JP2005014018A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005014018A JP2005014018A JP2003179486A JP2003179486A JP2005014018A JP 2005014018 A JP2005014018 A JP 2005014018A JP 2003179486 A JP2003179486 A JP 2003179486A JP 2003179486 A JP2003179486 A JP 2003179486A JP 2005014018 A JP2005014018 A JP 2005014018A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- laser
- optical axis
- incident
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
【目的】加工サイズの拡大、加工テーパ角度の減少及び円環照明調整時の中心光線の一定化を実現することができるレーザ加工装置を提供すること。
【構成】レーザを光源とし、そこから出射される光束に対して光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子と、放射された光束が重なり合う光軸上の位置が入射節点近傍となるように配置されたレンズと、加工面に結像するためのレンズを含んでレーザ加工装置を構成する。ここで、光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子は、円錐状プリズムである。又、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズを最低2つの光学素で構成し、レンズ内部及び表面から節点を引き離した構造であり、そのレンズのパワーを変化させる場合、入射節点と放射光束の関係を満足する。
【選択図】 図1
【構成】レーザを光源とし、そこから出射される光束に対して光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子と、放射された光束が重なり合う光軸上の位置が入射節点近傍となるように配置されたレンズと、加工面に結像するためのレンズを含んでレーザ加工装置を構成する。ここで、光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子は、円錐状プリズムである。又、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズを最低2つの光学素で構成し、レンズ内部及び表面から節点を引き離した構造であり、そのレンズのパワーを変化させる場合、入射節点と放射光束の関係を満足する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力レーザを光源としたレーザ加工装置における光学系に関するもので、特に、瞳面での強度分布が円環上であることを特徴とする光学系を有するレーザ加工装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーザを光源として対象物を加工するレーザ加工装置には、レーザを光学系で集光し、その集光点に形成されるスポットを熱源に加工する方式、或は光学的な結像関係を利用し、マスクを用いて加工する方式等がある。そのうち、集光して加工する方式には、瞳上での強度分布を細工してスポットの特性を変化させ、加工特性(加工品位、加工時間等)を改善する等がある。そして、特許文献1で提案されているように、対象物面で形成される温度分布を均一にするための円環状の結像する場合、特許文献2で示しているように瞳状での強度分布を円環状にして同軸で測プローブを挿入し且つ焦点深度を増大している。
【特許文献1】
特開昭54ー152299号公報
【特許文献2】
特開2000ー218386号公報
【発明が解決しようとする課題】
レーザ加工で必要なことは、他の加工と同様に加工品質、加工単価、加工時間である。このうち、加工品質は加工面の3次元形状が問題となり、光源、光学系が持つ特性を強く反映したものである。3次元形状を決める要因はそれ以外にもプロセス的な因子も関与しており、複雑なものとなっている。このあたりは対象物決後の加工条件決定が可成り支配するが、その中には系統的な因子もあり、先ずこの因子を調べるのが常道なっている。その因子としてあるのが先に述べた光源特性、光学特性である。
【0003】
光源特性はエネルギー、ビーム径、波長、発散角である。光学系は像側NA、収差特性、透過率等である。加工条件決定はこれらの因子がどのような配分で3次元形状に影響を与えるかを調べることと等価である。光源特性は或る意味一本である。つまり、独立した変数である。
【0004】
しかし、光学特性は相互に関連する因子であり、片方を固定して、その他を変化させることは難しい。逆に、このような独立した変化を実現することはレーザ加工特性を調べる上で重要なことである。
形成される3次元形状にて問題となることとして、加工面は光軸方向にテーパを持つことである。その他の加工方法でも微視的な視点で見ればこのような傾向にあると考えられる。レーザ加工では肉眼でも断できるような形状となり、要求仕様にこのような特性が問題となる場面も少なくない。一般に、テーパの少ない加工は加工エネルギーが強力な場合が顕著であり、よりエネルギーの注入が必要となる。
テーパ形状を形成すると同時にプロセス的な側面も見逃せない。特に、閾値の存在は重要な事柄ある。これは或る強度分布を対象物面に形成したとき、対象物質の吸収により加工サイズが変化すること意味し、一般的に強度分布より小さい加工領域を形成する。微細化には有意義であるが、大きい必要な場は困ることになる。そのため、ビームを加工時移動させて大きくするような方法も実用化されている。
【0005】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、加工サイズの拡大、加工テーパ角度の減少及び円環照明調整時の中心光線の一定化を実現することができるレーザ加工装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載発明は、レーザを光源とし、そこから出射される光束に対して光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子と、放射された光束が重なり合う光軸上の位置が入射節点近傍となるように配置されたレンズと、加工面に結像するためのレンズを含んでレーザ加工装置を構成したことを特徴とする。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子は、円錐状プリズムであることを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズを最低2つの光学素で構成し、レンズ内部及び表面から節点を引き離した構造であり、そのレンズのパワーを変化させる場合、入射節点と放射光束の関係を満足することを特徴とする。
【0009】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズに連なるレンズは放光束の中心光線が発散的且つ収束的な角度となるように結像することを特徴とする。
【0010】
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、加工対象面に形成される円環の中心直径を対象物の光軸方向の位置、円環の幅を放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズのパワーで調整することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明に係るレーザ加工装置の構成図、図2はレンズ5,6の配置の違いによる加工対象面7近傍に形成される光路を示す図、図3は加工対象面7に形成される円環照明を示す図である。
【0013】
図1において、1は光源であるレーザ、2はビーム径変換光学系、3は絞り、4は円錐プリズム、5,6はレンズ、7は加工対象面である。光源1から出射された光束は、ビーム径変換光学系2で平行光束のまま、そのビーム径のみを変え、絞り3へ入射する。絞り3はガラス片面に蒸着したものを用い、出射側に蒸着面を配置したものである。この絞り3により、次の円錐プリズム4から出射される光束の幅を決める。
【0014】
絞り3から出射された光束は次の円錐プリズム4に入射する。円錐プリズム4から出射される光束は、図1で示したように、光軸に対して対称であり、且つ、図1の光線1,2が示すように、断面的には一定角度をもって平行な状態となる。レンズ5は、この光線1,2が交差した光軸上の点の所に入射主平面が来るように配する。この交差ポイントは或る意味エネルギーが集中したポイントであり、レンズ5の耐久を考えると、組レンズにして、主平面をレンズ内から移動させておくことが望ましい。
【0015】
又、このように交差位置を主平面と一致させることで、空気中では光線1,2の出射光線も出射主平面から入射角度を保ったまま出ることになる。これは空気中では主点と節点が同一であるという性質を利用している。レンズ6は、レンズ5から出射された光を加工対象面7に集光するように配置されている。
【0016】
レンズ5,6の間隔、レンズ5のパワーを選択することで加工対象面7に入射する中心光線(光線1,2)の角度が収束的、発散的であったすることが可能であり、加断面形状を制御要素となり得る。加工対象面7での円環照明を図3に示す。円環の直径(D)を変化させのは加工対象面7の位置を光軸方向に移動させ、円環の幅(d)を変えるのはレンズ5のパワーを変化させることで実現できる。
【0017】
尚、ビーム径変換光学系が無い光学系でも問題はない。又、円錐プリズムの代わりに回折光学素子を用いても問題はない。
【0018】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1記載の発明によれば、加工サイズの拡大、加工テーパ角度の減少、円環照明調整時の中心光線の一定化が実現できることになる。
【0019】
請求項2記載の発明によれば、光源から出射された光束を円錐状に放射することが可能となる。
【0020】
請求項3記載の発明によれば、放射された円錐光束の中心光線がレンズパワーを変更しても出射角度が一定になることが可能となる。
【0021】
請求項4記載の発明によれば、加工対象面への円錐放射光の中心光線のなす角度を収束的或は発散的にすることが可能となる。
【0022】
請求項5記載の発明によれば、加工対象面に形成される円環照明の直径と幅を制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図2】本発明に係るレーザ加工装置におけるレンズの配置の違いによる加工対象面近傍に形成される光路を示す図である。
【図3】加工対象面に形成される円環照明を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 ビーム径変換光学系
3 絞り
4 円錐プリズム
5 レンズ
6 レンズ
7 加工対象面
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力レーザを光源としたレーザ加工装置における光学系に関するもので、特に、瞳面での強度分布が円環上であることを特徴とする光学系を有するレーザ加工装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーザを光源として対象物を加工するレーザ加工装置には、レーザを光学系で集光し、その集光点に形成されるスポットを熱源に加工する方式、或は光学的な結像関係を利用し、マスクを用いて加工する方式等がある。そのうち、集光して加工する方式には、瞳上での強度分布を細工してスポットの特性を変化させ、加工特性(加工品位、加工時間等)を改善する等がある。そして、特許文献1で提案されているように、対象物面で形成される温度分布を均一にするための円環状の結像する場合、特許文献2で示しているように瞳状での強度分布を円環状にして同軸で測プローブを挿入し且つ焦点深度を増大している。
【特許文献1】
特開昭54ー152299号公報
【特許文献2】
特開2000ー218386号公報
【発明が解決しようとする課題】
レーザ加工で必要なことは、他の加工と同様に加工品質、加工単価、加工時間である。このうち、加工品質は加工面の3次元形状が問題となり、光源、光学系が持つ特性を強く反映したものである。3次元形状を決める要因はそれ以外にもプロセス的な因子も関与しており、複雑なものとなっている。このあたりは対象物決後の加工条件決定が可成り支配するが、その中には系統的な因子もあり、先ずこの因子を調べるのが常道なっている。その因子としてあるのが先に述べた光源特性、光学特性である。
【0003】
光源特性はエネルギー、ビーム径、波長、発散角である。光学系は像側NA、収差特性、透過率等である。加工条件決定はこれらの因子がどのような配分で3次元形状に影響を与えるかを調べることと等価である。光源特性は或る意味一本である。つまり、独立した変数である。
【0004】
しかし、光学特性は相互に関連する因子であり、片方を固定して、その他を変化させることは難しい。逆に、このような独立した変化を実現することはレーザ加工特性を調べる上で重要なことである。
形成される3次元形状にて問題となることとして、加工面は光軸方向にテーパを持つことである。その他の加工方法でも微視的な視点で見ればこのような傾向にあると考えられる。レーザ加工では肉眼でも断できるような形状となり、要求仕様にこのような特性が問題となる場面も少なくない。一般に、テーパの少ない加工は加工エネルギーが強力な場合が顕著であり、よりエネルギーの注入が必要となる。
テーパ形状を形成すると同時にプロセス的な側面も見逃せない。特に、閾値の存在は重要な事柄ある。これは或る強度分布を対象物面に形成したとき、対象物質の吸収により加工サイズが変化すること意味し、一般的に強度分布より小さい加工領域を形成する。微細化には有意義であるが、大きい必要な場は困ることになる。そのため、ビームを加工時移動させて大きくするような方法も実用化されている。
【0005】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、加工サイズの拡大、加工テーパ角度の減少及び円環照明調整時の中心光線の一定化を実現することができるレーザ加工装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載発明は、レーザを光源とし、そこから出射される光束に対して光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子と、放射された光束が重なり合う光軸上の位置が入射節点近傍となるように配置されたレンズと、加工面に結像するためのレンズを含んでレーザ加工装置を構成したことを特徴とする。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子は、円錐状プリズムであることを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズを最低2つの光学素で構成し、レンズ内部及び表面から節点を引き離した構造であり、そのレンズのパワーを変化させる場合、入射節点と放射光束の関係を満足することを特徴とする。
【0009】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズに連なるレンズは放光束の中心光線が発散的且つ収束的な角度となるように結像することを特徴とする。
【0010】
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、加工対象面に形成される円環の中心直径を対象物の光軸方向の位置、円環の幅を放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズのパワーで調整することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明に係るレーザ加工装置の構成図、図2はレンズ5,6の配置の違いによる加工対象面7近傍に形成される光路を示す図、図3は加工対象面7に形成される円環照明を示す図である。
【0013】
図1において、1は光源であるレーザ、2はビーム径変換光学系、3は絞り、4は円錐プリズム、5,6はレンズ、7は加工対象面である。光源1から出射された光束は、ビーム径変換光学系2で平行光束のまま、そのビーム径のみを変え、絞り3へ入射する。絞り3はガラス片面に蒸着したものを用い、出射側に蒸着面を配置したものである。この絞り3により、次の円錐プリズム4から出射される光束の幅を決める。
【0014】
絞り3から出射された光束は次の円錐プリズム4に入射する。円錐プリズム4から出射される光束は、図1で示したように、光軸に対して対称であり、且つ、図1の光線1,2が示すように、断面的には一定角度をもって平行な状態となる。レンズ5は、この光線1,2が交差した光軸上の点の所に入射主平面が来るように配する。この交差ポイントは或る意味エネルギーが集中したポイントであり、レンズ5の耐久を考えると、組レンズにして、主平面をレンズ内から移動させておくことが望ましい。
【0015】
又、このように交差位置を主平面と一致させることで、空気中では光線1,2の出射光線も出射主平面から入射角度を保ったまま出ることになる。これは空気中では主点と節点が同一であるという性質を利用している。レンズ6は、レンズ5から出射された光を加工対象面7に集光するように配置されている。
【0016】
レンズ5,6の間隔、レンズ5のパワーを選択することで加工対象面7に入射する中心光線(光線1,2)の角度が収束的、発散的であったすることが可能であり、加断面形状を制御要素となり得る。加工対象面7での円環照明を図3に示す。円環の直径(D)を変化させのは加工対象面7の位置を光軸方向に移動させ、円環の幅(d)を変えるのはレンズ5のパワーを変化させることで実現できる。
【0017】
尚、ビーム径変換光学系が無い光学系でも問題はない。又、円錐プリズムの代わりに回折光学素子を用いても問題はない。
【0018】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1記載の発明によれば、加工サイズの拡大、加工テーパ角度の減少、円環照明調整時の中心光線の一定化が実現できることになる。
【0019】
請求項2記載の発明によれば、光源から出射された光束を円錐状に放射することが可能となる。
【0020】
請求項3記載の発明によれば、放射された円錐光束の中心光線がレンズパワーを変更しても出射角度が一定になることが可能となる。
【0021】
請求項4記載の発明によれば、加工対象面への円錐放射光の中心光線のなす角度を収束的或は発散的にすることが可能となる。
【0022】
請求項5記載の発明によれば、加工対象面に形成される円環照明の直径と幅を制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図2】本発明に係るレーザ加工装置におけるレンズの配置の違いによる加工対象面近傍に形成される光路を示す図である。
【図3】加工対象面に形成される円環照明を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 ビーム径変換光学系
3 絞り
4 円錐プリズム
5 レンズ
6 レンズ
7 加工対象面
Claims (5)
- レーザを光源とし、そこから出射される光束に対して光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子と、放射された光束が重なり合う光軸上の位置が入射節点近傍となるように配置されたレンズと、加工面に結像するためのレンズを有することを特徴とするレーザ加工装置。
- 光軸を中心軸に円錐状に放射する光学素子は、円錐状プリズムであることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
- 放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズを最低2つの光学素で構成し、レンズ内部及び表面から節点を引き離した構造であり、そのレンズのパワーを変化させる場合、入射節点と放射光束の関係を満足することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
- 放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズに連なるレンズは放光束の中心光線が発散的且つ収束的な角度となるように結像することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
- 加工対象面に形成される円環の中心直径を対象物の光軸方向の位置、円環の幅を放射光束が重なり合う位置と入射節点と一致されているレンズのパワーで調整することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003179486A JP2005014018A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003179486A JP2005014018A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005014018A true JP2005014018A (ja) | 2005-01-20 |
Family
ID=34180793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003179486A Withdrawn JP2005014018A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005014018A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007029990A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 |
GB2463771A (en) * | 2008-09-24 | 2010-03-31 | Avx Corp | Laser welding of electrolytic capacitors |
JP2012055910A (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-22 | Mitsutoyo Corp | レーザ加工装置 |
JP2018144100A (ja) * | 2017-03-09 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 光加工装置、及び光加工物の生産方法 |
CN111151873A (zh) * | 2018-11-06 | 2020-05-15 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种脆性材料激光切割装置及方法 |
-
2003
- 2003-06-24 JP JP2003179486A patent/JP2005014018A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007029990A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 |
GB2463771A (en) * | 2008-09-24 | 2010-03-31 | Avx Corp | Laser welding of electrolytic capacitors |
GB2463771B (en) * | 2008-09-24 | 2012-05-09 | Avx Corp | Laser welding of electrolytic capacitors |
US8344282B2 (en) | 2008-09-24 | 2013-01-01 | Avx Corporation | Laser welding of electrolytic capacitors |
JP2012055910A (ja) * | 2010-09-07 | 2012-03-22 | Mitsutoyo Corp | レーザ加工装置 |
JP2018144100A (ja) * | 2017-03-09 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 光加工装置、及び光加工物の生産方法 |
CN111151873A (zh) * | 2018-11-06 | 2020-05-15 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种脆性材料激光切割装置及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9656349B2 (en) | Laser processing apparatus capable of increasing focused beam diameter | |
EP2959214B1 (en) | An arrangement comprising an optical device and a reflector | |
KR101853989B1 (ko) | 링 광 조명기, 빔 성형기 및 조명 방법 | |
US20140003456A1 (en) | Device For Converting The Profile of a Laser Beam Into a Laser Beam With a Rotationally Symmetrical Intensity Distribution | |
US20040174523A1 (en) | Apparatus for total internal reflection microscopy | |
JP2009527265A (ja) | 光学系の焦点位置を検出する装置および方法、ならびに眼科的処置装置 | |
CN101189472B (zh) | 具有优化放大倍率的双抛物面和双椭球面反射系统 | |
JP2009514028A (ja) | エバネッセント場の照明のための光学システム | |
JPH0764003A (ja) | 走査光学系 | |
JP2009178725A (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
JP2018520883A (ja) | レーザ加工ヘッド、および、レーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置 | |
US9566752B2 (en) | Methods of forming a TIR optical fiber lens | |
JP2008134468A (ja) | 集光光学系および光加工装置 | |
JPH0557475A (ja) | レーザ光学装置 | |
JP2005014018A (ja) | レーザ加工装置 | |
US20120238821A1 (en) | Optical connector and endoscope system | |
JP2009205900A (ja) | 光照射装置 | |
JP6972670B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
JPH05145148A (ja) | 固体レーザ共振器 | |
JP2001105168A (ja) | 出射光学系、出射光学系を備えたレーザ加工装置、及びレーザ加工方法 | |
JP2001228402A (ja) | 共焦点用光スキャナ及び共焦点顕微鏡 | |
JP2000227576A (ja) | レーザ加工装置用出射光学系 | |
JP2003275888A (ja) | レーザ加工装置及び加工方法 | |
JPH07281098A (ja) | 暗視野照明装置を備えた顕微鏡 | |
WO2022124057A1 (ja) | Led光照射装置、及び、検査システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060201 |
|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060905 |