JPH06314830A - レーザーのビーム調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザーにおける光軸ないしビーム調整を
簡便な構成で正確に実施可能とすることにより作業の能
率化および安全化を図り、さらにレーザーの発振中にレ
ーザービームを調整することによりレーザービームによ
る加工精度および加工速度を向上させることができるレ
ーザーのビーム調整装置１を提供すること。 【構成】 レーザーのビーム強度その他の物理量を測
定してレーザー発振手段にフィードバックすることに着
目したもので、発振されたレーザー光のビーム強度を測
定するビーム強度測定手段３と、ビーム強度測定手段３
からのビーム強度検出信号にもとづいて制御信号を出力
する制御手段４と、制御手段４からの制御信号によりレ
ーザー発振手段２の光軸を調整する調整駆動手段５と、
を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザーのビーム調整装
置にかかるもので、とくにエキシマーレーザー等のレー
ザーのビーム強度その他を調整可能なレーザーのビーム
調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえばエキシマーレーザー
を高効率で発振させるためには、正確な光軸調整が不可
欠である。

【０００３】こうした光軸調整の従来の第一の方法で
は、ヘリウムネオンレーザー等により光共振器における
反射鏡の位置を概略調整している。

【０００４】第二の方法では、バーンペーパーと呼ばれ
る当て紙に出射されたレーザー光を照射し、このバーン
ペーパーが焦げるムラの状態によりビーム形状やビーム
強度を確認している。

【０００５】第三の方法では、エネルギーメーターなど
のビーム強度測定装置をモニターしながら光共振器にお
ける反射鏡の傾きを手動で調整することによってレーザ
ー出力が最大となる位置にこの反射鏡を固定する。

【０００６】こうした従来の調整方法では、目視により
ビーム強度の測定および確認を繰り返し実施するため、
調整に時間を要するとともに、調整の精度が調整者の技
量に依存する結果、品質が不安定となるという問題があ
る。

【０００７】たとえば、エキシマーレーザーでは、前面
側に位置する半反射鏡を支持している光軸調整装置を手
動により操作し、光軸を調整している。

【０００８】なお通常、エキシマーレーザーにおいて
は、その出力の低下にともない印加電圧を徐々に上げ
る、あるいはレーザー出射にともなって減少する希ガス
の追加注入などの処置により、その出力補償を行ってい
る。

【０００９】また、エキシマーレーザーなどレーザーを
用いた各種加工の際に、加工中のレーザービームの出力
の変動やビーム形状の変動などの原因により、加工精度
が低下する場合がある。

【００１０】こうした場合に通常、レーザー発振中に行
われる制御としては、上述のようにレーザーの平均出力
の低下にともなう出力補償であり、この制御は、レーザ
ーの励起回路に印加する電圧を上げることにより行われ
るが、上述の変動の状態によって自動的に調整すること
は不可能であるという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、レーザーにおける光
軸ないしビーム調整を簡便な構成で正確に実施可能とす
ることにより作業の能率化および安全化を図り、さらに
レーザーの発振中にレーザービームを調整することによ
りレーザービームによる加工精度および加工速度を向上
させることができるレーザーのビーム調整装置を提供す
ることを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、レー
ザーのビーム強度その他の物理量を測定してレーザー発
振手段にフィードバックすることに着目したもので、第
一の発明は、レーザー光のビームを適正に調整するレー
ザーのビーム調整装置であって、発振されたレーザー光
のビーム強度を測定するビーム強度測定手段と、このビ
ーム強度測定手段からのビーム強度検出信号にもとづい
て制御信号を出力する制御手段と、この制御手段からの
該制御信号によりレーザー発振手段の光軸を調整する調
整駆動手段と、を有することを特徴とするレーザーのビ
ーム調整装置である。

【００１３】上記調整駆動手段は、上記レーザー発振手
段の全反射鏡あるいは半反射鏡などの反射鏡を調整する
ことができる。

【００１４】また第二の発明は、被加工材料を加工する
レーザー光のビームを適正に調整するレーザーのビーム
調整装置であって、発振されたレーザー光による上記被
加工材料の加工面における加工位置のズレや表面温度あ
るいはビーム強度その他の物理量を測定する加工面測定
手段と、この加工面測定手段からの物理量検出信号にも
とづいて制御信号を出力する制御手段と、この制御手段
からの制御信号によりレーザー発振手段を調整する調整
駆動手段と、を有することを特徴とするレーザーのビー
ム調整装置である。

【００１５】上記調整駆動手段は、上記レーザー発振手
段の光学系駆動手段あるいはレーザー励起電圧制御手段
の少なくとも一方を調整することができる。

【００１６】さらに第三の発明は、レーザー光のビーム
を適正に調整するレーザーのビーム調整装置であって、
発振されたレーザー光のビーム強度、あるいは発振され
たレーザー光による被加工材料の加工面における物理量
の少なくともいずれか一方を測定する測定手段と、この
測定手段からの検出信号にもとづいて制御信号を出力す
る制御手段と、この制御手段からの該制御信号によりレ
ーザー発振手段を調整する調整駆動手段と、を有するこ
とを特徴とするレーザーのビーム調整装置である。

【００１７】

【作用】第一の発明によるレーザーのビーム調整装置に
おいては、発振されたレーザー光の強度を測定してこの
ビーム強度検出信号に応じた制御信号によりレーザー発
振手段の光軸を調整するようにしたので、自動的にレー
ザーの光軸を微調整可能で、レーザー発振を安定化させ
ることができる。

【００１８】また、第二の発明によるレーザーのビーム
調整装置においては、加工面におけるレーザーのビーム
強度その他の物理量を測定してこれをフィードバックす
るようにしたので、レーザービームを安定化させ、加工
精度および加工速度を向上させることができる。

【００１９】さらに、第三の発明によるレーザーのビー
ム調整装置においては、ビーム強度あるいは加工面にお
ける物理量の少なくともいずれか一方を測定してこれを
フィードバックするようにしたので、レーザー発振の段
階および加工の段階においてともにレーザービームを安
定化させ、加工精度および加工速度を向上させることが
できる。

【００２０】

【実施例】つぎに、エキシマーレーザーを例に取って、
本発明の第一の実施例によるレーザーのビーム調整装置
１を図１にもとづき説明する。

【００２１】図１はこのレーザーのビーム調整装置１の
概略説明図であって、レーザーのビーム調整装置１は、
レーザー発振手段２からのレーザー光を測定するビーム
強度測定手段３と、制御手段４と、調整駆動手段として
の反射鏡駆動手段５とを有する。

【００２２】レーザー発振手段２は、レーザー容器６
と、全反射鏡７および半反射鏡８とを有するレーザー光
共振器９とを備え、所定強度のレーザービームを発振す
る。

【００２３】ビーム強度測定手段３は、レーザー光のビ
ーム強度を測定するもので、たとえばフォトダイオード
などの受光素子あるいはエネルギーメーター等を使用す
ることが可能である。

【００２４】制御手段４は、ビーム強度測定手段３から
のビーム強度検出信号を演算し、制御信号を出力して反
射鏡駆動手段５を制御駆動する。

【００２５】反射鏡駆動手段５は、半反射鏡８の光軸調
整装置（図示せず）を駆動するか、あるいはこの光軸調
整装置の代わりに設けるもので、半反射鏡８の光軸を調
整してビーム強度を所望のレベルにするものである。

【００２６】こうした構成のレーザーのビーム調整装置
１において、レーザー発振手段２からのレーザー光をビ
ーム強度測定手段３によりビーム強度を測定する。

【００２７】得られたビーム強度データを制御手段４に
おいて演算し、半反射鏡８の駆動方向および駆動量など
を決定する。

【００２８】この制御手段４から反射鏡駆動手段５に駆
動制御信号を送信し、この反射鏡駆動手段５により、支
持されている半反射鏡８の位置ないしは姿勢を調整す
る。

【００２９】こうした操作を適宜繰り返すことにより、
レーザーの光軸を調整することができる。

【００３０】なお、レーザーの光軸は、ビーム強度が最
大値を取るときに最適と見なすことが可能であるが、必
ずしも最大値に合わせる必要はない。

【００３１】つぎに、同じくエキシマーレーザーを例に
取って、本発明の第二の実施例によるレーザーのビーム
調整装置１０を図２にもとづき説明する。ただし、図１
と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省
略する。

【００３２】図２はこのレーザーのビーム調整装置１０
の概略説明図であって、レーザー発振手段２からのレー
ザー光を被加工材料Ｍに案内するための案内光学系１１
を設けてある。

【００３３】この案内光学系１１は、第１の反射鏡１２
および第２の反射鏡１３と、マスク１４と、ハーフミラ
ー１５と、集光レンズ１６とを有する。

【００３４】レーザーのビーム調整装置１０は、加工面
測定手段１７と、制御手段１８と、光学系駆動手段１９
およびレーザー励起電圧制御手段２０を備えた調整駆動
手段２１とを有する。

【００３５】なお、レーザー発振手段２およびレーザー
のビーム調整装置１０全体を除振台２２上に載置してあ
る。

【００３６】マスク１４は、加工面測定手段１７による
測定を補助するものであり、必ずしも必要ではなく、加
工面測定手段１７により直接測定を行うようにすること
もできる。

【００３７】加工面測定手段１７は、被加工材料Ｍの加
工状況を測定するもので、各種の物理量を測定可能なも
のを採用する。

【００３８】測定対象である各種の物理量としては、た
とえば被加工材料Ｍにおける加工位置のズレもしくは表
面温度ないし温度分布などの被加工材料Ｍの状態、レー
ザー光の径、加工により飛び散る粒子の大きさあるいは
速度、あるいは被加工材料Ｍの表面で反射したレーザー
光のビーム強度など、がある。

【００３９】制御手段１８は、加工面測定手段１７によ
り測定されたデータを演算し、必要な制御信号を調整駆
動手段２１（光学系駆動手段１９およびレーザー励起電
圧制御手段２０）に送信する。

【００４０】光学系駆動手段１９は、レーザー光共振器
９を含む光学系を移動調整する駆動装置であって、その
移動によりレーザー光軸を調整し、レーザービーム強度
のムラを補正することができるものである。

【００４１】レーザー励起電圧制御手段２０は、レーザ
ー励起電圧を制御する回路であって、励起電圧を変更す
ることによって、レーザー出力を制御することが可能で
ある。

【００４２】こうした構成のレーザーのビーム調整装置
１０において、レーザー発振手段２から発振されたレー
ザー光は、案内光学系１１を通過し被加工材料Ｍに照射
され、被加工材料Ｍの表面においてアブレーション等の
加工が行われる。

【００４３】加工面測定手段１７により加工と同時に加
工の進み具合、あるいは加工面でのレーザー光の反射状
況を測定する。

【００４４】この加工面測定手段１７で得られたデータ
を制御手段１８において演算し、制御の必要の有無、制
御方法、制御量などを決定する。

【００４５】制御手段１８から光学系駆動手段１９およ
びレーザー励起電圧制御手段２０に駆動制御信号を送信
し、レーザーの光軸あるいはレーザー出力などの調整を
行う。

【００４６】こうした制御を繰り返し実行することによ
り、加工中のレーザービームを安定させ、加工精度を向
上させる。

【００４７】また、加工品質を悪化させない範囲におい
てレーザー出力を上げることによって、加工速度を向上
させることができる。

【００４８】なお本発明は、上述のレーザーのビーム調
整装置１（図１）およびレーザーのビーム調整装置１０
（図２）を組み合わせることにより、レーザー発振の調
整段階および発振されたレーザーによる加工段階におい
てともにレーザービームを調整可能として、総合的にレ
ーザー操作を安定化および能率化することが可能であ
る。

【００４９】さらに本発明は、エキシマーレーザー以外
のレーザーにも応用可能であり、レーザー発振中に制御
を実行することにより、レーザー出力安定化機構として
用いることも可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発振され
たレーザー光を測定するとともにこれをフィードバック
するようにしたので、レーザー発振の作業の安全化およ
び能率化を図るとともに、加工作業時のおける加工精度
および加工速度の向上も可能である。

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例によるレーザーのビーム
調整装置１の概略説明図である。

【図２】本発明の第二の実施例によるレーザーのビーム
調整装置１０の概略説明図である。

【符号の説明】

１ レーザーのビーム調整装置 ２ レーザー発振手段 ３ ビーム強度測定手段 ４ 制御手段 ５ 反射鏡駆動手段（調整駆動手段） ６ レーザー容器 ７ 全反射鏡 ８ 半反射鏡 ９ レーザー光共振器 １０ レーザーのビーム調整装置 １１ 案内光学系 １２ 第１の反射鏡 １３ 第２の反射鏡 １４ マスク １５ ハーフミラー １６ 集光レンズ １７ 加工面測定手段 １８ 制御手段 １９ 光学系駆動手段（調整駆動手段） ２０ レーザー励起電圧制御手段（調整駆動手段） ２１ 調整駆動手段 ２２ 除振台 Ｍ 被加工材料

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光のビームを適正に調整する
   レーザーのビーム調整装置であって、 発振されたレーザー光のビーム強度を測定するビーム強
   度測定手段と、 このビーム強度測定手段からのビーム強度検出信号にも
   とづいて制御信号を出力する制御手段と、 この制御手段からの該制御信号によりレーザー発振手段
   の光軸を調整する調整駆動手段と、 を有することを特徴とするレーザーのビーム調整装置。
2. 【請求項２】 前記調整駆動手段は、前記レーザー発
   振手段の反射鏡を調整することを特徴とする請求項１記
   載のレーザーのビーム調整装置。
3. 【請求項３】 被加工材料を加工するレーザー光のビ
   ームを適正に調整するレーザーのビーム調整装置であっ
   て、 発振されたレーザー光による前記被加工材料の加工面に
   おける物理量を測定する加工面測定手段と、 この加工面測定手段からの物理量検出信号にもとづいて
   制御信号を出力する制御手段と、 この制御手段からの制御信号によりレーザー発振手段を
   調整する調整駆動手段と、 を有することを特徴とするレーザーのビーム調整装置。
4. 【請求項４】 前記調整駆動手段は、前記レーザー発
   振手段の光学系駆動手段あるいはレーザー励起電圧制御
   手段の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求
   項３記載のレーザーのビーム調整装置。
5. 【請求項５】 レーザー光のビームを適正に調整する
   レーザーのビーム調整装置であって、 発振されたレーザー光のビーム強度、あるいは発振され
   たレーザー光による被加工材料の加工面における物理量
   の少なくともいずれか一方を測定する測定手段と、 この測定手段からの検出信号にもとづいて制御信号を出
   力する制御手段と、 この制御手段からの該制御信号によりレーザー発振手段
   を調整する調整駆動手段と、 を有することを特徴とするレーザーのビーム調整装置。