專利名稱：激光處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光處理裝置，更具體地，涉及對通過施加激光來處理處理目標(biāo)的激光處理裝置的改進。
背景技術(shù)：
激光打標(biāo)裝置是一種通過施加激光來處理處理目標(biāo)(工件)的激光處理裝置，并且能夠通過掃描激光的照射位置而將字符、標(biāo)記、圖形等印制在工件上。在這種激光打標(biāo)裝置中，已知有一種裝置，其中用相機拍攝工件并對處理位置進行檢查和調(diào)整(例如，公布號為2009-78280的日本未審查專利)。公布號為2009-78280的日本未審查專利中所描述的激光打標(biāo)裝置結(jié)合了用于拍攝工件的相機，并且在處理之前通過使相機的光接收軸與激光的發(fā)射軸相一致來對處理位置進行高精度的檢查和調(diào)整。然而，如果使相機的光接收軸與激光的發(fā)射軸相一致，則工件反射的激光可能會作為返回光進入相機并且損壞相機。因此，需要在相機的光接收軸上安裝用于阻擋激光波長的波長選擇濾波器來防止損壞相機。然而，通常難以設(shè)計一種在廣泛的波長范圍具有滿意的光學(xué)特性的光學(xué)系統(tǒng)，具體地，光學(xué)系統(tǒng)難以具有高精度的掃描部件。因此，激光打標(biāo)裝置中激光的發(fā)射路徑不能獲得對激光的波長而言優(yōu)化的、且在其他波長帶中滿意的光學(xué)特性。例如，其受不同于激光波長的波長帶中的色差(chromatic aberration)等的影響。因此，如果像公布號為 2009-78280的日本未審查專利中的激光打標(biāo)裝置一樣，進相機的入射光的波長與激光的波長不同，則就不能通過相機拍攝得到清晰的拍攝圖像。而且，在公布號為2009-78280的日本未審查專利中描述的激光打標(biāo)裝置中，由于拍攝圖像有失真，因此除了基于拍攝軸，也不能基于拍攝圖像來準(zhǔn)確地獲得對象上的處理位置。此外，公布號為2009-78280的日本未審查專利中描述的激光打標(biāo)裝置不包括用于相機拍攝的照明光源而是結(jié)合了照明光源，因此即使使照明光源的發(fā)射軸與激光的發(fā)射軸一致，也可能會受色差等的影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的情形，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠獲得拍攝工件的高質(zhì)量拍攝圖像的激光處理裝置。具體地，其目的是提供一種激光處理裝置，其能夠通過施加照明光且利用激光光學(xué)系統(tǒng)拍攝工件而獲得清晰的拍攝圖像。本發(fā)明的另一個目的是提供一種激光處理裝置，其能夠利用激光光學(xué)系統(tǒng)拍攝工件且能夠獲得清晰的拍攝圖像、還能夠防止激光的返回光損壞相機。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠利用激光光學(xué)系統(tǒng)拍攝工件且獲得較小失真的拍攝圖像的激光處理裝置。具體地，其目的是提供一種能夠基于工件的拍攝圖像對處理位置進行高精度的檢查或調(diào)整的激光處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的激光處理裝置包括激光生成器，其生成用于處理處理目標(biāo)的激光；相機，其用于拍攝處理目標(biāo)；相機分光器，其用于使得相機的光接收軸與激光的發(fā)射軸基本一致；照明光源，其用于生成具有與激光基本相同的波長的照明光，該照明光源具有與激光的發(fā)射軸基本一致的發(fā)射軸；以及相機快門，其以可打開/可關(guān)閉的方式阻擋來自處理目標(biāo)的返回光，該相機快門相比于相機分光器安裝在相機側(cè)。根據(jù)這樣的配置，具有與激光基本相同的波長的照明光能夠施加于處理目標(biāo)，并且來自處理目標(biāo)的返回光能夠通過與激光基本同軸的光路徑而被相機接收。因此，利用針對激光的波長而優(yōu)化的激光光學(xué)系統(tǒng)，能夠獲得較不可能受色差等影響的清晰的拍攝圖像。此外，通過利用相機快門來阻擋處理目標(biāo)反射的激光返回光能夠防止激光損壞相機。除上述配置外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置還包括波長選擇濾波器， 其選擇性地使與照明光基本相同的波長穿過，該波長選擇構(gòu)件安裝在相機的光接收路徑上。根據(jù)這樣的配置，能夠防止預(yù)定波長帶(包括與照明光基本相同的波長)外的不必要的波長進入相機。因此能夠針對處理目標(biāo)而獲得清晰的拍攝圖像。除上述配置外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置還包括掃描器，其掃描激光針對處理目標(biāo)的發(fā)射軸；其中相機分光器相比于掃描器安裝在激光生成器側(cè)。根據(jù)這樣的配置，從掃描器的光學(xué)特性的角度上，能夠使激光的照射位置與相機的拍攝位置以高精度一致。因此，能夠基于拍攝圖像以高精度對處理位置進行檢查或調(diào)整。除上述配置外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置還包括遠(yuǎn)心透鏡，其用于使得激光的發(fā)射角度恒定而與激光的入射角度無關(guān)，該遠(yuǎn)心透鏡相比于掃描器安裝在處理目標(biāo)側(cè)。根據(jù)這樣的配置，即使掃描激光的發(fā)射軸也能以恒定的角度將激光施加于處理目標(biāo)，因此能夠提高激光處理的精度，能夠獲得較少失真的拍攝圖像，并且能夠以高精度對處理位置進行檢查或調(diào)整。除上述配置外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置還包括照明分光器，其使得照明光源的發(fā)射軸與相機的光接收軸基本一致，該照明分光器相比于相機分光器安裝在相機側(cè)。根據(jù)這樣的配置，相機的光接收路徑和照明光的發(fā)射路徑能夠在相機側(cè)而不是在安裝于激光發(fā)射路徑上的相機分光器處分開。因此，與相機分光器和照明分光器都安裝在激光的發(fā)射路徑上的情形相比，能夠抑制施加于處理目標(biāo)的激光強度降低。除上述配置外，在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置中，照明分光器被配置為將來自處理目標(biāo)的返回光傳送到相機，并且將來自照明光源的照明光反射到相機分光器。根據(jù)這樣的配置，能夠使來自照明分光器的傳送光進入相機，從而與使反射光進入相機的情形相比，能夠抑制幻像的發(fā)生并獲得清晰的拍攝圖像。根據(jù)本發(fā)明另一實施例的激光處理裝置還包括光學(xué)孔徑，其選擇性地傳送發(fā)射軸附近的照明光，該光學(xué)孔徑相比于照明分光器安裝在照明光源側(cè)。根據(jù)這樣的配置，能夠阻擋拍攝所不需要的照明光，并且能夠抑制照明光發(fā)射路徑上的光學(xué)系統(tǒng)所反射、并進入相機的光量。因此，例如，當(dāng)通過淺(shallow，小)掃描角度拍攝時，通過遠(yuǎn)心透鏡的透鏡中心附近有規(guī)律反射的反射光能夠抑制拍攝圖像中發(fā)生透鏡眩光(lens flare)。根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置通過與激光基本同軸的光路徑將與激光具有基本相同波長的照明光施加于處理目標(biāo)，并且通過與激光基本同軸的光路徑拍攝工件。因此，能夠利用針對激光的波長而優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)獲得清晰的拍攝圖像。根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置通過利用相機快門來阻擋來自處理目標(biāo)的返回光能夠防止激光損壞相機。因此，通過使相機拍攝的定時與激光輸出的定時不同，在防止激光損壞相機的同時，還能夠?qū)μ幚砟繕?biāo)獲得高圖像質(zhì)量的拍攝圖像。根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置通過將選擇性地使與激光基本相同的波長穿過的波長選擇濾波器安裝在相機的光接收路徑上來防止不必要的波長進入相機，從而能夠獲得清晰的拍攝圖像。即使利用遠(yuǎn)心透鏡來掃描激光的發(fā)射軸，根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置也能夠?qū)⒓す庖院愣ǖ慕嵌仁┘佑谔幚砟繕?biāo)。因此，能夠提高激光處理的精度并且能夠獲得較小失真的拍攝圖像，此外還能夠以高精度對處理位置進行檢查或調(diào)整。


圖I是示出包括根據(jù)本發(fā)明實施例的激光打標(biāo)器的激光打標(biāo)系統(tǒng)的概略配置的一個不例的系統(tǒng)圖。圖2是示出圖I的激光打標(biāo)器的具體配置的框圖。圖3A至圖3C是示出圖2的遠(yuǎn)心透鏡的操作的一個示例的說明視圖。圖4是示出穿過圖2的半反射鏡的光路徑的一個示例的說明視圖。圖5是示出圖2的光學(xué)單元的空間布置的視圖。圖6是示出圖I的打標(biāo)器頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。圖7是示出圖5的照明模塊的一個配置示例的平面圖。圖8是沿線A-A取的圖7的照明模塊的截面視圖。圖9是示出圖5的相機模塊的一個配置示例的平面圖。圖10是圖9的相機模塊的側(cè)視圖。圖11是示出圖5的相機快門的一個配置示例、示出相機快門關(guān)閉的情形的視圖。圖12是示出圖5的相機快門的一個配置示例、示出相機快門打開的情形的視圖。圖13是示出圖2的相機拍攝的圖像的示例的視圖。
具體實施例方式〈激光打標(biāo)系統(tǒng)1>圖I是示出包括根據(jù)本發(fā)明實施例的激光處理裝置的激光打標(biāo)系統(tǒng)I的概略配置的一個示例的系統(tǒng)圖，其中激光打標(biāo)器20作為激光處理裝置的示例而示出。激光打標(biāo)系統(tǒng) I配置有用于通過施加激光L來處理工件W的激光打標(biāo)器20、以及用于編輯處理條件的終端裝置10。激光打標(biāo)器20包括用于生成和掃描激光L的打標(biāo)器頭21、和用于對打標(biāo)器頭 21進行操作控制的打標(biāo)器控制器22。終端裝置10是用于控制激光打標(biāo)器20的終端裝置，例如，可以是安裝有激光打標(biāo)器應(yīng)用程序的個人計算機。用戶利用終端裝置10創(chuàng)建和編輯定義了激光打標(biāo)器20的處理條件的處理設(shè)置數(shù)據(jù)。打標(biāo)器控制器22基于從終端裝置10接收到的處理設(shè)置數(shù)據(jù)對打標(biāo)器頭21進行操作控制。在打標(biāo)器控制器22中生成用于激光振蕩的激勵光并通過光纖23將其傳送至打標(biāo)器頭21。打標(biāo)器頭21基于來自打標(biāo)器控制器22的激勵光生成激光L,并將激光L施加于工件W。這里，基于來自打標(biāo)器控制器22的控制信號通過掃描激光L的發(fā)射軸，能夠?qū)⒅T如字符、標(biāo)記和圖形之類的符號印制在工件W上。照明光源和相機(未示出)包括在打標(biāo)器頭 21中，其中相關(guān)相機拍攝的工件W的拍攝圖像通過打標(biāo)器控制器22傳送至終端裝置10并且顯示在顯示器上。用戶還能夠通過瀏覽拍攝圖像來檢查或調(diào)整工件W上的處理位置?！醇す獯驑?biāo)器20>圖2是示出圖I的激光打標(biāo)器20的具體配置、以及示出了打標(biāo)器頭21和打標(biāo)器控制器22的內(nèi)部配置的一個示例的框圖。激光打標(biāo)器20能夠通過遠(yuǎn)心透鏡48施加激光L來進行高精度的激光處理。此外， 為激光打標(biāo)器20提供用于拍攝工件W的照明光源53和相機56，它們被安裝為使得照明光源53的光軸和相機56的拍攝軸與激光L的發(fā)射軸共軸。因此，能夠通過遠(yuǎn)心透鏡48獲得較小失真的拍攝圖像。照明光源53生成具有與激光L基本相同的波長的照明光，且相機56對與激光具有基本相同的波長的返回光進行拍攝。因此，能夠利用具有與激光L基本相同波長的光拍攝工件W，從而能夠獲得清晰的拍攝圖像。此外，通過在相機56的拍攝軸上提供相機快門
55,防止了工件W反射的激光L作為返回光進入相機56從而損壞相機56。<打標(biāo)器控制器22>打標(biāo)器控制器22包括電源30、激勵光生成單元31、和控制單元32。電源30利用商用電源對打標(biāo)器頭21、激勵光生成單元31、和控制單元32供電。激勵光生成單元31生成用于激光振蕩的激勵光。激勵光通過光纖23傳送至打標(biāo)器頭21?？刂茊卧?2基于從終端裝置10傳送的處理設(shè)置數(shù)據(jù)來控制激勵光生成單元31和打標(biāo)器頭21，且對激光L進行輸出控制和掃描控制。激光打標(biāo)器20的操作模式有處理模式和拍攝模式，且能夠選擇性地在這些模式之間轉(zhuǎn)換。換言之，當(dāng)從諸如PLC(可編程邏輯控制器)之類的外部裝置或者從連接到打標(biāo)器控制器22的操縱臺輸入模式轉(zhuǎn)換信號時，控制單元32確定操作模式是處理模式還是拍攝模式。即，控制單元32用作對處理模式和拍攝模式之一進行識別的識別部件。處理模式是進行激光處理的操作模式，且是振蕩器快門43打開、相機快門55關(guān)閉、以及照明光源53 不點亮的操作狀態(tài)。激光振蕩器41能夠生成激光L，且基于處理設(shè)置數(shù)據(jù)來控制XY掃描器47。另一方面，拍攝模式是進行相機拍攝的操作模式，且是振蕩器快門43關(guān)閉、相機快門55打開、以及照明光源53點亮的操作狀態(tài)。禁止激光振蕩器41生成激光L，且通過諸如 PLC(可編程邏輯控制器)之類的控制裝置來控制XY掃描器47?？刂茊卧?2控制打標(biāo)器頭21中的XY掃描器47，但這種控制處理依據(jù)激光打標(biāo)器20的操作模式而不同。在處理模式時，基于處理設(shè)置數(shù)據(jù)來控制XY掃描器47的掃描角度，以控制激光L的照射位置。另一方面，在拍攝模式時，輸入來自PLC的掃描請求，且基于該掃描請求來控制XY掃描器47的掃描角度。掃描請求是指定了相機56的拍攝位置的XY 掃描器47的控制信息?；谠搾呙枵埱蠖苿覺Y掃描器47,并且如果XY掃描器47的掃描角度與指定的拍攝位置一致則從控制單元32向PLC輸出掃描響應(yīng)?？刂茊卧?2基于激光打標(biāo)器20的操作模式(即，基于上述的接收到模式轉(zhuǎn)換信號時識別出的操作模式)來控制振蕩器快門43和相機快門55的打開/關(guān)閉狀態(tài)。在處理模式時，通過使振蕩器快門43處于打開狀態(tài)且相機快門55處于關(guān)閉狀態(tài)，能夠在防止損壞相機56的同時施加激光L。另一方面，在拍攝模式時，通過使振蕩器快門43處于關(guān)閉狀態(tài)且相機快門55處于打開狀態(tài)，能夠在防止激光L泄漏的同時通過相機56拍攝工件W。控制單元32還基于激光打標(biāo)器20的操作模式來控制激光振蕩器41。在處理模式時基于處理設(shè)置數(shù)據(jù)生成激光L，而在拍攝模式時不生成激光L。此外，控制單元32基于激光打標(biāo)器20的操作模式控制照明光源53。在處理模式時不點亮照明光源53，而在拍攝模式時點亮照明光源53以照明工件W。〈打標(biāo)器頭21>打標(biāo)器頭21配置有激光振蕩器41、光束采樣器42、振蕩器快門43、混合反射鏡 (mixing mirror) 44,Z掃描器45、偏振光束分離器46、XY掃描器47、遠(yuǎn)心透鏡48、功率監(jiān)視器51、引導(dǎo)光源52、照明光源53、半反射鏡54、相機快門55、和相機56。激光振蕩器41是用于通過吸收激勵光來生成包括激光束的激光L的激光生成器， 且配置有激光介質(zhì)、諧振器、Q開關(guān)等。此處假設(shè)激光振蕩器41作為執(zhí)行脈沖振蕩的固定激光振蕩器，例如SHG激光振蕩器。SHG激光振蕩器使用摻雜有Nd (釹)的YVO4 (釩酸釔) 晶體作為激光介質(zhì)，并使用二次諧波輸出具有532nm波長的綠光。將具有808nm波長的激光用作激勵上述激光介質(zhì)的激勵光。激光振蕩器41生成的激光L順次穿過光束采樣器42、 混合反射鏡44、Z掃描器45、偏振光束分離器46、XY掃描器47、和遠(yuǎn)心透鏡48,并施加于工件W。光束采樣器42是用于從激光振蕩器41的輸出中分支出恒定比率的激光L以作為采樣光束的分光器。例如，使用透明基材的表面反射等來劃分出輸入激光L的全部光量的大約3%，并將其作為采樣光束輸入至功率監(jiān)視器51。功率監(jiān)視器51是用于檢測激光振蕩器41的輸出功率的光強度檢測部件，且包括諸如熱電堆之類的熱敏元件，并且其檢測結(jié)果用于激光振蕩器41的輸出控制中。振蕩器快門43是用于以可打開/可關(guān)閉的方式阻擋激光L的發(fā)射路徑從而防止激光L泄露的防泄漏阻擋部件，且相對于偏振光束分離器46安裝在上游側(cè)。此處振蕩器快門43安裝在光束采樣器42和混合鏡44之間，從而除了激光L的照射時間以外，均基于激光L的輸出控制信號來阻擋激光L的發(fā)射路徑。因此，振蕩器快門43在通過相機56拍攝工件W時阻擋了激光L的發(fā)射路徑?；旌乡R44是用于使引導(dǎo)光的發(fā)射軸與激光L的發(fā)射軸基本一致的光混合分光器 (light mixing optical splitter),其中傳送來自激光振蕩器41的激光L且反射來自引導(dǎo)光源52的引導(dǎo)光從而將兩者都傳送至Z掃描器45。引導(dǎo)光源52是用于生成用來顯示工件W上的處理位置的引導(dǎo)光的光源裝置，且包括諸如LD (激光器二極管)之類的光發(fā)射元件。通過引導(dǎo)光的點亮控制和引導(dǎo)光的發(fā)射軸的高速掃描，能夠?qū)⒁≈频姆枅D案可視地識別為照射光斑(irradiation spot)的余像。
Z掃描器45是用于調(diào)整激光L的光束直徑的光束直徑控制部件，且包括安裝在激光L的光軸上的兩個透鏡，其中能夠?qū)⒓す釲的2mm Φ的激光直徑放大至最大8mm Φ，例如， 通過改變這些透鏡的相對距離。通過擴大激光的光斑直徑能夠執(zhí)行降低光斑中能量強度的散焦控制。偏振光束分離器46是相機分光器,且在激光L的發(fā)射路徑上相對于XY掃描器47 安裝在上游側(cè)，其用于傳送來自Z掃描器45的激光L且使相機56的光接收軸與激光L的發(fā)射軸基本一致。換言之，進入遠(yuǎn)心透鏡48且回到激光L的發(fā)射路徑的由工件W所反射光的返回光被偏振光束分離器46反射,從而脫離激光L的發(fā)射軸而朝向相機56。偏振光束分離器46將通過半反射鏡(half miiTor) 54進入的照明光反射向XY掃描器47，且使照明光的發(fā)射軸與激光L的發(fā)射軸相一致。例如，如果通過激光振蕩器41來生成P偏振光的激光 L,則選擇性地傳送P偏振光分量，且在使用反射S偏振光分量的偏振光束分離器46分別反射包括S偏振光分量的返回光和照射光的同時傳送激光L。XY掃描器47是用于二維掃描激光L的發(fā)射軸的掃描光學(xué)系統(tǒng),且包括用于反射激光L的X方向掃描鏡和Y方向掃描鏡、以及用于旋轉(zhuǎn)這些掃描鏡的驅(qū)動單兀。掃描鏡被稱為電流鏡(galvano-miiror)，其安裝在激光L的發(fā)射路徑上。XY掃描器47基于來自打標(biāo)器控制器22的掃描控制信號來旋轉(zhuǎn)掃描鏡。遠(yuǎn)心透鏡48是用于向工件W發(fā)射激光L的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，且在激光L的發(fā)射路徑上相對于XY掃描器47安裝在下游側(cè)，即，工件W側(cè)。遠(yuǎn)心透鏡48配置有多個光學(xué)透鏡和一個防護玻璃罩，且包括工件W側(cè)的場角約為0°的物體側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。即，遠(yuǎn)心透鏡48 以不管激光L的入射角如何都使得激光的主光線大致平行于透鏡光軸的方式向工件W發(fā)射激光L。照明光源53是適合于生成照明工件W的照明光的光源裝置，且包括諸如LED(發(fā)光二極管)之類的光發(fā)射元件。照明光源53生成具有至少與激光L基本相同的波長的照明光，且將其發(fā)射到半反射鏡54。半反射鏡54是照明光分離器，安裝在相機56的光接收路徑上，其用于傳送來自偏振光束分離器46的返回光且使得照明光的發(fā)射軸與相機56的光接收軸基本一致。換言之, 半反射鏡54傳送來自偏振光束分離器46的返回光以使其進入相機56,且向偏振光束分離器反射來自照明光源53的照明光。相機快門55是用于以可打開/可關(guān)閉的方式來阻擋相機56的光接收路徑從而在照射激光L時防止返回光進入相機56的相機保護阻擋部件，且相對于偏振光束分離器46 安裝在上游側(cè)。即，相機快門55相對于偏振光束分離器46安裝在相機56側(cè)，并且當(dāng)用激光L照射處理目標(biāo)時，相機快門55阻擋處理目標(biāo)反射的返回光，返回光穿過接下來將要描述的波長選擇濾波器566。這種情形下，相機快門55安裝在半反射鏡54和相機56之間，基于激光L的輸出控制信號而打開和關(guān)閉，并且至少在激光L照射期間阻擋相機56的光接收路徑。因此，能夠通過使激光照射定時與相機拍攝定時不同來防止相機56遭受激光L的返回光的破壞。相機56是用于拍攝工件W和生成拍攝圖像的成像單元，相機56基于來自打標(biāo)器控制器22的成像控制信號進行拍攝且向打標(biāo)器控制器22輸出獲得的拍攝圖像。此處，假設(shè)相機56接收具有與激光基本相同波長的光并生成拍攝圖像。
使用相機56拍攝工件W時，點亮照明光源53，且使用通過半反射鏡54、偏振光束分離器(PBS)46、XY掃描器47、和遠(yuǎn)心透鏡48的照明光來照射工件W。這種情形下，相機56 通過遠(yuǎn)心透鏡48、XY掃描器47、PBS 46、和半反射鏡54接收照明光中由工件W反射的光。 此處，相機56的光接收軸與激光L的發(fā)射軸在PBS 46中分離。S卩，PBS 46安裝在相機56 的光接收路徑上。<遠(yuǎn)心透鏡48>圖3A至圖3C是示出圖2的遠(yuǎn)心透鏡48的操作的一個示例的說明視圖。圖3A示出激光L施加于可印制區(qū)域的中部的情形，圖3B示出激光L施加于可印制區(qū)域的左端附近的情形，圖3C示出激光L施加于可印制區(qū)域的右端附近的情形。遠(yuǎn)心透鏡48以不管激光L的入射角如何都使得其主光線變得大致平行于遠(yuǎn)心透鏡48的光軸的方式發(fā)射激光L。因此，工件W上形成的激光L的光斑直徑不改變，并且即使 XY掃描器47的掃描角度變深(de印)且進入遠(yuǎn)心透鏡48的入射角度變大也能夠進行高精度的激光處理。在這樣的打標(biāo)器20中，能夠通過使用具有與激光L的發(fā)射軸基本一致的光接收軸的相機56拍攝工件W來獲得較小失真的拍攝圖像。換言之，即使XY掃描器47的掃描角度變深且進入遠(yuǎn)心透鏡48的入射角度變大，拍攝圖像也不失真。此外，無論XY掃描器47的掃描角度如何，拍攝圖像中的周圍圖像也不失真。因此，能夠基于具有較小失真的拍攝圖像以高精度檢查或調(diào)整處理位置。<半反射鏡54>圖4是示出穿過圖2的半反射鏡54的光路徑的一個示例的說明視圖。半反射鏡 54在光進入的第一表面、以及與第一表面相反的第二表面發(fā)生反射。因此，如果拍攝半反射鏡54的反射光，則發(fā)生圖像呈現(xiàn)重影的幻像。如果拍攝傳送光則不會出現(xiàn)這樣的問題。因此，通過在經(jīng)半反射鏡54發(fā)射從偏振光束分離器46進入的返回光的方向上安裝相機56，且通過安裝照明光源53以使半反射鏡54反射的照明光進入偏振光束分離器 46，能夠獲得清晰的拍攝圖像。<光學(xué)單元的空間布置>圖5是示出圖2的光學(xué)單元41至48、51至56的空間布置的視圖。激光振蕩器41、 光束米樣器42、混合鏡44、Z掃描器45、偏振光束分離器46、和XY掃描器47對齊且在水平方向基本布置成一條直線，并且激光L穿過從激光振蕩器41到XY掃描器47的直線路徑， 被XY掃描器47向下彎折，并進入遠(yuǎn)心透鏡48。以這樣配置，能夠減少激光彎折的次數(shù)，從而能夠抑制由光學(xué)單元41至47的變化所引起的誤差且能夠提高激光處理的精度。將激光振蕩器41形成為T形,其中激勵光從右下方的輸入端子41T輸入,激光L 從左上方的輸出管41B的末端形成的輸出窗口 41W輸出。光束米樣器42和混合鏡44布置為相對于激光L的發(fā)射軸傾斜45°。振蕩器快門43配置有遮光板43a、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元43b、位置檢測單元43c、和反射光吸收裝置43d。遮光板43a是用于阻擋激光L的光路徑的遮光部件，例如，由金屬板制成。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元43b是用于旋轉(zhuǎn)遮光板43a的驅(qū)動部件,例如,使用旋轉(zhuǎn)螺線管(rotary solenoid)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元43b旋轉(zhuǎn)遮光板43a時，能夠以可打開/可關(guān)閉的方式阻擋激光L的光路徑。位置檢測單元43c是用于檢測遮光板43a的旋轉(zhuǎn)位置的檢測部件，例如使用光電耦合器。反射光吸收裝置43d吸收遮光板43a反射的激光L且防止激光L散射。偏振光束分離器46布置為相對于激光L的發(fā)射軸傾斜56. 6°，且使激光L的入射角度與布魯斯特角(Brewster' s angle)基本一致。因此,激光L幾乎能夠100%傳送。 返回光由偏振光束分離器46反射，且相對于水平方向上的激光L的發(fā)射軸以約66. 8°的角向上。照明模塊530是其中照明光源53安裝在繪圖平面的近側(cè)且半反射鏡54安裝在繪圖平面的遠(yuǎn)側(cè)的模塊，其中從近側(cè)向遠(yuǎn)側(cè)發(fā)射的照明光由半反射鏡54反射且從左下方進入偏振光束分離器46。從偏振光束分離器46進入的返回光透過半反射鏡54且向右上方進入相機模塊560。相機模塊560是配置有相機56和透鏡筒561的模塊，其中相對透鏡筒561以可移除的方式來附接相機56。<標(biāo)記頭21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)>圖6是示出圖I的打標(biāo)器頭21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。除了遠(yuǎn)心透鏡48和相機56 之外，打標(biāo)器頭21具有外殼框架60里容納的如圖2所示的光學(xué)單元41至48和51至56 中的每個光學(xué)單元。外殼框架60是由諸如鋁之類的金屬一體成型的壓鑄框架，且通過與之一體成型的隔板61將其劃分為兩個容納部分62、63。通過一體成型外殼框架60且將每個光學(xué)單兀 41至48和51至56固定在外殼框架60中，能夠提高光學(xué)單元的安裝精度且能夠提高激光處理的精度。右側(cè)的容納部分62容納激光振蕩器41，且具有附接在外壁上的光纖23的連接單兀23C,從而使得光纖23穿過壁表面。激勵光通過光纖23進入激光振蕩器41的右下部,激光L從激光振蕩器41的左上部的輸出窗口 41W發(fā)射。輸出窗口 41W安裝在穿過隔板61的激光振蕩器41的輸出管41B的遠(yuǎn)端，即，左側(cè)的容納部分63。左側(cè)的容納部分63容納除激光振蕩器41、遠(yuǎn)心透鏡48、和相機56以外的每個光學(xué)單元。容納部分63具有防塵結(jié)構(gòu)因此防止受塵土影響而降低激光處理的精度。用于支撐打標(biāo)器頭21的三個高度調(diào)節(jié)腿附接至外殼框架60。每個高度調(diào)節(jié)腿65 均是圓柱形支撐構(gòu)件，且其長度能夠單獨調(diào)節(jié)。每個高度調(diào)節(jié)腿65均附接至公共附接板66 上，且標(biāo)記頭21利用附接板66安裝在工作臺等上。〈照明模塊530〉圖7是示出圖5的照明模塊530的一個配置示例的平面視圖。圖8是沿線A-A取的圖7的照明模塊530的截面視圖。照明模塊530配置有照明光源53、散熱器531、光孔 532、集光透鏡533、和半反射鏡54，其中附接表面534牢固地附接至外殼框架60。散熱器531是具有多個熱輻射片的熱輻射板，且附接至照明光源53的后表面。光孔532是只傳送發(fā)射軸附近的照明光的光學(xué)孔徑，且包括在照明光的發(fā)射軸上形成有小傳送窗的遮光板。通過光孔532的照明光穿過集光透鏡533進入半反射鏡54。半反射鏡54 布置為相對于相機56的光接收軸傾斜45°。通過在照明光源53的前側(cè)安裝光孔532，能夠阻擋對拍攝不必要的光且能夠抑制照射光的光量。因此，能夠抑制拍攝圖像中發(fā)生透鏡眩光。具體地，當(dāng)XY掃描器47具有淺 (shallow,小)掃描角度時，抑制照明光被遠(yuǎn)心透鏡48反射而在拍攝圖像中發(fā)生透鏡眩光。
<相機模塊560〉圖9是示出圖5的相機模塊560的一個配置示例的平面視圖，圖10是圖9的相機模塊560的側(cè)視圖。相機模塊560包括相機56和透鏡筒561。相機56包括提供有諸如CXD (電荷耦合器件)之類的成像元件563的電路基板 562，且可移除地附接至透鏡筒561。透鏡筒561包括相機附接部分564、成像透鏡565和波長選擇濾波器566，且具有固定在外殼框架60上的附接表面567。相機附接部分564是與相機56接合的旋入型裝配部分，且能夠調(diào)整相機56的附接位置。成像透鏡565是用于使成像元件563對返回光進行成像的光接收光學(xué)系統(tǒng)。波長選擇濾波器566是用于防止在拍攝圖像中出現(xiàn)干擾光的光學(xué)構(gòu)件，且安裝在相機56的光接收路徑上以選擇性地傳送與照明光源53的照明光基本相同的波長。換言之， 波長選擇濾波器566選擇性地通過來自由照明光照明的處理目標(biāo)的返回光。通過使用波長選擇濾波器566，能夠通過使具有與照明光基本相同波長的返回光進入相機56并且移除拍攝不必要的波長分量來獲得清晰的拍攝圖像。需要將打標(biāo)器頭21的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計為使得針對激光L的波長獲得優(yōu)化的光學(xué)特性，從而進行高精度的激光處理。具體地，將遠(yuǎn)心透鏡48設(shè)計為抑制與激光L的波長相關(guān)的色差等的影響。因此，能夠通過拍攝具有與激光L基本相同波長的返回光來獲得清晰的拍攝圖像。此外，還能夠抑制干擾光產(chǎn)生的影響。波長選擇濾波器566僅僅需要能夠選擇性地通過包括至少與激光L基本相同的波長的波段。此外,通過相對于偏振光束分離器46將波長選擇濾波器566安裝在相機56側(cè)，與相對于偏振光束分離器46將波長選擇濾波器566安裝在工件W側(cè)的情形相比,能夠抑制激光L的發(fā)射強度的降低?！聪鄼C快門55>圖11和圖12是示出圖5的相機快門55的一個配置示例的視圖，其中圖11示出相機快門55關(guān)閉的情形，而圖12示出相機快門55打開的情形。相機快門55配置有遮光板550、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元551、和位置檢測單元552。遮光板 550是用于阻擋激光L的光路徑的遮光部件，例如，由金屬板制成。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元551是用于旋轉(zhuǎn)遮光板550的驅(qū)動部件，例如，使用旋轉(zhuǎn)螺線管。當(dāng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元551旋轉(zhuǎn)遮光板 550時，能夠以可打開/可關(guān)閉的方式阻擋相機56的入射光。位置檢測單元552是用于檢測遮光板550的旋轉(zhuǎn)位置的檢測部件，且包括用于檢測隨著遮光板550旋轉(zhuǎn)的位置檢測突出部553的位置的光電I禹合器。圖11示出相機快門55在非相機拍攝時的情形。如果通過用遮光板550阻擋透鏡筒561的光接收單元來阻擋相機56的光接收路徑，則來自工件W的返回光不會進入相機56。圖12示出相機快門55在相機拍攝時的情形。如果遮光板550從圖11的情形旋轉(zhuǎn)為露出透鏡筒561的光接收單元從而打開相機56的光接收路徑，則來自工件W的返回光進入相機56?！磁臄z圖像〉圖13是示出圖2的相機56拍攝的圖像的一個示例的視圖，其中圖中的(al)至(a3)示出未使用用于照明光源53的光孔532拍攝的拍攝圖像，而(bl)至(b3)示出使用光孔532拍攝的拍攝圖像。從照明光源53發(fā)射的照明光通過半反射鏡54和偏振光束分離器46被XY掃描器 47反射而進入遠(yuǎn)心透鏡48。這種情形下，相對于遠(yuǎn)心透鏡48的入射角度變淺，在構(gòu)成遠(yuǎn)心透鏡48的光學(xué)透鏡的表面反射且隨后返回相機56的光接收路徑的照明光的光量增大，因此拍攝圖像變白。這種現(xiàn)象被被稱為透鏡眩光。S卩，如果XY掃描器47的掃描角度淺，則透鏡眩光的影響使拍攝圖像的亮度水平飽和，從而使其變白。圖13中，(al)和(bl)是在以0°的掃描角度來拍攝可印制區(qū)域的中部附近的情形下的拍攝圖像。在拍攝圖像(al)中，沒有對照明光源53使用光孔532，因此由于透鏡眩光的影響整幅圖像發(fā)白。另一方面，在拍攝圖像(bl)中，使用了光孔532，因此透鏡眩光的影響被抑制得很低，從而能夠識別工件W的表面狀況。在圖13中，(a2)和(b2)是掃描角度約為上限的一半的情形下的拍攝圖像。與 (al)和(bl)的情形相比，透鏡眩光的影響得以降低。另外，(a3)和(b3)是以上限掃描角度來拍攝可印制區(qū)域的外緣附近的情形下的拍攝圖像。與(a2)和(b2)的情形相比，透鏡眩光的影響進一步降低。換言之，掃描角度越淺，透鏡眩光的影響越顯著，但是在任何情形下，都可知使用光孔532拍攝圖像來獲得清晰的拍攝圖像。根據(jù)本實施例，具有與激光L基本相同波長的照明光能夠通過與激光L基本同軸的光路徑施加于處理目標(biāo)，并且能夠用相機56拍攝來自處理目標(biāo)的返回光。因此，使用相對于激光的波長優(yōu)化了的光學(xué)系統(tǒng)能夠獲得較少可能受色差等影響的清晰的拍攝圖像。此外，根據(jù)本實施例，能夠通過使用相機快門55阻擋處理目標(biāo)反射的激光L的返回光來防止激光L損壞相機56。具體地,通過相對于偏振光束分離器46將相機快門55安裝在相機56側(cè)，能夠抑制施加于處理目標(biāo)的激光強度的降低。而且，根據(jù)本實施例，由于將用于選擇性地使與激光基本相同的波長穿過的波長選擇濾波器566安裝在相機56的光接收路徑上，因此能夠防止不必要的波長進入相機且能夠拍攝具有與激光L基本相同波長的返回光來獲得清晰的拍攝圖像。根據(jù)本實施例，能夠使用遠(yuǎn)心透鏡48提高激光處理的精度且獲得較小失真的拍攝圖像。在本實施例中，已經(jīng)描述了使用SHG激光振蕩器的示例，但是本發(fā)明不限于此。例如，本發(fā)明能夠應(yīng)用于使用將摻雜了 Yb(鐿)的光纖用作放大器的光纖激光器的激光處理
裝直。
權(quán)利要求
1.一種激光處理裝置，包括激光生成器，其生成用于對處理目標(biāo)進行處理的激光；相機，其用于拍攝處理目標(biāo)；相機分光器，其用于使相機的光接收軸與激光的發(fā)射軸基本一致； 照明光源，其用于生成具有與激光基本相同波長的照明光，該照明光源具有與激光的發(fā)射軸基本一致的發(fā)射軸；以及相機快門，其以可打開/可關(guān)閉的方式阻擋來自處理目標(biāo)的返回光，該相機快門相比于相機分光器安裝在相機側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的激光處理裝置，進一步包括波長選擇構(gòu)件，其選擇性地使與照明光基本相同的波長穿過，該波長選擇構(gòu)件安裝在相機的光接收路徑上。
3.如權(quán)利要求I所述的激光處理裝置，進一步包括掃描器，其用于針對處理目標(biāo)掃描激光的發(fā)射軸；其中相機分光器相比于掃描器安裝在激光生成器側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的激光處理裝置，進一步包括遠(yuǎn)心透鏡，其用于不管激光的入射角度如何都使激光的發(fā)射角度恒定，該遠(yuǎn)心透鏡相比于掃描器安裝在處理目標(biāo)側(cè)。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的激光處理裝置，進一步包括照明分光器，其用于使照明光源的發(fā)射軸與相機的光接收軸基本一致，該照明分光器相比于相機分光器安裝在相機側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的激光處理裝置，其中照明分光器將來自處理目標(biāo)的返回光傳送到相機，并將來自照明光源的照明光反射到相機分光器。
7.如權(quán)利要求6所述的激光處理裝置，進一步包括光學(xué)孔徑，其用于選擇性地傳送發(fā)射軸附近的照明光，該光學(xué)孔徑相比于照明分光器安裝在照明光源側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種激光處理裝置，其用于防止激光的返回光損壞相機。該激光處理裝置包括激光振蕩器；相機；偏振光束分離器，其用于傳送激光，并使相機的光接收軸與激光的發(fā)射軸基本一致；照明光源，其用于生成具有與激光基本相同波長的照明光以作為對工件進行照明的照明光；半反射鏡，其用于使照明光的發(fā)射軸與激光的發(fā)射軸基本一致；控制單元；以及快門，其用于基于激光的輸出控制信號來阻擋來自工件的返回光，該快門在相機的光接收路徑上相比于偏振光束分離器安裝在相機側(cè)。
文檔編號B23K26/00GK102601523SQ20121001797
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者井高護, 齋藤雅紀(jì) 申請人:株式會社其恩斯