JP3876237B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、多軸加工を行うことができるレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つのレーザ光源から出射したレーザビームを、時分割方式で複数の光軸に振り分けて、複数軸の加工を行うレーザ加工装置が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光の偏向装置として音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ,ＡＯＭ）を用いて、多軸加工を行うレーザ加工装置が開示されている。音響光学変調器は、超音波発生電圧が印加されたとき、入射したレーザビームを所定の方向に偏向させた光（１次回折光）を出射する。
【０００３】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、複数の音響光学変調器を、レーザビームの光路中に直列に配置し、超音波発生電圧を印加する音響光学変調器を切換えることにより、加工に使われるレーザビームの光軸を切換えている。
【０００４】
ところで、レーザ光源から出射されるパルスレーザビームの、パルスごとのピーク強度（あるいはパルスエネルギ）には、ばらつきが存在する。一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ピーク強度がばらつくことにより、品質を一定にして加工が行えない問題が生じる。
【０００５】
特許文献２では、プリント基板にスルーホールを形成する加工を行うレーザ加工装置に、パルスエネルギを検出するモニタを設置している。被加工部に照射されるパルスエネルギが閾値を下回ると、形成される穴がスルーホールとならない問題が生じる。閾値を下回るエネルギのパルスが検出されたときは、パルスを追加照射し、スルーホールが形成されるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２７１号公報
【特許文献２】
特開平９−２５３８７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、加工軸の数と同数の、多くの偏向装置が必要となる。装置の小型化や光軸の調整が容易ではなく、コスト低減も難しい。
【０００８】
特許文献２に開示された、過小なエネルギのパルスが照射された場合に追加パルスを照射する方法を用いると、樹脂層に埋設された内層銅配線を露出させる穴開け加工のような場合には、以下に示すような不具合を生じ得る。
【０００９】
穴を形成するための所定数のショットに、過小なパルスエネルギのショットが含まれると、内層銅配線が露出した底面の径が小さい等の不具合を有する穴が形成される。その穴に、追加ショットが照射されると、累積で過大なエネルギの照射となる可能性がある。穴の側面が抉れたり、配線層表面や配線層の下部に損傷が生じたりすること等の不具合が生じ得る。このように、被加工部に照射されるエネルギが適切とならない可能性があり、加工品質を安定させることが難しい。
【００１０】
本発明の一目的は、多軸加工ができ、光軸の調整が容易なレーザ加工装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、１つの音響光学偏向器からなり、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号に基づき、第１の時間帯には、入射したレーザビームを第１の回折角で回折させて、第１の光軸に沿って進行するレーザビームを出射し、第２の時間帯には、入射したレーザビームを、該第１の回折角とは異なる第２の回折角で回折させて、第２の光軸に沿って進行するレーザビームを出射する光偏向器と、前記光偏向器から出射して第１の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させ、前記光偏向器から出射して第２の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させるための移動機構と前記光偏向器に入射した前記パルスレーザビームの１つのパルスのパルス幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが少なくとも１つずつ含まれるように、該光偏向器を制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１３】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１が、パルスレーザビームＬｂを出射する。レーザ光源１は、例えば、炭酸ガスレーザである。制御装置８が送出する制御信号ｓｉｇ１が、所望のタイミング、パルス幅でパルスレーザビームを出射するように、レーザ光源１を制御する。
【００１５】
レーザ光源１を出射したレーザビームＬｂは、振り分け装置２ａに入射する。振り分け装置２ａは、入射したレーザビームＬｂを複数の異なる光軸に振り分けるための光偏向器２と、光偏向器２に高周波の電気信号ＲＦを印加するための高周波信号発生器９とを含む。
【００１６】
光偏向器２として、例えば、音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ,ＡＯＤ）が用いられる。制御装置８が、制御信号ｓｉｇ２を送出し、所望のタイミングで所望の周波数の電気信号ＲＦを光偏向器２に印加するように、高周波信号発生器９を制御する。
【００１７】
図１（Ｂ）を参照して、音響光学偏向器の原理について説明する。音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されると、音響光学偏向器の音響光学媒体２１内に電気信号ＲＦに同期した音波が発生する。図中の平行線２２は、音波の等位相面を示す。この音波が回折格子として作用し、光軸Ｉ に沿って伝搬するレーザビームＬｂの一部がブラッグ反射される（音響光学効果）。
【００１８】
レーザビームの回折角は音波の周波数に比例する。音波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。音波の周波数は、電気信号ＲＦの周波数を変えることで制御できる。なお、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、レーザビームの回折は起こらない。
【００１９】
図に示すように、音響光学偏向器を用いて、入射したレーザビームＬｂを、例えば３つの光軸に振り分けることができる。レーザビームＬｂは、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、そのまま光軸Ｉ に沿って出射する。音響光学偏向器にある周波数（周波数ｆａとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部がある回折角で回折して光軸Ｉａ に沿って伝搬するレーザビームＬｂａが出射される。音響光学偏向器に他の周波数（周波数ｆｂとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部が他の回折角で回折して光軸Ｉｂに沿って伝搬するレーザビームＬｂｂが出射される。
【００２０】
異なる回折角で音響光学偏向器から出射したレーザビームＬｂａとレーザビームＬｂｂとは、等しい強度であるとは限らない。ここでは、レーザビームＬｂａの強度がレーザビームＬｂｂの強度よりも高いとして以下の説明を進める。
【００２１】
なお光偏向器として、電気光学効果を用いた電気光学偏向器を用いることもできる。
【００２２】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。ある回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂａは、パルスレーザビームの強度を可変の減衰率で減衰させることができるバリアブルアッテネータ１０に入射する。バリアブルアッテネータ１０によりレーザビームＬｂａの強度を減衰させて、レーザビームＬｂｂの強度と揃える。バリアブルアッテネータ１０を出射したレーザビームＬｂａは、折り返しミラー３ａで反射され、ガルバノスキャナ４ａへ入射する。
【００２３】
ガルバノスキャナ４ａは、レーザビームの進行方向を２次元方向に振ることができる。ガルバノスキャナ４ａを出射したレーザビームＬｂａは、ｆθレンズ５ａにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。
【００２４】
他の回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂｂは、折り返しミラー３ｂで反射され、ガルバノスキャナ４ｂで進行方向を２次元方向に振られ、ｆθレンズ５ｂにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。なお、レーザビームＬｂｂの光路上にも、バリアブルアッテネータを設けても構わない。
【００２５】
加工対象物６は、例えば、樹脂層に内層配線層が埋設されたプリント基板である。レーザビームを照射して、加工対象物６の表面に穴や溝等を形成することができる。ＸＹステージ７が、加工対象物６を、加工対象物６の表面に平行な面内で移動させる。レーザビームが照射される加工対象物表面の位置は、ガルバノスキャナ４ａ、４ｂ、またはＸＹステージ７、あるいはその両方を適宜動作させて移動できる。
【００２６】
なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが１つの加工対象物６に照射される例を説明するが、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが各々別の加工対象物に照射されるようにしてもよい。ＸＹステージは、各々の加工対象物を保持するように、２つ用いても構わない。
【００２７】
回折されずに光偏向器２から出射したレーザビームＬｂ０は、部分反射鏡１１に入射し、一部（例えば１％）が反射してレーザビームＬｂ１となりモニタ１２に入射し、残り（例えば９９％）が透過してビームダンパ１３に入射する。ビームダンパ１３は、入射したレーザビームを吸収して熱に変換し、レーザビームＬｂ０の光路の終端となる。
【００２８】
モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定する。モニタ１２は、後に図４を参照しながら説明するように、加工に適したピーク強度を有するパルスを選んで加工対象物に照射するために用いられる。モニタ１２として、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するフォトダイオードを含んで構成される。モニタ１２が測定した強度のデータは、制御装置８に送信される。
【００２９】
次に、図２を参照して、光偏向器の制御方法について説明する。図２は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂのタイミングチャートの一例を示す。レーザビームのタイミングチャートの縦軸は、レーザ光の強度を示す。
【００３０】
時刻ｔ10に、制御信号ｓｉｇ１が立ち上がると、レーザビームＬｂの第１のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ10から時刻ｔ11までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ11から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ14までの間はＷで一定となり、時刻ｔ14から時刻ｔ15までの間にＷからゼロまで減少する。
【００３１】
その後、時刻ｔ20に、再び制御信号ｓｉｇ１が立ち上がって、レーザビームＬｂの第２のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ20から時刻までｔ21の間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ21から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ24までの間はＷで一定であり、時刻ｔ24から時刻までｔ25の間にＷからゼロまで減少する。
【００３２】
レーザビームＬｂの各パルスのパルス幅（時刻ｔ10から時刻ｔ15までの長さ、時刻ｔ20から時刻ｔ25までの長さ）は、例えば１００μｓ程度であり、立ち上がり時間（時刻ｔ10から時刻ｔ11までの長さ、時刻ｔ20から時刻ｔ21までの長さ）と立ち下がり時間（時刻ｔ14から時刻ｔ15までの長さ、時刻ｔ24から時刻ｔ25までの長さ）とはともに、例えば２０〜３０μｓ程である。
【００３３】
第１のパルスの強度が一定となる時刻ｔ11から時刻ｔ14までの期間に含まれる、時刻ｔ12から時刻ｔ13までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００３４】
レーザビームＬｂａのパルス幅（時刻ｔ12から時刻ｔ13までの長さ）は、例えば２０μｓ程度である。光偏向器の立ち上がり、立ち下がり時間は１μｓ程度であるので、レーザビームＬｂａのパルスは、レーザビームＬｂのパルスと比較して急峻な立ち上がり、立ち下がりにできる。
【００３５】
第２のパルスの強度が一定となる時刻ｔ21から時刻ｔ24までの期間に含まれる、時刻ｔ22から時刻ｔ23までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００３６】
レーザビームＬｂｂのパルス幅（時刻ｔ22から時刻までｔ23の長さ）は、例えば２０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異なる長さに設定しても構わない。
【００３７】
このように、レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの光偏向器に入射させ、異なる２つの回折角で回折させて２軸に振り分け、２軸加工を行うことができる。加工軸の数よりも、レーザ光の偏向装置の数を少なくできる。
【００３８】
なお、１つの光偏向器を用い、３つ以上の異なる回折角でレーザビームを振り分けて、３軸以上のレーザ加工を行うこともできる。偏向装置の数が少ないので、光軸の調整が容易となり、装置の小型化、コスト低減が図れる。
【００３９】
光偏向器で振り分けられたレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルスは立ち上がり、立ち下がりが急峻であるので、加工対象物へのエネルギ照射量の制御が容易となり、良質な加工を行うことができる。
【００４０】
レーザビームＬｂの１つのパルスを、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのどちらかに振り分ける方法を説明したが、レーザビームＬｂの１つのパルスのある部分をレーザビームＬｂａに振り分け、他のある部分をレーザビームＬｂｂに振り分けることもできる。
【００４１】
図３のタイミングチャートを参照して、このような場合の光偏向器の制御方法について説明する。
【００４２】
時刻ｔ30に、レーザビームＬｂのあるパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ30から時刻ｔ31までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ31から時刻ｔ36までの間はＷで一定であり、時刻ｔ36から時刻ｔ37までの間にＷからゼロまで減少する。
【００４３】
パルスの強度が一定となる時刻ｔ31から時刻ｔ36までの期間に含まれる、時刻ｔ32から時刻ｔ33までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００４４】
そして、時刻ｔ33から時刻ｔ36までの期間に含まれる、時刻ｔ34から時刻ｔ35までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００４５】
レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅（時刻ｔ32から時刻ｔ33までの長さ、時刻ｔ34から時刻ｔ35までの長さ）は、例えば、それぞれ１０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異ならせて設定しても構わない。
【００４６】
このようにして、レーザビームの１つのパルスのある部分をある加工軸に、他のある部分を他の加工軸に振り分けて、２軸加工を行うことができる。なお、１つのパルスを、３つ以上の加工軸に振り分けてもよい。
【００４７】
被加工部にある量のエネルギを照射するとき、１ショットで照射すると、蓄熱の影響により、良好な形状に加工されない場合がある。複数ショットに分割し時間をおいて照射した方が、蓄熱の影響を抑制するために好ましい。図３を参照して説明した方法では、図２を参照して説明した方法と比べ、以下に説明するように、時間効率を損ねることなく、蓄熱の影響を抑制してレーザ照射を行える。
【００４８】
例えば、レーザビームＬｂの２つのパルスが出射される間に、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂをそれぞれ２０μｓずつ加工対象物に照射することを考える。
【００４９】
図２を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａの２０μｓのパルスを１ショット照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂｂの２０μｓのパルスを１ショット照射する。
【００５０】
一方、図３を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射できる。図２の方法と等しい加工時間で、蓄熱の影響を低減させてレーザを照射できる。
【００５１】
次に、図４を参照して、加工に適したピーク強度を有するパルスのみを、加工対象物に照射することができるレーザ加工方法について説明する。
【００５２】
図４は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂ１のタイミングチャートの一例を示す。
【００５３】
図に示すように、レーザビームＬｂのパルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はＷであり、パルスｐ２のピーク強度はＷｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はＷｈを上回る値である（Ｗｌ＜Ｗ＜Ｗｈ）。複数のパルスのピーク強度には、ばらつきが存在する。
【００５４】
これに対応して、図１（Ａ）のモニタ１２に強度を測定されるレーザビームＬｂ１においては、パルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はｗであり、パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はｗｈを上回る値となる（ｗｌ＜ｗ＜ｗｈ）。
【００５５】
一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ここでは、レーザビームＬｂ１のあるパルスのピーク強度が、ｗｌからｗｈまでの範囲内に存在すれば、そのパルスは加工に好適である（光偏向器で加工軸に振り分けられた後、加工に好適な強度で被加工面に照射される）として説明を続ける。
【００５６】
時刻ｔ40に、レーザビームＬｂのパルスｐ１の出射が開始する。上記で説明したように、パルスｐ１の強度は、出射開始後から増加してピーク値に達し、ピーク値のまま所定の期間一定となる。
【００５７】
時刻ｔ41は、パルスｐ１の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。パルスｐ１の立ち上がり時間が例えば２５μｓとすると、時刻ｔ41は、例えば時刻ｔ40から３０μｓ後の時点に設定される。
【００５８】
時刻ｔ41において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、測定値ｗを図１（Ａ）に示す制御装置８に送信する。制御装置８は、モニタ１２から受信したパルスの強度の測定値が、ｗｌからｗｈまでの範囲内にあれば加工に適していると認定し、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあれば加工に適さないと認定する。
【００５９】
測定値ｗがｗｌからｗｈまでの範囲内にあるので、パルスｐ１は加工に適していると認定される。加工に適していると認定されたパルスｐ１は、図３を参照して説明したように、レーザビームＬｂａとＬｂｂとに振り分けられて加工対象物に照射される。
【００６０】
時刻ｔ50に、パルスｐ２の出射が開始する。時刻ｔ51は、パルスｐ２の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。時刻ｔ51において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８に送信する。パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回り、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあるので、制御装置８により、パルスｐ２は加工に適さないと認定される。
【００６１】
パルスが加工に適さないと認定されたとき、制御装置８は、高周波信号発生器を起動する制御信号ｓｉｇ２を送出しない。パルスｐ２が出射している間、光偏向器は、レーザビームＬｂをレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂに振り分けず、加工対象物にはレーザが照射されない。
【００６２】
以後同様にして、時刻ｔ60、ｔ70、ｔ80に出射を開始するパルスｐ３、ｐ４、ｐ５について、パルスの強度が一定に達して少し時間が経過したある時刻ｔ61、ｔ71、ｔ81に、モニタ１２がレーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８が各パルスの強度が所定範囲に含まれるかどうか判定する。
【００６３】
ピーク強度がｗであるパルスｐ３、ｐ５は、加工に適していると認定されて加工対象物に照射され、ピーク強度がｗｈを上回るパルスｐ４は、加工に適さないと認定されて加工対象物に照射されない。
【００６４】
このように、各パルスについて、パルスの出射開始後から所定の時間後にモニタが測定したパルスの強度が、所定の範囲内にあるかどうか検査し、範囲内に存在していれば加工対象物に照射し、範囲内に存在していなければ加工対象物に照射しないようにする。不良な強度のパルスの照射を回避し、適切に加工がされないことを防止できる。安定した加工品質が得られる。
【００６５】
各パルスについて、１時点について強度を測定する例を説明したが、２時点以上について強度を測定し、強度の積算値が、所定の範囲内にあるかどうか検査してもよい。
【００６６】
なお、強度の測定は、各パルスの立ち上がり近傍に行い、さらに、パルスを各加工軸に振り分ける間の時間に行ってもよい。つまり、パルスを第１の加工軸に振り分けてから、再び強度を検査して、好適な範囲にあれば第２の加工軸への振り分けを行ってもよい。可能性は低いが、制御信号ｓｉｇ１が継続的に入力されているにもかかわらず、途中でパルスの強度が低下するという異常が生じたときに、検知することができる。
【００６７】
加工対象物をＸＹステージに載置する時間等、加工に使えない時間を利用して、１つのパルス全体（立ち上がりから立ち下がりまで）について、強度を検査してもよい。
【００６８】
図１に示した構成以外にも、種々の仕方でモニタを設置することができる。図５（Ａ）、５（Ｂ）、図６に、変形例による構成を示す。
【００６９】
図５（Ａ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、部分反射鏡１１が、一部透過させてモニタ１２に入射させ、残りを反射させてビームダンパ１３に入射させるようにしてもよい。
【００７０】
図５（Ｂ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、バリアブルアッテネータ１４に入射させ適当に強度を弱め、モニタ１２に入射させて、強度を測定するようにしてもよい。
【００７１】
また、図６に示すように、レーザ光源１と光偏向器２との間の光路中に、部分反射鏡１１を設け、部分反射鏡１１で反射したレーザ光をモニタ１２に入射させて強度を測定するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、加工対象物６に照射されるレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂの光路中に、それぞれ、部分反射鏡１５ａ、１５ｂとモニタ１６ａ、１６ｂとを設置し、加工軸におけるレーザビームの強度を測定してもよい。
【００７３】
このように、加工軸の光路中にモニタを設置すれば、光偏向器２が、レーザビームを正常に加工軸へ振り分けているかどうか、検査することができる。ただし、正常な強度のレーザビームを選択して加工軸に振り分けるようにするためには、光偏向器２の振り分け動作の前にレーザの強度を測定できるモニタ１２が必要である。
【００７４】
モニタ１６ａ、１６ｂが測定した強度のデータを制御装置８に送出し、加工軸における強度に異常が検出された場合は、レーザの出射を止め、不良な加工が継続されないようにしてもよい。
【００７５】
パルスレーザビームを出射するレーザ光源として、炭酸ガスレーザ以外にも、高調波固体レーザ等を用いることができる。
【００７６】
半導体レーザ等の連続波レーザビームを出射するレーザ光源を用いることもできる。連続波レーザビームに対しても、光偏向器で光軸を振り分けることや、ビームの強度が所定の範囲内にあるときに加工軸に振り分けることは、パルスレーザビームと同様に行うことができる。
【００７７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７８】
【発明の効果】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００７９】
レーザビームの強度を測定し、強度が所定の範囲内であれば、そのレーザビームを複数の加工軸に振り分ける。加工に適した強度のレーザビームを選択して被加工面に照射できる。多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）は、音響光学偏向器の動作原理を説明するための図である
【図２】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの第１、第２のパルスをそれぞれ第１、第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図３】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの１つのパルスを第１及び第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図４】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、モニタを用いたレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図５】 （Ａ）は、実施例の一変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図であり、（Ｂ）は、実施例の他の変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図である。
【図６】 実施例のさらに他の変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ａ 振り分け装置
２ 光偏向器
３ａ、３ｂ 折り返しミラー
４ａ、４ｂ ガルバノスキャナ
５ａ、５ｂ ｆθレンズ
６ 加工対象物
７ ＸＹステージ
８ 制御装置
９ 高周波信号発生器
１０ バリアブルアッテネータ
１１ 部分反射鏡
１２ モニタ
１３ ビームダンパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、多軸加工を行うことができるレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つのレーザ光源から出射したレーザビームを、時分割方式で複数の光軸に振り分けて、複数軸の加工を行うレーザ加工装置が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光の偏向装置として音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ,ＡＯＭ）を用いて、多軸加工を行うレーザ加工装置が開示されている。音響光学変調器は、超音波発生電圧が印加されたとき、入射したレーザビームを所定の方向に偏向させた光（１次回折光）を出射する。
【０００３】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、複数の音響光学変調器を、レーザビームの光路中に直列に配置し、超音波発生電圧を印加する音響光学変調器を切換えることにより、加工に使われるレーザビームの光軸を切換えている。
【０００４】
ところで、レーザ光源から出射されるパルスレーザビームの、パルスごとのピーク強度（あるいはパルスエネルギ）には、ばらつきが存在する。一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ピーク強度がばらつくことにより、品質を一定にして加工が行えない問題が生じる。
【０００５】
特許文献２では、プリント基板にスルーホールを形成する加工を行うレーザ加工装置に、パルスエネルギを検出するモニタを設置している。被加工部に照射されるパルスエネルギが閾値を下回ると、形成される穴がスルーホールとならない問題が生じる。閾値を下回るエネルギのパルスが検出されたときは、パルスを追加照射し、スルーホールが形成されるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２７１号公報
【特許文献２】
特開平９−２５３８７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、加工軸の数と同数の、多くの偏向装置が必要となる。装置の小型化や光軸の調整が容易ではなく、コスト低減も難しい。
【０００８】
特許文献２に開示された、過小なエネルギのパルスが照射された場合に追加パルスを照射する方法を用いると、樹脂層に埋設された内層銅配線を露出させる穴開け加工のような場合には、以下に示すような不具合を生じ得る。
【０００９】
穴を形成するための所定数のショットに、過小なパルスエネルギのショットが含まれると、内層銅配線が露出した底面の径が小さい等の不具合を有する穴が形成される。その穴に、追加ショットが照射されると、累積で過大なエネルギの照射となる可能性がある。穴の側面が抉れたり、配線層表面や配線層の下部に損傷が生じたりすること等の不具合が生じ得る。このように、被加工部に照射されるエネルギが適切とならない可能性があり、加工品質を安定させることが難しい。
【００１０】
本発明の一目的は、多軸加工ができ、光軸の調整が容易なレーザ加工装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、１つの音響光学偏向器からなり、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号に基づき、第１の時間帯には、入射したレーザビームを第１の回折角で回折させて、第１の光軸に沿って進行するレーザビームを出射し、第２の時間帯には、入射したレーザビームを、該第１の回折角とは異なる第２の回折角で回折させて、第２の光軸に沿って進行するレーザビームを出射する光偏向器と、前記光偏向器から出射して第１の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させ、前記光偏向器から出射して第２の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させるための移動機構と前記光偏向器に入射した前記パルスレーザビームの１つのパルスのパルス幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが少なくとも１つずつ含まれるように、該光偏向器を制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１３】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１が、パルスレーザビームＬｂを出射する。レーザ光源１は、例えば、炭酸ガスレーザである。制御装置８が送出する制御信号ｓｉｇ１が、所望のタイミング、パルス幅でパルスレーザビームを出射するように、レーザ光源１を制御する。
【００１５】
レーザ光源１を出射したレーザビームＬｂは、振り分け装置２ａに入射する。振り分け装置２ａは、入射したレーザビームＬｂを複数の異なる光軸に振り分けるための光偏向器２と、光偏向器２に高周波の電気信号ＲＦを印加するための高周波信号発生器９とを含む。
【００１６】
光偏向器２として、例えば、音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ,ＡＯＤ）が用いられる。制御装置８が、制御信号ｓｉｇ２を送出し、所望のタイミングで所望の周波数の電気信号ＲＦを光偏向器２に印加するように、高周波信号発生器９を制御する。
【００１７】
図１（Ｂ）を参照して、音響光学偏向器の原理について説明する。音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されると、音響光学偏向器の音響光学媒体２１内に電気信号ＲＦに同期した音波が発生する。図中の平行線２２は、音波の等位相面を示す。この音波が回折格子として作用し、光軸Ｉ に沿って伝搬するレーザビームＬｂの一部がブラッグ反射される（音響光学効果）。
【００１８】
レーザビームの回折角は音波の周波数に比例する。音波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。音波の周波数は、電気信号ＲＦの周波数を変えることで制御できる。なお、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、レーザビームの回折は起こらない。
【００１９】
図に示すように、音響光学偏向器を用いて、入射したレーザビームＬｂを、例えば３つの光軸に振り分けることができる。レーザビームＬｂは、音響光学偏向器に電気信号ＲＦが印加されない場合は、そのまま光軸Ｉ に沿って出射する。音響光学偏向器にある周波数（周波数ｆａとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部がある回折角で回折して光軸Ｉａ に沿って伝搬するレーザビームＬｂａが出射される。音響光学偏向器に他の周波数（周波数ｆｂとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部が他の回折角で回折して光軸Ｉｂに沿って伝搬するレーザビームＬｂｂが出射される。
【００２０】
異なる回折角で音響光学偏向器から出射したレーザビームＬｂａとレーザビームＬｂｂとは、等しい強度であるとは限らない。ここでは、レーザビームＬｂａの強度がレーザビームＬｂｂの強度よりも高いとして以下の説明を進める。
【００２１】
なお光偏向器として、電気光学効果を用いた電気光学偏向器を用いることもできる。
【００２２】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。ある回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂａは、パルスレーザビームの強度を可変の減衰率で減衰させることができるバリアブルアッテネータ１０に入射する。バリアブルアッテネータ１０によりレーザビームＬｂａの強度を減衰させて、レーザビームＬｂｂの強度と揃える。バリアブルアッテネータ１０を出射したレーザビームＬｂａは、折り返しミラー３ａで反射され、ガルバノスキャナ４ａへ入射する。
【００２３】
ガルバノスキャナ４ａは、レーザビームの進行方向を２次元方向に振ることができる。ガルバノスキャナ４ａを出射したレーザビームＬｂａは、ｆθレンズ５ａにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。
【００２４】
他の回折角で回折されて光偏向器２から出射したレーザビームＬｂｂは、折り返しミラー３ｂで反射され、ガルバノスキャナ４ｂで進行方向を２次元方向に振られ、ｆθレンズ５ｂにより収束され、ＸＹステージ７上に保持された加工対象物６の表面に照射される。なお、レーザビームＬｂｂの光路上にも、バリアブルアッテネータを設けても構わない。
【００２５】
加工対象物６は、例えば、樹脂層に内層配線層が埋設されたプリント基板である。レーザビームを照射して、加工対象物６の表面に穴や溝等を形成することができる。ＸＹステージ７が、加工対象物６を、加工対象物６の表面に平行な面内で移動させる。レーザビームが照射される加工対象物表面の位置は、ガルバノスキャナ４ａ、４ｂ、またはＸＹステージ７、あるいはその両方を適宜動作させて移動できる。
【００２６】
なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが１つの加工対象物６に照射される例を説明するが、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂが各々別の加工対象物に照射されるようにしてもよい。ＸＹステージは、各々の加工対象物を保持するように、２つ用いても構わない。
【００２７】
回折されずに光偏向器２から出射したレーザビームＬｂ０は、部分反射鏡１１に入射し、一部（例えば１％）が反射してレーザビームＬｂ１となりモニタ１２に入射し、残り（例えば９９％）が透過してビームダンパ１３に入射する。ビームダンパ１３は、入射したレーザビームを吸収して熱に変換し、レーザビームＬｂ０の光路の終端となる。
【００２８】
モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定する。モニタ１２は、後に図４を参照しながら説明するように、加工に適したピーク強度を有するパルスを選んで加工対象物に照射するために用いられる。モニタ１２として、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するフォトダイオードを含んで構成される。モニタ１２が測定した強度のデータは、制御装置８に送信される。
【００２９】
次に、図２を参照して、光偏向器の制御方法について説明する。図２は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂのタイミングチャートの一例を示す。レーザビームのタイミングチャートの縦軸は、レーザ光の強度を示す。
【００３０】
時刻ｔ10に、制御信号ｓｉｇ１が立ち上がると、レーザビームＬｂの第１のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ10から時刻ｔ11までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ11から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ14までの間はＷで一定となり、時刻ｔ14から時刻ｔ15までの間にＷからゼロまで減少する。
【００３１】
その後、時刻ｔ20に、再び制御信号ｓｉｇ１が立ち上がって、レーザビームＬｂの第２のパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ20から時刻までｔ21の間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ21から制御信号ｓｉｇ１が立ち下がる時刻ｔ24までの間はＷで一定であり、時刻ｔ24から時刻までｔ25の間にＷからゼロまで減少する。
【００３２】
レーザビームＬｂの各パルスのパルス幅（時刻ｔ10から時刻ｔ15までの長さ、時刻ｔ20から時刻ｔ25までの長さ）は、例えば１００μｓ程度であり、立ち上がり時間（時刻ｔ10から時刻ｔ11までの長さ、時刻ｔ20から時刻ｔ21までの長さ）と立ち下がり時間（時刻ｔ14から時刻ｔ15までの長さ、時刻ｔ24から時刻ｔ25までの長さ）とはともに、例えば２０〜３０μｓ程である。
【００３３】
第１のパルスの強度が一定となる時刻ｔ11から時刻ｔ14までの期間に含まれる、時刻ｔ12から時刻ｔ13までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００３４】
レーザビームＬｂａのパルス幅（時刻ｔ12から時刻ｔ13までの長さ）は、例えば２０μｓ程度である。光偏向器の立ち上がり、立ち下がり時間は１μｓ程度であるので、レーザビームＬｂａのパルスは、レーザビームＬｂのパルスと比較して急峻な立ち上がり、立ち下がりにできる。
【００３５】
第２のパルスの強度が一定となる時刻ｔ21から時刻ｔ24までの期間に含まれる、時刻ｔ22から時刻ｔ23までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００３６】
レーザビームＬｂｂのパルス幅（時刻ｔ22から時刻までｔ23の長さ）は、例えば２０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異なる長さに設定しても構わない。
【００３７】
このように、レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの光偏向器に入射させ、異なる２つの回折角で回折させて２軸に振り分け、２軸加工を行うことができる。加工軸の数よりも、レーザ光の偏向装置の数を少なくできる。
【００３８】
なお、１つの光偏向器を用い、３つ以上の異なる回折角でレーザビームを振り分けて、３軸以上のレーザ加工を行うこともできる。偏向装置の数が少ないので、光軸の調整が容易となり、装置の小型化、コスト低減が図れる。
【００３９】
光偏向器で振り分けられたレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルスは立ち上がり、立ち下がりが急峻であるので、加工対象物へのエネルギ照射量の制御が容易となり、良質な加工を行うことができる。
【００４０】
レーザビームＬｂの１つのパルスを、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのどちらかに振り分ける方法を説明したが、レーザビームＬｂの１つのパルスのある部分をレーザビームＬｂａに振り分け、他のある部分をレーザビームＬｂｂに振り分けることもできる。
【００４１】
図３のタイミングチャートを参照して、このような場合の光偏向器の制御方法について説明する。
【００４２】
時刻ｔ30に、レーザビームＬｂのあるパルスの出射が開始する。レーザビームＬｂの強度は、時刻ｔ30から時刻ｔ31までの間にゼロからピーク値Ｗまで増加し、時刻ｔ31から時刻ｔ36までの間はＷで一定であり、時刻ｔ36から時刻ｔ37までの間にＷからゼロまで減少する。
【００４３】
パルスの強度が一定となる時刻ｔ31から時刻ｔ36までの期間に含まれる、時刻ｔ32から時刻ｔ33までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆａの電気信号が印加される。周波数ｆａの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂａが出射する。
【００４４】
そして、時刻ｔ33から時刻ｔ36までの期間に含まれる、時刻ｔ34から時刻ｔ35までの期間に、制御信号ｓｉｇ２が出力された状態になり、高周波信号発生器から光偏向器に周波数ｆｂの電気信号が印加される。周波数ｆｂの電気信号が印加されている間は、光偏向器からレーザビームＬｂｂが出射する。
【００４５】
レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅（時刻ｔ32から時刻ｔ33までの長さ、時刻ｔ34から時刻ｔ35までの長さ）は、例えば、それぞれ１０μｓ程度である。なお、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂのパルス幅は、相互に異ならせて設定しても構わない。
【００４６】
このようにして、レーザビームの１つのパルスのある部分をある加工軸に、他のある部分を他の加工軸に振り分けて、２軸加工を行うことができる。なお、１つのパルスを、３つ以上の加工軸に振り分けてもよい。
【００４７】
被加工部にある量のエネルギを照射するとき、１ショットで照射すると、蓄熱の影響により、良好な形状に加工されない場合がある。複数ショットに分割し時間をおいて照射した方が、蓄熱の影響を抑制するために好ましい。図３を参照して説明した方法では、図２を参照して説明した方法と比べ、以下に説明するように、時間効率を損ねることなく、蓄熱の影響を抑制してレーザ照射を行える。
【００４８】
例えば、レーザビームＬｂの２つのパルスが出射される間に、レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂをそれぞれ２０μｓずつ加工対象物に照射することを考える。
【００４９】
図２を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａの２０μｓのパルスを１ショット照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂｂの２０μｓのパルスを１ショット照射する。
【００５０】
一方、図３を参照して説明した方法では、例えば、レーザビームＬｂの１パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射し、レーザビームＬｂの２パルス目に、レーザビームＬｂａとＬｂｂの１０μｓのパルスを１ショットずつ照射できる。図２の方法と等しい加工時間で、蓄熱の影響を低減させてレーザを照射できる。
【００５１】
次に、図４を参照して、加工に適したピーク強度を有するパルスのみを、加工対象物に照射することができるレーザ加工方法について説明する。
【００５２】
図４は、レーザ光源に入力される制御信号ｓｉｇ１、高周波信号発生器に入力される制御信号ｓｉｇ２、光偏向器に印加される電気信号ＲＦの周波数ｆ、レーザビームＬｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂ１のタイミングチャートの一例を示す。
【００５３】
図に示すように、レーザビームＬｂのパルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はＷであり、パルスｐ２のピーク強度はＷｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はＷｈを上回る値である（Ｗｌ＜Ｗ＜Ｗｈ）。複数のパルスのピーク強度には、ばらつきが存在する。
【００５４】
これに対応して、図１（Ａ）のモニタ１２に強度を測定されるレーザビームＬｂ１においては、パルスｐ１、ｐ３、ｐ５のピーク強度はｗであり、パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回る値であり、パルスｐ４のピーク強度はｗｈを上回る値となる（ｗｌ＜ｗ＜ｗｈ）。
【００５５】
一般に、加工対象物の素材等に応じて、加工に好適なピーク強度の範囲が存在する。ここでは、レーザビームＬｂ１のあるパルスのピーク強度が、ｗｌからｗｈまでの範囲内に存在すれば、そのパルスは加工に好適である（光偏向器で加工軸に振り分けられた後、加工に好適な強度で被加工面に照射される）として説明を続ける。
【００５６】
時刻ｔ40に、レーザビームＬｂのパルスｐ１の出射が開始する。上記で説明したように、パルスｐ１の強度は、出射開始後から増加してピーク値に達し、ピーク値のまま所定の期間一定となる。
【００５７】
時刻ｔ41は、パルスｐ１の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。パルスｐ１の立ち上がり時間が例えば２５μｓとすると、時刻ｔ41は、例えば時刻ｔ40から３０μｓ後の時点に設定される。
【００５８】
時刻ｔ41において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、測定値ｗを図１（Ａ）に示す制御装置８に送信する。制御装置８は、モニタ１２から受信したパルスの強度の測定値が、ｗｌからｗｈまでの範囲内にあれば加工に適していると認定し、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあれば加工に適さないと認定する。
【００５９】
測定値ｗがｗｌからｗｈまでの範囲内にあるので、パルスｐ１は加工に適していると認定される。加工に適していると認定されたパルスｐ１は、図３を参照して説明したように、レーザビームＬｂａとＬｂｂとに振り分けられて加工対象物に照射される。
【００６０】
時刻ｔ50に、パルスｐ２の出射が開始する。時刻ｔ51は、パルスｐ２の強度が一定に達して少し時間が経過したある時点を示す。時刻ｔ51において、モニタ１２が、レーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８に送信する。パルスｐ２のピーク強度はｗｌを下回り、ｗｌからｗｈまでの範囲外にあるので、制御装置８により、パルスｐ２は加工に適さないと認定される。
【００６１】
パルスが加工に適さないと認定されたとき、制御装置８は、高周波信号発生器を起動する制御信号ｓｉｇ２を送出しない。パルスｐ２が出射している間、光偏向器は、レーザビームＬｂをレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂに振り分けず、加工対象物にはレーザが照射されない。
【００６２】
以後同様にして、時刻ｔ60、ｔ70、ｔ80に出射を開始するパルスｐ３、ｐ４、ｐ５について、パルスの強度が一定に達して少し時間が経過したある時刻ｔ61、ｔ71、ｔ81に、モニタ１２がレーザビームＬｂ１の強度を測定し、制御装置８が各パルスの強度が所定範囲に含まれるかどうか判定する。
【００６３】
ピーク強度がｗであるパルスｐ３、ｐ５は、加工に適していると認定されて加工対象物に照射され、ピーク強度がｗｈを上回るパルスｐ４は、加工に適さないと認定されて加工対象物に照射されない。
【００６４】
このように、各パルスについて、パルスの出射開始後から所定の時間後にモニタが測定したパルスの強度が、所定の範囲内にあるかどうか検査し、範囲内に存在していれば加工対象物に照射し、範囲内に存在していなければ加工対象物に照射しないようにする。不良な強度のパルスの照射を回避し、適切に加工がされないことを防止できる。安定した加工品質が得られる。
【００６５】
各パルスについて、１時点について強度を測定する例を説明したが、２時点以上について強度を測定し、強度の積算値が、所定の範囲内にあるかどうか検査してもよい。
【００６６】
なお、強度の測定は、各パルスの立ち上がり近傍に行い、さらに、パルスを各加工軸に振り分ける間の時間に行ってもよい。つまり、パルスを第１の加工軸に振り分けてから、再び強度を検査して、好適な範囲にあれば第２の加工軸への振り分けを行ってもよい。可能性は低いが、制御信号ｓｉｇ１が継続的に入力されているにもかかわらず、途中でパルスの強度が低下するという異常が生じたときに、検知することができる。
【００６７】
加工対象物をＸＹステージに載置する時間等、加工に使えない時間を利用して、１つのパルス全体（立ち上がりから立ち下がりまで）について、強度を検査してもよい。
【００６８】
図１に示した構成以外にも、種々の仕方でモニタを設置することができる。図５（Ａ）、５（Ｂ）、図６に、変形例による構成を示す。
【００６９】
図５（Ａ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、部分反射鏡１１が、一部透過させてモニタ１２に入射させ、残りを反射させてビームダンパ１３に入射させるようにしてもよい。
【００７０】
図５（Ｂ）に示すように、光偏向器２から出射したレーザビームを、バリアブルアッテネータ１４に入射させ適当に強度を弱め、モニタ１２に入射させて、強度を測定するようにしてもよい。
【００７１】
また、図６に示すように、レーザ光源１と光偏向器２との間の光路中に、部分反射鏡１１を設け、部分反射鏡１１で反射したレーザ光をモニタ１２に入射させて強度を測定するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、加工対象物６に照射されるレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂの光路中に、それぞれ、部分反射鏡１５ａ、１５ｂとモニタ１６ａ、１６ｂとを設置し、加工軸におけるレーザビームの強度を測定してもよい。
【００７３】
このように、加工軸の光路中にモニタを設置すれば、光偏向器２が、レーザビームを正常に加工軸へ振り分けているかどうか、検査することができる。ただし、正常な強度のレーザビームを選択して加工軸に振り分けるようにするためには、光偏向器２の振り分け動作の前にレーザの強度を測定できるモニタ１２が必要である。
【００７４】
モニタ１６ａ、１６ｂが測定した強度のデータを制御装置８に送出し、加工軸における強度に異常が検出された場合は、レーザの出射を止め、不良な加工が継続されないようにしてもよい。
【００７５】
パルスレーザビームを出射するレーザ光源として、炭酸ガスレーザ以外にも、高調波固体レーザ等を用いることができる。
【００７６】
半導体レーザ等の連続波レーザビームを出射するレーザ光源を用いることもできる。連続波レーザビームに対しても、光偏向器で光軸を振り分けることや、ビームの強度が所定の範囲内にあるときに加工軸に振り分けることは、パルスレーザビームと同様に行うことができる。
【００７７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７８】
【発明の効果】
レーザ光源から出射したレーザビームを、１つの偏向装置を用いて複数の光軸に振り分けられる。レーザ光の偏向装置の数が、最小で１つに抑えられた、多軸加工可能なレーザ加工装置が提供される。偏向装置の数を少なくできるので、光軸の調整が容易となる。
【００７９】
レーザビームの強度を測定し、強度が所定の範囲内であれば、そのレーザビームを複数の加工軸に振り分ける。加工に適した強度のレーザビームを選択して被加工面に照射できる。多軸加工ができ、安定した加工品質が得られるレーザ加工装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）は、音響光学偏向器の動作原理を説明するための図である
【図２】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの第１、第２のパルスをそれぞれ第１、第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図３】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、レーザビームの１つのパルスを第１及び第２の加工軸に振り分けるレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図４】 実施例によるレーザ加工装置を用いて、モニタを用いたレーザ加工を行うときのタイミングチャートの一例である。
【図５】 （Ａ）は、実施例の一変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図であり、（Ｂ）は、実施例の他の変形例によるレーザ加工装置の一部を示す概略図である。
【図６】 実施例のさらに他の変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ａ 振り分け装置
２ 光偏向器
３ａ、３ｂ 折り返しミラー
４ａ、４ｂ ガルバノスキャナ
５ａ、５ｂ ｆθレンズ
６ 加工対象物
７ ＸＹステージ
８ 制御装置
９ 高周波信号発生器
１０ バリアブルアッテネータ
１１ 部分反射鏡
１２ モニタ
１３ ビームダンパ
Claims (3)
- パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
１つの音響光学偏向器からなり、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号に基づき、第１の時間帯には、入射したレーザビームを第１の回折角で回折させて、第１の光軸に沿って進行するレーザビームを出射し、第２の時間帯には、入射したレーザビームを、該第１の回折角とは異なる第２の回折角で回折させて、第２の光軸に沿って進行するレーザビームを出射する光偏向器と、
前記光偏向器から出射して第１の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させ、前記光偏向器から出射して第２の光軸に沿って進行したレーザビームが加工対象物に入射する位置を、加工対象物の表面内で移動させるための移動機構と
前記光偏向器に入射した前記パルスレーザビームの１つのパルスのパルス幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが少なくとも１つずつ含まれるように、該光偏向器を制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。 - さらに、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームの強度が高い方のレーザビームの光路中に設置され、レーザビームのパワーを可変な減衰率で減衰させることができる減衰器を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
- さらに、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームの強度を測定するためのモニタを有し、
前記制御装置は、前記レーザ光源がレーザビームの１つのパルスの出射を開始してから該パルスの出射が継続しているある時点までの少なくとも一時点について前記モニタが測定した該パルスの強度と基準強度範囲とを比較し、測定された強度が前記基準強度範囲内である場合は、該パルスが出射を継続している時間幅内に、前記第１の時間帯と第２の時間帯とが、少なくとも１つずつ含まれるように、前記光偏光器を制御し、測定された強度が前記基準強度範囲外である場合は、該パルスが前記第１及び第２の光軸に振り分けられないように、前記光偏光器を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
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