(57)【要約】【課題】本発明は、光学要素を交換するための光学ステーションに関する。【解決手段】本発明は、光学要素それぞれを保持するための複数のホルダーと、複数のホルダーを収容するための複数の収容空間を有している回転とされるマガジンと、光学要素のうち選択された一の光学要素を固定及び保持するためのホルダークランプを有している位置決め装置と、マガジンを回転させるためのマガジンアクチュエータと、光軸に対して平行とされる方向においてマガジンを移動させるための直動手段と、を備えているレーザー加工装置のための光学ステーションを提供する。マガジンは、位置決め装置がホルダーを収容空間から揚重するように、位置決め装置に向かって変位される。【選択図】図３Ａ
2017050538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学経路を有しているレーザー加工装置のための光学ステーション（１）であって、前記レーザー加工装置の前記光学経路と一致している位置決め軸線（２）を有している、前記光学ステーション（１）において、
前記光学ステーション（１）が、
−  光学要素（３００）それぞれを保持するための複数のホルダー（２００）と、
−  前記ホルダー（２００）のうち選択された一のホルダーを固定及び位置決めすることによって対応する光学要素を光学経路に位置決めするための、ホルダークランプ（５２０）を有している位置決め装置（５００）と、
−  複数の前記ホルダー（２００）を収容するための複数の収容空間（１２０）を有しているマガジン（１００）であって、前記マガジン（１００）が、前記位置決め軸線（２）に対して垂直とされる仮想ＸＹ平面において変位可能とされるように構成されており、前記マガジン（１００）と前記ホルダークランプ（５２０）とが、前記位置決め軸線（２）に対して平行とされるＺ方向において互いに対して変位可能とされるように構成されている、前記マガジン（１００）と、
−  前記位置決め軸線（２）に対して垂直とされる方向において前記位置決め装置（５００）に対して前記マガジン（１００）を変位させるためのＸＹ方向マガジンアクチュエータ（４００）と、
−  遠位位置と近位位置との間において前記マガジン（１００）と前記ホルダークランプ（５２０）とを互いに対して相対的にＺ方向に変位させるためのＺ方向マガジンアクチュエータ（６００）と、
を備えており、
前記マガジン（１００）と前記ホルダークランプ（５２０）とが前記遠位位置に位置している場合に、前記マガジン（１００）が、ホルダーを前記ホルダークランプ（５２０）から揚重するように動作し、他のホルダーを選択するためにＸＹ方向において変位可能とされ、
前記マガジン（１００）と前記ホルダークランプ（５２０）とが前記近位位置に位置している場合に、前記ホルダークランプ（５２０）が、選択された前記他のホルダーを前記位置決め軸線（２）に対して正確に位置決めするために、選択された前記他のホルダーを前記マガジン（１００）から揚重するように動作することを特徴とする光学ステーション。
【請求項２】
前記マガジン（１００）が、前記仮想ＸＹ平面において延在している平坦なマガジンとされ、
前記収容空間が、前記仮想ＸＹ平面に分配配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ステーション。
【請求項３】
前記マガジン（１００）が、前記位置決め軸線（２）に対して平行とされる回転軸線を中心として回転するように構成されている、回転可能なディスク状のマガジンとされることを特徴とする請求項２に記載の光学ステーション。
【請求項４】
前記収容空間が、前記位置決め軸線（２）と交差している円に配置されており、
前記円が、前記回転軸線と一致する中心を有していることを特徴とする請求項３に記載の光学ステーション。
【請求項５】
前記ホルダークランプ（５２０）が、前記位置決め軸線（２）を中心としてホルダーを回転させるために回転可能とされ、
前記マガジン（１００）と前記ホルダークランプ（５２０）とが前記近位位置に位置している場合に、前記ホルダークランプ（５２０）が、選択された前記他のホルダーを前記マガジン（１００）から揚重するように動作し、選択された前記他のホルダーと共に前記位置決め軸線（２）を中心として回転可能とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項６】
前記ホルダー（２００）それぞれが、第１のタイプの基準部材（２２０）と第２のタイプの基準部材（２３０）とを備えており、
前記第１のタイプの基準部材（２２０）が、対応する前記収容空間（１２０）に対する前記ホルダー（２００）の基準配向を規定しており、
前記第２のタイプの基準部材（２３０）が、前記ホルダークランプ（５２０）に対する前記ホルダー（２００）の基準配向を規定していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項７】
前記第１のタイプの基準部材（２２０）それぞれが、前記収容空間（１２０）の壁の凹状部分（１３０）と協働する機械的な突起を備えていることを特徴とする請求項６に記載の光学ステーション。
【請求項８】
前記第２のタイプの基準部材（２３０）が、前記ホルダークランプ（５２０）の前面（５２１）に形成されたラジアル方向溝（５２２）と協働する前記ホルダーの突起を含んでいるか、又は、前記ホルダークランプ（５２０）の前記前面（５２１）に形成された突起と協働するラジアル方向溝を含んでいることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学ステーション。
【請求項９】
前記ホルダー（２００）が、第１の磁性保持部材によって前記収容空間（１２０）に保持されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項１０】
前記第１の磁性保持部材が、永久磁石を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の光学ステーション。
【請求項１１】
前記ホルダー（２００）が、第２の磁性保持部材によって前記ホルダークランプ（５２０）の近傍に保持されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項１２】
前記第２の磁性保持部材が、永久磁石を含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の光学ステーション。
【請求項１３】
前記収容空間（１２０）が、ホルダーの交換を容易にするために、前記マガジン（１００）の周縁に向かって延在しているラジアル方向開口部を有していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項１４】
前記光学ステーションが、
−  前記位置決め装置と前記ＸＹ方向マガジンアクチュエータと前記Ｚ方向マガジンアクチュエータとを制御するための制御装置であって、光学要素を交換するように構成されている前記制御装置、
を備えており、
前記制御装置が、
−  第１のステップにおいて、前記Ｚ方向マガジンアクチュエータ（６００）が前記近位位置に位置している場合に、所定の獲得位置に至るまで前記位置決め軸線（２）を中心として前記ホルダークランプ（５２０）を回転させるように、前記位置決め装置（５００）を制御し、
−  その後の第２のステップにおいて、前記Ｚ方向マガジンアクチュエータを前記近位位置から前記遠位位置に移動させることによって、空の収容空間（１２０）が、前記ホルダークランプ（５２０）によって保持されている前記ホルダー（２００）に接触し、前記ホルダー（２００）を前記ホルダークランプ（５２０）から揚重するように、前記Ｚ方向マガジンアクチュエータを制御し、
−  その後の第３のステップにおいて、前記マガジン（１００）を、前記ホルダー（２００）から選択された他のホルダーが前記位置決め軸線（２）と位置合わせされている他の位置に変位させるように、前記ＸＹ方向マガジンアクチュエータ（４００）を制御し、
−  その後の第４のステップにおいて、前記Ｚ方向マガジンアクチュエータ（６００）を前記遠位位置から前記近位位置に変位させることによって、前記ホルダークランプ（５２０）が、前記光学要素のうち選択された他の光学要素に対応している前記ホルダー（２００）に接触し、前記ホルダー（２００）を前記収容空間（１２０）から揚重するように、前記Ｚ方向マガジンアクチュエータ（６００）を制御するようになっており、
前記制御装置が、光学要素の配置手順におけるその後の第５のステップにおいて、前記位置決め軸線（２）を中心として前記ホルダークランプ（５２０）を前記光学要素（２００）と共に回転させるために、前記位置決め装置（５００）を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の光学ステーション。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載の光学ステーションを備えているレーザー加工装置において、
前記レーザー加工装置が、好ましくは、ウエハーを溝切り／ダイシングするための半導体レーザー溝切り装置及び／又は半導体レーザーダイシング装置とされることを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にレーザービームによる加工の技術分野に関し、より具体的にはウエハーのレーザー溝切り又はレーザーダイシングの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の小型化は、電子部品を遥かに小さくするために、半導体技術において様々な改善をもたらしている。このような電子部品は、例えばダイオードのような単純な部品から例えば集積回路のような複雑な部品まで含んでいる場合がある。電子部品とは別に、機械部品も、同一の技術を利用することによって製造可能とされる。
【０００３】
半導体技術の分野では、半導体材料から、一般にはシリコンから成るウェハーが、当該ウェハーの表面領域に構成部品を形成するために処理される。ウェハーは、約２０ｍｍ〜３００ｍｍの直径を有している視認可能なものであり、電子部品は、一般にミリメートル未満の大きさを有している微細なものである。電子部品それぞれが、小さいウェハー部分に作られており、様々なウェハー部分が、互いから小さく距離で離隔して配置されている。加工ステップの後に、ウェハーは、様々なウェハー部分を互いから分離するために切断され、これにより、電子部品が、互いから独立して利用可能となる。分離した後に、分離されたウェハー部分それぞれが、ダイと呼称され、分離工程は、ダイシングとして知られている。本発明は、特にレーザーダイシングの分野に関する。
【０００４】
様々なウェハー部分が、典型的にはマトリックス状の配列で配置されており、相互に直角とされる列によって分離されており、“ダイシングストリート”としても示されている。分離工程は、ダイシングストリートそれぞれにおいて切断することを含んでいる。少なくとも一部の切断は、放射によって実施され、一般に高出力レーザービームである放射が、ダイシングストリートの最上層を取り除くために利用される。このことは、“放射溝切り”、より好適には“レーザー溝切り”と呼称されている。
【０００５】
レーザー溝切り及び／又はレーザーダイシングの工程において、レーザービーム及びウェハーは、互いに対して相対的に移動される。このような相対移動は、ウェハーを静止状態で保持すると共にレーザービームを移動させることによって、レーザービームを保持すると共にウェハーを移動させることによって、又は、ウェハー及びレーザービームの両方を移動させることによって実現される。実際には、光学システムを静止状態で保持すると共にウェハーを移動させることが好ましく、このような移動は、レーザービームの“スクライビング”移動と呼称される。
【０００６】
スクライビングは、二方向で実施される。例えば一の方向において第１の溝をスクライブした後に、次の溝が反対方向においてスクライブされる。最適な加工のために、その後に、光学経路に位置する光学要素が１８０°に亘って回転されるので、光学要素を急速に回転可能とされることが望ましい。また、光学要素を第２の光学要素に交換することも望ましい。さらには、本発明の背景が、ウェハー加工の分野に関連する一方、本発明は、回折を生じる（若しくは他の）光学要素を必要とする及び／又は光学要素を急速回転させる必要がある、他のタイプのレーザー加工装置にも適用可能とされる。
【０００７】
一の光学要素から他の光学要素に急速交換可能とするために、レーザー加工装置は、光学ステーションを備えており、光学ステーションは、光学要素の供給を保持するためのマガジンと、一の選択された光学要素を光学経路に位置決めするための位置決め装置とを具備している。さらに、加工中に、位置決め装置は、選択された光学要素を光学軸線を中心として回転させることができる。
【０００８】
従来技術では、マガジンは、２つの光学要素のみを保持することができる。しかしながら、光学要素の実際に望ましい範囲は、３つ以上の光学要素であるので、マガジン内において光学要素を相互に交換する必要がある。
【０００９】
従来技術では、マガジンからレーザー経路に至るまでの間に光学要素を交換することは時間を要するので、装置の正味の出力が低減される。
【００１０】
従来技術では、操作可能とされる光学要素を光学軸線を中心として回転させるためには、マガジン全体を回転させることが必要とされる。従来技術では、光学要素の保持要素は、マガジン内とレーザー経路の回転機構との両方に光学要素を適切に保持／位置決めすることができる。位置決めに加えて、スライド機構は、ホルダーをマガジンから回転機構に交換するために利用される。マガジン、ホルダー、及びスライド機構が行程中に回転される。このような組み合わせの慣性によっては、光学要素が行程中に急速回転されることはないので、その結果として出力がより小さくなる。
【００１１】
従来技術では、光学要素の回転が１８０°に制限されるので、加工中の光学要素のパターンの自由度が制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、多数の光学要素を一体化されたマガジンから選択することができるレーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、光学要素をマガジンのホルダーに位置決めすることによって、ホルダーのさらなる運搬が必要なくなり、引き渡しの際に高精度で当該ホルダーを回転装置に直接載置可能とされる、レーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、回転装置がホルダーのための位置基準を含んでいる、レーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、マガジン内における光学要素の位置が重大ではない、レーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、光学要素が３６０°以上の角度に亘って比較的高速で自在に回転可能とされる、レーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、マガジン内の光学要素が手作業によって容易に且つ急速に交換可能とされ、マガジン内における光学要素の位置精度が全く又はほとんど要求されない、レーザー溝切り装置又はレーザーダイシング装置での利用に適した光学ステーションを提供することである。
【００１８】
上述の目的のうち少なくとも１つの目的を満たすために、本発明は、光学経路を有しているレーザー加工装置のための光学ステーションであって、光学ステーションが、レーザー加工装置の光学経路と一致している位置決め軸線を有している、光学ステーションにおいて、
光学ステーションが、
−  光学要素それぞれを保持するための複数のホルダーと、
−  ホルダーのうち選択された一のホルダーを固定及び位置決めすることによって対応する光学要素を光学経路に位置決めするための、ホルダークランプを有している位置決め装置と、
−  複数のホルダーを収容するための複数の収容空間を有しているマガジンであって、マガジンが、位置決め軸線に対して垂直とされる仮想ＸＹ平面において変位可能とされるように構成されており、マガジンとホルダークランプとが、位置決め軸線に対して平行とされるＺ方向において互いに対して変位可能とされるように構成されている、マガジンと、
−  位置決め軸線に対して垂直とされる方向において入り決め装置に対してマガジンを変位させるためのＸＹ方向マガジンアクチュエータと、
−  遠位位置と近位位置との間においてＺ方向にマガジンとホルダークランプとを互いに対して変位させるためのＺ方向マガジンアクチュエータと、
を備えており、
マガジンとホルダークランプとが遠位位置に位置している場合に、マガジンが、ホルダーをホルダークランプから揚重するように動作し、他のホルダーを選択するためにＸＹ方向において変位可能とされ、
マガジンとホルダークランプとが近位位置に位置している場合に、ホルダークランプが、選択された他のホルダーを位置決め軸線に対して正確に位置決めするために、選択された他のホルダーをマガジンから揚重するように動作することを特徴とする光学ステーションを提供する。
【００１９】
本発明の当該実施態様、当該特徴、及び当該利点、並びに他の実施形態、他の特徴、及び他の利点については、同一の参照符号が同一の又は類似する部品を示す図面を参照しつつ、１つ以上の好ましい実施例についての以下の説明を用いてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】従来技術に基づく光学ステーションの一部分を表わす概略的な斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに表わす従来技術に基づく光学ステーションの一部分を表わす概略的な上面図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに表わす従来技術に基づく光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図２Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂに表わす従来技術に基づく光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図２Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂに表わす従来技術に基づく光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図２Ｄ】図１Ａ及び図１Ｂに表わす従来技術に基づく光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図３Ａ】本発明における光学ステーションの一の実施例の概略的な斜視図である。
【図３Ｂ】本発明における光学ステーションの一の実施例の概略的な斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ａ及び図３Ｂに表わす光学ステーションの、部分的に切り開かれた概略的な斜視図である。
【図４】ホルダークランプの一の実施例の概略的な斜視図である。
【図５】ホルダークランプによって固定されているホルダーの断面図でである。
【図６Ａ】ホルダーの揚重を表わす概略的な断面図である。
【図６Ｂ】ホルダーの揚重を表わす概略的な断面図である。
【図６Ｃ】ホルダーの揚重を表わす概略的な断面図である。
【図７Ａ】本発明における光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図７Ｂ】本発明における光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【図７Ｃ】本発明における光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１Ａは、従来技術に基づく光学ステーションの一部分を表わす概略的な斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに表わす従来技術に基づく光学ステーションの一部分を表わす概略的な上面図である。図１Ａ及び図１Ｂは、２つの光学要素Ａ，Ｂを保持しているマガジンＣであって、回転装置Ｄに取り付けられているマガジンＣを表わす。回転装置Ｄは、モータＤ３によってベルトＤ２を介して回転されるサポートディスクＤ１を備えている。回転装置Ｄは、スライダーＥに取り付けられている。参照符号Ｆは、溝切り装置のフレームを示している。スライダーＥは、フレームＦに取り付けられており、回転装置ＤをフレームＦひいてはウエハーに対して相対的に配置させることができる。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｄは、図１Ａ及び図１Ｂに表わす従来技術に基づく光学ステーションの動作を表わす概略図である。
【００２３】
図２Ａは、フレームＦに対して相対的に固定されている光学経路を表わす。マガジンＣと回転装置Ｄとは、レーザービーム（図示しない）を通過させるための光学経路と位置合わせされている通路を有している。この状況では、マガジンＣは底部位置に位置しており、光学要素Ｂは光学経路と位置合わせされている。
【００２４】
図２Ｂは、回転装置ＤによってマガジンＣが１８０°回転された状態を表わす。
【００２５】
図２Ｃは、スライダーＥが回転装置Ｄ及びマガジンＣを上方に変位させた状態を表わす。阻止装置は、マガジンＣの移動を阻止するので、マガジンＣは、回転装置Ｄに対して相対的に下方に移動される。
【００２６】
図２Ｄは、スライダーＥが回転装置Ｄ及びマガジンＣを下方に戻るように変位させた状態を表わす。最終的な状態は、図２Ａに表わす状態と同一であるが、最終的な状態では、光学要素Ａが光学経路と位置合わせされている。
【００２７】
図３Ａは、レーザー溝切り装置又はより一般的にはレーザー加工装置での利用を目的とした、本発明における光学ステーション１の概略的な斜視図である。光学ステーション１は、光学ステーション１の構成部品によって形成されている光学経路を有しており、光学経路は、例えば装置フレームのような装置の基準（machine reference）に対する定位置を有している。光学ステーション１は、光学ステーション１が正確に取り付けられているならばレーザー加工装置の光学経路と一致している、位置決め軸線２を有している。位置決め軸線２は、“光学ステーションの光軸”と呼称される場合があるが、レーザー加工装置の“光軸”との混同を回避するために、“位置決め軸線”と呼称することとする。
【００２８】
図３Ｂは、反対側から見た、光学ステーション１の概略的な斜視図である。図３Ｃは、光学ステーション１の、部分的に切り開かれた概略的な斜視図である。
【００２９】
光学ステーション１は、光学要素３００それぞれを保持する複数のホルダー２００を収容しているマガジン１００を備えている。光学要素３００の光学特性は、本発明の説明には関連しない。参照符号１１０は、保護プレートを示している。
【００３０】
マガジン１００は、複数の収容空間１２０すなわち２つ以上の収容空間１２０（図３Ｃ及び図６Ｃ参照）を有しており、ホルダそれぞれが、複数の収容空間のうち対応する一の収容空間に収容されている。マガジン１００は、略ディスク状に形成されており、位置決め軸線２に対して垂直とされる垂直面に配置されている。以下において、位置決め軸線２をＺ軸とし、垂直面をＸＹ平面とする。収容空間１２０は、位置決め軸線２と交差する円に配置されている。マガジン１００は、当該円の中心と交差しており且つ位置決め軸線２に対して平行とされる、回転軸線を中心として回転可能とされる。参照符号４００は、当該回転軸線を中心としてマガジン１００を回転させるためのＸＹ方向マガジンアクチュエータを示している。マガジン１００を回転させることによって、様々な収容空間１２０が位置決め軸線２を通過可能とされる。マガジン１００を適切な角度位置に停止させることによって、収容空間１２０のうち選択された一の収容空間が位置決め軸線２と位置合わせされる。
【００３１】
光学ステーション１は、回転式ホルダークランプ５２０を具備する位置決め装置５００を備えている。位置決め装置５００は、位置決め軸線２と一致しているクランプ回転軸線を中心としてホルダークランプ５２０を回転させるための回転手段を備えている。
【００３２】
位置決め装置５００に向かって方向づけられているマガジン１００の表面は、前面１２２として示されており、反対側の表面は、後面１２３として示されている。後面１２３側において、収容空間１２０それぞれが凹所１２４を備えている。収容区間１２０それぞれが、前面１２２から凹所１２４に至る貫通孔１２１を備えている。貫通孔１２１から凹所１２４に至る移行部１２５は、ホルダー２００を支持している支持リングを形成している（図６Ａ〜図６Ｃ参照）。
【００３３】
ホルダー２００それぞれが環状に形成されており、ホルダー２００それぞれの中央部分はレーザービームを通過させるように開口している。
【００３４】
ホルダー２００は、収容空間１２０それぞれに保持されていることが望ましい。ホルダー２００を収容空間１２０に保持するために、保持部材が設けられている。好ましくは、このような保持部材は、少なくとも１つの磁性部材を、より具体的には永久磁石を含んでいる。保持部材は、マガジン１００及びホルダー２００のうち少なくとも１つに取り付けられている。図３Ｃは、マガジン１００に向かって方向づけられているホルダー２００の側面においてホルダー２００に取り付けられている磁石２１０を表わす。
【００３５】
原理上、ホルダー２００は、収容空間１２０の内部において任意の方向に方向づけられ得る。しかしながら、ホルダー２００が、収容空間１２０の内部における特定の基準配向を有していることが望ましい。従って、ホルダー２００それぞれが、対応する収容空間１２０に対するホルダー２００の基準配向を規定している第１のタイプの基準部材を備えている。図示の実施例では、このような第１のタイプの基準部材が、収容空間１２０の支持リングに向かって突出している少なくとも１つのピン２２０を備えており、ピン２２０は、ホルダー２００が正しい角度位置に方向づけられた場合にピン２２０を受容するための、対応する凹所１３０を有している。
【００３６】
必須ではないが、ホルダー２００をマガジン１００から容易に交換するために、さらに好ましくは、収容空間１２０それぞれが、マガジンディスクの外周に向かって開口しているラジアル方向開口部を有している。作業員は磁性保持部材の吸引力より大きい力を出しさえすれば、ホルダー２００をマガジン１００から容易に取り外すことができる。作業員は、交換用ホルダーを概略的に正しい配向で取り付ければ、第１の基準部材によってホルダーが正しい配向に自動的に装着されるので、交換用ホルダーをマガジン１００に容易に配置させることができる。取付時の配向が正しい配向から大きく外れた場合には、第１のタイプの基準部材によっては、ホルダー２００がマガジン１００に全く受容されない。
【００３７】
図４は、ホルダークランプ５２０の好ましい実施例の概略的な斜視図である。ホルダークランプ５２０は、前面５２１を具備した略円筒状に形成されている。ホルダークランプ５２０は、回転対称体とされ、ホルダークランプ５２０の回転軸線が、位置決め軸線２と位置合わせされている。ホルダー２００が自動的に正確に位置決め軸線２と位置合わせされることを確実にするために、ホルダークランプ５２０の前面５２１は、複数のラジアル方向溝５２２を備えており、ラジアル方向溝５２２の数量は、好ましくは３つであり、ラジアル方向溝５２２の角距離は、好ましくは１２０°である。ホルダー２００は、ラジアル方向溝５２２と適合するように、好ましくは半球状の頂面を具備する球又はピンとして形成されている、第２のタイプの基準部材２３０を備えている。好ましくは、ラジアル方向溝５２２は、少なくとも部分的にＶ字状に形成されている。ホルダー２００がホルダークランプ５２０と適合している場合には、第２のタイプの基準部材２３０は、ラジアル方向溝５２２それぞれの中心に向かって延在している。約５°程度の僅かな位置ずれであれば、第２のタイプの基準部材２３０がラジアル方向溝５２２の傾斜壁を介してラジアル方向溝５２２の中心に強制的に位置決めされることによって自動的に修正される。
【００３８】
図５は、ホルダー２００を光学要素３００と共に固定しているホルダークランプ５２０を表わす。図５に表わすように、ホルダー２００は、光学ビームを通過させるための光学開口部を形成している外径及び内径を具備し、環状に形成されている。図５に表わすように、ホルダークランプ５２０は、ホルダー２００の内径に相当するか又はホルダー２００の内径より僅かに大きい内径と、ホルダー２００の外径より小さい外径を有している。
【００３９】
ホルダー２００がホルダークランプ５２０に対して確実に押圧されることが望ましい。ホルダー２００をホルダークランプ５２０に対して押圧するために、ホルダー２００及びホルダークランプ５２０のうち少なくとも１つが、少なくとも１つの磁性部材を、好ましくは永久磁石を備えている。優位には、同一の磁石２１０が、ホルダー２００をホルダークランプ５２０に対して押圧するために利用される。図４及び図５に表わすように、ホルダークランプ５２０は、固定力を高めるために、磁石５３０を備えている。
【００４０】
ホルダークランプ５２０が回転している場合には、ホルダークランプ５２０がホルダー２００と閉じた状態で結合されていることに起因して、ホルダー２００も同様に回転する。従って、位置決め軸線２に対するホルダー２００の所望の角度位置が正確に設定可能とされる。回転質量が軽量である（回転質量の慣性が小さい）ことに起因して、角度位置を比較的高速に決定することができる。
【００４１】
参照符号６００（図３Ａ及び図３Ｂ参照）は、Ｚ方向マガジンアクチュエータを示している。Ｚ方向マガジンアクチュエータ６００は、レーザー加工装置のフレームに固定されるようになっているベース６１０と、Ｚ方向において直線的に変位可能とされるスレッジ６２０とを備えている。マガジン１００は、ＸＹ方向マガジンアクチュエータ４００と共にスレッジ６２０に取り付けられている。スレッジ６２０は、マガジン１００が位置決め装置５００に近接している近位位置と、マガジン１００が位置決め装置５００からさらに移動されている遠位位置との間において移動可能とされる。位置決め装置５００が、レーザー加工装置のフレームに固定されるようになっていることに留意すべきである。
【００４２】
制御装置によって指令される光学ステーション１の動作については、単純化のため図示しないが、以下の通りである。
【００４３】
スレッジ６２０が遠位位置に位置している場合には、マガジン１００は位置決め装置５００に対して相対的に回転可能とされる。ＸＹ方向マガジンアクチュエータ４００は、ホルダー２００のうち選択されたホルダーが位置決め軸線２と位置合わせされている角度位置に至るまでマガジン１００を回転させるように制御される。
【００４４】
従って、スレッジ６２０は、近位位置に移動するように制御される。その結果として、マガジン１００は、位置決め装置５００に向かって移動される。選択されたホルダー２００がホルダークランプ５２０と合流し、マガジン１００がさらに変位した際に、ホルダークランプ５２０がホルダー２００を収容空間から持ち上げる。この段階において、ホルダー２００は、マガジン１００によっては拘束されていない。対応する光学要素３００を所望の運転角度位置に位置決めするために、位置決め装置５００は、光学要素３００を具備した比較的軽量なホルダー２００のみを回転させれば良い。
【００４５】
一の光学要素を他の光学要素に交換するために、最初に、位置決め装置５００が基準位置に至るまで回転され、スレッジ６２０が遠位位置に至るまで移動されるので、ホルダー２００がホルダークランプ５２０から持ち上げられる。その後に、マガジン１００が他の角度位置に至るまで回転され、上述のステップが繰り返される。
【００４６】
図６Ａ〜図６Ｃは、ホルダー２００の揚重を表わす。図６Ａでは、マガジン１００が、ホルダークランプ５２０から遠位に離隔している遠位位置に位置している。ホルダー２００は、磁石２１０によって所定位置に保持されている収容空間１２０に配置されている。マガジン１００は、ホルダークランプ５２０によっては拘束されておらず、ホルダー２００を選択するために、矢印によって示すように回転可能とされる。
【００４７】
図６Ｂでは、マガジン１００の回転が停止されている。ホルダークランプ５２０は、ラジアル方向溝５２２が第２のタイプの基準部材２３０を構成する球と位置合わせされた状態において、明確に定義された獲得位置に位置している。図６Ｂに表わすように、ホルダークランプ５２０の外径は、貫通孔１２１の直径より小さい。マガジン１００は、矢印によって示すように、ホルダークランプ５２０に向かって移動される。球がラジアル方向溝５２２それぞれにおいて当該球の所定位置に向かって進行している状態において、ホルダークランプ５２０は貫通孔１２１に入り、ホルダークランプ５２０の前面５２１がホルダー２００に接触する。ホルダー２００がホルダークランプ５２０に嵌合する唯一の位置が存在し、当該唯一の位置は、第２のタイプの基準部材２３０及びラジアル方向溝５２２の係合に起因して自動的に決定される。従って、Ｘ方向及びＹ方向並びにホルダークランプ５２０に対する角度方向において光学要素３００を位置決めする際に必要とされる精度は、ホルダー２００をマガジン１００から取り上げた直後に実現される。
【００４８】
図６Ｃでは、マガジン１００がホルダークランプ５２０に向かってさらに移動され、近位位置に到達している。ホルダークランプ５２０は、ホルダー２００を収容空間１２０から持ち上げている。ホルダー２００は、磁石２１０によって前面５１０の所定位置に維持されている。すなわち、光学要素３００は、静的な磁力によって、正確な位置に維持されている。ホルダークランプ５２０の長さは、マガジン１００の厚さより大きいので、ホルダー２００は、マガジン１００によって拘束されていない。ホルダークランプ５２０は、ホルダー２００を光学要素３００と共に光軸に関連して必要とされる角度位置に正確に位置決めするために回転可能とされる。ホルダー２００が比較的小型であって、ホルダー２００の慣性が比較的小さいので、このような位置決めは、比較的高い回転速度であっても急速に実現可能である。
【００４９】
図７Ａ〜図７Ｃは、図２Ａ〜図２Ｄと比較することができる、本発明の光学要素の交換を表わす概略図である。図７Ａでは、第１のホルダーＣ１が、マガジン１００から持ち上げられた状態で、位置決め装置５００に機能的に結合されている。ホルダーを交換するために、ホルダークランプ５２０は、自身の獲得位置に至るまで回転され、マガジン１００は、アキシアル方向において自身の遠位位置（図６Ａ及び図７Ｂ参照）に至るまで変位されるので、マガジン１００は、第１のタイプの基準部材２２０，１３０が位置合わせされた状態において、第１のホルダーＣ１をホルダークランプ５２０から持ち上げる。その後に、マガジン１００が、選択された第２のホルダーＣ２を位置合わせするように回転された後に（図７Ｂに表わすアクチュエータ４００についての矢印を参照）、第２のホルダーＣ２を位置決め装置５００に機能的に結合させるようにアキシアル方向において逆向きに変位される。完全に交換する際には、位置決め装置５００が光軸に関連する所定位置を維持することができることは明白である。
【００５０】
要するに、本発明は、
−  光学要素それぞれを保持するための複数のホルダーと、
−  複数のホルダーを収容するための複数の収容空間を有している回転式マガジンと、
−  光学要素のうち選択された一の光学要素を固定及び保持するためのホルダークランプを有している位置決め装置と、
−  マガジンを回転させるためのマガジンアクチュエータと、
−  光軸に対して平行とされる方向においてマガジンを移動させるための直動手段と、
を備えているレーザー加工装置のための光学ステーションを提供する。
【００５１】
マガジンは、位置決め装置がホルダーを当該ホルダーの収容空間から揚重するように、位置決め装置に向かって移動される。
【００５２】
当業者にとっては自明であるが、本発明は、上述の典型的な実施例に限定される訳ではなく、特許請求の範囲に規定される発明の保護範囲内であれば、幾つかの変形例及び改良例が可能とされる。
【００５３】
例えば、一の円上に配置されている収容空間を有しているのではなく、マガジンは、収容空間を具備する複数の円を有している場合がある。
【００５４】
さらに、マガジンは、一の円上に配置されている収容空間を有している回転可能とされるのではなく、アクチュエータ４００がＸＹ方向変位アクチュエータとされる場合に、ＸＹ方向のグリッドに従って配置されている収容空間を有しているＸＹ方向マガジンである場合がある。
【００５５】
さらに、ホルダークランプ５２０は、Ｚ方向においてマガジンに対して変位されるが、好ましくは、ホルダークランプ５２０は、精度を向上させるために、Ｚ方向において静止している。
【００５６】
さらに、ホルダーをホルダークランプに対して正確に位置決めするための、玉及び溝を利用した機構（ball-groove mechanism）ではなく、他の自動位置合わせ可能な形状（self-seeking shapes）も利用可能とされる。さらに、突起２３０及び溝５２２の配置を鏡像反転させることもできる。
【００５７】
特定の特徴が異なる従属請求項に記載されていなくても、本発明は、当該特徴を共有している実施例に関連する。請求項中の参照符号は、当該請求項の技術的範囲を制限するものとして構成されていることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１    光学ステーション
２    位置決め軸線
１００    マガジン
１１０    保護プレート
１２０    収容空間
１２１    貫通孔
１２２    （マガジン１００の）前面
１２３    （マガジン１００の）後面
１２４    凹所
１２５    移行部
１３０    凹所
２００    ホルダー
２１０    磁石
２２０    ピン
２３０    第２のタイプの基準部材
３００    光学要素
４００    ＸＹ方向マガジンアクチュエータ
５００    位置決め装置
５２０    ホルダークランプ
５２１    （ホルダークランプ５２０の）前面
５２２    ラジアル方向溝
６００    Ｚ方向マガジンアクチュエータ
６１０    ベース
６２０    スレッジ
Ａ    光学的要素
Ｂ    光学的要素
Ｃ    マガジン
Ｃ１  第１のホルダー
Ｃ２  第２のホルダー
Ｄ    回転装置
Ｄ１  サポートディスク
Ｄ２  ベルト
Ｄ３  モータ
Ｅ    スライダー
Ｆ    （溝切り装置の）フレーム
【図３Ａ】
2017050538.tif 000003
【図３Ｂ】
2017050538.tif 000004
【図４】
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【図６Ａ】
2017050538.tif 000006
【図６Ｂ】
2017050538.tif 000007
【図６Ｃ】
2017050538.tif 000008
【図７Ａ】
2017050538.tif 000009
【図７Ｂ】
2017050538.tif 000010
【図７Ｃ】
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【図１Ａ】
2017050538.tif 000012
【図１Ｂ】
2017050538.tif 000013
【図２Ａ】
2017050538.tif 000014
【図２Ｂ】
2017050538.tif 000015
【図２Ｃ】
2017050538.tif 000016
【図２Ｄ】
2017050538.tif 000017
【図３Ｃ】
2017050538.tif 000018
【図５】
2017050538.tif 000019
【外国語明細書】
2017050538000001.pdf