(57)【要約】【課題】レーザ光のポインティング変動により、被加工物上でのスポット径を縮小させ、小径穴の加工を行うことが可能なレーザ穴加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ発振器から出射されたビームを開口部のあるマスクに照射して、前記マスクを透過するレーザ光をガルバノメータによって走査し、ｆθレンズにて被加工物上に結像して穴加工を行うレーザ穴加工装置であって、前記マスクと前記ｆθレンズの間のコリメータによって、レーザビームの径を拡大または縮小する光学系を配置することで、同じ大きさのマスク上の開口部を使用した場合にも、結像倍率を大きくするために光学系の距離を増大させることなく、被加工物上でのスポット径を縮小させ、小径穴の加工を行うことが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されたビームを開口部のあるマスクに照射して、前記マスクを透過するレーザ光をガルバノメータによって走査し、ｆθレンズにて被加工物上に結像して穴加工を行うレーザ穴加工装置であって、
前記マスクと前記ｆθレンズの間のコリメータによって、レーザビームの径を拡大または縮小する光学系を配置したこと
を特徴とするレーザ穴加工装置。
【請求項２】
コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、結像倍率を一定に保持した状態で、マスクと結像するためのレンズ間の距離を変えること
を特徴とする請求項１記載のレーザ穴加工装置。
【請求項３】
コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、マスクとレンズとの距離を一定に保持した状態で、結像倍率を変更し、加工穴の大きさを変更すること
を特徴とする請求項１記載のレーザ穴加工装置。
【請求項４】
コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、マスクの開口部の大きさおよびマスクとレンズ間の距離を変えることなく、加工穴の大きさを変更すること
を特徴とする請求項１記載のレーザ穴加工装置。
【請求項５】
焦点距離の異なるレンズを切り替えることによって、拡大または縮小の倍率を変更する光学系を有すること
を特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のレーザ穴加工装置。
【請求項６】
ズームレンズを用いて、拡大または縮小の倍率を変更する光学系を有すること
を特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のレーザ穴加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いたレーザ穴加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のレーザ穴加工装置の光学系概略図を示す。
【０００３】
図５に示す従来のレーザ穴加工装置は、発振器１から出射されたレーザ光２はコリメータ３でビーム径が調整され、開口を設けたマスク４に照射される。そのマスクを透過するレーザ光をガルバノメータ（図示せず）等によって走査してｆθレンズ７にて被加工物８上に結像投影して穴加工を行っている。
【０００４】
従来のこの様な装置では、加工する穴の径を変更しようとする際には、マスク４の開口部の大きさを変更する事が一般的に行われている（特許文献１及び２参照）。また、結像倍率（＝Ｌ０／ａ）を大きくすることでも加工穴の径は、小さくすることができる。加工部のスポット径Ｓｐ０は、マスク部の開口部の大きさをＡｐ０とした場合には、一般的に次式で表される。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７１９７２号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特許第３２９２０７９号公報（第１１頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ穴加工装置は、発振器から出射されてくるレーザ光は、発振する際の条件や経時的に出射方向（ポインティング）が変動している。また、レーザ穴加工装置の場合には、このポインティング変動の影響が大きくなると、マスクの開口部において、マスク開口部に均一にレーザ光が照射されないために加工穴形状の変形や透過エネルギ量の変動による穴径の変動が生じることになる。
【０００８】
このポインティング変動の影響を少なくし、穴加工の際の変動を実用範囲内に納めるためには、マスクの開口部の大きさをレーザ光のポインティング変動に対して余裕のある値になるように大きく取る必要がある。そのため、一定の結像倍率のレーザ穴加工装置において、ある値よりも小さなマスクの開口部に対応する穴径の加工は不安定となる。そこで、マスク開口部の大きさを保ったまま、加工穴径の小径化を行うには、結像倍率を大きく取る必要があり、レーザ穴加工装置の光学系の必要面積は大きくなる一方であった。装置全体の設置面積を大きくせずに、加工穴径を小さくすることが必要となった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、被加工物上でのスポット径を縮小させ、小径穴の加工を行うことが可能なレーザ穴加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明に係るレーザ穴加工装置は、レーザ発振器から出射されたビームを開口部のあるマスクに照射して、前記マスクを透過するレーザ光をガルバノメータによって走査し、ｆθレンズにて被加工物上に結像して穴加工を行うレーザ穴加工装置であって、前記マスクと前記ｆθレンズの間のコリメータによって、レーザビームの径を拡大または縮小する光学系を配置したことを特徴とする。
【００１１】
このとき、コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、結像倍率を一定に保持した状態で、マスクと結像するためのレンズ間の距離を変えると好適である。
【００１２】
また、第１の発明に係るレーザ穴加工装置において、コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、マスクとレンズとの距離を一定に保持した状態で、結像倍率を変更し、加工穴の大きさを変更すると好適である。
【００１３】
また、第１の発明に係るレーザ穴加工装置において、コリメータの拡大または縮小の倍率を任意に設定することで、マスクの開口部の大きさおよびマスクとレンズ間の距離を変えることなく、加工穴の大きさを変更すると好適である。
【００１４】
また、焦点距離の異なるレンズを切り替えることによって、拡大または縮小の倍率を変更する光学系を有すると好適である。
【００１５】
更に、ズームレンズを用いて、拡大または縮小の倍率を変更する光学系を有すると好適である。
【００１６】
以上のように、マスクとｆθレンズとの間にコリメータによってレーザビーム径を拡大する光学系を配置することで、同じ大きさのマスク上の開口部を使用した場合にも、結像倍率を大きくするために光学系の距離を増大させることなく、被加工物上でのスポット径を縮小させ、小径穴の加工を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る第１の実施形態を示す。
【００１８】
図１に示す本発明のレーザ穴加工装置は、レーザ発振器１、レーザ光２、コリメータユニット３、マスク４、コリメータ入射側レンズ５、コリメータ出射側レンズ６、結像用ｆθレンズ７で構成される。以下、被加工物８に小径穴を加工する具体的な動作手順を説明する。
【００１９】
まず、発振器１から出射されたレーザ光２は、コリメータ３でビーム径が調整され、開口を設けたマスク４に照射される。そのマスクを透過するレーザ光をコリメータの入射側コリメータレンズ５によってマスクの開口部の像を一旦、結像させる。その後、その結像された像を更にコリメータの出射側レンズ６とｆθレンズ７にて被加工物８上に転写される。レーザ光２を走査するためのガルバノメータ（図示せず）等は、通常出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７の間に配置される。
【００２０】
本実施形態では、被加工物８上でのスポットＳｐ０が結像倍率２５倍となり、マスク部の開口Ａｐ０＝φ３ｍｍの場合について述べる。まず、図４を参照しながら、従来例について説明し、次に、図１を参照しながら本実施形態について説明する。
【００２１】
図５において、ｆθレンズ７の結像点までの距離ａを４’’とすると、結像倍率を２５倍としたときＬ０は１００’’となり、このときのスポット径Ｓｐ０は次の通りとなる。
【００２２】
Ｓｐ０  ＝  Ａｐ０  ×  ａ／Ｌ０  ＝  ３ｍｍ  ×  ４’’  ／  １００’’  ＝  ０．１２ｍｍ
【００２３】
次に、本実施形態が同じスポット径Ｓｐ０となる場合には、まず、入射側コリメータレンズ５の結像距離ｃを２’’、出射側コリメータレンズの結像距離ｄを４’’とする。マスク４と入射側コリメータレンズ５の間の距離ｂを５０’’とすると入射側コリメータレンズ５によって結像されたスポットＳｐ１は次式のようになる。
【００２４】
Ｓｐ１  ＝  Ａｐ０  ×  ｃ／ｂ  ＝  ３ｍｍ  ×  ２’’  ／  ５０’’  ＝  ０．１２ｍｍ
【００２５】
更に、入射側コリメータレンズ５によって結像されたスポットＳｐ１が出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７によって転写される場合の被加工物上のスポット径Ｓｐ０の関係を式に表すと以下のようになる。
【００２６】
Ｓｐ０  ＝  Ａｐ１  ×  ｄ／ａ  ＝  ０．１２ｍｍ  ×  ４’’／４’’  ＝  ０．１２ｍｍ
【００２７】
従って、本実施形態のようなコリメータレンズの選択を行えば、コリメータレンズ５，６の挿入を行っても、従来と同様の結像倍率を得ることが可能となる。このとき、出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７の間の距離ｅはどのような値を選択してもよい。
【００２８】
また、従来例と同様のマスク４とｆθレンズ７間距離Ｌ０を保つのであれば、出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７の間の距離ｅは以下のようになる。
【００２９】
ｅ  ＝  Ｌ０  −  ｂ  −  ｃ  −  ｄ  ＝  １００’’−  ５０’’−  ２’’  −４’’＝  ４４’’
【００３０】
（実施の形態２）
図２は本発明に係る第２の実施形態を示す。本実施形態では、結像倍率を同じ値に保ちながら、光学系の全体長さを従来よりも短くする場合について説明する。
【００３１】
本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、被加工物８上でのスポットＳｐ０が結像倍率２５倍で、マスク部の開口Ａｐ０＝φ３ｍｍ、入射側コリメータレンズ５の結像距離ｃを２’’、出射側コリメータレンズの結像距離ｄを４’’、ｆθレンズ７の結像距離ｄを４’’とする。これらの光学部品間の距離ａ，ｂ，ｃ，ｄは第１の実施形態と同様であるが、このときに出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ間の距離ｅ’はスポット径Ｓｐ０の変化とは無関係となるため、この距離をレーザ光２の走査のためにガルバノメータ（図示せず）を入れることのできる最低限の距離以上の範囲で、第１の実施形態の値よりも小さくすることが可能となる。
【００３２】
すなわち、ｅ’＜ｅとなり、マスク４からｆθレンズまでの距離Ｌ１も同じ結像倍率を保持する従来の光学は位置の中のＬ０よりも小さくすることが可能となり、光学系全体としての長さをコンパクトにする事が可能となる。一例として、出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ間の距離ｅ’を２０’’とした場合、Ｌ１は７６’’となり、従来よりも２４’’の光学系距離の短縮となる。
【００３３】
（第３の実施形態）
図３は本発明に係る第３の実施形態を示す。本実施形態では、光学系の全体の長さを従来と同じ長さに保持しながら、結像倍率を変更する場合について説明する。
【００３４】
同図において、マスク４からｆθレンズ７までの距離Ｌ０を１００’’、入射側コリメータレンズ５の結像距離ｃを２’’、出射側コリメータレンズの結像距離ｄを４’’、ｆθレンズの結像距離ａを４’’とする。
【００３５】
また、出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７間の距離ｅ’‘をガルバノメータ（図示せず）のは位置できる２０’’とすると、マスク４と入射側コリメータレンズ５の間の距離ｂ’は次のようになる。
【００３６】
ｂ  ＝  Ｌ０  −  ｃ  −  ｄ  −  ｅ’’＝  １００’’  −  ２’’  −  ４’’  −  ２０’’  ＝７４’’
【００３７】
入射側コリメータレンズ５によって結像されたスポットＳｐ２を求めると次式のようになる。
【００３８】
Ｓｐ２  ＝  Ａｐ０  ×  ｃ／ｂ  ＝  ３ｍｍ  ×  ２’’／  ７４’’  ＝  ０．０８１ｍｍ
【００３９】
次に、入射側コリメータレンズ５によって結像されたスポットＳｐ２が出射側コリメータレンズ６とｆθレンズ７によって転写される場合の被加工物上のスポット径Ｓｐ３の関係を式に表すと以下のようになる。
【００４０】
Ｓｐ３  ＝  Ｓｐ１  ×ｄ／ａ  ＝  ０．０８１ｍｍ  ×  ４’’／４’’  ＝  ０．０８１ｍｍ
【００４１】
従って、本実施形態のようなコリメータレンズの選択と光学部品配置を行えば、従来と同様の光学系距離のままで、より小さな加工穴径を得ることが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
従来のレーザ穴加工装置と同程度の穴加工を行う場合には、結像光学系の占める距離を小さくできるため、装置の小型化が推進される。また、装置の大きさを同程度にする場合には、結像倍率を大きくとることができ、同一のマスク開口部の場合には、小径穴の加工が行える。これにより、レーザ発振器がもつビーム照射位置の変動による加工への不具合の影響を許容できる範囲内の開口部の大きさであっても、より小径の穴加工が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す光学系の概略図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す光学系の概略図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す光学系の概略図
【図４】本発明の第４の実施形態を示す光学系の概略図
【図５】従来のレーザ穴加工装置を示す光学系概略図
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２  レーザ光
３  コリメータユニット
４  マスク
５  コリメータ入射側レンズ
６  コリメータ出射側レンズ
７  結像用ｆθレンズ
８  被加工物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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