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JP5108661B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、加工対象物に対してレーザ光を照射することにより該加工対象物を加工する装置および方法に関するものである。
従来、例えば缶などに製造年月日やシリアル番号を刻印する際に例えばインクが用いられてきた。しかしながら、インクを用いた場合、インクの剥がれや環境等の汚染といった問題がある。これらの問題を解決する方法として、レーザ加工によるマーキングが注目されつつある。レーザマーキングでは、レーザ光を集光照射することにより缶などの加工対象物に微細な穴を開け英数字等を刻印する。
レーザマーキングの加工方法としては、１つのレーザビームを用いてドットを一つずつ加工していくか、或いは、広げたレーザビームに対して強度マスクを配置して一括加工を行うか、何れかの方法が従来では一般的である。しかしながら、前者では、１点ずつ加工していくので時間がかかることが問題である。また、後者では、強度マスクにより遮断されるレーザ光は加工に寄与しないので、光量ロスが大きいことが課題となっていた。
これらの問題を解決する方法として、位相変調型の空間光変調器を用いた方法が考え始められている。すなわち、位相変調型の空間光変調器にホログラムを呈示して、この空間光変調器に入力されるレーザ光を画素毎に位相変調し、その位相変調後のレーザ光を集光光学系によりフーリエ変換して加工対象物において結像させ、この結像による加工パターンに従って加工対象物を加工する。空間光変調器に呈示されるホログラムは、加工対象物における加工パターンに応じたものとされる。このようにすれば、光のロスが少なく、かつ、加工対象物において多点を一括して加工することができる。
このように位相変調型の空間光変調器を用いたレーザ加工方法では、先ず加工対象物における所望の加工パターンを決定し、この加工パターンに基づいて計算を行ってホログラムを作成し、この作成したホログラムを空間光変調器の駆動部へ転送し、この駆動部により空間光変調器にホログラムを呈示させ、その後に空間光変調器にレーザ光を入射させる（特許文献１を参照）。
ところで、例えばライン上を順次に流れてくる多数の加工対象物それぞれに対してリアルタイムにマーキングを行う必要がある。１０００個の加工対象物それぞれに対して「０００１」から「１０００」までの各数値をシリアル番号としてマーキングすることを考えた場合、上記のレーザ加工方法を用いると、加工パターン決定，ホログラム作成およびホログラム転送を含む一連の手順を１０００回も繰返して行うことになる。
しかし、上記のレーザ加工方法は、加工パターン決定，ホログラム作成およびホログラム転送を含む一連の手順に要する時間が長いので、上記のように多数の加工対象物にそれぞれに対して順次にリアルタイムにマーキングを行う場合には、レーザ加工のスループットが低い。
特許第３４７５９４７号公報
上記のようなレーザ加工のスループットの問題を解消する方法として、基本加工パターン（例えば英数字）それぞれに対応して複数の基本ホログラムを予め作成して記憶しておき、そのうちの幾つかの基本ホログラムを組み合わせることで全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを空間光変調器に呈示させ、この空間光変調器により画素毎にレーザ光を位相変調して、幾つかの基本加工パターンから構成される全体加工パターン（例えば複数の英数字からなる文字列）を加工対象物において生成することが考えられる。このようにすれば、少なくとも上記のホログラム作成の各処理が不要となるので、レーザ加工のスループットの改善が期待され得る。
しかし、上記のようにして幾つかの基本加工パターンから構成される全体加工パターンを加工対象物において生成した場合には以下のような問題点があることを本発明者は見出した。すなわち、全体加工パターンに含まれる基本加工パターンによって加工深度が異なり、或る基本加工パターンについては加工深度が適正であったとしても、他の或る基本加工パターンについては加工深度が過大または過小となる場合がある。それ故、全体加工パターンによる加工対象物に対するレーザ加工の品質が悪い場合がある。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高スループットで高品質のレーザ加工をすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物に対してレーザ光を照射することにより、２以上の基本加工パターンを含む全体加工パターンで一括して加工対象物を加工するレーザ加工装置であって、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調する全体ホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3)空間光変調器から出力されるレーザ光を入力して、そのレーザ光を加工対象物において結像させる集光光学系と、(4) 複数の基本加工パターンそれぞれに対応して空間光変調器に呈示されるべき複数の基本ホログラムを記憶する記憶部と、(5)記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうちから選択した基本ホログラムに基づいて全体ホログラムを構成して、その構成した全体ホログラムを空間光変調器に呈示させる制御部と、を備えることを特徴とする。
そして、本発明に係るレーザ加工装置に含まれる制御部は、(a) 記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうち、加工対象物における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンに対応する基本ホログラムを選択し、(b)その選択した各基本ホログラムについて、空間光変調器における基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度をＩとし、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率をηとし、基本ホログラムに対応する基本加工パターンにおける集光点数をｎとしたときに、「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域を決定し、(c)その決定した空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域から加工対象物における対応する基本加工パターンの結像領域へ集光光学系によりレーザ光が結像されるように、グレーティングを各基本ホログラムに重畳して全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物に対してレーザ光を照射することにより、２以上の基本加工パターンを含む全体加工パターンで一括して加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、上記のようなレーザ光源，空間光変調器，集光光学系および記憶部を備えるレーザ加工装置を用いる。そして、本発明に係るレーザ加工方法は、(a) 記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうち、加工対象物における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンに対応する基本ホログラムを選択し、(b)その選択した各基本ホログラムについて、空間光変調器における基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度をＩとし、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率をηとし、基本ホログラムに対応する基本加工パターンにおける集光点数をｎとしたときに、「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域を決定し、(c)その決定した空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域から加工対象物における対応する基本加工パターンの結像領域へ集光光学系によりレーザ光が結像されるように、グレーティングを各基本ホログラムに重畳して全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを空間光変調器に呈示させる、ことを特徴とする。
本発明によれば、高スループットで高品質のレーザ加工をすることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。この図に示されるレーザ加工装置１は、ベルトコンベア９０上を移動している複数の加工対象物９１に対して順次にレーザ光を集光照射してマーキング等のレーザ加工をするのに好適に用いられる装置であって、レーザ光源１０、スペイシャルフィルタ１１、コリメートレンズ１２、ミラー１３、ミラー１４、空間光変調器２０、駆動部２１、制御部２２および集光光学系３０を備える。
レーザ光源１０は、加工対象物９０に照射されるべきレーザ光を出力するものであり、好適には、フェムト秒レーザ光源、Ｎｄ:ＹＡＧレーザ光源、Ｎｄ:ＹＬＦレーザ光源など、紫外領域のパルスレーザ光を出力する光源である。このレーザ光源１０から出力されたレーザ光は、スペイシャルフィルタ１１を経た後、コリメートレンズ１２によりコリメートされ、ミラー１３およびミラー１４により反射されて、空間光変調器２０に入力される。
空間光変調器２０は、位相変調型のものであって、レーザ光源１０から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する。この空間光変調器２０において呈示される位相ホログラムは、数値計算により求められたホログラム（ＣＧＨ: Computer Generated Hologram）であるのが好ましい。
この空間光変調器２０は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。反射型の空間光変調器２０としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型および光アドレス型の何れであってもよい。また、透過型の空間光変調器２０としてはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であってもよい。図１では、空間光変調器２０として反射型のものが示されている。
駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定するものであり、その画素毎の位相変調量設定のための信号を空間光変調器２０に与える。駆動部２１は、空間光変調器２０の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定することで、空間光変調器２０にホログラムを呈示させる。
集光光学系３０は、空間光変調器２０の後段に設けられていて、空間光変調器２０において画素毎に位相変調されて出力されたレーザ光を入力する。特に、この集光光学系３０は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光をフーリエ変換するレンズを含む。そのフーリエ変換像は、フーリエ変換レンズの後焦点面に形成される。
制御部２２は、例えばコンピュータで構成され、駆動部２１の動作を制御することで、駆動部２１から空間光変調器２０へホログラムを書き込ませる。このとき、制御部２２は、空間光変調器２０から出力されたレーザ光を集光光学系３０により複数個の集光位置に集光させるホログラムを空間光変調器２０に呈示させる。
特に、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ光源１０から出力されて空間光変調器２０により位相変調されたレーザ光を加工対象物９１に対して照射することにより、２以上の基本加工パターンを含む全体加工パターンで一括して加工対象物９１を加工する。その為に、駆動部２１は、複数の基本加工パターンそれぞれに対応して空間光変調器２０に呈示されるべき複数の基本ホログラムを記憶する記憶部２１Ａを有している。制御部２２は、記憶部２１Ａにより記憶された複数の基本ホログラムのうちから選択した基本ホログラムに基づいて全体ホログラムを構成して、その構成した全体ホログラムを空間光変調器２０に呈示させる。
例えば、基本加工パターンは英数字であり、全体加工パターンは複数の基本加工パターン（英数字）が１次元または２次元に配列された文字列である。基本ホログラムは、基本加工パターンに対応して予め生成されて、記憶部２１Ａにより記憶されている。全体ホログラムは、基本ホログラムに基づいて構成される。この全体ホログラムが呈示された空間光変調器２０にレーザ光が入射して位相変調され、その位相変調後のレーザ光が集光光学系３０を経て加工対象物９１に照射されると、幾つかの基本加工パターンから構成される全体加工パターンが加工対象物９１において生成される。
より詳細には、本実施形態に係るレーザ加工装置１に含まれる制御部２２は、駆動部２１および記憶部２１Ａに対して以下のような制御をする。すなわち、制御部２２は、記憶部２１Ａにより記憶された複数の基本ホログラムのうち、加工対象物９１における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンに対応する基本ホログラムを選択する。次に、制御部２２は、その選択した各基本ホログラムについて、空間光変調器２０における基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度をＩとし、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率をηとし、基本ホログラムに対応する基本加工パターンにおける集光点数をｎとしたときに、「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器２０における基本ホログラムの呈示領域を決定する。そして、制御部２２は、その決定した空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域から加工対象物９１における対応する基本加工パターンの結像領域へ集光光学系３０によりレーザ光が結像されるように、グレーティングを各基本ホログラムに重畳して全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを空間光変調器２０に呈示させる。
以下では、図２に示されるような全体加工パターンが４つの基本加工パターンから構成される場合を想定して更に詳細に説明する。図２は、加工対象物９１においてマーキングされるべきパターンの一例を示す図である。また、図３は、本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において形成されるべき全体加工パターンの一例を示す図である。
図２に示されるように４文字が２行２列に配置されてなる文字列「１２３４」のパターンを加工対象物９１においてマーキングしようとする場合、図３に示されるように、レーザ加工装置１により加工対象物９１において形成されるべき全体加工パターンは４つの基本加工パターンから構成され、各基本加工パターンは複数の集光点が離散的に配置されたものとなる。
図３に示されるような全体加工パターンを加工対象物９１において形成するために、基本加工パターン「１」に対応する基本ホログラム（図４（ａ））、基本加工パターン「２」に対応する基本ホログラム（図４（ｂ））、基本加工パターン「３」に対応する基本ホログラム（図４（ｃ））、基本加工パターン「４」に対応する基本ホログラム（図４（ｄ））、基本加工パターン「１」を左上位置に形成する為のブレーズドグレーティング（図４（ｅ））、基本加工パターン「３」を左上位置に形成する為のブレーズドグレーティング（図４（ｆ））、基本加工パターン「４」を左上位置に形成する為のブレーズドグレーティング（図４（ｇ））、および、基本加工パターン「５」を左上位置に形成する為のブレーズドグレーティング（図４（ｈ））に基づいて、全体ホログラムが構成される。
図５（ａ）は、図４（ａ）〜（ｄ）それぞれの基本ホログラムを２次元配置したものである。また、図５（ｂ）は、図４（ｅ）〜（（ｈ）それぞれのブレーズドグレーティングを２次元配置したものである。全体ホログラムは、図５（ａ）の２次元配置された基本ホログラムに対して、図５（ｂ）の２次元配置されたブレーズドグレーティングを重畳することで得られる。
このようにして得られる全体ホログラムでは、中心点を縦および横それぞれの方向に通る２本の直線を境界として全体が４等分されていて、基本加工パターン「１」に対応する基本ホログラムが左上の呈示領域に配置され、基本加工パターン「２」に対応する基本ホログラムが右上の呈示領域に配置され、基本加工パターン「３」に対応する基本ホログラムが左下の呈示領域に配置され、また、基本加工パターン「４」に対応する基本ホログラムが右下の呈示領域に配置されている。
このような全体ホログラムが空間光変調器２０に呈示され、この空間光変調器２０に入射したレーザ光が画素毎に位相変調され、その位相変調後のレーザ光が集光光学系３０を経て加工対象物９１に照射されると、４つの基本加工パターン「１」，「２」，「３」および「４」が２行２列に配置されて構成される全体加工パターン（図３）が加工対象物９１において生成される。
ところで、この例では、図３に示されるように、加工対象物９１において、基本加工パターン「１」の集光点の個数は８個であり、基本加工パターン「２」の集光点の個数は８個であり、基本加工パターン「３」の集光点の個数は７個であり、また、基本加工パターン「４」の集光点の個数は７個であって、これら４つの基本加工パターンそれぞれの集光点の個数ｎは比較的近い値となっている。仮に、空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iが互いに等しく、また、各基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率ηが互いに等しいとすると、加工対象物９１における４つの基本加工パターンそれぞれの集光点に集光される光の量は略一定であるので、４つの基本加工パターンそれぞれにおける加工深度は略同じ程度である。
一般的には、基本加工パターンにおける集光点数ｎが少ないほど、該基本加工パターンに対応する基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iが大きいほど、また、該基本加工パターンに対応する基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率ηが高いほど、該基本加工パターンにおける加工深度は大きい。
そして、一般的には、基本加工パターンによって集光点数ｎは異なり、基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iも異なり、また、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率ηも異なる。したがって、基本加工パターンにおける加工深度も異なる。このことから、加工対象物９１における全体加工パターンに含まれる基本加工パターンによって加工深度が異なり、或る基本加工パターンについては加工深度が適正であったとしても、他の或る基本加工パターンについては加工深度が過大または過小となる場合がある。それ故、全体加工パターンによる加工対象物９１に対する加工の品質が悪い場合がある。
基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iについては以下のとおりである。レーザ光源１０から出力されてスペイシャルフィルタ１１およびコリメートレンズ１２等を経て空間光変調器２０に入力されるレーザ光は、一般的には、そのビーム断面における強度分布がガウシアン分布となっている。したがって、基本ホログラムの呈示領域の面積や形状が同じであれば、ガウシアン分布の中心位置に近いほど、その呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iは大きい。また、ガウシアン分布の中心位置から基本ホログラムの呈示領域までの距離が同じであれば、その呈示領域の面積が大きいほど、その呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iは大きい。
基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率ηについては以下のとおりである。図６は、グレーティングの空間周波数と回折効率の理論値との関係を示すグラフである。この図に示されるように、グレーティングの空間周波数が大きいほど、回折効率は低い。例えば空間光変調器２０の画素ピッチが２０μｍであるとする。２値で構成されるグレーティングの場合、空間周波数は２５ｍｍ−１（＝１／(２×２０μｍ)）となり、このとき、回折効率の理論値は４０.５％となる。また、４値で構成されるグレーティングの場合、空間周波数は１２.５ｍｍ−１（＝１／(４×２０μｍ)）となり、このとき、回折効率の理論値は８１％となる。一方、グレーティングの空間周波数が大きいほど、回折角は大きい。したがって、加工対象物９１における基本加工パターンの位置によって（すなわち、回折角によって）、この基本加工パターンに対応する基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率ηは異なる。
そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置１または本実施形態に係るレーザ加工方法は、全体ホログラムに含まれる各基本ホログラムについて「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域を決定する。例えば、各基本加工パターンにおける集光点数ｎが同じであるとすると、レーザ光の回折効率ηが小さい基本ホログラムについては、その呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iが大きくなるように、その呈示領域の位置または大きさを設定する。逆に、レーザ光の回折効率ηが大きい基本ホログラムについては、その呈示領域に入力されるレーザ光の強度Iが小さくなるように、その呈示領域の位置または大きさを設定する。
例えば、全体ホログラムに含まれる各基本ホログラムについて比「η／ｎ」の値が同じであれば、各基本ホログラムの呈示領域の配置は図５に示されるようなものでもよい。また、全体ホログラムに含まれる各基本ホログラムの呈示領域の配置は、図７または図８に示されるようなものであってもよい。
図７に示される例では、全体ホログラムＴに含まれる基本ホログラムＡ〜Ｃのうち、基本ホログラムＡは、中心位置を含みレーザ光強度が最も大きく面積が比較的小さい矩形の呈示領域に呈示され、また、基本ホログラムＢ，Ｃそれぞれは、中心位置から離れたレーザ光強度が比較的小さく面積が比較的大きい矩形の呈示領域に呈示される。
図８に示される例では、全体ホログラムＴに含まれる基本ホログラムＡ〜Ｃのうち、基本ホログラムＡは、中心位置を含みレーザ光強度が最も大きい円形の呈示領域に呈示され、基本ホログラムＢは、基本ホログラムＡの円形の呈示領域の周囲の円環形状の呈示領域に呈示され、また、基本ホログラムＣは、基本ホログラムＢの円環形状の呈示領域の周囲の円環形状の呈示領域に呈示される。
図７および図８の何れの例においても、全体ホログラムＴに含まれる基本ホログラムＡ〜Ｃそれぞれの「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域の位置または大きさを設定する。
基本ホログラムを作成する方法は以下のとおりである。図９は、本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法において基本ホログラムを作成する方法を説明するフローチャートである。基本ホログラムを作成するには、初めに、加工対象物９１において加工（マーキング）されるべき様々な全体加工パターンを構成することができる複数の基本加工パターンそれぞれに対応して、基本ホログラム（ＣＧＨ）を生成する（ステップＳ１１）。基本ホログラム（ＣＧＨ）の生成に際しては、ＧＳ法やＯＲＡ法のアルゴリズムが用いられる。また、加工対象物９１において全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンの位置に応じて、ブレーズドグレーティング（ＢＧ）を生成する（ステップＳ１２）。
ＧＳ法のアルゴリズムにより基本ホログラム（ＣＧＨ）を生成する際には初期位相としてランダム位相を用いるが、このランダム位相によっては、作成された基本ホログラム（ＣＧＨ）の性能が著しく低くなる場合がある。また、シミュレーション条件に対して実際の光学系には誤差がある。そこで、必要に応じて、シミュレーション結果と再生テスト結果との差異からフィードバックを行って基本ホログラム（ＣＧＨ）の再作成を行う（ステップＳ１３，Ｓ１４）。そして、これらの後に記憶部２１Ａに基本ホログラム（ＣＧＨ）およびブレーズドグレーティング（ＢＧ）を格納する（ステップＳ１５）。
全体ホログラムを作成する方法は以下のとおりである。図１０は、本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法において全体ホログラムを作成する方法を説明するフローチャートである。全体ホログラムを作成するには、初めに、加工対象物９１において書き込みたい全体加工パターンを構成する基本加工パターンの情報を含んだ信号が、例えばテキスト形式で制御部２２から駆動部２１へ送信される（ステップＳ２１）。この情報を駆動部２１が受信すると、必要な基本加工パターンを再生するための幾つかの基本ホログラム（ＣＧＨ）およびブレーズドグレーティング（ＢＳ）を記憶部２１Ａから読み出す（ステップＳ２２）。
この読み出した幾つかの基本ホログラム（ＣＧＨ）から、図５（ａ）に示されるような基本ホログラムが２次元配置されたもの（ＣＧＨ_Ａ）を生成するとともに、図５（ｂ）に示されるようなブレーズドグレーティング（ＢＳ）が２次元配置されたもの（ＣＧＨ_Ｂ）を生成し、これらＣＧＨ_ＡとＣＧＨ_Ｂとを足し合わせて全体ホログラムを作成する（ステップＳ２３）。このとき、全体ホログラムに含まれる各基本ホログラムについて「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域を決定する。そして、このようにして生成した全体ホログラムを空間光変調器２０に呈示させ、レーザ光源１０から出力されたレーザ光に対して画素毎に位相変調を行い、集光光学系３０を経て加工対象物９１に対して所望の全体加工パターンで加工を行う。
以上のように本実施形態では、基本加工パターン（例えば英数字）それぞれに対応して複数の基本ホログラムを予め作成して記憶しておき、そのうちの幾つかの基本ホログラムを組み合わせることで全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを空間光変調器２０に呈示させ、この空間光変調器２０により画素毎にレーザ光を位相変調して、幾つかの基本加工パターンから構成される全体加工パターン（例えば複数の英数字からなる文字列）を加工対象物９１において生成する、このことから、ホログラム作成の各処理が不要となるので、レーザ加工のスループットの改善が可能となる。
また、本実施形態では、全体ホログラムに含まれる各基本ホログラムについて「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、空間光変調器２０における各基本ホログラムの呈示領域を決定するので、加工対象物９１における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンによる加工深度を略同じにすることができるので、加工対象物９１に対するレーザ加工の品質を高めることが可能となる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、基本ホログラム（ＣＧＨ）およびブレーズドグレーティング（ＢＳ）を記憶する記憶部は、上記実施形態のように駆動部２１に設けられてもよいし、制御部２２に設けられてもよい。
本実施形態に係るレーザ加工装置１の構成を示す図である。 加工対象物９１においてマーキングされるべきパターンの一例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において形成されるべき全体加工パターンの一例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において用いられる基本ホログラム等の一例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において用いられる全体ホログラムの一例を示す図である。 グレーティングの空間周波数と回折効率の理論値との関係を示すグラフである。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において用いられる全体ホログラムの一例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法により加工対象物９１において用いられる全体ホログラムの一例を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法において基本ホログラムを作成する方法を説明するフローチャートである。 本実施形態に係るレーザ加工装置１またはレーザ加工方法において全体ホログラムを作成する方法を説明するフローチャートである。
符号の説明
１…レーザ加工装置、１０…レーザ光源、１１…スペイシャルフィルタ、１２…コリメートレンズ、１３，１４…ミラー、２０…空間光変調器、２１…駆動部、２１Ａ…記憶部、２２…制御部、３０…集光光学系、９０…ベルトコンベア、９１…加工対象物。

Claims (2)

  1. 加工対象物に対してレーザ光を照射することにより、２以上の基本加工パターンを含む全体加工パターンで一括して前記加工対象物を加工するレーザ加工装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調する全体ホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器から出力されるレーザ光を入力して、そのレーザ光を前記加工対象物において結像させる集光光学系と、
    複数の基本加工パターンそれぞれに対応して前記空間光変調器に呈示されるべき複数の基本ホログラムを記憶する記憶部と、
    前記記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうちから選択した基本ホログラムに基づいて全体ホログラムを構成して、その構成した全体ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    前記記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうち、前記加工対象物における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンに対応する基本ホログラムを選択し、
    その選択した各基本ホログラムについて、前記空間光変調器における基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度をＩとし、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率をηとし、基本ホログラムに対応する基本加工パターンにおける集光点数をｎとしたときに、「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、前記空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域を決定し、
    その決定した前記空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域から前記加工対象物における対応する基本加工パターンの結像領域へ前記集光光学系によりレーザ光が結像されるように、グレーティングを各基本ホログラムに重畳して全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 加工対象物に対してレーザ光を照射することにより、２以上の基本加工パターンを含む全体加工パターンで一括して前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
    レーザ光を出力するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から出力されたレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいて前記レーザ光の位相を変調する全体ホログラムを呈示して、その位相変調後のレーザ光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
    前記空間光変調器から出力されるレーザ光を入力して、そのレーザ光を前記加工対象物において結像させる集光光学系と、
    複数の基本加工パターンそれぞれに対応して前記空間光変調器に呈示されるべき複数の基本ホログラムを記憶する記憶部と、
    を備えるレーザ加工装置を用い、
    前記記憶部により記憶された複数の基本ホログラムのうち、前記加工対象物における全体加工パターンに含まれる各基本加工パターンに対応する基本ホログラムを選択し、
    その選択した各基本ホログラムについて、前記空間光変調器における基本ホログラムの呈示領域に入力されるレーザ光の強度をＩとし、基本ホログラムにおけるレーザ光の回折効率をηとし、基本ホログラムに対応する基本加工パターンにおける集光点数をｎとしたときに、「Ｉη／ｎ」の値の偏差が小さくなるように、前記空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域を決定し、
    その決定した前記空間光変調器における各基本ホログラムの呈示領域から前記加工対象物における対応する基本加工パターンの結像領域へ前記集光光学系によりレーザ光が結像されるように、グレーティングを各基本ホログラムに重畳して全体ホログラムを構成し、その構成した全体ホログラムを前記空間光変調器に呈示させる、
    ことを特徴とするレーザ加工方法。
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