JP2011194405A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工装置において、エネルギー損失が少なく、エッジが効いた（すなわち加工されている部分とされていない部分との違いが明確な）形状で高速なライン加工を実現する。
【解決手段】レーザーヘッド１から出力されるレーザー光についてエキスパンダー光学系２によって成形を行って平行光を生成する。この成形された平行光について、絞り部３により、その少なくとも一部分を必要に応じて遮断する。成形されたレーザー光を、絞り部３、レーザー用光学鏡筒４、対物レンズ５を介して自動搬送ステージ６に載置された加工対象７に照射して加工を行う。エキスパンダー光学系２によってレーザー光を成形し、成形後の光について絞り処理を行うことにより、エネルギー損失が少なく、エッジが効いた形状で加工を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザー加工装置に関し、特に基板などの加工対象を搬送しながらレーザー光を照射して加工を施すレーザー加工装置に関する。

一般に、レーザー加工を行う場合に、所望のビーム形状を得るには、その形状に応じた大きさの開口を有するスリット機構を用いることが多い。例えば、対物レンズを用いたレーザー加工装置では、レーザー光の照射形状を変える場合に、スリット機構を用いることがある。スリット機構は、光を透過する部分と光を遮蔽する部分とを有しており、光を透過する部分の形状が加工対象への光の照射形状になる。

なお、複数のシリンドリカルレンズからなるアレイレンズを用いて生成した、平行な複数のレーザー光によって加工を行う装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２９７７４２号公報

スリット機構を用いてレーザー光の照射形状を変える場合、レーザー光を機械的に遮断する部分があるため、エネルギー損失が大きい。このため、加工対象によっては、同じ箇所についてレーザー光を複数回照射する必要があり、加工時間が長くなったり、場合によっては加工が全くできなくなったりすることも考えられる。また、加工時間が長いと、加工痕のエッジにダレが生じるなど、加工品質が不十分になることも考えられる。このような問題は、特許文献１に記載のレーザー加工装置によっては解決することができない。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的はエネルギー損失が少なく、エッジが効いた（すなわち加工されている部分とされていない部分との違いが明確な）形状で高速なライン加工を実現することのできるレーザー加工装置を提供することである。

上記問題を解決するため、本発明は、レーザー光源からのレーザー光を加工対象に照射して加工を行うレーザー加工装置であって、前記レーザー光源から出力されるレーザー光について成形を行って平行光を生成するエキスパンダー光学系と、前記エキスパンダー光学系によって成形された平行光について、その少なくとも一部分を必要に応じて遮断する絞り処理を行う絞り部とを含み、エキスパンダー光学系によって成形されたレーザー光を、前記絞り部を介して前記加工対象に照射して加工を行うことを特徴とするレーザー加工装置を提供する。このような構成によれば、エキスパンダー光学系によってレーザー光を成形し、成形後の光について絞り処理を行うことにより、エネルギー損失が少なく、エッジが効いた（すなわち加工されている部分とされていない部分との違いが明確な）形状で加工を行うことができる。

また、前記エキスパンダー光学系は、複数のシリンドリカルレンズからなり、前記複数のシリンドリカルレンズ全体を一体として、光軸を中心に回転できるように構成されているのが好ましい。エキスパンダー光学系を、光軸を中心に回動させることにより、矩形や菱形など、レーザー加工に必要なビーム形状を得ることができる。

また、前記加工対象が載置され、該加工対象へ照射される光の大きさおよび前記レーザー光源の発振周波数に応じた速度で、該加工対象を搬送する搬送手段をレーザー加工装置に設けるのが好ましい。加工対象を搬送しつつレーザー光を照射することにより、高速なライン加工を実現することができる。

なお、エキスパンダー光学系によって成形された平行光の光路を所定角度曲げるためのミラーをさらに含んでもよい。このミラーによって光路を例えば９０度曲げることにより、レーザー光源、エキスパンダー光学系などのレイアウトの自由度が高くなり、装置の全体の構成をコンパクトにすることができる。
さらに、前記エキスパンダー光学系と前記絞り部とが、一体として、前記光軸を中心に回転できるように構成されていてもよい。これらを一体として、光軸を中心に回動させることにより、エキスパンダー光学系で成形されたビーム形状を、絞り部の開口部分を介してそのまま加工対象に照射することができる。
また、絞り部は、対向して設けられかつ間隔を変更できる一対の絞り羽根を二対備えており、前記二対のうちの一対は絞り羽根同士が平行に対向し、他の一対は絞り羽根同士が傾斜して対向していてもよい。このような絞り部を採用すれば、両端部の幅の異なるクサビ形のビームが得られ、これを加工対象に照射すれば、加工中に照射位置のズレが発生した場合でも、連続したライン加工を得る（加工痕の重なり方を一様に保てる）ことができる。

本発明によれば、レンズによるエキスパンダー光学系を追加し、このエキスパンダー光学系によってレーザー光を成形し、成形後の光について絞り処理を行うことにより、エネルギー損失が少なく、エッジが効いた（すなわち加工されている部分とされていない部分との違いが明確な）形状で高速なライン加工を実現することができる。
また、対向して設けられかつ間隔を変更できる一対の絞り羽根を二対備えており、そのうちの一対は絞り羽根同士が平行に対向し、他の一対は絞り羽根同士が傾斜して対向している絞り部を用いることにより、両端部の幅の異なるクサビ形のビームが得られ、これを加工対象に照射すれば、加工中に照射位置のズレが発生した場合でも、連続したライン加工を得る（加工痕の重なり方を一様に保てる）ことができる。

本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す図である。 図１中のエキスパンダー光学系のレンズ構成例を示す図である。 図１中の絞り部の構成例を示す図である。 図１のレーザー加工装置による加工形状の例を示す図であり、（ａ）は矩形の加工形状を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。 図１のレーザー加工装置によるライン加工の一例を示す図である。 図１のレーザー加工装置によるライン加工の他の例を示す図である。 加工形状の例を示す図であり、（ａ）は従来の加工形状例、（ｂ）は本実施形態による加工形状例である。 レーザーヘッドを水平にレイアウトしたレーザー加工装置の構成例を示す図である。 絞り部の他の構成例を示す図である。 図９の絞り部を採用した場合の加工形状の例を示す図である。 図１中のエキスパンダー光学系の他のレンズ構成例を示す図である。 図１中のエキスパンダー光学系の他のレンズ構成例を示す図である。 図１中のエキスパンダー光学系の他のレンズ構成例を示す図である。 図１中のエキスパンダー光学系のレンズ構成例とその効果等との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。

（レーザー加工装置の構成）
図１は、本実施形態にかかるレーザー加工装置の構成図である。同図において、本実施形態にかかるレーザー加工装置は、ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を出力するレーザーヘッド１と、レーザーヘッド１から出力されるレーザー光についてビーム形状の成形を行うエキスパンダー光学系２と、エキスパンダー光学系によって成形された光についてその少なくとも一部分を必要に応じて遮断する絞り処理を行う絞り部３とを含んでおり、エキスパンダー光学系２によってビーム形状が成形され絞り部３によって絞り処理が行われた光が、レーザー用光学鏡筒４および対物レンズ５を介して加工対象７に照射されることによって加工が行われる。ただし、エキスパンダー光学系２によって成形されたビーム形状の光を、そのまま、レーザー用光学鏡筒４および対物レンズ５を介して加工対象７に照射される場合も考えられる。この場合、成形されたビーム形状の光は、絞り部３を通過するだけであり、絞り部３による絞り処理は行われない。

ところで、レーザーヘッド１の出力部分には、スリット１１が設けられている。このスリット１１は、例えば円または楕円のビーム形状について、その形状に内接する矩形に相当する開口を有する。このため、スリット１１により、エキスパンダー光学系２に入射されるレーザー光のビーム形状は矩形となる。

このスリット１１は、エキスパンダー光学系２や絞り部３とは独立して、光軸を中心に回動させることができる。このため、スリット１１を、光軸を中心に回動させることにより、エキスパンダー光学系２に入射されるレーザー光のビーム形状を矩形や菱形に成形できる。本例では、エキスパンダー光学系２に入射されるビーム形状は、正方形とする。

（エキスパンダー光学系）
エキスパンダー光学系２は、シリンドリカルレンズ２１、２２、２３および２４によって構成されている。本例では、これらレンズの硝材に、例えば合成石英を用い、４波長（例えば、２６６，３５５，５３２，１０６４ｎｍの４波長）に対応できるようにする。

図２のように、本例のエキスパンダー光学系２は、正方形のビーム形状について、縮小・拡大を２段階で行うことにより、長方形のビーム形状の平行光に成形する機能を有している。つまり、このエキスパンダー光学系２によって、レンズ焦点距離を変更し、照射面積（すなわち加工倍率と縦横比）を変えることができる。このエキスパンダー光学系２は、レンズの組み合わせでビーム形状を成形するので、成形の際にエネルギーの損失が少ない。

同図において、エキスパンダー光学系２に入射される正方形のビーム形状２０ａは、シリンドリカルレンズ２１および２２によって、矢印Ｙ２１の方向に縮小され、長方形のビーム形状２０ｂとされる。その後、この長方形のビーム形状２０ｂは、シリンドリカルレンズ２３および２４によって、矢印Ｙ２２の方向に拡大され、長辺がより長い長方形のビーム形状２０ｃとされる。シリンドリカルレンズ２４から出射される光は、平行光である。

これらシリンドリカルレンズ２１、２２、２３および２４によって構成されるエキスパンダー光学系２は、全体を一体として、光軸Ｊを中心に、矢印ＹＪのように回転させることができるものとする。エキスパンダー光学系２を、光軸Ｊを中心に、矢印ＹＪのように所定角度回転させることにより、正方形のビーム形状から菱形のビーム形状を得ることができる。

なお、加工対象や加工形状によっては、これらレンズ２１〜２４の構成を変える必要がある。いずれの場合においても、ビーム形状の成形の際のエネルギーの損失は少ない。レンズ２１〜２４について他の構成例については、後述する。

（絞り部）
絞り部３は、エキスパンダー光学系２によってビーム形状が成形された光について、さらに成形する絞り処理を行うために設けられている。この絞り部３は、エキスパンダー光学系２によって成形された平行光について、その少なくとも一部分を必要に応じて遮断する絞り処理を行う。

図３は、絞り部３の構成例の概略を示す図である。同図のように、本例の絞り部３は、平行に設けられた一対の平板形状の絞り羽根３１および３２と、これら絞り羽根３１および３２の長手方向に対して直角の方向を長手方向として平行に設けられた一対の平板形状の絞り羽根３３および３４とから構成されている。

絞り羽根３１および３２は、図示せぬ機構によって、平行状態を保ったまま、矢印Ｙ３ａのように間隔を変化させることができる。同じく、絞り羽根３３および３４は、図示せぬ機構によって、平行状態を保ったまま、矢印Ｙ３ｂのように間隔を変化させることができる。したがって、これら絞り羽根３１〜３４による開口部分３０が光の通過する部分となる。

また、絞り羽根３１〜３４は、図示せぬ機構によって、全体を一体として矢印Ｙ３ｃのように光軸を中心に回動させることができる。

したがって、矢印Ｙ３ａおよび矢印Ｙ３ｂのように絞り羽根の間隔を変化させたり、矢印Ｙ３ｃのように光軸を中心に回動させたりすることにより、ビーム形状の微調整を行って、所望のビーム形状が得られる。例えば、エキスパンダー光学系２によって長方形に成形された光について、短辺方向に対応する絞り羽根の間隔を狭くすることによって、短辺方向に対する長辺の比をより大きくした長方形のビーム形状を得ることができる。また、エキスパンダー光学系２によって菱形に成形された光について、対角線に沿って面積の半分を覆うように絞り羽根を制御することにより、三角形のビーム形状を得ることができる。

なお、本例の絞り部３では、一対の絞り羽根を２組設けているが、用途によっては、一対の絞り羽根を１組だけ設けてもよい。

また、絞り部３を設ける位置は、レーザーヘッド１から加工対象７までの光路のうち、エキスパンダー光学系２の位置より後（すなわち加工対象７に近い側）に設ければよく、図１の位置に限定されない。

（レーザー用光学鏡筒）
レーザー用光学鏡筒４は、エキスパンダー光学系２と接続するためのレーザーアタッチメント４１と、加工対象７の加工部分を観察するための観察ユニット４６と、観察ユニット４６側に光を反射するハーフミラー４２および４３と、加工対象７の加工部分を観察するための光を出力する光ファイバーＦと、光ファイバーＦから出力される光を、加工対象７の加工部分に向けて反射するハーフミラー４４とを含んで構成されている。

観察ユニット４６の上部には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ４７が取り付けられている。観察ユニット４６内には、ＣＣＤカメラ４７に、加工対象７の加工部分の像を結ぶための集光レンズ４５が設けられている。このＣＣＤカメラ４７を用いて加工状態を観察することができるので、加工対象７を搬送させながらそれに追従させてオートフォーカスを実現することができる。このため、加工品質を一定に維持することができる。

レーザー用光学鏡筒４の下部すなわち光路の加工対象７に近い側には対物レンズ５が設けられている。また、図示せぬレボルバにより、図示されている対物レンズ５を図示せぬ他の対物レンズと交換することができるようになっている。

レーザー用光学鏡筒４の側面には、レーザー用光学鏡筒４全体を矢印ＹｚのようにＺ軸方向（光軸と平行な方向）に移動させるための操作部４８が設けられている。この操作部４８を回動させると、図示せぬ機構によって、加工対象７に対して、矢印Ｙｚのように近づく方向または遠ざかる方向に、レーザー用光学鏡筒４が移動し、焦点を合わせることができる。

なお、本例の装置において、上述したレーザーヘッド１およびエキスパンダー光学系２は、レーザー用光学鏡筒４とは独立して支持される。こうすることで焦点軸の上に重量物が存在しないため、対物レンズ５が振動の影響を受け難い。

（自動搬送ステージ）
加工対象７は自動搬送ステージ６の上に載置されている。この自動搬送ステージ６は、図示せぬモータなどで駆動され、加工対象７を、Ｘ軸方向（例えば、図面の紙面に平行な方向）およびＹ軸方向（例えば、図面の紙面に垂直な方向）に搬送する機能を有している。Ｘ軸方向への搬送とＹ軸方向への搬送とを同時に行うことも、それらを独立して別々に行うことも可能である。

（動作原理）
以上の構成において、レーザーヘッド１から出力されるレーザー光はエキスパンダー光学系２に入射され、ビーム形状が成形される。さらに、エキスパンダー光学系２によって成形された光は、絞り部３によって必要な絞り処理が行われた後、レーザー用光学鏡筒４および対物レンズ５を介して加工対象７に照射される。

ここで、スリット１１、エキスパンダー光学系２、絞り部３は、それぞれ独立して必要な角度だけ、光軸を中心に回動させることができる。このため、矩形、菱形、三角形などにビーム形状を成形することができる。レンズによってビーム形状を成形して平行な光に変換した後で、絞り部３による絞り処理が行われるため、エネルギー損失を少なくすることができる。また、エキスパンダー光学系２と絞り部３とを一体的に、光軸を中心に回動させることができるようになっていてもよい。これらを一体として、光軸を中心に回動させることにより、エキスパンダー光学系２で成形されたビーム形状を、絞り部３の開口部分を介してそのまま加工対象７に照射することができる。

（無限遠顕微鏡との関係）
一般に、無限遠顕微鏡内は、結像レンズと対物レンズとの間は平行光になるように設計されている。このように設計されているのは、ハーフミラーを用いて加工面をレビューする時に像が二重になるのを避け、対物レンズの焦点合わせをレビューしながら可能とする利点があるからである。

本装置においては、上述したようにエキスパンダー光学系２の最終段のレンズ２４によって平行光が生成される。このため、一般的な無限遠顕微鏡の結像レンズを、シリンドリカルレンズによるエキスパンダー光学系２に交換すれば、レーザー用光学鏡筒に入射される光は平行光になっているため、上記の利点は維持される。すなわち、本例の装置によれば、レビュー像は二重にならず、レンズ焦点合わせも容易になる。レビューにオートフォーカス機構を連動させ、加工対象である基板を移動させながら観察と同時に追従オートフォーカスを行うことで加工品質を維持することが可能となる。このことは、焦点深度が浅くなる短波長での加工で特に有効である。

上述したように、シリンドリカルレンズによるエキスパンダー光学系２は、レーザー用光学鏡筒（無限遠顕微鏡）の結像レンズと交換できる。したがって、レーザーヘッド１、レーザー用光学鏡筒４（レボルバを含む）、対物レンズ５、自動搬送ステージ６の構成に、エキスパンダー光学系２と絞り部３とを追加することで、結像光学系によるエッジの効いたライン加工を高速かつ安価に行える。つまり、一般的なレーザー用光学鏡筒を用いながらエネルギー損失が少ない矩形の加工形状を結像光学系で成形することができるため、エッジが効いた形状で高速なライン加工を実現することができる。

（加工形状の例）
図４を参照して、本例のレーザー加工装置による加工形状の例について説明する。図４には、矩形の加工形状を示している。図４（ａ）を参照すると、本例では、周知の対物レンズ５を加工用レンズとして採用している。この対物レンズ５に入射された光は、対物レンズ５を介して、加工対象７である基板に照射される。対物レンズ５に入射されるレーザー光は、ビーム形状が矩形であるため、その形状に応じた形状の加工痕７１が加工対象７の表面に生じる。

同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。加工対象７の加工痕７１には、エッジにダレが生じておらず、エッジが効いた（すなわち加工されている部分とされていない部分との違いが明確な）形状の加工痕７１を実現することができる。

要するに、本例では、対物レンズ５を用い、結像光学系による加工を行うため、エッジが効いた矩形加工を行うことができる。

（ライン加工）
ライン加工すなわち加工痕を直線形状にするには、加工対象７である基板を移動させることによって、図４に示した加工形状を繋ぎ、１本のラインとして加工することができる。

その場合、図５のように、レーザー加工を連続して行えばよい。同図の例では、矢印Ｙｘ方向に加工対象７である基板を搬送しつつレーザー光を照射する。矢印Ｙｘ方向の端部まで加工が終了すると、矢印Ｙｙ方向に加工対象７である基板を搬送した後、矢印Ｙｘ方向に加工対象７である基板を搬送しつつレーザー光を照射する。以上のように自動搬送ステージ６を制御することにより、加工対象７である基板の一辺に対して平行な直線を複数形成することができる。

ところで、加工速度すなわち自動搬送ステージ６による加工対象７の搬送速度[ｍｍ／ｓｅｃ]は、加工長Ｌ[ｍｍ／Ｓｈｏｔ]×レーザーヘッド１の発振周波数[Ｈｚ＝Ｓｈｏｔｓ／ｓｅｃ]で与えられる。そして、発振周波数が一定の場合、加工速度すなわち加工対象７の搬送速度は１Ｓｈｏｔの加工長Ｌに依存する。つまり、加工対象７へ照射される光の大きさおよびレーザー光源であるレーザーヘッド１の発振周波数に応じた速度で、加工対象７が搬送されることになる。

加工対象７である基板の一辺に平行でない直線（すなわち斜めの直線）を形成する場合、まず、図２の光軸Ｊを中心に、スリット１１を必要な角度だけ回動させると共に、エキスパンダー光学系２を、必要な角度だけ回動させる。そして、矢印Ｙｘ方向および矢印Ｙｙ方向に、同時に、加工対象７である基板を搬送しつつレーザー光を照射する。このように自動搬送ステージ６を制御することにより、図６のように、加工対象７である基板の一辺に対して平行でない直線を複数形成することができる。

（加工形状とオーバラップ）
ここで、図７を参照して、本例のレーザー加工装置による加工形状を、一般的な加工形状と比較して説明する。

図７（ａ）のように、ビーム形状が一般的な点形状（すなわち円ないし楕円）である場合でも、加工対象７を搬送しつつ、そのビーム形状による加工を連続して行うことによって直線加工を実現することができる。しかしながら、ビーム形状が点であるため、線幅が均一な直線加工を実現するには、レーザー光の照射部分のオーバラップ部分を大きくする必要がある。これでは、加工対象７の搬送速度を高くすることができず、加工作業の効率が悪い。

一方、同図（ｂ）は、図５のライン加工部分を拡大して示している。同図（ｂ）を参照すると、本発明の場合にはビーム形状が矩形であり、しかも長辺の長い長方形である。このため、１Ｓｈｏｔの加工長が同図（ａ）の場合よりも長いので、線幅が均一な直線加工を行う場合に、加工対象７の搬送速度を高くすることができ、加工作業の効率が良い。

したがって、レーザーの発振周波数が同一であれば、本例のレーザー加工装置を用いる方が、一般的なレーザー加工装置を用いるよりも、加工作業の効率が良い。

（レーザーヘッドのレイアウトの変形例）
図８は、レーザーヘッド１を水平にレイアウトした場合の構成を示す図である。同図の構成が図１の構成と異なるのは、レーザーヘッド１から加工対象７までの光路の途中に、エキスパンダー光学系２によって成形された平行光の光路を所定角度曲げるためのミラー２５が設けられている点である。このミラー２５によって光路を例えば９０度曲げ、レーザーヘッド１およびエキスパンダー光学系２を、レーザー用光学鏡筒と独立して支持することにより、レーザーヘッド１およびエキスパンダー光学系２のレイアウトの自由度が高くなり、装置の全体の構成をコンパクトにすることができる。

このような構成を採用すれば、設置面からの高さに制限があるような場所にも本装置を設置することができる。
（絞り部の変形例）
図９は、絞り部３の変形例である。図３を参照して上述した構成では、絞り羽根３１および３２が平行に設けられ、かつ、絞り羽根３３および３４が平行に設けられている。これに対し、本例では、図３の場合とは異なり、絞り羽根３１および３２は平行でなく、両者の一端の間隔ｄ１と他端の間隔ｄ２とが異なっている。つまり、絞り羽根３１および３２は平行ではなく、傾斜して対向した状態になっている。このような傾斜した対向状態を保ったまま、図示せぬ機構によって、矢印Ｙ３ａのように絞り羽根３１および３２の間隔を変化させることができる。
なお、絞り羽根３３および３４は、図３の場合と同様に、平行に対向して設けられている。そして、絞り羽根３３および３４は、図示せぬ機構によって、その平行状態を保ったまま、矢印Ｙ３ｂのように間隔を変化させることができる。
図９において、絞り羽根３１および３２の傾斜した対向状態を保ったまま、矢印Ｙ３ａおよび矢印Ｙ３ｂのように絞り羽根の間隔を変化させたり、矢印Ｙ３ｃのように光軸を中心に回動させたりすることにより、両端部の幅の異なるクサビ形のビームが得られる。このクサビ形のビームを加工対象に照射すれば、加工中に照射位置のズレが発生した場合でも、連続したライン加工を得る（すなわち加工痕の連続性を保つ）ことができる。このことについて、図１０を参照して説明する。
図１０は、加工対象７が搬送され、加工痕７２ａ、７２ｂ、７２ｃの順に形成される場合を示している。各加工痕７２ａ〜７２ｃは両端部の幅が異なるクサビ形である。このため、加工方向（矢印Ｙ４の方向）に対して略直角方向（矢印Ｙ５の方向）に照射位置のズレが発生した場合でも、加工痕７２ａの端部と加工痕７２ｂの端部とが連続する確率が高くなり、また、加工痕７２ｂの端部と加工痕７２ｃの端部とが連続する確率も高くなる。すなわち、クサビ形の加工痕７２ａに着目すると、加工対象７の搬送方向（矢印Ｙ４と逆の方向）の端部７２ａ１の幅よりも他端部７２ａ２の幅の方が大である。このため、加工痕７２ａの幅の大なる端部７２ａ２に繋げて、次のクサビ形の加工痕７２ｂの幅の小なる端部７２ｂ１が位置するようにビームが照射される。加工痕７２ｂの端部７２ｂ２と加工痕７２ｃの端部７２ｃ１との関係も同様である。
したがって、加工方向Ｙ４に対して略直角方向（矢印Ｙ５の方向）にビーム照射位置がズレた場合でも、各加工痕７２ａ〜７２ｃが途切れず、加工痕の連続性を保つことができる可能性が高くなる。例えば、加工痕７２ｂを形成する際のビーム照射位置が矢印Ｙ５の方向にズレた場合でも（同図の状態）、その前後の加工痕７２ａ、加工痕７２ｃとの連続性を保つことができる。
以上のように、本例の絞り部を採用すれば、矩形ではなくクサビ形のビーム形状が得られ、それを加工対象に照射することにより、加工痕の連続性を保つことができる。

（エキスパンダー光学系の他の例）
エキスパンダー光学系は、図２を参照して説明したレンズ構成例に限らず、他のレンズ構成を採用してもよい。以下、他のレンズ構成例について説明する。
図１１に示すエキスパンダー光学系２は、正方形のビーム形状について、レンズ２１およびレンズ２２により、矢印Ｙ２１方向（横方向）に縮小し、レンズ２３および２４により、矢印Ｙ２２方向（たて方向）に拡大する効果がある。レンズ２１およびレンズ２２による横方向の縮小効果には、絞りやすく、長さを短縮できるというメリットがある。レンズ２３および２４によるたて方向の拡大効果には、拡大倍率をあげやすいというメリットがある。
図１２に示すエキスパンダー光学系２は、正方形のビーム形状について、レンズ２１およびレンズ２２により、矢印Ｙ２１方向（横方向）に縮小し、レンズ２３および２４により、矢印Ｙ２２方向（たて方向）に拡大する効果がある。レンズ２１およびレンズ２２による横方向の縮小効果には、集光点が生じないというメリットがある。レンズ２３および２４によるたて方向の拡大効果には、拡大倍率をあげやすいというメリットがある。
図１３に示すエキスパンダー光学系２は、正方形のビーム形状について、レンズ２１およびレンズ２２により、矢印Ｙ２１方向（横方向）に縮小し、レンズ２３および２４により、矢印Ｙ２２方向（たて方向）に拡大する効果がある。レンズ２１およびレンズ２２による横方向の縮小効果には、集光点が生じないというメリットがある。レンズ２３およびレンズ２４によるたて方向の拡大効果には、長さを短縮しかつ集光点が生じないというメリットがある。
なお、図２を参照して前述したエキスパンダー光学系２は、正方形のビーム形状について、レンズ２１およびレンズ２２により、矢印Ｙ２１方向（横方向）に縮小し、レンズ２３および２４により、矢印Ｙ２２方向（たて方向）に拡大する効果がある。レンズ２１およびレンズ２２による横方向の縮小効果には、絞りやすく、長さを短縮できるというメリットがある。レンズ２３および２４によるたて方向の拡大効果には、長さを短縮しかつ集光点が生じないというメリットがある。
以上のレンズ構成例についてまとめると、図１４のようになる。図１４に示すパターンＰ１〜Ｐ４のように、いわゆる平凸シリンドリカルレンズ同士を組合せて縮小部または拡大部を構成する場合と、いわゆる平凸シリンドリカルレンズと平凹シリンドリカルレンズとを組合せて縮小部または拡大部を構成する場合とがある。
図１４において、パターンＰ１は上記図１１の場合、パターンＰ２は上記図２の場合、パターンＰ３は上記図１２の場合、パターンＰ４は上記図１３の場合、である。パターンＰ１は上記図１１の場合であり、横方向に絞りやすく、たて方向に拡大しやすいという特徴がある。パターンＰ２は上記図２の場合であり、横方向に絞りやすいという特徴がある。パターンＰ３は上記図１２の場合であり、たて方向に拡大しやすいという特徴がある。パターンＰ４は上記図１３の場合であり、集光点がなく、エネルギー利用効率が最も高いという特徴がある。
なお、パターンＰ１〜Ｐ４のいずれについても、同じパターンにおいて、縮小部と拡大部との位置を入れ換えても得られる光学的効果およびメリットは同じである。
これらパターンの特徴を考慮し、加工対象や加工形状によって、レンズ２１〜２４の構成を変えればよい。例えば、ハードレイアウトと加工サイズとに制約が無い条件で、加工という観点からすると、レーザー光源の負荷を上げずに加工ができるのが望ましいので、エネルギー効率が高いパターンＰ４を採用すればよい。
また、いずれのパターンＰ１〜Ｐ４についても、図８を参照して説明したように、レーザーヘッドから加工対象までの光路の途中に、光路を所定角度曲げるためのミラーを設けてもよく、これによってレイアウトの自由度が高くなり、装置の全体の構成をコンパクトにすることができる。
なお、上記は、主として、縮小部による縮小処理の後に拡大部による拡大処理を行う場合について説明したが、この場合に限定されることはない。すなわち、縮小処理の後に更に縮小処理を行ったり、拡大処理の後に更に拡大処理を行ったり、拡大処理の後に縮小処理を行ったりしてもよい。つまり、縮小処理と拡大処理との順序および組合せを任意に選択し、入射像について、たて方向と横方向とを独立して縮小または拡大できることが重要であり、これによって所望のビーム形状が得られる。
（まとめ）
本装置によれば、エキスパンダー光学系を用い、レンズによってビーム形状を成形するためにエネルギー損失を少なくすることができる。

また、エキスパンダー光学系によって成形されたビーム形状についてさらに成形するための絞り部を設けることにより、ビーム形状を矩形・菱形・三角形などに成形でき、その形状の縦横比と加工倍率とを独立して変更することができる。

さらに、エキスパンダー光学系などを鏡筒部から独立して支持することにより、設置レイアウトが自由であり、振動の影響も受け難い。

そして、対物レンズを用いた結像光学系による加工を行うことにより、エッジが効いた加工が可能である。また、エキスパンダー光学系によってビーム形状を矩形に成形し、加工対象を自動搬送することにより、ライン加工を高速に行うことができる。

なお、レーザー用光学鏡筒など、エキスパンダー光学系および絞り部以外の構成部分については、市販品を使用することができるので、本装置専用に作成するよりも装置の製品コストを低く抑えることができる。

１ レーザーヘッド
２ エキスパンダー光学系
３ 絞り部
４ レーザー用光学鏡筒
５ 対物レンズ
６ 自動搬送ステージ
７ 加工対象
１１ スリット
２１〜２４ シリンドリカルレンズ
２４ レンズ
２５ ミラー
３０ 開口部分
３１〜３４ 絞り羽根
４１ レーザーアタッチメント
４２〜４４ ハーフミラー
４５ 集光レンズ
４６ 観察ユニット
４７ ＣＣＤカメラ
４８ 操作部
７１、７２ａ〜７２ｃ 加工痕
Ｆ 光ファイバー

Claims (6)

1. レーザー光源からのレーザー光を加工対象に照射して加工を行うレーザー加工装置であって、前記レーザー光源から出力されるレーザー光について成形を行って平行光を生成するエキスパンダー光学系と、前記エキスパンダー光学系によって成形された平行光について、その少なくとも一部分を必要に応じて遮断する絞り処理を行う絞り部とを含み、
   エキスパンダー光学系によって成形されたレーザー光を、前記絞り部を介して前記加工対象に照射して加工を行うことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記エキスパンダー光学系は、複数のシリンドリカルレンズからなり、前記複数のシリンドリカルレンズ全体を一体として、光軸を中心に回転できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記加工対象が載置され、該加工対象へ照射される光の大きさおよび前記レーザー光源の発振周波数に応じた速度で、該加工対象を搬送する搬送手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記エキスパンダー光学系によって成形された平行光の光路を所定角度曲げるためのミラーをさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
5. 前記エキスパンダー光学系と前記絞り部とが、一体として、前記光軸を中心に回転できるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
6. 前記絞り部は、対向して設けられかつ間隔を変更できる一対の絞り羽根を二対備えており、前記二対のうちの一対は絞り羽根同士が平行に対向し、他の一対は絞り羽根同士が傾斜して対向していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレーザー加工装置。

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