專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光加工裝置，使從激光振蕩器射出的激光束通過將激光 束聚焦到被加工物上的聚焦透鏡來照射被加工物的表面，進行規(guī)定加工。
背景技術(shù)：
在使用激光束來加工被加工物時，時常根據(jù)被加工物使激光束變化成期望 的大小和形狀。
作為該使激光束的形狀變化的具體方法，一般采用的是通過移動例如兩片 以上的透鏡來使光束形狀變化的方法。
在上述方法中，需要使透鏡移動用的機構(gòu)，但在高速加工被加工物時等要 使激光束快速變化成期望的光束形狀的場合，上述這樣的透鏡移動機構(gòu)的可應 對速度有極限，存在無法使用的問題。
因此，為了解決上述問題，曾提出了一種利用致動器使微小變形鏡變形、 由此使激光束高速變化成期望的光束形狀的激光加工裝置(例如參照專利文 獻l)。
專利文獻l:日本專利特開2006 — 7257號公報
在專利文獻l中，沒有表示上述微小變形鏡的詳細構(gòu)造的附圖，但記載了 如下內(nèi)容40個左右的作為致動器的電極被涂覆形成的透明膜覆蓋，利用致動 器產(chǎn)生的電吸引力來使透明膜微小變形。
然而，在上述微小變形鏡中，由于變形時鏡子表面有成為近似曲面而不是 光滑曲面的傾向，因此會發(fā)生激光束的強度分布容易出現(xiàn)不均的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于，為了使激光束變化成期望的大小和形狀，若是利用移動機構(gòu)來移動兩片以上的透鏡的方法，則使激光束快速變化成期望的 光束形狀時的可應對速度有極限的問題。另外，本發(fā)明所要解決的問題還在于 利用致動器使微小變形鏡變形的方法中激光束的強度分布容易出現(xiàn)不均的問 題。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
本發(fā)明的激光加工裝置，是一種為了用光滑的曲面使激光束快速變化成期 望的光束形狀，使從激光振蕩器射出的激光束通過聚焦透鏡照射到被加工物的 表面上來進行規(guī)定加工的激光加工裝置，其最主要的特征是，包括使上述激 光束的光束形狀變化的微小變形透鏡、以及為了使上述激光束的光束形狀變化 成規(guī)定形狀而對上述微小變形透鏡的變形量進行控制的透鏡變形量控制裝置， 上述微小變形透鏡是利用設(shè)置在透鏡的外周部上的多個致動器使上述微小變 形透鏡變形成規(guī)定形狀的構(gòu)造。
在本發(fā)明的激光加工裝置中，對上述微小變形透鏡的微小變形量的控制是 通過控制上述多個致動器的動作位置和/或動作量來進行的。
在本發(fā)明的激光加工裝置中，設(shè)置有對從上述聚焦透鏡到被加工物為止的 距離進行計測的加工距離計測裝置，構(gòu)成為根據(jù)由該加工距離計測裝置計測 得到的、從聚焦透鏡到被加工物為止的距離，對包括第一微小變形透鏡和第二 微小變形透鏡這兩個微小變形透鏡的上述微小變形透鏡的上述第一微小變形 透鏡和第二微小變形透鏡的變形量進行控制，由此一邊維持被第一微小變形透 鏡和/或第二微小變形透鏡變化成規(guī)定光束形狀的激光束的形狀一邊對焦點位 置進行修正，上述第一微小變形透鏡使激光束的一個方向的光束形狀變化，上 述第二微小變形透鏡使激光束的另一個方向的光束形狀變化，此時，可高精度 地追蹤因聚焦透鏡與被加工物間的距離的變化而產(chǎn)生的焦點位置的變化。
發(fā)明效果
在本發(fā)明中，微小變形透鏡的變形時的透鏡曲面是與通常的透鏡一樣光滑 的曲面，因此，可減少激光束的強度分布的不均，因此，被加工物的加工不均 減少，可實現(xiàn)精度高的加工。
另外，由于可使激光束快速地變化成期望的光束形狀，因此也可應對高速
4加工被加工物的情況。


圖1是表示本發(fā)明的激光加工裝置的一例的基本結(jié)構(gòu)圖。 圖2是變形光束形狀時的基本結(jié)構(gòu)圖，(a)是主視圖，(b)是側(cè)視圖。 圖3是變形光束形狀時的應用結(jié)構(gòu)圖，(a)是主視圖，(b)是側(cè)視圖。 圖4是說明加工時的焦點位置的圖，(a)是通常的焦點位置的說明圖，(b)
是光束形狀變形后的焦點位置的說明圖，(c)是實際加工時的焦點位置的說明圖。
圖5(a)、 (b)是表示本發(fā)明的激光加工裝置的另一例的概略基本結(jié)構(gòu)圖。 圖6(a)是表示本發(fā)明的激光加工裝置的又一例的概略基本結(jié)構(gòu)圖，(b) (d)是表示在(a)的各位置上的激光束的波形的圖。 (符號說明) 1被加工物 2激光束 3聚焦透鏡 4、 5微小變形透鏡 4b、 5b致動器 6透鏡變形量控制裝置 7加工距離計測裝置
具體實施方式
'
本發(fā)明通過下面的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了用光滑的曲面使激光束快速變化成期望的 光束形狀的目的。
艮P，本發(fā)明通過對設(shè)置在透鏡的外周部上的多個致動器的動作位置和/或 動作量進行控制，使改變激光束的光束形狀的微小變形透鏡變形成規(guī)定形狀。 實施例
下面，參照圖1 圖6來詳細說明用于實施本發(fā)明的最佳實施方式和各種
5實施方式。
圖1是表示本發(fā)明的激光加工裝置的一例的基本結(jié)構(gòu)圖，圖2是變形光束 形狀時的基本結(jié)構(gòu)圖，圖3是變形光束形狀時的應用結(jié)構(gòu)圖，圖4是說明加工
時的焦點位置的圖，圖5和圖6是表示本發(fā)明的激光加工裝置的另一例的概略
基本結(jié)構(gòu)圖。
圖1是表示去除在基板等被加工物1的表面上形成的金屬層時的本發(fā)明的 激光加工裝置的一例。
在該圖1中，符號2是例如從YAG激光振蕩器(下面簡稱為激光振蕩器) 射出的激光束，具有適合去除金屬層的波長或強度。從該激光振蕩器射出的激 光束2通過聚焦透鏡3照射到被加工物1的表面上，將上述金屬層去除。
本發(fā)明是在這樣的激光加工裝置中，在激光振蕩器與聚焦透鏡3之間的激 光束2的光路途中配置了例如使X(橫)方向和Y(縱)方向的光束形狀變化的兩 片微小變形透鏡4、 5。另外，這兩片微小變形透鏡4、 5的變形量由透鏡變形 量控制裝置6進行控制。
如圖2和圖3所示，上述微小變形透鏡4、 5的結(jié)構(gòu)是在例如市售的透鏡 (bk7、石英玻璃等)4a、 5a的外周部以規(guī)定間隔(例如相等間隔)配置了多個致 動器(壓電元件等)4b、 5b。
另外，透鏡變形量控制裝置6根據(jù)進行變形的光束形狀來判斷使哪個致動 器4b、 5b以怎樣的動作量進行動作，從而使透鏡4a、 5a變形成期望的形狀， 使光束形狀變化。
這種情況下，如圖2所示，通過配置至少兩個致動器4b、 5b，可使透鏡 4a、 5a微小變形。另外，如圖3所示，若以圍繞透鏡4a、 5a的外周部的形態(tài) 配置致動器4b、 5b，則無論是朝哪個方向，均可使透鏡4a、 5a高速地微小變 形。
采用上述微小變形透鏡4、 5時，與通常的使透鏡以機械方式動作的場合 相比，能使透鏡4a、 5a高速地變形成期望的形狀。另外，由于利用圍繞透鏡 4a、 5a的外周部的致動器4b、 5b來使透鏡4a、 5a的形狀變形，因此，與從鏡 子的背后用致動器變形的方法相比，變形后的透鏡曲面成為光滑狀態(tài)。此外，與通常的透鏡一樣，可利用透射光，因此，可在激光加工中進行激光加工狀況的觀察等。
然而，在用使形狀變形后的激光束2加工被加工物1的場合，當被加工物l表面像圖l那樣呈凹凸狀時，焦點位置會發(fā)生偏離。不過，在本發(fā)明的激光加工裝置中，通過使圖1所示的兩片微小變形透鏡4、 5相互變形，可應對這種焦點位置的變化。
艮口，相對于圖4(a)所示的橫截面呈正圓形的激光束2的焦點位置，例如在圖4(b)所示的橫截面呈縱長的楕圓形的激光束2時，焦點位置如虛線所示地變短。
因此，可在利用上面(圖1中是Y方向)的微小變形透鏡4維持例如像圖4(b)那樣變形的光束形狀的變化狀態(tài)的狀態(tài)下，像圖4(c)那樣使聚焦透鏡3移動，高速地僅對焦點位置進行修正。這樣一來，即使在高速加工被加工物l時，也能追蹤焦點位置的變化。
在追蹤該焦點位置的變化時，利用設(shè)置在例如X方向的微小變形透鏡5的背面?zhèn)鹊募庸ぞ嚯x計測裝置(觀察用CCD照相機)7來計測從聚焦透鏡3到被加工物1為止的距離。可根據(jù)該計測得到的距離來控制上述微小變形透鏡4、 5的變形量， 一邊維持變化后的激光束2的形狀一邊修正焦點位置。
另外，如圖5所示，在斜著照射激光束2來加工被加工物1時，焦點位置根據(jù)聚焦透鏡3與被加工物1間的距離和照射角度進行變化。因此，基于激光束2從聚焦透鏡3直線到達被加工物1，來控制各微小變形透鏡4、5的變形量。即，根據(jù)激光束2的照射角度以及激光束2從設(shè)置在X方向的微小變形透鏡5與聚焦透鏡3之間的電鏡8a、 8b到達聚焦透鏡3的位置，由被加工物1的距離來計算焦點距離的修正量，對上述各變形量進行控制。由此，即使是斜著照射的激光加工，也能實現(xiàn)高精度的加工。
另外，圖5(a)是基于來自一邊掌握朝被加工物1的激光照射位置一邊觀察是否為規(guī)定光束形狀的上述加工距離計測裝置7的輸入信號，從透鏡變形量控制裝置6朝X、 Y方向的微小變形透鏡4、 5發(fā)送輸出信號，對激光照射位置、光束形狀進行控制的例子。另外，圖5(b)是在Y方向的微小變形透鏡4的背面?zhèn)冗M一步追加了檢查
用的CCD照相機9的例子。在追加了檢查用的CCD照相機9的場合，在僅對例如被加工物1的規(guī)定金屬材質(zhì)進行加工時，通過檢測激光加工時金屬材料固有的火焰顏色，可檢測出是否僅有應加工的金屬材質(zhì)在被加工。因此，在火焰顏色不是規(guī)定顏色時，可考慮是加工位置的偏離，因此，與上面一樣，從透鏡變形量控制裝置6朝X、 Y方向的微小變形透鏡4、 5發(fā)送輸出信號，對激光束2的照射位置進行修正。
作為使激光束透過微小變形透鏡時的實施例，除了可用上述加工距離計測裝置(觀察用CCD照相機)7直接觀察加工狀況之外，還可像圖6(a)所示的X方向微小變形透鏡5那樣，組合透射光(虛線)和反射光(實線)。但是，在對X方向的微小變形透鏡5使用透射光時，將無法改變X方向的光束形狀，僅Y方向的微小變形透鏡4使光束形狀變化。圖6(b)表示了用Y方向的微小變形透鏡4反射前的激光束2的波形，圖6 (c)表示了透過X方向的微小變形透鏡5前的激光束2的波形，圖6 (d)表示透過聚焦透鏡3后的激光束2的波形。
本發(fā)明并不局限于上述的例子，當然也可在各權(quán)利要求所記載的技術(shù)思想的范疇內(nèi)適當?shù)刈兏鼘嵤┓绞健?br> 在例如上述的例子中，對致動器的動作位置和動作量一起進行控制，但只要能變化成規(guī)定的形狀，也可僅對其中的任一個進行控制。另外，在電子回路中的IC芯片朝基板的接合等僅在有限區(qū)域內(nèi)進行的加工等中，也可應用于設(shè)置一片微小變形透鏡而僅使激光束的一個方向的光束形狀變化的激光加工。
另外，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)并不局限于圖1、5所示的結(jié)構(gòu)，但在例如圖5(b)所示的例子中，若在Y方向的微小變形透鏡4的背面?zhèn)仍O(shè)置加工距離計測裝置7，則由于是用后段的X方向微小變形透鏡5來使光束變形的，因此將無法檢測出光束形狀。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可應用于需要對被加工物照射激光束的、薄膜去除、微細加工等任何激光加工。
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權(quán)利要求
1. 一種激光加工裝置，使從激光振蕩器射出的激光束通過聚焦透鏡照射到被加工物的表面上來進行規(guī)定加工，其特征在于，包括微小變形透鏡，該微小變形透鏡使所述激光束的光束形狀變化；以及透鏡變形量控制裝置，該透鏡變形量控制裝置為了使所述激光束的光束形狀變化成規(guī)定形狀而對所述微小變形透鏡的變形量進行控制，所述微小變形透鏡是利用設(shè)置在透鏡的外周部的多個致動器使所述微小變形透鏡變形成規(guī)定形狀的構(gòu)造。
2. 如權(quán)利要求l所述的激光加工裝置，其特征在于，對所述微小變形 透鏡的微小變形量的控制是通過控制所述多個致動器的動作位置和/或動 作量來進行的。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的激光加工裝置，其特征在于，所述微小變 形透鏡包括兩個微小變形透鏡，所述兩個微小變形透鏡是使激光束的一個 方向的光束形狀變化的第一微小變形透鏡以及使其他方向的光束形狀變化 的第二微小變形透鏡。
4. 如權(quán)利要求3所述的激光加工裝置，其特征在于， 設(shè)置有加工距離計測裝置，該加工距離計測裝置對從所述聚焦透鏡到被加工物為止的距離進行計測，構(gòu)成為根據(jù)由所述加工距離計測裝置計測得到的、從聚焦透鏡到被 加工物為止的距離，對所述第一微小變形透鏡和第二微小變形透鏡的變形 量進行控制，由此一邊維持被所述第一微小變形透鏡和/或所述第二微小變 形透鏡變化成規(guī)定光束形狀的激光束的形狀， 一邊對焦點位置進行修正。
全文摘要
用光滑的曲面來使激光束快速變化成期望的光束形狀。一種激光加工裝置，使從激光振蕩器射出的激光束(2)通過聚焦透鏡(3)照射到被加工物(1)的表面上來進行規(guī)定加工，包括使激光束(2)的例如縱向和橫向的光束形狀變化的微小變形透鏡(4、5)、以及為了使激光束(2)的光束形狀變化成規(guī)定形狀而對所述微小變形透鏡(4、5)的變形量進行控制的透鏡變形量控制裝置。所述微小變形透鏡(4、5)是利用設(shè)置在透鏡的外周部上的多個致動器(4b、5b)來使所述微小變形透鏡(4、5)變形成規(guī)定形狀的構(gòu)造。由于可利用與通常的透鏡一樣光滑的曲面使激光束快速變化成期望的光束形狀，因此即使在被加工物的形狀變化時，也能一邊維持期望的光束形狀一邊高精度地進行加工。
文檔編號B23K26/073GK101522357SQ20078003733
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者中山茂昭, 國鹽和良, 福田直晃 申請人:日立造船株式會社