JP2009142864A - レーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換素子の最適な温度条件に応じた制御を行えるようにする。
【解決手段】基本周波数の基本波レーザ光を生成するためのレーザ媒質８と、レーザ媒質８からの基本波レーザ光を入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を生成するための波長変換素子２０と、波長変換素子２０の温度を計測するための温度計測手段２３と、波長変換素子２０の温度を調整するための温度調整手段２１と、温度調整手段２１を制御して波長変換素子２０の温度を所定の範囲内で変化させるための温度制御手段２２と、温度制御手段２２により変化された波長変換素子２０の、各温度における波長変換素子２０から出射されるレーザパワーを測定するための出力モニタ手段２７と、出力モニタ手段２７により測定されたレーザパワーが最大値を示すときの波長変換素子２０の温度を、該波長変換素子２０の最適温度として設定するための温度設定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザマーキング装置等、レーザ光を加工対象物に照射して印字等の加工を行うレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体に関する。

レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品等の加工対象物（ワーク）の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキング等の加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図１６に示す。この図に示すレーザ加工装置３００は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。レーザ制御部１のレーザ励起部６で発生される励起光を、レーザ出力部２のレーザ発振部５０で発振器を構成するレーザ媒質８に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質８の出射端面から出射され、Ｑスイッチ１９でＯＮ／ＯＦＦ制御される。さらに波長変換素子２０で波長を変換し、ビームエキスパンダ５３でビーム径を拡大されて、必要に応じミラーなどの光学部材により反射されてレーザ光走査部９に導かれる。レーザ光走査部９は、レーザ光ＬＢをガルバノミラー等で反射させて所望の方向に偏光する。また、レーザ光走査部９の下方には、集光部１５が備えられる。集光部１５はレーザ光を作業領域に照射させるよう集光するための集光レンズで構成され、ｆθレンズが使用される。集光部１５から出力されるレーザ光ＬＢは、ワークＷＫの表面で走査されて印字等の加工を行う。

レーザ光の波長は、レーザ媒質８で決定される。一方、ワークの色や材質等に応じてレーザ光の吸収率などが変化するため、レーザ媒質固有の波長と異なる波長での加工を行う場合には、波長変換素子２０を用いて波長変換を行う技術が知られている。波長変換素子２０を用いてレーザ媒質から出射されるレーザ光の波長を変換すると、第２次高調波として基本波長の１／２の波長が得られる。また、複数の波長変換素子を用いて、第３次、第４次といったより高次の高調波を得る技術も知られている。

このような波長変換素子から出力される高調波の出力パワーは、温度依存性を有していることが知られている（例えば特許文献１）。各波長変換素子は、固有の最適温度において高調波出力のピークパワーを示し、その最適値から外れると出力が低下する傾向を示す。ただ温度最適値は基本波の入射角などによって決まるものの、構造的に基本波の入射角を正確に定めることは困難であり、実際には波長変換素子の最適温度値にはバラツキがあるのが現状である。
特表２０００−５０３４８０号公報

このような事情に鑑みると、レーザ加工装置の工場出荷時等に各構造部品が位置決めされた後に、最適な温度値を計測し、この最適温度値を維持するように温度を調整する温調管理を行えばよいといえる。しかしながら、現実的には一意に定まった最適温度値に対して温調管理を行うのは極めて困難である。すなわち、波長変換素子の最適温度値自体が変化しない場合でも、波長変換素子周辺の断熱不足や、波長変換素子の温度を計測するための温度計測回路の特性の変化等によって、計測された波長変換素子の温度が必ずしも正確な温度を反映していない。また、内部の構造部品の位置ずれによって波長変換素子の最適温度値自体がずれてしまう可能性もある。このような問題があるため、単に波長変換素子の温度を測定するのみでは、実際の温度を反映した正確な温度検出を行うことができず、最適な温度での制御を行うことができないという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、波長変換素子の最適な温度条件に応じた制御を行うことのできるレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１発明に係るレーザ加工装置によれば、加工対象面に対してレーザ光を照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置であって、基本周波数の基本波レーザ光を生成するためのレーザ媒質と、前記レーザ媒質からの基本波レーザ光を入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を生成するための波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を計測するための温度計測手段と、前記波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段と、前記温度調整手段を制御して前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させるための温度制御手段と、前記温度制御手段により変化された前記波長変換素子の、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザパワーを測定するための出力モニタ手段と、前記出力モニタ手段により測定されたレーザパワーが最大値を示すときの前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定するための温度設定手段とを備えることができる。これにより、温度探索を行って波長変換素子が最大レーザパワーを示す最適温度を取得し、この最適温度に制御することで、高いレーザ出力を得ることができる。

また第２発明に係るレーザ加工装置によれば、さらに前記波長変換素子の初期設定時の環境温度を記憶する初期設定温度記憶手段と、前記波長変換素子の環境温度を取得する環境温度取得手段と、前記温度調整手段で前記波長変換素子の温度を変化させて温度探索を行う開始温度を、前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度に基づいて設定すると共に、該開始温度よりも高い温度又は低い温度のいずれに向かって温度探索を行うかを、前記環境温度取得手段で取得された環境温度に基づいて設定する探索範囲設定手段を備えることができる。これにより、波長変換素子の適切な温度探索範囲を探索範囲設定手段で設定することができる。特に温度探索方向と開始温度を、初期設定温度と現在の環境温度に基づいて適切に設定でき、最適温度を効率よく発見できる温度探索を行うことができる。

さらに第３発明に係るレーザ加工装置によれば、前記探索範囲設定手段が、前記環境温度取得手段で取得された環境温度が、所定温度よりも低い場合は、開始温度から高い温度に向かって温度探索を行い、所定温度よりも高い場合は、開始温度から低い温度に向かって温度探索を行うことができる。これにより、温度探索範囲を絞ることができ、より高速に最適温度を決定できる。

さらにまた第４発明に係るレーザ加工装置によれば、温度探索の開始温度を、前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度を基準として、予め定められたオフセット量を付加した値とすることができる。これにより、初期設定時の環境温度の近傍に最適温度が存在する場合でも、最適温度を逃さず確実に検出できる。

さらにまた第５発明に係るレーザ加工装置によれば、さらに前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度と、前記環境温度取得手段で取得された環境温度との温度差が、予め設定された基準値を超える場合に、温度探索を実行すべきと判定する温度探索判定手段を備えることができる。これにより、温度探索の必要性を判定できるので、必要時に自動で温度探索を実行したり、温度対策の実行をユーザに対し促すといった適切な対策を講じることができる。

さらにまた第６発明に係るレーザ加工装置によれば、前記環境温度取得手段を、前記温度計測手段で兼用することができる。これにより、温度計測手段で計測された波長変換素子の温度を環境温度として処理することで、温度計測に必要な部材を省略でき装置を簡素化できる。

さらにまた第７発明に係るレーザ加工装置によれば、前記温度調整手段は所定のサンプリング間隔で温度を変化させ、前記温度保持手段は温度の変化量が所定時間経過しても所定の範囲内であるとき、温度が安定したと判断して最適温度とその時点でのレーザパワーを保持することができる。これにより、安定した温度及びレーザパワーを保持できる。

さらにまた第８発明に係るレーザ加工装置によれば、前記出力モニタ手段の出力として略等しいレーザパワーが所定回数継続した場合に、該継続した温度の平均を最適温度として保持することができる。これにより、信頼性の高い最適温度値を取得できる。

さらにまた第９発明に係るレーザ加工装置によれば、さらに前記波長変換素子の出射光の光軸上に配置され、該出射光の波長をさらに変換可能な第２波長変換素子と、前記第２波長変換素子の温度を、前記波長変換素子と独立して温度制御可能な第２温度制御手段とを備えることができる。これにより、複数の波長変換素子を用いて第３次以上の高調波を得る場合でも、各波長変換素子に対して個別に温度設定を行うことができ、各々最適な温度に設定して本来の性能を発揮できる。

さらにまた第１０発明に係るレーザ加工装置によれば、前記レーザ加工装置の起動時に、最適温度設定を行うができる。これにより、電源投入時に毎回最適温度設定を実行して、レーザ加工装置の動作中は常に温度設定された波長変換素子にてレーザ加工を行うことができる。

さらにまた第１１発明に係るレーザ加工装置によれば、前記レーザ加工装置のキャリブレーション実行時に、最適温度設定を行うことができる。これにより、波長変換素子の最適温度設定開始のトリガを、レーザパワーキャリブレーション開始のトリガと共通化することで、ユーザはこれらの処理を一括して処理できる。

さらにまた第１２発明に係るレーザ加工装置の設定方法によれば、基本波レーザ光を波長変換素子に入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を加工対象面に照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置の設定方法であって、波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段を制御して前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させ、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザ光のパワーを測定する温度探索を実行する工程と、温度探索の結果レーザパワーが最大値を示すときの該レーザパワー最大値、及び前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定する最適温度設定を行う工程とを含むことができる。これにより、温度探索を行って波長変換素子が最大レーザパワーを示す最適温度を取得し、この最適温度に制御することで、高いレーザ出力を得ることができる。

さらにまた第１３発明に係るレーザ加工装置の設定プログラムによれば、基本波レーザ光を波長変換素子に入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を加工対象面に照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置の設定プログラムであって、波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段を制御して、前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させ、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザ光のパワーを測定する温度探索を実行する機能と、温度探索の結果レーザパワーが最大値を示すときの該レーザパワー最大値、及び前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定する最適温度設定を行う機能と、をコンピュータに実現させることができる。これにより、温度探索を行って波長変換素子が最大レーザパワーを示す最適温度を取得し、この最適温度に制御することで、高いレーザ出力を得ることができる。

さらにまた第１４発明に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、上記プログラムを格納したものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体を例示するものであって、本発明はレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

本明細書においてレーザ加工装置とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ、ＰＳ２等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに加工パターンのデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。

以下の実施の形態では、本発明を具現化したレーザ加工装置の一例として、レーザマーカについて説明する。ただ、本明細書においてレーザ加工装置は、その名称に拘わらずレーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理等のレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイ等の表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。

また、本明細書においては加工の代表例として印字について説明するが、上述の通り印字加工に限られず、溶融や剥離、表面酸化、切削、変色等のレーザ光を使ったあらゆる加工処理においても利用できる。また印字とは文字や記号、図形等のマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。
（高調波出力レーザ加工装置）

図１に、レーザ加工装置１００のレーザ光出力部分のブロック図を示す。この図に示すレーザ加工装置１００は、コントローラ部１Ａとヘッド部で構成され、コントローラ部１Ａがレーザ制御部１、ヘッド部がレーザ出力部２に該当する。

コントローラ部１Ａは、レーザ励起部６であるＬＤ素子と、ＬＤ素子に供給する駆動電流を制御するレーザ駆動制御部４と、レーザ駆動制御部４にＬＤ駆動電流値を指示するコントローラ演算部３０と、ヘッド部の増幅回路２８からコントローラ演算部３０に送られるレーザパワーに関する信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータ３１とを備える。コントローラ部１Ａとヘッド部は、ケーブル部を介して接続されており、ケーブル部にはＬＤ素子から出力される励起光をヘッド部に伝達する光ファイバケーブル１３、及び電気信号をやりとりする信号線や電力をヘッド部側に電力を供給するための電力線（図示せず）等を含む。

またヘッド部は、光ファイバで伝達される励起光でレーザ発振を生じさせるレーザ媒質８と、レーザ媒質８から出射されるレーザ発振光を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦ制御するためのＱスイッチ１９と、Ｑスイッチ１９から出射される発振光を波長変換するための波長変換素子２０と、波長変換された発振光から必要に応じて特定波長成分をカットするフィルタ手段２４と、フィルタ手段２４でフィルタされた発振光がレーザ光出力としてヘッド部から出射されるのを遮断するためのシャッタ手段２５と、レーザ光出力の一部を抽出するための出力抽出手段と、出力抽出手段２６で抽出されたレーザパワーを測定するための出力モニタ手段２７と、出力モニタ手段２７で検出されたレーザパワーに関する信号を必要に応じて増幅するための増幅回路２８と、一方波長変換素子２０の温度を測定し、調整するための温度調整手段２１と、温度調整手段２１の温調動作を制御するための温度制御手段２２とを備える。温度制御手段２２は、コントローラ部１Ａのコントローラ演算部３０と接続されており、温度調整手段２１で測定された温度をコントローラ演算部３０に送出して、所定の温度に制御するよう温度調整手段２１を制御するフィードバック制御を行う。一方で、増幅回路２８は信号線を介してコントローラ部１ＡのＡ／Ｄコンバータ３１と接続されて、レーザパワーに関する信号をコントローラ演算部３０に送出する。
（レーザ励起部６）

レーザ励起部６は、光学的に接合されたレーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１を備える。レーザ励起部６の内部の一例を図２の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシング１２は、熱伝導性の良い銅等の金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）や励起ランプ等で構成される。図２の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振はレーザ励起光源集光部１１の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。レーザ励起光源集光部１１はフォーカシングレンズ等で構成される。レーザ励起光源集光部１１からのレーザ励起光は光ファイバケーブル１３等によりレーザ出力部２のレーザ媒質８に入射される。レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１、光ファイバケーブル１３は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
（レーザ出力部２）

レーザ出力部２は、レーザ発振部５０を備える。レーザ光ＬＢを発生させるレーザ発振部５０は、レーザ媒質８と、レーザ媒質８が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ１９等を備える。Ｑスイッチ１９はレーザ媒質８から出射されるレーザの光軸上に位置するよう一方の端面に面して配設されている。Ｑスイッチ１９を用いることで連続発振を尖頭出力値（ピーク値）の高い高速繰返しパルス発振に変えることが可能となる。またＱスイッチ１９には、これに印加するＲＦ信号を生成するＱスイッチ制御回路が接続されている。このレーザ発振部５０は、レーザ媒質８が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチ１９の動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光ＬＢを出力する。レーザ媒質８は光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光ＬＢを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
（レーザ媒質８）

上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ₄結晶を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ₄の吸収スペクトルの中心波長である８０８ｎｍに設定した。ＹＶＯ₄結晶で得られるレーザ光の波長は、１０６４ｎｍとなる。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。
（波長変換素子２０）

固体レーザ媒質に波長変換素子２０を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換する。変換素子としては非線形光学結晶が利用でき、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）や、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。ここでは、波長変換素子２０としてＬＢＯを使用した。これによって発生される第２次高調波の波長は、５３２ｎｍとなる。

また波長変換素子２０は一のみならず、複数使用することもできる。これにより第２次高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）に限られず、第３次高調波発生（Third Harmonic Generation：ＴＨＧ）や第４次高調波発生（Fourth Harmonic Generation：ＦＨＧ）、第５次高調波発生（Fifth Harmonic Generation：ＦＩＨＧ）、和調波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）、パラメトリック発振（Optical Parametric Oscillation：ＯＰＯ）、差調波発生（Differential Frequency Generation：ＤＦＧ）などを利用することもできる。

なお、固体レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザにも適用可能である。また固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換素子で波長変換を行う。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
（２方向励起方式）

固体レーザ媒質を励起する構成としては、固体レーザ媒質を励起する励起光を一方の端面のみから入射して励起させ、他方の端面からレーザ光を出射する、いわゆるエンドポンピングによる１方向励起方式が利用できる。また、固体レーザ媒質の前後の端面から各々励起光を照射する２方向励起方式も採用できる。２方向励起においては、各端面に励起光源であるＬＤを各々配置する構成の他、単一のＬＤからの励起光を光ファイバ等で分岐して、固体レーザ媒質の両端面からポンピングする構成等が利用できる。

特に固体レーザ媒質を励起するレーザ加工装置では、量子効率の限界から、励起パワーのうち３割〜４割が熱となり失われてしまう。そのため極限的な性能を発揮させるためには、強励起により顕在化する熱複屈折や熱レンズ、熱複レンズ、更には熱による破壊等の様々な熱問題を解決する必要がある。特にＬＤ励起固体レーザ加工装置においては、固体レーザ媒質の励起光吸収に伴う発熱が結晶そのものにレンズ効果を誘起し、熱レンズを生じさせる。熱レンズはレーザ共振器の安定性を著しく阻害し、共振器の設計の大きな障害となる。２方向励起方式を採用することで、このような問題を軽減できる。また２方向励起方式においては、レーザ励起部６として一の励起光源を使用し、これを分岐して各端面から投入する構成とすることで、熱レンズ等の発生を抑制することもできる。加えて、励起波長に対する安定性や立ち上がり特性の改善の効果も得られる。
（温度計測手段２３；温度調整手段２１；温度制御手段２２）

波長変換素子２０には、温度計測手段２３と温度調整手段２１が固定されている。またこれら温度計測手段２３と温度調整手段２１は、温度制御手段２２に接続されて制御される。さらに温度制御手段２２は、コントローラ演算部３０により制御される。コントローラ演算部３０に制御される温度制御手段２２は、温度計測手段２３で計測された温度にしたがって、波長変換素子２０が所定の温度になるよう温度調整手段２１を制御する。温度計測手段２３は、熱電対等、波長変換素子２０の温度を測定可能な部材で構成される。また温度調整手段２１は、波長変換素子２０を加熱又は冷却してその温度を調整する部材であり、ペルチェ素子が好適に利用できる。なお温度計測手段２３や温度調整手段２１は、好ましくは波長変換素子２０と直接接触させることが好ましいが、何らかの部材を介在させて熱伝導状態に接続することもできる。

また、温度計測と別に、周囲の環境温度を計測するために環境温度取得手段を備えることもできる。ただ、温度計測手段２３で計測された波長変換素子２０の温度を、周囲環境温度として代用することもできる。この場合は環境温度取得手段を温度計測手段２３で兼用して、必要な部品点数を減らし、さらに制御を簡素化できる。
（フィルタ手段２４）

レーザ光出力の光軸上には、フィルタ手段２４と出力抽出手段２６が配置される。フィルタ手段２４は、波長変換素子２０から出射されるレーザ光出力の内、加工に必要な波長域のみを透過させ、他の波長成分をカットする。例えば固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ₄結晶、波長変換素子２０としてＬＢＯを用いた場合のレーザ光出力は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄から出射される基本波である１０６４ｎｍとＬＢＯで波長変換された第２次高調波である５３２ｎｍの光が混在しているが、この内５３２ｎｍのみを取り出し、１０６４ｎｍの成分をフィルタ手段２４でカットする。
（出力抽出手段２６）

出力抽出手段２６は、フィルタ手段２４でフィルタされたレーザ光出力の大部分を透過させる一方で、レーザ光出力の一部を出力モニタ手段２７側に反射させる。これによりレーザ光出力の一部を取り出して、この値からレーザパワーを測定することができる。このように出力抽出手段２６はビームサンプラとして機能し、例えばレーザ光出力の１％〜数％を反射させる部分反射ミラーが利用できる。
（シャッタ手段２５）

シャッタ手段２５は、レーザ光出力の遮断、通過を切り替えるための部材である。シャッタ手段２５はレーザ光の光路上に設けられてレーザ光を遮断する閉状態と、レーザ光を通過させる開状態とを切り替え可能としている。後述する温度探索を行う場合は、戻り光の影響を受けないようにするため、シャッタ手段２５を閉状態とする。
（出力モニタ手段２７）

出力モニタ手段２７は、出力抽出手段２６で偏向されたレーザ光出力を受光して、その出力値を検出する。好適には、レーザパワーのエネルギーを電気量に変換するパワーメータであり、サーモパイルや焦電素子が利用できる。ここではサーモパイルを利用している。サーモパイルは、複数の熱電対を直列に接続した赤外線受光部（温接点）を備える。サーモパイルの赤外線受光部に赤外線が入射すると、入射した赤外線の量に応じて温接点と冷接点との間に温度差が生じ、その差に応じた熱起電力が発生する。この熱起電力が測定対象物の温度すなわち赤外線エネルギーに対応する。このようにしてサーモパイルから得られた電気信号を、必要に応じて増幅回路２８で増幅し、予めＲＯＭ等のメモリ手段に格納されたテーブルを参照してワット数等のエネルギー量に換算する。換算されたエネルギー量を示す信号値は、信号線でヘッド部からコントローラ部１Ａに送出される。コントローラ部１Ａでは、Ａ／Ｄコンバータ３１で電気信号をＡ／Ｄ変換した後、コントローラ演算部３０に入力される。
（コントローラ演算部３０）

コントローラ演算部３０は、出力モニタ手段２７からのフィードバックによりレーザ光出力のＯＮ／ＯＦＦやレーザパワー等の発振状態を検出することができる。さらにコントローラ演算部３０は、波長変換素子２０の温度制御を行う温度制御手段２２の制御も行う。温度調整手段２１は、温度計測手段２３で検出された波長変換素子２０の温度が、目標温度となるように温度制御手段２２で制御する。この温度調整手段２１に対し、波長変換素子２０の目標温度を指示し、一方で波長変換素子２０の現在の温度を温度調整手段２１から受領する。

さらにコントローラ演算部３０は、波長変換素子２０の温度を変化させて、各温度におけるレーザパワーを測定する温度探索を行い、レーザパワーが最大となるときの出力モニタ手段２７で検出されたレーザパワー最大値、及び温度計測手段２３で計測される波長変換素子２０の温度を保持する温度保持手段と、温度保持手段に保持されたレーザパワーが最大となる波長変換素子２０の温度を、波長変換素子２０の最適温度として設定する最適温度設定を行う温度設定手段と、温度調整手段２１で波長変換素子２０の温度を変化させて温度探索を行う開始温度を、初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度に基づいて設定すると共に、該開始温度よりも高い温度又は低い温度のいずれに向かって温度探索を行うかを、環境温度取得手段で取得された環境温度に基づいて設定する探索範囲設定手段と、初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度と、環境温度取得手段で取得された環境温度との温度差が、予め設定された基準値を超える場合に、温度探索を実行すべきと判定する温度探索判定手段の機能を実現する。このようなコントローラ演算部３０は、ＣＰＵなどで構成される。

またコントローラ演算部３０は、メモリ部５を備える。メモリ部５は、温度設定手段によって設定された最適温度を保存する温度保存手段、初期設定時の環境温度を記憶する初期設定温度記憶手段として機能する。なお波長変換素子２０の温度は、測定点すべての温度を記録する必要はない。温度設定手段は、少なくともレーザパワーの最大値を保存すれば足りる。例えば波長変換素子２０の温度をスイープしたとき、各温度に対するレーザパワーをすべて記録せず、少なくとも現在までのレーザパワーの最大値をホールドし、次に計測されたレーザパワーをこの最大値と比較して、このときのレーザパワーの方が大きければ上書きするようにしてもよい。もちろんすべてのデータを記録して、記録終了後にレーザパワーの最大値を特定し、そのときの温度を最適温度として設定するようにしてもよい。
（波長変換素子２０の温度制御）

以上のレーザ加工装置は、レーザパワーをモニタリングする出力モニタ手段２７で、波長変換素子２０の最適温度、すなわちレーザ光出力が最も大きくなる温度を探索する。波長変換素子２０は温度調整手段２１によって温度が制御される。低温から高温、あるいは高温から低温に向かって所定の範囲で温度をスイープし、各温度における波長変換素子２０のレーザパワーを出力モニタ手段２７でモニタリングする。所定の範囲のスイープが完了したときに、レーザパワーの最大値を記録した温度を、波長変換素子２０の最適温度としてメモリ部５に記憶する。以下、温度制御手段２２で波長変換素子２０の温度を探索する手段について説明する。
（波長変換素子２０の温度探索機能）

波長変換素子２０は、温度によって出力されるＳＨＧ出力が異なる。一般的にその温度には最適値があり、ある温度でＳＨＧ出力がピークをとり、その最適値から外れると出力が低下する傾向を示す。特にＬＢＯは温度に対して敏感であリ、ＬＢＯの温度が最適温度になるよう調整することが重要となる。最適温度はＬＢＯ結晶に入射される基本波の角度などによって決まるが、構造的にその位置関係を一意的に定めることは困難である。そこで本実施の形態では、ＬＢＯに温度調整手段２１を設けて、最適温度に温度調整できるよう構成している。一方、ＬＢＯの最適温度は、レーザ加工装置の出荷時に一意的に設定されることが望ましいが、現実的には使用環境の温度変化によって、ＬＢＯの温度が微妙に変化してしまう。この原因は、ＬＢＯ結晶周辺の断熱不足や、温度計測手段２３の回路部の温度特性などが考えられ、これらを改善することは容易でない。このため本実施の形態では、出力モニタ手段２７を利用して、レーザ加工装置の使用前などに、予めＬＢＯの最適温度を探索して、得られた最適温度に基づいて温度制御を再調整する。

この様子を、波長変換素子２０であるＬＢＯの温度特性を示す図３のグラフに基づいて説明する。この図は、ＬＢＯの温度計の数値に基づいており、温度計の測定精度が周囲の環境温度に左右される結果、ＬＢＯの温度特性が環境温度に応じて見かけ上変化する様子を示している。実線で示す波形が、常温環境（レーザ加工装置製造時）におけるＬＢＯの温度特性であり、破線は周囲環境が高温の場合の温度特性、点線は周囲環境が低温の場合の温度特性を、それぞれ示している。このように温度計の測定値は必ずしも正確でなく、周囲の測定環境の温度の影響を受けるため、製造時において常温環境の温度特性で最適となるよう設定されていても、意図した通りの動作とならない。例えば周囲環境が高温の場合は、温度計の温度よりもＬＢＯの実際の温度が高くなる。このため、図３において破線で示すように、常温よりも低めの温度で制御させることで、最適な温度に基づいた制御が実現できる。また逆に周囲環境が低温の場合は、温度計の温度よりＬＢＯの実際の温度が低くなるため、常温よりも高めの温度に制御することで、適切な制御が可能となる。

このように、使用環境の温度に応じて、ＬＢＯの動作に適した最適温度を示す温度計値を求めることが重要となる。このためレーザ加工装置は、最適温度を探索する温度探索機能を備えている。ここでは、加工の前に温度探索機能を実行して、最適な温度を探索した後、この値を記録して、加工時には記録された最適温度になるように、ペルチェ素子などの温度調整手段２１を制御する。具体的には、レーザパワーが最大を示す温度の位置を探す、いわゆる山登りサーチを行う。
（フローチャート）

次に具体的に温度探索機能を実行する手順を、図４のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１で前処理としてレーザパワーとＱスイッチ周波数を選択する。ここではユーザが図８に示すレーザ加工設定プログラムのユーザインターフェース画面４２０（詳細は後述）でレーザパワー点検設定欄４２２から、レーザパワーを％で、Ｑスイッチ周波数をｋＨｚで指定する。次にステップＳ２で、ＬＢＯ温度探索開始を指示する。ここではユーザが図９の画面（詳細は後述）からオートキャリブレーション開始ボタンを押下して、温度探索開始のタイミングを指示する。するとステップＳ３でレーザ出力が開始される。次いでステップＳ４でＬＢＯの温度設定を行う。ここでは温度調整手段２１であるペルチェ素子に対して温度制御手段２２が目標温度の指令を更新する。最初の段階では開始温度が指示される。次にステップＳ５で、温度計測手段２３にてＬＢＯの温度測定を行い、温度が安定したかどうかを判定する。安定した場合は次のステップＳ６に進み、安定しない場合はステップＳ５をループする。ここでは安定の条件として、温度計測結果が所定回数連続して一定範囲内に収まれば、安定したと判定する。次にステップＳ６でレーザパワーが安定したかどうかを判定し、安定した場合は次のステップＳ７に進み、安定していない場合はステップＳ６をループする。ここでも安定の条件は、出力モニタ手段２７によるレーザパワーの計測結果が所定回数連続して一定範囲内に収まるかどうかで判定できる。

さらにステップＳ７で、温度調整手段２１に設定された温度が最終値であるかどうかを判定し、最終値の場合は次のステップＳ８に進み、最終値でない場合はステップＳ４に戻り、次の目標温度に温度調整手段２１の温度設定を更新する。このようにしてステップＳ４からステップＳ７の動作を繰り返し、最終温度に到達するとステップＳ８に進み、レーザ出力を停止すると共に、レーザパワーが最大となったＬＢＯの温度を算出し、このときの温度をＬＢＯの最適温度として設定し、メモリ部５に保存する。以上のようにして温度探索を終了する。

図５のグラフに、目標温度と、これに対する実際の温度制御の変化を示す。この図に示すように、温度制御は温度調整手段２１による加熱後、実際に目標温度までＬＢＯが加熱、冷却されるまでの時間遅れが生じ、測定値はオーバーシュートが生じる。この例では、サンプリング間隔１００ｍｓでＬＢＯの温度を温度計測手段２３で計測して、温度制御手段２２でフィードバック制御している。また制御の終了条件としては、指令値に対して、５回連続して、すなわち０．５秒間以上、目標温度に対して±０．０２℃以内に測定値があれば、安定したとみなして終了させている。

また、温度探索を行うタイミングは、印字加工を行う前が好ましい。また、レーザパワーのキャリブレーションを行う際に、併せて行うことも好適である。あるいは、ユーザが指定する任意のタイミングで実行させてもよい。温度探索の実行タイミングについての詳細については、後述する。
（温度探索短縮化アルゴリズム）

次に、温度探索を短時間で行うアルゴリズムについて説明する。上記の温度探索では、温度探索する探索範囲を広く取ると、ステップＳ４からステップＳ７のループの繰り返し回数が多くなり、探索時間が長くなる。探索時間が長いと、ユーザの待ち時間が長くなり、作業能率も低下する。

一方で、図６に示すように環境温度によって、最適温度の変化方向が変わる。具体的には環境温度が高い場合は最適温度が常温よりも低温側に、環境温度が低い場合は最適温度が高温側に移動する。つまり、環境温度が分かれば、常温での温度特性が高温側、低温側のいずれの方向に移動しているかを判定でき、この方向でのみ探索すれば足りるので、探索範囲を狭くすることができ、温度探索の時間を短縮できる。環境温度は、ヘッド部に取り付けられた温度計で測定する。ここでは、ＬＢＯの温度計測用の温度計測手段２３で代用して、部品点数とコストを削減できる。ただ、別途環境温度測定用の環境温度取得手段を設けてもよいことはいうまでもない。
（オフセット量）

また温度探索は、常温での最適温度Ｔａを初期値としてこれよりも高温側、またはこれよりも低温側に、それぞれ探索してもよいが、より正確な温度探索を行うため、初期値にオフセット量を設定することもできる。例えば高温側に探索する場合、最適温度Ｔａよりも所定温度低い温度を初期値として、高い温度に向かって所定幅で変化させる。逆に低温側に探索する場合は、最適温度Ｔａよりも所定温度高い温度を初期値として、これよりも低い温度に向かって所定幅で変化させる。これにより、常温での最適温度Ｔａの近傍に、現在の条件下での最適温度Ｔｔが存在する場合でも、これを逃さないように探索できる。

また、オフセット量は一定値に限らず、変化させることもできる。例えば低温時のオフセット量ＯＦ１と高温のオフセット量ＯＦ２で変化させてもよい。特に最適温度Ｔａを測定した製造時の温度に近い温度（室温）の場合は、常温での最適温度Ｔａの近傍に、現在の条件下での最適温度Ｔｔが存在する可能性が高いため、オフセット量ＯＦ３を高温時や低温時に比べ大きく取ることが好ましい。
（温度探索短縮化の具体的手順）

以下、温度探索短縮化の手順を、図７のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ’１で、探索条件の初期化を行う。具体的には、レーザ加工装置製造時（常温）でのＬＢＯの最適温度をＴａ、現在のヘッド部の環境温度（ＬＢＯの温度）をＴｈとして設定する。次にステップＳ’２で、ヘッド部の環境温度Ｔｈが低温、室温、高温のいずれにあるかを判定する。この例では、環境温度Ｔｈ＜１０℃の場合は低温としてステップＳ’３−１に、１０℃≦Ｔｈ≦３０℃の場合は室温としてステップＳ’３−２に、Ｔｈ＞３０℃の場合は高温としてステップＳ’３−３に、それぞれ進む。そして各ステップにおいて温度探索を実行する。ここでは高温、低温時のオフセット量を０．５℃に、室温時のオフセット量を１．５℃に、それぞれ設定している。

まず低温の場合、ステップＳ’３−１でＴａ−０．５℃から高温に向かって探索する。最適温度が発見されれば、ステップＳ’６に進んでレーザパワーのキャリブレーションを開始する。逆に、高温の場合はステップＳ’３−３でＴａ＋０．５℃から低温に向かって探索する。最適温度が発見されれば、同様にステップＳ’６に進んでレーザパワーのキャリブレーションを開始する。また室温の場合はステップＳ’３−２で、Ｔａ−１．５℃から高温に向かって探索する。同様に最適温度が発見されればステップＳ’６に進んでレーザパワーのキャリブレーションを開始する。一方でステップＳ’３−１〜３のいずれの場合も、例えばレーザパワーのピーク位置が存在しないなどの理由で、探索が不成功に終わった場合は、ステップＳ’４に進み、探索温度範囲を広く設定し直して、再探索を行う。すなわち、従来と同様の広い範囲をスイープする探索に切り替える。ここでは５０℃から高温に向かって探索する。その結果、ステップＳ’５で最適温度が発見されればステップＳ’６に進み、発見されない場合は探索エラーとして、エラー出力を発するなどの所定のエラー告知動作を行う。

ステップＳ’６では、判明した最適温度に基づいてＬＢＯの温度を制御し、レーザパワーのキャリブレーションを開始する。そしてステップＳ’７で正常に終了した場合は処理を終了し、また正常終了しない場合はエラー告知動作を行う。このようなアルゴリズムを用いることで、従来の探索方法に比べ探索時間を大幅に削減することができ、待ち時間を削減してユーザの負荷を軽減できる。
（温度探索機能を実行するタイミング）

以上の例では、レーザパワーのキャリブレーションを実行するタイミングで併せてＬＢＯの最適温度の補正を行っている。ただ、温度探索を実行するタイミングはこの例に限定されない。特に、製造時のＬＢＯ環境温度Ｔ_Ｌと、現時点での環境温度Ｔ_Ｅとの温度差が大きい場合は、温度特性が設定時と異なっていることが予想されるため、温度特性の再設定を行った上で加工を行うことが好ましい。そこで、製造時のＬＢＯ環境温度Ｔ_Ｌと現時点の環境温度Ｔ_Ｅとの温度差の絶対値｜Ｔ_Ｌ−Ｔ_Ｅ｜を温度探索判定手段で確認し、この差が一定以上であれば、温度探索したほうが良いと判断して、自動で温度探索を実行したり、あるいはユーザに温度探索の実行を促すことができる。例えば、温度探索判定手段がレーザ加工装置の起動時に、周囲温度（又はヘッド温度）を測定して、自動で温度差を判定する。そして温度探索による再設定が必要と判定されれば温度探索を開始する。または、警告を出力して、ユーザに対し温度探索を実行するよう奨励する。あるいは、加工動作の運転中においても、所定のタイミングで周囲温度を測定して判定作業を自動で実行し、温度探索必要と判断されれば、警告を出力して温度探索を奨励することもできる。さらには、レーザ加工装置の設置環境を変更したとき等、ユーザが所望のタイミングで温度探索を実行することもできる。あるいはまた、レーザ加工装置の輸送時に振動、衝撃が加わったり、あるいはパワーが低下した場合などにも、同様にユーザの判断で温度探索を実行してもよい。また温度探索機能実行可否の基準となる温度差は、例えば１０℃〜２０℃に設定される。

上述の通り、ＬＢＯ結晶が機械的衝撃などで位置ずれすると、その最適温度が変化する。このため、レーザパワーのキャリブレーション時には、併せて温度探索も自動で実行させた上で、その後パワーキャリブレーションを実行することが好ましいと言える。よって、波長変換素子２０の最適温度設定開始のトリガを、レーザパワーキャリブレーション開始のトリガと共通化することで、ユーザはこれらの処理を一括して処理できる。
（レーザパワーキャリブレーション）

ここで、レーザパワーのキャリブレーションについて説明する。レーザ加工装置は工場出荷時に予めＬＤ電流値とそのときに得られるレーザパワーをメモリ部５のメモリテーブルに保存している。ユーザが設定した所望のレーザパワーに対応するＬＤ電流値をメモリテーブルから読み出し、読み出した電流値をＬＤに流すことでユーザが設定した所望のレーザパワーを得ることができる。しかし、経年劣化によりＬＤが劣化するとレーザパワーが意図したものより弱くなるため、メモリテーブルに保存されたＬＤ電流値を補正する必要が生じる。このようなキャリブレーションの方法としては、初期値キャリブレーション、オートキャリブレーション、マニュアルキャリブレーションがある。
（レーザ加工設定プログラム）

図８に、レーザ加工設定プログラムのユーザインターフェース画面４２０の一例を示す。この画面では、レーザ点検タブ４２１に、レーザパワー点検設定欄４２２と、レーザパワーキャリブレーション設定欄４２３が設けられている。レーザパワーキャリブレーション設定欄４２３には、キャリブレーション方法選択欄４２４と、説明表示欄４２５が設けられている。キャリブレーション方法選択欄４２４では、キャリブレーション方法を設定できる。ここでユーザはプルダウンメニューから「初期値」、「オート」、「マニュアル」のいずれかを選択できる。
（初期値キャリブレーション）

図８の画面からキャリブレーション方法選択欄４２４で「初期値」を選択すると、初期値キャリブレーションが選択されると共に、説明表示欄４２５に「出荷時に設定されたキャリブレーションをそのまま使用します。」と説明が表示される。すなわち処理値キャリブレーションでは、工場出荷時に設定されたメモリテーブルに基づいて、ユーザが設定したレーザパワーに対応したＬＤ電流値を算出して設定する。ここでは波長変換素子２０の温度探索は行わない。この画面で「決定」ボタン４２６を押下すると、初期値キャリブレーションが実行され、工場出荷時の設定が参照される。
（オートキャリブレーション）

オートキャリブレーションは、波長変換素子２０の温度キャリブレーションと、レーザパワーキャリブレーションの双方を自動に行うモードである。図８の画面４２０からキャリブレーション方法選択欄４２４で「オート」を選択すると、図９に示すようにオートキャリブレーションが選択されると共に、説明表示欄４２５に「オートキャリブレーション最終更新日は×××です。最新のキャリブレーションデータに更新するには、オートキャリブレーション開始ボタンをクリックしてください。」と説明が表示される。この画面からオートキャリブレーション開始ボタン４２７を押下すると、図１０に示すオートキャリブレーション実行画面４２８が表示されてオートキャリブレーション、ここでは温度キャリブレーションとレーザパワーキャリブレーションが順次実行される。このようにオートキャリブレーションでは、まず波長変換素子２０の温度探索を行う。そして温度探索の結果、最高のレーザパワーが得られた最適温度が決定されると、この温度に波長変換素子２０を温度調整手段２１で制御しながら、レーザパワーのオートキャリブレーションを開始する。オートキャリブレーションではＬＤ電流値を離散的に変化させ、各々のレーザパワーを記録することで現在のＬＤ電流値とレーザパワーの関係を記憶する。ここでは、工場出荷時のメモリテーブルを上書きするのではなく、メモリ部５の別のメモリテーブルにＬＤ電流値とレーザパワーの関係が保存される。これによりユーザが設定したレーザパワーを得ることのできる正確なＬＤ電流値を算出し、設定できる。
（マニュアルキャリブレーション）

マニュアルキャリブレーションは、ＬＤ電流値の補正量をマニュアルで設定できるモードである。図８の画面からキャリブレーション方法選択欄４２４で「マニュアル」を選択すると、図１１に示すようにマニュアルキャリブレーションが選択されると共に、説明表示欄４２５に「レーザパワー補正値を入力して決定ボタンをクリックしてください。ヘッドキャリブレーションを行うことによって、レーザ変換効率を高めることができます。」と説明が表示される。この画面からＬＤ電流値の補正値を入力し、ヘッドキャリブレーション開始ボタン４２９を押下すると、図１２に示すヘッドキャリブレーション実行画面４３０が表示されてヘッドキャリブレーションが実行される。ここでは波長変換素子２０の最適温度探索を行った後に、設定された補正値に基づいてＬＤ電流値を補正する。実際のレーザパワーの出力は、レーザパワー点検設定欄４２２の点検開始ボタンを押すことで確認できる。

このように、レーザパワーキャリブレーションを開始する前に波長変換素子２０の温度探索を行い、波長変換素子２０の最適温度に制御することで、ユーザの使用環境に左右されない高い精度のレーザパワーキャリブレーションを行うことができる。
（ＴＨＧ、ＦＨＧ等）

以上の例では、ＬＢＯ結晶を用いた第２次高調波を出力可能なレーザ加工装置について説明した。本実施の形態は、レーザ光の波長変換を第２次高調波に限定せず、第３高調波、第４高調波等を利用したレーザ加工装置にも適用できる。このような高調波を利用するには、波長変換素子を複数使用する。図１３に、複数の波長変換素子を利用した異なる高調波を発生させる配置例を示す。この内図１３（ａ）は、図１で説明したＬＢＯ結晶の第２次高調波（ＳＨＧ）を示しており、図１３（ｂ）は第３次高調波発生（ＴＨＧ）、図１３（ｃ）は第４次高調波発生（ＦＨＧ）、図１３（ｄ）は第５次高調波発生（ＦＩＨＧ）、図１３（ｅ）は和調波発生（ＳＦＧ）、図１３（ｆ）はパラメトリック発振（ＯＰＯ）、図１３（ｇ）は差調波発生（ＤＦＧ）を、それぞれ示している。このように複数の波長変換素子を使用する場合は、各変換素子に対して個別に温度調整を行う。したがって、各波長変換素子について、温度調整手段２１と温度計測手段２３を各々設ける。図１４に一例として、第２波長変換素子２０ＢとしてＬＢＯを用いた第３高調波レーザ加工装置のブロック図を示す（図１３（ｂ）に対応）。このようにＬＢＯ結晶を２つ用いる場合も、基本的には一つのときと同じ調整方法を採用できる。ただ、一方の素子温度がもう一方の素子温度に影響を与える可能性もあるため、両素子で温度探索をする必要がある。この際、両方の素子温度探索を行うと長時間を要すので、一方の波長変換素子２０ＢであるＬＢＯ２の温度を固定した状態で、他方の波長変換素子２０であるＬＢＯ１の温度探索を行う。その状態でＬＢＯ１の最適温度が判明したら、その温度周辺でＬＢＯ２の温度の温度探索を行うことが好ましい。２つの波長変換素子について温度探索を行う手順の一例を、図１５のフローチャートに示す。この図に示すように、まずステップＳ”１で波長変換素子（ＬＢＯ１）を、ステップＳ”２で第２波長変換素子（ＬＢＯ２）の温度探索をそれぞれ実行した後、ステップＳ”４で前回の温度探索で得られたレーザパワー、あるいは工場出荷時のレーザパワーとの比較を行い、差が所定範囲内の場合は温度探索を終了し、差が所定範囲を超える場合はステップＳ”１に戻って再度温度探索をやり直す。このようにして、複数の波長変換素子に対しても、適切な最適温度の設定を行うことができる。

本発明のレーザ加工装置、レーザ加工装置の設定方法及びレーザ加工装置の設定プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体は、例えばマーキング、穴あけ、トリミング、スクライビング、表面処理等、立体形状を有する立体の表面にレーザ照射を行う処理において、立体形状の設定に広く適用可能である。なお、３次元印字が可能なレーザマーカの例について説明したが、本発明は２次元印字が可能なレーザマーカに対しても好適に適用できる。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。 図１のレーザ励起部の内部構造を示す斜視図である。 ＬＢＯの温度特性を示すグラフである。 温度探索機能を実行する手順を示すフローチャートである。 温度指令値と、これに対する実際の温度測定値の変化を示すグラフである。 図３の温度特性が、環境温度によって温度測定値が変化する変化方向を示すグラフである。 温度探索短縮化の手順を示すフローチャートである。 レーザ加工設定プログラムのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 図８の画面から「オート」を選択した状態を示す オートキャリブレーションが実行中であることを示すイメージ図である。 図８の画面から「マニュアル」を選択した状態を示す ヘッドキャリブレーションが実行中であることを示すイメージ図である。 複数の波長変換素子を利用した異なる高調波を発生させる配置例を示すブロック図である。 図１３（ｂ）に対応する第３高調波レーザ加工装置を示すブロック図である。 ２つの波長変換素子に対して温度探索機能を行う手順を示すフローチャートである。 従来のレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００、３００…レーザ加工装置
１…レーザ制御部；１Ａ…コントローラ部；２…レーザ出力部；３…入力部
４…レーザ駆動制御部；５…メモリ部
６…レーザ励起部；８…レーザ媒質；９…レーザ光走査部
１０…レーザ励起光源；１１…レーザ励起光源集光部
１２…レーザ励起部ケーシング；１３…光ファイバケーブル
１５…集光部；１９…Ｑスイッチ
２０…波長変換素子；２０Ｂ…第２波長変換素子
２１…温度調整手段；２２…温度制御手段；２３…温度計測手段
２４…フィルタ手段；２５…シャッタ手段
２６…出力抽出手段；２７…出力モニタ手段
２８…増幅回路
３０…コントローラ演算部；３１…Ａ／Ｄコンバータ
５０…レーザ発振部；５３…ビームエキスパンダ
４２０…レーザ加工設定プログラムのユーザインターフェース画面
４２１…レーザ点検タブ
４２２…レーザパワー点検設定欄
４２３…レーザパワーキャリブレーション設定欄
４２４…キャリブレーション方法選択欄
４２５…説明表示欄；４２６…「決定」ボタン
４２７…オートキャリブレーション開始ボタン
４２８…オートキャリブレーション実行画面
４２９…ヘッドキャリブレーション開始ボタン
４３０…ヘッドキャリブレーション実行画面
ＬＢ…レーザ光；ＷＫ…ワーク

Claims (14)

1. 加工対象面に対してレーザ光を照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置であって、
   基本周波数の基本波レーザ光を生成するためのレーザ媒質と、
   前記レーザ媒質からの基本波レーザ光を入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を生成するための波長変換素子と、
   前記波長変換素子の温度を計測するための温度計測手段と、
   前記波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段と、
   前記温度調整手段を制御して前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させるための温度制御手段と、
   前記温度制御手段により変化された前記波長変換素子の、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザパワーを測定するための出力モニタ手段と、
   前記出力モニタ手段により測定されたレーザパワーが最大値を示すときの前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定するための温度設定手段と
   備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、さらに、
   前記波長変換素子の初期設定時の環境温度を記憶する初期設定温度記憶手段と、
   前記波長変換素子の環境温度を取得する環境温度取得手段と、
   前記温度調整手段で前記波長変換素子の温度を変化させて温度探索を行う開始温度を、前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度に基づいて設定すると共に、該開始温度よりも高い温度又は低い温度のいずれに向かって温度探索を行うかを、前記環境温度取得手段で取得された環境温度に基づいて設定する探索範囲設定手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項２に記載のレーザ加工装置において、
   前記探索範囲設定手段が、前記環境温度取得手段で取得された環境温度が、所定温度よりも低い場合は、開始温度から高い温度に向かって温度探索を行い、所定温度よりも高い場合は、開始温度から低い温度に向かって温度探索を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
   温度探索の開始温度を、前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度を基準として、予め定められたオフセット量を付加した値とすることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項２から４のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、さらに、
   前記初期設定温度記憶手段に記憶された初期設定時の環境温度と、前記環境温度取得手段で取得された環境温度との温度差が、予め設定された基準値を超える場合に、温度探索を実行すべきと判定する温度探索判定手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項２から５のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
   前記環境温度取得手段を、前記温度計測手段で兼用することを特徴とするレーザ加工装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
   前記温度調整手段は所定のサンプリング間隔で温度を変化させ、前記温度保持手段は温度の変化量が所定時間経過しても所定の範囲内であるとき、温度が安定したと判断して最適温度とその時点でのレーザパワーを保持することを特徴とするレーザ加工装置。
8. 請求項１から６のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
   前記出力モニタ手段の出力として略等しいレーザパワーが所定回数継続した場合に、該継続した温度の平均を最適温度として保持することを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、さらに、
   前記波長変換素子の出射光の光軸上に配置され、該出射光の波長をさらに変換可能な第２波長変換素子と、
   前記第２波長変換素子の温度を、前記波長変換素子と独立して温度制御可能な第２温度制御手段と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
    前記レーザ加工装置の起動時に、最適温度設定を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一に記載のレーザ加工装置において、
    前記レーザ加工装置のキャリブレーション実行時に、最適温度設定を行うことを特徴とするレーザ加工装置。
12. 基本波レーザ光を波長変換素子に入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を加工対象面に照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置の設定方法であって、
    波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段を制御して前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させ、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザ光のパワーを測定する温度探索を実行する工程と、
    温度探索の結果レーザパワーが最大値を示すときの該レーザパワー最大値、及び前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定する最適温度設定を行う工程と、
    を含むことを特徴とするレーザ加工装置の設定方法。
13. 基本波レーザ光を波長変換素子に入射して、基本波レーザ光の波長に対して高調波の波長を有する高調波レーザ光を加工対象面に照射して、所望の加工を行うレーザ加工装置の設定プログラムであって、
    波長変換素子の温度を調整するための温度調整手段を制御して、前記波長変換素子の温度を所定の範囲内で変化させ、各温度における前記波長変換素子から出射されるレーザ光のパワーを測定する温度探索を実行する機能と、
    温度探索の結果レーザパワーが最大値を示すときの該レーザパワー最大値、及び前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子の最適温度として設定する最適温度設定を行う機能と、
    をコンピュータに実現させることを特徴とするレーザ加工装置の設定プログラム。
14. 請求項１３に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。