專利名稱：激光加工裝置及激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光加工裝置及激光加工方法，特別地，涉及一種照 射激光光束對(duì)被加工物成批地進(jìn)行多次加工的激光加工裝置及激光加工 方法。
背景技術(shù)：
照射激光光束對(duì)被加工物進(jìn)行穿孔加工時(shí)，對(duì)被加工物進(jìn)行多次激光 的脈沖照射，或通過(guò)固定時(shí)間照射對(duì)被加工物進(jìn)行照射。
在此過(guò)程中，已公知一種使用微透鏡陣列將激光光束分成多支、通過(guò) 在被加工面上聚光、對(duì)被加工物進(jìn)行多個(gè)穿孔的多個(gè)點(diǎn)成批加工(以下稱 為"微透鏡"方式)。
眾所周知，按上述微透鏡方式進(jìn)行加工時(shí)，通常在初期及經(jīng)過(guò)一段時(shí) 間時(shí)，激光光束會(huì)變得不均勻這樣的不適合。
此外，為了精密地進(jìn)行激光加工，到目前為止己知有掩模投影加工。 掩模投影加工是一種通過(guò)利用投影光學(xué)系統(tǒng)在被加工面上投影掩模圖形 來(lái)進(jìn)行加工的技術(shù)。
在此技術(shù)中，為了減少加工不均勻，作為固定型的均勻照明光學(xué)系統(tǒng)，
廣泛使用圖19中示出的使用蠅眼(fly eye)積分儀的光束均質(zhì)器 (homogenizer)等。
另外，已公知一種通過(guò)光束的機(jī)械的掃描的加工均勻化技術(shù)(例如參 照專利文獻(xiàn)1至4)。
在專利文獻(xiàn)l中，記載了一種在小孔的投影加工中，通過(guò)使用移動(dòng)反 射鏡掃描向小孔照射的光束，使單一孔的加工底面的深度均勻化的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1:日本專利第3199124號(hào)公報(bào)
在專利文獻(xiàn)2中，記載了一種在圖形掩模的投影加工中，通過(guò)使圖形 掩模和被加工物聯(lián)動(dòng)，并相對(duì)于照射光束移動(dòng)，進(jìn)行加工深度均勻化的技 術(shù)。
專利文獻(xiàn)2:日本專利第3211206號(hào)公報(bào)
在專利文獻(xiàn)3中，記載了一種在小孔的投影加工中，組合角度可動(dòng)的
反射鏡和柱面透鏡，形成平行光束的掃描系統(tǒng)，執(zhí)行向小孔的照射光束掃 描，使加工精度均勻化的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平7-51878號(hào)公報(bào)
在專利文獻(xiàn)4中，有在微透鏡方式中，在目的為進(jìn)行寬范圍的加工的 實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)加工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行光束掃描，能夠減少照射不均勻這樣的 記述。
專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2001-269789號(hào)公報(bào)
通常，如圖21所示，由于照射能量密度和加工速度具有相關(guān)性，所 以隨著照射能量的變大，加工處理就會(huì)變快。
此外，在被加工物上，由于激光的能量分布為圖22所示那樣的山型 的形狀，所以如圖23所示，照射能量大時(shí)，加工孔徑就會(huì)變大。另一方 面，在受激準(zhǔn)分子激光器的情況下，雖然具有圖24所示的光束外形輪廓， 但激光本身存在不均勻，當(dāng)照射激光存在不均勻時(shí)，就會(huì)對(duì)均勻的加工造 成影響。如此，眾所周知，在激光光束中存在能量分布不均勻，此不均勻 隨時(shí)間變化。
此外，如圖25所示，激光光束的散度、即光束的主光線為平行光時(shí) 的激光光束的發(fā)散角大的時(shí)候，由微透鏡聚光時(shí)，焦點(diǎn)直徑就會(huì)變大。
而且，相對(duì)于激光光束方向在垂直面內(nèi)正交的2軸處，照射光束的發(fā) 散角的大小不同的時(shí)候，加工形狀就會(huì)變成橢圓形。
而且，對(duì)于激光的發(fā)散角的大小而言，存在時(shí)效變化，加工形狀也會(huì) 隨此變化。
基于以上事實(shí)，在微透鏡方式中，為了使加工直徑均勻化，需要以下 各種的對(duì)應(yīng)，1、對(duì)應(yīng)于激光光束的外形輪廓，2、對(duì)應(yīng)于激光光束的發(fā)散 角的初始階段的均勻化，3、對(duì)應(yīng)于激光光束的發(fā)散角的時(shí)效變化等。
此外，為了有效地進(jìn)行加工，需要大力保證激光的照射能量，為了使 此時(shí)的加工直徑均勻化，必須使照射激光不會(huì)產(chǎn)生不均勻。
現(xiàn)有技術(shù)的光束均質(zhì)器和引用文獻(xiàn)1至3中公開(kāi)的技術(shù)，是任意一種 掩模投影加工，由于通過(guò)掩模遮擋住非加工部分的光而廢棄能量，所以存 在能量利用率差，加工中需要大的能量這樣裝置原理上的大的課題。
而且，在將這些均勻化技術(shù)適用于微透鏡方式時(shí)，存在以下的問(wèn)題。 由于蠅眼積分儀的光束均質(zhì)器分割光束，并在一個(gè)部位進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，所 以產(chǎn)生多方向的角度成分，由于微透鏡中不能以微小直徑聚光，所以原理 上不能使用。
此外，在固定型光學(xué)系統(tǒng)中，由于時(shí)效變化而使得光束品質(zhì)超出設(shè)計(jì) 范圍的情況，會(huì)存在不能均勻化的問(wèn)題。
而且，存在價(jià)格高、光學(xué)調(diào)整復(fù)雜、不能改善向一方向傾斜的能量分 布等不適合。
圖20是表示光束均質(zhì)器的場(chǎng)合下，入射的激光光束具有向一個(gè)方向
傾斜的能量分布時(shí)候，不能使能量分布均勻化的說(shuō)明圖。
在引用文獻(xiàn)l的技術(shù)中，僅進(jìn)行一維方向的光束掃描，但由于實(shí)際的 受激準(zhǔn)分子激光的強(qiáng)度分布具有二維的分布，所以僅通過(guò)一維的光束掃描 進(jìn)行均勻徑加工有困難。此外，在此技術(shù)中，存在不能對(duì)應(yīng)激光光束的發(fā) 散角的變化等這樣的不適合。
引用文獻(xiàn)2的技術(shù)，使掩模和被加工物各自反方向地對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)印倍率，
一面使它們相對(duì)移動(dòng)， 一面進(jìn)行加工，為掩模投影加工特有的技術(shù)。
引用文獻(xiàn)3的技術(shù)，為了形成平行光，必須使照射在反射鏡上的光束 成為沒(méi)有寬度的線，但現(xiàn)實(shí)中由于有寬度所以不能形成完全的平行光。 因此，在微透鏡方式中，不能縮小加工直徑。
此外，為了使加工中使用的激光強(qiáng)度在反射鏡上成為寬度狹小的光 束，所以在反射鏡上要變?yōu)榉浅４蟮哪芰棵芏?，由于反射鏡受到損傷，所 以不現(xiàn)實(shí)。
引用文獻(xiàn)4的技術(shù)，是微透鏡方式，光束掃描的范圍僅僅是加工區(qū)域內(nèi)。
如此，僅加工區(qū)域內(nèi)一面對(duì)準(zhǔn)照射光束一面掃描進(jìn)行加工的情況下， 加工區(qū)域的端部光束的照射次數(shù)或時(shí)間變少。由此，加工直徑比中心部變 小，以高精度進(jìn)行穿孔加工有困難。
此外，在引用文獻(xiàn)4中，沒(méi)有公開(kāi)具體的光束掃描的裝置結(jié)構(gòu)。
而且，在引用文獻(xiàn)4中記載著利用不穩(wěn)定諧振器型激光器，能夠不受
激光光束的發(fā)散角的影響，但實(shí)際中，即使使用不穩(wěn)定諧振器型激光器， 也存在發(fā)散角帶來(lái)的影響，如不進(jìn)行均勻化處理，加工形狀就會(huì)成為橢圓 形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在通過(guò)激光器的多次脈沖照射或固定時(shí) 間照射進(jìn)行向被加工物的多個(gè)被加工部分的加工的過(guò)程中，使用微透鏡或 全息元件等作為聚光或成像單元進(jìn)行加工，能夠使加工直徑或加工形狀均 勻的激光加工裝置及激光加工方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種即使對(duì)于在初始及隨時(shí)間具有不均 勻的光束品質(zhì)的激光器，也能使加工直徑和加工形狀均勻的激光加工裝置 及激光加工方法。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的在于，提供一種能夠有效地進(jìn)行穿孔加工的激 光加工裝置及激光加工方法。
本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q上述課題進(jìn)行銳意研究后，獲得了光束外形輪廓 和激光光束的發(fā)散角對(duì)加工直徑及加工形狀產(chǎn)生影響這樣的知識(shí)。并且， 提出通過(guò)進(jìn)行光束外形輪廓和激光光束的發(fā)散角的初始階段的均勻化及 向時(shí)效變化的對(duì)應(yīng)就能夠解決上述課題，直到實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
艮口，根據(jù)權(quán)利要求l的激光加工裝置，其用于加工被加工物的被加工
區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工部分，該激光加工裝置包括激光裝置、從該激光裝 置射出的激光光束的聚光或成像單元、以及上述被加工物的配置單元；固
定上述被加工物和上述聚光或成像單元，在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外， 一面使上述激光光束和上述聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)一面進(jìn)行加工，以 使上述聚光或成像單元接受來(lái)自激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì) 上述多個(gè)被加工部分的每一個(gè)的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等，由 此解決上述課題。
此外， 一種激光加工裝置，其用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多
個(gè)被加工部分，包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚光或
成像單元、以及上述被加工物的配置單元； 一面使上述被加工物和上述聚
光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)， 一面在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，使上述激 光光束和上述聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行加工，以使上述聚光 或成像單元接受來(lái)自激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)上述多個(gè)被 加工部分的每一個(gè)的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等，由此解決上述課題。
在此，所謂被加工部分是指通過(guò)激光光束的聚光或成像來(lái)加工的1個(gè) 加工點(diǎn)或通過(guò)使上述被加工物和上述聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)來(lái)加工 的連續(xù)的1個(gè)加工形狀。
如此，根據(jù)本發(fā)明的激光加工裝置，由于直到激光光束完全通過(guò)上述 聚光或成像單元上為止使它們相對(duì)地移動(dòng)，因此能夠在加工區(qū)域的所有部 位使光束的照射次數(shù)或時(shí)間均勻，使所有的加工直徑均勻化。
此外，由于構(gòu)成一面使組件在二維方向上對(duì)準(zhǔn)一面掃描的結(jié)構(gòu)，所以 即使在激光光束的強(qiáng)度分布中有二維的分布，也能夠進(jìn)行均勻的加工。如 此，根據(jù)本發(fā)明的激光加工裝置，就能夠?qū)Χ鄠€(gè)被加工部分進(jìn)行均勻地、 且任意形狀的加工。
對(duì)于上述激光光束的上述聚光或成像單元的加工中的相對(duì)的移動(dòng)是 二維或三維移動(dòng)。
再有，在包括使上述配置單元和上述激光光束的聚光或成像單元以上 述激光光束的光軸方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)，與激光光束的發(fā)散角的變 化無(wú)關(guān)，由于對(duì)被加工物均勻地照射激光光束，因此能夠保證加工點(diǎn)為正 圓形狀。
再有，在與上述被加工物內(nèi)的上述被加工區(qū)域不同的被加工區(qū)域中， 移動(dòng)上述激光光束的聚光或成像單元，或新的聚光成像單元，通過(guò)進(jìn)行上 述加工后續(xù)的新的加工，就能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍的被加工區(qū)域的加工。
本發(fā)明的激光裝置，包括在激光光束中獨(dú)立地變更在垂直的面內(nèi)正交
的2個(gè)方向的光束尺寸，使主光線平行的2個(gè)獨(dú)立的光束擴(kuò)展器，從激光 器射出的激光光束的發(fā)散角在激光光束中垂直的面內(nèi)正交的2個(gè)方向上 不同的時(shí)候，利用此光束擴(kuò)展器，能夠使射入聚光或成像單元的激光光束 的發(fā)散角相互一致。
此外，在2個(gè)光束擴(kuò)展器中的至少一個(gè)光束擴(kuò)展器中包括變焦機(jī)構(gòu)， 在射入聚光或成像單元的激光光束的發(fā)散角變化的時(shí)候，利用變焦機(jī)構(gòu)， 能夠簡(jiǎn)便地使上述發(fā)散角一致。
還可以構(gòu)成在變焦機(jī)構(gòu)中包括自動(dòng)變焦調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。 再有，被加工部分對(duì)正圓形狀進(jìn)行了記載，但通過(guò)調(diào)整上述發(fā)散角也 可以為橢圓形狀。
而且，優(yōu)選構(gòu)成為包括監(jiān)視射入聚光或成像單元的激光光束的發(fā)散角 的監(jiān)視器裝置。
監(jiān)視器裝置具有使用光束擴(kuò)展器中具備的變焦機(jī)構(gòu)，將在上述、激光光
束中在垂直的面內(nèi)正交的2方向上的上述激光光束的發(fā)散角維持在固定
的比例的控制機(jī)構(gòu)。
上述激光光束的發(fā)散角的變化可以利用上述監(jiān)視器裝置來(lái)檢測(cè)出，通 過(guò)使上述監(jiān)視器裝置和擴(kuò)展器的自動(dòng)變焦機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，就能夠自動(dòng)調(diào)整上述 激光光束的發(fā)散角。
根據(jù)本發(fā)明的激光加工方法，用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多
個(gè)被加工部分，該激光加工裝置包括激光裝置、從該激光裝置射出的激 光光束的聚光或成像單元、以及上述被加工物的配置單元；上述激光加工 方法包括第一工序，固定上述被加工物和上述聚光或成像單元；和第二 工序，在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外， 一面使上述激光光束和上述聚光或 成像單元相對(duì)地移動(dòng)一面進(jìn)行加工，以使對(duì)多個(gè)被加工部分的每一個(gè)的加 工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等，由此解決上述課題。
而且，根據(jù)本發(fā)明的激光加工方法，是加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi) 的多個(gè)被加工部分的激光加工方法，該激光加工裝置包括激光裝置、從 該激光裝置射出的激光光束的聚光或成像單元、以及上述被加工物的配置 單元；上述激光加工方法包括第一工序，在上述被加工物上移動(dòng)上述聚 光或成像單元；和第二工序， 一面使上述被加工物和上述聚光或成像單元 相對(duì)地移動(dòng)， 一面在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，相對(duì)地移動(dòng)上述激光光 束和上述聚光或成像單元，同時(shí)進(jìn)行加工，以使對(duì)多個(gè)被加工部分的每一 個(gè)的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。由此解決上述課題。
在上述激光加工方法中，優(yōu)選二維或三維地執(zhí)行上述第二工序的上述
激光光束相對(duì)上述聚光或成像單元的加工中相對(duì)的移動(dòng)。
此外，優(yōu)選在上述第二工序中，具有使在上述第一工序中固定的上述 被加工物和上述聚光或成像單元以上述激光光束的光軸方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的 工序。
而且，優(yōu)選在上述第二工序之后，具有后續(xù)的第二工序，其包括在與 上述被加工物內(nèi)的上述被加工區(qū)域不同的被加工區(qū)域中，移動(dòng)上述激光光 束的聚光或成像單元，或新的聚光或成像單元的第三工序。
發(fā)明效果
如上所述，本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法包括聚光或成像 單元及被加工物的配置單元，控制此配置單元以使其相對(duì)激光光束進(jìn)行規(guī) 定的動(dòng)作，構(gòu)成為使形成在被加工物上的被加工部分的加工直徑或加工形 狀均勻化。
而且，由于包括使上述聚光或成像單元及被加工物的上述配置單元相 對(duì)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒈患庸げ糠旨庸こ扇我庑螤睢?br> 并且，本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法，包括激光光束的、 在激光光束中獨(dú)立地變更在垂直的面內(nèi)正交的2個(gè)方向的光束尺寸，使主 光線平行的2個(gè)獨(dú)立的光束擴(kuò)展器機(jī)構(gòu)，能夠使激光光束的發(fā)散角一致， 由此能夠使在被加工物中形成的被加工部分的加工直徑或加工形狀均勻 化。
此外，本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法，在光束擴(kuò)展器機(jī)構(gòu)的 至少一個(gè)中具有變焦機(jī)構(gòu)，即使在^[光光束的發(fā)散角的大小隨時(shí)間變化的 情況下，利用上述變焦機(jī)構(gòu)，也能將射入聚光或成像單元的激光光束的發(fā) 散角保持固定，能夠使在被加工物中形成的被加工部分的加工直徑或加工 形狀均勻化。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的激光加工裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖2是表示激光加工工序的流程圖。
圖3是表示擴(kuò)展器機(jī)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖4是表示擴(kuò)展器機(jī)構(gòu)的另一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
圖5是相對(duì)于被加工物的光束區(qū)和透鏡區(qū)的關(guān)系的說(shuō)明圖。 圖6是相對(duì)于被加工物的光束區(qū)和透鏡區(qū)的關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖7是相對(duì)于被加工物的光束區(qū)和透鏡區(qū)的關(guān)系的說(shuō)明圖。 圖8是表示各種加工方法的加工直徑的狀態(tài)的曲線圖。 圖9是表示實(shí)施例1的變化例的、表示微透鏡和被加工區(qū)域的關(guān)系的 說(shuō)明圖。
圖IO是表示實(shí)施例1的變化例的、表示微透鏡陣列的變化例的說(shuō)明圖。
圖11是表示實(shí)施例1的變化例的、工作調(diào)整單元的說(shuō)明圖。
圖12是表示實(shí)施例1的變化例的、表示狹窄間隙加工的例子的說(shuō)明圖。
圖13是表示被加工物和微透鏡陣列的相對(duì)移動(dòng)加工的、線狀加工的 例子的說(shuō)明圖。
圖14是表示被加工物和微透鏡陣列的相對(duì)移動(dòng)加工的、圓形加工的 例子的說(shuō)明圖。
圖15是圖14的圓形加工的例子的說(shuō)明圖。
圖16是表示被加工物和微透鏡陣列的相對(duì)移動(dòng)加工的、锪孔(，7 U)加工的例子的說(shuō)明圖。
圖17是表示被加工物和微透鏡陣列的相對(duì)移動(dòng)加工的、錐形加工的 例子的說(shuō)明圖。
圖18是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的激光加工裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖19是表示第2實(shí)施例的掃描圖形的說(shuō)明圖。 圖20是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的激光加工裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖21是表示第3實(shí)施例的反射鏡掃描組件結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖22是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的激光加工裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖23是表示第4實(shí)施例的散度監(jiān)視器結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。 圖24是表示現(xiàn)有技術(shù)的光束均質(zhì)器的一個(gè)例子的說(shuō)明圖。 圖25是表示光束均質(zhì)器在入射的激光光束具有向一方向傾斜的能量 分布的時(shí)候，不能使能量分布均勻化的說(shuō)明圖。
圖26是表示照射能量密度和加工速度的相關(guān)性的曲線圖。
圖27時(shí)表示被加工物上的能量分布的曲線圖。
圖28是表示照射能量密度和加工直徑的相關(guān)性的曲線圖。
圖29是表示受激準(zhǔn)分子激光器的光束外形輪廓的說(shuō)明圖。
圖30是表示入射角的聚光位置的差異的說(shuō)明圖。
圖中IO...激光器裝置，ll...激光器光源，12...衰減器，13...柵縫， 14a、 14b…部分反射鏡，15...能量監(jiān)視器，16...快門(mén)，17...光束擴(kuò)展器， 17a…變焦機(jī)構(gòu)，17b 17f…柱面透鏡，18...反射鏡，20...光束剖面儀，30... 微透鏡陣列，31...微透鏡，40...工作調(diào)整單元，41...平臺(tái)，50，..反射鏡掃 描組件，51...第1反射鏡，52...第2反射鏡，60...散度監(jiān)視器，61...圓形 柵縫，62...透鏡，63...二維傳感器，B...光束區(qū)，R...透鏡區(qū)，SC...掃描 范圍，S...激光加工裝置，U...組件，W...被加工物。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式。再有，以下說(shuō)明的構(gòu)件、 配置等不限定本發(fā)明，毫無(wú)疑問(wèn)，按本發(fā)明的宗旨可以進(jìn)行各種改變。
圖1至圖8表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí) 施例的激光加工裝置結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖2及圖3是表示擴(kuò)展器機(jī)構(gòu)的說(shuō)明 圖，圖4是表示加工工序流程圖。圖5至圖7是相對(duì)于被加工物的光束區(qū) 和透鏡區(qū)的關(guān)系的說(shuō)明圖，圖8是表示各種加工方法的加工直徑的狀態(tài)的 曲線圖。
本實(shí)施方式的激光加工裝置結(jié)構(gòu)為具有加工直徑均勻化機(jī)構(gòu)，能夠 進(jìn)行多點(diǎn)成批激光加工。在本說(shuō)明書(shū)中，"加工"主要指穿孔加工，但也指 在包含退火、蝕刻、摻雜、成膜等。
<實(shí)施例1>
如圖1所示，本實(shí)施方式的激光加工裝置S結(jié)構(gòu)包括激光裝置10，
光束剖面儀20、作為聚光單元的微透鏡陣列30、作為被加工物W的配置 單元的工作調(diào)整單元40等。而且，由在工作調(diào)整單元40上配置的微透鏡 陣列30和被加工物W構(gòu)成組件U。
本實(shí)施例的激光裝置10包括激光器光源ll、衰減器12、柵縫13、 部分反射鏡14、能量監(jiān)視器15、快門(mén)(機(jī)械快門(mén))16、光束擴(kuò)展器17、
反射鏡18等。
激光器光源11遵照未圖示的控制部的控制，放射出激光光束，通過(guò)
衰減器12、柵縫13、快門(mén)16，能夠射入光束擴(kuò)展器17。通過(guò)柵縫13的 激光光束由部分反射鏡14部分地反射，導(dǎo)入能量監(jiān)視器15。本例的能量 監(jiān)視器15測(cè)量激光光束的能量。能量監(jiān)視器可以使用公知的能量監(jiān)視器。
再有，由于能量監(jiān)視器15包括控制系統(tǒng)，所以就能夠與衰減器12聯(lián) 動(dòng)具有能量控制的反饋機(jī)構(gòu)。作為衰減器的例子，可列舉利用根據(jù)向楔形 基板的光束的入射角度而改變透過(guò)率的類型，通過(guò)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制楔 形基板角度，就能夠調(diào)整能量的透過(guò)率。
作為本例的激光器光源11，使用具備不穩(wěn)定諧振器的受激準(zhǔn)分子激光 器，但不限于此，也可以使用碳酸氣體激光器、YAG激光器等其它的激光 器。此外，也可以使用注入同步型的激光器。而且，作為激光裝置優(yōu)選具 備出射光的能量調(diào)整機(jī)構(gòu)。
本例的衰減器12是光束強(qiáng)調(diào)調(diào)整用濾波器，優(yōu)選可改變透過(guò)率，具 有透過(guò)率自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。如果自動(dòng)轉(zhuǎn)換透過(guò)率，就具有能夠與能量監(jiān)視器 聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行能量控制這樣的效果。
本例的柵縫13是切出加工中所需激光光束尺寸的柵縫，激光光束品 質(zhì)好的部分通過(guò)柵縫13。
本例的部分反射鏡14被配置在光路上，能夠?qū)⒓す夤馐囊徊糠謱?dǎo) 入能量監(jiān)視器15。
本例的快門(mén)(機(jī)械快門(mén))16被配置在光路上，在加工被加工物W時(shí) 打開(kāi)，再不加工時(shí)關(guān)閉，遮擋激光光束的光。
本例的光束擴(kuò)展器17構(gòu)成為，在激光光束中獨(dú)立地變更垂直面內(nèi)正 交的2個(gè)方向的光束放大率，并且使激光光束的主光線變成平行光。
在本例中，包括圖2所示的變焦機(jī)構(gòu)17a，在激光光束中能夠在垂直 面內(nèi)正交的2個(gè)方向上調(diào)整激光光束的發(fā)散角(也稱光束散度)。變焦機(jī) 構(gòu)17a結(jié)構(gòu)為包括柱面透鏡17b、 17c、 17d，此柱面透鏡17c和17d之間 的距離，能夠從圖2 (a)所示的狀態(tài)向圖2 (b)所示的狀態(tài)連續(xù)地調(diào)整 變焦倍率。變更變焦倍率時(shí)，使柱面透鏡17c和17d的位置聯(lián)動(dòng)地變化， 以使成型的激光光束的主光線維持平行光。變焦機(jī)構(gòu)17a使用公知的技術(shù)，
例如調(diào)節(jié)各透鏡間的距離。
受激準(zhǔn)分子激光器等激光器，在激光光束中在垂直面內(nèi)正交的2個(gè)方 向上激光光束的發(fā)散角大多不同，此情況下即使將射出的光束聚光，焦點(diǎn) 也為橢圓形狀。
作為此修正，本例的激光加工裝置S，包括在激光光束中獨(dú)立變更 垂直面內(nèi)正交的2個(gè)方向上的光束尺寸的光束擴(kuò)展器，能夠在2個(gè)方向上 獨(dú)立地改變光束放大倍率。由此，通過(guò)使射入聚光或成像單元的激光光束 的發(fā)散角在激光光束中在垂直面內(nèi)正交的2個(gè)方向上相等，就能夠使加工 形狀變成正圓。
此外，即使在激光光束的發(fā)散角度隨時(shí)間變化的情況下，利用變焦機(jī) 構(gòu)的調(diào)整，通過(guò)使射入聚光或成像單元的激光光束的發(fā)散角在激光光束中
在垂直面內(nèi)正交的2個(gè)方向上相等，也能夠使加工形狀變成正圓。
再有，光束擴(kuò)展器17如圖3所示，也可以為使用凹型柱面透鏡17e
和凸型柱面透鏡17f的結(jié)構(gòu)。
此外，為了能夠進(jìn)一步調(diào)整光軸，優(yōu)選在光束擴(kuò)展器17的固定器中
配備位置'角度調(diào)整機(jī)構(gòu)。作為位置，角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，例如可以使用例如已
上市的具備位置，角度調(diào)整的透鏡固定器。
再有，還可以具備改變強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布光學(xué)部件等。 本例的反射鏡18用于改變激光光束的方向，優(yōu)選2個(gè)以上用于光軸
調(diào)整用。
而且，本例的激光加工裝置S具備光束剖面儀20。光束剖面儀20， 拿取由反射鏡18反射的激光光束的一部分，測(cè)量激光光束的光束徑和空 間強(qiáng)度分布。
光束剖面儀20的測(cè)量值被反饋給光束擴(kuò)展器17，由此，通常能夠使 固定的激光光束照射到被加工物W上。
微透鏡陣列30由很多個(gè)微透鏡31集成而成(參照?qǐng)D3)本例中，作 為微透鏡陣列30，使用折射型透鏡、菲涅耳透鏡、二進(jìn)制光學(xué)(binary optics) 等。再有，并不限制為與一般的球面透鏡同等的聚光，包含可以以任意的 強(qiáng)度分布形成者。此外，作為進(jìn)行聚光或成像的單元，除微透鏡陣列外還 可以使用全息元件等。
通過(guò)向作為多個(gè)聚光或成像單元的微透鏡31垂直地射入激光，來(lái)對(duì) 被加工物W實(shí)施穿孔加工。再有，為了能夠進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整，本例的
微透鏡陣列30的結(jié)構(gòu)包括微透鏡31的高度、風(fēng)扇、角度調(diào)整用機(jī)構(gòu)。
本例的激光加工裝置s還包括未圖示的氣流機(jī)構(gòu)。氣流機(jī)構(gòu)用于在加 工被加工物W時(shí)使氣體流動(dòng)，以使得因加工而飛散的污染物不附著在光 學(xué)系統(tǒng)上。并且，設(shè)置使氣體流出的機(jī)構(gòu)和向相反側(cè)排氣的機(jī)構(gòu)。作為使 氣體流出的單元，例如可采用用風(fēng)扇送空氣或從高壓容器和工廠配管供給 空氣/氮?dú)?氦氣等單元，在相反側(cè)設(shè)置有排出口和吸引口。排出口及吸引 口可以由例如氣體排出泵等構(gòu)成。
本例的工作調(diào)整單元40作為配置被加工物W的配置單元，由在加工 位置變更用的XYZ方向可移動(dòng)的平臺(tái)41構(gòu)成，包括光學(xué)調(diào)整用的高度調(diào) 整/角度調(diào)整機(jī)構(gòu)等。
將被加工物W配置在平臺(tái)41上時(shí)，未圖示的控制部使平臺(tái)41在水 平方向上移動(dòng)，能夠到達(dá)照射透鏡系統(tǒng)的光軸位置。而且，利用控制部能 夠控制激光器光源，使其照射激光光束。
由于預(yù)先特定照射圖形的面積，所以控制部用照射圖形的面積除以未 圖示的能量測(cè)量?jī)x的輸出信號(hào)的值，計(jì)算能量密度。而且，控制部控制激 光器光源使得此能量密度成為規(guī)定的值。
此外，為了能夠在本例的平臺(tái)41上把持被加工物W，將其設(shè)為吸附 臺(tái)。再有，平臺(tái)使用不受加工時(shí)的貫通的光束損傷的材質(zhì)、例如不銹鋼、 鋁等。
設(shè)平臺(tái)41與被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)為一體，最 低，也使用帶有光束區(qū)和微透鏡陣列30的尺寸之和以上的行程的平臺(tái)。
優(yōu)選具有照射光束區(qū)加上微透鏡陣列30的尺寸倍數(shù)的長(zhǎng)度的距離以 上的行程。
平臺(tái)41最好使用移動(dòng)精度即平臺(tái)移動(dòng)時(shí)的角度搖晃小的平臺(tái)。 再有，本例的激光加工裝置S中，也可以構(gòu)成根據(jù)激光光束的外形輪 廓的變化，來(lái)控制平臺(tái)41的速度和對(duì)被加工物的掃描次數(shù)的結(jié)構(gòu)?；蛘?， 可以構(gòu)成根據(jù)激光光束的外形輪廓的變化，來(lái)控制激光光束的能量強(qiáng)度的 結(jié)構(gòu)。
接著，根據(jù)圖4說(shuō)明由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的激光加工裝置的激光加工工序。 首先，接通未圖示的開(kāi)關(guān)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，對(duì)整個(gè)裝置通電，預(yù)先向控制 部指示對(duì)被加工物W的加工直徑等數(shù)據(jù)，此后，在快門(mén)16關(guān)閉的狀態(tài)下，
激光器光源ll振蕩(步驟S1)。接著，利用能量監(jiān)視器15測(cè)量能量(步 驟S2)。接著，根據(jù)在步驟S2測(cè)量的能量，調(diào)整衰減器12的透過(guò)率，以 便成為適合加工被加工物W的能量(步驟S3)。在此，確認(rèn)在固定時(shí)間內(nèi)， 能量變化較小，振蕩是穩(wěn)定的。
接著，在平臺(tái)41上安裝被加工物W (步驟S4)。此安裝位置為偏離 了照射光束區(qū)的位置。
然后，打開(kāi)快門(mén)16(步驟S5)，開(kāi)始由微透鏡陣列31和被加工物W 構(gòu)成的組件U的掃描(步驟S6)。
步驟S6中，利用規(guī)定的加工條件，掃描組件U，進(jìn)行加工。在此， 所謂規(guī)定的加工條件因被加工物不同而不同，根據(jù)平臺(tái)速度、掃描范圍等 來(lái)決定。
此時(shí)，設(shè)平臺(tái)41在X、 Y方向上移動(dòng)(搖動(dòng))，使組件U通過(guò)照射光 束區(qū)，進(jìn)行穿孔加工。
圖5至圖7中示出了步驟S6中的平臺(tái)41的移動(dòng)(搖動(dòng))的詳細(xì)情況。
如圖5所示，固定光束區(qū)B，使由微透鏡陣列30及被加工物W構(gòu)成 組件U通過(guò)此光束區(qū)B。
在圖5中，為了明確表示穿孔加工的狀況，圖示出作為微透鏡陣列30 的構(gòu)成要素的微透鏡31。
首先，如圖5(a)所示，使組件U位于光束區(qū)B之外的位置。接著，如 圖5 (b) 圖5 (e)所示，使平臺(tái)41移動(dòng)，向圖5的箭頭標(biāo)記方向移動(dòng) 組件U。
隨著組件U通過(guò)光束區(qū)B，在被加工物W中形成孔H。 在本例中，如圖5 (e)所示，在直到光束區(qū)B完全通過(guò)微透鏡31上 之前進(jìn)行掃描。
圖6是表示微透鏡31的透鏡區(qū)R、光束區(qū)B和掃描范圍SC的關(guān)系的 示意圖。
如圖6 (a)所示，最初，使透鏡區(qū)R位于光束區(qū)B的外側(cè)。
接著，使平臺(tái)41移動(dòng)。由此，如圖6 (b) 6 (e)所示，使透鏡區(qū) R通過(guò)光束區(qū)B。
如圖6所示，即使掃描范圍SC最低，也大于等于光束區(qū)B和透鏡區(qū) R之和。
如圖6所示，在光束區(qū)B完全通過(guò)微透鏡31上之前，進(jìn)行掃描。 圖7表示組件U (透鏡區(qū)R)的掃描圖形。
組件U的掃描，微透鏡陣列30的圖形不限于一維排列，也可以按未 圖示的二維的圖形進(jìn)行掃描。
這是由于，受激準(zhǔn)分子激光器等的光束強(qiáng)度分布，在實(shí)施嚴(yán)密的均勻 徑加工后，具有二維的分布。
進(jìn)行圖7所示的二維的圖形的掃描時(shí)，在各個(gè)掃描中，如圖5及圖6 所示，直到光束區(qū)B完全地通過(guò)微透鏡31上止，進(jìn)行掃描。
像這樣， 一面在二維方向上對(duì)準(zhǔn)， 一面進(jìn)行對(duì)被加工物W的掃描， 由此能夠在被加工物W上均勻地成批進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)的穿孔。
如圖4所示，在步驟S7中，由于設(shè)定了預(yù)加工時(shí)間，根據(jù)計(jì)時(shí)器對(duì) 被加工物W僅進(jìn)行規(guī)定的加工時(shí)間的加工。
在結(jié)束步驟S7的加工時(shí)刻，使組件U在照射光束位置之外的位置停 止(步驟S8)。此后，關(guān)閉快門(mén)16 (步驟S9)，卸載被加工物W (步驟 SIO)。
最后，停止激光器光源ll的振蕩(步驟Sll)。 如上所述，進(jìn)行被加工物W的加工。
圖8是表示按各種加工方法即"不掃描"、"僅透鏡區(qū)掃描"、"完全掃 描"、加工直徑如何不同的曲線圖。
圖8 (a)表示固定加工的加工直徑(即"不掃描")，圖8 (b)表示 按僅對(duì)加工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行光束掃描的加工方法的加工直徑(即"僅透鏡區(qū)掃 描")，圖8 (c)表示本例的激光加工方法的加工直徑(即"完全掃描") 的結(jié)果。
如圖所示，在固定加工的方法中，如圖8 (a)所示，可知加工范圍狹 窄，加工直徑的偏差大。此外，采用僅對(duì)加工區(qū)域內(nèi)(僅透鏡區(qū)掃描)進(jìn) 行光束掃描的加工方法時(shí)，如圖8 (b)所示，可知端部的加工直徑的偏差 大。
另一方面，根據(jù)本例的激光加工方法即"完全掃描"，如圖8 (C)所 示，可知即使在被加工物W的任意位置，也能夠進(jìn)行固定的加工直徑的 穿孔。
這是由于，在本例的激光加工方法中，在光束區(qū)B完全地通過(guò)微透鏡 31上之前都進(jìn)行掃描，所以在被加工物W的任何部位，都能夠使加工時(shí) 間固定，即使在被加工物W的任何部位都能夠以相同的條件進(jìn)行加工。
此外，如圖7所示，由于按二維的圖形掃描，所以即使激光光束的強(qiáng) 度為二維的，由于對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行照射，因此能進(jìn)行均勻的穿孔加工。
圖9至圖17是表示實(shí)施例1的變化例的說(shuō)明圖，圖9是表示微透鏡 和被加工區(qū)域的關(guān)系的說(shuō)明圖，圖10是表示微透鏡陣列的變化例的說(shuō)明 圖，圖ll是表示工作調(diào)整單元的說(shuō)明圖，圖12是表示狹窄間隙加工的例 子的說(shuō)明圖。
圖11所示的工作調(diào)整單元40包括能夠變更被加工物W和微透鏡陣 列30及其保持機(jī)構(gòu)(工作調(diào)整單元等)的相對(duì)位置的平臺(tái)。即，如圖11 所示，在XY方向上可移動(dòng)的平臺(tái)41上，還包括在XYZ方向上可移動(dòng)的 平臺(tái)43。
平臺(tái)41由2軸的線性平臺(tái)等構(gòu)成，平臺(tái)43由3軸的線性平臺(tái)等構(gòu)成。 利用運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)各平臺(tái)41、 43進(jìn)行控制，工作參數(shù)的設(shè)定等由未圖示 的PC執(zhí)行。優(yōu)選平臺(tái)43的控制器具有圓弧補(bǔ)插功能。運(yùn)動(dòng)控制器例如可 使用DeltaTau Syatems公司制UMACJ-Turbo等，公知的控制器。
根據(jù)圖11所示的工作調(diào)整單元40，通過(guò)在被加工區(qū)域加工后變更上 述相對(duì)位置，加工新的被加工區(qū)域，就能以任意地間隔加工多個(gè)加工部分。
由此，能夠進(jìn)行寬范圍的被加工區(qū)域的加工和被加工部分的狹窄間隔 的加工。
艮口，如圖9所示，是寬范圍的被加工區(qū)域的加工方法。S口，使用圖ll 所示的、在XY方向上可移動(dòng)的平臺(tái)41 (圖l的例子中，平臺(tái)41是XYZ 方向，本例的場(chǎng)合是XY方向)，相對(duì)于被加工物W移動(dòng)微透鏡陣列30 (微透鏡31)后，固定被加工物W和微透鏡陣列30的相對(duì)位置。此后， 將固定的被加工物W和微透鏡陣列30通過(guò)使用在XYZ方向上可移動(dòng)的
平臺(tái)43，掃描光束區(qū)B的范圍，來(lái)進(jìn)行被加工區(qū)域l的加工。
如此，結(jié)束被加工區(qū)域l的加工后，使用在XY方向上可移動(dòng)的平臺(tái)
41，相對(duì)于被加工物W向被加工區(qū)域2移動(dòng)微透鏡陣列30，固定被加工
物W和微透鏡陣列30的相對(duì)位置，實(shí)施被加工區(qū)域2的加工。 通過(guò)重復(fù)以上工序，實(shí)施寬范圍的被加工區(qū)域的加工。 圖10表示微透鏡陣列30的變化例。圖10所示的微透鏡陣列30包括
無(wú)間隙鄰接配設(shè)微透鏡31的結(jié)構(gòu)(圖形l)，設(shè)置規(guī)定的間隔配設(shè)與圖形
1不同直徑的微透鏡31的結(jié)構(gòu)(圖形2)的二種圖形。
通過(guò)將微透鏡的配置圖形轉(zhuǎn)換到不同的微透鏡陣列30的區(qū)域，就能
夠按多次加工圖形進(jìn)行加工。
使用本例的微透鏡陣列30進(jìn)行加工的情況下，首先，如圖10 (a)所
示，執(zhí)行圖形1的部分的穿孔加工。
接著，如圖10 (b)所示，在由圖形1的部分形成的被加工部分之間， 進(jìn)行圖形2的部分穿孔加工。
由于構(gòu)成圖形2的部分的微透鏡31比構(gòu)成圖形1的部分的微透鏡31 小徑，所以由圖形2的部分形成的孔比由圖形1的部分形成的孔小。
如此，能夠按多個(gè)排列圖形對(duì)被加工物W進(jìn)行穿孔加工。
此外，如圖12所示，在進(jìn)行第1次的加工后，不移動(dòng)被加工物，使 微透鏡陣列30移動(dòng)，進(jìn)行第2次的加工，重合第2被加工區(qū)域進(jìn)行加工， 由此在加工部分之間實(shí)施加工，就能夠進(jìn)行狹窄間隔加工。
利用圖11所示的工作調(diào)整單元40，通過(guò)一面使被加工物W和微透鏡 陣列30及其保持機(jī)構(gòu)任意地相對(duì)移動(dòng)一面進(jìn)行加工，就能夠?qū)⒍鄠€(gè)被加 工部分加工成任意的形狀。
圖13至圖17表示被加工物和微透鏡的相對(duì)移動(dòng)加工，圖13是線狀 加工的例子的說(shuō)明圖，圖14及圖15時(shí)圓形加工的例子的說(shuō)明圖，圖16 是锪孔加工的例子的說(shuō)明圖，圖17是錐形加工的例子說(shuō)明圖。
如圖13所示， 一面一維的使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持 機(jī)構(gòu)(工作調(diào)整單元等)相對(duì)地移動(dòng)， 一面進(jìn)行加工，由此能夠形成多個(gè) 線狀的被加工部分。
此外，圖14是一面使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)相
對(duì)地按圓形移動(dòng)一面進(jìn)行加工的例子，圖15表示此時(shí)的光束焦點(diǎn)和加工
孔的圖。即，如圖15所示，使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī) 構(gòu)(工作調(diào)整單元40)相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)，使光束焦點(diǎn)按圓形(如空白的箭 頭標(biāo)記所示)移動(dòng)。
由此，能夠進(jìn)行具有比微透鏡的焦點(diǎn)直徑大的任意的加工直徑的圓形 加工，不進(jìn)行焦點(diǎn)直徑不同的微透鏡的轉(zhuǎn)換，就能夠進(jìn)行加工直徑不同的 圖形的加工。
此外，因加工光束的發(fā)散角的時(shí)效變化，加工形狀變成橢圓形的情況 下，通過(guò)修正被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)的相對(duì)的移動(dòng)的 軌道，就能夠?qū)⒓庸た渍{(diào)整為正圓。
而且， 一面使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)(工作調(diào)整 單元40)相對(duì)地按圓形移動(dòng)一面進(jìn)行加工時(shí)，通過(guò)在加工時(shí)間中使其旋轉(zhuǎn) 半徑變化，就能夠調(diào)整加工孔的錐形角度和深度方向的三維形狀。圖16 是一面使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)(工作調(diào)整單元40) 相對(duì)地進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)一面進(jìn)行加工時(shí)，在加工初期進(jìn)行大的旋轉(zhuǎn)半徑rl的圓 運(yùn)動(dòng)，形成加工直徑大的加工孔，在加工后期進(jìn)行小的旋轉(zhuǎn)半徑r2的圓運(yùn) 動(dòng)，形成在中央部小的加工孔，由此進(jìn)行锪孔形狀的加工。
圖17是一面使被加工物W和微透鏡陣列30及其保持機(jī)構(gòu)(工作調(diào) 整單元40)相對(duì)地進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)一面進(jìn)行加工時(shí)，在加工初期進(jìn)行大的旋轉(zhuǎn) 半徑rl的圓運(yùn)動(dòng)，慢慢地縮小旋轉(zhuǎn)半徑(r2、 r3)，由此調(diào)整加工孔的錐 形的角的例子。為了使附圖便于理解，形成臺(tái)階的某個(gè)剖面形狀，通過(guò)使 旋轉(zhuǎn)半徑連續(xù)的變化，能夠使剖面形狀變得光滑。再有，即使使旋轉(zhuǎn)半徑 從小徑變成大徑，也能夠進(jìn)行同樣的加工。
此外，在加工時(shí)間內(nèi)，通過(guò)調(diào)整被加工物W和微透鏡陣列30及其保 持機(jī)構(gòu)相對(duì)移動(dòng)的條件和光束的照射條件，就能夠調(diào)整被加工物的加工速 度，使三維形狀的細(xì)小調(diào)整變得容易。在此，所謂相對(duì)移動(dòng)的條件，是平 臺(tái)43的移動(dòng)速度和掃描圖像，所謂光束照射條件是能量密度和振蕩頻率 等。而且，在此，雖然主要示出圓形的加工例，但并不限制相對(duì)移動(dòng)的形 狀，能夠適用于橢圓形、多角形、自由曲線等的任意形狀的加工。
圖18至圖23是表示其它實(shí)施例的激光加工裝置的說(shuō)明圖。在各實(shí)施
例中，對(duì)與上述實(shí)施例相同的構(gòu)件/相同的配置，賦予相同的符號(hào)，省略其 說(shuō)明。
<實(shí)施例2>
圖18及圖19表示第2實(shí)施例的激光加工裝置S。第2實(shí)施例的激光 加工裝置S，在與實(shí)施例1相同的結(jié)構(gòu)中，作為被加工物W的工作調(diào)整單 元40，構(gòu)成在平臺(tái)41上裝備旋轉(zhuǎn)臺(tái)面42的結(jié)構(gòu)。
在本例中，如圖18所示，以照射光束的光軸方向?yàn)檩S改變微透鏡陣 列30和被加工物W —體的組件U的角度，掃描光束區(qū)B。
作為受激準(zhǔn)分子激光器等的特性，有因激光的時(shí)效變化而使激光光束 的發(fā)散角變化的情況。此情況，通常在縱橫產(chǎn)生各向異性的變化。由此， 加工點(diǎn)具有逐步變化成橢圓形的傾向。
但是，為本例的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于使組件U旋轉(zhuǎn)，如圖19的右側(cè)所示， 隨著加工的推進(jìn)，進(jìn)行正圓形狀的穿孔。根據(jù)本例，與激光光束的發(fā)散角 的變化無(wú)關(guān)，能夠?qū)⒓庸c(diǎn)加工成正圓形狀。
<實(shí)施例3〉
圖20及圖21表示第3實(shí)施例的激光光束加工裝置S。第3實(shí)施例的 激光光束裝置S，在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，除反射鏡18和光束剖面儀20以 外的結(jié)構(gòu)是相同的，還包括反射鏡掃描組件50。圖21示出了反射鏡掃描 組件50的結(jié)構(gòu)。反射鏡掃描組件50包括第1反射鏡51和第2反射鏡52。
第1反射鏡51從圖21的上方向向下方向反射光。第2反射鏡52從 圖21的紙面表面方向向背面方向反射光。
第1反射鏡51和第2反射鏡52能夠分別按圖16的箭頭標(biāo)記方向移動(dòng)。
通過(guò)聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)它們，能夠?qū)ξ⑼哥R31上進(jìn)行二維的掃描。
但是，移動(dòng)反射鏡中，平臺(tái)移動(dòng)時(shí)的機(jī)械的角度變動(dòng)，由于反射鏡反 射而變成光學(xué)的角度變動(dòng)的2倍大。
再有，在第3實(shí)施例中，可以使平臺(tái)41、第1反射鏡51、第2反射 鏡52彼此聯(lián)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
或者，作為至少包括一個(gè)反射鏡的結(jié)構(gòu)，通過(guò)與平臺(tái)41組合，也可 以進(jìn)行對(duì)組件U的二維的掃描。
<實(shí)施例4>
圖22及圖23表示第4實(shí)施例的激光光束加工裝置S。第4實(shí)施例的 激光光束裝置S的結(jié)構(gòu)為，在與實(shí)施例1的相同結(jié)構(gòu)中，還裝備了監(jiān)視激 光光束的發(fā)散角的變化的散度監(jiān)視器60。
第4實(shí)施例的激光加工裝置S包括向能量監(jiān)視器15反射激光的光的 部分反射鏡14a，以及向散度監(jiān)視器60反射激光的光的部分反射鏡14b。
在本例中，用散度監(jiān)視器60監(jiān)視激光光束的發(fā)散角，在發(fā)散角的大 小發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)光束擴(kuò)展器17的變焦機(jī)構(gòu)17a (參照?qǐng)D2)，能夠保 持射入微透鏡陣列31的激光光束的發(fā)散角固定。
圖23是表示散度監(jiān)視器60的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
本例的散度監(jiān)視器60結(jié)構(gòu)為，使在光束擴(kuò)展器17的后段用部分反射 鏡14b取出的光束通過(guò)圓形柵縫61之后，利用具有長(zhǎng)的焦距的透鏡62進(jìn) 行聚光，通過(guò)在其焦點(diǎn)位置配置測(cè)量光束強(qiáng)度分布的二維傳感器63來(lái)進(jìn) 行測(cè)量。再有，替代二維傳感器63，也可以在正交的2個(gè)方向上分別配置 一維線性傳感器。
為了使此測(cè)量光束強(qiáng)度的分布相等，若在光束擴(kuò)展器17的變焦機(jī)構(gòu) 17a中，調(diào)整擴(kuò)展器倍率，就能夠在縱橫上使激光光束的發(fā)散角相等。例 如，作為擴(kuò)展器倍率的調(diào)整，使用公知的技術(shù)，例如調(diào)節(jié)各透鏡間的距離等。
通過(guò)透鏡聚光的焦點(diǎn)位置的光束強(qiáng)度分布為基于衍射的強(qiáng)度分布和 受激光光束的發(fā)散角的影響的強(qiáng)度分布的總強(qiáng)度分布?；谘苌涞膹?qiáng)度分 布依賴于波長(zhǎng)、向透鏡射入的光束直徑、透鏡的焦距，受激光光束的發(fā)散 角的影響的強(qiáng)度分布依賴于發(fā)散角、透鏡的焦距。由此，所謂"加工中使 用的光束放大率的測(cè)量"、"使向透鏡射入的光束直徑在縱橫上一致"變得 有效。
將光束擴(kuò)展器17的變焦機(jī)構(gòu)17a作為自動(dòng)變焦調(diào)整機(jī)構(gòu)，使散度監(jiān) 視器60和變焦機(jī)構(gòu)17a聯(lián)動(dòng)，由此就能夠自動(dòng)調(diào)整激光光束的發(fā)散角。 例如，采用在變焦機(jī)構(gòu)的透鏡的移動(dòng)中具備一軸以上的自動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種激光加工裝置，用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工部分，包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚光或成像單元、以及上述被加工物的配置單元；固定上述被加工物和上述聚光或成像單元，在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，一面使上述激光光束和上述聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)一面進(jìn)行加工，以使上述聚光或成像單元接受來(lái)自激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)上述多個(gè)被加工部分的每一個(gè)的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。
2、 一種激光加工裝置，用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工 部分，包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚光或成像單元、 以及上述被加工物的配置單元； 一面使上述被加工物和上述聚光或成像單元 相對(duì)地移動(dòng)， 一面在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，相對(duì)地移動(dòng)上述激光光束 和上述聚光或成像單元，同時(shí)進(jìn)行加工，以使上述聚光或成像單元接受來(lái)自 激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)上述多個(gè)被加工部分的每一個(gè)的加 工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。
3、 根據(jù)權(quán)利l或2所述的激光加工裝置，其特征在于，對(duì)上述激光光束 的上述聚光或成像單元的加工中的相對(duì)移動(dòng)是二維或三維移動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利1至3任意一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于，還包括 使上述配置單元和上述激光光束的聚光或成像單元，以上述激光光束的光軸 方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利l至4任意一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于，在與上 述被加工物內(nèi)的上述被加工區(qū)域不同的被加工區(qū)域中，移動(dòng)上述激光光束的 聚光或成像單元或新的聚光或成像單元，進(jìn)行上述加工后續(xù)的新加工。
6、 根據(jù)權(quán)利1至5任意一項(xiàng)所述的激光加工裝置，其特征在于，具有在 上述激光光束中獨(dú)立地變更在垂直的面內(nèi)正交的2個(gè)方向的光束尺寸，使主 光線平行的2個(gè)獨(dú)立的光束擴(kuò)展器，在光束擴(kuò)展器的至少一個(gè)內(nèi)具備變焦機(jī) 構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利6所述的激光加工裝置，其特征在于，包括控制機(jī)構(gòu)，其具 有監(jiān)視通過(guò)上述光束擴(kuò)展器后的激光光束的發(fā)散角的監(jiān)視器裝置，使用光束 擴(kuò)展器中具備的變焦機(jī)構(gòu)，將在上述激光光束中在垂直的面內(nèi)正交的2方向 上的上述激光光束的發(fā)散角維持在固定比例。
8、 一種激光加工方法，用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工 部分，該激光加工裝置包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚 光或成像單元、以及上述被加工物的配置單元；上述激光加工方法包括第一工序，固定上述被加工物和上述聚光或成 像單元；和第二工序，在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外， 一面使上述激光光束 和上述聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)一面進(jìn)行加工，以使上述聚光或成像單元 接受來(lái)自激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)上述多個(gè)被加工部分的每 一個(gè)的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。
9、 一種激光加工方法，用于加工被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工部分，該激光加工裝置包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚 光或成像單元、以及上述被加工物的配置單元；上述激光加工方法包括第一工序，在上述被加工物上移動(dòng)上述聚光或 成像單元；和第二工序， 一面使上述被加工物和上述聚光或成像單元相對(duì)地 移動(dòng)， 一面在上述被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，相對(duì)地移動(dòng)上述激光光束和上述 聚光或成像單元，同時(shí)進(jìn)行加工，以使上述聚光或成像單元接受來(lái)自激光光 束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)上述多個(gè)被加工部分的每一個(gè)的加工中的 累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的激光加工方法，其特征在于，上述第二 工序的上述激光光束相對(duì)上述聚光或成像單元的加工中的相對(duì)的移動(dòng)，是二 維或三維移動(dòng)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8至10任意一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于， 在上述第二工序中，具有使上述被加工物和上述聚光或成像單元以上述激光 光束的光軸方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)的工序。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8至11任意一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于， 在上述第二工序之后，具有后續(xù)的第二工序，其包括在與上述被加工物內(nèi)的 上述被加工區(qū)域不同的被加工區(qū)域中，移動(dòng)上述激光光束的聚光或成像單元， 或新的聚光或成像單元的第三工序。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種在通過(guò)激光器的多次脈沖照射或固定時(shí)間照射、加工被加工物的多個(gè)被加工部分的過(guò)程中，使用微透鏡或全息元件等作為聚光或成像單元來(lái)進(jìn)行加工，能夠使加工直徑或加工形狀均勻的激光加工裝置及激光加工方法。一種對(duì)被加工物的被加工區(qū)域內(nèi)的多個(gè)被加工部分進(jìn)行加工的激光加工裝置，包括激光裝置、從該激光裝置射出的激光光束的聚光或成像單元、以及被加工物的配置單元；固定被加工物和聚光或成像單元，在被加工區(qū)域內(nèi)及區(qū)域外，一面使激光光束和聚光或成像單元相對(duì)地移動(dòng)一面進(jìn)行加工，以使聚光或成像單元接受來(lái)自激光光束內(nèi)的不同區(qū)域的照射，并且使對(duì)每一個(gè)多個(gè)被加工部分的加工中的累計(jì)激光光束照射時(shí)間相等。
文檔編號(hào)B23K26/073GK101189097SQ20068001965
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者倉(cāng)田忠, 安藤聰, 村岡朋文, 松野明, 孝 榆 申請(qǐng)人:飛騰股份有限公司