激光均匀加工装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光均匀加工装置及其方法，该装置包括一激光单元、一整型元件、一准直元件、一扩缩元件与一聚焦元件。该激光单元提供一加工用的激光光束。该整型元件将该激光光束整型成一环形光束。该准直元件依据光轴的方向修正该环形光束的方向，以使该环形光束成为一准直环形光束。该扩缩元件依据倍率调整该准直环形光束以产生一扩缩环形光束。该聚焦元件将该扩缩环形光束聚焦成一在该光轴的方向上具有均匀分布的光强度的聚焦光束。

Laser uniform machining device and its method

The invention discloses a laser homogenization processing device and a method thereof. The device comprises a laser unit, an integral element, a collimating element, a telescopic element and a focusing element. The laser unit provides a laser beam for processing. The integral element forms the laser beam into a circular beam. The collimator corrects the direction of the ring beam according to the direction of the optical axis so that the ring beam is a collimated circular beam. The expansion element adjusts the collimated ring beam to produce a reamed ring beam. The focusing element focuses the expanded ring beam into a focused beam with a uniform distribution of light intensity in the direction of the optical axis.

【技术实现步骤摘要】
激光均匀加工装置及其方法
本专利技术涉及一种激光加工装置及方法，特别是涉及一种激光均匀加工装置及其方法。
技术介绍
随着触控面板等产业的快速发展，如强化玻璃、蓝宝石基板等透明基板的切割技术日益重要。以强化玻璃为例，其表面或内部经强化处理后，会产生约数十至数百万帕斯卡的应力，使得传统的加工机在加工制作工艺上面临瓶颈，多有加工头磨损过快或加工缺陷过大等问题。因此，由于激光加工装置的激光光束具有能量密度高且集中、以及非接触加工等特性，故该激光光束广泛地应用于例如具有透明材质的工件的切割、钻孔等制作工艺上。图1为现有技术中激光加工装置(图未示)所产生的聚焦光束1的光强度分布图，且图1的纵向坐标及横向坐标的单位皆可为任意单位(arbitraryunit,a.u)。以旋转三棱镜(图未示)作为该激光加工装置的聚焦元件来说，该旋转三棱镜的中心椎角约为90度至179度，该旋转三棱镜的聚焦光束1在光轴的方向上的加工范围11的光强度分布是不均匀的，且该光强度分布的均匀度通常低于50％。因此，由于该聚焦光束1的光强度的不均匀且分布过窄，因而难以界定该聚焦光束1的加工范围11与非加工范围12，也导致该聚焦光束1在加工工件时，该工件的加工特征不一，且该激光加工装置的切割速度过慢。详细而言，该聚焦光束1的光强度于在光轴的方向上约略为近高斯分布(Gaussian-like)，即该聚焦光束1的中心处(即加工范围11)最强，而该聚焦光束1的上端及下端(即非加工范围12)则依序缓慢衰减，这些分布不均匀的光强度(能量)会造成三项缺点。第一是不均匀的光强度会造成不均匀的切削能力，使得工件在裂片或剥除后，该工件的断面上会形成不均匀的加工特征，如不均匀的粗糙度，故需要更复杂的后处理制作工艺以解决该断面的不均匀特性。第二是该聚焦光束1的光强度于该光轴的方向上的衰减速度过慢，导致该聚焦光束1的加工范围11与非加工范围12的交界无法清楚定义，故在复合工件的半切制作工艺时，例如在切削该工件的上半部时，也会同时伤害到该工件的下半部的电路或玻璃，因而该聚焦光束1无法满足该半切制作工艺中需要保护下半部的工件的要求。第三同样是由于该聚焦光束1的光强度于该光轴的方向上的衰减速度过慢，导致该聚焦光束1的光强度需分布至该工件的厚度的1.5倍至2倍以上，再利用该聚焦光束1的中心最强的能量(即加工范围11)对该工件进行加工，但如此会牺牲部分的聚焦光束1的能量至非加工范围12，从而造成不必要的能量浪费，并增加该激光加工装置的建置成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种激光均匀加工装置及其方法，其能产生一具有均匀分布的光强度的聚焦光束。本专利技术的激光均匀加工装置包括：一激光单元，其提供一加工用的激光光束；一整型元件，其将该激光单元所提供的该激光光束整型成一环形光束；一准直元件，其依据光轴的方向修正该整型元件所整型的该环形光束的方向，以使该环形光束成为一准直环形光束；一扩缩元件，其依据倍率调整该准直元件所产生的该准直环形光束以产生一扩缩环形光束；以及一聚焦元件，其将该扩缩元件所产生的该扩缩环形光束聚焦成一在该光轴的方向上具有均匀分布的光强度的聚焦光束。本专利技术的激光均匀加工方法包括：提供一加工用的激光光束；将该激光光束整型成一环形光束；依据光轴的方向修正该环形光束的方向，以使该环形光束成为一准直环形光束；依据倍率调整该准直环形光束以产生一扩缩环形光束；以及将该扩缩环形光束聚焦成一在该光轴的方向上具有均匀分布的光强度的聚焦光束。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明。在以下描述内容中将部分阐述本专利技术的额外特征及优点，且此等特征及优点将部分自所述描述内容显而易见，或可通过对本专利技术的实践习得。本专利技术的特征及优点借助于在权利要求书中特别指出的元件及组合来认识到并达到。应理解，前文一般描述与以下详细描述两者均仅为例示性及解释性的，且不欲约束本专利技术所主张的范围。附图说明图1为现有技术中激光加工装置所产生的聚焦光束的光强度分布图；图2为本专利技术中激光均匀加工装置的方块示意图；图3为本专利技术中激光均匀加工方法的步骤流程图；图4A为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，激光单元所提供的激光光束在线段A1的光强度分布图；图4B为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，整型元件所产生的环形光束在线段A2的光强度分布图；图4B’为本专利技术图4B中放大右侧的环形光束的光强度分布图；图4C为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，准直元件所产生的准直环形光束在线段A3的光强度分布图；图4D为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，扩缩元件所产生的扩缩环形光束在线段A4的光强度分布图；图4E为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，聚焦元件所产生的聚焦光束的光强度分布图；以及图4E’及图4E”为本专利技术图2的激光均匀加工装置中，以不同倍率的扩缩元件分别产生具有不同加工范围的聚焦光束的光强度分布图。符号说明1聚焦光束11加工范围12非加工范围2激光均匀加工装置21激光单元211激光光束22整型元件221环形光束23准直元件231准直环形光束24a、24b扩缩元件241扩缩环形光束25聚焦元件251聚焦光束A1、A2、A3、A4线段B、B'、B"加工范围C、C'、C"非加工范围L光轴N可调整数值R径向坐标ro常数W环宽W0直径S31至S35步骤。具体实施方式以下通过特定的具体实施形态说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效，也可通过其他不同的具体实施形态加以施行或应用。图2为本专利技术中激光均匀加工装置2的方块示意图。图3为本专利技术中激光均匀加工方法的步骤流程图。图4A为本专利技术图2的激光均匀加工装置2中，激光单元21所提供的激光光束211在线段A1的光强度分布图。图4B为本专利技术图2的激光均匀加工装置2中，整型元件22所产生的环形光束221在线段A2的光强度分布图。图4B’为本专利技术图4B中放大右侧的环形光束221的光强度分布图。图4C为本专利技术图2的激光均匀加工装置2中，准直元件23所产生的准直环形光束231在线段A3的光强度分布图。图4D为本专利技术图2的激光均匀加工装置2中，扩缩元件24a,24b所产生的扩缩环形光束241在线段A4的光强度分布图。图4E为本专利技术图2的激光均匀加工装置2中，聚焦元件25所产生的聚焦光束251的光强度分布图。在本专利技术中，图4A至图4E”的纵向坐标及横向坐标的单位皆可为任意单位(a.u)，也就是不限单位。如图2所示，激光均匀加工装置2可包括：依序排列或对应的一激光单元21、一整型元件22、一准直元件23、一扩缩元件24a,24b、以及一聚焦元件25，但不以此为限。在其他实施例中，该激光均匀加工装置2也可包括在该激光单元21至该聚焦元件25之前、之后或任意相邻二者之间的其他元件(如光学元件)。该激光单元21提供一如图4A所示加工用的激光光束211。该激光单元21可为激光产生器等，且该激光光束211可为高斯光束等，但不以此为限。该整型元件22将该激光单元21所提供的该激光光束211整型成一如图4B(图4B’)所示的环形光束221或至少具有环状分布的光型。该整型元件22可为相位调制元件、振幅调制元件、绕射元件、非球面元件、球面元件、吸收式滤片或反射式滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光均匀加工装置，其特征为，该激光均匀加工装置包括：激光单元，其提供一加工用的激光光束；整型元件，其将该激光单元所提供的该激光光束整型成一环形光束；准直元件，其依据光轴的方向修正该整型元件所整型的该环形光束的方向，以使该环形光束成为一准直环形光束；扩缩元件，其依据倍率调整该准直元件所产生的该准直环形光束以产生一扩缩环形光束；以及聚焦元件，其将该扩缩元件所产生的该扩缩环形光束聚焦成一在该光轴的方向上具有均匀分布的光强度的聚焦光束。

【技术特征摘要】
2016.10.11 TW 1051327321.一种激光均匀加工装置，其特征为，该激光均匀加工装置包括：激光单元，其提供一加工用的激光光束；整型元件，其将该激光单元所提供的该激光光束整型成一环形光束；准直元件，其依据光轴的方向修正该整型元件所整型的该环形光束的方向，以使该环形光束成为一准直环形光束；扩缩元件，其依据倍率调整该准直元件所产生的该准直环形光束以产生一扩缩环形光束；以及聚焦元件，其将该扩缩元件所产生的该扩缩环形光束聚焦成一在该光轴的方向上具有均匀分布的光强度的聚焦光束。2.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该激光光束为高斯光束，该聚焦光束为贝塞尔(Bessel)光束。3.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该整型元件为相位调制元件、振幅调制元件、绕射元件、非球面元件、球面元件、吸收式滤片或反射式滤片。4.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该整型元件依据下列运算式所示该环形光束的光强度与径向坐标的关系调整该环形光束的光强度分布：I(R)＝Io·(R-ro)-N·D(R,W,Wo)其中，I为该环形光束的光强度，R为该环形光束的径向坐标，Io及ro均为常数，N为可调整数值，W及Wo分别为该环形光束的环宽及直径，(R-ro)-N为该环形光束的包络线函数，D(R,W,Wo)为该环形光束的光环宽度函数。5.如权利要求4所述的激光均匀加工装置，其特征为，该整型元件依据下列修正后的该运算式所示该环形光束的光强度与径向坐标的关系调整该环形光束的光强度分布：I(R)＝Io·(R-ro)-N·D(R,W,Wo)+S(R,W,Wo)其中，S(R)为平滑函数，用以平滑地调整该聚焦光束的边缘的衰减速度。6.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该准直元件为相位调制元件、绕射元件、非球面元件或球面元件。7.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该准直元件将该整型元件所整型的该环形光束的扩散角缩减至10度内以产生该准直环形光束。8.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该扩缩元件依据可调倍率或固定倍率将该准直环形光束放大或缩小成该扩缩环形光束，以使该扩缩环形光束通过该聚焦元件后成为具有可调整加工范围或加工景深的该聚焦光束。9.如权利要求1所述的激光均匀加工装置，其特征为，该聚焦元件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平浩，林茂吉，林于中，李闵凯，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71