CN100595627C

CN100595627C - 可变形镜及采用可变形镜的激光加工装置

Info

Publication number: CN100595627C
Application number: CN 200710096579
Authority: CN
Inventors: 小林信高; 竹野祥瑞
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: CN101290394A

Abstract

本发明的课题是提供一种具有多个驱动元件的可变形镜，自由度高，但是，结构复杂。其特征在于，可变形镜包括：在一侧具有反射面(1A)的反射镜(1)，在两个部位处固定到反射镜(1)的背面上的第一轴构件(4)，具有固定到反射镜(1)的背面(1B)上的两个腿(5B)、跨越前述第一轴构件(4)的第二轴构件(5)，使该第二轴构件(5)与前述第一轴构件(4)之间的距离变化的距离变更机构(2)，连接固定第一轴构件(4)的部位的线段与连接固定第二轴构件(5)的前述腿(5B)的部位的线段相互交叉。

Description

可变形镜及采用可变形镜的激光加工装置

技术领域

本发明涉及修正激光束等的光波波阵面畸变、特别是像散的可变形镜，以及采用可变形镜的激光(laser)加工装置。

背景技术

可变形镜用于修正光波的波阵面畸变，在各种各样的光学制品中使用。例如，在天体望远镜中，修正由大气的晃动等引起的波阵面畸变(像差)，用于改善像的质量(例如，参照专利文献1)。另外，在CD(光盘)及DVD(数字视盘)等的光学拾波器(pickup)中，用于修正由光盘面的倾斜及起伏等产生的像差(例如，参照专利文献2)。进而，在激光(laser)加工机中，为了能够获得圆度高、点(spot)直径小的激光束(laser beam)，用于修正由透镜(lens)及反射镜等的畸变引起的激光束(laser beam)的波阵面畸变(例如参照专利文献1)。

在可变形镜中，有整体型镜(例如，参照专利文献1)和分离型镜(例如，参照专利文献3)，其中的任何一种，通过使多个驱动元件、例如压电致动器(Piezo Actuator)驱动，使镜面形状发生变化。另外，也有的报导使用借助静电力进行驱动的驱动元件(例如参照专利文献2)。这些可变形镜由于具有多个驱动元件，所以，变形的自由度高，如果驱动元件的数目足够多的话，则可以制成任意形状的反射面，可以修正任意形状的波阵面畸变。

还报导过一种可变形镜，该可变形镜，为了调整激光束(laserbeam)的焦距等，借助一个驱动元件从背面向外周部受到保持的板状反射镜施加力(参照专利文献4)。

【专利文献1】

特开平7-66463号公报

【专利文献2】

特开平2005-122878号公报

【专利文献3】

特开平5-136509号公报

【专利文献4】

特开平9-293915号公报

具有多个驱动元件的可变形镜，由于施加变形力的方式的自由度高，所以，可以制成任意形状的反射面，具有对波阵面畸变的修正的自由度高的优点。但是，驱动元件多，结构复杂。在分离型镜的情况下，由于需要多个镜，所以，部件数目多，结构复杂。由于需要多个部件，有必要进行精密地制造，所以，具有多个驱动元件的可变形镜的价格昂贵。

根据用途的不同，存在这样的情况，即，对波阵面畸变的修正自由度没有必要很高，只要能够修正像散即可。例如，在利用激光束(laser beam)进行的切断、开孔、焊接等加工中，在构成一直到激光(laser)振荡器或加工点的传送光路的反射镜或透镜(lens)中，在切削、磨削、研磨等制造工序中，容易发生由于像散等原因引起的制造误差。在将垂直于光轴的一个轴的方向作为X方向，将垂直于光轴和X方向两者的方向作为Y方向的情况下，当在X方向和Y方向存在焦距不同的误差时，多数情况下会发生像散、使激光(laser)加工中的质量降低。如果可以对像散进行修正，则可以提高激光(laser)加工中的品质。

利用一个驱动元件施加力的可变形镜，只是改变焦距等，迄今为止，还没有以修正光波的像散为目的的采用一个驱动元件的可变形镜。

发明内容

本发明的目的是获得能够修正像散的可变形镜。

根据本发明的可变形镜，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜；在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件；具有固定到前述反射镜的背面上的两个腿、且跨越前述第一轴构件的第二轴构件；使该第二轴构件与前述第一轴构件之间的距离变化的距离变更机构，连接固定前述第一轴构件的部位的线段与连接固定前述第二轴构件的前述腿的部位的线段相互交叉。

另外，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜；在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件；一端固定到该第一轴构件上、另一端固定到前述反射镜的背面的第一及第二距离变更机构，连接固定前述第一轴构件的部位的线段与连接固定前述第一及第二距离变更机构的部位的线段相互交叉。

根据本发明的可变形镜，由于其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜；在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件；具有固定到前述反射镜的背面上的两个腿、且跨越前述第一轴构件的第二轴构件；使该第二轴构件与前述第一轴构件之间的距离变化的距离变更机构，连接固定前述第一轴构件的部位的线段与连接固定前述第二轴构件的前述腿的部位的线段相互交叉，所以，具有能够修正反射镜反射的光的像散的效果。

另外，由于其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜；在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件；一端固定到该第一轴构件上、另一端固定到前述反射镜的背面的第一及第二距离变更机构，连接固定前述第一轴构件的部位的线段与连接固定前述第一及第二距离变更机构的部位的线段相互交叉，所以，具有能够修正反射镜反射的光的像散的效果。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施形式1中的可变形镜的概念的图示。

图2是说明本发明的实施形式1中的可变形镜的结构的装配图。

图3是说明本发明的实施形式2中的可变形镜的结构的装配图。

图4是说明本发明的实施形式3中的可变形镜的结构的装配图。

图5是说明本发明的实施形式4中的可变形镜的结构的装配图。

图6是说明本发明的实施形式5中的可变形镜的结构的装配图。

图7是用于说明本发明的实施形式5中的可变形镜的概念的图示。

图8是说明本发明的实施形式6中的可变形镜的结构的装配图。

图9是本发明的实施形式7中的激光(laser)加工装置的结构图。

图10是不进行本发明的实施形式7中的像散的修正时，利用激光(laser)加工装置进行开孔加工的被加工物的表面的照片。

图11是通过本发明的实施形式7的可变形镜的变形进行像散的修正时、利用激光(laser)加工装置进行开孔加工的被加工物的表面的照片。

符号说明：

1：圆形反射镜(反射镜)

1A：镜面(反射面)

1B：背面

1C：背面1B的外周圆与X轴的交点(X轴交点)

1D：背面1B的外周圆与Y轴的交点(Y轴交点)

2：压电致动器(Piezo Actuator)(距离变更机构)

3：变形力发生机构

4：X轴构件

4A：X轴背面板

4B：X轴腿

4C：X轴腿底面

4D：切口

4E：X轴背面板中心

4F：螺纹孔(threaded screw hole)

5：Y轴构件

5A：Y轴背面板

5B：Y轴腿

5C：Y轴腿底面

5E：Y轴背面板中心

5F：螺纹孔(threaded screw hole)

5G：贯通孔

6：镜保持器(mirror holder)

7：螺纹(screw)部件(距离变更机构)

8：螺栓(screw)(距离变更机构)

9：结构构件(第一轴构件)

9A：背面板

9B：腿

9C：腿底面

9D：Y轴上的端部

50：激光(laser)振荡器

51：激光束(laser beam)

52：反射镜(可变形镜)

53：检流计(galvanometer)

54：电扫描镜(galvno scanner mirror)

55：聚光透镜(lens)

56：被加工物

57：能够扫描的范围

58：工作台(table)

59：工作台(table)驱动机构

A：负荷

B：负荷

具体实施方式

实施形式1.

在图1中，表示说明本发明的实施形式1中的可变形镜的概念的图示。作为反射镜的圆形反射镜1，其作为对光进行反射的反射面的镜面1A和背面1B是圆形的相互平行的平面。在背面1B上定义X轴和Y轴，所述X轴是通过外周圆的中心的第一轴，所述Y轴是与X轴成直角地在外周圆的中心交叉的第二轴。在作为背面1B的外周圆与X轴的交点的两个部位处的X轴交点1C附近，在对背面1B垂直地沿推压方向施加负荷A。另一方面，在作为背面1B的外周圆与Y轴的交点的两个部位的Y轴交点1D附近，对背面1B垂直地沿牵引方向施加负荷B。这样，镜面1A变形，圆形反射镜1的镜面1A变成如下所述的马鞍形，即，在平行于X轴的直线上为中央凹入的凹形，在平行于Y轴的直线上为中央凸出的凸形。另外，负荷A和负荷B的大小相同，X轴上的凹形的曲线形状和Y轴上的凸形的曲线形状，方向相反，形状相同。

当使由圆形反射镜1反射的光的焦距短的方向与Y轴相一致时，在Y轴上是凸面，反射的光的焦距变长，在X轴上是凹面，反射的光的焦距变短。这意味着减少X轴与Y轴的焦距差。即，如果恰当地调整马鞍形的变形程度的话，可以使X轴和Y轴的焦距相同，修正像散。圆形反射镜1的变形程度，相对于几十个毫米直径的圆形反射镜1而言，估计在0.1～10μm左右。另外，即使在变形的程度比估计的大或小的情况下，也可以应用本发明。另外，也可以使X轴变形成凸的形状，使Y轴变形成凹的形状。

说明实施形式1中的可变形镜的结构的装配图示于图2。该实施形式1中的可变形镜，利用可以借助反压电效应(inverse piezo electriceffect)外加电压正确地控制长度的一个压电致动器(Piezo Actuator)2，可以在图1所示的两个部位处的X轴交点1C附近产生推压圆形反射镜1的方向的负荷A，在两个部位处的Y轴交点1D附近产生牵引圆形反射镜1的方向的负荷B。在圆形反射镜1的背面侧具有变形力发生机构3，该变形力发生机构3产生使圆形反射镜1的镜面1A变形成马鞍形的力。变形力发生机构3由以下部分构成：X轴构件4，该X轴构件4是在对应于图1中的X轴上的X轴交点1C附近的位置的两个部位处固定到圆形反射镜1的背面1B上的第一轴构件；Y轴构件5，该Y轴构件5是在对应于Y轴上的Y轴交点1D附近的位置的两个部位处固定到圆形反射镜1的背面1B上、且跨越X轴构件4配置的第二轴构件；压电致动器(Piezo Actuator)2，该压电致动器(PiezoActuator)2是配置在X轴构件4与Y轴构件5之间、使它们之间的距离变化的距离变更机构。这样，借助在四个点施加力的简单的结构的变形力发生机构3，可以使圆形反射镜1变形成马鞍形。

X轴构件4由以下部分构成：呈与圆形反射镜1基本上相同的直径的圆形且具有规定厚度的X轴背面板4A，以及，从X轴背面板4A的位于圆形反射镜1一侧的面上垂直于X轴背面板4A竖立的棱柱状的两个X轴腿4B。由于两个X轴腿4B的长度相同，所以，在固定在圆形反射镜1上的状态下，X轴背面板4A与圆形反射镜1平行。X轴腿4B的垂直于长度方向的截面形状基本上为正方形，沿长度方向具有相同的截面形状。将X轴腿4B的底面称为X轴腿底面4C。两个X轴腿4B位于X轴背面板4A的端部，连接两个X轴腿底面4C的中心的线段通过X轴背面板4A的中心。在此，连接两个X轴腿底面4C的中心的直线成为X轴。在通过X轴背面板4A的中心、与X轴正交的Y轴和外周圆的交点附近，设置用于使Y轴构件5通过的切口4D。X轴背面板4A和X轴腿4B可以形成一体，也可以作为分立的部件形成并接合起来。进而，也可以通过利用同一材料通过切削等形成X轴构件4和圆形反射镜1。关于Y轴构件5，情况也一样。

X轴腿底面4C是相对于X轴腿4B垂直的平面，基本上呈正方形的形状。两个X轴腿底面4C，借助螺纹(screw)紧固、钎焊(brazing)、粘结剂粘结等适当的方法，利用拉力以固定面不剥离的方式固定到圆形反射镜1的背面1B上。即使在其它部位的固定方法中，也要注意同样的要点。

Y轴构件5和X轴构件4具有相同的形状，由Y轴背面板5A和两个Y轴腿5B构成。Y轴构件5的两个Y轴腿底面5C固定到圆形反射镜1的背面1B上。Y轴构件5的形状与X轴构件4的不同之处在于以下两点。(1)Y轴腿5B的长度比X轴腿4B长。(2)在Y轴背面板5A上没有切口。将连接两个Y轴腿底面5C的中心的直线称为Y轴。另外，由于连接X轴背面板4A的两个切口4D的中心的直线与X轴正交，所以，由分别每次一个地进入这两个切口4D的两个Y轴腿5B规定的Y轴与X轴正交。

这里，关于X轴背面板4A和Y轴背面板5A，按以下的方式定义第一面和第二面。使第一面作为位于与圆形反射镜1侧相反侧的面。第二面为位于第一面的背面侧的面。将压电致动器(Piezo Actuator)2的每一端分别固定到X轴背面板4A的第一面的X轴背面板中心4E(图中未示出)与Y轴背面板5A的第二面的Y轴背面板中心5E上。由于X轴背面板中心4E和Y轴背面板中心5E均处于通过圆形反射镜1的中心且垂直于圆形反射镜1的直线上，所以，压电致动器(PiezoActuator)2也处于该直线上。即，压电致动器(Piezo Actuator)2在垂直于圆形反射镜1的直线上使其两端的距离变化。

令X轴腿4B与Y轴腿5B的长度差与使压电致动器(PiezoActuator)2的长度处于其能够变化的范围内的大致中间处时的长度相同。在向压电致动器(Piezo Actuator)2施加规定的电压、压电致动器(Piezo Actuator)2的长度与X轴腿4B和Y轴腿5B的长度差相同的状态下，将X轴腿底面4C与Y轴腿底面5C固定到圆形反射镜1的背面1B上。这样，当将压电致动器(Piezo Actuator)2的长度加长时，镜面1A呈马鞍形变形，在X轴上变凹，在Y轴上变凸，当缩短压电致动器(Piezo Actuator)2的长度时，镜面1A呈马鞍形变形，在X轴上变凸，在Y轴上变凹。

适当地调整X轴腿4B的截面形状及大小和X轴背面板4A的厚度，以便获得不会由施加的力引起破损的强度。另外，调整X轴腿底面4C的形状及面积，以便能够向圆形反射镜1的背面1B上固定，并且恰当地进行马鞍形变形，并且，固定面不会被固定面上的拉力剥离。关于Y轴背面板5A和Y轴腿5B，也要注意到同样的要点来进行调整。

圆形反射镜1、X轴构件4及Y轴构件5的刚性使得能够发生适度的变形。如果使X轴构件4和Y轴构件5的刚性比圆形反射镜1小的话，则圆形反射镜1相对于由距离变更机构引起的距离变化的变形比小，容易进行圆形反射镜1的精密的变形控制。

可变形镜也包括变形力发生机构3，形状呈圆柱形，可相对于镜保持器(mirror holder)6旋转地容纳在圆筒形的镜保持器(mirrorholder)6(图中未示出)内。因此，能够以任意的旋转角设置可变形镜，可以精度更好地修正像散。另外，在Y轴背面板5A上，设置用于使输送驱动压电致动器(Piezo Actuator)2的电力用的配线通过的孔(图中未示出)。

其次，以利用可变形镜修正激光加工装置的激光束的像散的情况为例，说明其动作。图中未示出激光加工装置的结构，但是，在从激光振荡器到加工点的传送光路的途中设置可变形镜。另外，在应用于激光加工装置之外的情况下，也可以借助同样的动作修正像散。

在有像散的情况下，激光束的形状变成椭圆。使圆柱形的可变形镜在镜保持器6中旋转，使可变形镜的X轴或者Y轴与激光束的形状的直径长的方向或者直径短的方向相一致。使压电致动器(PiezoActuator)2的长度伸长的方向或者缩短的方向变化规定的量。当变化规定的量时，如果激光束的形状从椭圆变成接近于正圆的话，则原样地使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度向相同的方向变化，设定成激光束的形状最接近于正圆的长度。在当使压电致动器(PiezoActuator)2的长度变化规定的量时、激光束的形状的扁平的程度变大的情况下，使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度向相反的方向变化，设定成激光束的形状最接近正圆的长度。在激光加工时，通常监视激光束的形状，在偏离正圆的情况下，使压电致动器(PiezoActuator)2的长度变化，进行修正，使之最接近正圆。另外，所谓接近于正圆，指的是处于从最接近正圆的状态能够允许的范围内的状态。

为了说明能够将压电致动器(Piezo Actuator)2的长度从初始状态向长的或者短的两个方向调整的效果，对于使压电致动器(PiezoActuator)2的长度只能从初始状态向长的方向或者短的方向中的一个方向变化的情况的动作进行说明。使圆柱形的可变形镜在镜保持器6中旋转，使激光束形状的直径长的方向或者直径短的方向与可变形镜的X轴或者Y轴相一致。当使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度在可以变化的方向上变化规定的量时，如果激光束的形状从椭圆接近正圆的话，则原样使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度向相同的方向变化。在当使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度变化规定的量时、激光束形状的扁平程度变大的情况下，在使可变形镜在镜保持器6内旋转90度之后，使长度变化。一面监视激光束的形状，一面使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度变化，设定成激光束形状最接近正圆的长度。

由于可以使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度从初始状态向长或短的两个方向变化，所以，与只能在长或者短的一个方向上变化的情况相比，用于像散修正的可变形镜的操作变得简单。为了使压电致动器(Piezo Actuator)2的长度能够从初始状态向长或者短的两个方向变化，可以在圆形反射镜1上接装压电致动器(Piezo Actuator)2及变形力发生机构3，将压电致动器(Piezo Actuator)2通电，在处于可调整范围的大致中间的长度的状态下，将圆形反射镜1的镜面1A加工成平面。

通过利用压电致动器(Piezo Actuator)2，即使在像散的大小随着时间变化的情况下，也可以连续地控制压电致动器(Piezo Actuator)2，修正像散。在像散几乎不随着时间变化的情况下，也可以利用螺栓等代替压电致动器(Piezo Actuator)2，只要能够进行长度调整、并且能够保持其长度的距离变更机构的话，可以利用任何机构修正像散。

在上面的描述中利用一个距离变更机构，但也可以利用两个以上的距离变更机构。

这里，虽然可变形镜为圆形，但也可以不是圆形。另外，圆形的可变形镜，由于能够使可变形镜的形状变形的两个轴中任何一个与焦距最大或者最小的方向相一致，所以，具有能够容易地旋转可变形镜的优点。

虽然使可变形镜变形的两个轴正交，但也可以不必使之正交。即使在变形的两个轴不正交的情况下，变形成为凹入最大的部位与成为凸出最大的部位的角度差大致为90度，将从变形成凹入最大的部位通过的直线作为X轴，将从变形成凸出最大的部位通过的直线作为Y轴，使X轴或Y轴中的任何一个与光的形状的长度长或者短的方向相一致，通过使可变形镜变形，可以修正像散。

使连接第一轴构件的两个固定部位的线段与连接第二轴构件的两个固定部位的线段的交点位于该线段的中间点，不过，也可以在至少其中一个线段中，在中间点的位置处没有交点。另外，在连接第一轴构件的固定部位的线段中交点不在中间点的情况下，作用到该线段两端的力以使交点两侧的转矩相同的方式成为与离开交点的距离的倒数成比例的大小。关于第二轴构件的固定部位，也是一样的。由于力的平衡，作用到第一轴构件的两个固定部位处的力总和与作用到第二轴构件的两个固定部位处的力的总和相同。

由于将作用到第一轴构件的固定部位及第二轴构件的固定部位处的力垂直地作用到反射镜上，所以，发生不需要的变形的可能性很小。另外，为了不发生不需要的变形，如果使反射镜及变形力发生机构的刚性足够大的话，也可以使作用到第一轴构件的固定部位及第二轴构件的固定部位上的力不垂直于反射镜。另外，为了使可变形镜发生所希望的变形，如果不垂直的力的成分起作用的话，也可以向不垂直的规定方向施加力。

由于将压电致动器(Piezo Actuator)2配置在与圆形反射镜1垂直且通过X轴和Y轴的交点的直线上，所以，能够减小对于使可变形镜变形成所希望的形状没有必要或者成为障碍的力。在能够借助任何一种手段减少对于使可变形镜变形成所希望的形状没有必要或者造成障碍的力、或者使之无害化的情况下，通过压电致动器(PiezoActuator)2使距离变化的、其两端的两个点的直线，也可以不垂直于反射镜，或者不通过X轴与Y轴的交点。

作为第一轴构件及第二轴构件，使用在背面板上具有两个腿的形状的构件，但是，也可以是除此之外的形状。第一轴构件，只要压电致动器(Piezo Actuator)2的一端固定的部位相对于第一轴构件的固定部位配置在规定的位置，可以是任何一种构件。对第二轴构件也是一样的。

反射镜的反射面也可以是应用于凸面或凹面等这样的用途的规定形状。

上面所述，也同样适用于其它实施形式。

实施形式2.

本实施形式2是使用螺纹(screw)部件代替压电致动器(PiezoActuator)作为距离变更机构、从而改变实施形式1的情况。在图3中，表示说明实施形式2中的可变形镜的结构的装配图。下面只说明与实施形式1的情况中的图2相比的不同之处。

代替一个压电致动器(Piezo Actuator)，具有在两端切削成不同螺距(pitch)的阳螺纹(male screw)的一个螺纹(screw)部件7。

在X轴背面板4A的第一面的X轴背面板中心4E(图中未示出)，设置螺纹孔(threaded screw hole)4F，该螺纹孔4F具有螺纹配合到螺纹部件7的一侧的螺纹上的阴螺纹(female screw)，其中心与X轴背面板中心4E相一致。在Y轴背面板5A的第二面的Y轴背面板中心5E(图中未示出)上，设置螺纹孔(threaded screw hole)5F，该螺纹孔5F具有螺纹配合到螺纹部件7的另一侧的螺纹(screw)上的阴螺纹(female screw)，其中心与Y轴背面板中心5E相一致。

将螺纹(screw)部件7拧入到X轴构件4的螺纹孔(threaded screwhole)4F内，将螺纹(screw)部件7的相反侧拧入到Y轴构件5的螺纹孔(threaded screw hole)5F内，将螺纹(screw)部件7向规定的方向旋转，X轴腿底面4C与Y轴腿底面5C处于同一平面上，并且进行调整，使螺纹(screw)部件7处于能够在两个方向上进行必要程度的旋转的位置。适当地制成X轴腿4B与Y轴腿5B的长度差、螺纹(screw)部件7的位于两侧的螺纹(screw)部分的长度、位于两侧的螺纹(screw)的螺距(pitch)之差、螺纹(screw)部件7的总长度等，以便能够进行上面所述的这种调整。在这种状态下，将X轴腿底面4C与Y轴腿底面5C固定到圆形反射镜1的背面1B上。

下面说明其动作。与实施形式1一样，使激光束(laser beam)形状的直径长的方向或者直径短的方向与可变形镜的X轴或者Y轴相一致。使螺纹(screw)部件7旋转规定的量。如果激光束(laser beam)的形状从椭圆变成接近正圆的话，则原样使螺纹(screw)部件7向相同的方向旋转，设定成激光束(laser beam)的形状最接近正圆的长度。在当使螺纹(screw)部件7旋转规定的量时、激光束(laser beam)形状的扁平程度变大的情况下，使螺纹(screw)部件7向相反方向旋转，使螺纹(screw)部件7旋转到激光束(laser beam)的形状最接近正圆的位置上。

这样，即使在利用螺纹(screw)部件的情况下，通过使可变形镜呈马鞍形变形，也可以修正可变形镜反射的光的像散。

通过使用螺纹(screw)部件，可以简化可变形镜的变形力发生机构的结构。另外，由于使用螺纹(screw)部件，所以，有必要应用于对像散几乎不随时间变化的对象。

螺纹(screw)部件7的两侧的螺纹(screw)，只要有规定的螺距(pitch)差即可，也可以借助右螺纹(screw)和左螺纹(screw)产生螺距差。若螺距(pitch)的差小，则对可变形镜的马鞍形变形的精细调整变得容易。另外，也可以使用在两侧设置螺距(pitch)不同的螺纹孔(threaded screw hole)的螺纹(screw)部件，在X轴构件和Y轴构件上设置棒状部分，在棒状部分上设置阳螺纹(male screw)，将其插入到螺纹(screw)部件的螺纹孔(threaded screw hole)内。

上面所述也适用于其它实施形式。

实施形式3.

该实施形式3是改变实施形式2、使用通常的螺纹作为距离变更机构的情况。在图4中，表示说明实施形式3中的可变形镜的结构的装配图。只说明与实施形式2的情况中的图3不同之处。

使用在一侧切削出螺纹(screw)、在另一侧上有头的通常的螺栓(screw)8。在作为远离反射镜的构件的Y轴构件5上，代替螺纹孔(threaded screw hole)5F，在Y轴背面板5A的中心，设置直径比螺栓(screw)8的直径稍大、但比螺栓(screw)8的头的直径小的贯通孔5G。在将X轴腿底面4C和Y轴腿底面5C固定到圆形反射镜1的背面1B上的状态下，将螺栓(screw)8通过该贯通孔5G拧入螺纹孔(threaded screw hole)4F，在所述螺纹孔(threaded screw hole)4F中切削出与设置在X轴背面板4A的中心处的螺栓(screw)8的阳螺纹(male screw)螺纹配合的阴螺纹(female screw)。使螺栓(screw)8的头的背面侧与Y轴背面板5A接触，进而，当拧入螺栓(screw)8时，圆形反射镜1呈马鞍形变形。

当螺栓(screw)8的头的背面侧与Y轴背面板5A不接触时，由于不会发生使反射镜进行马鞍形变形的力，所以，X轴只能在成为凸状的方向上进行马鞍形变形。

下面说明其动作。与实施形式1同样，使激光束(laser beam)形状的直径长的方向或者直径短的方向与可变形镜的X轴或者Y轴相一致。使螺栓(screw)8旋转规定的量。如果激光束(laser beam)的形状从椭圆接近正圆的话，则原样使螺栓(screw)8向相同的方向旋转。在当使螺栓(screw)8旋转规定的量时、激光束(laser beam)形状的扁平程度变大的情况下，在使可变形镜在镜保持器(mirrorholder)6内旋转90度之后，使螺栓(screw)8在相同的方向上旋转。一边监视激光束的形状一边旋转螺栓8，将螺栓(screw)8一直拧入到激光束(laser beam)的形状最接近正圆的位置。

这样，即使在采用通常的螺栓(screw)的情况下，通过使可变形镜呈马鞍形变形，也可以修正可变形镜反射的光的像散。

实施形式4.

本实施形式4是使用两个压电致动器(Piezo Actuator)的情况。在图5中，表示说明实施形式4中的可变形镜的结构的装配图。

圆形反射镜1与实施形式1～3的情况相同。变形力发生机构3由结构构件9和两个压电致动器(Piezo Actuator)2构成。结构构件9的形状与实施形式1的情况中的X轴构件4的形状基本上相同，具有背面板9A和两个腿9B。但是，没有在实施形式1的情况下的X轴构件4上的切口4D，在切口所处的位置处固定压电致动器(PiezoActuator)2。两个腿9B的长度相同，等于压电致动器(Piezo Actuator)2的长度等于在能够变化的范围的大致中间时的长度。

将腿9B的底面称为腿底面9C。将连接两个腿底面9C的中心直线称作X轴，将与X轴在背面板9A的中心处正交的直线称作Y轴。在位于Y轴上的背面板9A的两侧的端部9D处，分别固定一个压电致动器(Piezo Actuator)2的一端。向压电致动器(Piezo Actuator)2通电，在压电致动器(Piezo Actuator)2的长度变成与腿9B相同的状态下，将压电致动器(Piezo Actuator)2的另一端和腿底面9C固定到圆形反射镜1的背面1B上。另外，也可以令两个腿部9B的长度与压电致动器(Piezo Actuator)2最短时的长度相同，这样，在与圆形反射镜1的背面1B固定时，也可以不向压电致动器(Piezo Actuator)2通电。但是，只能进行在Y轴上中央部凹入的马鞍形变形，有必要在对压电致动器(Piezo Actuator)2通电的状态下，将镜面1A研磨成平面。

这里，结构构件9是第一轴构件，压电致动器(Piezo Actuator)2是第一及第二距离变更机构。在圆形反射镜1的背面1B中，连接固定两个腿9B的部位的线段和连接固定两个压电致动器(PiezoActuator)2的一端的部位的线段相互交叉。

下面说明其动作。如果遵守令两个压电致动器(Piezo Actuator)2的长度相同的条件、调整长度的话，可以使可变形镜呈马鞍形变形。如果使可变形镜的方向和发生像散的方向相一致，适度调整马鞍形变形的程度的话，可以修正像散。

这样，通过利用两个压电致动器(Piezo Actuator)2使可变形镜呈马鞍形变形，可以修正可变形镜反射的光的像散。

也可以代替压电致动器(Piezo Actuator)，而使用螺纹(screw)部件等作为距离变更机构。只要是一端固定到第一轴构件上、另一端固定到反射镜的背面且能够变更其长度的距离变更机构，则可以是任何一种机构。

上面所述也适用于使用第一及第二距离变更机构的其它实施形式。

实施形式5.

该实施形式5是改变实施形式2的情况，使得可变形镜不变成马鞍形，而是变形成中央凹入的柱面状。在图6中，表示说明实施形式5中的可变形镜的结构的装配图。下面只说明与实施形式2的情况下的图3的不同点。另外，图7是用于说明实施形式5中的可变形镜的概念的图示。

X轴腿4B的横向宽度长，在X轴上，在不是螺纹孔(threadedscrew hole)4F的部分上，全部设置X轴腿4B。因此，由于向基本上整个X轴上均匀地施加负荷A，所以，在平行于X轴的直线上，位移相同，可变形镜不是马鞍形，而是变形成如图7所示的中央凸出的柱面状。另外，不仅是如图7所示的在平行于Y轴的直线上中央突出、在平行于X轴的直线上位移相同的变形，而且在平行于Y轴的直线上中央凹入、在平行于X轴的直线上位移相同的变形，也称为变形成柱面状。

由于X轴腿4B横向长，所以，在X轴上的螺纹孔(threaded screwhole)4F之外的部位，X轴腿4B固定在圆形反射镜1的背面1B上，在与连接X轴腿4B的两端的线段的中央的与Y轴的交点附近，X轴构件4也固定到圆形反射镜1的背面1B上。在变形成在与Y轴的交点附近X轴构件4不固定的马鞍形的情况下，利用在Y轴腿5B的两个部位的固定部位处作用的负荷B，在与Y轴的交点附近，与两端相比，在X轴上位移变得最大。与此相对，X轴构件4固定到X轴上的与Y轴的交点附近时，在该固定部位处几乎不能发生位移，在X轴上及平行于X轴的直线上的位移，与位置无关，基本上相同。

当使由变形成柱面状的圆形反射镜1反射的光的焦距短的方向与Y轴相一致时，在Y轴上，由于是凸面，所以反射的光的焦距变长，在X轴上，由于是平面，所以反射的光的焦距不发生变化。这意味着，使Y轴的焦距接近于X轴的焦距，减少焦距之差。即，如果恰当地调整柱面状的变形程度的话，则可以使X轴与Y轴的焦距相同，修正像散。

在本实施形式5中，不使可变形镜变形成马鞍形，而是使之变形成柱面状，在这一点上与实施形式2不同，但与实施形式2一样地动作。

这样，通过使可变形镜变形成柱面状，可以修正可变形镜反射的光的像散。

另外，代替螺纹(screw)部件7，也可以使用压电致动器(PiezoActuator)。

X轴构件4具有横向长的两个X轴腿4B，在除螺纹孔(threadedscrew hole)4F之外的基本上整个X轴上，施加相同方向的力，但是，也可以只令其中的任何一个X轴腿4B在横向长，增加X轴腿4B的数目，在X轴上的三个以上的部位处，将X轴构件4固定到反射镜的背面上。另外，两端以外的至少一个部位，配置于连接两端的X轴腿4B的线段的中央的与Y轴的交点附近，即，配置于在马鞍形变形的情况下、在X轴上与两端相比位移变得最大的位置附近，以便在X轴上几乎不发生位移差。另外，在不要螺纹孔(threaded screw hole)4F的情况下，也可以借助一个线状X轴腿4B，在基本上整个X轴上，将X轴构件4固定到反射镜的背面上。

上面所述，也适合于其它实施形式。

实施形式6.

本实施形式6是对实施形式4进行改变的情况，以便利用两个压电致动器(Piezo Actuator)，使可变形镜变形成柱面状。图8中表示说明实施形式6中的可变形镜的结构的装配图。下面只说明与实施形式4的情况下的图5的不同之处。

结构构件9的腿9B为三个，在X轴上的两端以外，在中央的与Y轴的交点附近，腿9B固定在圆形反射镜1的背面1B。另外，腿9B的高度全部相同。由于有正中间的腿9B，所以，即使改变两个压电致动器(Piezo Actuator)2的长度，在平行于X轴的直线上，位移也基本上相同，可变形镜变形成柱面状。

在该实施形式6中，通过改变两个压电致动器(Piezo Actuator)2的长度，可以使可变形镜变形成柱面状，通过变形成柱面状，可以修正可变形镜反射的光的像散。

实施形式7.

该实施形式7是将实施形式1～6中所述的任何一种可变形镜应用于激光(laser)加工装置的情况。在图9中，表示激光(laser)加工装置的结构图。由激光(laser)振荡器50出射的激光束(laser beam)51，由光路途中的反射镜52等传送，利用借助两组检流计(galvanometer)53及检流计(galvanometer)53的旋转进行旋转驱动的电扫描镜(galvno scanner mirror)54进行二维扫描，利用聚光透镜(lens)55定位、照射到被加工物56上。在被加工物56上用虚线围起来的方形的范围是能够扫描的范围57。被加工物56被载置在工作台(table)58上，工作台(table)58能够被两个工作台(table)驱动机构59在二维的规定范围内移动。

在图10中，表示在不进行像散修正的情况下，借助激光(laser)加工装置进行开孔加工的被加工物表面的照片。在图中的上下方向上，一面使焦点位置沿着光轴方向等间隔地变化(一面使聚光透镜(lens)55或者被加工物56沿着光轴方向等间隔地移动)，一面进行开孔加工。由于只通过一次很难判断加工精度的好坏，所以，在同一条件下实施多次。因此，在图10中，具有多列开孔加工的孔。在图10中，作为激光束(laser beam)能够允许的，只有从上面数的第四列一列。作为激光束(laser beam)是否能够允许，例如以所开的孔的正圆度为90％以上等规定的基准进行判断。

随着焦点位置的变化，加工孔的形状从纵向长的椭圆向横向长的椭圆变化。加工孔的形状表示在被加工物表面上的激光束点(laserbeam spot)的形状。即，在该加工光学系统中发生不能忽略不计的像散。

与该加工光学系统相对，使用实施形式1～6中任何一种可变形镜作为反射镜52，修正像散。以前述可变形镜的X轴或者Y轴与图10所示的加工孔的椭圆的长轴方向或者短轴方向相一致的方式设置可变形镜，利用压电致动器(Piezo Actuator)的驱动电压或者螺栓(screw)的旋转量控制可变形镜的变形量，以便使椭圆的加工孔接近正圆。图11表示，这样修正像散之后，在与图10相同的条件下，进行开孔加工，获得的被加工物表面的孔的照片。在图11中，作为激光束(laserbeam)能够允许的情况，是从上起的第3～7列共5列。可以看出，像散减少，焦深扩大。

通过扩大焦深，即使在被加工物的表面上有起伏，也可以实现稳定的激光(laser)加工。另外，也可以将除反射镜52之外的光路途中的镜作为可变形镜。

在该实施形式7中，如图9所示，利用使激光束(laser beam)51、保持被加工物56的工作台(table)58均进行二维扫描的激光(laser)加工装置，但是，使用可变形镜的效果是对加工光学系统的像散的作用，与扫描方法无关。即，在激光束(laser beam)51、聚光透镜(lens)55、工作台(table)58中任何一个进行一维、二维或者三维扫描或者不进行扫描的激光(laser)加工装置中，获得同样的效果。激光束(laserbeam)可以是单脉冲(pulse)、多脉冲(pulse)或者连续振荡的任何一种。加工内容并不局限于开孔，也可以是切断、变形、焊接、热处理或者做标记(marking)等，只要能够利用激光(laser)加工即可。另外，在被加工物上，只要是能够通过燃烧、熔融、升华或者变色等利用激光(laser)能够发生的变化，可以使之发生任何变化。

在将单脉冲(pulse)、多脉冲(pulse)或者连续振荡激光束(laserbeam)定位照射到被加工物面上，使被加工物燃烧、熔融、升华或者变色，进行切断、开孔、变形、焊接、热处理或者做标记(marking)等加工的激光(laser)加工装置中，如果是配备有具有能够使反射面变形成马鞍形或者柱面状的可变形镜的像散修正机构的激光(laser)加工装置的话，则可以修正激光束(laser ream)的像散，提高加工精度。

另外，在将单脉冲(pulse)、多脉冲(pulse)或者连续振荡激光束(laser beam)定位、照射到被加工物面上，使被加工物燃烧、熔融、升华或者变色，进行切断、开孔、变形、焊接、热处理或者做标记(marking)等加工的激光(laser)加工方法中，如果采用通过使传送光路途中的反射镜变形成反射面为马鞍形或者柱面状对激光束(laser beam)的像散进行修正的激光(laser)加工方法，可以修正激光束(laser beam)的像散，可以提高加工精度。

Claims

1.一种可变形镜，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜、在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件、具有固定到前述反射镜的背面上的两个腿且跨越前述第一轴构件的第二轴构件、使该第二轴构件与前述第一轴构件之间的距离变化的距离变更机构，将固定前述第一轴构件的部位连接起来的线段与将固定前述第二轴构件的前述腿的部位连接起来的线段相互交叉。

2.一种可变形镜，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜、在两个部位处固定到该反射镜的背面上的第一轴构件、一端固定到该第一轴构件上且另一端固定到前述反射镜的背面上的第一及第二距离变更机构，将固定前述第一轴构件的部位连接起来的线段与将固定前述第一及第二距离变更机构的部位连接起来的线段相互交叉，前述反射镜的背面与前述第一轴构件之间的前述距离变更机构仅为两个，要将前述第一轴构件固定到前述反射镜的背面的部位配置在一条直线上。

3.一种可变形镜，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜、呈线状地固定到该反射镜的背面上的第一轴构件、具有固定到前述反射镜的背面上的两个腿且跨越前述第一轴构件的第二轴构件、使该第二轴构件与前述第一轴构件之间的距离变化的距离变更机构，固定前述第一轴构件的部位的线段与将固定前述第二轴构件的前述腿的部位连接起来的线段相互交叉。

4.一种可变形镜，其特征在于，所述可变形镜包括：在一侧具有反射面的反射镜、呈线状地固定到该反射镜的背面上的第一轴构件、一端固定到该第一轴构件上且另一端固定到前述反射镜的背面上的第一及第二距离变更机构，固定前述第一轴构件的部位的线段与将固定前述第一及第二距离变更机构的部位连接起来的线段相互交叉，前述反射镜的背面与前述第一轴构件之间的前述距离变更机构仅为两个，要将前述第一轴构件固定到前述反射镜的背面的部位配置在一条直线上。

5.如权利要求1所述的可变形镜，其特征在于，在将固定前述第一轴构件的部位连接起来的线段上、与将固定前述第二轴构件的前述腿的部位连接起来的线段的交点附近，也将前述第一轴构件固定在前述反射镜的背面上。

6.如权利要求2所述的可变形镜，在将固定前述第一轴构件的部位连接起来的线段上、与将固定前述第一及第二距离变更机构的部位连接起来的线段的交点附近，也将前述第一轴构件固定到前述反射镜的背面上。

7.如权利要求1～6中任何一项所述的可变形镜，其特征在于，在前述距离变更机构中采用压电致动器。

8.如权利要求1～6中任何一项所述的可变形镜，其特征在于，在前述距离变更机构中采用螺栓。

9.如权利要求1～6中任何一项所述的可变形镜，其特征在于，在前述距离变更机构中，采用在两侧设置螺距不同的螺栓的螺纹部件。

10.一种激光加工装置，具有将激光束起振的激光振荡器和从前述激光振荡器向被加工物传送激光束的加工光学系统，其特征在于，在前述加工光学系统中，具有如权利要求1～权利要求6中任何一项所述的可变形镜。

11.一种激光加工装置，具有将激光束起振的激光振荡器和从前述激光振荡器向被加工物传送激光束的加工光学系统，其特征在于，在前述加工光学系统中，具有如权利要求7所述的可变形镜。

12.一种激光加工装置，具有将激光束起振的激光振荡器和从前述激光振荡器向被加工物传送激光束的加工光学系统，其特征在于，在前述加工光学系统中，具有如权利要求8所述的可变形镜。

13.一种激光加工装置，具有将激光束起振的激光振荡器和从前述激光振荡器向被加工物传送激光束的加工光学系统，其特征在于，在前述加工光学系统中，具有如权利要求9所述的可变形镜。