JP2017148853A - Optical processing device and optical processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光加工装置及び光加工方法に関するものである。 The present invention relates to an optical processing apparatus and an optical processing method.
従来、レーザ光等の加工光を走査して加工対象物を加工する光加工装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an optical processing apparatus that processes a processing object by scanning processing light such as laser light is known.
例えば、特許文献1には、レーザ発振器から発振されたパルスレーザ光をポリゴンミラー等の光走査手段により一次元方向へ走査し、その走査後に該一次元方向に直交する方向へ被加工対象物を移動して再びパルスレーザ光を一次元方向へ走査することを繰り返すレーザ加工装置が開示されている。
For example, in
レーザ加工装置等の従来の光加工装置では、加工時間を短縮化することが望まれている。 In a conventional optical processing apparatus such as a laser processing apparatus, it is desired to shorten the processing time.
上述した課題を解決するために、本発明は、加工光を走査して加工対象物を加工する光加工装置において、光源から出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光を生成する加工光生成手段を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of optical processing apparatuses that scan a processing light and process an object to be processed, wherein light output from a light source is modulated independently from each other based on processing data. It has a processing light generating means for generating processing light.
本発明によれば、加工時間を短縮化することができるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, there is an excellent effect that the processing time can be shortened.
以下、本発明に係る光加工装置をレーザパターニング装置に適用した一実施形態について説明する。
本実施形態のレーザパターニング装置における加工対象物は、タッチパネルに利用される基材上にITO薄膜が形成されたワークであり、このワーク上のITO薄膜にレーザ光(加工光)を照射して部分的にITO薄膜を除去することにより、ITO薄膜をパターニング加工するものである。ただし、本発明に係る光加工装置は、本実施形態に係るレーザパターニング装置に限定されるものではなく、銀ペースト加工などの他のパターニング加工を行う装置、切削加工(導光板加工等)などの他の加工処理を行う装置、非レーザ光を加工光として用いて加工する装置などにも、適用可能である。
Hereinafter, an embodiment in which an optical processing apparatus according to the present invention is applied to a laser patterning apparatus will be described.
An object to be processed in the laser patterning apparatus of the present embodiment is a work in which an ITO thin film is formed on a base material used for a touch panel, and the ITO thin film on the work is irradiated with laser light (machining light). By removing the ITO thin film, the ITO thin film is patterned. However, the optical processing apparatus according to the present invention is not limited to the laser patterning apparatus according to the present embodiment, but includes other patterning processes such as silver paste processing, cutting processes (light guide plate processing, etc.), etc. The present invention can also be applied to an apparatus that performs other processing, an apparatus that uses non-laser light as processing light, and the like.
図1は、本実施形態におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。
本実施形態のレーザパターニング装置は、主に、照射光学系10と、走査光学系20と、ワーク搬送部30と、光源部40と、制御部50とから構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a laser patterning apparatus according to the present embodiment.
The laser patterning apparatus of the present embodiment mainly includes an irradiation
光源部40は、レーザ発振器からなる2つの光源41A,41Bを備えている。2つの光源41A,41Bは、光源駆動部42によって、互いに独立して変調可能に制御される。具体的には、光源駆動部42は、走査光学系20に設けられる光走査部材としてのポリゴンミラー21の走査動作に連動して、2つの光源41A,41Bの点灯、消灯のタイミングを制御する。2つの光源41A,41Bを構成するレーザ発振器には、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない100ピコ秒以下のパルス発振によるパルスファイバレーザ(ピコ秒ファイバレーザ)を用いるが、他の光源を用いてもよい。
The
また、2つの光源41A,41Bは、いずれも、ワーク35上のITO薄膜(被加工材料)に感度を有する波長をもつレーザ光を出射し、ワーク35上において必要な光量(像面光量)が得られる強度のレーザ光を出力する。本実施形態における2つの光源41A,41Bは、互いに別個に設けられた独立光源であるが、同一基板上に実装された2つのレーザーアレイなどで構成することも可能である。
The two
照射光学系10には、2つの光源41A,41Bから出力された各レーザ光(各レーザビーム)が入射される。入射した各レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ12A,12Bとアパーチャ13A,13Bを通過した後、光学部材としてのビームスプリッタ14に対して互いに異なる方向から入射する。ビームスプリッタ14に入射した各レーザ光は、走査光学系20に向けてビームスプリッタ14から平行に出射される。
Each laser beam (each laser beam) output from the two
コリメートレンズ12A,12Bは、レーザ光LA,LBを効率よく伝搬させるために配置されるカップリングレンズであり、本実施形態では平行光と変換するのでコリメーターレンズを採用している。レーザパターニング装置を含む加工システム全体の光学設計を鑑みて、平行光よりも発散光あるいは収束光の方が効率的である場合もある。
The collimating
アパーチャ13A,13Bは、コリメートレンズ12A,12Bを通過した後に、レーザ光LA,LBの光束断面周辺部をカットして、所望の大きさのスポット径をワーク35上に形成する。ワーク35上のスポット径は、加工品質に直結する重要な加工条件であり、所望の大きさで安定的に形成されることが求められる。一般に、レーザ光LA,LBのスポット径は、アパーチャサイズが大きくなるに従って小径化するという逆比例の関係にある。したがって、所望のスポット径は、アパーチャサイズで設計することができる。
図2は、本実施形態における照射光学系10の構成を示す説明図である。
第一光源41Aと第二光源41Bは、偏光方向が互いに90°異なっている直線偏光の状態のレーザ光LA,LBをそれぞれ出射する。本実施形態のビームスプリッタ14は、第一光源41Aから出射される第一レーザ光LAの偏光方向をもつ光を透過し、かつ、第二光源41Bから出射される第二レーザ光LBの偏光方向をもつ光を反射する。そのため、第一光源41Aから出射した第一レーザ光LAは、ビームスプリッタ14を透過して直進して、走査光学系20へ向かう。一方、第二光源41Bから出射した第二レーザ光LBは、ビームスプリッタ14で反射して光路を90°折り曲げられ、第一レーザ光LAと平行に走査光学系20へ向かう。ビームスプリッタ14を通った第一レーザ光LA及び第二レーザ光LBは、λ/4板16を通過する。これにより、いずれのレーザ光LA,LBも、円偏光に変換される。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of the irradiation
The
本実施形態の照射光学系10は、ビームスプリッタ14の位置を図中白抜き矢印で示す方向、すなわち、ビームスプリッタ14を第二レーザ光LBが入射してくる方向へ変位させるビームスプリッタ移動部15を備えている。ビームスプリッタ移動部15によってビームスプリッタ14を変位させることにより、照射光学系10から出る第一レーザ光LAと第二レーザ光LBの間隔(主走査方向に対応する方向の光軸間隔)を任意に調整することができる。このとき、走査光学系20における結像倍率をMとすると、ワーク35上における第一レーザ光LAと第二レーザ光LBとの間隔(主走査方向の間隔)をΔDとしたい場合、照射光学系10から出る第一レーザ光LAと第二レーザ光LBの間隔(主走査方向に対応する方向の間隔)はΔD/Mとすればよい。
The irradiation
なお、本実施形態においては、ワーク35上における第一レーザ光LAと第二レーザ光LBとが同時に照射される照射領域の主走査方向位置は同じであるため、ΔD=0である。ただし、ワーク35上における第一レーザ光LAと第二レーザ光LBとが同時に照射される照射領域の副走査方向位置は、走査ラインのライン間隔Pの分だけズレている。
In the present embodiment, ΔD = 0 because the positions in the main scanning direction of the irradiation areas irradiated simultaneously with the first laser beam LA and the second laser beam LB on the
走査光学系20は、照射光学系10から入射される第一レーザ光LAと第二レーザ光LBを光偏向部材であるポリゴンミラー21を用いた光偏向器によって反射し、走査レンズ22を介してワーク35の被加工面上へ照射する。なお、本実施形態では、光偏向部材としてポリゴンミラーを用いているが、ガルバノミラーなどの他の光偏向部材を用いてもよい。また、本実施形態の走査光学系20は、ラスター走査方式であるが、ベクター走査方式などの他の走査方式であってもよい。
The scanning
本実施形態において、互いに平行な第一レーザ光LAと第二レーザ光LBは、走査光学系20のポリゴンミラー21の異なる位置(同じ反射面上の異なる位置)へ入射する。これにより、ポリゴンミラー21の回転に伴い、第一レーザ光LAと第二レーザ光LBは、ワーク35上における第一レーザ光LAと第二レーザ光LBとの間隔を保ったまま、ワーク35上を主走査方向(X軸方向)へ走査される。
In the present embodiment, the first laser beam LA and the second laser beam LB that are parallel to each other are incident on different positions (different positions on the same reflecting surface) of the
図3は、本実施形態における走査光学系20の構成を示す説明図である。
走査光学系20において、ポリゴンミラー21よりも光源側には、シリンドリカルレンズ23が配置され、ポリゴンミラー21よりもワーク側には、走査レンズ22、面倒れ補正レンズ24などが配置されている。また、走査光学系20には、加工データに基づく露光データに応じて露光(レーザ加工)がなされる有効走査領域から外れた位置に配置される折り返しミラー25と、折り返しミラー25で反射したレーザ光LA,LBを受光する同期検知センサ26とを備えている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the scanning
In the scanning
ポリゴンミラー21は、正多角柱の側面が反射鏡に加工されたもので、当該正多角柱の中心軸の回りで駆動手段により回転駆動される。回転駆動するポリゴンミラー21の側面(反射面)で入射してくるレーザ光LA,LBを反射することで、レーザ光LA,LBの進行方向を時間的に変化させて、ワーク35上でレーザ光LA,LBを走査させる。
シリンドリカルレンズ23は、副走査方向のみにレンズ作用を与え、入射してくるレーザ光LA,LBを副走査方向だけに集光して、ポリゴンミラー21の反射面に結像させる。
走査レンズ22は、主に、ポリゴンミラー21の回転によって走査されるレーザ光LA,LBがワーク35上で等速に走査されるように補正する1又は2以上のレンズで構成される。ポリゴンミラー21は等角速度運動で回転駆動するため、走査レンズ22を設けないと、ワーク35上における像高をHとし、走査レンズ22の焦点距離をfとし、ポリゴンミラー21の回転角をθとしたとき、像高Hは、H=f×tanθとなってしまう。すなわち、ワーク35上の走査ライン中心位置から離れて像高が高くなるほど、ワーク35上におけるレーザ光LA,LBの走査速度が速くなってしまう。これに対し、本実施形態では、H=f×θの関係となるように走査レンズ22により補正し、ポリゴンミラー21の回転角θに比例した主走査方向位置にレーザ光LA,LBを集光させることができる。
The
The
The
同期検知センサ26は、ポリゴンミラー21上の各反射面(ポリゴン面)で走査されて得られる走査ラインL1,L2の始点(加工開始位置)をワーク35上で同じ主走査方向位置に揃えるために用いられる。ポリゴンミラー21の回転ムラや反射面(ポリゴン面)ごとの加工精度ばらつきなどが原因で、レーザ光LA,LBの主走査方向位置が走査ラインごとにバラつくおそれがある。本実施形態では、ポリゴンミラー21の各反射面で走査されたレーザ光LA,LBが走査有効領域外の同期検知センサ26を通過した時に、同期検知センサ26から同期検知信号s1が光源駆動部42へ出力される。光源駆動部42は、この同期検知信号s1を基準にして、各光源41A,41Bの出射タイミングを決定する。これにより、ポリゴンミラー21上の各反射面(ポリゴン面)で走査されて得られる走査ラインL1,L2の始点(加工開始位置)がワーク35上で同じ主走査方向位置に揃えられ、加工データ(露光データ)に沿った高精度な加工が可能となる。
The
ワーク搬送部30は、ワーク35を載置するテーブル31と、テーブル31を副走査方向(Y軸方向)へ移動させる移動ステージ32とを備え、テーブル31上のワーク35を副走査方向(Y軸方向)へ搬送する。
The
制御部50は、本レーザパターニング装置の全体を統括して管理、制御するコンピュータで構成される。制御部50は、光源駆動部42やステージ駆動部33などに接続されており、各々のステータスを管理したり、加工シーケンスを制御したりする。
The
本レーザパターニング装置の基本的な加工条件は、ワーク上のITO薄膜(被加工材料)に感度を有するレーザ光LA,LBの波長、ワーク35上におけるレーザ光LA,LBのビームスポット径(直径)、ワーク35上におけるレーザ光LA,LBの光量、レーザ光LA,LBの点灯時間などである。これらの加工条件の中でも、ビームスポット径は特に重要な条件であり、本実施形態のビームスポット径は、数μm〜100μm程度に設定される。一般に、ビームスポット径が小さいほど、高コストになるが加工品質は向上する。したがって、ビームスポット径と加工品質との関係を把握し、必要な加工品質を低コストかつ高速に実現することが求められる。
The basic processing conditions of this laser patterning apparatus are: the wavelengths of the laser beams LA and LB having sensitivity to the ITO thin film (material to be processed) on the workpiece, and the beam spot diameters (diameters) of the laser beams LA and LB on the
図4は、光源駆動部42の構成を示すブロック図である。
光源駆動部42は、主に、制御回路部42Aと、光源駆動回路部42Bとから構成される。制御回路部42Aは、基準クロック生成回路43、画素クロック生成回路44、光源変調データ生成回路45、光源分配回路46、露光タイミング信号生成回路47から構成されている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the light
The light
基準クロック生成回路43は、光源駆動の基準となる高周波クロック信号を生成する。
画素クロック生成回路44は、主に位相同期回路から構成され、同期検知センサ26からの同期信号s1および基準クロック生成回路からの高周波クロック信号に基づいて、画素クロック信号を生成する。画素クロック信号は、高周波クロック信号と同じ周波数をもち、位相が同期信号s1と一致したものとなる。したがって、この画素クロック信号に加工データ(加工画像データ)を同期させることで、走査ラインごとの加工位置(主走査方向位置)を揃えることができる。ここで生成される画素クロック信号は、光源駆動回路部42Bへ供給されるとともに、光源変調データ生成回路45へ供給されて露光データs3のクロック信号として使われる。
The reference
The pixel
光源変調データ生成回路45は、制御部50から加工データが入力され、その加工データに基づいて、画素クロック生成回路44からの画素クロック信号を変調した露光データs3を生成する。制御部50から入力される加工データは、ワーク35上の被加工面においてレーザ光LA,LBを照射(露光)する露光位置とレーザ光LA,LBを照射(露光)しない非露光位置とからなる露光パターンを示す画像データである。光源変調データ生成回路45は、この加工データに基づくON、OFFタイミングで、画素クロック生成回路44からの画素クロック信号を変調する。
The light source modulation
ここで、本実施形態においては、上述したように、2つの光源41A,41Bが互いに独立して変調可能に構成され、互いに副走査方向へズレたワーク上の位置を同時に露光する。すなわち、本実施形態では、2つの光源41A,41Bによるレーザ光LA,LBによって、2つの走査ラインを同時にレーザ加工する。詳しくは、第一光源41Aの第一レーザ光LAは、奇数番目の走査ラインをレーザ加工し、第二光源41Bの第二レーザ光LBは、偶数番目の走査ラインをレーザ加工する。そのため、本実施形態では、光源変調データ生成回路45で生成される露光データを光源分配回路46に入力し、光源分配回路46において、奇数番目の走査ラインに対応する露光データs3−1と偶数番目の走査ラインに対応する露光データs3−2とに分割する。そして、光源分配回路46は、露光データs3−1及び露光データs3−2を光源駆動回路部42Bへ出力する。
Here, in the present embodiment, as described above, the two
露光タイミング信号生成回路47は、同期検知センサ26からの同期信号s1に基づいて、露光タイミング信号s2を生成する。この露光タイミング信号s2は、有効走査領域に対応する期間を決定するものであり、光源駆動回路部42Bへ供給される。
The exposure timing
図5は、光源駆動に関連する各種信号のタイミングチャートである。
第一光源41A及び第二光源41Bは、まず、同期検知センサ26から同期検知信号s1の入力タイミングを基準して決定される走査終端タイミングでいずれも点灯する。その後、第一光源41A及び第二光源41Bからのレーザ光LA,LBがポリゴンミラー21の次の反射面(ポリゴン面)に入射し、そのレーザ光LA,LBが同期検知センサ26に検知されると、新しい同期検知信号s1が入力される。同期検知信号s1が入力されると、画素クロック生成回路44で画素クロック信号が生成され、光源変調データ生成回路45は、対応する2つの走査ラインについての加工データで画素クロック信号を変調し、2つの走査ライン分の露光データs3を生成する。
FIG. 5 is a timing chart of various signals related to light source driving.
First, the first
このように生成された露光データs3は、光源分配回路46で、奇数番目の走査ラインに対応する露光データを第一光源41A用の露光データs3−1として分配し、偶数番目の走査ラインに対応する露光データを第二光源41B用の露光データs3−2として分配する。このようにして分配された2つの露光データs3−1,s3−2は、光源駆動回路部42Bへ供給される。光源駆動回路部42Bは、露光タイミング信号生成回路47からの露光タイミング信号s2に同期して、入力された第一露光データs3−1に基づいて第一光源41AのON、OFFタイミングを制御し、入力された第二露光データs3−2に基づいて第二光源41BのON、OFFタイミングを制御する。
The exposure data s3 generated in this way is distributed by the light
図6は、従来において、単一の光源からのレーザ光が走査されたときのワーク35上の走査ラインを示す説明図である。
図7は、本実施形態において、2つの光源41A,41Bからのレーザ光LA,LBが走査されたときのワーク35上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図6及び図7において、ワーク35上におけるレーザ光の照射領域の形状(スポット形状)は、加工データに対応する画像データの一画素に相当し、便宜的に円形で示されている。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a scanning line on the
FIG. 7 is an explanatory diagram showing scanning lines on the
6 and 7, the shape (spot shape) of the laser light irradiation area on the
従来は、図6に示すように、1回の走査によって露光(レーザ加工)できる走査ラインの数は1つだけであり、ワーク35のレーザ加工に必要な走査ライン数と同じ回数の走査が必要になる。これに対し、本実施形態においては、1回の走査で2つの走査ラインを露光(レーザ加工)できるので、走査の回数はワーク35のレーザ加工に必要な走査ライン数の半分で済み、加工時間の短縮化を実現できる。
Conventionally, as shown in FIG. 6, the number of scanning lines that can be exposed (laser processing) by one scanning is only one, and the number of scanning lines required for the laser processing of the
〔変形例1〕
次に、本実施形態におけるレーザパターニング装置の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
本実施形態のようなパルスレーザ光によるレーザ加工では、レーザ光がワーク35に照射されることによってプラズマが発生することがある。このプラズマが発生しているときにワーク35に照射されるレーザ光は、プラズマの電子がレーザ光を吸収してしまうため、エネルギー利用効率が悪い。また、プラズマの発生によりレーザ光がワーク35に直接届かずに間接的にワーク35をたたくため、加工品質が落ちるという問題も生じ得る。そのため、2つの光源41A,41Bからのレーザ光LA,LBが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重なっていると、一方のレーザ光について、他方のレーザ光による加工時に発生したプラズマによって、エネルギー利用効率が低下したり、加工品質が低下したりするおそれがある。本変形例1は、2つの光源41A,41Bからのレーザ光LA,LBが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重ならないようにしたものである。
[Modification 1]
Next, a modification of the laser patterning apparatus according to the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as “
In laser processing using pulsed laser light as in the present embodiment, plasma may be generated by irradiating the
図8は、本変形例1において、2つの光源41A,41Bからのレーザ光LA,LBが1回走査されたときのワーク35上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図8において、ワーク35上におけるレーザ光LA,LBのスポット形状は便宜的に円形で示され、その中の数字は露光時刻を示している。
本変形例1においては、図8に示すように、第二光源41Bによる第二レーザ光LBの照射領域が、第一光源41Aによる第一レーザ光LAの照射領域よりも、主走査方向へ走査方向上流側に一画素分だけズレている。したがって、時刻2における第二レーザ光LBの照射領域は、時刻1における第一レーザ光LAの照射領域と同じ主走査方向位置をとる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing scanning lines on the
In FIG. 8, the spot shapes of the laser beams LA and LB on the
In the first modification, as shown in FIG. 8, the irradiation region of the second laser light LB from the second
図9は、同じ時刻にワーク35に照射される各レーザ光LA,LBの照射領域の位置を示す説明図である。
走査ラインL1,L2のライン間隔Pが、各レーザ光LA,LBのスポット径(直径)BSよりも小さい場合、上述した実施形態のように2つのレーザ光LA,LBが同時に照射される照射領域の主走査方向位置が同じであると、これらの照射領域が互いに同時刻に重複することになる。このような場合、これらの照射領域が互いに同時刻に重複しないようにするには、2つのレーザ光LA,LBが同時に照射される照射領域を互いに主走査方向へズレた位置に設定することが好ましい。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the positions of the irradiation areas of the laser beams LA and LB irradiated onto the
When the line interval P between the scanning lines L1 and L2 is smaller than the spot diameters (diameters) BS of the laser beams LA and LB, the irradiation region where the two laser beams LA and LB are irradiated simultaneously as in the above-described embodiment. If the positions in the main scanning direction are the same, these irradiation regions overlap each other at the same time. In such a case, in order to prevent these irradiation regions from overlapping each other at the same time, it is possible to set the irradiation regions irradiated with the two laser beams LA and LB at positions shifted in the main scanning direction. preferable.
このとき、2つのレーザ光LA,LBのワーク35上における走査方向へのズレ量ΔDが下記の条件式(1)を満たすようにすれば、2つの光源41A,41Bからのレーザ光LA,LBが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにでき、プラズマの発生による各種不具合を抑制することができる。なお、スポット径BSは、ここでは、レーザ光LA,LBのピーク強度の1/2をスレッシュレベルとする。
BS2 ≦ P2 + ΔD2 ・・・(1)
At this time, if the amount of deviation ΔD in the scanning direction of the two laser beams LA and LB on the
BS 2 ≦ P 2 + ΔD 2 (1)
なお、本変形例1において、時刻2に照射される第二レーザ光LBの照射領域は、時刻1に第一レーザ光LAが照射された照射領域と重複している。プラズマの発生時間は、被加工材料(本実施形態ではITO薄膜)の材料特性にもよるが、おおよそ、レーザ光を照射してから10ピコ秒から10マイクロ秒程度とされている。本変形例1において、レーザ光LA,LBがワーク35上の主走査方向における画素ピッチに相当する距離を走査されるのに要する時間(時刻1と時刻2との時間差)は、上述したプラズマ発生時間よりも長い。したがって、一方のレーザ光について、他方のレーザ光による加工時に発生したプラズマによってエネルギー利用効率が低下したり加工品質が低下したりする不具合を抑制できる。もし、レーザ光LA,LBがワーク35上の主走査方向における画素ピッチに相当する距離を走査されるのに要する時間(時刻1と時刻2との時間差)が、上述したプラズマ発生時間よりも短い場合には、レーザ光LA,LBが同時に照射される照射領域の主走査方向位置を二画素分以上ずらすようにしてもよい。
In the first modification, the irradiation region of the second laser light LB irradiated at
〔変形例2〕
次に、本実施形態におけるレーザパターニング装置の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
上述した実施形態では、互いに独立して変調可能な光源の数が2つの例であったが、互いに独立して変調可能な光源の数が3つ以上であってもよい。本変形例2では、互いに独立して変調可能な光源の数が3つ以上である例について説明する。
[Modification 2]
Next, another modified example of the laser patterning apparatus in the present embodiment (hereinafter, this modified example is referred to as “modified example 2”) will be described.
In the above-described embodiment, the number of light sources that can be modulated independently from each other is two examples. However, the number of light sources that can be modulated independently from each other may be three or more. In the second modification, an example in which the number of light sources that can be modulated independently from each other is three or more will be described.
図10は、本変形例2において、4つの光源からのレーザ光LA,LB,LC,LDが1回走査されたときのワーク35上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図10において、ワーク35上におけるレーザ光LA,LB,LC,LDのスポット形状は便宜的に円形で示され、その中の数字は露光時刻を示している。
本変形例2においては、1回の走査で露光(レーザ加工)できる走査ラインの数が4つであるため、走査の回数はワーク35のレーザ加工に必要な走査ライン数の1/4で済み、更なる加工時間の短縮化を実現できる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing scanning lines on the
In FIG. 10, the spot shapes of the laser beams LA, LB, LC, and LD on the
In the second modification, since the number of scanning lines that can be exposed (laser processing) by one scan is four, the number of scans can be ¼ of the number of scan lines necessary for laser processing of the
また、本変形例2においても、前記変形例1と同様、図10に示すように、各レーザ光LA,LB,LC,LDが同時に照射される照射領域が主走査方向へ一画素分だけ互いにズレている。一般に、ワーク35上におけるレーザ光LA,LBの走査速度をvとし、発振周波数をfとしたとき、ワーク35上における主走査方向の画素間隔Intは、Int=v/fで表すことができる。したがって、1番目の第一レーザ光LAに対し、第二レーザ光以降のm番目(m≧2)のレーザ光LB,LC,LDの主走査方向位置のズレ量ΔDmは、下記の条件式(2)を満たすことで、4つの光源からのレーザ光LA,LB,LC,LDが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにすることができる。
(ΔDm−(m−2)×v/f)2 ≧ BP2 − P2 ・・・(2)
Also in the second modification example, as in the first modification example, as shown in FIG. 10, the irradiation areas irradiated with the laser beams LA, LB, LC, and LD simultaneously are one pixel in the main scanning direction. There is a gap. In general, when the scanning speed of the laser beams LA and LB on the
(ΔDm− (m−2) × v / f) 2 ≧ BP 2 −P 2 (2)
図11は、本変形例2における照射光学系10の構成を示す説明図である。
なお、図11の例は、互いに独立して変調可能な光源の数が3つの例である。
第一光源41Aと第二光源41B及び第三光源41Cとは、偏光方向が互いに90°異なっている直線偏光の状態のレーザ光LA,LB,LCをそれぞれ出射する。本変形例2のビームスプリッタ14は、上述した実施形態のものと同様、第一光源41Aから出射される第一レーザ光LAの偏光方向をもつ光を透過し、かつ、第二光源41Bから出射される第二レーザ光LB及び第三光源41Cから出射される第三レーザ光LCの偏光方向をもつ光を反射する。そのため、第一光源41Aから出射した第一レーザ光LAは、ビームスプリッタ14を透過して直進して、走査光学系20へ向かう。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of the irradiation
The example in FIG. 11 is an example in which the number of light sources that can be modulated independently from each other is three.
The first
一方、第二光源41Bから出射した第二レーザ光LBは、ミラー部材17のミラー面によりビームスプリッタ14に向けて反射され、ビームスプリッタ14で更に反射して、第一レーザ光LAと平行に走査光学系20へ向かう。また、第三光源41Cから出射した第三レーザ光LCは、ミラー部材17における他のミラー面によりビームスプリッタ14に向けて反射され、ビームスプリッタ14で更に反射して、第一レーザ光LA及び第二レーザ光LBと平行に走査光学系20へ向かう。ビームスプリッタ14を通った各レーザ光LA,LB,LCは、λ/4板16を通過して円偏光に変換される。
On the other hand, the second laser light LB emitted from the second
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
レーザ光LA,LB等の加工光を走査してワーク35等の加工対象物を加工するレーザパターニング装置等の光加工装置において、前光源41A,41Bから出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光LA,LBを生成する光源駆動部42等の加工光生成手段を有することを特徴とする。
従来の光加工装置は、加工対象物上の加工箇所と関連づけられた加工データから生成される変調信号を用いて、光源から出射される光を点灯、消灯させるタイミングを制御するなどの変調制御を行う。そして、このように変調された加工光を光走査手段により走査することで1つの走査ラインずつ加工対象物を加工していき、最終的に、加工対象物を当該加工データに従って加工する。従来の光加工装置では、各加工箇所に応じて変調された単一の加工光を走査して、すべての加工箇所を順次加工していくので、加工箇所全体にわたって加工光が走査し終わるだけの加工時間がかかる。
本態様によれば、加工光生成手段により光源から出力される光を互いに独立して変調した複数の加工光を用いて加工を行うので、互いに異なる加工箇所(例えば、複数の走査ライン、あるいは、同一走査ライン上の異なる箇所)を同時に加工することができ、加工時間を短縮することができる。
また、本態様によれば、異なる変調がなされた複数の加工光で同一箇所(同一走査ライン上の同じ箇所)を同時に走査することも可能である。したがって、従来、単一の加工光で同じ走査ラインを異なる変調で2回以上走査する必要があった加工処理についても、加工時間を短縮することが可能である。
このような態様であれば、短パルスレーザーによる微細加工で、レーザーパワーも上げずにスループットを上げることが可能である。
What was demonstrated above is an example, and there exists an effect peculiar for every following aspect.
(Aspect A)
In an optical processing apparatus such as a laser patterning apparatus that scans processing light such as laser beams LA and LB to process an object to be processed such as the
Conventional optical processing devices perform modulation control such as controlling the timing of turning on and off the light emitted from the light source using the modulation signal generated from the processing data associated with the processing location on the workpiece. Do. Then, the processing object modulated in this way is scanned by the optical scanning means to process the processing object for each scanning line, and finally the processing object is processed according to the processing data. In the conventional optical processing apparatus, a single processing light modulated according to each processing location is scanned and all processing locations are processed sequentially, so that the processing light only finishes scanning over the entire processing location. Processing time is required.
According to this aspect, since processing is performed using a plurality of processing lights obtained by independently modulating light output from the light source by the processing light generation means, different processing locations (for example, a plurality of scanning lines, or Different locations on the same scanning line) can be processed at the same time, and the processing time can be shortened.
Moreover, according to this aspect, it is also possible to simultaneously scan the same location (the same location on the same scan line) with a plurality of processing lights that have been modulated differently. Therefore, it is possible to shorten the processing time for a processing process that conventionally requires a single processing light to scan the same scanning line twice or more with different modulations.
With such an embodiment, it is possible to increase the throughput without increasing the laser power by fine processing using a short pulse laser.
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記複数の加工光が前記加工対象物上の互いに異なる箇所へ照射されるように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内する照射光学系10及び走査光学系20等の光案内手段を有することを特徴とする。
これによれば、互いに異なる変調がなされた加工光によって、加工対象物上の互いに異なる箇所を同時に加工することができる。
(Aspect B)
In the aspect A, the irradiation
According to this, different portions on the workpiece can be simultaneously processed by the processing light that has been modulated differently.
(態様C)
前記態様Bにおいて、前記異なる箇所は、前記複数の加工光の走査方向(主走査方向)に対して直交する方向(副走査方向)の位置が異なる箇所であることを特徴とする。
これによれば、互いに異なる変調がなされた加工光によってそれぞれ加工される2以上の走査ラインを同時に加工することができる。
(Aspect C)
In the aspect B, the different part is a part having a different position in a direction (sub-scanning direction) orthogonal to a scanning direction (main scanning direction) of the plurality of processing lights.
According to this, it is possible to simultaneously process two or more scanning lines that are respectively processed by the processing light that has been modulated differently.
(態様D)
前記態様B又はCにおいて、前記光案内手段は、前記複数の加工光が照射される前記加工対象物上の各照射領域が互いに同時刻に重ならないように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする。
これによれば、一の加工光について、他の加工光による加工時に発生したプラズマによってエネルギー利用効率が低下したり加工品質が低下したりする不具合を抑制できる。
このような態様であれば、タッチパネルで利用されるITO電極のパターニング加工や銀ペースト加工、導光板加工といった微小サイズで加工面積率が高く、目標加工深さが揃っており、なおかつ孤立点が多い加工対象物を高速かつ高精細に加工することが可能である。
(Aspect D)
In the aspect B or C, the light guiding means applies the plurality of processing lights to the processing target so that the irradiation areas on the processing target irradiated with the plurality of processing lights do not overlap each other at the same time. It is characterized by guiding to things.
According to this, for one machining light, it is possible to suppress a problem that energy utilization efficiency is lowered or machining quality is lowered due to plasma generated during machining by other machining light.
If it is such an aspect, the pattern area processing of the ITO electrode used in a touch panel, silver paste processing, light guide plate processing, etc., the processing area ratio is high, the target processing depth is uniform, and there are many isolated points. It is possible to process an object to be processed at high speed and with high definition.
(態様E)
前記態様Dにおいて、前記光案内手段は、前記複数の加工光による走査ラインのライン間隔をPとし、該複数の加工光の前記加工対象物上のスポット径をBSとしたとき、P<BSであって、かつ、該複数の加工光の該加工対象物上の走査方向へのズレ量ΔDが下記の条件式(1)を満たすように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする。
BS2 ≦ P2 + ΔD2 ・・・(1)
これによれば、走査ラインのライン間隔Pが各加工光のスポット径BSよりも小さい場合でも、各加工光が照射される加工対象物上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにすることができる。
このような態様であれば、短パルスレーザーによる微細加工で、同一時刻にビームが重ならない構成とする最適な複数ビームの主走査方向間距離を設定することが可能となる。その結果、スループットを上げてなおかつ加工品質が向上させることが可能となる。
(Aspect E)
In the aspect D, the light guide means has P <BS, where P is a line interval of scanning lines by the plurality of processing lights, and BS is a spot diameter of the processing light on the processing object. In addition, the plurality of processing lights are guided to the processing object so that a deviation amount ΔD of the plurality of processing lights in the scanning direction on the processing object satisfies the following conditional expression (1). It is characterized by that.
BS 2 ≦ P 2 + ΔD 2 (1)
According to this, even when the line interval P of the scanning lines is smaller than the spot diameter BS of each processing light, the irradiation areas on the processing target irradiated with the processing light do not overlap each other at the same time. be able to.
With such an aspect, it is possible to set the optimum distance between the main scanning directions of a plurality of beams so that the beams do not overlap at the same time by fine processing using a short pulse laser. As a result, it is possible to increase the throughput and improve the processing quality.
(態様F)
前記態様B〜Eのいずれかの態様において、前記光案内手段は、前記複数の加工光をポリゴンミラー21等の同じ光走査部材の異なる位置へ同時に入射させることにより、該複数の加工光を前記加工対象物へ案内することを特徴とする。
これにより、複数の加工光を1つの光走査部材で走査することができる。
(Aspect F)
In any one of the above aspects B to E, the light guiding means causes the plurality of processing lights to enter the different positions of the same optical scanning member such as the
Thereby, a plurality of processing lights can be scanned with one optical scanning member.
(態様G)
前記態様Fにおいて、前記光案内手段は、異なる方向から入射してくる前記複数の加工光を前記光走査部材の異なる位置へ出射させるビームスプリッタ14等の光学部材を有することを特徴とする。
これにより、複数の加工光を1つの光走査部材で走査する構成の実現が容易になる。
(Aspect G)
In the aspect F, the light guiding means includes an optical member such as a
This facilitates realization of a configuration in which a plurality of processing lights are scanned by one optical scanning member.
(態様H)
前記態様Gにおいて、前記光学部材は、一の方向から入射してくる第一加工光を透過させるとともに、他の方向から入射してくる第二加工光を反射させるビームスプリッタ14等の光学部材であり、前記光学部材を前記第二加工光が入射してくる方向へ変位させることにより、前記加工対象物上における前記第一加工光の照射領域と前記第二加工光の照射領域との間隔を調整するビームスプリッタ移動部15等の間隔調整手段を有することを特徴とする。
これにより、加工対象物上における第一加工光の照射領域と第二加工光の照射領域との間隔を容易に調整することができる。
(Aspect H)
In the aspect G, the optical member is an optical member such as a
Thereby, the space | interval of the irradiation area | region of the 1st process light and the irradiation area | region of the 2nd process light on a workpiece can be adjusted easily.
(態様I)
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記光源として、パルスレーザ光からなる加工光を出射する複数のレーザ光源を有することを特徴とする。
これによれば、レーザ加工の加工時間の短縮化を実現できる。
(Aspect I)
In any one of the aspects A to H, the light source includes a plurality of laser light sources that emit processing light including pulsed laser light.
According to this, shortening of the processing time of laser processing is realizable.
(態様J)
レーザ光LA,LB等の加工光を走査してワーク35等の加工対象物を加工するレーザ加工方法等の光加工方法において、光源41A,41Bから出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調して、複数の加工光を生成し、前記複数の加工光を前記加工対象物に照射することを特徴とする。
本態様によれば、光源から出力される光を加工光生成手段により互いに独立して変調した複数の加工光により加工を行うことができる。よって、加工時間を短縮化できる。
(Aspect J)
In an optical processing method such as a laser processing method for processing a processing target such as a
According to this aspect, it is possible to perform processing with a plurality of processing lights obtained by modulating the light output from the light source independently of each other by the processing light generation means. Therefore, processing time can be shortened.
10 照射光学系
12A,12B コリメートレンズ
13A,13B アパーチャ
14 ビームスプリッタ
15 ビームスプリッタ移動部
16 λ/4板
20 走査光学系
21 ポリゴンミラー
22 走査レンズ
23 シリンドリカルレンズ
24 補正レンズ
25 折り返しミラー
26 同期検知センサ
30 ワーク搬送部
31 テーブル
32 移動ステージ
33 ステージ駆動部
35 ワーク
40 光源部
41A,41B 光源
42 光源駆動部
42A 制御回路部
42B 光源駆動回路部
43 基準クロック生成回路
44 画素クロック生成回路
45 光源変調データ生成回路
46 光源分配回路
47 露光タイミング信号生成回路
50 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
光源から出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光を生成する加工光生成手段を有することを特徴とする光加工装置。 In an optical processing apparatus that processes a processing object by scanning processing light,
An optical processing apparatus comprising processing light generation means for generating a plurality of processing lights obtained by independently modulating light output from a light source based on processing data.
前記複数の加工光が前記加工対象物上の互いに異なる箇所へ照射されるように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内する光案内手段を有することを特徴とする光加工装置。 The optical processing apparatus according to claim 1,
An optical processing apparatus comprising light guide means for guiding the plurality of processing lights to the processing object so that the plurality of processing lights are irradiated to different portions on the processing object.
前記異なる箇所は、前記複数の加工光の走査方向に対して直交する方向の位置が異なる箇所であることを特徴とする光加工装置。 The optical processing apparatus according to claim 2,
The said different location is a location where the position of the direction orthogonal to the scanning direction of these process light differs, The optical processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記光案内手段は、前記複数の加工光が照射される前記加工対象物上の各照射領域が互いに同時刻に重ならないように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする光加工装置。 In the optical processing apparatus according to claim 2 or 3,
The light guiding means guides the plurality of processing lights to the processing target so that the irradiation areas on the processing target irradiated with the plurality of processing light do not overlap each other at the same time. Optical processing equipment.
前記光案内手段は、前記複数の加工光による走査ラインのライン間隔をPとし、該複数の加工光の前記加工対象物上のスポット径をBSとしたとき、P<BSであって、かつ、該複数の加工光の該加工対象物上の走査方向へのズレ量ΔDが下記の条件式(1)を満たすように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする光加工装置。
BS2 ≦ P2 + ΔD2 ・・・(1) The optical processing apparatus according to claim 4,
The light guiding means is P <BS, where P is a line interval of scanning lines by the plurality of processing lights, and BS is a spot diameter on the processing object of the plurality of processing lights, and The plurality of processing lights are guided to the processing target so that a deviation amount ΔD in the scanning direction of the processing light on the processing target satisfies the following conditional expression (1). Optical processing equipment.
BS 2 ≦ P 2 + ΔD 2 (1)
前記光案内手段は、前記複数の加工光を同じ光走査部材の異なる位置へ同時に入射させることにより、該複数の加工光を前記加工対象物へ案内することを特徴とする光加工装置。 The optical processing apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The optical processing apparatus, wherein the light guiding means guides the plurality of processing lights to the processing object by causing the plurality of processing lights to simultaneously enter the different positions of the same optical scanning member.
前記光案内手段は、異なる方向から入射してくる前記複数の加工光を前記光走査部材の異なる位置へ出射させる光学部材を有することを特徴とする光加工装置。 The optical processing apparatus according to claim 6,
The optical processing apparatus, wherein the light guiding means includes an optical member that emits the plurality of processing light incident from different directions to different positions of the optical scanning member.
前記光学部材は、一の方向から入射してくる第一加工光を透過させるとともに、他の方向から入射してくる第二加工光を反射させる光学部材であり、
前記光学部材を前記第二加工光が入射してくる方向へ変位させることにより、前記加工対象物上における前記第一加工光の照射領域と前記第二加工光の照射領域との間隔を調整する間隔調整手段を有することを特徴とする光加工装置。 The optical processing apparatus according to claim 7,
The optical member is an optical member that transmits the first processing light incident from one direction and reflects the second processing light incident from the other direction,
The distance between the irradiation region of the first processing light and the irradiation region of the second processing light on the processing object is adjusted by displacing the optical member in the direction in which the second processing light is incident. An optical processing apparatus having an interval adjusting means.
前記光源として、パルスレーザ光からなる加工光を出射する複数のレーザ光源を有することを特徴とする光加工装置。 In the optical processing device according to any one of claims 1 to 8,
An optical processing apparatus comprising: a plurality of laser light sources that emit processing light composed of pulsed laser light as the light source.
光源から出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光を生成し、
前記複数の加工光を前記加工対象物に照射することを特徴とする光加工方法。 In an optical processing method for processing a processing object by scanning processing light,
A plurality of processed lights are generated by independently modulating the light output from the light source based on the processed data,
An optical processing method, wherein the processing object is irradiated with the plurality of processing lights.
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JP2020104163A (en) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 株式会社アマダ | Laser processing head, laser processing device, and laser processing method |
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- 2016-02-26 JP JP2016035471A patent/JP6757509B2/en active Active
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