JP2001225183A

JP2001225183A - レーザ加工光学装置

Info

Publication number: JP2001225183A
Application number: JP2000035711A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kudokoro; 之夫久所
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-21
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP3365388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低価格で、装置調整時間の短い、高加工精度な
レーザ加工光学装置。【解決手段】平行平板１２０を可動してレーザビーム１
０をＹ軸方向に変位し、ｆθレンズの瞳位置に厳密に配
置されたガルバノミラー２０２でレーザビーム１０をＸ
軸方向に変位し，Ｙ軸方向とＸ軸方向に変位したレーザ
ビーム１０を、ｆθレンズにより、等速でＹ軸方向に移
動するリニアステージ４００に搭載されている被加工物
５００上に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工光学装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガルバノメータを用いてレーザビームを
スキャンするレーザ加工光学装置は，ＸＹステージで駆
動する方法と比較すると，高速に，しかも高精度でレー
ザビームをスキャンすることができるために，レーザ加
工装置に広く採用されている。この従来のレーザ加工光
学装置は、ガルバノメータで駆動されるスキャンミラー
と、スキャンミラーによる振れ角θに対応してリニアに
集光スポットを動かすことができるｆθレンズとを組み
合わせて，２次元スキャナーとしてレーザトリマやレー
ザ穴あけ加工機，レーザマーカーで使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工光学
装置は、ｆθレンズの設計上の瞳位置にＸ軸とＹ軸の両
軸のスキャナーミラーを配置できないために，１０ｍｍ
程度設計上の瞳位置からずらしたポイントにそれぞれＸ
軸とＹ軸のスキャナーミラーを配置して使用する。この
結果として，設計上の瞳から外れた分の歪みがｆθレン
ズのｆθ特性を悪化させる。特に、振れ角θを大きくし
たときに、この歪みは多くなり，５０μｍを越える歪み
量になる場合がある。現在，レーザ加工において要求さ
れる加工精度は，５μｍ以下であり、現状では、この歪
みを防ぐために、ガルバノメータのドライバーのアンプ
特性に補正関数を掛けて得られる出力でガルバノメータ
を駆動している。また、メッシュ補正と呼ばれるｆθレ
ンズのスキャンエリアを適当なメッシュに分割して，各
メッシュに相当する位置で発生する補正しきれなかった
歪み量を実際の加工結果から実測して，この分をソフト
的な補正によってより良い精度保証を実現している。こ
のため、従来のレーザ加工光学装置では，制御系が複雑
になり、コストを増大させるだけでなく，装置調整にも
多大な時間が必要になるという課題を有する。また，加
工精度もせいぜい１５〜２０μｍを実現するのが限界で
あるという課題を有する。

【０００４】本発明の目的は、従来のこの様な課題を解
決し、低価格で、装置調整時間を短縮し、しかも加工精
度を向上することのできるレーザ加工光学装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工光学
装置は、入射したレーザビームを第１軸の方向に変位す
る第１スキャン手段と、前記第１スキャン手段により前
記第１軸の方向に変位した前記レーザビームを反射して
第２軸の方向に変位するガルバノミラーと前記ガルバノ
ミラーを回転駆動する第２ガルバノメータとを有す第２
スキャン手段と、被加工物を搭載して前記第１軸の方向
に移動するリニアステージと、前記ガルバノミラーを瞳
に配置し、前記ガルバノミラーからの前記レーザビーム
を前記被加工物の表面に集光するｆθレンズと、前記第
１スキャン手段と前記ガルバノメータと前記リニアステ
ージとを動作制御するスキャン制御部とを有することを
特徴とする。

【０００６】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記ｆθレンズが、一次元ｆθレンズであることを特徴と
する。

【０００７】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記ｆθレンズが、二次元ｆθレンズであることを特徴
とする。

【０００８】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記スキャン制御部が、前記リニアステージを等速で前記
第１軸の方向に移動するよう制御することを特徴とす
る。

【０００９】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で回転駆動する第１ガルバノメータと、前記第１ガル
バノメータにより回転し、前記レーザビームを前記第１
軸の方向へ変位する平行平板とを有することを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記平行平板が、前記レーザビームを透過する材料で構成
され、前記レーザビームが入射する面と出射する面は互
いに平行であり、前記入射する面と前記出射する面に
は、前記レーザビームのレーザ波長に対して反射を防止
する無反射膜を有して構成されることを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で回転駆動する第１ガルバノメータと、前記第１ガル
バノメータにより回転し、前記レーザビームを前記第１
軸の方向へ変位するウエッジ板とを有することを特徴と
する。

【００１２】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記ウエッジ板が、前記レーザビームを透過する材料で
構成され、前記レーザビームが入射する面に対して、前
記レーザビームが出射する面はウエッジ角だけ平行から
ずれて構成され、前記入射する面と前記出射する面に
は、前記レーザビームのレーザ波長に対して反射を防止
する無反射膜を有して構成されることを特徴とする。

【００１３】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制御
で回転駆動する第１ガルバノメータと、前記第１ガルバ
ノメータにより回転し、前記レーザビームを前記第１軸
の方向へ変位するプリズムとを有することを特徴とす
る。

【００１４】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で直進駆動するリニアトランスレータと、前記リニア
トランスレータにより前記第１軸の方向ヘ並進移動し、
前記レーザビームを前記第１軸の方向へ変位するプリズ
ムとを有することを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で直進駆動するリニアトランスレータと、前記リニア
トランスレータにより前記第１軸の方向ヘ並進移動し、
前記レーザビームを前記第１軸の方向へ変位する前記ウ
エッジ板とを有することを特徴とする。

【００１６】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制御
で直進駆動するリニアトランスレータと、前記リニアト
ランスレータにより前記第１軸の方向ヘ並進移動し前記
レーザビームを前記第１軸の方向へ変位する可動プリズ
ムと前記レーザビームが前記ｆθレンズに垂直に入射す
るように前記可動プリズムにより変位した前記レーザビ
ームの方路を変える固定プリズムとを有すプリズムペア
と、を有することを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で直進駆動するリニアトランスレータと、前記リニア
トランスレータにより前記第１軸の方向ヘ並進移動し前
記レーザビームを前記第１軸の方向へ変位する可動ウエ
ッジ板と前記レーザビームが前記ｆθレンズに垂直に入
射するように前記可動ウエッジ板により変位した前記レ
ーザビームの方路を変える固定ウエッジ板とを有すウエ
ッジペアと、を有することを特徴とする。

【００１８】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制御
で回転駆動する第１ガルバノメータと、前記レーザビー
ムの光軸に平行な回転軸を有し、前記第１ガルバノメー
タにより前記回転軸を中心として１回転することで、前
記レーザビームで円パターンを生成するプリズムとを有
することを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記スキャン制御部からの制
御で回転駆動する第１ガルバノメータと、前記レーザビ
ームの光軸に平行な回転軸を有し、前記第１ガルバノメ
ータにより前記回転軸を中心として１回転することで、
前記レーザビームで円パターンを生成するウエッジ板と
を有することを特徴とする。

【００２０】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記第１スキャン手段が、前記プリズムの回転軸と前記レ
ーザビームの光軸との距離を可変する軸間距離可変手段
を有することを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段が、前記ウエッジ板の回転軸と前
記レーザビームの光軸との距離を可変する軸間距離可変
手段を有することを特徴とする。

【００２２】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記スキャン制御部が、前記第１ガルバノメータを等速で
回転制御することを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記スキャン制御部が、生成された前記円パターンの位
置を決めるように前記ガルバノミラーを制御することを
特徴とする。

【００２４】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記第１スキャン手段が、前記レーザビームを前記第１軸
の方向へ変位する超音波光変調器を有することを特徴と
する。

【００２５】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記第１スキャン手段は、前記レーザビームを前記第１
軸の方向へ変位する超音波光変調器を有し、前記スキャ
ン制御部は、前記リニアステージを前記第１軸の方向へ
等速で移動するよう制御すると共に、前記リニアステー
ジの等速な移動に同期して、前記レーザビームを前記第
１軸の＋方向のスキャン最大範囲になる直前まで変位し
次に前記第１軸の−方向のスキャン最大範囲になる直前
まで変位するスキャン動作を反復するよう前記超音波光
変調器を制御することを特徴とする。

【００２６】また、本発明のレーザ加工光学装置は、前
記リニアトランスレータが、ボイスコイルにより駆動す
るリニアモータを有して構成されることを特徴とする。

【００２７】またさらに、本発明のレーザ加工光学装置
は、前記リニアトランスレータが、ガルバノメータによ
り駆動するリニアステージを有して構成されることを特
徴とする。

【００２８】さらに、本発明のレーザ加工光学装置は、
前記リニアトランスレータが、ボールネジの回転で駆動
するリニアステージを有して構成されることを特徴とす
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３０】図１は、本発明の第１実施形態の構成図
で、図２は、Ｙ方向微小スキャン手段を構成する平行平
板を説明する図である。

【００３１】図１を参照して、本発明の第１実施形態
は、レーザビーム１０をＹ軸方向へ微小量だけ変位する
Ｙ方向微小スキャン手段１００と、回転駆動するガルバ
ノメータ２００により，Ｙ方向微小スキャン手段１００
からのレーザビーム１０を反射してＸ軸方向に変位する
ガルバノミラー２０２と、Ｙ方向微小スキャン手段１０
０とガルバノミラー２０２により変位されたレーザビー
ム１０を被加工物５００上に集光する一次元ｆθレンズ
３０４と、被加工物５００を搭載しＹ軸方向に移動する
リニアステージ４００と、リニアステージ４００とＹ方
向微小スキャン手段１００とガルバノメータ２００との
移動制御を行うスキャン制御装置６００を有する。

【００３２】Ｙ方向微小スキャン手段１００は、回転駆
動するガルバノメータ１１０と、ガルバノメータ１１０
により回転し、レーザビーム１０をＹ軸方向へ微小だけ
変位する平行平板１２０とを有して構成される。

【００３３】平行平板１２０は、図２に示すように、レ
ーザビーム１０を透過する材料、例えばガラス、から構
成され、レーザビーム１０が入射する面と出射する面は
互いに平行であり、入射する面と出射する面には、レー
ザビーム１０のレーザ波長に対して反射を防止する無反
射膜（ＡＲコート）を有して構成される。

【００３４】ガルバノミラー２０２は、一次元ｆθレン
ズ３０４の瞳に配置され、レーザビーム１０をＸ軸方向
へ変位する。

【００３５】一次元ｆθレンズ３０４は、Ｘ軸方向のみ
にｆθ特性を有し、Ｘ軸方向に変位するレーザビーム１
０を、常にＸ軸方向で結像するレンズである。

【００３６】一次元ｆθレンズ３０４の瞳にガルバノミ
ラー２０２を配置することで、一次元ｆθレンズ３０４
の設計上の歪み量に近いｆθ特性を実現できる。

【００３７】リニアステージ４００は、ボールネジとボ
ールネジの回転で直進運動するリニアガイドとを有して
構成されるのが好ましい。また、リニアステージ４００
は、リニアモータとリニアモータにより直進運動するリ
ニアガイドとを有して構成されてもよい。

【００３８】スキャン制御装置６００は、リニアステー
ジ制御部６０２とＹ方向微小スキャン制御部６０４とＸ
方向スキャン制御部６０６とを有して構成される。

【００３９】リニアステージ制御部６０２は、リニアス
テージ４００をＹ軸方向に等速で移動するよう制御す
る。

【００４０】Ｙ方向微小スキャン制御部６０４は、リニ
アステージ４００の移動に同期してガルバノメータ１１
０を駆動して平行平板１１０を回転制御する。

【００４１】Ｘ方向スキャン制御部６０６は、ガルバノ
メータ２００を駆動してガルバノミラー２０２を回転制
御する。

【００４２】次に、本発明の第１実施形態の動作につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００４３】図１と図２とを参照して、Ｙ方向微小スキ
ャン制御部６０４からの制御によりガルバノメータ１１
０が平行平板１２０を回転角θ_g だけ回転すると、平行
平板１２０に入射したレーザビーム１０は、微小変位量
ΔｙだけＹ軸方向へ変位され平行平板１２０から出射す
る。例えば、厚さｄ=５ｍｍで、屈折率ｎ=１．５（ガラ
ス）を有する平行平板１２０が、回転角θ_g =２０゜だ
け回転すると、微小変位量Δｙは、１．３９７ｍｍとな
る。

【００４４】したがって、平行平板１２０が回転角θ_g
=２０゜だけ回転すると、レーザビーム１０は、ガルバ
ノミラー２０２上で微小変位量Δｙ=１．３９７ｍｍだ
け変位することになる。

【００４５】微小変位量Δｙ=１．３９７ｍｍだけＹ軸
方向へ変位したレーザビーム１０は、ガルバノミラー２
０２により反射されＸ軸方向へ変位される。

【００４６】Ｙ軸方向に微小変位量Δｙ=１．３９７ｍ
ｍだけ変位しかつＸ軸方向へ変位したレーザビーム１０
は、一次元ｆθレンズ３０４に入射し、等速度でＹ軸方
向に移動するリニアステージ４００に搭載されている被
加工物５００上に集光される。

【００４７】この集光により、微小径の穴をあけること
ができる。

【００４８】尚，このときの穴あけの周速度を一定にす
るために、Ｙ方向微小スキャン制御部６０４は、ガルバ
ノメータ１１０の回転制御を行い，Ｘ方向スキャン制御
部６０６は、ガルバノメータ２００の回転制御を行うこ
とで，ｓｉｎ（ｔ）、ここではｔは時間、の関数での制
御が行われる。したがって、非常に高速動作が可能にな
り，高速回転で穴あけ加工ができる。

【００４９】次に、第２実施形態を説明する。

【００５０】図３は、本発明の第２実施形態の構成図
で、図４は、Ｙ方向微小スキャン手段を構成するウエッ
ジ板を説明する図で，図５は、ウエッジ板の出射角特性
図である。

【００５１】第２実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ａを除いて第１実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ａのみを説明する。

【００５２】図３を参照して、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ａは、回転駆動するガルバノメータ１１０と、ガ
ルバノメータ１１０により回転し、レーザビーム１０を
Ｙ軸方向へ微小だけ変位するウエッジ板１２４とを有し
て構成される。

【００５３】ウエッジ板１２４は、図４に示すように、
レーザビーム１０を透過する材料、例えばガラス、から
構成され、レーザビーム１０が入射する面に対してレー
ザビーム１０が出射する面はウエッジ角φだけ傾斜して
おり、これらの入射する面と出射する面には、レーザビ
ーム１０のレーザ波長に対して反射を防止する無反射膜
（ＡＲコート）を有して構成される。

【００５４】Ｙ方向微小スキャン制御部６０４からの制
御によりガルバノメータ１１０がウエッジ板１２４を回
転角θ_inだけ回転すると、ウエッジ板１２４に入射した
レーザビーム１０は、出射角θ_out だけ変位してウエッ
ジ板１２４から出射する。例えば、ウエッジ角φ=３゜
で、屈折率ｎ=１．５（ガラス）を有するウエッジ板１
２４が、回転角θ_inを−１０゜から＋１０゜まで回転す
ると、図５に示すように、出射角θ_out の変化角度は、
約２０°となる。

【００５５】したがって、ガルバノメータ１１０がウエ
ッジ板１２４を±１０°振ることにより、一次元ｆθレ
ンズ３０４に入射する角度が約２０°変化することにな
る。一次元ｆθレンズ３０４の画角を、５０ｍｍの変位
で１０°と仮定すれば，Ｙ軸方向の変位量は約１００ｍ
ｍとなる。この結果から、Ｙ軸方向へのスキャンをより
大きくできる。

【００５６】次に、第３実施形態を説明する。

【００５７】図６は、本発明の第３実施形態の構成図で
ある。

【００５８】第３実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｂを除いて第２実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｂのみを説明する。

【００５９】Ｙ方向微小スキャン手段１００ｂは、Ｙ方
向微小スキャン手段１００ａにおけるウエッジ板１２４
の代わりにプリズム１２６を有して構成される。プリズ
ム１２６は、ガルバノメータ１１０により回転し、レー
ザビーム１０をＹ軸方向へ微小だけ変位する。

【００６０】次に、第４実施形態を説明する。

【００６１】図７は、本発明の第４実施形態の構成図で
ある。

【００６２】第４実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｃを除いて第１実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｃのみを説明する。

【００６３】Ｙ方向微小スキャン手段１００ｃは、並進
駆動するリニアトランスレータ１１２と、リニアトラン
スレータ１１２によりＹ軸方向へ並進し、レーザビーム
１０をＹ軸方向へ微小だけ変位するプリズム１２６とを
有して構成される。

【００６４】プリズム１２６は、Ｙ軸方向に並進移動し
て、プリズム１２６へ入射したレーザビーム１０をＹ軸
方向に変位する。

【００６５】リニアトランスレータ１１２は、ボイスコ
イルにより駆動して並進運動をプリズム１２６に与える
ボイスコイルドライブ方式のリニアモータを有して構成
されるのが好ましい。

【００６６】また、リニアトランスレータ１１２は、ガ
ルバノメータにより駆動して並進運動をプリズム１２６
に与えるガルバノメータドライブのリニアトランスレー
タでもよい。

【００６７】また、リニアトランスレータ１１２は、ボ
ールネジを使用したリニアステージでもよい。

【００６８】レーザビーム１０は、リニアトランスレー
タ１１２によりプリズム１２６がＹ軸方向へ並進する
と、プリズム１２６の厚みに応じてＹ軸方向に変位す
る。

【００６９】リニアトランスレータ１１２を用いること
で、レーザビーム１０はＹ軸方向により大きく変位され
るので、一次元ｆθレンズ３０４に入力する変位量が大
きく、焦点面への入射角が大きく採れる。

【００７０】次に、第５実施形態を説明する。

【００７１】図８は、本発明の第５実施形態の構成図で
ある。

【００７２】第５実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｄを除いて第４実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｄのみを説明する。

【００７３】Ｙ方向微小スキャン手段１００ｄは、Ｙ方
向微小スキャン手段１００ｃにおけるプリズム１２６の
代わりにウエッジ板１２４を有して構成される。ウエッ
ジ板１２４は、リニアトランスレータ１１２によりＹ軸
方向へ並進し、レーザビーム１０をＹ軸方向へ微小だけ
変位する。

【００７４】次に、第６実施形態を説明する。

【００７５】図９は、本発明の第６実施形態の構成図で
ある。

【００７６】第６実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｅを除いて第４実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｅのみを説明する。

【００７７】Ｙ方向微小スキャン手段１００ｅは、Ｙ方
向微小スキャン手段１００ｃにおけるプリズム１２６の
代わりにプリズムペア１３０を有して構成される。

【００７８】プリズムペア１３０は、Ｙ軸方向ヘ並進移
動する可動プリズム１３２と固定されている固定プリズ
ム１３４を有して構成される。可動プリズム１３２は、
リニアトランスレータ１１２によりＹ軸方向へ並進し、
レーザビーム１０をＹ軸方向へ微小だけ変位する。固定
プリズム１３４は、可動プリズム１３２から出射され
た、Ｙ軸方向へ微小だけ変位したレーザビーム１０の方
向を変えて、レーザビーム１０が一次元ｆθレンズ３０
４へ垂直に入射できるようにする。

【００７９】プリズムペア１３０を使用することで、レ
ーザビーム１０が一次元ｆθレンズ３０４へ垂直に入射
できるので、装置調整が容易になり装置調整に必要な時
間が短縮できる。

【００８０】次に、第７実施形態を説明する。

【００８１】図１０は、本発明の第７実施形態の構成図
である。

【００８２】第７実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｆを除いて第６実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｆのみを説明する。

【００８３】Ｙ方向微小スキャン手段１００ｆは、Ｙ方
向微小スキャン手段１００ｅにおけるプリズムペア１３
０の代わりにウエッジペア１４０を有して構成される。

【００８４】ウエッジペア１４０は、Ｙ軸方向ヘ並進移
動する可動ウエッジ板１４２と固定されている固定ウエ
ッジ板１３４を有して構成される。

【００８５】可動ウエッジ板１４２は、リニアトランス
レータ１１２によりＹ軸方向へ並進し、レーザビーム１
０をＹ軸方向へ微小だけ変位する。

【００８６】固定ウエッジ板１４４は、Ｙ軸方向へ微小
だけ変位したレーザビーム１０が一次元ｆθレンズ３０
４へ垂直に入射できるように、可動ウエッジ板１４２か
ら出射されたレーザビーム１０の方向を変える。

【００８７】次に、第８実施形態を説明する。

【００８８】図１１は、本発明の第８実施形態の構成図
である。

【００８９】第８実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｇを除いて第１実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｇのみを説明する。

【００９０】図１１を参照して、Ｙ方向微小スキャン手
段１００ｇは、回転駆動するガルバノメータ１１０と、
ガルバノメータ１１０により回転し、レーザビーム１０
をＹ軸方向へ微小だけ変位する回転プリズム１５０とを
有して構成される。

【００９１】回転プリズム１５０は、レーザビーム１０
の光軸と平行な回転軸を有する。

【００９２】Ｙ方向微小スキャン制御部６０４は、ガル
バノメータ１１０を制御して、回転プリズム１５０を、
この回転軸を中心にして等速で３６０度回転する。

【００９３】回転プリズム１５０が等速で３６０度回転
すると、回転プリズム１５０に入射したレーザビーム１
０は、ある角度で振られ、回転プリズム１５０から出射
し、この角度に応じた半径の円パターンを形成する。レ
ーザビーム１０により形成された円パターンは、ガルバ
ノミラー２０２に入射される。Ｘ方向スキャン制御部６
０６は、ガルバノミラー２０２をＸ軸方向に移動し、所
定の位置で止めることで、ガルバノミラー２０２へ入射
された円パターンを、被加工物５００上のＸ軸方向の所
定位置に照射して穴５０２を加工する。

【００９４】さらに、このままでは決められた半径の穴
加工しかできないので，回転プリズム１５０の回転軸と
レーザビーム１０の光軸間の距離を可変することで、回
転プリズム１５０は、半径の異なる円パターンを生成す
る。これにより、加工半径を可変できる。

【００９５】回転プリズム１５０の回転を等速にするこ
とによって安定した穴加工ができる。

【００９６】次に、第９実施形態を説明する。

【００９７】図１２は、本発明の第９実施形態の構成図
である。

【００９８】第９実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手段
１００ｈを除いて第８実施形態と同構成であるので、Ｙ
方向微小スキャン手段１００ｈのみを説明する。

【００９９】図１２を参照して、Ｙ方向微小スキャン手
段１００ｈは、Ｙ方向微小スキャン手段１００ｇにおけ
る回転プリズム１５０の代わりに回転ウエッジ板１５２
を有して構成される。

【０１００】第８実施形態と同様に、回転ウエッジ板１
５２が等速で３６０度回転すると、回転ウエッジ板１５
２に入射したレーザビーム１０は、ある角度で振られ、
回転ウエッジ板１５２から出射し、この角度に応じた半
径での円を被加工物５００に照射して穴５０２を加工す
る。

【０１０１】さらに、このままでは決められた半径の穴
加工しかできないので，回転ウェッジ板１５２の回転軸
とレーザビーム１０の光軸間の距離を可変することで、
回転ウェッジ板１５２は、半径の異なる円パターンを生
成する。これにより、加工半径を可変できる。

【０１０２】回転ウェッジ板１５２の回転を等速にする
ことによって安定した穴加工ができる。

【０１０３】次に、第１０実施形態を説明する。

【０１０４】図１３は、本発明の第１０実施形態の構成
図である。

【０１０５】第１０実施形態は、Ｙ方向微小スキャン手
段１００ｉを除いて第１実施形態と同構成であるので、
Ｙ方向微小スキャン手段１００ｉのみを説明する。

【０１０６】図１３を参照して、Ｙ方向微小スキャン手
段１００ｉは、Ｙ方向微小スキャン制御部６０４からの
指示によりマイクロ波を発生するマイクロ波ドライバ１
６２と、マイクロ波ドライバ１６２からのマイクロ波に
より回折角度を変えてレーザビーム１０をＹ軸方向へ偏
向する超音波光変調器（ＡＯＭ：ＡｃｏｕｓｔｉｃＯｐ
ｔｉｃａｌＭｏｄｕｌａｔｏｒ）１６０と，超音波光
変調器１６０から高次の回折角度で出射する光を除去す
るスリット１６４とを有して構成される。

【０１０７】レーザビーム１０は、超音波光変調器１６
０によりＹ軸方向へ回折され、回折されたレーザビーム
１０は、スリット１６４により、０次回折光のみが選択
され、ガルバノミラー２０２ヘ入射される。

【０１０８】リニアステージ制御部６０２はリニアステ
ージ４００をＹ軸方向に等速で移動するよう制御すると
共に、Ｙ方向微小スキャン制御部６０４は、リニアステ
ージ４００の等速移動に同期して、レーザビーム１０
を、Ｙ軸の＋方向のスキャン最大範囲になる直前まで偏
向し、次にＹ軸の−方向のスキャン最大範囲になる直前
まで偏向するというスキャン動作を反復するようマイク
ロ波ドライバ１６２を制御することにより，レーザビー
ム１０をＹ軸方向に高速でスキャンすることができる。
これにより、加工速度を理論上の最大近くまで上げるこ
とが可能になる。

【０１０９】Ｙ軸方向への偏向角をさらに大にするに
は、超音波光変調器１６０を多段にカスケード接続して
Ｙ方向微小スキャン手段１００ｉを構成すればよい。

【０１１０】次に、第１４実施形態を説明する。

【０１１１】図１４は、本発明の第１１実施形態の構成
図である。

【０１１２】図１４を参照して、第１１実施形態は、第
１実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成され、二次元ｆθレンズ
３０２を除いて第１実施形態と同構成であるので、二次
元ｆθレンズ３０２に関することのみを説明する。

【０１１３】二次元ｆθレンズ３０２は、Ｘ軸方向とＹ
軸方向に変位するレーザビーム１０の結像面を平面化す
るｆθ特性を有するレンズである。

【０１１４】ガルバノミラー２０２は、二次元ｆθレン
ズ３０２の瞳に配置され、レーザビーム１０をＸ軸方向
へ変位する。

【０１１５】レーザビーム１０が、Ｙ方向微小スキャン
手段１００の平行平板１２０に入射されると、レーザビ
ーム１０はＹ軸方向へ微小量だけ変位されて平行平板１
２０から出射される。平行平板１２０から出射されたレ
ーザビーム１０は、ガルバノミラー２０２により反射し
Ｘ軸方向へ変位されてガルバノミラー２０２から出射さ
れる。ガルバノミラー２０２から出射されれたレーザビ
ーム１０は二次元ｆθレンズ３０２に入射され、二次元
ｆθレンズ３０２により、Ｙ軸方向に等速で移動するリ
ニアステージ４００に搭載されている被加工物５００上
に集光される。

【０１１６】次に、第１２実施形態を説明する。

【０１１７】図１５は、本発明の第１２実施形態の構成
図である。

【０１１８】図１５を参照して、第１２実施形態は、第
２実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１１９】次に、第１３実施形態を説明する。

【０１２０】図１６は、本発明の第１３実施形態の構成
図である。

【０１２１】図１６を参照して、第１３実施形態は、第
３実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１２２】次に、第１４実施形態を説明する。

【０１２３】図１７は、本発明の第１４実施形態の構成
図である。

【０１２４】図１７を参照して、第１４実施形態は、第
４実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１２５】次に、第１５実施形態を説明する。

【０１２６】図１８は、本発明の第１５実施形態の構成
図である。

【０１２７】図１８を参照して、第１５実施形態は、第
５実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１２８】次に、第１６実施形態を説明する。

【０１２９】図１９は、本発明の第１６実施形態の構成
図である。

【０１３０】図１９を参照して、第１６実施形態は、第
６実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１３１】次に、第１７実施形態を説明する。

【０１３２】図２０は、本発明の第１７実施形態の構成
図である。

【０１３３】図２０を参照して、第１７実施形態は、第
７実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１３４】次に、第１８実施形態を説明する。

【０１３５】図２１は、本発明の第１８実施形態の構成
図である。

【０１３６】図２１を参照して、第１８実施形態は、第
８実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１３７】次に、第１９実施形態を説明する。

【０１３８】図２２は、本発明の第１９実施形態の構成
図である。

【０１３９】図２２を参照して、第１９実施形態は、第
９実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わりに
二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１４０】次に、第２０実施形態を説明する。

【０１４１】図２３は、本発明の第２０実施形態の構成
図である。

【０１４２】図２３を参照して、第２０実施形態は、第
１０実施形態における一次元ｆθレンズ３０４の代わり
に二次元ｆθレンズ３０２で構成される。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、平行平
板あるいはウエッジ板あるいはプリズムを可動してレー
ザビームをＹ軸方向に変位し、ｆθレンズの瞳位置に厳
密に配置されたガルバノミラーでレーザビームをＸ軸方
向に変位し，Ｙ軸方向とＸ軸方向に変位したレーザビー
ムを、ｆθレンズにより、等速でＹ軸方向に移動するリ
ニアステージに搭載されている被加工物上に集光する構
成であるので、高精度でしかも高速動作の加工をするこ
とができる。

【０１４４】また本発明は，超音波光変調器を用いてレ
ーザビームをＹ軸方向に変位しているので、さらなる高
速で加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成図である。

【図２】Ｙ方向微小スキャン手段を構成する平行平板を
説明する図である。

【図３】本発明の第２実施形態の構成図である。

【図４】Ｙ方向微小スキャン手段を構成するウエッジ板
を説明する図である。

【図５】ウエッジ板の出射角特性図である。

【図６】本発明の第３実施形態の構成図である。

【図７】本発明の第４実施形態の構成図である。

【図８】本発明の第５実施形態の構成図である。

【図９】本発明の第６実施形態の構成図である。

【図１０】本発明の第７実施形態の構成図である。

【図１１】本発明の第８実施形態の構成図である。

【図１２】本発明の第９実施形態の構成図である。

【図１３】本発明の第１０実施形態の構成図である。

【図１４】本発明の第１１実施形態の構成図である。

【図１５】本発明の第１２実施形態の構成図である。

【図１６】本発明の第１３実施形態の構成図である。

【図１７】本発明の第１４実施形態の構成図である。

【図１８】本発明の第１５実施形態の構成図である。

【図１９】本発明の第１６実施形態の構成図である。

【図２０】本発明の第１７実施形態の構成図である。

【図２１】本発明の第１８実施形態の構成図である。

【図２２】本発明の第１９実施形態の構成図である。

【図２３】本発明の第２０実施形態の構成図である。

【符号の説明】

１０レーザビーム１００Ｙ方向微小スキャン手段１１０，２００ガルバノメータ１１２リニアトランスレータ１２０平行平板１２４ウエッジ板１２６プリズム１３０プリズムペア１４０ウエッジペア１５０回転プリズム１５２回転ウエッジ板１６０超音波光変調器２０２ガルバノミラー３０２二次元ｆθレンズ３０４一次元ｆθレンズ４００リニアステージ５００被加工物６００スキャン制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射したレーザビームを第１軸の方向に
変位する第１スキャン手段と、前記第１スキャン手段に
より前記第１軸の方向に変位した前記レーザビームを反
射して第２軸の方向に変位するガルバノミラーと前記ガ
ルバノミラーを回転駆動する第２ガルバノメータとを有
す第２スキャン手段と、被加工物を搭載して前記第１軸
の方向に移動するリニアステージと、前記ガルバノミラ
ーを瞳に配置し、前記ガルバノミラーからの前記レーザ
ビームを前記被加工物の表面に集光するｆθレンズと、
前記第１スキャン手段と前記ガルバノメータと前記リニ
アステージとを動作制御するスキャン制御部とを有する
ことを特徴とするレーザ加工光学装置。
【請求項２】前記ｆθレンズは、一次元ｆθレンズで
あることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装
置。
【請求項３】前記ｆθレンズは、二次元ｆθレンズで
あることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装
置。
【請求項４】前記スキャン制御部は、前記リニアステ
ージを等速で前記第１軸の方向に移動するよう制御する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装置。
【請求項５】前記第１スキャン手段は、前記スキャン
制御部からの制御で回転駆動する第１ガルバノメータ
と、前記第１ガルバノメータにより回転し、前記レーザ
ビームを前記第１軸の方向へ変位する平行平板とを有す
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装
置。
【請求項６】前記平行平板は、前記レーザビームを透
過する材料で構成され、前記レーザビームが入射する面
と出射する面は互いに平行であり、前記入射する面と前
記出射する面には、前記レーザビームのレーザ波長に対
して反射を防止する無反射膜を有して構成されることを
特徴とする請求項５記載のレーザ加工光学装置。
【請求項７】前記第１スキャン手段は、前記スキャン
制御部からの制御で回転駆動する第１ガルバノメータ
と、前記第１ガルバノメータにより回転し、前記レーザ
ビームを前記第１軸の方向へ変位するウエッジ板とを有
することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装
置。
【請求項８】前記ウエッジ板は、前記レーザビームを
透過する材料で構成され、前記レーザビームが入射する
面に対して、前記レーザビームが出射する面はウエッジ
角だけ平行からずれて構成され、前記入射する面と前記
出射する面には、前記レーザビームのレーザ波長に対し
て反射を防止する無反射膜を有して構成されることを特
徴とする請求項７記載のレーザ加工光学装置。
【請求項９】前記第１スキャン手段は、前記スキャン
制御部からの制御で回転駆動する第１ガルバノメータ
と、前記第１ガルバノメータにより回転し、前記レーザ
ビームを前記第１軸の方向へ変位するプリズムとを有す
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学装
置。
【請求項１０】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で直進駆動するリニアトランスレー
タと、前記リニアトランスレータにより前記第１軸の方
向ヘ並進移動し、前記レーザビームを前記第１軸の方向
へ変位するプリズムとを有することを特徴とする請求項
１記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１１】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で直進駆動するリニアトランスレー
タと、前記リニアトランスレータにより前記第１軸の方
向ヘ並進移動し、前記レーザビームを前記第１軸の方向
へ変位する前記ウエッジ板とを有することを特徴とする
請求項１と８記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１２】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で直進駆動するリニアトランスレー
タと、前記リニアトランスレータにより前記第１軸の方
向ヘ並進移動し前記レーザビームを前記第１軸の方向へ
変位する可動プリズムと前記レーザビームが前記ｆθレ
ンズに垂直に入射するように前記可動プリズムにより変
位した前記レーザビームの方路を変える固定プリズムと
を有すプリズムペアと、を有することを特徴とする請求
項１記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１３】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で直進駆動するリニアトランスレー
タと、前記リニアトランスレータにより前記第１軸の方
向ヘ並進移動し前記レーザビームを前記第１軸の方向へ
変位する可動ウエッジ板と前記レーザビームが前記ｆθ
レンズに垂直に入射するように前記可動ウエッジ板によ
り変位した前記レーザビームの方路を変える固定ウエッ
ジ板とを有すウエッジペアと、を有することを特徴とす
る請求項１記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１４】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で回転駆動する第１ガルバノメータ
と、前記レーザビームの光軸に平行な回転軸を有し、前
記第１ガルバノメータにより前記回転軸を中心として１
回転することで、前記レーザビームで円パターンを生成
するプリズムとを有することを特徴とする請求項１記載
のレーザ加工光学装置。
【請求項１５】前記第１スキャン手段は、前記スキャ
ン制御部からの制御で回転駆動する第１ガルバノメータ
と、前記レーザビームの光軸に平行な回転軸を有し、前
記第１ガルバノメータにより前記回転軸を中心として１
回転することで、前記レーザビームで円パターンを生成
するウエッジ板とを有することを特徴とする請求項１記
載のレーザ加工光学装置。
【請求項１６】前記第１スキャン手段は、前記プリズ
ムの回転軸と前記レーザビームの光軸との距離を可変す
る軸間距離可変手段を有することを特徴とする請求項１
４記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１７】前記第１スキャン手段は、前記ウエッ
ジ板の回転軸と前記レーザビームの光軸との距離を可変
する軸間距離可変手段を有することを特徴とする請求項
１５記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１８】前記スキャン制御部は、前記第１ガル
バノメータを等速で回転制御することを特徴とする請求
項１と１４と１５記載のレーザ加工光学装置。
【請求項１９】前記スキャン制御部は、生成された前
記円パターンの位置を決めるように前記ガルバノミラー
を制御することを特徴とする請求項１と１４と１５記載
のレーザ加工光学装置。
【請求項２０】前記第１スキャン手段は、前記レーザ
ビームを前記第１軸の方向へ変位する超音波光変調器を
有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工光学
装置。
【請求項２１】前記第１スキャン手段は、前記レーザ
ビームを前記第１軸の方向へ変位する超音波光変調器を
有し、前記スキャン制御部は、前記リニアステージを前
記第１軸の方向へ等速で移動するよう制御すると共に、
前記リニアステージの等速な移動に同期して、前記レー
ザビームを前記第１軸の＋方向のスキャン最大範囲にな
る直前まで変位し次に前記第１軸の−方向のスキャン最
大範囲になる直前まで変位するスキャン動作を反復する
よう前記超音波光変調器を制御することを特徴とする請
求項１記載のレーザ加工光学装置。
【請求項２２】前記リニアトランスレータは、ボイス
コイルにより駆動するリニアモータを有して構成される
ことを特徴とする請求項１０と１１と１２と１３記載の
レーザ加工光学装置。
【請求項２３】前記リニアトランスレータは、ガルバ
ノメータにより駆動するリニアステージを有して構成さ
れることを特徴とする請求項１０と１１と１２と１３記
載のレーザ加工光学装置。
【請求項２４】前記リニアトランスレータは、ボール
ネジの回転で駆動するリニアステージを有して構成され
ることを特徴とする請求項１０と１１と１２と１３記載
のレーザ加工光学装置。