JPS63230290A - レ−ザスキヤナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザスキャナ装置に係り、特に環境温度およ
び使用による本体の温度の変化に伴う加工位置の位置ず
れの防止機能に関する。

［従来技術およびその問題点］ 半導体技術の進歩に伴い、素子の微細化は進む一方であ
り、微細加工技術への要求が高くなっている。

なかでも、レーザ加工は、従来用いられてきた１械的加
工、電子的加工、科学的加工等に比べて、高い出力パワ
ー密度を得ることができること、非接触加工であるため
、加工ｌ１ｉＴ後のひずみ、変形等を最小限に抑えるこ
とができること、細部への局所的加工が容易であること
等の優れた特徴を有しており、微細部分のマーキング、
厚膜、あるいは薄膜抵抗のトリミング、半導体のアニー
リング等に広く利用され始めている。

このようなレーザ加工工程においては、レーザビームの
位置制御が小型なポイントであり、通常、ミラーを駆動
することにより、位置１１す御を行なうようにしたレー
ザ用スキャナ（以下レーザスキャナ）が用いられている
。

このレーザスキャナは、例えば第４図に示す如く、位置
センサ１０２をｆＡ、備しており、この位置センサによ
って検出された位置データに基づき、ミラー１１０をマ
グネチックドライバー１０９によって駆動し、レーザビ
ームの照射位置を制御する装置である。

′ここでは、スキャナ軸の正確な位置制御を青るために
、厳しい条件が必要とされる。特に、工場レベルでの実
際のレーザ照射には温度変位による検出位置の位置ずれ
を防ぐため特に温度特性の安定化が要求される。これは
、実験室レベルでは到底想象もつかないような環境条件
下での動作が要求されるためである。

そこで温度特性の安定化のために、例えば、ゼネラルス
キャニング社（米）製のレーザスキャナでは第５図に示
す如くスキセナ本体１０１の位置センサ２の周りにヒー
タＨを設け、このヒータに接続された電源系での温度コ
ントロールによって常に４０℃程度に位置センサ部を加
熱保温するという方法が用いられている。第６図は、こ
のヒータを設けた加熱保温タイプのレーザスキャナａと
ヒータを設けない標準タイプのレーザスキャナｂとの温
度と時間の関係を示す。この図からもわかるように、こ
の加熱保温タイプのレーザスキャナは、標準タイプのレ
ーザスキャナに比べて温度の安定化をはかることができ
るが、 ■　ランニングタイムが長い（３０分）。

■　使用環境温度が１０〜２８°Ｃに限られる。

■　■■により一般工業用としては環境、設備等に問題
がある。

■　電源系での温度コントロールであるから完全にドリ
フトを押えることができない。

等の問題を有していた。

そこで、本発明名は、位置センサの検出信号に基づいて
作動せしめられるようにした駆動手段によってミラーを
回動ゼしめレーザビーム照射位置（走査方向）を制御す
るレーザスキャナ装置において、前記位置センサの近傍
に配設されたスキャナ温度センサと、スキャナ雰囲気す
なわち環境温度を検出する環境温度検出手段を設（ブ、
環境温度と位置センサ部の温度とを常に比較し、この比
較結果に応じて加熱冷却手段を駆動しこれにより位置セ
ンサ部を加熱又は冷却し、位置センサ部の温度を常に一
定に保つように構成したレーザスキャナ装置を提案して
いる（特願６１−１９２５４１号）。

本発明は、スキセナ温度の変化に対しても温度ドリフト
を生じることなく、スキャナ軸の位置制御を更に高精度
化することのできるレーザスキャナ装置を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明では、位置センサの検出信号に基づいて作
動せしめられる駆動手段によってミラーを回動せしめレ
ーザビーム照射位置（走査方向）を制御するレーザスキ
ャナ装置に６いて、位置センサ部をバイポーラ電源で駆
動される熱電素子の一端側に熱接触せしめると共に、該
熱電素子の他端側をレーザヘッド冷却水をバイパスさせ
てなる水冷ブロックに接触せしめる一方、前記位置セン
サの近傍に配設されたスキャナ温度センサの温度と、基
準温度設定手段の設定値とを比較し、この比較結果に応
じて前記バイポーラ電源を駆動しこれにより位置センサ
部を前記熱電素子によって加熱又は冷却し、位置センサ
部の温度を調整するように構成している。

［作用］ すなわち本発明のレーザスキャナＶＩＡによれば、位置
センサ部の温度を一定にするための力１１熱冷却手段と
して、バイポーラ電源によって流れる電流の方向が自在
となるようにした熱電素子を用い、基準温度と位置セン
サ部の温度とを常に比較しつつこの比較結果に応じて加
熱冷却を行なうわけであるが、この熱電素子は他端側す
なわち、位置センサ部と接触しない側の排熱をレーザ冷
却水の１部をバイパスして利用する水冷ブロックによっ
て行なっている。

このレーザ冷却水は常に一定温度となるように温度管理
がなされており、この１部をそのまま利用すればよく、
コストも低い。また、このようにして熱電素子の二次排
熱を一定温度に管理された水冷ブロックで行なうように
しているため、加熱６甜両方向のゲインを一定に保つこ
とができ、制御性を高めることが可能である。

［実施例］ 以下本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本発明実施例のレーザスキャナ装置を示す図
である。

このレーザスキャナ装置は、Ｘ、Ｙスキャナ１゜２の温
度制御手段として夫々第１および第２のバイポーラ電源
３，４によって駆動される第１および第２の熱電素子５
，６を配設すると共に、これら熱電素子の二次排熱手段
としてレーザヘッド冷却水をバイパスして用いた第１お
よび第２の水冷熱交換ブロック７．８を用い、Ｘ、Ｙス
キャナの温度制御を行いつつ、ＸスキャナとＹスキャナ
とによってミラー９を移動せしめ、レーザ発振器（図示
せず）からのレーザ光りを走査するようにしたものであ
る。ここで１ｏはＦ−ｅレンズである。

そして、ＸスキャナおよびＹスキャナは、夫々中央部に
プラチナセンサからなるＸスキャナ温度センサ１１およ
びＹスキャナ温度センサ１２を具備しており、これらの
センサの出力と、雰囲気温度を検出するプラチナセンサ
からなる雰囲気温度検出センサ１３の出力とから、第２
図に示す如く、比較演算器１４によって、夫々第１およ
び第２のバイポーラ電源３，４の出力電圧が決定され、
第１および第２の熱電素子５．６は、夫々Ｘスキャナ１
およびＹスキャナ２を加熱または冷却する。

また、雰囲気温度センサ１３の出力は、必要に応じてホ
ールド値のクリア・リセットが可能なデータホールド回
路１５を介して比較演算器に入力せしめられるようにな
っている。

また、第１および第２の水冷熱交換ブロック７゜８には
、レーザヘッド冷却器１６からレーザヘッド（図示せず
）±１°Ｃの精度で温度管理のなされた冷却水を送出す
る冷却管１７がら絞り弁１９を介して分校せしめられた
バイパス管１９を介して、レーザヘッド冷却水が循環せ
しめられる。

次に、このレーザスキャナ装置の動作について説明する
。

Ｘスキャナ温度センサ１１の出力は、データホールド回
路１５によって、所定の値にホールドせしめられた雰囲
気温度センサ１３の出力と比較演算器１４において比較
演算せしめられ、第１のバイポーラ電源３の出力を決定
する。仮に、いま雰囲気温度が２０℃で小−ルドゼしめ
られているとして、Ｘスキャナの温度センサ１１の出力
が２５℃であるとすると、比較波算器１４からは△ｔ＝
２０−２５℃＝−５°Ｃに比例した出力電圧△■が第１
のバイポーラ電源３に出力される。これにより第１の熱
電素子には順方向の電圧が印加されてＸスキャナは冷却
せしめられ、Ｘスキャナ温度センサの出力が２０°Ｃ（
△ｔ＝０）になるまで冷却が続行される。

一方、Ｘスキャナ温度センサの出力が２０″Ｃよりも低
いときは、△Ｖの極性が反転され、第１の熱電素子には
逆方向の電圧が印加されて、Ｘスキャナは加熱される。

このようにしてＸスキャナの温度は常にデータホールド
回路の出力温度に保持される。

Ｙスキャナについても同様である。

このようにして、Ｘスキャナ、Ｙスキャナ共に制御性良
く一定温度に保持されるため、温度ドリフトもなく、極
めて位置精度の高いレーザスキャンが可能となる。第３
図は、このｇＬ＠における時間の経過（横軸）とＸ、Ｙ
スキャナ温度ａ１．ａ２と雰囲気温度との関係を示す。

このように高精度に温度管理のなされたレーザヘッド冷
却液を利用して、第１および第２の熱電素子の２次排熱
を行なっているため、２次排熱側が常に、一定温度（レ
ーザヘッド冷却液の温度）に保持されることになり、加
熱、冷却両方向のゲインを一定に保つことが可能である
。

また、温度センサに、プラチナ温度センサを用いている
ため直線性が良く高粘度の温度検出が可能である。

この装置によれば±３０℃の雰囲気温度変化に対しても
±０．２℃の範囲内で制御することができ、第５図に示
した従来の加熱保温型のスギャナドリフト制御装置のド
リフトＱが±３００＃以上だったのに対し、この装置で
は雰囲気温度が０〜６０℃まで変化してもドリフト量は
±６０−以下に抑えることができる。

また、温度偏差＋３℃、−３℃に対するステップ応答性
を測定した結果を夫々第１表および第２表に示す。

第１表 第２表 この表からも明らかなように、温度偏差±３℃における
ステップ応答性は、スタートから３０秒以内に設定温度
に対して±０．２℃以下に制谷０可能となる。ちなみに
、従来の装置では３０分以上必要であった。

加えて、基準温度としての絶対温度への設定は、極めて
、大がかりな装置を必要としていたのに対し、このよう
に雰囲気温度を検出して、この値をデータホールド回路
によってホールドして基４Ｆ温度として用いることによ
り装置の簡略化をはかることができる。

なお、実施例の、データホールド回路に代えて、定電圧
発生器を用いて絶対温度に設定するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のレーザスキャナ装置
によれば、スキャナ位置センサ部をバイポーラ電源で駆
動される熱電素子の１端側に熱接触せしめると共に、該
熱電素子の他端側をレーザヘッド冷却水をバイパスせし
めて構成した水冷ブロックに熱接触せしめ、スキャナ温
度と基準温度とに基ずいてバイポーラ電源を駆動しスキ
ャナ位置センサ部を温度制卸するようにしているため、
スキャナ温度の変化に対してもスキャナ軸の位置制御を
極めて高精度化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のレーザスキャナ装置の構造説
明図、第２図は、同装置の処理回路を示す図、第３図は
、同装置の雰囲気温度とスキｒす温度との関係を示す図
、第４図、第５図は従来例のレーザスキャナ装置を示す
図、第６図は、第４図および第５図で示したレーザスキ
ャナの時間と温度との関係を示す図である。 １・・・Ｘスキャナ、２・・・Ｙスキャナ、３・・・第
１のバイポーラ電源、４・・・第２のバイポーラ電源、
５・・・第１の熱電素子、６・・・第２の熱電素子、７
・・・第１の水冷熱交換ブロック、８・・・第２の水冷
熱交換ブロック、９・・・ミラー、１０・・・Ｆ−θレ
ンズ、１１・・・Ｘスキャナ温度センサ、１２・・・Ｙ
スキャナ温度センサ、１３・・・雰囲気温度センサ、１
４・・・比較演算器、１５・・・データホールド回路、
１６・・・レーザヘッド冷却器、１７・・・冷Ｉｆｌ管
、１８・・・絞り弁、１９・・・バイパス管。 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スキャナ位置センサの検出信号に基づいて作動せ
   しめられる駆動手段によってミラーを回動せしめレーザ
   ビーム照射位置（走査方向）を制御するレーザスキャナ
   装置において、 前記スキャナ位置センサの近傍に配設されたスキャナ温
   度センサと、 基準温度設定手段と、 前記スキャナ温度センサの出力と前記基準温度設定手段
   の出力を比較する比較器と、 バイポーラ電源によって駆動され、前記スキャナ位置セ
   ンサに一端側を熱接触せしめられると共に他端側をレー
   ザヘッド冷却液をバイパスさせてなる水冷ブロックに熱
   接触せしめられた熱電素子とを具え、 前記比較器の出力に基づいてバイポーラ電源を駆動する
   ことにより、前記熱電素子を加熱又は冷却し、位置セン
   サ部の温度を基準温度に、調整するようにしたとを特徴
   とするレーザスキャナ装置。
2. （２）前記基準温度設定手段は、スキャナの環境温度を
   検出する環境温度センサと、この環境温度センサの出力
   を保持および更新することの可能なデータホールド回路
   を具備してなり、このデータホールド回路の出力を比較
   器に入力するようにしたことを特徴とするレーザスキャ
   ナ装置。