JP2001105168A - Light-emitting optical system, laser beam machining device equipped with light-emitting optical system, and laser beam machining method - Google Patents
Light-emitting optical system, laser beam machining device equipped with light-emitting optical system, and laser beam machining methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置の
出射光学系、及びレーザ加工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an emission optical system of a laser processing apparatus and a laser processing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ光を利用し
て、加工対象物を切断したり、穴を空けたり、あるいは
溶接、半田付けを行う装置である。このようなレーザ加
工装置の中には、レーザ発振器からのレーザ光を、光フ
ァイバを用いて加工対象物の近傍に導き、光ファイバの
出射端に取り付けた出射光学系（加工ヘッド）を通して
加工対象物に照射するタイプのものがある。2. Description of the Related Art A laser processing apparatus is an apparatus for cutting, drilling, welding, or soldering an object to be processed by using a laser beam. In such a laser processing apparatus, a laser beam from a laser oscillator is guided to the vicinity of an object to be processed using an optical fiber, and is processed through an output optical system (processing head) attached to an output end of the optical fiber. Some types irradiate objects.
【０００３】通常、レーザ加工装置の出射光学系は、光
ファイバより出射したレーザ光をコリメーションした
後、コリメーションされたレーザ光を集光レンズで集光
するように構成されている。このため、集光レンズから
加工対象物までのレーザ光の光路は円錐状となり、加工
対象物上のスポットは、円形（または楕円形）となる。Usually, an emission optical system of a laser processing apparatus is configured to collimate a laser beam emitted from an optical fiber and then collect the collimated laser beam by a condenser lens. For this reason, the optical path of the laser beam from the condenser lens to the processing target is conical, and the spot on the processing target is circular (or elliptical).
【０００４】従来、プラスチックピングリッドアレイ
（ＰＰＧＡ）やピングリッドアレイ（ＰＧＡ）等のよう
に、ランド部にピンを溶接・半田付けするような加工
は、レーザ加工装置を用いては行なわれていない。Conventionally, such processes as welding and soldering pins to lands, such as plastic pin grid arrays (PPGA) and pin grid arrays (PGA), have not been performed using a laser processing apparatus. .
【０００５】なぜならば、このような加工を、レーザ加
工装置を用いて行おうとすると、レーザ光がピンに照射
され、ピンに焼け（熱的損傷）が生じるなどの問題があ
るからである。[0005] This is because if such processing is to be performed using a laser processing apparatus, there is a problem that the pins are irradiated with laser light, causing burns (thermal damage) to the pins.
【０００６】上記問題が発生しないようにするには、ピ
ンの延在方向に対して斜め方向からレーザ光を照射しつ
つ、ピンを中心にランド部を回転させて、ピンの周囲に
のみレーザ光が照射されるようにすればよいが、加工に
手間と時間を要するという別の問題が生じる。In order to prevent the above problem from occurring, the land is rotated around the pin while irradiating the laser light obliquely with respect to the extending direction of the pin, and the laser light is irradiated only around the pin. May be applied, but there is another problem that processing requires time and effort.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ピン等
の棒状突起とそれが取り付けられるランド部との間を溶
接、あるいは半田付けするためにレーザ加工装置を用い
ることは、様々な問題点を引き起こすため、実用化され
ていない。しかしながら、レーザ加工装置を用いたレー
ザ加工は、高速で安価、制御が容易などの特徴を有して
おり、棒状突起の溶接・半田付けへの応用が期待されて
いる。As described above, the use of a laser processing apparatus for welding or soldering between a rod-like projection such as a pin and a land to which the projection is attached has various problems. Has not been put to practical use. However, laser processing using a laser processing apparatus has features such as high speed, low cost, and easy control, and is expected to be applied to welding and soldering of rod-shaped projections.
【０００８】そこで、本発明は、棒状突起のランド部へ
の溶接あるいは半田付けを行うためのレーザ加工方法、
及びそれに使用されるレーザ加工装置の提供を目的とす
る。Accordingly, the present invention provides a laser processing method for welding or soldering a rod-shaped projection to a land,
And a laser processing device used for the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、加工用
光ファイバから出射した加工用レーザ光を、加工対象物
の加工領域に照射するために集光する集光レンズを備え
た出射光学系において、照明用光ファイバから出射した
照明光を前記集光レンズを通して前記加工領域に照射す
るための照明用光学素子と、撮像装置を用いて、前記集
光レンズを通して前記加工領域を撮像するための撮像用
光学素子とを備えたことを特徴とする出射光学系が得ら
れる。According to the present invention, there is provided an output optical system having a condensing lens for converging a processing laser beam emitted from a processing optical fiber to irradiate a processing area of a processing object. In the system, an illumination optical element for irradiating illumination light emitted from an illumination optical fiber to the processing area through the condenser lens, and using an imaging device to image the processing area through the condenser lens. And an emission optical system characterized by comprising:
【００１０】ここで、前記加工用光ファイバと前記集光
レンズとの間に、その頂点が互いに背くように一対の円
錐プリズムを配置し、前記加工用レーザ光の断面形状を
リング状にするようにしてもよい。この場合、前記一対
の円錐プリズムのうち一方は、前記加工用レーザ光の光
路に沿って移動可能にすることが望ましい。Here, a pair of conical prisms are disposed between the processing optical fiber and the condenser lens such that the vertices of the conical prisms are opposite to each other, so that the cross-sectional shape of the processing laser light is ring-shaped. It may be. In this case, it is desirable that one of the pair of conical prisms is movable along the optical path of the processing laser light.
【００１１】本発明の出射光学系は、具体的には、前記
加工用レーザ光を第１の全反射鏡と第２のハーフミラー
とを用いて前記集光レンズに入射させるとともに、前記
照明光を第２の全反射鏡と第２のハーフミラーとを用い
て前記集光レンズに入射させるようにし、前記第１のハ
ーフミラー、前記第２の全反射鏡、及び前記第２のハー
フミラーを前記照明用光学素子として利用するととも
に、前記第１のハーフミラー及び前記第２のハーフミラ
ーを前記撮像用光学素子として利用するようにしてい
る。Specifically, the emission optical system according to the present invention makes the processing laser light incident on the condenser lens by using a first total reflection mirror and a second half mirror, and simultaneously emits the illumination light. Is incident on the condenser lens using a second total reflection mirror and a second half mirror, and the first half mirror, the second total reflection mirror, and the second half mirror are The first half mirror and the second half mirror are used as the imaging optical element while being used as the illumination optical element.
【００１２】また、本発明によれば、上記の出射光学系
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置が得られる。Further, according to the present invention, there is provided a laser processing apparatus provided with the above-mentioned emission optical system.
【００１３】さらに、本発明によれば、リング状のレー
ザ光を発生させ、当該リング状レーザ光を加工対象物に
照射してリング状の加工を行うようにしたことを特徴と
するレーザ加工方法が得られる。Further, according to the present invention, a ring-shaped laser beam is generated, and the ring-shaped laser beam is applied to an object to be processed to perform a ring-shaped process. Is obtained.
【００１４】このレーザ加工方法では、前記加工対象物
の表面に棒状突起物が存在する場合に、該棒状突起物の
周囲に前記リング状レーザ光を照射して、前記棒状突起
物の周囲のみをリング状に加工することができる。In this laser processing method, when a rod-shaped projection is present on the surface of the object to be processed, the ring-shaped laser light is radiated around the rod-shaped projection, and only the periphery of the rod-shaped projection is irradiated. It can be processed into a ring shape.
【００１５】前記加工対象物は、例えば、複数のピンを
備えたピングリッドアレイ、またはプラスチックピング
リッドアレイである。The object to be processed is, for example, a pin grid array having a plurality of pins or a plastic pin grid array.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１７】図１に、本発明の一実施の形態による出射
光学系を示す。この出射光学系は、光ファイバコネクタ
１１、コリメーションレンズ対１２、円錐プリズム１３
ａ，１３ｂ、反射ミラー１４、ハーフミラー１５、集光
レンズ対１６、カメラ固定部１７、カメラ用結像レンズ
１８、フィルター１９、照明用光ファイバ固定部２０、
コリメーションレンズ２１、反射ミラー２２、及びハー
フミラー２３を有している。FIG. 1 shows an emission optical system according to an embodiment of the present invention. The output optical system includes an optical fiber connector 11, a pair of collimation lenses 12, a conical prism 13
a, 13b, reflection mirror 14, half mirror 15, condenser lens pair 16, camera fixing unit 17, camera imaging lens 18, filter 19, illumination optical fiber fixing unit 20,
It has a collimation lens 21, a reflection mirror 22, and a half mirror 23.
【００１８】光ファイバコネクタ１１は、図示しない加
工用レーザ発振器（例えばＹＡＧレーザ）からの加工用
レーザ光を伝搬させる加工用光ファイバ２４に連結され
る。The optical fiber connector 11 is connected to a processing optical fiber 24 for transmitting a processing laser beam from a processing laser oscillator (for example, a YAG laser) not shown.
【００１９】コリメーションレンズ対１２は、光ファイ
バコネクタ１１の出射端より出射した加工用レーザ光を
コリメーションする。ここでは、一対のレンズを用いた
が単一のレンズを用いてもよい。The collimation lens pair 12 collimates the processing laser light emitted from the emission end of the optical fiber connector 11. Here, a pair of lenses is used, but a single lens may be used.
【００２０】円錐プリズム１３ａ，１３ｂは、同一形状
を有し、その頂点が互いに逆方向（背く方向）に向くよ
うに配置されている。また、一方の円錐プリズム１３ａ
は、位置固定され、他方の円錐プリズム１３ｂは、コリ
メーションされた加工用レーザ光の光路に沿って移動可
能に保持されている。そして、この円錐プリズム１３
ａ，１３ｂは、後述するようにして、コリメーションさ
れたレーザ光のビーム形状（断面形状）をリング状（リ
ングモード）に変化させる。The conical prisms 13a and 13b have the same shape and are arranged such that their vertices face in opposite directions (backward direction). Also, one conical prism 13a
Is fixed, and the other conical prism 13b is movably held along the optical path of the collimated processing laser light. And this conical prism 13
a and 13b change the beam shape (cross-sectional shape) of the collimated laser light into a ring shape (ring mode) as described later.
【００２１】反射ミラー１４には、その表面に、加工用
レーザ光を全反射するための反射コーディングが施され
ている。そして、反射ミラー１４は、円錐プリズム１３
ａ，１３ｂを通過したレーザ光を全反射する。The reflection mirror 14 is provided on its surface with reflection coding for totally reflecting the processing laser light. Then, the reflection mirror 14 is
The laser light having passed through a and 13b is totally reflected.
【００２２】ハーフミラー１５には、その表面に、加工
レーザ光を全反射し、可視域波長光を透過させる４５°
入射コーティングが施されている。また、その裏面に
は、必要に応じて、可視域波長光に対する無反射コーデ
ィングが施される。この反射コーディングは、ハーフミ
ラー１５の材質として、可視域波長光に対して透明であ
るＢＫ−７や合成石英を用いた場合には不要である。そ
して、このハーフミラー１５は、反射ミラー１４からの
加工用レーザ光を反射して集光レンズ対１６に入射させ
るとともに、後述の照明光を透過させる。The half mirror 15 has a surface on which a processing laser beam is totally reflected and a wavelength of 45.degree.
Incident coating is applied. The back surface is subjected to anti-reflection coding for visible wavelength light as necessary. This reflection coding is unnecessary when BK-7 or synthetic quartz which is transparent to visible wavelength light is used as the material of the half mirror 15. The half mirror 15 reflects the processing laser light from the reflection mirror 14 to enter the condenser lens pair 16 and transmits the illumination light described later.
【００２３】集光レンズ対１６は、ハーフミラー１５で
反射された加工用レーザ光を集光して、図示しない加工
対象物に照射する。また、この集光レンズ１６は、後述
の照明光を集光して、加工対象物に照射する。なお、こ
こでは、集光レンズ対としたが、単一のレンズであって
もよい。The condenser lens pair 16 condenses the processing laser light reflected by the half mirror 15 and irradiates the processing laser light (not shown). The condensing lens 16 condenses illumination light, which will be described later, and irradiates the object to be processed. Here, the pair of condenser lenses is used, but a single lens may be used.
【００２４】カメラ固定部１７には、例えばＣＣＤカメ
ラ２５が固定される。カメラ固定部１７に固定されたＣ
ＣＤカメラ２５は、カメラ用結像レンズ１８、フィルタ
ー１９、ハーフミラー２３、ハーフミラー１５、及び集
光レンズ対１６を通して、加工対象物の加工領域を撮像
する。For example, a CCD camera 25 is fixed to the camera fixing section 17. C fixed to the camera fixing part 17
The CD camera 25 captures an image of a processing area of the processing target through the camera imaging lens 18, the filter 19, the half mirror 23, the half mirror 15, and the condenser lens pair 16.
【００２５】照明用光ファイバ固定部２０は、図示しな
い照明用光源（例えば、ハロゲンランプ光源装置）から
の照明光を伝搬させる照明用光ファイバ（ライトガイド
ファイバ）２６の先端を保持固定する。The illumination optical fiber fixing section 20 holds and fixes an end of an illumination optical fiber (light guide fiber) 26 for transmitting illumination light from an unillustrated illumination light source (for example, a halogen lamp light source device).
【００２６】コリメーションレンズ２１は、照明用光フ
ァイバ２６より出射した照明光をコリメーションする。The collimation lens 21 collimates the illumination light emitted from the illumination optical fiber 26.
【００２７】反射ミラー２２の表面には、可視域波長の
光を全反射する、例えば銀コートが施されている。The surface of the reflection mirror 22 is provided with, for example, a silver coat for totally reflecting light in the visible wavelength range.
【００２８】ハーフミラー２３の表面には、入射した可
視域波長の光を一部透過させ、一部反射するための反射
コーディングが施されている。そして、ハーフミラー２
３は、反射ミラー２２で反射された照明光を一部反射し
て、ハーフミラー１５及び集光レンズ対１６の方へ向か
わせる。また、集光レンズ対１６及びハーフミラー１５
の方からフィルター１９及びカメラ用結合レンズ１８の
方へ向かう可視域波長の光を一部透過させる。通常、こ
のハーフミラー２３の反射率は、５０％（透過率５０
％）としてあるが、照明光の光量及びＣＣＤカメラ２５
の感度によっては、変更する必要が生じるかもしれな
い。その場合は、例えば、ハーフミラー２３の反射率を
４０％（透過率６０％）としたり、逆に反射率を６０％
（透過率４０％）とするなどすればよい。The surface of the half mirror 23 is provided with reflection coding for partially transmitting and partially reflecting the incident light in the visible wavelength range. And half mirror 2
Reference numeral 3 partially reflects the illumination light reflected by the reflection mirror 22 and directs the illumination light toward the half mirror 15 and the condenser lens pair 16. Also, a condenser lens pair 16 and a half mirror 15
Part of the light having a wavelength in the visible region traveling from the side toward the filter 19 and the camera coupling lens 18 is partially transmitted. Normally, the half mirror 23 has a reflectance of 50% (a transmittance of 50%).
%), The amount of illumination light and the CCD camera 25
May need to be changed depending on the sensitivity of the In this case, for example, the reflectivity of the half mirror 23 is set to 40% (transmittance 60%), or conversely, the reflectivity is set to 60%.
(Transmittance 40%).
【００２９】次に、この出射光学系の動作について説明
する。Next, the operation of the emission optical system will be described.
【００３０】加工用レーザ発振器から出射した加工用レ
ーザ光は、加工用光ファイバ２４を伝搬し、光ファイバ
コネクタ１１に入射する。光ファイバコネクタは、その
出射端より入射した加工用レーザ光をコリメーションレ
ンズ対１２へ向けて出射させる。コリメーションレンズ
対１２は、入射した加工用レーザ光をコリメーションし
て、円錐プリズム１３ａに入射させる。円錐プリズム１
３ａ，１３ｂは、入射した加工用レーザ光をリング状レ
ーザ光に変換し、反射ミラー１４へ向けて出射する。反
射ミラー１４及びハーフミラー１５は、円錐プリズム１
３ｂから出射したレーザ光を集光レンズ対１６に導く。
集光レンズ対１６は、入射した加工用レーザ光を集光し
て加工対象物に照射する。The processing laser light emitted from the processing laser oscillator propagates through the processing optical fiber 24 and enters the optical fiber connector 11. The optical fiber connector emits the processing laser light incident from its emission end toward the collimation lens pair 12. The collimation lens pair 12 collimates the incident processing laser light and makes the laser light incident on the conical prism 13a. Conical prism 1
3a and 13b convert the incident processing laser light into a ring-shaped laser light and emit it toward the reflection mirror 14. The reflection mirror 14 and the half mirror 15
The laser beam emitted from 3b is guided to the condenser lens pair 16.
The condenser lens pair 16 condenses the incident processing laser light and irradiates the processing target with the laser light.
【００３１】一方、照明用光源から出射した照明光は、
照明用光ファイバ２６を伝搬して、その先端から出射さ
れ、コリメーションレンズ２１に入射する。コリメーシ
ョンレンズ２１は、入射した照明光をコリメーション
し、反射ミラー２２に入射させる。反射ミラー２２は、
入射した照明光を反射してハーフミラー２３に入射させ
る。ハーフミラー２３は、入射した照明光の一部を反射
してハーフミラー１５に入射させる。ハーフミラー１５
は、可視域波長の光に対して透明なので、ハーフミラー
２３からの照明光を透過し、集光レンズ対１６に入射さ
せる。ここで、ハーフミラー２３及び１５は、集光レン
ズ対１６に入射する加工用レーザ光と照明光とがその光
路を一致させるように調整されており、集光レンズ対１
６に入射した照明光は、集光され、加工用レーザ光が照
射される領域（加工領域）を同軸上に照射する。On the other hand, the illumination light emitted from the illumination light source is
The light propagates through the illumination optical fiber 26, exits from the tip, and enters the collimation lens 21. The collimation lens 21 collimates the incident illumination light and makes the light enter the reflection mirror 22. The reflection mirror 22
The incident illumination light is reflected and made incident on the half mirror 23. The half mirror 23 reflects a part of the incident illumination light and causes the half mirror 15 to enter the half mirror 15. Half mirror 15
Is transparent to light in the visible wavelength range, so that the illumination light from the half mirror 23 is transmitted and made incident on the condenser lens pair 16. Here, the half mirrors 23 and 15 are adjusted so that the processing laser beam and the illumination light incident on the condenser lens pair 16 match their optical paths.
The illumination light incident on 6 is condensed, and irradiates a region (processing region) irradiated with the processing laser light coaxially.
【００３２】加工領域からの反射光（自然光、室内照明
光、照明光等の反射光）は、図の右側から集光レンズ対
１６に入射する。集光レンズ対１６は、入射した反射光
をハーフミラー１５に入射させる。ハーフミラー１５
は、入射した反射光を透過して、ハーフミラー２３に入
射させる。ハーフミラー２３は、入射した反射光を一部
透過して、フィルター１９に入射させる。フィルター１
９は、入射した反射光に対してフィルター処理を行い、
カメラ結像レンズ１８に入射させる。カメラ結像レンズ
１８は、入射した反射光を透過し、カメラ固定部１７の
方へ進行させる。この結果、カメラ固定部１７にＣＣＤ
カメラ２５等を連結しておくことにより、加工領域を観
察（同軸観察：加工レーザ光の照射角と同じ角度で観
察）することができる。Light reflected from the processing region (reflected light such as natural light, indoor illumination light, illumination light, etc.) enters the condenser lens pair 16 from the right side of the drawing. The condenser lens pair 16 causes the incident reflected light to enter the half mirror 15. Half mirror 15
Transmits the reflected light incident on the half mirror 23. The half mirror 23 transmits a part of the reflected light that has entered and makes the reflected light enter the filter 19. Filter 1
9 filters the incident reflected light,
The light enters the camera imaging lens 18. The camera imaging lens 18 transmits the reflected light that has entered and advances the light toward the camera fixing unit 17. As a result, the CCD
By connecting the camera 25 and the like, the processing area can be observed (coaxial observation: observation at the same angle as the irradiation angle of the processing laser light).
【００３３】以上のように、この出射光学系では、加工
領域の観察に使用される照明光の光路上にプリズムが配
置されていないので、良好な観察像を得ることができ
る。なお、反射光が通過する光学系の光学倍率は、集光
レンズ対１６とカメラ結像レンズ１８の焦点距離の比に
より定まる。例えば、集光レンズ対１６の合成焦点距離
が６０mm、カメラ用結像レンズ１８の焦点距離が１５０
mmであるとすると、その光学倍率は、１５０mm／６０mm
＝２．５（倍）となる。As described above, in this emission optical system, a good observation image can be obtained because the prism is not arranged on the optical path of the illumination light used for observing the processing area. The optical magnification of the optical system through which the reflected light passes is determined by the ratio of the focal length of the condenser lens pair 16 to the focal length of the camera imaging lens 18. For example, the combined focal length of the condenser lens pair 16 is 60 mm, and the focal length of the camera imaging lens 18 is 150 mm.
mm, the optical magnification is 150 mm / 60 mm
= 2.5 (times).
【００３４】次に、図２を参照して、上記出射光学系の
内、加工用レーザ光を加工対象物に照射するための光学
系について、より詳しく説明する。Next, with reference to FIG. 2, an optical system for irradiating a processing object with a processing laser beam among the above-mentioned emission optical systems will be described in more detail.
【００３５】図２は、図１の出射光学系の内、加工用レ
ーザ光を加工対象物に照射するための光学系の基本構成
を示す。FIG. 2 shows a basic configuration of an optical system for irradiating a processing object with a processing laser beam in the emission optical system of FIG.
【００３６】光ファイバコネクタ１１から出射する加工
用レーザ光は、ある広がり角をもつ。コリメーションレ
ンズ対１２（ここでは単一レンズとして示す）は、この
広がり角をもって進行する加工用レーザ光をコリメート
光に変換する。The processing laser light emitted from the optical fiber connector 11 has a certain spread angle. The collimation lens pair 12 (shown here as a single lens) converts the processing laser light traveling at this divergence angle into collimated light.
【００３７】コリメーションレンズ対１２から出射した
コリメート光は、円錐プリズム１３ａに入射する。円錐
プリズム１３aは、入射したコリメート光の進行方向を
変え、円錐プリズム１３ｂに入射させる。即ち、円錐プ
リズム１３ａは、入射したレーザ光のビーム周縁部が、
円錐プリズム１３ａの中心軸に近づく方向に、その進行
方向を変える。その結果、円錐プリズム１３ａから出射
されたレーザ光は、一端収束した後、リング状に広がる
ことになる。円錐プリズム１３ｂは、円錐プリズム１３
ａと同一形状を有しており、リング状のレーザ光の進行
方向を変えて平行光にする。円錐プリズム１３ｂから出
射されたリング状レーザ光のＡ−Ａ線断面図を図３に示
す。The collimated light emitted from the collimation lens pair 12 enters the conical prism 13a. The conical prism 13a changes the traveling direction of the incident collimated light and makes the collimated light incident on the conical prism 13b. That is, in the conical prism 13a, the beam periphery of the incident laser light is
The traveling direction is changed in a direction approaching the central axis of the conical prism 13a. As a result, the laser light emitted from the conical prism 13a converges once and then spreads in a ring shape. The conical prism 13b is
It has the same shape as a and changes the traveling direction of the ring-shaped laser light to parallel light. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ring-shaped laser beam emitted from the conical prism 13b along the line AA.
【００３８】ここで、円錐プリズム１３ａ及び１３ｂの
それぞれにおいて、入射レーザ光の直径（または外径）
と出射レーザ光の直径（または外径）が等しいものと仮
定し、円錐プリズム１３ａに入射するレーザ光の直径を
ｌ、円錐プリズム１３ａから出射されるレーザ光の偏向
角度をδ、円錐プリズム１３ａ，１３ｂ間の距離をｄと
すると、リング状レーザ光の内径Ｄ１は、Ｄ１＝２・ｄ
・tanδ−ｌ，で求めることができる。これは、円錐プ
リズム１３ｂを光路に沿って移動させ、ｄを変化させる
ことにより、リング状レーザ光の内径Ｄ１を（外径Ｄ２
と共に）変更できることを表している。なお、円錐プリ
ズム１３ａに入射するレーザ光の直径ｌは、光ファイバ
コネクタ１１から出射されるレーザ光の広がり角と、光
ファイバコネクタ１１とコリメーションレンズ対１２と
の距離（これは、コリメーションレンズ対１２の合成焦
点距離に等しい）とによって決まり、リング状レーザ光
のリング幅Ｄ２−Ｄ１は、ｌ／２に等しい。また、円錐
プリズム１３ａ，１３ｂの偏向角度をθ、円錐プリズム
１３ａ，１３ｂの屈折率をｎとすると、偏向角度δは、
δ≒（ｎ−１）θ，で近似できる。Here, in each of the conical prisms 13a and 13b, the diameter (or outer diameter) of the incident laser light
And the diameter (or outer diameter) of the emitted laser light are equal to each other, the diameter of the laser light entering the conical prism 13a is 1, the deflection angle of the laser light emitted from the conical prism 13a is δ, the conical prism 13a, Assuming that the distance between 13b is d, the inner diameter D1 of the ring-shaped laser light is D1 = 2 · d
· It can be obtained by tanδ-1. This is because the conical prism 13b is moved along the optical path and d is changed, so that the inner diameter D1 of the ring-shaped laser light is changed to (outer diameter D2).
(Along with). Note that the diameter l of the laser light incident on the conical prism 13a is determined by the spread angle of the laser light emitted from the optical fiber connector 11 and the distance between the optical fiber connector 11 and the collimation lens pair 12 (this corresponds to the collimation lens pair 12). And the ring width D2-D1 of the ring-shaped laser beam is equal to 1/2. When the deflection angle of the conical prisms 13a and 13b is θ and the refractive index of the conical prisms 13a and 13b is n, the deflection angle δ is
δ ≒ (n−1) θ, can be approximated.
【００３９】円錐プリズム１３ｂから出射したリング状
のレーザ光は、集光レンズ対１６（ここでは単一レンズ
として示す）により集光され、被加工物に照射される。
ここで、光ファイバコネクタ１１のコア径をφ１、コリ
メーションレンズ対１２の合成焦点距離をｆ１、及び集
光レンズ対の焦点距離をｆ２とすると、集光スポット径
φＤは、φＤ＝φ１×ｆ２／ｆ１，で表される。なお、
加工対象物への照射は、加工対象物を集光点よりも近く
あるいは遠くに位置させて行う。なぜならば、集光点で
は、レーザ光がリング状ではなく、単一スポット光にな
るからである。The ring-shaped laser light emitted from the conical prism 13b is condensed by a condenser lens pair 16 (here, shown as a single lens) and is irradiated on a workpiece.
Here, assuming that the core diameter of the optical fiber connector 11 is φ1, the combined focal length of the collimating lens pair 12 is f1, and the focal length of the focusing lens pair is f2, the focusing spot diameter φD is φD = φ1 × f2 / f1. In addition,
Irradiation to the object to be processed is performed by positioning the object to be processed closer or farther than the focal point. This is because the laser light is not a ring shape but a single spot light at the focal point.
【００４０】加工対象物は、例えば、図４（ａ）に示す
ような、基板４１に複数のピンを固定するプラスチック
ピングリッドアレイ（ＰＰＧＡ）、あるいはピングリッ
ドアレイ（ＰＧＡ）である。The object to be processed is, for example, a plastic pin grid array (PPGA) for fixing a plurality of pins to the substrate 41 or a pin grid array (PGA) as shown in FIG.
【００４１】ＰＰＧＡまたはＰＧＡのフランジ接合側に
は、図４（ｂ）に示すように、ピン４２を接続固定すべ
きランド部（例えばＣｕパターン）４３が形成されてい
る。本実施の形態による出射光学系を用いると、図４
（ｃ）に示すように、ピン４２に加工用レーザ光４４を
照射することなく、ランド部４３のみに加工用レーザ光
４４を照射して、ランド部４３とピン４２とを溶接する
ことができる。しかも、加工用レーザ光４４はリング状
なので、ピン４２の延在方向（ここでは垂直方向）に沿
って照射することにより、ピン４２の周囲全域に位置す
るランド部４３に対して一度に照射することができる。As shown in FIG. 4B, a land portion (for example, a Cu pattern) 43 to which a pin 42 is to be connected and fixed is formed on the flange joining side of PPGA or PGA. When the output optical system according to the present embodiment is used, FIG.
As shown in (c), the land 42 and the pin 42 can be welded by irradiating only the land 43 with the processing laser light 44 without irradiating the pin 42 with the processing laser light 44. . In addition, since the processing laser light 44 has a ring shape, the processing laser light 44 is irradiated in the extending direction of the pin 42 (here, the vertical direction), thereby irradiating the land portion 43 located all around the pin 42 at once. be able to.
【００４２】以上のように、本実施の形態によれば、突
起部に熱的影響を与えることなく、ランド部の高速で安
価な加工が可能になる。As described above, according to this embodiment, high-speed and inexpensive processing of the land can be performed without thermally affecting the projection.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明によれば、加工用レーザ光を照射
するための出射光学系に、照明光を照射するための光学
系と、カメラ観察するための光学系とを組み込んだこと
で、加工領域を観察しながら、その加工を行うことがで
きる。According to the present invention, an optical system for irradiating illumination light and an optical system for observing with a camera are incorporated in an emission optical system for irradiating laser light for processing. The processing can be performed while observing the processing area.
【００４４】また、本発明によれば、一対の円錐プリズ
ムを用いて、加工用レーザ光をリングモードに変換する
ようにしたことで、ピン等の突起物を有する加工対象物
に対して、突起物に加工用レーザ光を照射することな
く、その周囲にのみ、加工用レーザ光を照射することが
できる。しかも、一度の照射で、突起物の周囲全域に加
工用レーザ光を照射することができるので、安価に高速
加工を行うことができる。Further, according to the present invention, by using a pair of conical prisms to convert a processing laser beam into a ring mode, a projection object such as a pin can be projected. It is possible to irradiate the processing laser light only around the object without irradiating the processing laser light to the object. In addition, since the laser beam for processing can be irradiated to the entire area around the protrusion by one irradiation, high-speed processing can be performed at low cost.
【００４５】また、本発明によれば、一対の円錐プリズ
ムのうち、一方の円錐プリズムを光路に沿って移動可能
にしたことで、容易にリング状レーザ光の系を変更する
ことができる。Further, according to the present invention, by making one of the pair of conical prisms movable along the optical path, the ring laser beam system can be easily changed.
【図１】本発明の一実施の形態による出射光学系の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an emission optical system according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の出射光学系における加工用レーザ光を加
工対象物に照射するための光学系の基本構造を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a basic structure of an optical system for irradiating a processing object with a processing laser beam in the emission optical system of FIG. 1;
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
【図４】（ａ）は、図１の出射光学系を用いた加工の対
象となる加工対象物の斜視図、（ｂ）は、（ａ）の部分
拡大図、（ｃ）は、（ｂ）のピンにリング状レーザ光を
照射した状態を示す図である。4A is a perspective view of a processing target to be processed using the emission optical system of FIG. 1, FIG. 4B is a partially enlarged view of FIG. 1A, and FIG. FIG. 3B is a diagram showing a state in which a ring-shaped laser beam is irradiated on the pin of FIG.
１１ 光ファイバコネクタ １２ コリメーションレンズ対 １３ａ，１３ｂ 円錐プリズム １４ 反射ミラー １５ ハーフミラー １６ 集光レンズ対 １７ カメラ固定部 １８ カメラ用結像レンズ １９ フィルター ２０ 照明用光ファイバ固定部 ２１ コリメーションレンズ ２２ 反射ミラー ２３ ハーフミラー ２４ 加工用光ファイバ ２５ ＣＣＤカメラ ２６ 照明用光ファイバ ４１ 基板 ４２ ピン ４３ ランド部 ４４ 加工用レーザ光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical fiber connector 12 Collimation lens pair 13a, 13b Conical prism 14 Reflection mirror 15 Half mirror 16 Condensing lens pair 17 Camera fixing part 18 Camera imaging lens 19 Filter 20 Lighting optical fiber fixing part 21 Collimation lens 22 Reflection mirror 23 Half mirror 24 Processing optical fiber 25 CCD camera 26 Lighting optical fiber 41 Substrate 42 Pin 43 Land part 44 Processing laser light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/04 Ｇ０２Ｂ 5/04 Ｚ 27/09 27/00 Ｅ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02B 5/04 G02B 5/04 Z 27/09 27/00 E
Claims (8)
ーザ光を、加工対象物の加工領域に照射するために集光
する集光レンズを備えた出射光学系において、 照明用光ファイバから出射した照明光を前記集光レンズ
を通して前記加工領域に照射するための照明用光学素子
と、 撮像装置を用いて、前記集光レンズを通して前記加工領
域を撮像するための撮像用光学素子と、 を備えたことを特徴とする出射光学系。1. An emission optical system including a condenser lens for converging a processing laser beam emitted from a processing optical fiber to irradiate a processing area of a processing object with the laser light emitted from the illumination optical fiber. An illumination optical element for irradiating the processing area with the illumination light through the condenser lens; and an imaging optical element for imaging the processing area through the condenser lens using an imaging device. An emission optical system, characterized in that:
との間に、その頂点が互いに背くように一対の円錐プリ
ズムを配置することにより、前記加工用レーザ光の断面
形状をリング状にしたことを特徴とする請求項１の出射
光学系。2. A cross-sectional shape of the processing laser light is formed in a ring shape by disposing a pair of conical prisms between the processing optical fiber and the condenser lens such that vertices thereof are opposite to each other. 2. The exit optical system according to claim 1, wherein:
記加工用レーザ光の光路に沿って移動可能にしたことを
特徴とする請求項２の出射光学系。3. An emission optical system according to claim 2, wherein one of said pair of conical prisms is movable along an optical path of said processing laser light.
第２のハーフミラーとを用いて前記集光レンズに入射さ
せるとともに、前記照明光を第２の全反射鏡と第２のハ
ーフミラーとを用いて前記集光レンズに入射させるよう
にし、前記第１のハーフミラー、前記第２の全反射鏡、
及び前記第２のハーフミラーを前記照明用光学素子とし
て利用するとともに、前記第１のハーフミラー及び前記
第２のハーフミラーを前記撮像用光学素子として利用す
るようにしたことを特徴とする請求項１，２、または３
の出射光学系。4. The processing laser beam is made incident on the condenser lens using a first total reflection mirror and a second half mirror, and the illumination light is transmitted to a second total reflection mirror and a second half mirror. A first mirror, a second total reflection mirror, and a half mirror;
And the second half mirror is used as the illumination optical element, and the first half mirror and the second half mirror are used as the imaging optical element. 1, 2, or 3
Outgoing optical system.
系を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。5. A laser processing apparatus comprising the emission optical system according to claim 1, 2, 3, or 4.
ング状レーザ光を加工対象物に照射してリング状の加工
を行うようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。6. A laser processing method comprising generating a ring-shaped laser beam and irradiating the object with the ring-shaped laser beam to perform a ring-shaped processing.
在し、該棒状突起物の周囲に前記リング状レーザ光を照
射して、前記棒状突起物の周囲のみをリング状に加工す
るようにしたことを特徴とする請求項６のレーザ加工方
法。7. A rod-shaped projection is present on the surface of the object to be processed, and the periphery of the rod-shaped projection is irradiated with the ring-shaped laser beam so that only the periphery of the rod-shaped projection is processed into a ring shape. 7. The laser processing method according to claim 6, wherein:
ピングリッドアレイ、またはプラスチックピングリッド
アレイであることを特徴とする請求項７のレーザ加工方
法。8. The laser processing method according to claim 7, wherein the object to be processed is a pin grid array having a plurality of pins or a plastic pin grid array.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28822599A JP2001105168A (en) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | Light-emitting optical system, laser beam machining device equipped with light-emitting optical system, and laser beam machining method |
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|---|---|
| JP2001105168A true JP2001105168A (en) | 2001-04-17 |
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-
1999
- 1999-10-08 JP JP28822599A patent/JP2001105168A/en active Pending
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