JP2008129535A - ビーム振り分け装置、及び、多軸レーザ照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビームの振り分けにあたって、偏向効率の制御を行うことのできるビーム振り分け装置を提供する。
【解決手段】
交流電圧が印加されることにより、入射するレーザビームの進行方向を変化させ、偏向角が、印加される交流電圧の周波数に依存し、偏向効率が、印加される交流電圧の振幅に依存する音響光学素子と、出射方向を指令されることにより、指令された方向にレーザビームを偏向させるように音響光学素子に交流電圧を印加するドライバと、ドライバに、音響光学素子からの出射方向を指令する制御装置とを有し、ドライバは、複数の出射方向の各々に対応付けて、偏向効率を決定する物理量を記憶する記憶領域を含み、制御装置から出射方向が指令されると、出射方向が、指令された方向になり、かつ偏向効率が、記憶領域に記憶されている出射方向に対応付けられた偏向効率になるように、周波数及び振幅を決定し、音響光学素子に交流電圧を印加するビーム振り分け装置を提供する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、音響光学偏向器（Acoust-Optic Deflector: AOD）を含んで構成され、一方向から入射したビームを複数の方向に振り分けて出射することのできるビーム振り分け装置に関する。また、そのようなビーム振り分け装置を含む多軸レーザ照射装置に関する。

ビルドアップ基板にビアホールを形成するにあたっては、加工する材料によって必要とされるパルスエネルギが異なる。銅など加工性の悪い材料の加工には、エポキシ系樹脂材料など加工性のよい材料を加工する場合に比べて、大きなパルスエネルギのビームが必要となる。

たとえば、銅層間がエポキシ樹脂層で絶縁されているビルドアップ基板に炭酸ガスレーザを用いて、１００μｍの穴径の穴開け加工を行う場合、黒化処理を施した銅層には、パルスエネルギ１０ｍＪ、パルス幅１５μｓｅｃのパルスレーザビームを入射させる。また、エポキシ樹脂層を加工するためには、パルスエネルギ３ｍＪ、パルス幅５μｓｅｃのパルスレーザビームを照射する。

このように、加工対象物を形成する材料によって、加工に必要なパルスエネルギが異なるため、加工性のよい材料と悪い材料の混在する加工対象物の加工においては、良好な加工品質を保つことが困難な場合がある。

またビルドアップ基板のビア数は、電子機器の高機能化、及び高密度化に伴い、増加の一途を辿っている。このため、レーザドリル機には高生産性が望まれている。

加工の高速化を実現する、２パネル４軸のレーザドリル装置が知られている。多軸レーザ加工装置においては、たとえば偏光板及びハーフミラーを用いてレーザビームを分岐する。

入射するレーザビームを異なる方向に出射する偏向器として、音響光学偏向器（ＡＯＤ）が知られている。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いた種々のレーザ装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、音響光学偏向器をソフトアパーチャとして用いることにより、結像面においてサイドローブを生じさせないことを目的としたレーザ装置及びそれを用いたレーザ画像記録装置の発明が記載されている。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）に高周波の電気信号（交流電圧）を印加すると、音響光学偏向器（ＡＯＤ）の音響光学媒体内に電気信号に同期した超音波が発生する。この超音波が回折格子として作用し、入射するレーザビームの一部がブラッグ反射され（音響光学効果）、偏向されて出射する。

レーザビームの回折角は超音波の周波数に比例する。超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。超音波の周波数は、電気信号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。

また、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を出射するレーザビームの強度は、入射するレーザビームの強度、及び、印加する電気信号の振幅、ひいては印加した電気信号に同期して音響光学媒体内に発生した超音波の振幅に依存する。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０を出射したレーザビームを示す概略図である。

図８（Ａ）を参照する。

たとえば炭酸ガスレーザから出射し、断面形状を円形に整形されたパルスレーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０に入射する。入射ビームは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０に印加される電気信号の周波数によって異なる偏向角を与えられ、たとえば音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０から１ｍ離れた照射面に照射される。図８（Ａ）には、４ショットのパルスレーザビームがそれぞれ異なる４方向に出射される場合を示した。また、照射面を点線で示した。なお、図中、Ｏ_１〜Ｏ_４は、次図で詳しく表すように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０で偏向され、照射面に照射されるレーザビームの断面を示す。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０の偏向角度は小さく、全角θは約２°である。このため、４方向に均分的にレーザビームを偏向させる場合、隣り合う偏向レーザビーム間の角度θ_０は、約０．６６°（約１．１５ｍｒａｄ）となる。

一方、炭酸ガスレーザビームの広がり角は、たとえば約２．１ｍｒａｄである。

図８（Ｂ）は、照射面に照射された偏向レーザビームの断面を示す断面図である。

炭酸ガスレーザビームの広がり角（たとえば約２．１ｍｒａｄ）は、隣り合う偏向レーザビーム間の角度θ_０（約１．１５ｍｒａｄ）よりも大きい。このため、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０で偏向されたレーザビームは空間内の同じ位置を重複して進行し、ビームが入射する領域は重なり部分をもつ。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０を用いて行うレーザ加工は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０に一定振幅の電気信号を印加して行う。ビーム照射面（加工面）におけるレーザビーム強度の調整は、たとえば音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０とビーム照射面（加工面）との間に、アッテネータを配置することにより行う。アッテネータは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０で異なる方向に偏向され出射されるレーザビームの各光路上に配置される。

特開平０９−０７３０５７号公報

本発明の目的は、ビームの振り分けにあたって、偏向効率の制御を行うことのできるビーム振り分け装置を提供することである。

また、ビームの振り分けにあたって、偏向効率の制御を行うことのできる多軸レーザ照射装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、交流電圧が印加されることにより、入射するレーザビームの進行方向を変化させ、偏向角が、印加される交流電圧の周波数に依存し、偏向効率が、印加される交流電圧の振幅に依存する音響光学素子と、出射方向を指令されることにより、指令された方向にレーザビームを偏向させるように前記音響光学素子に交流電圧を印加するドライバと、前記ドライバに、前記音響光学素子からの出射方向を指令する制御装置とを有し、前記ドライバは、複数の出射方向の各々に対応付けて、偏向効率を決定する物理量を記憶する記憶領域を含み、前記制御装置から出射方向が指令されると、出射方向が、指令された方向になり、かつ偏向効率が、該記憶領域に記憶されている当該出射方向に対応付けられた偏向効率になるように、周波数及び振幅を決定し、前記音響光学素子に交流電圧を印加するビーム振り分け装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、交流電圧が印加されることにより、入射するレーザビームの進行方向を変化させ、偏向角が、印加される交流電圧の周波数に依存し、偏向効率が、印加される交流電圧の振幅に依存する音響光学素子と、出射方向、及び、偏向効率を決定する物理量を指令されることにより、指令された方向に、指令された偏向効率で、レーザビームを偏向させるように前記音響光学素子に交流電圧を印加するドライバと、複数の出射方向の各々に対応付けて、偏向効率を決定する物理量を記憶する記憶領域を含み、前記ドライバに、前記音響光学素子からの出射方向を指令する制御装置とを有し、前記ドライバは、前記制御装置から出射方向、及び、偏向効率を決定する物理量が指令されると、出射方向が、指令された方向になり、かつ偏向効率が、該記憶領域に記憶されている当該出射方向に対応付けられた偏向効率になるような、周波数及び振幅で、前記音響光学素子に交流電圧を印加するビーム振り分け装置が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、入射するレーザビームの偏向角を変化させることにより、複数の経路から１つの経路を選択して、選択された経路に沿ってレーザビームを出射し、偏向角ごとに偏向効率を設定することができるビーム振り分け装置と、被照射物を保持するステージと、前記ビーム振り分け装置の出射側の複数の経路の各々に対応して配置され、対応する経路に沿って伝搬するレーザビームを、前記ステージに保持された被照射物に入射させる照射光学系とを有し、前記ビーム振り分け装置は、通過するときのレーザビームの減衰量が相対的に大きな前記照射光学系に対応する経路に沿ってレーザビームを出射させるときには、偏向効率を相対的に大きくする多軸レーザ照射装置が提供される。

本発明によれば、ビームの振り分けにあたって、偏向効率の制御を行うことのできるビーム振り分け装置を提供することができる。

また、ビームの振り分けにあたって、偏向効率の制御を行うことのできる多軸レーザ照射装置を提供することができる。

図１は、第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第１の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、偏向角拡大器２３、ビームダンパ２４、反射鏡２５ａ〜ｈ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜ｄ、軸移動機構２８、２９、及び、制御装置３０を含んで構成される。

制御装置３０から送信されるトリガー信号を契機として、レーザ光源２０、たとえば炭酸ガスレーザからパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。

図に示すように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を用いて、入射したレーザビームＬｂを、例えば５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（ＡＯＤ）２２に電気信号（高周波電圧）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（ＡＯＤ）２２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。同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に、ｆａと異なる周波数ｆｂ、ｆｃ、ｆｄの電気信号ＲＦが印加された場合は、それぞれ光軸Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄに沿って伝搬するレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄが出射される。

光軸ＩａとＩｂとのなす角、光軸ＩｂとＩｃとのなす角、及び光軸ＩｃとＩｄとのなす角は、たとえばすべて０．６６°である。

電気信号ＲＦは、制御装置３０からの制御信号に基づいて印加される。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射したパルスレーザビームは、偏向角拡大器２３に入射する。偏向角拡大器２３は、光軸Ｉａ〜Ｉｄに沿い、隣り合って入射するビームのなす角度（隣り合う入射ビーム間の角度）よりも、それらのビームが出射するときに、隣り合って出射されるビームのなす角度（隣り合う出射ビーム間の角度）が大きくなるようにして、レーザビームを出射する。偏向角拡大器２３については、次図を参照して詳述する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に電気信号ＲＦが印加されない場合に、光軸Ｉに沿って偏向角拡大器２３に入射したレーザビームは、ビームダンパ２４に入射する。本図には、偏向角拡大器２３を経由してビームダンパ２４に入射させる例を示したが、偏向角拡大器２３を介さないで入射させてもよい。

偏向角拡大器２３を出射したレーザビームは、光軸Ｉａａ〜Ｉｄｄのいずれか１つに沿って進行し、それぞれ反射鏡２５ａ〜ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、及びｆθレンズ２７ａ〜ｄを経て、加工対象物であるプリント基板３３または３４に入射する。

プリント基板３３及び３４は、ＸＹステージ３１上に、チャックプレート３２によって固定されている。プリント基板３３には、光軸Ｉａａ及びＩｂｂに沿って進行するレーザビームが入射し、プリント基板３４には、光軸Ｉｃｃ及びＩｄｄに沿って進行するレーザビームが入射する。ＸＹステージ３１は、プリント基板３３及び３４を、基板に平行な面内に移動させることができる。

ガルバノスキャナ２６ａ及びＸＹステージ３１の動作により、光軸Ｉａａに沿って進行するレーザビームが、プリント基板３３のすべての加工位置に入射可能であるように、ガルバノスキャナ２６ａ、ｆθレンズ２７ａ、ＸＹステージ３１、及びプリント基板３３が配置されている。

同様に、ガルバノスキャナ２６ｃ及びＸＹステージ３１の動作により、光軸Ｉｃｃに沿って進行するレーザビームが、プリント基板３４のすべての加工位置に入射可能であるように、ガルバノスキャナ２６ｃ、ｆθレンズ２７ｃ、ＸＹステージ３１、及びプリント基板３４が配置されている。

光路Ｉｂｂに沿って進行するレーザビームは、３枚の反射鏡２５ｂ、２５ｅ、２５ｆで反射された後、ガルバノスキャナ２６ｂで走査され、ｆθレンズ２７ｂで集光されて、プリント基板３３に入射する。軸移動機構２８は、制御装置３０からの制御信号に基づき、反射鏡２５ｆ、ガルバノスキャナ２６ｂ及びｆθレンズ２７ｂを、たとえばプリント基板３３（ＸＹステージの基板載置面）の面内方向に移動させることができる。

また、光路Ｉｄｄに沿って進行するレーザビームは、３枚の反射鏡２５ｄ、２５ｇ、２５ｈで反射された後、ガルバノスキャナ２６ｄで走査され、ｆθレンズ２７ｄで集光されて、プリント基板３４に入射する。軸移動機構２９は、制御装置３０からの制御信号に基づき、反射鏡２５ｈ、ガルバノスキャナ２６ｄ及びｆθレンズ２７ｄを、たとえばプリント基板３４（ＸＹステージの基板載置面）の面内方向に移動させることができる。

本図に示したレーザ加工装置は、１パネルにつき加工軸を２軸有する２パネル４軸のレーザ加工装置である。軸移動機構２８、２９により１パネルにつき１軸をプリント基板３３、３４の面内方向に移動することが可能であるため、パネルサイズや配線パタンに応じて、加工に最適となるように、２軸間の距離を調整することができる。

なお、第１の実施例によるレーザ加工装置においては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射した後、加工対象物３３，３４に入射するまでのレーザビームの光路上に、アッテネータ等のビームエネルギ調整装置が配置されていない。この点に関しては、後に図７を参照して説明する。

図２は、偏向角拡大器２３の一例を示す概略図である。

偏向角拡大器２３は、たとえば光取り出し窓４１ａ〜ｄを備えた２枚の反射鏡で構成される平行ミラー４０を含む。２枚の反射鏡は、鏡面が対向するように配置される。本図を用いて、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２でそれぞれ異なる角度に偏向され偏向角拡大器２３に入射するレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの光路について説明する。なお、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２によって与えられた偏向角はＬｂａが最も小さく、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄの順に大きくなるものとする。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２で偏向されたレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、光導入窓４２を通して２枚の反射鏡間に導かれ、それらの間で繰り返し反射されて、光取り出し窓４１ａ〜ｄ近傍まで進行する。

光取り出し窓４１ａ及び４１ｂは、一方の反射鏡に形成され、光取り出し窓４１ｃ及び４１ｄは、他方の反射鏡に形成される。

レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄは、それぞれ光取り出し窓４１ａ、４１ｃ、４１ｂ、４１ｄから出射する。光取り出し窓４１ａ〜ｄは、光透過領域を制限するマスクを兼ねており、レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの広がりに起因する重なり部分がある場合、重なり部分をカットする。なお、光取り出し窓４１ａ〜ｄの周囲は、カットされた重なり部分が反射されないように、無反射コーティングが施されている。

レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄは、たとえば平行ミラー４０外部の反射鏡を用いて、それぞれ図１に示した光路Ｉａａ、Ｉｃｃ、Ｉｂｂ、Ｉｄｄに導かれる。平行ミラー４０外部の反射鏡は、たとえば本図の上側に配置され、レーザビームＬｂｂ及びＬｂｄとを図の下側に反射する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２からたとえば偏向角差１．３２°で出射されるレーザビームＬｂａとＬｂｃとが、偏向角拡大器２３から隣り合って出射されるため、偏向角拡大器２３から出射する、隣り合うビーム間の角度を、たとえば１．３２°とすることができる。なお、図の上側に配置される外部反射鏡の配置角度により、レーザビームＬｂｃと、レーザビームＬｂｂ、Ｌｂｄとの出射方向間の角度は任意に、たとえばそれぞれ１．３２°、２．６４°に調整することができる。

第１の実施例によるレーザ加工装置は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いた２パネル４軸のレーザ加工装置である。

図３は、偏向角拡大器２３の他の例を示す概略図である。

焦点距離の異なる２枚の凸レンズを用いて偏向角拡大器２３を構成することもできる。

焦点距離ｆ_１の第１凸レンズ６１は、ビームの入射側に配置され、焦点距離ｆ_２の第２凸レンズ６２は、ビームの出射側に配置される。２枚の凸レンズ６１、６２の焦点距離は、ｆ_１＞ｆ_２の関係を満たす。第１及び第２凸レンズ６１、６２は、光軸合わせが行われている。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）を偏向角差θ_１、たとえば０．６６°で出射したレーザビームＬｂａ及びＬｂｂが第１凸レンズ６１、第２凸レンズ６２をこの順に透過する。入射時のレーザビームＬｂａのビーム径、出射時のレーザビームＬｂａのビーム径を、それぞれＤ_１、Ｄ_２とし、第２凸レンズ６２を出射するときのレーザビームＬｂａとＬｂｂの出射方向のなす角をθ_２とすると、以下の式（１）が成立する。

θ_２／θ_１＝ｆ_１／ｆ_２＝Ｄ_１／Ｄ_２ ・・・（１）
ｆ_１＞ｆ_２より、θ_２＞θ_１となる。偏向角拡大器２３に入射するレーザビームＬｂａ及びＬｂｂは、入射時に進行方向のなす角θ_１よりも大きい角度差θ_２で出射されることがわかる。

図４（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、実施例によるレーザ加工方法を説明する。

図４（Ａ）は、加工対象物であるプリント基板３３、３４の一部を示す概略的な断面図である。

プリント基板３３、３４は、銅層５２上にエポキシ樹脂層（絶縁層）５１が形成され、エポキシ樹脂層５１上に銅層（金属層）５０が形成された構造を有する。実施例によるレーザ加工方法においては、まず、黒化処理を施した銅層５０表面上からプリント基板３３、３４に１ショットのパルスレーザビームを入射させて、銅層５０を貫通しエポキシ樹脂層５１を底面に露出させる穴を形成する。続いて、銅層５０を貫通する穴を通してエポキシ樹脂層５１に、１ショットまたは複数ショットのパルスレーザビームを入射させて、エポキシ樹脂層５１を貫通し、底面に銅層５０を露出させる穴を形成する。

図４（Ｂ）を参照して、エポキシ樹脂層５１の穴開け加工について説明する。

エポキシ樹脂層５１の穴開け加工は、図１に示したＩａａ〜Ｉｄｄの４つの光路に沿って入射したパルスレーザビームによって銅層５２を貫通する穴が形成された後、露出したエポキシ樹脂層５１にパルスレーザビームを照射することにより行う。

エポキシ樹脂層５１に入射させるパルスレーザビームは、たとえばレーザ光源から出射した１ショットのパルスレーザビームを時間軸に沿って４分割することによって得る。たとえば図４（Ｂ）に示すように、エネルギの安定性の悪い立ち上がり及び立ち下がり時間を除いて、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に高周波電圧を印加して周波数を変化させ、１ショットを４分割し、分割された４つのレーザパルスをそれぞれ光路Ｉａａ〜Ｉｄｄに導入する。

レーザ光源から出射された４ショットのパルスレーザビームを用いるのではなく、１ショットのビームを４分割してエポキシ樹脂層５１に入射させ穴開け加工を行うため、エポキシ樹脂層５１の加工時間を短くすることができる。

図４（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、銅層５０の穴開け加工について説明する。

図４（Ｃ）を参照する。

エポキシ樹脂層５１の加工と同様に、銅層５０の加工においても、レーザ光源から出射された１ショットのパルスレーザビームを、音響光学偏向器（ＡＯＤ）により時間軸に沿って４分割し、光路Ｉａａ〜Ｉｄｄに振り分ければよいとも考えられる。しかし、銅はエポキシ樹脂と比較して加工性が悪いため、銅層５０に穴を開ける際には、エポキシ樹脂層５１に穴を開ける際よりも多くのエネルギを必要とする。

そこで図４（Ｃ）に示すように、繰り返し周波数を一定とする条件のもとで、パルス幅を長くし、銅層５０の穴開け加工に必要なエネルギを確保する方法が考えられる。

図４（Ｄ）は、繰り返し周波数を一定とする条件のもとで、デューティとパルスエネルギとの関係を概略的に示したグラフである。

このグラフからわかるように、ある一定のデューティの範囲を超えると、デューティが大きくなるにつれパルスエネルギが小さくなる。したがって、前述のように、銅層５０の穴開け加工に必要なエネルギを確保するためにパルス幅を長くしたとしても、十分な加工エネルギを得られない場合が生じる。

図４（Ｅ）を参照する。

このため、実施例によるレーザ加工方法においては、１ショットのパルスレーザビームを時間軸に沿って２分割し、銅層５０の加工を行う。たとえば１ショットめについては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いて、２分割したレーザパルスを所定の方向に偏向させ、光路Ｉａａ及びＩｃｃに沿って、銅層５０表面からプリント基板３３、３４に入射させ、入射位置の銅層５０を貫通する穴を開ける。また、２ショットめについては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いて、２分割したレーザパルスを、光路Ｉｂｂ及びＩｄｄに沿って、銅層５０表面からプリント基板３３、３４に入射させ、入射位置の銅層５０を貫通する穴を開ける。

３ショットめは４分割する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）に異なる周波数の高周波電圧を印加することにより、分割されたレーザパルスは、光路Ｉａａ〜Ｉｄｄを進行する。レーザパルスは、プリント基板３３，３４の、銅層５０に形成された穴を通してエポキシ樹脂層５１に入射し、エポキシ樹脂層５１を貫通し、銅層５２を底面に露出する穴を形成する。

銅層５０加工時とエポキシ樹脂層５１加工時とで、パルスレーザビームの分割数を異ならせ、適切なエネルギのビームを照射するため、良好な加工品質で加工を行うことができる。

図５は、第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第２の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、シリンドリカルレンズ６５、６６ａ〜６６ｄ、透光領域（スリット）を有するマスク６９、反射鏡２５ａ〜２５ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜２６ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜２７ｄ、及び、制御装置３０、を含んで構成される。

レーザ光源２０からパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２は、制御装置３０によって印加される高周波電圧ＲＦの周波数にしたがい、入射したレーザビームＬｂに異なる偏向角を与えて、たとえば時間軸に沿って４分割し、それぞれ図面面内方向において、異なる４方向に出射する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射した４本のレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえば長さ方向が図面垂直方向と平行に配置されたシリンドリカルレンズ６５に入射し、図面面内で幅狭となるように集光されて、集光位置に配置されたマスク６９の異なるスリットに入射する。マスク６９の異なるスリットを透過することで、４本のレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは互いに分離される。

反射鏡２５ａ〜２５ｄはマスク６９の直後に配置され、それぞれレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄを相互に異なる方向に反射する。シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄは、それぞれ反射鏡２５ａ〜２５ｄで反射されたレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの光路上に配置される。シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄに入射したレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえば断面形状が円形の平行光として出射される。

シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄを出射したレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、折り返しミラーで反射され、それぞれガルバノスキャナ２６ａ〜２６ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜２７ｄを経て、プリント基板３３、３４に照射される。プリント基板３３、３４は、チャックプレート３２で、ＸＹステージ３１上に固定されている。

第２の実施例によるレーザ加工装置も、第１の実施例によるレーザ加工装置と同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射したレーザビームを時間軸に沿って分割し、異なる偏向角で出射させることによって、加工対象物の異なる位置を、ほぼ同時に加工することができる。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）によってたとえば異なる４方向にレーザビームを出射した場合であっても、各ビームを分離して加工対象物に照射することができる。

第２の実施例によるレーザ加工装置においては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２で偏向されたレーザビームがシリンドリカルレンズ６５に入射するように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２及びシリンドリカルレンズ６５を配置したが、シリンドリカルレンズ６５を透過したレーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するように両者を配置してもよい。

図５に示した第２の実施例によるレーザ加工装置において、シリンドリカルレンズ６５に替えて凸レンズを用いるのは好ましくない。レーザビームが小さなスポットに集光されるため、たとえば凸レンズと加工対象物との中間に反射ミラーやガルバノスキャナを配置した場合、中間に配置されたそれらのミラーに損傷を生じさせる場合がある。

なお、第１の実施例と同様に、第２の実施例によるレーザ加工装置においても、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射した後、加工対象物３３，３４に入射するまでのレーザビームの光路上に、アッテネータ等のビームエネルギ調整装置が配置されていない。この点に関しては、後に図７を参照して説明する。

図６は、第３の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第３の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、凸レンズ６７、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、凹レンズ６８、及び、制御装置３０を含んで構成される。

レーザ光源２０からパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、ある広がり角で広がりながら進行し、凸レンズ６７に入射する。凸レンズ６７は、パルスレーザビームＬｂを収束させて出射する。パルスレーザビームＬｂは、収束しながら進行し、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２は、制御装置３０によって印加される高周波電圧ＲＦの周波数にしたがい、入射したレーザビームＬｂに異なる偏向角を与えて、たとえば時間軸に沿って４分割し、それぞれ異なる４方向に出射する。隣り合って出射されるレーザビームの出射方向のなす角は一定である。当該角度をθ_３とする。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射したレーザビームは、凹レンズ６８に入射する。凹レンズ６８は、隣り合って出射されるレーザビーム（中心光線）の出射方向のなす角度（θ_４とする。）を、隣り合って入射するレーザビーム（中心光線）の入射方向のなす角度（θ_３）よりも大きくして（θ_４＞θ_３）、レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄを出射する。レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえばすべて平行ビームである。

図６における凹レンズ６８以降の光学系には、たとえば図１における反射鏡２５ａ〜ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、及びｆθレンズ２７〜ｄを含む光学系を採用することができる。

第３の実施例によるレーザ加工装置も、第１及び第２の実施例によるレーザ加工装置と同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射したレーザビームを、時間軸に沿って分割し、異なる偏向角で出射させることによって、加工対象物の異なる位置を、ほぼ同時に加工することができる。音響光学偏向器（ＡＯＤ）によってたとえば異なる４方向にレーザビームを出射した場合であっても、各ビームを分離して加工対象物に照射することが可能である。

なお、凸レンズ６７は、比較的長い焦点距離、たとえば数十ｃｍ以上の焦点距離を備え、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射するレーザビームをたとえば平行光に近い状態とすることが望ましい。焦点距離が短い場合には、レーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）を透過する際に、ビームサイズが小さくなり、光密度が大きくなって、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に損傷が生じることがある。また、焦点距離が短いと、収束の度合いの大きいビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射するため、回折効率が低下する場合もある。

更に、凹レンズ６８透過後のビームは、必ずしも平行ビームとしなくてもよい。たとえば、緩やかに収束するビームとなるように、光学系を形成することもできる。

また、第３の実施例によるレーザ加工装置においては、ビームを収束させる光学部材とビームを発散させる（分離角度を大きくする）光学部材の組み合わせとして、凸レンズと凹レンズの組み合わせを用いたが、たとえば凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせや、凹面鏡と凸面鏡の組み合わせを用いることも可能である。凸レンズと凸面鏡、凹面鏡と凹レンズを組み合わせてもよい。

凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせを用いる場合には、たとえば両シリンドリカルレンズの長さ方向が、ともに図６の紙面に垂直な方向と平行になるように、２つのシリンドリカルレンズを配置する。このように配置した場合、凸シリンドリカルレンズに入射したレーザビームは、図６の紙面面内において収束しながら出射され、凹シリンドリカルレンズに入射したレーザビームは、図６の紙面面内において隣り合って出射する中心光線間の角度が、隣り合って入射する中心光線間の角度よりも大きくなるように出射される。

なお、第１及び第２の実施例と同様に、第３の実施例によるレーザ加工装置においても、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射した後、加工対象物３３，３４に入射するまでのレーザビームの光路上に、アッテネータ等のビームエネルギ調整装置は配置されていない。

図７を参照して、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を制御する制御装置３０について詳述する。

制御装置３０は、ドライバ３０ａ及び制御回路３０ｂを含んで構成される。制御回路３０ｂは、ドライバ３０ａとの関係では、少なくともドライバ３０ａに、ポート選択信号を与える。ポート選択信号とは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するレーザビームＬｂを、Ｉａ〜Ｉｄのいずれの光軸に沿って出射するかについて指示する信号である。

ドライバ３０ａは、与えられたポート選択信号に基づいて、高周波の電気信号ＲＦを音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に印加する。

前述のように、電気信号ＲＦの周波数によって、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２が入射レーザビームＬｂに与える偏向角（音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するレーザビームの光路Ｉａ〜Ｉｄ）が定められる。また、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するレーザビームの強度、及び、電気信号ＲＦの振幅により、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するレーザビームの強度が定められる。電気信号ＲＦの振幅が大きいほど、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するレーザビームの強度は強くなる。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するレーザビームの強度と、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するレーザビームの強度の比（（音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するレーザビームの強度）／（音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するレーザビームの強度））を偏向効率という。一定強度のレーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射し、同じ振幅の電気信号ＲＦが音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に印加された場合であっても、レーザビームに与えられる偏向角（電気信号ＲＦの周波数）によって、偏向効率は異なる。電気信号ＲＦの周波数が同一の場合であれば、偏向効率は電気信号ＲＦの振幅に依存する。

各実施例に含まれる制御装置３０のドライバ３０ａは、制御回路３０ｂから与えられたポート選択信号に応じて、各ポート（音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射するビームの出射方向、偏向角）ごとにあらかじめ定められ、ドライバ３０ａ内のメモリに記憶された偏向効率にしたがって、電気信号ＲＦを音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に送信する。送信される電気信号ＲＦの周波数は、選択されるポートにより定まる。また、電気信号ＲＦの振幅は、選択されるポートごとに独立に定められ、記憶されている所定の偏向効率により定まる。

偏向効率は、たとえば図１に示したレーザ加工装置において、光路Ｉａａ〜Ｉｄｄを進行したレーザビームが、プリント基板３３，３４に照射されるにあたって、加工面におけるビーム強度が加工に適当であり、かつ、光路ごとに同一となるように、あらかじめ決定される。

図１に示す場合であれば、偏向角拡大器２３を出射後、プリント基板３３，３４に入射するまでに介在する光学部材が多い分、レーザビームの減衰量が相対的に大きいため、光路Ｉｂｂ及びＩｄｄに対応するポートに対しては、あらかじめ相対的に大きな偏向効率が設定される。

実施例によるレーザ加工装置は、たとえば各加工位置で同一の、加工に適当なビーム強度となるように偏向効率が定められているため、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射後のレーザビームの光路上に、アッテネータのようなビームエネルギ調整装置を配置する必要がない。このため装置の構成要素を少なくすることができる。

なお、ドライバ３０ａ内のメモリに偏向効率を記憶させるのでなく、偏向効率を決定する物理量として、たとえば振幅そのものを記憶させてもよい。更に、ドライバ３０ａ内でなく、制御回路３０ｂ内に偏向効率を決定する物理量を記憶させたメモリを設け、制御回路３０ｂからドライバ３０ａに、ポート選択信号とともに、選択されたポートにおける偏向効率を与える構成を採用することもできる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

ビーム振り分け装置は、ビームを振り分ける構造を備える様々な装置に利用することができる。

また、多軸レーザ照射装置は、レーザ加工一般、たとえばレーザ穴開け加工に利用することができる。

第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 偏向角拡大器２３の一例を示す概略図である。 偏向角拡大器２３の他の例を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。 第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 第３の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を制御する制御装置３０について詳述するための図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０を出射したレーザビームを示す概略図である。

符号の説明

１０ 音響光学偏向器（ＡＯＤ）
２０ レーザ光源
２１ 凸レンズ
２２ 音響光学偏向器（ＡＯＤ）
２３ 偏向角拡大器
２４ ビームダンパ
２５ａ〜ｈ 反射鏡
２６ａ〜ｄ ガルバノスキャナ
２７ａ〜ｄ ｆθレンズ
２８、２９ 軸移動機構
３０ 制御装置
３０ａ ドライバ
３０ｂ 制御回路
３１ ＸＹステージ
３２ チャックプレート
３３、３４ プリント基板
４０ 平行ミラー
４１ａ〜ｄ 光取り出し窓
４２ 光導入窓
５０、５２ 銅層
５１ エポキシ樹脂層
６１ 第１凸レンズ
６２ 第２凸レンズ
６５ シリンドリカルレンズ
６７ 凸レンズ
６８ 凹レンズ

Claims (3)

1. 交流電圧が印加されることにより、入射するレーザビームの進行方向を変化させ、偏向角が、印加される交流電圧の周波数に依存し、偏向効率が、印加される交流電圧の振幅に依存する音響光学素子と、
   出射方向を指令されることにより、指令された方向にレーザビームを偏向させるように前記音響光学素子に交流電圧を印加するドライバと、
   前記ドライバに、前記音響光学素子からの出射方向を指令する制御装置と
   を有し、
   前記ドライバは、複数の出射方向の各々に対応付けて、偏向効率を決定する物理量を記憶する記憶領域を含み、前記制御装置から出射方向が指令されると、出射方向が、指令された方向になり、かつ偏向効率が、該記憶領域に記憶されている当該出射方向に対応付けられた偏向効率になるように、周波数及び振幅を決定し、前記音響光学素子に交流電圧を印加するビーム振り分け装置。
2. 交流電圧が印加されることにより、入射するレーザビームの進行方向を変化させ、偏向角が、印加される交流電圧の周波数に依存し、偏向効率が、印加される交流電圧の振幅に依存する音響光学素子と、
   出射方向、及び、偏向効率を決定する物理量を指令されることにより、指令された方向に、指令された偏向効率で、レーザビームを偏向させるように前記音響光学素子に交流電圧を印加するドライバと、
   複数の出射方向の各々に対応付けて、偏向効率を決定する物理量を記憶する記憶領域を含み、前記ドライバに、前記音響光学素子からの出射方向を指令する制御装置と
   を有し、
   前記ドライバは、前記制御装置から出射方向、及び、偏向効率を決定する物理量が指令されると、出射方向が、指令された方向になり、かつ偏向効率が、該記憶領域に記憶されている当該出射方向に対応付けられた偏向効率になるような、周波数及び振幅で、前記音響光学素子に交流電圧を印加するビーム振り分け装置。
3. 入射するレーザビームの偏向角を変化させることにより、複数の経路から１つの経路を選択して、選択された経路に沿ってレーザビームを出射し、偏向角ごとに偏向効率を設定することができるビーム振り分け装置と、
   被照射物を保持するステージと、
   前記ビーム振り分け装置の出射側の複数の経路の各々に対応して配置され、対応する経路に沿って伝搬するレーザビームを、前記ステージに保持された被照射物に入射させる照射光学系と
   を有し、
   前記ビーム振り分け装置は、通過するときのレーザビームの減衰量が相対的に大きな前記照射光学系に対応する経路に沿ってレーザビームを出射させるときには、偏向効率を相対的に大きくする多軸レーザ照射装置。

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