部１５は、各画素電極に電気的に接続された複数の電圧発生回路を有する。各電圧発生回路は、トランジスタを含む増幅回路を有する。

制御部１８は、駆動部１５と電気的に接続されている。制御部１８は、ホログラムを作成するか又は記憶部から読み出し、ホログラムの２次元データを駆動部１５に提供する。駆動部１５は、該ホログラムに基づくアナログ信号である駆動信号を画素毎に生成する。駆動部１５の各増幅回路は、駆動信号を増幅することにより駆動電圧Ｖｄを生成する。ここで、図２の（ａ）部は、集光光学系１４を介して被加工物Ｗに照射された位相変調後のレーザ光Ｌａ２を示す平面図である。また、図２の（ｂ）部は、（ａ）部の一部を拡大して示す図である。図２の（ａ）部に示すように、制御部１８は、空間光変調器１２から出力された位相変調後のレーザ光Ｌａ２を、集光光学系１４により被加工物Ｗの複数の照射点ＳＰに集光させるためのホログラムを生成し、該ホログラムを空間光変調器１２に呈示させる。複数の照射点ＳＰは、被加工物Ｗにおける被加工領域Ａを画定する。すなわち、複数の照射点ＳＰは、閉じた仮想線Ｂ上において間隔をあけて並んでおり、被加工領域Ａは、仮想線Ｂによって画定される。また、制御部１８は、仮想線Ｂに沿って各照射点ＳＰの位置を変更する複数のホログラムを、空間光変調器１２に順次呈示させる。これにより、図２の（ｂ）部に示すように、各照射点ＳＰは仮想線Ｂ上を離散的に移動する。

複数の照射点ＳＰによって画定される被加工領域Ａの平面形状（レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な平面内での形状）は、加工の目的等に応じて様々に設定される。図３は、被加工領域Ａの平面形状の例を示す図である。被加工領域Ａは、図３の（ａ）部に示すように円形であってもよく、（ｂ）部に示すように楕円形であってもよく、（ｃ）部に示すように三角形であってもよく、（ｄ）部に示すように四角形であってもよく、（ｅ）部に示すように任意の多角形であってもよい。

また、制御部１８は、複数の照射点ＳＰに含まれる少なくとも２つの照射点ＳＰの光強度（単位：Ｗ／ｃｍ^２、エネルギー密度（単位：Ｊ／ｃｍ^２）と言い換えてもよい）を、互いに独立して制御する。一例では、制御部１８は、全ての照射点ＳＰの光強度をそれぞれ独立して制御する。各照射点ＳＰの光強度は、例えば各照射点ＳＰにおける被加工物Ｗの材質の加工速度及び／または他の要因によって決定される。例えば、レーザ光Ｌａ２に対して加工速度が速い（すなわち加工容易な）材質の場合は、光強度を小さくして加工速度を遅くする。また、レーザ光Ｌａ２に対して加工速度が遅い（すなわち加工が難しい）材質の場合は、光強度を大きくして加工速度を速める。こうして、加工速度が異なる材質が被加工物Ｗの光照射表面内又は断面内に混在している場合であっても、複数の照射点ＳＰにおいて加工速度を揃えることができる。或いは、熱による影響が大きい材質に対しては、光強度を小さくして熱の影響が及ぶ領域を最小化することができる。

また、制御部１８は、複数の照射点ＳＰの光強度及び照射時間（言い換えると、ホログラム呈示時間）のうち少なくとも一方を、被加工物Ｗにおける複数の照射点ＳＰの深さ位置に応じて制御する。例えば、被加工物Ｗの光照射表面を加工する場合に比べて深い部分を加工する時には、その直前のレーザ光Ｌａ２の照射の際に残存したデブリ等がレーザ光Ｌａ２の照射を妨げるので、加工速度が低下する。したがって、被加工物Ｗにおける深い部分ほど複数の照射点ＳＰの光強度を大きくし、及び／又は照射時間を長くすることにより、加工速度及び加工品質が向上する。また、被加工物Ｗが、互いに材質が異なる複数の層から構成されている場合（例えば半導体やプリント配線基板など）には、ホログラムの変更周期や呈示時間を制御することにより、各層に適した条件でレーザ加工を行うことができる。

なお、本実施形態において加工対象となる被加工物Ｗは、例えば、ガラス、半導体、金属（鉄鋼材料、非鉄金属、合金など）、複合材（炭素繊維強化プラスチックＣＦＲＰなど）といった種々の物質により構成され得る。

再び図１を参照する。観察用光源１６は、観察光Ｌｂを被加工物Ｗに照射するためのレーザ光源である。観察用光源１６から出力される観察光Ｌｂの波長は、レーザ光Ｌａ１及びＬａ２の波長とは異なる。観察光Ｌｂの波長は、例えば８００ｎｍ以上９８０ｎｍ以下であって、一実施例では８０８ｎｍである。観察用光源１６は、例えばＡｌ（Ｉｎ）ＧａＡｓ系、又はＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザである。観察用光源１６は、ダイクロイックミラー１３の他方の面と光学的に結合されている。観察用光源１６からダイクロイックミラー１３に到達した観察光Ｌｂは、ダイクロイックミラー１３を透過（または反射）し、レーザ光Ｌａ２と平行な光路でもって被加工物Ｗへ向かい、被加工物Ｗに照射される。なお、図では観察光Ｌｂの光軸とレーザ光Ｌａ２の光軸とが並んで描かれているが、観察光Ｌｂの光軸とレーザ光Ｌａ２の光軸とは互いに一致していてもよい。被加工物Ｗにおける観察光Ｌｂの照射領域は、例えば図２の（ａ）に示された被加工領域Ａを内含する。

観察光Ｌｂの一部は、被加工物Ｗに到達すると反射光Ｌｃとなり、被加工物Ｗから出射する。反射光Ｌｃの波長は観察光Ｌｂの波長と同じであるため、反射光Ｌｃはダイクロイックミラー１３を透過する。光検出器１７は、ダイクロイックミラー１３の他方の面と光学的に結合されており、反射光Ｌｃを、ダイクロイックミラー１３を介して検出する。光検出器１７は、２次元画像検出器や３次元情報を取得する検出器である。後者の場合、光検出器１７は例えば干渉計測光学系を有する。その場合、光検出器１７は、観察用光源１６から出力された観察光Ｌｂの一部を分岐して（或いは観察用光源１６としての半導体レーザの背面光を）取得し、該観察光Ｌｂの一部（若しくは背面光）と反射光Ｌｃとを互いに干渉させることにより干渉光像を検出する。光検出器１７は、制御部１８と電気的に接続されており、検出結果に関する電気的な信号Ｓａを制御部１８に提供する。なお、本実施形態において用いられる干渉計測の例に関しては、文献「F. Mezzapesa et al., “High-resolution monitoring of the hole depthduring ultrafast laser ablation drilling by diode laser self-mixinginterferometry”, Opt. Lett. 36, 822-824 (2011)」に記載されている。

制御部１８は、光検出器１７からの検出結果に基づいて、各照射点ＳＰにおける加工状態を判断する。そして、制御部１８は、空間光変調器１２に呈示させるホログラムを、加工状態に応じて制御する。ここでいうホログラムの制御とは、例えばホログラムの呈示時間の制御、適切なホログラムへの変更等である。

ここで、図４は、制御部１８のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４に示すように、制御部１８は、ＣＰＵ１８１、ＲＡＭ１８２、ＲＯＭ１８３、入力装置１８４、ディジタル／アナログ変換器１８５、及び補助記憶装置１８６、ディスプレイ出力装置１８７等のハードウェアを備えるコンピュータを含むものとして構成される。制御部１８は、補助記憶装置１８６に予め記憶されたプログラム等によりこれらの構成要素が動作することによって、上述した機能を実現する。

以下、本実施形態のレーザ加工装置１０による加工の例を説明する。図５及び図６の（ａ）部は、材質が互いに異なる複数の領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを含む被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った（言い換えると、被加工物Ｗの厚み方向に沿った）断面を示している。図５及び図６の（ｂ）部は、被加工物Ｗの光照射表面を示す平面図である。これらの例では、領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃがレーザ光Ｌａ２の光軸方向（被加工物Ｗの厚み方向）と交差する方向に並んでおり、領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの境界線が光照射表面に露出している。同一の光強度のレーザ光Ｌａ２に対する、各領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの材質の加工速度はそれぞれ異なる。具体的には、同一の光強度のレーザ光Ｌａ２に対して、領域Ｗａの加工速度が最も遅く、領域Ｗｃの加工速度が最も速い。

図５に示す例では、各領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃのそれぞれに対して互いに独立した３つの被加工領域Ａを設定している。そして、１つの被加工領域Ａを画定する複数の照射点ＳＰを領域Ｗａに形成し、別の被加工領域Ａを画定する複数の照射点ＳＰを領域Ｗｂに形成し、更に別の被加工領域Ａを画定する複数の照射点ＳＰを領域Ｗｃに形成する。図６に示す例では、領域Ｗａ及びＷｂを跨ぐ被加工領域Ａと、領域Ｗｂ及びＷｃを跨ぐ別の被加工領域Ａとを設定している。そして、一方の被加工領域Ａの一部を画定する複数の照射点ＳＰを領域Ｗａに形成し、一方の被加工領域Ａの残部を画定する複数の照射点ＳＰと、他方の被加工領域Ａの一部を画定する複数の照射点ＳＰとを領域Ｗｂに形成し、他方の被加工領域Ａの残部を画定する複数の照射点ＳＰを領域Ｗｃに形成する。

この場合、図５及び図６の（ｂ）部に示すように、領域Ｗａに形成される照射点ＳＰの光強度が最も大きく、領域Ｗｃに形成される照射点ＳＰの光強度が最も小さくなるように、空間光変調器１２に呈示するホログラムを制御部１８が制御する。なお、図５及び図６の（ｂ）部において、各照射点ＳＰの光強度を、色の濃淡により表現している。色が濃いほど光強度が大きく、色が淡いほど光強度が小さい。これにより、各領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃにおける照射点ＳＰの加工速度を互いに近づけ、加工深さを均一にすることができる。理想的には、各照射点ＳＰにおける加工速度が互いに等しくなるように、各照射点ＳＰの光強度の相対関係が調整される。

図５及び図６に示した例では、図１に示した光検出器１７における検出結果に基づいて、各照射点ＳＰにおける材質を制御部１８が検出してもよい。観察光Ｌｂに対する反射率は材質に依存するので、観察光Ｌｂと反射光Ｌｃとの強度比に基づいて、各照射点ＳＰにおける材質を知ることができる。したがって、領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの境界を検出することができる。そして、領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃのそれぞれに対応する照射点ＳＰの各光強度を実現するホログラムを、空間光変調器１２に呈示させるとよい。言い換えると、この例では、各照射点ＳＰの光強度を互いに独立して設定するためのホログラムを、光検出器１７における検出結果に基づいて制御部１８が生成するとよい。

或いは、領域Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの分布に応じた、各照射点ＳＰの光強度に関するデータを、記憶部（例えば図４に示したＲＯＭ１８３又は補助記憶装置１８６）に予め記憶させてもよい。この場合、制御部１８は、各照射点ＳＰの光強度を、当該データに基づいて制御することができる。

図７の（ａ）部は、材質が互いに異なる複数の領域Ｗｄ，Ｗｅを含む被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った（言い換えると、被加工物Ｗの厚み方向に沿った）断面を示している。図７の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、それぞれ（ａ）部のＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線、ＶＩＩｃ－ＶＩＩｃ線及びＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線に沿った断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な断面を示している。この例では、領域Ｗｄ，Ｗｅがレーザ光Ｌａ２の光軸方向に並んでおり、且つ、領域Ｗｄ，Ｗｅの境界面は、レーザ光Ｌａ２の光軸方向に垂直な仮想平面に対して傾斜している。同一の光強度のレーザ光Ｌａ２に対する、各領域Ｗｄ，Ｗｅの材質の加工速度はそれぞれ異なる。具体的には、同一の光強度のレーザ光Ｌａ２に対して、領域Ｗｄの加工速度は、領域Ｗｅの加工速度よりも遅い。

この例では、被加工物Ｗに対して被加工領域Ａを設定し、被加工領域Ａを画定する複数の照射点ＳＰを被加工物Ｗに形成する。なお、図７の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部においても、各照射点ＳＰの光強度を、色の濃淡により表現している。色が濃いほど光強度が大きく、色が淡いほど光強度が小さい。最初、図７の（ｂ）部に示すタイミングでは、領域Ｗｄにおける各照射点ＳＰの加工速度が任意の速度になるように、空間光変調器１２に呈示するホログラムを制御部１８が制御する。或る深さまで加工が進むと、図７の（ｃ）部に示すように、被加工領域Ａが領域Ｗｄと領域Ｗｅとを跨ぐ。このとき、領域Ｗｅ内に位置する照射点ＳＰの光強度が、領域Ｗｄ内に位置する照射点ＳＰの光強度よりも小さくなるように、空間光変調器１２に呈示するホログラムを制御部１８が制御する。更に加工が進むと、被加工領域Ａにおいて領域Ｗｅが占める割合が次第に大きくなり、最終的に、図７の（ｄ）部に示すように被加工領域Ａには領域Ｗｅのみが含まれる。このとき、領域Ｗｅにおける各照射点ＳＰの加工速度が任意の速度になるように、空間光変調器１２に呈示するホログラムを制御部１８が制御する。

この例では、領域Ｗｄに形成される照射点ＳＰの光強度が、領域Ｗｅに形成される照射点ＳＰの光強度よりも大きくなるように、制御部１８がホログラムを制御する。これにより、被加工領域Ａ内に領域Ｗｄ，Ｗｅが混在するタイミング（図７の（ｃ）部）において、各領域Ｗｄ，Ｗｅにおける照射点ＳＰの加工速度を互いに近づけ、加工深さを均一にすることができる。理想的には、各照射点ＳＰにおける加工速度が深さ方向に均等になるように、各照射点ＳＰの光強度が調整される。

図７に示した例では、図１に示した光検出器１７における検出結果に基づいて、各照射点ＳＰにおける材質の変化を制御部１８が検出してもよい。観察光Ｌｂに対する反射率は材質に依存するので、各照射点ＳＰにおける材質が変化すると、観察光Ｌｂと反射光Ｌｃとの強度比が変化する。したがって、領域Ｗｄから領域Ｗｅへの材質の変化を検出することができる。そして、この変化のタイミングにおいて、領域Ｗｄから領域Ｗｅへ変化した照射点ＳＰについて光強度を変更するホログラムを、空間光変調器１２に呈示させるとよい。言い換えると、この例では、各照射点ＳＰの光強度を変更するためのホログラムの変更タイミングを、光検出器１７における検出結果に基づいて判断するとよい。

或いは、被加工物Ｗの材質分布に応じた、各照射点ＳＰの光強度に関するデータを、記憶部（例えば図４に示したＲＯＭ１８３又は補助記憶装置１８６）に予め記憶させてもよい。この場合、制御部１８は、各照射点ＳＰの光強度を当該データに基づいて制御することができる。

図８の（ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った断面を示している。図８の（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈａを示す断面図である。図８に示す例では、被加工領域Ａの大きさが、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１からその反対側の面Ｗ２にわたって、レーザ光Ｌａ２の光軸方向に連続的に変化している。ここで、被加工領域Ａの大きさが連続的に変化するとは、レーザ光Ｌａ２の光軸方向に沿った断面において被加工領域Ａの輪郭に段差が生じないことをいう。この例では、レーザ光Ｌａ２の光軸方向（被加工物Ｗの深さ方向）に加工が進むにしたがって、ホログラムを順次切り換える。各ホログラムは、レーザ光Ｌａ２の光軸と交差する面内における被加工領域Ａの大きさ及び形状を実現するためのホログラムと、当該面の光軸方向位置に関するホログラムとが重畳されて成る。

図９の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図８の（ａ）部に示されるＩＸａ－ＩＸａ線、ＩＸｂ－ＩＸｂ線、及びＩＸｃ－ＩＸｃ線のそれぞれに沿った断面内の照射点ＳＰの配置例を模式的に示している。この例では、レーザ光Ｌａ２の光軸方向と垂直な断面における被加工領域Ａの形状が円形とされている。また、図１０の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、当該各断面内の照射点ＳＰの別の配置例を模式的に示している。この例では、レーザ光Ｌａ２の光軸方向と垂直な断面における被加工領域Ａの形状が任意の複雑な多角形とされている。図９及び図１０に示される各照射点ＳＰは、図８の（ａ）に示される被加工領域Ａを画定する。なお、レーザ光Ｌａ２の光軸方向と垂直な断面における被加工領域Ａの形状は、図９及び図１０の例に限られず、他の様々な形状とすることが可能である。

図８に示した例において見方を変えると、制御部１８は、光軸の方向に互いに離れているＩＸａ－ＩＸａ断面及びＩＸｂ－ＩＸｂ断面において、被加工領域Ａの大きさを互いに異ならせる。この場合、ＩＸａ－ＩＸａ断面及びＩＸａ－ＩＸａ断面のうち一方が本実施形態における第１の面に相当し、他方が本実施形態における第２の面に相当する。また、別の見方をすると、制御部１８は、光軸の方向に互いに離れているＩＸｂ－ＩＸｂ断面及びＩＸｃ－ＩＸｃ断面において、被加工領域Ａの大きさを互いに異ならせる。この場合、ＩＸｂ－ＩＸｂ断面及びＩＸｃ－ＩＸｃ断面のうち一方が本実施形態における第１の面に相当し、他方が本実施形態における第２の面に相当する。なお、この例においても、制御部１８は、各断面において、被加工領域Ａを確定する仮想線Ｂ（図２の（ｂ）部を参照）に沿って各照射点ＳＰの位置を変更する複数のホログラムを、空間光変調器１２に順次呈示させる。これにより、各照射点ＳＰは被加工領域Ａの輪郭線上を離散的に移動する。

制御部１８は、光検出器１７による検出結果に基づいて各照射点ＳＰにおける加工状態を判断し、上記各断面におけるホログラムの呈示時間を、該加工状態に応じて制御してもよい。加工状態とは、例えば、各照射点ＳＰにおける加工速度（言い換えると、加工の進み具合）等である。

被加工物Ｗがレーザ光Ｌａ２に対して光透過性を有する場合、図８に示すように、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１に対して逆テーパ状の（面Ｗ２に対してテーパ状の）被加工領域Ａを設定してもよい。言い換えると、ＩＸａ－ＩＸａ断面及びＩＸｂ－ＩＸｂ断面（またはＩＸｂ－ＩＸｂ断面及びＩＸｃ－ＩＸｃ断面）のうち被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１からの距離が遠い一方の断面における被加工領域Ａの面積が、他方の断面における被加工領域Ａの面積よりも大きくてもよい。この場合、各照射点ＳＰにレーザ光Ｌａ２を集光するホログラムを制御部１８が空間光変調器１２に呈示させることにより、被加工領域Ａの輪郭部分が切断され、被加工領域Ａが被加工物Ｗから下方へ抜け落ちる。これにより、図８の（ｂ）部に示すように、光照射表面Ｗ１に対して逆テーパ状の貫通孔である孔Ｈａが被加工物Ｗに形成される。

被加工物Ｗが、レーザ光Ｌａ２に対して光透過性を有する例えばガラスといった材料からなる場合、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１とは反対側の面Ｗ２の側から光照射表面Ｗ１に向かって順次加工するとよい。レーザ光Ｌａ２の集光点においてのみ光強度を加工閾値より大きくし、被加工物Ｗにおける他の領域（光照射表面Ｗ１と集光点との間の領域）においては光強度を加工閾値より小さくすることによって、このような加工が可能である。この場合、レーザ加工により生じる剰余物（デブリや破片）を、下方に落下させながらレーザ加工を行うことができるので、剰余物によりレーザ光Ｌａ２の照射が妨げられる程度が低減される。

図１１の（ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った断面を示している。図１１の（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｂを示す断面図である。図１１に示す例では、図８に示す例と同様に、レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な断面における被加工領域Ａの大きさが、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１からその反対側の面Ｗ２にわたって、レーザ光Ｌａ２の光軸方向に連続的に変化している。具体的には、当該断面における被加工領域Ａの大きさが、光照射表面Ｗ１から離れるほど次第に大きくなっている。但し、図１１に示す例では、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った断面における被加工領域Ａの輪郭が、図８のような直線状ではなく、内側に凸の曲率を有する形状（例えば円弧状）となっている。この場合においても、各照射点ＳＰにレーザ光Ｌａ２を集光するホログラムを制御部１８が空間光変調器１２に呈示させることにより、被加工領域Ａの輪郭部分が切断され、被加工領域Ａが被加工物Ｗから下方へ抜け落ちる。これにより、図１１の（ｂ）部に示すように、光照射表面Ｗ１に対して逆テーパ状の貫通孔である孔Ｈｂが被加工物Ｗに形成される。

図１２、図１３および図１４の（ａ）部は、被加工物Ｗに対してレーザ光Ｌａ２を照射する様子を示す断面図であって、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った断面を示している。図１２、図１３および図１４の（ｂ）部は、被加工物Ｗに形成された孔Ｈｃ，Ｈｄ，Ｈｅを示す断面図である。この例では、まず、図１２の（ａ）部に示されるように、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工物Ｗの略中心部から一方の面Ｗ３に達するテーパ状の被加工領域Ａを設定する。そして、面Ｗ３とは反対側の他方の面Ｗ４からレーザ光Ｌａ２を照射し、図８に示された例と同様にして被加工領域Ａの輪郭部分を切断することにより、図１２の（ｂ）部に示される孔Ｈｃを形成する。孔Ｈｃは、被加工物Ｗの略中心部から一方の面Ｗ３に達するテーパ状（すり鉢状）の凹部である。次に、図１３の（ａ）部に示されるように、被加工物Ｗを上下反転し、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工物Ｗの略中心部から他方の面Ｗ４に達するテーパ状の別の被加工領域Ａを設定する。そして、一方の面Ｗ３からレーザ光Ｌａ２を照射し、図８に示された例と同様にして当該被加工領域Ａの輪郭部分を切断することにより、図１３の（ｂ）部に示される孔Ｈｄを形成する。孔Ｈｄは、被加工物Ｗの略中心部から他方の面Ｗ４に達するテーパ状（すり鉢状）の凹部である。最後に、図１４の（ａ）部に示されるように、孔Ｈｃと孔Ｈｄとを繋ぐ更に別の被加工領域Ａを設定する。そして、面Ｗ３又はＷ４からレーザ光Ｌａ２を照射し、図８に示された例と同様にして当該被加工領域Ａの輪郭部分を切断することにより、図１４の（ｂ）部に示される孔Ｈｅを形成する。こうして、被加工物Ｗの一方の面Ｗ３と他方の面Ｗ４との間を貫通する孔が形成される。

なお、上記の例では、レーザ光Ｌａ２の光軸に沿った断面における各被加工領域Ａの輪郭が直線状とされているが、これらのうち少なくとも１つが曲率を有してもよい。図１５の（ａ）部は、２つの被加工領域Ａが曲率を有する場合に形成される貫通孔Ｈｆの断面形状を示している。貫通孔Ｈｆは、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ３に達する孔Ｈｆａと、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ４に達する孔Ｈｆｂとが連通して成る。レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な断面における孔Ｈｆａの大きさは、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ３に近づくにつれて次第に大きくなる。レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な断面における孔Ｈｆｂの大きさは、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ４に近づくにつれて次第に大きくなる。そして、これらの孔Ｈｆａ，Ｈｆｂの側面は、被加工物Ｗの厚さ方向に沿った断面において内側に凸の曲率を有する。

また、図１５の（ｂ）部は、１つの被加工領域Ａの輪郭が曲率を有する場合に形成される貫通孔Ｈｇの断面形状を示している。貫通孔Ｈｇは、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ３に達する孔Ｈｇａと、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ４に達する孔Ｈｇｂとが連通して成る。レーザ光Ｌａ２の光軸に垂直な断面における孔Ｈｇａの大きさは、被加工物Ｗの略中心部から面Ｗ３に近づくにつれて次第に大きくなる。そして、孔Ｈｇａの側面は、被加工物Ｗの厚さ方向に沿った断面において内側に凸の曲率を有する。孔Ｈｇｂは、図１２に示された孔Ｈｃ、及び図１３に示された孔Ｈｄと同様に、面Ｗ４から見てテーパ状（すり鉢状）を呈している。

図１６の（ａ）部は、レーザ光Ｌａ２の照射により形成された孔Ｈｈを示す断面図であって、被加工物Ｗの厚さ方向に沿った断面を示している。図１６の（ｂ）部は、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１における孔Ｈｈの形状を示す平面図であり、図１６の（ｃ）部は、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１とは反対側の面Ｗ２における孔Ｈｈの形状を示す平面図である。この例では、光照射表面Ｗ１（レーザ光Ｌａ２の光軸と交差する第１の面）における孔Ｈｈの形状と、光照射表面Ｗ１とは反対側の面Ｗ２（第１の面から光軸の方向に離れた第２の面）における孔Ｈｈの形状とが互いに異なる。図示例では、光照射表面Ｗ１における孔Ｈｈの形状は円形であり、反対側の面Ｗ２における孔Ｈｈの形状は正三角形である。このような孔Ｈｈは、制御部１８が、光照射表面Ｗ１及び面Ｗ２の各面内において複数の照射点により画成される被加工領域Ａの形状を互いに異ならせることにより好適に形成され得る。一例では、被加工物Ｗの厚さ方向に垂直な孔Ｈｈの断面形状は、被加工物Ｗの厚さ方向に沿って連続的に変化する。

図１７は、図１６に示された孔Ｈｈを形成するための、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工領域Ａの形状の変化を概念的に示す図である。図１７の（ａ）部は、被加工物Ｗにレーザ光Ｌａ２を照射するための構成の概略と、レーザ光Ｌａ２の光軸方向における被加工物Ｗの断面とを示している。図１７の（ｂ）部、（ｃ）部、（ｄ）部及び（ｅ）部は、被加工物Ｗにおいて互いに異なる深さに位置する各面内の被加工領域Ａの形状と、各面内の複数の照射点ＳＰとを示している。図１７の（ｂ）部に示されるように光照射表面Ｗ１における被加工領域Ａの形状は円形であるが、図１７の（ｃ）部ないし（ｅ）部に示されるように、光照射表面Ｗ１から光軸方向に離れるに従い、被加工領域Ａの形状は次第に円形から三角形に近づく。最終的に、面Ｗ２における被加工領域Ａの形状は三角形となる。なお、前述したように、被加工物Ｗが光透過性を有する場合には、面Ｗ２側から光照射表面Ｗ１に向かって加工を行うとよい。

図１８～図２１は、図１７の（ｂ）部～（ｅ）部に示された各面に対応するホログラムの例を示す図である。図１８～図２１の（ａ）部は、それぞれ図１７の（ｂ）部～（ｅ）部に示された複数の照射点ＳＰを示している。図１８～図２１の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、それぞれの（ａ）部に示される複数の照射点ＳＰを実現するためのホログラムの例を示している。なお、図１８～図２１の（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部においては、位相の大きさを色の濃淡で示し、色が濃いほど位相が小さく（０ラジアンに近く）、色が淡いほど位相が大きい（２πラジアンに近い）。また、図１８～図２１の各図において、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、被加工領域Ａの輪郭線（図２に示された仮想線Ｂ）に沿って各照射点ＳＰの位置を変更するための複数のホログラムを示している。図中の矢印により示されるように、制御部１８は、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部に示された各ホログラムを空間光変調器１２に対して周期的に繰り返し呈示させることによって、各照射点ＳＰの位置を被加工領域Ａの輪郭線に沿って移動させつつ加工を行う。

ここで、図７～図１７に示された各加工例においては、レーザ加工の途中においてホログラムの変更が必要となる。そして、ホログラムを変更する際、次に呈示するホログラムを記憶部（例えば図４に示したＲＯＭ１８３又は補助記憶装置１８６）から呼び出したり、あるいは光検出器１７における検出結果に基づいて次に呈示するホログラムを計算により生成するための時間が必要となる。制御部１８は、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、レーザ光Ｌａ２の光強度を被加工物Ｗのいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを空間光変調器１２に呈示させる。例えば、図２２に示されるように、制御部１８は、レーザ光Ｌａ２の照射点ＳＰを被加工物Ｗよりもさらに遠くへ形成するようなホログラムを、空間光変調器１２に呈示させてもよい。これにより、レーザ光源１１がオフ状態とされたのと等価な作用を実現することができる。

また、図８～図１７に示された各加工例にてレーザ光Ｌａ２の光軸方向に並ぶ各面内においても、図５～図７に示された各加工例と同様に、制御部１８が、複数の照射点ＳＰの光強度を、照射点ＳＰ毎に独立して制御してもよい。また、制御部１８は、光軸方向に並ぶ各面内における照射点ＳＰの光強度を、各面ごとに独立して制御してもよい。例えば、図８～図１０に示した例において、ＩＸａ－ＩＸａ断面、ＩＸｂ－ＩＸｂ断面及びＩＸｃ－ＩＸｃ断面における照射点ＳＰの光強度は、各断面における材質（又は加工速度）に応じて、各断面毎に独立して設定されてもよい。また、各断面毎の照射時間も独立に設定されてもよい。

図２３は、本実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。このレーザ加工方法は、上述したレーザ加工装置１０を用いて行うことができる。図２３に示されるように、まず、制御ステップＳ１として、二次元配列された複数の画素それぞれにおいて光の位相を変調するホログラムを空間光変調器１２に呈示させる。次に、光変調ステップＳ２として、レーザ光源１１から出力されたレーザ光Ｌａ１を空間光変調器１２に入力し、ホログラムによりレーザ光Ｌａ１の位相変調を行う。そして、集光ステップＳ３として、位相変調後のレーザ光Ｌａ２を、集光光学系１４を用いて集光する。先の制御ステップＳ１では、位相変調後のレーザ光Ｌａ１を集光ステップＳ３により被加工物Ｗの複数の照射点ＳＰに集光させるホログラムを、空間光変調器１２に呈示させる。これにより、被加工物Ｗに対して複数の照射点ＳＰが形成され、各照射点ＳＰにおいて被加工物Ｗの加工（溶融、クラックの発生、切断等）が進行する。そして、光検出ステップＳ４として、レーザ光Ｌａ２の波長とは異なる波長を有する観察光Ｌｂを被加工物Ｗに照射し、被加工物Ｗにおいて反射した観察光（反射光Ｌｃ）を検出する。以降、ホログラムを変更しながら、ステップＳ１～Ｓ４を繰り返し行う。制御ステップＳ１では、図２に示したように、被加工領域Ａを画定する仮想線Ｂに沿って各照射点ＳＰの位置を変更する複数のホログラムを、空間光変調器１２に順次呈示させる。また、照射点ＳＰの光強度の設定目標値と観察光の検出結果との差が目標誤差より大きい場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、ホログラムを補正してもよい（ステップＳ６）。

図５～図７に示されたように、制御ステップＳ１では、複数の照射点ＳＰの光強度を、照射点ＳＰ毎に独立して制御する。または、図８～図１７に示されたように、制御ステップＳ１では、複数の照射点ＳＰにより画成される被加工領域Ａの形状を、レーザ光Ｌａ２の光軸と交差する複数の面毎に異ならせる。或いは、制御ステップＳ１では、複数の照射点ＳＰの光強度を照射点ＳＰ毎に独立して制御するとともに、複数の照射点ＳＰにより画成される被加工領域Ａの形状を、レーザ光Ｌａ２の光軸と交差する複数の面毎に異ならせる。

照射点ＳＰ毎に光強度を独立して制御する場合、制御ステップＳ１において、先の光検出ステップＳ４による検出結果に基づいて各照射点ＳＰにおける材質の変化を検出し、各照射点ＳＰの光強度を材質の変化に応じて変更する。或いは、図２４に示されるように、記憶ステップＳ０を制御ステップＳ１の前に行い、記憶ステップＳ０において、被加工物Ｗの材質分布に応じた、各照射点ＳＰの光強度に関するデータを記憶部（例えば図４に示したＲＯＭ１８３又は補助記憶装置１８６）に予め記憶させる。そして、制御ステップＳ１において、各照射点ＳＰの光強度を該データに基づいて制御する。また、照射点ＳＰの光強度の設定目標値と観察光の検出結果との差が目標誤差より大きい場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、ホログラムを補正してもよい（ステップＳ６）。

また、レーザ光Ｌａ２の光軸と交差する複数の面毎に被加工領域Ａの形状を異ならせる場合、図８～図１５に示されたように、被加工領域Ａの形状を、レーザ光Ｌａ２の光軸方向において連続的に変化させることも可能である。被加工物Ｗがレーザ光Ｌａ２に対して光透過性を有する場合には、図８～図１５に示されたように、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１からの距離が遠い面における被加工領域Ａの面積を、光照射表面Ｗ１からの距離が近い面における被加工領域Ａの面積より大きくすることも可能である。光検出ステップＳ４における検出結果に基づいて各照射点ＳＰにおける加工状態を判断し、各面に対するホログラムの呈示時間を加工状態に応じて制御することも可能である。複数の照射点ＳＰの光強度を各面ごとに独立して制御することも可能である。

また、制御ステップＳ１においてホログラムを変更する際には、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、レーザ光Ｌａ２の光強度を被加工物Ｗのいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを、空間光変調器１２に呈示させる。

以上に説明した本実施形態のレーザ加工装置１０及びレーザ加工方法によって得られる効果について説明する。本実施形態のレーザ加工装置１０及びレーザ加工方法では、制御部１８が（又は制御ステップＳ１において）、複数の照射点ＳＰに含まれる少なくとも２つの照射点ＳＰの光強度を互いに独立して制御する。この場合、被加工物Ｗの部位による材質の違い、すなわち同一強度のレーザ光Ｌａ２に対する加工速度の違いが存在するときに、各部位に対応する各照射点ＳＰにおいて適切な光強度でもってレーザ光Ｌａ２を照射することができる。したがって、２種類以上の材質からなる被加工物Ｗを複雑な形状に加工することが容易にできる。また、本実施形態によれば、各照射点ＳＰの光強度の調整、各照射点ＳＰのオン／オフ、及び仮想線Ｂに沿った各照射点ＳＰの移動を、機構部を全く用いることなく実現することができる。したがって、レーザ加工装置１０の装置構成を大幅に単純化することができ、また、高速かつ高精度に加工処理を実施することができる。

本実施形態のように、レーザ加工装置１０は、観察光Ｌｂを被加工物Ｗに照射する観察用光源１６と、被加工物Ｗにおいて反射した観察光である反射光Ｌｃを検出する光検出器１７と、を備えてもよい。同様に、レーザ加工方法は、観察光Ｌｂを被加工物Ｗに照射し、被加工物Ｗからの反射光Ｌｃを検出する光検出ステップＳ４を更に含んでもよい。そして、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、光検出器１７による検出結果に基づいて各照射点ＳＰにおける加工状態を判断し、各面に対するホログラムの呈示時間を加工状態に応じて制御してもよい。或いは、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、光検出器１７（光検出ステップＳ４）による検出結果に基づいて各照射点ＳＰにおける材質の変化を検出し、少なくとも２つの照射点ＳＰの光強度を材質の変化に応じて変更してもよい。これらの場合、加工精度をより高めることができる。

本実施形態のように、レーザ加工装置１０は、被加工物Ｗの材質分布に応じた、各照射点ＳＰの光強度に関するデータを予め記憶する記憶部を備え、制御部１８は、各照射点ＳＰの光強度を当該データに基づいて制御してもよい。同様に、レーザ加工方法は、制御ステップＳ１の前に、被加工物Ｗの材質分布に応じた、各照射点ＳＰの光強度に関するデータを予め記憶する記憶ステップＳ０を含み、制御ステップＳ１において、各照射点ＳＰの光強度を当該データに基づいて制御してもよい。これらの場合、各照射点ＳＰに必要な光強度を素早く得ることができるので、ホログラムの変更時間を短縮できる。

本実施形態のように、制御部１８は（制御ステップＳ１において）、レーザ光Ｌａ２の光軸方向に並ぶ複数の面内において、被加工領域Ａの形状及び大きさのうち少なくとも一方をそれぞれ異ならせてもよい。このように、光軸方向に離れた複数の面毎に被加工領域Ａの形状及び／又は大きさを変化させることにより、光軸方向に垂直な断面の形状を自在に設定するような、従来より複雑な加工を行うことが可能となる。

本実施形態のように、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、光軸方向に並ぶ複数の面のそれぞれにおいて、被加工領域Ａを画定する仮想線Ｂに沿って各照射点ＳＰの位置を変更する複数のホログラムを空間光変調器１２に順次呈示させてもよい。この場合、各照射点ＳＰに対して十分な光強度を与えつつ、単一のホログラムによりレーザ光Ｌａ２を一度に照射する場合と比較してレーザ光源１１に必要な出力パワーを低減でき、レーザ光源１１の小型化に寄与できる。

本実施形態のように、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、ホログラムを変更する際に、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、レーザ光Ｌａ２の光強度を被加工物Ｗのいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを空間光変調器１２に呈示させてもよい。この場合、シャッタ等の機械的手段によりレーザ光Ｌａ２を遮断する場合と比較して、機械的シャッタ自体や機械的シャッタを動作させるために必要な高電圧装置等が不要になるので、レーザ加工装置１０の構成を簡素化し、レーザ加工装置１０の小型化及びコスト低減に寄与することができる。

本実施形態のように、被加工物Ｗが位相変調後のレーザ光Ｌａ２に対して光透過性を有し、被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１からの距離が遠い面における被加工領域Ａの面積が、該距離が近い面における被加工領域Ａの面積より大きくてもよい。この場合、例えば被加工物Ｗの光照射表面Ｗ１から遠ざかるにつれて孔径が広がる逆テーパ形状の孔の形成といった複雑な加工をも容易に行うことができる。

本実施形態のように、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、被加工領域Ａの形状及び大きさの少なくとも一方を、レーザ光Ｌａ２の光軸方向において連続的に変化させてもよい。この場合、光軸方向に垂直な断面の形状が光軸方向において滑らかに変形する孔等の加工を容易に行うことができる。

本実施形態のように、制御部１８は（制御ステップＳ１では）、少なくとも２つの面内における照射点ＳＰの光強度を、各面毎に独立して制御してもよい。この場合、各面をそれぞれ構成する材質の違い、すなわち同一強度のレーザ光Ｌａ２に対する加工速度の違いが存在するときに、各面の材質に応じて適切な光強度でもってレーザ光Ｌａ２を照射することができる。

ここで、従来のレーザ加工方法の例について説明する。図２５は、特許文献１に記載されたレーザ加工方法を説明するための図である。このレーザ加工方法は、処理面１１２を有するワークピース（被加工物）１１０をレーザアブレーションにより加工する方法であって、三次元の幾何学的形状１１４をワークピース１１０内に形成する。図２５には、３つの異なるビームプロファイル１１６、１１８および１２０が示されている。各ビームプロファイル１１６，１１８，１２０において、縦軸は光強度を表し、横軸は位置を表す。各ビームプロファイル１１６，１１８，１２０において、レーザビームは、処理面１１２の箇所において、照射領域１２２と非照射領域１２４とのパターンを有する。照射領域１２２においては、光強度がアブレーション閾値を上回っている。非照射領域１２４においては、光強度がワークピース１１０の材料の溶解閾値を下回っている。各ビームプロファイル１１６，１１８，１２０は、その直径、等価直径、及び／又は幾何学的形状に関して、互いに相違している。すなわち、ビームプロファイル１１６，１１８，１２０は、この順番で、小さくなる直径又は等価直径を有する。更に、ワークピース１１０の一部切欠き断面図には、これらのビームプロファイル１１６，１１８，１２０が互いに異なる幾何学的形状を有し得ることが示されている。したがって、ワークピース１１０には階段状の幾何学的形状が生じる。

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、一度にレーザ光を照射する領域が大きいので、全領域にわたってアブレーション閾値を上回るためには、極めて大きな出力パワーを有するレーザ光源が必要となる。したがって、レーザ光源が大型化してしまう。また、基本的には加工が進むほどビームプロファイルの直径が小さくなるので、形成可能な形状には制限がある。更には、加工速度がそれぞれ異なる複数の材質がワークピース１１０に混在している場合、各材質の性質に応じて光強度及び照射時間を設定することは困難である。これらの課題に対し、本実施形態のレーザ加工装置１０及びレーザ加工方法によれば、複数の照射点ＳＰにレーザ光Ｌａ２を集光させて加工を行うので、レーザ光源１１の出力パワーは比較的小さくて済み、レーザ光源１１の小型化に寄与できる。また、例えば図８に示されるような逆テーパ状の孔Ｈａや、図１６に示される孔Ｈｈといった複雑な形状の加工も容易である。更には、照射点ＳＰ毎に光強度及び照射時間を独立して制御するので、被加工領域に複数の材質が混在している場合でも各材質の性質に応じて光強度及び照射時間を容易に設定することができる。また、光強度を調整するためのλ／２板や偏光ビームスプリッタといった光学部品が不要となり、レーザ加工装置の構成を更に簡素化できる。

図２６及び図２７は、特許文献２に記載されたレーザ加工方法を説明するための図である。このレーザ加工方法では、複数個の像再生ホログラムデータを準備してレーザ加工を行う。具体的には、図２６の（ａ）部に示すように、被加工面２００を複数個のセル２０１に分割し、１つのセル２０１に対して１個の照射点２０２を対応させ、各セル２０１に対して照射点２０２を形成するか否かを自由に選択する。この像再生ホログラムデータに位置移動ホログラムデータを重畳する。そして、位置移動ホログラムデータを変化させながら、図２６の（ｂ）部～（ｅ）部に示す離散的な点像を被加工面２００に加工形成することにより、図２７に示す複雑形状の加工形状２０３を得る。

しかしながら、特許文献２に記載された方法では、各照射点２０２の光強度を個別に制御していないため、加工速度がそれぞれ異なる複数の材質が被加工面２００に混在している場合、各材質の性質に応じて光強度及び照射時間を設定することは困難である。これに対し、本実施形態のレーザ加工装置１０及びレーザ加工方法によれば、照射点ＳＰ毎に光強度及び照射時間を独立して制御するので、被加工領域に複数の材質が混在している場合でも各材質の性質に応じて光強度及び照射時間を容易に設定することができる。

本開示によるレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、複数の材質が被加工領域Ａに含まれている場合に、照射点ＳＰ毎に独立して光強度を制御することによって各材質の性質に応じた光強度での加工が可能になることを述べた。このような例に限られず、例えば被加工領域Ａが単一の材質からなる場合であっても、照射点ＳＰ毎に独立して光強度を制御することによって、被加工物Ｗの除去率（除去量）を被加工領域Ａの部分毎に独立して制御でき、より複雑な形状を実現できる。また、上記実施形態では複数の照射点ＳＰの光強度をそれぞれ独立して制御する場合について例示したが、必ずしも全ての照射点ＳＰを独立して制御する必要がない場合には、複数の照射点ＳＰのうち少なくとも２つの照射点ＳＰの光強度を互いに独立して制御してもよい。その場合であっても、上記実施形態の効果を奏することができる。

１０…レーザ加工装置、１１…レーザ光源、１２…空間光変調器、１３…ダイクロイックミラー、１４…集光光学系、１５…駆動部、１６…観察用光源、１７…光検出器、１８…制御部、１１０…ワークピース、１１２…処理面、１１４…幾何学的形状、１１６，１１８，１２０…ビームプロファイル、１２２…照射領域、１２４…非照射領域、１８１…ＣＰＵ、１８２…ＲＡＭ、１８３…ＲＯＭ、１８４…入力装置、１８５…ディジタル／アナログ変換器、１８６…補助記憶装置、２００…被加工面、２０１…セル、２０２…照射点、２０３…加工形状、Ａ…被加工領域、Ｂ…仮想線、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ，Ｈｅ，Ｈｈ…孔、Ｈｆ，Ｈｇ…貫通孔、Ｈｆａ，Ｈｆｂ，Ｈｇａ，Ｈｇｂ…孔、Ｌａ１，Ｌａ２…レーザ光、Ｌｂ…観察光、Ｌｃ…反射光、Ｓａ…信号、ＳＰ…照射点、Ｖｄ…駆動電圧、Ｗ…被加工物、Ｗ１…光照射表面、Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…面、Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ，Ｗｅ…領域。

Claims (12)

1. レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、二次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、前記ホログラムにより位相変調した後のレーザ光を出力する空間光変調器と、
   前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
   前記空間光変調器から出力された位相変調後の前記レーザ光を前記集光光学系により被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
   を備え、
   前記被加工物は２種類以上の材質を含み、
   前記制御部は、前記複数の照射点に含まれる少なくとも２つの前記照射点の光強度を互いに独立して制御し、前記被加工物の少なくとも一部の領域において、前記少なくとも２つの照射点の光強度を互いに異ならせ、前記少なくとも２つの照射点それぞれにおける材質に応じて前記少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御することにより前記少なくとも２つの照射点において加工速度を揃える、レーザ加工装置。
2. レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、二次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、前記ホログラムにより位相変調した後のレーザ光を出力する空間光変調器と、
   前記空間光変調器の後段に設けられた集光光学系と、
   前記空間光変調器から出力された位相変調後の前記レーザ光を前記集光光学系により被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の照射点に含まれる少なくとも２つの前記照射点の光強度を互いに独立して制御し、
   前記制御部は、前記被加工物に照射される位相変調後の前記レーザ光の光軸と交差する第１の面内において前記複数の照射点により画成される被加工領域と、前記光軸と交差し前記第１の面から前記光軸の方向に離れている第２の面内において前記複数の照射点により画成される被加工領域との、形状及び大きさのうち少なくとも一方を互いに異ならせる、レーザ加工装置。
3. 観察光を前記被加工物に照射する観察用光源と、
   前記被加工物において反射した前記観察光を検出する光検出器と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記光検出器による検出結果に基づいて各照射点における材質の変化を検出し、各照射点の光強度を前記材質の変化に応じて変更する、請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記被加工物の材質分布に応じた、各照射点の光強度に関するデータを予め記憶する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、各照射点の光強度を前記データに基づいて制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御部は、前記複数の照射点により画成される被加工領域を画定する仮想線に沿って各照射点の位置を変更する複数のホログラムを前記空間光変調器に順次呈示させる、請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記制御部は、ホログラムを変更する際に、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、前記レーザ光の光強度を前記被加工物のいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
   二次元配列された複数の画素それぞれにおいて光の位相を変調するホログラムを空間光変調器に呈示させる制御ステップと、
   レーザ光源から出力されたレーザ光を前記空間光変調器に入力し、前記ホログラムにより前記レーザ光の位相変調を行う光変調ステップと、
   位相変調後の前記レーザ光を集光する集光ステップと、
   を繰り返し行い、
   前記被加工物は２種類以上の材質を含み、
   前記制御ステップでは、前記空間光変調器から出力された位相変調後の前記レーザ光を前記集光ステップにより前記被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させるとともに、前記複数の照射点に含まれる少なくとも２つの前記照射点の光強度を互いに独立して制御し、前記被加工物の少なくとも一部の領域において、前記少なくとも２つの照射点の光強度を互いに異ならせ、前記少なくとも２つの照射点それぞれにおける材質に応じて、前記少なくとも２つの照射点の光強度を互いに独立して制御することにより前記少なくとも２つの照射点において加工速度を揃える、レーザ加工方法。
8. 二次元配列された複数の画素それぞれにおいて光の位相を変調するホログラムを空間光変調器に呈示させる制御ステップと、
   レーザ光源から出力されたレーザ光を前記空間光変調器に入力し、前記ホログラムにより前記レーザ光の位相変調を行う光変調ステップと、
   位相変調後の前記レーザ光を集光する集光ステップと、
   を繰り返し行い、
   前記制御ステップでは、前記空間光変調器から出力された位相変調後の前記レーザ光を前記集光ステップにより被加工物の複数の照射点に集光させるホログラムを前記空間光変調器に呈示させるとともに、前記複数の照射点に含まれる少なくとも２つの前記照射点の光強度を互いに独立して制御し、
   前記制御ステップにおいて、前記被加工物に照射される位相変調後の前記レーザ光の光軸と交差する第１の面内において前記複数の照射点により画成される被加工領域と、前記光軸と交差し前記第１の面から前記光軸の方向に離れている第２の面内において前記複数の照射点により画成される被加工領域との、形状及び大きさのうち少なくとも一方を互いに異ならせる、レーザ加工方法。
9. 観察光を前記被加工物に照射し、前記被加工物において反射した前記観察光を検出する光検出ステップを更に含み、
   前記制御ステップにおいて、前記光検出ステップによる検出結果に基づいて各照射点における材質の変化を検出し、前記各照射点の光強度を前記材質の変化に応じて変更する、請求項７または８に記載のレーザ加工方法。
10. 前記制御ステップの前に、前記被加工物の材質分布に応じた、各照射点の光強度に関するデータを予め記憶する記憶ステップを更に含み、
    前記制御ステップにおいて、各照射点の光強度を前記データに基づいて制御する、請求項７～９のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
11. 前記制御ステップでは、前記複数の照射点により画成される被加工領域を画定する仮想線に沿って各照射点の位置を変更する複数のホログラムを前記空間光変調器に順次呈示させる、請求項７～１０のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
12. 前記制御ステップでは、ホログラムを変更する際に、或るホログラムを消去してから別のホログラムを呈示するまでの間、前記レーザ光の光強度を前記被加工物のいずれの部位においても加工閾値未満とするホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、請求項７～１１のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。

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