JPH10296475A - Laser beam machine - Google Patents
Laser beam machineInfo
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- JPH10296475A JPH10296475A JP9106905A JP10690597A JPH10296475A JP H10296475 A JPH10296475 A JP H10296475A JP 9106905 A JP9106905 A JP 9106905A JP 10690597 A JP10690597 A JP 10690597A JP H10296475 A JPH10296475 A JP H10296475A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工機に
関する。[0001] The present invention relates to a laser beam machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ発振器の出力レーザビーム（以下
では出力ビームという）を用いて加工するレーザ加工機
の中で、マスクを使用しマスクの像を被加工物上に結像
して加工する装置はマスクマーカ等の名称で知られてい
る。この装置は、図６に示すように構成されており、出
力ビーム１は一旦集光用凸レンズ２によって集光された
後、拡大用凸レンズ３で拡大されて拡大平行ビーム（図
６では拡大ビーム）11とされる。この拡大ビーム11がマ
スク４を通され、焦点距離ｆ5 の結像レンズ５で被加工
物の加工面６に結像されて、マスク４の開口部のパター
ンが加工面６に加工される。通常、マスク４と結像レン
ズ５との距離ａは結像レンズ５の焦点距離ｆ5 より大き
く、結像レンズ５と加工面６との距離をｂとすると、加
工面６への結像条件は次式を満足することであり、マス
クパターンの結像倍率Ｍは下記の式で表すことができ
る。2. Description of the Related Art In a laser processing machine for processing using an output laser beam (hereinafter referred to as an output beam) of a laser oscillator, an apparatus for processing an image of a mask on a workpiece by using a mask. Is known by a name such as a mask marker. This device is configured as shown in FIG. 6, in which an output beam 1 is once condensed by a converging convex lens 2 and then expanded by an expanding convex lens 3 to be expanded parallel beam (in FIG. 6, expanded beam). It is assumed to be 11. The expanded beam 11 passes through the mask 4 and is imaged on the processing surface 6 of the workpiece by the imaging lens 5 having a focal length f 5 , so that the pattern of the opening of the mask 4 is processed on the processing surface 6. Usually, the distance a between the mask 4 and the imaging lens 5 is larger than the focal length f 5 of the imaging lens 5, and the distance between the imaging lens 5 and the working surface 6 is b, the imaging condition to the working surface 6 Satisfies the following expression, and the imaging magnification M of the mask pattern can be expressed by the following expression.
【０００３】 結像条件 ： ａ-1＋ｂ-1＝ｆ5 -1 結像倍率 ： Ｍ＝ｂ／ａ マスクの開口部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺
の比が極端に大きい場合には、ビームエクスパンダによ
って出力ビーム１を横長に引き延ばした偏平な平行ビー
ムとしてマスク４に照射することが一般的に実施されて
いる。Imaging condition: a −1 + b −1 = f 5 −1 Imaging magnification: M = b / a When the mask has a rectangular opening and the ratio of the short side to the long side of the rectangle is extremely large. In general, the mask 4 is irradiated with a flat parallel beam obtained by extending the output beam 1 horizontally by a beam expander.
【０００４】このような拡大平行ビーム11が使用される
のは、ビームのパワー密度が高いと、マスク４が加熱損
傷されたり、液晶やガラスのマスク４ではビームが漏れ
るためマスクの機能がなくなったりするからである。し
かし、この方式には、マスク４やレンズ３及び５等の光
学部品が大きくなり、小型化が困難であるという問題点
を有している。The use of such an expanded parallel beam 11 is such that if the power density of the beam is high, the mask 4 is damaged by heating, or the mask 4 made of liquid crystal or glass leaks, and the function of the mask is lost. Because you do. However, this method has a problem that optical components such as the mask 4 and the lenses 3 and 5 become large, and it is difficult to reduce the size.
【０００５】一方、マスク４を小さくするためにレーザ
発振器の出力ビーム１を極力広げないでマスクに照射し
ようとしても、レーザビームにはそれぞれ固有の広がり
角をもっているため、広がりを生じてしまう。例えば、
固体レーザでは、熱レンズ効果により、レーザ出口でφ
0.5mm のビームは５mrad程度の広がり角をもっている。
これは、レーザ出口より100mm の点では、φ１mmとなる
ことに相当する。On the other hand, even if an attempt is made to irradiate the laser beam with the output beam 1 of the laser oscillator as small as possible in order to reduce the size of the mask 4, the laser beam has a unique divergence angle, so that the divergence occurs. For example,
For solid-state lasers, φ
A 0.5 mm beam has a divergence angle of about 5 mrad.
This corresponds to φ1 mm at a point 100 mm from the laser exit.
【０００６】この場合において、マスクの開口部を出射
直後の大きさに合わせるとレーザのエネルギー使用効率
が悪くなるし、逆に広がった大きさに合わせると、縦横
比が大きい使用方法の場合には、マスクが大きくなり、
装置の小型化が困難となるという問題点を有している。
また、マスク４の像を平面上の任意の位置に走査して結
像させるために、図７に示すように、マスク４と結像レ
ンズ５との間の光路上にＸミラー７及びＹミラー８を配
置し、両ミラーを回転などさせることにより光路を変え
ると、像の位置を走査させることはできる。しかし、Ｘ
ミラー７やＹミラー８の回転によって光路を変えると、
図７に点線で示したように、同時に光路長も変えること
になるために加工面６上にきっちりと結像させることが
できなくなる。In this case, if the size of the opening of the mask is adjusted to the size immediately after the emission, the energy use efficiency of the laser deteriorates. On the contrary, if the size of the opening is widened, the aspect ratio is large. , The mask gets larger,
There is a problem that miniaturization of the device becomes difficult.
In order to scan the image of the mask 4 at an arbitrary position on the plane and form an image, as shown in FIG. If the optical path is changed by disposing the mirror 8 and rotating both mirrors, the position of the image can be scanned. But X
When the optical path is changed by rotating the mirror 7 and the Y mirror 8,
As shown by the dotted line in FIG. 7, the optical path length is also changed at the same time, so that it is impossible to form an image on the processing surface 6 exactly.
【０００７】更に、従来から使用しているマスクについ
ても問題点がある。液晶マスクやガラスマスクの場合に
は、10Ｗ以上の出力ビーム１を0.5mm ×５mm程度にしぼ
ってマスクに照射すると、マスクの損傷が大きく、寿命
が短くなってしまう。金属マスクの場合でも、出力ビー
ム１の吸収による温度上昇により変色や熱変形が生じ、
やはり寿命が短くなってしまう。[0007] Further, there is a problem with the mask used conventionally. In the case of a liquid crystal mask or a glass mask, if an output beam 1 of 10 W or more is irradiated to the mask with a size of about 0.5 mm × 5 mm, the mask is greatly damaged and its life is shortened. Even in the case of a metal mask, discoloration or thermal deformation occurs due to a temperature rise due to absorption of the output beam 1,
After all the life is shortened.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記のような問題点を解決して、出力ビームのエネルギー
利用効率が高く、装置が小型化でき、走査しても結像面
が一定であり、マスクの寿命が長い結像式のレーザ加工
機を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to improve the energy use efficiency of the output beam, to reduce the size of the apparatus, and to keep the imaging plane constant even when scanning. Another object of the present invention is to provide an image forming laser processing machine having a long mask life.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明においては、光
学系に挿入したマスクでレーザ発振器からの出力レーザ
ビームを所定の領域に限定し、結像レンズにより被加工
物上に結像させて加工するレーザ加工機において、出力
レーザビームを集光する集光レンズと、マスク側に位置
する対マスクレンズ及び被加工物側に位置する対物レン
ズからなる結像レンズとを備え、マスクを集光レンズの
焦点位置であると同時に対マスクレンズの焦点位置であ
る位置に配置している。According to the present invention, an output laser beam from a laser oscillator is limited to a predetermined area by a mask inserted into an optical system, and an image is formed on an object to be processed by an imaging lens. A laser processing machine, comprising: a condensing lens for condensing an output laser beam; and an imaging lens including a pair of mask lenses located on the mask side and an objective lens located on the workpiece side. And at the same time as the focal position of the mask lens.
【００１０】マスクを集光レンズと対マスクレンズとの
共焦点に配置しているので、マスクを極めて小さくする
ことができ、マスクの像が対物レンズの焦点位置に結像
され、マスクパターンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの
焦点距離と対物レンズの焦点距離とによって決まり、か
つ対マスクレンズと対物レンズの距離に関係なく一定と
なる。Since the mask is arranged at the confocal point of the condenser lens and the mask lens, the mask can be made extremely small, the image of the mask is formed at the focal position of the objective lens, and the mask pattern is formed. The image magnification M is determined by the focal length of the mask lens and the objective lens, and is constant regardless of the distance between the mask lens and the objective lens.
【００１１】上記発明の一実施態様として、集光レンズ
をシリンドリカルレンズとしている。シリンドリカルレ
ンズは一方向のみ焦点を有するレンズであるから、マス
クの開口部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比
が極端に大きい場合に適する偏平なレーザビームとし
て、出力レーザビームをマスクに入射することができ
る。In one embodiment of the present invention, the condenser lens is a cylindrical lens. Since the cylindrical lens is a lens having a focal point in only one direction, the output laser beam is masked as a flat laser beam that is suitable when the opening of the mask is rectangular and the ratio of the short side to the long side of the rectangle is extremely large. Can be incident.
【００１２】上記発明の別の実施態様として、集光レン
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、対マ
スクレンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二
次元に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置して
いる。この発明によるレーザ加工機の場合には、対マス
クレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパターンの
結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、この間に
Ｘミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査しても
正確な像を加工面上に結像することができる。In another embodiment of the present invention, the condenser lens is a spherical lens. This case is suitable for a mask pattern whose aspect ratio is not so large. Further, an X mirror and a Y mirror for two-dimensionally scanning the laser beam are arranged between the mask lens and the objective lens. In the case of the laser beam machine according to the present invention, since the distance between the mask lens and the objective lens is not related to the image forming magnification M and the image forming position of the mask pattern, an X mirror and a Y mirror are arranged between them. Thus, even if the imaging position is scanned, an accurate image can be formed on the processing surface.
【００１３】レーザビームを二次元に走査する場合の対
物レンズとしてはｆθレンズが有効である。このレンズ
は入射レーザビームの入射角が変わっても正確に同一平
面上に像を結ぶから、二次元走査時の結像パターンがよ
り正確となる。更に、マスクは銅からなり、そのマスク
の少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケ
ル下地の金メッキが施されている。An fθ lens is effective as an objective lens when scanning a laser beam two-dimensionally. This lens accurately forms an image on the same plane even when the incident angle of the incident laser beam changes, so that the image forming pattern in two-dimensional scanning becomes more accurate. Further, the mask is made of copper, and at least a region of the mask to be irradiated with the laser beam is plated with gold under nickel.
【００１４】この発明の場合には、マスク位置における
エネルギー密度は非常に高くなるので、レーザビームが
照射される領域のマスク表面には、レーザビームの反射
係数の極めて高い金メッキが施されてマスクの温度上昇
が抑制されている。In the case of the present invention, since the energy density at the mask position is extremely high, the mask surface in the area to be irradiated with the laser beam is plated with gold having an extremely high reflection coefficient of the laser beam. Temperature rise is suppressed.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】この発明によるレーザ加工機にお
いては、レーザ発振器の出力ビームを集光する集光レン
ズの焦点にマスクが配置され、このマスクの開口部の形
状を被加工物の表面に結像するための結像レンズはマス
ク側に位置する対マスクレンズと被加工物側に位置する
対物レンズとで構成され、マスク位置が対マスクレンズ
の焦点になるように対マスクレンズが配置され、被加工
物は対物レンズの焦点に配置される。マスクが集光レン
ズと対マスクレンズとの共焦点に配置されるので、対物
レンズの焦点にマスクパターンが結像する。したがっ
て、被加工物の位置は対物レンズとの相対位置だけに制
限され、対マスクレンズと対物レンズの距離には関係し
なくなり、結像位置を走査するためのミラーを挿入して
も正確に結像させることができる。また、マスクは共焦
点に配置されるので大幅に小型化することが可能であ
り、装置全体も小型化できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a laser beam machine according to the present invention, a mask is arranged at a focal point of a condenser lens for converging an output beam of a laser oscillator, and the shape of an opening of the mask is formed on the surface of a workpiece. An imaging lens for forming an image includes a pair of mask lenses located on the mask side and an objective lens located on the workpiece side, and the pair of mask lenses is arranged so that the mask position is the focal point of the pair of mask lenses. The workpiece is placed at the focal point of the objective lens. Since the mask is arranged at the confocal point between the condenser lens and the mask lens, the mask pattern forms an image at the focal point of the objective lens. Therefore, the position of the workpiece is limited only to the relative position with respect to the objective lens, is not related to the distance between the mask lens and the objective lens, and is accurately formed even when a mirror for scanning the imaging position is inserted. Can be imaged. In addition, since the mask is arranged confocal, the size can be significantly reduced, and the entire apparatus can be reduced in size.
【００１６】以下に実施例について説明する。なお、従
来技術と同じ機能の部品については同じ符号を用いた。 〔第１の実施例〕図１は、この発明によるレーザ加工機
の第１の実施例示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂
直な方向から見た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り
方向から見た概念構成図である。この実施例は、図２に
示すような縦に対する横の比が非常に大きいマスク開口
部41a をもつマスク4aによって加工するレーザ加工機に
関するものである。An embodiment will be described below. Note that the same reference numerals are used for components having the same functions as those of the related art. [First Embodiment] FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of a laser beam machine according to the present invention, wherein FIG. 1A is a conceptual configuration diagram viewed from a direction perpendicular to the feed direction of a workpiece, and FIG. It is a conceptual block diagram seen from the feed direction of the workpiece. This embodiment relates to a laser beam machine for processing with a mask 4a having a mask opening 41a having a very large ratio of height to width as shown in FIG.
【００１７】スラブ型レーザからの出力ビーム１（出力
部形状 5mm×15mm、広がり角 4mrad×5mrad ）は、短軸
側を集光する焦点150mm の集光用シリンドリカルレンズ
2aによって集光され、レンズ2aの焦点に配置されている
マスク4aの開口部の形状（ 0.5mm×10mm）に近い 0.6mm
×15mmの偏平ビームとなってマスク4aに照射され、マス
ク4aを通過する。マスク4aは銅板からなり、その表面に
はレーザビームの大部分を反射させてマスクの温度上昇
を少なくするためのニッケル下地の金メッキが施されて
いる（反射率は98％程度）。マスク4aを通過したビーム
は、マスク4aの位置が焦点である焦点距離2000mmの対マ
スクレンズ51と焦点距離 200mmの対物レンズ52とによっ
て対物レンズ52の焦点に配置された被加工物の加工面６
にマスク開口部41a のパターンを１／10に縮小して結像
し、加工面を加工する。この結像原理は無限補正系とい
われているものである。マスクパターンの縮小比率は対
物レンズ52の焦点距離ｆ52を対マスクレンズ51の焦点距
離ｆ51で除した値で決まる。なお、集光用シリンドリカ
ルレンズ2aによって集光されたビームの焦点位置におけ
る寸法ｈは、焦点距離と広がり角との積で決まる。した
がって、150mm × 4×10-3＝0.6mm となる。An output beam 1 (output section shape: 5 mm × 15 mm, divergence angle: 4 mrad × 5 mrad) from the slab type laser is a condensing cylindrical lens having a focal point of 150 mm for converging the short axis side.
0.6mm, which is close to the shape of the opening (0.5mm x 10mm) of the mask 4a, which is condensed by 2a and located at the focal point of the lens 2a
The beam is irradiated to the mask 4a as a flat beam of 15 mm and passes through the mask 4a. The mask 4a is made of a copper plate, and its surface is gold-plated with nickel underlayer for reflecting most of the laser beam to reduce a rise in the temperature of the mask (reflectance is about 98%). The beam that has passed through the mask 4a is applied to the processing surface 6 of the workpiece placed at the focal point of the objective lens 52 by the paired mask lens 51 having a focal length of 2000 mm and the objective lens 52 having a focal length of 200 mm, where the position of the mask 4a is the focal point.
First, the pattern of the mask opening 41a is reduced to 1/10 to form an image, and the processed surface is processed. This imaging principle is called an infinite correction system. Reduction ratio of the mask pattern is determined by a value obtained by dividing the focal length f 51 of the focal length f 52 a to mask the lens 51 of the objective lens 52. The dimension h at the focal position of the beam condensed by the converging cylindrical lens 2a is determined by the product of the focal length and the spread angle. Therefore, 150 mm × 4 × 10 −3 = 0.6 mm.
【００１８】被加工物に複数のマスクパターンを加工す
る場合には、被加工物を移動させて加工する。このよう
に、集光用レンズとしてシリンドリカルレンズを使うと
ビームエクスパンダを使用しなくても縦横比の大きいビ
ームを形成することができる。出力ビーム１の広がり角
と必要な縦横比に応じてシリンドリカルレンズの焦点距
離を選べばよいのである。When processing a plurality of mask patterns on a workpiece, the workpiece is moved and processed. As described above, when a cylindrical lens is used as a condensing lens, a beam having a large aspect ratio can be formed without using a beam expander. The focal length of the cylindrical lens may be selected according to the spread angle of the output beam 1 and the required aspect ratio.
【００１９】なお、マスク4aから反射されたビームは、
反射ビームの当たる位置に黒色アルマイト処理を施した
アルミ板等を配置して吸収させることができる。 〔第２の実施例〕図３は第２の実施例を示す概念構成図
であり、図４は使用したマスクの一例である。この実施
例は、円形断面をもつレーザ発振器の出力ビームを使っ
て、正方形の開口部41b をもつマスク4bによって加工す
るレーザ加工機に関するものである。The beam reflected from the mask 4a is:
An aluminum plate or the like that has been subjected to black alumite treatment can be arranged and absorbed at the position where the reflected beam hits. [Second Embodiment] FIG. 3 is a conceptual configuration diagram showing a second embodiment, and FIG. 4 is an example of a mask used. This embodiment relates to a laser beam machine that processes a mask 4b having a square opening 41b using an output beam of a laser oscillator having a circular cross section.
【００２０】ＹＡＧレーザからの出力ビーム１（出力部
形状φ0.5mm 、広がり角 5mrad）は、焦点100mm の集光
用球面凸レンズ2bによって集光され、レンズ2bの焦点に
配置されているマスク4bの開口部の形状（ 0.3mm×0.3m
m ）に近いφ0.5mm のビームとなってマスク4bに照射さ
れ、マスク4bを通過する。マスク4bの表面にも第１の実
施例のマスク4aと同様の反射率の大きい表面処理が施さ
れている。マスク4bを通過したビームは、マスク4bの位
置が焦点である焦点距離600mm の対マスクレンズ51と焦
点距離20mmの対物レンズ52とによって対物レンズ52の焦
点に配置された被加工物の加工面にマスク開口部41b の
パターンを１／30に縮小して結像し、加工面を加工す
る。The output beam 1 from the YAG laser (output portion shape φ 0.5 mm, divergence angle 5 mrad) is condensed by a converging spherical convex lens 2 b having a focal point of 100 mm, and is output from a mask 4 b disposed at the focal point of the lens 2 b. Opening shape (0.3mm × 0.3m
m) is irradiated to the mask 4b as a beam having a diameter of 0.5 mm and passes through the mask 4b. The surface of the mask 4b is also subjected to a surface treatment having a high reflectance similar to that of the mask 4a of the first embodiment. The beam that has passed through the mask 4b is applied to the processing surface of the workpiece placed at the focal point of the objective lens 52 by the paired mask lens 51 having a focal length of 600 mm and the objective lens 52 having a focal length of 20 mm, where the position of the mask 4b is the focal point. The pattern of the mask opening 41b is reduced to 1/30 to form an image, and the processed surface is processed.
【００２１】この場合の加工部の大きさは0.01mm角の小
さな点であるので、必要な形状の加工をするためには被
加工物を移動させて実施する。 〔第３の実施例〕図５は、この発明の第３の実施例を示
す概念構成図である。この実施例は、第２の実施例にお
ける被加工物の移動をビームの走査に置き換えるもので
ある。すなわち、Ｘミラー７及びＹミラー８の回転など
によってビームを縦横に走査し、必要な形状の加工をす
るものである。In this case, since the size of the processing portion is a small point of 0.01 mm square, the processing of the required shape is performed by moving the workpiece. [Third Embodiment] FIG. 5 is a conceptual configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the movement of the workpiece in the second embodiment is replaced by beam scanning. That is, the beam is scanned vertically and horizontally by the rotation of the X mirror 7 and the Y mirror 8, and the required shape is processed.
【００２２】Ｘミラー７及びＹミラー８が対マスクレン
ズ51と対物レンズ52の間の光路内に配置されている点を
除けば、第２の実施例と同じ構成である。この発明によ
るレンズ及びマスクの配置においては、対マスクレンズ
51と対物レンズ52との距離は対物レンズ52に対する結像
位置の距離を変えることがないので、走査用に挿入して
いるＸミラー７及びＹミラー８を図示していない駆動部
で駆動・制御することによってもビームの結像面は加工
面６上に保たれるので、正確で確実な加工ができる。The configuration is the same as that of the second embodiment except that the X mirror 7 and the Y mirror 8 are arranged in the optical path between the mask lens 51 and the objective lens 52. In the arrangement of the lens and the mask according to the present invention, the mask lens
Since the distance between the imaging lens 51 and the objective lens 52 does not change the distance of the image forming position with respect to the objective lens 52, the driving unit (not shown) drives and controls the X mirror 7 and the Y mirror 8 inserted for scanning. By doing so, the imaging plane of the beam is maintained on the processing surface 6, so that accurate and reliable processing can be performed.
【００２３】特に、この実施例の場合には、対物レンズ
52としてｆθレンズを採用することが有効である。ｆθ
レンズは、光軸が傾いた場合もレンズの中心線に垂直な
同じ平面上に焦点すなわち結像位置を有するから、ビー
ムを走査して加工する場合には、ｆθレンズを対物レン
ズとすることが最も正確かつ確実な加工を可能とするか
らである。In particular, in the case of this embodiment, the objective lens
It is effective to use an fθ lens as 52. fθ
Even if the optical axis is tilted, the lens has a focal point, i.e., an imaging position, on the same plane perpendicular to the center line of the lens. Therefore, when processing by scanning a beam, the fθ lens can be used as an objective lens. This is because the most accurate and reliable processing can be performed.
【００２４】勿論、Ｘミラー７及びＹミラー８による走
査に加えて、被加工物の移動を併用することも有効であ
る。また、マスクの金メッキ形成領域はマスクの全面で
あることは必ずしも必要ではなく、ビームが照射される
領域をカバーしていればよい。Of course, it is also effective to use the movement of the workpiece in addition to the scanning by the X mirror 7 and the Y mirror 8. Also, the gold plating formation region of the mask is not necessarily required to be the entire surface of the mask, and it is sufficient that the region covers the region to be irradiated with the beam.
【００２５】[0025]
【発明の効果】この発明によれば、光学系に挿入したマ
スクでレーザ発振器からの出力レーザビームを所定の領
域に限定し、結像レンズにより被加工物上に結像させて
加工するレーザ加工機において、出力レーザビームを集
光する集光レンズと、マスク側に位置する対マスクレン
ズ及び被加工物側に位置する対物レンズからなる結像レ
ンズとを備え、マスクを集光レンズの焦点位置であると
同時に対マスクレンズの焦点位置である位置に配置して
いるので、マスクを極めて小さくすることができ、マス
クの像が対物レンズの焦点位置に結像され、マスクパタ
ーンの結像倍率Ｍは対マスクレンズの焦点距離と対物レ
ンズの焦点距離とによって決まり、かつ対マスクレンズ
と対物レンズの距離に関係なく一定となる。したがっ
て、出力ビームのエネルギー利用効率が高く、装置が小
型化でき、走査しても結像面が一定である結像式のレー
ザ加工機を提供することができる。According to the present invention, laser processing for limiting an output laser beam from a laser oscillator to a predetermined area with a mask inserted into an optical system, and forming an image on a workpiece by an imaging lens to perform processing. A condensing lens for condensing the output laser beam, and an imaging lens including a pair of mask lenses located on the mask side and an objective lens located on the workpiece side. At the same time, since the mask is disposed at a position that is the focal position of the mask lens, the mask can be made extremely small, the image of the mask is formed at the focal position of the objective lens, and the image forming magnification of the mask pattern M Is determined by the focal length of the mask lens and the focal length of the objective lens, and is constant regardless of the distance between the mask lens and the objective lens. Therefore, it is possible to provide an image forming laser processing machine in which the energy use efficiency of the output beam is high, the apparatus can be downsized, and the image forming surface is constant even when scanning.
【００２６】上記発明の一実施態様として、集光レンズ
をシリンドリカルレンズとしているので、マスクの開口
部が長方形で、しかも長方形の短辺と長辺の比が極端に
大きい場合に適する偏平なレーザビームとして、出力レ
ーザビームをマスクに入射することができる。したがっ
て、出力レーザビームを横長に引き延ばした偏平な平行
ビームとするためのビームエクスパンダは不要となる。In one embodiment of the present invention, since the condensing lens is a cylindrical lens, a flat laser beam suitable for the case where the opening of the mask is rectangular and the ratio of the short side to the long side of the rectangle is extremely large. As a result, the output laser beam can be incident on the mask. Therefore, there is no need for a beam expander for converting the output laser beam into a flat parallel beam elongated horizontally.
【００２７】上記発明の別の実施態様として、集光レン
ズを球面レンズとしている。この場合は縦横比がそれほ
ど大きくないマスクパターンに適している。また、ビー
ムエクスパンダを出力ビーム部に利用すれば、縦横比が
大きい場合にも対応することができる。また、対マスク
レンズと対物レンズとの間に前記レーザビームを二次元
に走査するためのＸミラー及びＹミラーを配置してい
る。In another embodiment of the present invention, the condenser lens is a spherical lens. This case is suitable for a mask pattern whose aspect ratio is not so large. If a beam expander is used for the output beam section, it is possible to cope with a case where the aspect ratio is large. Further, an X mirror and a Y mirror for two-dimensionally scanning the laser beam are arranged between the mask lens and the objective lens.
【００２８】この発明によるレーザ加工機の場合には、
対マスクレンズと対物レンズとの間の距離はマスクパタ
ーンの結像倍率Ｍ及び結像位置には関係しないから、こ
の間にＸミラー及びＹミラーを配置して結像位置を走査
しても正確な像を加工面上に結像することができる。レ
ーザビームを二次元に走査する場合の対物レンズとして
はｆθレンズが有効である。このレンズは入射レーザビ
ームの入射角が変わっても正確に同一平面上に像を結ぶ
から、二次元走査時の結像パターンがより正確となる。In the case of the laser beam machine according to the present invention,
The distance between the mask lens and the objective lens is not related to the imaging magnification M and the imaging position of the mask pattern. An image can be formed on the working surface. An fθ lens is effective as an objective lens when scanning a laser beam two-dimensionally. This lens accurately forms an image on the same plane even when the incident angle of the incident laser beam changes, so that the image forming pattern in two-dimensional scanning becomes more accurate.
【００２９】更に、マスクは銅からなり、そのマスクの
少なくともレーザビームが照射される領域にはニッケル
下地の金メッキが施されているので、この金メッキによ
ってレーザビームの大部分を反射するのでマスクの温度
上昇が抑制され、長時間安定な加工ができる。Further, since the mask is made of copper, and at least a region of the mask to be irradiated with the laser beam is gold-plated with a nickel base, most of the laser beam is reflected by this gold plating. The rise is suppressed and stable processing can be performed for a long time.
【図１】この発明によるレーザ加工機の第１の実施例を
示し、（ａ）は被加工物の送り方向に垂直な方向から見
た概念構成図、（ｂ）は被加工物の送り方向から見た概
念構成図1A and 1B show a first embodiment of a laser processing machine according to the present invention, wherein FIG. 1A is a conceptual configuration diagram viewed from a direction perpendicular to a feed direction of a workpiece, and FIG. 1B is a feed direction of the workpiece. Configuration diagram seen from the perspective
【図２】第１の実施例に使用するマスクの一例を示すパ
ターン図FIG. 2 is a pattern diagram showing an example of a mask used in the first embodiment.
【図３】第２の実施例を示す概念構成図FIG. 3 is a conceptual configuration diagram showing a second embodiment.
【図４】第２の実施例に使用するマスクの一例を示すパ
ターン図FIG. 4 is a pattern diagram showing an example of a mask used in the second embodiment.
【図５】第３の実施例を示す概念構成図FIG. 5 is a conceptual configuration diagram showing a third embodiment.
【図６】従来技術によるレーザ加工機の一例を示す概念
構成図FIG. 6 is a conceptual configuration diagram showing an example of a conventional laser processing machine.
【図７】従来技術によるレーザ加工機の問題点を説明す
るための概念構成図FIG. 7 is a conceptual configuration diagram for explaining a problem of the laser processing machine according to the related art.
１ 出力ビーム ２ 集光用凸レンズ 2a 集光用シリンドリカルレンズ 2b 集光用球面凸レンズ ３ 拡大用凸レンズ ４, 4a, 4b マスク ５ 結像レンズ 51 対マスクレンズ 52 対物レンズ ６ 加工面 ７ Ｘミラー ８ Ｙミラー ａ マスクと結像レンズ５との距離 ｂ 結像レンズ５と結像位置との距離 ｆ5 結像レンズ５の焦点距離 ｆ51 対マスクレンズの焦点距離 ｆ52 対物レンズの焦点距離DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Output beam 2 Converging convex lens 2a Condensing cylindrical lens 2b Converging spherical convex lens 3 Magnifying convex lens 4, 4a, 4b Mask 5 Imaging lens 51 Mask lens 52 Objective lens 6 Processing surface 7 X mirror 8 Y mirror a Distance between mask and imaging lens 5 b Distance between imaging lens 5 and imaging position f 5 Focal length of imaging lens 5 f 51 Focal length of mask lens f 52 Focal length of objective lens
Claims (6)
らの出力レーザビームを所定の領域に限定し、結像レン
ズにより被加工物上に結像させて加工するレーザ加工機
において、出力レーザビームを集光する集光レンズと、
マスク側に位置する対マスクレンズ及び被加工物側に位
置する対物レンズからなる結像レンズとを備え、マスク
を集光レンズの焦点位置であると同時に対マスクレンズ
の焦点位置である位置に配置していることを特徴とする
レーザ加工機。1. A laser processing machine for limiting an output laser beam from a laser oscillator to a predetermined area by a mask inserted into an optical system and forming an image on a workpiece by an imaging lens to process the output laser beam. A condenser lens for focusing
An imaging lens comprising a pair of mask lenses located on the mask side and an objective lens located on the workpiece side, and disposing the mask at a position which is simultaneously the focal position of the condenser lens and the focal position of the mask lens. A laser processing machine.
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。2. The laser beam machine according to claim 1, wherein the condenser lens is a cylindrical lens.
とする請求項１に記載のレーザ加工機。3. The laser beam machine according to claim 1, wherein the condenser lens is a spherical lens.
レーザビームを二次元に走査するためのＸミラー及びＹ
ミラーを配置していることを特徴とする請求項１から請
求項３のいずれかに記載のレーザ加工機。4. An X mirror and a Y mirror for two-dimensionally scanning the laser beam between a mask lens and an objective lens.
The laser beam machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a mirror is arranged.
とする請求項４に記載のレーザ加工機。5. The laser beam machine according to claim 4, wherein the objective lens is an fθ lens.
ともレーザビームが照射される領域にはニッケル下地の
金メッキが施されていることを特徴とする請求項１から
請求項５のいずれかに記載のレーザ加工機。6. The mask according to claim 1, wherein the mask is made of copper, and at least a region of the mask irradiated with a laser beam is plated with gold under nickel. Laser processing machine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106905A JPH10296475A (en) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | Laser beam machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106905A JPH10296475A (en) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | Laser beam machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10296475A true JPH10296475A (en) | 1998-11-10 |
Family
ID=14445478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9106905A Pending JPH10296475A (en) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | Laser beam machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10296475A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007203335A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam machining apparatus and method |
| US7759605B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-07-20 | Lg Display Co., Ltd. | Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof |
| US8502112B2 (en) | 2003-02-19 | 2013-08-06 | Ipg Microsystems Llc | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP9106905A patent/JPH10296475A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8502112B2 (en) | 2003-02-19 | 2013-08-06 | Ipg Microsystems Llc | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
| US7759605B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-07-20 | Lg Display Co., Ltd. | Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof |
| JP2007203335A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam machining apparatus and method |
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