Brevet FR2298402A1 — publié le 19760820

La présente invention concerne un appareil d'usinage à laser et plus particulièrement un appareil adapte à l'usinage de zones d'aires très petites, telles qu'un cercle de quelques dizaines de Microns de diamètre. Un tel "micro- usinage" est notamment utilisé pour l'ajustage de résistances de circuits êlectroniques intégrés. De tels appareils comportent classiquement un laser émettant de la lisière infrarouge en un faisceau parallèle et un systène optique afocal augmentant la section du faisceau et transmettant la lumière à un objectif qui la concentre sur la zone d'usinage. La lumière transmise par le système optique est dirigée sur l'objectif par réflexion sur un miroir dichroïque plan. Lki oculaire permet d'observer la zone d'usinage en lumière visible à travers le miroir dichroïque et l'objectif et de faire la mdse au point par déplacement de la zone à usiner.L'objectif utilisé est monté sur un barillet comportant plusieure objectifs de puissances différentes et interchangeables sans chamgemment da la mise au point. ras appareils présentent l'inconvénient d'obliger à un réglage de la mise au point de l'objectif lorsque la divergence du faisceau émis par le laser varie en ours de fonctionnemmnt. De plus ils ne permettent pas de donner une fonte non circulaire à la zone d'impact du faisceau laser. La présente invention a pour but la réalisation d'un appareil d'usinage à laser permettant de donner une for s quelconque à la zone d'impact du faisceau laser et de compenser aisément les variations de la divergence du faisceau laser. Elle a pour objet un appareil d'usinage à laser colportant - un laser smsttant de la lumière en un faisceau sansiblement parallèle. - un système optique transwettent ladite lumière, - un objectif recevant la lumière transnise par ledit système optique et la concentrant sur une zone d'usinage. caractérisé par le fait que ledit système optique comporte, en allant dudit laser vers ledit objectif - une lentille convergente "de première focalisation" concentrant la lumière provenant dudit laser dans un plan "de première focalisation", - une lentille convergente "d'adaptation" placée au delà dudit plan de preMière focalisation de manière à conjuguer ce plan de première focalisation avec le plan de ladite zone d'usinage, et à conjuguer sensiblement le plan de ladite lentille de première focalisation avec le plan dudit objectif. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-après, à titre non limitatif un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure unique représente une vue d'un iode de réalisation de l'appareil selon l'invention. L'appareil représenté comporte un laser 2 du type YAG capable de délivrer des impulsions d'une énergie de 0.5 Joules et d'une durée de 500 micro secondes, à une cadence pouvant aller Jusqu'à 10 impulsions par seconde, à une longueur d'onde de un micron environ, sous forme d'un faisceau sensiblement pa allèle an début de fonctionnement, mais présentant ensuite progressivement une divergence dont la valeur d'équilibre croit avec la cadence de fonctionnement. Le diamètre de ce faisceau est d'environ 5 rtin. Le faisceau émis par le laser est reçu par une lentille convergente 4 qui peut astre appelée ici "lentille de première focalisation" et qui est munie d'un dispositif 6 permettant de la déplacer longitudinalement. Le plan dans lequel la lumière est focalisée par la lentille 4 peut entre appels ici plan de première focalisation". Le dispositif 6 a pour fonction de permettre de maintenir ce plan dans une position invariable lorsque la divergence du faisceau émis par le laser 2 varie. Dans ce plan est disposé un diaphragme de champ 8 maintenu par un porte-diaphragme fixe 10 permettant de replacer aiseervt ce diaphreges par un autre, de forme ou de dimensions différentes. La lumière provenant du diaphragme 8 traverse une lentille 12 qui peut strie appelez ici "lentille d'adaptation". Elle est ensuite réfléchie par un miroir dichrotque plan 14 vers un objectif 16 qui la concentre sur une zone d'usinage 18 située à la surface d'une cible à usiner. La position de cette cible est réglés à l'aide d'un porte-objet réglable 20 de manière à permettre la mise au point. La lentille 12 assure alors, à travers l'objectif 16, la conjugaison optique entre le plan de première focalisation, c'est-à-dire le plan du diaphragme 8 et le plan de la zone d'usinage 18. La lentille 12 assure en outre une conjugaison optique approximative entre le plan de lentille 4 et celui de l'objectif 16, c'sst-à-dirs que la lentille 4 joue la rôle d'un diaphragme d'ouverture limitant l'ouverture du faisceau lumineux parvenant sur l'objectif 16.Cet objectif est un objectif de microscope, c'est-à-dire qu'il assure un minimum d'aberrations optiques, dans la conjugaison entre deux plans dont l'un est situé à courte distance, par exemple 8 mm, et contient la zone à usiner, et dont l'autre est situé à une distance grande et finie, par exemple 160 mm. Il est porté par un barillet 17 rotatif autour d'un axe 19 et portant d'autres objectifs tels que 21 qui, lorsqu'ils sont mis à la place de l'objectif 16, assurent la conjugaison entre les mimes plans avec des grandissements différents. Un oculaire 22 permet d'observer à l'oeil la cible 18 en lumière visible à travers le miroir 14 et l'objectif 16. Il est réalisé de manière à ce que, lorsque la mise au point est réalisée en ce qui concerne 11 observation en lumière visible, elle l'est aussi en ce qui concerne l'irradiation par la lumière du laser 2. L'éclairement de la cible 18 en lumière visible est assurémiè par une lampe 26 à travers un collimateur 24. L'ensemble ainsi constitué, sans le dispositif d'éclairage 24, 26, est ana logue à us microscope, dont le système d'observation serait constitué par ltocu- laire 22 et l'objectif 16, et dont l'illuminateur serait constitué par la lentille 12, le diaphragme de champ 8, et un diaphragme d'ouverture fixe disposé à la place de la lentille 4. Si l'on désire obtenir un impact laser circulaire sur la cible 18 par exemple de SU microns de diamètre, le diaphragme de champ 8 peut entre supprimé. Si au contraire on désire obtenir un impact laser, à bords nets et de forme non circulaire, rectangulaire par exemple avec des cOtes de 30 et 40 microns par exemple, on utilise un diaphragme de champ 6 de méme forme et de dimensions inférieures à celles de la tache de focalisation de la lumière dans le plan de ce diaphragme. La présente invention présente les avantages suivants Par réglage de la lentille de première focalisation 4 on peut condenser l'augmentation de la divergence du faisceau fourni par le laser 2 lorsque cette Par choix du diaphragme de champ 8 on peut obtenir un impact laser à bords nets de forme quelconque. On peut utiliser des éléments optiques usuellement Incorporés dans des microscopes. Une seule mise au point suffit pour la concentration de la lisière du laser et pour l'observation de la surface à usiner. REVENDICATIONS 1f Appareil d'usinage à laser comportant - un laser (2) émettant de la lumière en un faisceau sensiblement parallèle, - un système optique (4, 8, 121 transmettant ladite lumière, - un objectif (16) recevant la lumière transmise par ledit système optique et la concentrant sur une zone d'usinage, caractérisé par le fait que ledit système optique comporte, en allant dudit laser (2) vers ledit objectif t16), - une lentille convergente "de première focalisation" (4) concentrant la lumière provenant dudit laser (2) dans un plan "de première focalisation", - une lentille convergente "d'adaptation" (123 placée au delà dudit plan de première focalisation de manière à conjuguer ce plan de première focalisation avec le plan de ladite zone d'usinage t18) et à conjuguer sensiblement le plan de ladite lentille de première focalisation t43 avec le plan dudit objectif (163. 2/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (6) pour déplacer longitudinalement ladite lentille de première focalisation (4) de manière à ce qu'elle concentre la lumière provenant dudit laser t2) dans un plan de position invariable lorsque la divergence du faisceau émis par ce laser (2) varie. 3/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (10) pour disposer un diaphragme "de champ" t83 dans ledit plan de première focalisation. 4/ Appareil selon la revendication 3. caractérisé par le fait que ledit objectif t16) est choisi d'un type présentant un minimum d'abérrations pour la conjugaison entre un plan situé à courte distance de l'objectif et un plan situé à une distance de l'objectif finie et grande, ladite lentille d'adaptation t12) étant prévue pour conjuguer ledit plan de première focalisation avec ledit plan situé à une distance finie et grande, de manière à ce que ladite zone-d'usinage t183 soit dans ledit plan situé à courte distance. 5/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (17, 19, 21) pour permettre de choisir parmi plusieurs objectifs dudit type présentant une meme distance entre lesdits plans situés à courte et à grande distance de l'objectif, ces objectifs (16, 21) présentant des grandissements diffXrents entre ces deux plans, lesdits moyens pour permettre de choisir étant aussi des moyens pour positionner l'objectif choisi de manière à conserver toujours les mêmes positions pour lesdits plans situés à courte et grande distance de l'objectif (16, 213. 6/ Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit laser émet une lumière infrarouge, et ledit appareil comporte en outre - un miroir dichroïque plan (14) recevant la lumière provenant de ladite lentille d'adaptation (12) et la réflechissant vers ledit objectif (16), - un oculaire (22) recevant la lumière visible provenant dudit objectif (16) à travers ledit miroir dichroïque (14) de menière à permettre l'observation de ladite zone d'usinage (183 à travers ledit objectif (16)