(57)【要約】  レーザ共振器制御電源は、パルスレーザ光の出力タイミングが指定されたビーム出力指令およびパルスレーザ光のパルス幅Ｗ１が指定されたパルス幅指令を受信するとともに、ビーム出力指令に基づいて、レーザ共振器にパルスレーザ光を出力させるパルス制御電源をＯＮにし、レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングおよびパルス幅指令に基づいて、レーザ共振器にパルスレーザ光を出力させるパルス制御電源をＯＦＦにする。
2014010046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光の出力タイミングが指定された出力指令および前記パルスレーザ光のパルス幅が指定されたパルス幅指令を受信するとともに、
前記出力指令に基づいて、レーザ共振器に前記パルスレーザ光を出力させる制御電源をＯＮにし、
前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングおよび前記パルス幅指令に基づいて、前記制御電源をＯＦＦにすることを特徴とするレーザ共振器制御電源。
【請求項２】
前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力波形を検出するレーザ出力検出部から、前記パルスレーザ光の出力波形を受信するとともに、
前記出力波形に基づいて、前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングを検出し、
検出した出力タイミングおよび前記パルス幅指令に基づいて、前記制御電源をＯＦＦにすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ共振器制御電源。
【請求項３】
パルスレーザ光を出力するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器に出力させるパルスレーザ光のＯＮとＯＦＦとを制御電源によって制御するレーザ共振器制御電源と、
前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力波形を検出するレーザ出力検出部と、
を備え、
前記レーザ共振器制御電源は、
前記パルスレーザ光の出力タイミングが指定された出力指令および前記パルスレーザ光のパルス幅が指定されたパルス幅指令を受信するとともに、
前記出力指令に基づいて、前記制御電源をＯＮにし、
前記出力波形に基づいて、前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングを検出し、
検出した出力タイミングおよび前記パルス幅指令に基づいて、前記制御電源をＯＦＦにすることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４】
前記レーザ出力検出部は、
前記レーザ共振器から出力されたパルスレーザ光の漏れ光を用いて前記パルスレーザ光の出力波形を検出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記レーザ共振器から出力されたパルスレーザ光を、レーザ加工に用いる第１のパルスレーザ光と、前記パルスレーザ光の出力波形の検出に用いる第２のパルスレーザ光と、に分光する分光部をさらに備え、
前記レーザ出力検出部は、前記第２のパルスレーザ光を用いて前記パルスレーザ光の出力波形を検出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
パルスレーザ光を出力するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器に出力させるパルスレーザ光のＯＮとＯＦＦとを出力制御電源によって制御するレーザ共振器制御電源と、
前記レーザ共振器から出力されたパルスレーザ光の透過と遮断とを切り替えるシャッターと、
前記レーザ共振器から前記シャッターを介して出力されたパルスレーザ光を、レーザ加工に用いる第１のパルスレーザ光と、前記パルスレーザ光の出力波形の検出に用いる第２のパルスレーザ光と、に分光する分光部と、
実際に出力された前記第２のパルスレーザ光の出力波形を検出するレーザ出力検出部と、
前記第２のパルスレーザ光の出力波形に基づいて、前記シャッターによる透過と遮断とを切替制御電源によって制御するシャッター制御電源と、
を備え、
前記シャッター制御電源は、
前記パルスレーザ光の出力タイミングが指定された出力指令および前記パルスレーザ光のパルス幅が指定されたパルス幅指令を受信するとともに、
前記出力指令に基づいて、前記切替制御電源をＯＮにし、
前記出力波形に基づいて、前記シャッターから実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングを検出し、
検出した出力タイミングおよび前記パルス幅指令に基づいて、前記切替制御電源をＯＦＦにすることを特徴とするレーザ発振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパルス幅を制御するレーザ共振器制御電源、レーザ発振器およびレーザ発振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーザ光を用いてプリント基板などの被加工物に穴あけ加工をする装置としてレーザ加工装置がある。このレーザ加工装置は、インバータ回路からレーザ発振器にパルス電力を供給することによって、レーザ発振器からパルスレーザ光を出力させる装置である。【０００３】
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、検出したパルスのエネルギ値を算出し、算出結果に基づいて、検出したパルス以降のパルス出力や、１穴あたりに投入するパルスエネルギを制御している。【０００４】
また、特許文献２に記載のレーザ加工装置は、レーザ発振器から被加工物に照射されるレーザ光の一部を分岐して、そのエネルギを検出し、該エネルギが所定値となるように、レーザ光を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８７７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記前者の従来技術では、照射中のパルス出力をリアルタイムに制御することは困難であった。また、上記後者の従来技術では、エネルギの検出精度やエネルギ検出後の制御の応答性によってシステムの信頼性が左右されるので、実現性に乏しかった。また、安定したシステムを構築できたとしても、信頼性の高い部品を使用する必要があるので、非常に高額なシステムになってしまうという問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成の装置で所望のパルス幅を有したパルスレーザ光を出力させることができるレーザ共振器制御電源、レーザ発振器およびレーザ発振システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パルスレーザ光の出力タイミングが指定された出力指令および前記パルスレーザ光のパルス幅が指定されたパルス幅指令を受信するとともに、前記出力指令に基づいて、レーザ共振器に前記パルスレーザ光を出力させる制御電源をＯＮにし、前記レーザ共振器から実際に出力されたパルスレーザ光の出力タイミングおよび前記パルス幅指令に基づいて、前記制御電源をＯＦＦにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成の装置で所望のパルス幅を有したパルスレーザ光を出力させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るレーザ発振器の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係るレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力タイミングを説明するための図である。
【図４】図４は、レーザ出力検出部の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係るレーザ発振器の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係るレーザ発振器の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係るレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力タイミングを説明するための図である。
【図８】図８は、実施の形態４に係るレーザ発振器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ共振器制御電源、レーザ発振器およびレーザ発振システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００Ｘは、パルスレーザ光１０を照射することによって被処理基板である基板（ワーク）１１にレーザ穴あけ加工を行う装置である。本実施の形態のレーザ加工装置１００Ｘは、リアルタイムにパルス出力を制御可能なレーザ発振器１Ｘを備えている。
【００１３】
レーザ加工装置１００Ｘは、パルスレーザ光１０を発振するレーザ発振器１Ｘと、基板１１のレーザ加工を行うレーザ加工部３と、レーザ加工制御装置２と、を備えている。レーザ発振器１Ｘは、パルスレーザ光１０を発振して、レーザ加工部３に送出する。レーザ加工部３は、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙ、ガルバノスキャナ１６Ｘ，１６Ｙ、ｆθレンズ（集光レンズ）１４、ＸＹテーブル（加工テーブル）１２を備えている。
【００１４】
ガルバノスキャナ１６Ｘ，１６Ｙは、パルスレーザ光１０の軌道を変化させて基板１１への照射位置を移動させる機能を有しており、パルスレーザ光１０を基板１１に設定された各加工エリア（ガルバノエリア）内で２次元的に走査する。ガルバノスキャナ１６Ｘ，１６Ｙは、パルスレーザ光１０をＸ−Ｙ方向に走査するために、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを所定の角度に回転させる。
【００１５】
ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙは、パルスレーザ光１０を反射して所定の角度に偏向させる。ガルバノミラー１５Ｘは、パルスレーザ光１０をＸ方向に偏向させ、ガルバノミラー１５Ｙは、パルスレーザ光１０をＹ方向に偏向させる。
【００１６】
ｆθレンズ１４は、テレセントリック性を有したレンズである。ｆθレンズ１４は、パルスレーザ光１０を基板１１の主面に対して垂直な方向に偏向させるとともに、パルスレーザ光１０を基板１１の加工位置（穴位置１３）に集光（照射）させる。
【００１７】
基板１１は、プリント配線板などの加工対象物であり、複数個所に穴あけ加工が行なわれる。基板１１は、例えば、銅箔（導体層）、樹脂（絶縁層）、銅箔（導体層）の３層構造をなしている。
【００１８】
ＸＹテーブル１２は、基板１１を載置するとともに、図示しないモータの駆動によってＸＹ平面内を移動する。これにより、ＸＹテーブル１２は、基板１１を面内方向に移動させる。
【００１９】
ＸＹテーブル１２を移動させることなくガルバノ機構（ガルバノスキャナ１６Ｘ，１６Ｙ、ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙ）の動作によってレーザ加工が可能な範囲（走査可能領域）がガルバノエリア（スキャンエリア）である。レーザ加工装置１００Ｘでは、ＸＹテーブル１２をＸＹ平面内で移動させた後、ガルバノスキャナ１６Ｘ，１６Ｙによってパルスレーザ光１０を２次元走査する。ＸＹテーブル１２は、各ガルバノエリアの中心がｆθレンズ１４の中心直下（ガルバノ原点）となるよう順番に移動していく。ガルバノ機構は、ガルバノエリア内に設定されている各穴位置１３が順番にパルスレーザ光１０の照射位置となるよう動作する。ＸＹテーブル１２によるガルバノエリア間の移動とガルバノ機構によるガルバノエリア内でのパルスレーザ光１０の２次元走査とが、基板１１面内で順番に行なわれていく。これにより、基板１１面内の全ての穴位置１３がレーザ加工される。
【００２０】
レーザ加工制御装置２は、レーザ発振器１Ｘおよびレーザ加工部３に接続（図１では図示せず）されており、レーザ発振器１Ｘおよびレーザ加工部３を制御する。レーザ加工制御装置２は、基板１１をレーザ加工する際には、加工プログラムに設定されたレーザ加工条件をレーザ発振器１Ｘとレーザ加工部３に指示する。ここでのレーザ加工条件は、パルスレーザ光１０の出力タイミング、レーザ光照射位置（基板１１上の座標値）などを含んでいる。
【００２１】
つぎに、レーザ発振器１Ｘの構成について説明する。図２は、実施の形態１に係るレーザ発振器の構成を示す図である。ここでは、レーザ加工装置１００Ｘの一例であるレーザ加工装置１００Ａの構成について説明する。レーザ加工装置１００Ａは、レーザ発振器１Ｘの一例であるレーザ発振器１Ａを備えている。
【００２２】
レーザ発振器１Ａは、共振器４、共振器制御電源（レーザ共振器制御電源）５Ａ、レーザ出力検出部６を有している。共振器４は、共振器制御電源５Ａからの指示に従ったタイミングでパルスレーザ光１０をレーザ加工部３に出力する。
【００２３】
レーザ出力検出部６は、共振器４がレーザ加工部３に実際に出力したパルスレーザ光１０の漏れ光を用いて、共振器４から実際に出力されたパルスレーザ光１０を検出する。レーザ出力検出部６は、パルスレーザ光１０の検出結果（レーザ出力波形）を共振器制御電源５Ａに送る。
【００２４】
共振器制御電源５Ａは、コンピュータなどを用いて構成されており、共振器４を制御する。共振器制御電源５Ａは、パルス放電を制御する電源装置であってもよいし、ＬＤ（Laser  Diode）バーなどの励起光源を制御する電源装置であってもよい。
【００２５】
共振器制御電源５Ａは、レーザ加工制御装置２に接続されており、レーザ加工制御装置２から指定されたパルス幅のパルスレーザ光１０を共振器４に出力させる。共振器制御電源５Ａは、レーザ加工制御装置２から送られてくるパルスレーザ光１０の出力指令（後述するビーム出力指令３２）に基づくタイミングで共振器４にパルス出力を開始させる。また、本実施の形態の共振器制御電源５Ａは、レーザ出力検出部６から送られてくるレーザ出力波形（後述するレーザ出力波形３４）に基づくタイミングで共振器４に出力中のパルス出力を終了させる。
【００２６】
換言すると、共振器制御電源５Ａは、レーザ加工制御装置２から送られてくる指示に従ってパルスレーザ光１０の出力波形の立ち上がりタイミングを制御し、レーザ出力検出部６から送られてくる指示に従ってパルスレーザ光１０の出力波形の立ち下がりタイミングを制御する。
【００２７】
つぎに、レーザ発振器１Ａから出力されるパルスレーザ光１０の出力タイミングについて説明する。図３は、実施の形態１に係るレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力タイミングを説明するための図である。
【００２８】
レーザ加工装置１００Ａが基板１１へのレーザ加工を開始すると、レーザ加工制御装置２は、加工プログラムに設定されているレーザ光照射位置にパルスレーザ光１０が照射されるようレーザ加工部３に指示を送る。また、レーザ加工制御装置２は、加工プログラムに設定されているパルスレーザ光１０の出力タイミングを共振器制御電源５Ａに送る。レーザ加工制御装置２は、例えば、パルスレーザ光１０のパルス幅を指定したパルス幅指令３１と、パルスレーザ光１０の出力開始タイミングを指定したビーム出力指令（トリガ）３２と、を共振器制御電源５Ａに送る。
【００２９】
共振器制御電源５Ａは、パルス幅指令３１で指定されたパルス幅（設定パルス幅Ｗ１）を記憶しておくメモリなどを具備しており、設定パルス幅Ｗ１を記憶しておく。共振器制御電源５Ａは、ビーム出力指令３２で指定されたパルスレーザ光１０の出力開始タイミングに基づいて、パルス制御電源（制御電源波形３３）をＯＮにする（Ｓ１）。換言すると、共振器制御電源５Ａは、ビーム出力指令３２で指定された出力開始タイミングを有したパルス出力指令波形を生成してレーザ発振器１Ａに送る。制御電源波形３３は、共振器４からパルスレーザ光１０を出力させる電源の波形であり、制御電源波形３３がＯＮになると（制御電源波形３３が立ち上がると）、共振器４からパルスレーザ光１０が出力される。
【００３０】
共振器４がパルスレーザ光１０を出力すると、レーザ出力検出部６によって実レーザ出力（レーザ出力波形３４）が検出される（Ｓ２）。ビーム出力指令３２がＯＮになるタイミングと制御電源波形３３がＯＮになるタイミングは略同じである。ところが、制御電源波形３３がＯＮになるタイミングと、共振器４がパルスレーザ光１０を出力する（レーザ出力波形３４が立ち上がる）タイミングには、ばらつきを生じる場合がある。このため、制御電源波形３３のＯＮタイミングに対してパルスレーザ光１０が遅れて出力される場合がある。
【００３１】
レーザ出力検出部６は、実レーザ出力を検出し、レーザ発振検出信号（レーザ出力波形３４）として共振器制御電源５Ａに通知する。共振器制御電源５Ａは、レーザ出力波形３４の立ち上がり（パルスレーザ光１０の出力開始タイミング）を検出するとともに、この立ち上がりタイミングでトリガ３５を共振器制御電源５Ａ内のパルス幅制御基板に出力する（Ｓ３）。トリガ３５は、実レーザ出力の出力開始タイミングを示す情報である。
【００３２】
そして、共振器制御電源５Ａは、トリガ３５のＯＮタイミングを実レーザ出力のＯＮタイミングとして扱う。これにより、共振器制御電源５Ａは、トリガ３５のＯＮタイミングと、記憶しておいた設定パルス幅Ｗ１と、に基づいて、設定パルス幅Ｗ１を有したパルス波形３６を生成する（Ｓ４）。
【００３３】
そして、共振器制御電源５Ａは、パルス波形３６がＯＦＦになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１の完了信号を共振器４に送る（Ｓ５）。設定パルス幅Ｗ１の完了信号は、パルス制御電源をＯＦＦにさせる制御信号（制御電源波形３３を立ち下げる指示）である。これにより、共振器４は、パルスレーザ光１０の出力をＯＦＦにする。この結果、レーザ出力波形３４が立ち下がる（Ｓ６）。
【００３４】
レーザ加工制御装置２は、１つ目のパルス光を出力させる際には、パルス幅指令３１およびビーム出力指令３２を共振器制御電源５Ａに送り、設定パルス幅Ｗ１を共振器制御電源５Ａに記憶させておく。そして、レーザ加工制御装置２は、２つ目以降のパルス光を出力させる際には、ビーム出力指令３２を共振器制御電源５Ａに送る。これにより、共振器制御電源５Ａは、記憶しておいた設定パルス幅Ｗ１に基づいて、設定パルス幅Ｗ１の完了信号を共振器４に送る。
【００３５】
なお、本実施の形態では、共振器制御電源５Ａが設定パルス幅Ｗ１を記憶しておく場合について説明したが、各パルス光を出力させるたびに、レーザ加工制御装置２から共振器制御電源５Ａにパルス幅指令３１およびビーム出力指令３２を送ってもよい。
【００３６】
このように、本実施の形態では、レーザ出力検出部６が実際のレーザ出力タイミングを共振器制御電源５Ａに通知し、共振器制御電源５Ａが実際のレーザ出力タイミングを基準として設定パルス幅Ｗ１の完了信号を生成し、共振器４に送っている。換言すると、レーザ発振器１Ａでは、実レーザ出力のＯＮタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１の完了信号が共振器４に送られている。これにより、共振器４は、生成された完了信号に基づいて、レーザパルス出力（電源）をＯＦＦするので、共振器４は、設定パルス幅Ｗ１のパルスレーザ光１０を出力することが可能となる。
【００３７】
つぎに、レーザ出力検出部６の構成について説明する。図４は、レーザ出力検出部の構成を示す図である。レーザ出力検出部６は、レーザ検出センサ２１、増幅回路２２、微分回路２３、レーザ発振判定回路２４、判定出力部２５を有している。
【００３８】
レーザ検出センサ２１は、フォトダイオードなどを用いた高速センサ（光検出用センサ）であり、パルスレーザ光１０を高速に検出する。本実施の形態のレーザ検出センサ２１は、パルスレーザ光１０の漏れ光を検出する。レーザ検出センサ２１は、漏れ光の検出結果（検出信号）を増幅回路２２に送る。増幅回路２２は、レーザ検出センサ２１から送られてくる検出信号を増幅して微分回路２３に送る。
【００３９】
微分回路２３は、増幅回路２２で増幅された検出信号を微分することによってレーザ発振判定回路２４に送る。レーザ発振判定回路２４は、微分された検出信号の電圧値と、予め設定しておいた閾値とに基づいて、検出信号の立ち上がりタイミングを判定する。これにより、レーザ発振判定回路２４は、レーザ出力したか否かを判定する。レーザ発振判定回路２４は、レーザ発振したと判定すると、検出信号を判定出力部２５に送る。判定出力部２５は、検出信号をデジタル信号に変換するとともにノイズを除去し、ノイズ除去後の検出信号をレーザ発振検出信号として共振器制御電源５Ａに送る。
【００４０】
なお、本実施の形態では、レーザ発振器１Ａがレーザ出力検出部６を備える構成としたが、レーザ発振器１Ａとレーザ出力検出部６とを別構成としてもよい。また、レーザ加工制御装置２および共振器制御電源５Ｘは、パルス制御電源がＯＮしてから実レーザ出力が検出されるまでの時間ばらつき以下の分解能を有していることが望ましい。また、レーザ発振器１Ｘが行うレーザ出力は、電流制御または電圧一定制御などの各種手法を用いることによってピーク出力が大きく変動しないよう制御されることが望ましい。
【００４１】
また、本実施の形態では、レーザ出力波形３４の立ち上がりを共振器制御電源５Ａが検出する場合について説明したが、レーザ出力波形３４の立ち上がりは、レーザ出力検出部６が検出してもよい。
【００４２】
このように、実施の形態１によれば、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１を有したパルス波形３６を生成している。そして、パルス波形３６がＯＦＦになるタイミングで実レーザ出力がＯＦＦになるようパルス幅を制御している。これにより、リアルタイムにパルス出力を制御することが可能となる。したがって、簡易な構成の装置で所望のパルス幅（設定パルス幅Ｗ１）を有したパルスレーザ光１０を出力させることが可能となる。この結果、パルス出力を安定させることができるので、レーザ加工の信頼性が向上する。
【００４３】
実施の形態２．
つぎに、図５を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、共振器４からレーザ加工部３に送られるパルスレーザ光１０を用いて実レーザ出力がＯＮになるタイミングを検出する。
【００４４】
図５は、実施の形態２に係るレーザ発振器の構成を示す図である。ここでは、レーザ加工装置１００Ｘの一例であるレーザ加工装置１００Ｂの構成について説明する。レーザ加工装置１００Ｂは、レーザ発振器１Ｘの一例であるレーザ発振器１Ｂを備えている。なお、図５の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のレーザ加工装置１００Ａと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００４５】
レーザ発振器１Ｂは、共振器４、共振器制御電源５Ａ、レーザ出力検出部６、分光部７を有している。本実施の形態のレーザ発振器１Ｂには、共振器４とレーザ加工部３との間に分光部７が配置されている。そして、レーザ出力検出部６は、分光部７および共振器制御電源５Ａに接続されている。
【００４６】
分光部７は、共振器４からレーザ加工部３に送られるパルスレーザ光１０を分光する。具体的には、分光部７は、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０を、レーザ加工に用いる第１のレーザ光と、パルスレーザ光１０の出力波形の検出に用いる第２のレーザ光と、に分光する。分光部７は、分光した一方のパルスレーザ光１０（第１のレーザ光）をレーザ加工部３に送るとともに、分光した他方のパルスレーザ光１０（第２のレーザ光）をレーザ出力検出部６に送る。分光部７は、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０の部分透過光をレーザ出力検出部６に送ってもよいし、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０の部分反射光をレーザ出力検出部６に送ってもよい。
【００４７】
本実施の形態のレーザ出力検出部６は、分光部７によって分光されたパルスレーザ光１０を用いてパルスレーザ光１０のＯＮタイミング（出力）を検出して共振器制御電源５Ａに送る。このように、実施の形態１のレーザ発振器１Ａは、漏れ光を用いて実レーザ出力がＯＮになるタイミングを検出するのに対し、実施の形態２のレーザ発振器１Ｂは、分光されたパルスレーザ光１０を用いて実レーザ出力がＯＮになるタイミングを検出する。
【００４８】
共振器制御電源５Ａは、実施の形態１と同様に、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１を有したパルス波形３６を生成する。そして、共振器制御電源５Ａは、パルス波形３６のＯＦＦタイミングで実レーザ出力がＯＦＦになるよう共振器４を制御する。
【００４９】
なお、本実施の形態では、レーザ発振器１Ｂが分光部７およびレーザ出力検出部６を備える構成としたが、分光部７およびレーザ出力検出部６の少なくとも１つをレーザ発振器１Ｂとは別構成としてもよい。
【００５０】
このように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１で実レーザ出力がＯＦＦになるよう共振器４を制御するので、リアルタイムにパルス出力を制御することが可能となる。したがって、簡易な構成の装置で所望のパルス幅を有したパルスレーザ光１０を出力させることが可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
つぎに、図６および図７を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、高速シャッターでパルスレーザ光１０の出力タイミングを制御する。
【００５２】
図６は、実施の形態３に係るレーザ発振器の構成を示す図である。ここでは、レーザ加工装置１００Ｘの一例であるレーザ加工装置１００Ｃの構成について説明する。レーザ加工装置１００Ｃは、レーザ発振器１Ｘの一例であるレーザ発振器１Ｃを備えている。なお、図６の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のレーザ加工装置１００Ａや図５に示す実施の形態２のレーザ加工装置１００Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００５３】
レーザ発振器１Ｃは、共振器４、共振器制御電源５Ｂ、レーザ出力検出部６、分光部７、高速シャッター８、高速シャッター制御電源９を有している。本実施の形態のレーザ発振器１Ｃには、共振器４とレーザ加工部３との間に高速シャッター８および分光部７が配置されている。高速シャッター８は、共振器４と分光部７との間に配置され、分光部７は、高速シャッター８とレーザ加工部３との間に配置されている。
【００５４】
また、レーザ出力検出部６は、分光部７および高速シャッター制御電源９に接続され、高速シャッター制御電源９は、レーザ加工制御装置２、レーザ出力検出部６および高速シャッター８に接続されている。
【００５５】
共振器制御電源５Ｂは、レーザ加工制御装置２に接続されており、レーザ加工制御装置２から指定されたパルス幅のパルスレーザ光１０を共振器４に出力させる。本実施の形態のレーザ加工制御装置２は、所望の設定パルス幅Ｗ１よりも広いパルス幅（後述するパルス幅Ｗ２）のパルスレーザ光１０を出力させるためのパルス幅指令を共振器制御電源５Ｂに送る。
【００５６】
共振器制御電源５Ｂは、レーザ加工制御装置２から送られてくるパルスレーザ光１０の出力指令（後述するビーム出力指令４２）に基づくタイミングで、パルス幅Ｗ２のパルスレーザ光１０を共振器４にパルス出力させる。換言すると、共振器制御電源５Ｂは、レーザ加工制御装置２からの指令に従ってパルスレーザ光１０のＯＮとＯＦＦと（パルス出力の開始と終了）を制御する。
【００５７】
高速シャッター８は、例えば光学スイッチ素子を用いて構成されている。高速シャッター８は、共振器４からレーザ加工部３に送られるパルスレーザ光１０のＯＮとＯＦＦとを切り替える。換言すると、高速シャッター８は、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０の透過と遮断とを切り替える。高速シャッター８が開いている状態では、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０が分光部７を介してレーザ加工部３に送られる。一方、高速シャッター８が閉じている状態では、共振器４から出力されたパルスレーザ光１０が高速シャッター８で止められるので、分光部７やレーザ加工部３へはパルスレーザ光１０は届かない。
【００５８】
分光部７は、共振器４から高速シャッター８を介してレーザ加工部３に送られるパルスレーザ光１０を分光する。分光部７は、分光した一方のパルスレーザ光１０をレーザ加工部３に送るとともに、分光した他方のパルスレーザ光１０をレーザ出力検出部６に送る。
【００５９】
本実施の形態のレーザ出力検出部６は、分光部７によって分光されたパルスレーザ光１０（第２のレーザ光）を用いてパルスレーザ光１０のＯＮタイミング（出力）を検出し、高速シャッター制御電源９に送る。
【００６０】
高速シャッター制御電源９は、ＥＯ（電気光学素子）やＡＯ（音響光学素子）などを用いて構成されており、高速シャッター８を制御する電源である。高速シャッター制御電源９は、レーザ加工制御装置２に接続されており、レーザ加工制御装置２から指定されたパルス幅（設定パルス幅Ｗ１）のパルスレーザ光１０を高速シャッター８に出力させる。高速シャッター制御電源９は、レーザ加工制御装置２から送られてくるパルスレーザ光１０の出力指令（後述するビーム出力指令４２）に基づくタイミングで共振器４にパルス出力を開始させる。また、本実施の形態の高速シャッター制御電源９は、レーザ出力検出部６から送られてくるレーザ出力波形（後述するレーザ出力波形４５）に基づくタイミングで高速シャッター８に出力中のパルス出力を終了させる。
【００６１】
換言すると、高速シャッター制御電源９は、レーザ加工制御装置２から送られてくる指示に従ってパルスレーザ光１０の出力波形の立ち上がりタイミングを制御し、レーザ出力検出部６から送られてくる指示に従ってパルスレーザ光１０の出力波形の立ち下がりタイミングを制御する。
【００６２】
つぎに、レーザ発振器１Ｃから出力されるパルスレーザ光１０の出力タイミングについて説明する。図７は、実施の形態３に係るレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力タイミングを説明するための図である。
【００６３】
レーザ加工装置１００Ｃが基板１１へのレーザ加工を開始すると、レーザ加工制御装置２は、加工プログラムに設定されているレーザ光照射位置にパルスレーザ光１０が照射されるようレーザ加工部３に指示を送る。また、レーザ加工制御装置２は、加工プログラムに設定されているパルスレーザ光１０の出力タイミングを共振器制御電源５Ｂに送る。
【００６４】
レーザ加工制御装置２は、例えば、パルスレーザ光１０のパルス幅を指定したパルス幅指令（図示せず）と、パルスレーザ光１０の出力開始タイミングを指定したビーム出力指令（トリガ）４２と、を共振器制御電源５Ｂに送る。また、レーザ加工制御装置２は、例えば、パルスレーザ光１０のパルス幅を指定したパルス幅指令４１と、パルスレーザ光１０の出力開始タイミングを指定したビーム出力指令（トリガ）４２と、を高速シャッター制御電源９に送る。
【００６５】
共振器制御電源５Ｂおよび高速シャッター制御電源９には、同じタイミングを指定したビーム出力指令４２が送られる。また、パルス幅指令４１は、所望のパルス幅である設定パルス幅Ｗ１を指定する指令である。
【００６６】
共振器制御電源５Ｂに送られるパルス幅指令は、設定パルス幅Ｗ１よりも広いパルス幅Ｗ２を指定する指令である。共振器制御電源５Ｂは、パルス幅Ｗ２を記憶しておく。そして、共振器制御電源５Ｂは、レーザ加工制御装置２によって指定されたパルスレーザ光１０の出力開始タイミングおよびパルス幅Ｗ２に基づいて、パルス制御電源をＯＮにする。換言すると、共振器制御電源５Ｂは、レーザ加工制御装置２によって指定された指令に基づく波形のパルスレーザ光１０を共振器４に出力させる。これにより、設定パルス幅Ｗ１よりも広いパルス幅を有したレーザ出力波形４３（パルス幅Ｗ２）のパルスレーザ光１０が高速シャッター８に入力される。
【００６７】
また、高速シャッター制御電源９は、ビーム出力指令４２で指定されたパルスレーザ光１０の出力開始タイミングに基づいて、高速シャッター８（制御電源波形４４）をＯＮにする（Ｓ１１）。換言すると、高速シャッター制御電源９は、ビーム出力指令４２で指定された出力開始タイミングを有したパルス出力指令波形を生成して高速シャッター８に送る。制御電源波形（切替制御電源）４４は、高速シャッター８からパルスレーザ光１０を出力させる電源の波形であり、制御電源波形４４がＯＮになると、高速シャッター８からパルスレーザ光１０が出力される。
【００６８】
高速シャッター８がパルスレーザ光１０を出力すると、パルスレーザ光１０は分光部７に送られる。これにより、レーザ出力検出部６によって実レーザ出力（レーザ出力波形４５）が検出される（Ｓ１２）。ビーム出力指令４２がＯＮになるタイミングと制御電源波形４４がＯＮになるタイミングは略同じである。ところが、制御電源波形４４がＯＮになるタイミングと、高速シャッター８がパルスレーザ光１０を出力する（レーザ出力波形４５が立ち上がる）タイミングには、ばらつきを生じる場合がある。このため、制御電源波形４４のＯＮタイミングに対してパルスレーザ光１０が遅れて出力される場合がある。
【００６９】
レーザ出力検出部６は、実レーザ出力を検出し、レーザ発振検出信号（レーザ出力波形４５）として共振器制御電源５Ｂに通知する。共振器制御電源５Ｂは、レーザ出力波形４５の立ち上がり（パルスレーザ光１０の出力開始タイミング）を検出するとともに、この立ち上がりタイミングでトリガ４６を共振器制御電源５Ａ内のパルス幅制御基板に出力する（Ｓ１３）。トリガ４６は、実レーザ出力の出力開始タイミングを示す情報である。
【００７０】
高速シャッター制御電源９は、レーザ出力検出部６からトリガ４６を受信すると、トリガ４６のＯＮタイミングを実レーザ出力のＯＮタイミングとして扱う。これにより、高速シャッター制御電源９は、トリガ４６のＯＮタイミングと、記憶しておいた設定パルス幅Ｗ１と、に基づいて、設定パルス幅Ｗ１を有したパルス波形４７を生成する（Ｓ１４）。
【００７１】
そして、高速シャッター制御電源９は、パルス波形４７がＯＦＦになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１の完了信号を高速シャッター８に送る（Ｓ１５）。設定パルス幅Ｗ１の完了信号は、高速シャッター８への切替制御電源をＯＦＦにさせる制御信号（制御電源波形４４を立ち下げる指示）である。これにより、高速シャッター８は、パルスレーザ光１０の出力をＯＦＦにする。この結果、レーザ出力波形４５が立ち下がる（Ｓ１６）。
【００７２】
このように、本実施の形態では、レーザ出力検出部６がレーザ出力のＯＮタイミングを高速シャッター制御電源９に通知し、高速シャッター制御電源９がレーザ出力のＯＮタイミングを基準とした設定パルス幅Ｗ１の完了信号を生成し、高速シャッター８に送っている。換言すると、レーザ発振器１Ｃでは、レーザ出力波形４５のＯＮタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１の完了信号が高速シャッター８に送られている。これにより、高速シャッター８は、生成された完了信号に基づいて、レーザパルス出力（電源）をＯＦＦするので、高速シャッター８は、設定パルス幅Ｗ１のパルスレーザ光１０を出力することが可能となる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、レーザ発振器１Ｃが分光部７およびレーザ出力検出部６を備える構成としたが、分光部７、レーザ出力検出部６、高速シャッター８および高速シャッター制御電源９の少なくとも１つをレーザ発振器１Ｃとは別構成としてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、設定パルス幅Ｗ１よりも広いパルス幅Ｗ２を指定したパルス幅指令をレーザ加工制御装置２から共振器制御電源５Ｂに送る場合について説明したが、レーザ加工制御装置２から共振器制御電源５Ｂに設定パルス幅Ｗ１を指定したパルス幅指令を送ってもよい。この場合、共振器制御電源５Ｂが、設定パルス幅Ｗ１を用いてパルス幅Ｗ２を設定する。
【００７５】
このように実施の形態３によれば、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１で実レーザ出力がＯＦＦになるよう高速シャッター８を制御するので、リアルタイムにパルス出力を制御することが可能となる。したがって、簡易な構成の装置で所望のパルス幅を有したパルスレーザ光１０を出力させることが可能となる。
【００７６】
実施の形態４．
つぎに、図８を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、レーザ発振器（後述するレーザ発振器１Ｄ）に対して、高速シャッター８、高速シャッター制御電源９、分光部７、レーザ出力検出部６を別構成としておく。そして、レーザ発振器１Ｄと、高速シャッター８と、高速シャッター制御電源９と、分光部７と、レーザ出力検出部６と、を用いてレーザ発振システムを構成する。
【００７７】
図８は、実施の形態４に係るレーザ発振器の構成を示す図である。ここでは、レーザ加工装置１００Ｘの一例であるレーザ加工装置１００Ｄの構成について説明する。レーザ加工装置１００Ｄは、レーザ発振器１Ｘの一例であるレーザ発振器１Ｄを備えている。なお、図８の各構成要素のうち図２、図５、図６に示すレーザ加工装置１００Ａ〜１００Ｃと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００７８】
レーザ発振器１Ｄは、共振器４、共振器制御電源５Ｂを有している。本実施の形態のレーザ加工装置１００Ｄには、レーザ発振器１Ｄとレーザ加工部３との間に高速シャッター８および分光部７が配置されている。高速シャッター８は、共振器４と分光部７との間に配置され、分光部７は、高速シャッター８とレーザ加工部３との間に配置されている。
【００７９】
また、レーザ出力検出部６は、分光部７および高速シャッター制御電源９に接続され、高速シャッター制御電源９は、レーザ加工制御装置２、レーザ出力検出部６および高速シャッター８に接続されている。
【００８０】
このように、本実施の形態では、高速シャッター８、高速シャッター制御電源９、分光部７、レーザ出力検出部６を、それぞれレーザ発振器１Ｄとは別構成にしている。そして、高速シャッター８および分光部７をレーザ発振器１Ｄとレーザ加工部３との間の光路中に配置している。
【００８１】
このように実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に、レーザ出力検出部６を用いて検出した実レーザ出力がＯＮになるタイミングに基づいて、設定パルス幅Ｗ１で実レーザ出力がＯＦＦになるよう高速シャッター８を制御するので、リアルタイムにパルス出力を制御することが可能となる。したがって、簡易な構成の装置で所望のパルス幅を有したパルスレーザ光１０を出力させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係るレーザ共振器制御電源、レーザ発振器およびレーザ発振システムは、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパルス幅制御に適している。
【符号の説明】
【００８３】
１Ａ〜１Ｄ，１Ｘ  レーザ発振器
２  レーザ加工制御装置
３  レーザ加工部
４  共振器
５Ａ，５Ｂ，５Ｘ  共振器制御電源
６  レーザ出力検出部
７  分光部
８  高速シャッター
９  高速シャッター制御電源
１０  パルスレーザ光
１００Ａ〜１００Ｄ，１００Ｘ  レーザ加工装置
【図１】
2014010046.tif 000003
【図２】
2014010046.tif 000004
【図３】
2014010046.tif 000005
【図４】
2014010046.tif 000006
【図５】
2014010046.tif 000007
【図６】
2014010046.tif 000008
【図７】
2014010046.tif 000009
【図８】
2014010046.tif 000010
【国際調査報告】
2014010046.tif 000011
2014010046.tif 000012
2014010046.tif 000013
2014010046.tif 000014
2014010046.tif 000015
2014010046.tif 000016
2014010046.tif 000017
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