(57)【要約】【課題】レーザのエネルギの測定範囲を広くすること。【解決手段】レーザエネルギ測定装置３２は、レーザ２ｂの光路中に設けられてレーザ２ｂのエネルギを減衰するフィルタ２１と、フィルタ２１を通過したレーザ２ｂのエネルギを測定する演算部１９と、フィルタ２１の前に配設されて演算部１９にレーザ２ｂを集光する集光レンズ１７とを備えている。フィルタ２１は、レーザ２ｂの中心部分の通過を阻止する遮蔽部２１ａをレーザ２ｂの中心と一致する位置に備えている。レーザ２ｂは、遮蔽部２１ａによって、エネルギの大きい中心部分をカットされて、エネルギが大きくない部分を演算部１９によって測定される。これによって、レーザのエネルギ測定範囲を広げることができる。【選択図】図２
2008238247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザの光路中に設けられて前記レーザのエネルギを減衰する減衰部材と、
前記減衰部材を通過した前記レーザのエネルギを測定する測定手段と、を備えたレーザエネルギ測定装置において、
前記減衰部材の前後の一方に配設されて前記測定手段に前記レーザを集光する集光レンズを備え、
前記減衰部材が、前記レーザの中心部分の通過を阻止する遮蔽部を前記レーザの中心と一致する位置に備えた、
ことを特徴とするレーザエネルギ測定装置。
【請求項２】
前記減衰部材は、前記遮蔽部の周囲に形成した複数の貫通孔に前記レーザの一部分を通過させて、前記レーザを減衰させる、
請求項１に記載のレーザエネルギ測定装置。
【請求項３】
レーザ発振器から発振されたレーザを、ワークを加工する加工用レーザとレーザのエネルギを測定する測定用レーザとに分岐する分岐手段と、
前記測定用レーザのエネルギを測定し、かつ前記測定の値が所定の範囲外になったとき異常状態を検知するレーザエネルギ測定装置と、を備え、
前記レーザエネルギ測定装置は、請求項１又は２に記載のレーザエネルギ測定装置である、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザエネルギ測定装置と、このレーザエネルギ測定装置を備えたレーザ加工装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ビルドアップ式のプリント基板に層間を接続するブラインドホール（以下、穴という。）をレーザ加工装置で加工する場合、コンフォーマルマスク法では予めエッチングにより外層銅箔を除去して形成したエッチングウインドウからレーザを照射し、またダイレクト法では外層銅箔のない絶縁層には直接レーザを照射して、ガラス強化繊維等のフィラを含有する樹脂で形成された絶縁層を除去していた。
【０００３】
この場合、レーザ発振器の出力が変動すると加工結果がばらつく。そこで、加工の信頼性を向上させるため、加工部に供給するレーザの一部（加工部に供給するレーザの１％〜２％）を分岐し、その分岐したレーザのエネルギを測定して、レーザのエネルギの大きさ（以下、単に「エネルギ」という）が予め定めた範囲内に入っていることを確認しながら加工していた。
【０００４】
図６は、従来のレーザエネルギ測定装置の測定用レーザに沿った断面概略図である。
【０００５】
レーザ発振器から発振させられたレーザから分岐した測定用レーザ（以下、「モニタビーム」という）２ｂの光路上には、集光レンズ１７とエネルギ測定部１９が配置されている。エネルギ測定部１９はセンサ２３のセンサ面の中心が集光レンズ１７の焦点に略一致するようにして配置されている。
【０００６】
次に、レーザエネルギ測定装置の動作を説明する。
【０００７】
モニタビーム２ｂは、集光レンズ１７に集光されてセンサ２３に入射される。エネルギ測定部１９の演算部１９ａは、センサ２３の出力と予め設定された値とを比較する。演算部１９ａは、モニタビーム２ｂのエネルギが予め設定された範囲から外れた場合、アラーム信号をレーザ加工装置の制御部３０に出力する。制御部３０は、エネルギ測定部１９からアラーム信号を受けると、アラーム信号を受けたときに加工した穴の座標を記憶すると共に、予め指示された処理を行う（例えば、警報ブザーを鳴らし、場合によっては加工を中止する）。
【０００８】
ところで、加工用レーザの直径は、加工しようとする穴の直径に応じて変化させている。これに伴って、センサ２３に入射するモニタビーム２ｂの直径も変化し、エネルギが変化している。このため、センサ２３にエネルギの検出範囲が広いセンサを使用する必要がある。しかし、検出範囲の広いセンサ２３は、高価である。
【０００９】
そこで、モニタビーム２ｂのエネルギを減衰させて、検出範囲の狭いセンサでもレーザのエネルギを測定できるようにした技術がある（特許文献１）。その技術は、モニタビーム２ｂを透過させない材質の平板に極小径の貫通孔をメッシュ状に形成した減衰部材を、集光レンズ１７の入射側に配置し、モニタビーム２ｂのエネルギを減衰するようになっている。減衰部材は、モニタビーム２ｂの直径が変化すると、エネルギをモニタビーム２ｂの直径に応じて減衰させることができるので、低コストのセンサ２３でもモニタビーム２ｂのエネルギを測定できるようにしている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１３６２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の減衰部材は、エネルギの減衰率が一様であるため、モニタビーム２ｂの最大径に合わせて平板に配置する貫通孔の直径と密度を決めて、減衰率を設定すると、モニタビーム２ｂが最小径のとき、エネルギの検出精度が低下して、測定結果にばらつきが生じることになる。
【００１２】
本発明は、レーザのエネルギの測定範囲が広く、かつ測定精度の高いレーザエネルギ測定装置を提供することにある。
【００１３】
本発明は、レーザエネルギ測定装置によって測定されるレーザのエネルギの大きさが所定の範囲外になったとき、加工を停止して、加工精度を損なわないようにしたレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のレーザエネルギ測定装置（３２）は、レーザ（２ｂ）の光路中に設けられて前記レーザ（２ｂ）のエネルギを減衰する減衰部材（２１）と、前記減衰部材（２１）を通過した前記レーザ（２ｂ）のエネルギを測定する測定手段（１９）と、を備え、さらに、前記減衰部材（２１）の前後の一方に配設されて前記測定手段（１９）に前記レーザ（２ｂ）を集光する集光レンズ（１７）を備え、前記減衰部材（２１）が、前記レーザ（２ｂ）の中心部分の通過を阻止する遮蔽部（２１ａ）を前記レーザ（２ｂ）の中心と一致する位置に備えた、ことを特徴としている。
【００１５】
本発明のレーザ加工装置（３１）は、レーザ発振器（１）から発振されたレーザ（２）を、ワーク（８）を加工する加工用レーザ（２ａ）とレーザ（２）のエネルギを測定する測定用レーザ（２ｂ）とに分岐する分岐手段（１６）と、前記測定用レーザ（２ｂ）のエネルギを測定し、かつ前記測定の値が所定の範囲外になったとき異常状態を検知するレーザエネルギ測定装置と、を備え、前記レーザエネルギ測定装置は、上記のレーザエネルギ測定装置（３２）である、ことを特徴としている。
【００１６】
レーザエネルギ測定装置（３２）は、レーザ（２ｂ）を、集光レンズ（１７）の前、又は後で減衰部材（２１）によって減衰し、かつ集光レンズ（１７）によって集光して、レーザ（２ｂ）のエネルギを測定手段（１９）によって測定する。減衰部材（２１）は、レーザ（２ｂ）の中心部分の通過を阻止する遮蔽部（２１ａ）をレーザ（２ｂ）の中心と一致する位置に備えて、レーザ（２ｂ）の中心部分を遮蔽するようになっている。このため、レーザエネルギ測定装置（３２）は、レーザ（２ｂ）の径に応じて大きく異なる中心部分のエネルギを遮蔽して、あまりエネルギが大きくない部分のエネルギを測定手段（１９）によって測定する。
【００１７】
本発明のレーザ加工装置（３１）は、レーザ発振器（１）から発振されたレーザ（２）を分岐手段（１６）によって分岐し、その分岐した測定用レーザ（２ｂ）を、レーザエネルギ測定装置（３２）が測定して、エネルギ測定値が所定の範囲外になったとき異常状態を検知する。レーザ加工装置（３１）は、レーザエネルギ測定装置（３２）によって異常状態を検知されたとき、加工を停止する。
【００１８】
上記括弧内の符号は、図面と対照するものであって、本発明の構成を何ら限定するものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザエネルギ測定装置は、レーザのあまりエネルギの大きくない部分のエネルギを測定するので次の効果を奏する。
【００２０】
低価格の測定手段であっても、エネルギを測定することができる。レーザのエネルギの測定範囲を広くすることができる。レーザの測定精度を高めることができる。減衰部材の減衰率をレーザの径にとらわれることなく、設定することができる。
【００２１】
本発明のレーザ加工装置は、エネルギ測定装置によって測定されるレーザのエネルギの大きさが所定の範囲外になったとき、加工を停止するようになっているので、加工精度を損なわないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態におけるレーザエネルギ測定装置と、この測定装置を備えたレーザ加工装置とを説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態におけるレーザ加工装置の分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態におけるレーザエネルギ測定装置の測定用レーザに沿った断面概略図である。図３は、本発明の実施形態におけるレーザエネルギ測定装置のフィルタの平面図である。
【００２４】
レーザ加工装置を説明する。
【００２５】
レーザ加工装置３１は、プリント基板８にレーザ２ａで穴をあけるようになっている。レーザ発振器１から出力されたレーザ２の光軸上には、パルス整形器１８、全反射ミラー４ａ、マスク１２、全反射ミラー４ｂおよびビームスプリッタ１６が配置されている。レーザ発振器１はパルス状のレーザ２を出力するようになっている。パルス整形器１８は加工部に供給するレーザ２の強度とパルス幅を制御するようになっている。なお、加工部に供給されない０次光１５は、ビームダンパ１４に吸収されるようになっている。２段シリンダ１１に支持されたマスク１２には、孔径の異なる複数（図示の場合３個）のマスク孔１２ａが形成されている。ビームスプリッタ１６は入射するレーザ２の２％を透過させ、残りを反射するようになっている。
【００２６】
ビームスプリッタ１６の反射側には、全反射ミラー４ｃ、スキャナミラー５ｂ，５ａおよびｆθレンズ３が配置されており、ビームスプリッタ１６の透過側には、集光レンズ１７、フィルタ２１およびエネルギ測定部１９が配置されている。集光レンズ１７、フィルタ２１およびエネルギ測定部１９は、レーザエネルギ測定装置３２を形成している。
【００２７】
スキャナミラー５ａ，５ｂはそれぞれスキャナ６ａ，６ｂにより回転軸を中心に回転して位置決めされるようになっている。全反射ミラー４ｃ、スキャナ６ａ，６ｂ、およびｆθレンズ３は、加エヘッド７に載置されている。加エヘッド７はＺ軸モータ１３により、矢印Ｚ方向に移動するようになっている。
【００２８】
プリント基板８は、ｆθレンズ３に対向して矢印Ｘ、Ｙ方向に移動可能なＸ−Ｙテーブル９上に固定されている。ｆθレンズ３の直径によって定まる加工領域１０の広さは５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。
【００２９】
次に、レーザ加工装置３１の加工動作を説明する。
【００３０】
加工に先立ち、プリント基板８の表面を基準にしてｆθレンズ３を矢印Ｚ方向に位置決めすると共に、加工しようとする加工領域１０の中心をｆθレンズ３の光軸上に位置決めする。また、２段シリンダ１１を作動させ、加工しようとする穴の直径に最適のマスク孔１２ａをレーザ２の光軸上に位置決めする。
【００３１】
レーザ発振器１から出力されたレーザ２は、パルス整形器１８によりエネルギ（すなわち、強度とパルス幅）を定められ、マスク１２のマスク孔１２ａにより外形を整形されてビームスプリッタ１６に入射させられる。入射したレーザ２の２％はビームスプリッタ１６を透過し、モニタビーム（測定用レーザ）２ｂとして集光レンズ１７に入射する。ビームスプリッタ１６で反射された残りのレーザ２（以下、「加工ビーム２ａ」という。）は、光路をスキャナミラー５ｂ，５ａにより位置決めされて、ｆθレンズ３に入射させられる。そして、加工ビーム２ａは、プリント基板８に垂直に照射させられ、プリント基板８に穴をあける。
【００３２】
モニタビーム２ｂは、後述するレーザエネルギ測定装置３２によってエネルギを測定される。レーザエネルギ測定装置３２は、測定したエネルギの値が所定の範囲外であるとき、制御部３０に報せて、レーザ加工装置３１の加工動作を停止させる。
【００３３】
レーザエネルギ測定装置を説明する。
【００３４】
レーザエネルギ測定装置３２は、モニタビーム２ｂのエネルギを測定して、エネルギの値が所定の範囲外になると、制御部３０に報せて、加工ビーム２ａによるレーザ加工装置３１の加工動作を停止させるようになっている。
【００３５】
図２に示すように、レーザエネルギ測定装置３２は、集光レンズ１７、フィルタ２１およびエネルギ測定部１９等を備えている。
【００３６】
図３に示すように、フィルタ２１は、例えば銅板製であり、中心Ｏの位置を中心とする円形のレーザの通過を阻止する遮蔽部２１ａを除き、ピッチＰ（例えば、Ｐ＝１ｍｍ）で小径（例えば、直径ｄ＝０．５ｍｍ）の貫通孔２２が矢印Ｘ，Ｙ方向に格子状に形成されている。なお、図３中のＤｓは、マスク孔１２ａが小径の場合のモニタビーム２ｂが入射する範囲を示し、ＤＬはマスク孔１２ａが大径の場合のモニタビーム２ｂが入射する範囲を示している。
【００３７】
図２に示すように、ビームスプリッタ１６（図１）を透過したモニタビーム２ｂは、集光レンズ１７に集光されながら、フィルタ２１により強度を減衰されてエネルギ測定部１９のセンサ２３に入射する。エネルギ測定部１９の演算部１９ａは、センサ２３の出力と予め設定された値とを比較し、モニタビーム２ｂのエネルギが予め設定された範囲から外れた場合、異常状態を報せるアラーム信号を、レーザ加工装置３１全体を制御する制御部３０に出力する。
【００３８】
次に、フィルタ２１の役目を説明する。
【００３９】
図４はビームスプリッタ１６に入射するレーザ２の光軸に垂直な面における強度分布を示す図である。図５はフィルタ２１を通過したモニタビーム２ｂの光軸に垂直な面におけるエネルギを示す図である。図４、図５の横軸は光軸からの距離であり、縦軸はエネルギである。そして、図中斜線を付した領域２４，２５の面積がエネルギ量を表わしている。
【００４０】
マスク孔１２ａを透過したレーザ２の直径は、徐々に増加するが、直径が増加する割合と光軸に垂直な面における強度分布（すなわちエネルギ分布）はマスク孔１２ａの直径によって異なる。すなわち、マスク孔が大径である場合、図４（ａ）に示すように、中心部の強度は大きく、ビームの直径は余り大きくならない（広がらない）。一方、マスク孔が小径である場合、図４（ｂ）に示すように、中心部の強度は余り大きくならないが、ビームの直径は大きい（広がる）。
【００４１】
フィルタ２１は、中心部に遮光部２１ａを有しているので、図４（ａ）のエネルギ分布を持つモニタビーム２ｂがフィルタ２１を透過すると、エネルギ分布は図５（ａ）に示すようになる。また、図４（ｂ）のエネルギ分布を持つモニタビーム２ｂがフィルタ２１を透過すると、エネルギ分布は図５（ｂ）に示すようになる。
【００４２】
そして、図５（ａ）、（ｂ）における斜線を付した領域２４ａの面積と領域２５ａの面積（すなわち、センサ２３で検出されるエネルギ量）との差はほとんど無い。すなわち、マスク孔１２ａの直径に関わらずセンサ２３に入射するモニタビーム２ｂのエネルギがほぼ同じになる。
【００４３】
したがって、モニタビーム２ｂのエネルギの過大による出力信号の飽和やセンサ２３の焼損は発生しない。また、モニタビーム２ｂのエネルギが小さ過ぎる場合に発生するノイズの影響も受けない。しかも、センサ２３には、一般的な汎用のセンサを使用することができる。
【００４４】
なお、モニタビーム２ｂの中心部を遮蔽する遮蔽部２１ａの形状は、円形に限定されるものではなく、他の形状、例えば、多角形状にしてもよい。
【００４５】
また、貫通孔２２の直径ｄおよびピッチＰを変えたフィルタを複数枚用意しておきレーザ２の出力に応じて交換するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態におけるレーザ加工装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるレーザエネルギ測定装置の測定用レーザに沿った断面概略図である。
【図３】本発明の実施形態におけるレーザエネルギ測定装置のフィルタの平面図である。
【図４】ビームスプリッタに入射するレーザの光軸に垂直な面における強度分布を示す図である。
【図５】フィルタを通過したモニタビームの光軸に垂直な面におけるエネルギを示す図である。
【図６】従来のレーザのエネルギ測定装置の測定用レーザに沿った断面概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      レーザ発振器
２      レーザ
２ａ    加工ビーム（加工用レーザ）
２ｂ    モニタビーム（測定用レーザ）
８      プリント基板（ワーク）
１２      マスク
１２ａ    マスク孔
１６      ビームスプリッタ（分岐手段）
１７      集光レンズ
１９      エネルギ測定部（測定手段）
２１      フィルタ（減衰部材）
２１ａ    遮蔽部
２２      貫通孔
２３      センサ
３０      制御部
３１      レーザ加工装置
３２      レーザエネルギ測定装置
【図１】
2008238247.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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