JP2013038204A

JP2013038204A - レーザ装置

Info

Publication number: JP2013038204A
Application number: JP2011172775A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hayashikawa; 洋之林川; Tetsuji Nishimura; 哲二西村; Tomohiro Mochiyama; 智浩持山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【課題】汎用的な曲率誤差をもった凸レンズおよび凹ミラーを用いて、０．５ｍｒａｄ以下の平行なレーザビームを実現する。
【解決手段】レーザ出力を取り出す出力鏡と、入射したレーザビームが入射角４５度で反射された後、所定の方向へビームを伝送するように配置された放物面鏡とを備え、位置可変機構によって前記放物面鏡への入射ビーム径に対して出射ビーム径を所定の範囲で可変することが可能であり、前記放物面鏡からの出射ビームによって成される外部光軸方向は前記位置可変機構による位置変化によっても略一定であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は主として板金切断用途に用いられるレーザ装置に関するものである。

図２に従来の板金切断レーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図３を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。

この図に於いて、レーザ発振器１から出射されたレーザビーム８は、全反射ミラー１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、切断加工が行われる。ワーク１６は加工テーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動することで、所定の形状の加工が行われる。

図３は板金切断レーザ加工機のレーザ発振器１における、ビーム出口２近傍の詳細図である。レーザ発振器１の出力ミラー３から取り出されたレーザビーム８は、全反射ミラー４および円偏光ミラー５にて反射された後、放物面ミラー６で反射される。放物面ミラー６で反射されたレーザビーム８は、さらに放物面ミラー６と対向する全反射ミラー７にて反射され、ワーク１６近傍へと導かれる。

一般的にレーザビーム８は回折により一定の発散角を持つため、レーザビームが遠方へ行くほど、広がってしまい、エネルギー密度が変化してしまう。一般的には２ｍｒａｄ程度の発散角を持つ。これを防ぐため、一般的に行われるビーム径の成形方法として、一旦、凸ミラーや凸レンズ等を用いて極端にレーザビームを発散させた後に、凹ミラーや凹レンズ等を用いて極端に発散角を絞り、平行に近いレーザビームを作り出す方法がとられる。

図３において、出力ミラー３は凸レンズの機能を持たせており、出力ミラー３から出射されたレーザビーム８は、１０〜２０ｍｒａｄ程度の発散角で広がりながら伝播をする。全反射ミラー４および円偏光ミラー５にて反射された後、凹ミラーである放物面ミラー６にて入射角４５度にて反射され、０．５ｍｒａｄ以下の平行光に成形されたレーザビーム８は、外部光学系光軸９に沿って、伝播していく。

なお、先行技術として凹凸ミラー距離を変えることでレーザビームの径を制御する事例があるが、発散角を精度高く制御しうるものではない（例えば特許文献１を参照）。

特開２００６−２４７６７６号公報

この様な従来のレーザ装置は、下記課題を有している。

前述したように凹凸のミラーまたはレンズの組み合わせによりレーザビームを平行に近づけるためには、出力ミラー３の凸レンズ曲率および放物面ミラー６の凹ミラー曲率が適切な組み合わせであり、且つ互いの曲率が厳密に管理されている必要がある。

しかし凸レンズおよび凹ミラーのそれぞれの曲率は数％の誤差を持っており、そのため、レーザビームの発散角が充分に抑えられず、目標とする０．５ｍｒａｄ以下に対して、１ｍｒａｄ以上の発散角を持つことがしばしば起きる。

これを防ぐ方法として、凸レンズおよび凹ミラーに対して高精度の加工を適用し、曲率誤差を抑制する方法も採られるが、コストアップとなる問題が発生する。汎用的な曲率誤差をもった凸レンズおよび凹ミラーを用いて、０．５ｍｒａｄ以下の平行なレーザビームを実現することが課題であった。

本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ発振装置内あるいはその他の光学系にレーザビーム反射用の各種ミラーを用いるレーザ装置において、レーザ発振装置内に配置されたレーザ出力を取り出す出力ミラーと、入射したレーザビームが入射角４５度で反射された後、所定の方向へビームを伝送するように配置された放物面ミラーとを備え、放物面ミラーでの反射後に所定のビーム径が得られるように、前記出力ミラー曲率および前記放物面ミラー曲率の曲率を設定したことを特徴とする。

さらに、前記出力ミラーと前記放物面ミラーとの間に少なくとも１枚以上の反射ミラーを備え、前記放物面ミラーおよび放物面ミラーと向かい合い対を成す反射ミラーは前記出力ミラーとの相対位置を変える位置可変機構を備え、前記位置可変機構によって前記放物面ミラーへの入射ビーム径に対して出射ビーム径を所定の範囲で可変することが可能であり、前記放物面ミラーからの出射ビームによって成される外部光軸方向は前記位置可変機構による位置変化によっても略一定であることを特徴とし、また前記放物面ミラーと向かい合い対を成す反射ミラーは、円偏光ミラーであることを特徴とするレーザ装置である。

本発明に示す構成により、コストアップを避けつつレーザビームの発散角を抑制することが出来、平行光とコスト力を両立させたコストパフォーマンスに優れたレーザ装置を提供出来る。

本発明の実施の形態に関するレーザ装置の構成図従来のレーザ装置の構成図従来のレーザ装置の詳細構成図

以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施例であり請求項１、２および３に関するレーザ装置の構成図およびシーケンスチャートである。

円偏光ミラー５および放物面ミラー６は、共にミラー保持部１０に設置されており、ミラー保持部１０はスライド機構１１によって、外部光学系光軸９に平行に移動可能な構造となっている。

出力ミラー３の凸レンズ曲率、および放物面ミラー６の凹ミラー曲率の、それぞれの曲率は前述の通り、数％の誤差を持っている。ここでミラー保持部１０がスライド機構１１に沿って、移動すると、出力ミラー３と放物面ミラー６との間の相対距離が変化する。両者の距離を変えることによって、放物面ミラー６に入射するビーム径を可変することが出来、放物面ミラー６で反射した後のビーム発散角を変えることが出来る。

すなわち出力ミラー３と放物面ミラー６との間の相対距離を調整することで、曲率誤差を吸収し、発散角を抑えたレーザビームを得ることが可能となる。また上記調整によって外部光学系光軸９は維持されるため、光軸の再調整も不要である。

一般的な板金切断レーザ加工機において、レーザ発振器１のビーム出口２近傍に円偏光ミラー５が設置されることが多い。そのため図１のように放物面ミラー６と円偏光ミラー５をミラー保持部１０に設置することで、不要なミラーを追加すること無く、前述のようなビーム発散角調整機構を実現することが可能である。無論、あえて円偏光ミラーを用いる必要が無い場合は、替わりに全反射ミラーを用いることで、本発明の効果を出すことが可能である。

本発明に示す構成により、不要なコストアップを避けつつレーザビームの発散角を抑制することが出来、平行光とコスト力を両立させることが出来るため、レーザ装置として有用である。

１レーザ発振器
２ビーム出口
３出力ミラー
４全反射ミラー
５円偏光ミラー
６放物面ミラー
７全反射ミラー
８レーザビーム
９外部光学系光軸
１０ミラー保持部
１１スライド機構
１５全反射ミラー
１６ワーク
１７トーチ
１８集光レンズ
１９加工テーブル
２０Ｘ軸モータ
２１Ｙ軸モータ

Claims

レーザ発振装置内あるいはその他の光学系にレーザビーム反射用の各種ミラーを用いるレーザ装置において、レーザ発振装置内に配置されたレーザ出力を取り出す出力鏡と、入射したレーザビームが入射角４５度で反射された後、所定の方向へビームを伝送するように配置された放物面鏡とを備え、放物面鏡での反射後に所定のビーム径が得られるように、前記出力鏡の曲率および前記放物面鏡の曲率を設定したことを特徴とするレーザ装置。
前記出力鏡と前記放物面鏡との間に少なくとも１枚以上の反射鏡を備え、前記放物面鏡および放物面鏡と向かい合い対を成す反射鏡は前記出力鏡との相対位置を変える位置可変機構を備え、前記位置可変機構によって前記放物面鏡への入射ビーム径に対して出射ビーム径を所定の範囲で可変することが可能であり、前記放物面鏡からの出射ビームによって成される外部光軸方向は前記位置可変機構による位置変化によっても略一定であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記放物面鏡と向かい合い対を成す反射鏡は、円偏光鏡であることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。