激光加工装置的制作方法

专利名称：激光加工装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种激光加工装置，更具体地，涉及一种激光加工装置，其具有经改良的构造，使得可以校准辐照在加工物体上的激光束并且便于补偿激光束的重新校准。
背景技术：
一般来说，玻璃衬底被用作有机发光二极管(OLED)和液晶显示器(IXD)的衬底。 玻璃衬底在经历由激光退火装置进行的激光退火处理之后，玻璃衬底是结晶的或者其结晶 度提高，如图1所示。参照图1，传统的激光退火装置100’包括光学系统，所述光学系统包括发射准 分子激光的激光共振腔10’，用于反射激光束的多个反射器，望远镜头(telescopic lens) (未示出)，均束器(homogenizer)(未示出)，场镜(field lens)(未示出)，以及聚光透镜 24，；以及腔室30，，所述腔室30’中放置有玻璃衬底33，。均束器被放置在第二反射器43’ 和第三反射器44’之间。此外，衰减器46’被放置在第一副反射器41’和第一反射器42’之 间。第一副反射器41’被构造为可通过致动器(未示出)直线地移动，并且功率计47’可 以测量激光共振腔10’所发射的激光束。此外，第二副反射器45’被构造为可通过致动器 (未示出)在双侧箭头所描述的方向上直线地移动，并且功率计47’可以测量第二副反射器 45，所反射的激光束。一对千分尺611，和621，分别与第一反射器42，和第二反射器43’ 连结，并且通过操作千分尺可以控制第一反射器42’和第二反射器43’的反射面与激光束 之间的角度，从而可以改变激光束的反射方向。图1中的点划线表示激光束的光路。在上述构造的激光退火装置100’中，需要对光学系统进行校准，以使具有所需形 状和光束剖面(beam profile)的激光束辐照到玻璃衬底33’上。这种光学系统校准大体 可分为原始光束校准、光学元件校准和细调，其中原始光束校准尤其重要。对于原始光束校准(即，校准从激光共振腔10’发射的激光束)来说，必须使得激 光束在预定高度关于光路水平地或垂直地前进并且最终落在光学系统的中心。通过驱动千 分尺以控制第一反射器42，和第二反射器43，来进行所述原始光束校准。尤其重要的是，激 光束成一直线地在第二反射器43’和第三反射器44’之间传播，或者在放置有均束器(其 将具有高斯剖面的激光束改变成平顶构造)的光路区域传播。由此校准在第二反射器43’和第三反射器44’之间前进的激光束，控制激光共振 腔10’以使所发射的激光束辐照在第一反射器42’的中心，并且操作千分尺以控制第二反 射器，从而使得第一反射器所反射的激光束辐照在第二反射器43’的中心。一对叉丝50’ 被安装在第二反射器43，和第三反射器44，之间。操作每个千分尺611，和621，以控制第 一反射器42’和第二反射器43’，从而使得激光束穿过叉丝50’的中心。更详细地，该对叉 丝50’中的每一个都以与另一个叉丝分隔预定距离的方式被安装在第二反射器43’和第三 反射器44’之间的光轨(未示出)上，并且分别控制和驱动第一反射器的千分尺611’和第 二反射器的千分尺621’，使得激光束穿过该对叉丝50’中的每一个的中心，从而使得激光 束成一直线地穿过各个叉丝的中心。这里，叉丝50’的中心被放置为相互对准，并且可以通过利用烧纸(burn paper)(未示出)来检查穿过叉丝中心的激光束。在校准激光束之后， 必须移去叉丝50’。然而，在利用上述叉丝50’进行校准的过程中，存在下述不便之处，必须进行多次 校准过程，激光束传播方向的每次校准检查都必须使用烧纸，另一不便之处是必须反复地 手动控制各个千分尺611’和621’。此外，由于由技术员执行校准过程，因此技术员的身体 可能直接地、间接地和/或意外地被激光束伤害。 此外，在使用激光退火装置的过程中，当激光退火装置100’被改变时——例如，如 果在清洁或更换激光器腔的窗口期间，在校准激光管期间或者在清洁或更换共振腔期间， 激光束的剖面被改变——那么，必须首先检查穿过光学系统的激光束的状态。为此，在光学 系统被拆开之后，必须安装上述叉丝，以进行检查和校正，这再次涉及上述限制。辐照到玻璃衬底33’上的激光束的剖面通常是平顶剖面。然而，优选地，通过对不 同类型的光束剖面进行加工测试，以获得用于优化加工的优化的激光束剖面。例如，可以应 用倾斜的激光剖面。但是要改变此光束剖面，存在下述不便之处，必须打开激光共振腔10’ 的门并控制所述共振腔、尤其是设置在输出耦合器上的千分尺611’和621’，或者必须打开 光学系统的盖子并控制设置在第一反射器42，和第二反射器43，上的千分尺611，和621，。

发明内容
技术问题本公开提供一种激光加工装置，其能够通过下述方面使辐照到加工物体上的激光 束保持相同的形状和剖面，这些方面包括可以防止与激光束直接或间接的身体接触；可 以容易地自动校准激光束；当激光束的光路在分别进行激光束的腔室窗口和共振腔的清洁 和更换期间被改变时，可以在不必拆卸光学元件的情况下容易地校准激光束；以及可以实 时地监控激光束的校准并且自动地补偿偏移(misalignment)。本公开还提供一种激光加工装置，其通过利用可以遮挡部分激光束的经改良的构 造来改变辐照到加工物体上的激光束的最终剖面，能够优化加工条件。技术方案根据示例性实施例，提供一种激光加工装置，包括激光共振腔，所述激光共振腔 使激光束产生共振；光学系统，所述光学系统将经由激光共振腔而共振的激光束转化为具 有预定光束宽度的光束剖面的能量密度；腔室，在所述腔室中，经由所述光学系统转化的激 光束辐照到放置在所述腔室中的加工物体上；反射器，所述反射器被放置在所述激光共振 腔和所述腔室之间，以反射激光束；以及激光束校准单元，所述激光束校准单元校准辐照到 所述腔室中的激光束，其中激光束校准单元包括校准单元，所述校准单元被安装在反射器 和加工物体之间，并且被放置在激光束的传播路径中，所述校准单元界定面积大于激光束 的横截面的通孔，以使得所述激光束可以穿过所述通孔；驱动器，所述驱动器驱动反射器， 以控制经由所述反射器反射的激光束的传播路径；以及控制器，所述控制器控制所述驱动 器，从而，基于当激光束穿过校准单元的通孔时检测到的激光束来控制激光束中心与通孔 中心之间的距离。有益效果在校准激光束时，可以避免直接或间接的身体接触。此外，当激光束的光路在分别进行激光束的腔室的窗口和共振腔的清洁和更换的期间被改变时，可以在不必拆卸光学元件的情况下自动地且容易地校准激光束。另外，可以实时地监控激光束的校准并且可以自 动地补偿偏移，从而可以使辐照到加工物体上的激光束的最终形状和剖面保持相同。此外， 可以改变辐照到加工物体上的激光束的最终剖面，以优化加工条件。


图1是传统的激光加工装置的示例性结构示意图；图2是根据本发明示例性实施例的激光加工装置的结构示意图；图3是根据图2的示例性实施例的一对校准单元的透视图；图4是控制模块图，用于图示在根据图2的示例性实施例的激光加工装置中的激 光束校准控制；图5至图7是图示利用根据图2的示例性实施例的激光加工装置来改变激光束剖 面的剖面图。
具体实施例方式根据一个示例性实施例，控制器可以控制驱动器以使得激光束的中心可以穿过通 孔的中心。根据另一示例性实施例，激光束校准单元可以进一步包括第一传感器和第二传感 器，所述第一传感器和第二传感器分别与校准单元连结，以被放置在通孔的两侧，从而所述 第一传感器和第二传感器检测入射激光束并且当检测到激光束时向控制器输出检测信号。 第一传感器和第二传感器之间的距离可以设置为使得激光束可以在第一传感器和第二传 感器之间穿过。当第一传感器接触到激光束并且输出检测信号时，控制器可以驱动驱动器 直到第二传感器输出检测信号的时刻。在驱动驱动器直到第一传感器输出另一检测信号的 时刻之后，控制器可以在第一参考时间内输出驱动信号，以驱动驱动器，以使得激光束的中 心穿过通孔的中心，所述第一参考时间基于从第二传感器输出检测信号的时刻到第一传感 器输出另一检测信号的时刻所用时间。当第一传感器和第二传感器都在激光束的光路以外 并且未输出检测信号时，驱动器可以被驱动直到第一传感器输出检测信号的时刻，驱动器 可以被驱动直到第二传感器输出检测信号的时刻。然后，控制器可以在第二参考时间内输 出驱动信号以驱动驱动器，使得激光束的中心穿过通孔的中心，所述第二参考时间基于从 第一传感器输出检测信号的时刻到第二传感器输出另一检测信号的时刻所用时间。根据另一示例性实施例，激光束校准单元可以进一步设置有第三传感器和第四传 感器，当检测到激光束时，所述第三传感器和第四传感器向控制器输出检测信号。第三和第 四传感器可以分别与校准单元连结，以与第一传感器和第二传感器一起相对于通孔的中心 径向地放置在通孔的每一侧，从而检测入射激光束。第三传感器和第四传感器之间的距离 可以设置为使得激光束可以在第三传感器和第四传感器之间穿过。当第三传感器接触到激 光束并且输出检测信号时，控制器可驱动驱动器，直到第四传感器输出检测信号的时刻，并 且驱动驱动器直到第三传感器输出另一检测信号的时刻。然后，控制器可以在第三参考时 间内输出驱动信号，以驱动驱动器，以使得激光束的中心穿过通孔的中心，所述第三参考时 间基于从第四传感器输出检测信号的时刻到第三传感器输出另一检测信号的时刻所用时间。当第三传感器和第四传感器都在激光束光路以外并且未输出检测信号时，驱动器可以 被驱动直到第三传感器输出检测信号的时刻，并且驱动器可以被驱动直到第四传感器输出 检测信号的时刻。然后，为了使得激光束的中心穿过通孔的中心，控制器可以在第四参考时 间内输出驱动信号，以驱动驱动器，所述第四参考时间基于从第三传感器输出检测信号的 时刻到第四传感器输出另一检测信号的时刻所用时间。 根据又一示例性实施例，多个反射器可以被分别放置在激光共振腔和加工物体之 间，多个校准单元可以安装在相邻的反射器之间。多个校准单元可被安装为使得各个校准 单元的通孔同心地放置。第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器可以分别与每 个校准单元连结，多个驱动器可被安装为与反射器相对应，以驱动放置在激光共振腔和多 个校准单元之间的多个反射器，并且控制器可以控制各个驱动器，以使得激光束可以穿过 各个校准单元的通孔中心。根据再一示例性实施例，光学系统可以包括均束器，第一反射器、第二反射器和第 三反射器沿激光束的传播方向顺序地放置在激光共振腔和校准单元之间，第一校准单元、 所述均束器和第二校准单元沿激光束的传播方向顺序地放置在第二反射器和第三反射器 之间，第一反射器和第二反射器可以分别由第一驱动器和第二驱动器来驱动，并且控制器 可以控制第一驱动器和第二驱动器，以使得激光束的中心可穿过第一校准单元的通孔和第 二校准单元的通孔的中心。在下文中，将参照附图详细描述具体的实施例。图2是根据本发明示例性实施例的激光加工装置的结构示意图，图3是根据图2 的示例性实施例的一对校准单元的透视图，图4是控制模块图，用于图示在根据图2的示例 性实施例的激光加工装置中的激光束校准控制。参照图2至图4，与上述传统实施例相同，根据示例性实施例的激光加工装置100 被构造为激光退火装置。图2中的点划线表示激光束的光路。激光加工装置100设置有激光共振腔10、光学系统20、腔室30、反射器以及激光束 校准单元。激光共振腔10产生诸如准分子激光束的激光束并使其发生共振。光学系统20对激光束进行改良，以使所述激光束具有预定光束宽度的光束剖面 的能量密度。光学系统20包括多个光学元件，这些光学元件包括望远镜头21、均束器22、 场镜及聚光透镜24，由此执行扩宽激光束并使激光束均勻化的功能，从而使激光束改变为 拉长的激光束。腔室30具有界定退火空间的内部空间31。平台32被安装在内部空间31中，加工 物体或用于激光退火的玻璃衬底33被放置在平台32上。透明窗口 34被安装在腔室30的 顶部，经光学系统20改变的激光束穿过所述透明窗口 34。反射器反射激光束。所述反射器被放置在激光共振腔10和腔室30之间。在本实 施例中，安装多个反射器，其数目为5。详细地说，沿激光束的传播方向顺序地安装第一副反 射器41、第一反射器42、第二反射器43、第三反射器44以及第二副反射器45。安装为致 动器46在第一副反射器41和第一反射器42之间，望远镜头21在第一反射器42和第二反 射器43之间，均束器22和场镜23在第二反射器43和第三反射器44之间，以及聚光透镜 24在第三反射器44和第二副反射器45之间。这里，第一副反射器41和第二副反射器45被安装为可通过致动器(未示出)直线地移动，并且当第一副反射器41和第二副反射器45 被放置在激光束的光路中时，可通过功率计47测量激光束的能量。激光束校准单元被设置为用于校准辐照进腔室30中的激光束。激光束校准单元 包括校准单元51和52、驱动器61和62、传感器71、72、73和74以及控制器80。
校准单元51和52被安装在毗邻的反射器之间，并且多个校准单元51和52沿激 光束的传播路径放置。尤其是，在第二反射器43和第三反射器44之间成对地设置本实施 例中的校准单元51和52。就是说，在第二反射器43和第三反射器44之间沿激光束的传播 方向顺序地布置第一校准单元51和第二校准单元52。通孔511和521分别被界定在第一 校准单元51和第二校准单元52中。通孔511和521被形成为大于激光束的横截面积，从 而使得激光束可以穿过通孔511和521。并且，第一校准单元51的通孔511和第二校准单 元52的通孔521彼此同心地放置。第一校准单元51和第二校准单元52以相同的高度被 安装在光轨上(未示出)，并且在本实施例中，具体地，校准单元的通孔511和521各自的中 心(C)被设置为与所述光轨的底相距90mm。驱动器61和62驱动反射器，以控制激光束的传播路径。在本实施例中，驱动器61 和62被成对地设置，以分别驱动放置在激光共振腔10及校准单元51和52之间的多个反 射器，更具体地，是第一反射器42和第二反射器43。就是说，第一驱动器61驱动第一反射 器42，第二驱动器62驱动第二反射器43。这里，与上述的传统激光加工装置相同，驱动器 61和62中的每个都被构造为包括一对千分尺611和621。当各个驱动器的千分尺611和 621被驱动时，可根据激光束的传播方向改变反射器42和43的反射角，从而可以控制激光 束的反射和传播方向。传感器71、72、73和74检测入射激光束，并且根据所检测到的激光束向控制器 80(下面将会描述)输出检测信号。在本实施例中，传感器71、72、73和74被构造为光电传 感器，相同的四个传感器71、72、73和74分别与第一校准单元51和第二校准单元52连结。 就是说，校准单元51和52中的每一个上都连结有第一传感器71、第二传感器72、第三传感 器73和第四传感器74。如图3所示，第一传感器71和第二传感器72被分别放置在通孔511和521的两 侧，在左右两侧互相面对，而第三传感器73和第四传感器74也被分别放置在通孔511和 521的两侧，在上下两侧互相面对。因此，共四个传感器71、72、73和74相对于通孔511和 521的中心(C)径向地放置。相应地，互相面对的传感器71、72、73和74的中心与通孔511 和521的中心(C)对准。此外，第一传感器71和第二传感器72之间的距离以及第三传感 器73和第四传感器74使得激光束可以在第一传感器71和第二传感器72之间以及第三传 感器73和第四传感器74之间穿过。就是说，互相面对的成对的传感器71和72及73和74 不能同时检测激光束，而是传感器71和72及73和74中的每一对中只有一个传感器可以 检测穿过通孔511和521的激光束。例如，如果第一传感器71和第三传感器73检测到激 光束，则第二传感器72和第四传感器74检测不到激光束。控制器80控制第一驱动器61和第二驱动器62，从而基于接收自各个传感器71、 72,73和74的检测信号来控制通孔511和521中心(C)与激光束中心之间的距离。具体 地，本实施例中的控制器80控制成对的第一驱动器61的千分尺611和第二驱动器62的千 分尺621中的每一个。控制器80还控制第一驱动器61和第二驱动器62，从而使得激光束的中心穿过第一校准单元51和第二校准单元52的通孔511和521的中心(C)。下面将给出对于控制器80的控制过程的示例性实施例的描述。控制器80工作以控制第一驱动器61，使得激光束可以穿过第一校准单元的通孔511的中心(C)。就是说，控制器80根据来自第一传感器71、第二传感器72、第三传感器73 和第四传感器74的检测信号控制第一驱动器61，从而使得激光束穿过第一校准单元的通 孔511的中心(C)0当使用第一传感器71和第二传感器72时，能校准激光束以使其穿过各个校准单 元的水平中心，下面将对此进行详细描述。当激光束接触第一传感器且第一传感器71输出检测信号时，控制器80驱动第一 驱动器61，从而使得第二传感器72输出检测信号，以控制激光束的传播路径。这里，仅第二 传感器72输出检测信号。然后，控制器80驱动第一驱动器61，从而使得第一传感器71输 出另一检测信号，以控制激光束的传播方向。这里，仅第一传感器71输出检测信号。接着， 控制器80在第一参考时间U1)内输出驱动信号，以使得激光束穿过第一传感器71和第二 传感器72之间的中心。这里，第一参考时间U1)是基于从第二传感器72输出检测信号的 时刻到第一传感器71输出另一检测信号的时刻所需的所需时间而设置的。本实施例中的控制器80被具体地构造为用以控制第一驱动器61，从而使得第二 传感器72输出初始检测信号，之后第一传感器71输出另一检测信号。在这种情况下，控制 器80将第一参考时间U1)计算为从第二传感器72输出初始检测信号的时刻到第一传感 器71输出另一初始检测信号的时刻所需时间的一半。由此，在第一参考时间U1)内输出 驱动信号，所以可以校准激光束的中心，使其穿过第一传感器71和第二传感器72之间的中 心(C1)。当激光束穿过第一传感器71和第二传感器72时，如果第一传感器71和第二传感 器72都未输出检测信号，则控制器80驱动第一驱动器61以控制激光束的传播路径，从而 使得第一传感器71输出检测信号。这里，仅第一传感器71输出检测信号。其后，控制器80 驱动第一驱动器61以控制激光束的传播路径，从而使得第二传感器72输出检测信号。这 里，仅第二传感器72输出检测信号。然后，控制器在第二参考时间(t2)内输出驱动信号，以 使得激光束穿过第一传感器71和第二传感器72之间的中心。这里，第二参考时间(t2)是 基于从第一传感器71输出检测信号的时刻到第二传感器72输出检测信号的时刻的时间段 而设置的。本实施例中的控制器80被具体地构造为使得第一传感器71输出初始检测信号， 之后第二传感器72输出另一初始检测信号。在这种情况下，控制器80将第二参考时间(t2) 计算为从第一传感器71输出初始检测信号的时刻到第二传感器72输出另一初始检测信号 的时刻所需时间的一半。由此，在第二参考时间(t2)内输出驱动信号，所以可以校准激光 束的中心，使其穿过第一传感器71和第二传感器72之间的中心(C1)。因此，无论第一传感器71是否输出检测信号，控制器80都在第一参考时间U1)或 第二参考时间(t2)内输出驱动信号，以使得激光束的中心穿过第一传感器71和第二传感 器72之间的中心(C1)0此外，当使用第三传感器73和第四传感器74时，激光束可被设置在各个校准单元 之间的竖直中心处。使用第三传感器73和第四传感器74的控制过程和使用第一传感器71和第二传感器72的控制过程相同。具体地，当第三传感器73输出检测信号时，控制器80驱动第一驱动器61，从而使得第四传感器74输出初始的检测信号，然后控制器80驱动第一 驱动器61，从而使得第三传感器73再次输出初始的检测信号，其后控制器80在第三参考 时间(t3)内输出驱动信号，以最终校准激光束。这里，第三参考时间(t3)是从第四传感器 74输出初始检测信号的时刻到第三传感器73再次输出初始检测信号的时刻所需时间的一 半。当激光束穿过第三传感器73和第四传感器74时，如果第三传感器73和第四传感 器74都未输出检测信号，则控制器80驱动第一驱动器61，从而使得第三传感器73输出初 始的检测信号，并且控制器80驱动第一驱动器61，从而使得第四传感器74输出初始的检测 信号。然后，控制器80在第四参考时间(t4)内输出驱动信号，以校准激光束。这里，第四 参考时间(t4)是从第三传感器73输出初始检测信号的时刻到第四传感器74输出初始检 测信号的时刻所需时间的一半。因此，无论第三传感器73是否输出检测信号，控制器80都在第三参考时间(t3)或 第四参考时间(t4)内输出驱动信号，以使得激光束的中心穿过第三传感器73和第四传感 器74之间的中心(C2)。如上所述，控制器80可在第一参考时间U1)或第二参考时间(t2)内输出驱动信 号，以使得激光束的中心穿过第一传感器71和第二传感器72之间的中心(C1)；并且控制器 80可在第三参考时间(t3)或第四参考时间(t4)内输出驱动信号，以使得激光束的中心穿过 第三传感器73和第四传感器74之间的中心(C2)。因此，当控制器80在第一参考时间U1) 或第二参考时间(t2)内输出驱动信号，以及在第三参考时间(t3)或第四参考时间(t4)内 输出驱动信号时，激光束的中心被校准，以穿过第一传感器71和第二传感器72之间的中心 (C1)以及第三传感器73和第四传感器74之间的中心(C2),从而沿两个轴校准激光束，以穿 过第一校准单元的通孔511的中心(C)。控制器80工作以控制第二驱动器62，使得激光束可以穿过第二校准单元52的通 孔521的中心(C)。就是说，当控制器80根据来自第一传感器71、第二传感器72、第三传感 器73和第四传感器74的检测信号控制第二驱动器62时，激光束被校准以穿过第二校准单 元的通孔521的中心(C)，第一传感器71、第二传感器72、第三传感器73和第四传感器74 连结到第二校准单元52。校准激光束使其穿过第二校准单元的通孔521的中心(C)的控制 过程与校准激光束使其穿过第一校准单元的通孔511的中心(C)的控制过程相同，因此，在 此不提供其详细描述。如上所述，控制器80能够控制第一驱动器61和第二驱动器62，以使得激光束穿 过第一校准单元和第二校准单元的通孔511和521的中心(C)。由于第一校准单元的通孔 511和第二校准单元的通孔521被设置在同一高度，因此，可沿两个轴校准激光束，使其穿 过通孔511和521各自的中心(C)，然后平行地前进。因此，在本实施例中，不需要移除校准 单元51和52，并且控制器80可以通过自动地操作驱动器61和62来校准激光束。因此，与 传统的激光加工装置相比，可以更容易地校准激光束，并且不存在在校准期间人体暴露在 激光束下的危险。在检修激光共振腔10时需要校准激光束。当控制输出耦合器11以清洁或更换激光器腔的窗口时，当清洁或更换共振腔时，以及当校准和更换激光管时，激光束的方向和光束剖面被改变。这种变化可以使得激光束 在穿过光学系统期间以及穿过光学系统之前具有不同的特性，导致辐照到加工物体上的激 光束剖面产生变化。这种变化是由于未适当地校准原始光束而发生的。因此，当如上所述地 校准激光束时，可以补偿这种在激光共振腔的检修期间所产生的激光束剖面变化，具体地， 通过补偿在退火处理期间可能发生的原始光束的未知偏移，上述校准可以用于进行可靠的 激光退火。激光束校准单元进一步包括传感器致动器(未示出)和校准单元致动器90。设置多个传感器致动器(未示出)，其数量与传感器的数量相对应，从而使得各个 传感器71、72、73和74直线地移动。具体地，如图3所示，传感器71、72、73和74中的每一 个都可以沿双向箭头的方向靠近或远离通孔的中心(C)。因此，当传感器71、72、73和74分 别通过它们的传感器致动器直线地移动，以改变每个传感器的位置时，与各个校准单元连 结的四个传感器的中心会偏离校准单元的通孔511或521的中心。因此，根据使用者的需 要，可以进行校准以使激光束的中心偏离通孔511或521的中心。成对地设置校准单元致动器90，并且所述校准单元致动器分别直线地驱动校准单 元51和52。各个校准单元致动器90使校准单元51和52分别在与穿过校准单元的激光束 的传播方向相交的方向移动，具体地，在向上、向下和水平的方向上移动，如图3的双向箭 头所示。这样，每个校准单元51或52都可以直线地移动，并且可以将激光束剖面从图5所 示的状态改变到图6所示的状态，其中，在图5中激光束被校准以在第二反射器43和第三 反射器44之间水平地前进，在图6中通过移动校准单元51和52中的一个，例如，向上移动 第一校准单元51，使得激光束的一部分被第一校准单元51挡住。如果通过驱动第一驱动器61和第二驱动器62中的至少一个使得激光束从图5所 示的激光束的校准状态倾斜为激光束的中心以非直角入射在第一校准单元51上的状态， 并且激光束以图7所示的倾斜状态前进，那么第一校准单元51可挡住激光束的一部分，从 而改变激光束的剖面。同样地，在本实施例中，可通过直线地移动校准单元51和52或驱动驱动器61和 62来改变激光束的剖面。因此，可通过改变激光束的剖面这一过程变量来获得优化的加工 条件。为了如上所述地改变激光束的剖面，本实施例中的控制器80根据来自各个传感 器71、72、73和74的检测信号控制驱动器61和62中的至少一个以及校准单元致动器(未 示出)。具体地，控制器80被构造为能够控制驱动器61和62以及校准单元致动器(未示 出)，从而通过挡住在上述状态下，即激光束平行地或以一定倾角前进的状态下的激光束的 一部分来改变激光束的剖面。尽管所述激光加工装置是参照具体的实施例来描述的，但是本发明不限于此。因 此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围 的情况下，可以对本发明进行各种改进和变 型。例如，虽然示例性实施例被构造为设置有一对校准单元，但是作为选择地，也可设 置有一个、三个或更多个校准单元。此外，虽然示例性实施例被构造为有四个传感器与每个校准单元连结，但是作为 选择地，不是特定地需要四个传感器，而是可以只有一对相对的传感器与每个校准单元连结。
另外，虽然示例性实施例被构造为使得激光束的中心穿过通孔的中心，但是作为 选择地，如果参考时间被设置为不同，则可使激光束的中心偏离通孔中心地穿过。
权利要求
一种激光加工装置，包括激光共振腔，所述激光共振腔使激光束产生共振；光学系统，所述光学系统将经由所述激光共振腔而共振的所述激光束转化为具有预定光束宽度的光束剖面的能量密度；腔室，在所述腔室中，由所述光学系统转化的所述激光束辐照到放置在所述腔室中的加工物体上；反射器，所述反射器被放置在所述激光共振腔和所述腔室之间，以反射所述激光束；以及激光束校准单元，所述激光束校准单元校准辐照到所述腔室中的所述激光束，其中，所述激光束校准单元包括校准单元，所述校准单元被安装在所述反射器和所述加工物体之间，并且所述校准单元被放置在所述激光束的传播路径中，所述校准单元界定面积大于所述激光束的横截面的通孔，以使得所述激光束可以穿过所述通孔；驱动器，所述驱动器驱动所述反射器，以控制经由所述反射器反射的所述激光束的传播路径；以及控制器，所述控制器控制所述驱动器，从而，基于当所述激光束穿过校准单元的通孔时所检测到的所述激光束来控制所述激光束的中心与所述通孔的中心之间的距离。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，所述控制器控制所述驱动器，以使得所 述激光束的中心穿过所述通孔的中心。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中，所述激光束校准单元进一步包括第一 传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器分别与所述校准单元连结，并且 被放置在所述通孔的两侧，以检测入射的激光束，并且当检测到所述激光束时向所述控制 器输出检测信号，所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离使得所述激光束可以在所 述第一传感器和所述第二传感器之间穿过，其中，当所述第一传感器检测到所述激光束并且输出所述检测信号时，所述控制器驱 动所述驱动器，直到所述第二传感器输出所述检测信号的时刻，并且所述控制器驱动所述 驱动器，直到所述第一传感器再次输出所述检测信号的时刻，其后，所述控制器在第一参考 时间内输出驱动信号以驱动所述驱动器，以使得所述激光束的中心穿过所述通孔的中心， 所述第一参考时间是基于从所述第二传感器输出所述检测信号的时刻到所述第一传感器 再次输出所述检测信号的时刻所用时间而设置的，并且当所述第一传感器和所述第二传感器都偏离在所述激光束的传播途径以外并且未输 出检测信号时，所述控制器驱动所述驱动器，直到所述第一传感器输出所述检测信号时，并 且所述控制器驱动所述驱动器，直到所述第二传感器输出所述检测信号时，其后，所述控制 器在第二参考时间内输出所述驱动信号以驱动所述驱动器，以使得所述激光束的中心穿过 所述通孔的中心，所述第二参考时间是基于从所述第一传感器输出检测信号的时刻到所述 第二传感器输出检测信号的时刻所用时间而设置的。
4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其中，所述激光束校准单元进一步包括第三 传感器和第四传感器，所述第三传感器和所述第四传感器分别与所述校准单元连结，并且 被放置在所述通孔的相对侧，以与所述第一传感器和所述第二传感器一起相对于所述通孔的中心径向地排列，所述第三传感器和第四传感器检测入射激光束，并且在检测到所述激 光束时向所述控制器输出检测信号，所述第三传感器和所述第四传感器之间的距离使得所 述激光束可以在所述第三传感器和所述第四传感器之间穿过，其中，当所述第三传感器检测到所述激光束并且输出所述检测信号时，所述控制器驱 动所述驱动器，直到所述第四传感器输出所述检测信号的时刻，并且所述控制器驱动所述 驱动器，直到所述第三传感器再次输出检测信号的时刻，其后，所述控制器在第三参考时间 内输出驱动信号，以驱动所述驱动器，以使得所述激光束的中心穿过所述通孔的中心，所述 第三参考时间是基于从所述第四传感器输出所述检测信号的时刻到所述第三传感器再次 输出所述检测信号的时刻所用时间而设置的，并且当所述第三传感器和所述第四传感器都偏离在所述激光束的传播路径以外并且未输 出所述检测信号时，所述控制器驱动所述驱动器直到所述第三传感器输出所述检测信号的 时刻，并且所述控制器驱动所述驱动器，直到所述第四传感器输出所述检测信号的时刻，其 后，所述控制器在第四参考时间内输出所述驱动信号，以驱动所述驱动器，以使得所述激光 束的中心穿过所述通孔的中心，所述第四参考时间是基于从所述第三传感器输出检测信号 的时刻到所述第四传感器输出检测信号的时刻所用时间而设置的。
5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其中所述第一参考时间是从所述第二传感器开始输出所述检测信号的时刻到所述第一传 感器再次开始输出所述检测信号的时刻的时间的一半，所述第二参考时间是从所述第一传感器开始输出所述检测信号的时刻到所述第二传 感器开始输出所述检测信号的时刻的时间的一半，所述第三参考时间是从所述第四传感器开始输出所述检测信号的时刻到所述第三传 感器再次开始输出所述检测信号的时刻的时间的一半，以及所述第四参考时间是从所述第三传感器开始输出所述检测信号的时刻到所述第四传 感器开始输出所述检测信号的时刻的时间的一半。
6.根据权利要求4所述的激光加工装置，其中，多个所述反射器被放置在所述激光共振腔和所述加工物体之间， 多个所述校准单元被安装在相邻的所述反射器之间， 所述校准单元被安装为使得其各自的通孔同心地放置，所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器和所述第四传感器分别与每个所 述校准单元连结，多个所述驱动器相应地被安装在各个反射器上，以驱动所述反射器，所述反射器放置 在所述激光共振腔和所述校准单元之间，并且所述控制器控制各个所述驱动器，以使得所述激光束穿过各个所述校准单元的所述通 孔的中心。
7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其中 所述光学系统包括均束器，第一反射器、第二反射器和第三反射器沿着所述激光束的传播路径被顺序地放置在所 述激光共振腔和所述校准单元之间，第一校准单元、所述均束器和第二校准单元沿着所述激光束的传播路径被顺序地放置在所述第二反射器和所述第三反射器之间，所述第一反射器和所述第二反射器分别由第一驱动器和第二驱动器来驱动，并且 所述控制器控制所述第一驱动器和所述第二驱动器，以使得所述激光束的中心穿过所 述第一校准单元的通孔的中心和所述第二校准单元的通孔的中心。
8.根据权利要求3至8中的任意一项所述的激光加工装置，其中，所述激光束校准单元 进一步包括传感器致动器，所述传感器致动器驱动所述传感器，以移动所述传感器使其靠近或远 离所述通孔的中心；以及校准单元致动器，所述校准单元致动器驱动所述校准单元，以在与穿过所述通孔的所 述激光束的传播路径相交的方向上移动所述校准单元。
9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其中，所述控制器控制所述驱动器和所述校 准单元致动器中的至少一个，从而，基于所检测到的、入射在所述校准单元的通孔上的所述 激光束，通过利用所述校准单元挡住所述激光束的一部分来改变穿过所述校准单元的所述 通孔的所述激光束的剖面。
全文摘要
本发明公开一种激光加工装置。所述激光加工装置包括激光共振腔、光学系统、腔室、反射器以及激光束校准单元。所述激光共振腔使激光束产生共振。所述光学系统将经由所述激光共振腔而共振的所述激光束转化为具有预定光束宽度的光束剖面的能量密度。经由所述光学系统转化的所述激光束辐照到放置在所述腔室中的加工物体上。所述反射器被放置在所述激光共振腔和所述腔室之间，以反射所述激光束。所述激光束校准单元校准辐照到所述腔室中的所述激光束。所述激光束校准单元包括校准单元，所述校准单元被安装在所述反射器和所述加工物体之间，并且所述校准单元被放置在所述激光束的传播路径中。所述校准单元界定了面积大于所述激光束的横截面的通孔，以使得所述激光束可以穿过所述通孔。所述驱动器驱动所述反射器，以控制经由所述反射器反射的所述激光束的传播路径。所述控制器控制所述驱动器，从而，基于当所述激光束穿过校准单元的通孔时所检测到的所述激光束来控制所述激光束的中心与所述通孔的中心之间的距离。
文档编号H01S3/10GK101868887SQ200880116723
公开日2010年10月20日 申请日期2008年11月18日 优先权日2007年11月19日
发明者严升焕, 李光在, 金大镇, 金贤中 申请人:科尼克系统股份有限公司