JP2009063887A - Variable curvature mirror and optical apparatus using the variable curvature mirror - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動素子の数が1つでありながら、サジタル方向とメリジオナル方向とで曲率を変えることが可能な曲率可変鏡の提供を目的とする。
【解決手段】片側に反射面1Aを有する反射鏡1と、反射鏡1の裏面1Bを4箇所で固定する構造部材2と、構造部材2の中心付近に一端が固定され、もう一端が反射鏡1の裏面1Bの中心付近に固定される距離変更手段3と、を備え、反射鏡1の裏面1B内で裏面1Bの中心を通るある一軸をX軸、同じく反射鏡1の裏面1B内で裏面1Bの中心を通り、X軸に直交する軸をY軸と定義し、構造部材2の反射鏡1の裏面1Bを固定する4箇所が、前記X軸および前記Y軸から不等に振り分けられ、距離変更手段3を駆動した場合に、反射面1の前記X軸方向の曲率と前記Y軸方向の曲率とが異なるように反射面1を変形させる。
【選択図】図3An object of the present invention is to provide a variable curvature mirror that can change the curvature in a sagittal direction and a meridional direction while having only one drive element.
A reflecting mirror 1 having a reflecting surface 1A on one side, a structural member 2 for fixing a back surface 1B of the reflecting mirror 1 at four locations, one end being fixed near the center of the structural member 2, and the other end being a reflecting mirror Distance changing means 3 fixed to the vicinity of the center of the back surface 1B of the reflector 1, and one axis passing through the center of the back surface 1B within the back surface 1B of the reflector 1 is the X axis, and the back surface is also within the back surface 1B of the reflector 1 The axis passing through the center of 1B and orthogonal to the X axis is defined as the Y axis, and the four locations for fixing the back surface 1B of the reflecting mirror 1 of the structural member 2 are unequally distributed from the X axis and the Y axis, When the distance changing means 3 is driven, the reflecting surface 1 is deformed so that the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction of the reflecting surface 1 are different.
[Selection] Figure 3
Description
この発明は、レーザビームなどを用いた光学装置において、焦点距離やビーム径、あるいはビームモードを調整する曲率可変鏡およびその曲率可変鏡用いた光学装置に関するものである。 The present invention relates to a variable curvature mirror for adjusting a focal length, a beam diameter, or a beam mode in an optical apparatus using a laser beam and the like, and an optical apparatus using the variable curvature mirror.
レーザビームなどを用いた光学装置、例えばレーザ加工装置において、曲率可変鏡はその反射面の曲率を変化させることで、光学系全体の焦点距離や光路途中あるいは加工点でのビーム径やビームモードを調整することができる。そして、例えば特許文献1に開示されているように、曲率可変鏡ではその反射面形状を、平面から凹面または凸面(回転対称な単純形状、特に球面状)へと連続的に変化させることができる。
In an optical device using a laser beam, for example, a laser processing device, the variable curvature mirror changes the curvature of its reflecting surface, thereby changing the focal length of the entire optical system, the midway of the optical path, or the beam diameter and beam mode at the processing point. Can be adjusted. For example, as disclosed in
この曲率可変鏡は、実際のレーザ加工装置では、例えば特許文献2に開示されているように、変形時の非点収差などの発生を抑えるために、曲率可変鏡への入射角を10°以下にするなど、垂直入射、垂直反射に近い状態で使用される。これは、球面状など回転対称な単純形状での凹凸変形であるためである。
In an actual laser processing apparatus, this variable curvature mirror has an incident angle to the variable curvature mirror of 10 ° or less in order to suppress the occurrence of astigmatism during deformation, for example, as disclosed in
このように回転対称の曲率可変鏡を、例えば特許文献3に開示されているような、偏光を利用してレーザビームを複数本に分離し、再び合成することで、1つの光学系に複数本のレーザビームを通したレーザ加工装置において使用するのは困難である。それは、入射角が10°以下などの垂直入射、垂直反射に近い状態で曲率可変鏡を使用することができないためである。上記特許文献3にも開示されているように、複数本のレーザビームのそれぞれが通過する光学部品の平面度などのばらつきにより、レーザビーム間に焦点位置の差異が生じることがあり、このため、焦点位置を調整することができる曲率可変鏡は必要である。
In this way, the rotationally symmetric variable mirror is separated into a plurality of laser beams by using polarized light as disclosed in, for example,
しかし、偏光の性質を利用しているため、分光用の偏光ビームスプリッタと合成用の偏光ビームスプリッタの間に配置される反射鏡は、入射角が45°で、反射による折り返しの角度が90°に配置されなくてはならない。もし、これに回転対称の曲率可変鏡を用いた場合、発生する収差により、例えばプリント基板の穴あけ加工であれば穴真円率が悪くなるなど加工品質の低下が生じることがある。 However, since the property of polarization is utilized, the reflecting mirror disposed between the polarizing beam splitter for spectroscopy and the polarizing beam splitter for synthesis has an incident angle of 45 ° and an angle of turning back by reflection of 90 °. Must be placed in If a rotationally symmetric variable curvature mirror is used for this, due to the generated aberrations, for example, when drilling a printed circuit board, the processing quality may be degraded, for example, the hole roundness may be deteriorated.
このような光学系のレーザ加工装置以外でも、反射鏡は通常、入射角45°、反射による折り返し角度90°で最も用いられる。設計、製造共に容易だからである。入射角45°で回転対称の曲率可変鏡を使用するためには、上記特許文献3で見られるように、曲率可変鏡を複数枚、例えば2枚用いて図9に示すように、互いの反射方向が90°ねじれるように配置し、互いの非点収差を相殺させるなど、上記問題点に対する工夫が必要である。なお、図9において、符号10は回転対称の曲率可変鏡を示し、符号11はレーザビームを示している。
In addition to the laser processing apparatus of such an optical system, the reflecting mirror is usually most used at an incident angle of 45 ° and a reflection folding angle of 90 °. This is because both design and manufacture are easy. In order to use a rotationally symmetric variable curvature mirror at an incident angle of 45 °, as shown in the above-mentioned
また、回転対称でない曲率可変鏡として、例えば特許文献4に開示されているように、曲率可変鏡をレーザ加工装置ではなく、CDやDVDなどの光ピックアップに使用しているものもある。この特許文献4においては、入射角45°の使用条件において、(サジタル方向の曲率):(メリジオナル方向の曲率)=2:1とすることが提案されている。そして、サジタル方向とメリジオナル方向とで曲率を変えることにより、曲率可変鏡を複数枚使用することなく、変形時の収差を抑えている。
Further, as a variable curvature mirror that is not rotationally symmetric, as disclosed in
上記特許文献1に開示された技術においては、回転対称の曲率可変鏡の駆動素子は1つで制御もシンプルであるが、入射角を10°以下にしなければならないなど、その使用条件は限られる。一方、特許文献4に開示されているようなサジタル方向とメリジオナル方向とで曲率を変えた曲率可変鏡は、例えば入射角45°、反射による折り返し角度90°の最も使用される条件においても変形時の収差を抑制できるが、駆動素子の数は4つに増えている。
In the technique disclosed in
この発明は、上記従来技術の課題を解決するために成されたもので、駆動素子の数が1つでありながら、サジタル方向とメリジオナル方向とで曲率を変えることが可能な曲率可変鏡を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and obtains a variable curvature mirror capable of changing the curvature in the sagittal direction and the meridional direction while having only one drive element. For the purpose.
また、別の発明は、駆動素子の数が1つでありながら、サジタル方向とメリジオナル方向とで曲率を変えることが可能な曲率可変鏡を用いる光学装置を得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to obtain an optical device using a variable curvature mirror that can change the curvature in the sagittal direction and the meridional direction while having only one drive element.
この発明に係る曲率可変鏡は、片側に反射面を有する反射鏡と、前記反射鏡の裏面を4箇所で固定する構造部材と、前記構造部材の中心付近に一端が固定され、もう一端が前記反射鏡の裏面中心付近に固定される距離変更手段と、を備え、前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通るある一軸をX軸、同じく前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通り、X軸に直交する軸をY軸と定義し、前記構造部材の前記反射鏡の裏面を固定する4箇所が、前記X軸および前記Y軸から不等に振り分けられ、前記距離変更手段を駆動した場合に、前記反射面の前記X軸方向の曲率と前記Y軸方向の曲率とが異なるように前記反射面を変形させることを特徴とするものである。 The variable curvature mirror according to the present invention includes a reflecting mirror having a reflecting surface on one side, a structural member that fixes the back surface of the reflecting mirror at four locations, one end fixed near the center of the structural member, and the other end Distance changing means fixed near the center of the back surface of the reflecting mirror, and a certain axis passing through the center of the back surface in the back surface of the reflecting mirror is the X axis, and also passes through the center of the back surface in the back surface of the reflecting mirror, and the X axis When the axis perpendicular to the Y axis is defined as the Y axis, and the four portions of the structural member that fix the back surface of the reflecting mirror are unequally distributed from the X axis and the Y axis, and the distance changing means is driven. The reflection surface is deformed so that the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction of the reflection surface are different.
また、別の発明に係る光学装置は、片側に反射面を有する反射鏡と、前記反射鏡の裏面を4箇所で固定する構造部材と、前記構造部材の中心付近に一端が固定され、もう一端が前記反射鏡の裏面中心付近に固定される距離変更手段と、を備え、前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通るある一軸をX軸、同じく前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通り、X軸に直交する軸をY軸と定義し、前記構造部材の前記反射鏡の裏面を固定する4箇所が、前記X軸および前記Y軸から不等に振り分けられ、前記距離変更手段を駆動した場合に、前記反射面の前記X軸方向の曲率と前記Y軸方向の曲率とが異なるように前記反射面を変形させる曲率可変鏡を用いたことを特徴とするものである。 An optical device according to another invention includes a reflecting mirror having a reflecting surface on one side, a structural member that fixes the back surface of the reflecting mirror at four locations, one end fixed near the center of the structural member, and the other end A distance changing means that is fixed in the vicinity of the back surface center of the reflecting mirror, and passing through the back surface center in the back surface of the reflecting mirror, the X axis, and passing through the back surface center in the back surface of the reflecting mirror, The axis orthogonal to the X axis is defined as the Y axis, and the four locations for fixing the back surface of the reflecting mirror of the structural member are unequally distributed from the X axis and the Y axis, and the distance changing means is driven. In this case, a variable curvature mirror that deforms the reflective surface so that the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction of the reflective surface are different is used.
この発明に係る曲率可変鏡によれば、安価、かつ、簡便に焦点距離やビーム径、ビームモードの調整が実現できる効果がある。 According to the variable curvature mirror of the present invention, there is an effect that the focal length, the beam diameter, and the beam mode can be easily and inexpensively adjusted.
また、別の発明に係る光学装置によれば、安価、かつ、簡便に焦点距離やビーム径、ビームモードの調整が実現できる光学装置を提供できる効果がる。 The optical device according to another invention is advantageous in that it can provide an optical device that can easily adjust the focal length, beam diameter, and beam mode at low cost.
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る曲率可変鏡およびその曲率可変鏡を用いた光学装置について好適な実施の形態を説明する。 Preferred embodiments of a variable curvature mirror and an optical apparatus using the variable curvature mirror according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る曲率可変鏡の概念を説明する図である。曲率可変鏡を構成する円形反射鏡1の反射面1Aと裏面1Bは円形で、互いに平行な平面である。円形反射鏡1の裏面1Bの中心1Eを通るある一軸をX軸、同じく中心1Eを通り、X軸と直交する軸をY軸と定義する。
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of a variable curvature mirror according to
例えば、X軸から36.5°、Y軸からは53.5°で振り分けた2本の軸1Cが外周円と成す4箇所の交点1D付近で、裏面1Bに対して垂直に押す方向で荷重Aを加える。一方、中心1E付近では、裏面1Bに対して垂直に引く方向で荷重Bを加える。円形反射鏡1の反射面1Aは中央がへこんだ凹形となるが、X軸方向とY軸方向とで円形反射鏡1の曲げに対する強度に差が存在するため、X軸方向における凹形の曲率と、Y軸方向における凹形の曲率の比がおよそ2:1となる形状に、反射面1Aは変形する。なお、荷重Bの大きさは荷重Aの4倍である。
For example, the load is applied in the direction of pushing perpendicularly to the
また、逆に点1D付近では引く方向で荷重Aを、中心1E付近では押す方向で荷重Bを加えると、反射面1Aは中央が出た凸形になり、かつX軸方向における凸形の曲率と、Y軸方向における凸形の曲率の比がおよそ2:1となる形状に、反射面1Aは変形する。
Conversely, when a load A is applied in the pulling direction near the
図2は、図1において2本の軸1Cの、X軸およびY軸から振り分ける角度を変化させていった場合の、X軸方向の曲率とY軸方向の曲率の比、即ち、(Y軸方向の曲率)/(X軸方向の曲率)の変化を示した図である。この図2より、X軸方向の曲率とY軸方向の曲率の比が2:1、即ち、(Y軸方向の曲率)/(X軸方向の曲率)=0.5となるのは、およそX軸からの振り分け角度が36〜37°、Y軸からの振り分け角度が54〜53°の時である。
2 shows the ratio of the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction when the angle of the two
上記特許文献4に開示されているように、円形反射鏡1を入射角45°で配置し、円形反射鏡1のサジタル方向にX軸を、メリジオナル方向にY軸を合わせ、凹形または凸形の変形度合いを適切に調整すれば、より収差を抑えた状態で、光学系全体の焦点距離や光路途中あるいは加工点でのビーム径やビームモードを調整することができる。円形反射鏡1の変形の度合いは、数10mmの直径の円形反射鏡1に対して、0.1〜10μm程度を想定している。なお、この度合いがこの想定よりも大きい場合も小さい場合にも、この発明を適用できる。
As disclosed in
次に、実施の形態1に係る曲率可変鏡の構造を説明する組立図を図3に示す。図3において、円形反射鏡1の裏面1B側に構造部材2を設ける。構造部材2は円形反射鏡1とほぼ同じ径で円形の裏板2Aと、裏板2Aの円形反射鏡1側の面から垂直に立った4本の足2Bから成る。4本の足2Bの長さは同じであり、円形反射鏡1は図1における4箇所の点1D付近で、これら4本の足2Bの足底面2Cとねじ止め、ロウ付け、あるいは接着などにより接合される。
Next, an assembly diagram for explaining the structure of the variable curvature mirror according to the first embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, a
円形反射鏡1と構造部材2は距離変更手段であるピエゾアクチュエータ3を1個挟むようにし、ピエゾアクチュエータ3の両端面はそれぞれ円形反射鏡1の中心1E(図示せず)と構造部材2の裏板2Aの中心2Eに接合される。
The circular reflecting
足2Bの長さは、ピエゾアクチュエータ3の可動域の中間とほぼ同じ長さになるようにする。これにより、ピエゾアクチュエータ3の長さを短くすると、図1に示す4箇所の点1D付近で円形反射鏡1を押す方向の荷重Aと、中心1E付近で円形反射鏡1を引く方向の荷重Bを発生でき、反射面1AをX軸方向とY軸方向とで曲率の比がおよそ2:1となる凹形に変形させられる。逆に長くすると、点1D付近で引く方向の荷重Aと、中心1E付近で押す方向の荷重Bを発生でき、反射面1AをX軸方向とY軸方向とで曲率の比がおよそ2:1となる凸形に変形させられる。
The length of the
あるいは円形反射鏡1を凹形と凸形の双方に変形可能とするために、円形反射鏡1にピエゾアクチュエータ3と構造部材2を接合した後、ピエゾアクチュエータ3を駆動し可動域のほぼ中間の長さにした状態で、円形反射鏡1の反射面1Aを平面に研磨、研削、切削などの加工をするのでも良い。
Alternatively, in order to make the circular reflecting
円形反射鏡1や裏板2Aの素材、厚み、足2Bの素材、断面形状、断面積などは、適度な凹凸変形が行え、かつ荷重に対し破損しなければ、どのように選択、設定しても良い。裏板2Aの厚みを薄くするなど、構造部材2の剛性を小さくすれば、ピエゾアクチュエータ3による距離の変化に対する円形反射鏡1の変形の比が小さくなり、円形反射鏡1の細かな変形の制御が行える。足底面2Cの形状や面積も足2Bの断面形状、断面積と同じである必要はなく、やはり適度な凹凸変形が行え、かつ選択した接合方法において円形反射鏡1を引く方向の荷重Aに対し接合面が剥がれなければ良い。
The material of the
構造部材2の裏板2Aと足2Bは一体に形成しても良いし、別部品で形成したものを接合しても良い。さらには、円形反射鏡1と構造部材2を同一材料から切削などにより形成しても良い。また、裏板2Aには、ピエゾアクチュエータ3を駆動するための配線を通す穴(図示せず)を設ける。実施の形態1では、曲率可変鏡を円形としたが、円形でなくても良い。
The
さらに、図4に示すように、円形反射鏡1とピエゾアクチュエータ3との間に円座4を設け、円座4の両端面4Aと4Bをそれぞれ円形反射鏡1とピエゾアクチュエータ3と接合する。円座4の直径を変えることで、変形時の反射面1AのX軸方向断面およびY軸方向断面の形状を変えることができる。
Further, as shown in FIG. 4, a
また、より好適には図5(a)に示すように、円座4の面4A側の中心付近にザグリ加工を施し、円形反射鏡1と円弧状に接合する。もしくは図5(b)に示すように、円座4の面4A側に3本以上の足4Cを設けるのでも良い。このようにすることにより、円形反射鏡1の変形形状を、円座4の直径の内と外とで、より滑らかにつながった形状にできる。
More preferably, as shown in FIG. 5A, a counterbore process is performed near the center of the
図5(a)のザグリ加工を施した円座4を用い、円形反射鏡1に対する円座4の直径の比率(パーセンテージ)を変化させていった場合の、X軸方向断面形状の変化を図6(a)に、およびY軸方向断面形状の変化を図6(b)に示す。X軸方向断面の変形量を1として規格化し、図示した。このように、円座4の直径を適切に設定することで、断面形状を変えることができ、特に楕円や円形に近づけることが可能になる。
FIG. 5 is a diagram showing changes in the cross-sectional shape in the X-axis direction when the ratio (percentage) of the diameter of the
なお、円座4と足4Cは一体に形成しても良いし、別部品として形成したものを接合したものでも良い。円座4と円形反射鏡1を同一材料から切削などにより形成しても良い。さらには円座4を円形としたが、楕円形でも良い。以上のことは、後述する他の実施の形態においてもあてはまる。
The
ピエゾアクチュエータ3は時間連続的に制御可能なため、上記特許文献2に開示されているような加工途中での焦点位置の変化が必要な場合でも、焦点位置の調整ができる。また、上記特許文献3に開示されているような焦点位置を時間連続的に制御する必要が無い場合は、ピエゾアクチュエータ3の替わりにねじ部材などの、長さの調整が可能であり、かつその長さを維持できる距離変更手段であれば、どのような機構を用いても焦点位置を調整できる。なお、ピエゾアクチュエータ3の替わりにねじ部材を距離変更手段として用いたものについては、後述する実施の形態2で詳説する。
Since the
以上のように、実施の形態1に係る曲率可変鏡によれば、構造部材2の円形反射鏡1の裏面に固定される4箇所が、X軸およびY軸から不等に振り分けられ、すなわちX軸およびY軸から45°にならないように振り分けられ、ピエゾアクチュエータ3を駆動した場合に、円形反射鏡1の反射面のX軸方向の曲率とY軸方向の曲率とが異なるように変形させることにより、円形反射鏡1の入射角が小さくない場合においても、発生する収差を抑えて、光学系の焦点距離やビーム径、ビームモードを調整することができる。
As described above, according to the variable curvature mirror according to the first embodiment, the four places fixed to the back surface of the circular reflecting
また、構造部材2の円形反射鏡1の裏面に固定される4箇所が、円形反射鏡1をX軸からは30°〜40°で振り分け、Y軸からは50°〜60°で振り分けることにより、X軸方向とY軸方向の曲率の比がおよそ2:1となるよう変形させることができる。
Further, the four places fixed to the back surface of the circular reflecting
更に、距離変更手段としてピエゾアクチュエータ3を用いることにより、実時間下での焦点距離やビーム径、ビームモードの調整ができる。
Further, by using the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1においてピエゾアクチュエータ3の替わりにねじ部材を距離変更手段として使用するものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a screw member is used as the distance changing means instead of the
図7は、この発明の実施の形態2に係る曲率可変鏡の構造を説明する組立図で、図4に示す実施の形態1と同一又は相当部分については同一符号を付し、異なる部分のみ説明する。図4のピエゾアクチュエータ3の替わりに、両端部のピッチが異なる雄ねじを設けたねじ部材5を用いる。円座4の面4Bの中心には、ねじ部材5の片側のねじに螺合する雌ねじ4Fを設ける。また、裏板2Aの中心2E(図示せず)には、ねじ部材5のもう一方の側のねじに螺合する雌ねじ2Fを設ける。
7 is an assembly diagram for explaining the structure of the variable curvature mirror according to the second embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the first embodiment shown in FIG. To do. Instead of the
ねじ部材5の両端の雄ねじピッチが異なるため、ねじ部材5を左や右へ回転させることで、円形反射鏡1と構造部材2との間隔を変えることができる。これにより、ピエゾアクチュエータ3を用いる場合と同様、円形反射鏡1の反射面1AをX軸方向とY軸方向とで曲率の比がおよそ2:1となる凹形もしくは凸形に変形させることができる。
Since the male screw pitches at both ends of the
凹側にも凸側にも必要なだけ変形可能となるように、ねじ部材5の可動域を調整して設計、制作する。このように、ねじ部材5を用いても、円形反射鏡1を凹凸変形させることができ、光学系全体の焦点距離や光路途中あるいは加工点でのビーム径やビームモードを調整することができる。なお、ねじ部材5を使用するので、時間連続的に制御する必要が無い場合に適用する。
The
ねじ部材5の両端のねじは、所定のピッチの差があればよく、右ねじと左ねじとによりピッチの差を生んでも良い。ピッチの差を小さくすれば、円形反射鏡1の凹凸変形を微妙に調整することが容易になる。また、両側にピッチが異なる雌ねじを設けたねじ部材5を使用し、円座4と構造部材2側に雄ねじを設け、ねじ部材5の雌ねじを螺合するようにしても良い。
The screws at both ends of the
以上のように、実施の形態2に係る曲率可変鏡によれば、円形反射鏡1と、両端部のピッチが異なる雄ねじを設けたねじ部材5との間に、円形もしくは楕円形の座4を設け、座4の両端面がそれぞれ円形反射鏡1の裏面とねじ部材5の一端とに固定することにより、反射面変形時のX軸方向断面とY軸方向断面の形状を、より好適な形状とすることができる。
As described above, according to the variable curvature mirror according to the second embodiment, the circular or
更に、両側にピッチが異なるねじを設けたねじ部材5を用いることにより、より安価に焦点距離やビーム径、ビームモードの調整ができる。
Furthermore, by using the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3では、実施の形態1又は実施の形態2で説明した何れかの曲率可変鏡を、上記特許文献3に記載の1つの光学系に複数本のレーザビームを通したレーザ加工装置に適用する場合について説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, any of the variable curvature mirrors described in the first or second embodiment is applied to a laser processing apparatus in which a plurality of laser beams are passed through one optical system described in
図8は、この発明の実施の形態3を示すレーザ加工装置の構成図で、レーザ発振器20より出射されたレーザビームLは、光路途中の反射鏡21によって伝送され、分光用の偏光ビームスプリッタ22によってレーザビームMとレーザビームNとに分離される。
FIG. 8 is a configuration diagram of a laser processing
レーザビームMは2組の反射鏡23によって、また、レーザビームNは2組のガルバノスキャナ24により回転駆動されるガルバノミラー25によって、合成用の偏光ビームスプリッタ26へと伝送される。さらにレーザビームMとレーザビームNは、2組のガルバノスキャナ27により回転駆動されるガルバノミラー28によって2次元スキャンされると共に、集光レンズ29によって被加工物30上に位置決め、照射される。被加工物30上の点線で囲んだ四角の範囲は、スキャン可能範囲31である。被加工物30はテーブル32に載せられ、テーブル32はX軸、Y軸方向の2個のテーブル駆動機構33によって2次元に所定の範囲で移動可能に構成される。
The laser beam M is transmitted to the combining
レーザビームMとレーザビームNの光路が異なる部分である分光用の偏光ビームスプリッタ22、反射鏡23、ガルバノミラー25、および合成用の偏光ビームスプリッタ26の平面度などのばらつきにより、レーザビームMとレーザビームNの間に焦点位置の差異が生じることがある。そこで、2組の反射鏡23のうち1つに実施の形態1又は実施の形態2の何れかの曲率可変鏡を適用する。
Due to variations in the flatness of the
反射鏡23は入射角45°であるので、曲率可変鏡のサジタル方向にX軸を、メリジオナル方向にY軸を合わせて配置する。レーザビームMの焦点位置がレーザビームNの焦点位置よりも集光レンズ29から遠い側にある場合は、曲率可変鏡を凹形に変形すれば、発生する収差を抑えながら、レーザビームMの焦点位置とレーザビームNの焦点位置を一致させることができる。また、レーザビームMの焦点位置がレーザビームNの焦点位置よりも集光レンズ29に近い側にある場合は、曲率可変鏡を凸形に変形すれば、発生する収差を抑えながら、レーザビームMの焦点位置とレーザビームNの焦点位置を一致させることができる。
Since the reflecting
この実施の形態3では、図8において、実施の形態1又は実施の形態2の何れかの曲率可変鏡をレーザ加工装置に用いた場合について図示説明したが、曲率可変鏡を使用する効果は光学系全体の焦点距離や光路途中あるいは加工点でのビーム径やビームモードに対して作用するものであるため、レーザ加工装置以外の光学装置にも適用可能である。 In the third embodiment, the case where the variable curvature mirror according to any of the first or second embodiment is used in the laser processing apparatus in FIG. 8 is illustrated and described. However, the effect of using the variable curvature mirror is optical. Since it acts on the focal length of the entire system, the beam diameter or beam mode in the middle of the optical path or at the processing point, it can be applied to optical devices other than the laser processing device.
また、レーザ加工装置でも、1つの光学系に複数本のレーザビームを通し、2次元スキャンするレーザ加工装置に限定するものではない。すなわち、レーザビームが1本でも良く、ガルバノスキャナ24、27やテーブル32のいずれが1次元、2次元もしくは3次元のスキャン、あるいはスキャンをしないレーザ加工装置においても、同様の効果が得られる。
Further, the laser processing apparatus is not limited to a laser processing apparatus that performs two-dimensional scanning by passing a plurality of laser beams through one optical system. That is, only one laser beam may be used, and the same effect can be obtained even in a laser processing apparatus in which any of the
更に、レーザビームは、単パルス、複数パルスあるいは連続発振の何れであっても良い。加工内容は、穴あけに限定されず、切断、変形、溶接、熱処理、あるいはマーキングなどのレーザにより加工可能なものであればどのようなものでも良い。また、被加工物には、燃焼、溶融、昇華あるいは変色などのレーザにより発生できる変化であればどのような変化を発生させても良い。 Further, the laser beam may be any of a single pulse, a plurality of pulses, or continuous oscillation. The processing content is not limited to drilling, and any processing content can be used as long as it can be processed by laser such as cutting, deformation, welding, heat treatment, or marking. Further, any change may be generated in the workpiece as long as it can be generated by a laser such as combustion, melting, sublimation, or discoloration.
以上のように、実施の形態3に係るレーザ加工装置によれば、実施の形態1又は実施の形態2の何れかの曲率可変鏡を加工光学系に用いることにより、レーザ加工における焦点距離やビーム径、ビームモードの調整ができる。 As described above, according to the laser processing apparatus according to the third embodiment, the focal length and the beam in laser processing can be obtained by using the variable curvature mirror of either the first or second embodiment in the processing optical system. Diameter and beam mode can be adjusted.
この発明に係る曲率可変鏡およびその曲率可変鏡を用いた光学装置は、焦点距離やビーム径、ビームモードの調整ができる曲率可変鏡およびその曲率可変鏡を用いたレーザ加工装置に利用できる。 The variable curvature mirror and the optical apparatus using the variable curvature mirror according to the present invention can be used for a variable curvature mirror capable of adjusting a focal length, a beam diameter, and a beam mode, and a laser processing apparatus using the variable curvature mirror.
1 円形反射鏡
1A 反射面
1B 裏面
1C X軸およびY軸から振り分けた2本の軸
1D 軸1Cと裏面1Bの外周円とが成す交点
1E 裏面1Bの中心
2 構造部材
2A 裏板
2B 足
2C 足底面
2E 裏板2Aの中心
2F ねじ穴
3 ピエゾアクチュエータ
4 円座
4A 面(円形反射鏡側)
4B 面(ピエゾアクチュエータ側)
4C 足
4F ねじ穴
5 ねじ部材
10 曲率可変鏡(回転対称)
11 レーザビーム
20 レーザ発振器
21 反射鏡
22 分光用の偏光ビームスプリッタ
23 反射鏡
24、27 ガルバノスキャナ
25、28 ガルバノミラー
26 合成用の偏光ビームスプリッタ
29 集光レンズ
30 被加工物
31 スキャン可能範囲
32 テーブル
33 テーブル駆動機構
A、B 荷重
L、M、N レーザビーム
DESCRIPTION OF
4B side (piezo actuator side)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通るある一軸をX軸、同じく前記反射鏡の裏面内で裏面中心を通り、X軸に直交する軸をY軸と定義し、
前記構造部材の前記反射鏡の裏面を固定する4箇所が、前記X軸および前記Y軸から不等に振り分けられ、前記距離変更手段を駆動した場合に、前記反射面の前記X軸方向の曲率と前記Y軸方向の曲率とが異なるように前記反射面を変形させることを特徴とする曲率可変鏡。 A reflecting mirror having a reflecting surface on one side, a structural member for fixing the back surface of the reflecting mirror at four locations, one end fixed near the center of the structural member, and the other end fixed near the center of the back surface of the reflecting mirror And a distance changing means,
One axis passing through the back surface center in the back surface of the reflecting mirror is defined as the X axis, and similarly, the axis passing through the back surface center in the back surface of the reflecting mirror and perpendicular to the X axis is defined as the Y axis.
The curvature of the reflecting surface in the X-axis direction when the four positions fixing the back surface of the reflecting mirror of the structural member are unequally distributed from the X-axis and the Y-axis and the distance changing means is driven. The variable curvature mirror, wherein the reflecting surface is deformed so that the curvature in the Y-axis direction is different from that of the Y-axis.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-09-07 JP JP2007232754A patent/JP2009063887A/en active Pending
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