JP2004230438A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームエキスパンダの機能を持ちつつ装置の小型化を図ることが可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源１０から出射されガルバノミラー２０Ｖに向うレーザ光Ｌの光路途中に、入光したレーザ光のビーム径を放射状に広げる拡大レンズ３０が配されている。また、ガルバノミラー２０Ｗにて反射し収束レンズ２０Ｚに向うレーザ光Ｌの光路途中に、入光した放射状のレーザ光を平行光に変えるコリメータレンズ３１が配されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばレーザマーキング装置９は、図２に示すように、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌを一対のガルバノミラー２，２によって方向を変えて収束レンズ３を通して被印字対象物４上に照射させるよう構成されている。そして、所望の文字、図形、記号等（以下、「文字等」）のマーキング情報に基づいて上記一対のガルバノミラー２，２を駆動することで被印字対象物４上でレーザ光Ｌの照射点（以下、「マーキングスポット５」）を２次元的に走査して、上記文字等を印字するようになっている。
【０００３】
ところで、このようなレーザマーキング装置９には、図２に示すように、レーザ光源１から出射されガルバノミラー２，２に向うレーザ光Ｌの光路上に、レーザ光源１からのレーザ光Ｌのビーム径を放射状に広げる拡大レンズ６と、その拡大されたレーザ光Ｌを略平行光にするコリメータレンズ７とからなるビームエキスパンダ８を備えたものがある（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
このような構成は、被印字対象物４上に形成されるマーキングスポット５の大きさをより微小にするために設けられている。即ち、図３に示すように、レーザ光源１からのレーザ光Ｌ（ビーム径ｄ２）をそのまま収束レンズ３に通すよりも（同図（Ｂ））、レーザ光源１からのレーザを一旦拡大レンズ６によってビーム径を広げた後（ビーム径ｄ２＜ｄ１）に収束レンズ３に通す方が（同図（Ａ））、被印字対象物４上に形成されるマーキングスポット５の大きさをより微小にすることができるからである（ｄ３＜ｄ４）。
【０００５】
このように被印字対象物４上に微小なマーキングスポット５を形成することができれば、例えばＩＣチップのような微小な被印字対象物４にも印字を行うことが可能になるとともに、マーキングスポット５におけるレーザ光Ｌの光強度がより強くなるから、高いレーザエネルギが必要な被印字対象物４に対しても印字を行うことができるという利点がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−３５１２７９号公報
【特許文献２】
特開平４−２５８３９６号公報
【特許文献３】
特開平７−１３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザマーキング装置９では、上述したようにビームエキスパンダ８がレーザ光源１から出射されガルバノミラー２，２に向うレーザ光Ｌの光路上に配置されている。即ち、上記従来構成のものでレーザ光源１とガルバノミラー２，２との間にビームエキスパンダ８を配置するためのスペースが必要になる。また、このビームエキスパンダ８によって所望の大きさのビーム径を得るには、拡大レンズ６とコリメータレンズ７との間の距離をある程度確保する必要がある。従って、ビームエキスパンダ８自体がある程度の大きさを有し、装置全体として大型化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ビームエキスパンダの機能を持ちつつ装置の小型化を図ることが可能なレーザ加工装置を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光源から出射されるレーザ光を、ガルバノミラーによって方向を変えつつ収束レンズを通して被加工対象物上に照射させることにより加工を施すレーザ加工装置であって、レーザ光の光路途中に、レーザ光のビーム径を広げる拡大レンズと、その拡大レンズにてビーム径が拡大されたレーザ光を平行光にする補正レンズとを配して、補正レンズにて平行光にされたレーザ光を収束レンズを通して被加工対象物に照射させるよう構成されたレーザ加工装置において、拡大レンズが、レーザ光源とガルバノミラーとの間に配されるとともに、補正レンズが、ガルバノミラーと収束レンズとの間に配されているところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
本発明の構成によれば、レーザ光のビーム径を広げる拡大レンズが、レーザ光源とガルバノミラーとの間に配されるとともに、レーザ光を略平行光にする補正レンズが、ガルバノミラーと収束レンズとの間に配されている。つまり、従来の加工装置に備えられたビームエキスパンダの構成に相当する拡大レンズと補正レンズとの間にガルバノミラーを介在させる構成になっている。このような構成であれば、拡大レンズにて放射状にビーム径が広げられたレーザ光は、ガルバノミラーにて向きが変えられて補正レンズに達することになり、そのガルバノミラーーでの光路の折り返しによって拡大レンズと補正レンズとの間の光路長を稼ぐことができる。
従って、レーザ光源とガルバノミラーとの間にビームエキスパンダを配置した前述の従来構成に比べて装置全体を小型にすることができるとともに、従来構成と同様、被加工対象物上に微小なレーザスポットを形成させる、いわゆるビームエキスパンダ機能を持たせることができる。
【００１１】
更に、拡大レンズを通ったレーザ光は、次第にビーム径が大きくなり、補正レンズにてそこに至ったときのビーム径の平行光に変えられる。従って、従来構成では、補正レンズを通ったときの最大のビーム径のレーザ光がガルバノミラーに入射することになるが、本発明の構成では、補正レンズに至る前の最大ビーム径より小さいビーム径のレーザ光をガルバノミラーに入射させることができる。つまり、従来構成に比べてガルバノミラー自体の小型化・軽量化を図ることができ、ひいてはガルバノミラーの駆動トルクの軽減を図り走査速度を高速化させて加工時間の短縮化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について被印字対象物Ｗ（本発明でいう「被加工対象物」に相当）上に印字を行うレーザマーキング装置１０に適用した場合を例に挙げて図１を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１において、符号１１はレーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光Ｌはガルバノスキャナ２０によって向きが変更されて被印字対象物Ｗ上に照射される。ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗと収束レンズ２１を備えており、一方のガルバノミラー２０Ｖは、駆動手段２０Ｘによって横方向に反射角度を変位させることができ、他方のガルバノミラー２０Ｗは、駆動手段２０Ｙによって縦方向に反射角度を変位させることができる。
【００１４】
これら両ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗによりレーザ光Ｌは直交する２次元方向において向きを調整可能とされ、その結果、レーザ光Ｌの照射点（マーキングスポットＳ）が被印字対象物Ｗ上のいずれの位置にも移動可能となる。また、収束レンズ２１は例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗで反射されたレーザ光Ｌを収束して被印字対象物Ｗ上に焦点を結ばせる機能を有する。
【００１５】
上記ガルバノスキャナ２０の各駆動手段２０Ｘ，２０Ｙは図示しない制御装置により制御される。この制御装置にはコンソールが接続され、マーキングしたい所望の文字・記号・図形等をそのコンソールに設定すると、制御装置がそれに応じた制御データを各駆動手段２０Ｘ，２０Ｙに与える。
【００１６】
より詳細には、制御装置には文字・記号・図形等のフォントデータを記憶したメモリが内蔵され、マーキングすべき文字等が設定されるとそのフォントデータが読み出され、これに基づいて図示しないＣＰＵが被印字対象物Ｗへの照射位置を決定する座標データを生成し、Ｄ／Ａ変換してガルバノスキャナ２０の各駆動手段２０Ｘ，２０Ｙに与えるようになっている。そして、各駆動手段２０Ｘ，２０Ｙによって対応するガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗがそれぞれ駆動されることで被印字対象物Ｗ上でマーキングスポットＳを２次元的に走査して、上記文字等を印字することができる。
【００１７】
さて、本実施形態に係るレーザマーキング装置１０においても、被印字対象物Ｗに微小なマーキングスポットＳを形成するための、いわゆるビームエキスパンダ機能に相当する機能を有している。
具体的には、図１に示すように、レーザ光源１１から出射され上記一方のガルバノミラー２０Ｖに向うレーザ光Ｌの光路途中に、入光したレーザ光のビーム径を放射状に広げる拡大レンズ３０が配されている。また、他方のガルバノミラー２０Ｗにて反射し収束レンズ２１に向うレーザ光Ｌの光路途中に、入光した放射状のレーザ光を平行光に変えるコリメータレンズ３１（本発明の「補正レンズ」に相当）が配されている。
【００１８】
以上の構成によって、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌは、拡大レンズ３０によってビーム径が放射状に広げられてガルバノスキャナ２０に入射する（このレーザ光Ｌを「放射レーザ光Ｌ１」という）。そして、放射レーザ光Ｌ１は、一対のガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗでそれぞれ反射して向きが変えられて、コリメータレンズ３１に至る。そして、このコリメータレンズ３１にて放射レーザが平行光（このレーザ光Ｌを「平行レーザ光Ｌ２」という）に変えられて収束レンズ２１を通って収束されて被印字対象物Ｗに照射される。
【００１９】
従って、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌをそのまま収束レンズ２１に入射させるのではなく、上記拡大レンズ３０とコリメータレンズ３１によって一旦ビーム径を広げた後に収束レンズ２１に入射させて収束する構成なので、被印字対象物Ｗ上に形成されるマーキングスポットＳをより微小な大きさにすることができる。なお、被印字対象物Ｗ上でより微小なマーキングスポットＳを得るには、拡大レンズ３０とコリメータレンズ３１との光路長を長くしてレーザ光Ｌのビーム径をより広げる必要がある。本実施形態では、拡大レンズ３０とコリメータレンズ３１との間にレーザマーキング装置の既存構成であるガルバノスキャナ２０を配置する構成なので、一対のガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗでの反射によるレーザ光Ｌの光路の折り返しによって拡大レンズ３０とコリメータレンズ３１との光路長を稼ぐことができる。
【００２０】
以上のように、本実施形態に係るレーザマーキング装置１０は、従来のレーザマーキング装置に備えられたビームエキスパンダの構成に相当する拡大レンズ３０とコリメータレンズ３１との間にガルバノスキャナ２０（ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗ）を介在させる構成になっている。従って、レーザ光源とガルバノミラーとの間にビームエキスパンダを配置した前述の従来構成に比べて装置全体を小型にすることができるとともに、従来構成と同様にビームエキスパンダ機能を持たせることができる。
【００２１】
更に、拡大レンズ３０を通った放射レーザ光Ｌ１は、次第にビーム径が大きくなり、コリメータレンズ３１にてそこに至ったときのビーム径の平行レーザ光Ｌ２に変えられる。従って、従来構成では、補正レンズを通ったときの最大のビーム径（図１中、符号Ｄ１）の平行レーザ光Ｌ２がガルバノミラーに入射することになるが、本実施形態では、コリメータレンズ３１に至る前の最大ビーム径Ｄ１より小さいビーム径（同図中、符号Ｄ２，Ｄ３＜Ｄ１）の放射レーザ光Ｌ１をガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗに入射させることができる。つまり、従来構成に比べてガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗ自体の小型化・軽量化を図ることができ、ひいてはガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗの駆動トルクの軽減を図り走査速度を高速化させることができる。
【００２２】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、被印字対象物Ｗ上に印字を行うレーザマーキング装置１０に適用した例を説明したが、これに限らず、被加工対象物にレーザ光を照射させて加工（被加工対象物の形状加工等）を施す装置であれば、本発明を適用することによって上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
（２）また、上記実施形態では、一対のガルバノミラーを備えたレーザマーキング装置１０としたが、これに限らず、１枚のガルバノミラーで一次元的にマーキングスポットを走査させるものであってもよく、また、３枚以上のガルバノミラーを備えたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成図
【図２】従来のレーザマーキング装置の全体構成図
【図３】異なるビーム径のレーザ光を収束した場合のマーキングスポットの径を示した模式図
【符号の説明】
１０…レーザマーキング装置
１１…レーザ光源
２０Ｖ，２０Ｗ…ガルバノミラー
２１…収束レンズ
３０…拡大レンズ
３１…コリメータレンズ（補正レンズ）
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ビーム径
Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）…レーザ光
Ｓ…マーキングスポット
Ｗ…被印字対象物（被加工対象物）

Claims (1)

1. レーザ光源から出射されるレーザ光を、ガルバノミラーによって方向を変えつつ収束レンズを通して被加工対象物上に照射させることにより加工を施すレーザ加工装置であって、前記レーザ光の光路途中に、レーザ光のビーム径を広げる拡大レンズと、その拡大レンズにてビーム径が拡大されたレーザ光を平行光にする補正レンズとを配して、前記補正レンズにて平行光にされたレーザ光を前記収束レンズを通して前記被加工対象物に照射させるよう構成されたレーザ加工装置において、
   前記拡大レンズが、前記レーザ光源と前記ガルバノミラーとの間に配されるとともに、
   補正レンズが、前記ガルバノミラーと前記収束レンズとの間に配されていることを特徴とするレーザ加工装置。

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