KR20060115744A

KR20060115744A - 셔터 유니트 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20060115744A
Application number: KR1020067009423A
Authority: KR
Inventors: 노리오 구리타; 테츠야 오사지마; 마사요시 구수노키; 타츠야 스즈키; 도시미츠 와쿠다
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-11-09
Also published as: EP1681591A1; CN100432741C; US7626746B2; JP2005140854A; JP3734812B2; MY131928A; TW200526983A; EP1681591B1; KR100858181B1; WO2005043217A1; US20070273950A1; TWI298801B; EP1681591A4; CN1875310A

Abstract

레이저광의 광로의 폐쇄시에 레이저광의 산란을 방지할 수 있고, 소형화를 도모할 수 있는 셔터 유니트 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치를 제공한다.

셔터 유니트(1)에서는, 레이저광(L)의 광로의 개방시에는, 축선(γ)을 중심으로 하여 회전 부재(57)를 회전시키고, 개구부(61)를 광축(α) 위에 위치시켜 레이저광(L)을 통과시킨다. 한편, 레이저광(L)의 광로의 폐쇄시에는, 회전 부재(57)를 회전시켜, 반사면(62)을 광축(α) 위에 위치시켜 레이저광(L)을 반사한다. 이때, 반사된 레이저광(L)은 광흡수 부재(63)에 의해 흡수되기 때문에, 레이저광(L)의 광로의 폐쇄시에 레이저광(L)이 산란하는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 개구부(61) 및 반사면(62)의 양자가, 광축(α)과 대략 직교하는 축선(γ)을 중심으로 하여 회전하는 회전 부재(57)에 형성되어 있기 때문에, 셔터 유니트(1)의 소형화를 도모할 수 있다.

Description

셔터 유니트 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치 {SHUTTER UNIT AND LASER PROCESSING DEVICE USING IT}

본 발명은, 레이저 광의 광로(光路)의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔터 유니트 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

종래에 있어서의 이러한 종류의 셔터 유니트로서, 특허문헌 1에 기재된 광학 셔터나, 특허문헌 2에 기재된 레이저 가공기의 셔터 기구가 있다.

특허문헌 1에 기재한 광학 셔터는, 레이저 광의 광축과 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하는 원통 모양의 셔터부가 레이저 광의 광로 위에 배치되고, 이 셔터부의 측벽에, 레이저 광의 광축에 따라 관통 구멍이 형성된 것이다. 이 광학 셔터에 있어서는, 레이저 광의 광로를 개방할 때에는 레이저 광의 광축 위에 관통 구멍을 위치시켜서 레이저 광을 관통시키고, 한편, 레이저 광의 광로를 폐쇄할 때에는 레이저 광의 광축 위로부터 관통 구멍을 이동시켜서 셔터부의 측벽에 의해 레이저 광을 차단한다.

또, 특허문헌 2 기재의 셔터 기구는, 레이저 광의 광축과 평행한 축선을 중심으로 하여 회전하는 레이저 광 차단판에서 회전 중심을 사이에 두고 대향하는 위치에, 각각 관통 구멍과 반사 미러가 설치된 것이다. 이 셔터 기구에 있어서는, 레 이저 광의 광로를 개방할 때에는 레이저 광의 광축 위에 관통 구멍을 위치시켜서 레이저 광을 통과시키고, 한편, 레이저 광의 광로를 폐쇄할 때에는 레이저 광의 광축 위에 반사 미러를 위치시켜서 레이저 광을 댐퍼(damper)로 향하여 반사한다.

특허문헌 1 : 특개평7-193300호 공보

특허문헌 2 : 특개평10-34368호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그렇지만, 특허문헌 1 기재의 광학 셔터에 있어서는, 셔터부가 원통 모양이기 때문에, 그 측벽에 의해 차단된 레이저 광이 산란(散亂)하고, 경우에 따라서는, 산란한 레이저 광의 일부가 레이저 공진기(共振器)로 되돌아올 우려가 있다.

또, 특허문헌 2 기재의 셔터 기구에 있어서는, 레이저 광 차단판에서 회전 중심을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 관통 구멍과 반사 미러가 설치되어 있기 때문에, 셔터 기구의 소형화를 도모하는 것이 곤란하다.

그래서, 본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 광의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저 광이 산란하는 것을 방지할 수 있고, 게다가, 소형화를 도모할 수 있는 셔터 유니트 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 셔터 유니트는, 레이저 광의 광로의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔터 유니트로서, 레이저 광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하고, 레이저 광을 통과시키는 개구부, 및 레이저 광을 반사하는 반사면이 형성된 회전 부재와, 반사면에 의해 반사되는 레이저 광을 흡수하는 광흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 셔터 유니트에 있어서는, 레이저 광의 광로를 개방할 때에는, 레이저 광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전 부재를 회전시킴으로써, 개구부를 레이저 광의 광축 위에 위치시켜 레이저 광을 통과시킨다. 한편, 레이저 광을 폐쇄할 때에는, 회전 부재를 회전시킴으로써, 반사면을 레이저 광의 광축 위에 위치시켜 레이저 광을 반사한다. 이때, 반사면에 의해 반사된 레이저 광은 광흡수 부재에 의해 흡수되기 때문에, 레이저 광의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저 광이 산란하는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 레이저 광을 통과시키는 개구부, 및 레이저 광을 반사하는 반사면의 양자(兩者)가, 레이저 광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하는 회전 부재에 형성되어 있기 때문에, 셔터 유니트의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 회전 부재는, 축선을 중심으로 하여 회전하는 기본부와, 기본부로부터 광축 측에 연장하여 있고 또한 축선 측에 경사진 경사판을 가지며, 개구부와, 기본부와 경사판과의 사이에 형성되고, 반사면은, 축선에 대해 경사판의 외측의 표면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 회전 부재의 구조의 단순화 및 회전 부재의 소형화를 도모할 수 있다. 더욱이, 개구부를 레이저 광의 광축 위에 위치시킨 상태와, 반사면을 레이저 광의 광축 위에 위치시킨 상태와의 사이에 있어서 회전 부재의 회전 스트로크가 짧게 되기 때문에, 레이저 광의 광로의 개방과 폐쇄와의 전환 속도를 고속화하는 것이 가능하게 된다.

또, 축선 위에 배치된 회전 축을 가진 구동 모터를 구비하고, 회전 부재는 회전축에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 구동 모터의 회전축에 회전 부재를 직접 설치함으로써, 셔터 유니트의 구조의 단순화를 도모할 수 있다.

또, 반사면은, 축선과 대략 평행한 방향에 레이저 광을 반사하고, 광흡수 부재는, 반사면에 의해 반사된 레이저 광의 광축 위에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 각 구성 부품의 레이아웃이 효율적인 것으로 되어, 레이저 유니트를 보다 한층 소형화를 도모할 수 있다.

또, 제 1 포토인터럽터(photointerrupter)와, 제 2 포토인터럽터를 구비하고, 회전 부재에는, 개구부가 광축 위에 위치할 때에 제 1 포토인터럽터의 광로를 차단하며, 반사면이 광축 위에 위치할 때에 제 2 포토인터럽터의 광로를 차단하는 차광판이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 제 1 포토인터럽터에 의해 레이저 광의 광로의 개방을 검지(檢知)할 수 있고, 한편, 제 2 포토인터럽터에 의해 레이저 광의 광로의 폐쇄를 검지할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는, 가공 대상물을 가공하기 위한 레이저 광의 광로의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔터 유니트를 구비한 레이저 가공 장치로서, 셔터 유니트는, 레이저 광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하고, 레이저 광을 통과시키는 개구부, 및 레이저 광을 반사하는 반사면이 형성된 회전 부재와, 반사면에 의해 반사되는 레이저 광을 흡수하는 광흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 레이저 가공 장치는, 상술한 본 발명에 관한 셔터 유니트를 이용한 것이기 때문에, 레이저 광의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저 광이 산란하는 것을 방지할 수 있고, 게다가, 셔터 유니트의 소형화를 도모할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명에 의하면, 레이저 광의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저 광이 산란하는 것을 방지할 수 있고, 게다가, 셔터 유니트의 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 레이저 가공 장치의 일실시예를 나타내는 구성도이다.

도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 레이저 광의 광로가 폐쇄되어 있을 때의 셔터 유니트의 내부 구조를 나타내는 평면도이다.

도 3은 도 2의 III-III 선에 따른 단면도이다.

도 4는 도 2의 IV-IV 선에 따른 단면도이다.

도 5는 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 레이저 광의 광로가 개방되어 있을 때의 셔터 유니트의 내부 구조를 나타내는 평면도이다.

도 6은 도 5의 VI-VI 선에 따른 단면도이다.

도 7은 도 5의 VII-VII 선에 따른 단면도이다.

<부호의 설명>

1…레이저 가공 장치, 14…셔터 유니트, 55…구동 모터, 56…회전축, 57…회 전 부재, 58…기본부, 59…경사판, 61…개구부, 62…반사면, 63…광흡수 부재, 64…제 1 포토인터럽터, 65…제 2 포토인터럽터, 66…차광판, α, δ…광축, γ…축선, L…레이저 광, S…가공 대상물

<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>

이하, 본 발명에 관한 셔터 유니트 및 레이저 가공 장치의 바람직한 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 스테이지(2) 위에 실어 놓여진 평판 모양의 가공 대상물(S)의 내부에 집광점(P)을 맞춰서 레이저 광(L)을 조사(照射)하고, 가공 대상물(S)의 내부에 다광자(多光子) 흡수에 의한 개질(改質) 영역(R)을 형성하는 장치이다. 스테이지(2)는, 상하 방향 및 좌우 방향으로의 이동 및 회전 이동이 가능한 것으로, 이 스테이지(2)의 위쪽에는, 주로 레이저 헤드 유니트(3), 광학계 본체부(4) 및 대물 렌즈 유니트(5)로 이루어지는 레이저 출사(出射) 장치(6)가 배치되어 있다.

레이저 헤드 유니트(3)는, 광학계 본체부(4)의 상단부에 착탈이 자유롭게 설치되어 있다. 이 레이저 헤드 유니트(3)는 L자 모양의 냉각 재킷(jacket)(11)을 가지고 있고, 이 냉각 재킷(11)의 세로벽(11a) 내에는, 냉각수가 유통(流通)하는 냉각관(12)이 사행(蛇行)된 상태로 매설되어 있다. 이 세로벽(11a)의 전면(前面)에는, 레이저 광(L)을 아래쪽으로 향하여 출사하는 레이저 헤드(13)와, 이 레이저 헤드(13)로부터 출사된 레이저 광(L)의 광로의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔 터 유니트(14)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 레이저 헤드(13) 및 셔터 유니트(14)가 과열하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 헤드(13)는, 예를 들면 Nd:YAG 레이저를 이용한 것으로, 레이저 광(L)으로서 펄스 폭 1㎲ 이하의 펄스 레이저 광을 출사한다.

또한, 레이저 헤드 유니트(3)에 있어서, 냉각 재킷(11)의 바닥벽(11b)의 하면에는, 냉각 재킷(11)의 경사 등을 조정하기 위한 조정부(15)가 설치되어 있다. 이 조정부(15)는, 레이저 헤드(13)로부터 출사된 레이저 광(L)의 광축(α)을, 상하 방향으로 연장하여 있도록 광학계 본체(4) 및 대물 렌즈 유니트(5)에 설정된 축선(β)에 일치시키기 위한 것이다. 즉, 레이저 헤드 유니트(3)는 조정부(15)를 통하여 광학계 본체부(4)에 설치되어 있다. 그 후, 조정부(15)에 의해 냉각 재킷(11)의 경사 등이 조정되면, 냉각 재킷(11)의 움직임에 추종하여 레이저 헤드(13)의 경사 등도 조정된다. 이것에 의해, 레이저 광(L)은, 그 광축(α)이 축선(β)과 일치된 상태에서 광학계 본체(4) 내에 진행하게 된다. 또한, 냉각 재킷(11)의 바닥벽(11b), 조정부(15) 및 광학계 본체부(4)의 케이스(21)에는, 레이저 광(L)이 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다.

또, 광학계 본체부(4)의 케이스(21) 내의 축선(β) 위에는, 레이저 헤드(13)로부터 출사된 레이저 광(L)의 빔 사이즈를 확대하는 빔 익스펜더(expander)(22)와, 레이저 광(L)의 출력을 조정하는 광 감쇠기(optical attenuator)(23)와, 광 감쇠기(23)에 의해 조정되는 레이저 광(L)의 출력을 관찰하는 출력 관찰 광학계(24)와, 레이저 광(L)의 편광을 조정하는 편광 조정 광학계(25)가 위에서부터 아래쪽으 로 이 순서로 배치되어 있다. 또한, 광 감쇠기(23)에는, 제거된 레이저 광을 흡수하는 빔 댐퍼(26)가 설치되어 있고, 이 빔 댐퍼(26)는, 히트 파이프(27)를 통하여 냉각 재킷(11)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 레이저 광을 흡수한 빔 댐퍼(26)가 과열하는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 스테이지(2) 위에 실어 놓여진 가공 대상물(S)을 관찰할 수 있도록, 광학계 본체부(4)의 케이스(21)에는, 관찰용 가시광을 도광(導光)하는 라이트 가이드(light guide)(28)가 설치되고, 케이스(21) 내에는 CCD 카메라(29)가 배치되어 있다. 관찰용 가시광은 라이트 가이드(28)에 의해 케이스(21) 내에 유도되고, 시야 조리개(31), 레티클(reticle)(32), 다이크로익 미러(dichroic mirror)(33) 등을 순차 통과한 후, 축선(β) 위에 배치된 다이크로익 미러(34)에 의해 반사된다. 반사된 관찰용 가시광은, 축선(β) 위를 아래쪽으로 향하여 진행하여 가공 대상물(S)에 조사된다. 또한, 레이저 광(L)은 다이크로익 미러(34)를 투과한다.

그리고, 가공 대상물(S)의 표면에서 반사된 관찰용 가시광의 반사광은, 축선(β)를 위쪽으로 향하여 진행하고 다이크로익 미러(34)에 의해 반사된다. 이 다이크로익 미러(34)에 의해 반사된 반사광은, 다이크로익 미러(33)에 의해 다시 반사되어 결상(結像) 렌즈(35) 등을 통과하고, CCD 카메라(29)에 입사한다. 이 CCD 카메라(29)에 의해 촬상(撮像)된 가공 대상물(S)의 화상은 모니터(도시생략)에 비추어진다.

또, 대물렌즈 유니트(5)는, 광학계 본체부(4)의 하단부에 착탈이 자유롭게 설치되어 있다. 대물렌즈 유니트(5)는, 복수의 위치 결정 핀에 의해 광학계 본체 부(4)의 하단부에 대하여 위치 결정되기 때문에, 광학계 본체(4)에 설정된 축선(β)와 대물렌즈 유니트(5)에 설정된 축선(β)를 용이하게 일치시킬 수 있다. 이 대물렌즈 유니트(5)의 케이스(41)의 하단에는, 압전 소자를 이용한 액추에이터(43)를 개재시켜서, 축선(β)에 광축이 일치한 상태에서 가공용 대물렌즈(42)가 장착되어 있다. 또한, 광학계 본체부(4)의 케이스(21) 및 대물렌즈 유니트(5)의 케이스(41)에는, 레이저광(L)이 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 또, 가공용 대물렌즈(42)에 의해 집광된 레이저광(L)의 집광점(P)에 있어서의 피크 파워 밀도는 1 × 10⁸(W／cm²) 이상이 된다.

또한, 대물렌즈 유니트(5)의 케이스(41) 내에는, 가공 대상물(S)의 표면으로부터 소정의 깊이에 레이저광(L)의 집광점(P)을 위치시키도록, 측정용 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드(44)와 수광부(45)가 배치되어 있다. 거리 측정용 레이저광은 레이저 다이오드(44)로부터 출사되고, 미러(46), 하프(half) 미러(47)에 의해 순차적으로 반사된 후, 축선(β) 위에 배치된 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된다. 반사된 거리 측정용 레이저광은, 축선(β) 위를 아래쪽으로 향하여 진행하고, 가공용 대물렌즈(42)를 통과하여 가공 대상물(S)에 조사된다. 또한, 레이저광(L)은 다이크로익 미러(48)를 투과한다.

그리고, 가공 대상물(S)의 표면에서 반사된 측정용 레이저광의 반사광은, 가공용 대물렌즈(42)에 재입사하여 축선(β) 위를 위쪽을 향하여 진행하고, 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된다. 이 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된 측정용 레이 저광의 반사광은, 하프 미러(45)를 통과하여 수광부(45) 내에 입사하고, 포토다이오드를 4등분하여 이루어지는 4분할 위치 검출 소자 위에 집광된다. 이 4분할 위치 검출 소자 위에 집광된 측정용 레이저광의 반사광의 집광상 패턴에 기초하여, 가공용 대물렌즈(42)에 의한 측정용 레이저광의 집광점이 가공 대상물(S)의 표면에 대하여 어느 위치에 있는지를 검출할 수 있다.

이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(1)에 의한 레이저 가공 방법에 대하여 설명한다. 우선, 스테이지(2) 위에 가공 대상물(S)을 실어 놓고, 스테이지(2)를 이동시켜 가공 대상물(S)의 내부에 레이저광(L)의 집광점(P)를 맞춘다. 이 스테이지(2)의 초기 위치는, 가공 대상물(S)의 두께나 굴절율, 가공용 대물렌즈(42)의 개구수 등에 근거하여 결정된다.

이어서, 레이저 헤드(13)로부터 레이저광(L)을 출사함과 동시에, 레이저 다이오드(44)로부터 측정용 레이저광을 출사하고, 가공용 대물렌즈(42)에 의해 집광된 레이저광(L) 및 측정용 레이저광이 가공 대상물(S)의 소망의 라인 위를 스캔하도록 스테이지(2)를 이동시킨다. 이때, 수광부(45)에 의해 측정용 레이저광의 반사광이 검출되고, 레이저광(L)의 집광점(P)의 위치가 가공 대상물(S)의 표면으로부터 항상 일정한 깊이가 되도록 액추에이터(43)가 피드백 제어되어, 가공용 대물렌즈(42)의 위치가 축선(β)방향으로 미세 조정된다.

따라서, 예를 들면 가공 대상물(S)의 표면에 면 진동이 있어도, 표면으로부터 일정한 깊이의 위치에 다광자 흡수에 의한 개질 영역(R)을 형성할 수 있다. 이와 같이 평판 모양의 가공 대상물(S)의 내부에 라인 형상의 개질 영역(R)을 형성하 면, 그 라인 형상의 개질 영역(R)이 기점으로 되어 분열이 발생하여, 라인 형상의 개질 영역(R)에 따라 용이하게, 또한 고정밀도로 가공 대상물(S)을 절단할 수 있다.

다음으로, 상술한 셔터 유니트(14)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2및 도 3에 나타내는 바와 같이, 셔터 유니트(14)는, 좌우 방향으로 연장되어 있도록 냉각 재킷(11)의 세로 벽(11a)의 전면에 스페이서(51)를 통하여 설치된 직육면체 모양의 케이스(52)를 가지고 있다. 케이스(52) 상부벽(52a)에는, 레이저 헤드(13)로부터 출사되는 레이저광(L)의 광축(α)에 따라 레이저광(L)의 입사 구멍(53)이 형성되고, 케이스(52)의 하부벽(52b)에는, 레이저광(L)의 광축(α)에 따라 레이저광(L)의 출사 구멍(54)이 형성되어 있다.

또, 케이스(52)의 한쪽 측벽(52c)에는, 케이스(52)의 외부에 배치된 상태에서 구동 모터(55)가 설치되어 있다. 이 구동 모터(55)의 회전축(56)은, 레이저광(L)의 광축(α)과 대략 직교하는 축선(γ) 위에 배치되고, 측벽(52c)을 관통하여 케이스(52) 내에 연장되어 있다. 이와 같이, 구동 모터(55)를 케이스(52)의 외부에 배치함으로써, 구동 모터(55)의 효율이 좋은 방열이 가능하게 된다. 또한, 구동 모터(55)는, 회전축(56)이 1펄스의 신호로 30도 회전하는 스텝 로터리 솔레노이드형의 모터이다.

케이스(52) 내에 있어서, 회전축(56)의 선단부에는 회전 부재(57)가 설치되어 있다. 이 회전 부재(57)는, 회전축(56)에 직접 고정된 직육면체 모양의 기본부(58)와, 이 기본부(58)의 일단부로부터 광축(α) 측에 연장되어 있고 또한 축선 (γ) 측에 약 45도 경사진 경사판(59)을 가지고 있다. 이 회전 부재(57)에 있어서, 기본부(58)와 경사판(59)에 끼워진 삼각형 모양의 공간은, 회전축(56)의 회전에 의해 광축(α) 위에 위치하여 레이저광(L)을 통과시키는 개구부(61)로 된다. 또, 축선(γ)에 대하여 경사판(59)의 외측의 표면(59a)은 거울면 모양으로 형성되고, 회전축(56)의 회전에 의해 광축(α) 위에 위치하여 레이저광(L)을 반사하는 반사면(62)으로 된다. 이와 같이, 구동 모터(55)의 회전축(56)에 회전 부재(57)를 직접 설치함으로써, 셔터 유니트(1)의 구조의 단순화를 도모할 수 있다.

상술한 반사면(62)은, 광축(α) 위에 위치할 때에 광축(α)과 약 45도의 각도를 가지게 되기 때문에, 레이저광(L)은 축선(γ)과 대략 평행한 방향으로 반사된다. 이 반사된 레이저광(L)의 광축(δ) 위에는, 레이저광(L)을 흡수하는 광흡수 부재(63)가 설치되어 있다. 이 광흡수 부재(63)는, 케이스(52)의 냉각 재킷(11) 측의 뒷벽(52d)에 접촉하고 있기 때문에, 레이저광(L)을 흡수한 광흡수 부재(63)가 과열하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광흡수 부재(63)는, 알루미늄, 동 혹은 세라믹스 등으로 형성되고, 표면이 샌드 블라스트(sandblast) 등으로 꺼칠게 되고, 또한 표면에 흑체 처리가 실시된 것이다. 이것에 의해, 입사하는 레이저광(L)의 전반사(全反射)를 방지할 수 있다.

또한, 도 2 ~ 도 4에 나타내는 바와 같이, 케이스(52)의 뒷벽(52d)에는 제 1 포토인터럽터(64)가 설치되고, 케이스(52)의 하부벽(52b)에는 제 2 포토인터럽터(65)가 설치되어 있다. 그리고, 회전 부재(57)의 기본부(58)의 타단부에는, 개구부(61)가 광축(α) 위에 위치할 때에 제 1 포토인터럽터(64)의 광로를 차단하고, 반사면(62)이 광축(α) 위에 위치할 때에 제 2 포토인터럽터(65)의 광로를 차단하는 차광판(66)이 설치되어 있다.

이상과 같이 구성된 셔터 유니트(14)의 동작에 대하여 설명한다. 도 2 ~ 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 부재(57)의 반사면(62)을 광축(α) 위에 위치시킨 상태에서 레이저 헤드(13)로부터 레이저광(L)이 출사되면, 레이저광(L)은 케이스(52)의 상부벽(52a)에 형성된 입사 구멍(53)을 통과하여 케이스(52) 내에 진입하고, 반사면(62)에 의해 반사된 후, 광흡수 부재(63)에 의해 흡수된다. 이때, 회전 부재(57)에 설치된 차광판(66)은, 제 2 포토인터럽터(65)의 광로를 차단하게 된다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(1)는, 레이저광(L)의 광로가 폐쇄되어 있는 것을 검지할 수 있기 때문에, 예를 들면, 가공용 대물렌즈(42)에 대하여 소정의 위치에 가공 대상물(S)을 배치시키도록, 가공 대상물(S)이 실어 놓여진 스테이지(2)를 이동시키는 것이 가능하게 된다.

그 후, 구동 모터(55)에 대하여 2펄스분의 신호를 보내고, 회전축(56)을 제 1 및 제 2 포토인터럽터(64, 65) 측으로부터 보아 반시계 방향으로 60도 회전시키면, 도 5 ~ 도 7에 나타내는 바와 같이, 회전 부재(57)의 개구부(61)가 광축(α) 위에 위치하게 된다. 이것에 의해, 입사 구멍(53)으로부터 케이스(52) 내에 진입한 레이저광(L)은, 개구부(61), 케이스(52)의 하부벽(52b)에 형성된 출사 구멍(54)을 순차적으로 통과하여 광학계 본체(4) 내에 진입하고, 가공용 대물렌즈(42)에 의해 집광되어 가공 대상물(S)에 조사된다. 이때, 회전 부재(57)에 설치된 차광판(66)은, 제 1 포토인터럽터(64)의 광로를 차단하게 된다. 이것에 의해, 레이저 가공 장 치(1)는, 레이저광(L)의 광로가 개방되어 있는 것을 검지할 수 있기 때문에, 예를 들면 가공 대상물(S)에 대하여 레이저광(L)을 스캔시키도록, 가공 대상물(S)이 실어 놓여진 스테이지(2)를 이동시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 레이저광(L)의 광로를 재차 폐쇄하는 경우에는, 구동 모터(55)에 대하여 2펄스 분의 신호를 보내고, 회전축(56)을 제 1 및 제 2 포토인터럽터(64, 65) 측으로부터 보아 시계방향 회전으로 60도 회전시켜서, 회전 부재(57)의 반사면(62)을 광축(α) 위에 위치시키면 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 셔터 유니트(1)에 있어서는, 레이저광(L)의 광로의 폐쇄 중, 회전 부재(57)의 반사면(62)에 의해 반사된 레이저광(L)은 광흡수 부재(63)에 의해 흡수된다. 따라서, 레이저광(L)의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저광(L)이 산란하는 것을 방지할 수 있다.

또, 회전 부재(57)에 있어서는, 기본부(58)와 경사판(59)과의 사이에 개구부(61)가 형성되고, 축선(γ)에 대하여 경사판(59)의 외측의 표면(59a)에 반사면(62)이 형성되어 있기 때문에, 회전 부재(57)의 구조의 단순화 및 회전 부재(57)의 소형화를 도모할 수 있다. 게다가, 반사면(62)은, 축선(γ)과 대략 평행한 방향으로 레이저광(L)을 반사하고, 광흡수 부재(63)는, 반사면(62)에 의해 반사된 레이저광(L)의 광축(δ) 위에 배치되어 있기 때문에, 셔터 유니트(1)에 있어서의 각 구성 부품의 레이아웃이 효율적인 것으로 이루어진다. 따라서, 셔터 유니트(1)의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 회전 부재(57)에 있어서는, 개구부(61)를 레이저광(L)의 광축(α) 위 에 위치시킨 상태와, 반사면(62)을 레이저광(L)의 광축(α) 위에 위치시킨 상태와의 사이에 있어서 회전 부재(57)의 회전 스트로크가 짧게 되기 때문에, 레이저광(L)의 광로의 개방과 폐쇄와의 전환 속도를 고속화하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 회전 부재(57)의 개구부(61)는, 기본부(58)와 경사판(59)에 끼워진 공간에 한하지 않고, 회전 부재(57)에 관통 구멍을 형성하여, 그 관통 구멍을 개구부(61)로 하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이저광의 광로의 폐쇄시에 있어서, 차단된 레이저광이 산란하는 것을 방지할 수 있고, 게다가, 셔터 유니트의 소형화를 도모할 수 있다.

Claims

레이저광의 광로의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔터 유니트로서,

상기 레이저광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하고, 상기 레이저광을 통과시키는 개구부, 및 상기 레이저광을 반사하는 반사면이 형성된 회전 부재와,

상기 반사면에 의해 반사된 레이저광을 흡수하는 광흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 셔터 유니트.
제 1항에 있어서,

상기 회전 부재는, 상기 축선을 중심으로 하여 회전하는 기본부와, 상기 기본부로부터 상기 광축 측에 연장되어 있고 또한 상기 축선 측에 경사진 경사판을 가지며,

상기 개구부는, 상기 기본부와 상기 경사판과의 사이에 형성되고, 상기 반사면은, 상기 축선에 대하여 상기 경사판의 외측의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 셔터 유니트.
제 1항에 있어서,

상기 축선 위에 배치된 회전축을 가지는 구동 모터를 구비하고,

상기 회전 부재는 상기 회전축에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 셔터 유 니트.
제 1항에 있어서,

상기 반사면은, 상기 축선과 대략 평행한 방향으로 상기 레이저광을 반사하고,

상기 광흡수 부재는, 상기 반사면에 의해 반사된 레이저광의 광축 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 셔터 유니트.
제 1항에 있어서,

제 1 포토인터럽터와,

제 2 포토인터럽터를 구비하고,

상기 회전 부재에는, 상기 개구부가 상기 광축 위에 위치할 때에 상기 제 1 포토인터럽터의 광로를 차단하고, 상기 반사면이 상기 광축 위에 위치할 때에 상기 제 2 포토인터럽터의 광로를 차단하는 차광판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 셔터 유니트.
가공 대상물을 가공하기 위한 레이저광의 광로의 개방 및 폐쇄를 선택적으로 행하는 셔터 유니트를 구비한 레이저 가공 장치로서,

상기 셔터 유니트는,

상기 레이저광의 광축과 대략 직교하는 축선을 중심으로 하여 회전하고, 상 기 레이저광을 통과시키는 개구부, 및 상기 레이저광을 반사하는 반사면이 형성된 회전 부재와,

상기 반사면에 의해 반사된 레이저광을 흡수하는 광흡수 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.