JP2006000863A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｑスイッチレーザ光により不定間隔にパターニングするときに発生するファーストパルスサプレッションによる加工遅延を補うレーザ加工方法と装置を提供する。
【解決手段】 不定間隔でパターニングするときファーストパルスサプレッションにより加工開始位置に加工遅延が発生する加工位置において、加工位置を示す基本データ９に加えて加工開始位置より先行する位置でレーザ発振させるために付加データ１０をデータテーブル１３としてコントローラ７に設け、レーザ制御部８はリニアスケール４から付加データ１０に示された発振開始位置が検出されたとき、ＡＯＱスイッチドライバに発振指令を出力してレーザ発振器２のレーザ発振を開始させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｑスイッチパルスレーザ光を出力し、ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置により不定間隔のパターンをレーザ加工するレーザ加工方法及び装置に関するものである。

Ｑスイッチレーザ光出力装置におけるレーザ発振の制御には、一般的にＡＯＱスイッチ素子（音響光学的光変調器）が用いられる。ＡＯＱスイッチ素子は高周波ドライバから印加される高周波信号により超音波回折格子を形成して、光共振作用を停止させるので、レーザ媒質には光エネルギーが蓄積される。高周波ドライバからの高周波信号の印加が停止されると、超音波回折格子は形成されないので光共振作用によりＱスイッチパルスレーザ光が出力される。

このようなＱスイッチレーザ光出力装置を用いてレーザ加工を行うとき、発振休止後に高い繰り返し周波数でＱスイッチを作用させたとき、発振を抑制している間にゲイン媒質にレーザ励起エネルギーが蓄積され、レーザ発振を開始したときの第１ショットのピーク強度が第２ショット以降のＱスイッチパルスのピーク強度に比べて相対的に高くなるファーストパルス（ジャイアントパルス）の問題が顕著になる。ファーストパルスが発生すると、加工開始位置におけるレーザ加工による加工状態がそれ以降の加工状態と異なったものとなってしまうため、ファーストパルスを抑制する必要がある。

前記ファーストパルスの問題を解決するために、図３に示すように、レーザ媒質１０１及び偏光ビームスプリッタ１０２を共通部分として、偏光ビームスプリッタ１０２による分離光毎に２つのレーザ共振器を形成し、各レーザ共振器内の光軸上にＱスイッチ素子１０３、１０７を配置し、このＱスイッチ素子１０３、１０７を独立してＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしたレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照）。この装置では、ファーストパルスの制御を行うために、レーザ発振の開始時には一方のレーザ発振器からのレーザ出力を吸収体１１１でブロックし、実際の加工には他方のレーザ発振器からのレーザ出力を用いるので、ファーストパルスを除去することができる。

また、ファーストパルスの問題を解決するために、ファーストパルスを発振させる前にＱスイッチによるレーザ発振抑制を徐々に開放して、レーザ媒質に蓄積された光エネルギーを放出させるファーストパルスサプレッション機能を設けたＱスイッチ制御回路が知られている。このファーストパルスサプレッション機能は、図４に示すように、超音波Ｑスイッチ装置を構成する高周波発振回路２０１からＱスイッチ素子２０３に印加される高周波信号を、ファーストパルスサプレス制御回路２０５からの信号により変調回路２０２によって変調してＱスイッチ素子２０３に出力している。ファーストパルスサプレス制御回路２０５に指令Ｑスイッチパルスが入力されたときからＱスイッチ素子２０３に印加する超音波印加高周波出力を徐々に減衰させ、Ｑスイッチ素子２０３によりレーザ発振を抑制する。

上記従来構成において、Ｑスイッチ繰り返し周波数が高くなると、減衰終了時にレーザ媒質に残存している光エネルギーを無視できなくなるために、ファーストパルスを抑制しきれない問題を解決すべく、図４に示すように、光エネルギー放出パルス発生回路２０４を設けた従来技術が知られている（特許文献２参照）。この構成では、ファーストパルスサプレス制御回路２０５による超音波印加高周波出力の減衰終了時に、光エネルギー放出パルス発生回路により強制的にＱスイッチ素子２０３を開放し、残存した光エネルギーを放出して、高いＱスイッチ繰り返し周波数でのレーザ加工におけるファーストパルスの影響を取り除いている。
特開平１０−３１３１４５号公報（第２〜３頁、図１） 特開平１１−３５４８７６号公報（第３〜４頁、図１）

しかしながら、上記従来技術に係るレーザ装置において、ファーストパルスサプレッション機能によってレーザ媒質に蓄積された光エネルギーを放出するために要する時間は、レーザ媒質にエネルギーがポンピングされる時間により差が生じるため、不定間隔に形成されたパターンをレーザ加工によってパターニングするとき、パターニング開始点においてレーザパルスの出力に遅延が発生し、パターニング開始点で加工されない問題があった。

本発明が目的とするところは、ファーストパルスサプレッション機能を備えたレーザ装置によりパターニングを行うとき、加工開始点でのレーザパルス出力の遅延に伴う加工位置のずれを防止するレーザ加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本願第１発明は、ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置を用いて不定間隔のパターンをパターニングするレーザ加工方法において、前記Ｑスイッチレーザ光出力装置をパターニング位置でレーザ発振させるように制御するための基本データに、前記ファーストパルスサプレッションによってパターニング開始点における加工遅延が発生する加工位置においてパターニング開始点より先行する位置でレーザ発振を開始させるように制御するための付加データを加えたデータテーブルによりＱスイッチレーザ光出力装置を制御することを特徴とする。

上記レーザ加工方法によれば、不定間隔でパターニングするとき、ファーストパルスサプレッションによってパターニング開始点において加工遅延が発生する加工位置は、付加データによって基本データによる加工開始位置より先行する位置に設定され、加工開始位置に至る以前にレーザ発振が開始されるので、ファーストパルスサプレッションによって加工が遅延する状態は付加データによって補完され、基本データで示された加工開始位置から加工が開始される。

上記レーザ加工方法において、データテーブルに示された加工位置と、ワークの移動位置を検出するリニアスケールから出力される位置信号との一致により、レーザ発振を開始させるように制御することにより、基本データのみならず付加データによる先行位置でのレーザ発振を正確に制御することができる。

また、本願第２発明は、ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置を用いて不定間隔のパターンをパターニングするレーザ加工装置において、前記Ｑスイッチレーザ光出力装置のレーザ発振を制御するコントローラに、パターニング位置でレーザ発振させるように制御するための基本データに、前記ファーストパルスサプレッションによってパターニング開始点における加工遅延が発生する加工位置においてパターニング開始点より先行する位置でレーザ発振を開始させるように制御するための付加データを加えたデータテーブルと、ワークが載置されたＸ−Ｙステージの移動を制御すると共にＸ−Ｙステージの移動位置を検出するリニアスケールからの位置信号の前記データテーブルに示された加工位置との一致によりレーザ発振指令信号を出力するレーザ制御部とが設けられてなることを特徴とする。

上記レーザ加工装置によれば、コントローラに加工位置を示す基本データに加えてファーストパルスサプレッションによってパターニング開始点における加工遅延が発生する加工位置においてパターニング開始点より先行する位置でレーザ発振を開始させるように制御するための付加データが格納されたデータテーブルが設けられているので、レーザ制御部はＸ−Ｙステージを駆動制御してリニアスケールから付加データ及び基本データで示された位置に加工位置が移動したときＱスイッチレーザ光出力装置がレーザ発振するように制御することができる。ファーストパルスサプレッションによって加工遅延が生じる加工位置では、付加データにより先行する位置からレーザ発振が開始されるので、加工遅延は付加データによって解消され、基本データに示された加工位置にレーザ加工がなされる。

以上の説明の通り本発明によれば、ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置を用いて不定間隔にパターニングする際に発生する加工開始位置の遅延を加工開始位置より先行した位置でレーザ発振させるように制御するので、加工開始位置での加工遅延を発生させることなくレーザ加工を実施することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、実施形態に係るレーザ加工方法を実現するためのレーザ加工装置の構成を示すもので、ワーク６に対して不定間隔のパターンをレーザ加工できるように構成されている。

図１において、ＡＯＱスイッチ素子１を有するレーザ発振器２は、ＡＯＱスイッチ素子１にＡＯＱスイッチドライバ１１から印加される高周波によってレーザ発振が制御され、パルスレーザ光を出力する。これらレーザ発振器２及びＡＯＱスイッチドライバ１１はレーザ電源１２から供給される電力により動作するＱスイッチレーザ光出力装置１５を構成する。

前記レーザ発振器２から出射されたレーザ光は、レンズアレイ光学系３によって集光され、リニアスケール４を備えたＸ−Ｙステージ５上に配置されたワーク６に照射され、不定間隔のパターンがパターニングされる。パターニングはコントローラ７によって制御される。

前記コントローラ７は、レーザ制御部８とデータテーブル１３とを備え、データテーブル１３には、ワーク６に対してパターニングする位置データである基本データ９と、この基本データ９に示されたパターン間隔が短いときに発生するレーザ加工の遅延による加工不足分を補うための付加データ１０とが格納されている。前記レーザ制御部８は、前記リニアスケール４から出力される位置信号を受け取り、前記基本データ９から得られる位置データに基づき前記Ｘ−Ｙステージ５を駆動制御すると共に、基本データ９及び付加データ１０から得られる位置データに基づいてＡＯＱスイッチドライバ１１にパターニング制御指令を出力する。

前記ＡＯＱスイッチドライバ１１は、ファーストパルスサプレッション機能を備え、ファーストパルスを発振させる前に前記ＡＯＱスイッチ素子１に印加する高周波信号の信号強度を徐々に下げてレーザ媒質に蓄積された光エネルギーを放出させるように制御し、レーザ発振時に発生するファーストパルスを抑制する。このＡＯＱスイッチドライバ１１からパターニング制御指令がＡＯＱスイッチ素子１に出力されることにより、レーザ発振器２はファーストパルスが抑制されたレーザ光を出力する。

上記構成になるレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について、図２を参照して以下に説明する。

図２（ａ）は、データテーブル１３に基本データ９として格納された加工パターンであって、パターン間隔Ｌ１，Ｌ２が異なる不定間隔でパターンを形成する加工パターンとなっている。いま、この加工パターンをファーストパルスサプレッション（ＦＰＳ）機能がないままにレーザ加工したとき、図２（ｂ）に実加工１として示すように、加工開始位置においてファーストパルスが発生するため、大きなレーザ光出力により加工開始位置と、その後の加工位置とで加工状態が異なるものとなり、基本データ９と異なる形状の加工がなされてしまうことになる。

一方、ファーストパルスサプレッションを機能させると、ファーストパルスは抑制されるものの、基本データ９に示された加工しない間隔距離Ｌ１，Ｌ２が不定間隔であるため、加工しない間隔の間にレーザ媒質にポンピングされる時間の差、即ちレーザ媒質に蓄積される光エネルギーの差が生じ、ファーストパルスサプレッションの時間にも差が生じるので、図２（ｃ）に実加工２として示すように、加工開始位置において加工遅延により加工されない部分が発生する。

そこで、コントローラ７のデータテーブル１３に加工遅れが生じる距離に対応する付加データ１０として、図２（ｄ）に示すようにΔＬを与え、コントローラ７は、図２（ｅ）に示すように、基本データ９による加工開始位置をΔＬだけ移動させた基本データ＋付加データを生成する。レーザ制御部８はリニアスケール４からの位置信号を基に基本データ＋付加データによりＡＯＱスイッチドライバ１１にパターニング制御指令を出力する。即ち、図２（ｈ）に示すように、付加データ１０に対応するΔＴだけ早くレーザ発振が開始されるように制御する。

レーザ制御部８は、Ｘ−Ｙステージ５を駆動制御して基本データ９で示された加工開始位置に至るΔＬだけ先の位置がリニアスケール４により検出されたとき、ＡＯＱスイッチドライバ１１にパターニング制御指令を出力する。ＡＯＱスイッチドライバ１１はレーザ発振開始時の高周波信号の強度を徐々に下げてレーザ媒質に蓄積された光エネルギーを放出してファーストパルスを抑制するファーストパルスサプレッションを実行した後、ＡＯＱスイッチ素子１にレーザ発振させる指令Ｑスイッチパルスを出力するので、レーザ発振器２はΔＴ遅れでパルスレーザ光を出力し、図２（ｆ）に示すように、基本データ９に示された加工パターンと同一の加工が実施される。

実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図。 実施形態に係るレーザ加工方法を説明するタイミングチャート。 従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図。 従来技術に係る超音波Ｑスイッチ装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ ＡＯＱスイッチ素子
２ レーザ発振器
４ リニアスケール
５ Ｘ−Ｙステージ
６ ワーク
７ コントローラ
８ レーザ制御部
９ 基本データ
１０ 付加データ
１１ ＡＯＱスイッチドライバ
１３ データテーブル
１５ Ｑスイッチレーザ光出力装置

Claims (3)

1. ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置を用いて不定間隔のパターンをパターニングするレーザ加工方法において、
   前記Ｑスイッチレーザ光出力装置をパターニング位置でレーザ発振させるように制御するための基本データに、前記ファーストパルスサプレッションに伴うパターニング開始点における加工遅延を補うためにパターニング開始点より先行する位置でレーザ発振を開始させるように制御するための付加データを加えたデータテーブルによりＱスイッチレーザ光出力装置を制御することを特徴とするレーザ加工方法。
2. データテーブルに示された加工位置と、ワークの移動位置を検出するリニアスケールから出力される位置信号との一致により、レーザ発振を開始させるように制御する請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. ファーストパルスサプレッション機能を備えたＱスイッチレーザ光出力装置を用いて不定間隔のパターンをパターニングするレーザ加工装置において、
   前記Ｑスイッチレーザ光出力装置のレーザ発振を制御するコントローラに、パターニング位置でレーザ発振させるように制御するための基本データに、前記ファーストパルスサプレッションに伴うパターニング開始点における加工遅延を補うためにパターニング開始点より先行する位置でレーザ発振を開始させるように制御するための付加データを加えたデータテーブルと、ワークが載置されたＸ−Ｙステージの移動を制御すると共にＸ−Ｙステージの移動位置を検出するリニアスケールからの位置信号の前記データテーブルに示された加工位置との一致によりレーザ発振指令信号を出力するレーザ制御部とが設けられてなることを特徴とするレーザ加工装置。

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