JP2001516648A - レーザー光線によって穿孔するための光学装置 - Google Patents

レーザー光線によって穿孔するための光学装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、レーザー光線（５）によって穿孔するための光学装置であって、光線路内に配置された、円形の切断軌道上に沿ってレーザー光線（５）をガイドするための光学配列と、この光学配列の後ろに位置決めされた、レーザー光線（５）をワーク（７）に集束させるための集束光学系（６）とを備えている形式のものに関する。種々異なるパラメータの簡単な調節は、簡単な構成において、光学装置が、別個の回転可能なイメージロテータ（４）を有していて、該イメージロテータ（４）によって切断軌道上に沿って光線がガイドされるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 本発明は、レーザー光線によって穿孔するための光学装置であって、光線路内
に配置された、別個に（独立して）回転可能なイメージロテータ有する、円形の
切断軌道上に沿ってレーザー光線をガイドするための光学配列と、この光学配列
の後ろに位置決めされた、レーザー光線をワークに集束させるための集束光学系
とを備えている形式のものに関する。
【０００２】 このような形式の公知の光学装置においては、例えば噴射ノズルの噴射孔を穿
孔するために、レーザー光線が所望の半径（曲率半径）つまりトレパニング半径
（ほぼ所望の穿孔孔半径に相当する）を有する円弧軌道に沿ってガイドされる。
主レーザー光線の方向を変化させることによって、光線工具の入射角及びひいて
は穿孔の円錐形性を変えることができる。
【０００３】 所望のトレパニング(Trepanier;心残し切削）半径及び入射角を調節するため に、種々異なる装置が提案されている。公知の装置においては、偏心的に回転さ
れる集束レンズが設けられている。この場合、入射角は個別に変えることはでき
ない。回転する系内での機械的なアンバランス並びにパラメータの調節も既に困
難である。
【０００４】 さらにまた、偏心的に回転する集束レンズ及び傾斜可能な面平行なプレートを
備えた装置も公知である。この場合、入射角には付加的に傾斜を介して影響を与
えることができる。この場合に必要な一緒に動く機械装置は高価であって、結像
誤差を避けることは困難である。
【０００５】 このような形式の別の装置は、定置の又は回転する集束レンズの手前に、傾斜
された回転する面平行なプレートと調節可能な楔形プレートとを有している。こ
の場合も、回転する系内のパラメータを調節する必要があり、機械装置は高価で
あって、アンバランスにさらされる。
【０００６】 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の光学装置を改良して、より簡単で非常に
正確な調節可能性が得られ、しかも構造が簡単なものを提供することである。
【０００７】 この課題を解決した本発明の請求項１の特徴によって解決された。つまり本発
明によれば、レーザー光線が、イメージロテータだけによって切断軌道上に沿っ
てガイドされるようになっている。
【０００８】 このような手段によって、切断軌道上の光線ガイドを、トレパニング半径及び
入射角並びに光線集束に対しても別個に行うことができるので、調節は容易に行
うことができる。アンバランスを容易に避けることができる簡単な駆動機械装置
も得られる。
【０００９】 本発明による装置の有利な構成によれば、光学配列が、シフト手段及び／又は
傾斜手段を有しており、前記イメージロテータがプリズム装置、ミラー装置また
はアンモフィック装置として構成されている。シフト手段及び傾斜手段によって
、入射角若しくはトレパニング半径は簡単に調節することができる。この場合、
シフト手段が、傾斜可能な面平行なプレートして構成されており、傾斜手段が、
調節可能な楔形プレート、傾斜ミラーまたは調節可能なレンズとして構成されて
おり、イメージロテータがドーブプリズムとしてまたはアッベ・キング・プリズ
ム(Abbe-Koenig-Prisma）として構成されていることによって、簡単な構成が実 現される。
【００１０】 可能な限り小さい集束スポットは、集束光学系に、光線を広げるためのテレス
コープが接続されていることによって得られる。
【００１１】 光線放射方向で、シフト手段と傾斜手段とイメージロテータとが相前後して配
置されていれば、さらに好都合な構成が得られる。
【００１２】 またオートフォーカス装置が設けられていて、該オートフォーカス装置におい
て、イメージロテータが反射されて戻された光線内に配置された像戻し回転器と
し使用されるようになって、シフト及び傾斜がシフト手段若しくは傾斜手段によ
って戻されるようになっていることによって、簡単な構造で自動フォーカス調節
が得られる。出力損失を避けるために、フォーカス調節は別の波長において行う
ことができる。
【００１３】 本発明の手段のその他の主要な利点は、穿孔の改善及び真円性が得られるとい
う点にある。レーザーによって生ぜしめられた切断光線はつまり、光学的な収差
に基づいて又は多数のレーザーモードの揺れによって、その集中度の分布におい
て完全な回転対称を有してはいない。イメージロテータなしのトレパニング光学
系においては、トレパニング中に切断方向に対して相対的にフォーカス・非対称
性の配向が変化する。これによって穿孔時に真円性誤差が生じる。これに対して
イメージロテータによって、非対称のフォーカスが切断時に一緒に回転し、これ
によって真円性が改善される。
【００１４】 図１に示した、レーザー光線によって穿孔するための装置によれば、回転軸線
１の領域に、図示していないレーザーから放射された、視準された(kollimierte
）レーザー光線５が、面平行なプレートの形状のシフト手段(Versetzer）２に入
射する。例えば円筒形の面平行なプレート２は、入射したレーザー光線５に対し
て傾けられるので、このレーザー光線５はずらされて後続の傾斜手段(Verkipper
)３に入射する。この傾斜手段３は、光軸若しくは回転軸線１を中心にして回転 可能な２つの楔形プレートよりなっている。一方の楔形プレートを他方の楔形プ
レートに対して回転させることによって、レーザー光線５は、図１に示されてい
るように主軸線に対して傾けられ、次いでドーブプリズム(Dove-Prisma)４の形 状のイメージロテータ（像回転器）の傾斜した入射側に入射する。このドーブプ
リズム４は、図示していないホルダ内で回転軸線１を中心にして回転可能に支承
されている。イメージロテータ４から射出された傾けられたレーザー光線５は、
１つ又は複数のレンズの形状の集束光学系６に入射し、この集束光学系６によっ
て、トレパニング孔(心残し切削孔；Trepanierloch）８の形状の切削しようとす
る孔の縁部に集束される。
【００１５】 図２に示した実施例においては、フォーカス光学系６′は多数の部材より成る
光学系として構成されている。この場合、この光学系の有利な特徴として、テレ
スコープ９として構成された、レーザー光線５を広げるための装置が設けられて
おり、これによってワーク７に対するレーザー光線の集束若しくは焦点合わせ（
フォーカシング）が改善され、光線直径をレンズ６に合わせることが可能である
。その他の構成は図１に示した構成に相当する。
【００１６】 図示の構成によって、光線集束の機能と、円形の切断軌道に沿った光線ガイド
の機能と、入射角度の調節のための光線シフトの機能と、トレパニング半径を調
節するための光線傾斜の機能とが、別個に調節可能であって、この場合これらの
機能は個別の光学的な構造群によって得られる。所望のパラメータは、回転する
系の外側で調節可能であるので、取り扱いは簡略化され、正確な調整が可能であ
る。特にトレパニング運動のためのレーザー光線のガイド自体は、イメージロテ
ータ４によって行われるので、駆動装置を備えた機械的な構成も簡単である。
【００１７】 焦点距離ｆの集束光学系６によって、視準されて入射したレーザー光線５の部
分光線は焦点面上の、ワーク７の表面上にあるか又はこの表面の近くにある一点
で集束される。視準されて入射したレーザー光線５は、光軸に対して小さい角度
で傾けられるので、焦点面内の焦点は光軸に対して相対的に、トレパニング半径
に相当する分だけずらされる。集束レンズ６上に入射するレーザー光線５が、光
軸に対してずらされると、ワークに対する入射角度は垂直線からそれる。集束レ
ンズ６の手前でレーザー光線５がずらされると、それによって集束レンズ６の後
ろでレーザー光線５が傾けられ、入射角度を変えることが可能である。このため
に集束レンズ６の窓は、十分に大きい寸法で構成されていなければならない。集
束レンズ６の手前でレーザー光線５を傾けることによって、焦点がずれて、トレ
パニング半径を変えることができる。このために、視野（この視野内で集束レン
ズ６が十分に補正されている）は十分な寸法を有するように構成されている。集
束レンズ６の手前でレーザー光線５を調節可能にシフトし傾斜させることによっ
て、焦点位置（トレパニング半径）とレーザー光線５（入射角度）の傾斜とを、
レンズの後ろで別個に（独立して）変化させることができる。焦点レンズ６（若
しくは焦点レンズ６の焦点面上におけるワークの位置）の手前に、視準されたレ
ーザー光線５がくるようにすれば有利である。何故ならば、こうすれば焦点レン
ズ６の手前のプリズム系は、結像誤差のための補正手段を必要としないからであ
る。その他（視準されない）の配置構成も勿論考えられる。
【００１８】 イメージロテータ４において、プリズムの想定面（回転軸線１を有し、基準面
に対して平行に配置されている）に入射したレーザー光線５の反射が行われる。
プリズム４が回転し、しかも入射したレーザー光線５が不変である場合に、プリ
ズム４の射出面におけるレーザー光線５の射出点は２倍の回転速度で回転軸線１
を中心にして回転する。
【００１９】 回転軸線１に対して相対的にずらされ若しくは傾けられた、視準されたレーザ
ー光線５がドーブプリズム４を通ると、射出面におけるずれ及び傾斜角度が一緒
に回転する。従って、ドーブプリズム４として構成されたイメージロテータを集
束レンズ６の手前に配置したことによって、一緒に回転された適当な入射角を有
するトレパニング円に沿ったレーザー光線５のガイドが得られる。プリズム系は
、視準されたレーザー光線で、付加的な結像誤差を招くことはない。
【００２０】 イメージロテータ４の選択的な構成として、奇数の反射を有する純粋な組合せ
ミラー、有利には直視構造（例えば３つの反射を有する）の複合プリズム系、ア
ナモフィックな結像系／テレスコープ（例えばｘ方向若しくはｙ方向で＋１若し
くは−１の逆向きの符号を有する結像基準による反射の実現）が考えられる。
【００２１】 入射角を調節するために、集束レンズ６及びイメージロテータ４の手前で、シ
フト手段２によって視準されたレーザー光線５が平行にシフトされる（ずらされ
る）。このシフト手段５は、最も簡単な場合には面平行なプレートとして構成さ
れている。プレート２上にレーザー光線が垂直に入射する場合には光線のずれは
生じない。プレートの小さい傾斜角度のためには、角度に対して及びプレート厚
に対して比例してずらされる。大きい角度のためには、複雑な三角法の関係が得
られる。適当な設計において、「光学的な変換(Uebersetzung)」が得られ、それ
によって比較的大きい角度変化によってずれ（シフト）の正確な調整が可能であ
る。面平行なプレートに対して選択的に、同期的に傾斜せしめられるミラー、互
いに相対的に可動なレンズを備えたテレスコープ及びこれと類似のものが可能で
ある。
【００２２】 トレパニング半径を調節するための光線傾斜は、傾斜手段３によって簡単に、
楔形プレートを相対的に回転させて行うことができる。これによって光学的な変
換が得られる。傾斜手段３の選択的な構成として、例えば傾斜ミラーが考えられ
る。
【００２３】 フォーカスを自動的に調節するために、オートフォーカス装置を設けることが
できが、このオートフォーカス装置は、装置のフォーカスを観察する必要があり
、そのために、出力損失(Auskoppelverlust)を避けるために別の波長を選択する
ことができる。ワーク７によって反射されて戻された光は、像回転、シフト及び
傾斜を元に戻した後で、レーザー光線路を逆転させることによって放出される。
フォーカスの質を検出するための方法は公知である。イメージロテータ４はイメ
ージデロテータ(Bildderotator；像戻し回転器）として使用される。
【００２４】 以上記載した手段によって、特にトレパニング運動をその他の調節パラメータ
から分離することができ、それによって調節可能性が改善され、構造がより簡単
になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザー光線を用いて穿孔するための光学装置の側面図が概略的に示されてい
る。
【図２】 光学装置の別の実施例の側面図であって、この場合、光線を広げるためにテレ
スコープが設けられている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノルベルト シュトライブル ドイツ連邦共和国 レオンベルク パウリ ネンシュトラーセ 30 Ｆターム(参考） 4E068 AF00 CD05 CD08 CD09 CD12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー光線（５）によって穿孔するための光学装置であっ
    て、光線路内に配置された、別個の回転可能なイメージロテータ（４）有する、
    円形の切断軌道上に沿ってレーザー光線（５）をガイドするための光学配列と、
    この光学配列の後ろに位置決めされた、レーザー光線（５）をワーク（７）に集
    束させるための集束光学系（６）とを備えている形式のものにおいて、 レーザー光線が、イメージロテータ（４）だけによって切断軌道上に沿ってガ
    イドされるようになっていることを特徴とする、レーザー光線によって穿孔する
    ための光学装置。
  2. 【請求項２】 前記光学配列が、シフト手段（２）及び／又は傾斜手段（３
    ）を有しており、前記イメージロテータ（４）がプリズム装置、ミラー装置また
    はアンモフィック装置として構成されている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 シフト手段（２）が、傾斜可能な面平行なプレートして構成
    されており、傾斜手段（３）が、調節可能な楔形プレート、傾斜ミラーまたは調
    節可能なレンズとして構成されており、イメージロテータ（４）がドーブプリズ
    ムとしてまたはアッベ・キング・プリズムとして構成されている、請求項２記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 集束光学系（６）に、光線を広げるためのテレスコープ（９
    ）が接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
  5. 【請求項５】 光線放射方向で、シフト手段（２）と傾斜手段（３）とイメ
    ージロテータ（４）とが相前後して配置されている、請求項２から４までのいず
    れか１項記載の装置。
  6. 【請求項６】 オートフォーカス装置が設けられていて、該オートフォーカ
    ス装置において、イメージロテータ（４）が反射されて戻された光線内に配置さ
    れた像戻し回転器とし使用されるようになって、シフト及び傾斜がシフト手段（
    ２）若しくは傾斜手段（３）によって戻されるようになっている、請求項１から
    ５までのいずれか１項記載の装置。
JP2000511608A 1997-09-18 1998-09-07 レーザー光線によって穿孔するための光学装置 Expired - Lifetime JP4399107B2 (ja)

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