(57)【要約】【課題】被加工物の酸化度合いを適正に導出することができる酸化度合い導出装置及び酸化度合い導出方法を提供する。【解決手段】酸化度合い導出装置１は、レーザ光出射部と、酸化度合い導出器１２２とを備える。レーザ光出射部は、加工用のレーザ光である加工レーザ光、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光ＬＢ２、及び、第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光ＬＢ３を加工平坦面Ｗ２に出射する。酸化度合い導出器１２２は、加工平坦面Ｗ２に出射した第一導出レーザ光ＬＢ２の第一反射率、加工平坦面Ｗ２に出射した第一導出レーザ光ＬＢ２の第一散乱損失、加工平坦面Ｗ２に出射した第二導出レーザ光ＬＢ３の第二反射率、及び、加工平坦面Ｗ２に出射した第二導出レーザ光ＬＢ３の第二散乱損失に基づいて、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。【選択図】図１
2019174138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用のレーザ光である加工レーザ光、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光、及び、前記第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光を被加工面に出射するレーザ光出射部と、
前記被加工面に出射した前記第一導出レーザ光の第一反射率、前記被加工面に出射した前記第一導出レーザ光の第一散乱損失、前記被加工面に出射した前記第二導出レーザ光の第二反射率、及び、前記被加工面に出射した前記第二導出レーザ光の第二散乱損失に基づいて、前記被加工面の酸化度合いを導出する酸化度合い導出器と、
を備えることを特徴とする酸化度合い導出装置。
【請求項２】
前記酸化度合い導出器は、前記第一反射率をＲ１とし、前記第一散乱損失をＳＬ１とし、前記被加工面の酸化による前記第一導出レーザ光の第一吸収損失をＡ１とし、前記第二反射率をＲ２とし、前記第二散乱損失をＳＬ２とし、前記被加工面の酸化による前記第二導出レーザ光の第二吸収損失をＡ２としたとき、以下の式（１）及び式（２）に基づいて前記被加工面の酸化度合いとして前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する請求項１に記載の酸化度合い導出装置。
Ｒ１＝１−ＳＬ１−Ａ１・・・式（１）
Ｒ２＝１−ＳＬ２−Ａ２・・・式（２）
【請求項３】
前記酸化度合い導出器は、予め記憶された前記第一散乱損失ＳＬ１及び前記第二散乱損失ＳＬ２、計測した前記第一反射率Ｒ１及び前記第二反射率Ｒ２、及び、前記第一吸収損失Ａ１及び前記第二吸収損失Ａ２が同等であるものとして、前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する請求項２に記載の酸化度合い導出装置。
【請求項４】
前記酸化度合い導出器は、予め記憶された前記第一反射率Ｒ１及び前記第二反射率Ｒ２、計測した前記第一散乱損失ＳＬ１及び前記第二散乱損失ＳＬ２、及び、前記第一吸収損失Ａ１及び前記第二吸収損失Ａ２が同等であるものとして、前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する請求項２に記載の酸化度合い導出装置。
【請求項５】
第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光を被加工面に出射した際の第一反射率、前記第一導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第一散乱損失、前記第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第二反射率、及び、前記第二導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第二散乱損失に基づいて、前記被加工面の酸化度合いを導出することを特徴とする酸化度合い導出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化度合い導出装置及び酸化度合い導出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化度合い導出装置として、例えば、特許文献１には、試料に蛍光Ｘ線を出射し、当該試料を構成する元素の導出を行うＸ線分析装置が開示されている。このＸ線分析装置は、例えば、酸化度合い導出装置により表面が平坦化された被加工面の酸化度合いを導出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３１２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１に記載のＸ線分析装置は、例えば、被加工面の酸化度合いを導出する点で更なる改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工面の酸化度合いを適正に導出することができる酸化度合い導出装置及び酸化度合い導出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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る酸化度合い導出装置は、加工用のレーザ光である加工レーザ光、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光、及び、前記第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光を被加工面に出射するレーザ光出射部と、前記被加工面に出射した前記第一導出レーザ光の第一反射率、前記被加工面に出射した前記第一導出レーザ光の第一散乱損失、前記被加工面に出射した前記第二導出レーザ光の第二反射率、及び、前記被加工面に出射した前記第二導出レーザ光の第二散乱損失に基づいて、前記被加工面の酸化度合いを導出する酸化度合い導出器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記酸化度合い導出装置において、前記酸化度合い導出器は、前記第一反射率をＲ１とし、前記第一散乱損失をＳＬ１とし、前記被加工面の酸化による前記第一導出レーザ光の第一吸収損失をＡ１とし、前記第二反射率をＲ２とし、前記第二散乱損失をＳＬ２とし、前記被加工面の酸化による前記第二導出レーザ光の第二吸収損失をＡ２としたとき、以下の式（１）及び式（２）に基づいて前記被加工面の酸化度合いとして前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出することが好ましい。
Ｒ１＝１−ＳＬ１−Ａ１・・・式（１）
Ｒ２＝１−ＳＬ２−Ａ２・・・式（２）
【０００８】
上記酸化度合い導出装置において、前記酸化度合い導出器は、予め記憶された前記第一散乱損失ＳＬ１及び前記第二散乱損失ＳＬ２、計測した前記第一反射率Ｒ１及び前記第二反射率Ｒ２、及び、前記第一吸収損失Ａ１及び前記第二吸収損失Ａ２が同等であるものとして、前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出することが好ましい。
【０００９】
上記酸化度合い導出装置において、前記酸化度合い導出器は、予め記憶された前記第一反射率Ｒ１及び前記第二反射率Ｒ２、計測した前記第一散乱損失ＳＬ１及び前記第二散乱損失ＳＬ２、及び、前記第一吸収損失Ａ１及び前記第二吸収損失Ａ２が同等であるものとして、前記第一吸収損失Ａ１又は前記第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る酸化度合い導出方法は、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光を被加工面に出射した際の第一反射率、前記第一導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第一散乱損失、前記第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第二反射率、及び、前記第二導出レーザ光を前記被加工面に出射した際の第二散乱損失に基づいて、前記被加工面の酸化度合いを導出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る酸化度合い導出装置及び酸化度合い導出方法は、それぞれ波長の異なる第一導出レーザ光及び第二導出レーザ光を用いて被加工面の酸化度合いを導出するので、被加工面の酸化度合いを適正に導出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る酸化度合い導出装置の構成例を示す概略図である。
【図２】図２は、実施形態に係る酸化度合い導出装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施形態に係る加工レーザ光の出射例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る第一及び第二導出レーザ光の出射例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る波長に対する被加工物の吸収率を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る波長と散乱損失との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る酸化度合い導出装置の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１４】
〔実施形態〕
実施形態に係る酸化度合い導出装置１及び酸化度合い導出方法について説明する。酸化度合い導出装置１は、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗに出射して当該被加工物Ｗを加工し、且つ、当該被加工物Ｗの酸化度合いを導出する装置である。ここで、被加工物Ｗは、例えば、金属素材等から形成される。被加工物Ｗは、例えば、３Ｄプリンタによる積層造形物や、ツールマーク等が形成された金属加工物である。なお、以下の説明において、加工レーザ光ＬＢ１、第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３を特に区別する必要がない場合、単にレーザ光ＬＢと称する。以下、酸化度合い導出装置１について詳細に説明する。
【００１５】
なお、以下の説明では、Ｘ方向（第一方向）とＹ方向（第二方向）とＺ方向（第三方向）とは、それぞれ直交する方向である。Ｘ方向とＹ方向とは、後述する被加工物Ｗを支持する支持面８１ｂ上で直交する方向である。Ｚ方向は、支持面８１ｂに直交する方向である。なお、Ｘ方向とＹ方向とは、典型的には、被加工物Ｗの厚み方向に直交する面を仮想平面とした場合、当該仮想平面上で直交する方向であり、Ｚ方向は、仮想平面に直交する直交方向である。
【００１６】
酸化度合い導出装置１は、例えば、レーザ光ＬＢの焦点を固定し当該レーザ光ＬＢを被加工物Ｗの被加工面Ｗ１に集光して加工し、被加工面Ｗ１を平坦化した加工平坦面Ｗ２を形成する。酸化度合い導出装置１は、図１及び図２に示すように、レーザ光出射部１０Ａと、レーザ光出射部１０Ｂと、シャッター２０と、アッテネータ３０と、ビームエキスパンダ４０と、ビーム伝送光学系５０と、落射光学系６０と、対物レンズ７０と、駆動部８０と、ランプ照明９０と、カメラ１００と、ガス供給装置１１０と、計測器１２０と、制御部１３０と、支持柱１４０を備えている。
【００１７】
レーザ光出射部１０Ａは、パルス状の出力（レーザ光ＬＢ）を一定の繰り返し周波数で発振するレーザ光発振器である。レーザ光出射部１０Ａは、例えば、レーザ光源としてのパルス幅可変光源をシード光源に用いた主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ；Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。パルス幅可変光源は、加工用のパルスレーザ光である加工レーザ光ＬＢ１を出射する。加工レーザ光ＬＢ１は、例えば、平行化された光であるコリメート光である。レーザ光出射部１０Ａは、ＭＯＰＡを用いた場合、加工レーザ光ＬＢ１の出力特性の一例は次の通りである。すなわち、加工レーザ光ＬＢ１の動作波長は、１０３０ｎｍ±１ｎｍ程度であり、繰り返し周波数は、５ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度であり、パルス幅は、５０ｐｓ〜１μｓ程度であり、出力パワーは、１０Ｗ以上であり、偏波は、直線であり、ビーム品質であるスクエア（Ｍ２）は、１．２未満であり、真円度は、８０％超過である。レーザ光出射部１０Ａは、図３に示すように、ハーフミラー１５０を透過させて加工レーザ光ＬＢ１をシャッター２０に出力（出射）する。なお、パルス幅とは、加工レーザ光ＬＢ１のピークパワーの半分の地点におけるパルスの立ち上がりと立ち下がりの時間間隔である。レーザ光出射部１０Ａは、ＭＯＰＡを用いることによりパルス幅を可変することができるので、様々な加工に対応することができ、加工コストを抑制することができる。加工レーザ光ＬＢ１は、後述する第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３よりもレーザ強度のピーク値が高い。加工レーザ光ＬＢ１は、レーザ強度のピーク値が、被加工面Ｗ１の凸部の最大の高さ（例えば１０μｍを超える高さ）に相当する加工深さを得ることが可能な光エネルギー密度である。被加工面Ｗ１の凸部は、被加工面Ｗ１の最も深い部分（凹部の底）を基準位置とした場合、Ｚ方向に沿って突出している部分である。
【００１８】
レーザ光出射部１０Ｂは、加工用のレーザ光出射部１０Ａよりも光エネルギー密度が小さいレーザ光発振器である。レーザ光出射部１０Ｂは、支持柱１４０により支持されている。レーザ光出射部１０Ｂは、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザである。レーザ光出射部１０Ｂは、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光ＬＢ２、及び、第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光ＬＢ３を加工平坦面Ｗ２に出射する。第一導出レーザ光ＬＢ２及び第二導出レーザ光ＬＢ３は、例えば、平行化された光であるコリメート光である。第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３は、加工レーザ光ＬＢ１よりもレーザ強度のピーク値が低く、レーザ強度のピーク値が加工平坦面Ｗ２を加工しない光エネルギー密度である。レーザ光出射部１０Ｂは、図４に示すように、ハーフミラー１５０に反射させて第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３をシャッター２０に出力（出射）する。
【００１９】
シャッター２０は、レーザ光ＬＢの透過と遮断とを切り替えるものである。シャッター２０は、レーザ光出射部１０Ａ、１０Ｂとアッテネータ３０との間に設置され、レーザ光出射部１０Ａ、１０Ｂから出力されたレーザ光ＬＢを透過又は遮断する。シャッター２０は、透過したレーザ光ＬＢをアッテネータ３０に出力する。
【００２０】
アッテネータ３０は、レーザ光ＬＢの強度を調整する減衰器である。アッテネータ３０は、シャッター２０とビームエキスパンダ４０との間に設置され、シャッター２０から出力されたレーザ光ＬＢの強度を調整してビームエキスパンダ４０に出力する。
【００２１】
ビームエキスパンダ４０は、レーザ光ＬＢのビーム径を広げるものである。ビームエキスパンダ４０は、アッテネータ３０とビーム伝送光学系５０との間に設置され、アッテネータ３０から出力されたレーザ光ＬＢのビーム径を広げてビーム伝送光学系５０に出力する。
【００２２】
ビーム伝送光学系５０は、レーザ光ＬＢを導光する導光ミラー等から構成される光学系である。ビーム伝送光学系５０は、ビームエキスパンダ４０と落射光学系６０との間に設置され、ビームエキスパンダ４０から出力されたレーザ光ＬＢを導光して落射光学系６０に出力する。
【００２３】
落射光学系６０は、レーザ光ＬＢが進行する方向を変更する方向変更ミラー等から構成される光学系である。落射光学系６０は、ビーム伝送光学系５０と対物レンズ７０との間に設置され、ビーム伝送光学系５０から出力されたレーザ光ＬＢの進行方向を変更して対物レンズ７０に出力する。
【００２４】
対物レンズ７０は、レーザ光ＬＢを集光して被加工物Ｗの被加工面Ｗ１（加工平坦面Ｗ２）にレーザ光ＬＢを出射するものである。対物レンズ７０は、落射光学系６０と駆動部８０との間に設置され、落射光学系６０から出力されたレーザ光ＬＢを集光し、駆動部８０に支持された被加工物Ｗの被加工面Ｗ１（加工平坦面Ｗ２）にレーザ光ＬＢを出射する。
【００２５】
駆動部８０は、被加工物Ｗを保持すると共に対物レンズ７０等を含む光学系に対して被加工物Ｗを相対移動させるものである。駆動部８０は、ＸＹ軸駆動部８１と、Ｚ軸駆動部８２とを備える。ＸＹ軸駆動部８１は、平板状の支持台８１ａと、固定部（図示省略）と、ボールネジ等から構成されるＸＹ軸駆動機構（図示省略）とを備える。ＸＹ軸駆動部８１は、固定部により被加工物Ｗを支持台８１ａの支持面８１ｂに固定し、ＸＹ軸駆動機構により対物レンズ７０等の光学系に対して被加工物ＷをＸ方向又はＹ方向に相対移動させる。Ｚ軸駆動部８２は、ボールネジ等から構成されるＺ軸駆動機構（図示省略）を備え、Ｚ軸駆動機構により対物レンズ７０等の光学系に対して被加工物ＷをＺ方向に相対移動させる。
【００２６】
ランプ照明９０は、被加工物Ｗを照明により照らすものである。ランプ照明９０は、例えば、駆動部８０の支持面８１ｂに対向して設置され、支持面８１ｂに支持された被加工物Ｗに照明を照らす。
【００２７】
カメラ１００は、被加工物Ｗを撮像するものである。カメラ１００は、駆動部８０の支持面８１ｂに対向して設置され、支持面８１ｂに支持された被加工物Ｗの被加工面Ｗ１の凹凸等を撮像する。カメラ１００は、撮像した画像を制御部１３０に出力する。
【００２８】
ガス供給装置１１０は、ガスを供給するものである。ガス供給装置１１０は、例えば、、不活性ガス（例えばアルゴン、窒素ガス等）を供給する。ガス供給装置１１０は、ノズルが被加工物Ｗに向けられており、不活性ガスを当該ノズルから被加工物Ｗの被加工面Ｗ１に向けて噴射する。
【００２９】
計測器１２０は、被加工物Ｗの表面の酸化度合いを導出するものである。計測器１２０は、例えば、受光面１２１ａを有する光センサヘッド１２１と、酸化度合い導出器１２２とを含んで構成される。光センサヘッド１２１は、光電変換するものである。光センサヘッド１２１は、例えば、加工平坦面Ｗ２に出射された第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３が反射した反射光を受光し、受光した反射光を光電変換する。光センサヘッド１２１は、その受光面１２１ａが加工平坦面Ｗ２に対して斜めに対向して配置されている。光センサヘッド１２１は、例えば、受光面１２１ａが第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３の反射光を受光可能に配置されている。光センサヘッド１２１は、酸化度合い導出器１２２に接続され、第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３の反射光を光電変換した導出信号（反射光パワー）を酸化度合い導出器１２２に出力する。なお、計測器１２０は、平坦化加工によって生じる被加工物Ｗの材料蒸気（溶融部から高速で飛散する金属の粒子であるスパッタや金属蒸気であるヒューム）が光センサヘッド１２１を汚染する場合、平坦化加工の時に光センサヘッド１２１にカバーを装着しておく。光センサヘッド１２１は、端面が大口径の光ファイバや複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバ等により入射した光を当該光センサヘッド１２１に導くようにしてもよい。
【００３０】
酸化度合い導出器１２２は、光パワーを測定し、酸化度合いを導出するものである。酸化度合い導出器１２２は、光センサヘッド１２１に接続され、当該光センサヘッド１２１から出力された導出信号に基づいて第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３の反射光の光パワーを導出する。そして、酸化度合い導出器１２２は、第一導出レーザ光ＬＢ２の反射光の光パワー（導出信号）と第一導出レーザ光ＬＢ２の光パワーとに基づいて第一反射率を求め、第二導出レーザ光ＬＢ３の反射光の光パワー（導出信号）と第二導出レーザ光ＬＢ３の光パワーとに基づいて第二反射率を求める。
【００３１】
酸化度合い導出器１２２は、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する場合、加工平坦面Ｗ２に出射された第一導出レーザ光ＬＢ２の第一反射率、加工平坦面Ｗ２に出射された第一導出レーザ光ＬＢ２の第一散乱損失、加工平坦面Ｗ２に出射された第二導出レーザ光ＬＢ３の第二反射率、及び、加工平坦面Ｗ２に出射された第二導出レーザ光ＬＢ３の第二散乱損失に基づいて、加工平坦面Ｗ２の酸化による第一導出レーザ光ＬＢ２の第一吸収損失又は加工平坦面Ｗ２の酸化による第二導出レーザ光ＬＢ３の第二吸収損失の少なくとも一方を導出する。そして、酸化度合い導出器１２２は、第一吸収損失又は第二吸収損失に基づいて加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。
【００３２】
具体的には、酸化度合い導出器１２２は、第一反射率をＲ１とし、第一散乱損失をＳＬ１とし、加工平坦面Ｗ２の酸化による第一導出レーザ光ＬＢ２の第一吸収損失をＡ１とし、第二反射率をＲ２とし、第二散乱損失をＳＬ２とし、加工平坦面Ｗ２の酸化による第二導出レーザ光ＬＢ３の第二吸収損失をＡ２としたとき、以下の式（１）及び式（２）に基づいて第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。
Ｒ１＝１−ＳＬ１−Ａ１・・・式（１）
Ｒ２＝１−ＳＬ２−Ａ２・・・式（２）
【００３３】
酸化度合い導出器１２２は、式（１）及び式（２）における第一反射率Ｒ１及び第二反射率Ｒ２を計測する。酸化度合い導出器１２２は、例えば、加工平坦面Ｗ２に第一導出レーザ光ＬＢ２が出射されて当該第一導出レーザ光ＬＢ２の第一反射率Ｒ１を計測し、加工平坦面Ｗ２に第二導出レーザ光ＬＢ３が出射されて当該第二導出レーザ光ＬＢ３の第二反射率Ｒ２を計測する。
【００３４】
また、酸化度合い導出器１２２は、式（１）及び式（２）において、第一吸収損失Ａ１と第二吸収損失Ａ２とを同等であるものとみなす。ここで、被加工物Ｗの材料である金属（例えば工具鋼）は、鉄、クロム、ニッケル等の材料が含有元素の大半を占める。例えば、図５に示すように、鉄及びクロムは、光の吸収率が酸化の有無で大きく変化するが、一方、光の吸収率が波長（例えば１μｍ、１．６μｍ）の変化に対しては大きく変化しない。従って、酸化度合い導出器１２２は、それぞれ波長が異なる第一吸収損失Ａ１と第二吸収損失Ａ２とを同等とみなすことができる。
【００３５】
また、酸化度合い導出器１２２は、式（１）及び式（２）において、予め第一散乱損失ＳＬ１と第二散乱損失ＳＬ２との比率ｘを求めて記憶しておく。ここで、一般的に、加工平坦面Ｗ２の凹凸の周期に対して充分大きなスポット径で入射した光が当該凹凸に起因する散乱によって損失する散乱損失ＰLossは、加工平坦面Ｗ２の粗さ、入射角度、及び、波長に対して以下の式（３）で求まる。
ＰLoss＝１−ｅｘｐ｛−（４πσｃｏｓ(θ)／λ）2｝・・・式（３）
【００３６】
なお、式（３）において、ＰLossは、入射光の散乱損失、σは、平均二乗粗さ、θは、入射角度、λは入射光波長である。図６は、式（３）により求めた波長と散乱損失との関係を示す図である。図６は、縦軸が散乱損失であり、横軸が波長である。図６では、５０ｎｍの粗さ（Ｒｑ）に対する各波長の散乱損失、及び、１００ｎｍの粗さ（Ｒｑ）に対する各波長の散乱損失を示している。
【００３７】
酸化度合い導出器１２２は、式（３）に基づいて、予め、第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３で目標とする粗さの加工平坦面Ｗ２（酸化のない加工平坦面Ｗ２）の散乱損失を上記式（３）により算出し、第一散乱損失ＳＬ１と第二散乱損失ＳＬ２との比率ｘを求め記憶しておく。ＳＬ１とＳＬ２との関係は、比率ｘにより、ＳＬ２＝ｘ×ＳＬ１・・・式（４）と表すことができる。
【００３８】
酸化度合い導出器１２２は、式（１）及び式（２）に基づいて、第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。具体的には、酸化度合い導出器１２２は、式（２）から式（１）を減算することで、Ｒ２−Ｒ１＝ＳＬ１−ＳＬ２・・・式（５）を導き出す。酸化度合い導出器１２２は、式（４）を式（５）に代入することにより、式（５）をＲ２−Ｒ１＝（１−ｘ）ＳＬ１・・・式（６）と表すことができる。酸化度合い導出器１２２は、計測した第二導出レーザ光ＬＢ３の第二反射率Ｒ２と第一導出レーザ光ＬＢ２の第一反射率Ｒ１とを引き算することで式（６）のＲ２−Ｒ１を求める。酸化度合い導出器１２２は、求めたＲ２−Ｒ１と比率ｘとから式（６）に基づいてＳＬ１を求める。酸化度合い導出器１２２は、求めたＳＬ１及びＲ１を式（１）に代入することで、第一吸収損失Ａ１を導出する。酸化度合い導出器１２２は、導出した第一吸収損失Ａ１に基づいて加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。酸化度合い導出器１２２は、導出した酸化度合いを表す酸化度合い情報を制御部１３０に出力する。
【００３９】
制御部１３０は、酸化度合い導出装置１を制御するものである。制御部１３０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部１３０は、レーザ光出射部１０Ａ、１０Ｂ及びシャッター２０等の光学系を制御し、レーザ光ＬＢの出力を調整する。制御部１３０は、例えば、酸化度合い導出器１２２から出力された酸化度合い情報に基づいてレーザ光ＬＢの出力を調整する。また、制御部１３０は、ガス供給装置１１０を制御し、不活性ガスの流量を調整する。制御部１３０は、例えば、酸化度合い導出器１２２から出力された酸化度合い情報に基づいて不活性ガスの流量を調整する。
【００４０】
次に、図７を参照して酸化度合い導出装置１の動作例について説明する。酸化度合い導出装置１は、作業者により予め加工条件が設定される（ステップＳ１）。ここで、加工条件は、例えば、加工レーザ光ＬＢ１のエネルギー密度、走査時のスポット径の重なり、繰り返し出射数、加工時間等である。これらの加工条件は、被加工物Ｗの材質や被加工面Ｗ１の凹凸の粗さ等に基づいて、予め実験等により求めておく。
【００４１】
酸化度合い導出装置１は、加工条件が設定された後、平坦化加工を実施する（ステップＳ２）。酸化度合い導出装置１は、駆動部８０の支持台８１ａに支持された被加工物Ｗを駆動部８０に固定し、ＸＹ軸駆動部８１によりＸ方向又はＹ方向に被加工物Ｗを移動させ、さらにＺ軸駆動部８２によりＺ方向に被加工物Ｗを移動させて被加工物Ｗを加工開始位置に移動させる。酸化度合い導出装置１は、ガス供給装置１１０を制御し不活性ガスを被加工物Ｗに供給する。そして、酸化度合い導出装置１は、カメラ１００により被加工物Ｗの被加工面Ｗ１を撮像しながら、被加工面Ｗ１の凸部に対して加工レーザ光ＬＢ１を出射する。酸化度合い導出装置１は、当該加工レーザ光ＬＢ１を照射した状態でＸＹ軸駆動部８１によりＸ方向又はＹ方向に被加工物Ｗを移動させることで、被加工面Ｗ１に対して加工レーザ光ＬＢ１を走査させながら被加工面Ｗ１の凸部を加工する。酸化度合い導出装置１は、例えば、加工レーザ光ＬＢ１が照射された部分が瞬時に蒸発、飛散することで被加工面Ｗ１の凸部を平坦化するアブレーション加工、又は、加工レーザ光ＬＢ１が照射された部分が溶融することで被加工面Ｗ１の凸部を平坦化する溶融加工等により加工平坦面Ｗ２を形成する。
【００４２】
次に、酸化度合い導出装置１は、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する（ステップＳ３）。酸化度合い導出装置１は、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いの導出において、ガス供給装置１１０を制御し不活性ガスの供給を停止する。そして、酸化度合い導出装置１は、カメラ１００により加工平坦面Ｗ２を撮像しながら、加工平坦面Ｗ２に対して第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３を出射する。なお、酸化度合い導出装置１は、例えば、Ｚ軸駆動部８２によりＺ方向に被加工物Ｗを移動させて被加工物Ｗを所望の高さに設定してもよい。酸化度合い導出装置１は、当該第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３を出射した状態でＸＹ軸駆動部８１によりＸ方向又はＹ方向に被加工物Ｗを移動させることで、加工平坦面Ｗ２に対して第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３を走査させ、複数個所で第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３のそれぞれの反射光を受光する。そして、酸化度合い導出装置１は、受光した各反射光に基づいて第一及び第二反射率をＲ１、Ｒ２を求め、そして、第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。そして、酸化度合い導出装置１は、第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方から加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。
【００４３】
酸化度合い導出装置１は、予め定められた基準値に基づいて加工平坦面Ｗ２の酸化度合いの適否を判断する。制御部１３０は、例えば、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いと当該基準値とを比較し、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いが基準値より小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部１３０は、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いが基準値より小さい場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、被加工物Ｗの酸化度合いが適正であると判定する（ステップＳ５）。また、制御部１３０は、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いが基準値以上の場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、被加工物Ｗの酸化度合いが不適正であると判定する（ステップＳ６）。
【００４４】
以上のように、実施形態に係る酸化度合い導出装置１は、レーザ光出射部１０Ａ、１０Ｂと、酸化度合い導出器１２２とを備える。レーザ光出射部１０Ａ、１０Ｂは、加工用のレーザ光である加工レーザ光ＬＢ１、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光ＬＢ２、及び、第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光ＬＢ３を被加工面Ｗ１又は加工平坦面Ｗ２に出射する。酸化度合い導出器１２２は、加工平坦面Ｗ２に出射した第一導出レーザ光ＬＢ２の第一反射率、加工平坦面Ｗ２に出射した第一導出レーザ光ＬＢ２の第一散乱損失、加工平坦面Ｗ２に出射した第二導出レーザ光ＬＢ３の第二反射率、及び、加工平坦面Ｗ２に出射した第二導出レーザ光ＬＢ３の第二散乱損失に基づいて、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。
【００４５】
この構成により、酸化度合い導出装置１は、２つの波長の第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３を用いることにより当該第一及び第二導出レーザ光ＬＢ２、ＬＢ３の吸収損失に基づいて加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出することができる。この結果、酸化度合い導出装置１は、被加工物Ｗの酸化度合いを適正に導出することができる。
【００４６】
上記酸化度合い導出装置１において、酸化度合い導出器１２２は、第一反射率をＲ１とし、第一散乱損失をＳＬ１とし、加工平坦面Ｗ２の酸化による第一導出レーザ光ＬＢ２の第一吸収損失をＡ１とし、第二反射率をＲ２とし、第二散乱損失をＳＬ２とし、加工平坦面Ｗ２の酸化による第二導出レーザ光ＬＢ３の第二吸収損失をＡ２としたとき、以下の式（１）及び式（２）に基づいて加工平坦面Ｗ２の酸化度合いとして第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。この構成により、酸化度合い導出装置１は、２つの単純な方程式により第一及び第二吸収損失Ａ１、Ａ２を導出することができる。
Ｒ１＝１−ＳＬ１−Ａ１・・・式（１）
Ｒ２＝１−ＳＬ２−Ａ２・・・式（２）
【００４７】
上記酸化度合い導出装置１において、酸化度合い導出器１２２は、実験等により求められ、予め記憶された第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２、計測した第一反射率Ｒ１及び第二反射率Ｒ２、及び、第一吸収損失Ａ１及び第二吸収損失Ａ２が同等であるものとして、第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。この構成により、酸化度合い導出装置１は、被加工物Ｗの酸化度合いを適正に導出することができる。
【００４８】
実施形態に係る酸化度合い導出方法は、第一波長を有する導出用のレーザ光である第一導出レーザ光ＬＢ２を加工平坦面Ｗ２に出射した際の第一反射率、第一導出レーザ光ＬＢ２を加工平坦面Ｗ２に出射した際の第一散乱損失、第一波長とは異なる第二波長を有する導出用のレーザ光である第二導出レーザ光ＬＢ３を加工平坦面Ｗ２に出射した際の第二反射率、及び、第二導出レーザ光ＬＢ３を加工平坦面Ｗ２に出射した際の第二散乱損失に基づいて、加工平坦面Ｗ２の酸化度合いを導出する。この方法により、酸化度合い導出方法は、上述の酸化度合い導出装置１と同等の効果を奏することができる。
【００４９】
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。酸化度合い導出器１２２は、予め第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２を既知な値として記憶し、第一反射率Ｒ１及び第二反射率Ｒ２を計測する例について説明したが、これに限定されない。酸化度合い導出器１２２は、予め第一反射率Ｒ１及び第二反射率Ｒ２を既知の値として記憶し、第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２を計測してもよい。この場合、酸化度合い導出装置１は、目標とする粗さの加工平坦面Ｗ２（酸化のない加工平坦面Ｗ２）に第一導出レーザ光ＬＢ２及び第二導出レーザ光ＬＢ３をＺ方向に沿って出射する。そして、酸化度合い導出装置１は、光センサヘッド１２１により第一導出レーザ光ＬＢ２及び第二導出レーザ光ＬＢ３の散乱光を受光する。なお、酸化度合い導出装置１は、反射光を受光する場合よりも光センサヘッド１２１の位置を加工平坦面Ｗ２に近づけて配置しておく。酸化度合い導出装置１は、出射した第一導出レーザ光ＬＢ２及び第二導出レーザ光ＬＢ３による散乱光と、当該第一導出レーザ光ＬＢ２及び第二導出レーザ光ＬＢ３とに基づいて第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２を計測する。このように、酸化度合い導出装置１において、酸化度合い導出器１２２は、予め記憶された第一反射率Ｒ１及び第二反射率Ｒ２、計測した第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２、及び、第一吸収損失Ａ１及び第二吸収損失Ａ２が同等であるものとし、上述の式（１）及び式（２）に基づいて、第一吸収損失Ａ１又は第二吸収損失Ａ２の少なくとも一方を導出する。この構成により、酸化度合い導出装置１は、第一散乱損失ＳＬ１及び第二散乱損失ＳＬ２を計測した場合でも、被加工物Ｗの酸化度合いを適正に導出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  酸化度合い導出装置
１０Ａ、１０Ｂ  レーザ光出射部
１２２  酸化度合い導出器
ＬＢ１  加工レーザ光
ＬＢ２  第一導出レーザ光
ＬＢ３  第二導出レーザ光
Ｗ１  被加工面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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