JP2002023100A - 分割光学素子、光学系及びレーザ加工装置 - Google Patents
分割光学素子、光学系及びレーザ加工装置Info
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- JP2002023100A JP2002023100A JP2000204103A JP2000204103A JP2002023100A JP 2002023100 A JP2002023100 A JP 2002023100A JP 2000204103 A JP2000204103 A JP 2000204103A JP 2000204103 A JP2000204103 A JP 2000204103A JP 2002023100 A JP2002023100 A JP 2002023100A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】複数の集光スポットにおける各レーザエネルギ
ー密度を均等になるように集光でき、かつ収差によるぼ
けを少なくし、効率よくレーザ加工する。 【解決手段】光ファイバー１５から出射されるレーザ光
１６を平行光に変換して分割プレートユニット１２に入
射させるコリメートレンズユニット１１と、傾斜面を有
する複数のウェッジプレートを組み合わせて形成され、
入射する平行光のレーザ光１６の進行方向を複数方向に
変える分割プレートユニット１２と、この分割プレート
ユニット１２により進行方向が変えられた複数のレーザ
光１６をそれぞれ集光する集光レンズユニット１３とを
備えた。
ー密度を均等になるように集光でき、かつ収差によるぼ
けを少なくし、効率よくレーザ加工する。 【解決手段】光ファイバー１５から出射されるレーザ光
１６を平行光に変換して分割プレートユニット１２に入
射させるコリメートレンズユニット１１と、傾斜面を有
する複数のウェッジプレートを組み合わせて形成され、
入射する平行光のレーザ光１６の進行方向を複数方向に
変える分割プレートユニット１２と、この分割プレート
ユニット１２により進行方向が変えられた複数のレーザ
光１６をそれぞれ集光する集光レンズユニット１３とを
備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ光を
用いて金属製品の溶接や切断を行うときのレーザ光学系
に用いられる分割光学素子、この分割光学素子を用いた
光学系及びレーザ加工装置に関する。
用いて金属製品の溶接や切断を行うときのレーザ光学系
に用いられる分割光学素子、この分割光学素子を用いた
光学系及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、金属製品の溶接や切断のレーザ
加工では、複数点を同時に溶接、切断することが要求さ
れる場合がある。このレーザ加工では、１本の光ファイ
バーにより伝送されてきたレーザ光を複数点に集光して
溶接、切断している。このようなレーザ光を複数点に集
光する光学系としては、例えば図６に示すようにＹＡＧ
レーザ溶接に用いられている２点集光光学系がある。
加工では、複数点を同時に溶接、切断することが要求さ
れる場合がある。このレーザ加工では、１本の光ファイ
バーにより伝送されてきたレーザ光を複数点に集光して
溶接、切断している。このようなレーザ光を複数点に集
光する光学系としては、例えば図６に示すようにＹＡＧ
レーザ溶接に用いられている２点集光光学系がある。
【０００３】この２点集光光学系は、単レンズ１、２を
２枚組み合わせた分割レンズ３を用いて、レーザ光４を
２点の加工点５、６に均等にエネルギーを分配して集光
するものとなっている。
２枚組み合わせた分割レンズ３を用いて、レーザ光４を
２点の加工点５、６に均等にエネルギーを分配して集光
するものとなっている。
【０００４】しかしながら、この２点集光光学系では、
単レンズ１、２を２枚組み合わせたものであることか
ら、光ファイバーにより伝送された広がりの大きなレー
ザ光４に対して収差の補正ができず、所望のスポット径
に集光することができない。レンズの枚数を増加すれば
収差を小さくすることができるが、２組以上の分割レン
ズの各分割面を合わせることは製造上難しく、事実上か
かる分割レンズを使用することは不可能である。又、分
割レンズ３では、集光スポットのピッチ間隔を変更する
ときに新たなレンズを作り直す必要があり、そのために
費用と時間とを要していた。
単レンズ１、２を２枚組み合わせたものであることか
ら、光ファイバーにより伝送された広がりの大きなレー
ザ光４に対して収差の補正ができず、所望のスポット径
に集光することができない。レンズの枚数を増加すれば
収差を小さくすることができるが、２組以上の分割レン
ズの各分割面を合わせることは製造上難しく、事実上か
かる分割レンズを使用することは不可能である。又、分
割レンズ３では、集光スポットのピッチ間隔を変更する
ときに新たなレンズを作り直す必要があり、そのために
費用と時間とを要していた。
【０００５】レーザ光を複数点に集光する他の光学系と
してクサビ型プリズムを用いた方法として例えば特開平
９−１９７８５号公報に記載されている技術がある。こ
の方法は、クサビ型プリズムをレーザ光の光軸方向に挿
入して、大きさ、形状、パワー密度の異なる複数の集光
を同時に作り出してレーザ加工を行うものである。
してクサビ型プリズムを用いた方法として例えば特開平
９−１９７８５号公報に記載されている技術がある。こ
の方法は、クサビ型プリズムをレーザ光の光軸方向に挿
入して、大きさ、形状、パワー密度の異なる複数の集光
を同時に作り出してレーザ加工を行うものである。
【０００６】しかしながら、このクサビ型プリズムを用
いた方法では、２点のスポットの片側のみがクサビ型プ
リズムを通過したレーザ光であるために、片側がディフ
ォーカスされてしまい、集光された２点でのエネルギー
密度が均等にならず、２点同時にスポット溶接又は切断
することはできない。
いた方法では、２点のスポットの片側のみがクサビ型プ
リズムを通過したレーザ光であるために、片側がディフ
ォーカスされてしまい、集光された２点でのエネルギー
密度が均等にならず、２点同時にスポット溶接又は切断
することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように２点集光
光学系では、単レンズ１、２を２枚組み合わせたものな
ので、光ファイバーにより伝送された広がりの大きなレ
ーザ光４に対して収差の補正ができず、所望のスポット
径に集光することができない。
光学系では、単レンズ１、２を２枚組み合わせたものな
ので、光ファイバーにより伝送された広がりの大きなレ
ーザ光４に対して収差の補正ができず、所望のスポット
径に集光することができない。
【０００８】又、クサビ型プリズムを用いた方法では、
集光された２点でのエネルギー密度が均等にならず、２
点同時にスポット溶接又は切断することはできない。
集光された２点でのエネルギー密度が均等にならず、２
点同時にスポット溶接又は切断することはできない。
【０００９】そこで本発明は、複数の集光スポットにお
ける各レーザエネルギー密度を均等にできる分割光学素
子を提供することを目的とする。
ける各レーザエネルギー密度を均等にできる分割光学素
子を提供することを目的とする。
【００１０】又、本発明は、複数の集光スポットにおけ
る各レーザエネルギー密度を均等になるように集光で
き、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よくレーザ加
工ができる光学系及びレーザ加工装置を提供することを
目的とする。
る各レーザエネルギー密度を均等になるように集光で
き、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よくレーザ加
工ができる光学系及びレーザ加工装置を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載による本発
明は、傾斜面を有する複数のプレートを組み合わせて形
成したことを特徴とする分割光学素子である。
明は、傾斜面を有する複数のプレートを組み合わせて形
成したことを特徴とする分割光学素子である。
【００１２】請求項２記載による本発明は、請求項１記
載の分割光学素子において、前記各プレートは、それぞ
れ同一形状及び同一材質により形成されたことを特徴と
するものである。
載の分割光学素子において、前記各プレートは、それぞ
れ同一形状及び同一材質により形成されたことを特徴と
するものである。
【００１３】請求項３記載による本発明は、傾斜面を有
する複数のプレートを組み合わせて形成され、入射する
平行光の進行方向を複数方向に変える分割光学素子と、
この分割光学素子により進行方向が変えられた複数の光
をそれぞれ集光する集光光学系とを具備したことを特徴
とする光学系である。
する複数のプレートを組み合わせて形成され、入射する
平行光の進行方向を複数方向に変える分割光学素子と、
この分割光学素子により進行方向が変えられた複数の光
をそれぞれ集光する集光光学系とを具備したことを特徴
とする光学系である。
【００１４】請求項４記載による本発明は、請求項３記
載の光学系において、入射する光を平行光に変換して前
記分割光学素子に入射させるコリメート光学系を具備し
たことを特徴とするものである。
載の光学系において、入射する光を平行光に変換して前
記分割光学素子に入射させるコリメート光学系を具備し
たことを特徴とするものである。
【００１５】請求項５記載による本発明は、請求項３記
載の光学系において、前記集光光学系は、屈折率及び分
散の異なる２種類以上のガラス材料により形成されたこ
とを特徴とするものである。
載の光学系において、前記集光光学系は、屈折率及び分
散の異なる２種類以上のガラス材料により形成されたこ
とを特徴とするものである。
【００１６】請求項６記載による本発明は、レーザ光を
出力するレーザ発振器と、このレーザ発振器から出力さ
れた前記レーザ光を伝送する光ファイバーと、この光フ
ァイバーから出射された前記レーザ光を平行光に変換す
るコリメート光学系と、このコリメート光学系により平
行光に変換された前記レーザ光の進行方向を複数方向に
変える分割光学素子と、この分割光学素子により進行方
向が変えられた複数の光をそれぞれ集光する集光光学系
とを具備したことを特徴とするレーザ加工装置である。
出力するレーザ発振器と、このレーザ発振器から出力さ
れた前記レーザ光を伝送する光ファイバーと、この光フ
ァイバーから出射された前記レーザ光を平行光に変換す
るコリメート光学系と、このコリメート光学系により平
行光に変換された前記レーザ光の進行方向を複数方向に
変える分割光学素子と、この分割光学素子により進行方
向が変えられた複数の光をそれぞれ集光する集光光学系
とを具備したことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００１７】請求項７記載による本発明は、請求項６記
載のレーザ加工装置において、前記分割光学素子は、傾
斜面を有する複数のプレートを組み合わせて形成したこ
とを特徴とするものである。
載のレーザ加工装置において、前記分割光学素子は、傾
斜面を有する複数のプレートを組み合わせて形成したこ
とを特徴とするものである。
【００１８】請求項８記載による本発明は、請求項６記
載のレーザ加工装置において、前記コリメート光学系、
前記分割光学素子及び前記光学系を収納する加工光学系
ユニットと、この加工光学系ユニットと被加工物とを相
対的に移動させる移動機構とを具備したことを特徴とす
るものである。
載のレーザ加工装置において、前記コリメート光学系、
前記分割光学素子及び前記光学系を収納する加工光学系
ユニットと、この加工光学系ユニットと被加工物とを相
対的に移動させる移動機構とを具備したことを特徴とす
るものである。
【００１９】請求項９による本発明は、請求項６記載の
レーザ加工装置において、前記コリメート光学系と前記
集光光学系とは、それぞれ屈折率及び分散の異なる２種
類以上のガラス材料により形成されたことを特徴とする
ものである。
レーザ加工装置において、前記コリメート光学系と前記
集光光学系とは、それぞれ屈折率及び分散の異なる２種
類以上のガラス材料により形成されたことを特徴とする
ものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】(1)以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。
形態について図面を参照して説明する。
【００２１】図１はレーザ加工光学系の構成図である。
このレーザ加工光学系１０は、コリメート光学系として
のコリメートレンズユニット１１、分割光学素子として
の分割プレートユニット１２及び集光光学系としての集
光レンズユニット１３を光軸１４上に配列した構成とな
っている。
このレーザ加工光学系１０は、コリメート光学系として
のコリメートレンズユニット１１、分割光学素子として
の分割プレートユニット１２及び集光光学系としての集
光レンズユニット１３を光軸１４上に配列した構成とな
っている。
【００２２】コリメートレンズユニット１１は、光ファ
イバー１５の出射口から出射されたレーザ光１６、例え
ば加工用のＹＡＧレーザ光及びガイド光であるＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光を平行光に変換して分割プレートユニット１
２に入射させるもである。このコリメートレンズユニッ
ト１１は、屈折率及び分散の異なる２種類以上のガラス
材料により形成されている。又、コリメートレンズユニ
ット１１は、光ファイバー１５の出射されたＹＡＧレー
ザ光１６とＨｅ−Ｎｅレーザ光１６との波長の違いによ
る収差が補正され、これらＹＡＧレーザ光１６とＨｅ−
Ｎｅレーザ光１６とがほぼ同じ位置に集光されるように
なっている。
イバー１５の出射口から出射されたレーザ光１６、例え
ば加工用のＹＡＧレーザ光及びガイド光であるＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光を平行光に変換して分割プレートユニット１
２に入射させるもである。このコリメートレンズユニッ
ト１１は、屈折率及び分散の異なる２種類以上のガラス
材料により形成されている。又、コリメートレンズユニ
ット１１は、光ファイバー１５の出射されたＹＡＧレー
ザ光１６とＨｅ−Ｎｅレーザ光１６との波長の違いによ
る収差が補正され、これらＹＡＧレーザ光１６とＨｅ−
Ｎｅレーザ光１６とがほぼ同じ位置に集光されるように
なっている。
【００２３】従って、光ファイバー１５から出射された
ＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６は、開
口率ＮＡ０．２で広がるが、コリメートレンズユニット
１１により平行光に変換され、その後、集光レンズユニ
ット１３のより開口率ＮＡ０．２７で２つの集光点１
７、１８に集光されるようになっている。
ＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６は、開
口率ＮＡ０．２で広がるが、コリメートレンズユニット
１１により平行光に変換され、その後、集光レンズユニ
ット１３のより開口率ＮＡ０．２７で２つの集光点１
７、１８に集光されるようになっている。
【００２４】分割プレートユニット１２は、入射する平
行光のＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６
の進行方向を複数方向、例えば２分の１づつ分割して２
方向に変えるものである。この分割プレートユニット１
２は、図２に示すように傾斜面を有する複数のウェッジ
プレート、例えば２つの半円形状のウェッジプレート１
９、２０を組み合わせて円形に形成されている。これら
ウェッジプレート１９、２０の傾斜面は、平面で、ウェ
ッジ角θ（例えば、０．０３３rad）に形成されてい
る。又、これらウェッジプレート１９、２０は、それぞ
れ同一形状及び同一材質により形成されている。
行光のＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６
の進行方向を複数方向、例えば２分の１づつ分割して２
方向に変えるものである。この分割プレートユニット１
２は、図２に示すように傾斜面を有する複数のウェッジ
プレート、例えば２つの半円形状のウェッジプレート１
９、２０を組み合わせて円形に形成されている。これら
ウェッジプレート１９、２０の傾斜面は、平面で、ウェ
ッジ角θ（例えば、０．０３３rad）に形成されてい
る。又、これらウェッジプレート１９、２０は、それぞ
れ同一形状及び同一材質により形成されている。
【００２５】集光レンズユニット１３は、分割プレート
ユニット１２により進行方向が２方向に分割されて変え
られたＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６
をそれぞれ各集光点１７、１８に集光するものである。
この集光レンズユニット１３は、屈折率及び分散の異な
る２種類以上のガラス材料により形成されている。
ユニット１２により進行方向が２方向に分割されて変え
られたＹＡＧレーザ光１６又はＨｅ−Ｎｅレーザ光１６
をそれぞれ各集光点１７、１８に集光するものである。
この集光レンズユニット１３は、屈折率及び分散の異な
る２種類以上のガラス材料により形成されている。
【００２６】なお、コリメートレンズユニット１１及び
集光レンズユニット１３は、収差を最小限にするために
均質ガラス材を用いた球面レンズを用いる場合はそれぞ
れ複数枚のレンズからなる。特に色収差を最小限にする
場合には、上記の如くそれぞれ屈折率、分散の異なる２
種類以上のガラス材からなる。屈折率分布型ガラスや非
球面形状のガラスを用いて収差がとれる場合は、コリメ
ートレンズユニット１１及び集光レンズユニット１３と
も１枚のレンズでもよい。
集光レンズユニット１３は、収差を最小限にするために
均質ガラス材を用いた球面レンズを用いる場合はそれぞ
れ複数枚のレンズからなる。特に色収差を最小限にする
場合には、上記の如くそれぞれ屈折率、分散の異なる２
種類以上のガラス材からなる。屈折率分布型ガラスや非
球面形状のガラスを用いて収差がとれる場合は、コリメ
ートレンズユニット１１及び集光レンズユニット１３と
も１枚のレンズでもよい。
【００２７】上記分割プレートユニット１２は、コリメ
ートレンズユニット１１と集光レンズユニット１３との
間に配置したときに収差が最もよく補正される。これに
ついて説明すると、分割プレートユニット１２を集光レ
ンズユニット１３の直後に配置した場合、すなわち光フ
ァイバー１５の出力端→コリメートレンズユニット１１
→集光レンズユニット１３→分割プレートユニット１２
→加工面という配置の場合、各集光点１７、１８でのぼ
け量を評価したところ１８０μｍであった。
ートレンズユニット１１と集光レンズユニット１３との
間に配置したときに収差が最もよく補正される。これに
ついて説明すると、分割プレートユニット１２を集光レ
ンズユニット１３の直後に配置した場合、すなわち光フ
ァイバー１５の出力端→コリメートレンズユニット１１
→集光レンズユニット１３→分割プレートユニット１２
→加工面という配置の場合、各集光点１７、１８でのぼ
け量を評価したところ１８０μｍであった。
【００２８】分割プレートユニット１２をコリメートレ
ンズユニット１１の直前に配置した場合、すなわち光フ
ァイバー１５の出力端→分割プレートユニット１２→コ
リメートレンズユニット１１→集光レンズユニット１３
→加工面という配置の場合、各集光点１７、１８でのぼ
け量を評価したところ９５μｍであった。
ンズユニット１１の直前に配置した場合、すなわち光フ
ァイバー１５の出力端→分割プレートユニット１２→コ
リメートレンズユニット１１→集光レンズユニット１３
→加工面という配置の場合、各集光点１７、１８でのぼ
け量を評価したところ９５μｍであった。
【００２９】これに対して、分割プレートユニット１２
をコリメートレンズユニット１１と集光レンズユニット
１３との間に配置した場合、すなわち光ファイバー１５
の出力端→コリメートレンズユニット１１→分割プレー
トユニット１２→集光レンズユニット１３→加工面とい
う配置の場合、各集光点１７、１８でのぼけ量を評価し
たところ２０μｍで極めて小さい。
をコリメートレンズユニット１１と集光レンズユニット
１３との間に配置した場合、すなわち光ファイバー１５
の出力端→コリメートレンズユニット１１→分割プレー
トユニット１２→集光レンズユニット１３→加工面とい
う配置の場合、各集光点１７、１８でのぼけ量を評価し
たところ２０μｍで極めて小さい。
【００３０】このようなレーザ加工光学系であれば、光
ファイバー１５の出射口から例えばＹＡＧレーザ光１６
が出射されると、コリメートレンズユニット１１は、Ｙ
ＡＧレーザ光１６を平行光に変換して分割プレートユニ
ット１２に入射させる。このとき、ＹＡＧレーザ光１６
とＨｅ−Ｎｅレーザ光１６との波長の違いによる収差が
補正される。
ファイバー１５の出射口から例えばＹＡＧレーザ光１６
が出射されると、コリメートレンズユニット１１は、Ｙ
ＡＧレーザ光１６を平行光に変換して分割プレートユニ
ット１２に入射させる。このとき、ＹＡＧレーザ光１６
とＨｅ−Ｎｅレーザ光１６との波長の違いによる収差が
補正される。
【００３１】分割プレートユニット１２は、入射する平
行光のＹＡＧレーザ光１６の進行方向を例えば２分の１
づつ分割して２方向に変える。
行光のＹＡＧレーザ光１６の進行方向を例えば２分の１
づつ分割して２方向に変える。
【００３２】集光レンズユニット１３は、分割プレート
ユニット１２により進行方向が２方向に分割されて変え
られた２つのＹＡＧレーザ光１６をそれぞれ各集光点１
７、１８に集光する。
ユニット１２により進行方向が２方向に分割されて変え
られた２つのＹＡＧレーザ光１６をそれぞれ各集光点１
７、１８に集光する。
【００３３】このように上記第１の実施の形態において
は、傾斜面を有する例えば２つの半円形状のウェッジプ
レート１９、２０を組み合わせて円形に形成した分割プ
レートユニット１２を用いたので、２つの集光点１７、
１８における各集光スポットの各レーザエネルギー密度
を均等にできる。
は、傾斜面を有する例えば２つの半円形状のウェッジプ
レート１９、２０を組み合わせて円形に形成した分割プ
レートユニット１２を用いたので、２つの集光点１７、
１８における各集光スポットの各レーザエネルギー密度
を均等にできる。
【００３４】又、分割プレートユニット１２におけるウ
ェッジ角θを例えば０〜６７ｍradまで変えることによ
り２つの集光点１７、１８のピッチを、例えば８ｍｍま
で点像ぼけ５０μｍ以下で集光できる。
ェッジ角θを例えば０〜６７ｍradまで変えることによ
り２つの集光点１７、１８のピッチを、例えば８ｍｍま
で点像ぼけ５０μｍ以下で集光できる。
【００３５】又、分割プレートユニット１２は、入射す
るレーザ光１６が平行光のときに収差が最小限になる。
そして、分割プレートユニット１２は、レーザ光１６が
平行光になっているところに配置してレーザ光１６を複
数の方向に分けるので、レーザ光１６を分割することに
よるレンズ性能の悪化は殆どない。
るレーザ光１６が平行光のときに収差が最小限になる。
そして、分割プレートユニット１２は、レーザ光１６が
平行光になっているところに配置してレーザ光１６を複
数の方向に分けるので、レーザ光１６を分割することに
よるレンズ性能の悪化は殆どない。
【００３６】又、上記第１の実施の形態においては、コ
リメートレンズユニット１１、分割プレートユニット１
２及び集光レンズユニット１３を配列してレーザ加工光
学系１０を構成したので、２つの集光点１７、１８にお
ける各集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を
均等になるように集光でき、かつ収差によるぼけを少な
くし、効率よくレーザ加工ができる。
リメートレンズユニット１１、分割プレートユニット１
２及び集光レンズユニット１３を配列してレーザ加工光
学系１０を構成したので、２つの集光点１７、１８にお
ける各集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を
均等になるように集光でき、かつ収差によるぼけを少な
くし、効率よくレーザ加工ができる。
【００３７】例えば、光ファイバー１５により伝送され
てきたＹＡＧレーザ光１６を４ｍｍピッチで２つの集光
点１７、１８に集光する場合、例えば、レーザ加工光学
系１０の結像倍率を０．７５倍とし、光ファイバー１５
の出力端で直径０．６ｍｍのＹＡＧレーザ光１６を、各
集光点（加工点）で０．４５ｍｍに集光することができ
る。又、加工用のＹＡＧレーザ光とガイド光であるＨｅ
−Ｎｅレーザ光との集光スポット位置の差を２０μｍ以
下になるように設計すれば、溶接や切断位置の調整が非
常にやり易くなる。
てきたＹＡＧレーザ光１６を４ｍｍピッチで２つの集光
点１７、１８に集光する場合、例えば、レーザ加工光学
系１０の結像倍率を０．７５倍とし、光ファイバー１５
の出力端で直径０．６ｍｍのＹＡＧレーザ光１６を、各
集光点（加工点）で０．４５ｍｍに集光することができ
る。又、加工用のＹＡＧレーザ光とガイド光であるＨｅ
−Ｎｅレーザ光との集光スポット位置の差を２０μｍ以
下になるように設計すれば、溶接や切断位置の調整が非
常にやり易くなる。
【００３８】又、２点同時のスポット溶接に用いたとこ
ろ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム板に対して４ｍｍ間
隔で直径０．７ｍｍ、溶け込み深さ０．４ｍｍの溶接ス
ポットを作ることができた。分割プレートユニット１２
を、集光レンズユニット１３の後側、又はコリメートレ
ンズユニット１１の前側に配置したときと比較して溶融
径は約１５％小さく、必要なレーザ出力は約３０％小さ
くできる。
ろ、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム板に対して４ｍｍ間
隔で直径０．７ｍｍ、溶け込み深さ０．４ｍｍの溶接ス
ポットを作ることができた。分割プレートユニット１２
を、集光レンズユニット１３の後側、又はコリメートレ
ンズユニット１１の前側に配置したときと比較して溶融
径は約１５％小さく、必要なレーザ出力は約３０％小さ
くできる。
【００３９】なお、上記第１の実施の形態における分割
プレートユニット１２は、２つの半円形状のウェッジプ
レート１９、２０を組み合わせて形成したが、これに限
らず、図３に示すように入射する平行光のＹＡＧレーザ
光１６の進行方向を複数方向、例えば３分の１（１２０
°）づつ分割して３方向に変えるように、３つの扇形状
のウェッジプレート２１〜２３を組み合わせて円形に形
成してもよい。これらウェッジプレート２１〜２３の傾
斜面は、平面で、ウェッジ角θ（０〜６７ｍrad）に形
成されている。又、これらウェッジプレート２１〜２３
は、それぞれ同一形状及び同一材質により形成されてい
る。
プレートユニット１２は、２つの半円形状のウェッジプ
レート１９、２０を組み合わせて形成したが、これに限
らず、図３に示すように入射する平行光のＹＡＧレーザ
光１６の進行方向を複数方向、例えば３分の１（１２０
°）づつ分割して３方向に変えるように、３つの扇形状
のウェッジプレート２１〜２３を組み合わせて円形に形
成してもよい。これらウェッジプレート２１〜２３の傾
斜面は、平面で、ウェッジ角θ（０〜６７ｍrad）に形
成されている。又、これらウェッジプレート２１〜２３
は、それぞれ同一形状及び同一材質により形成されてい
る。
【００４０】又、図４に示すように入射する平行光のＹ
ＡＧレーザ光１６の進行方向を複数方向、例えば４分の
１（９０°）づつ分割して４方向に変えるように、４つ
の４分の１の円形状の各ウェッジプレート２４〜２７を
組み合わせて円形に形成してもよい。これらウェッジプ
レート２４〜２７の傾斜面は、平面で、ウェッジ角θ
（０〜６７ｍrad）に形成されている。又、これらウェ
ッジプレート２４〜２７は、それぞれ同一形状及び同一
材質により形成されている。
ＡＧレーザ光１６の進行方向を複数方向、例えば４分の
１（９０°）づつ分割して４方向に変えるように、４つ
の４分の１の円形状の各ウェッジプレート２４〜２７を
組み合わせて円形に形成してもよい。これらウェッジプ
レート２４〜２７の傾斜面は、平面で、ウェッジ角θ
（０〜６７ｍrad）に形成されている。又、これらウェ
ッジプレート２４〜２７は、それぞれ同一形状及び同一
材質により形成されている。
【００４１】従って、レーザ加工光学系１０における分
割プレートユニット１２を図３又は図４に示すような各
分割プレートユニットに取り替えることにより、簡便に
各集光スポットのピッチや集光スポットの数を変更でき
る。
割プレートユニット１２を図３又は図４に示すような各
分割プレートユニットに取り替えることにより、簡便に
各集光スポットのピッチや集光スポットの数を変更でき
る。
【００４２】(2)次に、本発明の第２の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分に
は同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
いて図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分に
は同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４３】図５は実際のレーザ加工装置の全体構成図
である。ＹＡＧレーザ発振器３０の出力端には、光ファ
イバー１５が接続されている。この光ファイバー１５の
他端には、上記図１に示すレーザ加工光学系１０が収納
された加工光学系ユニット３１が接続されている。
である。ＹＡＧレーザ発振器３０の出力端には、光ファ
イバー１５が接続されている。この光ファイバー１５の
他端には、上記図１に示すレーザ加工光学系１０が収納
された加工光学系ユニット３１が接続されている。
【００４４】この加工光学系ユニット３１は、アーム３
２を介して移動機構としてのＸＹステージ３３に設けら
れている。このＸＹステージ３３は、加工光学系ユニッ
ト３１と被加工物３４とを相対的に移動、ここでは加工
光学系ユニット３１をＸＹ方向に移動させる移動機構と
しての機能を有している。
２を介して移動機構としてのＸＹステージ３３に設けら
れている。このＸＹステージ３３は、加工光学系ユニッ
ト３１と被加工物３４とを相対的に移動、ここでは加工
光学系ユニット３１をＸＹ方向に移動させる移動機構と
しての機能を有している。
【００４５】このようなレーザ加工装置であれば、ＹＡ
Ｇレーザ発振器３０からＹＡＧレーザ光が出力される
と、このＹＡＧレーザ光は、光ファイバー１５を伝送し
てレーザ加工光学系１０に入射する。
Ｇレーザ発振器３０からＹＡＧレーザ光が出力される
と、このＹＡＧレーザ光は、光ファイバー１５を伝送し
てレーザ加工光学系１０に入射する。
【００４６】このレーザ加工光学系１０では、コリメー
トレンズユニット１１によりＹＡＧレーザ光を平行光に
変換して分割プレートユニット１２に入射させ、この分
割プレートユニット１２により平行光のＹＡＧレーザ光
の進行方向を例えば２分の１づつ分割して２方向に変
え、集光レンズユニット１３により２方向に分割されて
変えられた２つのＹＡＧレーザ光をそれぞれ各集光点に
集光する。
トレンズユニット１１によりＹＡＧレーザ光を平行光に
変換して分割プレートユニット１２に入射させ、この分
割プレートユニット１２により平行光のＹＡＧレーザ光
の進行方向を例えば２分の１づつ分割して２方向に変
え、集光レンズユニット１３により２方向に分割されて
変えられた２つのＹＡＧレーザ光をそれぞれ各集光点に
集光する。
【００４７】この状態に、ＸＹステージ３３は、レーザ
加工光学系１０を予め設定された各加工点に移動した
り、又は加工ラインに沿って連続的に移動させる。これ
により、被加工物３４に対して加工が行われる。
加工光学系１０を予め設定された各加工点に移動した
り、又は加工ラインに沿って連続的に移動させる。これ
により、被加工物３４に対して加工が行われる。
【００４８】なお、分割プレートユニット１２は、上記
図３又は図４に示すような各分割プレートユニットに取
り替えて、集光スポットのピッチや集光スポットの数を
変更できる。
図３又は図４に示すような各分割プレートユニットに取
り替えて、集光スポットのピッチや集光スポットの数を
変更できる。
【００４９】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、複数の集光点、例えば集光点１７、１８における各
集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を均等に
でき、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よく被加工
物３４に対する溶接又は切断等のレーザ加工ができる。
ば、複数の集光点、例えば集光点１７、１８における各
集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を均等に
でき、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よく被加工
物３４に対する溶接又は切断等のレーザ加工ができる。
【００５０】なお、本発明は、上記第１及び第２の実施
の形態に限定されるものでなく次の通りに変形してもよ
い。
の形態に限定されるものでなく次の通りに変形してもよ
い。
【００５１】例えば、上記第１及び第２の実施の形態で
は、複数の集光スポットをあるピッチを離して集光して
いるが、例えば２つの集光スポットは、重なり合って集
光するようにしてもよい。例えば、集光スポット径０．
４５ｍｍに対してピッチ０．２５ｍｍとすると、擬似的
に長円形のスポットを形成することができる。これによ
り、レーザ光の集光点の位置許容度を大きくしたり、被
加工物３４の接合強度を高くできる。
は、複数の集光スポットをあるピッチを離して集光して
いるが、例えば２つの集光スポットは、重なり合って集
光するようにしてもよい。例えば、集光スポット径０．
４５ｍｍに対してピッチ０．２５ｍｍとすると、擬似的
に長円形のスポットを形成することができる。これによ
り、レーザ光の集光点の位置許容度を大きくしたり、被
加工物３４の接合強度を高くできる。
【００５２】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、複
数の集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を均
等にできる分割光学素子を提供できる。
数の集光スポットにおける各レーザエネルギー密度を均
等にできる分割光学素子を提供できる。
【００５３】又、本発明によれば、複数の集光スポット
における各レーザエネルギー密度を均等になるように集
光でき、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よくレー
ザ加工ができる光学系及びレーザ加工装置を提供でき
る。
における各レーザエネルギー密度を均等になるように集
光でき、かつ収差によるぼけを少なくし、効率よくレー
ザ加工ができる光学系及びレーザ加工装置を提供でき
る。
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態のレーザ加工
光学系の構成図。
光学系の構成図。
【図２】本発明に係わる第１の実施の形態のレーザ加工
光学系における分割プレートユニットの構成図。
光学系における分割プレートユニットの構成図。
【図３】本発明に係わる第１の実施の形態のレーザ加工
光学系における分割プレートユニットの変形例を示す構
成図。
光学系における分割プレートユニットの変形例を示す構
成図。
【図４】本発明に係わる第１の実施の形態のレーザ加工
光学系における分割プレートユニットの変形例を示す構
成図。
光学系における分割プレートユニットの変形例を示す構
成図。
【図５】本発明に係わる第２の実施の形態のレーザ加工
装置の全体構成図。
装置の全体構成図。
【図６】従来におけるＹＡＧレーザ溶接に用いられてい
る２点集光光学系の構成図。
る２点集光光学系の構成図。
１：レーザ加工光学系 １１：コリメートレンズユニット １２：分割プレートユニット １３：集光レンズユニット １５：光ファイバー １９，２０：ウェッジプレート ３０：ＹＡＧレーザ発振器 ３１：加工光学系ユニット ３２：アーム ３３：ＸＹステージ ３４：被加工物
Claims (9)
- 【請求項１】 傾斜面を有する複数のプレートを組み合
わせて形成したことを特徴とする分割光学素子。 - 【請求項２】 前記各プレートは、それぞれ同一形状及
び同一材質により形成されたことを特徴とする請求項１
記載の分割光学素子。 - 【請求項３】 傾斜面を有する複数のプレートを組み合
わせて形成され、入射する平行光の進行方向を複数方向
に変える分割光学素子と、 この分割光学素子により進行方向が変えられた複数の光
をそれぞれ集光する集光光学系と、を具備したことを特
徴とする光学系。 - 【請求項４】 入射する光を平行光に変換して前記分割
光学素子に入射させるコリメート光学系を具備したこと
を特徴とする請求項３記載の光学系。 - 【請求項５】 前記集光光学系は、屈折率及び分散の異
なる２種類以上のガラス材料により形成されたことを特
徴とする請求項３記載の光学系。 - 【請求項６】 レーザ光を出力するレーザ発振器と、 このレーザ発振器から出力された前記レーザ光を伝送す
る光ファイバーと、 この光ファイバーから出射された前記レーザ光を平行光
に変換するコリメート光学系と、 このコリメート光学系により平行光に変換された前記レ
ーザ光の進行方向を複数方向に変える分割光学素子と、 この分割光学素子により進行方向が変えられた複数の光
をそれぞれ集光する集光光学系と、を具備したことを特
徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項７】 前記分割光学素子は、傾斜面を有する複
数のプレートを組み合わせて形成したことを特徴とする
請求項６記載のレーザ加工装置。 - 【請求項８】 前記コリメート光学系、前記分割光学素
子及び前記光学系を収納する加工光学系ユニットと、 この加工光学系ユニットと被加工物とを相対的に移動さ
せる移動機構と、を具備したことを特徴とする請求項６
記載のレーザ加工装置。 - 【請求項９】 前記コリメート光学系と前記集光光学系
とは、それぞれ屈折率及び分散の異なる２種類以上のガ
ラス材料により形成されたことを特徴とする請求項６記
載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204103A JP2002023100A (ja) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | 分割光学素子、光学系及びレーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204103A JP2002023100A (ja) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | 分割光学素子、光学系及びレーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002023100A true JP2002023100A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18701421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000204103A Pending JP2002023100A (ja) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | 分割光学素子、光学系及びレーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002023100A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007136481A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Denso Corp | レーザ加工装置 |
| JP2007185707A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 光溶着用光学ユニットおよび光溶着装置 |
| JP2008134468A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 集光光学系および光加工装置 |
| JP2009119491A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Toshiba Corp | 光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法 |
| WO2023138959A1 (de) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | Trumpf Laser Gmbh | SCHWEIßOPTIK MIT STRAHLFORMUNGSEINSATZ SOWIE SCHWEIßVORRICHTUNG |
-
2000
- 2000-07-05 JP JP2000204103A patent/JP2002023100A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007136481A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Denso Corp | レーザ加工装置 |
| JP2007185707A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 光溶着用光学ユニットおよび光溶着装置 |
| JP2008134468A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 集光光学系および光加工装置 |
| JP2009119491A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Toshiba Corp | 光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法 |
| WO2023138959A1 (de) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | Trumpf Laser Gmbh | SCHWEIßOPTIK MIT STRAHLFORMUNGSEINSATZ SOWIE SCHWEIßVORRICHTUNG |
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