JP2002023099A - Laser beam machining device and laser beam machining method - Google Patents
Laser beam machining device and laser beam machining methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置及び
レーザ加工方法に関し、特にＣＯ２レーザ、ＹＡＧレー
ザ、短波長に波長変換したＹＡＧレーザなどのレーザ光
線を使用したレーザ加工装置およびその加工法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method, and more particularly to a laser processing apparatus using a laser beam such as a CO2 laser, a YAG laser, and a YAG laser converted into a short wavelength, and a processing method thereof. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のレーザ加工装置に関して、図４を
参照しながら説明する。４０１はレーザで、主にＣＯ２
レーザ、ＹＡＧレーザ、短波長に波長変換したＹＡＧレ
ーザなどが使用される。４０２はマスク、４０３は投影
レンズ、４０４は加工対象物であり、レーザ４０１から
出力されたガウス型の強度分布を有するレーザビーム４
０５がマスク４０２に照射される。マスク４０２を透過
したレーザ光は、投影レンズ４０３によりマスク４０２
の像を加工対象物４０４に投影し、加工対象物４０４を
レーザ加工する。2. Description of the Related Art A conventional laser processing apparatus will be described with reference to FIG. 401 is a laser, which is mainly CO2
A laser, a YAG laser, a YAG laser converted to a short wavelength, or the like is used. Reference numeral 402 denotes a mask, 403 denotes a projection lens, 404 denotes an object to be processed, and a laser beam 4 having a Gaussian intensity distribution output from a laser 401.
05 is irradiated on the mask 402. The laser light transmitted through the mask 402 is transmitted to the mask 402 by the projection lens 403.
Is projected onto the processing object 404, and the processing object 404 is laser-processed.
【０００３】レーザビーム断面の強度分布は、一般にガ
ウス型ビーム４０５を代表として、中央部分のビーム強
度が強く、周辺部分にすそをひくように弱くなってい
る。このような、中央部分の強度が強いレーザビーム
は、マスクを透過しても中央部分の強度が周辺に比較し
て強く、投影レンズ４０３により加工対象物４０４によ
り投影したマスク像の光強度分布も中央部分の強度が強
くなってしまう。このため加工対象物４０４の加工条件
が、投影像の中央部分と周辺部で、強度が均一にならな
いという課題が生じてしまう。The intensity distribution of the cross section of a laser beam, as represented by a Gaussian beam 405, is generally strong at the center and weak at the periphery. Such a laser beam having a high intensity in the central portion has a higher intensity in the central portion than in the periphery even when transmitted through the mask, and the light intensity distribution of the mask image projected by the processing object 404 by the projection lens 403 is also higher. The strength of the central part is increased. For this reason, there arises a problem that the processing conditions of the processing target 404 are not uniform in intensity at the central portion and the peripheral portion of the projected image.
【０００４】このような場合、たとえば、繊維の入った
プリント基板の穴あけ加工などでは、穴の中央部分は強
度分布が強いため、加工されすぎて下面の銅箔まで損傷
してしまうことが多いが、周辺部では強度分布が弱いた
め、繊維が十分に加工されずに残ってしまうという課題
があった。In such a case, for example, in the case of drilling a printed circuit board containing fibers, the central portion of the hole has a strong strength distribution, so that the hole is often processed so that the copper foil on the lower surface is often damaged. However, since the strength distribution is weak in the peripheral portion, there is a problem that the fibers remain without being sufficiently processed.
【０００５】また、上記の例ではマスク４０２を使用し
て加工する加工機の例を示したが、マスク４０３を除い
て直接レーザビームで加工対象物４０４を加工する場合
もあり、このような場合にも、中央部分の強度が強いレ
ーザビームを用いると、溶接加工などのような熱分布の
均一性が要求される場合には、溶接加工品質が低下する
という課題があった。In the above example, an example of a processing machine for processing using the mask 402 has been described. However, the processing object 404 may be directly processed by a laser beam except for the mask 403. In addition, when a laser beam having a strong central portion is used, there is a problem in that, when uniformity of heat distribution is required, such as in welding, welding processing quality is reduced.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のレ
ーザ加工装置では、強度分布がガウス型ビームであるレ
ーザビームを、強度分布状態をほとんど変えずにマスク
や投影レンズを介して加工に用いるため、中央部分の強
度が強いまま加工が行われてしまう。このような均一性
の悪いレーザビームを用いたレーザ加工は、加工品質を
悪化させるという課題を有している。As described above, in the conventional laser processing apparatus, a laser beam whose intensity distribution is a Gaussian beam is used for processing via a mask or a projection lens without substantially changing the intensity distribution state. Therefore, the processing is performed while the strength of the central portion is high. Laser processing using a laser beam having such poor uniformity has a problem of deteriorating the processing quality.
【０００７】本発明は、ビーム強度分布の均一性を改善
する光学系を構成して加工に用いることで、加工性能の
良いレーザ加工装置及びその方法を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus having a high processing performance and a method thereof by forming an optical system for improving the uniformity of the beam intensity distribution and using it for processing.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、球面収差を用いてレーザビームの強度分布
の均一性を改善する光学系を有するように構成したもの
である。すなわち、球面収差のある光学部品にレーザビ
ームを透過させると、ビーム中央付近のビームとビーム
周辺部分のビームでは、球面収差のため光路の方向が変
化し、光路が変化すると、ビーム形状がビームの伝播に
したがって変化する。これにより、ビームの中央部分の
強度分布が低下し、周辺部分が増加したビームが得られ
る。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, the present invention comprises an optical system for improving the uniformity of the intensity distribution of a laser beam by using spherical aberration. In other words, when a laser beam is transmitted through an optical component having spherical aberration, the direction of the optical path changes due to spherical aberration between the beam near the beam center and the beam near the beam, and when the optical path changes, the beam shape changes. It changes with propagation. As a result, a beam having a reduced intensity distribution in the central portion of the beam and an increased peripheral portion is obtained.
【０００９】このように、強度分布が改善されたビーム
が得られるような球面収差を有する光学系を構成するこ
とにより、中央部分の強度分布の強いレーザビームを均
一性の良いレーザビームに変換することで、ビーム強度
分布の均一性を改善し、上記課題であった加工品質の悪
化を改善することができ、加工性能の良いレーザ加工装
置及びその方法を得ることができる。As described above, by configuring an optical system having a spherical aberration capable of obtaining a beam having an improved intensity distribution, a laser beam having a strong intensity distribution at the central portion is converted into a laser beam having good uniformity. Thereby, the uniformity of the beam intensity distribution can be improved, and the deterioration of the processing quality, which is the above problem, can be improved, and a laser processing apparatus and a method thereof with good processing performance can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、球面収差によりレーザビームの強度分布の均一性を
改善する光学系を有するレーザ加工装置である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first aspect of the present invention is a laser processing apparatus having an optical system for improving the uniformity of the intensity distribution of a laser beam by spherical aberration.
【００１１】請求項２に記載の発明は、光学系で、少な
くとも１つの光学素子の球面収差による焦点距離変化量
が焦点距離の１％以上である請求項１記載のレーザ加工
装置である。According to a second aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein the amount of change in the focal length due to spherical aberration of at least one optical element in the optical system is 1% or more of the focal length.
【００１２】請求項３に記載の発明は、強度分布の均一
性を改善したレーザビームをマスクに投影し、前記マス
クの像を加工対象物に投影してレーザ加工する請求項１
記載のレーザ加工装置である。According to a third aspect of the present invention, a laser beam having improved uniformity of intensity distribution is projected onto a mask, and an image of the mask is projected onto a processing object to perform laser processing.
It is a laser processing apparatus of the description.
【００１３】請求項４に記載の発明は、マスクの前に均
一性を改善したレーザビームの発散角を減少させる光学
系を有する請求項３記載のレーザ加工装置である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the third aspect, further comprising an optical system for reducing the divergence angle of the laser beam having improved uniformity before the mask.
【００１４】請求項５に記載の発明は、少なくとも２個
の球面レンズにより、略平行レーザビームを強度分布の
均一性を改善した略平行レーザビーム光に変換する光学
系を有する請求項１記載のレーザ加工装置である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical system for converting an approximately parallel laser beam into a substantially parallel laser beam having improved uniformity of intensity distribution by at least two spherical lenses. It is a laser processing device.
【００１５】請求項６に記載の発明は、球面収差により
レーザビームの強度分布の均一性を改善したレーザビー
ムを使用してレーザ加工するレーザ加工方法である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser processing method for performing laser processing using a laser beam in which the uniformity of the intensity distribution of the laser beam is improved by spherical aberration.
【００１６】請求項７に記載の発明は、少なくとも１つ
の光学素子の球面収差による焦点距離変化量が焦点距離
の１％以上である請求項６記載のレーザ加工方法であ
る。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the laser processing method according to the sixth aspect, wherein a change in focal length due to spherical aberration of at least one optical element is 1% or more of the focal length.
【００１７】請求項８に記載の発明は、強度分布の均一
性を改善したレーザビームをマスクに投影し、前記マス
クの像を加工対象物に投影してレーザ加工する請求項６
記載のレーザ加工方法である。According to an eighth aspect of the present invention, a laser beam having improved uniformity of the intensity distribution is projected on a mask, and an image of the mask is projected on a processing object to perform laser processing.
It is a laser processing method as described.
【００１８】請求項９に記載の発明は、マスクの前に均
一性を改善したレーザビームの発散角を減少させる光学
系を有する請求項６記載のレーザ加工方法である。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the laser processing method according to the sixth aspect, further comprising an optical system for reducing the divergence angle of the laser beam having improved uniformity before the mask.
【００１９】請求項１０に記載の発明は、少なくとも２
個の球面レンズにより、略平行レーザビームを強度分布
の均一性を改善した略平行レーザビーム光を使用してレ
ーザ加工する請求項６記載のレーザ加工方法である。The invention according to claim 10 provides at least 2
7. The laser processing method according to claim 6, wherein the substantially parallel laser beam is laser-processed by using a plurality of spherical lenses using substantially parallel laser beam light with improved uniformity of intensity distribution.
【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【００２１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態によるレーザビーム均一化の原理を示す概念図であ
り、ビーム中央部分の強度分布の強いレーザビームを、
球面収差を有する光学系により、均質性の良いレーザビ
ームに変換する方法を図示したものである。図１におい
て、１０５はガウス型ビーム、１０７は球面レンズ、１
０６はベル型ビームである。(Embodiment 1) FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of laser beam homogenization according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a method of converting a laser beam having good homogeneity by an optical system having spherical aberration. In FIG. 1, 105 is a Gaussian beam, 107 is a spherical lens, 1
06 is a bell-shaped beam.
【００２２】まず、レーザビームとして一般的な中央部
分の強度の強いビーム、例えばガウス型ビーム１０５が
球面レンズ１０７に入射する。球面レンズ１０７は、２
個の凸レンズ、L1とL2よりなる。球面レンズ１０７は、
レンズの中央部付近を透過する光線の焦点距離はf0であ
るが、ビームの周辺部が通過する光線の焦点距離はfsで
あり、球面収差によって焦点距離変化量δを有してい
る。焦点距離変化量δは、次の（数１）によって与えら
れる。なお、一般に球面収差ではδは正となる。First, a general beam having a strong central portion, for example, a Gaussian beam 105, as a laser beam is incident on the spherical lens 107. The spherical lens 107 is 2
Number of the convex lens, consisting of L 1 and L 2. The spherical lens 107 is
While the focal length of light passing through the vicinity of the central part of the lens is f 0, a focal length of the light beam periphery of the beam passes is f s, and has a focal length variation δ by the spherical aberration. The focal length change amount δ is given by the following (Equation 1). In general, δ is positive for spherical aberration.
【００２３】[0023]
【数１】 (Equation 1)
【００２４】球面レンズ１０７のL1とL2の間隔を２fsに
設置すると、入射したガウス型ビーム１０５の周辺部の
光線は、L1とL2を通過しても、図１に示すように平行光
線となる。これに対して、入射したガウス型ビーム１０
５の中央部分の光線は、L1とL2の焦点距離がf0と長く、
L1とL2を通過したあと、図１に示すように、発散光線と
なる。When the distance between L 1 and L 2 of the spherical lens 107 is set at 2 fs , the light rays at the periphery of the incident Gaussian beam 105 pass through L 1 and L 2 as shown in FIG. Becomes a parallel ray. On the other hand, the incident Gaussian beam 10
The central ray of 5 has a long focal length of L 1 and L 2 of f 0 ,
After passing through the L 1 and L 2, as shown in FIG. 1, a divergent light beam.
【００２５】適当な距離ｘをレーザビームが伝播する
と、中央部分の光が周辺に広がり、ビーム中央の強度分
布が減少し、周辺部分の強度が増加して、図１の下部に
示すように、ベル型ビーム１０６などの均一性のよいレ
ーザビームが得られる。When the laser beam propagates at an appropriate distance x, the light at the center spreads to the periphery, the intensity distribution at the center of the beam decreases, and the intensity at the periphery increases, as shown in the lower part of FIG. A laser beam with good uniformity such as a bell-shaped beam 106 can be obtained.
【００２６】ガウス型ビーム１０５の中央部分では、直
径Ｄ0の光線束が、２個の球面レンズL1とL2を透過し
て、距離ｘの位置で直径Ｄ(ｘ)に拡大されるとすると、
光の強度は光線束の断面積に反比例し、即ち直径の二乗
に反比例する。In the central portion of the Gaussian beam 105, when the ray bundle having the diameter D 0 passes through the two spherical lenses L 1 and L 2 and is expanded to the diameter D (x) at the position of the distance x. Then
The light intensity is inversely proportional to the cross-sectional area of the ray bundle, ie, inversely proportional to the square of the diameter.
【００２７】例えば、直径が１.３倍（＝Ｄ(ｘ)／Ｄ0）
に拡大すると、強度は０.５９倍（＝１／１.３2 ）に減
少する。即ち、中央部分の強度は５９％に低下し、周辺
部は強度が増加して、ビーム形状はベル型に近づく。For example, the diameter is 1.3 times (= D (x) / D 0 )
When enlarged, the intensity is reduced to 0.59 times (= 1 / 1.3 2). That is, the intensity of the central portion decreases to 59%, the intensity of the peripheral portion increases, and the beam shape approaches a bell shape.
【００２８】図１の各部の寸法から、簡単な計算でＤ
(ｘ)を求める。From the dimensions of each part in FIG.
Find (x).
【００２９】[0029]
【数２】 (Equation 2)
【００３０】この（数２）の関係式を用い、δ＜＜f0の
近似を用いることで、次の（数３）が得られる。By using the approximation of δ << f 0 using the relational expression of (Expression 2), the following (Expression 3) is obtained.
【００３１】[0031]
【数３】 (Equation 3)
【００３２】即ち、適当な距離ｘを設定すると、Ｄ(ｘ)
／Ｄ0＝（１＋２δｘ／f0 2）＝１.３程度に合わせるこ
とが可能である。That is, if an appropriate distance x is set, D (x)
/ D 0 = (1 + 2δx / f 0 2 ) = 1.3
【００３３】また、ベル型のビーム部分１０６は、図１
に示されるように多少発散性の光となる。この発散角Δ
θは、次の（数４）を用いて求めることができる。The bell-shaped beam portion 106 is similar to that shown in FIG.
The light is slightly divergent as shown in FIG. This divergence angle Δ
θ can be obtained using the following (Equation 4).
【００３４】[0034]
【数４】 (Equation 4)
【００３５】この（数４）の関係式は近似式で、これを
用いることで、次の（数５）の近似式が得られる。The relational expression of (Expression 4) is an approximate expression, and by using this, the following approximate expression of (Expression 5) is obtained.
【００３６】[0036]
【数５】 (Equation 5)
【００３７】具体的な数値例としては、φ＝１.８mm、f
0＝１０.１mm、fs＝９.７５mm、δ＝０.３５mm、ｘ＝４
４mmとすると、Ｄ(ｘ)／Ｄ0＝１.３が得られ、Δθ＝
６.１mradとなる。この時の球面収差の程度を表す数値
としては、球面収差による焦点距離の変化量δと焦点距
離f0の比率（δ／f0）があり、上記の例では３.５％と
なっている。なお、実用的にはこの比率が１％以上ある
ことが望ましい。As specific numerical examples, φ = 1.8 mm, f
0 = 10.1 mm, f s = 9.75 mm, δ = 0.35 mm, x = 4
Assuming 4 mm, D (x) / D 0 = 1.3 is obtained, and Δθ =
It will be 6.1 mrad. The numerical value representing the degree of the spherical aberration at this time is a ratio (δ / f 0 ) between the change amount δ of the focal length due to the spherical aberration and the focal length f 0 (3.5% in the above example). . In addition, it is desirable that this ratio is 1% or more practically.
【００３８】以上に述べたように、中央部の強度分布の
強いレーザビームでも球面収差を利用した光学系を使用
することで、ベル型ビーム１０６のように強度分布がよ
り均一化したレーザビームが簡単な光学系で得られる。As described above, by using an optical system utilizing spherical aberration even for a laser beam having a strong intensity distribution at the center, a laser beam having a more uniform intensity distribution such as a bell-shaped beam 106 can be obtained. Obtained with a simple optical system.
【００３９】なお、図１では、２個の凸レンズを使用し
てビームの強度を均一化する光学系の構成を示したが、
少なくとも１個の光学部品で球面収差を有するものを利
用すればレーザビームの形状は伝播距離と共に変化する
ので、より均一な強度分布を持たせる光学系の構成は、
図１に示した構成以外でも可能であり、球面収差の利用
が本質であれば、他の多くの変形光学系でも構成可能で
ある。ただし図１の構成は、光学部品数の少ない単純な
構成でありながら、実用性が高いという特長を有してい
る。FIG. 1 shows the structure of an optical system for equalizing the beam intensity using two convex lenses.
If at least one optical component having a spherical aberration is used, the shape of the laser beam changes with the propagation distance, so the configuration of the optical system having a more uniform intensity distribution is as follows.
A configuration other than that shown in FIG. 1 is also possible, and if the use of spherical aberration is essential, many other modified optical systems can be used. However, the configuration shown in FIG. 1 has a feature that it has a high practicality, although it has a simple configuration with a small number of optical components.
【００４０】なお、入射レーザビームは通常、略平行光
線であり、強度分布の均一化光学系を通過した光線も基
本的には略平行光線であることが、加工装置に適用する
構成としては望ましい。図１の構成は、およそその条件
を満足している。The incident laser beam is generally a substantially parallel light beam, and the light beam that has passed through the optical system for uniformizing the intensity distribution is basically a substantially parallel light beam, which is desirable as a configuration applied to the processing apparatus. . The configuration of FIG. 1 substantially satisfies the condition.
【００４１】以下に、上記光学系を応用したレーザ加工
装置の具体的な構成例を示す。Hereinafter, a specific configuration example of a laser processing apparatus using the above optical system will be described.
【００４２】図２は本実施の形態によるレーザ加工装置
の光学系構成を示す概略図である。１０１はレーザ、１
０７は球面レンズ、１０２はマスク、１０３は投影レン
ズ、１０４は加工対象物、１０５はガウス型ビーム、１
０６はベル型ビームである。なお、図１と同一部分は同
一番号を付けた。FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical system configuration of the laser processing apparatus according to the present embodiment. 101 is a laser, 1
07 is a spherical lens, 102 is a mask, 103 is a projection lens, 104 is an object to be processed, 105 is a Gaussian beam, 1
06 is a bell-shaped beam. The same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.
【００４３】基本構成としては、従来例と同様に、レー
ザ１０１からのレーザビームをマスク１０２に照射し、
投影レンズ１０３により、加工対象物１０４の上にマス
ク１０２の像を投影して、加工物１０４を加工する。し
かし、従来例の図４の構成では、マスク１０２上の従来
のレーザビームは、図４に示すようにガウス型ビーム４
０５となり、均一性が悪く、すでに課題で述べたように
加工品質が悪い。As a basic configuration, similarly to the conventional example, a laser beam from the laser 101 is irradiated on the mask 102,
The projection lens 103 projects the image of the mask 102 onto the processing object 104 to process the processing object 104. However, in the conventional configuration of FIG. 4, the conventional laser beam on the mask 102 is a Gaussian beam 4 as shown in FIG.
05, which is poor in uniformity and poor in processing quality as already described in the subject.
【００４４】これに対して本実施の形態では、レーザ１
０１とマスク１０２の間に、強度分布を均一化する光学
系としてL1とL2からなる球面レンズ１０７を配置するこ
とで、上記で図１を用いて詳細に説明した原理により、
強度の均一性のよいベル型のビームが得られ、マスク１
０２を透過したレーザビームの均一性も良好となり、投
影レンズ１０３により均一性の高い像を加工対象物１０
４に投影することができるため、良好なレーザ加工を行
うことができる。On the other hand, in the present embodiment, the laser 1
By disposing a spherical lens 107 composed of L 1 and L 2 as an optical system for uniformizing the intensity distribution between the first lens and the mask 102, the principle described in detail with reference to FIG.
A bell-shaped beam with good intensity uniformity is obtained, and the mask 1
02, the uniformity of the laser beam transmitted through the object 10 is improved.
4, so that good laser processing can be performed.
【００４５】（実施の形態２）図３は本実施の形態によ
るレーザ加工装置の光学系構成を示す概略図である。１
０１はレーザ、１０７は球面レンズ、１０２はマスク、
１０３は投影レンズ、１０４は加工対象物、１０５はガ
ウス型ビーム、１０６はベル型ビーム、１０８は補正レ
ンズである。本実施の形態が（実施の形態１）と異なる
点は、補正レンズ１０８が追加されている点である。(Embodiment 2) FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical system configuration of a laser processing apparatus according to the present embodiment. 1
01 is a laser, 107 is a spherical lens, 102 is a mask,
Reference numeral 103 denotes a projection lens, 104 denotes an object to be processed, 105 denotes a Gaussian beam, 106 denotes a bell beam, and 108 denotes a correction lens. The present embodiment is different from (Embodiment 1) in that a correction lens 108 is added.
【００４６】図１でベル型ビーム１０６が得られる説明
をしたが、この部分では光線がわずかに発散性を持って
いる。これは、球面収差を利用して光線に発散性を持た
せた結果であるが、実際の装置において発散角はなるべ
く小さくする必要がある。これは発散角が少ないほど、
図３の投影レンズ１０３に至るレーザビーム径が小さ
く、投影レンズ１０３の小型化が可能となるからであ
る。Although the description has been given with reference to FIG. 1 in which the bell-shaped beam 106 is obtained, the light beam has a slight divergence in this portion. This is a result of imparting divergence to light rays using spherical aberration, but it is necessary to minimize the divergence angle in an actual device. This means that the smaller the divergence angle,
This is because the diameter of the laser beam reaching the projection lens 103 of FIG. 3 is small, and the size of the projection lens 103 can be reduced.
【００４７】上記の発散角Δθは（数５）で与えられて
いる。補正レンズ１０８はこの発散角Δθを半減する効
果があり、下記（数６）で示す焦点距離fsの凸レンズな
どの光学部品により達成される。また、補正レンズ１０
８はマスク１０２に近く設置することで、マスク１０２
でのベル型ビーム強度の分布にはほとんど影響を与えず
に、発散角のみを低減できる。The divergence angle Δθ is given by (Equation 5). Correcting lens 108 has the effect of half the divergence angle [Delta] [theta], are achieved by an optical component such as a convex lens having a focal length f s indicated by the following equation (6). The correction lens 10
8 is installed close to the mask 102,
In this case, only the divergence angle can be reduced without substantially affecting the bell-shaped beam intensity distribution.
【００４８】[0048]
【数６】 (Equation 6)
【００４９】具体的な数値例を示すと、φ＝φm＝１.８
mm、Δθ＝６.１mradより、補正レンズの焦点距離f3＝
０.５９mとなる。As a concrete numerical example, φ = φ m = 1.8
mm, Δθ = 6.1 mrad, the focal length f 3 of the correction lens =
0.59m.
【００５０】このような補正レンズなどの、発散角を減
少させる光学系を設置することは、投影レンズ１０３の
小型化や加工点での焦点深度の向上に寄与する。The provision of an optical system such as a correction lens for reducing the divergence angle contributes to downsizing of the projection lens 103 and improvement of the depth of focus at a processing point.
【００５１】なお、（実施の形態１）および（実施の形
態２）ではマスク１０２を使用しているが、加工点での
ビーム外形に制限が少なければ、マスク１０２を使用せ
ず、直接に均一化したレーザビームを投影レンズ１０３
に導入して加工する構成も可能である。この場合は、マ
スクによる光損失が無く、レーザ光の利用率は向上す
る。Although the mask 102 is used in (Embodiment 1) and (Embodiment 2), the mask 102 is not used unless the beam outer shape at the processing point is limited. Laser beam into a projection lens 103
It is also possible to adopt a configuration in which it is introduced and processed. In this case, there is no light loss due to the mask, and the utilization rate of the laser light is improved.
【００５２】また、（実施の形態１）および（実施の形
態２）ではレーザ加工装置として説明したが、当然、レ
ーザビーム強度を均一化して加工する加工方法を開示す
るものでも有る。In the first and second embodiments, the laser processing apparatus has been described. However, a processing method for making the laser beam intensity uniform is also disclosed.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、球面収差
を利用した構成の単純な光学系により、均一性の悪いレ
ーザビームでのレーザ加工により加工品質が悪化すると
いう課題を、均一性の良いレーザビームでの加工に変換
することで解決し、これを用いたレーザ加工装置及びそ
の方法により、加工性能を大きく改善することができ、
その効果は大きい。As described above, according to the present invention, the problem that the processing quality deteriorates due to laser processing with a laser beam having poor uniformity due to a simple optical system having a configuration utilizing spherical aberration is improved. The problem is solved by converting to processing with a good laser beam, and the processing performance can be greatly improved by the laser processing apparatus and method using this.
The effect is great.
【図１】本発明の一実施の形態によるレーザビーム均一
化の原理を示す概念図FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of laser beam homogenization according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施の形態によるレーザ加工装置の
光学系構成を示す概略図FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical system configuration of a laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施の形態によるレーザ加工装置の
光学系構成を示す概略図FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical system configuration of a laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図４】従来のレーザ加工装置の光学系構成を示す概略
図FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical system configuration of a conventional laser processing apparatus.
１０１ レーザ １０２ マスク １０３ 投影レンズ １０４ 加工対象物 １０５ ガウス型ビーム １０６ ベル型ビーム １０７ 球面レンズ １０８ 補正レンズ 101 Laser 102 Mask 103 Projection Lens 104 Workpiece 105 Gaussian Beam 106 Bell Beam 107 Spherical Lens 108 Correction Lens
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA26 LA24 NA00 PA02 PA03 PA17 PB02 PB03 QA01 QA05 QA13 QA21 QA25 QA33 QA41 QA45 4E068 CA02 CB08 CD05 CD10 CD14Continued on the front page F term (reference) 2H087 KA26 LA24 NA00 PA02 PA03 PA17 PB02 PB03 QA01 QA05 QA13 QA21 QA25 QA33 QA41 QA45 4E068 CA02 CB08 CD05 CD10 CD14
Claims (10)
の均一性を改善する光学系を有するレーザ加工装置。1. A laser processing apparatus having an optical system for improving the uniformity of intensity distribution of a laser beam by spherical aberration.
球面収差による焦点距離変化量が焦点距離の１％以上で
ある請求項１記載のレーザ加工装置。2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein in the optical system, an amount of change in focal length due to spherical aberration of at least one optical element is 1% or more of the focal length.
ムをマスクに投影し、前記マスクの像を加工対象物に投
影してレーザ加工する請求項１記載のレーザ加工装置。3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a laser beam having improved uniformity of the intensity distribution is projected on a mask, and an image of the mask is projected on a processing target to perform laser processing.
ームの発散角を減少させる光学系を有する請求項３記載
のレーザ加工装置。4. The laser processing apparatus according to claim 3, further comprising an optical system for reducing the divergence angle of the laser beam having improved uniformity before the mask.
平行レーザビームを強度分布の均一性を改善した略平行
レーザビーム光に変換する光学系を有する請求項１記載
のレーザ加工装置。5. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an optical system for converting the substantially parallel laser beam into a substantially parallel laser beam having improved uniformity of intensity distribution by at least two spherical lenses.
の均一性を改善したレーザビームを使用してレーザ加工
するレーザ加工方法。6. A laser processing method for performing laser processing using a laser beam whose uniformity of intensity distribution of the laser beam is improved by spherical aberration.
よる焦点距離変化量が焦点距離の１％以上である請求項
６記載のレーザ加工方法。7. The laser processing method according to claim 6, wherein the amount of change in the focal length due to spherical aberration of at least one optical element is 1% or more of the focal length.
ムをマスクに投影し、前記マスクの像を加工対象物に投
影してレーザ加工する請求項６記載のレーザ加工方法。8. The laser processing method according to claim 6, wherein a laser beam having improved intensity distribution uniformity is projected onto a mask, and an image of the mask is projected onto a processing object to perform laser processing.
ームの発散角を減少させる光学系を有する請求項６記載
のレーザ加工方法。9. The laser processing method according to claim 6, further comprising an optical system for reducing the divergence angle of the laser beam having improved uniformity before the mask.
略平行レーザビームを強度分布の均一性を改善した略平
行レーザビーム光を使用してレーザ加工する請求項６記
載のレーザ加工方法。10. At least two spherical lenses,
7. The laser processing method according to claim 6, wherein the substantially parallel laser beam is laser-processed using substantially parallel laser beam light having improved intensity distribution uniformity.
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- 2000-07-03 JP JP2000200672A patent/JP2002023099A/en active Pending
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