JP2007183669A - Method for adjusting condensing lens device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ビームスキャン機構によりレーザビームの走査を行うレーザ加工装置に用いるスキャン用の集光レンズ装置の調整方法に関するものである。 The present invention relates to a method for adjusting a condensing lens device for scanning used in a laser processing apparatus that scans a laser beam with a beam scanning mechanism.
ビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置に使用されるスキャン用集光レンズは、通常複数枚のレンズからなり、そのレンズ材料には赤外レーザビームを透過可能なセレン化亜鉛、ゲルマニウム、塩化カリウムなどが用いられる。
しかし、塩化カリウムは材料自体の脆性や潮解性から、ゲルマニウムは材料自体の赤外レーザビームに対する吸収率の高さからあまり用いられない。光軸調整用の可視光を透過することも手伝い、劇毒物にも関わらずセレン化亜鉛が実際にはよく用いられる。
A condensing lens for scanning used in a laser processing apparatus equipped with a beam scanning mechanism is usually composed of a plurality of lenses, and the lens material is zinc selenide, germanium, potassium chloride, etc. that can transmit an infrared laser beam. Is used.
However, potassium chloride is rarely used due to the brittleness and deliquescence of the material itself, and germanium due to the high absorption rate of the material itself with respect to the infrared laser beam. It also helps to transmit visible light for adjusting the optical axis, and zinc selenide is often used in spite of dramatic poison.
しかしながら、特開2001−51191号公報「fθレンズ」(以下、特許文献1と呼ぶ)にも記載されているように、例えば赤外レーザビームの波長10.6μmにおいて、ゲルマニウムは屈折率が4.0と、セレン化亜鉛の屈折率2.4に比べ高い。低屈折率のレンズ材料を用いる場合と比べて、高屈折率のレンズ材料を用いることは、発生収差を小さく抑えることができるため、レンズ枚数の削減、各構成レンズの薄肉化に有効であり、レンズ材料費の低減に効果的である。ゲルマニウムの場合、レーザ発振器が500W以下のレーザ出力ならば、温度上昇は伴うが溶融することがなく、用途によっては実用可能である。 However, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-51191 “fθ lens” (hereinafter referred to as Patent Document 1), for example, germanium has a refractive index of 4. at an infrared laser beam wavelength of 10.6 μm. 0, which is higher than the refractive index of zinc selenide, 2.4. Compared to the case of using a lens material having a low refractive index, the use of a lens material having a high refractive index is effective in reducing the number of lenses and reducing the thickness of each component lens, because the generated aberration can be reduced. It is effective in reducing the lens material cost. In the case of germanium, if the laser oscillator has a laser output of 500 W or less, the temperature rises, but it does not melt and can be used depending on the application.
また、同じく上記特許文献1にも記載されているように、設計の自由度を上げるため、レンズ面形状に非球面を用いることが有効である。設計の自由度が高いということは、すなわち少ないレンズ枚数や薄いレンズでも目標性能に到達できるということであり、非球面を用いることもレンズ材料費の低減に効果的である。
しかし、非球面を用いる場合は球面を用いる場合よりも、レンズの加工組立精度が厳しくなる。特に、ゲルマニウムのような高屈折率材料において、非球面を用いる場合はさらに加工組立精度が厳しくなる。
Similarly, as described in Patent Document 1, it is effective to use an aspheric surface for the lens surface shape in order to increase the degree of freedom in design. The high degree of design freedom means that the target performance can be reached even with a small number of lenses and thin lenses, and the use of an aspheric surface is also effective in reducing the lens material cost.
However, when using an aspherical surface, the processing and assembling accuracy of the lens becomes stricter than when using a spherical surface. In particular, in the case of using an aspherical surface in a high refractive index material such as germanium, the processing and assembly accuracy becomes more severe.
上記特許文献1では6つの実施例の中で、高屈折率材料のゲルマニウムは用いても1枚しか用いておらず、非球面も各構成レンズの片面にしか用いていない。各構成レンズの材料に全てゲルマニウムを用いず、表裏面両面に非球面を用いない理由は、明確には記載されていないが、上記の厳しい製造精度のためである。 In Patent Document 1, among the six examples, germanium, which is a high refractive index material, is used, but only one is used, and an aspheric surface is also used only on one side of each component lens. The reason for not using germanium as the material of each constituent lens and not using aspheric surfaces on both the front and back surfaces is not clearly described, but is due to the strict manufacturing accuracy described above.
このため、複数枚のレンズから構成されるスキャン用集光レンズでは、焦点距離が100mmのレンズならば上記特許文献1のように、レンズ枚数が3〜4枚と多くなってしまい、レンズ材料費が高くなる。
また、高屈折率材料のゲルマニウムを1枚程度しか用いず、特開平11−254172号公報「レーザ加工装置」(以下、特許文献2と呼ぶ)に記載されているように、高価なセレン化亜鉛を多用せざるを得ないため、レンズ材料費はさらに高くなる。
For this reason, in a scanning condensing lens composed of a plurality of lenses, if the lens has a focal length of 100 mm, the number of lenses increases from 3 to 4 as in Patent Document 1, and the lens material cost is increased. Becomes higher.
Further, only about one germanium of a high refractive index material is used, and as described in JP-A-11-254172 “Laser processing apparatus” (hereinafter referred to as Patent Document 2), an expensive zinc selenide is used. Therefore, the lens material cost is further increased.
上記特許文献2には、ビームスキャン機構により赤外線レーザビームの走査を行うレーザ加工装置のスキャン用集光レンズに、ゲルマニウムを用いることは記載されているが、レンズそのものの構成や構造、本発明が解決しようとするレンズの製法に関する記載は無い。 In Patent Document 2, it is described that germanium is used as a condensing lens for scanning of a laser processing apparatus that scans an infrared laser beam with a beam scanning mechanism. However, the configuration and structure of the lens itself, and the present invention are described. There is no description about the manufacturing method of the lens to be solved.
また、上記特許文献1のようなセレン化亜鉛を含んだ片面非球面からなるスキャン用集光レンズでは、レンズ枚数が多く、各構成レンズの肉厚も厚くなることから、焦点距離が100mmのレンズでレンズ全長(スキャン用集光レンズの最上面から最下面までの距離)は65〜88mmと長くなる。
これにより、スキャン用集光レンズの最下面から被加工物までの距離(以下、ワークディスタンスと呼ぶ)が72〜102mmと短くなってしまう。
その結果、スキャン用集光レンズの最下面の加工飛散物による汚染を早くし、レンズ寿命を短くする。この問題は、焦点距離がより短いレンズの場合、ワークディスタンスがさらに短くなるため、より顕著になる。
Further, in the condensing lens for scanning consisting of a single-sided aspheric surface containing zinc selenide as in Patent Document 1 described above, the number of lenses is large and the thickness of each component lens is also thick. The total lens length (distance from the uppermost surface to the lowermost surface of the condensing lens for scanning) is as long as 65 to 88 mm.
As a result, the distance from the lowermost surface of the condensing lens for scanning to the workpiece (hereinafter referred to as work distance) becomes as short as 72 to 102 mm.
As a result, the contamination by the scattered processing on the lowermost surface of the condensing lens for scanning is accelerated, and the lens life is shortened. This problem becomes more prominent in the case of a lens having a shorter focal length because the work distance is further shortened.
セレン化亜鉛やゲルマニウムなどのレーザビーム透過用のレンズ材料は、非常に高額であるため、前述のようなスキャン用集光レンズの製造コストにおいて、レンズ材料費の比重が最も高くなる。レンズ材料費を低く抑え、より安価にレンズを製作するには、レンズ材料にはより屈折率の高いゲルマニウムだけを用い、なおかつレンズ面全面に非球面を用いることが望ましい。 Lens materials for laser beam transmission, such as zinc selenide and germanium, are very expensive, so the lens material cost has the highest specific gravity in the manufacturing cost of the above-described condensing lens for scanning. In order to keep the lens material cost low and manufacture a lens at a lower cost, it is desirable to use only germanium having a higher refractive index as the lens material and to use an aspherical surface on the entire lens surface.
さらに、レーザ加工装置に用いるスキャン用集光レンズであることから、レンズの長寿命化のためにも、よりレンズ全長を短くできる全面非球面かつ全ゲルマニウムのレンズを用いることが望ましい。 Furthermore, since it is a scanning condensing lens used in a laser processing apparatus, it is desirable to use a full-aspherical and all-germanium lens that can further shorten the entire lens length in order to extend the life of the lens.
しかしながら、上述のようにレンズの加工組立精度が非常に厳しくなり、歩留まりが非常に悪くなるという問題があった。 However, as described above, there is a problem that the processing and assembling accuracy of the lens becomes very strict and the yield becomes very bad.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、レンズ面形状が全面非球面かつレンズ材料が全ゲルマニウムのレンズを使用するために、レンズの加工精度でなく組立精度の方に着目し、安定して高精度に組み立てる集光レンズ装置の構造及び組み立て方法を提供し、より安価でより長寿命なレンズを供給可能とすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and since the lens surface shape is an entire aspherical surface and the lens material is all germanium, the assembly accuracy is not the lens processing accuracy. In view of the above, an object of the present invention is to provide a structure and an assembling method of a condensing lens device that can be stably and highly accurately assembled, and to be able to supply a cheaper and longer-life lens.
この発明による集光レンズ装置の調整方法は、少なくとも1枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する2次元方向に位置調整するステップと、少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップから構成される。
更に、少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸を回転軸として角度調整するステップから構成される。
According to the method for adjusting a condensing lens device according to the present invention, at least one lens is arranged so that the beam intensity distribution is symmetrical in the upper, lower, left, and right areas of the area in the scanable area of the workpiece. Adjusting the position in a two-dimensional direction perpendicular to the axis, and at least one lens so that the difference in height in the optical axis direction of the condensing point group of the beam in the scannable area is reduced. It consists of the step of adjusting the position in the axial direction.
Further, at least one lens is constituted by a step of adjusting the angle with the optical axis as the rotation axis so that the beam intensity distribution is symmetric in the upper, lower, left, and right areas of the scannable area with respect to the center.
以上のように、この発明によれば、光軸に直交する2次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構、光軸を回転軸として回転することができるレンズ回転角度調整機構を備えた集光レンズ装置の調整方法であって、少なくとも1枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する2次元方向に位置調整するステップと、少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップから構成されることより、高い組立精度を要求する非球面ゲルマニウムレンズだけでレンズを構成することができ、より安価でより長寿命なレンズを供給できる効果がある。 As described above, according to the present invention, the lens axis adjustment mechanism capable of adjusting the position by translation in the two-dimensional direction orthogonal to the optical axis, and the lens capable of adjusting the position by translation in the optical axis direction. An adjustment method for a condensing lens device having an interval adjustment mechanism and a lens rotation angle adjustment mechanism capable of rotating about an optical axis as a rotation axis, wherein at least one lens is placed in a scanable area of a workpiece A step of adjusting the position in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis so that the beam intensity distribution is symmetric in the upper, lower, left, and right areas of the area with respect to the center; An aspherical gel that requires high assembly accuracy by comprising a step of adjusting the position in the optical axis direction so as to reduce the difference in height in the optical axis direction of the condensing point group Can be configured only by lens bromide lens, there is an effect that can provide long lifetime lens than less expensive.
また、2次元スキャン用集光レンズに回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いることができ、高いレーザ加工品質を得られる効果がある。 In addition, a rotationally asymmetric cylindrical surface or toroidal surface can be used for the two-dimensional scanning condensing lens, which is effective in obtaining high laser processing quality.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーザ加工装置を示す構成図であり、特にビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置の光学システムを示している。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and particularly shows an optical system of a laser processing apparatus provided with a beam scanning mechanism.
図1において、このレーザ加工装置は、図示しないX−Yテーブル上に載置された被加工物5に対してレーザビームを照射して、被加工物5を燃焼、溶融、昇華、あるいは変色させ、切断、穴あけ、溶接、熱処理、あるいはマーキング等の加工を行うことを目的とした装置であり、単パルス、複数パルスあるいは連続発振のレーザビーム(赤外レーザビーム等)2を発生するレーザ発振器1と、レーザビーム2を任意の角度に反射させるガルバノミラー3a及び3bと、図示しない制御装置の指令によりガルバノミラー3a及び3bを回転駆動するガルバノスキャナ4a及び4bと、ガルバノミラー3bより反射されるレーザビームを被加工物5に照射する集光レンズ装置10とから主要構成されている。
In FIG. 1, this laser processing apparatus irradiates a
ここで、ガルバノミラー3aとそれを駆動するガルバノスキャナ4a、及びガルバノミラー3bとそれを駆動するガルバノスキャナ4bは、それぞれガルバノメータと呼ばれるが、これらガルバノメータを、本発明の説明では、レーザ発振器1から出力されるレーザビームを任意の角度に反射・走査させて集光レンズ装置10に入射させる機能面で表現して、ビームスキャン機構と称する。
Here, the
次に、図1のレーザ加工装置による加工動作について説明する。図示しない制御装置で設定された周波数と出力値にしたがってレーザ発振器1から出力されるレーザビーム2が、ビームスキャン機構であるガルバノミラー3a及び3bに導かれ、ガルバノスキャナ4a及び4bにより任意の角度に保持されたガルバノミラー3a及び3bに反射して集光レンズ装置10へ入射する。集光レンズ装置10に入射したレーザビームは被加工物5上で焦点を結ぶ。レーザ発振器1から出力されるレーザビーム2の発振タイミングとガルバノミラー3a,3bの角度を図示しない制御装置で制御することにより、制御装置にあらかじめ入力されている形状を加工することができる。
Next, the processing operation by the laser processing apparatus of FIG. 1 will be described. A laser beam 2 output from the laser oscillator 1 in accordance with a frequency and output value set by a control device (not shown) is guided to
なお、図1において、被加工物5上の点線の四角形は、ガルバノミラー3a及び3bと集光レンズ装置10によって制限されるスキャン可能なエリア6である。また、図1では、ビームスキャン機構として、一対のガルバノメータを使用し、2軸直交の2次元スキャンの光学システムを採用したが、ガルバノメータが1軸しかない1次元スキャンの光学システムを用いても良い。
In FIG. 1, a dotted square on the
図2はこの発明の実施の形態1によるレーザ加工装置に使用される集光レンズ装置の断面図を示す。この集光レンズ装置の構成によって、非球面ゲルマニウムレンズを安定して高精度に組み立てることが可能となる。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a condensing lens device used in the laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. With the configuration of the condensing lens device, it is possible to stably assemble an aspheric germanium lens with high accuracy.
図2に示すように、本実施の形態の集光レンズ装置10は、ガルバノメータ側に位置する第1のレンズ11と、被加工物側に位置する第2のレンズ12と、これら第1及び第2のレンズ11,12を取り付けるための鏡筒16と、第2のレンズ12を保持するレンズホルダー15と、レンズホルダー15を光軸方向に直交する平面内において高精度に平行移動させるマイクロメータ17をその主要構成としている。
As shown in FIG. 2, the
第1及び第2のレンズ11,12として、表裏面とも非球面のゲルマニウムレンズを使用し、それらの面精度は0.5μmPV以下、面粗度は0.1μmRmax以下、表裏面の同軸度は2μm以下、平行度は50μrad以下というように非常に高精度に加工されている。そして、ガルバノメータ(図2では図示を省略する)によりスキャンされたレーザビーム13は、第1のレンズ11へ入射し、第2のレンズ12より出射し、被加工物(図2では図示を省略する)へ伝搬することとなる。
As the first and
第1のレンズ11の鏡筒16への固定は、リング状の固定ネジ14aが鏡筒16の内筒部16aにネジ込まれることによりなされる。一方、第2のレンズ12は、レンズホルダー15に保持され、レンズホルダー15の片側にはレンズホルダー15を高精度に平行移動させるためのマイクロメータ17が、マイクロメータ17の逆側にはレンズホルダー15を押し返すバネ18が備え付けてある。これにより、マイクロメータ17の先端部の突出又は引込動作に伴って、第2のレンズ12を光軸に直交する平面内で平行移動させることができ、第1のレンズ11に対し第2のレンズ12を1μmレベルの精度で位置決めすることが可能となる。
The
実際の位置決めに際しては、レンズ左側を通過したレーザビーム13aとレンズ右側を通過したレーザビーム13bの被加工物上でのビーム強度分布が対称になるように、マイクロメータ17を回転調整して第1のレンズの軸11aと第2のレンズの軸12aとを位置調整する。その後、リング状の固定ネジ14bを鏡筒16の内筒部16bにネジ込むことによって、レンズホルダー15ごと第2のレンズ12を鏡筒16に固定する。
In actual positioning, the
図2は断面図なので、マイクロメータ17とバネ18は一組しか図示していないが、実際には図2の垂直方向にも第1のレンズの軸11aと第2のレンズの軸12aとを合わせる必要がある。このため、図3の第2のレンズ12の周辺模式図に示すように、第2のレンズ12及びレンズホルダー15の周囲には、マイクロメータ17とバネ18が二組それぞれ直交するように配置される。このような機構を設けることにより、第1のレンズの軸11aに対し第2のレンズの軸12aを光軸に直交する平面内で高精度に位置調整することが可能となり、図1に示す集光レンズ装置10のスキャン可能なエリア6のX−Y領域で対称な加工品質を得ることができるようになる。
Since FIG. 2 is a cross-sectional view, only one set of the
図4は、この発明の実施の形態1による集光レンズ装置の他の実施例を示す部分断面図である。ここでは、図4に示すように、第2のレンズ12を光軸方向へも平行移動できる機構を設けることにより、第1のレンズ11と第2のレンズ12との間隔を調整することを可能とする。
FIG. 4 is a partial sectional view showing another example of the condensing lens device according to Embodiment 1 of the present invention. Here, as shown in FIG. 4, it is possible to adjust the distance between the
図4において、第2のレンズ12の上面と鏡筒16との間に円環状の平板バネ18aを挿み、鏡筒16の下方端部にコレットチャックと同概念のレンズ間隔調整機構19を使用した。鏡筒16の下方外周部には図示を省略するコレットチャック同様の光軸方向の切り込みが施している。そして、リング状のテーパネジ19aを締めることで、鏡筒16に施されたテーパ面19bと、鏡筒16とレンズホルダー16間に設置されテーパ面を持つ円環板19cとの間に滑りが生じ、レンズホルダー15を光軸方向上方に平行移動させることが可能となる。
In FIG. 4, an annular flat spring 18 a is inserted between the upper surface of the
上記レンズ間隔調整機構19の調整精度は、テーパネジ19aの外径、ネジピッチ、テーパ角、およびテーパ面19bのテーパ角によっておおよそ決定される。例えば、ネジピッチ1mm、2つのテーパ角が共に10°とすれば、テーパネジ19aが8分の1回転で、第2のレンズ12は光軸方向へ約4μmの送りとなるが、テーパネジ19aの外径がφ200mmあるとすると、外周方向で約80mmの回転に相当することになる。1μmの送りなら約20mmの回転と、高精度に位置調整することが可能である。
The adjustment accuracy of the lens
このように、レンズ間隔調整機構19で第1のレンズ11と第2のレンズ12との間隔を調整することで、図5(a)に示すような被加工物24上のスキャン可能なエリア内に照射されるレーザビーム群21の集光点群22が持つ光軸方向の高さの差異を、図5(b)のように減らすことができる。集光点群22を結んだ曲面を集光レンズ装置10の像面23と呼び、これが平面とならない収差を像面湾曲と呼ぶ。図4に示すレンズ間隔調整機構19は、この像面湾曲を補正するためのものである。このように、第1のレンズの軸11aと第2のレンズの軸12aを位置調整するだけでなく、さらに第1のレンズ11と第2のレンズ12との間隔を調整することで、集光レンズ装置10のスキャン可能なエリア全域において、均質な加工品質を得ることができるようになる。
In this way, by adjusting the distance between the
以上のように、この発明の実施の形態1の機構を採用することにより、レンズ面形状全面非球面かつレンズ材料全ゲルマニウムにより、集光レンズ装置10を構成することが可能となった。その結果、上記特許文献1(特開2001−51191号公報)と比較して、焦点距離100mmのレンズでレンズ枚数3〜4枚であったものを2枚に削減することができた。また、レンズ全長65〜88mmを56mmと短く、ワークディスタンス72〜102mmを118mmと長くすることができた。レンズ寿命はおよそワークディスタンスの2乗に比例することから、102mmの場合と比較しても、約1.3倍の長寿命化が達成できた。
As described above, by adopting the mechanism according to the first embodiment of the present invention, the condensing
上記実施の形態1の説明では、第2のレンズ12を第1のレンズ11に対し、光軸に直交する2次元方向あるいは光軸方向を含めた3次元方向へ平行移動させ、位置調整を行うようにしたが、第1のレンズ11を第2のレンズ12に対して光軸に直交する2次元方向あるいは光軸方向を含めた3次元方向へ平行移動させるようにしても良い。
また、第1のレンズ11及び第2のレンズ12を、光軸に直交する2次元方向あるいは光軸方向を含めた3次元方向へ、相互に平行移動させるようにしても良い。
In the description of the first embodiment, the
In addition, the
また、上記実施の形態1の説明では、マイクロメータ17やレンズ間隔調整機構19を用いて位置調整を行ったが、薄い金属片を第1のレンズ11,第2のレンズ12や鏡筒16に貼り付けたり、あるいは第1のレンズ11,第2のレンズ12とレンズホルダー15や鏡筒16との間に挿むなどしても、同様の効果が得られる。但し、マイクロメータでは1μmレベルで調整可能であるが、金属片では5μmレベルと調整精度が少し悪化する。
In the description of the first embodiment, the position adjustment is performed using the
更に、実施の形態1では、第1のレンズ11と第2のレンズ12との2枚のレンズから構成される集光レンズ装置10について説明したが、3枚以上からなるレンズでも同様の機構を用いることによって、1枚以上のレンズの軸調整、レンズ間隔の調整を行うことで、スキャン可能なエリア全域において、均質な加工品質を得ることができるようになる。
Furthermore, in the first embodiment, the condensing
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2による集光レンズ装置を示す一部平面断面図である。実施の形態2による集光レンズ装置の構成によって、非球面ゲルマニウムレンズを実施の形態1よりさらに安定して高精度に組み立てることが可能となる。
Embodiment 2. FIG.
6 is a partial plan sectional view showing a condensing lens device according to Embodiment 2 of the present invention. With the configuration of the condensing lens device according to the second embodiment, it is possible to assemble the aspheric germanium lens more stably and with higher accuracy than in the first embodiment.
実施の形態2による集光レンズ装置は、実施の形態1の構成において、第2のレンズ12のレンズホルダー15と鏡筒16の間に、ウォーム31とウォームホイール32を用いたレンズ回転機構を設けたものである。レンズホルダー15の外周部をウォームホイール32に歯車加工を施し、その中心に第2のレンズ12が配置される。但し、歯車加工を施す部位は、光軸方向においてマイクロメータ17やバネ18が接触する部分を避けるようにする。
また、レンズホルダー15と鏡筒16の間に、上記ウォームホイール32と噛み合うウォーム31を設ける。そして、このウォーム31を回転させることで、光軸を回転軸として第2のレンズ12を回転させることができる。
In the condensing lens device according to the second embodiment, a lens rotation mechanism using a
A
非球面レンズは高精度に加工されているが、その表裏面とも本来回転対称をなすべきところが実際には0.4μm程度で若干非対称に歪んで加工されたりする。
また、上述のように表裏面において同軸や平行にも若干のずれが存在する。このようなレンズ面の非対称歪み、表裏面の同軸ずれ、平行ずれの非対称性が存在すると、実施の形態1のレンズ平行移動機構を用いても、スキャン可能なエリア全域において、完全に均質な加工品質を得ることはできない。
The aspherical lens is processed with high accuracy, but both the front and back surfaces of the aspherical lens should be originally rotationally symmetric, but are actually processed to be slightly asymmetrically about 0.4 μm.
Further, as described above, there is a slight deviation between the front and back surfaces in the same axis or parallel. If such an asymmetric distortion of the lens surface, a coaxial deviation of the front and back surfaces, and an asymmetry of the parallel deviation exist, even if the lens translation mechanism of the first embodiment is used, the processing is completely uniform over the entire scanable area. You can't get quality.
この非対称性の影響を最小限に抑えるためには、第1のレンズ11の非対称性と、第2のレンズ12の非対称性とができる限り相殺するよう、2枚のレンズの回転角を調整する必要がある。
そこで、図6に示すレンズ回転機構を用いることで、スキャン可能なエリア全域において、より均質な加工品質を得られるよう、第1のレンズ11に対し第2のレンズ12を回転させていくことが可能となる。
In order to minimize the influence of this asymmetry, the rotation angles of the two lenses are adjusted so that the asymmetry of the
Therefore, by using the lens rotation mechanism shown in FIG. 6, the
上記実施の形態2の説明では、第1のレンズ11に対し第2のレンズ12を回転させて角度調整を行うようにしたが、第1のレンズ11を第2のレンズ12に対して回転させても良い。
In the description of the second embodiment, the angle adjustment is performed by rotating the
上記実施の形態2では、レンズ面形状に本来回転対称をなす非球面ゲルマニウムレンズを用いた例について説明したが、元々回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いる際は、図6の光軸を回転軸としたレンズ回転機構はより有効な手段である。
上述の図1に示すように、ビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置の光学システムは、2軸直交の2次元スキャンであることが多い。このため、集光レンズ装置10もこのスキャン2軸方向でその断面形状が異なるシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いる方がより高い加工品質が得られる。
In the second embodiment, an example using an aspherical germanium lens that is inherently rotationally symmetric in the lens surface shape has been described. However, when an originally rotationally asymmetric cylindrical surface or toroidal surface is used, the optical axis in FIG. 6 is rotated. The lens rotation mechanism using the shaft is a more effective means.
As shown in FIG. 1 described above, an optical system of a laser processing apparatus having a beam scanning mechanism is often a two-dimensional orthogonal two-dimensional scan. For this reason, it is possible to obtain higher processing quality when the condensing
しかし、回転非対称な複数枚のレンズからなる集光レンズ装置では、各構成レンズの光軸に直交する2つの軸の方向を、各構成レンズ間で合わせる必要がある。
例えば、図2のような2枚から構成されるレンズで2枚とも回転非対称レンズの場合、まずスキャン機構の軸方向に第1のレンズ11の2つの軸を合わせる必要がある。次に、第2のレンズ12はスキャン機構の軸方向、第1のレンズ11の2つの軸方向、双方に2つの軸を合わせる必要がある。
However, in a condensing lens device composed of a plurality of rotationally asymmetric lenses, the directions of two axes perpendicular to the optical axis of each constituent lens must be matched between the constituent lenses.
For example, in the case where the two lenses shown in FIG. 2 are both rotationally asymmetric lenses, it is necessary to first align the two axes of the
このように、図6に示した光軸を回転軸としたレンズ回転機構を各構成レンズに設けることにより、2次元スキャン用の集光レンズ装置に回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いることができ、高い加工品質を得ることができる。 As described above, by providing a lens rotation mechanism with the optical axis shown in FIG. 6 as the rotation axis in each constituent lens, a rotationally asymmetric cylindrical surface or toroidal surface can be used for the condensing lens device for two-dimensional scanning. And high processing quality can be obtained.
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3による集光レンズ装置の調整方法を示すフローチャートであり、実施の形態1及び2の集光レンズ装置を使用したレンズ調整手順を表わしている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing a method for adjusting a condensing lens device according to Embodiment 3 of the present invention, and represents a lens adjustment procedure using the condensing lens devices of Embodiments 1 and 2.
まず、ステップ701において、鏡筒16に第1のレンズ11と第2のレンズ12を搭載する。第1のレンズ11の鏡筒16への搭載は、例えば図2に示すように、リング状の固定ネジ14aが鏡筒16の内筒部16aにネジ込むことによりなされる。一方、第2のレンズ12は、レンズホルダー15に保持されて、鏡筒16へ仮固定される。
First, in step 701, the
次に、ステップ702において、第1のレンズ11と第2のレンズ12の軸の調整を行う。
すなわち、図2及び図3に示すように、マイクロメータ17を回転調整して第1のレンズの軸11aと第2のレンズの軸12aとを位置調整する。このレンズの軸調整は、スキャン可能なエリア6においてその中心に対して上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるか否かを確認しながら行う(ステップ703)。
Next, in
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the
次に、ステップ704において、第1のレンズ11と第2のレンズ12の間隔の調整を行う。例えば、図4に示すように、レンズ間隔調整機構19を用いて第1のレンズ11と第2のレンズ12との間隔を調整する。このレンズ間隔の調整は、スキャン可能なエリア6内の集光点が持つ光軸方向の高さの差異が減少するように確認しながら行う(ステップ705)。
Next, in step 704, the distance between the
次に、ステップ706において、第1のレンズ11と第2のレンズ12を光軸を回転軸として角度調整する。
例えば、図6に示すように、ウォーム31を回転させることで光軸を回転軸として第2のレンズ12を回転し角度調整を行う。このレンズ回転角度の調整は、スキャン可能なエリア6においてその中心に対して上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるか否かを確認しながら行う(ステップ707)。
Next, in step 706, the angles of the
For example, as shown in FIG. 6, by rotating the
すなわち、本実施の形態によるレンズ調整方法は、レンズの軸調整(ステップ702)、レンズ間隔の調整(ステップ704)、レンズ回転角度の調整(ステップ706)の行程順で行う。その各調整後に加工品質チェックを行い、スキャン可能なエリア全域において均質ならば性能達成とする(ステップ703,ステップ705,ステップ707)。
この行程順で調整を行う理由は、この行程順でより大きく加工品質に影響を与えるからである。すなわち、レンズの軸調整をすることが最も集光レンズ装置の性能を改善させる。
In other words, the lens adjustment method according to the present embodiment is performed in the order of steps of lens axis adjustment (step 702), lens interval adjustment (step 704), and lens rotation angle adjustment (step 706). After each adjustment, a processing quality check is performed, and if the entire scannable area is uniform, the performance is achieved (
The reason why the adjustment is performed in this process order is that the process quality is greatly affected in this process order. That is, adjusting the lens axis most improves the performance of the condenser lens device.
このことにより、図7のフローチャート中の破線に示すように、レンズの間隔調整(ステップ704及び705)後、またレンズ回転角度の調整(ステップ706及び707)後にも再度、レンズの軸調整(ステップ702及び703)が必要になることがある。
特に、レンズ回転角度の調整はレンズの非対称性の相殺であるため、同じく対称性を高める調整しているレンズの軸調整と密接な関係がある。このため、3つの調整サイクルを数周する必要がある場合もある。
As a result, as indicated by the broken line in the flowchart of FIG. 7, after the lens interval adjustment (steps 704 and 705) and the lens rotation angle adjustment (steps 706 and 707), the lens axis adjustment (step) is performed again. 702 and 703) may be required.
In particular, since the adjustment of the lens rotation angle is a cancellation of the asymmetry of the lens, it has a close relationship with the adjustment of the axis of the lens that is also adjusting to increase the symmetry. For this reason, it may be necessary to make three adjustment cycles.
ステップ709における性能達成後の固定手段として、図2ではリング状の固定ネジ14bを示したが、図4及び図6では図示を省略している。
例えば、図4ではリング状のテーパネジ19aの回転を小さな止めネジなどで固定することが考えられる。同じく図6ではウォーム31の回転を固定する等すれば良い。他にも第2のレンズ12とレンズホルダー15、鏡筒16との隙間に樹脂を流し込み、硬化させるなどの固定手段も存在する。
As a fixing means after the achievement of the performance in step 709, the ring-shaped fixing
For example, in FIG. 4, it is conceivable to fix the rotation of the ring-shaped
1 レーザ発振器、2 レーザビーム、3a,3b ガルバノミラー、
4a,4b ガルバノスキャナ、5 被加工物、6 スキャン可能なエリア、
10 集光レンズ装置、11 第1のレンズ、12 第2のレンズ、
13 レーザビーム、15 レンズホルダー、16 鏡筒、17 マイクロメータ、
18,18a バネ、19 レンズ間隔調整機構、21 レーザビーム群、
22 集光点群、23 集光レンズ装置の像面、24 被加工物、31 ウォーム、
32 ウォームホイール。
1 laser oscillator, 2 laser beam, 3a, 3b galvanometer mirror,
4a, 4b Galvano scanner, 5 workpiece, 6 scanable area,
10 condensing lens device, 11 first lens, 12 second lens,
13 laser beam, 15 lens holder, 16 lens barrel, 17 micrometer,
18, 18a Spring, 19 Lens interval adjustment mechanism, 21 Laser beam group,
22 condensing point group, 23 image plane of condensing lens device, 24 work piece, 31 worm,
32 Worm wheel.
Claims (2)
上記少なくとも1枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する2次元方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップから構成されることを特徴とする集光レンズ装置の調整方法。 A lens axis composed of a plurality of lenses for condensing a laser beam scanned by a beam scanning mechanism and capable of adjusting the position by translating at least one lens in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis An adjusting mechanism, a method for adjusting a condensing lens device provided with a lens interval adjusting mechanism capable of adjusting the position by translation in the optical axis direction,
The position of the at least one lens is adjusted in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis so that the beam intensity distribution is symmetric in the upper, lower, left, and right areas of the area in the scanable area of the workpiece. Steps,
The step of adjusting the position of the at least one lens in the optical axis direction so as to reduce the difference in height in the optical axis direction of the condensing point group of the beam in the scannable area. A method for adjusting a condensing lens device.
上記少なくとも1枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する2次元方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも1枚のレンズを、スキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸を回転軸として角度調整するステップから構成されることを特徴とする集光レンズ装置の調整方法。 A lens axis composed of a plurality of lenses for condensing a laser beam scanned by a beam scanning mechanism and capable of adjusting the position by translating at least one lens in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis This is a method for adjusting a condensing lens device having an adjustment mechanism, a lens interval adjustment mechanism that can be moved in parallel in the optical axis direction, and a lens rotation angle adjustment mechanism that can be rotated around the optical axis. And
The position of the at least one lens is adjusted in a two-dimensional direction orthogonal to the optical axis so that the beam intensity distribution is symmetric in the upper, lower, left, and right areas of the area in the scanable area of the workpiece. Steps,
Adjusting the position of the at least one lens in the optical axis direction so as to reduce a difference in height in the optical axis direction of a collection point group of beams in a scannable area;
The at least one lens includes a step of adjusting an angle about an optical axis as a rotation axis so that a beam intensity distribution is symmetric in the upper, lower, left, and right areas of the area in a scannable area. A method for adjusting a condensing lens device.
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---|---|---|---|---|
JP2009042669A (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Fujinon Corp | Lens holding method |
JP2011022461A (en) * | 2009-07-17 | 2011-02-03 | Nikon Corp | Optical device and optical instrument |
DE102014106316B3 (en) * | 2014-05-06 | 2015-07-23 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Lens with a laterally adjustable lens |
JP2017111939A (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | 日本オートマチックマシン株式会社 | Terminal crimping machine, terminal crimping applicator and manufacturing method for terminal crimping electric wire |
-
2007
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009042669A (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Fujinon Corp | Lens holding method |
JP2011022461A (en) * | 2009-07-17 | 2011-02-03 | Nikon Corp | Optical device and optical instrument |
US8917461B2 (en) | 2009-07-17 | 2014-12-23 | Nikon Corporation | Optical device and optical instrument |
DE102014106316B3 (en) * | 2014-05-06 | 2015-07-23 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Lens with a laterally adjustable lens |
JP2017111939A (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | 日本オートマチックマシン株式会社 | Terminal crimping machine, terminal crimping applicator and manufacturing method for terminal crimping electric wire |
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