JPWO2015159687A1

JPWO2015159687A1 - 制御装置およびレーザ加工装置

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Publication number: JPWO2015159687A1
Application number: JP2015545575A
Authority: JP
Inventors: 森本　猛; 猛森本; 治茂木; 昌裕竹内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
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Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-04-13
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Abstract

制御装置が、波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、初期位置からの距離で定義された移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の移動光学系の位置が移動許容範囲内であるか否かを判定し、移動許容範囲外である場合には、波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、を備える。

Description

本発明は、レーザ光の出力値を制御する制御装置およびレーザ加工装置に関する。

従来、高調波レーザ光の出力が低下した際には、波長変換結晶の温度調整を行ない、温度調整を行っても閾値以上の高調波レーザ出力を得ることができない場合に、波長変換結晶を光路に対して垂直方向に移動させていた。これにより、高調波レーザ光の波長変換結晶における通過点が更新されるので、高調波レーザ光の出力値の回復を図ることができる。

波長変換結晶の温度調整が実施されることによって、波長変換結晶の温度が下げられると、波長変換結晶の側面とレーザ通過点との間の温度勾配が大きくなり、その結果、熱レンズが発生する。このため、発振器出口の高調波レーザ出力が同一であっても、高調波レーザ光の伝搬状態が変化し、加工点における高調波レーザ出力が変化する。特許文献１に記載の方法では、加工点における高調波レーザ出力を一定とするために、移動光学系の位置を調整し、マスク位置でのビーム径を一定に保つことが行われていた。

特開２０００−１７６６６１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、レーザ発振器からの高調波レーザ光の出力値が回復した場合であっても、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止する制御装置およびレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。図３は、レーザ発振器の部品劣化に起因する熱レンズを説明するための図である。図４は、実施の形態２に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。図５は、高調波レーザ光の立上り緩和現象を説明するための図である。図６は、高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図７は、波長変換結晶の劣化判定を説明するための図である。図８は、比較出力が下限出力よりも小さい場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図９は、初期出力値に関係なく温度調整を行なった場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。

以下に、本発明に係る制御装置およびレーザ加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１は、レーザ発振器２０、加工機光路系３０、制御装置１０を備えている。レーザ加工装置１は、ＵＶ（Ultra Violet）レーザ光などの高調波レーザ光を被加工物２に照射することによって被加工物２をレーザ加工する装置である。

本実施の形態のレーザ加工装置１は、移動光学系３１の位置を移動させた際の初期位置を記憶しておき、熱レンズなどの発生によって加工点における高調波レーザ出力が変化した場合には、移動光学系３１の位置を所定範囲内で移動させる。これにより、レーザ加工装置１は、熱レンズなどが発生した場合であっても、マスク位置でのビーム径を略一定に保つ。

この場合において、レーザ加工装置１は、初期位置からの移動光学系３１の距離が、所定値以上になると、波長変換結晶４２の劣化または損傷が著しいと判断して、波長変換結晶４２の移動や温度調整を実施する。具体的には、レーザ加工装置１は、移動光学系３１の位置移動と、レーザ加工とを繰り返す。そして、レーザ加工装置１は、初期位置から所定の変位量よりも多く移動光学系３１を移動させなければ、マスク位置でのビーム径を所定範囲内に収めることができない状態になると、波長変換結晶４２の移動や温度調整を実施する。

レーザ発振器２０は、基本波レーザパワーメータ２１、基本波ユニット２２、波長変換ユニット２３、高調波レーザパワーメータ２４を有している。基本波ユニット２２は、励起光源４１を有しており、励起光源４１から基本波レーザ光を出射する。基本波ユニット２２からの基本波レーザ光は、波長変換ユニット２３に送られる。基本波レーザパワーメータ２１は、基本波レーザ光の出力値を検出して制御装置１０に送る。

波長変換ユニット２３は、波長変換結晶４２と結晶移動機構４３を有している。波長変換結晶４２は、基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換して加工機光路系３０に送る。波長変換結晶４２は、例えば、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）結晶、ＴＨＧ（Third Harmonic Generation）結晶、ＦＨＧ（Forth Harmonic Generation）結晶などである。

結晶移動機構４３は、波長変換結晶４２の位置を移動させる。結晶移動機構４３は、波長変換結晶４２を、光路に対して垂直方向に移動させることによって、基本波レーザ光の波長変換結晶４２への照射位置を変更する。結晶移動機構４３は、波長変換結晶４２の温度調整を行っても所定値以上の高調波レーザ出力を得ることができない場合に、波長変換結晶４２を光路に対して垂直方向に移動させる。また、結晶移動機構４３は、所定値以上の高調波レーザ出力を得るために、後述する移動光学系３１を移動させる処理を繰り返す。そして、結晶移動機構４３は、移動光学系３１と初期位置との間の距離が所定値以上となった場合に、波長変換結晶４２を光路に対して垂直方向に移動させる。

高調波レーザパワーメータ２４は、レーザ発振器２０から加工機光路系３０に送られる高調波レーザ光の出力値を測定する。高調波レーザパワーメータ２４は、測定結果を制御装置１０の後述する制御部１１に送る。

加工機光路系３０は、移動光学系３１、マスク３７、加工点出力用パワーメータ３２を有しており、高調波レーザ光を被加工物２へ導く。移動光学系３１は、レンズなどである。移動光学系３１は、光軸方向に移動させられることによって、マスク３７へ照射する高調波レーザ光のビーム系を調整する。マスク３７には、所定の半径を有した開口部が設けられており、開口部を通過した高調波レーザ光が被加工物２へ照射される。

加工点出力用パワーメータ３２は、被加工物２上の加工点に出力される高調波レーザ光の出力値を測定する。なお、以下の説明では、レーザ発振器２０における高調波レーザ光の出力値を出力値Ｐ３ωといい、被加工物２上の加工点に出力される高調波レーザ光の出力値を加工点出力値という。

加工点出力用パワーメータ３２は、例えば、マスク３７を通過した後、被加工物２に照射されるまでの高調波レーザ光を用いて加工点出力値を測定する。加工点出力用パワーメータ３２は、測定結果を制御装置１０の後述する制御部１１に送る。

制御装置１０は、制御部１１、励起光源用電源１２、温度調整ユニット１３、結晶移動機構制御ユニット１４、移動光学系制御ユニット１５、記憶部１６を有している。励起光源用電源１２は、励起光源４１に励起光を送る。励起光源用電源１２は、例えば、ＬＤ電流などである。励起光源用電源１２は、ＬＤ電流などを調整することによって、励起光源４１から出射される基本波レーザ光の光量などを調整する。

温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２の温度を調整する。温度調整ユニット１３は、レーザ発振器２０における高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１の閾値（Ｐｍｉｎ）よりも低下した場合であって第５の閾値（Ｐｄｍｇ）よりも高い場合に、波長変換結晶４２が第１の温度Ｔ１まで下がるよう温度調整を行う。第１の閾値であるＰｍｉｎと第５の閾値であるＰｄｍｇは、それぞれ波長変換結晶４２の劣化の程度を判定するための基準値である。なお、Ｐｄｍｇ＜Ｐｍｉｎである。

また、温度調整ユニット１３は、温度調整を行っても、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第２の閾値（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第３の閾値（Ｐｘ）よりも低い場合に、波長変換結晶４２の温度が第２の温度Ｔ２まで下がるよう温度調整を行う。第１の閾値であるＰｍｉｎは、波長変換結晶４２が劣化していない場合に許容される下限出力であり、Ｐｍは、出力マージンである。

また、温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２の位置を移動させた後に、波長変換結晶４２の温度が第３の温度Ｔ３まで上がるよう温度調整を行う。なお、第１の温度Ｔ１〜第３の温度Ｔ３は、何れの温度でもよい。例えば、第２の温度Ｔ２は、第１の温度Ｔ１や第３の温度Ｔ３よりも低い温度である。本実施形態では、第１の温度Ｔ１〜第３の温度Ｔ３が全て同じ温度Ｔｘである場合について説明する。また、第１の閾値であるＰｍｉｎは、第２の閾値である（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）以下の値である。

結晶移動機構制御ユニット１４は、結晶移動機構４３を制御する。結晶移動機構制御ユニット１４は、波長変換結晶４２の温度を温度Ｔｘまで下げても高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第４の閾値（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。

また、結晶移動機構制御ユニット１４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第５の閾値（Ｐｄｍｇ）よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。

また、結晶移動機構制御ユニット１４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット１４は、移動光学系３１の位置が所定領域外となる場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。

移動光学系制御ユニット１５は、移動光学系３１の位置を制御する。移動光学系制御ユニット１５は、波長変換結晶４２の温度調整を行った後に、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが合格範囲内であれば、移動光学系３１の位置調整を行う。

制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４からの測定結果および加工点出力用パワーメータ３２からの測定結果に基づいて、励起光源用電源１２、温度調整ユニット１３、結晶移動機構制御ユニット１４、移動光学系制御ユニット１５を制御する。制御部１１は、被加工物２への加工の合間の任意のタイミングで、レーザ発振器２０の出口における高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωおよび、加工点における加工点出力値の調整を行う。

記憶部１６は、高調波レーザパワーメータ２４からの測定結果および加工点出力用パワーメータ３２からの測定結果を記憶する。また、記憶部１６は、第１〜第６の閾値を記憶する。

また、記憶部１６は、被加工物２が損傷を受けることなく移動光学系３１が初期位置から移動可能な範囲である移動許容範囲を記憶する。移動許容範囲は、初期位置からの距離によって定義されるものであり、初期位置が更新された場合には、移動許容範囲で規定される領域も更新される。

また、記憶部１６は、波長変換結晶４２の位置移動および温度調整が行なわれた後に、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが測定された際の移動光学系３１の初期位置を記憶する。波長変換結晶４２の位置移動および温度調整が行なわれた後には、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）よりも大きくなり、加工点における加工点出力が、移動光学系３１の位置調整で調整される。このときの移動光学系３１の位置が初期位置であり、記憶部１６によって記憶される。

本実施の形態の制御部１１は、移動光学系３１の初期位置からの距離が移動許容範囲内であるかを判定する。これにより、制御部１１は、移動光学系３１の初期位置からの距離に基づいて、加工不良につながる波長変換結晶４２の劣化の程度を判断する。

制御部１１は、移動光学系３１が移動許容範囲内である場合には、移動光学系３１の位置を採用する。制御部１１は、移動許容範囲外となる場合には、結晶移動機構制御ユニット１４に、波長変換結晶４２の位置移動を実行させるとともに、記憶部１６に移動光学系３１の位置を調整させる。

図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１に波長変換結晶４２が配置されると、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動回数をリセットする。具体的には、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動回数ｎ（ｎは自然数）をｎ＝０に設定する（ステップＳ１０）。

そして、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ２０）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定し、測定結果を制御部１１に送る。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１の閾値であるＰｍｉｎ未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１の閾値であるＰｍｉｎ未満である場合には、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第５の閾値であるＰｄｍｇ以下であるか否かを判定する。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第５の閾値であるＰｄｍｇよりも大きく第１の閾値であるＰｍｉｎ未満である場合には不合格（１）と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第５の閾値であるＰｄｍｇ以下である場合には不合格（２）と判定する。換言すると、Ｐｄｍｇ＜Ｐ３ω＜Ｐｍｉｎであれば、不合格（１）と判定され、Ｐ３ω≦Ｐｄｍｇであれば、不合格（２）と判定される。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１の閾値であるＰｍｉｎ以上である場合には合格と判定する。

Ｐｄｍｇ＜Ｐ３ω＜Ｐｍｉｎである場合（ステップＳ２０、不合格（１））、制御部１１は、温度調整ユニット１３に波長変換結晶４２の温度調整を実行させる（ステップＳ３０）。これにより、温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２が温度Ｔｘまで下がるよう温度調整を行う。

そして、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ４０）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定し、測定結果を制御部１１に送る。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第２の閾値である（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第２の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第２の閾値以上である場合には合格と判定する。

Ｐ３ω＜（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）である場合（ステップＳ４０、不合格）、制御部１１は、基本波レーザ光の出力チェックを行う（ステップＳ５０）。制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値であるＰｘ未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値以上である場合には合格と判定する。

Ｐω＜Ｐｘである場合（ステップＳ５０、不合格）、制御部１１は、ＬＤ電流などを調整することによって、励起光源４１から出射される基本波レーザ光の光量などを調整する（ステップＳ６０）。さらに、制御部１１は、温度調整ユニット１３に波長変換結晶４２の温度調整を実行させる（ステップＳ７０）。これにより、温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２が温度Ｔｘまで下がるよう温度調整を行う。

このように、温度調整ユニット１３は、温度Ｔｘまで下がるよう温度調整を行なっても、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第２の閾値よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第３の閾値よりも低い場合に、ＬＤ電流を調整したうえで温度Ｔｘまで下がるよう温度調整を行う。

この後、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ８０）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定し、測定結果を制御部１１に送る。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第４の閾値である（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第４の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第４の閾値以上である場合には合格と判定する。

Ｐ３ω＜（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）である場合（ステップＳ８０、不合格）、制御部１１は、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎ（Ｎは自然数）が規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。なお、ここでの使用ポイント数Ｎの値は、波長変換結晶４２の移動回数ｎと同じ値である。

また、ステップＳ２０の処理においてＰ３ω≦Ｐｄｍｇであれば（ステップＳ２０、不合格（２））、制御部１１は、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。

また、ステップＳ５０の処理においてＰω≧Ｐｘである場合（ステップＳ５０、合格）、制御部１１は、波長変換結晶の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。

波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ＞規定数である場合（ステップＳ９０、Ｎｏ）、制御部１１は、波長変換結晶４２の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。換言すると、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数を超えると、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ≦規定数である場合（ステップＳ９０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、結晶移動機構制御ユニット１４に結晶移動機構４３を制御させる。結晶移動機構制御ユニット１４は、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる（ステップＳ１００）。

そして、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動回数ｎを１つカウントＵＰする。具体的には、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動回数ｎに対して、ｎ＝ｎ＋１とする（ステップＳ１１０）。さらに、制御部１１は、温度調整ユニット１３に波長変換結晶４２の温度調整を実行させる（ステップＳ１２０）。これにより、温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２が温度Ｔｘまで下がるよう温度調整を行う。

この後、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ１３０）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定し、測定結果を制御部１１に送る。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値である（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値未満である場合には不合格と判定する。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値以上である場合（ステップＳ１３０、合格）、初期値更新フラグＦにＦ＝１を設定する（ステップＳ１４０）。

初期値更新フラグＦは、移動光学系３１の初期位置を更新するか否かを示すフラグであり、移動光学系３１の初期位置を更新する場合にＦ＝１に設定される。初期値更新フラグＦは、波長変換結晶４２の結晶移動が行われた場合に「１」に設定される。そして、制御部１１は、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

また、制御部１１は、ステップＳ２０の処理においてＰｍｉｎ≦Ｐ３ωであれば（ステップＳ２０、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

また、制御部１１は、ステップＳ４０の処理において（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）≦Ｐ３ωであれば（ステップＳ４０、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

また、制御部１１は、ステップＳ８０の処理においてＰ３ω≧（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）である場合（ステップＳ８０、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

ステップＳ１６０の処理の後、制御部１１は、加工点出力値の測定結果に基づいて、移動光学系３１の位置を、移動光学系制御ユニット１５に移動させる。移動光学系制御ユニット１５は、制御部１１からの指示に従って、加工点出力値が第１の設定値以上となるよう移動光学系３１の位置を調整する（ステップＳ１７０）。

そして、制御部１１は、初期値更新フラグＦがＦ＝１であるか否かを確認する（ステップＳ１８０）。Ｆ＝１である場合（ステップＳ１８０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、移動光学系３１の初期位置を更新する（ステップＳ１９０）。具体的には、制御部１１は、移動光学系３１の初期位置を、現在位置に設定し、設定した情報を記憶部１６に記憶させる。これにより、移動光学系３１の初期位置は、現在の移動光学系３１の位置となる。そして、制御部１１は、移動光学系３１の現在位置が規定範囲内であるか否かを確認する（ステップＳ２００）。

一方、Ｆ＝１でない場合（ステップＳ１８０、Ｎｏ）、制御部１１は、移動光学系３１の初期位置を更新しない。そして、制御部１１は、移動光学系３１の現在位置が規定範囲内であるか否かを確認する（ステップＳ２００）。

移動光学系３１の現在位置が規定範囲内である場合（ステップＳ２００、Ｙｅｓ）、制御部１１は、レーザ発振器２０は正常であると判断して、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

一方、移動光学系３１の現在位置が規定範囲内でない場合（ステップＳ２００、Ｎｏ）、制御部１１は、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

また、制御部１１は、ステップＳ１３０の処理において、Ｐ３ω＜（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）であると判定した場合（ステップＳ１３０、不合格）、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ＞規定数である場合（ステップＳ２１０、Ｎｏ）、制御部１１は、波長変換結晶４２の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

一方、波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ≦規定回数である場合（ステップＳ２１０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、移動光学系３１の移動回数ｎが、規定回数以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。

移動光学系３１の移動回数ｎがｎ＞規定回数である場合（ステップＳ２２０、Ｎｏ）、制御部１１は、レーザ発振器２０の異常であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

一方、移動光学系３１の移動回数ｎがｎ≦規定回数である場合（ステップＳ２２０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理を行う。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値未満である場合（ステップＳ１３０、不合格）、ステップＳ２１０の処理を行う。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第６の閾値以上である場合（ステップＳ１３０、合格）、ステップＳ１４０〜Ｓ２００の処理を行う。

制御部１１は、ステップＳ２００の処理において移動光学系３１の現在位置が規定範囲内であると判断するか、ステップＳ２１０の処理において波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ＞規定数であると判断するか、ステップＳ２２０の処理において移動光学系３１の移動回数ｎがｎ＞規定回数であると判断するまで、ステップＳ１００〜Ｓ２２０の処理を繰り返す。なお、本実施形態では、第２の閾値と、第４の閾値と、第６の閾値とが同じである場合について説明したが、これらは異なる値であってもよい。

ここで、レーザ発振器２０の部品劣化に起因する熱レンズとビーム伝播状況について説明する。図３は、レーザ発振器の部品劣化に起因する熱レンズを説明するための図である。図３の（ａ）は、移動光学系３１の位置を調整する前のビーム伝播状況を示し、図３の（ｂ）は、移動光学系３１の位置を調整した後のビーム伝播状況を示している。図３の（ａ）と（ｂ）においては、波長変換結晶４２からマスク３７までの光路を示している。

図３では、位置調整前の移動光学系３１を移動光学系レンズ３１Ａとして図示し、位置調整後の移動光学系３１を移動光学系レンズ３１Ｂとして図示している。なお、図３では、移動光学系レンズ３１Ａ，３１Ｂがコリメートレンズである場合を示しているが、移動光学系レンズ３１Ａ，３１Ｂは、λ／２板などでもよい。

波長変換結晶４２のレーザ光の通過点であるビーム通過点において経時的な劣化や損傷が発生した場合、レーザ発振器２０の出口における高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを改善するために、波長変換結晶４２の温度調整が実施される。換言すると、波長変換結晶４２のビーム通過点温度が、劣化や損傷によって上昇し、最適値からシフトした分を冷却するために、波長変換結晶４２の温度が下げられる。そのため、波長変換結晶４２の側面とビーム通過点との間の温度勾配が大きくなり、この結果、熱レンズが発生する。

波長変換結晶４２の劣化などに起因する熱レンズの発生が無い場合の高調波レーザ光５１は、所望の加工点出力値を得ることができるよう、マスク３７に照射される。具体的には、所望の加工点出力値を得ることができるビーム径の高調波レーザ光５１が、マスク３７に照射される。このとき、波長変換結晶４２から出力される高調波レーザ光５１は、コリメートレンズ３５および移動光学系３１を介してマスク３７に照射される。

波長変換結晶４２は、屈折率温度特性が負であるので、熱レンズは凹レンズとして現れる。そして、熱レンズが凹レンズとして現れると、波長変換結晶４２の劣化などに起因する熱レンズの発生が有る場合の高調波レーザ光５２は、所望のビーム径よりも大きなビーム径でマスク３７に照射される。

この結果、熱レンズの発生の有無によってマスク３７での高調波レーザ光５１，５２の利用率が異なることとなる。このため、マスク３７を通過した後に取り出される加工点出力値は、熱レンズの発生の有無によって変化する。このように、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、レーザ発振器２０の出口で同じであっても、レーザ光の伝搬が変化し、加工点出力値が変化する。

このため、マスク３７でのビーム径が熱レンズの発生の前後で同じになるよう移動光学系３１の位置が調整される。換言すると、加工点出力値を一定とするために、制御部１１は、移動光学系３１の位置を調整し、これにより、マスク３７でのビーム径を同じにする。

ところが、波長変換結晶４２の劣化前後でマスク３７における高調波レーザ光の波面が変化するので、被加工物２の加工状態が変わることが分かった。換言すると、波長変換結晶４２の劣化によって高調波レーザ波面である発散角が変化することが分かった。

そこで、本実施の形態では、制御部１１が、レーザ発振器２０の出口における高調波レーザ光の初期出力値を取得する際に、移動光学系３１の位置を初期位置として記憶部１６に記憶させておく。ここでの移動光学系３１の位置は、例えば、移動式のコリメートレンズおよびマスク３７で加工点出力値を調整する場合、コリメートレンズの位置である。換言すると、移動光学系３１が、コリメートレンズである場合、コリメートレンズの光路方向の位置が調整されることによって加工点出力値が調整される。また、λ／２板および偏光子で加工点出力値を調整する場合、移動光学系３１の位置は、λ／２板の回転位置が調整されることによって加工点出力値が調整される。

図３の（ｂ）では、移動光学系レンズ３１Ａの位置が、移動光学系レンズ３１Ｂの位置に調整されることによって、高調波レーザ光５２が、高調波レーザ光５３に変化した様子を示している。高調波レーザ光５３は、高調波レーザ光５１と同じビーム径でマスク３７に照射されるレーザ光である。この高調波レーザ光５１，５３は、被加工物２がレーザ加工の際に損傷を受けないレーザ光である。

レーザ加工装置１では、移動光学系レンズ３１Ａの位置が調整されることによってマスク３７でのビーム径が熱レンズ発生前と同じになるよう調整される。波長変換結晶４２の劣化によって高調波レーザ光５３の波面は、高調波レーザ光５１よりも凸面が鋭くなる。本実施の形態では、所定範囲内で移動光学系３１の位置を調整させているので、熱レンズの発生前後でマスク３７上の高調波レーザ光が同様の波面を有することとなる。

本実施の形態では、被加工物２がレーザ加工の際に損傷を受けない初期位置からの移動許容範囲を記憶部１６が記憶しておく。そして、制御部１１は、加工点出力値を調整するために移動した移動光学系３１が、初期位置からの移動許容範囲を超えた場合に、波長変換結晶４２の劣化が著しいと判断して波長変換結晶４２を高調波レーザ光５２に対して垂直に移動させ、これにより、ビーム通過点を変更させる。また、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動後は温度調整を実施させ、新たに移動光学系３１の位置を調整させ、初期位置として新たに記憶させる。

このように、マスク位置でのビーム径が所定範囲内に収められることによって、加工点でのレーザ光の利用率が所定の範囲内に収まるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が発生することを防止できる。

このように実施の形態１によれば、移動光学系３１の初期位置を記憶しておき、移動光学系３１が移動許容範囲を超えた場合に、波長変換結晶４２を移動させるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になる。

実施の形態２．
つぎに、図４〜図９を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、レーザ発振器２０から加工機光路系３０に送られる高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、初期出力値から所定の割合よりも低下した場合に波長変換結晶４２を移動させる。換言すると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωの変化量が、初期出力値から所定の割合以上低下した場合に、波長変換結晶４２が移動させられる。

本実施の形態の温度調整ユニット１３は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第７の閾値（ＰｍｉｎまたはＰｃ（ｘ））よりも低下した場合であって第１０の閾値（Ｐｄｍｇ）よりも高い場合に、波長変換結晶４２が第４の温度Ｔ４まで下がるよう温度調整を行う。Ｐｃ（ｘ）は、波長変換結晶４２の劣化判定に用いられる比較出力であり、初期出力からの低下割合を用いて定義された値である。

また、温度調整ユニット１３は、温度調整を行っても、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第８の閾値（ＰｍｉｎまたはＰｃ（ｘ））よりも低く、かつ基本波レーザ光の出力値が第３の閾値（Ｐｘ）よりも低い場合に、波長変換結晶４２の温度が第５の温度Ｔ５まで下がるよう温度調整を行う。

また、温度調整ユニット１３は、波長変換結晶４２の位置を移動させた後に、波長変換結晶４２の温度が第６の温度Ｔ６まで下がるよう温度調整を行う。なお、第４の温度Ｔ４〜第６の温度Ｔ６は、何れの温度でもよい。例えば、第５の温度Ｔ５は、第４の温度Ｔ４や第６の温度Ｔ６よりも低い温度である。本実施の形態では、第４の温度Ｔ４〜第６の温度Ｔ６が全て同じ温度Ｔｘである場合について説明する。

結晶移動機構制御ユニット１４は、結晶移動機構４３を制御する。結晶移動機構制御ユニット１４は、波長変換結晶４２の温度を温度Ｔｘまで下げても高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第９の閾値（Ｐｊｄｇ（ｘ））よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット１４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１０の閾値（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。また、結晶移動機構制御ユニット１４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１１の閾値（Ｐｄｍｇ）よりも低い場合に、結晶移動機構４３に波長変換結晶４２の位置を移動させる。

記憶部１６は、第７〜第１１の閾値を記憶する。また、記憶部１６は、波長変換結晶４２の位置を移動させた際の、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωの初期出力値（Ｐ０）を記憶する。また、記憶部１６は、波長変換結晶４２の劣化判定に用いられる比較出力を記憶する。

本実施の形態の制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、初期出力値から所定割合の変化範囲内であるかを判定する。具体的には、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、初期出力値の低下割合で定義された出力値許容範囲内であるかを判定する。これにより、制御部１１は、初期出力値からの変動量に基づいて、加工不良につながる波長変換結晶４２の劣化の程度を判断する。

図４は、実施の形態２に係るレーザ加工装置の処理手順を示すフローチャートである。図４の各処理のうち図２に示す実施の形態１の処理と同様の処理についてはその説明を省略する。

レーザ加工装置１に波長変換結晶４２が配置されると、制御部１１は、波長変換結晶４２の移動回数をリセットする（ステップＳ１０）。そして、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ２１）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定する。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第７の閾値未満であるか否かを判定する。第７の閾値は、例えば、Ｐｃ（ｘ）＞Ｐｍｉｎである場合には、Ｐｃ（ｘ）であり、Ｐｃ（ｘ）≦Ｐｍｉｎである場合には、Ｐｍｉｎである。

Ｐｃ（ｘ）は、波長変換結晶４２の劣化判定に用いられる比較出力であり、例えば、Ｐｃ（ｘ）＝（１−αx）Ｐ０である。このように、比較出力であるＰｃ（ｘ）は、初期出力であるＰ０からの低下割合であるαxで定義されている。なお、以下の説明では、波長変換結晶４２を１回目に移動させた際のＰｃ（ｘ）をＰｃ（１）とし、Ｍ（Ｍは自然数）回目に移動させた際のＰｃ（ｘ）をＰｃ（Ｍ）として説明する。

制御部１１は、第７の閾値がＰｃ（ｘ）である場合には、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωがＰｃ（ｘ）以上であるか否かを判定し、第７の閾値がＰｍｉｎである場合には、高調波レーザ光の出力値であるＰ３ωがＰｍｉｎ以上であるか否かを判定する。制御部１１は、Ｐ３ωがＰｃ（ｘ）以上である場合、またはＰｍｉｎ以上である場合には、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１１の閾値であるＰｄｍｇ以下であるか否かを判定する。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１１の閾値であるＰｄｍｇよりも大きく第７の閾値であるＰｍｉｎまたはＰｃ（ｘ）未満である場合には不合格（３）と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１１の閾値であるＰｄｍｇ以下である場合には不合格（４）と判定する。換言すると、Ｐｄｍｇ＜Ｐ３ω＜Ｐｃ（ｘ）またはＰｄｍｇ＜Ｐ３ω＜Ｐｍｉｎであれば、不合格（３）と判定され、Ｐ３ω≦Ｐｄｍｇであれば、不合格（４）と判定される。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第７の閾値であるＰｍｉｎまたはＰｃ（ｘ）以上である場合には合格と判定する。なお、以下の説明では、Ｐｃ（ｘ）＞Ｐｍｉｎである場合について説明する。

Ｐｄｍｇ＜Ｐ３ω＜Ｐｃ（ｘ）である場合（ステップＳ２１、不合格（３））、制御部１１は、温度調整ユニット１３に波長変換結晶４２の温度調整を実行させる（ステップＳ３０）。

そして、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ４１）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定する。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第８の閾値であるＰｃ（ｘ）未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第８の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第８の閾値以上である場合には合格と判定する。

Ｐ３ω＜Ｐｃ（ｘ）である場合（ステップＳ４１、不合格）、制御部１１は、基本波レーザ光の出力チェックを行う（ステップＳ５０）。制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値であるＰｘ未満であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、基本波レーザ光の出力値Ｐωが第３の閾値以上である場合には合格と判定する。

この後、制御部１１は、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ８１）。これにより、高調波レーザパワーメータ２４は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを測定する。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが所定値以上であるか否かを判定する。本実施の形態の制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第９の閾値である出力判定値Ｐｊｄｇ（ｘ）未満であるか否かを判定する。出力判定値Ｐｊｄｇ（ｘ）は、第８の閾値であるＰｃ（ｘ）に出力マージンであるＰｍを加算したものであり、波長変換結晶４２を移動させるか否かの判定基準に用いられる。出力判定値Ｐｊｄｇ（ｘ）は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωとして許容される出力下限値であり、この値よりも高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωの値が小さくなる場合には、波長変換結晶４２の移動が実行される。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第９の閾値未満である場合には不合格と判定する。また、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第９の閾値以上である場合には合格と判定する。

Ｐ３ω＜Ｐｊｄｇ（ｘ）である場合（ステップＳ８１、不合格）、制御部１１は、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。また、ステップＳ２１の処理においてＰ３ω≦Ｐｄｍｇであれば（ステップＳ２１、不合格（４））、制御部１１は、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。

波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ＞規定数である場合（ステップＳ９０、Ｎｏ）、制御部１１は、波長変換結晶４２の寿命であると判定し、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ≦規定数である場合（ステップＳ９０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、実施の形態１のステップＳ１００〜Ｓ１３０と同様の処理を行う。すなわち、制御部１１は、波長変換結晶４２の位置を移動させ（ステップＳ１００）、結晶移動回数を１つカウントＵＰする（ステップＳ１１０）。さらに、制御部１１は、温度調整ユニット１３に波長変換結晶４２の温度調整を実行させ（ステップＳ１２０）、その後、高調波レーザパワーメータ２４に、高調波レーザ光の出力チェックを行なわせる（ステップＳ１３０）。

制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１０の閾値である（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）未満であるか否かを判定する。なお、第１０の閾値は、Ｐｃ（ｘ）であってもよい。そして、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１０の閾値未満である場合には不合格と判定する。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが第１０の閾値以上である場合（ステップＳ１３０、合格）、初期値更新フラグＦにＦ＝１を設定する（ステップＳ１４０）。

そして、制御部１１は、使用ポイント数Ｎに対応する結晶位置Ｎｐにおけるレーザ発振器２０の初期出力値を更新する（ステップＳ１５０）。これにより、波長変換結晶４２を移動させた後の、高調波レーザ光の初期出力値が更新されることとなる。この初期出力値は、記憶部１６によって記憶される。

そして、制御部１１は、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。また、制御部１１は、ステップＳ２１の処理においてＰｃ（ｘ）≦Ｐ３ωであれば（ステップＳ２１、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

また、制御部１１は、ステップＳ４１の処理においてＰｃ（ｘ）≦Ｐ３ωであれば（ステップＳ４１、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

また、制御部１１は、ステップＳ８１の処理においてＰｊｄｇ（ｘ）≦Ｐ３ωであれば（ステップＳ８１、合格）、加工点出力用パワーメータ３２に、加工点出力値を測定させる（ステップＳ１６０）。

ステップＳ１６０の処理の後、制御部１１は、加工点出力値の測定結果に基づいて、移動光学系３１の位置を、移動光学系制御ユニット１５に移動させる。移動光学系制御ユニット１５は、制御部１１からの指示に従って、加工点出力値が所定範囲内に収まるよう移動光学系３１の位置を調整する（ステップＳ１７０）。そして、制御部１１は、レーザ発振器２０は正常であると判断して、高調波レーザ光の出力調整処理を終了する。

一方、制御部１１は、ステップＳ１３０の処理において、Ｐ３ω＜（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍ）であると判定した場合（ステップＳ１３０、不合格）、波長変換結晶４２の使用ポイント数Ｎが規定数以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

一方、移動光学系３１の移動回数ｎがｎ≦規定回数である場合（ステップＳ２２０、Ｙｅｓ）、制御部１１は、ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理を行う。

制御部１１は、ステップＳ２１０の処理において波長変換結晶４２の使用ポイント数ＮがＮ≧規定数であると判断するか、ステップＳ２２０の処理において移動光学系３１の移動回数ｎがｎ＞規定回数であると判断するまで、ステップＳ１００〜Ｓ１３０，Ｓ２１０，Ｓ２２０の処理を繰り返す。

ここで、レーザ発振器２０の部品劣化に起因する高調波レーザ光の立上り緩和現象について説明する。図５は、高調波レーザ光の立上り緩和現象を説明するための図である。図５の横軸は時間であり、縦軸は、高調波レーザ光の規格化された出力である。

図５では、波長変換結晶４２の汚れが小さい場合や少ない場合の特性を特性６１で示している。また、図５では、波長変換結晶４２の汚れが大きい場合や多い場合の特性を特性６２で示している。

波長変換結晶４２では、基本波レーザ光や高調波レーザ光などのレーザ光の通過に伴って、粉塵の焼け付きや劣化が発生する。これにより、波長変換結晶４２は、高調波レーザを吸収しやすくなり、レーザ光通過時に、波長変換結晶４２のビーム通過点温度が一時的に上昇する。その後、温度は熱拡散し、波長変換結晶４２内の温度分布が均一となる。

このように、レーザ発振器２０では、高調波レーザ光の出力を開始した直後から波長変換結晶４２のビーム通過点の温度が経時的に変化するので、波長変換結晶４２における波長変換効率が変化する。このため、高調波レーザ光の出力開始時である立上り時には、高調波レーザ光のパルス出力が経時的に変化し、その結果、所望の出力で安定するまでに長時間を要することとなる。本実施の形態では、この現象を緩和現象と呼ぶ。

例えば、波長変換結晶４２の汚れが小さい場合や少ない場合には、特性６１に示すように、高調波レーザ光のパルス出力が短時間で所望の出力まで上昇する。一方、波長変換結晶４２の汚れが大きい場合や多い場合には、特性６２に示すように、高調波レーザ光のパルス出力が所望の出力まで上昇するのに長時間を要する。

波長変換結晶４２におけるビーム通過点の温度変化は、レーザ光の通過の有無、波長変換結晶４２のビーム通過点の損傷、劣化度合によって常に発生し得る状態にある。この温度変化に起因する緩和現象の程度を規定範囲以内に収めるために、制御部１１は、波長変換結晶４２上のビーム通過点において、初めてレーザ光を通過させた際の高調波レーザ光の出力値である初期出力値を記憶させておく。制御部１１は、例えば、波長変換結晶４２の位置を移動させた後、最初にレーザ光を通過させた際の高調波レーザ光の初期出力値を記憶させておく。

そして、初期出力値からの出力低下割合が所定の閾値を超えた場合に、制御部１１は、波長変換結晶４２の劣化が著しいと判断する。そして、制御部１１は、波長変換結晶４２をレーザ光に対して垂直方向に移動させることによって、ビーム通過点を変更する。波長変換結晶４２の移動後は、温度調整が実施され、新たな初期出力値が記憶される。このフローによって、高調波レーザ光のパルス変動幅を規定範囲以内に収めることができるので、緩和現象に起因する加工不良を防止することができる。

なお、制御部１１は、初期出力値の低下割合の閾値であるＰｃ（ｘ）を、波長変換結晶４２のビーム通過点ごとに変えてもよい。例えば、制御部１１は、初期出力値を記憶した際の基本波レーザ光の出力値の大きさに応じてＰｃ（ｘ）を変更してもよい。このとき、制御部１１は、Ｐｃ（ｘ）＝（１−αx）Ｐ０のαxの値を種々変更することによって、Ｐｃ（ｘ）の値を種々変更する。また、制御部１１は、出力判定値Ｐｊｄｇ（ｘ）を、波長変換結晶４２のビーム通過点ごとに変えてもよい。

図６は、高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図６では、本実施の形態の処理に沿って波長変換結晶４２の温度調整および移動を実行した場合の、高調波レーザ光の出力値の推移を示している。

ここでは、ビーム通過点（１）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（１）で示し、ビーム通過点（２）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（２）で示している。出力判定値Ｐｊｄｇ（１）は、ビーム通過点（１）における出力判定値であり、出力判定値Ｐｊｄｇ（２）は、ビーム通過点（２）における出力判定値である。また、Ｐｃ（１）は、ビーム通過点（１）における比較出力であり、Ｐｃ（２）は、ビーム通過点（２）における比較出力である。

出力マージンをＰｍとすると、Ｐｃ（１）＝（１−α1）Ｐ０の場合、Ｐｊｄｇ（１）＝（１−α1）Ｐ０＋Ｐｍとなり、Ｐｃ（２）＝（１−α2）Ｐ０の場合、Ｐｊｄｇ（２）＝（１−α2）Ｐ０＋Ｐｍとなる。

初期出力値Ｐ０（１）の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下してくる。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、ビーム通過点（１）における比較出力であるＰｃ（１）よりも小さくなると、波長変換結晶４２の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωは上昇する。レーザ加工装置１では、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを上昇させる処理とが繰り返される。

そして、温度調整が実行されても高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが出力判定値Ｐｊｄｇ（１）よりも大きくならない場合には、波長変換結晶４２の移動処理が実行される。これにより、波長変換結晶４２におけるレーザ光の通過位置は、ビーム通過点（１）からビーム通過点（２）に変更される。

そして、ビーム通過点（２）に対しても、ビーム通過点（１）と同様の処理が実行される。初期出力値Ｐ０（２）の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下してくる。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、ビーム通過点（２）における比較出力であるＰｃ（２）よりも小さくなると、波長変換結晶４２の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωは上昇する。レーザ加工装置１では、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを上昇させる処理と、波長変換結晶４２を移動させる処理とが繰り返される。

図７は、波長変換結晶の劣化判定を説明するための図である。初期出力値Ｐ０（１）の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下してくる。高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、ビーム通過点（１）における比較出力値であるＰｊｄｇ（１）よりも小さくなると、その後、何れかのタイミングで高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが０になる。このため、制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、Ｐｊｄｇ（１）よりも小さくなると、波長変換結晶４２の劣化が所定値よりも進行したと判断して波長変換結晶４２の移動を行わせる。

つぎに、比較出力であるＰｃ（Ｍ）が、下限出力であるＰｍｉｎよりも小さい場合の、高調波レーザ光の出力値の推移について説明する。図８は、比較出力が下限出力よりも小さい場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。

ここでは、ビーム通過点（Ｍ）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（Ｍ）で示し、ビーム通過点（Ｍ＋１）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（Ｍ＋１）で示している。出力判定値Ｐｊｄｇ（Ｍ）は、ビーム通過点（Ｍ）における出力判定値である。そして、Ｐｍｉｎは、Ｐｃ（Ｍ）よりも大きな値である。

初期出力値Ｐ０（Ｍ）の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下してくる。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、下限出力であるＰｍｉｎよりも小さくなると、波長変換結晶４２の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωは上昇する。レーザ加工装置１では、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下する現象と、温度調整によって高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωを上昇させる処理とが繰り返される。

そして、温度調整が実行されても高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが出力判定値Ｐｊｄｇ（Ｍ）よりも大きくならない場合には、波長変換結晶４２の移動処理が実行される。これにより、波長変換結晶４２におけるレーザ光の通過位置は、ビーム通過点（Ｍ）からビーム通過点（Ｍ＋１）に変更される。そして、ビーム通過点（Ｍ＋１）に対しても、ビーム通過点（Ｍ）と同様の処理が実行される。

図９は、初期出力値に関係なく温度調整を行なった場合の高調波レーザ光の出力値の推移例を示す図である。図９では、高調波レーザ光の立上り緩和現象への対策を行うことなく波長変換結晶４２の温度調整および移動を実行した場合の、高調波レーザ光の出力値の推移を示している。

ここでは、ビーム通過点（Ｚ１）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（Ｚ１）で示し、ビーム通過点（Ｚ２）における初期出力値を初期出力値Ｐ０（Ｚ２）で示している。出力判定値Ｐｊｄｇ（Ｚｘ）は、全てのビーム通過点に共通の出力判定値である。また、Ｐｍｉｎは、全てのビーム通過点に共通の下限出力である。また、Ｐｄｍｇは、波長変換結晶４２が劣化しているか否かを判定する基準値であり、全てのビーム通過点に共通の値である。

初期出力値Ｐ０（Ｚ１）の高調波レーザ光を使い続けると、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが低下してくる。制御部１１は、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが、下限出力であるＰｍｉｎよりも小さくなると、波長変換結晶４２の温度調整を実行させる。これにより、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωは上昇する。

全てのビーム通過点で共通のＰｍｉｎを用いて温度調整の要否が判断されると、温度調整が行われた際に、高調波レーザ光の立上り緩和現象が発生する。この立上り緩和現象は、被加工物２への加工不良につながる。

なお、レーザ加工装置１は、実施の形態１で説明した処理と実施の形態２で説明した処理とを組み合わせた処理を実行してもよい。この場合、レーザ加工装置１は、例えば、実施の形態１で説明した熱レンズ対策の処理と、実施の形態２で説明した立上り緩和現象対策の処理との両方を実行する。具体的には、レーザ加工装置１は、図２で説明したステップＳ２０，Ｓ４０，Ｓ８０の処理の代わりに、図４で説明したステップＳ２１，Ｓ４１，Ｓ８１の処理を実行することによって、図２で説明した処理を実行する。

このように実施の形態２によれば、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωの初期出力値を記憶しておき、高調波レーザ光の出力値Ｐ３ωが初期出力値から所定の割合以上低下した場合に、波長変換結晶４２を移動させるので、高調波レーザ光を用いたレーザ加工の際に加工不良が起きることを防止することが可能になる。

以上のように、本発明に係る制御装置およびレーザ加工装置は、レーザ光の出力値制御に適している。

１レーザ加工装置、２被加工物、１０制御装置、１１制御部、１３温度調整ユニット、１４結晶移動機構制御ユニット、１５移動光学系制御ユニット、１６記憶部、２０レーザ発振器、２３波長変換ユニット、２４高調波レーザパワーメータ、３０加工機光路系、３１移動光学系、３１Ａ，３１Ｂ移動光学系レンズ、３２加工点出力用パワーメータ、３７マスク、４２波長変換結晶、４３結晶移動機構、５１〜５３高調波レーザ光。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、波長変換結晶からマスク側へ出力された高調波レーザ光のマスク位置でのビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を出力する制御部と、を備えることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、波長変換結晶からマスク側へ出力された高調波レーザ光のマスク位置でのビーム径を調整するコリメートレンズの初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記コリメートレンズの移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう前記コリメートレンズの位置を移動させるとともに、移動後の前記コリメートレンズの位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を出力する制御部と、を備えることを特徴とする。

Claims

波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、
前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
前記制御部は、前記波長変換結晶の移動を行わせた後、前記加工点出力値が前記第１の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を再び移動させ、移動後の前記移動光学系の初期位置を前記記憶部に更新させ、更新後の初期位置に基づいて、前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記移動光学系は、コリメートレンズであり、
前記移動許容範囲は、前記コリメートレンズの光路方向の位置に関する範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
前記移動光学系は、λ／２板であり、
前記移動許容範囲は、前記λ／２板の回転位置に関する範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
波長変換結晶の温度調整が行なわれた後に前記波長変換結晶から出力される高調波レーザ光の初期出力値と、前記初期出力値の低下割合で定義された比較出力値と、を記憶する記憶部と、
前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値以下になると前記波長変換結晶の温度調整を行わせるとともに、温度調整後の前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値よりも大きな値である出力判定値以上であるか否かを判定し、前記出力判定値未満である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
前記比較出力値は、前記高調波レーザ光が前記波長変換結晶を通過する位置であるビーム通過点毎に予め設定された値であることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
前記出力判定値は、前記高調波レーザ光が前記波長変換結晶を通過する位置であるビーム通過点毎に予め設定された値であることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
波長変換結晶を用いて高調波レーザ光を出力するレーザ発振器と、
移動光学系を用いて前記高調波レーザ光を被加工物上へ導く加工機光路系と、
前記レーザ発振器および前記加工機光路系を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
波長変換結晶から出力された高調波レーザ光のビーム径を調整する移動光学系の初期位置と、前記初期位置からの距離で定義された前記移動光学系の移動許容範囲と、を記憶する記憶部と、
前記高調波レーザ光の被加工物上での出力値である加工点出力値が第１の設定値以上となるよう前記移動光学系の位置を移動させるとともに、移動後の前記移動光学系の位置が前記移動許容範囲内であるか否かを判定し、前記移動許容範囲外である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
波長変換結晶を用いて高調波レーザ光を出力するレーザ発振器と、
移動光学系を用いて前記高調波レーザ光を被加工物上へ導く加工機光路系と、
前記レーザ発振器および前記加工機光路系を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
波長変換結晶の温度調整が行なわれた後に前記波長変換結晶から出力される高調波レーザ光の初期出力値と、前記初期出力値の低下割合で定義された比較出力値と、を記憶する記憶部と、
前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値以下になると前記波長変換結晶の温度調整を行わせるとともに、温度調整後の前記高調波レーザ光の出力値が前記比較出力値よりも大きな値である出力判定値以上であるか否かを判定し、前記出力判定値未満である場合には、前記波長変換結晶の移動を行わせる指示を外部出力する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。