JP2003001472A - レーザ加工装置及び方法 - Google Patents
レーザ加工装置及び方法Info
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- JP2003001472A JP2003001472A JP2001187703A JP2001187703A JP2003001472A JP 2003001472 A JP2003001472 A JP 2003001472A JP 2001187703 A JP2001187703 A JP 2001187703A JP 2001187703 A JP2001187703 A JP 2001187703A JP 2003001472 A JP2003001472 A JP 2003001472A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- cross
- spherical aberration
- lens
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 平行な複数のライン加工を行うレーザ加工に
おいて、ラインピッチのばらつきを抑制したレーザ加工
装置を提供する。 【解決手段】 レーザ発振器１と、このレーザ発振器か
ら出射したレーザビームの断面強度を均一にして平行ビ
ームに戻すホモジュナイザ３、４と、このビームの光路
内に平面上に１列もしくは複数列に集光レンズを配置し
て構成したレンズアレイ８とを有し、ホモジュナイザ４
を通過したレーザビームの球面収差を補正して変換する
非球面プレート６を有する。
おいて、ラインピッチのばらつきを抑制したレーザ加工
装置を提供する。 【解決手段】 レーザ発振器１と、このレーザ発振器か
ら出射したレーザビームの断面強度を均一にして平行ビ
ームに戻すホモジュナイザ３、４と、このビームの光路
内に平面上に１列もしくは複数列に集光レンズを配置し
て構成したレンズアレイ８とを有し、ホモジュナイザ４
を通過したレーザビームの球面収差を補正して変換する
非球面プレート６を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平行な複数のライ
ン加工を行うレーザ加工装置及び方法に関するものであ
る。
ン加工を行うレーザ加工装置及び方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来のレーザ加工装置の構成を
示すもので、金属蒸着フィルム９に対し、レーザビーム
により一定間隔で複数のライン状に、効率よく金属膜を
除去加工できるように構成されている。レーザ発振器１
から出射されたレーザビーム２は、２枚の非球面レンズ
からなるホモジュナイザ３、４によってガウシアン分布
のビームの強度分布が均質化され、シリンドリカルエキ
スパンダ５によりレンズアレイ８と等大の長方形に拡大
整形されている。その後、折り返しミラー７によって反
射され、レンズアレイ８上に等ピッチに配置された各集
光レンズにより、金属蒸着フィルム９上に集光される。
そして、被加工物移動手段１０によって、金属蒸着フィ
ルム９が一方向に走行し、ライン加工を行っている。
示すもので、金属蒸着フィルム９に対し、レーザビーム
により一定間隔で複数のライン状に、効率よく金属膜を
除去加工できるように構成されている。レーザ発振器１
から出射されたレーザビーム２は、２枚の非球面レンズ
からなるホモジュナイザ３、４によってガウシアン分布
のビームの強度分布が均質化され、シリンドリカルエキ
スパンダ５によりレンズアレイ８と等大の長方形に拡大
整形されている。その後、折り返しミラー７によって反
射され、レンズアレイ８上に等ピッチに配置された各集
光レンズにより、金属蒸着フィルム９上に集光される。
そして、被加工物移動手段１０によって、金属蒸着フィ
ルム９が一方向に走行し、ライン加工を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ加工装置の構成では、加工されるラインピッチが
レンズの中央付近は広く、端になるほど狭くなってしま
う傾向があった。そして、ラインピッチのばらつきが小
さくなるよう、光学部品の配置を最適化していたが、光
学部品の配置によってピッチばらつきを抑えようとする
と、ピッチの絶対値が大きくなってしまい、それに対し
て、レンズアレイのピッチを所望するラインピッチより
も小さくすることで対応してきた。しかし、それでもな
お、レンズアレイ上の各レンズによる集光スポット径に
ばらつきがあるため、加工されるラインの幅が大きくば
らつく、また加工されるラインピッチ精度が十分に得ら
れないという問題点があった。
レーザ加工装置の構成では、加工されるラインピッチが
レンズの中央付近は広く、端になるほど狭くなってしま
う傾向があった。そして、ラインピッチのばらつきが小
さくなるよう、光学部品の配置を最適化していたが、光
学部品の配置によってピッチばらつきを抑えようとする
と、ピッチの絶対値が大きくなってしまい、それに対し
て、レンズアレイのピッチを所望するラインピッチより
も小さくすることで対応してきた。しかし、それでもな
お、レンズアレイ上の各レンズによる集光スポット径に
ばらつきがあるため、加工されるラインの幅が大きくば
らつく、また加工されるラインピッチ精度が十分に得ら
れないという問題点があった。
【０００４】また、ラインピッチ精度が十分に得られな
いため、ライン加工される金属蒸着フィルムの精度にも
影響があり、この金属蒸着フィルムを用いて製造するコ
ンデンサの容量にも、バラツキが生ずるという問題点も
あった。
いため、ライン加工される金属蒸着フィルムの精度にも
影響があり、この金属蒸着フィルムを用いて製造するコ
ンデンサの容量にも、バラツキが生ずるという問題点も
あった。
【０００５】さらに、各光学部品の加工精度、組み付け
精度等の見直しを行い、また各光学ユニット単体に対し
て光学シミュレーションを行うと、シリンドリカルエキ
スパンダによる影響が著しく大きいことが判明した。そ
して、このシリンドリカルエキスパンダの影響を小さく
するために、球面収差を補正する手段の追加もしくは、
球面収差をもたない構成にすればよいことも明らかにな
った。しかしながら、シリンドリカルエキスパンダを非
球面のシリンドリカルレンズで構成し、球面収差をなく
せばよいが、一本のビームでできるだけ多くのライン加
工を行うためにはできるだけ細長いビームに整形するた
め曲率の高いレンズを用いる必要があり、高曲率の非球
面シリンドリカルレンズの加工は非常に困難で、実用に
足る形状精度のレンズは供給不可能である。
精度等の見直しを行い、また各光学ユニット単体に対し
て光学シミュレーションを行うと、シリンドリカルエキ
スパンダによる影響が著しく大きいことが判明した。そ
して、このシリンドリカルエキスパンダの影響を小さく
するために、球面収差を補正する手段の追加もしくは、
球面収差をもたない構成にすればよいことも明らかにな
った。しかしながら、シリンドリカルエキスパンダを非
球面のシリンドリカルレンズで構成し、球面収差をなく
せばよいが、一本のビームでできるだけ多くのライン加
工を行うためにはできるだけ細長いビームに整形するた
め曲率の高いレンズを用いる必要があり、高曲率の非球
面シリンドリカルレンズの加工は非常に困難で、実用に
足る形状精度のレンズは供給不可能である。
【０００６】本発明は、レンズアレイに設置された各レ
ンズの配置通りのピッチで、精度良くライン加工を行え
るレーザ加工装置及び方法を提供することを目的とす
る。
ンズの配置通りのピッチで、精度良くライン加工を行え
るレーザ加工装置及び方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、レーザビームの断面強度を均一にし、この
断面強度を均一化したレーザビームを平行ビームにした
後、この平行ビームを長方形断面のビーム形状に変換
し、この変換したレーザビームの球面収差を補正して、
この球面収差を補正したレーザビームを複数個配置した
集光レンズで集光して加工するものである。
に本発明は、レーザビームの断面強度を均一にし、この
断面強度を均一化したレーザビームを平行ビームにした
後、この平行ビームを長方形断面のビーム形状に変換
し、この変換したレーザビームの球面収差を補正して、
この球面収差を補正したレーザビームを複数個配置した
集光レンズで集光して加工するものである。
【０００８】これにより、従来よりも低曲率のシリンド
リカルレンズで同じ形状に整形することができ、球面収
差を格段に小さくすることができ、球面収差によるビー
ムの平行性の乱れを解消することができ、平行性の良い
均質ビームを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を行
うことができる。
リカルレンズで同じ形状に整形することができ、球面収
差を格段に小さくすることができ、球面収差によるビー
ムの平行性の乱れを解消することができ、平行性の良い
均質ビームを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を行
うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００１０】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
レーザ加工装置の構成を示すもので、レーザ発振器１か
ら出射されたレーザビーム２は、断面強度を均一にする
非球面を有する第１の非球面レンズと、この断面強度を
均一化したレーザビームを平行ビームに戻す非球面を有
する第２の非球面レンズとからなるホモジュナイザ３、
４によりビームの強度分布が均質化されると同時に、レ
ンズアレイ８の短軸長以上で長軸長以下の大きさに拡大
される。その後、第１シリンドリカルエキスパンダ５ａ
により、レンズアレイ８の短軸方向にレンズアレイ８の
短軸長まで縮小された後、第２シリンドリカルエキスパ
ンダ５ｂにより、レンズアレイ８の長軸方向にレンズア
レイ８の長軸長まで拡大されることにより、レンズアレ
イ８と等大の長方形に拡大整形される。そして、レンズ
アレイ８上に等ピッチに配置された各レンズにより、図
示しない一方向に走行する金属蒸着フィルム上に照射さ
れる。
レーザ加工装置の構成を示すもので、レーザ発振器１か
ら出射されたレーザビーム２は、断面強度を均一にする
非球面を有する第１の非球面レンズと、この断面強度を
均一化したレーザビームを平行ビームに戻す非球面を有
する第２の非球面レンズとからなるホモジュナイザ３、
４によりビームの強度分布が均質化されると同時に、レ
ンズアレイ８の短軸長以上で長軸長以下の大きさに拡大
される。その後、第１シリンドリカルエキスパンダ５ａ
により、レンズアレイ８の短軸方向にレンズアレイ８の
短軸長まで縮小された後、第２シリンドリカルエキスパ
ンダ５ｂにより、レンズアレイ８の長軸方向にレンズア
レイ８の長軸長まで拡大されることにより、レンズアレ
イ８と等大の長方形に拡大整形される。そして、レンズ
アレイ８上に等ピッチに配置された各レンズにより、図
示しない一方向に走行する金属蒸着フィルム上に照射さ
れる。
【００１１】これによって、従来よりも低曲率のシリン
ドリカルレンズで同じ形状に整形することができ、球面
収差を格段に小さくすることができ、球面収差によるビ
ームの平行性の乱れを解消することができ、平行性の良
い均質ビームを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を
行うことができる。
ドリカルレンズで同じ形状に整形することができ、球面
収差を格段に小さくすることができ、球面収差によるビ
ームの平行性の乱れを解消することができ、平行性の良
い均質ビームを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を
行うことができる。
【００１２】この時、第２シリンドリカルエキスパンダ
５ｂの拡大方向が、ラインピッチ方向に相当し、この倍
率がピッチ精度に影響を及ぼすので、倍率をできるだけ
小さくなるように選ぶのがよい。ただし、加工効率を上
げるために、できるだけ長い長方形ビームを得るために
は、倍率を小さくしすぎるとホモジュナイザ３、４や第
１シリンドリカルエキスパンダ５ａの各レンズを大きく
せねばならないので、全体構成から、３組各々の倍率が
ほぼ等しくなるように選んでやるのがよい。
５ｂの拡大方向が、ラインピッチ方向に相当し、この倍
率がピッチ精度に影響を及ぼすので、倍率をできるだけ
小さくなるように選ぶのがよい。ただし、加工効率を上
げるために、できるだけ長い長方形ビームを得るために
は、倍率を小さくしすぎるとホモジュナイザ３、４や第
１シリンドリカルエキスパンダ５ａの各レンズを大きく
せねばならないので、全体構成から、３組各々の倍率が
ほぼ等しくなるように選んでやるのがよい。
【００１３】次に、本発明の第２の実施の形態に係るレ
ーザ加工装置の構成を示すもので、従来の構成と共通す
る要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
ーザ加工装置の構成を示すもので、従来の構成と共通す
る要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】図２において、シリンドリカルエキスパン
ダ５により長方形に整形された均質ビームは、図３に示
すように、シリンドリカルレンズの球面収差により、シ
リンドリカルレンズの横（長手）方向の各位置での出射
ビーム成分は、進行方向各々異なる方向に傾いている。
この各々の位置での傾きを平行に戻す曲面をもつプレー
トである非球面プレート６の挿入により、平行性の良い
均質ビームがレンズアレイ８に導かれ、レンズアレイ８
上のレンズピッチに精度良く対応した複数ライン加工を
行うことができる。
ダ５により長方形に整形された均質ビームは、図３に示
すように、シリンドリカルレンズの球面収差により、シ
リンドリカルレンズの横（長手）方向の各位置での出射
ビーム成分は、進行方向各々異なる方向に傾いている。
この各々の位置での傾きを平行に戻す曲面をもつプレー
トである非球面プレート６の挿入により、平行性の良い
均質ビームがレンズアレイ８に導かれ、レンズアレイ８
上のレンズピッチに精度良く対応した複数ライン加工を
行うことができる。
【００１５】すなわちこの構成によれば、ビームの平行
性の乱れを相殺することができ、平行性の良い均質ビー
ムを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を行うことが
できる。
性の乱れを相殺することができ、平行性の良い均質ビー
ムを得、ピッチ精度の良い複数ライン加工を行うことが
できる。
【００１６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、低収差に
てビームを細長く整形することができるので、ピッチ精
度を損なうことなく複数のライン加工ができ、高効率・
高精度を要するライン加工を必要とする場合に効果的で
ある。
てビームを細長く整形することができるので、ピッチ精
度を損なうことなく複数のライン加工ができ、高効率・
高精度を要するライン加工を必要とする場合に効果的で
ある。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装
置の構成を示す斜視図
置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装
置の構成を示す斜視図
置の構成を示す斜視図
【図３】シリンドリカルレンズで球面収差が発生する様
子を説明する図
子を説明する図
【図４】従来のレーザ加工装置の構成を示す図
１ レーザ発振器
３ ホモジュナイザ
４ ホモジュナイザ
５ シリンドリカルエキスパンダ
６ 非球面プレート
８ レンズアレイ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 遠屋 和浩
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 4E068 CD04 CD05 CD08 CD14
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
出射したレーザビームの断面強度を均一にする非球面を
有する第１の非球面レンズと、この断面強度を均一化し
たレーザビームを平行ビームに戻す非球面を有する第２
の非球面レンズと、この第２の非球面レンズを通過した
レーザビームの光路内に複数の集光レンズを配置して構
成した集光光学装置とを有し、前記第２の非球面レンズ
を通過したレーザビームを、この集光光学装置への入射
ビーム形状に球面収差を補正して変換するビーム形状変
換手段を有したことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】 ビーム形状変換手段が、ビーム断面の一
方向を縮小し、これと垂直な方向を拡大する、二対の球
面シリンドリカルレンズからなることを特徴とする請求
項１に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】 ビーム形状変換手段が、一対の球面シリ
ンドリカルレンズと、この一対の球面シリンドリカルレ
ンズを通過したレーザビームの球面収差を補正する非球
面プレートとを有したことを特徴とする請求項１に記載
のレーザ加工装置。 - 【請求項４】 レーザビームの断面強度を均一にする工
程と、この断面強度を均一化したレーザビームを平行ビ
ームにする工程と、この平行ビームを長方形断面のビー
ム形状に変換する工程と、この変換したレーザビームの
球面収差を補正する工程と、この球面収差を補正したレ
ーザビームを複数個配置した集光レンズで集光して被加
工物を加工する工程とを有したことを特徴とするレーザ
加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001187703A JP2003001472A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | レーザ加工装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001187703A JP2003001472A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | レーザ加工装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003001472A true JP2003001472A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19026958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001187703A Pending JP2003001472A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | レーザ加工装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003001472A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007500525A (ja) * | 2003-08-01 | 2007-01-18 | エルテーエス ローマン テラピー−ジステーメ アーゲー | ヒトの皮膚の浸透性を向上させる方法及び装置 |
| WO2011136056A1 (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザ加工装置 |
| US11560987B2 (en) | 2019-11-20 | 2023-01-24 | Nichia Corporation | Light source device |
-
2001
- 2001-06-21 JP JP2001187703A patent/JP2003001472A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007500525A (ja) * | 2003-08-01 | 2007-01-18 | エルテーエス ローマン テラピー−ジステーメ アーゲー | ヒトの皮膚の浸透性を向上させる方法及び装置 |
| WO2011136056A1 (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザ加工装置 |
| JP2011230159A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | V Technology Co Ltd | レーザ加工装置 |
| CN102869474A (zh) * | 2010-04-28 | 2013-01-09 | 株式会社V技术 | 激光加工装置 |
| TWI505896B (zh) * | 2010-04-28 | 2015-11-01 | V Technology Co Ltd | 雷射加工裝置 |
| US9283640B2 (en) | 2010-04-28 | 2016-03-15 | V Technology Co., Ltd. | Laser processing apparatus |
| US11560987B2 (en) | 2019-11-20 | 2023-01-24 | Nichia Corporation | Light source device |
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