專利名稱：激光加工裝置和激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過對加工對象物照射激光來加工該加工對象物的裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，例如在將制造年月日和序列號刻印在罐等上的時候，例如使用的是油墨。然 而，在使用油墨的情況下，會存在油墨剝落和環(huán)境等的污染的問題。作為解決這些問題的方 法，利用激光加工進(jìn)行的記號標(biāo)注正在不斷受到關(guān)注。激光標(biāo)記是通過聚光照射激光而在 罐等的加工對象物上打出細(xì)微的小孔并刻印上英文和數(shù)字等。 作為激光標(biāo)記的加工方法，目前一般采用以下的任一種方法用一個激光束逐點(diǎn) 進(jìn)行加工，或者對于加寬了的激光束配置強(qiáng)度掩模來一并進(jìn)行加工。然而，就前者而言，因 為是逐點(diǎn)進(jìn)行加工，所以存在需要花費(fèi)時間的問題。另外，就后者而言，由于被強(qiáng)度掩模所 被屏蔽的激光對加工沒有貢獻(xiàn)，所以存在光量損失較大的問題。 作為解決這些問題的方法，開始考慮使用相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器(SLM: Spatial Light Modulator)的方法。即，將計(jì)算機(jī)全息圖(CGH :Computer Generated Hologram)顯示于相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器上，并按每一個像素對被輸入到該空間光調(diào) 制器中的激光進(jìn)行相位調(diào)制，由聚光光學(xué)系統(tǒng)將該相位調(diào)制后的激光在加工對象物上成 像，按照由該成像所形成的加工圖案對加工對象物進(jìn)行加工。被顯示于空間光調(diào)制器上的 全息圖是對應(yīng)于在加工對象物上的加工圖案的。這樣的話，那么光損失就少并且能夠在加 工對象物上一并加工多個點(diǎn)。 在如上所述使用相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器的激光加工方法中，如圖11中所表 示的流程圖那樣，首先確定在加工對象物上的所希望的加工圖案，根據(jù)該加工圖案進(jìn)行計(jì) 算從而制作全息圖，將該被制作成的全息圖傳送到空間光調(diào)制器的驅(qū)動部，并由該驅(qū)動部 將全息圖顯示在空間光調(diào)制器上，之后將激光入射到空間光調(diào)制器上(參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-113185號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，例如有必要分別對在生產(chǎn)流水線上按順序通過的多個加工對象物實(shí)時地進(jìn) 行記號標(biāo)注?？紤]分別對1000個加工對象物將從"0001"到"1000"的各個數(shù)值作為生產(chǎn)
序號來進(jìn)行記號標(biāo)注的情況下，如果使用上述的激光加工方法，那么就要反復(fù)進(jìn)行iooo次
包含加工圖案的確定、全息圖的制作以及全息圖的傳送的一系列程序。 可是，上述的激光加工法對于包含加工圖案的確定、全息圖的制作以及全息圖的 傳送的一系列程序所需要的時間較長。特別是，全息圖的制作因?yàn)槭鞘褂眯枰狥FT等計(jì)算 的GS法等的算法，所以所需要的時間較長。因此，如上所述，在分別對多個加工對象物按順 序?qū)崟r地進(jìn)行記號標(biāo)注的情況下，激光加工的生產(chǎn)能力較低。 如果預(yù)先制作分別對應(yīng)于所有的加工圖案的全息圖并由存儲部加以存儲，那么就 沒有必要在每次進(jìn)行記號標(biāo)注時進(jìn)行全息圖的制作，從而可以實(shí)現(xiàn)高速化。例如，在一并刻印如圖12所表示那樣的"BABA"的文字列被配置成2行2列而構(gòu)成的加工圖案的時候，預(yù) 先制作對應(yīng)于這樣的加工圖案的全息圖并由存儲部進(jìn)行存儲。但是，在此情況下，因?yàn)橛斜?要預(yù)先制作對應(yīng)于所有加工圖案的全息圖并由存儲部進(jìn)行存儲，所以應(yīng)該由存儲部預(yù)先存 儲下來的全息圖的數(shù)據(jù)量將變得相當(dāng)龐大。 在加工圖案是由多個基本加工圖案(例如英文以及數(shù)字)的排列構(gòu)成的情況下， 雖然也考慮了由激光一個一個刻印基本加工圖案，但是應(yīng)該刻印的基本加工圖案的個數(shù)如 果較多，那么激光加工的生產(chǎn)能力依然會降低。 為了解決如上所述的問題而考慮以下的方案預(yù)先制作分別對應(yīng)于多個基本加工 圖案的多個基本全息圖并由存儲部將其存儲下來，并從存儲部中讀出與構(gòu)成應(yīng)該刻印到加 工對象物上的整體加工圖案的基本加工圖案相對應(yīng)的基本全息圖，將并列配置了這些基本 全息圖的整體全息圖顯示于空間光調(diào)制器中，從而進(jìn)行激光加工(記號標(biāo)注)。
在如上所述將多個基本全息圖并列配置地顯示于一個空間光調(diào)制器中的情況下， 各個基本全息圖的尺寸將會變小。因此，各個基本全息圖的分辨率將變低，結(jié)果被再現(xiàn)的基 本加工圖案變大(圖13(a))，所以會產(chǎn)生這些多個基本加工圖案在加工對象物的被加工面 上互相重疊的問題(圖14)。 為了不使多個基本加工圖案在加工對象物的被加工面上發(fā)生互相重疊，考慮通過 充分地增大所準(zhǔn)備的基本全息圖的尺寸而提高分辨率，從而縮小被再現(xiàn)的基本加工圖案的 尺寸(圖13(b))。但是，分別相當(dāng)于多個基本加工圖案的基本全息圖的尺寸如果大型化了， 那么空間光調(diào)制器的大型化將成為必然，激光加工裝置的高價(jià)格化以及大型化的問題的發(fā) 生是不可避免的。 為了不使多個基本加工圖案在加工對象物的被加工面上互相重疊，還考慮了將用 于確定在加工對象物上形成基本加工圖案的位置的閃耀光柵(blazed grating)重疊在基 本加工圖案上，并將其顯示于空間光調(diào)制器中。但是，閃耀光柵的衍射效率在較低的情況下 為40%左右(圖15)，因此，被再現(xiàn)的基本加工圖案的光均勻性被該衍射效率所限制，難以 保持高均勻性。 另外，如果使用多個空間光調(diào)制器并將基本全息圖顯示于各個空間光調(diào)制器中， 那么就能夠擴(kuò)大各個基本全息圖的尺寸，從而能夠不使多個基本加工圖案在加工對象物的 被加工面上互相重疊。但是，即使是在這個情況下也同樣，因?yàn)槭褂枚鄠€空間光調(diào)制器，因 而不可避免發(fā)生激光加工裝置的高價(jià)格化以及大型化的問題。另外，需要有在激光光源和 多個空間光調(diào)制器之間取得同步的系統(tǒng)。 本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的，目的是提供能夠以高生產(chǎn)能力進(jìn)行高質(zhì)量 的激光加工且可以進(jìn)行裝置的小型化的激光加工裝置以及激光加工方法。
本發(fā)明所涉及的激光加工裝置，其特征為(l)是通過對加工對象物照射激光從 而用包含2個以上的基本加工圖案的整體加工圖案總括地對加工對象物進(jìn)行加工的激光 加工裝置；具備(2)輸出激光的激光光源，(3)相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器，輸入從激光光 源輸出的激光，并顯示分別在被二維排列的多個像素上調(diào)制激光相位的整體全息圖，從而 輸出其相位調(diào)制后的激光，(4)成像光學(xué)系統(tǒng)，輸入從空間光調(diào)制器輸出的激光，并將該激 光在加工對象物上成像，(5)存儲部，將分別對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖進(jìn) 行存儲，并且將相當(dāng)于菲涅耳透鏡圖案(Fresnel lens pattern)的聚光用全息圖進(jìn)行存
5儲，(6)控制部，將選自由存儲部所存儲的多個基本全息圖中的2個以上的基本全息圖并列 配置，并將聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖，從而構(gòu)成整體全息圖，將該 構(gòu)成的整體全息圖顯示于空間光調(diào)制器中。 在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置中，優(yōu)選成像光學(xué)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)
(Telecentric optical system)。另外，在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置中，優(yōu)選存儲部存
儲分別相當(dāng)于焦點(diǎn)距離互為不同的多個菲涅耳透鏡圖案的多個聚光用全息圖，成像光學(xué)系
統(tǒng)的成像位置以及成像倍率為可變的，控制部使重疊于基本全息圖的聚光用全息圖的焦點(diǎn)
距離和成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置或者成像倍率發(fā)生互相關(guān)聯(lián)從而進(jìn)行控制。 在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置中，優(yōu)選控制部將多個整體全息圖并列配置并顯
示于空間光調(diào)制器中，并且所述激光加工裝置具備入射位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，使從激光光源輸出
的激光對被顯示于空間光調(diào)制器中的多個整體全息圖按順序入射；以及成像位置調(diào)整機(jī)
構(gòu)，調(diào)整在加工對象物上的由成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的激光的成像的位置。入射位置調(diào)整機(jī)構(gòu)
既可以是調(diào)整從激光光源到空間光調(diào)制器的激光光路的機(jī)構(gòu)，又可以是利用快門的機(jī)構(gòu)。
另外，成像位置調(diào)整機(jī)構(gòu)既可以是使加工對象物移動的機(jī)構(gòu)，又可以是調(diào)整成像光學(xué)系統(tǒng)
的光路的機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明所涉及的激光加工方法是通過對加工對象物照射激光從而用包含2個以
上的基本加工圖案的整體加工圖案總括地對加工對象物進(jìn)行加工的激光加工方法，使用如
上所述的激光光源、空間光調(diào)制器、成像光學(xué)系統(tǒng)以及存儲部。而且，本發(fā)明所涉及的激光
加工方法，其特征還在于將選自由存儲部所存儲的多個基本全息圖中的2個以上的基本
全息圖并列配置，將聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖從而構(gòu)成整體全息
圖，將該構(gòu)成的整體全息圖顯示于空間光調(diào)制器中，并將從激光光源輸出的激光入射到空
間光調(diào)制器上，由成像光學(xué)系統(tǒng)將從空間光調(diào)制器輸出的激光在加工對象物上成像。 在本發(fā)明所涉及的激光加工方法中，優(yōu)選成像光學(xué)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。另外，
本發(fā)明所涉及的激光加工方法優(yōu)選，將分別相當(dāng)于焦點(diǎn)距離互為不同的多個菲涅耳透鏡圖
案的多個聚光用全息圖存儲到存儲部中，使用成像位置以及成像倍率為可變的系統(tǒng)作為成
像光學(xué)系統(tǒng)，使重疊于基本全息圖的聚光用全息圖的焦點(diǎn)距離和成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置
或者成像倍率發(fā)生互相關(guān)聯(lián)從而進(jìn)行控制。 本發(fā)明所涉及的激光加工方法優(yōu)選將多個整體全息圖并列配置并顯示于空間光 調(diào)制器中，并對被顯示于空間光調(diào)制器中的多個整體全息圖按順序入射從激光光源輸出的 激光，從而調(diào)整在加工對象物上的由成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的激光的成像的位置。在對入射到 空間光調(diào)制器的激光入射位置進(jìn)行調(diào)整的時候，既可以調(diào)整從激光光源到空間光調(diào)制器的 激光的光路，也可以利用快門。另外，在對成像位置作調(diào)整的時候，既可以使加工對象物移 動，也可以調(diào)整成像光學(xué)系統(tǒng)的光路。 根據(jù)本發(fā)明，可以以高生產(chǎn)能力進(jìn)行高質(zhì)量的激光加工，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。


圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置1的構(gòu)成的圖。 圖2是說明在本實(shí)施方式中準(zhǔn)備基本全息圖以及聚光用全息圖的過程的流程圖。 圖3是說明在本實(shí)施方式中使用基本全息圖以及聚光用全息圖來進(jìn)行激光加工的過程的流程圖。 圖4是表示基本全息圖的一個例子的圖。 圖5是表示基本全息圖被配置成2行2列的一個例子的圖。 圖6是表示聚光用全息圖被配置成2行2列的一個例子的圖。 圖7是表示整體全息圖的一個例子的圖。 圖8是表示在加工對象物91上的激光加工(記號標(biāo)注)的一個例子的圖。 圖9是表示菲涅耳透鏡的焦點(diǎn)距離與基本加工圖案尺寸的關(guān)系的圖表。 圖10是表示在加工對象物91上的整體加工圖案的一個例子的圖。 圖11是說明使用了相位調(diào)制型空間光調(diào)制器的激光加工方法的流程圖。 圖12是表示加工圖案的一個例子的圖。 圖13是說明基本全息圖的尺寸與基本加工圖案的尺寸的關(guān)系的圖。 圖14是表示在加工對象物的被加工面上多個基本加工圖案互相重疊的樣子的圖。 圖15是表示閃耀光柵的衍射效率的圖表。 符號說明 1.激光加工裝置 10.激光光源 11.空間濾波器(spatial filter) 12.準(zhǔn)直透鏡 13， 14.反射鏡 20.空間光調(diào)制器 21.驅(qū)動部 21A.存儲部 22.控制部 30.成像光學(xué)系統(tǒng)(遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)) 31， 32.透鏡 40.快門 90.可移動生產(chǎn)線 91.加工對象物
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖就用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式加以詳細(xì)的說明。還有，在附圖 的說明中將相同的符號標(biāo)注于相同要素，省略重復(fù)的說明。 圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置1的構(gòu)成的圖。該圖所表示的激光 加工裝置1是對在可移動生產(chǎn)線90上進(jìn)行移動的多個加工對象物91按順序聚光照射激光 從而進(jìn)行記號標(biāo)注等的激光加工的裝置，其具備激光光源10、空間濾波器11、準(zhǔn)直透鏡12、 反射鏡13、反射鏡14、空間光調(diào)制器20、驅(qū)動部21、控制部22、成像光學(xué)系統(tǒng)30以及快門 40。還有，也可以使用能夠使加工對象物91進(jìn)行二維移動的載物臺來代替可移動生產(chǎn)線 90。
7
激光光源10是輸出應(yīng)該被照射到加工對象物91上的激光的光源，優(yōu)選為飛秒 (femto second)激光光源、Nd: YAG激光光源、Nd: YLF激光光源等的輸出紫外區(qū)域的脈沖激 光的光源。從該激光光源10輸出的激光在經(jīng)過空間濾波器11之后，由準(zhǔn)直透鏡12進(jìn)行準(zhǔn) 直，再由反射鏡13以及反射鏡14進(jìn)行反射，從而被輸入到空間光調(diào)制器20中。反射鏡13 或者反射鏡14也可以是具有電掃描器(galvano scanner)等機(jī)構(gòu)的反射鏡。
空間光調(diào)制器20是相位調(diào)制型的調(diào)制器，輸入從激光光源10輸出的激光，并 顯示在被二維排列的多個像素上調(diào)制激光的相位的全息圖，從而輸出其相位調(diào)制后的激 光。在該空間光調(diào)制器20上被顯示的相位全息圖優(yōu)選是由數(shù)值計(jì)算求得的全息圖(CGH: ComputerGenerated Hologram)。 該空間光調(diào)制器20既可以是反射型的調(diào)制器，也可以是透過型的調(diào)制器。作為 反射型的空間光調(diào)制器20，可以是LCOS(硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon))型、 MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)(Micro ElectroMechanical Systems))型以及光尋址型中的任一種。另 外，作為透過型的空間光調(diào)制器20，可以是LCD(液晶顯示器(Liquid Crystal Display)) 等。在圖1中作為空間光調(diào)制器20顯示了反射型的空間光調(diào)制器。 驅(qū)動部21是設(shè)定分別在空間光調(diào)制器20的二維排列的多個像素中的相位調(diào)制量 的裝置，將用于設(shè)定其每一個像素的相位調(diào)制量的信號提供給空間光調(diào)制器20。驅(qū)動部21 通過設(shè)定分別在空間光調(diào)制器20的二維排列的多個像素中的相位調(diào)制量，從而將全息圖 顯示于空間光調(diào)制器20上。 成像光學(xué)系統(tǒng)30被設(shè)置于空間光調(diào)制器20的后段，將空間光調(diào)制器20中在每一 個像素上被相位調(diào)制而輸出的激光輸入，從而使該激光在加工對象物91上成像。特別是該 成像光學(xué)系統(tǒng)30包含構(gòu)成遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的透鏡31以及透鏡32。 快門40是許可或者禁止對加工對象物91照射激光的裝置?？扉T40在由圖l所表
示的構(gòu)成中是被設(shè)置于成像光學(xué)系統(tǒng)30的后段，但是它可以被配置于光路上的任意位置。
快門40優(yōu)選為與激光光源10以及空間光調(diào)制器20 二者或者任意一者同步。 控制部22例如是由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的，通過控制驅(qū)動部21的工作，從而將全息圖從驅(qū)
動部21寫入到空間光調(diào)制器20。此時，控制部22把由成像光學(xué)系統(tǒng)30將從空間光調(diào)制器
20輸出的激光聚光于多個成像位置的全息圖顯示于空間光調(diào)制器20中。 特別地，本實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置1通過將從激光光源IO輸出而由空間
光調(diào)制器20進(jìn)行相位調(diào)制后的激光，對加工對象物91進(jìn)行照射，從而用包含2個以上的基
本加工圖案的整體加工圖案一并對加工對象物91進(jìn)行加工。因此，驅(qū)動部21具有存儲部
21A。該存儲部21A存儲分別對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖，并且存儲相當(dāng)于
菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖。 另外，控制部22將選自由存儲部21A存儲的從多個基本全息圖中的2個以上的基 本全息圖并列配置，并將聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖上，從而構(gòu)成 整體全息圖，再將該構(gòu)成的整體全息圖顯示于空間光調(diào)制器20中。 例如，基本加工圖案為英文和數(shù)字，整體加工圖案為多個基本加工圖案(英文和 數(shù)字)被一維或者二維排列而成的文字列。基本全息圖對應(yīng)于基本加工圖案而預(yù)先生成， 并由存儲部21A加以存儲。聚光用全息圖也被預(yù)先生成而由存儲部21A加以存儲。整體全 息圖是基于基本全息圖以及聚光用全息圖而被構(gòu)成的。激光被入射到顯示了該整體全息圖的空間光調(diào)制器20上并被相位調(diào)制，該相位調(diào)制后的激光經(jīng)過成像光學(xué)系統(tǒng)30而被照射 到加工對象物91上之后，由若干基本加工圖案構(gòu)成的整體加工圖案被生成在加工對象物 91上。 圖2是說明在本實(shí)施方式中準(zhǔn)備基本全息圖以及聚光用全息圖的過程的流程圖。 如該流程圖所表示的那樣，制作分別對應(yīng)于可刻印的多個基本加工圖案的多個基本全息 圖，并且，制作相當(dāng)于菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖。根據(jù)需要，對這些基本全息圖進(jìn)行 再現(xiàn)測試，并進(jìn)行反饋，從而進(jìn)行修正。而且，這些基本全息圖以及聚光用全息圖由存儲部 21A加以存儲。 還有，作為制作基本全息圖的算法的GS法使用隨機(jī)相位作為初期相位，由于該隨 機(jī)相位，而會出現(xiàn)被制作的基本全息圖的性能明顯降低的情況。另外，在模擬和實(shí)驗(yàn)光學(xué)系 統(tǒng)(例如空間光調(diào)制器20和激光光源10)之間也會有誤差的情況。為了改善這些情況而 進(jìn)行反饋等的修正，從而就能夠制作出更加高品質(zhì)的基本全息圖。 另外，相當(dāng)于菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖的焦點(diǎn)距離以及配置位置根據(jù)再現(xiàn) 條件適當(dāng)進(jìn)行設(shè)定并預(yù)先加以調(diào)整。聚光用全息圖的半徑優(yōu)選為內(nèi)接于基本全息圖的程 度。另外，基本全息圖以及聚光用全息圖都可以是相位信息不被丟失的程度的任意的形狀， 可以是矩形、圓形或者其它的形狀。 圖3是說明在本實(shí)施方式中使用基本全息圖以及聚光用全息圖來進(jìn)行激光加工 的過程的流程圖。如該流程圖所表示的那樣，在加工時，利用控制部22，根據(jù)在加工對象物 91上的整體加工圖案而獲得必要的基本加工圖案以及配置信息，并且再根據(jù)這些來配置對 應(yīng)于基本加工圖案的基本全息圖，進(jìn)一步合成聚光用全息圖，從而制作出合成全息圖。然 后，該合成全息圖被顯示于空間光調(diào)制器20中，并從激光光源10輸出激光，從而對加工對 象物91進(jìn)行加工(記號標(biāo)注)。 在此時被制作出的整體全息圖中，在基本全息圖和聚光用全息圖互相不重疊的區(qū) 域、以及基本全息圖和聚光用全息圖都不存在的區(qū)域，優(yōu)選是隨機(jī)相位調(diào)制的。由此，從這 些區(qū)域輸出的激光不被成像光學(xué)系統(tǒng)30聚光，所以對加工不作貢獻(xiàn)。 接著，對于基于基本全息圖以及聚光用全息圖的整體全息圖的制作以及激光加工 的一個例子，利用圖4 圖8來加以說明。在此，就總括地刻印像圖12所表示那樣的"BABA" 的文字列被配置成2行2列而成的加工圖案的情況，作如下說明。在該情況下，作為預(yù)先制 作并由存儲部21A進(jìn)行存儲的基本全息圖，至少包含對應(yīng)于基本加工圖案"A"的基本全息 圖(圖4(a))以及對應(yīng)于基本加工圖案"B"的基本全息圖(圖4(b))。
對應(yīng)于基本加工圖案"A"的基本全息圖(圖4(a))以及對應(yīng)于基本加工圖案"B" 的基本全息圖(圖4(b))對應(yīng)于像圖12所表示那樣的"BABA"的文字列被配置成2行2列 而構(gòu)成的加工圖案，而被配置成2行2列(圖5)。另外，對應(yīng)于該配置，4個聚光用全息圖 也被配置成2行2列(圖6)。而且，將4個基本全息圖配置成2行2列而成的圖形(圖5) 與將4個聚光用全息圖配置成2行2列而成的圖形(圖6)被重疊，從而制作成整體全息圖 (圖7)。 這樣制成的整體全息圖(圖7)被顯示于空間光調(diào)制器20中。而且，從激光光源 10輸出的激光經(jīng)過空間濾波器11、準(zhǔn)直透鏡12、反射鏡13以及反射鏡14從而被輸入到空 間光調(diào)制器20中，并在該空間光調(diào)制器20上被空間相位調(diào)制。在空間光調(diào)制器20上被相位調(diào)制的激光由配置成在聚光全息圖的焦點(diǎn)距離上建立成像關(guān)系的包含遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的 成像光學(xué)系統(tǒng)30，而被聚光于加工對象物91上。這樣，在加工對象物91上進(jìn)行高品質(zhì)的激 光加工(記號標(biāo)注)(圖8)。 在本實(shí)施方式中，例如在基本加工圖案是由大寫英文字母或者數(shù)字構(gòu)成的情況 下，基本加工圖案為36個，所以只要準(zhǔn)備36個基本全息圖以及l(fā)個聚光全息圖就足夠了。 因此，與現(xiàn)有技術(shù)的例子相比較，存儲部21A所應(yīng)該存儲的數(shù)據(jù)的量較少。在用這些36個 基本加工圖案中的任意一個的加工圖案被排列而成的整體加工圖案，對加工對象物91進(jìn) 行加工的時候，只要選擇36個基本全息圖中的任意一個基本全息圖并加以并列配置即可。 因此，在本實(shí)施方式的加工階段中，不需要在現(xiàn)有的例子中必須的每一個加工對象物的加 工圖案制作以及全息圖制作。另外，包含于整體加工圖案中的基本加工圖案的個數(shù)即使有 所增減，最終所輸出的整體全息圖的尺寸也是固定的，所以不會帶來壞的影響。
另外，在本實(shí)施方式中，為了將對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖顯示 于空間光調(diào)制器20中，而使基本全息圖的尺寸變小，并且作為用來抑制伴隨著基本全息圖 的分辨率降低而產(chǎn)生的再現(xiàn)像的擴(kuò)大的手段，將焦點(diǎn)距離較短的聚光全息圖進(jìn)行重疊。此 時，在空間光調(diào)制器20的表面附近出現(xiàn)再現(xiàn)像，所以使用成像光學(xué)系統(tǒng)30而不使多個基本 加工圖案在加工對象物91上互相重疊。 另外，本實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置1因?yàn)槭菍⒍鄠€基本全息圖顯示于1個 空間光調(diào)制器20中，所以可以小型化。另外，因?yàn)榛救D的尺寸較小，所以也容易容納 于驅(qū)動部21的存儲部21A中。此時，從控制部22發(fā)送的數(shù)據(jù)被限定于基本加工圖案的種 類以及配置位置的信息，所以能夠期待這些信息的傳送速度被大幅度提高。
在本實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置1中，優(yōu)選存儲部21A存儲分別相當(dāng)于焦點(diǎn) 距離互為不同的多個菲涅耳透鏡圖案的多個聚光用全息圖，優(yōu)選成像光學(xué)系統(tǒng)30的成像 位置以及成像倍率為可變的。再有，優(yōu)選控制部22使重疊于基本全息圖的聚光用全息圖的 焦點(diǎn)距離和成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置發(fā)生互相關(guān)聯(lián)從而進(jìn)行控制。通過這樣準(zhǔn)備焦點(diǎn)距離 不同的多個聚光用全息圖，變更重疊于基本加工圖案的聚光用全息圖的焦點(diǎn)距離，從而就 能夠調(diào)整在加工對象物91上的基本加工圖案的尺寸(圖9)。此時，存在著空間光調(diào)制器 20表面上的成像位置也發(fā)生較大變化的情況，所以此時也需要對成像光學(xué)系統(tǒng)30的成像 位置以及成像倍率加以調(diào)整。另外，通過變更成像光學(xué)系統(tǒng)30的放大率 縮小率，從而能 夠變更在加工對象物91上的整體加工圖案的尺寸。 利用了如此的特性之后，就激光標(biāo)記那樣的長方形的整體加工圖案而言，即使用 小型的空間光調(diào)制器20，也可以將由多個基本全息圖構(gòu)成的整體全息圖進(jìn)行上下多段表
示。例如，如果考慮了圖io所表示的那樣的整體加工圖案，那么該整體加工圖案包含將制
造年月日表示于第1行的8個基本加工圖案和將生產(chǎn)序號表示于第2行的8個基本加工圖 案。如果對應(yīng)于各個基本加工圖案的基本全息圖是由64像素X64像素構(gòu)成，那么對應(yīng)于 整體加工圖案的整體全息圖則是由512像素X128像素構(gòu)成。當(dāng)空間光調(diào)制器20所具有 的像素?cái)?shù)為512像素X 512像素的情況下，可以在該空間光調(diào)制器20中配置上下4段整體 全息圖。 與以上已經(jīng)說明的那樣，在本實(shí)施方式中，不單單是利用基本全息圖的尺寸而且 利用菲涅耳透鏡圖案的焦點(diǎn)距離，而使在加工對象物91上的基本加工圖案的尺寸可變，所
10以能夠使基本全息圖的尺寸制成現(xiàn)有例子的1/4程度。這樣能夠減小基本全息圖的尺寸， 所以能夠增加可顯示于1個空間光調(diào)制器20中的基本全息圖的個數(shù)。 因此，使多個整體全息圖并列配置并且顯示于空間光調(diào)制器20中，通過由機(jī)械性 的機(jī)構(gòu)(例如具有電掃描機(jī)構(gòu)的反射鏡13或者反射鏡14)進(jìn)行的向空間光調(diào)制器20上的 激光入射光位置的調(diào)整，或者通過利用被設(shè)置于激光光源10和空間光調(diào)制器20之間的快 門，或者通過由可移動生產(chǎn)線90進(jìn)行的對加工對象物91的位置的調(diào)整，或者通過對成像光 學(xué)系統(tǒng)30的光路的調(diào)整，并通過機(jī)械性地掃描入射到空間光調(diào)制器20的激光和被照射到 加工對象物91上的激光，從而能夠期待用1個空間光調(diào)制器20來達(dá)到與模擬地設(shè)置了多 個空間光調(diào)制器的情況同等的效果，并且能夠改善對應(yīng)于段數(shù)的個數(shù)(在上述例子中為4 個)的空間光調(diào)制器的模擬的響應(yīng)速度。如上所述，能夠大幅度地提高與空間光調(diào)制器20 所具有的潛在的響應(yīng)速度相對應(yīng)的加工速度。 在本實(shí)施方式中，因?yàn)槭褂昧顺上窆鈱W(xué)系統(tǒng)30，所以沒有因傅利葉(Fourier)型 而擔(dān)憂的由傅利葉透鏡所引起的零級光(zero order light)的聚光，零級光在背景上擴(kuò) 展。在此情況下，信號噪音比雖然有劣化，但是因?yàn)樵胍暨€不會達(dá)到激光標(biāo)記加工閾值的程 度，所以可以利用本實(shí)施方式進(jìn)行激光加工。另外，在加工對象物91的加工區(qū)域的中央部 不存在零級光，所以不使用零級光遮蔽用掩模，而能夠使用空間光調(diào)制器20的整個面。
另外，在本實(shí)施方式中，因?yàn)椴皇遣捎瞄W耀光柵而是使用了菲涅耳透鏡圖案的聚 光作用，所以被入射到空間光調(diào)制器20中的激光的總光量都能夠貢獻(xiàn)于加工圖案的形成。 因此，通過涵蓋空間光調(diào)制器20整個面而入射一定光量的激光，從而能夠進(jìn)行高光均勻性 的激光加工。 本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，而可以有各種各樣的變形。例如，存儲基本全息 圖以及聚光用全息圖的存儲部既可以如上述實(shí)施方式那樣被配設(shè)于驅(qū)動部21中，也可以 被配設(shè)于控制部22中。
權(quán)利要求
一種激光加工裝置，其特征在于是通過對加工對象物照射激光從而用包含2個以上的基本加工圖案的整體加工圖案總括地對加工對象物進(jìn)行加工的激光加工裝置；該激光加工裝置具備輸出激光的激光光源，相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器，輸入從所述激光光源輸出的激光，并顯示分別在被二維排列的多個像素上調(diào)制所述激光的相位的整體全息圖，從而輸出其相位調(diào)制后的激光，成像光學(xué)系統(tǒng)，輸入從所述空間光調(diào)制器輸出的激光，并將該激光在所述加工對象物上成像，存儲部，將分別對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖進(jìn)行存儲，并且將相當(dāng)于菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖進(jìn)行存儲，以及控制部，將選自由所述存儲部所存儲的多個基本全息圖中的2個以上的基本全息圖并列配置，并將所述聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖，從而構(gòu)成整體全息圖，將該構(gòu)成的整體全息圖顯示于所述空間光調(diào)制器中。
2. 如權(quán)利要求l所述的激光加工裝置，其特征在于 所述成像光學(xué)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求l所述的激光加工裝置，其特征在于所述存儲部存儲分別相當(dāng)于焦點(diǎn)距離互為不同的多個菲涅耳透鏡圖案的多個聚光用 全息圖，所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置以及成像倍率為可變的，所述控制部使重疊于所述基本全息圖的所述聚光用全息圖的焦點(diǎn)距離和所述成像光 學(xué)系統(tǒng)的成像位置或者成像倍率發(fā)生互相關(guān)聯(lián)，從而進(jìn)行控制。
4. 如權(quán)利要求l所述的激光加工裝置，其特征在于所述控制部將多個整體全息圖并列配置并顯示于所述空間光調(diào)制器中， 所述激光加工裝置具備入射位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，使從所述激光光源輸出的激光，對被顯示于所述空間光調(diào)制器中的多個整體全息圖，按順序入射；以及成像位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整在所述加工對象物上的由所述成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的激光的成像的位置。
5. —種激光加工方法，其特征在于是通過對加工對象物照射激光從而用包含2個以上的基本加工圖案的整體加工圖案 總括地對所述加工對象物進(jìn)行加工的激光加工方法， 所述激光加工方法使用 輸出激光的激光光源，相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器，輸入從所述激光光源輸出的激光，并顯示分別在被二維 排列的多個像素上調(diào)制所述激光的相位的整體全息圖，從而輸出該相位調(diào)制后的激光，成像光學(xué)系統(tǒng)，輸入從所述空間光調(diào)制器輸出的激光，并將該激光在加工對象物上成 像，以及存儲部，將分別對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖進(jìn)行存儲，并且將相當(dāng)于 菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖進(jìn)行存儲，并且所述激光加工方法是將選自由所述存儲部所存儲的多個基本全息圖中的2個以上的基本全息圖并列配置，將聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖上，從而 構(gòu)成整體全息圖，將該構(gòu)成的整體全息圖顯示于所述空間光調(diào)制器中，并將從所述激光光 源輸出的激光入射到所述空間光調(diào)制器中，由所述成像光學(xué)系統(tǒng)將從所述空間光調(diào)制器輸 出的激光在所述加工對象物上成像。
6. 如權(quán)利要求5所述的激光加工方法，其特征在于 所述成像光學(xué)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
7. 如權(quán)利要求5所述的激光加工方法，其特征在于將分別相當(dāng)于焦點(diǎn)距離互為不同的多個菲涅耳透鏡圖案的多個聚光用全息圖存儲到 所述存儲部中，使用成像位置以及成像倍率為可變的系統(tǒng)作為所述成像光學(xué)系統(tǒng)， 使重疊于所述基本全息圖的所述聚光用全息圖的焦點(diǎn)距離和所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成 像位置或者成像倍率發(fā)生互相關(guān)聯(lián)，從而進(jìn)行控制。
8. 如權(quán)利要求5所述的激光加工方法，其特征在于 將多個整體全息圖并列配置并顯示于所述空間光調(diào)制器中，對被顯示于所述空間光調(diào)制器中的多個整體全息圖，按順序入射從所述激光光源輸出 的激光，調(diào)整在所述加工對象物上的由所述成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的激光的成像的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供激光加工裝置和激光加工方法。激光加工裝置(1)具備激光光源(10)、相位調(diào)制型的空間光調(diào)制器(20)、驅(qū)動部(21)、控制部(22)以及成像光學(xué)系統(tǒng)(30)。成像光學(xué)系統(tǒng)(30)可以是遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。包含于驅(qū)動部(21)中的存儲部(21A)存儲分別對應(yīng)于多個基本加工圖案的多個基本全息圖，并且存儲相當(dāng)于菲涅耳透鏡圖案的聚光用全息圖?？刂撇?22)并列配置選自由存儲部(21A)存儲的多個基本全息圖中的2個以上的基本全息圖，并將聚光用全息圖重疊于該并列配置的各個基本全息圖上，從而構(gòu)成整體全息圖，將該構(gòu)成的整體全息圖顯示于空間光調(diào)制器(20)。
文檔編號B23K26/06GK101712100SQ20091015129
公開日2010年5月26日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者井上卓, 向坂直久, 松本直也, 瀧口優(yōu), 福智升央, 竹森民樹 申請人:浜松光子學(xué)株式會社