JP4204810B2 - レーザビーム送出システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一のビームを複数の等しい大きさ及び形のレーザビームに分離し、この複数のビームを部分的に修正して最終的に1つの対象に向ける、例えば基板のような対象の所望の面を効果的に加工処理するレーザビーム送出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
単一のレーザビームを複数の異なるビームに分離することは従来から知られているが、現在利用可能なシステムの多くは、操作が非常に面倒であり、かつ、一旦レーザビームを複数のレーザビームに分離するとそのレーザビームを効率的に処理することができない。特に、現在利用可能である従来から知られているシステムにおいては、分離されたレーザビームを処理対象の所望の面に効率よくかつ迅速に向け直すことができず、レーザビーム送出システムに望まれる正確さが実現されていない。
【0003】
通常、レーザビームは、システムに固有の光学系により、収束されるか又は修正され、処理対象の「焦点加工(focal point machining )」又は「結像(imaging )」を提供する。焦点加工は従来からよく知られている技術であり、一般的に、レーザL(図1参照)からのレーザビームBをリピートポジショナ又はガルバノメータに供給し、供給されたレーザビームBを、リピートポジショナ又はガルバノメータ(わかりやすくするためにこのうちの一方のみが図示されている)のミラーMにより収束レンズFに反射させることを含む。収束レンズFは、供給されたビームを処理対象Oに集中させる。焦点加工の目的は、レーザビームBからのエネルギー全てを集中させることにより、そのエネルギーを処理対象Oの表面の所望の箇所Sに収束させることである。この場合、処理対象Oを、収束レンズFの焦点面FPに等しい距離だけ収束レンズFから離しておくことが望ましい。この結果、処理対象Oの表面上の所望の領域又は箇所Sに供給されたビーム全てを収束させ、処理対象Oに所望の開口又は特徴を形成することができる。
【0004】
結像もまた従来からよく知られた技術であるが、こちらは、通常、処理対象Oの所望の開口又は特徴を、より高度な技巧とより厳しい許容誤差とでもって処理することが含まれる。「焦点加工」の場合、レーザビームBはレーザL(図2参照)からリピートポジショナ又はガルバノメータ(わかりやすくするためにこのうちの一方のみが図示されている)に供給され、供給されたレーザビームBを、リピートポジショナ又はガルバノメータのミラーMにより収束レンズFに反射させる。収束レンズFは、供給されたビームを処理対象Oに集中させる。結像の目的は、処理対象Oの表面上に、供給されたレーザビームの開口領域の像を写すことである。この目的ために、処理対象Oを、収束レンズFの焦点面FPより長い距離だけ処理対象Oから離すようにする。この場合、従来の結像幾何学レンズ方程式を使って処理パラメータが決定及び/又は算出され、対象は結像システムの像比率に最適化される。この方程式や教示は従来からよく知られているが、さらなる詳細な解説は提供されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術における上述のような不十分な点及び不都合な点を克服することである。
本発明の別の目的は、単一のレーザビームを複数の等しい大きさ及び形のレーザビーム、好ましくは2本又は3本以上の別個のレーザビームに分離することであり、これらの等しい大きさ及び形のレーザビームは、実質又は疑似フラットトップ形を有するか又は処理のために最適化された特別な形を備えるように形成される。
【0006】
本発明のさらなる目的は、一旦レーザ送出システムにより分離された別個の等しい大きさ及び形のレーザビームのそれぞれを平行にし、その平行かつ分離されたレーザビームそれぞれを処理対象に供給することである。
本発明のさらなる目的は、レーザビーム送出システムの光軸に沿ったイルミネーションプリズムを設け、3本の異なるレーザビームを重ねて又は部分的に重ねてリピートポジショニングシステム、例えばガルバノメータ、の第1ミラーに収束させることである。この結果、3本の重なったビームはリピートポジショニングシステムのミラーの開口部内にのみ放射されて開口部を照らし、供給されたレーザビーム全てがリピートポジショニングシステムにより処理対象に確実に反射されて、レーザビーム送出システムの効率を最大限に高めることができる。
【0007】
本発明のさらなる目的は、レーザビーム送出システムの光軸に沿ってイルミネーションプリズムを移動させるための調節機構を提供し、収束の程度又は別個の平行なビームの重なり、そしてビームがF−θレンズに入る際の3本の異なる平行なビームの再拡張及び最終分離を調節することである。
【0008】
本発明のさらに別の目的は、複数の別個のレーザビーム、例えば2本又は3本以上の別個のレーザビーム、が処理対象の所望の面を加工することのできるレーザビーム送出システムを提供し、レーザビーム送出システムの効率を改善することである。
【0009】
本発明のさらに別の目的は、供給されたレーザビームを修正するトレパニングモジュールを提供し、各レーザビームが半径方向に内側に向かって又は半径方向に外側に向かって互いと調和を取りながら螺旋旋回するように制御することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザビーム送出システムは、レーザビームを出力するレーザ源と、前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを複数の分離されたレーザビームにする形成手段と、前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変えるガルバノメータ装置と、前記複数の分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせるF−θレンズと、を有することを特徴とする。
【0011】
前記形成手段は、コンピュータ生成ホログラムを有し、該コンピュータ生成ホログラムは、像面で光レーザビームを少なくとも3つの分離されたレーザビームに分離させるものであることが好ましい。
また、前記3つの分離されたレーザビームが互いに平行となる状態で当該レーザビーム送出システムの光軸に沿って供給されるよう、前記コンピュータ生成ホログラムによって生成された前記3つの分離されたレーザビームを平行にするための平行光学素子を前記像面近傍に配置してもよい。
【0012】
更に、前記平行光学素子と前記ガルバノメータ装置のミラーとの間にイルミネーションプリズムを配置して、前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置に近づくにつれて、前記3つの分離されたレーザビームを相互に収束させ、このように生成された光レーザビーム全てがガルバノメータ装置のミラーの開口部を通過するようにしてもよい。
【0013】
また、前記複数の分離されたレーザビームを前記F−θレンズ及び前記処理対象の方向に向けるため2つのガルバノメータ装置を配置してもよい。前記F−θレンズは、前記2つのガルバノメータ装置と前記処理対象との間に配置され、前記F−θレンズは、前記複数の分離されたレーザビームの夫々が前記処理対象に入射する前に焦点に集められるよう前記処理対象と十分な間隔を置いて配置してもよい。
【0014】
また、前記F−θレンズは、前記2つのガルバノメータ装置と前記処理対象との間に配置され、前記処理対象は、前記F−θレンズの焦点面となる位置に配置されてもよい。前記レーザビームはガウスプロフィールを有し、前記コンピュータ生成ホログラムは、該ガウスプロフィールを有するレーザビームを、夫々が実質的にフラットトップポーションプロフィールを有する3つの分離されたレーザビームに変換することが好ましい。
【0015】
前記収束機構は、ドライブに接続されたイルミネーションプリズムを有し、該ドライブは、前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る前記複数の分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため、前記光軸に沿って前後方向に前記イルミネーションプリズムを移動させるようにしてもよい。
【0016】
前記イルミネーションプリズムは、前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る前記レーザビームの収束を促進するため、当該レーザビーム送出システムの光軸に垂直となるように延びる1組の対向平面と、当該レーザビーム送出システムの光軸に対して鋭角をなすように延びる1組の傾斜面と、を有するものでもよい。
【0017】
前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置の開口部を通過するよう、1組のプリズムが、前記3つの分離されたレーザビームのうちの2つのビームが中央ビームに対して収束することを促進し、該1組のプリズムは、前記複数の分離されたレーザビームの集光の度合いを調節するため前記光軸に沿って前後方向の移動が可能であるものでもよい。
【0018】
前記1組のプリズムは、また、前記複数の分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため、光軸に垂直かつ少なくとも3つに分離された方向に垂直な回転軸に対して回転可能であることが好ましい。前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置の第1ミラーの開口部を通過するよう、1組の屈折ミラーが、前記3つの分離されたレーザビームのうちの2つのビームが中央ビームに対して収束することを促進し、前記1組の屈折ミラーは、前記複数の分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため前記光軸に沿って前後方向に移動が可能であることが好ましい。
【0019】
前記レーザは、一連のビームスプリッタの方向に向けられ、該一連の部分反射ビームスプリッタは、当該レーザビーム送出システムの光軸に平行な、供給された前記レーザビームの一部分を反射すると共に、供給された前記レーザビームの残りの部分を通過させるようにしてもよい。
【0020】
前記レーザビームはビームスプリッタ装置に供給され、該ビームスプリッタ装置は、当該レーザビーム送出システムの前記光軸に平行となるよう供給される少なくとも3つの分離されたレーザビームに、供給された前記レーザビームを分離し、該ビームスプリッタ装置は、前記レーザビームの一部分を通過させると共に、供給された前記レーザビームの残りの部分を反射する部分反射面を有するものでもよい。
【0021】
ホログラムと、第1及び第2イルミネーションプリズムと、3つの個別のシャッターとが全て回転モジュールに支持されると共に収納され、前記光軸に関して前記回転モジュールを回転させるため、前記回転モジュールに回転ドライブが接続されたことが好ましい。
【0022】
当該レーザビーム送出システムは、2つの外側ビームを中央ビームに対して間隔を置いて配置するためのスプレッダモジュールを有し、調節機構が、前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔を調節するべく、第1の1組のプリズムの第2の1組のプリズムとの間隔を空けるようにしたものでもよい。
【0023】
前記調節機構は、また、夫々のプリズムを光軸に垂直かつ少なくとも3つに分離された方向に垂直な回転軸に関して回転させると共に、前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔の調節の支援を行う回転機構を有するものであってもよい。当該レーザビーム送出システムは、2つの外側ビームを中央ビームに対して放射状になるよう間隔を置いて配置するためのスプレッダモジュールと、前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔を調節するべく、第1の1組のプリズムの第2の1組のプリズムとの間隔を空けさせる調節機構と、を有し、前記スプレッダモジュール及び前記調節機構は回転モジュールに収納され、前記光軸に関して前記回転モジュールを回転させるための回転ドライブが前記回転モジュールに接続されたものでもよい。
【0024】
当該レーザビーム送出システムは、前記収束機構と前記ガルバノメータ装置との間に配置されたトレパニングモジュールを有し、該トレパニングモジュールは、当該レーザビーム送出システムの前記光軸に沿って配置され、該光軸と同心とされた、連続的に間隔を置いて配置された第1及び第2の回転ウエッジプリズムを有することが好ましい。
【0025】
以下の説明から明らかなように、本願明細書及び添付の請求項に用いられている「重なる」という用語は、必ずしもレーザビーム同士が物理的に重なっていたり互いに結合することを意味しない。この用語は、単純に、3本のビーム全てが十分な量だけ互いに対し又は互いに向かって十分に収束し、それにより第1ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通り抜けることを意味する。
【0026】
本願で用いられている「処理対象」という用語は、PCボード、基板、パネル、フレックスサーキット、またその他のコンピュータ及び電子部品を包含する。それらの処理対象には小さな開口、道、穴が形成される。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を添付の図面を参照しながら実施例を使って説明する。
図3(a)を参照して、本発明の基本要素に関する簡単な説明を行う。この例から分かるように、レーザビーム送出システム2は、通常、参照番号8で示すレーザビームスプリッタ/シェーパ/コリメータ装置にレーザビーム6を供給するために設けられたレーザ源4を備える。レーザビームスプリッタ/シェーパ/コリメータ装置8において、放出されたレーザビーム6は、複数の等しい大きさ及び形のレーザビーム、好ましくは3本の等しい大きさ及び形のレーザビームに分離される。レーザビームが、複数の等しい大きさ及び形のレーザビームにうまく分離されると、分離形成された平行なレーザビームは、処理対象12、例えば基板、の上面10に向けられる。
【0028】
レーザビームとして、354.7nm(Nd:YAGの第3調波)の波長を備えた紫外線を放出するのが好ましい。レーザビーム6は、約2.8mm±10%のビーム直径を備え、レーザビームモードは、TEM00(ガウス形)であるのが好ましい。レーザM2は、1.3より小さいのが好ましく、その偏光率は、100:1より大きいのが好ましい。パルス幅は、10nsであるのが好ましく、レーザビーム6のパルスエネルギーは、約450マイクロジュールである。9.3ミクロン、9.4ミクロン、532nm等、その他の様々なレーザビームも使用可能である。本発明の上述した要素の残りの特徴は、通常通りで従来技術でよく知られているため、これらについてのさらなる詳細な説明は省略する。
【0029】
図3(a)を参照しながら、本発明に基づくレーザビームスプリッタ/シェーパ/コリメータ装置8について詳細に説明する。この図から分かるように、レーザビーム6は、レーザ源4によりコンピュータ生成ホログラム20の後面24に向けられる。レーザ源4から放出されるレーザビーム6は、通常、図3(b)に示すレーザビーム形(すなわち、ガウスプロフィール)のものである。放出されたレーザビーム6は、コンピュータ生成ホログラム20の前面22に入る。形成手段としてのコンピュータ生成ホログラム20は、供給されたレーザビーム6を複数の別個の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32に分離するように設計されており、それぞれのレーザビーム28、30、32は、概ねフラットトップ形(図3(c))又は最適化処理のために考案された特別な形を備える。好ましい形態では、レーザビーム6は、図3(a)に示すような3本の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32に分離される。図3(a)には3本のレーザビーム28、30、32が示されているが、コンピュータ生成ホログラム20は、特別な設計要件に基づいて、供給されたレーザビームを、その時の特定の利用形態に従って、より少ない数又は多い数の等しい大きさ及び形のレーザビームに分離することができるように設計されている。
【0030】
レーザビーム6は、コンピュータ生成ホログラム20を通して放射されるので、供給されたレーザビームは、コンピュータ生成ホログラム20の固有の特性により修正され、その後、コンピュータ生成ホログラム20の後面24から3本の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32として像面26に向けて放出される。3本のレーザビーム28、30、32は、レーザビームが像面26にあるとき、それぞれ図3(c)に示されているのに似た波形を備える。例えば、3本の等しい大きさ及び形のレーザビームは、疑似フラットトッププロフィールのものである。
【0031】
コンピュータ生成ホログラム20は、初期レーザビーム6を3本の等しい大きさ及び形のレーザビームに分離し、入力レーザビーム6のガウス形(図3(b)参照)を3つのフラットトップ状の形(図3(c)参照)又は処理に最適なその他の適当な形に変更するように設計されている。入力レーザビームは、2.8mm±10%で、1.3より大きなM2及びガウス形を備えるのが好ましい。コンピュータ生成ホログラム20は、通常、レーザビームの形を修正して、例えば、それぞれ約1.5mmの直径の3本の別個のレーザビームを出力するように設計されている。
【0032】
一般的なシャッタ27を、レーザビーム送出システム2の像面26に設置する。シャッタ27は複数の動かせる部材又はドア29を備え、それらのドア29は、開位置では供給された光を通し、閉位置では光を遮断して供給された光が通るのを妨げるための光トラップとして機能する。第1実施例によると、3つの開口が設けられていて、それぞれの開口は、開位置及び閉位置を有する関連するドア29を備えている。コンピュータ生成ホログラム20は、3本の別個のレーザビームのそれぞれがシャッタ27のそれぞれの開口の1つを通るように設計されている。これにより、ドア29が開位置にある時、コンピュータ生成ホログラム20は、開口を通して光を放射し、供給された光は、その後、平行光学素子としてのコリメーティング光学系34により平行にされる。しかしながら、関連するドア29が閉位置にある時、コンピュータ生成ホログラム20からの光はドア29により遮断され、開口を通過することができない。ドア29のそれぞれは、制御装置、モータ又はドア29の開位置から閉位置又はその反対の移動を制御するための一般的な装置(図示せず)に電気的に連結される。シャッタ27のドア29の位置を適切に制御することにより、全ての光を遮断するか、1本のビーム光を遮断して残りの2本のビーム光にシャッタ27を通り抜けさせるか、2本のビーム光を遮断して1本のビーム光にシャッタ27を通り抜けさせるか、あるいは全ての光にシャッタ27を通り抜けさせることが可能である。
【0033】
3個の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32は、3個の全てのドア29が開位置にある場合、像面26を通過後、コリメーティング光学系34に向けられる。コリメーティング光学系34は、第1実施例では、一対の僅かな間隔で対向する凸レンズ36、38からなる。コリメーティング光学系34は、3個の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32を平行にし、平行にされたレーザビームを光学軸Aに沿って処理対象12の方へ出力する。コリメーティング光学系34は、例えば、屈折あるいは回折要素のいずれをも取ることができる。しかしながら、コリメーティング光学系34の重要な特徴は、3個の分かれたレーザビームが平行にされ、平行にされた光線だけが光学軸Aに沿ってコリメーティング光学系34から処理対象12の方へ確実に供給されるということである。
【0034】
3個の分かれて平行にされたレーザビーム28、30、32は、コリメーティング光学系34の後面からオプティマイザとピッチコンペンセータオプティック即ちイルミネーションプリズム40のような収束機構に向けて放射される。イルミネーションプリズム40は、一対の対向する平面42、44と一対の傾斜面46、48とを備えることが好ましく、一対の対向する平面42、44はレーザビーム送出システム2の光学軸Aに直角に延びており、一対の傾斜面46、48はレーザビーム送出システム2の光学軸Aと鋭角をなす。その鋭角は70°と99°の間が好ましく、最も好ましくは約89.5°である。イルミネーションプリズム40は、図面では模式的に示されているだけであるが、モータドライブ50に結合された調節アセンブリ45によって支持されており、調節アセンブリ45はイルミネーションプリズム40をレーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って軸方向に前後に移動することを容易にしている。モータドライブ50は、イルミネーションプリズム40をコリメーティング光学系34の方向あるいはリピートポジショナ52の方向に動かすことを容易にし、レーザビーム送出システム2の焦点特性を調節する。
【0035】
レーザビーム送出システム2の光学軸Aに直角に延びるイルミネーションプリズム40の中央平面42は、3個の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32のうちの中央ビーム30の方向は変更しない。つまり、中央平面42は中央ビーム30の形状、角度、進路に実質的に影響することなく、その光線を直接通過させる。しかしながら、一対の傾斜面46、48の各々は、2個の平行にされた外側ビームの一つを変更するかあるいは方向を変える。即ち傾斜面46は、平行にされたビーム28の方向を変える一方、傾斜面48は平行にされたビーム32の方向を変えるため、これら2個のビームの双方は少なくとも部分的に互いに収束するかあるいはイルミネーションプリズム40から所望の光学的な距離で中央ビーム30と重なる。2個の外側ビーム28と32の中央ビーム30上におけるこの方向変換は、3個の等しい大きさ及び形のレーザビーム28、30、32が第1リピートポジショナ52即ち第1ガルバノメータの反射ミラー54の開口部としての有効口径CAgを通過することを可能にしている。本発明の好ましい実施例によれば、第1リピートポジショナ52のミラー54は図2に明確化のために模式的に示されており、一般に一対のリピートポジショナ52、56が3個の等しい大きさ及び形状の平行にされたビーム28、30、32の方向変換のために設けられる(図20参照)と理解されよう。
【0036】
モータドライブ50は、2個の外側ビーム28、32と中央ビーム30の全てが実質的に第1リピートポジショナ52の第1ミラー54において収束するように、イルミネーションプリズム40を支持し、第1リピートポジショナ52の第1ミラーに対するイルミネーションプリズム40の調節を容易にしている。一旦、3個の全てのビームが第1ミラー54に入射し、それから反射されると、3個の全てのビーム28、30、32は特定のピッチに再び拡張し始め、F−θレンズ60に到達する前に互いに間隔を開ける。F−θレンズ60は、第2リピートポジショナ56(図3(a)には示されていない)の第2ミラー58から再び拡張するレーザビームを後面62で受ける多要素設計になっている。光線の拡張した3個のビームは、それから各々従来の方法でF−θレンズ60に固有の光学的特性を経て変更される。最後に、変更された光線はF−θレンズ60の前面64から処理対象12に向けて放射される。
【0037】
本発明の好ましい実施例では、F−θレンズ60は約76.3mmの焦点距離を有し、約30mm×30mmの走査範囲と直径10mmの有効口径を有している。
F−θレンズ60の前面64から放射された光線は、目標物、基板あるいは他の処理対象12に向けられるか映像される。処理対象12は、F−θレンズ60の中心から(光学軸Aに沿って測り)約50μの距離に置かれることが好ましい。F−θレンズ60の前面64から放射された光線が処理対象12に向けられる。処理対象12はF−θレンズ60からF−θレンズ60の焦点距離より大きい距離だけ離される。
【0038】
3個の分かれたm字型をしたレーザビームの各々のスポットの直径は約1.2mmである一方、スポットの間隔は約5.08mmである。3個の分かれたレーザビームのスポット径は、イルミネーションプリズム40によって方向変換され約1.2mmである一方、スポット径は1.2mmである。
【0039】
図4に従って、第1実施例のこの応用に関する短い説明を行う。この実施例では、前述の実施例と同一の構成要素に同一の符号が付けられており、それらの構成要素に関するそれ以上詳細な説明は行わない。
この実施例は、F−θレンズ60に関して処理対象12の位置の調節が唯一の修正であることを除けば、図3の実施例と実質的に同一であると理解してよい。本実施例によれば、図3の実施例のように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点距離より大きい位置に置く代わりに、処理対象12はF−θレンズ60のより近傍に置かれる。即ち、処理対象12は正確にF−θレンズ60の焦点面に置かれる。この配置により、処理対象12の焦点加工は、前述のように、レーザビーム送出システム2により容易に達成される。その他の全ての点については、図4の実施例は図3の実施例と同一であり、それ以上の説明は行わない。
【0040】
図5に従って、本発明によるイメージングに対する第2実施例について詳細な説明を行う。この実施例は、第1実施例に非常に類似しているので同一の構成要素には同一の符号が付けられ、既に説明された構成要素についてはそれ以上の詳細な説明は行わない。
【0041】
図5の第2実施例と図3の実施例との主な相違は、収束光学系の配置である。本実施例によれば、図3の単一イルミネーションプリズム40が取り除かれ、間隔を開けて配置された2個のより小さいプリズム41即ち収束機構に代えられる。2個の小さいプリズム41の各々は、2個の外側ビームのうちの一つを収束するように配置されるので、外側ビーム28、32の各イルミネーションパスは第1リピートポジショナの鏡の有効口径CAgだけを通過する。一方、中央ビームは影響されず、2個のより小さいプリズム41のいずれによっても変更されない。より小さいイルミネーションプリズムは双方とも調節アセンブリ45によって連結、支持されており、図面では模式的にのみ示されているモータドライブ50に連結されている。モータドライブ50は2個のより小さいプリズム41をレーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って軸方向に前後に移動することを容易にしている。そのため、3個の等しい大きさ及び形の平行にされたレーザビーム28、30、32の重なりの程度を必要に応じて調節するために、両プリズム41を互いにレーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って同時に前後に移動することができる。2個のより小さいプリズム41の各々は、中央ピボット軸廻りに、中央ビーム30に関して関連する外側ビーム28か32の収束角度を制御するために回転されることが好ましい。これら2個のより小さいプリズム41の位置と方向を適切に制御することにより、2個の外側ビーム28、32の望ましい収束が得られ、中央ビーム30との望ましい重なりが得られる。そのため、3個の全てのビーム28、30、32は第1リピートポジショナの鏡の有効口径CAgだけを通過する。その他の全ての点については、本実施例は図3の実施例と実質的に同一である。
【0042】
図6に従って、第1実施例のこの応用に関する短い議論を行う。この実施例では、前述の実施例と同一の構成要素に同一の符号が付けられており、それらの構成要素についてはそれ以上詳細な説明は行わない。
この実施例は、F−θレンズ60に関して処理対象12の位置の再配置が唯一の修正であることを除けば、図5の実施例と実質的に同一であると理解してよい。本実施例によれば、図5の実施例のように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点距離より大きい位置に置く代わりに、処理対象12はF−θレンズ60のより近傍に置かれる。即ち、処理対象12は正確にF−θレンズ60の焦点面に置かれる。この配置により、処理対象12の焦点加工は、前述のように、レーザビーム送出システム2により容易に達成される。その他の全ての点については、図6の実施例は図5の実施例と同一であり、それ以上の議論は行わない。
【0043】
図7に従って、第3実施例について議論する。本実施例によれば、第2コンピュータ生成ホログラム21が第1コンピュータ生成ホログラム20と第1コンピュータ生成ホログラム20の像面Pとの間の位置に設けられる。第2コンピュータ生成ホログラム21は、第1実施例のように、第1コンピュータ生成ホログラムから出力された3個の分かれたレーザビームを受ける第1前面を有する。第2コンピュータ生成ホログラムは、その内部光線変換特性により、3個の分かれたレーザビームを3個の平行にされたレーザビームに収束し、3個のレーザビームを後面から出力する。これら3個の平行にされたレーザビームは出力されてシャッター27の開口部の一つを、前述のように、関連するドア29が開位置にある場合、通過するようにされている。その他の全ての点については、本実施例は図5の第2実施例と実質的に同一である。第1と第2コンピュータ生成ホログラム20と21は、レーザビームの輪郭を変更し実質的に平坦なトッププロフィールを得る手助けをする(図3(c)参照)。
【0044】
図8に従って、第3実施例のこの応用に関する短い議論を行う。この実施例では、前述の実施例と同一の構成要素に同一の符号が付けられており、それらの構成要素についてはそれ以上詳細な記述は行わない。
この実施例は、F−θレンズ60に関して処理対象12の位置の変更が唯一の修正であることを除けば、図7の実施例と実質的に同一であると理解してよい。本実施例によれば、図7の実施例のように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点距離より大きい位置に置く代わりに、処理対象12はF−θレンズ60のより近傍に置かれる。即ち、処理対象12は正確にF−θレンズ60の焦点面に置かれる。この配置により、処理対象12の焦点加工は、前述のように、レーザビーム送出システム2により容易に達成される。その他の全ての点については、図8の実施例は図7の実施例と同一である。
【0045】
図9に示す第4実施例によれば、コリメーティング光学系は一対の浅い角度の反射器又は偏向鏡43即ち収束機構からなる。2個の鏡43は、図面では模式的に示されているだけであるが、モータドライブ50に結合された調節アセンブリ45によって支持されており、2個の鏡43の反射面は対向している。2個の鏡43の各々は、別の図示していない駆動機構によってピボット軸廻りに回転可能である。駆動機構は、レーザビーム送出システム2の光学軸Aに対する、鏡43の各々によって規定される、平面の傾斜角度を制御する。鏡43の各々の平面と光学軸Aとの間に形成される角度を調節することにより、2個の外側ビームが第1リピートポジショナ52の鏡54の有効口径CAgを容易に通過するように、関連する外側ビーム28、32の収束の程度を変更することができる。
【0046】
調節アセンブリ45は、モータ50により、光学軸Aに沿って前後に移動でき、更に2個の外側レーザビームの収束の程度をレーザビームが鏡43から反射するときに調節する。その他の全ての点については、本実施例は本発明の第1実施例と実質的に同一であり、前述の構成要素に関するそれ以上詳細な説明は行わない。
【0047】
図10に従って、第4実施例のこの応用に関する短い議論を行う。この実施例では、同一の構成要素には同一の符号が付けられており、それらの構成要素についてはそれ以上詳細な記述は行わない。
この実施例は、F−θレンズ60に関して処理対象12の位置の変更が唯一の修正であることを除けば、図9の第4実施例と実質的に同一であると理解してよい。本実施例によれば、図8の実施例のように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点距離より大きい位置に置く代わりに、処理対象12はF−θレンズ60のより近傍に置かれる。即ち、処理対象12は正確にF−θレンズ60の焦点面に置かれる。この配置により、処理対象12の焦点加工は、前述のように、レーザビーム送出システム2により容易に達成される。その他の全ての点については、図10の実施例は図9の実施例と同一である。
【0048】
図11に従って、本発明によるイメージングに対する第5の実施例について詳細に説明する。本実施例は第4実施例に非常に類似しているので、同一の構成要素には同一の符号が付けられ以前に議論された構成要素についてはそれ以上詳細な説明は行わない。
【0049】
図11の第5実施例と図9の実施例との主な相違は、レーザを複数の平行にされた別々のビームに分割する機構である。その他の全ての点については、本実施例は図9の実施例と実質的に同一である。
図11と図15を参照して、単一レーザビームを複数の平行にされたレーザビームに分割する機構を説明する。それらの図に見られるように、レーザビーム6はレーザ源4から放射され、部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ68、70、72のシリーズの最初の一つ68に向けられる。部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ68、70、72は、レーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って供給された光線の一部を反射する一方、供給されたレーザビーム6の残りの部分を通過させるように設計されている。本発明の一形態によれば、第1ビームスプリッタ68は光学軸Aと45°の角度となるように配置され、30/70ビームスプリッタである。即ち、ビームスプリッタ68は供給されたレーザビームの約30%を光学軸Aに沿って平行な形でビーム32として反射する一方、供給されたレーザビーム6の残りの70%が第1部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ68を通過するようにされている。
【0050】
第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70は、第1ビームスプリッタ68から僅かな距離だけ隔たっている。第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70もまたレーザビーム送出システム2の光学軸Aと約45°の角度となるように配置されている。第1部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ68を通過する残りの70%のレーザビームは、第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70の反射面に向けられ入射する。このビームスプリッタ70は50/50ビームスプリッタであるので、第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70は供給されたレーザビーム6の約50%を反射する一方、供給されたレーザビーム6の残りの約50%が第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70を通過する。第2部分反射ミラーあるいはビームスプリッタ70によって反射されたレーザビームは、第1反射レーザビームに平行にビーム30として光学軸Aに沿って反射される。
【0051】
第3全反射ミラー72は、第2ビームスプリッタの隣りに配置されるので、全反射ミラー72が第2ビームスプリッタを通過する残りの光線を全て受け、全反射ミラー72はレーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って供給された残りの光線の100%をビーム28として反射する。全反射ミラー72によって反射されたレーザビームは、第1及び第2反射レーザビーム30、32として光学軸Aに沿って反射される。全ての3個のビーム28、30、32は、供給されたレーザビームが平行にされ、第1及び第2ビームスプリッタ並びに全反射ミラー72は単に供給されたビームをレーザビーム送出システム2の光学軸Aに沿って平行にされた様式で反射しているだけであるので、実質的に平行にされていると理解してよい。
【0052】
分離されたレーザビーム間の間隔は第1ビームスプリッタ68と、第2ビームスプリッタ70と全反射ミラー72との間隔を増大させるか減少させることにより容易に変更することができる。更に、当業者であれば容易にわかるように、単一のレーザビームから発せられた分離レーザビームの量は、全反射ミラー72の前に配置されたビームスプリッタの量を変更するか、ビームスプリッタの特性を変更することにより、増大又は減少させることができる。
【0053】
次に、図12を参照して、第5実施例の変形例について説明する。この実施例では、上述の実施例で説明したのと同様の構成要素については、同様の参照符号を付し、説明を省略する。
この実施例は、図11に示すものに比べてF−θレンズ60に関して、処理対象12の位置が異なっているだけであり、その他は図11に示すものと実質的に同一である。この実施例によれば、図11に示すように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点面よりも大きい距離に配置する代わりに、処理対象12をF−θレンズ60に近い位置に配置する。つまり、処理対象12を、正確にF−θレンズ60の焦点面に配置する。この配置によって、上述したように、処理対象12の焦点加工は、レーザビーム送出システム2によって容易に達成される。図12の実施例の他の構成要素は図11に示すものと同様である。
【0054】
次に、図13を参照して、本発明によるイメージングの第6実施例について詳細に説明する。
この実施例は第1実施例に極めて近似しており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0055】
図13に示す第6実施例が図3の実施例と最も異なるのは、シェーピング(形造ること)とコリメーティング光学系とである。この実施例によれば、レーザビーム6は光がコリメートされている、第1のコンピュータ生成ホログラム20を通って進む。このコリメートされた光は、コンピュータ生成ホログラム20の前面から出て、第2のコンピュータ生成ホログラム21の後面に供給される。この第2のコンピュータ生成ホログラム21は、コリメートされた光をガウスプロフィールから疑似のフラットトッププロフィールに変換し、その前面から疑似のフラットトッププロフィールを出力する。この光は次に第3のコンピュータ生成ホログラム23の後面に入り、ここでは光がシェーピングつまり形作られ、第3のコンピュータ生成ホログラム23の前面から第1の一対のイルミネーションプリズム40,40’に向けて出力される。この一対のイルミネーションプリズム40,40’は、3つの同じ大きさ及び形のレーザビーム28,30,32への変換機構である。イルミネーションプリズム40,40’の各々は、一対の対向する平面42,44を有し、この平面はレーザビーム送出システム2の光軸Aに対して垂直であり、また、一対の傾斜面46,48を有し、各々はレーザビーム送出システム2の光軸2に対して鋭角をなしている。2つのイルミネーションプリズム40,40’は互いに反対を向き合うように配置されている。多数の開閉ドアを有するシャッタ27が、分離ビーム28,30又は32の個数を制御するために2つのイルミネーションプリズム40,40’の間に配置されていて、ビーム28,30,32がシャッタ27を通じて処理対象12に向かうようになっている。
【0056】
第2のイルミネーションプリズム40’は2つの外側ビームを収束させ、外側ビーム28,32の各々のイルミネーションパスが第1のリピートポジショナ52のミラー54の有効口径CAgを通るようになっており、一方、中央ビーム30は第1及び第2のイルミネーションプリズム40,40’によって影響を受けることなく変化しないようになっている。第2のイルミネーションプリズム40’は、モータ50に接続された調節アセンブリ45に接続され、かつ支持され、第2のイルミネーションプリズム40’がレーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って前後に移動されることができ、必要があれば、3つの同じ大きさ及び形のコリメートレーザビーム28,30,32の重なりの程度を調節することができる。この第2のイルミネーションプリズム40’を適切に制御することによって、2つの外側ビーム28,32の所望の収束、それによる中央ビーム30との十分な重なりが達成され、3つのビーム28,30,32の全てが第1のリピートポジショナのミラーの有効口径CAgに向けて通る。その他の構成要素は図3に示す実施例と実質的に同じである。
【0057】
次に、図14を参照して、第6実施例の変形例について説明する。この実施例において、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
この実施例は、図13に示すものに比べて、F−θレンズ60に関して、処理対象12の位置が異なっているだけであり、その他は図13に示すものと実質的に同一である。この実施例によれば、図12に示すように、処理対象12をF−θレンズ60の焦点面よりも大きい距離に配置する代わりに、処理対象12をF−θレンズ60に近い位置に配置する。つまり、処理対象12を、正確にF−θレンズ60の焦点面に配置する。この配置によって、上述したように、処理対象12の焦点加工は、レーザビーム送出システム2によって容易に達成される。図14の実施例の他の構成要素は図13に示すものと同様であり、同じ構成要素について更なる説明は行わない。
【0058】
図16(a)ないし図16(c)に関して、3つの分離された平行なレーザビームの典型的な重なりは、ミラーの有効口径CAgを通る重なった光として見ることができる。図16(a)に示すように、3つの分離レーザビームは、第1のリピートポジショナのミラー54の有効口径CAgを通るとき、ある程度収束するが完全に重なることはない。
【0059】
図16(b)に関して、レーザビームが有効口径CAgを通るとき、3つのレーザビームの実質的な重なりがある。最後に、図16(c)に示すように、3つの分離レーザビームは互いに重なり合い、本質的に結合して1つのビームとなり、第1の反射面のミラー54の有効口径を通る。
【0060】
次に、図17を参照して、レーザビーム送出システム2を使用するための制御システムを説明する。コンピュータ化された制御システム73は、第1及び第2のリピートポジショナ52,58の両方のドライブに接続され、光軸Aに沿ってイルミネーション光学系アセンブリの前後への移動を制御するドライブに接続されている。イルミネーション光学系アセンブリに分離プリズム又はミラー(図5,6,7,8,11及び12を参照)の回転を制御するための分離モータが設けられている場合は、そのような追加のドライブが制御システム73によって接続され、かつ制御される。レーザ源4及びシャッタ27はドア29の開閉を制御するための制御システムによって接続かつ制御され、レーザビーム28,30,32のいくつのものが、及びいずれのものが、シャッタ27を通ることが許容されるかを制御することが容易となる。
【0061】
次に、図18を参照して、F−θレンズ60に関連する固有の問題を説明する。この図に示すように、処理対象は、そこに設けられた複数の開口を有する。全ての開口が、同じ大きさを有し配列上に同じ間隔で設けられるようになっている。しかしながら、製造公差及びF−θレンズ60における他の欠陥のために、光学的ゆがみが生じ、例えば、図18に示すように、処理対象における開口の配列が変形したり位置ずれしたりする。F−θレンズ60における生じた欠陥は、商業的に製造するのに受容することができない。従って、本発明は、F−θレンズ60によって生じる欠陥を補償するために制御システムを利用する。このF−θレンズ60の光学的ゆがみの問題に打ち勝つため、本発明は、制御システムを利用し、そこでは、目標領域の地図が作られ、従来の態様で、F−θレンズ60で欠陥が起こる場所、必要な補償が求められる場所を決定する。一度、そのような地図が作られると、制御システムはプログラミングすることができ、補償を求める領域における開口又は他の特徴を形成するとき、イルミネーション光学系を制御することができ、処理対象12における所望の開口を正確な位置に形成するように、必要な補償を提供することができる。そのような補償のために、システムは、商業的製造において許容することができる配列を形成することができる。このような技術は公知であり、説明しない。
【0062】
例えば、図19に示すように、F−θレンズ60における欠陥を補償するために、制御システムを適切にプログラムすることによって、均一な大きさ、形状を有し、均等に配置された開口を処理対象12における所望の位置に形成することができる。
【0063】
次に、図20を参照して、本発明の使用例を簡単に説明する。図に示すように、図示しないイルミネーションプリズムを通る3つの分離ビーム28,30,32があり、これらが、第1のガルボメータ52の第1の反射ミラー54に向けられていて、第2のガルボメータ58の第2の反射ミラー56に向けて反射されている。光が、第2のガルボメータ58の第2のミラー56で反射されると、3つの分離ビームが再度拡張を開始し、3つの分離ビーム28,30,32となる。これらの3つの分離ビームは3つの処理対象12,12’、12,”にレンズ60によって焦点を合わされ、3つの別々の対象物を同時に処理することが容易となり、システムの処理能力を向上することができる。処理能力は所望の対象を同時に処理するのに用いられるレーザビームの量を増減することにより変動することが理解される。
【0064】
次に、図21を参照して、図14に示す実施例の変形例を説明する。この実施例は、図14に示す実施例と極めて似ているので、図14に示すのと異なる構成要素について説明する。
この実施例の主な変更点は、第1の反射ミラー54の有効口径CAgを通るレーザビーム28,30,32が収束する前に、レーザビーム28,30,32を収束させるトレパニングモジュール80が追加されていることである。トレパニングモジュール80は、第1及び第2の相互に離れて配置された回転するウエッジプリズム82,84を有する。ウエッジプリズム82及び84の両者は、レーザビーム送出システム2の光軸に沿ってかつ同心をなすように配置される。互いに離れて配置された回転するウエッジ82,84は、3つの集中するビーム28,30,32の光軸に関して相対的に回転するように配置されている。そのような回転を容易にするために、ウエッジプリズム82,84の外周が、ベルト(参照番号なし)等によって回転ドライブ86,88に結合され、電動モータがウエッジプリズム82,84を回転駆動し、レーザビーム送出システム2の光軸周りに回転させる。
【0065】
ウエッジプリズム82及び84は、台形断面を有し、通例の方法で、レーザビームがウエッジプリズム82,84を通るように、光を変えることを容易にする。つまり、各ウエッジプリズム82,84の第1の前面90又は94は、レーザビーム送出システム2の光軸に垂直に延びる面を規定し、各ウエッジプリズム82,84の第2の後面92,96はレーザビーム送出システム2の光軸に対して90°よりも小さい角度をなす面を規定する。トレパニングモジュール80を操作している間、ウエッジプリズム82,84の両方は、レーザビーム送出システム2の光軸周りに1分間に約7,000〜20,000回の回転速度で回転する。しかしながら、所望のトレパニング効果(図22参照)を達成するために、第1のウエッジプリズム82を、第2のウエッジプリズム84の回転数とは異なる回転数で回転させる。この結果、3つのレーザビーム28,30,32が第1のウエッジプリズム82の第1の前面に入って通過するとき、3つのレーザビーム28,30,32はそれぞれ、少しだけ変化し、つまり、これらのレーザビームは第1のウエッジプリズム82の後面92から出ていくときに多少曲がる。この少し変化した光は第2のウエッジプリズム84の第1の前面94に向かい、そこで受光されてそこを通り、第2のウエッジプリズム84の第2の後面96から出ていくとき、同様に変化する。変化した光は、ミラー54の有効口径CAgを通り、上述の実施例と同様、処理対象12、または、同時に処理されるべき対象12,12’、12”に向けられる。
【0066】
第1及び第2のウエッジプリズム82,84の相対的な回転のために、第1のウエッジプリズム82の後面92から出る少し変化したレーザビーム28,30,32は第2のウエッジプリズム84の第1の前面94に沿って異なる位置に入射する。レーザビーム28,30,32の入射位置におけるそのような変化は、レーザビーム28,30,32が第2のウエッジプリズム84の第2の後面94を通って出るとき、レーザビーム28,30,32の曲げ角における変化を生じさせる。相対的な回転と、第2のウエッジプリズム84の第1の前面に沿ったレーザビーム28,30,32の入射位置における変化の正味の効果は、レーザビーム28,30,32のトレパニング(図22を参照)を容易にする機構を提供することであり、トレパニングモジュール80の操作の間、各レーザビームは、相互に一斉に内側又は外側に向かって放射状に旋回するように制御される。2つの回転ドライブ86,88は、第1及び第2のウエッジプリズム82,84の間の回転速度制御、回転方向及び相対的な回転差を容易に制御するために、コンピュータ98に接続されている。
【0067】
トレパニングモジュール80は、処理対象12,12’、12”の所望の表面における所望の開口又は他の特徴の所望の穿孔、バーニング、加工、成形などを容易にする。第1及び第2の回転ウエッジプリズム82及び84は、高回転速度であるため、極めて早く且つ効果的にトレパニング効果を生じせしめる。その理由は、3つのレーザビーム28,30,32の螺旋運動が2つの回転するウエッジプリズム82,84によってのみ制御され、レーザビーム送出システム2の残りのいずれの構成も移動する必要がなく、固定位置を保つからである。
【0068】
トレパニングモジュール80の操作の間、3つのレーザビーム28,30,32又はもし望まれるなら、単一のレーザビームが、第1及び第2のウエッジプリズム82,84を回転するために連続的に供給され、連続したトレパニング効果が提供され、または、その代わりに、レーザビームは、手近にあるものを適用して、所望の速さでパルス状に発することができることが理解される。上述のように、第1及び第2のリピートポジショナ52,58は、トレパニングモジュール80の操作の間、固定された位置で保持され、動きが安定化するまでリピートポジショナ52,58を待つ必要がない。図14に関してだけ説明したが、トレパニングモジュール80は、ここで説明したどの実施例についても適用することができる。
【0069】
もし、望まれるなら、1つ又はそれ以上のテレスコーピングレンズが、レーザ源とトレパニングモジュール80との間に配置され、トレパニングモジュール80によって変化される前に、レーザビーム28,30,32の所望の拡張が容易になる。加えて、1つ又はそれ以上のダイレーションレンズが、シャッタとトレパニングモジュール80との間に設けられ、変化されたレーザビームの適切な拡張が容易となる。
【0070】
図23及び24を参照して、単一のレーザビームを平行にされた複数のレーザビームに分割するための更なる2つの配置を説明する。レーザビーム6は、例えば、波長が355nmあるいは266nmであるIRビーム又はUVYAGレーザであってもよい。もしくは、波長が9.3又は9.4ミクロンのCO2 レーザ又はQスイッチCO2 レーザ、又は、例えば、532nmビームを用いることができる。
【0071】
これらの図に示すように、ビームスプリッタ装置69は、例えば、石英、溶融シリカ、又はIR材料を含んでいてもよい。レーザビーム6は、図示しないレーザ源から発せられ、一連のビームスプリッタ、例えば、第1及び第2の半反射ミラー又はビームスプリッタ68,70の内の第1のビームスプリッタ68に向けられる。ビームスプリッタ68,70は両方とも、供給される光の一部を通すように設計され、供給された残りのレーザビーム6を反射する。両方のビームスプリッタ68,70の透過/反射面63,65はレーザビーム送出システム2の光軸Aに関して、横断的に延びている。図23によれば、第1のビームスプリッタ68は30/70又は33.3/66.6のビームスプリッタであり、光軸Aに関して約20°から約80°の範囲の角度、好ましくは約60°の角度に配置された透過/反射面を有している。第1のビームスプリッタ68は、コリメート形式で供給されたレーザビームのほぼ33.3%を通し、ビーム32として光軸Aに沿って又は平行に供給し、供給されたレーザビームの残りの66.6%を100%の反射コーティングがされたスプリッタ装置69の裏の反射面71に向けて反射する。第1のビームスプリッタ68で反射された全ての光は、今度は反射面71で反射され、第2のビームスプリッタ70に向かう。
【0072】
第2ビームスプリッタ70は、第1ビームスプリッタ68と平行に延びるように置かれているが、第1ビームスプリッタ68が光軸Aとなす角度に応じて、第1ビームスプリッタ68から僅かな距離の間隔をおいて配置されている。第2ビームスプリッタ70の透過/反射面65は、レーザビーム送出システム2の光軸Aに関してやはり約20°から約80°の間の、好ましくは約60°の角度に向けられる。第1ビームスプリッタ68及び後方反射面71により反射される残りの66.6パーセントのレーザビームは、第2ビームスプリッタ70の透過/反射面65の方向に向けられ、透過/反射面65に入射する。第2ビームスプリッタ70が50/50ビームスプリッタであるため、第2ビームスプリッタ70は、供給されたレーザビーム6の約50パーセントが第2部分ビームスプリッタ70を通過し、ビーム30として光軸Aに沿って供給されることを可能にする一方、残りの部分(すなわち供給されたレーザビーム6の約50パーセント)を後方反射面71の別の領域に向けて反射する。
【0073】
実質上、第2ビームスプリッタ70により反射されたレーザビームの全体が、今度は反射面71によって反射され、第1及び第2レーザビーム30及び32と平行なビーム28として、光軸Aに沿ってすなわちそれと平行に供給される。前述のように、これら3つのビーム28、30、32全てが実質上平行であり、第1及び第2ビームスプリッタ68及び70と後方反射面71とが、供給されたレーザビームの所望の部分を、レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って平行に、3つの別々のビーム28、30及び32として反射するだけであることは、理解されよう。
【0074】
次に図24を参照して、更なる実施例に関する詳細な説明を行う。本実施例は先の実施例と非常に似ているので、本実施例と先の実施例との相違点のみを詳細に説明する。
本図から分かるように、スプリッタ装置69は、少なくとも2つ、できれば3つの一体型プリズムウェッジ68'、70'及び72'を有する。先の実施例と同様に、レーザビーム6がレーザ(図示されていない)から発射され、一対の部分反射要素すなわちビームスプリッタ68'及び70'の内、第1プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'の透過/反射面63に向けられる。プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'、70'の双方の透過/反射面63、65は、供給光の一部を通過させる一方で、供給されたレーザビーム6の残りの部分を反射するように構成されている。プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'及び70'のそれぞれは、レーザビーム送出システム2の光軸Aに対し横切って延びる透過/反射面63、65を有している。先の実施例と同様に、第1プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'は、光軸Aに対して約20°から約80°の間の、好ましくは約60°の角度で配置された透過/反射面63を有する、30/70あるいは33.3/66.6ビームスプリッタである。第1プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'は、供給されたレーザビームのほぼ33.3パーセントを平行な形で通過させ、光軸Aに沿ってすなわちそれと平行にビーム32として供給する一方で、供給されたレーザビームの残り66.6パーセントを100%反射被覆を備えたスプリッタ装置69の後方反射面71に向けて反射する。第1プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'により反射された光の全てが、今度は反射面71によって第2ビームスプリッタ70'に向けて反射される。
【0075】
第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70'もまた、第1ビームスプリッタ68'の透過/反射面と平行にではあるが、そこから僅かな距離の間隔をおいて配置された透過/反射面65を有している。第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70'の透過/反射面65もまた、レーザビーム送出システム2の光軸Aに対して約20°から約80°の間の、好ましくは60°の角度に向けられている。第1ビームスプリッタ68' 及び後方反射面71により反射された残りの66.6パーセントのレーザビームは、第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70'の透過/反射面65に向けられ、そこに入射する。第2ビームスプリッタ70'が50/50ビームスプリッタであるため、第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70'は供給されたレーザビーム6の約50パーセントを通過させ、ビーム30として光軸Aに沿って供給されるようにすると共に、残りの部分(すなわち供給されたレーザビーム6の約50パーセント)を後方反射面71の別の領域に向けて反射する。実質上、第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70'により反射されたレーザビームの全てが、今度は反射面71により反射され、第1及び第2レーザビーム30及び32と平行なビーム28として、光軸Aに沿ってすなわちそれと平行に供給される。前述のように、3つのビーム28、30、32全てが実質上平行であり、第1及び第2ビームスプリッタ68'及び70'と後方反射面71とが、供給されたレーザビームの所望の一部分を、レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って平行に反射するだけであることは理解されよう。
【0076】
プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68'、70'あるいは72'のベース角及びレーザビーム6の入射角を変化させることによって、放射されるレーザビーム28、30及び32のそれぞれの出力角が容易に変更できることは理解されるであろう。
【0077】
個々のレーザビーム28、30及び32の間の間隔は、レーザビーム6とスプリッタ装置69との角度上の関係を変化させること、及び/あるいは第1ビームスプリッタ68'と第2ビームスプリッタ70'との間隔を増加あるいは減少させること、及び/あるいはスプリッタ装置69の厚さを増加あるいは減少させることのいずれかによって、容易に変更することができる。更に、熟練した当業者にとっては明白なことであろうが、単一のレーザビーム6から生成される別々なレーザビームの数量は、スプリッタ装置69に沿って設けられる、順に配置されたビームスプリッタ68'、70'の数量を変化させること及び各ビームスプリッタの透過/反射特性を適切に変化させることによって、増加あるいは減少させることができる。
【0078】
例えば、図23に示すように、第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ70の透過/反射面65と平行にではあるが、そこから僅かな距離の間隔をおいて配置された透過/反射面67を有する第3ビームスプリッタ72を用いてもよい。第3ビームスプリッタ72の透過/反射面67も、レーザビーム送出システム2の光軸Aに対してやはり約20°から約80°の間の、好ましくは約60°の角度に向けられる。第1及び第2プリズムウェッジ・ビームスプリッタ68及び70の透過/反射面63及び65は、低パーセンテージのレーザビーム、例えば供給されたビームのそれぞれ25%及び33.3%を通過させる一方で、残りの供給光の全てを、各透過/反射面63及び65によって後方反射面71に向けて反射させ、また第3ビームスプリッタ72の透過/反射面67へ向けて入射させる。第3ビームスプリッタ72が50/50ビームスプリッタであるため、第3ビームスプリッタ72は、供給されたレーザビーム6の約50パーセントを通過させ、ビーム28として光軸Aに沿ってすなわちそれと平行に供給されるようにする一方、残りの部分(すなわち供給されたレーザビーム6の約50パーセント)を後方反射面71の別の領域に向けて反射する。実質上、第3ビームスプリッタ72により反射されたレーザビームの全てが、今度は反射面71によって反射され、第1、第2及び第3レーザビーム30、32及び28と平行なビーム128として、光軸Aに沿ってすなわちそれと平行に供給される。前述のように、これら4つのビーム28、30、32及び128の全てが実質上平行であり、第1、第2及び第3ビームスプリッタ68'、70'及び72'と後方反射面71とが、供給されたレーザビームの所望の一部分をレーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って平行に反射するだけであることは、理解されよう。
【0079】
さて図25及び26を参照して、回転可能なモジュール122に関する詳細な説明を行う。この実施例によれば、上記の実施例と同様に、レーザビーム6がレーザ源4によって生成され、1つ以上のレンズ104、106及びできれば1つ以上のコンピュータ生成ホログラム(図示されていない)等の、光が適切に平行化され、かつ/あるいは特定の用途に応じて所望の形状に変換される整形手段を経て進んで行く。平行化及び変換された光は、次に最終コンピュータ生成ホログラム120の後面に入り、そこで光が整形され、最終コンピュータ生成ホログラム120の前面から第1の一対の中央イルミネーションプリズム140、140'、すなわち収束手段に向けて、3つの等しい大きさ及び形状のレーザビーム28、30、32として放射される。各中央イルミネーションプリズム140、140'は、どちらもレーザビーム送出システム2の光軸Aと垂直に延びる1組の対向する平面(番号は付されていない)と、それぞれレーザビーム送出システム2の光軸Aと鋭角を形成する1組の傾斜面(番号は付されていない)とを有している。2つの中央イルミネーションプリズム140、140'は、互いに向き合う関係に位置している。それぞれ開放及び閉鎖可能なドアを有する3つの個々のシャッター127、127'、127''が、2つの中央イルミネーションプリズム140、140'の間に配置されている。3つの個々のシャッター127、127'、127''のそれぞれは、3つの別々のビーム28、30、あるいは32の内のそれぞれ1つを遮断するか、あるいはそれぞれのシャッターを通過させて処理対象12に向けることができるよう、3つの別々のビーム28、30、あるいは32の内の1つを制御するように位置決めされている。
【0080】
第2中央イルミネーションプリズム140'は、前述のように、通常2つの外側のビーム28及び32を収束させるように構成されているが、中央のビーム30は、第1及び第2中央イルミネーションプリズム140、140'によって影響されず、変化させられないままでいる。第2中央イルミネーションプリズム140'が調節アセンブリ(図示されていない)に接続され、それによって支持され、モータードライブ(図示されていない)に接続されているため、第2中央イルミネーションプリズム140'は、3つのレーザビーム28、30、32の相対位置を調節するために、必要に応じて、レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って前後に移動させることができる。本実施例によれば、最終コンピュータ生成ホログラム120、第1及び第2中央イルミネーションプリズム140、140'、及び3つの個々のシャッター127、127'、127''と調節アセンブリは、全て回転可能なモジュール122によって支持され、その内部に収納されている。回転駆動装置124(概略のみ示されている)は、回転可能なモジュール122に接続されて、回転可能なモジュール122が光軸Aに関してどちらの回転方向にも回転できるようにしている。こうした仕組みにより、回転駆動装置124によって、回転可能なモジュール122をレーザビーム送出システム2の光軸Aに関して例えば反時計回りに90°といった所望する量だけ回転させることができるため、図25から分かるように当初は全て水平面上にある3つのビーム28、30及び32の方向が、図26から分かるように今度は3つのビーム28、30及び32の全てが垂直面上にあるような方向に変化する。
【0081】
次に図27を参照して、ビームスプレッダモジュール126に関する詳細な説明を行う。前述の実施例と同様に、中央イルミネーションプリズム140は、レーザビーム28、30及び32の経路を適切に変化させるのに役立つように設けられている。中央イルミネーションプリズム140は、いずれもレーザビーム送出システム2の光軸Aに対して垂直に延びる1組の対向する平面142、144と、それぞれレーザビーム送出システム2の光軸Aと鋭角を形成する1組の傾斜面146、148とを有している。好ましくは、その鋭角は70°から99°の間であり、最も好ましくは約89.5°である。前述の実施例と同様に、中央イルミネーションプリズム140は、調節アセンブリ145により支持され、レーザビーム送出システム2の収束特性を調節するために、レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って中央イルミネーションプリズム140を軸方向に前後に移動させることができるよう、モータードライブ(図示されていない)に接続されていてもよい。
【0082】
レーザビーム送出システム2の光軸Aに対して垂直に延びる中央イルミネーションプリズム140の中央の平面142は、3つの等しい大きさ及び形状のレーザビーム28、30及び32の中央のビーム30を方向転換させず、中央の平面142は、中央のビーム30の形状、角度及び/あるいは経路に実質上影響を与えることなく、そのまま光を通過させる。
【0083】
本図から分かるように、ビーム分離モジュールすなわちスプレッダモジュール126は、一般に第1組及び第2組の間隔を置いたプリズムウェッジ130、130'及び132、132'を備えている。供給ビームが前記のように生成され、中央に位置するプリズム140によりビームスプレッダモジュール126に向けて供給される。ビームスプレッダモジュール126を形成する各プリズムウェッジ130、130'及び132、132'は、光軸Aに垂直に配置された第1面134と、光軸Aに対して角度θで配置された第2面136とを備えており、つまり第2面136に垂直に延びる線が光軸Aと角度θを形成していることになる。少なくとも第2組、好ましくは第1組及び第2組の両方のプリズムウェッジ130、130'及び132、132'は、調節アセンブリ(図示されていない)によって支持され、モータードライブ(図示されていない)に接続されており、その結果、少なくとも1組のプリズムウェッジ130、130'及び/あるいは132、132'は、間隔を距離P1から距離P2に変えるよう、中央のビーム30に対する外側のレーザ28及び32の分離の量すなわち度合いを調節するために必要なとき、1)レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って前後に移動可能であり、かつ/あるいは2)前記間隔を置いた1組のプリズムウェッジを形成している他方の協働するプリズムウェッジ130、130'あるいは132、132'に近づくか又は遠ざかるように移動可能である。プリズムウェッジに関して調節アセンブリ54を適切に制御することにより、中央のビーム30に対する2つの外側のビーム28、32の所望の乖離度を容易に調節することができる。
【0084】
第1組の間隔を置いたプリズムウェッジ130、130'は、各外側のビーム28あるいは32が第1プリズムウェッジ130あるいは130'の第1面134に入り、第1プリズムウェッジ130あるいは130'の第2面136から光軸Aに対して角度θで出て行く。つまり第1組のプリズムウェッジ130あるいは130'は、中央のビーム30から所望の距離(すなわちP2−P1)だけ放射状に遠ざかるように、各外側のビーム28、32を方向転換させるのである。
【0085】
第2組の間隔を置いたプリズムウェッジ132、132'は、各外側のビーム28あるいは32が、光軸Aに対して角度θで各プリズムウェッジの第2面136に入り、各プリズムウェッジ132あるいは132'の第1面134から出て行き、その結果各外側のビーム28あるいは32が再び光軸Aに平行に伝えられる、すなわち進行して行くように、配置される。つまり、第2組のプリズムウェッジ132、132'は、それぞれ外側のビーム28あるいは32の内1つを受け入れ、そのビームを光軸Aと平行に方向転換させるのである。
【0086】
図28を参照して、更なる実施例に関する詳細な説明を行う。本実施例は、図27の実施例と非常によく似ているため、本実施例と先の実施例との相違点のみを詳細に論じる。
この図から分かるように、ビーム分離モジュールすなわちスプレッダモジュール126は、一般に第1組及び第2組の間隔を置いたプリズムウェッジ150、150'及び152、152'を備えている。供給ビーム28、30及び32が前記のように生成され、中央に位置するプリズム140によりビームスプレッダモジュール126に向けて供給される。ビームスプレッダモジュール126を形成する各三角プリズムウェッジ150、150'及び152、152'は、光軸Aに実質上垂直に配置された第1面156と、光軸Aに対して角度θで配置された第2面158とを備えており、つまり第2面158に垂直に延びる線が光軸Aと角度θを形成していることになる。各三角プリズムウェッジ150、150'及び152、152'は、調節アセンブリ45によって支持され、モータードライブ(図示されていない)に接続されており、その結果、各プリズムウェッジは、中央のビーム30に対する外側のレーザビーム28及び32の分離の量すなわち度合いを調節するために必要なとき、1)レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って前後に移動すること、2)三角プリズムウェッジの回転軸の周囲に回転すること、3)他方の協働する三角プリズムウェッジに近づくか又はそれから遠ざかるように移動することの内少なくともどれか1つが可能である。各三角プリズムウェッジに関して調節アセンブリ45を適切に制御することにより、中央のビーム30に対する2つの外側のビーム28、32の所望の収束度あるいは乖離度を容易に調節することができる。
【0087】
第1組の間隔を置いた三角プリズムウェッジ150、150'は、各外側のビーム28あるいは32がプリズムウェッジ150あるいは150'の第ニ面158に入り、プリズムウェッジ150あるいは150'の第1面156から光軸Aに対して角度θで出て行く。つまり第1組のプリズムウェッジ150あるいは150'は、光軸Aから放射状に遠ざかるように、各外側のビーム28、32を方向転換させるのである。
【0088】
第2組の間隔を置いたプリズムウェッジ152あるいは152'は、各外側のビーム28あるいは32が、光軸Aに対して角度θで三角プリズムウェッジの第2面158に入り、各プリズムウェッジの第1面156から出て行き、その結果、各外側のビーム28あるいは32が再び光軸Aに平行にではあるが光軸から更に離れた状態で伝えられる、すなわち進行して行くように配置される。つまり、第2組のプリズムウェッジ152、152'は、それぞれ外側のビーム28あるいは32の内1つを受け入れ、そのビームを光軸Aと平行に方向転換させるのである。
【0089】
中央ビーム30に関して放射状になるよう外側ビーム28、32を間隔を置いて配置する、或いは分離するためのビーム分離モジュール或いはスプレッダモジュール126が、中央ビーム30に対する外側ビーム28,32の位置、間隔、及び/或いは方向を変更するための回転モジュール122と更に組み合わされていても良いことは理解されよう。本発明により直ちに達成されるビーム配列の可能な多様性が図29に示されている。3つのレーザビームからなるセットの夫々は全て単一の面BP内にあるが、互いの間の相対的間隔及び/或いは水平方向の/鉛直方向の関係が個々の実施例に応じて変更され得ることは理解されよう。
【0090】
次に、図30を参照すると、本発明に基づいた更なる実施例に関して詳細に示した図面が開示される。この実施例によれば、レーザ源4により生成されたレーザビーム6は、光が集光され平行にされる第1コンピュータ生成ホログラム20を通って進む。集光され平行にされた光は、第1コンピュータ生成ホログラム20の前面から出て、第2コンピュータ生成ホログラム21の後面に供給される。第2コンピュータ生成ホログラム21は、その集光され平行にされた光をガウスプロフィールからラインイメージプロフィールに集光或いは変換し、そのラインイメージプロフィールを第2コンピュータ生成ホログラム21の前面から十分なフラットトップビーム或いは所望の波面として出す。そのラインイメージプロフィールを有する光は、その後、光が分割されて出される第3コンピュータ生成ホログラム23の後面に入り、第3コンピュータ生成ホログラム23の前面から、一組の第1イルミネーションプリズム140,140’、即ち、収束機構に向かって、等しい大きさ及び形の3つのイメージプロフィールレーザビーム28,30,32として出される。イルミネーションプリズム140,140’の夫々は、レーザビーム送出システム2の光軸Aに垂直となるように延びる1組の対向平面と、レーザビーム送出システム2の光軸Aに対して鋭角をなす1組の傾斜面とを有している。2つのイルミネーションプリズム140,140’は、互いに対向するように配置される。複数の開閉自在なドアを有するシャッター(図示省略)が2つのイルミネーションプリズム140,140’間に配置され、シャッターを通過し、第2イルミネーションプリズム140’を通過した後に処理対象の物12に導かれる、分離されたビーム28,30,或いは32の数を調節できるようにされている。
【0091】
第2イルミネーションプリズム140’は、ラインイメージプロフィールを有する2つの外側ビーム28,32の夫々のイルミネーション経路が第1リピートポジショナ52のミラー54の開口部(有効口径)をもっぱら通過するよう当該2つの外側ビームを集光する。一方、中央ビーム30は、第1及び第2イルミネーションプリズム140,140’によって影響を及ぼされず、不変であるように維持される。等しい大きさ及び形の平行な線状の3つのレーザビーム28,30,32の重なりの度合いを必要に応じて調節するため、第2イルミネーションプリズム140’が、レーザビーム送出システム2の光軸Aに沿って前後に移動されるよう、第2イルミネーションプリズム140’は、モータドライブ(図示省略)に接続された調節アセンブリ45に接続され、該調節アセンブリによって保持されている。第2イルミネーションプリズム140’の適当な調節によって、中央ビーム30と十分な重なりをなす、2つの外側ビーム28,32の所望の集光を実現することができ、その結果、3つのビーム28,30,32全てが第1リピートポジショナ52のミラー54の有効口径をもっぱら通過するようになる。
【0092】
3つのビーム全てが第1ミラー54に入射し反射すると、3つのビーム28,30,32全ては、第2リピートポジショナ56によって制御される第2ミラー58で反射し、F−θレンズ60に突き当たる前に、特定のピッチに再拡張すると共に相互に間隔を置き始める。拡張された3つのビーム28,30,32の夫々は、その後、F−θレンズ60の固有の光学的特質を介して、従来の手法により、変じられる。最後に、変じられた光は、F−θレンズ60の前面64から、3つの同等で矩形の開口を処理対象12に形成すべく、処理対象12に照射される。
【0093】
3つのビーム28,30,32が継続的に3つの同等な開口を処理対象12に形成しているときに、処理対象12を保持するテーブル111がX方向或いはY方向に移動されるか、或いは、リピートポジショナ52,56がX方向或いはY方向に適切に移動されると、当該システムが、処理対象12のレーザダイシング或いは切断に使用され得ることが理解されよう。1つの切断方向に沿った所望の量のダイシング或いは切断が処理対象12に対してなされると、今度は、テーブル111が90°回転され、第1の方向に対して垂直な第2の方向に沿った所望の量のダイシング或いは切断が処理対象12に対してなされても良い。
【0094】
次に、図31を参照して、図30の実施例の変形例に関する手短な検討を行う。この実施例では、同一の構成要素に対しては同一の参照符号が付され、これらの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
この実施例と先に述べた実施例との間の主な違いは、F−θレンズをイメージングレンズに取り替えたこと、第2イルミネーションプリズム140’、第1及び第2リピートポジショナ52,56を取り除いて単一の反射ミラー240を設けたことである。このような構成とされているため、レーザビーム28,30,32がシャッター(図示省略)を通過する際には、3つのビーム全てが互いに平行の状態で進み、互いに集光しない。従って、3つのビーム28,30,32は互いに平行となる状態で移動してミラー240に突き当たり、該ミラー240では、3つのビーム28,30,32が反射されてイメージングレンズ60に向かう向きに方向が変えられる。3つのビーム28,30,32の夫々は、その後、イメージングレンズ60の固有の光学的特質を介して、従来の手法により、変じられる。最後に、変じられた光は、イメージングレンズ60の前面64から、3つの同等で矩形の開口を処理対象12に形成すべく、処理対象12に照射される。
【0095】
3つのビーム28,30,32が継続的に3つの同等な開口を処理対象12に形成しているときに、処理対象12を保持するテーブル111がX方向或いはY方向に移動されると、上述のように、当該システムが、処理対象12のレーザダイシング或いは切断に使用され得ることが理解されよう。
【0096】
レーザビーム送出システム2は、重層化した材料に対する穴あけ、MEMSの三次元構造化、ステレオリソグラフィ、メモリ又はICの修理構成のためのリンクブローイングや、マスク修理、すなわち、リソグラフィ用マスクのレーザによる清掃支援に用いられても良い。また、或いは、レーザビーム送出システム2は、感光性物質の露光や、或いは、ダイレクトレーザイメージングに用いられても良い。本発明の好ましい実施形態によれば、シャッタ、ドア、ガルボメータ等の個々の構成要素全てのX,Y,Z方向の移動は、補間動作を介して実現される。
【0097】
本発明の意図するところ及び範囲から逸脱しない限り、上記の改良されたレーザビーム送出システムに改変を加えても良いのは勿論であり、上記説明及び添付の図面に示された論旨が本発明の概念の一例を示すものに過ぎず、これをもって本発明を限定的に解釈してはならないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 焦点加工に関連する従来技術を表す図である。
【図2】 結像に関連する従来技術を表す図である。
【図3】 結像のためのレーザビーム送出システムの第1実施例の図であり、(a)は、システムを示す図、(b)は、放出された初期レーザビームの波形を示す図、(c)は、初期レーザビームの分離後の、像平面における3本のレーザビームの波形を示す図である。
【図4】 焦点加工と共に使用される第1実施例の変形を示す図である。
【図5】 結像のためのレーザビーム送出システムの第2実施例の図である。
【図6】 焦点加工と共に使用される第2実施例の変形を示す図である。
【図7】 結像のためのレーザビーム送出システムの第3実施例の図である。
【図8】 焦点加工と共に使用される第3実施例の変形を示す図である。
【図9】 結像のためのレーザビーム送出システムの第4実施例の図である。
【図10】 焦点加工と共に使用される第4実施例の変形を示す図である。
【図11】 結像のためのレーザビーム送出システムの第5実施例の図である。
【図12】 焦点加工と共に使用される第5実施例の変形を示す図である。
【図13】 結像のためのレーザビーム送出システムの第6実施例の図である。
【図14】 焦点加工と共に使用される第6実施例の変形を示す図である。
【図15】 光軸に沿って供給するための複数の別個の平行なビームにレーザビームを分離する様子を示した分解図である。
【図16】 第1リピートポジショナのミラーの開口部を貫通する際の点の重なり状態を3形態示す図である。
【図17】 F−θレンズにおけるひずみを補償するために、処理対象において、点の大きさ及び開口の間隔を修正するための制御システムを示す図である。
【図18】 F−θレンズにおけるひずみを補償しないで複数の開口が開けられた対象を示す図である。
【図19】 制御システムによりF−θレンズにおけるひずみが補償された複数の開口が開けられた対象を示す図である。
【図20】 システムの処理量を増すために3つの対象を同時に処理する際に使用される分離された3本のビームを示す図である。
【図21】 トレパニングモジュールを追加した図14に示す実施例の図である。
【図22】 図21のトレパニングモジュールより達成されたレーザビームのトレパニングパスを示す図である。
【図23】 光軸に沿って供給するための複数の別個の平行なビームにレーザビームを分離するためのさらなる実施例の図である。
【図24】 光軸に沿って供給するための複数の別個の平行なビームにレーザビームを分離するための別の実施例の図である。
【図25】 システムの光軸についてビームを回転させるための回転可能なスプリッタモジュールを示す斜視図である。
【図26】 システムの光軸について90度ビームを回転させた後の、図25の回転可能なスプリッタモジュールを示す斜視図である。
【図27】 外側のビームを、システムの光軸に沿って供給された中央のビームから半径方向にさらに離すための実施例の斜視図である。
【図28】 外側のビームを、システムの光軸に沿って供給された中央のビームから半径方向にさらに離すための別の実施例の斜視図である。
【図29】 様々な可能なビームの配置を示す図である。
【図30】 表面に長方形の開口を形成するためのビームを形成するための実施例を示す斜視図である。
【図31】 表面に長方形の開口を形成するためのビームを形成するための別の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
2: レーザビーム送出システム
4: レーザ
6: レーザビーム
8: レーザビームスプリッタ/シェーパ/コリメータ装置
10: 上面
12: 処理対象
20: コンピュータ生成ホログラム
22: 前面
24: 後面
26: 像平面
27: シャッタ
28: レーザビーム
29: ドア
30: レーザビーム
32: レーザビーム
34: コリメーティング光学系
40: イルミネーションプリズム
41: プリズム
42: 平面
43: 鏡
44: 平面
45: 調節アセンブリ
46: 傾斜面
48: 傾斜面
50: モータ
52: リピートポジショナ
54: ミラー
56: リピートポジショナ
60: F−θレンズ
68: ビームスプリッタ
69: ビームスプリッタ装置
70: ビームスプリッタ
71: 後方反射面
80: トレパニングモジュール
82: ウエッジプリズム
84: ウエッジプリズム
122: 回転モジュール
126: スプレッダモジュール
130: プリズムウエッジ
132: プリズムウエッジ
150: プリズムウエッジ
152: プリズムウエッジ
Claims (20)
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを少なくとも3つの分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記少なくとも3つの分離されたレーザビームが互いに平行となる状態で当該レーザビーム送出システムの光軸に沿って供給されるよう、前記少なくとも3つの分離されたレーザビームを互いに平行にするための平行光学素子と、
前記平行光学素子からの互いに平行なレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記少なくとも3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記複数の分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズとを備え、
前記少なくとも3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置に近づくにつれて、前記少なくとも3つの分離されたレーザビームが相互に収束され、このように生成された光レーザビーム全てが前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通過するようにしたことを特徴とするレーザビーム送出システム。 - 前記形成手段は、コンピュータ生成ホログラムを有し、
該コンピュータ生成ホログラムは、像面で光レーザビームを少なくとも3つの分離されたレーザビームに分離させるものであることを特徴とする請求項1に記載のレーザビーム送出システム。 - 前記3つの分離されたレーザビームが互いに平行となる状態で当該レーザビーム送出システムの光軸に沿って供給されるよう、前記コンピュータ生成ホログラムによって生成された前記3つの分離されたレーザビームを平行にするための平行光学素子を前記像面近傍に配置したことを特徴とする請求項2に記載のレーザビーム送出システム。
- 前記平行光学素子と前記ガルバノメータ装置のミラーとの間にイルミネーションプリズムを配置して、前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置に近づくにつれて、前記3つの分離されたレーザビームを相互に収束させ、このように生成された光レーザビーム全てがガルバノメータ装置のミラーの開口部を通過するようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザビーム送出システム。
- 前記複数の分離されたレーザビームを前記F−θレンズ及び前記処理対象の方向に向けるため前記ガルバノメータ装置を2つ配置したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザビーム送出システム。
- 前記F−θレンズは、前記2つのガルバノメータ装置と前記処理対象との間に配置され、前記F−θレンズは、前記複数の分離されたレーザビームの夫々が前記処理対象に入射する前に焦点に集められるよう前記処理対象と十分な間隔を置いて配置されたことを特徴とする請求項5に記載のレーザビーム送出システム。
- 前記F−θレンズは、前記2つのガルバノメータ装置と前記処理対象との間に配置され、前記処理対象は、前記F−θレンズの焦点面となる位置に配置されたことを特徴とする請求項5に記載のレーザビーム送出システム。
- 前記レーザビームはガウスプロフィールを有し、前記コンピュータ生成ホログラムは、該ガウスプロフィールを有するレーザビームを、夫々が実質的にフラットトップポーションプロフィールを有する3つの分離されたレーザビームに変換することを特徴とする請求項2に記載のレーザビーム送出システム。
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを複数の分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記複数の分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
を備え、
前記収束機構は、ドライブに接続されたイルミネーションプリズムを有し、該ドライブは、前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る前記複数の分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため、当該レーザビーム送出システムの光軸に沿って前後方向に前記イルミネーションプリズムを移動させることを特徴とするレーザビーム送出システム。 - 前記イルミネーションプリズムは、前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る前記レーザビームの収束を促進するため、当該レーザビーム送出システムの光軸に垂直となるように延びる1組の対向平面と、当該レーザビーム送出システムの光軸に対して鋭角をなすように延びる1組の傾斜面と、を有することを特徴とする請求項9に記載のレーザビーム送出システム。
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを3つの分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記3つの分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
を備え、
前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通過するよう、1組のプリズムが、前記3つの分離されたレーザビームのうちの2つのビームが中央ビームに対して収束することを促進し、該1組のプリズムは、前記3つの分離されたレーザビームの集光の度合いを調節するため前記光軸に沿って前後方向の移動が可能であることを特徴とするレーザビーム送出システム。 - 前記1組のプリズムは、前記3つの分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため、光軸に垂直かつ3つに分離された方向に垂直な回転軸に対して回転可能であることを特徴とする請求項11に記載のレーザビーム送出システム。
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを3つの分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記3つの分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
を備え、
前記3つの分離されたレーザビームが前記ガルバノメータ装置の第1ミラーの開口部を通過するよう、1組の屈折ミラーが設けられており、前記3つの分離されたレーザビームのうちの2つのビームが中央ビームに対して収束することを促進し、前記1組の屈折ミラーは、前記3つの分離されたレーザビームの収束の度合いを調節するため前記光軸に沿って前後方向に移動が可能であることを特徴とするレーザビーム送出システム。 - 前記形成手段は、一連のビームスプリッタを有し、該一連のビームスプリッタは、当該レーザビーム送出システムの光軸に平行な、供給された前記レーザビームの一部分を反射すると共に、供給された前記レーザビームの残りの部分を通過させることを特徴とする請求項1に記載のレーザビーム送出システム。
- 前記形成手段は、ビームスプリッタ装置を有し、該ビームスプリッタ装置は、当該レーザビーム送出システムの前記光軸に平行となるよう供給される少なくとも3つの分離されたレーザビームに、供給された前記レーザビームを分離し、該ビームスプリッタ装置は、前記レーザビームの一部分を通過させると共に、供給された前記レーザビームの残りの部分を反射する部分反射面を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザビーム送出システム。
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを3つの分離されたレーザビームにするコンピュータ生成ホログラムを有する形成手段と、
前記形成手段により形成された前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える第1及び第2イルミネーションプリズムと、第1及び第2イルミネーションプリズム間に配置された3つの個別のシャッターとを有する収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記3つの分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
前記コンピュータ生成ホログラムと、第1及び第2イルミネーションプリズムと、前記3つの個別のシャッターとが全て回転モジュールに支持されると共に収納され、前記光軸に関して前記回転モジュールを回転させるため、前記回転モジュールに回転ドライブが接続されたことを特徴とするレーザビーム送出システム。 - レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを3つの分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記3つの分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
2つの外側ビームを中央ビームに対して間隔を置いて配置するためのスプレッダモジュールと、
前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔を調節するべく、第1の1組のプリズムの第2の1組のプリズムとの間隔を空ける調節機構とを備えることを特徴とするレーザビーム送出システム。 - 前記調節機構は、夫々のプリズムを光軸に垂直かつ少なくとも3つに分離された方向に垂直な回転軸に関して回転させると共に、前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔の調節の支援を行う回転機構を有することを特徴とする請求項17に記載のレーザビーム送出システム。
- レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを3つの分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記3つの分離されたレーザビームの進む方向を、ガル バノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前3つの分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記3つの分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
2つの外側ビームを中央ビームに対して放射状になるよう間隔を置いて配置するためのスプレッダモジュールと、前記中央ビームに対する前記2つの外側ビームの間隔を調節するべく、第1の1組のプリズムの第2の1組のプリズムとの間隔を空けさせる調節機構と、を有し、前記スプレッダモジュール及び前記調節機構は回転モジュールに収納され、当該レーザビーム送出システムの光軸に関して前記回転モジュールを回転させるための回転ドライブが前記回転モジュールに接続されたことを特徴とするレーザビーム送出システム。 - レーザビームを出力するレーザ源と、
前記レーザ源からのレーザビームの出力を受けると共に、該レーザビームを複数の分離されたレーザビームにする形成手段と、
前記形成手段により形成された前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、ガルバノメータ装置のミラーの開口部を通る方向に変える収束機構と、
前記収束機構により前記ミラーの開口部を通る方向に変えられた前記複数の分離されたレーザビームの進む方向を、F−θレンズに向かう方向に変える前記ガルバノメータ装置と、
前記複数の分離されたレーザビームの焦点を処理対象に合わさせる前記F−θレンズと、
前記収束機構と前記ガルバノメータ装置との間に配置されたレーザビームを螺旋旋回させるためのトレパニングモジュールを有し、該トレパニングモジュールは、当該レーザビーム送出システムの光軸に沿って配置され、該光軸と同心とされた、連続的に間隔を置いて配置された第1及び第2の回転ウエッジプリズムを有することを特徴とするレーザビーム送出システム。
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