JP3141715B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JP3141715B2
JP3141715B2 JP06320236A JP32023694A JP3141715B2 JP 3141715 B2 JP3141715 B2 JP 3141715B2 JP 06320236 A JP06320236 A JP 06320236A JP 32023694 A JP32023694 A JP 32023694A JP 3141715 B2 JP3141715 B2 JP 3141715B2
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俊治 岡田
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来のガルバノミラーとｆθレン
ズを用いたレーザ加工装置の斜視図である。同図におい
て、ガルバノミラー４およびｆθレンズ５を組み合わせ
てレーザによる加工を行う場合、レーザ発振器（図示せ
ず）から出射されたレーザビーム１は、直接またはビー
ムエキスパンダ（図示せず）を通過した後、ガルバノミ
ラー４に入射されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、レー
ザ発振器から出てくるレーザビーム１が理想的なガウス
ビームを有していないため、光の空間周波数の高周波成
分やノイズ成分を多く含み、ｆθレンズ５を通過したレ
ーザビーム１の集光点５ａでのスポット径Ｒ５が大きく
なるために加工跡が大きくなり、なおかつｆθレンズ５
の周辺部を通過したレーザビーム１の集光点５ｂでは集
光スポットの形状が円形から楕円形への変形が発生しや
すく、加工位置による形状差が発生するという課題を有
していた。
【０００４】そこで本発明はこれらの課題を解決するた
め、光の高周波成分及びノイズ成分を除去して、ｆθレ
ンズ５を通過したレーザビーム１の集光スポット径を小
さくするレーザ加工方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００５】また、本発明の他の目的はｆθレンズの中
心部と周辺部を通過したレーザビームの集光点におい
て、ほぼ同じ集光スポット形状が得られるレーザ加工方
法を提供するものである。
【０００６】更に本発明の他の目的は、ｆθレンズを通
過したレーザビームの集光スポット径を小さくすると共
に、ｆθレンズの中心部と周辺部を通過したレーザビー
ムの集光点において、ほぼ同じ集光スポット形状が得ら
れるレーザ加工方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
発振器とガルバノミラー間のレーザビームの光軸上に、
ｆθレンズを通過したレーザビームの集光径よりもピン
ホール部でのレーザビームの集光径が小さくなるように
レンズの焦点距離を設定した凸レンズ、ピンホール部を
有する部材、凸レンズにて構成される空間フィルタを配
置し、前記ピン ホールの径を前記レーザビームのピーク
強度の１／ｅ 2 になる部分の径の１〜２倍の径としたレ
ーザ加工方法である。
【０００８】また、本発明の第２の発明は、発振器とガ
ルバノミラー間のレーザビームの光軸上でガルバノミラ
ーの入射口の前に円形アパーチャを配置し、この円形ア
パーチャの径を前記レーザビームのピーク強度の１／ｅ
2 になる部分の径の１〜１．５倍の径としたレーザ加工
方法である。
【０００９】更に、本発明の第３の発明は、発振器とガ
ルバノミラー間のレーザビームの光軸上に、ｆθレンズ
を通過したレーザビームの集光径よりもピンホール部で
のレーザビームの集光径が小さくなるようにレンズの焦
点距離を設定した空間フィルタを配置するとともに、ガ
ルバノミラーの入射口の前に円形アパーチャを配置し、
この円形アパーチャの径を前記レーザビームのピーク強
度の１／ｅ 2 になる部分の径の１〜１．５倍の径とした
レーザ加工方法である。
【００１０】
【作用】本発明の第１の発明によれば、ｆθレンズを通
過したレーザビームの集光点の理想的なガウスビームの
スポット径よりも小さな集光スポット径を得られる焦点
距離を持つ凸レンズの集光点位置にピンホールを配置
し、集光スポット径を増大させる原因である光空間周波
数の高周波成分をカットすることによって、ｆθレンズ
の集光点でのスポット径を増大させる成分を除去するこ
とができる。このことにより、ｆθレンズを通過したレ
ーザビームの集光径を小さくすることができ、微細な加
工が行える。
【００１１】また、本発明の第２の発明によれば、レー
ザビーム光軸上のガルバノミラー前に円形アパーチャを
挿入して、レーザビーム外周部の光を除去することによ
り、非点集光成分がカットされ、またレーザビーム断面
形状が円形に整形されることによりｆθレンズの中心部
と周辺部を通過するいづれのレーザビームの集光点にお
いても同様の円形スポット形状が得られる。
【００１２】更に、本発明の第３の発明によれば、レー
ザビームの光空間周波数の高周波成分をカットすること
によって、ｆθレンズを通過したレーザビームの集光点
でのスポット径を増大させる成分を除去して微細な加工
が行えるとともに、レーザビーム断面形状が円形に整形
されることによりｆθレンズの中心部と周辺部を通過す
るいずれのレーザビームの集光点においても同様の円形
スポット形状が得られる。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例について以下図面を参照しな
がら説明する。
【００１４】（実施例１） 図１は本発明の第１の実施例における構成の斜視図であ
る。同図において、１はレーザビーム、２は空間フィル
タで、レンズ２ａ、２ｃとピンホール部を有する部材２
ｂとで構成される。また、４はガルバノミラー、５はｆ
θレンズ、６は基板である。レーザビーム１はビーム径
φ１１ｍｍのＣＯ2レーザであり、その光軸上の焦点距
離ｆ＝２．５ｉｎｃｈのレンズ２ａにより集光され、ピ
ンホール部分の断面図である図２に示されているよう
に、集光点位置に配置された穴径がφ１５０μｍのピン
ホール部を有する部材２ｂにより集光スポット周辺部の
非集光成分が除去される。この後、焦点距離ｆ＝３．２
５ｉｎｃｈのレンズ２ｃにより再び平行なレーザビーム
に戻り、ガルバノミラー４によって走査され、焦点距離
ｆ＝４ｉｎｃｈのｆθレンズ５によって集光され加工を
行う。この時に、レンズ２ａで集光されるレーザビーム
のスポット径Ｒ２ａ（レーザビームのピーク強度の１／
ｅ2になる部分の径（１／ｅ2径）、以下スポット径につ
いては同様）がｆθレンズ５で集光されるレーザビーム
のスポット径Ｒ５よりも小さくなるようにレンズ２ａ・
２ｃおよびｆθレンズ５の集光点距離を設定し、ピンホ
ール部を有する部材２ｂの穴径Ｒ２ｂもレンズ２ａの集
光点の集光スポット径Ｒ２ａの１〜２倍に設定する。こ
れらにより、ｆθレンズの集光点位置での加工跡形状
は、従来の装置の加工跡形状に比べると小さなものが得
られている。更に、この第１の実施例のように、空間フ
ィルタ２部分でレーザビーム１径の拡大を行うと、ｆθ
レンズ５を通過後のレーザビーム１の集光点位置でのス
ポット径Ｒ５において、より小さなφ１５０μｍの集光
径が得られている。
【００１５】（実施例２） 図３は本発明の第２の実施例における構成の斜視図であ
る。同図において図１と同一物には同一番号を付し説明
を省略する。同図において、３はレーザビーム１の光軸
上でガルバノミラー４の前に配置された円形開口を持つ
アパーチャである。この円形アパーチャ３の径Ｒ３をレ
ーザビーム１のピーク強度の１／ｅ2になる部分の径の
１〜１．５倍の径にすることによって、図４に示すよう
にレーザビーム１周辺部に残る光のノイズ成分を除去す
ると共に、レーザビーム１の整形を行うことができる。
このことによってｆθレンズ５周辺部を通過したレーザ
ビーム１においても、その集光点でのスポット形状の間
円度（短軸／長軸）が０．９以上のものが得られてい
る。
【００１６】（実施例３） 図５は本発明の第３の実施例における構成の斜視図であ
る。同図において図１および図３と同一物には同一番号
を付し説明を省略する。同図では、本発明の第１の実施
例の空間フィルタ２の後方の光軸上に、本発明の第２の
実施例のアパーチャ３を配置したことを特徴とする。こ
れにより、ｆθレンズ５のどの部分を通過するレーザビ
ーム１においても、ほぼ真円の加工が可能であり、なお
かつ従来よりも小さなスポット径での加工が可能となっ
ている。
【００１７】
【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、従来のレ
ーザ加工装置よりも、より小さな集光スポット径が得ら
れるため、より微細な加工を行うことが可能となる。
【００１８】本発明の第２の発明によれば、ｆθレンズ
の周辺部を通過するレーザビームによる集光スポットの
形状が円形に近づくため、ｆθレンズのレーザビーム通
過位置によって集光スポット形状に変化が起こらず、均
一な加工形状が得られる。
【００１９】本発明の第３の発明によれば、ｆθレンズ
のレーザビーム通過位置によらず均一な集光スポット形
状が得られ、なおかつ従来の加工装置よりも小さな集光
スポット径が得られる。そのため、均一で微細な加工を
行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザ加工装置
の斜視図
【図２】本発明の第１の実施例におけるピンホール部分
の断面図
【図３】本発明の第２の実施例におけるレーザ加工装置
の斜視図
【図４】本発明の第２の実施例におけるアパーチャ部分
の斜視図
【図５】本発明の第３の実施例におけるレーザ加工装置
の斜視図
【図６】従来のガルバノミラーとｆθレンズを用いたレ
ーザ加工装置の斜視図
【符号の説明】
１ レーザビーム ２ 空間フィルタ ２ａ レンズ Ｒ２ａ レンズ２ａによる集光スポット径（１／ｅ
2径） ２ｂ ピンホール ２ｃ レンズ Ｒ２ｂ ピンホール２ｂの開口径 ２ｄ レーザの強度分布 ３ アパーチャ Ｒ３ アパーチャ３の開口径 ４ ガルバノミラー ５ ｆθレンズ ６ 基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−5854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−49316（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−39976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−7416（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−7834（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/06 - 26/073

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームをガルバノメータによって
    駆動される２枚のミラー（以下ガルバノミラーと記す）
    により走査させ、そのレーザビームをｆθレンズで集光
    させて加工を行う方法において、発振器とガルバノミラ
    ー間の光軸上に、凸レンズ、ピンホールを有する部材、
    凸レンズにて構成される空間フィルタを配置し、かつ前
    記ピンホール部でのレーザビームの集光径がｆθレンズ
    を通過した後のレーザビームの集光径よりも小さくなる
    ようにレンズの焦点距離を設定し、前記ピンホールの径
    を前記レーザビームのピーク強度の１／ｅ 2 になる部分
    の径の１〜２倍の径としたことを特徴とするレーザ加工
    方法。
  2. 【請求項２】 レーザビームをガルバノミラーにより走
    査させ、そのレーザビームをｆθレンズで集光させて加
    工を行う方法において、発振器とガルバノミラー間のレ
    ーザビームの光軸上でガルバノミラーの入射口の前に、
    円形アパーチャを配置し、この円形アパーチャの径を前
    記レーザビームのピーク強度の１／ｅ 2 になる部分の径
    の１〜１．５倍の径としたことを特徴とするレーザ加工
    方法。
  3. 【請求項３】 ガルバノミラーの入射口の前に円形開口
    を有するアパーチャを配置し、この円形開口の径を前記
    レーザビームのピーク強度の１／ｅ 2 になる部分の径の
    １〜１．５倍の径としたことを特徴とする請求項１記載
    のレーザ加工方法。
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