JP2000343254A - レーザーラインパターンニング方法 - Google Patents

レーザーラインパターンニング方法

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JP2000343254A
JP2000343254A JP11155102A JP15510299A JP2000343254A JP 2000343254 A JP2000343254 A JP 2000343254A JP 11155102 A JP11155102 A JP 11155102A JP 15510299 A JP15510299 A JP 15510299A JP 2000343254 A JP2000343254 A JP 2000343254A
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laser
lens
light
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＤバーアレイから出射されるライン状のレ
ーザー光によって均質にライン加工するラインパターン
ニング方法を提供する。 【解決手段】 ＬＤバーアレイ２を定格連続電流の数倍
以上のパルス電流によって発光させ、ライン状に出射さ
れるレーザー光をシリンドリカルレンズ８によって集光
して被加工物である平板２０にライン状集光スポット１
０として照射する。平板２０をライン方向に移動させる
と、ライン状集光スポット１０の幅に均質なラインパタ
ーンニングがなされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ライン状に集光さ
せたレーザー光により被加工物をライン切断やラインス
クライビング等に加工するもので、特に、太陽電池やＰ
ＤＰ、半導体ウエハに均質な加工幅にライン加工するの
に適したレーザーラインパターンニング方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池やＰＤＰ（プラズマディスプレ
イパネル）、半導体ウエハ等では、ライン状の切断や溝
形成にレーザー加工が用いられる。このレーザー加工に
は、図１２に示すように、レーザー発生源５０から出射
された円形断面のレーザー光をビームエキスパンダ５１
によって拡大し、長方形開口部を形成したマスク５２に
よって矩形断面のレーザー光を得て、これを集光レンズ
５３によって集光した矩形集光スポットで被加工物５４
を照射し、被加工物５４を移動させることによりライン
状の加工がなされている。また、ワイヤ等の切断には、
円形断面のレーザー光を集光して、この集光スポットに
よってワイヤの直径方向の移動によりワイヤ切断がなさ
れている。
【０００３】矩形断面のレーザー光を前記マスク５２を
用いることなく得る手段として、複数のレーザーダイオ
ードを直線上に並列配置したＬＤアレイから出射される
複数のレーザー光を集光してライン状の集光スポットを
得て、バーコードを形成するのに用いられるものが知ら
れており（特願平８−３１５９７９号公報）、図１３に
示すように、ＬＤアレイ６０から出射されるレーザー光
を３種のシリンドリカルレンズ６１、６２、６３によっ
て集光し、バーコードパターンの加工に必要なライン状
スポットを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】円形断面のレーザー光
は、中心部にエネルギー密度が集中しているシングルモ
ードか、複数のピーク強度部分が存在するマルチモード
であるため、均質なエネルギー密度を得るには、レーザ
ー光をビームエキスパンドしてマスクによって多くの光
をカットするか、複雑な均質化光学系を構成する必要が
あった。また、ライン加工するために、レーザー光を連
続光やロングパルス光として照射すると、被加工物に熱
的影響が発生して熱変形やダレ、ひけ等が生じ、レーザ
ー加工の加工品質が低下するため、Ｑスイッチを用いて
パルス幅を数μ秒以下にする必要があるが、ショット毎
のピークパワーが変動して形成するパターンの深さや幅
が一定に形成されない問題点があった。また、円形断面
のレーザー光によるワイヤ切断では切断面を平面カット
することが困難で、エアジェットの併用によって平面カ
ットを得ようとしても、エアジェットにより飛散した溶
融物が付着したり、急激な温度低下によるこびりつきが
生じる等の問題点があった。
【０００５】また、図１３に示したようなＬＤアレイ６
０を用いたライン状スポットの形成では、三次元的な調
整が必要であり、エネルギー密度を均質化させるための
調整が困難であった。また、１つのＬＤアレイ６０の発
光パワーでは金属加工においてエネルギー不足となる可
能性が高い課題があった。
【０００６】本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて創
案されたもので、レーザー光照射によりライン状のパタ
ーンを正確に且つ効率的に加工することができ、金属加
工にも適用できる高エネルギーを得ることも可能にした
レーザーラインパターンニング方法を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願の第１発明に係るレーザーラインパターンニング
方法は、複数のレーザーダイオードを直線上に列設して
なるＬＤバーアレイを放熱構造に形成されたＬＤ電極に
取り付けてライン状にレーザー光を出射させ、このファ
ーストアクシス光を集光レンズによって集光して所定の
集光位置にアスペクト比が１０倍以上のライン状集光ス
ポットを形成し、ライン状スポット及び又は前記集光位
置に配置された被加工物のライン方向への移動により前
記被加工物の表面にライン状のパターンを形成すること
を特徴とするもので、ＬＤバーアレイからのレーザー光
を集光したライン状集光スポットのライン方向への走査
によってラインパターンニングするので、各ＬＤチップ
の発光強度のばらつきが均質化されると同時に、重ね打
ちにより均質な加工深さにライン加工される。
【０００８】上記構成において、集光レンズは電極に直
接マウントすることにより、放熱構造に形成された電極
への熱の伝導により放熱性を向上させることができる。
【０００９】また、本願の第２発明に係るレーザーライ
ンパターンニング方法は、複数のレーザーダイオードを
直線上に列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出
射されるファーストアクシス光をラインコリメートレン
ズによってコリメートし、このコリメートされたレーザ
ー光をライン集光レンズによって集光して所定の集光位
置にライン状集光スポットを形成し、ライン状集光スポ
ット及び又は前記集光位置に配置された被加工物のライ
ン方向への移動により前記被加工物の表面にライン状の
パターンを形成することを特徴とするもので、ＬＤバー
アレイから出射されたレーザー光をコリメートした後、
ライン集光レンズにより集光するので、ライン集光レン
ズの回折限界までの細いライン状集光スポットに形成す
ることができ、微細なライン加工に好適となる。
【００１０】上記構成において、ファーストアクシス光
の発光幅ｄ１（μｍ）と、ラインコリメートレンズの焦
点距離ｆ１（ｍｍ）と、ライン集光レンズの焦点距離ｆ
２（ｍｍ）と、集光位置のライン状スポットの幅ｄ２
（ｍｍ）及び長さＬ２（ｍｍ）との間に、ｄ２＝ｆ２／
ｆ１×ｄ１及びＬ２≧１０×ｄ２の関係が成立するよう
に構成することにより、所要幅のラインパターンニング
を行うことができる。
【００１１】また、ラインコリメートレンズとライン集
光レンズとの間に所定幅のスリットを配して構成するこ
とにより、ライン状集光スポットの輪郭が明確となり、
シャープなラインパターンニングを行うことができる。
【００１２】また、ラインコリメートレンズとライン集
光レンズとの間にライン状にビームウェストを形成し、
このビームウェスト部位に所定幅のスリットを配して構
成することにより、レーザー光のロスを少なくして輪郭
の明確なライン状集光スポットを形成することができ
る。
【００１３】また、本願の第３発明に係るレーザーライ
ンパターンニング方法は、複数のレーザーダイオードを
直線上に列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出
射されるファーストアクシス光をラインコリメートレン
ズによってコリメートし、扇形カライドレンズによって
ライン状レーザー光をその長さ方向に集光し、この扇形
カライドレンズからの出射光をライン集光レンズによっ
て集光して、所定の集光位置にライン状集光スポットを
形成し、ライン状集光スポット及び又は前記集光位置に
配置された被加工物のライン方向への移動により前記被
加工物の表面にライン状のパターンを形成することを特
徴とするもので、扇形カライドによりライン状集光スポ
ットの長さ方向の強度分布密度が均質化されると同時に
集光密度が増加するので、分子間結合の強い被加工物に
対するラインパターンニングも可能となる。また、ライ
ン状集光スポットの長さ方向の端の輪郭が明確になるの
で、ミシン目状にラインパターンニングする場合にも利
用できる。
【００１４】上記構成において、ラインコリメートレン
ズと扇形カライドレンズとの間に、その曲率を選択した
シリンドリカルレンズを位置変化可能に配設して構成す
ることにより、シリンドリカルレンズの曲率やその位置
の変化によりライン状集光スポットの強度分布密度の均
質化を図ることができる。
【００１５】また、ラインコリメートレンズ及びライン
集光レンズは、焦点収差が発生しないように形成された
非球面レンズもしくは焦点収差が発生しないように屈折
率分布を調整した円形又は半円形断面のファイバーレン
ズで構成することにより、ライン状集光スポットの輪郭
を明確にすることができる。
【００１６】また、本願の第４発明に係るレーザーライ
ンパターンニング方法は、複数のレーザーダイオードを
直線上に列設してなるＬＤバーアレイを複数個積み重
ね、各ＬＤバーアレイから出射されるファーストアクシ
ス光をそれぞれラインコリメートレンズによってコリメ
ートし、複数のコリメートされたレーザー光をライン集
光レンズによって集光して、所定の集光位置で所定幅と
所定長さのライン状集光スポットを形成し、ライン状集
光スポット及び又は前記集光位置に配置された被加工物
をライン方向に移動させ、前記被加工物の表面にライン
状のパターンを形成することを特徴とするもので、複数
のＬＤバーアレイからのレーザー光を集光するので、照
射強度が大きいレーザー光を得ることも、ライン状集光
スポットの幅を広く得ることもできる。
【００１７】上記構成において、複数のラインコリメー
トレンズが、円形断面の直径方向両側を平面カットする
Ｈカットに形成されてなり、Ｈカットの高さ調整もしく
はラインコリメートレンズ間に薄板状に形成された薄板
レンズを挟んでライン状集光スポットの幅方向の強度分
布を均一に調整するように構成することにより、各ＬＤ
バーアレイから出射されるレーザー光の集光を調整する
ことができる。
【００１８】また、ライン集光レンズは、焦点収差の大
きなファイバーレンズもしくは屈折率分布が異なる二重
コアで形成したファイバーレンズで形成することによ
り、ライン状集光スポットの強度分布密度を均質化する
ことができる。
【００１９】また、ライン集光レンズが、屈折率分布を
中心から外側に連続的に変化させたファイバーレンズで
形成することによっても、ライン状集光スポットの強度
分布密度を均質化することができる。
【００２０】また、複数のＬＤバーアレイから出射され
た複数のレーザー光がライン状集光スポットの幅方向に
並列して台形状の強度分布となるように、各ラインコリ
メートレンズの位置を調整することにより、ライン状集
光スポットの幅を広くすることができ、幅の広いライン
パターンニングに好適となる。
【００２１】また、複数のＬＤバーアレイから出射され
た複数のレーザー光がライン状集光スポットの幅方向の
１ライン上に重なるように、各ラインコリメートレンズ
の位置を調整することにより、ライン状集光スポットの
強度が増強され、大きな加工強度を得ることができる。
【００２２】また、本願の第５発明に係るレーザーライ
ンパターンニング方法は、複数のレーザーダイオードを
直線上に列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出
射されるファーストアクシス光をラインコリメートレン
ズによってコリメートし、このコリメートされたレーザ
ー光を、入射端面に発振波長を全反射するコーティング
が施されたレーザー媒質と、このレーザー媒質の出射端
面側に発振波長を部分透過させるコーティングが施され
た凹面シリンドリカルレンズとからなる共振器に、前記
入射端面から入射させることによりレーザー発振させ、
励起されたレーザー光を集光レンズによって集光して、
所定の集光位置にライン状集光スポットを形成し、ライ
ン状集光スポット及び／又は前記集光位置に配置された
被加工物のライン方向への移動により前記被加工物の表
面にライン状のパターンを形成することを特徴とするも
ので、レーザー媒質と凹面シリンドリカルレンズとによ
りライン状レーザー光の平面的な共振器が構成され、ラ
イン方向の減衰が少なく効率のよい発振により高強度の
レーザー出力が得られ、高強度のレーザー光によるライ
ンパターンニングを行うことができる。
【００２３】上記構成において、レーザー媒質と凹面シ
リンドリカルレンズとの間にＱスイッチ素子を配設して
構成することにより、高ピーク高出力のレーザー出力が
得られるので、被加工物の切断の用に好適である。
【００２４】また、本願の第６発明に係るレーザーライ
ンパターンニング方法は、複数のレーザーダイオードを
直線上に列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出
射されるファーストアクシス光をラインコリメートレン
ズによってコリメートし、このコリメートされたレーザ
ー光を、入射端面に発振波長を全反射するコーティング
が施されたレーザー媒質と、このレーザー媒質の出射端
面側に発振波長を部分透過させるコーティングが施され
た凹面レンズとからなる共振器に、前記入射端面から入
射させてレーザー発振させると共に、レーザー媒質と凹
面レンズとの間に受動Ｑスイッチ素子を配してバースト
発振させ、このレーザー光を集光レンズによって集光し
て所定の集光位置にライン状集光スポットを形成し、ラ
イン状集光スポット及び又は前記集光位置に配置された
被加工物のライン方向への移動により前記被加工物の表
面にライン状のパターンを形成することを特徴とするも
ので、受動Ｑスイッチ素子により極短パルスのバースト
発振が得られるので、より熱影響の少ないラインパター
ンニングを行うことができる。
【００２５】上記構成において、レーザー発振の経路中
に発振波長に対応するコーティングを施した非線形結晶
を配設して構成することにより、この非線形結晶及びそ
のコーティングの選択によって被加工物の吸収波長に対
応する発振波長を生成する高調波が得られるので、被加
工物の材質に適合するレーザー光の波長を選択使用する
ことができる。
【００２６】また、受動Ｑスイッチ素子は、Ｃｒ4+：Ｙ
ＡＧの平行平板として構成することができ、発振波長の
レーザー光を８０％以上透過するので、効率のよいバー
スト発振が得られる。
【００２７】上記各構成は、被加工物を抵抗器又はコン
デンサとして、これらの抵抗値又は容量値を計測に基づ
いてレーザー光の照射を制御することにより、抵抗器又
はコンデンサをトリミングすることができる。
【００２８】また、光路中に配設した偏向ビームスプリ
ッタと、この偏向ビームスプリッタで分離された被加工
物からの戻り光を検出する受光素子とを設けて構成する
ことにより、戻り光をカットすることができ、また、戻
り光の検出により、そのレベルからラインパターンニン
グ状況を確認することができる。
【００２９】また、受光素子に検出される戻り光のレベ
ルに応じて被加工物に対するレーザー光の集光を調節す
ることにより、ラインパターンニングを一定の加工状態
に調整することができる。
【００３０】また、ＬＤバーアレイをその定格連続電流
の２倍以上の電流を１０μ秒以下数ｎ秒以上のパルス電
流で駆動して単パルス発光させることにより、ＬＤバー
アレイを破壊耐力を越える電力で駆動することができ、
強いレーザー出力を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３２】図１は、第１の実施形態に係るラインパタ
ーンニング方法の構成を示すもので、膜厚が数千Å程度
のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜が形
成された平板にレーザー照射し、ライン状に所要深さの
溝を形成して所要幅のライン状にＩＴＯ膜を切除するこ
とができるように構成されたものである。
【００３３】図１において、第１の実施形態に係るライ
ンパターニング装置は、レーザー光照射部１と、被加工
物である平板２０をライン形成方向に定速移動させる移
動手段（図示せず）とを備えて構成されている。レーザ
ー光照射部１は、ＬＤバーアレイ２を上下一対のＬＤ電
極５、５で挟み込み、このＬＤ電極５、５に接続された
パルス発生制御器４から供給されるパルス電流によりＬ
Ｄバーアレイ２を発光させる。ＬＤバーアレイ２は、１
〜２μｍ×１００μｍの発光面から平均出力０．５〜５
Ｗ、波長６００〜９５０ｎｍのレーザー光を発振するレ
ーザーダイオードチップを直線上に１０〜１００個並列
配置したもので、ＬＤバーアレイ２として平均出力１０
０Ｗ、幅方向（図示ｚ方向）に１〜２μｍ、長さ方向
（図示ｘ方向）に０．１〜１０ｍｍの発光面を形成する
ことができるように構成されたものである。
【００３４】ＬＤバーアレイ２の発光面側にはシリンド
リカルレンズ（集光レンズ）８が配設され、ＬＤバーア
レイ２から出射されたファーストアクシスのレーザー光
を集光する。このシリンドリカルレンズ８の平面部は、
ＬＤバーアレイ２の発光面と面一に形成されたＬＤ電極
５、５の凹部に嵌合する凸部が形成され、発光面及びＬ
Ｄ電極５、５に密着するように取り付けられている。Ｌ
Ｄ電極５、５は、熱容量が大きく放熱性に優れた状態に
してレーザー照射部１の筐体内に配置されているので、
ＬＤバーアレイ２及びシリンドリカルレンズ８の熱は、
ＬＤ電極５、５に伝導して効率よく放熱される。
【００３５】パルス発生制御器４は、所定の周波数にお
いて、図２に示すように、ＬＤバーアレイ２の定格連続
電流Ｉ１の８倍の電流Ｉ２を２００ｎｓのパルス電流と
してＬＤバーアレイ２に供給し、ＬＤバーアレイ２を平
均出力の１０倍に相当する１ＫＷで単発光させる。ＬＤ
バーアレイ２には過電流が供給されることになるが、短
パルス電流であるためＬＤバーアレイ２の破壊耐力を大
きくすることができる。過電流による破壊耐力（許容最
大ピーク出力）は、図３に示すように、パルス幅が小さ
いほど熱的影響が少なくなるため増加し、１マイクロ秒
以下では、１／１０に短パルス化することにより、許容
最大ピーク出力が２〜３倍になる。この特性を利用する
ことにより、定格の数１０倍のピークパワーで長時間安
定して動作させることができる。
【００３６】上記構成により、ＬＤバーアレイ２から出
射されたファーストアクシスのレーザー光はシリンドリ
カルレンズ８によって集光され、平板２０の表面上での
ライン状集光スポット１０の幅ｄが得られるようにする
と、平板２０にはＬＤバーアレイ２のｘ軸方向の長さ
Ｌ、ｚ軸方向の幅ｄのライン状集光スポット１０でレー
ザー光が照射され、平板２０を図示しない移動手段によ
りｘ軸方向に移動させると、平板２０には幅ｄでライン
パターンを加工することができる。尚、ラインパターン
の加工は平板２０側を固定して、レーザー照射部１をｘ
軸方向に移動させる、もしくは、両者をｘ軸方向に相対
移動させることによっても、同様にラインパターンを加
工できることは言うまでもない。
【００３７】図４は、第２の実施形態に係るレーザーラ
インパターンニング方法の構成を示すもので、ライン状
集光スポット１０の幅方向の集光性とシャープネスの向
上を図ったものである。尚、ＬＤバーアレイ２は、図１
に示した構成と同様に一対のＬＤ電極５、５によって挟
まれた状態にして、電力供給と放熱とが得られるように
構成されているが、図示は省略している。
【００３８】図４において、ＬＤバーアレイ２から出射
されたファーストアクシス光をラインコリメートレンズ
３によってコリメートし、ライン集光レンズ６によって
平板２０上に集光することによって、平板２０上に幅ｄ
２、長さＬ２のライン状集光スポット１０でレーザー光
が照射され、平板２０を図示ｘ軸方向に移動させること
によって平板２０にラインパターンを加工することがで
きる。この構成では、ラインコリメートレンズ３によっ
てコリメートされたレーザー光をライン集光レンズ６に
よって集光するので、ライン状集光スポット１０の幅ｄ
２はライン集光レンズ６の回折限界まで細く集光するこ
とが可能である。各構成要素の設定は、ＬＤバーアレイ
２の発光幅ｄ１＝２μｍのとき、ラインコリメートレン
ズ３の焦点距離ｆ１＝２ｍｍ、ライン集光レンズ６の焦
点距離ｆ２＝１０ｍｍとすると、ライン状集光スポット
１０の幅ｄ２は、ｄ２＝ｆ２／ｆ１×ｄ１として計算で
き、ｄ２＝１０／２×２＝１０μｍとなる。また、ライ
ン状集光スポット１０の長さＬ２は、ＬＤバーアレイ２
の発光長さに決定されるので、Ｌ２≧１０×ｄ１となる
ように発光長さのＬＤバーアレイ２を選択する。
【００３９】また、図示するように、ラインコリメート
レンズ３とライン集光レンズ６との間の光路中に、ｘ軸
方向に伸びる所定幅のスリット７ａを有するスリット板
７を配設することにより、ライン状集光スポット１０の
輪郭をシャープにすることができ、ラインパターン加工
の加工精度を向上させることができる。
【００４０】また、図５に示すように、ラインコリメー
トレンズ３に代えて焦点距離の短い短焦点ファイバーレ
ンズ９を配設し、ＬＤバーアレイ２から出射されたファ
ーストアクシス光をライン集光して空間に結像させ、こ
のビームウェスト部分にｘ軸方向のスリット７ａを有す
るスリット板７を配置することによってライン状集光ス
ポット１０の輪郭をシャープにすることができ、図４に
示した構成におけるスリット７ａによるレーザー光の損
失を少なくすることができる。
【００４１】図６は、第３の実施形態に係るレーザーラ
インパターンニング方法の構成を示すもので、ライン状
集光スポット１１のエネルギー密度を向上させると共
に、強度分布密度の均質化の向上を図ったものである。
尚、ＬＤバーアレイ２は、図１に示した構成と同様に一
対のＬＤ電極５、５によって挟まれた状態にして、電力
供給と放熱とが得られるように構成されているが、図示
は省略している。
【００４２】図６において、ＬＤバーアレイ２から出射
されたファーストアクシス光をラインコリメートレンズ
３によってコリメートし、レーザー光を扇形カライドレ
ンズ１６によってライン方向（図示ｘ軸方向）に集光
し、更にライン集光レンズ６によって幅方向（図示ｚ軸
方向）に集光して、平板２０上にライン状集光スポット
１１にしてレーザー光を照射する。平板２０を図示しな
い移動手段によりｘ軸方向に移動させると、平板２０を
ライン状にレーザー加工することができる。
【００４３】前記扇形カライドレンズ１６は、ＬＤバー
アレイ２から出射されるレーザー光のｘ軸方向の長さよ
り大きな角度のＲ面が形成された入射端面と、この入射
端面を形成するＲ面円弧の中心近傍で平面カットされた
出射端面とを設けて扇形に形成されたもので、ラインコ
リメートレンズ３によってコリメートされて入射端面か
ら入射されたレーザー光のライン方向（ｘ軸方向）に集
光して出射端面から出射する。この扇形カライドレンズ
１６により、レーザー光の強度分布密度は均質化される
と同時に、集光によってエネルギー密度を向上させるこ
とができる。従って、このライン方向に均質化されたラ
イン状集光スポット１１によってライン加工をミシン目
状に形成してもライン方向に均質な加工がなされる。
【００４４】また、ラインコリメートレンズ３と扇形カ
ライドレンズ１６との間の光路上に、図６に仮想線で示
すように、強度分布調整用シリンドリカルレンズ１７を
配設し、この曲率や配設位置の調整によりライン状集光
スポット１１の強度密度分布の均質化をより向上させる
ことができる。
【００４５】また、図６に仮想線で示すように、光路中
に偏向ビームスプリッター１８を配設することにより、
平板２０に照射されたレーザー光が散乱した戻り光をカ
ットして、ＬＤバーアレイ２に戻り光が入射されるのを
防止することができる。この戻り光はパターンニング状
況に応じて変化するので、前記偏向ビームスプリッター
１８により前記戻り光を受光素子１９に導き、この受光
素子１９に検出される戻り光レベルの変化からパターン
ニング状況を確認することもできる。また、受光素子１
９が検出する戻り光レベルが一定になるように、ライン
状集光スポット１１の焦点を調整するオートフォーカス
制御を行うことによって、ラインパターニングを一定の
加工状態に維持することができる。
【００４６】また、ラインコリメートレンズ３及びライ
ン集光レンズ６は、焦点収差が発生しない非球面シリン
ドリカルレンズ、あるいは屈折率分布を調整して焦点収
差が発生しないようにしたファイバーレンズを用いるこ
とにより、平板２０上に照射されるライン状集光スポッ
ト１１の焦点精度を向上させることができる。
【００４７】図７は、第４の実施形態に係るラインパタ
ーンニング方法の構成を示すもので、スタックされた複
数のＬＤバーアレイ２からのレーザー光を集光してライ
ンパターンニングのエネルギー密度を増強し、あるいは
幅の広いラインパターンニングを行い得るようにしたも
のである。
【００４８】図７において、レーザー光発生部２１は複
数のＬＤバーアレイ２をスタックして構成され、各ＬＤ
バーアレイ２の発光面側にはそれぞれＨカットラインコ
リメートレンズ２２を配設して、ＬＤバーアレイ２から
出射されるファーストアクシスのレーザー光をそれぞれ
にコリメートする。各Ｈカットラインコリメートレンズ
２２によりコリメートされた各レーザー光は、ライン集
光レンズ２３によって集光され、平板２０上に図示する
ような強度分布密度のライン状集光スポット１２として
照射される。図７（ａ）に示すように、各ＬＤバーアレ
イ２からのレーザー光は、平板２０上において、それぞ
れの強度分布のすそ野が重なり合うようにして、ｚ軸方
向に台形の強度分布密度を形成したライン集光スポット
１２により、幅の広いラインパターンニングを可能とし
ている。
【００４９】また、各ＬＤバーアレイ２からのレーザー
光を同一位置に重ね合わせることにより、強いエネルギ
ー密度による加工強度の高いレーザー光照射を行うよう
にすることもできる。
【００５０】各ＬＤバーアレイ２それぞれから出射され
るレーザー光の平板２０上の照射位置は、各Ｈカットラ
インコリメートレンズ２２の位置調整によって行うこと
ができる。Ｈカットラインコリメートレンズ２２は、ロ
ッドレンズを直径方向の両側を平行に平面カットして形
成されたもので、その平面カット量により厚さが変化す
るので、厚さの変更あるいは、図７（ｃ）に示すよう
に、レンズ間に厚さの異なるシム（薄板レンズ）２４を
挟むことによって位置調整することができる。
【００５１】上記構成において、ライン集光レンズ２３
は、収差の大きいファイバーレンズもしくは屈折率分布
が異なる二重コアからなるファイバーレンズを用いるこ
とにより、ライン状集光スポット１２におけるガウシア
ン分布のレーザー光をフラットハットの強度分布密度に
強度分布補償することもできる。また、ライン集光レン
ズ２３に屈折率分布型ファイバーレンズを用いてライン
状集光スポット１２の強度分布密度がフラットハットに
なるように強度分布補償することもできる。
【００５２】図８は、第５の実施形態に係るラインパタ
ーンニング方法の構成を示すもので、ＬＤバーアレイ２
から出射されるレーザー光を励起光としてＬＤ励起固体
レーザーを構成したものである。
【００５３】図８において、レーザー媒質２５は、Ｎ
ｄ：ＹＡＧプレートの入射端面と出射端面とを平行カッ
トし、入射端面はＹＡＧ基本波の２倍の発振波長を全反
射するコーティングを施して構成されている。また、凹
面シリンドリカルレンズ２６は、その凹面側にＹＡＧ基
本波を全反射し、２倍の発振波長を全透過するコーティ
ングを施し、出力ミラーとして構成されている。これら
は、ＬＤバーアレイ２の発光面、ラインコリメートレン
ズ３、レーザー媒質２５の入射端面及び出射端面、前記
凹面シリンドリカルレンズ２６の谷線は、それぞれ図示
ｘ軸方向に平行になるように配設され、ＬＤバーアレイ
２から出射されたファーストアクシスのレーザー光をラ
インコリメートレンズ３によってコリメートすると同時
に集光してレーザー媒質２５の入射端面に入射させる
と、ライン光のレーザー発振がなされる。
【００５４】このＬＤ励起の構成では、出力ミラーは凹
面シリンドリカルレンズ２６によりライン方向に平面の
共振器が構成され、ライン方向の発振による減衰は小さ
く、ＬＤバーアレイ２からのライン状のレーザー光はラ
イン状のまま発振するので、効率のよいレーザー励起が
なされる。この発振により励起されたレーザー光を凸レ
ンズ２７によって集光して平板２０上にライン状集光ス
ポット１３として照射されるので、平板２０を図示しな
い移動手段によってｘ軸方向に移動させることにより、
平板２０にはラインパターンニングがなされる。
【００５５】また、図８に示すように、レーザー媒質２
５と凹面シリンドリカルレンズ２６からなる共振器内に
Ｑスイッチ素子２８と、非線形結晶であるＬＢＯ結晶２
９とを配置してＱ発振させることにより、ＹＡＧ基本波
１．０６４μｍの１／２倍波０．５３２μｍの高ピーク
グリーン光発振となり、０．５３２μｍの波長に対して
５０％以上の吸収率を有する銅板にラインマーキングや
ライントリミングするのに好適なものとなる。前記ＬＢ
Ｏ結晶２９は、発振波長に対応するコーティングを施し
て、２倍、３倍、４倍の高調波を生じさせることもで
き、被対象物の材質による吸収波長に対応させて発生さ
せる波長を選択することにより、被加工物の材質に対応
した波長のレーザー光を照射することができる。
【００５６】図９は、第６の実施形態に係るレーザーラ
インパターンニング方法の構成を示すもので、チップ型
抵抗器のトリミングに適用した例を示すものである。
【００５７】図９において、ＬＤバーアレイ２から出射
されたファーストアクシスのレーザー光は、ラインコリ
メートレンズ３によってコリメートされてレーザー媒質
３０にその入射端面から入射される。レーザー媒質３０
は、Ｎｄ：ＹＶＯ４のプレートの両端を平行に端面カッ
トし、入射端面に発振波長を全反射するコーティングを
施して形成され、凹面レンズの凹面側に発振波長を部分
透過するコーティングが施された出力ミラー３２と共に
共振器が構成されている。レーザー媒質３０の入射端面
からレーザー光が入射されることにより共振器はレーザ
ー発振する。
【００５８】この共振器内に図示するように、レーザー
媒質３０のＮｄ：ＹＶＯ４による基本発振波長の９０％
を透過するように、Ｃｒ4+：ＹＡＧの平板の厚さを調整
した受動Ｑスイッチ結晶板３１を配設することにより、
図１０（ａ）に示すように、共振器内に１００ｎｓのパ
ルス幅で入射されたレーザー光は、図１０（ｂ）に示す
ように、数１００ｐｓのパルス幅で数１０ＫＨｚにバー
スト発振する。このバースト発振したレーザー光は出力
ミラー３２から出射されるので、これを凸レンズによっ
て形成された集光レンズ３３によって集光することによ
り、被加工物とした抵抗器３５にライン状集光スポット
１４として照射される。このライン状集光スポット１４
は、バースト発振による極短パルスとなるので、被加工
物に熱的影響を与えることが抑制される。
【００５９】被加工物である抵抗器３５に抵抗値測定器
３６を接続して抵抗値を測定し、測定された抵抗値によ
りＬＤバーアレイ２にパルス電力を供給するパルス発生
制御器４のゲート３４を開閉することにより、抵抗器３
５のトリミングを高品質に且つ安定して行うことができ
る。
【００６０】上記構成になるレーザーラインパターンニ
ング方法は、ワイヤの切断加工に用いることもでき、図
１１に示すように、２組のレーザーラインパターンニン
グ装置３７、３７を直線上に対向配置し、各レーザーラ
インパターンニング装置３７、３７からのレーザー光の
集光点に位置するワイヤ３８を切断することができる。
ワイヤ３８を連続的に所定長さに切断するには、集光点
に所定長さだけワイヤ３８を下降させ、その都度レーザ
ー照射すると、ワイヤ３８はライン状に集光されたレー
ザー光で切断されるので、切断面は平坦に平面カットさ
れる。
【００６１】
【発明の効果】以上の説明の通り本願の第１発明によれ
ば、ＬＤバーアレイから出射されるライン状のレーザー
光を集光して被加工物をラインパターンニングのライン
方向に走査するので、レーザー光のライン方向の強度分
布のばらつきが平均化されると共に重ね打ちとなり、少
ないレーザーパワーによっても均質なラインパターンニ
ングがなされる。
【００６２】また、本願の第２発明によれば、ＬＤバー
アレイから出射されたレーザー光をコリメートし、ライ
ン集光レンズによって集光するので、ライン状集光スポ
ットの幅をライン集光レンズの回折限界まで細く集光す
ることが可能となり、微細なラインパターンニングを行
うことができる。
【００６３】また、本願の第３発明によれば、扇形カラ
イドレンズによりＬＤバーアレイからのライン状のレー
ザー光をライン方向にも集光するので、ライン方向の強
度分布が均質化されると共に強度が増強され、分子間結
合の強い材質の被加工物に対しても好適にラインパター
ンニングを行うことができ、更に、ライン状集光スポッ
トの両端側の輪郭が明確になるので、ミシン目状にライ
ンパターンニングすることも可能となる。
【００６４】また、本願の第４発明によれば、スタック
した複数のＬＤバーアレイからのレーザー光をフラット
ハットの状態に並列させることにより、幅の広いライン
状集光スポットにより幅広のラインパターンニングが可
能であり、スタックした複数のＬＤバーアレイからのレ
ーザー光を１つのラインに集光することにより、強度の
高いレーザー光照射によるラインパターンニングが可能
となる。
【００６５】また、本願の第５発明によれば、ＬＤバー
アレイからのライン状レーザー光をそのライン方向のま
まに発振させて励起するので、効率的なレーザーパワー
を得ることができる。また、Ｑスイッチを併用すること
により高ピーク高出力が得られるので、金属材料をライ
ン状に切断するラインパターンニングを行うことができ
る。また、発振による高調波を利用して被加工物の材質
に適合した波長のレーザー光により、ラインパターンニ
ングする被加工物に対応したレーザー光照射を行うこと
ができる。
【００６６】また、本願の第６発明によれば、ＬＤバー
アレイからのライン状レーザー光をそのライン方向のま
まに発振させて励起すると共に、受動Ｑスイッチ素子に
よりバースト発振がなされるので、バースト発振による
極短パルスのレーザー光照射により熱的影響が抑制さ
れ、熱的影響を受けやすい被加工物に対するラインパタ
ーンニングを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す斜視図である。
【図２】ＬＤバーアレイの供給電流と出力との関係を示
すグラフである。
【図３】ＬＤバーアレイの供給電流パルス幅と破壊耐力
との関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す斜視図である。
【図５】スリット配設の変形例を示す側面図である。
【図６】第３の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は平面
図である。
【図７】第４の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は平面
図、（ｃ）はレンズ間にシムを挟んだ状態を示す図であ
る。
【図８】第５の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す斜視図である。
【図９】第６の実施形態に係るレーザーラインパターン
ニング方法の構成を示す斜視図である。
【図１０】バースト発振を説明する（ａ）はＬＤバーア
レイのパルス出力、（ｂ）は各パルスがバースト発振し
た状態を示すグラフである。
【図１１】レーザーラインパターンニング装置によるワ
イヤ切断の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来技術によるレーザーラインパターンニン
グ装置の斜視図である。
【図１３】従来技術のＬＤバーアレイによるラインパタ
ーンニング装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ レーザー照射部 ２ ＬＤバーアレイ ３ ラインコリメートレンズ ５ ＬＤ電極 ６、２３ ライン集光レンズ ７ スリット板 ８ シリンドリカルレンズ ９ 短焦点ファイバーレンズ １０、１１、１２、１３、１４ ライン状集光スポット １６ 扇形カライドレンズ １８ 偏向ビームスプリッタ １９ 受光素子 ２０ 平板（被加工物） ２２ Ｈカットラインコリメートレンズ ２５、３０ レーザー媒質 ２６ 凹面シリンドリカルレンズ ２７ 凸レンズ ２８ Ｑスイッチ素子 ２９ ＬＢＯ結晶 ３１ 受動Ｑスイッチ結晶板 ３２ 出力ミラー ３３ 集光レンズ ３５ 抵抗器（被加工物） ３８ ワイヤ（被加工物）

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のレーザーダイオードを直線上に列
    設してなるＬＤバーアレイを放熱構造に形成されたＬＤ
    電極に取り付けてライン状にレーザー光を出射させ、こ
    のレーザー光を集光レンズによって集光して所定の集光
    位置にアスペクト比が１０倍以上のライン状集光スポッ
    トを形成し、ライン状集光スポット及び／又は前記集光
    位置に配置された被加工物をライン方向に移動させて前
    記被加工物の表面にライン状のパターンを形成すること
    を特徴とするレーザーラインパターンニング方法。
  2. 【請求項２】 集光レンズがＬＤ電極に直接マウントさ
    れてなる請求項１記載のレーザーラインパターンニング
    方法。
  3. 【請求項３】 複数のレーザーダイオードを直線上に列
    設してなるＬＤバーアレイからライン状に出射されるフ
    ァーストアクシスのレーザー光をラインコリメートレン
    ズによってコリメートし、このコリメートされたレーザ
    ー光をライン集光レンズによって集光して所定の集光位
    置にライン状集光スポットを形成し、ライン状集光スポ
    ット及び／又は前記集光位置に配置された被加工物をラ
    イン方向に移動させて前記被加工物の表面にライン状の
    パターンを形成することを特徴とするレーザーラインパ
    ターンニング方法。
  4. 【請求項４】 ファーストアクシス光の発光幅ｄ１（μ
    ｍ）と、ラインコリメートレンズの焦点距離ｆ１（ｍ
    ｍ）と、ライン集光レンズの焦点距離ｆ２（ｍｍ）と、
    集光位置のライン状スポットの幅ｄ２（ｍｍ）及び長さ
    Ｌ２との間に、ｄ２＝ｆ２／ｆ１×ｄ１及びＬ２≧１０
    ×ｄ２の関係が成立するようにした請求項３記載のレー
    ザーラインパターンニング方法。
  5. 【請求項５】 ラインコリメートレンズとライン集光レ
    ンズとの間に所定幅のスリットを配した請求項３又は４
    記載のレーザーラインパターンニング方法。
  6. 【請求項６】 ラインコリメートレンズとライン集光レ
    ンズとの間にライン状にビームウェストを形成し、この
    ビームウェスト部位に所定幅のスリットを配した請求項
    ３〜５いずれか一項に記載のレーザーラインパターンニ
    ング方法。
  7. 【請求項７】 複数のレーザーダイオードを直線上に列
    設してなるＬＤバーアレイからライン状に出射されるフ
    ァーストアクシスのレーザー光をラインコリメートレン
    ズによってコリメートし、扇形カライドレンズによって
    ライン状レーザー光をその長さ方向に集光し、この扇形
    カライドレンズからの出射光をライン集光レンズによっ
    て集光して所定の集光位置にライン状集光スポットを形
    成し、ライン状集光スポット及び／又は集光位置に配置
    された被加工物をライン方向に移動させて前記被加工物
    の表面にライン状のパターンを形成することを特徴とす
    るレーザーラインパターンニング方法。
  8. 【請求項８】 ラインコリメートレンズと扇形カライド
    レンズとの間に、その曲率を選択したシリンドリカルレ
    ンズを位置変化可能に配設した請求項７記載のレーザー
    ラインパターンニング方法。
  9. 【請求項９】 ラインコリメートレンズ及びライン集光
    レンズが、焦点収差が発生しないように形成された非球
    面レンズもしくは焦点収差が発生しないように屈折率分
    布を調整した円形又は半円形断面のファイバーレンズで
    構成されてなる請求項３〜７いずれか一項に記載のレー
    ザーラインパターンニング方法。
  10. 【請求項１０】 複数のレーザーダイオードを直線上に
    列設してなるＬＤバーアレイを複数個積み重ね、各ＬＤ
    バーアレイからライン状に出射されるファーストアクシ
    ス光をそれぞれラインコリメートレンズによってコリメ
    ートし、複数のコリメートされたレーザー光をライン集
    光レンズによって集光して、所定の集光位置に所定幅と
    所定長さのライン状集光スポットを形成し、ライン状集
    光スポット及び／又は前記集光位置に配置された被加工
    物をライン方向に移動させ、前記被加工物の表面にライ
    ン状のパターンを形成することを特徴とするレーザーラ
    インパターンニング方法。
  11. 【請求項１１】 複数のラインコリメートレンズが、そ
    れぞれ円形断面の直径方向両側を平面カットするＨカッ
    トに形成されてなり、カット面を対向させて積み重ね、
    Ｈカットの高さ調整もしくはカット面間に薄板状に形成
    された薄板レンズを挟んで各ラインコリメートレンズの
    位置を調整できるようにした請求項１０記載のレーザー
    ラインパターンニング方法。
  12. 【請求項１２】 ライン集光レンズが、焦点収差の大き
    なファイバーレンズもしくは屈折率分布が異なる二重コ
    アで形成したファイバーレンズで形成されてなる請求項
    １０又は１１記載のレーザーラインパターンニング方
    法。
  13. 【請求項１３】 ライン集光レンズが、屈折率分布を中
    心から外側に連続的に変化させたファイバーレンズで形
    成されてなる請求項１０又は１１記載のレーザーライン
    パターンニング方法。
  14. 【請求項１４】 複数のＬＤバーアレイから出射された
    複数のレーザー光がライン状集光スポットの幅方向に並
    列して台形状の強度分布となるように、各ラインコリメ
    ートレンズの位置を調整する請求項１０〜１３いずれか
    一項に記載のレーザーラインパターンニング方法。
  15. 【請求項１５】 複数のＬＤバーアレイから出射された
    複数のレーザー光がライン状集光スポットの幅方向の１
    ライン上に重なるように、各ラインコリメートレンズの
    位置を調整する請求項１０〜１３いずれか一項に記載の
    レーザーラインパターンニング方法。
  16. 【請求項１６】 複数のレーザーダイオードを直線上に
    列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出射される
    ファーストアクシス光をラインコリメートレンズによっ
    てコリメートし、このコリメートされたレーザー光を、
    入射端面に発振波長を全反射するコーティングが施され
    たレーザー媒質と、このレーザー媒質の出射端面側に発
    振波長を部分透過させるコーティングが施された凹面シ
    リンドリカルレンズとからなる共振器に、前記入射端面
    から入射させることによりレーザー発振させ、レーザー
    発振によって励起されたレーザー光を集光レンズによっ
    て集光して、所定の集光位置にライン状集光スポットを
    形成し、ライン状集光スポット及び／又は前記集光位置
    に配置された被加工物をライン方向に移動させ、前記被
    加工物の表面にライン状のパターンを形成することを特
    徴とするレーザーラインパターンニング方法。
  17. 【請求項１７】 レーザー媒質と凹面シリンドリカルレ
    ンズとの間にＱスイッチ素子が配設されてなる請求項１
    ６記載のレーザーラインパターンニング方法。
  18. 【請求項１８】 複数のレーザーダイオードを直線上に
    列設してなるＬＤバーアレイからライン状に出射される
    ファーストアクシス光をラインコリメートレンズによっ
    てコリメートし、このコリメートされたレーザー光を、
    入射端面に発振波長を全反射するコーティングが施され
    たレーザー媒質と、このレーザー媒質の出射端面側に発
    振波長を部分透過させるコーティングが施された凹面レ
    ンズとからなる共振器に、前記入射端面から入射させて
    レーザー発振させると共に、レーザー媒質と凹面レンズ
    との間に受動Ｑスイッチ素子を配してバースト発振さ
    せ、このレーザー光を集光レンズによって集光して所定
    の集光位置にライン状集光スポットを形成し、ライン状
    集光スポット及び／又は前記集光位置に配置された被加
    工物をライン方向に移動させ、前記被加工物の表面にラ
    イン状のパターンを形成することを特徴とするレーザー
    ラインパターンニング方法。
  19. 【請求項１９】 レーザー発振の経路中に発振波長に対
    応するコーティングを施した非線形結晶を配設して、こ
    の非線形結晶及びそのコーティングの選択により被加工
    物の吸収波長に対応する発振波長を生成する請求項１６
    〜１８いずれか一項に記載のレーザーラインパターンニ
    ング方法。
  20. 【請求項２０】 受動Ｑスイッチ素子が、Ｃｒ4+：ＹＡ
    Ｇの平行平板である請求項１８又は１９記載のレーザー
    ラインパターンニング方法。
  21. 【請求項２１】 被加工物が抵抗器又はコンデンサであ
    り、これらの抵抗値又は容量値を計測しながらトリミン
    グする請求項１〜２０いずれか一項に記載のレーザーラ
    インパターンニング方法。
  22. 【請求項２２】 光路中に配設した偏向ビームスプリッ
    タと、この偏向ビームスプリッタで分離された被加工物
    からの戻り光を検出する受光素子とを設けて構成されて
    なる請求項１〜２１いずれか一項に記載のレーザーライ
    ンパターンニング方法。
  23. 【請求項２３】 受光素子に検出される戻り光のレベル
    に応じて被加工物に対するレーザー光の集光を調節する
    請求項１〜２２いずれか一項に記載のレーザーラインパ
    ターンニング方法。
  24. 【請求項２４】 ＬＤバーアレイをその定格連続電流の
    ２倍以上の電流を１０μ秒以下数ｎ秒以上のパルス電流
    で駆動して単パルス発光させる請求項１〜２３いずれか
    一項に記載のレーザーラインパターンニング方法。
  25. 【請求項２５】 複数のレーザーダイオードを直線上に
    列設してなるＬＤバーアレイを放熱構造に形成されたＬ
    Ｄ電極に取り付けてライン状にレーザー光を出射させる
    レーザー光出射手段と、 前記レーザー光を集光して所定の集光位置にアスペクト
    比が１０倍以上のライン状集光スポットを形成する集光
    レンズと、 前記ライン状集光スポット及び／又は前記集光位置に配
    置された被加工物をライン方向に移動させる移動手段と
    を備え、 前記被加工物の表面にライン状のパターンを形成するよ
    うに構成されたことを特徴とするレーザーラインパター
    ンニング装置。
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