JP2007222902A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なう。
【解決手段】前記レーザ光を出射するレーザ光源と、当該レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に向けて反射する反射手段と、当該反射手段と加工対象物との間に設置されると共に、前記反射手段にて反射されたレーザ光を集光して前記加工対象物に照射する集光手段とを備え、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動自在に設けられたレーザ光照射手段と、当該レーザ光照射手段を、所定の照射位置に移動させる制御手段と、前記レーザ光のビーム径を調整するビーム径調整手段とを具備し、前記制御手段は、前記レーザ光の照射位置に応じて前記ビーム径調整手段によるビーム径の調整量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

周知のように、レーザ加工装置とは、レーザ光を加工対象物に照射することによって切断等の加工を行なうものである。このようなレーザ加工装置のレーザ照射方式としては、加工対象物が設置されたステージを移動させることによって、レーザ光を加工対象物上の所定の照射位置に照射する方式と、ステージを固定し、レーザ光を照射する光学系を移動させることによって、レーザ光を加工対象物上の所定の照射位置に照射する方式とが知られている。後者の方式において、レーザ光を照射する光学系を走査状に移動させ、連続的に加工対象物の加工を行なう装置として、光走査型レーザ加工装置が知られている（例えば下記特許文献１参照）。
特開２００５−９４０３０号公報

ところで、上記光走査型レーザ加工装置では、一般的にレーザ光源を固定し、レーザ光源から出射されるレーザ光を加工対象物に向けて反射する反射ミラーと、当該反射ミラーにて反射されたレーザ光を集光して加工対象物に照射する集光レンズとからなる光学系（レーザ光照射手段）を走査状に移動させる構成となっている。従って、レーザ光照射手段を走査状に移動させた場合、加工対象物上の照射位置によってレーザ光源のレーザ光出射端から集光レンズまでの光路長が変化し、その結果、集光レンズに入射するレーザ光のビーム径Ｄが変化してしまう。

ここで、レーザ光の波長をλ、集光レンズの焦点距離をｆとすると、最終的に加工対象物に照射されるレーザ光のビームスポット径ｄは、下記（１）式で表される。なお、波長λ及び焦点距離ｆは定数である。
ｄ ∝ λｆ／Ｄ ・・・・・・・・（１）
すなわち、上記のように、集光レンズに入射するレーザ光のビーム径Ｄが変化すると、最終的に加工対象物に照射されるレーザ光のビームスポット径ｄが変化してしまい、その結果、レーザ光照射手段を走査状に移動させた場合に安定したレーザ加工を行なえないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光照射手段を移動させて加工対象物にレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工装置であって、前記レーザ光を出射するレーザ光源と、当該レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に向けて反射する反射手段と、当該反射手段と加工対象物との間に設置されると共に、前記反射手段にて反射されたレーザ光を集光して前記加工対象物に照射する集光手段とを備え、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動自在に設けられたレーザ光照射手段と、当該レーザ光照射手段を、所定の照射位置に移動させる制御手段と、前記レーザ光のビーム径を調整するビーム径調整手段とを具備し、前記制御手段は、前記レーザ光の照射位置に応じて前記ビーム径調整手段によるビーム径の調整量を制御することを特徴とする。

このような特徴を有するレーザ加工装置によると、レーザ光の照射位置に応じてビーム径調整手段によるビーム径の調整量を制御するので、レーザ光照射手段を移動させて加工対象物にレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

また、前記ビーム径調整手段は、前記レーザ光源とレーザ光照射手段との間に設けられ、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム径を調整することが好ましい。
これにより、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能であると共に、レーザ光照射手段の外部にビーム径調整手段を設置するため、レーザ光の照射パワーは低下するが、レーザ光照射手段の重量増加を防止し、当該レーザ光照射手段の移動精度（位置合わせ精度）の低下を防止することができる。

また、前記ビーム径調整手段は、前記レーザ光照射手段における反射手段と集光手段との間に設けられ、前記集光手段に入射されるレーザ光のビーム径を調整することが好ましい。
これにより、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能であると共に、レーザ光照射手段の内部にビーム径調整手段を設置するため、レーザ光照射手段の重量増加を招き、当該レーザ光照射手段の移動精度（位置合わせ精度）が低下するが、レーザ光の照射パワーの低下を防止することができる。

また、前記ビーム径調整手段は、レーザ光の絞り量を調整することによってビーム径を調整することが好ましい。
このように、レーザ光の絞り量を調整することによってビーム径を精度良く調整することができる。

また、前記ビーム径調整手段は、可変焦点レンズであることが好ましい。
このように、ビーム径調整手段として可変焦点レンズを用いることで、レーザ光の照射パワーを有効利用でき、照射位置による照射パワーの低下を抑制することができる。

また、本発明に係る他の構成からなるレーザ加工装置は、レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工装置であって、前記レーザ光を出射するレーザ光源と、当該レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に向けて反射する反射手段と、当該反射手段と加工対象物との間に設置されると共に、前記反射手段にて反射されたレーザ光を集光して前記加工対象物に照射する可変焦点レンズとを備え、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動自在に設けられたレーザ光照射手段と、当該レーザ光照射手段を、所定の照射位置に移動させる制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記レーザ光の照射位置に応じて前記可変焦点レンズの焦点距離を制御することを特徴とする。

このような特徴を有するレーザ加工装置によると、レーザ光の照射位置に応じて可変焦点レンズの焦点距離を制御するので、レーザ光照射手段を移動させて加工対象物にレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

一方、本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工方法であって、前記レーザ光を、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動させて照射し、前記照射位置に応じてレーザ光のビーム径を調整することを特徴とする。
このようなレーザ加工方法によると、照射位置に応じてレーザ光のビーム径を調整するので、レーザ光照射手段を移動させて加工対象物にレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態におけるレーザ加工装置を示す構成ブロック図である。なお、レーザ加工装置として、レーザ光を照射する光学系を走査状に移動させ、連続的に加工対象物の加工を行なう光走査型レーザ加工装置を例示して説明する。

図１に示すように、第１実施形態におけるレーザ加工装置は、レーザ発振器（レーザ光源）１、レーザ光絞り部（ビーム径調整手段）２、レーザ光照射部（レーザ光照射手段）３、光学系駆動部４、制御部５及び記憶部６から構成されている。このように構成された本レーザ加工装置は、図示しないステージ上に設置された加工対象物Ｗに対し、レーザ光照射部３を加工経路Ｓに沿って走査状に移動させ、連続的にレーザ光を照射して加工を行なうものである。なお、レーザ光照射部３は、反射ミラー（反射手段）３ａ及び集光レンズ（集光手段）３ｂを備えている。

レーザ発振器１は、制御部５の制御の下、レーザ光Ｌ１を発生し、当該レーザ光Ｌ１をレーザ光絞り部２に出射する。このレーザ発振器１としては、加工対象物Ｗの種類や加工条件に応じて、固体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ等から選択して用いれば良く、また、繰り返し周波数、レーザ波長、照射パワー等のレーザ特性も適宜設定すれば良い。

レーザ光絞り部２は、制御部５から入力される絞り量制御信号に基づいて、レーザ発振器１から入射されるレーザ光Ｌ１の絞り量を調整することによって当該レーザ光Ｌ１のビーム径を調整し、ビーム径調整後のレーザ光Ｌ２をレーザ光照射部３（詳細には反射ミラー３ａ）に出射する。

レーザ光照射部３において、反射ミラー３ａは、上記レーザ光絞り部２から入射されるレーザ光Ｌ２を集光レンズ３ｂに向けて反射する。集光レンズ３ｂは、反射ミラー３ａと加工対象物Ｗとの間に設けられ、上記反射ミラー３ａから入射されたレーザ光Ｌ２を集光し、レーザ光Ｌ３として加工対象物Ｗ上の加工経路Ｓにおける所定の照射位置Ｐｎに照射する。なお、このようなレーザ光照射部３は、光学系駆動部４に機械的に接続されており、当該光学系駆動部４によって、ＸＹＺ軸方向に移動可能である。

光学系駆動部４は、制御部５から入力される加工経路Ｓの照射位置情報に基づいて、加工経路Ｓに沿ってレーザ光Ｌ３が照射されるように、レーザ光照射部３を走査状に移動させる。なお、この照射位置情報には、加工経路ＳのＸＹ座標データだけでなく、加工対象物Ｗ表面からレーザ光照射部３のレーザ光出射端までの距離（Ｚ座標）データも含まれる。また、この光学系駆動部４は、レーザ光照射部３を駆動する３軸サーボモータ（図示せず）と、当該３軸サーボモータの回転量を検出するロータリエンコーダ（図示せず）とを備え、検出した回転量からレーザ光照射部３の位置（ＸＹＺ座標）を算出し、当該位置を示す位置データを制御部５に出力する。

制御部５は、記憶部６に予め記憶されている制御プログラムに基づいて、本レーザ加工装置の全体動作を制御するものである。なお、詳細は後述するが、この制御部５は、上記制御プログラムに基づく特徴的な動作として、上記光学系駆動部４から入力される実際のレーザ光照射部３の位置データ（その内のＸＹ座標データ）と、記憶部６に記憶されている、照射位置とレーザ光絞り部２におけるレーザ光Ｌ１の絞り量との関係を示すテーブルに基づいて、現在の照射位置（レーザ光照射部３の位置）におけるレーザ光Ｌ１の絞り量を判定し、当該絞り量を示す絞り量制御信号をレーザ光絞り部２に出力する。

記憶部６は、上記制御部５で使用される制御プログラムや、照射位置とレーザ光Ｌ１の絞り量との関係を示すテーブル、加工経路Ｓの照射位置情報、その他の不揮発性データを予め記憶すると共に、制御部５の要求に応じて、各種データの記憶を行なう。

次に、上記のように構成された本第１実施形態におけるレーザ加工装置の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、制御部５は、記憶部６から加工経路Ｓの照射位置情報を取得し、光学系駆動部４に対して、上記照射位置情報を出力する（ステップＳ１）。ここで照射位置情報とは、図１に示す加工経路ＳのＸＹ座標データと、加工対象物Ｗ表面からレーザ光照射部３のレーザ光出射端までの距離データとを含むものである。より詳細には、加工経路Ｓを複数に細分化した点（照射位置）の連続と捉え、当該細分化した各点のＸＹ座標データを連続的に並べたものが加工経路ＳのＸＹ座標データである。なお、ここでは、図１に示すように、レーザ光の照射開始位置をＰｓ、照射終了位置をＰｅとする。

光学系駆動部４は、上記加工経路Ｓの照射位置情報に基づき、レーザ光照射部３をレーザ光の照射開始位置Ｐｓに移動させる（ステップＳ２）。光学系駆動部４は、常時、レーザ光照射部３の位置データを制御部５に出力している。よって、制御部５は、実際のレーザ光照射部３の位置、つまり照射位置の時間的変化を常に監視している。このように制御部５は、照射位置の時間的変化を監視することで、レーザ光照射部３が照射開始位置Ｐｓに移動したか否かを判断する（ステップＳ３）。

このステップＳ３において、「NO」、つまり未だレーザ光照射部３が照射開始位置Ｐｓに移動していない場合、ステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ３において、「YES」、つまり、レーザ光照射部３が照射開始位置Ｐｓに移動した場合、制御部５は、照射開始位置ＰｓのＸＹ座標と、記憶部６に記憶されている、照射位置とレーザ光絞り部２におけるレーザ光Ｌ１の絞り量との関係を示すテーブルに基づいて、現在の照射位置（つまり照射開始位置Ｐｓ）におけるレーザ光Ｌ１の絞り量を判定する（ステップＳ４）。

以下、このステップＳ４について詳細に説明する。
上述したように、レーザ光の照射位置が変化すると、レーザ発振器１のレーザ光出射端から集光レンズ３ｂまでの光路長が変化する。図３は、光路長Ｒと集光レンズ３ｂに入射するレーザ光のビーム径Ｄとの関係を示す特性図である。この図に示すように、光路長Ｒの増加に比例してビーム径Ｄも大きくなることがわかる。ここで、所定の照射位置Ｐｎにおける光路長をＲｎとすると、図３の特性図から、照射位置Ｐｎにおける実際のビーム径はＤｎとなることがわかる。一方、図４は、上記（１）式から得られる、最終的に加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のビームスポット径ｄと上記ビーム径Ｄとの関係を示す特性図である。レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうためには、最終的に加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のビームスポット径ｄを一定に保持する必要がある。ここで、図４に示すように、例えばビームスポット径ｄ_０を目標値とした場合、このビームスポット径ｄ_０を加工経路Ｓ上の全ての照射位置において一定に保持するためには、ビーム径をＤ_０に調整すれば良いことがわかる。

従って、所定の照射位置Ｐｎにおいて実際にはビーム径Ｄｎとなるところを、レーザ光絞り部２におけるレーザ光Ｌ１の絞り量を調整して、ビームスポット径ｄ_０を目標値とした場合のビーム径Ｄ_０になるように調整することにより、最終的に加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のビームスポット径を目標値に保持することができる。このように、照射位置とレーザ光Ｌ１の絞り量との関係は一義的に決まるものであるため、加工経路Ｓ上の全ての照射位置について、予め照射位置とレーザ光Ｌ１の絞り量との関係を求め、当該関係を示すテーブル（図５参照）を記憶部６に記憶しておく。

つまり、ステップＳ４では、図５に示すテーブルに基づいて、照射開始位置Ｐｓにおけるビームスポット径を目標値に保持するためのレーザ光Ｌ１の絞り量を判定する。そして、制御部５は、上記のように判定した絞り量を示す絞り量制御信号をレーザ光絞り部２に出力する（ステップＳ５）一方、レーザ発振器１に起動要求信号を出力する（ステップＳ６）。レーザ発振器１は、上記起動要求信号を受けると、レーザ光Ｌ１を発生し、レーザ光絞り部２に出射する。レーザ光絞り部２は、上記絞り量制御信号に基づいて、レーザ発振器１から入射されるレーザ光Ｌ１の絞り量を調整することによって当該レーザ光Ｌ１のビーム径をＤ_０に調整し、ビーム径調整後のレーザ光Ｌ２を反射ミラー３ａに出射する（ステップＳ７）。このようにビーム径Ｄ_０に調整されたレーザ光Ｌ２は、反射ミラー３ａによって集光レンズ３ｂに反射され、当該集光レンズ３ｂによって集光された後、最終的にレーザ光Ｌ３として照射開始位置Ｐｓに照射される（ステップＳ８）。このレーザ光Ｌ３のビームスポット径は目標値であるｄ_０に保持される。

なお、レーザ発振器１は起動要求信号を受けてから安定化するまで、ある程度時間がかかるため、レーザ光Ｌ１の出射とレーザ光絞り部２の絞り動作との間に時間的誤差が生じる可能性がある。このため、レーザ発振器１が安定化するまでの時間を考慮して、レーザ発振器１への起動要求信号を早いタイミングで出力するようにしても良い。また、レーザ光照射部３は、光学系駆動部４の駆動により、加工経路Ｓに沿って所定の速度で移動するが、照射開始位置Ｐｓではレーザ発振器１が安定化するまでの時間を考慮して、移動速度を落とすような制御を行っても良い。または、レーザ発振器１のレーザ光出射端にシャッターを設け、レーザ加工装置の立ち上げ時から予めレーザ発振器１を起動しておき、レーザ光照射部３が照射開始位置Ｐｓに移動した場合に、上記シャッターを開けるような構成にしても良い。このようなシャッターを用いることによって、レーザ発振器１が安定化するまでの時間を考慮する必要がなく、レーザ光照射部３の移動速度の制御を行う必要がなくなり、制御部５の処理負荷を低減することができる。

このように、照射開始位置Ｐｓにレーザ光Ｌ３が照射される一方、レーザ光照射部３は、光学系駆動部４の駆動により、加工経路Ｓに沿って所定の速度で移動する（ステップＳ９）。制御部５は、レーザ光照射部３が移動している間も、光学系駆動部４からレーザ光照射部３の位置データを取得して照射位置の時間的変化を監視し、現在の照射位置が照射終了位置Ｐｅか否かを判断する（ステップＳ１０）。

このステップＳ１０において、「NO」、つまり未だレーザ光照射部３が照射終了位置Ｐｅに移動していない場合、制御部５は、ステップＳ４以降の動作を行う。つまり、加工経路Ｓ上の各照射位置毎に、図５に示すテーブルに基づいて、各照射位置におけるビームスポット径dを目標値に保持するためのレーザ光Ｌ１の絞り量を判定し、絞り量制御信号をレーザ光絞り部２に出力する。このように、照射位置に応じて最適な絞り量が選択され、レーザ光Ｌ３のビームスポット径は常に目標値であるｄ_０に保持されることになる。一方、ステップＳ１０において、「YES」、つまり、レーザ光照射部３が照射終了位置Ｐｅに移動した場合、制御部５は、レーザ発振器１に対して動作停止信号を出力してレーザ光Ｌ１の出射を停止させ、レーザ加工を終了する（ステップＳ１１）。なお、レーザ発振器１のレーザ光出射端にシャッターを設ける構成を採用した場合には、当該シャッターを閉じることでレーザ加工を終了しても良い。

以上のように、本第１実施形態のレーザ加工装置によれば、レーザ光照射部３を移動させて加工対象物Ｗにレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

[第２実施形態]
次に、図６を用いて本発明の第２実施形態について説明する。図６は第２実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。なお、図６において、第１実施形態である図１と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態のレーザ加工装置において、第１実施形態と構成上異なる点は、レーザ光絞り部２が反射ミラー３ａと集光レンズ３ｂとの間に設けられていることである。また、動作については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。このように構成された第２実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態と同様に、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

このように、第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と比較して、レーザ光照射部３の内部にレーザ光絞り部２を備えるという構成上の特徴を有する。このような構成上の違いにより、第１実施形態及び第２実施形態はそれぞれ以下のような利点・欠点を有している。まず、第２実施形態の構成によると、レーザ光絞り部２をレーザ光照射部３の内部に設置しているため、レーザ光照射部３の重量増加を招くことになる。その結果、レーザ光照射部３の移動精度（位置合わせ精度）が低下し、予め定められた照射位置にレーザ光を照射できなくなり、所望のレーザ加工を行えなくなる可能性があるが、レーザ光絞り部２を集光レンズ３ｂの近くに設置するため、加工対象物Ｗへの照射パワーを第１実施形態と比べて大きくすることができる。

一方、第１実施形態の構成によると、レーザ光絞り部２をレーザ光照射部３の外部に設置しているため、レーザ光照射部３の移動精度低下を防止することができるが、レーザ光絞り部２をレーザ発振器１の近くに設置するため、加工対象物Ｗへの照射パワーは第２実施形態と比べて小さくなってしまう。また、第１実施形態及び第２実施形態のように、ビーム径調整手段として絞りを用いた場合、照射位置によって照射パワーが変動するという欠点がある。このような照射パワーの変動という欠点を改善するように構成されたレーザ加工装置について、第３実施形態及び第４実施形態として以下説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態において、照射位置に拘わらず照射パワーが一定となるように、レーザ発振器１を制御するような機能を持たせても良い。

[第３実施形態]
次に、図７を用いて本発明の第３実施形態について説明する。図７は第２実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。なお、図７において、第１実施形態である図１と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、第１実施形態のレーザ加工装置において、第１実施形態と構成上異なる点は、レーザ光絞り部２の代わりにビーム径調整手段として液体レンズ２ａ（可変焦点レンズ）を使用していることである。液体レンズ２ａとは、円筒型の金属ケースの空洞部に水溶液と油を封入し、両液体の界面の曲率半径を電圧制御することで焦点距離を調節可能なレンズであり、機構部品を用いずに焦点合わせを行ったり、光学ズームを実現できるという特徴がある。

図８は、上記液体レンズ２ａの断面図である。図８（ａ）に示すように、液体レンズ３ａは、光透過性の光入射窓１０及び光出射窓１１を備える円筒形状の金属ケース１２と、当該金属ケース１２の内部に設けられた正極用電極１３及び負極用電極１４と、これら各電極上に設けられた絶縁体１５と、空洞部に封入された水溶液１６及び油１７から構成されている。なお、金属ケース１２の内側には部分的に撥水性コーティングが施されている。図８（ａ）は、正極用電極１３と負極用電極１４間に電圧を印加していない場合を示し、この場合、水溶液１６と油１７との界面１８はほぼ平らな状態を保つ。これは、無限遠に焦点が合った状態に相当し、よって光入射窓１０に入射した光は、光軸に対してほぼ平行に光出射窓１１から出射される。

一方、図８（ｂ）は、正極用電極１３と負極用電極１４間に所定の電圧Ｖを印加した場合を示したものである。電圧Ｖを印加した場合、正極用電極１３上に設けられた絶縁体１５の表面に負イオンが集まることで撥水性の強度が弱まり、界面１８は光を収斂させる形状に変化する。つまり、界面１８は所定の焦点距離を有するレンズとして機能し、光入射窓１０に入射した光は界面１８で屈折し、光軸上の焦点に向かって光出射窓１１から出射される。このように、液体レンズ２ａは、電圧Ｖを印加することによって、界面１８の曲率半径（つまり焦点距離）を制御することが可能であり、その結果、レーザ光Ｌ１のビーム径を調整することが可能である。

よって、第３実施形態のレーザ加工装置において、制御部５は、液体レンズ２ａに対して、焦点距離を制御するための電圧信号を出力し、また、図５に示すテーブルの代わりに、照射位置と液体レンズ２ａに印加する電圧値との関係を示すテーブルを使用することになる。なお、第３実施形態のレーザ加工装置の動作については、図２のステップＳ４の処理が「液体レンズ２ａに印加する電圧値を判定する」に変わり、ステップＳ５の処理が「電圧信号を出力」に変わるのみで、他の処理は第１及び第２実施形態と同様である。

以上のように、本第３実施形態のレーザ加工装置によれば、レーザ光照射部３を移動させて加工対象物Ｗにレーザ光を照射する場合において、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

[第４実施形態]
次に、図９を用いて本発明の第４実施形態について説明する。図９は第４実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。なお、図９において、第３実施形態である図７と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、第４実施形態のレーザ加工装置において、第３実施形態と構成上異なる点は、液体レンズ２ａが反射ミラー３ａと集光レンズ３ｂとの間に設けられていることである。また、動作については第３実施形態と同様であるので説明を省略する。このように構成された第４実施形態のレーザ加工装置によれば、第３実施形態と同様に、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能である。

このように、第４実施形態のレーザ加工装置は、第３実施形態と比較して、レーザ光照射部３の内部に液体レンズ２ａを備えるという構成上の特徴を有する。このような構成上の違いにより、第３実施形態及び第４実施形態はそれぞれ以下のような利点・欠点を有している。まず、第３実施形態及び第４実施形態は、共に、液体レンズ２ａに電圧Ｖを印加して、界面１８の曲率半径（つまり焦点距離）を制御することでレーザ光Ｌ１のビーム径を調整しているため、絞りを使用する第１実施形態及び第２実施形態と比べて、照射位置によって照射パワーが変化することがなく、安定したレーザ加工を行うことができる。

ただし、第４実施形態の構成によると、液体レンズ２ａをレーザ光照射部３の内部に設置しているため、レーザ光照射部３の重量増加を招くことになり、その結果、レーザ光照射部３の移動精度が低下し、所望のレーザ加工を行えなくなる可能性がある。また、液体レンズ２ａもレーザ光照射部３と共に移動するため、水溶液１６や油１７が揺れて界面１８が安定せず、ビーム径調整精度が低下する可能性がある。一方、第３実施形態の構成によると、液体レンズ２ａをレーザ光照射部３の外部に設置しているため、界面１８を安定に保つことができ、ビーム径調整精度の低下を防止することができる。

[第５実施形態]
次に、図１０を用いて本発明の第５実施形態について説明する。図１０は第５実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。なお、図１０において、第３実施形態である図７と同じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１０に示すように、第５実施形態のレーザ加工装置において、第３実施形態と構成上異なる点は、集光レンズ３ｂの代わりに液体レンズ２ａを使用していることである。つまり、液体レンズ２ａに入射したレーザ光Ｌ１は、当該液体レンズ２ａによってそのビーム径を調整され、加工対象物Ｗに照射される。ここで、第１〜第４実施形態では、集光レンズ３ｂに入射されるレーザ光のビーム径Ｄを調整したことに対し、第５実施形態では、最終的に加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のビームスポット径ｄを直接調整することになる。すなわち、照射位置に拘わらずビームスポット径ｄが目標値に一定となるように、液体レンズ２ａを電圧制御して焦点距離を調整すればよい。

このような第５実施形態のレーザ加工装置によっても、第１〜第４実施形態と同様に、レーザ光の照射位置に拘わらず安定したレーザ加工を行なうことが可能であり、また、第１〜第４実施形態と比べて部品点数を少なくでき、装置コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施形態では、可変焦点レンズとして液体レンズを用いたが、これに限定されず、パリフォーカルレンズ等の他の可変焦点レンズを用いても良い。また、上記実施形態では、走査状にレーザ光照射部３を移動させる光走査型レーザ加工装置を例示して説明したが、例えば、レーザリペア装置等、加工対象物上のある１点または連続していない複数の点についてレーザ光を照射するような装置にも本発明は適用可能である。

本発明に係る第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。 本発明に係る第１実施形態におけるレーザ加工装置の動作フローチャート図である。 本発明に係る第１実施形態におけるレーザ加工装置の第１動作説明図である。 本発明に係る第１実施形態におけるレーザ加工装置の第２動作説明図である。 本発明に係る第１実施形態におけるレーザ加工装置の第３動作説明図である。 本発明に係る第２実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。 本発明に係る第３実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。 本発明に係る第３実施形態におけるレーザ加工装置の液体レンズ２ａの原理説明図である。 本発明に係る第４実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。 本発明に係る第５実施形態におけるレーザ加工装置の構成ブロック図である。

符号の説明

１…レーザ発振器（レーザ光源）、２…レーザ光絞り部（ビーム径調整手段）、３…レーザ光照射部（レーザ光照射手段）、４…光学系駆動部、５…制御部、６…記憶部、２ａ…液体レンズ（可変焦点レンズ）、３ａ…反射ミラー（反射手段）、３ｂ…集光レンズ（集光手段）

Claims (8)

1. レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   当該レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に向けて反射する反射手段と、当該反射手段と加工対象物との間に設置されると共に、前記反射手段にて反射されたレーザ光を集光して前記加工対象物に照射する集光手段とを備え、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動自在に設けられたレーザ光照射手段と、
   当該レーザ光照射手段を、所定の照射位置に移動させる制御手段と、
   前記レーザ光のビーム径を調整するビーム径調整手段とを具備し、
   前記制御手段は、前記レーザ光の照射位置に応じて前記ビーム径調整手段によるビーム径の調整量を制御する、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記ビーム径調整手段は、前記レーザ光源とレーザ光照射手段との間に設けられ、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム径を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記ビーム径調整手段は、前記レーザ光照射手段における反射手段と集光手段との間に設けられ、前記集光手段に入射されるレーザ光のビーム径を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
4. 前記ビーム径調整手段は、レーザ光の絞り量を調整することによってビーム径を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記ビーム径調整手段は、可変焦点レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   当該レーザ光源から出射されるレーザ光を前記加工対象物に向けて反射する反射手段と、当該反射手段と加工対象物との間に設置されると共に、前記反射手段にて反射されたレーザ光を集光して前記加工対象物に照射する可変焦点レンズとを備え、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動自在に設けられたレーザ光照射手段と、
   当該レーザ光照射手段を、所定の照射位置に移動させる制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、前記レーザ光の照射位置に応じて前記可変焦点レンズの焦点距離を制御する、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
7. 前記可変焦点レンズは、液体レンズであることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工装置。
8. レーザ光を加工対象物に照射することによって加工を行なうレーザ加工方法であって、
   前記レーザ光を、前記加工対象物上における所定の照射位置に対して移動させて照射し、
   前記照射位置に応じてレーザ光のビーム径を調整する、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
   

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