JP6644563B2 - レーザ光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光照射装置に関する。

従来、レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置として、例えば特許文献１に記載された装置が記載されている。このようなレーザ光照射装置において、レーザ光源で発生させたレーザ光は、空間光変調器により変調された後、対物レンズによって対象物に集光される。

特開２０１１−５１０１１号公報

上述したようなレーザ光照射装置では、対象物へのレーザ光の照射中、空間光変調器の不良や異常により空間光変調器が正常に動作せず、当該レーザ光の照射を正常に行うことができなくなる場合がある。

そこで、本発明は、レーザ光の照射中における空間光変調器の正常動作を精度よく確認できるレーザ光照射装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ光照射装置は、レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、レーザ光を発生させるレーザ光源と、位相パターンを表示する表示部を有し、レーザ光源で発生させたレーザ光を表示部に入射させ、当該レーザ光を位相パターンに応じて変調して表示部から出射する空間光変調器と、表示部に表示する位相パターンを少なくとも制御する制御部と、空間光変調器から出射されたレーザ光を対象物に集光する対物レンズと、空間光変調器から出射され対物レンズに入射するレーザ光の強度分布を取得する強度分布取得部と、を備え、制御部は、レーザ光における対物レンズの瞳面に入射しない一部を変調するマーキングを含む位相パターンを、表示部に表示させる。

このレーザ光照射装置では、表示部に表示させたマーキングにより、レーザ光における対物レンズの瞳面に入射しない一部（例えば、対物レンズのアパーチャでカットされる一部）を変調させる。これにより、対象物へレーザ光を照射しながら、当該レーザ光照射に影響を及ぼすことなく、強度分布取得部で取得した強度分布においてマーキングによる強度変調が現れているかどうかを確認して、表示部の表示が正常に制御されているか否かを確認できる。したがって、レーザ光の照射中における空間光変調器の正常動作を精度よく確認できる。

本発明のレーザ光照射装置において、マーキングは、表示部におけるレーザ光が当たる領域のうち、対物レンズの瞳面に入射しない一部のレーザ光を出射する領域に位置してもよい。このようにマーキングを位置させることにより、対物レンズの瞳面に入射しない一部のレーザ光の変調を具体的に実現できる。

本発明に係るレーザ光照射装置では、強度分布取得部は、レーザ光の強度分布の画像を取得するカメラであってもよい。この構成によれば、カメラで取得した画像によってレーザ光の強度分布を認識できる。

本発明に係るレーザ光照射装置では、制御部は、レーザ光源で発生させたレーザ光の出力の大きさに応じて、強度分布取得部のシャッタ時間を可変してもよい。レーザ光の出力によってカメラ上の光量が変化することから、レーザ光の出力の大きさに応じてシャッタ時間を可変することにより、取得する画像の輝度値を一定レベルに保ち、当該画像の品質を確保できる。

本発明に係るレーザ光照射装置は、制御部により表示部に表示させるマーキングと強度分布取得部で取得した強度分布とに基づいて、空間光変調器が正常動作したか否かを判定する判定部を備えていてもよい。この構成によれば、空間光変調器の正常動作を、判定部の判定結果から確認することができる。

本発明に係るレーザ光照射装置では、レーザ光の光路において空間光変調器と強度分布取得部との間には、レーザ光を集束する集束レンズが配置され、集束レンズの焦点位置又は当該焦点位置の近傍には、レーザ光における一定値以上の空間周波数成分を遮光するスリット部材が配置されていてもよい。この場合、レーザ光の一定値以上の空間周波数成分が遮光されずに強度分布取得部で取得されてしまうことを抑制できる。その結果、強度分布取得部で取得したレーザ光の強度分布において、一定値以上の空間周波数成分に起因してマーキングによる強度変調の認識性が低下してしまうことを抑制できる。

本発明に係るレーザ光照射装置は、複数の照射予定ラインに沿ってレーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、レーザ光を対象物に対して照射予定ラインに沿って相対的に移動させる移動機構を備え、制御部においては、１つ又は複数の照射予定ラインに沿うレーザ光照射毎に、レーザ光の出力と、本体パターン及び当該本体パターンに対応したマーキングを含む位相パターンと、が設定され、制御部は、複数の照射予定ラインそれぞれに沿って、設定された位相パターンを表示部に表示させながら、設定された出力でレーザ光を対象物に照射させつつ、移動機構により当該レーザ光を相対的に移動させるレーザ光照射制御を実行し、強度分布取得部は、制御部によるレーザ光照射制御の実行中に、レーザ光の強度分布を取得してもよい。この場合、レーザ光の照射中における空間光変調器の正常動作についての精度よい確認を、具体的に実現できる。

本発明に係るレーザ光照射装置では、マーキングは、一定値以上の空間周波数成分の位相領域、及び、当該一定値未満の空間周波数成分の位相領域の少なくとも何れかを含むパターンであってもよい。この場合、強度分布取得部で取得したレーザ光の強度分布において、マーキングによる強度変調を認識し易くできる。

本発明に係るレーザ光照射装置は、対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、対象物の内部に改質領域を形成してもよい。この場合、対象物の内部のレーザ加工が実施可能となる。

本発明によれば、レーザ光の照射中における空間光変調器の正常動作を精度よく確認できるレーザ光照射装置を提供することが可能となる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。 図７のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。 図７のＺＸ平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。 図７のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。 図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図１１のXII−XII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図１２のXIII−XIII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図７のレーザ加工装置における反射型空間光変調器の部分断面図である。 図１１のレーザ集光部における反射型空間光変調器、４ｆレンズユニット及び集光レンズユニットの光学的配置関係を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。 （ａ）は、液晶層に表示された位相パターンの一例を示す図である。（ｂ）は、プロファイル取得用カメラで撮像された強度分布画像の一例を示す図である。 液晶層においてマーキングが表示される位置を説明する図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 （ａ）は、液晶層に表示された位相パターンの他の一例を示す図である。（ｂ）は、プロファイル取得用カメラで撮像された強度分布画像の他の一例を示す図である。 （ａ）は、液晶層に表示された位相パターンの他の一例を示す図である。（ｂ）は、プロファイル取得用カメラで撮像された強度分布画像の他の一例を示す図である。 （ａ）は、液晶層に表示された位相パターンの他の一例を示す図である。（ｂ）は、プロファイル取得用カメラで撮像された強度分布画像の他の一例を示す図である。 スリット部材の効果を検証した検証結果を示す図である。 第２実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。 第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施形態に係るレーザ加工装置（レーザ光照射装置）では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される対象物である加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるための移動機構であるステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。切断予定ライン５は、照射予定ラインに対応する。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部、表面３又は裏面に形成されていればよい。改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。

改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ_３、及び、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。

実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［実施形態に係るレーザ加工装置］

次に、実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。
［レーザ加工装置の全体構成］

図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、第１移動機構（移動機構）２２０と、支持台２３０と、第２移動機構２４０と、を備えている。更に、レーザ加工装置２００は、レーザ出力部３００と、レーザ集光部４００と、制御部５００と、を備えている。

第１移動機構２２０は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１移動機構２２０は、第１レールユニット２２１と、第２レールユニット２２２と、可動ベース２２３と、を有している。第１レールユニット２２１は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１レールユニット２２１には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール２２１ａ，２２１ｂが設けられている。第２レールユニット２２２は、Ｙ軸方向に沿って移動可能となるように、第１レールユニット２２１の一対のレール２２１ａ，２２１ｂに取り付けられている。第２レールユニット２２２には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール２２２ａ，２２２ｂが設けられている。可動ベース２２３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能となるように、第２レールユニット２２２の一対のレール２２２ａ，２２２ｂに取り付けられている。可動ベース２２３は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

支持台２３０は、可動ベース２２３に取り付けられている。支持台２３０は、加工対象物１を支持する。加工対象物１は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子（フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物１が支持台２３０に支持される際には、図８に示されるように、環状のフレーム１１に張られたフィルム１２上に、例えば加工対象物１の表面１ａ（複数の機能素子側の面）が貼付される。支持台２３０は、クランプによってフレーム１１を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム１２を吸着することで、加工対象物１を支持する。支持台２３０上において、加工対象物１には、互いに平行な複数の切断予定ライン５ａ、及び互いに平行な複数の切断予定ライン５ｂが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。

図７に示されるように、支持台２３０は、第１移動機構２２０において第２レールユニット２２２が動作することで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。また、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台２３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となり且つＺ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０が動作することで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部４００は、レーザ出力部３００に対してＺ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

制御部５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。制御部５００は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。

一例として、レーザ加工装置２００では、次のように、各切断予定ライン５ａ，５ｂ（図８参照）に沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

まず、加工対象物１の裏面１ｂ（図８参照）がレーザ光入射面となるように、加工対象物１が支持台２３０に支持され、加工対象物１の各切断予定ライン５ａがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

各切断予定ライン５ａに沿っての改質領域の形成が終了すると、第１移動機構２２０によって支持台２３０が回転させられ、加工対象物１の各切断予定ライン５ｂがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

このように、レーザ加工装置２００では、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。なお、各切断予定ライン５ａに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＸ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン５ａ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＹ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。

図９に示されるように、レーザ出力部３００は、取付ベース３０１と、カバー３０２と、複数のミラー３０３，３０４と、を有している。更に、レーザ出力部３００は、レーザ発振器（レーザ光源）３１０と、シャッタ３２０と、λ／２波長板ユニット３３０と、偏光板ユニット３４０と、ビームエキスパンダ３５０と、ミラーユニット３６０と、を有している。

取付ベース３０１は、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を支持している。複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０は、取付ベース３０１の主面３０１ａに取り付けられている。取付ベース３０１は、板状の部材であり、装置フレーム２１０（図７参照）に対して着脱可能である。レーザ出力部３００は、取付ベース３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。つまり、レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に対して着脱可能である。

カバー３０２は、取付ベース３０１の主面３０１ａ上において、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を覆っている。カバー３０２は、取付ベース３０１に対して着脱可能である。

レーザ発振器３１０は、直線偏光のレーザ光ＬをＸ軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの波長は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ又は１３００〜１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。５００〜５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向は、例えば、Ｙ軸方向に平行な方向である。レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０３によって反射され、Ｙ軸方向に沿ってシャッタ３２０に入射する。

レーザ発振器３１０では、次のように、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。レーザ発振器３１０が固体レーザで構成されている場合、共振器内に設けられたＱスイッチ（ＡＯＭ（音響光学変調器）、ＥＯＭ（電気光学変調器）等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０がファイバレーザで構成されている場合、シードレーザ、アンプ（励起用）レーザを構成する半導体レーザの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０が外部変調素子を用いている場合、共振器外に設けられた外部変調素子（ＡＯＭ、ＥＯＭ等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。

シャッタ３２０は、機械式の機構によってレーザ光Ｌの光路を開閉する。レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、上述したように、レーザ発振器３１０でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施されるが、シャッタ３２０が設けられていることで、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることが防止される。シャッタ３２０を通過したレーザ光Ｌは、ミラー３０４によって反射され、Ｘ軸方向に沿ってλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に順次入射する。

λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として機能する。また、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を順次通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってビームエキスパンダ３５０に入射する。

ビームエキスパンダ３５０は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ、レーザ光Ｌを平行化する。ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってミラーユニット３６０に入射する。

ミラーユニット３６０は、支持ベース３６１と、複数のミラー３６２，３６３と、を有している。支持ベース３６１は、複数のミラー３６２，３６３を支持している。支持ベース３６１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付ベース３０１に取り付けられている。ミラー（第１ミラー）３６２は、ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。ミラー３６２は、その反射面が例えばＺ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー（第２ミラー）３６３は、ミラー３６２によって反射されたレーザ光ＬをＺ軸方向に反射する。ミラー３６３は、その反射面が例えばＸ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３によって反射されたレーザ光Ｌは、支持ベース３６１に形成された開口３６１ａを通過し、Ｚ軸方向に沿ってレーザ集光部４００（図７参照）に入射する。つまり、レーザ出力部３００によるレーザ光Ｌの出射方向は、レーザ集光部４００の移動方向に一致している。上述したように、各ミラー３６２，３６３は、反射面の角度を調整するための機構を有している。ミラーユニット３６０では、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度がレーザ集光部４００に対して合わされる。つまり、複数のミラー３６２，３６３は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するための構成である。

図１０に示されるように、レーザ集光部４００は、筐体４０１を有している。筐体４０１は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体状の形状を呈している。筐体４０１の一方の側面４０１ｅには、第２移動機構２４０が取り付けられている（図１１及び図１３参照）。筐体４０１には、ミラーユニット３６０の開口３６１ａとＺ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部４０１ａが設けられている。光入射部４０１ａは、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体４０１内に入射させる。ミラーユニット３６０と光入射部４０１ａとは、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられた際に互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。

図１１及び図１２に示されるように、レーザ集光部４００は、ミラー４０２と、ダイクロイックミラー４０３と、を有している。更に、レーザ集光部４００は、反射型空間光変調器４１０と、４ｆレンズユニット４２０と、集光レンズユニット（対物レンズ）４３０と、駆動機構４４０と、一対の測距センサ４５０と、を有している。

ミラー４０２は、光入射部４０１ａとＺ軸方向において対向するように、筐体４０１の底面４０１ｂに取り付けられている。ミラー４０２は、光入射部４０１ａを介して筐体４０１内に入射したレーザ光ＬをＸＹ平面に平行な方向に反射する。ミラー４０２には、レーザ出力部３００のビームエキスパンダ３５０によって平行化されたレーザ光ＬがＺ軸方向に沿って入射する。つまり、ミラー４０２には、レーザ光Ｌが平行光としてＺ軸方向に沿って入射する。そのため、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられても、Ｚ軸方向に沿ってミラー４０２に入射するレーザ光Ｌの状態は一定に維持される。ミラー４０２によって反射されたレーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０に入射する。

反射型空間光変調器４１０は、反射面４１０ａが筐体４０１内に臨んだ状態で、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられている。反射型空間光変調器４１０は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）であり、レーザ光Ｌを変調しつつ、レーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿って４ｆレンズユニット４２０に入射する。ここで、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度αは、鋭角（例えば、１０〜６０°）とされている。つまり、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０においてＸＹ平面に沿って鋭角に反射される。これは、レーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させるためである。なお、反射型空間光変調器４１０では、例えば、液晶が用いられた光変調層の厚さが数μｍ〜数十μｍ程度と極めて薄いため、反射面４１０ａは、光変調層の光入出射面と実質的に同じと捉えることができる。

４ｆレンズユニット４２０は、ホルダ４２１と、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２と、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３と、スリット部材４２４と、を有している。ホルダ４２１は、一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４を保持している。ホルダ４２１は、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４の互いの位置関係を一定に維持している。一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面（瞳面）４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像（反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに転像（結像）される。スリット部材４２４には、スリット４２４ａが形成されている。スリット４２４ａは、レンズ４２２とレンズ４２３との間であって、レンズ４２２の焦点面付近に位置している。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌのうち不要な部分は、スリット部材４２４によって遮断される。４ｆレンズユニット４２０を通過したレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３に入射する。

ダイクロイックミラー４０３は、レーザ光Ｌの大部分（例えば、９５〜９９．５％）をＺ軸方向に反射し、レーザ光Ｌの一部（例えば、０．５〜５％）をＹ軸方向に沿って透過させる。レーザ光Ｌの大部分は、ダイクロイックミラー４０３においてＺＸ平面に沿って直角に反射される。ダイクロイックミラー４０３によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って集光レンズユニット４３０に入射する。

集光レンズユニット４３０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄ（端部４０１ｃの反対側の端部）に、駆動機構４４０を介して取り付けられている。集光レンズユニット４３０は、ホルダ４３１と、複数のレンズ４３２と、を有している。ホルダ４３１は、複数のレンズ４３２を保持している。複数のレンズ４３２は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に対してレーザ光Ｌを集光する。駆動機構４４０は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。

一対の測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の両側に位置するように、筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。各測距センサ４５０は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）のレーザ光入射面に対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。なお、測距センサ４５０には、三角測距方式、レーザ共焦点方式、白色共焦点方式、分光干渉方式、非点収差方式等のセンサを利用することができる。

レーザ加工装置２００では、上述したように、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。そのため、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサ４５０のうち集光レンズユニット４３０に対して相対的に先行する測距センサ４５０が、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構４４０が、測距センサ４５０によって取得された変位データに基づいて集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。

レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４６１と、一対のレンズ４６２，４６３と、プロファイル取得用カメラ（強度分布取得部）４６４と、を有している。ビームスプリッタ４６１は、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４６１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って一対のレンズ４６２，４６３及びプロファイル取得用カメラ４６４に順次入射する。一対のレンズ４６２，４６３は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとプロファイル取得用カメラ４６４の撮像面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像が、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面に転像（結像）される。上述したように、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像は、反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像である。したがって、レーザ加工装置２００では、プロファイル取得用カメラ４６４による撮像結果を監視することで、反射型空間光変調器４１０の動作状態を把握することができる。

更に、レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４７１と、レンズ４７２と、レーザ光Ｌの光軸位置モニタ用のカメラ４７３と、を有している。ビームスプリッタ４７１は、ビームスプリッタ４６１を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４７１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４７２及びカメラ４７３に順次入射する。レンズ４７２は、入射したレーザ光Ｌをカメラ４７３の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、カメラ４６４及びカメラ４７３のそれぞれによる撮像結果を監視しつつ、ミラーユニット３６０において、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整を実施することで（図９及び図１０参照）、集光レンズユニット４３０に入射するレーザ光Ｌの光軸のずれ（集光レンズユニット４３０に対するレーザ光の強度分布の位置ずれ、及び集光レンズユニット４３０に対するレーザ光Ｌの光軸の角度ずれ）を補正することができる。

複数のビームスプリッタ４６１，４７１は、筐体４０１の端部４０１ｄからＹ軸方向に沿って延在する筒体４０４内に配置されている。一対のレンズ４６２，４６３は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０５内に配置されており、プロファイル取得用カメラ４６４は、筒体４０５の端部に配置されている。レンズ４７２は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０６内に配置されており、カメラ４７３は、筒体４０６の端部に配置されている。筒体４０５と筒体４０６とは、Ｙ軸方向において互いに並設されている。なお、ビームスプリッタ４７１を透過したレーザ光Ｌは、筒体４０４の端部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。

図１２及び図１３に示されるように、レーザ集光部４００は、可視光源４８１と、複数のレンズ４８２と、レチクル４８３と、ミラー４８４と、ハーフミラー４８５と、ビームスプリッタ４８６と、レンズ４８７と、観察カメラ４８８と、を有している。可視光源４８１は、Ｚ軸方向に沿って可視光Ｖを出射する。複数のレンズ４８２は、可視光源４８１から出射された可視光Ｖを平行化する。レチクル４８３は、可視光Ｖに目盛り線を付与する。ミラー４８４は、複数のレンズ４８２によって平行化された可視光ＶをＸ軸方向に反射する。ハーフミラー４８５は、ミラー４８４によって反射された可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ハーフミラー４８５によって反射された可視光Ｖは、Ｚ軸方向に沿ってビームスプリッタ４８６及びダイクロイックミラー４０３を順次透過し、集光レンズユニット４３０を介して、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に照射される。

加工対象物１に照射された可視光Ｖは、加工対象物１のレーザ光入射面によって反射され、集光レンズユニット４３０を介してダイクロイックミラー４０３に入射し、Ｚ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３を透過する。ビームスプリッタ４８６は、ダイクロイックミラー４０３を透過した可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４８６を透過した可視光Ｖは、ハーフミラー４８５を透過し、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４８７及び観察カメラ４８８に順次入射する。レンズ４８７は、入射した可視光Ｖを観察カメラ４８８の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、観察カメラ４８８による撮像結果を観察することで、加工対象物１の状態を把握することができる。

ミラー４８４、ハーフミラー４８５及びビームスプリッタ４８６は、筐体４０１の端部４０１ｄ上に取り付けられたホルダ４０７内に配置されている。複数のレンズ４８２及びレチクル４８３は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０８内に配置されており、可視光源４８１は、筒体４０８の端部に配置されている。レンズ４８７は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０９内に配置されており、観察カメラ４８８は、筒体４０９の端部に配置されている。筒体４０８と筒体４０９とは、Ｘ軸方向において互いに並設されている。なお、Ｘ軸方向に沿ってハーフミラー４８５を透過した可視光Ｖ、及びビームスプリッタ４８６によってＸ軸方向に反射された可視光Ｖは、それぞれ、ホルダ４０７の壁部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００の交換が想定されている。これは、加工対象物１の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光Ｌの波長が異なるからである。そのため、出射するレーザ光Ｌの波長が互いに異なる複数のレーザ出力部３００が用意される。ここでは、出射するレーザ光Ｌの波長が５００〜５５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、出射するレーザ光Ｌの波長が１０００〜１１５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、及び出射するレーザ光Ｌの波長が１３００〜１４００ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００が用意される。

一方、レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００の交換が想定されていない。これは、レーザ集光部４００がマルチ波長に対応している（互いに連続しない複数の波長帯に対応している）からである。具体的には、ミラー４０２、反射型空間光変調器４１０、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３、及び集光レンズユニット４３０のレンズ４３２等がマルチ波長に対応している。ここでは、レーザ集光部４００は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの波長帯に対応している。これは、レーザ集光部４００の各構成に所定の誘電体多層膜をコーティングすること等、所望の光学性能が満足されるようにレーザ集光部４００の各構成が設計されることで実現される。なお、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０はλ／２波長板を有しており、偏光板ユニット３４０は偏光板を有している。λ／２波長板及び偏光板は、波長依存性が高い光学素子である。そのため、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、波長帯ごとに異なる構成としてレーザ出力部３００に設けられている。
［レーザ加工装置におけるレーザ光の光路及び偏光方向］

レーザ加工装置２００では、支持台２３０に支持された加工対象物１に対して集光されるレーザ光Ｌの偏光方向は、図１１に示されるように、Ｘ軸方向に平行な方向であり、加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）に一致している。ここで、反射型空間光変調器４１０では、レーザ光ＬがＰ偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器４１０の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器４１０に対して入出射するレーザ光Ｌの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Ｌに位相変調が施されるからである（例えば、特許第３８７８７５８号公報参照）。一方、ダイクロイックミラー４０３では、レーザ光ＬがＳ偏光として反射される。これは、レーザ光ＬをＰ偏光として反射させるよりも、レーザ光ＬをＳ偏光として反射させたほうが、ダイクロイックミラー４０３をマルチ波長に対応させるための誘電体多層膜のコーティング数が減少する等、ダイクロイックミラー４０３の設計が容易となるからである。

したがって、レーザ集光部４００では、ミラー４０２から反射型空間光変調器４１０及び４ｆレンズユニット４２０を介してダイクロイックミラー４０３に至る光路が、ＸＹ平面に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至る光路が、Ｚ軸方向に沿うように設定されている。

図９に示されるように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。具体的には、レーザ発振器３１０からミラー３０３に至る光路、並びに、ミラー３０４からλ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０及びビームエキスパンダ３５０を介してミラーユニット３６０に至る光路が、Ｘ軸方向に沿うように設定されており、ミラー３０３からシャッタ３２０を介してミラー３０４に至る光路、及び、ミラーユニット３６０においてミラー３６２からミラー３６３に至る光路が、Ｙ軸方向に沿うように設定されている。

ここで、Ｚ軸方向に沿ってレーザ出力部３００からレーザ集光部４００に進行したレーザ光Ｌは、図１１に示されるように、ミラー４０２によってＸＹ平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器４１０に入射する。このとき、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とは、鋭角である角度αをなしている。一方、上述したように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。

したがって、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。
［反射型空間光変調器］

図１４に示されるように、反射型空間光変調器４１０は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層（表示部）２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。

透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、この表面２１８ａは、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａを構成している。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器４１０の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器４１０の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。

複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられており、反射型空間光変調器４１０から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路とを有しており、制御部５０００における後述の空間光変調器制御部５０２（図１６参照）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。

配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されている。

液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて、出射する。

このとき、後述の空間光変調器制御部５０２（図１６参照）によって各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって付与することができる。換言すると、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示させることができる。変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、そのレーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器４１０に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。
［４ｆレンズユニット］

上述したように、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。具体的には、図１５に示されるように、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２の中心と反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａとの間の光路の距離がレンズ４２２の第１焦点距離ｆ１となり、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３の中心と集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとの間の光路の距離がレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２となり、レンズ４２２の中心とレンズ４２３の中心との間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となっている。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至る光路のうち一対のレンズ４２２，４２３間の光路は、一直線である。

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を大きくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、０．５＜Ｍ＜１（縮小系）を満たしている。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が大きいほど、高精細な位相パターンでレーザ光Ｌが変調される。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、０．６≦Ｍ≦０．９５であることがより好ましい。ここで、（両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ）＝（集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでの像の大きさ）／（反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでの物体の大きさ）である。レーザ加工装置２００の場合、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ、レンズ４２２の第１焦点距離ｆ１及びレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２が、Ｍ＝ｆ２／ｆ１を満たしている。

なお、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を小さくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、１＜Ｍ＜２（拡大系）を満たしていてもよい。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が小さいほど、ビームエキスパンダ３５０（図９参照）の倍率が小さくて済み、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度α（図１１参照）が小さくなる。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、１．０５≦Ｍ≦１．７であることがより好ましい。

次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置２００の要部について詳細に説明する。

図１６は、第１実施形態に係るレーザ加工装置２００の要部を示す概略構成図である。図１６に示されるように、反射型空間光変調器４１０における液晶層２１６に入射して反射したレーザ光Ｌは、４ｆレンズユニット４２０のリレーレンズであるレンズ（集束レンズ）４２２で集束された後、４ｆレンズユニット４２０のリレーレンズであるレンズ４２３でコリメートされて、ダイクロイックミラー４０３に入射する。

ダイクロイックミラー４０３に入射したレーザ光Ｌは、反射光と透過光とに分岐される。ダイクロイックミラー４０３で反射したレーザ光Ｌは、集光レンズユニット４３０に入射し、集光レンズユニット４３０により加工対象物１に集光される。一方、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌは、リレーレンズである上記レンズ４６３で集束され、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａに入射する。

一対のレンズ４２２，４２３は、液晶層２１６の反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌの波面を、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａと、ダイクロイックミラー４０３の下流側の共役面４９１とへリレーする。レンズ４６３は、一対のレンズ４２２，４２３によって共役面４９１にリレーされたレーザ光Ｌの波面（液晶層２１６における実像）を、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａにリレー（結像）する。これにより、液晶層２１６と、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａと、共役面４９１と、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａとは、互いに共役の関係を構成する。

プロファイル取得用カメラ４６４は、ダイクロイックミラー４０３で分岐されたレーザ光Ｌの強度分布を取得する撮像装置である。具体的には、プロファイル取得用カメラ４６４は、反射型空間光変調器４１０から出射され集光レンズユニット４３０に入射する前のレーザ光Ｌについてのビーム断面の強度分布に関する画像（以下、単に「強度分布画像」という）を、後述するレーザ光照射制御の実行中に撮像する。プロファイル取得用カメラ４６４は、１つの切断予定ライン５に沿ったレーザ光照射制御の実行中に、１又は複数の強度分布画像を静止画像として撮像する。プロファイル取得用カメラ４６４は、撮像した強度分布画像を制御部５００へ出力する。プロファイル取得用カメラ４６４としては、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。

レーザ光Ｌの光路において第１レンズ２４１ａの焦点位置には、スリット部材４２４が配置されている。スリット部材４２４は、レーザ光Ｌにおける一定値以上の空間周波数成分（広角回折光）を遮光すると共に、レーザ光Ｌにおける一定値未満の空間周波数成分を通過させる。例えばスリット部材４２４では、一定値以上の空間周波数成分を遮光するように、開口の大きさが設定されている。

ちなみに、スリット部材４２４は、第１レンズ２４１ａの焦点位置の近傍に配置されていてもよい。焦点位置の近傍とは、略焦点位置、焦点位置の付近、もしくは焦点位置の周辺であって、スリット部材４２４がレーザ光Ｌにおける一定値以上の空間周波数成分を遮光できる範囲である（以下、同じ）。スリット部材４２４を通過後のレーザ光Ｌでは、反射型空間光変調器４１０によるレーザ光Ｌの変調を強度変調として容易に観測できる。

制御部５００は、上記レーザ光源制御部１０２と、空間光変調器制御部５０２、カメラ制御部５０４、判定部５０６、及び、記憶部５１０を有している。レーザ光源制御部１０２は、上述したように、レーザ発振器３１０の動作を制御する。また、レーザ光源制御部１０２は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎において、加工条件（照射条件）に基づいて、レーザ発振器３１０で発生させるレーザ光Ｌの出力を決定して設定する。加工条件は、例えばタッチパネル等の入力部によりオペレータから入力される。加工条件としては、例えば、加工対象物１における改質領域７を形成する深さ位置、レーザ出力等である。

空間光変調器制御部５０２は、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示する位相パターンを制御する。図１７（ａ）は、液晶層２１６に表示された位相パターン９の一例を示す図である。図１８は、マーキングが表示される位置を説明する図である。図１７（ａ）及び図１８に示されるように、空間光変調器制御部５０２は、液晶層２１６を制御し、本体パターン９Ｈ及びマーキング９Ｍを含む位相パターン９を液晶層２１６に表示させる。位相パターン９は、上述の変調パターンであって、レーザ光Ｌを変調する。

マーキング９Ｍは、レーザ光Ｌにおける集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射しない一部を変調する。マーキング９Ｍは、液晶層２１６におけるレーザ光Ｌが当たる領域ＨＡのうち、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射しない一部のレーザ光Ｌ（つまり、レーザ光Ｌにおける集光レンズユニット４３０のアパーチャでカットされる一部）を出射するマーキング可能領域Ｂに位置する。ここでのレーザ光Ｌが当たる領域ＨＡは、円形領域であり、マーキング可能領域Ｂは、当該領域ＨＡの外縁部の円環領域である。マーキング９Ｍは、一定値以上の空間周波数成分の位相領域、及び、当該一定値未満の空間周波数成分の位相領域の少なくとも何れかを含むパターンである。このようなマーキング９Ｍは、本体パターン９Ｈに対応して設定されており、本体パターン９Ｈ毎に異なっている。

本体パターン９Ｈは、集光レンズユニット４３０の瞳面に入射するレーザ光の他部を変調する。本体パターン９Ｈは、液晶層２１６におけるレーザ光Ｌが当たる領域ＨＡのうち、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射する他部のレーザ光Ｌ（つまり、レーザ光Ｌにおける集光レンズユニット４３０でカットされない他部）を出射する加工使用領域Ｃに位置する。加工使用領域Ｃは、領域ＨＡにおいてマーキング可能領域Ｂの内側に存在する円形領域である。

例えば加工使用領域Ｃは、レーザ光Ｌがガウシアンビームの場合、レーザ光Ｌの強度がピークの１３．５（１／ｅ＾２）％となる幅であるガウシアンビーム半径ｗを用いると、ガウシアンビーム半径ｗを半径とした円形領域である。例えばマーキング可能領域Ｂは、ガウシアンビーム半径ｗを内半径とし、ガウシアンビーム半径ｗの１．２２倍（＝１．２２ｗ）を外半径とする円環領域である。ガウシアンビーム半径ｗの１．２２倍の位置は、レーザ光Ｌの強度がピークの約５％となる位置である。また例えば、液晶層２１６において、マーキング可能領域Ｂの外縁ＢＥにマーキングした場合のＳ／Ｎ比は、加工使用領域Ｃの外縁ＣＥにマーキングした場合のＳ／Ｎ比に対して、２．７倍（１３．５／５倍）異なっている。

図１７（ａ）に示される例では、液晶層２１６において、スリット部材４２４で遮光される高い空間周波数成分の位相領域であるグレーティングパターンの背景画像上に、本体パターン９Ｈ及びマーキング９Ｍを含む位相パターン９が表示されている。マーキング９Ｍは、スリット部材４２４で遮光されない空間周波数成分の位相領域である矩形の暗色領域が、千鳥格子状に配列されて構成されている。

図１６に戻り、空間光変調器制御部５０２は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎において、加工条件に基づき本体パターン９Ｈを設定すると共に、この本体パターン９Ｈに対応するマーキング９Ｍを設定する。すなわち、空間光変調器制御部５０２は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、加工条件から設定した本体パターン９Ｈに当該本体パターン９Ｈに対応したマーキング９Ｍが書き込まれて成る位相パターン９を設定する。空間光変調器制御部５０２は、液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍの画像に関する情報を、判定部５０６へ出力する。

カメラ制御部５０４は、プロファイル取得用カメラ４６４の動作を制御する。また、カメラ制御部５０４は、強度分布画像をプロファイル取得用カメラ４６４から取得して認識する。カメラ制御部５０４は、強度分布画像上のマーキング９Ｍに対応する画像であるマーキング強度画像を、強度分布画像から抽出して認識する。カメラ制御部５０４は、マーキング強度画像を判定部５０６へ出力する。

カメラ制御部５０４は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎において、レーザ光源制御部１０２で設定したレーザ光Ｌの出力の大きさに応じて、プロファイル取得用カメラ４６４のシャッタ時間を可変する。具体的には、カメラ制御部５０４は、レーザ光Ｌの出力とシャッタ時間とに関するデータテーブルを有しており、当該データテーブルを用いて、各切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎のシャッタ時間を、レーザ光Ｌの出力の大きさから設定する。例えばカメラ制御部５０４は、強度分布画像の輝度値（プロファイル取得用カメラ４６４上の光量）が一定に維持されるように、レーザ光Ｌの出力が大きいほどシャッタ時間を小さく、もしくは、出力が小さいほどシャッタ時間を大きく設定する。なお、カメラ制御部５０４は、シャッタ時間に加えて、ゲイン（感度）を同様に可変してもよい。

判定部５０６は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎において、空間光変調器制御部５０２により液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍとマーキング強度画像とに基づいて、反射型空間光変調器４１０が正常動作したか否かを判定する。具体的には、判定部５０６は、各切断予定ライン５のレーザ加工の際、液晶層２１６に表示させようとするマーキング９Ｍとマーキング強度画像とについて、公知の画像マッチング手法により一致するか否かを判定する。マーキング９Ｍとマーキング強度画像とが一致した場合、その切断予定ライン５のレーザ加工において反射型空間光変調器４１０が正常動作したと判定する。判定部５０６は、判定結果を記憶部５１０へ出力する。なお、マーキング９Ｍとマーキング強度画像との一致を判定する手法は特に限定されず、種々の手法を用いることができる。

記憶部５１０は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、判定部５０６の判定結果をログとして保存する。例えば記憶部５１０は、判定結果を各切断予定ライン５の座標と関連付けてログとして蓄積する。

このような制御部５００は、レーザ光照射制御、すなわち、複数の切断予定ライン５それぞれに沿って、各切断予定ライン５毎に設定された位相パターン９を液晶層２１６に表示させながら、各切断予定ライン５毎に設定された出力でレーザ光Ｌを加工対象物１に照射させつつ、第１移動機構２２０を駆動させて当該レーザ光Ｌを加工対象物１に対して相対的に移動させる制御を実行する。

制御部５００には、モニタ６００が接続されている。モニタ６００は、記憶部５１０に記憶されたログを表示することができる。また、モニタ６００は、空間光変調器制御部５０２により液晶層２１６に表示させる位相パターン９、及び、プロファイル取得用カメラ４６４で取得した強度分布画像を表示することができる。

次に、レーザ加工装置２００によるレーザ加工方法（レーザ光照射方法）について、図１９のフローチャートを参照しつつ説明する。

本実施形態に係るレーザ加工方法では、実際にレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する動作である加工動作の前に、まず、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、オペレータにより加工条件を入力する（Ｓ１）。上記Ｓ１で入力した加工条件から、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、レーザ光源制御部１０２によりレーザ光Ｌの出力を設定する。これと共に、上記Ｓ１で入力した加工条件から、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、空間光変調器制御部５０２により、本体パターン９Ｈ及びマーキング９Ｍを含む位相パターン９を設定する（Ｓ２）。上記Ｓ２で設定されたレーザ光Ｌの出力から、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、データテーブルを用いてカメラ制御部５０４によりプロファイル取得用カメラ４６４のシャッタ時間を設定する（Ｓ３）。

続いて、加工動作直前に、カメラ制御部５０４により、プロファイル取得用カメラ４６４のシャッタ時間を、ｉ番目の切断予定ライン５である第ｉ切断予定ライン５に沿うレーザ加工のシャッタ時間へ変更する（Ｓ４）。なお、ｉは、初期値が１のカウント数であり、便宜的なものである。

続いて、空間光変調器制御部５０２により、第ｉ切断予定ライン５に沿うレーザ加工の位相パターン９を液晶層２１６に表示させる（Ｓ５）。レーザ光源制御部１０２により、レーザ発振器３１０からレーザ光Ｌを発生させ、第ｉ切断予定ライン５に沿うレーザ加工の出力で当該レーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。併せて、制御部５００により第１移動機構２２０を駆動し、当該レーザ光Ｌを第ｉ切断予定ライン５に沿って相対的に移動させる。第ｉ切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの照射及び移動中に、プロファイル取得用カメラ４６４により強度分布画像を取得する（Ｓ６）。強度分布画像の取得は、１つの切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの照射及び移動中に、１回又は所定間隔で複数回行う。

上記Ｓ６で取得した強度分布画像をカメラ制御部５０４により画像処理し、強度分布画像上のマーキング９Ｍの画像であるマーキング強度画像を取得する。判定部５０６により、マーキング強度画像を、液晶層２１６上に表示させるマーキング９Ｍの画像と比較する。両者が一致する場合には、反射型空間光変調器４１０の動作が正常と判定する一方、両者が一致しない場合には、反射型空間光変調器４１０の動作が異常と判定する（Ｓ７）。

図１７（ｂ）は、プロファイル取得用カメラ４６４で撮像された強度分布画像１０の一例を示す図である。図１７（ｂ）に示される強度分布画像１０は、図１７（ａ）の位相パターン９を液晶層２１６に表示させている場合の例である。

図１７（ｂ）に示されるように、強度分布画像１０では、スリット部材４２４でレーザ光Ｌが遮光されて成る暗色領域の背景画像上に、本体パターン９Ｈに対応する強度画像１０Ｈとマーキング９Ｍに対応するマーキング強度画像１０Ｍとが表示されている。マーキング強度画像１０Ｍは、液晶層２１６に表示させているマーキング９Ｍ（図１７（ａ）参照）の形状と一致する千鳥格子状（つまり、マーキング９Ｍと同じパターン）で、複数の矩形の明色領域が配列されて構成されている。この例では、マーキング強度画像１０Ｍがマーキング９Ｍと一致すると判定できる。

上記Ｓ７における判定結果を、第ｉ切断予定ライン５と関連付けて記憶部５１０にログとして保存する（Ｓ８）。そして、上記Ｓ４〜上記Ｓ８を、全ての切断予定ライン５に対して繰り返し（ｉ＝切断予定ラインの総数に達するまで繰り返し）実施する（Ｓ９）。

レーザ加工後、記憶部５１０に記憶した判定結果から、切断予定ライン５毎に反射型空間光変調器４１０の正常動作を確認する（Ｓ１０）。その後、例えば、反射型空間光変調器４１０の正常動作が確認できない切断予定ライン５が存在する場合には、この切断予定ラインに関して上記Ｓ４〜上記Ｓ８を繰り返し実施する。

なお、上記Ｓ１〜上記Ｓ３のステップは、加工動作前ステップを構成する。上記Ｓ４のステップは、加工動作直前ステップを構成する。上記Ｓ５〜上記Ｓ７のステップは、加工中ステップを構成する。上記Ｓ９のステップは、加工後ステップを構成する。また、上記Ｓ５及び上記Ｓ６のステップは、レーザ光照射制御に対応する。

以上、本実施形態に係るレーザ加工装置２００によれば、液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍにより、レーザ光Ｌにおける集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射しない一部（集光レンズユニット４３０でカットされる一部）を変調させる。これにより、加工対象物１へレーザ光Ｌを照射しながら、当該レーザ光照射に影響を及ぼすことなく、プロファイル取得用カメラ４６４で取得した強度分布画像１０においてマーキング９Ｍによる強度変調が現れているかどうかを確認し、液晶層２１６の表示が正常に制御されているか否かを確認できる。

例えば、液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍがマーキング強度画像１０Ｍと一致する場合、反射型空間光変調器４１０によりレーザ光Ｌが正常に変調されており、反射型空間光変調器４１０が正常動作していることを確認できる。一方、液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍがマーキング強度画像１０Ｍと一致しない場合には、液晶層２１６がフリーズした状態（応答不能状態）となって液晶層２１６の表示が適切に切り替わっておらず、反射型空間光変調器４１０が異常動作していることが確認できる。したがって、レーザ加工装置２００によれば、レーザ光Ｌの照射中における反射型空間光変調器４１０の正常動作を精度よく確認できる。

なお、反射型空間光変調器４１０の駆動回路（ドライバ）によって正常動作を確認する場合には、液晶層２１６の表示が異常であっても駆動回路が正常動作を示すことがあるため、反射型空間光変調器４１０の異常動作の発見が遅れるおそれがある。これに対し、レーザ加工装置２００では、上述のように、位相パターン９のマーキング９Ｍでレーザ光Ｌが意図した通りに変調されたか否かをプロファイル取得用カメラ４６４でモニタすることから、反射型空間光変調器４１０の正常動作を遅滞なく確認できる。レーザ加工動作中における反射型空間光変調器４１０の正常動作を、追加動作なしで確認できる。

レーザ加工装置２００では、マーキング９Ｍは、液晶層２１６におけるレーザ光Ｌが当たる領域ＨＡのうち、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射しない一部のレーザ光Ｌを出射するマーキング可能領域Ｂに位置する。このようにマーキング９Ｍを位置させることにより、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射しない一部のレーザ光Ｌの変調を、具体的に実現できる。

レーザ加工装置２００では、カメラ制御部５０４は、レーザ発振器３１０で発生させたレーザ光Ｌの出力の大きさに応じて、プロファイル取得用カメラ４６４のシャッタ時間を可変する。レーザ光Ｌの出力によってプロファイル取得用カメラ４６４上の光量が変化することから、レーザ光Ｌの出力の大きさに応じてシャッタ時間を可変することにより、取得する強度分布画像１０の輝度値を一定レベルに保ち、強度分布画像１０の品質を確保できる。

レーザ加工装置２００は、判定部５０６を備えており、判定部５０６では、空間光変調器制御部５２により液晶層２１６に表示させるマーキング９Ｍと強度分布画像１０のマーキング強度画像から、反射型空間光変調器４１０が正常動作したか否かを判定する。この構成によれば、反射型空間光変調器４１０の正常動作を、判定部の判定結果から確認することができる。

レーザ加工装置２００では、レンズ４２２が配置され、レンズ４２２の焦点位置又は当該焦点位置の近傍には、スリット部材４２４が配置されている。スリット部材４２４は、レーザ光Ｌにおける一定値以上の空間周波数成分を遮光することから、プロファイル取得用カメラ４６４に一定値以上の空間周波数成分が入射されてしまうことを抑制できる。その結果、取得した強度分布画像１０において、一定値以上の空間周波数成分に起因してマーキング９Ｍによる強度変調の視認性（認識性）が低下してしまうことを抑制できる。このようなスリット部材４２４は、位相パターン９を強度分布に変換する機構を構成する。

レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌを加工対象物１に対して切断予定ライン５に沿って相対的に移動させる第１移動機構２２０を備えている。レーザ光源制御部１０２においては、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、レーザ光Ｌの出力が設定されている。空間光変調器制御部５０２においては、切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎に、本体パターン９Ｈ及び当該本体パターン９Ｈに対応したマーキング９Ｍを含む位相パターン９が設定されている。そして、制御部５００は、複数の切断予定ライン５それぞれに沿って、設定された位相パターン９を液晶層２１６に表示させながら、設定された出力でレーザ発振器３１０からレーザ光Ｌを発生させて加工対象物１に照射させつつ、第１移動機構２２０により当該レーザ光Ｌを相対的に移動させるレーザ光照射制御を実行する。当該レーザ光照射制御の実行中に、プロファイル取得用カメラ４６４は強度分布画像を取得する。このような構成によれば、レーザ光Ｌの照射中における反射型空間光変調器４１０の正常動作の精度よい確認を、具体的に実現できる。

レーザ加工装置２００では、マーキング９Ｍは、一定値以上の空間周波数成分の位相領域、及び、当該一定値未満の空間周波数成分の位相領域の少なくとも何れかを含むパターンとされている。これにより、プロファイル取得用カメラ４６４で取得した強度分布画像において、マーキング９Ｍによる強度変調を認識し易くできる。

レーザ加工装置２００では、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する。この場合、加工対象物１の内部のレーザ加工が実施可能となる。

本実施形態において、マーキング９Ｍの態様としては特に限定されず、対応するマーキング強度画像１０Ｍとの一致が判別可能であれば、種々の大きさ、形状及びパターンであってもよい。例えば図２０（ａ）に示される他の例では、マーキング９Ｍは、グレーティングパターンの背景画像上に配置された十字形状の暗色領域である。このマーキング９Ｍと一致するマーキング強度画像１０Ｍは、図２０（ｂ）に示されるように、マーキング９Ｍの形状と一致する十字形状の明色領域となる。

例えば図２１（ａ）に示される他の例では、マーキング９Ｍは、グレーティングパターンの背景画像上に配置された、正方形枠形状の３つの角部が切り欠かれて成る形状の暗色領域である。このマーキング９Ｍと一致するマーキング強度画像１０Ｍは、図２１（ｂ）に示されるように、マーキング９Ｍの形状と一致する、正方形枠形状の３つの角部が切り欠かれて成る形状の明色領域となる。

例えば図２２（ａ）に示される他の例では、マーキング９Ｍは、暗色画像上に配置された、正方形枠形状の対向する２つの角部が切り欠かれて成る形状のグレーティング領域である。このマーキング９Ｍと一致するマーキング強度画像１０Ｍは、図２２（ｂ）に示されるように、マーキング９Ｍの形状と一致する、正方形枠形状の対向する２つの角部が切り欠かれて成る形状の暗色領域となる。

図２３は、スリット部材４２４の効果を検証した検証結果を示す図である。図２３（ａ）は、検証に用いた位相パターン９を示す。図２３（ｂ）は、スリット部材４２４を備えたレーザ加工装置２００において、図２３（ａ）の位相パターン９を液晶層２１６に表示させたときに取得された強度分布画像１０を示す。図２３（ｃ）は、スリット部材４２４を備えないレーザ加工装置２００において、図２３（ａ）の位相パターン９を液晶層２１６に表示させたときに取得された強度分布画像１０を示す。

図２３（ｃ）に示されるように、スリット部材４２４を備えない場合でも、マーキング強度画像１０Ｍを識別でき、マーキング９Ｍ及びマーキング強度画像１０Ｍから反射型空間光変調器４１０の正常動作を判定できることがわかる。また、スリット部材４２４を備えた場合には、マーキング強度画像１０Ｍの視認性が良好となり、マーキング９Ｍ及びマーキング強度画像１０Ｍから反射型空間光変調器４１０の正常動作を一層精度よく判定できることがわかる。

次に、第２実施形態について説明する。図２４は、第２実施形態に係るレーザ加工装置２００Ｂの要部を示す概略構成図である。図２４に示されるように、本実施形態のレーザ加工装置２００Ｂが上記レーザ加工装置２００（図１７参照）と異なる点は、レーザ光Ｌの光路において集束レンズであるレンズ４６３の焦点位置にスリット部材４２４Ｂが配置されている点である。スリット部材４２４Ｂは、上記スリット部材４２４と同様に構成されている。なお、スリット部材４２４Ｂは、レンズ４６３の焦点位置の近傍に配置されていてもよい。

以上、レーザ加工装置２００Ｂにおいても、レーザ光Ｌの照射中における反射型空間光変調器４１０の正常動作を精度よく確認できるという上記作用効果が奏される。

図２５は、第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置２００Ｃの要部を示す概略構成図である。図２５に示されるように、第２実施形態に係る変形例として、レーザ光Ｌの光路においてレンズ４６３とプロファイル取得用カメラ４６４との間にレンズ４６３Ｃを備えたレーザ加工装置２００Ｃを採用することができる。レンズ４６３Ｃは、レンズ４６３で集束されたレーザ光Ｌをコリメートしてプロファイル取得用カメラ４６４へ入射させる。レンズ４６３Ｃは、リレーレンズを構成する。レンズ４６３，４６３Ｃは、共役面４９１にリレーされたレーザ光Ｌの波面（液晶層２１６における実像）をプロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａにリレー（結像）する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

上記実施形態は、加工対象物１の内部に改質領域７を形成するものに限定されず、アブレーション等、他のレーザ加工を実施するものであってもよい。上記実施形態は、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置に限定されず、加工対象物１の表面１ａ，３又は裏面１ｂにレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置であってもよい。本発明が適用される装置はレーザ加工装置に限定されず、レーザ光Ｌを対象物に照射するものであれば、様々なレーザ光照射装置に適用できる。上記実施形態では、切断予定ライン５を照射予定ラインとしたが、照射予定ラインは切断予定ライン５に限定されず、照射されるレーザ光Ｌを沿わせるラインであればよい。

上記実施形態において、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成する結像光学系は、一対のレンズ４２２，４２３に限定されず、反射型空間光変調器４１０側の第１レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）及び集光レンズユニット４３０側の第２レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）を含むもの等であってもよい。

上記実施形態において、プロファイル取得用カメラ４６４は、その撮像面４６４ａが反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６の反射面と共役な面に位置すればよく、共役面４９１の位置にプロファイル取得用カメラ４６４を配置してもよい。この場合、レーザ加工装置２００（図１７参照）においては、レンズ４６３は不要となる。上記実施形態において、レンズ４２２、レンズ４２３及びレンズ４６３のリレー倍率は任意倍率でもよい。上記実施形態は、反射型空間光変調器４１０を備えたが、空間光変調器は反射型のものに限定されず、透過型の空間光変調器を備えていてもよい。

また、集光レンズユニット４３０及び一対の測距センサ４５０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｄ側に片寄って取り付けられていればよい。反射型空間光変調器４１０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｃ側に片寄って取り付けられていればよい。また、測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の片側のみに配置されていてもよい。

上記実施形態では、１つの切断予定ライン５に沿って加工対象物１に１列の改質領域７を形成する場合（１ラインに対して１スキャンする場合）を例に説明したが、１つの切断予定ライン５に沿って複数列の改質領域７を形成（１ラインに対して複数スキャン）してもよい。この場合、複数列の改質領域７のレーザ加工毎にも上記Ｓ１〜上記Ｓ３が実施され、上記Ｓ４〜上記Ｓ８が複数列分だけ繰り返し実施される。

上記実施形態では、判定部５０６によりマーキング９Ｍとマーキング強度画像１０Ｍとの一致を判定したが、液晶層２１６に表示させる位相パターン９とプロファイル取得用カメラ４６４で取得された強度分布画像１０とをモニタ６００に表示させ、オペレータがマーキング９Ｍとマーキング強度画像１０Ｍとの一致を目視で判断してもよい。上記実施形態は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として、レーザ出力部３００においてλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を備えているが、レーザ出力部３００とは別の出力調整部を備えていてもよい。これら何れの場合にも、制御部５００によりレーザ光Ｌの出力を制御できる。

上記実施形態では、強度分布取得部としてプロファイル取得用カメラ４６４を用い、取得した強度分布画像１０によってレーザ光Ｌの強度分布を認識したが、プロファイル取得用カメラ４６４に代えて、レーザ光Ｌの強度分布を取得できる他の機器や装置を用いてもよい。上記実施形態では、ダイクロイックミラー４０３に代えて、レーザ光Ｌをプロファイル取得用カメラ４６４側と集光レンズユニット４３０側とに分岐するビームスプリッタを用いてもよい。

１…加工対象物（対象物）、５，５ａ，５ｂ…切断予定ライン（照射予定ライン）、７…改質領域、９…位相パターン、９Ｈ…本体パターン、９Ｍ…マーキング、１０…強度分布画像（強度分布）、１００，２００，２００Ｂ，２００Ｃ…レーザ加工装置（レーザ光照射装置）、１０２…レーザ光源制御部（制御部）、２１６…液晶層（表示部）、２２０…第１移動機構（移動機構）、２４１ａ…第１レンズ、３１０…レーザ発振器（レーザ光源）、４１０…反射型空間光変調器（空間光変調器）、４２２…レンズ（集束レンズ）、４２４，４２４Ｂ…スリット部材、４３０…集光レンズユニット（対物レンズ）、４３０ａ…入射瞳面（瞳面）、４６３…レンズ（集束レンズ）、４６４…プロファイル取得用カメラ（強度分布取得部）、５００…制御部、５０２…空間光変調器制御部（制御部）、５０４…カメラ制御部（制御部）、５０６…判定部、Ｌ…レーザ光。

Claims (9)

1. レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、
   前記レーザ光を発生させるレーザ光源と、
   位相パターンを表示する表示部を有し、前記レーザ光源で発生させた前記レーザ光を前記表示部に入射させ、当該レーザ光を前記位相パターンに応じて変調して前記表示部から出射する空間光変調器と、
   前記表示部に表示する前記位相パターンを少なくとも制御する制御部と、
   前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を前記対象物に集光する対物レンズと、
   前記空間光変調器から出射され前記対物レンズに入射する前記レーザ光の強度分布を取得する強度分布取得部と、を備え、
   前記制御部は、前記レーザ光における前記対物レンズの瞳面に入射しない一部を変調するマーキングを含む前記位相パターンを、前記表示部に表示させる、レーザ光照射装置。
2. 前記マーキングは、前記表示部における前記レーザ光が当たる領域のうち、前記対物レンズの瞳面に入射しない一部の前記レーザ光を出射する領域に位置する、請求項１に記載のレーザ光照射装置。
3. 前記強度分布取得部は、前記レーザ光の前記強度分布の画像を取得するカメラである、請求項１又は２に記載のレーザ光照射装置。
4. 前記制御部は、前記レーザ光源で発生させた前記レーザ光の出力の大きさに応じて、前記強度分布取得部のシャッタ時間を可変する、請求項３に記載のレーザ光照射装置。
5. 前記制御部により前記表示部に表示させる前記マーキングと前記強度分布取得部で取得した前記強度分布とに基づいて、前記空間光変調器が正常動作したか否かを判定する判定部を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザ光照射装置。
6. 前記レーザ光の光路において前記空間光変調器と前記強度分布取得部との間には、前記レーザ光を集束する集束レンズが配置され、
   前記集束レンズの焦点位置又は当該焦点位置の近傍には、前記レーザ光における一定値以上の空間周波数成分を遮光するスリット部材が配置されている、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ光照射装置。
7. 複数の照射予定ラインに沿って前記レーザ光を前記対象物に照射する前記レーザ光照射装置であって、
   前記レーザ光を前記対象物に対して前記照射予定ラインに沿って相対的に移動させる移動機構を備え、
   前記制御部においては、１つ又は複数の前記照射予定ラインに沿うレーザ光照射毎に、前記レーザ光の出力と、本体パターン及び当該本体パターンに対応した前記マーキングを含む前記位相パターンと、が設定され、
   前記制御部は、
   複数の前記照射予定ラインそれぞれに沿って、設定された前記位相パターンを前記表示部に表示させながら、設定された前記出力で前記レーザ光を前記対象物に照射させつつ、前記移動機構により当該レーザ光を相対的に移動させるレーザ光照射制御を実行し、
   前記強度分布取得部は、
   前記制御部による前記レーザ光照射制御の実行中に、前記レーザ光の前記強度分布を取得する、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザ光照射装置。
8. 前記マーキングは、一定値以上の空間周波数成分の位相領域、及び、当該一定値未満の空間周波数成分の位相領域の少なくとも何れかを含むパターンである、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ光照射装置。
9. 前記対象物の内部に集光点を合わせて前記レーザ光を照射することにより、前記対象物の内部に改質領域を形成する、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ光照射装置。