JP3435238B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工用光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は気密容器内で被加工物
にレ−ザ光を照射して加工を行うレ−ザ加工装置および
被加工物を照射するレ−ザ光のスポットの強度分布を均
一化するためのレ−ザ加工用光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物をレーザ光によって照射加工す
るためのレーザ加工装置においては、加工時に被加工物
が大気の影響を受けると、加工部位が酸化するなどのこ
とがあるため、そのような加工不良を避けるために、被
加工物を減圧された気密容器に設置し、その内部でレー
ザ加工を行うようにしている。

【０００３】気密容器内で被加工物にレーザ加工を行う
場合、気密容器に窓部材を設け、レーザ発振器から出力
されたレーザ光を上記窓部材から上記気密容器内へ入射
させるようにしている。

【０００４】被加工物がレーザ光によって照射加工され
ると、被加工物から飛散物が発生することが避けられ
ず、その飛散物の一部は上記窓部材の内面に付着する。
飛散物が付着することで、上記窓部材を透過するレーザ
光の光量が減少する。つまり、被加工物の加工が進むに
つれて上記窓部材を透過する光量が減少するから、被加
工物に対して均一なレーザ加工が行えないということが
ある。

【０００５】また、窓部材が汚れすぎた場合には、その
窓部材を交換しなければ透過光量を回復させることがで
きない。しかしながら、窓部材を交換するためには、上
記入射窓部材の汚れ度合をたとえば目視などによってチ
ェックしなければならなず、しかもその交換作業は気密
容器の減圧状態を解除して行わなければならないから、
その交換時期の確認や交換作業が容易でないということ
がある。

【０００６】一方、レーザ加工がコンデンサフィルムの
マージン加工、液晶デバイス用のａーＳｉのアニール、
ＬＳＩ金属配線の平坦化などの薄膜加工の場合、レーザ
光のスポットの強度分布が均一であることが加工精度に
大きく影響する場合がある。そのような場合、光学装置
によってレーザ光スポットの強度分布を均一化してから
被加工物を照射するということが行われる。

【０００７】上記光学装置としてはカライドスコープが
用いられている。カライドスコープは周知のように断面
が矩形状をなしていて、その一端面から入射したレーザ
光をその内面で反射を繰り返して出射させることで、強
度分布を均一化させるようにしている。

【０００８】カライドスコープから出射するレーザ光の
スポット形状は、結像レンズが球面レンズの場合、カラ
イドスコープの出射端面の外形状の相似形となり、通
常、カライドスコープは断面が正方形状となっている。

【０００９】ところで、被加工物を照射するレーザ光の
スポット形状としては正方形だけでなく、縦横比が異な
る長方形状が要求される場合がある。長方形状のスポッ
トを得る場合、カライドスコープの少なくとも出射端の
断面形状を長方形状（通常、全体の断面形状を長方形と
する。）にしたり、カライドスコープから出射したレー
ザ光をマスクを通すことで成形するなどのことが行われ
る。

【００１０】しかしながら、カライドスコープの断面形
状を長方形にした場合、カライドスコープに入射するレ
ーザ光のビーム形状の縦横比を１：１とすると、カライ
ドスコープの特性上、上記入射ビームの縦方向と横方向
とで反射回数が異なるため、出射するビームの強度分布
を十分に均一化できないということがあり、またマスク
を用いてスポットを長方形に成形すると、レーザ光の伝
送効率が低下するから、好ましくないということがあ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のレ
ーザ加工装置は、窓部材に飛散物が付着すると、レーザ
光の透過率が低下するので、気密容器内の被加工物に対
してレーザ加工を均一に行えないということがあり、ま
た飛散物が付着した窓部材を交換しなければならないと
き、その交換時期の判断や交換作業が容易でないという
ことがあった。

【００１２】一方、従来のレーザ加工用光学装置におい
ては、カライドスコープを用いてレーザ光の強度分布を
均一化する際、長方形状のスポットが要求されると、伝
送効率を低下させることなく、均一化することができな
いということがあった。

【００１３】この発明の目的は、窓部材に飛散物がある
程度付着しても、被加工物を照射するレーザ光の強度を
一定に保つことができるようにしたレーザ加工装置を提
供することにある。

【００１４】また、この発明の目的は、窓部材を交換し
なければならない場合には、その交換時期の判断や交換
作業を容易かつ迅速に行えるようにしたレーザ加工装置
を提供することにある。

【００１５】また、この発明の目的は、長方形状のスポ
ットが要求される場合、伝送効率の低下を招くことな
く、強度分布を均一化できるようにしたレ−ザ加工用光
学装置を提供することにある。

【００１６】

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レー
ザ発振器と、このレーザ発振器から発振出力されたレー
ザ光が透過する材料によって形成される入射窓部材が設
けられており、内部空間を減圧可能な気密容器と、前記
入射窓部材を透過したレーザ光が透過するよう前記気密
容器内に配設されたトラップ窓部材と、進退駆動により
前記トラップ窓部材を透過したレーザ光を反射すること
ができる反射ミラーと、この反射ミラーによって反射さ
れたレーザ光の強度を検出するセンサとを備えることを
特徴とするレーザ加工装置にある。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】請求項２の発明は、レーザ光が入射するカ
ライドスコープと、このカライドスコープから出射され
るレーザ光が透過する第１のシリンドリカルレンズと、
この第１のシリンドリカルレンズと光軸を９０度異なら
せて配設され、前記第１のシリンドリカルレンズを透過
したレーザ光が透過する第２のシリンドリカルレンズと
を備え、前記第２のシリンドリカルレンズを透過したレ
ーザ光を被加工物に照射するレーザ加工用光学装置であ
って、前記第１のシリンドリカルレンズの焦点距離をｆ
_１ 、前記第２のシリンドリカルレンズの焦点距離をｆ
_２ 、前記カライドスコープの出射端面から前記第１の
シリンドリカルレンズまでの距離をａ _１ 、前記カライ
ドスコープの出射端面から前記第２のシリンドリカルレ
ンズまでの距離をａ _２ 、前記第１のシリンドリカルレ
ンズから結像点までの距離をｂ _１ 、前記第２のシリン
ドリカルレンズから結像点までの距離をｂ _２ としたとき
に、 １／ａ _１ ＋１／ｂ _１ ＝１／ｆ _１ １／ａ _２ ＋１／ｂ _２ ＝１／ｆ _２ の条件式を満たすことを 特徴とするレーザ加工用光学装
置にある。

【００２２】請求項３の発明は、レーザ光を整形して照
射するレーザ加工装置において、断面長方形をなしたカ
ライドスコープと、このカライドスコープの入射側に配
置される第１及び第２のシリンドリカルレンズと、この
カライドスコープから出射したレーザ光を集束する凸レ
ンズとを備え、前記第１のシリンドリカルレンズと第２
のシリンドリカルレンズとは円柱面の母線を直交させ、
かつ、前記カライドスコープの入射端面に対して所定の
距離で配置されていることを特徴とするレーザ加工用光
学装置にある。

【００２３】

【００２４】

【作用】請求項１の発明によれば、トラップ窓部材に飛
散物が付着し、気密容器に設けられた入射窓部材に付着
するのが阻止されるとともに、トラップ窓部材の汚れ度
合に応じて比較部津を照射するレーザ光の強度が一定と
なるよう制御されるため、被加工物を均一に加工するこ
とができる。

【００２５】

【００２６】請求項２の発明によれば、カライドスコー
プから出射したレーザ光を円柱面の母線を交差させて配
置された焦点距離の異なる複数のシリンドリカルレンズ
に入射させることで、レーザ光のスポット形状の縦横比
を上記シリンドリカルレンズの焦点距離に応じ、しかも
強度分布の均一性を損なうことなく変えることができ
る。

【００２７】請求項３の発明によれば、レーザ光は、円
柱面の母線を交差させて配置された焦点距離の異なる複
数のシリンドリカルレンズによってスポットの縦横比を
変えられてカライドスコープに入射するため、強度分布
の均一性を維持しながらスポット形状の縦横比を変える
ことができる。

【００２８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１乃至図４はこの発明の一実施例を示し、図
１に示すレーザ加工装置は気密容器１を備えている。こ
の気密容器１の底部には図２に示すように排気管２が一
端を接続して設けられている。この排気管２には、中途
部に開閉弁３が設けられ、他端は図１に示すように気密
容器１の下方に配置された排気装置４に連通している。
したがって、上記排気装置４が作動することで、上記気
密容器１内を減圧することができるようになっている。

【００２９】上記気密容器１の上面には矩形状の入射窓
部材５が設けられている。この入射窓部材５の内面側下
方には保持フレーム６が設けられ、この保持フレーム６
にはトラップ窓部材７が着脱自在に保持されている。上
記保持フレーム６の下方には被加工物８が供給載置され
るステージ９が設けられている。

【００３０】上記入射窓部材５とトラップ窓部材７と
は、ともにレーザ発振器１１から発振出力されたレーザ
光Ｌが透過する材料によって形成されている。つまり、
レーザ発振器１１から発振出力されたレーザ光Ｌは第１
の反射ミラー１２と第２の反射ミラー１３とで反射して
後述する構成のレーザ加工用の光学装置１４に入射す
る。この光学装置１４から出射したレーザ光Ｌは上記入
射窓部材５とトラップ窓部材７とを順次透過して上記被
加工物８を照射するようになっている。

【００３１】上記光学装置１４はＸＹ駆動機構１５によ
って水平面上をＸＹ方向に駆動されるようになってい
る。つまり、ＸＹ駆動機構１５は気密容器１の上面をＸ
方向に駆動されるＸ駆動部材１５ａと、このＸ駆動部材
１５ａにＹ方向に沿って駆動されるよう設けられたＹ駆
動部材１５ｂとからなり、このＹ駆動部材１５ｂに上記
光学装置１４が取り付けられている。

【００３２】なお、上記第１の反射ミラー１２は上記Ｘ
駆動部材１５ａと一体的に設けられ、第２の反射ミラー
１３は上記Ｙ駆動部材１５ｂ（光学装置１４）と一体的
に設けられている。したがって、上記光学装置１４が上
記ＸＹ駆動機構１５によってＸＹ方向に駆動されても、
レーザ発振器１１から出力されたレーザ光Ｌを、上記第
１、第２の反射ミラー１２、１３で反射させて上記光学
装置１４に入射させることができる。

【００３３】上記トラップ窓部材７と上記被加工物８と
の間には、図２に示すように第３の反射ミラー１６がロ
ッド状の支持部材１７ａの先端に４５度の角度で取り付
けられている。この支持部材１７ａは駆動源１７ｂによ
って水平方向に進退駆動されるようになっている。

【００３４】上記反射ミラー１６が前進位置に駆動され
ると、上記トラップ窓部材７を透過したレーザ光Ｌが上
記反射ミラー１６によって水平方向に反射される。レー
ザ光Ｌの反射方向には透過窓１８ａが形成され、この透
過窓１８ａを透過したレーザ光Ｌの強度はセンサ１８に
よって検出されるようになっている。センサ１８が検出
するレーザ光Ｌの強度は上記トラップ窓部材７の汚れ度
合によって異なる。

【００３５】上記センサ１８によって検出された検出信
号はコントローラ２１に入力される。このコントローラ
２１には所定の値の第１、第２の設定値が設定され、こ
の設定値と上記検出信号が比較される。検出信号が上記
第１の設定値よりも低く、第２の設定値よりも高い場合
には上記レーザ発振器１１に出力を増大させる駆動信号
が入力されるようになっている。

【００３６】それによって、上記センサ１８が検出する
レーザ光Ｌの強度は一定に保たれる。すなわち、上記ト
ラップ窓部材７が汚れてレーザ光Ｌの透過量が減少する
と、その減少に応じてレーザ発振器１１の出力が増大さ
れるから、被加工物８を一定の強度のレーザ光Ｌで照射
加工できるようになっている。

【００３７】上記トラップ窓部材７の飛散物による汚れ
度合が進むと、レーザ発振器１１にコントローラ２１か
らの駆動信号が入力されて出力が増大しても、被加工物
８を照射するレーザ光Ｌの強度は増大しなくなり、第２
の設定値以下となる。そのような場合には上記トラップ
窓部材７が交換機構２５によって交換される。

【００３８】上記交換機構２５は図１に示すように上記
気密容器１の一側面に設けられたローダ部２６と、この
一側面の隣の側面に設けられたアンローダ部２７とから
なる。ローダ部２６およびアンローダ部２７はそれぞれ
上記気密容器１の内部に気密状態で連通している。上記
ローダ部２６には未使用のトラップ窓部材７が積層保持
された供給ストッカ２８が収容され、上記アンローダ部
２７には使用によって所定の度合以上に汚れることで回
収されたトラップ窓部材７が積層される回収ストッカ２
９が収容されている。

【００３９】なお、ローダ部２６およびアンローダ部２
７にもそれぞれ排気装置３１、３２が接続され、これら
の内部を減圧するようになっている。上記ローダ部２６
には供給ロボット３３が設けられ、上記アンローダ部２
７には取り出しロボット３４が設けられている。供給ロ
ボット３３は上記供給ストッカ２８から未使用のトラッ
プ窓部材７を取り出して上記気密容器１内の保持フレー
ム６へ供給する。上記取り出しロボット３４は使用する
ことで所定以上に汚れたトラップ窓部材７を上記保持フ
レーム６から取り出して上記回収ストッカ２９へ回収す
るようになっている。

【００４０】なお、供給ロボット３３、取り出しロボッ
ト３４はコントローラ２１からの駆動信号によって作動
するようになっている。上記気密容器１の上記ローダ部
２６が設けられた側面と対向する側面には被加工物７を
上記ステージ９に対して供給、排出するためのローダ／
アンローダ部３５が気密に接続されている。このローダ
／アンローダ部３５は詳細は図示しないが、加工前の被
加工物７を積層保持する供給ストッカ、加工された被加
工物７を積層保持する回収ストッカおよび各ストッカと
上記ステージ９との間で被加工物７を受け渡すロボット
とから構成されている。

【００４１】なお、図示はしないが、上記気密容器１と
ローダ部２６との間、アンローダ部２７との間およびロ
ーダ／アンローダ部３５との間には、これらの間を気密
に遮断する開閉弁が設けられている。これらの開閉弁
は、後述するごとくトラップ窓部材７や被加工物８を交
換しないときには閉じられ、上記気密容器１内の気密状
態を確実に維持している。

【００４２】一方、上記光学装置１４は上記レーザ発振
器１１からのレーザ光Ｌの強度分布を均一化し、かつビ
ームの断面形状を直方形に成形して上記気密容器１内へ
入射させる構成となっている。つまり、光学装置１４は
図３に示すように断面正方形の中空部４１を有するカラ
イドスコープ４２を備えている。このカライドスコープ
４２の入射側には入射光学系として球面状の入射レンズ
４３が配設されている。

【００４３】上記入射レンズ４３で集束されてカライド
スコープ４２の一端面から入射したレーザ光Ｌは、上記
カライドスコープ４２の内面で反射を繰り返し、他端面
から出射する。カライドスコープ４２の出射側には出射
光学系を形成する第１のシリンドリカルレンズ４５と第
２のシリンドリカルレンズ４６とが互いの円柱面の母線
を直交させて上下方向に配設されている。第１のシリン
ドリカルレンズ４５と第２のシリンドリカルレンズ４６
は焦点距離が異なる寸法に設定されている。

【００４４】上記入射レンズ４３で集束されてカライド
スコープ４２に入射したレーザ光Ｌはその内面で反射を
繰り返して出射されることで、強度分布が均一で、形状
が正方形のスポットとなる。

【００４５】正方形のスポットのレーザ光Ｌは第１のシ
リンドリカルレンズ４５に入射してその円筒面の母線と
直交する方向だけが集束され、ついで第２のシリンドリ
カルレンズ４６に入射することで第１のシリンドリカル
レンズ４５と直交する方向だけが集束される。

【００４６】上記第１のシリンドリカルレンズ４５と第
２のシリンドリカルレンズ４６とは焦点距離が異なるか
ら、これらシリンドリカルレンズ４５、４６によって正
方形のスポットはその一辺方向と、それに直交する他辺
方向とが異なる倍率で集束される。それによって、正方
形のスポットは、図３に示すように長方形のスポットＳ
となる。つまり、強度分布が均一で、長方形をなしたス
ポットＳを得ることができる。

【００４７】図４に示すように、上記第１、第２のシリ
ンドリカルレンズ４５、４６の焦点距離をｆ₁ 、ｆ₂ 、
倍率をｍ₁ 、ｍ₂ 、カライドスコープ４２の出射端面か
ら各シリンドリカルレンズ４５、４６までの距離をそれ
ぞれａ₁ 、ａ₂ 、各シリンドリカルレンズ４５、４６か
ら結像点までの距離をｂ₁ 、ｂ₂ とすると、これらシリ
ンドリカルレンズ４５、４６の関係は以下のように表さ
れる。つまり、 １／ａ₁ ＋１／ｂ₁ ＝１／ｆ₁ 、 １／ａ₂ ＋１／ｂ₂ ＝１／ｆ₂ …（１）式 ａ₁ ＋ｂ₁ ＝ｂ₂ ＋ａ₂ …（２）式 （１）式を変形して （ａ₁ ＋ｂ₁ ）／ａ₁ ・ｂ₁ ＝１／ｆ₁ （ａ₂ ＋ｂ₂ ）／ａ₂ ・ｂ₂ ＝１／ｆ₂ …（３）式 （３）式を（２）式に代入して ａ₁ ・ｂ₁ ／ｆ₁ ＝ａ₂ ・ｂ₂ ／ｆ₂ …（４）式 ａ₁ ＝（１＋１／ｍ₁ ）ｆ₁ 、 ａ₂ ＝（１＋１／ｍ₂ ）ｆ₂ ｂ₁ ＝（１＋１／ｍ₁ ）ｆ₁ 、 ｂ₂ ＝（１＋１／ｍ₂ ）ｆ₂ …（５）式 （５）式を（４）式に代入して ｆ₁ ＝ｆ₂ （１＋ｍ₂ ／１＋ｍ₁ ）² ・ｍ₁ ／ｍ₂ （６）式 で表すことができる。すなわち、第１、第２のシリンド
リカルレンズ４５、４６の焦点距離ｆ₁ 、ｆ₂ および倍
率ｍ₁ 、ｍ₂ を設定することで、これらシリンドリカル
レンズによって結像されるスポットＳの形状を設定する
ことができる。

【００４８】つぎに、上記構成のレーザ加工装置を使用
する場合について説明する。たとえば被加工物８に所定
の形状のレーザ加工を行う場合、まず、気密容器１内を
減圧したならば、ローダ／アンローダ部３５によってス
テージ９に被加工物８を供給する。ついで、レーザ発振
器１１を作動させてレーザ光Ｌを出力すると、そのレー
ザ光Ｌは第１、第２の反射ミラー１２、１３にガイドさ
れて光学装置１４に入射する。この光学装置１４ではレ
ーザ光Ｌを図３に示すように長方形状で、強度分布が均
一なスポットＳに成形する。

【００４９】光学装置１４で所定のスポットＳに成形さ
れたレーザ光Ｌは、入射窓部材５から気密容器１内へ入
射し、トラップ窓部材７を透過して被加工物８を照射す
る。その状態でＸＹ駆動機構１５を作動させ、光学装置
１４をＸＹ方向に駆動すれば、上記光学装置１４によっ
て成形されたレーザ光ＬのスポットＳを被加工物８上で
ＸＹ方向に走査させることができる。それによって、上
記被加工物８の表面をスポットの走査範囲内で均一に熱
処理することができる。

【００５０】レーザ光ＬのスポットＳを長方形状に成形
するのに、レーザ光Ｌをカライドスコープ４２に通して
から２枚のシリンドリカルレンズ４５、４６で成形する
ようにしている。つまり、レーザ光Ｌはカライドスコー
プ４２でスポットの強度分布が均一化されて正方形のス
ポットで出射され、ついで２枚のシリンドリカルレンズ
４５、４６で正方形のスポットの縦横比が変えられて長
方形のスポットＳに成形される。

【００５１】したがって、長方形のスポットＳはカライ
ドスコープ４２によって均一化された強度分布を損なう
ことなく、長方形のスポットＳに成形されることになる
から、そのスポットＳによって被加工物８にたとえば矩
形状の加工を均一に行うことができる。

【００５２】被加工物８に対する加工が終了すると、そ
の被加工物８はローダ／アンローダ部３５によってステ
ージ９から取り出され、ついで未加工の被加工物８が上
記ステージ９に供給されることになる。

【００５３】被加工物８にレーザ光Ｌを照射して加工を
行うことで飛散物が発生し、その飛散物がステージ９の
上方に配置されたトラップ窓部材７に付着してレーザ光
Ｌの透過率が低下することになる。その場合、被加工物
８を照射するレーザ光Ｌの強度が低下するのを防止する
ため、適時にトラップ窓部材７を透過したレーザ光Ｌの
強度がセンサ１８によって検出される。

【００５４】すなわち、検出時には反射ミラー１６を支
持した支持部材１７ａが駆動源１７ｂによって駆動さ
れ、それによって反射ミラー１６はレーザ光Ｌの光路に
前進する。それによって、レーザ光Ｌは反射ミラー１６
で反射してセンサ１８に入射するから、その強度が検出
される。

【００５５】センサ１８による検出信号はコントローラ
２１に入力されて設定値と比較される。トラップ窓部材
７を透過する光量が低下し、検出信号の値が第１の設定
値と第２の設定値との間であると、コントローラ２１か
らレーザ発振器１１へは駆動信号が出力され、レーザ発
振器１１から発振出力されるレーザ光Ｌの強度が増大す
る。それによって、被加工物８を照射するレーザ光Ｌの
強度がトッラプ窓部材７の汚れ度合に係わらず、一定に
維持される。

【００５６】しかしながら、トラップ窓部材７が汚れ過
ぎた場合には、コントローラ２１からレーザ発振器１１
に駆動信号が出力されても、トラップ窓部材７を透過す
るレーザ光Ｌの強度はほとんど増大しなくなる。そのよ
うな場合には上記トラップ窓部材７が所定以上に汚れて
いることであるから、コントローラ２１からは供給ロボ
ット３３と取り出しロボット３４とに駆動信号が出力さ
れ、そのトラップ窓部材７が交換される。このときのセ
ンサ１８の検出信号は、第２の設定値よりも低い。

【００５７】上記トラップ窓部材７の交換は、つぎのよ
うに行われる。まず、取り出しロボット３４が作動して
気密容器１内の保持フレーム６に保持されたトラップ窓
部材７を保持し、回収ストッカ２９に取り込む。つい
で、供給ロボット３３が作動して供給ストッカ２８に貯
えられた未使用のトラップ窓部材７を保持し、その窓部
材７を上記保持フレーム６に供給することになる。

【００５８】すなわち、入射窓部材５の下方にトラップ
窓部材７を交換可能に設け、このトラップ窓部材７に被
加工物８からの飛散物を付着させ、その付着量が少ない
うちはレーザ発振器１１の出力を増大させて透過光量の
減少を補償して、所定の強度のレーザ光Ｌで被加工物８
を照射できるようにし、トラップ窓部材７が汚れ過ぎ、
レーザ出力を増大させても、十分な強度のレーザ光Ｌで
被加工物８を照射できなくなったときには上記トラップ
窓部材７が交換される。

【００５９】そのため、上記被加工物８の加工を、ほぼ
一定の強度のレーザ光Ｌによって行うことができる。し
かも、気密容器１内の気密状態を大気に開放することな
く、その内部に設けられたトラップ窓部材７を交換する
ことができ、さらに交換時期はセンサ１８によって検出
されるから、その交換作業を容易かつ確実に行うことが
できる。

【００６０】また、ローダ部２６とアンローダ部２７と
を別々に設け、別々のロボット３３、３４で取り扱うよ
うにしたので、未使用のトラップ窓部材７が使用済みの
トッラップ窓部材７によって汚されるようなことがな
い。

【００６１】図５はトラップ窓部材７の汚れ状態を検出
するための他の実施例を示す。この実施例はトラップ窓
部材７の汚れ状態を検出するための専用の光源５１を備
えている。光源５１としてはＨｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒ⁺
レーザが用いられる。

【００６２】光源５１は気密容器１の入射窓部材５の上
方に所定の傾斜角度で配置されている。この光源５１か
ら出射されるレーザ光である、検査光Ｓは上記入射窓部
材５から入射し、トラップ窓部材７を透過して被加工物
８を照射して反射する。

【００６３】被加工物８で反射した検査光Ｓはトラップ
窓部材７を透過して入射窓部材５から気密容器１の外部
へ出射し、センサ５２によって強度が検出される。した
がって、上記一実施例と同様、上記センサ５２が検出す
る検査光Ｓの強度が一定になるよう、レーザ発振器１１
の出力を制御すれば、被加工物８を一定の強度のレーザ
光Ｌによって照射加工することができ、また上記トラッ
プ窓部材７の汚れ度合が所定以上になったならば、その
窓部材７を交換すればよい。

【００６４】図６はレーザ光Ｌを長方形のスポットＳに
成形するための光学装置１４の変形例を示す。この実施
例の光学装置１４Ａは断面長方形をなしたカライドスコ
ープ４２Ａが用いられている。このカライドスコープ４
２Ａの入射側には、焦点距離が異なる第１のシリンドリ
カルレンズ４５Ａと第２のシリンドリカルレンズ４６Ａ
とが円柱面の母線を直交させ、かつカライドスコープ４
２Ａの入射端面対して所定の距離で配置されている。ま
た、カライドスコープ４２Ａの出射側には球面凸レンズ
４３Ａが出射端面に対して所定の距離で配置されてい
る。

【００６５】長方形のスポットの縦横比をｘ：ｙとし、
ｘ方向を縮小する第１のシリンドリカルレンズ４５Ａの
焦点距離をｆa 、ｙ方向を縮小する第２のシリンドリカ
ルレンズ４６Ａの焦点距離をｆb とすると、 ｆb ＝（ｙ／ｘ）・ｆa …（７）式 の関係となる。

【００６６】上記第１のシリンドリカルレンズ４５Ａに
はレーザ発振器１１から出力されたレーザ光Ｌが入射す
る。このレーザ光Ｌは、第１、第２のシリンドリカルレ
ンズ４５Ａ、４６Ａによって上記カライドスコープ４２
Ａの断面に対応する長方形に成形される。

【００６７】長方形に成形されたレーザ光Ｌは上記カラ
イドスコープ４２Ａに入射し、反射を繰り返すことで強
度分布が均一化される。すなわち、レーザ光Ｌのスポッ
トを第１、第２のシリンドリカルレンズ４５Ａ、４６Ａ
によって所定の縦横比の長方形状に成形することで、カ
ライドスコープ４２Ａに対する入射角を縦方向と横方向
とで同じにすることができる。

【００６８】上記カライドスコープ４２Ａへの入射角が
同じであれば、そこに入射したレーザ光Ｌは出射するま
でに縦方向と横方向とで同じ回数反射することになるか
ら、出射したときには強度分布が均一化されることにな
る。

【００６９】したがって、カライドスコープ４２Ａから
出射して凸レンズ４３Ａで集束されたレーザ光Ｌのスポ
ットＳは、強度分布が均一な長方形状となる。図７は図
６に示す実施例の変形例で、この実施例はカライドスコ
ープ４２Ａの入射側に配置される第１、第２のシリンド
リカルレンズ４５Ａ、４５Ｂをそれぞれ２枚ずつとした
もので、このような構成によれば、長方形に成形される
レーザ光Ｌのスポットの縦横比の可変範囲を大きくする
ことができる。

【００７０】この発明は上記各実施例に限定されず、種
々変形可能である。たとえば、上記実施例では入射窓部
材の下側にトラップ窓部材を配置したが、入射窓部材に
飛散物が付着しても差支えない場合にはトラップ窓部材
を設けなくともよい。その場合、入射窓部材の汚れ度合
を検出し、それに応じてレーザ発振器から出力されるレ
ーザ光の強度を制御すればよい。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように請求項１の発明によれ
ば、トラップ窓部材の飛散物の付着による汚れ度合を検
出し、その検出信号によって被加工物を照射するレーザ
光の強度を制御するようにしたから、トラップ窓部材が
飛散物によって汚れても、上記被加工物を照射するレー
ザ光の強度を一定に保つことができる。

【００７２】

【００７３】

【００７４】

【００７５】請求項２の発明によれば、被加工物を照射
するレーザ光の強度をカライドスコープを用いて均一化
する場合、上記カライドスコープの出射側に、焦点距離
が異なる複数のシリンドリカルレンズを、それぞれの円
柱面の母線を交差させて配置したから、カライドスコー
プから出射するレーザ光を、強度分布が均一で、しかも
縦横比が所定の割合の長方形のスポットに成形すること
ができる。

【００７６】請求項３の発明によれば、被加工物を照射
するレーザ光の強度をカライドスコープを用いて均一化
する場合、カライドスコープを断面長方形状にするとと
もに、カライドスコープの入射側に、焦点距離が異なる
複数のシリンドリカルレンズをそれぞれの円柱面の母線
を交差させて配置した。

【００７７】そのため、カライドスコープに入射するレ
ーザ光の断面を、長方形状に成形できるとともに、縦横
比が異なっても、各辺の上記カライドスコープへの入射
角を等しくできるから、強度分布を均一化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す全体構成図。

【図２】同じくトラップ窓部材の汚れ度合を検出する手
段を示す気密容器の内部構成図。

【図３】同じく光学装置の斜視図。

【図４】同じく２枚のシリンドリカルレンズの関係を説
明するための説明図。

【図５】トラップ窓部材の汚れ度合を検出する手段の変
形例を示す気密容器の内部構成図。

【図６】光学装置の変形例を示す斜視図。

【図７】図６の変形例のさらに変形例を示す入射光学系
の斜視図。

【符号の説明】

１…気密容器、 ５…入射窓部材、 ７…トラップ窓部材、 １１…レーザ発振器、 １５…光学装置、 １６ａ…反射ミラー（検出手段）、 １８…センサ（検出手段）、 ２１…コントローラ（制御手段）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器と、 このレーザ発振器から発振出力されたレーザ光が透過す
   る材料によって形成される入射窓部材が設けられてお
   り、内部空間を減圧可能な気密容器と、 前記入射窓部材を透過したレーザ光が透過するよう前記
   気密容器内に配設されたトラップ窓部材と、 進退駆動により前記トラップ窓部材を透過したレーザ光
   を反射することができる反射ミラーと、 この反射ミラーによって反射されたレーザ光の強度を検
   出するセンサと を備えることを特徴とするレーザ加工装
   置。
2. 【請求項２】 レーザ光が入射するカライドスコープ
   と、 このカライドスコープから出射されるレーザ光が透過す
   る第１のシリンドリカルレンズと、 この第１のシリンドリカルレンズと光軸を９０度異なら
   せて配設され、前記第１のシリンドリカルレンズを透過
   したレーザ光が透過する第２のシリンドリカルレンズと
   を備え、 前記第２のシリンドリカルレンズを透過したレーザ光を
   被加工物に照射するレーザ加工用光学装置であって、 前記第１のシリンドリカルレンズの焦点距離をｆ _１ 、 前記第２のシリンドリカルレンズの焦点距離をｆ _２ 、 前記カライドスコープの出射端面から前記第１のシリン
   ドリカルレンズまでの距離をａ _１ 、 前記カライドスコープの出射端面から前記第２のシリン
   ドリカルレンズまでの距離をａ _２ 、 前記第１のシリンドリカルレンズから結像点までの距離
   をｂ _１ 、 前記第２のシリンドリカルレンズから結像点までの距離
   をｂ _２ としたときに、 １／ａ _１ ＋１／ｂ _１ ＝１／ｆ _１ １／ａ _２ ＋１／ｂ _２ ＝１／ｆ _２ の条件式を満たすことを 特徴とするレーザ加工用光学装
   置。
3. 【請求項３】 レーザ光を整形して照射するレーザ加工
   装置において、 断面長方形をなしたカライドスコープと、 このカライドスコープの入射側に配置される第１及び第
   ２のシリンドリカルレンズと、 このカライドスコープから出射したレーザ光を集束する
   凸レンズと を備え、前記第１のシリンドリカルレンズと第２のシリ
   ンドリカルレンズとは円柱面の母線を直交させ、かつ、
   前記カライドスコープの入射端面に対して所定の距離で
   配置されていることを 特徴とするレーザ加工用光学装
   置。