JPH0833521B2 - Light irradiation device - Google Patents
Light irradiation deviceInfo
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- JPH0833521B2 JPH0833521B2 JP61300638A JP30063886A JPH0833521B2 JP H0833521 B2 JPH0833521 B2 JP H0833521B2 JP 61300638 A JP61300638 A JP 61300638A JP 30063886 A JP30063886 A JP 30063886A JP H0833521 B2 JPH0833521 B2 JP H0833521B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光照射装置に関する。The present invention relates to a light irradiation device.
本発明は、光照射装置において、 4個のレンズと3個のプリズムから構成された光学系
を有することにより、 1つの入射ビームから2個の矩形ビームを所望の矩形
形状で得ることができるようにしたものである。According to the present invention, in the light irradiation device, by having an optical system composed of four lenses and three prisms, it is possible to obtain two rectangular beams in a desired rectangular shape from one incident beam. It is the one.
光、例えばレーザ光は、フラットパッケージIC(FPI
C)といった電子部品の半田付け加工の際に、半田溶融
用エネルギーとして使用されている。このようなレーザ
加工の対象となる電子部品は被加工部の形状が多くの場
合矩形(長方形)であり、円形基本ビームをもったレー
ザ光は矩形化して照射させる必要がある。Light, such as laser light, is generated by the flat package IC (FPI
It is used as energy for melting solder when soldering electronic components such as C). In many cases, the electronic parts to be laser-processed have a rectangular (rectangular) shape to be processed, and it is necessary to make a laser beam having a circular basic beam rectangular.
従来、このレーザ光を2個の矩形ビームに変換する手
段として、第7図に示すように、矩形開口部33を有する
マスクプレート32があり、円形レザービーム31は開口部
33を通って基板30上に2個の矩形ビーム34を形成する。
また、先に、コリメータレンズで平行にしたレーザビー
ムを凹シリンドリカルレンズで楕円ビームに変形し、次
に凸シリンドリカルレンズで平行楕円ビームとした後、
ハーフミラーと全反射ミラーとによって2本のビームと
し、それぞれのビームを2個の三角プリズムを通過させ
て、2個の矩形ビームを形成するようにした光照射装置
が提案された。(特願昭61-224559号) 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記のマスクプレートの場合、ビームの矩形形状の各
寸法G、H、Iを変えるために、矩形開口部の各寸法を
変化させるか、マスクプレートを変換するなどの方法が
あるが、前記矩形形状の各寸法G、H、Iを互いに独立
に調整するためには複雑な機構が必要となる。さらに、
円形基本ビームの一部が矩形ビームを作るのに用いられ
るためにエネルギーロスが大きく、また、矩形ビームの
エネルギー密度が不均一となる。Conventionally, as a means for converting this laser light into two rectangular beams, there is a mask plate 32 having a rectangular opening 33 as shown in FIG. 7, and a circular laser beam 31 has an opening.
Two rectangular beams 34 are formed on the substrate 30 through 33.
In addition, first, the laser beam made parallel by the collimator lens is transformed into an elliptical beam by the concave cylindrical lens, and then made into a parallel elliptical beam by the convex cylindrical lens,
A light irradiation device has been proposed in which two beams are formed by a half mirror and a total reflection mirror, and each beam is passed through two triangular prisms to form two rectangular beams. (Japanese Patent Application No. 61-224559) [Problems to be Solved by the Invention] In the case of the above-mentioned mask plate, in order to change the respective dimensions G, H, I of the rectangular shape of the beam, the respective dimensions of the rectangular opening are changed. There are methods such as changing or changing the mask plate, but a complicated mechanism is necessary to adjust the respective dimensions G, H, and I of the rectangular shape independently of each other. further,
Since a part of the circular basic beam is used to form a rectangular beam, the energy loss is large and the energy density of the rectangular beam is non-uniform.
2個の三角プリズムを用いて矩形ビームを形成する前
記光照射装置は、矩形ビームのエネルギー効率が良く、
かつエネルギー密度も均一であるが、2個の矩形ビーム
を作るのにハーフミラーを用いているために分光精度の
調整ができないこと、光源から2個の矩形ビームまでの
距離が等しくないために両ビームに焦点を合わせること
ができないこと及び矩形ビームの形状が固定されていて
汎用性がないことが欠点である。The light irradiation device that forms a rectangular beam using two triangular prisms has high energy efficiency of the rectangular beam,
Moreover, the energy density is uniform, but since the half mirror is used to create the two rectangular beams, the spectral precision cannot be adjusted, and the distance from the light source to the two rectangular beams is not equal. The disadvantages are the inability to focus on the beam and the lack of versatility due to the fixed shape of the rectangular beam.
前記問題点を解決するための手段を、実施例に対応す
る第1図を用いて以下に説明する。Means for solving the above problems will be described below with reference to FIG. 1 corresponding to the embodiment.
本発明は、2個の矩形ビームを形成するための光照射
装置であって、 (a)、第1平行ビーム12′を得るためのコリメータレ
ンズ12、 (b)、前記第1平行ビーム12′を一方向のみに拡散す
るビーム14に変える第1凹シリンドリカルレンズ13、 (c)、前記拡散するビーム14を第2平行ビーム15′に
変える凸シリンドリカルレンズ15、 (d)、前記第2平行ビーム15′を分割して2分光ビー
ム18に変える第1三角プリズム17、 (e)、前記2分光ビーム18の間隔を調整する第2三角
プリズム19、 (f)、前記第2三角プリズム19を透過したビーム21を
矩形形状の長手方向のみに拡散する第2凹シリンドリカ
ルレンズ22及び (g)、前記第2凹シリンドリカルレンズ22を透過した
ビーム23を矩形形状の長手方向で2分割した後に互いに
重ね合わせて矩形ビーム27を形成する第3三角プリズム
24 が光軸上で直線的に順次に配置され、前記凸シリンド
リカルレンズ15、前記第2三角プリズム19及び前記第3
三角プリズム24が光軸上を移動可能であるように構成さ
れた光照射装置に係る。The present invention is a light irradiation device for forming two rectangular beams, including: (a) a collimator lens 12 for obtaining a first parallel beam 12 ', (b), the first parallel beam 12'. Is converted into a beam 14 that diffuses only in one direction, a first concave cylindrical lens 13, (c), a convex cylindrical lens 15 that converts the diffused beam 14 into a second parallel beam 15 ', (d), the second parallel beam A first triangular prism 17 that divides 15 ′ into two spectral beams 18, (e), a second triangular prism 19 that adjusts the interval between the two spectral beams 18, (f), and a light beam that passes through the second triangular prism 19. The second concave cylindrical lens 22 and (g) that diffuse the formed beam 21 only in the longitudinal direction of the rectangular shape, and the beam 23 that has passed through the second concave cylindrical lens 22 is divided into two in the longitudinal direction of the rectangular shape and then superimposed on each other. Rectangle Third triangular prism forming beam 27
24 are linearly and sequentially arranged on the optical axis, and the convex cylindrical lens 15, the second triangular prism 19 and the third
The present invention relates to a light irradiation device configured so that the triangular prism 24 can move on the optical axis.
以下に、本発明の一実施例を図面について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例の光照射装置は、第1図に示すように、レー
ザ発振器(図示せず)に接続した光ファイバ10から出射
したレーザビーム11の光軸上で直線的に順次、コリメー
タレンズ12、第1凹シリンドリカルレンズ13、凸シリン
ドリカルレンズ15、第1三角プリズム17、第2三角プリ
ズム19、第2凹シリンドリカルレンズ22及び第3三角プ
リズム24が配置された光学系からなる。As shown in FIG. 1, the light irradiation device of the present embodiment is such that a collimator lens 12, a laser beam 11 emitted from an optical fiber 10 connected to a laser oscillator (not shown) are linearly and sequentially arranged on the optical axis. The optical system includes a first concave cylindrical lens 13, a convex cylindrical lens 15, a first triangular prism 17, a second triangular prism 19, a second concave cylindrical lens 22 and a third triangular prism 24.
凸シリンドリカルレンズ15は光の変化する方向が第1
凹シリンドリカルレンズ13と同じになる様な方向に配置
されている。第1三角プリズム17は稜が上側にあってビ
ームセンターとなる位置に配置され、第2三角プリズム
19は稜が下側にありかつ第1三角プリズム17の稜に平行
となるように配置されている。第2凹シリンドリカルレ
ンズ22は光の変化方向が凸シリンドリカルレンズ15の場
合と直交する角度に配置されている。第3三角プリズム
24は稜が下側にありかつ第2凹シリンドリカルレンズ22
の母線と平行となるように配置されている。The convex cylindrical lens 15 has a first direction in which light changes.
They are arranged in the same direction as the concave cylindrical lens 13. The first triangular prism 17 is arranged at a position where the ridge is on the upper side and serves as the beam center.
19 is arranged so that the ridge is on the lower side and is parallel to the ridge of the first triangular prism 17. The second concave cylindrical lens 22 is arranged at an angle in which the light changing direction is orthogonal to the case of the convex cylindrical lens 15. Third triangular prism
24 has a ridge on the lower side and the second concave cylindrical lens 22
Are arranged so as to be parallel to the bus line of.
凸シリンドリカルレンズ15、第2三角プリズム19及び
第3三角プリズム24は光軸と平行にそれぞれ矢印16、2
0、25に沿って移動が可能である。The convex cylindrical lens 15, the second triangular prism 19 and the third triangular prism 24 are arranged in parallel with the optical axis by arrows 16 and 2, respectively.
It is possible to move along 0 and 25.
本実施例の光照射装置によれば、次のようにして2個
の矩形ビーム27が形成される。According to the light irradiation device of this embodiment, two rectangular beams 27 are formed as follows.
光ファイバー10から出射したレーザビーム11は円形
で、エネルギー密度がガウス分布をなす一般的なもので
ある。ビーム11はコリメータレンズ12により平行円形ビ
ーム12′になり、さらに第1凹シリンドリカルレンズ13
により出射軸に対し直角方向に一方向のみに広がった楕
円ビーム14となる。このビーム14は凸シリンドリカルレ
ンズ15により平行楕円ビーム15′となり、第1三角プリ
ズム17に入射する。平行楕円ビーム15′の短軸とプリズ
ム17の稜とが一致するようにプリズム17が配置されてい
るので、平行楕円ビーム15′は、まず、その短軸に沿っ
て、楕円の二分の一の形状を有する2分光ビーム18に分
割される。そして、これら2個のビーム18の各々は、平
行楕円ビーム15′の長軸方向において他方のビーム18と
交差する角度でプリズム17から出射する。ビーム18は次
に第2三角プリズム19を透過し、このプリズム19は前記
プリズム17で角度のついた2個のビーム18を逆方向の角
度に修正する。前記プリズム19を透過したビーム21は第
2凹シリンドリカルレンズ22により矩形形状の長手方向
に対応する方向のみに拡散するビーム23となり、次いで
第3三角プリズム24に入射する。楕円の二分の一の形状
を有するビーム23における直線の辺方向の中心をプリズ
ム24の稜が通るようにプリズム24が配置されているの
で、1個のビーム23は、まず、その直線の辺方向の中心
位置において、楕円の四分の一の形状を有する2個のビ
ーム26に分割される。そして、これら2個のビーム26の
各々は、ビーム23の直線の辺方向において他方のビーム
26と重なりが生じる角度でプリズム24から出射する。1
個のビーム23から分割された2個のビーム26はプリズム
24から遠ざかるにつれて互いの重なり率が大きくなるの
で、楕円の四分の一の形状を有する2個のビーム26の直
線の辺が矩形の三辺になる点、つまり重なり率が最大に
近くなって矩形の長手方向におけるエネルギー密度がほ
ぼ均一になる点で矩形ビーム27を得る。The laser beam 11 emitted from the optical fiber 10 has a circular shape and the energy density thereof is generally Gaussian. The beam 11 becomes a parallel circular beam 12 'by the collimator lens 12, and the first concave cylindrical lens 13
As a result, an elliptical beam 14 is formed which spreads in only one direction at right angles to the output axis. This beam 14 becomes a parallel elliptical beam 15 'by the convex cylindrical lens 15 and is incident on the first triangular prism 17. Since the prism 17 is arranged so that the short axis of the parallel elliptical beam 15 ′ and the ridge of the prism 17 coincide with each other, the parallel elliptical beam 15 ′ is first divided into half of the ellipse along its short axis. It is split into two spectral beams 18 having a shape. Then, each of these two beams 18 emerges from the prism 17 at an angle that intersects the other beam 18 in the major axis direction of the parallel elliptical beam 15 '. The beam 18 then passes through a second triangular prism 19, which corrects the two angled beams 18 in said prism 17 to opposite angles. The beam 21 that has passed through the prism 19 becomes a beam 23 that is diffused only in the direction corresponding to the longitudinal direction of the rectangular shape by the second concave cylindrical lens 22, and then enters the third triangular prism 24. Since the prism 24 is arranged so that the ridge of the prism 24 passes through the center in the side direction of the straight line in the beam 23 having the shape of one half of the ellipse, one beam 23 is first measured in the side direction of the straight line. At the center position of the beam is split into two beams 26 having the shape of a quarter of an ellipse. Each of these two beams 26 is the other beam in the side direction of the straight line of the beam 23.
The light exits from the prism 24 at an angle where it overlaps with 26. 1
Two beams 26 split from one beam 23 are prisms
As the distance from 24 increases, the overlapping ratio increases, so that the straight sides of the two beams 26 having the shape of a quarter of an ellipse become the three sides of the rectangle, that is, the overlapping ratio becomes close to the maximum. The rectangular beam 27 is obtained at the point where the energy density in the longitudinal direction of the rectangle becomes substantially uniform.
凸シリンドリカルレンズ15は矩形ビーム27の焦点を調
整すると共に、矢印16に沿って移動することにより矩形
ビーム27の巾寸法Kの調整を行う。第2三角プリズム19
は矢印20に沿って移動することにより矩形ビーム27の間
隔Lを調整する。第3三角プリズム24は矢印25に沿って
移動することにより矩形ビーム27の長さ方向の寸法Jを
調整する。The convex cylindrical lens 15 adjusts the focus of the rectangular beam 27 and moves along the arrow 16 to adjust the width dimension K of the rectangular beam 27. Second triangular prism 19
Adjusts the distance L between the rectangular beams 27 by moving along the arrow 20. The third triangular prism 24 adjusts the lengthwise dimension J of the rectangular beam 27 by moving along the arrow 25.
次に、第2図に示す基板5にFPIC1をそのICリード2
を介して半田付けするために必要な短辺矩形ビーム3と
長辺矩形ビーム4とを本実施例の光照射装置で形成する
例を第3〜6図について説明する。Next, the FPIC 1 is mounted on the substrate 5 shown in FIG.
An example of forming the short-sided rectangular beam 3 and the long-sided rectangular beam 4 necessary for soldering via the light irradiation device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
矩形ビーム間隔の調整: 第2図における矩形ビーム3、3及び4、4の各間隔
F及びCは第3図の第2三角プリズム19の移動によって
調整される。第1三角プリズム17で分割されたビーム18
は互いに交わる方向に進み、第2三角プリズム19に入射
する。プリズム19はビーム18を第1三角プリズム17で曲
げられた角度より小さいか等しい角度で逆方向に曲げ、
ビーム21として出射する。ビーム21の間隔はプリズム19
の位置を変えることにより変化し、最終的に矩形ビーム
の間隔も変化する。即ち、第3図のプリズム19を第4図
のプリズム19の位置までMだけの距離を移動させること
により、ビーム間隔をCからFに変えることができる。Adjustment of Rectangular Beam Interval: The intervals F and C of the rectangular beams 3, 3 and 4, 4 in FIG. 2 are adjusted by the movement of the second triangular prism 19 in FIG. Beam 18 split by the first triangular prism 17
Travel in a direction intersecting with each other and enter the second triangular prism 19. The prism 19 bends the beam 18 in the opposite direction at an angle smaller than or equal to the angle bent by the first triangular prism 17,
It is emitted as a beam 21. The spacing between beams 21 is prism 19
It changes by changing the position of, and finally the interval of the rectangular beams also changes. That is, the beam interval can be changed from C to F by moving the prism 19 of FIG. 3 to the position of the prism 19 of FIG. 4 by a distance of M.
矩形ビームの長さ方向の調整: 第2図における矩形ビーム3、4の各長さD、Aの調
整は、第5図の第3三角プリズム24を光軸方向(第1図
の矢印25の方向)に移動させて行う。プリズム24は第2
凹シリンドリカルレンズ22で拡散したビーム23の受光位
置により合成ビーム26の幅を変化させる。Adjustment in the length direction of the rectangular beam: To adjust the lengths D and A of the rectangular beams 3 and 4 in FIG. 2, the third triangular prism 24 in FIG. 5 is adjusted in the optical axis direction (arrow 25 in FIG. 1). Direction). The prism 24 is the second
The width of the synthetic beam 26 is changed depending on the light receiving position of the beam 23 diffused by the concave cylindrical lens 22.
矩形ビーム長さを第5図のDから第6図のAに変化さ
せるためには第5図のプリズム24を第6図のプリズム24
の位置までNだけ移動させる。In order to change the rectangular beam length from D in FIG. 5 to A in FIG. 6, the prism 24 in FIG. 5 is replaced by the prism 24 in FIG.
Move N to the position.
矩形ビームの幅方向の調整: 第2図における矩形ビーム3、4の各幅E、Bは凸シ
リンドリカルレンズ15と第1凹シリンドリカルレンズ13
との間隔により結像位置が変わりビーム26の幅方向の広
がり角も変化するため、ビーム26は任意の位置で幅が変
わることになる。Adjustment in the width direction of the rectangular beam: The respective widths E and B of the rectangular beams 3 and 4 in FIG. 2 are the convex cylindrical lens 15 and the first concave cylindrical lens 13.
Since the image forming position changes depending on the interval between and, the divergence angle of the beam 26 in the width direction also changes.
エネルギー密度の調整: 第5図及び第6図において、第3三角プリズム24によ
って中央から分割合成されたビーム26はプリズム24から
の距離によって重なり率を変化させながら進んでゆく。
加工に必要なエネルギーの密度は矩形ビームの長さD及
びAの区間にわたって均一でなければならず、ガウス分
布をなすビームをビーム11に用いた場合にはほぼ重なり
率が最大に近くなる位置でエネルギー密度の均一な矩形
ビームが得られる。第5図のP及び第6図のQは大きさ
の異なる矩形ビームでのエネルギー密度均一点を表わし
ていて、それぞれ光学系全体からの距離を調整すること
によって得られる。Adjustment of Energy Density: In FIGS. 5 and 6, the beam 26 divided and synthesized from the center by the third triangular prism 24 advances while changing the overlapping rate according to the distance from the prism 24.
The energy density required for processing must be uniform over the section of the lengths D and A of the rectangular beam, and when a beam having a Gaussian distribution is used for the beam 11, the overlap ratio is almost at the maximum. A rectangular beam with a uniform energy density is obtained. P in FIG. 5 and Q in FIG. 6 represent points of uniform energy density in rectangular beams of different sizes, which can be obtained by adjusting the distance from the entire optical system.
以上述べたように、本発明の光照射装置により次の効
果が得られる:(1)1つの入射ビームから2個の矩形
ビームが得られ、この矩形ビームはビーム間隔及び矩形
形状を変化させることができ、汎用化が可能となった。
(2)2個の矩形ビームは光学的条件が等しくなってい
るため精度がよく、かつ分光精度は第1三角プリズム17
の位置により調整可能である。(3)矩形ビームの長手
方向のエネルギー密度は第3三角プリズム24によりビー
ムを2分割した後に互いに重ね合わせているので均一に
なり、かつ重なり率の調整が可能である。(4)矩形ビ
ーム化にあたり入射ビームをすべてレンズ系に取り入れ
て透過のみで処理するためエネルギー効率が高い。
(5)複雑な形状のレンズ、プリズムを用いていないた
めにコストが安い。(6)レンズ系の配置が直線的であ
り、精度が高く、信頼性も高い。As described above, the following effects can be obtained by the light irradiation device of the present invention: (1) Two rectangular beams can be obtained from one incident beam, and the rectangular beams can change the beam interval and the rectangular shape. It became possible and generalized.
(2) Since the two rectangular beams have the same optical conditions, the precision is good, and the spectral precision is the first triangular prism 17
The position can be adjusted. (3) The energy density in the longitudinal direction of the rectangular beam is uniform because the beams are divided into two by the third triangular prism 24 and then overlapped with each other, and the overlapping ratio can be adjusted. (4) In forming a rectangular beam, all the incident beams are taken into the lens system and processed only by transmission, so that the energy efficiency is high.
(5) The cost is low because lenses and prisms having complicated shapes are not used. (6) The arrangement of the lens system is linear, so that the accuracy is high and the reliability is high.
第1図は本発明の光照射装置の一実施例を示す斜視図、
第2図はFPICと基板とを示す斜視図、第3図と第4図は
いずれも実施例の光学系の側面図、第5図と第6図はい
ずれも実施例の光学系の正面図、第7図は従来例の斜視
図である。 なお図面に用いた符号において、 11……レーザビーム 12……コリメータレンズ 13……第1凹シリンドリカルレンズ 15……凸シリンドリカルレンズ 17……第1三角プリズム 19……第2三角プリズム 22……第2凹シリンドリカルレンズ 24……第3三角プリズム 27……矩形ビーム である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a light irradiation device of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view showing the FPIC and the substrate, FIGS. 3 and 4 are side views of the optical system of the embodiment, and FIGS. 5 and 6 are front views of the optical system of the embodiment. , FIG. 7 is a perspective view of a conventional example. In the reference numerals used in the drawings, 11 ... Laser beam 12 ... Collimator lens 13 ... First concave cylindrical lens 15 ... Convex cylindrical lens 17 ... First triangular prism 19 ... Second triangular prism 22. 2 concave cylindrical lens 24 …… third triangular prism 27 ………… It is a rectangular beam.
Claims (1)
装置であって、 (a)、第1平行ビームを得るためのコリメータレン
ズ、 (b)、前記第1平行ビームを一方向にのみ拡散するビ
ームに変える第1凹シリンドリカルレンズ、 (c)、前記拡散するビームを第2平行ビームに変える
凸シリンドリカルレンズ、 (d)、前記第2平行ビームを分割して2分光ビームに
変える第1三角プリズム、 (e)、前記2分光ビームの間隔を調整する第2三角プ
リズム、 (f)、前記第2三角プリズムを透過したビームを矩形
形状の長手方向のみに拡散する第2凹シリンドリカルレ
ンズ及び (g)、前記第2凹シリンドリカルレンズを透過したビ
ームを矩形形状の長手方向で2分割した後に互いに重ね
合わせて矩形ビームを形成する第3三角プリズム が光軸上で直線的に順次に配置され、前記凸シリンドリ
カルレンズ、前記第2三角プリズム及び前記第3三角プ
リズムが光軸上を移動可能であるように構成された光照
射装置。1. A light irradiation device for forming two rectangular beams, comprising: (a) a collimator lens for obtaining a first parallel beam; (b) a first parallel beam in one direction. (C) a convex cylindrical lens that converts the diverging beam into a second parallel beam; (d) a first concave cylindrical lens that divides the second parallel beam into two spectral beams (1) a triangular prism, (e), a second triangular prism for adjusting the distance between the two spectral beams, (f), a second concave cylindrical lens for diffusing the beam transmitted through the second triangular prism only in the longitudinal direction of the rectangular shape And (g), a third triangular prism for forming a rectangular beam by dividing the beam, which has passed through the second concave cylindrical lens, into two in the longitudinal direction of the rectangular shape, and superposing them on each other. A light irradiating device configured such that the lenses are arranged linearly and sequentially on the optical axis, and the convex cylindrical lens, the second triangular prism, and the third triangular prism are movable on the optical axis.
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JP61300638A JPH0833521B2 (en) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Light irradiation device |
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JP61300638A Expired - Fee Related JPH0833521B2 (en) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Light irradiation device |
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