(57)【要約】【課題】スペックルの影響を受けずに被処理体を処理することができ、かつ、被処理体上の加工点に供給されるエネルギーを一定の値に保つことができるレーザ照射装置およびレーザ照射方法を提供すること。【解決手段】レーザ照射装置は、レーザ光Ｌを照射するレーザ発振器５と、シングルモードファイバ３０からなり、可変な巻き数または曲率半径を有し、前記レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌを伝送するファイバ３０と、を備えている。レーザ照射装置は、レーザ光Ｌの強度を前記ファイバ３０の巻き数または曲率半径に応じて制御する強度制御部１０も備えている。【選択図】図１
2010230851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ発振器と、
シングルモードファイバからなり、可変な巻き数または曲率半径を有するとともに、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光を伝送するファイバと、
前記レーザ光の強度を前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて制御する強度制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記強度制御部は、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光の強度を低下させるアッテネータと、当該アッテネータによるレーザ光の減衰率を調整する調整部とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記強度制御部は、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて、前記レーザ発振器から照射されるレーザ光の強度を調整する調整部を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記強度制御部は、前記ファイバの伝送効率と該ファイバの巻き数または曲率半径との関係を予め記憶し、実際のファイバの巻き数または曲率半径と記憶されたファイバの巻き数または曲率半径とを比較するとともに、前記レーザ光の強度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記ファイバが巻き掛けられるとともに回転自在となった巻掛部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
円錐形状または切頭円錐形状からなり、ファイバが巻き掛けられる巻掛部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
レーザ発振器と、シングルモードファイバからなり可変な巻き数または曲率半径を有するファイバと、を有するレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法において、
前記レーザ発振器からレーザ光を照射する工程と、
前記ファイバによって、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光を伝送する工程と、を備え、
前記レーザ光の強度は、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて制御されることを特徴とするレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、レーザ発振器から照射されたレーザ光を伝送するファイバとを有するレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工テーブルと、加工テーブル上に載置された被処理体の一端を保持しつつ被処理体の長手方向に被処理体を移動させるワーク移動装置と、被処理体の幅方向にレーザ加工ヘッドを移動させる加工ヘッド移動装置とからなるレーザ照射装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このようなレーザ照射装置では、出力ミラー、リアミラー、ＹＡＧロッドなどの光軸を合わせる“アライメント作業”が必要となる。また、“アライメント作業”が不十分な場合や温度変化や振動といった環境外乱が生じた場合に光軸がずれてしまった際には、被処理体に照射されるレーザ光のビーム形状がガウシャン分布とならず、被処理体に照射されるレーザ光の幅が変化してしまい、均一な状態で被処理体を加工することができなくなる。
【０００４】
この点、ファイバを使ってレーザ光を伝送する場合には、上述した“アライメント作業”が不要となり、また、環境外乱に対して強い耐性を有している。このため、特許文献１に記載されたようなレーザ照射装置と比較して、被処理体に照射されるレーザ光を安定化させることができ、被処理体の加工精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７７２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなファイバを使ってレーザ光を伝送する場合であってもマルチモードファイバを用いた場合には、スペックルの影響を受けることとなり、加工点における高いビーム品質を確保することができない。
【０００７】
他方、シングルモードファイバを用いた場合には、スペックルの影響を受けずに加工点における高いビーム品質を確保できるが、ファイバの曲げ半径によって伝送効率が変化し、加工点エネルギーを一定に保てないという問題がある。
【０００８】
この点、特に、ファイバの最大の利点であるフレキシビリティを生かして加工光学系を動かす方式の場合、加工光学系の位置によってファイバの曲げ半径が刻々と変化するため、加工点に供給されるエネルギーが変動するという問題がある。そして、当然のことながら、加工点に供給されるエネルギーが変動すると、加工深さや加工幅が変動するため、加工品質が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、スペックルの影響を受けずに被処理体を処理することができ、かつ、被処理体上の加工点に供給されるエネルギーを一定の値に保つことができるレーザ照射装置およびレーザ照射方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるレーザ照射装置は、
レーザ光を照射するレーザ発振器と、
シングルモードファイバからなり、可変な巻き数または曲率半径を有するとともに、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光を伝送するファイバと、
前記レーザ光の強度を前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて制御する強度制御部と、
を備えてもよい。
【００１１】
本発明によるレーザ照射装置において、
前記強度制御部は、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光の強度を低下させるアッテネータと、当該アッテネータによるレーザ光の減衰率を調整する調整部とを有してもよい。
【００１２】
本発明によるレーザ照射装置において、
前記強度制御部は、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて、前記レーザ発振器から照射されるレーザ光の強度を調整する調整部を有してもよい。
【００１３】
本発明によるレーザ照射装置において、
前記強度制御部は、前記ファイバの伝送効率と該ファイバの巻き数または曲率半径との関係を予め記憶し、実際のファイバの巻き数または曲率半径と記憶されたファイバの巻き数または曲率半径とを比較するとともに、前記レーザ光の強度を制御してもよい。
【００１４】
本発明によるレーザ照射装置は、
前記ファイバが巻き掛けられるとともに回転自在となった巻掛部をさらに備えてもよい。
【００１５】
本発明によるレーザ照射装置は、
円錐形状または切頭円錐形状からなり、ファイバが巻き掛けられる巻掛部をさらに備えてもよい。
【００１６】
本発明によるレーザ照射方法は、
レーザ発振器と、シングルモードファイバからなり可変な巻き数または曲率半径を有するファイバと、を有するレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法において、
前記レーザ発振器からレーザ光を照射する工程と、
前記ファイバによって、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光を伝送する工程と、を備え、
前記レーザ光の強度が、前記ファイバの巻き数または曲率半径に応じて制御される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ファイバがシングルモードファイバからなっているので、スペックルの影響を受けずに被処理体を処理することができる。また、レーザ光の強度がファイバの巻き数または曲率半径に応じて制御されるので、被処理体上の加工点に供給されるエネルギーを一定の値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザ照射装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるレーザ照射装置の構成を示す上方平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例によるレーザ照射装置の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるレーザ照射装置の構成を示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の変形例によるレーザ照射装置の構成を示す斜視図。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるレーザ照射装置の記憶部に記憶されているファイバの伝送効率とファイバの曲率半径との関係を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態
以下、本発明に係るレーザ照射装置およびレーザ照射方法の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、レーザ照射装置は、レーザ光Ｌを照射するレーザ発振器５と、シングルモードファイバ３０からなり、レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌを伝送するファイバ３０と、ファイバ３０が巻き掛けられるとともに、回転自在となった回転リール（巻掛部）５０と、レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌの強度をファイバ３０の巻き数に応じて制御する強度制御部１０と、を備えている。なお、回転リール５０に巻き掛けられるファイバ３０の巻き数は、後述する加工光学系４０の位置によって変わることとなる。また、この回転リール５０のうちファイバ３０が巻き掛けられる中心部（図示せず）は、円筒形状からなっている。
【００２１】
また、強度制御部１０は、レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌの強度を低下させるように構成されている。より具体的には、強度制御部１０は、図１に示すように、ファイバ３０の巻き数に応じてレーザ光Ｌの強度を低下させるアッテネータ１２と、アッテネータ１２に接続されて当該アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整する調整部１１とを有している。なお、アッテネータ１２は、レーザ発振器５とファイバ３０との間に配置されている。
【００２２】
また、図１に示すように、レーザ照射装置は、ファイバ３０が巻き掛けられるとともに、回転自在となった回転リール（巻掛部）５０を有している。そして、この回転リール５０は、調整部１１に接続されており、当該調整部１１は、ファイバ３０の巻き数に関するデータを検知するように構成されている。
【００２３】
また、調整部１１は、ファイバ３０の伝送効率とファイバ３０の巻き数との関係を予め記憶している。そして、調整部１１は、検知した実際のファイバ３０の巻き数に関するデータと記憶されているファイバ３０の巻き数とを比較するとともに、比較した結果に基づいてアッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整するように構成されている。なお、ファイバ３０の伝送効率とファイバ３０の巻き数との関係は、所定の式から計算して算出してもよいし、事前に駆動光学系を実験的に繰り返して駆動した際にダミーの被処理体に供給されるエネルギーから得てもよい。
【００２４】
なお、回転リール５０に巻き掛けられるファイバ３０の回転数は１回以上とは限らず、１回に満たないこともありえる。この場合には、調整部１１は、ファイバ３０の巻き掛けられた割合（巻き掛けられていない状態も含む）から、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整することとなる。ところで、本願での「巻き数」という文言には、１回転未満の巻き掛けられた割合も含まれる。
【００２５】
また、図１に示すように、アッテネータ１２とファイバ３０との間には、レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌを取り入れて平行なレーザ光Ｌとして出射するコリメータ２０と、当該コリメータ２０によって平行にされたレーザ光Ｌを透過させる透過状態と当該レーザ光Ｌを遮断する遮断状態とを切り換えるシャッタ部材２５とが配置されている。
【００２６】
また、図１に示すように、ファイバ３０の端部にはレーザ光Ｌを太陽電池基板（被処理体）６０（図２参照）に照射する加工光学系４０が連結されている。そして、この加工光学系４０には、当該加工光学系４０をＸ方向（水平方向のうちの一方向）に駆動する光学系駆動部４１が連結されている。なお、レーザ光Ｌが照射される太陽電池基板６０は、Ｙ方向（水平方向のうち一方向に直交する方向）に移動可能な保持部４５によって保持されている（図２参照）。なお、被処理体の一例である太陽電池基板６０は、基板と、当該基板上に設けられた薄膜とを有している（図示せず）。
【００２７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２８】
まず、レーザ発振器５によってレーザ光Ｌが照射される。そして、このように照射されたレーザ光Ｌは、アッテネータ１２を経てコリメータ２０内へと導かれる（図１参照）。
【００２９】
次に、コリメータ２０によって平行にされたレーザ光Ｌがシャッタ部材２５に達し、当該シャッタ部材２５によって透過状態と遮断状態とが切り換えられる（図１参照）。すなわち、シャッタ部材２５が開かれて開状態となっているときにはレーザ光Ｌが透過される透過状態となり、シャッタ部材２５が閉じられて閉状態となっているときにはレーザ光Ｌが遮断される遮断状態となる。
【００３０】
シャッタ部材２５を通過したレーザ光Ｌは、シングルモードファイバ３０からなるファイバ３０によって伝送されて、加工光学系４０から保持部４５によって保持された太陽電池基板６０に向かって照射される（図１参照）。このように太陽電池基板６０にレーザ光Ｌを照射している間、加工光学系４０は光学系駆動部４１によってＸ方向に移動され、太陽電池基板６０は保持部４５によってＹ方向に移動される（図２参照）。
【００３１】
上述のように、加工光学系４０が光学系駆動部４１によってＸ方向に移動されるので、ファイバ３０の巻き数が変化するので伝送効率は刻々と変化することとなるが、本実施の形態では、強度制御部１０によって、レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌの強度がファイバ３０の巻き数に応じて制御されるので、加工点に供給されるエネルギーを一定の値に保つことができる。
【００３２】
すなわち、本実施の形態によれば、まず、調整部１１によって、回転リール５０の回転状況が把握され（回転リール５０が何回転した状態にあるかが把握され）、実際のファイバ３０の巻き数が検知される（図１参照）。
【００３３】
次に、調整部１１によって、検知された実際のファイバ３０の巻き数に関するデータと、記憶されているファイバ３０の巻き数とが比較される。
【００３４】
次に、調整部１１によって、比較した結果に基づいて、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率が調整される（レーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌの強度が制御される）（図１参照）。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、アッテネータ１２によって、ファイバ３０の巻き数に応じてレーザ発振器５から照射されたレーザ光Ｌの強度が制御されるので、本実施の形態のようにファイバ３０のフレキシビリティを生かして加工光学系４０を動かす方式を用いた場合であっても、太陽電池基板６０の薄膜上の加工点に供給されるエネルギーを一定の値に保つことができる。このため、レーザ光Ｌによる太陽電池基板６０の薄膜の加工深さおよび太陽電池基板６０の薄膜の加工幅を常に一定に保つことができ、ひいては、高い品質で太陽電池基板６０を加工することができることとなる。
【００３６】
また、本実施の形態では、調整部１１がリアルタイムでファイバ３０の巻き数を検知しているため、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率は調整部１１によって随時調整されることとなり、太陽電池基板６０の薄膜上の加工点に供給されるエネルギーを常に一定に保つことができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、マルチモードファイバ３０ではなくシングルモードファイバ３０からなるファイバ３０を用いているので、スペックルの影響を受けずに、太陽電池基板６０の薄膜上の加工点において、高いビーム品質を確保できる。
【００３８】
ところで、本実施の形態では、加工光学系４０が光学系駆動部４１によってＸ方向に移動され、太陽電池基板６０が保持部４５によってＹ方向に移動される態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、例えば、加工光学系４０が光学系駆動部４１によってＸ方向とＹ方向の両方向に移動され、太陽電池基板６０が保持部４５によって固定される態様を用いてもよい。
【００３９】
なお、上述した本実施の形態では、調整部１１が、ファイバ３０の巻き数に応じて、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整する態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、調整部１１が、ファイバ３０の巻き数に応じて、レーザ発振器５から照射されるレーザ光Ｌの強度を調整するように構成されていてもよい（図３参照）。
【００４０】
また、上記では、調整部１１が回転リール５０の回転状況を把握することで、ファイバ３０の巻き数を検出する態様を用いて説明したが、これに限られることはない。例えば、予めファイバ３０の巻き数（回転リール５０に対する巻き数）と加工光学系４０の位置との関係を測定しておき、制御部１１が、加工光学系４０の位置からファイバ３０の巻き数を算出する態様を用いてもよい。
【００４１】
第２の実施の形態
次に、図４乃至図６により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１乃至図３に示す第１の実施の形態では、調整部１１が、ファイバ３０の巻き数に応じて、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整したり、レーザ発振器５から照射されるレーザ光Ｌの強度を調整したりするものであった。これに対して、図４乃至図６に示す第２の実施の形態は、調整部１１が、ファイバ３０の曲率半径に応じて、アッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整したり、レーザ発振器５から照射されるレーザ光Ｌの強度を調整したりするものである。その他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４２】
図４乃至図６に示す第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
本実施の形態では、ファイバ３０が巻き掛けられる巻掛部５０’は、切頭円錐形状からなっており、巻き掛けられるファイバ３０の曲率半径が可変な状態になっている。そして、調整部１１は、ファイバ３０の巻掛部５０’での位置からファイバ３０の曲率半径を算出するように構成されている。
【００４４】
また、制御部１１は、ファイバ３０の伝送効率とファイバ３０の曲率半径との関係（例えば、図６に示すようなグラフ情報）を予め記憶している。そして、制御部１１は、実際のファイバ３０の曲率半径に関するデータと記憶されているファイバ３０の曲率半径とを比較するとともに、比較した結果に基づいてアッテネータ１２によるレーザ光Ｌの減衰率を調整したり（図４参照）、レーザ発振器５から照射されるレーザ光Ｌの強度を調整したりする（図５参照）。このため、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、加工点に供給されるエネルギーを均一なものにすることができ、高い品質で太陽電池基板（被処理体）６０を加工することができる。
【００４５】
ところで、上記では、巻掛部５０’におけるファイバ３０の位置からファイバ３０の曲率半径を算出する態様を用いて説明したが、これに限られることはない。例えば、予めファイバ３０の曲率半径（巻掛部５０’におけるファイバ３０の位置）と加工光学系４０の位置との関係を測定しておき、制御部１１が、加工光学系４０の位置からファイバ３０の曲率半径を算出する態様を用いてもよい。
【００４６】
また、上記では、巻掛部５０’が切頭円錐形状からなっている態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、巻掛部は円錐形状からなっていてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
５      レーザ発振器
１０    強度制御部
１１    調整部
１２    アッテネータ
２０    コリメータ
２５    シャッタ部材
３０    ファイバ
４０    加工光学系
４１    光学系駆動部
４５    保持部
５０    回転リール（巻掛部）
５０’  巻掛部
６０    太陽電池基板（被処理体）
Ｌ      レーザ光
【図１】
2010230851.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010230851.tif 000006
【図５】
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【図６】
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