JP2021051226A - Beam shaper, processing device, and processing method - Google Patents
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Abstract
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.
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、円錐面状又は斜円錐面状である第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該第2の端面の底面の法線を主軸として、前記アキシコンレンズは、前記第1の端面の法線が前記中心軸に対して傾いているという第1の条件、及び、前記主軸と前記中心軸とがずれているという第2の条件のうち少なくとも一方を満たす、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 that is planar and a second end face that is conical or oblique conical, and is an axicon arranged on the optical path of the Gaussian beam. A lens and a rotation mechanism for rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis are provided, and the normal line of the bottom surface of the second end face passing through the apex of the second end face is used as a main axis. The axicon lens has one of a first condition that the normal line of the first end face is inclined with respect to the central axis and a second condition that the main axis and the central axis are deviated from each other. A configuration has been adopted that satisfies at least one.
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、前記第2の端面は、円錐面状であり、前記アキシコンレンズは、前記第1の条件を満たし、前記第2の端面の回転軸は、前記中心軸と一致している。 The beam shaper according to the second aspect of the present invention is the beam shaper according to the first aspect described above, wherein the second end face has a conical surface shape, and the axicon lens satisfies the first condition and the second aspect. The axis of rotation of the end face coincides with the central axis.
上記の構成によれば、前記第1の端面の法線が前記中心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, the normal of the first end face is tilted with respect to the central axis, so that the center of the Bessel beam generated by passing through the axicon lens is deviated from the rotation axis. It is formed in a normal position. 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2に係るビームシェイパにおいて、前記第2の端面は、円錐面状であり、前記第1の端面は、前記第2の端面の前記底面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 third aspect of the present invention is the beam shaper according to the above-described first or second aspect, wherein the second end face is conical, and the first end face is on the bottom surface of the second end face. It is configured to be tilted with respect to it.
このように構成されたアキシコンレンズは、本発明の一態様に係るビームシェイパに好適に用いることができる。 The axicon lens configured in this way can be suitably used for the beam shaper according to one aspect of the present invention.
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、前記中心軸と平行であり、前記第2の条件を満たす、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 of the beam shaper according to the first aspect described above is parallel to the central axis and satisfies the second condition.
上記の構成によれば、前記主軸と前記中心軸とがずれていることにより、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4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 and the central axis are deviated from each other, 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 fourth aspect can make the locus of the center of the Bessel beam circular.
本発明の態様5に係るビームシェイパは、上述した態様4に係るビームシェイパにおいて、前記第2の端面は、斜円錐面状であり、前記第1の端面は、前記第2の端面の前記底面と平行である、ように構成されている。 In the beam shaper according to the fourth aspect of the present invention, the second end face of the beam shaper according to the fifth aspect of the present invention has an oblique conical shape, and the first end face is parallel to the bottom surface of the second end face. Is configured to be.
このように構成されたアキシコンレンズは、本発明の一態様に係るビームシェイパに好適に用いることができる。 The axicon lens configured in this way can be suitably used for the beam shaper according to one aspect of the present invention.
本発明の態様6に係る加工装置においては、本発明の態様1〜5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 sixth 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 fifth 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7に係る加工方法は、平面状である第1の端面と、円錐面状又は斜円錐面状である第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該第2の端面の底面の法線を主軸として、前記第1の端面の法線及び前記主軸の少なくとも何れかは、前記中心軸に対して傾いている、構成が採用されている。 The processing method according to aspect 7 of the present invention includes a first end face that is planar and a second end face that is conical or oblique conical, and is an axis arranged on the optical path of a Gaussian beam. A processing method for irradiating a work with a Bessel beam generated by passing through a conical, including a step of rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis, and a step of rotating the axicon lens on the second end face. A configuration is adopted in which the normal line of the bottom surface of the second end face passing through the apex is the main axis, and at least one of the normal line of the first end face and the main axis is inclined with respect to the central axis. ..
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.
〔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及び図2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。図2において、(a)は、図1の(b)に示したビームシェイパBSが備えているアキシコンレンズ133の形状を示す斜視図及び断面図であり、(b)及び(c)は、ビームシェイパBSが備えているアキシコンレンズ133の第1の変形例及び第2の変形例の形状を示す斜視図及び断面図である。ここで、図2の(a)に示す断面図は、図2の(a)の斜視図に示すCC’線及び後述するアキシコンレンズ133の端面133bの頂点を含む平面で切断したCC’断面であり、図2の(b)に示す断面図は、図2の(b)の斜視図に示すDD’線及び後述するアキシコンレンズ133Aの端面133bの頂点を含む平面で切断したDD’断面であり、図2の(c)に示す断面図は、図2の(c)の斜視図に示すEE’線及び後述するアキシコンレンズ133Bの端面133Bbの頂点を含む平面で切断したEE’断面である。
[First Embodiment]
(Configuration of processing equipment)
The configuration of the
なお、図2の(a)においては、図1の(b)に示した状態とは天地が逆向きになるように、アキシコンレンズ133を図示している。図2の(b)及び(c)においては、図2の(a)に示したアキシコンレンズ133と天地方向が同じ向きになるように、アキシコンレンズ133A,133Bを図示している。また、図2の(a)〜(c)において、アキシコンレンズ133,133A,133Bを保持する回転式レンズホルダ134の図示は、省略している。また、図2の(a),(b),(c)の各々において、二点鎖線で示した円筒SLは、それぞれ、アキシコンレンズ133,133A,133Bに外接する円筒である。
In addition, in FIG. 2A, the
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
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
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
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から出射される光は、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
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L1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L1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L1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L1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の中心軸でもあり、アキシコンレンズ133の中心軸でもある。
A
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、ガウシアンビームG’を透過する一対の端面(すなわち入射面及び出射面)である端面133a及び端面133bを有する。図1の(b)に示すように、アキシコンレンズ133は、端面133aが入射面として機能し、端面133bが出射面として機能するように配置されている。
An
図1の(b)に示すように、第1の端面の一例である端面133aは、平面であり、第2の端面の一例である端面133bは、円錐面である。ただし、本発明の一態様において第1の端面及び第2の端面は、これに限定されない。第1の端面は、少なくとも平面状であればよく、第2の端面は、少なくとも錐面状であればよく、円錐面状であってもよい。本実施形態において、端面133bが円錐面である。そのため、端面133bの回転軸は、端面133bの頂点を通り、端面133bの底面133cに直交する。したがって、端面133bの回転軸は、端面133bの頂点を通る底面133cの法線である。以上のように、アキシコンレンズ133は、端面133bが円錐面状(本実施形態では円錐面)であり、端面133aが底面133cに対して傾いている形状を有する。アキシコンレンズ133において、端面133aの法線と平行な軸を軸L2と称し、端面133bの回転軸を主軸L3と称する。
As shown in FIG. 1B, the
アキシコンレンズ133は、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L3が中心軸L1と一致するように、且つ、軸L2が中心軸L1に対して傾くように、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、端面133bの頂点が中心軸L1上に位置し、且つ、軸L2と中心軸L1とが傾斜角θ12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。なお、軸L2が中心軸L1に対して傾いている状態は、軸L2と中心軸L1とがずれている状態の一態様である。また、主軸L3は、軸L2に対して傾いている。
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L1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L1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
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
アキシコンレンズ133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、軸L2と中心軸L1とが傾斜角θ12を成すため、ベッセルビームBの中心は、軸L2が傾斜した方向に応じた方向に中心軸L1からずれる。図1の(b)においては、軸L2のz軸正方向側の部分が中心軸L1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L1を回転軸として回転することにより、軸L2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L1に直交する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
なお、本発明の一態様には、平面状である端面133aと、円錐面状又は斜円錐面状の端面133b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、中心軸L1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、端面133aの法線(換言すれば軸L2)及び主軸L3の少なくとも何れかは、中心軸L1に対して傾いている。図1及び図2の(a)に示したアキシコンレンズ133においては、端面133bは、円錐面であり、且つ、軸L2は、中心軸L1に対して傾いている。
In one aspect of the present invention, an
(アキシコンレンズ133の変形例)
アキシコンレンズ133A及びアキシコンレンズ133Bの各々について、それぞれ、図2の(b)及び(c)を参照して説明する。アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133の第1の変形例であり、アキシコンレンズ133Bは、アキシコンレンズ133の第2の変形例である。
(Modified example of Axicon lens 133)
Each of the
アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133と同一の形状を有するアキシコンレンズである。しかし、アキシコンレンズ133Aは、アキシコンレンズ133と比較して、回転式レンズホルダ134の内部に保持される向きが異なる。具体的には、アキシコンレンズ133Aは、軸L2が中心軸L1と平行であり、主軸L3と中心軸L1とが傾斜角θ13を成すように、回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。
The
アキシコンレンズ133Aにおいては、主軸L3と中心軸L1とが傾斜角θ13を成すため、アキシコンレンズ133Aを用いた場合と同様に、ベッセルビームBの中心は、主軸L3が傾斜した方向に応じた方向に中心軸L1からずれる。そのうえで、アキシコンレンズ133が中心軸L1を回転軸として回転することにより、主軸L3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L1に直交する平面上において円形状の軌跡を描きながら移動する。
In the
なお、本変形例において、アキシコンレンズ133Aは、軸L2が中心軸L1と平行になるように、すなわち、端面133aが中心軸L1と直交するように、回転式レンズホルダ134の内部に保持されている。しかし、本変形例の一態様においては、主軸L3と中心軸L1とが傾いていればよく、中心軸L1と端面133aとは、直交していても、直交していなくてもよい。
In this modification, the
アキシコンレンズ133Bは、ガウシアンビームG’を透過する一対の端面(すなわち入射面及び出射面)である端面133Ba及び端面133Bbを有する。図2の(c)に示すように、アキシコンレンズ133Bは、アキシコンレンズ133及びアキシコンレンズ133Aと同様に、端面133Baが入射面として機能し、端面133Bbが出射面として機能するように配置されている。
The
図2の(c)に示すように、第1の端面の一例である端面133Baは、平面であり、第2の端面の一例である端面133Bbは、斜円錐面状(本実施形態では斜円錐面)であり、端面133Baは、端面133Bbの底面133Bcと平行である。以下において、アキシコンレンズ133Bにおいて、端面133Bbの頂点を通る端面133Baの底面133Bcの法線を主軸L4と称する。アキシコンレンズ133Bにおいては、図2の(c)に示すように、端面133Bbと軸L4とのなす角が、頂点(あるいは主軸L4)を中心とする方位に応じて変化する。端面133Bbと主軸L4とのなす角は、頂点に対する方位が、y軸負方向である場合に最小角度θminになり、y軸正方向である場合に最大角度θmaxになる。その結果、端面133Bbの断面であって底面133Bcと平行な断面の中心は、主軸L4上には位置しない。以下において、端面133Bbと主軸L4とのなす角が、最大角度θmaxになる方向を最小傾斜方向と称し、最小角度θminになる方向を最大傾斜方向と称する。
As shown in FIG. 2C, the end face 133Ba, which is an example of the first end face, is a flat surface, and the end face 133Bb, which is an example of the second end face, has an oblique conical surface shape (in this embodiment, an oblique cone). The end surface 133Ba is parallel to the bottom surface 133Bc of the end surface 133Bb. In the following, the
アキシコンレンズ133Bは、主軸L4が中心軸L1と平行であり、且つ、主軸L4と中心軸L1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。図2の(c)においては、主軸L4と中心軸L1との距離を距離ΔLと称している。
アキシコンレンズ133Bにおいては、端面133Bbと主軸L4とのなす角が、頂点を中心とする方位に応じて変化しており、且つ、主軸L4と中心軸L1とが離間しているため、ベッセルビームBの中心は、最大角度θmaxと最小角度θminとの差と、中心軸L1から軸L4が離間する方位とに応じた方向に中心軸L1からずれる。そのうえで、アキシコンレンズ133が中心軸L1を回転軸として回転することにより、中心軸L1から軸L4が離間する方位が回転するため、ベッセルビームBの中心は、中心軸L1に直交する平面上において円形状の軌跡を描きながら移動する。
Aki In
(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3及び図4を参照して説明する。
(Intensity distribution of Bessel beam B)
The intensity distribution of the Bessel beam B will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3の(a)、(b)、及び(c)の各々は、図2の(a)に示すアキシコンレンズ133を備えたビームシェイパBSを用いた加工装置1により得られるベッセルビームBのxy平面上の強度分布を示すグラフである。図3の(a)、(b)、及び(c)の各々は、それぞれ、軸L2が中心軸L1からy軸正方向側に傾斜しており、且つ、傾斜角θ12が、θ=0.1度,0.5度,1度である場合に得られた強度分布を示している。
Each of (a), (b), and (c) of FIG. 3 is xy of the Bessel beam B obtained by the
図4の(a)及び(b)の各々は、図2の(c)に示すアキシコンレンズ133Bを備えたビームシェイパBSを用いた加工装置1により得られるベッセルビームBのxy平面上の強度分布を示すグラフである。図4の(a)は、最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=88度であり、最小傾斜方向がy軸正方向に向き、最大傾斜方向がy軸負方向に向いた場合に得られる強度分布を示している。図4の(b)は、最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=87度であり、最小傾斜方向がy軸正方向に向き、最大傾斜方向がy軸負方向に向いた場合に得られる強度分布を示している。
Each of (a) and (b) of FIG. 4 shows the intensity distribution of the vessel beam B on the xy plane obtained by the
図3の(a)、(b)、及び(c)の各々を参照すれば、傾斜角θ12が大きくなればなるほど、xy平面上における中心軸L1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θ12がθ=0.1度,0.5度,2度の各場合、距離ΔPは、ΔP=6.1μm,30.5μm,61.1μmとなった。したがって、傾斜角θ12が、θ=0.1度,0.5度,2度の各場合、アキシコンレンズ133B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6.1μm,30.5μm,61.1μmである円形状の軌跡を描く。 In FIG. 3 (a), referring to each of (b), and (c), the larger the inclination angle theta 12 is, the distance ΔP of the center of the center axis L 1 and the Bessel beam B in the xy plane Can be seen to spread. When the inclination angle θ 12 was θ = 0.1 degrees, 0.5 degrees, and 2 degrees, the distances ΔP were ΔP = 6.1 μm, 30.5 μm, and 61.1 μm. Therefore, when the inclination angle θ 12 is θ = 0.1 degrees, 0.5 degrees, and 2 degrees, the radius of the center of the Bessel beam B is approximately 6. Draw circular trajectories of 1 μm, 30.5 μm, and 61.1 μm.
図4の(a)及び(b)の各々を参照すれば、最大角度θmaxと最小角度θminとの差が大きいほど、xy平面上における中心軸L1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。最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=88度である場合、ΔP=774μmとなり、最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=87度である場合、ΔP=1146μmとなった。したがって、最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=88度である場合、アキシコンレンズ133Bを回転させることによって、ベッセルビームBの中心は、半径がおおよそ774μmである円形状の軌跡を描き、最大角度θmax=89度であり、最小角度θmin=87度である場合、アキシコンレンズ133Bを回転させることによって、ベッセルビームBの中心は、半径がおおよそ1146μmである円形状の軌跡を描く。
Referring to each of the FIGS. 4 (a) and (b), as the difference between the maximum angle theta max and the minimum angle theta min is large, the distance between the center of the center axis L 1 and the Bessel beam B in the xy plane It can be seen that ΔP spreads. When the maximum angle θ max = 89 degrees and the minimum angle θ min = 88 degrees, ΔP = 774 μm, and when the maximum angle θ max = 89 degrees and the minimum angle θ min = 87 degrees, ΔP = 1146 μm. It became. Therefore, when the maximum angle θ max = 89 degrees and the minimum angle θ min = 88 degrees, by rotating the
〔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
L1 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
133,133A,133B アキシコンレンズ
133a,133Ba 端面(第1の端面)
L2 軸(第1の端面の法線に平行な軸)
133b,133Bb 端面(第2の端面)
L3,L4 主軸(第2の端面の頂点を通る第2の端面の底面の方線)
134 回転式レンズホルダ
135 回転機構
1 Processing
L 2 axis (axis parallel to the normal of the first end face)
133b, 133Bb end face (second end face)
L 3 , L 4 spindle (the bottom line of the second end face that passes through the apex of the second end face)
134
Claims (7)
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該第2の端面の底面の法線を主軸として、前記アキシコンレンズは、前記第1の端面の法線が前記中心軸に対して傾いているという第1の条件、及び、前記主軸と前記中心軸とがずれているという第2の条件のうち少なくとも一方を満たす、
ことを特徴とするビームシェイパ。 An axicon lens arranged on the optical path of a Gaussian beam, including a first end face that is planar and a second end face that is conical or oblique conical.
A rotation mechanism for rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis is provided.
With the normal of the bottom surface of the second end face passing through the apex of the second end face as the main axis, the axicon lens has a first aspect in which the normal of the first end face is inclined with respect to the central axis. And at least one of the second condition that the main axis and the central axis are deviated from each other.
A beam shaper that features that.
前記アキシコンレンズは、前記第1の条件を満たし、
前記第2の端面の回転軸は、前記中心軸と一致している、
ことを特徴とする請求項1に記載のビームシェイパ。 The second end face is conical and has a conical shape.
The axicon lens satisfies the first condition and meets the above conditions.
The rotation axis of the second end face coincides with the central axis.
The beam shaper according to claim 1.
前記第1の端面は、前記第2の端面の前記底面に対して傾いている、
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 second end face is conical and has a conical shape.
The first end face is inclined with respect to the bottom surface of the second end face.
The beam shaper according to claim 1 or 2.
前記第2の条件を満たす、
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 parallel to the central axis and
The second condition is satisfied.
The beam shaper according to claim 1.
前記第1の端面は、前記第2の端面の前記底面と平行である、
ことを特徴とする請求項4に記載のビームシェイパ。 The second end face has an oblique conical surface shape.
The first end face is parallel to the bottom surface of the second end face.
The beam shaper according to claim 4.
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 5 is provided, and a Bessel beam output from the beam shaper is applied to the work.
A processing device characterized by this.
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該第2の端面の底面の法線を主軸として、前記第1の端面の法線及び前記主軸の少なくとも何れかは、前記中心軸に対して傾いている、
ことを特徴とする加工方法。 A vessel generated by passing through an axicon lens arranged on the optical path of a Gaussian beam, including a first end face that is planar and a second end face that is conical or oblique conical. It is a processing method that irradiates the work with a beam.
A step of rotating the axicon lens with the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis is included.
With the normal of the bottom surface of the second end face passing through the apex of the second end face as the main axis, at least one of the normal of the first end face and the main axis is inclined with respect to the central axis.
A processing method characterized by that.
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