JP2015166094A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工中のレーザ光のビームプロファイル変動を迅速に、しかも加工対象物の形状変化等の擾乱要因を排除して検出可能とし、その変動の発生原因も把握する。【解決手段】遠赤外線レーザ光源１と、光源１からのレーザ光２を２次元角度走査する走査機構５ｘ，５ｙと、走査機構により走査されたレーザ光を加工対象物表面に集光させるｆθレンズ６と、走査機構５ｙとｆθレンズ６との間に設けられたターゲット１１と、レーザ光源１と走査機構５ｘとの間に設けられたビームスプリッタ３と、ターゲット１１から発生した熱放射がビームスプリッタ３を透過又は反射した位置に設けられた結像レンズ１２と、結像レンズ１２に関してターゲット１１と共役な位置に設けられた放射温度計１４と、放射温度計１４により測定したターゲット１１の温度分布から当該ターゲット１１を通過するレーザ光２のビームプロファイルを求めるデータ処理部１５と、を備えた。【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザ光を用いた各種材料の切断、穴あけ、微細加工、彫刻、除去加工等の加工を行うレーザ加工装置に関する。

レーザ加工においては、加工対象物の広い領域にわたってレーザビームを走査し、所定の形状に切断、穴あけ、微細加工、彫刻、除去加工等が行われる。レーザ加工を行う場合、加工品質として、走査された箇所にかかわらず、加工の幅、深さ、平坦度等の状態が一定に保たれることが要求される。ところが、ＣＯ_２レーザなどの遠赤外線レーザによる加工では、数十Ｗという大パワーのレーザ光を用いるため、鏡やレンズなどの光学部品もわずかながら吸収率を有するので、レーザ光による発熱がある。特に、光学部品が熱により変形することでビームプロファイルの変動が起こり、加工位置の走査により、及び／又はレーザ発振開始からの時間経過に伴い加工形状が変動する場合がある。そのためレーザ加工装置では、ビームプロファイルの変動を迅速にモニタし、加工変動を未然に防ぐことが重要となっている。

このような加工変動を未然に防ぐ技術として例えば特開２０１２−３５２７６号公報（特許文献１）及び特開２００５−１１８８１４号公報（特許文献２）記載の発明が公知である。特許文献１には、加工中のレーザビームの断面強度分布をモニタすることにより、加工の不具合の原因を迅速に究明することが記載されている。また、特許文献２には、レーザ光が加工対象物に照射され加工が行われるのに伴い発生する副次光を撮像手段により撮像し、撮像結果を画像処理することにより、加工結果を評価することが記載されている。

特開２０１２−０３５２７６号公報 特開２００５−１１８８１４号公報

レーザ加工装置では、加工対象物の広い領域にわたってレーザビームを走査するために、例えば特許文献２にも記載されているように、一般にガルバノなどの走査鏡とｆθレンズとを組み合わせた光学系が用いられる。ここで、ＣＯ_２レーザなどの遠赤外線レーザを用いた加工装置では、前述のように数十Ｗという大パワーのレーザ光では、光走査鏡やｆθレンズに熱膨張などの影響を少なからず及ぼす。このため、レーザビームの径や対称性が設計値からずれ、加工対象物上の位置や時間とともに加工形状が変動するという問題が発生する。

そこで、特許文献１ではレーザビーム中に可動ミラーを挿入して反射した光を受光部に入射させることによりビームのモニタを行っている。しかしこの方式では、走査鏡やｆθレンズに入射する以前のレーザビームをモニタするため、走査鏡やｆθレンズの影響を検出することはできない。走査鏡やｆθレンズの後の光路に可動ミラーを挿入することも容易に類推できるが、この場合、走査鏡によってビームが動き回るため、大型のビーム検出素子が必要となり、ビームプロファイルの細かい形状変化を捉えることが難しくなる。

特許文献２では走査鏡とｆθレンズを経て加工対象物にレーザ光が照射された後に発生するプルームをモニタしている。しかし、この方式で加工対象物から反射された光を観察しようとすると、プルームによる屈折率のゆらぎの影響や、加工対象物の形状変化の影響のため、反射光の像をそのままレーザビームプロファイルの判定に用いるのは困難である。

そこで、本発明が解決しようする課題は、加工中のレーザ光のビームプロファイル変動を迅速に、しかも加工対象物の形状変化等の擾乱要因を排除して検出可能とし、さらにその変動の発生原因をも把握することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、遠赤外線レーザ光源と、前記光源からのレーザ光を２次元角度走査する走査機構と、前記走査機構により走査されたレーザ光を加工対象物表面に集光させるレンズと、を有するレーザ加工装置において、前記走査機構と前記レンズとの間に設けられ、前記レーザ光を透過する材料よりなる平板形状のターゲットと、前記レーザ光源と前記走査機構との間に設けられた光分岐部と、前記ターゲットから発生した熱放射が前記光分岐部を透過し、または反射した位置に設けられた結像レンズと、前記結像レンズに関して前記ターゲットと共役な位置に設けられた放射温度計と、前記放射温度計により測定した前記ターゲットの温度分布から当該ターゲットを通過する前記レーザ光のビームプロファイルを求めるデータ処理部と、を備えたことを特徴とする。なお、前記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明によれば、大出力レーザによる加工中にガルバノ走査鏡等の光学素子の熱変形によるビームプロファイル変動が発生しても、その変動を迅速に、しかも加工対象物の形状変化等の擾乱要因を排除して検出可能とし、さらにその変動の発生原因をも把握することができる。

本発明の実施形態における実施例１のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 実施例１のビームプロファイルの測定例を示す図である。 実施例２のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 実施例３のｆθレンズ及びターゲット部を拡大して示す図である。 実施例４のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 実施例５のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について複数の実施例を挙げ、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態における実施例１に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す図である。

レーザ加工装置１００は、レーザ光源１、ビームスプリッタ３、第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙ、第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙ、ｆθレンズ６、結像レンズ１２、放射温度計１４、データ処理部１５、ビームプロファイル１６及び制御部１７を備えている。

レーザ光源１は、任意の遠赤外線レーザ光源が利用可能であるが、本実施例ではＣＯ_２（炭酸ガス）レーザを用いている。このＣＯ_２レーザは波長１０．６μｍまたは９．４μｍのレーザ光２を発振する。レーザ光２はビームスプリッタ３により反射後、さらに第１の鏡４ｘ及び第２の４ｙにより反射され、略透明なターゲット１１を透過し、ｆθレンズ６により加工対象物７の集光点８に集光される。加工対象物７は、ここでは図示していないが、加工テーブル上に取り外し可能に固定されている。加工テーブルあるいはｆθレンズ６を昇降させ、加工対象物７の表面に集光点８が合致するように両者の相対的な位置を調整して位置決めすれば、加工対象物７の表面に加工痕９が形成される。また、第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙを高速で所定角揺動させる第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙにそれぞれ取り付け、おのおのｘ方向及びｙ方向に走査すれば、加工対象物７上に所望の２次元パターンの加工を行うことができる。図１では、ｘ方向を一定にしてｙ方向のみ走査した場合の加工痕９を示している。

本実施例１においては、レーザ光２が第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙでそれぞれ反射された後、ｆθレンズ６に入射する直前の位置にターゲット１１を設置している。本ターゲット１１は材料がＧｅまたはＺｎＳｅの平行平板（平板形状のもの）からなり、表面研磨後、遠赤外線用のＡＲ（Anti Reflection）コートを施したものが好適である。これらは、波長１０．６μｍまたは９．４μｍのレーザ光２をほぼ１００％透過させる。そのため、ターゲット１１を挿入したことによる加工対象物７の加工への影響は無視できる。ただし、ターゲット１１によりレーザ光２はわずかながら吸収される。吸収されたレーザ光２の一部はターゲット１１の温度上昇を起こす。これによりターゲット１１からは放射１３が発生する。

ターゲット１１の温度上昇はレーザ光源１から出射されるレーザ光２の強度に依存するため、温度を測定することによりレーザ光２の強度を求めることができる。図１の構成においては、ターゲット１１からの放射１３が結像レンズ１２により放射温度計１４に結像されるようにしている。これにより、データ処理部１５は放射温度計１４で測定した温度分布像をもとにターゲット１１の温度分布を求めることができる。そして、このように温度分布をデータ処理部１５で演算することにより、ビームプロファイル１６を求めることができる。

ここで、レーザ光２と放射１３とは第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙを共用している。したがって、第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙがレーザ光２をターゲット１１内で走査しても、放射温度計１４に入射する放射１３の像は動き回ることなく、ほぼ一定の位置に結像する。したがって、結像レンズ１２の焦点距離を長くして、ビームプロファイル１６の画像の拡大率を大きくすることができる。また、像の分解能は波長が短いほど高くなることから、遠赤外線のレーザ光２を直接観察するより、ターゲット１１の加熱により発生した放射の１〜４μｍ付近の領域の像を観察するほうが、ビームプロファイル１６の微細な変化を判別するのに好適である。

さらに、結像レンズ１２を用い、結像レンズ１２に関してターゲット１１と放射温度計１４の素子とが共役な位置関係となる光学系とすると、ビームスプリッタ３、第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙ、ｆθレンズ６、並びに加工対象物７などから発生する放射は、放射温度計１４上でデフォーカスされ、ターゲット１１からの放射のみを放射温度計１４にて測定することが可能となる。

ビームスプリッタ３は、レーザ光２のパワーをできるだけロスしないよう、遠赤外線領域で反射率が９９％程度の鏡を用いるのが好適である。また、放射１３は１〜４μｍ領域の近赤外〜中赤外線を測定するのが好適であるので、１〜４μｍ領域を透過させ、１０μｍ付近の領域を反射させるダイクロイックミラーがさらに好適である。あるいは、レーザ光源１と結像レンズ１２及び放射温度計１４との配置を入れ替え、ビームスプリッタ３の透過と反射の特性を逆にしても効果は同じである。

ターゲット１１の詳細な仕様は次のとおりである。本発明で用いるＣＯ２レーザ光源１からのレーザ光２は波長が１０μｍ前後の遠赤外線領域である。このため、ターゲット１１の材質は、波長１０μｍ付近における透過率が高いＧｅ（吸光係数０．０３５／ｃｍ）またはＺｎＳｅ（吸光係数０．０００４／ｃｍ）が好適である。レーザ光２の大部分がターゲット１１を透過するため、ターゲット１１による加工痕９の形状への影響は無視できる。また、レーザ光２の一部分がターゲット１１に吸収されることにより、ターゲット１１の温度が上昇し、上述したビームプロファイル測定に必要な放射１３を発生させることができる。なお、ビームプロファイル１６の異常を確実に検出できる程度の温度測定精度を得るためには、温度上昇は数度以上、望ましくは数十度あるのが望ましい。

さらに、ターゲット１１の仕様を決める上で、第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙによるレーザ光２の走査範囲は実用上２５×２５ｍｍ以上あることが望ましい。また、ターゲット１１が薄いと機械的強度の問題が生じ、厚いと厚さ方向の熱伝導のためビームプロファイルの位置分解能が低下する。そのためターゲット１１の板厚は１ｍｍ程度が望ましい。

ターゲット１１の材質がＧｅの場合には、前記吸光係数から、レーザ光２のうち０．３５％がターゲット１１により吸収されることになる。レーザ光２の走査中のターゲット１１の温度は、ターゲット１１の比熱、熱伝導率、及び周辺の空気への対流など多くのパラメータに左右されるため、ターゲット１１の温度を求めるのは容易ではない。しかし、放射温度計での測定可否の目安は次のように判定できる。

ターゲット１１が薄板で、外周だけをホルダで固定されている場合、放熱はほとんど空気の対流により起こる。対流による熱伝達は、熱量ｑ、熱伝達率ｈ、面積Ａ、物体（すなわちターゲット１１）の温度Ｔ、物体と接触する空気の温度Ｔ_０とすると、
ｑ＝ｈＡ（Ｔ−Ｔ_０）
で求められる。

熱伝達率ｈは物体の形状や流体の流速など多くのパラメータに寄与するため、複雑な式となる。詳細な計算式は「伝熱工学資料（日本機械学会）」などに記載されており、一般にコンピュータシミュレーションが用いられるが、ここでは、ターゲット１１が２５×２５ｍｍの水平平板で、空気への自然対流のみを仮定して、熱伝達率ｈを経験値から約１［Ｗ／（ｍ^２Ｋ）］とした。

ここで熱平衡、すなわちレーザ光２の吸収によるエネルギと、対流により放出されるエネルギとが等しくなっていると考える。レーザ光のパワーをＩ［Ｗ］とすると、ターゲット１１に吸収されるパワーは
Ｉ×３．５×１０^−３［Ｗ］
である。また、ターゲット１１の上記２５×２５ｍｍ領域内をレーザ光２が均一に走査されている場合、熱伝達に寄与する表面積Ａは
６．２５×１０^−４［ｍ^２］
となる。これから空気の温度に対する温度上昇Ｔ−Ｔ_０は、
Ｔ−Ｔ_０＝ｑ／（ｈＡ）
＝Ｉ×３．５×１０^−３／（１×０．０２５×０．０２５）
＝５．６×Ｉ［Ｋ］
で求められる。

一般に加工に用いられるレーザパワーが１［Ｗ］の場合、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は５．６［Ｋ］となる。また、レーザパワーが１０「Ｗ」の場合、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は５６［Ｋ］となる。これは、上述したビームプロファイルの異常を確実に検出できる程度の温度である。

ターゲット１１の材質の他の例として、ＺｎＳｅを用いた場合、前記吸光係数から、レーザ光２のうち０．００４％がターゲット１１により吸収されることになる。Ｇｅの場合と同様、ターゲット１１の大きさ及びレーザ光２の走査範囲が２５×２５ｍｍで、板厚が１ｍｍの場合、ターゲット１１の温度上昇は、以下のようにして求められる。

レーザ光のパワーをＩ［Ｗ］とすると、ターゲット１１に吸収されるパワーは、
Ｉ×４×１０^−５［Ｗ］
である。これから、上記のＧｅの場合と同様の計算により、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は
Ｔ−Ｔ＝０．０６４×Ｉ［Ｋ］
となる。レーザパワーが１［Ｗ］の場合、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は０．０６４［Ｋ］、レーザパワーが１０「Ｗ」の場合、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は０．６４［Ｋ］となり、これでは上述したビームプロファイルの異常を検出するには不足である。

しかし、ＺｎＳｅでも表面にレーザ光２をある程度吸収する膜を形成することにより、ビームプロファイルの異常を検出するに十分な温度とすることが可能となる。すなわち、Ｇｅの場合とオーダー的にほぼ同等な吸収率０．１〜１％とした膜を使用すればよい。この場合、Ｇｅの場合と同様の計算から、ターゲット１１に吸収されるパワーは
Ｉ×０．００１［Ｗ］ないしＩ×０．０１［Ｗ］
となり、温度上昇Ｔ−Ｔ_０は
Ｉ×１．６［Ｋ］ないしＩ×１６［Ｋ］
となる。

すなわち、パワーＩが１［Ｗ］の場合は
１．６［Ｋ］ないし１６［Ｋ］、
パワーＩが１０［Ｗ］の場合は
１６［Ｋ］ないし１６０［Ｋ］
である。これは、前述のビームプロファイルの異常を確実に検出できる程度の温度である。このような遠赤外線領域の吸収に適する膜としてボロメータに用いられるアモルファスシリコン、酸化バナジウム、あるいは一般にＮＤ（Neutral Density）フィルタに用いられる合金膜などが使用できる。また、この吸収膜は、前述のＡＲコートと積層して形成することができる。

なお、ｆθレンズ６はレーザ加工装置に一般的に用いられるものであるが、レンズの収差の影響が無視できる程度の粗い加工でも問題なければ、単レンズやアクロマートなどのより単純な構成のレンズを用いてもよい。

データ処理部１５は、前述のようにターゲット１１の温度分布を演算することにより、ビームプロファイル１６を求める。放射の強度Ｐと温度Ｔとの相関は一般に、ステファン−ボルツマンの式と称される
Ｐ＝５．６８×１０^−１２×Ｔ^４
で表される。これより、ターゲット１１から発生する放射の強度Ｐの分布を測定すれば温度Ｔの分布が求まり、温度Ｔの室温からの上昇がレーザ光２のパワーに比例すると考えれば、ビームプロファイル１６を容易に求めることが可能である。なお、本式の代りに、より迅速に計算が可能な簡易式を用いることも可能である。

制御部１７は、第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙの制御とビームプロファイル測定とをあらかじめ定めたタイミングに従って行う。すなわち、第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙの走査に伴うビームプロファイル１６の変化、及びレーザ光２の照射開始からの時間経過に伴うビームプロファイル１６の変化を求める。

図２はビームプロファイル１６の測定例である。本図は鏡４ｘの２つの走査角において、加工開始時と開始から１０分経過後のビームプロファイル１６を比較したものである。ここで原点（０度）は、レーザ光２がｆθレンズ６に垂直に入射する場合に対応している。鏡４ｘ及び４ｙがレーザ光２と放射１３とで共用されているため、ビームプロファイル１６は常にフレーム内のほぼ一定の位置に表示されている。Ｒｘ及びＲｙは、加工開始時のｘ方向及びｙ方向のビーム径である。ビーム径は、一般にパワーがビーム中心に対してｅ^−２となる直径として求められる。あるいは、加工に達するパワー閾値に対応する径として求めてもよい。

なお、制御部１７は、レーザ光源１、データ処理部１、第１及び第２のガルバノ走査機構５ｘ，５ｙ、図示しない加工テーブルの駆動機構と接続され、これらを制御する。また、データ処理部１５はビームプロファイル１６に加え、放射温度計１４と接続されている。

なお、制御部１７は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)及びＲＡＭ(Random Access Memory)を備え、ＣＰＵはＲＯＭあるいは図示しないＨＤＤ(Hard Disc Drive)に格納されたプログラムコードを読み込んでＲＡＭに展開し、当該ＲＡＭをワークエリア及びデータバッファとして使用しながら前記プログラムコードで定義されたプログラムを実行する。

図２は、実施例１におけるビームプロファイルの測定例を示す図、加工開始時のｘ走査角０度（図２(ａ)）及び走査角３度（図２（ｂ）、加工開始から１０分経過後のｘ走査角０度（図２（ｃ））及び走査角３度（図２（ｄ））の場合を対比して示している。

図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）から分かるように加工開始時にはｘ方向のビーム径Ｒｘとｙ方向のビーム径Ｒｙとが等しく、円形のビームとなっている。しかし、１０分経過後はｘ方向のビームがΔＲｘ変化して、図２（ｄ）に示すように楕円形のビームとなっている。これは、レーザ光２の熱が第１の鏡４ｘに吸収されて膨張したためである。そこで、例えばｘ方向のビーム径Ｒｘとｙ方向のビーム径Ｒｙの比率が１００±１０％の場合に正常、これから外れた場合に異常というように判定基準を設定すればよい。

以上の構成により、レーザ光２による加工対象物７の加工中に第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙなどの光学素子の熱変形によるビームプロファイル変動が発生しても、その変動を直ちに検出し、加工形状への影響を事前に防止することが可能となる。

図３は実施例２に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す図である。

本実施例２は、実施例１に対してレーザ光源１とビームスプリッタ３との間のレーザ光２の光路上にシャッタ２１を追加して設置した例である。その他の各部で実施例１と同様なので重複する説明は省略する。

このようにレーザ光源１とビームスプリッタ３との間のレーザ光２の光路上にシャッタ２１を追加して設置すると、ビームプロファイル１６が異常と判定された場合、シャッタ２１によりレーザ光２を遮断することができる。このようにレーザ光２を遮断すると、この遮断により加工を休止し、第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙが冷却した後、加工を再開することが可能となる。

以上のようにシャッタ２１を設置することにより、実施例１の効果に加え、ビームプロファイル変動の加工形状への影響を防止する工程を自動化し、人間の判断を不要とすることができる。

図４は実施例３に係るレーザ加工装置１００のｆθレンズ６及びターゲット１１の部分を拡大して示す図である。本実施例ではｆθレンズ６とターゲット１１とをハウジング６ｂにより一体の構成としている。その他の各部は、実施例１のレーザ加工装置１００と同様なので重複する説明は省略する。

ｆθレンズ６の入射側にターゲット１１を挿入するにあたり、レーザ光２のｆθレンズ６への入射角にかかわらず収差が最小となるようにｆθレンズ６とターゲット１１とを含めた最適設計が必要となる。しかし、本実施例のようにターゲット１１とｆθレンズ６とを一体すると、最適設計の状態を容易に再現することができる。すなわち、本実施例によれば、より高生産性・低コストで実施例１の効果を達成することができる。

図５は実施例４に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す図である。

本実施例４は、実施例１では１つのターゲット１１であったものを第１ないし第３のターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃとしてレーザ光２の光路中の３箇所に設けるとともに、結像レンズ移動機構１２ａを設け、結像レンズ１２を可動としたものである。その他の各部は実施例１と同様に構成されているので、重複する説明は省略する。

本実施例４では、第１のターゲット１１ａは第１及び第２の鏡４ｘ，４ｙとの間、第２のターゲット１１ｂは第２の鏡４ｙとｆθレンズ６との間、第３のターゲット１１ｃはｆθレンズ６と加工対象物７との間に、それぞれ配置されている。また、結像レンズ移動機構１２ａは、結像レンズ１２の位置を移動させることにより、第１のターゲット１１ａからの放射、第２のターゲット１１ｂからの放射、及び第３のターゲット１１ｃからの放射を切り替えて放射温度計１４に結像させるよう設置されている。結像レンズ移動機構１２ａは、制御部１７により駆動制御され、結像レンズ１２の位置を移動させることができる。これにより、実施例１の効果に加え、第１及び第２の鏡４ｘ，鏡４ｙ、及びｆθレンズ６の影響を別個にモニタすることが可能となり、加工の異常を引き起こすビームプロファイルの変動の発生箇所を的確に把握することができる。

図６は実施例５に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す図である。

本実施例５は、実施例１に対してｆθレンズ６の移動機構６ａと、ターゲット１１の移動機構１１ｄを設け、集光点８の近傍でビームプロファイルを測定する例である。その他の各部は実施例１と同様に構成されているので、重複する説明は省略する。

本実施例５では、集光点８の近傍でビーププロファイルを測定するため、ターゲット１１がｆθレンズ６と加工対象物７の間であって、加工対象物７の近傍に設けられている。この位置にターゲット１１を挿入すると、加工対象物７の加工形状に影響を及ぼすこと、及びターゲット１１が熱で変形あるいは損傷を受けることから、ターゲット移動機構１１ｄによりターゲット１１をｆθレンズ６からのレーザ光の光路内に出し入れすることができるようにしたものである。このターゲット１１の挿入のタイミングは、例えば加工対象物７を交換する時点などが良い。ターゲット１１の材質は、本実施例の場合、加工と測定を同時に行わないことから、透過率により限定されることはない。

また、ターゲット１１は加工対象物７との位置的干渉を避けるために、集光点８からデフォーカスした位置に挿入せざるを得ない。そこで、ｆθレンズ移動機構６ａによりターゲット１１挿入時には集光点８の位置がターゲット１１に合致するようにｆθレンズ６を上昇させるようにしている。ｆθレンズ６への入射側のレーザ光２はほとんど平行光であるため、ｆθレンズ６を数ｍｍ上昇させても、実加工時のビームプロファイルから大幅に変化することはない。

これらターゲット移動機構１１ｄ及びｆθレンズ移動機構６ａは、制御部１７により、加工とビームプロファイル測定が交互に行われるようタイミング制御され、レンズ移動機構６ａの昇降制御も制御部１７により行われる。

本実施例では、加工とビームプロファイル測定とを交互に行うことにより、実施例１のビームプロファイルの同時測定とほぼ同等の効果が得られる。さらに集光点８近傍におけるビームプロファイルを測定することにより、加工に及ぼすビームプロファイルの変動をより直接的に測定することができる。その結果、ビームプロファイル変動を迅速に検出し、加工形状への影響を事前に防止することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施例は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ レーザ光源
２ レーザ光
３ ビームスプリッタ（光分岐部）
４ｘ、４ｙ 鏡
５ｘ、５ｙ ガルバノ走査機構
６ ｆθレンズ（レンズ）
６ａ ｆθレンズ移動機構
６ｂ ハウジング
７ 加工対象物
８ 集光点
９ 加工痕
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ ターゲット
１１ｄ ターゲット移動機構
１２ 結像レンズ
１２ａ 結像レンズ移動機構
１３ 放射
１４ 放射温度計
１５ データ処理部
１６ ビームプロファイル
１７ 制御部
２１ シャッタ（遮断機構）
１００ レーザ加工装置

Claims (6)

1. 遠赤外線レーザ光源と、
   前記光源からのレーザ光を２次元角度走査する走査機構と、
   前記走査機構により走査されたレーザ光を加工対象物表面に集光させるレンズと、
   を有するレーザ加工装置において、
   前記走査機構と前記レンズとの間に設けられ、前記レーザ光を透過する材料よりなる平板形状のターゲットと、
   前記レーザ光源と前記走査機構との間に設けられた光分岐部と、
   前記ターゲットから発生した熱放射が前記光分岐部を透過し、または反射した位置に設けられた結像レンズと、
   前記結像レンズに関して前記ターゲットと共役な位置に設けられた放射温度計と、
   前記放射温度計により測定した前記ターゲットの温度分布から当該ターゲットを通過する前記レーザ光のビームプロファイルを求めるデータ処理部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 遠赤外線レーザ光源と、
   前記光源からのレーザ光を２次元角度走査する複数の鏡からなる走査機構と、
   前記走査機構により走査されたレーザ光を加工対象物表面に集光させるレンズと、
   を有するレーザ加工装置において、
   前記レンズと前記加工対象物との間に設けられ、前記レーザ光を透過する材料よりなる平板形状のターゲットと、
   前記ターゲットを前記レンズの略集光位置に挿入し、退避させるターゲット移動機構と、
   前記光源と前記走査機構との間に設けられた光分岐部と、
   前記ターゲットから発生した熱放射が前記光分岐部を透過し、または反射した位置に設けられた結像レンズと、
   前記結像レンズに関して前記ターゲットと共役な位置に設けられた放射温度計と、
   前記放射温度計により測定した前記ターゲットの温度分布より当該ターゲットに照射される前記レーザ光のビームプロファイルを求めるデータ処理部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、
   前記走査機構が複数の鏡を含み、
   前記ターゲットが、前記走査機構の複数の鏡の間、前記走査機構と前記レンズとの間、当該レンズと前記加工対象物との間の少なくとも１箇所に設けられ、
   前記結像レンズにより前記複数のターゲットからの放射が前記放射温度計に結像するように前記結像レンズの位置を設定するレンズ移動機構を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
   前記データ処理部は、前記ビームプロファイルを基準のビームプロファイルと比較してプロファイルの異常を検出することを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項４に記載のレーザ加工装置において、
   前記異常が検出されたときに、前記レーザ光の光学系への入射を遮断する遮断機構を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
   前記ターゲットの材料がＧｅまたはＺｎＳｅであることを特徴とするレーザ加工装置。