JP2024033159A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく加工対象物を加工することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】加工対象物が載置されるステージと、レーザー光を出射するレーザー素子と、前記レーザー素子からのレーザー光を受光する受光素子と、前記レーザー素子と前記ステージとの相対位置、および前記レーザー素子と前記受光素子との相対位置を変化させる移動機構と、前記レーザー素子および前記移動機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記受光素子とを対向させた状態で、前記受光素子にレーザー光を照射させる第１処理と、前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記加工対象物とを対向させた状態で、前記受光素子の検出値に基づいて、前記加工対象物にレーザー光を照射させる第２処理と、を行う、レーザー加工装置。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

レーザーを照射して、加工対象物を加工するレーザー加工装置が知られている。このようなレーザー加工装置は、例えば、レーザー溶融法（Selective Leaser Melting：ＳＬＭ）を利用した金属３Ｄプリンターとして用いられる。

例えば特許文献１には、発光素子が配列された発光素子アレイを有して構成されるプリンター用ヘッドと、プリンター用ヘッドから出射される光により硬化する光硬化性液を収容する液槽と、光により硬化して形成された成形物が付着するステージ部と、を有する３次元プリンター装置が記載されている。

特開２０２１－１５４７１４号公報

上記のような加工対象物を加工するレーザー加工装置では、例えばレーザー加工を繰り返し行った場合に、発光素子の特性が設計値からずれることがある。発光素子の特性が設計値からずれた状態で加工対象物を加工すると、精度よく加工することができない。

本発明に係るレーザー加工装置の一態様は、
加工対象物が載置されるステージと、
レーザー光を出射するレーザー素子と、
前記レーザー素子からのレーザー光を受光する受光素子と、
前記レーザー素子と前記ステージとの相対位置、および前記レーザー素子と前記受光素子との相対位置を変化させる移動機構と、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記受光素子とを対向させた状態で、前記受光素子にレーザー光を照射させる第１処理と、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記加工対象物とを対向させた状態で、前記受光素子の検出値に基づいて、前記加工対象物にレーザー光を照射させる第２処理と、
を行う。

本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係るレーザー加工装置の加工ヘッドを模式的に示す底面図。 本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るレーザー加工装置の制御部の処理を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー素子における時間と光出力との関係を示すグラフ。 本実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー素子における注入される電流と光出力との関係を示すグラフ。 本実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー素子における注入される電流と光出力との関係を示すグラフ。 本実施形態の第１変形例に係るレーザー加工装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係るレーザー加工装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態の第２変形例に係るレーザー加工装置を模式的に示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．レーザー加工装置
１．１． 構成
まず、本実施形態に係るレーザー加工装置について、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本実施形態に係るレーザー加工装置１００を模式的に示す斜視図である。

なお、図１および図２では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。

レーザー加工装置１００は、図１および図２に示すように、加工ヘッド１０と、第１光学素子２０と、受光素子３０と、移動機構４０と、第２光学素子５０と、ステージ６０と、制御部７０と、を有している。なお、図１では、加工ヘッド１０と受光素子３０とが対向している状態を示している。図２では、加工ヘッド１０と加工対象物Ｗとが対向している状態を示している。レーザー加工装置１００は、例えば、ＳＬＭを利用した金属３Ｄプリンターである。

加工ヘッド１０は、レーザー光Ｌを出射する。図示の例では、加工ヘッド１０は、レーザー光Ｌを、－Ｚ軸方向に出射している。加工ヘッド１０は、レーザー光Ｌによって、加工対象物Ｗを加工する。ここで、図３は、加工ヘッド１０を模式的に示す底面図である。

加工ヘッド１０は、図３に示すように、例えば、第１基板１２と、レーザー素子アレイ１４と、を有している。第１基板１２は、レーザー素子アレイ１４を支持している。第１基板１２の材質は、特に限定されない。

レーザー素子アレイ１４は、第１基板１２に設けられている。図示の例では、レーザー素子アレイ１４は、Ｙ軸方向に延在した形状を有している。レーザー素子アレイ１４は、例えば、複数設けられている。レーザー素子アレイ１４の数は、特に限定されない。図示の例では、レーザー素子アレイ１４は、２つ設けられている。２つのレーザー素子アレイ１４は、Ｘ軸方向に配列されている。

レーザー素子アレイ１４は、例えば、第２基板１６と、レーザー素子１８と、を有している。第２基板１６は、第１基板１２に設けられている。第２基板１６の材質は、特に限定されない。

レーザー素子１８は、第２基板１６に設けられている。レーザー素子１８は、レーザー光Ｌを出射する。図示の例では、レーザー素子１８の形状は、円である。レーザー素子１８は、例えば、フォトニック結晶効果を利用したフォトニック結晶面発光レーザー（Photonic Crystal Surface Emitting Laser：ＰＣＳＥＬ）である。ＰＣＳＥＬであるレーザー素子１８から出射されるレーザー光Ｌは、放射角が狭く、光出力が高い。

レーザー素子１８は、１つのレーザー素子アレイ１４において、複数設けられている。図示の例では、複数のレーザー素子１８は、１つのレーザー素子アレイ１４において、Ｙ軸方向に配列されている。Ｘ軸方向に隣り合うレーザー素子アレイ１４において、レーザー素子１８は、Ｙ軸方向において変位している。すなわち、Ｘ軸方向に隣り合うレーザー素子アレイ１４のうちの一方のレーザー素子アレイ１４のレーザー素子１８の中心と、他方のレーザー素子アレイ１４のレーザー素子１８の中心とは、Ｘ軸方向からみて重ならない。これにより、加工ヘッド１０から出射されるレーザー光Ｌの照射面積を、大きくすることができる。

第１光学素子２０には、図１に示すように、レーザー素子１８から出射されたレーザー光Ｌが入射する。図示の例では、第１光学素子２０は、加工ヘッド１０と受光素子３０との間に設けられている。ここで、図４は、レーザー加工装置１００を模式的に示す図１のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

第１光学素子２０は、図４に示すように、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを拡散させる拡散素子である。第１光学素子２０としては、例えば、ガラス拡散板を用いる。第１光学素子２０は、Ｙ軸方向において隣り合うレーザー素子１８からのレーザー光Ｌを、重畳させない状態で、受光素子３０に入射させる。

なお、第１光学素子２０は、図５に示すように、Ｙ軸方向において隣り合うレーザー素子１８から出射されたレーザー光Ｌを、重畳させた状態で、受光素子３０に入射させてもよい。

また、第１光学素子２０は、レーザー光Ｌを拡散させることができれば、ガラス拡散板に限定されない。第１光学素子２０は、図６に示すように、レンズアレイであってもよい。この場合、第１光学素子２０を構成するレンズの焦点は、受光素子３０上に位置しないことが好ましい。これにより、レーザー光Ｌによる受光素子３０の損傷を抑制することができる。第１光学素子２０を構成するレンズは、例えば、レーザー素子１８の数に対応して、複数設けられている。

受光素子３０には、第１光学素子２０から出射された光が入射する。レーザー素子１８からのレーザー光Ｌは、第１光学素子２０を介して、受光素子３０に照射される。受光素子３０は、レーザー光Ｌを受光して、受光したレーザー光Ｌの強度を検出する。受光素子３０の検出値は、図１に示すように、制御部７０に送信される。受光素子３０は、例えば、フォトダイオードを有している。受光素子３０は、例えば、レーザーパワーメーター、レーザーエネルギーメーターである。

なお、受光素子３０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサーやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーのなどの撮像素子であってもよい。この場合、受光素子３０は、複数のレーザー素子１８から出射された２次元の強度分布を検出することができる。

移動機構４０は、図１および図２に示すように、加工ヘッド１０を支持している。移動機構４０は、加工ヘッド１０とステージ６０の相対位置、および加工ヘッド１０と受光素子３０との相対位置を変化させる。すなわち、移動機構４０は、レーザー素子１８とステージ６０の相対位置、およびレーザー素子１８と受光素子３０との相対位置を変化させる。図示の例では、移動機構４０は、加工ヘッド１０をＸ軸方向に移動させる。移動機構４０は、例えば、Ｘ軸方向に延在した形状を有している。移動機構４０は、例えば、加工ヘッド１０をＹ軸方向に移動させない。移動機構４０は、例えば、図示せぬモーターを含んで構成されている。

移動機構４０は、例えば、加工ヘッド１０を移動させて、図１に示すように、加工ヘッド１０と受光素子３０とが対向する状態にする。図示の例では、加工ヘッド１０および受光素子３０は、第１光学素子２０を介して、互いに対向している。Ｚ軸方向からみて、加工ヘッド１０は、受光素子３０と重なっている。第１光学素子２０は、例えば、加工ヘッド１０の移動に伴って移動しないように構成されている。第１光学素子２０は、受光素子３０に対して固定されていてもよい。

移動機構４０は、例えば、加工ヘッド１０を移動させて、図２に示すように、加工ヘッド１０と加工対象物Ｗとが対向する状態にする。図示の例では、加工ヘッド１０および加工対象物Ｗは、第２光学素子５０を介して、互いに対向している。Ｚ軸方向からみて、加工ヘッド１０は、加工対象物Ｗと重なっている。第２光学素子５０は、例えば、加工ヘッド１０と加工対象物Ｗとが対向している状態では、加工ヘッド１０の移動に伴って移動するように構成されている。第２光学素子５０は、加工ヘッド１０と受光素子３０とが対向している状態では、加工ヘッド１０の移動に伴って移動しない。

第２光学素子５０には、図２に示すように、レーザー素子１８から出射されたレーザー光Ｌが入射する。図示の例では、第２光学素子５０は、加工ヘッド１０と加工対象物Ｗとの間に設けられている。ここで、図７は、レーザー加工装置１００を模式的に示す図２の ＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。

第２光学素子５０は、図７に示すように、例えば、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを集光させる。第２光学素子５０は、例えば、レンズアレイである。第２光学素子５０を構成するレンズの焦点は、加工対象物Ｗ上に位置していることが好ましい。これにより、加工対象物Ｗの加工時間を短縮することができる。第２光学素子５０を構成するレンズは、例えば、レーザー素子１８の数に対応して、複数設けられている。

ステージ６０上には、加工対象物Ｗが供給されて載置される。加工対象物Ｗは、加工ヘッド１０とステージ６０との間に設けられる。加工対象物Ｗは、例えば、レーザー光Ｌによって溶融可能な金属粉である。加工対象物Ｗは、図示せぬ供給機によって供給される。

ステージ６０は、図７に示すように、例えば、ベース６２と、エレベーター機構６４と、ベース６２およびエレベーター機構６４を収容する筐体６６と、を有している。

ベース６２上には、加工対象物Ｗが供給される。加工ヘッド１０は、レーザー光Ｌをベース６２上の加工対象物Ｗに照射し、加工対象物Ｗに、溶融部分Ｖ１と、非溶融部分Ｖ２と、を形成する。溶融部分Ｖ１は、レーザー光Ｌの照射によって溶融した後、冷却されて固化された状態となる。非溶融部分Ｖ２には、レーザー光Ｌが照射されない。したがって、非溶融部分Ｖ２は、固化されず、金属粉のままである。

エレベーター機構６４は、ベース６２を支持している。図示の例では、エレベーター機構６４は、ベース６２を－Ｚ軸方向に移動させる。ベース６２の移動に伴って、加工対象物Ｗは、移動される。ベース６２が－Ｚ軸方向に移動された後、再度、供給機は、２層目の加工対象物Ｗを供給する。２層目の加工対象物Ｗは、１層目の加工対象物Ｗ上に供給される。そして、加工ヘッド１０は、２層目の加工対象物Ｗにレーザー光Ｌを照射する。

上記のように、供給機による加工対象物Ｗの供給と、加工ヘッド１０によるレーザー光Ｌの照射と、エレベーター機構６４によるベース６２の移動と、の一連の工程を繰り返すことにより、複数層の加工対象物Ｗからなる積層体を形成することができる。そして、積層体の非溶融部分Ｖ２を、図示せぬ除去装置によって除去することにより、所定形状の三次元造形物が造形される。除去装置としては、例えば、エアーブロー、刷毛などが挙げられる。

制御部７０は、例えば、プロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースと、を有するコンピューターによって構成されている。制御部７０は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。具体的には、制御部７０は、レーザー素子１８、移動機構４０、およびエレベーター機構６４を制御する。なお、制御部７０は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

１．２． 制御部の処理
次に、本実施形態に係るレーザー加工装置１００の制御部７０の処理について、図面を参照しながら説明する。図８は、制御部７０の処理を説明するためのフローチャートである。

ユーザーは、例えば、図示せぬ操作部を操作して、制御部７０に処理を開始するための処理開始信号を出力する。操作部は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネルなどによって構成されている。制御部７０は、処理開始信号を受けると処理を開始する。

１．２．１． 造形データ取得処理
まず、制御部７０は、図８に示すように、三次元造形物を造形するための造形データを取得する造形データ取得処理を行う（ステップＳ１）。

造形データは、例えば、加工対象物Ｗを構成する金属粉の材質、加工対象物Ｗの層数、加工ヘッド１０の移動速度、複数のレーザー素子１８のオン・オフなどに関する情報を含む。

造形データは、例えば、レーザー加工装置１００に接続されたコンピューターにインストールされたスライサーソフトに、形状データを読み込ませることによって作成される。形状データは、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフトや三次元ＣＧ（Computer Graphics）ソフトなどを用いて作成された三次元造形物の目標形状を表すデータである。形状データとしては、例えば、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式やＡＭＦ（Additive Manufacturing File Format）などのデータを用いる。スライサーソフトは、三次元造形物の目標形状を所定の厚さの層に分割して、層ごとに造形データを作成する。造形データは、ＧコードやＭコードなどによって表される。制御部７０は、レーザー加工装置１００に接続されたコンピューターや、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリーなどの記録媒体から造形データを取得する。

１．２．２． 校正処理
次に、制御部７０は、レーザー素子１８および移動機構４０を制御して、図１に示すように、レーザー素子１８と受光素子３０とを対向させた状態で、レーザー光Ｌを受光素子３０に照射させる校正処理を行う（ステップＳ２）。

具体的には、制御部７０は、移動機構４０に、レーザー素子１８を移動させ、レーザー素子１８と受光素子３０とを対向させた状態にする。次に、制御部７０は、レーザー素子１８にレーザー光Ｌを出射させる。レーザー素子１８からのレーザー光Ｌは、第１光学素子２０介して受光素子３０に照射される。

ここで、図９は、レーザー素子１８における時間と光出力との関係を示すグラフである。図９において、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、校正処理での関係を示している。Ｂ１、Ｂ２は、加工対象物Ｗを加工する加工処理での関係を示している。加工処理の詳細については、後述する。

制御部７０は、例えば、校正処理では、図９のＡ１に示すように、レーザー素子１８をパルス駆動させ、加工処理では、図９のＢ１に示すように、レーザー素子１８をＣＷ（Continuous Wave）駆動させる。図示の例では、ＣＷ駆動の光出力は、一定である。

制御部７０は、加工処理において、図９のＢ２に示すようにレーザー素子１８をパルス駆動させる場合、校正処理において、図９のＡ１に示すように、レーザー素子１８を加工処理におけるレーザー素子１８のパルス駆動の周波数よりも高い周波数でパルス駆動させてもよい。

また、制御部７０は、図９のＢ２に示すように、加工処理においてレーザー素子１８をパルス駆動させる場合、図９のＡ２に示すように、校正処理において、レーザー素子１８を、加工処理におけるレーザー素子１８のデューティ（duty）比よりも小さいデューティ比で、駆動させてもよい。

上記のようにレーザー素子１８を駆動させることにより、図１０に示すように、校正処理での光出力は、所定の電流値において、加工処理での光出力よりも大きくなる。これは、加工処理では、校正処理に比べて大電流をレーザー素子１８に供給するため、熱によってＩ－Ｌ（注入電流－光出力）特性がロールオフするためである。

なお、図１０は、レーザー素子１８における供給される電流と光出力との関係を示すグラフである。このことは、後述する図１１において、同様である。

制御部７０は、受光素子３０の検出値に基づいて、加工処理におけるレーザー素子１８への注入電流を決定する。例えば、受光素子３０の検出値が基準値よりも小さい場合、制御部７０は、加工処理におけるレーザー素子１８への注入電流を、校正処理におけるレーザー素子１８への注入電流よりも大きくする。このように、制御部７０は、受光素子３０の検出値を、加工処理にフィードバックする。校正処理は、加工処理におけるレーザー光Ｌの光出力を校正するための処理である。なお、基準値は、例えば、図示せぬ記憶部に記憶されている。

制御部７０は、図９のＡ３に示すように、校正処理において、レーザー素子１８を、加工処理におけるレーザー素子１８の光出力よりも小さい光出力で、駆動させてもよい。この場合、図１１に示すように、校正処理では、レーザー素子１８に注入される電流が小さいため、高出力領域における光出力は、直接検出されない。そのため、制御部７０は、校正処理の低出力領域における光出力に基づいて、加工処理におけるレーザー素子１８への注入電流を決定する。

なお、レーザー素子１８が複数設けられている場合、校正処理において電流が注入されるレーザー素子１８の数は、加工処理において電流が注入されるレーザー素子１８の数よりも少なくてもよい。これにより、レーザー光Ｌによる受光素子３０の損傷を抑制することができる。

１．２．３． 加工処理
次に、制御部７０は、レーザー素子１８および移動機構４０を制御して、図２に示すように、レーザー素子１８と加工対象物Ｗとを対向させた状態で、受光素子３０の検出値に基づいて、レーザー光Ｌを加工対象物Ｗに照射させる加工処理を行う（ステップＳ３）。

具体的には、制御部７０は、移動機構４０に、レーザー素子１８を移動させ、レーザー素子１８と加工対象物Ｗとを対向させた状態する。次に、制御部７０は、受光素子３０の検出値および造形データに基づいて、レーザー素子１８にレーザー光Ｌを出射させる。レーザー素子１８からのレーザー光Ｌは、第１光学素子２０を介して、加工対象物Ｗに照射される。加工処理では、制御部７０は、造形データに基づいて、移動機構４０に、レーザー素子１８を＋Ｘ軸方向に移動させながら、レーザー素子１８に、レーザー光Ｌを出射させる。これにより、加工対象物Ｗを加工することができる。加工対象物Ｗには、図７に示すように、溶融部分Ｖ１と非溶融部分Ｖ２とが形成される。

１．２．４． 判定処理
次に、制御部７０は、図８に示すように、造形データに基づいて、加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了したか否か判定する判定処理を行う（ステップＳ４）。

加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了していないと判定した場合（ステップＳ４で「ＮＯ」）、制御部７０は、処理をステップＳ２に戻す。制御部７０は、ステップＳ４において、加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了したと判定するまで、ステップＳ２～Ｓ４を繰り返す。

なお、制御部７０は、処理をステップＳ３に戻してもよい。そして、制御部７０は、ステップＳ４において、加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了したと判定するまで、ステップＳ３，Ｓ４を繰り返してもよい。

１．２．５． 非溶融部分除去処理
一方、制御部７０は、加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了したと判定した場合（ステップＳ４で「ＹＥＳ」）、制御部７０は、除去装置に、加工対象物Ｗからなる積層体の非溶融部分Ｖ２を除去させる非溶融部分除去処理を行う（ステップＳ５）。これにより、三次元造形物が造形される。そして、制御部７０は、処理を終了する。

なお、非溶融部分Ｖ２の除去は、ユーザーが手動によって行ってもよい。この場合、制御部７０は、加工対象物Ｗの全ての層の形成が完了したと判定した後に、処理を終了する。

１．３． 作用効果
レーザー加工装置１００では、制御部７０は、レーザー素子１８および移動機構４０を制御して、レーザー素子１８と受光素子３０とを対向させた状態で、受光素子３０にレーザー光Ｌを照射させる第１処理としての校正処理を行う。さらに、制御部７０は、レーザー素子１８および移動機構４０を制御して、レーザー素子１８と加工対象物Ｗとを対向させた状態で、受光素子３０の検出値に基づいて、加工対象物Ｗにレーザー光Ｌを照射させる第２処理としての加工処理を行う。

そのため、レーザー加工装置１００では、レーザー素子１８の特性が設計値からずれたとしても、校正処理によってずれを検出して加工処理にフィードバックすることができる。これにより、加工処理で、精度よく加工対象物Ｗを加工することができる。例えばレーザー素子１８が複数設けられている場合では、複数のレーザー素子１８によって、均一性のよい加工を行うことができる。

さらに、レーザー加工装置１００では、レーザー素子１８と受光素子３０とを対向させた状態で、レーザー光Ｌを受光素子３０にレーザー光Ｌを照射させる。そのため、例えばレーザー素子から加工対象物Ｗまでのレーザー光Ｌの光路を、ミラーやビームスプリッターなどの光路変更素子によって変更して、レーザー光Ｌを受光素子に照射させる場合に比べて、レーザー光Ｌによって光路変更素子が損傷することを抑制することができる。光路変更素子が損傷すると、レーザー光Ｌを受光素子に導くことができない場合がある。特に、レーザー素子がＰＣＳＥＬの場合は、放射角が狭いため、光路変更素子を用いると、光路変更素子が損傷し易い。

レーザー加工装置１００では、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを拡散させる拡散素子としての第１光学素子２０を有し、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌは、第１光学素子２０を介して、受光素子３０に照射される。そのため、レーザー加工装置１００では、受光素子３０に入射するレーザー光Ｌの密度を小さくすることができる。これにより、受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置１００では、制御部７０は、校正処理においてレーザー素子１８をパルス駆動させ、加工処理においてレーザー素子１８をＣＷ駆動させる。そのため、レーザー加工装置１００では、校正処理において受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置１００では、制御部７０は、校正処理において、レーザー素子１８を、加工処理におけるレーザー素子１８のパルス駆動の周波数よりも高い周波数で、パルス駆動させる。そのため、レーザー加工装置１００では、校正処理において受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置１００では、制御部７０は、校正処理において、レーザー素子１８を、加工処理におけるレーザー素子１８のデューティ比よりも小さいデューティ比で、駆動させる。そのため、レーザー加工装置では、校正処理において受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置１００では、制御部７０は、校正処理において、レーザー素子１８を、加工処理におけるレーザー素子１８の光出力よりも小さい光出力で、駆動させる。そのため、レーザー加工装置１００では、校正処理において受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置１００では、レーザー素子１８は、ＰＣＳＥＬである。そのため、レーザー加工装置１００では、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌの放射角を狭くすることができる。これにより、加工対象物Ｗの加工時間を短くすることができる。

２．レーザー加工装置の変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係るレーザー加工装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の第１変形例に係るレーザー加工装置２００を模式的に示す断面図である。

以下、本実施形態の第１変形例に係るレーザー加工装置２００において、上述した本実施形態に係るレーザー加工装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、後述する本実施形態の第２変形例に係るレーザー加工装置において、同様である。

上述したレーザー加工装置１００では、図４に示すように、第１光学素子２０は、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを拡散させる拡散素子であった。

これに対し、レーザー加工装置２００では、図１２に示すように、第１光学素子２０は、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを減光させる減光素子である。第１光学素子２０は、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを拡散させない。減光素子は、例えば、減光フィルターである。

レーザー加工装置２００では、第１光学素子２０は、レーザー素子１８からのレーザー光Ｌを減光させる減光素子である。そのため、レーザー加工装置２００では、受光素子３０に入射するレーザー光Ｌの強度を低くすることができる。これにより、受光素子３０が損傷することを抑制することができる。

２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係るレーザー加工装置について、図面を参照しながら説明する。図１３および図１４は、本実施形態の第２変形例に係るレーザー加工装置３００を模式的に示す斜視図である。図１３は、校正処理の状態を示している。図１４は、加工処理の状態を示している。

レーザー加工装置３００では、図１３および図１４に示すように、校正処理におけるレーザー素子１８と受光素子３０との間の距離Ｄ１は、加工処理におけるレーザー素子１８と加工対象物Ｗとの間の距離Ｄ２よりも大きい点において、上述したレーザー加工装置１００と異なる。

図示の例では、距離Ｄ１は、校正処理におけるレーザー素子１８と受光素子３０との間のＺ軸方向の距離である。距離Ｄ２は、加工処理におけるレーザー素子１８と加工対象物Ｗとの間のＺ軸方向の距離である。

レーザー加工装置３００では、校正処理におけるレーザー素子１８と受光素子３０との間の距離Ｄ１は、加工処理におけるレーザー素子１８と加工対象物Ｗとの間の距離Ｄ２よりも大きい。そのため、レーザー加工装置３００では、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも小さい場合に比べて、受光素子３０に入射するレーザー光Ｌの強度を小さくすることができる。これにより、受光素子３０の損傷を抑制することができる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

レーザー加工装置の一態様は、
加工対象物が載置されるステージと、
レーザー光を出射するレーザー素子と、
前記レーザー素子からのレーザー光を受光する受光素子と、
前記レーザー素子と前記ステージとの相対位置、および前記レーザー素子と前記受光素子との相対位置を変化させる移動機構と、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記受光素子とを対向させた状態で、前記受光素子にレーザー光を照射させる第１処理と、
前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記加工対象物とを対向させた状態で、前記受光素子の検出値に基づいて、前記加工対象物にレーザー光を照射させる第２処理と、
を行う。

このレーザー加工装置によれば、精度よく加工対象物を加工することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記レーザー素子からのレーザー光を拡散させる拡散素子を有し、
前記レーザー素子からのレーザー光は、前記拡散素子を介して、前記受光素子に照射されてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記レーザー素子からのレーザー光を減光させる減光素子を有し、
前記レーザー素子からのレーザー光は、前記減光素子を介して、前記受光素子に照射されてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記第１処理における前記レーザー素子と前記受光素子との間の距離は、前記第２処理における前記レーザー素子と前記加工対象物との間の距離よりも大きくてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記制御部は、前記第１処理において前記レーザー素子をパルス駆動させ、前記第２処理において前記レーザー素子をＣＷ駆動させてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子のパルス駆動の周波数よりも高い周波数で、パルス駆動させてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子のデューティ比よりも小さいデューティ比で、駆動させてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子の光出力よりも小さい光出力で、駆動させてもよい。

このレーザー加工装置によれば、受光素子が損傷することを抑制することができる。

レーザー加工装置の一態様において、
前記レーザー素子は、フォトニック結晶面発光レーザーであってもよい。

このレーザー加工装置によれば、レーザー素子からのレーザー光の放射角を狭くすることができる。

１０…加工ヘッド、１２…第１基板、１４…レーザー素子アレイ、１６…第２基板、１８…レーザー素子、２０…第１光学素子、３０…受光素子、４０…移動機構、５０…第２光学素子、６０…ステージ、６２…ベース、６４…エレベーター機構、６６…筐体、１００，２００，３００…レーザー加工装置

Claims (9)

1. 加工対象物が載置されるステージと、
   レーザー光を出射するレーザー素子と、
   前記レーザー素子からのレーザー光を受光する受光素子と、
   前記レーザー素子と前記ステージとの相対位置、および前記レーザー素子と前記受光素子との相対位置を変化させる移動機構と、
   前記レーザー素子および前記移動機構を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記受光素子とを対向させた状態で、前記受光素子にレーザー光を照射させる第１処理と、
   前記レーザー素子および前記移動機構を制御して、前記レーザー素子と前記加工対象物とを対向させた状態で、前記受光素子の検出値に基づいて、前記加工対象物にレーザー光を照射させる第２処理と、
   を行う、レーザー加工装置。
2. 請求項１において、
   前記レーザー素子からのレーザー光を拡散させる拡散素子を有し、
   前記レーザー素子からのレーザー光は、前記拡散素子を介して、前記受光素子に照射される、レーザー加工装置。
3. 請求項１において、
   前記レーザー素子からのレーザー光を減光させる減光素子を有し、
   前記レーザー素子からのレーザー光は、前記減光素子を介して、前記受光素子に照射される、レーザー加工装置。
4. 請求項１において、
   前記第１処理における前記レーザー素子と前記受光素子との間の距離は、前記第２処理における前記レーザー素子と前記加工対象物との間の距離よりも大きい、レーザー加工装置。
5. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第１処理において前記レーザー素子をパルス駆動させ、前記第２処理において前記レーザー素子をＣＷ駆動させる、レーザー加工装置。
6. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子のパルス駆動の周波数よりも高い周波数で、パルス駆動させる、レーザー加工装置。
7. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子のデューティ比よりも小さいデューティ比で、駆動させる、レーザー加工装置。
8. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第１処理において、前記レーザー素子を、前記第２処理における前記レーザー素子の光出力よりも小さい光出力で、駆動させる、レーザー加工装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、
   前記レーザー素子は、フォトニック結晶面発光レーザーである、レーザー加工装置。
   

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