JP2016131997A - レーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 透明材料をレーザビームで切断する際に曲線を描きながら切断することを可能とした、レーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置を提供する。【解決手段】 レーザ切断光学ユニットは、透明材料５にレーザビーム２を照射して加工を行うための光学ユニット１０において、レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐させる光学素子４１と、光学素子で複数に分岐した分岐レーザビーム２１のすべてが入射する集光レンズ４２と、光学素子と集光レンズとを有して回転可能な光学鏡筒４と、光学鏡筒を、レーザビームが入射する方向沿いの回転中心軸４０回りに回転させる回転駆動装置４４とを備えて、回転駆動装置により光学鏡筒を回転中心軸回りに回転させて、分岐レーザビームを透明材料の内部のそれぞれのスポット２３に集光させてレーザ切断加工を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、ディスプレイ等に用いられるガラスなどの透明材料を分割するために用いるレーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置に関するものである。

従来のレーザ切断光学系としては、超短パルスレーザ光源から発するレーザビームをスプリッターとミラーとを用いて複数に分割し、それぞれのレーザビームごとに集光レンズを配置して複数点を同時加工して切断しているものがある（例えば、特許文献１を参照。）。図６は、特許文献１に記載された従来のレーザ切断光学系を示す図である。

図６において、レーザビーム１０２は、ビーム分割手段１７１によって、複数の分割されたビーム１２３〜１３０に分けられている。集光レンズ群１３５にて、前記複数の分割されたビーム１２３〜１３０を切断予定線に沿って離間して、集光点１４５〜１４６を配置し、複数の空洞１８３〜１９０を形成している。

また、従来のレーザ切断光学系として、複数のレーザヘッドにそれぞれの光学系を備えているものもある（例えば、特許文献２を参照。）。図７は、特許文献２に記載された従来のレーザ切断光学系の構成を示す図である。

図７において、複数のレーザヘッドがそれぞれ独立して動くことができ、２個のレーザヘッド２３１を、ウエーハＷの両端から中心に向けて割り出し送りし、又はウエーハＷの中央部から両端部に向けて割り出し送りし、或いは所定ライン離間して配置して同一方向に割り出し送りして、ウエーハＷの全面に亘って２本のラインを同時に加工するようにしている。或いは、ウエーハＷの全面に亘って１本のラインに所定距離又は所定ライン遅れでレーザ光Ｌを２回照射するようにしている。

特許第５３７９３８４号 特開２００４−１１１９４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、レーザビームの分岐及び集光を、前記レーザビームごとにスプリッターとレンズとを用いており、前記レーザビームは、通常数ｍｍの直径を持っているため、集光レンズ間の距離は少なくとも１０ｍｍ程度となる、と容易に推測される。このため、切断予定線に沿って離間して整列される集光レンズ群は、直線もしくは一定の大きな曲率半径でしか配置することができず、小さな曲率半径を含む自由曲線状に切断する事ができないという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、透明材料をレーザビームで切断する際に曲線を描きながら切断することを可能とした、レーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるレーザ切断光学ユニットは、透明材料にレーザビームを照射して加工を行うための光学ユニットにおいて、
前記レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐させる光学素子と、
前記光学素子で前記複数に分岐した前記分岐レーザビームのすべてが入射する集光レンズと、
前記光学素子と前記集光レンズとを有して回転可能な光学鏡筒と、
前記光学鏡筒を、前記レーザビームが入射する方向沿いの回転中心軸回りに回転させる回転駆動装置とを備えて、
前記回転駆動装置により前記光学鏡筒を前記回転中心軸回りに回転させて、前記分岐レーザビームを前記透明材料の内部のそれぞれのスポットに集光させてレーザ切断加工を行う。

以上のように、本発明の前記態様によれば、透明体材料を切断する際に、回転駆動装置により、光学素子と集光レンズとを回転させてレーザビームの分岐方向を制御することができるため、曲線状に透明材料を切断することができる。

本発明の第１実施形態における、斜め照射型のレーザ切断光学ユニットを含むレーザ切断装置の構成を示す縦断面模式図 本発明の第１実施形態における曲線加工時の回転角度許容値の算出模式図 本発明の第１実施形態の第１変形例における、垂直照射型のレーザ切断光学ユニットを含むレーザ切断装置の構成を示す縦断面模式図 本発明の第１実施形態の第１変形例における光学鏡筒回転時の加工状態を示す模式的な斜視図 本発明の第２実施形態における多分岐時の０次光対策光学ユニットの構成図 特許文献１に記載された従来のレーザ切断光学系の例を示す図 特許文献２に記載された従来のレーザ切断光学系の例を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における斜め照射型のレーザ切断光学ユニット１０を含むレーザ切断装置１１の構成図である。以下の説明では、加工対象の透明材料の一例として、２層の透明板状物を重ねた構成で、ディスプレイパネル５の上側透明材料５１と下側透明材料５２とする。

上側透明材料５１及び下側透明材料５２の各材質としては、一例として、ガラスを使用することができる。より具体的には、各材質として、ディスプレイ用に用いられる無アルカリガラスを使用することができる。各透明材料５１，５２の各形状の例は平板状であり、各板厚の例は２００μｍである。この第１実施形態で使用できる各透明材料５１，５２の各板厚としては、一例として、３０〜１０００μｍの範囲に入るものでもよい。

レーザ切断装置１１は、レーザ発振器１と、レーザ切断光学ユニット１０とを少なくとも備えて構成している。このレーザ切断装置１１では、レーザ発振器１からのレーザビーム２を、ミラー３で屈曲させてレーザ切断光学ユニット１０に入射させ、レーザ切断光学ユニット１０でレーザビーム２を透明材料５１，５２に照射してレーザ切断加工を行っている。

レーザ切断光学ユニット１０は、光学鏡筒の一例としての回転鏡筒４と、回転駆動装置４４とを備えている。

回転鏡筒４は、光学素子４１と集光レンズ４２とで構成される。

光学素子４１は、一例として回折光学素子で構成され、レーザビーム２を複数の分岐レーザビーム２１に分岐させる。

集光レンズ４２は、光学素子４１で複数に分岐した分岐レーザビーム２１のすべてが入射されて、透明材料５１，５２の内部のそれぞれのスポット２３に集光されて、レーザ切断加工を行う。

回転駆動装置４４は、一例としてモータなどで構成され、回転鏡筒４を、レーザビーム２が入射する方向を回転中心軸４０として一方向に又は正逆方向に回転させる。この回転鏡筒４の回転により、光学素子４１と集光レンズ４２とが一体的に回転中心軸４０回りに回転する。

図１において、レーザ発振器１は、超短パルスのレーザビーム２を発振する発振器であり、一例として２５ピコ秒のパルス幅を持つレーザビーム２を、ステージ８上の透明材料５１，５２の内部に集光することによって、非線形効果による吸収を起こし、加工痕６を生ずることが可能である。このレーザ発振器１より出射されたレーザビーム２は、一つないしは複数のミラー３を介して、回転鏡筒４に導かれる。

回転鏡筒４とディスプレイパネル５とは、矢印２０の方向に相対的に移動する。ディスプレイパネル５はステージ８に搭載される。ステージ８は、その上面にディスプレイパネル５の透明材料５１，５２を保持し、モータとボールネジとナット部材などで構成されるステージ駆動装置８ｘの駆動により直交するＸ方向とＹ方向とにそれぞれ移動可能としている。しかしながら、このような構成に限定されるものではなく、ステージ８としては全く移動せず、透明材料５１，５２を移動不可に固定的に保持する固定部材であってもよい。このような場合には、レーザ切断光学ユニット１０が、モータなど公知の各種の駆動装置により、ステージ８に対して移動するように構成する。

回転鏡筒４は、回転中心軸４０に対して偏心した位置に、ミラー３を介して、回折光学素子４１（Diffractive Optical Element、以降、略して「ＤＯＥ」と記述する。）と、集光レンズ４２とを固定している。ＤＯＥ４１の光軸と集光レンズ４２の光軸とは一致している。ＤＯＥ４１の光軸と集光レンズ４２の光軸とは、回転中心軸４０に対して所定角度で交差するように配置されている。このように、ＤＯＥ４１を用いれば、各分岐レーザビーム２１のエネルギ比を変更させることが可能なため、一例として、ディスプレイ５のように複数層のガラスから透明材料が構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。

回転鏡筒４には、回転鏡筒４の上端の中心部の回転中心軸４０沿いにレーザビーム２が入射される。入射されたレーザビーム２は、回転鏡筒４の内部で、２つのミラー３でそれぞれ屈曲されたのち、ＤＯＥ４１を通過することによって、複数の、例えば８本の分岐された分岐レーザビーム２１になる。その後、ＤＯＥ４１により分岐された分岐レーザビーム２１は、集光レンズ４２によって、透明材料５１，５２の内部のそれぞれのスポット２３に集光される。このとき、一例として、後述する図２におけるスポット群の分岐される幅７０２は、０．２ｍｍであった。

ここで、回転鏡筒４の上端の中心部に入射するレーザビーム２の光軸は、回転中心軸４０に対して、同軸上になるように配置される。また、回転鏡筒４より出射される８本の分岐された分岐レーザビーム光２１の配置の真ん中、つまり、８つの集光スポット２３の重心位置を、回転中心軸４０が通るように配置されている。

前記複数スポット２３は、ＤＯＥ４１及び集光レンズ４２の光軸を、加工対象の一例としてのディスプレイパネル５の透明材料５１，５２のレーザビーム入射面５ａに対して斜めに配置する。このように構成することによって、分岐された分岐レーザビーム２１の集光点２３が、加工対象の一例であるディスプレイパネル５の深度方向に、階段状に深度が変化するように分散され、回転鏡筒４とディスプレイパネル５とを矢印２０の方向に相対的に移動し、回転鏡筒４（集光レンズ４２）から遠い方の分岐スポット（図１では下端のスポット）２３から先行して加工し、順に、回転鏡筒４に近い分岐スポット（図１では、加工されたスポットに対する上側のスポット）２３を加工することで、上側透明材料５１と下側透明材料５２とを同時に加工することができる。すなわち、透明材料５１，５２を分岐レーザビーム２１が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム２１が直線状に並んでおり、かつ透明材料５１，５２のレーザビーム入射面５ａからの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点（集光スポット）２３の深さが一番深く、切断線の進行方向の最後方にあたる集光点（集光スポット）２３の深さが透明材料５１，５２のレーザビーム入射側の最表面に近くなり、最前方および最後方の集光点（集光スポット）２３による加工痕が表面に達するように配置され、他の集光点（集光スポット）２３は、それらの２つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させて加工することで、上側透明材料５１と下側透明材料５２とを同時に加工して切断することができる。このため、レーザ切断光学ユニット１０の一回の走査（回転鏡筒４とディスプレイパネル５との矢印２０の方向への相対的な一回の移動）で、ディスプレイパネル５を切断することが可能となっている。

なお、本発明の第１実施形態では、一例として、超短パルスの発振器１のパルス幅を２５ピコ秒としたが、０ナノ秒より大きくかつ２０ナノ秒以下としても良い。

また、一例として、前記分岐レーザビーム２１の分岐数を８本としたが、２本以上の任意の本数としても良い
さらに、スポット径の分散される幅は、０．０１〜２ｍｍの範囲としても良い。

図２は、本発明の第１実施形態におけるレーザ切断光学ユニット１０において、曲線加工時の回転角度許容値の算出模式図である。図２の（ａ）は、加工点におけるスポット分布を、分岐されたレーザビーム２１（図１）の入射側からみた模式図である。このとき、加工痕６１〜６８は、模式図を見た際の紙面奥方向に階段状に深度が変化している。本発明の第１実施形態においては、一例として、スポットの加工幅７０１はおよそ５μｍであり、スポット群の分岐される幅７０２はおよそ２００μｍであった。

図２の（ｂ）は、前記図２の（ａ）の加工点におけるスポット分布において、初期的に加工されたスポット分布７１、及び、光学鏡筒４が回転しながら移動した後のスポット分布７２を示したものである。このとき、曲線加工を行う際に許容される最大許容角度７０３は、次のような考え方で計算を行なった。光学鏡筒４が回転しながら移動した後のスポット分布７２は、初期的に加工されたスポット分布７１から、スポットの分岐される幅７０２の半分の距離だけスポット分布が移動した際に、光学鏡筒４が回転しながら移動した後のスポット分布７２における加工痕６８が、初期的に加工されたスポット分布７１におけるスポットの加工幅７０１に接する角度以内に収まっていれば、曲線加工が可能になると考え、このときの最大許容角度７０３を以下のように計算した。

最大許容角度 ＝ ｔａｎ^−１（スポットの加工幅７０１／（スポット群の分岐される幅７０２÷２））
＝ ｔａｎ^−１（５／（２００／２））
＝ ２．８６ｄｅｇ
＝ ４９．９６ｍｒａｄ
前記最大許容角度の値から最小曲率半径を求めると、２ｍｍとなる。

同様に、従来の特許文献１の許容角度を計算してみると、スポットの加工幅７０１を５μｍと推定し、分岐される幅７０２を７０ｍｍと推定した結果、最大許容角度は次のようになる。

最大許容角度 ＝ ｔａｎ^−１（５／（７００００／２））
＝ ０．００８ｄｅｇ
＝ ０．１４ｍｒａｄ
前記最大許容角度の値から最小曲率半径を求めると、２４５ｍ （＝２４５０００ｍｍ）となる。つまり、従来例では、ほぼ直線の加工しかできないことがわかる。

よって、本発明の第１実施形態の例では、最小半径２ｍｍの曲線加工が可能であることがわかった。

次に、図３は、第１実施形態の第１変形例における垂直照射型のレーザ切断光学ユニット１０Ｂを含むレーザ切断装置１１Ｂの構成図である。レーザ切断装置１１Ｂは、レーザ発振器１と、レーザ切断光学ユニット１０Ｂとを少なくとも備えて構成している。

この図３のレーザ切断光学ユニット１０Ｂの回転鏡筒４では、ミラー３を備えずに、回転中心軸４０上にＤＯＥ４１の光軸と集光レンズ４２の光軸とをそれぞれ配置するとともに、集光レンズ４２の下方に、分岐レーザビーム２１を回転中心軸４０沿いの方向に分散させるウェッジプレート４３を配置している。

図３において、図１と同じ構成の部分についての説明は、省略する。

ＤＯＥ４１によって複数に分岐された分岐レーザビーム２１のそれぞれの集光スポット２３は、集光レンズ４２の下方に設置されたウェッジプレート４３によって、加工対象の例であるディスプレイパネル５の深度方向に分散され、上側透明材料５１と下側透明材料５２とを同時に加工することができる。このため、レーザ切断光学ユニット１０Ｂの一回の走査（回転鏡筒４とディスプレイパネル５との矢印２０の方向への相対的な一回の移動）で、ディスプレイパネル５を切断することが可能となっている。

また、図３の光学ユニット１０Ｂでは、回転鏡筒４の内部に配置される光学部品（ＤＯＥ４１と集光レンズ４２とウェッジプレート４３）が直線状に回転中心軸４０上に並んでいる。このような配置のため、回転鏡筒４の回転中心軸４０沿いの寸法を小さくすることができ、ＤＯＥ４１及び集光レンズ４２などから構成する回転鏡筒４の回転時の慣性モーメントが軽減され、回転鏡筒４が高速に回転可能であるというメリットが得られる。このことにより、曲線加工を行う際にも、高速での切断加工が可能となっている。

この変形例では、分岐された分岐レーザビーム２１の集光スポット２３をディスプレイパネル５の深度方向に分散させるためにウェッジプレート４３を使用した例について説明している。しかしながら、前記ウェッジプレート４３を用いずに、ＤＯＥ４１のデザイン設計の際に、フレネルレンズイメージを重畳したデザインとすることによって、深度方向のスポット分散を行えるようにしても良い。

また、前記透明材料のレーザビーム入射面５ａから見た際の集光スポット２３の深さ方向の間隔は、前記集光スポット２３によって得られる加工痕６の深度方向の長さに依存する。その長さは、レーザパルスあたりのエネルギが小さい場合には、非線形効果で得られる加工痕の長さも１μｍ程度となり、パルスあたりエネルギが大きくなる。したがって、加工痕長さが伸びていき、第１実施形態では、一例として最大２００μｍ程度となった。そのため、集光スポットの深さ方向の間隔は、一例として、１μｍ以上かつ２００μｍ以下の範囲に設定する。

なお、この第１変形例においても、透明材料５１，５２を分岐レーザビーム２１が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム２１が直線状に並んでおり、かつ透明材料５１，５２のレーザビーム入射面５ａからの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点（集光スポット）２３の深さが一番深く、切断線の進行方向の最後方にあたる集光点（集光スポット）２３の深さが透明材料５１，５２のレーザビーム入射側の最表面に近くなり、他の集光点（集光スポット）２３はその２つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させて加工することで、上側透明材料５１と下側透明材料５２とを同時に加工することができる。

また、前記切断線の進行方向最前方にあたる集光点（集光スポット）２３の更に前方、及び前記切断線の進行方向の最後方にあたる集光点（集光スポット）２３の更に後方に、それぞれ、１個から数個の集光点（集光スポット）２３を追加することによって、透明材料５１，５２を重ねた全層の厚さよりも大きな値の加工幅を得ることができる。このように追加の集光点（集光スポット）２３を設けることによって、透明材料５１，５２の反り又はステージ８のヨーイング又はピッチングによる透明材料５１，５２内の集光点（集光スポット）２３の相対位置の変動による最表面又は最下面における未加工部分の発生を抑えることができる。そのため、最表面又は最下面におけるマイクロクラックの発生が少なくなり、曲げ強度の向上が期待される。

図４は、図３で示した光学鏡筒回転時の加工模式図である。ステージ８は、その上面に透明材料５１，５２を保持し、ステージ駆動装置８ｘにより、直交するＸ方向とＹ方向とにそれぞれ移動可能である。

回転鏡筒４は、ＤＯＥ４１（図３）と集光レンズ４２（図３）とウェッジプレート４３（図３）を内蔵した光学ユニット１０Ｂであり、回転モータ４４によって、ステージ８で透明材料５１，５２を動かして、曲線を含む切断線９で透明材料５１，５２を切断する場合に、その曲線の接線方向（進行方向ベクトル）と図２に示すようなスポット２３の並びを直線で結んだ方向とが常に一致するように、回転鏡筒４の回転角を制御するような構成としている。かかる構成によれば、透明材料５１，５２の内部に任意の曲線状に加工痕６（図１）を形成していくことが可能となり、上側透明材料５１（図１）及び下側透明材料５２（図１）を貼り合わせたディスプレイパネル５においては、上下の透明材料５１，５２を同時に任意曲線で切断することが可能であり、特に有効である。

前記第１実施形態によれば、ＤＯＥ４１と１つの集光レンズ４２とによって微小な距離の中に分岐レーザビーム２１の分割集光スポット２３を有し、ＤＯＥ４１及び集光レンズ４２を内包する光学鏡筒４に回転駆動装置４４を備えることによって、切断予定線が、小さな曲率半径を含む自由曲線の場合であっても、切断線を追従させることができる。また、その集光スポット２３を、切断される透明材料５１，５２の深さ方向にも分散させることによって、透明体材料５１，５２の切断を１回の走査によって行うことができる。従って、透明体材料５１，５２を切断する際に、回転駆動装置４４により、光学素子４１を光学鏡筒４と共に回転させてレーザビーム２の分岐方向を制御することができるため、従来不可能であった透明材料切断時に曲線加工とすることができる。また、ＤＯＥ４１を用いているので、各分岐レーザビーム２１のエネルギ比を変更させることが可能なため、ディスプレイ５のように複数層のガラスから構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態にかかるレーザ切断光学ユニット１０Ｃにおいて、多分岐時の０次光対策光学ユニットとして構成した構成図である。

図５において、図１〜図４と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。

ＤＯＥ４１を用いて多分岐化する場合、ＤＯＥ４１の製造誤差又はその他の様々な要因によって、０次光２２が発生する（図５の（ａ）を参照）。前記０次光２２と干渉しないように、分岐された分岐レーザビーム２１のパターン２１ａは、レーザビーム２の入射方向と角度をつけた方向への分岐を行なう必要がある。このような場合、ＤＯＥ４１に入射するレーザビーム２と分岐された分岐レーザビーム２１のパターンは、直線上にならず、回転鏡筒４の構成時には、ディスプレイパネル５の加工平面（レーザビーム入射面）５ａに垂直な軸と０次光２２が平行となり、加工点に０次光２２が透過してしまう可能性が高くなる。そこで、図５の（ｂ）に示すように、２つのプリズム４５などを用いて、ディスプレイパネル５の加工平面５ａに垂直な軸５ｂとは斜めの角度の光軸４１ａでレーザビーム２がＤＯＥ４１に入射するようにして、分岐された分岐レーザビーム２１のパターンの出射光の方向と最初のプリズムへの入射レーザ光の方向とが一致するように、２つのプリズム４５とＤＯＥ４１とを配置する。このとき、回転鏡筒４の回転中心軸４０とディスプレイパネル５の加工平面５ａに垂直な軸５ｂとは平行となっている。このことによって、容易に、０次光２２をディスプレイパネル５の加工平面５ａに垂直な軸５ｂと所望の角度をつけて遮光マスク等で遮蔽することができるとともに、回転鏡筒４に各光学部品を配置した際の入出射の光軸を一致させることができ、容易に、鏡筒４の回転動作をすることが可能となる。

前記第２実施形態によれば、従来不可能であった透明材料切断時に曲線加工とすることができる。また、ＤＯＥ４１を用いているので、各分岐レーザビーム２１のエネルギ比を変更させることが可能なため、ディスプレイ５のように複数層のガラスから構成される場合には、加工される深さに応じてエネルギ比を調整することで、深度による加工状態の差異を減らすことが可能となる。

なお、前記第１実施形態及び第２実施形態において、回転鏡筒４を回転させる回転駆動装置４４と、ステージ８を駆動するステージ駆動装置８ｘとを駆動制御する制御部１００を備えるようにしてもよい。この場合には、透明材料５１，５２を分岐レーザビーム２１が照射する側の方向から見た際に、分岐レーザビーム２１が直線状に並んでおり、最下面に近い集光点（集光スポット）２３が前方となるような直線ベクトルが切断線の進行方向に対して接線となる方向に常に向くように、回転駆動装置４４で光学鏡筒４の回転角度と、ステージ駆動装置８ｘでステージ８の移動方向とを制御部１００で同期させながら動かすようにしてもよい。これらによって、切断線が曲線を描く際に、切断幅が最小の値に抑えられるといった効果が得られる。

また、ステージ８に上下方向（Ｚ軸）に駆動可能な上下方向駆動装置を加えて上下方向に昇降可能に構成しても良い。加工対象の透明材料５１，５２が重力などで歪が生じた場合は、事前にその値を測定するなどの方法で歪を求めておき、求めた歪に基づいて制御部１００によって演算された値によって上下方向駆動装置を介してステージ８を昇降させて、前記歪の影響をキャンセルするように制御されるとしてもよい。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明のレーザ切断光学ユニット及びレーザ切断装置は、曲線状に切断痕を付けることが可能な程度の幅に分岐されたレーザ光を深度方向にも分散を起こす光学ユニットを有し、ディスプレイ等のガラスパネル等のレーザ切断の用途にも適用できる。

１ レーザ発振器
１０，１０Ｂ レーザ切断光学ユニット
１１，１１Ｂ レーザ切断装置
２ レーザビーム
２０ レーザビームの移動方向
２１ 分岐レーザビーム
２２ ０次光
２３ スポット
３ ミラー
４ 回転鏡筒（光学鏡筒の一例）
４０ 回転中心軸
４１ 回折光学素子（ＤＯＥ、光学素子の一例）
４１ａ 光軸
４２ 集光レンズ
４３ ウェッジプレート
４４ 回転モータ（回転駆動装置の一例）
４５ プリズム
５ ディスプレイパネル
５ａ レーザビーム入射面（加工平面）
５ｂ 加工平面に垂直な軸
５１ 上側透明材料（透明材料の一例）
５２ 下側透明材料（透明材料の一例）
６ 加工痕
７ 同時照射される加工点のスポット分布
７０１ スポットの加工幅
７０２ スポット群の分岐される幅
７０３ 許容角度
７１ 初期的に加工されたスポット分布
７２ 光学鏡筒が回転しながら移動した後のスポット分布
８ ステージ
８ｘ ステージ駆動装置
９ 切断線
１００ 制御部
１０２ レーザビーム
１２３〜１３０ 分割されたビーム
１３５ 集光レンズ群
１４５ ビーム１３０による集光点
１４６ ビーム１２３による集光点
１７１ ビーム分割手段
１８３〜１９０ 空洞
２３１ レーザヘッド
Ｌ レーザ光
Ｗ ウエーハ

Claims (8)

1. 透明材料にレーザビームを照射して加工を行うための光学ユニットにおいて、
   前記レーザビームを複数の分岐レーザビームに分岐させる光学素子と、
   前記光学素子で前記複数に分岐した前記分岐レーザビームのすべてが入射する集光レンズと、
   前記光学素子と前記集光レンズとを有して回転可能な光学鏡筒と、
   前記光学鏡筒を、前記レーザビームが入射する方向沿いの回転中心軸回りに回転させる回転駆動装置とを備えて、
   前記回転駆動装置により前記光学鏡筒を前記回転中心軸回りに回転させて、前記分岐レーザビームを前記透明材料の内部のそれぞれのスポットに集光させてレーザ切断加工を行う、レーザ切断光学ユニット。
2. 前記光学素子が、回折光学素子である、請求項１に記載のレーザ切断光学ユニット。
3. 前記透明材料のレーザビーム入射面に対して前記光学素子の光軸及び前記集光レンズの光軸を斜めに配置することによって、前記複数に分岐させた前記分岐レーザビームが、前記透明材料の前記レーザビーム入射面からの異なる深さに集光する、請求項１又は２に記載のレーザ切断光学ユニット。
4. 前記光学鏡筒の出射側に配置されたウェッジプレートをさらに備え、
   前記複数に分岐させた前記分岐レーザビームが、前記透明材料のレーザビーム入射面からの異なる深さに集光する、請求項１又は２に記載のレーザ切断光学ユニット。
5. 前記透明材料を前記複数に分岐した前記分岐レーザビームが照射する側の方向から見た際に、前記分岐レーザビームが直線状に並んでおり、かつ前記透明材料のレーザビーム入射面からの異なる深さに集光する際に、切断線の進行方向の最前方にあたる集光点の深さが一番深く、前記切断線の進行方向の最後方にあたる集光点の深さが前記透明材料の前記分岐レーザビームの入射側の最表面に近くなり、他の集光点はその２つの集光点の間を滑らかにつなぐように徐々に深さを変化させている、請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ切断光学ユニット。
6. 前記透明材料が２層の板状物を重ねた構成であり、前記分岐レーザビームの集光する深さ方向の幅がその前記透明材料を重ねた全層の厚さよりも大きな値になるようにする、請求項３〜５のいずれか１つに記載のレーザ切断光学ユニット。
7. 前記透明材料のレーザビーム入射面から見た際の前記分岐レーザビームの集光スポット間の深さ方向の間隔が１μｍ以上かつ２００μｍ以下にする、請求項３〜６のいずれか１つに記載のレーザ切断光学ユニット。
8. 前記透明材料を搭載するステージと、
   前記請求項１〜７のいずれか１つに記載のレーザ切断光学ユニットとを有し、
   前記透明材料を前記複数に分岐した前記分岐レーザビームが照射する側の方向から見た際に、前記分岐レーザビームが直線状に並んでおり、その方向が切断線の進行方向に対して接線となる方向に常に向くように前記光学鏡筒の回転角度と前記ステージの移動方向とを同期させながら動かす制御部を有する、レーザ切断装置。

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