JPH106052A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工精度を低下させることなく鮮明な加工面
の観察像を得ることができるレーザ加工装置を提供す
る。 【解決手段】 パルスレーザ光を繰返して照射すること
により被加工物７の加工を行うレーザ加工装置におい
て、パルスレーザ光を繰返し照射するエキシマレーザ光
源１と、被加工物７を照明する水銀ランプ９と、ＣＣＤ
カメラ１４とを備え、水銀ランプ９により照明された被
加工物７をエキシマレーザ光源１によるパルス２２光と
次のパルス光２２との中間時においてのみＣＣＤ１４に
より撮像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照射されるパルス
レーザ光のエネルギーにより被加工物に加工を施すレー
ザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスレーザから射出されたレーザ光に
より加工を行うレーザ加工装置においては、可視光照明
を用いた観察光学系により加工面を観察するようにして
いる。レーザ加工光学系と同軸上、あるいはレーザ加工
光学系の光軸の近傍に観察光学系の光軸を設け、ＴＶカ
メラ等の撮像装置によりレーザ加工中の加工面の状態を
連続的に観察するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
加工装置では、加工用のレーザ光が被加工物に照射され
た時に発生する蛍光によりレーザのパルス光が照射され
るたびに断続的に可視光領域での発光が起きるため、加
工面の撮像を妨害して鮮明な撮像を得ることが困難であ
る。また、レーザパルスの照射中および照射直後は加工
部分から除去された物質が飛散するため、この物質が視
界を遮り映像が不鮮明になったり、観察ができなくなる
という問題が生ずる。

【０００４】本発明の目的は、加工精度を低下させるこ
となく鮮明な加工面の観察像を得ることができるレーザ
加工装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図３に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明
は、パルスレーザ光を繰返して照射することにより被加
工物の加工を行うレーザ加工装置に適用される。そし
て、パルスレーザ光を繰返し照射するレーザ光照射手段
１と、被加工物７を照明する照明手段９、１１と、照明
手段９、１１により照明された被加工物７をレーザ光射
出手段１による照射パルス２２と次の照射パルス２２と
の中間時においてのみ撮像する撮像手段１４とを備える
ことにより上述の目的が達成される。請求項２に記載の
発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、照
射パルス２２の中間における撮像手段１４の撮像開始の
タイミングおよび撮像時間を可変としたものである。請
求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレー
ザ加工装置において、照明手段９、１１として紫外線領
域の照明光を射出するものを用いたものである。

【０００６】請求項１に記載の発明では、照射パルス２
２が照射されない時に撮像手段１４による撮像が行われ
る。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて本発明
によるレーザ加工装置の一実施の形態について説明す
る。図１において、１はレーザパルスを射出するエキシ
マレーザ光源、２はエキシマレーザ光源１から射出され
たレーザパルス（紫外線）を減衰させるアッテネータ、
３はアッテネータ２を通過した光を均一な照明に変換す
るホモジナイザ、４は加工パターンに対応するパターン
が形成されたマスク、５はダイクロイックミラー、６は
対物レンズ、７は被加工物、８は被加工物７を固定する
ステージ、９は観察用の照明光（紫外光）を射出する水
銀ランプ、１０は水銀ランプ９の射出光を導くライトガ
イド、１１はライトガイド１０により導かれた光のうち
ｉ線のみを透過させるｉ線透過フィルタ、１２はハーフ
ミラー、１４はＮＴＳＣ方式のＣＣＤカメラ、１５はＣ
ＣＤカメラ１４の信号を受けて撮像を表示するモニタ、
１６はエキシマレーザ１およびＣＣＤカメラ１４に同期
信号を出力する同期回路、１７は同期回路１６を制御す
るコンピュータである。

【０００９】図２に示すように、同期回路１６は発振回
路１６１と、コンピュータ１７からの信号を発振回路１
６１等に受け渡すインターフェイス回路１６２と、発振
回路１６１の出力信号を受けてエキシマレーザ光源１に
信号を送出するレーザトリガー用分周回路１６３と、発
振回路１６１からの出力信号を受けてＣＣＤ１４のラン
ダムシャッタ用の分周信号を送出するランダムシャッタ
用分周回路１６４と、ランダムシャッタ用分周回路１６
４の分周信号を遅延させるランダムシャッタ用遅延回路
１６５とを備える。

【００１０】次に、上述のように構成された本実施の形
態のレーザ加工装置の動作について説明する。コンピュ
ータ１７からの発振指令がインターフェイス回路１６２
を介して発振回路１６１に入力されると、その信号に基
づいて発振回路１６１は水晶発振子を用いた原発振を開
始し、パルス信号１６１Ａを出力する。発振回路１６１
の発振周波数は水晶発振子により選択可能であるが、こ
こでは発振周波数を５０ｋＨｚに設定したものとして説
明する。

【００１１】レーザトリガー用分周回路１６３には入力
されたパルス信号を１００分周するためのデータが設定
されており、図２に示すようにレーザトリガー用分周回
路１６３に発振回路１６１の出力パルス信号（５０ｋＨ
ｚ）１６１Ａが入力されると、図２および図３（ａ）に
示すようにレーザトリガー用分周回路１６３は５００Ｈ
ｚのパルス信号２１を出力する。ここで、レーザトリガ
ー用分周回路１６３のデータの設定は、インターフェー
ス回路１６２を介して入力されるコンピュータ１７から
の指令に基づいて行われる。

【００１２】パルス信号２１がエキシマレーザ光源１に
入力されると、図３（ｂ）に示すように、エキシマレー
ザ光源１はパルス信号２１に同期してパルス光２２を発
生させる。なお、エキシマレーザ光源１のパルス光２２
の発光時間は数十ナノ秒程度であり、実際のパルス幅は
図３（ｂ）に示すよりも遥かに狭いものである。

【００１３】パルス光２２はアッテネータ２、ホモジナ
イザ３およびマスク４を経由してダイクロイックミラー
５で図１において下向きに折り曲げられ、さらに対物レ
ンズ６を通り、被加工物７の被加工面に入射する。被加
工面とマスク４とは互いに共役とされているので、被加
工面にはマスク４のパターンと相似形の照射パターンで
パルス光２２が照射され、これにより被加工物７の加工
が行われる。

【００１４】一方、水銀ランプ９の射出光はライトガイ
ド１０を経由してｉ線透過フィルタ１１に入射する。ｉ
線透過フィルタにより水銀ランプ９の光のうちｉ線のみ
が透過し、この透過光はハーフミラー１２で折り曲げら
れ、さらにダイクロイックミラー５を透過して被加工物
７を照明する。この照明光が被加工物７で反射される
と、ダイクロイックミラー５およびハーフミラー１２を
透過してＣＣＤカメラ１４に入射する。

【００１５】図２に示すように、発振回路１６１のパル
ス信号（５０ｋＨｚ）１６１Ａはランダムシャッタ用分
周回路１６４にも入力される。ランダムシャッタ用分周
回路１６４には入力されたパルス信号を１０００分周す
るためのデータが設定されており、図２に示すように、
パルス信号１６１Ａが入力されるとランダムシャッタ用
分周回路１６４は５０Ｈｚのパルス信号１６４Ａを出力
する。ここで、パルス信号１６４Ａの周波数を５０Ｈｚ
としたのは、ＣＣＤカメラ１４における画像の取込み速
度を考慮したものである。すなわち、本実施の形態では
ＮＴＳＣ方式のＣＣＤカメラ１４を使用しており、１／
６０秒ごとに１回しか画像の取込みができないので、本
実施の形態のＣＣＤカメラ１４はランダムシャッタ機能
を用いて１／５０秒ごとに画像を取込むように設定され
ている。なお、ランダムシャッタ用分周回路１６４への
データの設定は、レーザトリガ用分周回路１６３へのデ
ータの設定と同様、インターフェース回路１６２を介し
て入力されるコンピュータ１７からの指令に基づいて行
われる。

【００１６】ランダムシャッタ用分周回路１６４からの
パルス信号１６４Ａがランダムシャッタ用遅延回路１６
５に入力されると、ランダムシャッタ用遅延回路１６５
では図３（ｃ）に示すようにパルス光２２（図３
（ｂ））の発光から遅延時間ｔｄ経過後に立ち下がる遅
延信号が生成され、さらに図３（ｄ）に示すようにこの
遅延信号の立ち下がりをトリガとするランダムシャッタ
信号２３を出力する。図３（ｃ）に示す遅延信号の遅延
時間ｔｄは、エキシマレーザ光源１のパルス発光からＣ
ＣＤカメラ１４による撮像開始まで、すなわちランダム
シャッタが開くまでの時間に対応し、ランダムシャッタ
信号２３のパルス幅は撮像時間、すなわちランダムシャ
ッタの開放時間ｔｒに対応するものである。本実施の形
態の加工装置では、遅延信号の遅延時間ｔｄおよびラン
ダムシャッタの開放時間ｔｒが任意の値に調整可能とさ
れている。

【００１７】ここで、レーザ照射時の蛍光がＣＣＤカメ
ラ１４での撮像に影響を及ぼさないように、ランダムシ
ャッタ信号２３はパルス光２２の中間で発生させるよう
にすればよい。したがって、通常は遅延時間ｔｄをエキ
シマレーザ光源１のパルス光２２のパルス幅と同等とす
ればよいが、パルス光２２に基づく蛍光の発光が終了し
ても、アブレーションにより加工された部分から発生す
る除去物、例えばポリイミドを加工する場合には煤が発
生して飛散することがある。したがってこのような場合
には、除去物による撮像への妨害を回避するため、除去
物の飛散がなくなるまで撮像が開始されないように遅延
時間ｔｄを延長する必要がある。除去物の飛散時間は被
加工物７の材質や加工面上に照射されるレーザ光のエネ
ルギー密度によって変化するので、遅延時間ｔｄは実験
的に求めることが望ましい。

【００１８】ランダムシャッタの開放時間ｔｒは単位時
間当たりのＣＣＤカメラ１４の受光時間を設定するパラ
メータであり、水銀ランプ９の光量に依存して変動す
る。水銀ランプ９の光量が強ければ開放時間ｔｒを短く
することができ、その場合には、図３（ｂ）、（ｃ）お
よび（ｄ）に示すように、ランダムシャッタ信号２３の
立ち下がりから次のパルス光２２の発光までの時間に余
裕が生れるので、その分だけ遅延時間ｔｄを延長でき
る。したがって、被加工部分からの除去物の飛散の影響
をより減少させることが可能となる。

【００１９】上述のようにして定められたランダムシャ
ッタ信号２３がＣＣＤカメラ１４に入力されると、ＣＣ
Ｄカメラ１４のランダムシャッタ機能が動作して開放時
間ｔｒだけＣＣＤが電荷を積分する。換言すれば、ラン
ダムシャッタはランダムシャッタ信号２３のタイミング
に合わせて開放され、これにより被加工物７の加工面の
像が撮像される。ＣＣＤカメラ１４の出力信号はモニタ
１５に送られ、モニタ１５において加工中の被加工物７
の状態が表示される。

【００２０】観察用照明として可視光、とくに赤外に近
い波長を照明光として用いる場合には、被加工物の材質
にもよるが、照明光の熱エネルギーを受けた被加工物の
熱膨張により、被加工部の位置ずれを招き、加工精度を
低下させる。このような位置ずれはとくに微細な加工を
行う場合に無視できない問題となる。これに対し、本実
施の形態では被加工物７を観察するための照明光として
水銀ランプ９から射出されるｉ線を用いているので、被
加工物７の熱膨張が極く小さく抑えられ、加工精度が低
下しない。また、ＣＣＤカメラ１４のランダムシャッタ
を開放するタイミングをパルス光２２の中間に設定して
いるので、パルス光２２に基づく蛍光や被加工物７から
生ずる除去物の影響を回避することができ、被加工物の
観察像を鮮明なものとすることができる。

【００２１】また、本実施の形態の加工装置では鮮明な
観察像が得られるので、撮像された画像を種々の画像処
理装置に入力することにより、加工中において被加工物
の加工形状等を正確に測定することも可能となる。な
お、レーザ加工を停止した状態においても、加工中と同
様に被加工物の観察を行うことができる。この場合、エ
キシマレーザ光源１へのレーザトリガーパルス２１を遮
断した状態で、上述の動作と同様の動作を行うようにす
ればよい。

【００２２】本実施の形態では、観察のための照明光に
ｉ線を使用しているが、被加工物７の熱膨張が小さい場
合や、あるいは熱膨張の影響が問題とならない程度の加
工精度において加工を行う場合には、ｉ線等の紫外線に
代えて他の領域の波長の光（例えば長波長側の光）を用
いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、照明手
段により照明された被加工物をレーザ光射出手段による
照射パルスと次の照射パルスとの中間時においてのみ撮
像を行うので、照射パルスあるいは照射パルスに基づく
蛍光が撮像手段の撮像に影響を与えず、鮮明な被加工物
の観察像が得られる。請求項２に記載の発明によれば、
撮像手段の撮像開始のタイミングおよび撮像時間が可変
とされているので、被加工物の材質や加工条件が変って
も、常に鮮明な被加工物の観察像が得られる。請求項３
に記載の発明によれば、照明手段は紫外線領域の照明光
を射出するので、被加工物の加熱が抑制され、熱膨張に
基づく加工精度の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加工装置の一実施の形態を示す
図。

【図２】図１に示す実施の形態の加工装置の同期回路を
詳細に示すブロック図。

【図３】図１に示す実施の形態の加工装置の動作を示す
図であり、（ａ）はレーザトリガーパルスの波形を示す
図、（ｂ）はレーザパルス光の発光のタイミングを示す
図、（ｃ）はランダムシャッタ用遅延回路における遅延
信号の波形を示す図、（ｄ）はランダムシャッタ信号の
波形を示す図。

【符号の説明】

１ エキシマレーザ光源 ７ 被加工物 ９ 水銀ランプ １４ ＣＣＤカメラ ２２ パルス光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスレーザ光を繰返して照射すること
   により被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、 前記パルスレーザ光を繰返し照射するレーザ光照射手段
   と、 前記被加工物を照明する照明手段と、 前記照明手段により照明された前記被加工物を前記レー
   ザ光射出手段による照射パルスと次の照射パルスとの中
   間時においてのみ撮像する撮像手段とを備えることを特
   徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記照射パルスの中間における前記撮像
   手段の撮像開始のタイミングおよび撮像時間が可変とさ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工
   装置。
3. 【請求項３】 前記照明手段は紫外線領域の照明光を射
   出するものであることを特徴とする請求項１または２に
   記載のレーザ加工装置。