JP2001062578A - レーザ穴開け加工装置 - Google Patents
レーザ穴開け加工装置Info
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Abstract
穴を一挙に穿孔すること。 【解決手段】 レーザビームをDOEによって回折さ
せ、多数のビームを発生させ、fsinθレンズによっ
て像面に等間隔のスポットとして結像させる。ガルバノ
ミラーと組み合わせ、ガルバノミラー方式とDOE方式
を択一的に使用できるようにする。
Description
レーザ穴開け加工装置に関する。電子機器のプリント基
板にはICなど微小な電子回路素子が多数取り付けられ
る。そのために多数のピン穴が穿孔される。現在のとこ
ろ細いドリルを回転下降させ、基板に押し当て一つ一つ
穴を開ける加工が行われている。機械的にドリルで穴を
開ける方法は柔軟性がある。多様な穴配置の基板を少量
作製するのには好適である。ドリル加工は現在も主流で
あるが、一つ一つ穴を開けてゆくので速度が遅いという
問題がある。
ために、直径の小さい穴が要求されるようになってき
た。またパッケージの穴開けも微小径多穴の穴開けが必
要になってくる。例えば0.15mm以下の穴径のもの
が必要である。このような細径のものをドリルで機械的
に穿孔するのは難しい。ドリル強度に問題があるからで
ある。そのような細径の穴を穿孔するものとして、レー
ザビームによって光学的に穿孔するというのが有力な候
補となる。本発明は、そのような要求に応え細径の穴で
も適用でき、少品種大量生産むきの高速の穴開け加工装
置を提供しようとするものである。
てレーザとガルバノミラーとレンズを組み合わせた方法
が提案されている。炭酸ガスレーザのパルス光をガルバ
ノミラーで反射して、レンズで集光しプリント基板にあ
て熱によって瞬時に穴を開けるものである。二つの異な
る軸の廻りに揺動する二つのミラーを使ってレーザビー
ムを直交する二方向に振ってプリント基板上をレーザビ
ームが走査するようにする。レーザがパルス光を発生す
るから所定の部位に非連続的な穴穿孔を行う事ができる
のである。また、光によって基板を焼き切るのであるか
ら細い穴を開けることができる。ドリルによるよりも高
速でより細径の穴を多数開けることができる。将来性の
ある新規な穿孔方法である。
ンズは、平行光をレンズから焦点距離だけ離隔した平面
の像面に結像させる作用がある。レンズの中心を通る光
は曲がらずに像面に到達して結像する。レンズ光軸に対
してθだけ傾斜したビームは像面の中心からftanθ
だけ離れたところに像を作る。像面での中心からの距離
がftanθであるから、ここでは仮にftanθレン
ズと表現することにする。
方向、y方向に走査する場合、振れの角度が一定にな
る。穴の分布も一定のピッチを保つので、振れ角θとそ
のビームが像面で作る像点の中心からの距離が比例する
必要がある。つまり、レンズへの入射角θと焦点距離f
の積fθに等しい点に像位置がくるというレンズが必要
である。これはfθレンズという。これは通常のレンズ
とは違うので、特殊な形状をしており特別の設計法が要
求される。
けないという条件が課せられる。垂直に基板に入射して
初めて基板に直交する穴を開けることができる。入射ビ
ームがレンズ光軸に対して傾いており、レンズ非中心部
を通過するのにそのレンズから出たビームは基板に垂直
でなければならない。これは通常のレンズではかなり難
しい条件である。そのように傾斜したビームがレンズ非
中心位置に入射してもレンズを出るときは垂直ビームに
なる、という性質をテレセントリック性と呼ぶ。ガルバ
ノミラー方式の場合、集光レンズはfθ性とテレセント
リック性が必要である。
ッケージ等のレーザ穴あけ加工に於いて、新技術である
ガルバノミラーとfθレンズを使えば、1秒間に約50
0個の穴を穿つ事ができるという。図1にその概念図を
示す。レーザビーム1がx軸スキャンミラー2によって
反射される。y軸スキャンミラー3によってさらに反射
される。x軸スキャンミラーは軸周りに揺動する。だか
ら反射ビームも左右に揺動する。y軸スキャンミラー3
も軸周りに揺動し、反射ビームは軸直角方向に揺動す
る。
縦横に走査する。レンズ4によって集光されたビームが
プリント基板5に照射される。ビームがx軸、y軸方向
に走査されレーザがパルス光を出すので、縦横に並ぶ多
数の穴6を素晴らしい速度で穿孔できる。ドリル機械穿
孔に比べて格段の進歩である。ガルバノメータ、ガルバ
ノミラーも実用的な物が製造されているし、赤外光用の
レンズも設計されており実用化が急速に進められてい
る。
という要求が出されている。例えば1秒間に数千個以上
の穴を一挙に穿孔したいというものである。プリント基
板に限らずパッケージの穴穿孔などの用途もある。これ
ほど高速度の穿孔の要求はこれまでの技術では対応でき
そうもない。ガルバノミラーによって機械的にビームを
振っているのではとても間に合わない。
つ多数のビームに分割するため回折型光学部品(DO
E)というものが提案されている。図3、4、5によっ
てDOE8を説明する。図3は全体の平面図、図4は一
つの単位パラメータの図、図5は図4のL−L断面図で
ある。DOEは対象光に対し透明の板を縦横に並ぶ多数
の単位パターン9(図4)に分割し、単位パターン9を
さらに多数の画素10に分割し、画素10の厚みを2m
通り(m=1,2,3,…)に変える。これはDOEを
透過する光の1波長分の厚みを2m通りに分割するもの
である。従ってこの厚み分布は位相分布を成しており透
過する光を位相変調させる。図5は2段階に(m=1)
厚みを変える例を示す。厚い画素11と薄い画素12が
ある。2種の画素はこの波長の光の半波長分の厚みの差
(位相差)がある。この分布が回折の分布を決める。繰
り返し単位パターンの画素分布によりレーザビームを回
折させ、所望の分布の多数のビームを発生させるもので
ある。
持つ。単位パターン9の1辺が周期Λになる。回折を起
こさせるために繰り返しが不可欠であり、単位パターン
の繰り返しが必要である。周期Λは回折角の広がりを決
める。Λが大きいと回折角が小さい。Λが小さいと回折
角が大きくなる。
み)の分布が制御変数になる。位相差を二次元的に分布
させることによって、二次元的な広がりをもつ回折ビー
ムを作り出すことができる。単位パターンが正方形の場
合(Λ×Λ)、x,yの両方向へ回折されるビームの1
次当たりの角度は同じにできるし、長方形の場合(Λ x
×Λy)それらを異なるものにできる。DOEの画素サ
イズや厚み分布(位相分布)を決めることによって任意
の回折光分布を得る事ができる。DOEは、一挙にM本
のビームを作り出すので、ガルバノミラーのように動く
のでなく、静止しているにも拘らず、瞬時に多数の穴を
穿孔することができる。レーザビームをDOEに入れ多
数の分割ビームを作りだす。これをレンズによって集光
してからプリント基板、パッケージに照射する。
ガルバノミラーの場合、ftanθレンズは不適であ
り、fθレンズが用いられていた。ガルバノミラーは揺
動角のピッチ(最小単位)が決まっており、揺動角は最
小単位Δの整数倍mΔである。だから等間隔に並ぶ穴を
穿つには、レンズはfθレンズが最適なのである。
性と、回折限界の集光を実現するために5枚、4枚など
のレンズを組み合わせる。最低でも2枚のレンズが必要
である。図2に2枚組のfθレンズの例を示す。第1の
レンズL1と第2のレンズL2を組み合わせている。L
1の入射光側の面がS1、出射側の面がS2である。L
2の前面がS3、後面がS4である。L1は球面レンズ
である。L2は前面S3が球面で後面S4が非球面であ
る。レンズより後方に中心を持つ球面の場合に曲率半径
を正と定義する。非球面の面高さZ(r)は次のように
半径rの関数として与えられる。パラメータがc、k、
αjである。jは1から適当な自然数sまでである。所
定の性能が得られないときはjの上限sを増やしてゆ
く。ここではs=5となっている。
間隔、レンズと像面の間隔を含む概念である。62.1
14mmというのはL1レンズのS2面とL2レンズの
S3面の間隔である。158.588mmはL2のS4
面と像面Iの間隔である。炭酸ガスレーザの光を用いる
(10.6μm)ので赤外光に対して透明なZnSe多
結晶を基材としている。屈折率はこの波長の光に対する
ものである。
像面I上に集光させる。DOEにより分割された各ビー
ムが像面I上の各位置へ収束する。その位置は、分割さ
れた各ビームの傾斜角(回折角)により決まる。しか
し、本発明者はDOEにはfθレンズも必ずしも適切で
ないということに気付いた。
周期で画素を定義し画素の高さ(厚み)により、透過光
の位相を変調することによって回折光を作り出す。無秩
序の厚み配列によって回折させるのではなくて、一定の
周期性を持った配列となるから、これによってある種の
制限が課される。
える。分岐した多数の回折光も全て平行光である。その
ままでは収束しないので、DOEの後ろにレンズを置
き、後ろ側焦点位置に各次数の回折光を集光させる。平
行ビームだからDOEの後ろfの位置に全ての次数のビ
ームが同じ面に収束する。レーザビームがDOEを通り
分岐回折光が生ずる。これがレンズLによって集光され
像面Iに光のスポットを作る。レーザ光の波長をλ、D
OEのパターン周期をΛとする。回折の次数をnとす
る。n次回折ビームの光軸となす角度をθnとする。回
折条件式は
nは、
ンズに入射するのであるから、レンズ背後の画像面の中
心からn次回折像点までの距離hnは次のようになる。
ズの場合 hn=fsin−1(nλ/Λ) (5)
中心・像点距離hnが線形でない。どれほど線形関係か
らずれるのか?
から現れる。だからかなりxが大きくなって初めて大き
く顕在化する。x=nλ/Λであるが、Λが比較的大き
く、nがあまり大きくなければ、xが小さいので線形か
らのズレは無視できよう。しかし、Λが小さい、或いは
nが大きい(回折次数が高い)と、回折角θが大きくな
り、線形からのズレを無視できなくなる。
方がftanθよりずれが小さく約1/3である。fθ
が良いといっても最良ではない。ガルバノミラー方式で
開発されたfθレンズをそのまま流用するのはなお最適
とは言えない。最も良いのは、レンズ入射角θのビーム
を像面において、中心から像点までの距離hnがsin
θnに比例するようにするレンズである。これまでの表
記の方法にならっていえば「fsinθ」とでも表現す
ることができよう。もしもそのようなレンズが製作でき
たとすれば、次のような好都合な関係が成り立つはずで
ある。
inθレンズを使ったと仮定した場合 hn=fsin{sin−1(nλ/Λ)} (8) =fnλ/Λ (9)
レンズである。もしこのレンズが作製できれば、隣接す
る回折スポットの距離dn=hn−hn−1は次数にか
かわらず一定になる。
の距離の線形性を考察した。近軸光線だけを扱うなら
ば、ftanθレンズ、fθレンズ、fsinθレンズ
の何れであってもスポットの位置は殆どずれない。θが
充分に小さいと、近似式
6μmの炭酸ガスレーザを使い、焦点距離fをf=12
7mm、Λ=2.688mmとすると、d=0.5mm
であるが、その場合7次回折光でもθ7=1.6゜であ
る。充分に近軸光線近似が有効である。このように回折
角が小さい場合はいいのであるが、より大きくなると最
早通常のftanθレンズは誤差が大きくなりすぎる。
fθレンズでもやはり誤差が大きい。高次の回折まで利
用でき回折角が大きい場合にも有効な装置を提供するこ
とが本発明の目的である。
工装置は、レーザと、一定の空間周期の同一の繰り返し
パターン、或いは一定の空間周期の同一パターンを変調
した繰り返しパターンを含みレーザ光を回折して多数の
ビームを発生する回折型光学部品と、回折型光学部品か
ら出た多数の分岐ビームを集光するfsinθレンズと
よりなる。
パターンを有し、レーザ光を回折することにより多数の
分割されたビームを生成する回折型光学部品と、回折型
光学部品から出た分割ビームを集光するfsinθレン
ズとよりなり、プリント基板やICパッケージに多数の
穴を一挙に穿孔するものである。
平行入射ビーム1がDOE8によって2次元的な広がり
をもつ回折ビーム13に分割される。これは平行ビーム
である。平行回折ビームは集光レンズ14によって集光
分割ビーム17となる。像面に置かれたパッケージ15
に集光分割ビーム17を照射し多数の穴16を一挙に穿
孔している。集光レンズとしてfsinθを使うという
ことが重要である。fsinθというのはここで初めて
提案するが、レンズにθの傾斜角で入射したビームが像
面において中心からfsinθの位置に結像するような
性質をもったレンズである。同じ様な定義を用いれば通
常のレンズはftanθレンズ、ガルバノミラーに最適
のミラーはfθレンズと呼ぶことができる。
折すると多数の分割ビームを一挙に作ることができる。
それはまことに便利な性質である。しかし、回折型光学
部品は一定不変のものであるから、一つの回折型光学部
品によって作ることのできる分割ビームのパターンは固
定されてしまう。回折型光学部品は生産性は申し分ない
のであるが柔軟性がない。それは困ったことである。幾
つか異なるパターンの穴を穿ちたいという要望には充分
に応えることができない。
る。そこで本発明者は、複数の異なる回折型光学部品を
作製し複数の窓を有する回転円板に取り付けて円板を廻
すことによって瞬時に回折型光学部品を交換できるよう
な改良を思いついた。G個の窓をもつ回転円板にI個の
回折型光学部品を取付ける(G>I)とすれば、I種類
の穴パターンを高能率で易々と穿つことができる。
ガルバノミラーと回折型光学部品を組合わせることを考
えた。ガルバノミラーは機械的なドリル穿孔よりもずっ
と高速で穴を穿つ事ができる。しかもガルバノミラー方
式はそれ自身回折型光学部品よりも優れた柔軟性があ
る。それは自由度があるからである。二つのミラーを揺
動させるのであるが、揺動の速度や振幅が調整可能な変
数となりうる。パルスレーザのパルス間隔も変数となり
うる。そのような変数をかえることによって、空間周期
の異なる穴パターンを穿つようにすることができる。ま
た基板の大小にも対応する事ができる。ガルバノミラー
と回折型光学部品を組み合わせたハイブリッド方式にす
ると広範な自由度を獲得することができる。どのような
穴配列にも対応できる柔軟性を得ることができる。
加工装置は、レーザと、レーザ光を反射する2枚以上の
揺動するガルバノミラーと、一定の空間周期の同一の繰
り返しパターン、或いは一定の空間周期の同一パターン
を変調した繰り返しパターンを含みレーザ光を回折して
多数のビームを発生する回折型光学部品と、ガルバノミ
ラー又は回折型光学部品から出た多数の分岐ビームを集
光するfsinθレンズと、回折型光学部品をレーザビ
ーム光路内に挿入し、あるいは離脱させる機構とよりな
る。ガルバノミラーを使うときは光路から回折型光学部
品を離脱させる。回折型光学部品を使うときはガルバノ
ミラーは中立位置に停止させておく。
回折型光学部品を挿入してもよい。たとえば、2枚のガ
ルバノミラーの中間位置に挿入または離脱させるように
する。
に複数の回折型光学部品を取り付けてガルバノミラーに
よって反射されたビーム中に一つの回折型光学部品が位
置するように置き、円板を回転させビームを回折する回
折型光学部品を切り替えることができるようにする。
の少なくとも一つを開き窓として残し、他の窓に回折型
光学部品を取り付けてガルバノミラーによって反射され
たビーム中に一つの回折型光学部品または開き窓が位置
するように置き、ビームを回折する回折型光学部品とガ
ルバノミラーを択一的に切り替えるようにもすることが
できる。図12に概略構成を示す。ガルバノミラーのx
方向スキャンミラー2と、y方向スキャンミラー3の中
間のビーム18の途中に回転円板19を設けている。回
転円板19は周囲にいくつかの窓20が設けられる。窓
20には異なるDOE8a、8b、8cが取り付けられ
る。窓20のうちいくつかは開口のまま残される。これ
はガルバノミラーによってビームを揺動する場合のため
のものである。DOE(回折型光学部品)8を使う場合
は、ガルバノミラーは中立位置に停止させる。
を調整する手段を回折型光学部品よりレーザに近い側に
設けて、回折型光学部品へ入射するレーザビームを増減
し、また回折型光学部品をレーザ側或いはレンズ側へ移
動することによって、加工すべき穴パターンの拡大、縮
小を行うようにする事もできる。レーザビームの発散角
を調整する手段としては、レンズやビームエキスパンダ
を採用すれば良い。比較的長い負の焦点距離を有するレ
ンズを用いれば、入射ビームの発散角を増大することが
できる。或いは正の焦点距離のレンズであれば、発散角
を減少させることができる。さらには収束光とすること
もできる。ビームエキスパンダは2枚以上のレンズより
なるので、その間隔を変更することによりレーザビーム
の発散角を増減させることが可能である。
品の高能率を生かすといっても、単純に従来のガルバノ
ミラーと、回折型光学部品とを組み合わせるという訳に
はゆかない。レンズが違うからである。既に説明したよ
うに、ガルバノミラーの場合は、ミラーを左右に揺動さ
せるので時間的な角度変化が一定であるものを作り易
い。一定周期の穴を穿とうとするとθに距離が比例する
様なfθレンズが最適である。ところが、回折型光学部
品の場合の集光レンズは、本発明で初めてその必要性を
指摘したように、fsinθが最適なのである。ガルバ
ノミラーと回折型光学部品に共通に好都合のレンズとい
うのは残念ながら存在しない。
fsinθレンズを集光レンズとして採用する。回折型
光学部品には柔軟性がないが、ガルバノミラーの場合は
いろんな調整可能のパラメータがある。揺動の角加速度
を一定とすると、fθレンズが最適であるが、揺動の角
加速度を一定でなくて、cosθの比でわずかに増減さ
せる。これは可能である。正弦波に高調波を加えれば良
いのである。揺動角速度をθが0の付近で速く、0から
離れるにしたがって遅くすれば、fsinθレンズによ
って、穴を等分布で穿孔する事ができる。もとよりθが
小さい時にはfθとfsinθの違いはわずかであるか
ら、高調波成分は僅かでよい。また像面の特定位置を狙
う場合には、fθレンズの場合よりも少し大きめの角度
でガルバノミラーを振れば良い。fθレンズの場合のガ
ルバノミラーの振り角をαとするならば、fsinθレ
ンズではα’=sin−1αの振り角を与える。このよ
うにガルバノミラーの振り角や角速度を制御すればfs
inθレンズでも高精度のスキャニングが可能である。
ここまで述べた回折型光学部品というのはビーム分岐の
機能のみを有するフラウンホーファー型のものである。
しかし有限の焦点距離を有するフレネル型回折型光学部
品によっても本発明の装置を構成することができる。フ
レネル型DOEの利点は、0次光を遮断できるというこ
とと、拡大縮小の幅が広いということである。
いて説明する。回折型光学部品からの各次数の回折光を
考慮するため、レンズの手前に回折格子を置く。回折格
子の格子周期をΛとする。波長λの単色光が入射し回折
されるとする。光線追跡では、入射角θiで回折格子に
入射した光線が、回折格子に入射しn次回折して偏向し
て回折角θnの方向に出射したとすると、次の式が成り
立つ。n次回折光は回折型光学部品によって波長のn倍
の光路差が与えられたものである。だからθiとθnの
間に次のような簡明な関係がある。
をここでは採用する。評価関数による光学部品の設計方
法自体は公知である。いくつかの変数を選択し、設計さ
れた部品について光線追跡して変数の実際の値を計算
し、その誤差の2乗を求め、これを積算したものが評価
関数である。評価関数が大きいということは誤差が大き
いということで、評価関数を減少させる方向に変数の値
を変更してゆきやがて最適の変数の組を見い出す、とい
うものである。
ば光線収差を採用する。もちろん、波面収差など他の光
学的誤差を評価関数に採用しても良い。理想的には像面
で1点に収斂すべき光線群が、レンズに収差があると、
点々とばらついて像面に到達する。そこで各光線の像面
でのズレ(距離)の二乗の和をとり、それを評価関数と
する。像面での光線のズレが光線収差であり、誤差二乗
和をとるから光線収差を評価関数として採用するといっ
ているのである。
線の分布を示す例である。ここでは、入射瞳は、レンズ
に入射する光の断面と考えることができる。入射瞳の中
の一点は、一本の光線を意味する。任意の瞳上の位置
(Px,Py)に好みの数の光線を取って良い。
(Px,Py)は瞳上の座標を表す。瞳の大きさは正規
化してあり、半径1の円によって表している。計算の精
度を上げるためには、光線の数は多く、瞳全体に広く分
布させる方が良い。しかし計算量を減らし計算を迅速に
実行するには、光線は少ない方が好都合である。図9は
18本の光線を取る例である。
取り(Px軸となす角度が0度、60度、120度、1
80度、240度、300度の方向)、さらに大きさの
異なる3つの輪を取る。3つの輪の半径は、それぞれR
=0.3357、0.7071、0.9420である。
これらの6本の放射線と3つの輪の交点は18ある。1
8点に光線を取る事にする。各光線の重みは、黒丸(1
2本)がwj=0.048481、白黒丸(6本)がw
j=0.07757とする。
て到達するかを計算すると、その位置ズレΔx、Δyが
求まる。Δx、Δyは全光線の重心位置からのズレのx
成分とy成分である。
次数n(=0,1,2,3)によって示し、光線毎の重
みwjと各回折次数への重みwnを掛けて光線収差に関
する評価関数EAを得る。
動させる。
特性を評価することができる。しかしそれだけでは不十
分である。fsinθレンズの設計では、その他に重要
な特性として、fsinθの歪曲特性、像側のテレセン
トリック性がある。歪曲特性、テレセントリック性をも
評価できるものである必要がある。歪曲特性、テレセン
トリック性を評価可能とすることによって、各回折次数
に対応する焦点の位置精度や、その集光の垂直性を改善
するような最適化を図ることができる。
のような評価関数を採用する。図10のように回折格子
に適当な周期Λを与え、0次、1次、2次、3次、4
次、5次の5つの回折次数を取るならば、像面上での各
焦点の位置hn(n=0,1,2,3,4,5)は、そ
の時点での光学系のパラメータについて光線追跡をする
ことにより計算によって求められる。主光線の座標を決
めれば良いのである。回折格子の周期Λとレンズの焦点
距離fから、各焦点位置の理想値gnは、
ズ前方無限遠にあるものとしている)。これを目標値と
して、fsinθを評価するための評価関数EDを
期Λを大きくし、回折次数を5より多く設定し、詳細に
fsinθ性を評価することもできる。
折次数において、主光線を追跡し、像面に入射する角度
Θnを求めることができる。テレセントリック性という
のはこれが0に近いということを要求するので、入射角
度の2乗が誤差を与えると考えることができる。評価関
数ETとして
に含ませる。式(14)とともに、式(16)、(1
7)の評価関数をも最小化するように変数の値を最適化
する。これらが設計の前提条件である。具体的に好まし
い焦点距離、レンズ厚みなどを与える事によって、より
具体的な評価関数を決めることができる。
価関数として、
って焦点距離fを127mmに近い値にする事ができ
る。レンズ厚みは焦点距離のように一義的な目標を定め
ることが難しい。ある範囲を指定してその範囲にある、
というようにする。たとえば、レンズ厚みtが3.5m
m以上15mm以下としたい場合は、
但し係数αは、t>3.5mmのときα=0であり、t
≦3.5mmのときα=1という値を持つものとする。
同様に、係数βはt<15mmの時β=0、t≧15m
mのときβ=1の値を取るものとする。だからtが3.
5mm〜15mmの時e2=0となる。tがその範囲に
無いときにtをこの範囲に呼び込むための評価関数であ
る。
(e1、e2、…)を適当な重みw cを掛けて足し合わ
せる事により全ての拘束条件に関する評価関数ECに纏
める。
(16)、(17)、(20)の総和をとって評価関数
を完成させる。適当な重みWA、WD、WT、WCを掛
けて総和を取る。
みWA、WD、WT、WCは、EA、ED、ET、EC
の評価関数をバランス良く最小化させるように決める。
ここでは単純にWA=WD=WC=WT=1とおいて、
よう変数の最適化計算を行う。最適解を求めることによ
って、各回折次数での光線収差、fsinθ、テレセン
トリック性、拘束条件のそれぞれについて最も良好とな
るパラメータの値を求める事ができる。
のようにDOEとfsinθレンズL、像面Iがあると
する。DOEがレンズの前焦点にあればDOEで分岐さ
れた各ビームは、主光線のみを見ると、レンズによって
平行光線にコリメートされ、像面に垂直に当たることに
なる。その場合簡単にテレセントリック性があるとい
う。レンズと前焦点の距離はfである。後ろ焦点とレン
ズとの距離もfである。レンズと像面の距離がbだとす
る。レーザを充分遠方の点光源からの光と考えて、その
光源からレンズまでの距離をaとする。DOEが前焦点
にあればテレセントリック性があるが、これよりレーザ
側にΔだけずれたとする。その場合に像面での回折ビー
ムの大きさを考える。図7はDOEが前焦点からΔだけ
前方にずれた状態を示している。
とする。DOEから光軸に対しθで出たビームがレンズ
によって屈折して光軸とb’の位置で交差するとする。
交差角をθ’とする。hをそのビームが後ろ焦点面と交
差する点での高さとする。
焦点からずれているので、像面での高さh’がテレセン
トリック性のある場合の高さhからずれる。そのズレを
計算するのが目的である。後ろ焦点面とビームの交差点
は、DOEが前焦点にあるときの後ろ焦点面とビームの
交差点と同じである。この点は少し分かりにくいが、回
折部品から同じ角度方向に出た光は後ろ焦点面を交差す
る時全て同じ点を通るのである。だから高さhの点で後
ろ焦点面を通るのである。これから像面が(b−f)だ
け後ろにずれていてビーム角度がθ’であるから、
物点側に移動させたときに、像の大きさh’が、DOE
を焦点に置いたとき(Δ=0)の像の大きさhよりも小
さくなるということを意味する。反対にDOEを前焦点
よりもレンズ側に接近させると像h’が大きくなる。
もってDOEから出た光束を考えるならば、hやh’は
DOEが前焦点にある場合と、前焦点からΔだけ移動し
た場合のスポットの位置を表している。j次回折光の角
度をθj、j+1次回折光の角度をθj+1として、ス
ポットの間隙dj自体も(28)とまったく同じ動きを
する。
ザ側にずらすと穴間隔を減らすことができ、レンズ側に
ずらすと穴間隔を増やすことができるということを意味
している。
きくないので、aが非常に大きくなり、bがfに近い値
となる。そのため、式(29)の右辺の(b−f)が0
に近くなり、Δを変化させてもあまりdj’が変化しな
い。その場合には、レーザビームの発散角を大きくする
ことが必要になる。発散角を大きくしてやれば、aが減
少し、(b−f)が大きくなるため、Δを変化させ
dj’を調整することができる。
て単純なものはレンズである。長い負の焦点距離を有す
るレンズを用いれば、入射ビームの発散角を増大させる
ことができる。逆に、正の焦点距離のレンズであれば、
発散角を減少させることができる。さらには、収束光と
することも可能である。
ある。ビームエキスパンダは、例えば、ガリレオ式のも
のは、負の焦点距離のレンズと正の焦点距離のレンズの
2枚より成る。図13にビームエキスパンダの一つの例
を示す。負レンズの焦点距離を−f1、正レンズの焦点
距離を+f2とし、レンズ間距離をd=(f2−f1)
とする。入射した平行ビームの径がf2/f1の比率で
拡大されて、平行ビームが出射される。
すると、出射ビームは発散ビームとなる(図14)。逆
にdを(f2−f1)より大きくすると収束ビームとな
る(図15)。このように、レンズ間隔を変更する事に
より、レーザビームの発散角を増減することが可能であ
る。入射ビームの半径をR、レンズ間距離の変化分をδ
=d−(f2−f1)とすると、出射ビームの発散角Θ
(半角)は tanΘ=Rδ/f1f2 (30) によって表される。
2=100mmとすれば、d=50mmでf2/f1=
2倍のビームエキスパンダとなり、 tanΘ=0.001×δ (31)
調整すれば、ビームの発散角を±10mradの範囲で
変化させることができる。ビームエキスパンダの出口か
らレンズ迄の距離を100mmとすると、aが−100
0mm以下か1000mm以上となり、f=100mm
とすると、(b−f)は−9.1mm〜11.1mmと
なる。従って、Δ=±10mmの範囲でDOEの位置を
調整するとすれば、式(29)より、スポット間隔を約
1%変化させることができるようになる。このときテレ
セントリック性は、h<25mmとすると、式(26)
よりtanθ’<0.025となり、おおよそ±1.4
度以下で充分にテレセントリック性を維持している。
光学系とする方法もある。図16のように、レーザビー
ムをピンホールマスクに入射し、その転写像をレンズに
より像面Iに結像する。この場合、aはピンホールマス
クからレンズまでの距離となる。この光学系の転写倍率
はM=b/aとなる。だからピンホール径のM倍の大き
さでスポットが像面に形成される。
ば、分岐された各ビームがレンズで集光されて、既定の
穴パターンで穴開け加工を実現することができる。転写
倍率M=b/a=f/(a−f)=(b−f)/fよ
り、式(29)のスポット間隔の式は次のように書き換
えることができる。 dj’=dj{1−MΔ/f} (32)
mの場合、M=0.1となるので、ピンホールの直径を
φ1mmに選べば、φ0.1mmの穴を開けることがで
きる。このとき、Δを±10mmで調整すれば、スポッ
トの間隔を±1%の範囲で調整することができる。また
Δを10mmで固定し、aを1000〜1200mmの
範囲で移動すると、倍率Mが0.11〜0.09で変化
するので、スポットの間隔をおよそ±1%の範囲で調整
することができる。このとき、穴の大きさが±1%程度
変わってしまう。それを避けたいというのであれば、ピ
ンホールの穴径を調整すれば良い。
れるが、これまでに述べた回折型光学部品は入射ビーム
を多数に分岐する機能を持つものであった。分岐するの
みなので、入射ビームが平行光であれば分岐された各ビ
ームも平行光であり、入射ビームが発散光であれば分岐
ビームも同じ発散角を有する発散光である。そのままで
は各分岐ビームを像面に集光することができないのでレ
ンズを用いている。つまり、回折型光学部品は分岐の機
能を、レンズは集光機能をそれぞれ分担しているのであ
る。このような回折型光学部品の光学特性(像面の強度
分布などの分岐特性)は、回折でも特にフラウンホーフ
ァー回折という理論で記述可能であり、DOEの位相分
布と像面上の振幅分布がフーリエ変換で表されるという
重要な関係が成り立つ。そのため、この種のDOEをフ
ラウンホーファー型、あるいはフーリエ変換型などと言
う。
ホーファー型(フーリエ変換型)DOEには二つの欠点
がある。それについて簡単に説明する。一つは0次光の
問題である。これはDOEで分岐されないで入射ビーム
と同一方向に進む光である。0次回折光(n=0)とも
言う。設計段階で問題なくても、製造されたDOEは製
造誤差を持っており、その影響が0次光として顕著に現
れる。簡単のために、像面上にビームスポットが等間隔
で1直線上に並ぶ一次元の分岐の場合を考える。
並ぶとする。この場合、中心から0次回折光、±1次
光、±2次光…とスポットが続く。つまり、中央のスポ
ットが0次光である。各スポットが等しい強度を有する
ようにDOEを設計することが可能である。しかしなが
ら、実際のDOEが製造誤差(段差の深さ誤差、パター
ンの幅誤差など)を有すると、特に0次光の強度の増減
として、その影響が大きく現れる。等しいエネルギーで
同等の大きさの穴を穿孔しようとするのであるから、0
次光の強度の変動は問題である。
は、本来光軸上にスポットはできない。±1次光、±3
次光、±5次光というように中心(光軸上の点)をはず
して、間隔が2になるようにスポットが並ぶ。0次光と
いうのは像面の中央にできるスポットである。製造誤差
によって本来存在しないはずのスポットが現れてしまう
ことになる。
上記の偶数分岐のように、光軸中心に不要な穴があいて
しまうということが起こり得る。但し、余分の穴があい
ても差し支えないというのならば、これまで述べたフラ
ウンホーファー型(フーリエ変換型)のDOEを用いて
差し支えない。また、上記の奇数分岐のように、0次光
の位置にも穴があけられる場合、強度の差異によって穴
の径が多少相違する可能性がある。この場合も、そのよ
うなことは差し支えないというのであれば、これまで説
明したフラウンホーファー型DOEを用いれば良い。し
かし、どの穴の径も均一にしたいし不要な穴が穿孔され
ては困るというのであれば、上記のように0次光の発生
の問題があるフラウンホーファー型(フーリエ変換型)
DOEではなお不十分と言わねばならない。
さである。図7によって述べたように、フラウンホーフ
ァー型DOEでもレンズ前焦点からDOEを前後に変位
させる事によって像面でのパターンを拡大縮小できる。
しかし、それは±1%といったごくごく狭い範囲での拡
大縮小である。それは式(29)を見てわかるように、
(b−f)が余り大きくないためである。あるいは、式
(32)でMが小さいためである。前述のようにエキス
パンダの調整で(b−f)を大きくしたり、マスクの位
置変更でMを大きくしたりできるが、現実の光学系とし
ては限度がある。また、DOEの変位(Δ)を余り大き
くするとテレセントリック性を損なうことになる。この
ように、フラウンホーファー型DOEの場合には、拡大
縮小を余り大きくできない。
自由度を拡大するためには、フラウンホーファー型(フ
ーリエ変換型)でなくて、フレネル型のDOEを用いる
ということが有用となる。ここで、フレネル型DOEに
ついて説明する。それはフラウンホーファー型DOEに
集光レンズの機能を追加したものだということができよ
う。もちろん実際に集光レンズがあるのではなくDOE
の機能の中にレンズの作用が織り込まれているのであ
る。レンズ機能があるのでDOEは単に分岐するのでは
なく(焦点距離が無限大)、有限焦点距離で収束あるい
は発散する回折光を発生する。つまり、有限焦点距離の
DOEというのがフレネル型DOEの特性である。
OEの回折を説明する図である。入射ビームが平行光で
あるので、全ての次数の回折光がDOEから平行光で出
ている。簡単のため、ここでは3つの回折光しか描いて
いないが実際にはこの他にも回折光が出る。分岐のみで
あり、平行な入射ビームに対し、各分岐ビームも平行光
であることが重要である。図19は、フレネル型DOE
の回折を説明する図である。収束光(正パワー)、発散
光(負パワー)の何れでも可能であるが、ここでは収束
光の場合を述べる。このフレネル型DOEでは全ての次
数の回折光が平行光でなくて収束光となっている。収束
点は光軸に垂直の共通の平面(焦平面)上にある。この
平面と光軸の交点が焦点である。
うのは変に思うかもしれないが、回折光が収束する点と
いう意味でやはり焦点だといってよい。このような正の
屈折力を持つ場合だけでなくて発散型の負の屈折力を持
つフレネル型DOEもありうる。有限の焦点距離の回折
型光学部品というのは少し考えにくいかもしれないが、
後に説明する。先に、有限焦点距離のDOEを使うと先
ほど述べた問題を解決できる、ということについて説明
しよう。
もよい)f1を持つから、分岐された1次、2次、3
次、…、n次の各ビームはDOEの後方f1の場所で収
束する。もしもDOEの後方f1のところにスクリーン
を置けば、0次回折光、±1次、±2次…の回折光が等
間隔のスポットを像面に形成する。どの次数の回折光で
も収束点までの距離は同一でありf1である。ところが
0次光(上記分岐の0次回折光は回折されて収束してい
るので、ここで言う0次光とは異なる)はそもそもDO
Eで回折されなかったものであるから入射光と同じく平
行光のままである。つまり焦点距離が無限遠にある。0
次光はf1のスクリーンに結像しない。だから0次光が
スポットを作らない。これがレンズで集光するフーリエ
型DOEの場合の0次光と決定的に異なる点である。プ
リント基板の穴の穿孔に使う場合は、0次光は基板を焼
き切るような集合したパワーを持たない。だから0次光
の問題は解決される。そのような事はDOEだけでも成
り立つしレンズを使っても同じように成り立つ。いずれ
にしても0次光は問題にならない。
の優れた点は、拡大縮小の自由度の増加である。DOE
単独ではそのような自由度は発生しない。しかしレンズ
を組み合わせることによって拡大縮小が可能となる。D
OEの焦点距離をf1、これと組み合わせたレンズの焦
点距離をf2とする。図20にフレネル型DOEとfs
inθレンズを組み合わせた光学系を示す。このような
配置でDOEとレンズを設けると、レンズ、DOE間の
間隙を変えることによって拡大縮小が可能になる。図2
0においてDOEとfsinθレンズの距離をf2−Δ
とする。fsinθレンズと像面との距離をバックフォ
ーカスBfとする。
ンズ)における焦点、焦点距離、主点などについて一般
的な定義を述べる。第1レンズL1は焦点距離f1を持
つとする。前焦点がF1で後焦点がF1’である。L1
の主点(薄肉レンズであるので前側、後側とも同じ)を
O1とすると、O1F1=O1F1’=f1。第2レン
ズL2は焦点距離f2を持つとする。前焦点がF2で後
焦点がF2’である。L2の主点をO2とすると、O2
F2=O2F2’=f2。光軸O1O2上においてレン
ズL1、L2が距離eだけ離れているとする。光軸O1
O2上の物体S 1のL1による像がS2に生じる。S2
のL2による像がS3に生じるとする。レンズL1にお
いて、前焦点F1から物点S1までの距離をu、後焦点
F1’から像点S2までの距離をvとする。レンズL2
において、前焦点F2から像点S 2までの距離をu’、
後焦点F2’から像点S3までの距離をv’とする。L
1の後焦点F1’とL2の前焦点F2の距離はδとす
る。δ+f1+f2=eである。
しいというのはよく知られている性質である。同様に第
2レンズL2についても u’v’=f2 2 (35) という性質がある。さらに拘束条件が課される。 v+u’=δ (36)
とする。これはP1を通りL1、L 2を通った出射ビー
ムが無限遠(v’が無限大)に像を作るということによ
って定義される。式(35)からu’=0となるので、
式(36)からそのときv=δである。式(34)から
前焦点P1(u1とする)は u1=f1 2/δ (37) である。
とする。光軸に平行なビーム(無限遠から来るビーム)
がL1、L2を通り光軸上の点P2を通る場合その点を
後焦点という。式(34)からv=0となるので、式
(36)からそのときu’=δである。式(35)から
後焦点P2(v1’とする)は v1’=f2 2/δ (38) である。複合レンズ系においては主面、主点Hというも
のを定義する。これはそこに存在した物体あるいは像の
倍率が1である点として定義される。これは少しわかり
にくいが焦点距離の定義のために必要な概念であり理解
しなければならない。L1による像の倍率はf1/uで
ある。
これを掛けたものが二つのレンズの倍率であり主点H、
主面ではこの倍率が1として定義されるので、
(34)、(35)、(36)から、 vH’=f2(f1+f2)/δ (41) uH =f1(f1+f2)/δ (42)
Φは、前主点から前焦点までの距離として定義される
(後主点から後焦点でも同じ値である)。
ある。以下の話はこのような準備があって初めて理解で
きよう。
の距離をdとする。これはeと等しい。DOE・レンズ
の間隔dがf2であれば(e=f2)全系の焦点距離は
レンズの焦点距離f2に等しい。e=f2であるから、
δ=−f1であって、式(43)のΦがf2となるから
である。
2でなくて、f2−Δであったとする。つまりDOEが
f2でなく、それよりΔだけレンズに接近しているとす
る。e=f2−Δであるから、δ=−f1−Δとなる。
これを式(43)に代入して合成焦点距離f(Φの代わ
りにfと書く)は f=f1f2/(f1+Δ) (44) となる。
れは、DOEがレンズの前側焦点にある場合を意味す
る。 (ロ)Δ>0の場合、つまりDOEをレンズに近づける場合、 f1>0(正レンズ)ならば f<f2 (45) f1<0(負レンズ)ならば f>f2 (46) (ハ)Δ<0の場合、つまりDOEをレンズから離す場合、 f1>0(正レンズ)ならば f>f2 (47) f1<0(負レンズ)ならば f<f2 (48)
らずらすことによって、fが変化する。fが変化すると
像面でのパターンが拡大縮小する。つまりfによって倍
率が決まるが、fの変化によってパターンの倍率を変化
させることができる。
0mmとする。 Δ= 0mmなら、 f=100mm (49) Δ=+10mmなら、 f= 98mm (50) Δ=−10mmなら、 f=102mm (51)
ので倍率も±2%変動することになる。このときバック
フォーカスは後述の式(52)を用いて計算すると、
0.8mmしか変動しない。像面の移動はこのように微
小であるので、レンズとワーク面との距離の調整(フォ
ーカス調整)は少しでよい。
で述べよう。図20でレンズの後側主点と像面(ワーク
面;例えばプリント基板の面)の距離をバックフォーカ
スB fという。第1レンズに平行光が入っているから像
面は後焦点v1’(式38)となる。それはF2’から
測ったものだから第2レンズの後側主点から測れば
v 1’+f2=Bfとなる。
に集光させる。ところが回折光はBfの位置に集光させ
る。回折光と0次光の集光点が前後に、 s=f2−Bf=f2 2/(f1+Δ) (53) だけずれている。つまり回折光と0次光が前後に分離さ
れたということである。
面をBfの位置に調整すると、0次光はそれよりsだけ
後方にずれる。像面では0次光は結像しないから殆どパ
ワーがない。つまり0次の位置にスポットを作らない。
たとえばf1=1000mm、f2=100mmだとし
て、Δ=−10mm〜+10mmの範囲で、s=10m
mにもなる。
ンズを組み合わせてプリント基板穴開けをするところに
ある。DOE自体にも工夫があり、それはフレネル型D
OEをも利用するということである。フーリエ型(フラ
ウンホーファー型)のDOEとどう違うのかということ
を明らかにしなければならない。初めにフラウンホーフ
ァー型DOEを説明する。
面波a(x,y)exp(jkz−jωt)が入射する
とする。平面波というのはexp(jkz−jωt)に
よって表現される。進行方向をz方向とする場合、任意
のxy面での位相が同じである波である。位相がxy面
で同一だから波面は当然にxy面に平行である。振幅a
(x,y)は当然にzやtを含まない。kは波数といい
2π/λである。ωは角振動数であり、ω=2πf=2
πc/λである。
であるが透過した波の位相が2π/2m(mは整数)刻
みで局所的に異なるようになっている。DOEは透過光
の位相を変調する素子だということがいえる。そこで透
過光の位相変調分布をt(x,y)によって表現する。
t(x,y)=exp(jφ(x,y))というような
関数である。絶対値は1であるが位相が変わるだけであ
る。平面波であってz方向に直進するからDOEを透過
したときの(x,y)面での波動関数Ψ(x,y)は
には規則正しい繰り返しの要素が含まれる。実際空間周
期Λで同じようなパターンが繰り返すようになってい
る。
の集光レンズが置かれたとする。集光レンズの(x,
y)面での厚さをq(x,y)とすると、レンズを直進
することによる位相の変化はkD+k(n−1)q
(x,y)ということになる。nはレンズ屈折率であ
る。つまり波動関数でいうとexp[jkD]exp
{jk(n−1)q(x,y)}を掛けるということで
ある。
離fによって簡単に置き換えることができる。レンズ前
面、後面の物界側に凸を正とした曲率半径をρ1、ρ2
とすると、 f−1=(n−1)(ρ1 −1−ρ2 −1) (55) であるが、幾何学的な考察から、
の厚みである。
という近似の範囲でq(x,y)は q(x,y)=D−(r2/2){(1/ρ1)+(−1/ρ2)} (5 8) となる。すると式(55)より、
ことは(x,y)の波面に位相遅れ(式59)を与える
ということである。レンズ面での位相U(x,y)は
置く。像面での(x,y)座標をレンズでのx、yと区
別するために(ξ,η)とする。ホイヘンスの原理によ
って、(x,y)での波動関数による、像面(ξ,η)
の点での波動関数へ寄与は、exp{jks}と面積d
xdyをかけてjλfでわったものである。但しsはレ
ンズ面(x,y)と、像面(ξ,η)の距離である。
η)はx,yによってレンズ面で積分することによって
得られるので、
D]の項は省略する。)式(64)はフーリエ変換を意
味する。つまり任意の関数h(x,y)のフーリエ変換
をH(ξ,η)とし次のように定義するとすれば、
変換ということである(これは、aのフーリエ変換とt
のフーリエ変換のコンボリューションになる)。
(x,y)というのはガウシアンビームの強度の(x,
y)面での変化である。これはDOEパターンt(x,
y)に比べて変化率が小さいから、DOEの積分の範囲
ではa(x,y)=1というように仮定できる。実際の
設計ではビームの強度分布を入れて計算すればよい。こ
こではDOEのあらましを述べるのが目的であるから、
計算を簡略化する。そのような簡易な仮定では、
重要なのは強度分布である。式(67)の絶対値の2乗
が強度分布を与える。2乗すると式(67)の[…]の
部分は消える。|V(ξ,η)|2=|T(kξ/f,
kη/f)|2である。つまり像面での強度パターン
は、t(x,y)のフーリエ変換で求められることにな
る。
るので±n次回折(n=0、1、2…)というようにビ
ームが分岐される。x方向に空間周期Λx、y方向にも
空間周期Λyを持つとすると、
においてxとyは独立に行えるからΛx,Λyが混同さ
れる恐れはないので、式の形を少しでも単純化するため
サフィックスx,yを省いて示す。ΛxはΛyと等しい
こともあり等しくない事もある。しかし以後はどちらも
Λと書いている。それは等しいということではない。
について全部加えるということである。∫’∫’という
のは一つの基本パターン(Λ×Λ)の内部だけの∫を意
味する。これをs(ξ,η)とする。
Eの設計というのはそれに尽きるのである。つまり、回
折自体はDOEの位相分布全体に関連して起こるが、フ
ーリエ変換型の場合、基本パターンがいくつも繰り返す
という繰り返し構造となっているので、その一同期分の
位相分布のフーリエ変換s(ξ,η)のみの計算に単純
化できるのである。
けあるとすると、s(ξ,η)とは無関係に積算ができ
るので、
れはどうしてか?x方向について、ξがλf/Λの整数
倍でないとき、|sin(πKξΛ/λf)/sin
(πξΛ/λf)|の値はKに比べ小さい値にしかなら
ない。ところがξがλf/Λの整数倍のときはこの値は
Kとなる。y方向についてもηがλf/Λの整数倍のと
きのみ|sin(πHηΛ/λf)/sin(πηΛ/
λf)|はHになる。ということは、T(ξ,η)はξ
がλf/Λの整数倍、ηがλf/Λの整数倍の点(ξ,
η)だけに有限の値をもち、それ以外はほとんど0であ
る。これがフーリエ変換型DOEで位相分布が繰り返さ
れていることが意味するところである。
ることによってレーザ光によって多数の穴を同時に穿孔
することができるというわけである。以上の話はフーリ
エ型(フラウンホーファー型)DOEに関するものであ
る。次にフレネル型DOEについて説明する。
の振幅をa(x,y)としDOEによる透過後の振幅を
t(x,y)とする。式(54)と同様にDOEを通過
した後の光の波動関数Ψ(x,y)はこれらの積によっ
て与えられる。 Ψ(x,y)=a(x,y)t(x,y) (74) DOE自体に集光作用があるので集光レンズを置かな
い。するとfだけ後方にある像面での波動関数V(ξ,
η)は、
η)の距離である。
ズがないから、exp{jk(x2+y2)/2f}の
項が積分の中に余分に含まれる。ここでも話を簡単にす
るためにa(x,y)=1とおくと、t(x,y)ex
p{jk(x2+y2)/2f}のフーリエ変換をT
(ξ/λf,η/λf,f)として、
2+y2)/2f}のフーリエ変換が周期構造をもつた
めには、フラウンホーファー型DOEの
k(x2+y2)/2f}を含んだものが周期構造をも
つという必要がある。少しこれは分かりにくいが、こう
いうことである。式(68)に代えて、
y2)/2f}のフーリエ変換S(ξ,η)は、
分である。
η)が、σ(ξ,η)になるのは理解し易いことであ
る。しかし式(79)のような周期条件がDOEに要求
されるのでフレネル型DOEの設計は、フラウンホーフ
ァー型DOEに比べて困難となる。つまり式(79)か
ら任意の整数m、lに対して、
るのである。これは同じパターンの繰り返しというもの
ではないからDOEの製作も難しくなる。しかしフレネ
ル型DOEには0次光問題を回避し、像の拡大縮小の範
囲を広げるという作用がある。さりながらDOEには柔
軟性がないという難点は、フレネル型DOEでも同様で
ある。
混成した本発明の方式はより広範な用途に柔軟に対応で
きるのである。高速性、柔軟性を兼備した優れた発明で
ある。図12のように、回転円板によるDOEとガルバ
ノミラーの両方式の切り替えを行う場合、フレネル型D
OEを採用するならば、ガルバノミラーへの切り替え時
に回転円板にはフレネル型DOEと同一焦点距離のレン
ズをセットする。
エ型)DOE)]ここでは、フラウンホーファー型DO
Eの実施例を示す。これは分岐のみの機能を有するDO
Eである。フラウンホーファー回折で理論的に扱えるも
のであるからフラウンホーファー型という。それはDO
Eの位相分布のフーリエ変換で定式化できるものである
からフーリエ型ともいう。DOEの焦点距離というもの
を敢えて考えるとそれは焦点距離が無限大のものである
から、レンズが不可欠である。集光レンズとしてDOE
の場合はfsinθレンズが最適である、ということを
先に説明した。それでここではfsinθレンズを用い
る。fsinθレンズ自体が新規なものであるから市販
のレンズを使うというわけにゆかない。そのようなもの
はないからfsinθレンズの設計から始める必要があ
る。
m、回折次数n=0,1,2,3,4,5焦点の位置に
おいたプリント基板に5mm間隔で5つの穴を開けるよ
うなパターン。
3) 第1レンズ 第1面、第2面ともに球面 第2レンズ 第1面は球面、第2面は非球面 ○ 波長 10.6μm ○入射瞳位置 第1レンズ第1面より物界側50mm ○Fナンバー 6 ○回折格子 周期192.308μm、回折次数n=
0,1,2,3,4,5 ○出射角度 0度(テレセントリック)
を変数とする。
リント基板に5mm間隔の穴を穿孔する実験をした。低
次回折の穴間隔は5mmであるが、fθレンズでは高次
になると穴間隔が大きくなるため5次の穴の位置は2
5.26mmとなった。一方、fsinθレンズの場
合、25.00mmであった。プリント基板での穴間隔
に要求される精度は±20μmである。5次での誤差が
+260μmもあるfθレンズは利用できない。fsi
nθレンズの場合は±20μm未満であり、高次の回折
光まで穴開けに利用することができる。
ときDOEを前焦点からレーザ側へΔだけずらしたとき
の間隔の変化を測定した結果を示すグラフである。ここ
でa=3302mm、b=132mm、f=127m
m、M=0.04である。横軸はΔ(mm)であり、縦
軸は間隔(mm)を示す。微小な範囲であるが穴間隔を
微調整できる。テレセントリック性を損なわない程度で
調整すればよい。
能のみのフラウンホーファー型に対し、集光機能(有限
の焦点距離)をもたせたDOEも新しく考案されてい
る。それはフレネル型のDOEという。つまりフーリエ
型の通常の回折部品にレンズを組み合わせたような作用
をDOE一つで行うような素子である。そのようなDO
Eを使うことの利点はすでに説明したように二つある。
一つは0次光の影響を除去できるということである。も
う一つはDOEの位置を調整して像の拡大縮小を行うこ
とができるということである。
から集光レンズがなくても、その焦点距離の位置におい
たスクリーンに回折像を映し出すことができる。しか
し、それだけでは大きな加工エリア内で一括穴あけ加工
(テレセントリックであることも必須)することができ
ないので、フレネル型DOEの場合にも集光レンズをす
ぐ後ろに設置する。その場合のレンズもfsinθレン
ズが最適である。それはそうなのであるが、フラウンホ
ーファー型DOEで最適のfsinθとは異なる。フレ
ネル型DOEは収束性(f正)あるいは発散性(f負)
の回折ビームを発生するので、フラウンホーファー型に
適するfsinθを使うと像面彎曲が発生し望ましくな
い。フレネル型DOEの場合はDOEの焦点距離f1に
よって異なる新規のfsinθを設計する必要がある。
このfsinθレンズをガルバノ方式でも用いる場合に
は、フレネル型DOEの代わりにそれと同じ焦点距離f
1のレンズを用いる。
1=−500mmの負のパワーとした。周期192.3
08μm、回折次数n=0,1,2,3,4,5焦点の
位置においたプリント基板に5mm間隔で5つの穴を開
けるようなパターン。
3) 第1レンズ 第1面は非球面、第2面は球面 第2レンズ 第1面は球面、第2面は非球面 ○ 波長 10.6μm ○入射瞳位置 第1レンズ第1面より物界側50mm ○Fナンバー 6 ○回折格子 周期192.308μm、回折次数n=
0,1,2,3,4,5 ○出射角度 0度(テレセントリック)
を変数とする。
リント基板に5mm間隔の穴を穿孔する実験をした。図
17にフレネル型DOEとfsinθレンズによる実験
系を示す。低次回折の穴間隔は5mmであるが、fθレ
ンズでは高次になると穴間隔が大きくなるため5次の穴
の位置は25.26mmとなった。一方、fsinθレ
ンズの場合、25.00mmであった。プリント基板で
の穴間隔に要求される精度は±20μmである。5次で
の誤差が+260μmもあるfθレンズは利用できな
い。fsinθレンズの場合は±20μm未満であり、
高次の回折光まで穴開けに利用することができる。
1と同様である。フレネル型DOEを使う実施例2はさ
らにそれを越える二つの効果がある。
ではf1=−500mmという発散性をもつので、次の
ようにして像を拡大縮小することができる。DOEとレ
ンズの合成焦点距離fは、 f=f1f2/(f1+Δ) (85) となる。ΔはDOEの、レンズの前焦点からのズレであ
る。ズレΔ>0のとき、f1<0ならばf>f2とな
る。逆にΔ<0のとき、f1<0ならばf<f2とな
る。フラウンホーファー型の場合f1は実質的に無限大
であるから上の式は常にf=f2となってfの変化を許
さない。しかし実施例2ではフレネル型のDOEを使っ
ており有限のf1をもっているからΔの変化によってf
の変動を引き起こすことができる。
f2=127mmであるから、 f=500×127/(500−Δ) (86) となる。例えば Δ=15mmのときには、 f=130.9mm (87) Δ=−15mmのときには、f=123.3mm (88)
焦点距離fにほぼ比例する。ここではΔの±15mmの
変化に対して焦点距離が±3%変動する。したがってΔ
を変える事によって±3%ものパターンの拡大縮小が可
能となる。実施例1のフーリエ型DOEを使う場合は拡
大縮小の範囲が±1%であった。実施例2ではその3倍
に及ぶ拡大縮小が可能となる。つまり穴パターンの97
%までの縮小、103%までの拡大ができる。
光の焦点は像面の前にある。0次光は像面に焦点を結ば
ないから0次光の影響が現れない。0次光を排除する事
ができる。どの程度0次光焦点が像面から離隔している
か?というと、Δ=−15mm〜+15mmに対して、
前方に30mm以上離れている。0次光は像面ではぼけ
てしまい像面では弱いノイズになるだけである。プリン
ト基板を焼き切る程のパワーはない。つまり0次光を完
全に排除することができる。
Δだけずらせると焦点距離fが変化するので像面の位置
も変更しなければならない。しかしそれは僅かな距離で
調整容易である。この実施例においてf1=−500m
m、f2=127mmであるから、バックフォーカスB
fは Bf=f2{1−f2/(f1+Δ)} (91) =127×{1+127/(500−Δ)} (92) によって計算される。Δ=−15mm〜+15mmのと
き、
離であるから、レンズ、像面(ワーク)間の距離を増減
調整して常に焦点の位置に像面を合わせることができ
る。
異なる多数のビームに分岐しfsinθレンズによって
等間隔のスポットを像面に形成する。高い位置精度を保
持しながら多点高速一括穿孔を行うことができる。fs
inθレンズを使うので高次回折光での位置ズレが起こ
らず高次回折光まで利用できる。高次の回折光をも利用
できるからより多数の穴を一括穿孔できる。
すると、DOEの高速一括性とガルバノミラーの柔軟性
が相補って使いやすく優れた穴あけ装置となる。DOE
を二つのガルバノミラーの中間に置くと、レンズのテレ
セントリック性を最大限に生かすことができる。
を取り付け回転させてDOEを切り替える事にすれば、
多種類の一括パターン加工を高速で切り替えることがで
きる。また回転円板の窓の一つを開口にしておく(フラ
ウンホーファー型DOEの場合)か、DOEと同じ焦点
距離のレンズをセットしておく(フレネル型)と、ビー
ムを開口に通してガルバノミラー方式の運転を行うこと
ができる。ガルバノミラー方式とDOE方式の切り替え
が容易である。
レーザ光の発散角を調整することと、回折型光学部品を
前後に移動させることによって、穴間隔の拡大、縮小を
行う事ができる。これによって、微小な穴間隔の補正が
可能になる。加工すべき穴パターンの拡大、縮小を行う
ようにすることもできる。或いはピンホールマスクにレ
ーザを入射させることによって、マスク転写光学系とす
れば、ピンホールマスクの位置調整と回折型光学部品の
移動によって、同様に穴間隔の拡大、縮小を行うことが
できる。
(焦点距離が無限大)を使うこともできるしフレネル型
のものを使うこともできる。いずれのDOEを使用して
もレンズとDOEの距離を変えることによってパターン
を拡大縮小できる。特にフレネル型のものを利用すると
拡大縮小の範囲を広くすることができる。またフレネル
型DOEを使用すると、0次光の影響を消去することが
できる。
斜視図。
てDOEビームを像面Iに集光した場合の光線追跡を説
明する図。0次、1次、2次回折ビームが図示される。
面図。
面Iにスポットとして照射することを説明する構成図。
すことによって像面での回折光の間隔がどのように変化
するかを説明するための構成図。
スポットの間隙が0.50mmである光学系において、
DOEを前方へずらせたとき、DOEの前方へのズレの
量と、レーザ回折光照射スポット間隔の関係を示すグラ
フ。
数に含ませるため、レンズ面(入射瞳)に取った光線の
分布と重みを説明する図。
って集光し、像面Iに結像させたものを示す光線図。0
次、1次、2次、3次、4次、5次回折光が図示されて
いる。
の回折ビームとし、fsinθレンズによって、スポッ
ト状の回折像を像面に形成しパッケージなどに多数の穴
を穿孔する本発明のレーザ穴開け加工装置を示す斜視
図。
と、ガルバノミラーによる揺動ビーム生成方式を組み合
わせたハイブリッド方式を説明するための斜視図。
合わせ、負レンズの前焦点と正レンズの前焦点を合致さ
せ平行入射ビームを直径の異なる平行出射ビームに変換
するビームエキスパンダの概略図。
合わせ、負レンズの前焦点と正レンズの前焦点をずらせ
て平行入射ビームを発散出射ビームに変換するビームエ
キスパンダの概略図。
合わせ、負レンズの前焦点と正レンズの前焦点をずらせ
て平行入射ビームを収束出射ビームに変換するビームエ
キスパンダの概略図。
合わせた実施例2の光学系の概略構成図。
ホーファー型DOE(フーリエ型)の回折を示す説明
図。
レネル型DOEの回折を示す説明図。
す説明図。
の計算を説明するための説明図。
Claims (13)
- 【請求項1】 レーザと、一定の空間周期の同一の繰り
返しパターン、或いは一定の空間周期の同一パターンを
変調した繰り返しパターンを含みレーザ光を回折して多
数のビームを発生する回折型光学部品と、回折型光学部
品から出た多数の分岐ビームを集光するfsinθレン
ズとよりなることを特徴とするレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項2】 回折型光学部品が有限の焦点距離fを有
するフレネル型であって、同一パターンを変調した繰り
返しパターンを有し、繰り返しパターンが面内の位置
(x,y)における複素透過率t(x,y)によって表
現され、光の波数をk、x方向の空間周期をΛx、y方
向の空間周期をΛy、fを焦点距離、m、lを繰り返し
数以下の任意の整数(jは虚数単位)として、t(x,
y)が、 t(x+mΛx,y+lΛy)=t(x,y)exp
{−jk(mxΛx+lyΛy)/f}exp[{−j
k(Λx 2m2+Λy 2l2)}/2f] という関係を有する事を特徴とする請求項1に記載のレ
ーザ穴開け加工装置。 - 【請求項3】 回折型光学部品が無限大の焦点距離を有
するフラウンホーファー型であって、同一パターンを繰
り返すこととし、光の波数をk、x方向の空間周期をΛ
x、y方向の空間周期をΛy、fを焦点距離、m、lを
繰り返し数以下の任意の整数として、t(x,y)が、 t(x+mΛx,y+lΛy)=t(x,y) という関係を有する事を特徴とする請求項1に記載のレ
ーザ穴開け加工装置。 - 【請求項4】 複数の窓を有する回転円板の窓に複数の
回折型光学部品を取り付けて、レーザビーム中に一つの
回折型光学部品が位置するように置き、回転円板を回転
させることによって、回折型光学部品を切り替えること
ができるようにした事を特徴とする請求項1〜3の何れ
かに記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項5】 レーザと、レーザ光を反射する2枚以上
の揺動するガルバノミラーと、一定の空間周期の同一の
繰り返しパターン、或いは一定の空間周期の同一パター
ンを変調した繰り返しパターンを含みレーザ光を回折し
て多数のビームを発生する回折型光学部品と、ガルバノ
ミラー又は回折型光学部品から出た多数の分岐ビームを
集光するfsinθレンズと、回折型光学部品をレーザ
ビーム光路内に挿入し、あるいは離脱させる機構とより
なる事を特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のレー
ザ穴開け加工装置。 - 【請求項6】 回折型光学部品を、2枚のガルバノミラ
ーの中間位置に挿入または離脱させるようにした事を特
徴とする請求項5に記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項7】 複数の窓を有する回転円板の窓に複数の
回折型光学部品を取り付けて、ガルバノミラーによって
反射されたビーム中に一つの回折型光学部品が位置する
ように置き、ビームを回折する回折型光学部品を切り替
えることができるようにした事を特徴とする請求項6に
記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項8】 複数の窓を有する回転円板の窓の少なく
とも一つを開き窓として残し、他の窓に回折型光学部品
を取り付けて、ガルバノミラーによって反射されたビー
ム中に一つの回折型光学部品または開き窓が位置するよ
うに置き、ビームを回折する回折型光学部品とガルバノ
ミラーを択一的に切り替えることができるようにした事
を特徴とする請求項7に記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項9】 回折型光学部品がフレネル型であって、
複数の窓を有する回転円板の窓の少なくとも一つに、回
折型光学部品と同じ焦点距離をもつレンズを設け、他の
窓に回折型光学部品を取り付けて、ガルバノミラーによ
って反射されたビーム中に一つの回折型光学部品または
レンズが位置するように置き、ビームを回折する回折型
光学部品とガルバノミラーを択一的に切り替えることが
できるようにした事を特徴とする請求項7に記載のレー
ザ穴開け加工装置。 - 【請求項10】 回折型光学部品をレーザ側或いはレン
ズ側へ移動することによって、加工すべき穴パターンの
拡大、縮小を行うようにすることを特徴とする請求項1
〜9の何れかに記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項11】 レーザビームの発散角を調整する手段
を回折型光学部品よりレーザに近い側に設けて、回折型
光学部品へ入射するレーザビームの発散角を増減し、ま
た回折型光学部品をレーザ側或いはレンズ側へ移動する
ことによって、加工すべき穴パターンの拡大、縮小を行
うようにすることを特徴とする請求項1〜9の何れかに
記載のレーザ穴開け加工装置。 - 【請求項12】 レーザビームの発散角調整手段として
ビームエキスパンダを採用し、ビームエキスパンダのレ
ンズ間隔を変更することによりレーザビームの発散角を
調整することを特徴とする請求項11に記載のレーザ穴
開け加工装置。 - 【請求項13】 レーザと回折型光学部品の間にピンホ
ールマスクを設け、ピンホールマスクをレーザ側或いは
回折型光学部品側へ移動して、光学系の倍率を増減し、
また回折型光学部品をピンホールマスク側或いはレンズ
側へ移動することによって、加工すべき穴パターンの拡
大、縮小を行うようにすることを特徴とする請求項1〜
9の何れかに記載のレーザ穴開け加工装置。
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Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030090371A (ko) * | 2002-05-23 | 2003-11-28 | 주식회사 이오테크닉스 | 레이저를 이용한 도광판의 스크라이빙 장치 및 그 보정방법 |
WO2004077115A1 (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 回折型光学部品およびそれを用いたレーザ加工装置 |
WO2007034887A1 (ja) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | レーザ光学装置 |
JP2007196277A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Seiko Epson Corp | 微細構造体の製造方法、製造装置、及びデバイス |
JP2008046659A (ja) * | 2007-10-19 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回折型光学部品の設計方法 |
JP2008110384A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質樹脂膜とその穿孔方法、その樹脂膜を用いた異方性導電シート、電気検査方法及び回路接続方法 |
JP2008119719A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Keyence Corp | レーザ加工装置 |
JP2008229837A (ja) * | 2001-05-14 | 2008-10-02 | Arryx Inc | 光勾配力を印加する改良された装置、システムおよび方法 |
JP2009510535A (ja) * | 2005-10-07 | 2009-03-12 | トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Fシータ対物レンズおよびfシータ対物レンズを備えたスキャナ装置 |
JP2009267247A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法およびレーザ加工装置 |
JP2011077186A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法及び製造装置 |
JP2012110905A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Panasonic Corp | 溶接方法および溶接装置 |
KR20130140561A (ko) * | 2012-06-14 | 2013-12-24 | 가부시기가이샤 디스코 | 레이저 가공 장치 |
JP7443041B2 (ja) | 2019-12-12 | 2024-03-05 | 東レエンジニアリング株式会社 | 光スポット像照射装置および転写装置 |
Families Citing this family (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983939B4 (de) * | 1999-03-05 | 2005-02-17 | Mitsubishi Denki K.K. | Laserstrahlmaschine |
DE10120923A1 (de) * | 2001-04-30 | 2002-10-31 | Hauni Maschinenbau Ag | Vorrichtung zum Perforieren von stabförmigen Gegenständen insbesondere der Tabak verarbeitenden Industrie |
WO2002101888A2 (en) * | 2001-06-13 | 2002-12-19 | Orbotech Ltd. | Multi-beam micro-machining system and method |
US6804269B2 (en) * | 2001-06-19 | 2004-10-12 | Hitachi Via Mechanics, Ltd. | Laser beam delivery system with trepanning module |
FR2828825B1 (fr) * | 2001-08-22 | 2003-12-26 | Air Liquide | Procede et installation de coupage par faisceau laser utilisant un objectif a multifocales et une tuyere convergente/divergente |
JP3977038B2 (ja) | 2001-08-27 | 2007-09-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザ照射装置およびレーザ照射方法 |
JP3925169B2 (ja) * | 2001-11-26 | 2007-06-06 | 株式会社デンソー | レーザー光による材料の同時一括溶融方法及び装置 |
DE10209617C1 (de) * | 2002-03-05 | 2003-08-07 | Siemens Ag | Laserbeschriftungsverfahren |
DE10234011A1 (de) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Lang Laser-System Gmbh | Einzellagen-Cutters (Schneidsystem) |
DE60233799D1 (de) * | 2002-11-01 | 2009-11-05 | Huron Valley Steel Corp | Abtastvorrichtung für Verwendung in einer Metallschrottsortiervorrichtung |
US6740847B1 (en) * | 2003-03-10 | 2004-05-25 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Method of forming multiple machining spots by a single laser |
US6947454B2 (en) * | 2003-06-30 | 2005-09-20 | Electro Scientific Industries, Inc. | Laser pulse picking employing controlled AOM loading |
US7244907B2 (en) * | 2004-06-30 | 2007-07-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of optimizing optical power use in a parallel processing laser system |
US20060000811A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Diffractive optical element changer for versatile use in laser manufacturing |
US20060114948A1 (en) * | 2004-11-29 | 2006-06-01 | Lo Ho W | Workpiece processing system using a common imaged optical assembly to shape the spatial distributions of light energy of multiple laser beams |
DE102005033852A1 (de) * | 2005-07-12 | 2007-01-18 | Hach Lange Gmbh | Scheibenförmiges Trägersystem mit einer Mehrzahl integrierter Beugungsstrukturen |
WO2007088795A1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of memory element, laser irradiation apparatus, and laser irradiation method |
ES2514520T3 (es) * | 2009-12-04 | 2014-10-28 | Slm Solutions Gmbh | Unidad de irradiación óptica para una planta para la producción de piezas de trabajo mediante la irradiación de capas de polvo con radiación de láser |
WO2011116968A2 (en) | 2010-03-24 | 2011-09-29 | Laser Zentrum Hannover E.V. | System and method for laser-beam based processing |
US9366861B1 (en) * | 2012-02-29 | 2016-06-14 | Randy E. Johnson | Laser particle projection system |
KR101335403B1 (ko) * | 2012-05-08 | 2013-12-02 | 주식회사 토파즈 | 도광판 가공장치 |
KR101335404B1 (ko) * | 2012-05-08 | 2013-12-02 | 주식회사 토파즈 | 도광판 가공장치 |
KR20140036593A (ko) | 2012-09-17 | 2014-03-26 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 가공 장치 |
KR102208818B1 (ko) | 2012-11-20 | 2021-01-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 가공 장치 |
KR102112751B1 (ko) | 2013-02-01 | 2020-05-19 | 삼성디스플레이 주식회사 | 레이저 빔을 이용한 마스크 제조 방법 및 마스크 제조 장치 |
TWI561327B (en) * | 2013-10-16 | 2016-12-11 | Asm Tech Singapore Pte Ltd | Laser scribing apparatus comprising adjustable spatial filter and method for etching semiconductor substrate |
DE102014007067A1 (de) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtintensitätsverteilung |
DE102014117613B4 (de) * | 2014-12-01 | 2018-04-12 | SECOPTA analytics GmbH | Laseranordnung und Verfahren zur Untersuchung eines Objektes |
US9733485B2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-08-15 | Himax Technologies Limited | Collimating lens |
CN105921893B (zh) * | 2016-07-07 | 2019-04-12 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种硬脆材料的激光钻孔*** |
TWI671154B (zh) * | 2018-03-23 | 2019-09-11 | 寶力精密科技股份有限公司 | 複合式雷射加工裝置及其運作方法 |
US20200080913A1 (en) * | 2018-09-11 | 2020-03-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Compact lens tester |
US11442282B2 (en) * | 2018-10-26 | 2022-09-13 | Viavi Solutions Inc. | Optical element including a plurality of regions |
DE102018127633A1 (de) * | 2018-11-06 | 2020-05-07 | Bundesdruckerei Gmbh | Durchkontaktierung in einer beidseitig bedruckten Trägerfolie unter Verwendung einer diffraktiven Optik |
JP7303053B2 (ja) * | 2019-07-17 | 2023-07-04 | ファナック株式会社 | 調整補助具及びレーザ溶接装置 |
CN110508947B (zh) * | 2019-09-27 | 2021-03-19 | 清远市鼎兴泰机械设备有限公司 | 一种沙井盖加工用便于维护的激光切割机 |
KR20210112434A (ko) * | 2020-03-04 | 2021-09-15 | 삼성디스플레이 주식회사 | 전자 장치 제조 방법 |
DE102020131405A1 (de) * | 2020-11-26 | 2022-06-02 | LANG LASER - System GmbH | Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit Mehrfachapplikation |
US20230201959A1 (en) * | 2021-12-23 | 2023-06-29 | Saudi Arabian Oil Company | Multiple Converging Laser Beam Apparatus and Method |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2754104C2 (de) * | 1977-12-05 | 1987-01-15 | Hauni-Werke Körber & Co KG, 2050 Hamburg | Vorrichtung zum Herstellen einer Zone gewünschter Luftdurchlässigkeit in einem Hüllmaterialstreifen für stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie |
US4846550A (en) * | 1987-01-07 | 1989-07-11 | Allied-Signal Inc. | Optical wedges used in beam expander for divergence control of laser |
DE3883056T2 (de) * | 1987-04-27 | 1994-03-17 | Dainippon Screen Mfg | Optisches System für ein Lichtpunktabtastsystem. |
JPH07113706B2 (ja) * | 1988-12-16 | 1995-12-06 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 光ビーム走査用レンズ |
JPH03213802A (ja) * | 1990-01-18 | 1991-09-19 | Ricoh Co Ltd | 回折格子 |
US5113286A (en) * | 1990-09-27 | 1992-05-12 | At&T Bell Laboratories | Diffraction grating apparatus and method of forming a surface relief pattern in diffraction grating apparatus |
US5362940A (en) * | 1990-11-09 | 1994-11-08 | Litel Instruments | Use of Fresnel zone plates for material processing |
US5353164A (en) * | 1992-10-30 | 1994-10-04 | At&T Bell Laboratories | Objective lens for a free-space photonic switching system |
US5481407A (en) * | 1993-09-14 | 1996-01-02 | Litel Instruments | Apparatus and process for using Fresnel zone plate array for processing materials |
US5373137A (en) * | 1994-01-28 | 1994-12-13 | Litton Systems, Inc. | Multiple-line laser writing apparatus and method |
JP2723798B2 (ja) * | 1994-04-28 | 1998-03-09 | 三菱電機株式会社 | レーザ転写加工装置 |
JP3077539B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2000-08-14 | 松下電器産業株式会社 | レーザ加工方法 |
JP3141715B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2001-03-05 | 松下電器産業株式会社 | レーザ加工方法 |
DE19511393B4 (de) * | 1995-03-28 | 2005-08-25 | Carl Baasel Lasertechnik Gmbh | Gerät zur Substratbehandlung, insbesondere zum Perforieren von Papier |
JP3367545B2 (ja) * | 1995-09-22 | 2003-01-14 | 株式会社ニコン | 光スペクトル検出装置 |
EP0820640B1 (en) * | 1996-02-09 | 2011-07-13 | Advanced Laser Separation International (ALSI) B.V. | Laser separation of semiconductor elements formed in a wafer of semiconductor material |
JP3738790B2 (ja) * | 1996-07-26 | 2006-01-25 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェット記録ヘッドの構成部材の開口穿孔方法 |
JP3353134B2 (ja) * | 1998-03-02 | 2002-12-03 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ加工装置 |
US6037564A (en) * | 1998-03-31 | 2000-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for scanning a beam and an apparatus therefor |
CA2280531C (en) * | 1999-08-19 | 2008-06-10 | Simon Thibault | F-sin (.theta.) lens system and method of use of same |
-
2000
- 2000-05-25 JP JP2000154514A patent/JP3346374B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-19 KR KR10-2000-0033542A patent/KR100372470B1/ko active IP Right Grant
- 2000-06-20 TW TW089112087A patent/TW494043B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-06-21 EP EP00113302A patent/EP1063048B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-21 DE DE2000613365 patent/DE60013365T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-22 US US09/598,467 patent/US6452132B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008229837A (ja) * | 2001-05-14 | 2008-10-02 | Arryx Inc | 光勾配力を印加する改良された装置、システムおよび方法 |
KR20030090371A (ko) * | 2002-05-23 | 2003-11-28 | 주식회사 이오테크닉스 | 레이저를 이용한 도광판의 스크라이빙 장치 및 그 보정방법 |
US7440188B2 (en) | 2003-02-06 | 2008-10-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diffractive optical element |
WO2004077115A1 (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 回折型光学部品およびそれを用いたレーザ加工装置 |
KR100942872B1 (ko) * | 2003-02-06 | 2010-02-17 | 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 | 회절형 광학 부품 및 그것을 이용한 레이저 가공 장치 |
WO2007034887A1 (ja) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | レーザ光学装置 |
JP2007114741A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-05-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザ光学装置 |
KR101188519B1 (ko) | 2005-09-22 | 2012-10-05 | 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 | 레이저 광학 장치 |
JP4650837B2 (ja) * | 2005-09-22 | 2011-03-16 | 住友電気工業株式会社 | レーザ光学装置 |
JP4681651B2 (ja) * | 2005-10-07 | 2011-05-11 | トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Fシータ対物レンズおよびfシータ対物レンズを備えたスキャナ装置 |
JP2009510535A (ja) * | 2005-10-07 | 2009-03-12 | トルンプフ レーザー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | Fシータ対物レンズおよびfシータ対物レンズを備えたスキャナ装置 |
US8102581B2 (en) | 2005-10-07 | 2012-01-24 | Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg | Lens system and scanner device equipped therewith |
JP2007196277A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Seiko Epson Corp | 微細構造体の製造方法、製造装置、及びデバイス |
JP2008110384A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質樹脂膜とその穿孔方法、その樹脂膜を用いた異方性導電シート、電気検査方法及び回路接続方法 |
JP2008119719A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Keyence Corp | レーザ加工装置 |
JP2008046659A (ja) * | 2007-10-19 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回折型光学部品の設計方法 |
JP4683237B2 (ja) * | 2007-10-19 | 2011-05-18 | 住友電気工業株式会社 | 回折型光学部品の設計方法 |
JP2009267247A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法およびレーザ加工装置 |
JP2011077186A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法及び製造装置 |
JP2012110905A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Panasonic Corp | 溶接方法および溶接装置 |
KR20130140561A (ko) * | 2012-06-14 | 2013-12-24 | 가부시기가이샤 디스코 | 레이저 가공 장치 |
KR101975607B1 (ko) * | 2012-06-14 | 2019-05-07 | 가부시기가이샤 디스코 | 레이저 가공 장치 |
JP7443041B2 (ja) | 2019-12-12 | 2024-03-05 | 東レエンジニアリング株式会社 | 光スポット像照射装置および転写装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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