JPH10296475A - レーザ加工機 - Google Patents
レーザ加工機Info
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- JPH10296475A JPH10296475A JP9106905A JP10690597A JPH10296475A JP H10296475 A JPH10296475 A JP H10296475A JP 9106905 A JP9106905 A JP 9106905A JP 10690597 A JP10690597 A JP 10690597A JP H10296475 A JPH10296475 A JP H10296475A
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- mask
- lens
- laser beam
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】出力ビームのエネルギー利用効率が高く、装置
が小型化でき、走査しても結像面が一定で、マスクの寿
命が長いレーザ加工機を提供する。 【解決手段】レーザ発振器からの出力ビーム１を集光用
シリンドリカルレンズ2aで集光し、その焦点にマスクを
配置する。このマスクの開口部の像を加工面６に結像さ
せるのに、マスク位置を焦点とする対マスクレンズ51と
加工面６を焦点とする対物レンズ52とを配置する。この
配置により、結像位置は対物レンズ52の焦点となり、レ
ンズ51とレンズ52との距離には関係しないので、この間
に走査用の部材を配置しても正確に加工面６に結像す
る。また、集光用にシリンドリカルレンズ2aを採用する
ことによって、ビームエキスパンダを用いないで、縦横
比の大きいマスク開口パターンをエネルギー効率高く加
工することができる。
が小型化でき、走査しても結像面が一定で、マスクの寿
命が長いレーザ加工機を提供する。 【解決手段】レーザ発振器からの出力ビーム１を集光用
シリンドリカルレンズ2aで集光し、その焦点にマスクを
配置する。このマスクの開口部の像を加工面６に結像さ
せるのに、マスク位置を焦点とする対マスクレンズ51と
加工面６を焦点とする対物レンズ52とを配置する。この
配置により、結像位置は対物レンズ52の焦点となり、レ
ンズ51とレンズ52との距離には関係しないので、この間
に走査用の部材を配置しても正確に加工面６に結像す
る。また、集光用にシリンドリカルレンズ2aを採用する
ことによって、ビームエキスパンダを用いないで、縦横
比の大きいマスク開口パターンをエネルギー効率高く加
工することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工機に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ発振器の出力レーザビーム（以下
では出力ビームという）を用いて加工するレーザ加工機
の中で、マスクを使用しマスクの像を被加工物上に結像
して加工する装置はマスクマーカ等の名称で知られてい
る。この装置は、図６に示すように構成されており、出
力ビーム１は一旦集光用凸レンズ２によって集光された
後、拡大用凸レンズ３で拡大されて拡大平行ビーム（図
６では拡大ビーム）11とされる。この拡大ビーム11がマ
スク４を通され、焦点距離ｆ5 の結像レンズ５で被加工
物の加工面６に結像されて、マスク４の開口部のパター
ンが加工面６に加工される。通常、マスク４と結像レン
ズ５との距離ａは結像レンズ５の焦点距離ｆ5 より大き
く、結像レンズ５と加工面６との距離をｂとすると、加
工面６への結像条件は次式を満足することであり、マス
クパターンの結像倍率Ｍは下記の式で表すことができ
る。
では出力ビームという）を用いて加工するレーザ加工機
の中で、マスクを使用しマスクの像を被加工物上に結像
して加工する装置はマスクマーカ等の名称で知られてい
る。この装置は、図６に示すように構成されており、出
力ビーム１は一旦集光用凸レンズ２によって集光された
後、拡大用凸レンズ３で拡大されて拡大平行ビーム（図
６では拡大ビーム）11とされる。この拡大ビーム11がマ
スク４を通され、焦点距離ｆ5 の結像レンズ５で被加工
物の加工面６に結像されて、マスク４の開口部のパター
ンが加工面６に加工される。通常、マスク４と結像レン
ズ５との距離ａは結像レンズ５の焦点距離ｆ5 より大き
く、結像レンズ５と加工面６との距離をｂとすると、加
工面６への結像条件は次式を満足することであり、マス
クパターンの結像倍率Ｍは下記の式で表すことができ
る。
【０００３】 結像条件 ： ａ-1＋ｂ-1＝ｆ5 -1 結像倍率 ： Ｍ＝ｂ／ａ マスクの開口部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺
の比が極端に大きい場合には、ビームエクスパンダによ
って出力ビーム１を横長に引き延ばした偏平な平行ビー
ムとしてマスク４に照射することが一般的に実施されて
いる。
の比が極端に大きい場合には、ビームエクスパンダによ
って出力ビーム１を横長に引き延ばした偏平な平行ビー
ムとしてマスク４に照射することが一般的に実施されて
いる。
【０００４】このような拡大平行ビーム11が使用される
のは、ビームのパワー密度が高いと、マスク４が加熱損
傷されたり、液晶やガラスのマスク４ではビームが漏れ
るためマスクの機能がなくなったりするからである。し
かし、この方式には、マスク４やレンズ３及び５等の光
学部品が大きくなり、小型化が困難であるという問題点
を有している。
のは、ビームのパワー密度が高いと、マスク４が加熱損
傷されたり、液晶やガラスのマスク４ではビームが漏れ
るためマスクの機能がなくなったりするからである。し
かし、この方式には、マスク４やレンズ３及び５等の光
学部品が大きくなり、小型化が困難であるという問題点
を有している。
【０００５】一方、マスク４を小さくするためにレーザ
発振器の出力ビーム１を極力広げないでマスクに照射し
ようとしても、レーザビームにはそれぞれ固有の広がり
角をもっているため、広がりを生じてしまう。例えば、
固体レーザでは、熱レンズ効果により、レーザ出口でφ
0.5mm のビームは５mrad程度の広がり角をもっている。
これは、レーザ出口より100mm の点では、φ１mmとなる
ことに相当する。
発振器の出力ビーム１を極力広げないでマスクに照射し
ようとしても、レーザビームにはそれぞれ固有の広がり
角をもっているため、広がりを生じてしまう。例えば、
固体レーザでは、熱レンズ効果により、レーザ出口でφ
0.5mm のビームは５mrad程度の広がり角をもっている。
これは、レーザ出口より100mm の点では、φ１mmとなる
ことに相当する。
【０００６】この場合において、マスクの開口部を出射
直後の大きさに合わせるとレーザのエネルギー使用効率
が悪くなるし、逆に広がった大きさに合わせると、縦横
比が大きい使用方法の場合には、マスクが大きくなり、
装置の小型化が困難となるという問題点を有している。
また、マスク４の像を平面上の任意の位置に走査して結
像させるために、図７に示すように、マスク４と結像レ
ンズ５との間の光路上にＸミラー７及びＹミラー８を配
置し、両ミラーを回転などさせることにより光路を変え
ると、像の位置を走査させることはできる。しかし、Ｘ
ミラー７やＹミラー８の回転によって光路を変えると、
図７に点線で示したように、同時に光路長も変えること
になるために加工面６上にきっちりと結像させることが
できなくなる。
直後の大きさに合わせるとレーザのエネルギー使用効率
が悪くなるし、逆に広がった大きさに合わせると、縦横
比が大きい使用方法の場合には、マスクが大きくなり、
装置の小型化が困難となるという問題点を有している。
また、マスク４の像を平面上の任意の位置に走査して結
像させるために、図７に示すように、マスク４と結像レ
ンズ５との間の光路上にＸミラー７及びＹミラー８を配
置し、両ミラーを回転などさせることにより光路を変え
ると、像の位置を走査させることはできる。しかし、Ｘ
ミラー７やＹミラー８の回転によって光路を変えると、
図７に点線で示したように、同時に光路長も変えること
になるために加工面６上にきっちりと結像させることが
できなくなる。
【０００７】更に、従来から使用しているマスクについ
ても問題点がある。液晶マスクやガラスマスクの場合に
は、10Ｗ以上の出力ビーム１を0.5mm ×５mm程度にしぼ
ってマスクに照射すると、マスクの損傷が大きく、寿命
が短くなってしまう。金属マスクの場合でも、出力ビー
ム１の吸収による温度上昇により変色や熱変形が生じ、
やはり寿命が短くなってしまう。
ても問題点がある。液晶マスクやガラスマスクの場合に
は、10Ｗ以上の出力ビーム１を0.5mm ×５mm程度にしぼ
ってマスクに照射すると、マスクの損傷が大きく、寿命
が短くなってしまう。金属マスクの場合でも、出力ビー
ム１の吸収による温度上昇により変色や熱変形が生じ、
やはり寿命が短くなってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記のような問題点を解決して、出力ビームのエネルギー
利用効率が高く、装置が小型化でき、走査しても結像面
が一定であり、マスクの寿命が長い結像式のレーザ加工
機を提供することである。
記のような問題点を解決して、出力ビームのエネルギー
利用効率が高く、装置が小型化でき、走査しても結像面
が一定であり、マスクの寿命が長い結像式のレーザ加工
機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明においては、光
学系に挿入したマスクでレーザ発振器からの出力レーザ
ビームを所定の領域に限定し、結像レンズにより被加工
物上に結像させて加工するレーザ加工機において、出力
レーザビームを集光する集光レンズと、マスク側に位置
する対マスクレンズ及び被加工物側に位置する対物レン
ズからなる結像レンズとを備え、マスクを集光レンズの
焦点位置であると同時に対マスクレンズの焦点位置であ
る位置に配置している。
学系に挿入したマスクでレーザ発振器からの出力レーザ
ビームを所定の領域に限定し、結像レンズにより被加工
物上に結像させて加工するレーザ加工機において、出力
レーザビームを集光する集光レンズと、マスク側に位置
する対マスクレンズ及び被加工物側に位置する対物レン
ズからなる結像レンズとを備え、マスクを集光レンズの
焦点位置であると同時に対マスクレンズの焦点位置であ
る位置に配置している。
【００１０】マスクを集光レンズと対マスクレンズとの
共焦点に配置しているので、マスクを極めて小さくする
ことができ、マスクの像が対物レンズの焦点位置に結像
され、マスクパターンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの
焦点距離と対物レンズの焦点距離とによって決まり、か
つ対マスクレンズと対物レンズの距離に関係なく一定と
なる。
共焦点に配置しているので、マスクを極めて小さくする
ことができ、マスクの像が対物レンズの焦点位置に結像
され、マスクパターンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの
焦点距離と対物レンズの焦点距離とによって決まり、か
つ対マスクレンズと対物レンズの距離に関係なく一定と
なる。
【００１１】上記発明の一実施態様として、集光レンズ
をシリンドリカルレンズとしている。シリンドリカルレ
ンズは一方向のみ焦点を有するレンズであるから、マス
クの開口部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比
が極端に大きい場合に適する偏平なレーザビームとし
て、出力レーザビームをマスクに入射することができ
る。
をシリンドリカルレンズとしている。シリンドリカルレ
ンズは一方向のみ焦点を有するレンズであるから、マス
クの開口部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比
が極端に大きい場合に適する偏平なレーザビームとし
て、出力レーザビームをマスクに入射することができ
る。
【００１２】上記発明の別の実施態様として、集光レン
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、対マ
スクレンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二
次元に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置して
いる。この発明によるレーザ加工機の場合には、対マス
クレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパターンの
結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、この間に
Ｘミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査しても
正確な像を加工面上に結像することができる。
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、対マ
スクレンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二
次元に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置して
いる。この発明によるレーザ加工機の場合には、対マス
クレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパターンの
結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、この間に
Ｘミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査しても
正確な像を加工面上に結像することができる。
【００１３】レーザビームを二次元に走査する場合の対
物レンズとしてはｆθレンズが有効である。このレンズ
は入射レーザビームの入射角が変わっても正確に同一平
面上に像を結ぶから、二次元走査時の結像パターンがよ
り正確となる。更に、マスクは銅からなり、そのマスク
の少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケ
ル下地の金メッキが施されている。
物レンズとしてはｆθレンズが有効である。このレンズ
は入射レーザビームの入射角が変わっても正確に同一平
面上に像を結ぶから、二次元走査時の結像パターンがよ
り正確となる。更に、マスクは銅からなり、そのマスク
の少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケ
ル下地の金メッキが施されている。
【００１４】この発明の場合には、マスク位置における
エネルギー密度は非常に高くなるので、レーザビームが
照射される領域のマスク表面には、レーザビームの反射
係数の極めて高い金メッキが施されてマスクの温度上昇
が抑制されている。
エネルギー密度は非常に高くなるので、レーザビームが
照射される領域のマスク表面には、レーザビームの反射
係数の極めて高い金メッキが施されてマスクの温度上昇
が抑制されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明によるレーザ加工機にお
いては、レーザ発振器の出力ビームを集光する集光レン
ズの焦点にマスクが配置され、このマスクの開口部の形
状を被加工物の表面に結像するための結像レンズはマス
ク側に位置する対マスクレンズと被加工物側に位置する
対物レンズとで構成され、マスク位置が対マスクレンズ
の焦点になるように対マスクレンズが配置され、被加工
物は対物レンズの焦点に配置される。マスクが集光レン
ズと対マスクレンズとの共焦点に配置されるので、対物
レンズの焦点にマスクパターンが結像する。したがっ
て、被加工物の位置は対物レンズとの相対位置だけに制
限され、対マスクレンズと対物レンズの距離には関係し
なくなり、結像位置を走査するためのミラーを挿入して
も正確に結像させることができる。また、マスクは共焦
点に配置されるので大幅に小型化することが可能であ
り、装置全体も小型化できる。
いては、レーザ発振器の出力ビームを集光する集光レン
ズの焦点にマスクが配置され、このマスクの開口部の形
状を被加工物の表面に結像するための結像レンズはマス
ク側に位置する対マスクレンズと被加工物側に位置する
対物レンズとで構成され、マスク位置が対マスクレンズ
の焦点になるように対マスクレンズが配置され、被加工
物は対物レンズの焦点に配置される。マスクが集光レン
ズと対マスクレンズとの共焦点に配置されるので、対物
レンズの焦点にマスクパターンが結像する。したがっ
て、被加工物の位置は対物レンズとの相対位置だけに制
限され、対マスクレンズと対物レンズの距離には関係し
なくなり、結像位置を走査するためのミラーを挿入して
も正確に結像させることができる。また、マスクは共焦
点に配置されるので大幅に小型化することが可能であ
り、装置全体も小型化できる。
【００１６】以下に実施例について説明する。なお、従
来技術と同じ機能の部品については同じ符号を用いた。 〔第１の実施例〕図１は、この発明によるレーザ加工機
の第１の実施例示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂
直な方向から見た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り
方向から見た概念構成図である。この実施例は、図２に
示すような縦に対する横の比が非常に大きいマスク開口
部41a をもつマスク4aによって加工するレーザ加工機に
関するものである。
来技術と同じ機能の部品については同じ符号を用いた。 〔第１の実施例〕図１は、この発明によるレーザ加工機
の第１の実施例示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂
直な方向から見た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り
方向から見た概念構成図である。この実施例は、図２に
示すような縦に対する横の比が非常に大きいマスク開口
部41a をもつマスク4aによって加工するレーザ加工機に
関するものである。
【００１７】スラブ型レーザからの出力ビーム１（出力
部形状 5mm×15mm、広がり角 4mrad×5mrad ）は、短軸
側を集光する焦点150mm の集光用シリンドリカルレンズ
2aによって集光され、レンズ2aの焦点に配置されている
マスク4aの開口部の形状（ 0.5mm×10mm）に近い 0.6mm
×15mmの偏平ビームとなってマスク4aに照射され、マス
ク4aを通過する。マスク4aは銅板からなり、その表面に
はレーザビームの大部分を反射させてマスクの温度上昇
を少なくするためのニッケル下地の金メッキが施されて
いる（反射率は98％程度）。マスク4aを通過したビーム
は、マスク4aの位置が焦点である焦点距離2000mmの対マ
スクレンズ51と焦点距離 200mmの対物レンズ52とによっ
て対物レンズ52の焦点に配置された被加工物の加工面６
にマスク開口部41a のパターンを１／10に縮小して結像
し、加工面を加工する。この結像原理は無限補正系とい
われているものである。マスクパターンの縮小比率は対
物レンズ52の焦点距離ｆ52を対マスクレンズ51の焦点距
離ｆ51で除した値で決まる。なお、集光用シリンドリカ
ルレンズ2aによって集光されたビームの焦点位置におけ
る寸法ｈは、焦点距離と広がり角との積で決まる。した
がって、150mm × 4×10-3＝0.6mm となる。
部形状 5mm×15mm、広がり角 4mrad×5mrad ）は、短軸
側を集光する焦点150mm の集光用シリンドリカルレンズ
2aによって集光され、レンズ2aの焦点に配置されている
マスク4aの開口部の形状（ 0.5mm×10mm）に近い 0.6mm
×15mmの偏平ビームとなってマスク4aに照射され、マス
ク4aを通過する。マスク4aは銅板からなり、その表面に
はレーザビームの大部分を反射させてマスクの温度上昇
を少なくするためのニッケル下地の金メッキが施されて
いる（反射率は98％程度）。マスク4aを通過したビーム
は、マスク4aの位置が焦点である焦点距離2000mmの対マ
スクレンズ51と焦点距離 200mmの対物レンズ52とによっ
て対物レンズ52の焦点に配置された被加工物の加工面６
にマスク開口部41a のパターンを１／10に縮小して結像
し、加工面を加工する。この結像原理は無限補正系とい
われているものである。マスクパターンの縮小比率は対
物レンズ52の焦点距離ｆ52を対マスクレンズ51の焦点距
離ｆ51で除した値で決まる。なお、集光用シリンドリカ
ルレンズ2aによって集光されたビームの焦点位置におけ
る寸法ｈは、焦点距離と広がり角との積で決まる。した
がって、150mm × 4×10-3＝0.6mm となる。
【００１８】被加工物に複数のマスクパターンを加工す
る場合には、被加工物を移動させて加工する。このよう
に、集光用レンズとしてシリンドリカルレンズを使うと
ビームエクスパンダを使用しなくても縦横比の大きいビ
ームを形成することができる。出力ビーム１の広がり角
と必要な縦横比に応じてシリンドリカルレンズの焦点距
離を選べばよいのである。
る場合には、被加工物を移動させて加工する。このよう
に、集光用レンズとしてシリンドリカルレンズを使うと
ビームエクスパンダを使用しなくても縦横比の大きいビ
ームを形成することができる。出力ビーム１の広がり角
と必要な縦横比に応じてシリンドリカルレンズの焦点距
離を選べばよいのである。
【００１９】なお、マスク4aから反射されたビームは、
反射ビームの当たる位置に黒色アルマイト処理を施した
アルミ板等を配置して吸収させることができる。 〔第２の実施例〕図３は第２の実施例を示す概念構成図
であり、図４は使用したマスクの一例である。この実施
例は、円形断面をもつレーザ発振器の出力ビームを使っ
て、正方形の開口部41b をもつマスク4bによって加工す
るレーザ加工機に関するものである。
反射ビームの当たる位置に黒色アルマイト処理を施した
アルミ板等を配置して吸収させることができる。 〔第２の実施例〕図３は第２の実施例を示す概念構成図
であり、図４は使用したマスクの一例である。この実施
例は、円形断面をもつレーザ発振器の出力ビームを使っ
て、正方形の開口部41b をもつマスク4bによって加工す
るレーザ加工機に関するものである。
【００２０】ＹＡＧレーザからの出力ビーム１（出力部
形状φ0.5mm 、広がり角 5mrad）は、焦点100mm の集光
用球面凸レンズ2bによって集光され、レンズ2bの焦点に
配置されているマスク4bの開口部の形状（ 0.3mm×0.3m
m ）に近いφ0.5mm のビームとなってマスク4bに照射さ
れ、マスク4bを通過する。マスク4bの表面にも第１の実
施例のマスク4aと同様の反射率の大きい表面処理が施さ
れている。マスク4bを通過したビームは、マスク4bの位
置が焦点である焦点距離600mm の対マスクレンズ51と焦
点距離20mmの対物レンズ52とによって対物レンズ52の焦
点に配置された被加工物の加工面にマスク開口部41b の
パターンを１／30に縮小して結像し、加工面を加工す
る。
形状φ0.5mm 、広がり角 5mrad）は、焦点100mm の集光
用球面凸レンズ2bによって集光され、レンズ2bの焦点に
配置されているマスク4bの開口部の形状（ 0.3mm×0.3m
m ）に近いφ0.5mm のビームとなってマスク4bに照射さ
れ、マスク4bを通過する。マスク4bの表面にも第１の実
施例のマスク4aと同様の反射率の大きい表面処理が施さ
れている。マスク4bを通過したビームは、マスク4bの位
置が焦点である焦点距離600mm の対マスクレンズ51と焦
点距離20mmの対物レンズ52とによって対物レンズ52の焦
点に配置された被加工物の加工面にマスク開口部41b の
パターンを１／30に縮小して結像し、加工面を加工す
る。
【００２１】この場合の加工部の大きさは0.01mm角の小
さな点であるので、必要な形状の加工をするためには被
加工物を移動させて実施する。 〔第３の実施例〕図５は、この発明の第３の実施例を示
す概念構成図である。この実施例は、第２の実施例にお
ける被加工物の移動をビームの走査に置き換えるもので
ある。すなわち、Ｘミラー７及びＹミラー８の回転など
によってビームを縦横に走査し、必要な形状の加工をす
るものである。
さな点であるので、必要な形状の加工をするためには被
加工物を移動させて実施する。 〔第３の実施例〕図５は、この発明の第３の実施例を示
す概念構成図である。この実施例は、第２の実施例にお
ける被加工物の移動をビームの走査に置き換えるもので
ある。すなわち、Ｘミラー７及びＹミラー８の回転など
によってビームを縦横に走査し、必要な形状の加工をす
るものである。
【００２２】Ｘミラー７及びＹミラー８が対マスクレン
ズ51と対物レンズ52の間の光路内に配置されている点を
除けば、第２の実施例と同じ構成である。この発明によ
るレンズ及びマスクの配置においては、対マスクレンズ
51と対物レンズ52との距離は対物レンズ52に対する結像
位置の距離を変えることがないので、走査用に挿入して
いるＸミラー７及びＹミラー８を図示していない駆動部
で駆動・制御することによってもビームの結像面は加工
面６上に保たれるので、正確で確実な加工ができる。
ズ51と対物レンズ52の間の光路内に配置されている点を
除けば、第２の実施例と同じ構成である。この発明によ
るレンズ及びマスクの配置においては、対マスクレンズ
51と対物レンズ52との距離は対物レンズ52に対する結像
位置の距離を変えることがないので、走査用に挿入して
いるＸミラー７及びＹミラー８を図示していない駆動部
で駆動・制御することによってもビームの結像面は加工
面６上に保たれるので、正確で確実な加工ができる。
【００２３】特に、この実施例の場合には、対物レンズ
52としてｆθレンズを採用することが有効である。ｆθ
レンズは、光軸が傾いた場合もレンズの中心線に垂直な
同じ平面上に焦点すなわち結像位置を有するから、ビー
ムを走査して加工する場合には、ｆθレンズを対物レン
ズとすることが最も正確かつ確実な加工を可能とするか
らである。
52としてｆθレンズを採用することが有効である。ｆθ
レンズは、光軸が傾いた場合もレンズの中心線に垂直な
同じ平面上に焦点すなわち結像位置を有するから、ビー
ムを走査して加工する場合には、ｆθレンズを対物レン
ズとすることが最も正確かつ確実な加工を可能とするか
らである。
【００２４】勿論、Ｘミラー７及びＹミラー８による走
査に加えて、被加工物の移動を併用することも有効であ
る。また、マスクの金メッキ形成領域はマスクの全面で
あることは必ずしも必要ではなく、ビームが照射される
領域をカバーしていればよい。
査に加えて、被加工物の移動を併用することも有効であ
る。また、マスクの金メッキ形成領域はマスクの全面で
あることは必ずしも必要ではなく、ビームが照射される
領域をカバーしていればよい。
【００２５】
【発明の効果】この発明によれば、光学系に挿入したマ
スクでレーザ発振器からの出力レーザビームを所定の領
域に限定し、結像レンズにより被加工物上に結像させて
加工するレーザ加工機において、出力レーザビームを集
光する集光レンズと、マスク側に位置する対マスクレン
ズ及び被加工物側に位置する対物レンズからなる結像レ
ンズとを備え、マスクを集光レンズの焦点位置であると
同時に対マスクレンズの焦点位置である位置に配置して
いるので、マスクを極めて小さくすることができ、マス
クの像が対物レンズの焦点位置に結像され、マスクパタ
ーンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの焦点距離と対物レ
ンズの焦点距離とによって決まり、かつ対マスクレンズ
と対物レンズの距離に関係なく一定となる。したがっ
て、出力ビームのエネルギー利用効率が高く、装置が小
型化でき、走査しても結像面が一定である結像式のレー
ザ加工機を提供することができる。
スクでレーザ発振器からの出力レーザビームを所定の領
域に限定し、結像レンズにより被加工物上に結像させて
加工するレーザ加工機において、出力レーザビームを集
光する集光レンズと、マスク側に位置する対マスクレン
ズ及び被加工物側に位置する対物レンズからなる結像レ
ンズとを備え、マスクを集光レンズの焦点位置であると
同時に対マスクレンズの焦点位置である位置に配置して
いるので、マスクを極めて小さくすることができ、マス
クの像が対物レンズの焦点位置に結像され、マスクパタ
ーンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの焦点距離と対物レ
ンズの焦点距離とによって決まり、かつ対マスクレンズ
と対物レンズの距離に関係なく一定となる。したがっ
て、出力ビームのエネルギー利用効率が高く、装置が小
型化でき、走査しても結像面が一定である結像式のレー
ザ加工機を提供することができる。
【００２６】上記発明の一実施態様として、集光レンズ
をシリンドリカルレンズとしているので、マスクの開口
部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比が極端に
大きい場合に適する偏平なレーザビームとして、出力レ
ーザビームをマスクに入射することができる。したがっ
て、出力レーザビームを横長に引き延ばした偏平な平行
ビームとするためのビームエクスパンダは不要となる。
をシリンドリカルレンズとしているので、マスクの開口
部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比が極端に
大きい場合に適する偏平なレーザビームとして、出力レ
ーザビームをマスクに入射することができる。したがっ
て、出力レーザビームを横長に引き延ばした偏平な平行
ビームとするためのビームエクスパンダは不要となる。
【００２７】上記発明の別の実施態様として、集光レン
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、ビー
ムエクスパンダを出力ビーム部に利用すれば、縦横比が
大きい場合にも対応することができる。また、対マスク
レンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二次元
に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置してい
る。
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、ビー
ムエクスパンダを出力ビーム部に利用すれば、縦横比が
大きい場合にも対応することができる。また、対マスク
レンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二次元
に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置してい
る。
【００２８】この発明によるレーザ加工機の場合には、
対マスクレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパタ
ーンの結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、こ
の間にＸミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査
しても正確な像を加工面上に結像することができる。レ
ーザビームを二次元に走査する場合の対物レンズとして
はｆθレンズが有効である。このレンズは入射レーザビ
ームの入射角が変わっても正確に同一平面上に像を結ぶ
から、二次元走査時の結像パターンがより正確となる。
対マスクレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパタ
ーンの結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、こ
の間にＸミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査
しても正確な像を加工面上に結像することができる。レ
ーザビームを二次元に走査する場合の対物レンズとして
はｆθレンズが有効である。このレンズは入射レーザビ
ームの入射角が変わっても正確に同一平面上に像を結ぶ
から、二次元走査時の結像パターンがより正確となる。
【００２９】更に、マスクは銅からなり、そのマスクの
少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケル
下地の金メッキが施されているので、この金メッキによ
ってレーザビームの大部分を反射するのでマスクの温度
上昇が抑制され、長時間安定な加工ができる。
少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケル
下地の金メッキが施されているので、この金メッキによ
ってレーザビームの大部分を反射するのでマスクの温度
上昇が抑制され、長時間安定な加工ができる。
【図１】この発明によるレーザ加工機の第１の実施例を
示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂直な方向から見
た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り方向から見た概
念構成図
示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂直な方向から見
た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り方向から見た概
念構成図
【図２】第１の実施例に使用するマスクの一例を示すパ
ターン図
ターン図
【図３】第２の実施例を示す概念構成図
【図４】第２の実施例に使用するマスクの一例を示すパ
ターン図
ターン図
【図５】第３の実施例を示す概念構成図
【図６】従来技術によるレーザ加工機の一例を示す概念
構成図
構成図
【図７】従来技術によるレーザ加工機の問題点を説明す
るための概念構成図
るための概念構成図
１ 出力ビーム ２ 集光用凸レンズ 2a 集光用シリンドリカルレンズ 2b 集光用球面凸レンズ ３ 拡大用凸レンズ ４, 4a, 4b マスク ５ 結像レンズ 51 対マスクレンズ 52 対物レンズ ６ 加工面 ７ Ｘミラー ８ Ｙミラー ａ マスクと結像レンズ５との距離 ｂ 結像レンズ５と結像位置との距離 ｆ5 結像レンズ５の焦点距離 ｆ51 対マスクレンズの焦点距離 ｆ52 対物レンズの焦点距離
Claims (6)
- 【請求項１】光学系に挿入したマスクでレーザ発振器か
らの出力レーザビームを所定の領域に限定し、結像レン
ズにより被加工物上に結像させて加工するレーザ加工機
において、出力レーザビームを集光する集光レンズと、
マスク側に位置する対マスクレンズ及び被加工物側に位
置する対物レンズからなる結像レンズとを備え、マスク
を集光レンズの焦点位置であると同時に対マスクレンズ
の焦点位置である位置に配置していることを特徴とする
レーザ加工機。 - 【請求項２】集光レンズがシリンドリカルレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。 - 【請求項３】集光レンズが球面レンズであることを特徴
とする請求項１に記載のレーザ加工機。 - 【請求項４】対マスクレンズと対物レンズとの間に前記
レーザビームを二次元に走査するためのＸミラー及びＹ
ミラーを配置していることを特徴とする請求項１から請
求項３のいずれかに記載のレーザ加工機。 - 【請求項５】対物レンズがｆθレンズであることを特徴
とする請求項４に記載のレーザ加工機。 - 【請求項６】マスクは銅からなり、そのマスクの少なく
ともレーザビームが照射される領域にはニッケル下地の
金メッキが施されていることを特徴とする請求項１から
請求項５のいずれかに記載のレーザ加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106905A JPH10296475A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | レーザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106905A JPH10296475A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | レーザ加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10296475A true JPH10296475A (ja) | 1998-11-10 |
Family
ID=14445478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9106905A Pending JPH10296475A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | レーザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10296475A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007203335A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及び加工方法 |
| US7759605B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-07-20 | Lg Display Co., Ltd. | Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof |
| US8502112B2 (en) | 2003-02-19 | 2013-08-06 | Ipg Microsystems Llc | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP9106905A patent/JPH10296475A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8502112B2 (en) | 2003-02-19 | 2013-08-06 | Ipg Microsystems Llc | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
| US7759605B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-07-20 | Lg Display Co., Ltd. | Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof |
| JP2007203335A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及び加工方法 |
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