(57)【要約】【課題】レーザ加工機においてワーク加工精度の観察に関する作業性の向上及び高精度位置合わせを実現し得るレーザ加工機を提供する。【解決手段】加工ステージ１１上に載置されたワークＷにレーザ光を照射して孔明け等の所定の加工を行うレーザヘッドＩと、前記ワークＷの加工部位乃至基準位置等を観察するための高倍率のレンズ１２、ＣＣＤカメラ１３及びモニタ装置１４を有するとともに前記レーザヘッドに対して所定の間隔を介して配設した観察系ＩＩとを一体構造として両者の相対距離ｌを固定し、この相対距離ｌの分だけ前記加工ステージ１１が水平面内を移動するようにした。【選択図】　図１
2004141889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して孔明け等の所定の加工を行うレーザヘッドと、
前記ワークの加工部位乃至基準位置等を観察するための光学系及び撮像手段を有するとともに前記レーザヘッドに対して所定の間隔を介して配設した観察系と、
前記レーザヘッドと観察系との間の相対的な位置関係を記憶しておき、この相対位置関係に基づく両者の相対距離の分だけレーザヘッドと観察系とを一体的に移動するか、又は前記相対距離の分だけ前記ベッドが移動するように制御する制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
〔請求項１〕に記載するレーザ加工機において、
観察系は、レンズで形成した光学系と、この光学系で結像させた像を電気信号に変換して出力するカメラと、このカメラが出力する電気信号を再生して可視可するモニタ装置とを有することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項３】
〔請求項２〕に記載するレーザ加工機において、
レンズは、ズームレンズと固定レンズとを選択して交換し得るようになっていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項４】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ加工機において、
このレーザ加工機は、ワークに対し微細な孔を形成する等、レーザ光により微細加工を行う微細加工用の装置であることを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工機に関し、特に高倍率の観察システムを必要とする微細加工を行うレーザ加工機に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は、極めて指向性が良く、大きなエネルギを有しているので、小さな点に集光した高エネルギの極めて小径のレーザビームとしてフィルム材等の電子部品に対する微細孔（例えば１００μｍφ程度）の孔明け、微細幅の溝加工等に汎用されている。
【０００３】
この種の加工を行うレーザ加工機においては、前記フィルム材等のワークをテーブル上に載置して位置合わせを行うとともに、加工部位の良否等の状態を観察して確認する必要がある。このため、従来技術においては、当該レーザ加工機を用いた微細加工の加工条件だしを行う際、ワークを加工ステージに設置してレーザ加工した後、それを取り外して顕微鏡等の観察システムで加工精度を確認し、再度テーブル上に載置して所定の加工を行っている。
【０００４】
この場合には、ワークをテーブルから着脱する度に、レーザ加工機乃至観察システムでの位置合わせが必要となるため、作業効率の低下を招来するという問題を有していた。
【０００５】
一方、ワークの加工状態を加工光学系と同軸で観察する装置も提案されている。図３は従来技術に係るこの種のレーザ加工機の概略構成を示す構造図である。同図に示すように、当該レーザ加工機は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器１と、レーザ光Ｌの進行方向を制御する光走査部２と、レーザ光ＬをワークＷ側に送るとともに加工部位での可視光やレーザ反射光を撮像側に送るビームスプリッタ３と、レーザ光ＬをワークＷ上に集光する対物レンズ４と、加工部位の映像をビームスプリッタ３及び結像レンズ５を介して取り込む撮像手段であるＣＣＤカメラ６と、その出力信号を再生して可視可するモニタ７とを有する。このとき、ビームスプリッタ３からワークＷに至るレーザ光Ｌの光軸Ｌ１とＣＣＤカメラ６の光軸Ｌ２とが一致しており、このことによりワークＷの加工状態を加工光学系と同軸で観察することができるようになっている。
【０００６】
上記光走査部２は、例えばガルバノミラーで好適に構成し得る。また、ビームスプリッタ３には、レーザ光Ｌに対しては高反射率をもち、観察用の可視光に対しては低反射率を示すダイクロックミラーが用いられる。
【０００７】
なお、ワークの加工状態を加工光学系と同軸で観察してワークに対するレーザ加工位置を直接比較することにより、高精度のレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置として下記の特許文献１に開示する発明が公知となっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３１４９６７号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示すような、ワークＷの加工状態を加工光学系と同軸で観察する従来技術に係るレーザ加工装置では、対物レンズ４と結像レンズ５とを用いているので、これらのレンズ４、５の構成枚数上、光学設計的に高倍率化を図ることが困難であった。ちなみに、倍率としては５０倍程度が上限となる。このため、微細な位置決めが不可能となり、加工位置の位置決め精度が上がらないという問題を招来していた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、レーザ加工機においてワーク加工精度の観察に関する作業性の向上及び高精度位置合わせを実現し得る高倍率観察システムを有するレーザ加工機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１２】
１）　テーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して孔明け等の所定の加工を行うレーザヘッドと、
前記ワークの加工部位乃至基準位置等を観察するための光学系及び撮像手段を有するとともに前記レーザヘッドに対して所定の間隔を介して配設した観察系と、
前記レーザヘッドと観察系との間の相対的な位置関係を記憶しておき、この相対位置関係に基づく両者の相対距離の分だけレーザヘッドと観察系とを一体的に移動するか、又は前記相対距離の分だけ前記ベッドが移動するように制御する制御手段とを有すること。
【００１３】
２）　上記１）に記載するレーザ加工機において、
観察系は、レンズで形成した光学系と、この光学系で結像させた像を電気信号に変換して出力するカメラと、このカメラが出力する電気信号を再生して可視可するモニタ装置とを有すること。
【００１４】
３）　上記２）に記載するレーザ加工機において、
レンズは、ズームレンズと固定レンズとを選択して交換し得るようになっていること。
【００１５】
４）　上記１）乃至３）の何れか一つに記載するレーザ加工機において、
このレーザ加工機は、ワークに対し微細な孔を形成する等、レーザ光により微細加工を行う微細加工用の装置であること。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工機を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るレーザ加工機は、μｍオーダの孔明け、溝の形成等を行う微細加工機であり、水平面である加工ステージ１上に載置されたワークＷにレーザ光を照射して孔明け等の所定の加工を行うレーザヘッドＩと、前記ワークＷの加工部位乃至基準位置等を観察するため前記レーザヘッドＩに対して所定の間隔を介して配設した観察系ＩＩと、レーザヘッドＩと観察系ＩＩとの間の相対的な位置関係を記憶しておき、この相対位置関係に基づく両者の相対距離ｌの分だけ加工ステージ１１が水平面内を移動するように制御する制御部　ＩＩＩとを有する。
【００１８】
ここで、観察系ＩＩは、レーザヘッドＩが照射する光軸に対して独立した光軸を有するレンズ１２、このレンズ１２で結像させた加工部位の像を撮像して電気信号に変換するＣＣＤカメラ１３及びこのＣＣＤカメラ１３が出力する電気信号を再生して可視可するモニタ装置１４を有する。また、レンズ１２は、ズームレンズと固定レンズとを選択して交換し得るものとしている。固定レンズを用いた場合、極めて高い倍率（例えば１０００倍）とすることができる反面、観察部位を有するワークＷに接近させなけせればならず、この焦点合わせの操作が面倒であるという問題を有する。一方、ズームレンズは、固定レンズ程の倍率は得られない（例えば１００倍程度）反面、焦点合わせはズーム機構の制御により簡易且つ自動的に行うことができるという特長を有する。そこで、通常はズームレンズを用い、必要に応じて固定レンズに交換するという使用態様が、通常の使用態様となる。
【００１９】
水平面を形成する加工ステージ１１は、ＸＹテーブル１５に載置されたＺ軸ステージ１６の上端部に固定してある。ここで、ＸＹテーブル１５は、基準面（例えば、当該レーザ加工機の設置面）に対して水平面（ＸＹ平面）内を移動する。また、Ｚ軸ステージ１６は垂直方向に移動（昇降）する。したがって、加工ステージ１１は、制御部　ＩＩＩによる駆動部（図示せず。）の制御により垂直方向に昇降するとともに、ＸＹ平面である水平面内を自由に移動する。
【００２０】
制御部　ＩＩＩは、上述の如き各部の制御とともに当該レーザ加工機の全体的な制御を行う。他に、例えばレーザヘッドＩによるレーザ光の照射制御、ＣＣＤカメラ１３及びモニタ装置１４の制御等を行う。
【００２１】
かかるレーザ加工機によれば、観察系ＩＩを用いてワークＷを高精度に位置合わせできる。かかる位置合わせが完了した状態でレーザヘッドＩを両者の相対距離ｌの分だけ移動することにより、図２に示すように、観察系ＩＩの光軸Ｌ２に加工系の光軸Ｌ１を高精度に一致させることができる。したがって、ワークＷとレーザヘッドＩとの相対的な位置関係を高精度に一致させた状態で、所定の微細加工を行い得る。
【００２２】
一方、所定の微細加工が終了し、加工部位を観察する際には、所定の加工が完了した状態で観察系ＩＩを両者の相対距離ｌの分だけ移動することにより、図２に示すように、加工系Ｉの光軸Ｌ１に観察系の光軸Ｌ２を高精度に一致させることができる。したがって、ワークＷとレーザヘッドＩとの相対的な位置関係を高精度に一致させた状態で、所定の加工部位の観察を行い得る。
【００２３】
ここで、レーザ加工系の光軸Ｌ１と観察系ＩＩの光学系であるレンズ１２の光軸Ｌ２とは相互に独立しているので、観察系ＩＩのレンズ１２の倍率を任意に設定することができ、所定の高倍率とすることができる。したがって、微細な基準マーク及び加工部分であっても十分な倍率に拡大して観察することができるので、所望の観察部位の状態を精確に把握することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では加工ステージ１１、すなわちワークＷが水平面内を移動するように構成したが、ワークＷを移動することなく、レーザヘッドＩ及び観察系ＩＩが一体的に移動するように構成しても同様の作用を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、テーブル上に載置されたワークにレーザ光を照射して孔明け等の所定の加工を行うレーザヘッドと、前記ワークの加工部位乃至基準位置等を観察するための光学系及び撮像手段を有するとともに前記レーザヘッドに対して所定の間隔を介して配設した観察系と、前記レーザヘッドと観察系との間の相対的な位置関係を記憶しておき、この相対位置関係に基づく両者の相対距離の分だけレーザヘッドと観察系とを一体的に移動するか、又は前記相対距離の分だけ前記ベッドが移動するように制御する制御手段とを有するので、
加工時及び観察時でワークとレーザヘッド又は観察系との相対的な位置関係を調節するだけで、ベッドからワークを着脱することなく、所定の加工及び加工部位の観察を適切に行うことができる。したがって、一連の作業効率を飛躍的に向上させることができる。
また、観察系の光学系はレーザ加工系の光軸から独立しているので、観察系のレンズの倍率を任意に設定することができ、所定の高倍率とすることができる。したがって、微細な加工部分であっても十分な倍率に拡大して観察することができるので、この加工状態を精確に把握することができる。また、位置合わせの際の基準位置を示すマークの確認も十分な倍率に拡大した状態で行えるので、その分精度を向上させることができる。
【００２６】
〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載するレーザ加工機において、観察系は、レンズで形成した光学系と、この光学系で結像させた像を電気信号に変換して出力するカメラと、このカメラが出力する電気信号を再生して可視可するモニタ装置とを有するので、
〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果を具体的且つ良好に実現し得る。
【００２７】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザ加工機において、レンズは、ズームレンズと固定レンズとを選択して交換し得るようになっているので、
固定レンズを用いた場合、極めて高い倍率とすることができる反面、観察部位を有するワークに接近させなけせればならず、この焦点合わせの操作が面倒であるのに対し、ズームレンズは、固定レンズ程の倍率は得られない反面、焦点合わせはズーム機構の制御により簡易且つ自動的に行うことができるという特長を有する。そこで、両者の特質を活かした適切な使用態様を選択して〔請求項１〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２８】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するレーザ加工機において、このレーザ加工機は、ワークに対し微細な孔を形成する等、レーザ光により微細加工を行う微細加工用の装置であるので、
高倍率の情報が必要な微細加工において特に顕著な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工機を示すブロック線図である。
【図２】加工位置と観察位置との相対的な位置関係を示す説明図である。
【図３】従来技術に係るレーザ加工機を示す
【符号の説明】
Ｗ　　　　ワーク
ｌ　　　　相対距離
Ｌ１、Ｌ２　　　　光軸
Ｉ　　　　レーザヘッド
ＩＩ　　　　観察系
ＩＩＩ　　　　制御部
【図１】
2004141889.tif 000003
【図２】
2004141889.tif 000004
【図３】
2004141889.tif 000005