TWI604220B - 光學裝置、處理裝置及物品製造方法 - Google Patents

Description

光學裝置、處理裝置及物品製造方法

本發明涉及光學裝置、處理裝置以及物品製造方法。

例如，日本專利第4386137號以及日本專利公開案第2011-121119號揭示了傳統雷射處理裝置中的光束平行偏移機構。在日本專利第4386137號中，通過旋轉透明部件來使光束平行偏移。在日本專利公開案第2011-121119號中，利用兩個同步的角度改變鏡來使光束平行偏移。

然而，在日本專利第4386137號的光束平行偏移機構中，由於光束的平行偏移量由透明部件的旋轉角度和長度來確定，因此旋轉時的慣性變大，因此難以以高速進行期望的光束偏移。例如，假設其中藉由日本專利第4386137號的方法由透明部件(石英玻璃n=1.45)的旋轉角度±10°來獲得5.3毫米的光束平行偏移量的情況。在 這種情況下，透明部件的尺寸實際上被設計為大約95毫米×16毫米×13毫米。結果是，慣性大到33,000公克‧平方毫米，因此難以以高速進行平行偏移。

日本專利公開案第2011-121119號的技術解決了旋轉部件的大慣性的問題。然而，由於難以在高速操作中使這兩個鏡旋轉機構精確同步，因此射出光束的角度不恆定，而難以使光束平行偏移。

本發明例如提供了一種在光路的調整速度方面有利的裝置。

根據本發明的一個樣態，提供一種光學裝置。所述光學裝置包括：包含第一反射面及第二反射面的可旋轉反射件；光學系統，其被建構為通過所述光學系統中包括的多個反射面來依次反射被所述第一反射面反射的光，並且使所述光入射在所述第二反射面上；以及調整設備，其被建構為改變所述反射件的旋轉角度，以調整被所述第二反射面反射而從所述第二反射面射出的光的光路。

根據以下(參照附圖)對示例性實施例的描述，本發明的其他特徵將變得清楚。

1‧‧‧電流計

1a‧‧‧輸出軸

2‧‧‧鏡部件(反射件)

2a‧‧‧第一反射面

2b‧‧‧第二反射面

3、4、5、6‧‧‧鏡

7‧‧‧鏡部件

7a‧‧‧第一反射面

7b‧‧‧第二反射面

8、9‧‧‧鏡

10‧‧‧鏡部件

10a‧‧‧第一面

10b‧‧‧第一反射區域

10c‧‧‧第二反射區域

11、12‧‧‧鏡

13‧‧‧角度改變鏡部件、(可旋轉的)第一反射件

14-1~14-4‧‧‧鏡、反射面

15‧‧‧角度改變鏡部件、(可旋轉的)第二反射件

16-1~16-4‧‧‧鏡、反射面

17‧‧‧光束平行偏移機構

18、19‧‧‧光束放大系統

20、21‧‧‧鏡

22‧‧‧聚光透鏡

23‧‧‧對象物

50‧‧‧光源

51‧‧‧光束

60‧‧‧控制器(調整設備)

61‧‧‧第一光學裝置

62‧‧‧第二光學裝置

63‧‧‧第一調整設備

64‧‧‧第二調整設備

71‧‧‧雷射光源

80、90、100‧‧‧光學系統

圖1是示出根據第一實施例的光學裝置的配 置的圖；圖2是示出第一實施例中的鏡部件的旋轉角度與光束偏移量之間的關係的圖；圖3是示出第一實施例中的鏡部件的厚度對光束偏移量的影響的圖；圖4是示出根據第二實施例的光學裝置的配置的圖；圖5是示出根據第三實施例的光學裝置的配置的圖；圖6是示出根據第四實施例的光學裝置的配置的圖；圖7是示出根據第五實施例的處理裝置的配置的圖；以及圖8是用於說明根據實施例的鏡部件的角度改變機構的示例的圖。

以下將參照附圖詳細描述本發明的各種示例性實施例、特徵及樣態。

在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。應當注意，以下實施例並不旨在限制所附請求項的範圍，並且並非實施例中描述的特徵的全部組合均是本發明的解決方法所必需的。

<第一實施例>

圖1示出根據第一實施例的光學裝置的配置。根據本實施例的光學裝置可以控制射出光的光路，例如，使光束平行偏移。根據本實施例的光束平行偏移機構(更一般地，進行光路的調整(典型地，光路的平移或平移運動)的機構)包括反射來自光源50的光束51的鏡部件2(也稱為反射件)。注意，在以下描述中，將例示其中各反射面可以被視作平面、並且進行光路的平移或平移運動的情況。鏡部件2由例如玻璃構成，並且包括接收來自光源50的光束51的第一反射面2a以及相對面上的第二反射面2b。高反射鏡塗層可以施加於第一反射面2a和第二反射面2b中的各者。注意，鏡部件2可以被形成為稜柱狀，並且第一反射面2a和第二反射面2b可以是獨立組件。在此，其中第一反射面與第二反射面彼此相對、是稜柱上的分開面並且是獨立面的組態優勢在於：與這些是相同(平面的)面的情況相比，降低了來自入射光的熱量的影響。

鏡部件2被形成為能夠改變相對於光束51的角度，從而控制從光學裝置射出的光的光路。圖8示出了鏡部件2的角度改變機構的示例。如圖8中所示，鏡部件2被電流計1的輸出軸1a軸向支撐。控制器60(調整設備)向電流計1輸出驅動信號。電流計1中的旋轉驅動單元(未示出)經由輸出軸1a將鏡部件2旋轉根據輸入驅動信號的驅動量。鏡部件2因此可旋轉。在此，鏡部件2 相對來自光源50的光束51傾斜大約45°。

根據本實施例的光束平行偏移機構包括光學系統80，該光學系統80通過反射面將入射在鏡部件2上並被鏡部件2反射的光依次反射偶數次，然後使光再次入射在鏡部件2上。根據本實施例的光學系統80包括例如被固定地佈置為相對光束51對稱的四個鏡3、4、5和6。被鏡部件2的第一反射面2a反射的光通過鏡3、4、5和6被依次反射，並且被引導到鏡部件2的第二反射面2b上。最終被第二反射面2b反射的光在與光束51幾乎相同的方向上射出。

即使在鏡部件2的旋轉角度被改變時，射出光的角度也不改變。為此，通過鏡部件2的反射面被反射並射出的光的光路可以通過控制器60調整鏡部件2的旋轉角度被調整。

接著將描述平行光束偏移量與鏡部件2的旋轉角度的改變之間的關係。考慮其中鏡部件2的厚度被假設為0的情況。圖2示出了在通過四個鏡3、4、5和6形成的矩形的外圍距離L是300毫米的情況下以及其中該外圍距離L是400毫米的情況下，鏡部件2的角度改變與光束偏移量之間的關係。

光束平行偏移量△S由下式給出△S=L×tan(2×△θg)...(1)其中，△θg是鏡部件2的角度改變量。

等式(1)表示L越大，則可以實現大光束平 行偏移量的鏡部件2的角度的改變越小。可以通過增加L來進行高速可變光束偏移。

接著假設考慮鏡部件2的實際長度的情況。圖3示出了鏡部件2的厚度被假設為0的情況與考慮實際厚度的情況之間的光束平行偏移量的差。根據圖3，如果鏡部件2的厚度相對小於L，則與鏡部件2的厚度為0的情況下的偏移量的差小，並且光束偏移量近似匹配等式(1)。鏡部件2的反射面的必要寬度W由下式給出W=(D+Smax)/sin(45+θg)...(2)其中，D是至偏移機構的入射光束的寬度，Smax是最大偏移量。

根據本實施例的配置，以用於實現光束平行偏移5.3毫米的設計的結果而言，在鏡部件2的厚度被設定為2毫米(慣性=89公克‧平方毫米)並且L=300毫米的情況下可以通過±0.5°的範圍內的控制來實現偏移。由此，與傳統技術相比速度能夠被大大增加。

如上所述，根據本實施例，可以通過利用接收來自光源50的光的角度改變鏡部件2、以及四個鏡3、4、5和6的配置來實現高速光束平行偏移機構。

<第二實施例>

圖4是示出根據第二實施例的光學裝置的配置的圖。如圖4中所示，反射來自光源50的光束51的鏡部件7可以具有與根據第一實施例的鏡部件2相同的配 置。即，鏡部件7由例如玻璃構成，並且包括接收來自光源50的光束51的第一反射面7a以及相對面上的第二反射面7b。高反射鏡塗層可以施加於第一反射面7a和第二反射面7b中的各者。注意，鏡部件7可以被形成為稜柱狀，並且第一反射面7a和第二反射面7b可以是獨立組件。鏡部件7如根據第一實施例的鏡部件2一樣，被形成為能夠改變角度。在此，鏡部件7相對來自光源50的光束51傾斜大約45°。

根據本實施例的光學系統90包括被固定佈置使得光路形成三角形的兩個鏡8和9，如圖4中所示。通過鏡部件7的第一反射面7a反射的光被鏡8和9依次反射並且被引導到鏡部件7的第二反射面7b。最終通過第二反射面7b反射的光在例如垂直於光束51的方向上射出到一側。在該配置中，根據等式(1)的光束平行偏移可以通過電流計將鏡部件7旋轉△θg來實現。

如上所述，根據本實施例，可以通過利用接收來自光源50的光的角度改變鏡部件7以及兩個鏡8和9的配置來實現高速光束平行偏移機構。

<第三實施例>

圖5示出了根據第三實施例的光學裝置的配置。反射來自光源50的光束51的鏡部件10如根據第一實施例的鏡部件2一樣，被形成為能夠改變角度。在此，鏡部件10相對來自光源50的光束51傾斜大約45°。

根據本實施例的光學系統100包括被固定佈置在鏡部件10下方的兩個鏡11和12，如圖5中所示。通過鏡部件10的第一面10a(作為光源50側上的面)上的第一反射區域10b反射的光被鏡11和12依次反射並被引導到鏡部件10的第一面10a上的第二反射區域10c。通過第二反射區域10c反射的光在例如相對於光束51被反轉180°的方向上射出。在該配置中，根據等式(1)的光束平行偏移可以通過電流計將鏡部件10旋轉△θg來實現。

如上所述，根據本實施例，可以通過利用接收來自光源50的光的角度改變鏡部件10以及兩個鏡11和12的配置來實現高速光束平行偏移機構。

<第四實施例>

圖6示出了根據第四實施例的光學裝置的配置。該配置是第一實施例(圖1)中示出的配置的組合，並且包括接收來自光源50的光束51的第一光學裝置61，以及接收來自第一光學裝置61的射出光的第二光學裝置62。

第一光學裝置61包括反射來自光源50的光束51的角度改變鏡部件13。這對應於根據第一實施例的鏡部件2。第一光學裝置61還包括分別對應於根據第一實施例的鏡3、4、5和6的鏡14-1、14-2、14-3及14-4。

第二光學裝置62包括反射來自光源50的光束51的角度改變鏡部件15。這對應於根據第一實施例的鏡部件2。第二光學裝置62還包括分別對應於根據第一實施例的鏡3、4、5和6的鏡16-1、16-2、16-3和16-4。

第一光學裝置61的鏡部件13的旋轉軸以及第二光學裝置62的鏡部件15的旋轉軸不平行並且被佈置為例如彼此垂直。

在第一光學裝置61中，通過鏡部件13的第一反射面反射的入射光被鏡14-1、14-2、14-3和14-4依次反射並且被引導到第一反射面的相對面上的鏡部件13的第二反射面。通過第二反射面反射的光入射在第二光學裝置62的鏡部件15上。在第二光學裝置62中，通過鏡部件15的第一反射面反射的入射光被鏡16-1、16-2、16-3和16-4依次反射並被引導到第一反射面的相對面上的鏡部件15的第二反射面。最終通過鏡部件15的第二反射面反射的光在與光束51幾乎相同的方向上射出。

如圖6中所示，可以採用由鏡在第一光學裝置61中反射光的光路形成的平面與由鏡在第二光學裝置62中反射光的光路形成的平面彼此相交的配置。當光束平行偏移機構被佈置為使得彼此相交時，能夠實現使光學裝置的尺寸縮小。

注意在以上示例中，描述了第一實施例(圖1)的光束平行偏移機構被佈置為使得偏移方向變得彼此 垂直的示例。然而，即使從第一到第三實施例中選擇兩個光束平行偏移機構來組合，也能夠在二維平面內類似地自由進行光束平行偏移。

根據上述的各實施例，光學裝置包括可旋轉鏡部件、以及接收被該鏡部件反射的光並且使其在預定方向上射出的光學系統。該光學系統通過反射面將光依次反射偶數次並且使光再次入射在鏡部件上。再次入射的光被鏡部件反射，因此在預定方向上射出。根據本發明者的檢驗，本發明在利用不是偶數次而是奇數次反射光的光學系統的配置中無法成立。

<第五實施例>

以下將描述包括用於將已從第四實施例中描述的光學裝置射出的光引導到對象物的光學元件的處理裝置的示例。圖7示出了根據第五實施例的雷射處理裝置的配置。根據本實施例的雷射處理裝置在雷射光源71的後續段包括在第四實施例中描述的光束平行偏移機構17。光束放大系統18和19被佈置在光束平行偏移機構17的後續段，因此將光束偏移量/光束系統放大到必要量。聚光透鏡22被佈置在光束放大系統的後續段，並且利用聚光的雷射光束來照射聚焦平面上佈置的對象物23。配設在光束放大系統19與聚光透鏡22之間的鏡20和21的角度可以被調整，使得將光束引導到對象物23上的期望位置。

在該配置中，光束平行偏移機構17使光束平行偏移，因此自由改變照射對象物23的雷射光束的角度。結果是，可以進行錐形孔處理或傾斜部分的切割。

<物品製造方法的實施例>

根據上述實施例的處理裝置可用於物品製造方法。物品製造方法可以包括利用處理裝置對對象物進行處理的步驟、以及對在該步驟中被處理的對象物進行處理的步驟。該處理可以包括例如與上述處理不同的處理、輸送、檢查、選擇、裝配(組裝)、以及包裝的至少一者。根據本實施例的物品製造方法在物品的性能、品質、產量、及生產成本中的至少一者上優於傳統方法。

雖然參照示例性實施例對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明並不限於所揭示的示例性實施例。應當對所附請求項的範圍給予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結構和功能。

1‧‧‧電流計

1a‧‧‧輸出軸

2‧‧‧鏡部件(反射件)

2a‧‧‧第一反射面

2b‧‧‧第二反射面

3、4、5、6‧‧‧鏡

50‧‧‧光源

51‧‧‧光束

80‧‧‧光學系統

Claims (5)

1. 一種光學裝置，包括：可旋轉的第一反射件，包含第一反射面及第二反射面；第一光學系統，其被建構為藉由該第一光學系統中包括的多個反射面來依次反射被該第一反射件之該第一反射面反射偶數次的光，並且使該光入射在該第一反射件之該第二反射面上；第一調整設備，其被建構為改變該第一反射件的旋轉角度，以平移被該第一反射件之該第二反射面反射而從該第一反射件之該第二反射面射出的光的光路；可旋轉的第二反射件，包含第一反射面及第二反射面，被該第一反射件之該第二反射面反射而從該第一反射件之該第二反射面射出的光入射在該第二反射件之該第一反射面上；第二光學系統，其被建構為藉由該第二光學系統中包括的多個反射面來依次反射被該第二反射件之該第一反射面反射偶數次的光，並且使該光入射在該第二反射件之該第二反射面上；以及第二調整設備，其被建構為改變該第二反射件的旋轉角度，以平移被該第二反射件之該第二反射面反射而從該第二反射件之該第二反射面射出的光的光路，其中該第一反射件之的旋轉軸與該第二反射件的旋轉軸彼此不平行， 其特徵在於該光學裝置被建構成使得被該第一光學系統中之光路形成且圍繞的平面與被該第二光學系統中之光路形成且圍繞的平面彼此相交。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該第一反射件和該第二反射件之該第一反射面和該第二反射面分別是彼此相對的面，該第一光學系統和該第二光學系統之多個該反射面分別是四個反射面，且被該第一光學系統中之光路形成且圍繞的該平面與被該第二光學系統中之光路形成且圍繞的該平面彼此相交，使得相交線位於該第一反射件和該第二反射件之間。
3. 一種處理裝置，包括：根據申請專利範圍第1或2項所述的光學裝置。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的處理裝置，還包括：光學元件，其被建構成將已激發該光學裝置的光導向對象物。
5. 一種物品製造方法，包括以下步驟：利用根據申請專利範圍第3或4項所述的處理裝置對對象物進行處理；以及對處理後的該對象物進行處理以製造物品。