JP2014219199A - Laser beam observation system - Google Patents

Laser beam observation system Download PDF

Info

Publication number
JP2014219199A
JP2014219199A JP2013084484A JP2013084484A JP2014219199A JP 2014219199 A JP2014219199 A JP 2014219199A JP 2013084484 A JP2013084484 A JP 2013084484A JP 2013084484 A JP2013084484 A JP 2013084484A JP 2014219199 A JP2014219199 A JP 2014219199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
absorption plate
observation apparatus
laser
optical element
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.)
Pending
Application number
JP2013084484A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
首藤 和正
Kazumasa Shudo
和正 首藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2013084484A priority Critical patent/JP2014219199A/en
Publication of JP2014219199A publication Critical patent/JP2014219199A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/48Thermography; Techniques using wholly visual means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam observation system that can observe a beam profile of the laser beam inexpensively.SOLUTION: When a laser beam enters an absorption plate 11, the absorption plate absorbs the received laser beam and generates heat. A radiation thermometer 12 receives an infrared thermally radiated from the absorption plate, thereby measuring a temperature distribution of the absorption plate.

Description

本発明は、レーザビームの断面形状を観測するレーザビーム観測装置に関する。   The present invention relates to a laser beam observation apparatus that observes the cross-sectional shape of a laser beam.

レーザ光源から出射したレーザビームをビームプロファイラに入射させて、レーザビームの特性を測定することができる(特許文献1)。ビームプロファイラとして、焦電センサを2次元に配列させた焦電式カメラが知られている。   A laser beam emitted from a laser light source can be incident on a beam profiler to measure the characteristics of the laser beam (Patent Document 1). As a beam profiler, a pyroelectric camera in which pyroelectric sensors are two-dimensionally arranged is known.

特開2008−122353号公報JP 2008-122353 A

焦電センサは、耐光強度が高いという特性を有しているが、高価である。本発明の目的は、より安価で、レーザビームのビームプロファイルを観測することが可能なレーザビーム観測装置を提供することである。本発明の他の目的は、このレーザビーム観測装置を用いたレーザ加工装置を提供することである。   Pyroelectric sensors have the property of high light resistance, but are expensive. An object of the present invention is to provide a laser beam observation apparatus that can observe a beam profile of a laser beam at a lower cost. Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus using this laser beam observation apparatus.

本発明の一観点によると、
レーザビームが入射すると、入射したレーザビームを吸収して発熱する吸収板と、
前記吸収板から熱放射された赤外線を受光することにより、前記吸収板の温度分布を測定する放射温度計と
を有するレーザビーム観測装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
When the laser beam is incident, an absorbing plate that absorbs the incident laser beam and generates heat;
There is provided a laser beam observation apparatus having a radiation thermometer for measuring a temperature distribution of the absorption plate by receiving infrared rays thermally radiated from the absorption plate.

吸収板から熱放射される赤外線は、元のレーザビームより強度が低い。このため、放射温度計として、耐光強度の低い安価なものを用いることができる。   Infrared rays thermally radiated from the absorbing plate are lower in intensity than the original laser beam. For this reason, a cheap thing with low light-proof intensity | strength can be used as a radiation thermometer.

図1は、実施例1によるレーザビーム観測装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser beam observation apparatus according to the first embodiment. 図2Aは、マスクの透過窓と、レーザビームのビーム断面との相対位置関係の一例を示す図であり、図2Bは、レーザビームの光軸調整が終了した状態で、レーザビーム観測装置によって観測された温度分布の一例を示す図であり、図2Cは、レーザビームの光軸調整が不十分であるときのビーム断面と透過窓との相対位置関係を示す図であり、図2Dは、図2Cの状態でレーザビーム観測装置によって観測された温度分布の一例を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of the relative positional relationship between the transmission window of the mask and the beam cross section of the laser beam, and FIG. 2B is an observation by the laser beam observation apparatus in a state where the optical axis adjustment of the laser beam is completed. FIG. 2C is a diagram showing a relative positional relationship between the beam cross section and the transmission window when the optical axis adjustment of the laser beam is insufficient, and FIG. It is a figure which shows an example of the temperature distribution observed with the laser beam observation apparatus in the state of 2C. 図3は、実施例2によるレーザビーム観測装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a laser beam observation apparatus according to the second embodiment. 図4A及び図4Bは、実施例2によるレーザビーム観測装置の受光面で観測された温度分布の一例を示す図である。4A and 4B are diagrams illustrating an example of a temperature distribution observed on the light receiving surface of the laser beam observation apparatus according to the second embodiment. 図5は、実施例3によるレーザ加工装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a laser processing apparatus according to the third embodiment.

[実施例1]
図1に、実施例1によるレーザビーム観測装置10の概略図を示す。実施例1によるレーザビーム観測装置10は、吸収板11、放射温度計12、及び収束レンズ16を含む。
レーザ光学系20から出射したレーザビームが、マスク21の透過窓21Aを透過して、レーザビーム観測装置10の収束レンズ16に入射する。収束レンズ16は、マスク21の透過窓21Aを吸収板11の表面に結像させる。マスク21が配置された位置が、レーザビームのビーム断面を観測すべき被観測位置23に相当する。すなわち、被観測位置23と吸収板11とは、収束レンズ16を介して共役の関係にある。
[Example 1]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser beam observation apparatus 10 according to the first embodiment. The laser beam observation apparatus 10 according to the first embodiment includes an absorption plate 11, a radiation thermometer 12, and a converging lens 16.
The laser beam emitted from the laser optical system 20 passes through the transmission window 21 </ b> A of the mask 21 and enters the convergent lens 16 of the laser beam observation apparatus 10. The converging lens 16 images the transmission window 21 </ b> A of the mask 21 on the surface of the absorption plate 11. The position where the mask 21 is disposed corresponds to the observed position 23 where the beam cross section of the laser beam is to be observed. That is, the observed position 23 and the absorption plate 11 are in a conjugate relationship via the converging lens 16.

吸収板11にレーザビームが入射すると、吸収板11がレーザビームのエネルギを吸収して発熱する。吸収板11として、例えば銅板、アルミニウム板、金板、白金板等を用いることができる。放射温度計12は、レーザビームの入射によって加熱された吸収板11の、レーザビームが入射した表面とは反対側の表面から熱放射された赤外線を受光することにより、吸収板11の温度分布を測定する。   When the laser beam is incident on the absorption plate 11, the absorption plate 11 absorbs the energy of the laser beam and generates heat. As the absorption plate 11, for example, a copper plate, an aluminum plate, a gold plate, a platinum plate, or the like can be used. The radiation thermometer 12 receives the infrared rays thermally radiated from the surface of the absorption plate 11 heated by the incidence of the laser beam on the side opposite to the surface on which the laser beam is incident, thereby changing the temperature distribution of the absorption plate 11. taking measurement.

放射温度計12は、レンズ13及び撮像素子14を含む。撮像素子14には、例えばマイクロボロメータが用いられる。マイクロボロメータは、温度が変化すると電気抵抗が変化する感熱素子が2次元配列した受光面15を含む。レンズ13は、吸収板11を受光面15に結像させる。レンズ13の光軸は、吸収板11及び受光面15に対して垂直である。   The radiation thermometer 12 includes a lens 13 and an image sensor 14. For example, a microbolometer is used for the image sensor 14. The microbolometer includes a light receiving surface 15 on which two-dimensionally arranged thermal elements whose electric resistance changes as the temperature changes. The lens 13 images the absorption plate 11 on the light receiving surface 15. The optical axis of the lens 13 is perpendicular to the absorption plate 11 and the light receiving surface 15.

レーザビームが入射した領域の、吸収板11の表面温度が上昇する。レーザビームが入射した表面の熱が、吸収板11内を厚さ方向に伝わり、反対側の表面(以下、背面という。)の温度も上昇する。この温度上昇により、吸収板11の背面から熱放射が生じる。吸収板11の温度分布は、吸収板11に入射したレーザビームのビーム断面内の光強度分布に依存する。被観測位置23のビーム断面内の光強度分布が、収束レンズ16によって吸収板11に転写されるため、被観測位置23のビーム断面内の光強度分布を測定することができる。   The surface temperature of the absorption plate 11 in the region where the laser beam is incident rises. The heat of the surface on which the laser beam is incident is transmitted in the thickness direction in the absorption plate 11, and the temperature of the opposite surface (hereinafter referred to as the back surface) also rises. Due to this temperature rise, heat radiation is generated from the back surface of the absorption plate 11. The temperature distribution of the absorption plate 11 depends on the light intensity distribution in the beam cross section of the laser beam incident on the absorption plate 11. Since the light intensity distribution in the beam cross section at the observed position 23 is transferred to the absorption plate 11 by the converging lens 16, the light intensity distribution in the beam cross section at the observed position 23 can be measured.

吸収板11の背面側にレーザビーム観測装置10が配置されているため、レーザ光学系20から出射されたレーザビームの光軸(中心光線)と、レーザビーム観測装置10の収束レンズ16及びレンズ13の光軸とを一致させることができる。両者の光軸を一致させることにより、レーザビームを真正面から見たときの光強度分布を観測することができる。   Since the laser beam observation device 10 is disposed on the back side of the absorption plate 11, the optical axis (center beam) of the laser beam emitted from the laser optical system 20, the converging lens 16 and the lens 13 of the laser beam observation device 10 are displayed. Can be made to coincide with the optical axis. By matching both optical axes, it is possible to observe the light intensity distribution when the laser beam is viewed from the front.

収束レンズ16による結像倍率を高くすると、マスク21の透過窓21A内の光強度分布が拡大されて吸収板11に転写される。これにより、ビーム断面内に関する空間分解能を高めることができる。   When the imaging magnification by the converging lens 16 is increased, the light intensity distribution in the transmission window 21A of the mask 21 is enlarged and transferred to the absorption plate 11. Thereby, the spatial resolution in the beam cross section can be increased.

マイクロボロメータからなる撮像素子14に赤外域のレーザビームを直接入射させると、マイクロボロメータが損傷を受ける。レーザビームのエネルギを熱に変換し、熱放射を観測することにより、マイクロボロメータの損傷を防止することができる。マイクロボロメータは、耐光強度の高い焦電センサを用いたビームプロファイラに比べて安価である。このため、レーザビーム観測装置の製造コスト低減を図ることが可能である。   When a laser beam in the infrared region is directly incident on the image sensor 14 composed of a microbolometer, the microbolometer is damaged. The microbolometer can be prevented from being damaged by converting the energy of the laser beam into heat and observing the thermal radiation. Microbolometers are less expensive than beam profilers using pyroelectric sensors with high light resistance. For this reason, it is possible to reduce the manufacturing cost of the laser beam observation apparatus.

図2Aに、マスク21(図1)の透過窓21Aと、レーザビームのビーム断面25との相対位置関係の一例を示す。透過窓21A及びビーム断面25は、共に円形であり、ビーム断面25は透過窓21Aより大きい。レーザビームの光軸調整が終了した状態では、透過窓21Aがビーム断面25に内包される。   FIG. 2A shows an example of the relative positional relationship between the transmission window 21A of the mask 21 (FIG. 1) and the beam cross section 25 of the laser beam. The transmission window 21A and the beam cross section 25 are both circular, and the beam cross section 25 is larger than the transmission window 21A. In the state where the optical axis adjustment of the laser beam is completed, the transmission window 21A is included in the beam cross section 25.

図2Bに、レーザビームの光軸調整が終了した図2Aの状態で、レーザビーム観測装置10(図1)によって観測された温度分布の一例を示す。図2Bにおいて、相対的に高温の領域が、相対的に低温の領域より濃い色で表されている。透過窓21Aの位置における
レーザビームの光強度分布がトップフラットである場合、円形の高温領域24が観測される。
FIG. 2B shows an example of a temperature distribution observed by the laser beam observation apparatus 10 (FIG. 1) in the state of FIG. 2A where the optical axis adjustment of the laser beam has been completed. In FIG. 2B, the relatively high temperature region is represented in a darker color than the relatively low temperature region. When the light intensity distribution of the laser beam at the position of the transmission window 21A is top flat, a circular high temperature region 24 is observed.

図2Cに、レーザビームの光軸調整が不十分であるときのビーム断面25と透過窓21Aとの相対位置関係を示す。ビーム断面25の中心が透過窓21Aの中心からずれており、透過窓21Aの一部の領域21Bがビーム断面25と重なっていない。ビーム断面25のうち透過窓21Aと重ならない部分は遮光される。このため、ビーム断面形状は、図2Cにおいてハッチングを付して示したように、円形から崩れてしまう。   FIG. 2C shows the relative positional relationship between the beam cross section 25 and the transmission window 21A when the optical axis adjustment of the laser beam is insufficient. The center of the beam section 25 is shifted from the center of the transmission window 21 </ b> A, and a partial region 21 </ b> B of the transmission window 21 </ b> A does not overlap the beam section 25. The portion of the beam cross section 25 that does not overlap the transmission window 21A is shielded from light. For this reason, the beam cross-sectional shape collapses from a circle as shown by hatching in FIG. 2C.

図2Dに、図2Cの状態でレーザビーム観測装置10(図1)によって観測された温度分布の一例を示す。透過窓21Aの位置におけるビーム断面の形状が円形から崩れているため、高温領域24の形状も円形から崩れる。レーザビーム観測装置10(図1)によって高温領域24の形状を観測することにより、レーザビームの光軸調整が正常に終了しているか否かを検証することができる。   FIG. 2D shows an example of a temperature distribution observed by the laser beam observation apparatus 10 (FIG. 1) in the state of FIG. 2C. Since the shape of the beam cross section at the position of the transmission window 21A has collapsed from a circle, the shape of the high temperature region 24 also collapses from the circle. By observing the shape of the high temperature region 24 with the laser beam observation apparatus 10 (FIG. 1), it is possible to verify whether or not the optical axis adjustment of the laser beam has been normally completed.

[実施例2]
図3に、実施例2によるレーザビーム観測装置10の概略図を示す。実施例2によるレーザビーム観測装置10は、吸収板11及び放射温度計12を含む。吸収板11及び放射温度計12の構成は、実施例1によるレーザビーム観測装置10の吸収板11及び放射温度計12の構成と同一である。
[Example 2]
FIG. 3 shows a schematic diagram of a laser beam observation apparatus 10 according to the second embodiment. The laser beam observation apparatus 10 according to the second embodiment includes an absorption plate 11 and a radiation thermometer 12. The configurations of the absorption plate 11 and the radiation thermometer 12 are the same as the configurations of the absorption plate 11 and the radiation thermometer 12 of the laser beam observation apparatus 10 according to the first embodiment.

レーザ光学系20から、コリメートされたレーザビーム26が出射される。レーザ光学系20から光学装置28に至るビーム主経路30に、分岐光学素子27が配置されている。分岐光学素子27は、ビーム主経路30からレーザビームの経路を分岐させる。分岐光学素子27には、例えば部分反射鏡が用いられる。レーザビーム観測装置10は、ビーム主経路30から分岐された分岐経路31上に配置されている。分岐経路31に沿って伝搬するレーザビームが吸収板11に垂直入射する。   A collimated laser beam 26 is emitted from the laser optical system 20. A branch optical element 27 is disposed in the main beam path 30 from the laser optical system 20 to the optical device 28. The branching optical element 27 branches the path of the laser beam from the beam main path 30. For the branch optical element 27, for example, a partial reflecting mirror is used. The laser beam observation apparatus 10 is disposed on a branch path 31 branched from the beam main path 30. A laser beam propagating along the branch path 31 enters the absorption plate 11 perpendicularly.

分岐光学素子27から吸収板11までの光路長L1を、分岐光学素子27から光学装置28までの光路長L2と等しくすることが好ましい。レーザ光学系20から出射されたレーザビーム26はコリメートされているが、完全な平行光ではない。光路長L1を光路長L2と等しくすると、吸収板11の位置におけるビーム断面と、光学装置28の位置におけるビーム断面とが合同になる。このため、レーザビーム観測装置10により、光学装置28の位置におけるビーム断面の形状及び寸法に関する情報を、より正確に得ることができる。   The optical path length L1 from the branching optical element 27 to the absorption plate 11 is preferably made equal to the optical path length L2 from the branching optical element 27 to the optical device 28. Although the laser beam 26 emitted from the laser optical system 20 is collimated, it is not completely parallel light. When the optical path length L1 is equal to the optical path length L2, the beam cross section at the position of the absorbing plate 11 and the beam cross section at the position of the optical device 28 are congruent. For this reason, the laser beam observation device 10 can more accurately obtain information on the shape and dimensions of the beam cross section at the position of the optical device 28.

また、光学装置28が配置された位置での光軸に対して垂直な面内における位置と、吸収板11の面内における位置とが、1対1に対応する。レーザビーム観測装置10の受光面15内の座標と、光学装置28の位置とを予め対応付けておくことにより、光学装置28が配置された位置におけるビーム断面の位置ずれを検出することができる。   Further, the position in the plane perpendicular to the optical axis at the position where the optical device 28 is disposed and the position in the plane of the absorption plate 11 correspond one-to-one. By associating the coordinates in the light receiving surface 15 of the laser beam observation device 10 with the position of the optical device 28 in advance, it is possible to detect the positional deviation of the beam cross section at the position where the optical device 28 is disposed.

図4Aに、受光面15で観測された温度分布の一例を示す。図4Aにおいて、相対的に高温の領域が、相対的に低温の領域より濃い色で表されている。光学装置28(図3)に入射するレーザビームの中心の目標位置と、受光面15の中心(原点)とが対応するように、光学装置28及びレーザビーム観測装置10が位置合わせされている。図4Aでは、高温領域24の中心が、受光面15の原点と一致している。このとき、光学装置28とレーザビームの光軸との相対位置が適正であると判断される。   FIG. 4A shows an example of the temperature distribution observed on the light receiving surface 15. In FIG. 4A, the relatively high temperature region is represented by a darker color than the relatively low temperature region. The optical device 28 and the laser beam observation device 10 are aligned so that the target position of the center of the laser beam incident on the optical device 28 (FIG. 3) corresponds to the center (origin) of the light receiving surface 15. In FIG. 4A, the center of the high temperature region 24 coincides with the origin of the light receiving surface 15. At this time, it is determined that the relative position between the optical device 28 and the optical axis of the laser beam is appropriate.

図4Bに、高温領域24の中心が、受光面15の原点からずれている例を示す。この場合、光学装置28とレーザビームの光軸との相対位置が、目標とする位置関係からずれて
いると判断される。このように、実施例2によるレーザビーム観測装置10を用いて、ビーム断面の形状、寸法、及び位置ずれの有無を検知することができる。
FIG. 4B shows an example in which the center of the high temperature region 24 is deviated from the origin of the light receiving surface 15. In this case, it is determined that the relative position between the optical device 28 and the optical axis of the laser beam deviates from the target positional relationship. Thus, the laser beam observation apparatus 10 according to the second embodiment can be used to detect the shape and size of the beam cross section and the presence / absence of displacement.

[実施例3]
図5に、実施例3によるレーザ加工装置の概略図を示す。実施例3によるレーザ加工装置は、例えばプリント基板に穴開け加工を行うレーザドリルである。レーザ光源50から出射したレーザビームが、ビーム主経路63を辿って加工対象物70に入射する。加工対象物70は、ステージ61に保持されている。
[Example 3]
FIG. 5 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to the third embodiment. The laser processing apparatus according to the third embodiment is, for example, a laser drill that drills a printed circuit board. The laser beam emitted from the laser light source 50 enters the workpiece 70 along the beam main path 63. The workpiece 70 is held on the stage 61.

ビーム主経路63に、上流側から順番に、ビームエキスパンダ51、非球面レンズ52、マスク53、可変減衰器54、コリメートレンズ55、分岐光学素子56、折り返しミラー57、分岐光学素子58、ビーム走査器59、及びfθレンズ60が配置されている。   The beam expander 51, the aspherical lens 52, the mask 53, the variable attenuator 54, the collimator lens 55, the branching optical element 56, the folding mirror 57, the branching optical element 58, and the beam scanning are sequentially entered into the beam main path 63 from the upstream side. A container 59 and an fθ lens 60 are arranged.

レーザ光源50には、例えば炭酸ガスレーザが用いられる。ビームエキスパンダ51は、レーザビームのビーム径を拡大する。非球面レンズ52は、マスク53が配置された位置におけるビーム断面内の光強度分布を均一化する。マスク53は、遮光領域と、遮光領域内に配置された透過窓とを含み、ビーム断面を整形する。可変減衰器54は、レーザビームのパワーを減衰させる。   For example, a carbon dioxide laser is used for the laser light source 50. The beam expander 51 expands the beam diameter of the laser beam. The aspherical lens 52 makes the light intensity distribution in the beam cross section uniform at the position where the mask 53 is disposed. The mask 53 includes a light shielding region and a transmission window arranged in the light shielding region, and shapes the beam cross section. The variable attenuator 54 attenuates the power of the laser beam.

分岐光学素子56は、レーザビームの一部をビーム主経路63から分岐させる。分岐光学素子56で分岐された分岐経路64に、レーザビーム観測装置10Aが配置されている。レーザビーム観測装置10Aは、実施例1によるレーザビーム観測装置10(図1)と同様の構成を有する。   The branching optical element 56 branches a part of the laser beam from the beam main path 63. A laser beam observation apparatus 10 </ b> A is arranged on a branch path 64 branched by the branch optical element 56. The laser beam observation apparatus 10A has the same configuration as that of the laser beam observation apparatus 10 (FIG. 1) according to the first embodiment.

下流側の分岐光学素子58は、ビーム主経路63に沿って伝搬するレーザビームの一部を、ビーム主経路63から分岐させる。分岐光学素子58で分岐された分岐経路65に、レーザビーム観測装置10Bが配置されている。レーザビーム観測装置10Bは、実施例2によるレーザビーム観測装置10(図3)と同様の構成を有する。   The downstream branch optical element 58 branches a part of the laser beam propagating along the beam main path 63 from the beam main path 63. The laser beam observation apparatus 10B is arranged on the branch path 65 branched by the branch optical element 58. The laser beam observation apparatus 10B has the same configuration as the laser beam observation apparatus 10 (FIG. 3) according to the second embodiment.

ビーム走査器59は、レーザビームの入射位置が加工対象物70の表面上を移動するように、レーザビームを走査する。ビーム走査器59には、例えば一対のガルバノミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。コリメートレンズ55とfθレンズ60とによって、マスク53の透過窓が加工対象物70の表面に結像される。   The beam scanner 59 scans the laser beam so that the incident position of the laser beam moves on the surface of the workpiece 70. As the beam scanner 59, for example, a galvano scanner including a pair of galvanometer mirrors is used. The transmission window of the mask 53 is imaged on the surface of the workpiece 70 by the collimating lens 55 and the fθ lens 60.

コリメートレンズ55と、レーザビーム観測装置10Aの収束レンズ16Aとが、マスク53の透過窓を、レーザビーム観測装置10Aの吸収板11Aの表面に結像させる。すなわち、コリメートレンズ55と収束レンズ16Aとが、実施例1によるレーザビーム観測装置10の収束レンズ16(図1)と同等の機能を果たす。レーザ光源50から非球面レンズ52までの光学系が、実施例1で説明したレーザ光学系20(図1)に相当する。レーザビーム観測装置10Aによって、マスク53とレーザビームの経路との位置合わせの良否を確認することができる。   The collimating lens 55 and the converging lens 16A of the laser beam observation apparatus 10A form an image of the transmission window of the mask 53 on the surface of the absorption plate 11A of the laser beam observation apparatus 10A. That is, the collimating lens 55 and the converging lens 16A perform the same functions as the converging lens 16 (FIG. 1) of the laser beam observation apparatus 10 according to the first embodiment. The optical system from the laser light source 50 to the aspherical lens 52 corresponds to the laser optical system 20 (FIG. 1) described in the first embodiment. The laser beam observation apparatus 10A can confirm whether the alignment between the mask 53 and the laser beam path is good or bad.

分岐光学素子58が、実施例2で説明した分岐光学素子27(図3)と同等の機能を有する。レーザ光源50からコリメートレンズ55までの光学系が、レーザ光学系20(図3)に相当する。ビーム走査器59が、光学装置28(図3)に相当する。分岐光学素子58からビーム走査器59までの光路長(図3の光路長L2に相当)と、分岐光学素子58からレーザビーム観測装置10Bの吸収板11Bまでの光路長(図3の光路長L1に相当)とを等しくすることが好ましい。レーザビーム観測装置10Bによる観測結果により、ビーム走査器59へのレーザビームの入射位置が適正か否かを判定することができる。   The branch optical element 58 has a function equivalent to that of the branch optical element 27 (FIG. 3) described in the second embodiment. An optical system from the laser light source 50 to the collimating lens 55 corresponds to the laser optical system 20 (FIG. 3). The beam scanner 59 corresponds to the optical device 28 (FIG. 3). The optical path length from the branch optical element 58 to the beam scanner 59 (corresponding to the optical path length L2 in FIG. 3) and the optical path length from the branch optical element 58 to the absorption plate 11B of the laser beam observation apparatus 10B (optical path length L1 in FIG. 3). Are equivalent). Based on the observation result by the laser beam observation apparatus 10B, it can be determined whether or not the incident position of the laser beam on the beam scanner 59 is appropriate.

ビーム走査器59へのレーザビームの入射位置が適正位置からずれると、ガルバノミラーによって想定外のケラレが発生する。想定外のケラレが発生すると、加工対象物70の表面におけるレーザパワーが減少してしまう。ビーム走査器59へのレーザビームの入射位置が適正位置からずれたことを検出することにより、不敵正なレーザパワーで加工が継続されることを防止することができる。   If the incident position of the laser beam on the beam scanner 59 is deviated from the proper position, unexpected vignetting is generated by the galvanometer mirror. When unexpected vignetting occurs, the laser power on the surface of the workpiece 70 decreases. By detecting that the incident position of the laser beam on the beam scanner 59 is deviated from the appropriate position, it is possible to prevent the processing from being continued with inadequate laser power.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、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。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10、10A、10B レーザビーム観測装置
11、11A、11B 吸収板
12 放射温度計
13 レンズ
14 撮像素子
15 受光面
16、16A 収束レンズ
20 レーザ光学系
21 マスク
21A 透過窓
21B ビーム断面と重なっていない領域
23 被観測位置
24 高温領域
25 ビーム断面
26 コリメートされたレーザビーム
27 分岐光学素子
28 光学装置
30 ビーム主経路
31 分岐経路
50 レーザ光源
51 ビームエキスパンダ
52 非球面レンズ
53 マスク
54 可変減衰器
55 コリメートレンズ
56 分岐光学素子
57 折り返しミラー
58 分岐光学素子
59 ビーム走査器
60 fθレンズ
61 ステージ
63 ビーム主経路
64、65 分岐経路
70 加工対象物
10, 10A, 10B Laser beam observation apparatus 11, 11A, 11B Absorber plate 12 Radiation thermometer 13 Lens 14 Image sensor 15 Light receiving surface 16, 16A Converging lens 20 Laser optical system 21 Mask 21A Transmission window 21B Area not overlapping beam cross section 23 Observed position 24 High temperature region 25 Beam cross section 26 Collimated laser beam 27 Branch optical element 28 Optical device 30 Beam main path 31 Branch path 50 Laser light source 51 Beam expander 52 Aspherical lens 53 Mask 54 Variable attenuator 55 Collimator lens 56 Branch optical element 57 Folding mirror 58 Branch optical element 59 Beam scanner 60 fθ lens 61 Stage 63 Beam main path 64, 65 Branch path 70 Work object

Claims (7)

レーザビームが入射すると、入射したレーザビームを吸収して発熱する吸収板と、
前記吸収板から熱放射された赤外線を受光することにより、前記吸収板の温度分布を測定する放射温度計と
を有するレーザビーム観測装置。
When the laser beam is incident, an absorbing plate that absorbs the incident laser beam and generates heat;
A laser beam observation apparatus comprising: a radiation thermometer that measures the temperature distribution of the absorption plate by receiving infrared rays thermally radiated from the absorption plate.
前記放射温度計は、レーザビームが入射することによって加熱された前記吸収板の温度分布を測定する請求項1に記載のレーザビーム観測装置。   The laser beam observation apparatus according to claim 1, wherein the radiation thermometer measures a temperature distribution of the absorption plate heated by incidence of a laser beam. 前記放射温度計は、前記吸収板の、前記レーザビームに照射される面とは反対側の面から熱放射される前記赤外線を受光する請求項1または2に記載のレーザビーム観測装置。   3. The laser beam observation apparatus according to claim 1, wherein the radiation thermometer receives the infrared rays thermally radiated from a surface of the absorption plate opposite to a surface irradiated with the laser beam. さらに、レーザビームのビーム断面を観測すべき被観測位置と、前記吸収板とが、前記収束レンズを介して共役の関係にある請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザビーム観測装置。   4. The laser beam observation apparatus according to claim 1, wherein an observation position where a cross section of a laser beam is to be observed and the absorption plate are in a conjugate relationship via the converging lens. 5. . さらに、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する位置に加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から、前記ステージに保持された加工対象物までのビーム主経路から、前記レーザビームの経路を分岐させる分岐光学素子と
を有し、
前記吸収板は、前記分岐光学素子によって分岐された分岐経路に配置されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザビーム観測装置。
further,
A laser light source;
A stage for holding a workpiece at a position where a laser beam emitted from the laser light source is incident;
A branch optical element for branching the path of the laser beam from the main beam path from the laser light source to the workpiece held on the stage;
The laser beam observation apparatus according to claim 1, wherein the absorption plate is disposed in a branch path branched by the branch optical element.
さらに、
前記分岐光学素子よりも上流側の前記ビーム主経路に配置され、遮光領域、及び前記遮光領域内に配置された透過窓を含み、レーザビームのビーム断面を整形するマスクと、
前記マスクの前記透過窓を前記吸収板に結像させるレンズと
を含む請求項5に記載のレーザビーム観測装置。
further,
A mask arranged in the beam main path upstream of the branching optical element, including a light shielding region and a transmission window arranged in the light shielding region, and shaping a beam cross section of the laser beam;
The laser beam observation apparatus according to claim 5, further comprising a lens that forms an image of the transmission window of the mask on the absorption plate.
さらに、前記分岐光学素子よりも下流側の前記ビーム主経路上に配置され、前記ステージに保持された加工対象物の表面において、前記レーザビームの入射位置を移動させるビーム走査器を有し、
前記吸収板は、前記分岐光学素子によって前記ビーム主経路から分岐された経路に配置され、前記分岐光学素子から前記ビーム走査器までの光路長と、前記前記分岐光学素子から前記吸収板までの光路長とが等しい請求項5に記載のレーザビーム観測装置。
And a beam scanner that is disposed on the beam main path downstream of the branching optical element and moves the incident position of the laser beam on the surface of the workpiece held on the stage,
The absorption plate is disposed in a path branched from the beam main path by the branch optical element, and an optical path length from the branch optical element to the beam scanner, and an optical path from the branch optical element to the absorption plate 6. The laser beam observation apparatus according to claim 5, wherein the length is equal.
JP2013084484A 2013-04-12 2013-04-15 Laser beam observation system Pending JP2014219199A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084484A JP2014219199A (en) 2013-04-12 2013-04-15 Laser beam observation system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013083651 2013-04-12
JP2013083651 2013-04-12
JP2013084484A JP2014219199A (en) 2013-04-12 2013-04-15 Laser beam observation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014219199A true JP2014219199A (en) 2014-11-20

Family

ID=51937809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013084484A Pending JP2014219199A (en) 2013-04-12 2013-04-15 Laser beam observation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014219199A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015166094A (en) * 2014-03-03 2015-09-24 ビアメカニクス株式会社 Laser processing device
JP2022503868A (en) * 2018-09-27 2022-01-12 アイピージー フォトニクス コーポレーション Systems and methods for visualizing the laser energy distribution provided by different close field scan patterns
JP2022191988A (en) * 2021-06-16 2022-12-28 ツィンファ ユニバーシティ Energy beam detection device and detection method
JP7212299B1 (en) 2022-03-28 2023-01-25 株式会社東京精密 Method and apparatus for adjusting optical axis of laser light
KR20230062238A (en) * 2021-10-29 2023-05-09 세메스 주식회사 Fringe information measuring apparatus and substrate treating system including the same

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015166094A (en) * 2014-03-03 2015-09-24 ビアメカニクス株式会社 Laser processing device
JP2022503868A (en) * 2018-09-27 2022-01-12 アイピージー フォトニクス コーポレーション Systems and methods for visualizing the laser energy distribution provided by different close field scan patterns
JP7481327B2 (en) 2018-09-27 2024-05-10 アイピージー フォトニクス コーポレーション System and method for visualizing laser energy distributions provided by different near-field scanning patterns - Patents.com
JP2022191988A (en) * 2021-06-16 2022-12-28 ツィンファ ユニバーシティ Energy beam detection device and detection method
US11709098B2 (en) 2021-06-16 2023-07-25 Tsinghua University Device and method for detecting energy beam
KR102611132B1 (en) 2021-10-29 2023-12-06 세메스 주식회사 Fringe information measuring apparatus and substrate treating system including the same
KR20230062238A (en) * 2021-10-29 2023-05-09 세메스 주식회사 Fringe information measuring apparatus and substrate treating system including the same
US12097696B2 (en) 2021-10-29 2024-09-24 Semes Co., Ltd. Fringe information measuring apparatus and substrate treating system including the same
JP7212299B1 (en) 2022-03-28 2023-01-25 株式会社東京精密 Method and apparatus for adjusting optical axis of laser light
JP2023145328A (en) * 2022-03-28 2023-10-11 株式会社東京精密 Method and device for adjusting optical axis of laser light
JP7398038B2 (en) 2022-03-28 2023-12-14 株式会社東京精密 How to judge the quality of beam expander
JP2023145360A (en) * 2022-03-28 2023-10-11 株式会社東京精密 Beam expander quality determination method
WO2023189591A1 (en) * 2022-03-28 2023-10-05 株式会社東京精密 Method and device for adjusting optical axis of laser light

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10245683B2 (en) Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics
JP5042013B2 (en) Laser heating device
JP2014219199A (en) Laser beam observation system
CN101339013B (en) Assembling and adjusting and calibrating method of visible and infrared composite light path optical axis parallelism detector
CN101776516B (en) Position detector-based dividing plane-sharing multispectral target
CN102205464A (en) Method and arrangement for firm bonding of materials
TW201008061A (en) Illuminating apparatus and method for controlling energy of a laser source
CN113365773A (en) Method and apparatus for controlled machining of workpieces
JP5774754B2 (en) High intensity light measurement system and method
US9516243B2 (en) Method and system for emissivity determination
KR20200054700A (en) Dual mode microscope stystem
JP4690316B2 (en) Aiming device and measuring device that can be used without or in contact
JP7308439B2 (en) LASER PROCESSING DEVICE AND OPTICAL ADJUSTMENT METHOD
JP2012512031A (en) Welding apparatus and welding method
JP2016205981A (en) Terahertz irradiation position visualization device
IL256017A (en) Boresight alignment module
JP2012242134A (en) Shape measurement device and optical filter used for the same
US10162187B2 (en) High-output optical attenuator, measurement device, and 3D shaping apparatus
JP7126062B2 (en) Alignment method
RU2622239C1 (en) Device for non-contact measurement of the object temperature
KR20200019859A (en) Scanhead apparatus and method for reflecting or transmitting a beam for a scanner, Scanning apparatus with scanhead apparatus and Scanner with scanhead apparatus
JP2008249912A (en) Boresight device and boresight adjustment method
JP2012173277A (en) Shape measuring apparatus and optical filter to be used for the same
JP6896188B2 (en) Wavefront measuring device and wavefront measuring method
CN221019128U (en) Optical module and double-facula laser system