(57)【要約】【課題】  レーザ光が届きにくい場所の加工を好適に行うと同時に、レーザ光が届きやすい場所においても損傷を発生することなくレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】  本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、平面に垂直な方向から照射する照射光学系と、平面に対して照射光学系と反対側に設けられ、照射光学系により照射されたレーザ光を検出する光検出手段と、レーザ光源からレーザ光を出射する際に連続発振とパルス発振とを切り換える制御手段と、を備え、制御手段は、照射光学系により照射されたレーザ光が光検出手段において検出されているときはレーザ光源からレーザ光を連続発振させ、照射光学系により照射されたレーザ光が光検出手段において検出されていないときはレーザ光源からレーザ光をパルス発振させることを特徴とする。【選択図】  図１
2009101400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、前記平面に垂直な方向から照射する照射光学系と、
前記平面に対して前記照射光学系と反対側に設けられ、前記照射光学系により照射された前記レーザ光を検出する光検出手段と、
前記レーザ光源から前記レーザ光を出射する際に連続発振とパルス発振とを切り換える制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記照射光学系により照射された前記レーザ光が前記光検出手段において検出されているときは前記レーザ光源からレーザ光を連続発振させ、前記照射光学系により照射された前記レーザ光が前記光検出手段において検出されていないときは前記レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光とは異なる波長のモニタ光を出射するモニタ光源と、
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光及び前記モニタ光源から出射された前記モニタ光を、平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、前記平面に垂直な方向の同一光路から照射する照射光学系と、
前記加工対象物に対して前記照射光学系と反対側に設けられ、前記モニタ光を選択的に透過する光フィルタと、
前記光フィルタによって透過された前記モニタ光を検出する光検出手段と、
前記レーザ光源からのレーザ光のパルス発振及びパルス発振停止を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記照射光学系により照射されたモニタ光が前記光検出手段において検出されているときは、前記レーザ光源からのレーザ光のパルス発振を停止させ、前記照射光学系により照射されたモニタ光が前記光検出手段において検出されていないときは、前記レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記モニタ光源から出射される前記モニタ光の波長は、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の波長よりも短い
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記光検出手段における受光感度のピーク波長と前記モニタ光源から出射される前記モニタ光の波長との差は、前記受光感度のピーク波長と前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の波長との差よりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記照射光学系の走査速度は１ｍ／ｓ未満である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記照射光学系は、前記レーザ光の照射位置が前記加工対象物の外側から前記加工対象物を横断した後、前記加工対象物の外側に到達するような走査路を有し、
前記制御手段は前記照射光学系が前記走査路を往復しているときに、前記レーザ光のパルス発振及びパルス発振停止を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記レーザ光をパルス発振するときの繰り返し周波数を変更する機能を備え、前記レーザ光源からレーザ光を出射させる間に少なくとも一度前記繰り返し周波数をパルス発振開始時点より高くする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記レーザ光をパルス発振するときの一パルスあたりのエネルギを変更する機能を備え、前記レーザ光源からレーザ光を出射させる間に少なくとも一度前記エネルギをパルス発振開始時点より小さくする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ光源から出射させたレーザ光を、照射光学系によって平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、前記平面に垂直な方向から照射し、
前記平面に対して前記照射光学系と反対側に設けた光検出手段によって、前記照射光学系が照射した前記レーザ光を検出し、
前記照射光学系が照射した前記レーザ光を前記光検出手段が検出するときは前記レーザ光源からレーザ光を連続発振させ、前記照射光学系が照射した前記レーザ光を前記光検出手段が検出しないときは前記レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
レーザ光源から出射させたレーザ光及びモニタ光源から出射させた前記レーザ光とは異なる波長のモニタ光を、照射光学系によって平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、前記平面に垂直な方向の同一光路から照射し、
前記加工対象物に対して前記照射光学系の反対側に設けられた光フィルタによって前記モニタ光を選択的に透過した後、光検出手段によって前記光フィルタによって透過した前記モニタ光を検出し、
前記照射光学系が照射した前記レーザ光を前記光検出手段が検出するときは前記レーザ光源からのレーザ光のパルス発振を停止させ、前記照射光学系が照射した前記レーザ光を前記光検出手段が検出しないときは前記レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１１】
前記モニタ光源から出射させる前記モニタ光の波長を、前記レーザ光源から出射させる前記レーザ光の波長よりも短くする
ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
前記光検出手段における受光感度のピーク波長と前記モニタ光源から出射させる前記モニタ光の波長との差を、前記受光感度のピーク波長と前記レーザ光源から出射させる前記レーザ光の波長との差よりも小さくする
ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
前記照射光学系の走査速度を１ｍ／ｓ未満とする
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
前記照射光学系が、前記レーザ光の照射位置が前記加工対象物の外側から前記加工対象物を横断した後、前記加工対象物の外側に到達するような走査路を往復してレーザ加工を行う
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１５】
前記レーザ光を前記加工対象物に照射させる間に少なくとも一度パルス発振の繰り返し周波数を出射開始時点より高くする
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１６】
前記レーザ光を前記加工対象物に照射させる間に少なくとも一度パルス発振するときの一パルスあたりのエネルギを出射開始時点より小さくする
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物の表面に対してレーザ光を照射することにより、その加工対象物の表面における当該照射部分を加工することができる。例えば下記の特許文献１及び特許文献２に示すような方法等が開示されている。
【特許文献１】特開平０６−０５５２８１号公報
【特許文献２】特開平０８−１８６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
加工対象物が不規則な形状をとる場合は、加工対象物の側面等のレーザ光が届きにくい場所の加工が困難であることが知られている。これに対して、例えば特許文献１及び特許文献２のレーザ加工方法が開示されている。しかしながら、これらに示された方法においては、加工対象物及び加工対象物を照射するレーザ光の光学系の配置を精度よく行う必要があるものの、実際に加工対象物及び光学系を正確に配置することは困難であり、レーザ光が届きにくい場所の加工が満足に行うことができなかった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、レーザ光が届きにくい場所の加工を好適に行うと同時に、レーザ光が届きやすい場所においても損傷を発生することなくレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置及びレーザ加工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】
【０００５】
本目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、平面に垂直な方向から照射する照射光学系と、平面に対して照射光学系と反対側に設けられ、照射光学系により照射されたレーザ光を検出する光検出手段と、レーザ光源からレーザ光を出射する際に連続発振とパルス発振とを切り換える制御手段と、を備え、制御手段は、照射光学系により照射されたレーザ光が光検出手段において検出されているときはレーザ光源からレーザ光を連続発振させ、照射光学系により照射されたレーザ光が光検出手段において検出されていないときはレーザ光源からレーザ光をパルス発振させることを特徴とする。
【０００６】
照射光学系により照射されたレーザ光が光検出手段において検出されているときはレーザ光を連続発振とし、レーザ光が光検出手段において検出されていないときはパルス発振とすることにより、レーザ光が加工対象物への照射を開始した時点でレーザ光はパルス発振を開始する。このとき、レーザ光は加工対象物の側面に近いレーザ光が届きにくい場所を照射している。レーザ光がパルス発振を開始するとき、レーザ光の強度が高くなるため、レーザ光が届きにくい場所であっても、効率よく照射することができる。
【０００７】
また、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光とは異なる波長のモニタ光を出射するモニタ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光及びモニタ光源から出射されたモニタ光を、平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、平面に垂直な方向の同一光路から照射する照射光学系と、加工対象物に対して照射光学系と反対側に設けられ、モニタ光を選択的に透過する光フィルタと、光フィルタによって透過されたモニタ光を検出する光検出手段と、レーザ光源からのレーザ光の出射及び停止を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、照射光学系により照射されたモニタ光が光検出手段において検出されているときは、レーザ光源からのレーザ光のパルス発振を停止させ、照射光学系により照射されたモニタ光が光検出手段において検出されていないときは、レーザ光源からレーザ光をパルス発振させることを特徴とする。
【０００８】
このように、レーザ光とモニタ光という二つの異なる波長の光を用いることによっても、上述の効果を得ることができる。すなわち、レーザ光及びモニタ光が、加工対象物を照射し始め、光検出手段がモニタ光を検出しなくなった時点でレーザ光はパルス発振を開始するため、レーザ光が届きにくい加工対象物の側面等をレーザ光が照射するときにレーザ光の強度が高くなる。この結果、レーザ光の届きにくい箇所についても効率よくレーザ加工を行うことができる。
【０００９】
上記のレーザ加工装置では、モニタ光源から出射されるモニタ光の波長は、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長よりも短いことが好ましい。この場合、レーザ光とモニタ光との分離が容易となり、光検出手段の損傷を防ぎやすくなる。
【００１０】
さらに、光検出手段における受光感度のピーク波長とモニタ光源から出射されるモニタ光の波長との差は、受光感度のピーク波長と前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長との差よりも小さいことが好ましい。受光感度のピーク波長を、モニタ光の波長と近づけることにより、光検出手段の検出精度が高くなるため、より精度の高いレーザ加工を実現することができる。
【００１１】
上記のレーザ加工装置では、照射光学系の走査速度は１ｍ／ｓ未満であることがこのましい。照射光学系の走査速度が速い場合、光検出手段でのレーザ光又はモニタ光の検出から、レーザ光のパルス発振開始までの時間に、照射光学系が移動する距離が長くなるため、レーザ加工の精度が低下することがある。より高い精度でレーザ加工を行うためには上記範囲の走査速度とすることが好ましい。
【００１２】
また、照射光学系は、レーザ光の照射位置が加工対象物の外側から加工対象物を横断した後、加工対象物の外側に到達するような走査路を有し、制御手段は照射光学系が走査路を往復しているときに、レーザ光のパルス発振及びパルス発振の停止を制御することを特徴とする。加工対象物を往復しているときにレーザ光のパルス発振及び停止の制御を行うことで、レーザ加工効率の上昇をより多くの部分で実現することができ、本発明による効果をさらに高めることができる。
【００１３】
制御手段は、レーザ光をパルス発振するときの周波数を変更する機能を備え、レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる間に少なくとも一度周波数をパルス発振開始時点より高くする態様をとることもできる。また、制御手段は、レーザ光をパルス発振するときの一パルスあたりのエネルギを変更する機能を備え、レーザ光源からレーザ光をパルス発振させる間に少なくとも一度エネルギをパルス発振開始時点より小さくする態様をとることもできる。上記のようにレーザ光がパルス発振をしている間においても、レーザ光の強度を変更することにより、加工対象物においてレーザ光が届きやすい箇所と届きにくい箇所とで、レーザ光の強度を調整することができ、レーザ光が届きやすい場所においても損傷を発生することなくレーザ加工を行うことができる。
【００１４】
本発明のレーザ加工方法は、レーザ光源から出射させたレーザ光を、照射光学系によって平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、前記平面に垂直な方向から照射し、平面に対して照射光学系と反対側に設けた光検出手段によって、照射光学系が照射したレーザ光を検出し、照射光学系が照射したレーザ光を光検出手段が検出するときはレーザ光源からレーザ光を連続発振させ、照射光学系が照射したレーザ光を光検出手段が検出しないときはレーザ光源からレーザ光をパルス発振させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ光源から出射させたレーザ光及びモニタ光源から出射させたレーザ光とは異なる波長のモニタ光を、照射光学系によって平面上に配置された加工対象物及びその周辺に照射位置を走査しながら、平面に垂直な方向の同一光路から照射させ、加工対象物に対して照射光学系の反対側に設けられた光フィルタによってモニタ光を選択的に透過した後、光検出手段によって前記光フィルタによって透過したモニタ光を検出し、照射光学系が照射したレーザ光を光検出手段が検出するときはレーザ光源からのレーザ光のパルス発振を停止させ、照射光学系が照射したレーザ光を光検出手段が検出しないときはレーザ光源からレーザ光をパルス発振させることを特徴とする。
【００１６】
上記のレーザ加工方法の場合、モニタ光源から出射させるモニタ光の波長を、レーザ光源から出射させるレーザ光の波長よりも短くすることが好ましい。
【００１７】
また、光検出手段における受光感度のピーク波長とモニタ光源から出射させるモニタ光の波長との差を、受光感度のピーク波長とレーザ光源から出射させるレーザ光の波長との差よりも小さくすることが好ましい。
【００１８】
本発明のレーザ加工方法では、照射光学系の走査速度を１ｍ／ｓ未満とすることが好ましい。
【００１９】
また、照射光学系が、レーザ光の照射位置が加工対象物の外側から加工対象物を横断した後、加工対象物の外側に到達するような走査路を往復してレーザ加工を行うことが好ましい。
【００２０】
レーザ光を加工対象物に照射させる間に少なくとも一度パルス発振の周波数を出射開始時点より高くする態様をとることもできる。また、レーザ光を加工対象物に照射させる間に少なくとも一度パルス発振するときの一パルスあたりのエネルギを出射開始時点より小さくする態様をとることもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザ光が届きにくい場所の加工を好適に行うと同時に、レーザ光が届きやすい場所においても損傷を発生することなくレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明に係るレーザ加工装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成図である。この図に示されるレーザ加工装置１は、制御部１０、光増幅性ファイバ１１、励起光源１２、光スイッチ１３、駆動回路１４、コンバイナ１５、コリメータ１６、全反射ミラー１７、レンズ１８、光照射部２１、光検出部２２及び光減衰フィルタ２３を備える。
【００２４】
光増幅性ファイバ１１は、光導波領域に蛍光性元素が添加された光ファイバであって、その蛍光性元素を励起し得る波長の励起光が供給されると、その蛍光性元素から蛍光を発する。この蛍光性元素は、好適には希土類元素であり、中でも好適にはＥｒ元素やＹｂ元素等である。光増幅性ファイバ１１の一方の端面１１ａは垂直へき開面とされており、光増幅性ファイバ１１の他方の端面１１ｂは無反射コーティングが施されている。
【００２５】
励起光源１２は、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起するための励起光を連続出力する。この励起光源１２は好適にはレーザダイオードを含む。コンバイナ１５は、この励起光源１２から出力された励起光を入力して、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに入射させる。また、コンバイナ１５は、レンズ１８から出力された光を透過して、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂへ出力する。さらに、コンバイナ１５は、光増幅性ファイバ１１の蛍光性元素から放出されて端面１１ｂから出力された光を透過して、レンズ１８へ出力する。
【００２６】
光スイッチ１３は、第１ポート１３ａ，第２ポート１３ｂ及び第３ポート１３ｃを有する。第１ポート１３ａは全反射ミラー１７と光学的に接続され、また、第３ポート１３ｃはレンズ１８Ｂを介して光増幅性ファイバの端面１１ｂと光学的に接続されている。第２ポート１３ｂは光学的に接続されている対象物がない無反射終端となっている。光スイッチ１３は、駆動回路１４により駆動されて動作し、第１ポート１３ａと第３ポート１３ｃとの間の第１光路および第２ポート１３ｂと第３ポート１３ｃとの間の第２光路の一方が、選択的に光透過可能状態となる。
【００２７】
この光スイッチ１３は、音響光学効果を利用したものであってもよいし、電気光学効果を利用したものであっても良いし、また、ピエゾ光学効果を利用したもの（例えばＣＶＩ社製のもの）であってもよい。光スイッチ１３が音響光学効果を利用したものである場合、光スイッチ１３に高周波電圧が印加されていないときに、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光は回折されずに第２ポート１３ｂから無反射終端へ出力され、光スイッチ１３に高周波電圧が印加されているときに、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光は回折されて第１ポート１３ａから全反射ミラー１７へ出力される。なお、これとは逆に、光スイッチ１３に高周波電圧が印加されていないときに、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光は回折されずに第１ポート１３ａから全反射ミラー１７へ出力され、光スイッチ１３に高周波電圧が印加されているときに、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光は回折されて第２ポート１３ｂから無反射終端へ出力されるようにしてもよい。
【００２８】
この光スイッチ１３の切替は駆動回路１４によって行われる。駆動回路１４としては、例えばファンクションジェネレータが用いられる。
【００２９】
レンズ１８は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光を入力し、この光を光スイッチ１３の第３ポート１３ｃに入力させる。また、レンズ１８は、光スイッチ１３の第３ポート１３ｃから出力された光を入力し、この光をコンバイナ１５に入力させる。全反射ミラー１７は、光スイッチ１３の第１ポート１３ａから出力された光を全反射させ、その反射させた光を光スイッチ１３の第１ポート１３ａに入力させる。
【００３０】
コリメータ１６は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力された光を入力し、光照射部２１へ向けて出力する。
【００３１】
光照射部２１は、コリメータ１６から出力された光を入力し、平面上に配置された加工対象物３０へ向けて出力される。光照射部２１は、光照射部２１から出力される光の照射位置を、加工対象物３０及びその周辺に走査することができる。具体的には、光照射部２１はガルバノスキャナ等の掃引手段により構成され、光の照射位置を加工対象物３０が配置される平面に対して平行に移動させる。光照射部２１の走査速度は、１ｍ／ｓ未満である。
【００３２】
光減衰フィルタ２３は光学濃度が７（透過率が１０７分の１）以上であり、光照射部２１から出力された光のうち、加工対象物３０を照射することなく通過した光を入力し、透過率の割合の光のみを透過し、出力する。
【００３３】
光検出部２２は、光減衰フィルタ２３に到達した後に光減衰フィルタ２３によって減衰された光を入力する。さらに光検出部２２は、光照射部２１から出力されるレーザ光を検出した場合には制御部１０へ電気信号により通知する。
【００３４】
制御部１０は、光検出部２２から通知される検出信号を受け取り、駆動回路１４による光スイッチ１３の切り替えを指示する。
【００３５】
さらに、加工対象物３０としてはＮ個の加工対象物３０１〜３０Ｎが平面上に配置されている。Ｎは１以上の整数であり、また、以下に登場するｎは１以上Ｎ以下の整数である。加工対象物３０ｎとしては、例えば同軸ケーブル等が用いられる。具体的には、ＡＷＧ３２規格の同軸ケーブルが複数本並列に配置されている状態であり、図１ではその断面図が示されている。
【００３６】
第１実施形態に係るレーザ加工装置１の具体的な構成例は以下のとおりである。光増幅性ファイバ１１は光導波領域にＹｂ元素が添加された光ファイバであり、励起光源１２はＹｂ元素を励起し得る波長９１５ｎｍ帯の励起光を出力し、このとき、光増幅性ファイバ１１は波長１．０６μｍ帯の蛍光を放出する。光増幅性ファイバ１１は、長さが１０ｍであり、コア直径が１０μｍであり、内クラッド直径が１２５μｍであり、波長９１５ｎｍ帯非飽和吸収が１０．７６ｄＢ／ｍである。励起光源１２から光増幅性ファイバ１１に供給される波長９１５ｎｍ帯励起のパワーは６．３Ｗである。光スイッチ１３は音響光学効果を利用したもの（ＡＯスイッチ）であり、駆動回路１４は光スイッチ１３にＲＦ電圧を印加する。光スイッチ１３のスイッチング繰り返し周波数は可変である。
【００３７】
上記のように構成されるレーザ加工装置１において、励起光源１２から連続出力された励起光は、コンバイナ１５により集光され、レーザ媒質である光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに入力し、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起する。また、光スイッチ１３の第１ポート１３ａと第３ポート１３ｃとの間の第１光路が光通過可能状態となっているときには、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａと全反射ミラー１７との間の光学系がファブリペロ型のレーザ共振器を構成しており、そのレーザ共振器の共振光路上にレーザ媒質としての光増幅性ファイバ１１が配置されている。また、光スイッチ１３の第２ポート１３ｂと第３ポート１３ｃとの間の第２光路が光通過可能状態となっているときには、上記レーザ共振器の共振損失が極大となり、レーザ媒質としての光増幅性ファイバ１１から出力された光は無反射終端へ到達する。このように、本実施形態の光スイッチ１３及び駆動回路１４はＱスイッチ手段として作用して、レーザ共振器からパルスレーザ光を出力させることができる。上記の構成は、レーザ光源に相当する。なお、上記の構成に代えて、パルス変調した半導体レーザ又は固体レーザを種光源とし、その後に光ファイバ増幅を行うＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構成としてもよい。
【００３８】
また、光照射部２１は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、平面上に配置された加工対象物３０ｎ及びその周辺に照射位置を走査しながら平面に垂直な方向から照射する照射光学系に相当する。
【００３９】
光検出部２２は、照射光学系により照射されたレーザ光を検出する光検出手段に相当する。
【００４０】
さらに制御部１０は、光照射部２１により照射されたレーザ光が光検出部２２において検出されているときはレーザ光源からレーザ光を連続発振させ、光照射部２１により照射されたレーザ光が光検出部２２において検出されていないときはレーザ光源からレーザ光をパルス発振させる制御手段に相当する。
【００４１】
ここで、光照射部２１から出力されるレーザ光が加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合と到達する場合とのレーザ光の光路の違いについて、図２及び図３を用いて示す。
【００４２】
図２は、第１実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合を示す図である。図２において、レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌは、光照射部２１へ入力された後、光照射部２１から出力される。このとき、レーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達せず、加工対象物３０ｎが配置された平面を通過した場合は、光減衰フィルタ２３に到達する。光減衰フィルタ２３は、入力したレーザ光Ｌの光の強度を低下させ、減衰後のレーザ光Ｌ’を出力する。光減衰フィルタ２３から出力されたレーザ光Ｌ’は光検出部２２に入力される。光検出部２２においてレーザ光Ｌ’を検出している場合、駆動回路１４は光スイッチ１３を操作し、第１ポート１３ａと第３ポート１３ｃとの間の第１光路が光通過可能状態となるように固定する。このため、レーザ光Ｌは連続光として光照射部２１から出力される。
【００４３】
次に、レーザ光Ｌが加工対象物３０ｎを照射している場合を考える。図３は第１実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達する場合を示す図である。レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌは、光照射部２１へ入力された後、光照射部２１から出力される。このとき、レーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達した場合、光検出部２２はレーザ光Ｌ（減衰後のレーザ光Ｌ’）の検出が遮断されたことを電気信号により制御部１０へ通知する。このとき、制御部１０は駆動回路１４に対して、レーザ光Ｌをパルス発振する旨の指示を、トリガーモードにより行う。駆動回路１４は指示を受けた後、スイッチ１３を操作しパルス発振を行い、レーザ光Ｌはパルス光として光照射部２１から出力される。この結果、レーザ光Ｌが照射する加工対象物３０ｎの表面ではレーザ光Ｌによる加工が行われる。
【００４４】
このように、制御部１０は、光検出部２２がレーザ光Ｌ（光減衰フィルタ２３により減衰された後のレーザ光Ｌ’）を検出する場合には、レーザ光Ｌを連続発振させ、レーザ光Ｌを検出しない場合にはレーザ光Ｌをパルス発振させるように切り換える。このパルス発振と連続発振との切り換えは、市販のファンクションジェネレータ（商品名：ＷＷ２５７１、東陽テクニカ製）をトリガーモードにより動作させた場合、光検出部２２でのレーザ光Ｌ検出の遮断が通知された後に１００ｎｓ以内でレーザ光Ｌのパルス発振を実行することができる。光照射部２１によるレーザ光の照射位置の走査速度が１ｍ／ｓである場合、光検出部２２が減衰された後のレーザ光Ｌ’の検出が遮断されたことを感知した地点から０．１μｍ以内で、レーザ光Ｌのパルス発振を開始することが可能である。
【００４５】
レーザ光Ｌを連続発振からパルス発振に切り換える際、パルス発振開始直後は光増幅性ファイバ１において蓄積されていたエネルギがまとめてレーザ光として出力されるため、レーザ光は通常のパルス発振時より強度が高くなって（オーバーシュート）、光照射部から出力される。
【００４６】
図４は第１実施形態に係るレーザ加工装置１がパルス発振したときのレーザ光の強度変化を示す図である。図４（Ａ）は、加工対象物３０ｎの断面を示しており、図４ではこの加工対象物３０ｎにパルス発振をしたレーザ光を照射する際のレーザ光の強度変化を示している。
【００４７】
図４（Ｂ）は、図中に示す矢印のように光照射部２１によるレーザ光の照射位置が左から右（ｘ１からｘ２へ向かう方向）へ掃引される場合のレーザ光の強度変化を示す。まず、レーザ光の照射位置がｘ１よりも左側にあるとき、すなわちレーザ光が加工対象物３０ｎに到達しない場合は、レーザ光は光検出部２２において検出されるので連続発振をしている。その後、照射位置がｘ１の位置に到達した時点で、レーザ光は加工対象物３０ｎを照射するため、光検出部２２において検出されなくなり、レーザ光はパルス発振を開始する。
【００４８】
ここで、光照射部２１によるビーム掃引速度が１ｍ／ｓであるとする。また、本図では図示していないが、加工対象物３０ｎと加工対象物３０ｎ−１との間隙が６０μｍであるとする。光照射部２１が加工対象物３０ｎ−１を照射した後、レーザ光が光検出部２２にて検出され連続発振が開始する。その後、レーザ光の加工対象物３０ｎへのパルス発振が開始する（照射位置がｘ１に到達する）まで、パルス発振の無い状態が６０μｓ続くことになる。このような条件で、光照射部２１の照射位置がｘ１に到達してレーザ光のパルス発振を開始した直後は、光スイッチ１３の繰り返し周波数を１６．７ｋＨｚとしたときと同等の強度のパルス光が出射されるため、加工対象物３０ｎを照射するレーザ光はオーバーシュートとなる。その後、レーザ光は一定の強度（繰り返し周波数７５ｋＨｚ）となり、照射位置がｘ２を過ぎてｘ２より右側に来ると、レーザ光は加工対象物３０ｎを照射しなくなる。このとき、光検出部２２は再度レーザ光を検出するため、レーザ光の発振方法は連続発振に変更される。上記によれば、レーザ光の強度は加工対象物３０ｎの側面ｘ１近辺を照射する際に高くなり、従来レーザ光が届きにくく加工が不十分となりやすい加工対象物３０ｎの側面（ｘ１側）を、効率よく加工することができる。
【００４９】
なお、このオーバーシュートの効果は、ビーム掃引速度が遅い場合及びパルス発振時の繰り返し周波数の設定が高い場合に顕著になる。
【００５０】
図４（Ｃ）は、図中に示す矢印のように光照射部２１によるレーザ光の照射位置が右から左（ｘ２からｘ１へ向かう方向）へ掃引される場合のレーザ光の強度変化を示す。この場合は、照射位置が加工対象物３０ｎの外側からｘ２に到達した時点で、パルス発振を開始する。このため、レーザ光は照射位置がｘ２の時点でオーバーシュート状態となり、高い強度で照射する。このため、図４（Ｃ）に示すように、加工対象物３０ｎの側面ｘ２の近辺を照射する際にレーザ光の強度が高くなり加工対象物３０ｎの側面（ｘ２側）を加工することができる。
【００５１】
図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）のように、加工対象物３０ｎに対して往復しながら光照射部を掃引することにより、加工対象物３０ｎの両側の側面ｘ１及びｘ２へ強度の高いレーザ光を照射することができるため、加工対象物３０ｎの両側の側面を効率よく加工することができる。
【００５２】
上述のレーザ加工装置１によってレーザ加工を行ったときの加工対象物３０ｎの形状の変化を従来技術と比較して図５に示す。図５（Ａ）は加工前の加工対象物３０ｎ、図５（Ｂ）は従来のレーザ加工方法により加工した後の加工対象物３０ｎ、図５（Ｃ）は本実施形態のレーザ加工方法により加工対象物３０ｎの上部の左側から右側へ向けて照射位置を掃引してレーザ加工した後の加工対象物３０ｎを示す。図５（Ａ）のように、加工対象物３０ｎは同軸ケーブルであり、中心から順に中心導体３１、内部絶縁体３２、シールド線３３から構成される。ここで、加工対象物３０ｎのシールド線３３を除去する加工を行おうとした場合、従来のレーザ加工方法では以下の問題が起こっていた。すなわち、上方からレーザ光を照射して側面に配置されたシールド線３３を除去しようとすると、図５（Ｂ）のように内部絶縁体３２も同じ深さまで加工されてしまうため、内部絶縁体３２の一部も除去されていた。しかしながら、本実施形態によれば、加工対象物３０ｎの側面では高い強度を持つレーザ光を照射することができるため、図５（Ｃ）のように内部絶縁体３２を除去することなく、加工対象物３０ｎの上方及び側面（左側）に配置されたシールド線３３のみを除去することができる。また、図５（Ｃ）ではレーザ光照射位置を加工対象物３０ｎの左側から右側へ掃引した場合を示しているため左側面のシールド線３３のみ除去されているが、右側から左側へ掃引することで、加工対象物３０ｎの右側面のシールド線３３も除去することができる。このように、本実施形態によれば、レーザ光が届きにくい場所（図５では加工対象物３０ｎの側面）等の加工を好適に行うと同時に、レーザ光が届きやすい場所（図５では加工対象物３０ｎの上部）においても損傷を発生することなくレーザ加工を行うことができる。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明に係るレーザ加工装置の第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係るレーザ加工装置２の構成図である。この図に示されるレーザ加工装置２は、制御部１０、光増幅性ファイバ１１、励起光源１２、光スイッチ１３、駆動回路１４、コンバイナ１５、コリメータ１６、全反射ミラー１７、レンズ１８、モニタ光源１９、ダイクロイックミラー２０、光照射部２１、光検出部２２及び分光フィルタ２４を備える。このレーザ加工装置２は、モニタ光源１９及びダイクロイックミラー２０をさらに備え、レーザ加工装置１における光減衰フィルタ２３に代えて分光フィルタ２４を備える点が、第１実施形態に係るレーザ加工装置１と相違する点である。
【００５４】
モニタ光源１９は、励起光源１２を含むレーザ光源によって出力されるレーザ光とは異なる波長のモニタ光をダイクロイックミラー２０へ向けて出力する。モニタ光の波長としては０．７〜０．８μｍか、もしくはそれ以下の可視光域とすることにより、波長１．０６μｍのレーザ光と明確に区別することができる。
【００５５】
ダイクロイックミラー２０は、モニタ光源１９から出力されたモニタ光を入力し、光照射部２１へ反射させる。また、コリメータ１６から出力されるレーザ光を入力して、このレーザ光を透過させ、光照射部２１へ出力する。レーザ光及びモニタ光はダイクロイックミラー２０から同一の光路へ出力され、光照射部２１を経て同一の光路から加工対象物３０ｎが配置される平面の垂直方向に出力される。
【００５６】
分光フィルタ２４は、光照射部２１から同一光路で出力されるレーザ光及びモニタ光のうち、モニタ光のみを選択的に透過する。分光フィルタ２４としては、例えば波長分離機能を有するダイクロイックミラー等を用いることができる。波長分離を適切に行うために、ダイクロイックミラーを複数設けることも可能である。
【００５７】
本実施形態では、光検出部２２では、光照射部２１から出力されるレーザ光及びモニタ光のうち、分光フィルタ２４によって透過されたモニタ光のみを検出する。このため、光検出部２２としては、レーザ光の波長１．０６μｍよりもモニタ光の波長である０．７〜０．８μｍ域で高い変換効率を有するＳｉ系フォトダイオードアレイを用いることが好ましい。
【００５８】
制御部１０は、光検出部２２がモニタ光を検出している場合には、励起光源１２及び駆動回路１４を制御し、レーザ光のパルス発振を停止させる。また、光検出部２２がモニタ光を検出しなくなった場合には、レーザ光をパルス発振させる。
【００５９】
上記のレーザ加工装置２において、光照射部２１から出力されるレーザ光及びモニタ光が加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合と到達する場合とのレーザ光の光路の違いについて、図７及び図８を用いて示す。
【００６０】
図７は、第２実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合を示す図である。図７において、レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌ及びモニタ光源から出力されたモニタ光Ｍは、光照射部２１へ入力された後、光照射部２１から同一光路にて出力される（図７では便宜上レーザ光Ｌ及びモニタＭの光路をずらして示している）。このとき、レーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達せず、加工対象物３０ｎが配置された平面を通過した場合は、分光フィルタ２４に到達する。分光フィルタ２４は、入力したレーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍのうち、モニタ光Ｍのみを選択的に透過する。分光フィルタ２４から出力されたモニタ光Ｍは光検出部２２に入力される。光検出部２２がモニタ光Ｍを検出している場合、駆動回路１４はスイッチ１３を操作し、第１ポート１３ａと第３ポート１３ｃとの間の第１光路が光通過状態となるように固定する。このため、レーザ光Ｌは連続光として光照射部２１から出力される。
【００６１】
次に、レーザ光Ｌが加工対象物３０ｎを照射している場合を考える。図８は第２実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達する場合を示す図である。レーザ光源から出力されたレーザ光Ｌ及びモニタ光源から出力されたモニタ光Ｍは、光照射部２１へ入力された後、光照射部２１から出力される。このとき、レーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達した場合、光検出部２２はモニタ光Ｍの検出が遮断されたことを電気信号により制御部１０へ通知する。このとき、制御部１０は駆動回路１４に対して、レーザ光Ｌをパルス発振する旨の指示を、トリガーモードにより行う。駆動回路１４は指示を受けた後、スイッチ１３を操作し、パルス発振を行い、レーザ光Ｌはパルス光として光照射部２１から出力される。この結果、レーザ光Ｌが照射する加工対象物３０ｎの表面ではレーザ光Ｌによる加工が行われる。
【００６２】
このように、制御部１０は、光検出部２２がレーザ光Ｌ（光減衰フィルタ２３により減衰された後のレーザ光Ｌ’）を検出する場合には、レーザ光Ｌを連続発振させ、レーザ光Ｌを検出しない場合にはレーザ光Ｌをパルス発振させるように切り換える。  
【００６３】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、レーザ光のパルス振幅を行う際パルス振幅開始直後にはオーバーシュートが発生する。この結果、パルス振幅開始直後にレーザ光が到達する加工対象物３０ｎの側面にはパルス強度の大きいレーザ光が照射されるため、加工対象物３０ｎの側面を効率よく加工することができる。
【００６４】
（実施形態の変形例）
上記実施形態のほかに、加工対象物３０ｎの側面を効率よく加工する方法として、加工対象物３０ｎにレーザ光をパルス照射している間のパルスパターンを変更する方法がある。以下、パルスパターンを変更する例を示す。これらの変形例は、レーザ光がパルス発振を開始する際にオーバーシュートが発生しない場合に有用である。具体的には、例えばＭＯＰＡ構成であり、種光源出力をパルス発振停止時にもパルス発振時のピーク値と同一にしてＣＷ（連続波）状態とする方式を採用した場合等が挙げられる。
【００６５】
図９はレーザ光のパルスパターンを変更する例を示す図である。図９（Ａ）は、加工対象物３０ｎの断面図を示す。図９（Ｂ）は、パルスパターンのうち繰り返し周波数を変更する例である。また、図９（Ｃ）は、パルスパターンのうちパルス幅を変更する例である。
【００６６】
図９（Ｂ）の繰り返し周波数を変更する例では、加工対象物３０ｎを照射しているｙ１〜ｙ４間のうち、ｙ１〜ｙ２間及びｙ３〜ｙ４間と、ｙ２〜ｙ３間との間で繰り返し周波数が異なり、ｙ２〜ｙ３間が他の位置よりも繰り返し周波数が高くなっている。繰り返し周波数が高いと、レーザ光の１パルスあたりの出力エネルギが低下する。このため、本例のような繰り返し周波数の変更例を採用した場合、ｙ１〜ｙ２間及びｙ３〜ｙ４間において、ｙ２〜ｙ３間に比べて高い効率で加工対象物３０ｎをレーザ加工することができる。繰り返し周波数の変更は、例えば、ｙ１〜ｙ２間及びｙ３〜ｙ４間においては７５ｋＨｚ、ｙ２〜ｙ３間においては９０ｋＨｚとすることができる。この繰り返し周波数の変更は、制御部１０によって行われる。ただし、繰り返し周波数の変更を極端に行うと、レーザ光による加工効率が激変することがある。
【００６７】
図９（Ｃ）のパルス幅を変更する例は、ＭＯＰＡ構成を採用しており、パルスピークが飽和状態である場合に有用である。加工対象物３０ｎを照射しているｚ１〜ｚ４間のうち、ｚ１〜ｚ２間及びｚ３〜ｚ４間と、ｚ２〜ｚ３間との間で、パルス幅を変更することにより、加工能率を変更することができる。具体的には図９（Ｃ）のように、ｚ１〜ｚ２間及びｚ３〜ｚ４間のパルス幅をｚ２〜ｚ３間よりも広くすることで、一パルスあたりのエネルギを大きくすることができる。これによりレーザ光による加工効率を高めることができ、加工対象物３０ｎの側面をより高い効率でレーザ加工することができる。パルス幅の変更は、例えばｚ１〜ｚ２間及びｚ３〜ｚ４間では２０ｎｓ、ｚ２〜ｚ３間では１５ｎｓとすることができる。このパルス幅の変更は制御部１０によって行われる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態ではＹｂ添加ファイバレーザを用いたが、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施形態に係るレーザ加工装置１の構成図である。
【図２】第１実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合を示す図である。
【図３】第１実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌが加工対象物３０ｎに到達する場合を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るレーザ加工装置１がパルス発振したときのレーザ光の強度変化を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るレーザ加工装置１によってレーザ加工を行ったときの加工対象物３０ｎの形状の変化を従来技術と比較して示す図である。
【図６】第２実施形態に係るレーザ加工装置２の構成図である。
【図７】第２実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達しない（通過する）場合を示す図である。
【図８】第２実施形態において光照射部２１から出力されるレーザ光Ｌ及びモニタ光Ｍが加工対象物３０ｎに到達する場合を示す図である。
【図９】レーザ光のパルスパターンを変更する例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２…レーザ加工装置、１０…制御部、１１…光増幅性ファイバ、１２…励起光源、１３…光スイッチ、１４…駆動回路、１５…コンバイナ、１６…コリメータ、１７…全反射ミラー、１８…レンズ、１９…モニタ光源、２０…ダイクロイックミラー、２１…光照射部、２２…光検出部、２３…光減衰フィルタ、２４…分光フィルタ。
【図１】
2009101400.tif 000003
【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】
2009101400.tif 000008
【図７】
2009101400.tif 000009
【図８】
2009101400.tif 000010
【図９】
2009101400.tif 000011