JP2000117424A - 光ビーム加熱装置 - Google Patents
光ビーム加熱装置Info
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- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ビーム加熱装置における従来の集光レンズ
機構のレンズ構成は、非球面レンズ１枚による構成であ
る。この非球面レンズ１枚構成では、特定の波長以外の
光線あるいは、特定のビーム倍率（＝集光ビーム径／バ
ンドル光ファイバ径）以外の場合、横収差の増加により
結像性能が低下するという問題があった。また、色収差
により各波長によるエネルギの分散が生じ、集光位置に
おけるエネルギ密度が低下していた。 【解決手段】 集光レンズ機構のレンズ構成を、非球面
レンズと球面レンズの組合わせとし、特定の波長や特定
のビーム倍率以外においても横収差の増加を抑え、結像
性能の低下を防止する。また色収差の発生も最小限に抑
えることにより集光位置におけるエネルギ密度を向上さ
せることが可能となる。
機構のレンズ構成は、非球面レンズ１枚による構成であ
る。この非球面レンズ１枚構成では、特定の波長以外の
光線あるいは、特定のビーム倍率（＝集光ビーム径／バ
ンドル光ファイバ径）以外の場合、横収差の増加により
結像性能が低下するという問題があった。また、色収差
により各波長によるエネルギの分散が生じ、集光位置に
おけるエネルギ密度が低下していた。 【解決手段】 集光レンズ機構のレンズ構成を、非球面
レンズと球面レンズの組合わせとし、特定の波長や特定
のビーム倍率以外においても横収差の増加を抑え、結像
性能の低下を防止する。また色収差の発生も最小限に抑
えることにより集光位置におけるエネルギ密度を向上さ
せることが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電子部品
のはんだ付け等の局部非接触加熱源として利用される光
ビーム加熱装置に関するものである。
のはんだ付け等の局部非接触加熱源として利用される光
ビーム加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ビーム加熱装置の光学系構成を図２に
示す。図２において、１は光源、２は集光ミラー、３は
光源１からの光を被加熱物に伝送する光路の一部のバン
ドル光ファイバ、４は集光レンズ機構、５は被加熱物で
ある被照射部である。
示す。図２において、１は光源、２は集光ミラー、３は
光源１からの光を被加熱物に伝送する光路の一部のバン
ドル光ファイバ、４は集光レンズ機構、５は被加熱物で
ある被照射部である。
【０００３】以下に、光ビーム加熱装置の原理を説明す
る。光源１の輝点を集光ミラー２の第１焦点に配置し、
前記集光ミラー２の第２焦点にバンドル光ファイバ３の
入射端面を配置する。光源１から放射される光線は、集
光ミラー２にて第２焦点に集光され、バンドル光ファイ
バ３に入射する。前記バンドル光ファイバ３に入射した
光線は伝送され、出射端面より出射される。出射端面よ
り出射された光線は、集光レンズ機構４により、設定さ
れた照射ビーム径になるように集光され、被照射部５に
照射される。
る。光源１の輝点を集光ミラー２の第１焦点に配置し、
前記集光ミラー２の第２焦点にバンドル光ファイバ３の
入射端面を配置する。光源１から放射される光線は、集
光ミラー２にて第２焦点に集光され、バンドル光ファイ
バ３に入射する。前記バンドル光ファイバ３に入射した
光線は伝送され、出射端面より出射される。出射端面よ
り出射された光線は、集光レンズ機構４により、設定さ
れた照射ビーム径になるように集光され、被照射部５に
照射される。
【０００４】集光レンズ機構４について、従来の集光レ
ンズ構成を図３に示す。図３において、６は従来の非球
面レンズである。図３に示すように、従来の集光レンズ
構成は非球面レンズ６の１枚構成である。この非球面レ
ンズ６は、特定の波長の光線、特定のビーム倍率（＝集
光ビーム径／バンドル光ファイバ径）において、最良の
結像で集光するように設計されている。
ンズ構成を図３に示す。図３において、６は従来の非球
面レンズである。図３に示すように、従来の集光レンズ
構成は非球面レンズ６の１枚構成である。この非球面レ
ンズ６は、特定の波長の光線、特定のビーム倍率（＝集
光ビーム径／バンドル光ファイバ径）において、最良の
結像で集光するように設計されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の集光レ
ンズ機構においては、波長の光線やその他のビーム倍率
の場合、横収差の増加により結像性能が低下するという
問題があった。またキセノン光のような光源１から放射
される光線は広範囲な波長の光であるため、色収差によ
り波長による結像位置のずれが生じていた。このため各
波長によるエネルギの分散が生じ、集光ビームが明瞭に
結像されず、結果として集光部におけるエネルギ密度が
低下していた。
ンズ機構においては、波長の光線やその他のビーム倍率
の場合、横収差の増加により結像性能が低下するという
問題があった。またキセノン光のような光源１から放射
される光線は広範囲な波長の光であるため、色収差によ
り波長による結像位置のずれが生じていた。このため各
波長によるエネルギの分散が生じ、集光ビームが明瞭に
結像されず、結果として集光部におけるエネルギ密度が
低下していた。
【０００６】このように非球面レンズ６の１枚構成で
は、各倍率において、横収差、色収差を抑えながら集光
させることは困難であった。
は、各倍率において、横収差、色収差を抑えながら集光
させることは困難であった。
【０００７】本発明では、上記課題を解決する集光レン
ズ構成を提供することを目的とする。
ズ構成を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、入射される光線の横収差
の増加を最小限に抑えて出射する非球面レンズと入射さ
れる光線の色収差の発生を最小限に抑えて集光する球面
レンズからなる集光レンズ機構を光路上に設けたもので
ある。
に、請求項１記載の本発明は、入射される光線の横収差
の増加を最小限に抑えて出射する非球面レンズと入射さ
れる光線の色収差の発生を最小限に抑えて集光する球面
レンズからなる集光レンズ機構を光路上に設けたもので
ある。
【０００９】請求項２記載の本発明は、光源と、前記光
源からの光ビームを被加熱物に伝送する光路と、前記光
路上に、入射される光線の横収差の増加を最小限に抑え
て出射する非球面レンズと入射される光源の色収差の発
生を最小限に抑えて集光する球面レンズからなる集光レ
ンズ機構を設けたものである。
源からの光ビームを被加熱物に伝送する光路と、前記光
路上に、入射される光線の横収差の増加を最小限に抑え
て出射する非球面レンズと入射される光源の色収差の発
生を最小限に抑えて集光する球面レンズからなる集光レ
ンズ機構を設けたものである。
【００１０】請求項３記載の本発明は、光路の一部に光
ファイバーを用い、光ファイバー側に非球面レンズを配
置し、被加熱物側に球面レンズを配置した集光レンズ機
構を設けた請求項２記載のものである。
ファイバーを用い、光ファイバー側に非球面レンズを配
置し、被加熱物側に球面レンズを配置した集光レンズ機
構を設けた請求項２記載のものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】上記構成により、特定の波長や特
定のビーム倍率以外においても横収差の増加を抑え、結
像性能の低下を防止することができ、また、色収差の発
生も最小限に抑えることにより集光部におけるエネルギ
密度を向上させることが可能となる。
定のビーム倍率以外においても横収差の増加を抑え、結
像性能の低下を防止することができ、また、色収差の発
生も最小限に抑えることにより集光部におけるエネルギ
密度を向上させることが可能となる。
【００１２】（実施の形態）以下、本発明の一実施の形
態例について説明する。
態例について説明する。
【００１３】本発明の構成において、集光レンズ機構以
外の部分については、図２に示す構成と同一でありその
説明を省略し、本発明の一実施の形態例における集光レ
ンズ機構について図１に基づいて説明する。
外の部分については、図２に示す構成と同一でありその
説明を省略し、本発明の一実施の形態例における集光レ
ンズ機構について図１に基づいて説明する。
【００１４】図１において、７は本発明の非球面レン
ズ、８は本発明の球面レンズである。図１に示すよう
に、バンドル光ファイバ３側に非球面レンズ７を配置
し、被照射部５側に球面レンズ８を配置する。
ズ、８は本発明の球面レンズである。図１に示すよう
に、バンドル光ファイバ３側に非球面レンズ７を配置
し、被照射部５側に球面レンズ８を配置する。
【００１５】次に本実施形態における作用を説明する。
非球面レンズ７の作用は、バンドル光ファイバ３から出
射される光線を、横収差の増加を抑えながら光軸に対し
て平行に近くなるよう屈折させて球面レンズ８に入射さ
せることである。球面レンズ８の作用は非球面レンズ８
より出射された光線を、色収差を最小限に抑えながら集
光させることである。このように横収差の補正を非球面
レンズ７に受け持たせ、集光と色収差の補正を球面レン
ズ８に受け持たすことにより、従来の１枚構成のレンズ
では不可能であった。ビーム倍率変化に伴う横収差の増
加の補正と、集光と色収差の補正を両立させることが可
能となる。
非球面レンズ７の作用は、バンドル光ファイバ３から出
射される光線を、横収差の増加を抑えながら光軸に対し
て平行に近くなるよう屈折させて球面レンズ８に入射さ
せることである。球面レンズ８の作用は非球面レンズ８
より出射された光線を、色収差を最小限に抑えながら集
光させることである。このように横収差の補正を非球面
レンズ７に受け持たせ、集光と色収差の補正を球面レン
ズ８に受け持たすことにより、従来の１枚構成のレンズ
では不可能であった。ビーム倍率変化に伴う横収差の増
加の補正と、集光と色収差の補正を両立させることが可
能となる。
【００１６】このように本実施の形態によれば、特定の
波長や特定のビーム倍率以外においても横収差の増加を
抑え、結像性能の低下を防止することができる。また、
色収差の発生も最小限に抑えることにより、集光位置に
おけるエネルギ密度を向上させることが可能となる。
波長や特定のビーム倍率以外においても横収差の増加を
抑え、結像性能の低下を防止することができる。また、
色収差の発生も最小限に抑えることにより、集光位置に
おけるエネルギ密度を向上させることが可能となる。
【００１７】なお、本実施の形態において、光源１とし
てキセノンランプを用いた例を説明したが、その他の光
源、例えば半導体レーザやその他のレーザ光線を用いる
ことができ、その場合には集光ミラー２を用いない構成
をとってもよい。
てキセノンランプを用いた例を説明したが、その他の光
源、例えば半導体レーザやその他のレーザ光線を用いる
ことができ、その場合には集光ミラー２を用いない構成
をとってもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、特定の波長や特定のビーム倍率以外においても
横収差の増加を抑え、結像性能の低下を防止することが
でき、また色収差の発生も最小限に抑えることにより集
光位置におけるエネルギ密度を向上させることが可能と
なる。集光位置のエネルギ密度を向上させることによ
り、例えば、被照射部にはんだ付けを行う場合、従来の
集光レンズを用いた場合に比べてはんだ付け等の加熱時
間を短縮することができる。
よれば、特定の波長や特定のビーム倍率以外においても
横収差の増加を抑え、結像性能の低下を防止することが
でき、また色収差の発生も最小限に抑えることにより集
光位置におけるエネルギ密度を向上させることが可能と
なる。集光位置のエネルギ密度を向上させることによ
り、例えば、被照射部にはんだ付けを行う場合、従来の
集光レンズを用いた場合に比べてはんだ付け等の加熱時
間を短縮することができる。
【図１】本発明の一実施の形態における集光レンズ機構
の概要図
の概要図
【図２】光ビーム加熱装置の構成図
【図３】従来の集光レンズ機構の構成図
１ 光源 ２ 集光ミラー ３ バンドル光ファイバ ４ 集光レンズ機構 ５ 被照射部 ７ 非球面レンズ ８ 球面レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA00 KA26 LA01 PA02 PA17 PB02 QA02 QA07 QA14 QA21 QA34 QA41 RA03 RA32 5E319 CC44 CC46 GG15
Claims (3)
- 【請求項１】 入射される光線の横収差の増加を最小限
に抑えて出射する非球面レンズと入射される光線の色収
差の発生を最小限に抑えて集光する球面レンズからなる
集光レンズ機構を光路上に設けた光ビーム加熱装置。 - 【請求項２】 光源と、前記光源からの光ビームを被加
熱物に伝送する光路と、前記光路上に、入射される光線
の横収差の増加を最小限に抑えて入射する非球面レンズ
と入射される光線の色収差の発生を最小限に抑えて集光
する球面レンズからなる集光レンズ機構を設けた光ビー
ム加熱装置。 - 【請求項３】 光路の一部に光ファイバーを用い、光フ
ァイバー側に非球面レンズを配置し、被加熱物側に球面
レンズを配置した集光レンズ機構を設けた請求項２記載
の光ビーム加熱装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29033098A JP3287318B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 光ビーム加熱装置 |
| US09/412,617 US6307176B1 (en) | 1998-10-13 | 1999-10-06 | Light beam heating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29033098A JP3287318B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 光ビーム加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000117424A true JP2000117424A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3287318B2 JP3287318B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=17754683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29033098A Expired - Fee Related JP3287318B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 光ビーム加熱装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307176B1 (ja) |
| JP (1) | JP3287318B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100422258B1 (ko) * | 2001-07-25 | 2004-03-18 | 리스광시스템(주) | 조명장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5602300B2 (ja) | 2011-05-30 | 2014-10-08 | 三菱重工業株式会社 | レーザ加工ヘッド、レーザ加工装置、レーザ加工装置の光学系、レーザ加工方法、及びレーザ集束方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1117550B (it) * | 1977-08-01 | 1986-02-17 | Righini Giancarlo | Sistema di trasporto e di focalizzazione della radiazione laser con fibra ottica particolarmente per applicazioni mediche chirurgiche e biologiche |
| JPS6044644B2 (ja) * | 1980-12-08 | 1985-10-04 | オリンパス光学工業株式会社 | 望遠レンズ |
| US4695697A (en) * | 1985-12-13 | 1987-09-22 | Gv Medical, Inc. | Fiber tip monitoring and protection assembly |
| JP2546712B2 (ja) | 1989-01-12 | 1996-10-23 | パイオニア株式会社 | 光ビーム加熱加工装置 |
| US5037174A (en) * | 1990-01-31 | 1991-08-06 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Optical fiber having an aspherical lens thereon and method of making same |
| JP3134880B2 (ja) * | 1990-11-17 | 2001-02-13 | オリンパス光学工業株式会社 | レンズ系 |
| CA2069132C (en) | 1991-08-29 | 1996-01-09 | Koji Fujii | Light-beam heating apparatus |
| US5285318A (en) * | 1992-06-22 | 1994-02-08 | Nioptics Corporation | Illumination system having an aspherical lens |
| DE4234342C2 (de) * | 1992-10-12 | 1998-05-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung |
| JPH08313805A (ja) * | 1995-05-18 | 1996-11-29 | Sony Corp | レンズ装置及び紫外線集光装置 |
| US5764838A (en) * | 1995-09-05 | 1998-06-09 | Nippon Aspherical Lens Co., Ltd. | Aspherical lens for optical fiber and optically coupling construction using the same |
| JP2988354B2 (ja) * | 1996-01-22 | 1999-12-13 | 日本電気株式会社 | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
-
1998
- 1998-10-13 JP JP29033098A patent/JP3287318B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-06 US US09/412,617 patent/US6307176B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100422258B1 (ko) * | 2001-07-25 | 2004-03-18 | 리스광시스템(주) | 조명장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3287318B2 (ja) | 2002-06-04 |
| US6307176B1 (en) | 2001-10-23 |
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