WO2012153785A1 - レンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置 - Google Patents

レンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置 Download PDF

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WO2012153785A1
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laser processing
processing apparatus
light
surface portion
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梶山　康一
畑中　誠
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株式会社ブイ・テクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a lens for laser processing on a workpiece and a laser processing apparatus equipped with the lens, and in particular, a member having an arbitrary shape having a closed curve is processed on the workpiece. And a laser processing apparatus equipped with the lens.
  • a laser processing apparatus for processing a member having an arbitrary shape by irradiating a workpiece such as a glass substrate with a laser beam.
  • Patent Document 1 or 2 proposes a technique for forming a processing region in a desired shape by using a moving mechanism for moving a cylindrical lens or a moving mechanism for moving a stage on which a workpiece is mounted as a laser processing apparatus. Has been.
  • the laser processing apparatus described above is, for example, a moving mechanism that moves the lens itself or a workpiece when cutting an arbitrary shape formed of a closed curve such as a circular shape, a rounded rectangle, or a rounded triangle. Therefore, it is necessary to control a moving mechanism that moves the stage (supporting table) itself.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a case where laser processing is performed using a biconvex lens 7B according to an embodiment of the prior art.
  • a circular member can be cut into the workpiece 5 by the laser light transmitted through the biconvex lens 7B.
  • the laser processing apparatus moves the biconvex lens 7B in a circular shape as shown in FIG.
  • the laser beam must be irradiated so as to draw a circle.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a case where member processing is performed using a convex cylindrical lens 7C according to an embodiment of the prior art.
  • the workpiece 5 is processed by a laser that passes through the convex cylindrical lens 7C.
  • the convex cylindrical lens 7C is moved linearly as shown in FIG. 4B.
  • the laser processing apparatus irradiates the workpiece 5 with a laser so as to draw a rectangle by moving the convex cylindrical lens 7C.
  • the laser processing apparatus cuts the rectangular member by fixing the convex cylindrical lens 7C and moving the stage itself on which the workpiece 5 is placed into a rectangular shape, or moving and rotating the stage.
  • the present invention reduces a time for laser processing and enables a reduction in size without mounting an unnecessary movement control device in the laser processing apparatus, and a laser processing apparatus equipped with the lens The purpose is to provide.
  • the lens of the present invention is mounted on a laser processing apparatus that processes a member of an arbitrary shape having a closed curve on a workpiece, and a line connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is a closed curve.
  • the convex cylindrical lens is molded so as to form a closed circuit so as to have the same shape as the arbitrary shape made of
  • the apex is the highest point of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens.
  • the same shape as the arbitrary shape consisting of a closed curve with the line connecting the vertices of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens means the shape of an arbitrary shape member consisting of a closed curve to be processed by the laser processing apparatus, and the convex cylindrical lens
  • the line connecting the vertices of the cylindrical surface is the same or substantially the same shape.
  • a line connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is circular.
  • the line connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens may be circular as a whole, and there may be a partial difference due to some unevenness.
  • the line connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens may be circular as long as the shape is not necessarily the same. Good.
  • Molding means forming a lens. Specifically, it may be molded using a mold, may be molded by polishing, or may be molded by etching.
  • “Processing” refers to cutting an arbitrarily shaped member having a closed curve with respect to a workpiece. Specifically, a member having an arbitrary shape including a closed curve is cut. Or the case where it cuts into the shape of the member of the arbitrary shape which consists of a closed curve with respect to a workpiece is mentioned.
  • the laser processing apparatus of the present invention processes a member having an arbitrary shape formed of a closed curve on a workpiece, and a line connecting the vertices of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens has an arbitrary shape formed of a closed curve.
  • a lens formed so that a convex cylindrical lens is closed is mounted so as to have the same shape.
  • the lens of the laser processing apparatus of the present invention includes an incident surface portion that receives light irradiated from a light source formed by a cylindrical surface of a convex cylindrical lens, an output surface portion that emits light irradiated from the light source, an incident surface portion, and A hollow lens including an outer surface portion located on the outer surface of the exit surface portion and a hollow surface portion located on the inner surface of the entrance surface portion and the exit surface portion may be used.
  • the lens of the laser processing apparatus of the present invention may be provided with a light shielding plate for the hollow portion of the hollow lens.
  • Light-shielding plate prevents light from the light source from passing through the lens.
  • it may be a film or a thin plate.
  • a metal sheet may be used.
  • a metal material may be applied to the lens.
  • the laser processing apparatus of the present invention may be one that controls the hollow portion of the hollow lens so as not to irradiate the light when the light from the light source is irradiated onto the lens.
  • the member having an arbitrary shape formed of the closed curve of the laser processing apparatus of the present invention may be a circular member.
  • the lens of the laser processing apparatus emits light from a light source to a substantially half of the lens area on the outer surface side of the entrance surface or the exit surface when the curvature of a predetermined part of an arbitrarily-shaped member having a closed curve is high.
  • a light shielding material may be added so as not to guide light.
  • a member having an arbitrary shape having a closed curve is processed on a workpiece, and the apex of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is set. Since the lens formed so that the convex cylindrical lens is closed is formed so that the connected line has the same shape as the arbitrary shape consisting of the above closed curve, the arbitrary shape consisting of the closed curve for the workpiece.
  • the time for laser processing can be reduced, and the laser processing apparatus itself can be downsized.
  • the lens of the present invention and the lens of the laser processing apparatus equipped with the lens are irradiated from the light source and an incident surface portion on which light emitted from the light source of the laser processing apparatus formed by the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is incident.
  • it is a hollow lens having an exit surface part for emitting light, an outer surface part located on the outer surface of the entrance surface part and the exit surface part, and a hollow surface part located on the inner surface of the entrance surface part and the exit surface part, laser processing should be performed
  • the light from the light source can be collected on the region where a member having an arbitrary shape including a closed curve is to be processed.
  • the lens of the present invention and the lens of the laser processing apparatus equipped with the lens are regions in which a member having an arbitrary shape consisting of a closed curve to be laser processed is provided when a light shielding material is provided in the hollow portion of the hollow lens.
  • the light from the light source can be prevented from being irradiated to the outside.
  • the lens of the present invention and the laser processing apparatus equipped with the lens should be laser processed when controlling the light so as not to irradiate the hollow portion of the hollow lens when irradiating the lens with the light from the light source. It is possible to efficiently irradiate the light energy of the light source of the laser processing apparatus to an arbitrarily shaped member having a closed curve.
  • the lens of the present invention and the lens of the laser processing apparatus having the lens mounted thereon are approximately half the lens area on the outer surface side of the incident surface or the exit surface when the curvature of a predetermined portion of an arbitrarily shaped member having a closed curve is high.
  • a light shielding material is added so that light does not transmit from the light source, the light from the light source can be prevented from being emitted outside the predetermined portion having a high curvature.
  • the figure which shows the laser processing apparatus in embodiment of this invention The figure for demonstrating the laser processing by the biconvex lens in conventional embodiment Diagram showing an example of a convex cylindrical lens The figure for demonstrating the laser processing by the convex cylindrical lens in conventional embodiment The figure for demonstrating the circular lens shape
  • the top view of the circular lens in the embodiment of the present invention The figure which showed the relationship with the laser which injects / emits the circular lens in embodiment of this invention
  • molded in embodiment of this invention The figure which showed the relationship with the light which injects / emits the triangular lens in embodiment of this invention
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a laser processing apparatus 50 according to the present invention.
  • the laser processing apparatus 50 cuts a member having an arbitrary shape formed of a closed curve by irradiating a workpiece 5 made of glass with laser light.
  • the laser processing apparatus 50 includes a stage 1, a workpiece 5 set on the stage 1, a laser light source 10, a beam expander 15, a reflection mirror 19, a uniformizing apparatus 20, a circular lens 7 ⁇ / b> A, and a control.
  • the apparatus 30 is composed of a personal computer 80 (hereinafter referred to as a PC 80).
  • the laser light source 10 emits laser light. Further, the beam expander 15 emits the laser light with a diameter increased from the laser light source 10. Further, the homogenizer 20 irradiates the laser beam having an enlarged diameter by multiple reflection and uniformization, and is, for example, a rod lens or a light pipe.
  • the circular lens 7 ⁇ / b> A transmits the laser light reflected by the reflection mirror 19.
  • the control device 50 controls the output of the light source 10, the position of the stage 1, and the like.
  • the specific lens in the embodiment of the present invention is mounted on a laser processing apparatus 50 that processes a member having an arbitrary shape having a closed curve with respect to the workpiece 5, and is formed on the cylindrical surface of the convex cylindrical lens.
  • the convex cylindrical lens is molded so as to be closed so that the line connecting the vertices has the same shape as the arbitrary shape formed of the closed curve.
  • FIG. 5 is a view for explaining the structure of the circular lens 7A.
  • FIG. 5 does not show the manufacturing process of the circular lens 7A, but simply shows what form the circular lens 7A will eventually have.
  • the circular lens 7A is molded so that the line connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens shown in FIG.
  • the convex cylindrical lens of FIG. 5 (a) is deformed, a semicircle is drawn as shown in FIG. 5 (b), finally a substantially circular shape is drawn as shown in FIG. 5 (c), and finally the cylindrical shape of the convex cylindrical lens is drawn.
  • the convex cylindrical lens is closed so that the line connecting the vertices of the surface is arranged in a circle.
  • the unique lens (circular lens, triangular lens described later) in the embodiment of the present invention is molded using a mold, for example. Further, it may be molded by polishing or may be molded by etching.
  • FIG. 6 is a plan view of the circular lens 7A. As shown in FIG. 6, the line connecting the vertexes of the cylindrical surfaces corresponding to the center points (vertical points of the cylindrical surfaces) of the lines GL perpendicular to the cylindrical surface from the center of the convex cylindrical lens is made circular. A member having a circular shape with a radius r can be processed on the workpiece 5.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship with the laser light L entering and exiting the circular lens 7A.
  • the circular lens 7A is formed of a cylindrical surface of a convex cylindrical lens, and includes an incident surface portion 70 that receives light emitted from the light source 10 of the laser processing apparatus 50, an emission surface portion 71 that emits light emitted from the light source, and
  • the hollow lens includes an outer surface portion 72 positioned on the outer surface of the incident surface portion 70 and the output surface portion 71, and a hollow surface portion 73 positioned on the inner surface of the incident surface portion 70 and the output surface 71.
  • the hollow surface portion 73 is a side surface portion inside the circular lens as shown in FIG.
  • the laser processing apparatus 50 causes the laser beam of the light source 10 to be incident on the incident surface portion 70 and to be emitted from the emission surface portion 71 to the circular lens 7A to be mounted. Therefore, the laser processing apparatus 50 can laser process a circular member substantially the same as the radius r of the circular lens 7A shown in FIG. 6 (for example, the length connecting the center line of the line GL from the center of the lens). For example, when the workpiece is glass, the laser processing apparatus 50 can cut a circular member by laser processing. Specifically, the laser processing apparatus 50 can easily cut a circular shape with respect to the protective glass of a mobile phone or a portable electronic device.
  • the material to be processed may be not only glass but also plastic, silicon, or other material that becomes a substrate.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a series of processes in the processing of members of the laser processing apparatus.
  • the operator makes initial settings via the PC 80 (step 1). Specifically, the operator inputs instruction information to the PC 80 so as to set the light output level of the light source 10 according to the material of the workpiece 5. Further, the operator inputs instruction information to the PC 80 so as to move the position of the stage 1 on which the workpiece 5 is installed. Although the operator can perform initial setting by inputting instruction information to the PC 80, the PC 80 may perform initial setting by automatic processing to automatically generate instruction information of the PC 80.
  • control device 30 controls the laser irradiation timing of the light source 10 or the movement of the stage 1 based on the instruction information instructed by the PC 80 (step 2).
  • the light source 10 emits laser light under the control of the control device 30 (step 3).
  • the laser light emitted from the light source 10 is enlarged in diameter by the beam expander 15, and the luminance distribution is obtained by the homogenizing device 20. It is made uniform.
  • the laser light is reflected by the reflection mirror 19 and enters the circular lens 7A.
  • the laser beam incident on the incident surface portion 70 of the circular lens 7A is condensed so as to cut the circular member.
  • a light shielding plate N having a light shielding material may be attached to the hollow portion of the lens.
  • the light shielding plate N having this light shielding material prevents the laser light from the light source from passing through the lens.
  • it may be a film or a thin plate.
  • a metal sheet may be used.
  • the circular lens 7A may be fitted into the hollow surface portion 73.
  • the light shielding plate N may be one in which a metal material is applied to the lens.
  • the laser processing apparatus 50 can be controlled not to irradiate the hollow portion of the hollow lens when irradiating the lens with the laser beam of the light source.
  • the laser processing apparatus 50 includes a light guide path 35 that guides the laser light reflected from the reflection mirror 19, and an optical fiber 40 for making the laser light incident only on the incident surface portion 70 of the circular lens 7A. Control can be performed so that laser light is incident only on the incident surface portion 70 of the circular lens 7A.
  • the laser processing apparatus 50 can be controlled not to irradiate the hollow surface portion 73 of the circular lens 7A with laser light.
  • the laser processing device 50 can be controlled so as not to irradiate the laser beam by optimally arranging a reflection mirror and other mirrors so that the laser beam is incident only on the incident surface portion 70 of the circular lens 7A.
  • the control device 30 determines whether or not a new circular member should be cut from the workpiece 5 obtained by cutting the circular member.
  • the control device 30 moves the workpiece 5 to a desired position for cutting the new circular member by moving the stage 1 ( Step 7).
  • the image processing function installed in the PC 80 mounted on the laser processing apparatus 50 can recognize and process the marked position of the workpiece 5, and the control apparatus 30 determines the stage of the stage according to the recognition result. The movement may be performed automatically.
  • the control device 50 determines whether or not to cut a member having a different shape.
  • the lens can be changed. Then, it can be changed to a lens other than the circular lens 7A (step 8).
  • a member having a different shape is not cut from the workpiece 5 (step 6; NO)
  • the process is completed.
  • the laser processing device 50 includes a lens conversion device (not shown), and may be configured to be changed to a lens other than the circular lens 7A as described above.
  • the laser processing apparatus 50 may include a triangular lens 7D as shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the structure of the triangular lens 7D.
  • the triangular lens 7D is a triangular member formed of a closed curve.
  • the triangular lens 7D is formed such that a line CL connecting the apexes of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is arranged in a triangle.
  • a line CL connecting the vertices of the cylindrical surface corresponding to the center point of each line GL perpendicular to the cylindrical surface from the center of the convex cylindrical lens (the vertex of the cylindrical surface) is formed into a triangle.
  • a convex cylindrical lens is formed as a closed circuit.
  • FIG. 12 is a plan view of the triangular lens 7D.
  • FIG. 13 is a diagram showing a relationship with laser light entering and exiting the triangular lens 7D.
  • the triangular lens 7D includes an incident surface portion 70 on which laser light emitted from the light source 10 of the laser processing apparatus 50 formed by the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is incident, and an emission surface portion 71 that emits light emitted from the light source.
  • the hollow lens includes an outer surface portion 72 positioned on the outer surface of the incident surface portion 70 and the output surface portion 71, and a hollow surface portion 73 positioned on the inner surface of the incident surface portion 70 and the output surface 71.
  • the laser processing apparatus 50 condenses the light by transmitting the laser light from the light source 10 through the incident surface portion 70 of the triangular lens 7D and through the output surface portion 71, the line of the triangular lens 7D shown in FIG.
  • the same triangular member as CL can be laser processed.
  • the laser processing apparatus 50 can cut a triangular member by laser processing.
  • the laser processing apparatus 50 can easily cut a triangular shape with respect to a protective glass of a mobile phone or a portable electronic device.
  • the lens of the laser processing device 50 emits light from a light source with respect to the region of the predetermined part located on the outer surface part 72 side of the incident surface part 70 or the emission surface part 71.
  • a light blocking material can be added to prevent light from being guided. For example, as shown in FIG. 14, when the curvature of three points is high as in the corner of the triangular lens 7 ⁇ / b> D, a desired portion of a high curvature portion located on the outer surface portion 72 side on the incident surface portion 70 or the emission surface portion 71 is desired.
  • a light shielding material M is added to the region so that light is not guided from the light source 10.
  • the light shielding material M can prevent the light from the light source 10 from being emitted from the lens.
  • a light shielding material may be added to a region of a portion having a high curvature of a star-shaped lens, a heart-shaped lens, an S-shaped lens, or other lenses.
  • the triangular lens 7D may include a light shielding material M on the hollow surface portion 73, similarly to the circular lens 7A.
  • the laser processing device 50 includes a lens conversion device (not shown), and can change a triangular lens 7D to cut a triangular member with respect to the workpiece 5. Further, the laser processing device 50 may be a star lens, a heart lens, an S lens, or a lens having other shapes besides the circular lens and the triangular lens described above.
  • the laser processing apparatus may include only the circular lens 7A or the triangular lens 7D without including a lens conversion device (not shown).
  • the line connecting the vertices of the cylindrical surface of the convex cylindrical lens has the same shape as an arbitrary shape formed of a closed curve. Since a lens formed so that a closed cylindrical lens is formed in a closed circuit is used, the time for laser processing is reduced when a member having an arbitrary shape having a closed curve is laser processed on a workpiece. Further, the laser processing apparatus 50 does not need to provide a mechanism for rotating and moving the lens or a mechanism for rotating and moving the stage 1 when laser processing an arbitrarily shaped member having a closed curve. The size can be reduced.
  • the lens in the embodiment of the present invention and the lens of the laser processing apparatus 50 on which the lens is mounted include an incident surface portion 70 on which light irradiated from the light source of the laser processing apparatus 50 formed by the cylindrical surface of the convex cylindrical lens is incident. , An exit surface portion 71 that emits light emitted from the light source, an entrance surface portion 70 and an outer surface portion 72 located on the outside surface of the exit surface portion 71, and a hollow surface portion 73 located on the inside surface of the entrance surface portion 70 and the exit surface portion 71.
  • the hollow lens is provided, the light from the light source can be focused on a region where an arbitrarily shaped member having a closed curve to be laser processed is to be processed.
  • the lens of the embodiment of the present invention and the lens of the laser processing apparatus 50 equipped with the lens are formed of a member having an arbitrary shape including a closed curve to be laser processed when a light shielding plate is provided for the hollow portion of the hollow lens.
  • the light from the light source can be prevented from being irradiated outside the region to be processed.
  • the lens in the embodiment of the present invention and the laser processing apparatus 50 equipped with the lens when irradiating the lens with the light of the light source, when controlling so that the hollow portion of the hollow lens is not irradiated with the light,
  • the light energy of the light source of a laser processing apparatus can be efficiently irradiated with respect to the member of the arbitrary shape which consists of a closed curve which should be laser processed.
  • the lens of the embodiment of the present invention and the lens of the laser processing apparatus 50 on which the lens is mounted are positioned on the outer surface portion side of the incident surface portion or the output surface portion when the curvature of a predetermined portion of the member having an arbitrary shape formed of a closed curve is high.
  • a light shielding material is added to a predetermined region so that light is not guided from the light source, the light from the light source can be prevented from being condensed outside the predetermined region having a high curvature.
  • the curvature of three points is high, such as the corner of the triangular lens 7D, a desired portion of the high curvature portion located on the outer surface portion 72 side on the incident surface portion 70 or the emission surface portion 71 is desired.
  • a light shielding material M is added to the region so that light is not guided from the light source.
  • the light shielding material M can prevent the light from the light source 10 from being emitted from the lens.
  • a light shielding material may be added to a region of a portion having a high curvature of a star-shaped lens, a heart-shaped lens, an S-shaped lens, or other lenses.

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Abstract

本発明のレンズ及びそのレンズを搭載したレーザ加工装置は、被切断材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を切断するためのものであって、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が、上記閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたものからなる。

Description

レンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置
　本発明は、被加工材に対してレーザ加工するためのレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置に関するものであって、特に、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するためのレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置に関するものである。
　従来、ガラス基板等のような被加工材に対して、レーザ光を照射することにより任意形状の部材を加工するためのレーザ加工装置が知られている。
　例えば、レーザ加工装置として、シリンドリカルレンズを移動させる移動機構や被加工材を載せるステージを移動させる移動機構を用いることにより、所望の形状に加工領域を形成する技術が、特許文献１または２に提案されている。
特開２０１０－１５８７１５号公報 特開２０１０－２８４７１２号公報
　上述したレーザ加工装置は、例えば、加工形状が円形、丸みを帯びた矩形、丸みを帯びた三角形のような閉曲線からなる任意形状を切断する場合、レンズそのものを移動させる移動機構や、被加工材を載せたステージ（支持台）そのものを移動する移動機構を制御する必要がある。
　例えば、円形の部材を切断する場合、以下のような手法を用いていた。図２は、従来技術の実施形態による両凸レンズ７Ｂを用いてレーザ加工を行う場合を示した図である。図２（ａ）に示すように、両凸レンズ７Ｂを透過するレーザ光により、被加工材５に円形の部材を切断することができる。その際、レーザ加工装置は、被加工材５から円形の部材を切断するために、図２（ｂ）に示すように、両凸レンズ７Ｂを円形に移動させることにより、被加工材５に対して、円形を描くようにレーザ光を照射しなければならない。または、レーザ加工装置は、両凸レンズ７Ｂを固定し、被加工材５を載せたステージそのものを円形に移動させることにより、円形の部材を切断する。
　そのため、移動制御やレーザ加工に要する時間がかかり、かつレンズの移動制御装置もしくは被加工材の移動制御装置を搭載する必要が生じてしまい、装置全体が大規模なものになるという問題があった。
　また、両凸レンズ以外に、図３に示すカマボコ形状をした凸型シリンドリカルレンズを用いた場合も同様である。図４は、従来技術の実施形態による凸型シリンドリカルレンズ７Ｃによる部材加工を行う場合を示した図である。例えば、矩形の部材を切断する場合、図４（ａ）に示すように、凸型シリンドリカルレンズ７Ｃを透過するレーザにより、被加工材５に加工する。その際、被加工材５から矩形の部材を切断するために、図４（ｂ）に示すように、凸型シリンドリカルレンズ７Ｃを直線に移動させる。そして、レーザ加工装置は、凸型シリンドリカルレンズ７Ｃを移動させることにより、被加工材５に対して矩形を描くようにレーザを照射する。または、レーザ加工装置は、凸型シリンドリカルレンズ７Ｃを固定し、被加工材５を載せたステージそのものを矩形に移動させる、若しくはステージを移動および回転させることにより、矩形の部材を切断する。
　そのため、同様に、移動制御やレーザ加工に要する時間がかかり、かつレンズの移動制御装置もしくは被加工材の移動制御装置を搭載する必要が生じてしまい、装置全体が大規模なものになるという問題があった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、レーザ加工する時間を削減し、かつレーザ加工装置に不要な移動制御装置を搭載することなく小型化を可能とするレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置を提供することを目的とする。
　本発明のレンズは、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するレーザ加工装置に搭載されるものであって、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたものである。
　「頂点」とは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の最高点である。
　「凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が閉曲線からなる任意形状と同一の形」とは、レーザ加工装置が加工すべき閉曲線からなる任意形状の部材の形状と、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が同一または略同一の形状になることをいう。例えば、レーザ加工装置が円形からなる部材を加工する場合においては、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が円形となる。また、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が全体として円形であればよく、多少の凹凸による部分的な相違があったとしてもよい。また、レーザ加工装置が円形からなる部材を加工する場合において、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が形として円形であればよいのであって、必ずしも大きさが同一でなくてもよい。
　「成形」とは、レンズを形づくることをいう。具体的には、金型を用いて成型されるものであってもよいし、研磨により成形されるものであってもよいし、エッチングにより成形されるもの等が挙げられる。
　「加工」とは、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を切断することをいう。具体的には、閉曲線からなる任意形状の部材を切断する。または、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材の形状に削る等の場合が挙げられる。
　本発明のレーザ加工装置は、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するものであって、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたレンズを搭載しているものである。
　本発明のレーザ加工装置のレンズは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成される光源から照射される光を入射する入射面部と、光源から照射される光を出射する出射面部と、入射面部及び出射面部の外側面に位置する外側面部と、入射面部及び出射面部の内側面に位置する中空面部とを備える中空レンズであってもよい。
　本発明のレーザ加工装置のレンズは、中空レンズの中空部分に対して、遮光板を設けるものであってもよい。
　「遮光板」とは、光源の光がレンズを透過しないようにするものである。例えば、フィルム状又は薄板状のものであってもよい。具体的には金属シートであってもよい。また、レンズに金属物質を塗布されるものであってもよい。
　本発明のレーザ加工装置は、光源の光をレンズに対して照射するに際し、中空レンズの中空部分には光を照射しないように制御するものであってもよい。
　本発明のレーザ加工装置の閉曲線からなる任意形状の部材は、円形の部材であってもよい。
　本発明のレーザ加工装置のレンズは、閉曲線からなる任意形状の部材の所定部位の曲率が高い場合に際し、入射面または出射面における外側面部側の略半分のレンズの領域に対して、光源から光が導光しないよう遮光材を付加するものであってもよい。
　本発明のレンズおよびそのレンズに搭載されたレーザ加工装置によれば、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するものであって、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が上記閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたレンズを用いるため、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材をレーザ加工するに際し、レーザ加工する時間を削減し、かつレーザ加工装置自体の小型化可能とすることができる。
　本発明のレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置のレンズは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成されるレーザ加工装置の光源から照射される光を入射する入射面部と、光源から照射される光を出射する出射面部と、入射面部及び出射面部の外側面に位置する外側面部と、入射面部及び出射面部の内側面に位置する中空面部を備える中空レンズである際には、レーザ加工するべき閉曲線からなる任意形状の部材を加工すべき領域に対して、光源の光を集光することができる。
　本発明のレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置のレンズは、中空レンズの中空部分に対して、遮光材を設ける際には、レーザ加工するべき閉曲線からなる任意形状の部材を加工すべき領域外に対して、光源の光を照射しないようにすることができる。
　本発明のレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置は、光源の光をレンズに対して照射するに際し、中空レンズの中空部分には光を照射しないように制御する際には、レーザ加工すべき閉曲線からなる任意形状の部材に対して、レーザ加工装置の光源の光エネルギーを効率的に照射することができる。
　本発明のレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置のレンズは、閉曲線からなる任意形状の部材の所定部位の曲率が高い場合に際し、入射面または出射面における外側面部側の略半分のレンズの領域に対して、光源から光が透過しないよう遮光材を付加する際には、当該曲率が高い所定部位外に対して、光源の光を放射しないようにすることができる。
本発明の実施形態におけるレーザ加工装置を示す図 従来の実施形態における両凸レンズによるレーザ加工を説明するための図 凸型シリンドリカルレンズの一例を示した図 従来の実施形態における凸型シリンドリカルレンズによるレーザ加工を説明するための図 本発明の実施形態における成形される円形レンズを説明するための図 本発明の実施形態における円形レンズの平面図 本発明の実施形態における円形レンズを入出射するレーザとの関係を示した図 本発明の実施形態における一連の処理工程を示した図 本発明の実施形態における円形レンズを透過した光の集光結果を示した図 本発明の実施形態における遮光材を付加した円形レンズを示した図 本発明の実施形態における円形レンズに入射する光制御を示したシステム図 本発明の実施形態における成形される三角レンズを説明するための図 本発明の実施形態における三角レンズを入出射する光との関係を示した図 本発明の実施形態における遮光材を付加した三角レンズを示した図
　本発明の実施の形態となるレーザ装置について、図面を参照しつつ説明する。
　図１は、本発明のレーザ加工装置５０の概略を示す図である。このレーザ加工装置５０は、ガラスからなる被加工材５にレーザ光を照射することにより、閉曲線からなる任意形状の部材を切断するものである。レーザ加工装置５０は、ステージ１と、そのステージ１にセットされた被加工材５と、レーザ光源１０と、ビームエキスパンダ１５と、反射ミラー１９と、均一化装置２０と、円形レンズ７Ａ、制御装置３０、パーソナルコンピュータ８０（以下、ＰＣ８０という）から構成される。
　レーザ光源１０は、レーザ光を照射するものである。また、ビームエキスパンダ１５は、レーザ光源１０から照射されたレーザ光の径を拡大して放射するものである。さらに、均一化装置２０は、径の拡大されたレーザ光を多重反射して均一化して照射するもので、例えばロッドレンズやライトパイプ等である。円形レンズ７Ａは、反射ミラー１９により反射されたレーザ光を透過するものである。制御装置５０は、光源１０の出力、ステージ１の位置等を制御するものである。
　ここで、本発明の実施形態におけるレンズについて、詳細に説明する。本発明の実施形態における特有のレンズは、被加工材５に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するレーザ加工装置５０に搭載されるものであって、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたものである。
　本発明の実施形態におけるレンズとして、円形レンズ７Ａを例に説明する。図５は、円形レンズ７Ａの構造を説明するための図である。図５は、円形レンズ７Ａの製造工程を示すものではなく、円形レンズ７Ａが最終的にどのような形態になるかをわかりやすく示したものである。
　円形レンズ７Ａは、図５（ａ）に示す凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が円形になるように成形する。図５（ａ）の凸型シリンドリカルレンズを変形させ、図５（ｂ）のように半円を描き、最後に図５（ｃ）のようにほぼ円形を描き、最後に凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が円形に配置されるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成したものである。
　本発明の実施形態における特有のレンズ（円形レンズ、後述する三角レンズ等）は、例えば、金型を用いて成型されるものである。また、研磨により成形されるものであってもよいし、エッチングにより成形されるものであってもよい。
　本発明の実施形態における特有のレンズ（円形レンズ、後述する三角レンズ等）は、最終的にそれぞれのレンズの所望とする形状に成形されるのであれば、どのような手法により作製されてもよい。図６は、円形レンズ７Ａの平面図である。図６に示すように、凸型シリンドリカルレンズの中心からシリンドリカル面に対して垂直な線ＧＬそれぞれの中心点（シリンドリカル面の頂点）にあたるシリンドリカル面の頂点を結んだ線を円形にすることで、被加工材５に対して、半径ｒの円形からなる部材を加工することができる。
　図７は、円形レンズ７Ａに入出射するレーザ光Ｌとの関係を示した図である。円形レンズ７Ａは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成され、レーザ加工装置５０の光源１０から照射される光を入射する入射面部７０と、光源から照射される光を出射する出射面部７１と、入射面部７０及び出射面部７１の外側面に位置する外側面部７２と、入射面部７０及び出射面７１の内側面に位置する中空面部７３とを備える中空レンズである。この中空面部７３は、図７に示すように円形レンズ内側の側面部分である。
　レーザ加工装置５０は、搭載する円形レンズ７Ａに、光源１０のレーザ光を入射面部７０に入射させ、出射面部７１から出射するものである。そのため、レーザ加工装置５０は、図６に示す円形レンズ７Ａの半径ｒ（例えば、レンズの中心から線ＧＬの中心線を結ぶ長さ）と略同一の円形部材をレーザ加工することができる。例えば、被加工材がガラスである場合、レーザ加工装置５０は、円形の部材をレーザ加工により切断することができる。具体的には、レーザ加工装置５０は、携帯電話や携帯用電子機器の保護用ガラスに対して、容易に円形形状の切断を可能とする。また、被加工材は、ガラスのみならず、プラスチック、シリコン、その他基板となる材料であってもよい。
　次に、以上の構成のレーザ加工装置５０におけるレーザ加工処理について説明する。図８は、レーザ加工装置の部材の加工における一連の処理を示すフローチャートである。
　第一に、オペレータが、ＰＣ８０を介して初期設定を行う（ステップ１）。具体的には、オペレータが、ＰＣ８０に対して、被加工材５の材質に応じた光源１０の光の出力レベルを設定するように指示情報を入力する。また、オペレータが、ＰＣ８０に対して、被加工材５を設置したステージ１の位置を移動させるように指示情報を入力する。オペレータがＰＣ８０に指示情報を入力することで初期設定することができるが、ＰＣ８０が自動処理により初期設定を行い、ＰＣ８０の指示情報を自動生成してもよい。
　次に、制御装置３０は、ＰＣ８０により指令された指示情報に基づき、光源１０のレーザ照射のタイミングまたはステージ１の移動を制御する（ステップ２）。
　光源１０は、制御装置３０の制御に基づいて、レーザ光を照射する（ステップ３）光源１０から照射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により径が拡大され、均一化装置２０により輝度分布が均一化される。そして、レーザ光は、反射ミラー１９により反射され、円形レンズ７Ａに入射する。
　図７に示すように、円形レンズ７Ａの入射面部７０に入射されたレーザ光は、円形の部材を切断するように集光される。レーザ加工装置５０は、円形の部材の切断を行う（ステップ４）。レーザ加工装置５０は、図６に示すように、円形レンズ７０の中心と外周を基準とした半径ｒの円形にレーザ光を集光するようになり、被加工材５に対して、図９に示すような半径Ｒ（ｒ＝Ｒ、またはｒ≒Ｒ）の円形部材を切断可能とする。
　また、円形レンズ７Ａは、図１０に示すように、レンズの中空部分に対して、遮光材を有する遮光板Ｎを付けてもよい。この遮光材を有する遮光板Ｎは、光源のレーザ光がレンズを透過しないようにするものである。例えば、フィルム状又は薄板状のものであってもよい。具体的には金属シートであってもよい。また、円形レンズ７Ａは、中空面部７３にレンズをはめ込んでもよい。その場合、遮光板Ｎは、そのレンズに金属物質を塗布されるものであってもよい。
　また、レーザ加工装置５０は、光源のレーザ光をレンズに対して照射するに際し、中空レンズの中空部分には光を照射しないように制御することができる。具体的には、レーザ加工装置５０は、反射ミラー１９から反射されたレーザ光を導光する導光路３５と、円形レンズ７Ａの入射面部７０にのみレーザ光を入射するための光ファイバー４０を備え、円形レンズ７Ａの入射面部７０にのみレーザ光を入射するように制御できる。これにより、レーザ加工装置５０は、円形レンズ７Ａの中空面部７３にはレーザ光を照射しないように制御できる。例えば、レーザ加工装置５０は、円形レンズ７Ａの入射面部７０にのみレーザ光を入射するために反射ミラー、その他のミラーを最適に配置することにより、レーザ光を照射しないように制御できる。
　ここで、図８に示すフローチャートの説明に戻ると、制御装置３０は、円形の部材を切断した被加工材５から新たな円形部材を切断すべきか否かを判断する。新たに円形の部材を切断する場合（ステップ５；ＹＥＳ）、制御装置３０は、ステージ１を移動させることにより、新たな円形部材を切断するための所望の位置に被加工材５を移動させる（ステップ７）。レーザ加工装置５０に搭載されたＰＣ８０内にインストールされた画像処理機能は、被加工材５のマーカされた位置を認識処理することができ、その認識結果に応じて、制御装置３０は、ステージの移動を自動に行ってもよい。新たに円形の部材を切断しない場合（ステップ５；ＮＯ）、制御装置５０は、異なる形状の部材を切断するか否かを判断する。
　異なる形状の部材を被加工材５より切断する場合（ステップ６；ＹＥＳ）、レンズを変更することができる。そして、円形レンズ７Ａ以外のレンズに変更できる（ステップ８）。一方、異なる形状の部材を被加工材５より切断しない場合（ステップ６；ＮＯ）、処理は完了する。
　レーザ加工装置５０は、レンズ変換装置（不図示）を備えており、上述したように円形レンズ７Ａ以外のレンズに変更することができる構成にしてもよい。例えば、レーザ加工装置５０は、図１２に示すような三角レンズ７Ｄを備えるものであってもよい。
　図１２は、三角レンズ７Ｄの構造を説明するための図である。三角レンズ７Ｄは、図１２に示すように、閉曲線からなる三角形の部材である。三角レンズ７Ｄは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線ＣＬが三角形に配置するように成形されたものである。図１２に示すように、凸型シリンドリカルレンズの中心からシリンドリカル面に対して垂直な線ＧＬそれぞれの中心点（シリンドリカル面の頂点）にあたるシリンドリカル面の頂点を結んだ線ＣＬを三角形になるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成したものである。図１２は、三角レンズ７Ｄの平面図であるが、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を三角形にするように成形することで、被加工材５に対して、三角形からなる部材を切断することができる。
　図１３は、三角形レンズ７Ｄに入出射するレーザ光との関係を示した図である。三角形レンズ７Ｄは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成されるレーザ加工装置５０の光源１０から照射されるレーザ光を入射する入射面部７０と、光源から照射される光を出射する出射面部７１と、入射面部７０及び出射面部７１の外側面に位置する外側面部７２と、入射面部７０及び出射面７１の内側面に位置する中空面部７３とを備える中空レンズである。
　レーザ加工装置５０は、光源１０のレーザ光を三角レンズ７Ｄの入射面部７０に透過させ、出射面部７１を透過することで光を集光させるものであるため、図１２に示す三角形レンズ７ＤのラインＣＬと同一の三角形部材をレーザ加工することができる。例えば、被加工材の材質がガラスである場合、レーザ加工装置５０は、三角形の部材をレーザ加工により切断することができる。例えば、レーザ加工装置５０は、携帯電話や携帯用電子機器の保護用ガラスに対して、容易に三角形状の切断を可能とする。
　レーザ加工装置５０のレンズは、閉曲線からなる任意形状の部材の所定部位の曲率が高い場合に際し、入射面部７０または出射面部７１における外側面部７２側に位置する所定部位の領域に対して、光源から光が導光しないよう遮光材を付加することができる。例えば、図１４に示すように、三角レンズ７Ｄの角のように三点の曲率が高い場合に、入射面部上７０または出射面部７１上における外側面部７２側に位置する曲率の高い部位の所望の領域に対して、光源１０から光が導光しないように、遮光材Ｍを付加する。この遮光材Ｍにより、光源１０の光がレンズから出射しないようにすることができる。なお、上述した三角レンズ以外に、星型レンズ、ハート型レンズ、Ｓ型レンズ、その他の形状からなるレンズの曲率が高い部位の領域に遮光材を付加してもよい 。
　なお、三角レンズ７Ｄは、円形レンズ７Ａと同様に、中空面部７３に遮光材Ｍを備えてもよい。
　レーザ加工装置５０は、レンズ変換装置（不図示）を備え、三角形レンズ７Ｄに変更することで、被加工材５に対して、三角形状の部材を切断できる。また、レーザ加工装置５０は、上述した円形レンズ、三角レンズ以外に、星型レンズ、ハート型レンズ、Ｓ型レンズ、その他の形状からなるレンズであってもよい。
　なお、レーザ加工装置は、レンズ変換装置（不図示）を備えずに、円形レンズ７Ａまたは三角形レンズ７Ｄのいずれかのみを備えるものであってもよい。
　本発明の実施形態におけるレンズおよびそのレンズに搭載されたレーザ加工装置５０によれば、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたレンズを用いるため、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材をレーザ加工するに際し、レーザ加工する時間を削減する。また、レーザ加工装置５０は、閉曲線からなる任意形状の部材をレーザ加工するに際し、レンズを回転および移動させる機構または、ステージ１を回転および移動させる機構を設ける必要がないため、レーザ加工装置自体の小型化可能とすることができる。
　本発明の実施形態におけるレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置５０のレンズは、凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成されるレーザ加工装置５０の光源から照射される光を入射する入射面部７０と、光源から照射される光を出射する出射面部７１と、入射面部７０及び出射面部７１の外側面に位置する外側面部７２と、入射面部７０及び出射面部７１の内側面に位置する中空面部７３を備える中空レンズである際には、レーザ加工するべき閉曲線からなる任意形状の部材を加工すべき領域に対して、光源の光を集光することができる。
　本発明の実施形態におけるレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置５０のレンズは、中空レンズの中空部分に対して、遮光板を設ける際には、レーザ加工するべき閉曲線からなる任意形状の部材を加工すべき領域外に対して、光源の光を照射しないようにすることができる。
　本発明の実施形態におけるレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置５０は、光源の光をレンズに対して照射するに際し、中空レンズの中空部分には光を照射しないように制御する際には、レーザ加工すべき閉曲線からなる任意形状の部材に対してレーザ加工装置の光源の光エネルギーを効率的に照射することができる。
　本発明の実施形態におけるレンズおよびそのレンズを搭載したレーザ加工装置５０のレンズは、閉曲線からなる任意形状の部材の所定部位の曲率が高い場合に際し、入射面部または出射面部における外側面部側に位置する所定部位の領域に対して、光源から光が導光しないよう遮光材を付加する際には、当該曲率が高い所定部位外に対して、光源の光を集光しないようにすることができる。例えば、図１４に示すように、三角レンズ７Ｄの角のように三点の曲率が高い場合に、入射面部上７０または出射面部７１上における外側面部７２側に位置する曲率の高い部位の所望の領域に対して、光源から光が導光しないように、遮光材Ｍを付加する。この遮光材Ｍにより、光源１０の光がレンズから出射しないようにすることができる。なお、上述した三角レンズ以外に、星型レンズ、ハート型レンズ、Ｓ型レンズ、その他の形状からなるレンズの曲率が高い部位の領域に遮光材を付加してもよい。
ＣＬ　中心線
ＧＬ　シリンドリカル面の線
Ｌ　　レーザ光
Ｍ　　遮光材
Ｎ　　遮光板
ｒ　　半径（レンズ）
Ｒ　　半径（集光した光）
１　　ステージ
５　　被加工材
７Ａ　円形レンズ
７Ｂ　両凸レンズ
７Ｃ　凸型シリンドリカルレンズ
７Ｄ　三角レンズ
１０　光源
１５　ビームエキスパンダ
１９　反射ミラー
２０　均一化装置
３０　制御装置
３５　導光路
４０　光ファイバー
５０　レーザ加工装置
７０　入射面部
７１　出射面部
７２　外側面部
７３　中空面部

Claims (8)

  1. 　被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するレーザ加工装置に搭載されるレンズにおいて、
    　凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が前記閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、前記凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたことを特徴とするレンズ。
  2. 　被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を加工するレーザ加工装置において、
    　凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面の頂点を結んだ線が前記閉曲線からなる任意形状と同一の形となるように、前記凸型シリンドリカルレンズを閉路形成されるように成形されたレンズを搭載していることを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 　前記レンズは、
    　前記凸型シリンドリカルレンズのシリンドリカル面で形成される前記レーザ加工装置の光源から照射される光を入射する入射面部と、
    　前記光源から照射される光を出射する出射面部と、
    　前記入射面部及び前記出射面部の外側面に位置する外側面部と、
    　前記入射面部及び前記出射面部の内側面に位置する中空面部を備える中空レンズであることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記レンズは、前記中空レンズの中空部分に、遮光板を設けることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記レーザ加工装置は、前記光源の光を前記レンズに対して照射するに際し、前記中空レンズの中空部分には光を照射しないように制御することを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記閉曲線からなる任意形状の部材は、円形の部材であることを特徴とする請求項２から５いずれか１項記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記レンズは、前記閉曲線からなる任意形状の部材の所定部位の曲率が高い場合に際し、前記入射面部または前記出射面部における前記外側面部側に位置する前記所定部位の領域に対して、前記光源から光が導光しないよう、遮光材をレンズに付加することを特徴とする請求項３から５いずれか１項記載のレーザ加工装置。
  8. 　前記レーザ加工装置は、被加工材に対して、閉曲線からなる任意形状の部材を切断することを特徴とする請求項２から７いずれか１項記載のレーザ加工装置。
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