JP4099048B2

JP4099048B2 - Deflection device and laser processing device

Info

Publication number: JP4099048B2
Application number: JP2002362946A
Authority: JP
Inventors: 幸之助北村; 博志青山
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2004191880A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏向装置及びレーザ加工装置に係り、特にプリント基板に小径の穴を加工するのに好適な偏向装置及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルドアップ式のプリント基板に層間を接続するブラインドホール（以下、穴という。）をレーザビームにより加工する場合、コンフォーマルマスク法、あるいはダイレクト法が採用される。コンフォーマルマスク法の場合は予めエッチングにより外層銅箔を除去して形成したエッチングウインドウから、また、ダイレクト法の場合は外層銅箔のない絶縁層に直接、レーザビームを照射し、レーザエネルギによりガラス強化繊維やフィラを含有する樹脂で形成された絶縁層を除去する。
【０００３】
図３は、特開２０００−２６３２７１号に開示された従来のレーザ加工装置の構成図である。
【０００４】
レーザ発振器１は、パルス状のレーザビーム２を出力する。電源・コントローラ１４は、レーザ発振器１の制御および電力供給を行なう。ビーム分配整形装置（ここでは音響光学素子。以下、「音響光学素子」という。）３ａ、３ｂは同じものであり、レーザビーム２の光路に対して後述する角度θＸ傾けて配置されている。電源・コントローラ１５ａ、１５ｂは、音響光学素子３ａ、３ｂの制御および電力供給を行う。
【０００５】
ＮＣ装置１６は、電源・コントローラ１４、１５ａ、１５ｂ、ガルバノミラー９ａ〜９ｄおよびテーブル２０の図示を省略した駆動装置を制御する。
【０００６】
音響光学素子３ａ、３ｂとガルバノミラー９ａ〜９ｄとの間には、全反射コーナミラー７ａ〜７ｄが配置されている。ガルバノミラー９ａ〜９ｄは、図中矢印で示すように、回転軸の回りに回転自在であり反射面を任意の角度に位置決めすることができる。集光レンズ（ｆθレンズ）２１ａ、２１ｂは、それぞれ第１の加工ヘッド１０ａ、第２の加工ヘッド１０ｂに保持されている。プリント基板１１は、テーブル２０に固定されている。ガルバノミラー９ａ、９ｂのスキャン領域１２ａ、およびガルバノミラー９ｃ、９ｄのスキャン領域１２ｂは、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである。集熱装置８は、レーザビーム２ｃの中心軸上の音響光学素子３ａで偏向されるレーザビーム２ａおよび音響光学素子３ｂで偏向されるレーザビーム２ｂを遮らない位置に配置されている。
【０００７】
次に、音響光学素子３ａ、３ｂの動作について説明する。なお、音響光学素子３ａ、３ｂは同一構造であるので、音響光学素子３ａについて説明する。
【０００８】
図４は、音響光学素子の構成および動作説明図である。
【０００９】
音響光学素子３ａは、媒質３１を収容する本体３０と、本体３０に超音波を付加する高周波発生装置３３とから構成されている。
【００１０】
スイッチ３４をオンして高周波発生装置３３を動作させると、同図（ａ）に示すように、内部の媒質３１中に周期的な屈折率変化が生じ、回折格子３２が形成される。この回折格子３２により、特定の角度θＸで入射するレーザ光２は、ほぼ１次の回折のみとなり、効率よく偏向される。一方、スイッチ３４をオフにすると回折格子３２は形成されず、同図（ｂ）に示すように、レーザ光２は本体３０をそのまま透過し、０次光のレーザビーム２ｃになる。
【００１１】
したがって、音響光学素子３ａ、３ｂをレーザビーム２の中心軸Ｐに対して角度θＸ傾けて配置することにより、レーザビーム２を効率よく偏向することができる。
【００１２】
なお、媒質３１がゲルマニウムである場合、波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザの角度θＸは３８ｍｒａｄ（２．２度）、波長９．４μｍのＣＯ_２レーザの角度θＸは３４ｍｒａｄ（１．９５度）である。また、媒質３１が合成石英である場合、波長３５５ｎｍのＵＶレーザの角度θＸは２．４ｍｒａｄである。
【００１３】
次に、従来のレーザ加工機の動作を説明する。
【００１４】
ＮＣ装置１６は加工プログラムに基づいてスキャン領域１２ａ、１２ｂを交互あるいはランダムに選択し、電源・コントローラ１５ａ、１５ｂに指令を出す。
【００１５】
そして、スキャン領域１２ａ内を加工する場合、音響光学素子３ａをＯＮ、音響光学素子３ｂをＯＦＦにする。レーザビーム２は、音響光学素子３ａにより光路が偏向され、レーザビーム２ａとして出力される。レーザビーム２ａはガルバノミラー９ａに入射し、ガルバノミラー９ａ，９ｂで定まる光路を通り、集光レンズ２１ａで集光され、スキャン領域１２ａ内に穴を加工する。
【００１６】
また、スキャン領域１２ｂ内を加工する場合、音響光学素子３ａをＯＦＦ、音響光学素子３ｂをＯＮにする。レーザビーム２は、音響光学素子３ａを透過した後、音響光学素子３ｂにより光路が偏向され、レーザビーム２ｂとして出力される。レーザビーム２ｂはガルバノミラー９ｃに入射し、ガルバノミラー９ｃ，９ｄで定まる光路を通り、集光レンズ２１ｂで集光され、スキャン領域１２ｂ内に穴を加工する。
【００１７】
また、ガルバノミラー９ａ〜９ｄ総てが動作中で位置決めが完了していない場合は、音響光学素子３ａ、３ｂの両者をＯＦＦにする。レーザビーム２は音響光学素子３ａ、３ｂを透過し、レーザビーム２ｃとして集熱装置８に入射し、他の個所に散乱することなく、熱に換えられて消費される。
【００１８】
以下、加工プログラムに基づいて、レーザビーム２ａおよびレーザビーム２ｂを交互あるいはランダムに発生させ、スキャン領域１２ａ、１２ｂ内の加工を行う。スキャン領域１２ａ、１２ｂ内の加工が終了したら、テーブル２０を移動させ、次のスキャン領域１３ａ、１３ｂ内の加工を行う。
【００１９】
このように、特開２０００−２６３２７１号の技術に依れば、レーザ発振器の稼働率および加工速度を向上させることができる。また、レーザビームの波形を整えることができるので、品質に優れる加工を行うことができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プリント基板に直径が５０μｍ以上の穴を加工する場合、ＣＯ_２レーザにより品質に優れる穴を加工することができる。しかし、直径が５０μｍ未満のの穴を加工する場合、品質に優れる穴を加工するためには、波長が短いＵＶレーザを用いる必要がある。
【００２１】
上記したように、音響光学素子３ａ、３ｂが波長３５５ｎｍのＵＶレーザを偏向することができる角度θＹは４．８ｍｒａｄであり、ＣＯ_２レーザの偏向角θＹに比べてが遥かに小さい。したがって、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）とレーザビーム２ｃが互いに重ならないようにするためには、例えば、図３における全反射コーナミラー７ａ、７ｃと集熱装置８のレーザビーム２ｃの光軸と直角方向の距離を大きくする必要があり、このようにするとレーザビーム２ｃの光軸方向の距離が長くなり、装置の設置面積が大きくなった。
【００２２】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、偏向装置の偏向角度が小さい場合であっても、装置を小形にすることができる偏向方法及び偏向装置並びにレーザ加工装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の手段は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路に沿って設けられ、偏向角が可変の第１及び第２の２個の偏向手段と、前記２個の偏向手段のレーザ光出射方向下流側であって前側焦点が前記２個の偏向手段の中間になるように配置された第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズのレーザ光出射方向下流側であって前記第１の集光レンズと当該第１の集光レンズの後側焦点の間で、前記第１の集光レンズを透過したレーザ光が干渉しない位置に配置され、偏向されて入射したレーザ光を互いに離れる方向に反射する反射ミラーと、を備え、前記第１及び第２の偏向手段は偏向された光が両偏向手段で偏向されないで透過した透過光の光軸に関して同一角度反対方向になるように配置され、前記第２の偏向手段はレーザ光出射方向上流側に位置する第１の偏向手段で偏向された偏向光が透過する位置に配置され、前記第１の集光レンズには、前記第１及び第２の偏向手段を偏向されないで透過した前記透過光と前記第１又は第２の偏向手段で偏向した偏向光の両者が入射し、前記第１の集光レンズは前記偏向手段からの光を集光し、前記光の径を前記偏向手段に入射した時の径よりも小径にして前記反射ミラーに入射させる偏向装置を特徴とする。
【００２５】
また、本発明の第２の手段は、レーザ加工装置に、第１の手段である偏向装置を用いて、レーザ発振器から出力されるレーザ光を偏向することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る偏向装置を備えたレーザ加工装置の要部構成図であり、図示を省略されている全反射コーナミラー７ａ、７ｃ以降の構成は図３の構成と同じである。また、図３と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、この実施の形態におけるレーザ発振器１は波長が３５５ｎｍ、直径がＡのＵＶレーザを出力する。また、媒質が合成石英の音響光学素子３ａ、３ｂを使用する（偏向角θＹは、４．８ｍｒａｄである）。また、音響光学素子３ａは中心軸Ｐに対してθＸ、音響光学素子３ｂは中心軸Ｐに対して−θＸ傾け、かつ互いに近接させて配置されておく。
【００２８】
集光レンズ４の焦点距離はＦ１であり、中心軸がレーザビーム２ｃすなわちレーザビーム２の中心軸Ｐに一致、かつ一方の焦点がレーザ音響光学素子３ａ、３ｂの中間に位置するように位置決めされている。
【００２９】
左右に反射面５ａ、５ｂを備える屋根形の全反射ミラー５には、直径Ｃの穴５ｃが形成されている。そして、全反射ミラー５は、穴５ｃの軸線を中心軸Ｐに一致、かつ反射面５ａ、５ｂが集光レンズ４から焦点距離Ｆ１よりも近い距離Ｌの位置に位置決めされている。
【００３０】
集光レンズ６ａ、６ｂの焦点距離はＦ２であり、一方の焦点が集光レンズ４の焦点と一致する位置、すなわち、集光レンズ４から距離Ｆ１＋Ｆ２の位置に位置決めされている。全反射コーナミラー７ａ、７ｃは、入射するレーザビーム２ａ、２ｂを図示を省略する全反射コーナミラー７ｂ、７ｄに反射する。
【００３１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００３２】
加工ヘッド１０ａにレーザビーム２ａを出力する場合、レーザ音響光学素子３ａをＯＮ、レーザ音響光学素子３ｂをＯＦＦにする。レーザ発振器１から発振されたレーザビーム２は、全反射コーナミラー７ｅにより反射され、レーザ音響光学素子３ａに入射する。レーザ音響光学素子３ａにより角度θＹ偏向されたレーザビーム２ａは音響光学素子３ｂを透過して集光レンズ４に入射する。そして、レーザビーム２ａは集光レンズ４により集光され、ビーム径が小さくなった状態で反射面５ａに入射し、反射面５ａで反射された後、さらに直径が小さくなり、焦点位置を越えた後、拡大しながら集光レンズ６ａに入射する。集光レンズ６ａは集光レンズ４からＦ１＋Ｆ２の位置に配置されているので、集光レンズ６ａを透過したレーザビーム２ａは直径Ｂの平行光になって全反射コーナミラー７ａに入射する。ここで、直径Ｂは集光レンズ４に入射する直径Ａのレーザビーム２のＦ２／Ｆ１倍である。
【００３３】
平行光になったレーザビーム２ａは全反射コーナミラー７ａにより反射され、光路上に配置された各光学装置を経由して、最終的に加工ヘッド１０ａに取付けられた集光レンズ２１ａに入射し、加工領域１２ａを加工する。
【００３４】
また、レーザ音響光学素子３ａをＯＦＦ、レーザ音響光学素子３ｂをＯＮにすることにより、上記レーザビーム２ａの場合と同様、加工ヘッド１０ｂにレーザビーム２ｂを出力することができる。
【００３５】
さらに、レーザ音響光学素子３ａ、レーザ音響光学素子３ｂの両者をＯＦＦすることにより、レーザビーム２ｃを貫通穴５ｃを介して集熱装置８に入射させ、熱に換えることができる。
【００３６】
次に、具体的な数値を用いて説明する。
【００３７】
例えば、集光レンズ４の焦点距離Ｆ１が２００ｍｍ、集光レンズ４と穴５ｃ入り口との距離Ｌが１９０ｍｍ、レーザビーム２の直径Ａが７ｍｍであるとする。この場合、レーザビーム２ｃの穴５ｃ入り口における直径は０．３５ｍｍ、また、レーザビーム２ｃ中心の中心軸Ｐからの距離ｍは、偏向角θＹが小さいのでＬ・ｔａｎθＹで近似することができ、０．９１ｍｍである。この結果、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）の端部とレーザビーム２ｃの端部は０．５６ｍｍ離れるので、両者が重なることはない。
【００３８】
一方、集光レンズ４を設けないとすると、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）とレーザビーム２ｃの中心間距離が７．５６ｍｍになるのは音響光学素子３ａ（または音響光学素子３ｂ）から約１．５８ｍの位置である。したがって、本発明を適用することにより、装置の設置スペースを大幅に小さく（この例の場合、約１．４ｍ短く）することができる。
【００３９】
また、この実施形態では、反射面５ａ（または反射面５ｂ）を集光レンズ４の焦点（集光点）から外れた位置に配置させたので、単位面積当たりのビーム強度が小さく、反射面５ａ（または反射面５ｂ）が損傷することを防止できる。
【００４０】
さらに、集光レンズ４と集光レンズ６の焦点距離を選択することにより、任意のビーム径Ｂを形成することができる。
【００４１】
なお、上記の実施形態では加工ヘッド１０が２個である場合について説明したが、図２に示すように、加工ヘッドが１個の場合も、本発明を適用することにより装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００４２】
また、ビーム分配整形装置を音響光学素子とする場合について説明したが、一般に使用されている偏向角可変形の偏向装置（例えば、静電形のガルバノスキャナ）を用いる場合であっても、本発明を適用することにより偏向角を小さくすることができるので応答速度が速くなり、加工速度を向上させることができる。
【００４３】
さらに、上記ではＵＶレーザ加工機を例にして説明したが、偏向角の小さい他の偏向手段を採用する場合であっても、本発明を適用することにより、装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏向角が可変の偏向手段と集光レンズおよび反射ミラーをレーザ光の光路に配置し、偏向手段により偏向されたレーザ光と偏向されないレーザ光とを短い距離で確実に離間させることができるので、装置を小形にすることができる。
【００４５】
また、偏向されたレーザビームの光路上に第２の集光レンズを配置することにより、レーザビームを任意の直径に形成することができる、すなわちコリメーションレンズと同じ機能を持たせることができるので、コリメータを別に設ける必要がなく、装置を安価かつ小形に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏向装置を備えたレーザ加工装置の要部構成図である。
【図２】図１の変形例である。
【図３】従来の偏向装置を備えたレーザ加工装置の構成図である。
【図４】音響光学偏向器の構成および動作説明図である。
【符号の説明】
２、２ａ、２ｂ、２ｃレーザビーム
３ａ、３ｂ偏向手段
４集光レンズ
５全反射ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a deflection apparatus and a laser processing apparatus, and more particularly to a deflection apparatus and a laser processing apparatus suitable for processing a small-diameter hole in a printed board.
[0002]
[Prior art]
In the case of processing a blind hole (hereinafter referred to as a hole) connecting layers between a build-up type printed circuit board with a laser beam, a conformal mask method or a direct method is employed. In the case of the conformal mask method, a laser beam is irradiated directly from the etching window formed by removing the outer layer copper foil by etching in advance, or in the case of the direct method to the insulating layer without the outer layer copper foil, and the glass is generated by the laser energy. An insulating layer formed of a resin containing reinforcing fibers or filler is removed.
[0003]
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional laser processing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-263271.
[0004]
The laser oscillator 1 outputs a pulsed laser beam 2. The power supply / controller 14 controls the laser oscillator 1 and supplies power. Beam distributing and shaping devices (acousto-optic elements, hereinafter referred to as “acousto-optic elements”) 3 a and 3 b are the same, and are disposed at an angle θX described later with respect to the optical path of the laser beam 2. The power / controllers 15a and 15b control the acousto-optic elements 3a and 3b and supply power.
[0005]
The NC device 16 controls the power supply / controllers 14, 15 a, 15 b, the galvanometer mirrors 9 a to 9 d, and the drive device not shown in the table 20.
[0006]
Total reflection corner mirrors 7a to 7d are arranged between the acoustooptic elements 3a and 3b and the galvano mirrors 9a to 9d. The galvanometer mirrors 9a to 9d are rotatable around the rotation axis as shown by arrows in the drawing, and the reflecting surfaces can be positioned at arbitrary angles. The condenser lenses (fθ lenses) 21a and 21b are respectively held by the first processing head 10a and the second processing head 10b. The printed circuit board 11 is fixed to the table 20. The scan area 12a of the galvanometer mirrors 9a and 9b and the scan area 12b of the galvanometer mirrors 9c and 9d have a size of about 50 mm × 50 mm. The heat collector 8 is disposed at a position that does not block the laser beam 2a deflected by the acousto-optic element 3a and the laser beam 2b deflected by the acousto-optic element 3b on the central axis of the laser beam 2c.
[0007]
Next, the operation of the acoustooptic elements 3a and 3b will be described. Since the acoustooptic elements 3a and 3b have the same structure, the acoustooptic element 3a will be described.
[0008]
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration and operation of the acoustooptic device.
[0009]
The acoustooptic device 3 a includes a main body 30 that accommodates the medium 31 and a high-frequency generator 33 that applies ultrasonic waves to the main body 30.
[0010]
When the switch 34 is turned on and the high-frequency generator 33 is operated, a periodic refractive index change occurs in the internal medium 31 as shown in FIG. Due to the diffraction grating 32, the laser beam 2 incident at a specific angle θX becomes almost only first-order diffraction and is efficiently deflected. On the other hand, when the switch 34 is turned off, the diffraction grating 32 is not formed, and the laser beam 2 passes through the main body 30 as it is and becomes a zero-order laser beam 2c as shown in FIG.
[0011]
Therefore, by arranging the acoustooptic elements 3a and 3b at an angle θX with respect to the central axis P of the laser beam 2, the laser beam 2 can be efficiently deflected.
[0012]
When the medium 31 is germanium, the angle θX of the CO ₂ laser with the wavelength of 10.6 μm is 38 mrad (2.2 degrees), and the angle θX of the CO ₂ laser with the wavelength of 9.4 μm is 34 mrad (1.95 degrees). is there. When the medium 31 is synthetic quartz, the angle θX of the UV laser having a wavelength of 355 nm is 2.4 mrad.
[0013]
Next, the operation of the conventional laser beam machine will be described.
[0014]
The NC device 16 alternately or randomly selects the scan areas 12a and 12b based on the machining program and issues a command to the power supply / controllers 15a and 15b.
[0015]
When processing the scan area 12a, the acoustooptic element 3a is turned on and the acoustooptic element 3b is turned off. The optical path of the laser beam 2 is deflected by the acousto-optic element 3a and output as the laser beam 2a. The laser beam 2a enters the galvanometer mirror 9a, passes through an optical path determined by the galvanometer mirrors 9a and 9b, is condensed by the condenser lens 21a, and processes a hole in the scan region 12a.
[0016]
Further, when processing the scan area 12b, the acoustooptic element 3a is turned off and the acoustooptic element 3b is turned on. After the laser beam 2 passes through the acoustooptic device 3a, the optical path is deflected by the acoustooptic device 3b, and the laser beam 2 is output as the laser beam 2b. The laser beam 2b is incident on the galvanometer mirror 9c, passes through an optical path determined by the galvanometer mirrors 9c and 9d, is collected by the condenser lens 21b, and processes a hole in the scan region 12b.
[0017]
Further, when all the galvanometer mirrors 9a to 9d are operating and positioning is not completed, both the acoustooptic elements 3a and 3b are turned off. The laser beam 2 passes through the acousto-optic elements 3a and 3b, enters the heat collecting device 8 as the laser beam 2c, and is consumed by being converted to heat without being scattered to other places.
[0018]
Hereinafter, based on the processing program, the laser beam 2a and the laser beam 2b are alternately or randomly generated to process the scan regions 12a and 12b. When the processing in the scan areas 12a and 12b is completed, the table 20 is moved to perform processing in the next scan areas 13a and 13b.
[0019]
As described above, according to the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-263271, the operating rate and processing speed of the laser oscillator can be improved. In addition, since the waveform of the laser beam can be adjusted, processing with excellent quality can be performed.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a hole having a diameter of 50 μm or more is processed in a printed board, a hole having excellent quality can be processed by a CO ₂ laser. However, when processing a hole having a diameter of less than 50 μm, it is necessary to use a UV laser with a short wavelength in order to process a hole with excellent quality.
[0021]
As described above, the angle θY at which the acoustooptic elements 3a and 3b can deflect the UV laser having the wavelength of 355 nm is 4.8 mrad, which is much smaller than the deflection angle θY of the CO ₂ laser. Therefore, in order to prevent the laser beam 2a (or the laser beam 2b) and the laser beam 2c from overlapping each other, for example, the optical axes of the total reflection corner mirrors 7a and 7c and the laser beam 2c of the heat collector 8 in FIG. Therefore, the distance in the optical axis direction of the laser beam 2c is increased, and the installation area of the apparatus is increased.
[0022]
An object of the present invention is to provide a deflection method, a deflection apparatus, and a laser processing apparatus that solve the above-described problems in the prior art and can reduce the size of the apparatus even when the deflection angle of the deflection apparatus is small. is there.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object , the first means includes a laser light source that emits laser light, and first and second variable deflection angles that are provided along the optical path of the laser light emitted from the laser light source. A first condensing lens disposed downstream of the two deflecting units in the laser beam emission direction and having a front focal point in the middle of the two deflecting units; The first condenser lens is transmitted through the first condenser lens between the first condenser lens and the rear focal point of the first condenser lens on the downstream side in the laser beam emission direction of the first condenser lens. A reflection mirror disposed at a position where the laser light does not interfere and reflecting the deflected and incident laser light in a direction away from each other, and the first and second deflecting means are configured so that the deflected light is the both deflecting means. Same angle opposite with respect to the optical axis of transmitted light transmitted without being deflected And the second deflecting unit is disposed at a position where the deflected light deflected by the first deflecting unit located on the upstream side in the laser beam emitting direction is transmitted, and the first condensing lens The first and second deflecting means transmit both the transmitted light transmitted without being deflected and the deflected light deflected by the first or second deflecting means, and the first condenser lens is A deflecting device that collects light from the deflecting unit and makes the diameter of the light smaller than a diameter when the light enters the deflecting unit is incident on the reflecting mirror .
[0025]
The second means of the present invention is characterized in that the laser beam outputted from the laser oscillator is deflected by using the deflecting device as the first means in the laser processing apparatus.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments.
[0027]
FIG. 1 is a main part configuration diagram of a laser processing apparatus provided with a deflection apparatus according to the present invention, and the configuration after total reflection corner mirrors 7a, 7c not shown is the same as the configuration of FIG. 3 that are the same as or similar in function to those in FIG. The laser oscillator 1 in this embodiment outputs a UV laser having a wavelength of 355 nm and a diameter of A. In addition, acoustooptic elements 3a and 3b whose medium is synthetic quartz are used (the deflection angle θY is 4.8 mrad). The acoustooptic element 3a is disposed with θX relative to the central axis P, and the acoustooptic element 3b is inclined with respect to the central axis P by −θX and close to each other.
[0028]
The focal length of the condenser lens 4 is F1, and the central axis is positioned so as to coincide with the laser beam 2c, that is, the central axis P of the laser beam 2, and one focal point is positioned between the laser acoustooptic elements 3a and 3b. ing.
[0029]
A roof-shaped total reflection mirror 5 having reflection surfaces 5a and 5b on the left and right is formed with a hole 5c having a diameter C. The total reflection mirror 5 is positioned at a position at a distance L in which the axis of the hole 5c coincides with the central axis P and the reflection surfaces 5a and 5b are closer to the focal length F1 from the condenser lens 4.
[0030]
The focal lengths of the condenser lenses 6a and 6b are F2, and one focal point is positioned at a position where the focal point of the condenser lens 4 coincides, that is, a distance F1 + F2 from the condenser lens 4. Total reflection corner mirrors 7a and 7c reflect incident laser beams 2a and 2b to total reflection corner mirrors 7b and 7d (not shown).
[0031]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0032]
When the laser beam 2a is output to the processing head 10a, the laser acoustooptic element 3a is turned on and the laser acoustooptic element 3b is turned off. The laser beam 2 oscillated from the laser oscillator 1 is reflected by the total reflection corner mirror 7e and enters the laser acoustooptic device 3a. The laser beam 2 a deflected by the angle θY by the laser acoustooptic device 3 a passes through the acoustooptic device 3 b and enters the condenser lens 4. The laser beam 2a is condensed by the condensing lens 4 and enters the reflecting surface 5a in a state where the beam diameter is reduced. After being reflected by the reflecting surface 5a, the diameter is further reduced and exceeds the focal position. Thereafter, the light enters the condenser lens 6a while being enlarged. Since the condenser lens 6a is disposed at a position of F1 + F2 from the condenser lens 4, the laser beam 2a transmitted through the condenser lens 6a becomes parallel light having a diameter B and enters the total reflection corner mirror 7a. Here, the diameter B is F2 / F1 times the diameter A of the laser beam 2 incident on the condenser lens 4.
[0033]
The collimated laser beam 2a is reflected by the total reflection corner mirror 7a, and finally enters the condenser lens 21a attached to the processing head 10a via each optical device arranged on the optical path. The processing area 12a is processed.
[0034]
Further, by turning off the laser acoustooptic element 3a and turning on the laser acoustooptic element 3b, the laser beam 2b can be output to the machining head 10b as in the case of the laser beam 2a.
[0035]
Further, by turning off both the laser acoustooptic element 3a and the laser acoustooptic element 3b, the laser beam 2c can be incident on the heat collecting device 8 through the through hole 5c and can be changed into heat.
[0036]
Next, description will be made using specific numerical values.
[0037]
For example, it is assumed that the focal length F1 of the condenser lens 4 is 200 mm, the distance L between the condenser lens 4 and the entrance of the hole 5c is 190 mm, and the diameter A of the laser beam 2 is 7 mm. In this case, the diameter of the laser beam 2c at the entrance of the hole 5c is 0.35 mm, and the distance m from the center axis P of the laser beam 2c center can be approximated by L · tan θY because the deflection angle θY is small. .91 mm. As a result, the end of the laser beam 2a (or the laser beam 2b) and the end of the laser beam 2c are separated by 0.56 mm, so that they do not overlap.
[0038]
On the other hand, if the condenser lens 4 is not provided, the distance between the centers of the laser beam 2a (or laser beam 2b) and the laser beam 2c becomes 7.56 mm from the acoustooptic element 3a (or acoustooptic element 3b). The position is 1.58 m. Therefore, by applying the present invention, the installation space of the apparatus can be greatly reduced (in this example, about 1.4 m shorter).
[0039]
In this embodiment, the reflecting surface 5a (or reflecting surface 5b) is disposed at a position away from the focal point (condensing point) of the condensing lens 4, so that the beam intensity per unit area is small and the reflecting surface 5a. It is possible to prevent (or the reflecting surface 5b) from being damaged.
[0040]
Furthermore, by selecting the focal length of the condenser lens 4 and the condenser lens 6, an arbitrary beam diameter B can be formed.
[0041]
In the above embodiment, the case where there are two machining heads 10 has been described. However, as shown in FIG. 2, even when there is only one machining head, the installation space of the apparatus can be reduced by applying the present invention. can do.
[0042]
Further, although the case where the beam distribution shaping device is an acousto-optic device has been described, the present invention is applicable even when a deflection device of a variable deflection angle type (for example, an electrostatic galvano scanner) that is generally used is used. Since the deflection angle can be reduced by applying, the response speed is increased and the machining speed can be improved.
[0043]
Furthermore, although the UV laser processing machine has been described above as an example, the installation space of the apparatus can be reduced by applying the present invention even when other deflection means having a small deflection angle are employed. it can.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the deflecting means having a variable deflection angle, the condensing lens, and the reflecting mirror are arranged in the optical path of the laser light, and the laser light deflected by the deflecting means and the laser light not deflected are arranged. Since the devices can be reliably separated at a short distance, the device can be miniaturized.
[0045]
Further, by arranging the second condenser lens on the optical path of the deflected laser beam, the laser beam can be formed in an arbitrary diameter, that is, the same function as the collimation lens can be provided. There is no need to provide a collimator separately, and the apparatus can be constructed inexpensively and compactly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a laser processing apparatus including a deflection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a modification of FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a laser processing apparatus provided with a conventional deflection apparatus.
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration and operation of an acousto-optic deflector.
[Explanation of symbols]
2, 2a, 2b, 2c Laser beams 3a, 3b Deflection means 4 Condensing lens 5 Total reflection mirror

Claims

レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路に沿って設けられ、偏向角が可変の第１及び第２の２個の偏向手段と、
前記２個の偏向手段のレーザ光出射方向下流側であって前側焦点が前記２個の偏向手段の中間になるように配置された第１の集光レンズと、
前記第１の集光レンズのレーザ光出射方向下流側であって前記第１の集光レンズと当該第１の集光レンズの後側焦点の間で、前記第１の集光レンズを透過したレーザ光が干渉しない位置に配置され、偏向されて入射したレーザ光を互いに離れる方向に反射する反射ミラーと、を備え、
前記第１及び第２の偏向手段は偏向された光が両偏向手段で偏向されないで透過した透過光の光軸に関して同一角度反対方向になるように配置され、
前記第２の偏向手段はレーザ光出射方向上流側に位置する第１の偏向手段で偏向された偏向光が透過する位置に配置され、
前記第１の集光レンズには、前記第１及び第２の偏向手段を偏向されないで透過した前記透過光と前記第１又は第２の偏向手段で偏向した偏向光の両者が入射し、
前記第１の集光レンズは前記偏向手段からの光を集光し、前記光の径を前記偏向手段に入射した時の径よりも小径にして前記反射ミラーに入射させることを特徴とする偏向装置。 A laser light source for emitting laser light;
First and second deflecting means provided along the optical path of laser light emitted from the laser light source and having a variable deflection angle;
A first condenser lens disposed downstream of the two deflecting units in the laser beam emission direction and having a front focal point in the middle of the two deflecting units;
The first condenser lens is transmitted through the first condenser lens between the first condenser lens and the rear focal point of the first condenser lens on the downstream side of the first condenser lens in the laser light emission direction. A reflection mirror that is arranged at a position where the laser beam does not interfere and reflects the deflected and incident laser beam in a direction away from each other, and
The first and second deflecting means are arranged so that the deflected light is in the opposite direction with the same angle with respect to the optical axis of the transmitted light that is transmitted without being deflected by both deflecting means,
The second deflecting means is disposed at a position where the deflected light deflected by the first deflecting means located on the upstream side in the laser beam emitting direction is transmitted,
Both the transmitted light transmitted without being deflected by the first and second deflecting means and the deflected light deflected by the first or second deflecting means are incident on the first condenser lens,
The first condensing lens condenses the light from the deflecting means, and makes the diameter of the light smaller than the diameter when entering the deflecting means, and enters the reflecting mirror. Equipment .

入射側の焦点を前記第１の集光レンズの前記反射ミラー側の焦点に一致させて配置され、前記反射ミラーによって反射された光が入射する第２の集光レンズを備え、
前記偏向された光の径を当該第２の集光レンズにより任意の径の平行光にすることを特徴とする請求項１に記載の偏向装置。 A second condensing lens that is arranged such that the focal point on the incident side coincides with the focal point on the reflecting mirror side of the first condensing lens, and on which the light reflected by the reflecting mirror is incident ;
2. The deflecting device according to claim 1, wherein the diameter of the deflected light is changed to parallel light having an arbitrary diameter by the second condenser lens .

請求項１又は２記載の偏向装置を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus comprising the deflecting device according to claim 1 .