KR102410583B1 - 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 가공 장치는, 레이저 광원, 표시부를 가지는 공간 광 변조기, 대물 렌즈, 전상 광학계, 카메라 및 제어부를 구비한다. 제어부는, 제1 표시 처리와 제2 표시 처리를 실행한다. 제1 표시 처리는, 카메라에서 화상을 촬상할 때, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 표시부에 표시시킨다. 제2 표시 처리는, 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치와는 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 표시부에 표시시킨다.

Description

레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법

본 발명의 일측면은, 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법에 관한 것이다.

종래, 레이저광을 대상물에 조사하는 레이저광 조사 장치로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 장치가 기재되어 있다. 이러한 레이저광 조사 장치에서, 레이저 광원에서 발생시킨 레이저광은, 공간 광 변조기에 의해 변조된 후, 대물 렌즈에 의해서 대상물에 집광된다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2011－51011호 공보

상기 레이저광 조사 장치에서는, 4f 광학계 등의 전상(輾像) 광학계에 의해, 공간 광 변조기의 표시부에서의 레이저광의 상(像)이 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상된다. 여기서, 대물 렌즈의 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치가 상기 입사동면의 중심 위치와 일치하지 않는 경우, 예를 들면 대상물에 집광되는 레이저광의 빔 강도 중심이 어긋나, 가공 품질(레이저광 조사 후의 대상물의 품질)이 악화되어 버릴 가능성이 염려된다.

그래서, 본 발명의 일측면은, 전상 광학계에 의해서 대물 렌즈의 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치와 상기 입사동면의 중심 위치와의 사이의 어긋남을 파악하는 것이 가능한 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서, 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과, 위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 레이저 광원에서 발생시킨 레이저광을 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 위상 패턴에 따라 변조하여 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와, 공간 광 변조기에서 출사한 레이저광을 대상물에 집광하는 대물 렌즈와, 공간 광 변조기의 표시부에서의 레이저광의 상(像)을 대물 렌즈의 입사동면에 전상(轉像)하는 전상 광학계와, 대상물에 조사되어 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와, 표시부에 표시하는 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며, 제어부는, 카메라에서 화상을 촬상할 때, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와, 카메라에서 화상을 촬상할 때, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치와는 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행한다.

이 레이저광 조사 장치에서는, 대상물에 조사되어 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상이, 카메라에 의해 촬상된다. 상기 화상을 촬상할 때, 제어부의 제1 표시 처리에 의해 표시부에 제1 위상 패턴이 표시되고, 이 제1 위상 패턴에 의해 레이저광의 집광 위치가 제1 집광 위치가 된다. 또, 상기 화상을 촬상할 때, 제어부의 제2 표시 처리에 의해 표시부에 제2 위상 패턴이 표시되고, 이 제2 위상 패턴에 의해 레이저광의 집광 위치가 제2 집광 위치가 된다. 여기서, 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치와 상기 입사동면의 중심 위치와의 사이에 어긋남(이하, 간단히 「전상 위치 어긋남」이라고도 함)이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 예를 들면 대물 렌즈에서 레이저광이 적정하게 집광되지 않고, 레이저광의 조사 방향과 직교하는 방향에서 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 상태(일치하지 않은 상태)가 되기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 표시 처리 및 제2 표시 처리 각각의 실행시에서의 카메라의 촬상 결과에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 카메라에서 촬상된 화상에서의 반사광의 점상의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며, 점상 위치 취득부는, 제1 표시 처리의 실행시에 카메라에서 촬상된 화상에서의 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와, 제2 표시 처리의 실행시에 카메라에서 촬상된 화상에서의 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행해도 괜찮다. 상술한 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 레이저광의 조사 방향과 직교하는 방향에서 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 상태가 되기 쉽다. 따라서, 점상 위치 취득부에 의해 취득된 제1 위치 및 제2 위치에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 점상 위치 취득부에서 취득된 제1 위치 및 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 입사동면의 중심 위치와 전상 광학계에 의해 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있다고 판정하는 위치 판정부를 구비하고 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 전상 위치 어긋남의 유무를 자동으로 판정할 수 있다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 표시부에서 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 점상 위치 취득부에서 취득된 제1 위치 및 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 위치 조정부를 구비하고 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 위치를, 예를 들면 전상 위치 어긋남이 저감되도록 자동으로 조정하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동시키는 이동 기구를 구비하며, 제어부는, 점상 위치 취득부의 제1 위치 취득 처리에서 제1 위치를 취득할 때에, 카메라에서 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동 기구에 의해 이동시키고, 점상 위치 취득부의 제2 위치 취득 처리에서 제2 위치를 취득할 때에, 카메라에서 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동 기구에 의해 이동시키며, 점상 위치 취득부는, 제1 위치 취득 처리를 표시부 상의 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하고, 제2 위치 취득 처리를 표시부 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하며, 위치 조정부는, 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치에 근거하여 표시부에서의 광축 중심을 산출하고, 상기 광축 중심으로 기준 위치를 오프셋해도 괜찮다. 이 경우, 전상 위치 어긋남을 저감하는 조정을 구체적으로 실현할 수 있다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치에서는, 제1 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 어느 하나이며, 제2 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 다른 어느 하나라도 괜찮다. 이것에 의해, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 레이저광의 조사 방향의 직교 방향에서 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 상태가 되는 것을 구체적으로 실현할 수 있다.

(A) 대물 렌즈의 초점 위치,

(B) 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 대물 렌즈측의 위치,

(C) 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 대물 렌즈와는 반대측의 위치.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 방법은, 레이저광 조사 장치를 이용하여, 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 방법으로서, 레이저광 조사 장치는, 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과, 위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 레이저 광원에서 발생시킨 레이저광을 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 위상 패턴에 따라 변조하여 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와, 공간 광 변조기에서 출사한 레이저광을 대상물에 집광하는 대물 렌즈와, 공간 광 변조기의 표시부에서의 레이저광의 상(像)을 대물 렌즈의 입사동면에 전상하는 전상 광학계와, 대상물에 조사되어 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라를 구비하며, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 표시부에 표시시키는 제1 스텝과, 제1 스텝에 의해 제1 위상 패턴을 표시부에 표시시킨 상태에서, 레이저 광원으로부터 레이저광을 발생시켜 대상물에 조사하고, 상기 조사에 따라 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 카메라에서 촬상하는 제2 스텝과, 제2 스텝에서 촬상한 화상에서의 반사광의 점상의 위치를 제1 위치로서 취득하는 제3 스텝과, 제2 스텝 및 제3 스텝을 표시부 상의 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복하여 행하는 제4 스텝과, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치와는 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 표시부에 표시시키는 제5 스텝과, 제5 스텝에 의해 제2 위상 패턴을 표시부에 표시시킨 상태에서, 레이저 광원으로부터 레이저광을 발생시켜 대상물에 조사하고, 상기 조사에 따라 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 카메라에서 촬상하는 제6 스텝과, 제6 스텝에서 촬상한 화상에서의 반사광의 점상의 위치를 제2 위치로서 취득하는 제7 스텝과, 제6 스텝 및 제7 스텝을 표시부 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복하여 행하는 제8 스텝과, 표시부에서 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 제3 및 제4 스텝에서 취득한 복수의 제1 위치와 제7 및 제8 스텝에서 취득한 복수의 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 제9 스텝을 포함한다.

상술한 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 레이저광의 조사 방향과 직교하는 방향에서 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 상태가 되기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 취득한 제1 위치 및 제2 위치에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다. 게다가, 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치에 근거하여 기준 위치를 오프셋하는 것에 의해, 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 위치를, 예를 들면 전상 위치 어긋남이 저감되도록 조정하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서, 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과, 위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 레이저 광원에서 발생시킨 레이저광을 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 위상 패턴에 따라 변조하여 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와, 공간 광 변조기에서 출사한 레이저광을 대상물에 집광하는 대물 렌즈와, 공간 광 변조기의 표시부에서의 레이저광의 상(像)을 대물 렌즈의 입사동면에 전상하는 전상 광학계와, 대상물에 조사되어 반사면에서 반사된 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와, 표시부에 표시하는 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며, 제어부는, 카메라에서 화상을 촬상할 때, 대물 렌즈에 의해 집광되는 레이저광을 레이저광의 조사 방향을 따라서 장척(長尺)의 집광 범위에 집광시키는 제3 위상 패턴을, 표시부에 표시시키는 표시 처리를 실행한다.

전상 위치 어긋남이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 레이저광의 조사 방향과 직교하는 방향에서, 상기 집광 범위의 대물 렌즈측과 그 반대측이 서로 떨어진 상태가 되기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 표시 처리의 실행시에서의 카메라의 촬상 결과에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치에서는, 대물 렌즈의 집광 위치를 기준 집광 위치로 하고, 기준 집광 위치의 레이저광의 집광 지름을 기준 집광 지름으로 한 경우, 제3 위상 패턴은, 기준 집광 위치로부터 레이저광의 조사 방향에서의 일방측 또는 타방측에 일정 길이의 범위를 집광 범위로 하고, 상기 집광 범위에서 집광 지름을 기준 집광 지름과 동일하게 하는 패턴이라도 좋다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 카메라에서 촬상된 화상에서의 반사광의 점상의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며, 점상 위치 취득부는, 표시 처리의 실행시에 카메라에서 촬상된 화상에서의 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와, 제1 위치 취득 처리의 표시 처리와는 광축 방향의 대물 렌즈의 위치가 다른 표시 처리의 실행시에 카메라에서 촬상된 화상에서의, 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행해도 괜찮다. 점상 위치 취득부에 의해 취득된 제1 위치 및 제2 위치에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 점상 위치 취득부에서 취득된 제1 위치 및 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 입사동면의 중심 위치와 전상 광학계에 의해 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있다고 판정하는 위치 판정부를 구비하고 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 전상 위치 어긋남의 유무를 자동으로 판정할 수 있다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 표시부에서 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 점상 위치 취득부에서 취득된 제1 위치 및 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 위치 조정부를 구비하고 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 위치를, 예를 들면 전상 위치 어긋남이 저감되도록 자동으로 조정하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면에 관한 레이저광 조사 장치는, 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동시키는 이동 기구를 구비하며, 제어부는, 점상 위치 취득부의 제1 위치 취득 처리에서 제1 위치를 취득할 때에, 카메라에서 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동 기구에 의해 이동시키고, 점상 위치 취득부의 제2 위치 취득 처리에서 제2 위치를 취득할 때에, 카메라에서 반사광의 점상이 확인 가능한 다른 위치로 대물 렌즈 및 대상물 중 적어도 일방을 이동 기구에 의해 이동시키며, 점상 위치 취득부는, 제1 위치 취득 처리를 표시부 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하고, 제2 위치 취득 처리를 표시부 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하며, 위치 조정부는, 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치에 근거하여 표시부에서의 광축 중심을 산출하고, 상기 광축 중심으로 기준 위치를 오프셋해도 괜찮다. 이 경우, 전상 위치 어긋남을 저감하는 조정을 구체적으로 실현할 수 있다.

본 발명의 일측면에 의하면, 전상 광학계에 의해서 대물 렌즈의 입사동면에 전상된 레이저광의 상(像)의 중심 위치와 상기 입사동면의 중심 위치와의 사이의 어긋남을 파악하는 것이 가능한 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은, 도 2의 가공 대상물의 III－III선을 따른 단면도이다.
도 4는, 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는, 도 4의 가공 대상물의 V－V선을 따른 단면도이다.
도 6은, 도 4의 가공 대상물의 VI－VI선을 따른 단면도이다.
도 7은, 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 8은, 도 7의 레이저 가공 장치의 지지대에 장착되는 가공 대상물의 사시도이다.
도 9는, 도 7의 ZX평면을 따른 레이저 출력부의 단면도이다.
도 10은, 도 7의 레이저 가공 장치에서의 레이저 출력부 및 레이저 집광부의 일부의 사시도이다.
도 11은, 도 7의 XY평면을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 12는, 도 11의 XII－XII선을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 13은, 도 12의 XIII－XIII선을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 14는, 도 7의 레이저 가공 장치에서의 반사형 공간 광 변조기의 부분 단면도이다.
도 15는, 도 11의 레이저 집광부에서의 반사형 공간 광 변조기, 4f 렌즈 유닛 및 집광 렌즈 유닛의 광학적 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은, 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 요부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 17은, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 상태를 설명하는 개략도이다.
도 18은, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 상태를 설명하는 다른 개략도이다.
도 19는, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 상태를 설명하는 또 다른 개략도이다.
도 20은, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 상태를 설명하는 개략도이다.
도 21은, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 상태를 설명하는 다른 개략도이다.
도 22는, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 상태를 설명하는 또 다른 개략도이다.
도 23은, 액정층에 제1 디포커스 패턴을 표시시킨 경우의 점상 화상을 예시하는 도면이다.
도 24는, 액정층에 제2 디포커스 패턴을 표시시킨 경우의 점상 화상을 예시하는 도면이다.
도 25는, 점상의 중심 위치와 기준 위치의 어긋남량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 26은, 도 16의 레이저 가공 장치에 의한 레이저광 조사 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 27은, 도 26의 기준 위치 조정 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 28은, 도 26의 기준 위치 조정 처리를 나타내는 다른 플로우차트이다.
도 29는, 도 16의 레이저 가공 장치에 의한 다른 레이저광 조사 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 30은, 도 29의 기준 위치 조정 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 31은, 도 29의 기준 위치 조정 처리를 나타내는 다른 플로우차트이다.

이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(레이저광 조사 장치)에서는, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성한다. 그래서, 먼저, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 레이저광(L)을 펄스 발진(發振)하는 레이저 광원(101)과, 레이저광(L)의 광축(광로)의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 레이저광(L)을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는, 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광(L)이 조사되는 대상물인 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 이동 기구인 스테이지(111)와, 레이저광(L)의 출력이나 펄스 폭, 펄스 파형 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.

레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌고, 지지대(107) 상에 재치된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동시켜지고, 가공 대상물(1)이 레이저광(L)에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동시켜진다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성된다. 또, 여기에서는, 레이저광(L)을 상대적으로 이동시키기 위해서 스테이지(111)를 이동시켰지만, 집광용 렌즈(105)를 이동시켜도 괜찮고, 혹은 이들 양쪽 모두를 이동시켜도 괜찮다.

가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료로 형성된 반도체 기판이나 압전(壓電) 재료로 형성된 압전 기판 등을 포함하는 판 모양의 부재(예를 들면, 기판, 웨이퍼 등)가 이용된다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 절단 예정 라인(5)은, 직선 모양으로 연장된 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(집광 위치)(P)을 맞춘 상태에서, 레이저광(L)을 절단 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 형성되고, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다. 절단 예정 라인(5)은, 조사 예정 라인에 대응한다.

집광점(P)은, 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 절단 예정 라인(5)은, 직선 모양에 한정하지 않고 곡선 모양이라도 좋고, 이들이 조합된 3차원 모양이라도 괜찮으며, 좌표 지정된 것이라도 괜찮다. 절단 예정 라인(5)은, 가상선에 한정하지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그은 선이라도 좋다. 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 개질 영역(7)은 열 모양이라도 점 모양이라도 괜찮으며, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부, 표면(3) 또는 이면(裏面)에 형성되어 있으면 좋다. 개질 영역(7)을 기점(起点)으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면(3), 이면, 혹은 외주면)에 노출되어 있어도 괜찮다. 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광 입사면은, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 한정되는 것이 아니고, 가공 대상물(1)의 이면이라도 괜찮다.

덧붙여서, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하는 경우에는, 레이저광(L)은, 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러, 가공 대상물(1)의 내부에 위치하는 집광점(P) 근방에서 특히 흡수된다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 이 경우, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광(L)이 대부분 흡수되지 않으므로, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융되지 않는다. 한편, 가공 대상물(1)의 표면(3) 또는 이면에 개질 영역(7)을 형성하는 경우에는, 레이저광(L)은, 표면(3) 또는 이면에 위치하는 집광점(P) 근방에서 특히 흡수되고, 표면(3) 또는 이면으로부터 용융되고 제거되어, 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성된다(표면 흡수형 레이저 가공).

개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역(일단 용융후 재고체화한 영역, 용융 상태 중의 영역 및 용융으로부터 재고체화하는 상태 중의 영역 중 적어도 어느 하나를 의미함), 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있으며, 이들이 혼재한 영역도 있다. 게다가, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에서 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다. 가공 대상물(1)의 재료가 단결정 실리콘인 경우, 개질 영역(7)은, 고전위 밀도 영역이라고도 할 수 있다.

용융 처리 영역, 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 및, 격자 결함이 형성된 영역은, 또한 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은, 개질 영역(7)의 전면(全面)에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)은, 결정 구조를 가지는 결정 재료로 이루어지는 기판을 포함한다. 예를 들면 가공 대상물(1)은, 질화 갈륨(GaN), 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), LiTaO₃, 및, 사파이어(Al₂O₃) 중 어느 하나로 형성된 기판을 포함한다. 환언하면, 가공 대상물(1)은, 예를 들면, 질화 갈륨 기판, 실리콘 기판, SiC 기판, LiTaO₃ 기판, 또는 사파이어 기판을 포함한다. 결정 재료는, 이방성 결정 및 등방성 결정 중 어느 하나라도 좋다. 또, 가공 대상물(1)은, 비결정 구조(비정질 구조)를 가지는 비결정 재료로 이루어지는 기판을 포함하고 있어도 좋고, 예를 들면 유리 기판을 포함하고 있어도 괜찮다.

실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 개질 스폿(spot)(가공 흔적)을 복수 형성하는 것에 의해, 개질 영역(7)을 형성할 수 있다. 이 경우, 복수의 개질 스폿이 모여지는 것에 의해서 개질 영역(7)이 된다. 개질 스폿은, 펄스 레이저광의 1펄스의 쇼트(즉 1펄스의 레이저 조사：레이저 쇼트)로 형성되는 개질 부분이다. 개질 스폿으로서는, 크랙 스폿, 용융 처리 스폿 혹은 굴절률 변화 스폿, 또는 이들 적어도 1개가 혼재하는 것 등을 들 수 있다. 개질 스폿에 대해서는, 요구되는 절단 정밀도, 요구되는 절단면의 평탄성, 가공 대상물(1)의 두께, 종류, 결정 방위 등을 고려하여, 그 크기나 발생하는 균열의 길이를 적절히 제어할 수 있다. 또, 실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서, 개질 스폿을 개질 영역(7)으로서 형성할 수 있다.

［실시 형태에 관한 레이저 가공 장치］

다음으로, 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 수평면내에서 서로 직교하는 방향을 X축 방향 및 Y축 방향으로 하고, 연직 방향을 Z축 방향으로 한다.

［레이저 가공 장치의 전체 구성］

도 7에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(200)는, 장치 프레임(210)과, 제1 이동 기구(220)와, 지지대(230)와, 제2 이동 기구(이동 기구)(240)를 구비하고 있다. 게다가, 레이저 가공 장치(200)는, 레이저 출력부(300)와, 레이저 집광부(400)와, 제어부(500)를 구비하고 있다.

제1 이동 기구(220)는, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 제1 이동 기구(220)는, 제1 레일 유닛(221)과, 제2 레일 유닛(222)과, 가동 베이스(223)를 가지고 있다. 제1 레일 유닛(221)은, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 제1 레일 유닛(221)에는, Y축 방향을 따라서 연장되는 한 쌍의 레일(221a, 221b)이 마련되어 있다. 제2 레일 유닛(222)은, Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 제1 레일 유닛(221)의 한 쌍의 레일(221a, 221b)에 장착되어 있다. 제2 레일 유닛(222)에는, X축 방향을 따라서 연장되는 한 쌍의 레일(222a, 222b)이 마련되어 있다. 가동 베이스(223)는, X축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 제2 레일 유닛(222)의 한 쌍의 레일(222a, 222b)에 장착되어 있다. 가동 베이스(223)는, Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하다.

지지대(230)는, 가동 베이스(223)에 장착되어 있다. 지지대(230)는, 가공 대상물(1)을 지지한다. 가공 대상물(1)은, 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판의 표면측에 복수의 기능 소자(포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 또는 회로로서 형성된 회로 소자 등)가 매트릭스 모양으로 형성된 것이다. 가공 대상물(1)이 지지대(230)에 지지될 때에는, 도 8에 나타내어지는 바와 같이, 고리 모양의 프레임(11)에 펼쳐진 필름(12) 상에, 예를 들면 가공 대상물(1)의 표면(1a)(복수의 기능 소자측의 면)이 부착된다. 지지대(230)는, 클램프에 의해서 프레임(11)을 유지함과 아울러 진공 척(chuck) 테이블에 의해서 필름(12)을 흡착함으로써, 가공 대상물(1)을 지지한다. 지지대(230) 상에서, 가공 대상물(1)에는, 서로 평행한 복수의 절단 예정 라인(5a), 및 서로 평행한 복수의 절단 예정 라인(5b)이, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이를 통과하도록 격자 모양으로 설정된다. 가공 대상물(1)은, 그 표면(1a)을 레이저광(L)이 반사되는 반사면으로서 포함하고 있다. 반사면은, 레이저광(L)이 반사하는 면으로서, 굴절률이 다른 물질에 레이저광(L)이 입사할 때의 경계면(경계층)이다.

도 7에 나타내어지는 바와 같이, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에서 제2 레일 유닛(222)이 동작함으로써, Y축 방향을 따라서 이동시켜진다. 또, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에서 가동 베이스(223)가 동작함으로써, X축 방향을 따라서 이동시켜진다. 게다가, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에서 가동 베이스(223)가 동작함으로써, Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전시켜진다. 이와 같이, 지지대(230)는, X축 방향 및 Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 되고 또한 Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다.

레이저 출력부(300)는, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 레이저 집광부(400)는, 제2 이동 기구(240)를 매개로 하여 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 레이저 집광부(400)는, 제2 이동 기구(240)가 동작함으로써, Z축 방향을 따라서 이동시켜진다. 이와 같이, 레이저 집광부(400)는, 레이저 출력부(300)에 대해서 Z축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다.

제어부(500)는, CPU(Central　Processing　Unit), ROM(Read　Only　Memory) 및 RAM(Random　Access　Memory) 등에 의해서 구성되어 있다. 제어부(500)는, 레이저 가공 장치(200)의 각 부의 동작을 제어한다.

일 예로서, 레이저 가공 장치(200)에서는, 다음과 같이, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)(도 8 참조)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.

먼저, 가공 대상물(1)의 이면(1b)(도 8 참조)이 레이저광 입사면이 되도록, 가공 대상물(1)이 지지대(230)에 지지되고, 가공 대상물(1)의 각 절단 예정 라인(5a)이 X축 방향에 평행한 방향으로 맞추어진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 내부에서 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면으로부터 소정 거리만큼 이간한 위치에 레이저광(L)의 집광점이 위치하도록, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 이동시켜진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광(L)의 집광점과의 거리가 일정하게 유지되면서, 각 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저광(L)의 집광점이 상대적으로 이동시켜진다. 이것에 의해, 각 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.

각 절단 예정 라인(5a)을 따른 개질 영역의 형성이 종료되면, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 회전시켜지고, 상기 가공 대상물(1)의 각 절단 예정 라인(5b)이 X축 방향에 평행한 방향으로 맞추어진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 내부에서 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면으로부터 소정 거리만큼 이간한 위치에 레이저광(L)의 집광점이 위치하도록, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 이동시켜진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광(L)의 집광점과의 거리가 일정하게 유지되면서, 각 절단 예정 라인(5b)을 따라서 레이저광(L)의 집광점이 상대적으로 이동시켜진다. 이것에 의해, 각 절단 예정 라인(5b)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.

이와 같이, 레이저 가공 장치(200)에서는, X축 방향에 평행한 방향이 가공 방향(레이저광(L)의 스캔 방향)으로 되어 있다. 또, 각 절단 예정 라인(5a)을 따른 레이저광(L)의 집광점의 상대적인 이동, 및 각 절단 예정 라인(5b)을 따른 레이저광(L)의 집광점의 상대적인 이동은, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 X축 방향을 따라서 이동시켜짐으로써, 실시된다. 또, 각 절단 예정 라인(5a) 사이에서의 레이저광(L)의 집광점의 상대적인 이동, 및 각 절단 예정 라인(5b) 사이에서의 레이저광(L)의 집광점의 상대적인 이동은, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 Y축 방향을 따라서 이동시켜짐으로써, 실시된다.

도 9에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 출력부(300)는, 장착 베이스(301)와, 커버(302)와, 복수의 미러(303, 304)를 가지고 있다. 게다가, 레이저 출력부(300)는, 레이저 발진기(레이저 광원)(310)와, 셔터(320)와, λ／2 파장판 유닛(330)과, 편광판 유닛(340)과, 빔 익스팬더(350)와, 미러 유닛(360)을 가지고 있다.

장착 베이스(301)는, 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ／2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)을 지지하고 있다. 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ／2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)은, 장착 베이스(301)의 주면(主面)(301a)에 장착되어 있다. 장착 베이스(301)는, 판 모양의 부재이며, 장치 프레임(210)(도 7 참조)에 대해서 착탈 가능하다. 레이저 출력부(300)는, 장착 베이스(301)를 매개로 하여 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 즉, 레이저 출력부(300)는, 장치 프레임(210)에 대해서 착탈 가능하다.

커버(302)는, 장착 베이스(301)의 주면(301a) 상에서, 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ／2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)을 덮고 있다. 커버(302)는, 장착 베이스(301)에 대해서 착탈 가능하다.

레이저 발진기(310)는, 직선 편광의 레이저광(L)을 X축 방향을 따라서 펄스 발진한다. 레이저 발진기(310)로부터 출사되는 레이저광(L)의 파장은, 500~550nm, 1000~1150nm 또는 1300~1400nm 중 어느 하나의 파장대(波長帶)에 포함된다. 500~550nm의 파장대의 레이저광(L)은, 예를 들면 사파이어로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 각 파장대의 레이저광(L)은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 레이저 발진기(310)로부터 출사되는 레이저광(L)의 편광 방향은, 예를 들면, Y축 방향에 평행한 방향이다. 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광(L)은, 미러(303)에 의해서 반사되고, Y축 방향을 따라서 셔터(320)에 입사한다.

레이저 발진기(310)에서는, 다음과 같이, 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF가 전환된다. 레이저 발진기(310)가 고체 레이저로 구성되어 있는 경우, 공진기(共振器) 내에 마련된 Q스위치(AOM(음향 광학 변조기), EOM(전기 광학 변조기) 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기(310)가 파이버 레이저로 구성되어 있는 경우, 시드(seed) 레이저, 앰프(여기용(勵起用)) 레이저를 구성하는 반도체 레이저의 출력의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기(310)가 외부 변조 소자를 이용하고 있는 경우, 공진기 밖에 마련된 외부 변조 소자(AOM, EOM 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다.

셔터(320)는, 기계식 기구에 의해서 레이저광(L)의 광로를 개폐한다. 레이저 출력부(300)로부터의 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF의 전환은, 상술한 바와 같이, 레이저 발진기(310)에서의 레이저광(L)의 출력의 ON/OFF의 전환에 의해서 실시되지만, 셔터(320)가 마련되어 있음으로써, 예를 들면 레이저 출력부(300)로부터 레이저광(L)이 불시에 출사되는 것이 방지된다. 셔터(320)를 통과한 레이저광(L)은, 미러(304)에 의해서 반사되고, X축 방향을 따라서 λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)에 순차적으로 입사한다.

λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 레이저광(L)의 출력(광 강도)을 조정하는 출력 조정부로서 기능한다. 또, λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 레이저광(L)의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부로서 기능한다. λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 순차적으로 통과한 레이저광(L)은, X축 방향을 따라서 빔 익스팬더(350)에 입사한다.

빔 익스팬더(350)는, 레이저광(L)의 지름을 조정하면서, 레이저광(L)을 평행화한다. 빔 익스팬더(350)를 통과한 레이저광(L)은, X축 방향을 따라서 미러 유닛(360)에 입사한다.

미러 유닛(360)은, 지지 베이스(361)와, 복수의 미러(362, 363)를 가지고 있다. 지지 베이스(361)는, 복수의 미러(362, 363)를 지지하고 있다. 지지 베이스(361)는, X축 방향 및 Y축 방향을 따라서 위치 조정 가능하게 되도록, 장착 베이스(301)에 장착되어 있다. 미러(제1 미러)(362)는, 빔 익스팬더(350)를 통과한 레이저광(L)을 Y축 방향으로 반사한다. 미러(362)는, 그 반사면이 예를 들면 Z축에 평행한 축선 둘레로 각도 조정 가능하게 되도록, 지지 베이스(361)에 장착되어 있다. 미러(제2 미러)(363)는, 미러(362)에 의해서 반사된 레이저광(L)을 Z축 방향으로 반사한다. 미러(363)는, 그 반사면이 예를 들면 X축에 평행한 축선 둘레로 각도 조정 가능하게 되고 또한 Y축 방향을 따라서 위치 조정 가능하게 되도록, 지지 베이스(361)에 장착되어 있다. 미러(363)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, 지지 베이스(361)에 형성된 개구(361a)를 통과하고, Z축 방향을 따라서 레이저 집광부(400)(도 7 참조)에 입사한다. 즉, 레이저 출력부(300)에 의한 레이저광(L)의 출사 방향은, 레이저 집광부(400)의 이동 방향과 일치하고 있다. 상술한 바와 같이, 각 미러(362, 363)는, 반사면의 각도를 조정하기 위한 기구를 가지고 있다. 미러 유닛(360)에서는, 장착 베이스(301)에 대한 지지 베이스(361)의 위치 조정, 지지 베이스(361)에 대한 미러(363)의 위치 조정, 및 각 미러(362, 363)의 반사면의 각도 조정이 실시됨으로써, 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축의 위치 및 각도가 레이저 집광부(400)에 대해서 맞춰진다. 즉, 복수의 미러(362, 363)는, 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축을 조정하기 위한 구성이다.

도 10에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는, 케이스(401)를 가지고 있다. 케이스(401)는, Y축 방향을 길이 방향으로 하는 직방체 모양의 형상을 나타내고 있다. 케이스(401)의 일방의 측면(401e)에는, 제2 이동 기구(240)가 장착되어 있다(도 11 및 도 13 참조). 케이스(401)에는, 미러 유닛(360)의 개구(361a)와 Z축 방향에서 대향하도록, 원통 모양의 광 입사부(401a)가 마련되어 있다. 광 입사부(401a)는, 레이저 출력부(300)로부터 출사된 레이저광(L)을 케이스(401) 내에 입사시킨다. 미러 유닛(360)과 광 입사부(401a)는, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 Z축 방향을 따라서 이동시켜졌을 때에 서로 접촉하지 않는 거리만큼, 서로 이간하고 있다.

도 11 및 도 12에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는, 미러(402)와, 다이크로익 미러(403)를 가지고 있다. 또한, 레이저 집광부(400)는, 반사형 공간 광 변조기(410)와, 4f 렌즈 유닛(420)과, 집광 렌즈 유닛(대물 렌즈)(430)과, 구동 기구(440)와, 한 쌍의 측정 센서(450)를 가지고 있다.

미러(402)는, 광 입사부(401a)와 Z축 방향에서 대향하도록, 케이스(401)의 저면(401b)에 장착되어 있다. 미러(402)는, 광 입사부(401a)를 매개로 하여 케이스(401) 내에 입사한 레이저광(L)을 XY평면에 평행한 방향으로 반사한다. 미러(402)에는, 레이저 출력부(300)의 빔 익스팬더(350)에 의해서 평행화된 레이저광(L)이 Z축 방향을 따라서 입사한다. 즉, 미러(402)에는, 레이저광(L)이 평행 광으로서 Z축 방향을 따라서 입사한다. 그 때문에, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 Z축 방향을 따라서 이동시켜져도, Z축 방향을 따라서 미러(402)에 입사하는 레이저광(L)의 상태는 일정하게 유지된다. 미러(402)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사한다.

반사형 공간 광 변조기(410)는, 반사면(410a)이 케이스(401) 내에 면한 상태에서, Y축 방향에서의 케이스(401)의 단부(401c)에 장착되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)는, 예를 들면 반사형 액정(LCOS：Liquid　Crystal　on　Silicon)의 공간 광 변조기(SLM：Spatial　Light　Modulator)이며, 레이저광(L)을 변조하면서, 레이저광(L)을 Y축 방향으로 반사한다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 의해서 변조됨과 아울러 반사된 레이저광(L)은, Y축 방향을 따라서 4f 렌즈 유닛(420)에 입사한다. 여기서, XY평면에 평행한 평면 내에서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사하는 레이저광(L)의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축이 이루는 각도(α)는, 예각(예를 들면, 10~60°)으로 되어 있다. 즉, 레이저광(L)은, 반사형 공간 광 변조기(410)에서 XY평면을 따라서 예각으로 반사된다. 이것은, 레이저광(L)의 입사각 및 반사각을 억제하여 회절 효율의 저하를 억제하고, 반사형 공간 광 변조기(410)의 성능을 충분히 발휘시키기 때문이다. 또, 반사형 공간 광 변조기(410)에서는, 예를 들면, 액정이 이용된 광 변조층의 두께가 수μm~수십μm 정도로 매우 얇기 때문에, 반사면(410a)은, 광 변조층의 광 입출사면과 실질적으로 동일하다고 파악할 수 있다.

4f 렌즈 유닛(420)은, 홀더(421)와, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(422)와, 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(423)와, 슬릿 부재(424)를 가지고 있다. 홀더(421)는, 한 쌍의 렌즈(422, 423) 및 슬릿 부재(424)를 유지하고 있다. 홀더(421)는, 레이저광(L)의 광축을 따른 방향에서의 한 쌍의 렌즈(422, 423) 및 슬릿 부재(424)의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하고 있다. 한 쌍의 렌즈(422, 423)는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(동면)(430a)이 결상(結像) 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 상(像)(반사형 공간 광 변조기(410)에서 변조된 레이저광(L)의 상(像))이, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)에 전상(輾像)(결상)된다. 슬릿 부재(424)에는, 슬릿(424a)이 형성되어 있다. 슬릿(424a)은, 렌즈(422)와 렌즈(423)와의 사이이며, 렌즈(422)의 초점면 부근에 위치하고 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 의해서 변조됨과 아울러 반사된 레이저광(L) 중 불필요한 부분은, 슬릿 부재(424)에 의해서 차단된다. 4f 렌즈 유닛(420)을 통과한 레이저광(L)은, Y축 방향을 따라서 다이크로익 미러(403)에 입사한다.

다이크로익 미러(403)는, 레이저광(L)의 대부분(예를 들면, 95~99.5%)을 Z축 방향으로 반사하고, 레이저광(L)의 일부(예를 들면, 0.5~5%)를 Y축 방향을 따라서 투과시킨다. 레이저광(L)의 대부분은, 다이크로익 미러(403)에서 ZX평면을 따라서 직각으로 반사된다. 다이크로익 미러(403)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, Z축 방향을 따라서 집광 렌즈 유닛(430)에 입사한다.

집광 렌즈 유닛(430)은, Y축 방향에서의 케이스(401)의 단부(401d)(단부(401c)의 반대측의 단부)에, 구동 기구(440)를 매개로 하여 장착되어 있다. 집광 렌즈 유닛(430)은, 홀더(431)와, 복수의 렌즈(432)를 가지고 있다. 홀더(431)는, 복수의 렌즈(432)를 유지하고 있다. 복수의 렌즈(432)는, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)에 대해서 레이저광(L)을 집광한다. 구동 기구(440)는, 압전 소자의 구동력에 의해서, 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다.

한 쌍의 측거(測距) 센서(450)는, X축 방향에서 집광 렌즈 유닛(430)의 양측에 위치하도록, 케이스(401)의 단부(401d)에 장착되어 있다. 각 측거 센서(450)는, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)의 레이저광 입사면에 대해서 측거용(測距用)의 광(예를 들면, 레이저광)을 출사하고, 상기 레이저광 입사면에 의해서 반사된 측거용 광을 검출함으로써, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 또, 측거 센서(450)에는, 삼각 측거 방식, 레이저 공초점(共焦点) 방식, 백색 공초점 방식, 분광 간섭 방식, 비점수차(非点收差) 방식 등의 센서를 이용할 수 있다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 상술한 바와 같이, X축 방향으로 평행한 방향이 가공 방향(레이저광(L)의 스캔 방향)으로 되어 있다. 그 때문에, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)을 따라서 레이저광(L)의 집광점이 상대적으로 이동시켜질 때에, 한 쌍의 측거 센서(450) 중 집광 렌즈 유닛(430)에 대해서 상대적으로 선행하는 측거 센서(450)가, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)을 따른 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 그리고, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광(L)의 집광점과의 거리가 일정하게 유지되도록, 구동 기구(440)가, 측거 센서(450)에 의해서 취득된 변위 데이터에 근거하여 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다.

레이저 집광부(400)는, 빔 스플리터(461)와, 한 쌍의 렌즈(462, 463)와, 프로파일 취득용 카메라(464)를 가지고 있다. 빔 스플리터(461)는, 다이크로익 미러(403)를 투과한 레이저광(L)을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(461)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, Z축 방향을 따라서 한 쌍의 렌즈(462, 463) 및 프로파일 취득용 카메라(464)에 순차적으로 입사한다. 한 쌍의 렌즈(462, 463)는, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)과 프로파일 취득용 카메라(464)의 촬상면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 이것에 의해, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)에서의 레이저광(L)의 상(像)이, 프로파일 취득용 카메라(464)의 촬상면에 전상(결상)된다. 상술한 바와 같이, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)에서의 레이저광(L)의 상(像)은, 반사형 공간 광 변조기(410)에서 변조된 레이저광(L)의 상(像)이다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에서는, 프로파일 취득용 카메라(464)에 의한 촬상 결과를 감시함으로써, 반사형 공간 광 변조기(410)의 동작 상태를 파악할 수 있다.

게다가, 레이저 집광부(400)는, 빔 스플리터(471)와, 렌즈(472)와, 레이저광(L)의 광축 위치 모니터용 카메라(473)를 가지고 있다. 빔 스플리터(471)는, 빔 스플리터(461)를 투과한 레이저광(L)을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(471)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, Z축 방향을 따라서 렌즈(472) 및 카메라(473)에 순차적으로 입사한다. 렌즈(472)는, 입사한 레이저광(L)을 카메라(473)의 촬상면 상에 집광한다. 레이저 가공 장치(200)에서는, 프로파일 취득용 카메라(464) 및 카메라(473)의 각각에 의한 촬상 결과를 감시하면서, 미러 유닛(360)에서, 장착 베이스(301)에 대한 지지 베이스(361)의 위치 조정, 지지 베이스(361)에 대한 미러(363)의 위치 조정, 및 각 미러(362, 363)의 반사면의 각도 조정을 실시함으로써(도 9 및 도 10 참조), 집광 렌즈 유닛(430)에 입사하는 레이저광(L)의 광축의 어긋남(집광 렌즈 유닛(430)에 대한 레이저광의 강도 분포의 위치 어긋남, 및 집광 렌즈 유닛(430)에 대한 레이저광(L)의 광축의 각도 어긋남)을 보정할 수 있다.

복수의 빔 스플리터(461, 471)는, 케이스(401)의 단부(401d)로부터 Y축 방향을 따라서 연장되는 통체(筒體)(404) 내에 배치되어 있다. 한 쌍의 렌즈(462, 463)는, Z축 방향을 따라서 통체(404) 상에 세워 마련된 통체(405) 내에 배치되어 있고, 프로파일 취득용 카메라(464)는, 통체(405)의 단부에 배치되어 있다. 렌즈(472)는, Z축 방향을 따라서 통체(404) 상에 세워 마련된 통체(406) 내에 배치되어 있으며, 카메라(473)는, 통체(406)의 단부에 배치되어 있다. 통체(405)와 통체(406)는, Y축 방향에서 서로 병설되어 있다. 또, 빔 스플리터(471)를 투과한 레이저광(L)은, 통체(404)의 단부에 마련된 댐퍼 등에 흡수되도록 해도 괜찮고, 혹은, 적절한 용도로 이용되도록 해도 괜찮다.

도 12 및 도 13에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는, 가시광 원(481)과, 복수의 렌즈(482)와, 레티클(reticle)(483)과, 미러(484)와, 하프 미러(485)와, 빔 스플리터(486)와, 렌즈(487)와, 관찰용 카메라(488)를 가지고 있다. 가시 광원(481)은, Z축 방향을 따라서 가시광(V)을 출사한다. 복수의 렌즈(482)는, 가시 광원(481)으로부터 출사된 가시광(V)을 평행화한다. 레티클(483)은, 가시광(V)에 눈금선을 부여한다. 미러(484)는, 복수의 렌즈(482)에 의해서 평행화된 가시광(V)을 X축 방향으로 반사한다. 하프 미러(485)는, 미러(484)에 의해서 반사된 가시광(V)을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 하프 미러(485)에 의해서 반사된 가시광(V)은, Z축 방향을 따라서 빔 스플리터(486) 및 다이크로익 미러(403)를 순차적으로 투과하고, 집광 렌즈 유닛(430)을 거쳐, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)에 조사된다.

가공 대상물(1)에 조사된 가시광(V)은, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에 의해서 반사되고, 집광 렌즈 유닛(430)을 거쳐 다이크로익 미러(403)에 입사하며, Z축 방향을 따라서 다이크로익 미러(403)를 투과한다. 빔 스플리터(486)는, 다이크로익 미러(403)를 투과한 가시광(V)을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(486)를 투과한 가시광(V)은, 하프 미러(485)를 투과하고, Z축 방향을 따라서 렌즈(487) 및 관찰용 카메라(488)에 순차적으로 입사한다. 렌즈(487)는, 입사한 가시광(V)을 관찰용 카메라(488)의 촬상면 상에 집광한다. 레이저 가공 장치(200)에서는, 관찰용 카메라(488)에 의한 촬상 결과를 관찰함으로써, 가공 대상물(1)의 상태를 파악할 수 있다.

미러(484), 하프 미러(485) 및 빔 스플리터(486)는, 케이스(401)의 단부(401d) 상에 장착된 홀더(407) 내에 배치되어 있다. 복수의 렌즈(482) 및 레티클(483)은, Z축 방향을 따라서 홀더(407) 상에 세워 마련된 통체(408) 내에 배치되어 있으며, 가시 광원(481)은, 통체(408)의 단부에 배치되어 있다. 렌즈(487)는, Z축 방향을 따라서 홀더(407) 상에 세워 마련된 통체(409) 내에 배치되어 있으며, 관찰용 카메라(488)는, 통체(409)의 단부에 배치되어 있다. 통체(408)와 통체(409)는, X축 방향에서 서로 병설되어 있다. 또, X축 방향을 따라서 하프 미러(485)를 투과한 가시광(V), 및 빔 스플리터(486)에 의해서 X축 방향으로 반사된 가시광(V)은, 각각, 홀더(407)의 벽부에 마련된 댐퍼 등에 흡수되도록 해도 괜찮고, 혹은, 적절한 용도로 이용되도록 해도 괜찮다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)의 교환이 상정(想定)되어 있다. 이것은, 가공 대상물(1)의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적절한 레이저광(L)의 파장이 다르기 때문이다. 그 때문에, 출사하는 레이저광(L)의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 출력부(300)가 준비된다. 여기에서는, 출사하는 레이저광(L)의 파장이 500~550nm의 파장대에 포함되는 레이저 출력부(300), 출사하는 레이저광(L)의 파장이 1000~1150nm의 파장대에 포함되는 레이저 출력부(300), 및 출사하는 레이저광(L)의 파장이 1300~1400nm의 파장대에 포함되는 레이저 출력부(300)가 준비된다.

한편, 레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 집광부(400)의 교환이 상정되어 있지 않다. 이것은, 레이저 집광부(400)가 멀티 파장에 대응하고 있기(서로 연속하지 않는 복수의 파장대에 대응하고 있기) 때문이다. 구체적으로는, 미러(402), 반사형 공간 광 변조기(410), 4f 렌즈 유닛(420)의 한 쌍의 렌즈(422, 423), 다이크로익 미러(403), 및 집광 렌즈 유닛(430)의 렌즈(432) 등이 멀티 파장에 대응하고 있다. 여기에서는, 레이저 집광부(400)는, 500~550nm, 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 파장대에 대응하고 있다. 이것은, 레이저 집광부(400)의 각 구성에 소정의 유전체 다층막을 코팅하는 것 등, 원하는 광학 성능이 만족되도록 레이저 집광부(400)의 각 구성이 설계됨으로써 실현된다. 또, 레이저 출력부(300)에서, λ／2 파장판 유닛(330)은 λ／2 파장판을 가지고 있고, 편광판 유닛(340)은 편광판을 가지고 있다. λ／2 파장판 및 편광판은, 파장 의존성이 높은 광학 소자이다. 그 때문에, λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 파장대마다 다른 구성으로서 레이저 출력부(300)에 마련되어 있다.

［레이저 가공 장치에서의 레이저광의 광로 및 편광 방향］

레이저 가공 장치(200)에서는, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)에 대해서 집광되는 레이저광(L)의 편광 방향은, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, X축 방향에 평행한 방향이며, 가공 방향(레이저광(L)의 스캔 방향)과 일치하고 있다. 여기서, 반사형 공간 광 변조기(410)에서는, 레이저광(L)이 P편광으로서 반사된다. 이것은, 반사형 공간 광 변조기(410)의 광 변조층에 액정이 이용되고 있는 경우에, 반사형 공간 광 변조기(410)에 대해서 입출사하는 레이저광(L)의 광축을 포함하는 평면에 평행한 면내에서 액정 분자가 경사지도록, 상기 액정이 배향(配向)되어 있을 때에는, 편파면(偏波面)의 회전이 억제된 상태로 레이저광(L)에 위상 변조가 실시되기 때문이다(예를 들면, 일본특허 제3878758호 공보 참조). 한편, 다이크로익 미러(403)에서는, 레이저광(L)이 S편광으로서 반사된다. 이것은, 레이저광(L)을 P편광으로서 반사시키는 것보다도, 레이저광(L)을 S편광으로서 반사시키는 쪽이, 다이크로익 미러(403)를 멀티 파장에 대응시키기 위한 유전체 다층막의 코팅수가 감소하는 등, 다이크로익 미러(403)의 설계가 용이해지기 때문이다.

따라서, 레이저 집광부(400)에서는, 미러(402)로부터 반사형 공간 광 변조기(410) 및 4f 렌즈 유닛(420)을 거쳐 다이크로익 미러(403)에 이르는 광로가, XY평면을 따르도록 설정되어 있고, 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 광로가, Z축 방향을 따르도록 설정되어 있다.

도 9에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 출력부(300)에서는, 레이저광(L)의 광로가 X축 방향 또는 Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 레이저 발진기(310)로부터 미러(303)에 이르는 광로, 및, 미러(304)로부터 λ／2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340) 및 빔 익스팬더(350)를 거쳐 미러 유닛(360)에 이르는 광로가, X축 방향을 따르도록 설정되어 있고, 미러(303)로부터 셔터(320)를 거쳐 미러(304)에 이르는 광로, 및, 미러 유닛(360)에서 미러(362)로부터 미러(363)에 이르는 광로가, Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다.

여기서, Z축 방향을 따라 레이저 출력부(300)로부터 레이저 집광부(400)로 진행한 레이저광(L)은, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 미러(402)에 의해서 XY평면에 평행한 방향으로 반사되고, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사한다. 이 때, XY평면에 평행한 평면 내에서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사하는 레이저광(L)의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축은, 예각인 각도(α)를 이루고 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 레이저 출력부(300)에서는, 레이저광(L)의 광로가 X축 방향 또는 Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다.

따라서, 레이저 출력부(300)에서, λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을, 레이저광(L)의 출력을 조정하는 출력 조정부로서 뿐만 아니라, 레이저광(L)의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부로서도 기능시킬 필요가 있다.

［반사형 공간 광 변조기］

도 14에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기(410)는, 실리콘 기판(213), 구동 회로층(914), 복수의 화소 전극(214), 유전체 다층막 미러 등의 반사막(215), 배향막(999a), 액정층(표시부)(216), 배향막(999b), 투명 도전막(217), 및 유리 기판 등의 투명 기판(218)이 이 순서로 적층됨으로써 구성되어 있다.

투명 기판(218)은, XY평면을 따른 표면(218a)을 가지고 있고, 이 표면(218a)은, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)을 구성하고 있다. 투명 기판(218)은, 예를 들면 유리 등의 광 투과성 재료로 이루어지며, 반사형 공간 광 변조기(410)의 표면(218a)으로부터 입사한 소정 파장의 레이저광(L)을, 반사형 공간 광 변조기(410)의 내부로 투과시킨다. 투명 도전막(217)은, 투명 기판(218)의 이면(裏面) 상에 형성되어 있으며, 레이저광(L)을 투과하는 도전성 재료(예를 들면 ITO)로이루어진다.

복수의 화소 전극(214)은, 투명 도전막(217)을 따라서 실리콘 기판(213) 상에 매트릭스 모양으로 배열되어 있다. 각 화소 전극(214)은, 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 이루어지며, 이들 표면(214a)은, 평탄하게 또한 매끄럽게 가공되어 있다. 복수의 화소 전극(214)은, 구동 회로층(914)에 마련된 액티브·매트릭스 회로에 의해서 구동된다.

액티브·매트릭스 회로는, 복수의 화소 전극(214)과 실리콘 기판(213)과의 사이에 마련되어 있고, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출력하려고 하는 광상(光像)에 따라 각 화소 전극(214)으로의 인가 전압을 제어한다. 이러한 액티브·매트릭스 회로는, 예를 들면 도시하지 않은 X축 방향으로 늘어선 각 화소열(畵素列)의 인가 전압을 제어하는 제1 드라이버 회로와, Y축 방향으로 늘어선 각 화소열의 인가 전압을 제어하는 제2 드라이버 회로를 가지고 있으며, 제어부(5000)에서의 후술의 공간 광 변조기 제어부(502)(도 16 참조)에 의해서 쌍방의 드라이버 회로에 의해 지정된 화소의 화소 전극(214)에 소정 전압이 인가되도록 구성되어 있다.

배향막(999a, 999b)은, 액정층(216)의 양단면에 배치되어 있고, 액정 분자군(分子群)을 일정 방향으로 배열시킨다. 배향막(999a, 999b)은, 예를 들면 폴리이미드 등의 고분자 재료로 이루어지며, 액정층(216)과의 접촉면에 러빙(rubbing) 처리 등이 실시되어 있다.

액정층(216)은, 복수의 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)과의 사이에 배치되어 있으며, 각 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)에 의해 형성되는 전계(電界)에 따라 레이저광(L)을 변조한다. 즉, 구동 회로층(914)의 액티브·매트릭스 회로에 의해서 각 화소 전극(214)에 전압이 인가되면, 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214)과의 사이에 전계가 형성되며, 액정층(216)에 형성된 전계의 크기에 따라 액정 분자(216a)의 배열 방향이 변화한다. 그리고, 레이저광(L)이 투명 기판(218)및 투명 도전막(217)을 투과하여 액정층(216)에 입사하면, 이 레이저광(L)은, 액정층(216)을 통과하는 동안에 액정 분자(216a)에 의해서 변조되고, 반사막(215)에서 반사된 후, 다시 액정층(216)에 의해 변조되어, 출사한다.

이 때, 후술의 공간 광 변조기 제어부(502)(도 16 참조)에 의해서 각 화소 전극(214)에 인가되는 전압이 제어되고, 그 전압에 따라서, 액정층(216)에서 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214) 사이에 끼워진 부분의 굴절률이 변화한다(각 화소에 대응한 위치의 액정층(216)의 굴절률이 변화한다). 이 굴절률의 변화에 의해, 인가한 전압에 따라서, 레이저광(L)의 위상을 액정층(216)의 화소마다 변화시킬 수 있다. 즉, 홀로그램 패턴에 따른 위상 변조(phase modulation)를 화소마다 액정층(216)에 의해서 부여할 수 있다. 환언하면, 변조를 부여하는 홀로그램 패턴으로서의 변조 패턴을, 반사형 공간 광 변조기(410)의 액정층(216)에 표시시킬 수 있다. 변조 패턴에 입사하여 투과하는 레이저광(L)은, 그 파면이 조정되고, 그 레이저광(L)을 구성하는 각 광선에서 진행 방향에 직교하는 소정 방향의 성분의 위상에 어긋남이 생긴다. 따라서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 표시시키는 변조 패턴을 적절히 설정하는 것에 의해, 레이저광(L)의 변조(예를 들면, 레이저광(L)의 강도, 진폭, 위상, 편광 등이 변조)가 가능해진다.

［4f 렌즈 유닛］

상술한 바와 같이, 4f 렌즈 유닛(420)의 한 쌍의 렌즈(422, 423)는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)이 결상(結像) 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 구체적으로는, 도 15에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(422)의 중심과 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과의 사이의 광로의 거리가 렌즈(422)의 제1 초점 거리(f1)가 되고, 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(423)의 중심과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)과의 사이의 광로의 거리가 렌즈(423)의 제2 초점 거리(f2)가 되며, 렌즈(422)의 중심과 렌즈(423)의 중심과의 사이의 광로의 거리가 제1 초점 거리(f1)와 제2 초점 거리(f2)와의 합(즉, f1＋f2)으로 되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 광로 중 한 쌍의 렌즈(422, 423) 사이의 광로는, 일직선이다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 유효 지름을 크게 하는 관점으로부터, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율(M)이, 0.5＜M＜1(축소계)을 만족하고 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 유효 지름이 클수록, 고정밀 위상 패턴에 의해 레이저광(L)이 변조된다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광(L)의 광로가 길어지는 것을 억제한다고 하는 관점에서는, 0.6≤M≤0.95인 것이 보다 바람직하다. 여기서, (양측 텔레센트릭 광학계의 배율(M))=(집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)에서의 상(像)의 크기)/(반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 물체의 크기)이다. 레이저 가공 장치(200)의 경우, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율(M), 렌즈(422)의 제1 초점 거리(f1) 및 렌즈(423)의 제2 초점 거리(f2)가, M=f2/f1를 만족하고 있다.

또, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 유효 지름을 작게 하는 관점으로부터, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율(M)이, 1＜M＜2(확대계)를 만족하고 있어도 괜찮다. 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 유효 지름이 작을수록, 빔 익스팬더(350)(도 9 참조)의 배율이 작아지게 되어, XY평면에 평행한 평면 내에서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사하는 레이저광(L)의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축이 이루는 각도(α)(도 11 참조)가 작아진다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광(L)의 광로가 길어지는 것을 억제한다고 하는 관점에서는, 1.05≤M≤1.7인 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(200)의 요부에 대해 상세하게 설명한다.

도 16은, 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(200)의 요부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 16에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기(410)의 액정층(216)에 입사하여 반사된 레이저광(L)은, 4f 렌즈 유닛(420)의 릴레이 렌즈인 렌즈(422)에 의해 수렴된 후, 4f 렌즈 유닛(420)의 릴레이 렌즈인 렌즈(423)에서 콜리메이트되어, 다이크로익 미러(403)에 입사한다. 다이크로익 미러(403)에서 반사된 레이저광(L)은, 집광 렌즈 유닛(430)에 입사하고, 집광 렌즈 유닛(430)을 거쳐 가공 대상물(1)에 조사된다. 가공 대상물(1)에 조사된 레이저광(L)은, 표면(1a)을 반사면으로 하여 반사된다. 표면(1a)에서 반사된 레이저광(L)의 반사광(RL)은, 다이크로익 미러(403)를 통과한 후, 렌즈(487)를 거쳐 관찰용 카메라(488)의 촬상면에 입사된다.

4f 렌즈 유닛(420)의 한 쌍의 렌즈(422, 423)는, 액정층(216)의 반사면(410a)에서의 레이저광(L)의 파면(波面)을, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)으로 전상(輾像)(릴레이)한다. 이것에 의해, 액정층(216)의 반사면(410a)과, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)은, 서로 공역(共役)의 관계를 구성한다. 4f 렌즈 유닛(420)은, 액정층(216)에서의 레이저광(L)의 상(像)을 입사동면(430a)에 전상하는 전상 광학계를 구성한다.

관찰용 카메라(488)는, 표면(1a)에서 반사된 반사광(RL)을 검출하는 반사광 검출기를 구성한다. 관찰용 카메라(488)는, 반사광(RL)의 점상(빔 스폿, 표면 반사상(反射像), 또는 집광 스폿이라고도 칭함)을 포함하는 화상인 점상(点像) 화상을 촬상한다. 관찰용 카메라(488)는, 촬상한 점상 화상을 제어부(500)로 출력한다.

제어부(500)는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 액정층(216)에 표시하는 위상 패턴을 제어한다. 위상 패턴은, 상술의 변조 패턴으로서, 레이저광(L)을 변조하는 위상 분포이다. 위상 패턴은, 액정층(216) 상에 설정된 기준 위치를 기준으로 하여 설정되어 있다. 즉, 액정층(216)에서 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 위치가 기준 위치(이하, 간단하게 「기준 위치」라고 함)로서 설정되어 있으며, 이 기준 위치를 기본으로 정해진 좌표계에서, 위상 패턴의 위치가 설정되어 있다. 예를 들면 위상 패턴의 위치는, 액정층(216) 상의 기준 위치를 원점으로 하는 2차원 좌표의 좌표치로서 설정되어 있다. 액정층(216)에서의 좌표계는, 좌표축 방향으로서 X방향 및 Y방향을 가지며, 액정층(216)의 1픽셀을 1단위로 할 수 있다.

제어부(500)는, 액정층(216)의 표시의 제어에 관한 제1 표시 처리 및 제2 표시 처리를 실행한다. 제1 표시 처리는, 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)을 촬상할 때, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 액정층(216)에 표시시키는 처리이다. 제2 표시 처리는, 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)을 촬상할 때, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치를 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 액정층(216)에 표시시키는 처리이다. 제2 집광 위치는, 제1 집광 위치와는 레이저광(L)의 광축 방향(조사 방향)에서 다른 위치이다.

제1 위상 패턴은, 블랙 패턴, 제1 디포커스 패턴 및 제2 디포커스 패턴 중 어느 하나이다. 제2 위상 패턴은, 블랙 패턴, 제1 디포커스 패턴 및 제2 디포커스 패턴 중 다른 어느 하나이다.

블랙 패턴은, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치를, 그대로 집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치로 하는 위상 패턴이다. 블랙 패턴은, 집광점의 위치를 가변하지 않는 위상 패턴이며, 액정층(216) 상에서 전역(全域)이 동일한 표시가 되는 패턴이다. 이하, 블랙 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우의 집광 위치를, 「기준 집광 위치」라고도 한다.

제1 디포커스 패턴은, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치를, 집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치에 대해서 상기 집광 렌즈 유닛(430)측의 위치(상기 집광 렌즈 유닛(430)에 가까워지는 위치)로 하는 위상 패턴이다. 제1 디포커스 패턴은, 볼록 렌즈에 대응하는 위상 패턴이며, 복수의 동심원 도형을 포함하는 패턴이다. 예를 들면 제1 디포커스 패턴은, 디포커스량이 ＋30μm인 볼록 렌즈에 대응하는 위상 패턴이다. 이하, 제1 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우의 집광 위치를, 「볼록 렌즈(DF) 집광 위치」라고도 한다.

제2 디포커스 패턴은, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치를, 집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치에 대해서 상기 집광 렌즈 유닛(430)과는 반대측의 위치(상기 집광 렌즈 유닛(430)으로부터 떨어지는 위치)로 하는 위상 패턴이다. 제2 디포커스 패턴은, 오목 렌즈에 대응하는 위상 패턴이며, 복수의 동심원 도형을 포함하는 패턴이다. 예를 들면 제2 디포커스 패턴은, 디포커스량이 -30μm인 오목 렌즈에 대응하는 위상 패턴이다. 예를 들면 제1 및 제2 디포커스 패턴의 디포커스량은, 서로 절대치가 동일하고 또한 부호가 다르다. 이하, 제2 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우의 집광 위치를, 「오목 렌즈(DF) 집광 위치」라고도 한다.

따라서, 제1 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 어느 하나이며, 제2 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 다른 어느 하나이다.

(A) 기준 집광 위치(집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치),

(B) 볼록 렌즈(DF) 집광 위치

(기준 집광 위치에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)측의 위치),

(C) 오목 렌즈(DF) 집광 위치

(기준 집광 위치에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)과는 반대측의 위치)

혹은, 제어부(500)는, 액정층(216)의 표시의 제어에 관한 제3 표시 처리(표시 처리)를 실행한다. 제3 표시 처리는, 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)을 촬상할 때, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되어 레이저광(L)을 조사 방향을 따라서 장척의 집광 범위에 집광시키는 제3 위상 패턴을, 액정층(216)에 표시시키는 처리이다.

제3 위상 패턴은, 기준 집광 위치로부터 레이저광(L)의 조사 방향에서의 일방측 또는 타방측에 일정 길이의 범위를 집광 범위로 하고, 상기 집광 범위에서 집광 지름을 기준 집광 지름(기준 집광 위치의 집광 지름)과 동일하게 하는 패턴이다. 제3 위상 패턴은, 기준 집광 위치의 조사 방향 전측(前側) 또는 조사 방향 후측(後側)에서의 빔 지름이, 기준 집광 위치에서의 빔 지름과 대략 동일한 집광 지름이 되는 장척 빔이 되는 패턴이다. 제3 위상 패턴은, 조사 방향에서 기준 수차 범위보다도 긴 장척 범위를 수차의 범위로서 가진다. 제3 위상 패턴은, 조사 방향에서의 레이저광(L)의 강도 분포가 상기 장척 범위에서 연속하는 강약을 가지는 패턴이다. 제3 위상 패턴은, 조사 방향을 따라서 근접하게 늘어서는 복수 위치에 레이저광(L)의 집광점이 형성되도록 레이저광(L)에 수차를 부여하는 패턴이다. 제3 위상 패턴은, 액시콘 렌즈(Axicon lens)의 작용을 실현하는 위상 변조에 의한 수차를 부여하는 패턴이다. 제3 위상 패턴은, 제1 액시콘 패턴 또는 제2 액시콘 패턴이다. 또, 제1 액시콘 패턴 및 제2 액시콘 패턴 중 어느 일방을, 간단하게 「액시콘 패턴」이라고 한다. 레이저광(L)의 집광 범위는, 레이저광(L)이 집광하고 나서 발산할 때까지의 사이로서 빔 지름이 퍼지지 않는 범위이다.

제1 액시콘 패턴 및 제2 액시콘 패턴은, 액시콘 렌즈에 대응하는 위상 패턴이다. 제1 액시콘 패턴 및 제2 액시콘 패턴에 의하면, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)은, 집광 범위를 가진다.

제1 액시콘 패턴은, 오목 액시콘 렌즈에 대응하는 위상 패턴이다. 제1 액시콘 패턴은, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치로부터 상기 집광 렌즈 유닛(430)측과는 반대측의 위치(상기 집광 렌즈 유닛(430)으로부터 떨어지는 위치)까지 빔 지름이 퍼지지 않는 패턴이다. 제2 액시콘 패턴은, 볼록 액시콘 렌즈에 대응하는 위상 패턴이다. 제2 액시콘 패턴은, 집광 렌즈 유닛(430)에 의해 집광되는 레이저광(L)의 집광 위치로부터 상기 집광 렌즈 유닛(430)측의 위치(상기 집광 렌즈 유닛(430)에 가까워지는 위치)까지 빔 지름이 퍼지지 않는 패턴이다.

제1 액시콘 패턴을 이용하는 경우에는, 제1 집광 위치는, 이하의 (A) 및 (B) 중 어느 일방이며, 제2 집광 위치는 어느 타방이다.

(A) 기준 집광 위치(집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치),

(B) 빔 지름이 퍼지기 어려운 집광 위치로서, 기준 집광 위치에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)과는 반대측의 위치

제2 액시콘 패턴을 이용하는 경우에는, 제1 집광 위치는, 이하의 (A) 및 (B) 중 어느 일방이며, 제2 집광 위치는 어느 타방이다.

(A) 기준 집광 위치(집광 렌즈 유닛(430)의 초점 위치),

(B) 빔 지름이 퍼지기 어려운 집광 위치로서, 기준 집광 위치에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)측의 위치

제어부(500)는, 제1 표시 처리의 실행시에 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 점상 화상의 점상 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리를 실행한다. 점상의 위치는, 예를 들면 점상의 중심(重心) 위치이며, 화상 처리에 의한 중심(重心) 연산 등의 공지 수법에 의해 구할 수 있다(이하, 동일). 제어부(500)는, 이 제1 위치 취득 처리를, 액정층(216) 상의 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행한다. 이것에 의해, 액정층(216) 상의 제1 위상 패턴의 위치마다에서의 복수의 제1 위치를 취득한다. 구체적으로는, X방향 및 Y방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 하나 또는 복수의 픽셀만큼 서로 위치가 어긋난 복수의 제1 위상 패턴 각각에 관하여, 점상의 중심 위치인 제1 위치를 취득한다.

제어부(500)는, 제2 표시 처리의 실행시에 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 점상 화상에서의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행한다. 제어부(500)는, 이 제2 위치 취득 처리를, 액정층(216) 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행한다. 이것에 의해, 액정층(216) 상의 제2 위상 패턴의 위치마다에서의 복수의 제2 위치를 취득한다. 구체적으로는, X방향 및 Y방향의 적어도 어느 하나의 방향으로 하나 또는 복수의 픽셀만큼 서로 위치가 어긋난 복수의 제2 위상 패턴 각각에 관하여, 점상의 중심 위치인 제2 위치를 취득한다.

혹은, 제어부(500)는, 제3 표시 처리의 실행시에 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 점상 화상의 점상 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리를 실행한다. 제어부(500)는, 이 제1 위치 취득 처리를, 액정층(216) 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행한다. 이것에 의해, 액정층(216) 상의 제3 위상 패턴의 위치마다에서의 복수의 제1 위치를 취득한다. 구체적으로는, X방향 및 Y방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 하나 또는 복수의 픽셀만큼 서로 위치가 어긋난 복수의 제3 위상 패턴 각각에 관하여, 점상의 중심 위치인 제1 위치를 취득한다. 제1 위치 취득 처리의 제3 표시 처리와는 조사 방향의 집광 렌즈 유닛(430)의 위치가 다른 제3 표시 처리의 실행시에, 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 점상 화상에서의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행한다. 제어부(500)는, 이 제2 위치 취득 처리를, 액정층(216) 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행한다. 이것에 의해, 액정층(216) 상의 제3 위상 패턴의 위치마다에서의 복수의 제2 위치를 취득한다. 구체적으로는, X방향 및 Y방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 하나 또는 복수의 픽셀만큼 서로 위치가 어긋난 복수의 제3 위상 패턴 각각에 관하여, 점상의 중심 위치인 제2 위치를 취득한다.

제어부(500)는, 제2 이동 기구(240)의 동작을 제어하고, 제1 위치 취득 처리에서 제1 위치를 취득할 때에서의 관찰용 카메라(488)에 의해 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 레이저광(L)의 광축 방향을 따라서 이동시킨다. 또 제어부(500)는, 제2 이동 기구(240)의 동작을 제어하고, 제2 위치 취득 처리에서 제2 위치를 취득할 때에 관찰용 카메라(488)에 의해 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 레이저광(L)의 광축 방향을 따라서 이동시킨다.

혹은, 제어부(500)는, 제2 이동 기구(240)의 동작을 제어하고, 제1 위치 취득 처리에서 제1 위치를 취득할 때에 관찰용 카메라(488)에 의해 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 레이저광(L)의 광축 방향을 따라서 이동시킨다. 또 제어부(500)는, 제2 이동 기구(240)의 동작을 제어하고, 제2 위치 취득 처리에서 제2 위치를 취득할 때에 관찰용 카메라(488)에 의해 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 다른 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 레이저광(L)의 광축 방향을 따라서 이동시킨다.

여기에서는, 제1 위치를 취득할 때의 집광 렌즈 유닛(430)의 이동은, 제2 위치를 취득할 때의 집광 렌즈 유닛(430)의 이동에 대해서, 그 이동량이 대략 동일하고 또한 이동 방향이 역방향(이동의 방향이 반대 방향)으로 되어 있다. 반사광(RL)의 점상을 확인 가능한 위치는, 상기 점상에 핀트가 일정 정도 이상 맞아 있어, 예를 들면 상기 점상의 중심 위치의 인식 또는 그 화상 처리가 가능한 위치를 포함하고 있다.

제어부(500)는, 제1 위상 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 상태에서, 레이저 출력부(300)의 동작을 제어하여 레이저 발진기(310)(도 9 참조)로부터 레이저광(L)을 발생시켜 가공 대상물(1)에 조사시키는 처리를 실행한다. 제어부(500)는, 레이저광(L)의 상기 조사에 따라 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 반사광(RL)의 점상 화상을, 관찰용 카메라(488)로부터 취득하는 처리를 실행한다.

여기서, 제어부(500)는, 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 점상 화상에서의 점상의 제1 위치 및 제2 위치에 근거하여, 입사동면(430a)의 중심 위치와 4f 렌즈 유닛(420)에 의해 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)의 중심 위치와의 사이의 어긋남(이하, 「전상 위치 어긋남」이라고 함)이 있는지 아닌지를 판정한다. 또 제어부(500)는, 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 없어지도록, 위상 패턴의 기준 위치를 조정한다. 이하, 전상 위치 어긋남의 판정, 및, 기준 위치의 조정에 관한 원리 또는 현상에 대해 설명한다.

도 17은, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 상태를 설명하는 개략도이다. 도 20은, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 상태를 설명하는 개략도이다. 도 17에 나타내어지는 바와 같이, 액정층(216) 상에서 위상 패턴의 기준 위치가 광축 중심과 일치하여, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 경우, 4f 렌즈 유닛(420)은, 반사형 공간 광 변조기(410)의 액정층(216)에서 반사한 레이저광(L)을, 그대로 집광 렌즈 유닛(430)까지 상(像)전송한다. 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 중심 위치(C1)는, 입사동면(430a)의 중심 위치(C2)와 일치하고 있다. 이 경우, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향(도시한 상하 방향)에서, 기준 집광 위치(P0)와 볼록 렌즈(DF) 집광 위치(P1)와 오목 렌즈(DF) 집광 위치(P2)는 서로 일치하는 상태가 되는 것을 알 수 있다.

도 18 및 도 19는, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 상태를 설명하는 다른 개략도이다. 도면 중에서, 제1 액시콘 집광 위치(P11)는, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의, 기준 집광 위치(P10)에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)측과는 반대측의 레이저 빔이 너무 퍼지지 않은 위치(레이저광(L)의 집광 범위(P100)에서 집광 렌즈 유닛(430)측과는 반대측의 위치)이다. 제2 액시콘 집광 위치(P12)는, 제2 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의, 기준 집광 위치(P10)에 대해서 집광 렌즈 유닛(430)측의 레이저 빔이 너무 퍼지지 않은 위치(레이저광(L)의 집광 범위(P200)에서 집광 렌즈 유닛(430)측의 위치)이다.

제1 액시콘 패턴을 이용하면, 도 18에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 경우, 기준 집광 위치(P10)와 제1 액시콘 집광 위치(P11)는, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향(도면에서 상하 방향)에서 서로 일치하는 상태가 되는 것을 알 수 있다. 제2 액시콘 패턴을 이용하면, 도 19에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 경우, 기준 집광 위치(P10)와 제2 액시콘 집광 위치(P12)는, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향(도면에서 상하 방향)에서 서로 일치하는 상태가 되는 것을 알 수 있다.

한편, 도 20에 나타내어지는 바와 같이, 액정층(216) 상에서 위상 패턴의 기준 위치가 광축 중심과 불일치이면, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 중심 위치(C1)는 입사동면(430a)의 중심 위치(C2)에 대해서 어긋나 있다, 즉, 전상 위치 어긋남이 생긴다. 이 경우, 집광 렌즈 유닛(430)에서 레이저광(L)이 적정하게 집광되지 않고, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향에서, 기준 집광 위치(P0)와 볼록 렌즈(DF) 집광 위치(P1)와 오목 렌즈(DF) 집광 위치(P2)는 서로 떨어진 상태가 되는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 볼록 렌즈(DF) 집광 위치(P1)와 오목 렌즈(DF) 집광 위치(P2)가, 상기 직교 방향에서 기준 집광 위치(P0)를 중심으로 한 일방측과 타방측으로 각각 어긋나는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 액정층(216)에서 위상 패턴의 중심 위치가 광축 중심에 대해 1픽셀 어긋나면, 20μm의 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 경우가 있어, 가공 품질에 영향이 미칠 가능성이 있다.

도 21 및 도 22는, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 상태를 설명하는 다른 개략도이다. 제1 액시콘 패턴을 이용하면, 도 21에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 경우, 집광 렌즈 유닛(430)에서 레이저광(L)이 적정하게 집광되지 않고, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향에서, 기준 집광 위치(P10)와 제1 액시콘 집광 위치(P11)가 서로 떨어진 상태가 되는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 기준 집광 위치(P10)와 제1 액시콘 집광 위치(P11)가, 상기 직교 방향에서 기준 집광 위치(P10)를 중심으로 한 일방측과 타방측으로 어긋나는 것을 알 수 있다.

제2 액시콘 패턴을 이용하면, 도 22에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 경우, 집광 렌즈 유닛(430)에서 레이저광(L)이 적정하게 집광되지 않고, 레이저광(L)의 광축 방향과 직교하는 직교 방향에서, 기준 집광 위치(P10)와 제2 액시콘 집광 위치(P12)가 서로 떨어진 상태가 되는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 기준 집광 위치(P10)와 제2 액시콘 집광 위치(P12)가, 상기 직교 방향에서 기준 집광 위치(P10)를 중심으로 한 일방측과 타방측으로 어긋나는 것을 알 수 있다.

도 23은, 액정층(216)에 제1 디포커스 패턴을 표시시킨 경우의 점상 화상을 예시하는 도면이다. 이 도 23에서는, 제1 디포커스 패턴의 위치를 변화시켰을 때의 복수의 점상 화상이 확대되어 나타내어져 있다. 도 24는, 액정층(216)에 제2 디포커스 패턴을 표시시킨 경우의 점상 화상을 예시하는 도면이다. 이 도 24에서는, 제2 디포커스 패턴의 위치를 변화시켰을 때의 복수의 점상 화상이 확대되어 나타내어져 있다.

점상 화상(G0, G10)은, 기준 위치가 광축 중심(C4)에 설정되어 있는 경우의 점상이다. 점상 화상(G1, G11)은, 광축 중심(C4)에 대해서 기준 위치가 액정층(216)의 좌표계의 X방향 마이너스측으로 2픽셀 어긋나 있는 경우의 점상이다. 점상 화상(G2, G12)은, 광축 중심(C4)에 대해서 기준 위치가 액정층(216)의 좌표계의 X방향의 플러스측으로 2픽셀 어긋나 있는 경우의 점상이다. 점상 화상(G3, G13)은, 광축 중심(C4)에 대해서 기준 위치가 액정층(216)의 좌표계의 Y방향의 마이너스측으로 2픽셀 어긋나 있는 경우의 점상이다. 점상 화상(G4, G14)은, 광축 중심(C4)에 대해서 기준 위치가 액정층(216)의 좌표계의 Y방향의 플러스측으로 2픽셀 어긋나 있는 경우의 점상이다. 또, 점상 화상(G0, G10)은, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 경우의 점상이다. 점상 화상(G1~G4, G11~G14)은, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 경우의 점상이다. 또, 각 점상 화상(G0~G4, G10~G14) 상에 나타내어진 십자선은, 관찰용 카메라(488)에 의한 촬상시에 화상 상에 부가된 표시이며, 액정층(216) 및 입사동면(430a)의 좌표계를 나타내는 표시는 아니다.

도 23에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 점상 화상(G1~G4)의 점상의 중심(重心) 위치는, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 점상 화상(G0)의 점상의 중심 위치에 대해서, 떨어져 있다(어긋나 있다). 구체적으로는, 점상 화상(G1)의 점상은, 점상 화상(G0)의 점상에 대해서 도면에서 하측으로 어긋나 있고, 점상 화상(G2)의 점상은, 점상 화상(G0)의 점상에 대해서 도면에서 상측으로 어긋나 있다. 점상 화상(G3)의 점상은, 점상 화상(G0)의 점상에 대해서 도면에서 우측으로 어긋나 있고, 점상 화상(G4)의 점상은, 점상 화상(G0)의 점상에 대해서 도면에서 좌측으로 어긋나 있다.

마찬가지로, 도 24에 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 생겨 있는 점상 화상(G11~G14)의 점상의 중심 위치는, 전상 위치 어긋남이 생기지 않은 점상 화상(G10)의 점상의 중심 위치에 대해서, 떨어져 있다. 구체적으로는, 점상 화상(G11)의 점상은, 점상 화상(G10)의 점상에 대해서 도면에서 상측으로 어긋나 있고, 점상 화상(G12)의 점상은, 점상 화상(G10)의 점상에 대해서 도면에서 하측으로 어긋나 있다. 점상 화상(G13)의 점상은, 점상 화상(G10)의 점상에 대해서 도면에서 좌측으로 어긋나 있고, 점상 화상(G14)의 점상은, 점상 화상(G10)의 점상에 대해서 도면에서 우측으로 어긋나 있다.

또, 제1 디포커스 패턴 대신에 액시콘 패턴을 이용한 경우에도, 도 23 및 도 24에 예시되는 결과와 동일한 결과가 얻어진다.

도 25는, 점상의 중심(重心) 위치와 광축 중심(中心)에 대한 기준 위치의 어긋남량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 25의 (a)는, 점상의 X좌표에서의 중심 위치와, 기준 위치의 X방향의 어긋남량을 나타내고 있다. 도 25의 (b)는, 점상의 Y좌표에서의 중심 위치와, 기준 위치의 Y방향의 어긋남량을 나타내고 있다. 도면 중의 「△」은 제1 위치(제1 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치)이며, 도면 중의 「○」은 제2 위치(제2 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치)이다.

도 25에 나타내어지는 바와 같이, 제1 위치는, 기준 위치의 어긋남량에 관해서, 정(正)의 비례 상수의 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다. 제2 위치는, 기준 위치의 어긋남량에 관해서, 부(負)의 비례 상수의 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다. 제1 위치의 비례 관계를 나타내는 직선과 제2 위치의 비례 관계를 나타내는 직선과의 교점에 있을 때의 기준 위치가, 광축 중심과 일치하고 있는 상태(기준 위치의 어긋남량이 대략 0으로 되어 있는 상태)인 것을 알 수 있다.

즉, 제1 위치 및 제2 위치가 일치하고 있는 경우, 광축 중심에 대한 기준 위치의 어긋남량이 0이며, 전상 위치 어긋남이 발생하고 있지 않다. 환언하면, 광축 중심에 대한 기준 위치의 어긋남량이 0이며, 전상 위치 어긋남이 발생하고 있지 않는 경우에는, 제1 위치 및 제2 위치가 서로 일치한다. 한편, 제1 위치 및 제2 위치가 서로 이간할수록, 기준 위치의 어긋남량이 커지고, 전상 위치 어긋남이 커진다. 환언하면, 광축 중심에 대한 기준 위치의 어긋남량의 절대치가 커질수록, 전상 위치 어긋남이 커져, 제1 위치 및 제2 위치가 서로 이간한다.

또, 일치는, 완전 일치 뿐만 아니라, 대략 일치 및 대체로 일치를 포함한다. 일치는, 실질적으로 동일한 것을 의미하며, 예를 들면 관찰용 카메라(488)의 촬상 오차나 제한, 및, 액정층(216)에 위상 패턴을 표시시킬 때의 표시 오차나 해상도의 제한에 기인하는 상위(相違)를 허용한다. 일치에는, 기준 위치의 어긋남량을 변화시킨 경우에서의 제1 위치와 제2 위치가 가장 가까울 때의 상태가 포함된다. 예를 들면 일치에는, 도 25에서, 기준 위치의 어긋남량이 0일 때의 제1 위치와 제2 위치와의 위치 관계가 포함된다.

이상의 원리 또는 현상에 관한 지견으로부터, 도 16에 나타내어지는 바와 같이, 제어부(500)는, 관찰용 카메라(488)에서 촬상한 점상 화상에 근거하여, 전상 위치 어긋남이 있는지 아닌지를 판정한다. 구체적으로는, 제어부(500)는, 제1 위치(제1 위상 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치)와 제2 위치(제2 위상 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치)가 일치하고 있지 않는 경우에, 전상 위치 어긋남이 있다고 판정한다.

또, 제어부(500)는, 액정층(216)에서의 기준 위치를, 관찰용 카메라(488)에서 촬상한 점상 화상에 근거하여 조정한다. 제어부(500)는, 제1 및 제2 위치 취득 처리에서 취득한 제1 및 제2 위치에 근거하여, 액정층(216)에서의 기준 위치를 오프셋한다(비켜놓는다). 제어부(500)는, 동일 기준 위치의 조건하에서 제1 및 제2 위치 취득 처리를 실행하여 취득되는 제1 위치 및 제2 위치가 서로 일치하도록, 상기 기준 위치를 오프셋한다. 예를 들면 제어부(500)는, 도 25에 나타내어지는 관계를 이용하여, 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치로부터 광축 중심을 산출한다. 그리고, 산출한 상기 광축 중심으로 기준 위치를 오프셋한다.

제어부(500)에는, 모니터가 접속되어 있다. 모니터는, 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 반사광(RL)의 점상 화상을 표시할 수 있다. 모니터는, 공간 광 변조기 제어부(502)에 의해 액정층(216)에 표시시키는 위상 패턴을 표시할 수 있다. 모니터는, 제어부(500)에 의한 전상 위치 어긋남이 있는지 아닌지의 판정 결과를 로그로서 표시할 수 있다. 모니터는, 제어부(500)에 의한 기준 위치의 조정 결과를 로그로서 표시할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 레이저광 조사 방법의 일 예에 대해서, 도 26~도 28의 플로우차트를 참조하면서 설명한다.

본 실시 형태에 관한 레이저광 조사 방법은, 레이저 가공 장치(200)의 검사 방향 또는 조정 방법으로서 이용할 수 있는 것이며, 예를 들면 정기 점검시의 체크 모드로서 실시된다. 본 실시 형태에 관한 레이저광 조사 방법에서는, 제어부(500)에 의해 다음의 처리를 실행한다. 즉, 먼저, 블랙 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S1). 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)를 Z축 방향을 따라서 이동시키고, 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S2). 상기 스텝 S2에서는, 집광 렌즈 유닛(430)을 광축 방향으로 이동시키면서 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)의 점상을 탐색한다.

액정층(216)에 블랙 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시키고, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S3). 상기 스텝 S3에서는, 레이저광(L)의 조사에 의해 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성되지 않도록, 레이저 출력부(300)(특히, λ／2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340))를 제어하여, 레이저광(L)의 출력을 가공 대상물(1)의 가공 문턱값보다도 작은 출력으로 조정한다. 또, 레이저광(L)의 출력을 가공 문턱값보다도 작게 하는 조정은, 후술의 스텝 S7, S13, S18, S23, S28에서 동일하게 실시된다. 촬상한 상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심(重心) 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S4).

이어서, 제1 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S5). 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)를 Z축 방향을 따라서 이동시키고, 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S6). 상기 스텝 S6에서는, 집광 렌즈 유닛(430)을 광축 방향으로 이동시키면서 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)의 점상을 탐색한다.

액정층(216)에 제1 디포커스 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S7). 촬상한 상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S8).

상기 스텝 S4, S8에서 산출한 점상의 중심 위치에 근거하여, 전상 위치 어긋남의 유무를 판정한다(스텝 S9). 구체적으로는, 블랙 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치와, 제1 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 점상의 중심 위치가 서로 일치하는 경우, 상기 스텝 S9에서 NO가 되고, 전상 위치 어긋남 없음으로 하여, 그대로 처리를 종료한다. 한편, 이들 중심 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우, 상기 스텝 S9에서 YES가 되고, 전상 위치 어긋남이 있음으로 하여, 위상 패턴의 기준 위치를 조정하는 기준 위치 조정 처리를 실행한다(스텝 S10).

기준 위치 조정 처리에서는, 먼저, 상기 스텝 S5와 마찬가지로, 제1 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S11). 상기 스텝 S6과 마찬가지로, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)를 Z축 방향을 따라서 이동시키고, 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S12). 상기 스텝 S7과 마찬가지로, 액정층(216)에 제1 디포커스 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S13).

상기 스텝 S8과 마찬가지로, 상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S14). 상기 스텝 S13의 처리 횟수인 촬상 횟수 i가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S15). 상기 스텝 S15에서 NO인 경우, 액정층(216) 상의 위상 패턴의 위치를 X방향을 따라서 1픽셀분(分) 변화시키고, 상기 스텝 S13의 처리로 되돌아간다(스텝 S16).

상기 스텝 S15에서 YES인 경우, 액정층(216) 상의 제1 디포커스 패턴의 위치를 Y방향을 따라서 1픽셀분 변화시킨다(스텝 S17). 상기 스텝 S13와 마찬가지로, 액정층(216)에 제1 디포커스 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 반사광(RL)의 점상 화상을 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상한다(스텝 S18). 상기 스텝 S14와 마찬가지로, 상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S19). 상기 스텝 S18의 처리 횟수인 촬상 횟수 j가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S20). 상기 스텝 S20에서 NO인 경우, 상기 스텝 S17의 처리로 되돌아간다.

상기 스텝 S20에서 YES인 경우, 제2 디포커스 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S21). 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)를 Z축 방향을 따라서 이동시키고, 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S22). 상기 스텝 S22에서는, 집광 렌즈 유닛(430)을 광축 방향으로 이동시키면서 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)의 점상을 탐색한다.

액정층(216)에 제2 디포커스 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S23).

상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S24). 상기 스텝 S23의 처리 횟수인 촬상 횟수 i가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S25). 상기 스텝 S25에서 NO인 경우, 액정층(216) 상의 위상 패턴의 위치를 X방향을 따라서 1픽셀분 변화시키고, 상기 스텝 S23의 처리로 되돌아간다(스텝 S26).

상기 스텝 S25에서 YES인 경우, 액정층(216) 상의 제2 디포커스 패턴의 위치를 Y방향을 따라서 1픽셀분 변화시킨다(스텝 S27). 상기 스텝 S23와 마찬가지로, 액정층(216)에 제2 디포커스 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시키고, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 상기 조사에 따라 반사광(RL)의 점상 화상을 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상한다(스텝 S28). 상기 스텝 S24와 마찬가지로, 상기 점상 화상의 점상에 대해서 화상 처리에 의한 중심 연산 등을 행하고, 그 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S29). 상기 스텝 S28의 처리 횟수인 촬상 횟수 j가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S30). 상기 스텝 S30에서 NO인 경우, 상기 스텝 S27의 처리로 되돌아간다.

이어서, 상기 스텝 S14 및 상기 스텝 S19에서 산출한 복수의 제1 위치와, 상기 스텝 S24 및 상기 스텝 S29에서 산출한 복수의 제2 위치에 근거하여, 액정층(216)의 광축 중심을 산출한다(스텝 S31). 예를 들면 상기 스텝 S31에서는, 위상 패턴의 중심 위치와 제1 위치에 관한 1차 함수를 구한다. 위상 패턴의 중심 위치와 제2 위치에 관한 1차 함수를 구한다. 그리고, 이들 1차 함수가 교차할 때의 위상 패턴의 위치로부터 광축 중심을 산출한다. 제어부(500)는, 산출한 상기 광축 중심으로, 액정층(216)의 기준 위치를 오프셋한다(스텝 S32). 이것에 의해, 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 생기지 않는 상태로, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 위치가 보정되게 된다.

상기의 레이저광 조사 방법의 예에서는, 점상 위치 어긋남을 판정할 때, 제1 위상 패턴을 블랙 패턴으로 함과 아울러, 제2 위상 패턴을 제1 디포커스 패턴으로 하고 있다. 기준 위치 조정 처리에서는, 제1 위상 패턴을 제1 디포커스 패턴으로 함과 아울러, 제2 위상 패턴을 제2 디포커스 패턴으로 하고 있다. 그러나, 제1 위상 패턴은, 블랙 패턴, 제1 디포커스 패턴 및 제2 디포커스 패턴 중 어느 하나이면 되며, 제2 위상 패턴은, 이들의 다른 어느 하나이면 좋다.

상기에서, 제어부(500)는 점상 위치 취득부, 위치 판정부 및 위치 조정부를 구성한다. 상기 스텝 S11는, 제1 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S13, S18은, 제2 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S14, S19는, 제3 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S15~S17, S20는, 제4 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S21는, 제5 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S23, S28는, 제6 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S24, S29는, 제7 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S25~S27, S30는, 제8 스텝을 구성한다. 상기 스텝 S31, S32는, 제9 스텝을 구성한다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 레이저광 조사 방법의 다른 일 예에 대해서, 도 29~도 31의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다. 또, 도 26~도 28의 플로우 차트에 관한 상기 설명에 대해서 중복하는 개소의 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 레이저광 조사 방법의 다른 일 예에서는, 제어부(500)에 의해 다음의 처리를 실행한다. 즉, 먼저, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S101). 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S102). 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S103). 점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S104).

이어서, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 계속하여 표시시킨다(스텝 S105).반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 다른 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S106). 액정층(216)에 제1 액시콘 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S107). 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S108).

상기 스텝 S104, S108에서 산출한 점상의 중심 위치에 근거하여, 전상 위치 어긋남의 유무를 판정한다(스텝 S109). 구체적으로는, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 제1 위치에서의 점상의 중심 위치와, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨 경우에서의 제2 위치에서의 점상의 중심 위치가 서로 일치하는 경우, 상기 스텝 S109에서 NO가 되고, 전상 위치 어긋남 없음으로 하여, 그대로 처리를 종료한다. 한편, 이들 중심 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우, 상기 스텝 S109에서 YES가 되고, 전상 위치 어긋남이 있음으로 하여, 위상 패턴의 기준 위치를 조정하는 기준 위치 조정 처리를 실행한다(스텝 S110).

기준 위치 조정 처리에서는, 먼저, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 표시시킨다(스텝 S111). 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S112). 또, 이동 위치는, 집광 범위(P100) 중 어느 하나의 위치에 설정한다. 액정층(216)에 제1 액시콘 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S113).

점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S114). 상기 스텝 S113의 처리 횟수인 촬상 횟수 i가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S115). 상기 스텝 S115에서 NO인 경우, 액정층(216) 상의 위상 패턴의 위치를 X방향을 따라서 1픽셀분 변화시키고, 상기 스텝 S113의 처리로 되돌아간다(스텝 S116).

상기 스텝 S15에서 YES인 경우, 액정층(216) 상의 제1 액시콘 패턴의 위치를 Y방향을 따라서 1픽셀분 변화시킨다(스텝 S117). 액정층(216)에 제1 액시콘 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 반사광(RL)의 점상 화상을 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상한다(스텝 S118). 점상의 중심 위치를 제1 위치로서 산출한다(스텝 S119). 상기 스텝 S118의 처리 횟수인 촬상 횟수 j가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S120). 상기 스텝 S120에서 NO인 경우, 상기 스텝 S117의 처리로 되돌아간다.

상기 스텝 S120에서 YES인 경우, 제1 액시콘 패턴을 액정층(216)에 계속하여 표시시킨다(스텝 S121). 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 다른 위치(집광 범위(P100) 중 어느 하나의 위치이고 또한 스텝 S112와는 다른 위치)로, 집광 렌즈 유닛(430)을 가공 대상물(1)에 대해서 광축 방향으로 이동시킨다(스텝 S122). 액정층(216)에 제1 액시콘 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시키고, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 관찰용 카메라(488)에 의해서 반사광(RL)의 점상 화상을 촬상한다(스텝 S123). 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S124). 상기 스텝 S123의 처리 횟수인 촬상 횟수 i가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S125). 상기 스텝 S125에서 NO인 경우, 액정층(216) 상의 위상 패턴의 위치를 X방향을 따라서 1픽셀분 변화시키고, 상기 스텝 S123의 처리로 되돌아간다(스텝 S126).

상기 스텝 S125에서 YES인 경우, 액정층(216) 상의 제1 액시콘 패턴의 위치를 Y방향을 따라서 1픽셀분 변화시킨다(스텝 S127). 액정층(216)에 제1 액시콘 패턴을 표시시킨 상태에서, 레이저 발진기(310)로부터 레이저광(L)을 발생시켜, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사한다. 반사광(RL)의 점상 화상을 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상한다(스텝 S128). 점상의 중심 위치를 제2 위치로서 산출한다(스텝 S129). 상기 스텝 S128의 처리 횟수인 촬상 횟수 j가, 미리 설정된 소정 횟수(=2이상의 정수)에 도달했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S130). 상기 스텝 S130에서 NO인 경우, 상기 스텝 S127의 처리로 되돌아간다.

이어서, 상기 스텝 S114 및 상기 스텝 S119에서 산출한 복수의 제1 위치와, 상기 스텝 S124 및 상기 스텝 S129에서 산출한 복수의 제2 위치에 근거하여, 액정층(216)의 광축 중심을 산출한다(스텝 S131). 제어부(500)에 의해, 산출한 상기 광축 중심으로, 액정층(216)의 기준 위치를 오프셋한다(스텝 S132). 이것에 의해, 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 생기지 않는 상태로, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 위치가 보정된다.

상기의 레이저광 조사 방법의 다른 예에서는, 제3 위상 패턴을 제1 액시콘 패턴으로 하고 있지만, 제2 액시콘 패턴으로 해도 좋다.

이상, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치(200)에서는, 가공 대상물(1)의 표면(1a)에서 반사된 레이저광(L)의 반사광(RL)의 점상을 포함하는 점상 화상이, 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상된다. 점상 화상을 촬상할 때, 제어부(500)의 제1 표시 처리에 의해 액정층(216)에 제1 위상 패턴이 표시되고, 이 제1 위상 패턴에 의해 레이저광(L)의 집광 위치가 제1 집광 위치가 된다. 또, 점상 화상을 촬상할 때, 제어부(500)의 제2 표시 처리에 의해 액정층(216)에 제2 위상 패턴이 표시되고, 이 제2 위상 패턴에 의해 레이저광(L)의 집광 위치가 제2 집광 위치가 된다. 여기서, 도 17 및 도 20에도 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 집광 렌즈 유닛(430)에서 레이저광(L)이 적정하게 집광되지 않을 가능성이 있고, 레이저광(L)의 광축 방향의 직교 방향에서 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 상태가 되기 쉽다고 하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 표시 처리 및 제2 표시 처리 각각의 실행시에서의 관찰용 카메라(488)의 촬상 결과에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

레이저 가공 장치(200)는, 제어부(500)에 의해, 제1 표시 처리의 실행시에 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 반사광(RL)의 점상 위치인 제1 위치를 취득하고, 제2 표시 처리의 실행시에 관찰용 카메라(488)에서 촬상된 반사광(RL)의 점상 위치인 제2 위치를 취득한다. 취득한 제1 위치 및 제2 위치에 근거함으로써, 상술한 지견으로부터, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

레이저 가공 장치(200)는, 제어부(500)에 의해, 취득된 제1 위치 및 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 전상 위치 어긋남이 있다고 판정한다. 이 경우, 전상 위치 어긋남의 유무를 자동으로 판정할 수 있다.

레이저 가공 장치(200)는, 제어부(500)에 의해, 액정층(216)의 기준 위치를 제1 위치 및 제2 위치에 근거하여 오프셋한다. 이 경우, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 위치를, 예를 들면 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 없어지도록 자동으로 조정하는 것이 가능해진다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 제1 위치를 취득할 때에, 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다. 액정층(216) 상의 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜, 복수의 제1 위치를 취득한다. 또, 제2 위치를 취득할 때에, 관찰용 카메라(488)에서 반사광(RL)의 점상이 확인 가능한 위치로 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다. 액정층(216) 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜, 복수의 제2 위치를 취득한다. 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치로부터 액정층(216)의 광축 중심을 산출하고, 상기 광축 중심으로 기준 위치를 오프셋한다. 이것에 의해, 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 없어지도록, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 위치를 조정하는 것이 가능해진다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 제1 집광 위치는, 상기 (A) ~ 상기 (C) 중 어느 하나이며, 제2 집광 위치는, 상기 (A) ~ 상기 (C) 중 다른 어느 하나이다. 이것에 의해, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 제1 집광 위치 및 제2 집광 위치가 서로 떨어진 도 20의 상태가 되는 것을, 현저하게 실현할 수 있다.

레이저 가공 장치(200)를 이용한 레이저광 조사 방법에 의하면, 취득한 제1 위치 및 제2 위치에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다. 게다가, 복수의 제1 위치 및 복수의 제2 위치에 근거하여 기준 위치를 오프셋하는 것에 의해, 입사동면(430a)에 전상된 레이저광(L)의 상(像)(39)의 위치를, 예를 들면 전상 위치 어긋남이 저감 나아가서는 없어지도록 조정 가능해진다.

일반적으로는, 가공 대상물(1)에 대해서 실제로 레이저 가공을 실시하고, 레이저 가공 후의 가공 대상물(1)의 가공 품질(예를 들면 균열의 연장량)로부터 전상 위치 어긋남을 판단 및 액정층(216)의 기준 위치를 조정하는 수법이 채용되고 있다. 이 점, 본 실시 형태에서는, 예를 들면 정기적인 컨디션 체크시에, 간이한 운용이 가능해진다. 또, 기준 위치 조정 처리를 실행하기 전에, 전상 위치 어긋남의 유무를 우선은 판정하기 때문에, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에도 기준 위치 조정 처리가 실행되는 것을 억제할 수 있어, 효율적인 운용이 가능해진다.

레이저 가공 장치(200)에서는, 가공 대상물(1)의 표면(1a)에서 반사된 레이저광(L)의 반사광(RL)의 점상을 포함하는 점상 화상이, 관찰용 카메라(488)에 의해 촬상된다. 점상 화상을 촬상할 때, 제어부(500)의 표시 처리에 의해 액정층(216)에 제3 위상 패턴이 표시되고, 이 제3 위상 패턴에 의해, 집광되는 레이저광(L)이 장척의 집광 범위에 집광시켜진다. 여기서, 도 18, 도 19, 도 21 및 도 22에도 나타내어지는 바와 같이, 전상 위치 어긋남이 있는 경우, 전상 위치 어긋남이 없는 경우에 비해, 집광 렌즈 유닛(430)에서 레이저광(L)이 적정하게 집광되지 않을 가능성이 있다. 레이저광의 조사 방향과 직교하는 방향에서, 상기 집광 범위의 집광 렌즈 유닛(430)측과 그 반대측이 서로 떨어진 상태가 되기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 표시 처리의 실행시에서의 관찰용 카메라(488)의 촬상 결과에 근거함으로써, 전상 위치 어긋남을 파악하는 것이 가능해진다.

이상, 바람직한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하거나, 또는 다른 것에 적용해도 괜찮다.

상기 실시 형태는, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하는 것에 한정되지 않고, 어블레이션(ablation) 등, 다른 레이저 가공을 실시하는 것이라도 좋다. 상기 실시 형태는, 가공 대상물(1)의 내부에 레이저광(L)을 집광시키는 레이저 가공에 이용되는 레이저 가공 장치에 한정되지 않고, 가공 대상물(1)의 표면(1a, 3) 또는 이면(1b)에 레이저광(L)을 집광시키는 레이저 가공에 이용되는 레이저 가공 장치라도 좋다. 본 발명이 적용되는 장치는 레이저 가공 장치에 한정되지 않고, 레이저광(L)을 대상물에 조사하는 것이면, 여러가지 레이저광 조사 장치에 적용할 수 있다. 상기 실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 조사 예정 라인으로 했지만, 조사 예정 라인은 절단 예정 라인(5)에 한정되지 않고, 조사되는 레이저광(L)을 따르게 하는 라인이면 좋다.

상기 실시 형태에서, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사동면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계는, 한 쌍의 렌즈(422, 423)에 한정되지 않고, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 제1 렌즈계(예를 들면, 접합 렌즈, 3개 이상의 렌즈 등) 및 집광 렌즈 유닛(430)측의 제2 렌즈계(예를 들면, 접합 렌즈, 3개 이상의 렌즈 등)를 포함하는 것 등이라도 좋다.

상기 실시 형태에서, 렌즈(422), 렌즈(423) 및 렌즈(463)의 릴레이 배율은 임의 배율이라도 좋다. 상기 실시 형태는, 반사형 공간 광 변조기(410)를 구비했지만, 공간 광 변조기는 반사형의 것에 한정되지 않고, 투과형의 공간 광 변조기를 구비하고 있어도 괜찮다.

상기 실시 형태에서, 집광 렌즈 유닛(430) 및 한 쌍의 측거 센서(450)는, Y축 방향에서의 케이스(401)의 단부(401d)에 장착되어 있었지만, Y축 방향에서의 케이스(401)의 중심 위치보다도 단부(401d)측으로 치우쳐서 장착되어 있으면 좋다. 반사형 공간 광 변조기(410)는, Y축 방향에서의 케이스(401)의 단부(401c)에 장착되어 있었지만, Y축 방향에서의 케이스(401)의 중심 위치보다도 단부(401c)측으로 치우쳐서 장착되어 있으면 좋다. 또, 측거 센서(450)는, X축 방향에서 집광 렌즈 유닛(430)의 편측에만 배치되어 있어도 괜찮다.

상기 실시 형태에서는, 제어부(500)에서 전상 위치 어긋남의 판정 및 기준 위치의 조정(오프셋)의 쌍방을 실행했지만, 전상 위치 어긋남의 판정만을 실행해도 괜찮고, 또는, 기준 위치의 조정만을 실행해도 괜찮다. 게다가, 제어부(500)에 의한 전상 위치 어긋남의 판정 대신에 혹은 더하여, 점상 화상(반사광(RL)의 검출 결과)을 모니터에 표시시키고, 점상 화상에 근거하여 오퍼레이터가 전상 위치 어긋남을 육안으로 판단해도 괜찮다. 제어부(500)에 의한 기준 위치의 조정 대신에 혹은 더하여, 점상 화상을 모니터에 표시시키고, 점상 화상에 근거하여 오퍼레이터가 기준 위치를 육안으로 조정해도 괜찮다. 제어부(500)는, 1개의 전자 제어 유닛이라도 좋고, 복수의 전자 제어 유닛으로부터 구성되어 있어도 괜찮다.

상기 실시 형태에서, 레이저광(L)의 반사면은 가공 대상물(1)의 표면(1a)이지만, 이면(1b)이라도 괜찮다. 이 경우, 반사광(RL)은, 가공 대상물(1)에 표면(1a)으로부터 입사하고, 가공 대상물(1)의 내부를 투과하여, 이면(1b)에서 반사된 레이저광(L)이라도 괜찮다. 상기 실시 형태에서 레이저광(L)이 조사되는 대상물은, 가공 대상물(1)에 한정되지 않고, 반사면을 포함하는 물체이면 좋다. 예를 들면 대상물은, 반사면을 포함하는 미러라도 좋다.

1 - 가공 대상물(대상물)
1a, 3 - 표면(반사면)
100, 200 - 레이저 가공 장치(레이저광 조사 장치)
216 - 액정층(표시부)
240 - 제2 이동 기구(이동 기구)
310 - 레이저 발진기(레이저 광원)
410 - 반사형 공간 광 변조기(공간 광 변조기)
420 - 4f 렌즈 유닛(전상 광학계)
430 - 집광 렌즈 유닛(대물 렌즈)
430a - 입사동면
488 - 관찰용 카메라(카메라)
500 - 제어부(점상 위치 취득부, 위치 판정부, 위치 조정부)
L - 레이저광
P100 - 집광 범위
P200 - 집광 범위
RL - 반사광

Claims (13)

1. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조(變調)하여 상기 표시부로부터 출사(出射)하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광(集光)하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상(輾像)하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행하고,
   상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상(点像)의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 제1 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와,
   상기 제2 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행하며,
   상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 상기 입사동면의 중심 위치와 상기 전상 광학계에 의해 상기 입사동면에 전상된 상기 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있다고 판정하는 위치 판정부를 구비하는 레이저광 조사 장치.
2. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조(變調)하여 상기 표시부로부터 출사(出射)하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광(集光)하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상(輾像)하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행하고,
   상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상(点像)의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 제1 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와,
   상기 제2 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행하며,
   상기 표시부에서 상기 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 위치 조정부를 구비하는 레이저광 조사 장치.
3. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조(變調)하여 상기 표시부로부터 출사(出射)하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광(集光)하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상(輾像)하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행하고,
   상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상(点像)의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 제1 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와,
   상기 제2 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행하며,
   상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 상기 입사동면의 중심 위치와 상기 전상 광학계에 의해 상기 입사동면에 전상된 상기 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있다고 판정하는 위치 판정부를 구비하고,
   상기 표시부에서 상기 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 위치 조정부를 구비하는 레이저광 조사 장치.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 이동시키는 이동 기구를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 점상 위치 취득부의 상기 제1 위치 취득 처리에서 상기 제1 위치를 취득할 때에, 상기 카메라에서 상기 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 상기 이동 기구에 의해 이동시키고,
   상기 점상 위치 취득부의 상기 제2 위치 취득 처리에서 상기 제2 위치를 취득할 때에, 상기 카메라에서 상기 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 상기 이동 기구에 의해 이동시키며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 제1 위치 취득 처리를 상기 표시부 상의 상기 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하고,
   상기 제2 위치 취득 처리를 상기 표시부 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하며,
   상기 위치 조정부는,
   복수의 상기 제1 위치 및 복수의 상기 제2 위치에 근거하여 상기 표시부에서의 광축 중심을 산출하고, 상기 광축 중심으로 상기 기준 위치를 오프셋하는 레이저광 조사 장치.
5. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조(變調)하여 상기 표시부로부터 출사(出射)하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광(集光)하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상(輾像)하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와,
   상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행하고,
   상기 제1 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 어느 하나이며,
   상기 제2 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 다른 어느 하나인, 레이저광 조사 장치.
   (A) 상기 대물 렌즈의 초점 위치,
   (B) 상기 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 상기 대물 렌즈측의 위치,
   (C) 상기 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 상기 대물 렌즈와는 반대측의 위치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 어느 하나이며,
   상기 제2 집광 위치는, 이하의 (A)~(C) 중 다른 어느 하나인, 레이저광 조사 장치.
   (A) 상기 대물 렌즈의 초점 위치,
   (B) 상기 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 상기 대물 렌즈측의 위치,
   (C) 상기 대물 렌즈의 초점 위치에 대해서 상기 대물 렌즈와는 반대측의 위치.
7. 레이저광 조사 장치를 이용하여, 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 방법으로서,
   상기 레이저광 조사 장치는,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조하여 상기 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면에 전상하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라를 구비하며,
   상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 스텝과,
   상기 제1 스텝에 의해 상기 제1 위상 패턴을 상기 표시부에 표시시킨 상태에서, 상기 레이저 광원으로부터 상기 레이저광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하고, 상기 조사에 따라 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 상기 카메라에서 촬상하는 제2 스텝과,
   상기 제2 스텝에서 촬상한 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치를 제1 위치로서 취득하는 제3 스텝과,
   상기 제2 스텝 및 상기 제3 스텝을 상기 표시부 상의 제1 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복하여 행하는 제4 스텝과,
   상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제5 스텝과,
   상기 제5 스텝에 의해 상기 제2 위상 패턴을 상기 표시부에 표시시킨 상태에서, 상기 레이저 광원으로부터 상기 레이저광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하고, 상기 조사에 따라 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 상기 카메라에서 촬상하는 제6 스텝과,
   상기 제6 스텝에서 촬상한 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치를 제2 위치로서 취득하는 제7 스텝과,
   상기 제6 스텝 및 상기 제7 스텝을 상기 표시부 상의 제2 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복하여 행하는 제8 스텝과,
   상기 표시부에서 상기 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 상기 제3 및 제4 스텝에서 취득한 복수의 상기 제1 위치와 상기 제7 및 제8 스텝에서 취득한 복수의 상기 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 제9 스텝을 포함하는 레이저광 조사 방법.
8. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조하여 상기 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면에 전상하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는, 상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광을 상기 레이저광의 조사 방향을 따라서 장척의 집광 범위에 집광시키는 제3 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 표시 처리를 실행하고,
   상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와,
   상기 제1 위치 취득 처리의 상기 표시 처리와는 광축 방향의 상기 대물 렌즈의 위치가 다른 상기 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의, 상기 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행하는 레이저광 조사 장치.
9. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
   상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
   위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조하여 상기 표시부로부터 출사하는 공간 광 변조기와,
   상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광하는 대물 렌즈와,
   상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면에 전상하는 전상 광학계와,
   상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
   상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부를 구비하며,
   상기 제어부는, 상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광을 상기 레이저광의 조사 방향을 따라서 장척의 집광 범위에 집광시키는 제3 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 표시 처리를 실행하고,
   상기 대물 렌즈의 집광 위치를 기준 집광 위치로 하고, 상기 기준 집광 위치의 상기 레이저광의 집광 지름을 기준 집광 지름으로 한 경우,
   상기 제3 위상 패턴은,
   상기 기준 집광 위치로부터 상기 레이저광의 조사 방향에서의 일방측 또는 타방측에 일정 길이의 범위를 상기 집광 범위로 하고, 상기 집광 범위에서 집광 지름을 상기 기준 집광 지름과 동일하게 하는 패턴이고,
   상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치를 취득하는 점상 위치 취득부를 구비하며,
   상기 점상 위치 취득부는,
   상기 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의 상기 반사광의 점상의 위치인 제1 위치를 취득하는 제1 위치 취득 처리와,
   상기 제1 위치 취득 처리의 상기 표시 처리와는 광축 방향의 상기 대물 렌즈의 위치가 다른 상기 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된 상기 화상에서의, 상기 반사광의 점상의 위치인 제2 위치를 취득하는 제2 위치 취득 처리를 실행하는 레이저광 조사 장치.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치가 서로 일치하고 있지 않는 경우에, 상기 입사동면의 중심 위치와 상기 전상 광학계에 의해 상기 입사동면에 전상된 상기 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있다고 판정하는 위치 판정부를 구비하는 레이저광 조사 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 표시부에서 상기 위상 패턴을 표시할 때에 기준으로 하는 기준 위치를, 상기 점상 위치 취득부에서 취득된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 근거하여 오프셋하는 위치 조정부를 구비하는 레이저광 조사 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 이동시키는 이동 기구를 구비하며,
    상기 제어부는,
    상기 점상 위치 취득부의 상기 제1 위치 취득 처리에서 상기 제1 위치를 취득할 때에, 상기 카메라에서 상기 반사광의 점상이 확인 가능한 위치로 상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 상기 이동 기구에 의해 이동시키고,
    상기 점상 위치 취득부의 상기 제2 위치 취득 처리에서 상기 제2 위치를 취득할 때에, 상기 카메라에서 상기 반사광의 점상이 확인 가능한 다른 위치로 상기 대물 렌즈 및 상기 대상물 중 적어도 일방을 상기 이동 기구에 의해 이동시키며,
    상기 점상 위치 취득부는,
    상기 제1 위치 취득 처리를 상기 표시부 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하고,
    상기 제2 위치 취득 처리를 상기 표시부 상의 제3 위상 패턴의 위치를 변화시켜 일회 또는 복수회 반복 실행하며,
    상기 위치 조정부는,
    복수의 상기 제1 위치 및 복수의 상기 제2 위치에 근거하여 상기 표시부에서의 광축 중심을 산출하고, 상기 광축 중심으로 상기 기준 위치를 오프셋하는 레이저광 조사 장치.
13. 반사면을 포함하는 대상물에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치로서,
    상기 레이저광을 발생시키는 레이저 광원과,
    위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 상기 레이저 광원에서 발생시킨 상기 레이저광을 상기 표시부에 입사시키고, 상기 레이저광을 상기 위상 패턴에 따라 변조(變調)하여 상기 표시부로부터 출사(出射)하는 공간 광 변조기와,
    상기 공간 광 변조기에서 출사한 상기 레이저광을 상기 대상물에 집광(集光)하는 대물 렌즈와,
    상기 공간 광 변조기의 상기 표시부에서의 상기 레이저광의 상(像)을 상기 대물 렌즈의 입사동면(入射瞳面)에 전상(輾像)하는 전상 광학계와,
    상기 대상물에 조사되어 상기 반사면에서 반사된 상기 레이저광의 반사광의 점상(点像)을 포함하는 화상을 촬상하는 카메라와,
    상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 적어도 제어하는 제어부와,
    상기 카메라에서 촬상된 상기 화상을 표시시키는 모니터를 구비하며,
    상기 제어부는,
    상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 제1 집광 위치로 하는 제1 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제1 표시 처리와,
    상기 카메라에서 상기 화상을 촬상할 때, 상기 대물 렌즈에 의해 집광되는 상기 레이저광의 집광 위치를 상기 제1 집광 위치와는 상기 레이저광의 조사 방향에서 다른 제2 집광 위치로 하는 제2 위상 패턴을, 상기 표시부에 표시시키는 제2 표시 처리를 실행하고,
    상기 모니터는,
    상기 입사동면의 중심 위치와 상기 전상 광학계에 의해 상기 입사동면에 전상된 상기 레이저광의 상(像)의 중심 위치와의 사이에 어긋남이 있는 경우, 상기 제1 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된, 제1 위치에 위치하는 상기 반사광의 점상을 포함하는 화상과, 상기 제2 표시 처리의 실행시에 상기 카메라에서 촬상된, 상기 제1 위치와 일치하고 있지 않는 제2 위치에 위치하는 상기 반사광의 점상을 포함하는 화상을 표시하는 레이저광 조사 장치.

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