CN101522357A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

用光滑的曲面来使激光束快速变化成期望的光束形状。一种激光加工装置，使从激光振荡器射出的激光束(2)通过聚焦透镜(3)照射到被加工物(1)的表面上来进行规定加工，包括：使激光束(2)的例如纵向和横向的光束形状变化的微小变形透镜(4、5)、以及为了使激光束(2)的光束形状变化成规定形状而对所述微小变形透镜(4、5)的变形量进行控制的透镜变形量控制装置。所述微小变形透镜(4、5)是利用设置在透镜的外周部上的多个致动器(4b、5b)来使所述微小变形透镜(4、5)变形成规定形状的构造。由于可利用与通常的透镜一样光滑的曲面使激光束快速变化成期望的光束形状，因此即使在被加工物的形状变化时，也能一边维持期望的光束形状一边高精度地进行加工。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置，使从激光振荡器射出的激光束通过将激光束聚焦到被加工物上的聚焦透镜来照射被加工物的表面，进行规定加工。
背景技术
在使用激光束来加工被加工物时，时常根据被加工物使激光束变化成期望的大小和形状。
作为该使激光束的形状变化的具体方法，一般采用的是通过移动例如两片以上的透镜来使光束形状变化的方法。
在上述方法中，需要使透镜移动用的机构，但在高速加工被加工物时等要使激光束快速变化成期望的光束形状的场合，上述这样的透镜移动机构的可应对速度有极限，存在无法使用的问题。
因此，为了解决上述问题，曾提出了一种利用致动器使微小变形镜变形、由此使激光束高速变化成期望的光束形状的激光加工装置(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2006—7257号公报
在专利文献1中，没有表示上述微小变形镜的详细构造的附图，但记载了如下内容：40个左右的作为致动器的电极被涂覆形成的透明膜覆盖，利用致动器产生的电吸引力来使透明膜微小变形。
然而，在上述微小变形镜中，由于变形时镜子表面有成为近似曲面而不是光滑曲面的倾向，因此会发生激光束的强度分布容易出现不均的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，为了使激光束变化成期望的大小和形状，若是利用移动机构来移动两片以上的透镜的方法，则使激光束快速变化成期望的光束形状时的可应对速度有极限的问题。另外，本发明所要解决的问题还在于利用致动器使微小变形镜变形的方法中激光束的强度分布容易出现不均的问题。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的激光加工装置，是一种为了用光滑的曲面使激光束快速变化成期望的光束形状，使从激光振荡器射出的激光束通过聚焦透镜照射到被加工物的表面上来进行规定加工的激光加工装置，其最主要的特征是，包括：使上述激光束的光束形状变化的微小变形透镜、以及为了使上述激光束的光束形状变化成规定形状而对上述微小变形透镜的变形量进行控制的透镜变形量控制装置，上述微小变形透镜是利用设置在透镜的外周部上的多个致动器使上述微小变形透镜变形成规定形状的构造。
在本发明的激光加工装置中，对上述微小变形透镜的微小变形量的控制是通过控制上述多个致动器的动作位置和/或动作量来进行的。
在本发明的激光加工装置中，设置有对从上述聚焦透镜到被加工物为止的距离进行计测的加工距离计测装置，构成为：根据由该加工距离计测装置计测得到的、从聚焦透镜到被加工物为止的距离，对包括第一微小变形透镜和第二微小变形透镜这两个微小变形透镜的上述微小变形透镜的上述第一微小变形透镜和第二微小变形透镜的变形量进行控制，由此一边维持被第一微小变形透镜和/或第二微小变形透镜变化成规定光束形状的激光束的形状一边对焦点位置进行修正，上述第一微小变形透镜使激光束的一个方向的光束形状变化，上述第二微小变形透镜使激光束的另一个方向的光束形状变化，此时，可高精度地追踪因聚焦透镜与被加工物间的距离的变化而产生的焦点位置的变化。
发明效果
在本发明中，微小变形透镜的变形时的透镜曲面是与通常的透镜一样光滑的曲面，因此，可减少激光束的强度分布的不均，因此，被加工物的加工不均减少，可实现精度高的加工。
另外，由于可使激光束快速地变化成期望的光束形状，因此也可应对高速加工被加工物的情况。
附图说明
图1是表示本发明的激光加工装置的一例的基本结构图。
图2是变形光束形状时的基本结构图，(a)是主视图，(b)是侧视图。
图3是变形光束形状时的应用结构图，(a)是主视图，(b)是侧视图。
图4是说明加工时的焦点位置的图，(a)是通常的焦点位置的说明图，(b)是光束形状变形后的焦点位置的说明图，(c)是实际加工时的焦点位置的说明图。
图5(a)、(b)是表示本发明的激光加工装置的另一例的概略基本结构图。
图6(a)是表示本发明的激光加工装置的又一例的概略基本结构图，(b)～(d)是表示在(a)的各位置上的激光束的波形的图。
(符号说明)
1 被加工物
2 激光束
3 聚焦透镜
4、5 微小变形透镜
4b、5b 致动器
6 透镜变形量控制装置
7 加工距离计测装置
具体实施方式’
本发明通过下面的结构实现了用光滑的曲面使激光束快速变化成期望的光束形状的目的。
即，本发明通过对设置在透镜的外周部上的多个致动器的动作位置和/或动作量进行控制，使改变激光束的光束形状的微小变形透镜变形成规定形状。
实施例
下面，参照图1～图6来详细说明用于实施本发明的最佳实施方式和各种实施方式。
图1是表示本发明的激光加工装置的一例的基本结构图，图2是变形光束形状时的基本结构图，图3是变形光束形状时的应用结构图，图4是说明加工时的焦点位置的图，图5和图6是表示本发明的激光加工装置的另一例的概略基本结构图。
图1是表示去除在基板等被加工物1的表面上形成的金属层时的本发明的激光加工装置的一例。
在该图1中，符号2是例如从YAG激光振荡器(下面简称为激光振荡器)射出的激光束，具有适合去除金属层的波长或强度。从该激光振荡器射出的激光束2通过聚焦透镜3照射到被加工物1的表面上，将上述金属层去除。
本发明是在这样的激光加工装置中，在激光振荡器与聚焦透镜3之间的激光束2的光路途中配置了例如使X(横)方向和Y(纵)方向的光束形状变化的两片微小变形透镜4、5。另外，这两片微小变形透镜4、5的变形量由透镜变形量控制装置6进行控制。
如图2和图3所示，上述微小变形透镜4、5的结构是在例如市售的透镜(bk7、石英玻璃等)4a、5a的外周部以规定间隔(例如相等间隔)配置了多个致动器(压电元件等)4b、5b。
另外，透镜变形量控制装置6根据进行变形的光束形状来判断使哪个致动器4b、5b以怎样的动作量进行动作，从而使透镜4a、5a变形成期望的形状，使光束形状变化。
这种情况下，如图2所示，通过配置至少两个致动器4b、5b，可使透镜4a、5a微小变形。另外，如图3所示，若以围绕透镜4a、5a的外周部的形态配置致动器4b、5b，则无论是朝哪个方向，均可使透镜4a、5a高速地微小变形。
采用上述微小变形透镜4、5时，与通常的使透镜以机械方式动作的场合相比，能使透镜4a、5a高速地变形成期望的形状。另外，由于利用围绕透镜4a、5a的外周部的致动器4b、5b来使透镜4a、5a的形状变形，因此，与从镜子的背后用致动器变形的方法相比，变形后的透镜曲面成为光滑状态。此外，与通常的透镜一样，可利用透射光，因此，可在激光加工中进行激光加工状况的观察等。
然而，在用使形状变形后的激光束2加工被加工物1的场合，当被加工物1表面像图1那样呈凹凸状时，焦点位置会发生偏离。不过，在本发明的激光加工装置中，通过使图1所示的两片微小变形透镜4、5相互变形，可应对这种焦点位置的变化。
即，相对于图4(a)所示的横截面呈正圆形的激光束2的焦点位置，例如在图4(b)所示的横截面呈纵长的楕圆形的激光束2时，焦点位置如虚线所示地变短。
因此，可在利用上面(图1中是Y方向)的微小变形透镜4维持例如像图4(b)那样变形的光束形状的变化状态的状态下，像图4(c)那样使聚焦透镜3移动，高速地仅对焦点位置进行修正。这样一来，即使在高速加工被加工物1时，也能追踪焦点位置的变化。
在追踪该焦点位置的变化时，利用设置在例如X方向的微小变形透镜5的背面侧的加工距离计测装置(观察用CCD照相机)7来计测从聚焦透镜3到被加工物1为止的距离。可根据该计测得到的距离来控制上述微小变形透镜4、5的变形量，一边维持变化后的激光束2的形状一边修正焦点位置。
另外，如图5所示，在斜着照射激光束2来加工被加工物1时，焦点位置根据聚焦透镜3与被加工物1间的距离和照射角度进行变化。因此，基于激光束2从聚焦透镜3直线到达被加工物1，来控制各微小变形透镜4、5的变形量。即，根据激光束2的照射角度以及激光束2从设置在X方向的微小变形透镜5与聚焦透镜3之间的电镜8a、8b到达聚焦透镜3的位置，由被加工物1的距离来计算焦点距离的修正量，对上述各变形量进行控制。由此，即使是斜着照射的激光加工，也能实现高精度的加工。
另外，图5(a)是基于来自一边掌握朝被加工物1的激光照射位置一边观察是否为规定光束形状的上述加工距离计测装置7的输入信号，从透镜变形量控制装置6朝X、Y方向的微小变形透镜4、5发送输出信号，对激光照射位置、光束形状进行控制的例子。
另外，图5(b)是在Y方向的微小变形透镜4的背面侧进一步追加了检查用的CCD照相机9的例子。在追加了检查用的CCD照相机9的场合，在仅对例如被加工物1的规定金属材质进行加工时，通过检测激光加工时金属材料固有的火焰颜色，可检测出是否仅有应加工的金属材质在被加工。因此，在火焰颜色不是规定颜色时，可考虑是加工位置的偏离，因此，与上面一样，从透镜变形量控制装置6朝X、Y方向的微小变形透镜4、5发送输出信号，对激光束2的照射位置进行修正。
作为使激光束透过微小变形透镜时的实施例，除了可用上述加工距离计测装置(观察用CCD照相机)7直接观察加工状况之外，还可像图6(a)所示的X方向微小变形透镜5那样，组合透射光(虚线)和反射光(实线)。但是，在对X方向的微小变形透镜5使用透射光时，将无法改变X方向的光束形状，仅Y方向的微小变形透镜4使光束形状变化。图6(b)表示了用Y方向的微小变形透镜4反射前的激光束2的波形，图6(c)表示了透过X方向的微小变形透镜5前的激光束2的波形，图6(d)表示透过聚焦透镜3后的激光束2的波形。
本发明并不局限于上述的例子，当然也可在各权利要求所记载的技术思想的范畴内适当地变更实施方式。
在例如上述的例子中，对致动器的动作位置和动作量一起进行控制，但只要能变化成规定的形状，也可仅对其中的任一个进行控制。另外，在电子回路中的IC芯片朝基板的接合等仅在有限区域内进行的加工等中，也可应用于设置一片微小变形透镜而仅使激光束的一个方向的光束形状变化的激光加工。
另外，本发明的装置结构并不局限于图1、5所示的结构，但在例如图5(b)所示的例子中，若在Y方向的微小变形透镜4的背面侧设置加工距离计测装置7，则由于是用后段的X方向微小变形透镜5来使光束变形的，因此将无法检测出光束形状。
工业上的可利用性
本发明可应用于需要对被加工物照射激光束的、薄膜去除、微细加工等任何激光加工。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，使从激光振荡器射出的激光束通过聚焦透镜照射到被加工物的表面上来进行规定加工，其特征在于，包括：
微小变形透镜，该微小变形透镜使所述激光束的光束形状变化；以及
透镜变形量控制装置，该透镜变形量控制装置为了使所述激光束的光束形状变化成规定形状而对所述微小变形透镜的变形量进行控制，
所述微小变形透镜是利用设置在透镜的外周部的多个致动器使所述微小变形透镜变形成规定形状的构造。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，对所述微小变形透镜的微小变形量的控制是通过控制所述多个致动器的动作位置和/或动作量来进行的。
3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，所述微小变形透镜包括两个微小变形透镜，所述两个微小变形透镜是使激光束的一个方向的光束形状变化的第一微小变形透镜以及使其他方向的光束形状变化的第二微小变形透镜。
4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，
设置有加工距离计测装置，该加工距离计测装置对从所述聚焦透镜到被加工物为止的距离进行计测，
构成为：根据由所述加工距离计测装置计测得到的、从聚焦透镜到被加工物为止的距离，对所述第一微小变形透镜和第二微小变形透镜的变形量进行控制，由此一边维持被所述第一微小变形透镜和/或所述第二微小变形透镜变化成规定光束形状的激光束的形状，一边对焦点位置进行修正。
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