(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、該レーザ光をレーザビームに成形するビーム成形光学系と、前記レーザ光源と前記ビーム成形光学系との間に配置され前記レーザ光の進行方向を調整する調整機構とを有するレーザ装置において前記レーザビームのプロファイル形状を調整する際に用いられるプロファイル自動調整装置であって、前記レーザビームのプロファイル形状を計測プロファイル形状として計測する計測センサと、予め定められた基準プロファイル形状が設定され前記計測プロファイル形状と前記基準プロファイル形状とをパターン比較して補正量を求め該補正量に応じて前記調整機構を調整する調整装置とを有することを特徴とするレーザ光プロファイル自動調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたレーザ光プロファイル自動調整装置において、前記調整装置は前記計測プロファイル形状を前記基準プロファイル形状に対してシフトさせて前記計測プロファイル形状と前記基準プロファイル形状との不一致部の面積が最小となる際のズレ量を得て、該ズレ量に応じて前記補正量を求めるようにしたことを特徴とするレーザ光プロファイル自動調整装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたレーザ光プロファイル自動調整装置において、前記調整装置は、前記基準プロファイル形状と前記計測プロファイル形状とを｛ビーム幅／２｝の位置の線で重ね合わせて該｛ビーム幅／２｝の位置の線の左側にある不一致部の面積を求めるとともに前記｛ビーム幅／２｝の位置の線の右側にある不一致部の面積を求めて、これら面積に応じて前記補正量を決定するようにしたことを特徴とするレーザ光プロファイル自動調整装置。
【請求項４】
レーザ光を出力するレーザ光源と、該レーザ光をレーザビームに成形するビーム成形光学系と、前記レーザ光源と前記ビーム成形光学系との間に配置され前記レーザ光の進行方向を調整する調整機構とを有するレーザ装置に適用されるレーザ光プロファイル調整方法であって、前記レーザビームのプロファイル形状を計測プロファイル形状として計測する第１のステップと、予め定められた基準プロファイル形状と前記計測プロファイル形状とをパターン比較して補正量を求め該補正量に応じて前記調整機構を調整する第２のステップとを有することを特徴とするレーザ光プロファイル調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光のプロファイルを自動調整するための自動調整装置及び調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザ光（レーザビーム）を用いて被加工物を微細加工する際には、レーザ光のプロファイルを調整することが望ましく、レーザ光は光学系を調整して所定のプロファイル形状に調整されている。
【０００３】
従来、レーザ光のプロファイルを調整する際には、例えば、オシログラフを用いてレーザ光のプロファイル形状を観測表示して、オペレータが表示されたレーザ光プロファイル形状を参照しつつ、経験と勘によって光学系を調整して、レーザ光を所定のプロファイル形状に調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、オペレータの経験と勘によって、レーザ光プロファイル形状を調整する場合には、高度の熟練を要するばかりでなく、レーザ光プロファイル形状を所望の形状に調整するのに時間がかかってしまう。さらに、上述のように、オペレータの経験と勘によって、レーザ光プロファイル形状を調整する場合には、精度よくレーザ光プロファイル形状を調整することが難しいという問題点がある。
【０００５】
要するに、上述のように、オペレータの経験と勘によって、レーザ光プロファイル形状を調整すると、簡単にしかも短時間にレーザ光プロファイル形状を調整できないという問題点があり、さらに、精度よくレーザ光プロファイル形状を調整することができないという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は簡単にしかも短時間にレーザ光プロファイル形状を調整することのできるレーザ光プロファイル自動調整装置及び調整方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は精度よくレーザ光プロファイル形状を調整することができるレーザ光プロファイル自動調整装置及び調整方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、レーザ光を出力するレーザ光源と、該レーザ光をレーザビームに成形するビーム成形光学系と、前記レーザ光源と前記ビーム成形光学系との間に配置され前記レーザ光の進行方向を調整する調整機構とを有するレーザ装置において前記レーザビームのプロファイル形状を調整する際に用いられるプロファイル自動調整装置であって、前記レーザビームのプロファイル形状を計測プロファイル形状として計測する計測センサと、予め定められた基準プロファイル形状が設定され前記計測プロファイル形状と前記基準プロファイル形状とをパターン比較して補正量を求め該補正量に応じて前記調整機構を調整する調整装置とを有することを特徴とするレーザ光プロファイル自動調整装置が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、レーザ光を出力するレーザ光源と、該レーザ光をレーザビームに成形するビーム成形光学系と、前記レーザ光源と前記ビーム成形光学系との間に配置され前記レーザ光の進行方向を調整する調整機構とを有するレーザ装置に適用されるレーザ光プロファイル調整方法であって、前記レーザビームのプロファイル形状を計測プロファイル形状として計測する第１のステップと、予め定められた基準プロファイル形状と前記計測プロファイル形状とをパターン比較して補正量を求め該補正量に応じて前記調整機構を調整する第２のステップとを有することを特徴とするレーザ光プロファイル調整方法が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１を参照して、図示のレーザ光プロファイル自動調整装置はビームプロファイル形状計測調整装置１１及びプロファイル形状計測センサ１２を備えており、プロファイル形状計測センサ１２として、例えば、リニアＣＣＤが用いられる。そして、このレーザ光プロファイル自動調整装置は、例えば、レーザ加工装置とともに用いられる。
【００１２】
図示のレーザ加工装置は、レーザ光源（レーザ発振器）１３を備えており、レーザ光源１３の前方及び後方にはそれぞれ前方反射ミラー１４及び後方反射ミラー１５が配置されている。前方反射ミラー１５に対向して第１のターンミラー１６が配置され、図示のように、順次第２のターンミラー１７及び第３のターンミラー１８が配置されている。そして、第３のターンミラー１８の後にはビーム成形光学系（例えば、ホモジナイザ）１９が配置されている。図示の例では、前方反射ミラー１４及び後方反射ミラー１５によって発光方向調整機構が構成され、第１乃至第３のターンミラー１６乃至１８によって光路方向調整機構が構成される。
【００１３】
レーザ光源１３から発振されたレーザ光は、前方反射ミラー１４及び後方反射ミラー１５によって反射を繰り返して、その一部が外部に放出される。レーザ光源１３から放出されたレーザ光は第１乃至第３のターンミラー１６乃至１８で反射されて、ビーム成形光学系１９に与えられる。ビーム成形光学系１９ではレーザ光のプロファイル形状を成形してレーザビームに形成する（このレーザビームは成形後プロファイル形状を有する）。このレーザビームは被加工物（図示せず）に照射されて、レーザ加工が行われる。
【００１４】
ところで、レーザビームの成形後プロファイル形状は、レーザ光の発光方向及び光路に影響される。つまり、所望（所定）の成形後プロファイル形状を得るためには、発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整する必要がある。
【００１５】
前述のように、レーザ光プロファイル自動調整装置はビームプロファイル形状計測調整装置１１及びプロファイル形状計測センサ１２を備えており、プロファイル形状計測センサ１２にはレーザビームが入射されて、プロファイル形状計測センサ１２によって成形後プロファイル形状が計測プロファイル形状として検出されて、ビームプロファイル形状計測調整装置１１に与えられる。ビームプロファイル形状計測調整装置１１には予め最適なプロファイル形状が基準プロファイル形状（図２（ａ））として格納されている。
【００１６】
いま、計測プロファイル形状が図２（ｂ）に示す形状であったとすると、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は、基準プロファイル形状と計測プロファイル形状とのパターン比較を行って光学系（発光方向調整機構及び光路方向調整機構）の調整量（補正量）を求める。そして、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は、この調整量に応じて発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整する。
【００１７】
ここで、図３も参照して、ビームプロファイル形状計測調整装置１１による調整量（補正量）の算出について具体的に説明する。
【００１８】
まず、図３（ａ）に示すように、同一の横軸（位置軸）に関して基準プロファイル形状と計測プロファイル形状とを並べる（図３（ａ））。そして、プロファイル不一致部の面積を求めて不一致面積Ｓ１を得るとともに基準プロファイル形状と計測プロファイル形状とのズレ量（位置方向のずれ）を求める。いま、この際のズレ量Ｐｓ１とする。次に、図３（ｂ）乃至（ｆ）に示すように、計測プロファイル形状を右方向に順次シフトし、プロファイル不一致部の面積を求めてそれぞれ不一致面積Ｓ２、Ｓ３、ＳＡＥ、Ｓ４、及びＳ５を得るとともにズレ量を求める。不一致面積Ｓ２、Ｓ３、ＳＡＥ、Ｓ４、及びＳ５に対応するズレ量をそれぞれＰｓ２、Ｐｓ３、０、Ｐｓ４、及びＰｓ５とする。
【００１９】
このようにして求めた不一致面積のうち最小の面積を検出して最小不一致面積ＳＡＥとする。図示の例では、図３（ｃ）に示す不一致面積Ｓ３が最小であるものとする。そして、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は不一致面積Ｓ３に対応するズレ量Ｐｓ３を用いて次のようにして補正量を求める。
【００２０】
後方反射ミラー補正量＝Ｐｓ３×ｋ１＋ｏ１
前方反射ミラー補正量＝Ｐｓ３×ｋ２＋ｏ２
第１のターンミラー補正量＝Ｐｓ３×ｋ３＋ｏ３
第２のターンミラー補正量＝Ｐｓ３×ｋ４＋ｏ４
第３のターンミラー補正量＝Ｐｓ３×ｋ５＋ｏ５
ここで、ｋ１乃至ｋ５及びｏ１乃至ｏ５は、予め実験などによって求められた係数である。
【００２１】
このようにして、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は各補正量を求めて、これら補正量に応じて後方反射ミラー、前方反射ミラー、第１のターンミラー、第２のターンミラー、及び第３のターンミラーを調整する。つまり、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は補正量に応じて発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整する。
【００２２】
上述の例では、ビームプロファイル形状計測調整装置１１が、例えば、遠隔操作機構を用いて発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整するようにしたが、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は、例えば、各補正量を表示するようにしてもよく、これに応じてオペレータが手動で発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整するようにしてもよい。
【００２３】
なお、上述の例では、説明の便宜上、計測プロファイル形状を５回シフトさせる例について説明したが、実際には、シフト回数はきめ細かく行う必要があり、いずれにしても、シフト回数はｎ回（複数回）行われることになる。
【００２４】
図４を参照して、ビームプロファイル形状計測調整装置１１による調整量（補正量）の算出の他の例について説明する。
【００２５】
基準プロファイル形状と計測プロファイル形状とをビーム幅の半分（ビーム幅／２）の位置を示す線を一致させて合成する。そして、ビーム幅／２線を基準として左側にある不一致部面積を不一致面積ＳＰ１Ｅとし、ビーム幅／２線を基準として右側にある不一致部面積を不一致面積ＳＰ２Ｅとする。この際、左側にある不一致部面積に−符号を付し、右側にある不一致部面積に＋符号を付す。
【００２６】
上述のようにして得た不一致面積ＳＰ１Ｅ及びＳＰ２Ｅを用いて、次のようにビームプロファイル形状計測調整装置１１は補正量を求める。
【００２７】
後方反射ミラー補正量＝ＳＰ１Ｅ×ｋ１１＋ｏ１１＋ＳＰ２Ｅ×ｋ１２＋ｏ１２
前方反射ミラー補正量＝ＳＰ１Ｅ×ｋ２１＋ｏ２１＋ＳＰ２Ｅ×ｋ２２＋ｏ２２
第１のターンミラー補正量＝ＳＰ１Ｅ×ｋ３１＋ｏ３１＋ＳＰ２Ｅ×ｋ３２＋ｏ３２
第２のターンミラー補正量＝ＳＰ１Ｅ×ｋ４１＋ｏ４１＋ＳＰ２Ｅ×ｋ４２＋ｏ４２
第３のターンミラー補正量＝ＳＰ１Ｅ×ｋ５１＋ｏ５１＋ＳＰ２Ｅ×ｋ５２＋ｏ５２
ｋ１１乃至ｋ５１、ｋ１２乃至ｋ５２、ｏ１１乃至ｏ５１、及びｏ１２乃至ｏ５２は、予め実験などによって求められた係数である。
【００２８】
このようにして求められた補正量によって、ビームプロファイル形状計測調整装置１１は発光方向調整機構及び光路方向調整機構を調整する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではレーザビームのプロファイル形状を計測プロファイル形状として計測して、この計測プロファイル形状と予め定められた基準プロファイル形状とをパターン比較して補正値を求め、この補正値に応じてレーザ光の発光方向を調整する発光方向調整機構及びレーザ光の光路方向を調整する光路方向調整機構を調整するようにしたから、短時間にレーザ光プロファイル形状を調整することのできるばかりでなく、精度よくレーザ光プロファイル形状を調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ光プロファイル自動調整装置の一例を説明するための図である。
【図２】レーザ光のプロファイル形状を示す図であり、（ａ）は基準プロファイル形状を示す図、（ｂ）は計測プロファイル形状を示す図である。
【図３】図１に示すレーザ光プロファイル自動調整装置による調整量（補正量）算出の一例を説明するための図である。
【図４】図１に示すレーザ光プロファイル自動調整装置による調整量（補正量）算出の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１１  ビームプロファイル形状計測調整装置
１２  プロファイル形状計測センサ
１３  レーザ光源（レーザ発振器）
１４  前方反射ミラー
１５  後方反射ミラー
１６，１７，１８  ターンミラー
１９  ビーム成形光学系
【図１】
0003779820.tif 000002
【図２】
0003779820.tif 000003
【図３】
0003779820.tif 000004
【図４】
0003779820.tif 000005