(57)【要約】【課題】レーザのパラメータの変更に伴って、レーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いた場合でも、レーザ光の光軸を一定に維持して、加工品質を一定に保つ。【解決手段】レーザ１０から出射されたレーザ光１１をＡＯ１２に入射し、レーザ１０のパラメータ変更に合わせて、該ＡＯ１２によるレーザ光のスキャン角度θを変化させる。【選択図】図４
2005161327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザのパラメータの変更に伴ってレーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いたレーザ加工装置の光軸補正方法において、
レーザから出射されたレーザ光を音響光学素子に入射し、
レーザのパラメータの変更に合わせて、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させることにより、
該音響光学素子から出射されるレーザ光の光軸を一定にすることを特徴とするレーザ加工装置の光軸補正方法。
【請求項２】
前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を修正することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置の光軸補正方法。
【請求項３】
レーザのパラメータの変更に伴ってレーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いたレーザ加工装置の光軸補正装置において、
レーザから出射されたレーザが入射される音響光学素子と、
レーザのパラメータの変更に合わせて、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させる手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置の光軸補正装置。
【請求項４】
前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を修正する修正手段を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置の光軸補正装置。
【請求項５】
前記修正手段が、
加工対象に向けてレーザ光を反射する加工ミラーの漏れ光が入射されるピンホールと、
該ピンホールを通過したレーザ光を検出する漏れ光検出手段とを備え、
該漏れ光検出手段の出力に応じて、前記音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置の光軸補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置の光軸補正方法及び装置に係り、特に、レーザビームを使ってプリント基板に穴あけするレーザドリルマシンに用いるのに好適な、レーザのパラメータ（パルス幅や周波数）の変更に伴って、レーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いたレーザ加工装置の光軸補正方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを用いてプリント基板等に穴をあけるレーザドリルマシンでは、他の要求性能との兼ね合いで、レーザ共振器の性能が不安定で、レーザのパラメータ（パルス幅や周波数）を変化させた場合に、図１に実線Ａで示す如く、レーザから出射されるレーザ光の光軸がずれるレーザを用いる場合がある。
【０００３】
この光軸ずれに対しては、図２に示す如く、例えばレーザ１０から出射されるレーザ光１１を、被加工物８への照射に適したパルス状に整形するための音響光学素子（ＡＯ）１２に、レーザ１０の不動面を転写する光学系（図ではレンズ）１４を用いて、ＡＯ１２までの光軸ずれを解消することはできる。しかしながら、ＡＯ１２への入射位置を一定にしても、入射角度は変化するため、ＡＯ１２の出側では、再度光軸ずれが発生する。この光軸ずれがＡＯ１２出側のマスク１６面のずれとなる場合、マスク１６透過後の出力が変化し、被加工物８の加工面８Ａでの加工品質が変化する。又、マスク１６後の光学系（図ではミラー１８及び集光レンズ２０）の中心を通過せず、光軸ずれを発生する。
【０００４】
従来、この出力変化を補正する方法としては、次の方法がある。
【０００５】
（１）ＡＯ１２通過後に、図３に示すように、ビーム１３の高輝度成分を削って整形し、破線Ｂで示す如く、トップフラットのビームモードにする。
【０００６】
（２）ＡＯ１２の出側に、マスク１６面に転写する光学系（例えばレンズ）を形成する。
【０００７】
又、本発明に類似するものとして、特許文献１及び２には、音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）を用いて、加工面に照射されるレーザ光の立上りと立下りを急激にして、略矩形波としたり、変調周波数を高めて、パルス幅を短くすることが記載されている。
【０００８】
又、特許文献３には、エキシマレーザによるアルチック（アルミニウム酸化物とチタン酸化物との複合焼結体）の加工に際して、角度依存性のある光学素子を用いたバリアブルアッテネータにより、加工面でのレーザエネルギ密度を設定範囲に制御して、加工面を平滑に保つことが記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６３２７１号公報
【特許文献２】特表平１１−５００９６２号公報
【特許文献３】特表平７−１００６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら（１）のトップフラットのビームモードにする方法では、光軸ずれによるマスク１６後の出力変化は少なくなるが、ずれを許容するビーム径にすると、マスク１６による損失が大きくなる。又、（１）（２）のいずれの方法も、入射角度のずれにより発生するマスク１６出射後の光軸ずれは解消できないという問題点を有していた。
【００１１】
又、特許文献１乃至３には、本発明のように、音響光学素子を用いて光軸ずれを補正することは記載されていない。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、レーザのパラメータの変更に伴ってレーザから出力される光軸が変化するレーザを用いた場合でも、レーザ光の光軸を一定に維持して、加工面での加工品質を一定に保つことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、レーザのパラメータの変更に伴ってレーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いたレーザ加工装置の光軸補正方法において、レーザから出射されたレーザ光を音響光学素子に入射し、レーザのパラメータの変更に合わせて、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させることにより、該音響光学素子から出射されるレーザ光の光軸を一定にするようにして、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を修正するようにしたものである。
【００１５】
本発明は、又、レーザのパラメータの変更に伴ってレーザから出射されるレーザ光の光軸が変化するレーザを用いたレーザ加工装置の光軸補正装置において、レーザから出射されたレーザが入射される音響光学素子と、レーザのパラメータの変更に合わせて、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させる手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１６】
又、前記音響光学素子から出射されるレーザ光を検出して、該音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を修正する修正手段を更に備えたものである。
【００１７】
又、前記修正手段が、加工対象に向けてレーザ光を反射する加工ミラーの漏れ光が入射されるピンホールと、該ピンホールを通過したレーザ光を検出する漏れ光検出手段とを備え、該漏れ光検出手段の出力に応じて、前記音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザのパラメータの変更に合わせて、音響光学素子によるレーザ光のスキャン角度を変化させることにより、該音響光学素子から出射されるレーザ光の光軸を一定に維持することができる。従って、例えばマスクを通過する出力、及び、マスクでの回折光の強度分布の変化を防止して、加工面での加工品質を一定に保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態は、図２に示したようなレーザドリルマシンにおいて、図４に示す如く、音響光学素子（ＡＯ）１２を用いて、そのスキャン角度θを加工機３０で設定したパラメータ（例えばレーザ周波数）に応じて可変とし、ＡＯ１２から出射されるレーザ光１３の光軸を一定になるよう補正したものである。
【００２１】
前記ＡＯ１２としては、出力光の出射角度（偏向角）が可変の音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＡＯＤ）を用いる。
【００２２】
前記レーザ１０から出射されたレーザ光１１は、レンズ１４によりＡＯ１２に転写される。ＡＯ１２は、ＡＯアンプ３２により与えられたスキャン周波数ｆによりスキャン角度θが決定され、光軸を変える。この光軸で、マスク１６以降の光学系が調整され、マスク径が被加工物８に転写する光学系となっている。
【００２３】
又、ミラー１８を透過したレーザ漏れ光１９は、ピンホール４０を通過し、ホトダイオード４２及び検知器４４で検知される。漏れ光１９の基本の光軸は、前記マスク１６から被加工面８Ａへの光軸が所定のレーザ周波数で調整された後、最大出力になるピンホール４０の位置を調整することにより得られる。
【００２４】
前記所定のレーザ周波数で調整された光軸が、該レーザ周波数を変化させることにより、レーザ光１１ａのようにずれる。ＡＯ１２まではレンズ１４により転写されるため、ＡＯ１２の中で光軸のずれは補正されるが、ずれ角度αはそのままになり、ＡＯ１２から出射されるレーザ光１３のずれ角度αを発生する。
【００２５】
ここで、ＡＯアンプ３２からＡＯ１２に供給されるスキャン周波数ｆを変化させ、スキャン角度θを変化させることにより、基本の光軸に戻すことができる。
【００２６】
ここで、スキャン角度θは、スキャン周波数ｆ、レーザ波長λ、材料の音響速度ｖから、次式により決定される。
【００２７】
θ＝λ×（ｆ／ｖ）      …（１）
【００２８】
ＡＯアンプ３２からＡＯ１２に供給されるスキャン周波数ｆは、ＡＯアンプ３２に供給されるＲＦ供給電圧で決定される。
【００２９】
本実施形態では、図５にスキャン角度表として例示する如く、トリガＯＦＦのときスキャン角度θ＝０とし、トリガＯＮでＲＦ供給電圧０Ｖのときスキャン角度θ＝３°、トリガＯＮでＲＦ供給電圧１０Ｖのときスキャン角度θ＝５°となるようにされている。
【００３０】
以下、図６を参照して、作用を説明する。
【００３１】
（１）事前調整
ＡＯ１２での所定スキャン角度を設定（ステップ１００）し、図５に例示したスキャン角度表により、ＡＯアンプ３２からのスキャン周波数ｆを設定する（ステップ１１０）。
【００３２】
所定のレーザ周波数でレーザ１０を発振し、マスク１６透過後で最大出力になるようマスク１６以降の転写光学系の光軸を調整する（ステップ１２０）と共に、ミラー１８透過後の漏れ光１９がピンホール４０透過後で最大出力になるようにピンホール４０と光軸を調整する（ステップ１３０）。この状態を基本光軸の関係とする。
【００３３】
この状態から、レーザ周波数を変えてレーザ光１１ａの光軸ずれを発生させ、そのときのずれ角度αを事前に測定し、レーザ周波数とずれ角度αの関係を求めておく。これは、レーザ周波数を変化させた時に、ホトダイオード４２で検出されるマスク１６後の出力が最大となるようにした時のマスク１６の位置から求めることができる。
【００３４】
このずれ角度αより、これを相殺するための補正スキャン角度θを求め、図１に破線Ｃで示したようなθとレーザ周波数の関係を求める。
【００３５】
（２）補正動作
光軸補正時には、加工機３０で設定されたパラメータによりレーザ１０が動作し（ステップ２００）、一方、出力比較器４６に、そのレーザ周波数が送られる。このレーザ周波数に基づいて、図１及び図５に示したような関係から補正スキャン角度θになるようにＲＦ供給電圧を決定し、ＡＯアンプ３２に供給する。ＡＯアンプ３２では所定のスキャン周波数ｆを発生させてＡＯ１２に供給し、ずれ角度αを補正したスキャン角度θを設定することで、光軸の補正を実施する（ステップ２１０）。
【００３６】
一方、ミラー１８からの漏れ光１９はピンホール４０を通過し、ホトダイオード４２及び検知器４４で検知される（ステップ２２０）。この値は出力比較器４６に供給され、前記基本光軸の出力より低下している場合は、レーザ周波数とθとの関係を補正する（ステップ２３０〜２７０）。図１に示したように、レーザ周波数とずれ角度の関係は、直線的で方向も一方向であるため、スキャン角度を変化させる修正モードを動作させることにより補正可能となる。この修正動作は加工中に行なわず、キャリブレーション時に動作させるように、加工機３０から指令を与える。
【００３７】
本実施形態では、被加工物８に向けてレーザ光を反射するミラー１８の漏れ光１９が入射されるピンホール４０と、該ピンホール４０を通過したレーザ光を検出するホトダイオード４２及び検知器４４とを備え、該検知器４４の出力に応じて前記ＡＯ１２によるレーザ光のスキャン角度θを変化させるようにしたので、補正スキャン角度を予めキャリブレーションしておくことで、レーザが不安定であっても対応できる。なお、レーザの安定性が高い時は、このキャリブレーション機能を省略することも可能である。
【００３８】
又、本実施形態では、パルス整形用ＡＯ１２を兼用しているので、構成が簡略である。なお、光軸ずれ補正用のＡＯを別に設けることも可能である。
【００３９】
前記実施形態においては、一方向の光軸ずれが制御されていたが、ＡＯ１２によるキャン方法と直交する方向にもう１台ＡＯを追加することによって、ＸＹ２方向の光軸ずれを防止することも可能である。
【００４０】
又、前記実施形態においては、専ら周波数の変化に応じてスキャン角度を変化させていたが、パルス幅に応じてスキャン角度を変化させたり、あるいは、パルス幅と周波数の両者の変化に応じてスキャン角度を変化させることも可能である。
【００４１】
又、適用対象もレーザドリルマシンに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のレーザ加工装置における光軸ずれの問題を説明するための線図
【図２】同じく光路図
【図３】従来の問題点を説明するためのビーム輝度分布図
【図４】本発明の実施形態の構成を示す、一部ブロック図を含む光路図
【図５】前記実施形態のＲＦ供給電圧とスキャン角度の関係を示す線図
【図６】同じく動作手順を示す流れ図
【符号の説明】
【００４３】
８…被加工物
８Ａ…加工面
１０…レーザ
１１、１３…レーザ光
１２…音響光学素子（ＡＯ）
１８…ミラー
１９…レーザ漏れ光
３０…加工機
３２…ＡＯアンプ
４０…ピンホール
４２…ホトダイオード
４４…検知器
４６…出力比較器
【図１】
2005161327.tif 000003
【図２】
2005161327.tif 000004
【図３】
2005161327.tif 000005
【図４】
2005161327.tif 000006
【図５】
2005161327.tif 000007
【図６】
2005161327.tif 000008