JP2016131997A - Laser cutting optical unit and laser cutter - Google Patents

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Izuru Nakai
出 中井
北村 嘉朗
Yoshiaki Kitamura
嘉朗 北村
重之 森
Shigeyuki Mori
重之 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser cutting optical unit and a laser cutter, which enable a user to cut curves in transparent material with a laser beam.SOLUTION: There is provided a laser cutting optical unit. An optical unit 10 for irradiating transparent material 5 with a laser beam 2 and processing the material includes: an optical element 41 for branching the laser beam into multiple branched laser beams; a focusing lens 42 where all the branched laser beams 21 having branched into multiple beams at the optical element are incident; a rotatable optical lens barrel 4 having the optical element and the focusing lens; and a rotary drive 44 for rotating the optical lens barrel around a central axis 40 of rotation along a direction where the laser beam is incident. The optical lens barrel is rotated around the central axis of rotation by the rotary drive, and the branched laser beams are focused on the respective spots 23 inside the transparent material, thus laser cutting is performed.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ディスプレイ等に用いられるガラスなどの透明材料を分割するために用いるレーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置に関するものである。   The present invention relates to a laser cutting optical unit and a laser cutting device used for dividing a transparent material such as glass used for a display or the like.

従来のレーザ切断光学系としては、超短パルスレーザ光源から発するレーザビームをスプリッターとミラーとを用いて複数に分割し、それぞれのレーザビームごとに集光レンズを配置して複数点を同時加工して切断しているものがある(例えば、特許文献1を参照。)。図6は、特許文献1に記載された従来のレーザ切断光学系を示す図である。   As a conventional laser cutting optical system, a laser beam emitted from an ultrashort pulse laser light source is divided into a plurality of parts by using a splitter and a mirror, and a condensing lens is arranged for each laser beam to simultaneously process a plurality of points. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 6 is a diagram showing a conventional laser cutting optical system described in Patent Document 1. In FIG.

図6において、レーザビーム102は、ビーム分割手段171によって、複数の分割されたビーム123〜130に分けられている。集光レンズ群135にて、前記複数の分割されたビーム123〜130を切断予定線に沿って離間して、集光点145〜146を配置し、複数の空洞183〜190を形成している。   In FIG. 6, the laser beam 102 is divided into a plurality of divided beams 123 to 130 by a beam dividing means 171. In the condensing lens group 135, the plurality of divided beams 123 to 130 are separated along a planned cutting line, and condensing points 145 to 146 are arranged to form a plurality of cavities 183 to 190. .

また、従来のレーザ切断光学系として、複数のレーザヘッドにそれぞれの光学系を備えているものもある(例えば、特許文献2を参照。)。図7は、特許文献2に記載された従来のレーザ切断光学系の構成を示す図である。   In addition, as a conventional laser cutting optical system, there is one in which a plurality of laser heads are provided with respective optical systems (see, for example, Patent Document 2). FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional laser cutting optical system described in Patent Document 2. In FIG.

図7において、複数のレーザヘッドがそれぞれ独立して動くことができ、2個のレーザヘッド231を、ウエーハWの両端から中心に向けて割り出し送りし、又はウエーハWの中央部から両端部に向けて割り出し送りし、或いは所定ライン離間して配置して同一方向に割り出し送りして、ウエーハWの全面に亘って2本のラインを同時に加工するようにしている。或いは、ウエーハWの全面に亘って1本のラインに所定距離又は所定ライン遅れでレーザ光Lを2回照射するようにしている。   In FIG. 7, a plurality of laser heads can move independently, and the two laser heads 231 are indexed and fed from both ends of the wafer W toward the center, or from the center of the wafer W toward both ends. The two lines are simultaneously processed over the entire surface of the wafer W by being indexed and fed, or spaced apart by a predetermined line and indexed and fed in the same direction. Alternatively, the laser beam L is irradiated twice on the entire surface of the wafer W with a predetermined distance or a predetermined line delay.

特許第5379384号Japanese Patent No. 5379384 特開2004−111946号公報JP 2004-111946 A

しかしながら、前記従来の構成では、レーザビームの分岐及び集光を、前記レーザビームごとにスプリッターとレンズとを用いており、前記レーザビームは、通常数mmの直径を持っているため、集光レンズ間の距離は少なくとも10mm程度となる、と容易に推測される。このため、切断予定線に沿って離間して整列される集光レンズ群は、直線もしくは一定の大きな曲率半径でしか配置することができず、小さな曲率半径を含む自由曲線状に切断する事ができないという課題を有している。   However, in the conventional configuration, for the splitting and condensing of the laser beam, a splitter and a lens are used for each laser beam, and the laser beam usually has a diameter of several millimeters. The distance between them is easily estimated to be at least about 10 mm. For this reason, the condensing lens groups that are spaced apart along the planned cutting line can only be arranged with a straight line or a constant large radius of curvature, and can be cut into a free curve including a small radius of curvature. It has a problem that it cannot be done.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、透明材料をレーザビームで切断する際に曲線を描きながら切断することを可能とした、レーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a laser cutting optical unit and a laser cutting apparatus that can cut a transparent material while drawing a curve when cutting with a laser beam. And

前記目的を達成するために、本発明の1つの態様にかかるレーザ切断光学ユニットは、透明材料にレーザビームを照射して加工を行うための光学ユニットにおいて、
前記レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐させる光学素子と、
前記光学素子で前記複数に分岐した前記分岐レーザビームのすべてが入射する集光レンズと、
前記光学素子と前記集光レンズとを有して回転可能な光学鏡筒と、
前記光学鏡筒を、前記レーザビームが入射する方向沿いの回転中心軸回りに回転させる回転駆動装置とを備えて、
前記回転駆動装置により前記光学鏡筒を前記回転中心軸回りに回転させて、前記分岐レーザビームを前記透明材料の内部のそれぞれのスポットに集光させてレーザ切断加工を行う。
In order to achieve the above object, a laser cutting optical unit according to one aspect of the present invention is an optical unit for performing processing by irradiating a transparent material with a laser beam.
An optical element for branching the laser beam into a plurality of branch laser beams;
A condensing lens on which all of the branched laser beams branched into the plurality by the optical element are incident;
A rotatable optical barrel having the optical element and the condenser lens;
A rotation driving device that rotates the optical barrel around a rotation center axis along a direction in which the laser beam is incident;
The optical barrel is rotated about the rotation center axis by the rotation driving device, and the branched laser beam is condensed on each spot inside the transparent material to perform laser cutting.

以上のように、本発明の前記態様によれば、透明体材料を切断する際に、回転駆動装置により、光学素子と集光レンズとを回転させてレーザビームの分岐方向を制御することができるため、曲線状に透明材料を切断することができる。   As described above, according to the above aspect of the present invention, when the transparent material is cut, the optical element and the condenser lens can be rotated by the rotation driving device to control the branching direction of the laser beam. Therefore, the transparent material can be cut in a curved shape.

本発明の第1実施形態における、斜め照射型のレーザ切断光学ユニットを含むレーザ切断装置の構成を示す縦断面模式図The longitudinal cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the laser cutting apparatus containing the oblique irradiation type laser cutting optical unit in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における曲線加工時の回転角度許容値の算出模式図Calculation schematic diagram of rotation angle allowable value at the time of curve processing in the first embodiment of the present invention 本発明の第1実施形態の第1変形例における、垂直照射型のレーザ切断光学ユニットを含むレーザ切断装置の構成を示す縦断面模式図The longitudinal cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the laser cutting apparatus containing the vertical irradiation type laser cutting optical unit in the 1st modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の第1変形例における光学鏡筒回転時の加工状態を示す模式的な斜視図The typical perspective view which shows the processing state at the time of the optical barrel rotation in the 1st modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における多分岐時の0次光対策光学ユニットの構成図The block diagram of the 0th-order light countermeasure optical unit at the time of multi-branching in 2nd Embodiment of this invention 特許文献1に記載された従来のレーザ切断光学系の例を示す図The figure which shows the example of the conventional laser cutting optical system described in patent document 1 特許文献2に記載された従来のレーザ切断光学系の例を示す図The figure which shows the example of the conventional laser cutting optical system described in patent document 2

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における斜め照射型のレーザ切断光学ユニット10を含むレーザ切断装置11の構成図である。以下の説明では、加工対象の透明材料の一例として、2層の透明板状物を重ねた構成で、ディスプレイパネル5の上側透明材料51と下側透明材料52とする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser cutting device 11 including an oblique irradiation type laser cutting optical unit 10 according to the first embodiment of the present invention. In the following description, as an example of the transparent material to be processed, an upper transparent material 51 and a lower transparent material 52 of the display panel 5 are configured by overlapping two layers of transparent plates.

上側透明材料51及び下側透明材料52の各材質としては、一例として、ガラスを使用することができる。より具体的には、各材質として、ディスプレイ用に用いられる無アルカリガラスを使用することができる。各透明材料51,52の各形状の例は平板状であり、各板厚の例は200μmである。この第1実施形態で使用できる各透明材料51,52の各板厚としては、一例として、30〜1000μmの範囲に入るものでもよい。   As an example of each material of the upper transparent material 51 and the lower transparent material 52, glass can be used. More specifically, non-alkali glass used for display can be used as each material. The example of each shape of each transparent material 51 and 52 is flat form, and the example of each plate | board thickness is 200 micrometers. As each plate | board thickness of each transparent material 51 and 52 which can be used by this 1st Embodiment, you may enter into the range of 30-1000 micrometers as an example.

レーザ切断装置11は、レーザ発振器1と、レーザ切断光学ユニット10とを少なくとも備えて構成している。このレーザ切断装置11では、レーザ発振器1からのレーザビーム2を、ミラー3で屈曲させてレーザ切断光学ユニット10に入射させ、レーザ切断光学ユニット10でレーザビーム2を透明材料51,52に照射してレーザ切断加工を行っている。   The laser cutting device 11 includes at least a laser oscillator 1 and a laser cutting optical unit 10. In this laser cutting device 11, the laser beam 2 from the laser oscillator 1 is bent by the mirror 3 and incident on the laser cutting optical unit 10, and the laser cutting optical unit 10 irradiates the transparent material 51, 52 with the laser beam 2. Laser cutting is performed.

レーザ切断光学ユニット10は、光学鏡筒の一例としての回転鏡筒4と、回転駆動装置44とを備えている。   The laser cutting optical unit 10 includes a rotating lens barrel 4 as an example of an optical lens barrel and a rotation driving device 44.

回転鏡筒4は、光学素子41と集光レンズ42とで構成される。   The rotating barrel 4 includes an optical element 41 and a condenser lens 42.

光学素子41は、一例として回折光学素子で構成され、レーザビーム2を複数の分岐レーザビーム21に分岐させる。   The optical element 41 is constituted by a diffractive optical element as an example, and branches the laser beam 2 into a plurality of branched laser beams 21.

集光レンズ42は、光学素子41で複数に分岐した分岐レーザビーム21のすべてが入射されて、透明材料51,52の内部のそれぞれのスポット23に集光されて、レーザ切断加工を行う。   The condensing lens 42 receives all of the branched laser beam 21 branched into a plurality by the optical element 41 and is focused on the respective spots 23 inside the transparent materials 51 and 52 to perform laser cutting.

回転駆動装置44は、一例としてモータなどで構成され、回転鏡筒4を、レーザビーム2が入射する方向を回転中心軸40として一方向に又は正逆方向に回転させる。この回転鏡筒4の回転により、光学素子41と集光レンズ42とが一体的に回転中心軸40回りに回転する。   The rotation driving device 44 is configured by a motor or the like as an example, and rotates the rotating barrel 4 in one direction or forward and backward directions with the direction in which the laser beam 2 is incident as the rotation center axis 40. By the rotation of the rotating barrel 4, the optical element 41 and the condenser lens 42 are integrally rotated around the rotation center axis 40.

図1において、レーザ発振器1は、超短パルスのレーザビーム2を発振する発振器であり、一例として25ピコ秒のパルス幅を持つレーザビーム2を、ステージ8上の透明材料51,52の内部に集光することによって、非線形効果による吸収を起こし、加工痕6を生ずることが可能である。このレーザ発振器1より出射されたレーザビーム2は、一つないしは複数のミラー3を介して、回転鏡筒4に導かれる。   In FIG. 1, a laser oscillator 1 is an oscillator that oscillates an ultrashort pulse laser beam 2. For example, a laser beam 2 having a pulse width of 25 picoseconds is placed inside transparent materials 51 and 52 on a stage 8. By collecting the light, it is possible to cause absorption due to a non-linear effect and generate a processing mark 6. The laser beam 2 emitted from the laser oscillator 1 is guided to the rotating lens barrel 4 through one or a plurality of mirrors 3.

回転鏡筒4とディスプレイパネル5とは、矢印20の方向に相対的に移動する。ディスプレイパネル5はステージ8に搭載される。ステージ8は、その上面にディスプレイパネル5の透明材料51,52を保持し、モータとボールネジとナット部材などで構成されるステージ駆動装置8xの駆動により直交するX方向とY方向とにそれぞれ移動可能としている。しかしながら、このような構成に限定されるものではなく、ステージ8としては全く移動せず、透明材料51,52を移動不可に固定的に保持する固定部材であってもよい。このような場合には、レーザ切断光学ユニット10が、モータなど公知の各種の駆動装置により、ステージ8に対して移動するように構成する。   The rotating barrel 4 and the display panel 5 move relatively in the direction of the arrow 20. The display panel 5 is mounted on the stage 8. The stage 8 holds the transparent materials 51 and 52 of the display panel 5 on its upper surface, and can be moved in the X and Y directions orthogonal to each other by driving a stage driving device 8x composed of a motor, a ball screw, a nut member, and the like. It is said. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the stage 8 may be a fixing member that does not move at all and that holds the transparent materials 51 and 52 in a non-movable manner. In such a case, the laser cutting optical unit 10 is configured to move with respect to the stage 8 by various known driving devices such as a motor.

回転鏡筒4は、回転中心軸40に対して偏心した位置に、ミラー3を介して、回折光学素子41(Diffractive Optical Element、以降、略して「DOE」と記述する。)と、集光レンズ42とを固定している。DOE41の光軸と集光レンズ42の光軸とは一致している。DOE41の光軸と集光レンズ42の光軸とは、回転中心軸40に対して所定角度で交差するように配置されている。このように、DOE41を用いれば、各分岐レーザビーム21のエネルギ比を変更させることが可能なため、一例として、ディスプレイ5のように複数層のガラスから透明材料が構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。   The rotating barrel 4 is located at a position decentered with respect to the rotation center axis 40 via the mirror 3 and a diffractive optical element 41 (hereinafter referred to as “DOE” for short) and a condenser lens. 42 is fixed. The optical axis of the DOE 41 and the optical axis of the condenser lens 42 coincide with each other. The optical axis of the DOE 41 and the optical axis of the condenser lens 42 are arranged so as to intersect with the rotation center axis 40 at a predetermined angle. As described above, when the DOE 41 is used, the energy ratio of each branched laser beam 21 can be changed. For example, when a transparent material is formed of a plurality of layers of glass like the display 5, processing is performed. By adjusting the energy ratio according to the depth to be processed, it is possible to reduce the difference in the machining state depending on the depth.

回転鏡筒4には、回転鏡筒4の上端の中心部の回転中心軸40沿いにレーザビーム2が入射される。入射されたレーザビーム2は、回転鏡筒4の内部で、2つのミラー3でそれぞれ屈曲されたのち、DOE41を通過することによって、複数の、例えば8本の分岐された分岐レーザビーム21になる。その後、DOE41により分岐された分岐レーザビーム21は、集光レンズ42によって、透明材料51,52の内部のそれぞれのスポット23に集光される。このとき、一例として、後述する図2におけるスポット群の分岐される幅702は、0.2mmであった。   The laser beam 2 is incident on the rotary barrel 4 along the rotation center axis 40 at the center of the upper end of the rotary barrel 4. The incident laser beam 2 is bent by the two mirrors 3 inside the rotating lens barrel 4 and then passes through the DOE 41 to become a plurality of, for example, eight branched laser beams 21. . Thereafter, the branched laser beam 21 branched by the DOE 41 is condensed by the condensing lens 42 on the respective spots 23 inside the transparent materials 51 and 52. At this time, as an example, a branch group width 702 in FIG. 2 to be described later was 0.2 mm.

ここで、回転鏡筒4の上端の中心部に入射するレーザビーム2の光軸は、回転中心軸40に対して、同軸上になるように配置される。また、回転鏡筒4より出射される8本の分岐された分岐レーザビーム光21の配置の真ん中、つまり、8つの集光スポット23の重心位置を、回転中心軸40が通るように配置されている。   Here, the optical axis of the laser beam 2 incident on the center of the upper end of the rotary lens barrel 4 is arranged so as to be coaxial with the rotation center axis 40. Further, the center of the eight branched laser beam beams 21 emitted from the rotating lens barrel 4, that is, the center of gravity of the eight focused spots 23 is arranged so that the rotation center axis 40 passes through. Yes.

前記複数スポット23は、DOE41及び集光レンズ42の光軸を、加工対象の一例としてのディスプレイパネル5の透明材料51,52のレーザビーム入射面5aに対して斜めに配置する。このように構成することによって、分岐された分岐レーザビーム21の集光点23が、加工対象の一例であるディスプレイパネル5の深度方向に、階段状に深度が変化するように分散され、回転鏡筒4とディスプレイパネル5とを矢印20の方向に相対的に移動し、回転鏡筒4(集光レンズ42)から遠い方の分岐スポット(図1では下端のスポット)23から先行して加工し、順に、回転鏡筒4に近い分岐スポット(図1では、加工されたスポットに対する上側のスポット)23を加工することで、上側透明材料51と下側透明材料52とを同時に加工することができる。すなわち、透明材料51,52を分岐レーザビーム21が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム21が直線状に並んでおり、かつ透明材料51,52のレーザビーム入射面5aからの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点(集光スポット)23の深さが一番深く、切断線の進行方向の最後方にあたる集光点(集光スポット)23の深さが透明材料51,52のレーザビーム入射側の最表面に近くなり、最前方および最後方の集光点(集光スポット)23による加工痕が表面に達するように配置され、他の集光点(集光スポット)23は、それらの2つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させて加工することで、上側透明材料51と下側透明材料52とを同時に加工して切断することができる。このため、レーザ切断光学ユニット10の一回の走査(回転鏡筒4とディスプレイパネル5との矢印20の方向への相対的な一回の移動)で、ディスプレイパネル5を切断することが可能となっている。   The plurality of spots 23 are arranged such that the optical axes of the DOE 41 and the condenser lens 42 are inclined with respect to the laser beam incident surfaces 5a of the transparent materials 51 and 52 of the display panel 5 as an example of a processing target. With this configuration, the condensing points 23 of the branched laser beam 21 are dispersed in a stepwise manner in the depth direction of the display panel 5 that is an example of the processing target so that the depth changes stepwise. The tube 4 and the display panel 5 are relatively moved in the direction of the arrow 20 and processed in advance from the branch spot (the lower end spot in FIG. 1) 23 far from the rotating lens barrel 4 (the condensing lens 42). The upper transparent material 51 and the lower transparent material 52 can be processed at the same time by sequentially processing the branch spot (upper spot with respect to the processed spot in FIG. 1) 23 close to the rotary lens barrel 4. . That is, when the transparent materials 51 and 52 are viewed from the direction on which the branched laser beam 21 is irradiated, the branched laser beams 21 are arranged in a straight line, and the transparent materials 51 and 52 from the laser beam incident surface 5a. When condensing at different depths, the depth of the condensing point (condensing spot) 23 that is the forefront in the traveling direction of the cutting line is the deepest, and the condensing point (concentrating point) that is the last in the traveling direction of the cutting line. The depth of the (light spot) 23 is close to the outermost surface of the transparent material 51, 52 on the laser beam incident side, and the processing traces by the foremost and rearmost condensing points (condensed spots) 23 reach the surface. The other condensing points (condensing spots) 23 are processed by gradually changing the depth so as to smoothly connect the two condensing points, so that the upper transparent material 51 and the lower condensing point 23 Process and cut transparent material 52 simultaneously It is possible. For this reason, it is possible to cut the display panel 5 by one scanning of the laser cutting optical unit 10 (relative one movement of the rotating barrel 4 and the display panel 5 in the direction of the arrow 20). It has become.

なお、本発明の第1実施形態では、一例として、超短パルスの発振器1のパルス幅を25ピコ秒としたが、0ナノ秒より大きくかつ20ナノ秒以下としても良い。   In the first embodiment of the present invention, the pulse width of the ultrashort pulse oscillator 1 is set to 25 picoseconds as an example, but may be set to be larger than 0 nanoseconds and not longer than 20 nanoseconds.

また、一例として、前記分岐レーザビーム21の分岐数を8本としたが、2本以上の任意の本数としても良い
さらに、スポット径の分散される幅は、0.01〜2mmの範囲としても良い。
Further, as an example, the number of branches of the branched laser beam 21 is eight, but it may be any number of two or more. Further, the width in which the spot diameter is dispersed may be in the range of 0.01 to 2 mm. good.

図2は、本発明の第1実施形態におけるレーザ切断光学ユニット10において、曲線加工時の回転角度許容値の算出模式図である。図2の(a)は、加工点におけるスポット分布を、分岐されたレーザビーム21(図1)の入射側からみた模式図である。このとき、加工痕61〜68は、模式図を見た際の紙面奥方向に階段状に深度が変化している。本発明の第1実施形態においては、一例として、スポットの加工幅701はおよそ5μmであり、スポット群の分岐される幅702はおよそ200μmであった。   FIG. 2 is a schematic diagram of calculation of an allowable rotation angle value during curve processing in the laser cutting optical unit 10 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic view of the spot distribution at the processing point as viewed from the incident side of the branched laser beam 21 (FIG. 1). At this time, the depth of the processing marks 61 to 68 changes stepwise in the depth direction on the paper surface when the schematic diagram is viewed. In the first embodiment of the present invention, as an example, the spot processing width 701 is about 5 μm, and the spot group branching width 702 is about 200 μm.

図2の(b)は、前記図2の(a)の加工点におけるスポット分布において、初期的に加工されたスポット分布71、及び、光学鏡筒4が回転しながら移動した後のスポット分布72を示したものである。このとき、曲線加工を行う際に許容される最大許容角度703は、次のような考え方で計算を行なった。光学鏡筒4が回転しながら移動した後のスポット分布72は、初期的に加工されたスポット分布71から、スポットの分岐される幅702の半分の距離だけスポット分布が移動した際に、光学鏡筒4が回転しながら移動した後のスポット分布72における加工痕68が、初期的に加工されたスポット分布71におけるスポットの加工幅701に接する角度以内に収まっていれば、曲線加工が可能になると考え、このときの最大許容角度703を以下のように計算した。   FIG. 2B shows a spot distribution 71 initially processed in the spot distribution at the processing point of FIG. 2A, and a spot distribution 72 after the optical barrel 4 moves while rotating. Is shown. At this time, the maximum allowable angle 703 allowed when performing the curve processing was calculated based on the following concept. The spot distribution 72 after the optical barrel 4 is moved while rotating is the optical mirror when the spot distribution moves from the initially processed spot distribution 71 by a distance half the width 702 where the spot is branched. If the machining trace 68 in the spot distribution 72 after the cylinder 4 moves while rotating is within an angle in contact with the spot machining width 701 in the initially machined spot distribution 71, the curve machining becomes possible. Considering this, the maximum allowable angle 703 at this time was calculated as follows.

最大許容角度 = tan−1(スポットの加工幅701/(スポット群の分岐される幅702÷2))
= tan−1(5/(200/2))
= 2.86deg
= 49.96mrad
前記最大許容角度の値から最小曲率半径を求めると、2mmとなる。
Maximum permissible angle = tan −1 (Spot processing width 701 / (Spot group branching width 702/2))
= Tan -1 (5 / (200/2))
= 2.86deg
= 49.96 mrad
The minimum radius of curvature obtained from the value of the maximum allowable angle is 2 mm.

同様に、従来の特許文献1の許容角度を計算してみると、スポットの加工幅701を5μmと推定し、分岐される幅702を70mmと推定した結果、最大許容角度は次のようになる。   Similarly, when calculating the allowable angle of the conventional patent document 1, when the spot processing width 701 is estimated to be 5 μm and the branched width 702 is estimated to be 70 mm, the maximum allowable angle is as follows. .

最大許容角度 = tan−1(5/(70000/2))
= 0.008deg
= 0.14mrad
前記最大許容角度の値から最小曲率半径を求めると、245m (=245000mm)となる。つまり、従来例では、ほぼ直線の加工しかできないことがわかる。
Maximum allowable angle = tan -1 (5 / (70000/2))
= 0.008deg
= 0.14 mrad
When the minimum radius of curvature is obtained from the value of the maximum allowable angle, it is 245 m (= 245000 mm). In other words, it can be seen that the conventional example can only process a substantially straight line.

よって、本発明の第1実施形態の例では、最小半径2mmの曲線加工が可能であることがわかった。   Therefore, it has been found that in the example of the first embodiment of the present invention, curved machining with a minimum radius of 2 mm is possible.

次に、図3は、第1実施形態の第1変形例における垂直照射型のレーザ切断光学ユニット10Bを含むレーザ切断装置11Bの構成図である。レーザ切断装置11Bは、レーザ発振器1と、レーザ切断光学ユニット10Bとを少なくとも備えて構成している。   Next, FIG. 3 is a configuration diagram of a laser cutting device 11B including a vertical irradiation type laser cutting optical unit 10B according to a first modification of the first embodiment. The laser cutting device 11B includes at least a laser oscillator 1 and a laser cutting optical unit 10B.

この図3のレーザ切断光学ユニット10Bの回転鏡筒4では、ミラー3を備えずに、回転中心軸40上にDOE41の光軸と集光レンズ42の光軸とをそれぞれ配置するとともに、集光レンズ42の下方に、分岐レーザビーム21を回転中心軸40沿いの方向に分散させるウェッジプレート43を配置している。   In the rotating barrel 4 of the laser cutting optical unit 10B of FIG. 3, the mirror 3 is not provided, and the optical axis of the DOE 41 and the optical axis of the condensing lens 42 are arranged on the rotation center axis 40, respectively. A wedge plate 43 that disperses the branched laser beam 21 in the direction along the rotation center axis 40 is disposed below the lens 42.

図3において、図1と同じ構成の部分についての説明は、省略する。   In FIG. 3, the description of the same configuration as in FIG. 1 is omitted.

DOE41によって複数に分岐された分岐レーザビーム21のそれぞれの集光スポット23は、集光レンズ42の下方に設置されたウェッジプレート43によって、加工対象の例であるディスプレイパネル5の深度方向に分散され、上側透明材料51と下側透明材料52とを同時に加工することができる。このため、レーザ切断光学ユニット10Bの一回の走査(回転鏡筒4とディスプレイパネル5との矢印20の方向への相対的な一回の移動)で、ディスプレイパネル5を切断することが可能となっている。   Each condensing spot 23 of the branched laser beam 21 branched into a plurality by the DOE 41 is dispersed in the depth direction of the display panel 5 as an example of a processing target by a wedge plate 43 installed below the condensing lens 42. The upper transparent material 51 and the lower transparent material 52 can be processed simultaneously. For this reason, it is possible to cut the display panel 5 by one scan of the laser cutting optical unit 10B (relative one movement of the rotating barrel 4 and the display panel 5 in the direction of the arrow 20). It has become.

また、図3の光学ユニット10Bでは、回転鏡筒4の内部に配置される光学部品(DOE41と集光レンズ42とウェッジプレート43)が直線状に回転中心軸40上に並んでいる。このような配置のため、回転鏡筒4の回転中心軸40沿いの寸法を小さくすることができ、DOE41及び集光レンズ42などから構成する回転鏡筒4の回転時の慣性モーメントが軽減され、回転鏡筒4が高速に回転可能であるというメリットが得られる。このことにより、曲線加工を行う際にも、高速での切断加工が可能となっている。   Further, in the optical unit 10B of FIG. 3, the optical components (DOE 41, condenser lens 42, and wedge plate 43) arranged inside the rotary lens barrel 4 are linearly arranged on the rotation center axis 40. Due to such an arrangement, the size of the rotary lens barrel 4 along the rotation center axis 40 can be reduced, and the moment of inertia during rotation of the rotary lens barrel 4 composed of the DOE 41 and the condenser lens 42 is reduced. The merit that the rotary lens barrel 4 can be rotated at high speed is obtained. Thus, cutting can be performed at a high speed even when curve processing is performed.

この変形例では、分岐された分岐レーザビーム21の集光スポット23をディスプレイパネル5の深度方向に分散させるためにウェッジプレート43を使用した例について説明している。しかしながら、前記ウェッジプレート43を用いずに、DOE41のデザイン設計の際に、フレネルレンズイメージを重畳したデザインとすることによって、深度方向のスポット分散を行えるようにしても良い。   In this modification, an example in which the wedge plate 43 is used to disperse the condensed spot 23 of the branched laser beam 21 in the depth direction of the display panel 5 is described. However, it is also possible to perform spot dispersion in the depth direction by using a design in which a Fresnel lens image is superimposed when designing the DOE 41 without using the wedge plate 43.

また、前記透明材料のレーザビーム入射面5aから見た際の集光スポット23の深さ方向の間隔は、前記集光スポット23によって得られる加工痕6の深度方向の長さに依存する。その長さは、レーザパルスあたりのエネルギが小さい場合には、非線形効果で得られる加工痕の長さも1μm程度となり、パルスあたりエネルギが大きくなる。したがって、加工痕長さが伸びていき、第1実施形態では、一例として最大200μm程度となった。そのため、集光スポットの深さ方向の間隔は、一例として、1μm以上かつ200μm以下の範囲に設定する。   Further, the distance in the depth direction of the focused spot 23 when viewed from the laser beam incident surface 5 a of the transparent material depends on the length in the depth direction of the processing mark 6 obtained by the focused spot 23. As for the length, when the energy per laser pulse is small, the length of the processing mark obtained by the non-linear effect is also about 1 μm, and the energy per pulse becomes large. Accordingly, the length of the processing mark is increased, and in the first embodiment, the maximum length is about 200 μm as an example. For this reason, the interval in the depth direction of the focused spot is set in the range of 1 μm or more and 200 μm or less as an example.

なお、この第1変形例においても、透明材料51,52を分岐レーザビーム21が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム21が直線状に並んでおり、かつ透明材料51,52のレーザビーム入射面5aからの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点(集光スポット)23の深さが一番深く、切断線の進行方向の最後方にあたる集光点(集光スポット)23の深さが透明材料51,52のレーザビーム入射側の最表面に近くなり、他の集光点(集光スポット)23はその2つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させて加工することで、上側透明材料51と下側透明材料52とを同時に加工することができる。   Also in the first modification, when the transparent materials 51 and 52 are viewed from the direction on the side where the branched laser beam 21 is irradiated, the branched laser beams 21 are arranged in a straight line, and the transparent materials 51 and 52 are arranged. When condensing at different depths from the laser beam incident surface 5a, the depth of the condensing point (condensing spot) 23, which is the forefront in the traveling direction of the cutting line, is the deepest, The depth of the condensing point (condensing spot) 23 corresponding to the last is close to the outermost surface of the transparent materials 51 and 52 on the laser beam incident side, and the other condensing points (condensing spots) 23 are the two condensing points. The upper transparent material 51 and the lower transparent material 52 can be processed at the same time by gradually changing the depth so as to smoothly connect the points.

また、前記切断線の進行方向最前方にあたる集光点(集光スポット)23の更に前方、及び前記切断線の進行方向の最後方にあたる集光点(集光スポット)23の更に後方に、それぞれ、1個から数個の集光点(集光スポット)23を追加することによって、透明材料51,52を重ねた全層の厚さよりも大きな値の加工幅を得ることができる。このように追加の集光点(集光スポット)23を設けることによって、透明材料51,52の反り又はステージ8のヨーイング又はピッチングによる透明材料51,52内の集光点(集光スポット)23の相対位置の変動による最表面又は最下面における未加工部分の発生を抑えることができる。そのため、最表面又は最下面におけるマイクロクラックの発生が少なくなり、曲げ強度の向上が期待される。   Further, further forward of the condensing point (condensing spot) 23 corresponding to the forefront of the cutting line in the traveling direction and further rearward of the condensing point (condensing spot) 23 corresponding to the rearmost in the traveling direction of the cutting line, respectively. By adding one to several condensing points (condensing spots) 23, it is possible to obtain a processing width larger than the thickness of the entire layer in which the transparent materials 51 and 52 are stacked. Thus, by providing the additional condensing point (condensing spot) 23, the condensing point (condensing spot) 23 in the transparent materials 51 and 52 by the curvature of the transparent materials 51 and 52 or the yawing or pitching of the stage 8 is provided. It is possible to suppress the occurrence of unprocessed portions on the outermost surface or the lowermost surface due to fluctuations in the relative position. Therefore, the occurrence of microcracks on the outermost surface or the lowermost surface is reduced, and an improvement in bending strength is expected.

図4は、図3で示した光学鏡筒回転時の加工模式図である。ステージ8は、その上面に透明材料51,52を保持し、ステージ駆動装置8xにより、直交するX方向とY方向とにそれぞれ移動可能である。   FIG. 4 is a schematic diagram of processing when the optical barrel shown in FIG. 3 is rotated. The stage 8 holds the transparent materials 51 and 52 on its upper surface, and can be moved in the X direction and the Y direction perpendicular to each other by the stage driving device 8x.

回転鏡筒4は、DOE41(図3)と集光レンズ42(図3)とウェッジプレート43(図3)を内蔵した光学ユニット10Bであり、回転モータ44によって、ステージ8で透明材料51,52を動かして、曲線を含む切断線9で透明材料51,52を切断する場合に、その曲線の接線方向(進行方向ベクトル)と図2に示すようなスポット23の並びを直線で結んだ方向とが常に一致するように、回転鏡筒4の回転角を制御するような構成としている。かかる構成によれば、透明材料51,52の内部に任意の曲線状に加工痕6(図1)を形成していくことが可能となり、上側透明材料51(図1)及び下側透明材料52(図1)を貼り合わせたディスプレイパネル5においては、上下の透明材料51,52を同時に任意曲線で切断することが可能であり、特に有効である。   The rotary lens barrel 4 is an optical unit 10B including a DOE 41 (FIG. 3), a condenser lens 42 (FIG. 3), and a wedge plate 43 (FIG. 3). 2 and cutting the transparent materials 51 and 52 along the cutting line 9 including the curve, the tangential direction (traveling direction vector) of the curve and the direction connecting the arrangement of the spots 23 as shown in FIG. Are configured to control the rotation angle of the rotary lens barrel 4 so that they always coincide. According to this configuration, it becomes possible to form the processing trace 6 (FIG. 1) in an arbitrary curved shape inside the transparent materials 51 and 52, and the upper transparent material 51 (FIG. 1) and the lower transparent material 52 are formed. In the display panel 5 to which (FIG. 1) is bonded, the upper and lower transparent materials 51 and 52 can be simultaneously cut along an arbitrary curve, which is particularly effective.

前記第1実施形態によれば、DOE41と1つの集光レンズ42とによって微小な距離の中に分岐レーザビーム21の分割集光スポット23を有し、DOE41及び集光レンズ42を内包する光学鏡筒4に回転駆動装置44を備えることによって、切断予定線が、小さな曲率半径を含む自由曲線の場合であっても、切断線を追従させることができる。また、その集光スポット23を、切断される透明材料51,52の深さ方向にも分散させることによって、透明体材料51,52の切断を1回の走査によって行うことができる。従って、透明体材料51,52を切断する際に、回転駆動装置44により、光学素子41を光学鏡筒4と共に回転させてレーザビーム2の分岐方向を制御することができるため、従来不可能であった透明材料切断時に曲線加工とすることができる。また、DOE41を用いているので、各分岐レーザビーム21のエネルギ比を変更させることが可能なため、ディスプレイ5のように複数層のガラスから構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。   According to the first embodiment, the DOE 41 and the single condensing lens 42 have the divided condensing spot 23 of the branched laser beam 21 within a minute distance, and the optical mirror including the DOE 41 and the condensing lens 42. By providing the cylinder 4 with the rotation drive device 44, the cutting line can be made to follow even if the planned cutting line is a free curve including a small radius of curvature. Further, by dispersing the condensed spot 23 in the depth direction of the transparent materials 51 and 52 to be cut, the transparent materials 51 and 52 can be cut by one scan. Accordingly, when the transparent material 51, 52 is cut, the optical drive device 44 can be rotated together with the optical barrel 4 by the rotation driving device 44 to control the branching direction of the laser beam 2, which is impossible in the past. Curve processing can be performed when cutting the transparent material. In addition, since the DOE 41 is used, the energy ratio of each of the branched laser beams 21 can be changed. Therefore, when the display 5 is composed of multiple layers of glass, depending on the depth to be processed. Thus, by adjusting the energy ratio, it becomes possible to reduce the difference in the machining state due to the depth.

(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態にかかるレーザ切断光学ユニット10Cにおいて、多分岐時の0次光対策光学ユニットとして構成した構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a block diagram of a laser cutting optical unit 10C according to the second embodiment of the present invention configured as a zero-order light countermeasure optical unit at the time of multi-branching.

図5において、図1〜図4と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。   In FIG. 5, the same components as those in FIGS.

DOE41を用いて多分岐化する場合、DOE41の製造誤差又はその他の様々な要因によって、0次光22が発生する(図5の(a)を参照)。前記0次光22と干渉しないように、分岐された分岐レーザビーム21のパターン21aは、レーザビーム2の入射方向と角度をつけた方向への分岐を行なう必要がある。このような場合、DOE41に入射するレーザビーム2と分岐された分岐レーザビーム21のパターンは、直線上にならず、回転鏡筒4の構成時には、ディスプレイパネル5の加工平面(レーザビーム入射面)5aに垂直な軸と0次光22が平行となり、加工点に0次光22が透過してしまう可能性が高くなる。そこで、図5の(b)に示すように、2つのプリズム45などを用いて、ディスプレイパネル5の加工平面5aに垂直な軸5bとは斜めの角度の光軸41aでレーザビーム2がDOE41に入射するようにして、分岐された分岐レーザビーム21のパターンの出射光の方向と最初のプリズムへの入射レーザ光の方向とが一致するように、2つのプリズム45とDOE41とを配置する。このとき、回転鏡筒4の回転中心軸40とディスプレイパネル5の加工平面5aに垂直な軸5bとは平行となっている。このことによって、容易に、0次光22をディスプレイパネル5の加工平面5aに垂直な軸5bと所望の角度をつけて遮光マスク等で遮蔽することができるとともに、回転鏡筒4に各光学部品を配置した際の入出射の光軸を一致させることができ、容易に、鏡筒4の回転動作をすることが可能となる。   When multi-branching is performed using the DOE 41, the zero-order light 22 is generated due to manufacturing errors of the DOE 41 or other various factors (see FIG. 5A). In order not to interfere with the zero-order light 22, the branched pattern 21 a of the branched laser beam 21 needs to be branched in a direction that forms an angle with the incident direction of the laser beam 2. In such a case, the patterns of the laser beam 2 incident on the DOE 41 and the branched laser beam 21 are not linear, and when the rotating barrel 4 is configured, the processing plane (laser beam incident surface) of the display panel 5 The axis perpendicular to 5a and the 0th-order light 22 are parallel to each other, and the possibility that the 0th-order light 22 is transmitted to the processing point increases. Therefore, as shown in FIG. 5B, the laser beam 2 is moved to the DOE 41 by using the two prisms 45 and the like, with the optical axis 41a at an oblique angle with respect to the axis 5b perpendicular to the processing plane 5a of the display panel 5. The two prisms 45 and the DOE 41 are arranged so that the direction of the emitted light of the branched laser beam 21 pattern and the direction of the incident laser light on the first prism coincide with each other. At this time, the rotation center axis 40 of the rotary barrel 4 and the axis 5b perpendicular to the processing plane 5a of the display panel 5 are parallel to each other. As a result, the 0th-order light 22 can be easily shielded with a light-shielding mask or the like at a desired angle with respect to the axis 5b perpendicular to the processing plane 5a of the display panel 5, and each optical component is attached to the rotary lens barrel 4. It is possible to make the incident and outgoing optical axes coincide with each other and to easily rotate the lens barrel 4.

前記第2実施形態によれば、従来不可能であった透明材料切断時に曲線加工とすることができる。また、DOE41を用いているので、各分岐レーザビーム21のエネルギ比を変更させることが可能なため、ディスプレイ5のように複数層のガラスから構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。   According to the second embodiment, it is possible to perform curve processing at the time of cutting a transparent material, which has been impossible in the past. In addition, since the DOE 41 is used, the energy ratio of each of the branched laser beams 21 can be changed. Therefore, when the display 5 is composed of multiple layers of glass, depending on the depth to be processed. Thus, by adjusting the energy ratio, it becomes possible to reduce the difference in the machining state due to the depth.

なお、前記第1実施形態及び第2実施形態において、回転鏡筒4を回転させる回転駆動装置44と、ステージ8を駆動するステージ駆動装置8xとを駆動制御する制御部100を備えるようにしてもよい。この場合には、透明材料51,52を分岐レーザビーム21が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム21が直線状に並んでおり、最下面に近い集光点(集光スポット)23が前方となるような直線ベクトルが切断線の進行方向に対して接線となる方向に常に向くように、回転駆動装置44で光学鏡筒4の回転角度と、ステージ駆動装置8xでステージ8の移動方向とを制御部100で同期させながら動かすようにしてもよい。これらによって、切断線が曲線を描く際に、切断幅が最小の値に抑えられるといった効果が得られる。   In the first embodiment and the second embodiment, a control unit 100 that drives and controls the rotation driving device 44 that rotates the rotating barrel 4 and the stage driving device 8x that drives the stage 8 may be provided. Good. In this case, when the transparent materials 51 and 52 are viewed from the direction on which the branched laser beam 21 is irradiated, the branched laser beams 21 are arranged in a straight line, and a condensing point (condensing spot) near the lowermost surface. ) The rotation angle of the optical barrel 4 by the rotation driving device 44 and the stage 8 by the stage driving device 8x so that a straight line vector in which 23 is forward is always directed in a direction tangent to the traveling direction of the cutting line. The movement direction may be synchronized with the control unit 100. Thus, when the cutting line draws a curve, an effect that the cutting width is suppressed to the minimum value can be obtained.

また、ステージ8に上下方向(Z軸)に駆動可能な上下方向駆動装置を加えて上下方向に昇降可能に構成しても良い。加工対象の透明材料51,52が重力などで歪が生じた場合は、事前にその値を測定するなどの方法で歪を求めておき、求めた歪に基づいて制御部100によって演算された値によって上下方向駆動装置を介してステージ8を昇降させて、前記歪の影響をキャンセルするように制御されるとしてもよい。   Further, a vertical drive device that can be driven in the vertical direction (Z-axis) may be added to the stage 8 so that the stage 8 can be moved up and down. When the transparent materials 51 and 52 to be processed are distorted due to gravity or the like, the distortion is obtained by a method such as measuring the value in advance, and the value calculated by the control unit 100 based on the obtained distortion. Thus, the stage 8 may be moved up and down via a vertical driving device so as to cancel the influence of the distortion.

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。   In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably. In addition, combinations of the embodiments, combinations of the examples, or combinations of the embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.

本発明のレーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置は、曲線状に切断痕を付けることが可能な程度の幅に分岐されたレーザ光を深度方向にも分散を起こす光学ユニットを有し、ディスプレイ等のガラスパネル等のレーザ切断の用途にも適用できる。   The laser cutting optical unit and the laser cutting device of the present invention have an optical unit that causes dispersion of laser light branched in a depth direction so as to be able to make a cut mark in a curved shape. It can also be applied to laser cutting applications such as glass panels.

1 レーザ発振器
10,10B レーザ切断光学ユニット
11,11B レーザ切断装置
2 レーザビーム
20 レーザビームの移動方向
21 分岐レーザビーム
22 0次光
23 スポット
3 ミラー
4 回転鏡筒(光学鏡筒の一例)
40 回転中心軸
41 回折光学素子(DOE、光学素子の一例)
41a 光軸
42 集光レンズ
43 ウェッジプレート
44 回転モータ(回転駆動装置の一例)
45 プリズム
5 ディスプレイパネル
5a レーザビーム入射面(加工平面)
5b 加工平面に垂直な軸
51 上側透明材料(透明材料の一例)
52 下側透明材料(透明材料の一例)
6 加工痕
7 同時照射される加工点のスポット分布
701 スポットの加工幅
702 スポット群の分岐される幅
703 許容角度
71 初期的に加工されたスポット分布
72 光学鏡筒が回転しながら移動した後のスポット分布
8 ステージ
8x ステージ駆動装置
9 切断線
100 制御部
102 レーザビーム
123〜130 分割されたビーム
135 集光レンズ群
145 ビーム130による集光点
146 ビーム123による集光点
171 ビーム分割手段
183〜190 空洞
231 レーザヘッド
L レーザ光
W ウエーハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 10, 10B Laser cutting optical unit 11, 11B Laser cutting apparatus 2 Laser beam 20 The moving direction of a laser beam 21 Branched laser beam 22 0th order light 23 Spot 3 Mirror 4 Rotating lens barrel (an example of an optical lens barrel)
40 Rotation center axis 41 Diffractive optical element (DOE, example of optical element)
41a Optical axis 42 Condensing lens 43 Wedge plate 44 Rotation motor (an example of a rotation drive device)
45 Prism 5 Display panel 5a Laser beam incident surface (processing plane)
5b Axis perpendicular to the machining plane 51 Upper transparent material (an example of transparent material)
52 Lower transparent material (example of transparent material)
6 Processing trace 7 Spot distribution of processing points simultaneously irradiated 701 Processing width of spot 702 Dividing width of spot group 703 Permissible angle 71 Spot distribution processed initially 72 After optical barrel moves while rotating Spot distribution 8 Stage 8x Stage driving device 9 Cutting line 100 Control unit 102 Laser beam 123 to 130 Divided beam 135 Condensing lens group 145 Condensing point 146 by beam 130 Condensing point 171 by beam 123 Beam dividing means 183 to 190 Cavity 231 Laser head L Laser light W Wafer

Claims (8)

透明材料にレーザビームを照射して加工を行うための光学ユニットにおいて、
前記レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐させる光学素子と、
前記光学素子で前記複数に分岐した前記分岐レーザビームのすべてが入射する集光レンズと、
前記光学素子と前記集光レンズとを有して回転可能な光学鏡筒と、
前記光学鏡筒を、前記レーザビームが入射する方向沿いの回転中心軸回りに回転させる回転駆動装置とを備えて、
前記回転駆動装置により前記光学鏡筒を前記回転中心軸回りに回転させて、前記分岐レーザビームを前記透明材料の内部のそれぞれのスポットに集光させてレーザ切断加工を行う、レーザ切断光学ユニット。
In an optical unit for performing processing by irradiating a transparent material with a laser beam,
An optical element for branching the laser beam into a plurality of branch laser beams;
A condensing lens on which all of the branched laser beams branched into the plurality by the optical element are incident;
A rotatable optical barrel having the optical element and the condenser lens;
A rotation driving device that rotates the optical barrel around a rotation center axis along a direction in which the laser beam is incident;
A laser cutting optical unit for performing laser cutting processing by rotating the optical lens barrel around the rotation center axis by the rotation driving device and condensing the branched laser beam at each spot inside the transparent material.
前記光学素子が、回折光学素子である、請求項1に記載のレーザ切断光学ユニット。   The laser cutting optical unit according to claim 1, wherein the optical element is a diffractive optical element. 前記透明材料のレーザビーム入射面に対して前記光学素子の光軸及び前記集光レンズの光軸を斜めに配置することによって、前記複数に分岐させた前記分岐レーザビームが、前記透明材料の前記レーザビーム入射面からの異なる深さに集光する、請求項1又は2に記載のレーザ切断光学ユニット。   By placing the optical axis of the optical element and the optical axis of the condenser lens obliquely with respect to the laser beam incident surface of the transparent material, the branched laser beam branched into the plurality of the laser beams of the transparent material The laser cutting optical unit according to claim 1, wherein the laser cutting optical unit focuses light at different depths from the laser beam incident surface. 前記光学鏡筒の出射側に配置されたウェッジプレートをさらに備え、
前記複数に分岐させた前記分岐レーザビームが、前記透明材料のレーザビーム入射面からの異なる深さに集光する、請求項1又は2に記載のレーザ切断光学ユニット。
A wedge plate disposed on the exit side of the optical barrel;
3. The laser cutting optical unit according to claim 1, wherein the branched laser beams branched into the plurality are condensed at different depths from the laser beam incident surface of the transparent material.
前記透明材料を前記複数に分岐した前記分岐レーザビームが照射する側の方向から見た際に、前記分岐レーザビームが直線状に並んでおり、かつ前記透明材料のレーザビーム入射面からの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点の深さが一番深く、前記切断線の進行方向の最後方にあたる集光点の深さが前記透明材料の前記分岐レーザビームの入射側の最表面に近くなり、他の集光点はその2つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させている、請求項1〜4のいずれか1つに記載のレーザ切断光学ユニット。   When the transparent material is viewed from the direction of irradiation with the branched laser beam branched into the plurality, the branched laser beams are arranged in a straight line and have different depths from the laser beam incident surface of the transparent material. When condensing, the depth of the condensing point that is the forefront in the traveling direction of the cutting line is the deepest, and the depth of the condensing point that is the last in the traveling direction of the cutting line is the above-mentioned of the transparent material The depth is gradually changed so as to be close to the outermost surface on the incident side of the branched laser beam and to smoothly connect the other condensing points between the two condensing points. The laser cutting optical unit according to claim 1. 前記透明材料が2層の板状物を重ねた構成であり、前記分岐レーザビームの集光する深さ方向の幅がその前記透明材料を重ねた全層の厚さよりも大きな値になるようにする、請求項3〜5のいずれか1つに記載のレーザ切断光学ユニット。   The transparent material has a structure in which two layers of plate-shaped objects are stacked, and the width in the depth direction where the branched laser beam is focused is larger than the thickness of all the layers in which the transparent material is stacked. The laser cutting optical unit according to any one of claims 3 to 5. 前記透明材料のレーザビーム入射面から見た際の前記分岐レーザビームの集光スポット間の深さ方向の間隔が1μm以上かつ200μm以下にする、請求項3〜6のいずれか1つに記載のレーザ切断光学ユニット。   The distance of the depth direction between the condensing spots of the said branched laser beam when it sees from the laser beam incident surface of the said transparent material shall be 1 micrometer or more and 200 micrometers or less, It is any one of Claims 3-6 Laser cutting optical unit. 前記透明材料を搭載するステージと、
前記請求項1〜7のいずれか1つに記載のレーザ切断光学ユニットとを有し、
前記透明材料を前記複数に分岐した前記分岐レーザビームが照射する側の方向から見た際に、前記分岐レーザビームが直線状に並んでおり、その方向が切断線の進行方向に対して接線となる方向に常に向くように前記光学鏡筒の回転角度と前記ステージの移動方向とを同期させながら動かす制御部を有する、レーザ切断装置。
A stage on which the transparent material is mounted;
The laser cutting optical unit according to any one of claims 1 to 7,
When the transparent material is viewed from the direction irradiated with the branched laser beam branched into the plurality, the branched laser beams are arranged in a straight line, and the direction is tangent to the traveling direction of the cutting line. A laser cutting apparatus comprising a control unit that moves the optical barrel while synchronizing the rotation angle of the optical barrel and the moving direction of the stage so as to always face in a certain direction.
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