JP5931537B2 - レーザの光軸アライメント方法およびそれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物への加工に利用されるレーザ光の光軸のアライメントを調整するレーザの光軸アライメント方法およびそれを用いたレーザ加工装置に関する。

レーザ発振器から出力されるレーザ光は、レーザ発振器内や光路上に配備された光学部材の温度変化によって設定された光軸が経時的に変化したり、或いは、装置の経年変化により光軸がずれたりする傾向にある。そこで、当該光軸のずれをアライメントする方法が提案および実施されている。

例えば、レーザ源から出力されたレーザ光を加工ビームとモニタービームに分岐し、モニタービームをさらに分岐し、分岐されたモニタービームの光路上に配備した４分割のフォトダイオードからなる位置検出センサによって両モニタービームをそれぞれ受光する。各フォトダイオードにおける受光面積から入射位置の中心のずれ量を求め、当該ずれ量に応じて、光路上に配備したビーム角度補正部の２個のミラーの角度を調整するとともに、当該ミラーを回転させてあおり補正を行っている（特許文献１を参照）。

特開２００５−１１８８１５号公報

しかしながら、従来の方法では、次のような問題がある。４分割フォトダイオードで検出されるモニタービームは、その中心位置からのずれ量を求めるために、４分割の２次元平面上に所定の直径を有するモニタービームを照射する必要がある。また、所定の面積で受光されたモニタービームは、光軸のずれによって偏向している。したがって、両モニタービームには、水平方向と垂直方向の成分が含まれているので、一方のずれ方向の成分のみを抽出するための演算処理が煩雑であり、演算負荷がかかっているといった問題が生じている。

また、光軸のずれを補正するために、反射ミラーの角度補正のみならず、反射ミラーを回転させてあおり補正をも行わなければならず、装置構成および制御処理が複雑になっているといった問題も生じている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、レーザ発振器から出力されるレーザ光の光軸のずれを単純な演算処理で求めるとともに、短時間で効率よく光軸のアライメントを可能にすることができるレーザの光軸アライメント方法およびそれを用いたレーザ加工装置を提供することを主たる目的としている。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光の光軸を調整するレーザの光軸アライメント方法であって、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を第１反射部によって当該レーザ光の進行方向に交差する第１方向に反射する第１反射過程と、
前記第１反射部により反射されたレーザ光を第２反射部によって当該レーザ光の進行方向に交差する第２方向に反射する第２反射過程と、
前記第２反射部により反射されたレーザ光を第１光学部材によって焦点方向のレーザ光と異なる方向の測定光に分岐する第１分岐過程と
前記測定光を第２光学部材によって分岐する第２分岐過程と、
分岐された一方の測定光を第３光学部材により第１位置検出器の測定平面上に焦点合わせされた当該焦点の位置を検出する第１検出過程と、
前記測定光から垂直方向への光軸のずれを求める第１演算過程と
分岐された他方の測定光を第２位置検出器の測定平面上で検出する第２検出過程と、
光軸のずれによって偏向し、前記第２検出過程で検出された測定光に含まれる前記第１検出過程で検出されるべき測定光を除去し、水平方向の測定光の光軸のずれを求める第２演算過程と、
前記第１演算過程で求めた光軸のずれに応じて、第１反射部および第２反射部に備わった反射部材のいずれか一方の角度を変更して光軸を調整する第１光軸調整過程と、
前記第１光軸調整過程で光軸を調整した後に、第２演算過程で求まった光軸のずれに応じて、前記第１反射部および第２反射部に備わった反射部材のうち少なくともいずれかをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させて光軸を調整する第２光軸調整過程と
を備えたことを特徴とする。

この方法によれば、第２分岐過程で第２光学部材により分岐された測定光の一方は、第３光学部材によって集光され、第１位置検出器の平面上に焦点が合わされる。つまり、集光して焦点を検出面に合わせることにより、測定光に含まれる水平成分がキャンセルされる。したがって、平面上の焦点の位置座標を求めることにより、基準位置の座標から垂直方向に対する角度のずれのみを容易に求めることができる。

また、第２分岐過程で分岐された他方の測定光は、第２光学部材を介さすに第２位置検出器の平面上に所定の直径で検出される。光路上で光軸のずれが生じている場合、当該測定光は偏向するので、第２位置検出器によって検出される所定の直径を有する測定光には第１位置検出器によって検出されるべき垂直成分に対する角度のずれの測定光が含まれている。

第２位置検出器で検出された結果から、第１位置検出器で検出された結果を引くと、垂直方向に対する角度によるずれ量が含まれない水平方向のずれ量だけを検出することができる。

第１演算過程では、光軸の角度ずれ量のみが求まり、第２演算過程では、光軸の水平方向のずれ量のみが求まる。したがって、当該両ずれ量に応じて、第１反射部材または第２反射部材のいずれか一方の角度を調整することにより、光軸ずれの角度補正を実施することができる。

また、角度ずれを含まない垂直方向および水平方向の２軸のずれ量（いわゆる、シフトずれ量）は、第１反射部材および第２反射部材をレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させることにより補正することができる。

したがって、従来方法のように、光軸の角度ずれと位置ズレの両方に対して、互いに関係し合う２箇所の反射部材の角度を調整することを必要とした複雑な演算が不要となる。

また、この方法によれば、水平方向のずれ量に対し、反射部材を水平に往復移動させて調整するので、第２位置検出器から第1反射部材までの距離や、第２位置検出器から第２反射部材までの距離を考慮して各ズレ量を演算する必要が無い。したがって、水平方向のずれ量に対して、光学レイアウトが変化しても同じ演算を適用することができる。

なお、上記方法において、第１演算過程および第２演算過程で求めた光軸ずれの調整に伴うレーザ光の補正距離と、補正後のレーザ光が所定位置に到達する光路長を比率で算出し、当該算出結果の逆数を補正係数として求め、当該補正係数を利用することが好ましい。

この方法によれば、求めた補正係数を次回の光軸補正に利用することができ、光軸の調整の精度を向上させることができる。

また、上記方法において、反射部材を重力の作用方向と交差する水平方向に往復移動させることが好ましい。

この方法によれば、反射部材が重力の作用方向に移動する構成では、反射部材が当該重力方向に微小に往復移動するハンチング現象を生じさせるので、光学部材の温度変化などによる経時的な変化の光軸ずれとは異なり、ビーム焦点ずれが発生する。しかしながら、重力の作用方向と交差するする水平方向に反射部材を往復移動させることにより、当該ハンチング現象を回避することができる。したがって、光軸ずれの調整をより精度よく行うことができる。

また、この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、被加工物にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光の進行方向に交差する第１方向に反射させる第１反射部材を備え、レーザ光の入射方向または出射方向に当該第１反射部材を往復移動させる第１駆動機構と、
前記第１反射部材で反射したレーザ光の進行方向に交差する第２方向に反射させる第２反射部材を備え、レーザ光の入射方向または出射方向に当該第２反射部材を往復移動させる第２駆動機構と、
前記第１反射部材または第２反射部材の一方の角度を変更する第３駆動機構と、
前記第２反射部材によって反射したレーザ光を被加工物に向かうレーザ光と異なる方向の測定光に分岐する第１光学部材と、
前記測定光を分岐する第２光学部材と、
分岐された一方の測定光を集光する第３光学部材と、
前記第３光学部材によって集光されて焦点合わせした測定光の位置を測定平面上で検出する第１位置検出器と、
分岐された他方の測定光の位置を測定平面上で検出する第２位置検出器と、
前記第１位置検出器により検出された測定光の検出位置から光軸ずれによる加工面の法線方向に対する角度ずれを求めるとともに、当該光軸のずれによって偏向し、第２位置検出器により検出された測定光に含まれる第１位置検出器により検出されるべき加工面の法線方向に対する角度ずれ成分の測定光を除去し、水平方向の測定光の光軸のずれを求める演算処理部と、
前記演算処理部により求めた角度のずれに応じて、第３駆動機構を作動させて第１光学部材または第２光学部材の角度を変更して光軸を調整するとともに、水平方向の測定光の水平方向のずれに応じて、前記第１駆動機構および第２駆動機構のうち少なくともいずれかをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させて光軸を調整する制御部と、
前記被加工物に焦点を合わせる第４光学部材と、
を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、第２光学部材により分岐された測定光の一方は、第３光学部材によって集光され、第１位置検出器の平面上に焦点が合わされる。したがって、演算処理部は、平面上の焦点の位置座標を求めることにより、水平方向のずれ量をキャンセルし、基準位置から加工面の法線方向に対する光軸の角度ずれ量のみを求めることができる。

また、他方の測定光は、第２光学部材を介さすに第２位置検出器の２次元平面上に所定の直径で検出される。光路上で光軸のずれが生じている場合、当該測定光は偏向するので、第２位置検出器によって検出される所定の直径を有する測定光には第１位置検出器によって検出されるべき加工面の法線方向に対する光軸の角度ずれの測定光が含まれている。

しかしながら、第１位置検出器によって検出した測定光から加工面の法線方向に対する光軸の角度ずれ量を求めているので、第１位置検出器により検出した角度ずれ量を補正した後であれば、第２位置検出器で検出された測定光には垂直方向の光軸ずれは存在せず、水平方向のずれだけとなっている。したがって、基準位置から水平方向への光軸のずれのみが求まる。

演算処理部で求めた両ずれ量は、垂直方向と水平方向のずれ量に明確に分離されているので、垂直方向のずれ、つまり光軸の角度ずれは光軸の角度を変化させて補正し、水平方向のずれ、つまり光軸の平行なずれは光軸を平行移動させて補正することができる。したがって、従来装置にように、光軸の平行なずれを、２箇所の反射部材の角度の組み合わせを用いて平行にずらすような複雑な演算処置を必要とせず、簡素な演算で光軸アライメントを行いつつ、被加工物を精度良く加工することができる。

なお、当該構成において、演算処理部は、求めた光軸ずれの調整に伴うレーザ光の補正距離と、補正後のレーザ光が加工面に到達する光路長を比率で算出し、当該算出結果の逆数を補正係数として求め、
前記補正係数を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、当該補正係数により光軸のずれを補正することが好ましい。

この構成によれば、記憶部に記憶した補正係数を次回の光軸補正に利用することができ、光軸の調整の精度を向上させることができる。

また、当該構成において、第１駆動機構および第２駆動機構は、第１反射部材および第２反射部材を、重力の作用方向と交差する水平方向に往復移動させることが好ましい。

この構成によれば、反射部材が重力の作用方向に移動する構成では、反射部材が当該重力方向に微小に往復移動するハンチング現象を生じさせるので、光学部材の温度変化などによる経時的な変化の光軸ずれとは異なり、ビーム焦点ずれが発生する。しかしながら、重力の作用方向と交差するする水平方向に第１反射部材および第２反射部材を往復移動させることにより、当該ハンチング現象を回避することができる。したがって、光軸ずれの調整をより精度よく行うことができる。

本発明の光軸アライメント方法およびそれを用いたレーザ加工装置によれば、光軸のずれを求める演算負荷を軽減するとともに、当該演算により求めた光軸のずれ量に応じて簡素な構成で光軸のアライメントを行うことができる。

発明方法の原理を説明する図である。 ２次元半導体検出器周りの拡大図である。 測定光の光軸のずれを検出する模式図である。 水平方向の光軸のずれ量を求める方法を説明する図である。 （ａ）は水平方向の角度ずれを補正する動作説明図、（ｂ）は垂直方向の角度ずれを補正する動作説明図である。 （ａ）は水平方向の光軸アライメントの動作説明図、（ｂ）は垂直方向の光軸アライメントの動作説明図である。 レーザ加工装置の全体構成を示す斜視図である。 レーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 変形例装置の全体構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

＜光軸アライメント方法＞
図１は、本発明のレーザの光軸アライメント方法の原理を説明する図、図２は２次元半導体検出器周りの拡大図である。

図１および図２に示すように、レーザ発振器１から被加工物Ｗまでの間に、ビームエキスパンダ４、第１ミラー３Ａ、第２ミラー７Ａ、ビームサンプラ８および集光レンズ１３が配備されている。また、ビームサンプラ８で分岐された他方のレーザ光Ｂ（以下、「測定光Ｂ」という）の光路上にビームスプリッタ１２、集光レンズ１３および２次元半導体位置検出器１４が配備されている。ここで、ビームスプリッタ１２から２次元半導体位置検出器１４まで向かうレーザ光を測定光Ｂ１とする。さらに、ビームスプリッタ１２で分岐された他方の測定光Ｂ２の光路上に２次元半導体位置検出器１５が配備されている。

なお、第１ミラー３Ａは、本発明の第１反射部材に相当し、第２ミラー７Ａは第２反射部材に相当し、ビームサンプラ８は、本発明の第１光学部材に相当し、ビームスプリッタ１２は第２光学部材に相当する。本実施例において、ビームサンプラ８およびビームスプリッタ１２は、当該光学部材に限定されるものではなく、所定比率の光量にレーザ光を分岐可能な光学部材であればよい。

また、集光レンズ１３は、本発明の第３光学部材に相当し、２次元半導体位置検出器１４は第１位置検出器に、２次元半導体位置検出器１５は第２位置検出器にそれぞれ相当する。

なお、第２ミラー７Ａは、レーザ光の光軸θ１の回りに角度を調整可能であるとともに、回転軸θ２の回りに角度を調整可能に配備されている。また、第1ミラー３Ａと第２ミラー７Ａに入射するレーザ光は、被加工物１４の加工面に対して、一方が垂直入射、他方が水平入射となる配置で構成されている。θ２の角度調整機構は、第１ミラー３Aに備わっていてもよい。

上記構成において、次のようにして光軸アライメントが実施される。レーザ発振器１から出力されたレーザ光は、ビームエキスパンダ４で平行光にコリメートされる。当該レーザ光は、第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａによってレーザ光に交差する方向に反射され、ビームサンプラ８に到達する。

ビームサンプラ８は、予め決めた比率の光量の加工光Ａと測定光Ｂにレーザ光を分岐する。加工光Ａを主体とするので、測定光Ｂは加工光Ａよりも光量が小さく設定される。

ビームサンプラ８によって分岐された測定光Ｂは、ビームスプリッタ１２によってさらに２つの測定光Ｂ１，Ｂ２に分岐される。つまり、ビームスプリッタ１２により直交方向に分岐される垂直成分の測定光Ｂ１と、当該ビームスプリッタ１２を直進透過する加工面の法線方向に対する角度のずれ成分と水平成分が合わさった測定光Ｂ２に分岐される。当該分岐された測定光Ｂ１および測定光Ｂ２を利用し、垂直方向の光軸のずれ量と水平方向の光軸のずれ量を検出する。以下、それぞれの検出量を求める方法について詳述する。

＜垂直方向の光軸ずれの検出＞
集光レンズ１３により集光された測定光Ｂ１は、光軸にずれが生じていない場合、図３の実線で示すように、測定光Ｂ１の光軸が集光レンズ１３の中心と通るよう垂直に入射し、２次元半導体位置検出器１４の中心Ｐ０に焦点が合わされる。光軸のずれが生じた場合、図中の一点鎖線で示す測定光Ｂ１’は、集光レンズ１３に垂直に入射するものの、レーザ光の光軸が集光レンズ１３の中心位置から水平にずれる場合がある。また、図中の破線で示す測定光Ｂ１”は、集光レンズ１３に斜め方向から入射する角度ずれの場合がある。

測定光Ｂ１’の入射が水平にずれる場合、集光レンズ１３への測定光Ｂ１’の入射位置は水平にずれるものの、当該集光レンズ１３に垂直に入射しているので、２次元半導体位置検出器１４の平面上での測定光Ｂ１’の焦点位置は、光軸ずれのない正常な場合の焦点位置Ｐ０と同じ位置に焦点が合わされる。

測定光Ｂ１”が斜めにずれた場合、集光レンズ１３に斜め方向から入射した測定光Ｂ１”は、入射角度を維持したまま集光される。したがって、２次元半導体位置検出器光１４の平面上での焦点は、Ｘ−Ｙ平面上の一軸（Ｙ軸）上に沿って現れる（例えば図中Ｐ１）。換言すれば、集光して焦点合わせすることにより、水平方向の光軸のずれはキャンセルされるので、基準位置から加工面の法線方向に対する角度がずれた量だけを検出することができる。光軸ずれが生じていない場合の焦点位置を基準とし、当該基準位置の座標から測定光Ｂ１の焦点位置Ｐ１の座標までの距離を求めることにより、垂直方向の光軸のずれ量を求めることができる。なお、後述する水平方向のずれを含む場合、Ｘ−Ｙ平面上に合成された位置に焦点が現れる。

＜水平方向への光軸ずれ検出＞

測定光Ｂ２は、コリメートされたビーム径で２次元半導体位置検出器１５に投影される。

しかしながら、測定光Ｂ１により加工面の法線方向に対する角度のずれを求めているので、先に垂直成分を補正してしまえば、残る水平成分だけを求めることが可能となる。例えば、２次元半導体位置検出器１４で検出したずれ量を、第１ミラー３Ａまたは第２ミラー７Ａの角度を調整して補正した後に、図４に示すように、２次元半導体位置検出器１５のＸ−Ｙ平面上に投影された測定光Ｂ２の光軸座標を求めればよい。或いは、垂直成分と水平成分が混ざった２次元半導体位置検出器１５の光軸座標から、２次元半導体位置検出器１４の演算結果のずれ量を引く方法でも、水平成分のずれ量を求めることができる。

＜光軸アライメント＞
先ず、光軸の角度ずれのアライメントを行う。すなわち、２次元半導体位置検出器１４における測定光Ｂ１の受光座標と基準座標から求めた加工面の法線方向に対する角度のずれ量が求まる。当該ずれ量と、２次元半導体位置検出器１４から第２ミラー７Ａまでの距離に基づいて、ずれ角を算出する。当該ずれ角に応じて第２ミラー７Ａの角度を補正する。例えば、図５（ａ）に示すように、縦軸θ１回りに第２ミラー７Ａを回転させて水平方向の反射角度を調整する。または、図５（ｂ）に示すように、横軸θ２回りに第２ミラー７Ａを回転させて垂直方向の反射角度を調整する。

第２ミラー７Ａの角度の調整が完了した後に、第２半導体位置検出器１５で検出されるずれ量は、水平成分のずれ量だけなので、そのずれ量を、第１ミラー３Ａと第２ミラー７Ａを移動させて補正する。このとき、角度ずれの生じていない光軸のずれ量（いわゆる、シフトずれ量）と第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａの移動量は、第２半導体位置検出器１５と第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａとの距離に関係なく等距離となる。

したがって、ずれ量が求まると当該ずれ量に応じて、例えば水平方向の光軸のずれをアライメントする場合、図６（ａ）に示すように、第１ミラー３Ａをレーザ光の出射方向に往復移動する。第１ミラー３Ａを往復移動させると当該第１ミラー３Ａにレーザ光の到達する距離が変化する。つまり、第１ミラー３Ａ上での反射位置が変化する。反射位置が変化したレーザ光は、第２ミラー７Ａの水平軸上のそれぞれ異なった位置に到達する。上記した第１ミラー３Ａを出射方向に移動させる代わりに、入射方向に移動させてもよい。すなわち、第１ミラー３Ａをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させるだけで、水平方向のずれを補正することができる。

垂直方向の光軸のずれをアライメントする場合、図６（ｂ）に示すように、ずれ量に応じて第２ミラー７Ａをレーザ光の出射方向に往復移動する。第２ミラー７Ａを往復移動させるとレーザ光の到達距離が垂直方向で変化する。つまり、反射位置が垂直軸に沿って上下に変化する。上記した第２ミラー７Ａを出射方向に移動させる代わりに、入射方向に移動させてもよい。したがって、第２ミラー７Ａをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させるだけで、垂直方向のずれを補正することができる。

上述のように、ビームスプリッタ１２によって分岐した測定光Ｂ１を集光レンズ１３で集光し、２次元半導体位置検出器１４で焦点位置を検出することにより、水平方向の光軸のずれをキャンセルして垂直方向の光軸のずれのみを検出することができる。また、２次元半導体位置検出器１５で検出した測定光Ｂ２については、他方の第２半導体位置検出器１４によって加工面の法線方向に対する角度のずれを求めているので、加工面の法線方向に対する角度のずれを無視して水平方向のずれ量を求めることができる。したがって、従来の４分割のフォトダイオードからなる位置検出器を利用した場合のように、加工面の法線方向に対する角度のずれまでを考慮した複雑な演算式で光軸のずれ量を求める必要がない。

また、加工面の法線方向に対する角度のずれ量が求まれば、当該ずれ量をアライメントするための第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａの調整角度を換算すればよい。水平方向のずれ量が求まれば、第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａを往復移動させる距離に当てはめればよい。したがって、簡単な演算処理および構成で光軸アライメントを精度よく行うことができる。

＜レーザ加工装置＞
上記レーザ光の光軸アライメント方法を利用したレーザ加工装置について説明する。図７は、レーザ加工装置の全体構成を示す斜視図である。本実施例装置において、上記方法の説明に含まれる同一構成要素については、適宜に同一符号を付すに留める。

レーザ加工装置は、レーザ発振器１から被加工物Ｗの間に第１光路変更用ミラー２、第１光軸調整部３、ビームエキスパンダ４、アッテネータ５、第２光路変更用ミラー６、第２光軸調整部７、ビームサンプラ８、ガルバノスキャナ９およびｆθレンズ１０を備えている。ビームサンプラ８で分岐された測定光Ｂ１の光路上に光量調整用のフィルタ１１、ビームスプリッタ１２、集光レンズ１３および２次元半導体位置検出器１４が配備されている。さらに、ビームスプリッタ１２で分岐された測定光Ｂ２の光路上に２次元半導体位置検出器１５が配備されている。以下、各構成について説明する。

第１および第２光路変更用ミラー２，６は、レーザ光の光路を任意の方向および距離に変更するためのものである。したがって、反射面を所定の任意に角度調整が可能になっている。

第１光軸調整部３は、ガイドレールに沿って移動する可動台上に配備した第１ミラー３Ａと当該第１ミラー３Ａを図中の矢印３Ｓに示すように、レーザ光の出射方向に水平に往復移動するよう可動台を移動させる圧電素子やパルスモータなどのアクチュエータとして機構する第１駆動機構３Ｂから構成されている。第１ミラー３Ａは、垂直下方に向かうレーザ光を図中の右方向に反射させるように傾斜姿勢で配備されている。なお、第１駆動機構３Ｂは、本発明の第１駆動機構に相当する。

ビームエキスパンダ４は、レーザ光を平行光にコリメートする。

アッテネータ５は、例えばバリアブルアッテネータであってレーザ光を任意の光量に減衰調整することができる。

第２光軸調整部７は、ガイドレールに沿って移動する可動台上に配備した第２ミラー７Ａと当該第２ミラー７Ａを図中の矢印７Ｓに示すように、レーザ光の出射方向に水平に往復移動するよう可動台を移動させる圧電素子やパルスモータなどのアクチュエータとして機構する第２駆動機構７Ｂを備えている。また、図中の縦軸θ１回りに第２ミラー７Ａを回転させる超音波などを利用したアクチュエータ７Ｃおよび横軸θ２回りに第２ミラー７Ａを回転させる超音波などを利用したアクチュエータ７Ｃを備えている。すなわち、アクチュエータ７Ｃ，７Ｄは、レーザ光の反射角度を垂直および水平方向に変更可能にする。なお、第２駆動機構７Ｂは、本発明の第２駆動機構、アクチュエータ７Ｃ，７Ｄは第３駆動機構に相当する。

ビームサンプラ８は、レーザ光を加工光Ａと測定光Ｂに分岐する。分岐する測定光Ｂは、加工光Ａよりも光量を小さく設定している。

ガルバノスキャナ９は、レーザ光を加工面上の所定範囲で走査する。当該走査過程で変化する焦点距離と、ガルバノミラーの振り角度に対する加工面上でのレーザ光の移動距離の関係をｆθレンズ１０によって調整する。

ビームスプリッタ１２は、レーザ光を垂直成分の測定光Ｂ１と水平成分の測定光Ｂ２の２等分にするよう設定されている。なお、分岐する光量の割合は、特性の異なるビームスプリッタ１２によって適時に変更が可能である。

集光レンズ１３は、集光した測定光Ｂ１を２次元半導体位置検出器１４の２次元平面上に焦点合わせする。

２次元半導体位置検出器１４は、Ｘ−Ｙの２次元平面上に焦点合わせされたレーザ光を検出し、当該検出信号を図８に示す制御部２０に送信する。

２次元半導体位置検出器１５は、Ｘ−Ｙの２次元平面上に所定の直径で投影されたレーザ光を検出し、当該検出信号を制御部２０に送信する。

制御部２０は、図８に示すように、記憶部２１および演算処理部２２を備えている。記憶部２１は、光軸のずれがない場合に２次元半導体位置検出器１４、１５で検出される基準位置座標や、レーザ光の出力レベルなどの各種初期設定条件が予め記憶されている。

演算処理部２２は、２次元半導体位置検出器１４、１５のそれぞれで検出され、記憶部２１に記憶されている当該信号を読み出し、基準位置座標と測定座標との距離を求め、当該距離を第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａの水平移動距離に換算する。

制御部２０は、演算処理部２２により算出された距離に応じて、第１駆動機構３Ｂおよび第２駆動機構７Ｂをそれぞれに適時に移動させて光軸のアライメントを行う。当該アライメントが完了すれば、被加工物Ｗの加工処理を開始する。なお、被加工物Ｗの加工処理中に平行して当該アライメントを実施してもよい。

上記実施例装置は、内部に上記の光軸アライメント方法を実現するための第１光軸調整部３、第２光軸調整部７、ビームサンプラ８、ビームスプリッタ１２、集光レンズ１３、２次元半導体位置検出器１４および２次元半導体位置検出器１５を備えているので、演算処理部２２は、当該両２次元半導体位置検出器１４，１５の検出結果に基づいて、演算負荷の少ない光軸の加工面の法線方向に対する角度のずれと水平方向の光軸のずれのみを求めればよい。

また、水平方向の光軸ずれに関しては、当該演算により求めた距離だけ第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａを水平方向に移動させるだけでよい。したがって、演算負荷が少なく、かつ、簡素な構成で光軸アライメントを実現しつつも、被加工物を高精度に加工することができる。

また、上記実施例装置は、第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａを重力の作用方向と直交する水平方向に往復移動させる構成なので、重力の作用方向に移動する形態で生じるハンチング現象による焦点ずれを回避することができる。

本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。

（１）上記実施例では、上記実施例装置では、被加工物Ｗ上にレーザ光を走査するために、ガルバノスキャナ９およびｆθレンズ１０を利用した構成であったが、当該構成に限定されるものではない。例えば、ｆθレンズ１０に代えて、図９に示すように、ビームサンプラ８とガルバノスキャナ９の間に、焦点距離を調整するＺスキャナ１６と焦点合わせのオブジェクトレンズ１７を備えた構成であってもよい。当該構成によっても、加工処理過程で、被加工物Ｗ上までの距離が変化しても被加工物の所定位置に焦点を保つことができる。

また、上記実施例装置および当該変形例装置において、被加工物Ｗを載置保持する保持テーブルを水平および昇降させてもよい。

（２）上記実施例では、第２ミラー７Ａの角度を調整して角度ずれを補正していたがこの形態に限定されない。例えば、第１ミラー３Ａの角度を調整してもよいし、角度調整用の個別のミラーを設けた構成であってもよい。

（３）上記実施例では、補正後に第２半導体位置検出器１５でレーザ光の受光座標を再検出し、先の補正で合わせ込もうとした座標へのレーザ光の移動距離と、実際にレーザ光が移動した距離の比率を算出し、その比率の逆数を係数とし、当該係数を記憶部２１に記憶しておいてもよい。つまり、次回のレーザ光の出射時に当該係数を掛けた状態で、第２半導体位置検出器１５で再検出した座標の再補正を実施する。

当該構成によれば、レーザ光の光軸ずれの補正精度を向上させることができる。

上記実施例では、第１ミラー３Ａおよび第２ミラー７Ａを、それぞれ第１駆動機構７Ａおよび第２駆動機構７Ｂにより、レーザ光の出射方向に移動させる形態を示したが、どちらか一方または双方を、レーザの入射方向に移動させる形態であってもよい。

１ … レーザ発振器
３ … 第１光軸調整部
３Ａ… 第１ミラー
３Ｂ… 第１駆動機構
４ … ビームエキスパンダ
５ … アッテネータ
７ … 第２光軸調整部
７Ａ… 第２ミラー
７Ｂ… 第２駆動機構
８ … ビームサンプラ
９ … ガルバノスキャン
１０ … ｆθレンズ
１２ … ビームスプリッタ
１３ … 集光レンズ
１４ … ２次元半導体位置検出器
１５ … ２次元半導体位置検出器
２０ … 制御部
２２ … 演算処理部
Ｗ … 被加工物

Claims (6)

1. レーザ発振器から出力されたレーザ光の光軸を調整するレーザの光軸アライメント方法であって、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を第１反射部によって当該レーザ光の進行方向に交差する第１方向に反射する第１反射過程と、
   前記第１反射部により反射されたレーザ光を第２反射部によって当該レーザ光の進行方向に交差する第２方向に反射する第２反射過程と、
   前記第２反射部により反射されたレーザ光を第１光学部材によって焦点方向のレーザ光と異なる方向の測定光に分岐する第１分岐過程と
   前記測定光を第２光学部材によって分岐する第２分岐過程と、
   分岐された一方の測定光を第３光学部材により第１位置検出器の測定平面上に焦点合わせされた当該焦点の位置を検出する第１検出過程と、
   前記測定光から垂直方向への光軸のずれを求める第１演算過程と
   分岐された他方の測定光を第２位置検出器の測定平面上で検出する第２検出過程と、
   光軸のずれによって偏向し、前記第２検出過程で検出された測定光に含まれる前記第１検出過程で検出されるべき測定光を除去し、水平方向の測定光の光軸のずれを求める第２演算過程と、
   前記第１演算過程で求めた光軸のずれに応じて、第１反射部および第２反射部に備わった反射部材のいずれか一方の角度を変更して光軸を調整する第１光軸調整過程と、
   前記第１光軸調整過程で光軸を調整した後に、第２演算過程で求まった光軸のずれに応じて、前記第１反射部および第２反射部に備わった反射部材のうち少なくともいずれかをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させて光軸を調整する第２光軸調整過程と
   を備えたことを特徴とするレーザの光軸アライメント方法。
2. 請求項１に記載のレーザの光軸アライメント方法において、
   前記第１演算過程および第２演算過程で求めた光軸ずれの調整に伴うレーザ光の補正距離と、補正後のレーザ光が所定位置に到達する光路長を比率で算出し、当該算出結果の逆数を補正係数として求め、当該補正係数を利用する
   をことを特徴とするレーザの光軸アライメント方法。
3. 請求項１に記載のレーザの光軸アライメント方法において、
   前記反射部材を重力の作用方向と交差する水平方向に往復移動させる
   をことを特徴とするレーザの光軸アライメント方法。
4. 被加工物にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記レーザ光の進行方向に交差する第１方向に反射させる第１反射部材を備え、レーザ光の入射方向または出射方向に当該第１反射部材を往復移動させる第１駆動機構と、
   前記第１反射部材で反射したレーザ光の進行方向に交差する第２方向に反射させる第２反射部材を備え、レーザ光の入射方向または出射方向に当該第２反射部材を往復移動させる第２駆動機構と、
   前記第１反射部材または第２反射部材の一方の角度を変更する第３駆動機構と、
   前記第２反射部材によって反射したレーザ光を被加工物に向かうレーザ光と異なる方向の測定光に分岐する第１光学部材と、
   前記測定光を分岐する第２光学部材と、
   分岐された一方の測定光を集光する第３光学部材と、
   前記第３光学部材によって集光されて焦点合わせした測定光の位置を測定平面上で検出する第１位置検出器と、
   分岐された他方の測定光の位置を測定平面上で検出する第２位置検出器と、
   前記第１位置検出器により検出された測定光の検出位置から光軸ずれによる加工面の法線方向に対する角度ずれを求めるとともに、当該光軸のずれによって偏向し、第２位置検出器により検出された測定光に含まれる第１位置検出器により検出されるべき加工面の法線方向に対する角度ずれ成分の測定光を除去し、水平方向の測定光の光軸のずれを求める演算処理部と、
   前記演算処理部により求めた角度のずれに応じて、第３駆動機構を作動させて第１光学部材または第２光学部材の角度を変更して光軸を調整するとともに、水平方向の測定光の水平方向のずれに応じて、前記第１駆動機構および第２駆動機構のうち少なくともいずれかをレーザ光の入射方向または出射方向に往復移動させて光軸を調整する制御部と、
   前記被加工物に焦点を合わせる第４光学部材と、
   を備えた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、
   前記演算処理部は、求めた光軸ずれの調整に伴うレーザ光の補正距離と、補正後のレーザ光が加工面に到達する光路長を比率で算出し、当該算出結果の逆数を補正係数として求め、
   前記補正係数を記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、当該補正係数により光軸のずれを補正する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のレーザ加工装置において、
   前記第１駆動機構および第２駆動機構は、第１反射部材および第２反射部材を、重力の作用方向と交差する水平方向に往復移動させる
   ことを特徴とするレーザ加工装置。

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