KR100955150B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR100955150B1
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마사시 나루세
요시타카 이와시타
야스히로 다키가와
겐이치 이지마
노부타카 고바야시
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

1개의 레이저 광을 복수로 분광하고, 피가공물상에 동시에 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 분광된 각 레이저 광의 피가공물상에서의 조사 영역의 크기를 동일하게 할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것이다.
분광된 복수의 레이저 광 중 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00001
의 광로상에 배치되고, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00002
의 피가공물(12)상에서의 빔 직경을 변화시키는 초점차(焦点差) 보정 거울(25a)과, 초점차 보정 거울(25a)의 자오(meridional) 방향의 결상 위치와 사지탈(sagittal) 방향의 결상 위치를 변화시키지 않도록, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률(曲率)을 변화시키는 초점차 보정 거울 제어 기능(52)을 구비한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피가공물에 대한 구멍 뚫기 가공을 주목적으로 하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공 장치에는, 레이저 광원으로부터의 하나의 레이저 광을 분광 미러에서 복수로 분광하고, 분광한 복수의 레이저 광을 각각 fθ 렌즈의 입사측에 배치한 복수의 갈바노 스캐너(galvano scanner)계로 안내하고, 이들 복수의 갈바노 스캐너계에 의해 레이저 광을 주사함으로써, 피가공물상의 다른 복수의 영역에 레이저 광을 조사하는 것이 가능한 구성이 존재한다. 그러나 이와 같은 구성의 레이저 가공 장치에서 분광 미러에 의해 분광된 2개의 레이저 광은 다른 광로를 경유하고 있기 때문에, 통과하는 광학 부품의 제작 정밀도의 편차로 인해 집광 특성이 변화되어, 2개의 레이저 광의 결상 위치가 다른 경우가 있어 가공 품질(구멍 직경, 구멍 깊이, 진원도(眞圓度) 등)에 차이가 생길 가능성이 있었다. 따라서, 종래에는 적어도 한쪽 레이저 광의 광로상에, 레이저 광의 결상 위치를 변화시키기 위한 가변형 미러를 삽입한 구성의 레이저 가공 장치가 제안되고 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 국제 공개 제2004/101211호 팜플렛
그러나 상기 특허 문헌 1에는 레이저 광의 광로상에 가변형 미러를 삽입하는 구성에 대해 기재되어 있으나, 이 가변형 미러의 반사면 형상을 어떻게 변화시킴으로써 분광된 2개의 레이저 광의 결상 위치(초점)를 조정하는지에 대해서는 개시되어 있지 않았다. 예를 들어 가변형 미러를 단순한 오목면(凹面) 형상이나 볼록면(凸面) 형상으로 변형한 경우에는, 자오 방향과 사지탈 방향에서 수차(收差)가 발생해 버리므로, 이와 같은 단순한 변형으로 2개의 레이저 광의 결상 위치를 조정할 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 즉, 레이저 광에 자오 방향과 사지탈 방향의 수차를 발생시키지 않고, 2개의 레이저 광의 결상 위치를 조정하는 기술, 보다 구체적으로 2개의 레이저 광의 피가공물상에서의 조사 영역의 크기를 동일하게 하는 기술이 요구되고 있었다.
또, 레이저 광의 피가공물상에서의 조사 위치를 제어하는 갈바노 스캐너의 갈바노 미러(galvano mirror)는 얇고, 가볍게 만들어지는 것에 주목적이 있고, 그 평면 형상에는 각 갈바노 미러간에 다소의 편차가 존재하고 있다. 그 결과, 각 갈바노 스캐너에서 반사되는 레이저 광에는 자오 방향과 사지탈 방향에서 수차(비점(非点))가 발생하게 된다. 그리고 이 수차가 발생하면, 레이저 광의 결상 형상이 이상적인 원 형상으로부터 타원 형상으로 이탈되어 가공 품질이 열화된다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 레이저 광원으로부터의 하나의 레이저 광을 복수로 분광하고, 피가공물상에 동시에 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 분광된 각 레이저 광의 피가공물상에서의 조사 영역의 크기를 동일하게 할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 또, 광로에 배치된 광학 부품에 의해 생기는 수차로 변형된 결상 형상을 보정할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것도 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는, 제1 편향 수단으로 레이저 광을 복수의 레이저 광으로 분광하고, 제2 편향 수단으로 다른 복수의 광로를 경유해 온 상기 복수의 레이저 광을 혼합하고, 상기 복수의 레이저 광을 각각 주사하고, 테이블상에 배치된 피가공물상의 다른 위치에 동시에 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 분광된 상기 복수의 레이저 광 중 적어도 1개의 광로상에, 이 광로를 경유하는 레이저 광의 상기 피가공물상에서의 빔 직경을 변화시키는 초점차 보정 거울과; 상기 피가공물상에서의 상기 레이저 광의 조사면내에서 조사면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 2개의 방향을 제1과 제2 방향으로 하고, 이들 제1과 제2 방향에 대응하는 상기 초점차 보정 거울의 반사면내에서의 제3과 제4 방향에 있어서 상기 초점차 보정 거울의 곡률을 각각 RM2, RS2로 하고, 상기 레이저 광의 상기 초점차 보정 거울에 대한 입사각을 θ로 했을 때에, 하기식 (1)에 따라서, 상기 초점차 보정 거울의 상기 제3 및 제4 방향의 곡률을 변화시키는 초점차 보정 거울 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 분광된 복수의 레이저 광의 피가공물상에서의 조사 영역이 같은 크기가 되도록 반사면이 제어된 초점차 보정 거울을 구비하도록 했기 때문에, 복수의 레이저 광에 의한 가공 품질을 동등한 것으로 할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 바람직한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 1의 구성을 나타내는 도면이다. 이 레이저 가공 장치는 프린트 기판 등의 피가공물(12)을 재치(載置)하고, 수평면(XY 평면)내에서 이동 가능한 XY 테이블(11)과, 레이저 광 Lo을 출사하는 레이저 발진기(20)와, 레이저 발진기(20)로부터 출사된 레이저 광 Lo을 XY 테이블(11)상의 피가공물(12)에 조사하기 위한 광학계와, 피가공물(12)의 가공 제어를 행하는 동시에, 시험 가공시에 있어서 XY 테이블(11)상의 가공 위치를 촬상하는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등의 촬상 수단(41)과, 레이저 가공 장치 전체를 제어하는 제어부(50)를 구비한다. 또한, 이 도면에 있어서, 피가공물(12)을 재치하는 XY 테이블(11)의 면을 수평면으로 하고, 이 수평면내에서 서로 직교하는 2개의 축을 X축과 Y축으로 하고, 이들 X축과 Y축의 양쪽에 수직인 축을 Z축으로 하 고 있다.
광학계는 레이저 발진기(20)로부터 출사된 레이저 광 Lo으로부터, 피가공물(12)에 뚫는 가공 구멍을 원하는 크기, 형상으로 하기 위해 필요한 부분의 레이저 광 L을 잘라내는 마스크(21)와, 마스크(21)를 통과한 레이저 광 L을, 투과하는 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00003
와 반사하는 레이저 광 Lβ로 분광하는 편광 빔스플리터(beam splitter) 등으로 이루어진 제1 편향 수단(22)과, 분광된 레이저광 L
Figure 112008080053682-pat00004
, Lβ를 혼합(믹스)하여, 거의 동일한 광로로 안내하는 편광 빔스플리터 등으로 이루어진 제2 편향 수단(28)과, 제2 편향 수단(28)으로부터의 혼합된 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00005
, Lβ를 XY 테이블(11)상에서 상이한 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(29a, 29b)와, 혼합된 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00006
, Lβ를 피가공물(12)상에 집광시키는 fθ 렌즈(31)를 구비한다. 또한 이하에서는 갈바노 스캐너(29a, 29b)를 메인 갈바노 스캐너(29)라고도 한다.
여기서 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00007
의 광로상에는, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00008
를 반사시키는 동시에, 자오 평면과 사지탈 평면에서 결상 위치의 차이로 인해 생기는 형상을 보정하는 수차 보정 거울(24a)과, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00009
를 반사시키는 동시에, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00010
의 결상 위치를 변화시키는 초점차 보정 거울(25a)과, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00011
를 XY 테이블(11)상의 소정 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(26a)가 배치되어 있다.
또 레이저 광 Lβ의 광로상에는, 분광된 레이저 광 Lβ을 반사시켜 광로로 안내하는 고정 미러(23a)와, 레이저 광 Lβ를 반사시키는 동시에, 자오 평면과 사지탈 평면에서 결상 위치의 차이로 인해 생기는 형상을 보정하는 수차 보정 거울(24b)과, XY 테이블(11)상에서 갈바노 스캐너(26a)에 의한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00012
의 주사 방향과는 상이한 방향으로 레이저 광 Lβ을 주사하는 갈바노 스캐너(26b)가 배치되어 있다. 또한 이하에서는 갈바노 스캐너(26a, 26b)를 서브 갈바노 스캐너(26a, 26b)라고도 한다.
상세한 것은 후술하겠으나, 수차 보정 거울(24a, 24b)은 레이저 광의 피가공물(12) 상면에서의 타원 형상을 거의 진원 형상으로 보정하는 기능을 갖는다. 또, 초점차 보정 거울(25a)은 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00013
의 결상 위치를 변화시켜서, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00014
의 피가공물(12)상에서의 크기를 레이저 광 Lβ의 피가공물(12)상에서의 크기와 일치시키는 기능을 갖는다.
또한 이하에서는 초점차 보정 거울(25a), 서브 갈바노 스캐너(26a, 26b), 제2 편향 수단(28), 메인 갈바노 스캐너(29) 및 fθ 렌즈(31)를 포함하는 구성을 가공 헤드라 한다. 이 가공 헤드는 Z축 방향으로 이동 가능하다.
또, 이 도 1에서는 간단하게 하기 위해, 광로상에 배치되는 고정 미러(23a)와, 수차 보정 거울(24a, 24b)과, 초점차 보정 거울(25a)과, 갈바노 스캐너(26a, 26b, 29a, 29b)는, 레이저 광 L, L
Figure 112008080053682-pat00015
, Lβ의 광로를 X축, Y축 및 Z축의 어느 하나와 거의 평행이 되도록, 레이저 광 L, L
Figure 112008080053682-pat00016
, Lβ를 90도의 각도로 굽힐(반사시킬) 목적으로, 예를 들어 도면에 나타나는 XYZ 좌표계의 어느 하나의 축에 대해 반사면이 거의 45도의 각도를 이루고 배치되는 경우로 설명한다. 또, 제1 편향 수단(22)에서 투과한 측의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00017
는 제2 편향 수단(28)에서는 반사하고, 제1 편향 수단(22)에서 반사한 측의 레이저 광 Lβ는 제2 편향 수단(28)에서 투과하도록 광로가 구성된다. 추가로, 제1 편향 수단(22)과 제2 편향 수단(28) 사이에서 분광된 각각의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00018
, Lβ의 광로 길이는 동일해지도록 구성되어 있다.
또한, 제1 편향 수단(22)과 제2 편향 수단(28) 사이의 2개 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00019
, Lβ의 광로상에 배치되는 고정 미러(23a), 수차 보정 거울(24a, 24b) 및 초점차 보정 거울(25a)의 합계수와, 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 수는 모두 2개의 광로에서 동일해지도록 배치되어 있다. 또한, 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00020
, Lβ에서 특성의 차이가 나오지 않도록, 갈바노 스캐너의 배치 방법도 연구되고 있다. 즉, fθ 렌즈(31)로부터 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 배치 위치까지의 광로 길이는 모두 2개의 광로에서 동일해지도록 설계되고 있다.
즉, 제1 편향 수단(22)에서 투과한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00021
의 제2 편향 수단(28)까지의 광로상에는, n(n은 자연수)매의 미러(수차 보정 거울(24a)과 초점차 보정 거울(25a))와 1개의 갈바노 스캐너(26a)가 마련되어 있다. 또, 제1 편향 수단(22)에서 반사한 레이저 광 Lβ의 제2 편향 수단(28)까지의 광로상에는, n매의 미러(고정 미러(23a)와 수차 보정 거울(24b))와 1개의 갈바노 스캐너(26b)가 마련되어 있다. 단, 이 도 1의 경우에서는 n=2매이지만, 장치 구성에 따라 배치하는 미러의 수를 적절히 늘리는 것이 가능하다. 이와 같은 구성에 의해, 2개의 광로상에는 동수의 미러와 갈바노 스캐너가 배치되므로, 2개의 광로상을 통과하는 레이저 광의 품질을 동등한 것으로 할 수 있다.
또, 광학계는 도 1에 나타난 바와 같이, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00022
용의 갈바노 스캐너(26a)와, 레이저 광 Lβ용의 갈바노 스캐너(26b)의 주사 방향이 동일해지지 않도록 설치된다. 이 도 1의 예에 있어서, (이상적인 fθ 렌즈(31)를 가정하면) 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00023
용의 갈바노 스캐너(26a)의 주사 방향은 직후에 X 방향이고 XY 테이블(11)상에서는 X 방향이 되고, 갈바노 미러(27a)의 회전축이 Z축 방향이 되도록, 갈바노 스캐너(26a)가 배치된다. 또, 레이저 광 Lβ용의 갈바노 스캐너(26b)의 주사 방향은 직후에 Z 방향이고 XY 테이블(11)상에서는 Y 방향이 되고, 갈바노 미러(27b)의 회전축이 Y축 방향이 되도록, 갈바노 스캐너(26b)는 배치된다. 즉, 갈바노 스캐너(26a)를 주사함으로써, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00024
를 XY 테이블(11)상의 X축 방향으로 주사할 수 있고, 갈바노 스캐너(26b)를 주사함으로써 레이저 광 Lβ을 XY 테이블(11)상의 Y축 방향으로 주사할 수 있다.
제어부(50)는 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면의 형상을 소정의 조건에 기초하여 변화시키는 수차 보정 거울 제어 기능(51)과, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면의 형상을 소정의 조건에 기초하여 변화시키는 초점차 보정 거울 제어 기능(52)과, 수차 보정 거울 제어 기능(51) 및 초점차 보정 거울 제어 기능(52)으로 설정된 수차 보정 거울(24a, 24b) 및 초점차 보정 거울(25a)의 반사면 형상으로 피가공물(12)의 구멍 뚫기 가공을 행하는 가공 제어 기능(53)을 구비한다. 또한, 가공 제어 기능(53)에서는, 피가공물(12)상의 소정 위치에 가공 구멍을 뚫는 프로그램 등의 가공 정보에 따라서 레이저 발진기(20)의 출력을 제어하고, 메인 갈바노 스캐너(29)와 서브 갈바노 스캐너(26a, 26b)의 갈바노 미러(30a, 30b, 27a, 27b)를 회전시킨다. 또, 수차 보정이나 초점차 보정을 행하는 시험의 가공 처리시에 촬상 수단(41)으로 피가공물(12)에 형성한 가공 구멍을 촬상한다.
다음에, 이와 같은 구성을 갖는 레이저 가공 장치의 레이저 가공 처리시의 동작에 대해 설명한다. 레이저 발진기(20)로부터 발진된 레이저 광 Lo은 편광 방향을 Z축에 대해 45도의 방향으로 조정되고 있고, 마스크(21)를 통과하여 소정의 크기와 형상을 갖는 레이저 광 L로 좁혀진 후, 제1 편향 수단(22)에 입사한다. 제1 편향 수단(22)에서는, 편광 방향이 입사면과 수직인 P파인 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00025
와, 편광 방향이 입사면과 평행한 S파인 레이저 광 Lβ로 분광된다.
레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00026
는 제1 편향 수단(22)을 투과하여, 수차 보정 거울(24a)과 초점차 보정 거울(25a)과 1개의 레이저 광용의 갈바노 스캐너(26a)를 경유하여 제2 편향 수단(28)으로 안내된다. 또, 레이저 광 Lβ는 제1 편향 수단(22)에서 반사되어, 고정 미러(23a)와 수차 보정 거울(24b)과 1개의 레이저 광용의 갈바노 스캐너(26b)를 경유하여 제2 편향 수단(28)으로 안내된다.
제2 편향 수단(28)을 경유한 각각의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00027
, Lβ는 메인 갈바노 스캐너(29a, 29b)에서 주사되고 fθ 렌즈(31)를 통과함으로써 각각 피가공물(12)상의 2점에 조사된다. 그리고, 피가공물(12)이 가공된다. 주사 영역내의 구멍에 대한 가공이 모두 종료한 후, XY 테이블(11)을 도면 중의 XY 방향으로 이동시킴으로써, 다음 주사 영역의 가공을 실시할 수 있다. 이 때, 서브 갈바노 스캐너(26a, 26b)와 메인 갈바노 스캐너(29a, 29b)는 모두 제어부(50)의 가공 제어 기능(53)에 의해 미리 설정된 가공 정보에 기초하여 미러 각도가 제어된다. 또, 수차 보정 거울(24a, 24b)도 수차 보정 거울 제어 기능(51)에 의해 반사면이 소정의 곡률을 갖도록 제어되고, 초점차 보정 거울(25a)도 초점차 보정 거울 제어 기능(52)에 의해 반사면이 소정의 곡률을 갖도록 제어된다.
여기서, 레이저 광의 수차(비점)의 보정 처리와 초점차의 보정 처리에 대해 설명한다. 통상 레이저 광의 수차 보정을 행한 후에, 복수의 레이저 광간의 피가공물(12)상에서의 빔 직경의 차이를 보정하는 초점차 보정을 행하기 때문에, 맨 먼저 수차 보정 처리에 대해 설명하고, 이어서 초점차 보정 처리에 대해 설명한다.
(수차 보정 처리)
레이저 광의 수차(비점)와 그 수차를 보정하는 수차 보정 거울(24a, 24b)의 구조에 대해 설명한다. 도 2a ~ 도 2b는 수차 보정 거울에 있어서 레이저 광의 자오 평면과 사지탈 평면을 설명하기 위한 도면이다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 레이저 가공 장치의 광학계에 있어서, 광축과 메인 광선 Lm을 포함하는 면을 자오 평면 PM이라 하고, 입사점(반사점)에 있어서, 메인 광선 Lm을 포함하고 자오 평면 PM에 수직인 면을 사지탈 평면 PS라고 한다. 또, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면(상면)과 자오 평면 PM의 교선(交線) 방향을 a축으로 하고, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면(상면)과 사지탈 평면 PS의 교선 방향을 b축이라 한다. 이하에서는, 이 a축 방향을 자오 방향이라고도 하고, b축 방향을 사지탈 방향이라고도 한다.
또, 도 2b에 나타난 바와 같이, 마스크(21)를 통과한 레이저 광이 수차 보정 거울(24a(24b))에 의해 반사되어 fθ 렌즈(31)로 상을 모으는 경우를 생각한다. 여기서, 일점쇄선은 자오 평면으로 잘랐을 때의 레이저 광 LM의 궤적을 나타내고 있고, 점선은 자오 평면으로 잘랐을 때의 레이저 광 LS의 궤적을 나타내고 있다. 이들 레이저 광의 궤적은 실제로 수직으로 교차하는 관계에 있으나, 이 도면에서는 설명 의 편의상 동일 평면내에 나타내고 있다. 또, 이들 평면상의 초점을 결상 위치라 한다. 통상 자오 평면상의 결상 위치 PM과 사지탈 평면상의 결상 위치 PS는 이 도면에 나타난 바와 같이 일치하지 않는다. 이 도면에서는, 자오 평면상의 결상 위치 PM 쪽이 사지탈 평면상의 결상 위치 PS에 비해 fθ 렌즈(31)에 보다 가깝게 위치하고 있는 경우가 도시되어 있다.
자오 평면상의 레이저 광 LM의 결상 위치 PM과 사지탈 평면상의 레이저 광 LS의 결상 위치 PS의 중점을 결상 위치의 중심 위치 P1(자오 평면상의 레이저 광 LM과 사지탈 평면상의 레이저 광 LS를 합성한 레이저 광 L1의 결상 위치)라 하면, 결상 위치의 중심 위치 P1에 있어서 자오 평면내에서 광선의 확산과, 사지탈 평면내에서 광선의 확산이 동일하기 때문에, 결상 위치의 중심 위치 P1에서의 레이저 광의 진행 방향에 수직인 면내에서의 형상(빔 형상)은 원형이 된다. 그러나 결상 위치의 중심 위치 P1로부터 자오 평면상의 결상 위치 PM측 또는 사지탈 평면상의 결상 위치 PS측으로 이탈되면, 양 평면내에서 광선의 확산에 차이가 생겨 레이저 광의 빔 형상은 타원형이 된다. 이 때, 결상 위치의 중심 위치 P1로부터 자오 평면상의 결상 위치 PM측과 사지탈 평면상의 결상 위치 PS측에서 형성되는 각 레이저 광의 타원의 장축 방향은, 레이저 광의 진행 방향에 수직인 면내에서 90도 회전한 위치 관계에 있다.
이 수차 보정 거울(24a, 24b)에서는, 상기의 자오 평면상의 결상 위치 PM과 사지탈 평면상의 결상 위치 PS를 일치시키는 보정, 보다 구체적으로 빔 형상을 거의 진원으로 하는 보정을 행한다. 이 보정은, 도 2b로부터 이해되는 바와 같이, 자오 평면상의 결상 위치 PM이 결상 위치의 중심 위치 P1을 향하도록(도면의 우측 방향) 이동시키고, 자오 평면상의 결상 위치 PS가 결상 위치의 중심 위치 P1로 향하도록(도면의 좌측 방향) 이동시킴으로써 행한다. 즉, 자오 평면상의 결상 위치 PM과 사지탈 평면상의 결상 위치 PS를 역방향으로 이동시키도록 보정을 행한다. 단, 여기서는 후술하는 초점차 보정 거울(25a)에 의한 초점을 맞추는 기능과 구별하기 위해 결상 위치의 중심 위치 P1이 보정 전후로 변화하지 않도록 보정하는 것을 전제로 한다.
일반적으로, 굴절률 n이 1인 매질 안에서, 광학계에 있어서 광선의 광축으로부터의 거리를 ｒin으로 하고, 광선이 광축과 이루는 각도를 θin으로 하고, 출사면에 있어서 광선의 광축으로부터의 거리를 ｒout로 하고, 광선이 광축과 이루는 각도를 θout로 했을 때, ｒin, θin과, ｒout, θout 사이의 관계는 다음 식 (1)에 나타는 바와 같이 선형(線形)으로 나타낼 수 있다.
[식 1]
Figure 112008080053682-pat00028
이 식 (1)내의 행렬 A는 2행 2열의 행렬이고, 광학계의 광선 행렬이라 한다. 수차 보정 거울(24a, 24b)의 자오 방향(도 2a의 a축 방향)의 곡률을 RM1로 하고, 사지탈 방향(도 2a의 b축 방향)의 곡률을 RS1로 하고, 수차 보정 거울(24a, 24b)에 대한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00029
, Lβ의 입사각을 θ로 하면, 자오 평면에서의 광선 행렬 A는 다음 식 (2)로 표현되고, 사지탈 평면에서의 광선 행렬 A는 다음 식 (3)으로 표현된다. 또한, RM1>0, RS1>0의 경우는, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률이 오목한 상태로 있고, RM1<0, RSl<O의 경우는, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률이 볼록(凸) 상태로 있음을 나타내고 있다.
[식 2]
Figure 112008080053682-pat00030
[식 3]
Figure 112008080053682-pat00031
여기서, 결상 위치의 중심 위치 P1이 보정의 전후에 이탈되지 않도록, 자오 평면과 사지탈 평면에서의 결상 위치가 광축 방향에 대칭으로 이탈하기 위해서는, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 자오 방향과 사지탈 방향에서 곡률의 변화가 반대(부호가 +와 ―)일 때에, 자오 방향과 사지탈 방향에서 같은 광선 행렬이 얻어지면 되기 때문에, 식 (2)와 식 (3)으로부터 다음 식 (4)가 성립되어 다음 식 (5)가 얻어진다.
[식 4]
[식 5]
Figure 112008080053682-pat00033
이 식 (5)을 만족하도록, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률 반경을 변화시킴으로써, 결상 위치의 중심 위치 P1을 변화시키지 않고, 레이저 광의 자오 평면과 사지탈 평면에서의 결상 위치 PM, PS를, 결상 위치의 중심 위치 P1을 향해 이동시켜 수차 보정할 수 있다. 또한, 이 식 (5)의 θ는 수차 보정 거울(24a, 24b)에 대한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00034
, Lβ의 입사각이고, 도 1에 나타난 경우에는 45°이다(미러에 의한 반사가 90°가 된다).
도 3a는 수차 보정 거울의 변형 상태를 나타내는 도면이고, 도 3b는 수차 보정 거울의 변형에 따른 결상 위치가 이탈되는 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3a에서, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면(상면)과 자오 평면의 교선을 a축으로 하고, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면(상면)과 사지탈 평면의 교선을 b축으로 한다. 이 때, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면의 a축에 평행한 직선상에서는 중앙이 오목한 오목형(凹型)으로 되고, b축에 평행한 직선상에서는 중앙이 돌출된 볼록형(凸型)인 안장형(saddle type)으로 반사면이 변형된다. 즉, 자오 방향(a축)과 사지탈 방향(b축)에서 곡률의 변화가 반대가 되도록 변화시키고 있다.
도 3a과 같이 변형시킨 수차 보정 거울(24a, 24b)에 평행 광이 입사하면, 자오 방향(a축)에서는 중앙이 오목한 오목형이기 때문에 레이저 광은 수속(收束)되고, 사지탈 방향(b축)에서는 중앙이 돌출되어 있는 볼록형이기 때문에 레이저 광은 발산된다. 그 결과, 도 3b에 나타난 바와 같이, 자오 평면내의 광 L11은 보정 전의 결상 위치 P11로부터 P10 방향(도면중 좌측 방향)으로 결상 위치가 이탈되고, 사지탈 평면내의 광 L12는 보정 전의 결상 위치 P12로부터 P10 방향(도면중 우측방향)으로 결상 위치가 이탈된다. 그리고, 레이저 광 L10의 빔 형상이 거의 진원 형상이 되도록, 식 (5)에 따른 곡률 RM1, RS1을 구한다.
도 4a는 수차 보정 거울 구조의 일례를 나타내는 조립도이고, 도 4b는 수차 보정 거울의 변형 모습을 나타내는 도면이다. 도 4a에 나타난 바와 같이, 이 수차 보정 거울(24a(24b))은 원형 반사경(241)과, 원형 반사경(241)과 거의 같은 형상의 지지 부재(242)와, 피에조 역압전 효과에 의해 전압을 인가함으로써 길이를 정확하게 제어할 수 있는 4개의 피에조 액추에이터(piezo actuator; 243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)를 구비한다. 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2)는 a축과 원형 반사경(241)의 외주(外周)와의 교점 부근의 2개소(箇所)에서 원형 반사경(241)의 이면과 지지 부재(242)의 표면에 고정된다. 또, 피에조 액추에이터(243b-1, 243b-2)는 b축과 원형 반사경(241)의 외주와의 교점 부근의 2개소에서 원형 반사경(241)의 이면과 지지 부재(242)의 표면에 고정된다. 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)와, 원형 반사경(241) 및 지지 부재(242) 사이는 나사 고정, 납땜, 접착제에 의한 접착 등의 적당한 방법에 의해 고정된다.
도 3a에 나타난 바와 같이 수차 보정 거울(24a(24b))을 변형시키는 경우에, 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2)는, 도 4b에 나타난 a축과 원형 반사경(241)의 외주와의 2개소의 교점(245) 부근에서 원형 반사경(241)을 누르는 방향의 가중(加 重) A를 발생시키고, 피에조 액추에이터(243b-1, 243b-2)는, 마찬가지로 b축과 원형 반사경(241)의 외주와의 2개소의 교점(246) 부근에서 원형 반사경(241)을 당기는 방향의 가중 B를 발생시킨다. 이에 따라, 수차 보정 거울(24a(24b))의 반사면(241A)은 a축에 평행한 직선상에서는 중앙이 오목한 오목형으로 되고, b축에 평행한 직선상에서는 중앙이 돌출된 볼록형인 안장형으로 변형된다.
또한, 각 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이와, 그 때의 수차 보정 거울(24a, 24b; 원형 반사경(241))의 a축 및 b축 방향의 곡률 RM1, RS1 사이의 관계를 미리 구해 둘 필요가 있다.
이어서, 수차 보정 거울(24a, 24b)을 이용한 수차의 보정 방법에 대해 설명한다. 우선, 예를 들어 가공 헤드의 높이가 기준값(0㎛)일 때의 현재의 수차 보정 거울(24a, 24b)의 곡률(대응하는 각 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이) 상태에서, 제어부(50)의 가공 제어 기능(53)에 의한 지시에 기초하여 피가공물(12)에 대해 구멍을 뚫는 시험적인 레이저 가공을 행한다. 그리고, 가공한 구멍 형상을 촬상 수단(41)으로 촬상한다.
비점수차가 있는 경우에는 구멍 형상(빔 형상)이 타원이 된다. 따라서, 수차 보정 거울 제어 기능(51)은, 각 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 길게 하거나 또는 짧게 하는 방향으로 소정량만큼 변화시킨다. 또한, 이 때 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 a축 방향과 b축 방향의 곡률 RM1, RS1이 식 (5)를 만족하도록 변화 시킨다. 그리고, 동양(同樣)으로, 가공 제어 기능(53)은 피가공물(12)에 대해 레이저 가공을 행하고, 그 결과 얻어지는 구멍 형상을 촬상 수단(41)으로 촬상한다. 변화시켰을 때의 레이저 광에 의한 가공 형상이 타원으로부터 진원에 가깝게 되면, 식 (5)의 제약에 따라서, 그대로 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 같은 방향으로 변화시켜 가며, 구멍 형상이 가장 진원에 가까워지는 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를, 상기의 순서를 반복함으로써 구한다.
한편, 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243-1, 243b-2)의 길이를 소정량만큼 변화시켰을 때의, 레이저 광에 의한 가공 형상의 편평한 정도가 더욱 커질 경우에, 수차 보정 거울 제어 기능(51)은 식 (5)의 제약에 따라서 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 반대 방향으로 변화시키고, 가공 제어 기능(53)은 레이저 가공을 행하여 구멍 형상을 촬상하는 처리를 반복 행하여, 촬상한 구멍 형상이 가장 진원에 가깝게 되는 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 구한다. 또한, 가장 진원에 가깝다고 하는 것은, 가장 진원에 가까운 상태로부터 소정의 허용 가능한 범위 상태로 있음을 의미한다.
이상과 같이 하여 구한 거의 진원인 구멍 형상이 얻어지는 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 수차 보정 거울 제어 기능(51)에 가공 조건으로서 설정한다. 그 후에 행해지는 가공에서, 수차 보정 거울 제어 기능(51)은 설정된 피에조 액추에이터(243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2)의 길이를 수차 보정 거울(24a, 24b)에 설정하고, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 수차가 거의 없 어지도록 반사면을 변형시킨 후, 가공 제어 기능(53)은 미리 설정된 가공 정보에 따라서 피가공물(12)에 대한 구멍 뚫기 가공을 행한다.
도 5a는 수차 보정 전의 가공 구멍의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 5b는 수차 보정 후의 가공 구멍의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 5c은 도 5a과 도 5b의 가공 구멍의 피가공물상에서의 위치를 나타내는 도면이다. 도 5a에 나타난 바와 같이, 수차 보정 전에는, 가공 헤드의 높이가 O㎛(기준 위치)일 때에만 자오 방향과 사지탈 방향의 수차가 소정값 이하이고, 가공 구멍의 형상이 거의 진원으로 되어 있다. 그러나 가공 헤드의 높이가 O㎛보다 높아지면 가공 구멍의 형상이 좌우 방향으로 긴 타원 형상으로 변화되고, 반대로 가공 헤드의 높이가 O㎛보다 낮아지면 가공 구멍 형상이 상하 방향으로 긴 타원 형상으로 변화되고 있다. 즉, 레이저 광의 수차 보정이 이루어져 있지 않기 때문에, 가공 헤드의 높이를 바꾸면, 레이저 광의 형상이 진원에서 벗어나게 된다.
이에 대해, 도 5b에 나타난 바와 같이, 적정한 수차 보정을 행한 후에는 가공 구멍의 크기에 다소의 편차가 존재하지만, 가공 헤드 높이의 모든 범위에서 자오 방향과 사지탈 방향의 수차가 소정값 이하로 되므로, 가공 구멍의 형상이 진원으로 되고 있다. 이와 같이, 수차 보정을 행하면 가공 구멍의 형상이 거의 원이 되는 가공 헤드의 높이 범위가 넓어져서, 가공 조건의 폭을 넓힐 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는 피가공물(12)상에 형성되는 구멍 형상의 비점 방향이 수차 보정 거울(24a, 24b)의 a축-b축 방향으로 일치하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 구멍 형상의 비점 방향이 a축-b축 방향으로 일치한다고는 할 수 없다. 도 6은 구멍 형상의 비점 방향이 수차 보정 거울(24a, 24b)의 a축-b축 방향으로부터 벗어나 있는 상태를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타난 바와 같이, 구멍 형상의 비점의 방향이 a축-b축 방향에서 벗어나 있는 경우에는, 수차 보정 거울(24a, 24b)을 반사면내에서 회전시켜, 비점의 방향이 a축-b축 방향과 일치하도록 조정할 필요가 있다. 즉, 구멍 형상의 직경이 긴 쪽 또는 짧은 쪽과 수차 보정 거울(24a, 24b)의 a축 또는 b축을 일치시킨다. 그렇기 때문에, 수차 보정 거울(24a, 24b)은 회전 가능한 구성을 갖고 있다.
(초점차 보정 처리)
복수의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00035
, Lβ간의 피가공물(12)상에서의 빔 직경의 크기 차이를 보정하는 초점차 보정 처리에 대해 설명한다. 도 7a는 2개의 레이저 광의 초점이 일치하고 있지 않은 상태의 가공 구멍 상태의 일례를 나타내는 도면이고, 도 7b는 초점차 보정 처리에 의해 레이저 광의 초점을 일치시킨 상태의 가공 구멍 상태의 일례를 나타내는 도면이다. 이들 도 7a에 있어서, 좌측의 도면은 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00036
의 가공 구멍을 나타내고 있고, 우측의 도면은 레이저 광 Lβ의 가공 구멍을 나타내고 있다. 또, 이 도면에 있어서, 점선으로 둘러싸인 영역은 수차가 보정되어 피가공물(12)상에서의 빔 형상이 거의 진원인 영역을 나타내고 있다. 이 도면에 나타난 바와 같이, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00037
의 가공 구멍 형상이 거의 진원이 되는 가공 헤드의 높이가 -60 ~ -20㎛이고, 레이저 광 Lβ의 가공 구멍 형상이 거의 진원이 되는 가공 헤드의 높이가 ―20 ~ 20㎛이다. 즉, 가공 헤드의 높이가 O㎛인 경우에, 레이저 광 Lβ의 초점은 맞은 상태이지만, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00038
의 초점은 맞지 않았다. 이와 같 은 상태를 개선하기 위해 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00039
의 결상 위치를 보정할 필요가 생긴다.
따라서, 초점차 보정 거울(25a)은 수차 보정 거울(24a, 24b)에 의해 수차가 보정된 거의 진원인 레이저 광의 피가공물(12) 상면에서의 빔 직경의 크기를, 반사면의 곡률을 변화시킴으로써 변화시키는 기능을 갖는다. 구체적으로, 제1 편향 수단(22)에서 분광된 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00040
, Lβ의 피가공물(12) 상면에서의 구멍 형상이 일치하고 있지 않은 경우에, 양자를 일치시키기 위해 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00041
의 결상 위치를 변화시키는 기능을 갖는다. 그 결과, 도 7에 나타나는 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00042
의 가공에 사용할 수 있는 레이저 광의 범위를 레이저 광 Lβ에 맞추는 것이 가능하게 된다.
여기서, 초점차 보정 거울(25a)의 자오 방향의 곡률을 RM2로 하고, 사지탈 방향의 곡률을 RS2로 하고, 초점차 보정 거울(25a)에서의 입사각을 θ로 하면, 자오 평면에서의 광선 행렬은 다음 식 (6)으로 표현되고, 사지탈 평면에서의 광선 행렬은 다음 식 (7)로 표현된다.
[식 6]
Figure 112008080053682-pat00043
[식 7]
Figure 112008080053682-pat00044
이 때, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면의 곡률을 변화시키지만, 자오 방향과 사지탈 방향에서 수차를 발생시키지 않고 결상 위치를 변화시키도록 변형시킬 필요가 있다. 즉, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면 곡률을 변화시킬 때에, 자오 방향의 광선 행렬과 사지탈 방향의 광선 행렬이 동일하면 되기 때문에, 식 (6)과 식 (7)로부터 다음 식 (8)이 성립되어 다음 식 (9)가 얻어진다.
[식 8]
Figure 112008080053682-pat00045
[식 9]
Figure 112008080053682-pat00046
이 식 (9)을 만족하도록, 자오 방향과 사지탈 방향 곡률 반경 RM2, RS2를 변 화시킴으로써, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00047
의 자오 방향과 사지탈 방향의 수차의 발생을 억제하면서 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00048
의 크기를 변화시킬 수 있다. 또, 이 식 (9)에 나타난 바와 같이, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 경우와 달리, 초점차 보정 거울(25a)에서는 자오 방향과 사지탈 방향에서 곡률의 변화가 같은 방향으로 되어 있다. 또한, 이 식 (9)의 θ는 초점차 보정 거울(25a)에 대한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00049
의 입사각이고, 도 1에 나타나는 경우에는 45°이다(미러에 의한 반사가 90°가 된다).
도 8a는 초점차 보정 거울의 변형 상태를 나타내는 도면이고, 도 8b는 초점차 보정 거울의 변형에 따른 결상 위치가 이탈되는 방향을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 8c은 초점차 보정 거울의 구조의 일례를 나타내는 조립도면이다. 도 8a에서 초점차 보정 거울(25a)의 반사면(상면)과 자오 평면의 교선을 a축으로 하고, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면(상면)과 사지탈 평면의 교선을 b축으로 한다. 이 때, RM2, RS2가 모두 정(正)인 경우에는, 도 8a에 나타난 바와 같이, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면의 a축, b축의 각각에 평행한 직선상에서는 중앙이 오목한 오목형으로 되고, RM2, RS2가 모두 부(負)인 경우에는, a축, b축의 각각에 평행한 직선상에서는 중앙이 돌출된 볼록형으로 되도록, 반사면이 변형한다.
도 8a과 같이 변형시킨 초점차 보정 거울(25a)에 평행 광이 입사하면, 자오 방향과 사지탈 방향의 각각에서 중앙이 오목한 오목형의 반사면이기 때문에, 도 8b에 나타난 바와 같이 레이저 광 L13으로부터 레이저 광 L14로 수속되고, 결상 위치는 변형시키기 전의 P13으로부터 P14로 이탈된다. 또한, 이 도 8b에서는, 초점차 보정 거울(25a)에 의해 자오 방향과 사지탈 방향의 수차가 보정된 레이저 광의 결상 위치의 변화를 나타내고 있다. 그리고, 이 결상 위치의 차이에 따라서, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00050
의 피가공물(12)상에서의 빔 직경이, 레이저 광 Lβ의 피가공물(12)상에서의 빔 직경과 일치하는, 식 (9)에 따른 곡률 RM2, RS2를 구한다.
또, 도 8c에 나타난 바와 같이, 초점차 보정 거울(25a)은 원형 반사경(251)과, 원형 반사경(251)과 거의 같은 형상의 지지 부재(252)와, 피에조 역압전 효과에 의해 전압을 인가함으로써 길이를 정확하게 제어할 수 있는 4개의 피에조 액추에이터(253a-1, 253a-2, 253b-1, 253b-2)와, 원형 반사경(251)의 중앙 부분의 높이를 고정하기 위한 고정 부재(254)를 구비한다. 피에조 액추에이터(253a-1, 253a-2)는 a축과 원형 반사경(251) 외주와의 교점 부근의 2개소에서 원형 반사경(251)의 이면과 지지 부재(252)의 표면에 고정된다. 또, 피에조 액추에이터(253b-1, 253b-2)는, b축과 원형 반사경(251) 외주와의 교점 부근의 2개소에서 원형 반사경(251)의 이면과 지지 부재(252)의 표면에 고정된다. 또한, 고정 부재(254)는 소정의 길이의 신축하지 않는 재료에 의해 구성되고, 원형 반사경(251)의 이면의 중앙 부분과 지지 부재(252)의 표면의 중앙 부분을 접속하도록 고정된다. 피에조 액추에이터(253a-1, 253a-2, 253b-1, 253b-2) 및 고정 부재(254)와, 원형 반사경(251) 및 지지 부재(252) 사이는 나사 고정, 납땜, 접착제에 의한 접착 등의 적당한 방법에 의해 고정된다. 또한, 이와 같은 구조의 초점차 보정 거울(25a)의 경우에, 초점차를 보정하기 위해, 모든 피에조 액추에이터(253a-1, 253a-2, 253b-1, 253b-2)는 같 은 방향으로 길이를 변화시킨다. 또, 이 경우에도 각 피에조 액추에이터(253a-1, 253a-2, 253b-1, 253b-2)의 길이와, 그 때의 초점차 보정 거울(25a)의 a축 및 b축 방향의 곡률 RM2, RS2 사이의 관계를 미리 구해 둘 필요가 있다.
이어서, 초점차 보정 거울(25a)을 이용한 2개의 광로의 초점차의 보정 방법에 대해 설명한다. 여기서는, 수차 보정 거울(24a, 24b)에 의한 각 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00051
, Lβ의 결상 형상의 보정이 이미 이루어져 있는 상태로 있고, 그 보정값이 수차 보정 거울 제어 기능(51)에 설정되어 있는 것으로 한다. 우선, 예를 들어 가공 헤드의 높이가 기준값(0㎛)일 때의 현재의 초점차 보정 거울(25a)의 곡률(대응하는 각 피에조 액추에이터의 길이) 상태에서, 제어부(50)의 가공 제어 기능(53)에 따른 지시에 기초하여 피가공물(12)에 대해 구멍을 뚫는 시험적인 레이저 가공을 행한다. 그리고, 가공한 구멍 형상을 촬상 수단(41)으로 촬상한다.
2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00052
, Lβ 사이에 초점차가 존재하는 경우에는, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00053
, Lβ의 구멍 형상(빔 형상)이 다르다. 따라서, 맨 먼저 가공 헤드의 높이와 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00054
, Lβ의 구멍 형상의 관계를 측정하고, 어느 광로의 초점이 짧은지를 판단한다. 여기서, 초점차 보정 거울(25a)이 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00055
의 광로에 삽입되어 있기 때문에, 레이저 광 Lβ을 광로의 기준으로 한다. 그 결과, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00056
의 초점이 레이저 광 Lβ의 초점보다 짧은 경우에, 초점차 보정 거울 제어 기능(52)은 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00057
의 초점 거리를 늘리기 위해, 초점차 보정 거울(25a)의 a축 방향과 b축 방향의 곡률 RM2, RS2가 식 (9)를 만족하도록, 각 피에조 액추에이터의 길이를 변 화시킨다. 이 경우에는, 각 피에조 액추에이터를 짧게 하도록 변화시키면 된다. 그리고, 동양으로 가공 제어 기능(53)에 의한 피가공물(12)에 대해 시험적인 레이저 가공을 행하고, 그 결과 얻어지는 구멍 형상과 가공 헤드의 높이의 관계를 측정한다. 이 때, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00058
의 초점 거리가 레이저 광 Lβ의 초점 거리에 가깝게 되면, 식 (9)의 제약에 따라서 그대로 피에조 액추에이터의 길이를 같은 방향으로(짧게) 변화시키고, 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00059
, Lβ의 초점이 동일해지는 피에조 액추에이터의 길이를, 상기의 순서를 반복함으로써 구한다. 여기서, 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00060
, Lβ의 초점이 동일하다고 하는 것은, 2개의 레이저 광의 초점 거리의 차이가 소정의 허용 가능한 범위내에 있음을 말한다.
한편, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00061
의 초점이 레이저 광 Lβ의 초점보다 긴 경우에, 초점차 보정 거울 제어 기능(52)은 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00062
의 초점 거리를 짧게 하기 위해, 각 피에조 액추에이터의 길이를 길게 하는 방향으로 소정량만큼 변화시킨다. 이 때도 피에조 액추에이터의 길이의 변화량은 식 (9)의 제약하에서 변화시킨다. 그 후, 동양으로 가공 제어 기능(53)이 피가공물(12)에 대해 시험적인 레이저 가공을 행하고, 그 결과 얻어지는 구멍 형상과 가공 헤드의 높이의 관계를 측정한다. 이 때, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00063
의 초점 거리가 레이저 광 Lβ의 초점 거리에 가깝게 되면, 식 (9)의 제약에 따라서, 그대로 피에조 액추에이터의 길이를 같은 방향으로(길게) 변화시키고, 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00064
, Lβ의 초점이 동일해지는 피에조 액추에이터의 길이를, 상기의 순서를 반복함으로써 구한다.
이상과 같이 하여 구한 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00065
, Lβ의 피가공물(12)상에서의 빔 직 경이 거의 같은 피에조 액추에이터의 길이를 가공 조건으로서 초점차 보정 거울 제어 기능(52)에 설정한다. 이와 같이 하여 초점이 설정된 상태에서 가공 구멍을 형성한 상태가 도 7b에 나타나 있다. 도 7a에서 가공 구멍의 형상은 모두 거의 진원이지만, 2개의 레이저 광의 초점이 일치하고 있지 않은 상태였으나, 도 7b에서는 2개의 레이저 광의 초점이 일치한 상태로 되어 있다. 즉, 좌측의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00066
와 우측의 레이저 광 Lβ에서의 가공 구멍 형상이 거의 진원이고 가공에 적절한 크기가 되는 가공 헤드의 높이가 ―20 ~ 20㎛가 되어 초점이 일치된 상태로 있다.
그 후에 행해지는 가공에서, 초점차 보정 거울 제어 기능(52)은 설정된 피에조 액추에이터의 길이를 초점차 보정 거울(25a)에 설정하고, 레이저 광 Lβ의 피가공물(12)상에서의 빔 직경에 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00067
의 빔 직경이 동일해지도록 반사면을 변형시킨 후, 가공 제어 기능(53)은 미리 설정된 가공 정보에 따라서 피가공물(12)에의 구멍 뚫기 가공을 행한다.
이상과 같은 구성에 의해, 제어부(50)의 가공 제어 기능(53)에 의한 레이저 가공시에는, 레이저 발진기(20)로부터 출력되어 마스크(21)를 통과하고, 제1 편향 수단(22)에서 분광된 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00068
에는 그 광로상에 수차 보정 거울(24a)과 초점차 보정 거울(25a)이 배치되어 있고, 또 레이저 광 Lβ에는 그 광로상에 수차 보정 거울(24b)이 배치되어 있기 때문에, 피가공물(12)상에서의 수차가 보정되는 동시에, 피가공물(12)상에서의 빔 직경이 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00069
, Lβ에서 거의 같아진다.
또한, 상술한 설명에서는 초점차 보정 거울(25a)을 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00070
의 광로상 에만 마련한 경우를 설명하였으나, 분광된 복수의 광로 중 적어도 1개의 광로에 초점차 보정 거울이 설치되어 있으면 된다. 즉, 초점차 보정 거울을 레이저 광 Lβ의 광로상에만 마련해도 되고, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00071
, Lβ의 각각의 광로상에 마련해도 된다.
또, 상술한 설명에서는 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00072
, Lβ의 광로상에 수차 보정 거울(24a, 24b)을 마련하고 있으나, 피가공물(12)에 조사되는 레이저 광에 수차가 발생하지 않도록 구성되어 있는 경우에는 수차 보정 거울(24a, 24b)을 마련할 필요는 없다. 이 경우에는, 수차 보정 거울(24a, 24b) 대신에, 단지 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00073
, Lβ를 반사시켜 광로로 안내하는 고정 미러가 마련된다.
또한, 상술한 설명에서는 수차 보정시에 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면을 식 (5)에 따라서 변화시키고, 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00074
, Lβ의 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않고 수차를 보정하는 경우를 나타냈으나, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면을 식 (5)의 제약에 따라서 변화시키지 않고 수차 보정을 행해도 된다. 즉, 수차 보정 거울(24a, 24b)의 반사면을 식 (5)에 따르지 않고 변화시켜서 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00075
, Lβ의 수차 보정을 행한 후에, 초점차 보정 거울(25a)의 반사면을 식 (9)에 따라서 변화시키고, 수차 보정 거울(24a, 24b)에 의한 수차 보정으로 생긴 초점차를 포함하여 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00076
, Lβ의 초점차의 보정을 행해도 된다.
본 실시 형태 1에 의하면, 레이저 발진기(20)로부터 출사되고, 분광된 복수의 레이저 광의 광로 중 적어도 1개의 광로상에 초점차 보정 거울(25a)을 마련하도록 했기 때문에, 복수의 레이저 광의 피가공물(12)상에서의 빔 직경을, 수차를 발 생시키지 않고 같은 크기로 할 수 있다. 또, 레이저 발진기(20)로부터 출사되고, 분광된 복수의 레이저 광의 광로상에 수차 보정 거울(24a, 24b)을 마련하도록 했기 때문에, 자오 방향의 결상 위치와 사지탈 방향의 결상 위치의 차이로 인해 생기는 결상 형상을 보정하여, 피가공물(12) 상면에서의 레이저 광의 형상(구멍 형상)을 가장 진원에 가까운 상태로 할 수 있다. 또한, 수차 보정 거울(24a, 24b)에 의한 수차 보정을 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않고 행하도록 했기 때문에, 복수 광로상의 레이저 광의 초점차와, 각 레이저 광의 수차를 독립적으로 보정할 수 있다.
실시 형태 2.
도 9는 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 2의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
이 레이저 가공 장치는 실시 형태 1의 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00077
, Lβ의 광로상의 초점차 보정 거울(25a)을 고정 미러(23b)에서 바꿔 놓고, 또 제어부(50)에는 초점차 보정 거울 제어 기능(52)이 제거된 구성을 갖는다.
즉, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00078
의 광로상에는 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00079
를 반사시키는 동시에, 피가공물(12)의 상면에서 자오 평면과 사지탈 평면에서의 결상 위치의 차이로 인해 생기는 형상을 보정하는 수차 보정 거울(24a)과, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00080
를 반사시키는 고정 미러(23b)와, 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00081
를 XY 테이블(11)상의 소정 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(26a)가 배치되어 있다.
또, 레이저 광 Lβ의 광로상에는, 분광된 레이저 광 Lβ을 반사시켜 광로로 안내하는 고정 미러(23a)와, 레이저 광 Lβ을 반사시키는 동시에, 피가공물(12)의 상면에서 자오 평면과 사지탈 평면에서의 결상 위치의 차이로 인해 생기는 형상을 보정하는 수차 보정 거울(24b)과, XY 테이블(11)상의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00082
의 갈바노 스캐너(26a)에 의한 주사 방향과는 상이한 방향으로 레이저 광 Lβ을 주사하는 갈바노 스캐너(26b)가 배치되어 있다.
그리고, 본 실시 형태 2에서도, 수차 보정 거울(24a, 24b)은, 상기한 식 (5)에 따라서, 그 반사면의 자오 방향의 곡률 RM1과 사지탈 방향의 곡률 RS1을 변화시킨다. 이에 따라, 수차 보정의 전후에 결상 위치의 중심 위치를 바꾸지 않고, 제1 편향 수단(22)에 의해 분광된 2개의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00083
, Lβ의 각각에 생기는 자오 방향과 사지탈 방향의 수차를 보정할 수 있다. 또한, 실시 형태 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하고 있다. 또, 수차 보정 처리의 방법도 실시 형태 1과 같으므로, 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태 2에 의하면, 레이저 발진기(20)로부터 출사되고, 분광된 복수의 레이저 광의 광로상에 수차 보정 거울(24a, 24b)을 마련하도록 했기 때문에, 자오 방향의 결상 위치와 사지탈 방향의 결상 위치의 중점인 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않고, 각 레이저 광의 자오 방향과 사지탈 방향의 수차를 보정할 수 있다.
실시 형태 3.
실시 형태 1, 2에서는, 제1 편향 수단(22)에서 분광된 복수의 레이저 광의 광로상에 배치되는 갈바노 스캐너의 수가 동일한 구성의 레이저 가공 장치의 경우를 예로 들어 설명하였으나, 다른 구성의 레이저 가공 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 10은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 3의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 이 레이저 가공 장치는 실시 형태 1의 도 1의 레이저 가공 장치와 비교해서 광학계의 구성이 다르다. 즉, 실시 형태 1에 나타낸 레이저 가공 장치에서는 상기한 바와 같이 분광된 각 광로상에 배치되는 갈바노 스캐너의 수를 같게 한 구성의 광학계를 갖고 있었으나, 본 실시 형태 3의 레이저 가공 장치에서는 분광된 각 광로상에 배치되는 갈바노 스캐너의 수가 다른 구성의 광학계를 갖는다.
보다 구체적으로, 본 실시 형태 3의 광학계는, 레이저 발진기(20)로부터 출사되는 직선 편광의 레이저 광 Lo를 원편광(圓偏光)의 레이저 광 Lc로 바꾸는 지연기(retarder; 23c)와, 가공 구멍을 원하는 크기, 형상으로 하기 위해 레이저 광 Lc로부터 필요한 부분의 레이저 광 L을 잘라내는 마스크(21)와, 레이저 광 L을 반사하여 소정의 광로로 안내하는 고정 미러(23d)와, 레이저 광 L을 반사하는 동시에, 제1 편향 수단(22)에서 분광되는 한쪽의 레이저 광 Lb의 수차를 보정하는 수차 보정 거울(24c)과, 수차 보정 거울(24c)에서 반사된 레이저 광 L을, 투과하는 레이저 광(이하, 메인 빔이라고도 함) La와 반사하는 레이저 광(이하, 서브 빔이라고도 함) Lb으로 분광하는 편광 빔스플리터 등으로 이루어진 제1 편향 수단(22)과, 분광된 메인 빔 La와 서브 빔 Lb를 혼합(믹스)하고, 거의 동일한 광로로 안내하는 편광 빔스플리터 등으로 이루어진 제2 편향 수단(28)과, 제2 편향 수단(28)으로부터의 혼합된 레이저 광 La, Lb를 XY 테이블(11)상에서 상이한 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(29a, 29b)와, 혼합된 레이저 광 La, Lb를 피가공물(12)상에 집광시키는 fθ 렌즈(31)를 구비한다.
여기서, 메인 빔 La의 광로상에는 메인 빔 La를 반사시키는 동시에, 메인 빔 La의 결상 위치를 변화시키는 초점차 보정 거울(25b)과, 메인 빔 La를 반사시키는 동시에, 메인 빔 La의 자오 평면과 사지탈 평면에서 결상 위치의 차이로 인해 생기는 형상을 보정하는 수차 보정 거울(24d)이 배치되어 있다.
또, 서브 빔 Lb의 광로상에는 서브 빔 Lb를 반사시키는 동시에, XY 테이블(11)상의 X축 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(32a)와, 서브 빔 Lb를 반사시키는 동시에, XY 테이블(11)상의 Y축 방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(32b)가 배치되어 있다. 갈바노 스캐너(32a)는 갈바노 미러(33a)의 회전축이 X축 방향이 되도록 배치되고, 갈바노 스캐너(32b)는 갈바노 미러(33b)의 회전축이 Y축이 되도록 배치된다. 또, 이들 갈바노 스캐너(32a, 32b)는 서브 갈바노 스캐너(32)라고도 한다.
또한, 실시 형태 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략하고 있다. 또, 이 도 10에서, 촬상 수단과, 레이저 발진기(20), 메인 갈바노 스캐너(29), 서브 갈바노 스캐너(32), 수차 보정 거울(24c, 24d) 및 초점차 보정 거울(25b)을 제어하는 제어부에 대해서는 그 도시를 생략하고 있다.
여기서, 이와 같은 구성의 레이저 가공 장치의 동작에 대해 설명한다. 레이저 발진기로부터 출사된 직선 편광의 레이저 광 Lo은 지연기(23c)에 의해 원편광의 레이저 광 Lc로 되고, 마스크에서 소정의 크기와 형상의 레이저 광 L로 된다. 그리고, 이 레이저 광 L이 고정 미러(23d)와 수차 보정 거울(24c)에서 반사되어 제1 편향 수단(22)에 입사한다. 제1 편향 수단(22)에서는, 편광 방향이 입사면과 수직인 P파인 레이저 광과, 편광 방향이 입사면과 평행한 S파인 레이저 광으로 분광된다.
제1 편향 수단(22)을 투과한 레이저 광(메인 빔) La는, 초점차 보정 거울(25b)과 수차 보정 거울(24d)을 경유하여 제2 편향 수단(28)으로 안내된다. 한편, 제1 편향 수단(22)에서 반사한 레이저 광(서브 빔) Lb는, 서브 갈바노 스캐너(32a, 32b)에서 2축 방향으로 주사된 후, 제2 편향 수단(28)으로 안내된다. 여기서, 메인 빔 La는 항상 같은 위치에서 제2 편향 수단(28)으로 안내되지만, 서브 빔 Lb는 갈바노 스캐너(32a, 32b)의 진동각을 제어함으로써, 제2 편향 수단(28)에 입사하는 위치나 각도가 조정된다.
그 후, 메인 빔 La는 제2 편향 수단(28)에서 반사되고, 서브 빔 Lb는 제2 편향 수단(28)에서 투과됨으로써, 두 개의 레이저 광 La, Lb는 거의 같은 광로로 메인 갈바노 스캐너(29a, 29b)에 안내된다. 그리고, 갈바노 스캐너(29a, 29b)에 의해 2축 방향으로 주사된 후, fθ 렌즈(31)로 안내되고 각각 피가공물(12)상의 소정 위치에 집광되어 가공이 실시된다. 이 때, 서브 갈바노 스캐너(32a, 32b)와 메인 갈바노 스캐너(29a, 29b)를 주사함으로써, 피가공물(12)상의 임의 다른 2점에 메인 빔 La와 서브 빔 Lb를 조사할 수 있다. 주사 영역내의 구멍 가공이 모두 종료한 후, XY 테이블(11)을 도면 중의 XY 방향으로 이동시킴으로써, 다음의 주사 영역의 가공을 실시할 수 있다.
이 때, 서브 갈바노 스캐너(32a, 32b)와 메인 갈바노 스캐너(29a, 29b)는 모두 제어부(50)의 가공 제어 기능(53)에 의해 미리 설정된 가공 정보에 기초하여 미러 각도가 제어된다.
또, 수차 보정 거울(24c, 24d)은 도시하지 않는 수차 보정 거울 제어 기능에 의해 실시 형태 1의 식 (5)에 나타나는 조건하에서, 반사면의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률을 변화시킴으로써, 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않고 2개의 레이저 광 La, Lb의 결상 형상을 거의 진원으로 보정할 수 있다.
또한, 초점차 보정 거울(25b)은 도시하지 않는 초점차 보정 거울 제어 기능에 의해 실시 형태 1의 식 (9)에 나타나는 조건하에서, 반사면의 자오 방향과 사지탈 방향의 곡률을 변화시킴으로써, 레이저 광의 결상 형상을 변화시키지 않고 결상 위치를 변화시키는 것이 가능하게 된다.
도 10의 구성에서는 서브 빔 Lb의 광로상에 수차 보정 거울(24c)의 배치 위치를 확보할 수 없기 때문에, 제1 편향 수단(22)의 전단에 서브 빔 Lb의 수차 보정용의 수차 보정 거울(24c)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 수차 보정 거울(24c)에서 서브 빔 Lb의 수차 보정을 실시할 수 있으나, 그 보정에 의한 영향이 메인 빔 La에도 미치게 된다. 그렇기 때문에, 서브 빔 Lb의 수차 보정 → 메인 빔 La의 수차 보정 → 메인 빔 La와 서브 빔 Lb의 초점차 보정의 순서로 보정을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 메인 빔 La의 광로상의 초점차 보정 거울(25b)과 수차 보정 거울(24d)의 배치 위치는 반대여도 된다.
이 도 10은 일례이고, 레이저 광 L의 수차가 없는 장치 구성으로 할 수 있는 경우에는, 수차 보정 거울(24c, 24d)을 마련하지 않고, 초점차 보정 거울(25b)만을 마련하는 구성으로 해도 된다. 또, 실시 형태 2와 같이, 초점차 보정 거울(25b)을 마련하지 않고, 수차 보정 거울(24c, 24d)만을 마련하는 구성으로 해도 된다.
본 실시 형태 3에 의해, 광로가 분기된 레이저 광에 대해, 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않고 수차를 보정하거나, 수차가 보정된 복수의 레이저 광 사이의 피가공물(12)상에서의 빔 직경을 동일하게 보정할 수 있다.
또한, 상기에서 나타낸 레이저 가공 장치의 구성은 일례이고, 미러의 수나 광로의 수를 임의로 변경하는 것이 가능하다. 또, 상술한 설명에서, 수차 보정 거울(24a ~ 24d)과 초점차 보정 거울(25a, 25b)의 a축 방향, b축 방향과, 피가공물(12)상에서의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00084
, Lβ, La, Lb의 자오 방향, 사지탈 방향은 수차 보정 거울(24a ~ 24d)이나 초점차 보정 거울(25a, 25b)과, 피가공물(12) 사이에 배치되는 미러의 수에 따라 변화되는 것으로 고정적인 관계에 있는 것은 아니다. 또, 상술한 바와 같이, 피가공물(12)상에서의 레이저 광 L
Figure 112008080053682-pat00085
, Lβ, La, Lb의 자오 방향, 사지탈 방향과, 수차 보정 거울(24a ~ 24d)의 a축 방향, b축 방향이 일치하지 않는 경우에는, 양자가 일치하도록 수차 보정 거울(24a ~ 24d)을 면내에서 회전시키면 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는 동시에 복수의 구멍 가공을 정밀도 좋게 행할 경우에 유용하다.
도 1은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 1의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a는 수차 보정 거울에 있어서 레이저 광의 자오 평면과 사지탈 평면을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 수차 보정 거울에 있어서 레이저 광의 자오 평면과 사지탈 평면을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 수차 보정 거울의 변형 상태를 나타내는 도면이다.
도 3b는 수차 보정 거울의 변형에 따른 결상 위치가 이탈되는 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 수차 보정 거울의 구조의 일례를 나타내는 조립도면이다.
도 4b는 수차 보정 거울의 변형 모습을 나타내는 도면이다.
도 5a는 수차 보정 전의 가공 구멍의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5b는 수차 보정 후의 가공 구멍의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5c은 도 5a과 도 5b의 가공 구멍의 피가공물상에서의 위치를 나타내는 도면이다.
도 6은 구멍 형상의 비점 방향이 a축-b축 방향에서 이탈되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7a는 초점차 보정 거울에 의한 보정 전의 가공 구멍 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7b는 초점차 보정 거울에 의한 보정 후의 가공 구멍의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8a는 초점차 보정 거울의 변형 상태를 나타내는 도면이다.
도 8b는 초점차 보정 거울의 변형에 따른 결상 위치가 이탈되는 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8c은 초점차 보정 거울의 구조의 일례를 나타내는 조립도면이다.
도 9는 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 2의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 실시 형태 3의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
부호의 설명
11 XY 테이블
12 피가공물
20 레이저 발진기
21 마스크
22 제1 편향 수단
23a, 23b, 23d 고정 미러
23c 지연기
24a, 24b, 24c, 24d 수차 보정 거울
25a, 25b 초점차 보정 거울
26a, 26b, 32, 32a, 32b 서브 갈바노 스캐너
27a, 27b, 30a, 30b, 33a, 33b 갈바노 미러
28 제2 편향 수단
29, 29a, 29b 메인 갈바노 스캐너
31 fθ 렌즈
41 촬상 수단
50 제어부
51 수차 보정 거울 제어 기능
52 초점차 보정 거울 제어 기능
53 가공 제어 기능
241, 251 원형 반사경
241A 반사면
242, 253 지지 부재
243a-1, 243a-2, 243b-1, 243b-2, 253a-1, 253a-2, 253b-1, 253b-2 피에조 액추에이터
254 고정 부재

Claims (6)

  1. 제1 편향 수단으로 레이저 광을 복수의 레이저 광으로 분광하고, 제2 편향 수단으로 다른 복수의 광로를 경유해 온 상기 복수의 레이저 광을 혼합하고, 상기 복수의 레이저 광을 각각 주사하고, 테이블상에 배치된 피가공물상의 다른 위치에 동시에 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서,
    분광된 상기 복수의 레이저 광의 적어도 1개의 광로상에, 이 광로를 경유하는 레이저 광의 상기 피가공물상에서의 빔 직경을 변화시키는 초점차 보정 거울과,
    상기 피가공물상에서의 상기 레이저 광의 조사면내에서 조사면의 중심을 통과하여 서로 직교하는 2개의 방향을 제1과 제2 방향으로 하고, 이들 제1과 제2 방향에 대응하는 상기 초점차 보정 거울의 반사면내에서의 제3과 제4 방향에 있어서 상기 초점차 보정 거울의 곡률(曲率)을 각각 RM2, RS2로 하고, 상기 레이저 광의 상기 초점차 보정 거울에 대한 입사각을 θ로 했을 때에, 하기 식 (1)에 따라서, 상기 초점차 보정 거울의 상기 제3 및 제4 방향의 곡률을 변화시키는 초점차 보정 거울 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
    [식 1]
    Figure 112008080053682-pat00086
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 광로의 레이저 광의 상기 제1 방향과 상기 레이저 광의 메인 광선을 포함하는 면내의 제1 결상 위치와, 상기 제2 방향과 상기 레이저 광의 메인 광선을 포함하는 면내의 제2 결상 위치의 차이인 수차를 보정하는 수차 보정 거울을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 결상 위치와 상기 제2 결상 위치의 중점인 결상 위치의 중심 위치를 변화시키지 않도록, 상기 수차 보정 거울의 반사면을 변화시키는 수차 보정 거울 제어 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수차 보정 거울 제어 수단은, 상기 제1 및 제2 방향에 대응하는 상기 수차 보정 거울의 반사면내에서의 제5와 제6 방향에 있어서, 상기 수차 보정 거울의 곡률을 각각 RM1, RS1로 하고, 상기 레이저 광의 상기 수차 보정 거울에 대한 입사각을 θ로 했을 때에, 하기 식 (2)에 따라서, 상기 수차 보정 거울의 상기 제5 및 제6 방향의 곡률을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
    [식] 2
    Figure 112008080053682-pat00087
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수차 보정 거울은 상기 복수의 광로상에 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수차 보정 거울은 상기 복수의 광로 중 하나의 광로 수차를 보정하기 위해 상기 제1 편향 수단의 전단의 광로상과, 상기 복수의 광로 중 다른 광로상의 각각에 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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