レーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法
【課題】レーザ光の光軸をリアルタイムで最適化してスクライブ加工を行なえるようにする。
【解決手段】レーザ発生装置から発生したレーザ光は、複数枚のミラー手段によって反射されて加工位置まで導入される。大型のワークにレーザ光を照射する際にレーザ光ヘッドと共にミラー手段が移動すること場合がある。このような場合、レーザ光の光軸がずれてしまうことがある。この発明では、レーザ光の一部分岐抽出し、抽出されたレーザ光に基づいて光軸のずれ量を検出し、検出結果に基づいてミラー手段の反射方向を制御して光軸のずれ量を減少するように最適化するものである。この発明では、レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出する。またレーザ光の反射方向を制御されるミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いた。
【解決手段】レーザ発生装置から発生したレーザ光は、複数枚のミラー手段によって反射されて加工位置まで導入される。大型のワークにレーザ光を照射する際にレーザ光ヘッドと共にミラー手段が移動すること場合がある。このような場合、レーザ光の光軸がずれてしまうことがある。この発明では、レーザ光の一部分岐抽出し、抽出されたレーザ光に基づいて光軸のずれ量を検出し、検出結果に基づいてミラー手段の反射方向を制御して光軸のずれ量を減少するように最適化するものである。この発明では、レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出する。またレーザ光の反射方向を制御されるミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて薄膜等を加工するレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に係り、特にレーザ光の光軸のズレをリアルタイムに修正して最適化することのできるレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソーラパネルの製造工程では、透光性基板（ガラス基板）上に透明電極層、半導体層、金属層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光で短冊状に加工してソーラパネルモジュールを完成している。このようにしてソーラパネルモジュールを製造する場合、ガラス基板上の薄膜に例えば約１０ｍｍピッチでレーザ光でスクライブ線を形成している。このスクライブ線の線幅は約３０μｍで、線と線の間隔は約３０μｍとなるような３本の線で構成されている。レーザ光でスクライブ線を形成する場合、通常は定速度で移動するガラス基板上にレーザ光を照射していた。これによって、深さ及び線幅の安定したスクライブ線を形成することが可能であった。このようなソーラパネル（光電変換装置）の製造方法については、特許文献１に記載のようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０５４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のソーラパネル（光電変換装置）の製造方法では、シングルモードのレーザ光よりも、マルチモードのレーザ光すなわちパワー分布がほぼ台形状のレーザ光を用いてスクライブ線を形成することによって、高い電気絶縁性を確保することが記載されている。ソーラパネルを製造する過程でレーザ光の光軸がずれた場合、従来は、レーザ加工後にスクライブ線を目視にて確認して光軸ずれそのままを判定しているのが現状である。また、最近では、ソーラパネルの大型化に伴い、製造裝置自体も大型化し、レーザ加工時にレーザ光ヘッド部を支持する部材自身が撓んで変形してしまい、レーザ光発生裝置から出射したレーザ光の光軸がずれてしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述の点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の光軸をリアルタイムで最適化してスクライブ加工を行なうことのできるレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るレーザ加工方法の第１の特徴は、ワークに対してレーザ光を相対的に移動させながら照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工時に、ミラー手段を用いて前記レーザ光を反射させて前記加工位置まで導入する際の光路中において前記レーザ光の一部を分岐抽出し、抽出された前記レーザ光に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出し、その検出結果に応じて前記分岐抽出よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御するようにしたことにある。
レーザ発生装置から発生したレーザ光は、複数枚のミラー手段によって反射されて加工位置まで導入される。大型のワークにレーザ光を照射する際にレーザ光ヘッドと共にミラー手段が移動する場合がある。このような場合、レーザ光の光軸がずれてしまうことがある。そこで、この発明では、レーザ光の１部を分岐抽出し、抽出されたレーザ光に基づいて光軸のずれ量を検出し、検出結果に基づいてミラー手段の反射方向を種々制御して光軸のずれ量を減少させ、光軸をリアルタイムで最適化するようにしたものである。
【０００６】
本発明に係るレーザ加工方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出することにある。
４分割フォトダイオードは、分岐されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光し、各受光面で検出されたレーザ光の強度に対応した４種類の信号を出力する。この４種類の信号に基づいてミラー手段の反射方向を容易に制御することが可能となる。
【０００７】
本発明に係るレーザ加工方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いたことにある。
これは、レーザ光の反射方向を制御するものとしてガルバノミラー手段を用いたものである。ガルバノミラー手段として、２軸式のものを用いてもよいし、２個のガルバノミラー手段のそれぞれの駆動軸を直交させるようにしてもよい。ガルバノミラー手段を用いることによって、レーザ光の反射方向を容易に制御することができる。
【０００８】
本発明に係るレーザ加工装置の第１の特徴は、ワークを保持する保持手段と、前記ワークにレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、前記レーザ光を反射させて前記レーザ光照射手段まで導入するミラー手段と、前記レーザ光の光路中に前記レーザ光の一部を分岐抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて前記抽出手段よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御する制御手段とを備えたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第１の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【０００９】
本発明に係るレーザ加工装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は４分割フォトダイオード手段で構成されることにある。これは、前記レーザ加工方法の第２の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段が２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段で構成されることにある。これは、前記レーザ加工方法の第３の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【００１１】
本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記第１、第２若しくは第３の特徴に記載のレーザ加工方法、又は前記第１、第２若しくは第３の特徴に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することにある。これは、前記レーザ加工方法又は前記レーザ加工装置のいずれかを用いて、ソーラパネルを製造するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光の光軸をリアルタイムで最適化してスクライブ加工を行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】４分割フォトダイオードの受光面の概略構成とレーザ光の照射状態を示す図である。
【図３】図１の光学系部材の詳細構成を示す図である。
【図４】図１の検出光学系部材の構成を示す模式図である。
【図５】制御装置の処理の詳細を示すブロック図である。
【図６】図４のパルス抜け判定手段の動作の一例を示す図である。
【図７】図４の高速フォトダイオードから出力される波形の一例を示す図である。
【図８】図１の光学系部材を下側（ワーク側）から見た図である。
【図９】光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。このレーザ加工装置は、ソーラパネル製造装置のレーザ光加工処理（レーザスクライブ）工程を行なうものである。
【００１５】
図１のソーラパネル製造装置は、台座１０、ＸＹテーブル２０、レーザ発生装置４０、光学系部材５０、アライメントカメラ装置６０、リニアエンコーダ７０、制御装置８０及び検出光学系部材等によって構成されている。台座１０上には台座１０のＸ軸方向及びＹ軸方向（ＸＹ平面）に沿って駆動制御されるＸＹテーブル２０が設けられている。
【００１６】
ＸＹテーブル２０は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。ＸＹテーブル２０の上側にはレーザ加工の対象となるワーク１が保持されている。また、台座１０の上には光学系部材を保持しながらＹ軸方向にスライド駆動されるスライドフレーム３０が設けられている。ＸＹテーブル２０は、Ｚ軸を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。なお、スライドフレーム３０によりＹ軸方向の移動量が十分に確保できる場合には、ＸＹテーブル２０は、Ｘ軸方向の移動だけを行なう構成であってもよい。この場合、ＸＹテーブル２０はＸ軸テーブルの構成でもよい。
【００１７】
スライドフレーム３０は、台座１０上の四隅に設けられた移動台に取り付けられている。スライドフレーム３０は、この移動台によってＹ方向へ移動制御される。ベース板３１と移動台との間には除振部材（図示せず）が設けられている。スライドフレーム３０のベース板３１には、レーザ発生装置４０、光学系部材５０及び制御装置８０が設置されている。光学系部材５０は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０上のワーク１上に導くものである。なお、レーザ光の分割数は４系列に限るものではなく、２系列以上であればよい。
【００１８】
アライメントカメラ装置６０は、ＸＹテーブル２０上であってワーク１の両端部（Ｘ軸方向の前後縁部）付近の画像を取得する。このアライメントカメラ装置６０で取得された画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、アライメントカメラ装置６０からの画像を、ワーク１のＩＤデータと共にデータベース手段に格納し、これ以降のワーク１のアライメント処理に利用する。
【００１９】
リニアエンコーダ７０は、ＸＹテーブル２０のＸ軸移動テーブルの側面に設けられたスケール部材と検出部で構成される。リニアエンコーダ７０の検出信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御する。
【００２０】
光学系部材５０は、図示のように、ベース板３１の側面側に設けられており、ベース板３１の側面に沿って移動するように構成されている。光学系部材５０は、先端部がＺ軸を中心に回転可能となっている。レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光を光学系部材５０に導くためのガルバノミラー３３はベース板３１上に設けられている。ガルバノミラー３３は、２つのモーター（ロータリーエンコーダー）を使用してＸＺ２次元エリアにレーザー光を走査させるものである。ガルバノミラー３３は、２軸式（Ｘ，Ｚ）で構成され、２個のモーターと、このモータに取り付けられるミラーとで構成される。ガルバノ制御裝置３３１は、モータを動かすためのドライバおよび電源、これらを制御するマイクロコンピュータなどで構成される。
【００２１】
ミラー３４，３５は、光学系部材５０上に設けられており、光学系部材５０のスライド移動に連動するようになっている。レーザ発生装置４０から出射されたレーザ光は、ガルバノミラー３３によってミラー３４へ向かって反射され、ミラー３４に向かうレーザ光はミラー３４によってミラー３５に向かって反射される。ミラー３５は、ミラー３４からの反射レーザ光をベース板３１に設けられた貫通穴を介して光学系部材５０内に導く。なお、レーザ光発生装置４０から出射されたレーザ光は、ベース板３１に設けられた貫通穴から光学系部材５０に対して上側から導入されるように構成されれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、レーザ発生装置４０を貫通穴の上側に設け、貫通穴を介して光学系部材５０に直接レーザ光を導くようにしてもよい。
【００２２】
ビームサンプラ３３２は、ガルバノミラー３３と反射ミラー３４との間の光学系部材５０上に、光学系部材５０のスライド移動と共に移動するように設けられている。ビームサンプラ３３２はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約１割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。４分割フォトダイオード３３３は、ビームサンプラ３３２で分岐されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置されている。４分割フォトダイオード３３３によって検出されたレーザ光の強度に対応した４種類の出力信号がガルバノ制御裝置３３１に出力される。ガルバノ制御裝置３３１は、４分割フォトダイオード３３３からの４種類の出力信号に応じてガルバノミラー３３の２個のモータ３３ｘｙ，３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。モータ３３ｘｙは、ガルバノミラー３３の反射レーザ光がベース板３１の上面（ＸＹ平面）と平行な面内で回転移動するように制御し、モータ３３ｚｙは、ガルバノミラー３３の反射レーザ光がベース板３１の上面と直交する面（ＹＺ平面）と平行な面内で回転移動するようにリアルタイムで制御する。
【００２３】
図２は、４分割フォトダイオードの受光面の概略構成とレーザ光の照射状態を示す図である。図２に示すように４分割フォトダイオード３３３は、均等に分割された４個の受光面３３３ａ〜３３３ｄを有する。受光面３３３ａと受光面３３３ｃとの中心を結ぶ線がベース板３１の上面（ＸＹ平面）に対応し、受光面３３３ｂと受光面３３３ｄとの中心を結ぶ線がベース板３１の上面と直交する面（ＹＺ平面）に対応するように設けられている。受光面３３３ａからは電圧Ｖａが、受光面３３３ｂからは電圧Ｖｂが、受光面３３３ｃからは電圧Ｖｃが、受光面３３３ｄからは電圧Ｖｄが、それぞれガルバノ制御裝置３３１に出力される。ガルバノ制御裝置３３１は、電圧Ｖａと電圧Ｖｃの差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）を常時計測し、その差分電圧値に応じてガルバノミラー３３のモータ３３ｘｙを駆動制御し、電圧Ｖｂと電圧Ｖｄの差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）を常時計測し、その差分電圧値に応じてガルバノミラー３３のモータ３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、レーザ光４０ａがこの４個の受光面３３３ａ〜３３３ｄのほぼ中央、各受光面３３３ａ〜３３３ｄを均等に照射している場合、各電圧Ｖａ〜Ｖｄは等しくなるので、その差分値は０となる。この場合、ガルバノミラー３３の２個のモータ３３ｘｙ，３３ｙｚは駆動制御されない。図２（Ａ）の状態が理想の状態である。レーザ加工時にこの状態を維持することができれば問題ないが、実際には、光学系部材５０がスライド移動するときにベース板３１の撓みなどによって、図２（Ｂ）に示すように、レーザ光４０ｂの光軸が４分割フォトダイオード３３３の受光面３３３ｃ側にずれて照射される場合がある。この場合は、電圧Ｖｂ，Ｖｄはほぼ等しく、差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）は０となるが、電圧Ｖａが電圧Ｖｃよりも小さくなり、差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）はマイナスの値となる。ガルバノ制御裝置３３１は、この差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）が０となるようにガルバノミラー３３のモータ３３ｘｙを駆動制御する。同様に、図２（Ｃ）に示すように、レーザ光４０ｃの光軸が４分割フォトダイオード３３３の受光面３３３ｂ側にずれて照射される場合がある。この場合は、電圧Ｖａ，Ｖｃはほぼ等しく、差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）は０となるが、電圧Ｖｂが電圧Ｖｄよりも大きくなり、差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）はプラスの値となる。ガルバノ制御裝置３３１は、この差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）が０となるようにガルバノミラー３３のモータ３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。上述の実施の形態では、２軸式（Ｘ，Ｚ）のガルバノミラー３３を例に説明したが、１軸式（Ｘ軸又はＺ軸）のガルバノミラーを設けるようにしてもよい。また、ガルバノミラー３３を通常のミラーで構成し、２軸式（Ｘ，Ｚ）のガルバノミラーをミラー３４の位置に設けてもよい。この場合、ビームサンプラ３３２はミラー３４とミラー３５との間に設けることが好ましい。なお、ガルバノミラーやビームサンプラをどこに設けるかは、レーザ発生装置と光学系部材との位置関係に対応して種々異なり、最適な位置を考慮することが好ましい。
【００２５】
図３は、光学系部材５０の詳細構成を示す図である。実際の光学系部材５０の構成は、複雑であるが、ここでは説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。なお、図３は、一例であり、これよりも光学系部品を減らして構成しても良い。図３は、光学系部材５０の内部を図２の−Ｘ軸方向から見た図である。図３に示すようにベース板３１にはミラー３５で反射されたレーザ光を光学系部材５０内に導入するための貫通穴３７を有する。この貫通穴３７の直下には、ガウシアン強度分布のレーザ光をトップハット強度分布のレーザ光に変換する位相型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）５００が設けられている。
【００２６】
ＤＯＥ５００によってトップハット強度分布のレーザ光（トップハットビーム）に変換されたレーザ光はハーフミラー５１１によって反射ビームと透過ビームにそれぞれ分岐され、反射ビームは右方向のハーフミラー５１２に向かって、透過ビームは下方向の反射ミラー５２４に向かって進む。ハーフミラー５１１で反射したビームは、ハーフミラー５１２によってさらに反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２２に向かって、透過ビームは右方向の反射ミラー５２１に向かって進む。ハーフミラー５１２を透過したビームは反射ミラー５２１によって反射され、下方向の集光レンズ５４１を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１２で反射したビームは、反射ミラー５２２，５２３によって反射され、下方向の集光レンズ５４２を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１１を透過したビームは、反射ミラー５２４によって反射され、左方向に向かって進む。反射ミラー５２４で反射したビームは、ハーフミラー５１３によって反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２６に向かって、透過ビームは左方向の反射ミラー５２８に向かって進む。ハーフミラー５１３で反射したビームは、反射ミラー５２６，５２７によって反射され、下方向の集光レンズ５４３を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１３を透過したビームは反射ミラー５２８によって反射され、下方向の集光レンズ５４４を介してワーク１に照射される。
【００２７】
ＤＯＥ５００によって変換されたトップハットビームは、上述のハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８によって、透過・反射されて集光レンズ５４１〜５４４に導かれる。このとき、ＤＯＥ５００から各集光レンズ５４１〜５４４までの光路長は等しくなるように設定されている。すなわち、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラ５１２を透過して反射ミラー５２１で反射して集光レンズ５４１に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラー５１２、反射ミラー５２２，５２３でそれぞれ反射して集光レンズ５４２に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３、ハーフミラー５１３、反射ミラー５２６，５２７でそれぞれ反射して集光レンズ５４３に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３で反射してハーフミラー５１３を透過して反射ミラー５２８で反射して集光レンズ５４４に到達するまでの光路長は、それぞれ等しい距離である。これによって、ビームが分岐される直前にＤＯＥ５００を配置しても、トップハット強度分布のレーザ光を集光レンズ５４１〜５４４に同様に導くことが可能となる。なお、ガウシアン強度分布のレーザ光を使用して加工する場合には光学部品を減らしてもよく、光路長を等しくしなくてもよい。
【００２８】
シャッター機構５３１〜５３４は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光がワーク１から外れた場合にレーザ光の出射を遮蔽するものである。オートフォーカス用測長システム５２，５４は、図示していない検出光照射用レーザとオートフォーカス用フォトダイオードとから構成され、検出光照射用レーザから照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて光学系部材５０内の集光レンズ５４１〜５４４を上下に駆動し、ワーク１に対する高さ（集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス）を調整する。なお、フォーカス調整用駆動機構は図示していない。
【００２９】
図４は、第１検出光学系部材及び第２検出光学系部材の構成を示す模式図である。第１検出光学系部材は、集光レンズ高さ測長システム２６と、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８とから構成される。図４では、集光レンズ高さ測長システム２６とフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８が重複して示されているので、符号で区別するようにしている。図３に記載のオートフォーカス用測長システム５２，５４によって、ワーク１から光学系部材５０の両側下面までの高さを調整した場合、光学系部材５０の下面の高さを同じにすることはできても、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さを同じにすることができるとは限らない。そこで、この実施の形態では、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）に集光レンズ高さ測長システム２６を取り付け、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さをそれぞれ測長するようにした。集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かの判定を行なう。集光レンズ高さ測長システム２６の測長結果に応じて、各集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）は調整されるようになっている。この場合、この集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）の調整は、手動又は自動で行なえるように構成する。なお、集光レンズ高さ測長システム２６を用いて、光学系部材５０の下面の高さを測長するようにすれば、オートフォーカス用測長システム５２，５４を省略することが可能である。
【００３０】
フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）であって、集光レンズ高さ測長システム２６の隣接する位置（近傍）に設けられている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０と光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４との位置を関連付けるものであり、ＸＹテーブル２０の上空側を視認可能に設置されている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光の光軸が適正であるか否かの判定を行なう。すなわち、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射するレーザ光を直接観察することができるので、これを画像化することによって、制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断することができる。また、レーザ発生装置４０、光学系部材５０などのレーザ光に係わる各光学系の交換した時に、交換前と交換後の画像を取得し数値化しておくことによって、交換後のフォーカス及び光軸の調整を容易に行なうことができる。さらに、複数ヘッドの場合、各レーザ光の画像を取得して数値化することによって、バラツキを適正に調整することができる。
【００３１】
第２検出光学系部材は、図１に示すように、ビームサンプラ９２，９３、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から構成される。ビームサンプラ９２，９３は、光学系部材５０内に導入されるレーザ光の光路中に設けられている。この実施の形態では、レーザ発生装置４０と反射ミラー３３との間に設けられている。ビームサンプラ９２，９３はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約０．４割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。高速フォトダイオード９４は、ビームサンプラ９２で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。高速フォトダイオード９４によって検出されたレーザ光の強度に対応した出力信号は、制御装置８０に出力される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、ビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。なお、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、高速フォトダイオード９４に照射されるレーザ光の位置を示す画像を取り込み、その画像を制御装置８０に出力するようにしてもよい。
【００３２】
制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御し、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力される信号に基づいてレーザ発生装置４０から出射されるレーザ光のパルス抜けを検出したり、レーザ光の光軸ずれ量に基づいてレーザ発生装置４０の出射条件を制御したり、光学系部材５０内のレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバック制御する。
【００３３】
図５は、制御装置８０の処理の詳細を示すブロック図である。制御装置８０は、分岐手段８１、パルス抜け判定手段８２、アラーム発生手段８３、基準ＣＣＤ画像記憶手段８４、光軸ずれ量計測手段８５、レーザコントローラ８６、レンズ変位量計測手段８７、レンズ高さ調整手段８８、照射レーザ状態検査手段８９及び照射レーザ調整手段８Ａから構成される。
【００３４】
分岐手段８１は、リニアエンコーダ７０の検出信号（クロックパルス）を分岐して後段のレーザコントローラ８６に出力する。パルス抜け判定手段８２は、高速フォトダイオード９４からのレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）と分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）とを入力し、それに基づいてレーザ光のパルス抜けを判定する。図７は、パルス抜け判定手段８２の動作の一例を示す図である。図７において、図７（Ａ）は分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）の一例、図７（Ｂ）は高速フォトダイオード９４から出力されるレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）の一例、図７（Ｃ）はパルス抜け判定手段８２がパルス抜け検出時に出力するアラーム信号の一例をそれぞれ示す。
【００３５】
図６に示すように、パルス抜け判定手段８２は、分岐手段８１からのクロックパルスの立ち下がり時点をトリガ信号として、ダイオード出力値が所定のしきい値Ｔｈ以上であるか否かの判定を行い、ダイオード出力値がしきい値Ｔｈよりも小さい場合には、ハイレベル信号をアラーム発生手段８３に出力する。アラーム発生手段８３は、パルス抜け判定手段８２からの信号がローレベルからハイレベルに変化した時点でパルス抜けが発生したことを示すアラームを外部に報知する。アラームの報知は、画像表示、発音等の種々の方法で行なう。アラームの発生によって、オペレータはパルス抜けが発生したことを認識することができる。また、このアラームが頻繁に発生する場合には、レーザ発生装置の性能が劣化したか又は寿命になったことを意味する。
【００３６】
基準ＣＣＤ画像記憶手段８４は、図５に示すような基準ＣＣＤ画像８４ａを記憶している。この基準ＣＣＤ画像８４ａは、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６の受光面の中央にレーザ光が受光した状態の画像を示すものである。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からは、図５に示すような被検査画像８５ａが出力される。光軸ずれ量計測手段８５は、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からの被検査画像８５ａを取り込み、これと基準ＣＣＤ画像８４ａとを比較し、光軸のずれ量を計測し、そのずれ量をレーザコントローラ８６に出力する。例えば、図５に示す被検査画像８５ａのような画像が光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力された場合には、光軸ずれ量計測手段８５は、両者を比較して、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それをレーザコントローラ８６に出力する。レーザコントローラ８６は、被検査画像８５ａと基準ＣＣＤ画像８４ａとが一致するように、レーザ光の光軸に関係する装置、すなわちレーザ発生装置４０の出射条件や光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバックして調整する。
【００３７】
レンズ変位量計測手段８７は、集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号を入力し、各集光レンズ５４１〜５４４の高さが許容範囲内にあるか、この許容範囲よりも大きくずれているかを判定し、大きくずれている集光レンズ５４１〜５４４の高さをどの程度調整すればよいかを示す制御信号をレンズ高さ調整手段８８に出力する。レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に応じて各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整する。なお、集光レンズ５４１〜５４４の高さ調整機構が存在しない場合には、レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に基づいて、集光レンズ５４１〜５４４のどれをどの程度調整すればよいのか、その調整情報をオペレータに伝達（視認表示、音声発音など）するようにしてもよい。
【００３８】
照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８からの画像８９ａを取り込み、これに基づいてフォーカス及び光軸のずれ量を計測し、そのずれ量を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。例えば、図６に示すような画像８９ａがフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラから出力された場合には、照射レーザ状態検査手段８９は、画像８９ａ内の円状の輪郭線８９ｂ（集光レンズ５４１〜５４４の外縁に対応した線）を基準にフォーカス円８９ｃ（画像８９ａ内の小円）の位置を検出し、フォーカス円８９ｃが輪郭線８９ｂのほぼ中央に位置しているか否かに基づいて光軸のＸ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それを照射レーザ調整手段８Ａに出力する。また、照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス円８９ｃの大きさ（面積）を計測し、それも基づいたフォーカス位置を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。照射レーザ調整手段８Ａは、照射レーザ状態検査手段８９からの光軸のずれ量及びフォーカス位置に対応した信号に基づいて、光学系部材５０内の各ハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８の配置等をフィードバックして調整する。なお、レンズ高さ調整手段８８及び照射レーザ調整手段８Ａを省略して、これらの機能をレーザコントローラ８６に持たせるようにしてもよい。
【００３９】
上述の実施の形態では、レーザ加工（スクライブ加工）時に光軸ずれ量計測手段８５でレーザ光の光軸ずれを、パルス抜け判定手段８２でパルス抜けをそれぞれ検査する場合について説明したが、図７に示すように高速フォトダイオード９４からの出力波形に基づいてレーザ光のパルス状態を検査するようにしてもよい。例えば、図７では、レーザ光のパルス幅及びパルス高さを計測し、これらに異常が発生した場合にはアラームを発生するようにしてもよい。なお、レーザ光のパルス幅は、高速フォトダイオード９４からの出力波形が所定値以上になっている期間が所定の範囲にある場合を正常とし、この範囲よりも大きかったり小さい場合にはパルス幅異常と判定し、アラームを出力する。また、レーザ光のパルス高さは、高速フォトダイオード９４からの出力波形の最大値が許容範囲内に存在する場合を正常とし、この許容範囲よもも大きかったり小さい場合にはパルス高さ異常と判定し、アラームを出力する。このように、レーザ光を常時サンプリングしているので、リアルタイムでパルス幅、パルス高さ（パワー）などのレーザ光の品質を管理することができる。上述のようなパルス抜けが頻発するようになったら、レーザ発生装置４０の劣化あるいは寿命と判断できる。
【００４０】
図８は、図１の光学系部材を下側（基板側）から見た図である。図８は、光学系部材５０とベース板３１の一部を示している。図８（Ａ）は、図１に示す光学系部材５０とベース板３１との位置関係を示す図であり、図に示すように、光学系部材５０の端面（図の上側端部）とベース板３１の端面（図の上側端部）とが一致している。図８（Ｂ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約３０度回転した状態を示す図である。図８（Ｃ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約４５度回転した状態を示す図である。
【００４１】
この実施の形態に係るソーラパネル製造装置においては、光学系部材５０がレーザ光の導入穴である貫通穴３７の中心を回転軸として、自在に回転可能に構成されている。すなわち、分岐手段である光学系部材５０は、図５の反射ミラー３５からＤＯＥ５００を通過してハーフミラー５１１に向かう垂直レーザ光の進行方向を中心軸として回転制御されている。これによって、レーザ光の分岐方向とレーザ光の基板に対する相対的な移動方向（図８の垂直方向）とのなす角度θを自在に可変制御することができる。なお、光学系部材５０の回転駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等の既存の技術が用いられるが、これらの図示は省略する。
【００４２】
図８に示すように、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向（図８の垂直方向）とのなす角度を可変制御した場合でも、レーザ光の相対的な移動方向に対してＤＯＥ５００は回転しないように構成している。すなわち、ＤＯＥ５００を使用することによって、レーザ光の照射形状は、図８の集光レンズ５４１〜５４４内に示したように、点線正方形のような照射形状を示すことになる。従って、光学系部材５０の回転制御と共にＤＯＥ５００を回転させると、集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形もその回転量に応じて回転するようになる。この状態でレーザ光を走査照射すると、スクライブ線の両側稜線に正方形の角が位置するようになり、稜線が波打ち形状を示すようになる。そこで、この実施の形態のように、光学系部材５０を回転制御しても、ＤＯＥ５００は回転させないような構成とすることで、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、走査方向（図８の垂直方向）と集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形の左右両辺とが一致し、スクライブ線の両側稜線を極めて滑らかに形成することができ、また、光学系部材５０を回転させてスクライブ線のピッチを適宜制御した場合でも滑らかな稜線のスクライブ線を形成することが可能となる。なお、上述の実施の形態では、ＤＯＥをレーザ光の光路中に１つだけ設ける場合について説明したが、ＤＯＥを分岐後の各集光レンズの直前にそれぞれ設けてもよい。この場合でも、光学系部材５０を回転制御しても各ＤＯＥは回転させないように構成する必要がある。ＤＯＥ５００は、光学系部材５０とは分離した形でベース板３１に直結して設けることによって、光学系部材５０の回転から独立させることが可能である。
【００４３】
図９は、光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。図９（Ａ）は図８（Ａ）に示すように光学系部材５０が回転していない状態、図９（Ｂ）は図８（Ｂ）に示すように光学系部材５０が約３０度回転した状態、図９（Ｃ）は図８（Ｃ）に示すように光学系部材５０が約４５度回転した状態でそれぞれレーザスクライブ加工処理を行なった場合のスクライブ線の状態を示す図である。図９（Ａ）の場合のスクライブ線のピッチをＰ０とすると、図９（Ｂ）の場合のピッチＰ３０はＰ０×ｃｏｓ３０°となり、図９（Ｃ）の場合のピッチＰ４５はＰ０×ｃｏｓ４５°となる。このように、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置は、光学系部材５０の回転角度を適宜調整することによって、スクライブ線のピッチ幅を所望の値に適宜可変調整することができる。なお、ピッチ固定のものや回転させないように構成された光学系にも同様に回転可能とすることでピッチ可変調整に対応することができる。
【００４４】
上述の実施の形態では、パルス抜けの発生だけを見ているが、パルス抜けが発生した箇所の座標データ（位置データ）を取得して記憶することによって、スクライブ線のリペア処理を行なうことが可能となる。
上述の実施の形態では、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６を用いてビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を直接受光して、それを画像処理することによって、光軸ずれを検査する場合について説明したが、高速フォトダイオード９４の受光面の中央にレーザ光が受光した状態を示す画像を被検査画像として光軸検査用ＣＣＤカメラ９６あるいは分割型フォトダイオードで取得することによって光軸ずれを検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、レーザ光の光軸ずれ及びパルス抜けを検査する場合について説明したが、光軸ずれ、パルス抜け、パルス幅及びパルス高さのそれぞれを適宜組み合わせてレーザ光の状態を検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、薄膜の形成された基板１の表面からレーザ光を照射して薄膜にスクライブ線（溝）を形成する場合について説明したが、基板１の裏面からレーザ光を照射して、基板表面の薄膜にスクライブ線を形成するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、ソーラパネル製造装置を例に説明したが、本発明はＥＬパネル製造装置、ＥＬパネル修正装置、ＦＰＤ修正装置などのレーザ加工を行なう装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…ワーク
１ａ…二酸化珪素膜
１ｂ…透明電極層
１０…台座
２０…ＸＹテーブル
３０…スライドフレーム
３１…ベース板
３３…ガルバノミラー
３３１…ガルバノ制御裝置
３３２…ビームサンプラ
３３３…４分割フォトダイオード
３３ｘｙ，３３ｙｚ…モータ
３４，３５…反射ミラー
３７…貫通穴
４０…レーザ発生装置
５０…光学系部材
５００…位相型回折光学素子（ＤＯＥ）
５１１〜５１３…ハーフミラー
５２１〜５２８…反射ミラー
５３１〜５３４…シャッター機構
５４１〜５４４…集光レンズ
５２，５４…オートフォーカス用測長システム
６０…アライメントカメラ装置
７０…リニアエンコーダ
８０…制御装置
８１…分岐手段
８２…パルス抜け判定手段
８３…アラーム発生手段
８４…基準ＣＣＤ画像記憶手段
８５…光軸ずれ量計測手段
８６…レーザコントローラ
９２，９３…ビームサンプラ
９４…高速フォトダイオード
９６…光軸検査用ＣＣＤカメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて薄膜等を加工するレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に係り、特にレーザ光の光軸のズレをリアルタイムに修正して最適化することのできるレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソーラパネルの製造工程では、透光性基板（ガラス基板）上に透明電極層、半導体層、金属層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光で短冊状に加工してソーラパネルモジュールを完成している。このようにしてソーラパネルモジュールを製造する場合、ガラス基板上の薄膜に例えば約１０ｍｍピッチでレーザ光でスクライブ線を形成している。このスクライブ線の線幅は約３０μｍで、線と線の間隔は約３０μｍとなるような３本の線で構成されている。レーザ光でスクライブ線を形成する場合、通常は定速度で移動するガラス基板上にレーザ光を照射していた。これによって、深さ及び線幅の安定したスクライブ線を形成することが可能であった。このようなソーラパネル（光電変換装置）の製造方法については、特許文献１に記載のようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０５４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のソーラパネル（光電変換装置）の製造方法では、シングルモードのレーザ光よりも、マルチモードのレーザ光すなわちパワー分布がほぼ台形状のレーザ光を用いてスクライブ線を形成することによって、高い電気絶縁性を確保することが記載されている。ソーラパネルを製造する過程でレーザ光の光軸がずれた場合、従来は、レーザ加工後にスクライブ線を目視にて確認して光軸ずれそのままを判定しているのが現状である。また、最近では、ソーラパネルの大型化に伴い、製造裝置自体も大型化し、レーザ加工時にレーザ光ヘッド部を支持する部材自身が撓んで変形してしまい、レーザ光発生裝置から出射したレーザ光の光軸がずれてしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述の点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の光軸をリアルタイムで最適化してスクライブ加工を行なうことのできるレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るレーザ加工方法の第１の特徴は、ワークに対してレーザ光を相対的に移動させながら照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工時に、ミラー手段を用いて前記レーザ光を反射させて前記加工位置まで導入する際の光路中において前記レーザ光の一部を分岐抽出し、抽出された前記レーザ光に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出し、その検出結果に応じて前記分岐抽出よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御するようにしたことにある。
レーザ発生装置から発生したレーザ光は、複数枚のミラー手段によって反射されて加工位置まで導入される。大型のワークにレーザ光を照射する際にレーザ光ヘッドと共にミラー手段が移動する場合がある。このような場合、レーザ光の光軸がずれてしまうことがある。そこで、この発明では、レーザ光の１部を分岐抽出し、抽出されたレーザ光に基づいて光軸のずれ量を検出し、検出結果に基づいてミラー手段の反射方向を種々制御して光軸のずれ量を減少させ、光軸をリアルタイムで最適化するようにしたものである。
【０００６】
本発明に係るレーザ加工方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出することにある。
４分割フォトダイオードは、分岐されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光し、各受光面で検出されたレーザ光の強度に対応した４種類の信号を出力する。この４種類の信号に基づいてミラー手段の反射方向を容易に制御することが可能となる。
【０００７】
本発明に係るレーザ加工方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いたことにある。
これは、レーザ光の反射方向を制御するものとしてガルバノミラー手段を用いたものである。ガルバノミラー手段として、２軸式のものを用いてもよいし、２個のガルバノミラー手段のそれぞれの駆動軸を直交させるようにしてもよい。ガルバノミラー手段を用いることによって、レーザ光の反射方向を容易に制御することができる。
【０００８】
本発明に係るレーザ加工装置の第１の特徴は、ワークを保持する保持手段と、前記ワークにレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、前記レーザ光を反射させて前記レーザ光照射手段まで導入するミラー手段と、前記レーザ光の光路中に前記レーザ光の一部を分岐抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記レーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて前記抽出手段よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御する制御手段とを備えたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第１の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【０００９】
本発明に係るレーザ加工装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は４分割フォトダイオード手段で構成されることにある。これは、前記レーザ加工方法の第２の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段が２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段で構成されることにある。これは、前記レーザ加工方法の第３の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。
【００１１】
本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記第１、第２若しくは第３の特徴に記載のレーザ加工方法、又は前記第１、第２若しくは第３の特徴に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することにある。これは、前記レーザ加工方法又は前記レーザ加工装置のいずれかを用いて、ソーラパネルを製造するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光の光軸をリアルタイムで最適化してスクライブ加工を行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】４分割フォトダイオードの受光面の概略構成とレーザ光の照射状態を示す図である。
【図３】図１の光学系部材の詳細構成を示す図である。
【図４】図１の検出光学系部材の構成を示す模式図である。
【図５】制御装置の処理の詳細を示すブロック図である。
【図６】図４のパルス抜け判定手段の動作の一例を示す図である。
【図７】図４の高速フォトダイオードから出力される波形の一例を示す図である。
【図８】図１の光学系部材を下側（ワーク側）から見た図である。
【図９】光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。このレーザ加工装置は、ソーラパネル製造装置のレーザ光加工処理（レーザスクライブ）工程を行なうものである。
【００１５】
図１のソーラパネル製造装置は、台座１０、ＸＹテーブル２０、レーザ発生装置４０、光学系部材５０、アライメントカメラ装置６０、リニアエンコーダ７０、制御装置８０及び検出光学系部材等によって構成されている。台座１０上には台座１０のＸ軸方向及びＹ軸方向（ＸＹ平面）に沿って駆動制御されるＸＹテーブル２０が設けられている。
【００１６】
ＸＹテーブル２０は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。ＸＹテーブル２０の上側にはレーザ加工の対象となるワーク１が保持されている。また、台座１０の上には光学系部材を保持しながらＹ軸方向にスライド駆動されるスライドフレーム３０が設けられている。ＸＹテーブル２０は、Ｚ軸を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。なお、スライドフレーム３０によりＹ軸方向の移動量が十分に確保できる場合には、ＸＹテーブル２０は、Ｘ軸方向の移動だけを行なう構成であってもよい。この場合、ＸＹテーブル２０はＸ軸テーブルの構成でもよい。
【００１７】
スライドフレーム３０は、台座１０上の四隅に設けられた移動台に取り付けられている。スライドフレーム３０は、この移動台によってＹ方向へ移動制御される。ベース板３１と移動台との間には除振部材（図示せず）が設けられている。スライドフレーム３０のベース板３１には、レーザ発生装置４０、光学系部材５０及び制御装置８０が設置されている。光学系部材５０は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０上のワーク１上に導くものである。なお、レーザ光の分割数は４系列に限るものではなく、２系列以上であればよい。
【００１８】
アライメントカメラ装置６０は、ＸＹテーブル２０上であってワーク１の両端部（Ｘ軸方向の前後縁部）付近の画像を取得する。このアライメントカメラ装置６０で取得された画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、アライメントカメラ装置６０からの画像を、ワーク１のＩＤデータと共にデータベース手段に格納し、これ以降のワーク１のアライメント処理に利用する。
【００１９】
リニアエンコーダ７０は、ＸＹテーブル２０のＸ軸移動テーブルの側面に設けられたスケール部材と検出部で構成される。リニアエンコーダ７０の検出信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御する。
【００２０】
光学系部材５０は、図示のように、ベース板３１の側面側に設けられており、ベース板３１の側面に沿って移動するように構成されている。光学系部材５０は、先端部がＺ軸を中心に回転可能となっている。レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光を光学系部材５０に導くためのガルバノミラー３３はベース板３１上に設けられている。ガルバノミラー３３は、２つのモーター（ロータリーエンコーダー）を使用してＸＺ２次元エリアにレーザー光を走査させるものである。ガルバノミラー３３は、２軸式（Ｘ，Ｚ）で構成され、２個のモーターと、このモータに取り付けられるミラーとで構成される。ガルバノ制御裝置３３１は、モータを動かすためのドライバおよび電源、これらを制御するマイクロコンピュータなどで構成される。
【００２１】
ミラー３４，３５は、光学系部材５０上に設けられており、光学系部材５０のスライド移動に連動するようになっている。レーザ発生装置４０から出射されたレーザ光は、ガルバノミラー３３によってミラー３４へ向かって反射され、ミラー３４に向かうレーザ光はミラー３４によってミラー３５に向かって反射される。ミラー３５は、ミラー３４からの反射レーザ光をベース板３１に設けられた貫通穴を介して光学系部材５０内に導く。なお、レーザ光発生装置４０から出射されたレーザ光は、ベース板３１に設けられた貫通穴から光学系部材５０に対して上側から導入されるように構成されれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、レーザ発生装置４０を貫通穴の上側に設け、貫通穴を介して光学系部材５０に直接レーザ光を導くようにしてもよい。
【００２２】
ビームサンプラ３３２は、ガルバノミラー３３と反射ミラー３４との間の光学系部材５０上に、光学系部材５０のスライド移動と共に移動するように設けられている。ビームサンプラ３３２はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約１割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。４分割フォトダイオード３３３は、ビームサンプラ３３２で分岐されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置されている。４分割フォトダイオード３３３によって検出されたレーザ光の強度に対応した４種類の出力信号がガルバノ制御裝置３３１に出力される。ガルバノ制御裝置３３１は、４分割フォトダイオード３３３からの４種類の出力信号に応じてガルバノミラー３３の２個のモータ３３ｘｙ，３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。モータ３３ｘｙは、ガルバノミラー３３の反射レーザ光がベース板３１の上面（ＸＹ平面）と平行な面内で回転移動するように制御し、モータ３３ｚｙは、ガルバノミラー３３の反射レーザ光がベース板３１の上面と直交する面（ＹＺ平面）と平行な面内で回転移動するようにリアルタイムで制御する。
【００２３】
図２は、４分割フォトダイオードの受光面の概略構成とレーザ光の照射状態を示す図である。図２に示すように４分割フォトダイオード３３３は、均等に分割された４個の受光面３３３ａ〜３３３ｄを有する。受光面３３３ａと受光面３３３ｃとの中心を結ぶ線がベース板３１の上面（ＸＹ平面）に対応し、受光面３３３ｂと受光面３３３ｄとの中心を結ぶ線がベース板３１の上面と直交する面（ＹＺ平面）に対応するように設けられている。受光面３３３ａからは電圧Ｖａが、受光面３３３ｂからは電圧Ｖｂが、受光面３３３ｃからは電圧Ｖｃが、受光面３３３ｄからは電圧Ｖｄが、それぞれガルバノ制御裝置３３１に出力される。ガルバノ制御裝置３３１は、電圧Ｖａと電圧Ｖｃの差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）を常時計測し、その差分電圧値に応じてガルバノミラー３３のモータ３３ｘｙを駆動制御し、電圧Ｖｂと電圧Ｖｄの差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）を常時計測し、その差分電圧値に応じてガルバノミラー３３のモータ３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、レーザ光４０ａがこの４個の受光面３３３ａ〜３３３ｄのほぼ中央、各受光面３３３ａ〜３３３ｄを均等に照射している場合、各電圧Ｖａ〜Ｖｄは等しくなるので、その差分値は０となる。この場合、ガルバノミラー３３の２個のモータ３３ｘｙ，３３ｙｚは駆動制御されない。図２（Ａ）の状態が理想の状態である。レーザ加工時にこの状態を維持することができれば問題ないが、実際には、光学系部材５０がスライド移動するときにベース板３１の撓みなどによって、図２（Ｂ）に示すように、レーザ光４０ｂの光軸が４分割フォトダイオード３３３の受光面３３３ｃ側にずれて照射される場合がある。この場合は、電圧Ｖｂ，Ｖｄはほぼ等しく、差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）は０となるが、電圧Ｖａが電圧Ｖｃよりも小さくなり、差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）はマイナスの値となる。ガルバノ制御裝置３３１は、この差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）が０となるようにガルバノミラー３３のモータ３３ｘｙを駆動制御する。同様に、図２（Ｃ）に示すように、レーザ光４０ｃの光軸が４分割フォトダイオード３３３の受光面３３３ｂ側にずれて照射される場合がある。この場合は、電圧Ｖａ，Ｖｃはほぼ等しく、差分電圧値（Ｖａ−Ｖｃ）は０となるが、電圧Ｖｂが電圧Ｖｄよりも大きくなり、差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）はプラスの値となる。ガルバノ制御裝置３３１は、この差分電圧値（Ｖｂ−Ｖｄ）が０となるようにガルバノミラー３３のモータ３３ｙｚをリアルタイムで駆動制御する。上述の実施の形態では、２軸式（Ｘ，Ｚ）のガルバノミラー３３を例に説明したが、１軸式（Ｘ軸又はＺ軸）のガルバノミラーを設けるようにしてもよい。また、ガルバノミラー３３を通常のミラーで構成し、２軸式（Ｘ，Ｚ）のガルバノミラーをミラー３４の位置に設けてもよい。この場合、ビームサンプラ３３２はミラー３４とミラー３５との間に設けることが好ましい。なお、ガルバノミラーやビームサンプラをどこに設けるかは、レーザ発生装置と光学系部材との位置関係に対応して種々異なり、最適な位置を考慮することが好ましい。
【００２５】
図３は、光学系部材５０の詳細構成を示す図である。実際の光学系部材５０の構成は、複雑であるが、ここでは説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。なお、図３は、一例であり、これよりも光学系部品を減らして構成しても良い。図３は、光学系部材５０の内部を図２の−Ｘ軸方向から見た図である。図３に示すようにベース板３１にはミラー３５で反射されたレーザ光を光学系部材５０内に導入するための貫通穴３７を有する。この貫通穴３７の直下には、ガウシアン強度分布のレーザ光をトップハット強度分布のレーザ光に変換する位相型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）５００が設けられている。
【００２６】
ＤＯＥ５００によってトップハット強度分布のレーザ光（トップハットビーム）に変換されたレーザ光はハーフミラー５１１によって反射ビームと透過ビームにそれぞれ分岐され、反射ビームは右方向のハーフミラー５１２に向かって、透過ビームは下方向の反射ミラー５２４に向かって進む。ハーフミラー５１１で反射したビームは、ハーフミラー５１２によってさらに反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２２に向かって、透過ビームは右方向の反射ミラー５２１に向かって進む。ハーフミラー５１２を透過したビームは反射ミラー５２１によって反射され、下方向の集光レンズ５４１を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１２で反射したビームは、反射ミラー５２２，５２３によって反射され、下方向の集光レンズ５４２を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１１を透過したビームは、反射ミラー５２４によって反射され、左方向に向かって進む。反射ミラー５２４で反射したビームは、ハーフミラー５１３によって反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２６に向かって、透過ビームは左方向の反射ミラー５２８に向かって進む。ハーフミラー５１３で反射したビームは、反射ミラー５２６，５２７によって反射され、下方向の集光レンズ５４３を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１３を透過したビームは反射ミラー５２８によって反射され、下方向の集光レンズ５４４を介してワーク１に照射される。
【００２７】
ＤＯＥ５００によって変換されたトップハットビームは、上述のハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８によって、透過・反射されて集光レンズ５４１〜５４４に導かれる。このとき、ＤＯＥ５００から各集光レンズ５４１〜５４４までの光路長は等しくなるように設定されている。すなわち、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラ５１２を透過して反射ミラー５２１で反射して集光レンズ５４１に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラー５１２、反射ミラー５２２，５２３でそれぞれ反射して集光レンズ５４２に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３、ハーフミラー５１３、反射ミラー５２６，５２７でそれぞれ反射して集光レンズ５４３に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３で反射してハーフミラー５１３を透過して反射ミラー５２８で反射して集光レンズ５４４に到達するまでの光路長は、それぞれ等しい距離である。これによって、ビームが分岐される直前にＤＯＥ５００を配置しても、トップハット強度分布のレーザ光を集光レンズ５４１〜５４４に同様に導くことが可能となる。なお、ガウシアン強度分布のレーザ光を使用して加工する場合には光学部品を減らしてもよく、光路長を等しくしなくてもよい。
【００２８】
シャッター機構５３１〜５３４は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光がワーク１から外れた場合にレーザ光の出射を遮蔽するものである。オートフォーカス用測長システム５２，５４は、図示していない検出光照射用レーザとオートフォーカス用フォトダイオードとから構成され、検出光照射用レーザから照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて光学系部材５０内の集光レンズ５４１〜５４４を上下に駆動し、ワーク１に対する高さ（集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス）を調整する。なお、フォーカス調整用駆動機構は図示していない。
【００２９】
図４は、第１検出光学系部材及び第２検出光学系部材の構成を示す模式図である。第１検出光学系部材は、集光レンズ高さ測長システム２６と、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８とから構成される。図４では、集光レンズ高さ測長システム２６とフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８が重複して示されているので、符号で区別するようにしている。図３に記載のオートフォーカス用測長システム５２，５４によって、ワーク１から光学系部材５０の両側下面までの高さを調整した場合、光学系部材５０の下面の高さを同じにすることはできても、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さを同じにすることができるとは限らない。そこで、この実施の形態では、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）に集光レンズ高さ測長システム２６を取り付け、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さをそれぞれ測長するようにした。集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かの判定を行なう。集光レンズ高さ測長システム２６の測長結果に応じて、各集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）は調整されるようになっている。この場合、この集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）の調整は、手動又は自動で行なえるように構成する。なお、集光レンズ高さ測長システム２６を用いて、光学系部材５０の下面の高さを測長するようにすれば、オートフォーカス用測長システム５２，５４を省略することが可能である。
【００３０】
フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）であって、集光レンズ高さ測長システム２６の隣接する位置（近傍）に設けられている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０と光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４との位置を関連付けるものであり、ＸＹテーブル２０の上空側を視認可能に設置されている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光の光軸が適正であるか否かの判定を行なう。すなわち、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射するレーザ光を直接観察することができるので、これを画像化することによって、制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断することができる。また、レーザ発生装置４０、光学系部材５０などのレーザ光に係わる各光学系の交換した時に、交換前と交換後の画像を取得し数値化しておくことによって、交換後のフォーカス及び光軸の調整を容易に行なうことができる。さらに、複数ヘッドの場合、各レーザ光の画像を取得して数値化することによって、バラツキを適正に調整することができる。
【００３１】
第２検出光学系部材は、図１に示すように、ビームサンプラ９２，９３、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から構成される。ビームサンプラ９２，９３は、光学系部材５０内に導入されるレーザ光の光路中に設けられている。この実施の形態では、レーザ発生装置４０と反射ミラー３３との間に設けられている。ビームサンプラ９２，９３はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約０．４割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。高速フォトダイオード９４は、ビームサンプラ９２で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。高速フォトダイオード９４によって検出されたレーザ光の強度に対応した出力信号は、制御装置８０に出力される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、ビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。なお、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、高速フォトダイオード９４に照射されるレーザ光の位置を示す画像を取り込み、その画像を制御装置８０に出力するようにしてもよい。
【００３２】
制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御し、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力される信号に基づいてレーザ発生装置４０から出射されるレーザ光のパルス抜けを検出したり、レーザ光の光軸ずれ量に基づいてレーザ発生装置４０の出射条件を制御したり、光学系部材５０内のレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバック制御する。
【００３３】
図５は、制御装置８０の処理の詳細を示すブロック図である。制御装置８０は、分岐手段８１、パルス抜け判定手段８２、アラーム発生手段８３、基準ＣＣＤ画像記憶手段８４、光軸ずれ量計測手段８５、レーザコントローラ８６、レンズ変位量計測手段８７、レンズ高さ調整手段８８、照射レーザ状態検査手段８９及び照射レーザ調整手段８Ａから構成される。
【００３４】
分岐手段８１は、リニアエンコーダ７０の検出信号（クロックパルス）を分岐して後段のレーザコントローラ８６に出力する。パルス抜け判定手段８２は、高速フォトダイオード９４からのレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）と分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）とを入力し、それに基づいてレーザ光のパルス抜けを判定する。図７は、パルス抜け判定手段８２の動作の一例を示す図である。図７において、図７（Ａ）は分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）の一例、図７（Ｂ）は高速フォトダイオード９４から出力されるレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）の一例、図７（Ｃ）はパルス抜け判定手段８２がパルス抜け検出時に出力するアラーム信号の一例をそれぞれ示す。
【００３５】
図６に示すように、パルス抜け判定手段８２は、分岐手段８１からのクロックパルスの立ち下がり時点をトリガ信号として、ダイオード出力値が所定のしきい値Ｔｈ以上であるか否かの判定を行い、ダイオード出力値がしきい値Ｔｈよりも小さい場合には、ハイレベル信号をアラーム発生手段８３に出力する。アラーム発生手段８３は、パルス抜け判定手段８２からの信号がローレベルからハイレベルに変化した時点でパルス抜けが発生したことを示すアラームを外部に報知する。アラームの報知は、画像表示、発音等の種々の方法で行なう。アラームの発生によって、オペレータはパルス抜けが発生したことを認識することができる。また、このアラームが頻繁に発生する場合には、レーザ発生装置の性能が劣化したか又は寿命になったことを意味する。
【００３６】
基準ＣＣＤ画像記憶手段８４は、図５に示すような基準ＣＣＤ画像８４ａを記憶している。この基準ＣＣＤ画像８４ａは、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６の受光面の中央にレーザ光が受光した状態の画像を示すものである。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からは、図５に示すような被検査画像８５ａが出力される。光軸ずれ量計測手段８５は、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からの被検査画像８５ａを取り込み、これと基準ＣＣＤ画像８４ａとを比較し、光軸のずれ量を計測し、そのずれ量をレーザコントローラ８６に出力する。例えば、図５に示す被検査画像８５ａのような画像が光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力された場合には、光軸ずれ量計測手段８５は、両者を比較して、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それをレーザコントローラ８６に出力する。レーザコントローラ８６は、被検査画像８５ａと基準ＣＣＤ画像８４ａとが一致するように、レーザ光の光軸に関係する装置、すなわちレーザ発生装置４０の出射条件や光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバックして調整する。
【００３７】
レンズ変位量計測手段８７は、集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号を入力し、各集光レンズ５４１〜５４４の高さが許容範囲内にあるか、この許容範囲よりも大きくずれているかを判定し、大きくずれている集光レンズ５４１〜５４４の高さをどの程度調整すればよいかを示す制御信号をレンズ高さ調整手段８８に出力する。レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に応じて各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整する。なお、集光レンズ５４１〜５４４の高さ調整機構が存在しない場合には、レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に基づいて、集光レンズ５４１〜５４４のどれをどの程度調整すればよいのか、その調整情報をオペレータに伝達（視認表示、音声発音など）するようにしてもよい。
【００３８】
照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８からの画像８９ａを取り込み、これに基づいてフォーカス及び光軸のずれ量を計測し、そのずれ量を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。例えば、図６に示すような画像８９ａがフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラから出力された場合には、照射レーザ状態検査手段８９は、画像８９ａ内の円状の輪郭線８９ｂ（集光レンズ５４１〜５４４の外縁に対応した線）を基準にフォーカス円８９ｃ（画像８９ａ内の小円）の位置を検出し、フォーカス円８９ｃが輪郭線８９ｂのほぼ中央に位置しているか否かに基づいて光軸のＸ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それを照射レーザ調整手段８Ａに出力する。また、照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス円８９ｃの大きさ（面積）を計測し、それも基づいたフォーカス位置を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。照射レーザ調整手段８Ａは、照射レーザ状態検査手段８９からの光軸のずれ量及びフォーカス位置に対応した信号に基づいて、光学系部材５０内の各ハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８の配置等をフィードバックして調整する。なお、レンズ高さ調整手段８８及び照射レーザ調整手段８Ａを省略して、これらの機能をレーザコントローラ８６に持たせるようにしてもよい。
【００３９】
上述の実施の形態では、レーザ加工（スクライブ加工）時に光軸ずれ量計測手段８５でレーザ光の光軸ずれを、パルス抜け判定手段８２でパルス抜けをそれぞれ検査する場合について説明したが、図７に示すように高速フォトダイオード９４からの出力波形に基づいてレーザ光のパルス状態を検査するようにしてもよい。例えば、図７では、レーザ光のパルス幅及びパルス高さを計測し、これらに異常が発生した場合にはアラームを発生するようにしてもよい。なお、レーザ光のパルス幅は、高速フォトダイオード９４からの出力波形が所定値以上になっている期間が所定の範囲にある場合を正常とし、この範囲よりも大きかったり小さい場合にはパルス幅異常と判定し、アラームを出力する。また、レーザ光のパルス高さは、高速フォトダイオード９４からの出力波形の最大値が許容範囲内に存在する場合を正常とし、この許容範囲よもも大きかったり小さい場合にはパルス高さ異常と判定し、アラームを出力する。このように、レーザ光を常時サンプリングしているので、リアルタイムでパルス幅、パルス高さ（パワー）などのレーザ光の品質を管理することができる。上述のようなパルス抜けが頻発するようになったら、レーザ発生装置４０の劣化あるいは寿命と判断できる。
【００４０】
図８は、図１の光学系部材を下側（基板側）から見た図である。図８は、光学系部材５０とベース板３１の一部を示している。図８（Ａ）は、図１に示す光学系部材５０とベース板３１との位置関係を示す図であり、図に示すように、光学系部材５０の端面（図の上側端部）とベース板３１の端面（図の上側端部）とが一致している。図８（Ｂ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約３０度回転した状態を示す図である。図８（Ｃ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約４５度回転した状態を示す図である。
【００４１】
この実施の形態に係るソーラパネル製造装置においては、光学系部材５０がレーザ光の導入穴である貫通穴３７の中心を回転軸として、自在に回転可能に構成されている。すなわち、分岐手段である光学系部材５０は、図５の反射ミラー３５からＤＯＥ５００を通過してハーフミラー５１１に向かう垂直レーザ光の進行方向を中心軸として回転制御されている。これによって、レーザ光の分岐方向とレーザ光の基板に対する相対的な移動方向（図８の垂直方向）とのなす角度θを自在に可変制御することができる。なお、光学系部材５０の回転駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等の既存の技術が用いられるが、これらの図示は省略する。
【００４２】
図８に示すように、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向（図８の垂直方向）とのなす角度を可変制御した場合でも、レーザ光の相対的な移動方向に対してＤＯＥ５００は回転しないように構成している。すなわち、ＤＯＥ５００を使用することによって、レーザ光の照射形状は、図８の集光レンズ５４１〜５４４内に示したように、点線正方形のような照射形状を示すことになる。従って、光学系部材５０の回転制御と共にＤＯＥ５００を回転させると、集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形もその回転量に応じて回転するようになる。この状態でレーザ光を走査照射すると、スクライブ線の両側稜線に正方形の角が位置するようになり、稜線が波打ち形状を示すようになる。そこで、この実施の形態のように、光学系部材５０を回転制御しても、ＤＯＥ５００は回転させないような構成とすることで、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、走査方向（図８の垂直方向）と集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形の左右両辺とが一致し、スクライブ線の両側稜線を極めて滑らかに形成することができ、また、光学系部材５０を回転させてスクライブ線のピッチを適宜制御した場合でも滑らかな稜線のスクライブ線を形成することが可能となる。なお、上述の実施の形態では、ＤＯＥをレーザ光の光路中に１つだけ設ける場合について説明したが、ＤＯＥを分岐後の各集光レンズの直前にそれぞれ設けてもよい。この場合でも、光学系部材５０を回転制御しても各ＤＯＥは回転させないように構成する必要がある。ＤＯＥ５００は、光学系部材５０とは分離した形でベース板３１に直結して設けることによって、光学系部材５０の回転から独立させることが可能である。
【００４３】
図９は、光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。図９（Ａ）は図８（Ａ）に示すように光学系部材５０が回転していない状態、図９（Ｂ）は図８（Ｂ）に示すように光学系部材５０が約３０度回転した状態、図９（Ｃ）は図８（Ｃ）に示すように光学系部材５０が約４５度回転した状態でそれぞれレーザスクライブ加工処理を行なった場合のスクライブ線の状態を示す図である。図９（Ａ）の場合のスクライブ線のピッチをＰ０とすると、図９（Ｂ）の場合のピッチＰ３０はＰ０×ｃｏｓ３０°となり、図９（Ｃ）の場合のピッチＰ４５はＰ０×ｃｏｓ４５°となる。このように、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置は、光学系部材５０の回転角度を適宜調整することによって、スクライブ線のピッチ幅を所望の値に適宜可変調整することができる。なお、ピッチ固定のものや回転させないように構成された光学系にも同様に回転可能とすることでピッチ可変調整に対応することができる。
【００４４】
上述の実施の形態では、パルス抜けの発生だけを見ているが、パルス抜けが発生した箇所の座標データ（位置データ）を取得して記憶することによって、スクライブ線のリペア処理を行なうことが可能となる。
上述の実施の形態では、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６を用いてビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を直接受光して、それを画像処理することによって、光軸ずれを検査する場合について説明したが、高速フォトダイオード９４の受光面の中央にレーザ光が受光した状態を示す画像を被検査画像として光軸検査用ＣＣＤカメラ９６あるいは分割型フォトダイオードで取得することによって光軸ずれを検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、レーザ光の光軸ずれ及びパルス抜けを検査する場合について説明したが、光軸ずれ、パルス抜け、パルス幅及びパルス高さのそれぞれを適宜組み合わせてレーザ光の状態を検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、薄膜の形成された基板１の表面からレーザ光を照射して薄膜にスクライブ線（溝）を形成する場合について説明したが、基板１の裏面からレーザ光を照射して、基板表面の薄膜にスクライブ線を形成するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、ソーラパネル製造装置を例に説明したが、本発明はＥＬパネル製造装置、ＥＬパネル修正装置、ＦＰＤ修正装置などのレーザ加工を行なう装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…ワーク
１ａ…二酸化珪素膜
１ｂ…透明電極層
１０…台座
２０…ＸＹテーブル
３０…スライドフレーム
３１…ベース板
３３…ガルバノミラー
３３１…ガルバノ制御裝置
３３２…ビームサンプラ
３３３…４分割フォトダイオード
３３ｘｙ，３３ｙｚ…モータ
３４，３５…反射ミラー
３７…貫通穴
４０…レーザ発生装置
５０…光学系部材
５００…位相型回折光学素子（ＤＯＥ）
５１１〜５１３…ハーフミラー
５２１〜５２８…反射ミラー
５３１〜５３４…シャッター機構
５４１〜５４４…集光レンズ
５２，５４…オートフォーカス用測長システム
６０…アライメントカメラ装置
７０…リニアエンコーダ
８０…制御装置
８１…分岐手段
８２…パルス抜け判定手段
８３…アラーム発生手段
８４…基準ＣＣＤ画像記憶手段
８５…光軸ずれ量計測手段
８６…レーザコントローラ
９２，９３…ビームサンプラ
９４…高速フォトダイオード
９６…光軸検査用ＣＣＤカメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対してレーザ光を相対的に移動させながら照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工時に、ミラー手段を用いて前記レーザ光を反射させて前記加工位置まで導入する際の光路中において前記レーザ光の一部を分岐抽出し、抽出された前記レーザ光に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出し、その検出結果に応じて前記分岐抽出よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
ワークを保持する保持手段と、
前記ワークにレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、
前記レーザ光を反射させて前記レーザ光照射手段まで導入するミラー手段と、
前記レーザ光の光路中に前記レーザ光の一部を分岐抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの信号に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記抽出手段よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は４分割フォトダイオード手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段は２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１、２若しくは３に記載のレーザ加工方法又は請求項４、５若しくは６に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することを特徴とするソーラパネル製造方法。
【請求項１】
ワークに対してレーザ光を相対的に移動させながら照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工時に、ミラー手段を用いて前記レーザ光を反射させて前記加工位置まで導入する際の光路中において前記レーザ光の一部を分岐抽出し、抽出された前記レーザ光に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出し、その検出結果に応じて前記分岐抽出よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の光軸のずれを４分割フォトダイオード手段を用いて検出することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段として、２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段を用いたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
ワークを保持する保持手段と、
前記ワークにレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、
前記レーザ光を反射させて前記レーザ光照射手段まで導入するミラー手段と、
前記レーザ光の光路中に前記レーザ光の一部を分岐抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記レーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段からの信号に基づいて前記レーザ光の光軸のずれを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記抽出手段よりも前に位置する前記ミラー手段の前記レーザ光の反射方向を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記検出手段は４分割フォトダイオード手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の反射方向を制御される前記ミラー手段は２軸式ガルバノミラー手段又は駆動軸が直交する２個のガルバノミラー手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１、２若しくは３に記載のレーザ加工方法又は請求項４、５若しくは６に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することを特徴とするソーラパネル製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６４４６１（Ｐ２０１０−２６４４６１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５３８３（Ｐ２００９−１１５３８３）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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