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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungsmaschine, welche ein optisches System mit variabler Brennweite verwendet.
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STAND DER TECHNIK
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In einem Gebiet einer Herstellung eines FPD (Flat Panel Display, Flachbildschirm), eines IC (Integrated Circuit, integrierter Schaltkreis), von Wafern und dgl. war eine Laserbearbeitungsmaschine für ein Laserbearbeiten bzw. -verarbeiten eines Werkstücks, während das Werkstück beobachtet bzw. betrachtet wird, um Defekte in einer kleinen Schaltung bzw. einem kleinen Schaltkreis zu korrigieren, typischerweise bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1:
JP 2012-55910 A ). In einer derartigen Laserbearbeitungsmaschine bzw. -verarbeitungsmaschine wird ein optisches System, wie beispielsweise eine Objektivlinse, zwischen einem optischen Beobachtungs- bzw. Betrachtungssystem und einem optischen System eines Laserbearbeitens bzw. -verarbeitens geteilt, und ein Laser-Oszillator strahlt einen Laserstrahl auf ein Werkstück, welches in einem Blickfeld des optischen Betrachtungssystems angeordnet ist, durch eine Laser-Bearbeitungsmaske ab, welche in dem optischen System einer Laserbearbeitung angeordnet ist.
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Darüber hinaus war eine Bilddetektionstechnik, welche ein optisches System mit variabler Brennweite verwendet, in welchem eine Fokus- bzw. Brennpunktposition periodisch geändert wird, typischerweise bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 2:
JP 2018-84821 A ). Diese Bilddetektionstechnologie stellt ein Bild mit einem Überstreichen eines Brennpunkts zur Verfügung, indem Bilder aufgenommen bzw. genommen werden, während zyklisch die Brennpunktposition relativ zu einem Zielgegenstand bzw. -objekt geändert wird. Dieses Bild, welches ein gemischtes Bild eines fokussierten Zustands und eines defokussierten Zustands ist, wird einem Entfaltungsbearbeiten unterworfen, wodurch ein EDOF Bild (Extended Depth Of Focus Image, Bild mit erweiterter Tiefenschärfe) erzeugt bzw. generiert wird. In diesem EDOF Bild kann eine effektive Tiefenschärfe bzw. Schärfentiefe, welche um einige Male bis einige Zehnfache höher als eine normale Tiefenschärfe ist, erhalten werden, so dass eine Frequenz von Refokussierungs-Vorgängen, welche aufgrund einer Neigung, einer Stufe oder dgl. auf dem Werkstück erforderlich sind, reduziert werden kann.
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Die Erfinder suchen die Möglichkeit eines Anwendens des oben beschriebenen optischen Systems mit variabler Brennweite auf die Laserbearbeitungsmaschine, welche in der Patentliteratur 1 und dgl. beschrieben ist bzw. wird.
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Jedoch ändert sich in einer Anordnung, in welcher das optische System eines Laserbearbeitens in dem optischen System mit variabler Brennweite aufgenommen ist bzw. wird, die Brennpunktposition des optischen Systems der Laserbearbeitung relativ zu dem Werkstück. Aus diesem Grund ist es schwierig, genau einen Laserstrahl auf einen gewünschten Punkt einer Oberfläche des Werkstücks zu konzentrieren, wodurch nachteilig eine Genauigkeit des Laserbearbeitens reduziert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel bzw. Gegenstand der Erfindung ist, eine Laserbearbeitungsmaschine zur Verfügung zu stellen, welche zu einem Durchführen eines hoch genauen Laserbearbeitens fähig ist, während ein optisches System mit variabler Brennweite verwendet wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Laserbearbeitungsmaschine: ein optisches System mit variabler Brennweite, dessen Fokus- bzw. Brennpunktposition periodisch in Antwort auf ein eingegebenes Antriebssignal geändert wird; eine Lichtquelle, welche konfiguriert bzw. aufgebaut ist, um ein Detektionslicht auf ein Werkstück durch das optische System mit variabler Brennweite zu strahlen; einen Lichtdetektor, welcher konfiguriert ist, um das Detektionslicht zu empfangen, welches auf dem Werkstück reflektiert wird, und ein Lichtdetektionssignal auszugeben; einen Signalprozessor, welcher konfiguriert ist, um ein Synchronisations-Pulssignal synchron mit einem fokussierenden Zeitpunkt, wenn das Detektionslicht auf einer Oberfläche des Werkstücks fokussiert ist, in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Lichtdetektionssignal auszugeben; und einen Laser-Oszillator, welcher konfiguriert ist, um einen gepulsten Laserstrahl in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Synchronisations-Pulssignal zu oszillieren und den gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück durch das optische System mit variabler Brennweite zu strahlen.
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Die Laserbearbeitungsmaschine der obigen Anordnung beinhaltet weiters bevorzugt eine Laserbearbeitungsmaske, welche an einer Position, welche eine konjugierte Beziehung mit der Brennpunktposition des optischen Systems mit variabler Brennweite erfüllt, zwischen dem optischen System mit variabler Brennweite und dem Laser-Oszillator angeordnet ist, wobei die Laserbearbeitungsmaske eine Blende aufweist, durch welche der gepulste Laserstrahl hindurchtritt.
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In der Laserbearbeitungsmaschine der obigen Anordnung ist es bevorzugt, dass der Lichtdetektor derart angeordnet ist, dass das Lichtdetektionssignal eine Spitze zeigt, wenn die Brennpunktposition des optischen Systems mit variabler Brennweite mit einer Oberfläche des Werkstücks zusammenfällt, und der Signalprozessor die Spitze des Lichtdetektionssignals als den fokussierenden Zeitpunkt detektiert und das Synchronisations-Pulssignal in Synchronisation bzw. synchron mit dem fokussierenden Zeitpunkt ausgibt.
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Die Laserbearbeitungsmaschine der obigen Anordnung beinhaltet vorzugsweise darüber hinaus: einen Bildsensor, welcher konfiguriert ist, um ein Bild des Werkstücks durch das optische System mit variabler Brennweite aufzunehmen, wobei das optische System mit variabler Brennweite beinhaltet: eine Flüssigkeitsresonanzlinse, deren Brechungsindex periodisch in Antwort auf das eingegebene Antriebssignal geändert wird; eine Objektivlinse, welche auf derselben optischen Achse wie derjenigen der Flüssigkeitsresonanzlinse angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Relaislinsen, welche derart angeordnet sind, dass eine Austrittspupille der Objektivlinse konjugiert zu einer Position eines Hauptpunkts der Flüssigkeitsresonanzlinse ist.
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Figurenliste
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- 1 illustriert schematisch eine Laserbearbeitungsmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist ein Blockdiagramm, welches die Laserbearbeitungsmaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
- 3 ist ein Graph für ein Erläutern der Laserbearbeitungsmaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG VON (EINER) AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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* (Eine) Beispielhafte Ausführungsform(en) der Erfindung wird bzw. werden unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben werden.
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Wie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet eine Laserbearbeitungsmaschine 1: ein optisches Beobachtungssystem 2 für ein Beobachten eines Werkstücks W; ein optisches System 3 einer Laserbearbeitung für ein Laserbearbeiten einer Oberfläche des Werkstücks W; und ein optisches System 4 einer Zeitpunkts- bzw. Zeitsteuerungsdetektion für ein Detektieren eines Zeitpunkts eines Laserbearbeitens, wobei die optischen Systeme 2, 3 und 4 ein optisches System 10 mit variabler Brennweite teilen, welches eine Flüssigkeitsresonanzlinse 12 enthält. Die Oberfläche des Werkstücks W ist angeordnet, um eine optische Achse A zu schneiden bzw. zu kreuzen, welche durch das optische System 10 mit variabler Brennweite hindurchtritt.
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Darüber hinaus beinhaltet die Laserbearbeitungsmaschine 1 weiters: eine Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen Linsen-Controller 5, welche(r) konfiguriert ist, um einen Betrieb der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 zu regeln bzw. zu steuern; und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen Controller 6 (siehe 2).
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Optisches System mit variabler Brennweite
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Zuerst wird das optische System 10 mit variabler Brennweite beschrieben werden.
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Wie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet das optische System 10 mit variabler Brennweite eine Objektivlinse 11, die Flüssigkeitsresonanzlinse 12 und Relaislinsen 13, 14, welche auf der optischen Achse A angeordnet sind.
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Die Objektivlinse 11 ist in einer Form einer existierenden konvexen Linse oder einer Gruppe von Linsen.
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Die Flüssigkeitsresonanzlinse 12 beinhaltet ein zylindrisches Gehäuse bzw. eine zylindrische Ummantelung, welche(s) mit einer Flüssigkeit (z.B. Silikon) gefüllt ist, und einen zylindrischen Oszillator, welcher aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist. Dieser Oszillator, welcher durch einen Signaldraht mit der externen Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 verbunden ist, während er in der Flüssigkeit im Inneren des Gehäuses eingetaucht ist, oszilliert in Antwort auf ein Antriebssignal Cf, welches von der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 eingegeben wird. Das Antriebssignal Cf ist beispielsweise ein sinusförmiges Wechselstromsignal. Wenn eine Frequenz des Antriebssignals Cf auf eine Resonanzfrequenz eingestellt wird, wird eine stehende Welle in der Flüssigkeit im Inneren der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 generiert bzw. erzeugt, so dass ein Brechungsindex der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 periodisch geändert wird.
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Eine Fokus- bzw. Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite auf dem Werkstück W ist bzw. wird periodisch gleichzeitig bzw. übereinstimmend mit der Änderung in dem Brechungsindex der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 unter Bezugnahme auf eine Brennweite der Objektivlinse 11 geändert.
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Die Relaislinsen 13, 14 sind angeordnet, um eine Austrittspupille der Objektivlinse 11 mit einer Position eines Hauptpunkts der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 zu konjugieren. Ein Anschlag (nicht gezeigt) ist an einer Position eines zwischenliegenden bzw. Zwischenbilds zwischen den Relaislinsen 13, 14 angeordnet. Da die Relaislinsen 13, 14 die Austrittspupille der Objektivlinse 11 weiterleiten bzw. übertragen, während das telezentrische optische System beibehalten wird, ist eine Vergrößerung eines Bilds, welches auf einen Bildsensor (später beschrieben) auftrifft bzw. einfällt, konstant unabhängig von der Änderung in der Brennpunktposition Pf.
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Abbildendes optisches System
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Als nächstes wird das optische Beobachtungssystem 2 beschrieben werden.
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Das optische Beobachtungssystem 2 beinhaltet: zusätzlich zu dem oben beschriebenen optischen System 10 mit variabler Brennweite eine Lichtquelle 21 für eine Beobachtungsbeleuchtung (hierin nachfolgend als eine „Beobachtungsbeleuchtungs-Lichtquelle 21“ bezeichnet); einen Lichtleiter 22; ein optisches Beleuchtungssystem 23; Strahlteiler 24 bis 26; eine abbildende bzw. Abbildungslinse 27; und eine Kamera 28.
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Die Beobachtungsbeleuchtungs-Lichtquelle 21, welche eine Lichtemissionsvorrichtung, wie beispielsweise eine LED, beinhaltet, emittiert ein Beleuchtungslicht Li (kontinuierliches Licht).
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Der Lichtleiter 22, welcher eine optische Faser und dgl. beinhaltet, transmittiert bzw. überträgt das Beleuchtungslicht Li, welches von der Beobachtungsbeleuchtungs-Lichtquelle 21 emittiert bzw. ausgesandt wird, zu dem optischen Beleuchtungssystem 23 bzw. optischen System einer Beleuchtung.
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Das optische Beleuchtungssystem 23, welches eine Sammellinse 231, eine Kondensorlinse 232 und dgl. beinhaltet, stellt entsprechend den Anforderungen das Beleuchtungslicht Li ein, welches durch den Lichtleiter 22 transmittiert wird.
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Der Strahlteiler 24, welcher auf der optischen Achse A auf einer Bildseite der Objektivlinse 11 angeordnet ist, reflektiert das Beleuchtungslicht Li, welches durch das optische Beleuchtungssystem 23 eingestellt ist bzw. wird, wodurch das Beleuchtungslicht Li zu der Objektivlinse 11 geleitet wird. Das Beleuchtungslicht Li wird auf das Werkstück W durch die Objektivlinse 11 gestrahlt.
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Der Strahlteiler 25 ist auf der optischen Achse A auf einer Bildseite der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 angeordnet. Der Strahlteiler 25 reflektiert ein reflektiertes Licht Lr, welches auf der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wurde und durch das optische System 10 mit variabler Brennweite hindurchgetreten ist, um das reflektierte Licht Lr zu dem Strahlteiler 26 zu leiten.
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Die Strahlteiler 24, 25 transmittieren Licht, welches entlang der optischen Achse A des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite hindurchtritt.
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Der Strahlteiler 26 reflektiert das reflektierte Licht Lr, welches durch den Strahlteiler 25 reflektiert wurde, um das reflektierte Licht Lr zu der abbildenden Linse 27 zu führen bzw. zu leiten. Der Strahlteiler 26, welcher eine Wellenlängen-Selektivität aufweist, transmittiert ein Detektionslicht Lm, während er das reflektierte Licht Lr reflektiert, welches von dem Beleuchtungslicht Li stammt bzw. abgeleitet ist.
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Die abbildende Linse 27, welche ein optisches System einer unendlichen Korrektur im Zusammenwirken mit der Relaislinse 14 des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite bildet, erlaubt, dass das reflektierte Licht Lr, welches durch die Strahlteiler 25, 26 hindurchgetreten ist, ein Bild auf einem Bildsensor 281 ausbildet, welcher später beschrieben wird.
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Die Kamera 28, welche den Bildsensor 281, wie beispielweise einen CCD (ladungsgekoppelte Vorrichtung) Bildsensor aufweist, gibt ein Bild Im, welches durch den Bildsensor 281 genommen bzw. aufgenommen wird, an einen Bildprozessor 63 in einem vorbestimmten Signalformat aus. Hierin ist bzw. wird eine Rahmen- bzw. Bildrate der Kamera 28 niedriger als eine Frequenz des Antriebssignals Cf eingestellt bzw. festgelegt, welche an die Flüssigkeitsresonanzlinse 12 eingegeben wird. Demgemäß ist das Bild Im ein gemischtes Bild eines fokussierten Zustands und eines defokussierten Zustands aufgrund einer Beziehung zwischen einem Änderungszyklus der Fokus- bzw. Brennpunktposition Pf und der Rahmenrate der Kamera 28.
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Optisches System einer Laserbearbeitung
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Als nächstes wird das optische System 3 einer Laserbearbeitung bzw. optische Laserbearbeitungssystem beschrieben werden.
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Das optische System 3 einer Laserbearbeitung beinhaltet, zusätzlich zu dem oben beschriebenen optischen System 10 mit variabler Brennweite, einen Laserkopf 31 und eine Laserabbildungslinse 32.
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Der Laserkopf 31 beinhaltet einen Laser-Oszillator 311 und eine Laserbearbeitungsmaske 312 (d.h. eine Maske für ein Laserbearbeiten).
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Der Laser-Oszillator 311 oszilliert einen gepulsten Laserstrahl Lp, welcher eine Wellenlänge aufweist, welche für ein Bearbeiten des Werkstücks W geeignet ist. Darüber hinaus ist der Laser-Oszillator 311 derart konfiguriert bzw. aufgebaut, dass ein Zeitpunkt bzw. eine Zeitsteuerung eines Oszillierens des gepulsten Laserstrahls Lp durch ein Synchronisations-Pulssignal Sync geregelt bzw. gesteuert wird, welches später beschrieben wird.
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Die Laserbearbeitungsmaske 312 weist eine Blende 312A auf, welche eine vorbestimmte Form bzw. Gestalt (z.B. eine kreisförmige Form) aufweist, und verschmälert einen Durchmesser des gepulsten Laserstrahls Lp, welcher von dem Laser-Oszillator 311 oszilliert wird, auf eine gewünschte Größe.
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Die Laserabbildungslinse 32 ist zwischen dem optischen System 10 mit variabler Brennweite und dem Laserkopf 31 auf der optischen Achse A angeordnet und bildet das optische System mit unendlicher Korrektur im Zusammenwirken mit der Relaislinse 14 des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite.
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Hier ist die Laserbearbeitungsmaske 312 an einem rückwärtigen Brennpunkt der Laserabbildungslinse 32 angeordnet. Spezifisch ist die Laserbearbeitungsmaske 312 auf der optischen Achse A an einer Position angeordnet, welche eine konjugierte Beziehung zu der Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite erfüllt.
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Ein Verhalten des gepulsten Laserstrahls Lp in dem optischen System 3 einer Laserbearbeitung wird später beschrieben werden.
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Optisches System einer Detektion eines Zeitpunkts
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Als nächstes wird das optische System 4 einer Detektion eines Zeitpunkts bzw. einer Zeitsteuerung beschrieben werden.
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Das optische System 4 einer Detektion eines Zeitpunkts, welches ein optisches System für ein Detektieren eines Zeitpunkts ist, wenn der Laser-Oszillator 311 den gepulsten Laserstrahl Lp oszilliert, beinhaltet eine Positionsdetektions-Lichtquelle 41, einen Lichtleiter 42, eine Kollimatorlinse 43 und einen Lichtdetektor 44 zusätzlich zu dem optischen System 10 mit variabler Brennweite.
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Die Positionsdetektions-Lichtquelle 41, welche beispielsweise durch eine Laserstrahlquelle gebildet wird, emittiert das Detektionslicht Lm (kontinuierliches Licht).
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Der Lichtleiter 42 beinhaltet einen Faserteiler bzw. -splitter 421 und optische Fasern 422 bis 424. Der Fasersplitter 421, welcher einen optischen Weg bzw. Pfad aufweist, welcher mit einem ersten Ende von jeder der optischen Fasern 422 bis 424 verbunden ist, führt bzw. leitet Licht, welches durch die optische Faser 422 eingegeben wird, zu der optischen Faser 423 und führt das Licht, welches durch die optische Faser 423 eingegeben wird, zu der optischen Faser 424.
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Ein zweites Ende der optischen Faser bzw. des optischen Leiters 422 ist mit der Positionsdetektions-Lichtquelle 41 verbunden. Demgemäß ist bzw. wird das Detektionslicht Lm, welches von der Positionsdetektions-Lichtquelle 41 emittiert bzw. ausgesandt wird, durch den Lichtleiter 42 transmittiert, um von einer Endoberfläche 423e eines zweiten Endes der optischen Faser 423 emittiert zu werden. Mit anderen Worten fungiert die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 als eine Punktlichtquelle des Detektionslichts Lm.
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Ein zweites Ende der optischen Faser 424 ist mit dem Lichtdetektor 44 verbunden. Demgemäß wird das Detektionslicht Lm, welches auf die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 auftrifft, durch den Lichtleiter 42 transmittiert, um in den Lichtdetektor 44 einzutreten.
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Hier ist die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 an einem rückwärtigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 43 angeordnet. Spezifisch ist die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 auf der optischen Achse A an einer Position angeordnet, welche eine konjugierte Beziehung zu der Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite erfüllt.
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Die Kollimatorlinse 43 kollimiert das Detektionslicht Lm, welches durch die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 emittiert wird. Das Detektionslicht Lm, welches durch die Kollimatorlinse 43 kollimiert wird, tritt durch den Strahlteiler 26 hindurch und wird auf dem Strahlteiler 25 reflektiert, wodurch es auf das Werkstück W durch das optische System 10 mit variabler Brennweite gestrahlt wird.
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Die Kollimatorlinse 43 konzentriert auch das Detektionslicht Lm, welches auf der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wird und durch das optische System 10 mit variabler Brennweite hindurchtritt.
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Der Lichtdetektor 44, welcher beispielsweise durch einen Photomultiplier und eine Photodiode ausgebildet wird, ist mit dem zweiten Ende der optischen Faser 424 verbunden. Der Lichtdetektor 44 empfängt das Detektionslicht Lm, welches durch die optische Faser 424 eingegeben wird, und gibt das Lichtdetektionssignal Int entsprechend einer Lichtempfangsintensität aus.
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In dem obigen optischen Systems 4 einer Detektion eines Zeitpunkts bzw. einer Zeitsteuerung ist bzw. wird die Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite periodisch geändert, wie dies oben beschrieben ist. Aus diesem Grund bildet, nur wenn die Brennpunktposition Pf mit der Oberfläche des Werkstücks W zusammenfällt, das Detektionslicht Lm, welches auf der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wird, einen Punkt an dem rückwärtigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 43 und trifft auf die Endoberfläche 423e der optischen Faser 423 bzw. fällt auf diese ein.
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Demgemäß wird das Detektionslicht Lm, welches auf den Bilddetektor 44 auftrifft, maximiert, wenn die Brennpunktposition Pf mit der Oberfläche des Werkstücks W zusammenfällt. Mit anderen Worten zeigt das Lichtdetektionssignal Int, welches von dem Lichtdetektor 44 ausgegeben wird, einen Peak bzw. eine Spitze, wenn die Brennpunktposition Pf mit der Oberfläche des Werkstücks W zusammenfällt.
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Regel- bzw. Steuereinrichtung
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Die Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. der Controller 6, welche (r) in 2 gezeigt ist, wird beispielsweise durch einen Computer dargestellt, welcher eine CPU (zentrale Bearbeitungseinheit) und einen Speicher aufweist. Die Regel- bzw. Steuereinrichtung 6, welche eine vorbestimmte Funktion durch ein Abarbeiten einer vorbestimmten Software erzielt, beinhaltet eine Linsen-Einstelleinheit 61, welche konfiguriert ist, um die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 einzustellen, einen Signalprozessor 62, welcher konfiguriert ist, um verschiedene eingegebene Signale zu be- bzw. verarbeiten, und einen Bildprozessor 63.
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Die Linsen-Einstelleinheit 61 stellt eine Frequenz, eine Amplitude und die maximale Antriebsspannung des Antriebssignals Cf in der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 ein bzw. legt diese fest.
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Die Resonanzfrequenz der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 ändert sich in Abhängigkeit von einer Änderung in der Umgebungstemperatur und dgl. Demgemäß ändert die Linsen-Einstelleinheit 61 die Frequenz des Antriebssignals Cf in Echtzeit durch eine Feedback-Regelung bzw. -Steuerung, um einen stabilen Betrieb der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 zu erzielen.
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Der Signalprozessor 62 gibt das Synchronisations-Pulssignal Sync an den Laser-Oszillator 311 aus. Der Signalprozessor 62 schaltet auch Hoch/Tief des Synchronisations-Pulssignals Sync in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Lichtdetektionssignal Int um.
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Der Bildprozessor 63 wendet ein Entfaltungsbearbeiten an dem Bild Im an, welches von der Kamera 28 eingegeben wird, um ein EDOF Bild zu erzeugen bzw. zu generieren. Das Entfaltungsbearbeiten, welches einen umgekehrten Vorgang einer Komponente außerhalb eines Brennpunkts, welche in einem variablen Bereich der Brennpunktposition Pf abgeschätzt wird, an dem Bild Im anwendet, wird durchgeführt, um ein EDOF Bild zu erzeugen, welches auf den im Wesentlichen gesamten variablen Bereich der Brennpunktposition Pf fokussiert ist.
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Laserbearbeitungsvorgang
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Als nächstes wird der Laserbearbeitungsvorgang in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben werden.
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Während des Betriebs der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 wird die Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite periodisch synchron mit dem Antriebssignal Cf geändert, wie dies in 3 gezeigt ist. Es sollte festgehalten bzw. angemerkt werden, dass 3 eine beispielhafte Oberflächenposition (Werkstückposition Pw) des Werkstücks W in dem variablen Bereich der Brennpunktposition Pf auf der optischen Achse A zeigt.
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Das Lichtdetektionssignal Int zeigt eine Spitze zu einem Zeitpunkt (fokussierenden bzw. Fokussierungszeitpunkt T), wenn die Brennpunktposition Pf mit der Werkstückposition Pw zusammenfällt (zwei Spitzen bzw. Peaks in einem Zyklus des Antriebssignals Cf).
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Das Synchronisations-Pulssignal Sync befindet sich auf einem hohen Niveau, wenn das Lichtdetektionssignal Int gleich wie oder mehr als ein Schwellwert Vt ist, und auf einem niedrigen Niveau, wenn das Lichtdetektionssignal Int geringer als der Schwellwert Vt ist.
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Der Laser-Oszillator 311 oszilliert den gepulsten Laserstrahl Lp zu einem Zeitpunkt, wenn das eingegebene Lichtdetektionssignal Int von dem niedrigen Niveau zu dem hohen Niveau umgeschaltet wird. Hier ist bzw. wird eine Ausgabeperiode des gepulsten Laserstrahls Lp für eine Zeit eingestellt bzw. festgelegt, um ausreichend kurz relativ zu dem Änderungszyklus der Brennpunktposition Pf zu sein, und es ist bzw. wird der Schwellwert Vt des Lichtdetektionssignals Int derart eingestellt, dass die Ausgabeperiode des gepulsten Laserstrahls Lp den fokussierenden Zeitpunkt T überlappt bzw. mit diesem zusammenfällt. Durch diese Einstellung kann der Laser-Oszillator 311 den gepulsten Laserstrahl Lp gleichzeitig bzw. gemeinsam mit dem fokussierenden Zeitpunkt T emittieren.
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Zurückkehrend zu 1 tritt der gepulste Laserstrahl Lp, welcher von dem Laser-Oszillator 311 gleichzeitig bzw. gemeinsam mit dem fokussierenden Zeitpunkt T emittiert wird, durch die Blende 312A der Laserbearbeitungsmaske 312 hindurch, um auf das Werkstück W durch die Laserabbildungslinse 32 und das optische System 10 mit variabler Brennweite gestrahlt zu werden.
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Hier ist die Laserbearbeitungsmaske 312 an einer Position angeordnet, welche eine konjugierte Beziehung zu der Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite erfüllt.
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Demgemäß wird ein Bild einer Form des gepulsten Laserstrahls Lp, welcher durch die Laserbearbeitungsmaske 312 hindurchtritt, an der Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite, mit anderen Worten auf der Oberfläche des Werkstücks W zu dem fokussierenden Zeitpunkt T ausgebildet.
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Effekte
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Wie dies oben beschrieben ist, beinhaltet die Laserbearbeitungsmaschine 1 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform: das optische System 10 mit variabler Brennweite, in welchem die Brennpunktposition Pf periodisch in Antwort auf das Antriebssignal Cf geändert wird; die Positionsdetektions-Lichtquelle 41, welche konfiguriert bzw. aufgebaut ist, um das Detektionslicht Lm auf das Werkstück W durch das optische System 10 mit variabler Brennweite zu emittieren; den Lichtdetektor 44, welcher konfiguriert ist, um das Detektionslicht Lm zu empfangen, welches auf dem Werkstück W reflektiert wird, und das Lichtdetektionssignal Int auszugeben; den Signalprozessor 62, welcher konfiguriert ist, um das Synchronisations-Pulssignal Sync in Synchronisation mit bzw. synchron zu einem fokussierenden Zeitpunkt T, wenn das Detektionslicht Lm auf der Oberfläche des Werkstücks W fokussiert wird, in Übereinstimmung mit dem eingegebenen Lichtdetektionssignal Int auszugeben; und den Laser-Oszillator 311, welcher konfiguriert ist, um den gepulsten Laserstrahl Lp in Übereinstimmung mit dem Synchronisations-Pulssignal Sync zu oszillieren, um den gepulsten Laserstrahl Lp auf das Werkstück W durch das optische System 10 mit variabler Brennweite zu strahlen.
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Mit bzw. bei der obigen Anordnung tritt das Detektionslicht Lm, welches von der Positionsdetektions-Lichtquelle 41 emittiert wird, durch das optische System 10 mit variabler Brennweite hindurch, wodurch es auf das Werkstück W gestrahlt wird, während die Brennpunktposition Pf geändert wird, welche in einer Richtung der optischen Achse vorhanden ist. Da das Detektionslicht Lm, welches auf dem Werkstück W reflektiert wird, durch den Lichtdetektor 44 empfangen wird, während es durch die Änderung in der Brennpunktposition Pf beeinflusst wird, beinhaltet das Lichtdetektionssignal Int, welches von dem Lichtdetektor 44 eingegeben wird, den Einfluss durch die Änderung in der Brennpunktposition Pf. Der Signalprozessor 62, welcher auf einer Basis des Lichtdetektionssignals Int einen Zeitpunkt (fokussierenden Zeitpunkt T) detektieren kann, wenn die Brennpunktposition Pf des Detektionslichts Lm mit der Oberfläche des Werkstücks W zusammenfällt, gibt das Synchronisations-Pulssignal Sync in Synchronisation mit dem fokussierenden Zeitpunkt T aus. Darüber hinaus kann der Laser-Oszillator 311 den gepulsten Lichtstrahl Lp gleichzeitig mit dem fokussierenden Zeitpunkt T durch ein Oszillieren des gepulsten Laserstrahls Lp in Übereinstimmung mit dem Synchronisations-Pulssignal Sync emittieren, welches von dem Signalprozessor 62 eingegeben wird.
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Demgemäß kann in der Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, da der gepulste Laserstrahl Lp, welcher auf das Werkstück W durch das optische System 10 mit variabler Brennweite gestrahlt wird, auf der Oberfläche des Werkstücks W fokussiert wird, der gepulste Laserstrahl Lp genau auf einer gewünschten Position der Oberfläche des Werkstücks W konzentriert werden. Als ein Resultat kann ein hoch genaues Laserbearbeiten durchgeführt werden, während das optische System 10 mit variabler Brennweite verwendet wird.
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Die Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet auch die Laserbearbeitungsmaske 312, welche mit der Blende 312A ausgebildet ist, durch welche der gepulste Laserstrahl Lp hindurchtritt. Da die Laserbearbeitungsmaske 312 an einer Position angeordnet ist, welche eine konjugierte Beziehung zu der Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite zwischen dem optischen System 10 mit variabler Brennweite und dem Laser-Oszillator 311 erfüllt, wird ein günstiges bzw. vorteilhaftes Bild einer Kontur der Blende 312A auf der Oberfläche des Werkstücks W ausgebildet und es wird eine Region in Übereinstimmung mit der Kontur der Blende 312A laser-bearbeitet.
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Darüber hinaus ist in der Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Lichtdetektor 44 derart angeordnet, dass das Lichtdetektionssignal Int eine Spitze zeigt, wenn die Brennpunktposition Pf in dem optischen System 10 mit variabler Brennweite mit der Oberfläche des Werkstücks W zusammenfällt, und es detektiert der Signalprozessor 62 die Spitze bzw. den Peak des Lichtdetektionssignals Int als den fokussierenden Zeitpunkt T und gibt das Synchronisations-Pulssignal Sync in Synchronisation mit dem fokussierenden Zeitpunkt T aus. Mit anderen Worten detektiert die Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den fokussierenden Zeitpunkt T durch ein konfokales Verfahren. Demgemäß ist es, verglichen mit einem Fall, wo ein anderes Brennpunkt-Detektionsverfahren für ein Detektieren des fokussierenden Zeitpunkts T verwendet wird, für das konfokale Verfahren weniger wahrscheinlich, durch die Oberflächentextur, wie beispielsweise eine Neigung und Rauheit der Oberfläche des Werkstücks W beeinflusst bzw. beeinträchtigt zu werden, wodurch die Detektionsgenauigkeit des fokussierenden Zeitpunkts T verbesserbar ist.
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Die Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet weiters den Bildsensor 281, welcher konfiguriert ist, um ein Bild des Werkstücks W durch das optische System 10 mit variabler Brennweite aufzunehmen, in welchem das optische System 10 mit variabler Brennweite beinhaltet: die Flüssigkeitsresonanzlinse 12, deren Brechungsindex periodisch in Antwort auf das Antriebssignal Cf geändert wird; die Objektivlinse 11, welche auf derselben optischen Achse wie derjenigen der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Relaislinsen 13, 14, welche derart angeordnet sind, dass die Austrittspupille der Objektivlinse 11 konjugiert zu der Position des Hauptpunkts der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 ist. Mit bzw. bei dieser Anordnung kann das Werkstück W laser-bearbeitet werden, wobei ein Bild des Werkstücks W beobachtet wird. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist, da das EDOF Bild als das Bild des Werkstücks W erzeugt werden kann, eine Frequenz eines Vorgangs eines neuerlichen Fokussierens für ein Beobachten des Bilds des Werkstücks W reduzierbar.
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Weiters wird, da das optische System 10 mit variabler Brennweite in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform derart angeordnet ist, dass die Austrittspupille der Objektivlinse 11 und die Position des Hauptpunkts der Flüssigkeitsresonanzlinse 12 eine konjugierte Beziehung zueinander erfüllen, eine Vergrößerung eines Bilds, welches auf den Bildsensor 281 einfällt bzw. auftrifft, konstant, selbst wenn sich die Brennpunktposition Pf des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite ändert. Demgemäß ist eine günstige bzw. vorteilhafte Beobachtung bzw. Betrachtung selbst ohne eine Änderung in einem Blick- bzw. Gesichtsfeld möglich.
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Vorteile eines Verwendens des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite in der Laserbearbeitungsmaschine 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind nicht nur, dass die Frequenz des Vorgangs einer neuerlichen Fokussierung in dem optischen Beobachtungsystem 2 reduzierbar ist, sondern auch, dass, wenn die Oberfläche des Werkstücks W eine Stufe und dgl. aufweist, der gepulste Laserstrahl Lp auf der Oberfläche des Werkstücks W fokussiert werden kann, ohne eine Position des Werkstücks W einzustellen.
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Modifikation(en)
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Es sollte festgehalten bzw. angemerkt werden, dass der Rahmen bzw. Geltungsbereich der Erfindung nicht auf die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt bzw. begrenzt ist, sondern Modifikationen bzw. Abwandlungen, Verbesserungen und dgl. umfasst, welche mit einem Ziel bzw. Gegenstand der Erfindung kompatibel sind.
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In der obigen beispielhaften Ausführungsform ist ein Pinhole bzw. Nadelloch anstelle des Lichtleiters 42 verwendbar. Spezifisch kann durch ein Verwenden eines Pinhole für ein Ausbilden einer Punktlichtquelle und eines Pinhole, welches an dem rückwärtigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 43 angeordnet ist, der fokussierende Zeitpunkt T durch das konfokale Verfahren in derselben Weise wie in der obigen beispielhaften Ausführungsform detektiert werden.
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In der obigen beispielhaften Ausführungsform können, wenn eine Änderung in dem Sicht- bzw. Betrachtungsgebiet bzw. -feld in dem optischen Beobachtungssystem 2 kein Problem ist, die Relaislinsen 13, 14 des optischen Systems 10 mit variabler Brennweite weggelassen werden und es kann jede der Kollimatorlinse 43, der abbildenden bzw. Abbildungslinse 27 und der Laserabbildungslinse 32 das optische System für eine unendliche Korrektur gemeinsam mit der Objektivlinse 11 ausbilden. Alternativ können die Relaislinsen 13, 14, die Kollimatorlinse 43, die abbildende Linse 27 und die Laserabbildungslinse 32 weggelassen werden und es können die Objektivlinse 11 und die Flüssigkeitsresonanzlinse 12 ein optisches System mit einer unendlichen bzw. für eine unendliche Korrektur ausbilden.
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In der obigen beispielhaften Ausführungsform ist, obwohl das konfokale Verfahren für ein Detektieren des fokussierenden Zeitpunkts T verwendet wird, die Erfindung nicht auf das konfokale Verfahren beschränkt. Spezifisch kann der fokussierende Zeitpunkt T durch ein Verwenden von verschiedenen anderen Brennpunkt- bzw. Fokussierungs-Detektionsverfahren, wie beispielsweise ein Double-Pinhole-Verfahren, ein Astigmatismus-Verfahren und ein Knife-Edge- bzw. Kantenbeugungs-Verfahren detektiert werden.
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Beispielsweise sind bzw. werden, wenn das Double-Pinhole-Verfahren verwendet wird, die jeweiligen Lichtdetektoren vor und nach einer Licht-Konzentrationsposition vorgesehen, welche eine konjugierte Beziehung zu der Brennpunktposition Pf erfüllt, und es wird eine Berechnung basierend auf den jeweiligen Lichtdetektionssignalen von den Lichtdetektoren durchgeführt, wodurch der fokussierende Zeitpunkt T erhalten werden kann. Der Signalprozessor 62 kann das Synchronisations-Pulssignal Sync in Synchronisation mit dem derart erhaltenen fokussierenden Zeitpunkt T ausgeben.
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In der obigen beispielhaften Ausführungsform kann das Beleuchtungslicht Li des optischen Beobachtungssystems 2, welches ein kontinuierliches Licht ist, ein gepulstes Licht sein. In diesem Fall kann die Beobachtungsbeleuchtungs-Lichtquelle 21 ein gepulstes Licht in Übereinstimmung mit dem Synchronisations-Pulssignal Sync in derselben Weise wie in dem Laser-Oszillator 311 emittieren. Mit dieser Anordnung wird das Beleuchtungslicht Li auf das Werkstück W zu bzw. bei dem fokussierenden Zeitpunkt T gestrahlt und es kann die Kamera 28 ein Bild erhalten, welches auf der Oberfläche des Werkstücks W fokussiert ist.
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Die Laserbearbeitungsmaschine 1 in der obigen beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das optische Beobachtungssystem 2 für ein Beobachten des Werkstücks W, wobei jedoch die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt bzw. begrenzt ist. Mit anderen Worten kann die Erfindung auf eine Laserbearbeitungsmaschine ohne das optische Beobachtungssystem 2 angewandt werden.
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In der obigen beispielhaften Ausführungsform ist der Signalprozessor 62 in der Regel- bzw. Steuereinrichtung 6 ausgebildet, wobei er jedoch in der Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 ausgebildet sein kann. Alternativ können die Linsen-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 5 und die Regel- bzw. Steuereinrichtung 6 als eine integrierte Regel- bzw. Steuervorrichtung ausgebildet sein bzw. werden.
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Das Antriebssignal Cf, welches in einer sinusartigen Wellenform vorliegt, um eine sinusartige Oszillation an der Brennpunktposition Pf in der obigen beispielhaften Ausführungsform zu bewirken, kann eine dreieckige Wellenform, Sägezahn-Wellenform, rechteckige Wellenform oder dgl. sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012055910 A [0002]
- JP 2018084821 A [0003]
