特許 7588573 レーザ装置及びビーム断面調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】レーザ装置及びビーム断面調整方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/066 20140101AFI20241115BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20241115BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20241115BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20241115BHJP

   H01S 3/00 20060101ALN20241115BHJP

【ＦＩ】

B23K26/066

B23K26/064 N

H01S3/10 Z

G02B17/08

H01S3/00 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021163522

(22)【出願日】2021-10-04

(65)【公開番号】P2023054584

(43)【公開日】2023-04-14

【審査請求日】2024-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】山口 友之

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２７３５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－３０９５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６４８０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームが入射する位置に配置された凹面鏡と、
前記凹面鏡で反射された前記レーザビームが入射するレンズ系と、
前記レンズ系を経由した前記レーザビームが入射する位置に配置されたアパーチャと
を備え、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、前記共役点における前記レーザビームのビーム断面が、前記共役点の前後における前記レーザビームのビーム断面より真円に近いレーザ装置。

【請求項2】

レーザ発振器から出力されたレーザビームを凹面鏡で反射させ、レンズ系を通してアパーチャに入射させる光学系のビーム調整方法であって、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、
前記共役点の位置における前記レーザビームのビーム断面の真円度が目標の範囲内に収まるように、前記凹面鏡から前記共役点までの光路長、前記レーザ発振器から前記凹面鏡までの光路長、前記凹面鏡の焦点距離、及び前記凹面鏡への入射角の少なくとも一つを調整するビーム断面調整方法。

【請求項3】

レーザ発振器から出力されたレーザビームを凹面鏡で反射させ、レンズ系を通してアパーチャに入射させる光学系のビーム調整方法であって、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、
前記共役点の位置における前記レーザビームのビーム断面の真円度が、前記共役点の前後における真円度より高くなるように、前記凹面鏡から前記共役点までの光路長、前記レーザ発振器から前記凹面鏡までの光路長、前記凹面鏡の焦点距離、及び前記凹面鏡への入射角の少なくとも一つを調整するビーム断面調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ装置及びビーム断面調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板等の加工対象物に穴明け加工を行う従来のレーザ加工装置について説明する。レーザ発振器から出力されたレーザビームが凹面鏡、ビームエキスパンダ等を経由してアパーチャに入射する。アパーチャによってビーム断面の外形がほぼ円形にされたレーザビームが、ガルバノスキャナ及びｆθレンズを経由して加工対象物の表面に入射する。

【0003】

加工対象物に円形の穴を形成するために、加工対象物の表面におけるビーム断面の真円度を高めることが望ましい。真円度とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの程度をいう。下記の特許文献１に、レーザビームの光共振器内に、直交する二方向に関して異なる曲率半径を持つ形状のミラーを配置することにより、ビームモードの真円性の向上を図ったレーザ発振器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－３４０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の装置では、アパーチャによってビーム断面の外形を円形にしたレーザビームを用いて加工を行っても、加工対象物に形成される穴の形状が円形からずれる場合があることが判明した。アパーチャが配置されている位置におけるビームプロファイルやビームの広がり角が、縦方向と横方向とで異なるためである。また、真円以外に、ビーム断面を所望の真円度の円形に近づけたい場合がある。

【0006】

本発明の目的は、所望の円形形状の加工を行うことが可能なレーザ装置を提供することである。本発明の他の目的は、ビーム断面を所望の真円度に近づけることが可能なビーム断面調整方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
レーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームが入射する位置に配置された凹面鏡と、
前記凹面鏡で反射された前記レーザビームが入射するレンズ系と、
前記レンズ系を経由した前記レーザビームが入射する位置に配置されたアパーチャと
を備え、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、前記共役点における前記レーザビームのビーム断面が、前記共役点の前後における前記レーザビームのビーム断面より真円に近いレーザ装置が提供される。

【0008】

本発明の他の観点によると、
レーザ発振器から出力されたレーザビームを凹面鏡で反射させ、レンズ系を通してアパーチャに入射させる光学系のビーム調整方法であって、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、
前記共役点の位置における前記レーザビームのビーム断面の真円度が目標の範囲内に収まるように、前記凹面鏡から前記共役点までの光路長、前記レーザ発振器から前記凹面鏡までの光路長、前記凹面鏡の焦点距離、及び前記凹面鏡への入射角の少なくとも一つを調整するビーム断面調整方法が提供される。

【0009】

本発明のさらに他の観点によると、
レーザ発振器から出力されたレーザビームを凹面鏡で反射させ、レンズ系を通してアパーチャに入射させる光学系のビーム調整方法であって、
前記レンズ系による前記アパーチャの共役点が、前記レンズ系と前記凹面鏡との間の前記レーザビームの経路上に位置しており、
前記共役点の位置における前記レーザビームのビーム断面の真円度が、前記共役点の前後における真円度より高くなるように、前記凹面鏡から前記共役点までの光路長、前記レーザ発振器から前記凹面鏡までの光路長、前記凹面鏡の焦点距離、及び前記凹面鏡への入射角の少なくとも一つを調整するビーム断面調整方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

レンズ系によるアパーチャの共役点におけるビーム断面を真円に近づけることにより、加工穴の形状を円形に近づけることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施例によるレーザ装置の概略図である。

【図2】図２は、ビーム断面、及び真円度を定義する同心二円を示す模式図である。

【図3】図３Ａ～図３Ｃは、楕円形状のビーム断面の長軸方向及び短軸方向のビーム径の計算結果を示すグラフである。

【図4】図４は、一実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。

【図5】図５は、レーザ発振器共役点に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー及び凹面鏡の配置の一例を示す模式図である。

【図6】図６は、他の実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。

【図7】図７は、レーザ発振器から共役点に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー及び凹面鏡の配置の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、さらに他の実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。

【図9】図９は、レーザ発振器から共役点に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー及び凹面鏡の配置の一例を示す模式図である。

【図10】図１０は、さらに他の実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。

【図11】図１１は、レーザ発振器から共役点に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー及び凹面鏡の配置の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１～図５を参照して、本発明の一実施例によるレーザ装置及びビーム断面調整方法について説明する。

【0013】

図１は、本実施例によるレーザ装置の概略図である。レーザ発振器２０から出力されたレーザビームが、折り返しミラー１１、凹面鏡１２、レンズ系１３を経由してアパーチャ１４に入射する。レンズ系１３は、例えばビームエキスパンダである。レンズ系１３によるアパーチャ１４の共役点１６が、凹面鏡１２とレンズ系１３との間のレーザビームの径路上に位置する。凹面鏡１２として、例えば球面鏡、放物面鏡等が用いられる。

【0014】

レーザ発振器２０として、例えば赤外域の波長のパルスレーザビームを出力する炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。なお、その他のガスレーザ発振器を用いてもよい。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザ発振器、レーザダイオード、ファイバレーザ等を用いてもよい。

【0015】

レーザ発振器２０の出口から凹面鏡１２までの光路長をＬ０と標記する。凹面鏡１２の焦点距離をｆと標記する。凹面鏡１２へのレーザビームの入射角をθと標記する。凹面鏡１２から共役点１６までの光路長をＬ１と標記する。光路長の調性、光軸の調性等のために、複数の折り返しミラーが配置されるが、図１にはこれらの折り返しミラーの記載を省略している。

【0016】

アパーチャ１４は、入射するレーザビームのビーム断面を円形に整形する。アパーチャ１４を通過したレーザビームが、折り返しミラー１５、ビーム走査器３０、集光レンズ３１を経由して加工対象物５０に入射する。加工対象物５０は、例えばＸＹステージ３２に保持されている。ビーム走査器３０は、レーザビームを二次元方向に走査する。ビーム走査器３０として、例えばガルバノスキャナが用いられる。集光レンズ３１は、例えばアパーチャ１４の位置を加工対象物５０の表面に結像させる。集光レンズ３１として、例えばｆθレンズが用いられる。加工対象物５０は、例えばプリント基板であり、加工対象物５０にレーザビームを入射させることにより、穴明け加工を行うことができる。

【0017】

一般に、ビーム断面内の相互に直交する２方向におけるビームの拡がり角が異なるため、レーザ発振器２０の出口からの距離に応じて、ビーム断面の真円度が変化する。真円度は、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさを表す。

【0018】

次に、図２を参照して、本明細書における真円度の定義について説明する。図２は、ビーム断面、及び真円度を定義する同心二円を示す模式図である。

【0019】

本明細書において、ビーム断面２１の外周線を二つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心二円の間隔が最小となる場合の大きい方の円２１ｍａｘの直径Ｄｍａｘに対する小さい方の円２１ｍｉｎの直径Ｄｍｉｎの比を、ビーム断面２１の真円度と定義する。すなわち、真円度Ｃは、Ｃ＝Ｄｍｉｎ／Ｄｍａｘである。ビーム断面２１の外周線は、ビーム断面内の光強度の最大値に対して一定の比率だけ低下した光強度の位置を連ねる線と定義することができる。「一定の比率」は、例えば９０％を採用するとよい。ビーム断面２１が幾何学的に正しい円形であるとき、その真円度Ｃは１である。ビーム断面２１が幾何学的に正しい円形からずれると、真円度Ｃは１より小さくなる。例えば、ビーム断面２１が楕円形である場合、真円度Ｃは、楕円の長径に対する短径の比で表される。

【0020】

図１に示すように、本実施例では、アパーチャの共役点１６におけるビーム断面２１が、共役点１６の前後におけるビーム断面２１より真円に近い。すなわち、共役点１６におけるビーム断面２１の真円度Ｃが、その前後におけるビーム断面２１の真円度Ｃより１に近い。言い換えると、共役点１６において真円度が極大値をとる。ここで、「前後」とは、レ―ザビームの進行方向の上流側及び下流側を意味する。

【0021】

次に、図３Ａ～図３Ｃを参照して、レ―ザビームの径路に沿うビーム断面の形状の変化の例について説明する。図３Ａ～図３Ｃは、楕円形状のビーム断面の長軸方向及び短軸方向のビーム径の計算結果を示すグラフである。ここで、「楕円形状」とは、幾何学的に正確な楕円を意味しているわけではなく、円形を一方向に引き延ばした形状を意味する。凹面鏡１２が配置された位置におけるビーム断面の長軸方向及び短軸方向を、それぞれｘ方向及びｙ方向と定義する。

【0022】

図３Ａ～図３Ｃの横軸は、レーザ発振器２０の出口から凹面鏡１２までの光路長を基準としたときのレーザ発振器２０の出口からの正規化光路長を表す。正規化光路長が１の位置に凹面鏡１２が配置されている。図３Ａ～図３Ｃの縦軸は、ある長さを基準とした時の正規化ビーム径を表す。なお、レーザ発振器２０の出口から凹面鏡１２までの光路長Ｌ０、凹面鏡１２の焦点距離ｆ、凹面鏡１２へのレーザビームの入射角θは一定である。

【0023】

図３Ａ～図３Ｃのいずれにおいても、レーザ発振器２０の出口から凹面鏡１２までの間では、レーザ発振器２０からの光路長が長くなるにしたがってビーム径が拡がり角に応じて大きくなる。レーザビームが凹面鏡１２で反射されると、ｘ方向及びｙ方向の両方向に収束されるため、凹面鏡１２からの光路長が長くなるにしたがってビーム径が小さくなる。ビーム径は、凹面鏡１２からの光路長がある位置において極小値をとり、その後、光路長が長くなるにしたがってビーム径が大きくなる。

【0024】

図３Ａに示した例では、レーザ発振器２０の出口におけるｘ方向のビーム径がｙ方向のビーム径より大きい。ｘ方向及びｙ方向の拡がり角はほぼ等しい。このため、凹面鏡１２までのレーザビームの経路において、ｘ方向及びｙ方向のビーム径の差はほぼ一定である。凹面鏡１２により、ｙ方向よりもｘ方向に強く収束される。この相違は、入射面と、ｘ方向及びｙ方向の位置関係の相違に起因する。これにより、凹面鏡１２からの光路長がある位置において、ｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とが等しくなる。すなわち、この位置で、ビーム断面が真円に近付き、真円度が極大値を示す。

【0025】

図３Ｂに示した例では、レーザ発振器２０の出口におけるｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とがほぼ等しく、ｘ方向の拡がり角がｙ方向の拡がり角より大きい。このため、凹面鏡１２の位置において、ｘ方向のビーム径がｙ方向のビーム径より大きくなる。凹面鏡１２で反射した後、図３Ａに示した場合と同様に、凹面鏡１２からの光路長がある位置において、ｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とが等しくなる。

【0026】

図３Ｃに示した例では、レーザ発振器２０の出口におけるｘ方向のビーム径がｙ方向のビーム径より小さい。ｘ方向の拡がり角がｙ方向の拡がり角より大きい。凹面鏡１２の手前で、ビーム断面のｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とが等しくなり、凹面鏡１２の位置において、ｘ方向のビーム径がｙ方向のビーム径より大きくなる。凹面鏡１２で反射した後、ｘ方向及びｙ方向のビーム径が極小値を示し、その後ビーム径が大きくなる。ビーム径が大きくなり始めた位置の近傍で、ｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とがほぼ等しくなる。

【0027】

図３Ａ～図３Ｃの何れの例においても、ｘ方向のビーム径とｙ方向のビーム径とが等しくなる位置が共役点１６となるように、光学系が調整される。

【0028】

次に、図４を参照して、本実施例によるビーム調整方法について説明する。なお、必要に応じて図１を参照する。

【0029】

図４は、本実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。まず、凹面鏡１２とレンズ系１３との間のレーザビームの経路にビームプロファイラを配置する（ステップＳ１）。レーザ発振器２０からレーザビームを出力させ、ビームプロファイラでビームプロファイルを測定し、ビーム断面の真円度を計算する（ステップＳ２）。

【0030】

ビームプロファイラをレーザビームの経路に沿って移動させる（ステップＳ３）。移動後、レーザ発振器２０からレーザビームを出力させてビームプロファイルを測定し、真円度を計算する（ステップＳ４）。真円度が極大値を示す位置が決定するまで、ステップＳ３、Ｓ４を繰り返す（ステップＳ５）。

【0031】

真円度が極大値を示す位置が決定されると、凹面鏡１２から真円度極大となる位置までの光路長を、凹面鏡１２から共役点１６までの光路長Ｌ１の最適値として採用し、光路長Ｌ１が最適値になるように光学系を調整する（ステップＳ６）。

【0032】

次に、図５を参照して、光学系を調整する方法（ステップＳ６）について説明する。図５は、レーザ発振器２０から共役点１６に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー４０及び凹面鏡１２の配置の一例を示す模式図である。凹面鏡１２で反射されたレーザビームが、４個の折り返しミラー４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄを順番に経由することによってコの字状（Ｕ字状）に迂回して共役点１６に達する。２番目及び３番目の折り返しミラー４０Ｂ、４０Ｃの位置を調整することにより、迂回路の光路長が変化する。その結果、凹面鏡１２から共役点１６までの光路長Ｌ１が変化する。

【0033】

次に、図１～図５に示した実施例の優れた効果について説明する。
本願の発明者は、アパーチャ１４でビーム断面が円形に整形されたレーザビームを用いて加工を行っても、加工対象物５０に形成された穴の形状が真円からずれてしまう場合があることを見出した。アパーチャ１４に入射する直前の位置におけるビーム断面が真円からずれている場合に、加工された穴が真円からずれてしまう傾向が高いことが判明した。

【0034】

本実施例では、アパーチャ１４の共役点１６におけるレーザビームのビーム断面が、共役点１６の前後におけるレーザビームのビーム断面より真円に近くなるように光学系が調整されている。言い換えると、ビーム断面の真円度が、アパーチャ１４の共役点１６において極大値をとる。その結果、アパーチャ１４が配置された位置におけるビーム断面も真円に近付く。このように、アパーチャ１４に入射するレーザビームのビーム断面を真円に近付けることにより、加工された穴の形状を真円に近付けることができる。

【0035】

真円度が極大値をとる位置の近傍においては、位置の変化に対する真円度の変化量はわずかである。このため、ビーム断面が最も真円に近い位置を特定の一点に決定することは困難である。一例として、真円度の値が極大値から５％低下する２箇所を決定し、その２箇所の位置に基づいて、ビーム断面がもっとも真円に近い位置を決定するとよい。例えば、真円度の値が極大値から５％低下する２箇所の間のいずれかの位置におけるビーム断面は、その前後の位置のビーム断面より真円に近いということができる。特に、真円度の値が極大値から５％低下する２箇所の中点を、ビーム断面がもっとも真円に近い位置として採用するとよい。

【0036】

光路長Ｌ１の最適値は、レーザ発振器２０の個体ごとに異なる。したがって、レーザ発振器２０の個体ごとに光路長Ｌ１の最適値を求めて光学系を調整することが好ましい。また、レーザ発振器２０の経時変化によっても、光路長Ｌ１の最適値が変化する。このため、定期的に、または加工品質が低下した場合に、光路長Ｌ１の最適値を求め、光学系を再調整することが好ましい。

【0037】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、共役点１６においてビーム断面が最も真円に近くなるように光学系が調整されている。アパーチャ１４を通過したレーザビームの用途によっては、共役点１６におけるビーム断面を真円に近付けるよりも、ビーム断面の形状を真円からずらし、真円度が目標の範囲内に収まるように構成した方がよい場合もある。例えば、共役点１６におけるビーム断面を楕円にしたほうがよい場合もある。このような場合には、ステップＳ５（図４）において、真円度が目標の範囲内に収まっているか否かを判定すればよい。さらに、ステップＳ６（図４）において、真円度が目標の範囲内に収まっているときの光路長Ｌ１を、光路長Ｌ１の最適値として採用すればよい。

【0038】

次に、図６及び図７を参照して他の実施例によるビーム断面調整方法について説明する。以下、図１～図５を参照して説明した実施例によるビーム調整方法と共通の構成については説明を省略する。

【0039】

図６は、本実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。図４に示した実施例では、ビームプロファイラを凹面鏡１２とレンズ系１３との間に配置する（ステップＳ１）。これに対して図６に示した実施例では、ビームプロファイラをアパーチャ１４の共役点１６に配置する（ステップＳ１ａ）。図４に示した実施例では、ビームプロファイラを移動（ステップＳ３）させながらビーム断面の真円度を測定する。これに対して図６に示した実施例では、ビームプロファイラの位置は固定し、レーザ発振器２０から凹面鏡１２までの光路長Ｌ０を変化させる（ステップＳ３ａ）。

【0040】

ビーム断面の真円度が極大となる光路長Ｌ０の値が決定するまでステップＳ３ａ、Ｓ４を繰り返す（ステップＳ５ａ）。真円度が極大値を示す光路長Ｌ０が決定されると、真円度が極大値を示す光路長Ｌ０の値を、光路長Ｌ０の最適値として採用し、光路長Ｌ０が最適値になるように光学系を調整する（ステップＳ６ａ）。

【0041】

次に、図７を参照して、光学系を調整する方法（ステップＳ６ａ）について説明する。図７は、レーザ発振器２０から共役点１６に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー４０及び凹面鏡１２の配置の一例を示す模式図である。レーザ発振器２０から出力されたレーザビームが複数の折り返しミラー４０で反射されて凹面鏡１２に入射する。２枚の折り返しミラー４０Ｅ、４０Ｆによって、レ―ザビームの進行方向が１８０°変化される。２枚の折り返しミラー４０Ｅ、４０Ｆを、レ―ザビームの折り返し前及び折返し後の進行方向に平行な方向（図７において矢印の方向）に移動させると、光路長Ｌ０が変化する。このとき、凹面鏡１２に入射するレーザビームの経路、及び凹面鏡１２で反射したレ―ザビームの経路は変化しない。

【0042】

次に、図６及び図７に示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例においても図１～図５に示した実施例と同様に、共役点１６において、その前後よりもビーム断面が真円に近い。このため、加工穴を円形形状に近づけることができる。

【0043】

次に、図８及び図９を参照してさらに他の実施例によるビーム断面調整方法について説明する。以下、図６及び図７を参照して説明した実施例によるビーム調整方法と共通の構成については説明を省略する。

【0044】

図８は、本実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。図６に示した実施例では、光路長Ｌ０を変化（ステップＳ３ａ）させながらビーム断面の真円度を測定する。これに対して図８に示した実施例では、凹面鏡１２へのレーザビームの入射角θを変化させる（ステップＳ３ｂ）。

【0045】

ビーム断面の真円度が極大となる入射角θの値が決定するまでステップＳ３ｂ、Ｓ４を繰り返す（ステップＳ５ｂ）。真円度が極大値を示す入射角θが決定されると、真円度が極大値を示す入射角θの値を、入射角θの最適値として採用し、入射角θが最適値になるように光学系を調整する（ステップＳ６ｂ）。

【0046】

次に、図９を参照して、光学系を調整する方法（ステップＳ６ｂ）について説明する。図９は、レーザ発振器２０から共役点１６に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー４０及び凹面鏡１２の配置の一例を示す模式図である。レーザ発振器２０から出力されたレーザビームが複数の折り返しミラー４０で反射されて凹面鏡１２に入射する。凹面鏡１２の姿勢、凹面鏡１２の直前に配置されている折り返しミラー４０Ｇの位置及び姿勢、折り返しミラー４０Ｇの直前に配置されている折り返しミラー４０Ｈの姿勢を変化させると、入射角θが変化する。このとき、凹面鏡１２で反射したレーザビームの経路が変化しないように、折り返しミラー４０Ｈ、４０Ｇ、及び凹面鏡１２を調整する。

【0047】

次に、図８及び図９に示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例においても図６～図７に示した実施例と同様に、共役点１６において、その前後よりもビーム断面が真円に近い。このため、加工穴を円形形状に近づけることができる。

【0048】

次に、図１０及び図１１を参照してさらに他の実施例によるビーム断面調整方法について説明する。以下、図６及び図７を参照して説明した実施例によるビーム調整方法と共通の構成については説明を省略する。

【0049】

図１０は、本実施例によるビーム調整方法のフローチャートである。図６に示した実施例では、光路長Ｌ０を変化（ステップＳ３ａ）させながらビーム断面の真円度を測定する。これに対して図１０に示した実施例では、焦点距離ｆの異なる凹面鏡１２に交換する（ステップＳ３ｃ）。

【0050】

ビーム断面の真円度が極大となる凹面鏡１２の焦点距離ｆの値が決定するまでステップＳ３ｃ、Ｓ４を繰り返す（ステップＳ５ｃ）。真円度が極大値を示す焦点距離ｆが決定されると、真円度が極大値を示す焦点距離ｆを持つ凹面鏡１２を用いて光学系を調整する（ステップＳ６ｃ）。

【0051】

次に、図１１を参照して、光学系を調整する方法（ステップＳ６ｃ）について説明する。図１１は、レーザ発振器２０から共役点１６に至るレーザビームの経路上に配置される複数の折り返しミラー４０及び凹面鏡１２の配置の一例を示す模式図である。焦点距離がｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、・・・ｆ_ｎ－１、ｆ_ｎの複数の凹面鏡１２が準備されている。ステップＳ１ａ（図１０）の初期状態では、例えば焦点距離ｆ_１の凹面鏡１２がレーザビームの経路に配置されている。ステップＳ３ｃ（図１０）において、凹面鏡１２を焦点距離ｆが異なる他の凹面鏡１２に交換する。このとき、レーザ発振器２０から凹面鏡１２までの光路長Ｌ０、凹面鏡１２へのレーザビームの入射角θ、凹面鏡１２から共役点１６までの光路長Ｌ１が不変となるように凹面鏡１２の位置及び姿勢を調整する。

【0052】

次に、図１０及び図１１に示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例においても図６～図７に示した実施例と同様に、共役点１６において、その前後よりもビーム断面が真円に近い。このため、加工穴を円形形状に近づけることができる。

【0053】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0054】

１１ 折り返しミラー
１２ 凹面鏡
１３ レンズ系
１４ アパーチャ
１５ 折り返しミラー
１６ 共役点
２０ レーザ発振器
２１ ビーム断面
２１ｍａｘ ビーム断面の外周線を挟む２つの同心の幾何学的円周のうち大きい方
２１ｍｉｎ ビーム断面の外周線を挟む２つの同心の幾何学的円周のうち小さい方
３０ ビーム走査器
３１ 集光レンズ
３２ ＸＹステージ
４０、４０Ａ～４０Ｈ 折り返しミラー
５０ 加工対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】