TW202022409A

TW202022409A - 雷射加工裝置及被加工物的加工方法

Info

Publication number: TW202022409A
Application number: TW108137238A
Authority: TW
Inventors: 林尚久
Original assignee: 日商三星鑽石工業股份有限公司
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-06-16
Also published as: CN111230289A; JP2020082162A; KR20200064897A

Abstract

一面適當控制雷射光束之照射範圍一面對被加工物進行加工。使用雷射光束來對被加工物進行加工之雷射加工裝置包括：可射出雷射光束之光源、以及配置於從光源射出之雷射光束之光軸上的雙曲面透鏡；並且當將雷射光束之光束直徑設為D時，雙曲面透鏡之雙曲面之曲率半徑具有0.15D～0.4D之值，藉由於可加工之強度區域中包括被加工物之加工對象區域而對被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由雷射光束透過雙曲面透鏡進行聚光而形成，且雷射光束之強度達到既定之加工閾值以上。

Description

雷射加工裝置及被加工物的加工方法

本發明係關於利用雷射光束來對被加工物進行加工之裝置及其加工方法。

習知技術中廣泛進行如下操作：藉由將雷射光束照射至被加工物而對被加工物進行分斷、開孔、形成溝槽等各種加工。作為其一，使用貝塞爾型之雷射光束之形態已為公知（例如參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2017-64795號公報

[發明所欲解決之問題]

於對被加工物，從其中一表面側照射雷射光束並同時對深度方向之既定範圍進行加工之情形時，存在以下要求：對某深度以上之部分不欲進行加工，或者假設即便未進行加工，亦擔憂產生某種不良影響之可能性，而欲避免照射雷射光束。

專利文獻1中揭示有以下內容：使用錐透鏡而生成貝塞爾型雷射光束；以及基於在貝塞爾型雷射光束之傳播方向上之通量變化中，作為既定之閾值以上之範圍而被特定之產生光學絕緣破壞之範圍即最大損傷深度、與作為被加工物之層狀玻璃之厚度之大小關係，來決定層狀玻璃之切斷範圍。

然而，專利文獻1中，關於藉由調整雷射光束之傳播方向上之擴散其本身來調整被加工物之加工範圍的形態，並無任何揭露或教示。

本發明係鑒於上述課題而形成，目的在於提供一種一面適當控制雷射光束之照射範圍一面對被加工物進行加工之方法。 [解決問題之手段]

為解決上述課題，請求項1之發明係一種雷射加工裝置，其係使用雷射光束來對被加工物進行加工者，其特徵在於包括：可射出上述雷射光束之光源、以及配置於從上述光源射出之上述雷射光束之光軸上的雙曲面透鏡；並且當將上述雷射光束之光束直徑設為D時，上述雙曲面透鏡之雙曲面之曲率半徑具有0.15D～0.4D之值，藉由於可加工之強度區域中包括上述被加工物之加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由上述雷射光束透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成，且上述雷射光束之強度達到既定之加工閾值以上。

請求項2之發明係如請求項1所述之雷射加工裝置，其特徵在於：進一步包括孔徑光闌，其配置於上述光源與上述雙曲面透鏡之間，且具有0.6D～0.9D之值之開口徑；並且藉由於上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由透過上述孔徑光闌使上述光束直徑縮徑而成之上述雷射光束，再透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成。

請求項3之發明係如請求項1或請求項2所述之雷射加工裝置，其特徵在於：進一步包括縮徑透鏡，其配置於上述雙曲面透鏡與上述被加工物之配置位置之間，使上述可加工之強度區域進行縮小再成像；並且藉由在透過上述縮徑透鏡而縮小再成像之上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域，而對上述被加工物進行加工。

請求項4之發明係使用雷射光束來對被加工物進行加工之方法，其特徵在於：於從既定之光源射出之光束直徑D之雷射光束之光軸上，配置雙曲面之曲率半徑為0.15D～0.4D之值之雙曲面透鏡，並且藉由在可加工之強度區域中包括上述被加工物之加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由上述雷射光束透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成，且上述雷射光束之強度達到既定之加工閾值以上。

請求項5之發明係如請求項4所述之被加工物的加工方法，其特徵在於：於上述光源與上述雙曲面透鏡之間，配置具有0.6D～0.9D之值之開口徑的孔徑光闌，並且藉由在上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由透過上述孔徑光闌使上述光束直徑縮徑而成之上述雷射光束，再透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成。

請求項6之發明係如請求項4或請求項5所述之被加工物的加工方法，其特徵在於：於上述雙曲面透鏡與上述被加工物之配置位置之間，配置使上述可加工之強度區域進行縮小再成像之縮徑透鏡，並且藉由在透過上述縮徑透鏡而縮小再成像之上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域，而對上述被加工物進行加工。 [發明之效果]

依據請求項1至請求項6之發明，可將藉由雷射光束聚光而形成之可加工之強度區域限制於既定之範圍內，並且可藉由一次之雷射光束之射出，而於深度方向上將加工對象區域整體同時進行加工。

尤其依據請求項3及請求項6之發明，不僅可局部地形成每單位面積之強度大之可加工之強度區域，而且可增大加工裝置之工作距離。

＜利用雙曲面透鏡之雷射光束之聚光及於加工中之利用＞圖1係示意性表示使用雙曲面透鏡1之雷射光束之聚光的圖。圖1係表示當從光源2射出光束直徑d1之雷射光束LB（LBa0）且射入至雙曲面透鏡1時，透過雙曲面透鏡1之雷射光束LB（LBb0）之聚光之狀態。

以下，將從光源2射出雷射光束LBa0時之軸中心稱為光軸AX，且將光軸AX之延伸之方向稱為光軸方向。又，雷射光束LB為高斯光束，於本實施方式中，將其1/e² 寬度（強度值達到最大強度之1/e² 倍以上之範圍）設為雷射光束LB之光束直徑。

作為雷射光束LB，可根據加工對象物來選擇各種雷射光束，例如，作為對玻璃、陶瓷、半導體等脆性材料進行加工之雷射光束，例如可使用脈衝寬度（脈衝持續時間）為100 ps以下、較佳為50 ps以下（通常為1 ps以上）之紅外線雷射光束，尤其是近紅外線雷射光束（例如波長為1064 nm），例如可例示科希倫公司（Coherent, Inc.）製造之Hyper Rapid（波長為1064 nm、脈衝寬度為15 ps、平均功率為50 W）。

雙曲面透鏡1係於一端側具有平坦面1a，且於另一端側具有雙曲面1b之透鏡。於將雙曲面透鏡1配置為使其中心軸與光軸AX一致之形態（雙曲面1b之頂點1S位於光軸AX上之形態）之狀態下，若使從光源2射出之雷射光束LBa0相對於雙曲面透鏡1之平坦面1a而垂直射入，則從雙曲面1b射出之雷射光束LB（LBb0）以與該雙曲面1b之傾斜（切線之斜率）相應之射出角而朝向光軸AX傾斜。藉此，雷射光束LBb0於光軸AX上聚光。

圖2係表示為了確認上述聚光之狀態而進行的，關於如下關係之模擬之結果的圖，即，當將雷射光束LBa0之光束直徑d1設為11（mm），且將雙曲面1b之曲率半徑設為3.5（mm）時，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束LBb0之強度（任意單位：a.u.）的關係。

同樣，圖3係表示關於如下關係之模擬之結果的圖，即，當將雷射光束LBa0之光束直徑d1設為3（mm），將雙曲面1b之曲率半徑設為1.0（mm）時，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束LBb0之強度（任意單位：a.u.）的關係。

此外，獲得本實施方式中所示之模擬結果時，雷射光束LB之波長設為1064（nm）。

從雙曲面1b之相異位置射出之雷射光束LBb0在理論上，如圖1所示，於光軸AX上之既定位置即聚光點F重點式地，以強度達到最大之方式聚光。

但，依據圖2及圖3所示之結果，藉由使雷射光束LBa0射入至雙曲面透鏡1而獲得之雷射光束LBb0之分佈係大致上，從與雙曲面透鏡1之頂點1S接近之側起，依序大致分為：隨著從頂點1S離開而雷射光束LBb0之強度急遽增大之增大區域RE1、強度基本保持為最大且變動亦小之高強度區域RE2、以及隨著從頂點1S離開而雷射光束LBb0之強度緩慢減少之減少區域RE3此3個區域。

尤其，圖2及圖3所示之分佈皆成為，高強度區域RE2均於光軸方向上具有數（mm）～10（mm）左右之比較廣之範圍，且聚光點F成為難以明確地確定者。

本發明之發明者進行積極研究，獲得如下見解：當雷射光束LBa0之光束直徑d1為D時，若將雙曲面透鏡1之雙曲面1b之曲率半徑設為0.15D～0.4D，則形成如上所述之mm等級之高強度區域RE2。

本實施方式中，將如下強度大之區域之形成用於被加工物之深度方向上之加工，上述強度大之區域係如該高強度區域RE2般，隨著透過雙曲面透鏡1將雷射光束LBb0聚光而沿著光軸方向形成。此外，本實施方式中，所謂被加工物之加工，雖例示變質區域之形成，但為藉由剝蝕之槽形成等其他加工形態亦可。

圖2及圖3所示之結果揭示出，至少於理論上，可於藉由使某光束直徑d1之雷射光束LBa0射入至雙曲面透鏡1而於光軸上聚光的雷射光束LBb0之強度達到既定之加工閾值（為了對被加工物進行既定之加工而必需之雷射光束之強度之最小值）以上的範圍（以下稱為可加工之強度區域）中，同時進行均質之加工。此外，可加工之強度區域與高強度區域RE2未必需要一致。

即，若藉由適當選擇雷射光束LBa0之功率及光束直徑d1，採用具有與該光束直徑d1之大小相應之形狀（曲率半徑）之雙曲面1b的雙曲面透鏡1，而於雷射光束LBb0之可加工之強度區域中包含被加工物之加工對象區域，則可藉由一次之雷射光束LBa0之射出，而於深度方向上將加工對象區域整體同時進行加工。

雷射光束LBa0之波長、功率、光束直徑d1以及雙曲面透鏡之曲率半徑等可根據被加工物之種類來適當選擇。

此外，當實際上對被加工物進行加工時，亦有必要考慮被加工物之折射率n，於可加工之強度區域中包含被加工物之加工對象區域。

＜雷射光束之照射範圍之限制＞如上所述，藉由使用雙曲面透鏡1將雷射光束LBb0進行聚光，可對被加工物之深度方向進行同時加工，但另一方面，雖然由於不屬於可加工之強度區域而不被加工，但仍被照射較弱的雷射光束LBb0之區域。因擔憂產生由該照射引起之任何不良影響之可能性，故存在欲避免對此種區域照射雷射光束LBb0之所謂技術上之要求。

本實施方式中，針對該要求，藉由使用孔徑光闌，限定雷射光束LBb0之照射範圍來對應。

圖4係表示於圖1中示意性表示之使雷射光束LBb0聚光之構成中追加孔徑光闌3之構成的圖。

孔徑光闌3於光軸方向上配置於光源2與雙曲面透鏡1之間。孔徑光闌3係使用開口徑φ小於雷射光束LBa0之光束直徑d1者。

藉由以該形態來配置孔徑光闌3，實際射入雙曲面透鏡1之平坦面1a的雷射光束LBa1之光束直徑d3，較從光源2射出之時間點的雷射光束LBa0之光束直徑d1而言縮徑（變小）。於該情形時，雷射光束LBb1之分佈形狀中，尤其是減少區域RE3中之形狀產生差異。

圖5係表示為了確認該聚光之形態而進行的關於如下關係之模擬之結果的圖，即，於將雷射光束LBa1之光束直徑d1設為11（mm），將雙曲面1b之曲率半徑設為3.5 mm，且未設置孔徑光闌3之情形，以及使孔徑光闌3之開口徑φ變更為7（mm）、8（mm）、10（mm）及11（mm）之4個等級時，與各個雷射光束LBb1有關之，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度（任意單位：a.u.）的關係。此外，未設置孔徑光闌3之情形之分佈係與圖2所示之雷射光束LBb0之分佈相同。

同樣，圖6係表示關於如下關係之模擬之結果的圖，即，於將雷射光束LBa1之光束直徑d1設為3（mm）、且將雙曲面1b之曲率半徑設為1.0 mm時的未設置孔徑光闌3之情形，以及使孔徑光闌3之開口徑φ變更為2.2（mm）、2.5（mm）、3（mm）、3.5（mm）、4（mm）及5（mm）之6個水準時，與各個雷射光束LBb1有關之，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度（任意單位：a.u.）的關係。此外，未設置孔徑光闌3之情形時之結果係與圖3所示之雷射光束LBb0之分佈相同。

於圖5及圖6中之任一情形時，關於增大區域RE1及高強度區域RE2，未設置孔徑光闌3之情形時之分佈形狀，亦維持於設置有孔徑光闌3之情形時，與此相對，於減少區域RE3中，與未設置孔徑光闌3之情形時之緩慢減少不同，於既定之位置，雷射光束LBb1之強度急遽衰減，且於比該位置遠之位置成為零。即，雷射光束LBb1被截斷。又，越減小開口徑φ之值，衰減位置越接近雙曲面透鏡1。

若利用該情況，則於使用雷射光束LBb1，於深度方向之既定範圍內對被加工物進行加工之情形時，可適當抑制雷射光束LBb1照射至較加工對象區域更深之位置。

例如，於圖5所示之光束直徑d1為11（mm）之情形時，當將強度為150（a.u.）以上之範圍設為可加工之強度區域時，若將孔徑光闌3之開口徑φ設為7（mm），則從雙曲面透鏡1之頂點1S起之距離約為20（mm）之位置成為雷射光束LBb之衰減位置，且於比該位置遠之位置，雷射光束LBb不會被照射。而且，包含增大區域RE1之一部分的該距離為8.5（mm）～約20（mm）之範圍成為（不考慮被加工物之折射率之情形時之）可加工之強度區域P1。

同樣地，於圖6所示之光束直徑d1為3（mm）之情形時，當將強度為700（a.u.）以上之範圍設為可加工之強度區域時，若將孔徑光闌3之開口徑φ設為2.2（mm），則從雙曲面透鏡1之頂點1S起之距離約為6.2（mm）之位置成為雷射光束LBb之衰減位置，且於比該位置遠之位置，雷射光束LBb不會被照射。而且，包含減少區域RE3之一部分的該距離為2.5（mm）～約6.2（mm）之範圍成為（不考慮被加工物之折射率之情形時之）可加工之強度區域P2。

根據該等圖5及圖6所示之結果而揭示出：若透過既定之開口徑φ之孔徑光闌3，將某光束直徑d1之雷射光束LBa0縮徑後，使其射入至雙曲面透鏡1，將藉此而從雙曲面透鏡1射出之雷射光束LBb1聚光於被加工物之既定位置，則至少於理論上，可於相當於光軸方向之被加工物之深度方向，將雷射光束LBb1之可加工之強度區域限制為與開口徑φ相應之既定範圍，且於該既定範圍內同時進行均質之加工（例如變質區域之形成），另一方面，於比該既定範圍遠之位置不照射雷射光束LBb1理論上。

本發明之發明者進行積極研究，獲得如下見解：當將雷射光束LBa0之光束直徑d1設為D，且將雙曲面透鏡1之雙曲面1b之曲率半徑設為0.15D～0.4D時，藉由將孔徑光闌3之開口徑φ設為0.6D～0.9D，可將雷射光束LBb1之可加工之強度區域限制為與開口徑φ相應之既定範圍。

即，藉由適當選擇雷射光束LBa0之功率及光束直徑d1、雙曲面透鏡1之雙曲面1b之曲率半徑、以及孔徑光闌3之開口徑φ，且亦考慮被加工物之折射率n，而且適當調整被加工物之加工對象區域之位置，從而可藉由一次之雷射光束LBa0之射出，而於深度方向上將加工對象區域整體同時進行加工，另一方面，於比加工對象區域遠之位置可不照射雷射光束LBb1。

＜裝置構成例＞圖7係示意性表示基於如上所述之原理來進行被加工物W之加工的雷射加工裝置100之構成之一例的圖。

雷射加工裝置100除了包括上述雙曲面透鏡1、光源2及孔徑光闌3以外，進一步包括平台4及縮徑透鏡5來作為主要之構成要素。

平台4係具有載置固定被加工物W之水平之被載置面而成。而且，於雷射加工裝置100中，對載置於平台4上之被加工物W，從鉛直上方照射透過雙曲面透鏡1而聚光之雷射光束LBb2。因此，雙曲面透鏡1、光源2及孔徑光闌3不僅滿足圖4所示之相互之配置關係，而且以光軸方向與鉛直方向一致之方式配置而成。目前，作為形成該配置之結果，從光源2朝向鉛直下方射出之雷射光束LBa2藉由孔徑光闌3而縮徑，作為雷射光束LBa3而射入至雙曲面透鏡1，藉此從雙曲面透鏡1射出之雷射光束LBb2聚光，藉此，於將從雙曲面透鏡1之頂點1S起離開距離z1之位置作為起點之長度S1之範圍內，形成最大寬度w1之可加工之強度區域RE4。

較佳為，平台4藉由利用未圖示之驅動機構來驅動，而設置為可進行水平面內之並進移動（雙軸移動）及旋轉移動、以及鉛直方向上之升降移動。藉此，可進行被加工物W之加工對象區域之定位、或一面使被加工物W移動一面進行加工之掃描加工等。

但，於雷射加工裝置100中，以上述形態來聚光之雷射光束LBb2所形成之可加工之強度區域RE4並非直接有助於被加工物W之加工，而是透過包含縮徑透鏡5之縮小光學系統來縮小再成像之可2次加工之強度區域RE4α有助於被加工物W之加工。

縮徑透鏡5係配置於雙曲面透鏡1與平台4之間（更詳細而言，於被加工物W載置固定於平台4上之狀態下，位於被加工物W與雙曲面透鏡1之間）而成。

更詳細而言，於將縮徑透鏡5之焦點距離設為f，將可加工之強度區域RE4之形成位置與縮徑透鏡5之距離設為a，且將縮徑透鏡5與可2次加工之強度區域RE4α之形成位置之距離設為b（＜a），從而滿足1/f＝（1/a）＋（1/b）之關係之情形時，藉由可加工之強度區域RE4進行縮小再成像，而形成於長度S2＝（b/a）² S1之範圍內具有最大寬度w2＝（b/a）w1之可2次加工之強度區域RE4α。

但，可加工之強度區域RE4中之雷射光束LBb2之能量於可2次加工之強度區域RE4α中亦實質上得以維持，因此可2次加工之強度區域RE4α之每單位面積之強度大於可加工之強度區域RE4之強度。

即，於雷射加工裝置100中，與未進行縮小再成像之情形相比，可局部地（重點式地）照射可加工之強度區域RE4中之每單位面積之強度更大之雷射光束LBb2。

此意指，與可加工之強度區域鄰接的強度未滿足既定之加工閾值之區域更為限縮。藉此，適當抑制由於強度弱之雷射光束LBb照射至加工對象區域以外而引起之不良之發生。

又，只要可2次加工之強度區域RE4α中之雷射光束LBb2之強度超過加工閾值，就能進行加工，因此每單位面積之強度愈大，相較於可加工之強度區域RE4中用於被加工物W之加工之情形，即便減小從光源2射出之雷射光束LBa2之功率，亦可獲得所需之可加工之強度區域。

例如，依據圖6，於從光源2射出之雷射光束LB2之光束直徑為3（mm）之情形時，即便假設使用開口徑φ為2.2（mm）者來作為孔徑光闌3，可加工之強度區域RE4之光軸方向上之長度S1成為4（mm）～5（mm）左右（不考慮被加工物W之折射率）。因此，若被加工物W之厚度為1（mm）左右，則雷射光束LBb照射至不需要照射之範圍，但於雷射加工裝置100中，藉由適當決定縮徑透鏡5之焦點距離f及配置位置，可將可2次加工之強度區域RE4α之深度方向上之長度S2設為與被加工物W之厚度相同之1（mm）左右。

進一步地，於雷射加工裝置100中，例如，如圖7所示，即便為被加工物W內部之比從表面離開既定距離z3之位置遠之位置設為加工對象區域之情形，亦可適當進行加工。於上述情形時，亦可進行於從被加工物W之表面起距離z3之範圍內實質上未照射雷射光束LBb2之加工。

較佳為，縮徑透鏡5透過未圖示之驅動機構，而於鉛直方向上自由移動。於該情形時意指，即便於被加工物之厚度薄之情形等，被加工物之深度方向上之加工對象區域之尺寸小之情形時，亦可藉由使縮徑透鏡5移動而適當調整距離a、b之比率，藉此可僅使該加工對象區域與可加工之強度區域一致而進行加工。

此外，亦可考慮如下形態：藉由減小從光源2射出之雷射光束LBa2之光束直徑、或減小孔徑光闌3之開口徑φ，而使可加工之強度區域限縮。然而，關於前者，考量到實際使用之加工用雷射光束之光束直徑之下限值大致為2（mm）～3（mm），故不實際。又，關於後者，若過度減小開口徑φ，則於如圖5及圖6所示之強度分佈中，會將波峰附近，進一步地波峰本身截斷，就成本面、或對光學零件之損傷之方面而言欠佳。

另一方面，使用縮徑透鏡5，亦具有確保被加工物W與雙曲面透鏡1之距離的效果。即，根據圖2及圖3可知，藉由使光束直徑為數（mm）左右之雷射光束LB2射入至雙曲面透鏡1而形成之高強度區域RE2達到最大強度，僅為從雙曲面透鏡1之頂點1S起頂多離開數（mm）～十數（mm）左右之位置，因此於將可加工之強度區域RE4直接用於加工之情形時，無法充分確保裝置之工作距離，根據被加工物W之加工對象區域之位置及範圍，存在不可能實施加工或者加工困難之情形。或者，亦存在產生加工時所產生之飛散物附著於雙曲面透鏡1等不良之可能性。

相對於此，本實施方式之雷射加工裝置100中，藉由使用縮徑透鏡5，與被加工物W接近的並非雙曲面透鏡1，而是縮徑透鏡5，但藉由適當決定距離a、距離b及焦點距離f，可充分確保裝置之工作距離。

圖8係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，藉由於圖5所示之將雷射光束LBa1之光束直徑d1設為11（mm）、將雙曲面1b之曲率半徑設為3.5（mm）、且將孔徑光闌3之開口徑φ設為7（mm）及8（mm）之構成中，附加有焦點距離f＝27（mm）之縮徑透鏡5（厚度為0之無像差透鏡）之構成，將b/a之值設為約1/4而縮徑再成像之雷射光束LBb2的從縮徑透鏡5起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度（任意單位：a.u.）的關係。

又，圖9係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，藉由於圖6所示之將雷射光束LBa1之光束直徑d1設為3（mm）、將雙曲面1b之曲率半徑設為1.0（mm）、且將孔徑光闌3之開口徑φ設為2.2（mm）、3（mm）、4（mm）之構成中，附加有焦點距離f＝27（mm）之縮徑透鏡5（厚度為0之無像差透鏡）之構成，將b/a之值設為約1/4而縮徑再成像之雷射光束LBb2的從縮徑透鏡5起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度（任意單位：a.u.）的關係。

於圖8及圖9中之任一者中，分佈之寬度與頂多為1（mm）的圖5及圖6所示之分佈相比，成為充分小之（（1/4）² ＝1/16左右之）值。另一方面，最大強度與圖5及圖6所示之分佈之最大強度相比，成為充分大之（16倍程度之）值。

此外，於圖8及圖9中，分佈之上升較圖5及圖6所示之分佈而言更和緩，但認為其原因在於，與無縮徑透鏡5之情形相比，像差之影響大。

進一步可知，於從縮徑透鏡起之離開33.7（mm）～33.8（mm）左右之位置，強度達到最大。此意指工作距離得到充分確保。

如以上所說明，依據本實施方式，藉由對雙曲面透鏡射入雷射光束，將雷射光束進行聚光，可對被加工物之深度方向進行同時加工。藉由適當選擇雷射光束之光束直徑及雙曲面透鏡之雙曲面之曲率半徑，且適當調整被加工物之加工對象區域之位置，若於聚光之雷射光束之可加工之強度區域中包括被加工物之加工對象區域，則可藉由一次之雷射光束之射出，而於深度方向上將加工對象區域整體同時進行加工。

此外，藉由透過與光束直徑相應之開口徑之孔徑光闌使將雷射光束縮徑後，射入至雙曲面透鏡，可使雷射光束不照射至比加工對象區域遠之位置。

進一步地，藉由並非利用先聚光之雷射光束其本身，而是將透過縮徑透鏡使該雷射光束進行縮徑再成像而成之雷射光束用於加工，除了可局部地照射每單位面積之強度大之雷射光束以外，與未進行縮徑再成像之情形相比，還可增大工作距離。

1:雙曲面透鏡 1a:（雙曲面透鏡之）平坦面 1b:（雙曲面透鏡之）雙曲面 1S:（雙曲面透鏡之）頂點 2:光源 3:孔徑光闌 4:平台 5:縮徑透鏡 100:雷射加工裝置 AX:光軸 a、b:距離 d1、d3:光束直徑 F:聚光點 LB（LBa0、LBb0、LBa1、LBb1、LBa2、LBb2、LBa3、LBb）:雷射光束 P1、P2:可加工之強度區域 RE1:增大區域 RE2:高強度區域 RE3:減少區域 RE4:可加工之強度區域 RE4α:可2次加工之強度區域 S1、S2:長度 W:被加工物 w1、w2:寬度 z1、z2、z3:距離 φ:孔徑光闌之開口徑

[圖1]係示意性表示使用雙曲面透鏡1之雷射光束之聚光的圖。 [圖2]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，當將雷射光束LBa0之光束直徑d1設為11 mm，且將雙曲面1b之曲率半徑設為3.5 mm時，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束LBb0之強度（任意單位：a.u.）的關係。 [圖3]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，當將雷射光束LBa0之光束直徑d1設為3 mm，且將雙曲面1b之曲率半徑設為1.0 mm時，從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束LBb0之強度（任意單位：a.u.）的關係。 [圖4]係表示於圖1中示意性表示之使雷射光束LBb0聚光之構成中追加孔徑光闌3之構成的圖。 [圖5]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，當將雷射光束LB之光束直徑d1設為11 mm，將雙曲面1b之曲率半徑設為3.5 mm，且使孔徑光闌3之條件變更時，與各個雷射光束LB有關之從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度的關係。 [圖6]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，當將雷射光束LB之光束直徑d1設為3 mm，將雙曲面1b之曲率半徑設為1.0 mm，且使孔徑光闌3之條件變更時，與各個雷射光束LB有關之從雙曲面透鏡1之頂點1S起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之強度的關係。 [圖7]係示意性表示雷射加工裝置100之構成之一例的圖。 [圖8]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，於圖5所示之構成中附加有焦點距離f＝27 mm之縮徑透鏡5之構成中，從縮徑透鏡5起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束之強度的關係。 [圖9]係表示關於如下關係之模擬結果的圖，即，於圖6所示之構成中附加有焦點距離f＝27 mm之縮徑透鏡5之構成中，從縮徑透鏡5起之光軸AX上之距離與光軸AX之位置上之雷射光束之強度的關係。

1:雙曲面透鏡

1a:(雙曲面透鏡之)平坦面

1b:(雙曲面透鏡之)雙曲面

1S:(雙曲面透鏡之)頂點

2:光源

AX:光軸

d1:光束直徑

F:聚光點

LB(LBa0、LBb0):雷射光束

Claims

一種雷射加工裝置，其係使用雷射光束來對被加工物進行加工者，其特徵在於包括：光源，其可射出上述雷射光束；以及雙曲面透鏡，其配置於從上述光源射出之上述雷射光束之光軸上；並且當將上述雷射光束之光束直徑設為D時，上述雙曲面透鏡之雙曲面之曲率半徑具有0.15D～0.4D之值；藉由於可加工之強度區域中包含上述被加工物之加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由上述雷射光束透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成，且上述雷射光束之強度達到既定之加工閾值以上。
如請求項1所述之雷射加工裝置，其中進一步包括孔徑光闌，其配置於上述光源與上述雙曲面透鏡之間，且具有0.6D～0.9D之值之開口徑；並且藉由於上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由透過上述孔徑光闌使上述光束直徑縮徑而成之上述雷射光束，再透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成。
如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中進一步包括縮徑透鏡，其配置於上述雙曲面透鏡與上述被加工物之配置位置之間，且使上述可加工之強度區域進行縮小再成像；並且藉由於透過上述縮徑透鏡而縮小再成像之上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域，而對上述被加工物進行加工。
一種被加工物的加工方法，其係使用雷射光束來對被加工物進行加工之方法，其特徵在於：於從既定之光源射出的光束直徑D之雷射光束之光軸上，配置雙曲面之曲率半徑為0.15D～0.4D之值之雙曲面透鏡；並且藉由於可加工之強度區域中包括上述被加工物之加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由上述雷射光束透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成，且上述雷射光束之強度達到既定之加工閾值以上。
如請求項4所述之被加工物的加工方法，其中於上述光源與上述雙曲面透鏡之間，配置具有0.6D～0.9D之值之開口徑的孔徑光闌；並且藉由於上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域而對上述被加工物進行加工，上述可加工之強度區域係藉由透過上述孔徑光闌使上述光束直徑縮徑而成之上述雷射光束，再透過上述雙曲面透鏡進行聚光而形成。
如請求項4或5所述之被加工物的加工方法，其中於上述雙曲面透鏡與上述被加工物之配置位置之間，配置使上述可加工之強度區域進行縮小再成像之縮徑透鏡；並且藉由於透過上述縮徑透鏡而縮小再成像之上述可加工之強度區域中包括上述加工對象區域，而對上述被加工物進行加工。