特開 2024-77809 減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024077809

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20240603BHJP

【ＦＩ】

B23K26/064 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022189981

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(74)【代理人】

【識別番号】100124327

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 勝博

(72)【発明者】

【氏名】小森 一範

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA04

4E168DA24

4E168DA26

4E168DA28

4E168DA29

4E168DA38

4E168DA39

4E168EA02

4E168EA15

4E168EA17

(57)【要約】

【課題】レーザビームのエネルギー強度が高くても、画像データを取得する装置を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定できる減光機構を提供することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため、プレート型の第１ビームスプリッターと第２ビームスプリッターとを備え、レーザビーム照射用光学ユニットの光軸に垂直な面における原点が光軸にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第１ビームスプリッターはＸ軸を回転軸として光軸に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッターはＸ軸と平行であり光軸を通るＸ’軸を回転軸として光軸に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置することを特徴とする減光機構を採用した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザビームを加工対象物にスポットを形成して照射しレーザ加工するためのレーザビーム照射用光学ユニットから照射される前記レーザビームを減光する減光機構であって、
プレート型の第１ビームスプリッターと第２ビームスプリッターとを備え、
前記レーザビーム照射用光学ユニットの光軸に垂直な面における原点が前記光軸にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、前記第１ビームスプリッターは前記Ｘ軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、前記第２ビームスプリッターは前記Ｘ軸と平行であり前記光軸を通るＸ’軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置することを特徴とする減光機構。

【請求項2】

前記第１ビームスプリッターと前記第２ビームスプリッターとにおいては、前記レーザビームの入射角度が４５°における透過率が０．１％以上５．０％以下である、又は、前記レーザビームの入射角度が４５°における反射率が０．１％以上５．０％以下である請求項１に記載の減光機構。

【請求項3】

前記スポットの位置に、結像する前記レーザビームのエネルギー強度分布の情報を読み取る観測装置と、
前記観測装置の出力データを数値演算して補正を行うための演算装置とを備える請求項１に記載の減光機構。

【請求項4】

前記レーザビームの入射角度が４５°における透過率が１．０％以上５０．０％以下のプレート型の合計厚ビームスプリッターを備え、
前記合計厚ビームスプリッターは前記Ｙ軸と平行であり前記光軸を通るＹ’軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度β、又は角度－βで傾けて配置し、
以下の条件を満足する請求項１に記載の減光機構。

【数1】

但し、
ｄ_４５：前記合計厚ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｄ_４１：前記第１ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｄ_４２：前記第２ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｎ_４５：前記合計厚ビームスプリッターの光学材料の屈折率
ｎ_４１：前記第１ビームスプリッターの光学材料の屈折率
ｎ_４２：前記第２ビームスプリッターの光学材料の屈折率

【請求項5】

プレート型の第３ビームスプリッターと第４ビームスプリッターとを備え、
前記第３ビームスプリッターは前記Ｙ軸と平行であり前記光軸を通るＹ’’軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度βで傾けて配置し、前記第４ビームスプリッターは前記Ｙ軸と平行であり前記光軸を通るＹ’’’軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して角度－βで傾けて配置し、
以下の条件を満足する請求項１に記載の減光機構。

【数2】

但し、
ｄ_４６：前記第３ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｄ_４７：前記第４ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｄ_４１：前記第１ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｄ_４２：前記第２ビームスプリッターのプレートの厚さ
ｎ_４６：前記第３ビームスプリッターの光学材料の屈折率
ｎ_４７：前記第４ビームスプリッターの光学材料の屈折率
ｎ_４１：前記第１ビームスプリッターの光学材料の屈折率
ｎ_４２：前記第２ビームスプリッターの光学材料の屈折率

【請求項6】

前記第３ビームスプリッターと前記第４ビームスプリッターとにおいては、前記レーザビームの入射角度が４５°における透過率が０．１％以上５．０％以下である請求項５に記載の減光機構。

【請求項7】

前記レーザビーム照射用光学ユニットは、前記レーザビームを平行光にするためのコリメートレンズと、前記レーザビームを集光するための集光レンズとを備える請求項１に記載の減光機構。

【請求項8】

請求項３に記載の減光機構の観測装置の出力データを数値演算して補正を行う出力データの補正方法であって、
前記出力データのＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を行うことを特徴とする出力データの補正方法。

【請求項9】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の減光機構を備えることを特徴とするレーザビーム計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件発明は、レーザビームを加工対象物にスポットを形成して照射しレーザ加工するためのレーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レーザビームが種々の製品の加工に広く用いられている。レーザビームは、１点に集光して被加工物に照射することによって被加工物の表面温度を急激に上昇させ、被加工物の被照射面を融解もしくは蒸発させる。このレーザビームを用いるレーザ加工装置は、このようにして、被加工物へ切断や穴開け、溶接といった加工を施す装置である。そして、レーザビームを１点に集光するため、ピンポイントで精密かつ微細な加工が可能である。また、より高エネルギーのレーザビームを用いることで、加工時間を短縮することができ、かつ、刃物での加工が困難な高硬度の被加工物の加工も可能である。

【0003】

ここで、レーザ加工装置はレーザビーム照射用光学ユニットを備えている。そして、このレーザビーム照射用光学ユニットは、レーザビームをスポットの1点に集光したり、スポットにおけるレーザビームの像形状を円形で、エネルギー強度分布がガウシアン状やトップハット状のものとして照射する機能を有するものが従来採用されてきた。しかしながら、この従来のスポットの像形状を採用したレーザ加工においては、被加工物の切断や溶接、穴開けの際、レーザビームによって溶融した被加工物が切断面や穴部に残存してしまい、加工品質が悪化する問題があった。そこで、近年、スポットにおけるレーザビームの像形状を環状にすることによって、溶融した被加工物を適切に飛ばして切断面や穴部に残存させないレーザ加工が提案されている。

【0004】

このように、スポットにおけるレーザビームの像形状とその像形状におけるエネルギー強度分布は、円形でガウシアン状のものから、被加工物の溶接、切断などの加工条件に応じて、環状の像形状などにしてレーザ加工を行うようになってきている。このとき、レーザ加工を行う前に、スポットにおけるレーザビームの像形状や、その像形状におけるエネルギー強度分布が所望の仕様になっていることを確認するために、レーザビーム計測装置が用いられる。このレーザビーム計測装置におけるレーザビームの減光手段として、フィルタでレーザビームを減光してＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサで観測する方法、ピンホールやスリット、ナイフエッジでレーザビームの一部を遮光しながら透過光強度を測定し、遮光位置と透過光強度の相関から計算により求める方法、先端に小さなミラーの付いた棒あるいは先端に小さな穴の開いた導光棒をレーザビーム内で二次的にスキャンして強度分布を測定する方法、レーザビームを散乱する板にレーザビームを照射し、その散乱光の像を後方からカメラで撮影する方法等が知られている。

【0005】

しかしながら、上述の方法では、フィルタがレーザビームの熱で変形したり、ピンホールやスリット、ナイフエッジではレーザボームの像形状が損なわれたり、小さなミラーでは微小な像形状の測定は困難であり、散乱光を用いる場合は像にボケが生じるなどの問題があった。そこで、特許文献１では、レーザビームを蛍光板に照射し、そこから発せられる蛍光の強度分布をカメラやイメージセンサを用いて測定する方法を開示している。

【0006】

このような、レーザビームを蛍光板に照射し、そこから発せられる蛍光の強度分布をカメラやイメージセンサを用いて測定する方法は、次のようなものである。蛍光板が入射したレーザビームの光子を吸収することにより蛍光板の分子を電子励起し、励起された分子が基底状態に戻る時に吸収された光子よりも長い波長に対応する低いエネルギーの光子を放出する。この長い波長の光子が入射したレーザビームに対応する蛍光であり、その蛍光のエネルギーは入射したレーザビームのエネルギーより低い。ここで、レーザビームの波長と蛍光の波長が異なることから、異なる波長の光を分離する光分離素子（プリズムもしくはミラー）を用いて、レーザビームと蛍光とを分離する。そして、この蛍光の強度分布を測定することでレーザビームのエネルギー強度分布を確認するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０２１４３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、この蛍光板を用いる方法においては、蛍光板の厚さを薄くしないと、蛍光による像がボケてしまう。そこで特許文献１では、蛍光板の厚さを０．２ｍｍとしている。このように、蛍光板を用いる方法は蛍光板を薄くする必要があるが、そのことによって、入射するレーザビームのエネルギー強度が例えば１００Ｗ以上と高いと、蛍光板が熱で損なわれたり、蛍光のエネルギー強度が飽和するなどして、レーザビームの像形状や強度分布を正しく測定することができない、という課題がある。

【0009】

本件発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本件発明は、入射するレーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する装置を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定できるレーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決するために、鋭意研究の結果、以下の減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置に想到した。

【0011】

本件発明に係る減光機構は、レーザビームを加工対象物にスポットを形成して照射しレーザ加工するためのレーザビーム照射用光学ユニットから照射される前記レーザビームを減光する減光機構であって、プレート型の第１ビームスプリッターと第２ビームスプリッターとを備え、前記レーザビーム照射用光学ユニットの光軸に垂直な面における原点が前記光軸にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、前記第１ビームスプリッターは前記Ｘ軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、前記第２ビームスプリッターは前記Ｘ軸と平行であり前記光軸を通るＸ’軸を回転軸として前記光軸に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置することを特徴とする減光機構を採用した。

【0012】

本件発明に係る出力データの補正方法は、上述の減光機構に、前記スポットの位置に結像する前記レーザビームのエネルギー分布の情報を読み取る観測装置と、前記観測装置の出力データを数値演算して補正を行うための演算装置とを備えた減光機構の前記出力データを数値演算して補正を行う出力データの補正方法であって、前記出力データのＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を行うことを特徴とする出力データの補正方法を採用した。

【0013】

本件発明に係るレーザビーム計測装置は、上述の減光機構を備えることを特徴とするレーザビーム計測装置を採用した。

【発明の効果】

【0014】

本件発明に係るレーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構は、入射するレーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する装置を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。本件発明に係る出力データの補正方法は、出力データの像形状を、適正な像形状に補正することができる。本件発明に係るレーザビーム計測装置は、レーザビームのエネルギー強度が高くても、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態の減光機構の略図である。

【図2】ビームスプリッターの入射角度に対する透過率特性の例である。

【図3】第１ビームスプリッター及び第２ビームスプリッター部の拡大図である。

【図4】第２の実施形態の減光機構の略図である。

【図5】第１ビームスプリッター及び第２ビームスプリッター部の拡大図である。

【図6】第３の実施形態の減光機構の略図である。

【図7】ビームスプリッターの入射角度に対する透過率特性である。

【図8】合計厚ビームスプリッター及び第１ビームスプリッター及び第２ビームスプリッター部の拡大図である。

【図9】第４の実施形態の減光機構の略図である。

【図10】実施例１のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図11】実施例１のスポットにおける像形状の結果である。

【図12】ビームスプリッターの入射角度に対する反射率特性である。

【図13】実施例２のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図14】実施例２のスポットにおける像形状の結果である。

【図15】実施例３のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図16】実施例３のスポットにおける像形状の結果である。

【図17】実施例４のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図18】実施例４のスポットにおける像形状の結果である。

【図19】実施例５のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図20】実施例５のスポットにおける像形状の結果である。

【図21】比較例のスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果である。

【図22】比較例のスポットにおける像形状の結果である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本件発明に係るレーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構、出力データの補正方法、及びレーザビーム計測装置の実施の形態に関して述べる。なお、以下に説明するものは、単に一態様を示したものであり、以下の記載内容に限定解釈されるものではない。

【0017】

１．レーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構の実施の形態
本件発明に係る減光機構は、レーザビームを加工対象物にスポットを形成して照射しレーザ加工するためのレーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光する減光機構である。この減光機構とは、スポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を観測装置を用いて計測する場合に、レーザビームの高いエネルギーによって観測装置を破損させないようにレーザビームを減光して観測装置に入射するためのものである。すなわち本件発明における減光機構とは、減光機構へ入射するレーザビームのエネルギー強度を減少させて減光機構から出力する光学系である。

【0018】

レーザビーム照射用光学ユニットは、レーザ加工に必要な光学系であり、スポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を所望のものに形成して、スポットに集光するようレーザビームを照射する光学系である。ここで、本件発明に係る減光機構は、レーザビーム照射用光学ユニットとスポットとの間に取り付け、スポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を計測するために、レーザビーム照射用光学ユニットから照射されるレーザビームを減光するものである。そして、スポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を計測した後に、必要であればスポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を調整して再度計測した後、減光機構をレーザビーム照射用光学ユニットから取り外しすることもできる。その後、スポットの位置に加工対象物を設置して、レーザ加工を行うことができる。また、レーザビーム照射用光学ユニット内においてレーザビームを分岐し、レーザ加工中にレーザビームの像形状やエネルギー強度分布を観測するためのレーザビームの減光機構として用いることもできる。なお、当該減光機構は、鏡筒等で覆うことによって、減光機構からレーザビームが漏れ出ないようにすることができる。

【0019】

なお、本件発明に係るレーザビーム照射用光学ユニットは、レーザ加工を行うことができる限りにおいて、どのような光学系を含むこともできる。例えば、ガルバノミラーを備えたガルバノ光学系を含んでも良い。

【0020】

図１に、本件発明に係る減光機構の第１の実施形態１の減光機構の配置構成とレーザビームの略照射軌道を示す。減光機構の第１の実施形態１は、レーザ発振器（図示していない）から出力されるレーザビームを導き出射する光ファイバ３０と、光ファイバ３０の出力端から拡散状に出力されたレーザビームを平行光にするためのコリメートレンズ２１と、コリメートレンズ２１で平行光にされたレーザビームを加工対象物表面のスポットに集光するための集光レンズ２２と、レーザビームを減光するための減光機構４０と、スポットにおけるレーザビームの像形状や強度分布を確認するための観測光を観測するための観測装置５０とを、レーザビーム照射用光学ユニット３１の照射軌道の光軸１０に沿って、レーザ発振器側から順に配置している。そして、コリメートレンズ２１の光学中心と、集光レンズ２２の光学中心との位置は、光軸１０に一致するよう配置され、レーザビーム照射用光学ユニット３１内に設置されている。そして、レーザビームは照射軌道１５に示す軌道でスポットに収束し結像する。

【0021】

レーザ発振器から光ファイバ３０を介してレーザビーム照射用光学ユニット３１に入射されるレーザビームは、レーザ加工用に用いることができるレーザビームであれば、いかなるレーザビームであっても用いることができる。特に、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）、ファイバレーザ（波長１０７０ｎｍ）、ディスクレーザ（波長１０３０ｎｍ）、半導体レーザ（波長９３５ｎｍ、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、９４０～９８０ｎｍ、９４０～１０２５ｎｍ）に代表される発振波長が約９２０～１０８０ｎｍの近赤外レーザビームであることが好ましい。そして、レーザ加工用に用いることができるレーザビームであれば、青、緑、紫外線域のレーザビームであっても良い。また、レーザビーム照射用光学ユニット３１に入射されるレーザビームの光軸１０に垂直な面におけるエネルギー分布は、中心部（光軸部分）のエネルギーが強いガウシアン状であっても、均一であっても良い。

【0022】

図１では、コリメートレンズ２１と、集光レンズ２２とは、それぞれの光学中心が光軸１０に一致するようレーザビーム照射用光学ユニット３１内に設置されている。すなわち、レーザビーム照射用光学ユニット３１には、レーザ加工に必要な光学系が配置されている。そして、レーザビーム照射用光学ユニット３１には減光機構４０が接続され、減光機構４０には観測装置５０が接続されている。このとき、減光機構４０は、減光機構４０からレーザビームが漏れ出ないように鏡筒等で覆われている構造であっても良い。また、減光機構４０は、レーザビーム照射用光学ユニット３１に対して脱着可能な構造を備えても良い。レーザビームの照射軌道１５の光軸１０を構成するレーザビーム照射用光学ユニット３１に、観測装置５０を接続できる脱着可能な減光機構４０を接続することによって、スポットにおけるレーザビームの像形状やレーザビームのエネルギー強度分布を計測することができる。そして、観測装置５０による計測を行って、スポットにおけるレーザビームの像形状や強度分布を望ましいものに調整した後、減光機構４０と観測装置５０とを取り外し、観測装置５０の撮像面があった位置に加工対象物の表面を位置させることによって、レーザ加工を精度良く行うことができる。

【0023】

ここで、スポットにおけるレーザビームの像形状は、レーザビームで加工対象物を加工できる限りにおいて、どのような像形状でも良い。例えば、レーザビーム照射用光学ユニット３１のコリメートレンズ２１と、集光レンズ２２との少なくともいずれか１つは、スポットにおけるレーザビームの像形状を、少なくとも環状の周辺領域からなる環状形状となるよう変換する機能（以降、本明細書では環状変換機能と呼称する）を有することができる。スポットのエネルギー分布の形状が少なくとも環状の周辺領域からなる環状形状となることによって、加工対象物の表面において、スポットの中心領域からどの向きにも均一にレーザビームのエネルギーが照射される。そして、このことによって、溶融亜鉛鋼板の重ね溶接で、亜鉛のガスが抜け、きれいな溶接ができる。

【0024】

また、環状変換機能によるスポットの形状は特に限定されるものではなく、例えば、環状と環状の中心部における点状（点部分はガウシアン状）とからなるものであっても良いし、トップハット型の形状などであっても良い。このとき、環状の中心部における点状のスポットのエネルギー強度は、環状部のエネルギー強度よりも高いことが好ましい。光の反射率が高いアルミなどでは、エネルギー強度の弱い環状部で金属を溶融させて反射率を下げ、エネルギー強度の高い中心部で加工対象物を深く溶融させることなどができるため、レーザ加工がより容易になるからである。

【0025】

前述のスポットの像形状を形成するために、環状変換機能を備える光学素子の光学有効面の少なくとも１面は、回折レンズ、アキシコンレンズ、非球面レンズのいずれかであることが好ましい。レーザビームのスポット形状を、環状、もしくは、環状と環状の中心部における点状とからなるものにすることができるからである。

【0026】

なお、レーザビーム照射用光学ユニット３１は、環状変換機能を必ずしも有している必要はなく、光ファイバ３０から出射されるレーザビームの像形状が、少なくとも環状の周辺領域からなる環状形状となるレーザビームを用いても良い。

【0027】

また、レーザビーム照射用光学ユニット３１は、光ファイバ３０が接続されるコネクタ部と、コネクタ部を照射軌道の光軸１０に対して固定するコネクタ受け部とからなるレーザビーム方向調整機構を備えても良い。レーザビーム方向調整機構は、レーザビーム出力端における光ファイバ３０のコアの中央部を中心点として、コネクタ部とコネクタ受け部との少なくとも一方が円弧状に旋回することによって、レーザビームの照射軌道への入射方向を調整する。レーザ発振器から出力されるレーザビームは、光ファイバ３０を用いてレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドへ導かれるが、光ファイバ３０の出力端から出力されるレーザビームの出射方向は、光軸１０に対して一定の範囲の傾きを有している。具体的には、例えばレイカスファイバー社のＣＷファイバレーザでは、光ファイバの出力端の構造部及びコネクタの構造で決定される基準光軸に対して、光ファイバの出力端から出力されるレーザビームの光軸の角度が、３０ｍｒａｄ（ミリラジアン）以下であるとされている。レーザビーム方向調整機構は、光ファイバ３０の出力端から出力されるレーザビームの出射方向が、光軸１０に対して一定の範囲の傾きを有している場合に用いて、レーザビームの照射軌道への入射方向を調整することができる。

【0028】

また、減光機構の第１の実施形態１は、スポットの位置に配置されスポットのレーザビームのエネルギー強度分布の情報を読み取る観測装置５０から出力される出力データについて、数値演算して補正を行うための演算装置を備えるのも好ましい。レーザビーム照射用光学ユニット３１に配置したコリメートレンズ２１、集光レンズ２２、減光機構４０に配置した第１ビームスプリッター４１、第２ビームスプリッター４２の光学情報をもとに、光線追跡計算等を用いて事前に焦点距離データ情報を得ておくことによって、演算装置を用いて、観測装置５０から出力される出力データについて、座標位置を補正する数値演算を行うことができる。出力データの座標位置の補正についての具体的な補正方法は後述する。

【0029】

なお、レーザビーム照射用光学ユニット３１は、コリメートレンズ２１と集光レンズ２２とを配置する構成としているが、レーザ加工を行うことができる限りにおいてどのような構成でも良く、例えば、集光レンズ２２のみであっても良い。

【0030】

〔減光機構の第１の実施形態〕
本件発明に係る減光機構の第１の実施形態は、図１に示す減光機構４０の構成であって、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側（観測装置５０側）に、プレート型の第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とを備えている。第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とは、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との中心位置が光軸１０に一致するように配置すれば良いが、少なくともレーザビームの照射軌道１５が第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との光学有効面内となるよう配置すれば良い。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置している。なお、図１における光軸１０に垂直な面とは、光軸１０上の１点のみを含む光軸１０に垂直な面であり、Ｘ軸は光軸１０を原点として図１の図を面として捉えた場合の平面を垂直に貫く前述の光軸１０に垂直な面上の直線であり、Ｙ軸は光軸１０を原点として図１の図を面として捉えた場合の平面上においてＸ軸に直交する前述の光軸１０に垂直な面上の直線である。そして、本件発明においては、他の図においても、Ｘ軸及びＹ軸は上述と同じに定義されるものである。

【0031】

第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とは、入射するレーザビームを透過光と反射光に分離する機能を有している。なお図１においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との透過光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との反射光は図示を省略している。このとき、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの透過率は０．１％以上５．０％以下が好ましい。入射するレーザビームに対して、レーザビームの透過光成分のエネルギー強度が減少するからである。そして、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とは、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とのビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が「４５°以外における透過率」の「４５°の透過率」に対する変化特性が同じものが好ましい。なお、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とが反射した不要な反射光は、レーザビームを吸収し易いように表面を黒色に加工した銅板などに照射して吸収放熱すれば良い。

【0032】

なお、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との厚さは、当該減光機構に用いることができる限りにおいて特に限定されず、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との厚さが同じであっても良いし、異なっても良い。

【0033】

また、プレート型のビームスプリッターにおいては、屈折によって透過光が光軸１０に対してシフトする（図１、図３において透過光のシフトは図示していない）。しかしながら、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度分布および像形状を観測装置５０で計測するためのものであることから、透過光の光軸１０に対するシフトは問題にならない。

【0034】

ビームスプリッターは、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへの入射角度が４５°で所定の透過率又は反射率となるよう通常設計されている。そして、レーザビームのビームスプリッターへの入射角度が４５°から異なる値に連続的に変化する場合、ビームスプリッターの透過率の値は異なる値に連続的に変化する。図２に、１９層の光学薄膜を用いて透過率の入射角度依存性を低減したビームスプリッターの入射角度に対する透過率の設計例を示す。横軸はビームスプリッターへのレーザビームの入射角度（°）を示し、縦軸はレーザビームの透過率（％）を示している。ここで、入射角度４０°の透過率は０．７５％であり、入射角度５０°の透過率は０．９２％である。図１では、照射軌道１５が示すように、集光レンズ２２を介したレーザビームを第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とへ入射していることから、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２へのレーザビームの入射角度が、前述のＹ軸の方向において連続的に変化する。仮に、第１ビームスプリッター４１の１枚だけを減光機構として用いた場合、第１ビームスプリッター４１への入射角度が最小で４０°、最大で５０°だとすると、入射角度が最小と最大とにおける透過光の透過率比は０．９２／０．７５＝１．２倍となる。この場合、スポットにおけるレーザビームのエネルギー強度分布を正しく測定できない。

【0035】

第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２の部分の拡大図を図３に示す。なお図３においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との透過光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との反射光は図示を省略している。ここで、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面６１に対する上述の範囲の角度αで傾けて配置しているのに対して、第２ビームスプリッター４２は、Ｘ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面６１に対する角度－αで傾けて配置している。第１ビームスプリッター４１の光軸１０の位置のレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度の値は、図３に示すように、９０°より小さいほうの角度で表すと（９０－α）となる。同様に、第２ビームスプリッター４２の光軸１０の位置のレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度の値は、９０°より小さいほうの角度で表すと（９０－α）となる。例えば、第１ビームスプリッター４１の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度は、光軸１０の位置の入射角度の値を基準にすると、（９０－α）－θで表される。角度θは、光軸１０に平行な仮想線６２に対する照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの入射角度であり、すなわち、光軸１０の位置の入射角度からの差分の角度である。

【0036】

このとき、（９０－α）－θの角度で第１ビームスプリッター４１に入射し透過した照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの透過光は、（９０－α）＋θの角度で第２ビームスプリッター４２へ入射する。すなわち、第１ビームスプリッター４１の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームは、光軸１０の位置の入射角度に対して角度－θだけシフトした入射角度で第１ビームスプリッター４１に入射し、第１ビームスプリッター４１の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの透過光は、光軸１０の位置の入射角度に対して角度θだけシフトした入射角度で第２ビームスプリッター４２へ入射する。前述したように、レーザビームのビームスプリッターへの入射角度が４５°から異なる値に連続的に変化する場合、ビームスプリッターの透過率の値は異なる値に連続的に変化する。したがって、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とを透過した照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの透過光の合計の透過率は、光軸１０の位置のレーザビームの透過光の合計の透過率とほぼ一致することになる。上述の内容は、例として第１ビームスプリッター４１の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの透過光として説明したが、照射軌道１５の任意の位置のレーザビームにおいて成立する。

【0037】

なお、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として角度αで傾け、第２ビームスプリッター４２はＸ’軸を回転軸として角度－αで傾けて、それぞれ配置していることから、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との光学面上におけるレーザビームの入射角度は、Ｘ軸の方向においては変化しない。

【0038】

図１に示す減光機構４０の構成において、レーザビームのエネルギー強度が観測装置５０に入射するには減光が不十分な場合は、第１ビームスプリッター４１及び第２ビームスプリッター４２のビームスプリッター群と観測装置５０との間に、レーザビームの減光が可能なＮＤフィルタ等の光学素子を配置しても良い。

【0039】

以上説明したように、本件発明に係る減光機構の第１の実施形態は、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側に第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とを備え、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置することによって、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とへ入射するレーザビームのエネルギー強度を減少させて当該減光機構から出力することができる。そして、当該減光機構は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２への入射光が、入射位置によって入射角度が異なる集光光であっても、入射光に対して出射光のエネルギー強度分布を偏らせることなくレーザビームのエネルギー強度を減少させて当該減光機構から出力することができる。さらに、当該減光機構は、入射可能なレーザビームのパワーが通常でも１ｋＷと大きい。したがって、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する観測装置５０を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。

【0040】

〔減光機構の第２の実施形態〕
本件発明に係る減光機構の第２の実施形態は、図４に示す減光機構の第２の実施形態２の減光機構４０の構成であって、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側（観測装置５０側）に、プレート型の第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とを備えている。第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とは、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との中心位置が光軸１０に一致するように配置すれば良いが、少なくともレーザビームの照射軌道１５が第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との光学有効面内となるよう配置すれば良い。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第１ビームスプリッター４３はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４４はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置している。なお、図４における光軸１０に垂直な面とは、光軸１０上の１点のみを含む光軸１０に垂直な面であり、Ｘ軸は光軸１０を原点として図４の図を面として捉えた場合の平面を垂直に貫く前述の光軸１０に垂直な面上の直線であり、Ｙ軸は光軸１０を原点として図４の図を面として捉えた場合の平面上においてＸ軸に直交する前述の光軸１０に垂直な面上の直線である。

【0041】

第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とは、入射するレーザビームを透過光と反射光に分離する機能を有している。なお図４においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との反射光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４４との透過光は図示を省略している。このとき、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの反射率は０．１％以上５．０％以下が好ましい。入射するレーザビームに対して、レーザビームの反射光成分のエネルギー強度が減少するからである。そして、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とは、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とのビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が「４５°以外における反射率」の「４５°の反射率」に対する変化特性が同じものが好ましい。なお、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とを透過した不要な透過光は、レーザビームを吸収し易いように表面を黒色に加工した銅板などに照射して吸収放熱すれば良い。

【0042】

なお、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との厚さは、当該減光機構に用いることができる限りにおいて特に限定されず、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との厚さが同じであっても良いし、異なっても良い。

【0043】

ビームスプリッターは、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへの入射角度が４５°で所定の透過率又は反射率となるよう通常設計されている。そして、レーザビームのビームスプリッターへの入射角度が４５°から異なる値に連続的に変化する場合、ビームスプリッターの反射率の値は異なる値に連続的に変化する。図４では、照射軌道１５が示すように、集光レンズ２２を介したレーザビームを第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とへ入射していることから、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４へのレーザビームの入射角度が、前述のＹ軸の方向において連続的に変化する。したがって、第１ビームスプリッター４３で反射したレーザビームの反射光のエネルギー強度分布は、入射光のエネルギー強度分布に対して、反射率の変化に応じてＹ軸の方向に変化する。したがって、減光機構の第１の実施形態において、図２を用いて説明したと同様に、仮に、第１ビームスプリッター４３の１枚だけを減光機構として用いた場合、第１ビームスプリッター４３への入射角度が最小と最大とにおける反射光の反射率比が大きくなって、スポットにおけるレーザビームのエネルギー強度分布を正しく測定できない。

【0044】

第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４の部分の拡大図を図５に示す。なお図５においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との反射光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との透過光は図示を省略している。ここで、第１ビームスプリッター４３はＸ軸を回転軸として上述の範囲の光軸１０に垂直な面６３に対する角度αで傾けて配置しているのに対して、第２ビームスプリッター４４は、Ｘ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面６３に対する角度－αで傾けて配置している。第１ビームスプリッター４３の光軸１０の位置のレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度の値は、図５に示すように、９０°より小さいほうの角度で表すと（９０－α）となる。同様に、第２ビームスプリッター４４の光軸１０の位置のレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度の値は、９０°より小さいほうの角度で表すと（９０－α）となる。例えば、第１ビームスプリッター４３の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームのビームスプリッターの光学面を基準とする入射角度は、光軸１０の位置の入射角度の値を基準にすると、（９０－α）－θで表される。角度θは、光軸１０に平行な仮想線６４に対する照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの入射角度であり、すなわち、光軸１０の位置の入射角度からの差分の角度である。

【0045】

このとき、（９０－α）－θの角度で第１ビームスプリッター４３に入射し反射した照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの反射光は、（９０－α）＋θの角度で第２ビームスプリッター４４へ入射する。すなわち、第１ビームスプリッター４３の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームは、光軸１０の位置の入射角度に対して角度－θだけシフトした入射角度で第１ビームスプリッター４３に入射し、第１ビームスプリッター４１の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの反射光は、光軸１０の位置の入射角度に対して角度θだけシフトした入射角度で第２ビームスプリッター４４に入射する。前述したように、レーザビームのビームスプリッターへの入射角度が４５°から異なる値に連続的に変化する場合、ビームスプリッターの反射率の値は異なる値に連続的に変化する。したがって、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とで反射した照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの反射光の合計の反射率は、光軸１０の位置のレーザビームの反射光の合計の反射率とほぼ一致することになる。上述の内容は、例として第１ビームスプリッター４３の照射軌道１５の上端の位置におけるレーザビームの反射光として説明したが、照射軌道１５の任意の位置のレーザビームにおいて成立する。

【0046】

なお、第１ビームスプリッター４３はＸ軸を回転軸として角度αで傾け、第２ビームスプリッター４４はＸ’軸を回転軸として角度－αで傾けて、それぞれ配置していることから、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４との光学面上におけるレーザビームの入射角度は、Ｘ軸の方向においては変化しない。

【0047】

図４に示す減光機構４０の構成において、レーザビームのエネルギー強度が観測装置５０に入射するには減光が不十分な場合は、第１ビームスプリッター４３及び第２ビームスプリッター４４のビームスプリッター群と観測装置５０との間に、レーザビームの減光が可能なＮＤフィルタ等の光学素子を配置しても良い。

【0048】

以上説明したように、本件発明に係る減光機構の第２の実施形態は、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側に第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とを備え、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第１ビームスプリッター４３はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４４はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置することによって、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４とへ入射するレーザビームのエネルギー強度を減少させて当該減光機構から出力することができる。そして、当該減光機構は、第１ビームスプリッター４３と第２ビームスプリッター４４への入射光が、入射位置によって入射角度が異なる集光光であっても、入射光に対して出射光のエネルギー強度分布を偏らせることなくレーザビームのエネルギー強度を減少させて当該減光機構から出力することができる。さらに、当該減光機構は、入射可能なレーザビームのパワーが通常でも１ｋＷと大きい。したがって、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する観測装置５０を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。

【0049】

〔減光機構の第３の実施形態〕
本件発明に係る減光機構の第３の実施形態は、図６に示す減光機構の第３の実施形態３の減光機構４０の構成であって、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側であり第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２よりもレーザビームの光源側に、プレート型の合計厚ビームスプリッター４５を備えている。そして、この合計厚ビームスプリッター４５の配置位置は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２よりもスポット側でも良いし、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との間でも良い。すなわち、減光機構の第３の実施形態３の減光機構４０は、減光機構の第１の実施形態１の減光機構４０に合計厚ビームスプリッター４５を加えた構成である。合計厚ビームスプリッター４５は、合計厚ビームスプリッター４５の中心位置が光軸１０に一致するように配置すれば良いが、少なくともレーザビームの照射軌道１５が合計厚ビームスプリッター４５の光学有効面内となるよう配置すれば良い。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、合計厚ビームスプリッター４５はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度β、又は角度－βで傾けて配置している。なお、図６における光軸１０に垂直な面とは、光軸１０上の１点のみを含む光軸１０に垂直な面であり、Ｘ軸は光軸１０を原点として図６の図を面として捉えた場合の平面を垂直に貫く前述の光軸１０に垂直な面上の直線であり、Ｙ軸は光軸１０を原点として図６の図を面として捉えた場合の平面上においてＸ軸に直交する前述の光軸１０に垂直な面上の直線である。

【0050】

この合計厚ビームスプリッター４５は、プレート型のビームスプリッターであり、合計厚ビームスプリッター４５のプレートの厚さは、以下の数式１を満足する数値とすることが好ましい。

【0051】

【数1】

【0052】

但し、以下の通りである。
ｄ_４５：合計厚ビームスプリッター４５のプレートの厚さ
ｄ_４１：第１ビームスプリッター４１のプレートの厚さ
ｄ_４２：第２ビームスプリッター４２のプレートの厚さ
ｎ_４５：合計厚ビームスプリッター４５の光学材料の屈折率
ｎ_４１：第１ビームスプリッター４１の光学材料の屈折率
ｎ_４２：第２ビームスプリッター４２の光学材料の屈折率

【0053】

合計厚ビームスプリッター４５は、入射するレーザビームを透過光と反射光に分離する機能を有している。なお図６においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と合計厚ビームスプリッター４５とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と合計厚ビームスプリッター４５との透過光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と合計厚ビームスプリッター４５との反射光は図示を省略している。このとき、合計厚ビームスプリッター４５の、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの透過率は１．０％以上５０．０％以下が好ましい。入射するレーザビームに対して、レーザビームの透過光成分のエネルギー強度が減少するからである。なお、合計厚ビームスプリッター４５が反射した不要な反射光は、レーザビームを吸収し易いように表面を黒色に加工した銅板などに照射して吸収放熱すれば良い。

【0054】

なお、プレート型のビームスプリッターにおいては、屈折によって透過光が光軸１０に対してシフトする（図６において透過光のシフトは図示していない）。しかしながら、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度分布および像形状を観測装置５０で計測するためのものであることから、透過光の光軸１０に対するシフトは問題にならない。

【0055】

ビームスプリッターは、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへの入射角度が４５°で所定の透過率又は反射率となるよう通常設計されている。そして、レーザビームのビームスプリッターへの入射角度が４５°から異なる値に連続的に変化する場合、ビームスプリッターの透過率の値は異なる値に連続的に変化する。図７に、１０層の光学薄膜を用いて透過率の入射角度依存性を低減したビームスプリッターの入射角度に対する透過率の設計例を示す。横軸はビームスプリッターへのレーザビームの入射角度（°）を示し、縦軸はレーザビームの透過率（％）を示している。ここで、入射角度４０°の透過率はほぼ５０．０％であり、入射角度５０°の透過率もほぼ５０．０％である。仮に、合計厚ビームスプリッター４５への入射角度が最小で４０°、最大で５０°だとすると、入射角度が最小と最大とにおける透過光の透過率比は５０．０／５０．０＝１．０倍となる。つまり、図２のようなレーザビームの入射角度が４５°における透過率が１％以下のような場合と比べて、透過率が５０％程度である場合はレーザビームの入射角度が多少異なっても透過率の変化が無い、もしくは非常に少ない。すなわち、合計厚ビームスプリッター４５を透過したレーザビームの透過光のエネルギー強度分布は、合計厚ビームスプリッター４５への入射光のエネルギー強度分布と略一致する。

【0056】

なお、図７に示すように透過率の入射角度依存性を低減する場合、ビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの透過率が小さい値であるほど、必要とする光学薄膜の層数が増加し設計が困難となり、製造コストも増加する。したがって、合計厚ビームスプリッター４５の、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの透過率は１０．０％以上５０．０％以下がより好ましい。

【0057】

ここで、図６に示したように、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置している。このようにプレート型のビームスプリッターを光軸１０に垂直な面に対して傾けて配置したとき、ビームスプリッターに平行光を入射した場合は、ビームスプリッターの出射光は屈折によって入射光に対して軌道がシフトする。そして、ビームスプリッターに集束光を入射した場合は、軌道のシフトに加えて、出射光のＸ軸方向は同じ焦点距離で集束するが、出射光のＹ軸方向は異なる焦点距離で集束する非点収差が発生する。すなわち、Ｘ軸を回転軸とする第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とだけを透過したレーザビームの像は非点収差によってＹ軸方向に歪む。

【0058】

そこで、減光機構の第３の実施形態３の減光機構４０では、上述の合計厚ビームスプリッター４５を配置している。合計厚ビームスプリッター４５は、図８に示すように、Ｙ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度β、又は角度－βで傾けて配置している。なお、図８は、図６の減光機構の第３の実施形態３を光軸１０を回転軸として９０°回転させた状態の視点における合計厚ビームスプリッター４５と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との部分の拡大図である。また、図８においては、レーザビームの照射軌道１５は、合計厚ビームスプリッター４５と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とへ入射するレーザビームの軌道と、合計厚ビームスプリッター４５と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との透過光の軌道とを示しており、合計厚ビームスプリッター４５と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との反射光は図示を省略している。そして、図８においては、Ｙ軸は光軸１０を原点として図８の図を面として捉えた場合の平面を垂直に貫く光軸１０に垂直な面６１上の直線であり、Ｘ軸は光軸１０を原点として図８の図を面として捉えた場合の平面上においてＹ軸に直交する光軸１０に垂直な面６１上の直線である。

【0059】

このことによって、合計厚ビームスプリッター４５の透過光成分の像形状は、上述の第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２の説明と同様の理由で、非点収差によってＸ軸方向に歪む。ここで、合計厚ビームスプリッター４５と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とのそれぞれのプレートの厚さは、上述した数式１を満足する数値が選択される。そして、数式１は、合計厚ビームスプリッター４５の非点収差によって生じる焦点距離の差である非点隔差が、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とのそれぞれの非点収差によって生じる非点隔差の合計に等しいことを意味している。すなわち、合計厚ビームスプリッター４５のＸ軸方向の像形状の歪み量は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との合計のＹ軸方向の像形状の歪み量と同じになる。したがって、減光機構の第３の実施形態３の観測装置５０で観測するレーザビームのスポットにおける像形状は、減光機構の第３の実施形態３の減光機構４０に入射するレーザビームの像形状と相似の像形状となる。

【0060】

図６に示す減光機構４０の構成において、レーザビームのエネルギー強度が観測装置５０に入射するには減光が不十分な場合は、第１ビームスプリッター４１及び第２ビームスプリッター４２及び合計厚ビームスプリッター４５のビームスプリッター群と観測装置５０との間に、レーザビームの減光が可能なＮＤフィルタ等の光学素子を配置しても良い。

【0061】

以上説明したように、本件発明に係る減光機構の第３の実施形態は、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側に、数式１を満足するプレートの厚さを有する合計厚ビームスプリッター４５を備えており、減光機構の第１の実施形態である減光機構の第１の実施形態１の減光機構４０に合計厚ビームスプリッター４５を加えた構成である。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、合計厚ビームスプリッター４５はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度β、又は角度－βで傾けて配置することによって、減光機構の第３の実施形態３の減光機構４０に入射するレーザビームのエネルギー強度を減少させて減光機構４０から出力することができる。そして、この減光機構４０は、減光機構４０への入射光が、入射位置によって入射角度が異なる集光光であっても、入射光に対して出射光のエネルギー強度分布を偏らせることなくレーザビームのエネルギー強度を減少させて減光機構４０から出力することができる。また、減光機構の第３の実施形態３の観測装置５０で観測するレーザビームのスポットにおける像形状は、減光機構４０に入射するレーザビームの像形状と相似の像形状となる。さらに、当該減光機構は、入射可能なレーザビームのパワーが通常でも２ｋＷと大きい。したがって、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する観測装置５０を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。

【0062】

〔減光機構の第４の実施形態〕
本件発明に係る減光機構の第４の実施形態は、図９に示す減光機構の第４の実施形態４の減光機構４０の構成であって、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２よりもスポット側（観測装置５０側）に第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とを備えている。そして、この第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との配置位置は、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側に配置されている限りにおいて、例えば、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との間に第３ビームスプリッター４６を配置するというように、任意の位置とすることができる。すなわち、減光機構の第４の実施形態４の減光機構４０は、減光機構の第１の実施形態１の減光機構４０に第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とを加えた構成である。第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とは、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との中心位置が光軸１０に一致するように配置すれば良いが、少なくともレーザビームの照射軌道１５が第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との光学有効面内となるよう配置すれば良い。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第３ビームスプリッター４６はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度βで傾けて配置し、第４ビームスプリッター４７はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－βで傾けて配置している。なお、図９における光軸１０に垂直な面とは、光軸１０上の１点のみを含む光軸１０に垂直な面であり、Ｘ軸は光軸１０を原点として図９の図を面として捉えた場合の平面を垂直に貫く前述の光軸１０に垂直な面上の直線であり、Ｙ軸は光軸１０を原点として図９の図を面として捉えた場合の平面上においてＸ軸に直交する前述の光軸１０に垂直な面上の直線である。

【0063】

この第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とは、プレート型のビームスプリッターであり、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とのプレートの厚さは、以下の数式２を満たす数値とすることが好ましい。

【0064】

【数2】

【0065】

但し、以下の通りである。
ｄ_４６：第３ビームスプリッター４６のプレートの厚さ
ｄ_４７：第４ビームスプリッター４７のプレートの厚さ
ｄ_４１：第１ビームスプリッター４１のプレートの厚さ
ｄ_４２：第２ビームスプリッター４２のプレートの厚さ
ｎ_４６：第３ビームスプリッター４６の光学材料の屈折率
ｎ_４７：第４ビームスプリッター４７の光学材料の屈折率
ｎ_４１：第１ビームスプリッター４１の光学材料の屈折率
ｎ_４２：第２ビームスプリッター４２の光学材料の屈折率

【0066】

第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とは、入射するレーザビームを透過光と反射光に分離する機能を有している。なお図９においては、レーザビームの照射軌道１５は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とへ入射するレーザビームの軌道と、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との透過光の軌道とを示しており、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２と第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との反射光は図示を省略している。このとき、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との、ビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が４５°におけるレーザビームの透過率は０．１％以上５．０％以下が好ましい。入射するレーザビームに対して、レーザビームの透過光成分のエネルギー強度が減少するからである。そして、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とは、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とのビームスプリッターの光学面を基準とするビームスプリッターへのレーザビームの入射角度が「４５°以外における透過率」の「４５°の透過率」に対する変化特性が同じものが好ましい。なお、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とが反射した不要な反射光は、レーザビームを吸収し易いように表面を黒色に加工した銅板などに照射して吸収放熱すれば良い。

【0067】

また、プレート型のビームスプリッターにおいては、屈折によって透過光が光軸１０に対してシフトする（図９において透過光のシフトは図示していない）。しかしながら、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度分布および像形状を観測装置５０で計測するためのものであることから、透過光の光軸１０に対するシフトは問題にならない。

【0068】

ここで、図９に示したように、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置している。このようにプレート型のビームスプリッターを光軸１０に垂直な面に対して傾けて配置したとき、ビームスプリッターに平行光を入射した場合は、ビームスプリッターの出射光は屈折によって入射光に対して軌道がシフトする。そして、ビームスプリッターに集束光を入射した場合は、軌道のシフトに加えて、出射光のＸ軸方向は同じ焦点距離で集束するが、出射光のＹ軸方向は異なる焦点距離で集束する非点収差が発生する。すなわち、Ｘ軸を回転軸とする第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とだけを透過したレーザビームの像は非点収差によってＹ軸方向に歪む。

【0069】

そこで、減光機構の第４の実施形態４の減光機構４０では、上述の第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とを配置している。上述のように、第３ビームスプリッター４６はＹ’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度βで傾けて配置し、第４ビームスプリッター４７はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－βで傾けて配置している。このことによって、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７の透過光成分の像形状は、上述の第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との説明と同様の理由で、非点収差によってＸ軸方向に歪む。ここで、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７と第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とのそれぞれのプレートの厚さは、上述した数式２を満足する数値が選択される。そして、数式２は、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とのそれぞれ非点収差によって生じる焦点距離の差である非点隔差の合計が、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とのそれぞれの非点収差によって生じる非点隔差の合計に等しいことを意味している。すなわち、第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７との合計のＸ軸方向の歪み量は、第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２との合計のＹ軸方向の歪み量と同じになる。したがって、減光機構の第４の実施形態４の観測装置５０で観測するレーザビームのスポットにおける像形状は、減光機構の第４の実施形態４の減光機構４０に入射するレーザビームの像形状と相似の像形状となる。

【0070】

図９に示す減光機構４０の構成において、レーザビームのエネルギー強度が観測装置５０に入射するには減光が不十分な場合は、第１ビームスプリッター４１及び第２ビームスプリッター４２及び第３ビームスプリッター４６及び第４ビームスプリッター４７のビームスプリッター群と観測装置５０との間に、レーザビームの減光が可能なＮＤフィルタ等の光学素子を配置しても良い。

【0071】

以上説明したように、本件発明に係る減光機構の第４の実施形態は、レーザビーム照射用光学ユニット３１よりもスポット側に、数式２を満足するプレートの厚さを有する第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とを備えており、減光機構の第１の実施形態である減光機構の第１の実施形態１の減光機構４０に第３ビームスプリッター４６と第４ビームスプリッター４７とを加えた構成である。そして、光軸１０に垂直な面における原点が光軸１０にある任意の直交座標軸をＸ軸とＹ軸としたとき、第３ビームスプリッター４６はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度βで傾けて配置し、第４ビームスプリッター４７はＹ軸と平行であり光軸１０を通るＹ’’’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－βで傾けて配置することによって、減光機構の第４の実施形態４の減光機構４０に入射するレーザビームのエネルギー強度を減少させて減光機構４０から出力することができる。そして、減光機構４０は、減光機構４０への入射光が、入射位置によって入射角度が異なる集光光であっても、入射光に対して出射光のエネルギー強度分布を偏らせることなくレーザビームのエネルギー強度を減少させて減光機構４０から出力することができる。また、減光機構の第４の実施形態４の観測装置５０で観測するレーザビームのスポットにおける像形状は、減光機構４０に入射するレーザビームの像形状と相似の像形状となる。さらに、当該減光機構は、入射可能なレーザビームのパワーが通常でも４ｋＷと大きい。したがって、当該減光機構は、レーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する観測装置５０を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。

【0072】

〔コリメートレンズ〕
コリメートレンズ２１は、光ファイバ３０の出力端から放射状に出力されるレーザビームを平行光にするための光学素子である。

【0073】

〔集光レンズ〕
集光レンズ２２は、コリメートレンズ２１で平行光に変換されたレーザビームを、スポットに集光するための光学素子である。

【0074】

〔ビームスプリッター〕
ビームスプリッターにはキューブ型とプレート型があるが、本件発明に係るビームスプリッターはプレート型が好ましい。そして、プレート型のビームスプリッターの形状は、本件発明に係る減光機構に用いることができる限りにおいて特に限定されず、四角形や多角形であっても良いし円形であっても良い。また、プレート型のビームスプリッターは、偏光型であっても良いし無偏光型であっても良い。キューブ型はレーザビームの入射方向に対して垂直な面が複数存在することから、レーザビームのレーザ発振器（光源）への戻り光が発生し、レーザの発振が不安定になることから好ましくない。また、キューブ型は、通常、２個のプリズムの斜面同士を接合樹脂を用いて接合した構造を有している。そして、キューブ型は、プレート型とくらべて体積が大きい。したがって、キューブ型は、レーザビームを入射したときに発生する熱で接合に用いた樹脂が変性しやすい、発生した熱がプレート型と比べて放熱しにくく破損しやすい、などから好ましくない。

【0075】

〔観測装置〕
観測装置５０は、スポットにおけるレーザビームの照射位置や像形状、及びレーザビームのエネルギー強度分布を観測することができるものであれば、特に限定されるものではなく、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ等、いかなる観測装置も用いることができる。そして、観測装置５０は、観測した結果をデータとして出力できることが好ましい。演算装置を用いて、観測装置５０の出力データについて数値演算することができるからである。また、観測装置５０が接続された減光機構４０は、レーザビーム照射用光学ユニット３１に対して脱着可能であることが好ましい。減光機構４０をレーザビーム照射用光学ユニット３１に接続した際の、観測装置５０の撮像面（観測点）の位置は、レーザ加工時の、スポットを形成する加工対処物の表面と同じ場所に位置するのが好ましい。さらに、観測装置５０の撮像面の中心の位置は、光軸１０に位置するとともに、加工対象物の加工部分の中心であることが好ましい。スポットを形成する加工対処物の表面と同じ位置において、レーザビームの位置やレーザビームのエネルギー分布を観測することができるからである。

【0076】

〔演算装置〕
本件発明に係る演算装置は、プログラミングが可能であり、上述の観測装置５０の出力データについて数値演算することができるものであれば、いかなる演算装置も用いることができるが、データを保存する記憶装置を備えているものが好ましい。減光機構の第１の実施形態１に配置した減光機構４０より光源側の光学系の光学情報をもとに、光学計算を行って、事前に複数のスポット位置（焦点距離位置）におけるレーザビームの像形状データ（１次データ）を取得して記憶装置に保存しておくことができるからである。そして、減光機構４０も含めた光学系、すなわち、減光機構の第１の実施形態１において、レーザビームを照射し、スポット位置として設定した任意の位置の観測装置５０からレーザビームの像形状データ（２次データ）を取得した後、１次データから、２次データを取得したと同じスポット位置（焦点距離位置）の像形状データを選択し、演算装置において、２次データについてＹ軸方向について座標位置を補正することができるからである。

【0077】

２．観測装置の出力データを数値演算して補正を行う出力データの補正方法の実施の形態
減光機構の第１の実施形態である減光機構の第１の実施形態１においては、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度αで傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ軸と平行であり光軸１０を通るＸ’軸を回転軸として光軸１０に垂直な面に対して角度－αで傾けて配置している。このようにプレート型のビームスプリッターを光軸１０に垂直な面に対して傾けて配置したとき、ビームスプリッターに平行光を入射した場合は、ビームスプリッターの出射光は屈折によって入射光に対して軌道がシフトする。そして、ビームスプリッターに集束光を入射した場合は、軌道のシフトに加えて、出射光のＸ軸方向は同じ焦点距離で集束するが、出射光のＹ軸方向は異なる焦点距離で集束する非点収差が発生する。すなわち、Ｘ軸を回転軸とする第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とを透過したレーザビームの像は非点収差によってＹ軸方向に歪む。このことによって、減光機構の第１の実施形態１において、レーザビームのスポットにおける像形状はＹ軸方向に歪んで観測される。本件発明に係る補正方法は、減光機構の第１の実施形態１において、レーザビームのスポットにおける像形状が非点収差によってＹ軸方向に歪んで観測される観測装置５０からの出力データを用いて、出力データのＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を行うことで、適正な像形状に補正する出力データの補正方法である。以下に、出力データのＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を行うことで、適正な像形状に補正する出力データの補正方法の実施形態を説明するが、出力データのＹ軸方向について座標位置を補正することができる限りにおいて、以下の記載内容に限定解釈されるものではない。

【0078】

〔補正方法の第１の実施形態〕
補正方法の第１の実施形態は、減光機構４０に入射するレーザビームの光軸１０に垂直な面における像形状の外周輪郭が円である場合に用いることができる出力データの補正方法である。この場合、減光機構４０に入射するレーザビームの光軸１０に垂直な面における像形状の外周輪郭が円であることから、減光機構４０に入射するレーザビームの像形状の外周輪郭におけるＸ軸方向の大きさとＹ軸方向の大きさとの比は１：１である。このとき、減光機構４０から出力されるレーザビームのスポットにおける像形状のＸ軸上の像は歪まないことから、Ｘ軸上の像の直径を基準としてＹ軸上の像の直径との比率を用いて、出力データのＹ軸位置を補正することができる。

【0079】

例えば、観測装置５０の撮像面上において、Ｘ軸方向の像の直径値をａ、Ｙ軸方向の像の直径値をｂとし、観測装置５０からの出力データの任意の位置のＸ軸の座標値をｘ、Ｙ軸の座標値をｙとする。このとき、当該任意の位置の補正後のデータ位置は、Ｘ軸の座標値はｘであり、Ｙ軸の座標値は（ａ／ｂ）・ｙで表すことができる。すなわち、観測装置５０からの出力データについて、上述の通りＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を演算装置を用いて行うことによって、適正な像形状として補正後の出力データが得られる。この補正後の出力データを表示装置で表示することによって、スポットにおける像形状として観測することができる。

【0080】

〔補正方法の第２の実施形態〕
補正方法の第２の実施形態は、減光機構４０に入射するレーザビームの光軸１０に垂直な面における像形状の外周輪郭が円及び円以外である場合に用いることができる出力データの補正方法である。まず、減光機構４０より光源側の光学系の光学情報、すなわち、減光機構の第１の実施形態１では、光源のレーザビームの像形状と、コリメートレンズ２１、集光レンズ２２の光学情報をもとに光学計算を行って、減光機構４０を含めない場合の複数のスポット位置（焦点距離位置）におけるレーザビームの像形状データ（１次データ）を事前に取得し、演算装置の記憶装置に保存しておく。次に、減光機構４０も含めた光学系、すなわち、減光機構の第１の実施形態１において、レーザビームを照射し、スポット位置として設定した任意の位置の観測装置５０からレーザビームの像形状データ（２次データ）を取得する。

【0081】

そして、１次データから、２次データを取得したと同じスポット位置（焦点距離位置）の像形状データを選択し、像形状のＸ軸方向における最大の像の大きさの値をａとし、Ｙ軸方向における最大の像の大きさの値をｂとする。また、２次データから、像形状のＸ軸方向における最大の像の大きさの値をｃとし、Ｙ軸方向における最大の像の大きさの値をｄとする。このとき、観測装置５０からの出力データの任意の位置のＸ軸の座標値をｘ、Ｙ軸の座標値をｙとすると、当該任意の位置の補正後のデータ位置は、Ｘ軸の座標値はｘであり、Ｙ軸の座標値は（（ｂ・ｃ）／（ａ・ｄ））・ｙで表すことができる。すなわち、観測装置５０からの出力データについて、上述の通りＹ軸方向について座標位置を補正する数値演算を演算装置を用いて行うことによって、適正な像形状として補正後の出力データが得られる。この補正後の出力データを表示装置で表示することによって、スポットにおける像形状として観測することができる。

【0082】

３．レーザビーム計測装置の実施の形態
本件発明に係るレーザビーム計測装置は、スポットにおけるレーザビームの像形状や、その像形状におけるエネルギー強度分布を確認するための装置であり、上述で説明した減光機構の第１の実施形態から減光機構の第４の実施形態のいずれかの減光機構４０を備えるものである。そして、当該レーザビーム計測装置は上述で説明した観測装置５０や演算装置を備えることが好ましい。このことによって、減光機構４０に入射するレーザビームのエネルギー強度が高くても、イメージセンサやカメラなどの画像データを取得する観測装置５０を破壊しない程度までレーザビームを減光し、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を測定することができる。また、レーザビームのスポットの像形状及びエネルギー強度分布を視覚的に確認したり、データとして出力して非点収差によってＹ軸方向に歪んで観測される像形状を補正することができるからである。

【0083】

以上説明した本件発明に係る実施の形態は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、以下実施例を挙げて本件発明をより具体的に説明するが、本件発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例0084】

実施例１では、減光機構の第１の実施形態である図１に示す減光機構の第１の実施形態１の減光機構４０の構成を用いた。レーザビームは波長が１０６８ｎｍのものを用いた。そして、集光レンズ２２に環状変換機能を備えたものを使用して、スポットにおける像形状が環状となるようにした。また、プレート型の第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とには、厚さがそれぞれ３ｍｍであり、図２に示す透過率特性のビームスプリッターを使用した。そして、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として４５°傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ’軸を回転軸として－４５°傾けて配置した。

【0085】

この構成におけるスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果を図１０に示す。図１０（ａ）は、スポットにおける像のＸ軸上のエネルギー強度分布を示し、横軸はＸ軸の座標位置を示し、縦軸はエネルギー強度を示している。そして、図１０（ｂ）は、スポットにおける像のＹ軸上のエネルギー強度分布を示し、縦軸はＹ軸の座標位置を示し、横軸はエネルギー強度を示している。図１０から、実施例１の減光機構から得られる像形状のエネルギー強度分布は、偏らない状態であることが明らかになった。

【0086】

次に、スポットにおける像形状を観測した結果を図１１に示す。横方向の位置は、図の左側がアンダーフォーカス、図の右側がオーバーフォーカスに相当する焦点位置を示す。図１１から、スポットにおける像形状が楕円状であることから、像形状がＹ軸方向に歪むことを確認できた。

【実施例0087】

実施例２では、減光機構の第２の実施形態である図４に示す減光機構の第２の実施形態２の減光機構４０の構成を用いた。レーザビームは波長が１０６８ｎｍのものを用いた。そして、集光レンズ２２に環状変換機能を備えたものを使用して、スポットにおける像形状が環状となるようにした。また、プレート型の第１ビームスプリッター４１と第２ビームスプリッター４２とには、厚さがそれぞれ３ｍｍであり、プレートの表面に光学薄膜を形成しておらず入射角度依存性が比較的大きい図１２に示す反射率特性のビームスプリッターを使用した。横軸はビームスプリッターへのレーザビームの入射角度（°）を示し、縦軸はレーザビームの反射率（％）を示している。そして、第１ビームスプリッター４１はＸ軸を回転軸として４５°傾けて配置し、第２ビームスプリッター４２はＸ’軸を回転軸として－４５°傾けて配置した。

【0088】

この構成におけるスポットにおける像のエネルギー強度分布を測定した結果を図１３に示す。図１３（ａ）は、スポットにおける像のＸ軸上のエネルギー強度分布を示し、横軸はＸ軸の座標位置を示し、縦軸はエネルギー強度を示している。そして、図１３（ｂ）は、スポットにおける像のＹ軸上のエネルギー強度分布を示し、縦軸はＹ軸の座標位置を示し、横軸はエネルギー強度を示している。図１３から、実施例２の減光機構から得られる像形状のエネルギー強度分布は、偏らない状態であることが明らかになった。すなわち、反射率の入射角度依存性が比較的大きくても、減光機構の第２の実施形態の構成に使用できることが確認できた。

【0089】

次に、スポットにおける像形状を観測した結果を図１４に示す。横方向の位置は、図の左側がアンダーフォーカス、図の右側がオーバーフォーカスに相当する焦点位置を示す。図１４から、スポットにおける像形状が円状であり、像形状がＹ軸方向に歪まないことを確認できた。これは、減光機構の第２の実施形態が、ビームスプリッターの反射光を用いる構成であり、ビームスプリッターの透過光のような非点収差による非点隔差が生じないからである。