JPWO2010024218A1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

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Abstract

レーザ加工装置１は、レーザ光源１０、空間光変調器２０、制御部２２、集光光学系３０を備える。空間光変調器２０は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。制御部２２は、位相変調後のレーザ光（入射光）の一部を加工領域に存在する集光位置で所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光（寄与光）として集光させる。その一方で、加工領域に存在する集光位置に集光させた寄与光以外のレーザ光（不要光）は、非加工領域に存在する集光位置で所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する複数のレーザ光（非寄与光）として分散させて集光させる。

Description

本発明は、加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置および方法に関するものである。
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だけであれば、レーザ光を１つの集光位置に走査することで、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、この場合には加工に要する時間が長い。
加工時間の短縮化を図るための最も簡便な手法は、複数の集光位置に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である。例えば、複数のレーザ光源を用いて、各レーザ光源から出力されたレーザ光をレンズにより集光すれば、多点同時加工を行うことができる。しかし、この場合には、複数のレーザ光源を用いることから、コストが高く、設置領域や光学系が複雑なものとなる。
このような問題を解消することを意図した発明が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された発明では、位相変調型の空間光変調器にホログラムを提示して、１つ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位置に同時に集光照射する。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集光位置にレーザ光が集光されるような位相変調分布を有する。
特許第２７２３７９８号公報
ところで、特許文献１に開示された発明では、複数の集光位置それぞれに照射されるレーザ光のエネルギーが均一であることが望ましい。この場合、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーは、凡そ集光位置の個数または集光領域の面積に反比例する。例えば、集光位置が１個である場合と比べて、集光位置が２個である場合には、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーは２分の１になる。
一方、フェムト秒レーザ光を用いてアブレーションにより金属表面の加工を行う場合には、レーザ光エネルギーによりアブレーション率が異なることが知られている。つまり、特許文献１に開示された発明では、集光位置の個数が変動することにより、各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーが変動して、各集光位置における加工の程度が変動することになる。
このような問題点を解消するために、集光位置の個数に応じて所要の減衰率のＮＤ（NeutralDensity）フィルタを挿入することで、集光位置の個数によらず各集光位置に照射されるレーザ光のエネルギーを一定に維持することが考えられる。しかしながら、集光位置の個数が変化する度にＮＤフィルタを取り替えることは、著しく効率を低下させることになる。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ホログラムが提示される位相変調型の空間光変調器を用いて複数の集光位置または一定面積を有する集光領域に同時にレーザ光を照射して加工対象物の加工領域を加工するものであって、加工領域におけるレーザ光の集光位置の個数または集光領域の面積が変動しても、各集光位置または集光領域に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することが容易にできる装置および方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、を備え、前記制御部が、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記複数個の集光位置のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記複数個の集光位置のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有する複数のレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、ことを特徴とする。
この場合、前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることが好適である。
また、前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、前記制御部は、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有する複数のレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する複数の集光位置にそれぞれ集光させることが好適である。
また、前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光位置の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光位置の高さとが、互いに異なることが好適である。
また、本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、を用いて、前記制御部により、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記複数個の集光位置のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記複数個の集光位置のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有する複数のレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、ことを特徴とする。
この場合、前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることが好適である。
また、前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、前記制御部により、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有する複数のレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する複数の集光位置にそれぞれ集光させることが好適である。
また、前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光位置の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光位置の高さとが、互いに異なることが好適である。
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、位相変調後のレーザ光（入射光）の一部を加工領域に存在する集光位置で所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光（寄与光）として集光させる。その一方で、加工領域に存在する集光位置に集光させた寄与光以外のレーザ光（不要光）は、加工領域以外の領域に存在する集光位置で所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する複数のレーザ光（非寄与光）として分散させて集光させる。このように、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができる。
また、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、を備え、前記制御部が、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記所定の集光領域のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記所定の集光領域のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有するレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、ことを特徴とする。
この場合、前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることが好適である。
また、前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、前記制御部は、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する集光領域に集光させることが好適である。
また、前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光領域の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光領域の高さとが、互いに異なることが好適である。
また、本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、を用いて、前記制御部により、前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記所定の集光領域のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記所定の集光領域のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有するレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、ことを特徴とする。
この場合、前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることが好適である。
また、前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、前記制御部により、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する集光領域に集光させることが好適である。
また、前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光領域の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光領域の高さとが、互いに異なることが好適である。
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では、位相変調後のレーザ光（入射光）の一部を加工領域に存在する集光領域で所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光（寄与光）として集光させる。その一方で、加工領域に存在する集光領域に集光させた寄与光以外のレーザ光（不要光）は、加工領域以外の領域に存在する集光領域で所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有するレーザ光（非寄与光）として分散させて集光させる。このように、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光領域の面積が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができる。
本発明に係るレーザ加工装置またはレーザ加工方法によれば、ホログラムが提示される位相変調型の空間光変調器を用いて、複数の集光位置または一定面積を有する集光領域に同時にレーザ光を照射して、加工対象物の加工領域を加工することができる。また、加工領域におけるレーザ光の集光位置の個数が変動しても、あるいは加工領域におけるレーザ光の集光領域の面積が変動しても、各集光位置または集光領域に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することが容易にできる。
第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第１の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第２の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第３の態様を説明する図である。 第１実施形態の説明における比較例のレーザ加工方法を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第２態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第３態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第４態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第５態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の第５態様を説明する図である。 第１実施形態におけるホログラム修正方法のフローチャートである。 第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。 第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。 実施例１の説明において、比較例を説明する図である。 実施例１を説明する図である。 実施例１の説明において、比較例における各集光位置でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。 実施例１における各集光位置でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。 実施例２を説明する図である。 実施例２における各集光領域でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第４の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第５の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第６の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第７の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第８の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１において、空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる第９の態様を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１の他の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１の他の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１の他の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１の他の構成を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置１の他の構成を示す図である。
１…レーザ加工装置、１０…レーザ光源、１１…スペイシャルフィルタ、１２…コリメートレンズ、１３，１４…ミラー、２０…空間光変調器、２１…駆動部、２２…制御部、３０…集光光学系、９０…加工対象物、９１…加工領域、９２…非加工領域。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、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。
（第１実施形態）
［レーザ加工装置１の構成］
先ず、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。この図に示されるレーザ加工装置１は、加工対象物９０における加工領域９１や加工領域９１以外の領域９２（後述する図６等を参照）に対してレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工する装置であって、レーザ光源１０、スペイシャルフィルタ１１、コリメートレンズ１２、ミラー１３、ミラー１４、空間光変調器２０、駆動部２１、制御部２２および集光光学系３０を備える。
レーザ光源１０は、加工対象物９０の加工領域９１や加工領域９１以外の領域９２に照射されるべきレーザ光を出力するものであり、好適にはフェムト秒レーザ光源やＮｄ:ＹＡＧレーザ光源などのパルスレーザ光源である。このレーザ光源１０から出力されたレーザ光は、スペイシャルフィルタ１１を経た後、コリメートレンズ１２によりコリメートされ、ミラー１３およびミラー１４により反射されて、空間光変調器２０に入力される。
空間光変調器２０は、位相変調型のものであって、レーザ光源１０から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。この空間光変調器２０において提示される位相ホログラムは、数値計算により求められたホログラム（ＣＧＨ: Computer Generated Hologram）であるのが好ましい。
この空間光変調器２０は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。反射型の空間光変調器２０としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型および光アドレス型の何れであってもよい。また、透過型の空間光変調器２０としてはＬＣＤ（LiquidCrystal Display）等であってもよい。図１では、空間光変調器２０として反射型のものが示されている。
駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定するものであり、その画素毎の位相変調量設定のための信号を空間光変調器２０に与える。駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定することで、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
集光光学系３０は、空間光変調器２０の後段に設けられていて、空間光変調器２０において画素毎に位相変調されて出力されたレーザ光を入力する。特に、この集光光学系３０は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光をフーリエ変換するレンズを含む。そのフーリエ変換像は、フーリエ変換レンズの後焦点面に形成される。
制御部２２は、例えばコンピュータで構成され、駆動部２１の動作を制御することで、駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる。このとき、制御部２２は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光を集光光学系３０により複数個の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器２０に提示させる。
特に、本実施形態では、制御部２２は、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に提示させる。そして、制御部２２は、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力された位相変調後のレーザ光を集光光学系３０に入力させた場合に、加工対象物９０における複数個の集光位置のうち加工領域９１（図６等を参照）に存在する集光位置では、上記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギー（強度）を有するレーザ光（後述するように「寄与光」）として集光させる。その一方で、制御部２２は、加工対象物９０における複数個の集光位置のうち加工領域９１以外の領域９２（図６等を参照）に存在する集光位置では、上記位相変調後のレーザ光の残部を上記閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光（後述するように「非寄与光」）と
して分散させて集光させることにより、加工対象物９０を加工する。
図２〜図４それぞれは、第１実施形態に係るレーザ加工装置１において制御部２２により駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる態様を説明する図である。
図２に示される第１の態様では、制御部２２は、中央処理部２２１，通信部２２２および記憶部２２３を含む。中央処理部２２１は、空間光変調器２０に提示させるべき複数のホログラムＣＧＨ１〜ＣＧＨ３のデータを予め作成して、これを記憶部２２３に記憶させておく。空間光変調器２０にホログラムを提示させるときには、中央処理部２２１は、記憶部２２３からホログラムのデータを読み出して、その読み出したホログラムのデータを通信部２２２へ送り、通信部２２２は、そのホログラムのデータを駆動部２１の処理部２１１へ送る。そして、駆動部２１の処理部２１１は、制御部２２から受け取ったホログラムのデータを空間光変調器２０へ送り、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
図３に示される第２の態様では、駆動部２１の記憶部２１３が、空間光変調器２０に提示させるべき複数のホログラムＣＧＨ１〜ＣＧＨ３のデータを予め記憶しておく。空間光変調器２０にホログラムを提示させるときには、制御部２２は、駆動部２１に対して、記憶部２１３に記憶されているホログラムのデータを指定し、その指定したホログラムのデータを空間光変調器２０へ送らせて、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
図４に示される第３の態様では、制御部２２に含まれる記憶部２２３は、集光光学系３０によりレーザ光が集光されるときの集光位置の所望パターン１〜３のデータを予め記憶しておく。空間光変調器２０にホログラムを提示させるときには、中央処理部２２１は、記憶部２２３から所望パターンのデータを読み出して、その読み出した所望パターンを再生し得るホログラムを作成し、そのホログラムのデータを通信部２２２へ送り、通信部２２２は、そのホログラムのデータを駆動部２１の処理部２１１へ送る。そして、駆動部２１の処理部２１１は、制御部２２から受け取ったホログラムのデータを空間光変調器２０へ送り、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
図２１に示される第４の態様では、空間光変調器と駆動部が一つのモジュール２Ａから成る。ここでは光変調部２Ａ０が空間光変調器２０に対応する。光変調部２Ａ０にホログラムを提示させるときには、制御部２２は、記憶部２２３に記憶されているホログラムのデータを指定し、その指定したホログラムのデータを光変調部２Ａ０へ送らせて、光変調部２Ａ０にホログラムを提示させる。
図２２に示される第５の態様では、駆動部と記憶部が一つのモジュール２Ｂから成る。この様態ではモジュール２Ｂの記憶部２Ｂ３が、光変調部２Ｂ０に提示させるべき複数のホログラムＣＧＨ１〜ＣＧＨ３のデータを予め記憶しておく。光変調部２Ｂ０にホログラムを提示させるときには、制御部２２は、モジュール２Ｂに対して、記憶部２Ｂ３に記憶されているホログラムのデータを指定し、その指定したホログラムのデータを光変調部２Ｂ０へ送らせて、光変調部２Ｂ０にホログラムを提示させる。
図２３に示される第６の態様では、駆動部と制御部とが一つのモジュール２Ｃから成る。空間光変調器２０にホログラムを提示させるときには、モジュール２Ｃは、記憶部２Ｃ３に記憶されているホログラムのデータを指定し、その指定したホログラムのデータを空間光変調器２０へ送らせて、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
図２４に示される第７の態様では、空間光変調器と駆動部と制御部が一体化したようなモジュール２Ｄから成る。
図２５に示される第８の態様では、モジュール２Ｃに含まれる記憶部２Ｃ３は、集光光学系３０によりレーザ光が集光されるときの集光位置の所望パターン１〜３のデータが記憶されている。空間光変調器２０にホログラムを提示させるときには、中央処理部２Ｃ１は、記憶部２Ｃ３から所望パターンのデータを読み出して、その読み出した所望パターンを再生し得るホログラムを作成し、そのホログラムのデータを処理部２Ｃ４へ送る。処理部２Ｃ４は空間光変調器２０を駆動するために適切な信号に変換した後、通信部２Ｃ２へ送り、通信部２Ｃ２は、その信号を駆空間光変調器２０へ送り、空間光変調器２０にホログラムを提示させる。
図２６に示される第９の態様では、モジュール２Ｄに含まれる記憶部２Ｄ３は、集光光学系３０によりレーザ光が集光されるときの集光位置の所望パターン１〜３のデータを予め記憶しておく。光変調部２Ｄ０にホログラムを提示させるときには、中央処理部２Ｄ１は、記憶部２Ｄ３から所望パターンのデータを読み出して、その読み出した所望パターンを再生し得るホログラムを作成し、そのホログラムのデータを処理部２Ｄ４へ送る。処理部２Ｄ４は光変調部２Ｄ０を駆動するために適切な信号に変換した後、その信号を光変調部２Ｄ０へ送り、光変調部２Ｄ０にホログラムを提示させる。
図２〜図４、図２１〜図２６に示された何れの態様においても、集光位置の所望パターンからホログラムを作成するに際して、フーリエ変換型およびフレネルゾーンプレート型の何れの手法によりホログラムを作成してもよい。フーリエ変換型はＧＳ法などのアルゴリズムによりホログラムを作成することができ、フレネルゾーンプレート型はＯＲＡ（optimal-rotation-angle）法などのアルゴリズムによりホログラムを作成することができる。
なお、ＧＳ法については文献「R. W. Gerchberg and W. O.Saxton, "A practical algorithm for thedetermination of phase from imageand diffraction plane pictures", Optik,Vol.35, pp.237-246 (1972).」に記載されている。また、ＯＲＡ法については文献「Jorgen Bengtsson, "Kinoform design withanoptimal-rotation-angle method", Applied Optics, Vol.33,No.29,pp.6879-6884 (1994).」に記載されている。
また第１実施形態に係わるレーザ加工装置の構成として、いくつかの形態が考えられる。例えば、図２７に示すようにミラー１３、１４がないものが考えられる。また、図２８に示すようにプリズム１０８を用い入射光と射出光が同軸上に存在するような光学系も考えられる。
さらには、図２９は、図１の空間光変調器２０と集光光学系３０との間にリレーレンズ１０９、１１０を配置した光学系である。リレーレンズを配置することにより、空間光変調器２０で変調された位相などの情報が集光光学系３０にフレネル回折の影響なく伝搬される。また、このリレーレンズは図２７、図２８の加工装置にも適用できる。
第1実施形態に係わるレーザ加工装置１では、図３０に示すように加工のために光学系が稼動部として構成され移動する、あるいは図３１のように加工対象物９０が台１１１の移動とともに移動するのが好適である。
［レーザ加工方法］
次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の動作および第１実施形態に係るレーザ加工方法について、比較例と対比しつつ説明する。ここでは、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ"のアルファベット３文字を多点表示するように加工対象物９０にレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工するものとする。
［レーザ加工方法、比較例］
図５は、比較例のレーザ加工方法を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて丸印はレーザ光集光位置を示している。同図（ａ）は、文字"Ｈ" を加工するためレーザ光が１２点の集光位置に照射される様子を示している。同図（ｂ）は、文字"Ｐ"を加工するためレーザ光が１１点の集光位置に照射される様子を示している。また、同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するためレーザ光が１０点の集光位置に照射される様子を示している。
この比較例では、最初に "Ｈ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に提示され、次に "Ｐ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に提示され、最後に "Ｋ" の文字を加工できるようなホログラムが空間光変調器に提示される。このように、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合には、文字によってレーザ光集光位置の個数が異なるので、文字によって各集光位置のレーザ光照射エネルギーが異なり、それ故、文字によって加工ムラが生じてしまう。
なお、より容易な理解のために、加工対象物９０に照射されるレーザ光の合計エネルギーが例えば１２．０ＧＷ／cm２であるとすると、同図（ａ）では、１２点の集光位置のそれぞれに１．０ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１２＝１．０）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなる。一方、同図（ｂ）では、１１点の集光位置のそれぞれに１．０９０９ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１１＝１．０９０９）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなり、同図（ｃ）では、１０点の集光位置のそれぞれに１２．０ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１０＝１．２）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなる。このように、比較例においては、文字によって各集光位置のレーザ光照射エネルギーが異なり、それ故、文字によって加工ムラが生じてしまう。
これに対して、本実施形態では、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力された位相変調後のレーザ光を集光光学系３０に入力させた場合に、加工対象物９０における複数個の集光位置のうち加工領域９１（図６等を参照）に存在する集光位置では、上記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光（後述するように「寄与光」）として集光させる。その一方で、加工対象物９０における複数個の集光位置のうち加工領域９１以外の領域９２（図６等を参照）に存在する集光位置では、上記位相変調後のレーザ光の残部を上記閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光（後述するように「非寄与光」）として分散させて集光させることにより、加工対象物９０を加工する。以下、本実施形態におけるレーザ加工方法について詳細に説明する。
［レーザ加工方法、第１態様］
図６は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様を説明する図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するため、レーザ光が加工領域９１内の１２点の集光位置ｈ１〜ｈ１２に照射される様子を示している。同図（ａ）に示す１２点の集光位置ｈ１〜ｈ１２は全てが加工領域９１内に存在しており、それぞれの集光位置では、空間光変調器２０から出力された位相変調後のレーザ光（以下、「入射光」という。）が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光される。ここで、所定の閾値Ｘは、加工領域９１の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であり、加工対象物９０の材質等にもよるが、本実施形態においては例えば0.９GＷ/cm2である。加工領域９１に存在する集光位置ｈ１〜ｈ１２に閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１が文字 "Ｈ"の模様で加工される。なお、本明細書では、所定の閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光であって、集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分の加工に寄与するレーザ光を「寄与光」という。つまり、集光位置ｈ１〜ｈ１２に照射されるレーザ光は寄与光である。
また、「加工領域９１」とは、加工対象物９０の外面上の領域または内部の領域であって、例えば同図（ａ）においては、加工対象物９０において文字 "Ｈ" を加工するためにレーザ加工されるべき領域である。図面では、点線で加工領域９１を表示している。また、「加工領域９１以外の領域９２」とは、加工対象物９０の外面上の領域または内部の領域であって、加工対象物９０の全領域のうち加工領域９１を除いた領域である。以下では、加工領域９１以外の領域９２を「非加工領域９２」と記載する。
なお、より容易な理解のために、入射光の合計エネルギーが例えば１２．０ＧＷ／cm２であるとすると、同図（ａ）では、入射光の全てが加工領域９１に集光され、加工領域９１に存在する集光位置ｈ１〜ｈ１２のそれぞれには１ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１２＝１．０）のエネルギーを有するレーザ光が集光される。
同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の１１点の集光位置ｐ１〜ｐ１１に照射されるとともに、非加工領域９２内の４点の集光位置ｐ１２〜ｐ１５に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している１１点の集光位置ｐ１〜ｐ１１では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。加工領域９１に存在する集光位置ｐ１〜ｐ１１に閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字 "Ｐ"の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している４点の集光位置ｐ１２〜ｐ１５では、入射光の残部（つまり入射光より集光位置ｐ１〜ｐ１１に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光、以下「不要光」）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。
なお、本明細書では、所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有するレーザ光であって、集光照射後に当該集光照射された部分の加工に寄与しないレーザ光を「非寄与光」という。つまり、集光位置ｐ１２〜ｐ１５に照射されるレーザ光は非寄与光である。非加工領域９２に存在する集光位置ｐ１２〜ｐ１５に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。なお、第１実施形態にかかる図面では、説明の便宜のため、レーザ光のエネルギーの違いを白丸印の大きさに比例して表現している。このようなエネルギーの異なるCGHは、例えばGS法では、ターゲットパターンの振幅に差をつけることにより作成することができる。
入射光の合計エネルギーが例えば１２ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｂ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、同図（ａ）の場合と同様なエネルギー（つまり１．０ＧＷ／cm２）を有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｐ１〜ｐ１１のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち入射光の合計エネルギーである１２ＧＷ／cm２のうち集光位置ｐ１〜ｐ１１に照射された１１ＧＷ／cm２を除いた１ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の４点の集光位置ｐ１２〜ｐ１５に０．２５GＷ/cm2（ここで、１．０／４＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。つまり、同図（ａ）と比較すると、同図（ｂ）では加工領域９１に存在するレーザ光の集光位置が一つ足りないが、それに相当するエネルギー（１．０ＧＷ／cm２）のレーザ光が非加工領域９２にて閾値Ｘ以下のエネルギー（０．２５０ＧＷ／cm２）を有する複数（４点）の弱いレーザ光として分散されて集光されている。
同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の１０点の集光位置ｋ１〜ｋ１０に照射されるとともに、非加工領域９２内の８点の集光位置ｋ１１〜ｋ１８に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している１０点の集光位置ｋ１〜ｋ１０では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字 "Ｋ"の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している８点の集光位置ｋ１１〜ｋ１８では、入射光の残部（つまり入射光より集光位置ｋ１〜ｋ１０に集光されたレーザ光の分を除いた分、不要光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数の非寄与光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ｋ１１〜ｋ１８に閾値Ｘ未満のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
入射光の合計エネルギーが例えば１２ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｃ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、同図（ａ）の場合と同様なエネルギー（つまり１．０ＧＷ／cm２）を有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｋ１〜ｋ１０のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち入射光の合計エネルギーである１２ＧＷ／cm２のうち集光位置ｋ１〜ｋ１０に照射された１０ＧＷ／cm２を除いた２ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の８点の集光位置ｋ１１〜ｋ１８に０．２５０ＧＷ／cm２（ここで、２．０／８＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。つまり、同図（ａ）と比較すると、同図（ｃ）では加工領域９１に存在するレーザ光の集光位置が二つ足りないが、それに相当するエネルギー（２．０ＧＷ／cm２）のレーザ光が非加工領域９２にて閾値Ｘ以下のエネルギー（０．２５０ＧＷ／cm２）を有する複数（８点）の弱いレーザ光として分散されて集光されている。
以上で説明した第１態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により、加工領域９１に存在する集光位置（ｈ１〜ｈ１２、ｐ１〜ｐ１１、ｋ１〜ｋ１０）では所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される一方で、非加工領域９２に存在する集光位置（ｐ１２〜ｐ１５、ｋ１１〜ｋ１８）では閾値Ｘ未満のエネルギーを有する複数の非寄与光として分散されて集光される。
このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつ加工する場合であっても、文字によらず、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
［レーザ加工方法、第２態様］
図７は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第２態様を説明する図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の１２点の集光位置ｈ１〜ｈ１２に照射されるとともに、非加工領域９２内の５点の集光位置ｈ１３〜ｈ１７に照射される様子を示している。上記第１態様における図６（ａ）と比較すると、レーザ光が非加工領域９２内の５点の集光位置ｈ１３〜ｈ１７にも照射されることが相違する。同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の１１点の集光位置ｐ１〜ｐ１１に照射されるとともに、非加工領域９２内の９点の集光位置ｐ１２〜ｐ２０に照射される様子を示している。上記第１態様における図６（ｂ）と比較すると、レーザ光が非加工領域９２内の４点の集光位置ｐ１２〜ｐ１５に加え、５点の集光位置ｐ１６〜ｐ２０にも照射されることが相違する。同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の１０点の集光位置ｋ１〜ｋ１０に照射されるとともに、非加工領域９２内の１３点の集光位置ｋ１１〜ｋ２３に照射される様子を示している。上記第１態様における図６（ｃ）と比較すると、レーザ光が非加工領域９２内の８点の集光位置ｋ１１〜ｋ１８に加え、５点の集光位置ｋ１９〜ｋ２３にも照射されることが相違する。
すなわち、この第２態様においても、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により、加工領域９１に存在する集光位置（ｈ１〜ｈ１２、ｐ１〜ｐ１１、ｋ１〜ｋ１０）では入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される一方で、非加工領域９２に存在する集光位置（ｈ１３〜ｈ１７、ｐ１２〜ｐ２０、ｋ１１〜ｋ２３）では閾値Ｘ未満のエネルギーを有する複数の非寄与光として分散されて集光される。
ただし、第１態様では、加工のために最も大きなエネルギーを必要とするのは文字"Ｈ"（特許請求の範囲における「所定の加工領域」）であり、文字"Ｈ"の加工のために必要なエネルギーと同じエネルギー（例えば１．２ＧＷ／cm２）を有するレーザ光が入射された。そして、図６（ａ）では、入射されたレーザ光の全てが閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として加工領域９１に存在する集光位置ｈ１〜ｈ１２に集光され、不要光は存在しなかった。
これに対して、第２態様では、文字"Ｈ"の加工のために必要なエネルギー（例えば１２ＧＷ／cm２）より大きいエネルギー（例えば１３ＧＷ／cm２）を有するレーザ光が入射された場合である。そして、図７（ａ）では、入射光の合計エネルギーである例えば１３ＧＷ／cm２のうち、文字"Ｈ"を加工するための一部（例えば１２ＧＷ／cm２）を閾値Ｘ以上の一定のエネルギー（例えば１ＧＷ／cm２）を有する寄与光として加工領域９１に存在する集光位置ｈ１〜ｈ１２にそれぞれ集光させる。そして、残りのレーザ光、すなわち例えば１３ＧＷ／cm２の入射光のうち寄与光として集光された１２ＧＷ／cm２を除いた１ＧＷ／cm２のレーザ光を、閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として、非加工領域９２の５点の集光位置ｈ１３〜ｈ１７に０．２０ＧＷ／cm２（ここで、１．０／５＝０．２０）ずつ分散させて集光させる。
つまり、図６（ａ）と比較すると、図７（ａ）では、入射光のうち加工のために最も大きなエネルギーを必要とする文字"Ｈ"の加工後の残りのレーザ光が非加工領域９２にて閾値Ｘ以下のエネルギーを有する複数の弱いレーザ光として分散されて集光されている。なお、以上のようなレーザ光のエネルギーの調節は、制御部２２が適切なホログラムを空間光変調器２０に提示させることにより行われることができる。
以上で説明した第２態様は、入射光のエネルギーが大きい場合、加工領域９１に存在する各集光位置でのレーザ光照射エネルギーの大きさを適切に設定することができるので、好適である。入射光のエネルギーが大きい場合には、非加工領域９２に存在する集光位置（例えばｈ１３〜ｈ１７）の数を増やすことにより、加工領域９１に存在する各集光位置でのレーザ光照射エネルギーの大きさを適切に保つことができる。なお、このような調整は、ホログラムをどのように設定して用いるかによって実現することができる。
また、第１態様および第２態様の何れにおいても、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ"それぞれの文字を加工する際に、文字によらず、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
［レーザ加工方法、第３態様］
図８は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第３態様を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、白丸印はレーザ光集光位置を示し、黒丸印は既に加工された位置を示している。ここでは、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" のアルファベット３文字を多点表示するように加工対象物９０の加工領域９１や非加工領域９２にレーザ光を集光照射して、該加工対象物９０を加工するものとする。ただし、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" の順に１文字ずつ加工するのではなく、最初に"Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の一部を加工し、次に "Ｈ" および "Ｔ" それぞれの文字の残部を加工し、最後に"Ｖ" の文字の全てを加工する。
同図（ａ）は、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光が、集光光学系３０により、加工領域９１内の８点の集光位置ａ１〜ａ８に照射されるとともに、非加工領域９２内の２０点の集光位置ａ９〜ａ２８に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している８点の集光位置ａ１〜ａ８では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字"H"および文字"T"の横棒の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している２０点の集光位置ａ９〜ａ２８では、入射光の残部（つまり、入射光より集光位置ａ１〜ａ８に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ａ９〜ａ２８に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
なお、より容易な理解のために、入射光の合計エネルギーが例えば１３ＧＷ／cm２であるとすると、同図（ａ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ａ１〜ａ８のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち入射光の合計エネルギーである１３ＧＷ／cm２のうち集光位置ａ１〜ａ８に照射された８ＧＷ／cm２を除いた５ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の２０点の集光位置ａ９〜ａ２８に０．２５０ＧＷ／cm２（ここで、５．０／２０＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。
同図（ｂ）は、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光が、集光光学系３０により、加工領域９１内の１２点の集光位置ｂ１〜ｂ１２に照射されるとともに、非加工領域９２内の４点の集光位置ｂ１３〜ｂ１６に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している１２点の集光位置ｂ１〜ｂ１２では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字"H"および文字"T"の縦棒の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している４点の集光位置ｂ１３〜ｂ１６では、入射光の残部（つまり、入射光より集光位置ｂ１〜ｂ１２に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ｂ１３〜ｂ１６に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
入射光の合計エネルギーが例えば１３ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｂ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｂ１〜ｂ１２のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち照射レーザ光の合計エネルギーである１３ＧＷ／cm２のうち集光位置ｂ１〜ｂ１２に照射された１２ＧＷ／cm２を除いた１ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の４点の集光位置ｂ１３〜ｂ１６に０．２５０ＧＷ／cm２（ここで、１．０／４＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。
同図（ｃ）は、３つのホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光が、集光光学系３０により、加工領域９１内の９点の集光位置ｃ１〜ｃ９に照射されるとともに、非加工領域９２内の１６点の集光位置ｃ１０〜ｃ２５に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している９点の集光位置ｃ１〜ｃ９では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字"Ｖ"の斜めの二つの棒の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している１６点の集光位置ｃ１０〜ｃ２５では、入射光の残部（つまり、入射光より集光位置ｃ１〜ｃ９に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ｃ１０〜ｃ２５に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
入射光の合計エネルギーが例えば１３ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｃ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｃ１〜ｃ９のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち照射レーザ光の合計エネルギーである１３ＧＷ／cm２のうち集光位置ｃ１〜ｃ９に照射された９ＧＷ／cm２を除いた４ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の１６点の集光位置ｃ１０〜ｃ２５に０．２５０ＧＷ／cm２（ここで、４．０／１６＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。
このように、"Ｈ"，"Ｔ" および "Ｖ" の順に１文字ずつ加工するのではなく所定の順番で加工する場合であっても、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
また、第３態様は、第２態様と同様に、入射光のエネルギーが大きい場合、加工領域９１に存在する各集光位置でのレーザ光照射エネルギーの大きさを適切に設定することができるので、好適である。入射光のエネルギーが大きい場合には、非加工領域９２に存在する集光位置（例えばｂ１３〜ｂ１６）の数を増やすことにより、加工領域９１に存在する各集光位置でのレーザ光照射エネルギーの大きさを適切に保つことができる。
［レーザ加工方法、第４態様］
図９は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第４態様を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、白丸印はレーザ光集光位置を示し、黒丸印は既に加工された位置を示している。ここでは、"Ｈ" のアルファベット１文字を多点表示するように加工対象物９０の加工領域９１や非加工領域９２にレーザ光を集光照射して該加工対象物９０を加工するものとする。また、最初に"Ｈ" の文字の一部を加工し、次に "Ｈ" 文字の更に他の一部を加工し、最後に "Ｈ" の文字の残部を加工する。
同図（ａ）は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光が、集光光学系３０により、加工領域９１内の６点の集光位置ｄ１〜ｄ６に照射されるとともに、非加工領域９２内の８点の集光位置ｄ７〜ｄ１４に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している６点の集光位置ｄ１〜ｄ６では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。加工領域９１に存在する集光位置ｄ１〜ｄ６に閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１が加工される。一方、非加工領域９２に存在している８点の集光位置ｄ７〜ｄ１４では、入射光の残部（つまり、入射光より集光位置ｄ１〜ｄ６に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ｄ７〜ｄ１４に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
なお、より容易な理解のために、入射光の合計エネルギーが例えば８ＧＷ／cm２であるとすると、同図（ａ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｄ１〜ｄ６のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち入射光の合計エネルギーである８ＧＷ／cm２のうち集光位置ｄ１〜ｄ６に照射された６ＧＷ／cm２を除いた２ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の４点の集光位置ｄ７〜ｄ１４に０．２５０GＷ/cm2（ここで、２．０／８＝０．２５０）ずつ分散されて集光される。
同図（ｂ）は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光の全てが、集光光学系３０により、加工領域９１内の８点の集光位置ｅ１〜ｅ８に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している８点の集光位置ｅ１〜ｅ８に、入射光の全部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。加工領域９１に存在する集光位置ｅ１〜ｅ８に閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１が加工される。
入射光の合計エネルギーが例えば８ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｂ）では、入射光の全てが加工領域９１に集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｅ１〜ｅ８のそれぞれに集光される。
同図（ｃ）は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光が、集光光学系３０により、加工領域９１内の３点の集光位置ｆ１〜ｆ３に照射されるとともに、非加工領域９２内の２０点の集光位置ｆ４〜ｆ２３に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している３点の集光位置ｆ１〜ｆ３では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。加工領域９１に存在する集光位置ｆ１〜ｆ３に閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１が加工される。一方、非加工領域９２に存在している２０点の集光位置ｆ４〜ｆ２３では、入射光の残部（つまり、入射光より集光位置ｆ１〜ｆ３に集光されたレーザ光の分を除いた分であって、加工対象物９０の加工の面では不要なレーザ光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。非加工領域９２に存在する集光位置ｆ４〜ｆ２３に閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有する非寄与光が集光されるため、非寄与光の集光照射後でも非加工領域９２は加工されない。
入射光の合計エネルギーが例えば８ＧＷ／cm２であるとした上記の一例において、同図（ｃ）では、入射光の一部が加工領域９１に集光され、残りは非加工領域９２に弱いエネルギーを有する複数のレーザ光として分散されて集光される。すなわち、例えば１ＧＷ／cm２の一定のエネルギーを有するレーザ光が加工領域９１に存在する集光位置ｆ１〜ｆ３のそれぞれに集光される。そして、残りのレーザ光、すなわち入射光の合計エネルギーである８ＧＷ／cm２のうち集光位置ｆ１〜ｆ３に照射された３ＧＷ／cm２を除いた５ＧＷ／cm２のレーザ光が、非加工領域９２の２０点の集光位置ｆ４〜ｆ２３に０．２５０GＷ/cm2（ここで、５．０／２０＝0.２５０）ずつ分散されて集光される。
このように、"Ｈ"の１文字を３回に分けて加工する場合であっても、各回につき、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、各回の加工ムラが抑制され得る。
［レーザ加工方法、第５態様］
図１０および図１１は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第５態様を説明する図である。図１０および図１１は、加工領域９１を加工対象物９０の上面の表面上に限らず加工対象物９０の内部に設けてもよいことを明確に示している。更に、この場合において、制御部２２は、図１０に示すように、加工対象物９０の底面９３を基準とした加工領域９１に存在する集光位置ｇ１の高さＨ1と、底面９３を基準とした非加工領域９２に存在する集光位置ｇ２の高さＨ2とが互いに同じくなるよう、駆動部２１を介して空間光変調器２０にホログラムを提示させてもよい。または、制御部２２は、図１１に示すように、加工対象物９０の底面９３を基準とした加工領域９１に存在する集光位置ｇ１の高さＨ1と、底面９３を基準とした非加工領域９２に存在する集光位置ｇ２の高さＨ2とが互いに異
なるよう、駆動部２１を介して空間光変調器２０にホログラムを提示させてもよい。なお、図１０および図１１では、簡略な説明のため、加工領域９１に存在する集光位置ｇ１および非加工領域９２に存在する集光位置ｇ２を一つずつのみ表示しているが、実際には図６〜図９で示したようにそれぞれ複数であってもよい。また、以上の事項以外については、第１態様と共通する。
このような第５態様においても、所定のホログラムが提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により、加工領域９１に存在する集光位置ｇ１では入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される一方で、非加工領域９２に存在する集光位置ｇ２では閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として集光される。このように、加工領域９１を加工対象物９０の上面の表面上に限らず加工対象物９０の内部に設けた場合であっても、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光位置の個数が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、加工ムラが抑制され得る。
［ホログラム修正方法］
上述したようにホログラムはＧＳ法またはＯＲＡ法等により作成することができるが、当該作成した各ホログラムを空間光変調器２０に提示させて、空間光変調器２０により位相変調されて出力されたレーザ光を集光光学系３０により所定の集光位置に集光させた場合に、実際には、加工領域９１内の各集光位置におけるレーザ光のエネルギーが一定でない場合があり得る。このような場合、上記の方法により作成したホログラムに対してフィードバックを行って修正する必要がある。図１２は、第１実施形態におけるホログラム修正方法のフローチャートである。
ホログラムを修正するには、ホログラムを空間光変調器２０に提示させて、空間光変調器２０により位相変調されて出力されたレーザ光を集光光学系３０により所定の集光位置に集光させ（ステップＳ２１）、各集光位置におけるレーザ光のエネルギーをＣＣＤ（Charged Coupled Device）により測定する（ステップＳ２２）。測定された各集光位置におけるレーザ光のエネルギーが所望どおりであれば（ステップＳ２３でYes）、これで終了する。一方、測定された各集光位置におけるレーザ光のエネルギーが所望どおりでなければ（ステップＳ２３でNo）、測定された各集光位置の何れかの基準点のエネルギーＩbaseを決定し（ステップＳ２４）、これに合わせて所望パターンにおける各集光位置で再生されるべきレーザ光の振幅を変更して（ステップＳ２５）、計算機ホログラムを再び作成する（ステップＳ２６）。
ステップＳ２２で測定された各集光位置におけるレーザ光のエネルギーをＩnとする。ステップＳ２５では、ステップＳ２４で決定された基準点のエネルギーＩbaseと各集光位置のエネルギーＩnとの比（＝Ｉn／Ｉbase）を求め、当初のパターンにおいて基準とした点の階調をｔbaseとして、修正後の各点の階調ｔnを「ｔn＝ｔbase(Ｉbase／Ｉn)1/2」なる式で求める。そして、ステップＳ２６では、修正後の各点の階調ｔnに基づいて、ＧＳ法またはＯＲＡ法等で計算機ホログラムを再び作成する。
なお、ＯＲＡ法のフィードバックについては文献「Hidetomo Takahashi,Satoshi Hasegawa, and Yoshio Hayasaki,"Holographic femtosecond laserprocessing using optimal-rotation-anglemethod with compensation of spatialfrequency response of liquid crystal spatialfrequency response of liquidcrystal spatial light modulator." AppliedOptics, Vol.46, Issue 23, pp.5917-5923.」に記載されている。
このようなフィードバックによるホログラムの修正は、各回の加工の際の加工領域９１におけるレーザ光集光位置でのレーザ光エネルギーを意図的に不均一とする場合にも適用することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては集光および加工の単位が「ドット（点、集光位置）」であったのに対し、第２実施形態では集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン（集光領域）」である点が相違する。なお、この「一定の面積を有するパターン」との語には、「線」も含まれるものとする。また、第２実施形態は、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であること以外は、基本的には上述した第１実施形態と同じであるため、以下では第１実施形態との相違点を中心に簡略に説明する。
［レーザ加工装置１の構成］
第２実施形態に係るレーザ加工装置１の全体構成は、図１に示されたものと略同様である。ただし、制御部２２の機能に相違点がある。すなわち、第２実施形態に係る制御部２２は、空間光変調器２０に複数のホログラムを順次に提示させる。そして、制御部２２は、複数のホログラムそれぞれが提示された空間光変調器２０から出力された位相変調後のレーザ光を集光光学系３０に入力させた場合に、加工対象物９０における所定の集光領域のうち加工領域９１に存在する集光領域では、上記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有するレーザ光（寄与光）として集光させる。その一方で、制御部２２は、加工対象物９０における上記所定の集光領域のうち非加工領域９２に存在する集光領域では、上記位相変調後のレーザ光の残部を上記閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有するレーザ光（非寄与光）として集光させることにより、加工対象物９０を加工する。
［レーザ加工方法、第１実施形態の第１態様に対応］
上述した第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様と同様のことが、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」である第２実施形態でも言える。図１３はこれを説明するための図である。同図（ａ）は、文字 "Ｈ" を加工するため、レーザ光が加工領域９１内の面積Ｙ１の集光領域（パターンｈ）に照射される様子を示している。同図（ａ）に示す面積Ｙ１の集光領域（パターンｈ）はその全てが加工領域９１内に存在しており、入射光の全部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光としてパターンｈに照射される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字 "Ｈ"の模様で加工される。なお、第１実施形態と同様に、同図の文字"Ｈ"、"Ｐ"、"Ｋ"のうち加工のために最も大きなエネルギーを必要とするのは文字"Ｈ"（特許請求の範囲における「所定の加工領域」）であり、同図（ａ）は文字"Ｈ"の加工のために必要なエネルギーと同じエネルギーのレーザ光が入射された場合である。
同図（ｂ）は、文字"Ｐ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の面積Ｙ２の集光領域（パターンｐ）に照射されるとともに、非加工領域９２内の面積Ｙ３の集光領域（パターンｐ１）に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している面積Ｙ２の集光領域（パターンｐ）では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字 "Ｐ"の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している面積Ｙ３の集光領域（パターンｐ１）では、入射光の残部（つまり、入射光よりパターンｐに集光されたレーザ光の分を除いた分、不要光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有するレーザ光として集光される。
同図（ｃ）は、文字"Ｋ" を加工するため、レーザ光が、加工領域９１内の面積Ｙ４の集光領域（パターンｋ）に照射されるとともに、非加工領域９２内の面積Ｙ５の集光領域（パターンｋ１）に照射される様子を示している。加工領域９１に存在している面積Ｙ４の集光領域（パターンｋ）では、入射光の一部が所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される。閾値Ｘ以上のエネルギーを有するレーザ光が集光されるため、レーザ光の集光照射後に加工領域９１の当該集光照射された部分が文字 "Ｋ"の模様で加工される。一方、非加工領域９２に存在している面積Ｙ５の集光領域（パターンｋ１）では、入射光の残部（つまり、入射光よりパターンｋに集光されたレーザ光の分を除いた分、不要光）が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギーを有するレーザ光として集光される。
図１３を参照した上記説明において、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ４は加工領域９１内に存在する集光領域の面積の一例であり、それらの大小関係は例えばＹ１＞Ｙ２＞Ｙ４である。なお、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ４の大小関係をより分かりやすく例えると、上述した第１実施形態の第１態様（図６）と関連付けて、例えば、面積Ｙ１はドット１２個分の面積であり、面積Ｙ２はドット１１個分の面積であり、面積Ｙ４はドット１０個分の面積であると仮定することができる。この場合に、加工対象物９０に照射されるレーザ光の合計エネルギーが例えば１２ＧＷ／cm２であるとすると、パターンｈには閾値Ｘ以上の一定のエネルギー（１ＧＷ／cm２）を有するレーザ光がドット１２個分（１２ＧＷ／cm２）集光される。パターンｐには閾値Ｘ以上の一定のエネルギー（１ＧＷ／cm２）を有するレーザ光がドット１１個分（１１ＧＷ／cm２）集光される一方で、パターンｐ１ではドット１個分の不要光が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギー（０．２５０ＧＷ／cm２）を有する非寄与光として集光される。パターンｋには閾値Ｘ以上の一定のエネルギー（１ＧＷ／cm２）を有するレーザ光がドット１０個分（１０ＧＷ／cm２）集光される一方で、パターンｋ１ではドット２個分の不要光が所定の閾値Ｘ未満の弱いエネルギー（０．２５０ＧＷ／cm２）を有する非寄与光として集光される。パターンｋ１ではパターンｐ１に比べて２倍の不要光が集光されるため、面積Ｙ５は面積Ｙ３の２倍となる。なお、文字"Ｈ" の加工においては不要光は発生せず、入射光の全てが寄与光としてパターンｈに集光される。
以上で説明した態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により、加工領域９１に存在する集光領域（パターンｈ、ｐ、ｋ）では所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される一方で、非加工領域９２に存在する集光位置（パターンｐ１、ｋ１）では閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として集光される。このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつドットではなくパターンとして加工する場合であっても、文字によらず、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光領域の面積が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。
［第１実施形態の他の事項に対応］
以上により、集光および加工の単位が「ドット（点、集光位置）」ではなく「一定の面積を有するパターン（集光領域）」であることを踏まえた上で、第１実施形態に係るレーザ加工方法の第１態様と同様のことが第２実施形態でも言えることについて説明した。以上の説明を参酌すれば、第１実施形態の他の事項、つまり第１実施形態に係るレーザ加工方法の第２態様、第３態様、第４態様、第５態様、およびホログラム修正方法についても、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることを踏まえた上で、同様のことが第２実施形態でも言えることが当業者ならば容易に理解できるであろう。ただし、第１実施形態の各説明において、「集光位置」との記載は「集光領域」に置き換え、「複数の集光位置」との記載は「所定の集光領域」に置き換えることが、容易な理解のために好ましい。特に第１実施形態の第５態様においては、図１０および図１１にてドットで表示して説明した集光位置ｇ１やｇ２を図１４に示すように一定の面積を有するパターンｇ３、ｇ４として考えることで容易に理解することができる。
（実施例１）
ここでは、初めに加工領域９１内の集光位置２点で加工し、その次に加工領域９１内の集光位置４点で加工する場合を想定する。比較例では、図１５に示されるように、初めに加工領域９１内の集光位置の総数を２とし（図１５（ａ））、次に加工領域９１内の集光位置の総数を４とする（図１５（ｂ））。もちろん不要光の処理については考慮しないため、図１５全体において非加工領域９２に集光位置が存在することはない。これに対して、実施例１では、図１６に示されるように、初めに加工領域９１での集光位置を２点とするとともに非加工領域９２での集光位置を８点とし（図１６（ａ））、次に加工領域９１での集光位置を４点とするとともに非加工領域９２での集光位置を０点とする（図１６（ｂ））。
図１７は、比較例における各集光位置でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。比較例では、入射光の合計エネルギーが約４ＧＷ／cm２であり、２点で加工を行う場合と４点で加工を行う場合とで、加工のためのレーザ光のエネルギーが異なることがわかる（例えば、点１について２ＧＷ／cm２と１ＧＷ／cm２など）。光エネルギーが変わってしまうので、均一な加工が難しい。一方、図１８は、実施例１における各集光位置でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。実施例１では、入射光の合計エネルギーが約４ＧＷ／cm２であり、加工領域９１での集光位置の個数が変化しても、残りの不要光を非加工領域９２で適切に処理しているので、加工領域９１内の各集光位置におけるレーザ光エネルギーが略一定（０．９９０ＧＷ／cm２〜１．０２０ＧＷ／cm２の範囲内で略一定）であることがわかる。図１６において、同図（ａ）では同図（ｂ）に比べて集光位置２つ分の不要光が発生しているが、これらをそれぞれ約４分の１の弱いエネルギー（約０．２５０GＷ/cm2）を有する８点の非寄与光として非加工領域９２で処理している。なお、図１５、図１６では、レーザ光のエネルギーの違いを白丸印の大きさに比例して表現している。
（実施例２）
実施例２は、上記実施例１と全て同一条件で行われるが、集光および加工の単位が「ドット」ではなく「一定の面積を有するパターン」であることに相違点がある。すなわち、実施例２では、図１９に示されるように、初めに、加工領域９１での集光領域を面積Ｙ６の線状のパターンＡとするとともに、非加工領域９２での集光領域を面積Ｙ７のパターンＢとする（同図（ａ））。次に、加工領域９１での集光領域を面積Ｙ８の線状のパターンＣとし、非加工領域９２には集光領域を設けない（同図（ｂ））。ただし、Ｙ６，Ｙ８は加工領域９１内に存在する集光領域の面積の一例であり、それらの大小関係はＹ６＜Ｙ８である。なお、Ｙ６，Ｙ８の大小関係をより分かりやすく例えると、上述した実施例１と関連付けて、例えば、面積Ｙ６はドット２個分の面積であり、面積Ｙ８はドット４個分の面積であると仮定することができる。この場合に、同図（ａ）では同図（ｂ）に比べてドット２つ分の不要光が発生しているが、これらをそれぞれ約４分の１の弱いエネルギーを有する非寄与光として非加工領域９２で面積Ｙ７のパターンＢにて処理している。
図２０は、実施例２における各集光領域でのレーザ光エネルギーを纏めた図表である。実施例２では、加工領域９１での集光領域の面積が変化しても、残りの不要光を非加工領域９２で適切に処理しているので、加工領域９１内の各集光領域（パターンＡおよびパターンＣ）におけるレーザ光エネルギーが略一定（ドット１個分に相当するエネルギーが１．0ＧＷ／cm２か１．０１０GＷ/cm2で略一定）であることがわかる。また、非加工領域９２内の集光領域（パターンＢ）におけるレーザ光エネルギーは加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満（ドット１個分に相当するエネルギーが０．２５０ＧＷ／cm２）となっている。なお、上記例において、パターンＡの面積Ｙ６はドット２個分の面積であるため、パターンＡに集光されるレーザ光の合計エネルギーは２ＧＷ／cm２である。また、パターンＣの面積Ｙ８はドット４個分の面積であるため、パターンＣに集光されるレーザ光の合計エネルギーは４．０４０ＧＷ／cm２である。
本発明は、加工領域に存在する集光位置または集光領域に照射されるレーザ光のエネルギーを略一定に維持することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。
なお、より容易な理解のために、加工対象物９０に照射されるレーザ光の合計エネルギーが例えば１２．０ＧＷ／cm２であるとすると、同図（ａ）では、１２点の集光位置のそれぞれに１．０ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１２＝１．０）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなる。一方、同図（ｂ）では、１１点の集光位置のそれぞれに１．０９０９ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１１＝１．０９０９）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなり、同図（ｃ）では、１０点の集光位置のそれぞれに１．２ＧＷ／cm２（ここで、１２．０／１０＝１．２）のエネルギーを有するレーザ光が集光されることとなる。このように、比較例においては、文字によって各集光位置のレーザ光照射エネルギーが異なり、それ故、文字によって加工ムラが生じてしまう。
以上で説明した態様では、"Ｈ"，"Ｐ"および "Ｋ" それぞれに対応するホログラムが順次に提示された空間光変調器２０から出力されたレーザ光は、集光光学系３０により、加工領域９１に存在する集光領域（パターンｈ、ｐ、ｋ）では所定の閾値Ｘ以上の一定のエネルギーを有する寄与光として集光される一方で、非加工領域９２に存在する集光領域（パターンｐ１、ｋ１）では閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として集光される。このように、"Ｈ"，"Ｐ" および "Ｋ" の順に１文字ずつドットではなくパターンとして加工する場合であっても、文字によらず、不要光を加工に寄与しないように所定の閾値Ｘ未満のエネルギーを有する非寄与光として処理することにより、加工領域における集光領域の面積が変動しても、寄与光のエネルギーを一定に保つことができ、それ故、文字によらず加工ムラが抑制され得る。

Claims (16)

  1. 加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記複数個の集光位置のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記複数個の集光位置のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有する複数のレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であ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. 前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、
    前記制御部は、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有する複数のレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する複数の集光位置にそれぞれ集光させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
  4. 前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、
    前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光位置の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光位置の高さとが、互いに異なることを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  5. 加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により複数個の集光位置に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、
    を用いて、
    前記制御部により、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記複数個の集光位置のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記複数個の集光位置のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光位置では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有する複数のレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工方法。
  6. 前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
  7. 前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、
    前記制御部により、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有する複数のレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する複数の集光位置にそれぞれ集光させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ加工方法。
  8. 前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、
    前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光位置の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光位置の高さとが、互いに異なることを特徴とする請求項５〜７何れか１項に記載のレーザ加工方法。
  9. 加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記所定の集光領域のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記所定の集光領域のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有するレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  10. 前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
  11. 前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、
    前記制御部は、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する集光領域に集光させることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーザ加工装置。
  12. 前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、
    前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光領域の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光領域の高さとが、互いに異なることを特徴とする請求項９〜１１何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  13. 加工対象物にレーザ光を集光照射して該加工対象物を加工する方法であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２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提示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    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前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系により所定の集光領域に集光させるホログラムを前記空間光変調器に提示させる制御部と、
    を用いて、
    前記制御部により、
    前記空間光変調器に複数のホログラムを順次に提示させ、
    前記複数のホログラムそれぞれが提示された前記空間光変調器から出力された前記位相変調後のレーザ光を前記集光光学系に入力させた場合に、前記所定の集光領域のうち前記加工対象物の加工領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の一部を所定の閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として集光させる一方で、前記所定の集光領域のうち前記加工領域以外の領域に存在する集光領域では、前記位相変調後のレーザ光の残部を前記閾値未満のエネルギーを有するレーザ光として集光させることにより、前記加工対象物を加工する、
    ことを特徴とするレーザ加工方法。
  14. 前記閾値は、前記加工領域の加工が開始されるためのレーザ光のエネルギーを示す値であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工方法。
  15. 前記位相変調後のレーザ光のエネルギーが、加工のために最も大きなエネルギーを必要とする所定の加工領域を加工するためのエネルギーと同じである場合に、
    前記制御部により、前記位相変調後のレーザ光の全部を、前記閾値以上の一定のエネルギーを有するレーザ光として、前記所定の加工領域に存在する集光領域に集光させることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のレーザ加工方法。
  16. 前記加工領域は前記加工対象物の内部に存在し、
    前記加工対象物の底面を基準とした前記加工領域に存在する集光領域の高さと、前記底面を基準とした前記加工領域以外の領域に存在する集光領域の高さとが、互いに異なることを特徴とする請求項１３〜１５何れか１項に記載のレーザ加工方法。
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