JP2021051225A - Beam shaper, processing device, and processing method - Google Patents

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裕幸 日下
正浩 柏木
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正浩 柏木
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Abstract

To provide a beam shaper with a simple configuration capable of suppressing rapid change in temperature of a workpiece.SOLUTION: A beam shaper (BS) provided herein comprises: an axicon lens (133), with a first end face (133a) and a second end face (133b), disposed on an optical path of a Gaussian beam (G'); and a rotating mechanism (135) for rotating the axicon lens (133) using a center axis (L1) of the Gaussian beam (G') incident on the first end face (133a) as a rotation axis. Defining a main axis (L2) as the normal of the first end face (133a) passing through an apex of the second end face (133b), the main axis (L2) and the center axis (L1) are out of alignment.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガウシアンビームをベッセルビームに変換するビームシェイパに関する。また、そのようなビームシェイパを備えた加工装置に関する。また、そのようなビームシェイパを用いた加工方法に関する。 The present invention relates to a beam shaper that converts a Gaussian beam into a Bessel beam. It also relates to a processing apparatus provided with such a beam shaper. Further, the present invention relates to a processing method using such a beam shaper.

コリメートされたガウシアンビームをベッセルビームに変換するアキシコンレンズが広く用いられている。特許文献1には、アキシコンレンズを備えたビームシェイパ(特許文献1における「レーザビーム整形装置」)が開示されている。アキシコンレンズから出射されるベッセルビームは、干渉領域において高いパワーを持つ。したがって、アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域をワーク上に形成することで、効率的な加工が可能になる。 Axicon lenses that convert a collimated Gaussian beam into a Bessel beam are widely used. Patent Document 1 discloses a beam shaper provided with an axicon lens (“laser beam shaping device” in Patent Document 1). The Bessel beam emitted from the axicon lens has high power in the interference region. Therefore, by forming the interference region of the Bessel beam emitted from the axicon lens on the work, efficient processing becomes possible.

特開2017−142402号JP-A-2017-142402

金属のレーザ加工では、以下のような問題がある。第1に、ワークに照射するレーザ光のパワーが高いと、キーホール周辺から飛散した溶融金属がスパッタとなる(レーザ加工後にスパッタの除去が必要になる)。第2に、レーザ照射後の急冷却によりワークに熱歪が発生したり、クラックが生じたりする。第3に、溶融金属内に混入したガスが放散される前に溶融金属が凝固すると、ブローホールが生じる。 Laser processing of metals has the following problems. First, when the power of the laser beam irradiating the work is high, the molten metal scattered from the periphery of the keyhole becomes spatter (it is necessary to remove the spatter after laser processing). Secondly, rapid cooling after laser irradiation causes thermal strain or cracks in the work. Third, if the molten metal solidifies before the gas mixed in the molten metal is dissipated, blow holes occur.

このような問題が生じることを避けるために、レーザ光のワブリング照射という手法が用いられる。ワブリング照射では、レーザ光の照射点の軌跡を揺らすことでワークの急激な温度変化を抑え、上述した問題を抑制することができる。 In order to avoid such a problem, a technique called wobbling irradiation of laser light is used. In wobbling irradiation, the sudden temperature change of the work can be suppressed by swaying the locus of the irradiation point of the laser beam, and the above-mentioned problem can be suppressed.

しかし、従来のビームシェイパにおいて、アキシコンレンズから出射されるベッセルビームのワブリングを実現することは困難であった。何故なら、アキシコンレンズから出射されるベッセルビームの干渉領域は、アキシコンレンズの近傍に形成される。このため、アキシコンレンズとワークとの間に、ベッセルビームをワブリングするための機構(移動可能なミラーや回転可能なウェッジ基板など)を設けることが困難だからである。 However, in the conventional beam shaper, it has been difficult to realize the wubbing of the Bessel beam emitted from the axicon lens. This is because the interference region of the Bessel beam emitted from the axicon lens is formed in the vicinity of the axicon lens. For this reason, it is difficult to provide a mechanism for wobbling the Bessel beam (movable mirror, rotatable wedge substrate, etc.) between the axicon lens and the work.

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の一態様は、ワークの急激な温度変化を抑えることが可能なビームシェイパ、加工装置、又は加工方法を簡易な構成で実現することを目的とする。 One aspect of the present invention has been made in view of the above problems. One aspect of the present invention is to realize a beam shaper, a processing device, or a processing method capable of suppressing a sudden temperature change of a work with a simple configuration.

本発明の態様1に係るビームシェイパは、平面状である第1の端面と、円錐面状である第2の端面とを含み、ガウシアンビームの光路上に配置されたアキシコンレンズと、前記第1の端面に入射する前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記アキシコンレンズを回転させる回転機構と、を備えている。本発明の態様1に係るビームシェイパにおいては、前記第2の端面の頂点を通る前記第1の端面の法線を主軸として、前記主軸と前記中心軸とは、ずれている、構成が採用されている。 The beam shaper according to the first aspect of the present invention includes a first end face having a planar shape and a second end face having a conical surface shape, and an axicon lens arranged on the optical path of a Gaussian beam and the first end face. It is provided with a rotation mechanism for rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam incident on the end surface of the lens as a rotation axis. In the beam shaper according to the first aspect of the present invention, a configuration is adopted in which the main axis and the central axis are deviated from each other with the normal of the first end face passing through the apex of the second end face as the main axis. There is.

上記の構成によれば、ワークの急激な温度変化を抑えることが可能なビームシェイパを簡易な構成で実現することができる。 According to the above configuration, a beam shaper capable of suppressing a sudden temperature change of the work can be realized with a simple configuration.

本発明の態様2に係るビームシェイパは、上述した態様1に係るビームシェイパにおいて、前記主軸は、前記中心軸に対して傾いている、ように構成されている。 The beam shaper according to the second aspect of the present invention is configured such that the main axis is tilted with respect to the central axis in the beam shaper according to the first aspect described above.

上記の構成によれば、前記主軸が前記光軸に対して傾いていることにより、アキシコンレンズを透過することによって生成されたベッセルビームの中心は、前記回転軸からずれた位置に形成される。そのうえで、回転機構が前記回転軸を軸として前記アキシコンレンズを回転させる。したがって、第2の態様に係るビームシェイパは、前記ベッセルビームの前記中心の軌跡を円形状にすることができる。 According to the above configuration, since the main axis is tilted with respect to the optical axis, the center of the Bessel beam generated by passing through the axicon lens is formed at a position deviated from the rotation axis. .. Then, the rotation mechanism rotates the axicon lens around the rotation axis. Therefore, the beam shaper according to the second aspect can make the locus of the center of the Bessel beam circular.

本発明の態様3に係るビームシェイパは、上述した態様1又は態様2に係るビームシェイパにおいて、前記主軸は、前記中心軸に対して平行であり、且つ、前記中心軸と離間している、ように構成されている。 The beam shaper according to the third aspect of the present invention is configured such that the main axis is parallel to the central axis and is separated from the central axis in the above-mentioned beam shaper according to the first or second aspect. Has been done.

上記の構成によれば、前記主軸が前記中心軸に対して平行であり、且つ、前記中心軸と離間していることにより、アキシコンレンズを透過することによって生成されたベッセルビームの中心は、前記回転軸からずれた位置に形成される。そのうえで、回転機構が前記回転軸を軸として前記アキシコンレンズを回転させる。したがって、第2の態様に係るビームシェイパは、前記ベッセルビームの前記中心の軌跡を円形状にすることができる。 According to the above configuration, the center of the Bessel beam generated by passing through the axicon lens because the main axis is parallel to the central axis and is separated from the central axis is formed. It is formed at a position deviated from the rotation axis. Then, the rotation mechanism rotates the axicon lens around the rotation axis. Therefore, the beam shaper according to the second aspect can make the locus of the center of the Bessel beam circular.

本発明の態様4に係るビームシェイパは、上述した態様3に係るビームシェイパにおいて、前記主軸は、前記中心軸と0.1mm以上離間している、ように構成されている。 The beam shaper according to the fourth aspect of the present invention is configured such that the main axis is separated from the central axis by 0.1 mm or more in the beam shaper according to the third aspect described above.

上記の構成によれば、アキシコンレンズを透過することによって生成されたベッセルビームの中心を、確実に前記回転軸からずらすことができる。したがって、前記ベッセルビームの前記中心の軌跡を確実に円形状にすることができる。 According to the above configuration, the center of the Bessel beam generated by passing through the axicon lens can be reliably deviated from the rotation axis. Therefore, the locus of the center of the Bessel beam can be surely made into a circular shape.

本発明の態様5に係る加工装置においては、本発明の態様1〜3の何れかに係るビームシェイパを含む加工ヘッドを備え、前記ビームシェイパから出力されるベッセルビームをワークに照射する、構成が採用されている。 In the processing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, a configuration is adopted in which a processing head including the beam shaper according to any one of the first to third aspects of the present invention is provided and the work is irradiated with a Bessel beam output from the beam shaper. ing.

上記の構成によれば、ワークの急激な温度変化を抑えることが可能な加工装置を簡易な構成で実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to realize a processing apparatus capable of suppressing a sudden temperature change of the work with a simple configuration.

本発明の態様6に係る加工方法は、平面状である第1の端面と、円錐面状である第2の端面とを含み、ガウシアンビームの光路上に配置されたアキシコンレンズを透過することにより生成されたベッセルビームをワークに照射する加工方法であって、前記第1の端面に入射する前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記アキシコンレンズを回転させる工程を含む。
本発明の態様5に係る加工方法においては、前記第2の端面の頂点を通る前記第1の端面の法線を主軸として、前記主軸と前記中心軸とは、ずれている、構成が採用されている。
The processing method according to aspect 6 of the present invention includes a first end face that is planar and a second end face that is conical, and transmits an axicon lens arranged on the optical path of the Gaussian beam. This is a processing method for irradiating a work with a Bessel beam generated by the above method, and includes a step of rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam incident on the first end face as a rotation axis.
In the processing method according to the fifth aspect of the present invention, a configuration is adopted in which the main axis and the central axis are deviated from each other with the normal of the first end face passing through the apex of the second end face as the main axis. ing.

上記の構成によれば、ワークの急激な温度変化を抑えることが可能な加工方法を簡易な構成で実現することができる。 According to the above configuration, a processing method capable of suppressing a sudden temperature change of the work can be realized with a simple configuration.

本発明の一態様によれば、ワークの急激な温度変化を抑えることが可能なビームシェイパ、加工装置、又は加工方法を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize a beam shaper, a processing device, or a processing method capable of suppressing a sudden temperature change of a work.

(a)は、本発明の一実施形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。(b)及び(c)は、その加工装置が備える加工ヘッドの構成を示す断面図である。(A) is a block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention. (B) and (c) are cross-sectional views showing the structure of a processing head included in the processing apparatus. (a)、(b)、及び(c)の各々は、図1に示す加工装置により得られる、ベッセルビームのy軸上の強度分布を示すグラフと、該ベッセルビームのxy平面上の強度分布を示すグラフである。Each of (a), (b), and (c) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam on the y-axis obtained by the processing apparatus shown in FIG. 1, and the intensity distribution of the Bessel beam on the xy plane. It is a graph which shows. 図1の(b)及び(c)に示したビームシェイパBSの変形例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the beam shaper BS shown in (b) and (c) of FIG. (a)、(b)、及び(c)の各々は、図3に示す変形例のビームシェイパBSを備えた加工装置により得られる、ベッセルビームのy軸上の強度分布を示すグラフと、該ベッセルビームのxy平面上の強度分布を示すグラフである。Each of (a), (b), and (c) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam on the y-axis obtained by a processing apparatus equipped with the beam shaper BS of the modified example shown in FIG. 3, and the Bessel. It is a graph which shows the intensity distribution on the xy plane of a beam.

〔第1の実施形態〕
(加工装置の構成)
本発明の一実施形態に係る加工装置1の構成について、図1を参照して説明する。図1において、(a)は、加工装置1の構成を示すブロック図であり、(b)及び(c)は、加工装置1が備える加工ヘッド13の断面図である。ここで、図1の(b)に示す断面は、加工ヘッド13を図1の(c)に示すAA’線で切断したAA’断面であり、図1の(c)に示す断面は、加工ヘッド13を図1の(b)に示すBB’線で切断したBB’断面である。
[First Embodiment]
(Configuration of processing equipment)
The configuration of the processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, FIG. 1A is a block diagram showing a configuration of a processing apparatus 1, and FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views of a processing head 13 included in the processing apparatus 1. Here, the cross section shown in FIG. 1 (b) is an AA'cross section obtained by cutting the processing head 13 along the AA' line shown in FIG. 1 (c), and the cross section shown in FIG. 1 (c) is processed. It is a BB'cross section of the head 13 cut along the BB' line shown in FIG. 1 (b).

加工装置1は、レーザ光を用いてワークWを加工するための装置であり、図1の(a)に示すように、レーザ光源11と、デリバリファイバ12と、加工ヘッド13と、可動ステージ14と、を備えている。 The processing device 1 is a device for processing the work W using a laser beam, and as shown in FIG. 1A, the laser light source 11, the delivery fiber 12, the processing head 13, and the movable stage 14 And have.

レーザ光源11は、レーザ光を生成する装置である。デリバリファイバ12は、レーザ光源11にて生成されたレーザ光を導波する光ファイバである。加工ヘッド13は、デリバリファイバ12を導波されたレーザ光をワークWに照射する装置である。可動ステージ14は、加工ヘッド13から照射されるレーザ光の進行方向と直交する方向にワークWを移動する装置である。レーザ光源11としては、例えば、ファイバレーザが用いられる。デリバリファイバ12としては、例えば、マルチモードファイバが用いられる。可動ステージ14としては、例えば、精密XYステージが用いられる。 The laser light source 11 is a device that generates laser light. The delivery fiber 12 is an optical fiber that guides the laser light generated by the laser light source 11. The processing head 13 is a device that irradiates the work W with a laser beam guided through the delivery fiber 12. The movable stage 14 is a device that moves the work W in a direction orthogonal to the traveling direction of the laser beam emitted from the processing head 13. As the laser light source 11, for example, a fiber laser is used. As the delivery fiber 12, for example, a multimode fiber is used. As the movable stage 14, for example, a precision XY stage is used.

加工ヘッド13は、図1の(b)に示すように、筐体130と、コリメートレンズ131と、アキシコンレンズ133と、回転式レンズホルダ134と、回転機構135と、を備えている。コリメートレンズ131、アキシコンレンズ133、及び回転機構135は、デリバリファイバ12から出射されるビームを、ガウシアンビームG,G’からベッセルビームBに変換しつつ、成形するビームシェイパBSとして機能する。ビームシェイパBSは、本発明の一態様である。 As shown in FIG. 1B, the processing head 13 includes a housing 130, a collimating lens 131, an axicon lens 133, a rotary lens holder 134, and a rotation mechanism 135. The collimating lens 131, the axicon lens 133, and the rotation mechanism 135 function as a beam shaper BS that forms a beam emitted from the delivery fiber 12 while converting it from a Gaussian beam G, G'to a Bessel beam B. The beam shaper BS is an aspect of the present invention.

筐体130は、一端(図1における上端)が閉塞され、他端(図1における下端)が開放された筒状の構造体である。デリバリファイバ12は、筐体130に設けられた挿通孔を介して筐体130の内部に引き込まれている。デリバリファイバ12から出射する光は、発散する(光路に沿ってビーム径が次第に大きくなる)ガウシアンビームGとなる。 The housing 130 is a tubular structure in which one end (upper end in FIG. 1) is closed and the other end (lower end in FIG. 1) is open. The delivery fiber 12 is drawn into the housing 130 through an insertion hole provided in the housing 130. The light emitted from the delivery fiber 12 becomes a Gaussian beam G that diverges (the beam diameter gradually increases along the optical path).

ガウシアンビームGの光路上には、コリメートレンズ131が配置されている。コリメートレンズ131は、平坦面と球状凸面とを有する平凸コリメートレンズである。コリメートレンズ131は、その(コリメートレンズ131の)平坦面が、デリバリファイバ12の出射面に対向し、且つ、デリバリファイバ12の中心軸Lに直交するように、レンズホルダ132によって筐体130の内側面に固定されている。コリメートレンズ131の中心軸は、デリバリファイバ12の中心軸Lに一致する。コリメートレンズ131から出射する光は、コリメートされた(光路に沿ってビーム径が一定の)ガウシアンビームG’となる。ガウシアンビームG,G’の中心軸は、デリバリファイバ12の中心軸L及びコリメートレンズ131の中心軸の各々と一致する。したがって、中心軸Lは、デリバリファイバ12の中心軸でもあり、コリメートレンズ131の中心軸でもある。 A collimating lens 131 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G. The collimating lens 131 is a plano-convex collimating lens having a flat surface and a spherical convex surface. Collimator lens 131, the (collimator lens 131) flat surface, faces the exit surface of the delivery fiber 12, and, so as to be perpendicular to the center axis L 1 of the delivery fiber 12, the lens holder 132 of the housing 130 It is fixed to the inner surface. Central axis of the collimating lens 131 coincides with the center axis L 1 of the delivery fiber 12. The light emitted from the collimating lens 131 becomes a collimated Gaussian beam G'(with a constant beam diameter along the optical path). The central axis of the Gaussian beam G, G 'are consistent with each of the center axes of L 1 and the collimator lens 131 of the delivery fiber 12. Therefore, the central axis L 1 is also the central axis of the delivery fiber 12 and the central axis of the collimating lens 131.

ガウシアンビームG’の光路上には、アキシコンレンズ133が配置されている。アキシコンレンズ133は、平面状である第1の端面133aと、円錐面状である第2の端面133bとを含む平凸アキシコンレンズである。 An axicon lens 133 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G'. The axicon lens 133 is a plano-convex axicon lens including a flat first end surface 133a and a conical second end surface 133b.

以下において、第2の端面133bの頂点を通る第1の端面133aの法線を主軸Lとする。 In the following, the normal of the first end face 133a through the apex of the second end face 133b and the spindle L 2.

アキシコンレンズ133は、第1の端面133aがコリメートレンズ131の球状凸面に対向するように、且つ、主軸Lと中心軸Lとが互いにずれるように、回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。より詳しくは、アキシコンレンズ133の第2の端面133bの頂点は、中心軸L上に位置し、主軸Lと中心軸Lとが傾斜角θを成すように、アキシコンレンズ133は、回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。 Axicon lens 133, held as the first end surface 133a is opposed to the spherical convex surface of the collimator lens 131, and, as the major axis L 2 and the center axis L 1 is shifted from each other, the interior of the rotary lens holder 134 Has been done. More particularly, Aki apex of the second end face 133b of the axicon lens 133 is located on the center axis L 1, so that the main axis L 2 and the center axis L 1 forms an inclination angle theta, the axicon lens 133 , It is held inside the rotary lens holder 134.

回転式レンズホルダ134は、例えば、アキシコンレンズ133の端面(平面視した場合に輪郭をなす部分)に固定された内側ホルダ134aと、筐体130の内側面に固定された外側ホルダ134bと、内側ホルダ134aと外側ホルダ134bとの間に介在するベアリング134cと、により構成することができる。内側ホルダ134aの中心軸は、中心軸Lに一致するように配置されている。これにより、回転式レンズホルダ134は、中心軸Lを回転軸としてアキシコンレンズ133を自在に回転させることが可能になる。このように、アキシコンレンズ133は、回転式レンズホルダ134を介して筐体130の内側面に、回転可能に保持されている。 The rotary lens holder 134 includes, for example, an inner holder 134a fixed to the end surface (a portion forming a contour when viewed in a plan view) of the axicon lens 133, and an outer holder 134b fixed to the inner side surface of the housing 130. It can be configured by a bearing 134c interposed between the inner holder 134a and the outer holder 134b. The central axis of the inner holder 134a is disposed so as to coincide with the center axis L 1. Thus, the rotary lens holder 134, it is possible to rotate freely axicon lens 133 on the central axis L 1 as the rotation axis. In this way, the axicon lens 133 is rotatably held on the inner surface of the housing 130 via the rotary lens holder 134.

回転機構135は、回転式レンズホルダ134の内側ホルダ134aを介してアキシコンレンズ133を回転させるための機構である。回転機構135は、例えば、内側ホルダ134aの歯車状の外側面と螺合する螺子が切られたシャフトと、このシャフトを軸回転させるモータ(不図示)と、により構成することができる。 The rotation mechanism 135 is a mechanism for rotating the axicon lens 133 via the inner holder 134a of the rotary lens holder 134. The rotation mechanism 135 can be composed of, for example, a shaft with a screw threaded to be screwed with the gear-shaped outer surface of the inner holder 134a, and a motor (not shown) for rotating the shaft.

アキシコンレンズ133の第2の端面133bから出射する光は、ベッセルビームBとなる。上述したように、主軸Lと中心軸Lとが傾斜角θを成すため、ベッセルビームBの中心は、傾斜角θ及び主軸Lが傾斜した方向に応じた方向に中心軸Lからずれている。図1の(b)においては、主軸Lが中心軸Lからy軸正方向側に傾斜しており、その結果、ベッセルビームBの中心は、y軸正方向側にずれている。そのうえで、アキシコンレンズ133が中心軸Lを回転軸として回転することにより、主軸Lが傾斜した方向が回転するため、ベッセルビームBの中心は、中心軸Lを法線とする平面(xy平面)上において円形状の軌跡を描きながら移動する。 The light emitted from the second end surface 133b of the axicon lens 133 becomes the Bessel beam B. As described above, since the main axis L 2 and the central axis L 1 form an inclination angle θ, the center of the vessel beam B is from the central axis L 1 in the direction corresponding to the inclination angle θ and the direction in which the main axis L 2 is inclined. It is out of alignment. In FIG. 1 (b), the main shaft L 2 is inclined from the center axis L 1 in the y-axis positive side, as a result, the center of the Bessel beam B is shifted in the y-axis positive direction. Sonouede, by axicon lens 133 is rotated on the central axis L 1 as the rotation axis, since the direction of the main axis L 2 is tilted is rotated, the center of the Bessel beam B plane the central axis L 1 and the normal line ( It moves while drawing a circular locus on the xy plane).

なお、本発明の一態様には、平面状である第1の端面と、円錐面状である第2の端面とを含み、ガウシアンビームG’の光路上に配置されたアキシコンレンズ133を透過することにより生成されたベッセルビームBをワークWに照射する加工方法であって、前記第1の端面に入射するガウシアンビームG’の中心軸Lを回転軸としてアキシコンレンズ133を回転させる工程を含む加工方法も含まれる。本発明の一態様に係る加工方法において、主軸Lと中心軸Lとは、ずれている。 In addition, one aspect of the present invention includes a first end face having a planar shape and a second end face having a conical surface shape, and transmits the axicon lens 133 arranged on the optical path of the Gaussian beam G'. step of the generated Bessel beam B to a processing method of irradiating a workpiece W, rotation of the axicon lens 133 on the central axis L 1 of the Gaussian beam G 'incident on the first end surface as a rotation axis by Processing methods including the above are also included. In the processing method according to one aspect of the present invention, the main shaft L 2 and the central shaft L 1 are deviated from each other.

(ベッセルビームBの強度分布)
ベッセルビームBの強度分布について、図2を参照して説明する。図2の(a)、(b)、及び(c)の各々は、加工装置1により得られる、ベッセルビームBのy軸上の強度分布を示すグラフと、ベッセルビームBのxy平面上の強度分布を示すグラフである。図2の(a)、(b)、及び(c)の各々は、それぞれ、主軸Lが中心軸Lからy軸正負向側に傾斜しており、且つ、傾斜角θが、θ=0.1度,0.5度,2度である場合に得られた強度分布を示している。
(Intensity distribution of Bessel beam B)
The intensity distribution of the Bessel beam B will be described with reference to FIG. Each of (a), (b), and (c) of FIG. 2 shows a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam B on the y-axis obtained by the processing apparatus 1, and the intensity of the Bessel beam B on the xy plane. It is a graph which shows the distribution. Each of FIG. 2 (a), (b) , and (c), respectively, are inclined to the y-axis negative direction side spindle L 2 from the center axis L 1, and the inclination angle theta is, theta = The intensity distributions obtained at 0.1 degrees, 0.5 degrees, and 2 degrees are shown.

図2の(a)、(b)、及び(c)の各々を参照すれば、傾斜角θが大きくなればなるほど、xy平面上における中心軸LとベッセルビームBの中心との距離ΔPは、広がることが分かる。傾斜角θがθ=0.1度,0.5度,2度の各場合、距離ΔPは、ΔP=0.002mm,0.009mm,0.033mmとなる。したがって、傾斜角θが、θ=0.1度,0.5度,2度の各場合、アキシコンレンズ133を回転させることによって、ベッセルビームBの中心は、それぞれ、半径がおおよそ0.002mm,0.009mm,0.033mmである円形状の軌跡を描きながら移動する。 Of FIG. 2 (a), referring to each of (b), and (c), the larger the inclination angle θ is, the distance ΔP of the center of the center axis L 1 and the Bessel beam B in the xy plane , You can see that it spreads. When the inclination angle θ is θ = 0.1 degrees, 0.5 degrees, and 2 degrees, the distances ΔP are ΔP = 0.002 mm, 0.009 mm, and 0.033 mm. Therefore, when the inclination angle θ is θ = 0.1 degrees, 0.5 degrees, and 2 degrees, the radius of the center of the Bessel beam B is approximately 0.002 mm by rotating the axicon lens 133. , 0.009 mm, 0.033 mm, moving while drawing a circular locus.

(ビームシェイパBSの変形例)
ビームシェイパBSの変形例であるビームシェイパBSAについて、図3及び図4を参照して説明する。図3は、ビームシェイパBSAの構成を示す断面図である。図4の(a)、(b)、及び(c)の各々は、ビームシェイパBSAを備えた加工装置1により得られる、ベッセルビームBのy軸上の強度分布を示すグラフと、ベッセルビームBのxy平面上の強度分布を示すグラフである。図4の(a)、(b)、及び(c)の各々は、それぞれ、主軸L2Aが中心軸Lからy軸正負向側にずれており、後述する距離ΔLが、ΔL=0.1mm,0.2mm,0.5mmである場合に得られた強度分布を示している。
(Modification example of beam shaper BS)
The beam shaper BSA, which is a modification of the beam shaper BS, will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the beam shaper BSA. Each of (a), (b), and (c) of FIG. 4 shows a graph showing the intensity distribution of the vessel beam B on the y-axis obtained by the processing apparatus 1 equipped with the beam shaper BSA, and the vessel beam B. It is a graph which shows the intensity distribution on the xy plane. In each of (a), (b), and (c) of FIG. 4, the main axis L 2A is deviated from the central axis L 1 to the positive / negative side of the y axis, and the distance ΔL described later is ΔL = 0. The intensity distributions obtained when the values are 1 mm, 0.2 mm, and 0.5 mm are shown.

ビームシェイパBSAは、図1の(b)に示したビームシェイパBSと比較して、アキシコンレンズ133をアキシコンレンズ133Aに置き換えることによって得られる。 The beam shaper BSA is obtained by replacing the axicon lens 133 with the axicon lens 133A as compared with the beam shaper BS shown in FIG. 1 (b).

アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133と同様に、平面上である第1の端面133Aaと、円錐面状である第2の端面133Abとを含む平凸アキシコンレンズである。ただし、アキシコンレンズ133Aの形状は、第2の端面133Abの頂点を通る第1の端面133Aaの法線を主軸L2Aとして、主軸L2Aが、円形状である外縁の中心から偏心するように定められている。 The axicon lens 133A is a plano-convex axicon lens including a first end surface 133Aa on a plane and a second end surface 133Ab having a conical surface shape, similarly to the axicon lens 133. However, the shape of the axicon lens 133A is a normal line of the first end surface 133Aa through the apex of the second end surface 133Ab as spindle L 2A, as the main axis L 2A eccentrically from the center of the outer edge is circular It has been decided.

アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133と同様に、回転式レンズホルダ134の内側ホルダ134aを介して筐体130の内側面に、回転可能に保持されている。ただし、アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133とは、中心軸Lからの主軸L2Aのずれ方が異なっている。アキシコンレンズ133Aは、主軸L2Aが中心軸Lに対して平行であり、且つ、主軸L2Aと中心軸Lとが離間するように、回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。換言すれば、アキシコンレンズ133Aは、中心軸Lに対して偏心した状態で回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。図3に示したビームシェイパBSAにおいて、主軸L2Aは、中心軸Lから、y軸正方向側に距離ΔLだけ離間している。距離ΔLは、0.1mm以上であることが好ましい。また、距離ΔLは、0.2mm以上であってもよく、また、0.5mm以上であってもよい。 Like the axicon lens 133, the axicon lens 133A is rotatably held on the inner surface of the housing 130 via the inner holder 134a of the rotary lens holder 134. However, the axicon lens 133A is different from the axicon lens 133 in the way in which the spindle L 2A deviates from the central axis L 1. Axicon lens 133A is spindle L 2A is parallel to the center axis L 1, and, as the major axis L 2A and the center axis L 1 are separated, are held inside the rotary lens holder 134 .. In other words, the axicon lens 133A is held in the interior of the rotary lens holder 134 in an eccentric state with respect to the center axis L 1. In the beam shaper BSA shown in FIG. 3, the spindle L 2A is separated from the central axis L 1 by a distance ΔL on the positive side of the y-axis. The distance ΔL is preferably 0.1 mm or more. Further, the distance ΔL may be 0.2 mm or more, or 0.5 mm or more.

このように、主軸L2Aと中心軸Lとが離間しているため、ベッセルビームBの中心は、主軸L2Aが中心軸Lから離間している方向に応じた方向に中心軸Lからずれている。図3においては、主軸L2Aが中心軸Lからy軸正方向側に離間しており、その結果、ベッセルビームBの中心は、y軸正方向側にずれている。そのうえで、アキシコンレンズ133Aが中心軸Lを回転軸として回転することにより、主軸L2Aが中心軸Lから離間している方向が回転する。そのため、ベッセルビームBの中心は、中心軸L1Aを法線とする平面(xy平面)上において円形状の軌跡を描きながら移動する。 Since the main axis L 2A and the central axis L 1 are separated from each other in this way, the center of the vessel beam B is the central axis L 1 in the direction corresponding to the direction in which the main axis L 2A is separated from the central axis L 1. It is out of alignment. In FIG. 3, the spindle L 2A is separated from the central axis L 1 in the positive direction of the y-axis, and as a result, the center of the Bessel beam B is displaced in the positive direction of the y-axis. Sonouede, by axicon lens 133A is rotated on the central axis L 1 as the rotation axis, the direction of the main axis L 2A is separated from the center axis L 1 is rotated. Therefore, the center of the Bessel beam B moves while drawing a circular locus on a plane (xy plane) having the central axis L 1A as a normal.

図4の(a)、(b)、及び(c)の各々を参照すれば、距離ΔLが大きくなればなるほど、xy平面上における中心軸LとベッセルビームBの中心との距離ΔPは、広がることが分かる。距離ΔLがΔL=0.1mm,0.2mm,0.5mmの各場合、距離ΔPは、ΔP=0.1mm,0.2mm,0.5mmとなる。したがって、距離ΔLが、ΔL=0.1mm,0.2mm,0.5mmの各場合、アキシコンレンズ133Aを回転させることによって、ベッセルビームBの中心は、それぞれ、半径がおおよそ0.1mm,0.2mm,0.5mmである円形状の軌跡を描きながら移動する。 Of FIG. 4 (a), referring to each of (b), and (c), the distance ΔL is the greater, the distance ΔP of the center of the center axis L 1 and the Bessel beam B in the xy plane, You can see that it spreads. When the distance ΔL is ΔL = 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.5 mm, the distance ΔP is ΔP = 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.5 mm. Therefore, when the distance ΔL is ΔL = 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.5 mm, the radii of the center of the Bessel beam B are approximately 0.1 mm and 0, respectively, by rotating the axicon lens 133A. . Move while drawing a circular locus of 2 mm and 0.5 mm.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

1 加工装置
11 レーザ光源
12 デリバリファイバ
中心軸
BS ビームシェイパ
G,G’ ガウシアンビーム
B ベッセルビーム
13 加工ヘッド
130 筐体
131 コリメートレンズ
133 アキシコンレンズ
133a 第1の端面
133b 第2の端面
,L2A 主軸
134 回転式レンズホルダ
135 回転機構
1 Processing equipment 11 Laser light source 12 Deliverable fiber L 1 Central axis BS Beam shaper G, G'Gaussian beam B Bessel beam 13 Processing head 130 Housing 131 Collimated lens 133 Axicon lens 133a First end face 133b Second end face L 2 , L 2A Spindle 134 Rotating Lens Holder 135 Rotating Mechanism

Claims (6)

平面状である第1の端面と、円錐面状である第2の端面とを含み、ガウシアンビームの光路上に配置されたアキシコンレンズと、
前記第1の端面に入射する前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記アキシコンレンズを回転させる回転機構と、を備え、
前記第2の端面の頂点を通る前記第1の端面の法線を主軸として、前記主軸と前記中心軸とは、ずれている、
ことを特徴とするビームシェイパ。
An axicon lens that includes a first end face that is planar and a second end face that is conical and is arranged on the optical path of the Gaussian beam.
A rotation mechanism for rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam incident on the first end face as a rotation axis is provided.
The main axis and the central axis are deviated from each other with the normal of the first end face passing through the apex of the second end face as the main axis.
A beam shaper that features that.
前記主軸は、前記中心軸に対して傾いている、
ことを特徴とする請求項1に記載のビームシェイパ。
The spindle is tilted with respect to the central axis.
The beam shaper according to claim 1.
前記主軸は、前記中心軸に対して平行であり、且つ、前記中心軸と離間している、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のビームシェイパ。
The main axis is parallel to the central axis and is separated from the central axis.
The beam shaper according to claim 1 or 2.
前記主軸は、前記中心軸と0.1mm以上離間している、
ことを特徴とする請求項3に記載のビームシェイパ。
The spindle is separated from the central axis by 0.1 mm or more.
The beam shaper according to claim 3.
請求項1〜4の何れか1項に記載のビームシェイパを含む加工ヘッドを備え、前記ビームシェイパから出力されるベッセルビームをワークに照射する、
ことを特徴とする加工装置。
A processing head including the beam shaper according to any one of claims 1 to 4 is provided, and a Bessel beam output from the beam shaper is applied to the work.
A processing device characterized by this.
平面状である第1の端面と、円錐面状である第2の端面とを含み、ガウシアンビームの光路上に配置されたアキシコンレンズを透過することにより生成されたベッセルビームをワークに照射する加工方法であって、
前記第1の端面に入射する前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記アキシコンレンズを回転させる工程を含み、
前記第2の端面の頂点を通る前記第1の端面の法線を主軸として、前記主軸と前記中心軸とは、ずれている、
ことを特徴とする加工方法。
The work is irradiated with a Bessel beam generated by passing through an axicon lens arranged on the optical path of the Gaussian beam, including a first end face having a flat surface and a second end face having a conical surface. It ’s a processing method,
A step of rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam incident on the first end face as a rotation axis is included.
The main axis and the central axis are deviated from each other with the normal of the first end face passing through the apex of the second end face as the main axis.
A processing method characterized by that.
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