JP2000102889A - Laser processing device - Google Patents

Laser processing device

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JP2000102889A
JP2000102889A JP10271760A JP27176098A JP2000102889A JP 2000102889 A JP2000102889 A JP 2000102889A JP 10271760 A JP10271760 A JP 10271760A JP 27176098 A JP27176098 A JP 27176098A JP 2000102889 A JP2000102889 A JP 2000102889A
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laser
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shaping unit
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing device for enabling high precision laser processing almost without distortion by restraining interference of the laser beam with a pair of fly's eye lenses at a minimum level. SOLUTION: A beam shape restoration part 6 comprises, from an incident side, a cylindrical concave lens 21 and a cylindrical convex lens 22, and is rotatable around an optical axis of a laser beam A by a rotation means 23 composed of gears 24 and 25. By rotating the beam shape restoration part 6, the cylindrical face is inclined against the laser beam A with a rectangle cross sectional shape, whereby the interference of the laser beam on the fly's eye lenses is restrained and energy density variation of the laser beam due to the position on a workpiece becomes small. Therefore, processing accuracy variation and distortion due to the difference of the position on the workpiece become small, resulting in improvement of the processing accuracy all over the workpiece.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、一対のフライア
イレンズへ、レーザビームを整形して導入するビーム整
形部を備えたレーザ加工装置に関するもので、詳しくは
例えばインクジェットプリンタのインク噴射用ノズル孔
等、複数の孔加工を行う際に、一対のフライアイレンズ
を通過するレーザビームの干渉を最小限に抑えられるレ
ーザ加工装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus provided with a beam shaping section for shaping and introducing a laser beam into a pair of fly-eye lenses. The present invention relates to a laser processing apparatus capable of minimizing interference of a laser beam passing through a pair of fly-eye lenses when performing a plurality of hole processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記したインク噴射用ノズル孔を加工す
るための従来の一般的なレーザ加工装置は、図1に示す
ようにレーザビーム発振器1と、レーザビームAを整形
するビーム整形部5と、レーザビームAを拡大するため
のビームエクスパンダー7と、ビーム平坦化光学系(ホ
モジナイザー)としての一対のフライアイレンズ8,8
とを備え、これらのフライアイレンズ8,8にてレーザ
ビームAを多数の細長状ビームに分散させコンデンサレ
ンズ9により集光することによりビーム強度の均一化お
よび光出力の制御を行わせている。また、コンデンサレ
ンズ9下流側に配置されるマスク11には、被加工物B
へのレーザ加工形状すなわち複数のノズル孔が列状に並
んだ孔パターン(図示せず)が設けられており、コンデ
ンサレンズ9により集光した細長・長方形状のレーザビ
ームAを、マスク11の所定位置(孔パターン位置)に
集光させる。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 1, a conventional general laser processing apparatus for processing the above-described ink jet nozzle hole includes a laser beam oscillator 1 and a beam shaping unit 5 for shaping a laser beam A. , A beam expander 7 for expanding the laser beam A, and a pair of fly-eye lenses 8, 8 as a beam flattening optical system (homogenizer).
The fly-eye lenses 8, 8 disperse the laser beam A into a number of elongated beams and condense them by the condenser lens 9 to make the beam intensity uniform and control the light output. . The work piece B is provided on the mask 11 disposed on the downstream side of the condenser lens 9.
A laser processing shape, that is, a hole pattern (not shown) in which a plurality of nozzle holes are arranged in a row, is provided. Light is focused at the position (hole pattern position).

【0003】こうしてマスク11を透過したレーザビー
ムAは、投影光学手段としての結像レンズ12にて所定
の倍率(例えば1/4倍や1/5倍)でポリイミドなど
のポリマーからなる被加工物B上に結像され、マスク1
1の孔パターンに対応した複数のノズル孔(図示せず)
が被加工物B上に穿設される。ここで、被加工物Bを載
置するX−Yテーブル5によって被加工物BをX方向又
はY方向に所定寸法移動させた状態で、レーザビーム発
振器1により再度レーザビームAを出力して照射するこ
とにより、ノズル孔群が一定のピッチをあけて穿設され
る。なお、図中の符号2、3、4は全反射ミラーであ
る。
[0003] The laser beam A transmitted through the mask 11 is processed by an imaging lens 12 as projection optical means at a predetermined magnification (for example, 1/4 or 1/5) at a workpiece made of a polymer such as polyimide. Imaged on B, mask 1
A plurality of nozzle holes corresponding to one hole pattern (not shown)
Is drilled on the workpiece B. Here, the laser beam A is output again by the laser beam oscillator 1 while the workpiece B is moved by a predetermined dimension in the X direction or the Y direction by the XY table 5 on which the workpiece B is placed, and irradiated. By doing so, the nozzle hole group is formed with a certain pitch. Reference numerals 2, 3, and 4 in the figure are total reflection mirrors.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のレーザ加工装置には、次のような点で改良すべ
き余地がある。すなわち、図6に示すように、例えば、
インクジェットプリンタのノズルプレート(被加工物)
Bにインク噴射用の複数のノズル孔Cをレーザ加工する
場合に、各ノズル孔Cは、インクの入いる側から出る側
へ向けて漸次口径が縮小される円錐台状に形成される
が、このノズル孔Cの出射側形状Coが歪んで真円になら
ないという現象が生じる。この現象は、被加工物B上の
複数個のノズル孔Cにおいて規則的に生じている。いい
かえれば、マスク11(図1)の孔パターンを透過させ
て被加工物Bに、複数のノズル孔Cを同時にレーザ加工
する場合に、ノズル孔Cの位置によって出射側形状Coが
周期的に歪んだり、歪まなかったりする。これは、一対
のフライアイレンズ8,8でレーザビームAが干渉し、
また干渉する位置が周期的に変化することによって、レ
ーザビームAの干渉が加工時に歪みを生じさせると考え
られる。つまり被加工物Bの表と裏とで、被加工物Bの
厚み(本例では100μm)相当分の距離があるため
に、被加工物Bに対するレーザービームの入射側の位置
では、レーザビームAの焦点深度内に収まって光の干渉
による影響が生じにくいが、焦点深度から外れた出射側
では集光特性が変わるために、光の干渉による影響が大
きくなり、出射側形状Coが歪む。
However, the above-mentioned conventional laser processing apparatus has room for improvement in the following points. That is, as shown in FIG.
Nozzle plate of inkjet printer (workpiece)
When a plurality of nozzle holes C for ink ejection are laser-processed on B, each nozzle hole C is formed in a truncated conical shape in which the diameter gradually decreases from the side where the ink enters to the side where the ink exits. The phenomenon that the emission side shape Co of the nozzle hole C is distorted and does not become a perfect circle occurs. This phenomenon occurs regularly in the plurality of nozzle holes C on the workpiece B. In other words, when a plurality of nozzle holes C are simultaneously laser-processed on the workpiece B by transmitting the hole pattern of the mask 11 (FIG. 1), the emission side shape Co is periodically distorted depending on the position of the nozzle holes C. Or not distorted. This is because the laser beam A interferes with the pair of fly-eye lenses 8 and 8,
In addition, it is considered that the interference of the laser beam A causes distortion at the time of processing due to the periodic change of the interference position. That is, since there is a distance corresponding to the thickness of the workpiece B (100 μm in this example) between the front and the back of the workpiece B, the laser beam A Is less likely to be affected by light interference within the depth of focus, but the light-collecting characteristics change on the exit side that deviates from the focal depth, so that the influence of light interference increases and the exit-side shape Co is distorted.

【0005】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、上記の一対のフライアイレンズでのレーザビームの
干渉を最小限に抑えて、歪みのほとんどない高精度のレ
ーザ加工を可能にするレーザ加工装置を提供しようとす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and minimizes laser beam interference between the pair of fly-eye lenses, thereby enabling high-precision laser processing with almost no distortion. It is intended to provide a processing device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器か
ら出力された断面がほぼ矩形のレーザビームを、シリン
ドリカルレンズを含むビーム整形部で整形して一対のフ
ライアイレンズへ導入するを備えたレーザ加工装置にお
いて、前記ビーム整形部におけるシリンドリカルレンズ
のシリンドリカル面を、前記レーザ発振器から出力され
たレーザビームのほぼ矩形に対して光軸のまわりにおい
て傾斜させたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to the present invention forms a laser beam having a substantially rectangular cross section output from a laser oscillator by a beam shaping section including a cylindrical lens. In the laser processing apparatus provided with a pair of fly-eye lenses, the cylindrical surface of the cylindrical lens in the beam shaping unit around the optical axis with respect to a substantially rectangular laser beam output from the laser oscillator It is characterized by being inclined.

【0007】上記の構成を有する請求項1のレーザ加工
装置によれば、ビーム整形部におけるシリンドリカルレ
ンズのシリンドリカル面を、レーザビームのほぼ矩形に
対して光軸のまわりにおいて傾斜させることによって、
一対のフライアイレンズをレーザビームが通過するとき
に生じる光の干渉が低減され、加工精度を向上すること
ができる。
According to the laser processing apparatus of the first aspect having the above structure, the cylindrical surface of the cylindrical lens in the beam shaping unit is tilted around the optical axis with respect to the substantially rectangular shape of the laser beam.
Light interference generated when a laser beam passes through a pair of fly-eye lenses is reduced, and processing accuracy can be improved.

【0008】請求項2に記載のように、前記レーザビー
ムは、エキシマレーザビームであるのが望ましい。エキ
シマレーザは、レーザ発振器から出射されるレーザビー
ムの断面形状がほぼ長方形であり、上記請求項1の構成
に好適に実施することができる。
Preferably, the laser beam is an excimer laser beam. The cross-sectional shape of the laser beam emitted from the laser oscillator of the excimer laser is substantially rectangular, and can be suitably implemented in the configuration of the first aspect.

【0009】請求項3に記載のように、前記ビーム整形
部は、レーザビームをほぼ長方形からほぼ菱形に変更す
る光学系であるのが望ましい。レーザ発振器から出射さ
れる断面形状ほぼ長方形のレーザビームが、ビーム整形
部でほぼ菱形に整形されたのち、一対のフライアイレン
ズを通過する際に多数の細長状ビームに分散されてビー
ム強度の均一化が有効に図られる。
Preferably, the beam shaping unit is an optical system that changes a laser beam from a substantially rectangular shape to a substantially rhombic shape. A laser beam having a substantially rectangular cross section emitted from a laser oscillator is shaped into a roughly rhombic shape by a beam shaping unit, and then dispersed into a number of elongated beams when passing through a pair of fly-eye lenses, resulting in a uniform beam intensity. Is effectively achieved.

【0010】請求項4に記載のように、前記ビーム整形
部は、シリンドリカル凹レンズとシリンドリカル凸レン
ズとからなり、前記光軸のまわりに傾斜させることが望
ましい。
According to a fourth aspect of the present invention, it is preferable that the beam shaping unit includes a cylindrical concave lens and a cylindrical convex lens, and is inclined around the optical axis.

【0011】請求項4記載のレーザ加工装置によれば、
シリンドリカル凹レンズとシリンドリカル凸レンズの2
つのレンズを、光軸のまわりに傾斜させるという構成
で、請求項1の構成を容易に実現することができる。
[0011] According to the laser processing apparatus of the fourth aspect,
2 of cylindrical concave lens and cylindrical convex lens
With the configuration in which the two lenses are inclined around the optical axis, the configuration of claim 1 can be easily realized.

【0012】請求項5に記載のように、前記ビーム整形
部に、該ビーム整形部を光軸のまわりに回転させる回転
手段が設けられることが望ましい。これによれば、干渉
の大きさに応じて、ビーム整形部を回転させることで、
エネルギーロスが少なくかつ干渉が少ない範囲を選択し
て、効率のよいレーザ加工をすることができる。
Preferably, the beam shaping section is provided with a rotating means for rotating the beam shaping section around the optical axis. According to this, by rotating the beam shaping unit according to the magnitude of the interference,
By selecting a range in which the energy loss is small and the interference is small, efficient laser processing can be performed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ加工装
置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the laser processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は本発明が適用されるレーザ加工装置
を示す全体概略図、図2は図1の加工装置におけるビー
ム整形部を拡大して示す斜視図である。図3は図2のビ
ーム整形部を下流側から見た概略正面図であり、図4は
図2のビーム整形部の傾斜角θと、被加工物上の出射側
におけるレーザビームのエネルギー密度および被加工物
(出射側)の位置との関係を示す線図(グラフ)、図5
は図2のビーム整形部の傾斜角θごとの被加工物上の出
射側に加工されたノズル孔の形状との関係を示す図、図
6は被加工物に対し同図の下方からレーザビームを当て
てノズル孔を加工した斜視図である。
FIG. 1 is an overall schematic view showing a laser processing apparatus to which the present invention is applied, and FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a beam shaping unit in the processing apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a schematic front view of the beam shaping unit of FIG. 2 as viewed from the downstream side, and FIG. 4 is a diagram illustrating the inclination angle θ of the beam shaping unit of FIG. Diagram (graph) showing the relationship with the position of the workpiece (exit side), FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the shape of the nozzle hole formed on the emission side on the workpiece for each inclination angle θ of the beam shaping unit in FIG. 2, and FIG. FIG. 5 is a perspective view in which a nozzle hole is machined by applying a pressure.

【0015】図1に示すように、本実施例のレーザ加工
装置20では、レーザ発振器1から出力(射出)され
た、例えば248nmの波長を有するエキシマレーザビ
ーム(KrFレーザビーム)Aは、3つの45°傾斜さ
せて配置した全反射ミラー2、3、4を経由してそれぞ
れ直角方向に屈折され、被加工物Bを支持する加工テー
ブル5へ至る。レーザ発振器1と第1ミラー2との間に
は、レーザビームAの長方形断面形状を所定形状に整形
するビーム整形部6が配置されている。
As shown in FIG. 1, in the laser processing apparatus 20 of the present embodiment, an excimer laser beam (KrF laser beam) A having a wavelength of, for example, 248 nm output (emitted) from the laser oscillator 1 has three beams. Through the total reflection mirrors 2, 3, and 4 arranged at an angle of 45 °, the light is refracted in the right-angle direction, and reaches the processing table 5 that supports the workpiece B. Between the laser oscillator 1 and the first mirror 2, a beam shaping unit 6 for shaping the rectangular cross section of the laser beam A into a predetermined shape is arranged.

【0016】レーザビームAは第1ミラー2で直角方向
に屈折され、図の上方に直進する。第1ミラー2と第2
ミラー3との間には、レーザビームAを拡大するための
ビームエキスパンダ(Beam Expander)7が配置され、こ
のビームエキスパンダ7は本例では一対の凸レンズから
構成されている。第2ミラー3の下流側に、ホモジナイ
ザーとしての一対のフライアイレンズ(Fly-eye-Lenz)
8,8が対峙するように配置されている。第2ミラー3
で直角方向に屈折され、水平方向に図の右側へ直進する
レーザビームAは、それらのフライアイレンズ8,8に
てビームを多数の細長状ビームに分散させ、集光光学手
段としてのコンデンサレンズ9により多数の細長状ビー
ムを集光することにより、ビーム強度の均一化および出
力の制御が図られる。
The laser beam A is refracted at right angles by the first mirror 2 and travels straight upward in the figure. First mirror 2 and second
A beam expander (Beam Expander) 7 for expanding the laser beam A is arranged between the mirror 3 and the beam expander 7. In this example, the beam expander 7 includes a pair of convex lenses. Downstream of the second mirror 3, a pair of fly-eye lenses (Fly-eye-Lenz) as a homogenizer
8, 8 are arranged so as to face each other. Second mirror 3
The laser beam A, which is refracted in a right angle direction and travels rightward in the horizontal direction to the right in the figure, is dispersed by the fly-eye lenses 8 and 8 into a plurality of elongated beams, and a condenser lens as a condensing optical means. By condensing a large number of elongate beams by the method 9, uniform beam intensity and output control can be achieved.

【0017】コンデンサレンズ9の下流側には、マスク
11が配置され、集光されたレーザビームAはマスク1
1の所定位置(孔パターン位置)に集光される。
A mask 11 is arranged downstream of the condenser lens 9, and the condensed laser beam A is applied to the mask 1.
The light is condensed at one predetermined position (hole pattern position).

【0018】マスク11には、被加工物Bに対しレーザ
加工する形状すなわち複数のノズル孔に対応した孔パタ
ーンが設けられており、マスク11はマスクホルダー
(図示せず)に保持されている。マスク11の孔パター
ンを透過したレーザビームAは、第3ミラー4によって
直角方向に屈折され、図の下方に直進する。この第3ミ
ラー4の下流側において、被加工物Bが水平方向に移動
自在な加工テーブル5上に載置されている。なお、被加
工物B上でレーザビームが合焦するように、加工テーブ
ル5は垂直方向にも昇降自在である。さらに、第3ミラ
ー4と加工テーブル13の間には、結像レンズ(投影レ
ンズともいう)12が配置されている。この結像レンズ
12は、マスク11の孔パターンを透過したレーザビー
ムA(の像)が所定の倍率(本例では1/5倍)に縮小
して被加工物B上に結像され、マスク11の孔パターン
に対応してレーザ加工が施される。被加工物Bには本例
では高分子材料であるポリイミドシート(厚さ100μ
m)が使用されており、レーザビームAにより複数のノ
ズル孔(口径30μm)が列状に形成される。
The mask 11 is provided with a shape for laser processing the workpiece B, that is, a hole pattern corresponding to a plurality of nozzle holes, and the mask 11 is held by a mask holder (not shown). The laser beam A transmitted through the hole pattern of the mask 11 is refracted by the third mirror 4 in the right-angle direction, and goes straight down in the figure. On the downstream side of the third mirror 4, a workpiece B is placed on a processing table 5 that is movable in the horizontal direction. The processing table 5 can be moved up and down in the vertical direction so that the laser beam is focused on the workpiece B. Further, an imaging lens (also referred to as a projection lens) 12 is arranged between the third mirror 4 and the processing table 13. The image forming lens 12 forms an image of the laser beam A (image of the laser beam A) transmitted through the hole pattern of the mask 11 on the workpiece B by reducing it to a predetermined magnification (in this example, 1/5). Laser processing is performed corresponding to the 11 hole patterns. In this example, the workpiece B is a polyimide sheet (100 μm thick) which is a polymer material in this example.
m) is used, and a plurality of nozzle holes (diameter: 30 μm) are formed in a row by the laser beam A.

【0019】一箇所において一群のノズル孔が形成され
たのち、加工テーブル5を水平に移動して被加工物B上
の次の加工領域を、結像レンズ12の直下に対向させ、
レーザビームAを出力することで、順次多数の群のノズ
ル孔を形成することができる。
After a group of nozzle holes are formed at one location, the processing table 5 is moved horizontally to make the next processing area on the workpiece B face directly below the imaging lens 12,
By outputting the laser beam A, a large number of groups of nozzle holes can be sequentially formed.

【0020】図2に示すように、ビーム整形部6には、
入射側よりシリンドリカル凹レンズ21と、シリンドリ
カル凸レンズ22とが光軸方向に配置されている。従来
の一般的なレーザ加工装置では、両シリンドリカルレン
ズ21,22は、それぞれそのシリンドリカル面の軸方
向を、レーザビームの断面形状の長方形(本例では8m
m×24mm)における長手方向と平行に置いている。
後述するように、本実施の形態では、シリンドリカル面
の軸方向を、わずか傾斜させて使用する。
As shown in FIG. 2, the beam shaping unit 6 includes:
From the incident side, a cylindrical concave lens 21 and a cylindrical convex lens 22 are arranged in the optical axis direction. In a conventional general laser processing apparatus, each of the cylindrical lenses 21 and 22 has an axial direction of its cylindrical surface defined by a rectangular cross section of a laser beam (8 m in this example).
(m × 24 mm).
As described later, in the present embodiment, the axial direction of the cylindrical surface is used with a slight inclination.

【0021】本実施の形態では、両シリンドリカルレン
ズ21,22は、回転手段23によりレーザビームAの
光軸A’を中心にそのまわりに回転可能に構成されてい
る。すなわち、ビーム整形部6は大径のギヤ24に一体
回転可能に取り付けられており、大径ギヤ24にはモー
タ26によって回転される小径の駆動ギヤ25が噛合さ
れておいる。なお、モータ26には、正逆回転するステ
ップモータが使用されているが、ビーム整形部6を任意
の位置で停止し保持できる装置であれば、例えば手動式
の回転手段であってもよい。また、本例では、符号24
〜26の部材が回転手段23を構成する。
In this embodiment, the two cylindrical lenses 21 and 22 are configured to be rotatable around the optical axis A ′ of the laser beam A by the rotating means 23. That is, the beam shaping unit 6 is attached to a large-diameter gear 24 so as to be able to rotate integrally with the large-diameter gear 24, and a small-diameter drive gear 25 rotated by a motor 26 is meshed with the large-diameter gear 24. Although a stepping motor that rotates forward and backward is used as the motor 26, any device that can stop and hold the beam shaping unit 6 at an arbitrary position may be, for example, a manual rotating unit. In this example, reference numeral 24
26 to 26 constitute the rotating means 23.

【0022】図2において、両シリンドリカルレンズ2
1,22のシリンドリカル面の軸方向を、従来と同様に
レーザビームの長方形の長手方向と平行に置いた場合、
レーザ発振器1(図1)から出射されたレーザビームA
は、シリンドリカル凹レンズ21によって、長方形の短
手方向が拡大され、シリンドリカル凸レンズ22によっ
て、拡大された光路が平行化され、レーザビームAは正
方形に整形される。そして、一対のフライアイレンズ
8,8に入射される。この場合、同時に加工される複数
のノズル孔のうち被加工物B上の位置によっては図5
(a)のようにノズル孔Cの出射側形状Coが歪んで形成さ
れる。これは、一対のフライアイレンズ8,8でのレー
ザビームの干渉により、レーザビームAの照射される位
置によってエネルギー密度が、図4(a)に示すように周
期的に大きく変化するからである。
In FIG. 2, both cylindrical lenses 2
When the axial directions of the cylindrical surfaces 1 and 22 are placed parallel to the longitudinal direction of the rectangular shape of the laser beam as in the related art,
Laser beam A emitted from laser oscillator 1 (FIG. 1)
In the figure, the short side direction of the rectangle is enlarged by the cylindrical concave lens 21, the enlarged optical path is parallelized by the cylindrical convex lens 22, and the laser beam A is shaped into a square. Then, the light is incident on the pair of fly-eye lenses 8. In this case, depending on the position on the workpiece B among the plurality of nozzle holes that are simultaneously processed, FIG.
As shown in (a), the emission side shape Co of the nozzle hole C is formed with distortion. This is because, due to the interference of the laser beams between the pair of fly-eye lenses 8, 8, the energy density periodically changes greatly as shown in FIG. .

【0023】被加工物Bの表と裏とで、被加工物Bの厚
み(本例では100μm)相当分の距離があるため、被
加工物Bに対するレーザービームの入射側の表面では、
レーザビームAの焦点深度内に収まって干渉による影響
が生じにくく、ノズル孔Cの入射側形状Ciは、歪んでお
らず円形である。しかし、レーザビームAの焦点深度の
範囲外になる被加工物Bの裏面では、上記のように一対
のフライアイレンズ8,8による干渉による影響が現
れ、ノズル孔Cの出射側形状Coが歪む。
Since there is a distance corresponding to the thickness of the workpiece B (100 μm in this example) between the front and the back of the workpiece B, the surface on the laser beam incident side of the workpiece B is:
Since the laser beam A falls within the depth of focus and is hardly affected by interference, the incident side shape Ci of the nozzle hole C is circular without being distorted. However, on the back surface of the workpiece B that is out of the range of the depth of focus of the laser beam A, the influence of the interference by the pair of fly-eye lenses 8, 8 appears as described above, and the emission side shape Co of the nozzle hole C is distorted. .

【0024】これに対し、本例のレーザ加工装置20に
よれば、ビーム整形部6を回転し、シリンドリカル面の
軸方向をレーザビームの長方形断面の長手方向に対して
傾斜させることにより、ビーム整形部6から出射される
レーザビームAは、図2に二点鎖線で示すように菱形に
なる。ビーム整形部6の傾斜角θがたとえば5°になる
と、一対のフライアイレンズ8,8でのレーザビームの
干渉による影響が少なくなって、図4(b)に示すよう
に、被加工物Bに対するレーザビームの出射側において
位置の違いによるエネルギー密度の変化が小さくなり、
図5(b)のようにノズル孔Cの出射側形状Coの歪みが低
減する。さらに、傾斜角θが10°になると、図4(c)
に示すように、エネルギー密度の変化がほとんどなくな
り、ノズル孔Cの出射側形状Coが、図5(c)のように、
ほぼ真円になるとともに、複数のノズル孔がほぼ均一に
形成される。
On the other hand, according to the laser processing apparatus 20 of the present embodiment, the beam shaping unit 6 is rotated to incline the axial direction of the cylindrical surface with respect to the longitudinal direction of the rectangular cross section of the laser beam. The laser beam A emitted from the part 6 has a rhombus shape as shown by a two-dot chain line in FIG. When the tilt angle θ of the beam shaping unit 6 becomes, for example, 5 °, the influence of the laser beam interference between the pair of fly-eye lenses 8 is reduced, and as shown in FIG. The change in energy density due to the difference in position on the emission side of the laser beam with respect to
As shown in FIG. 5B, the distortion of the emission side shape Co of the nozzle hole C is reduced. Further, when the inclination angle θ becomes 10 °, FIG.
As shown in FIG. 5, there is almost no change in the energy density, and the emission side shape Co of the nozzle hole C is changed as shown in FIG.
Around a perfect circle, a plurality of nozzle holes are formed substantially uniformly.

【0025】ところで、本例の場合、傾斜角θが10°
前後でレーザビームAの干渉が最小限近くまで低減さ
れ、各位置のノズル孔Cの出射側形状Coが図5(c)のよ
うにほぼ真円になったが、傾斜角θが10°を超えた場
合にもレーザビームAの干渉は低減される。しかし、フ
ライアイレンズ8にレーザビームAが入射する際に、そ
の断面形状が上記したとおりほぼ菱形に変形しており、
フライアイレンズ8に入射する際に削除される部分が生
じてエネルギーロスになることがある。本例の実験で
は、傾斜角θは、10°前後で好適な結果を得ることが
できた。なお、この傾斜角θは、フライアイレンズにお
けるレーザビームAの干渉の程度と、エネルギー効率と
によって決定されればよい。
In the case of this embodiment, the inclination angle θ is 10 °.
Before and after, the interference of the laser beam A was reduced to almost the minimum, and the exit side shape Co of the nozzle hole C at each position became almost a perfect circle as shown in FIG. 5 (c). Even if it exceeds, the interference of the laser beam A is reduced. However, when the laser beam A is incident on the fly-eye lens 8, the cross-sectional shape is substantially rhombic as described above,
When the light enters the fly-eye lens 8, a portion to be deleted may occur, resulting in energy loss. In the experiment of this example, favorable results could be obtained when the inclination angle θ was around 10 °. Note that the tilt angle θ may be determined based on the degree of interference of the laser beam A in the fly-eye lens and the energy efficiency.

【0026】以上に、本発明のレーザ加工装置20の、
とくにビーム整形部6の一実施の形態を示したが、本発
明は下記のように実施することができる。
As described above, the laser processing apparatus 20 of the present invention
Although one embodiment of the beam shaping unit 6 has been particularly described, the present invention can be implemented as follows.

【0027】(1) ビーム整形部6は凹レンズと凸レンズ
の組み合わせのほか、他の任意数のレンズの組み合わせ
もある。
(1) The beam shaping unit 6 may be a combination of a concave lens and a convex lens, or may be a combination of any other number of lenses.

【0028】(2) ビーム整形部6は任意に回転できるも
のでなく、所望の角度で固定したものであってもよい。
(2) The beam shaping unit 6 may not be arbitrarily rotatable but may be fixed at a desired angle.

【0029】(3) 結像レンズ12を省いて、マスク11
を被加工物B上に直接に固定するコンタクトマスク方式
においても、同様に実施できる。
(3) The imaging lens 12 is omitted, and the mask 11
Can be similarly implemented in a contact mask method in which is fixed directly on the workpiece B.

【0030】(4) インクジェットプリンタのノズル孔の
加工のほか、例えば被加工物Bをセラミックス等他の材
料に変えたり、溝加工などにも応用することができる。
(4) In addition to the processing of the nozzle holes of the ink jet printer, the present invention can be applied to, for example, changing the workpiece B to another material such as ceramics, or groove processing.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係るレーザ加工装置には、次のような優れた効
果がある。
As is apparent from the above description,
The laser processing apparatus according to the present invention has the following excellent effects.

【0032】(1) 請求項1の発明では、簡単な構成の追
加によってフライアイレンズでのレーザビームの干渉を
最小限に抑えて、歪みのほとんどなく、被加工物全体に
わたり高精度のレーザ加工ができる。例えばインク噴射
用ノズル孔の加工にあっては出射側形状を真円に近く加
工でき、かつ複数のノズル孔を加工する場合には、ほぼ
均一に加工できる。
(1) According to the first aspect of the present invention, the addition of a simple structure minimizes the interference of the laser beam at the fly-eye lens, and achieves high-precision laser processing over the entire workpiece with almost no distortion. Can be. For example, in processing the nozzle holes for ink ejection, the emission side shape can be processed to be almost a perfect circle, and when processing a plurality of nozzle holes, the processing can be performed substantially uniformly.

【0033】(2) 請求項2記載の発明では、エキシマレ
ーザであるから、レーザ発振器から出射されるレーザビ
ームの断面形状がほぼ長方形で、上記請求項1の構成に
好適に実施することができる。
(2) According to the second aspect of the present invention, since the laser beam is an excimer laser, the cross-sectional shape of the laser beam emitted from the laser oscillator is substantially rectangular, which can be suitably implemented in the configuration of the first aspect. .

【0034】(3) 請求項3記載の発明では、ビーム整形
部がレーザビームをほぼ長方形からほぼ菱形に変更する
光学系であるから、レーザ発振器から出射される断面形
状ほぼ長方形のレーザビームが、ビーム整形部でほぼ菱
形に整形されたのち、一対のフライアイレンズを通過す
る際に多数の細長状ビームに分散されてビーム強度の均
一化が有効に図られる。
(3) According to the third aspect of the present invention, since the beam shaping unit is an optical system that changes a laser beam from a substantially rectangular shape to a substantially rhombic shape, a laser beam having a substantially rectangular cross section emitted from a laser oscillator is used. After being shaped substantially into a rhombus by the beam shaping unit, when the beam passes through a pair of fly-eye lenses, the beam is dispersed into a large number of elongated beams, and the beam intensity is effectively made uniform.

【0035】(4) 請求項4記載の発明では、シリンドリ
カル凹レンズとシリンドリカル凸レンズとで、請求項1
の発明を容易に実現することができる。
(4) According to the fourth aspect of the present invention, the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens are used in the first aspect.
Can easily be realized.

【0036】(5) 請求項5記載の発明では、ビーム整形
部が光軸のまわりに回転されることにより、エネルギー
ロスが少なくかつ干渉が少ない範囲を選択して、効率の
よいレーザ加工をすることができる。
(5) According to the fifth aspect of the present invention, the beam shaping section is rotated around the optical axis, thereby selecting a range in which the energy loss is small and the interference is small, and performs efficient laser processing. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用されるビーム整形部を備えたレー
ザ加工装置を示す全体概略図である。
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a laser processing apparatus provided with a beam shaping unit to which the present invention is applied.

【図2】図1の加工装置におけるビーム整形部の本発明
の一実施の形態を拡大して示す斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing an embodiment of the present invention of a beam shaping unit in the processing apparatus of FIG. 1;

【図3】図2のビーム整形部を下流側から見た概略正面
図である。
FIG. 3 is a schematic front view of the beam shaping unit of FIG. 2 viewed from a downstream side.

【図4】図2のビーム整形部の傾斜角θと、被加工物上
の出射側におけるレーザビームのエネルギー密度および
被加工物(出射側)の位置との関係を示す線図(グラ
フ)である。
4 is a diagram (graph) showing a relationship between an inclination angle θ of a beam shaping unit in FIG. 2, an energy density of a laser beam on an emission side on a workpiece, and a position of a workpiece (emission side). is there.

【図5】図2のビーム整形部の傾斜角θと、被加工物上
の出射側に加工されたノズル孔の形状との関係を示す図
である。
5 is a diagram illustrating a relationship between an inclination angle θ of a beam shaping unit in FIG. 2 and a shape of a nozzle hole formed on an emission side on a workpiece.

【図6】被加工物に対し同図の下方からレーザビームを
当ててノズル孔を加工した被加工物の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a workpiece in which a laser beam is applied to the workpiece from below in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2,3,4 全反射ミラー 5 加工テーブル 6 レーザ整形部 7 ビームエキスパンダ 8 フライアイレンズ(ホモジナイザー) 9 コンデンサレンズ 11 マスク 12 結像レンズ 20 レーザ加工装置 21 シリンドリカル凹レンズ 22 シリンドリカル凸レンズ 23 回転手段 24 大径ギヤ 25 小径ギヤ 26 モータ A レーザビーム B 被加工物 C ノズル孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2, 3, 4 Total reflection mirror 5 Processing table 6 Laser shaping part 7 Beam expander 8 Fly eye lens (homogenizer) 9 Condenser lens 11 Mask 12 Imaging lens 20 Laser processing device 21 Cylindrical concave lens 22 Cylindrical convex lens 23 Rotation Means 24 Large diameter gear 25 Small diameter gear 26 Motor A Laser beam B Workpiece C Nozzle hole

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ発振器から出力された断面がほぼ
矩形のレーザビームを、シリンドリカルレンズを含むビ
ーム整形部で整形して一対のフライアイレンズへ導入す
るレーザ加工装置において、 前記ビーム整形部におけるシリンドリカルレンズのシリ
ンドリカル面を、前記レーザ発振器から出力されたレー
ザビームのほぼ矩形に対して光軸のまわりにおいて傾斜
させたことを特徴とするレーザ加工装置。
1. A laser processing apparatus for shaping a laser beam having a substantially rectangular cross section output from a laser oscillator by a beam shaping unit including a cylindrical lens and introducing the laser beam to a pair of fly-eye lenses. A laser processing apparatus wherein a cylindrical surface of a lens is inclined around an optical axis with respect to a substantially rectangular shape of a laser beam output from the laser oscillator.
【請求項2】 前記レーザビームは、エキシマレーザビ
ームである請求項1に記載のレーザ加工装置。
2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is an excimer laser beam.
【請求項3】 前記ビーム整形部は、レーザビームをほ
ぼ長方形からほぼ菱形に変更する光学系である請求項2
に記載のレーザ加工装置。
3. The beam shaping unit is an optical system that changes a laser beam from a substantially rectangular shape to a substantially rhombic shape.
The laser processing apparatus according to item 1.
【請求項4】 前記ビーム整形部は、シリンドリカル凹
レンズとシリンドリカル凸レンズとからなり、前記光軸
のまわりに傾斜させた請求項1〜3のいずれかに記載の
レーザ加工装置。
4. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the beam shaping unit includes a cylindrical concave lens and a cylindrical convex lens, and is inclined around the optical axis.
【請求項5】 前記ビーム整形部に、該ビーム整形部を
光軸のまわりに回転させる回転手段が設けられている請
求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the beam shaping unit is provided with a rotating unit that rotates the beam shaping unit around an optical axis.
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