JPH052146A - ビームポジシヨナ - Google Patents
ビームポジシヨナInfo
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- JPH052146A JPH052146A JP3151862A JP15186291A JPH052146A JP H052146 A JPH052146 A JP H052146A JP 3151862 A JP3151862 A JP 3151862A JP 15186291 A JP15186291 A JP 15186291A JP H052146 A JPH052146 A JP H052146A
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- Japan
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- focus
- axis
- position control
- control signal
- beam positioner
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
- B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板毎に加工面高さが違う場合や、同一基板
内でも部品の加工面高さが種々異なる場合であっても、
焦点ぼけや位置ずれなしに、連続して良好な状態の加工
ができるレーザ加工機用のビームポジショナを得ること
である。 【構成】 それぞれ回転軸に反射ミラー２３と２４とを
取付けた２軸の偏向用ガルバノメータ２１と２２と、ｆ
・θ型の対物レンズ３１とからなる基本構成のビームポ
ジショナにおいて、ｆ・θ型の対物レンズ３１に入射す
る光ビームを発散気味あるいは絞り気味に調整すること
により焦点位置を前後に調整する焦点調整用光学系１１
と、この焦点位置調整にともなって発生する集光位置ず
れを補正する位置補正回路４１を付加して構成され、位
置補正回路４１が前記焦点調整用光学系１１から出力さ
れる焦点位置信号５を用いて前記ガルバノメータ２１と
２２とに供給される位置制御信号に補正を行うものであ
る。
内でも部品の加工面高さが種々異なる場合であっても、
焦点ぼけや位置ずれなしに、連続して良好な状態の加工
ができるレーザ加工機用のビームポジショナを得ること
である。 【構成】 それぞれ回転軸に反射ミラー２３と２４とを
取付けた２軸の偏向用ガルバノメータ２１と２２と、ｆ
・θ型の対物レンズ３１とからなる基本構成のビームポ
ジショナにおいて、ｆ・θ型の対物レンズ３１に入射す
る光ビームを発散気味あるいは絞り気味に調整すること
により焦点位置を前後に調整する焦点調整用光学系１１
と、この焦点位置調整にともなって発生する集光位置ず
れを補正する位置補正回路４１を付加して構成され、位
置補正回路４１が前記焦点調整用光学系１１から出力さ
れる焦点位置信号５を用いて前記ガルバノメータ２１と
２２とに供給される位置制御信号に補正を行うものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザビームを利用して
基板上の抵抗膜のトリミングなどを行うレーザ加工機に
関し、特に、この加工機に用いられるガルバノメータを
用いて光ビームの移動を行うビームポジショナに関す
る。
基板上の抵抗膜のトリミングなどを行うレーザ加工機に
関し、特に、この加工機に用いられるガルバノメータを
用いて光ビームの移動を行うビームポジショナに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザビームを利用したレーザ加
工機においては、その使用目的からみて、被加工物の位
置を移動するか、または光ビームの位置を移動するか
の、どちらかが必要不可欠である。高い処理能力を必要
とする用途としては、加工速度の観点から、移動部分が
軽量・小型にできて高速移動が可能なビーム移動方式、
特にその中でも高速移動が可能なガルバノメータ型のビ
ームポジショナが多く用いられている。
工機においては、その使用目的からみて、被加工物の位
置を移動するか、または光ビームの位置を移動するか
の、どちらかが必要不可欠である。高い処理能力を必要
とする用途としては、加工速度の観点から、移動部分が
軽量・小型にできて高速移動が可能なビーム移動方式、
特にその中でも高速移動が可能なガルバノメータ型のビ
ームポジショナが多く用いられている。
【０００３】図５は従来使用されているガルバノメータ
を利用した２次元のビームポジショナの概略構成を示す
図であり、入射平行光ビーム１はその走査方向が直交す
るように配置された２組のガルバノメータ２１と２２と
の回転軸上に取付けられた各々の反射ミラー２３と２４
とで順次反射された後に、ｆ・θ型の対物レンズ３１に
入射するようになっている。ｆ・θ型の対物レンズ３１
を通った平行光ビームは、そのレンズ作用により焦点面
上で光軸から該当方向へｆ・θだけ、すなわち対物レン
ズの焦点距離ｆと光ビームの入射角度θとの積だけずれ
た位置に集光される。このような構成で、集光位置の移
動制御は外部の制御部からこのビームポジショナに供給
されるＸ軸及びＹ軸の２軸分の位置制御信号２と３とに
より、各々対応するガルバノメータ２１と２２とを微小
回転させることにより行われ、ビーム集光位置を焦点面
上で移動して所要位置でレーザ光を照射することにより
所望の加工を行うことができる。
を利用した２次元のビームポジショナの概略構成を示す
図であり、入射平行光ビーム１はその走査方向が直交す
るように配置された２組のガルバノメータ２１と２２と
の回転軸上に取付けられた各々の反射ミラー２３と２４
とで順次反射された後に、ｆ・θ型の対物レンズ３１に
入射するようになっている。ｆ・θ型の対物レンズ３１
を通った平行光ビームは、そのレンズ作用により焦点面
上で光軸から該当方向へｆ・θだけ、すなわち対物レン
ズの焦点距離ｆと光ビームの入射角度θとの積だけずれ
た位置に集光される。このような構成で、集光位置の移
動制御は外部の制御部からこのビームポジショナに供給
されるＸ軸及びＹ軸の２軸分の位置制御信号２と３とに
より、各々対応するガルバノメータ２１と２２とを微小
回転させることにより行われ、ビーム集光位置を焦点面
上で移動して所要位置でレーザ光を照射することにより
所望の加工を行うことができる。
【０００４】このような構成では可動部がガルバノメー
タ内部のロータ部分及びビーム反射用の反射ミラー２４
のみであり、慣性モーメントがごく小さいので、例えば
１０メートル／秒の高速で集光位置を移動することも可
能であり、抵抗膜の一部を切り欠いて抵抗値を調整する
レーザトリマ装置などのような高速動作を必要とする用
途を中心に多用されている。
タ内部のロータ部分及びビーム反射用の反射ミラー２４
のみであり、慣性モーメントがごく小さいので、例えば
１０メートル／秒の高速で集光位置を移動することも可
能であり、抵抗膜の一部を切り欠いて抵抗値を調整する
レーザトリマ装置などのような高速動作を必要とする用
途を中心に多用されている。
【０００５】一方、このようなビームポジショナを用い
たレーザ加工機の主要な加工対象としては電子回路のト
リミングがあるが、その電子回路の用途先である機器、
特に携帯用機器では近年ますます小型・軽量化が求めら
れる傾向がある。より高密度な実装を行う目的から電子
回路に対しても、単純な平面基板上に実装したものだけ
ではなく、機器の形状に合わせた立体的な基板やフレキ
シブル基板の採用、あるいは立体的実装による高密度化
などが求められている。
たレーザ加工機の主要な加工対象としては電子回路のト
リミングがあるが、その電子回路の用途先である機器、
特に携帯用機器では近年ますます小型・軽量化が求めら
れる傾向がある。より高密度な実装を行う目的から電子
回路に対しても、単純な平面基板上に実装したものだけ
ではなく、機器の形状に合わせた立体的な基板やフレキ
シブル基板の採用、あるいは立体的実装による高密度化
などが求められている。
【０００６】固定焦点型のビームポジショナでは実装高
さが違うと焦点が合わなくなり良好な加工を実施出来な
くなるので、前述の様な立体的に配置され、加工面の高
さの違った部品をトリミング加工する場合には、各々の
加工面の高さに合わせて高速で焦点調整できる機能を有
する可変焦点型のビームポジショナがある。
さが違うと焦点が合わなくなり良好な加工を実施出来な
くなるので、前述の様な立体的に配置され、加工面の高
さの違った部品をトリミング加工する場合には、各々の
加工面の高さに合わせて高速で焦点調整できる機能を有
する可変焦点型のビームポジショナがある。
【０００７】可変焦点レンズを使用すればよいが、ｆ・
θ型の対物レンズに対する所要性能は厳しいために、こ
のレンズ自体を可変焦点型に設計するのは難しく、レン
ズの位置を移動する方が妥当である。一案として、モー
タ等を使ってポジショナ全体又は対物レンズを動かすの
が確実な調整手段であるが、かなりの質量の物を動かす
ことが必要になるので、高速な移動は不可能であり、頻
繁に焦点調整する用途には不適当である。
θ型の対物レンズに対する所要性能は厳しいために、こ
のレンズ自体を可変焦点型に設計するのは難しく、レン
ズの位置を移動する方が妥当である。一案として、モー
タ等を使ってポジショナ全体又は対物レンズを動かすの
が確実な調整手段であるが、かなりの質量の物を動かす
ことが必要になるので、高速な移動は不可能であり、頻
繁に焦点調整する用途には不適当である。
【０００８】他の手段としては、対物レンズへ入射する
光ビームを発散気味あるいは絞り気味に調整することに
より、焦点位置を前後に調整する方法がある。この方法
は移動部分が小さいレンズとその移動機構だけよいこと
からかなりの高速動作を期待できる。
光ビームを発散気味あるいは絞り気味に調整することに
より、焦点位置を前後に調整する方法がある。この方法
は移動部分が小さいレンズとその移動機構だけよいこと
からかなりの高速動作を期待できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、加工面の高さに合わせて焦点距離を調整する際に、
それにともなって光ビームの集光位置が変化し加工位置
のずれが生じる問題がある。この集光位置ずれはガルバ
ノメータの振り角に対する光ビームの移動距離の関係が
変化することから発生し、その量は光軸から離れるに従
って増大して周辺部では許容できない大きな量となる。
合、加工面の高さに合わせて焦点距離を調整する際に、
それにともなって光ビームの集光位置が変化し加工位置
のずれが生じる問題がある。この集光位置ずれはガルバ
ノメータの振り角に対する光ビームの移動距離の関係が
変化することから発生し、その量は光軸から離れるに従
って増大して周辺部では許容できない大きな量となる。
【００１０】その補正手段としては、高さに合わせてプ
ログラム上で加工位置の座標を修正することが考えられ
るが、この補正手段はかなりの演算処理を必要とし、繁
雑な上に処理能力の低下の原因となる。特に個々に高さ
を検出して自動的に焦点調整する様な場合には能力低下
の影響が大きくなる。
ログラム上で加工位置の座標を修正することが考えられ
るが、この補正手段はかなりの演算処理を必要とし、繁
雑な上に処理能力の低下の原因となる。特に個々に高さ
を検出して自動的に焦点調整する様な場合には能力低下
の影響が大きくなる。
【００１１】なお他の方式の走査機構で、ガルバノメー
タ並の高速移動性を持ち、かつ焦点位置の高速な調整が
でき、かつ焦点調整による集光位置ずれもないビームポ
ジショナは知られていない。
タ並の高速移動性を持ち、かつ焦点位置の高速な調整が
でき、かつ焦点調整による集光位置ずれもないビームポ
ジショナは知られていない。
【００１２】それゆえ、本発明の技術的課題は、ガルバ
ノメータを使用したビームスキャナであるビームポジシ
ョナにおいて、加工部品面の高さが種々異なる場合であ
っても、処理能力を低下させることなしに連続して加工
でき、かつ焦点距離の調整に伴って光ビームの集光位置
ずれを生じないビームポジショナを提供することにあ
る。
ノメータを使用したビームスキャナであるビームポジシ
ョナにおいて、加工部品面の高さが種々異なる場合であ
っても、処理能力を低下させることなしに連続して加工
でき、かつ焦点距離の調整に伴って光ビームの集光位置
ずれを生じないビームポジショナを提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
横断面を持つ平行な入射ビーム１を、互いに直交するＸ
軸およびＹ軸によって規定される被加工面の、Ｘ軸およ
びＹ軸位置制御信号で２，３で指示される２次元位置へ
向けて偏向手段２１，２２，２３，２４によって偏向
し、該偏向されたビームを所定の焦点距離をもつ焦点結
像手段３１によって前記２次元位置で焦点を結ばせるビ
ームポジショナにおいて、前記被加工面の高さ方向の焦
点位置を指示する焦点位置制御信号４に応答して、前記
入射ビーム１の前記所定の横断面の大きさを変化させる
ことによって前記焦点結像手段３１の前記所定の焦点距
離を調整する焦点調整手段１１，１４と、該焦点調整手
段１１，１４の焦点調整による前記２次元位置のずれを
補正するために、前記Ｘ軸およびＹ軸位置制御信号２，
３を補正し、該補正されたＸ軸およびＹ軸位置制御信号
７，８を前記偏向手段へ供給する位置補正手段４１とを
有することを特徴とするビームポジショナが得られる。
横断面を持つ平行な入射ビーム１を、互いに直交するＸ
軸およびＹ軸によって規定される被加工面の、Ｘ軸およ
びＹ軸位置制御信号で２，３で指示される２次元位置へ
向けて偏向手段２１，２２，２３，２４によって偏向
し、該偏向されたビームを所定の焦点距離をもつ焦点結
像手段３１によって前記２次元位置で焦点を結ばせるビ
ームポジショナにおいて、前記被加工面の高さ方向の焦
点位置を指示する焦点位置制御信号４に応答して、前記
入射ビーム１の前記所定の横断面の大きさを変化させる
ことによって前記焦点結像手段３１の前記所定の焦点距
離を調整する焦点調整手段１１，１４と、該焦点調整手
段１１，１４の焦点調整による前記２次元位置のずれを
補正するために、前記Ｘ軸およびＹ軸位置制御信号２，
３を補正し、該補正されたＸ軸およびＹ軸位置制御信号
７，８を前記偏向手段へ供給する位置補正手段４１とを
有することを特徴とするビームポジショナが得られる。
【００１４】
【作用】このビームポジショナでは加工部品の実装高さ
に合わせて焦点を合わせられ、かつこの焦点位置の調整
に伴って光ビームの集光位置ずれが生じないので、処理
能力を低下させることなしに連続して良好な加工が可能
である。
に合わせて焦点を合わせられ、かつこの焦点位置の調整
に伴って光ビームの集光位置ずれが生じないので、処理
能力を低下させることなしに連続して良好な加工が可能
である。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の一実施例によるビームポジシ
ョナについて図面を参照して説明する。
ョナについて図面を参照して説明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例のビームポジ
ショナの主要な機能構成を示すブロック図である。この
ビームポジショナは、レンズ間隔を変えられる複数のレ
ンズを含む焦点調整用光学系１１と、焦点位置制御信号
４に応答して前記レンズ間隔を変える駆動用モータ１４
と、各々ミラー２３，２４を付加しその走査方向が直交
するように配置された２軸の偏向用ガルバノメータ２１
と２２と、ｆ・θ型の対物レンズ３１の焦点位置調整に
ともなって発生する集光位置ずれを補正する位置補正回
路４１とで構成されるＸ軸及びＹ軸の二次元走査用のビ
ームポジショナである。位置補正回路４１は、後述する
焦点調整装置として作用する焦点調整用光学系１１から
の焦点位置信号５に応答して、Ｘ軸およびＹ軸位置制御
信号２と３とを受け、補正されたＸ軸およびＹ軸位置制
御信号７と８とを出力する。
ショナの主要な機能構成を示すブロック図である。この
ビームポジショナは、レンズ間隔を変えられる複数のレ
ンズを含む焦点調整用光学系１１と、焦点位置制御信号
４に応答して前記レンズ間隔を変える駆動用モータ１４
と、各々ミラー２３，２４を付加しその走査方向が直交
するように配置された２軸の偏向用ガルバノメータ２１
と２２と、ｆ・θ型の対物レンズ３１の焦点位置調整に
ともなって発生する集光位置ずれを補正する位置補正回
路４１とで構成されるＸ軸及びＹ軸の二次元走査用のビ
ームポジショナである。位置補正回路４１は、後述する
焦点調整装置として作用する焦点調整用光学系１１から
の焦点位置信号５に応答して、Ｘ軸およびＹ軸位置制御
信号２と３とを受け、補正されたＸ軸およびＹ軸位置制
御信号７と８とを出力する。
【００１７】所定の横断面を持つ平行な入射光ビーム１
は、焦点調整用光学系１１の複数のレンズを経て、ガル
バノメータ２１と２２の回転軸上に取付けられた各々の
反射ミラー２３と２４で順次反射・偏向された後に、偏
向されたビームを所定の焦点距離ｆをもつ焦点結像装置
として作用するｆ・θ型の対物レンズ３１に入射する。
このｆ・θ型の対物レンズ３１を通った平行光ビームは
その作用により、焦点面上で光軸から該当方向へｆ・θ
すなわち対物レンズ３１の焦点距離ｆと入射角度θの積
だけずれた位置に集光されるよう配置されている。ま
た、集光位置の走査は２軸のＸ軸及びＹ軸の位置制御信
号７と８とをそれぞれ受けるガルバノメータ２１と２２
とは、ミラー２３と２４とを微小回転させて光ビーム１
の反射方向を偏向させることにより、入射光ビーム１の
所定の横断面の大きさが変化してＸ軸及びＹ軸の二次元
位置で焦点が結ばれる。
は、焦点調整用光学系１１の複数のレンズを経て、ガル
バノメータ２１と２２の回転軸上に取付けられた各々の
反射ミラー２３と２４で順次反射・偏向された後に、偏
向されたビームを所定の焦点距離ｆをもつ焦点結像装置
として作用するｆ・θ型の対物レンズ３１に入射する。
このｆ・θ型の対物レンズ３１を通った平行光ビームは
その作用により、焦点面上で光軸から該当方向へｆ・θ
すなわち対物レンズ３１の焦点距離ｆと入射角度θの積
だけずれた位置に集光されるよう配置されている。ま
た、集光位置の走査は２軸のＸ軸及びＹ軸の位置制御信
号７と８とをそれぞれ受けるガルバノメータ２１と２２
とは、ミラー２３と２４とを微小回転させて光ビーム１
の反射方向を偏向させることにより、入射光ビーム１の
所定の横断面の大きさが変化してＸ軸及びＹ軸の二次元
位置で焦点が結ばれる。
【００１８】図２は焦点調整用光学系１１の詳細を示
し、併せてｆ・θ型の対物レンズ３１との組み合わせに
よる焦点調整作用を説明する図である。
し、併せてｆ・θ型の対物レンズ３１との組み合わせに
よる焦点調整作用を説明する図である。
【００１９】焦点調整用光学系１１は、凹レンズ１２と
この凹レンズ１２よりも僅かに焦点距離の長い凸レンズ
１３とを組み合わせ、焦点制御信号４に応じて駆動用モ
ータ１４により凸レンズ１３の位置を動かすようにした
ものである。このような構成でレンズ間隔を狭くしたと
きには、合成光学系としては長焦点の凹レンズとしての
作用を示し、図２に実線で光跡を示したように通過光ビ
ームは発散気味になるので、ｆ・θ型の対物レンズ３１
による集光位置はその焦点面よりも遠くなる。逆に、図
２に破線で示したようにレンズ間隔を広くすると、合成
光学系としては長焦点の凸レンズとして作用し、透過ビ
ームは集光気味になり、ｆ・θ型の対物レンズ３１によ
る集光位置はその焦点面よりも近くなる。
この凹レンズ１２よりも僅かに焦点距離の長い凸レンズ
１３とを組み合わせ、焦点制御信号４に応じて駆動用モ
ータ１４により凸レンズ１３の位置を動かすようにした
ものである。このような構成でレンズ間隔を狭くしたと
きには、合成光学系としては長焦点の凹レンズとしての
作用を示し、図２に実線で光跡を示したように通過光ビ
ームは発散気味になるので、ｆ・θ型の対物レンズ３１
による集光位置はその焦点面よりも遠くなる。逆に、図
２に破線で示したようにレンズ間隔を広くすると、合成
光学系としては長焦点の凸レンズとして作用し、透過ビ
ームは集光気味になり、ｆ・θ型の対物レンズ３１によ
る集光位置はその焦点面よりも近くなる。
【００２０】上記のように駆動用モータ１４で凹レンズ
１２と凸レンズ１３との間隔を変えることで、合成光学
系の焦点距離を凹レンズ１２から凸レンズ１３の範囲ま
で可変でき、それに応じてｆ・θ型の対物レンズ３１で
の集光位置をその焦点位置の前後で調整できることにな
る。具体的に数値例を示すと、凹レンズ１２と凸レンズ
１３との焦点距離を対物レンズ３１の焦点距離とほぼ同
じにした場合には、対物レンズ３１での焦点位置の移動
量はほぼ凸レンズ１３の移動距離と同じになる。
１２と凸レンズ１３との間隔を変えることで、合成光学
系の焦点距離を凹レンズ１２から凸レンズ１３の範囲ま
で可変でき、それに応じてｆ・θ型の対物レンズ３１で
の集光位置をその焦点位置の前後で調整できることにな
る。具体的に数値例を示すと、凹レンズ１２と凸レンズ
１３との焦点距離を対物レンズ３１の焦点距離とほぼ同
じにした場合には、対物レンズ３１での焦点位置の移動
量はほぼ凸レンズ１３の移動距離と同じになる。
【００２１】また、焦点調整用光学系１１にはレンズ位
置の検出用として、図２に示すように両端に印加電圧を
加えられたポテンシオメータ１５が組込まれており、そ
の摺動子１５ａが凸レンズ１３と機械的に結合されてい
て、凸レンズ１３の移動に応じて摺動しその位置に応じ
た電圧Ｖz が焦点位置信号５として出力される。この焦
点位置信号５は後述の位置補正回路４１に送出される。
置の検出用として、図２に示すように両端に印加電圧を
加えられたポテンシオメータ１５が組込まれており、そ
の摺動子１５ａが凸レンズ１３と機械的に結合されてい
て、凸レンズ１３の移動に応じて摺動しその位置に応じ
た電圧Ｖz が焦点位置信号５として出力される。この焦
点位置信号５は後述の位置補正回路４１に送出される。
【００２２】図３はこの実施例で用いる位置補正回路４
１の回路構成とその周辺他部との関係を示した図で、位
置補正回路は２個のアナログ乗算器４２と４３と、抵抗
Ｒ４３〜Ｒ４８とオペアンプ４４と４５からなる２組の
加算インバータ回路、および係数調整用の可変抵抗器Ｖ
Ｒ４１とＶＲ４２とで構成されている。
１の回路構成とその周辺他部との関係を示した図で、位
置補正回路は２個のアナログ乗算器４２と４３と、抵抗
Ｒ４３〜Ｒ４８とオペアンプ４４と４５からなる２組の
加算インバータ回路、および係数調整用の可変抵抗器Ｖ
Ｒ４１とＶＲ４２とで構成されている。
【００２３】この位置補正回路４１の補正手段に関し
て、最初にＸ軸について考える。外部の制御部より（図
示せず）より到来するＸ軸位置制御信号２の電圧をＶx
、焦点調整用光学系１１のポテンシオメータ１４の摺
動部１４ａから出力される焦点位置信号５の電圧をＶz
で表せば、各部の出力電圧はそれぞれ下記のごとくな
る。但し、加算インバー回路に用いられる抵抗Ｒ４３〜
Ｒ４８は同一抵抗値である。
て、最初にＸ軸について考える。外部の制御部より（図
示せず）より到来するＸ軸位置制御信号２の電圧をＶx
、焦点調整用光学系１１のポテンシオメータ１４の摺
動部１４ａから出力される焦点位置信号５の電圧をＶz
で表せば、各部の出力電圧はそれぞれ下記のごとくな
る。但し、加算インバー回路に用いられる抵抗Ｒ４３〜
Ｒ４８は同一抵抗値である。
【００２４】
アナログ乗算器４２の出力電圧 ｋＶx Ｖz
オペアンプ４４の出力電圧 −（Ｖx ＋ｒｋＶx Ｖz ）
なお、ｋはアナログ乗算器４２の比例係数、ｒは可変抵
抗器ＶＲ４１での減衰係数をあらわす。
抗器ＶＲ４１での減衰係数をあらわす。
【００２５】ところで、焦点位置の調整に伴う集光位置
のずれ量は、光軸から集光位置までの距離と焦点位置の
調整量との積に比例していて、焦点をレンズ側に移動し
たとき集光位置が光軸側に変化する関係にある。従っ
て、上式のｒ、すなわち可変抵抗器ＶＲ４１での減衰量
を調整すれば、焦点位置の調整により生じる集光位置の
変化量の分を補正手段によって得られる補正量で打消す
ことができ、焦点を変えても位置ずれが生じない様にで
きる。また、Ｙ軸についても上記のＸ軸に関する作用と
全く同様な作用で補正できる。
のずれ量は、光軸から集光位置までの距離と焦点位置の
調整量との積に比例していて、焦点をレンズ側に移動し
たとき集光位置が光軸側に変化する関係にある。従っ
て、上式のｒ、すなわち可変抵抗器ＶＲ４１での減衰量
を調整すれば、焦点位置の調整により生じる集光位置の
変化量の分を補正手段によって得られる補正量で打消す
ことができ、焦点を変えても位置ずれが生じない様にで
きる。また、Ｙ軸についても上記のＸ軸に関する作用と
全く同様な作用で補正できる。
【００２６】上述のように、このビームポジショナでは
駆動用モータ１４で焦点調整用光学系１１の凸レンズ１
３を移動することにより、焦点位置を調整することがで
き、またこの焦点調整に伴って発生する光ビームの集光
位置ずれは位置補正回路４１で補正することができる。
したがって、加工部品面の高さが種々異なる場合であっ
ても、各々の加工面高さに焦点を合わせることが可能に
なり、かつ加工位置ずれの発生もなしに、連続して良好
なレーザ加工が可能である。この実施例で、焦点調整用
光学系１１の凹レンズ１２と凸レンズ１３との順序は逆
でも良く、また動かすレンズもどちらでも良いことはい
うまでもない。
駆動用モータ１４で焦点調整用光学系１１の凸レンズ１
３を移動することにより、焦点位置を調整することがで
き、またこの焦点調整に伴って発生する光ビームの集光
位置ずれは位置補正回路４１で補正することができる。
したがって、加工部品面の高さが種々異なる場合であっ
ても、各々の加工面高さに焦点を合わせることが可能に
なり、かつ加工位置ずれの発生もなしに、連続して良好
なレーザ加工が可能である。この実施例で、焦点調整用
光学系１１の凹レンズ１２と凸レンズ１３との順序は逆
でも良く、また動かすレンズもどちらでも良いことはい
うまでもない。
【００２７】なお、位置補正回路４１では、アナログ乗
算器４２と４３にはＰ−Ｎ接合の対数特性を利用したア
ナログ演算器などを使用でき、また加算にはオペアンプ
を使用しているので、一般的な部品のみで容易に位置補
正回路４１を構成することができる。
算器４２と４３にはＰ−Ｎ接合の対数特性を利用したア
ナログ演算器などを使用でき、また加算にはオペアンプ
を使用しているので、一般的な部品のみで容易に位置補
正回路４１を構成することができる。
【００２８】図４は本発明の第二の実施例によるビーム
ポジショナの機能構成を示すブロック図で、焦点調整用
光学系１１の駆動源として、直線運動ガルバノメータ１
６を使用したものである。
ポジショナの機能構成を示すブロック図で、焦点調整用
光学系１１の駆動源として、直線運動ガルバノメータ１
６を使用したものである。
【００２９】直線運動ガルバノメータ１６は通常の回転
運動型のガルバノメータと変換機構を組み合わせて、ガ
ルバノメータの回転軸のアームで直線上を動くスライド
機構の可動部を動かすことにより、回転運動を直線運動
に変換したものであり、図２に戻って、この可動部に凹
レンズ１２と凸レンズ１３との一方のレンズを取り付け
てレンズ間隔を変えることにより、第一の実施例と同様
に焦点調整を行うことができる。この構成ではより以上
の高速動作ができる利点がある。
運動型のガルバノメータと変換機構を組み合わせて、ガ
ルバノメータの回転軸のアームで直線上を動くスライド
機構の可動部を動かすことにより、回転運動を直線運動
に変換したものであり、図２に戻って、この可動部に凹
レンズ１２と凸レンズ１３との一方のレンズを取り付け
てレンズ間隔を変えることにより、第一の実施例と同様
に焦点調整を行うことができる。この構成ではより以上
の高速動作ができる利点がある。
【００３０】この利点以外は、第１の実施例とほぼ同じ
動作、作用で焦点位置の調整が可能なビームポジショナ
を構成している。制御の相違点としては、第１の実施例
がポテンショメータで検出した焦点位置信号５を使用し
て位置補正を行っているのに対して、本実施例では直線
運動ガルバノメータ１６へ供給される焦点位置制御信号
４をそのまま使用して位置補正を行っている点がある
が、この場合でも全く同様に位置ずれのないビームポジ
ショナを構成できる。
動作、作用で焦点位置の調整が可能なビームポジショナ
を構成している。制御の相違点としては、第１の実施例
がポテンショメータで検出した焦点位置信号５を使用し
て位置補正を行っているのに対して、本実施例では直線
運動ガルバノメータ１６へ供給される焦点位置制御信号
４をそのまま使用して位置補正を行っている点がある
が、この場合でも全く同様に位置ずれのないビームポジ
ショナを構成できる。
【００３１】以上述べたごとく、本発明によれば、加工
部品面の高さが種々異なる場合であっても、処理能力を
低下させることなしに連続して加工でき、かつ焦点位置
の調整に伴って光ビームの集光位置ずれを生じないビー
ムポジショナを構成できる。
部品面の高さが種々異なる場合であっても、処理能力を
低下させることなしに連続して加工でき、かつ焦点位置
の調整に伴って光ビームの集光位置ずれを生じないビー
ムポジショナを構成できる。
【００３２】また本発明のビームポジショナは、焦点位
置の調整は対象加工箇所ごとに予めプログラムしたデー
タで行なう方法にも、また各々加工面高さを検出して自
動的に焦点調整する方法に対しても適用可能である。
置の調整は対象加工箇所ごとに予めプログラムしたデー
タで行なう方法にも、また各々加工面高さを検出して自
動的に焦点調整する方法に対しても適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように、より高密度な実装
を行う目的から立体的に実装された電子回路が増加する
傾向にあるが、本発明のビームポジショナによれば、そ
の様に立体的に配置され実装部品の加工面の高さが違う
場合でも、その高さに合わせて高速で焦点位置を調整で
き、かつ焦点位置の修正に伴なう光ビームの集光位置ず
れが生じないようにできるので、目的とするような良好
な加工が可能である。
を行う目的から立体的に実装された電子回路が増加する
傾向にあるが、本発明のビームポジショナによれば、そ
の様に立体的に配置され実装部品の加工面の高さが違う
場合でも、その高さに合わせて高速で焦点位置を調整で
き、かつ焦点位置の修正に伴なう光ビームの集光位置ず
れが生じないようにできるので、目的とするような良好
な加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のビームポジショナの機
能構成を示したブロック図である。
能構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例のビームポジショナの機
能構成を示したブロック図である。
能構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例のビームポジショナで使
用する焦点調整用光学系の構成および作用を説明するた
めの説明図である。
用する焦点調整用光学系の構成および作用を説明するた
めの説明図である。
【図４】第１の実施例で使用される補正回路の回路図で
ある。
ある。
【図５】従来のビームポジショナの構成を示したブロッ
ク図である。
ク図である。
１１ 焦点調整用光学系
１２ 凹レンズ
１３ 凸レンズ
１５ ポテンシオメータ
１６ 直線運動ガルバノメータ
２１，２２ ガルバノメータ
２３，２４ 反射ミラー
３１ ｆ・θ型対物レンズ
４１ 位置補正回路
４２，４３ アナログ乗算器
４４，４５ オペアンプ
Claims (5)
- 【請求項１】 所定の横断面を持つ平行な入射ビーム
（１）を、互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって規定
される被加工面の、Ｘ軸およびＹ軸位置制御信号で
（２，３）で指示される２次元位置へ向けて偏向手段
（２１，２２，２３，２４）によって偏向し、該偏向さ
れたビームを所定の焦点距離をもつ焦点結像手段（３
１）によって前記２次元位置で焦点を結ばせるビームポ
ジショナにおいて、前記被加工面の高さ方向の焦点位置
を指示する焦点位置制御信号（４）に応答して、前記入
射ビーム（１）の前記所定の横断面の大きさを変化させ
ることによって前記焦点結像手段（３１）の前記所定の
焦点距離を調整する焦点調整手段（１１，１４）と、該
焦点調整手段（１１，１４）の焦点調整による前記２次
元位置のずれを補正するために、前記Ｘ軸およびＹ軸位
置制御信号（２，３）を補正し、該補正されたＸ軸およ
びＹ軸位置制御信号（７，８）を前記偏向手段へ供給す
る位置補正手段（４１）とを有することを特徴とするビ
ームポジショナ。 - 【請求項２】 前記焦点調整手段（１１，１４）が、レ
ンズ間隔を変えられる複数のレンズを含む焦点調整用光
学系（１１）と、前記焦点位置制御信号（４）に応答し
て前記レンズ間隔を変化させる駆動用モータ（１４）と
を有する請求項１に記載のビームポジショナ。 - 【請求項３】 前記焦点調整用光学系（１１）は前記レ
ンズ間隔に対応した焦点位置信号（５）を出力する手段
（１５）を含み、前記位置補正手段（４１）は前記焦点
位置信号（５）に応答して前記Ｘ軸およびＹ軸位置制御
信号を補正する請求項２に記載のビームポジショナ。 - 【請求項４】 所定の横断面を持つ平行な入射ビーム
（１）を、互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって規定
される被加工面の、Ｘ軸およびＹ軸位置制御信号（２，
３）で指示される２次元位置へ向けて偏向手段（２１，
２２，２３，２４）によって偏向し、該偏向されたビー
ムを所定の焦点距離をもつ焦点結像手段（３１）によっ
て前記２次元位置で焦点を結ばせるビームポジショナに
おいて、前記被加工面の高さ方向の焦点位置を指示する
焦点位置制御信号（４）に応答して、前記入射ビーム
（１）の前記所定の横断面の大きさを変化させることに
よって前記焦点結像手段（３１）の前記所定の焦点距離
を調整する焦点調整手段（１１，１６）と、前記焦点位
置制御信号（４）に応答して、前記Ｘ軸およびＹ軸位置
制御信号（２，３）を前記焦点調整手段（１１，１６）
の焦点調整による前記２次元位置のずれをなくすように
補正し、該補正されたＸ軸およびＹ軸位置制御信号
（７，８）を前記偏向手段へ供給する位置補正手段（４
１）とを有することを特徴とするビームポジショナ。 - 【請求項５】 前記焦点調整手段（１１，１６）が、レ
ンズ間隔を可変できる複数のレンズを含む焦点調整用光
学系（１１）と、前記焦点位置制御信号（４）に応答し
て前記レンズ間隔を変化させる直線運動ガルバノメータ
（１６）とを有する請求項４に記載のビームポジショ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3151862A JP2785852B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ビームポジショナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3151862A JP2785852B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ビームポジショナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052146A true JPH052146A (ja) | 1993-01-08 |
| JP2785852B2 JP2785852B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=15527869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3151862A Expired - Lifetime JP2785852B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | ビームポジショナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2785852B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2021030273A (ja) * | 2019-08-26 | 2021-03-01 | キヤノン株式会社 | 光学装置、および、物品の製造方法 |
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-
1991
- 1991-06-24 JP JP3151862A patent/JP2785852B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US11878367B2 (en) | 2019-08-26 | 2024-01-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device and article manufacturing method |
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|---|---|
| JP2785852B2 (ja) | 1998-08-13 |
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