JP2000275570A - ビームモード変換光学系 - Google Patents
ビームモード変換光学系Info
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- JP2000275570A JP2000275570A JP11081642A JP8164299A JP2000275570A JP 2000275570 A JP2000275570 A JP 2000275570A JP 11081642 A JP11081642 A JP 11081642A JP 8164299 A JP8164299 A JP 8164299A JP 2000275570 A JP2000275570 A JP 2000275570A
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- Japan
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- laser
- optical system
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ加工装置から出射するレーザ光のスポ
ット形状を楕円にし、そのビーム強度分布を改善して、
加工品質の向上を実現するビームモード変換光学系を提
供する。 【解決手段】 光ファイバ１４から出射するレーザ光を
平行光に変換するコリメートレンズ１１と、コリメート
レンズからのレーザ光をＹ軸方向に関してのみ集光する
第１のシリンドリカルレンズ１２と、第１のシリンドリ
カルレンズを通過したレーザ光をＸ軸方向に関してのみ
集光する第２のシリンドリカルレンズとを有している。
光ファイバ１５に入射するレーザ光のビーム形状は、第
１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレン
ズの焦点距離の違いに基づいた楕円となる。
ット形状を楕円にし、そのビーム強度分布を改善して、
加工品質の向上を実現するビームモード変換光学系を提
供する。 【解決手段】 光ファイバ１４から出射するレーザ光を
平行光に変換するコリメートレンズ１１と、コリメート
レンズからのレーザ光をＹ軸方向に関してのみ集光する
第１のシリンドリカルレンズ１２と、第１のシリンドリ
カルレンズを通過したレーザ光をＸ軸方向に関してのみ
集光する第２のシリンドリカルレンズとを有している。
光ファイバ１５に入射するレーザ光のビーム形状は、第
１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレン
ズの焦点距離の違いに基づいた楕円となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビームモード変換
光学系に関し、特に、レーザ加工装置に使用されるビー
ムモード変換光学系に関する。
光学系に関し、特に、レーザ加工装置に使用されるビー
ムモード変換光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ光を利用し
て、加工対象物を切断したり、穴を空けたり、あるいは
溶接を行う装置である。このようなレーザ加工装置の中
には、レーザ発振器からのレーザ光を光ファイバを用い
て加工対象物の近傍に導き、光ファイバの出射端に取り
付けた出射光学系（加工ヘッド）を通して加工対象物に
照射するタイプのものがある。
て、加工対象物を切断したり、穴を空けたり、あるいは
溶接を行う装置である。このようなレーザ加工装置の中
には、レーザ発振器からのレーザ光を光ファイバを用い
て加工対象物の近傍に導き、光ファイバの出射端に取り
付けた出射光学系（加工ヘッド）を通して加工対象物に
照射するタイプのものがある。
【０００３】この種のレーザ加工装置では、レーザ発振
器からのレーザ光を、光ファイバを用いて伝搬させるた
め、そのビーム断面形状（スポット形状）は、円形であ
る。
器からのレーザ光を、光ファイバを用いて伝搬させるた
め、そのビーム断面形状（スポット形状）は、円形であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のレーザ加工装置では、加工対象物に照射されるビーム
形状は円形であって、その形状を変更することはできな
い。このため、従来のレーザ加工装置のスポット径は、
加工しようとする走査領域の幅（加工幅）に基づいて決
定される。つまり、大きな加工幅に対応するためには、
スポット径を大きくする必要がある。
のレーザ加工装置では、加工対象物に照射されるビーム
形状は円形であって、その形状を変更することはできな
い。このため、従来のレーザ加工装置のスポット径は、
加工しようとする走査領域の幅（加工幅）に基づいて決
定される。つまり、大きな加工幅に対応するためには、
スポット径を大きくする必要がある。
【０００５】しかしながら、大きなスポット径のレーザ
光を走査すると、走査領域の中央部と両側部とでは、照
射されるレーザ光の量が異なってしまう。これは、円形
のビームスポットでは、その中央部ほどビーム強度が強
く、周辺部ほどビーム強度が弱いからである。従って、
従来のレーザ加工装置では、加工幅が大きくなるほど、
均質な加工が不可能になるという問題点がある。
光を走査すると、走査領域の中央部と両側部とでは、照
射されるレーザ光の量が異なってしまう。これは、円形
のビームスポットでは、その中央部ほどビーム強度が強
く、周辺部ほどビーム強度が弱いからである。従って、
従来のレーザ加工装置では、加工幅が大きくなるほど、
均質な加工が不可能になるという問題点がある。
【０００６】本発明は、レーザ加工装置から出射するレ
ーザ光のスポット形状を楕円にし、そのビーム強度分布
を改善して、加工品質の向上を実現するビームモード変
換光学系を提供することを目的とする。
ーザ光のスポット形状を楕円にし、そのビーム強度分布
を改善して、加工品質の向上を実現するビームモード変
換光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
発振器から出射したレーザ光を加工対象物に照射して加
工を行うレーザ加工装置に使用されるビームモード変換
光学系であって、前記レーザ光のビーム形状を変更する
ビーム形状変更手段を有していることを特徴とするビー
ムモード変換光学系が得られる。
発振器から出射したレーザ光を加工対象物に照射して加
工を行うレーザ加工装置に使用されるビームモード変換
光学系であって、前記レーザ光のビーム形状を変更する
ビーム形状変更手段を有していることを特徴とするビー
ムモード変換光学系が得られる。
【０００８】具体的には、前記ビーム形状変更手段は、
複数のシリンドリカルレンズを含む。より具体的には、
前記ビーム形状変更手段は、２個のシリンドリカルレン
ズを有し、これら２個のシリンドリカルレンズが、それ
ぞれの円筒面を含む円筒の中心軸が互いに直交するよう
に配置される。
複数のシリンドリカルレンズを含む。より具体的には、
前記ビーム形状変更手段は、２個のシリンドリカルレン
ズを有し、これら２個のシリンドリカルレンズが、それ
ぞれの円筒面を含む円筒の中心軸が互いに直交するよう
に配置される。
【０００９】本発明のビームモード変換光学系は、さら
に、入射するレーザ光を平行光にして、前記ビーム形状
変更手段に入射させるコリメートレンズを有している。
に、入射するレーザ光を平行光にして、前記ビーム形状
変更手段に入射させるコリメートレンズを有している。
【００１０】また、本発明のビームモード変換光学系
は、前記レーザ発振器と前記光ファイバとの間に配置さ
れる。または、前記光ファイバの途中に配置される。あ
るいは、前記光ファイバの先端に設けられる。
は、前記レーザ発振器と前記光ファイバとの間に配置さ
れる。または、前記光ファイバの途中に配置される。あ
るいは、前記光ファイバの先端に設けられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明の一実施
の形態によるビームモード変換光学系を示す。なお、図
１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、レーザ光の進行方向
をＺ軸方向とした場合に、Ｙ方向から見た図、及び、Ｘ
方向から見た図である。
の形態によるビームモード変換光学系を示す。なお、図
１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、レーザ光の進行方向
をＺ軸方向とした場合に、Ｙ方向から見た図、及び、Ｘ
方向から見た図である。
【００１３】図１（ａ）及び（ｂ）のビームモード変換
光学系は、入射するレーザ光を平行光に変換するコリメ
ートレンズ（凸レンズ）１１と、コリメートレンズ１１
からのレーザ光をＹ軸方向に関してのみ集光する第１の
シリンドリカルレンズ１２と、第１のシリンドリカルレ
ンズ１２からのレーザ光をＸ軸方向に関してのみ集光す
る第２のシリンドリカルレンズ１３とを有している。そ
して、これらのレンズは図示しないケースに収容されて
いる。
光学系は、入射するレーザ光を平行光に変換するコリメ
ートレンズ（凸レンズ）１１と、コリメートレンズ１１
からのレーザ光をＹ軸方向に関してのみ集光する第１の
シリンドリカルレンズ１２と、第１のシリンドリカルレ
ンズ１２からのレーザ光をＸ軸方向に関してのみ集光す
る第２のシリンドリカルレンズ１３とを有している。そ
して、これらのレンズは図示しないケースに収容されて
いる。
【００１４】次に、このビームモード変換光学系の動作
について説明する。
について説明する。
【００１５】このビームモード変換光学系は、例えば、
レーザ加工装置のレーザ発振器と加工ヘッドとの間を接
続する光ファイバの途中（２本の光ファイバ１４及び１
５の間）に接続される。
レーザ加工装置のレーザ発振器と加工ヘッドとの間を接
続する光ファイバの途中（２本の光ファイバ１４及び１
５の間）に接続される。
【００１６】レーザ発振器からレーザ光は、光ファイバ
１４に導入され、その先端から出射する。光ファイバ１
４から出射したレーザ光は、一定の広がり角で拡散しな
がら進行し、コリメートレンズ１１に入射する。
１４に導入され、その先端から出射する。光ファイバ１
４から出射したレーザ光は、一定の広がり角で拡散しな
がら進行し、コリメートレンズ１１に入射する。
【００１７】コリメートレンズ１１は、入射したレーザ
光を平行光に変換して第１のシリンドリカルレンズ１２
に入射させる。
光を平行光に変換して第１のシリンドリカルレンズ１２
に入射させる。
【００１８】第１のシリンドリカルレンズ１２は、その
円筒面を含む円筒の中心軸がＸ軸に平行となるよう配置
されており、Ｙ軸方向に関してのみ入射したレーザ光を
集光する。第１のシリンドリカルレンズ１２を通過した
レーザ光は、第２のシリンドリカルレンズ１３に入射す
る。
円筒面を含む円筒の中心軸がＸ軸に平行となるよう配置
されており、Ｙ軸方向に関してのみ入射したレーザ光を
集光する。第１のシリンドリカルレンズ１２を通過した
レーザ光は、第２のシリンドリカルレンズ１３に入射す
る。
【００１９】第２のシリンドリカルレンズ１３は、その
円筒面を含む円筒の中心軸がＹ軸に平行となるように配
置されており、Ｘ軸方向に関してのみ入射したレーザ光
を集光する。第２のシリンドリカルレンズ１３から出射
したレーザ光は、光ファイバ１５に入射する。
円筒面を含む円筒の中心軸がＹ軸に平行となるように配
置されており、Ｘ軸方向に関してのみ入射したレーザ光
を集光する。第２のシリンドリカルレンズ１３から出射
したレーザ光は、光ファイバ１５に入射する。
【００２０】光ファイバ１５に入射するレーザ光は、第
１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレン
ズの焦点距離の相違に基づき、そのビーム形状は楕円と
なる。この楕円形状のレーザ光は、光ファイバ１５の先
端に取り付けられた加工ヘッドより加工対象物に照射さ
れる。光ファイバ１５の長さが比較的短ければ（例え
ば、５ｍ以下）、ビーム形状が劣化することなく、レー
ザ光を加工対象物に照射することができる。
１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレン
ズの焦点距離の相違に基づき、そのビーム形状は楕円と
なる。この楕円形状のレーザ光は、光ファイバ１５の先
端に取り付けられた加工ヘッドより加工対象物に照射さ
れる。光ファイバ１５の長さが比較的短ければ（例え
ば、５ｍ以下）、ビーム形状が劣化することなく、レー
ザ光を加工対象物に照射することができる。
【００２１】以上のように、本実施の形態のビームモー
ド変換光学系では、Ｘ軸方向の集光と、Ｙ軸方向の集光
とが互いに独立したシリンドリカルレンズ１２及び１３
により行なわれる。従って、シリンドリカルレンズ１２
と１３の焦点距離を互いに異なるものとすれば、集光面
（光ファイバ端面）でのビーム形状は、楕円形になる。
例えば、光ファイバ１４の出射端でのビーム径をｄ0、
コリメートレンズ１１の焦点距離をｆr、第１のシリン
ドリカルレンズ１２の焦点距離をｆ1、及び第２のシリ
ンドリカルレンズ１３の焦点距離をｆ2とした場合、光
ファイバ１５の端面でのＹ軸方向のビーム径ｄ1は、ｄ1
＝ｄ0×ｆ1／ｆr、で表され、Ｘ軸方向のビーム径ｄ2
は、ｄ2＝ｄ0×ｆ2／ｆr、で表される。そこで、ｆ1＞
ｆ2（またはｆ1＜ｆ2）とすれば、ｄ1＞ｄ2（またはｄ1
＜ｄ2）となり、そのビーム形状は楕円形状となる。こ
のビーム形状の長径対短径の比は、２つのシリンドリカ
ルレンズ１２，１３の比を変えることにより、変更する
ことができる。
ド変換光学系では、Ｘ軸方向の集光と、Ｙ軸方向の集光
とが互いに独立したシリンドリカルレンズ１２及び１３
により行なわれる。従って、シリンドリカルレンズ１２
と１３の焦点距離を互いに異なるものとすれば、集光面
（光ファイバ端面）でのビーム形状は、楕円形になる。
例えば、光ファイバ１４の出射端でのビーム径をｄ0、
コリメートレンズ１１の焦点距離をｆr、第１のシリン
ドリカルレンズ１２の焦点距離をｆ1、及び第２のシリ
ンドリカルレンズ１３の焦点距離をｆ2とした場合、光
ファイバ１５の端面でのＹ軸方向のビーム径ｄ1は、ｄ1
＝ｄ0×ｆ1／ｆr、で表され、Ｘ軸方向のビーム径ｄ2
は、ｄ2＝ｄ0×ｆ2／ｆr、で表される。そこで、ｆ1＞
ｆ2（またはｆ1＜ｆ2）とすれば、ｄ1＞ｄ2（またはｄ1
＜ｄ2）となり、そのビーム形状は楕円形状となる。こ
のビーム形状の長径対短径の比は、２つのシリンドリカ
ルレンズ１２，１３の比を変えることにより、変更する
ことができる。
【００２２】なお、上記実施の形態では、ビームモード
変換光学系を２本の光ファイバの間に設けることとした
が、レーザ加工装置に適用する場合には、レーザ発振器
と光ファイバとの間に設けてもよい。この場合、レーザ
発振器が平行光を出射する場合には、コリメートレンズ
は不要になる。また、本発明のビームモード変換光学系
は、レーザ加工装置の出射光学系（加工ヘッド）として
も利用できる。
変換光学系を２本の光ファイバの間に設けることとした
が、レーザ加工装置に適用する場合には、レーザ発振器
と光ファイバとの間に設けてもよい。この場合、レーザ
発振器が平行光を出射する場合には、コリメートレンズ
は不要になる。また、本発明のビームモード変換光学系
は、レーザ加工装置の出射光学系（加工ヘッド）として
も利用できる。
【００２３】また、上記実施の形態では、コリメートレ
ンズが凸レンズである場合について説明したが、複数の
シリンドリカルレンズ組み合わせてコリメートレンズと
して利用することもできる。
ンズが凸レンズである場合について説明したが、複数の
シリンドリカルレンズ組み合わせてコリメートレンズと
して利用することもできる。
【００２４】さらに、上記実施の形態では、２個のシリ
ンドリカルレンズを組み合わせる場合について説明した
が、３以上でもよい。また、２のシリンドリカルレンズ
の円筒面を含む円筒の中心軸が成す角は、必ずしも直角
でなくてもよい。
ンドリカルレンズを組み合わせる場合について説明した
が、３以上でもよい。また、２のシリンドリカルレンズ
の円筒面を含む円筒の中心軸が成す角は、必ずしも直角
でなくてもよい。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ光のビーム形状
を変更するビーム形状変更手段を含むビームモード変換
光学系が得られる。そして、これをレーザ加工装置に組
み込むことで、出射するレーザ光のスポット形状を楕円
にし、そのビーム強度分布を改善することができ、レー
ザ加工装置に加工品質を向上させることができる。
を変更するビーム形状変更手段を含むビームモード変換
光学系が得られる。そして、これをレーザ加工装置に組
み込むことで、出射するレーザ光のスポット形状を楕円
にし、そのビーム強度分布を改善することができ、レー
ザ加工装置に加工品質を向上させることができる。
【図１】本発明の一実施の形態によるビームモード変換
光学系の構成図であって、（ａ）は、Ｙ方向から見た
図、（ｂ）は、Ｘ方向から見た図である。
光学系の構成図であって、（ａ）は、Ｙ方向から見た
図、（ｂ）は、Ｘ方向から見た図である。
１１ コリメートレンズ １２ 第１のシリンドリカルレンズ １３ 第２のシリンドリカルレンズ １４，１５ 光ファイバ
Claims (8)
- 【請求項１】 レーザ発振器から出射したレーザ光を加
工対象物に照射して加工を行うレーザ加工装置に使用さ
れるビームモード変換光学系であって、 前記レーザ光のビーム形状を変更するビーム形状変更手
段を有していることを特徴とするビームモード変換光学
系。 - 【請求項２】 前記ビーム形状変更手段が、複数のシリ
ンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項１のビ
ームモード変換光学系。 - 【請求項３】 前記ビーム形状変更手段が、２個のシリ
ンドリカルレンズを有し、これら２個のシリンドリカル
レンズが、それぞれの円筒面を含む円筒の中心軸が互い
に直交するように配置されていることを特徴とする請求
項２のビームモード変換光学系。 - 【請求項４】 前記２個のシリンドリカルレンズが、互
いに異なる焦点距離を有していることを特徴とする請求
項３のビームモード変換光学系。 - 【請求項５】 入射するレーザ光を平行光にして、前記
ビーム形状変更手段に入射させるコリメートレンズを有
することを特徴とする請求項１，２，３、または４のビ
ームモード変換光学系。 - 【請求項６】 前記レーザ発振器から出射したレーザ光
を光ファイバを用いて伝搬させるレーザ加工装置に用い
られ、前記レーザ発振器と前記光ファイバとの間に配置
されることを特徴とする請求項１，２，３，４、または
５のビームモード変換光学系。 - 【請求項７】 前記レーザ発振器から出射したレーザ光
を光ファイバを用いて伝搬させるレーザ加工装置に用い
られ、前記光ファイバの途中に配置されていることを特
徴とする請求項１，２，３，４、または５のビームモー
ド変換光学系。 - 【請求項８】 前記レーザ発振器から出射したレーザ光
を光ファイバを用いて伝搬させるレーザ加工装置に用い
られ、前記光ファイバの先端に設けられていることを特
徴とする請求項１，２，３，４、または５のビームモー
ド変換光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11081642A JP2000275570A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ビームモード変換光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11081642A JP2000275570A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ビームモード変換光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275570A true JP2000275570A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13752005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11081642A Withdrawn JP2000275570A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | ビームモード変換光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000275570A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003311459A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-05 | Nippon Steel Corp | レーザ表面加工装置 |
| KR20160089822A (ko) * | 2015-01-20 | 2016-07-28 | (주)엔에스 | 레이저 절단 장치 |
| CN107450187A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-08 | 福州腾景光电科技有限公司 | 一种应用于大椭圆光斑的准直整形装置 |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP11081642A patent/JP2000275570A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003311459A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-05 | Nippon Steel Corp | レーザ表面加工装置 |
| KR20160089822A (ko) * | 2015-01-20 | 2016-07-28 | (주)엔에스 | 레이저 절단 장치 |
| KR101659496B1 (ko) * | 2015-01-20 | 2016-09-23 | (주)엔에스 | 레이저 절단 장치 |
| CN107450187A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-08 | 福州腾景光电科技有限公司 | 一种应用于大椭圆光斑的准直整形装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |