(57)【要約】【課題】予期せぬ箇所にレーザが照射されることを防止する。【解決手段】レーザ発振装置は、発振器２０と、シャッタ２２と、制御装置３０とを含む。発振器２０は、レーザ光６０を発振する。シャッタ２２は、発振器２０が発振したレーザ光６０を遮断する。制御装置３０は、レーザ光６０を遮断する状態とレーザ光６０を放出させる状態との間の状態にシャッタ２２がある期間を含む移行期間はレーザ光６０の発振を停止するよう制御すると共に、移行期間以外の期間は発振器２０によるレーザ光６０の発振と停止とを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するための発振手段と、
前記発振手段が発振したレーザ光の放出を遮断するための遮断手段と、
前記発振手段および遮断手段を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記遮断手段を制御するための遮断制御手段と、
前記レーザ光を遮断する状態と前記レーザ光を放出させる状態との間の状態に前記遮断手段がある期間を含む移行期間は前記レーザ光の発振を停止するよう制御すると共に、前記移行期間以外の期間は前記発振手段による前記レーザ光の発振と停止とを制御するための発振制御手段とを含む、レーザ発振装置。
【請求項２】
前記発振手段は、スラブ型レーザ発振器である、請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記レーザ発振装置は、前記遮断手段が遮断した前記レーザ光のエネルギを熱エネルギに変換する変換手段をさらに含む、請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記発振制御手段は、前記レーザ光のエネルギおよび前記レーザ光のパルスの周波数の少なくとも一方が一定となるように、前記レーザ光の発振と停止とを制御するための手段を含む、請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
前記遮断手段はミラーである、請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
前記レーザ発振装置は、回折型光学素子をさらに含む、請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項７】
レーザ光を発振するための発振手段と、
前記発振手段が発振したレーザ光の放出を遮断するための遮断手段と、
前記発振手段および遮断手段を制御するための制御手段とを含むレーザ発振装置の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記制御手段が、前記レーザ光の発振を開始させ、前記レーザ光の発振が開始された後、前記レーザ光を遮断する状態から前記レーザ光を放出させる状態に移行するように前記遮断手段を制御すると共に、前記レーザ光を遮断する状態と前記レーザ光を放出させる状態との間に前記遮断手段がある期間を含む移行期間は前記レーザ光の発振を停止するように前記発振手段を制御する放出制御ステップと、
前記制御手段が、前記移行期間以外の期間は前記レーザ光を発振するように、前記発振手段を制御する発振制御ステップと、
前記制御手段が、前記レーザ光が放出された後、前記レーザ光を遮断させるように前記遮断手段を制御すると共に、前記移行期間は前記レーザ光の発振を停止させるように、前記発振手段を制御する遮断制御ステップと、
前記制御手段が、前記レーザ光が遮断された後、前記レーザ光を放出させるように前記遮断手段を制御すると共に、前記移行期間は前記レーザ光の発振を停止させるように、前記発振手段を制御する再開制御ステップとを含む、レーザ発振装置の制御方法。
【請求項８】
前記移行期間は、前記発振手段が前記レーザ光の発振を開始した時から定常状態における前記発振手段の温度の６３．２パーセント以上に前記発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２分の１以下の期間である、請求項７に記載のレーザ発振装置の制御方法。
【請求項９】
前記移行期間は、前記発振手段が前記レーザ光の発振を開始した時から定常状態における前記発振手段の温度の６３．２パーセント以上に前記発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２０分の１以下の期間である、請求項７に記載のレーザ発振装置の制御方法。
【請求項１０】
前記放出制御ステップは、前記発振手段が前記レーザ光の発振を開始した時から定常状態における前記発振手段の温度の６３．２パーセントに前記発振手段の温度が達するまでの期間が経過した後、前記レーザ光を遮断する状態から前記レーザ光を放出させる状態に移行するように前記遮断手段を制御するステップを含む、請求項７に記載のレーザ発振装置の制御方法。
【請求項１１】
前記放出制御ステップは、前記発振手段が前記レーザ光の発振を開始した時から定常状態における前記発振手段の温度の６３．２パーセントに前記発振手段の温度が達するまでの期間が経過した後、前記レーザ光を遮断する状態から前記レーザ光を放出させる状態に移行するように前記遮断手段を制御するステップを含み、
前記移行期間は、前記発振手段が前記レーザ光の発振を開始した時から定常状態における前記発振手段の温度の６３．２パーセント以上に前記発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２分の１以下の期間である、請求項７に記載のレーザ発振装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振装置およびレーザ発振装置の制御方法に関し、特に、レーザ光の放出時期を制御するレーザ発振装置およびレーザ発振装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを利用した加工が産業上広く利用されるようになっている。さらに、加工の高精度化を目的とした技術が数多く提案されている。
【０００３】
レーザを用いて加工の高精度化を図る場合、レーザ発振器の性能（特にレーザビームの出力の安定性、ポインティング位置安定性、あるいはビームプロファイルの安定性など）は高精度化についての重要な要素である。
【０００４】
特許文献１は、レーザ光源と、照射光学系と、シャッタ装置と、シャッタ装置を動作させるシャッタ制御装置とを備えるレーザ加工装置を開示する。レーザ光源は、所定波長のレーザ光を発生する。照射光学系は、レーザ光源からのレーザ光をプロセスステージに載置したワーク上に照射する。シャッタ装置は、レーザ光源と照射光学系との間の光路上に配置されてレーザ光を遮断する。
【０００５】
特許文献１に開示された発明によると、安定したレーザ光を照射することによりワークを均質に処理できる。
【０００６】
特許文献２は、レーザ光から熱負荷を受けた範囲を冷却するために、冷却液用の少なくとも１つの第１の冷却通路が配置されているレーザ光用のミラーを開示する。レーザ光用のミラーにおいて、第１の冷却通路は当該範囲がこの範囲の中心に対して少なくともほぼ対称に冷却されるようにミラーの内部を延び、当該範囲で加熱された冷却液が熱により引き起こされる応力を補償すべくミラーの熱負荷を受けない範囲に案内されている。
【０００７】
特許文献２に開示された発明によると、片側の熱入力によって生じる鏡面の変形が付加的な熱源の使用なく低減できる。
【０００８】
特許文献３は、一対の細長い電極と、電極間に配置されたレーザガスと、電極に電圧を与えてガスを励起し、ガス放電を作る装置と、レーザビームを作る共振器とを備えるガスレーザを開示する。
【０００９】
特許文献３に開示された発明によると、二酸化炭素のスラブ導波管レーザの出力安定を十分に改善できる。
【００１０】
非特許文献１は、回折型ビームホモジナイザを開示する。非特許文献１に開示された発明によると、多彩な断面形状のレーザ光に対して断面における強度分布を均一化できる。
【特許文献１】特開２００１−２８３４６号公報
【特許文献２】特表２００５−５１５４９２号公報
【特許文献３】特表平８−５１２４３３号公報
【非特許文献１】平井  隆之、外３名、「回折型ビームホモジナイザの開発」、ＳＥＩテクニカルレビュー、平成１７年３月、第１６６号、Ｐ１３−１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１は、発振器外部に設置したシャッタでレーザビームを遮断する。特許文献１によれば、レーザ照射と休止を繰返し行うような断続的なレーザ照射において、レーザ発振開始直後のレーザエネルギの不安定な期間は、シャッタを閉じて被レーザ照射物にレーザが照射されないようにしている。一方で、レーザエネルギが安定した時点でシャッタを開いて、被レーザ照射物にレーザを照射することを繰返し行う。
【００１２】
これにより、特許文献１に開示された発明は、レーザ加工面に常に安定した品質のレーザビームを照射させることができる。
【００１３】
しかしながら、シャッタの完全開閉には一定の時間を要する。シャッタが半開状態でレーザを放射すると、予期せぬ箇所にレーザが照射されることになる。
【００１４】
すなわち、特許文献１にかかる発明には、予期せぬ箇所にレーザ光が照射される恐れがあるという問題点がある。
【００１５】
特許文献２、特許文献３、および非特許文献１に開示された発明では、レーザエネルギの不安定な期間に被照射物にレーザが照射されることがあるという問題点がある。
【００１６】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、予期せぬ箇所にレーザが照射されることを防止できるレーザ発振装置およびレーザ発振装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のある局面にしたがうと、レーザ発振装置は、発振手段と、遮断手段と、制御手段とを含む。発振手段は、レーザ光を発振する。遮断手段は、発振手段が発振したレーザ光の放出を遮断する。制御手段は、発振手段および遮断手段を制御する。制御手段は、遮断制御手段と、発振制御手段とを含む。遮断制御手段は、遮断手段を制御する。発振制御手段は、レーザ光を遮断する状態とレーザ光を放出させる状態との間の状態に遮断手段がある期間を含む移行期間はレーザ光の発振を停止するよう制御すると共に、移行期間以外の期間は発振手段によるレーザ光の発振と停止とを制御する。
【００１８】
また、上述した発振手段は、スラブ型レーザ発振器であることが望ましい。
また、上述したレーザ発振装置は、遮断手段が遮断したレーザ光のエネルギを熱エネルギに変換する変換手段をさらに含むことが望ましい。
【００１９】
また、上述した発振制御手段は、レーザ光のエネルギおよびレーザ光のパルスの周波数の少なくとも一方が一定となるように、レーザ光の発振と停止とを制御するための手段を含むことが望ましい。
【００２０】
また、上述した遮断手段はミラーであることが望ましい。
また、上述したレーザ発振装置は、回折型光学素子をさらに含むことが望ましい。
【００２１】
本発明の他の局面に従うと、レーザ発振装置の制御方法は、発振手段と、遮断手段と、制御手段とを含むレーザ発振装置の制御方法である。発振手段は、レーザ光を発振する。遮断手段は、発振手段が発振したレーザ光の放出を遮断する。制御手段は、発振手段および遮断手段を制御する。制御方法は、放出制御ステップと、発振制御ステップと、遮断制御ステップと、再開制御ステップとを含む。放出制御ステップにおいて、制御手段は、レーザ光の発振を開始させ、レーザ光の発振が開始された後、レーザ光を遮断する状態からレーザ光を放出させる状態に移行するように遮断手段を制御すると共に、レーザ光を遮断する状態とレーザ光を放出させる状態との間に遮断手段がある期間を含む移行期間はレーザ光の発振を停止するように発振手段を制御する。発振制御ステップにおいて、制御手段は、移行期間以外の期間はレーザ光を発振するように、発振手段を制御する。遮断制御ステップにおいて、制御手段は、レーザ光が放出された後、レーザ光を遮断させるように遮断手段を制御すると共に、移行期間はレーザ光の発振を停止させるように、発振手段を制御する。再開制御ステップにおいて、制御手段は、レーザ光が遮断された後、レーザ光を放出させるように遮断手段を制御すると共に、移行期間はレーザ光の発振を停止させるように、発振手段を制御する。
【００２２】
また、上述した移行期間は、発振手段がレーザ光の発振を開始した時から定常状態における発振手段の温度の６３．２パーセント以上に発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２分の１以下の期間であることが望ましい。
【００２３】
また、上述した移行期間は、発振手段がレーザ光の発振を開始した時から定常状態における発振手段の温度の６３．２パーセント以上に発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２０分の１以下の期間であることが望ましい。
【００２４】
また、上述した放出制御ステップは、発振手段がレーザ光の発振を開始した時から定常状態における発振手段の温度の６３．２パーセントに発振手段の温度が達するまでの期間が経過した後、レーザ光を遮断する状態からレーザ光を放出させる状態に移行するように遮断手段を制御するステップを含むことが望ましい。
【００２５】
また、上述した放出制御ステップは、発振手段がレーザ光の発振を開始した時から定常状態における発振手段の温度の６３．２パーセントに発振手段の温度が達するまでの期間が経過した後、レーザ光を遮断する状態からレーザ光を放出させる状態に移行するように遮断手段を制御するステップを含むことが望ましい。併せて、移行期間は、発振手段がレーザ光の発振を開始した時から定常状態における発振手段の温度の６３．２パーセント以上に発振手段の温度が達するまでの期間に対し、１２分の１以下の期間であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るレーザ発振装置およびレーザ発振装置の制御方法は、予期せぬ箇所にレーザが照射されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を表す図である。図１を参照して、レーザ加工装置は、発振器２０と、シャッタ２２と、光学系２４と、ベンディングミラー２６と、ステージ２８と、制御装置３０とを含む。
【００２９】
発振器２０は、レーザ光６０を発振する装置である。本実施の形態の場合、発振器２０は、スラブ型レーザ発振器であることとする。ここで言うスラブ型レーザ発振器とは、レーザ光の光軸と放電方向が垂直(横励起形)で、かつ壁面(拡散)冷却構造を有するものであって、２つの平面間に矩形の放電空間が形成されているものを（ガス）意味する。発振器２０は、制御装置３０の制御に応じて、レーザ光６０の発振を開始したりその発振を停止したりする。シャッタ２２は、発振器２０が発振したレーザ光６０の被照射物７０への放出を遮断する装置である。光学系２４は、発振器２０が発振したレーザ光６０の強度分布を均質化する部品である。本実施の形態の場合、光学系２４には、回折型光学素子（Diffractive Optical Elements、以下「ＤＯＥ」と称する）が含まれる。ベンディングミラー２６は、発振器２０が発振したレーザ光６０を被照射物７０へ誘導する鏡である。
【００３０】
図２は、シャッタ２２の構成を表す図である。図２を参照して、シャッタ２２は、反射ミラー３２と、ダンパ３４とを含む。
【００３１】
反射ミラー３２は、発振器２０が発振したレーザ光６０をダンパ３４へ誘導する鏡である。反射ミラー３２は、二点差線で描かれた位置にあったり実線で描かれた位置にあったりする。反射ミラー３２の位置は、制御部３０の制御に従う。ダンパ３４は、レーザ光６０のエネルギを吸収する部材である。
【００３２】
本実施の形態において、レーザ光６０を遮断する状態とレーザ光６０を放出させる状態との間の状態に反射ミラー３２がある状態を「移行状態」と称する。
【００３３】
図３は、制御装置３０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置３０は、記憶部３６と、遮断制御部３８と、発振制御部４０とを含む。
【００３４】
記憶部３６は、初期期間の長さを表す初期情報と、移行情報とを記憶する。
初期期間とは、レーザ光６０を連続して遮断する期間のことである。初期期間は、なるべく長いことが望ましい。初期期間が短すぎると、被照射物７０におけるレーザ光６０の照射位置にバラツキが生じる原因とするためである。本実施の形態の場合、初期期間は、発振器２０がレーザ光６０の発振を開始した時を起点とする。また、初期期間の長さを、発振器２０がレーザ光６０の発振を開始した時から次に述べる温度に発振器２０の温度が達した時までの長さとする。その温度とは、定常状態における発振器２０の温度の６３．２パーセントの温度である。このように初期期間の長さを定めた理由は後述する。
【００３５】
移行情報は、移行期間の長さを表す。本実施の形態において、移行期間とは、レーザ光６０の発振を停止させる期間のことである。この期間には、レーザ光６０を遮断する状態とレーザ光６０を放出させる状態との間の状態に反射ミラー３２がある期間が含まれる。移行期間はなるべく短いことが望ましい。移行期間が長くなると、被照射物７０におけるレーザ光６０の照射位置にバラツキが生じる原因となるためである。本実施の形態の場合、移行期間の長さは、次の要件を満たすこととする。その要件は、発振器２０がレーザ光６０の発振を開始した時から次に述べる温度に発振器２０の温度が達するまでの期間に対し１２分の１以下であるという要件である。その温度とは、レーザ光６０の発振を開始した発振器２０が定常状態に達した時点における発振器２０の温度の６３．２パーセントの温度である。この要件を記憶部３６に記憶される期間の要件とした理由は後述する。
【００３６】
遮断制御部３８は、レーザ光６０の発振が開始された時から初期情報が表わす期間が経過するまでの間、レーザ光６０を遮断するよう制御すると共に、初期情報が表す期間が経過した後は、反射ミラー３２によるレーザ光６０の遮断とレーザ光６０の放出とを制御する。発振制御部４０は、反射ミラー３２が移行期間になるとレーザ光６０の発振を停止するよう制御すると共に、移行期間以外の期間は発振器２０によるレーザ光６０の発振と停止とを制御する。
【００３７】
図４は、本実施の形態に係る制御装置３０を実現するコンピュータハードウェアの制御ブロック図である。図４を参照して、コンピュータハードウェアは、Ｉ／Ｏ（Input/Output）４２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４４と、タイマ４６と、表示装置４８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０と、キーボード５２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５４とを含む。
【００３８】
Ｉ／Ｏ４２は、発振器２０や反射ミラー３２に出力する制御信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する装置である。ＣＰＵ４４は、発振器２０や反射ミラー３２に出力する制御信号を生成したり、それらの制御信号を生成するために必要な演算を行ったりする。タイマ４６は、ＣＰＵ４４が制御信号を出力するタイミングを決定するため、時間を測定する。表示装置４８は、レーザ加工装置のオペレータに対して情報を出力するための装置である。ＲＡＭ５０は、ＣＰＵ４４が利用する情報を一時的に記憶する装置である。キーボード５２は、レーザ加工装置のオペレータが情報を入力する装置である。ＲＯＭ５４は、図４に示したコンピュータハードウェアが制御装置３０として動作するために必要なプログラムを記憶する。
【００３９】
図５を参照して、制御装置３０で実行されるプログラムは、レーザ光の照射に関し、以下のような制御を実行する。
【００４０】
ステップＳ１００にて、制御装置３０は、発振器２０にレーザ光６０の発振を開始させると共に、反射ミラー３２にレーザ光６０を遮断させるように、発振器２０および反射ミラー３２を制御する。制御装置３０は、記憶部３６が記憶した初期情報が表す初期期間、上述した制御を実施する。
【００４１】
ステップＳ１０２にて、初期期間が経過した後、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように発振器２０を制御する。
【００４２】
ステップＳ１０４にて、移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２が制御されているので、発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て、被照射物７０に照射される。
【００４３】
ステップＳ１０６にて、制御装置３０は、レーザ光６０を遮断させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する。
【００４４】
ステップＳ１０８にて、移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。しかし、そのレーザ光６０は反射ミラー３２により遮断され、ダンパ３４に導かれる。
【００４５】
ステップ１１０にて、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する。
【００４６】
ステップＳ１１２にて、移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２が制御されているので、発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て、被照射物７０に照射される。
【００４７】
ステップＳ１１４にて、制御装置３０は、レーザ光６０の照射を終了するか否かを判断する。レーザ光６０の照射を終了すると判断した場合（ステップＳ１１４にてＹＥＳ）、処理はステップＳ１１６へと移される。もしそうでないと（ステップＳ１１４にてＮＯ）、処理はステップＳ１０６へと移される。
【００４８】
ステップＳ１１６にて、制御装置３０は、レーザ光６０の発振を停止するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０の発信を停止する。
【００４９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、レーザ加工装置の動作について説明する。
【００５０】
［アニール処理を行う場合］
図６は、アニール処理を行う場合のレーザ光６０が照射される得る位置の経路を表す図である。
【００５１】
制御装置３０は、記憶部３６が記憶した初期情報が表す初期期間、発振器２０にレーザ光６０の発振を開始させると共に、反射ミラー３２にレーザ光６０を遮断させる（ステップＳ１００）。
【００５２】
初期期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように発振器２０を制御する（ステップＳ１０２）。
【００５３】
移行期間が経過すると、発振器２０は、制御装置３０の制御に応じてレーザ光６０を発振する。発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て放出される（ステップＳ１０４）。本来、放出されたレーザ光６０は被照射物７０に照射されるが、この場合、ステージ２８の位置が原因となって、レーザ光６０は図６の丸印の位置に照射される。その後、ステージ２８が移動を開始することにより（ベンディングミラー２６の向きが変わることによってもよいが、本実施の形態の場合はステージ２８が移動することとする）、レーザ光６０が照射される位置は図６の矢印に沿って移動する。
【００５４】
レーザ光６０が照射される位置が被照射物７０を横断すると、制御装置３０は、レーザ光６０を遮断させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する（ステップＳ１０６）。移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。しかし、そのレーザ光６０は反射ミラー３２により遮断され、ダンパ３４に導かれる（ステップＳ１０８）。この間にステージ２８は被照射物７０の外周に沿って移動する。これにより、レーザ光６０が照射される位置は矢印に沿って移動することとなる。
【００５５】
その後、ステージ２８は移動を停止する。ステージ２８の移動が停止された後、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、記憶部３６が記憶した移行情報が表す移行期間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する（ステップＳ１１０）。
【００５６】
移行期間が経過すると、ステージ２８は移動を再開する。これにより、レーザ光６０が照射される位置は、図６の矢印に沿って被照射物７０を横断する。その間、発振器２０は、制御装置３０の制御に従って、レーザ光６０を発振する。レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２が制御されているので、発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て、被照射物７０に照射される（ステップＳ１１２）。
【００５７】
レーザ光６０の放出が再開された時点で、制御装置３０は、レーザ光６０の照射を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。この場合、レーザ光６０の照射が終了しないとすると（ステップＳ１１４にてＮＯ）、ステップＳ１０６からステップＳ１１４までの処理が繰り返される。その間にもステージ２８は移動する。これにより、レーザ光６０が照射される位置は図６の矢印に沿って移動する。
【００５８】
その後、図６の破線で囲まれた領域全体にレーザ光６０が照射された時点で、制御装置３０は、レーザ光６０の照射を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。この場合、レーザ光６０の照射が終了するので（ステップＳ１１４にＹＥＳ）、制御装置３０は、レーザ光６０の発振を停止するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０の発信を停止する（ステップＳ１１６）。
【００５９】
［穴あけ処理を行う場合］
図７は、穴あけ処理を行う場合のレーザ光６０が照射される得る位置の経路を表す図である。
【００６０】
制御装置３０は、記憶部３６が記憶した初期情報が表す初期期間、発振器２０にレーザ光６０の発振を開始させると共に、反射ミラー３２にレーザ光６０を遮断させるように、発振器２０および反射ミラー３２を制御する（ステップＳ１００）。その間に、図７の左下の丸印の位置にレーザ光６０が照射されるように、ステージ２８が移動する。
【００６１】
初期期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、移行期間の間、レーザ光６０の発振を停止させるように発振器２０を制御する（ステップＳ１０２）。
【００６２】
移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２が制御されているので、発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て被照射物７０に照射される（ステップＳ１０４）。これにより、レーザ光６０が被照射物７０に照射されるので、被照射物７０に穴が開けられる。
【００６３】
被照射物７０に穴が開けられるまでレーザ光６０が照射されると、制御装置３０は、レーザ光６０を遮断させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、移行期間の間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する（ステップＳ１０６）。移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。しかし、そのレーザ光６０は反射ミラー３２により遮断され、ダンパ３４に導かれる（ステップＳ１０８）。この間にステージ２８は移動する。これにより、レーザ光６０が照射される位置は矢印に沿って移動することとなる。
【００６４】
その後、ステージ２８は移動を停止する。ステージ２８の移動が停止された後、制御装置３０は、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。併せて、制御装置３０は、移行期間の間、レーザ光６０の発振を停止させるように、発振器２０を制御する（ステップＳ１１０）。
【００６５】
移行期間が経過すると、制御装置３０は、レーザ光６０を発振するように、発振器２０を制御する。これにより、発振器２０はレーザ光６０を発振する。レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２が制御されているので、発振されたレーザ光６０は、シャッタ２２、光学系２４、およびベンディングミラー２６を経て、被照射物７０に照射される（ステップＳ１１２）。これにより、図７の右下の丸印の位置に穴が開け始められる。
【００６６】
レーザ光６０の発振が再開された時点で、制御装置３０は、レーザ光６０の照射を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。この場合、レーザ光６０の照射が終了しないとすると（ステップＳ１１４にてＮＯ）、ステップＳ１０６からステップＳ１１４までの処理が繰り返される。これにより、図７の右下の丸印の位置に穴が開けられる。
【００６７】
以上のようにして、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、移行期間の間、レーザ光６０の発振を停止させる。
【００６８】
図８は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の制御を表す図である。移行期間の間、レーザ光６０の発振は一時的に停止している。これにより、移行状態にある反射ミラー３２によってレーザ光６０が思わぬ場所に導かれることが防止される。そのようなことが防止されるので、オペレータが想定していない被害が生じることも防止される。その結果、予期せぬ箇所にレーザが照射されることを防止できるレーザ発振装置およびレーザ発振装置の制御方法を提供することができる。
【００６９】
また、制御装置３０は、初期期間が経過した後、レーザ光６０を放出させるように反射ミラー３２を制御する。さらに、移行期間の長さは、発振器２０がレーザ光６０の発振を開始した時から次に述べる温度に発振器２０の温度が達するまでの期間に対し１２分の１以下である。その温度とは、レーザ光６０の発振を開始した発振器２０が定常状態に達した時点における発振器２０の温度の６３．２パーセントの温度である。これにより、レーザ光６０が照射される位置のバラツキがごく小さくなる。
【００７０】
しかも、本実施の形態に係るレーザ加工装置の発振器はスラブ型発振器である。これにより、その他のタイプの発振器が含まれている場合に比べ、レーザ光６０が照射される位置のバラツキは小さくなる。
【００７１】
図９、図１０、および図１２を参照して、これらの点につき具体的に説明する。図９は、移行期間が長過ぎる場合におけるレーザ光６０が照射される位置（レーザポインティング位置）の変動を表す図である。
【００７２】
レーザ光６０を連続的に発振させたり連続してパルス発振させたりするが、反射ミラー３２が移行状態にある期間はレーザ光６０の発振を一時的に停止させるとする。この場合、レーザ光６０を連続的に発振させたり連続してパルス発振させたりしている期間のレーザポインティング位置は安定する。しかしながら、一旦レーザ光６０の発振を停止させた後に再開すると、通常の場合、再開後のレーザポインティング位置は停止前に対してずれる。その後、レーザポインティング位置は次第に停止前の位置に近づく。
【００７３】
このような現象は、上述したように、発振器２０が含む共振器の熱変動に起因するものである。特に、スラブ型の発振器は、共振器ミラーが細長いという構造上の原因により、熱変動に対して敏感である。
【００７４】
図１０は、レーザ光６０の連続発振を３秒間行い、その後一時停止の後に再度３秒間の連続発振を行うというサイクルを複数回繰り返した場合における、レーザポインティング位置の変動の有無を表す図である。図１１は、連続発振期間と一時停止期間との関係を表す図である。図１０に係る実験においては、一時停止期間を０秒（パルス放射を連続して実施）、０．１秒、１秒、および５秒の４通りに変えてレーザポインティング位置の変動の有無を調べた。なお、パルス放射周波数は３００Ｈｚ、平均出力は１６０Ｗ、（デューティー８％）とした。
【００７５】
図１０から、一時停止期間０秒、すなわち、パルス連続発振の場合、照射開始から５サイクル目（１２秒後）でポインティング位置が安定することが判明した。一時停止期間０．１秒の場合も５サイクル目（１２．４秒後）にポインティング位置が安定した。一時停止期間１秒の場合は、４サイクル目（１２秒後）にポインティング位置がほぼ安定し、６サイクル目（２０秒後）に安定した。ところが、一時停止期間５秒の場合は、２２サイクル目（１８４秒後）でもポインティング位置が安定しないことが判明した。
【００７６】
図１２は、レーザ光６０の発振を一時停止させる期間が無い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。その期間が無い場合、時刻τ秒で共振器の温度上昇がほぼ飽和し、ポインティング位置も同時刻に安定する。
【００７７】
図１３は、レーザ光６０の発振を一時停止させる期間が長い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。この場合、一時停止前後の時刻（例えば、Ｔｐ、Ｔｑ）における共振器の温度差が大きいため、発振を再開した直後はポインティング位置が安定しない。ただし、時間が経過するにつれ、ポインティング位置は次第に安定する。
【００７８】
図１４は、レーザ光６０の発振を一時停止させる期間が短い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。この場合、一時停止前後の時刻（例えば、Ｔｘ、Ｔｙ）における共振器の温度差が小さいため、ポインティング位置の変動はほとんど無視できる。
【００７９】
このような現象は、一次元の非定常熱伝導方程式
【００８０】
【数１】
2008192918.tif 000003
【００８１】
を解いて得られる解
Ｔ−Ｔａ＝（Ｔｂ−Ｔａ）ｅｘｐ（−ｔ／τ）
を用いて近似的に説明できる。
【００８２】
ただし、τは熱時定数を意味する。熱時定数とは、共振器の熱変形の時定数のことである。Ｔａは周囲の温度を意味する。Ｔｂはレーザ休止前の温度を意味する。Ｔは時刻ｔの温度を意味する。ｔは経過時間を意味する。
【００８３】
ｔ＝τのとき、（Ｔ−Ｔａ）／（Ｔｂ−Ｔａ）＝１／ｅ＝０．３６８
であるから、
Ｔｂ−Ｔ＝（Ｔｂ−Ｔａ）−（Ｔ−Ｔａ）
＝（Ｔｂ−Ｔａ）−（Ｔｂ−Ｔａ）×０．３６８
＝（Ｔｂ−Ｔａ）×０．６３２
である。
【００８４】
すなわち、ある時刻までの温度変化が、温度変化全幅の６３．２％になる時間がτとなる。
【００８５】
図１０からレーザ光６０の発振を一時停止させる期間が短い場合（レーザ一時停止期間０．１秒及び１秒の場合）は共振器の温度（＝熱変形）は長くても２０秒で安定する。すなわち、ポインティング位置が完全に安定するために要する時間は２０秒と考えてよい。
【００８６】
また、共振器の温度が時間に比例して増加し、一定時間経過後は、ほぼ安定するとみなすと、熱変形の時定数τ経過後は共振器の熱変形が安定状態になり、ポインティング位置も安定する。これに要する時間は、２０秒×６３．２％＝１２．６秒となる。したがって、レーザ光６０の発振を一時停止させる期間が短い場合はレーザ発振が１２．６秒以上経過すれば、ポインティング位置が(ほぼ)安定するとみなしてよい。
【００８７】
一方、一時停止期間の長さが１秒の場合について、図１０は、共振器の温度がほぼ安定するために要する時間が１２秒であることを示している。この結果は、ほぼ上記の時定数と一致する。
【００８８】
図１５は、以上の事項を示す概念図である。この図は、レーザ停止時間を１秒以内すなわち、τ／１２以内とすれば、４サイクル（＝１２秒＝共振器の熱変形の時定数τ）以上の予備的放射を行うだけで、５サイクル目以降は、ポインティング位置が安定することを示す。レーザの一時休止時間が０．６秒（τ／２０）以内、さらに好ましくは、０．１秒（τ／１２０）以内であれば、ポインティング位置はより安定する。
【００８９】
ポインティング位置が変動することは、特に、光学系２４に回折型の光学素子が含まれている場合に、レーザ照射面におけるレーザの強度の均一性が低下する原因となる。回折型の光学素子、特に回折型ビームホモジェナイザは、レーザビームの光軸が回折型光学素子の中心からシフトした場合、光学特性が顕著に変化する。例えば、矩形ビームホモジェナイザの場合、シフト量が数１０μｍオーダーでも、強度均一性が著しく低下する。
【００９０】
これに対し、加工箇所を移動させる際に一時的にレーザを停止し、所望の部分だけにレーザを照射するような加工を行う例が、実際の加工の例の中には多い。このような加工を行うと、上述したように、レーザ出力、ポインティング位置、あるいはビームプロファイルがレーザを連続して発振する場合よりも不安定になりやすい。
【００９１】
上述したように、この不安定化の原因はレーザ発振器を構成する部品の熱的安定性にある。すなわち、レーザを連続的に発振させる場合、一旦、レーザ発振器が熱的平衡状態になるとレーザビームも安定するが、レーザを断続的に発振させる場合は、過渡的状態を繰返すことになり、熱的な平衡状態を得ることが困難なため、レーザビームも不安定になる。
【００９２】
レーザ発振器のうちでも、いわゆるガススラブ型レーザ発振器は、平板型の電極を対向させ、平板型電極の端部の全幅にわたって細長い共振器ミラーを配置する構成となっている。
【００９３】
このような細長い共振器ミラーは、一般に数多く用いられている円形の共振器ミラーに比べて、熱変形に敏感な形状であるために、レーザビームにおよぼす影響が大きい。様々な影響のうち、ポインティング位置が変化するなどの影響が特に大きい。
【００９４】
また、不安定型の共振器構造を有し、対向電極間に形成される空間内でレーザビーム経路が折り返されるように構成されたレーザ発振器は、温度変化が生じると、ビーム経路の折り返し時に誤差が重畳し、ポインティング位置の変動が極めて生じやすくなるという問題点がある。このようなレーザ発振器に用いられる共振器ミラーの形状は、球面などの曲率をもっているからである。
【００９５】
以上の説明はパルス発振するレーザに関するものであるが、レーザ発振器の共振器の熱変形の時定数と移行期間との関係は、レーザ発振の繰返し周波数によらず同等である。連続放射の場合もその関係は同等である。したがって、本実施の形態に係る発明の効果は、発振器２０がパルス放射をする場合にも連続放射をする場合にも得られる効果である。
【００９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシャッタの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る制御装置を実現するコンピュータハードウェアの制御ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るレーザ光の照射処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係るアニール処理を行う場合のレーザ光が照射される得る位置の経路を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る穴あけ処理を行う場合のレーザ光が照射される得る位置の経路を表す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の制御を表す図である。
【図９】移行期間が長過ぎる場合におけるレーザポインティング位置の変動を表す図である。
【図１０】レーザポインティング位置の変動の有無を表す図である。
【図１１】連続発振期間と一時停止期間との関係を表す図である。
【図１２】一時停止期間が無い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。
【図１３】一時停止時間が長い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。
【図１４】一時停止時間が短い場合における、共振器の温度変化を説明する概念図である。
【図１５】共振器の熱変形の時定数の１２分の１以内の期間をレーザ光の一時停止時間とすれば、共振器の熱変形の時定数以上の予備的放射を行うだけで、その後はポインティング位置が安定することを示す概念図である。
【符号の説明】
【００９８】
２０  発振器、２２  シャッタ、２４  光学系、２６  ベンディングミラー、２８  ステージ、３０  制御装置、３２  反射ミラー、３４  ダンパ、３６  記憶部、３８  遮断制御部、４０  発振制御部、４２  Ｉ／Ｏ、４４  ＣＰＵ、４６  タイマ、４８  表示装置、５０  ＲＡＭ、５２  キーボード、５４  ＲＯＭ、６０  レーザ光、７０  被照射物。
【図１】
2008192918.tif 000004
【図２】
2008192918.tif 000005
【図３】
2008192918.tif 000006
【図４】
2008192918.tif 000007
【図５】
2008192918.tif 000008
【図６】
2008192918.tif 000009
【図７】
2008192918.tif 000010
【図８】
2008192918.tif 000011
【図９】
2008192918.tif 000012
【図１０】
2008192918.tif 000013
【図１１】
2008192918.tif 000014
【図１２】
2008192918.tif 000015
【図１３】
2008192918.tif 000016
【図１４】
2008192918.tif 000017
【図１５】
2008192918.tif 000018