光照射装置及方法、具备光照射装置的光加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光照射装置、具备光照射装置的光加工装置、光照射方法以及光加工方法，其目的在于提供一种具有高质量且稳定的光束轮廓的光照射装置。本发明专利技术的光照射装置借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备用于对所述激光的入射光束截面进行变倍的第一调光单元、以及用于转换所述激光的透射波前的相位分布的第二调光单元。

Light irradiation device and method, light processing device and method with light irradiation device

【技术实现步骤摘要】
光照射装置及方法、具备光照射装置的光加工装置及方法
本专利技术涉及光照射装置、具备光照射装置的光加工装置、光照射方法以及光加工方法。
技术介绍
众所周知，微加工领域中经常使用激光加工技术，用激光照射对象物进行加工。为了以良好的精度进行上述微加工，需要控制聚焦位置上的光束能够稳定保持理想的形状。为此，要求转换光束轮廓，形成高质量的高斯光束、平顶光束、拉盖尔光束、贝塞尔光束等光束形状，照射到对象物上。关于转换光束轮廓以形成平顶光束的方法，例如有使用转换为圆柱形的平顶光束的非球面透镜型或转换为矩形的平顶光束的衍射光学元件(DOE)等方法。但是，即便将这些光学元件设置在光轴中心等最合适的位置上，在进行多次反射的复杂光学系统中所形成的光束形状有时也难以避免偏离理想的形状。为了解决上述问题，例如专利文献1(JP特许第5692969号公报)等现有技术提出一种通过像差补偿手段来抑制激光的像差，提高光束轮廓质量的方法。然而，如果只是单纯地进行像差补偿，还不足以充分提高光束质量，因此需要有用来获得更加高质量光束轮廓的光照射装置。
技术实现思路
本专利技术以解决上述问题为目的，旨在提供一种具有高质量且稳定的光束轮廓的光照射装置。本专利技术提供一种光照射装置，其借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备，第一调光单元，用于对所述激光的入射光束截面进行变倍；以及，第二调光单元，用于转换所述激光的透射波前的相位分布。本专利技术的效果在于提供能够照射具有高质量且稳定的光束轮廓的光束的光照射装置。附图说明图1是本专利技术涉及的光照射装置的构成示意图。图2是图1所示的光束变倍单元构成的一例示意图。图3是图2所示的光束变倍单元动作的一例示意图。图4是图1所示的光束变倍单元的变形例的示意图。图5是图1所示的光束变倍单元的另一变形例的示意图。图6是图1所示的光束波前转换单元构成的一例示意图。图7是图1所示的光束波前转换单元构成的一例示意图。图8是图1所示的光束波前转换单元构成的其他例子的示意图。图9是图8所示的光束波前转换单元构成的一例斜视图。图10是图1所示的光束波前转换单元的构成例的示意图。图11是第一实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。图12是图11所示的光照射装置的输出例和比较例的示意图。图13图1所示的光照射装置构成的变形例的示意图。图14是第二实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。图15是用图14所示的光照射装置输出的一例激光光束轮廓的示意图。图16是第三实施方式涉及的光照射装置构成的一例示意图。图17是图16涉及的光照射装置的输出例的示意图。图18是本专利技术涉及的光加工装置构成的一例示意图。图19是图18所示的光加工装置的其他构成一例示意图。图20是本专利技术涉及的光加工装置的一例动作示意图。图21是本专利技术涉及的光加工装置的另一例动作示意图。具体实施方式以下参考附图，描述本专利技术涉及的光照射装置和使用该光照射装置的光加工装置的第一实施方式。本实施方式的光照射装置100如图1所示，是用激光照射加工对象的试料WK表面的全部或一部分而获得光加工物的激光加工装置。光照射装置100具有作为激光振荡器的光源101、用于会聚并调整从光源101射出的激光的照射光学系统102、用于放置试料WK的试料台104、以及用于调整试料WK位置的移动载物台103。本实施方式以激光L的光轴方向为Z轴向，将垂直于光轴的2个方向为X轴向和Y轴向。因此，″垂直于光轴的截面″指的是指XY平面，如果设定″垂直于光轴的截面上的一个轴″作为Y方向，则可以确定″与光轴及其中的一个轴正交的另一个轴″为X方向。虽然本实施方式如图1所示，激光L的行进方向随着照射光学系统102而变化，然而该行进方向也可能因照射光学系统102的设计而变动，或者随着试料WK的设置位置而改变。无论在哪种情况下，激光L的行进方向均以光轴方向为Z轴来表示。本实施方式中，光源101是100皮秒以下的脉冲激光振荡器，其对试料WK热影响所造成的损伤较少。另外，在本实施方式中，尤其作为实施例，以波长532nm、最大输出功率8W、频率200kHz、经过后述的扩束器(BEX)10扩大后的光束直径3mm为例进行说明。照射光学系统102具有多个反射镜M1～M6、设置在反射镜M1和反射镜M2之间，用于扩大从光源101射出的激光L的光束直径的扩束器10以及设置在反射镜M2和反射镜M3之间的光束轮廓控制单元20。照射光学系统102还具有用于调整激光L的光轴位置的X偏转镜40、Y偏转镜50、以及用于让激光L会聚到试料WK的任意聚焦位置上的聚光透镜60。本实施例以六片反射镜M1～反射M6构成，但也可以是使用10片以上反射镜构成，该反射镜的镜片数量并不受限制。试料台104上放置试料WK，由移动载物台103保持，可以在垂直于激光L的光轴的XY平面的两个轴向上移动。从光源101射出的激光L经过扩束器10扩大光束直径后，由光束轮廓控制单元20调整后述的各种光束轮廓。使用X偏转镜40和Y偏转镜50对激光L进行微调整，使得激光L相对于光轴中心对称，而后由聚光透镜60射往试料WK上的任意聚焦位置P。通过激光L的照射，试料WK获得加工。光束轮廓控制单元20具有光束变倍部21和光束波前转换部22，光束变倍部21作为第一调光部，用于改变激光L的入射光束截面的纵横比，光束波前转换部22作为第二调光部，用于转换激光L的透射波前的相位分布。光束变倍部21如图2所示，是由两片一组的以玻璃等透明体制造的棱镜211、212构成的双棱镜，利用光的折射改变光的方向，从而改变特定方向的激光L的直径。在此，图3(a)、(b)、(b)分别显示棱镜211、212在图2中如下述转动时，激光L的入射光束在虚线框中的截面。在图2中，分别让棱镜211朝A方向、棱镜212朝B方向转动。当设定激光L在X方向、Y方向上的光束截面直径分别为Rx、Ry时，如图3(a)所示，转动后纵横比变为Rx/Ry＜1，激光L的光束截面D上Y方向相对变长。但实际上，此时是因X方向的射出光束变窄，因而纵横比Rx/Ry＜1。与此相同，在图2中分别让棱镜211朝B方向、棱镜212朝方向转动后，如图3(b)所示，纵横比Rx/Ry＞1，激光L的光束截面D在X方向上变长。光束变倍部21通过组合上述两个动作，便可以自由调整激光L的入射光束截面D上平行于一方轴Y的直径Ry以及平行于与前述一方轴以及光轴相垂直的X轴的直径Rx。换言之，可以改变光束截面D的纵横比。按照上述构成，即使入射光束的截面变形，也可以用光束变倍部21将激光L的光束截面D改为真圆，因而能够生成更理想的光束轮廓，提高加工精度。作为光束变倍部21的另一种实施方式，如图4所示，也可以是使用三片三组的柱形透镜L21a、L21b、L21c的构成。这些柱形透镜均为一侧具有凹圆弧或凸圆弧的透镜，在平行于圆柱轴向的Y方向上不具有屈光力或者屈光力十分小，而在与Y方向和光轴方向正交的X方向上，通过凹圆弧或凸圆弧的屈光力，可以让光束直径扩大或缩小。通过上述三组三片柱形透镜L21a～L21c中位于中间的可动柱形透镜L21b在Z方向上前后移动，可以只扩大或缩小X方向的光束直径Rx。上述结构可以保持Y方向的光束直径Ry不变，而只扩大或缩小X方向的光束直径Rx，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光照射装置，其借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备，第一调光单元，用于对所述激光的入射光束截面进行变倍；以及，第二调光单元，用于转换所述激光的透射波前的相位分布。

【技术特征摘要】
2018.02.21 JP 2018-0288661.一种光照射装置，其借助于反射镜和聚光透镜将光源输出的激光会聚到预定的聚焦位置，其特征在于，具备，第一调光单元，用于对所述激光的入射光束截面进行变倍；以及，第二调光单元，用于转换所述激光的透射波前的相位分布。2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，所述第一调光单元改变入射该第一调光单元的入射光束的与光轴垂直的截面中平行于其中一方的轴的直径、和平行于与所述光轴以及所述一方的轴正交的另一方的轴的直径之比，所述第一调光单元和所述第二调光单元被设置在所述聚光透镜的所述光源一侧，所述激光在所述聚光透镜入射一侧的表面上具有预定的截面形状和透射波前。3.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，所述第一调光单元具有多个变形透镜，通过使得该多片变形透镜中至少一片变形透镜在光轴方向上移动，对所述激光进行变倍。4.根据权利要求1或2所述的光照射装置，其特征在于，所述第一调光单元具有多个棱镜，通过使得入射棱镜的角度互不相同，对所述激光进行变倍。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，所述第二调光单元具有多片变形透镜，通过改变所述多片变形透镜的间隔，转换所述激光的透射波前的相位分布。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，所述第二调光单元是液晶相位调制元件。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光照射装置，其特征在于，具有被设置在所述聚光...

【专利技术属性】
技术研发人员：须原浩之，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本,JP