JP2006350292A - Laser beam switching device and laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力レーザービームを選択的に第1出力レーザービーム及び/又は第2出力レーザービームを照射するための装置に関する。更に、本発明は、上記のレーザービーム変換装置からなるレーザー加工装置を用いて、加工対象物を加工するための、特に電子回路キャリアを穿孔及び/又は形成するための、レーザー加工装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for selectively irradiating an input laser beam with a first output laser beam and / or a second output laser beam. Furthermore, the present invention relates to a laser processing apparatus for processing an object to be processed, particularly for drilling and / or forming an electronic circuit carrier, using the laser processing apparatus comprising the above laser beam conversion apparatus.
今日、小型化しつつある電子アッセンブリは、しばしば多層回路キャリア、特に多層回路基板上に構成される。その際、回路基板の特定の導電層を接触させる必要がある。これは、層に止まり穴又はスルーホールを開けて接触させ、その後導電性金属化で穴を被覆することによって実現される。このようにして、電子アッセンブリに要するスペースがかなり減少されるように、回路パスは、二次元のみならず三次元的にも形成可能である。 Today, electronic assemblies that are being miniaturized are often constructed on multilayer circuit carriers, especially multilayer circuit boards. At that time, it is necessary to contact a specific conductive layer of the circuit board. This is accomplished by drilling a blind hole or through hole in the layer and contacting it, and then coating the hole with conductive metallization. In this way, circuit paths can be formed not only in two dimensions but also in three dimensions so that the space required for the electronic assembly is considerably reduced.
通常、電子回路基板は、エレクトロニクス分野向けの特殊なレーザー加工装置におけるパルス状レーザー放射によって穿孔される。通常、Nd:YAG又はNd:YVO4などのCO2又は固体レーザーが、レーザー光源として使用される。競争力のあるレーザー加工装置の重要な特徴は、一方ではスループット、すなわち特定の時間内に開けられる穴の数であり、もう一方ではレーザー加工装置の購入価格である。従って、1つのレーザー源から放射されるレーザービームが、光学スイッチ素子によって2つの出力光路のうちの一方に選択的に向けられるようなレーザー加工装置が開発されてきた。各出力光路に偏向装置と結像光学系が設けられ、それらによって各出力ビームは、1つ又は数個の加工対象物上の異なる目標位置に照射される。いくつかのレーザービームを使って回路基板に相互に穴を開けるための対応する装置は、例えば日本国公開特許2002−11584号により公知である。 Usually, electronic circuit boards are perforated by pulsed laser radiation in special laser processing equipment for the electronics field. Usually, a CO 2 or solid state laser such as Nd: YAG or Nd: YVO 4 is used as the laser light source. An important feature of a competitive laser processing device is on the one hand the throughput, ie the number of holes that can be drilled in a certain time, and on the other hand the purchase price of the laser processing device. Accordingly, laser processing apparatuses have been developed in which a laser beam emitted from one laser source is selectively directed to one of two output optical paths by an optical switch element. Each output optical path is provided with a deflecting device and an imaging optical system, whereby each output beam is applied to a different target position on one or several workpieces. A corresponding device for drilling holes in a circuit board using several laser beams is known, for example, from Japanese Patent Application Publication No. 2002-11854.
また、空間的に離れた種々の光路にレーザービームを選択的に照射する、機械的に旋回可能な反射器も公知である。この工程で、入力レーザービームは、反射器のそれぞれの傾斜に応じて、異なった方向に偏向される。このような機械的旋回反射器は、反射器の質量慣性のため、切り替え時間が比較的長いという点で不利である。一般的には少なくとも100μsで、既に10kHzのパルス繰り返し周波数で、2つの出力レーザービームの間の決められた切り替えが2つの連続するレーザーパルスの間の時間では不可能になる。 Also known are mechanically pivotable reflectors that selectively irradiate various spatially separated optical paths with a laser beam. In this process, the input laser beam is deflected in different directions depending on the respective tilt of the reflector. Such a mechanical swivel reflector is disadvantageous in that the switching time is relatively long due to the mass inertia of the reflector. Generally at least 100 μs, already at 10 kHz pulse repetition frequency, a determined switch between the two output laser beams is not possible in the time between two successive laser pulses.
日本国公開特許2003−53576号は、レーザービームが音響光学変調器(AOM)によって種々の方向へ偏向される装置及び方法を開示している。ここで、定在音波が水晶の中で発生し、水晶上のレーザービーム入射の回折格子として機能する。AOMは、水晶の堅牢性と寿命が限られている点と、通常は小さい偏向角しか発生できない点で、不利である。もう1つの短所は、レーザービームの強度が、特定の回折次数に対応する特定の方向に、完全には偏向されないことである。むしろ、無視すべきでないレーザー放射強度が常に異なった回折次数に向けられることである。 Japanese published patent application 2003-53576 discloses an apparatus and method in which a laser beam is deflected in various directions by an acousto-optic modulator (AOM). Here, standing sound waves are generated in the quartz and function as a diffraction grating for laser beam incidence on the quartz. AOM is disadvantageous in that it has a limited crystal robustness and lifetime and can usually generate only a small deflection angle. Another disadvantage is that the intensity of the laser beam is not completely deflected in a specific direction corresponding to a specific diffraction order. Rather, laser radiation intensity that should not be ignored is always directed to different diffraction orders.
日本国公開特許2003−126982号は、ビーム切り替え素子としての電気光学変調器(EOM)からなるレーザー加工装置を開示しており、このEOMは偏光依存反射器と共同で機能する。EOMが同様に電気的に起動すると、レーザービームが偏光依存反射器の下流に接続された2つの光路のうちの1つに選択的に向けられるように、偏光依存反射器に当たるレーザービームの偏光方向は意図的に影響される。しかし、EOMに当たるレーザー放射は決して完全に線形に偏光されず、さらにはEOMによって作られた偏光方向の回転角度はいつも特定量だけぼやけるので、残りの強度のいくらかは必ず、はみ出したレーザービームの光路に入る。更に、EOMの使用は、(a)EOMの動作には比較的高い電圧が必要である点、(b)EOMの予想耐用年数が、特に偏向されるレーザービームの出力密度が高い場合、未知である点、(c)EOMは比較的高価な光学部品である点、において不利である。 Japanese Patent Application Publication No. 2003-126982 discloses a laser processing apparatus including an electro-optic modulator (EOM) as a beam switching element, and this EOM functions in cooperation with a polarization dependent reflector. Similarly, when the EOM is electrically activated, the polarization direction of the laser beam impinging on the polarization-dependent reflector so that the laser beam is selectively directed to one of two optical paths connected downstream of the polarization-dependent reflector. Is intentionally affected. However, the laser radiation hitting the EOM is never perfectly linearly polarized, and the rotation angle of the polarization direction created by the EOM is always blurred by a certain amount, so some of the remaining intensity will always be in the path of the protruding laser beam. to go into. In addition, the use of EOM is (a) a relatively high voltage is required for EOM operation, and (b) the expected service life of EOM is unknown, especially when the power density of the deflected laser beam is high. There is a disadvantage in that (c) EOM is a relatively expensive optical component.
本発明の目的は、入力レーザービームを選択的に第1の出力レーザービーム及び/又は第2の出力レーザービームに導くための装置であって、単純な方法で精密に、両方の出力レーザービームの間で迅速に同時にレーザービームの切り替えが出来る装置を提供することである。更に、本発明の目的は、加工対象物を迅速かつ精密に加工するために有利な方法で、上記のレーザービーム変換装置を使用する、レーザー加工装置を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an apparatus for selectively directing an input laser beam to a first output laser beam and / or a second output laser beam, in a simple manner and precisely, for both output laser beams. It is to provide a device capable of switching laser beams quickly and simultaneously. It is a further object of the present invention to provide a laser processing apparatus that uses the above laser beam conversion apparatus in an advantageous manner for processing a workpiece quickly and precisely.
この目的は、独立請求項1に記載の特徴を有する、入力レーザービームを選択的に第1の出力レーザービーム及び/又は第2の出力レーザービームに導くための装置によって達成される。本発明の装置は、入力レーザービームを第1の部分ビームと第2の部分ビームに空間的に分離するように設置されたビーム分離素子と、2つの部分ビームを空間的に重ね、2つの部分ビームを第1の出力レーザービーム及び/又は第2の出力レーザービームに変換するように設置及び配置されたビーム重合素子と、を有する。2つの部分ビームは、2つの出力レーザービームの強度がビーム重合素子での2つの部分ビームの間の相対的位相シフトに依存するように、重ねられる。これは、本発明の装置が、部分ビームの光路長を波長の半分だけ変更することによって両方の出力レーザービームの間の強度分布が自由に調整可能な干渉計をなすように、両方の部分ビームが可干渉的に重ねられることで実現される。本発明によれば、光路長が、第1の部分ビームに設けられ、第1の部分ビームの光路長がビーム分離素子とビーム重合素子の間で変化するように設置された光学駆動素子によって変化する。 This object is achieved by an apparatus for selectively directing an input laser beam to a first output laser beam and / or a second output laser beam having the features of independent claim 1. The apparatus of the present invention comprises a beam separation element arranged to spatially separate an input laser beam into a first partial beam and a second partial beam, and two partial beams spatially overlapped into two parts. A beam superposition element disposed and arranged to convert the beam into a first output laser beam and / or a second output laser beam. The two partial beams are superimposed such that the intensity of the two output laser beams depends on the relative phase shift between the two partial beams at the beam superposition element. This is because the apparatus of the present invention forms an interferometer in which the intensity distribution between both output laser beams is freely adjustable by changing the path length of the partial beams by half the wavelength. Is realized by coherently overlapping. According to the present invention, the optical path length is provided in the first partial beam, and the optical path length of the first partial beam is changed by the optical driving element installed so as to change between the beam separation element and the beam superposition element. To do.
本発明は、干渉計を使って2つの部分ビームを可干渉的に重ねることにより、2つの出力光路の間の強度分布を自由に調整することが可能であるという認識に基づく。例えば、両方の部分ビームの間の干渉性重合は、それらが全く同じ長さの光路長を有する限り、入力レーザービームを第1の出力レーザービームに導く。2つの部分ビームはこの方向で互いに破壊的に干渉するので、第2の出力レーザービームに導かれる強度はない。第1の部分ビームの光路長が波長の半分だけ変化するなら、破壊的干渉のため、両方の部分ビームの干渉性重合は第1の出力レーザービームに対していかなる出力も発生しない。入力レーザービームの全体の強度が第2の出力レーザービームに移動するように、建設的干渉が、第2の出力レーザービームの方向で、両方の部分ビームの間に発生する。 The invention is based on the recognition that it is possible to freely adjust the intensity distribution between two output optical paths by coherently superimposing two partial beams using an interferometer. For example, coherent polymerization between both partial beams guides the input laser beam to the first output laser beam as long as they have exactly the same path length. Since the two partial beams interfere destructively with each other in this direction, there is no intensity directed to the second output laser beam. If the optical path length of the first partial beam changes by half the wavelength, then coherent polymerization of both partial beams will not produce any output for the first output laser beam due to destructive interference. Constructive interference occurs between both partial beams in the direction of the second output laser beam so that the overall intensity of the input laser beam moves to the second output laser beam.
なお、もちろん、2つの部分ビームの干渉性重合は、2つの部分ビームの光路長の差がレーザービームの干渉の長さよりも小さい場合にのみ可能である。 Of course, coherent superposition of the two partial beams is possible only when the difference in optical path length between the two partial beams is smaller than the length of interference of the laser beams.
なお、更に、本発明による装置は、入力レーザービームを2つより多い出力レーザービームに選択的に導くためにも使用できる。これは、カスケードに直列に接続された、いくつかの本発明の転換装置(切り替え装置)の協調作用によって達成される。このように、入力レーザービームを意図的に3つ、4つ、又はそれ以上の出力レーザービームに導くことが可能である。 Still further, the apparatus according to the present invention can also be used to selectively direct an input laser beam to more than two output laser beams. This is achieved by the cooperative action of several inventive switching devices (switching devices) connected in series in a cascade. In this way, it is possible to intentionally direct the input laser beam to three, four, or more output laser beams.
請求項2によれば、第1の出力レーザービームと光学的に接続した第1の受光器が、さらに設けられる。第1の出力レーザービームの強度を調整する目的で、受光器は更に、例えば電線を経由して、作動素子と接続する。第1の出力レーザービームとの光学的結合は、第1の出力レーザービームの強度のほんの少しだけを受光器に導くビーム分離素子を経由してなされることが好ましい。受光器は、例えば、従来のフォトダイオードである。好適には、受光器と作動素子との接続は、受光器の電気的出力を経由して実行され、この出力は、受光器の動作中に出力電圧を放出し、そのレベルは、受光器に現在当たっている光の強度に直接的に比例する。 According to a second aspect of the present invention, a first light receiver optically connected to the first output laser beam is further provided. For the purpose of adjusting the intensity of the first output laser beam, the light receiver is further connected to the actuating element, for example via a wire. The optical coupling with the first output laser beam is preferably done via a beam separation element that guides only a small amount of the intensity of the first output laser beam to the receiver. The light receiver is, for example, a conventional photodiode. Preferably, the connection between the receiver and the actuating element is performed via the electrical output of the receiver, which outputs an output voltage during the operation of the receiver, whose level is applied to the receiver. It is directly proportional to the intensity of the light currently hit.
請求項3によれば、第2の出力レーザービームと光学的に結合し、第2の出力レーザービームの強度を調整する目的で作動素子と接続した、第2の受光器が、さらに設けられる。これにより、作動素子を特に精密に調整し、それにより、明確に定義された方法で、2つの異なる動作条件の間を切り替えることが可能になる。第1の動作条件では、入力レーザービームの強度全体は第1の出力レーザービームに導かれ、第2の出力レーザービームの強度は少なくともゼロに近づく。第2の動作条件では、第1の出力レーザービームの強度はほぼゼロで、入力レーザービームの全体の強度は第2の出力レーザービームに導かれる。 According to claim 3, there is further provided a second light receiver optically coupled to the second output laser beam and connected to the actuating element for the purpose of adjusting the intensity of the second output laser beam. This makes it possible to adjust the actuating element particularly precisely, so that it is possible to switch between two different operating conditions in a well-defined manner. In the first operating condition, the entire intensity of the input laser beam is directed to the first output laser beam and the intensity of the second output laser beam is at least close to zero. In the second operating condition, the intensity of the first output laser beam is approximately zero and the overall intensity of the input laser beam is directed to the second output laser beam.
請求項4によれば、作動素子は、機械的に調整可能なミラーからなる。先に説明したように、レーザー波長に比べて非常に小さいミラーの動きのみが、2つの空間的に分離した出力レーザービームの光路の間で入力レーザービームを切り替えるために必要となる。これは、ミラーの移動シフトの場合、2つの部分ビームが、更に、ミラーの現在位置とは無関係に、2つの部分ビームの間の干渉性重合が確実になる程度まで互に空間的に重複されるので、ミラーの動きに関連した第1の部分ビームのビームシフトは非常に小さい(ほとんどない)ことを意味している。従って、良い接近においてはビームシフトを無視することができる。 According to claim 4, the actuating element comprises a mechanically adjustable mirror. As explained above, only a very small mirror movement compared to the laser wavelength is required to switch the input laser beam between the optical paths of the two spatially separated output laser beams. This is because in the case of mirror movement shifts, the two partial beams are also spatially overlapped with each other to the extent that coherent polymerization between the two partial beams is ensured, regardless of the current position of the mirror. This means that the beam shift of the first partial beam related to the mirror movement is very small (almost no). Therefore, the beam shift can be ignored at good approach.
請求項5によれば、作動素子は、2つの部分ビームの間の相対的位相シフトが、光透過性屈折媒体が第1の部分ビームの光路に置かれることによって発生する、機械的に調整可能な屈折光学素子である。これは、例えば、両方の部分ビームの間の関連する位相調整を、光学素子の移動又は回転によって調節できるように、異なる厚さになっていてもよい。光学素子が、光学素子の出力面のみならず入力面も必ず第2の部分ビームの光路に対して垂直になるような形状である限り、第1の部分ビームの光路が光学素子によって影響されることなく、位相シフトを実行することができる。このように、ビーム重合素子における2つの部分ビームの空間干渉が、光学素子の調整によって全く影響されないように、装置が完璧に調整されていれば、両方の部分ビームは完全に重複できる。従って、入力レーザービームを意図的に高精度で1つだけの出力レーザービームに、又は正確に定義された強度分布で両方の出力レーザービームに、導くことができる。 According to claim 5, the actuating element is mechanically adjustable, wherein the relative phase shift between the two partial beams is generated by placing a light-transmissive refractive medium in the optical path of the first partial beam. Refracting optical element. This may be of different thickness so that, for example, the associated phase adjustment between both partial beams can be adjusted by moving or rotating the optical element. The optical path of the first partial beam is affected by the optical element as long as the optical element is shaped so that not only the output surface of the optical element but also the input surface is perpendicular to the optical path of the second partial beam. Phase shift can be performed without. Thus, if the apparatus is perfectly tuned so that the spatial interference of the two partial beams in the beam superimposing element is not affected at all by the adjustment of the optical element, both partial beams can be completely overlapped. Thus, the input laser beam can be deliberately directed to only one output laser beam with high precision, or to both output laser beams with a precisely defined intensity distribution.
請求項6によれば、作動素子は、作動素子を特に高速で調整できるようにする、圧電駆動部からなる。従って、入力レーザービームの繰り返し率が高くても、出力レーザービームの強度を2つの連続するパルスの間の2つの光路の間で切り替えることができる。 According to claim 6, the actuating element comprises a piezoelectric drive which enables the actuating element to be adjusted particularly fast. Therefore, even if the repetition rate of the input laser beam is high, the intensity of the output laser beam can be switched between two optical paths between two consecutive pulses.
第2の目的は、加工対象物を加工するための、特に電子回路キャリアを穿孔及び/又は形成するための、独立請求項7に記載の特徴を有するレーザー加工装置によって達成される。本発明によるレーザー加工装置は、入力レーザービームを発生するためのレーザー光源と、入力レーザービームを第1の出力レーザービーム及び/又は第2の出力レーザービームに選択的に導くための、請求項1乃至6のいずれかに記載のレーザービーム転換装置(切り替え装置)と、第1の出力光路に設けられた第1の偏向装置と、第2の出力光路に設けられた第2の偏向装置と、を有する。2つの偏向装置は、2つの出力レーザービームを所定の目標位置に合わせるために、少なくとも1つの加工対象物上に設けられる。 The second object is achieved by a laser processing device having the features of independent claim 7 for processing a workpiece, in particular for drilling and / or forming an electronic circuit carrier. The laser processing apparatus according to the present invention is a laser light source for generating an input laser beam, and for selectively guiding the input laser beam to the first output laser beam and / or the second output laser beam. A laser beam conversion device (switching device) according to any one of 1 to 6, a first deflection device provided in a first output optical path, a second deflection device provided in a second output optical path, Have Two deflection devices are provided on at least one workpiece to match the two output laser beams to a predetermined target position.
本発明によるレーザー加工装置は、2つの加工位置における材料の相互加工を可能にする。第1の出力レーザービームによる加工の間、第2の偏向装置は、レーザービーム転換装置の切り替えによって第1の出力レーザービームによる加工が完了した直後に第2の出力レーザービームが到達する目標位置に合わせられる。第1の出力レーザービームの光路と第2の出力レーザービームの光路の間で出力強度を切り替えるには、入力レーザービームの光波長での光学作動素子の短いシフトのみが必要なので、光学作動素子に好適な駆動部が使用されれば、パルス状レーザー発振器の2つの連続するパルスの間でのビーム切り替えが達成できる。このように、2次的処理時間が、様々な間隔の空いた目標位置の間の偏向装置のジャンプ移動によって起こるが、これは、材料加工においては完全に排除できる。 The laser processing apparatus according to the present invention enables mutual processing of materials at two processing positions. During the processing by the first output laser beam, the second deflecting device reaches the target position where the second output laser beam reaches immediately after the processing by the first output laser beam is completed by switching the laser beam conversion device. Adapted. Switching the output intensity between the optical path of the first output laser beam and the optical path of the second output laser beam requires only a short shift of the optical actuating element at the light wavelength of the input laser beam. If a suitable drive is used, beam switching between two successive pulses of the pulsed laser oscillator can be achieved. Thus, the secondary processing time occurs due to the jumping movement of the deflector between the various spaced target positions, which can be completely eliminated in material processing.
通常、偏向装置は、2つのガルバノミラーを経由して導かれるレーザービームが加工領域内のいかなる目標位置にも導かれるように、相互に垂直な軸の周囲に回転可能に支持された2つのガルバノミラーが動かされる、いわゆるガルボ・システムである。 Usually, the deflecting device has two galvanometers rotatably supported around mutually perpendicular axes so that the laser beam guided via the two galvanometer mirrors is guided to any target position in the processing region. It is a so-called galvo system in which the mirror is moved.
本発明の更なる利点と特徴は、好適な実施の形態における下記の例示的説明から得られる。 Further advantages and features of the present invention can be obtained from the following exemplary description in a preferred embodiment.
図示された本実施の形態によるレーザー加工装置は、近紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域、又は近赤外スペクトル領域などにおいて、好適なパルス状入力レーザービーム110を出射するレーザー光源105を有する。赤外レーザービームの場合、レーザー光源としてはCO2レーザーが特に好ましく、可視又は近紫外スペクトル領域で放射するレーザー光源の場合、レーザー光源105に実装された非線形結晶によって公知の方法で基本波長が周波数逓倍に変更されるダイオード励起固体レーザーが好適に使われる。
The laser processing apparatus according to the present embodiment shown in the figure has a
更に、レーザー加工装置は、入力レーザービーム110を選択的に第1の出力レーザービーム140aの光路及び/又は第2の出力レーザービーム140bの光路に導く可干渉性ビーム切り替え装置100を有する。可干渉性ビーム切り替え装置100は、入力レーザービーム110が、入力レーザービーム110を第1の部分ビーム120aと第2の部分ビーム120bの2つの部分ビームに分離するビームスプリッタ115に当たる(入射する)ように、レーザー光源105に関連して設けられる。2つの部分ビームの強度はほぼ同じである。第2の部分ビーム120bは、静止ミラー121bを経由して更なるビームスプリッタ135に入射される。第1の部分ビーム120aもまた、可動ミラー121aを経由して更なるビームスプリッタ135に入射される。ビームスプリッタ135において、2つの部分ビーム120aと120bは可干渉的に重ね合わされ、2つの部分ビーム120aと120bの間の位相関係によって、重ね合わされたレーザービームが第1の出力レーザービーム140aの光路及び/又は第2の出力レーザービーム140bの光路に導かれる。
Further, the laser processing apparatus includes a coherent
入力レーザービーム110を2つの部分ビーム120aと120bに分離すること、および続いて2つの部分ビーム120aと120bを可干渉的に重ね合わせることは、マッハ・ツェンダー干渉計におけるビーム分離及びビーム結合に対応する。第1の部分ビーム120aの光路長は、可動ミラー121aと共に光学作動素子170を代表する圧電駆動部171により、可動ミラー121aを移動することによって、変化される。光路長の変動は、2つの部分ビーム120aと120bの間の相対的位相関係を自動的に変化し、結果的に、第1の出力レーザービーム140aの光路と第2の出力レーザービーム140bの光路との間に干渉計を置くことによって、レーザー放射の強度分布を自由に調整できる。
Separating the
ここに記載されている装置では、2つの出力レーザービームが、2つの部分ビーム120aと120bが可干渉的に重ね合わされるビームスプリッタ135の直後において互に直角に走るように、2つの部分ビーム120aと120bの各部はそれぞれペアになって平行に走る。レーザー加工装置全体を簡単な方法で調整できるようにするため、第2の出力レーザービーム140bは静止ミラー141bで反射される。これにより、2つの出力レーザービーム140aと140bは、互に平行な光路における偏向装置180aと180bに、それぞれ、当てられる(入射される)。
In the apparatus described here, the two
偏向装置180aと180bの後にはそれぞれ、光学系(図示せず)、特にいわゆるfθ光学系が設けられる。これらによって、偏向装置180aと180bによって偏向された出力レーザービーム140a、140bが、加工対象物(図示せず)の対応する目標位置に集束されることになる。材料の加工中、第1の出力レーザービーム140aと第2の出力レーザービーム140bの間の相互のレーザー加工によって、他のレーザービームに関係する偏向装置を、必要であれば、第1の目標位置から離れた新たな第2の目標位置に前もって調整しておくことができる。このように、他の出力レーザービームによる更なるレーザー加工のためには、一方の出力レーザービームによる材料加工の完了後に、一方の出力レーザービームの強度がゼロに減少し、他方の出力レーザービームが最大値まで上昇するように、2つの部分ビーム120aと120bの間の位相関係のみを変化させる必要がある。非常に短い通過路のみが、要求された位相シフトを発生させるために要求されるので、数メガヘルツ範囲での繰り返し率でレーザー照射を放射するパルスレーザーにおいて2つの連続するパルスの間でも切り替えを実行することができる。
Each of the
可動ミラー121aの精密な調整を確実にするため、分離ビームスプリッタ145aと145bは、2つの出力レーザービーム140aと140bのそれぞれに設けられ、これはいずれの場合も、各出力レーザービームの強度のほんの一部を光検出器150aと150bのそれぞれに導く。2つの光検出器150a、150bは、例えばいわゆるフォトダイオードであり、フォトダイオードの受光面に当たる光の強度に比例した出力信号を供給する。2つの光検出器150aと150bはそれぞれ信号線151aと151bを経由して比較回路160に結合(接続)し、ここで2つの光検出器150aと150bの出力信号の間の差が、アナログ回路によって得られる。信号線161を経由して、増幅器165は比較回路160の下流に接続され、この増幅器は別の信号線166を経由して圧電駆動部171と結合(接続)する。入力レーザービーム110の強度の第1の出力レーザービーム140a又は第2の出力レーザービーム140bへの選択的切り替えを可能にするため、光検出器150aの検出信号と光検出器150bの検出信号の差ができるだけ大きくなるように、圧電駆動部171が増幅器165によって作動される。これは、2つの出力レーザービームのうち1つの強度が最大であると同時に、別の出力レーザービームの強度が最小、好ましくはゼロ、の場合に、正確に得られる。
To ensure precise adjustment of the
このように、2つの光検出器150aと150b、比較回路160、増幅回路165、及び圧電駆動部171は、対応する信号線と共に、第1の出力レーザービーム140aと第2の出力レーザービーム140bへの入力レーザービーム110の強度の分配を所定の値に調整する制御ループをなす。
As described above, the two photodetectors 150a and 150b, the
要約すると、以下の通りとなる。 In summary:
2つの出力レーザービーム140aと140bの強度を最適に適合させるためのマッハ・ツェンダー干渉計と制御ループからなる可干渉ビーム切り替え装置100により、簡単な方法で、迅速かつ正確に、レーザー光源105によって放射された入力レーザービーム110を第1の偏向装置180a及び/又は第2の偏向装置180bに転換(切り替え)することが可能になる。マッハ・ツェンダー干渉計は、2つのビームスプリッタ115と135の他に、2つの反射器、静止反射器121bと可変反射器121aを備える。制御ループは、2つの分離ビームスプリッタ145aと145b、2つの光検出器150aと150b、適切な信号線151a、151b、161及び166を備えた電子回路160と165、並びに可変反射器121aを正確に動かすための駆動部171を備える。
A coherent
100…可干渉ビーム切り替え装置、105…レーザー光源、110…入力レーザービーム、115…ビームスプリッタ、120a…第1の部分ビーム、120b…第2部分ビーム、121a…可動ミラー、121b…静止ミラー、135…ビームスプリッタ、140a…第1の出力レーザービーム、140b…第2出力レーザービーム、145a…分離ビームスプリッタ、145b…分離ビームスプリッタ、150a…光検出器、150b…光検出器、151a…信号線、151b…信号線、160…比較回路、161…信号線、165…増幅器、166…信号線、170…光学作動素子、171…圧電駆動部、180a…偏向装置、180b…偏向装置。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記入力レーザービーム(110)を第1の部分ビーム(120a)と第2の部分ビーム(120b)に空間的に分離するように設置されたビーム分離素子(115)と、
前記2つの部分ビーム(120a、120b)を空間的に重ね、前記2つの部分ビーム(120a、120b)を前記第1の出力レーザービーム(140a)及び/又は前記第2の出力レーザービーム(140b)に変換するよう設置及び配置されたビーム重合素子(135)と、を有し、
前記2つの出力レーザービーム(140a、140b)の強度が、前記ビーム重合素子(135)における前記2つの部分ビーム(120a、120b)の間の相対的位相シフトに依存し、
さらに、前記第1の部分ビーム(120a)の中に設けられ、前記第1の部分ビーム(120a)の光路長が前記ビーム分離素子(115)と前記ビーム重合素子(135)の間で変化するよう設置された光学作動素子(170)を有することを特徴とするレーザービーム切り替え装置。 An apparatus for selectively directing an input laser beam (110) to a first output laser beam (140a) and / or a second output laser beam (140b),
A beam separation element (115) installed to spatially separate the input laser beam (110) into a first partial beam (120a) and a second partial beam (120b);
The two partial beams (120a, 120b) are spatially overlapped, and the two partial beams (120a, 120b) are combined with the first output laser beam (140a) and / or the second output laser beam (140b). A beam polymerization element (135) installed and arranged to convert to
The intensity of the two output laser beams (140a, 140b) depends on the relative phase shift between the two partial beams (120a, 120b) in the beam superposition element (135);
Further, the optical path length of the first partial beam (120a) is provided between the beam separation element (115) and the beam superimposing element (135). A laser beam switching device comprising an optical actuating element (170) installed as described above.
入力レーザービーム(110)を発生させるためのレーザー光源(105)と、
前記入力レーザービーム(110)を第1の出力レーザービーム(140a)及び/又は第2の出力レーザービーム(140b)に選択的に導くための、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置(100)と、
前記出力レーザービーム(140a)の光路に設けられた第1の偏向装置(180a)と、
前記出力レーザービーム(140b)の光路に設けられた第2の偏向装置(180b)と、を有し、
前記2つの偏向装置(180a、180b)は、前記2つのレーザービーム(140a、140b)を所定の目標位置に合わせるため、少なくとも1つの加工対象物上に設けられることを特徴とするレーザー加工装置。 A laser processing apparatus for processing a workpiece, in particular for drilling and / or forming an electronic circuit carrier,
A laser light source (105) for generating an input laser beam (110);
7. The device according to claim 1, for selectively directing the input laser beam (110) to a first output laser beam (140 a) and / or a second output laser beam (140 b). An apparatus (100);
A first deflector (180a) provided in the optical path of the output laser beam (140a);
A second deflecting device (180b) provided in the optical path of the output laser beam (140b),
The two deflection devices (180a, 180b) are provided on at least one workpiece to match the two laser beams (140a, 140b) with a predetermined target position.
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