JPS6229152B2 - - Google Patents
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- JPS6229152B2 JPS6229152B2 JP56005497A JP549781A JPS6229152B2 JP S6229152 B2 JPS6229152 B2 JP S6229152B2 JP 56005497 A JP56005497 A JP 56005497A JP 549781 A JP549781 A JP 549781A JP S6229152 B2 JPS6229152 B2 JP S6229152B2
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- laser
- laser beam
- optical system
- scanning
- objective lens
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 30
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザビームを二次元に集光・走査す
る光学装置に関し、特に走査領域全体に亘つて均
一なスポツト径を実現させうる光学系の改良に係
るものである。
る光学装置に関し、特に走査領域全体に亘つて均
一なスポツト径を実現させうる光学系の改良に係
るものである。
レーザビームを試料に集光しかつ走査する方法
を大別すると、光学系を固定し試料を二次元で走
査する方法と、試料を固定しレーザビームを二次
元に走査する方法がある。集光されたレーザビー
ムのスポツト径の変位を最小にするという観点で
いえば、光学系固定方式が優れているが、試料の
周辺部の雰囲気を制御したり試料の変換を自動化
したりする場合には試料固定式の方が優れてい
る。したがつて、レーザ走査の目的に応じて走査
方式が選択されることになる。
を大別すると、光学系を固定し試料を二次元で走
査する方法と、試料を固定しレーザビームを二次
元に走査する方法がある。集光されたレーザビー
ムのスポツト径の変位を最小にするという観点で
いえば、光学系固定方式が優れているが、試料の
周辺部の雰囲気を制御したり試料の変換を自動化
したりする場合には試料固定式の方が優れてい
る。したがつて、レーザ走査の目的に応じて走査
方式が選択されることになる。
レーザ加工における走査光学系も上述した二つ
の方式が目的により使いわけられているが、レー
ザ加工の特長を生かした自動加工機の増加により
試料固定型の走査方法が増えつつある。
の方式が目的により使いわけられているが、レー
ザ加工の特長を生かした自動加工機の増加により
試料固定型の走査方法が増えつつある。
試料固定型として従来採用されているものとし
て、ガルバノメータ型や回転鏡を用いてレーザビ
ームを或る角度内でスキヤンし、スキヤンレンズ
を用いてレーザビームの角度を二次元の位置に変
換し同時に集光する方法がある。他の方法とし
て、二次元に可動なXYテーブルに光学系を載せ
集光および走査を行なうものがある。ガルバノメ
ータ型の走査光学系の場合、応答速度が早いとい
う利点があるが、スキヤンレンズの設計製作の困
難さから広い範囲の走査には向いていない。これ
に対して、XYテーブル式の走査光学系は広い範
囲に亘つて集光・走査が可能であることから大き
な資料への走査に適している。
て、ガルバノメータ型や回転鏡を用いてレーザビ
ームを或る角度内でスキヤンし、スキヤンレンズ
を用いてレーザビームの角度を二次元の位置に変
換し同時に集光する方法がある。他の方法とし
て、二次元に可動なXYテーブルに光学系を載せ
集光および走査を行なうものがある。ガルバノメ
ータ型の走査光学系の場合、応答速度が早いとい
う利点があるが、スキヤンレンズの設計製作の困
難さから広い範囲の走査には向いていない。これ
に対して、XYテーブル式の走査光学系は広い範
囲に亘つて集光・走査が可能であることから大き
な資料への走査に適している。
次に従来のXYテーブル式走査光学系の構成と
集光について図面を参照しながら説明する。第１
図は従来のレーザ走査装置の構成を示す概略図で
あり、１はレーザ装置２，４，５，６は反射鏡、
３はビームエキスパンダ、７は集光用対物レン
ズ、８はＸテーブル、９はＹテーブルである。反
射鏡５はＸテーブル８に固定されており、反射鏡
６と対物レンズ７はＹテーブル９に固定されてい
る。Ｙテーブル９はＸテーブル８の上に載つてお
り、Ｘテーブルが矢印の方向に移動するときには
Ｙテーブルもその方向に移動する。又、Ｙテーブ
ル９が別の矢印の方向に移動するときには、それ
によつてＸテーブル８が移動することはない。こ
のようにして対物レンズ７によつて集束されるレ
ーザビームは二次元で走査されることになる。
集光について図面を参照しながら説明する。第１
図は従来のレーザ走査装置の構成を示す概略図で
あり、１はレーザ装置２，４，５，６は反射鏡、
３はビームエキスパンダ、７は集光用対物レン
ズ、８はＸテーブル、９はＹテーブルである。反
射鏡５はＸテーブル８に固定されており、反射鏡
６と対物レンズ７はＹテーブル９に固定されてい
る。Ｙテーブル９はＸテーブル８の上に載つてお
り、Ｘテーブルが矢印の方向に移動するときには
Ｙテーブルもその方向に移動する。又、Ｙテーブ
ル９が別の矢印の方向に移動するときには、それ
によつてＸテーブル８が移動することはない。こ
のようにして対物レンズ７によつて集束されるレ
ーザビームは二次元で走査されることになる。
第２図は第１図で示した走査光学系でのレーザ
ビームの伝播の様子を示すための展開図で、第２
図ａは、走査光学系が右手前（第１図でレーザビ
ームがＡの位置にくる）に寄つた場合で、このと
き反射鏡４と５の距離および反射鏡５と６の距離
が最も大きくなる。第２図ｂは左奥（第１図でＢ
の位置）にある場合で、各々の反射鏡間の距離が
最も小さくなる。図において、５′と５″は反射鏡
５の位置、６′と６″は反射鏡６の位置を示してい
る。
ビームの伝播の様子を示すための展開図で、第２
図ａは、走査光学系が右手前（第１図でレーザビ
ームがＡの位置にくる）に寄つた場合で、このと
き反射鏡４と５の距離および反射鏡５と６の距離
が最も大きくなる。第２図ｂは左奥（第１図でＢ
の位置）にある場合で、各々の反射鏡間の距離が
最も小さくなる。図において、５′と５″は反射鏡
５の位置、６′と６″は反射鏡６の位置を示してい
る。
レーザビームの発振横モードがTEM00である
場合、よく知られているように、ビームエキスパ
ンダ３から出射したレーザビームはＣの距離にビ
ームウエストW0を作る。このウエストW0と対物
レンズ７の距離Ｚおよび対物レンズの焦点距離
から、対物レンズ７により変換された次のビーム
ウエストＷおよびレンズ７からウエストＷまで距
離ｄは次の式で示されることが知られている。
場合、よく知られているように、ビームエキスパ
ンダ３から出射したレーザビームはＣの距離にビ
ームウエストW0を作る。このウエストW0と対物
レンズ７の距離Ｚおよび対物レンズの焦点距離
から、対物レンズ７により変換された次のビーム
ウエストＷおよびレンズ７からウエストＷまで距
離ｄは次の式で示されることが知られている。
（１／Ｗ）２＝（１／Ｗ０）２（１−Ｚ／）２＋（１／）２（πＷ０／λ）２ ……
ここでλは波長を表わす。
この式からビームウエストＷおよび対物レンズ
からビームウエストまでの距離ｄはＺにより変動
することがわかる。
からビームウエストまでの距離ｄはＺにより変動
することがわかる。
また、対物レンズにより集束されるビームウエ
ストＷを大きくするには、コリメータによるビー
ムウエストＷpを小さくすることが必要となる。
このような場合XYテーブルの移動によるＺの変
動はビームウエストＷを大きく変動させることに
なる。
ストＷを大きくするには、コリメータによるビー
ムウエストＷpを小さくすることが必要となる。
このような場合XYテーブルの移動によるＺの変
動はビームウエストＷを大きく変動させることに
なる。
したがつて、上述したような光学系で試料に対
しレーザビームを走査するときのビームのスポツ
ト径は場所により変動することになり、均一な照
射を行なうことができない。
しレーザビームを走査するときのビームのスポツ
ト径は場所により変動することになり、均一な照
射を行なうことができない。
本発明の目的は、従来のXYテーブル式走査光
学系の欠点を補い、走査範囲全域にわたつて均一
なスポツト径によるレーザビームの照射を可能と
するレーザ走査装置を提供することにある。
学系の欠点を補い、走査範囲全域にわたつて均一
なスポツト径によるレーザビームの照射を可能と
するレーザ走査装置を提供することにある。
その日的を達成するため、本発明のレーザ走査
装置は、レーザ装置と、二次元に可動するXYテ
ーブルと、該XYテーブルに搭載され前記レーザ
装置から出射されたレーザビームを試料に集光す
る対物レンズを含む走査光学系と、前記レーザ装
置と前記走査光学系との中間に設置されレーザビ
ームの光軸調整およびレーザビームの拡大を行な
う中間光学系とを含んで構成されるレーザ走査装
置において、中間光学系によつて平行ビームを形
成し、前記走査光学系に対物レンズと一定の距離
を保つて配置されたレーザビーム径の変倍機構を
付加したことを特徴とする。
装置は、レーザ装置と、二次元に可動するXYテ
ーブルと、該XYテーブルに搭載され前記レーザ
装置から出射されたレーザビームを試料に集光す
る対物レンズを含む走査光学系と、前記レーザ装
置と前記走査光学系との中間に設置されレーザビ
ームの光軸調整およびレーザビームの拡大を行な
う中間光学系とを含んで構成されるレーザ走査装
置において、中間光学系によつて平行ビームを形
成し、前記走査光学系に対物レンズと一定の距離
を保つて配置されたレーザビーム径の変倍機構を
付加したことを特徴とする。
本発明に用いられるレーザビーム変倍機構の役
目を図を参照しながら説明する。第３図はレーザ
ビーム変倍機構を付加したときのレーザビームの
伝播を示す図であり、１０は変倍機構部である。
この変倍機構１０はXYテーブルの移動があつて
も対物レンズ７との距離Ｓが変化しない位置に設
けられる。第３図中のレーザビーム変倍機構はビ
ームエキスパンダ３側に凸レンズ、対物レンズ７
側に凹レンズを配置したもので、レーザビーム径
を縮小する作用が有る。光ビーム径を拡大、縮小
する光学系は他の複数のレンズの組合せからなる
ものが知られており、凸レンズと凹レンズの組合
せだけに限らない。このような構成において、レ
ーザビームはビームエキスパンダ３により十分大
きく拡大され、そのビームウエストが等価的に無
限大となるように調整される。すなわち、ビーム
エキスパンダ３の出力ビーム径が最小になる位置
が、ビームエキスパンダ３からきわめて離れた位
置となるよう調整される。この場合、ビームエキ
スパンダ３とレーザビーム変倍機構１０との間を
通るレーザビームは平行光とみなせる。第３図ａ
は光路が最も長くなつた場合で、このときレーザ
ビームは直径Ｄaの寸法で変倍機構に入射する。
第３図ｂは光路長が最も短かくなつた場合で、直
径Ｄbで変倍機構に入射する。入射ビームの径が
十分大きい場合Da＝Dbとなるため、変倍機構か
ら出たレーザビームは第３図ａ，ｂともほぼ同じ
姿態で対物レンズ７に入射し、試料面でのビーム
スポツト径の変化は無視しうる程度になる。
目を図を参照しながら説明する。第３図はレーザ
ビーム変倍機構を付加したときのレーザビームの
伝播を示す図であり、１０は変倍機構部である。
この変倍機構１０はXYテーブルの移動があつて
も対物レンズ７との距離Ｓが変化しない位置に設
けられる。第３図中のレーザビーム変倍機構はビ
ームエキスパンダ３側に凸レンズ、対物レンズ７
側に凹レンズを配置したもので、レーザビーム径
を縮小する作用が有る。光ビーム径を拡大、縮小
する光学系は他の複数のレンズの組合せからなる
ものが知られており、凸レンズと凹レンズの組合
せだけに限らない。このような構成において、レ
ーザビームはビームエキスパンダ３により十分大
きく拡大され、そのビームウエストが等価的に無
限大となるように調整される。すなわち、ビーム
エキスパンダ３の出力ビーム径が最小になる位置
が、ビームエキスパンダ３からきわめて離れた位
置となるよう調整される。この場合、ビームエキ
スパンダ３とレーザビーム変倍機構１０との間を
通るレーザビームは平行光とみなせる。第３図ａ
は光路が最も長くなつた場合で、このときレーザ
ビームは直径Ｄaの寸法で変倍機構に入射する。
第３図ｂは光路長が最も短かくなつた場合で、直
径Ｄbで変倍機構に入射する。入射ビームの径が
十分大きい場合Da＝Dbとなるため、変倍機構か
ら出たレーザビームは第３図ａ，ｂともほぼ同じ
姿態で対物レンズ７に入射し、試料面でのビーム
スポツト径の変化は無視しうる程度になる。
次に本発明のレーザ走査装置について、図面を
参照して説明する。第４図は本発明の一実施例の
構成を示す概略図である。図において、１０はレ
ーザビーム変倍機構部で、反射鏡５と反射鏡６の
中間にＹテーブル９に固定されている。このよう
な構成において、レーザ装置１から出たレーザビ
ームは反射鏡２を経てビームエキスパンダ３に入
り、拡大された後反射鏡４を経て反射鏡５に到
る。（反射鏡２、ビームエキスパンダ３および反
射鏡４からなるブロツクを中間光学系と称してい
る。） 反射鏡５を通過したレーザビームは変倍機構１
０によりビーム径を変えられ反射鏡６を経て対物
レンズ７に到る。対物レンズ７はレーザビームを
集束し、図示しない試料面を照射する。
参照して説明する。第４図は本発明の一実施例の
構成を示す概略図である。図において、１０はレ
ーザビーム変倍機構部で、反射鏡５と反射鏡６の
中間にＹテーブル９に固定されている。このよう
な構成において、レーザ装置１から出たレーザビ
ームは反射鏡２を経てビームエキスパンダ３に入
り、拡大された後反射鏡４を経て反射鏡５に到
る。（反射鏡２、ビームエキスパンダ３および反
射鏡４からなるブロツクを中間光学系と称してい
る。） 反射鏡５を通過したレーザビームは変倍機構１
０によりビーム径を変えられ反射鏡６を経て対物
レンズ７に到る。対物レンズ７はレーザビームを
集束し、図示しない試料面を照射する。
このとき試料面での照射スポツト径は第３図で
説明したように、Ｘテーブル８及びＹテーブル９
の移動によつても変化することはない。
説明したように、Ｘテーブル８及びＹテーブル９
の移動によつても変化することはない。
このように本発明のレーザ走査装置によれば、
XYテーブルの移動を行なつても集光照射される
レーザのスポツト径は変るこがとなく、走査範囲
全域にわたつて均一なスポツトで照射を行なうこ
とができる。
XYテーブルの移動を行なつても集光照射される
レーザのスポツト径は変るこがとなく、走査範囲
全域にわたつて均一なスポツトで照射を行なうこ
とができる。
本実施例では反射鏡５と６の中間にレーザビー
ム変倍機構を配置したが、対物レンズと変倍機構
の距離がXYテーブルの移動によつても不変であ
る場所ならどのような位置に変倍機構を設置して
も、本発明の効果があることはいうまでもない。
以上の説明によつて明らかなように、本発明によ
れば、広い範囲にわたつて均一なスポツト径でレ
ーザビームの照射を行なうことができる。また、
この変倍機構のレンズ間距離を変化させることに
より集光スポツト径を変えることもできる他、レ
ンズ構成を変えることによつてもスポツト径を変
えることができる。
ム変倍機構を配置したが、対物レンズと変倍機構
の距離がXYテーブルの移動によつても不変であ
る場所ならどのような位置に変倍機構を設置して
も、本発明の効果があることはいうまでもない。
以上の説明によつて明らかなように、本発明によ
れば、広い範囲にわたつて均一なスポツト径でレ
ーザビームの照射を行なうことができる。また、
この変倍機構のレンズ間距離を変化させることに
より集光スポツト径を変えることもできる他、レ
ンズ構成を変えることによつてもスポツト径を変
えることができる。
第１図は従来のレーザ走査装置の構成を示す
図、第２図ａ，ｂは従来のレーザ走査装置でのレ
ーザビームの伝播の様子を示す図、第３図ａ，ｂ
は本発明によるレーザ走査装置でのレーザビーム
の伝播を示す図、第４図は本発明のレーザ走査装
置の一実施例の構成概略図である。 １……レーザ装置、２，４，５，６……反射
鏡、３……ビームエキスパンダ、７……集光用対
物レンズ、８……Ｘテーブル、９……Ｙテーブ
ル、１０……変倍機構である。
図、第２図ａ，ｂは従来のレーザ走査装置でのレ
ーザビームの伝播の様子を示す図、第３図ａ，ｂ
は本発明によるレーザ走査装置でのレーザビーム
の伝播を示す図、第４図は本発明のレーザ走査装
置の一実施例の構成概略図である。 １……レーザ装置、２，４，５，６……反射
鏡、３……ビームエキスパンダ、７……集光用対
物レンズ、８……Ｘテーブル、９……Ｙテーブ
ル、１０……変倍機構である。
Claims (1)
- １ レーザ装置と、二次元可動のXYテーブル
と、該XYテーブルに搭載され前記レーザ装置か
ら出射されたレーザビームを試料に集光する対物
レンズを含む走査光学系と、前記レーザ装置と前
記走査光学系との間に設置されレーザビームの光
軸調整およびレーザビームの拡大を行なう中間光
学系とを含むレーザ走査装置において、前記中間
光学系によつて平行ビームを形成し、前記走査光
学系に前記対物レンズと一定の距離を保つて配置
されたレーザビーム径の変倍機構を付加したこと
を特徴とするレーザ走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56005497A JPS57118881A (en) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | Laser scanning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56005497A JPS57118881A (en) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | Laser scanning device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118881A JPS57118881A (en) | 1982-07-23 |
| JPS6229152B2 true JPS6229152B2 (ja) | 1987-06-24 |
Family
ID=11612857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56005497A Granted JPS57118881A (en) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | Laser scanning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57118881A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5994596A (ja) * | 1982-11-22 | 1984-05-31 | Toshiba Corp | レ−ザによるヒユ−ズ溶断装置 |
| JPS6037287A (ja) * | 1983-08-09 | 1985-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | ビ−ム移動型レ−ザ加工装置 |
| JPS60240396A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | パルス発振レ−ザ溶接装置 |
| JP2583919B2 (ja) * | 1987-11-11 | 1997-02-19 | 松下電器産業株式会社 | 光走査装置 |
| JP2583920B2 (ja) * | 1987-11-13 | 1997-02-19 | 松下電器産業株式会社 | 光走査装置 |
| DE102010004084B4 (de) * | 2010-01-06 | 2023-08-03 | Gunnar Held | Laserbearbeitungsvorrichtung für groß dimensionierte Bauteile |
| CN102176085B (zh) * | 2011-03-09 | 2013-07-03 | 清华大学 | 使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构 |
-
1981
- 1981-01-16 JP JP56005497A patent/JPS57118881A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57118881A (en) | 1982-07-23 |
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