(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
受光面で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する赤外線センサと、
可視光を撮像する撮像装置と、
前記レーザ光を受光して、その受光した前記レーザ光を前記被加熱対象物へ向けて出射するとともに、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射される光を受光するミラーを含み、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射され、前記ミラーで受光された光のうち、前記レーザ光の波長の光を除く赤外線を前記赤外線センサの受光面へ導き、可視光を前記撮像装置へ導く光学系と、
前記赤外線センサにより生成された信号のレベルと前記被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め格納する格納部と、
前記赤外線センサにより生成された信号と前記関係式を基に前記被加熱対象物の温度を算出する温度測定部と、
を備え、
前記レーザ出射部は、
前記レーザ光を出射する２個以上のレーザダイオードと、
前記各レーザダイオードから出射される前記各レーザ光のＦＡＳＴ方向の広がりを抑えるためのレンズと、
前記レンズが接合され、前記各レーザダイオードのレーザ出射端面に対する前記レンズの位置を、加工面において前記各レーザ光のＳＬＯＷ方向のレーザパワー密度分布の一部が干渉するように調整可能な調整機構と、
を備え、前記レンズからの前記各レーザ光により加工面におけるレーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にする
ことを特徴とするレーザ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体レーザから出射されるレーザ光により、半田付けや、樹脂接合、溶接などの加熱・加工処理を行うレーザ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光により、非接触な加熱・加工処理を行うレーザ加熱装置として、例えば、複数のレーザダイオードを積み重ねてなるレーザダイオードモジュール（半導体レーザアレイ）と、前記複数のレーザダイオードから出射されるレーザ光を視準化（平行光化）するコリメートレンズと、視準化されたレーザ光を集光する集光レンズと、により構成されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この構成により、従来のレーザ加熱装置は、集光レンズの焦点位置に置かれている被加熱対象物に対して加熱・加工処理を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、レーザ光による加熱・加工処理では、レーザ照射を続ける限りどんどん被加熱対象物の温度が上昇するが、上記従来のレーザ加熱装置の構成では、半田付けや樹脂接合を行う際に被加熱対象物の温度測定をできず、半田の周辺部や樹脂にコゲが発生する兆候となる異常発熱を検出できなかった。
【特許文献１】特開２００２−９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑み、加工点にある半田や樹脂などの溶融時の温度変化やコゲが発生する兆候となる異常発熱を検出して、周辺部がコゲない半田付けや樹脂がコゲない樹脂接合などが可能となるレーザ加熱装置を提供することを目的とする。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、半田や樹脂などの被加熱対象物から放射される赤外線の分光放射輝度の積算値に基づく信号を生成する赤外線センサを設ける。そして、レーザ加熱・加工処理を行う前に、前記赤外線センサの出力信号とマスタの被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め求める。そして、実際のレーザ加熱・加工処理時には、前記赤外線センサの出力信号と前記関係式を基に被加熱対象物の温度を算出する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１記載のレーザ加熱装置は、被加熱対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射部と、受光面で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する赤外線センサと、可視光を撮像する撮像装置と、前記レーザ光を受光して、その受光した前記レーザ光を前記被加熱対象物へ向けて出射するとともに、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射される光を受光するミラーを含み、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射され、前記ミラーで受光された光のうち、前記レーザ光の波長の光を除く赤外線を前記赤外線センサの受光面へ導き、可視光を前記撮像装置へ導く光学系と、前記赤外線センサにより生成された信号のレベルと前記被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め格納する格納部と、前記赤外線センサにより生成された信号と前記関係式を基に前記被加熱対象物の温度を算出する温度測定部と、を備え、前記レーザ出射部は、前記レーザ光を出射する２個以上のレーザダイオードと、前記各レーザダイオードから出射される前記各レーザ光のＦＡＳＴ方向の広がりを抑えるためのレンズと、前記レンズが接合され、前記各レーザダイオードのレーザ出射端面に対する前記レンズの位置を、加工面において前記各レーザ光のＳＬＯＷ方向のレーザパワー密度分布の一部が干渉するように調整可能な調整機構と、を備え、前記レンズからの前記各レーザ光により加工面におけるレーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、加工点の温度変化や、半田や樹脂などの溶融変化前後の急激な温度変化、半田の周辺部や樹脂にコゲが発生する前後での急激な温度変化を検出して、半田付けや樹脂接合等の所望の加工が行われたことの検出やコゲの発生検出、コゲの発生防止などをすることができる。さらに、撮像装置により加工状態を観察することもできる。
【００２１】
また、レーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にすることにより、ＦＰＩＣやＦＰＣ等のようにランドと樹脂基板が並んでいる加工面に対する半田付け等に十分に対応できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態におけるレーザ加熱装置について、図面を交えて説明する。
以下の実施の形態では、受光面で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する赤外線センサを設ける。そして、レーザ加熱・加工処理を行う前に、前記赤外線センサの出力信号とマスタの被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め求めておく。そして、実際のレーザ加熱・加工処理時には、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射される光のうちの前記レーザ光の波長の光を除く赤外線を、前記赤外線センサの前記受光面へ導き、前記赤外線センサにより生成された信号と予め求めた前記関係式とを基に前記被加熱対象物の温度を算出する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に本実施の形態１におけるレーザ加熱装置の構成を示す。レーザ加熱装置は、被加熱対象物にレーザ光を照射して該被加熱対象物を加熱する。
【００２５】
図１において、レーザ出射部１は、一定波長のレーザ光を出射する。レーザ出射部は、例えば半導体レーザや半導体励起レーザを備える。ここでは波長が９２０ｎｍのレーザ光を発振するレーザダイオードを備える場合を例に説明する。なお、無論、レーザ光の波長は９２０ｎｍに限るものではない。一般的にレーザダイオードのレーザ光の波長は１．６μｍ以下である。
【００２６】
集光レンズ２は、レーザ出射部１からのレーザ光を集光して、集光位置に置かれた被加熱対象物である半田３を加熱する。半田３はプリント基板４のランド５上に塗布されている。ここでは被加熱対象物が半田の場合を例に説明する。
【００２７】
半田３がレーザ照射により加熱されると、半田３やその周辺部のランド５やプリント基板４から赤外線が放射される。また、半田３やその周辺部からは、照射されたレーザ光や可視光などが反射される。レーザ光カットフィルタ６は、半田３などから放射または反射された光を受光してレーザ光の波長（９２０ｎｍ）の光をカットする。可視光カットフィルタ７は、レーザ光カットフィルタ６の透過光を受光して可視光をカットする。したがって集光レンズ８には、半田３などから放射された赤外線のうちのレーザ光の波長の光（赤外線）を除く赤外線が入射される。
【００２８】
集光レンズ８は、可視光カットフィルタ７の透過光を集光して、集光位置に置かれた赤外線センサ９の受光面１０へ、レーザ光の波長の光を除く赤外線を入射する。このように、本実施の形態１におけるレーザ加熱装置では、半田３やその周辺部から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長（９２０ｎｍ）の光を除く赤外線を赤外線センサの受光面へ導く光学系が、レーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７と集光レンズ８により構成される。なお、集光レンズ８とレーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７の配置順は任意でよい。また、例えばレーザ光カットフィルタに代えてレーザ光の波長よりも長波長の光を透過するフィルタを用いるなどしてもよい。
【００２９】
赤外線センサ９は、受光面１０で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する。ここでは赤外線センサとして、２．３μｍの波長において感度がピークとなる所定の感度範囲を有するＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードを例に説明する。
【００３０】
また図示しないが、当該レーザ加熱装置は、赤外線センサ９により生成された信号のレベルと半田３の実測温度とのキャリブレーション値（較正値）の関係式を予め格納する格納部と、赤外線センサ９により生成された信号と前記関係式を基に半田３の温度を算出する温度測定部であるマイクロ・コンピュータを具備している。
【００３１】
次に、図２ないし図７に示すグラフを用いて、本実施の形態１における温度測定の原理について説明する。図２は、２．３μｍの波長において感度がピークとなる所定の感度範囲を有するＩｎＧａＡｓ・ＰＩＮフォトダイオードの分光感度特性を示す。図２に示すように、このＩｎＧａＡｓ・ＰＩＮフォトダイオードは、１．２μｍ〜２．６μｍの波長に対して１０％以上の相対感度を有している。
【００３２】
図３は、集光レンズや後述するハーフミラー等に用いられる光学部品材料であるＢＫ７（ホウケイ酸クラウン光学ガラス）や、合成石英、無水合成石英の透過率（赤外線吸収特性）を示している。図３において、実線はＢＫ７の透過率のグラフを、一点鎖線は合成石英の透過率のグラフを、破線は無水合成石英の透過率のグラフを示す。以下、光学部品材料としてＢＫ７を用いた場合を例に説明を行う。
【００３３】
図４は、いわゆるプランクの放射則と呼ばれるもので、黒体から放射する赤外線の分光放射輝度特性を示す。ここでは一例として、０°Ｃ（２７３Ｋ）、測定下限温度近傍の温度である１２７°Ｃ（４００Ｋ）、鉛フリー半田の融点近傍の温度である２２７°Ｃ（５００Ｋ）、鉛フリー半田の周辺部にコゲが発生する温度近傍の温度である３２７°Ｃ（６００Ｋ）での分光放射輝度のグラフを示す。なお、グラフは放射輝度が１０−８Ｗ／（ｃｍ２・ｓｒ・μｍ）から上を表示しているが、実用上はノイズの影響を回避するために１０−５Ｗ／（ｃｍ２・ｓｒ・μｍ）以上を実用域として扱う。
【００３４】
図５ないし７は、加工点（被加熱対象物）の温度が２２７°Ｃ、１２７°Ｃ、３２７°Ｃにおいて赤外線センサ（ＩｎＧａＡｓ・ＰＩＮフォトダイオード）９が検出する実用放射輝度を示している。図５ないし７において、破線は加工点から放射される赤外線の分光放射輝度のグラフを示し、一点鎖線は集光レンズなどの光学部品材料であるＢＫ７を透過した後の赤外線の分光放射輝度のグラフを示し、実線は赤外線センサ９が検出する赤外線の実用放射輝度のグラフを示す。
【００３５】
このように、赤外線センサ９は、実際は図２に示す分光感度特性と図３に示す赤外線吸収特性と図４に示す分光放射輝度特性を掛け合わせた図５ないし図７に示す実線を検出する。そして赤外線センサ９は、この実線と１０−５Ｗ／（ｃｍ２・ｓｒ・μｍ）のラインで囲まれる範囲の面積（受光面１０で受光した赤外線の１０−５Ｗ／（ｃｍ２・ｓｒ・μｍ）以上の分光放射輝度の積算値）に基づいた信号レベルの信号を生成する。
【００３６】
図５ないし７に示すように赤外線センサ９の出力信号レベルは、１２７°Ｃでは僅かであるが、２２７°Ｃになると５倍以上に増加し、さらに３２７°Ｃでは１０倍以上に単調増加している。
【００３７】
したがって、実際のレーザ加熱・加工処理を実施する前に、キャリブレーション用の熱電対が埋め込まれたマスタの半田にレーザ照射し、赤外線センサ９の出力信号レベルと熱電対の出力信号レベル（実測温度）とのキャリブレーション値の関係式を予め求めておくことで、実際のレーザ加熱・加工処理中に半田３の温度をほぼ正確に測定することが可能となる。
【００３８】
なお、例えばレーザ光カットフィルタに代えて、レーザ光の波長よりも長波長の特定波長範囲の光のみを透過可能な光学的バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと称す。）を用いてもよく、例えば赤外線センサ９の受光面１０にＢＰＦを配置する。ＢＰＦを用いる場合、ＢＰＦの透過光を受光する赤外線センサとして、ＢＰＦが透過する特定波長範囲の光に対して実用感度を有する赤外線センサを用いる。この構成により、加工点（被加熱対象物）が特定温度になったことを検出できるようになる。つまり、この構成によれば、加工点が特定温度になったときに赤外線センサ９の出力信号レベルが急激に上昇するので、ＢＰＦは特定温度を検出する場合に効果がある。
【００３９】
例えば波長が１０６４ｎｍであって且つ半値幅が１０μｍの狭帯域の赤外線のみを透過するＢＰＦは、加工点が約２００度近傍（半田の融点近傍の温度）になったことを検出するのに有用であり、この温度をキープすることにより、確実に溶融して、しかも周辺部がコゲない半田付けが実現できる。
【００４０】
また、図４に示す分光放射輝度特性からわかるように、被加熱対象物の温度を４００Ｋ以上において測定するには、赤外線センサは、１．２μｍ以上の波長において感度がピークとなる所定の感度範囲を有することが望ましい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態１によれば、加工点（被加熱対象物）が１００度以上の温度になると急激に増加する赤外線センサの出力信号レベルを捉えて、レーザ照射中に上昇していく被加熱対象物の温度を４００Ｋ以上においてほぼ正確に測定することができる。
【００４２】
したがって、加工点（被加熱対象物）の温度変化や、半田や樹脂などの溶融変化前後の急激な温度変化、半田の周辺部や樹脂にコゲが発生する前後での急激な温度変化を検出して、半田付けや樹脂接合等の所望の加工が完了したことの検出やコゲの発生検出、コゲの発生防止をすることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図８に本実施の形態２におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００４４】
図８において、光ファイバ１１はレーザ出射部１からのレーザ光を空中へ出射する。コリメートレンズ１２は、光ファイバ１１からのレーザ光を平行光化する（以下、コリメート光と称す。）。ハーフミラー１３には、コリメート光を反射し、半田３やその周辺部であるランド５やプリント基板４から放射または反射される光を透過する薄膜フィルタが施されている。なお、例えば９２０ｎｍ（レーザ光の波長の光）のみを反射する薄膜コートを施したハーフミラーを用いてもよい。また、ハーフミラーに代えて、レーザ光より長波長の特定波長範囲の赤外線のみを透過可能な折り返しＢＰＦを配置してもよい。
【００４５】
本実施の形態２では、半田３やその周辺部から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長（９２０ｎｍ）の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導く光学系が、ハーフミラー１３とレーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７と集光レンズ８により構成される。なお、集光レンズ８とレーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７の配置順は任意でよい。
【００４６】
プリアンプ１４は、赤外線センサ９からの出力信号を増幅する。また、図示しないが、当該レーザ加熱装置は、プリアンプ１４の出力信号レベルと半田３の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め格納する格納部を具備する。また、図示しないが、メータ１５は、温度測定部として、プリアンプ１４の出力信号と前記関係式を基に半田３の温度を算出するマイクロ・コンピュータを具備する。メータ１５は、マイクロ・コンピュータにより算出された測定温度を表示する。
【００４７】
また、当該レーザ加熱装置は、メータ１５からレーザ出射部１へ検出信号が出力される構成となっている。この構成によれば、例えば半田３の溶融変化前後の急激な温度変化が検出されたときにレーザパワーを低下させたり、半田３の周辺部にコゲが発生する前後での急激な温度変化が検出されたときにレーザ発振を停止させたりすることができ、自動半田付け完了やコゲの発生防止を行うことができる。
【００４８】
以上の構成によれば、メータ１５に表示された温度変化を観察することにより、半田の溶融検出や、概算温度検出、コゲの発生検出を行うことができる。また上記したように自動半田付け完了やコゲの発生防止も行うことができる。なお、実施の形態１と同様に、赤外線センサ９の受光面１０に、レーザ光より長波長の特定波長範囲の赤外線のみを透過可能なＢＰＦを配置してもよい。また、レーザ光を平行光化した場合について説明をしたが、コリメートレンズのＦ値を調整して非コリメ−トにしても、光ファイバの出射口とハーフミラー間の距離を短くすることで同様な効果が得られる。
【００４９】
（実施の形態３）
図９に本実施の形態３におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１、８に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００５０】
図９において、ホットミラー１６は、集光レンズ８を介してハーフミラー１３の透過光を受光し、赤外線を反射して赤外線センサ９の受光面１０へ導き、可視光を透過して第２のレーザ光カットフィルタ１７へ導く。レーザ光カットフィルタ１７を介した可視光を受光するカメラ（撮像装置）１８は、半田３やその周辺部を撮像する。
【００５１】
本実施の形態３では、半田３やその周辺部から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長（９２０ｎｍ）の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導くとともに、可視光をカメラ１８へ導く光学系が、ハーフミラー１３と集光レンズ８と２つのレーザ光カットフィルタ６、１７とホットミラー１６により構成される。なお、レーザ光カットフィルタ６に代えてレーザ光の波長よりも長波長の光を透過するフィルタやＢＰＦを用いてもよく、例えば赤外線センサ９の受光面１０にＢＰＦを配置する。
【００５２】
当該レーザ加熱装置には、温度測定を行う位置を特定するアパーチャ１９が赤外線センサ９の受光面１０への光路軸２０近傍に取り付けられている。したがって、アパーチャ１９のサイズや形状、配置位置を変化させて、加工点検出視野２１を変えることにより、半田３の周辺の温度異常等を検出したり、レーザ照射範囲の特定部分の温度を測定したりすることが可能となる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態３によれば、赤外線センサ９とカメラ１８を具備することにより、レーザ照射中に加工点の温度変化と同時に加工点の外観変化が観察できる。また、アパーチャ１９の配置位置やサイズ変更等により、加工点の視野が変えられるので、周辺部でのコゲの発生検出や微小な特定位置の温度変動の検出、コゲの発生防止などをすることができる。
【００５４】
なお、赤外線センサ９とカメラ１８の配置位置を反対にして、ホットミラーの代わりにコールドミラーを用いてもよい。また、赤外線センサ９とカメラ１８の配置位置を反対にして、ホットミラーの代わりに、レーザ光より長波長の特定波長範囲の赤外線のみを透過可能な折り返しＢＰＦを配置してもよい。ホットミラーに代えてＢＰＦを配置した場合、カメラ１８には、ＢＰＦで反射しレーザ光カットフィルタ１７を透過した後の可視光が入射される。よって、カメラ１８は加工点を撮像できる。本実施の形態３によれば、確実に溶融して、しかも周辺部がコゲない半田付けがカメラで監視しながら実現できる。
【００５５】
なお、半田付けを例に説明してきたが、樹脂接合や、樹脂マーキング、２つ以上の樹脂接合を行う場合でも同様に実施可能である。また、赤外線センサとしてＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードを用いたが、１．２μｍ以上の波長において感度がピークとなる赤外線センサであればよく、例えば化合物半導体などを用いてもよい。
【００５６】
また、ここでは説明の簡素化のため、各集光レンズやミラー等の光学部品としてＡＲコート無しの１．７μｍ以上の波長の赤外線を吸収するＢＫ７を用いて説明したが、クラウンガラスやアクロマチックレンズであってもよい。特に、無水合成石英は、ＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードの感度の限界点である２．７μｍ付近でも透過率の低下がなく、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、好適である。また、赤外線センサの感度範囲の波長に対するＡＲコートを施してもよい。
【００５７】
（実施の形態４）
上記各実施の形態１〜３におけるレーザ加熱装置では、加工点に形成されるレーザ光の形状（レーザ照射範囲）がスポット状（真円状）に限定される。そのため、上記各実施の形態１〜３におけるレーザ加熱装置では、ＦＰＩＣ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）等のようにランドと樹脂基板が並んでいる加工面への対応が十分ではない。
【００５８】
本実施の形態４では、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状ないし楕円形状（以下、長方形状等と称す。）にすることで、ＦＰＩＣやＦＰＣ等のようにランドと樹脂基板が並んでいる加工面に対する半田付け等に十分に対応できるようにする。
【００５９】
また、本実施の形態４では、その長方形状等のレーザ照射範囲およびその周辺を含む広い範囲を赤外線センサの検出範囲（温度観測域）にする。ステファン・ボルツマンの法則により赤外放射エネルギは温度の４乗に比例して増加するので、赤外線センサの温度観察域を広くすることで、その温度観察域で異常発熱が発生したときの温度上昇を赤外線センサがいちはやく検知できるようになり、レーザパワーを低下させる等の制御がすばやくできるようになる。
【００６０】
図１０（ａ）に本実施の形態４におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１、８、９に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
本実施の形態４におけるレーザ加熱装置は、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にするための光学系として、ハーフミラー１３と加工面の間に、集光レンズに代えてシリンドリカルレンズを配置した点が前述の実施の形態３と異なる。
【００６１】
図１０（ａ）において、シリンドリカルレンズ２２は、折り返しミラーであるハーフミラー１３により反射されたレーザ光を受光して、加工面に長方形状等のレーザ光を形成する。ここでは、被加熱対象物として、ＦＰＩＣ２３の各ランドに塗布された半田を例に説明を行う。
【００６２】
図１０（ｂ）は、レーザ加熱装置をｙ方向からみたときの側面図であり、コリメートレンズ１２とハーフミラー１３とシリンドリカルレンズ２２とＦＰＩＣ２３を抜粋して示している。また、図１０（ｃ）は加工面に形成されるレーザ光の形状を示す上面図である。
【００６３】
図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、シリンドリカルレンズ２２は、受光したスポット状（真丸状）のレーザ光を加工面において長方形状ないし楕円形状（レーザ照射範囲２４）にする。
【００６４】
レーザ照射範囲２４のｘ方向の大きさは、シリンドリカルレンズ２２の加工面までの距離を変化させることで調整できる。また、図１０（ｃ）に示すように、本実施の形態４では、レーザ照射範囲２４よりも広い範囲を温度観測域２５としている。
【００６５】
なお、コリメートレンズ１２の光ファイバ１１までの距離を調整することで、レーザ光の広がり角を調整できる。また、後述するようにコリメートレンズ１２に代えてシリンドリカルレンズを配置する場合も、そのシリンドリカルレンズの光ファイバ１１までの距離を調整することで、レーザ光の広がり角を調整できる。
【００６６】
図１０（ａ）において、折り返しミラー２６には、可視光を透過し、２μｍ近傍の赤外線を反射する薄膜コートもしくは薄膜フィルタが施されている。折り返しミラー２６は、集光レンズ８（アクロマチックレンズ等の球面収差補正された凸レンズ）を介してハーフミラー１３の透過光を受光し、２μｍ近傍の赤外線を反射して赤外線センサ９の受光面１０へ導くとともに、可視光をカメラ（例えばＣＣＤカメラのＣＣＤ面）１８へ導く。第２のレーザ光カットフィルタ１７を介した可視光を受光するカメラ１８は、加工面を歪みなく拡大観察できる。
【００６７】
また、プリアンプ（増幅回路）１４はハイゲインアンプであり、赤外線センサ９の出力信号レベルを数百倍以上に増幅する。
本実施の形態４では、温度観測域（被加熱対象物およびその周辺部）２５から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導くとともに、可視光をカメラ１８へ導く光学系が、ハーフミラー１３と集光レンズ８と折り返しミラー２６と２つのレーザ光カットフィルタ６、１７により構成される。
【００６８】
続いて、本実施の形態４におけるレーザ加熱装置のレーザパワー制御について説明する。
図１０（ａ）において、被加熱対象物の温度が予め設定された設定温度Ｔｓとなるようにレーザパワーを制御するレーザ制御装置２７は、レーザ出射部１と、被加熱対象物の温度を算出する温度レベル変換回路（温度測定部）２８と、設定温度Ｔｓを設定するためのボリューム２９と、レーザ出射部１が備えるレーザダイオード（ＬＤ素子）へ供給する電流を制御する制御部３０とを備える。また、レーザ制御装置２７は、図示しないが、プリアンプ１４の出力信号レベルとＦＰＩＣ２３の各ランドに塗布された半田の実測温度（例えば各ランドに塗布された半田の実測温度の平均値や、特定のランドに塗布された半田の実測温度など）とのキャリブレーション値（較正値）の関係式を予め格納する格納部を具備する。
【００６９】
温度レベル変換回路２８は、プリアンプ１４の出力信号と前記関係式を基に被加熱対象物の温度を算出して、その温度を示す信号を生成する。
ボリューム２９には設定温度Ｔｓが予め設定されており、制御部３０は、温度レベル変換回路２８の出力信号（被加熱対象物の温度に相当する）とボリューム２９により発生する信号（設定温度Ｔｓに相当する）とを基に、被加熱対象物の温度が設定温度Ｔｓとなるように、レーザ出射部１へ供給する電流を制御する。
【００７０】
このように、本実施の形態４によれば、シリンドリカルレンズにより、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にすることができ、ＦＰＩＣやＦＰＣ等のようにランドと樹脂基板が並んでいる加工面における半田付けや、長方形領域ないし楕円形領域の樹脂接合に対して十分に対応できるようになる。
【００７１】
なお、加工面に形成されるレーザ光の形状は、コリメートレンズ１２とシリンドリカルレンズ２２の焦点位置や固定位置を前後させることで、任意に拡大／縮小でき、また、そのレーザ光の形状のアスペクト比を任意に変化させることができる。
【００７２】
また、コリメートレンズ１２に代えてシリンドリカルレンズを配置し、シリンドリカルレンズ２２に代えてアクロマチックレンズ等の球面収差補正された凸レンズを配置してもよい。すなわち、まずシリンドリカルレンズによりレーザ光のアスペクト比を変化させた後、そのアスペクト比が変化されたレーザ光を凸レンズで集光して、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にしてもよい。この場合も、シリンドリカルレンズと凸レンズの焦点位置や固定位置を前後させることで、加工面に形成されるレーザ光の形状を任意に拡大／縮小でき、また、そのレーザ光の形状のアスペクト比を任意に変化させることができる。
【００７３】
（実施の形態５）
図１１に本実施の形態５におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１、８、９、１０に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態５におけるレーザ加熱装置は、温度観測域２５から放射ないし反射される赤外線を光ファイバへ戻し、温度観測域２５から放射されるレーザ光の波長の光（赤外線）を除く赤外線を、レーザ出射部１内蔵の赤外線センサにて検出する点が前述の実施の形態４と異なる。
【００７５】
図１１において、光ファイバ１１はコア部３１とクラッド部３２を有する。光ファイバ１１のコア部３１からレーザ光が出射される。
折り返しミラー３３には、赤外線を反射し、可視光を透過する薄膜コートもしくは薄膜フィルタが施されている。折り返しミラー３３は、シリンドリカルレンズ２２を介して、温度観測域２５から放射または反射される光を受光し、赤外線を反射してコリメートレンズ１２へ導くとともに、可視光を透過して集光レンズ８へ導く。
【００７６】
コリメートレンズ１２は、折り返しミラー３３により反射された赤外線を光ファイバ１１のクラッド部３２へ導く。
本実施の形態５では、レーザ出射部１は、ＬＤ素子３４、集光レンズ３５、折り返しミラー３６、赤外線センサ９、およびプリアンプ１４を備える。
【００７７】
折り返しミラー３６には、赤外線を透過するが、レーザ光の波長の光は反射する薄膜フィルタもしくは薄膜コートが施されている。折り返しミラー３６は、ＬＤ素子３４から出射されたレーザ光を反射して集光レンズ３５へ導く。集光レンズ３５は折り返しミラー３６からのレーザ光をコア部３１へ導く。このようにして、ＬＤ素子３４から出射されたレーザ光は光ファイバ１１に結合する。
【００７８】
一方、折り返しミラー３６は、クラッド部３２を通って戻ってきた赤外線からレーザ光の波長の赤外線を分離し、レーザ光の波長の赤外線を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導く。
【００７９】
本実施の形態４では、温度観測域２５から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導く光学系が、２つの折り返しミラー３３、３６と集光レンズ３５により構成される。なお、折り返しミラー３６と赤外線センサ９の受光面１０の間にレーザ光カットフィルタを設置してもよい。また、実施の形態４と同様に、コリメートレンズ１２に代えてシリンドリカルレンズを配置し、シリンドリカルレンズ２２に代えて凸レンズを配置してもよい。
【００８０】
（実施の形態６）
図１２に本実施の形態６におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１、８〜１１に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態６におけるレーザ加熱装置は、加工面に形成されるレーザ光の形状をスキャンミラーにより長方形状等にする点が前述の実施の形態５と異なる。すなわち、加工面にレーザ光をラインスキャン照射ないし２次元スキャン照射し、加工面におけるレーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にする。
【００８２】
図１２において、スキャンミラー３７には、赤外線を反射し、可視光を透過する薄膜コートもしくは薄膜フィルタが施されている。また、スキャンミラー３７は、回転軸３８を軸に揺動可能である。スキャンミラー３７は、回転軸３８を軸に所定角度だけ往復揺動しながら、コリメートレンズ１２からのレーザ光を反射する。この往復揺動しているスキャンミラー３７により反射されたレーザ光を集光レンズ（アクロマチックレンズ等の球面収差補正された凸レンズ）２が集光して、加工面にレーザ光をラインスキャン照射ないし２次元スキャン照射する。このラインスキャンないし２次元スキャンされる範囲がレーザ照射範囲２４となる。
【００８３】
なお、スキャンミラーを２個以上設けて、各スキャンミラーの往復揺動により、加工面にレーザ光をラインスキャン照射ないし２次元スキャン照射する構成にしてもよい。
また、スキャンミラー３７は、往復揺動しながら温度観測域２５から放射ないし反射される赤外線を反射し、スキャンミラー３７を介して光ファイバ１１のクラッド部３３へ戻す。
【００８４】
本実施の形態５では、温度観測域２５から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導く光学系が、スキャンミラー３７と折り返しミラー３６と集光レンズ３５により構成される。
【００８５】
なお、カメラ１８には、スキャンミラー３７の透過光が集光レンズ８とレーザ光カットフィルタ１７を介して入射される。
（実施の形態７）
図１３に本実施の形態７におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１、８〜１２に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００８６】
図１３において、スキャンミラー３９には、赤外線を透過するがレーザ光の波長の光は反射する薄膜フィルタもしくは薄膜コートが施されている。スキャンミラー３９は、実施の形態６と同様に、回転軸３８を軸に所定角度だけ往復揺動しながら、コリメートレンズ１２からのレーザ光を反射する。
【００８７】
温度観測域２５から放射されるレーザ光の波長の光を除く赤外線は、スキャンミラー３９を通過し、前述の実施の形態２と同様に、集光レンズ８により、レーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７を介して赤外線センサ９の受光面１０へ導かれる。
【００８８】
本実施の形態７では、温度観測域２５から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長の光を除く赤外線を赤外線センサ９の受光面１０へ導く光学系が、スキャンミラー３９とレーザ光カットフィルタ６と可視光カットフィルタ７と集光レンズ８により構成される。
【００８９】
このように、本実施の形態７におけるレーザ加熱装置は、温度観測域２５全体から放射される赤外線量を絶えず監視することができる。
（実施の形態８）
本実施の形態８におけるレーザ加熱装置は、光ファイバを用いることなく、レーザ出射部が備えるＬＤ素子（レーザダイオード）から出射されるレーザ光そのものにより加工面を照射する点が上記した実施の形態１〜７と異なる。
【００９０】
以下、本実施の形態８におけるレーザ加熱装置について、上記各実施の形態１〜７と異なる部分を説明する。但し、上記各実施の形態１〜７と同一の部分については説明を省略する。
【００９１】
図１４に本実施の形態８におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１４（ａ）はレーザ加熱装置をレーザ光のＳＬＯＷ方向からみたときの側面図であり、図１４（ｂ）はレーザ加熱装置をレーザ光のＳＬＯＷ方向と直交する方向からみたときの側面図である。また、図１、８〜１３に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００９２】
図１４（ａ）、（ｂ）において、ＬＤ素子４０は一定波長のレーザ光を出射する。ここでは、ＬＤ素子としてシングルチップのシングルエミッタを用いる。シリンドリカルレンズ４１は、ＬＤ素子４０から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向の拡がりを抑える方向に配置される。シリンドリカルレンズ４１は、ＬＤ素子４０から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向を平行化ないし低広がりにする。
【００９３】
ハーフミラー１３はシリンドリカルレンズ４１からのレーザ光４２を反射する。集光レンズ２は、ハーフミラー１３からのレーザ光を集光する。シリンドリカルレンズ４１と集光レンズにより、加工面に形成されるレーザ光の形状は長方形状等となる。
【００９４】
このように、本実施の形態８では、加工面におけるレーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にするための光学系として、シリンドリカルレンズ４１と集光レンズ２を備える。すなわち、ＬＤ素子４０から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向の広がりをシリンドリカルレンズ４１により抑えた後、集光レンズ２により集光して、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にする。
【００９５】
（実施の形態９）
本実施の形態９におけるレーザ加熱装置は、集光レンズを用いることなく、２個のＬＤ素子（レーザダイオード）により、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にする点が、前述の実施の形態８と異なる。
【００９６】
以下、本実施の形態９におけるレーザ加熱装置について、上記各実施の形態１〜８と異なる部分を説明する。但し、上記各実施の形態１〜８と同一の部分については説明を省略する。
【００９７】
図１５に本実施の形態９におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図１５（ａ）はレーザ加熱装置をレーザ光のＳＬＯＷ方向からみたときの側面図である。また、図１５（ｂ）はレーザ加熱装置をレーザ光のＳＬＯＷ方向と直交する方向からみたときの側面図であり、ハーフミラー１３とコリメートレンズ４３を抜粋して示している。また、図１、８〜１３に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００９８】
図１５（ａ）において、レーザ出射部は２個のＬＤ素子４０とヒートシンク４５を備える。ヒートシンク４５は例えば銅製である。２個のＬＤ素子４０はヒートシンク４５に接合される。図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、２個のＬＤ素子４０は、ヒートシンク４５の端面からレーザ光が同じ方向に光軸平行に出射されるように、所定の間隔ｄにて同一平面上に配置される。
【００９９】
コリメートレンズ４３は、ＬＤ素子４０から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向の拡がりを抑える方向に配置される。コリメートレンズ４３は、ＬＤ素子４０から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向を平行化ないし低広がりにする。ハーフミラー１３はコリメートレンズ４３からのレーザ光４４を反射する。
【０１００】
このように２個のＬＤ素子を所定間隔ｄにて同一平面上に配置し、レーザ光が同じ方向に光軸平行に出射されるように構成した場合、ＬＤ素子４０（コリメートレンズ４３の出射端）から加工面４６までの距離を調整することで、加工面４６におけるＳＬＯＷ方向のレーザパワー密度分布を台形状にすることができる。あるいは、加工面４６におけるＳＬＯＷ方向の温度分布を台形状にすることができる。これは、以下の理由による。
【０１０１】
図１６において、加工面４６がＡ、Ｂ、Ｃの各位置にある場合のコリメートレンズ４３の出射端から加工面４６までの距離をＷＤＡ、ＷＤＢ、ＷＤＣとする。また、加工面４６がＡ、Ｂ、Ｃの各位置にある場合の加工面４６におけるＳＬＯＷ方向の半値のレーザパワー密度をそれぞれＰＡ、ＰＢ、ＰＣとする。また、加工面４６がＡ、Ｂ、Ｃの各位置にある場合の加工面４６におけるＳＬＯＷ方向の温度分布をそれぞれＴＡ、ＴＢ、ＴＣとする。
【０１０２】
図１６（ａ）に示すように、ヒートシンク４５の端面からは、同じ光軸方向に２本のレーザ光がＳＬＯＷ方向（Ｘ方向とする）に所定の広がり角で出射される。レーザ光のＦＡＳＴ方向（図１６紙面と垂直方向）は、コリメートレンズ４３により平行化ないし低広がりにされる。
【０１０３】
ここで加工面４６が位置Ａから位置Ｂへ遠ざかると、図１６（ｂ）に示すように、レーザパワー密度分布が、位置Ａでは２つの台形パワー分布であったものが、位置Ｂでは一部干渉する。その結果、位置Ｂでは、中心部のパワーが低いが、温度密度分布が均質になる。
【０１０４】
この台形状（ＴＯＰ  ＨＡＴ状）の温度密度分布は、ＦＰＩＣやＦＰＣ、ライン状樹脂接合に極めて有効であり、温度密度分布が均質なため、中心部のこげやダメージ発生を減らし、熱接合品質を向上させることができる。
【０１０５】
さらに加工面４６が位置Ｃになると、図１６（ｃ）に示すようにレーザパワー密度分布が台形状（ＴＯＰ  ＨＡＴ状）になる。レーザパワー密度分布が台形状になると、加熱時の温度勾配が中心部において高くなる。しかし、レーザ光の照射時間が短時間の場合は温度勾配の差の影響を受けずに、均質な加熱ができる。
【０１０６】
本実施の形態９では、２個のＬＤ素子（レーザダイオード）から出射される２本のレーザ光のＦＡＳＴ方向の広がりを抑え、その広がりを抑えた２本のレーザ光によりレーザ照射範囲を長方形状等にするための光学系が、コリメートレンズにより構成される。
【０１０７】
なお、コリメートレンズ４３に代えてシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、コリメートレンズ４３を２個以上設けてもよい。また、ＬＤ素子の数は２個以上あってもよい。
【０１０８】
（実施の形態１０）
本実施の形態１０におけるレーザ加熱装置は、レーザ出射部がコリメートレンズや、赤外線センサ、レーザ光カットフィルタ、集光レンズを備える点が前述の実施の形態９と異なる。以下、本実施の形態１０におけるレーザ加熱装置のレーザ出射部について、図面を交えて説明する。
【０１０９】
図１７（ａ）は本実施の形態１０におけるレーザ出射部の上面図を示す。また、図１７（ｂ）は本実施の形態１０におけるレーザ出射部の前面図を示す。また、図１７（ｃ）は本実施の形態１０におけるレーザ出射部の上蓋を外した状態での上面図を示す。また、図１７（ｄ）は本実施の形態１０における加工面に形成されるレーザ光の形状を示す。また、図１７（ｅ）は本実施の形態１０におけるレーザ出射部の透視側面図を示す。また、図１７（ｆ）は本実施の形態１０における加工面に形成されるレーザ光の形状を示す。但し、図１、８〜１６に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【０１１０】
図１７に示すように、当該レーザ出射部１は、ホルダ４７と、ホルダ４７の上蓋４８を備える。ホルダ４７内部には、２個のＬＤ素子４０が接合されたヒートシンク４５が設置される。ヒートシンク４５は、レーザ光カットフィルタ６や、集光レンズ８、赤外線センサ９などを内蔵する。
【０１１１】
また、ホルダ４７内部には、可動体５０、５１が設置される。図示しないが、ホルダ４７内側の両側面には、上側可動体５０を支持するための支持部が設けられている。
上側可動体５０の下面側には、上側可動体５０よりも長さと幅が小さい下側可動体５１が２つのネジ４９により固定される。下側可動体５１は、２つのネジ４９のネジ締め量で突起部５２を支点にシーソ状に動く。下側可動体５１には、コリメートレンズ４３がＬＤ素子４０のレーザ出射端面前方に位置するように接合されている。このように、当該レーザ出射部１は、コリメートレンズ４３の固定位置をＬＤ素子４０のレーザ出射端面に対し上下方向に調整可能な構成となっている。したがって、レーザ出射部１によれば、レーザ照射範囲２４の位置を任意に変化させることができる。なお、突起部５２は上側可動体５０、下側可動体５１のいずれに設けてもよい。
【０１１２】
また、上側可動体５０の前後方向の長さはホルダ４７の前後方向の長さよりも短く、上側可動体５０とホルダ４７の前後の端面の間には隙間がある。上側可動体５０の前後の端面には、ホルダ４７内側の前後の端面から突出する３つのネジ５３が当接する。よって、上側可動体５０は、３つのネジ５３のネジ締め量でホルダ４７の前後方向に動く。したがって、コリメートレンズ４３の固定位置は、３つのネジ５３によりホルダ４７の前後方向に調整可能である。このように、当該レーザ出射部１は、コリメートレンズ４３の固定位置をＬＤ素子４０のレーザ出射端面に対し前後方向に調整可能な構成となっている。なお、ネジ５３の数は３つに限定されるものではない。
【０１１３】
したがって、当該レーザ出射部１によれば、加工面４６に形成されるレーザ光の形状（レーザ照射範囲）のアスペクト比を任意に変化させることができる。例えば図１７（ｆ）に示すように、レーザ照射範囲２４のアスペクト比を実線で示すレーザ照射範囲２４から破線で示すレーザ照射範囲２４へ変化させることができる。
【０１１４】
さらに、当該レーザ出射部１によれば、コリメートレンズ４３の出射端から加工面４６までの距離を調整することができ、加工面４６におけるＳＬＯＷ方向のレーザパワー密度分布を台形状にすることができる。あるいは、加工面４６におけるＳＬＯＷ方向の温度分布を台形状にすることができる。
【０１１５】
また、当該レーザ出射部１は、図１７に示すように、レーザ光カットフィルタ６、集光レンズ８、赤外線センサ９を備え、温度観測域から放射される赤外線を検出可能な構成となっている。また、集光レンズ８は、赤外線センサ９の受光面１０までの距離が調整可能なレンズホルダに接合されている。よって、当該レーザ出射部１によれば、温度観測域のサイズを任意に変化させることができる。例えば図１７（ｆ）に示すように、温度観測域２５を実線で示す温度観測域２５から破線で示す温度観測域２５へ変化させることができる。
【０１１６】
本実施の形態１０では、ＬＤ素子から出射されるレーザ光のＦＡＳＴ方向の広がりを抑えるためのレンズとしてコリメートレンズ４３を備える。また、コリメートレンズ４３が接合され、ＬＤ素子のレーザ出射端面に対するコリメートレンズ４３の位置を調整可能な調整機構として、ネジ４９、可動体５０、５１、突起部５２、ネジ５３を備える。
【０１１７】
なお、コリメートレンズ４３に代えてシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、コリメートレンズ４３を２個以上設けてもよい。また、ＬＤ素子の数は２個以上あってもよい。
【０１１８】
（実施の形態１１）
ｎＷクラスの赤外線を通常の制御回路が動作するｍＶクラスの信号レベルにまで増幅しようとすると、赤外線センサの出力信号レベルを増幅するためのプリアンプとしてハイゲインアンプが必要となる。しかし、ハイゲインアンプとしてどんなに高級なオペアンプを用いたり温度補償機能を備えたオペアンプを用いても、そのアンプ出力は大きくドリフト変化する。
【０１１９】
上記各実施の形態１〜１０では、赤外線センサの出力信号レベルやプリアンプの出力信号レベルと実測温度とのキャリブレーション値（較正値）の関係式を予め求めておくことで、温度を測定している。しかし、マスタの温度測定時と実際のレーザ加熱・加工処理時とで環境が変化することにより、前記関係式のみでは正確な温度測定を行えないおそれがある。
【０１２０】
また、レーザ光自身が赤外線であり、半田付け等の加工用のレーザ光のパワーはＷクラスと強いので、レーザ光カットフィルタを設けていても、ｎＷクラスの微弱な赤外線の検出が可能な赤外線センサにはレーザ光が外乱光として影響する。
【０１２１】
そこで、本実施の形態１１では、レーザ照射直後からの赤外線センサの出力信号レベルの変化量を監視し、その変化量が予め設定された変化量よりも大きいか否かを判定することで、赤外線センサの出力信号レベル（被加熱対象物の温度に相当する）が、設定温度Ｔｓに達したか否かを判定する。そして、赤外線センサの出力信号レベルの変化量が設定変化量に達すると、レーザ光の出射を停止させるか、あるいは所定のレーザパワーでレーザ光を断続的に出射させる。
【０１２２】
本実施の形態１１におけるレーザ加熱装置の構成は、上記の実施の形態４ないし１０と同じ構成である。ここでは、実施の形態４におけるレーザ加熱装置の構成を例に説明を行う（図１０参照。）。
【０１２３】
図１８（ａ）にレーザ光のレーザパワーＰと経過時間ｔのグラフを示す。また、図１８（ｂ）にプリアンプ１４の出力信号レベルと経過時間ｔのグラフを示す。また、図１８（ｃ）にレーザ照射開始時間ｔｓからΔｔ経過後の時間ｔ０におけるプリアンプ１４の出力信号レベルを基準としたプリアンプ１４の出力信号レベルの差分レベルと経過時間ｔのグラフを示す。
【０１２４】
図１８（ｂ）において、実線は、温度ドラフトとレーザ光のリーク検出分を含む実際のプリアンプ１４の出力信号レベルを示す。また、点線は、温度ドラフトとレーザ光のリーク検出分を含まない理想的なプリアンプ１４の出力信号レベルを示す。また、図１８（ａ）、（ｂ）において、ｔ１は実際のプリアンプ１４の出力信号レベルがレベルＰＤｓ（設定温度Ｔｓに相当する）に達する時間を示す。また、ｔ２は理想的なプリアンプ１４の出力信号レベルがレベルＰＤｓに達する時間を示す。
【０１２５】
図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザパワーＰｓのレーザ光を時間ｔｓから照射したとき、そのレーザ照射開始時間ｔｓのプリアンプ１４の出力信号レベルには、温度ドリフト分ΔＰＤやレーザ光のリーク検出分ΔＰＤＬが含まれ、理想的なプリアンプ１４の出力信号レベルよりも大きくなる。そのため、プリアンプ１４の出力信号レベルがレベルＰＤｓに達した時点（時間ｔ１）でレーザ光の発振を停止しようとしても、その時間ｔ１は理想的なプリアンプ１４の出力信号レベルがレベルＰＤｓに達する時間ｔ２からずれている。
【０１２６】
そこで、本実施の形態１１におけるレーザ加熱装置では、制御部３０が、図１８（ｃ）に示すように、レーザ照射開始時間ｔｓからΔｔ経過後の時間ｔ０におけるプリアンプ１４の出力信号レベルを基準としたプリアンプ１４の出力信号レベルの差分レベルΔＰＤが設定変化量ΔＰＤｓに達するとレーザ光を停止させる。なお、制御部３０は、ボリューム２９により発生する信号レベルを基に設定変化量ΔＰＤｓを設定する。
【０１２７】
差分レベルΔＰＤは、温度ドリフトやレーザ光のリーク検出、さらにはレーザパワーＰｓのレベルが異なることなどには影響されず、差分レベルΔＰＤが０レベルから設定変化量ΔＰＤｓに達するまでの期間（時間ｔ３）はある定まった時間となるので、レーザ照射を安定して停止させることができる。
【０１２８】
なお、レーザ照射を停止させるだけでなく、図１９に示すように、レーザパワーＰｓ以下の所定のレーザパワーにて設定変化量ΔＰＤｓを基準に、レーザ発振を断続的に行うようにしてもよい（チョッピング動作）。
【０１２９】
このように、本実施の形態１１におけるレーザ加熱装置は、レーザ光のリーク検出や、赤外線センサないしプリアンプの温度ドリフトをキャンセルして、安定に再現性良く動作することができる。
【０１３０】
また、ＰＩＮフォトダイオードはダイナミックレンジが大きく取れるため、レーザ光による大きな外乱光があってもプリアンプの出力信号レベルの変化量を監視することで、温度ドリフト等の誤差を含まない赤外線検出信号（プリアンプの出力信号）を得ることができる。よって、当該レーザ加熱装置は、被加熱対象物の温度を安定に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明に係るレーザ加熱装置は、加工点にある半田や樹脂などの溶融時の温度変化やコゲが発生する兆候となる異常発熱を検出して、周辺部がコゲない半田付けや樹脂がコゲない樹脂接合などが可能となり、例えば半導体レーザから出射されるレーザ光により、半田付けや、樹脂接合、樹脂マーキング、溶接などのレーザ加熱・加工処理を行うのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【図３】光学部品材料の赤外線吸収特性を示す図である。
【図４】黒体から放射する赤外線の分光放射輝度特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードが検出する実用放射輝度を示す図（加工点の温度が２２７°Ｃの場合）である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードが検出する実用放射輝度を示す図（加工点の温度が１２７°Ｃの場合）である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオードが検出する実用放射輝度を示す図（加工点の温度が３２７°Ｃの場合）である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態４におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態５におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態６におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態７におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態８におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態９におけるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態９におけるレーザ加熱装置が加工面に形成するレーザ光の形状（レーザ照射範囲）を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態１０におけるレーザ加熱装置が備えるレーザ出射部の一具体例を示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態１１におけるレーザ加熱装置のレーザパワー制御を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態１１におけるレーザ加熱装置のレーザパワー制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１      レーザ出射部
２      集光レンズ
３      半田
４      プリント基板
５      ランド
６      レーザ光カットフィルタ
７      可視光カットフィルタ
８      集光レンズ
９      赤外線センサ
１０      受光面
１１      光ファイバ
１２      コリメートレンズ
１３      ハーフミラー
１４      プリアンプ
１５      メータ
１６      ホットミラー
１７      レーザ光カットフィルタ
１８      カメラ
１９      アパーチャ
２０      光路軸
２１      加工点検出視野
２２      シリンドリカルレンズ
２３      ＦＰＩＣ
２４      レーザ照射範囲
２５      温度観測域
２６      折り返しミラー
２７      レーザ制御装置
２８      温度レベル変換回路
２９      ボリューム
３０      制御部
３１      コア部
３２      クラッド部
３３      折り返しミラー
３４      ＬＤ素子
３５      集光レンズ
３６      折り返しミラー
３７      スキャンミラー
３８      回転軸
３９      スキャンミラー
４０      ＬＤ素子
４１      シリンドリカルレンズ
４２      レーザ光
４３      コリメートレンズ
４４      レーザ光
４５      ヒートシンク
４６      加工面
４７      ホルダ
４８      上蓋
４９      ネジ
５０      上側可動体
５１      下側可動体
５２      突起部
【図１】
0005042013.tif 000002
【図２】
0005042013.tif 000003
【図３】
0005042013.tif 000004
【図４】
0005042013.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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