JP7270514B2 - BEAM SHAPER, PROCESSING APPARATUS, AND PROCESSING METHOD - Google Patents

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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 equipped with such a beam shaper. The present invention also 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、アキシコンレーザン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 are widely used to transform a collimated Gaussian beam into a Bessel beam. Patent Literature 1 discloses a beam shaper (“laser beam shaping device” in Patent Literature 1) having an axicon lens. 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 laser on the workpiece, efficient processing becomes possible.

特開2017-142402号JP 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 irradiated to the workpiece is high, the molten metal scattered from the periphery of the keyhole becomes spatter (the spatter must be removed after laser processing). Secondly, rapid cooling after laser irradiation causes thermal strain and cracks in the workpiece. Third, blowholes occur when the molten metal solidifies before the gas entrained in the molten metal is diffused.

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 the wobbling irradiation, the trajectory of the irradiation point of the laser light is fluctuated, thereby suppressing the rapid temperature change of the workpiece and suppressing the above-described problems.

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 conventional beam shapers, it has been difficult to achieve wobbling 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 (a movable mirror, a rotatable wedge substrate, etc.) between the axicon lens and the workpiece.

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. An object of one aspect of the present invention is to realize a beam shaper, a processing apparatus, or a processing method capable of suppressing sudden temperature changes of a work.

本発明の態様1に係るビームシェイパにおいては、アキシコンレンズと、前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームの光路上に配置された1/2波長板と、前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記1/2波長板を回転させる回転機構と、を備え、前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面と、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面とが、前記ガウシアンビームの中心軸を通る直線に対して線対称にならない、構成が採用されている。 In the beam shaper according to aspect 1 of the present invention, an axicon lens, a half-wave plate arranged on an optical path of a Gaussian beam incident on the axicon lens, and the above-described a rotation mechanism for rotating a half-wave plate, and a beam cross section of the Gaussian beam that enters the axicon lens without passing through the half-wave plate in a plane perpendicular to the central axis of the Gaussian beam; , and the beam cross-section of the Gaussian beam that passes through the half-wave plate and enters the axicon lens is not symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis of the Gaussian beam.

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, it is possible to realize a beam shaper capable of suppressing sudden temperature changes of the workpiece with a simple configuration.

本発明の態様2に係るビームシェイパにおいては、本発明の態様1に係るビームシェイパの構成に加えて、コリメートレンズを更に備え、前記アキシコンレンズは、その平坦面が前記コリメートレンズの凸面と対向するように配置されている、構成が採用されている。 In addition to the configuration of the beam shaper according to aspect 1 of the present invention, the beam shaper according to aspect 2 of the present invention further includes a collimating lens, and the axicon lens has a flat surface facing the convex surface of the collimating lens. The configuration is adopted.

上記の構成によれば、ビームシェイパに入射するビームが発散するガウシアンビームであっても、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, even if the beam incident on the beam shaper is a diverging Gaussian beam, it is possible to realize a beam shaper capable of suppressing rapid temperature changes of the workpiece with a simple configuration.

本発明の態様3に係るビームシェイパにおいては、本発明の態様1又は2に係るビームシェイパの構成に加えて、前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面積が、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面積よりも大きい、構成が採用されている。 In the beam shaper according to aspect 3 of the present invention, in addition to the configuration of the beam shaper according to aspect 1 or 2 of the present invention, in a plane orthogonal to the central axis of the Gaussian beam, the A configuration is adopted in which the beam cross-sectional area of the Gaussian beam incident on the axicon lens is larger than the beam cross-sectional area of the Gaussian beam incident on the axicon lens through the half-wave plate.

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であって、より損失の小さい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, it is possible to realize a beam shaper capable of suppressing abrupt temperature changes of the workpiece and having a smaller loss with a simple configuration.

本発明の態様4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ている、構成が採用されている。 A processing apparatus according to aspect 4 of the present invention employs a configuration including a processing head including the beam shaper according to any one of aspects 1 to 3 of the present invention.

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 sudden temperature changes of the workpiece with a simple configuration.

本発明の態様5に係る加工方法は、アキシコンレンズから出射するベッセルビームをワークに照射する加工方法であって、前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームの光路上に配置された1/2波長板を、前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として回転させる工程を含み、前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面と、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面とが、前記ガウシアンビームの中心軸を通る直線に対して線対称にならない、構成が採用されている。 A processing method according to aspect 5 of the present invention is a processing method for irradiating a work with a Bessel beam emitted from an axicon lens, wherein the half-wavelength beam is arranged on the optical path of the Gaussian beam incident on the axicon lens. Rotating a plate around the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis, the Gaussian beam entering the axicon lens without passing through the half-wave plate in a plane perpendicular to the central axis of the Gaussian beam. and the beam cross section of the Gaussian beam incident on the axicon lens through the half-wave plate are not symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis of the Gaussian beam. 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, it is possible to realize a machining method capable of suppressing sudden temperature changes of the workpiece 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 apparatus, or a processing method capable of suppressing sudden temperature changes 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 the configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention. (b) and (c) are cross-sectional views showing the configuration of a processing head provided in the processing apparatus. (a)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x軸上の強度分布を示すグラフである。(b)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である。(c)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xy平面上の強度分布を示すグラフである。(a) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam on the x-axis obtained by the processing apparatus shown in FIG. (b) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam on the y-axis obtained by the processing apparatus shown in FIG. 1; (c) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam on the xy plane obtained by the processing apparatus shown in FIG. 図1に示す加工装置において1/2波長板の回転角θが0°、45°、90°、135°、180°のときに実現される、1/2波長板の配置とワークに照射されるベッセルビームのビームプロファイルと、を例示した図である。In the processing apparatus shown in FIG. FIG. 10 illustrates a beam profile of a Bessel beam that 図1に示す加工装置が備える1/2波長板の変形例を示す平面図である。3 is a plan view showing a modification of the half-wave plate provided in the processing apparatus shown in FIG. 1; FIG.

(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。
(Configuration of processing equipment)
A configuration of a processing apparatus 1 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, (a) is a block diagram showing the configuration of the processing device 1, and (b) and (c) are cross-sectional views of a processing head 13 provided in the processing device 1. As shown in FIG. Here, the cross section shown in FIG. 1(b) is the 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. It is a BB' cross section of the head 13 taken 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 a work W using laser light, and as shown in FIG. and has.

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 laser light guided through the delivery fiber 12 . The movable stage 14 is a device that moves the workpiece W in a direction perpendicular 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. A multimode fiber, for example, is used as the delivery fiber 12 . For example, a precision XY stage is used as the movable stage 14 .

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、1/2波長板135と、レンズホルダ132,134と、回転式ホルダ136と、回転機構137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、1/2波長板135、及び回転機構137は、ワークWに照射されるビームを成形するビームシェイパBSとして機能する。 The processing head 13, as shown in FIG. 136 and a rotating mechanism 137 . The collimator lens 131, the axicon lens 133, the half-wave plate 135, and the rotating mechanism 137 function as a beam shaper BS that shapes the beam with which the workpiece W is irradiated.

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 cylindrical structure with one end (upper end in FIG. 1) closed and the other end (lower end in FIG. 1) 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り、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の光軸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。 A collimating lens 131 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G. As shown in FIG. The collimating lens 131 is a plano-convex collimating lens having a flat surface and a spherical convex surface. It is fixed on the inside surface. A central axis of the collimator lens 131 coincides with the optical axis L of the delivery fiber 12 . The light emitted from the collimating lens 131 becomes a collimated Gaussian beam G' (having a constant beam diameter along the optical path).

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、平坦面と円錐状凸面とを有する平凸アキシコンレンズであり、その(アキシコンレンズ133の)平坦面がコリメートレンズ131の球状凸面に対向するように、レンズホルダ134によって筐体130の内側面に固定されている。アキシコンレンズ133の光軸は、デリバリファイバ12及びコリメートレンズ131の光軸Lに一致する。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。 An axicon lens 133 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G'. Axicon lens 133 is a plano-convex axicon lens having a flat surface and a conical convex surface. It is fixed to the inner surface of the housing 130 . The optical axis of the axicon lens 133 coincides with the optical axis L of the delivery fiber 12 and collimator lens 131 . The light emitted from the axicon lens 133 becomes the Bessel beam B. As shown in FIG.

アキシコンレンズ133に入射するガウシアンビームG’の光路上には、1/2波長板135が配置されている。1/2波長板135は、第1平坦面と第2平坦面とを有する波長板である。1/2波長板135は、その(1/2波長板135の)第1平坦面がコリメートレンズ131の球状凸面に対向すると共に、その(1/2波長板135の)第2平坦面がアキシコンレンズ133の平坦面と対向するように、回転式ホルダ136によって筐体130の内部に保持されている。回転式ホルダ136は、例えば、1/2波長板135の端面に固定された内側ホルダ136aと、筐体130の内側面に固定された外側ホルダ136bと、内側ホルダ136aと外側ホルダ136bとの間に介在するベアリング136cと、により構成することができる。これにより、光軸Lを回転軸として1/2波長板135を自在に回転させることが可能になる。 A half-wave plate 135 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G' entering the axicon lens 133 . The half-wave plate 135 is a wave plate having a first flat surface and a second flat surface. The half-wave plate 135 has a first flat surface (of the half-wave plate 135) facing the spherical convex surface of the collimating lens 131, and a second flat surface (of the half-wave plate 135) facing the axis. It is held inside the housing 130 by a rotary holder 136 so as to face the flat surface of the cone lens 133 . The rotary holder 136 includes, for example, an inner holder 136a fixed to the end surface of the half-wave plate 135, an outer holder 136b fixed to the inner surface of the housing 130, and a space between the inner holder 136a and the outer holder 136b. and a bearing 136c interposed in the . As a result, the half-wave plate 135 can be freely rotated with the optical axis L as the rotation axis.

1/2波長板135は、ガウシアンビームG’の一部に作用するように配置されている。ガウシアンビームG’のうち、1/2波長板135を通ってアキシコンレンズ133に入射するガウシアンビームG’2の位相は、ガウシアンビームG’のうち、1/2波長板135を通らずにアキシコンレンズ133に入射するガウシアンビームG’1の位相よりもπだけ遅れる。1/2波長板135の形状又は配置は、「ガウシアンビームG’の中心軸と直交する平面において、ガウシアンビームG’1のビーム断面とガウシアンビームG’2のビーム断面とが、ガウシアンビームG’の中心軸を通る直線に対して線対称にならない」という条件Aを満たすように設定されている。本実施形態においては、1/2波長板135の平面視形状を、ある円の弧とその円の弦(直径よりも短い弦)とにより囲まれた舟形とすることによって、この条件Aを充足させている。 A half-wave plate 135 is positioned to act on a portion of the Gaussian beam G'. Of the Gaussian beam G', the phase of the Gaussian beam G'2 that passes through the half-wave plate 135 and is incident on the axicon lens 133 is the phase of the Gaussian beam G' that does not pass through the half-wave plate 135, It lags the phase of the Gaussian beam G′1 incident on the cone lens 133 by π. The shape or arrangement of the half-wave plate 135 is such that "on the plane orthogonal to the central axis of the Gaussian beam G', the beam cross section of the Gaussian beam G'1 and the beam cross section of the Gaussian beam G'2 are the same as the Gaussian beam G'. It is set so as to satisfy the condition A that it is not symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis of. In this embodiment, the condition A is satisfied by making the plan view shape of the half-wave plate 135 a boat shape surrounded by an arc of a circle and a chord of the circle (a chord shorter than the diameter). I am letting

回転機構137は、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸として1/2波長板135を回転させるための機構である。回転機構137は、例えば、内側ホルダ136a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 rotating mechanism 137 is a mechanism for rotating the half-wave plate 135 with the central axis of the Gaussian beam G' as the rotation axis. The rotating mechanism 137 can be composed of, for example, a threaded shaft that engages with the gear-shaped outer surface of the inner holder 136a, and a motor (not shown) that rotates the shaft.

なお、本実施形態においては、1/2波長板135をガウシアンビームG’の光路上、すなわち、コリメートレンズ131とアキシコンレンズ133との間に配置する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。例えば、1/2波長板135をガウシアンビームGの光路上、すなわち、デリバリファイバ12とコリメートレンズ131との間に配置する構成を採用しても構わない。要するに、1/2波長板135は、アキシコンレンズ133に入射するガウシアンビームG,G’の光路上に配置されていればよい。 In this embodiment, the half-wave plate 135 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G', that is, between the collimator lens 131 and the axicon lens 133. However, the present invention , but not limited to. For example, a configuration in which the half-wave plate 135 is arranged on the optical path of the Gaussian beam G, that is, between the delivery fiber 12 and the collimator lens 131 may be adopted. In short, the half-wave plate 135 should be placed on the optical path of the Gaussian beams G and G' entering the axicon lens 133 .

(1/2波長板の作用)
加工装置1が備える1/2波長板135の作用について、図2及び図3を参照して説明する。
(Action of half-wave plate)
The action of the half-wave plate 135 provided in the processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

図2の(a)は、図1に示すように1/2波長板135が設けられている場合に得られる、ベッセルビームBのx軸上の強度分布を示すグラフである。図2の(b)は、図1に示すように1/2波長板135が設けられている場合に得られる、ベッセルビームBのy軸上の強度分布を示すグラフである。図2の(c)は、図1に示すように1/2波長板135が設けられている場合に得られる、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。なお、x軸、y軸、z軸の定義については、図1の(b)を参照されたい。 FIG. 2(a) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam B on the x-axis obtained when the half-wave plate 135 is provided as shown in FIG. FIG. 2(b) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam B on the y-axis obtained when the half-wave plate 135 is provided as shown in FIG. FIG. 2(c) is a graph showing the intensity distribution of the Bessel beam B on the xy plane obtained when the half-wave plate 135 is provided as shown in FIG. For definitions of the x-axis, y-axis, and z-axis, see (b) of FIG.

1/2波長板135が設けられていない場合、ベッセルビームBのビームプロファイルは、中心から明領域、暗領域、明領域、暗領域、…がこの順に交互に並ぶ同心円状のビームプロファイルとなる。したがって、この場合、ベッセルビームBのビームプロファイルは、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸とする回転に対して不変になる。このため、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸として1/2波長板135を回転させても、ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルは変化しない。 If the half-wave plate 135 is not provided, the Bessel beam B has a concentric beam profile in which bright areas, dark areas, bright areas, dark areas, . . . are alternately arranged in this order from the center. Therefore, in this case, the beam profile of the Bessel beam B remains unchanged with respect to rotation about the central axis of the Gaussian beam G'. Therefore, even if the half-wave plate 135 is rotated about the central axis of the Gaussian beam G', the beam profile of the Bessel beam B with which the workpiece W is irradiated does not change.

これに対して、図1に示すように1/2波長板135が設けられている場合、ベッセルビームBのビームプロファイルは、(1)x軸正部分を含む第1セクタS1及びx軸負部分を含む第3セクタS3において、中心から明領域、暗領域、明領域、暗領域、…がこの順に交互に並ぶ同心円状のビームプロファイルとなり、(2)y軸正部分を含む第2セクタS2及びy軸負部分を含む第4セクタS4において、中心から暗領域、明領域、暗領域、明領域、…がこの順に交互に並ぶ同心円状のビームプロファイルになる。したがって、この場合、ベッセルビームBのビームプロファイルは、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸とする回転に対して不変にならない。このため、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸として1/2波長板135を回転させると、ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルが変化する。 On the other hand, when the half-wave plate 135 is provided as shown in FIG. 1, the beam profile of the Bessel beam B is: (1) the first sector S1 including the x-axis positive portion and the x-axis negative portion In the third sector S3 including the y-axis positive portion, (2) the second sector S2 including the y-axis positive portion and In the fourth sector S4 including the y-axis negative portion, the beam profile becomes a concentric circular beam profile in which dark areas, bright areas, dark areas, bright areas, . . . are alternately arranged in this order from the center. Therefore, in this case, the beam profile of the Bessel beam B does not change with respect to rotation about the central axis of the Gaussian beam G'. Therefore, when the half-wave plate 135 is rotated around the central axis of the Gaussian beam G', the beam profile of the Bessel beam B with which the workpiece W is irradiated changes.

図3は、1/2波長板135の回転角θが0°、45°、90°、135°、180°のときに実現される、1/2波長板135の配置と、ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルと、を例示した図である。ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸として1/2波長板135を回転させると、ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルも回転することが、図3から見て取れる。ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルが回転すると、ワークWの各点に照射されるベッセルビームBの強度が周期的に変化する。このため、ワークWの急減な温度変化を抑えるという効果を得ることができる。 FIG. 3 shows the arrangement of the half-wave plate 135 and the irradiation of the workpiece W when the rotation angle θ of the half-wave plate 135 is 0°, 45°, 90°, 135°, and 180°. FIG. 3 illustrates the beam profile of the Bessel beam B that is processed; It can be seen from FIG. 3 that when the half-wave plate 135 is rotated around the central axis of the Gaussian beam G', the beam profile of the Bessel beam B with which the workpiece W is irradiated also rotates. When the beam profile of the Bessel beam B with which the work W is irradiated rotates, the intensity of the Bessel beam B with which each point of the work W is irradiated changes periodically. For this reason, the effect of suppressing a rapid temperature change of the work W can be obtained.

なお、上述した条件Aを満たしていない場合(すなわち、ガウシアンビームG’と直交する平面において、ガウシアンビームG’1のビーム断面とガウシアンビームG’2のビーム断面とが、ガウシアンビームG’の中心軸を通る直線に対して線対称になる場合)、ベッセルビームBは、中心から暗領域、明領域、暗領域、明領域、・・・がこの順に交互に並ぶ同心円状のビームプロファイルとなる。したがって、この場合、ベッセルビームBのビームプロファイルは、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸とする回転に対して不変になる。このため、ガウシアンビームG’の中心軸を回転軸として1/2波長板135を回転させても、ワークWに照射されるベッセルビームBのビームプロファイルは変化しない。 Note that when the above condition A is not satisfied (that is, in a plane perpendicular to the Gaussian beam G′, the beam cross section of the Gaussian beam G′1 and the beam cross section of the Gaussian beam G′2 are aligned with the center of the Gaussian beam G′. symmetrical with respect to a straight line passing through the axis), the Bessel beam B has a concentric circular beam profile in which dark regions, bright regions, dark regions, bright regions, . . . Therefore, in this case, the beam profile of the Bessel beam B remains unchanged with respect to rotation about the central axis of the Gaussian beam G'. Therefore, even if the half-wave plate 135 is rotated about the central axis of the Gaussian beam G', the beam profile of the Bessel beam B with which the workpiece W is irradiated does not change.

(1/2波長板の変形例)
加工装置1が備える1/2波長板135の幾つかの変形例について、図4を参照して説明する。
(Modified example of half-wave plate)
Several modifications of the half-wave plate 135 included in the processing apparatus 1 will be described with reference to FIG.

本実施形態においては、図4の(a)に示すように、1/2波長板135の平面視形状を、ある円の弧とその円の弦(直径よりも短い弦)とにより囲まれた舟形とする構成が採用されている。ただし、1/2波長板135の形状は、上述した条件Aを満たす限り任意である。 In this embodiment, as shown in FIG. 4A, the plan view shape of the half-wave plate 135 is surrounded by an arc of a circle and a chord of the circle (a chord shorter than the diameter). A boat-shaped configuration is adopted. However, the shape of the half-wave plate 135 is arbitrary as long as the condition A described above is satisfied.

例えば、図4の(b)に示すように、1/2波長板135の平面視形状を、ある円の弧とその円の弦(直径よりも長い弦)とにより囲まれた舟形とする構成を採用してもよい。また、図4の(c)に示すように、1/2波長板135の平面視形状を、中心角が180°よりも小さい扇形とする構成を採用してもよい。また、図4の(d)に示すように、1/2波長板135の平面視形状を、中心角が180°よりも大きい扇形とする構成を採用してもよい。 For example, as shown in FIG. 4(b), the half-wave plate 135 has a planer shape surrounded by an arc of a circle and a chord of the circle (a chord longer than the diameter). may be adopted. Alternatively, as shown in FIG. 4C, the half-wave plate 135 may have a fan shape with a central angle of less than 180° in plan view. Alternatively, as shown in FIG. 4D, the half-wave plate 135 may have a sector shape in plan view with a central angle larger than 180°.

ただし、図4の(a)又は(c)に示すように、1/2波長板135を通らないガウシアンビームG’1のビーム断面積の方が1/2波長板135を通るガウシアンビームG’2のビーム断面積G’2よりも大きい方が好ましい。なぜなら、ガウシアンビームG’が1/2波長板135を通る際に生じる損失を小さく抑えることが可能になるからである。 However, as shown in (a) or (c) of FIG. is preferably larger than the beam cross-sectional area G'2 of 2. This is because the loss that occurs when the Gaussian beam G' passes through the half-wave plate 135 can be kept small.

(付記事項)
本発明は上述した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る。上述した実施形態に開示された各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 are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above embodiments are 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
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
135 1/2波長板
Reference Signs List 1 processing device 11 laser light source 12 delivery fiber 13 processing head 130 housing 131 collimator lens 133 axicon lens 135 half-wave plate

Claims (5)

アキシコンレンズと、
前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームの光路上に配置された1/2波長板と、
前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として前記1/2波長板を回転させる回転機構と、を備え、
前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面と、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面とが、前記ガウシアンビームの中心軸を通る直線に対して線対称にならない、
ことを特徴とするビームシェイパ。
an axicon lens,
a half-wave plate disposed on the optical path of the Gaussian beam incident on the axicon lens;
a rotation mechanism that rotates the half-wave plate with the central axis of the Gaussian beam as a rotation axis;
In a plane orthogonal to the central axis of the Gaussian beam, a beam cross section of the Gaussian beam that enters the axicon lens without passing through the half-wave plate, and a beam cross section of the Gaussian beam that passes through the half-wave plate and enters the axicon lens The beam cross section of the incident Gaussian beam is not symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis of the Gaussian beam,
A beam shaper characterized by:
コリメートレンズを更に備え、
前記アキシコンレンズは、その平坦面が前記コリメートレンズの凸面と対向するように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のビームシェイパ。
Equipped with a collimating lens,
The axicon lens is arranged such that its flat surface faces the convex surface of the collimator lens,
The beam shaper according to claim 1, characterized in that:
前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面積が、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面積よりも大きい、
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。
In a plane orthogonal to the central axis of the Gaussian beam, the beam cross-sectional area of the Gaussian beam that enters the axicon lens without passing through the half-wave plate is larger than the beam cross section of a Gaussian beam incident on
3. The beam shaper according to claim 1 or 2, characterized in that:
請求項1~3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ている、
ことを特徴とする加工装置。
A processing head comprising the beam shaper according to any one of claims 1 to 3,
A processing device characterized by:
アキシコンレンズから出射するベッセルビームをワークに照射する加工方法であって、
前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームの光路上に配置された1/2波長板を、前記ガウシアンビームの中心軸を回転軸として回転させる工程を含み、
前記ガウシアンビームの中心軸と直交する平面において、前記1/2波長板を通らずに前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面と、前記1/2波長板を通って前記アキシコンレンズに入射するガウシアンビームのビーム断面とが、前記ガウシアンビームの中心軸を通る直線に対して線対称にならない、
ことを特徴とする加工方法。
A processing method for irradiating a workpiece with a Bessel beam emitted from an axicon lens,
rotating a half-wave plate placed on the optical path of the Gaussian beam incident on the axicon lens about the central axis of the Gaussian beam;
In a plane orthogonal to the central axis of the Gaussian beam, a beam cross section of the Gaussian beam that enters the axicon lens without passing through the half-wave plate, and a beam cross section of the Gaussian beam that passes through the half-wave plate and enters the axicon lens The beam cross section of the incident Gaussian beam is not symmetrical with respect to a straight line passing through the central axis of the Gaussian beam,
A processing method characterized by:
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