JP2004020983A - ビーム走査方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビーム走査を高速で行なう。
【解決手段】直進ビーム１２を、まず音響光学変調器３０により第１の方向に走査し、次いで、ガルバノミラー２６により第２の方向に走査する。
【選択図】 図２
【解決手段】直進ビーム１２を、まず音響光学変調器３０により第１の方向に走査し、次いで、ガルバノミラー２６により第２の方向に走査する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査方法及び装置に係り、特に、レーザビームを照射してプリント配線基板等に穴を開けるレーザ穴開け機に用いるのに好適な、高速のビーム走査が可能なビーム走査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザにより加工を行なう場合、回転するガルバノミラーによってビームを反射して走査するガルバノスキャナ（ビームスキャナとも称する）によって照射位置を移動させる方法を採ると、高速な加工が可能になる。
【０００３】
図１は、一般的なレーザ加工装置の要部構成例である。本構成例は、図示しないレーザ発振器から照射される、例えばパルス状のレーザビーム１２を、所定の第１の方向（例えば図１の紙面に垂直なＸ方向）に走査するための回転ミラー（ガルバノミラー）２２を含む第１ガルバノスキャナ２０と、該第１ガルバノスキャナ２０によってＸ方向に走査されたレーザビーム１４を、該第１ガルバノスキャナ２０による走査方向と垂直な第２の方向（例えば図１の紙面と平行なＹ方向）に走査するための回転ミラー（ガルバノミラー）２６を含む第２ガルバノスキャナ２４と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ２０、２４によりＸＹ２方向に走査されたレーザビーム１６を、ＸＹステージ８上に固定された、基板等の加工対象物１０の表面に対して垂直な方向に偏光して照射するためのｆθレンズ２８とを備えている。
【０００４】
このように、第１、第２ガルバノスキャナ２０、２４を、例えばＸ、Ｙの２軸に用いることにより、レーザビーム１２を、スキャナ先端の回転ミラー２２、２６に反射させ、進行方向を任意の方向に変えることができる。前記ガルバノスキャナ２０、２４によって偏光したレーザビーム１６は、ｆθレンズ２８を通過して、加工対象物１０に集光する。従って、２つのガルバノスキャナ２０、２４を制御することにより、加工対象物１０上の目標箇所をレーザ加工することが可能である。
【０００５】
基板の穴開け等では高いスループットが要求されるため、Ｘｙステージ８等で加工対象物１０を移動させて位置決めする方法に比べて、高速な加工を行なうことが可能なガルバノスキャナを利用することが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらガルバノスキャナの応答性は１ｋＨｚ程度であり、更なる高速化を図る上で障害となっていた。これは、ガルバノミラーの回転軸の剛性と慣性モーメント、発生トルクと発熱等にトレードオフが存在するためで、寸法を最適化するだけで達成できる性能には限界があるからである。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ガルバノスキャナより高速にビーム走査を可能とすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査方法において、直進ビームを、まず音響光学変調素子により第１の方向に走査し、次いでガルバノミラーにより第２の方向に走査するようにして、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査装置において、直進ビームを第１の方向に走査するための音響光学変調手段と、該音響光学変調手段により走査されたビームを、第２の方向に走査するためのガルバノミラーとを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態は、図２に示す如く、直進ビーム１２を、加工対象物１０の走査エリア１１内でＸ方向とＹ方向に走査するためのビーム走査装置において、直進ビーム１２をＸ方向に走査するための音響光学変調器（ＡＯＤ）３０と、該ＡＯＤ３０によりＸ方向に走査されたビーム１４をＹ方向に走査するための、従来と同様のガルバノミラー２６とを備えたものである。
【００１２】
他の点については従来例と同様であるので説明は省略する。
【００１３】
前記ＡＯＤ３０は、図３に詳細に示す如く、直進ビーム１２が入射される音響光学媒体３２と、該音響光学媒体３２の一端（図では上端）に超音波を入射するための電歪素子（トランスデューサ）３４と、前記音響光学媒体３２の他端（図では下端）に設けられた超音波吸収体３６と、高周波発振器３８と、該高周波発振器３８の出力に振幅変調信号を混合するための信号混合器（ミキサ）４０と、該信号混合器４０の出力を増幅して前記電歪素子３４に印加するための信号増幅器４２とを含んで構成されている。
【００１４】
このＡＯＤ３０は、印加する高周波の周波数ｆ１〜ｆ２に比例して屈折率が変化し、１次回折光の偏光角θがθ１〜θ２に変化する。その応答性は１ＭＨｚ程度まで上げることができる。
【００１５】
従って、図２に示したように、従来の第１のガルバノスキャナに代えてＡＯＤ３０を用いて、第２のガルバノスキャナ２４への入射光を走査することによって、Ｘ方向への走査を高速で行なうことが可能となる。
【００１６】
ガルバノスキャナを用いた従来例では、一般に１回の走査エリアが一辺３０〜５０ｍｍの正方形であるが、本発明のように第１のガルバノスキャナに代えてＡＯＤ３０を用いた場合には、ＡＯＤの動作回数を増やして、高速化の利点を引き出すことができる。なお、一般にＡＯＤ３０による振れ角はガルバノミラーによる振れ角より小さいので、図４に示す如く、走査エリア１１のＡＯＤ３０による走査方向（ここではＸ方向）の幅を１０ｍｍ、ガルバノミラー２６による走査方向（ここではＹ方向）の幅を５０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００１７】
なお、図５に示す第２実施形態のように、ＡＯＤ３０とガルバノミラー２６の間に凹レンズ５０やプリズムを挿入して、ＡＯＤ３０による走査角を広げることも可能である。
【００１８】
本発明により走査するビームの種類は、ＣＯ２レーザ、ＵＶレーザ等、種類を問わず、レーザにも限定されない。走査方向も、直交する２方向に限定されず、ｆθレンズを省略することも可能である。加工対象も、プリント基板の穴開けに限定されず、切断等、他の加工用途にも適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ビーム走査を高速化でき、ビーム走査時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なレーザ加工装置の要部構成を示す正面図
【図２】本発明に係るビーム走査装置の第１実施形態の構成を示す斜視図
【図３】前記実施形態で用いられている音響光学変調器の構成を示すブロック図
【図４】前記実施形態における走査エリアを示す平面図
【図５】本発明に係るビーム走査装置の第２実施形態の要部を示す平面図
【符号の説明】
１０…加工対象物
１２…直進ビーム
１４、１６…走査ビーム
２４…ガルバノスキャナ
２６…ガルバノミラー
３０…音響光学変調器（ＡＯＤ）
３２…音響光学媒体
３４…電歪素子（トランスデューサ）
３６…超音波吸収体
５０…凹レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査方法及び装置に係り、特に、レーザビームを照射してプリント配線基板等に穴を開けるレーザ穴開け機に用いるのに好適な、高速のビーム走査が可能なビーム走査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザにより加工を行なう場合、回転するガルバノミラーによってビームを反射して走査するガルバノスキャナ（ビームスキャナとも称する）によって照射位置を移動させる方法を採ると、高速な加工が可能になる。
【０００３】
図１は、一般的なレーザ加工装置の要部構成例である。本構成例は、図示しないレーザ発振器から照射される、例えばパルス状のレーザビーム１２を、所定の第１の方向（例えば図１の紙面に垂直なＸ方向）に走査するための回転ミラー（ガルバノミラー）２２を含む第１ガルバノスキャナ２０と、該第１ガルバノスキャナ２０によってＸ方向に走査されたレーザビーム１４を、該第１ガルバノスキャナ２０による走査方向と垂直な第２の方向（例えば図１の紙面と平行なＹ方向）に走査するための回転ミラー（ガルバノミラー）２６を含む第２ガルバノスキャナ２４と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ２０、２４によりＸＹ２方向に走査されたレーザビーム１６を、ＸＹステージ８上に固定された、基板等の加工対象物１０の表面に対して垂直な方向に偏光して照射するためのｆθレンズ２８とを備えている。
【０００４】
このように、第１、第２ガルバノスキャナ２０、２４を、例えばＸ、Ｙの２軸に用いることにより、レーザビーム１２を、スキャナ先端の回転ミラー２２、２６に反射させ、進行方向を任意の方向に変えることができる。前記ガルバノスキャナ２０、２４によって偏光したレーザビーム１６は、ｆθレンズ２８を通過して、加工対象物１０に集光する。従って、２つのガルバノスキャナ２０、２４を制御することにより、加工対象物１０上の目標箇所をレーザ加工することが可能である。
【０００５】
基板の穴開け等では高いスループットが要求されるため、Ｘｙステージ８等で加工対象物１０を移動させて位置決めする方法に比べて、高速な加工を行なうことが可能なガルバノスキャナを利用することが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらガルバノスキャナの応答性は１ｋＨｚ程度であり、更なる高速化を図る上で障害となっていた。これは、ガルバノミラーの回転軸の剛性と慣性モーメント、発生トルクと発熱等にトレードオフが存在するためで、寸法を最適化するだけで達成できる性能には限界があるからである。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ガルバノスキャナより高速にビーム走査を可能とすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査方法において、直進ビームを、まず音響光学変調素子により第１の方向に走査し、次いでガルバノミラーにより第２の方向に走査するようにして、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、ビームを複数方向に走査するためのビーム走査装置において、直進ビームを第１の方向に走査するための音響光学変調手段と、該音響光学変調手段により走査されたビームを、第２の方向に走査するためのガルバノミラーとを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態は、図２に示す如く、直進ビーム１２を、加工対象物１０の走査エリア１１内でＸ方向とＹ方向に走査するためのビーム走査装置において、直進ビーム１２をＸ方向に走査するための音響光学変調器（ＡＯＤ）３０と、該ＡＯＤ３０によりＸ方向に走査されたビーム１４をＹ方向に走査するための、従来と同様のガルバノミラー２６とを備えたものである。
【００１２】
他の点については従来例と同様であるので説明は省略する。
【００１３】
前記ＡＯＤ３０は、図３に詳細に示す如く、直進ビーム１２が入射される音響光学媒体３２と、該音響光学媒体３２の一端（図では上端）に超音波を入射するための電歪素子（トランスデューサ）３４と、前記音響光学媒体３２の他端（図では下端）に設けられた超音波吸収体３６と、高周波発振器３８と、該高周波発振器３８の出力に振幅変調信号を混合するための信号混合器（ミキサ）４０と、該信号混合器４０の出力を増幅して前記電歪素子３４に印加するための信号増幅器４２とを含んで構成されている。
【００１４】
このＡＯＤ３０は、印加する高周波の周波数ｆ１〜ｆ２に比例して屈折率が変化し、１次回折光の偏光角θがθ１〜θ２に変化する。その応答性は１ＭＨｚ程度まで上げることができる。
【００１５】
従って、図２に示したように、従来の第１のガルバノスキャナに代えてＡＯＤ３０を用いて、第２のガルバノスキャナ２４への入射光を走査することによって、Ｘ方向への走査を高速で行なうことが可能となる。
【００１６】
ガルバノスキャナを用いた従来例では、一般に１回の走査エリアが一辺３０〜５０ｍｍの正方形であるが、本発明のように第１のガルバノスキャナに代えてＡＯＤ３０を用いた場合には、ＡＯＤの動作回数を増やして、高速化の利点を引き出すことができる。なお、一般にＡＯＤ３０による振れ角はガルバノミラーによる振れ角より小さいので、図４に示す如く、走査エリア１１のＡＯＤ３０による走査方向（ここではＸ方向）の幅を１０ｍｍ、ガルバノミラー２６による走査方向（ここではＹ方向）の幅を５０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００１７】
なお、図５に示す第２実施形態のように、ＡＯＤ３０とガルバノミラー２６の間に凹レンズ５０やプリズムを挿入して、ＡＯＤ３０による走査角を広げることも可能である。
【００１８】
本発明により走査するビームの種類は、ＣＯ２レーザ、ＵＶレーザ等、種類を問わず、レーザにも限定されない。走査方向も、直交する２方向に限定されず、ｆθレンズを省略することも可能である。加工対象も、プリント基板の穴開けに限定されず、切断等、他の加工用途にも適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ビーム走査を高速化でき、ビーム走査時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なレーザ加工装置の要部構成を示す正面図
【図２】本発明に係るビーム走査装置の第１実施形態の構成を示す斜視図
【図３】前記実施形態で用いられている音響光学変調器の構成を示すブロック図
【図４】前記実施形態における走査エリアを示す平面図
【図５】本発明に係るビーム走査装置の第２実施形態の要部を示す平面図
【符号の説明】
１０…加工対象物
１２…直進ビーム
１４、１６…走査ビーム
２４…ガルバノスキャナ
２６…ガルバノミラー
３０…音響光学変調器（ＡＯＤ）
３２…音響光学媒体
３４…電歪素子（トランスデューサ）
３６…超音波吸収体
５０…凹レンズ
Claims (2)
- ビームを複数方向に走査するためのビーム走査方法において、
直進ビームを、まず音響光学変調素子により第１の方向に走査し、
次いでガルバノミラーにより第２の方向に走査することを特徴とするビーム操作方法。 - ビームを複数方向に走査するためのビーム走査装置において、
直進ビームを第１の方向に走査するための音響光学変調手段と、
該音響光学変調手段により走査されたビームを、第２の方向に走査するためのガルバノミラーと、
を備えたことを特徴とするビーム走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002176685A JP2004020983A (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | ビーム走査方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002176685A JP2004020983A (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | ビーム走査方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004020983A true JP2004020983A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31174921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002176685A Pending JP2004020983A (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | ビーム走査方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004020983A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006047804A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Seiko Epson Corp | 光走査装置及び画像表示装置 |
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| JP2018513534A (ja) * | 2015-04-16 | 2018-05-24 | ツェットカーヴェー グループ ゲーエムベーハー | 自動車用の照明装置 |
| JP2018171631A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 株式会社東京精密 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
| US10133144B2 (en) | 2017-02-09 | 2018-11-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical scanning device including waveguide array |
-
2002
- 2002-06-18 JP JP2002176685A patent/JP2004020983A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006047804A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Seiko Epson Corp | 光走査装置及び画像表示装置 |
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| JP2021119017A (ja) * | 2017-03-31 | 2021-08-12 | 株式会社東京精密 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
| JP7190643B2 (ja) | 2017-03-31 | 2022-12-16 | 株式会社東京精密 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A977 | Report on retrieval |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040720 |
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| A02 | Decision of refusal |
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