JPH1076379A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繰り返し周波数の高いレーザビームのエネル
ギを正確に測定する。 【解決手段】 図示せぬダイクロイックミラーを透過し
たレーザビームの一部を光量センサ４２で受光し、電気
信号に変換する。この電気信号を、増幅回路４３で、被
加工物に照射されるレーザビームによる電気信号と同じ
レベルになるように増幅し、ピークホールド回路４４で
１パルス毎のピーク値を検出してピーク値加算回路４５
に供給する。ピーク値加算回路４５は、所定の数、例え
ば、数百のパルスのピーク値を累積的に加算し、加算結
果を平均ピーク値演算回路４６に供給する。平均ピーク
値演算回路４６は、加算結果より、１パルスの平均ピー
ク値を演算し、エネルギ算出回路４７に出力する。エネ
ルギ算出回路４７は、平均ピーク値を用いて、所定の演
算を行うことにより、レーザビームのエネルギを算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特に、レーザビームを照射光学系を介して被加工
物に照射し、被加工物を加工するレーザ加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置を用いて被加工物を加工
する場合、常に、被加工物に対して最適なエネルギのレ
ーザビームを実現するため、光量モニタを用いて、加工
中のレーザビームのエネルギを適宜、測定し、この測定
結果に対応して光源から出射されるレーザビームのエネ
ルギを制御するようにしている。

【０００３】図４は、従来の光量モニタ１の一例の構成
を示している。所定の光源から出射されたレーザビーム
は、光量センサ１１で、所定の電気信号に変換され、ピ
ークホールド回路１２に出力される。

【０００４】ピークホールド回路１２は、光量センサ１
１より供給されたレーザビームに対応する、パルス信号
とされる電気信号のピーク値を１パルス毎に検出し、そ
の検出結果をエネルギ算出回路１３に供給する。

【０００５】エネルギ算出回路１３は、１パルス毎のピ
ーク値を用いて、所定の演算を行うことにより、レーザ
ビームのエネルギを算出し、その算出結果を所定の外部
装置に供給する。

【０００６】このようにして、被加工物に照射されるレ
ーザビームのエネルギを算出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示したような従来の光量モニタ１においては、１パルス
毎にエネルギの算出を行っているため、繰り返し周波数
の高い、例えば、数ｋＨz以上の繰り返し周波数のレー
ザビームのエネルギを算出しようとする場合、実際のエ
ネルギより低い値が出力されるなど、演算処理がレーザ
ビームの繰り返し周波数波に対応することができない課
題があった。

【０００８】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、繰り返し周波数の高いレーザビームのエ
ネルギを、正確に測定することができるようにしたもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のレーザ
加工装置は、パルス的に放出されるレーザビームの光量
のピーク値を検出する検出手段と、検出されたｎ個のピ
ーク値を累積的に加算する加算手段と、加算されたｎ個
のピーク値の平均値を用いて、被加工物に照射されるレ
ーザビームのエネルギを計測する計測手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明する
が、特許請求の範囲に記載の各手段と以下の実施例との
対応関係を明かにするために、各手段の後の括弧内に、
対応する実施例（但し一例）を付加して本発明の特徴を
記述すると、次のようになる。但し、勿論この記載は、
各手段を記載したものに限定することを意味するもので
はない。

【００１１】請求項１に記載のレーザ加工装置は、レー
ザビームを被加工物に照射し、加工を行うレーザ加工装
置において、レーザビームをパルス的に放出する放出手
段（例えば、図１のレーザ光源２２）と、放出手段から
放出されたレーザビームを被加工物に照射する照射手段
（例えば、図１の対物レンズ２５）と、パルス的に放出
されるレーザビームの光量のピーク値を検出する検出手
段（例えば、図２のピークホールド回路４４）と、検出
されたｎ個のピーク値を累積的に加算する加算手段（例
えば、図２のピーク値加算回路４５）と、加算されたｎ
個のピーク値の平均値を用いて、被加工物に照射される
レーザビームのエネルギを計測する計測手段（例えば、
図２のエネルギ算出回路４７）とを備えることを特徴と
する。

【００１２】請求項３に記載のレーザ加工装置は、レー
ザビームのうちの一部の光の光量から、被加工物に実際
に照射されるレーザビームの光量を演算する演算手段
（例えば、図２の増幅回路４３）をさらに備えることを
特徴とする。

【００１３】図１は、本発明のレーザ加工装置２１の一
実施例の構成を示すブロック図である。

【００１４】レーザ光源２２よりパルス的に出射された
レーザビームは、光量可変部２３で光量が調節されるよ
うになされている。すなわち、光量可変部２３は、透過
率の異なる複数のＮＤフィルタを出し入れすることによ
り、レーザ光源２２より出射されたレーザビームの光量
を調節するようになされている。

【００１５】光量可変部２３により光量が調節されたレ
ーザビームは、アパーチャ２４で絞り値が調節された
後、ダイクロイックミラー（Dichroic Mirror）３４に
照射するようになされている。

【００１６】ダイクロイックミラー３４に照射されたレ
ーザビームの大部分は、反射して対物レンズ２５に入射
するが、残りのレーザビームは、ダイクロイックミラー
３４を透過し、加算光量モニタ２８に入射するようにな
されている。対物レンズ２５に入射したレーザビーム
は、ステージ２９上に設置された被加工物２６の加工面
に集光されるようになされている。

【００１７】加算光量モニタ２８は、所定の数のパルス
の平均ピーク値を用いて、ダイクロイックミラー３４を
透過したレーザビームから、被加工物２６に照射される
レーザビームのエネルギを算出し、算出結果を制御回路
３０に供給するようになされている。

【００１８】光量モニタ２７は、レーザ加工装置２１の
動作開始時には、ステージ２９上のレーザビームの光路
上に配置されており、対物レンズ２５を介して照射され
るレーザビームのエネルギを測定し、その測定結果を制
御回路３０に供給するようになされている。

【００１９】入力部３６は、被加工物２６のデータを入
力する所定の操作、または図示せぬ解析機構から供給さ
れる被加工物２６のデータに対応して、例えば、材質、
形状などの被加工物２６の情報を制御回路３０に供給す
るようになされている。

【００２０】制御回路３０は、レーザ加工装置２１の各
種の回路を制御するようになされている。すなわち、制
御回路３０は、光量モニタ２７または加算光量モニタ２
８より供給されたレーザビームのエネルギの測定結果を
基に、被加工物２６に最適なエネルギのレーザビームを
レーザ光源２２に放出させたり、被加工物２６の形状や
加工状況に対応して、ステージ２９上に設置されている
被加工物２６を移動させるようになされている。また、
制御回路３０は、光量可変部２３とアパーチャ２４を制
御して、それぞれ、光量または絞り値を調節するように
もなされている。

【００２１】観察光源３１より出射されたレーザビーム
は、反射ミラー３５で反射され、ダイクロイックミラー
３４と対物レンズ２５を介して被加工物２６に照射され
るようになされている。被加工物２６からの反射光は、
再び、対物レンズ２５、ダイクロイックミラー３４を介
して反射ミラー３５に入射し、反射ミラー３５を透過し
てＣＣＤカメラ３２に入射するようになされている。

【００２２】ＣＣＤカメラ３２は、被加工物２６からの
反射光を画像信号に変換し、ＴＶモニタ３３に出力する
ようになされている。ＴＶモニタ３３は、ＣＣＤカメラ
３２から入力された画像信号に対応する映像を出力表示
するようになされている。

【００２３】図２は、加算光量モニタ２８の一実施例の
構成を示すブロック図である。

【００２４】ダイクロイックミラー３４を透過したレー
ザビームは、加算光量モニタ２８の光量センサ４２に入
射され、対応する電気信号（パルス信号）に変換される
ようになされている。増幅回路４３は、光量センサ４２
より供給された電気信号を、被加工物２６に照射される
レーザビームによる電気信号と同じレベルの信号になる
ように増幅し、ピークホールド回路４４に供給するよう
になされている。

【００２５】ピークホールド回路４４は、増幅回路４３
より供給された電気信号のピーク値を、パルス毎に検出
し、ピーク値加算回路４５に出力するようになされてい
る。

【００２６】ピーク値加算回路４５は、ピークホールド
回路４４から供給されたパルス毎のピーク値を、所定の
パルス数分、例えば、数百パルス分だけ、累積的に加算
するようになされている。また、ピーク値加算回路４５
は、累積された加算結果を平均ピーク値演算回路４６に
供給するようになされている。

【００２７】平均ピーク値演算回路４６は、ピーク値加
算回路４５より供給された加算結果を所定のパルス数で
平均した平均ピーク値を演算し、エネルギ算出回路４７
に供給するようになされている。

【００２８】エネルギ算出回路４７は、平均ピーク値を
用いて、所定の演算を行うことにより、レーザビームの
エネルギを算出し、その結果を制御回路３０に供給する
ようになされている。

【００２９】ここで、レーザ加工装置２１の具体的な処
理動作について、図３のフローチャートを参照して説明
する。

【００３０】加工処理が開始されると、図３のステップ
Ｓ１で、制御回路３０は、レーザ光源２２に対し、比較
的、低い繰り返し周波数のレーザビームの放出を指示す
るとともに、光量モニタ２７の中心が、レーザビームの
光路と一致するようにステージ２９を移動させる。ま
た、制御回路３０は、入力部３６を介して入力された被
加工物２６の情報を基に、最適な光ビームの光量と絞り
値を決定し、決定された光量と絞り値を実現するよう
に、それぞれ、光量可変部２３とアパーチャ２４を制御
する。

【００３１】制御回路３０の指示に対応した繰り返し周
波数の低いレーザビームがレーザ光源２２より放出され
ると、このレーザビームは、光量可変部２３とアパーチ
ャ２４で、それぞれ、被加工物２６に最適な光量と、絞
り値に調節され、ダイクロイックミラー３４と対物レン
ズ２５を介して、レーザビームの光路上に設置された光
量センサ２７に照射される。

【００３２】光量センサ２７は、１パルス毎にレーザビ
ームの光量のピーク値を検出し、検出したピーク値毎
に、レーザビームのエネルギを算出し、算出結果を制御
回路３０に供給する。制御回路３０は、光量モニタ２７
が算出したレーザビームのエネルギの値を基に、被加工
物２６に最適なエネルギとなるように光量可変部２３を
制御する。なお、加工処理の開始時には、繰り返し周波
数の低いレーザビームを放出しているため、従来の光量
モニタ２７を用いた場合でも、レーザビームのエネルギ
を正確に測定することができる。

【００３３】レーザビームのエネルギが被加工物２６に
最適なエネルギとなると、ステップＳ２で、制御回路３
０は、ステージ２９を制御して、光量モニタ２７をレー
ザビームの光路上から除去させ、レーザビームの光路上
に被加工物２６を設置させる。また、制御回路３０は、
被加工物２６の加工パターンに応じてステージ２９を、
適宜移動させる。

【００３４】続くステップＳ３で、ダイクロイックミラ
ー３４を透過して加算光量モニタ２８に入射したレーザ
ビームの光量のピーク値が、所定のパルス数分だけ、例
えば、数百パルス分だけ加算される。

【００３５】すなわち、加算光量モニタ２８に入射され
たレーザビームは、加算光量モニタ２８の光量センサ４
２で対応する電気信号（パルス信号）に変換され、増幅
回路４３に出力される。増幅回路４３は、被加工物２６
に照射されるレーザビームに対応する電気信号と同じ強
度になるように、光量センサ４２より供給された電気信
号を増幅した後、ピークホールド回路４４に供給する。
つまり、ダイクロイックミラー３４を透過するレーザビ
ームは、ダイクロイックミラー３４で反射されるレーザ
ビームと比較し、その光量が僅かであるため、光量セン
サ４２で検知されるレーザビームの光量が、被加工物２
６に照射されるレーザビームの光量と同じ光量として扱
えるように、光量センサ４２から供給された電気信号を
増幅回路４３で増幅する。

【００３６】そして、ピークホールド回路４４は、増幅
された電気信号の、１パルス毎のピーク値を検出し、検
出結果をピーク値加算回路４５に供給する。検出された
ピーク値は、ピーク値加算回路４５で、例えば、数百パ
ルス分のピーク値として累積的に加算され、この加算値
が平均ピーク値演算回路４６に出力される。

【００３７】後続のステップＳ４で、平均ピーク値演算
回路４６は、加算された数百パルス分のピーク値より、
平均ピーク値を演算し、演算結果をエネルギ算出回路４
７に供給する。

【００３８】そして、ステップＳ５で、エネルギ算出回
路４７は、平均ピーク値を用いて所定の演算を行うこと
により、被加工物２６に照射されるレーザビームのエネ
ルギを算出し、制御回路３０に供給する。

【００３９】続くステップＳ６で、制御回路３０は、エ
ネルギ算出回路４７より供給されたエネルギの算出結果
を基に、被加工物２６に照射されているレーザビームの
エネルギが適切な値であるか否かを判断し、判断結果に
対応して光量可変部２３を制御することで、被加工物２
６に対して適切な値のエネルギを有するレーザビームを
放出させる。

【００４０】このようにして、レーザ光源２２から放出
されたレーザビームの一部（ダイクロイックミラー３４
を透過したレーザビーム）から、被加工物２６に照射さ
れる加工中のレーザビームのエネルギを算出することが
できる。

【００４１】また、エネルギの算出処理は、所定数のパ
ルスの平均ピーク値を用いて算出されるため、高い繰り
返し周波数、例えば、数ｋＨzのレーザビームを被加工
物２６に照射するような場合においても、正確にエネル
ギを測定することができる。

【００４２】なお、上記実施例においては、被加工物２
６に照射されるレーザビームの始めのエネルギを測定す
るための光量モニタとして、従来の光量モニタ２７を用
いるようにしたが、勿論、図２に示すような構成の加算
光量モニタ２８を応用して用いることもできる。その場
合、被加工物２６に直接照射されるレーザビームのエネ
ルギを測定することになるため、図２の増幅回路４３を
除いた構成の加算光量モニタ２８を用いるようにする。

【００４３】また、上記実施例においては、ダイクロイ
ックミラー３４を透過するレーザビームを用いて被加工
物２６に照射されるレーザビームのエネルギを算出する
ため、光量センサ４２が変換した電気信号を増幅回路４
３で増幅するようにしたが、例えば、光量センサ４２が
変換した電気信号を増幅回路４３を介さずに、直接、ピ
ークホールド回路４４に供給するとともに、エネルギ算
出回路４７で算出された算出結果を所定の倍率で増幅す
るようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１に記載のレーザ加工装置によれ
ば、パルス的に放出されるレーザビームの光量のピーク
値を検出し、検出されたｎ個のピーク値を累積的に加算
し、加算されたｎ個のピーク値の平均値を用いて、被加
工物に照射されるレーザビームのエネルギを計測するよ
うにしたので、繰り返し周波数の高いレーザビームのエ
ネルギを、正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置２１の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】加算光量モニタ２８の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】レーザ加工装置２１の処理動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図４】従来の光量モニタ１の一例の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 光量モニタ １１ 光量センサ １２ ピークホールド回路 １３ エネルギ算出回路 ２１ レーザ加工装置 ２２ レーザ光源 ２３ 光量可変部 ２４ アパーチャ ２５ 対物レンズ ２６ 被加工物 ２７ 光量モニタ ２８ 加算光量モニタ ２９ ステージ ３０ 制御回路 ３１ 観察光源 ３２ ＣＣＤカメラ ３３ ＴＶモニタ ３４ ダイクロイックミラー ３５ 反射ミラー ３６ 入力部 ４２ 光量センサ ４３ 増幅回路 ４４ ピークホールド回路 ４５ ピーク値加算回路 ４６ 平均ピーク値演算回路 ４７ エネルギ算出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを被加工物に照射し、加工
   を行うレーザ加工装置において、 前記レーザビームをパルス的に放出する放出手段と、 前記放出手段から放出された前記レーザビームを前記被
   加工物に照射する照射手段と、 パルス的に放出される前記レーザビームの光量のピーク
   値を検出する検出手段と、 検出されたｎ個の前記ピーク値を累積的に加算する加算
   手段と、 加算されたｎ個の前記ピーク値の平均値を用いて、前記
   被加工物に照射される前記レーザビームのエネルギを計
   測する計測手段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】 前記検出手段は、前記放出手段から放出
   された前記レーザビームのうちの一部を受光して、前記
   ピーク値を検出することを特徴とする請求項１に記載の
   レーザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記レーザビームのうちの一部の光の光
   量から、前記被加工物に実際に照射される前記レーザビ
   ームの光量を演算する演算手段をさらに備えることを特
   徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。