JPH115186A - レーザー加工機 - Google Patents
レーザー加工機Info
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- JPH115186A JPH115186A JP9156826A JP15682697A JPH115186A JP H115186 A JPH115186 A JP H115186A JP 9156826 A JP9156826 A JP 9156826A JP 15682697 A JP15682697 A JP 15682697A JP H115186 A JPH115186 A JP H115186A
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- Japan
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- laser
- optical system
- objective lens
- laser beam
- slit
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Abstract
(57)【要約】
【課題】分割されるレーザービームのビーム間隔を広く
取る事ができ、且つスリットに入射するときのビーム間
隔を所望の間隔にできる構成とする事により、間隔調整
ミラー周りの寸法上の制約をなくす事で、これらの構成
をしやすくし、実際の光軸調整作業も容易となるように
したレーザー加工機を提供する。 【解決手段】全反射ミラー４ａ〜４ｄによって反射され
た各レーザービームがスリット９に入射するまでの光路
にビーム間隔変更手段８を設ける。ここでのビーム間隔
変更手段８は、いわゆるアフォーカル光学系であり、入
射光束の光束幅を縮小する働きをする。また、各レーザ
ービームの収束，発散の度合いやビーム間の平行度を変
更する事なくビーム間隔を狭くする機能を持っている。
取る事ができ、且つスリットに入射するときのビーム間
隔を所望の間隔にできる構成とする事により、間隔調整
ミラー周りの寸法上の制約をなくす事で、これらの構成
をしやすくし、実際の光軸調整作業も容易となるように
したレーザー加工機を提供する。 【解決手段】全反射ミラー４ａ〜４ｄによって反射され
た各レーザービームがスリット９に入射するまでの光路
にビーム間隔変更手段８を設ける。ここでのビーム間隔
変更手段８は、いわゆるアフォーカル光学系であり、入
射光束の光束幅を縮小する働きをする。また、各レーザ
ービームの収束，発散の度合いやビーム間の平行度を変
更する事なくビーム間隔を狭くする機能を持っている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工機に
関するものであり、さらに詳しくは、１本のレーザー光
を複数のビームに分割し、加工面に縮小投影して加工物
を加工するようなレーザー加工機に関するものである。
関するものであり、さらに詳しくは、１本のレーザー光
を複数のビームに分割し、加工面に縮小投影して加工物
を加工するようなレーザー加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、１本のレーザー光を複数のビ
ームに分割してスリットに入射させ、そのスリット像を
対物レンズ光学系によって加工面に縮小投影して加工物
を加工するようなレーザー加工機が知られている。図１
は、そのレーザー加工機の従来例の光学系を模式的に示
す図である。この光学系は、ＩＴＯ，マスク，半導体カ
ラーフィルター，各種金属薄膜の加工に用いられるもの
であり、製造上の効率を上げるため、一度に４本の加工
ができるように、１本のレーザー光を４本のビームに分
割している。
ームに分割してスリットに入射させ、そのスリット像を
対物レンズ光学系によって加工面に縮小投影して加工物
を加工するようなレーザー加工機が知られている。図１
は、そのレーザー加工機の従来例の光学系を模式的に示
す図である。この光学系は、ＩＴＯ，マスク，半導体カ
ラーフィルター，各種金属薄膜の加工に用いられるもの
であり、製造上の効率を上げるため、一度に４本の加工
ができるように、１本のレーザー光を４本のビームに分
割している。
【０００３】図１において、１はレーザー光源、５はレ
ーザービームを拡大或いは縮小して所望のビーム径に変
更するエキスパンダ、２ａ，２ｂ，２ｃはハーフミラ
ー、３ａ，３ｂは全反射ミラー、６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄは例えばビームウェスト位置を変更させるための光学
系或いはＡＯＭ（acousto optic modulator ，音響光学
変調器）のような光学素子若しくは機械的なシャッター
といった光学素子等、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはビーム
断面形状を変形させるシリンドリカルレンズ、４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄは別の全反射ミラー、９はスリット、１
０は対物レンズ光学系、１１は加工面である。
ーザービームを拡大或いは縮小して所望のビーム径に変
更するエキスパンダ、２ａ，２ｂ，２ｃはハーフミラ
ー、３ａ，３ｂは全反射ミラー、６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄは例えばビームウェスト位置を変更させるための光学
系或いはＡＯＭ（acousto optic modulator ，音響光学
変調器）のような光学素子若しくは機械的なシャッター
といった光学素子等、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはビーム
断面形状を変形させるシリンドリカルレンズ、４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄは別の全反射ミラー、９はスリット、１
０は対物レンズ光学系、１１は加工面である。
【０００４】上記レーザー光源１については、加工用に
用いられるレーザーの種類としてＹＡＧレーザー，ＣＯ
2 レーザー，エキシマレーザー等が挙げられるが、本例
においてはＹＡＧレーザー（波長λ＝５３２ｎｍ）を想
定しており、後述の実施形態においてもこの波長に対し
て光学系を設計している。また、シリンドリカルレンズ
７ａ〜７ｄは、ビームがスリット９をできるだけ効率よ
く通過するようにするため、スリット９の開口幅に合わ
せてビーム断面を細長くする働きを持つ。
用いられるレーザーの種類としてＹＡＧレーザー，ＣＯ
2 レーザー，エキシマレーザー等が挙げられるが、本例
においてはＹＡＧレーザー（波長λ＝５３２ｎｍ）を想
定しており、後述の実施形態においてもこの波長に対し
て光学系を設計している。また、シリンドリカルレンズ
７ａ〜７ｄは、ビームがスリット９をできるだけ効率よ
く通過するようにするため、スリット９の開口幅に合わ
せてビーム断面を細長くする働きを持つ。
【０００５】同図に示すように、レーザー光源１から射
出したレーザービーム１０１は、エキスパンダ５により
所望のビーム径に変更された後、ハーフミラー２ａによ
って２本のビームに分割される。その内、ハーフミラー
２ａに反射されたものであるレーザービーム１０２ａ
は、更にハーフミラー２ｂによって２本のビームに分割
される。そして、ハーフミラー２ｂを透過したものは全
反射ミラー３ａにより反射されてレーザービーム１０３
ａとなり、ハーフミラー２ｂに反射されたものはレーザ
ービーム１０３ｂとなる。
出したレーザービーム１０１は、エキスパンダ５により
所望のビーム径に変更された後、ハーフミラー２ａによ
って２本のビームに分割される。その内、ハーフミラー
２ａに反射されたものであるレーザービーム１０２ａ
は、更にハーフミラー２ｂによって２本のビームに分割
される。そして、ハーフミラー２ｂを透過したものは全
反射ミラー３ａにより反射されてレーザービーム１０３
ａとなり、ハーフミラー２ｂに反射されたものはレーザ
ービーム１０３ｂとなる。
【０００６】上記ハーフミラー２ａを透過したものであ
るレーザービーム１０２ｂは、更にハーフミラー２ｃに
よって２本のビームに分割される。そして、ハーフミラ
ー２ｃに反射されたものは全反射ミラー３ｂにより反射
されてレーザービーム１０３ｃとなり、ハーフミラー２
ｃを透過したものはレーザービーム１０３ｄとなる。こ
れら４本のレーザービーム１０３ａ〜１０３ｄは、それ
ぞれ上記光学素子等６ａ〜６ｄ及びシリンドリカルレン
ズ７ａ〜７ｄを透過して全反射ミラー４ａ〜４ｄにより
反射され、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０５
ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄとなってスリット９
のそれぞれの開口に入射する。
るレーザービーム１０２ｂは、更にハーフミラー２ｃに
よって２本のビームに分割される。そして、ハーフミラ
ー２ｃに反射されたものは全反射ミラー３ｂにより反射
されてレーザービーム１０３ｃとなり、ハーフミラー２
ｃを透過したものはレーザービーム１０３ｄとなる。こ
れら４本のレーザービーム１０３ａ〜１０３ｄは、それ
ぞれ上記光学素子等６ａ〜６ｄ及びシリンドリカルレン
ズ７ａ〜７ｄを透過して全反射ミラー４ａ〜４ｄにより
反射され、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０５
ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄとなってスリット９
のそれぞれの開口に入射する。
【０００７】スリット９に入射した各レーザービーム
は、回折して拡がりながら各レーザービーム１０６ａ，
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとなって対物レンズ光学
系１０に入射し、ここで所定のビーム間隔の各レーザー
ビーム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとなっ
て、これまでとは逆の並びで加工面１１上に縮小投影さ
れ、スリット像を形成して加工を行う。
は、回折して拡がりながら各レーザービーム１０６ａ，
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとなって対物レンズ光学
系１０に入射し、ここで所定のビーム間隔の各レーザー
ビーム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとなっ
て、これまでとは逆の並びで加工面１１上に縮小投影さ
れ、スリット像を形成して加工を行う。
【０００８】但し、簡単のため、図１においてはスリッ
ト９通過後のレーザービームは０次光のみ描かれてい
る。これは、後述する実施形態についての図２において
も同様である。尚、上記対物レンズ光学系１０は、焦点
調整のための移動によって像の大きさが変化しないよう
に、物体側，像側共にテレセントリック光学系に設計さ
れている。
ト９通過後のレーザービームは０次光のみ描かれてい
る。これは、後述する実施形態についての図２において
も同様である。尚、上記対物レンズ光学系１０は、焦点
調整のための移動によって像の大きさが変化しないよう
に、物体側，像側共にテレセントリック光学系に設計さ
れている。
【０００９】ここで、その対物レンズ光学系１０につい
て説明する。図６は、対物レンズ光学系１０を構成する
両側テレセントリック光学系の概念を、模式的に示す図
である。ここではその光学系を３つの構成要素に分けて
考える。即ち、同図において、１０ａは対物レンズ系１
群、１０ｂは対物レンズ系２群、１０ｃは対物レンズ系
絞りとする。そして、対物レンズ系絞り１０ｃは、対物
レンズ系１群１０ａの後側焦点位置に配置され、この位
置が対物レンズ系２群１０ｂの前側焦点位置にも一致し
ている事とする。対物レンズ光学系１０の前後における
各レーザービームの振る舞いは、図１において示した通
りである。
て説明する。図６は、対物レンズ光学系１０を構成する
両側テレセントリック光学系の概念を、模式的に示す図
である。ここではその光学系を３つの構成要素に分けて
考える。即ち、同図において、１０ａは対物レンズ系１
群、１０ｂは対物レンズ系２群、１０ｃは対物レンズ系
絞りとする。そして、対物レンズ系絞り１０ｃは、対物
レンズ系１群１０ａの後側焦点位置に配置され、この位
置が対物レンズ系２群１０ｂの前側焦点位置にも一致し
ている事とする。対物レンズ光学系１０の前後における
各レーザービームの振る舞いは、図１において示した通
りである。
【００１０】図７は、図６に示したスリット９に入射す
るレーザービーム１０５ａによる光路のみを残し、他の
レーザービーム（１０５ｂ〜１０５ｄ）による光路を消
したものである。これらの図において、スリット９は対
物レンズ光学系１０に対して物体となっている。そし
て、図７に示すように、スリット９に入射したレーザー
ビーム１０５ａは、ここで回折されて広がり、レーザー
ビーム１０６ａ，１０６ａ′，１０６ａ″となる。その
内、１０６ａは０次光であり、最も強度が高い。また、
１０６ａ′，ａ″はｎ次光（ｎ＝±１，２，３，…）を
表しており、ｎをどのくらいの大きさまでカバーできる
かは対物レンズ光学系１０のＮＡ（numerical apertur
e，開口数）によって決まる。
るレーザービーム１０５ａによる光路のみを残し、他の
レーザービーム（１０５ｂ〜１０５ｄ）による光路を消
したものである。これらの図において、スリット９は対
物レンズ光学系１０に対して物体となっている。そし
て、図７に示すように、スリット９に入射したレーザー
ビーム１０５ａは、ここで回折されて広がり、レーザー
ビーム１０６ａ，１０６ａ′，１０６ａ″となる。その
内、１０６ａは０次光であり、最も強度が高い。また、
１０６ａ′，ａ″はｎ次光（ｎ＝±１，２，３，…）を
表しており、ｎをどのくらいの大きさまでカバーできる
かは対物レンズ光学系１０のＮＡ（numerical apertur
e，開口数）によって決まる。
【００１１】また、スリット９は対物レンズ系１群１０
ａの前側焦点位置に配置されているので、スリット９に
入射したレーザービーム１０５ａがここで回折されて広
がったものであるレーザービーム１０６ａ，１０６
ａ′，１０６ａ″は、対物レンズ系１群１０ａで屈折
し、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０７ａ，１
０７ａ′，１０７ａ″となる。さらに、対物レンズ系絞
り１０ｃを通過した後、対物レンズ系２群１０ｂに入射
し、ここで屈折してそれぞれレーザービーム１０８ａ，
１０８ａ′，１０８ａ″となり、対物レンズ系２群１０
ｂの後側焦点位置に集光する。そして、この位置が加工
面１１に一致している。
ａの前側焦点位置に配置されているので、スリット９に
入射したレーザービーム１０５ａがここで回折されて広
がったものであるレーザービーム１０６ａ，１０６
ａ′，１０６ａ″は、対物レンズ系１群１０ａで屈折
し、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０７ａ，１
０７ａ′，１０７ａ″となる。さらに、対物レンズ系絞
り１０ｃを通過した後、対物レンズ系２群１０ｂに入射
し、ここで屈折してそれぞれレーザービーム１０８ａ，
１０８ａ′，１０８ａ″となり、対物レンズ系２群１０
ｂの後側焦点位置に集光する。そして、この位置が加工
面１１に一致している。
【００１２】ここで、０次光であるレーザービーム１０
６ａに注目すれば、スリット９に入射するレーザービー
ム１０５ａは、同図の対物レンズ系光軸１０ｄに平行な
ので、０次光であるレーザービーム１０６ａも当然対物
レンズ系光軸１０ｄに対して平行を保ちながら対物レン
ズ系１群１０ａに入射し、屈折してレーザービーム１０
７ａとなる。そして、対物レンズ系１群１０ａの後側焦
点位置で対物レンズ系光軸１０ｄと交わるが、この位置
には前述のように対物レンズ系絞り１０ｃが配置されて
いて、レーザービーム１０７ａがその対物レンズ系絞り
１０ｃの中心を通過する事が分かる。
６ａに注目すれば、スリット９に入射するレーザービー
ム１０５ａは、同図の対物レンズ系光軸１０ｄに平行な
ので、０次光であるレーザービーム１０６ａも当然対物
レンズ系光軸１０ｄに対して平行を保ちながら対物レン
ズ系１群１０ａに入射し、屈折してレーザービーム１０
７ａとなる。そして、対物レンズ系１群１０ａの後側焦
点位置で対物レンズ系光軸１０ｄと交わるが、この位置
には前述のように対物レンズ系絞り１０ｃが配置されて
いて、レーザービーム１０７ａがその対物レンズ系絞り
１０ｃの中心を通過する事が分かる。
【００１３】これは、対物レンズ系１群１０ａに入射す
る０次光であるレーザービーム１０６ａが、スリット９
より広がったレーザービーム１０６ａ，１０６ａ′，１
０６ａ″の主光線となっている事を意味しており、対物
レンズ光学系１０が物体側テレセントリック光学系であ
る事と同義である。
る０次光であるレーザービーム１０６ａが、スリット９
より広がったレーザービーム１０６ａ，１０６ａ′，１
０６ａ″の主光線となっている事を意味しており、対物
レンズ光学系１０が物体側テレセントリック光学系であ
る事と同義である。
【００１４】さらに、対物レンズ系絞り１０ｃの中心を
通過した０次光であるレーザービーム１０７ａは、対物
レンズ系２群１０ｂに入射し、屈折してレーザービーム
１０８ａとなる。そして、前述のように対物レンズ系絞
り１０ｃの位置は、対物レンズ系２群１０ｂの前側焦点
位置にも一致しているので、レーザービーム１０８ａ
は、対物レンズ系光軸１０ｄに対して平行となっている
事が分かる。
通過した０次光であるレーザービーム１０７ａは、対物
レンズ系２群１０ｂに入射し、屈折してレーザービーム
１０８ａとなる。そして、前述のように対物レンズ系絞
り１０ｃの位置は、対物レンズ系２群１０ｂの前側焦点
位置にも一致しているので、レーザービーム１０８ａ
は、対物レンズ系光軸１０ｄに対して平行となっている
事が分かる。
【００１５】これは、対物レンズ系２群１０ｂから射出
する０次光であるレーザービーム１０８ａが、同じく対
物レンズ系２群１０ｂから射出して集光するレーザービ
ーム１０８ａ，１０８ａ′，１０８ａ″の主光線となっ
ている事を意味しており、対物レンズ光学系１０が像側
テレセントリック光学系である事と同義である。
する０次光であるレーザービーム１０８ａが、同じく対
物レンズ系２群１０ｂから射出して集光するレーザービ
ーム１０８ａ，１０８ａ′，１０８ａ″の主光線となっ
ている事を意味しており、対物レンズ光学系１０が像側
テレセントリック光学系である事と同義である。
【００１６】上述の図７における説明は、他のレーザー
ビーム（１０５ｂ〜１０５ｄ）にもそのまま当てはまる
事は明らかである。このように、対物レンズ光学系１０
が両側テレセントリック光学系であれば、対物レンズ光
学系１０全体を移動させてピント調整等を行っても、像
の大きさが変わらないので、様々な厚さの被加工物に対
応する事が可能となり、メリットが大きい。
ビーム（１０５ｂ〜１０５ｄ）にもそのまま当てはまる
事は明らかである。このように、対物レンズ光学系１０
が両側テレセントリック光学系であれば、対物レンズ光
学系１０全体を移動させてピント調整等を行っても、像
の大きさが変わらないので、様々な厚さの被加工物に対
応する事が可能となり、メリットが大きい。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
１に示したような構成では、１本のレーザー光をハーフ
ミラー，全反射ミラー等で分割，整形後、そのままスリ
ットに入射させる構成であるので、分割された各レーザ
ービーム相互のビーム間隔が狭くなり、問題が生じる。
つまり、最終的に加工面１１上で必要なビーム間隔をｄ
1 、対物レンズ光学系１０の縮小倍率をβO とすれば、
スリット９入射時のビーム間隔ｄ2 は、 ｄ2 ＝ｄ1 ／βO で表され、例えば本例のようなレーザー加工機では、最
大値で概ねｄ1 ＝０．４ｍｍであり、βO ＝０．１倍で
あるので、概ねｄ2 ＝４ｍｍとなり、ビーム間隔が狭く
なる。
１に示したような構成では、１本のレーザー光をハーフ
ミラー，全反射ミラー等で分割，整形後、そのままスリ
ットに入射させる構成であるので、分割された各レーザ
ービーム相互のビーム間隔が狭くなり、問題が生じる。
つまり、最終的に加工面１１上で必要なビーム間隔をｄ
1 、対物レンズ光学系１０の縮小倍率をβO とすれば、
スリット９入射時のビーム間隔ｄ2 は、 ｄ2 ＝ｄ1 ／βO で表され、例えば本例のようなレーザー加工機では、最
大値で概ねｄ1 ＝０．４ｍｍであり、βO ＝０．１倍で
あるので、概ねｄ2 ＝４ｍｍとなり、ビーム間隔が狭く
なる。
【００１８】この構成を、ミラーのみで達成しようとし
ても、ミラーのケラレが生じやすく、ミラーの保持や光
軸調整のための機構を構成するのは難しくなる。また、
実際の光軸調整作業も困難となる。これを解決するため
に、上記縮小倍率βO をもっと小さくすれば、ビーム間
隔ｄ2 を十分な大きさにする事は可能である。例えば、
βO ＝０．０２５倍とすると、ｄ2 ＝１６ｍｍとなる。
ところが、このような対物レンズ光学系においては、一
般的にレンズ構成枚数が多くなり、対物レンズから加工
面までのいわゆるワーキングディスタンスが短くなり、
また、光学系の全長が長くなってしまうといった問題が
発生する。
ても、ミラーのケラレが生じやすく、ミラーの保持や光
軸調整のための機構を構成するのは難しくなる。また、
実際の光軸調整作業も困難となる。これを解決するため
に、上記縮小倍率βO をもっと小さくすれば、ビーム間
隔ｄ2 を十分な大きさにする事は可能である。例えば、
βO ＝０．０２５倍とすると、ｄ2 ＝１６ｍｍとなる。
ところが、このような対物レンズ光学系においては、一
般的にレンズ構成枚数が多くなり、対物レンズから加工
面までのいわゆるワーキングディスタンスが短くなり、
また、光学系の全長が長くなってしまうといった問題が
発生する。
【００１９】図１に示した従来例においては、対物レン
ズ光学系１０に入射するビーム間隔は、上記のように最
終的に加工面上で必要なビーム間隔ｄ1 と対物レンズ光
学系の縮小倍率βO によって決まってしまうので、全反
射ミラー４ａ〜４ｄの保持や光軸調整をするための、図
示しない機構が入るスペースを確保する事が難しい。そ
こで、４本のレーザービーム１０５ａ〜１０５ｄが、ス
リット９に向かって収束するように構成すれば、全反射
ミラー４ａ〜４ｄが配置しやすくなる。
ズ光学系１０に入射するビーム間隔は、上記のように最
終的に加工面上で必要なビーム間隔ｄ1 と対物レンズ光
学系の縮小倍率βO によって決まってしまうので、全反
射ミラー４ａ〜４ｄの保持や光軸調整をするための、図
示しない機構が入るスペースを確保する事が難しい。そ
こで、４本のレーザービーム１０５ａ〜１０５ｄが、ス
リット９に向かって収束するように構成すれば、全反射
ミラー４ａ〜４ｄが配置しやすくなる。
【００２０】しかし、上記のように、対物レンズ光学系
１０は、焦点調整のための移動によって像の大きさが変
化しないように、物体側，像側共にテレセントリック光
学系となるように設計されており、４本のレーザービー
ムが収束するように構成すると、その物体側テレセント
リック性が失われるので、望ましくない。
１０は、焦点調整のための移動によって像の大きさが変
化しないように、物体側，像側共にテレセントリック光
学系となるように設計されており、４本のレーザービー
ムが収束するように構成すると、その物体側テレセント
リック性が失われるので、望ましくない。
【００２１】本発明は、これらの問題点を解消し、分割
されるレーザービームのビーム間隔を広く取る事がで
き、且つスリットに入射するときのビーム間隔を所望の
間隔にできる構成とする事により、ミラーの保持や光軸
調整のための機構を構成しやすくし、実際の光軸調整作
業も容易となるようにしたレーザー加工機を提供する事
を目的とする。
されるレーザービームのビーム間隔を広く取る事がで
き、且つスリットに入射するときのビーム間隔を所望の
間隔にできる構成とする事により、ミラーの保持や光軸
調整のための機構を構成しやすくし、実際の光軸調整作
業も容易となるようにしたレーザー加工機を提供する事
を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、レーザー光源と、そのレーザー光源か
ら出たレーザービームを複数のレーザービームに分割す
るビーム分割手段と、前記分割された各レーザービーム
を加工面上に集光する対物レンズ光学系とを備えたレー
ザー加工機において、前記ビーム分割手段と前記対物レ
ンズ光学系との間に、前記分割された各レーザービーム
間の間隔を変更するビーム間隔変更手段を設けた構成と
する。
に、本発明では、レーザー光源と、そのレーザー光源か
ら出たレーザービームを複数のレーザービームに分割す
るビーム分割手段と、前記分割された各レーザービーム
を加工面上に集光する対物レンズ光学系とを備えたレー
ザー加工機において、前記ビーム分割手段と前記対物レ
ンズ光学系との間に、前記分割された各レーザービーム
間の間隔を変更するビーム間隔変更手段を設けた構成と
する。
【００２３】また、前記ビーム間隔変更手段は、アフォ
ーカル系を成す屈折レンズ光学系を備えた構成とする。
或いは、前記ビーム間隔変更手段は、アフォーカル系を
成す反射ミラー光学系を備えた構成とする。さらに、前
記反射ミラー光学系は、２枚の放物面鏡より成る構成と
する。尚、本クレームで言うビーム分割手段は、以下の
実施形態においてハーフミラー及び全反射ミラーを組み
合わせたものに相当する。
ーカル系を成す屈折レンズ光学系を備えた構成とする。
或いは、前記ビーム間隔変更手段は、アフォーカル系を
成す反射ミラー光学系を備えた構成とする。さらに、前
記反射ミラー光学系は、２枚の放物面鏡より成る構成と
する。尚、本クレームで言うビーム分割手段は、以下の
実施形態においてハーフミラー及び全反射ミラーを組み
合わせたものに相当する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明のレ
ーザー加工機の光学系を模式的に示す図である。上記図
１と同様に、図２において、１はレーザー光源、５はエ
キスパンダ、２ａ，２ｂ，２ｃはハーフミラー、３ａ，
３ｂは全反射ミラー、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは光学素
子等、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはシリンドリカルレン
ズ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは別の全反射ミラー、８は
本発明において設けられたビーム間隔変更手段、９はス
リット、１０は対物レンズ光学系、１１は加工面であ
る。
て、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明のレ
ーザー加工機の光学系を模式的に示す図である。上記図
１と同様に、図２において、１はレーザー光源、５はエ
キスパンダ、２ａ，２ｂ，２ｃはハーフミラー、３ａ，
３ｂは全反射ミラー、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは光学素
子等、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはシリンドリカルレン
ズ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは別の全反射ミラー、８は
本発明において設けられたビーム間隔変更手段、９はス
リット、１０は対物レンズ光学系、１１は加工面であ
る。
【００２５】同図に示すように、レーザー光源１から射
出したレーザービーム１０１は、エキスパンダ５により
所望のビーム径に変更された後、ハーフミラー２ａによ
って２本のビームに分割される。その内、ハーフミラー
２ａに反射されたものであるレーザービーム１０２ａ
は、更にハーフミラー２ｂによって２本のビームに分割
される。そして、ハーフミラー２ｂを透過したものは全
反射ミラー３ａにより反射されてレーザービーム１０３
ａとなり、ハーフミラー２ｂに反射されたものはレーザ
ービーム１０３ｂとなる。
出したレーザービーム１０１は、エキスパンダ５により
所望のビーム径に変更された後、ハーフミラー２ａによ
って２本のビームに分割される。その内、ハーフミラー
２ａに反射されたものであるレーザービーム１０２ａ
は、更にハーフミラー２ｂによって２本のビームに分割
される。そして、ハーフミラー２ｂを透過したものは全
反射ミラー３ａにより反射されてレーザービーム１０３
ａとなり、ハーフミラー２ｂに反射されたものはレーザ
ービーム１０３ｂとなる。
【００２６】上記ハーフミラー２ａを透過したものであ
るレーザービーム１０２ｂは、更にハーフミラー２ｃに
よって２本のビームに分割される。そして、ハーフミラ
ー２ｃに反射されたものは全反射ミラー３ｂにより反射
されてレーザービーム１０３ｃとなり、ハーフミラー２
ｃを透過したものはレーザービーム１０３ｄとなる。こ
れら４本のレーザービーム１０３ａ〜１０３ｄは、それ
ぞれ上記光学素子等６ａ〜６ｄ及びシリンドリカルレン
ズ７ａ〜７ｄを透過して全反射ミラー４ａ〜４ｄにより
反射され、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０４
ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄとなってビーム間隔
変更手段８に入射する。
るレーザービーム１０２ｂは、更にハーフミラー２ｃに
よって２本のビームに分割される。そして、ハーフミラ
ー２ｃに反射されたものは全反射ミラー３ｂにより反射
されてレーザービーム１０３ｃとなり、ハーフミラー２
ｃを透過したものはレーザービーム１０３ｄとなる。こ
れら４本のレーザービーム１０３ａ〜１０３ｄは、それ
ぞれ上記光学素子等６ａ〜６ｄ及びシリンドリカルレン
ズ７ａ〜７ｄを透過して全反射ミラー４ａ〜４ｄにより
反射され、それぞれ互いに平行なレーザービーム１０４
ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄとなってビーム間隔
変更手段８に入射する。
【００２７】そして、各レーザービームは、ビーム間隔
変更手段８により、それぞれ互いに平行なままビーム間
隔を縮小され、レーザービーム１０５ａ，１０５ｂ，１
０５ｃ，１０５ｄとなってスリット９のそれぞれの開口
に入射する。スリット９に入射した各レーザービーム
は、回折して広がりながら各レーザービーム１０６ａ，
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとなって対物レンズ光学
系１０に入射し、ここで所定のビーム間隔の各レーザー
ビーム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとなっ
て、これまでとは逆の並びで加工面１１上に縮小投影さ
れ、スリット像を形成して加工を行う。
変更手段８により、それぞれ互いに平行なままビーム間
隔を縮小され、レーザービーム１０５ａ，１０５ｂ，１
０５ｃ，１０５ｄとなってスリット９のそれぞれの開口
に入射する。スリット９に入射した各レーザービーム
は、回折して広がりながら各レーザービーム１０６ａ，
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとなって対物レンズ光学
系１０に入射し、ここで所定のビーム間隔の各レーザー
ビーム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとなっ
て、これまでとは逆の並びで加工面１１上に縮小投影さ
れ、スリット像を形成して加工を行う。
【００２８】このように、本発明では、全反射ミラー４
ａ〜４ｄによって反射された各レーザービームがスリッ
ト９に入射するまでの光路にビーム間隔変更手段８を設
けている。ここでのビーム間隔変更手段８は、いわゆる
アフォーカル光学系であり、入射光束の光束幅を縮小す
る働きをする。また、各レーザービームの収束，発散の
度合いやビーム間の平行度を変更する事なくビーム間隔
を狭くする機能を持っている。
ａ〜４ｄによって反射された各レーザービームがスリッ
ト９に入射するまでの光路にビーム間隔変更手段８を設
けている。ここでのビーム間隔変更手段８は、いわゆる
アフォーカル光学系であり、入射光束の光束幅を縮小す
る働きをする。また、各レーザービームの収束，発散の
度合いやビーム間の平行度を変更する事なくビーム間隔
を狭くする機能を持っている。
【００２９】このビーム間隔変更手段８の縮小倍率をβ
C とすれば、ビーム間隔変更手段８に入射するレーザー
ビームのビーム間隔ｄ3 は、上記最終的に加工面１１上
で必要なビーム間隔ｄ1 と、対物レンズ光学系１０の縮
小倍率βO 及びスリット９入射時のビーム間隔ｄ2 との
関係において、 ｄ3 ＝ｄ2 ／βC ＝ｄ1 ／（βO ×βC ） とする事ができるので、全反射ミラー４ａ〜４ｄが配置
しやすくなる。例えば、βC ＝０．２５倍であれば、ｄ
3 ＝４ｄ2 となり、全反射ミラー４ａ〜４ｄの保持，調
整機構や配置に関し、寸法上の制約がなくなり、また、
広いスペースを利用して調整が可能といった利点が生じ
る。また、ミラー自身の厚みも厚くする事が可能とな
り、光学性能や信頼性の向上にもつながる。
C とすれば、ビーム間隔変更手段８に入射するレーザー
ビームのビーム間隔ｄ3 は、上記最終的に加工面１１上
で必要なビーム間隔ｄ1 と、対物レンズ光学系１０の縮
小倍率βO 及びスリット９入射時のビーム間隔ｄ2 との
関係において、 ｄ3 ＝ｄ2 ／βC ＝ｄ1 ／（βO ×βC ） とする事ができるので、全反射ミラー４ａ〜４ｄが配置
しやすくなる。例えば、βC ＝０．２５倍であれば、ｄ
3 ＝４ｄ2 となり、全反射ミラー４ａ〜４ｄの保持，調
整機構や配置に関し、寸法上の制約がなくなり、また、
広いスペースを利用して調整が可能といった利点が生じ
る。また、ミラー自身の厚みも厚くする事が可能とな
り、光学性能や信頼性の向上にもつながる。
【００３０】尚、例えば本実施形態においては、最大値
で概ねｄ1 ＝０．４ｍｍであり、βO ＝０．１倍である
ので、概ねｄ2 ＝４ｍｍとなっている。故に概ねｄ3 ＝
１６ｍｍである。但し、スリット交換により可変できる
仕様となっている。この場合、図２における全反射ミラ
ー４ａ〜４ｄの位置をレーザービーム１０３ａ〜１０３
ｄに沿って調整する事で、スリット９に入射するレーザ
ービーム１０５ａ〜１０５ｄの光軸からの高さを調整す
る事ができる。また、スリット１本分の開口幅は０．２
５ｍｍとなっており、加工できる線幅は０．０２５ｍｍ
＝２５μｍを想定して設計してある。
で概ねｄ1 ＝０．４ｍｍであり、βO ＝０．１倍である
ので、概ねｄ2 ＝４ｍｍとなっている。故に概ねｄ3 ＝
１６ｍｍである。但し、スリット交換により可変できる
仕様となっている。この場合、図２における全反射ミラ
ー４ａ〜４ｄの位置をレーザービーム１０３ａ〜１０３
ｄに沿って調整する事で、スリット９に入射するレーザ
ービーム１０５ａ〜１０５ｄの光軸からの高さを調整す
る事ができる。また、スリット１本分の開口幅は０．２
５ｍｍとなっており、加工できる線幅は０．０２５ｍｍ
＝２５μｍを想定して設計してある。
【００３１】以下に、本発明におけるビーム間隔変更手
段８の光学系の具体例を述べる。以下の実施形態におい
て、縮小倍率βC は全て０．２５倍となるように設計さ
れている。図３は、ビーム間隔変更手段８の一実施形態
であって、屈折レンズによる光学系を示している。同図
において、ｒ９はスリットである。これらの具体的なコ
ンストラクションデータを以下に示す。
段８の光学系の具体例を述べる。以下の実施形態におい
て、縮小倍率βC は全て０．２５倍となるように設計さ
れている。図３は、ビーム間隔変更手段８の一実施形態
であって、屈折レンズによる光学系を示している。同図
において、ｒ９はスリットである。これらの具体的なコ
ンストラクションデータを以下に示す。
【００３２】 〔曲面の記号〕 〔曲率半径〕〔軸上面間隔〕〔屈折率Ｎｄ〕〔アッベ数νｄ〕 ｒ１ 87.574 d1: 7.000 N1:1.45847 ν1:67.72 ｒ２ 191.529 d2: 0.500 ｒ３ 69.004 d3: 9.000 N2:1.45847 ν2:67.72 ｒ４ 351.019 d4: 2.000 ｒ５ 199.144 d5: 5.000 N3:1.45847 ν3:67.72 ｒ６ 127.009 d6: 84.380 ｒ７ -22.547 d7: 2.000 N4:1,45847 ν4:67.72 ｒ８ 63.732 d8: 10.000 ｒ９ ∞ Σd=119.880
【００３３】図４は、ビーム間隔変更手段８の他の実施
形態であって、反射ミラーによる光学系を示している。
同図において、２枚のミラーはそれぞれｒ１* ，ｒ２*
で表される放物凹面を持ち、それらの焦点位置が一致す
るように配置されている。同図の左側より入射した複数
の平行ビームは、ｒ１* で表される第１面でそれぞれ反
射され、焦点位置で一度集まり、ｒ２* で表される第２
面で再度反射されてビーム間隔の狭い平行ビームとな
り、第１面の中央に設けられた開口部を通過してスリッ
トｒ３に達する。これらの具体的なコンストラクション
データを以下に示す。
形態であって、反射ミラーによる光学系を示している。
同図において、２枚のミラーはそれぞれｒ１* ，ｒ２*
で表される放物凹面を持ち、それらの焦点位置が一致す
るように配置されている。同図の左側より入射した複数
の平行ビームは、ｒ１* で表される第１面でそれぞれ反
射され、焦点位置で一度集まり、ｒ２* で表される第２
面で再度反射されてビーム間隔の狭い平行ビームとな
り、第１面の中央に設けられた開口部を通過してスリッ
トｒ３に達する。これらの具体的なコンストラクション
データを以下に示す。
【００３４】
【００３５】ここで、＊は非球面を示しており、非球面
の式は、 ｘ＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋√（１−εｙ2／ｒ2）｝ で表される。但し、 ｘ：光軸方向への面頂点からの変位量 ｙ：径方向への面頂点からの変位量 ｒ：基準曲率半径 ε：２次曲面パラメータ である。本発明の実施形態においては、全てε＝０．０
であり、従って上式より、ここでの非球面は全て放物面
となる。
の式は、 ｘ＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋√（１−εｙ2／ｒ2）｝ で表される。但し、 ｘ：光軸方向への面頂点からの変位量 ｙ：径方向への面頂点からの変位量 ｒ：基準曲率半径 ε：２次曲面パラメータ である。本発明の実施形態においては、全てε＝０．０
であり、従って上式より、ここでの非球面は全て放物面
となる。
【００３６】図５は、ビーム間隔変更手段８の更に他の
実施形態であって、反射ミラーによる光学系を示してい
る。同図において、２枚のミラーはそれぞれｒ１* ，ｒ
２*で表される放物凹面及び放物凸面を持ち、それらの
焦点位置が一致するように配置されている。同図の左側
より入射した複数の平行ビームは、ｒ１* で表される第
１面で焦点位置に向かって集まるようにそれぞれ反射さ
れ、ｒ２* で表される第２面で再度反射されてビーム間
隔の狭い平行ビームとなり、第１面の中央に設けられた
開口部を通過してスリットｒ３に達する。これらの具体
的なコンストラクションデータを以下に示す。
実施形態であって、反射ミラーによる光学系を示してい
る。同図において、２枚のミラーはそれぞれｒ１* ，ｒ
２*で表される放物凹面及び放物凸面を持ち、それらの
焦点位置が一致するように配置されている。同図の左側
より入射した複数の平行ビームは、ｒ１* で表される第
１面で焦点位置に向かって集まるようにそれぞれ反射さ
れ、ｒ２* で表される第２面で再度反射されてビーム間
隔の狭い平行ビームとなり、第１面の中央に設けられた
開口部を通過してスリットｒ３に達する。これらの具体
的なコンストラクションデータを以下に示す。
【００３７】
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各レーザービームの収束，発散の度合いやビーム間の平
行度を変更する事なくビーム間隔を狭くする機能を持つ
ビーム間隔変更手段を設ける事により、分割されるレー
ザービームのビーム間隔を広く取る事ができ、且つスリ
ットに入射するときのビーム間隔を所望の間隔にできる
構成となるため、ミラーの厚みを厚くする事で光学性
能，信頼性を向上させたり、ミラーの保持や光軸調整の
ための機構を構成しやすくし、実際の光軸調整作業も容
易となるようにしたレーザー加工機を提供する事ができ
る。
各レーザービームの収束，発散の度合いやビーム間の平
行度を変更する事なくビーム間隔を狭くする機能を持つ
ビーム間隔変更手段を設ける事により、分割されるレー
ザービームのビーム間隔を広く取る事ができ、且つスリ
ットに入射するときのビーム間隔を所望の間隔にできる
構成となるため、ミラーの厚みを厚くする事で光学性
能，信頼性を向上させたり、ミラーの保持や光軸調整の
ための機構を構成しやすくし、実際の光軸調整作業も容
易となるようにしたレーザー加工機を提供する事ができ
る。
【図１】従来のレーザー加工機の光学系を模式的に示す
図。
図。
【図２】本発明のレーザー加工機の光学系を模式的に示
す図。
す図。
【図３】本発明におけるビーム間隔変更手段の光学系の
一実施形態を示す図。
一実施形態を示す図。
【図４】本発明におけるビーム間隔変更手段の光学系の
他の実施形態を示す図。
他の実施形態を示す図。
【図５】本発明におけるビーム間隔変更手段の光学系の
別の実施形態を示す図。
別の実施形態を示す図。
【図６】両側テレセントリック光学系の概念を模式的に
示す図。
示す図。
【図７】図６における１本のビームを残して示す図。
１ レーザー光源 ２ａ，２ｂ，２ｃ ハーフミラー ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 全反射ミラー ５ エキスパンダ ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 光学素子等 ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ シリンドリカルレンズ ８ ビーム間隔変更手段 ９ スリット １０ 対物レンズ光学系 １１ 加工面
フロントページの続き (72)発明者 杉原 康正 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 手島 渉 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザー光源と、該レーザー光源から出
たレーザービームを複数のレーザービームに分割するビ
ーム分割手段と、前記分割された各レーザービームを加
工面上に集光する対物レンズ光学系とを備えたレーザー
加工機において、 前記ビーム分割手段と前記対物レン
ズ光学系との間に、前記分割された各レーザービーム間
の間隔を変更するビーム間隔変更手段を設けた事を特徴
とするレーザー加工機。 - 【請求項２】 前記ビーム間隔変更手段は、アフォーカ
ル系を成す屈折レンズ光学系を備えた事を特徴とする請
求項１に記載のレーザー加工機。 - 【請求項３】 前記ビーム間隔変更手段は、アフォーカ
ル系を成す反射ミラー光学系を備えた事を特徴とする請
求項１に記載のレーザー加工機。 - 【請求項４】 前記反射ミラー光学系は、２枚の放物面
鏡より成る事を特徴とする請求項３に記載のレーザー加
工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9156826A JPH115186A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザー加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9156826A JPH115186A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザー加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH115186A true JPH115186A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15636202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9156826A Pending JPH115186A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | レーザー加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH115186A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008272830A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Eo Technics Co Ltd | レーザ加工装置 |
| JP2009248181A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Ulvac Japan Ltd | レーザー加工装置、レーザービームのピッチ可変法、及びレーザー加工方法 |
| JP2010151878A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 光ビーム分岐装置および露光装置 |
| KR20140064475A (ko) * | 2012-11-20 | 2014-05-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 가공 장치 |
| US9958613B2 (en) | 2013-11-27 | 2018-05-01 | Seiko Epson Corporation | Light divider |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP9156826A patent/JPH115186A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008272830A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Eo Technics Co Ltd | レーザ加工装置 |
| JP2009248181A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Ulvac Japan Ltd | レーザー加工装置、レーザービームのピッチ可変法、及びレーザー加工方法 |
| JP2010151878A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 光ビーム分岐装置および露光装置 |
| KR20140064475A (ko) * | 2012-11-20 | 2014-05-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 가공 장치 |
| US9958613B2 (en) | 2013-11-27 | 2018-05-01 | Seiko Epson Corporation | Light divider |
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