JP2001324697A - レーザ加工機のコリメーション装置 - Google Patents
レーザ加工機のコリメーション装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 下流側の曲面ミラーから反射されるレーザビ
ームを略真円にすることができ、レーザ加工の加工性能
の方向性を軽減できると共に、コリメーション装置の設
計、製作上の制約を少なくする。 【解決手段】 レーザ発振器から被工作物の加工部に至
るレーザビームｅの光路Ｅにおいて、上流側に上流側の
凸面ミラー（曲面ミラー）１ａが設けられ、その下流側
に下流側の凹面ミラー（曲面ミラー）２ａが伝送距離Ｌ
1をおいて設けられている。凸面ミラー１ａと凹面ミラ
ー２ａは、それぞれの反射ビームｅ２，ｅ３のビーム反
射角ψ1，ψ2が互いに異なるようにレーザビームｅの光
軸に垂直な面に対して傾斜されている。これにより、下
流側の凹面ミラー２ａからの反射ビームｅ３の伝送距離
Ｌ2が長くてもビーム形が略真円に保たれる。
ームを略真円にすることができ、レーザ加工の加工性能
の方向性を軽減できると共に、コリメーション装置の設
計、製作上の制約を少なくする。 【解決手段】 レーザ発振器から被工作物の加工部に至
るレーザビームｅの光路Ｅにおいて、上流側に上流側の
凸面ミラー（曲面ミラー）１ａが設けられ、その下流側
に下流側の凹面ミラー（曲面ミラー）２ａが伝送距離Ｌ
1をおいて設けられている。凸面ミラー１ａと凹面ミラ
ー２ａは、それぞれの反射ビームｅ２，ｅ３のビーム反
射角ψ1，ψ2が互いに異なるようにレーザビームｅの光
軸に垂直な面に対して傾斜されている。これにより、下
流側の凹面ミラー２ａからの反射ビームｅ３の伝送距離
Ｌ2が長くてもビーム形が略真円に保たれる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
発振されて被加工物の加工部に照射されるレーザビーム
の光路に複数の反射ミラーを備え、前記レーザビームの
ビーム径を調整するレーザ加工機のコリメーション装置
に関するものである。
発振されて被加工物の加工部に照射されるレーザビーム
の光路に複数の反射ミラーを備え、前記レーザビームの
ビーム径を調整するレーザ加工機のコリメーション装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、レーザ加工機においては、レー
ザ発振器から発振されて被加工物の加工部に照射される
レーザビームを、加工に適したビーム径に調節するため
に、レーザビームの光路に複数の曲面ミラーからなる反
射ミラーやレンズを備えたコリメーション装置が設けら
れている。前記反射ミラーを備えたコリメーション装置
は、図８に示すように、入射して来るレーザビーム（入
射ビーム）ｅ１のビーム径を拡大する場合には、レーザ
ビームｅの光路Ｅの上流側に凸面ミラー（曲面ミラー）
からなる反射ミラー１が設けられ、該反射ミラー１から
反射するレーザビーム（反射ビーム）ｅ２が発散され
て、その下流側に設けられた凹面ミラー（曲面ミラー）
からなる反射ミラー２に入射される。そして、該反射ミ
ラー２で拡大された平行なレーザビームｅ３が下流に向
けて反射されて伝送距離Ｌ2 だけ伝送されるようになっ
ている。
ザ発振器から発振されて被加工物の加工部に照射される
レーザビームを、加工に適したビーム径に調節するため
に、レーザビームの光路に複数の曲面ミラーからなる反
射ミラーやレンズを備えたコリメーション装置が設けら
れている。前記反射ミラーを備えたコリメーション装置
は、図８に示すように、入射して来るレーザビーム（入
射ビーム）ｅ１のビーム径を拡大する場合には、レーザ
ビームｅの光路Ｅの上流側に凸面ミラー（曲面ミラー）
からなる反射ミラー１が設けられ、該反射ミラー１から
反射するレーザビーム（反射ビーム）ｅ２が発散され
て、その下流側に設けられた凹面ミラー（曲面ミラー）
からなる反射ミラー２に入射される。そして、該反射ミ
ラー２で拡大された平行なレーザビームｅ３が下流に向
けて反射されて伝送距離Ｌ2 だけ伝送されるようになっ
ている。
【０００３】また、入射して来るレーザビームｅ１のビ
ーム径を縮小する場合には、レーザビームｅの光路Ｅの
上流側に設けられる凹面ミラーからなる反射ミラー１が
設けられ、該反射ミラー１から反射する反射ビームｅ２
が収束されて、その下流側に設けられた凸面ミラーから
なる曲面ミラー２に入射される。そして、該反射ミラー
２で縮小された平行なレーザビームｅ３が下流に向けて
反射されて伝送距離Ｌ2 だけ伝送されるようになってい
る。そして、上記コリメーション装置においては、従
来、上流側の反射ミラー１により反射したレーザビーム
ｅ２の反射角度ψ1と、下流側の反射ミラー２により反
射したレーザビームｅ３の反射角度ψ2は、装置の設計
の便宜上から同一の角度になるように、各反射ミラー
１，２のレーザビームｅの光軸に直交する面に対する傾
斜角度が設定されていた。
ーム径を縮小する場合には、レーザビームｅの光路Ｅの
上流側に設けられる凹面ミラーからなる反射ミラー１が
設けられ、該反射ミラー１から反射する反射ビームｅ２
が収束されて、その下流側に設けられた凸面ミラーから
なる曲面ミラー２に入射される。そして、該反射ミラー
２で縮小された平行なレーザビームｅ３が下流に向けて
反射されて伝送距離Ｌ2 だけ伝送されるようになってい
る。そして、上記コリメーション装置においては、従
来、上流側の反射ミラー１により反射したレーザビーム
ｅ２の反射角度ψ1と、下流側の反射ミラー２により反
射したレーザビームｅ３の反射角度ψ2は、装置の設計
の便宜上から同一の角度になるように、各反射ミラー
１，２のレーザビームｅの光軸に直交する面に対する傾
斜角度が設定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コリメーション装置のように、上流側に設けられる反射
ミラー（曲面ミラー）１と下流側に設けられる反射ミラ
ー（曲面ミラー）２とによるレーザビームｅの反射角度
ψ1，ψ2を同一になるように各反射ミラー１，２の傾斜
角度を設定すると、ビーム径が調整されて下流側の反射
ミラー２から反射されるレーザビームｅ３のビーム横発
散角θXとビーム縦発散角θYが一致しなくなるため、次
のような問題点が生じる。すなわち、（１）下流側の反
射ミラー２から反射されたレーザビームｅの伝送距離Ｌ
2が長くなるほどレーザビームｅのビーム横断形状Ｓが
楕円になるため、加工性能に方向性が発生し、良好なレ
ーザ加工ができなくなる。（２）上記（１）の不具合を
解決するために、レーザビームｅの反射角度ψ1，ψ2を
できるだけ小さく設定する必要があるが、実際上は、コ
リメーション装置の設計、製作に大きな制約がある。
コリメーション装置のように、上流側に設けられる反射
ミラー（曲面ミラー）１と下流側に設けられる反射ミラ
ー（曲面ミラー）２とによるレーザビームｅの反射角度
ψ1，ψ2を同一になるように各反射ミラー１，２の傾斜
角度を設定すると、ビーム径が調整されて下流側の反射
ミラー２から反射されるレーザビームｅ３のビーム横発
散角θXとビーム縦発散角θYが一致しなくなるため、次
のような問題点が生じる。すなわち、（１）下流側の反
射ミラー２から反射されたレーザビームｅの伝送距離Ｌ
2が長くなるほどレーザビームｅのビーム横断形状Ｓが
楕円になるため、加工性能に方向性が発生し、良好なレ
ーザ加工ができなくなる。（２）上記（１）の不具合を
解決するために、レーザビームｅの反射角度ψ1，ψ2を
できるだけ小さく設定する必要があるが、実際上は、コ
リメーション装置の設計、製作に大きな制約がある。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、下流側の曲面ミラーから反射されるレーザビ
ームのビーム横断形状を略真円にすることができ、レー
ザ加工の加工性能の方向性を軽減できると共に、コリメ
ーション装置の設計、製作上の制約を少なくすることが
できるレーザ加工機のコリメーション装置を提供するこ
とを目的とする。
であって、下流側の曲面ミラーから反射されるレーザビ
ームのビーム横断形状を略真円にすることができ、レー
ザ加工の加工性能の方向性を軽減できると共に、コリメ
ーション装置の設計、製作上の制約を少なくすることが
できるレーザ加工機のコリメーション装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明に係るレーザ加工機のコリメーショ
ン装置は、レーザ発振器から被工作物の加工部に至るレ
ーザビームの光路に設けられ、レーザビームの入射を受
けて下流側に反射する上流側の曲面ミラーと、上流側の
曲面ミラーから反射されたレーザビームの入射を受けて
下流側へ反射する下流側の曲面ミラーとを有するレーザ
加工機のコリメーション装置おいて、前記上流側の曲面
ミラーと下流側の曲面ミラーが、それぞれのレーザビー
ムの反射角度が互いに異なるようにレーザビームの光軸
に垂直な面に対して傾斜されている構成としたものであ
る。
に、請求項１の発明に係るレーザ加工機のコリメーショ
ン装置は、レーザ発振器から被工作物の加工部に至るレ
ーザビームの光路に設けられ、レーザビームの入射を受
けて下流側に反射する上流側の曲面ミラーと、上流側の
曲面ミラーから反射されたレーザビームの入射を受けて
下流側へ反射する下流側の曲面ミラーとを有するレーザ
加工機のコリメーション装置おいて、前記上流側の曲面
ミラーと下流側の曲面ミラーが、それぞれのレーザビー
ムの反射角度が互いに異なるようにレーザビームの光軸
に垂直な面に対して傾斜されている構成としたものであ
る。
【０００７】このレーザ加工機のコリメーション装置で
は、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面ミラーのレーザ
ビームの反射角度が互いに異なるように設定されている
ので、下流側の曲面ミラーから反射されるレーザビーム
は、そのビーム横発散角とビーム縦発散角が略一致し、
ビーム横断形状が円形もしくはそれに限りなく近いもの
となる。したがって、コリメーション装置から加工性能
に方向性を発生しないレーザビームが被加工物の加工部
へ照射されることになり、該被加工物のレーザ加工が良
好に行われる。
は、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面ミラーのレーザ
ビームの反射角度が互いに異なるように設定されている
ので、下流側の曲面ミラーから反射されるレーザビーム
は、そのビーム横発散角とビーム縦発散角が略一致し、
ビーム横断形状が円形もしくはそれに限りなく近いもの
となる。したがって、コリメーション装置から加工性能
に方向性を発生しないレーザビームが被加工物の加工部
へ照射されることになり、該被加工物のレーザ加工が良
好に行われる。
【０００８】請求項１の発明に係るレーザ加工機のコリ
メーション装置において、上流側の曲面ミラーと下流側
の曲面ミラーの反射角度ψ1，ψ2を、前記上流側の曲面
ミラーに入射するレーザビームのミラー面上におけるビ
ーム横径をｄX、ビーム縦径をｄY、ビーム横発散角をθ
1X、ビーム縦発散角をθ1Yとし、また、前記上流側の曲
面ミラーから反射するレーザビームのビーム横発散角を
θ2X、ビーム縦発散角をθ2Yとし、さらに、前記下流側
の曲面ミラーから反射するレーザビームのビーム横発散
角をθ3X、ビーム縦発散角をθ3Yとし、上流側の曲面ミ
ラーと下流側の曲面ミラーの曲率半径をそれぞれＲ1，
Ｒ2とするとき、次式において、
メーション装置において、上流側の曲面ミラーと下流側
の曲面ミラーの反射角度ψ1，ψ2を、前記上流側の曲面
ミラーに入射するレーザビームのミラー面上におけるビ
ーム横径をｄX、ビーム縦径をｄY、ビーム横発散角をθ
1X、ビーム縦発散角をθ1Yとし、また、前記上流側の曲
面ミラーから反射するレーザビームのビーム横発散角を
θ2X、ビーム縦発散角をθ2Yとし、さらに、前記下流側
の曲面ミラーから反射するレーザビームのビーム横発散
角をθ3X、ビーム縦発散角をθ3Yとし、上流側の曲面ミ
ラーと下流側の曲面ミラーの曲率半径をそれぞれＲ1，
Ｒ2とするとき、次式において、
【数２】 θ3X＝θ3Yを満たすようにして設定することができる。
このようにすると、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面
ミラーの反射角度ψ1，ψ2が容易に、かつ的確に設定さ
れる。
このようにすると、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面
ミラーの反射角度ψ1，ψ2が容易に、かつ的確に設定さ
れる。
【０００９】請求項１または請求項２の発明に係るレー
ザ加工機のコリメーション装置において、上流側の曲面
ミラーが凸面ミラーに形成され、下流側の曲面ミラーが
凹面ミラーに形成さると、または、前記上流側の曲面ミ
ラーが凹面ミラーに形成され、前記下流側の曲面ミラー
が凸面ミラーに形成されると、または、前記上流側の曲
面ミラーが凹面ミラーに形成され、前記下流側の曲面ミ
ラーが凹面ミラーに形成されると、前記下流側の曲面ミ
ラーから拡大または縮小されて反射されるいずれのレー
ザビームも、そのビーム横断形状（ビーム径）が好適に
真円に近いものとなる。
ザ加工機のコリメーション装置において、上流側の曲面
ミラーが凸面ミラーに形成され、下流側の曲面ミラーが
凹面ミラーに形成さると、または、前記上流側の曲面ミ
ラーが凹面ミラーに形成され、前記下流側の曲面ミラー
が凸面ミラーに形成されると、または、前記上流側の曲
面ミラーが凹面ミラーに形成され、前記下流側の曲面ミ
ラーが凹面ミラーに形成されると、前記下流側の曲面ミ
ラーから拡大または縮小されて反射されるいずれのレー
ザビームも、そのビーム横断形状（ビーム径）が好適に
真円に近いものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１に示すコリメーション装
置において、レーザビームｅの光路Ｅには、上流側から
入射する入射ビームｅ１の光軸に垂直な面に対し、縦方
向（図の上下方向）に傾斜させてビーム反射角ψ1を形
成する上流側の凸面ミラー（曲面ミラー）１ａが設けら
れ、また、前記上流側の凸面ミラー１ａから反射された
レーザビームｅ２を入射され、その入射ビームｅ２の光
軸に垂直な面に対し、縦方向に傾斜させてビーム反射角
ψ2を形成する下流側の凹面ミラー（曲面ミラー）２ａ
が上流側の凸面ミラー１ａの下流側に伝送距離Ｌ1をあ
けて設けられている。なお、前記凸面ミラー１ａ，凹面
ミラー２ａは、それぞれ、曲率半径Ｒ1，Ｒ2（Ｒ1，Ｒ2
＞０のとき凸面ミラーとなり、Ｒ1，Ｒ2＜０のとき凹面
ミラーとなる）を有し、また、下流側の凹面ミラー２ａ
は下流方向へ伝送距離Ｌ2を有している。
図面を参照して説明する。図１に示すコリメーション装
置において、レーザビームｅの光路Ｅには、上流側から
入射する入射ビームｅ１の光軸に垂直な面に対し、縦方
向（図の上下方向）に傾斜させてビーム反射角ψ1を形
成する上流側の凸面ミラー（曲面ミラー）１ａが設けら
れ、また、前記上流側の凸面ミラー１ａから反射された
レーザビームｅ２を入射され、その入射ビームｅ２の光
軸に垂直な面に対し、縦方向に傾斜させてビーム反射角
ψ2を形成する下流側の凹面ミラー（曲面ミラー）２ａ
が上流側の凸面ミラー１ａの下流側に伝送距離Ｌ1をあ
けて設けられている。なお、前記凸面ミラー１ａ，凹面
ミラー２ａは、それぞれ、曲率半径Ｒ1，Ｒ2（Ｒ1，Ｒ2
＞０のとき凸面ミラーとなり、Ｒ1，Ｒ2＜０のとき凹面
ミラーとなる）を有し、また、下流側の凹面ミラー２ａ
は下流方向へ伝送距離Ｌ2を有している。
【００１１】前記上流側の凸面ミラー１ａに入射する入
射ビームｅ１は、図２に示すように、ビーム形状が横方
向にビーム横発散角θ1X、縦方向にビーム縦発散角θ1Y
を有するビーム縦断形状をなし、上流側の凸面ミラー１
ａ上でのビーム横径ｄX、ビーム縦径ｄYを有するビーム
横断形状をなしている。また、上流側の凸面ミラー１ａ
から反射され、下流側の凹面ミラー２ａに入射するレー
ザビームｅ２は、図３に示すように、ビーム形状が横方
向にビーム横発散角θ2X、縦方向にビーム縦発散角θ2Y
を有する縦断形状をなしている。
射ビームｅ１は、図２に示すように、ビーム形状が横方
向にビーム横発散角θ1X、縦方向にビーム縦発散角θ1Y
を有するビーム縦断形状をなし、上流側の凸面ミラー１
ａ上でのビーム横径ｄX、ビーム縦径ｄYを有するビーム
横断形状をなしている。また、上流側の凸面ミラー１ａ
から反射され、下流側の凹面ミラー２ａに入射するレー
ザビームｅ２は、図３に示すように、ビーム形状が横方
向にビーム横発散角θ2X、縦方向にビーム縦発散角θ2Y
を有する縦断形状をなしている。
【００１２】また、下流側の凹面ミラー２ａから反射さ
れるレーザビームｅ３は、図４に示すように、ビーム形
状が横方向にビーム横発散角θ3X、縦方向にビーム縦発
散角θ3Yを有するビーム縦断形状をなし、伝送距離Ｌ2
においてビーム横径（ビーム径）ＤX、ビーム縦径（ビ
ーム径）ＤYを有するビーム横断形状をなしている。な
お、上記において、ビーム発散角θ（θ1X，θ1Y，
θ2X，θ2Y，θ3X，θ3Y）＞０のとき、レーザビームｅ
１，ｅ２，ｅ３は発散するビーム縦断形状となり、ビー
ム発散角θ＜０のとき、レーザビームｅ１，ｅ２，ｅ３
は収束するビーム縦断形状となる。
れるレーザビームｅ３は、図４に示すように、ビーム形
状が横方向にビーム横発散角θ3X、縦方向にビーム縦発
散角θ3Yを有するビーム縦断形状をなし、伝送距離Ｌ2
においてビーム横径（ビーム径）ＤX、ビーム縦径（ビ
ーム径）ＤYを有するビーム横断形状をなしている。な
お、上記において、ビーム発散角θ（θ1X，θ1Y，
θ2X，θ2Y，θ3X，θ3Y）＞０のとき、レーザビームｅ
１，ｅ２，ｅ３は発散するビーム縦断形状となり、ビー
ム発散角θ＜０のとき、レーザビームｅ１，ｅ２，ｅ３
は収束するビーム縦断形状となる。
【００１３】そして、前記コリメーション装置の上流側
の凸面ミラー１ａと下流側の凹面ミラー２ａを有する光
学系においては、前記ビーム反射角ψ（ψ1，ψ2）、ビ
ーム発散角θ（θ1X，θ1Y，θ2X，θ2Y，θ3X，
θ3Y）、ビーム径ｄ（ｄX，ｄY）、曲面ミラー１ａ，２
ａの曲率半径Ｒ（Ｒ1，Ｒ2）、伝送距離Ｌ1の間に、次
に示す４つの近似式が成立する。
の凸面ミラー１ａと下流側の凹面ミラー２ａを有する光
学系においては、前記ビーム反射角ψ（ψ1，ψ2）、ビ
ーム発散角θ（θ1X，θ1Y，θ2X，θ2Y，θ3X，
θ3Y）、ビーム径ｄ（ｄX，ｄY）、曲面ミラー１ａ，２
ａの曲率半径Ｒ（Ｒ1，Ｒ2）、伝送距離Ｌ1の間に、次
に示す４つの近似式が成立する。
【００１４】
【数３】
【００１５】そこで、前記コリメーション装置の光学系
において、下流側の凹面ミラー２ａから反射するレーザ
ビームｅ３のビーム形状を真円もしくは限りなくそれに
近いものとすること、すなわち、ビーム発散角θにおい
て、θ3X＝θ3Yを満たすことが、被加工物の加工部側に
加工性能に方向性のないレーザビームｅを伝送する条件
となるので、上記４つの近似式からθ3X＝θ3Yを満たす
ビーム反射角ψ1，ψ2を求める。この場合に、ビーム反
射角ψの一方（ビーム反射角ψ1またはビーム反射角
ψ2）を任意に設定し、他方（ビーム反射角ψ2またはビ
ーム反射角ψ1）を上記４つの近似式から導き出すこと
により、ビーム反射角ψ1とビーム反射角ψ2とが異なる
ように設定される。
において、下流側の凹面ミラー２ａから反射するレーザ
ビームｅ３のビーム形状を真円もしくは限りなくそれに
近いものとすること、すなわち、ビーム発散角θにおい
て、θ3X＝θ3Yを満たすことが、被加工物の加工部側に
加工性能に方向性のないレーザビームｅを伝送する条件
となるので、上記４つの近似式からθ3X＝θ3Yを満たす
ビーム反射角ψ1，ψ2を求める。この場合に、ビーム反
射角ψの一方（ビーム反射角ψ1またはビーム反射角
ψ2）を任意に設定し、他方（ビーム反射角ψ2またはビ
ーム反射角ψ1）を上記４つの近似式から導き出すこと
により、ビーム反射角ψ1とビーム反射角ψ2とが異なる
ように設定される。
【００１６】因みに、コリメーション装置の設計上好ま
しいビーム反射角ψ1＝２２．５°に設定し、ビーム発
散角θ3X＝θ3Y＝０を満たすビーム反射角ψ2の値を上
記近似式で計算すると、ψ2≒１５°となった。この計
算値を実際に検証するために、ψ1＝ψ2＝１５°のとき
と、およびψ1＝２２．５、ψ2＝１５°のときの、下流
側の凹面ミラー２ａから反射するレーザビームｅ３の伝
送距離Ｌ2とその真円度ＤY／ＤX（ＤY／ＤX＝１のとき
真円）の関係を調べたところ、図５に示すようになっ
た。その結果、ψ1＝ψ2＝１５°のときは、伝送距離Ｌ
2が長くなるに従って真円度は崩れ、加工性能も低下し
ていった。これと比較して、ψ1＝２２．５、ψ2＝１５
°のときは、伝送距離Ｌ2が長くなっても真円度はさほ
ど崩れることがなく、加工性能の低下も認められなかっ
た。
しいビーム反射角ψ1＝２２．５°に設定し、ビーム発
散角θ3X＝θ3Y＝０を満たすビーム反射角ψ2の値を上
記近似式で計算すると、ψ2≒１５°となった。この計
算値を実際に検証するために、ψ1＝ψ2＝１５°のとき
と、およびψ1＝２２．５、ψ2＝１５°のときの、下流
側の凹面ミラー２ａから反射するレーザビームｅ３の伝
送距離Ｌ2とその真円度ＤY／ＤX（ＤY／ＤX＝１のとき
真円）の関係を調べたところ、図５に示すようになっ
た。その結果、ψ1＝ψ2＝１５°のときは、伝送距離Ｌ
2が長くなるに従って真円度は崩れ、加工性能も低下し
ていった。これと比較して、ψ1＝２２．５、ψ2＝１５
°のときは、伝送距離Ｌ2が長くなっても真円度はさほ
ど崩れることがなく、加工性能の低下も認められなかっ
た。
【００１７】このように、前記コリメーション装置によ
れば、その光学系における装置の構成上のパラメータ
ψ，θ，ｄ，Ｒ，Ｌ1によって形成された近似式を使用
して、上流側の曲面ミラー１ａによるビーム反射角ψ1
と、下流側の曲面ミラー２ａによるビーム反射角ψ2と
を異なる大きさに設定することにより、下流側の曲面ミ
ラー２ａから反射されるレーザビームｅ３を、ビーム横
断形状を真円もしくはそれに近い理想的なビーム形状に
して下流側へ照射することができる。したがって、下流
側の曲面ミラー２ａのレーザビームｅ３の伝送距離Ｌ2
が長くなっても、そのビーム形状は変化しないため、レ
ーザビームｅの加工性能の方向性が軽減され、被加工物
の加工部を正確にレーザ加工することができる。
れば、その光学系における装置の構成上のパラメータ
ψ，θ，ｄ，Ｒ，Ｌ1によって形成された近似式を使用
して、上流側の曲面ミラー１ａによるビーム反射角ψ1
と、下流側の曲面ミラー２ａによるビーム反射角ψ2と
を異なる大きさに設定することにより、下流側の曲面ミ
ラー２ａから反射されるレーザビームｅ３を、ビーム横
断形状を真円もしくはそれに近い理想的なビーム形状に
して下流側へ照射することができる。したがって、下流
側の曲面ミラー２ａのレーザビームｅ３の伝送距離Ｌ2
が長くなっても、そのビーム形状は変化しないため、レ
ーザビームｅの加工性能の方向性が軽減され、被加工物
の加工部を正確にレーザ加工することができる。
【００１８】しかも、各曲面ミラー１ａ，２ａからのビ
ーム反射角ψ1，ψ2を、従来のように可及的に小さく設
定する必要はなく、一方のビーム反射角を任意の大きさ
に設定すれば、他方のビーム反射角は近似式で容易に定
まるので、コリメーション装置の設計、製作上の制約条
件に合わせて前記ビーム反射角ψ1，ψ2を適宜に選択し
て設定することができる。
ーム反射角ψ1，ψ2を、従来のように可及的に小さく設
定する必要はなく、一方のビーム反射角を任意の大きさ
に設定すれば、他方のビーム反射角は近似式で容易に定
まるので、コリメーション装置の設計、製作上の制約条
件に合わせて前記ビーム反射角ψ1，ψ2を適宜に選択し
て設定することができる。
【００１９】また、前記実施の形態においては、上流側
の曲面ミラーが凸面ミラー１ａとして形成され、下流側
の曲面ミラーが凹面ミラー２ａとして形成されている
が、これに代えて、図６に示すように、上流側の曲面ミ
ラーを凹面ミラー１ｂとして形成し、下流側の曲面ミラ
ーを凸面ミラー２ｂとして形成してもよく、この場合で
も、前記実施の形態のものと同様な作用効果が奏され
る。
の曲面ミラーが凸面ミラー１ａとして形成され、下流側
の曲面ミラーが凹面ミラー２ａとして形成されている
が、これに代えて、図６に示すように、上流側の曲面ミ
ラーを凹面ミラー１ｂとして形成し、下流側の曲面ミラ
ーを凸面ミラー２ｂとして形成してもよく、この場合で
も、前記実施の形態のものと同様な作用効果が奏され
る。
【００２０】また、前記２つの実施の形態のコリメーシ
ョン装置は、レーザビームの光路Ｅの上流側と下流側に
互いに異なる方向の曲面を有する曲面ミラーを配した
（凸−凹面ミラーもしくは凹−凸面ミラーの組み合わせ
た）ガリレオ式コリメーション装置として構成したが、
本発明はこれに限らず、図７に示すように、上流側と下
流側の双方に凹面ミラー（曲面ミラー）を配したケブラ
ー式コリメーション装置として構成してもよい。
ョン装置は、レーザビームの光路Ｅの上流側と下流側に
互いに異なる方向の曲面を有する曲面ミラーを配した
（凸−凹面ミラーもしくは凹−凸面ミラーの組み合わせ
た）ガリレオ式コリメーション装置として構成したが、
本発明はこれに限らず、図７に示すように、上流側と下
流側の双方に凹面ミラー（曲面ミラー）を配したケブラ
ー式コリメーション装置として構成してもよい。
【００２１】このケブラー式コリメーション装置におい
ては、ビーム横、縦発散角θ1X，θ 1Y、ビーム横、縦径
ｄX，ｄYを有する入射ビームｅ１が上流側の凹面ミラー
１ｃに入射されてビーム反射角ψ1で反射されると、こ
の反射されたレーザビームｅ２は、一旦収束された後、
ビーム横、縦発散角θ2X，θ2Yで発散されてビーム径を
調整され、伝送距離Ｌ1だけ離れた下流側の凹面ミラー
２ａに入射され、さらに、凹面ミラー２ａによりビーム
反射角ψ2で反射され、ビーム横、縦発散角θ3 X，
θ3Y、伝送距離Ｌ2でのビーム横、縦径ＤX，ＤYに調整
される。
ては、ビーム横、縦発散角θ1X，θ 1Y、ビーム横、縦径
ｄX，ｄYを有する入射ビームｅ１が上流側の凹面ミラー
１ｃに入射されてビーム反射角ψ1で反射されると、こ
の反射されたレーザビームｅ２は、一旦収束された後、
ビーム横、縦発散角θ2X，θ2Yで発散されてビーム径を
調整され、伝送距離Ｌ1だけ離れた下流側の凹面ミラー
２ａに入射され、さらに、凹面ミラー２ａによりビーム
反射角ψ2で反射され、ビーム横、縦発散角θ3 X，
θ3Y、伝送距離Ｌ2でのビーム横、縦径ＤX，ＤYに調整
される。
【００２２】そして、前記ビーム反射角ψ1，ψ2、ビー
ム横、縦発散角θ1X，θ1Y、θ2X，θ2Y、θ3X，θ3Y、
ビーム横、縦径ｄX，ｄY、凹面ミラー１ｃ，２ａの曲率
半径Ｒ1，Ｒ2（Ｒ1，Ｒ2＞０のとき凸面ミラーとなり、
Ｒ1，Ｒ2＜０のとき凹面ミラーとなる）、伝送距離Ｌ1
の間に次に示す４つの近似式が成立する。この近似式
は、前記ガリレオ式コリメーション装置における場合の
近似式と比較して、レーザビームｅ２のビーム横、縦発
散角θ2X，θ2Y の符号が反対になっているが、その他
は一致している。
ム横、縦発散角θ1X，θ1Y、θ2X，θ2Y、θ3X，θ3Y、
ビーム横、縦径ｄX，ｄY、凹面ミラー１ｃ，２ａの曲率
半径Ｒ1，Ｒ2（Ｒ1，Ｒ2＞０のとき凸面ミラーとなり、
Ｒ1，Ｒ2＜０のとき凹面ミラーとなる）、伝送距離Ｌ1
の間に次に示す４つの近似式が成立する。この近似式
は、前記ガリレオ式コリメーション装置における場合の
近似式と比較して、レーザビームｅ２のビーム横、縦発
散角θ2X，θ2Y の符号が反対になっているが、その他
は一致している。
【００２３】
【数４】
【００２４】したがって、この場合には、上記近似式を
用いて、すなわち、ガリレオ式コリメーション装置にお
ける場合の４つの近似式において、ビーム横、縦発散角
θ2X，θ2Y に−符号を付加することにより、ガリレオ
式コリメーション装置の場合と同様にして、被加工物の
加工部側に加工性能に方向性のないレーザビームｅを伝
送する条件として、ビーム横、縦発散角において、θ3X
＝θ3Yの条件を満たすビーム反射角ψ１，ψ２を、それ
ぞれ、異なる大きさに容易に設定することができる。こ
の場合にも、前記実施の形態のものと同様な作用効果が
奏される。
用いて、すなわち、ガリレオ式コリメーション装置にお
ける場合の４つの近似式において、ビーム横、縦発散角
θ2X，θ2Y に−符号を付加することにより、ガリレオ
式コリメーション装置の場合と同様にして、被加工物の
加工部側に加工性能に方向性のないレーザビームｅを伝
送する条件として、ビーム横、縦発散角において、θ3X
＝θ3Yの条件を満たすビーム反射角ψ１，ψ２を、それ
ぞれ、異なる大きさに容易に設定することができる。こ
の場合にも、前記実施の形態のものと同様な作用効果が
奏される。
【００２５】なお、前記実施の形態においては、コリメ
ーション装置の光学系が上流側の曲面ミラーと下流側の
曲面ミラーとによりレーザビームｅを２回反射させるも
のとして構成されているが、本発明は、これに限定され
ず、曲面ミラーを３つ以上設けてレーザビームｅを３回
以上反射させるものとして構成してもよい。
ーション装置の光学系が上流側の曲面ミラーと下流側の
曲面ミラーとによりレーザビームｅを２回反射させるも
のとして構成されているが、本発明は、これに限定され
ず、曲面ミラーを３つ以上設けてレーザビームｅを３回
以上反射させるものとして構成してもよい。
【００２６】また、前記実施の形態においては、上流側
の曲面ミラーと下流側の曲面ミラーの傾斜方向が共に縦
方向に設定されているが、これに限らず、一方の曲面ミ
ラーを縦方向に、他方を縦方向に直角な真横方向に、も
しくは互いに異なる任意の方向に傾斜させてもよい。こ
の場合でも、前記実施の形態のものと同様な作用効果が
奏される。
の曲面ミラーと下流側の曲面ミラーの傾斜方向が共に縦
方向に設定されているが、これに限らず、一方の曲面ミ
ラーを縦方向に、他方を縦方向に直角な真横方向に、も
しくは互いに異なる任意の方向に傾斜させてもよい。こ
の場合でも、前記実施の形態のものと同様な作用効果が
奏される。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の優れた効果を奏する。請求項１に係るレーザ加工機
のコリメーション装置によれば、上流側の曲面ミラーと
下流側の曲面ミラーのレーザビームの反射角度が互いに
異なるように設定されているので、下流側の曲面ミラー
から反射されるレーザビームは、そのビーム横発散角と
ビーム縦発散角が略一致し、ビーム形状が真円もしくは
それに限りなく近いものとなるため、コリメーション装
置から加工性能に方向性を発生しないレーザビームを被
加工物の加工部へ照射することができ、該被加工物のレ
ーザ加工を良好に行うことができる。また、従来のコリ
メーション装置のように、各曲面ミラーからのビーム反
射角度を小さく設定する必要がないので、コリメーショ
ン装置の設計、製作上大きな制約を受けることがなく、
容易に実施することができる。
下の優れた効果を奏する。請求項１に係るレーザ加工機
のコリメーション装置によれば、上流側の曲面ミラーと
下流側の曲面ミラーのレーザビームの反射角度が互いに
異なるように設定されているので、下流側の曲面ミラー
から反射されるレーザビームは、そのビーム横発散角と
ビーム縦発散角が略一致し、ビーム形状が真円もしくは
それに限りなく近いものとなるため、コリメーション装
置から加工性能に方向性を発生しないレーザビームを被
加工物の加工部へ照射することができ、該被加工物のレ
ーザ加工を良好に行うことができる。また、従来のコリ
メーション装置のように、各曲面ミラーからのビーム反
射角度を小さく設定する必要がないので、コリメーショ
ン装置の設計、製作上大きな制約を受けることがなく、
容易に実施することができる。
【００２８】請求項２に係るレーザ加工機のコリメーシ
ョン装置によれば、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面
ミラーの反射角度を、特定の数式を使用して任意に設定
した一方の反射角度から他方の反射角度を導き出し、下
流側の曲面ミラーから反射されるレーザビームのビーム
形状を真円もしくはそれに近いものにし得るビーム反射
角度を適切に設定することができる。
ョン装置によれば、上流側の曲面ミラーと下流側の曲面
ミラーの反射角度を、特定の数式を使用して任意に設定
した一方の反射角度から他方の反射角度を導き出し、下
流側の曲面ミラーから反射されるレーザビームのビーム
形状を真円もしくはそれに近いものにし得るビーム反射
角度を適切に設定することができる。
【００２９】請求項３と請求項４と請求項５に係るレー
ザ加工機のコリメーション装置によれば、下流側の曲面
ミラーから拡大または縮小されて反射されるいずれのレ
ーザービームに対しても、そのビーム横断形状を好適に
真円に近いものとなるように設定することができる。
ザ加工機のコリメーション装置によれば、下流側の曲面
ミラーから拡大または縮小されて反射されるいずれのレ
ーザービームに対しても、そのビーム横断形状を好適に
真円に近いものとなるように設定することができる。
【図１】 本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の
コリメーション装置における光学系の説明図である。
コリメーション装置における光学系の説明図である。
【図２】 同じく上流側の曲面ミラーに入射するレーザ
ビームに関する定義図である。
ビームに関する定義図である。
【図３】 同じく上流側の曲面ミラーから反射して下流
側の曲面ミラーに入射するレーザビームに関する定義図
である。
側の曲面ミラーに入射するレーザビームに関する定義図
である。
【図４】 同じく下流側の曲面ミラーから反射するレー
ザビームに関する定義図である。
ザビームに関する定義図である。
【図５】 下流側の曲面ミラーから反射するレーザビー
ムの伝送距離と真円度との関係を示す図である。
ムの伝送距離と真円度との関係を示す図である。
【図６】 本発明の他の実施の形態におけるレーザ加工
機のコリメーション装置における光学系の説明図であ
る。
機のコリメーション装置における光学系の説明図であ
る。
【図７】 本発明の更に他の実施の形態におけるレーザ
加工機のコリメーション装置における光学系の説明図で
ある。
加工機のコリメーション装置における光学系の説明図で
ある。
【図８】 一般のレーザ加工機のコリメーション装置に
おける光学系の説明図である。
おける光学系の説明図である。
１ａ 上流側の凸面ミラー（曲面ミラー） １ｂ，１ｃ 上流側の凹面ミラー（曲面ミラー） ２ａ 下流側の凹面ミラー（曲面ミラー） ２ｂ 下流側の凸面ミラー（曲面ミラー） ＤX，ｄX ビーム横径 ＤY，ｄY ビーム縦径 Ｅ レーザビームの光路 Ｌ1，Ｌ2 伝送距離 ｅ レーザビーム ψ1，ψ2 ビーム反射角 θ1X，θ2X，θ3X ビーム横発散角 θ1Y，θ2Y，θ3Y ビーム縦発散角
フロントページの続き (72)発明者 沼田 慎治 埼玉県入間郡三芳町大字竹間沢11番地 株 式会社田中製作所内 Ｆターム(参考） 2H087 KA26 TA04 4E068 CA07 CD05 CD14
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザ発振器から被工作物の加工部に至
るレーザビームの光路に設けられ、レーザビームの入射
を受けて下流側に反射する上流側の曲面ミラーと、上流
側の曲面ミラーから反射されたレーザビームの入射を受
けて下流側へ反射する下流側の曲面ミラーとを有するレ
ーザ加工機のコリメーション装置おいて、 前記上流側の曲面ミラーと下流側の曲面ミラーは、それ
ぞれのレーザビームの反射角度が互いに異なるようにレ
ーザビームの光軸に垂直な面に対して傾斜されているこ
とを特徴とするレーザ加工機のコリメーション装置。 - 【請求項２】 前記上流側の曲面ミラーと下流側の曲面
ミラーの反射角度ψ 1，ψ2は、前記上流側の曲面ミラー
に入射するレーザビームのミラー面上におけるビーム横
径をｄX、ビーム縦径をｄY、ビーム横発散角をθ1X、ビ
ーム縦発散角をθ1Yとし、また、前記上流側の曲面ミラ
ーから反射するレーザビームのビーム横発散角をθ2X、
ビーム縦発散角をθ2Yとし、さらに、前記下流側の曲面
ミラーから反射するレーザビームのビーム横発散角をθ
3X、ビーム縦発散角をθ3Yとし、上流側の曲面ミラーと
下流側の曲面ミラーの曲率半径をそれぞれＲ1，Ｒ2とす
るとき、次式において、 【数１】 θ3X＝θ3Yを満たすようにして設定されていることを特
徴とする請求項１に記載のレーザ加工機のコリメーショ
ン装置。 - 【請求項３】 前記上流側の曲面ミラーが凸面ミラーに
形成され、前記下流側の曲面ミラーが凹面ミラーに形成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
レーザ加工機のコリメーション装置。 - 【請求項４】 前記上流側の曲面ミラーが凹面ミラーに
形成され、前記下流側の曲面ミラーが凸面ミラーに形成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
レーザ加工機のコリメーション装置。 - 【請求項５】 前記上流側の曲面ミラーが凹面ミラーに
形成され、前記下流側の曲面ミラーが凹面ミラーに形成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
レーザ加工機のコリメーション装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140980A JP2001324697A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | レーザ加工機のコリメーション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140980A JP2001324697A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | レーザ加工機のコリメーション装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001324697A true JP2001324697A (ja) | 2001-11-22 |
Family
ID=18648172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000140980A Pending JP2001324697A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | レーザ加工機のコリメーション装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001324697A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023083586A1 (de) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | Nanoscribe Holding Gmbh | Strahlformungseinrichtung sowie lithographievorrichtung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07144291A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工装置の非点収差低減方法 |
-
2000
- 2000-05-12 JP JP2000140980A patent/JP2001324697A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07144291A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工装置の非点収差低減方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023083586A1 (de) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | Nanoscribe Holding Gmbh | Strahlformungseinrichtung sowie lithographievorrichtung |
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| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070320 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100423 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100427 |
|
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