JP3745225B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、レーザ加工装置に関し、特に、プリント基板、半導体チップなどにおける樹脂材やセラミック材等の材料に、穴明け、切断や、マーキングを行うレーザ加工装置の関するものである。
背景技術
穴明け加工、切断加工、マーキング等を行うレーザ加工装置として、第４６図に示されているように構造のものが従来より知られている。
このレーザ加工装置は、光学系として、レーザ光Ｌの発生源であるレーザ発振器１と、レーザ光の発散角を調整するコリメートレンズ２と、回転角度に応じてレーザ光Ｌの方向を任意の方向に偏向するＹ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４と、加工プログラムに従ってＹ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４の回転角度を調整するＹ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６と、Ｙ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４により偏向されたレーザ光Ｌを入射してレーザ光の集光を行う集光レンズ７とを有している。
レーザ発振器１が発生するレーザ光Ｌの波長は加工するワークＷの材質により必要なレーザ光の波長が異なるが、多くの場合、レーザ発振器１として炭酸ガスレーザが用いられる。
集光レンズ７は、入射角度に従って集光位置を定められる光学レンズであり、Ｙ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４による偏向制御により決まる入射角度に応じて集光位置を変化する。
レーザ加工装置は加工対象となるワークＷを搭載して位置決め移動するＸＹテーブル装置８を有しており、ＸＹテーブル装置８の軸移動によりワークＷと集光レンズ７との相対位置を変えることができる。集光レンズ７によって集光されたレーザ光ＬはＸＹテーブル装置８上のワークＷに照射される。
ＸＹテーブル装置８の近傍には、観察光学系として、レーザ光Ｌの照射によって加工されたワークＷ上の加工位置を検出するビジョンセンサ９が設けられている。
レーザ加工装置には、レーザ発振器１、Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６、ＸＹテーブル装置８を駆動制御する数値制御装置等の制御装置１０が接続されている。制御装置１０は、パーソナルコンピュータをユーザインタフェースにもつＰＣーＮＣであることが多く、加工する位置やその条件等の内容を記載した加工プログラムをパーソナルコンピュータに予め記憶している。
レーザ加工装置において、要求される加工として、直径が５０μｍ〜２００μｍ程度の小さな穴加工があり、このような微細加工では、レーザビームを加工対象であるワークＷの表面上で５０μｍ〜２００μｍ程度の非常に小さなスポットに集光する必要がある。このため、レーザ光をワークＷ上で集光するための集光レンズ７が用いられる。
レーザ発振器１が出力するレーザ光がワークＷまで導かれる光路は、ある程度の距離を有しているから、その光路における伝播途中でレーザ光が発散し、Ｙ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４上ではビーム径が広がってしまう。必要なビーム径にするには、レーザ光の発散角を調整する必要がある。このため、光路の途中にコリメートレンズ２を入れてビームの径を設定している。
ワークＷ上で必要な部分にレーザ光Ｌを照射するためには、Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６を駆動し、Ｙ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４の回転角度を変えてレーザ光を必要な方向位置に偏向させている。偏向されたレーザ光が集光レンズ７へ入射する角度θにより、ワークＷ上での座標値が一義的に決まる。
制御装置１０は、作業者からの起動指令や外部のホストからの起動信号により、選択された加工プログラムに従って加工を実施する。この加工プログラムは、予め、必要な加工位置のデータをＸＹテーブル装置８の座標とガルバノスキャナ５，６の座標（回転角度）に変換されている。
制御装置１０は、加工プログラムを実行するにあたり、大きな移動は移動ストロークを多くとれるＸＹテーブル装置８の移動により実施し、小さな移動は移動速度が速いＹ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４のスキャン移動により実施するように加工プログラムに従って駆動信号を出力する。
一般に、Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６にはＤＣサーボモータが用いられ、位置検出器を備えてサーボ制御する手法が多く用いられる。また、ＸＹテーブル装置８もボールねじを用いてサーボモータで駆動制御することが多い。
Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６は、５００穴／秒程度の高速位置決めが可能であり、ＸＹテーブル装置８は３０ｍ／秒の移動速度で駆動可能である。また、Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６とＸＹテーブル装置８の位置決め精度は、総合して±２０μｍ程度の性能を出すことが現在可能となっている。
一般に、この集光レンズ７は、変換レンズに分類され、ｆθレンズと呼ばれる組み合わせレンズが用いられることが多い。第４７図はｆθレンズを集光レンズ７として用いた場合の集光位置を示している。ｆθレンズは、焦点位置を通って入射したレーザ光Ｌについては、そのｆθレンズへの入射角度θに比例した像高（操作距離）ωが得られる性質をもつ。このとき、つぎの式が成立することが分かっている。
ω＝ｆ・θ
ここで、ｆはｆθレンズの焦点距離、θは入射角度である。
集光レンズ７は、一般的な光学ガラスレンズと同様に、収差をもつので、ω＝ｆ・θの完全な関係を保つことが難しい。このため、理想と実際の偏差を測定し、その偏差をあらかじめ計算に入れてＹ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６の偏向角度の指令値を補正する手段を用いることが多い。
この補正は、加工位置（ｘ，ｙ）ごとに集光レンズに対する補正を実施し、偏向装置（Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６）への指令値（ｘ'，ｙ'）を決定している。補正に関しては、行列を用いた変換式で実施することが多く、この変換式を決定するには、通常の加工手順とは別に補正の変換式を更新することにより、その時点でのレンズの収差等を打ち消すようにすることができる。
第４８図は集光レンズの収差補正変換式の更新手順を示している。集光レンズ７の収差補正をする場合には、第４９図に示されている構成で、第５０図に示されているような格子状のパターンの加工位置の指令により補正用穴明加工を実行する（ステップＳ６１１）。しかし、集光レンズ７に収差があるため、実際に加工される位置は、第５１図に示されているように、加工指令の格子点からずれた位置であることが殆どである。
補正用穴明け加工が完了すれば、加工された穴の位置をビジョンセンサ９で観測し、加工された穴の座標値を検出する（ステップＳ６１２）。これにより、集光レンズ７の理想と実際の偏差が求められるので、これを元に、加工したい位置を補正する座標変換を行う。座標変換は、行列を用いた変換式で実施することが多く、集光レンズの理想と実際の偏差をもとに、最小自乗法になどによるフィッティングを行い、補正行列計算により行列［Ｍ］の要素を求める（ステップＳ６１３）。
集光レンズ７は、レーザ光の波長に対して透過率が高い必要があり（反射率が低い）、特によく用いられる炭酸ガスレーザの場合には、レンズ材質が限定され、一般には、ゲルマニュウム（Ｇｅ）などの半導体結晶材料が用いられる。これらの材質は、光学特性を決める屈折率ｎについての温度係数ｄｎ／ｄＴが非常に大きく、ゲルマニュウム（Ｇｅ）ではｄｎ／ｄＴ＝２７７（／℃）というような温度依存性があることが分かっている。
従来におけるレーザ加工装置は以上のように構成されているので、周囲温度やレーザ加工装置自体の発熱により、集光レンズ７の温度が変動した場合には、温度変動にほぼ比例して加工位置のずれが生じるという問題が生じ、温度１℃あたりに１０〜１５μｍの加工位置のずれる現象が発生し、加工不良となる問題点があった。
集光レンズ７の収差に起因する加工位置のずれは、上述のような座標変換による集光レンズ収差補正により補償できるが、収差補正を実施したときの集光レンズ７の温度が変動すると、集光レンズ７の光学特性が変化し、温度が高くなると、第５２図に示されているように、実際加工の格子点が全体に縮んだような加工がなされてしまうと云う欠点があった。
また、集光レンズ７の温度変動は、加工位置の変動のみならず、焦点距離の変動を招き、ワーク表面から集光点が離れ、加工位置不良が発生するという問題があった。
第５３図に示されているように、集光レンズ７の温度がＴのときに集光レンズ７に入射したレーザ光は、レーザ光束Ｌａのように集光し、集光点ＰａはワークＷ表面上にあり、良好に加工できるが、集光レンズ７の温度がδＴだけ変動した場合には、同じ入射角のレーザ光に対しても、レーザ光束Ｌｂのように集光するため、加工位置がδｘだけ位置ずれを発生し、しかも、集光点Ｐｂの高さがδｆ上昇する現象が生じていた。
この加工位置のずれは、加工後に検査を実施して精度確認しなければ認識することができず、大量に位置ずれを起こしたまま加工を継続して、加工不良の基板を大量に生産するという問題があった。
また、加工位置のずれは、集光レンズ収差補正を頻繁に実施すれば、キャンセルできるのであるが、実際には、自動で加工しているときに、集光レンズの補正を実施するには、運転を停止しなければならず、生産性を低下させる原因となっていた。
焦点距離のずれの検出を自動で行う手段がないから、作業者が実際に加工するなどしてあらかじめ焦点距離を求めておく必要があり、経時的に変化する場合はこの変動を対策する手段がなかった。
また、プリント基板は、電子回路の小型軽量化、高集積化に伴い、穴明け加工も小型化および高精度化の加工の要求が高まっており、ますますレーザ加工装置の性能向上が強く求められている状況にある。
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存しないようにし、長時間連続運転においても精度よく加工できると共に安定したレーザ加工ができるレーザ加工装置を得ることを目的とする。
発明の開示
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズは、複数枚のレンズからなり、レンズの屈折率の温度変化を打ち消すように複数枚のレンズ間の相対位置を集光レンズ温度によって変化させるレンズ位置調整手段を有し、前記集光レンズの集光特性が当該集光レンズの温度変化に依存しないレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度変化によるレンズの屈折率の変化による集光特性の変動分が打ち消され、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存することがなく、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定したレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記レンズ位置調整手段が、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、レンズを光軸方向に駆動するアクチュエータと、前記温度測定器により検出される前記集光レンズの温度に応じて前記集光レンズの温度変化による焦点ずれを補償するように前記アクチュエータを制御する制御回路とにより構成されたレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度測定器により検出される集光レンズの温度に応じて集光レンズの温度変化による焦点ずれを補償するようにアクチュエータによってレンズが光軸方向に変位し、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存することが回避され、このことにより外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定したレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記アクチュエータが、レンズを光軸方向に移動させる送りねじ機構と、前記送りねじ機構を回転駆動するモータとにより構成されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、送りねじ機構によってレンズを光軸方向に的確に移動させることができる。
この発明は、前記アクチュエータが圧電素子により構成されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、圧電素子によりレンズを光軸方向に的確に移動させることができる。
この発明は、前記レンズ位置調整手段が、温度依存性のある材料により構成されてレンズを保持する保持部材により構成され、前記保持部材自体の温度伸縮により前記レンズを光軸方向に変位させるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、保持部材自体の温度伸縮によってレンズが光軸方向に変位し、この変位により集光レンズの温度変化による焦点ずれが補償され、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存することが回避され、このことにより外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズに、集光用の凸レンズ群に加えて温度補償用の凹レンズが組み込まれ、前記凹レンズの屈折率の温度変化により前記凸レンズ群の屈折率の温度変化を打ち消し、前記集光レンズの集光特性が当該集光レンズの温度変化に依存しないレーザ加工装置を提供することができる。
従って、凹レンズの屈折率の温度変化により凸レンズ群の屈折率の温度変化が打ち消され、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存することが回避され、このことにより、特別な制御系を必要とすることなく、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記集光レンズの凸レンズ群がセレン化亜鉛により構成され、前記凹レンズがゲルマニュウムにより構成されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、凹レンズの屈折率の温度変化により凸レンズ群の屈折率の温度変化が的確に打ち消され、集光レンズの集光特性が集光レンズの温度変化に依存することが回避され、このことにより外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出された前記集光レンズの温度を表示する温度表示器とを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度測定器により検出された集光レンズの温度が温度表示器に表示され、作業者に集光レンズの温度を明確に知らせることができる。
この発明は、前記温度表示器が、リセットボタンを有し、リセットボタン操作時の集光レンズ温度からの温度変化を表示するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度表示器にリセットボタン操作時の集光レンズ温度からの温度変化が表示され、作業者に集光レンズのリセットボタン操作時からの温度変化を明確に知らせることができる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記集光レンズの温度変化量が事前に定められた許容値を超えたときに警告を発する警告手段とを有するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、集光レンズの温度変化量が事前に定められた許容値を超えれば、警告手段が警告を発し、集光レンズの温度変化量が事前に定められた許容値を超えたことを作業者に警告することができる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度が所定の一定値に保たれるよう前記集光レンズを加熱する加熱手段とを有するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、加熱手段による集光レンズを加熱によって集光レンズ温度が所定の一定値に保たれ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が回避され、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度が所定の一定値に保たれるよう前記集光レンズを冷却する温度制御手段とを有するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度制御手段による集光レンズを冷却によって集光レンズ温度が所定の一定値に保たれ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が回避され、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記温度制御手段がペルチェ素子であるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、ペルチェ素子により集光レンズが冷却されて集光レンズ温度が所定の一定値に保たれ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が回避され、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズを外気より断熱する断熱手段を有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、断熱手段によって集光レンズを外気からの伝熱を防止する断熱が行われ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記断熱手段が、集光レンズの外側を囲繞する外筒体と、前記集光レンズ前記外筒体との間に画定される断熱空間に充填された断熱材と、前記断熱空間の上端と下端を密閉するように配置されたレーザ光透過性のウィンドウシールドプレートとにより構成されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、断熱材によって集光レンズを外気からの伝熱を防止する断熱が行われ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記断熱手段が、集光レンズを構成するレンズを断熱素材による断熱部材を介して支持するものであるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、断熱部材によって集光レンズを外気からの伝熱を防止する断熱が行われ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記断熱手段が、複数の突起を有し、前記突起の先端部を前記集光レンズのレンズに点接触させることで当該レンズを保持するレンズマウント部材を有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、レンズが点接触支持となり、レンズホルダとレンズとの間の伝熱がほとんどなくなり、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、そのレンズに対する外気からの伝熱が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記断熱手段が、突条を有し、前記突条の先端部を前記集光レンズのレンズに線接触させることで当該レンズを保持するレンズマウント部材を有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、レンズが線接触支持となり、レンズホルダとレンズとの間の伝熱がほとんどなくなり、そのレンズに対する外気からの伝熱が抑制され、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記集光レンズが複数枚の凸レンズにより構成され、このうち、最上部と最下部の凸レンズは光学特性が温度に依存しにくいレンズ材により構成され、中間部分に配置されている凸レンズは、光学特性が温度に依存し易いレンズ材により構成されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、最上部と最下部の凸レンズが熱バリヤとなり、光学特性が温度に依存し易いレンズ材による中間部分に配置されている凸レンズに関しては、外気からの伝熱を防止する断熱が行われ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記中間配置の凸レンズが、突条を有して前記突条の先端部を集光レンズのレンズに線接触させるレンズマウント部材により保持されているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、中間配置の凸レンズに対するレンズホルダらの伝熱が抑制され、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が抑制され、外気の温度の変動により加工位置が変動することが防止され、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度が所定の一定値に保たれるよう前記集光レンズの配置部の雰囲気温度を調整する温度調整手段を有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、集光レンズ温度が所定の一定値に保たれ、集光レンズの集光特性の温度変動の発生が回避され、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズに入射するレーザ光の角度を調整し、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするキャンセル機構とを有していることを特徴とするレーザ加工装置を提供することができる。
従って、キャンセル機構によって集光レンズに入射するレーザ光の角度が調整され、この角度調整により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記キャンセル機構が前記偏向装置に対する偏向量の指令値を補正する偏向量指令補正手段であるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、偏向量指令補正手段によって偏向装置に対する偏向量の指令値が補正され、この補正により集光レンズに入射するレーザ光の角度が調整され、この角度調整により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記偏向量指令補正手段は前記温度測定器に検出される集光レンズ温度に応じて設定される補正パラメータにより前記偏向装置に対する偏向量の指令値を補正するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、前記偏向量指令補正手段は前記温度測定器に検出される集光レンズ温度に応じて設定される補正パラメータにより偏向装置に対する偏向量の指令値を補正し、この補正により集光レンズに入射するレーザ光の角度が調整され、この角度調整により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱による加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記偏向量指令補正手段は偏向量指令の補正を定点加工による加工位置誤差より得られる座標変換関数による座標変換により行うレーザ加工装置を提供することができる。
従って、偏向量指令補正手段が定点加工による加工位置誤差より得られる座標変換関数による座標変換により偏向装置に対する偏向量の指令値を補正し、この補正により集光レンズに入射するレーザ光の角度が調整され、この角度調整により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記偏向量指令補正手段が偏向量指令の補正を定点加工による加工位置誤差より得られる補正行列により行うレーザ加工装置を提供することができる。
従って、偏向量指令補正手段が定点加工による加工位置誤差より得られる補正行列による座標変換により偏向装置に対する偏向量の指令値を補正し、この補正により集光レンズに入射するレーザ光の角度が調整され、集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、非線型な位置ずれについても完全に補正でき、高精度のレーザ加工を実施できる。
この発明は、前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、レーザ加工の度に、レーザ加工に先立て更新するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、レーザ加工の度に、レーザ加工に先立て、座標変換関数あるいは補正行列が更新され、更新された座標変換関数あるいは補正行列による偏向装置に対する偏向量指令補正により、集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度が所定値以上変化した時にレーザ加工に先立て更新するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、温度測定器に検出される集光レンズ温度が所定値以上変化すれば、座標変換関数あるいは補正行列が更新され、更新された座標変換関数あるいは補正行列による偏向装置に対する偏向量指令補正により、集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、予め定められたタイミングをもって更新するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、所定のタイミングをもって座標変換関数あるいは補正行列が更新され、更新された座標変換関数あるいは補正行列による偏向装置に対する偏向量指令補正により、集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、所定時間が経過する度に更新するレーザ加工装置を提供することができる。
従って、所定時間が経過する度に、周期的に座標変換関数あるいは補正行列が更新され、更新された座標変換関数あるいは補正行列による偏向装置に対する偏向量指令補正により、集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、予め各集光レンズ温度における補正行列を取得し、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に対応する補正行列を用いることを特徴とするレーザ加工装置を提供することができる。
従って、予め取得した各集光レンズ温度における補正行列よる偏向装置に対する偏向量指令補正により、加工の都度、補正行列を更新する処理を必要とすることなく集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記キャンセル機構が、前記偏向装置に対する偏向量の指令値のゲインを温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じて可変設定する可変ゲイン設定手段を含んでいるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、可変ゲイン設定手段による偏向量指令値のゲイン調整により、偏向量指令の補正が行われ、この補正によって集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、前記キャンセル機構が、前記偏向装置に入射するレーザ光の角度を調整するベンドミラーを含んでいるレーザ加工装置を提供することができる。
従って、ベンドミラーにより偏向装置に入射するレーザ光の角度が調整され、この調整によって集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動などが発生せず、安定した高精度なレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出される前記集光レンズの温度に応じて当該集光レンズに対する加工対象ワークの位置指令を補正し、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルする加工テーブル駆動指令補正手段を有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、テーブル駆動指令補正手段が集光レンズ温度に応じて加工対象ワークの位置指令を補正し、この位置補正により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動に起因する加工位置の温度変動がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動することが回避され、高精度のレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、出力するレーザ光の波長を、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするよう前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じて可変設定する可変波長レーザ発振器とを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、集光レンズの温度変動による集光レンズの光学特性の変動に起因する位置ずれを打ち消すようにレーザ光の波長が設定でき、集光レンズの温度変動の影響を受けずに精度よく安定した高精度なレーザ加工が行える。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じて前記集光レンズと偏向装置の間の距離を調整し、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするキャンセル機構とを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、キャンセル機構により、集光レンズ温度に応じて集光レンズと偏向装置の間の距離が調整され、この調整により集光レンズ温度の変動による集光レンズの光学特性の変動量がキャンセルされ、外気の温度やレーザ加工機自体の発熱により加工位置の変動することが回避され、高精度のレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの焦点距離の変化量を打ち消すように前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じてレーザ光の発散角を調整するアダプティブオプティックスとを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、アダプティブオプティックスによって集光レンズ温度に応じてレーザ光の発散角が調整され、この調整により集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、集光レンズの温度変動があっても安定した高精度のレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの焦点距離の変化量を打ち消すように前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じてコリメートレンズの位置を調整するコリメートレンズ位置調整機構とを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、コリメートレンズ位置調整機によってコリメートレンズの位置の調整が行われ、この調整により集光レンズの温度変動による焦点距離の変動に対して、レーザ光の発散角度を調整して集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、集光レンズの温度変動があっても安定した高精度のレーザ加工が行われるようになる。
この発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの焦点距離の変化量を打ち消すように、前記集光レンズから加工対象ワークまでの距離を調整する加工テーブル高さ調整機構とを有しているレーザ加工装置を提供することができる。
従って、加工テーブル高さ調整機構によって集光レンズから加工対象ワークまでの距離が調整され、この調整により集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、集光レンズの温度変動があっても安定した高精度のレーザ加工が行われるようになる。
発明を実施するための最良の形態
この発明に係る好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において、上述の従来例と同一構成部分あるいは同等の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付して、その説明を省略する。
第１図はこの発明によるレーザ加工装置の第１の実施の形態を示している。
第１の実施の形態のレーザ加工装置は、集光レンズを構成するレンズの屈折率の温度変化を打ち消すように、集光レンズの複数枚のレンズ間の相対位置を集光レンズ温度によって変化させるレンズ位置調整手段を有している。
第１図において、集光レンズは符号２０により示されている。集光レンズ２０は、ｆθレンズであり、従来のものと同様にＹ軸ガルバノミラー３、Ｘ軸ガルバノミラー４により偏向されたレーザ光Ｌを入射してレーザ光の集光を行う。
この実施の形態のレーザ加工装置は、基本的には、集光レンズ２０の温度変化による集光レンズ２０の焦点ずれを自動フォーカシングにより補償するものである。
このため、集光レンズ２０は、固定配置の筒状のレンズホルダ（鏡筒）２１と、レンズホルダ２１に固定された固定レンズ２２と、レンズホルダ２１に光軸方向（図にて上下方向）に移動可能に設けられた筒状の可動レンズホルダ２３と、可動レンズホルダ２３に固定された可動レンズ２４と、可動レンズホルダ２３を光軸方向に駆動するパワードライブ手段であるレンズ駆動手段（アクチュエータ）２５とを有している。
この集光レンズ２０では、レンズ駆動手段２５によって可動レンズホルダ２３が光軸方向に変位し、可動レンズ２４の光軸方向における光学的な位置を変化させることができる。これにより、集光レンズ２０の焦点距離ｆが変化する。すなわち、可動レンズ２４の光軸方向の位置変化によりフォーカシングが行われる。
レンズホルダ２１には温度センサ２６が埋め込まれており、温度センサ２６は集光レンズ２０の温度、特にレンズ本体の温度を検出し、レンズ温度に従った信号を発生する。温度センサ２６が発生するレンズ温度信号は制御回路２７に入力される。
制御回路２７は、あらかじめ設定されている設定温度（標準温度）Ｔ₀ と温度センサ２６によって検出される集光レンズ２０の温度とを比較し、その温度差によって生じる集光レンズ２０の焦点距離ｆのずれ量Δｆを打ち消すように可動レンズ２４が変位するよう、レンズ駆動手段２５のドライバ２８に指令信号を与えている。
これにより、温度変化に応じて可動レンズ２４が光軸方向に移動し、固定レンズ２２や可動レンズ２４が屈折率に関して温度依存性を有する材料により構成されていても、集光レンズ２０の焦点距離ｆが温度変化に拘わらず一定値に保たれる。これは、集光レンズ２０のフォーカシングの温度補償を意味する。
従って、周囲温度やレーザ加工装置自体の発熱により、集光レンズ２０の温度が変動しても、集光レンズ２０の集光特性が集光レンズ２０の温度変化に依存することがなく、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第２図はレンズ駆動手段２５の具体例を示している。可動レンズホルダ２３は、ヘリコイド（送りねじ）３２によりレンズホルダ２１に係合し、中心軸線周りの回転により光軸方向に往復動する。可動レンズホルダ２３の外周部には歯車２９が刻まれており、この歯車２９に駆動モータ３０の駆動歯車３１が噛合している。
この構成では、ドライバ２８によって駆動モータ３０が駆動されることにより、可動レンズホルダ２３が回転し、この回転運動がヘリコイド３２によって高精度に直線運動に変換され、可動レンズホルダ２３が光軸方向に移動する。
従って、制御回路２７が、温度差によって生じる集光レンズ２０の焦点距離ｆのずれ量Δｆを打ち消す指令信号をドライバ２８に指令信号を与えることにより、集光レンズ２０の焦点距離ｆは温度変化に拘わらず一定値に保たれる。
第３図はこの発明によるレーザ加工装置の第２の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、基本的には、集光レンズ２０の温度変化による集光レンズ２０の焦点ずれを自動フォーカシングにより補償するものであり、可動レンズ２４はピアゾ素子等による圧電素子３３によりレンズホルダ２１より支持されており、圧電素子３３による電歪作用によって可動レンズ２４は直接的に光軸方向に変位する。
制御回路２７は、あらかじめ設定されている設定温度Ｔ₀ と温度センサ２６によって検出される集光レンズ２０の温度とを比較し、その温度差によって生じる集光レンズ２０の焦点距離ｆのずれ量Δｆを打ち消すように可動レンズ２４が変位するよう、圧電素子３３のドライバ２８に指令信号を与えている。
これにより、温度変化に応じて可動レンズ２４が光軸方向に移動し、集光レンズ２０の焦点距離ｆが温度変化に拘わらず一定値に保たれ、周囲温度やレーザ加工装置自体の発熱により、集光レンズ２０の温度が変動しても、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
また、圧電素子３３を可動レンズ２４の駆動動力として用いたもので、構造が単純で、精密なレンズ位置調整ができる。
第４図はこの発明によるレーザ加工装置の第３の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、基本的には、集光レンズ２０の温度変化による集光レンズ２０の焦点ずれを自動フォーカシングにより補償するものであり、可動レンズ２４は温度伸縮性保持部材３４によりレンズホルダ２１より支持されており、温度伸縮性保持部材３４の温度伸縮によって可動レンズ２４は直接的に光軸方向に変位する。
温度伸縮性保持部材３４は、熱膨張係数が固定レンズ２２、可動レンズ２４の温度特性（焦点距離ｆの温度変化率）とは負の値を示す材質のものを選定され、たとえば、方解石（ＣａＣＯ₃ ）等により構成されており、温度変化による伸び縮みにより可動レンズ２４を光軸方向に変位させる。
これにより、温度変化に応じて可動レンズ２４が光軸方向に移動し、集光レンズ２０の焦点距離ｆが温度変化に拘わらず一定値に保たれ、周囲温度やレーザ加工装置自体の発熱により、集光レンズ２０の温度が変動しても、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
また、温度伸縮性保持部材３４の設置だけで、制御回路を特に備える必要がなく、集光レンズの温度補償を、非常に簡単な構成により行うことができる。
第５図はこの発明によるレーザ加工装置の第４の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、基本的には、集光レンズ２０の温度変化による集光レンズ２０の焦点ずれをレンズの組合せにより補償するものである。
集光レンズ２０は、セレン化亜鉛による光学結晶材料により構成された集光用の凸レンズ群（集光レンズ本来のレンズ群）３５以外に、温度補償用の凹レンズ３６を組み込まれている。
凹レンズ３６は、温度による屈折率の変化率がセレン化亜鉛による光学結晶材料より数倍大きいゲルマニュウムによる光学結晶材料により構成され、自身の屈折率の温度変化により、凸レンズ群３５の温度による屈折率の変化を打ち消すように作用する。
これにより、レンズ構成だけで、特別な制御回路を必要とすることなく、集光レンズ２０の焦点距離ｆが温度変化に拘わらず一定値に保たれ、周囲温度やレーザ加工装置自体の発熱により、集光レンズ２０の温度が変動しても、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第６図はこの発明によるレーザ加工装置の第５の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は集光レンズ２０の温度管理手段を含むものであり、集光レンズ２０に設けられた温度センサ２６が温度表示器３７に接続されている。温度表示器３７は温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度を摂氏でディジタル表示する。
温度表示器３７は作業者が見やすい位置に取り付けられればよく、外気の変動やレーザ加工装置自体の発熱による集光レンズ２０の温度変化を作業者が容易に認識できるようになる。これにより、作業者は集光レンズ２０の温度に変動があった場合には、加工不良の発生を防止するために、未然にレーザ加工装置を停止することができる。
温度表示器３７には、第７図に示されているように、リセットボタン３８が設けられていてよく、温度表示器３７はリセットボタン３８が押された時点の温度からの温度変化を表示する。
このため、作業者は、常時、集光レンズ２０の適正温度を記憶しておく必要がなくなり、温度表示器３７の温度差表示のみに注意してレーザ加工装置を運転すればよく、集光レンズ２０が経時的に変動した場合に生ずる加工位置ずれなどによる加工不良を発生するまえに、集光レンズ２０で温度変動が発生していることを認識でき、集光レンズ２０の光学特性を測定し直すことで、温度変動をキャンセルすることができ、加工不良品を発生することを防ぐことに役立つ。
第８図はこの発明によるレーザ加工装置の第６の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も集光レンズ２０の温度管理手段を含むものであり、集光レンズ２０に設けられた温度センサ２６が警告制御用の制御回路３９に接続されている。制御回路３９にはブザー４０が接続されている。
制御回路３９は、設定温度Ｔ₀ と許容温度差Ｔd とをパラメータ設定され、温度センサ２６による集光レンズ２０の検出温度Ｔと設定温度Ｔ₀ とを比較し、その差が許容温度差Ｔd を超えるときには、ブザー４０を鳴らし、加工停止指令をレーザ加工装置の制御装置１０（図１参照）に出力するようになっている。
第９図は警告制御の処理フローを示している。まず、（検出温度Ｔ）−（設定温度Ｔ₀ ）の絶対値が許容温度差Ｔd 以上であるか否かの判別を行う（ステップＳ１０）。（検出温度Ｔ）−（設定温度Ｔ₀ ）の絶対値が許容温度差Ｔd 以上でない場合には（ステップＳ１０否定）、加工を続行し（ステップＳ１１）、上述の温度判別を加工終了まで繰り返す（ステップＳ１２）。
これに対し、（検出温度Ｔ）−（設定温度Ｔ₀ ）の絶対値が許容温度差Ｔd 以上であれば（ステップＳ１０肯定）、ブザー４０を警報動作させ（ステップＳ１３）、加工停止指令を制御装置１０へ出力して加工を強制停止する（ステップＳ１４）。
これにより、作業者は集光レンズ２０の温度が許容温度以外になったことを的確に知ることができ、またこの時には加工が強制停止されることで、加工不良の発生を未然に防止することができる。
第１０図、第１１図はこの発明によるレーザ加工装置の第７の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避するものであり、集光レンズ２０にヒータ４１と温度センサ２６とが組み込まれている。ヒータ４１は、ヒータ電源４２より電力供給され、温度センサ２６により検出されるレンズ温度が一定値に保たれるように集光レンズ２０を加熱する。
これにより、周囲温度の変動やレーザ加工装置自体の発熱に拘わらず、集光レンズ２０の温度が一定値に保たれ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第１２図はこの発明によるレーザ加工装置の第８の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避するものであり、ヒータ４１に代えて温度制御部材として集光レンズ２０にペルチェ素子４３が設けられている。
ペルチェ素子４３は、制御電源４４により通電を制御され、通電方向により加熱作用、冷却作用を行い、温度センサ２６により検出されるレンズ温度が一定値に保たれるように集光レンズ２０の温度を調整する。
これにより、周囲温度の変動やレーザ加工装置自体の発熱に拘わらず、集光レンズ２０の温度が一定値に保たれ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第１３図、第１４図はこの発明によるレーザ加工装置の第９の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避すべく、集光レンズ２０が断熱包装されている。断熱包装は、集光レンズ２０の外側に金属などで構成された外筒体４４を同心配置し、集光レンズ２０とこれを囲繞する外筒体４４との間に画定される断熱空間にグラスウールなどの断熱材４５を充填することによりなされている。
外筒体４４の上端部と下端部には上述の断熱空間の上端と下端を密閉するようにウィンドウシールドプレート４６が取り付けられている。ウィンドウシールドプレート４６は、セレン化亜鉛などの材質で構成され、レーザ光を透過させることができる。
これにより、集光レンズ２０が外部より断熱遮断され、周囲温度の変動等に拘わらず、集光レンズ２０の温度変化が抑えられ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、高精度な微細加工が行われるようになる。
第１５図はこの発明によるレーザ加工装置の第１０の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避すべく、集光レンズを構成するレンズ４７とレンズマウントリング４８との間に、ポリスチレンフォームや塩化ビニル等、熱伝導率膨張率が０．０３６ｋｃａｌ／ｍｈｄｅｇ程度の断熱素材からなるリング状の断熱部材４９が挟まれている。
これにより、レンズマウントリング４８からレンズ４７への伝熱が防ぐことができ、集光レンズを外部からの熱影響より保護することができる。
従って、周囲温度の変動等に拘わらず、集光レンズの温度変化が抑えられ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、高精度な微細加工が行われるようになる。
第１６図、第１７図はこの発明によるレーザ加工装置の第１１の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避すべく、レンズマウントリング４８のリング状レンズ保持面４８ａに針状突起５０が等間隔をおいて複数個形成されており、針状突起５０により集光レンズを構成するレンズ４７を多点支持する。
これにより、レンズ４７とレンズマウントリング４８との接触面積が極力少なくなり、レンズマウントリング４８からレンズ４７への伝熱量が少なくなり、集光レンズを外部からの熱影響より保護することができる。
従って、周囲温度の変動等に拘わらず、集光レンズの温度変化が抑えられ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、高精度な微細加工が行われるようになる。
第１８図は第１１の実施の形態の変形例を示している。第１８図に示されている実施の形態では、レンズマウントリング４８のリング状レンズ保持面４８ａに針状突起５０に代えて半球状突起５１が等間隔をおいて複数個形成されており、半球状突起５１により集光レンズを構成するレンズ４７を多点支持する。
この場合も、レンズ４７とレンズマウントリング４８との接触面積が極力少なくなり、レンズマウントリング４８からレンズ４７への伝熱量が少なくなり、集光レンズを外部からの熱影響より保護することができる。
第１９図はこの発明によるレーザ加工装置の第１２の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避すべく、レンズマウントリング４８のリング状レンズ保持面４８ａに周方向に連続した突条５２が形成されており、突条５２により集光レンズを構成するレンズ４７を線接触支持する。
これにより、レンズ４７とレンズマウントリング４８との接触面積が少なくなり、レンズマウントリング４８からレンズ４７への伝熱量が少なくなり、集光レンズを外部からの熱影響より保護することができる。
従って、周囲温度の変動等に拘わらず、集光レンズの温度変化が抑えられ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、高精度な微細加工が行われるようになる。
第２０図はこの発明によるレーザ加工装置の第１３の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、集光レンズ２０の温度変化による焦点ずれを回避すべく、集光レンズ２０は４枚の凸レンズ５３、５４、５５、５６により構成されている。このうち、最上部と最下部の凸レンズ５３、５６はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などの光学結晶材料のように、光学特性が温度に依存しにくい（温度依存性が少ないこと）レンズ材により構成され、中間部分に配置されている凸レンズ５４、５５は、従来と同様のゲルマニュウム（Ｇｅ）などの光学結晶材料のように光学特性が温度に依存し易いが、レーザ光の集光性に優れたレンズ材により構成されている。
中間部分に配置されている凸レンズ５４、５５は、第１１の実施の形態と同様に、レンズマウントリング４８のリング状レンズ保持面４８ａに形成された突条５２により線接触支持されている。
この実施の形態では、温度が変動する外気に直接に接して外気温度の影響を受け易い最上部と最下部の凸レンズ５３、５６は光学特性が温度に依存しにくいレンズ材により構成され、外気の温度変化が伝わるレンズホルダ２１と温度に依存し易い材質からなる中間配置の凸レンズ５４、５５は、突条５２により線接触支持され、熱的に絶縁されているので、外気の温度変動に影響を受け難い集光レンズ２０が得られる。
これにより、光学特性が温度に依存しにくい最上部と最下部の凸レンズ５３、５６が熱バリアとして作用し、周囲温度の変動等に拘わらず、集光レンズ２０の光学特性の温度変化が抑えられ、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることが回避され、高精度な微細加工が行われるようになる。
第２１図はこの発明によるレーザ加工装置の第１４の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置も、集光レンズ２０の温度を一定に保ち、温度変化による焦点ずれを回避するものであり、レーザ加工装置の集光レンズ２０等が加工室６０に収容されている。加工室６０は循環ダクト６１により空気調和装置のような温度調整器６２と接続されている。
集光レンズ２０には集光レンズ２０の温度を検出する温度センサ２６が取り付けられており、温度センサ２６が出力する温度信号は温度調整器６２の温度設定器６３に入力され、温度調整器６２は温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度が温度設定器６３により設定された温度に保たれるように、加工室６０に与える空気温度を調整する。
これにより、集光レンズ２０の温度が温度設定器６３により設定された温度に保たれ、外気温度やレーザ加工装置自体の発熱に拘わらず、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第２２図は第１４の実施の形態の変形例を示している。この変形実施の形態では、レーザ加工装置１００全体が恒温室温度管理器６４を含む恒温室６５に収容されている。
レーザ加工装置１００は集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６により集光レンズ２０の検出温度の信号を出力でき、その信号は恒温室温度管理器６４に入力され、恒温室温度管理器６４は集光レンズ２０の温度が所定の一定値になるように恒温室６５の温度を制御する。
これにより、この場合も、集光レンズ２０の温度が所定の一定値に保たれ、外気温度やレーザ加工装置自体の発熱に拘わらず、焦点距離ずれによる加工位置ずれが生じることがなくなり、長時間連続運転においても高精度な微細加工が行われるようになる。
第２３図、第２４図はこの発明によるレーザ加工装置の第１５の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置は、基本的には、周囲温度の変化やレーザ加工装置自体の発熱があっても、その影響を受けることがなくレーザ加工が行われ、位置ずれがなく、安定した高精度なレーザ加工が行われるよう、集光レンズ２０の温度が変動しても、その光学特性の変動量を、集光レンズ２０に入射するレーザ光の角度調整により、キャンセルする機構を備えている。この実施の形態では、キャンセル機構は偏向量指令補正手段７０により具現される。
偏向量指令補正手段７０は、集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６により集光レンズ２０の検出温度の信号を入力し、偏向装置、すなわち、Ｙ軸ガルバノミラー３を取り付けられたＹ軸ガルバノスキャナ５と、Ｘ軸ガルバノミラー４を取り付けられたＸ軸ガルバノスキャナ６に与える偏向量の指令を、温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度に応じて補正するものであり、この偏向量指令補正手段７０は制御装置１０に設けることができる。
偏向量指令補正手段７０は、温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度に応じて補正パラメータを設定する補正パラメータ設定部７１と、加工プログラムより与えられる位置指令について補正パラメータ設定部７１により設定された補正パラメータにより集光レンズ温度補正を行う集光レンズ補正処理部７２と含んでいる。
つぎに、第２５図と第２６図を参照してこの実施の形態におけるレーザ加工の手順を説明する。
第２５図はゼネラルフローであり、レーザ加工装置の動作が開始されると、レーザ加工に先立って温度センサ２６により集光レンズの温度測定を行う（ステップＳ２０）。
つぎに、測定された集光レンズ温度に従って集光レンズ補正のパラメータ変更処理を実行し、現在の集光レンズの温度に必要な補正パラメータを求める（ステップＳ３０）。
この後にレーザ加工を実行し（ステップＳ４０）、レーザ加工が終了するまで（ステップＳ５０）、ステップＳ２０〜ステップＳ４０をループする。
レーザ加工は、第２６図に示されているように、加工プログラムから加工位置（ｘ，ｙ）を読み出し（ステップＳ４１）、加工位置（ｘ，ｙ）に対して集光レンズ補正パラメータ変更処理（ステップＳ３０）で求めた集光レンズ補正パラメータを用いて集光レンズ補正を実行し、集光レンズ２０の温度変動による加工位置のずれを打ち消すような偏向装置に対する駆動指令（ｘ'、ｙ'）を求める（ステップＳ４２）。
つぎに、駆動指令（ｘ'，ｙ'）を偏向装置（Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６）へ出力し（ステップＳ４３）、偏向装置による偏向動作により集光レンズ２０に対するレーザ光の照射位置が定めらた後に、レーザ光照射を実行する（ステップＳ４４）。この後に、さらに加工プログラムが継続か否かを判別し（ステップＳ４５）、継続するときには（ステップＳ４５否定）、加工位置の読み込みステップ（ステップＳ４１）から再度繰り返す。
上述のように、集光レンズ２０の温度を検出し、集光レンズ２０の温度変動による加工位置のずれを打ち消すよう、偏向装置に対する指令を補正し、集光レンズ２０に入射するレーザ光の角度を補正するから、集光レンズの温度変動が生じてもその影響を受けることなく、安定した高精度なレーザ加工が実施できる。
第２７図〜第２９図はこの実施の形態におけるレーザ加工の他の手順を説明する。
この実施の形態では、レーザ加工の都度、集光レンズ温度を検出し、集光レンズ補正データを更新した時点よりの集光レンズ温度の変化が許容値を超えていれば、集光レンズ補正データを更新する。
第２７図はゼネラルフローであり、レーザ加工装置の動作が開始されると、レーザ加工に先立って温度センサ２６により集光レンズ２０の温度測定を行う（ステップＳ６０）。つぎに温度センサ２６によって検出された集光レンズ温度Ｔと前回の集光レンズ補正データ更新時の集光レンズ温度Ｔ₀ との差の絶対値が予め設定されている許容温度偏差Ｔd を超えているか否かの判別を行う（ステップＳ７０）。
Ｔ−Ｔ₀ の絶対値が許容温度偏差Ｔd を超えるときには（ステップＳ７０肯定）、集光レンズ補正更新処理を実行する（ステップＳ８０）。この補正更新では、座標変換関数ｆｘ( ｘ），ｆｙ( ｙ）の関数自体を更新する。
この更新処理は、第２８図に示されているように、予め決められた定点Ｐ1,Ｐ2,…Ｐ_n の加工を実行し（ステップＳ８１）、ビジョンセンサ９による加工位置観察により各定点における加工点座標ｑ₁ , ｑ₂ , …ｑ_n を検出し（ステップＳ８２）、加工位置誤差の最小二乗法により座標変換関数ｆｘ( ｘ)，ｆｙ( ｙ)を計算することにより完了する（ステップＳ８３）。
集光レンズ補正更新処理が完了すれば、その更新時の集光レンズ温度Ｔを更新時集光レンズ温度Ｔ₀ と記憶する（ステップＳ９０）。
Ｔ−Ｔ₀ の絶対値が許容温度偏差Ｔd を超えていなければ（ステップＳ７０否定）、レーザ加工を実行し（ステップＳ１００）、レーザ加工が終了するまで（ステップＳ１１０）、ステップＳ６０〜ステップＳ１００をループする。
レーザ加工は、第２９図に示されているように、加工プログラムから加工位置（ｘ，ｙ）を読み出し（ステップＳ１０１）、加工位置（ｘ，ｙ）に対して集光レンズ補正変更処理（ステップＳ８０）で得られた座標変換関数ｆｘ( ｘ)，ｆｙ( ｙ)をもとに座標変換を行い、集光レンズ２０の温度変動による加工位置のずれを打ち消すような偏向装置に対する駆動指令（ｘ'、ｙ'）を求める（ステップＳ１０２）。
つぎに、駆動指令（ｘ'，ｙ'）を偏向装置（Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６）へ出力して駆動指令（ｘ'，ｙ'）によって偏向装置を駆動し（ステップＳ１０３）、偏向装置による偏向動作により集光レンズ２０に対するレーザ光の照射位置が定めらた後に、レーザ光照射を実行する（ステップＳ１０４）。この後に、さらに加工プログラムが継続か否かを判別し（ステップＳ１０５）、継続するときには（ステップＳ１０５否定）、加工位置の読み込みステップ（ステップＳ１０１）から再度繰り返す。
上述のように、偏向装置への指令座標を補正する手段をもつことで、集光レンズ２０で生じる加工位置のずれがキャンセルされ、精度よく目的の加工位置に加工ができるようになる。
上述のような座標変換関数を用いる代わりに、第３０図に示されているように、加工位置（ｘ，ｙ）を偏向装置指令座標（ｘ'、ｙ'）に変換する集光レンズ温度対応の補正行列Ｍを用いて集光レンズ補正を行うことも可能である。補正行列Ｍを用いることにより、非線型な位置ずれについても完全に補正でき、高精度のレーザ加工を実施できる。
補正行列Ｍは、第２８図に示されている集光レンズ補正更新のように、定点Ｐ₁,Ｐ₂,…Ｐ_n の加工を実行し、ビジョンセンサ９による加工位置観察により各定点における加工点座標ｑ₁ , ｑ₂ , …ｑ_n を検出し、その情報をもとに目的の加工位置に精度よく加工できるように最小自乗法を用いて決定している。
第３０図に示されている例では、座標ｘ、ｙの２次式で行列Ｍを求めているが、更に高い精度が要求される場合には高次の式を用いてもよい。
つぎに補正行列Ｍを用いて加工するときの処理の流れを第３１図を参照して説明する。
まず、加工プログラムから一連の加工座標（ｘ，ｙ）列を読み出し（ステップＳ１２１）、レーザ照射する前にすべての加工点列について補正行列Ｍによって指令値の補正し（ステップＳ１２２）、補正された指令値（ｘ'、ｙ'）の補正点列を記憶する（ステップＳ１２３）。
この後に、指令値（ｘ'，ｙ'）を偏向装置（Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６）へ出力して駆動指令（ｘ'，ｙ'）によって偏向装置を駆動し（ステップＳ１２４）、偏向装置による偏向動作により集光レンズ２０に対するレーザ光の照射位置が定めらた後に、レーザ光照射を実行する（ステップＳ１２５）。この後に、さらに加工プログラムが継続か否かを判別し（ステップＳ１２６）、継続するときには（ステップＳ１２６否定）、偏向装置の駆動ステップ（ステップＳ１２４）から再度繰り返す。
補正行列Ｍは集光レンズ温度に応じてセットされるものであり、あらかじめ想定される集光レンズの温度変動範囲について必要な分解能の刻みで温度を分割し、その各温度における最適な補正行列Ｍの値を予め求め、これを第３２図に示されている温度補正テーブル方式で記憶することもできる。
温度補正テーブルを求めることは、加工毎に実施する必要がなく、レーザ加工装置の導入時や集光レンズ２０を交換するときに実行することで十分であることが分かっている。この場合には、温度センサ２６により検出される集光レンズ温度に対応する補正行列をメモリより読み出して偏向量指令を補正する。
これにより、集光レンズ２０の温度が変動した場合でもレーザ加工を中断して集光レンズ補正更新を実施する必要がなく、現在の集光レンズ温度に対応する最適な補正行列Ｍを設定することにより、温度変動による加工位置の変動を抑えることができる。従って、自動運転による連続加工を実施しているときに集光レンズ２０の温度変動が発生しても、加工を中断することなく、集光レンズ２０の温度の変動にしたがって補正量が最適値に設定できるので、終始高精度で安定したレーザ加工が可能になる。
第３３図は上述の温度補正テーブルの設定する手順を示している。
温度補正テーブル設定に際しては、まず、集光レンズ２０の温度を調整し（ステップＳ１３１）、温度センサ２６により集光レンズ温度Ｔを測定する（ステップＳ１３２）。
つぎに、マトリックス状の定パターン加工を実行し（ステップＳ１３３）、その加工結果の位置誤差測定をビジョンセンサ９で実行し（ステップＳ１３４）、測定された誤差をもとに集光レンズ温度Ｔでの補正行列Ｍを計算する（ステップＳ１３５）。これらの処理を集光レンズの温度を必要分解能刻みで変えて実施し、必要な温度範囲について繰り返す（ステップＳ１３６）。
図３４は、上述のように、各温度における最適な補正行列Ｍの値を予め求めておいた場合の偏向量指令補正手段７０を示している。
上述の座標変換関数あるいは補正行列の更新は、図３５に示されているように、レーザ加工の度に、レーザ加工に先立て行ってもよい。図３５に示されているフローチャートでは、レーザ加工装置の動作が開始されると、レーザ加工に先立って集光レンズ補正の更新を行い（ステップＳ１４０）、この後にレーザ加工を実行する（ステップＳ１５０）。
この場合には、温度センサ２６を省略することができる。
多くの場合、集光レンズ温度は、短い時間内では大きく変化することはないと云う考えのもとに、集光レンズ補正更新は、予め定められたタイミング、たとえば所定時間（１時間程度）が経過する度に定期的に行うこともできる。
この場合には、第３６図に示されているように、レーザ加工装置の動作が開始されると、レーザ加工に先立って、まずタイマｔがタイムアップであるか否かを判別する（ステップＳ１６０）。タイムアップでない場合には直ちにレーザ加工を実行し（ステップＳ１９０）、レーザ加工が終了するまで（ステップＳ２００）、ステップＳ１６０〜ステップＳ１９０をループする。
タイムアップの場合には、集光レンズ補正更新処理を実行し（ステップＳ１７０）、タイマｔをリセットする（ステップＳ１８０）。
第３７図はこの発明によるレーザ加工装置の第１６の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ補正処理部７２'より後段に、Ｙ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６の可変ゲイン設定器７３、７４が組み込まれている。
可変ゲイン設定器７３、７４は、集光レンズ補正処理部７２'より補正変換後の座標値（ｘ"、ｙ"）を入力し、温度センサ２６より集光レンズ温度情報を与えられ、集光レンズ温度に応じてＹ軸ガルバノスキャナ５、Ｘ軸ガルバノスキャナ６のゲインａ、ｂを設定する。
集光レンズ２０の温度変動率に対して適当な温度パラメータであるゲインａ、ｂを求めれば、集光レンズ２０の温度変動があっても加工位置のずれがなく加工することができる。なお、集光レンズ２０の温度変動を打ち消すためには、ゲインａ、ｂとして、集光レンズ温度の一次式で十分に集光レンズ２０の温度特性を打ち消すことができることが分かっている。
これにより、集光レンズ２０の温度変動による加工位置のずれを防止できる。
第３８図はこの発明によるレーザ加工装置の第１７の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光特性の温度変動をキャンセルする機構として、加工テーブル駆動指令補正部７５が設けられている。加工テーブル駆動指令補正部７５は、偏向量指令補正手段７０と同様に温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度に応じて加工プログラムより与えられる加工テーブル装置８の位置指令を、集光レンズ２０の集光特性の温度変動特性により定められた補正定数ｐ、ｑにより補正する。
補正定数ｐ、ｑは、集光レンズ２０の集光特性の温度変動特性を予め測定することにより得ることができ、標準温度Ｔ₀ と温度センサ２６により検出される集光レンズ温度Ｔとの差値に補正係数ｐ、ｑを掛けることにより温度差対応の補正係数を得て、加工プログラムより与えられる位置指令ｘ，ｙに補正係数を掛けることにより、補正後の位置指令Δｘ，Δｙを得ている。
これにより、集光レンズ２０の温度変動により引き起こされる加工位置のずれが発生しないように加工テーブル装置８を移動させることができ、集光レンズ２０の温度が変動しても加工位置の温度変動分を加工テーブル装置８の移動で打ち消すように働くので、精度のよいレーザ加工が可能になる。
第３９図はこの発明によるレーザ加工装置の第１８の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光特性の温度変動をキャンセルする機構として、集光レンズ２０全体を偏向装置に対して光軸方向（Ｚ軸方向）に変位させるレンズ側Ｚ軸駆動機構が組み込まれている。
偏向装置は、Ｙ軸ガルバノミラー３を取り付けられたＹ軸ガルバノスキャナ５と、Ｘ軸ガルバノミラー４を取り付けられたＸ軸ガルバノスキャナ６からなり、これらは図示省略の架台に取り付けられている。
レンズ側Ｚ軸駆動機構は、たとえば送りねじ式のものであり、上述の架台に搭載固定されたサーボモータ８０と、サーボモータ８０により回転駆動され、回転により集光レンズ２０をＺ軸方向に移動させるボールねじ８１と、温度センサ２６より検出される集光レンズ２０の温度に応じてＺ軸指令をサーボモータ８０のＺ軸ドライバ８２に出力する制御回路８３とを有している。
レンズ側Ｚ軸駆動機構は、サーボモータ８０によるボールねじ８１の回転により、集光レンズ２０と偏向装置との相対距離を変化させる。
通常、集光レンズ２０は、温度が上昇すると屈折率が増加することが分かっているので、集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６により検出される集光レンズ温度に従って、集光レンズ温度が増加した時には偏向装置と集光レンズ２０の間の距離が短くなるよう、制御回路８３より駆動指令を出している。
従って、集光レンズ２０に温度変動があっても、その温度変化に対応した位置ずれ分をキャンセルするように集光レンズ２０と偏向装置の相対距離を変更することで、集光レンズ２０の温度変動による加工位置ずれを補正することができる これにより、集光レンズ２０の温度変動により引き起こされる加工位置のずれが発生することが回避される。
第４０図はこの発明によるレーザ加工装置の第１９の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光特性の温度変動をキャンセルする機構として、偏向装置に入射するレーザ光Ｌの入射角度を調整する機構が組み込まれている。
この入射角度調整機構はベンドミラー９０を含んでいる。ベンドミラー９０には、自在継手等による支点９１より直交する２つの方向（Ｐ方向とＱ方向）に各々傾斜可能に支持されている。ベンドミラー９０をＰ方向、Ｑ方向の各々に傾斜されるアクチュエータとして、圧電素子９２、９３がベンドミラー９０に駆動連結されている。
圧電素子９２、９３は補正用角度演算処理部９６が出力する指令信号に基づいて定量的に駆動される。補正用角度演算処理部９６は温度センサ２６より検出される集光レンズ２０の温度に応じてＰ軸指令とＱ軸指令を圧電素子９２、９３のドライバ９４、９５へ出力する。
圧電素子９２、９３は電気信号（電圧制御）により定量的に駆動されるから、温度センサ２６で検出される集光レンズ２０の温度に従って、ベンドミラー９０の角度を調整することができる。予め集光レンズ２０の温度に対して必要な補正角度の関係式を補正用角度演算処理部９６にセットしておけば、補正用角度演算処理部９６で指令される補正値にしたがって、レーザ光Ｌが偏向装置に入射する角度、ついては集光レンズ２０に入射する角度が調整され、集光レンズ２０の集光特性の温度変動をキャンセルすることができる。
これにより、集光レンズ２０の温度変動に起因する加工位置ずれの発生が回避される。
従って、加工時には、加工位置に応じて偏向装置の駆動に伴い集光レンズ２０の温度変化により発生する加工位置のずれ分を補正するようにベンドミラー９０を駆動して角度を変えることで、集光レンズ２０の温度変動の影響を受けずに高精度なレーザ加工ができる。
第４１図はこの発明によるレーザ加工装置の第２０の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光特性の温度変動をキャンセルする機構として、レーザ光Ｌの波長を可変設定する機構が組み込まれている。この機構は波長を可変できる波長可変レーザ発振器２００により具現される。波長可変レーザ発振器２００は、波長指令入力端子２０１に入力される波長指令信号により、出力するレーザ光Ｌの波長を可変され、補正回路２０２は集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６の検出温度Ｔにより集光レンズ２０の光学特性の変動を打ち消すようにレーザ光Ｌの波長を調整する。
一般に、集光レンズ２０の屈折率ｎは波長λに依存するので、レーザ光Ｌの波長λを調整すれば、集光レンズの温度変動をキャンセルするように調整することができる。
これにより、集光レンズ２０の温度変動による位置ずれを打ち消すようにレーザ光の波長を変えることができ、集光レンズ２０の温度変動に起因する加工位置ずれの発生が回避され、集光レンズの温度変動の影響を受けずに精度よく安定したレーザ加工が行える。
第４２図はこの発明によるレーザ加工装置の第２１の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光距離の温度変動をキャンセルする機構として、集光レンズ２０に入射するレーザ光Ｌの発散角を調整する機構が組み込まれている。
この機構はアダプティブオプティックス１１０を含んでいる。アダプティブオプティックス１１０は、レーザ光Ｌの反射面の曲率を電気信号で可変できるものであり、レーザ光Ｌの発散角を調整する。
図４３に示されているように、集光レンズ２０に入射するレーザ光Ｌの発散角により、集光レンズ２０通過後のレーザ光Ｌの集光点位置を変化させることができる。図４３において、Ｌａはレーザ光Ｌの発散角が比較的小さい場合を、Ｌｂはレーザ光Ｌの発散角が比較的大きい場合を各々示している。レーザ光Ｌの発散角が比較的小さい場合には、集光点Ｑ₁ により焦点距離はｈ₁ となり、レーザ光Ｌの発散角が比較的大きい場合には、集光点Ｑ₂ により焦点距離はｈ₂ となる。
アダプティブオプティックス１１０は制御回路１１１が出力する指令信号に基づいて定量的に駆動される。制御回路１１１は温度センサ２６より検出される集光レンズ２０の温度に応じて指令をアダプティブオプティックス１１０のドライバ１１２へ出力する。
集光レンズ２０は、温度によるワークＷ上での位置ずれの他に、焦点距離の温度変動があるため、集光レンズ温度に応じてアダプティブオプティックス１１０によりレーザ光Ｌの発散角を調整することで、集光レンズ２０によるレーザ光Ｌの集光点の位置を調整することができ、この調整により集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、このために、集光レンズの温度変動があっても安定したレーザ加工が可能になり、集光レンズ温度の変動に起因する焦点ぼけによる加工不良を防止できる。
第４４図はこの発明によるレーザ加工装置の第２２の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光距離の温度変動をキャンセルするために、集光レンズ２０に入射するレーザ光Ｌの発散角を調整する機構として、コリメートレンズ位置調整機構が組み込まれている。
コリメートレンズ１２０は光軸方向に移動可能な可動レンズ１２１を含んでいる。可動レンズ１２１にはサーボモータ１２２により駆動されるボールねじ１２３と駆動連結され、ボールねじ１２３の回転により光軸方向に変位する。
サーボモータ１２２は制御回路１２４が出力する指令信号に基づいて駆動される。制御回路１２４は温度センサ２６より検出される集光レンズ２０の温度に応じて指令をサーボモータ１２２のドライバ１２５へ出力する。
集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６の検出温度によりレンズ位置を制御回路１２４で指令し、ドライバ１２５で調整することで、集光レンズ２０の焦点距離の温度変動をキャンセルすることができる。
これにより集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、集光レンズ２０に温度変動があっても安定したレーザ加工が可能になり、集光レンズ温度の変動に起因する焦点ぼけによる加工不良を防止できる。
第４５図はこの発明によるレーザ加工装置の第２３の実施の形態を示している。
この実施の形態のレーザ加工装置では、集光レンズ２０の集光距離の温度変動をキャンセルする機構として、ワークテーブル装置８全体を集光レンズ２０に対して光軸方向（Ｚ軸方向）に変位させるテーブル側Ｚ軸駆動機構（加工テーブル高さ調整機構）が組み込まれている。
テーブル側Ｚ軸駆動機構は、たとえば送りねじ式のものであり、図示されていないレーザ加工装置の基台に固定されたサーボモータ１３０と、サーボモータ１３０により回転駆動され、回転によりワークテーブル装置８をＺ軸方向に移動させるボールねじ１３１と、温度センサ２６より検出される集光レンズ２０の温度に応じてＺ軸指令をサーボモータ１３０のＺ軸ドライバ１３２に出力する制御回路１３３とを有している。
加工対象のワークＷを搭載されている加工テーブル装置８は、サーボモータ１３０によるボールねじ１３１の回転によりＺ軸高さを調整される。
加工テーブル装置８のＺ軸高さ調整は、集光レンズ２０に取り付けられた温度センサ２６により検出される集光レンズ２０の温度に従って、予め想定している集光レンズ２０の集光位置の温度変動分をキャンセルするよう行われる。
これにより集光点の位置をワーク表面上に維持することができ、集光レンズ２０に温度変動があっても安定したレーザ加工が可能になり、集光レンズ温度の変動に起因する焦点ぼけによる加工不良を防止できる。
産業上の利用可能性
上述のように、この発明によるレーザ加工装置は、プリント基板、半導体チップなどにおける樹脂材やセラミック材等の材料に、穴明け、切断や、マーキングを行う微細な高精度レーザ加工に適している。

Claims (15)

1. レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有し、前記集光レンズを外気より断熱する断熱手段を有するレーザ加工装置において、
   前記断熱手段は、集光レンズを構成するレンズを断熱素材による断熱材料を介して支持するものであることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記断熱手段は、複数の突起を有し、前記突起の先端部を前記集光レンズのレンズに点接触させることで当該レンズを保持するレンズマウント部材を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。
3. 前記断熱手段は、突条を有し、前記突条の先端部を前記集光レンズのレンズに線接触させることで当該レンズを保持するレンズマウント部材を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。
4. 前記集光レンズは複数枚の凸レンズにより構成され、このうち、最上部と最下部の凸レンズは光学特性が温度に依存しにくいレンズ材により構成され、中間部分に配置されている凸レンズは、光学特性が温度に依存し易いレンズ材により構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記中間配置の凸レンズは、突条を有して前記突条の先端部を集光レンズのレンズに線接触させるレンズマウント部材により保持されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のレーザ加工装置。
6. レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有し、前記集光レンズに入射するレーザ光の角度を調整し、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするキャンセル機構とを有しているレーザ加工装置において、
   前記キャンセル機構は、前記集光レンズへの入射角を調整することで、ワークに対する加工点の位置を調整する前記偏向装置に対する偏向量の指令値を補正する偏向量指令補正手段であることを特徴するレーザ加工装置。
7. 前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記偏向量指令補正手段は前記温度測定器に検出される集光レンズ温度に応じて設定される補正パラメータにより前記偏向装置に対する偏向量の指令値を補正することを特徴とする請求の範囲第６項に記載のレーザ加工装置。
8. 前記偏向量指令補正手段は偏向量指令の補正を定点加工による加工位置誤差より得られる座標変換関数による座標変換あるいは補正行列により行うことを特徴とする請求の範囲第６項に記載のレーザ加工装置。
9. 前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、レーザ加工の度に、レーザ加工に先立て更新することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザ加工装置。
10. 前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度が所定値以上変化した時にレーザ加工に先立て、その時の集光レンズ温度に応じて更新することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザ加工装置。
11. 前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、予め定められたタイミングをもって更新することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザ加工装置。
12. 前記座標変換関数あるいは前記補正行列を、所定時間が経過する度に、更新することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザ加工装置。
13. 予め各集光レンズ温度における補正行列を取得し、前記集光レンズの温度を検出する温度測定器を有し、前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に対応する補正行列を用いることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザ加工装置。
14. レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有し、前記集光レンズに入射するレーザ光の角度を調整し、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするキャンセル機構とを有しているレーザ加工装置において、
    前記キャンセル機構は、前記偏向装置に対する偏向量の指令値のゲインを温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じて可変設定する可変ゲイン設定手段を含んでいることを特徴とするレーザ加工装置。
15. レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、前記偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、
    前記集光レンズの温度を検出する温度測定器と、出力するレーザ光の波長を、集光レンズ温度の変動による前記集光レンズの光学特性の変動量をキャンセルするよう前記温度測定器により検出される集光レンズ温度に応じて可変設定する可変波長レーザ発振器とを有していることを特徴とするレーザ加工装置。

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