レーザ加工装置
【課題】対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に安定的且つ容易に合焦点できるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置１は、光源２から出射されたレーザ光の光路上に、レンズ支持部４によって支持された対物レンズ５が配置されている。レンズ支持部４は、椀状の支持部材４１と、その開口端面に固定された多孔質材料からなる多孔質部材４３を有しており、支持部材４１には、給気部から多孔質部材４３へと空気を導く空気流路４ａが形成されている。空気流路４ａに接続された給気ホース４４から給気すると、多孔質部材４３からは、下方に空気が噴気され、レンズ支持部４が浮上し、支持部材４１の内側空間に接続された排気ホース４５により排気することにより、レンズ支持部４の高さが安定的に保持される。これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光をガラス６に安定的且つ容易に合焦点できる。
【解決手段】レーザ加工装置１は、光源２から出射されたレーザ光の光路上に、レンズ支持部４によって支持された対物レンズ５が配置されている。レンズ支持部４は、椀状の支持部材４１と、その開口端面に固定された多孔質材料からなる多孔質部材４３を有しており、支持部材４１には、給気部から多孔質部材４３へと空気を導く空気流路４ａが形成されている。空気流路４ａに接続された給気ホース４４から給気すると、多孔質部材４３からは、下方に空気が噴気され、レンズ支持部４が浮上し、支持部材４１の内側空間に接続された排気ホース４５により排気することにより、レンズ支持部４の高さが安定的に保持される。これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光をガラス６に安定的且つ容易に合焦点できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象部材にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置に関し、特に、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を非接触で調節可能なレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の透明な部材の種々の加工において、レーザ光を部材の所定位置に集光させて高エネルギースポットを形成して切断等を行うレーザ加工装置が使用されている。即ち、レーザ加工装置においては、加工対象部材の所定位置にレーザ光の焦点位置が調節（合焦点）される。
【０００３】
このレーザ光の合焦点には、主に、以下の２つの手法が採用されている（例えば特許文献１及び２）。図７は、特許文献１に開示された従来のレーザ加工装置における焦点位置の調節機構を示す模式図である。図７に示す従来のレーザ加工装置１０においては、光源２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ７ａ、結像レンズ３、ビームスプリッタ７ｂ及び対物レンズ５を順次透過して加工対象の例えばガラス６に照射される。結像レンズ３及び対物レンズ５は、夫々、レーザ光の光路上における位置を調節可能に構成されており、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置を調節することにより、レーザ光をガラス６の厚さ方向の中央（図７における×印の位置）に集光する。そして、集光位置におけるレーザ光のエネルギー密度を高めた状態で、ガラス６をレーザ加工装置１０に対して一定方向に走査（スキャン）することにより、ガラス６を切断することができる。
【０００４】
よって、図７に示すレーザ加工装置１０においては、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置がガラス６の厚さ方向の中央となるように、レーザ光の光路上における結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節される。この結像レンズ３及び対物レンズ５の位置の調節にあたり、特許文献１のレーザ加工装置１０には、合焦点検出用の照明８ａ及びカメラ８ｂが設けられており、照明８ａから出射したレーザ光は、ビームスプリッタ７ｂの反射透過面で反射され、対物レンズ５を介してガラス６に照射される。そして、ガラス６を反射したレーザ光は、対物レンズ５を透過した後、ビームスプリッタ７ｂの反射透過面及び結像レンズを透過して、ビームスプリッタ７ａの反射透過面に反射された後、合焦点検出用のカメラ８ｂに入射される。そして、カメラ８ｂによる検出結果に基づいて、レーザ光の焦点位置が所定の位置にあるか否かを判定し、レーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合には、所定の位置にレーザ光の焦点位置が移動されるように、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節され、レーザ光の焦点位置が校正される。
【０００５】
図８は、特許文献２に開示された従来のレーザ加工装置における焦点位置の調節機構を示す模式図である。このレーザ加工装置１１には、レーザ変位計９が設けられており、レーザ変位計９による測定結果に基づいて、レーザ光の焦点位置が所定の位置にあるか否かを判定し、レーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合には、所定の位置にレーザ光が合焦点するように、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節され、レーザ光の焦点位置が校正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９３２８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のように、加工対象部材へのレーザ光の合焦点に照明及びカメラを採用した場合、結像レンズ３及び対物レンズ５を高さ方向にスキャンしていくことにより焦点位置を調節する必要があり、合焦点に必要とするタクトが長くなる。また、焦点位置の調節のみに使用される特殊なカメラ及び照明を導入する必要があり、装置コストも増大するという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献２のように、レーザ光の焦点位置の調節にレーザ変位計を採用した場合においても、レーザ変位計による測定結果に基づいて、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を校正する必要があり、校正精度により加工精度が変動しやすいという問題点がある。また、特許文献２においても、高価なレーザ変位計を採用することにより、装置コストが増大するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に安定的且つ容易に合焦点できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
多孔質材料からなり前記支持部材の開口端面に固定された多孔質部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記多孔質部材まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記多孔質部材に供給された空気を前記多孔質部材から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記多孔質部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他のレーザ加工装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
前記支持部材の開口端面に配置され、前記支持部材の開口端面側に空気の導入口が設けられ、前記加工対象部材側に前記導入口に夫々接続された複数個の微細な空気噴出孔が設けられた噴気部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記噴気部材の前記導入口まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記噴気部材に供給された空気を前記噴気部材の前記空気噴出孔から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記噴気部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工装置は、例えば更に、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された結像レンズを有し、この結像レンズの位置を前記レーザ光の光路上で移動させることにより、前記対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能である。この場合に、例えば前記結像レンズは前記光源からのレーザ光を平行光にして透過させる。
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置は、例えば、更に、前記加工対象部材に照射したレーザ光の反射光が前記対物レンズを透過して前記光源側に集光されるべき位置に配置された光検出器を有し、この光検出器に前記反射光が集光されるように前記レンズ支持部の位置が調節される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレーザ加工装置は、対物レンズを支持するレンズ支持部が開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材を有し、この支持部材の開口端面に多孔質材料からなる多孔質部材が固定されているか、又は複数個の微細な空気噴出孔が形成された噴気部材が配置されており、支持部材には、給気部及び排気孔が設けられ、給気部から多孔質部材又は噴気部材の導入口まで空気を導く空気流路が設けられている。そして、供給部材により給気部に空気を供給することにより、空気流路を経て多孔質部材又は噴気部材に供給された空気を噴気し、排気部材により空気を吸引することにより、支持部材の内側空間から空気を排出し、多孔質部材又は噴気部材からの噴気及び排気部材による排気により、レンズ支持部を加工対象部材上に浮上させた状態で、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に合焦点させる。これにより、本発明のレーザ加工装置は、対物レンズ及びレンズ支持部を噴気により浮上させ、排気による空気の吸引によりその位置を安定的に保持でき、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に安定的に合焦点できる。また、供給部材からの給気及び排気部材の排気のみによりレーザ光を加工対象部材に合焦点させるため、給気及び／又は排気を調節するだけで、加工対象部材に対するレーザ光の合焦点を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置において、レンズ支持部４を接続する構成を一例として示す図である。
【図３】複数個の微細な噴出口が形成された噴気部材を一例として示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図７】従来のレーザ加工装置における焦点位置を調節する機構を示す模式図である。
【図８】他の従来のレーザ加工装置における焦点位置を調節する機構を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１は、光源２から出射されたレーザ光の光路上に２枚の凸レンズ３ａ及び３ｂにより構成された結像レンズ３が配置されており、更にレーザ光の光路上における下流には、対物レンズ５が配置されている。そして、対物レンズ５はレンズ支持部４により支持されている。
【００１７】
光源２は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ光源であり、加工対象部材の例えばガラス６を切断するレーザ光として、例えば周期が１μｍ以下のパルスレーザ光を例えば平行光として出射する。
【００１８】
結像レンズ３には、光源２からのレーザ光が入射され、入射光がレーザ光の光路上における上流側の凸レンズ３ａに透過されることにより、凸レンズ３ａを透過したレーザ光は、集光された後、拡散し、下流側の凸レンズ３ｂに入射される。これらの２枚の凸レンズ３ａ，３ｂに透過されることにより、レーザ光の光軸に垂直な面内における照射面積が変化する。また、凸レンズ３ａ，３ｂの少なくとも一方のレンズは、光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されており、これにより、２枚の凸レンズ３ａ，３ｂ間にレーザ光が集光される位置が変化し、また、結像レンズ３を透過したレーザ光は、その光軸に垂直な面内における照射面積が変化する。即ち、結像レンズ３は、凸レンズ３ａ，３ｂの位置を調節することにより、透過光の進行方向が変化し、これにより、レーザ光の照射面積が変更可能に構成されている。
【００１９】
対物レンズ５は、一般的に使用されている凸レンズであり、結像レンズ３からの入射光を加工対象のガラス６へ向けて透過させる。本実施形態においては、対物レンズ５はその周縁を略円筒状の支持体５０により支持されている。対物レンズ５を支持するレンズ支持部４は、例えばアルミニウム部材又はアルミニウム部材を更に加工した部材であって、椀状に形成された支持部材４１を有し、その開口が下方に向けて配置されている。そして、支持部材４１の開口端面には、多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定されている。上方へ向けて湾曲した支持部材４１の底部には、対物レンズ５用の支持体５０を挿通させるための孔が設けられており、この孔に支持体５０が挿通され、支持体５０の外面と支持部材４１との間の気密性が確保された状態で、支持体５０が支持部材４１に固定されている。そして、結像レンズ３の透過光が対物レンズ５に入射されるように、結像レンズ３の下方に、レンズ支持部４が配置され、多孔質部材４３の下面及び支持部材４１の内面がガラス６と向かい合うように配置される。
【００２０】
図１に示すように、支持部材４１の内部には、支持部材４１の開口端面に固定された多孔質部材４３の上面へと繋がる空気流路４ａが形成されており、支持部材４１の外面から空気流路４ａへと接続される給気用の孔（本発明における給気部）が設けられている。そして、この給気孔４１ａに給気ホース４４（本発明における供給部材）が接続されている。給気ホース４４の他端は、例えばコンプレッサ等の圧縮空気を供給する装置に接続されている。また、支持部材４１には、椀状に形成された内側の空間と外面とを結ぶように排気孔４１ｂが設けられており、この排気孔４１ｂに排気ホース４５（本発明における排気部材）が接続されている。排気ホース４５の他端は、例えば真空ポンプ等の吸引装置に接続されている。
【００２１】
支持部材４１の開口端面に固定された多孔質部材４３は、例えば多孔質グラファイト、多孔質セラミックス、多孔質樹脂又は焼結金属等により形成されており、これにより、多孔質部材４３は、その内部の隙間を介して、空気流路に面する上面側とガラス６に面する下面側とが連通している。よって、空気流路４ａに給気ホース４４から圧縮空気が給気されることにより、その正圧に対応した空気が多孔質部材４３の下面から均一に噴気されるように構成されている。また、排気ホース４５から支持部材４１の内側空間の空気を排気することにより、支持部材４１の内側空間は大気圧に対して負圧となり、ガラス６の表面から空気が吸引される。このように、多孔質部材４３による噴気と排気ホース４５による排気とを同時に進行させることにより、噴気による正圧によって対物レンズ５をレンズ支持部４と共にガラス６上に浮上させた状態で、排気ホース４５による排気により、ガラス６上における対物レンズ５及びレンズ支持部４の位置が安定的に保持される。
【００２２】
即ち、本実施形態においては、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５により排気する空気の圧力を調節することにより、対物レンズ５の高さ方向の位置を非接触で調節することができ、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光を加工対象部材に容易に合焦点することができる。
【００２３】
図２は、本実施形態のレーザ加工装置において、レンズ支持部４とその他の構成とを接続する構成を一例として示す図である。但し、図２に示す例は一例であり、対物レンズ５及びレンズ支持部４を加工対象部材上に浮上させた状態で、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能に構成されている限り、本発明は、この態様に限定されない。図２に示すように、レンズ支持部４には、支持部材４１から上方に延出するように、３本の支持棒４６が固定されている。また、結像レンズ３は、例えば２個の凸レンズ３ａ，３ｂをその周縁で支持する円筒状の枠体３０を有し、この枠体３０の側面には３本の突起３０ａが設けられている。支持棒４６には、支持部材４１に対して逆側の端部に長円形又は楕円形の孔４６ａが設けられており、この孔４６ａに前記結像レンズ３の枠体３０に設けられた突起３０ａが遊嵌されている。これにより、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、支持棒４６の孔４６ａの大きさの範囲内で、結像レンズ３に対して自在に上下動可能であり、給気ホース４４からの圧縮空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力を変化させても、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、光軸に平行な方向にのみ移動する。
【００２４】
給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５により排気する空気の圧力は、例えば予めガラス６の板厚等により測定された最適な圧力に設定することにより、レーザ光の最適な焦点位置を調節することができる。よって、本実施形態によれば、板厚が異なるガラス６を切断する際においても、レーザ光をガラス６の最適な位置に合焦点させることができ、切断速度が早く、加工効率を向上させることができる。
【００２５】
本実施形態においては、上述の如く、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂは、レーザ光の光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されているため、対物レンズ５に対するレーザ光の入射角も各凸レンズ３ａ，３ｂにより変化し、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置も変わる。よって、前記給気圧力及び排気圧力は、ガラス６の板厚に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置に応じて、予め測定された最適な圧力に設定することにより、上記本実施形態の効果を得ることができる。
【００２６】
次に、本実施形態のレーザ加工装置の動作について説明する。先ず、レーザ加工装置１の所定位置に切断対象の大型のガラス６の切断開始部位を配置する。次に、給気ホース４４の他端に接続されたコンプレッサを駆動させると共に、排気ホース４５の他端に接続された真空ポンプを駆動させる。このとき、給気ホース４４による給気圧力及び排気ホース４５による排気圧力は、ガラス６の板厚に応じて設定する。例えば結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置を調節する場合には、給気ホース４４による給気圧力及び排気ホース４５による排気圧力は、ガラス６の板厚に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置に応じて、予め測定された最適な圧力に設定する。
【００２７】
給気ホース４４による給気が開始されると、図１に示すように、レンズ支持部４の支持部材４１の内部に形成された空気流路４ａには、圧縮空気が供給され、空気流路４ａ内に充填される。支持部材４１の開口端面には、多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定されているため、空気流路４ａ内の圧縮空気は、多孔質部材４３の上面へと導かれた後、多孔質部材４３の内部の隙間を介して、多孔質部材４３の下面から下方へと均一に噴気される。これにより、レンズ支持部４をガラス６から遠ざける方向の力が作用し、対物レンズ５はレンズ支持部４と共に、ガラス６上で浮上する。このとき、図２に示すように、レンズ支持部４には、支持部材４１から上方に延出する支持棒４６が固定されており、その端部に設けられた孔４６ａに結像レンズ３の枠体３０に設けられた突起３０ａが遊嵌されているため、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、レーザ光の光軸に平行な方向にのみ移動する。
【００２８】
また、排気ホース４５による排気により、椀状の支持部材４１の内側空間の空気が徐々に吸引されていき、支持部材４１の内側空間の圧力が大気圧に対して負圧となる。これにより、支持部材４１には、レンズ支持部４をガラス６側へと引き寄せる方向の力が作用する。よって、ガラス６上における対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さが安定的に保持され、給気ホース４４により供給される空気の圧力と排気ホース４５により排気される空気の圧力とが平衡となる高さで静止する。即ち、この高さは、対物レンズ５を透過したレーザ光が、ガラス６の板厚方向における中央に集光される高さであり、その焦点位置は、ガラス６を切断する際に、最適な切断速度が得られる位置である。
【００２９】
この状態で、光源２からレーザ光を出射させる。光源２から出射されたレーザ光は、先ず、結像レンズ３の上方の凸レンズ３ａに入射し、凸レンズ３ａを透過した後、集光され、拡散されて下方の凸レンズ３ｂに入射される。そして、光軸に垂直な面内における照射面積が拡大されたレーザ光は、レンズ支持部４に支持された対物レンズ５に入射し、透過されて、ガラス６へ向けて集光されていく。
【００３０】
本実施形態においては、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、多孔質部材４３からの噴気及び排気ホース４５による排気によって高さが調節され、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置がガラス６の板厚方向における中央となる。よって、集光位置におけるレーザ光のエネルギー密度が高まり、ガラス６は、板厚方向の中央部を起点として切断される。
【００３１】
この状態で、ガラス６をレーザ加工装置１に対してスキャンしていくと、そのスキャン方向に沿って、ガラスが切断されていく。この際、レンズ支持部４の位置は、ガラス６のスキャンに影響されることはなく、対物レンズ５の位置は精度よく安定的に保持される。よって、ガラス６に対するレーザ光の集光位置が固定され、ガラス６を安定的に高い加工効率で切断することができる。例えば、ガラス６の表面に埃等が付着していても、本実施形態においては、レーザ光の焦点位置を非接触式に調節するため、埃等の付着物によって焦点位置がずれることもない。なお、本実施形態においては、圧縮空気を噴気させているため、ガラス６の表面の微小な付着物は、加工対象領域から吹き飛ばされやすく、加工精度に影響を及ぼす虞も少ない。
【００３２】
なお、本実施形態のように、結像レンズ３が設けられている場合においては、対物レンズ５の透過光の焦点位置は、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂによっても調節することができ、対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さを大きく調節する必要がある場合には、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの光軸に沿った位置を調節してもよい。この結像レンズ３は、特に必要がない場合は、設けられていなくてもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、レーザ加工装置１によりガラス６を切断する場合について説明したが、本発明は、加工対象部材に照射するレーザ光の焦点位置を調整する場合に広く適用できるものであり、加工対象部材の種類及び加工方法によって、限定されるものではない。同様に、本実施形態における光源の種類及びレーザ光の波長等も、一例である。
【００３４】
更に、本実施形態においては、支持部材４１の開口端面に多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定され、この多孔質部材４３の内部の隙間を介して、空気を下方に噴気させる場合を説明したが、図３に示すように、多孔質部材４３に代えて、以下のような構成を有する噴気部材４６が支持部材４１の開口端面に配置されている場合においても、本実施形態と同様の効果が得られる。即ち、噴気部材４６は、その上方の支持部材４１側の表面に、空気の導入口４６ａが形成され、導入口４６ａは、支持部材４１の空気流路４ａに接続されている。また、噴気部材４６は、導入口４６ａに夫々接続されるように、下方のガラス６側の表面には、複数個の微細な空気噴出孔４６ｂが形成されている。これにより、上記多孔質部材４３の場合と同様に、空気流路４ａを介して導入口４６ａに導かれた空気は、空気噴出孔４６ｂを介してガラス６に噴気される。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態におけるレーザ加工装置の各構成は、第１実施形態と同一であるが、本実施形態においては、結像レンズ３は、光源２から入射されたレーザ光を平行光として透過させる。これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置はレンズ支持部４の高さのみによって調節可能となり、合焦点できる高さの範囲が第１実施形態に比して狭くなるが、対物レンズ５には常に平行光のレーザ光が入射されるため、対物レンズ５固有の焦点位置と対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置とが一致し、また、給気ホース４４により供給される空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力を結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置により調節する必要がなく、焦点位置の調節が容易である。
【００３６】
なお、本実施形態におけるレーザ加工装置の動作は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図５は本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態においては、第１及び第２実施形態の結像レンズ３に代えて、ビームスプリッタ７ｃが設けられている。そして、光源２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ７ｃに透過される。一方、ビームスプリッタ７ｃは、切断対象のガラス６に照射されたレーザ光の反射光が対物レンズ５に透過された後、再度入射された場合、反射光をその反射透過面で反射させるように構成されている。また、本実施形態においては、図５に示すように、ビームスプリッタ７ｃによる反射光が集光されるべき位置にピンホールが設けられたピンホール部材１３と、ピンホール部材１３のピンホールを透過したレーザ光を受光する点検出カメラ１２が設けられている。
【００３８】
本実施形態においては、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２が設けられていることにより、ガラス６の所定の位置にレーザ光が照射された場合には、その反射光がピンホール部材１３のピンホールの位置に集光されてこれを透過し、点検出カメラ１２により検出可能に構成されている。一方、ガラス６へのレーザ光の照射位置が所定の位置からずれている場合においては、図５に破線で示すように、ガラス６を反射したレーザ光の集光位置は、その光路上において、ピンホール部材１３よりも上流側となる。よって、ピンホール部材１３の透過光は、ピンホール部材１３による絞りによりその照度が低下し、点検出カメラ１２により検出される像も焦点がずれたものとなる。
【００３９】
本実施形態においては、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２を設けることにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が所定の位置にあることを検出することができる。対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合においては、給気ホース４４により供給される空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力又はいずれか一方の圧力を調節することにより、焦点位置を補正する。例えば図５に破線で示すように、レーザ光の焦点位置が所定の位置よりも高い場合には、例えば給気ホース４４により供給する空気の圧力を弱めるか、又は排気ホース４５による排気圧力を強めることにより、対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さを低くする。そして、ガラス６の所定の位置に対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が補正された場合には、ガラス６により反射された光がピンホール部材１３のピンホールの位置に集光され、点検出カメラ１２に入射する。よって、点検出カメラ１２により検出される光は照度が高く、鮮明な像が検出される。
【００４０】
なお、本実施形態においては、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び／又は排気ホース４５による排気圧力を調整することによりレーザ光の焦点位置を補正する場合を述べたが、第１実施形態と同様に、レーザ光の光路上に結像レンズ等の光学系を設け、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置を補正できるように構成してもよい。但し、この場合には、ガラス６による反射光の焦点位置も変化するため、結像レンズの凸レンズの移動と同時に、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２の位置も調整する必要がある。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図６は本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１ｃにおいては、光源２と対物レンズ５との間に結像レンズ３ｃが配置されており、光源２と結像レンズ３ｃとの間及び結像レンズ３ｃと対物レンズ５との間には、夫々ビームスプリッタ７ｃ，７ｄが配置されている。また、光源２側のビームスプリッタ７ｃの側方には、第３実施形態と同様に、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２が設けられており、この点検出カメラ１２により合焦点を検出可能に構成されている。本実施形態においては、対物レンズ５側のビームスプリッタ７ｄの側方に照明１４が設けられており、照明１４から出射された照明光をビームスプリッタ７ｄの反射透過面で反射させて、対物レンズ５を介して、ガラス６に照射することにより、レーザ光の焦点位置付近の照度を高めている。更に、本実施形態においても、結像レンズ３ｃは、レーザ光の光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されており、図６に示すように、光源２から出射したレーザ光を平行光にして透過させる。
【００４２】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１ｃにおいては、第２実施形態及び第３実施形態の双方の効果が得られる。また、結像レンズ３ｃにより、光源２からのレーザ光を平行光にして透過させることにより、ガラス６による反射光の焦点位置が特定の位置に定まり、レンズ支持部４の位置を変更してレーザ光の焦点位置を調節した場合においても、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２の位置を調整する必要はない。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０，１１：レーザ加工装置、２：光源、３：結像レンズ、４：レンズ支持部、４１：支持部材、４ａ：空気流路、４３：多孔質部材、４４：給気ホース、４５：排気ホース、４６：噴気部材、５：対物レンズ、６：ガラス（加工対象部材）、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：ビームスプリッタ、８ａ：（合焦点用）照明、８ｂ：（合焦点用）カメラ、９：レーザ変位計、１２：点検出カメラ、１３：ピンホール部材、１４：照明
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象部材にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置に関し、特に、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を非接触で調節可能なレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の透明な部材の種々の加工において、レーザ光を部材の所定位置に集光させて高エネルギースポットを形成して切断等を行うレーザ加工装置が使用されている。即ち、レーザ加工装置においては、加工対象部材の所定位置にレーザ光の焦点位置が調節（合焦点）される。
【０００３】
このレーザ光の合焦点には、主に、以下の２つの手法が採用されている（例えば特許文献１及び２）。図７は、特許文献１に開示された従来のレーザ加工装置における焦点位置の調節機構を示す模式図である。図７に示す従来のレーザ加工装置１０においては、光源２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ７ａ、結像レンズ３、ビームスプリッタ７ｂ及び対物レンズ５を順次透過して加工対象の例えばガラス６に照射される。結像レンズ３及び対物レンズ５は、夫々、レーザ光の光路上における位置を調節可能に構成されており、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置を調節することにより、レーザ光をガラス６の厚さ方向の中央（図７における×印の位置）に集光する。そして、集光位置におけるレーザ光のエネルギー密度を高めた状態で、ガラス６をレーザ加工装置１０に対して一定方向に走査（スキャン）することにより、ガラス６を切断することができる。
【０００４】
よって、図７に示すレーザ加工装置１０においては、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置がガラス６の厚さ方向の中央となるように、レーザ光の光路上における結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節される。この結像レンズ３及び対物レンズ５の位置の調節にあたり、特許文献１のレーザ加工装置１０には、合焦点検出用の照明８ａ及びカメラ８ｂが設けられており、照明８ａから出射したレーザ光は、ビームスプリッタ７ｂの反射透過面で反射され、対物レンズ５を介してガラス６に照射される。そして、ガラス６を反射したレーザ光は、対物レンズ５を透過した後、ビームスプリッタ７ｂの反射透過面及び結像レンズを透過して、ビームスプリッタ７ａの反射透過面に反射された後、合焦点検出用のカメラ８ｂに入射される。そして、カメラ８ｂによる検出結果に基づいて、レーザ光の焦点位置が所定の位置にあるか否かを判定し、レーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合には、所定の位置にレーザ光の焦点位置が移動されるように、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節され、レーザ光の焦点位置が校正される。
【０００５】
図８は、特許文献２に開示された従来のレーザ加工装置における焦点位置の調節機構を示す模式図である。このレーザ加工装置１１には、レーザ変位計９が設けられており、レーザ変位計９による測定結果に基づいて、レーザ光の焦点位置が所定の位置にあるか否かを判定し、レーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合には、所定の位置にレーザ光が合焦点するように、結像レンズ３及び対物レンズ５の位置が調節され、レーザ光の焦点位置が校正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９３２８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のように、加工対象部材へのレーザ光の合焦点に照明及びカメラを採用した場合、結像レンズ３及び対物レンズ５を高さ方向にスキャンしていくことにより焦点位置を調節する必要があり、合焦点に必要とするタクトが長くなる。また、焦点位置の調節のみに使用される特殊なカメラ及び照明を導入する必要があり、装置コストも増大するという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献２のように、レーザ光の焦点位置の調節にレーザ変位計を採用した場合においても、レーザ変位計による測定結果に基づいて、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を校正する必要があり、校正精度により加工精度が変動しやすいという問題点がある。また、特許文献２においても、高価なレーザ変位計を採用することにより、装置コストが増大するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に安定的且つ容易に合焦点できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
多孔質材料からなり前記支持部材の開口端面に固定された多孔質部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記多孔質部材まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記多孔質部材に供給された空気を前記多孔質部材から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記多孔質部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他のレーザ加工装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
前記支持部材の開口端面に配置され、前記支持部材の開口端面側に空気の導入口が設けられ、前記加工対象部材側に前記導入口に夫々接続された複数個の微細な空気噴出孔が設けられた噴気部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記噴気部材の前記導入口まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記噴気部材に供給された空気を前記噴気部材の前記空気噴出孔から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記噴気部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工装置は、例えば更に、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された結像レンズを有し、この結像レンズの位置を前記レーザ光の光路上で移動させることにより、前記対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能である。この場合に、例えば前記結像レンズは前記光源からのレーザ光を平行光にして透過させる。
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置は、例えば、更に、前記加工対象部材に照射したレーザ光の反射光が前記対物レンズを透過して前記光源側に集光されるべき位置に配置された光検出器を有し、この光検出器に前記反射光が集光されるように前記レンズ支持部の位置が調節される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレーザ加工装置は、対物レンズを支持するレンズ支持部が開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材を有し、この支持部材の開口端面に多孔質材料からなる多孔質部材が固定されているか、又は複数個の微細な空気噴出孔が形成された噴気部材が配置されており、支持部材には、給気部及び排気孔が設けられ、給気部から多孔質部材又は噴気部材の導入口まで空気を導く空気流路が設けられている。そして、供給部材により給気部に空気を供給することにより、空気流路を経て多孔質部材又は噴気部材に供給された空気を噴気し、排気部材により空気を吸引することにより、支持部材の内側空間から空気を排出し、多孔質部材又は噴気部材からの噴気及び排気部材による排気により、レンズ支持部を加工対象部材上に浮上させた状態で、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に合焦点させる。これにより、本発明のレーザ加工装置は、対物レンズ及びレンズ支持部を噴気により浮上させ、排気による空気の吸引によりその位置を安定的に保持でき、対物レンズを透過したレーザ光を加工対象部材に安定的に合焦点できる。また、供給部材からの給気及び排気部材の排気のみによりレーザ光を加工対象部材に合焦点させるため、給気及び／又は排気を調節するだけで、加工対象部材に対するレーザ光の合焦点を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置において、レンズ支持部４を接続する構成を一例として示す図である。
【図３】複数個の微細な噴出口が形成された噴気部材を一例として示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図７】従来のレーザ加工装置における焦点位置を調節する機構を示す模式図である。
【図８】他の従来のレーザ加工装置における焦点位置を調節する機構を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１は、光源２から出射されたレーザ光の光路上に２枚の凸レンズ３ａ及び３ｂにより構成された結像レンズ３が配置されており、更にレーザ光の光路上における下流には、対物レンズ５が配置されている。そして、対物レンズ５はレンズ支持部４により支持されている。
【００１７】
光源２は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ光源であり、加工対象部材の例えばガラス６を切断するレーザ光として、例えば周期が１μｍ以下のパルスレーザ光を例えば平行光として出射する。
【００１８】
結像レンズ３には、光源２からのレーザ光が入射され、入射光がレーザ光の光路上における上流側の凸レンズ３ａに透過されることにより、凸レンズ３ａを透過したレーザ光は、集光された後、拡散し、下流側の凸レンズ３ｂに入射される。これらの２枚の凸レンズ３ａ，３ｂに透過されることにより、レーザ光の光軸に垂直な面内における照射面積が変化する。また、凸レンズ３ａ，３ｂの少なくとも一方のレンズは、光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されており、これにより、２枚の凸レンズ３ａ，３ｂ間にレーザ光が集光される位置が変化し、また、結像レンズ３を透過したレーザ光は、その光軸に垂直な面内における照射面積が変化する。即ち、結像レンズ３は、凸レンズ３ａ，３ｂの位置を調節することにより、透過光の進行方向が変化し、これにより、レーザ光の照射面積が変更可能に構成されている。
【００１９】
対物レンズ５は、一般的に使用されている凸レンズであり、結像レンズ３からの入射光を加工対象のガラス６へ向けて透過させる。本実施形態においては、対物レンズ５はその周縁を略円筒状の支持体５０により支持されている。対物レンズ５を支持するレンズ支持部４は、例えばアルミニウム部材又はアルミニウム部材を更に加工した部材であって、椀状に形成された支持部材４１を有し、その開口が下方に向けて配置されている。そして、支持部材４１の開口端面には、多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定されている。上方へ向けて湾曲した支持部材４１の底部には、対物レンズ５用の支持体５０を挿通させるための孔が設けられており、この孔に支持体５０が挿通され、支持体５０の外面と支持部材４１との間の気密性が確保された状態で、支持体５０が支持部材４１に固定されている。そして、結像レンズ３の透過光が対物レンズ５に入射されるように、結像レンズ３の下方に、レンズ支持部４が配置され、多孔質部材４３の下面及び支持部材４１の内面がガラス６と向かい合うように配置される。
【００２０】
図１に示すように、支持部材４１の内部には、支持部材４１の開口端面に固定された多孔質部材４３の上面へと繋がる空気流路４ａが形成されており、支持部材４１の外面から空気流路４ａへと接続される給気用の孔（本発明における給気部）が設けられている。そして、この給気孔４１ａに給気ホース４４（本発明における供給部材）が接続されている。給気ホース４４の他端は、例えばコンプレッサ等の圧縮空気を供給する装置に接続されている。また、支持部材４１には、椀状に形成された内側の空間と外面とを結ぶように排気孔４１ｂが設けられており、この排気孔４１ｂに排気ホース４５（本発明における排気部材）が接続されている。排気ホース４５の他端は、例えば真空ポンプ等の吸引装置に接続されている。
【００２１】
支持部材４１の開口端面に固定された多孔質部材４３は、例えば多孔質グラファイト、多孔質セラミックス、多孔質樹脂又は焼結金属等により形成されており、これにより、多孔質部材４３は、その内部の隙間を介して、空気流路に面する上面側とガラス６に面する下面側とが連通している。よって、空気流路４ａに給気ホース４４から圧縮空気が給気されることにより、その正圧に対応した空気が多孔質部材４３の下面から均一に噴気されるように構成されている。また、排気ホース４５から支持部材４１の内側空間の空気を排気することにより、支持部材４１の内側空間は大気圧に対して負圧となり、ガラス６の表面から空気が吸引される。このように、多孔質部材４３による噴気と排気ホース４５による排気とを同時に進行させることにより、噴気による正圧によって対物レンズ５をレンズ支持部４と共にガラス６上に浮上させた状態で、排気ホース４５による排気により、ガラス６上における対物レンズ５及びレンズ支持部４の位置が安定的に保持される。
【００２２】
即ち、本実施形態においては、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５により排気する空気の圧力を調節することにより、対物レンズ５の高さ方向の位置を非接触で調節することができ、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光を加工対象部材に容易に合焦点することができる。
【００２３】
図２は、本実施形態のレーザ加工装置において、レンズ支持部４とその他の構成とを接続する構成を一例として示す図である。但し、図２に示す例は一例であり、対物レンズ５及びレンズ支持部４を加工対象部材上に浮上させた状態で、対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能に構成されている限り、本発明は、この態様に限定されない。図２に示すように、レンズ支持部４には、支持部材４１から上方に延出するように、３本の支持棒４６が固定されている。また、結像レンズ３は、例えば２個の凸レンズ３ａ，３ｂをその周縁で支持する円筒状の枠体３０を有し、この枠体３０の側面には３本の突起３０ａが設けられている。支持棒４６には、支持部材４１に対して逆側の端部に長円形又は楕円形の孔４６ａが設けられており、この孔４６ａに前記結像レンズ３の枠体３０に設けられた突起３０ａが遊嵌されている。これにより、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、支持棒４６の孔４６ａの大きさの範囲内で、結像レンズ３に対して自在に上下動可能であり、給気ホース４４からの圧縮空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力を変化させても、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、光軸に平行な方向にのみ移動する。
【００２４】
給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５により排気する空気の圧力は、例えば予めガラス６の板厚等により測定された最適な圧力に設定することにより、レーザ光の最適な焦点位置を調節することができる。よって、本実施形態によれば、板厚が異なるガラス６を切断する際においても、レーザ光をガラス６の最適な位置に合焦点させることができ、切断速度が早く、加工効率を向上させることができる。
【００２５】
本実施形態においては、上述の如く、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂは、レーザ光の光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されているため、対物レンズ５に対するレーザ光の入射角も各凸レンズ３ａ，３ｂにより変化し、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置も変わる。よって、前記給気圧力及び排気圧力は、ガラス６の板厚に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置に応じて、予め測定された最適な圧力に設定することにより、上記本実施形態の効果を得ることができる。
【００２６】
次に、本実施形態のレーザ加工装置の動作について説明する。先ず、レーザ加工装置１の所定位置に切断対象の大型のガラス６の切断開始部位を配置する。次に、給気ホース４４の他端に接続されたコンプレッサを駆動させると共に、排気ホース４５の他端に接続された真空ポンプを駆動させる。このとき、給気ホース４４による給気圧力及び排気ホース４５による排気圧力は、ガラス６の板厚に応じて設定する。例えば結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置を調節する場合には、給気ホース４４による給気圧力及び排気ホース４５による排気圧力は、ガラス６の板厚に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置に応じて、予め測定された最適な圧力に設定する。
【００２７】
給気ホース４４による給気が開始されると、図１に示すように、レンズ支持部４の支持部材４１の内部に形成された空気流路４ａには、圧縮空気が供給され、空気流路４ａ内に充填される。支持部材４１の開口端面には、多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定されているため、空気流路４ａ内の圧縮空気は、多孔質部材４３の上面へと導かれた後、多孔質部材４３の内部の隙間を介して、多孔質部材４３の下面から下方へと均一に噴気される。これにより、レンズ支持部４をガラス６から遠ざける方向の力が作用し、対物レンズ５はレンズ支持部４と共に、ガラス６上で浮上する。このとき、図２に示すように、レンズ支持部４には、支持部材４１から上方に延出する支持棒４６が固定されており、その端部に設けられた孔４６ａに結像レンズ３の枠体３０に設けられた突起３０ａが遊嵌されているため、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、レーザ光の光軸に平行な方向にのみ移動する。
【００２８】
また、排気ホース４５による排気により、椀状の支持部材４１の内側空間の空気が徐々に吸引されていき、支持部材４１の内側空間の圧力が大気圧に対して負圧となる。これにより、支持部材４１には、レンズ支持部４をガラス６側へと引き寄せる方向の力が作用する。よって、ガラス６上における対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さが安定的に保持され、給気ホース４４により供給される空気の圧力と排気ホース４５により排気される空気の圧力とが平衡となる高さで静止する。即ち、この高さは、対物レンズ５を透過したレーザ光が、ガラス６の板厚方向における中央に集光される高さであり、その焦点位置は、ガラス６を切断する際に、最適な切断速度が得られる位置である。
【００２９】
この状態で、光源２からレーザ光を出射させる。光源２から出射されたレーザ光は、先ず、結像レンズ３の上方の凸レンズ３ａに入射し、凸レンズ３ａを透過した後、集光され、拡散されて下方の凸レンズ３ｂに入射される。そして、光軸に垂直な面内における照射面積が拡大されたレーザ光は、レンズ支持部４に支持された対物レンズ５に入射し、透過されて、ガラス６へ向けて集光されていく。
【００３０】
本実施形態においては、対物レンズ５及びレンズ支持部４は、多孔質部材４３からの噴気及び排気ホース４５による排気によって高さが調節され、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置がガラス６の板厚方向における中央となる。よって、集光位置におけるレーザ光のエネルギー密度が高まり、ガラス６は、板厚方向の中央部を起点として切断される。
【００３１】
この状態で、ガラス６をレーザ加工装置１に対してスキャンしていくと、そのスキャン方向に沿って、ガラスが切断されていく。この際、レンズ支持部４の位置は、ガラス６のスキャンに影響されることはなく、対物レンズ５の位置は精度よく安定的に保持される。よって、ガラス６に対するレーザ光の集光位置が固定され、ガラス６を安定的に高い加工効率で切断することができる。例えば、ガラス６の表面に埃等が付着していても、本実施形態においては、レーザ光の焦点位置を非接触式に調節するため、埃等の付着物によって焦点位置がずれることもない。なお、本実施形態においては、圧縮空気を噴気させているため、ガラス６の表面の微小な付着物は、加工対象領域から吹き飛ばされやすく、加工精度に影響を及ぼす虞も少ない。
【００３２】
なお、本実施形態のように、結像レンズ３が設けられている場合においては、対物レンズ５の透過光の焦点位置は、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂによっても調節することができ、対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さを大きく調節する必要がある場合には、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力に加えて、結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの光軸に沿った位置を調節してもよい。この結像レンズ３は、特に必要がない場合は、設けられていなくてもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、レーザ加工装置１によりガラス６を切断する場合について説明したが、本発明は、加工対象部材に照射するレーザ光の焦点位置を調整する場合に広く適用できるものであり、加工対象部材の種類及び加工方法によって、限定されるものではない。同様に、本実施形態における光源の種類及びレーザ光の波長等も、一例である。
【００３４】
更に、本実施形態においては、支持部材４１の開口端面に多孔質材料からなる多孔質部材４３が固定され、この多孔質部材４３の内部の隙間を介して、空気を下方に噴気させる場合を説明したが、図３に示すように、多孔質部材４３に代えて、以下のような構成を有する噴気部材４６が支持部材４１の開口端面に配置されている場合においても、本実施形態と同様の効果が得られる。即ち、噴気部材４６は、その上方の支持部材４１側の表面に、空気の導入口４６ａが形成され、導入口４６ａは、支持部材４１の空気流路４ａに接続されている。また、噴気部材４６は、導入口４６ａに夫々接続されるように、下方のガラス６側の表面には、複数個の微細な空気噴出孔４６ｂが形成されている。これにより、上記多孔質部材４３の場合と同様に、空気流路４ａを介して導入口４６ａに導かれた空気は、空気噴出孔４６ｂを介してガラス６に噴気される。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態におけるレーザ加工装置の各構成は、第１実施形態と同一であるが、本実施形態においては、結像レンズ３は、光源２から入射されたレーザ光を平行光として透過させる。これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置はレンズ支持部４の高さのみによって調節可能となり、合焦点できる高さの範囲が第１実施形態に比して狭くなるが、対物レンズ５には常に平行光のレーザ光が入射されるため、対物レンズ５固有の焦点位置と対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置とが一致し、また、給気ホース４４により供給される空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力を結像レンズ３の各凸レンズ３ａ，３ｂの位置により調節する必要がなく、焦点位置の調節が容易である。
【００３６】
なお、本実施形態におけるレーザ加工装置の動作は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図５は本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態においては、第１及び第２実施形態の結像レンズ３に代えて、ビームスプリッタ７ｃが設けられている。そして、光源２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ７ｃに透過される。一方、ビームスプリッタ７ｃは、切断対象のガラス６に照射されたレーザ光の反射光が対物レンズ５に透過された後、再度入射された場合、反射光をその反射透過面で反射させるように構成されている。また、本実施形態においては、図５に示すように、ビームスプリッタ７ｃによる反射光が集光されるべき位置にピンホールが設けられたピンホール部材１３と、ピンホール部材１３のピンホールを透過したレーザ光を受光する点検出カメラ１２が設けられている。
【００３８】
本実施形態においては、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２が設けられていることにより、ガラス６の所定の位置にレーザ光が照射された場合には、その反射光がピンホール部材１３のピンホールの位置に集光されてこれを透過し、点検出カメラ１２により検出可能に構成されている。一方、ガラス６へのレーザ光の照射位置が所定の位置からずれている場合においては、図５に破線で示すように、ガラス６を反射したレーザ光の集光位置は、その光路上において、ピンホール部材１３よりも上流側となる。よって、ピンホール部材１３の透過光は、ピンホール部材１３による絞りによりその照度が低下し、点検出カメラ１２により検出される像も焦点がずれたものとなる。
【００３９】
本実施形態においては、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２を設けることにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が所定の位置にあることを検出することができる。対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が所定の位置からずれている場合においては、給気ホース４４により供給される空気の圧力及び排気ホース４５による排気圧力又はいずれか一方の圧力を調節することにより、焦点位置を補正する。例えば図５に破線で示すように、レーザ光の焦点位置が所定の位置よりも高い場合には、例えば給気ホース４４により供給する空気の圧力を弱めるか、又は排気ホース４５による排気圧力を強めることにより、対物レンズ５及びレンズ支持部４の高さを低くする。そして、ガラス６の所定の位置に対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置が補正された場合には、ガラス６により反射された光がピンホール部材１３のピンホールの位置に集光され、点検出カメラ１２に入射する。よって、点検出カメラ１２により検出される光は照度が高く、鮮明な像が検出される。
【００４０】
なお、本実施形態においては、給気ホース４４により供給する空気の圧力及び／又は排気ホース４５による排気圧力を調整することによりレーザ光の焦点位置を補正する場合を述べたが、第１実施形態と同様に、レーザ光の光路上に結像レンズ等の光学系を設け、これにより、対物レンズ５を透過したレーザ光の焦点位置を補正できるように構成してもよい。但し、この場合には、ガラス６による反射光の焦点位置も変化するため、結像レンズの凸レンズの移動と同時に、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２の位置も調整する必要がある。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図６は本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１ｃにおいては、光源２と対物レンズ５との間に結像レンズ３ｃが配置されており、光源２と結像レンズ３ｃとの間及び結像レンズ３ｃと対物レンズ５との間には、夫々ビームスプリッタ７ｃ，７ｄが配置されている。また、光源２側のビームスプリッタ７ｃの側方には、第３実施形態と同様に、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２が設けられており、この点検出カメラ１２により合焦点を検出可能に構成されている。本実施形態においては、対物レンズ５側のビームスプリッタ７ｄの側方に照明１４が設けられており、照明１４から出射された照明光をビームスプリッタ７ｄの反射透過面で反射させて、対物レンズ５を介して、ガラス６に照射することにより、レーザ光の焦点位置付近の照度を高めている。更に、本実施形態においても、結像レンズ３ｃは、レーザ光の光軸に平行な方向における位置を移動可能に構成されており、図６に示すように、光源２から出射したレーザ光を平行光にして透過させる。
【００４２】
これにより、本実施形態のレーザ加工装置１ｃにおいては、第２実施形態及び第３実施形態の双方の効果が得られる。また、結像レンズ３ｃにより、光源２からのレーザ光を平行光にして透過させることにより、ガラス６による反射光の焦点位置が特定の位置に定まり、レンズ支持部４の位置を変更してレーザ光の焦点位置を調節した場合においても、ピンホール部材１３及び点検出カメラ１２の位置を調整する必要はない。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０，１１：レーザ加工装置、２：光源、３：結像レンズ、４：レンズ支持部、４１：支持部材、４ａ：空気流路、４３：多孔質部材、４４：給気ホース、４５：排気ホース、４６：噴気部材、５：対物レンズ、６：ガラス（加工対象部材）、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：ビームスプリッタ、８ａ：（合焦点用）照明、８ｂ：（合焦点用）カメラ、９：レーザ変位計、１２：点検出カメラ、１３：ピンホール部材、１４：照明
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
多孔質材料からなり前記支持部材の開口端面に固定された多孔質部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記多孔質部材まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記多孔質部材に供給された空気を前記多孔質部材から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記多孔質部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
前記支持部材の開口端面に配置され、前記支持部材の開口端面側に空気の導入口が設けられ、前記加工対象部材側に前記導入口に夫々接続された複数個の微細な空気噴出孔が設けられた噴気部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記噴気部材の前記導入口まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記噴気部材に供給された空気を前記噴気部材の前記空気噴出孔から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記噴気部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
更に、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された結像レンズを有し、この結像レンズの位置を前記レーザ光の光路上で移動させることにより、前記対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記結像レンズは前記光源からのレーザ光を平行光にして透過させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
更に、前記加工対象部材に照射したレーザ光の反射光が前記対物レンズを透過して前記光源側に集光されるべき位置に配置された光検出器を有し、この光検出器に前記反射光が集光されるように前記レンズ支持部の位置が調節されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
多孔質材料からなり前記支持部材の開口端面に固定された多孔質部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記多孔質部材まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記多孔質部材に供給された空気を前記多孔質部材から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記多孔質部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光が入射され透過光を加工対象部材に照射する対物レンズと、この対物レンズを支持するレンズ支持部と、を有し、
前記レンズ支持部は、
開口を下方に向けて配置された椀状の支持部材と、
前記支持部材の開口端面に配置され、前記支持部材の開口端面側に空気の導入口が設けられ、前記加工対象部材側に前記導入口に夫々接続された複数個の微細な空気噴出孔が設けられた噴気部材と、
前記支持部材に設けられた給気部に空気を供給する供給部材と、
前記支持部材に設けられ前記給気部から前記噴気部材の前記導入口まで空気を導く空気流路と、
前記支持部材に設けられ支持部材の内側空間から空気を排出する排気孔と、
前記排気孔に接続されて空気を吸引する排気部材と、
を有し、
前記空気流路を経て前記噴気部材に供給された空気を前記噴気部材の前記空気噴出孔から前記加工対象部材に向けて噴気し、前記噴気部材からの噴気及び前記排気部材による排気により、前記レンズ支持部を前記加工対象部材上に浮上させた状態で、前記対物レンズを透過したレーザ光を前記加工対象部材に合焦点させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
更に、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された結像レンズを有し、この結像レンズの位置を前記レーザ光の光路上で移動させることにより、前記対物レンズを透過したレーザ光の焦点位置を調節可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記結像レンズは前記光源からのレーザ光を平行光にして透過させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
更に、前記加工対象部材に照射したレーザ光の反射光が前記対物レンズを透過して前記光源側に集光されるべき位置に配置された光検出器を有し、この光検出器に前記反射光が集光されるように前記レンズ支持部の位置が調節されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２８７２７（Ｐ２０１２−２２８７２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９８３８（Ｐ２０１１−９９８３８）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
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