(57)【要約】【課題】  より効率的なレーザ光を物体に照射するための装置を提供する。【解決手段】  本発明はレーザ光を物体に照射するための装置であって、レーザ光１を生成するためのレーザ光源と、該レーザ光源から出るレーザ光１を物体１１上の所定場所がレーザ光１により照射されるように偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、前記レーザ光１またはその一部の焦点を照射されるべき物体１１の表面に合わすことができるレンズ素子６，７の二次元アレイ３とを含む、レーザ光を物体に照射するための装置に関する。ここで、レンズ素子６，７の二次元アレイ３は前記レーザ光源と作用素子の二次元アレイとの間に配置されている。さらに、本発明は本発明に基づく装置を備えた加工装置ならびに印刷装置に関する。【選択図】      図１
2004266281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
前記レンズ素子アレイは前記レーザ光源と前記作用素子アレイとの間に配置されることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項２】
前記作用素子アレイは前記レンズ素子アレイに対応し、各作用素子に対して基本的に１つのレンズ素子が割当てられることを特徴とする請求項１記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項３】
レンズ素子の焦点距離は、各レンズ素子を通過したレーザ光の分割光線が基本的に作用素子に当たるように、場合によっては作用素子間に生じ得る作用素子アレイの中間部位に当たらないように、選定されていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項４】
各レンズ素子は互いに交差したシリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカルレンズ類似素子として構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項５】
レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
各レンズ素子は互いに交差したシリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカルレンズ類似素子として構成されることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項６】
前記レーザ光源と前記レンズ素子アレイとの間にレーザ光を均質化するためのホモゲナイザが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項７】
前記作用素子アレイは変調素子を備えた変調器アレイとして構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項８】
前記変調素子は電気光学式または電気音響式変調器として構成されていることを特徴とする請求項７記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項９】
前記作用素子アレイはミラー素子を備えたミラーアレイとして構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１０】
前記ミラーアレイはＭＥＭＳ（micro-electromechanical systems）ミラーアレイとして構成されていることを特徴とする請求項９記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１１】
前記ミラーアレイと前記物体との間にアパーチャマスクが設けられることを特徴とする請求項９または１０記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１２】
照射されるべき物体の所定箇所または該箇所に隣接する箇所にレーザ光の分割光線が互いに時間的間隔をあけて当たるように、前記作用素子アレイを制御可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１３】
レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
照射されるべき物体の所定箇所または該箇所に隣接する箇所にレーザ光の分割光線が互いに時間的間隔をあけて当たるように、前記作用素子アレイを制御可能であることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１４】
照射されるべき物体の表面上の所定範囲内に所望のレーザ出力が空間的および／または時間的総和によってもたらされることを特徴とする請求項１２または１３記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１５】
該装置はミラー素子を備えた２つのミラーアレイを含み、該ミラーアレイは照射されるべき物体の表面の法線に非対称的に当たるレーザ光の分割光線が生成可能なように配置されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１６】
該装置は装置に対して物体を走査する、あるいは物体に対して装置を走査可能な走査手段を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１７】
該装置は、前記物体および／または前記作用素子アレイに対する前記レンズ素子アレイの走査を可能にする走査手段を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１８】
前記レンズ素子アレイは伝搬方向に垂直な平面においてそれが移動できる走査方向に対して僅かに傾斜しており、該走査方向は伝搬方向に垂直な平面にあることを特徴とする請求項１７記載のレーザ光を物体に照射するための装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置を含むことを特徴とする物体を加工するための加工装置。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置を含むことを特徴とする画像情報を印刷するための印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を物体に照射するための装置であって、レーザ光を生成するためのレーザ光源と、該レーザ光源から出るレーザ光を物体上の所定場所がレーザ光により照射されるように偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、前記レーザ光またはその一部の焦点を照射されるべき物体表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含むレーザ光を物体に照射するための装置に関する。さらに、本発明はかかる装置を用いて物体を加工するための加工装置ならびにかかる装置を用いて画像情報を印刷するための印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の形式の装置は、たとえば特許文献１から公知である。レーザ光を物体に照射するための装置は、たとえば印刷装置として、あるいは加工装置としても適用できる。加工装置としては、種々の応用分野、たとえばレーザ溶接、レーザ穿孔またはレーザ切断、あるいは半導体チップ製造のためのリソグラフ的応用も可能である。特許文献１において、作用素子の二次元アレイは、最も簡単な例ではアパーチャマスクから構成できる。その代案としては、アレイは小さなミラー素子から構成できる。レンズ素子の二次元アレイはそれぞれ、各作用素子から出るレーザ光を照射されるべき表面に結像させる、つまり焦点を合わせる機能を果たす。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第９７／３４１７１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合の欠点はアパーチャマスクまたはミラーアレイの充填率が概して１００％よりもはるかに小さいことであり、そのため作用素子アレイに当たるレーザ光のうちの比較的小さな割合、たとえば５０％しか透過されない、あるいは反射されない。したがって、レーザ光のこの比較的小さな割合のみが加工のために利用できることになる。
【０００５】
本発明の目的は、より効率的なレーザ光を物体に照射するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明に従えば、請求項１および／または請求項４および／または請求項１２の特徴を有する冒頭に述べた形式の装置によって達成される。
【０００７】
本発明は、レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
レンズ素子のアレイはレーザ光源と作用素子アレイとの間に配置されることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置である。
【０００８】
本発明において、作用素子アレイはレンズ素子アレイに対応し、各作用素子に対して基本的に１つのレンズ素子が割当てられることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、レンズ素子の焦点距離は、各レンズ素子を通過したレーザ光の分割光線が基本的に作用素子に当たるように、場合によっては作用素子間に生じ得る作用素子アレイの中間部位に当たらないように、選定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、各レンズ素子は互いに交差したシリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカルレンズ類似素子として構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
各レンズ素子は互いに交差したシリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカルレンズ類似素子として構成されることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置である。
【００１２】
本発明において、レーザ光源とレンズ素子のアレイとの間にレーザ光を均質化するためのホモゲナイザが設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、作用素子アレイは変調素子を備えた変調器アレイとして構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、変調素子は電気光学式または電気音響式変調器として構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、作用素子アレイはミラー素子を備えたミラーアレイとして構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明において、ミラーアレイはＭＥＭＳ（micro-electromechanical systems）ミラーアレイとして構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、ミラーアレイと物体との間にアパーチャマスクが設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、照射されるべき物体の所定箇所または該箇所に隣接する箇所にレーザ光の分割光線が互いに時間的間隔をあけて当たるように、作用素子アレイを制御可能であることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、レーザ光を物体に照射するための装置であって、
レーザ光を生成するためのレーザ光源と、
物体上の所定場所がレーザ光によって照射されるように、該レーザ光源から出るレーザ光を偏向および／または透過させることができる作用素子の二次元アレイと、
前記レーザ光またはレーザ光の一部の焦点を照射されるべき物体の表面に合わすことができるレンズ素子の二次元アレイとを含み、
照射されるべき物体の所定箇所または該箇所に隣接する箇所にレーザ光の分割光線が互いに時間的間隔をあけて当たるように、作用素子アレイを制御可能であることを特徴とするレーザ光を物体に照射するための装置である。
【００２０】
本発明において、照射されるべき物体の表面上の所定範囲内に所望のレーザ出力が空間的および／または時間的総和によってもたらされることを特徴とする。
【００２１】
本発明において、該装置はミラー素子を備えた２つのミラーアレイを含み、該ミラーアレイは照射されるべき物体の表面の法線に非対称的に当たるレーザ光の分割光線が生成可能なように配置されることを特徴とする。
【００２２】
本発明において、該装置は装置に対して物体を走査する、あるいは物体に対して装置を走査可能な走査手段を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明において、該装置は、物体および／または作用素子アレイに対するレンズ素子のアレイの走査を可能にする走査手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明において、レンズ素子のアレイは伝搬方向に垂直な平面においてそれが移動できる走査方向に対して僅かに傾斜しており、該走査方向は伝搬方向に垂直な平面にあることを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上述のレーザ光を物体に照射するための装置を含むことを特徴とする物体を加工するための加工装置である。
【００２６】
本発明は、上述のレーザ光を物体に照射するための装置を含むことを特徴とする画像情報を印刷するための印刷装置である。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の本発明によれば、レンズ素子アレイはレーザ光源と作用素子アレイとの間に配置されることが提供される。このような措置により、本発明に基づく装置の効率を著しく向上できる。たとえば、レンズ素子は凸レンズとして構成できるため、レンズ素子通過後のレーザ光は収束が高い。このようにして、レーザ光がより効率的に作用素子に当たることが達成できる。
【００２８】
とりわけ、作用素子アレイはレンズ素子アレイに対応し、それが特に顕著なのは各作用素子に対して基本的に１つのレンズ素子が割当てられる場合である。好適にはレンズ素子の焦点距離は、各レンズ素子を通過したレーザ光の分割光線が基本的に作用素子に当たるように、場合によっては作用素子間に生じ得る作用素子アレイの中間部位に当たらないように、選定することができる。それにより、理想例ではレンズ素子アレイを通過したレーザ光の損失が全く生じない。唯一の損失は、たとえば各作用素子の構造的損失によるものである。
【００２９】
請求項４記載の本発明によれば、レンズ素子は互いに交差したシリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカルレンズ類似素子として構成されることが提供される。互いに交差したシリンドリカルレンズ素子は、それぞれたとえば凸面および収束レンズ素子として構成できるレンズ素子を形成する。球面レンズ素子とは異なり、交差したシリンドリカルレンズからなるレンズ素子は一方ではほぼ１００％の形状係数を示す。球面レンズからなるアレイでは、各レンズの間に光透過に利用できないくさび状領域が必ず存在する。他方で、交差したシリンドリカルレンズにより生じた焦点は通常正方形であり、それはたとえば印刷業界における応用では極めて有利である。なぜならば、印刷においては正方形画素の方が円形画素よりも適しているからである。
【００３０】
本発明によれば、レーザ光を均質化するためのホモゲナイザをレーザ光源とレンズ素子アレイとの間に設けることが可能となる。このようなホモゲナイザが特に有効なのは、レーザ光が著しく不均質な場合、たとえばエキシマレーザまたは半導体レーザなどの場合である。
【００３１】
本発明の好適な実施形態によれば、作用素子アレイは変調素子を備えた変調器アレイとして構成されている。変調器としては、たとえば電気光学式または電気音響式変調器が使用される。例示的な電気光学式変調器によって、加工または印刷のために必要なレーザ光の情報が変調できる。
【００３２】
本発明の代替実施形態によれば、作用素子アレイはミラー素子を備えたミラーアレイとして構成されている。その際にミラーアレイは、特にＭＥＭＳミラーアレイとして構成することができる。そのようなＭＥＭＳミラーアレイにおいて各ミラー素子は互いに独立して傾倒または旋回できるため、各ミラー素子を適切に傾倒または旋回させることにより、レーザ光は加工指令および印刷情報に応じて変調できる。
【００３３】
ここで特に提供できるのは、ミラーアレイと物体との間にアパーチャマスクを設けることである。たとえば、物体に照射してはならない分割光線をミラー素子からアパーチャマスクの孔間の中間部へ偏向できるので、これらの望ましくない分割光線がアパーチャマスクによって吸収される。
【００３４】
請求項１２記載の本発明によれば、照射されるべき物体の所定箇所または該箇所に隣接する箇所にレーザ光の分割光線が互いに時間的間隔をあけて当たるように、作用素子アレイを制御することができる。それにより、たとえば照射されるべき表面上の所定範囲内に所望のレーザ出力が空間的および／または時間的総和によってもたらされることが可能となる。したがって、従来技術とは異なり、たとえば印刷分野における画素または加工分野における露光が、単独の連続的分割光線ではなく、順次にかつ場合によっては互いに少しずれて加工されるべき、または照射されるべき物体の表面領域に当たる２本以上の分割光線によって、所定箇所に到達される。それによって、たとえば精密加工を要する素材の場合に物体表面の所望変化に必要なレーザ出力を時間的に少し延長する、あるいはより広い領域に分配することができるため、物体または物体表面が望ましくない損耗を被らない。この代替形態または追加として、各分割光線をたとえば一定サイズの正方形画素を生成するために前記光線がそれぞれ画素の全面積ではなく、個別の部分のみをカバーするように、精密に焦点を合わせることができるであろう。したがって、全分割光線列の空間的およびたとえば時間的総和により、たとえば生成すべき画素の全面積を最終的に所要のレーザ強度で照射することができる。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、本装置はミラー素子を備えた２つのミラーアレイを含み、該ミラーアレイは照射されるべき物体表面の法線に非対称的に当たるレーザ光の分割光線が生成可能なように配置されることが可能となる。さらに、分割光線のひとつを共通または順次に反射する異なるミラーアレイの各ミラー素子はそれらの正規位置から少し傾斜できるため、当該分割光線は照射されるべき物体表面の法線に対して僅かに角度をなして当たる、あるいは場合に応じて物体表面前に配置される追加的なレンズ手段またはレンズアレイに対して角度をなして当たる。このように照射されるべき物体の表面の法線に対して非対称的に当たる複数の分割光線は、たとえば円錐形ではなく、円筒形の内部輪郭を持つ孔を物体にあけることができる。
【００３６】
さらに本装置は、装置に対して物体を走査する、あるいは物体に対して装置を走査可能な走査手段を含むことができる。このような走査手段によって、本装置は物体表面の大きな領域をレーザ光により適正に照射する方法を提供する。
【００３７】
さらに本装置は、物体および／または作用素子アレイに対するレンズ素子アレイの走査を可能とする走査手段を含むことができる。さらに、レンズ素子アレイは伝搬方向に垂直な平面においてそれが移動できる走査方向に対して僅かに傾斜しており、また該走査方向は伝搬方向に垂直な平面にあることが提供できる。伝搬方向に垂直な平面において僅かに傾斜した、たとえばシリンドリカルレンズとして構成されたレンズアレイを介する走査によって、表面上で互いに密接している諸点を順次に対応する分割光線によって照射することができる。このようにして、本発明に従う装置は照射されるべき表面をレーザ光により高い分解能で照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の詳細な特徴および長所は、下記の添付図面を参照した好ましい複数の実施形態に関する以下の説明により明らかとなる。
【００３９】
図中には、図解を容易にするためにデカルト座標系が示されているものがある。
【００４０】
本発明に従う装置の図１（ａ）および図１（ｂ）に示された実施形態は、レーザ光１を発生させるためのレーザ光源を有する。レーザ光源としては、任意の形式のレーザ装置、たとえば半導体レーザ、気体レーザ、特にエキシマレーザが使用できる。レーザ光源から発せられたレーザ光１はホモゲナイザ２を通過する。このホモゲナイザはレーザ光１を均質化する。特に半導体レーザまたはエキシマレーザの場合には、ホモゲナイザが有効である。このホモゲナイザはたとえば２対のシリンドリカルレンズ・アレイから構成できるが、各対はそれらのシリンドリカルレンズが互いに交差した２つのシリンドリカルレンズ・アレイを有する。ここで両対は互いに距離を置くことができるが、対相互の間隔により均質化に影響を及ぼすことができる。このようなホモゲナイザ２は従来技術から公知である。特に、国際公開第９８／１０３１７号パンフレットからのホモゲナイザが公知である。図１（ａ）に示されたホモゲナイザ２はさらにレーザ光をコリメートするためのレンズ手段を具備できるため、ホモゲナイザ２から出た光がコリメートされる。
【００４１】
ホモゲナイザ２から出た光はレンズ素子６，７のアレイ３に当たる。これらのレンズ素子６，７は図１（ａ）および図１（ｂ）に示された実施形態では、２つの基体４，５に区分されている。ここで伝搬方向Ｚにおいて第１の基体４上にはその入射面にＹ方向の円筒軸を持つシリンドリカルレンズ素子６が形成されており、また伝搬方向Ｚにおいて第２の基体５上にはその出射面にＸ方向の円筒軸を持つシリンドリカルレンズ素子７が形成されている。すなわち、これらの互いに交差したレンズ素子６，７は、レーザ光の焦点をＸ方向にも、またＹ方向にも合わせることができるレンズ素子を形成する。この代替形態として、レンズ素子６，７を単独基体の入射面または出射面にも形成させることができる。
【００４２】
アレイ３を通過した収束レーザ光は、アレイ３に続いて、個別ミラー素子９を備えたミラーアレイ８に当たる。このミラーアレイ８は、ここではＭＥＭＳミラーアレイとして構成されている。ＭＥＭＳとは、「micro-electromechanical systems（マイクロ・エレクトロメカニカル・システム）」を意味する。二次元ミラーアレイ８のミラー素子９は個々に一定角度だけ移動可能または傾倒可能であるため、ミラー素子９に当たる収束レーザ光は部分的に偏向され得る。たとえば図１（ａ）において左から３番目および６番目のミラー素子９は僅かに傾倒しているため、これらのミラー素子により反射されたレーザ光は他のミラー素子により反射されたレーザ光とは異なる伝搬方向を有する。
【００４３】
ミラーアレイ８に続いて図１（ａ）および図１（ｂ）に示された本発明に従う装置の実施形態では、二次元アパーチャマスク１０が設置されており、該マスクはたとえば前記傾倒したミラー素子９から出射しないレーザ光、すなわち前記傾倒した３番目および６番目のミラー素子９以外からのレーザ光を通過させる。これは図１（ａ）において、傾倒したミラー素子９によって反射されたレーザ光がアパーチャマスク１０の孔を通過せず、孔の側面の隔壁に当たることにより示されている。このようなアパーチャマスク１０は特に水冷することにより、孔を通過しないレーザ光の出力を排除することができる。
【００４４】
アパーチャマスク１０を通過したレーザ光は、図１（ａ）において照射されるべき物体１１に当たる。物体１１では、たとえば加工すべきワークピースが対象となる。あるいは、物体１１は印刷装置の一部、たとえば照射されるべき印刷ローラなどとすることができるため、レーザ照射により印刷情報が感熱性材料に転写される。
【００４５】
ワークピースを加工するための、または印刷用画素を生成するための情報は、ミラーアレイ８により変調できる。ここで、ミラーアレイ８は作用素子の二次元アレイとして機能する。
【００４６】
シリンドリカルレンズ素子またはシリンドリカル類似レンズ素子６，７のアレイ３は、基本的に１００％の充填率を有する。つまり、ホモゲナイザ２から出てアレイ３に入るレーザ光は基本的に、またはほぼ１００％アレイ３から出て来るということである。これが、交差したシリンドリカルレンズからなるアレイと、本質的に低い充填率しか持たない球面レンズ素子からなるアレイとの違いである。ミラーアレイ８はおよそ５０％の充填率を有する。すなわち、ミラー素子９の反射を行う面積はレーザ光に向けられたミラーアレイ８の面積のおよそ５０％に相当する。図１（ａ）から明確に判明するのは、アレイ３によってレーザ光は各レンズ素子６，７を通過した分割光線がそれぞれミラー素子９間に形成された反射に利用できない中間部ではなく、ミラー素子９に正確に当たるように、収束することである。そのため、ミラーアレイ８でのレーザ光の反射によっても、レーザ光強度は基本的に全く失われない。これは、レンズ素子６，７を通過した各分割光線が正確にミラー素子９に当たることにより達成できる。
【００４７】
同様に図１（ａ）から判明するのは、レンズ素子６，７の焦点距離はアレイ３を通過したレーザ光が基本的に物体１１の表面に焦点が合うように選択されていることである。その際に特にアパーチャマスク１０の孔も、各分割光線が正確にこれらの孔のそれぞれを通過するように選定されている。たとえば、アパーチャマスクは３０％の充填率を有することができる。すなわち、アパーチャマスク１０の３０％は孔により形成されており、残りの７０％は孔の間に存在する中間部により形成されている。したがって、図１（ａ）に示された装置は、物体に焦点が合わされるレーザ光１の強度を最大化できる。
【００４８】
さらに、互いに交差したシリンドリカルレンズは特に正方形焦点を生じるが、そのため球面レンズの円形焦点とは異なり、特に印刷装置における応用の際に多大のメリットが得られる。その場合には、円形ではなく、正方形の画素が生じるからである。
【００４９】
図２（ａ）および図２（ｂ）に記載された本発明に従う装置の第２の実施形態は、基本的に図１（ａ）および図１（ｂ）に基づく実施形態に類似している。特に図２（ａ）および図２（ｂ）においては、同一の部品には図１（ａ）および図１（ｂ）の場合と同じ参照符を付す。
【００５０】
ミラーアレイ８およびアパーチャマスク１０の代わりに、図２（ａ）および図２（ｂ）に従う実施形態は変調器素子１３を備えた変調器アレイ１２を有する。変調器としては、たとえば電気光学式変調器が使用できる。変調器アレイ１２はレンズ素子６，７のアレイ３とミラー１４との間に配置されており、該ミラーはレーザ光の伝搬方向に対して４５度の角度をなして設置される。このミラーにより、レーザ光は物体１１へ反射される。ミラー１４はオプション素子である。代替形態としては、物体１１もＸ平面、Ｙ平面およびＺ方向において変調器アレイ１２の右側に配置することができる。
【００５１】
レンズ素子６，７のアレイ３の充填率もおよそ１００％である。変調器アレイ１２の充填率はおよそ８０％である。ここで、変調器アレイ１２の充填率とは、レーザ光の伝達に使用可能な面積である。さらに、レンズ素子６，７の焦点距離は、レーザ光の焦点が照射されるべき物体１１の表面に合うように選択されている。
【００５２】
物体１１に付与すべき情報、たとえば印刷情報または加工情報は、図２（ａ）および図２（ｂ）に従う実施形態では変調器アレイ１２によって変調できる。
【００５３】
さらに図３（ａ）および図３（ｂ）に従う実施形態においては、同一の部品には図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）および図２（ｂ）の場合と同じ参照符を付す。
【００５４】
図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）に従う実施形態もミラーアレイ８を備えており、該アレイはアレイ３に続いてレーザ光１の光路に配置されている。このミラーアレイ８により、レーザ光はマイナスＸ方向へ、つまり図３（ａ）の下方へ９０度の角度で反射される。このように反射されたレーザ光は、たとえばミラーアレイ８と完全に同一構造である別のミラーアレイ８’に当たる。この第２ミラーアレイ８’は１８０度回転して第１ミラーアレイ８に対して平行に配置されているため、第２ミラーアレイ８’に当たるレーザ光も９０度の角度でＺ方向へ反射される。
【００５５】
これらの２つのミラーアレイ８，８’により反射されたレーザ光は、物体１１に直接的に当たる、あるいは予め別のレンズアレイにより追加的に焦点を合わせることができる。図３（ａ）および図３（ｃ）においては、たとえば別のアレイ１５が示されている。このアレイ１５はたとえば基体上に設けることができ、また入射面にはそれらのシリンドリカル軸がＸ方向に向けられたシリンドリカルレンズ１６を有しており、さらに出射側にはそれらのシリンドリカル軸がＹ方向に向けられたシリンドリカルレンズ１７を有する。アレイ１５から出射した分割光線１８，１９，２０はミラーアレイ８，８’を用いて様々に形成可能であり、特に分割光線１８は照射されるべき物体１１の表面の法線に対して対称であるが、たとえば分割光線１９，２０はそれぞれ照射されるべき物体１１の表面の法線に対して非対称である。
【００５６】
分割光線１８，１９，２０の形状は、特に図４および図５から再度明確となる。図４から判明するのは、照射されるべき物体１１の表面の法線に対して対称に生成された分割光線１８の作用である。このような分割光線１８はそれが表面加工のために、特に穿孔のために使用される場合には、物体１１内に円錐状の孔２１があけられ、孔の深さが増すにつれて孔２１の直径が減少する。
【００５７】
それに対して、照射されるべき物体１１の表面の法線に対して反対向きに非対称に向けられた分割光線１９，２０によって物体１１を、たとえば順次に照射することによって、基本的に円筒状の孔２２を物体１１内にあけることが可能である。
【００５８】
本発明に従えば、このように反対向きに非対称の分割光線１９，２０を順次に、特に互いに交番して複数回にわたって照射されるべき物体１１の表面に当てる方法が得られる。非対称の分割光線１９，２０は、それらをミラー素子９，９’の僅かな傾斜により法線から僅かに逸れる角度で照射されるべき物体１１の表面および任意に設置されるレンズアレイに対して当て得ることによって、生成される。この工程は、図３（ａ）において概略的に示されている。
【００５９】
本発明に従う装置は、追加的に適応距離制御機構を具備できるが、該機構は物体１１内に孔２１，２２をあける際に、物体１１の材料への進入につれてアレイ３およびアレイ１５に対する物体１１の距離を変更できる、特に短縮できるため、焦点が常に正確に加工区域に合わされる。
【００６０】
さらに本発明に従う装置の図３（ａ）および図３（ｂ）に示された実施形態において、ミラーアレイ８，８’に当たる際の各分割光線の入射断面積がミラーアレイ８，８’のたとえば５０％の各充填率に応じて設計されており、そのためミラーアレイ８，８’での反射時に光強度が全くあるいは僅かしか失われないように、アレイ３がレーザ光１の焦点を合わせることが可能となる。
【００６１】
特に前記実施形態のすべてにおいて可能であるのは、照射されるべき物体１１の表面が連続的ではなく、パルス的に照射されることである。一例が図３（ａ）および図５に示されており、その場合には異なる非対称分割光線１９，２０が順次に物体１１に当たることにより、円筒状孔２２が形成される。ここで注目すべきは、分割光線１９，２０が照射されるべき物体１１の表面上の異なる場所に当たることである。そのため、順次または同時に照射されるべき物体１１の所定区域に当たるレーザ光１の分割光線を互いに異なる場所に当てることも全く可能である。したがって、照射されるべき物体１１の所定区域に当たる総光強度は空間的および時間的総和によって、ならびに面積および時間に関する当該積分によって与えられる。
【００６２】
空間的および時間的に異なる分割光線または分割光線のパルスによるこのような総和は、本発明に従う装置を備えたレーザ加工装置においても、また本発明に従う装置を備えた印刷装置においても有効であり得る。個別の分割光線の空間的および時間的制御は、ミラーアレイ８またはミラーアレイ８，８’または変調器アレイ１２によって行うことができる。
【００６３】
本発明に従う装置はさらに走査手段を含むことができるが、該手段は装置に対して物体１１を走査する、あるいは物体１１に対して装置を走査することを可能にする。さらに、物体１１に対する、あるいはミラーアレイ８，８’および変調器アレイ１２に対するレンズ素子６，７のアレイ３の動作を可能にする同一または別の走査手段を設けることができる。その際に特にレンズ素子６，７のアレイ３は伝搬方向Ｚに対して垂直な平面Ｘ，Ｙにおいて僅かに傾斜可能であり、アレイ３が移動できる走査方向もＸ−Ｙ平面にあり、特にたとえばＸ方向に合致している。各レンズ素子６，７間のそれぞれの間隔だけたとえばアレイ３の段階的移動時の軽度の傾斜により、レーザ光１の物体１１に対する焦点合わせに寄与するレンズ素子６，７のＹ方向への段階的移動後の位置は、それらがこの移動工程前に占めていた位置よりも僅かにずれ得る。このようにして、照射されるべき物体１１の表面上の互いに近接した諸点が適切に焦点の合わされた分割光線により照射できる。それにより、加工装置の高度の分解能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１（ａ）は本発明に従う装置の第１の実施形態の概略側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における矢符Ｉｂに沿ったレンズ素子アレイの正面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明に従う装置の他の実施形態の概略側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における矢符ＩＩｂに沿ったレンズ素子アレイの正面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明に従う装置のさらに他の実施形態の概略側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における矢符ＩＩＩｂに沿ったレンズ素子アレイの正面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）における矢符ＩＩＩｃに沿ったレンズ素子アレイの正面図である。
【図４】本発明に従う装置によって加工された物体の一部を通る図３（ａ）におけるセクションＩＶの断面図である。
【図５】本発明に従う装置によって加工された物体の一部を通る図３（ａ）におけるセクションＶの断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  レーザ光
２  ホモゲナイザ
３  レンズ素子のアレイ
４，５  基体
６，７  レンズ素子
８，８’  ミラーアレイ
９，９’  ミラー素子
１０  アパーチャマスク
１１  物体
１２  変調器アレイ
１３  変調素子
１４  ミラー
１５  アレイ
１６，１７  シリンドリカルレンズ
１８，１９，２０  分割光線
２１，２２  孔
【図１】
2004266281.tif 000003
【図２】
2004266281.tif 000004
【図３】
2004266281.tif 000005
【図４】
2004266281.tif 000006
【図５】
2004266281.tif 000007