CN103384580A - 光扫描装置及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明的光扫描装置（32）具备：使光以匀速发生角位移的同时进行发射的投光单元（65）；和用于反射从投光单元（65）发射的光，并且引导至规定的扫描线（52）上的任意的被照射点上的光反射单元（66）。光反射单元（66）具有多个反射部（71、72），并且将从投光单元（56）发射的光两次以上反射后引导至任意的被照射点上。各反射部（71、72）由多个反射面（77、78）构成。从投光单元（65）至被照射点的光路长度在扫描线（52）上的所有被照射点上大致一定，且从投光单元（65）发射的光在扫描线（52）上的扫描速度大致一定。

Description

光扫描装置及激光加工装置

技术领域

本发明涉及使激光束等的光沿着扫描线扫描的光扫描装置、及具备这样的光扫描装置的激光加工装置。

背景技术

使激光束沿着直线状的扫描线扫描的技术广泛利用于激光打印机、传真机和激光加工装置等中。例如，作为用于太阳光发电的太阳能电池，薄膜系的太阳能电池和柔性太阳能电池等（以下为了方便统称为“薄膜系太阳能电池”）是已知的，薄膜系太阳能电池在其制造工序中使用在基板的单面上形成金属膜和硅膜等的半导体膜而形成的工件上通过激光束进行图形加工的激光加工装置。工件的基板包含具有规定长度的长方形状的玻璃基板、和在卷对卷制造方法中使用的柔性基板等。在使用激光加工装置的图形加工中，使激光束沿着设定于工件上的扫描线扫描，沿着扫描线使薄膜层局部地剥离，借助于此形成加工线。由图形加工后剩余的薄膜层构成薄膜系太阳能电池。另外，通常在图形用激光加工装置中，依据微细加工的容易性和热影响的抑制效果等，在激光束中应用脉冲激光。在激光束中应用脉冲激光时，使在某一时刻被振荡的激光的照射区域与在提前一个脉冲宽度被振荡的激光的照射区域在工件上部分重叠并使脉冲激光扫描，借助于此确保加工线的连续性。另外，相邻的两个脉冲的激光束的照射区域彼此重叠的区域也可以称为“覆盖区域”。

像这样，在激光加工装置和激光打印机等中适用使激光束扫描的光扫描装置。光扫描装置基本上使从激光振荡器等的光源射出的激光通过多面反射体（polygon mirror）和电流计式反射镜（galvano mirror）等的偏向器发生角位移，并且使角位移的激光束照射到被照射面上。借助于此，激光束在被照射面上以直线状扫描。偏向器为了提高工作可靠性，通常以匀速驱动，借助于此激光也以匀速发生角位移。然而，沿着直线状扫描线扫描时，按照上述方式，在扫描线的端点附近和中间部分上会产生激光束的扫描速度的差异。在激光加工装置中，该扫描速度的差异作为覆盖区域的大小的变化来体现，由此产生加工不均。作为消除该差异的光学元件fθ透镜是广泛已知的，但是fθ透镜的设计需要先进的技术，并且因制造设备或制造用具的尺寸的制约而大型化较困难。因此，以往，代替fθ透镜开发各种用于同时实现偏向器的匀速动作及激光的匀速扫描的光学元件。

例如，专利文献1公开了作为在激光打印机或传真机用的光扫描装置中代替fθ透镜而设置的光学元件的一个球面反射镜。来自于偏向器的激光束在该球面反射镜中反射后在感光体面上集中。通过应用该球面反射镜，以此谋求使激光束的扫描速度在扫描线的延伸方向上校正为均等，或者在集光面上在广视角范围内得到良好的畸变特性及良好的像表面平坦性。

另一方面，在激光加工装置中，激光束在扫描线上的任何一个位置上都可以聚焦的情况、和激光束在工件上尽量垂直地入射的情况等对加工不均的抑制有效。又，如上所述，将fθ透镜应用于激光加工装置中在现实上是困难的。因此，专利文献2公开了作为在激光加工装置用的光扫描装置上代替fθ透镜而设置的光学元件的、构成大致抛物面地被排列的多个反射镜。来自于偏向器的激光束在反射镜上被反射后落射到工件上。通过应用像这样的配置的反射镜，以此不论偏向器的旋转角，激光束都尽可能垂直地入射至工件上。又，不论偏向器的旋转角，都可以使从偏向中心至工件的光路长度尽可能保持不变，可以在扫描中使激光束在工件上持续聚焦。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开平1-200220号公报；

专利文献2：日本特开2011-000625号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，在专利文献1公开的光扫描装置中，球面反射镜为连续面，因此其大型化是困难的。因此，像激光加工装置那样，在激光束的扫描范围比较大的用途中是难以适用。

另一方面，在专利文献2公开的激光加工装置中，由于多个反射镜排列配置，因此不会像专利文献1那样受到尺寸的制约，但是不能消除使偏向器的工作速度为匀速时的激光束的扫描速度的差异。在该激光加工装置中，为了抑制扫描速度的差异，除了速度可变地驱动偏向器以外没有其他方法，难以确保激光加工装置的工作可靠性。

因此，本发明的目的是在使偏向工作以匀速进行的同时维持聚焦状态并使激光以匀速扫描，进而使这样的激光束等的光执行扫描的光扫描装置的制造及大型化变得容易。

解决问题的手段：

本发明是为了实现上述目的而形成的。根据本发明的光扫描装置具备：使光以匀速发生角位移的同时进行发射的投光单元；和用于反射从所述投光单元发射的光，并且引导至规定的扫描线上的任意的被照射点上的光反射单元；所述光反射单元具有多个反射部，并且将从所述投光单元发射的光两次以上反射后引导至所述任意的被照射点上，所述各个反射部由多个反射面构成；从所述投光单元至所述被照射点的光路长度在所述扫描线上的所有被照射点上大致一定，且从所述投光单元发射的光在所述扫描线上的扫描速度大致一定。

根据上述结构，投光单元以匀速发生角位移的同时发射光，因此可以使光的偏向动作简单化。又，从投光单元至被照射点的光路长度在扫描线上的所有被照射点上大致一定，且从投光单元发射的光在扫描线上的扫描速度大致一定。因此，不论光的偏向角都能够维持聚焦状态并以匀速移动激光束。光反射单元具有多个反射部，并且将从投光单元发射的光两次以上反射后引导至任意的被照射点上，各反射部由多个反射面构成，因此容易实现光反射单元的制造及大型化，与此同时可以实现上述的作用效果。

也可以是所述反射面中的至少一个为平面。根据所述结构，可以更容易地制造光反射单元。

也可以是所述投光单元具有以匀速旋转的旋转多面镜。根据所述结构，可以实现使光匀速发生角位移的同时进行发射。

也可以是所述旋转多面镜具有七个以上的反射面。根据所述结构，可以使光匀速发生角位移的同时进行发射，且实现上述的作用。

也可以是所述扫描线为直线。也可以是所述投光单元发射脉冲激光。也可以是还具备使脉冲激光变得扁平的柱面透镜。

又，根据本发明的激光加工装置具备如上述那样的光扫描装置，并且通过激光束在形成于工件上的薄膜层上形成加工线。

根据上述结构，可以使偏向动作简单化，并且可以维持聚焦状态的同时使工件尽可能匀速移动。

也可以是具备：以一定的输送速度向一个方向输送所述工件的输送装置；在通过所述激光束在工件上形成加工线的加工部中在正确的位置上支持该工件的工件位置保持机构；和控制所述光扫描装置及所述输送装置的控制装置；所述光扫描装置对通过所述输送装置输送的工件向与输送方向交叉的方向照射激光束；所述控制装置通过所述输送装置以所述输送速度输送工件，或者检测工件的输送速度并输送，与此同时由所述光扫描装置使一个激光束向与工件的输送方向交叉的方向扫描，并且相对地控制工件的输送速度和激光束的扫描速度以使该一个激光束的加工线与以规定的输送速度输送的工件的输送方向成直角。

根据上述结构，可以在正确的位置上支持工件并输送的同时由光扫描装置使一个激光束扫描，并且可以在薄膜层上形成与工件的输送方向成直角的加工线。因此，以一次的通过能够高速地实现在工件的薄膜层上的加工线的图形加工，可以高效率地进行加工。又，检测工件的速度而进行反馈控制，并且使用调节激光束的扫描正时的方式，以此也可以应对卷对卷制造方法等的连续流动的工件。因此，可以谋求太阳能电池的生产工序中的进一步的节拍（tact）的缩短化而谋求生产效率的提高。

也可以是所述定速输送装置具备调节向一个方向输送的工件和激光束之间的平面方向相对角度的扭转校正功能。

根据上述结构，可以调节工件和激光束之间的平面方向相对角度的同时进行加工以能够抑制工件的扭转。

也可以是所述激光束为在扫描方向上长的扁平激光束。

根据上述结构，通过使一个扁平的激光束以高速扫描，可以高速加工加工线，可以谋求通过进一步的节拍的缩短化的生产效率的提高。

也可以是所述工件为在玻璃基板上形成了薄膜的构件，所述激光束为透射激光束；将所述透射激光束形成为从玻璃基板的薄膜层反方向照射而在薄膜层上形成加工线。

根据上述结构，在光扫描装置的与照射侧相反的一侧上，在薄膜层上产生微爆炸效果，从而可以以低输出形成提高了加工效率的加工线。

也可以是所述工件位置保持机构具有在使所述薄膜层为上表面地输送的工件的下方设置的工件支持机构、和设置于工件的上方的非接触的工件按压机构。

根据上述结构，可以去除在工件的输送时与薄膜层接触的结构，从而可以防止工件的薄膜层受到损伤的情况。

也可以是在所述工件的薄膜层的方向上设置去除膜吸引单元。

根据上述结构，通过吸引单元吸引通过激光束剥离的膜，以此可以防止通过激光束除去的膜再次附着在薄膜层上的情况。

发明效果：

由以上说明可知，根据本发明可以在使偏向动作匀速进行的同时维持聚焦状态并使激光匀速扫描。又，还可以容易地实现使激光束等的光扫描的光扫描装置的制造及大型化。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明的一个实施形态的激光加工装置的立体图；

图2是示出图1所示的激光加工装置中的激光束的扫描方向的概念图；

图3是示出图1所示的激光束扫描单元的概略结构的概念图；

图4是示出图3所示的偏向中心、一次反射面、二次反射面及扫描线的位置关系的概念图；

图5A是示出图3所示的二次反射镜的结构的一个示例的局部侧视图；

图5B是示出图3所示的二次反射镜的结构的一个示例的局部侧视图；

图6是图3所示的多面反射体的局部剖视图；

图7是示出从图3所示的激光束扫描单元照射的脉冲激光的覆盖区域的概念图；

图8是示意性示出图1所示的激光加工装置的加工部的侧视图；

图9是放大并示意性示出图8所示的加工部的局部侧视图；

图10是示出图8所示的加工部中的激光束的照射的作用的局部侧视图；

图11A是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是在形成薄膜层之前的玻璃基板的侧剖视图；

图11B是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出在图11A所示的玻璃基板上形成透明电极层的工序的工件的侧剖视图；

图11C是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出在图11B所示的工件上形成加工线的工序的工件的侧剖视图；

图11D是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出在图11C所示的加工线形成后形成光电转换层的工序的工件的侧剖视图；

图11E是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出在图11D所示的工件上形成加工线的工序的工件的侧剖视图；

图11F是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出在图11E所示的加工线形成后形成背面电极层的工序的工件的侧剖视图；

图11G是示出通过图1所示的激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图，并且是示出图11F所示的工件上形成加工线的工序的工件的侧剖视图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。在所有图中对于相同或对应的要素标以相同的符号并省略重复的详细说明。又，在以下的说明中例示激光加工装置1使用于制造薄膜系太阳能电池时的图形加工中，并且工件5为在基板7上形成薄膜层6而构成的薄膜系太阳能电池的中间产品的情况。

[激光加工装置的整体结构]

图1是示意性地示出根据本发明的一个实施形态的激光加工装置1的立体图。如图1所示，激光加工装置1具备输送装置3、激光束单元30及控制装置60。

输送装置3以使薄膜层6朝上方的水平姿势支持工件5且向作为水平的一个方向的输送方向Y定速输送工件5。另外，工件5的纵方向与输送方向Y平行，工件5的宽度方向朝向与输送方向Y正交的水平的方向。输送装置3具备绕垂直方向的Z轴纠正工件5的姿势的工件把持部12。通过该工件把持部12的动作调节工件5的宽度方向和激光束50的扫描线之间的平面方向相对角度，可以确保工件5的纵方向和输送方向Y的整合性。

激光束单元30具有激光振荡器31及激光束扫描单元32。激光振荡器31以千赫～兆赫数量级的一定频率逐次振荡脉冲激光，并将产生的脉冲激光逐次射出至激光束扫描单元32中。激光束扫描单元32使来自于激光振荡器31的激光束50偏向并照射到工件5上。借助于此，激光束50在工件5上朝着与输送方向Y交叉的方向扫描。

入射至工件5的激光束50透过基板7在薄膜层6上聚焦。在本实施形态中，由于使薄膜层6朝向上方，因此激光束扫描单元32配置在输送装置3的下方，激光束50朝上方通过激光束扫描单元32的激光束照射口34，并且从下方入射至工件5。在激光束50被扫描时，薄膜层6沿着激光束50的扫描线剥离，在薄膜层6上形成线状的槽（以下称为“加工线52”）。激光束50的扫描线在工件5的宽度方向上直线延伸，并且加工线52也形成为在工件5的宽度方向上延伸。在一个工件5上形成有在工件5的纵方向上隔着间隔排列的多条加工线。

在激光加工装置1中，在输送方向Y上的设置有激光束扫描单元32的位置附近设置有加工部33，在该加工部33中设置有工件位置保持机构20。工件位置保持机构20在正确的位置上支持工件5。更具体的是，工件位置保持机构20在关于输送方向Y的至少设置有激光束扫描单元32的位置附近，允许工件5在输送方向Y上的移动的同时在上下方向上约束工件5的位置。借助于此，可以抑制激光束50的焦点从希望位置向上下方向（大致与激光束50的光路方向一致）偏离的情况。

控制装置60控制输送装置3、激光束单元30、工件把持部12及工件位置保持机构20。控制装置60控制激光振荡器31以在形成一条加工线的期间使脉冲激光以一定频率振荡。控制装置60控制激光束扫描单元32以在形成一条加工线的期间使激光束50以定速扫描。

激光加工装置1既可以是在输送工件5的同时形成加工线52，也可以是在形成加工线52的期间停止工件5的输送。在输送工件5的同时形成加工线52时，控制装置60控制输送装置3以在形成必要的数量的加工线52的期间使工件5向输送方向Y以定速或非匀速连续地持续输送。

参照图2，简单解释在定速输送工件5的同时形成加工线52时的激光束50扫描方向。此时，激光束50的扫描线在从朝着输送方向Y输送的工件5观察时，要求与工件5的宽度方向平行地直线延伸。另一方面，激光束扫描单元32不向输送方向Y移动，而工件5向输送方向Y定速平移，激光束50如下所述试图以定速扫描。因此，激光束50的扫描线在从设置激光束扫描单元32的地面观察时，要求在与工件5的纵方向和工件5的宽度方向都倾斜的水平方向上直线延伸。

在以下说明中，将激光束50的扫描方向在明确是从地面观察的扫描方向时称为“对地扫描方向XG”，并且在明确是从朝着输送方向Y输送的工件5观察的扫描方向时称为“相对扫描方向XW”。对于激光束50的扫描速度，也在明确是从地面观察的扫描速度时称为“对地扫描速度VXG”，在明确是从朝着输送方向Y输送的工件5观察的扫描速度时称为“相对扫描速度VXW”。另外，相对扫描方向XW相当于工件5的宽度方向。

相对扫描速度VXW相当于水平面内的对地扫描速度VXG和工件5的输送速度VY的合成速度。相对扫描方向XW与输送方向Y正交。在这里，将水平面内的相对扫描方向XW和对地扫描方向XG所形成的角度作为倾斜角φ。如果将输送速度VY除以对地扫描速度VXG，则可以得到倾斜角φ的正弦（sinφ=VY/VXG）。又，将对地扫描速度VXG乘以倾斜角φ的余弦，则可以得到相对扫描速度VXW（VXW=VXG×cosφ）。

另外，如下所述，在本实施形态中，使多面反射体向一方向连续旋转，借助于此使激光束50扫描。在这里，假设在从激光束50入射到多面反射体的某一个棱部开始直至入射至下一个棱部为止多面反射体旋转时形成一条加工线52，从该某一个棱部被发射的激光束50形成该一条加工线52的起点，从该下一个棱部被发射的激光束50形成该一条加工线52的终点。此时，如果将工件5的纵方向上的加工线52之间的间隔LY除以工件5的宽度方向上的加工线52的长度LXW，则可以得到倾斜角φ的正切（tanφ=LY/LXW）。

[激光束扫描单元]

接着说明适用于上述激光加工装置1中的激光束扫描单元32的结构及作用。另外，在以下说明中，以使激光束50的扫描方向与工件5的输送方向无关地实现一般化为目的，将视点放在工件5上。即，在以下说明中，“扫描方向X”为相对扫描方向XW而除非有另有说明，“扫描线”为相对扫描方向XW的扫描线而除非有另有说明，“扫描速度VX”为相对扫描速度VXW而除非有另有说明。如果利用上述式（sinφ=VY/VXG、VXW=VXG×cosφ、tanφ=LY/LXW），则可以将在以下的工件基准下的说明换成在使工件5以一定的输送速度VY连续输送的同时形成加工线52时的地面基准下的说明。

另外，在工件5的输送速度不固定的情况下，不能直接使用上述式，但是根据时间可以导出与输送速度一起随着时间变化的倾斜角度及对地扫描速度。因此，如果使用根据时间导出的倾斜角度及对地扫描速度，则可以将以下的工件基准下的说明换成地面基准下的说明。在停止工件5的输送而形成加工线时，相对扫描方向与对地扫描方向一致，相对扫描速度与对地扫描速度一致。

像这样，以下说明的激光束扫描单元32可以与工件5的输送方向无关地很好地适用于执行薄膜系太阳能电池的图形加工的激光加工装置1中。另外，以下说明的激光束扫描单元32也可以使用于薄膜系太阳能电池以外的图形加工中，也可以使用于图形加工以外的激光扫描中。

图3是示出激光束扫描单元32的结构的概念图。如图3所示，激光束扫描单元32沿着激光束50的光路从激光束振荡器31依次具备作为构成使激光束50扫描的光学系统的光学元件或光学单元的透镜61、棱镜62、第一反射镜63、第二反射镜64、投光部65、光反射部66及柱面透镜67。激光束扫描单元32具备内设上述光学元件及光学单元的一部分的筐体69。

图3例示筐体69容纳第二反射镜64、投光部65、光反射部66及柱面透镜67的情况，但是这只是一个示例，可以在筐体69中容纳透镜61、棱镜62及第一反射镜63，也可以是柱面透镜68配置在筐体70外。另外，上述激光束照射口34设置于筐体69的上表面上。激光束50通过激光束照射口34从筐体69的内部向外部朝上方射出。

透镜61是用于可以使在激光振荡器31中产生的激光束50聚焦的光学元件。棱镜62、第一反射镜62及第二反射镜63将通过透镜61的激光束50引导至多面反射体65。又，这些元件62～64构成在与多面反射体65相比靠近光路上游侧上，为了使激光束50在工件5上聚焦而确保必要的光路长度，而使光路折转的光学单元。这些元件62～64可以适当省略，并且也可以将其他的棱镜或反射镜适当地增加到透镜61和多面反射体65之间。

投光部65使从第二反射镜64入射的激光束50以匀速产生角位移并发射。光反射部66反射从投光部65发射的光，并引导至扫描线上的任意的被照射点上。通过投光部65的动作，被照射点沿着工件5上的扫描线向扫描方向X逐渐移动。从投光部65至被照射点的光路长度在所有的被照射点上大致一定。又，从投光部65发射的激光束50在扫描线上的扫描速度VX大致一定。以下，说明能够实现这些地构成的投光部65及光反射部66。

根据本实施形态的投光部65具备多面反射体（旋转多面镜）70及偏向执行器75。多面反射体70是可旋转地设置于筐体69内的偏向器，多面反射体70的旋转轴线朝向与扫描方向X正交的水平的方向。偏向执行器75例如是电动马达，以定速向一个方向旋转驱动多面反射体70。借助于此，来自于多面反射体70的激光束50以匀速发生角位移。偏向执行器75及多面反射体70的该动作及由此产生的激光束50的该偏向作用是通过控制装置60（参照图1）进行控制的。

多面反射体70整体上形成为正多边形棱柱状，并且具有设置于其各个侧面上的多个反射面。激光束50入射至旋转的多面反射体70的侧部，并且以与此时的多面反射体70的旋转角度位置相对应的反射角反射。从激光束50在多面反射体70的棱部上反射开始直至在下一个棱部上反射为止的期间，多面反射体70旋转360/N度（N：多面反射体的反射面数）。在该期间，在多面反射体70上反射的激光束50以多面反射体70上的反射点（即偏向中心）为中心产生多面反射体70的旋转角的两倍（即，720/N度）的角位移。另外，偏向中心的位置尽管根据多面反射体70的旋转角稍微移动，但是在以下的说明中，忽视与多面反射体70的旋转角相对应的偏向中心的移动。换言之，在本文中，将严格的意义上的偏向中心的整个移动范围称为“偏向中心”。

在本实施形态中，从激光束50在多面反射体70的某一棱部上反射开始直至在下一个棱部上反射为止的期间（即，激光束50通过夹在该两个棱部之间的反射面的期间），激光束50在工件5上沿着一条扫描线扫描。在该某一个棱部上反射的激光束的被照射点是扫描线的起点，在该下一个棱部上反射的激光束50的被照射点是扫描线的终点。

根据本实施形态的激光束扫描单元32不具备根据多面反射体70的旋转角改变激光束50的焦点距离的手段（但是不妨碍根据本发明的光扫描装置具备该手段）。假设，不存在光反射部66，则激光束50的焦点描绘圆弧状的轨迹。其轨迹的中心为偏向中心，其轨迹的半径为从该偏向中心至焦点的光路长度。另一方面，扫描线与圆弧状的轨迹不同，向扫描方向X直线延伸。于是，从扫描线上的任意的被照射点至焦点的距离根据该被照射点的位置（即，激光束50的偏向角或多面反射体70的旋转角）而改变。因此从多面反射体70至扫描线上的任意的被照射点的光路长度在所有被照射点上不保持一定，而根据该被照射点的位置而改变。又，如果激光束50以匀速发生角位移，则激光束50在扫描线上的扫描速度也不保持一定。

光反射部66为了消除该问题，而将来自于投光部65的激光束50至少两次反射后引导至工件5上。光反射部66具有多个反射部以使从投光部65至工件5上的扫描线上的任意的被照射点的光路长度在所有被照射点上大致一定，而且即使激光束50以匀速发生角位移也使激光束50的扫描速度大致一定。

根据本实施形态的光反射部66具有反射来自于投光部65（多面反射体70）的激光束50的一次反射部71、和进一步反射来自于一次反射部71的激光束50的二次反射部72，从而两次反射来自于投光部65（多面反射体70）的激光束50。换言之，根据本实施形态的激光束扫描单元32，在多面反射体70和柱面透镜67之间具备作为构成使激光束50扫描的光学系统的光学元件的构成所述一次反射部71的一次反射镜73和构成所述二次反射部72的二次反射镜74。光反射部66由这些一次反射镜73及二次反射镜74构成，固定于筐体69内。然而，光反射部66也可以具有三个以上的反射部。

在本实施形态中，光反射部66两次反射激光束且激光束50从下方入射至工件5上。因此，来自于第二反射镜63的激光束50大致向下方入射至多面反射体70上。多面反射体70大致向上方反射入射的激光束50。一次反射镜73配置于与多面反射体70相比靠近上方的位置上，并且大致向下方反射来自于多面反射体70的激光束50。二次反射镜74配置在与一次反射镜73相比靠近下方的位置上，并且大致向上方反射来自于一次反射镜73的激光束50。

图4是示出偏向中心C、一次反射部71、二次反射部72及扫描线52的位置关系的概念图。如图4所示，在激光束50通过多面反射体70的一个反射面的期间，激光束50沿着一条扫描线52在工件5上向扫描方向X移动。假设不存在一次反射镜73及二次反射镜74，则激光束50的焦点会画出以偏向中心C为中心的圆弧VA（以下称为“假想圆弧VA”）。假想圆弧VA的半径R是从偏向中心C至焦点的光路长度。一次反射镜73及二次反射镜74使从偏向中心C至焦点的光路折转，借助于此使假想圆弧VA在工件5上向扫描方向X（工件5的宽度方向）直线状延伸地进行配置转换。为了像这样能够使假想圆弧VA与扫描线52相一致地进行配置转换，而要求假想圆弧VA的长度与扫描线52的长度相等。扫描线52的长度如上所述那样相当于工件5的宽度方向上的加工线52的长度LXW。以下，将这些统称为线长LXW。

当将多面反射体70的反射面数设为N时，假想圆弧VA的中心角（即，激光束50的角位移范围）为720/N度。将圆周率设为π、将假想圆弧VA的半径设为R时，假想圆弧VA的长度为2πR/{360×(N/720)}，这个值与线长LXW相等。另一方面，在几何学上，线长LXW不能比假想圆弧VA的直径长。由此可以导出不等式（1）。

[数学式1]

；

通过式（1），求出根据本实施形态的多面反射体70具有七个以上的反射面的结果（N为整数）。然而，反射面数N优选的是偶数。这是因为如果是偶数，则以图4的纵轴作为对称轴可以容易配置光反射部66（本实施形态中更具体的是一次反射部71及二次反射部72）。又，当增大反射面数N时，与一条扫描线相对应的多面反射体70的旋转角及假想圆弧VA减小，从而不容易使线长LXW变长。因此，多面反射体70优选的是具有八个反射面。图4例示多面反射体70的反射面数为8的情况，通过一个反射面的相应的偏向范围为90度。然而，多面反射体70的反射面数并不一定是7以上，例如在不使用反射面的一整面而使激光束50偏向的情况下，也可以使多面反射体70的适宜反射面数为6以下。

说明使假想圆弧VA与扫描线52相一致地进行配置转换的具体的方法，首先，通过等间隔分割假想圆弧VA而得到多个假想分割圆弧DVA1、DVA2、…。然后，得到与多个假想分割圆弧DVA1、DVA2、…分别相对应的多根假想弦VC1、VC2、…。然后，使多根假想弦VC1、VC2、…在工件5上向扫描方向X依次以直线状排列，从而将多根假想弦VC1、VC2、…进行配置转换。由此，在工件5上由配置转换的多根假想弦VC1’、VC2’、…形成扫描线52。

像这样形成扫描线52时，假想分割圆弧DVA1、DVA2、…的两端两点在扫描线52上配置转换，假想分割圆弧DVA1、DVA2、…（即，连接该两点之间的曲线）配置转换到与扫描线52相比靠近光轴方向下游侧的位置上。焦点试图沿着该配置转换后的假想分割圆弧DVA1’、DVA2’、…发生角位移。配置转换后的假想分割圆弧DVA1’、DVA2’、…与配置转换后的假想弦VC1’、VC2’、…同样地在扫描方向X上依次连续。

当分割假想圆弧VA而得到多个假想分割圆弧DVA1、DVA2、…时，假想分割圆弧DVA1、DVA2、…和与其相对应的假想弦VC1、VC2、…非常相似。因此，从多面反射体70的偏向中心C至扫描线52上的任意的被照射点的光路长度在所有焦点上大致一定。又，如果使激光束50以匀速发生角位移，则焦点试图沿着配置转换后的假想分割圆弧DVA1’、DVA2’、…以定速发生角位移。假想分割圆弧DVA1’、DVA2’、…与相对应的假想弦VC1’、VC2’、…非常相似，因此焦点的举动与沿着扫描线52的匀速直线移动非常相似。

如以上所述那样，在本实施形态中，光反射部66具有反射来自于投光部65的激光束的一次反射部71、和进一步反射来自于一次反射部71的激光束50的二次反射部72，至少两次反射来自于投光部65的激光束50，当假定为不存在光反射部66时，从投光部65发射的激光束50的焦点描画出以偏向中心C为中心的假想圆弧VA，而光反射部66通过（至少）两次反射激光束50而在工件5上连续地配置与通过分割假想圆弧VA得到的多个假想分割圆弧DVA1、DVA2、…分别相对应的多根假想弦VC1、VC2、…，从而引导至工件5上的激光束50沿着由配置转换的多根假想弦VC1’、VC2’、…形成的扫描线52扫描。借助于此，可以使多面反射体70的动作简单化，与此同时使激光束50在工件5上尽量持续聚焦，并且可以使激光束50尽量以匀速向扫描方向X移动。因此，可以同时实现激光束扫描单元32的动作可靠性的提高、加工效率的改善以及加工不均的抑制。又，也不需要使用根据多面反射体70的旋转角改变激光束50的焦点距离的特别的手段。

假想分割圆弧DVA1、DVA2、…的分割数越增多，假想弦VC1、VC2、…的中点和假想分割圆弧DVA1、DVA2、…的中点之间的距离越小，焦点越靠近假想弦VC1、VC2、…。因此，可以较高地确保光路长度的一定性，并且可以较高地确保激光束50的匀速性。分割数可以根据激光束扫描单元32及激光加工装置所允许的误差适当决定。例如，如图4所示，在多面反射体70的反射面数N为8的情况下，如果分割数为8（假想分割圆弧的中心角为11.25度），则假想分割圆弧和假想弦之间的误差（长度基准）为1.98%。在使分割数与图示的相比增加的情况下，例如分割数为16（假想分割圆弧的中心角为5.625度），则上述误差为0.63%，如果分割数为36（假想分割圆弧的中心角为2.5度），则上述误差为0.10%。

为了使假想弦VC1、VC2、…配置转换到工件5上，只要将与该假想弦VC1、VC2、…相对应的假想分割圆弧DVA1、DVA2、…所构成的扇形两次折转即可。于是，两条折线形成扇形。其中第一条（第一次）的折线相当于构成一次反射部71的多个反射面77中的一个，第二条（第二次）的折线相当于构成二次反射部72的多个反射面78中的一个。如果不将扇形折转两次以上，则不能将多根假想弦VC1、VC2、…沿着直线重新排列。因此，光反射部66具有多个反射部（在本实施形态中为一次反射部71及二次反射部72这两种反射部）。

为了使假想弦VC1、VC2、…依次连续，优选的是防止相邻的扇形的第一条折线彼此重叠。即，优选的是防止与某一个假想分割圆弧DVA1、DVA2、…相对应的一次反射部71的反射面77和与其相邻的假想分割圆弧DVA1、DVA2、…相对应的一次反射部71的反射面77相重叠。这样，可以将第二条折线（即，构成二次反射部72的反射面78）和与其相对应的配置转换后的假想弦VC1’、VC2’、…在扫描线52的正交方向上排列。借助于此，可以将在二次反射部72上反射的激光束50大致垂直地入射至工件5。因此可以提高加工效率并抑制加工不均。尤其是，优选的是相邻的扇形的第一条折线的端部之间（即，构成一次反射部71的多个反射面77中相邻的两个反射面的端部之间）连续。于是，可以使一次反射部71的整体尽量形成为小型构件。

另外，即使像这样构成一次反射部71，第二条折线也不与相邻的折线连续。即，构成二次反射部72的多个反射面78中相邻的两个反射面之间不连续。然而，假想分割圆弧DVA1、DVA2、…的分割数越增多，第二条折线的端部越靠近相邻的折线的端部。

在本实施形态中，以使作为直线的假想弦VC1、VC2、…能够沿着向扫描方向X延伸的直线配置的方式进行配置转换，因此可以使两条折线都成为直线。即，与某一根假想弦相对应的一次反射部71的反射面77和构成二次反射部72的反射面78都成为平面。尤其是，在二次反射部72中，与某一根假想弦相对应的反射面78和与相邻的假想弦相对应的反射面78隔开配置。

图5A及图5B是示出二次反射镜74A、74B的结构的局部侧视图。二次反射镜74只要像上述那样为可配置二次反射部72的反射面78的结构，则可以具有任意的结构。例如，在图5A中，光反射部66具备相互隔开配置的多个二次反射镜74A，并且在各二次反射镜74A的反射镜主体76A上单独地设置通过扇形的折转得到的多个反射面78。又，也可以如图5B所示的二次反射镜74B那样形成为在单一的反射镜主体76B上，在需要的位置上设置多个反射面78而成为一体化的结构。另外，在图5A及图5B中，尽管例示二次反射镜74，但是对于一次反射镜73也是相同的。像这样，各反射部71、72由非连续排列的多个反射面78构成，因此与通过单一的非平面反射镜实现光反射部的情况相比，可以容易制造光反射部66并使其大型化。尤其是，在本实施形态中，由于所有反射面77、78为平面，因此可以更容易地制造光反射部66。然而，也可以并不一定使所有的反射面形成为平面。

图6是多面反射体70的局部剖视图。首先参照图3，激光束50在筐体69内上下多次折回，而各元件64、70、73、74要求以不干扰光路的方式配置。因此，如图6所示，在多面反射体70的侧部上设置有45度棱镜81。45度棱镜81使入射的激光束50向与入射方向平行的方向出射，且可以使出射光路与入射光路在多面反射体70的旋转轴82的轴线方向上（图3中为纸面正交方向）隔开。借助于此，可以将从多面反射体70出射的激光束50不干扰第二反射镜64地引导至一次反射部71上。此外，不需要在相对于图3的纸面倾斜的平面上配置光路，从而光学元件的设置作业变得简便。该45度棱镜也可以适用于一次反射部71及二次反射部72中。

如图3所示，激光束扫描单元32如上所述具备柱面透镜67。柱面透镜67使在二次反射部72上反射的激光束50变得扁平。

图7是说明使用扁平的脉冲激光形成加工线的概念图。根据本实施形态的激光振荡器31产生脉冲激光。脉冲激光为小直径圆形状时，通过了柱面透镜67的脉冲激光51在扫描方向上长尺寸化并在与扫描方向正交的方向上短尺寸化，从而以椭圆状变得扁平。扁平的各脉冲激光51的照射区域与提前一个脉冲宽度振荡的脉冲激光51的照射区域部分重叠。像这样以形成覆盖区域59的方式照射脉冲激光51，以此即使在激光束50中应用脉冲激光51也可以确保加工线52的连续性。根据本实施形态的激光束扫描单元32可以使激光束50的扫描速度VX大致一定，因此可以抑制覆盖区域59的大小存在差异的情况。

像这样使用扁平的脉冲激光51时，可以相应地加快扫描速度，因此是有利的。又，与不扁平的情况相比，可以形成在工件5的纵方向上凹凸小且狭窄的加工线52。另外，在输送工件5的同时形成加工线52并应用扁平的脉冲激光51时，也可以考虑扁平的脉冲激光51的长度方向尺寸和工件5的输送速度VY，而使脉冲激光51的梢端侧以向输送方向Y稍微突出那样的位置差进行照射。

上面说明了根据本发明的实施形态的激光束扫描单元，但上述结构可以适当变更。投光部并不限于多面反射体，例如也可以应用电流计式反射镜等的其他的偏向器。光反射部也可以具有三个以上的反射部。

[激光加工装置中的其他结构]

图8是示意性地示出图1所示的加工部33的侧视图。图9是放大并示意性地示出图8所示的加工部33的局部侧视图。图10是示意性地示出图8所示的加工部33中的激光束的照射的作用的局部侧视图。

如图8所示，根据本实施形态的工件位置保持机构20具备与激光束扫描单元32一起配置在工件5的下方的工件支持机构21、和配置在工件5的上方的工件按压机构22。即，激光束扫描单元32及工件支持机构21设置在加工部33的下部，工件按压机构22设置于加工部33的上部。

在工件支持机构21中例如使用辊、活动轴承、非接触空气吸附单元（从下方通过空气吸引工件5的吸引机构等）等。在该示例中，在工件支持机构21中应用非接触空气吸附单元23，工件5如图2所示那样在工件5和非接触空气吸附单元23之间形成间隙的状态下，由非接触空气吸附单元23向下方吸附。借助于此，可以抑制向输送方向Y输送的工件5的上下方向位置（水平面）至少在激光束照射部分上变动的情况。

工件5以薄膜层6的表面成为以工件5为基准与激光束照射口34相反侧的面（即，上表面）的姿势被输送。因此，来自于激光束照射口34的激光束50以向上方透过基板7在薄膜层6上聚焦的方式被照射。

像这样，激光束50在薄膜层6上聚焦，以此可以除去薄膜层6形成加工线52。激光束50从与薄膜层6相反的一侧照射工件5，因此在剥离的薄膜10（也参照图10）和蒸发物11（参照图10）等与光学系统（激光束扫描单元32等）之间存在基板7。因此，通过基板7可以保护光学系统免受剥离的薄膜10和蒸发物11的损伤。

另一方面，在工件按压机构22中例如可以使用从上方以非接触的方式按压工件5的鼓风机24和按压辊等。在该示例中，鼓风机24应用于工件按压机构22中。这样的工件支持机构21及工件按压机构22设置于加工部33中，以此可以抑制向输送方向Y输送的工件5的上下方向位置（水平面）至少在加工部33附近变动的情况。因此，可以抑制激光束50的焦点从希望位置偏离的情况，提高加工精度。

此外，在加工部33中设置有吸引剥离的薄膜10和蒸发物11等的吸引导管25。吸引导管25设置于以工件5为基准与激光束扫描单元32的相反侧上，即设置于工件5的上方、加工部33的上部。在本实施形态中，吸引导管25与应用于上述工件按压机构22的鼓风机24一体地设置。借助于此，通过吸引导管25容易吸引来自于鼓风机24的空气。因此，在将剥离的薄膜10通过鼓风机24吹散后，通过吸引导管25可以确实地吸引该薄膜10。此时，可以更确实地吸引蒸发物11。借助于此，可以抑制剥离的薄膜10和蒸发物11等再次附着在薄膜层6上。

如图9所示，使工件5为在基板7上形成薄膜层6的成膜玻璃，并且在以薄膜层6为上表面的状态输送的工件5上从薄膜层相反侧照射激光束50，从而在基板7和薄膜层6之间产生微爆炸效果。通过产生微爆炸效果，以此在薄膜层6上以低输出形成加工线52，提高加工效率。即，通过激光束50在薄膜层6和基板7之间产生气化而剥离的部分，如图10所示，在该气化的部分上产生微爆炸效果而剥离薄膜层6，以此可以在薄膜层6上以低输出且高效率、高速地进行图形加工。

此外，通过配置能够以与工件5的输送方向Y成直角地形成加工线52的方式使激光束50扫描的激光束扫描单元32，并且高速连续地加工，以此不仅实现对每个基板的工件5的加工，而且对柔性太阳能电池的卷对卷制造方法的连续的工件也可以实现高速的连续加工。

图11A～图11G示出图1所示的通过激光加工装置加工的太阳能电池的制造步骤的侧剖视图。说明通过由上述结构构成的激光加工装置1加工的代表性的薄膜系太阳能电池40的制造步骤。首先，在图11A所示的基板7上如图11B所示形成透明电极层6A。接着，如图11C所示，形成透明电极层6A的加工线52A。该加工线52A是向输送方向Y以定速输送工件5的同时使激光束50向扫描方向X以定速扫描而形成的。像这样结束了在透明电极层6A上的加工线52A的形成的工件5如图11D所示形成光电转换层6B。然后，如图11E所示，与通过上述激光加工装置1加工的加工线52的加工相同地在光电转换层6B上形成加工线52B。该加工线52B是由于根据激光加工装置1的焦点距离与光电转换层6B相符，因此光电转换层6B被剥离以在光电转换层6B上形成规定的加工线52B。然后，在光电转换层6B上形成加工线52B后，如图11F所示，形成背面电极层6C。背面电极层6C也如图11G所示，利用与上述加工线52A、52B的形成相同的加工方法，通过背面电极层用的激光加工装置1形成加工线52C。由上所述制作模块化的太阳能电池40。

如上所述即使在多个成膜层上形成加工线52、53、54的情况下，也可以通过上述激光加工装置1向搬运方向（Y方向）搬运工件5的同时向与搬运方向交叉的X方向以高速形成加工线52、53、54，因此不需要停止工件5的搬运而能够连续地实现加工线52、53、54的图形化。

因此可以大幅度缩短在工件5上形成加工线52A～52C的作业的节拍，可以大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池40的低成本化，可以谋求促进太阳能电池的利用。此外，根据上述实施形态的激光加工装置1，可以正确地形成高精度的直线性的加工线52A～52C，因此可以稳定地制作发电面积改善从而得到更高的发电效率的太阳能电池40。除此以外，不需要使用通过分光·分束·多个振荡器装载形成的多个激光束，因此也可以谋求能够制作加工质量稳定的太阳能电池40的激光加工装置1的成本的降低。

另外，在上述实施形态中，尽管说明了将工件5以一定速度向输送方向Y连续地输送的示例，但是工件5的输送也可以根据加工条件等以一定间隔断续地输送，而并不限于上述实施形态。又，上述实施形态仅示出一个示例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更，本发明并不限于上述实施形态。

工业应用性：

本发明可以在使偏向动作匀速进行的同时维持聚焦状态并使激光以匀速扫描，进而发挥使激光束等的光扫描的光扫描装置的制造及大型化变得容易的显著的作用效果，可适用于各种光扫描中，尤其是利用于薄膜太阳能电池和柔性太阳能电池等的薄膜系太阳能电池的制造中时有利的。

符号说明：

1        激光加工装置；

3        输送装置；

5        工件；

30       激光束单元；

31       激光振荡器；

32       激光束扫描单元；

50       激光束；

51       脉冲激光；

52       扫描线；

52A～52C  加工线；

60       控制装置；

65       投光部；

66       光反射部；

67       柱面透镜；

68       偏向执行器；

69       筐体；

70       多面反射体；

71       一次反射部；

72       二次反射部；

73       一次反射镜；

74       二次反射镜；

C        偏向中心；

VA       假想圆弧；

DVA1、DVA2、…   假想分割圆弧；

VC1、VC2、 …    假想弦；

VC1’、VC2’、…   配置转换后的假想弦；

DVA1’、DVA2’、… 配置转换后的假想分割圆弧。

Claims (14)

1.一种光扫描装置，具备：

使光以匀速发生角位移的同时进行发射的投光单元；和

用于反射从所述投光单元发射的光，并且引导至规定的扫描线上的任意的被照射点上的光反射单元；

所述光反射单元具有多个反射部，并且将从所述投光单元发射的光两次以上反射后引导至所述任意的被照射点上，所述各个反射部由多个反射面构成；

从所述投光单元至所述被照射点的光路长度在所述扫描线上的所有被照射点上大致一定，且从所述投光单元发射的光在所述扫描线上的扫描速度大致一定。

2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述反射面中的至少一个为平面。

3.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述投光单元具有以匀速旋转的旋转多面镜。

4.根据权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，所述旋转多面镜具有七个以上的反射面。

5.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述扫描线为直线。

6.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述投光单元发射脉冲激光。

7.根据权利要求6所述的光扫描装置，其特征在于，还具备使脉冲激光变得扁平的柱面透镜。

8.一种激光加工装置，具备根据权利要求1至7中任意一项所述的光扫描装置，并且通过激光束在形成于工件上的薄膜层上形成加工线。

9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于，具备：

以一定的输送速度向一个方向输送所述工件的定速输送装置；

在通过所述激光束在工件上形成加工线的加工部中在正确的位置上支持该工件的工件位置保持机构；和

控制所述光扫描装置及所述定速输送装置的控制装置；

所述光扫描装置对通过所述定速输送装置输送的工件向与输送方向交叉的方向照射激光束；

所述控制装置通过所述定速输送装置以规定速度输送工件，或者检测工件的输送速度并输送，与此同时由所述光扫描装置使一个激光束向与工件的输送方向交叉的方向扫描，并且相对地控制工件的输送速度和激光束的扫描速度以使该一个激光束的加工线与以规定的输送速度输送的工件的输送方向成直角。

10.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，所述定速输送装置具备调节向一个方向输送的工件和激光束之间的平面方向相对角度的扭转校正功能。

11.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光束为在扫描方向上长的扁平激光束。

12.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，

所述工件为在玻璃基板上形成了薄膜的构件，所述激光束为透射激光束；

将所述透射激光束形成为从玻璃基板的薄膜层反方向照射而在薄膜层上形成加工线。

13.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，所述工件位置保持机构具有在使所述薄膜层为上表面地输送的工件的下方设置的工件支持机构、和设置于工件的上方的非接触的工件按压机构。

14.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，在所述工件的薄膜层的方向上设置去除膜吸引单元。

Images