JP2002244078A - レーザ光学系とレーザ加工装置 - Google Patents
レーザ光学系とレーザ加工装置Info
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- JP2002244078A JP2002244078A JP2001036885A JP2001036885A JP2002244078A JP 2002244078 A JP2002244078 A JP 2002244078A JP 2001036885 A JP2001036885 A JP 2001036885A JP 2001036885 A JP2001036885 A JP 2001036885A JP 2002244078 A JP2002244078 A JP 2002244078A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ発振器から放射された高出力のレーザ
ビームの光強度を均一化し、かつ、それを多分割化して
同時多分岐化するレーザ光学系と、それを用いたレーザ
加工装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ発振器１の光軸上の前方に、放射
されたレーザビームＬを伝搬してビーム形状を拡大する
ビームエキスパンダ２を設け、さらにその前方にレーザ
ビームＬを伝搬しその光強度を均一化するホモジナイザ
３と、このホモジナイザ３で均一化されたレーザビーム
Ｌを伝搬して所定数に分割するビーム分割手段５を設け
る。
ビームの光強度を均一化し、かつ、それを多分割化して
同時多分岐化するレーザ光学系と、それを用いたレーザ
加工装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ発振器１の光軸上の前方に、放射
されたレーザビームＬを伝搬してビーム形状を拡大する
ビームエキスパンダ２を設け、さらにその前方にレーザ
ビームＬを伝搬しその光強度を均一化するホモジナイザ
３と、このホモジナイザ３で均一化されたレーザビーム
Ｌを伝搬して所定数に分割するビーム分割手段５を設け
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器より
放射されるレーザビームを、均一な光強度で多分割して
同時多岐化するレーザ光学系と、それを用いたレーザ加
工装置に関する。
放射されるレーザビームを、均一な光強度で多分割して
同時多岐化するレーザ光学系と、それを用いたレーザ加
工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ発振器から放射された１つのレー
ザビームを、複数のレーザビームに分割して用いるレー
ザ光学系の技術は、レーザ加工装置等で広く用いられて
いる。
ザビームを、複数のレーザビームに分割して用いるレー
ザ光学系の技術は、レーザ加工装置等で広く用いられて
いる。
【０００３】例えば、特開平１１−８７８５８号公報に
記載されている光結合システムの技術では、レーザ発振
器から放射したレーザビームをアレイレンズからなる光
分割装置により、分割し集光して、それを複数の光ファ
イバに入射させている。この技術では、レーザ発振器と
光分割装置との間に、レーザビームの進行方向に従って、
レーザビームを平行にするための光学系（凹レンズと凸
レンズとの組み合わせによる光学系）とレーザビームの
ビーム径を調整するための光学系（凹レンズと凸レンズ
との組み合わせによる光学系）が設けられている。
記載されている光結合システムの技術では、レーザ発振
器から放射したレーザビームをアレイレンズからなる光
分割装置により、分割し集光して、それを複数の光ファ
イバに入射させている。この技術では、レーザ発振器と
光分割装置との間に、レーザビームの進行方向に従って、
レーザビームを平行にするための光学系（凹レンズと凸
レンズとの組み合わせによる光学系）とレーザビームの
ビーム径を調整するための光学系（凹レンズと凸レンズ
との組み合わせによる光学系）が設けられている。
【０００４】また、レーザ発振器から放射されたレーザ
ビームを、ハーフミラーを用いた分岐ユニット等へ伝送
して分岐光を得て、それを光ファイバで加工ヘッドへ伝
搬する方法も広く用いられている。
ビームを、ハーフミラーを用いた分岐ユニット等へ伝送
して分岐光を得て、それを光ファイバで加工ヘッドへ伝
搬する方法も広く用いられている。
【０００５】なお、光ファイバ光学系の分岐ユニットで
は、ハーフミラーを利用した同時２分岐構成や、時間分
岐による４分岐程度の分岐による光伝送が行われてい
る。さらに、光ファイバへの入射にはそれぞれ独立した
光学系を使用して構成された入射方法が取られている場
合もある。
は、ハーフミラーを利用した同時２分岐構成や、時間分
岐による４分岐程度の分岐による光伝送が行われてい
る。さらに、光ファイバへの入射にはそれぞれ独立した
光学系を使用して構成された入射方法が取られている場
合もある。
【０００６】例えば、図５に示すように、溶接等に用い
られている同時２分岐構成の分岐ユニット５１では、透
過率５０％のハーフミラー５２を用いて、レーザ発振器
５３から放射されたレーザビームＬａを分岐し、それに
よる分岐光Ｌｂ、Ｌｃを反射ミラー５４等を介して各々
の光ファイバ５６ａ、５６ｂに入射して伝搬し、光ファ
イバ５６ａ、５６ｂの出射端側にはそれぞれ独立した集
光光学系を有する加工ヘッド５７ａ、５７ｂを設けて、
それにより被加工物５８に分岐光Ｌｂ、Ｌｃを照射して
加工している。
られている同時２分岐構成の分岐ユニット５１では、透
過率５０％のハーフミラー５２を用いて、レーザ発振器
５３から放射されたレーザビームＬａを分岐し、それに
よる分岐光Ｌｂ、Ｌｃを反射ミラー５４等を介して各々
の光ファイバ５６ａ、５６ｂに入射して伝搬し、光ファ
イバ５６ａ、５６ｂの出射端側にはそれぞれ独立した集
光光学系を有する加工ヘッド５７ａ、５７ｂを設けて、
それにより被加工物５８に分岐光Ｌｂ、Ｌｃを照射して
加工している。
【０００７】また、レーザマーカ等では時間差による時
間４分岐構成の分岐ユニットが設けられていることがあ
る。この場合は、分岐ユニットから延長したそれぞれの
光ファイバの出射端に、レーザビーム走査の為のスキャ
ナ、ミラー等を配置した集光光学系を配置し、それによ
り、光ファイバに入射して伝送されたレーザビームを被
加工物に照射して、パターン形状、文字などをマーキン
グしている。
間４分岐構成の分岐ユニットが設けられていることがあ
る。この場合は、分岐ユニットから延長したそれぞれの
光ファイバの出射端に、レーザビーム走査の為のスキャ
ナ、ミラー等を配置した集光光学系を配置し、それによ
り、光ファイバに入射して伝送されたレーザビームを被
加工物に照射して、パターン形状、文字などをマーキン
グしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平１１−８７８５８号公報に記載されている光結合
システムの技術では、レーザビームの平行度とビーム系
は調整されているが、レーザビームの光強度分布が解消
されていない。そのため、複数にレーザビームを分割し
た際に、それらのレーザビームの間で強度の差が存在す
る。その結果、それぞれの分岐光で被加工物に対して均
質に加工することは困難である。
特開平１１−８７８５８号公報に記載されている光結合
システムの技術では、レーザビームの平行度とビーム系
は調整されているが、レーザビームの光強度分布が解消
されていない。そのため、複数にレーザビームを分割し
た際に、それらのレーザビームの間で強度の差が存在す
る。その結果、それぞれの分岐光で被加工物に対して均
質に加工することは困難である。
【０００９】また、レーザ発振器から放射されたレーザ
ビームを集光レンズを介して光ファイバで集光して伝送
する場合、光ファイバが伝送できる出力には、光ファイ
バの損傷閾値による限界が存在するため、レーザ発振器
が有しているレーザ出力を伝送する場合、光ファイバ１
本で伝送できるレーザ出力に制限がある。そのため、高
出力のレーザ発振器には対応することができない。
ビームを集光レンズを介して光ファイバで集光して伝送
する場合、光ファイバが伝送できる出力には、光ファイ
バの損傷閾値による限界が存在するため、レーザ発振器
が有しているレーザ出力を伝送する場合、光ファイバ１
本で伝送できるレーザ出力に制限がある。そのため、高
出力のレーザ発振器には対応することができない。
【００１０】また、レーザビームをミラー方式で多分岐
化していくと、入射光学系の構成部分の占める割合が大
きくなり、また、光路長が長くなって、光軸変化に対し
ての感度が上がり調整が難しくなる。
化していくと、入射光学系の構成部分の占める割合が大
きくなり、また、光路長が長くなって、光軸変化に対し
ての感度が上がり調整が難しくなる。
【００１１】本発明は、これらの事情にもとづいてなさ
れたもので、レーザ発振器から放射された高出力のレー
ザビームの光強度を均一化し、かつ、それを多分割化し
て同時多分岐化するレーザ光学系と、それを用いたレー
ザ加工装置を提供することを目的としている。
れたもので、レーザ発振器から放射された高出力のレー
ザビームの光強度を均一化し、かつ、それを多分割化し
て同時多分岐化するレーザ光学系と、それを用いたレー
ザ加工装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による手段によれ
ば、レーザ発振器から放射されたレーザビームを伝搬し
てビーム形状を拡大するビームエキスパンダと、このビ
ームエキスパンダにより拡大された前記レーザビームを
伝搬し、その光強度を均一化するホモジナイザと、この
ホモジナイザで均一化された前記レーザビームを伝搬し
て所定数に分割するビーム分割手段とを有することを特
徴とするレーザ光学系である。
ば、レーザ発振器から放射されたレーザビームを伝搬し
てビーム形状を拡大するビームエキスパンダと、このビ
ームエキスパンダにより拡大された前記レーザビームを
伝搬し、その光強度を均一化するホモジナイザと、この
ホモジナイザで均一化された前記レーザビームを伝搬し
て所定数に分割するビーム分割手段とを有することを特
徴とするレーザ光学系である。
【００１３】また本発明による手段によれば、前記ホモ
ジナイザは、アレイレンズの組み合わせで形成されてい
ることを特徴とするレーザ光学系である。
ジナイザは、アレイレンズの組み合わせで形成されてい
ることを特徴とするレーザ光学系である。
【００１４】また本発明による手段によれば、前記ビー
ム分割手段の出力側の所定位置には、このビーム分割手
段から分割して出力された前記レーザビームを受光する
光ファイバの入力端部が配置されていることを特徴とす
るレーザ光学系である。
ム分割手段の出力側の所定位置には、このビーム分割手
段から分割して出力された前記レーザビームを受光する
光ファイバの入力端部が配置されていることを特徴とす
るレーザ光学系である。
【００１５】また本発明による手段によれば、レーザ発
振器から放射されたレーザビームを伝搬してビーム形状
を拡大するビームエキスパンダと、このビームエキスパ
ンダにより拡大された前記レーザビームを伝搬して光強
度を均一化するホモジナイザと、このホモジナイザで均
一化された前記レーザビームを伝搬して所定数に分割す
るビーム分割手段と、このビーム分割手段で分割された
前記レーザビームを光ファイバを介して受光する加工ヘ
ッドとを有することを特徴とするレーザ加工装置であ
る。
振器から放射されたレーザビームを伝搬してビーム形状
を拡大するビームエキスパンダと、このビームエキスパ
ンダにより拡大された前記レーザビームを伝搬して光強
度を均一化するホモジナイザと、このホモジナイザで均
一化された前記レーザビームを伝搬して所定数に分割す
るビーム分割手段と、このビーム分割手段で分割された
前記レーザビームを光ファイバを介して受光する加工ヘ
ッドとを有することを特徴とするレーザ加工装置であ
る。
【００１６】また本発明による手段によれば、前記加工
ヘッドは、受光側に前記光ファイバにより伝送された前
記レーザビームを均一化するためのカライドスコープを
具備していることを特徴とするレーザ加工装置である。
ヘッドは、受光側に前記光ファイバにより伝送された前
記レーザビームを均一化するためのカライドスコープを
具備していることを特徴とするレーザ加工装置である。
【００１７】また本発明による手段によれば、前記加工
ヘッドは、前記光ファイバにより多分岐伝送された前記
レーザビームを各々出射端にて集光して被加工物に照射
することを特徴とするレーザ加工装置である。
ヘッドは、前記光ファイバにより多分岐伝送された前記
レーザビームを各々出射端にて集光して被加工物に照射
することを特徴とするレーザ加工装置である。
【００１８】また本発明による手段によれば、前記加工
ヘッドは、前記光ファイバにより多分岐伝送されたレー
ザビームを出射端で所定分布位置に配置したことを特徴
とするレーザ加工装置である。
ヘッドは、前記光ファイバにより多分岐伝送されたレー
ザビームを出射端で所定分布位置に配置したことを特徴
とするレーザ加工装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態である
レーザ光学系とそれを用いたレーザ加工装置について図
面を参照して説明する。
レーザ光学系とそれを用いたレーザ加工装置について図
面を参照して説明する。
【００２０】図１は、本発明のレーザ光学系の模式図
で、図２（ａ）は本発明のレーザ光学系の構成要素の配
置関係図で、図２（ｂ）はそれに対応した所定個所毎の
光強度の分布状態を示すグラフである。
で、図２（ａ）は本発明のレーザ光学系の構成要素の配
置関係図で、図２（ｂ）はそれに対応した所定個所毎の
光強度の分布状態を示すグラフである。
【００２１】レーザ光学系は、レーザ発振器１の出力ミ
ラー（不図示）側の光軸上の前方に、順次、ビームエキ
スパンダ２、ホモジナイザ３、リレーレンズ４、分割用
アレイレンズ群５および光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ・
・・６ｎが接続された光ファイバ固定ブロック７が配置
されて形成されている。
ラー（不図示）側の光軸上の前方に、順次、ビームエキ
スパンダ２、ホモジナイザ３、リレーレンズ４、分割用
アレイレンズ群５および光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ・
・・６ｎが接続された光ファイバ固定ブロック７が配置
されて形成されている。
【００２２】レーザ発振器１は、一般に用いられている
固体レーザ発振器で、図示しないＹＡＧロッドが光共振
器を形成する２枚のミラー（不図示）の光軸上の間に配
置され、また、ＹＡＧロッドには平行に励起用のランプ
（不図示）が設けられている。
固体レーザ発振器で、図示しないＹＡＧロッドが光共振
器を形成する２枚のミラー（不図示）の光軸上の間に配
置され、また、ＹＡＧロッドには平行に励起用のランプ
（不図示）が設けられている。
【００２３】ビームエキスパンダ２は、図２（ａ）に示
すように平凹レンズ９と平凸レンズ１０とにより形成さ
れ、相互のレンズ９、１０の平面が対面して設けられて
いる。光軸上の相互のレンズ９、１０の距離は、レンズ
９、１０の内側間（平面間距離）が２００ｍｍ〜３００
ｍｍ程度に調整されている。
すように平凹レンズ９と平凸レンズ１０とにより形成さ
れ、相互のレンズ９、１０の平面が対面して設けられて
いる。光軸上の相互のレンズ９、１０の距離は、レンズ
９、１０の内側間（平面間距離）が２００ｍｍ〜３００
ｍｍ程度に調整されている。
【００２４】ホモジナイザ３は、片面が平面で、もう一方
の面に複数の凸部が配列して形成された２枚のアレイレ
ンズ１１ａ、１１ｂ（入光側アレイレンズ１１ａと出光
側アレイレンズ１１ｂ）で形成されている。この２枚の
アレイレンズ１１ａ、１１ｂの光軸上の相互の距離は、
アレイレンズ１１ａ、１１ｂ内側間で１３８．１ｍｍに
設定されている。なお、ビームエキスパンダ２とホモジ
ナイザ３との距離は、光学的な制約は特に無いので、ホ
モジナイザ３は光軸上のビームエキスパンダ２の前方の
任意の位置に設置することができる。
の面に複数の凸部が配列して形成された２枚のアレイレ
ンズ１１ａ、１１ｂ（入光側アレイレンズ１１ａと出光
側アレイレンズ１１ｂ）で形成されている。この２枚の
アレイレンズ１１ａ、１１ｂの光軸上の相互の距離は、
アレイレンズ１１ａ、１１ｂ内側間で１３８．１ｍｍに
設定されている。なお、ビームエキスパンダ２とホモジ
ナイザ３との距離は、光学的な制約は特に無いので、ホ
モジナイザ３は光軸上のビームエキスパンダ２の前方の
任意の位置に設置することができる。
【００２５】リレーレンズ４は、平凸レンズで、その凸
面側がホモジナイザ３に対面している。なお、ホモジナ
イザ３とリレーレンズ４と光軸上の相互の距離はレンズ
の内側間で９４４．３ｍｍに設定されている。
面側がホモジナイザ３に対面している。なお、ホモジナ
イザ３とリレーレンズ４と光軸上の相互の距離はレンズ
の内側間で９４４．３ｍｍに設定されている。
【００２６】分割用アレイレンズ群５は、リレーレンズ
４の光軸用の前方９０１．３ｍｍの位置に配置され、３
枚の凸片面（もう一方の面は平面）に複数の凸部が配列
して形成されたのアレイレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
で構成されている。この３枚のアレイレンズ１２ａ、１
２ｂ、１２ｃは、リレーレンズ４側から、順次、凸面がリ
レーレンズ４側に向いた第１アレイレンズ１２ａ、平面
がリレーレンズ４側に向いた第２アレイレンズ１２ｂお
よび凸面がリレーレンズ４側に向いた第３アレイレンズ
１２ｃが配置されている。第１アレイレンズ１２ａと第
２アレイレンズ１２ｂとの光軸上の相互の距離はレンズ
１２ａ、１２ｂとの内側間で２６０ｍｍに設定されてい
る。また、第２アレイレンズ１２ｂと第３アレイレンズ
１２ｃとの光軸上の相互の距離はレンズ１２ｂ、１２ｃ
の内側間で５ｍｍに設定されている。
４の光軸用の前方９０１．３ｍｍの位置に配置され、３
枚の凸片面（もう一方の面は平面）に複数の凸部が配列
して形成されたのアレイレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
で構成されている。この３枚のアレイレンズ１２ａ、１
２ｂ、１２ｃは、リレーレンズ４側から、順次、凸面がリ
レーレンズ４側に向いた第１アレイレンズ１２ａ、平面
がリレーレンズ４側に向いた第２アレイレンズ１２ｂお
よび凸面がリレーレンズ４側に向いた第３アレイレンズ
１２ｃが配置されている。第１アレイレンズ１２ａと第
２アレイレンズ１２ｂとの光軸上の相互の距離はレンズ
１２ａ、１２ｂとの内側間で２６０ｍｍに設定されてい
る。また、第２アレイレンズ１２ｂと第３アレイレンズ
１２ｃとの光軸上の相互の距離はレンズ１２ｂ、１２ｃ
の内側間で５ｍｍに設定されている。
【００２７】また、分割用アレイレンズ群５の光軸上の
前方１３．５８ｍｍの位置には、光ファイバ固定ブロッ
ク７に固定された光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎ
が、その入力端面の位置になるように配置されている。
前方１３．５８ｍｍの位置には、光ファイバ固定ブロッ
ク７に固定された光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎ
が、その入力端面の位置になるように配置されている。
【００２８】これらの構成により、レーザ発振器１の出
力ミラー側から放射されたレーザビームＬは、光軸上を
進んでビームエキスパンダ２に入光する。この入光した
レーザビームＬはビームエキスパンダ２によりビーム形
状が拡大される。
力ミラー側から放射されたレーザビームＬは、光軸上を
進んでビームエキスパンダ２に入光する。この入光した
レーザビームＬはビームエキスパンダ２によりビーム形
状が拡大される。
【００２９】すなわち、図２（ｂ）のｂ−１に示すよう
に、ビームエキスパンダ２の平凹レンズ９に入光したレ
ーザビームＬの光強度分布は、レーザビームＬの径が小
さいためビームの拡がりは小さく、中央部（光軸上）の
光強度は強い。一方、図２（ｂ）のｂ−２に示すように、
平凸レンズ１０から出力するレーザビームＬは、ビーム
径が広がっているので、ビームの広がりが大きくなり、中
央部（光軸上）の光強度は弱く、全体の光強度分布がな
だらかになっている。
に、ビームエキスパンダ２の平凹レンズ９に入光したレ
ーザビームＬの光強度分布は、レーザビームＬの径が小
さいためビームの拡がりは小さく、中央部（光軸上）の
光強度は強い。一方、図２（ｂ）のｂ−２に示すように、
平凸レンズ１０から出力するレーザビームＬは、ビーム
径が広がっているので、ビームの広がりが大きくなり、中
央部（光軸上）の光強度は弱く、全体の光強度分布がな
だらかになっている。
【００３０】ビームエキスパンダ２によりビーム形状が
拡大されて出力されたレーザビームＬは、ホモジナイザ
３に入光する。ホモジナイザ３に入光したレーザビーム
Ｌは、全体では、図２（ｂ）のｂ−２で示したような光強
度分布を有しており、それらが、入光側アレイレンズ１１
ａの複数の凸部の位置に応じて入光される。入光側から
出力レーザビームＬは出力側アレイレンズ１１ｂに入光
し、出力側アレイレンズ１１ｂからリレーレンズ４を介
してビーム分割手段である分割用アレイレンズ群５に入
光する。
拡大されて出力されたレーザビームＬは、ホモジナイザ
３に入光する。ホモジナイザ３に入光したレーザビーム
Ｌは、全体では、図２（ｂ）のｂ−２で示したような光強
度分布を有しており、それらが、入光側アレイレンズ１１
ａの複数の凸部の位置に応じて入光される。入光側から
出力レーザビームＬは出力側アレイレンズ１１ｂに入光
し、出力側アレイレンズ１１ｂからリレーレンズ４を介
してビーム分割手段である分割用アレイレンズ群５に入
光する。
【００３１】この際、図２（ａ）では、ホモジナイザ３
の一つの凸部のレンズについて図示しているが、その他
の各凸部のレンズも同様である。すなわち、各凸部から
出力したレーザビームＬのそれぞれは、全てがリレーレ
ンズ４を介して分割用アレイレンズ群５の第１アレイレ
ンズ１２ａの全面に拡散して入光して重なり合う。従っ
て、図２（ｂ）でｂ−３に示すように、第１アレイレンズ
１２ａの面では、全面の各領域で入光したレーザビーム
Ｌの光強度分布が全て等しく均一になる。
の一つの凸部のレンズについて図示しているが、その他
の各凸部のレンズも同様である。すなわち、各凸部から
出力したレーザビームＬのそれぞれは、全てがリレーレ
ンズ４を介して分割用アレイレンズ群５の第１アレイレ
ンズ１２ａの全面に拡散して入光して重なり合う。従っ
て、図２（ｂ）でｂ−３に示すように、第１アレイレンズ
１２ａの面では、全面の各領域で入光したレーザビーム
Ｌの光強度分布が全て等しく均一になる。
【００３２】第１アレイレンズ１２ａの複数の凸レンズ
により分割され出光したレーザビームＬは、それぞれが
同じ光強度になっており、分割された各レーザビームＬ
は、第２アレイレンズ１２ｂに入光し、さらに、第３アレ
イレンズ１２ｃに入光する。これらの光学系の焦点の位
置には、光ファイバ固定ブロック７に固定された各光フ
ァイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの端面が配置されてい
る。したがって、分割用アレイレンズ群５から分割して
出光した各レーザビームＬはそれぞれが対応する光ファ
イバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの端面に入光する。
により分割され出光したレーザビームＬは、それぞれが
同じ光強度になっており、分割された各レーザビームＬ
は、第２アレイレンズ１２ｂに入光し、さらに、第３アレ
イレンズ１２ｃに入光する。これらの光学系の焦点の位
置には、光ファイバ固定ブロック７に固定された各光フ
ァイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの端面が配置されてい
る。したがって、分割用アレイレンズ群５から分割して
出光した各レーザビームＬはそれぞれが対応する光ファ
イバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの端面に入光する。
【００３３】その結果、各光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ
…６ｎで伝搬されるレーザビームＬの光強度は同じレベ
ルになっている。
…６ｎで伝搬されるレーザビームＬの光強度は同じレベ
ルになっている。
【００３４】したがって、これらの光ファイバ６ａ、６
ｂ、６ｃ…６ｎの、それぞれの先端側にはそれぞれ加工
対象に応じて加工ヘッドを接続すれば、所望の加工を行
なうことができる。この場合、例えば、個々の光ファイバ
６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの先端側に個々に加工ヘッドを
設けて分割して加工することもでき、また、分割した各
光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの光強度を１点に集
光する加工ヘッドを設けて、１点で加工することもでき
る。
ｂ、６ｃ…６ｎの、それぞれの先端側にはそれぞれ加工
対象に応じて加工ヘッドを接続すれば、所望の加工を行
なうことができる。この場合、例えば、個々の光ファイバ
６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの先端側に個々に加工ヘッドを
設けて分割して加工することもでき、また、分割した各
光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの光強度を１点に集
光する加工ヘッドを設けて、１点で加工することもでき
る。
【００３５】次に、分割用アレイレンズ群５で分割し、
それを各光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎで伝搬し、
伝搬した各レーザビームを１点で集光する加工ヘッドを
設けて、１点で加工する加工ヘッドの一例にについて説
明する。
それを各光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎで伝搬し、
伝搬した各レーザビームを１点で集光する加工ヘッドを
設けて、１点で加工する加工ヘッドの一例にについて説
明する。
【００３６】図３は、加工ヘッドの模式斜視図である。
加工ヘッド２０は、上述の光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ
…６ｎの出力側の先端には光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ
…６ｎを固定している出力側光ファイバ固定ブロック２
１が設けられている。この出力側光ファイバ固定ブロッ
ク２１のレーザビームＬが進行する前方には、レーザビ
ームＬの進行方向に従って、順次、カライドスコープ２
２、全反射ミラー２３および集光レンズ２４が設けられ
て、被加工物２５に対峙している。
加工ヘッド２０は、上述の光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ
…６ｎの出力側の先端には光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ
…６ｎを固定している出力側光ファイバ固定ブロック２
１が設けられている。この出力側光ファイバ固定ブロッ
ク２１のレーザビームＬが進行する前方には、レーザビ
ームＬの進行方向に従って、順次、カライドスコープ２
２、全反射ミラー２３および集光レンズ２４が設けられ
て、被加工物２５に対峙している。
【００３７】これらの構成により、各光ファイバ６ａ、
６ｂ、６ｃ…６ｎから分割してカライドスコープ２２に
入光したレーザビームＬは、カライドスコープ２２によ
り混合して所定の形状に整光される。カライドスコープ
２２から出光したレーザビームＬは、全反射ミラー２３
で反射し集光レンズ２４に入光し、集光レンズ２４で被
加工物２５の表面に集光して、被加工物２５に、例え
ば、熱加工、除去加工及びパターン加工等の所定の加工を
行なう。
６ｂ、６ｃ…６ｎから分割してカライドスコープ２２に
入光したレーザビームＬは、カライドスコープ２２によ
り混合して所定の形状に整光される。カライドスコープ
２２から出光したレーザビームＬは、全反射ミラー２３
で反射し集光レンズ２４に入光し、集光レンズ２４で被
加工物２５の表面に集光して、被加工物２５に、例え
ば、熱加工、除去加工及びパターン加工等の所定の加工を
行なう。
【００３８】なお、上記の場合は、一旦分割したレーザ
ビームＬを、また、一本のレーザビームＬに戻して、そ
れを用いて加工を行なったが、図４に示すように、複数の
光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの出射端の配置の分
布を任意に設定して加工ヘッド２０ａを形成すれば、加
工条件や加工態様に応じて、レーザビームＬの光強度分
布を任意のパターンに設定することができる。
ビームＬを、また、一本のレーザビームＬに戻して、そ
れを用いて加工を行なったが、図４に示すように、複数の
光ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ…６ｎの出射端の配置の分
布を任意に設定して加工ヘッド２０ａを形成すれば、加
工条件や加工態様に応じて、レーザビームＬの光強度分
布を任意のパターンに設定することができる。
【００３９】以上に述べたように本発明によれば、レー
ザ発振器から放射したレーザビームをアレイレンズ方式
によるホモジナイザ等で均一化し、さらにアレイレンズ
で多分割化することで、レーザ発振器が持つ高出力のレ
ーザ出力を少ない損失で伝搬でき、その後、そのレーザ
ビームを分岐して光ファイバで伝搬することで、各光フ
ァイバの伝送限界値以下で伝搬することができる。
ザ発振器から放射したレーザビームをアレイレンズ方式
によるホモジナイザ等で均一化し、さらにアレイレンズ
で多分割化することで、レーザ発振器が持つ高出力のレ
ーザ出力を少ない損失で伝搬でき、その後、そのレーザ
ビームを分岐して光ファイバで伝搬することで、各光フ
ァイバの伝送限界値以下で伝搬することができる。
【００４０】また、光ファイバの出射端では光ファイバ
の配置形態を変えることでレーザビーム源の状態（光強
度分布）を自由に変化させることができ、被加工物への
照射状態を変えることができる。
の配置形態を変えることでレーザビーム源の状態（光強
度分布）を自由に変化させることができ、被加工物への
照射状態を変えることができる。
【００４１】また、アレイレンズ方式によるホモジナイ
ザの組合わせは、光軸方向に多分割化する際に、各々の
分割された光強度が均一であるため、レーザビームを同
時多分割でき、従来のミラー方式に比べてレーザビーム
の出力のばらつき、光軸ずれおよび偏光などの影響によ
る問題が少ない。
ザの組合わせは、光軸方向に多分割化する際に、各々の
分割された光強度が均一であるため、レーザビームを同
時多分割でき、従来のミラー方式に比べてレーザビーム
の出力のばらつき、光軸ずれおよび偏光などの影響によ
る問題が少ない。
【００４２】また、従来の光学系に比べて被加工物に対
して一回当たりのレーザビームＬ強度を増すことができ
るので、加工に要するレーザビームＬの照射回数を減ら
すことができて、効率のよい加工を行なうことができ
る。
して一回当たりのレーザビームＬ強度を増すことができ
るので、加工に要するレーザビームＬの照射回数を減ら
すことができて、効率のよい加工を行なうことができ
る。
【００４３】また、本発明のレーザ加工装置は、分岐後
のレーザビームＬを光ファイバを用いて伝播しているの
で、加工ヘッドのみを自由に移動することができ、可搬形
の加工形態の用途に好適である。
のレーザビームＬを光ファイバを用いて伝播しているの
で、加工ヘッドのみを自由に移動することができ、可搬形
の加工形態の用途に好適である。
【００４４】
【発明の効果】本発明のレーザ光学系によれば、高出力
のレーザビームを損失が少なく伝播することができ、ま
た、レーザビームの出力光強度分布を任意に設定するこ
とができる。
のレーザビームを損失が少なく伝播することができ、ま
た、レーザビームの出力光強度分布を任意に設定するこ
とができる。
【００４５】また、その光学系を用いたレーザ加工装置
は可搬性に優れている。
は可搬性に優れている。
【図１】本発明のレーザ光学系の模式図。
【図２】（ａ）は本発明のレーザ光学系の構成要素の配
置関係図、（ｂ）はそれに対応した所定個所毎の光強度
の分布状態を示すグラフ。
置関係図、（ｂ）はそれに対応した所定個所毎の光強度
の分布状態を示すグラフ。
【図３】本発明の加工ヘッドの模式斜視図。
【図４】本発明の加工ヘッドの模式正面図。
【図５】従来の加工装置の模式図。
１…レーザ発振器、２…ビームエキスパンダ、３…ホモ
ジナイザ、４…リレーレンズ、５…分割用アレイ群、６
ａ、６ｂ、６ｃ〜６ｎ…光ファイバ、７…光ファイバ固
定ブロック、２０、２０ａ…加工ヘッド、２２…カライ
ドスコープ
ジナイザ、４…リレーレンズ、５…分割用アレイ群、６
ａ、６ｂ、６ｃ〜６ｎ…光ファイバ、７…光ファイバ固
定ブロック、２０、２０ａ…加工ヘッド、２２…カライ
ドスコープ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｅ
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ発振器から放射されたレーザビー
ムを伝搬してビーム形状を拡大するビームエキスパンダ
と、このビームエキスパンダにより拡大された前記レー
ザビームを伝搬しその光強度を均一化するホモジナイザ
と、このホモジナイザで均一化された前記レーザビーム
を伝搬して所定数に分割するビーム分割手段とを有する
ことを特徴とするレーザ光学系。 - 【請求項２】 前記ビーム分割手段の出力側の所定位置
には、このビーム分割手段から分割して出力された前記
レーザビームを受光する光ファイバの入力端部が配置さ
れていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光学
系。 - 【請求項３】 レーザ発振器から放射されたレーザビー
ムを伝搬してビーム形状を拡大するビームエキスパンダ
と、このビームエキスパンダにより拡大された前記レー
ザビームを伝搬して光強度を均一化するホモジナイザ
と、このホモジナイザで均一化された前記レーザビーム
を伝搬して所定数に分割するビーム分割手段と、このビ
ーム分割手段で分割された前記レーザビームを光ファイ
バを介して受光する加工ヘッドとを有することを特徴と
するレーザ加工装置。 - 【請求項４】 前記加工ヘッドは、受光側に前記光ファ
イバにより伝送された前記レーザビームを均一化するた
めのカライドスコープを具備していることを特徴とする
請求項３記載のレーザ加工装置。 - 【請求項５】 前記加工ヘッドは、前記光ファイバによ
り多分岐伝送された前記レーザビームを各々出射端にて
集光して被加工物に照射することを特徴とする請求項３
記載のレーザ加工装置。 - 【請求項６】 前記加工ヘッドは、前記光ファイバによ
り多分岐伝送されたレーザビームを出射端で所定分布位
置に配置したことを特徴とする請求項３記載のレーザ加
工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001036885A JP2002244078A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | レーザ光学系とレーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001036885A JP2002244078A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | レーザ光学系とレーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002244078A true JP2002244078A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18900095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001036885A Pending JP2002244078A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | レーザ光学系とレーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002244078A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012168092A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Fujifilm Corp | 光音響撮像装置、それに用いられるプローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法 |
| JP2012168094A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Fujifilm Corp | 光音響撮像装置およびそれに用いられるプローブユニット |
| JP2012173136A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Fujifilm Corp | 光音響撮像装置、それに用いられるプローブユニットおよび光音響撮像装置の作動方法 |
| JP2015029665A (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-16 | 富士フイルム株式会社 | 音響波検出用プローブおよび光音響計測装置 |
| JP2016064312A (ja) * | 2012-02-29 | 2016-04-28 | 富士フイルム株式会社 | 音響波検出用プローブおよび光音響計測装置 |
| WO2018097934A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | General Electric Company | Laser energy managing device and method, additive manufacturing system |
| CN113182533A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-30 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种激光加热3d打印系统及其控制方法 |
-
2001
- 2001-02-14 JP JP2001036885A patent/JP2002244078A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016064312A (ja) * | 2012-02-29 | 2016-04-28 | 富士フイルム株式会社 | 音響波検出用プローブおよび光音響計測装置 |
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| CN113182533A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-07-30 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种激光加热3d打印系统及其控制方法 |
| CN113182533B (zh) * | 2021-03-19 | 2023-09-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种激光加热3d打印系统及其控制方法 |
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