JP2003305585A - レーザー加工方法および加工装置 - Google Patents
レーザー加工方法および加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 超短パルスレーザーを利用した加工におい
て、色収差の補正、場合によっては、色収差とパルス伸
長の両方の補正を行って、その加工の精度を向上させそ
の実用性を高める。 【解決手段】 超短パルスレーザーの集光系を有し、集
光系から射出されたビームを被加工物２００に照射して
加工を行うレーザー加工装置において、集光系３００に
少なくとも１対の回折面３０１Ｂと屈折面３０１Ａとを
備え、その回折分散と屈折分散を利用して色収差を補正
する、または色収差とパスル伸長を補正する。
て、色収差の補正、場合によっては、色収差とパルス伸
長の両方の補正を行って、その加工の精度を向上させそ
の実用性を高める。 【解決手段】 超短パルスレーザーの集光系を有し、集
光系から射出されたビームを被加工物２００に照射して
加工を行うレーザー加工装置において、集光系３００に
少なくとも１対の回折面３０１Ｂと屈折面３０１Ａとを
備え、その回折分散と屈折分散を利用して色収差を補正
する、または色収差とパスル伸長を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルスレーザー、
特にフェムト秒（１０-15秒）パルスのような、時間幅
が１０-12秒以下の超短パルスレーザー、を用いた加工
方法およびそれを実施するための装置に関する。
特にフェムト秒（１０-15秒）パルスのような、時間幅
が１０-12秒以下の超短パルスレーザー、を用いた加工
方法およびそれを実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パルスレーザー、特にフェムト秒
パルスのような超短パルスレーザーを利用した加工技術
に対する関心が急に高まってきている。しかし、波長帯
域を有する超短パルスレーザーを通常の屈折単レンズを
用いて集光すると、屈折レンズが有する分散（屈折率が
波長に依存する性質）のために、色収差が発生し集光ス
ポットが縦横に広がる。この色収差は、超短パルスレー
ザーの波長帯域幅と屈折レンズの分散の大きさに依存す
る。また、屈折レンズが有する分散のために超短パルス
レーザーのパルス幅が伸びる。このパルス幅の伸長の大
きさは、パルスの波長帯域幅と屈折レンズの材料分散の
大きさに加え、パルスのピーク強度にも左右される。従
って、超短パルスレーザーを加工に応用する場合には、
色収差の補正、また場合によっては、色収差とパルス伸
長の両方の補正を行って、その加工の実用性を図ること
が必要になる。
パルスのような超短パルスレーザーを利用した加工技術
に対する関心が急に高まってきている。しかし、波長帯
域を有する超短パルスレーザーを通常の屈折単レンズを
用いて集光すると、屈折レンズが有する分散（屈折率が
波長に依存する性質）のために、色収差が発生し集光ス
ポットが縦横に広がる。この色収差は、超短パルスレー
ザーの波長帯域幅と屈折レンズの分散の大きさに依存す
る。また、屈折レンズが有する分散のために超短パルス
レーザーのパルス幅が伸びる。このパルス幅の伸長の大
きさは、パルスの波長帯域幅と屈折レンズの材料分散の
大きさに加え、パルスのピーク強度にも左右される。従
って、超短パルスレーザーを加工に応用する場合には、
色収差の補正、また場合によっては、色収差とパルス伸
長の両方の補正を行って、その加工の実用性を図ること
が必要になる。
【０００３】さらに、例えば図１に示すように、レーザ
ー装置１からのパルスレーザーを回折素子２を利用して
複数のパルスビームに分岐させ、それら複数のパルスビ
ームをその後に配置した屈折型集光レンズ３を利用して
集光し、被加工物４に照射する加工方法も知られてい
る。ここで、回折素子２は、分岐された各ビームの強度
がほぼ等しくなるように、その位相分布が設計されてい
る。また、集光レンズ３はフーリエ変換作用を有し、分
岐された複数のパルスビームを集光するためのものであ
る。一般に、パルス時間幅Δｔとパルス波長幅Δλの間
には以下の関係が存在する。 Δｔ・Δλ≧Ｃ （１） ただし、Ｃは定数である。式（１）から、パルス幅が短
くなるほど、波長幅が広がることがわかる。なお、フェ
ムト秒パルスの場合には、１００フェムト秒に対する波
長幅が〜±１０ｎｍである。
ー装置１からのパルスレーザーを回折素子２を利用して
複数のパルスビームに分岐させ、それら複数のパルスビ
ームをその後に配置した屈折型集光レンズ３を利用して
集光し、被加工物４に照射する加工方法も知られてい
る。ここで、回折素子２は、分岐された各ビームの強度
がほぼ等しくなるように、その位相分布が設計されてい
る。また、集光レンズ３はフーリエ変換作用を有し、分
岐された複数のパルスビームを集光するためのものであ
る。一般に、パルス時間幅Δｔとパルス波長幅Δλの間
には以下の関係が存在する。 Δｔ・Δλ≧Ｃ （１） ただし、Ｃは定数である。式（１）から、パルス幅が短
くなるほど、波長幅が広がることがわかる。なお、フェ
ムト秒パルスの場合には、１００フェムト秒に対する波
長幅が〜±１０ｎｍである。
【０００４】ここで、パルスが有する波長幅をΔλとす
ると、回折素子２で分岐した時のビームの広がり（色収
差）Δｈは、次式で見積もることができる。 Δｈ＝（ｍｆ／ｐ）Δλ （２） ただし、ｍは回折次数、ｆはレンズの焦点距離、ｐは回
折素子２の１周期の長さである。このように回折素子２
により分岐されたパルスビームが広がるため、これらの
ビームの集光位置での加工孔の径も回折方向に広がる。
なお、ここでは、回折素子が１次元の場合をとりあげた
が、２次元の場合についても同様のことが言える。
ると、回折素子２で分岐した時のビームの広がり（色収
差）Δｈは、次式で見積もることができる。 Δｈ＝（ｍｆ／ｐ）Δλ （２） ただし、ｍは回折次数、ｆはレンズの焦点距離、ｐは回
折素子２の１周期の長さである。このように回折素子２
により分岐されたパルスビームが広がるため、これらの
ビームの集光位置での加工孔の径も回折方向に広がる。
なお、ここでは、回折素子が１次元の場合をとりあげた
が、２次元の場合についても同様のことが言える。
【０００５】式（２）から、回折素子を用いてフェムト
秒パルスを分岐する場合には、波長幅が広いため大きな
色収差が発生し、回折素子で分岐されたパルスを狭い領
域あるいは空間に集光することが困難であることが理解
できる。これに対して、長パルスの場合には、波長幅が
充分に狭いため、回折素子で分岐しても上記のような色
収差は問題にならない。
秒パルスを分岐する場合には、波長幅が広いため大きな
色収差が発生し、回折素子で分岐されたパルスを狭い領
域あるいは空間に集光することが困難であることが理解
できる。これに対して、長パルスの場合には、波長幅が
充分に狭いため、回折素子で分岐しても上記のような色
収差は問題にならない。
【０００６】図１の光学系を使いフェムト秒パルスレー
ザーを複数のパルスビームに分岐させ、それらのビーム
を集光すると、パルスが有する波長幅のために、高次回
折ビームの集光スポットアレイ形状は、図２に示すよう
に中心に向かって伸びる。従って、この集光スポットア
レイを被加工物４へ当てると、外側の加工痕は図３に示
すように楕円状に歪み、分岐された複数のビームにより
形成された内側部の集光スポットの形状と相違してしま
う。このため、複数箇所で均一な加工を行うことは不可
能であった。
ザーを複数のパルスビームに分岐させ、それらのビーム
を集光すると、パルスが有する波長幅のために、高次回
折ビームの集光スポットアレイ形状は、図２に示すよう
に中心に向かって伸びる。従って、この集光スポットア
レイを被加工物４へ当てると、外側の加工痕は図３に示
すように楕円状に歪み、分岐された複数のビームにより
形成された内側部の集光スポットの形状と相違してしま
う。このため、複数箇所で均一な加工を行うことは不可
能であった。
【０００７】なお、図１の光学系を用いた集光実験に使
ったフェムト秒レーザーの諸元は、パルス幅１００fs、
パルスエネルギー１ｍＪ（繰り返し１ＫＨｚ）、中心波
長８００ｎｍ、半値波長幅±１０ｎｍである。
ったフェムト秒レーザーの諸元は、パルス幅１００fs、
パルスエネルギー１ｍＪ（繰り返し１ＫＨｚ）、中心波
長８００ｎｍ、半値波長幅±１０ｎｍである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題に鑑
みてなされたもので、パルスレーザーの単一ビームを利
用して加工する場合、またはパルスレーザを分岐させた
複数の分岐ビームを利用して加工する場合に、パルスに
起因する色収差、または色収差とパルス伸長の両方の補
正を実行し、より精度の高い加工が可能なレーザ加工方
法および加工装置を提供することを目的とする。
みてなされたもので、パルスレーザーの単一ビームを利
用して加工する場合、またはパルスレーザを分岐させた
複数の分岐ビームを利用して加工する場合に、パルスに
起因する色収差、または色収差とパルス伸長の両方の補
正を実行し、より精度の高い加工が可能なレーザ加工方
法および加工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
み以下のような構成を採用する。 （１）本発明の方法は、パルスレーザーを集光させて被
加工物に照射し被加工物を加工するレーザー加工方法に
おいて、回折と屈折を組み合わせてパルスレーザーの色
収差を補正する。これによれば、回折による回折分散と
屈折による屈折分散が生じ、それらの分散は向きが逆
で、かつ回折分散の効果は屈折分散の効果よりも大きい
ため、縦および横方向の色収差が相殺されて十分に小さ
くなる。従って、集光スポットが小さくなり、加工精度
が向上する。 （２）また、回折と屈折を組み合わせてパルスレーザー
の色収差およびパルス伸長を補正する。これによれば、
回折による回折分散と屈折による屈折分散が生じ、それ
らの分散は向きが逆で、かつ回折分散の効果は屈折分散
の効果よりも大きいため、屈折分散に起因する色収差お
よびパルス伸長も十分に小さく抑えられる。従って、集
光スポットが小さくなり、加工精度が向上する。 （３）本発明の装置は、パルスレーザーの集光系を有
し、前記集光系から射出されたビームを被加工物に照射
して加工を行うレーザー加工装置において、前記集光系
が少なくとも１対の回折面と屈折面とを備える。この装
置によれば、１対の回折面と屈折面が、上記（１）、
（２）で説明したような作用効果を奏し、高精度の加工
が可能となる。 （４）なお、前記集光系は回折面を有する屈折レンズか
ら構成することができる。 （５）また、前記集光系は回折面を有する板と屈折レン
ズから構成することができる。 （６）本発明の他の方法は、パルスレーザーを分岐用回
折素子により複数のビームに分岐し、前記複数の分岐ビ
ームに関して生じる色収差を集光光学系を介して補正
し、色収差が補正された前記複数の分岐ビームを被加工
物に集光照射する。これにより、回折素子で分岐された
複数のパルスビームを集光して得られる複数の集光スポ
ット形状の色収差による歪みが防止される。 （７）また、前記集光光学系に集光作用を有する回折素
子を用い、前記分岐用回折素子と前記集光用回折素子と
の距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等しく
する。これによれば、分岐用回折素子で分岐された複数
のビームに関して生じる横色収差が取り除かれ、分岐用
回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される
複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。従って、被加工物にはほぼ同じ形と大きさの複数の
加工痕が得られる。 （８）また、前記集光光学系にそれぞれ屈折および回折
作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用い、波
長に応じて前記光学系の主面の位置を調整する。これに
よれば、分岐用回折素子で分岐された複数のビームに関
して生じる横および縦の色収差が取り除かれ、分岐用回
折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される複
数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。従って、被加工物にはほぼ同じ形と大きさの複数の
加工痕が得られる。 （９）本発明の他の装置は、パルスレーザーを発生する
レーザー発生装置と、前記レーザー発生装置から発生さ
れたパルスレーザーを複数のビームに分岐する分岐用回
折素子と、前記分岐用回折素子により分岐された複数の
分岐ビームに関して色収差を補正して集光する集光光学
系と、を備える。この装置により、上記（６）で説明し
た効果を奏することができる。 （１０）また、前記集光光学系として集光作用を有す回
折素子を備え、前記分岐用回折素子と前記集光用回折素
子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等
しくする。この装置により、上記（７）で説明した効果
を奏することができる。 （１１）また、前記集光光学系としてそれぞれ屈折およ
び回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を配
置する。この装置により、上記（８）で説明した効果を
奏することが可能となる。 （１２）なお、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズを
備えることができる。 （１３）また、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成さ
れた部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備え
ることができる。 （１４）また、前記２群からなる光学系を第１群と第２
群とから構成し、前記第１群の回折面に負のパワーを、
前記１群の屈折レンズに正のパワーを、前記２群の屈折
レンズに負のパワーを、前記第２群の回折面に正のパワ
ーを、それぞれ備えることができる。 （１５）本発明の他の方法は、パルスレーザーのパルス
空間強度分布を回折素子で所定の形に整形する。これに
よれば、加工に適したレーザーパルスを、回折素子の交
換により簡単に得ることが可能となる。 （１６）本発明の他の装置は、パルスレーザーのパルス
空間強度分布を所定の形に整形するパルス整形用回折素
子を備える。この装置により、上記（１５）の効果を奏
することが可能となる。 （１７）また、前記分岐用回折素子にパルスレーザーの
パルス空間強度分布を所定の形に整形する位相関数を重
畳する。これによれば、１つの回折素子でパルスの分岐
と整形が実行されることになり、装置の小型化、コスト
ダウンに寄与できる。 （１８）本発明の他の方法は、パルスレーザーを回折素
子により回折するステップと、前記パルスレーザーに関
して生じる色収差を集光光学系を介して補正するステッ
プと、前記パルスレーザーの集光位置を前記回折用回折
素子を回転して移動させるステップと、を備える。これ
によれば、色収差の補正に加えて、回折素子およびその
回転を利用した加工位置決めにより、高精度の加工を比
較的簡単な構成で実施することが可能となる。 （１９）なお。前記パルスレーザーを複数のビームに分
岐して、該複数の分岐ビームを回折および集光させるよ
うにしてもよい。これにより、加工速度または加工効率
を向上させることができる。 （２０）また、前記集光光学系に集光作用を有する回折
素子を用い、前記回折用回折素子と前記集光用回折素子
との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等し
くする。これによれば、分岐用回折素子で分岐された複
数のビームに関して生じる横色収差が取り除かれ、分岐
用回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成され
る複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにで
きる。 （２１）また、前記集光光学系にそれぞれ屈折および回
折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用い、
波長に応じて前記光学系の主面の位置を調整する。これ
によれば、分岐用回折素子で分岐された複数のビームに
関して生じる横および縦の色収差が取り除かれ、分岐用
回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される
複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。 （２２）本発明の他の装置は、パルスレーザーを発生す
るレーザー発生装置と、前記レーザー発生装置から発生
したパルスレーザーを回折する回折用回折素子と、前記
回折用回折素子で回折した回折パルスレーザーに関して
波長帯域に起因する色収差を補正して集光する集光光学
系と、前記回折素子を回転させる回転手段と、を有す
る。この装置により、上記（１８）の効果を奏すること
ができる。 （２３）なお、前記回転手段は、前記回折用回折素子に
より回折されたレーザービームの集光スポットを回転移
動させるものである。 （２４）また、前記レーザー発生装置から発生したパル
スレーザーを複数のビームに分岐する分岐用回折素子を
備え、前記回折用回折素子で複数の分岐ビームを回折す
るようにしてもよい。これによれば、集光スポットが複
数となるので、加工速度を向上させることができる。 （２５）なお、前記回折用回折素子に入射されるレーザ
ービームの光軸は、前記回折用回折素子の回転中心と一
致させることができる。 （２６）また、前記回折用回折素子に入射されるレーザ
ービームの光軸は、前記回折用回折素子の回転中心から
偏心させてもよい。 （２７）また、前記集光光学系として集光作用を有する
回折素子を備え、前記回折用回折素子と前記集光用回折
素子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ
等しくする。この装置により、上記（２０）の効果を奏
することができる。 （２８）また、前記集光光学系としてそれぞれ屈折およ
び回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を配
置する。この装置により、上記（２１）の効果を奏する
ことができる。 （２９）なお、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズを
備えることができる。 （３０）さらに、屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成
された部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備
えることができる。
み以下のような構成を採用する。 （１）本発明の方法は、パルスレーザーを集光させて被
加工物に照射し被加工物を加工するレーザー加工方法に
おいて、回折と屈折を組み合わせてパルスレーザーの色
収差を補正する。これによれば、回折による回折分散と
屈折による屈折分散が生じ、それらの分散は向きが逆
で、かつ回折分散の効果は屈折分散の効果よりも大きい
ため、縦および横方向の色収差が相殺されて十分に小さ
くなる。従って、集光スポットが小さくなり、加工精度
が向上する。 （２）また、回折と屈折を組み合わせてパルスレーザー
の色収差およびパルス伸長を補正する。これによれば、
回折による回折分散と屈折による屈折分散が生じ、それ
らの分散は向きが逆で、かつ回折分散の効果は屈折分散
の効果よりも大きいため、屈折分散に起因する色収差お
よびパルス伸長も十分に小さく抑えられる。従って、集
光スポットが小さくなり、加工精度が向上する。 （３）本発明の装置は、パルスレーザーの集光系を有
し、前記集光系から射出されたビームを被加工物に照射
して加工を行うレーザー加工装置において、前記集光系
が少なくとも１対の回折面と屈折面とを備える。この装
置によれば、１対の回折面と屈折面が、上記（１）、
（２）で説明したような作用効果を奏し、高精度の加工
が可能となる。 （４）なお、前記集光系は回折面を有する屈折レンズか
ら構成することができる。 （５）また、前記集光系は回折面を有する板と屈折レン
ズから構成することができる。 （６）本発明の他の方法は、パルスレーザーを分岐用回
折素子により複数のビームに分岐し、前記複数の分岐ビ
ームに関して生じる色収差を集光光学系を介して補正
し、色収差が補正された前記複数の分岐ビームを被加工
物に集光照射する。これにより、回折素子で分岐された
複数のパルスビームを集光して得られる複数の集光スポ
ット形状の色収差による歪みが防止される。 （７）また、前記集光光学系に集光作用を有する回折素
子を用い、前記分岐用回折素子と前記集光用回折素子と
の距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等しく
する。これによれば、分岐用回折素子で分岐された複数
のビームに関して生じる横色収差が取り除かれ、分岐用
回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される
複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。従って、被加工物にはほぼ同じ形と大きさの複数の
加工痕が得られる。 （８）また、前記集光光学系にそれぞれ屈折および回折
作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用い、波
長に応じて前記光学系の主面の位置を調整する。これに
よれば、分岐用回折素子で分岐された複数のビームに関
して生じる横および縦の色収差が取り除かれ、分岐用回
折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される複
数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。従って、被加工物にはほぼ同じ形と大きさの複数の
加工痕が得られる。 （９）本発明の他の装置は、パルスレーザーを発生する
レーザー発生装置と、前記レーザー発生装置から発生さ
れたパルスレーザーを複数のビームに分岐する分岐用回
折素子と、前記分岐用回折素子により分岐された複数の
分岐ビームに関して色収差を補正して集光する集光光学
系と、を備える。この装置により、上記（６）で説明し
た効果を奏することができる。 （１０）また、前記集光光学系として集光作用を有す回
折素子を備え、前記分岐用回折素子と前記集光用回折素
子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等
しくする。この装置により、上記（７）で説明した効果
を奏することができる。 （１１）また、前記集光光学系としてそれぞれ屈折およ
び回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を配
置する。この装置により、上記（８）で説明した効果を
奏することが可能となる。 （１２）なお、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズを
備えることができる。 （１３）また、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成さ
れた部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備え
ることができる。 （１４）また、前記２群からなる光学系を第１群と第２
群とから構成し、前記第１群の回折面に負のパワーを、
前記１群の屈折レンズに正のパワーを、前記２群の屈折
レンズに負のパワーを、前記第２群の回折面に正のパワ
ーを、それぞれ備えることができる。 （１５）本発明の他の方法は、パルスレーザーのパルス
空間強度分布を回折素子で所定の形に整形する。これに
よれば、加工に適したレーザーパルスを、回折素子の交
換により簡単に得ることが可能となる。 （１６）本発明の他の装置は、パルスレーザーのパルス
空間強度分布を所定の形に整形するパルス整形用回折素
子を備える。この装置により、上記（１５）の効果を奏
することが可能となる。 （１７）また、前記分岐用回折素子にパルスレーザーの
パルス空間強度分布を所定の形に整形する位相関数を重
畳する。これによれば、１つの回折素子でパルスの分岐
と整形が実行されることになり、装置の小型化、コスト
ダウンに寄与できる。 （１８）本発明の他の方法は、パルスレーザーを回折素
子により回折するステップと、前記パルスレーザーに関
して生じる色収差を集光光学系を介して補正するステッ
プと、前記パルスレーザーの集光位置を前記回折用回折
素子を回転して移動させるステップと、を備える。これ
によれば、色収差の補正に加えて、回折素子およびその
回転を利用した加工位置決めにより、高精度の加工を比
較的簡単な構成で実施することが可能となる。 （１９）なお。前記パルスレーザーを複数のビームに分
岐して、該複数の分岐ビームを回折および集光させるよ
うにしてもよい。これにより、加工速度または加工効率
を向上させることができる。 （２０）また、前記集光光学系に集光作用を有する回折
素子を用い、前記回折用回折素子と前記集光用回折素子
との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等し
くする。これによれば、分岐用回折素子で分岐された複
数のビームに関して生じる横色収差が取り除かれ、分岐
用回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成され
る複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにで
きる。 （２１）また、前記集光光学系にそれぞれ屈折および回
折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用い、
波長に応じて前記光学系の主面の位置を調整する。これ
によれば、分岐用回折素子で分岐された複数のビームに
関して生じる横および縦の色収差が取り除かれ、分岐用
回折素子で分岐された複数のパルスビームで形成される
複数の集光スポットの形および大きさをほぼ同じにでき
る。 （２２）本発明の他の装置は、パルスレーザーを発生す
るレーザー発生装置と、前記レーザー発生装置から発生
したパルスレーザーを回折する回折用回折素子と、前記
回折用回折素子で回折した回折パルスレーザーに関して
波長帯域に起因する色収差を補正して集光する集光光学
系と、前記回折素子を回転させる回転手段と、を有す
る。この装置により、上記（１８）の効果を奏すること
ができる。 （２３）なお、前記回転手段は、前記回折用回折素子に
より回折されたレーザービームの集光スポットを回転移
動させるものである。 （２４）また、前記レーザー発生装置から発生したパル
スレーザーを複数のビームに分岐する分岐用回折素子を
備え、前記回折用回折素子で複数の分岐ビームを回折す
るようにしてもよい。これによれば、集光スポットが複
数となるので、加工速度を向上させることができる。 （２５）なお、前記回折用回折素子に入射されるレーザ
ービームの光軸は、前記回折用回折素子の回転中心と一
致させることができる。 （２６）また、前記回折用回折素子に入射されるレーザ
ービームの光軸は、前記回折用回折素子の回転中心から
偏心させてもよい。 （２７）また、前記集光光学系として集光作用を有する
回折素子を備え、前記回折用回折素子と前記集光用回折
素子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ
等しくする。この装置により、上記（２０）の効果を奏
することができる。 （２８）また、前記集光光学系としてそれぞれ屈折およ
び回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を配
置する。この装置により、上記（２１）の効果を奏する
ことができる。 （２９）なお、屈折および回折作用を有する前記光学系
として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズを
備えることができる。 （３０）さらに、屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成
された部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備
えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施形態１（単一ビームによる加
工） 超短パルスレーザーを加工へ応用する場合には、一般的
な諸収差の補正に加え、パルス色収差、場合によっては
パルス色収差とパルス伸長を補正することが求められ
る。このためには、回折面と屈折面を組み合わせた集光
系が有効である。その理由は、回折面が与える回折分
散は屈折面の屈折分散とは向きが逆であること、回折
分散の効果は屈折分散の効果よりも大きいこと、の二つ
からである。参考のために、屈折単レンズの収差特性
と、回折単レンズの収差特性を、図４、図５にそれぞれ
示す。
工） 超短パルスレーザーを加工へ応用する場合には、一般的
な諸収差の補正に加え、パルス色収差、場合によっては
パルス色収差とパルス伸長を補正することが求められ
る。このためには、回折面と屈折面を組み合わせた集光
系が有効である。その理由は、回折面が与える回折分
散は屈折面の屈折分散とは向きが逆であること、回折
分散の効果は屈折分散の効果よりも大きいこと、の二つ
からである。参考のために、屈折単レンズの収差特性
と、回折単レンズの収差特性を、図４、図５にそれぞれ
示す。
【００１１】ここでは、ひとつの回折面とひとつの屈折
レンズから成る集光系を考える。なお、回折面は屈折レ
ンズの上に、あるいは、屈折レンズと接して配置されて
いるとする。この集光系の合成集光距離ｆは次式で与え
られる。 １／ｆ＝１／ｆｄ＋１／ｆｒ （３） ただし、ｆｄは回折面の集光距離、ｆｒは屈折レンズの
集光距離である。パルスレーザーの色収差およびパルス
伸長を抑えるには、異なる波長に対する合成集光位置を
同じくすればよい。そのためには、次式の関係が満足さ
れねばならない。 ０＝（１／ｆｄ）（１／νｄ）＋（１／ｆｒ）（１／νｒ） （４） ここで、νｄは回折面の分散率を、νｒは屈折レンズの
分散率を表し、以下のように定義される。 １／νｄ＝−（Δλ／λ） （５−１） １／νｒ＝−（Δｎ／（ｎ−１）） （５−２） ただし、Δλは波長λの変化、Δｎは屈折率ｎの変化を
表す。式（３）と（４）から、ｆｄ、ｆｒは以下のよう
に求まる。 ｆｄ＝ｆ（νｄ−νｒ）／νｄ （６−１） ｆｒ＝ｆ（νｒ−νｄ）／νｒ （６−２） 回折分散と屈折分散の性質から、νｄ＜０、νｒ＞０さ
らに｜νｄ｜＜＜｜νｒ｜である。また、ｆ＞０である
から、ｆｄ＞かつｆｒ＞０となる。従って、回折面へパ
ワーを配分することにより屈折レンズのパワーが減り、
同レンズが薄くなる。このことは、パルス伸長を押さえ
る点でも有利である。
レンズから成る集光系を考える。なお、回折面は屈折レ
ンズの上に、あるいは、屈折レンズと接して配置されて
いるとする。この集光系の合成集光距離ｆは次式で与え
られる。 １／ｆ＝１／ｆｄ＋１／ｆｒ （３） ただし、ｆｄは回折面の集光距離、ｆｒは屈折レンズの
集光距離である。パルスレーザーの色収差およびパルス
伸長を抑えるには、異なる波長に対する合成集光位置を
同じくすればよい。そのためには、次式の関係が満足さ
れねばならない。 ０＝（１／ｆｄ）（１／νｄ）＋（１／ｆｒ）（１／νｒ） （４） ここで、νｄは回折面の分散率を、νｒは屈折レンズの
分散率を表し、以下のように定義される。 １／νｄ＝−（Δλ／λ） （５−１） １／νｒ＝−（Δｎ／（ｎ−１）） （５−２） ただし、Δλは波長λの変化、Δｎは屈折率ｎの変化を
表す。式（３）と（４）から、ｆｄ、ｆｒは以下のよう
に求まる。 ｆｄ＝ｆ（νｄ−νｒ）／νｄ （６−１） ｆｒ＝ｆ（νｒ−νｄ）／νｒ （６−２） 回折分散と屈折分散の性質から、νｄ＜０、νｒ＞０さ
らに｜νｄ｜＜＜｜νｒ｜である。また、ｆ＞０である
から、ｆｄ＞かつｆｒ＞０となる。従って、回折面へパ
ワーを配分することにより屈折レンズのパワーが減り、
同レンズが薄くなる。このことは、パルス伸長を押さえ
る点でも有利である。
【００１２】実際の設計においては、色収差以外の諸収
差も考慮する。そのために、厳密な光線追跡を実行し、
回折面の位相関数を定義する諸係数ならびに屈折面の形
状を決定する。また、収差特性に加え、超短パルスの伸
長が設計の評価項目として加わる。パルス伸長の大きさ
はレンズの厚みに比例するため、このパルス伸長を補正
するように回折面ならびに屈折面の設計を行う。さら
に、パルスは面内に空間強度分布（例えば、ガウシア
ン）を有するため、非線形効果を介して不要な波面収差
が発生する。そこで、この不要な波面収差も考慮して設
計を行う。以下に、２つの実施例（設計事例）を示す。
なお、そこでは、集光素子の性能を比較する意味で、一
般に使われている２枚組みレンズ（ダブレット）の収差
特性も併せて示す。
差も考慮する。そのために、厳密な光線追跡を実行し、
回折面の位相関数を定義する諸係数ならびに屈折面の形
状を決定する。また、収差特性に加え、超短パルスの伸
長が設計の評価項目として加わる。パルス伸長の大きさ
はレンズの厚みに比例するため、このパルス伸長を補正
するように回折面ならびに屈折面の設計を行う。さら
に、パルスは面内に空間強度分布（例えば、ガウシア
ン）を有するため、非線形効果を介して不要な波面収差
が発生する。そこで、この不要な波面収差も考慮して設
計を行う。以下に、２つの実施例（設計事例）を示す。
なお、そこでは、集光素子の性能を比較する意味で、一
般に使われている２枚組みレンズ（ダブレット）の収差
特性も併せて示す。
【００１３】実施例１
図６は本発明の実施例１に係る、レーザー加工装置の概
略構成図である。この装置は、レーザーを発生する発生
装置１００と、レーザー発生装置１００で発生したレー
ザーを集光する集光光学系３００とを備え、集光光学系
３００で集光されたレーザーを被加工物２００に照射し
て、加工を行うものである。ここで、集光光学系３００
は回折面を有する屈折レンズ３０１から構成されてい
る。レンズ３０１の第１面３０１Ａは屈折面、第２面３
０１Ｂは回折面である。また、レンズ３０１の面データ
は次のとおりである。第１面３０１Ａの曲率は（２．３
６Ｅ−０２）、第２面３０１Ｂの曲率は（０．００Ｅ＋
００）である。 さらに、第２面３０１Ｂの回折面を定
義する位相関数Φ(r)について検討する。位相関数Φ(r)
は次式で与えられる。 Φ(ｒ)＝ΣＡｎ・ｒ2n （７） この多項式で、Σは和を、Ａｎは各項の係数を、ｒは半
径方向の位置を表す。また、ｒは最大半径で規格化され
た値（０〜１）、ｎは１以上の自然数である。実施例１
の場合、第２面３０１Ｂの回折面を定義する位相関数Φ
(r)の諸係数は、２次の係数Ａ１が（−５．８８２０１
６）、４次の係数Ａ２が（０．００９７４５）、６次の
係数Ａ３が（２．１４４４１Ｅ−６）、８次の係数Ａ４
が（４．６７３３７１Ｅ−１０）となる。図７は集光光
学系３００の縦収差特性、図８は集光光学系３００によ
る集光位置を示すスポットダイアグラムである。回折面
と屈折面を組み合わせた集光光学系３００を用いること
により、縦および横方向の収差が実用上十分なまで小さ
くなっていることが、図７および図８からわかる。ま
た、パルス波長帯域の両端の波長（ここでは７９０ｎｍ
と８１０ｎｍ）に対して縦収差が逆方向に発生するた
め、屈折分散に起因するパルスの伸長も十分に抑えるこ
とが可能である。
略構成図である。この装置は、レーザーを発生する発生
装置１００と、レーザー発生装置１００で発生したレー
ザーを集光する集光光学系３００とを備え、集光光学系
３００で集光されたレーザーを被加工物２００に照射し
て、加工を行うものである。ここで、集光光学系３００
は回折面を有する屈折レンズ３０１から構成されてい
る。レンズ３０１の第１面３０１Ａは屈折面、第２面３
０１Ｂは回折面である。また、レンズ３０１の面データ
は次のとおりである。第１面３０１Ａの曲率は（２．３
６Ｅ−０２）、第２面３０１Ｂの曲率は（０．００Ｅ＋
００）である。 さらに、第２面３０１Ｂの回折面を定
義する位相関数Φ(r)について検討する。位相関数Φ(r)
は次式で与えられる。 Φ(ｒ)＝ΣＡｎ・ｒ2n （７） この多項式で、Σは和を、Ａｎは各項の係数を、ｒは半
径方向の位置を表す。また、ｒは最大半径で規格化され
た値（０〜１）、ｎは１以上の自然数である。実施例１
の場合、第２面３０１Ｂの回折面を定義する位相関数Φ
(r)の諸係数は、２次の係数Ａ１が（−５．８８２０１
６）、４次の係数Ａ２が（０．００９７４５）、６次の
係数Ａ３が（２．１４４４１Ｅ−６）、８次の係数Ａ４
が（４．６７３３７１Ｅ−１０）となる。図７は集光光
学系３００の縦収差特性、図８は集光光学系３００によ
る集光位置を示すスポットダイアグラムである。回折面
と屈折面を組み合わせた集光光学系３００を用いること
により、縦および横方向の収差が実用上十分なまで小さ
くなっていることが、図７および図８からわかる。ま
た、パルス波長帯域の両端の波長（ここでは７９０ｎｍ
と８１０ｎｍ）に対して縦収差が逆方向に発生するた
め、屈折分散に起因するパルスの伸長も十分に抑えるこ
とが可能である。
【００１４】実施例２
図９は本発明の実施例２に係る、レーザー加工装置の概
略構成図であり、図６とは集光光学系が相違している。
図９の構成では、集光光学系４００として、回折面を有
する板４０１と屈折レンズ４０２から構成され、板４０
１と屈折レンズ４０２は分離されている。板４０１の第
１面４０１Ａが回折面であり、板４０１の第２面４０１
Ｂ、屈折レンズ４０２の第３面４０２Ａと第４面４０２
Ｂは屈折面である。また、これらの面データは次のとお
りである。第１面４０１Ａの曲率は（０．００Ｅ＋０
０）、第２面４０１Ｂの曲率は（０．００Ｅ＋００）、
第３面４０２Ａの曲率は（２．６４Ｅ−０２）、第４面
４０２Ｂの曲率は（２．６８Ｅ−０３）である。さら
に、第１面４０１Ａの回折面を定義する位相関数Φ(r)
の諸係数は、２次の係数が（−５．５９５３７１）、４
次の係数が（０．００７１０９）、６次の係数が（−
２．３６４５９１Ｅ−６）、８次の係数が（−２．１０
２０４Ｅ−９）である。図１０は集光光学系４００の縦
収差特性、図１１は集光光学系４００によるスポットダ
イアグラムである。回折面と屈折面を組み合わせた集光
光学系４００を用いることにより、縦および横方向の収
差が実用上十分なまで小さくなっていることが、図１０
および図１１からわかる。また、パルス波長帯域の両端
の波長（ここでは７９０ｎｍと８１０ｎｍ）に対して縦
収差が逆方向に発生するため、屈折分散に起因するパル
スの伸長も十分に抑えることが可能である。
略構成図であり、図６とは集光光学系が相違している。
図９の構成では、集光光学系４００として、回折面を有
する板４０１と屈折レンズ４０２から構成され、板４０
１と屈折レンズ４０２は分離されている。板４０１の第
１面４０１Ａが回折面であり、板４０１の第２面４０１
Ｂ、屈折レンズ４０２の第３面４０２Ａと第４面４０２
Ｂは屈折面である。また、これらの面データは次のとお
りである。第１面４０１Ａの曲率は（０．００Ｅ＋０
０）、第２面４０１Ｂの曲率は（０．００Ｅ＋００）、
第３面４０２Ａの曲率は（２．６４Ｅ−０２）、第４面
４０２Ｂの曲率は（２．６８Ｅ−０３）である。さら
に、第１面４０１Ａの回折面を定義する位相関数Φ(r)
の諸係数は、２次の係数が（−５．５９５３７１）、４
次の係数が（０．００７１０９）、６次の係数が（−
２．３６４５９１Ｅ−６）、８次の係数が（−２．１０
２０４Ｅ−９）である。図１０は集光光学系４００の縦
収差特性、図１１は集光光学系４００によるスポットダ
イアグラムである。回折面と屈折面を組み合わせた集光
光学系４００を用いることにより、縦および横方向の収
差が実用上十分なまで小さくなっていることが、図１０
および図１１からわかる。また、パルス波長帯域の両端
の波長（ここでは７９０ｎｍと８１０ｎｍ）に対して縦
収差が逆方向に発生するため、屈折分散に起因するパル
スの伸長も十分に抑えることが可能である。
【００１５】なお、実施例１および実施例２において、
回折面のベース面および／または屈折面を非球面にする
ことも可能である。また、回折面と屈折面の配置を入れ
替えることも可能である。
回折面のベース面および／または屈折面を非球面にする
ことも可能である。また、回折面と屈折面の配置を入れ
替えることも可能である。
【００１６】上記実施例と比較のために、従来の２枚組
みレンズによる集光光学系５００の構成、集光光学系５
００の収差特性並びにスポットダイアグラムを、図１
２、図１３、図１４にそれぞれに示した。ここでは、凸
レンズ５０１で第１面５０１Ａおよび第２面５０１Ｂが
形成され、凹レンズ５０２で第３面５０２Ａおよび第４
面５０２Ｂが形成されている。また、すべての面は球面
である。第１面５０１Ａの曲率は（３．９０Ｅ−０
２）、第２面５０１Ｂの曲率は（−３．５８Ｅ−０
２）、第３面５０２Ａの曲率は（−３．８９Ｅ−０
２）、第４面５０２Ｂの曲率は（−１．５０Ｅ−０２）
である。この集光光学系５００を上記実施例１，２と比
較すると、縦収差の補正が不足し、スポットダイアグラ
ムも約２倍の広さとなっている。また、異なる波長に対
して同じ方向に縦収差が発生するため、屈折分散に起因
するパルス伸長の補正も十分とは言えない。
みレンズによる集光光学系５００の構成、集光光学系５
００の収差特性並びにスポットダイアグラムを、図１
２、図１３、図１４にそれぞれに示した。ここでは、凸
レンズ５０１で第１面５０１Ａおよび第２面５０１Ｂが
形成され、凹レンズ５０２で第３面５０２Ａおよび第４
面５０２Ｂが形成されている。また、すべての面は球面
である。第１面５０１Ａの曲率は（３．９０Ｅ−０
２）、第２面５０１Ｂの曲率は（−３．５８Ｅ−０
２）、第３面５０２Ａの曲率は（−３．８９Ｅ−０
２）、第４面５０２Ｂの曲率は（−１．５０Ｅ−０２）
である。この集光光学系５００を上記実施例１，２と比
較すると、縦収差の補正が不足し、スポットダイアグラ
ムも約２倍の広さとなっている。また、異なる波長に対
して同じ方向に縦収差が発生するため、屈折分散に起因
するパルス伸長の補正も十分とは言えない。
【００１７】実施形態２（複数の分岐ビームを利用した
加工） 実施例３ 図１５は本発明の実施例３に係るレーザー加工装置の構
成図である。このレーザー加工装置は、図１５に示すよ
うに、フェムト秒のパルスレーザーを発生するレーザー
発生装置６０１と、レーザー発生装置６０１からのパル
スレーザーを複数のパルスビームに分岐する分岐用回折
素子６０２と、分岐用回折素子６０２で分岐された複数
のパルスビームを集光する集光用回折素子６１１とから
なる。この場合、これらふたつの回折素子６０２、６１
１の配置を工夫することにより、横色収差を取り除く補
正ができる。
加工） 実施例３ 図１５は本発明の実施例３に係るレーザー加工装置の構
成図である。このレーザー加工装置は、図１５に示すよ
うに、フェムト秒のパルスレーザーを発生するレーザー
発生装置６０１と、レーザー発生装置６０１からのパル
スレーザーを複数のパルスビームに分岐する分岐用回折
素子６０２と、分岐用回折素子６０２で分岐された複数
のパルスビームを集光する集光用回折素子６１１とから
なる。この場合、これらふたつの回折素子６０２、６１
１の配置を工夫することにより、横色収差を取り除く補
正ができる。
【００１８】近軸理論から、加工面におけるｍ次の集光
スポットの位置は、次式で与えられる。 ｙ＝[ｓ（１−Ｌ／ｆ）−Ｌ]ｕ （８） ただし、ｓは分岐用回折素子６０２から集光用回折素子
６１１までの距離、Ｌは集光用回折素子６１１から被加
工物６１４の加工面までの距離である。また、ｆは集光
用回折素子６１１の集光距離、ｕはパルスビームの回折
角であり、ｕ＝ｍλ／ｐである。ここで、ｍは回折次
数、λはパルス波長、ｐは分岐用回折素子６０２におけ
る一周期の長さである。
スポットの位置は、次式で与えられる。 ｙ＝[ｓ（１−Ｌ／ｆ）−Ｌ]ｕ （８） ただし、ｓは分岐用回折素子６０２から集光用回折素子
６１１までの距離、Ｌは集光用回折素子６１１から被加
工物６１４の加工面までの距離である。また、ｆは集光
用回折素子６１１の集光距離、ｕはパルスビームの回折
角であり、ｕ＝ｍλ／ｐである。ここで、ｍは回折次
数、λはパルス波長、ｐは分岐用回折素子６０２におけ
る一周期の長さである。
【００１９】式（８）を微分することにより、回折角の
変化Δｕ（波長変化により生じる）に対する分岐用回折
素子６０２で分岐されたパルスビームの到達位置のずれ
Δｙは次のように求まる。 Δｙ＝[ｓ（１−２Ｌ／ｆ）−Ｌ]Δｕ （９） なお、式（９）を導くために、分岐用回折素子６０２に
おいて成り立つ関係Δｕ／ｕ＝Δλ／λと、集光用回折
素子６１１において成り立つ関係Δλ／λ＝−Δｆ／ｆ
を用いた。また、集光用回折素子６１１を半径ｒの２次
の項だけから成るフレネルレンズとして扱い、高次の収
差成分を無視すると、フレネルレンズの収差関数は次式
で与えられる。 φ（ｒ）＝−πｒ2／（λｆ） （１０） 従って、例えば、λ＝８００ｎｍ、ｆ＝１００ｍｍとす
ると、φ（ｒ）＝−３９．２７ｒ2となる。
変化Δｕ（波長変化により生じる）に対する分岐用回折
素子６０２で分岐されたパルスビームの到達位置のずれ
Δｙは次のように求まる。 Δｙ＝[ｓ（１−２Ｌ／ｆ）−Ｌ]Δｕ （９） なお、式（９）を導くために、分岐用回折素子６０２に
おいて成り立つ関係Δｕ／ｕ＝Δλ／λと、集光用回折
素子６１１において成り立つ関係Δλ／λ＝−Δｆ／ｆ
を用いた。また、集光用回折素子６１１を半径ｒの２次
の項だけから成るフレネルレンズとして扱い、高次の収
差成分を無視すると、フレネルレンズの収差関数は次式
で与えられる。 φ（ｒ）＝−πｒ2／（λｆ） （１０） 従って、例えば、λ＝８００ｎｍ、ｆ＝１００ｍｍとす
ると、φ（ｒ）＝−３９．２７ｒ2となる。
【００２０】ここで、分岐された複数のパルスの集光面
を被加工物６０４の加工面とすると、式（９）へＬ＝ｆ
を代入して次式を得る。 Δｙ＝−（ｓ＋ｆ）Δｕ （１１） この関係から、ｓ＝−ｆの時、回折角の変化Δｕ に依
らず、Δｙ＝０となる。すなわち、分岐用回折素子６０
２から集光用回折素子６１１までの距離を、集光用回折
素子６１１から加工面までの集光距離とすれば、分岐さ
れた複数のビームに関して生ずる横色収差が補正される
ことを意味する。
を被加工物６０４の加工面とすると、式（９）へＬ＝ｆ
を代入して次式を得る。 Δｙ＝−（ｓ＋ｆ）Δｕ （１１） この関係から、ｓ＝−ｆの時、回折角の変化Δｕ に依
らず、Δｙ＝０となる。すなわち、分岐用回折素子６０
２から集光用回折素子６１１までの距離を、集光用回折
素子６１１から加工面までの集光距離とすれば、分岐さ
れた複数のビームに関して生ずる横色収差が補正される
ことを意味する。
【００２１】上記の理論に基づく実施例３の光学レイア
ウトは図１６のようになる。そして、その光学レイアウ
トによる点像分布は、図１７に示すグラフのようになっ
た。
ウトは図１６のようになる。そして、その光学レイアウ
トによる点像分布は、図１７に示すグラフのようになっ
た。
【００２２】レーザー加工装置においては、ｓ＝−ｆの
条件から多少はずれた構成となっても、加工の許容範囲
であれば問題はない。どの程度厳密な位置合わせを要す
るかは、必要とされる加工領域の大きさとその領域内で
求められる加工の均一性から決めればよい。なお、図１
６の光学レイアウトにおいて、集光用回折素子６１１の
集光距離ｆ＝１００ｍｍを固定した場合、ふたつの回折
素子６０２，６１１の間隔と、この光学系による複数の
パルスビーム（１次、３次、７次を例示）により形成さ
れる集光スポットの理論値に対する位置ずれΔｙとの関
係は、図１８に示すようになった。
条件から多少はずれた構成となっても、加工の許容範囲
であれば問題はない。どの程度厳密な位置合わせを要す
るかは、必要とされる加工領域の大きさとその領域内で
求められる加工の均一性から決めればよい。なお、図１
６の光学レイアウトにおいて、集光用回折素子６１１の
集光距離ｆ＝１００ｍｍを固定した場合、ふたつの回折
素子６０２，６１１の間隔と、この光学系による複数の
パルスビーム（１次、３次、７次を例示）により形成さ
れる集光スポットの理論値に対する位置ずれΔｙとの関
係は、図１８に示すようになった。
【００２３】実施例３の装置において使用した、フェム
ト秒レーザーと各回折素子のデータは以下のとおりであ
る。なお、これらはあくまでも一例である。 ・フェムト秒レーザー：パルス幅１００fs、パルスエネ
ルギー１ｍＪ（繰り返し１ＫＨｚ）、中心波長８００ｎ
ｍ、半値波長幅±１０ｎｍ、パルスビーム径６ｍｍであ
る。 ・分岐用回折素子６０２：分岐数２１、分岐間隔２００
μｍ、この素子により分岐された２１本の各パルスビー
ムの強度はほぼ等しくなるようにされている。 ・集光用回折素子６１１：集光距離１００ｍｍである。 なお、上記回折素子６０２，６１１は、例えば、レーザ
ー描画とイオンエッチングにより、高品質な石英などの
基板上に形成される。
ト秒レーザーと各回折素子のデータは以下のとおりであ
る。なお、これらはあくまでも一例である。 ・フェムト秒レーザー：パルス幅１００fs、パルスエネ
ルギー１ｍＪ（繰り返し１ＫＨｚ）、中心波長８００ｎ
ｍ、半値波長幅±１０ｎｍ、パルスビーム径６ｍｍであ
る。 ・分岐用回折素子６０２：分岐数２１、分岐間隔２００
μｍ、この素子により分岐された２１本の各パルスビー
ムの強度はほぼ等しくなるようにされている。 ・集光用回折素子６１１：集光距離１００ｍｍである。 なお、上記回折素子６０２，６１１は、例えば、レーザ
ー描画とイオンエッチングにより、高品質な石英などの
基板上に形成される。
【００２４】実施例３の加工装置を使い、フェムト秒パ
ルスレーザーを分岐、集光すると、先に述べた最適素子
間隔の条件（ｓ＝−ｆ）では横色収差が補正され、その
光学系による集光スポットの形と大きさは、例えば図１
９に示すような、回折次数に依らずほぼ同じ形および大
きさとなる。従って、このような均一な集光スポットア
レイを被加工物６０４へ当てると、被加工物６０４には
同じ大きさの加工痕が得られる。
ルスレーザーを分岐、集光すると、先に述べた最適素子
間隔の条件（ｓ＝−ｆ）では横色収差が補正され、その
光学系による集光スポットの形と大きさは、例えば図１
９に示すような、回折次数に依らずほぼ同じ形および大
きさとなる。従って、このような均一な集光スポットア
レイを被加工物６０４へ当てると、被加工物６０４には
同じ大きさの加工痕が得られる。
【００２５】実施例３の加工装置は、さらに以下のよう
な利点を有する。 ・素子数が少なくかつ軽量であるため、系の調整ならび
に取扱いが容易である。 ・回折光学素子は板状であり、その厚みは１ｍｍ程度で
ある。このため、パルスが通過する部材中の光学距離が
短くなり、パルスの空間強度分布に起因する不要な波面
収差を減らすことができる。その結果、形のよい集光ス
ポットが得られる。このことは、フェムト秒パルスレー
ザーを微細加工へ応用する上で重要である。
な利点を有する。 ・素子数が少なくかつ軽量であるため、系の調整ならび
に取扱いが容易である。 ・回折光学素子は板状であり、その厚みは１ｍｍ程度で
ある。このため、パルスが通過する部材中の光学距離が
短くなり、パルスの空間強度分布に起因する不要な波面
収差を減らすことができる。その結果、形のよい集光ス
ポットが得られる。このことは、フェムト秒パルスレー
ザーを微細加工へ応用する上で重要である。
【００２６】実施例４
図２０は本発明の実施例４のレーザー加工装置を示す構
成図である。この装置は、フェムト秒のパルスレーザー
を発生するレーザ装置６０１と、レーザー発生装置６０
１からのパルスレーザーを複数のパルスビームに分岐す
る分岐用回折素子６０２と、第１および第２の回折面付
屈折レンズ６１２，６１３で構成されるハイブリッド集
光光学系とからなる。第１の回折面付屈折レンズ６１２
は、凸凹球面レンズ（正のパワー）であり、その入射側
の表面に回折面（負のパワー）が形成されている。第２
の回折面付屈折レンズ６１３は凹凸球面レンズ（負のパ
ワー）であり、その出射側の表面に回折面（正のパワ
ー）が形成されている。
成図である。この装置は、フェムト秒のパルスレーザー
を発生するレーザ装置６０１と、レーザー発生装置６０
１からのパルスレーザーを複数のパルスビームに分岐す
る分岐用回折素子６０２と、第１および第２の回折面付
屈折レンズ６１２，６１３で構成されるハイブリッド集
光光学系とからなる。第１の回折面付屈折レンズ６１２
は、凸凹球面レンズ（正のパワー）であり、その入射側
の表面に回折面（負のパワー）が形成されている。第２
の回折面付屈折レンズ６１３は凹凸球面レンズ（負のパ
ワー）であり、その出射側の表面に回折面（正のパワ
ー）が形成されている。
【００２７】分岐用回折素子６０２でレーザ発生装置６
０１から射出されたパルスを分岐すると、長い波長ほど
回折角が大きくなり、そのパルス成分は外側へ向かう。
これを補正するには、集光光学系に大きな横色収差Δβ
を持たせる必要がある。すなわち、長い波長に対して倍
率が小さくなるようにする。波長λとその波長に対する
焦点距離ｆの間には以下の関係が求められる。 λｆ＝一定 （１２） わずかな波長変化Δλに対して回折角ｕは大きく変化す
る。このため、分散力の大きな回折面を用いて、異なる
波長に対する集光距離の差Δｆを、分岐用回折素子で発
生する横色収差を補正（相殺）できる程度に大きく与え
る必要がある。同時に、波長に依らず、集光位置を同じ
にしなければならない。このように、集光光学系で発生
させなければならない分散力は相当に大きく、屈折レン
ズだけを用いた構成では多くの面数を要する。この問題
を回避するためには、ここでは各々の屈折レンズに回折
面を設けている。
０１から射出されたパルスを分岐すると、長い波長ほど
回折角が大きくなり、そのパルス成分は外側へ向かう。
これを補正するには、集光光学系に大きな横色収差Δβ
を持たせる必要がある。すなわち、長い波長に対して倍
率が小さくなるようにする。波長λとその波長に対する
焦点距離ｆの間には以下の関係が求められる。 λｆ＝一定 （１２） わずかな波長変化Δλに対して回折角ｕは大きく変化す
る。このため、分散力の大きな回折面を用いて、異なる
波長に対する集光距離の差Δｆを、分岐用回折素子で発
生する横色収差を補正（相殺）できる程度に大きく与え
る必要がある。同時に、波長に依らず、集光位置を同じ
にしなければならない。このように、集光光学系で発生
させなければならない分散力は相当に大きく、屈折レン
ズだけを用いた構成では多くの面数を要する。この問題
を回避するためには、ここでは各々の屈折レンズに回折
面を設けている。
【００２８】この集光系全体の集光距離ｆは次式で与え
られる。 １／ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２−ｄ／（ｆ１ｆ２） （１３） ただし、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１および第２の回折面
付屈折レン６１２，６１３ズの集光距離であり、以下の
式で与えられる。 １／ｆ１＝１／ｆ１ｒ＋１／ｆ１ｄ （１４−１） １／ｆ２＝１／ｆ２ｒ＋１／ｆ２ｄ （１４−２） ここで、ｆ１ｒ、ｆ１ｄは第１の回折面付屈折レンズ６
１２における屈折レンズの集光距離と回折面の集光距離
である。ｆ２ｒ、ｆ２ｄは第２の回折面付屈折レンズ６
１３における屈折レンズの集光距離と回折面の集光距離
である。これらのレンズにおける集光距離の差Δｆ１、
Δｆ２は次式で与えられる。 Δｆ１＝ｆ１2[（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ１ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ１] （１５−１） Δｆ２＝ｆ２2[（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ２ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ２] （１５−２） なお、全体のΔｆは、上記のΔｆ１とΔｆ２から決ま
る。そして、Δｆ１とΔｆ２は、屈折レンズとその上に
形成する回折面の設計から決まる。
られる。 １／ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２−ｄ／（ｆ１ｆ２） （１３） ただし、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１および第２の回折面
付屈折レン６１２，６１３ズの集光距離であり、以下の
式で与えられる。 １／ｆ１＝１／ｆ１ｒ＋１／ｆ１ｄ （１４−１） １／ｆ２＝１／ｆ２ｒ＋１／ｆ２ｄ （１４−２） ここで、ｆ１ｒ、ｆ１ｄは第１の回折面付屈折レンズ６
１２における屈折レンズの集光距離と回折面の集光距離
である。ｆ２ｒ、ｆ２ｄは第２の回折面付屈折レンズ６
１３における屈折レンズの集光距離と回折面の集光距離
である。これらのレンズにおける集光距離の差Δｆ１、
Δｆ２は次式で与えられる。 Δｆ１＝ｆ１2[（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ１ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ１] （１５−１） Δｆ２＝ｆ２2[（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ２ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ２] （１５−２） なお、全体のΔｆは、上記のΔｆ１とΔｆ２から決ま
る。そして、Δｆ１とΔｆ２は、屈折レンズとその上に
形成する回折面の設計から決まる。
【００２９】第１の回折面付屈折レンズ６１２から第２
の回折面付屈折レンズ６１３までの距離ｄを小さくした
場合には、より大きな分散力が必要となり、レンズ（屈
折または回折）の集光距離は短くなる。逆に、距離ｄを
離した場合には、必要な分散力は小さくなり、レンズの
集光距離は長くなる。従って、距離ｄを離したほうが、
回折面の構造が粗くなりその作製が容易になる。
の回折面付屈折レンズ６１３までの距離ｄを小さくした
場合には、より大きな分散力が必要となり、レンズ（屈
折または回折）の集光距離は短くなる。逆に、距離ｄを
離した場合には、必要な分散力は小さくなり、レンズの
集光距離は長くなる。従って、距離ｄを離したほうが、
回折面の構造が粗くなりその作製が容易になる。
【００３０】実施例４のレーザー加工装置の光学レイア
ウトを図２１に示す。また、この光学レイアウトにおけ
る、第１および第２の回折面付屈折レンズデータは以下
の通りである。なお、これらのデータはあくまでも一例
である。第１の回折面付屈折レンズ６１２に関して、入
射面側（回折面側）の曲率は7.74E-02、出射面側の曲率
は3.02E-02、厚みは3.00E+00、である。第２の回折面付
屈折レンズ６１３に関して、入射面側の曲率は-9.86E-0
2、出射面側（回折面側）の曲率は-5.43E-02、厚みは2.
00E+00、である。さらに、第１と第２の回折面付屈折レ
ンズ６１２，６１３の直径は8.00E+00、その間隔は2.00
E+01、である。また、第１の回折面付屈折レンズ６１２
の回折面に関しては、ｒの２乗係数＝+142.025716、ｒ
の４乗係数＝+0.241539、であり、負のパワーを有す
る。第２の回折面付屈折レンズ６１３の回折面に関して
は、ｒの２乗係数＝-144.941195、ｒの４乗係数＝-0.16
5726、であり、正のパワーを有する。これら第１および
第２の回折面付屈折レンズ６１２，６１３は、精密切削
加工により高品質な硝材上に形成される。
ウトを図２１に示す。また、この光学レイアウトにおけ
る、第１および第２の回折面付屈折レンズデータは以下
の通りである。なお、これらのデータはあくまでも一例
である。第１の回折面付屈折レンズ６１２に関して、入
射面側（回折面側）の曲率は7.74E-02、出射面側の曲率
は3.02E-02、厚みは3.00E+00、である。第２の回折面付
屈折レンズ６１３に関して、入射面側の曲率は-9.86E-0
2、出射面側（回折面側）の曲率は-5.43E-02、厚みは2.
00E+00、である。さらに、第１と第２の回折面付屈折レ
ンズ６１２，６１３の直径は8.00E+00、その間隔は2.00
E+01、である。また、第１の回折面付屈折レンズ６１２
の回折面に関しては、ｒの２乗係数＝+142.025716、ｒ
の４乗係数＝+0.241539、であり、負のパワーを有す
る。第２の回折面付屈折レンズ６１３の回折面に関して
は、ｒの２乗係数＝-144.941195、ｒの４乗係数＝-0.16
5726、であり、正のパワーを有する。これら第１および
第２の回折面付屈折レンズ６１２，６１３は、精密切削
加工により高品質な硝材上に形成される。
【００３１】また、実施例４の装置に使用したフェムト
秒レーザーと分岐用回折素子６０２は、実施例３の場合
で使用したものと同じ諸元のものである。
秒レーザーと分岐用回折素子６０２は、実施例３の場合
で使用したものと同じ諸元のものである。
【００３２】実施例４の加工装置を使い、フェムト秒パ
ルスレーザーを分岐、集光すると、横および縦の色収差
が補正され、その光学系による集光スポットの形と大き
さは、例えば図１９に示すような、回折次数に依らずほ
ぼ同じ形および大きさとなる。なお、この光学レイアウ
トによる点像分布を図２２に示す。このような均一な集
光スポットアレイを被加工物４へ当てると、被加工物６
０４には同じ大きさの加工痕が得られる。実施例４の加
工装置を用いた場合には、少なくとも縦の色収差が補正
される分だけ、実施例３の加工装置を用いた場合に比べ
て、加工痕の大きさが小さくなる。
ルスレーザーを分岐、集光すると、横および縦の色収差
が補正され、その光学系による集光スポットの形と大き
さは、例えば図１９に示すような、回折次数に依らずほ
ぼ同じ形および大きさとなる。なお、この光学レイアウ
トによる点像分布を図２２に示す。このような均一な集
光スポットアレイを被加工物４へ当てると、被加工物６
０４には同じ大きさの加工痕が得られる。実施例４の加
工装置を用いた場合には、少なくとも縦の色収差が補正
される分だけ、実施例３の加工装置を用いた場合に比べ
て、加工痕の大きさが小さくなる。
【００３３】実施例５
図２３は本発明の実施例５のレーザー加工装置を示す構
成図である。この装置は、フェムト秒のパルスレーザー
を射出するレーザー発生装置６０１と、レーザー発生装
置６０１からのパルスレーザーを複数のパルスビームに
分岐する分岐用回折素子６０２と、第１の回折面６１
４、第１の屈折レンズ６１５、第２の屈折レンズ６１
６、および第２の回折面６１７で構成されるハイブリッ
ド集光光学系とからなる。実施例４との相違は、回折面
を屈折レンズから分離して平板上に形成した点にある。
このようにしても、実施例４とほぼ同等の集光特性並び
に効果が得られる。
成図である。この装置は、フェムト秒のパルスレーザー
を射出するレーザー発生装置６０１と、レーザー発生装
置６０１からのパルスレーザーを複数のパルスビームに
分岐する分岐用回折素子６０２と、第１の回折面６１
４、第１の屈折レンズ６１５、第２の屈折レンズ６１
６、および第２の回折面６１７で構成されるハイブリッ
ド集光光学系とからなる。実施例４との相違は、回折面
を屈折レンズから分離して平板上に形成した点にある。
このようにしても、実施例４とほぼ同等の集光特性並び
に効果が得られる。
【００３４】ハイブリッド集光光学系において、第１の
回折面６１４（負のパワーを有する）は平板の出射面側
に形成されている。第１の屈折レンズ６１５は両凸球面
レンズであり、その表面には回折面は形成されていな
い。第２の屈折レンズ６１６は両凹球面レンズであり、
その表面には回折面は形成されていない。第２の回折面
６１７（正のパワーを有する）は平板の出射面側に形成
されている。
回折面６１４（負のパワーを有する）は平板の出射面側
に形成されている。第１の屈折レンズ６１５は両凸球面
レンズであり、その表面には回折面は形成されていな
い。第２の屈折レンズ６１６は両凹球面レンズであり、
その表面には回折面は形成されていない。第２の回折面
６１７（正のパワーを有する）は平板の出射面側に形成
されている。
【００３５】実施例５のレーザ加工装置の光学レイアウ
トを図２４に示す。また、この光学レイアウトにおけ
る、第１および第２の回折面（これらの回折面は第１お
よび第２の回折素子に形成されている）６１４，６１
７、第１および第２の屈折レンズ６１５，６１６のデー
タは以下の通りである。なお、これらのデータはあくま
でも一例である。第１の回折素子６１４の厚さ＝1.2ｍ
ｍ、第１の回折素子６１４と第１の屈折レンズ６１５と
の間隔＝1ｍｍ、第１の屈折レンズ６１５の厚さ＝3ｍ
ｍ、第１の屈折レンズ６１５の入射側曲率＝+0.0203429
32、第１の屈折レンズ６１５の出射側曲率＝-0.0326658
54、第１の屈折レンズ６１５と第２の屈折レンズ６１６
との間隔＝20ｍｍ、第２の屈折レンズ６１６の厚さ＝2
ｍｍ、 第２の屈折レンズ６１６の入射側曲率＝-0.0200
98118、第２の屈折レンズ６１６の出射側曲率＝+0.0252
8779、第２の屈折レンズ６１６と第２の回折素子６１７
との間隔＝1ｍｍ、第２の回折素子６１７の厚さ＝1.2ｍ
ｍ、これらの回折素子６１４，６１７と屈折レンズ６１
５，６１６の直径＝6ｍｍ、である。また、第１の回折
面６１４に関しては、ｒの２乗係数＝+152.19799、ｒの
４乗係数＝+0.093056、ｒの６乗係数＝+5.156849E-05、
ｒの８乗係数＝+3.139228E-06、であり、負のパワーを
有する。第２の回折面６１７に関しては、ｒの２乗係数
＝-153.011565、ｒの４乗係数＝-0.062412、ｒの６乗係
数＝-4.54194E-05、ｒの８乗係数＝-9.56396E-07、であ
り、正のパワーを有する。これら第１および第２の回折
面６１４，６１７は、例えば、レーザ描画とイオンエッ
チングにより高品質な石英などの基板上に形成される。
また、第１および第２の屈折レンズ６１５，６１６は、
精密切削加工により高品質な硝材上に形成される。
トを図２４に示す。また、この光学レイアウトにおけ
る、第１および第２の回折面（これらの回折面は第１お
よび第２の回折素子に形成されている）６１４，６１
７、第１および第２の屈折レンズ６１５，６１６のデー
タは以下の通りである。なお、これらのデータはあくま
でも一例である。第１の回折素子６１４の厚さ＝1.2ｍ
ｍ、第１の回折素子６１４と第１の屈折レンズ６１５と
の間隔＝1ｍｍ、第１の屈折レンズ６１５の厚さ＝3ｍ
ｍ、第１の屈折レンズ６１５の入射側曲率＝+0.0203429
32、第１の屈折レンズ６１５の出射側曲率＝-0.0326658
54、第１の屈折レンズ６１５と第２の屈折レンズ６１６
との間隔＝20ｍｍ、第２の屈折レンズ６１６の厚さ＝2
ｍｍ、 第２の屈折レンズ６１６の入射側曲率＝-0.0200
98118、第２の屈折レンズ６１６の出射側曲率＝+0.0252
8779、第２の屈折レンズ６１６と第２の回折素子６１７
との間隔＝1ｍｍ、第２の回折素子６１７の厚さ＝1.2ｍ
ｍ、これらの回折素子６１４，６１７と屈折レンズ６１
５，６１６の直径＝6ｍｍ、である。また、第１の回折
面６１４に関しては、ｒの２乗係数＝+152.19799、ｒの
４乗係数＝+0.093056、ｒの６乗係数＝+5.156849E-05、
ｒの８乗係数＝+3.139228E-06、であり、負のパワーを
有する。第２の回折面６１７に関しては、ｒの２乗係数
＝-153.011565、ｒの４乗係数＝-0.062412、ｒの６乗係
数＝-4.54194E-05、ｒの８乗係数＝-9.56396E-07、であ
り、正のパワーを有する。これら第１および第２の回折
面６１４，６１７は、例えば、レーザ描画とイオンエッ
チングにより高品質な石英などの基板上に形成される。
また、第１および第２の屈折レンズ６１５，６１６は、
精密切削加工により高品質な硝材上に形成される。
【００３６】また、実施例５の装置において使用したフ
ェムト秒レーザーと分岐用回折素子６０２は、それぞれ
実施例３で使用したものと同じ諸元のものである。
ェムト秒レーザーと分岐用回折素子６０２は、それぞれ
実施例３で使用したものと同じ諸元のものである。
【００３７】実施例５の加工装置を使い、フェムト秒パ
ルスレーザーを分岐、集光すると、実施例４と同様、横
および縦の色収差が補正され、その光学系による集光ス
ポットの形と大きさは、例えば図１９に示すような、回
折次数に依らずほぼ同じ形および大きさとなる。なお、
この光学レイアウトによる点像分布を図２５に示す。こ
のような均一な集光スポットアレイを被加工物６０４へ
当てると、被加工物６０４には同じ大きさの加工痕が得
られる。
ルスレーザーを分岐、集光すると、実施例４と同様、横
および縦の色収差が補正され、その光学系による集光ス
ポットの形と大きさは、例えば図１９に示すような、回
折次数に依らずほぼ同じ形および大きさとなる。なお、
この光学レイアウトによる点像分布を図２５に示す。こ
のような均一な集光スポットアレイを被加工物６０４へ
当てると、被加工物６０４には同じ大きさの加工痕が得
られる。
【００３８】特に、実施例４あるいは実施例５のレーザ
ー加工装置の場合、屈折素子の分散特性と回折素子の分
散特性を組み合わせることにより、実施例３よりもさら
に高度な色収差補正が可能であり、加工精度を高めかつ
加工有効領域を拡張することができる。
ー加工装置の場合、屈折素子の分散特性と回折素子の分
散特性を組み合わせることにより、実施例３よりもさら
に高度な色収差補正が可能であり、加工精度を高めかつ
加工有効領域を拡張することができる。
【００３９】実施形態２において、パルスレーザーの分
岐パターンは、直線上に広がった一次元パターンの他、
面状に広がる二次元パターンも利用できる。
岐パターンは、直線上に広がった一次元パターンの他、
面状に広がる二次元パターンも利用できる。
【００４０】以上、実施形態１および２で、単一ビーム
または複数の分岐ビームによる加工を説明したが、これ
らの加工においては、レーザー発生装置から発生された
パルス空間強度分布の形状を所望の形状に整形するよう
にしてもよい。その場合、パルス空間強度分布の形状の
整形は、目的とする分布形状が得られるように設計され
た回折素子を利用して行うことができる。パルス形状の
整形を行う回折素子は、専用の回折素子を単独に配置し
おてもよく、また、実施例３〜５で用いた分岐用回折素
子に、パルス整形のための位相関数を重畳して、１つの
回折素子に分岐と整形の両方の機能を持たせてもよい。
なお、整形パルスには様々な形状が考えられるが、図２
６（ａ）に示すような中空円柱形状のパルスや、図２６
（ｂ）に示すような中実円柱形状のパルスなどが、一例
として挙げられる。これらの整形パルスを利用して被加
工物を加工することで、高精度で、しかも汚染や損傷の
ない効率的な加工が可能となる。
または複数の分岐ビームによる加工を説明したが、これ
らの加工においては、レーザー発生装置から発生された
パルス空間強度分布の形状を所望の形状に整形するよう
にしてもよい。その場合、パルス空間強度分布の形状の
整形は、目的とする分布形状が得られるように設計され
た回折素子を利用して行うことができる。パルス形状の
整形を行う回折素子は、専用の回折素子を単独に配置し
おてもよく、また、実施例３〜５で用いた分岐用回折素
子に、パルス整形のための位相関数を重畳して、１つの
回折素子に分岐と整形の両方の機能を持たせてもよい。
なお、整形パルスには様々な形状が考えられるが、図２
６（ａ）に示すような中空円柱形状のパルスや、図２６
（ｂ）に示すような中実円柱形状のパルスなどが、一例
として挙げられる。これらの整形パルスを利用して被加
工物を加工することで、高精度で、しかも汚染や損傷の
ない効率的な加工が可能となる。
【００４１】実施形態３（単一ビームまたは複数の分岐
ビームによるトレパニング加工） 実施形態３は、レーザーを利用したトレパニング加工に
関するものである。従来の、レーザーによるトレパニン
グ加工にあっては、レーザーの集光スポットを、ガルバ
ノミラーの組み合わせなどを利用して移動させ、加工を
行っていた。しかしながら、組み合わせミラーによる位
置決め制御は、正確な制御が極めて難しく、またその機
構も複雑なものとなっていた。これに対処するため、発
明者らは、レーザーの集光スポットの移動を、組み合わ
せミラーに代えて、回折格子を利用して行う構成を開発
した。
ビームによるトレパニング加工） 実施形態３は、レーザーを利用したトレパニング加工に
関するものである。従来の、レーザーによるトレパニン
グ加工にあっては、レーザーの集光スポットを、ガルバ
ノミラーの組み合わせなどを利用して移動させ、加工を
行っていた。しかしながら、組み合わせミラーによる位
置決め制御は、正確な制御が極めて難しく、またその機
構も複雑なものとなっていた。これに対処するため、発
明者らは、レーザーの集光スポットの移動を、組み合わ
せミラーに代えて、回折格子を利用して行う構成を開発
した。
【００４２】実施例６
図２７はトレパニング加工に用いられるレーザー加工装
置の構成図、図２８はその要部の構成説明図である。図
において、７０１はレーザー発生装置であり、この発生
装置は、トレパニング加工に利用可能な例えばＹＡＧレ
ーザーなどの連続発振レーザービーム、比較的長いパル
ス幅のパルス発振レーザービーム、またはフェムト秒パ
ルスなどの１０-12秒以下の超短パルスレーザーなどを
発生する。７０２はレーザー発生装置７０１からのレー
ザービーム７０３の進行路上に配置され、レーザービー
ム７０３を被加工物７０８に向けて反射させる全反射ミ
ラー、７０４は全反射ミラー７０２により反射されたレ
ーザービーム７０３を幅広に拡大させるビーム拡大器で
ある。
置の構成図、図２８はその要部の構成説明図である。図
において、７０１はレーザー発生装置であり、この発生
装置は、トレパニング加工に利用可能な例えばＹＡＧレ
ーザーなどの連続発振レーザービーム、比較的長いパル
ス幅のパルス発振レーザービーム、またはフェムト秒パ
ルスなどの１０-12秒以下の超短パルスレーザーなどを
発生する。７０２はレーザー発生装置７０１からのレー
ザービーム７０３の進行路上に配置され、レーザービー
ム７０３を被加工物７０８に向けて反射させる全反射ミ
ラー、７０４は全反射ミラー７０２により反射されたレ
ーザービーム７０３を幅広に拡大させるビーム拡大器で
ある。
【００４３】７０５はビーム拡大器７０４からのレーザ
ービーム７０３を回折する回折素子で、その中心部にビ
ーム拡大器７０４からのレーザービーム７０３の光軸Ｚ
と一致した回転軸７０５ａを有し、モーター７０６など
の回転手段により回転軸７０５ａを中心に回転する。７
０７は回折素子７０５と被加工物７０８との間に配置さ
れ、回折素子７０５により回折したレーザービーム７０
３を集光して被加工物７０８に照射する集光光学系とし
ての屈折レンズである。
ービーム７０３を回折する回折素子で、その中心部にビ
ーム拡大器７０４からのレーザービーム７０３の光軸Ｚ
と一致した回転軸７０５ａを有し、モーター７０６など
の回転手段により回転軸７０５ａを中心に回転する。７
０７は回折素子７０５と被加工物７０８との間に配置さ
れ、回折素子７０５により回折したレーザービーム７０
３を集光して被加工物７０８に照射する集光光学系とし
ての屈折レンズである。
【００４４】このように構成されたレーザー加工装置を
用いて被加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、
まず、レーザー発生装置７０１からレーザービーム７０
３を発振し、それを全反射ミラー７０２で反射してビー
ム拡大器７０４により幅広に拡大して、回折素子７０５
に入射する。このとき、回折素子７０５に入射したレー
ザービーム７０３の光軸Ｚは、図２８および図３２
（ａ）に示すように、回折素子７０５の回転軸７０５ａ
と一致する。ついで、回折素子７０５に入射したレーザ
ービーム７０３は、回折素子７０５の表面に形成された
凹凸によって回折角ｕで回折し、屈折レンズ７０７によ
って集光して被加工物７０８の孔を形成する位置に照射
する。照射されたレーザービーム７０３の集光スポット
Ｔは、図３３（ａ）に示すように、被加工物７０８に形
成される孔の円周に対応する一部に位置し、モーター７
０６によって回折素子７０５が回転されることにより、
集光スポットＴの位置が孔の円周に沿って移動して（図
３３（ａ）のビーム移動軌跡参照）、被加工物７０８に
孔が形成される。
用いて被加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、
まず、レーザー発生装置７０１からレーザービーム７０
３を発振し、それを全反射ミラー７０２で反射してビー
ム拡大器７０４により幅広に拡大して、回折素子７０５
に入射する。このとき、回折素子７０５に入射したレー
ザービーム７０３の光軸Ｚは、図２８および図３２
（ａ）に示すように、回折素子７０５の回転軸７０５ａ
と一致する。ついで、回折素子７０５に入射したレーザ
ービーム７０３は、回折素子７０５の表面に形成された
凹凸によって回折角ｕで回折し、屈折レンズ７０７によ
って集光して被加工物７０８の孔を形成する位置に照射
する。照射されたレーザービーム７０３の集光スポット
Ｔは、図３３（ａ）に示すように、被加工物７０８に形
成される孔の円周に対応する一部に位置し、モーター７
０６によって回折素子７０５が回転されることにより、
集光スポットＴの位置が孔の円周に沿って移動して（図
３３（ａ）のビーム移動軌跡参照）、被加工物７０８に
孔が形成される。
【００４５】このとき、集光スポットＴが動く円の半径
は、図２８および図３３（ａ）に示すように、ｈである
が、この半径ｈでトレパニング加工を行うと、形成され
る孔の半径Ｒは次式で与えられる。 Ｒ＝ｈ＋ｗ／２ （１６） ただし、ｗは集光スポットＴの直径である。よって、被
加工物７０８にトレパニング加工により形成された孔
は、半径Ｒの大きさとなり、集光スポットＴが動く円の
半径ｈ、つまり集光位置ｈを変えることによって形成さ
れる孔の大きさも変わる。
は、図２８および図３３（ａ）に示すように、ｈである
が、この半径ｈでトレパニング加工を行うと、形成され
る孔の半径Ｒは次式で与えられる。 Ｒ＝ｈ＋ｗ／２ （１６） ただし、ｗは集光スポットＴの直径である。よって、被
加工物７０８にトレパニング加工により形成された孔
は、半径Ｒの大きさとなり、集光スポットＴが動く円の
半径ｈ、つまり集光位置ｈを変えることによって形成さ
れる孔の大きさも変わる。
【００４６】被加工物７０８の加工面７０８ａにおける
集光スポットＴの位置は、次式で与えられる。 ｈ＝−ｆｕ （１７） ただし、ｈは集光位置、ｆは屈折レンズ７０７の集光距
離、ｕは回折角である。しかしながら、回折素子７０５
に入射するレーザービーム７０３は波面があり、この波
面の曲率によって、集光スポットＴの位置も、被加工物
７０８に対して被加工物７０８手前の屈折レンズ７０７
側となったり、被加工物７０８を越えた側となったりす
るなど、ばらつきが生じることがある。レーザービーム
７０３の波面の曲率半径をａとすると、集光位置ｈ１は
次式のように求まる。 ｈ１＝−ｆｕ／（１−ｆ／ａ） （１８） 式（１８）により、曲率半径ａを調節することによって
集光スポットＴの位置が調節でき、したがって、加工す
る孔の径を調節できることがわかる。
集光スポットＴの位置は、次式で与えられる。 ｈ＝−ｆｕ （１７） ただし、ｈは集光位置、ｆは屈折レンズ７０７の集光距
離、ｕは回折角である。しかしながら、回折素子７０５
に入射するレーザービーム７０３は波面があり、この波
面の曲率によって、集光スポットＴの位置も、被加工物
７０８に対して被加工物７０８手前の屈折レンズ７０７
側となったり、被加工物７０８を越えた側となったりす
るなど、ばらつきが生じることがある。レーザービーム
７０３の波面の曲率半径をａとすると、集光位置ｈ１は
次式のように求まる。 ｈ１＝−ｆｕ／（１−ｆ／ａ） （１８） 式（１８）により、曲率半径ａを調節することによって
集光スポットＴの位置が調節でき、したがって、加工す
る孔の径を調節できることがわかる。
【００４７】よって、上記のような構成により、トレパ
ニング加工のためのレーザー加工装置を従来のものより
も簡単な構成にすることができ、しかも簡単な制御で高
精度なトレパニング加工を行うことが可能となる。
ニング加工のためのレーザー加工装置を従来のものより
も簡単な構成にすることができ、しかも簡単な制御で高
精度なトレパニング加工を行うことが可能となる。
【００４８】実施例７
図２９はトレパニング加工に用いられる別のレーザー加
工装置の要部の構成説明図である。実施例６との相違
は、図２９および図３２（ｂ）に示すように、ビーム拡
大器７０４からのレーザービーム７０３の光軸Ｚと回折
素子７０５の回転軸７０５ａとを一致させずに、オフセ
ット（または偏心）させ、回折素子７０５の回転駆動に
より、集光スポットＴを回折素子７０５の回転軸５ａを
中心に移動させるようにしたことである。
工装置の要部の構成説明図である。実施例６との相違
は、図２９および図３２（ｂ）に示すように、ビーム拡
大器７０４からのレーザービーム７０３の光軸Ｚと回折
素子７０５の回転軸７０５ａとを一致させずに、オフセ
ット（または偏心）させ、回折素子７０５の回転駆動に
より、集光スポットＴを回折素子７０５の回転軸５ａを
中心に移動させるようにしたことである。
【００４９】このように構成したことにより、実施例６
とほぼ同じ作用および効果が得られ、上述した式（１
８）により、曲率半径ａを調節することによって集光ス
ポットＴの位置が調節できて、加工する孔の径を調節す
ることができ、簡単な構成で高精度なトレパニング加工
を行うことができる。
とほぼ同じ作用および効果が得られ、上述した式（１
８）により、曲率半径ａを調節することによって集光ス
ポットＴの位置が調節できて、加工する孔の径を調節す
ることができ、簡単な構成で高精度なトレパニング加工
を行うことができる。
【００５０】実施例８．図３０はトレパニング加工に用
いられる別のレーザー加工装置の要部の構成説明図であ
る。実施例６との相違は、回折素子７０５を屈折レンズ
７０７と被加工物７０８の間に配置し、被加工物７０８
に対する回折素子７０５の配置位置を調節可能に構成し
たものである。
いられる別のレーザー加工装置の要部の構成説明図であ
る。実施例６との相違は、回折素子７０５を屈折レンズ
７０７と被加工物７０８の間に配置し、被加工物７０８
に対する回折素子７０５の配置位置を調節可能に構成し
たものである。
【００５１】この構成において、回折素子７０５から被
加工物７０８までの距離を調節することによって、集光
スポットＴの集光位置ｈ２を変えることができる。すな
わち、集光位置ｈ２は次式のように求まる。 ｈ２＝−ｄｕ （１９） ここで、ｄは回折素子７０５から集光点までの距離であ
る。式（１９）により、集光位置ｈ２を大きくする場合
は距離ｄを長くすればよく、集光位置ｈ２を小さくする
場合は距離ｄを短くすればよい。
加工物７０８までの距離を調節することによって、集光
スポットＴの集光位置ｈ２を変えることができる。すな
わち、集光位置ｈ２は次式のように求まる。 ｈ２＝−ｄｕ （１９） ここで、ｄは回折素子７０５から集光点までの距離であ
る。式（１９）により、集光位置ｈ２を大きくする場合
は距離ｄを長くすればよく、集光位置ｈ２を小さくする
場合は距離ｄを短くすればよい。
【００５２】従って、回折素子７０５から被加工物７０
８までの距離を調節して、集光スポットＴの集光位置ｈ
２を所望の位置に容易に変更することができ、より自由
度の高いトレパニング加工を行うことが可能となる。
８までの距離を調節して、集光スポットＴの集光位置ｈ
２を所望の位置に容易に変更することができ、より自由
度の高いトレパニング加工を行うことが可能となる。
【００５３】実施例９
図３１はトレパニング加工に用いられる別のレーザー加
工装置の要部の構成説明図である。ここでは、回折素子
７０５に代えて、回折および分岐の機能を備えた回折素
子７０５Ａを用い、レーザー発生装置７０１で発生した
単一のレーザービームを、回折素子７０５Ａにより回折
および分岐して、複数のレーザービーム７０３に変換し
ている。そして、その複数の分岐ビームを屈折レンズ７
０７によりそれぞれ集光して同時に複数の集光スポット
を生成して、それらを被加工物７０８に照射するように
したものである。
工装置の要部の構成説明図である。ここでは、回折素子
７０５に代えて、回折および分岐の機能を備えた回折素
子７０５Ａを用い、レーザー発生装置７０１で発生した
単一のレーザービームを、回折素子７０５Ａにより回折
および分岐して、複数のレーザービーム７０３に変換し
ている。そして、その複数の分岐ビームを屈折レンズ７
０７によりそれぞれ集光して同時に複数の集光スポット
を生成して、それらを被加工物７０８に照射するように
したものである。
【００５４】トレパニング加工に用いる被加工物７０８
に照射されるレーザービーム７０３の数は、回折素子７
０５Ａの回折次数の選び方に応じて、一つでも複数でも
可能である。ここで、いくつかの例を図３３に示す。図
３３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、形成する孔の円周（ビ
ーム移動軌跡）上に１つ、２つ、４つの集光スポットＴ
を生成した例である。このように、被加工物７０８に照
射されるレーザービーム７０３の数を増やすことによ
り、実効的な加工速度は２倍、４倍に向上する。また、
図３３（ｄ）は、０次光にエネルギーを残し、トレパニ
ング加工と同時に孔の中心を加工できるようにした場合
の集光スポットＴの並びを示している。このようにする
ことにより、さらに加工速度は向上する。
に照射されるレーザービーム７０３の数は、回折素子７
０５Ａの回折次数の選び方に応じて、一つでも複数でも
可能である。ここで、いくつかの例を図３３に示す。図
３３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、形成する孔の円周（ビ
ーム移動軌跡）上に１つ、２つ、４つの集光スポットＴ
を生成した例である。このように、被加工物７０８に照
射されるレーザービーム７０３の数を増やすことによ
り、実効的な加工速度は２倍、４倍に向上する。また、
図３３（ｄ）は、０次光にエネルギーを残し、トレパニ
ング加工と同時に孔の中心を加工できるようにした場合
の集光スポットＴの並びを示している。このようにする
ことにより、さらに加工速度は向上する。
【００５５】また、複数の集光スポットの並べ方はこの
他にもいろいろ考えられるが、それは、回折次数を選択
することにより容易に実現できる。例えば図３４（ａ）
は図３１に示すレーザー加工装置の変形例であり、複数
の分岐ビーム７０３を発生させる回折素子７０５Ａと、
屈折レンズ７０７との間に、分岐用回折素子７０５Ａで
分岐した複数のレーザービーム７０３を回折し、分岐し
たそれぞれのビームについて必要な回折パターンを発生
させる第２の回折素子７０５Ｂを配置したものである。
他にもいろいろ考えられるが、それは、回折次数を選択
することにより容易に実現できる。例えば図３４（ａ）
は図３１に示すレーザー加工装置の変形例であり、複数
の分岐ビーム７０３を発生させる回折素子７０５Ａと、
屈折レンズ７０７との間に、分岐用回折素子７０５Ａで
分岐した複数のレーザービーム７０３を回折し、分岐し
たそれぞれのビームについて必要な回折パターンを発生
させる第２の回折素子７０５Ｂを配置したものである。
【００５６】ここでは、この第２の回折素子７０５Ｂの
回折パターンを利用して、形成しようとする複数の孔の
各円周上にそれぞれ集光スポットを位置させるようにす
る。そして、分岐用回折素子７０５Ａを固定し、第２の
回折素子７０５Ｂを回転すると、回折パターンの回転に
より、複数の孔を同時に形成することが可能となる。こ
れにより被加工物の複数箇所を同時にトレパニング加工
することが可能となる。
回折パターンを利用して、形成しようとする複数の孔の
各円周上にそれぞれ集光スポットを位置させるようにす
る。そして、分岐用回折素子７０５Ａを固定し、第２の
回折素子７０５Ｂを回転すると、回折パターンの回転に
より、複数の孔を同時に形成することが可能となる。こ
れにより被加工物の複数箇所を同時にトレパニング加工
することが可能となる。
【００５７】また、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）のレ
ーザー加工装置において、屈折レンズ７０７の代わり
に、第２の回折素子７０５Ｂからの射出された複数のレ
ーザービーム７０３を集光して被加工物７０８に照射す
る第３の回折素子７０５Ｃを設けたものである。この場
合には、分岐用回折素子７０５Ａおよび第３の回折素子
７０５Ｃを固定し、第２の回折素子７０５Ｂを回転させ
る。これによっても、図３４（ａ）のレーザー加工装置
と同様の効果を奏することができる。
ーザー加工装置において、屈折レンズ７０７の代わり
に、第２の回折素子７０５Ｂからの射出された複数のレ
ーザービーム７０３を集光して被加工物７０８に照射す
る第３の回折素子７０５Ｃを設けたものである。この場
合には、分岐用回折素子７０５Ａおよび第３の回折素子
７０５Ｃを固定し、第２の回折素子７０５Ｂを回転させ
る。これによっても、図３４（ａ）のレーザー加工装置
と同様の効果を奏することができる。
【００５８】実施例１０
図３５はトレパニング加工に用いられる別のレーザー加
工装置の要部の構成説明図である。これは、実施例６に
おける、回折素子７０５と屈折レンズ７０７とに代え
て、レーザービーム７０３の回折作用と集光作用とをな
す回折素子７０９を配設したものである。この回折素子
７０９は、フレネルレンズの位相関数が回折のための位
相分布の上に重畳された構造となっている。また、回折
素子７０９の回転軸７０９ａはレーザービーム７０３の
光軸Ｚに一致させている。この構成では、回折素子７０
９の回転軸７０９ａがレーザービーム７０３の光軸Ｚに
一致せずに偏心していると、集光スポットＴに不要な収
差が加わり、集光スポットＴの形状が歪んでしまうた
め、回折素子７０９の回転軸７０９ａをレーザービーム
７０３の光軸Ｚに一致させることが望ましい。
工装置の要部の構成説明図である。これは、実施例６に
おける、回折素子７０５と屈折レンズ７０７とに代え
て、レーザービーム７０３の回折作用と集光作用とをな
す回折素子７０９を配設したものである。この回折素子
７０９は、フレネルレンズの位相関数が回折のための位
相分布の上に重畳された構造となっている。また、回折
素子７０９の回転軸７０９ａはレーザービーム７０３の
光軸Ｚに一致させている。この構成では、回折素子７０
９の回転軸７０９ａがレーザービーム７０３の光軸Ｚに
一致せずに偏心していると、集光スポットＴに不要な収
差が加わり、集光スポットＴの形状が歪んでしまうた
め、回折素子７０９の回転軸７０９ａをレーザービーム
７０３の光軸Ｚに一致させることが望ましい。
【００５９】実施例１０のレーザー加工装置を用いて被
加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、実施例６
と同様に、レーザー発生装置７０１から発生したレーザ
ービーム７０３を、全反射ミラー７０２で反射してビー
ム拡大器７０４により幅広に拡大し、回折素子７０９に
入射する。ついで、回折素子７０９に入射したレーザー
ビーム７０３は、回折素子７０９により回折角ｕで回折
して集光し、被加工物７０８の孔を形成する位置に照射
する。照射されたレーザービーム７０３の集光スポット
Ｔは、被加工物７０８に形成される孔の円周に対応する
一部に位置し、モーター７０６によって回折素子７０９
が回転させられることにより、集光スポットＴの位置が
孔の円周に沿って移動して、被加工物７０８に孔が形成
される。このように、回折作用と集光作用とを１つの回
折素子７０９により行うことで、より簡単な構成にする
ことができ、装置の調整および取り扱いを容易にするこ
とができる。なお、実施例９に準じて、被加工物７０８
に照射されるレーザービーム７０３を複数とし、それら
のレーザービーム７０３の集光スポットＴの並べ方を工
夫することにより加工速度を向上させることもできる。
加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、実施例６
と同様に、レーザー発生装置７０１から発生したレーザ
ービーム７０３を、全反射ミラー７０２で反射してビー
ム拡大器７０４により幅広に拡大し、回折素子７０９に
入射する。ついで、回折素子７０９に入射したレーザー
ビーム７０３は、回折素子７０９により回折角ｕで回折
して集光し、被加工物７０８の孔を形成する位置に照射
する。照射されたレーザービーム７０３の集光スポット
Ｔは、被加工物７０８に形成される孔の円周に対応する
一部に位置し、モーター７０６によって回折素子７０９
が回転させられることにより、集光スポットＴの位置が
孔の円周に沿って移動して、被加工物７０８に孔が形成
される。このように、回折作用と集光作用とを１つの回
折素子７０９により行うことで、より簡単な構成にする
ことができ、装置の調整および取り扱いを容易にするこ
とができる。なお、実施例９に準じて、被加工物７０８
に照射されるレーザービーム７０３を複数とし、それら
のレーザービーム７０３の集光スポットＴの並べ方を工
夫することにより加工速度を向上させることもできる。
【００６０】ところで、フェムト秒パルスレーザーなど
の超短パルスレーザーを回折する場合は、波長幅が広い
ため大きな横色収差が発生し、回折素子で回折されたレ
ーザービームを一点に集光することが困難なことは既に
説明した。そこで、実施例６〜１０において、超短パル
スレーザーをトレパニング加工に用いる場合には、それ
らの集光光学系に、実施の形態１で説明した実施例１ま
たは実施例２の集光光学系を用いて、色収差、または色
収差とパルス伸長を補正するようにすると、レーザービ
ームの集光が改善されて加工精度が向上する。
の超短パルスレーザーを回折する場合は、波長幅が広い
ため大きな横色収差が発生し、回折素子で回折されたレ
ーザービームを一点に集光することが困難なことは既に
説明した。そこで、実施例６〜１０において、超短パル
スレーザーをトレパニング加工に用いる場合には、それ
らの集光光学系に、実施の形態１で説明した実施例１ま
たは実施例２の集光光学系を用いて、色収差、または色
収差とパルス伸長を補正するようにすると、レーザービ
ームの集光が改善されて加工精度が向上する。
【００６１】実施例１１
図３６は超短パルスレーザーを用いたトレパニング加工
のための別のレーザー加工装置の要部の構成説明図であ
る。ここでは、実施例６における屈折レンズ７０７の作
用を、集光用の回折素子７１０で行うようにしたもので
ある。これによれば、回折と集光用の２つの回折素子７
０５，７１０の配置を工夫することにより、被加工物７
０８に照射される集光スポットＴの横色収差を補正する
ことができる。なお、ここでは、第１の回折素子７０５
の回転軸７０５ａをレーザービーム７０３の光軸Ｚと一
致させた場合を示したが、回転軸７０５ａを光軸Ｚに一
致させずに偏心させてもよい。
のための別のレーザー加工装置の要部の構成説明図であ
る。ここでは、実施例６における屈折レンズ７０７の作
用を、集光用の回折素子７１０で行うようにしたもので
ある。これによれば、回折と集光用の２つの回折素子７
０５，７１０の配置を工夫することにより、被加工物７
０８に照射される集光スポットＴの横色収差を補正する
ことができる。なお、ここでは、第１の回折素子７０５
の回転軸７０５ａをレーザービーム７０３の光軸Ｚと一
致させた場合を示したが、回転軸７０５ａを光軸Ｚに一
致させずに偏心させてもよい。
【００６２】２つの回折素子７０５，７１０の配置につ
いては、実施形態２の実施例３で説明した理論に基づい
て、回折用の回折素子７０５から集光用の回折素子７１
０までの距離を、集光用の回折素子７１０から加工面７
０８ａまでの集光距離とすれば、回折されたフェムト秒
パルスレーザービームに関して生ずる横色収差が補正さ
れる。実際には、この条件から多少はずれても問題はな
い。どの程度厳密な位置合わせを要するかは、必要とさ
れる加工領域の大きさとその領域内で求められる加工の
均一性から決めればよい。
いては、実施形態２の実施例３で説明した理論に基づい
て、回折用の回折素子７０５から集光用の回折素子７１
０までの距離を、集光用の回折素子７１０から加工面７
０８ａまでの集光距離とすれば、回折されたフェムト秒
パルスレーザービームに関して生ずる横色収差が補正さ
れる。実際には、この条件から多少はずれても問題はな
い。どの程度厳密な位置合わせを要するかは、必要とさ
れる加工領域の大きさとその領域内で求められる加工の
均一性から決めればよい。
【００６３】このように、回折用の回折素子７０５と集
光用の回折素子７１０を上記の最適素子間隔の条件で配
置することにより、横色収差が補正され、フェムト秒パ
ルスレーザーを用いた場合でも円形な集光スポットＴ、
あるいは、円形かつ均一な大きさの複数の集光スポット
Ｔが得られ、高精度なトレパニング加工を行うことがで
きる。
光用の回折素子７１０を上記の最適素子間隔の条件で配
置することにより、横色収差が補正され、フェムト秒パ
ルスレーザーを用いた場合でも円形な集光スポットＴ、
あるいは、円形かつ均一な大きさの複数の集光スポット
Ｔが得られ、高精度なトレパニング加工を行うことがで
きる。
【００６４】なお、ここでは、被加工物７０８に単一ビ
ームを利用した加工を説明したが、実施例９のように、
回折用の回折素子７０５を利用してレーザービーム７０
３を分岐させ、被加工物７０８に照射されるレーザービ
ーム７０３を複数としてもよい。
ームを利用した加工を説明したが、実施例９のように、
回折用の回折素子７０５を利用してレーザービーム７０
３を分岐させ、被加工物７０８に照射されるレーザービ
ーム７０３を複数としてもよい。
【００６５】実施例１２
図３７（ａ）は超短パルスレーザーを用いたトレパニン
グ加工のための別のレーザー加工装置の要部の構成説明
図である。ここでは、実施例６における屈折レンズ７０
７の作用を、図３７（ｂ）に示す、第１および第２の回
折面付屈折レンズ７１１Ａ，７１１Ｂで構成されたハイ
ブリッド集光光学系７１１を用いて行うようにしたもの
である。
グ加工のための別のレーザー加工装置の要部の構成説明
図である。ここでは、実施例６における屈折レンズ７０
７の作用を、図３７（ｂ）に示す、第１および第２の回
折面付屈折レンズ７１１Ａ，７１１Ｂで構成されたハイ
ブリッド集光光学系７１１を用いて行うようにしたもの
である。
【００６６】ハイブリッド集光光学系７１１において、
第１の回折面付屈折レンズ７１１Ａは、凸凹球面レンズ
（正のパワー）であり、その入射側の表面に回折面（負
のパワー）が形成されている。第２の回折面付屈折レン
ズ７１１Ｂは凹凸球面レンズ（負のパワー）であり、そ
の出射側の表面に回折面（正のパワー）が形成されてい
る。そして、ハイブリッド集光光学系７１１の有する複
数の回折面と複数の屈折面との分散関係を工夫すること
により、被加工物７０８に照射されるレーザービーム７
０３の集光スポットＴの横色収差および縦色収差を補正
するようにしたものである。なお、第１および第２の回
折面付屈折レンズは、精密切削加工により高品質な硝材
上に形成されている。また、ここでは、回折素子７０５
の回転軸７０５ａをレーザービーム７０３の光軸Ｚと一
致させた場合を示したが、回転軸７０５ａを光軸Ｚに一
致させずに偏心させてもよい。
第１の回折面付屈折レンズ７１１Ａは、凸凹球面レンズ
（正のパワー）であり、その入射側の表面に回折面（負
のパワー）が形成されている。第２の回折面付屈折レン
ズ７１１Ｂは凹凸球面レンズ（負のパワー）であり、そ
の出射側の表面に回折面（正のパワー）が形成されてい
る。そして、ハイブリッド集光光学系７１１の有する複
数の回折面と複数の屈折面との分散関係を工夫すること
により、被加工物７０８に照射されるレーザービーム７
０３の集光スポットＴの横色収差および縦色収差を補正
するようにしたものである。なお、第１および第２の回
折面付屈折レンズは、精密切削加工により高品質な硝材
上に形成されている。また、ここでは、回折素子７０５
の回転軸７０５ａをレーザービーム７０３の光軸Ｚと一
致させた場合を示したが、回転軸７０５ａを光軸Ｚに一
致させずに偏心させてもよい。
【００６７】実施例１２のレーザー加工装置を用いて被
加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、実施例６
と同様に、レーザー発生装置７０１から発振したフェム
ト秒パルスレーザービーム７０３を、全反射ミラー７０
２で反射してビーム拡大器７０４により幅広に拡大し、
回折素子７０５に入射する。ついで、回折素子７０５に
入射したフェムト秒パルスレーザービーム７０３は、回
折素子７０５により回折角ｕで回折する。
加工物７０８にトレパニング加工を行う場合、実施例６
と同様に、レーザー発生装置７０１から発振したフェム
ト秒パルスレーザービーム７０３を、全反射ミラー７０
２で反射してビーム拡大器７０４により幅広に拡大し、
回折素子７０５に入射する。ついで、回折素子７０５に
入射したフェムト秒パルスレーザービーム７０３は、回
折素子７０５により回折角ｕで回折する。
【００６８】このとき、回折されるフェムト秒パルスレ
ーザービーム７０３の波長が長いほど回折角ｕが大きく
なり、そのフェムト秒パルスレーザービーム７０３の成
分は外側へ向かう（縦および横色収差）。これを補正す
るには、ハイブリッド集光光学系７１１に大きな横色収
差を持たせる必要がある。すなわち、長い波長に対して
倍率が小さくなるようにする。波長λとその波長に対す
る焦点距離ｆの間には以下の関係が求められる。 λｆ＝一定 （２０） 回折角ｕは、わずかな波長変化Δλに対して大きく変化
する。このため、分散力の大きな回折面を用いて、異な
る波長に対する集光距離の差Δｆを、回折素子７０５で
発生する縦および横色収差を補正（相殺）できる程度に
大きく与える必要がある。同時に、波長に依らず、集光
位置ｈを同じにしなければならない。このように、ハイ
ブリッド集光光学系７１１で発生させなければならない
分散力は相当に大きく、屈折レンズだけを用いた構成で
は多くの面数を要する。この問題を回避するために、そ
れぞれの屈折レンズに回折面を設ける。
ーザービーム７０３の波長が長いほど回折角ｕが大きく
なり、そのフェムト秒パルスレーザービーム７０３の成
分は外側へ向かう（縦および横色収差）。これを補正す
るには、ハイブリッド集光光学系７１１に大きな横色収
差を持たせる必要がある。すなわち、長い波長に対して
倍率が小さくなるようにする。波長λとその波長に対す
る焦点距離ｆの間には以下の関係が求められる。 λｆ＝一定 （２０） 回折角ｕは、わずかな波長変化Δλに対して大きく変化
する。このため、分散力の大きな回折面を用いて、異な
る波長に対する集光距離の差Δｆを、回折素子７０５で
発生する縦および横色収差を補正（相殺）できる程度に
大きく与える必要がある。同時に、波長に依らず、集光
位置ｈを同じにしなければならない。このように、ハイ
ブリッド集光光学系７１１で発生させなければならない
分散力は相当に大きく、屈折レンズだけを用いた構成で
は多くの面数を要する。この問題を回避するために、そ
れぞれの屈折レンズに回折面を設ける。
【００６９】この集光系全体の集光距離ｆは次式で与え
られる。 １／ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２−ｄ／（ｆ１ｆ２） （２１） ただし、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１および第２の回折面
付屈折レンズ７１１Ａ，７１１Ｂの集光距離であり、以
下の式で与えられる。 １／ｆ１＝１／ｆ１ｒ＋１／ｆ１ｄ （２２−１） １／ｆ２＝１／ｆ２ｒ＋１／ｆ２ｄ （２２−２） ここで、ｆ１ｒ、ｆ１ｄは第１の回折面付屈折レンズ７
１１Ａにおける屈折レンズの集光距離と回折面の集光距
離である。ｆ２ｒ、ｆ２ｄは第２の回折面付屈折レンズ
７１１Ｂにおける屈折レンズの集光距離と回折面の集光
距離である。これらのレンズにおける集光距離の差Δｆ
１、Δｆ２は次式で与えられる。 Δｆ１＝ｆ１2 ［（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ１ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ１］ （２３−１） Δｆ２＝ｆ２2 ［（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ２ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ２］ （２３−２） なお、全体のΔｆは、上記のΔｆ１とΔｆ２から決ま
る。そして、Δｆ１とΔｆ２は、屈折レンズとその上に
形成する回折面の設計から決まる。
られる。 １／ｆ＝１／ｆ１＋１／ｆ２−ｄ／（ｆ１ｆ２） （２１） ただし、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１および第２の回折面
付屈折レンズ７１１Ａ，７１１Ｂの集光距離であり、以
下の式で与えられる。 １／ｆ１＝１／ｆ１ｒ＋１／ｆ１ｄ （２２−１） １／ｆ２＝１／ｆ２ｒ＋１／ｆ２ｄ （２２−２） ここで、ｆ１ｒ、ｆ１ｄは第１の回折面付屈折レンズ７
１１Ａにおける屈折レンズの集光距離と回折面の集光距
離である。ｆ２ｒ、ｆ２ｄは第２の回折面付屈折レンズ
７１１Ｂにおける屈折レンズの集光距離と回折面の集光
距離である。これらのレンズにおける集光距離の差Δｆ
１、Δｆ２は次式で与えられる。 Δｆ１＝ｆ１2 ［（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ１ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ１］ （２３−１） Δｆ２＝ｆ２2 ［（−Δｎ／（ｎ−１））／ｆｒ２ ＋（−Δλ／λ）／ｆｄ２］ （２３−２） なお、全体のΔｆは、上記のΔｆ１とΔｆ２から決ま
る。そして、Δｆ１とΔｆ２は、屈折レンズとその上に
形成する回折面の設計から決まる。
【００７０】第１の回折面付屈折レンズ７１１Ａから第
２の回折面付屈折レンズ７１１Ｂまでの距離を小さくし
た場合は、より大きな分散力が必要となり、レンズ（屈
折または回折）の集光距離は短くなる。逆に、第１の回
折面付屈折レンズ７１１Ａから第２の回折面付屈折レン
ズ７１１Ｂまでの距離を離した場合は、必要な分散力は
小さくなり、レンズの集光距離は長くなる。従って、第
１の回折面付屈折レンズから第２の回折面付屈折レンズ
までの距離を離したほうが、回折面の構造を粗くでき、
その作製が容易になる。
２の回折面付屈折レンズ７１１Ｂまでの距離を小さくし
た場合は、より大きな分散力が必要となり、レンズ（屈
折または回折）の集光距離は短くなる。逆に、第１の回
折面付屈折レンズ７１１Ａから第２の回折面付屈折レン
ズ７１１Ｂまでの距離を離した場合は、必要な分散力は
小さくなり、レンズの集光距離は長くなる。従って、第
１の回折面付屈折レンズから第２の回折面付屈折レンズ
までの距離を離したほうが、回折面の構造を粗くでき、
その作製が容易になる。
【００７１】このようにすることで、回折素子７０５に
より回折されたフェムト秒パルスレーザービームに関し
て生ずる横色収差と縦色収差とが、ハイブリッド集光光
学系７１１の回折および屈折により相殺されて補正され
る。これにより、フェムト秒パルスレーザーを用いた場
合でも色収差のない円形な集光スポットＴ、あるいは、
円形かつ均一な大きさの複数の集光スポットＴが得ら
れ、より高精度なトレパニング加工を行うことができ
る。
より回折されたフェムト秒パルスレーザービームに関し
て生ずる横色収差と縦色収差とが、ハイブリッド集光光
学系７１１の回折および屈折により相殺されて補正され
る。これにより、フェムト秒パルスレーザーを用いた場
合でも色収差のない円形な集光スポットＴ、あるいは、
円形かつ均一な大きさの複数の集光スポットＴが得ら
れ、より高精度なトレパニング加工を行うことができ
る。
【００７２】実施例１３
ここでは、実施例１２の構成におけるハイブリッド集光
光学系７１１を、回折面と屈折面とをそれぞれ別体の素
子を用いて構成したものである。このハイブリッド集光
光学系において、第１の回折面（負のパワーを有する）
は平板の出射面側に形成されている。第１の屈折レンズ
は両凸球面レンズであり、その表面には回折面は形成さ
れていない。第２の屈折レンズは両凹球面レンズであ
り、その表面には回折面は形成されていない。第２の回
折面（正のパワーを有する）は平板の出射面側に形成さ
れている。このように構成しても、実施例１２とほぼ同
等の集光特性および効果が得られる。
光学系７１１を、回折面と屈折面とをそれぞれ別体の素
子を用いて構成したものである。このハイブリッド集光
光学系において、第１の回折面（負のパワーを有する）
は平板の出射面側に形成されている。第１の屈折レンズ
は両凸球面レンズであり、その表面には回折面は形成さ
れていない。第２の屈折レンズは両凹球面レンズであ
り、その表面には回折面は形成されていない。第２の回
折面（正のパワーを有する）は平板の出射面側に形成さ
れている。このように構成しても、実施例１２とほぼ同
等の集光特性および効果が得られる。
【００７３】上記実施例１２，１３のレーザ加工装置
は、屈折の分散特性と回折の分散特性を組み合わせてい
るので、実施例６よりもさらに高度な色収差補正が可能
であり、加工精度をより高めることができる。また、実
施例１２，１３においても、単一ビームによる加工の
他、実施例９に準じて、複数の分岐ビームを利用した加
工も可能である。
は、屈折の分散特性と回折の分散特性を組み合わせてい
るので、実施例６よりもさらに高度な色収差補正が可能
であり、加工精度をより高めることができる。また、実
施例１２，１３においても、単一ビームによる加工の
他、実施例９に準じて、複数の分岐ビームを利用した加
工も可能である。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば、超短パルスレーザーを
用いた単一ビームによる加工において、回折による回折
分散と屈折による屈折分散が生じ、縦および横方向の収
差が相殺されて十分に小さくなり、屈折分散に起因する
パルス伸長も十分に小さく抑えられる。従って、加工の
精度が向上する。また、超短パルスレーザーの分岐ビー
ムを利用した複数箇所の同時加工において、分岐された
複数のパルスビームで形成される複数の加工用集光スポ
ット形状の色収差による歪みを防止することが可能とな
る。また、それら複数の集光スポットを利用して、均一
な加工を、広い領域にわたり、精度良く行うことが可能
となる。さらに、レーザービームを用いたトレパニング
加工において、回折素子を回転させてビームの集光スポ
ットを円周上で移動させるようにしたので、簡単な構成
で高精度なトレパニング加工が可能となった。特に、超
短パルスレーザーを用いた場合は、上記単一ビームまた
は複数の分岐ビームについての色収差補正、または色収
差およびパルス伸長補正を利用することで、集光スポッ
トの形状を円形で均一な大きさにして、トレパニング加
工を精度良く行うことが可能となる。従って、本発明の
方法および装置は、超短パルスレーザーを用いた各種部
品の加工あるいは製造、特に種々の微細加工へ応用でき
る。
用いた単一ビームによる加工において、回折による回折
分散と屈折による屈折分散が生じ、縦および横方向の収
差が相殺されて十分に小さくなり、屈折分散に起因する
パルス伸長も十分に小さく抑えられる。従って、加工の
精度が向上する。また、超短パルスレーザーの分岐ビー
ムを利用した複数箇所の同時加工において、分岐された
複数のパルスビームで形成される複数の加工用集光スポ
ット形状の色収差による歪みを防止することが可能とな
る。また、それら複数の集光スポットを利用して、均一
な加工を、広い領域にわたり、精度良く行うことが可能
となる。さらに、レーザービームを用いたトレパニング
加工において、回折素子を回転させてビームの集光スポ
ットを円周上で移動させるようにしたので、簡単な構成
で高精度なトレパニング加工が可能となった。特に、超
短パルスレーザーを用いた場合は、上記単一ビームまた
は複数の分岐ビームについての色収差補正、または色収
差およびパルス伸長補正を利用することで、集光スポッ
トの形状を円形で均一な大きさにして、トレパニング加
工を精度良く行うことが可能となる。従って、本発明の
方法および装置は、超短パルスレーザーを用いた各種部
品の加工あるいは製造、特に種々の微細加工へ応用でき
る。
【図１】従来のレーザー加工装置を示す構成図。
【図２】従来のレーザー加工装置による集光スポットア
レイの説明図。
レイの説明図。
【図３】従来のレーザー加工装置による集光スポットの
比較図。
比較図。
【図４】屈折単レンズの縦収差特性図。
【図５】回折単レンズの縦収差特性図。
【図６】実施例１のレーザー加工装置の概略構成図。
【図７】実施例１の集光光学系の縦収差特性図。
【図８】実施例１の集光光学系による集光位置を示すス
ポットダイアグラム。
ポットダイアグラム。
【図９】実施例２のレーザー加工装置の概略構成図。
【図１０】実施例２の集光光学系の縦収差特性図。
【図１１】実施例２の集光光学系による集光位置を示す
スポットダイアグラム。
スポットダイアグラム。
【図１２】従来のレーザー加工装置の集光光学系の構成
図。
図。
【図１３】図１２の集光光学系の縦収差特性図。
【図１４】図１２の集光光学系による集光位置を示すス
ポットダイアグラム。
ポットダイアグラム。
【図１５】実施例３のレーザー加工装置の概略構成図。
【図１６】実施例３のレーザー加工装置の光学レイアウ
ト図。
ト図。
【図１７】実施例３の光学レイアウトによる点像分布を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図１８】実施例３のレーザー加工装置における回折格
子間の距離と集光スッポト位置ずれとの関係を示すグラ
フ。
子間の距離と集光スッポト位置ずれとの関係を示すグラ
フ。
【図１９】実施例３のレーザー加工装置における集光ス
ポットアレイの説明図。
ポットアレイの説明図。
【図２０】実施例４のレーザー加工装置の概略構成図。
【図２１】実施例４のレーザー加工装置の光学レイアウ
ト図。
ト図。
【図２２】実施例４の光学レイアウトによる点像分布を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図２３】実施例５のレーザー加工装置の概略構成図。
【図２４】実施例５のレーザー加工装置の光学レイアウ
ト図。
ト図。
【図２５】実施例５の光学レイアウトによる点像分布を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図２６】レーザー加工に用いる整形パルスの例示図。
【図２７】実施例６のレーザー加工装置の概略構成図。
【図２８】実施例６のレーザー加工装置の要部の構成説
明図。
明図。
【図２９】実施例７のレーザー加工装置の要部の構成説
明図。
明図。
【図３０】実施例８のレーザー加工装置の要部の構成説
明図。
明図。
【図３１】実施例９のレーザー加工装置の要部の構成説
明図。
明図。
【図３２】実施例６、７に係る回折素子と入射ビームの
位置との関係を示す説明図。
位置との関係を示す説明図。
【図３３】実施例６、７のレーザー加工装置による集光
スポットの位置を示す説明図。
スポットの位置を示す説明図。
【図３４】実施例９のレーザー加工装置の要部の変形例
を示す図。
を示す図。
【図３５】実施例１０のレーザー加工装置の要部の構成
説明図。
説明図。
【図３６】実施例１１のレーザー加工装置の要部の構成
説明図。
説明図。
【図３７】実施例１２，１３のレーザー加工装置の要部
である光学系の構成説明図。
である光学系の構成説明図。
１００ レーザー発生装置
２００ 被加工物
３００，４００ 集光光学系
３０１ 回折面を有する屈折レンズ
４０１ 回折面を有する板
４０２ 屈折レンズ
６０１ レーザー発生装置
６０２ 分岐用回折素子
６０４ 被加工物
６１１ 集光用回折素子
６１２ 第１の回折面付屈折レンズ
６１３ 第２の回折面付屈折レンズ
６１４ 第１の回折面
６１５ 第１の屈折レンズ
６１６ 第２の屈折レンズ
６１７ 第２の回折面
７０１ レーザー発生装置
７０３ レーザービーム
７０５，７０５Ａ〜７０５Ｃ，７０９，７１０ 回折素
子 ７０５ａ，７０９ａ 回転軸 ７０６ モーター ７０７ 屈折レンズ ７０８ 被加工物 ７１１ ハイブリッド集光光学系 Ｔ 集光スポット Ｚ 光軸
子 ７０５ａ，７０９ａ 回転軸 ７０６ モーター ７０７ 屈折レンズ ７０８ 被加工物 ７１１ ハイブリッド集光光学系 Ｔ 集光スポット Ｚ 光軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 長坂 公夫
長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ
ーエプソン株式会社内
Ｆターム(参考） 4E068 CA03 CB08 CD03 CD06 CD14
CE03
5F072 JJ20 MM08 MM09 MM20 RR01
SS08 YY06
Claims (30)
- 【請求項１】 パルスレーザーを集光させて被加工物に
照射し被加工物を加工するレーザー加工方法において、 回折と屈折を組み合わせてパルスレーザーの色収差を補
正することを特徴とするレーザー加工方法。 - 【請求項２】 回折と屈折を組み合わせてパルスレーザ
ーのパルス伸長を補正することを特徴とする請求項１記
載のレーザー加工方法。 - 【請求項３】 パルスレーザーの集光系を有し、前記集
光系から射出されたビームを被加工物に照射して加工を
行うレーザー加工装置において、 前記集光系が少なくとも１対の回折面と屈折面とを備え
ることを特徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項４】 前記集光系が回折面を有する屈折レンズ
から成ることを特徴とする請求項３記載のレーザー加工
装置。 - 【請求項５】 前記集光系が回折面を有する板と屈折レ
ンズから成ることを特徴とする請求項３記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項６】 パルスレーザーを分岐用回折素子により
複数のビームに分岐し、 前記複数の分岐ビームに関して生じる色収差を集光光学
系を介して補正し、 色収差が補正された前記複数の分岐ビームを被加工物に
集光照射する、ことを特徴とするレーザー加工方法。 - 【請求項７】 前記集光光学系に集光作用を有する回折
素子を用い、前記分岐用回折素子と前記集光用回折素子
との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等し
くすることを特徴とする請求項６記載のレーザー加工方
法。 - 【請求項８】 前記集光光学系にそれぞれ屈折および回
折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用い、
波長に応じて前記光学系の主面の位置を調整することを
特徴とする請求項６記載のレーザー加工方法。 - 【請求項９】 パルスレーザーを発生するレーザー発生
装置と、 前記レーザー発生装置から発生されたパルスレーザーを
複数のビームに分岐する分岐用回折素子と、 前記分岐用回折素子により分岐された複数の分岐ビーム
に関して色収差を補正して集光する集光光学系と、 を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項１０】 前記集光光学系として集光作用を有す
る回折素子を備え、前記分岐用回折素子と前記集光用回
折素子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほ
ぼ等しくしたことを特徴とする請求項９記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項１１】 前記集光光学系としてそれぞれ屈折お
よび回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を
配置したことを特徴とする請求項９記載のレーザー加工
装置。 - 【請求項１２】 屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズ
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項１３】 屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成
された部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備
えたことを特徴とする請求項１１に記載のレーザー加工
装置。 - 【請求項１４】 前記２群からなる光学系を第１群と第
２群とから構成し、前記第１群の回折面に負のパワー
を、前記１群の屈折レンズに正のパワーを、前記２群の
屈折レンズに負のパワーを、前記第２群の回折面に正の
パワーを、それぞれ備えたことを特徴とする請求項１２
または１３に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１５】 パルスレーザーのパルス空間強度分布
を回折素子で所定の形に整形することを特徴とする請求
項１，２または６のいずれかに記載のレーザー加工方
法。 - 【請求項１６】 パルスレーザーのパルス空間強度分布
を所定の形に整形するパルス整形用回折素子を備えたこ
とを特徴とする請求項３または９のいずれかに記載のレ
ーザー加工装置。 - 【請求項１７】 前記分岐用回折素子にパルスレーザー
のパルス空間強度分布を所定の形に整形する位相関数を
重畳したことを特徴とする請求項９記載のレーザー加工
装置。 - 【請求項１８】 パルスレーザーを回折素子により回折
するステップと、前記パルスレーザーに関して生じる色
収差を集光光学系を介して補正するステップと、 前記パルスレーザーの集光位置を前記回折用回折素子を
回転して移動させるステップと、を備えたことを特徴と
するレーザー加工方法。 - 【請求項１９】 前記パルスレーザーを複数のビームに
分岐し、該複数の分岐ビームを回折させる、ことを特徴
とする請求項１８記載のレーザー加工方法。 - 【請求項２０】 前記集光光学系に集光作用を有する回
折素子を用い、前記回折用回折素子と前記集光用回折素
子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほぼ等
しくすることを特徴とする請求項１８または１９記載の
レーザー加工方法。 - 【請求項２１】 前記集光光学系にそれぞれ屈折および
回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を用
い、波長に応じて前記光学系の主面の位置を調整するこ
とを特徴とする請求項１８または１９記載のレーザー加
工方法。 - 【請求項２２】 パルスレーザーを発生するレーザー発
生装置と、 前記レーザー発生装置から発生したパルスレーザーを回
折する回折用回折素子と、 前記回折用回折素子で回折した回折パルスレーザーに関
して波長帯域に起因する色収差を補正する集光光学系
と、 前記回折素子を回転させる回転手段と、を有することを
特徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項２３】 前記回転手段は、前記回折用回折素子
により回折されたレーザービームの集光スポットを回転
移動させるものである、ことを特徴とする請求項２２記
載のレーザー加工装置。 - 【請求項２４】 前記レーザー発生装置から発生したパ
ルスレーザーを複数のビームに分岐する分岐用回折素子
を備え、前記回折用回折素子が複数の分岐ビームを回折
するものであることを特徴とする請求項２２記載のレー
ザー加工装置。 - 【請求項２５】 前記回折用回折素子に入射されるレー
ザービームの光軸を、前記回折用回折素子の回転中心と
一致させたことを特徴とする請求項２２記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項２６】 前記回折用回折素子に入射されるレー
ザービームの光軸を、前記回折用回折素子の回転中心か
ら偏心させたことを特徴とする請求項２２記載のレーザ
ー加工装置。 - 【請求項２７】 前記集光光学系として集光作用を有す
る回折素子を備え、前記回折用回折素子と前記集光用回
折素子との距離を、前記集光用回折素子の集光距離とほ
ぼ等しくしたことを特徴とする請求項２２記載のレーザ
ー加工装置。 - 【請求項２８】 前記集光光学系としてそれぞれ屈折お
よび回折作用を有する少なくとも２群からなる光学系を
配置したことを特徴とする請求項２２記載のレーザー加
工装置。 - 【請求項２９】 屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面を有する屈折レンズ
を備えたことを特徴とする請求項２８に記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項３０】 屈折および回折作用を有する前記光学
系として、少なくとも１つの回折面と、該回折面が形成
された部材とは別部材に形成された屈折レンズとを、備
えたことを特徴とする請求項２８に記載のレーザー加工
装置。
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