JP2003290961A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JP2003290961A JP2003290961A JP2002091456A JP2002091456A JP2003290961A JP 2003290961 A JP2003290961 A JP 2003290961A JP 2002091456 A JP2002091456 A JP 2002091456A JP 2002091456 A JP2002091456 A JP 2002091456A JP 2003290961 A JP2003290961 A JP 2003290961A
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Abstract
ムのデフォーカス状態を補正することが可能なレーザ加
工装置を提供する。 【解決手段】 保持手段が加工対象物10を保持する。
第1のレンズ2が、レーザ光源から出射されたレーザビ
ームを収束または発散させる。第1のレンズを透過した
レーザビームが第2のレンズ3に入射する。第2のレン
ズは、入射するレーザビームを、保持手段に保持された
加工対象物上に集光させる。移動機構6が、第1のレン
ズ2を光軸方向に移動させる。走査装置4が、保持手段
に保持された加工対象物10上へのレーザビームの入射
位置が加工対象物の表面上を移動するように、第2のレ
ンズ3を通過したレーザビームを走査する。第2のレン
ズ3に入射するレーザビームに対する第2のレンズ3の
開口数をNA1、第2のレンズ3を通過したレーザビー
ムに対する第2のレンズ3の開口数をNA2としたと
き、NA1/NA2が2以上である。
Description
関し、特にレーザビームを走査して加工対象物上の広い
領域内の所望の位置にレーザビームを入射させて加工を
行うレーザ加工装置に関する。
収束ビームを走査して加工対象物に入射させることによ
り、レーザ加工を行う技術が知られている。収束ビーム
を走査して、加工対象物への入射位置が移動すると、収
束レンズから入射位置までの光路長が変動する。加工対
象物の表面上のある位置で焦点を結ぶ(ビームスポット
が最小になる)ように、収束レンズと加工対象物との距
離を調節しておくと、入射位置が移動したときに焦点ぼ
け(デフォーカス)が生じてしまう。従来は、収束ビー
ムの焦点深度を深くすることによって、デフォーカス状
態が生じないような構成とされていた。
その中心部と周辺部とで、収束レンズから入射位置まで
の光路長の変化が大きくなる。このため、加工すべき全
領域内でデフォーカス状態が生じないようにすることが
困難である。
ダイナミックフォーカスモジュールを配置し、デフォー
カス状態を補正する技術が知られている。ダイナミック
フォーカスモジュールは、例えば光軸方向に移動可能な
凹レンズまたは凸レンズ等で構成される。凹レンズまた
は凸レンズを光軸方向に移動させることによって、レー
ザビームを走査したときにも常に加工対象物の表面上で
焦点を結ぶように調節することができる。
るデフォーカス量が数mm以下の場合、ダイナミックフ
ォーカスモジュールのレンズを圧電素子または圧電素子
と拡大機構との組み合わせにより駆動することができ
る。ところが、加工すべき領域が広くなり、補正すべき
デフォーカス量が大きくなると、圧電素子等によるレン
ズの移動量では十分な補正を行うことができない。
っても、レーザビームのデフォーカス状態を補正するこ
とが可能なレーザ加工装置を提供することである。
と、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物
を保持する保持手段と、前記レーザ光源から出射された
レーザビームを収束または発散させる第1のレンズと、
前記第1のレンズを透過したレーザビームが入射し、入
射するレーザビームを、前記保持手段に保持された加工
対象物上に集光させる第2のレンズと、前記第1のレン
ズを、光軸方向に移動させる移動機構と、前記保持手段
に保持された加工対象物上へのレーザビームの入射位置
が該加工対象物の表面上を移動するように、前記第2の
レンズを通過したレーザビームを走査する走査手段とを
有し、前記第2のレンズに入射するレーザビームに対す
る該第2のレンズの開口数をNA1、前記第2のレンズ
を通過したレーザビームに対する該第2のレンズの開口
数をNA2としたとき、NA1/NA2が2以上である
レーザ加工装置が提供される。
を出射するレーザ光源と、加工対象物を保持する保持手
段と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを収
束または発散させる第1のレンズと、前記第1のレンズ
を透過したレーザビームが入射し、入射するレーザビー
ムを、前記保持手段に保持された加工対象物上に集光さ
せる第2のレンズと、前記第1のレンズを、光軸方向に
移動させる移動機構と、前記保持手段に保持された加工
対象物上へのレーザビームの入射位置が該加工対象物の
表面上を移動するように、前記第2のレンズを通過した
レーザビームを走査する走査手段とを有し、前記第2の
レンズの前焦点距離をF1、後焦点距離をF2としたと
き、F2/F1が2以上であるレーザ加工装置が提供さ
れる。
ズの移動距離が短くても、走査されたレーザビームの焦
点の光軸方向の移動距離が長くなる。これにより、レー
ザビームを走査することによって加工対象物上でデフォ
ーカス状態になるような場合でも、第1のレンズを移動
させることによりフォーカス状態を維持することができ
る。
よるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源1がレ
ーザビームを出射する。レーザ光源1として、炭酸ガス
レーザ発振器、Nd:YAGレーザ発振器、これらのレ
ーザ発振器と波長変換素子とを組み合わせた高調波発生
器等を使用することができる。
が、1次集光レンズ2に入射する。1次集光レンズ2
は、レーザビームを仮想的な1次集光面9上に集光す
る。1次集光面9を通過したレーザビームは発散光線束
となり2次集光レンズ3に入射する。2次集光レンズ3
は、ステージ7に保持された加工対象物10の表面上に
焦点を結ぶ(ビームスポットが最小になる)ようにレー
ザビームを収束させる。
ーザビームの光路内に走査装置4が配置されている。走
査装置4は、例えば1対のガルバノミラーを含んで構成
され、レーザビームを2次元方向に走査する。レーザビ
ームを走査することにより、加工対象物10の表面への
レーザビームの入射位置を移動させることができる。
ザ光源1、1次集光レンズ2、及び2次集光レンズ3で
構成される光学系の光軸方向に移動させることができ
る。制御装置5が、走査装置3及び移動機構6を制御す
る。
の移動量について説明する。1次集光レンズ2が基準位
置に配置されているとき、2次集光レンズ3で収束され
たレーザビームが、加工対象物10の加工領域の中心に
おいて焦点を結ぶとする。加工対象物10は、このとき
のレーザビームの光軸と加工対象物10の表面とが直交
するように配置されている。
レーザビームの入射位置が加工対象物10の加工領域の
中心から周辺に向かって移動する。このとき、レーザビ
ームは、加工対象物10の表面よりも前方で焦点を結
ぶ。このときの焦点位置と加工対象物10の表面との間
隔(デフォーカス量)をdとする。
ると、レーザビームの焦点が加工対象物10に近づく。
1次集光面9の移動距離をd1、レーザビームの焦点の
移動距離をd2とする。また、2次集光レンズ3に入射
するレーザビームに対する2次集光レンズ3の開口数を
NA1、2次集光レンズ3を通過した収束ビームに対す
る2次集光レンズ3の開口数をNA2とする。倍率M
を、
ると、1次集光面9の移動距離d1を小さくしても、焦
点の移動距離d2を大きくすることができる。例えば、
倍率Mが2である場合、1次集光面9を2mm移動させ
ることにより、レーザビームの焦点を8mm光軸方向に
移動させることができる。
を光軸方向に移動させることにより行われる。1次集光
レンズ2に入射するレーザビームが平行光線束である場
合、1次集光レンズ2の移動距離と1次集光面9の移動
距離とは等しい。1次集光レンズ2を移動させる距離が
約2mm以下であれば、圧電素子を用いた直動機構を利
用することができる。移動機構6として圧電素子を用い
た直動機構を利用することにより、1次集光レンズ2
を、高速にかつ高精度に移動させることができる。
ームの走査と、移動機構6による1次集光レンズ2の移
動とを同期させる。これにより、レーザビームが常に加
工対象物10の表面上に焦点を結ぶように制御すること
ができる。また、倍率Mを大きくすることにより、デフ
ォーカス量dが大きい場合でも、デフォーカス状態を容
易に補正することができる。このため、加工対象物10
を移動させること無く、走査装置4によるレーザビーム
の走査のみで、加工対象物10の表面内の広い領域を加
工することができる。
す。2次集光レンズ3が複数枚のレンズで構成されてい
る。物点Poと像点Piが共役の関係にある。この物点
Poは、図1(A)に示した1次集光面9上のビームス
ポットの位置に相当する。この結像光学系を無限遠共役
の光学系と考える。2次集光レンズ3を、前側レンズ群
3aと後側レンズ群3bとに分割する。物点Poから出
射した光線束は、前側レンズ群3aで平行光線束にされ
る。この平行光線束が、後側レンズ群3bにより像点P
iに焦点を結ぶ。なお、2次集光レンズ3が物理的に分
割できない場合もあるが、ここでは、仮想的に分割され
ると考える。
側レンズ群3bの後焦点距離をFrとする。このとき、
上述の式で定義した倍率Mは、
に、1次集光レンズ2を凸レンズで構成したが、図1
(C)に示すように、凹レンズ2aで構成してもよい。
このとき、1次集光面9aは虚像となり、凹レンズ2a
よりもレーザ光源側に現れる。
より、補正すべきデフォーカス量が大きくなった場合で
も、1次集光レンズ2の移動距離を短くすることができ
る。有為な効果を奏するためには、倍率Mを2以上にす
ることが好ましく、4以上にすることがより好ましい。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
加工対象物に入射するレーザビームを走査したときのデ
フォーカス量を、容易に補正することができる。
装置の概略図であり、(B)は、1次集光面の移動と焦
点の移動との関係を説明するための図であり、(C)
は、1次集光レンズの他の構成例を示す概略図である。
ズの構成例を示す概略図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザビームを出射するレーザ光源と、 加工対象物を保持する保持手段と、 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを収束また
は発散させる第1のレンズと、 前記第1のレンズを透過したレーザビームが入射し、入
射するレーザビームを、前記保持手段に保持された加工
対象物上に集光させる第2のレンズと、 前記第1のレンズを、光軸方向に移動させる移動機構
と、 前記保持手段に保持された加工対象物上へのレーザビー
ムの入射位置が該加工対象物の表面上を移動するよう
に、前記第2のレンズを通過したレーザビームを走査す
る走査手段とを有し、 前記第2のレンズに入射するレーザビームに対する該第
2のレンズの開口数をNA1、前記第2のレンズを通過
したレーザビームに対する該第2のレンズの開口数をN
A2としたとき、NA1/NA2が2以上であるレーザ
加工装置。 - 【請求項2】 さらに、前記走査手段によるレーザビー
ムの走査と、前記移動機構による前記第1のレンズの移
動とを同期させる制御装置を有する請求項1に記載のレ
ーザ加工装置。 - 【請求項3】 レーザビームを出射するレーザ光源と、 加工対象物を保持する保持手段と、 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを収束また
は発散させる第1のレンズと、 前記第1のレンズを透過したレーザビームが入射し、入
射するレーザビームを、前記保持手段に保持された加工
対象物上に集光させる第2のレンズと、 前記第1のレンズを、光軸方向に移動させる移動機構
と、 前記保持手段に保持された加工対象物上へのレーザビー
ムの入射位置が該加工対象物の表面上を移動するよう
に、前記第2のレンズを通過したレーザビームを走査す
る走査手段とを有し、 前記第2のレンズの前焦点距離をF1、後焦点距離をF
2としたとき、F2/F1が2以上であるレーザ加工装
置。 - 【請求項4】 さらに、前記走査手段によるレーザビー
ムの走査と、前記移動機構による前記第1のレンズの移
動とを同期させる制御装置を有する請求項3に記載のレ
ーザ加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002091456A JP2003290961A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002091456A JP2003290961A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003290961A true JP2003290961A (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=29236535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002091456A Pending JP2003290961A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003290961A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006305586A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Cyber Laser Kk | 板状体切断方法並びにレーザ加工装置 |
WO2008138370A1 (de) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Laserschneideinrichtung, insbesondere zum querschneiden von papier- oder folienbahnen, mit einer scanspiegelanordnung und insbesondere einer zerstreuungslinse und einem fokussierspiegel |
JP2009202188A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Shibuya Kogyo Co Ltd | レーザ光照射方法およびその装置 |
KR101798174B1 (ko) * | 2009-01-09 | 2017-11-15 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 레이저 가공장치 |
Citations (4)
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JPS62231921A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-12 | Nec Corp | レ−ザ加工光学装置 |
JPH052146A (ja) * | 1991-06-24 | 1993-01-08 | Nec Corp | ビームポジシヨナ |
JPH09192868A (ja) * | 1996-01-19 | 1997-07-29 | Honda Motor Co Ltd | レーザ加工方法および装置 |
JP2000202655A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-25 | Toray Eng Co Ltd | レ―ザ―マ―キング装置 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091456A patent/JP2003290961A/ja active Pending
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A521 | Written amendment |
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