CN105607248A - 光学装置、加工装置以及物品制造方法 - Google Patents

光学装置、加工装置以及物品制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了光学装置、加工装置以及物品制造方法。所述光学装置包括：包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。

Description

光学装置、加工装置以及物品制造方法
技术领域
本发明涉及光学装置、加工装置以及物品制造方法。
背景技术
例如，日本专利特许第4386137号以及日本专利特开第2011-121119号公报公开了传统激光加工装置中的光束平行偏移机构。在日本专利特许第4386137号中，通过旋转透明部件来使光束平行偏移。在日本专利特开第2011-121119号公报中，利用两个同步的角度改变镜来使光束平行偏移。
然而，在日本专利特许第4386137号的光束平行偏移机构中，由于光束的平行偏移量由透明部件的旋转角度和长度来确定，因此旋转时的惯性变大，因此难以以高速进行期望的光束偏移。例如，假设其中通过日本专利特许第4386137号的方法由透明部件(石英玻璃n＝1.45)的旋转角度±10°来获得5.3mm的光束平行偏移量的情况。在这种情况下，透明部件的尺寸实际上被设计为大约95mm×16mm×13mm。结果是，惯性大到33,000g·mm2，因此难以以高速进行平行偏移。
日本专利特开第2011-121119号公报的技术解决了旋转部件的大惯性的问题。然而，由于难以在高速操作中使这两个镜旋转机构精确同步，因此出射光束的角度不恒定，并且难以使光束平行偏移。
发明内容
本发明例如提供了一种在光路的调整速度方面有利的装置。
根据本发明的一个方面，提供一种光学装置。所述光学装置包括：包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
根据本发明的另一方面，提供一种包括光学装置的加工装置。所述光学装置包括：包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
根据本发明的又一方面，提供一种物品制造方法。所述物品制造方法包括以下步骤：利用加工装置对对象物进行加工；以及对加工后的所述对象物进行加工以制造物品，其中，所述加工装置包括光学装置，其中，所述光学装置包括：包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
根据以下(参照附图)对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的光学装置的结构的图；
图2是示出第一实施例中的镜部件的旋转角度与光束偏移量之间的关系的图；
图3是示出第一实施例中的镜部件的厚度对光束偏移量的影响的图；
图4是示出根据第二实施例的光学装置的结构的图；
图5是示出根据第三实施例的光学装置的结构的图；
图6是示出根据第四实施例的光学装置的结构的图；
图7是示出根据第五实施例的加工装置的结构的图；以及
图8是用于说明根据实施例的镜部件的角度改变机构的示例的图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征及方面。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。应当注意，以下实施例并不旨在限制所附权利要求的范围，并且并非实施例中描述的特征的全部组合均是本发明的解决手段所必需的。
<第一实施例>
图1示出根据第一实施例的光学装置的结构。根据本实施例的光学装置可以控制出射光的光路，例如，使光束平行偏移。根据本实施例的光束平行偏移机构(更一般地，进行光路的调整(典型地，光路的平移或平移运动)的机构)包括反射来自光源50的光束51的镜部件2(也称为反射件)。注意，在以下描述中，将例示其中各反射面可以被视作平面、并且进行光路的平移或平移运动的情况。镜部件2由例如玻璃构成，并且包括接收来自光源50的光束51的第一反射面2a以及相对侧上的第二反射面2b。高反射镜涂层可以施加于第一反射面2a和第二反射面2b中的各个。注意，镜部件2可以被形成为棱柱状，并且第一反射面2a和第二反射面2b可以是独立组件。这里，其中第一反射面与第二反射面彼此相对、是棱柱上的分开面并且是独立面的构造其优势在于，与这些是相同(平面的)面的情况相比，降低了来自入射光的热量的影响。
镜部件2被形成为能够改变相对光束51的角度从而控制从光学装置出射的光的光路。图8示出了镜部件2的角度改变机构的示例。如图8中所示，镜部件2被振镜电机1的输出轴1a轴向支撑。控制器60(调整设备)向振镜电机1输出驱动信号。振镜电机1中的旋转驱动单元(未示出)经由输出轴1a将镜部件2旋转根据输入驱动信号的驱动量。镜部件2由此可旋转。这里，镜部件2相对来自光源50的光束51倾斜大约45°。
根据本实施例的光束平行偏移机构包括光学系统80，该光学系统80通过反射面将入射在镜部件2上并被镜部件2反射的光依次反射偶数次，然后使光再次入射在镜部件2上。根据本实施例的光学系统80包括例如被固定地布置为相对光束51对称的四个镜3、4、5和6。被镜部件2的第一反射面2a反射的光通过镜3、4、5和6被依次反射并且被引导到镜部件2的第二反射面2b上。最终被第二反射面2b反射的光在与光束51几乎相同的方向上出射。
即使在镜部件2的旋转角度被改变时，出射光的角度也不改变。为此，通过镜部件2的反射面被反射并出射的光的光路可以通过控制器60调整镜部件2的旋转角度被调整。
接着将描述平行光束偏移量与镜部件2的旋转角度的改变之间的关系。考虑其中镜部件2的厚度被假设为0的情况。图2示出了在通过四个镜3、4、5和6形成的矩形的外围距离L是300mm的情况下以及其中该外围距离L是400mm的情况下，镜部件2的角度改变与光束偏移量之间的关系。
光束平行偏移量ΔS由下式给出
ΔS＝L×tan(2×Δθg)...(1)
这里，Δθg是镜部件2的角度改变量。
等式(1)表示L越大，则可以实现大光束平行偏移量的镜部件2的角度的改变越小。可以通过增加L来进行高速可变光束偏移。
接着假设考虑镜部件2的实际长度的情况。图3示出了镜部件2的厚度被假设为0的情况与考虑实际厚度的情况之间的光束平行偏移量的差。根据图3，如果镜部件2的厚度相对L小，则与镜部件2的厚度为0的情况下的偏移量的差小，并且光束偏移量近似匹配等式(1)。镜部件2的反射面的必要宽度W由下式给出
W＝(D+Smax)/sin(45+θg)...(2)
其中，D是至偏移机构的入射光束的宽度，Smax是最大偏移量。
根据本实施例的结构，作为用于实现光束平行偏移5.3mm的设计的结果，在镜部件2的厚度被设定为2mm(惯性＝89g·mm2)并且L＝300mm的情况下可以通过±0.5°的范围内的控制来实现偏移。由此，与传统技术相比速度能够被大大增加。
如上所述，根据本实施例，可以通过利用接收来自光源50的光的角度改变镜部件2、以及四个镜3、4、5和6的结构来实现高速光束平行偏移机构。
<第二实施例>
图4是示出根据第二实施例的光学装置的结构的图。如图4中所示，反射来自光源50的光束51的镜部件7可以具有与根据第一实施例的镜部件2相同的结构。即，镜部件7由例如玻璃构成，并且包括接收来自光源50的光束51的第一反射面7a以及相对侧上的第二反射面7b。高反射镜涂层可以施加于第一反射面7a和第二反射面7b中的各个。注意，镜部件7可以被形成为棱柱状，并且第一反射面7a和第二反射面7b可以是独立组件。镜部件7如根据第一实施例的镜部件2一样，被形成为能够改变角度。这里，镜部件7相对来自光源50的光束51倾斜大约45°。
根据本实施例的光学系统90包括被固定布置使得光路形成三角形的两个镜8和9，如图4中所示。通过镜部件7的第一反射面7a反射的光被镜8和9依次反射并且被引导到镜部件7的第二反射面7b。最终通过第二反射面7b反射的光在例如垂直于光束51的方向上出射到一侧。在该结构中，根据等式(1)的光束平行偏移可以通过振镜电机将镜部件7旋转Δθg来实现。
如上所述，根据本实施例，可以通过利用接收来自光源50的光的角度改变镜部件7以及两个镜8和9的结构来实现高速光束平行偏移机构。
<第三实施例>
图5示出了根据第三实施例的光学装置的结构。反射来自光源50的光束51的镜部件10如根据第一实施例的镜部件2一样，被形成以能够改变角度。这里，镜部件10相对来自光源50的光束51倾斜大约45°。
根据本实施例的光学系统100包括被固定布置在镜部件10下方的两个镜11和12，如图5中所示。通过镜部件10的第一面10a(作为光源50侧上的面)上的第一反射区域10b反射的光被镜11和12依次反射并被引导到镜部件10的第一面10a上的第二反射区域10c。通过第二反射区域10c反射的光在例如相对光束51被反转180°的方向上出射。在该结构中，根据等式(1)的光束平行偏移可以通过振镜电机将镜部件10旋转Δθg来实现。
如上所述，根据本实施例，可以通过利用接收来自光源50的光的角度改变镜部件10以及两个镜11和12的结构来实现高速光束平行偏移机构。
<第四实施例>
图6示出了根据第四实施例的光学装置的结构。该结构是第一实施例(图1)中示出的结构的组合，并且包括接收来自光源50的光束51的第一光学装置61，以及接收来自第一光学装置61的出射光的第二光学装置62。
第一光学装置61包括反射来自光源50的光束51的角度改变镜部件13。这对应于根据第一实施例的镜部件2。第一光学装置61还包括分别对应于根据第一实施例的镜3、4、5和6的镜14-1、14-2、14-3及14-4。
第二光学装置62包括反射来自光源50的光束51的角度改变镜部件15。这对应于根据第一实施例的镜部件2。第二光学装置62还包括分别对应于根据第一实施例的镜3、4、5和6的镜16-1、16-2、16-3和16-4。
第一光学装置61的镜部件13的旋转轴以及第二光学装置62的镜部件15的旋转轴不平行并且被布置为例如彼此垂直。
在第一光学装置61中，通过镜部件13的第一反射面反射的入射光被镜14-1、14-2、14-3和14-4依次反射并且被引导到第一反射面的相对侧上的镜部件13的第二反射面。通过第二反射面反射的光入射在第二光学装置62的镜部件15上。在第二光学装置62中，通过镜部件15的第一反射面反射的入射光被镜16-1、16-2、16-3和16-4依次反射并被引导到第一反射面的相对侧上的镜部件15的第二反射面。最终通过镜部件15的第二反射面反射的光在与光束51几乎相同的方向上出射。
如图6中所示，可以采用由镜在第一光学装置61中反射光的光路形成的平面与由镜在第二光学装置62中反射光的光路形成的平面彼此相交的结构。当光束平行偏移机构被布置为使得彼此相交时，能够实现使光学装置的尺寸化缩小。
注意在以上示例中，描述了第一实施例(图1)的光束平行偏移机构被布置为使得偏移方向变得彼此垂直的示例。然而，即使将从第一到第三实施例中选择的两个光束平行偏移机构组合，也能够在二维平面内类似地自由进行光束平行偏移。
根据上述的各实施例，光学装置包括可旋转镜部件，以及接收被该镜部件反射的光并且使其在预定方向上出射的光学系统。该光学系统通过反射面将光依次反射偶数次并且使光再次入射在镜部件上。再次入射的光被镜部件反射，由此在预定方向上出射。根据本发明者的检验，本发明在利用不是偶数次而是奇数次反射光的光学系统的结构中无法成立。
<第五实施例>
以下将描述包括用于将已从第四实施例中描述的光学装置出射的光引导到对象物的光学元件的加工装置的示例。图7示出了根据第五实施例的激光加工装置的结构。根据本实施例的激光加工装置在激光源71的后续段包括在第四实施例中描述的光束平行偏移机构17。光束放大系统18和19被布置在光束平行偏移机构17的后续段，由此将光束偏移量/光束系统放大到必要量。聚光透镜22被布置在光束放大系统的后续段，并且利用聚光的激光束来照射焦平面上布置的对象物23。配设在光束放大系统19与聚光透镜22之间的镜20和21的角度可以被调整，使得将光束引导到对象物23上的期望位置。
在该结构中，光束平行偏移机构17使光束平行偏移，由此自由改变照射对象物23的激光束的角度。结果是，可以进行锥形孔加工或倾斜部分的切割。
[物品制造方法的实施例]
根据上述实施例的加工装置可用于物品制造方法。物品制造方法可以包括利用加工装置对对象物进行加工的步骤，以及对在该步骤中被加工的对象物进行加工的步骤。该处理可以包括例如与上述加工不同的加工、输送、检查、选择、装配(组装)、以及包装的至少一者。根据本实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、产量、及生产成本中的至少一者上优于传统方法。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种光学装置，所述光学装置包括：
包含第一反射面及第二反射面的可旋转的反射件；
光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及
调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一反射面和所述第二反射面是彼此相对的面。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述反射件的所述第一反射面和所述第二反射面以及所述光学系统的所述多个反射面都是平面，并且所述调整设备使所述光路平移。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述多个反射面是四个反射面。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述多个反射面是两个反射面。
6.根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置还包括：
可旋转的第二反射件，被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光入射到可旋转的所述第二反射件上；
第二光学系统，其被构造为通过所述第二光学系统中包括的多个反射面，来依次反射由所述第二反射件的反射面反射的光，并且使所述光入射到所述第二反射件的反射面上；以及
第二调整设备，其被构造为改变所述第二反射件的旋转角度，以调整从所述第二反射件出射的光的光路。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中，包括所述第一反射面和所述第二反射面的所述反射件的旋转轴与所述第二反射件的旋转轴彼此不平行。
8.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光学装置被构造成使得由通过所述多个反射面依次反射被所述第一反射面反射的光并使所述光入射到所述第二反射面上的所述光学系统中的光路形成的平面，与由所述第二光学系统中的光路形成的平面彼此相交。
9.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光学系统将通过所述第一反射面反射的光依次反射偶数次并使所述光入射到所述第二反射面上。
10.一种加工装置，所述加工装置包括：
光学装置，所述光学装置包括：
包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；
光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及
调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度，以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
11.根据权利要求10所述的加工装置，所述加工装置还包括：
光学元件，其被构造为将从所述光学装置出射的光导向对象物。
12.一种物品制造方法，所述物品制造方法包括以下步骤：
利用加工装置对对象物进行加工；以及
对加工后的所述对象物进行处理以制造物品，
其中，所述加工装置包括：
光学装置，所述光学装置包括：
包含第一反射面及第二反射面的可旋转反射件；
光学系统，其被构造为通过所述光学系统中包括的多个反射面来依次反射被所述第一反射面反射的光，并且使所述光入射在所述第二反射面上；以及
调整设备，其被构造为改变所述反射件的旋转角度以调整被所述第二反射面反射而从所述第二反射面出射的光的光路。
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