CN109759694A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工装置，其能够从激光束切取用于加工的一部分并将其分支成2个光路，并且能够缓和配置在分支后的光路上的光学组件的配置上的限制。分支元件根据入射的激光束的偏振方向将入射侧的光路分支成出射侧的光路。配置在比分支元件更靠上游侧的光路上的偏振方向调整机构改变激光束的偏振方向。配置在比分支元件更靠上游侧的光路上的切取机构从激光束切取一部分并使其朝向分支元件。

Description

激光加工装置
本申请主张基于2017年11月8日申请的日本专利申请第2017-215395号的优先权。该日本申请的所有内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置。
背景技术
已知有一种双轴激光加工装置，其为了提高激光加工的效率，从激光振荡器所输出的脉冲激光束的1个脉冲中切取2个脉冲并用2束激光束进行加工(例如，参考下述专利文献1)。在专利文献1所公开的激光加工装置中，脉冲激光束的1个脉冲通过声光元件在时间轴上被分离成2个脉冲，并且2个脉冲分别沿不同的光路进行传播。声光元件具有从1个脉冲切取加工用脉冲的功能及将1条光路分支为2条光路的功能。
专利文献1：日本特开2013-071136号公报
被声光元件分支的2条光路所呈的角度较小。因此，应配置在分支后的2条光路上的光学组件容易在空间上相互干涉，光学组件的配置位置受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光加工装置，其能够从激光束切取用于加工的一部分并将其分支为2个光路，并且能够缓和配置在分支后的光路上的光学组件的配置上的限制。
根据本发明的一观点，提供一种激光加工装置，其具有：
分支元件，其根据入射的激光束的偏振方向，将入射侧的光路分支成出射侧的光路；
偏振方向调整机构，其配置在比所述分支元件更靠上游侧的光路上，并且所述偏振方向调整机构改变激光束的偏振方向；及
切取机构，其配置在比所述分支元件更靠上游侧的光路上，并且所述切取机构从激光束切取一部分并使其朝向所述分支元件。
通过切取机构能够从激光束切取用于加工的一部分。通过使用根据入射的激光束的偏振方向而将入射侧的光路分支成2条出射侧的光路的分支元件，与利用声光元件进行分支的结构相比，能够增大分支后的2条光路所呈的角度。其结果，能够缓和配置在分支后的光路上的光学组件的配置上的限制。
附图说明
图1是基于实施例的激光加工装置的示意图。
图2是着眼于基于实施例的激光加工装置的水平面内方向的概略图。
图3是着眼于基于实施例的激光加工装置的高度方向的概略图。
图4是基于另一实施例的激光加工装置的示意图。
图中：10-激光光源,11-光圈,12-切取机构,13-声光元件,14-驱动器,15-偏振方向调整机构,16-分支元件,17A、17B-光束扫描仪,18A、18B-聚光透镜,19-工作台,20-光学板,21-光束截止器,22A、22B-反射镜,30-加工对象物,35-控制装置,LP1、LP2、LP3、LP4-激光脉冲。
具体实施方式
下面，参考图1～图3，对基于实施例的激光加工装置进行说明。
图1是基于实施例的激光加工装置的示意图。激光光源10输出经直线偏振的脉冲激光束。作为激光光源10，例如可以使用二氧化碳激光振荡器。在从激光光源10到加工对象物30为止的光路上配置有多个光学元件。另外，在激光束的光路上，除了配置有图1所示的光学元件以外，还可以根据需要配置中继透镜、场透镜、折射镜等。
从激光光源10输出的脉冲激光束通过光圈11入射到切取机构12。光圈11屏蔽沿光路进行传播的激光束的光束截面的一部分(周边部)，使剩余(中心部)的激光束透过。
切取机构12包括：声光元件13，其配置在光路上；及驱动器14，向声光元件13提供驱动信号。声光元件13从驱动器14接收驱动信号后，从入射于声光元件13的脉冲激光束的激光脉冲LP1中切取一部分并使其衍射，以使其传播到从输入侧的光路偏转的输出侧的光路。被切取的激光脉冲LP2相当于入射于声光元件13的激光脉冲LP1的时间轴上的一部分。激光脉冲LP1的剩余部分直行穿过声光元件13而入射于光束截止器。
由切取机构12切取的脉冲激光束入射于偏振方向调整机构15。偏振方向调整机构15使沿光路进行传播的激光束的偏振方向改变预定的角度。偏振方向调整机构15例如可以由多个反射镜构成。
通过偏振方向调整机构15改变了偏振方向的激光束入射于分支元件16。分支元件16根据入射的激光束的偏振方向将入射侧的光路分支成2条出射侧的光路。作为分支元件16，例如可以使用偏振光束分离器。偏振光束分离器使P偏振成分透过且反射S偏振成分。偏振方向调整机构15例如以使P偏振成分与S偏振成分的功率比变得相等的方式改变偏振方向。于是，沿分支元件16的出射侧的2条光路进行传播的脉冲激光束的激光脉冲LP3、LP4的光强度分别成为分支前的脉冲激光束的激光脉冲LP2的光强度的一半。
沿分支后的2条光路进行传播的脉冲激光束分别经由光束扫描仪17A、17B及聚光透镜18A、18B而入射于保持在工作台19上的加工对象物30。光束扫描仪17A、17B沿二维方向扫描脉冲激光束。作为光束扫描仪17A、17B，例如可以使用包括一对加尔瓦诺镜(Galvanomirror)的加尔瓦诺扫描仪。聚光透镜18A、18B分别使扫描后的脉冲激光束聚集在加工对象物30的表面。作为聚光透镜18A、18B，例如可以使用fθ透镜。
工作台19具有使加工对象物30沿与其被加工面平行的二维方向移动的功能。加工对象物30例如为开孔加工前的印刷基板。通过使脉冲激光束入射于印刷基板的被加工点来进行开孔加工。作为工作台19，例如可以使用XY工作台。
控制装置35控制激光光源10、切取机构12、光束扫描仪17A、17B及工作台19。
图2是着眼于基于实施例的激光加工装置的水平面内方向的概略图。在光学板20的上表面固定有激光光源10、光圈11、声光元件13、偏振方向调整机构15、分支元件16、光束截止器21及反射镜22A、22B。从激光光源10输出的脉冲激光束的偏振方向PD平行于光学板20的上表面。透过光圈11而直行穿过声光元件13的激光束入射于光束截止器21。
沿被声光元件13偏转后的光路进行传播的激光束入射于偏振方向调整机构15。沿被声光元件13偏转后的光路进行传播的激光束的偏振方向PD也平行于光学板20的上表面。
沿被分支元件16分支之后的2条光路进行传播的激光束分别被反射镜22A、22B而朝向下方反射。沿通过了偏振方向调整机构15之后的光路进行传播的激光束的偏振方向PD例如相对于光学板20的上表面倾斜45度。透过了分支元件16的激光束的偏振方向PD平行于光学板20的上表面。被分支元件16反射的激光束的偏振方向PD垂直于光学板20的上表面。
图3是着眼于基于实施例的激光加工装置的高度方向的概略图。在光学板20的上表面固定有激光光源10、光圈11、声光元件13、偏振方向调整机构15、分支元件16及反射镜22A、22B。从激光光源10到偏振方向调整机构15的光路平行于光学板20的上表面。沿该光路进行传播的激光束的偏振方向PD平行于光学板20的上表面。
在偏振方向调整机构15的内部，激光束被多个反射镜反射，导致以光学板20的上表面为基准的光路的高度发生变化。从偏振方向调整机构15到分支元件16的光路平行于光学板20的上表面。沿该光路进行传播的激光束的偏振方向PD相对于光学板20的上表面倾斜45度。
直行穿过分支元件16而入射于反射镜22A的激光束的偏振方向PD平行于光学板20的上表面。被分支元件16反射而入射于反射镜22B的激光束的偏振方向PD(图2)垂直于光学板20的上表面。
被反射镜22A朝向下方反射的激光束通过设置在光学板20的开口，并经由光束扫描仪17A及聚光透镜18A而入射于保持在工作台19上的加工对象物30。同样地，被反射镜22B朝向下方反射的激光束通过设置于光学板20的开口，并经由光束扫描仪17B及聚光透镜18B而入射于保持在工作台19上的加工对象物30。
接着，对基于本实施例的激光加工装置所具有的优异效果进行说明。
在本实施例中，使用了根据激光束的偏振方向使光路分支的分支元件16，例如使用了偏振光束分离器。因此，与使用声光元件使光路分支的情况相比，能够增大分支后的2条光路所呈的角度，例如能够设为90度。由此，配置在分支后的2条光路上的光学组件难以在空间上相互干涉，能够提高光学组件的配置位置的自由度。
并且，在本实施例中，声光元件13配置在比偏振方向调整机构15更靠上游侧的光路上。在比偏振方向调整机构15更靠上游侧的光路中进行传播的激光束的偏振方向平行于光学板20的上表面(图2、图3)。通常，声光元件设置在与入射的激光束的偏振面平行的面上而使用。此时，衍射光沿与声光元件的设置面平行的方向进行传播。在本实施例中，由于声光元件的设置面(光学板20的上表面)与入射于声光元件的激光束的偏振面平行，因此被声光元件13衍射的激光束的光路也平行于光学板20的上表面(图3)。因此，得到容易进行多个光学组件的光轴调整的效果。
在实施例中，光圈11(图1)配置在比声光元件13更靠上游侧的光路上。由于入射于声光元件13的激光束的功率被光圈11减弱，因此能够抑制声光元件13过热而被损伤。
并且，在实施例中，激光束的功率被分支元件16(图1)分支到2条光路。分支成2条光路之后的脉冲激光束的激光脉冲LP3、LP4(图1)的波形相同。因此，能够利用沿2条光路进行传播的脉冲激光束来进行均匀的激光加工。而且，根据从激光光源10输出的激光脉冲LP1(图1)的波形，能够利用切取机构12(图1)从激光脉冲LP1切取最适合加工的部分。
接着，参考图4对基于另一实施例的激光加工装置进行说明。以下，省略对与图1～图3所示的基于实施例的激光加工装置相同的结构的说明。
图4是基于另一实施例的激光加工装置的示意图。在图1所示的实施例中，声光元件13配置在比偏振方向调整机构15更靠上游侧的光路上，但是在本实施例中，声光元件13配置在比偏振方向调整机构15更靠下游侧的光路上。
与图1所示的实施例相同，在本实施例中，与使用声光元件而使光路分支的情况相比，也得到能够增大分支后的2条光路所呈的角度的效果。
在本实施例中，入射于声光元件13的激光束的偏振方向PD相对于光学板的上表面倾斜45度。因此，基于声光元件13的衍射光的光路相对于光学板的上表面倾斜。因此，优选在声光元件13与分支元件16之间的光路上配置用于使光路平行于光学板的上表面的反射镜。
接着，对图1～图4所示的实施例的变形例进行说明。在图1～图4所示的实施例中，通过使入射于分支元件16的激光束的偏振方向相对于分支元件16的入射面倾斜45度，从而使沿分支后的2条光路进行传播的激光束的功率相等。分支后的2个激光束的功率可以具有不影响激光加工的品质程度的偏差。例如，分支后的激光束的功率可以具有入射的激光束功率的1/2的3％以下的偏差。入射于分支元件16的激光束的偏振方向相对于入射面的倾斜角度也无需为严格的45度，其角度可以具有与容许的功率偏差相对应程度的角度偏差。
并且，无需使分支后的2条光路的激光束的功率一定相等。在利用2条光路进行加工的对象物的材料、加工深度等不同的情况下，可以根据加工条件将激光束的功率的分支比设为不同。在该情况下，可以根据功率的分支比而设定入射于分支元件16的激光束的偏振方向相对于入射面的倾斜角度。
上述各个实施例为示例，理所当然，在不同的实施例中所示的结构可以进行部分取代或组合。针对多个实施例中的由相同结构带来的相同的作用效果，并不在每个实施例中逐一提及。而且，本发明并不限于上述实施例。例如，可以进行各种变更、改良、组合等，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (5)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
分支元件，其根据入射的激光束的偏振方向，将入射侧的光路分支成出射侧的光路；
偏振方向调整机构，其配置在比所述分支元件更靠上游侧的光路上，并且所述偏振方向调整机构改变激光束的偏振方向；及
切取机构，其配置在比所述分支元件更靠上游侧的光路上，并且所述切取机构从激光束切取一部分并使其朝向所述分支元件。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述切取机构包括声光元件，所述声光元件使入射的激光束衍射从而切取一部分。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述声光元件配置在比所述偏振方向调整机构更靠上游侧的光路上。
4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光加工装置还具有光圈，所述光圈配置在比所述声光元件更靠上游侧的光路上，并且所述光圈屏蔽激光束的光束截面的一部分。
5.根据权利要求3或4所述的激光加工装置，其特征在于，
所述声光元件、所述分支元件及所述偏振方向调整机构配置在共同的光学板上，所述声光元件的入射侧及出射侧的光路、所述偏振方向调整机构的入射侧及出射侧的光路、以及所述分支元件的入射侧的光路均平行于所述光学板。
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