JP2018025606A - Beam shaping device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザビームのビーム形状を整形するビーム整形装置に関する。 The present invention relates to a beam shaping device for shaping a beam shape of a laser beam.
従来のビーム整形装置として、第1のシリンドリカルレンズと、第1のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交する方向に位置づけられた第2のシリンドリカルレンズと、第1のシリンドリカルレンズと第2のシリンドリカルレンズとの間隔を調整できる間隔調整機構を有するビーム整形機構が提案されている(特許文献1参照)。 As a conventional beam shaping device, a first cylindrical lens, a first cylindrical lens, a second cylindrical lens positioned in a direction in which a light collecting direction is orthogonal to each other, a first cylindrical lens, and a second cylindrical lens There has been proposed a beam shaping mechanism having an interval adjusting mechanism capable of adjusting the interval between the two (see Patent Document 1).
特許文献1のビーム整形機構によれば、断面が楕円形のビーム形状の長軸と短軸との比である楕円率を、適宜変更することが可能である。 According to the beam shaping mechanism of Patent Document 1, the ellipticity, which is the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical beam shape, can be changed as appropriate.
特許文献1のビーム整形機構においては、光源であるレーザ発振器が発生するビームの楕円率、発散角またはビーム品質が経時的に変化した場合、光源の変化に応じてどのように第1および第2のシリンドリカルレンズの位置および間隔を設定すれば、光軸上の予め定められた位置である基準位置において目標とする楕円率のビーム形状を確保して、ビーム形状を一定に維持することができるのか、使用者は何ら情報を得られない。したがって、試行錯誤を伴う光学系の調整の手間がかかるとともに、使用者によって調整手順が異なるため、目標とする楕円率に調整できたとしても、調整後のビーム径は使用者によって異なる結果となる。 In the beam shaping mechanism of Patent Document 1, when the ellipticity, the divergence angle, or the beam quality of a beam generated by a laser oscillator that is a light source changes with time, how the first and second change according to the change of the light source. If the cylindrical lens position and interval are set, can the target elliptical beam shape be secured at the reference position, which is a predetermined position on the optical axis, and the beam shape be maintained constant? The user cannot get any information. Therefore, it takes time and effort to adjust the optical system with trial and error, and the adjustment procedure differs depending on the user. Therefore, even if the target ellipticity can be adjusted, the adjusted beam diameter varies depending on the user. .
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結像条件を維持しながらビーム形状を目標とする楕円率に調整することが可能なビーム整形装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a beam shaping device capable of adjusting a beam shape to a target ellipticity while maintaining imaging conditions.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光軸の上のモニタ位置におけるレーザ光のビーム形状を測定する測定手段と、モニタ位置を経たレーザ光を透過する第1のシリンドリカルレンズと、第1のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、第1のシリンドリカルレンズを経たレーザ光を透過する第2のシリンドリカルレンズと、第2のシリンドリカルレンズを経たレーザ光の進行方向を変更する折り曲げミラーと、第1、第2のシリンドリカルレンズおよびを折り曲げミラーを光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、を備える。本発明は、モニタ位置におけるビーム形状に基づいて、モニタ位置と、折り曲げミラーにより進行方向が変更された後にレーザ光が経由する基準位置とが結像条件を満たすように移動機構を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a measuring means for measuring the beam shape of the laser light at the monitor position on the optical axis, and a first means for transmitting the laser light having passed through the monitor position. The cylindrical lens, the second cylindrical lens and the first cylindrical lens are orthogonal to each other in the condensing direction, and transmits the laser light passing through the first cylindrical lens, and the traveling direction of the laser light passing through the second cylindrical lens. A folding mirror to be changed, and a moving mechanism for moving the first and second cylindrical lenses and the folding mirror in the direction of the optical axis. The present invention controls the moving mechanism based on the beam shape at the monitor position so that the monitor position and the reference position through which the laser light passes after the traveling direction is changed by the bending mirror satisfy the imaging condition. Features.
本発明によれば、結像条件を維持しながらビーム形状を目標とする楕円率に調整することが可能なビーム整形装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to realize a beam shaping device capable of adjusting a beam shape to a target ellipticity while maintaining imaging conditions.
以下に、本発明の実施の形態にかかるビーム整形装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a beam shaping device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるビーム整形装置100の構成図である。レーザ発振器1から出射されたレーザ光11は、伝送光学系2を通過し、部分反射ミラー3に到達する。部分反射ミラー3はレーザ光11の入射ビームの一部を90°反射して、レーザ光11のビーム形状を測定する測定手段であるビーム形状モニタ4に入射させる。ビーム形状モニタ4としては、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはCCD(Charge−Coupled Device)によってビーム強度分布を測定する装置、もしくはナイフエッジ形状といった形状を有する可動アパーチャを装備したパワー計測装置等が用いられる。ビーム形状モニタ4で計測するレーザ光11のビーム形状は、部分反射ミラー3を透過したビームの光軸の上でビーム形状をモニタするモニタ位置5におけるビーム形状と一致する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a
モニタ位置5を通過したレーザ光11は、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7を順に透過し、2枚の折り曲げミラー8,9において“コ”の字型に伝送された後、整形ビームの基準位置10を経由する。基準位置10は固定されている。
The
ここで、紙面右から左へ向かう方向を第一の方向とし、紙面上から下に向かう方向を第二の方向とし、紙面左から右へ向かう方向を第三の方向とする。2枚の折り曲げミラー8,9によってレーザ光11が“コ”の字型に伝送されるとは、レーザ光11の進行方向が第一の方向から第二の方向へと変更され、その後第二の方向から第三の方向へと変更されて伝送されることである。すなわち、レーザ光11が“コ”の字型に伝送されるとは、レーザ光11の最初の進行方向である第一の方向と最後の進行方向である第三の方向とが平行かつ反対方向となるように変更してレーザ光11が伝送されることをいう。
Here, the direction from the right to the left of the paper is the first direction, the direction from the top to the bottom of the paper is the second direction, and the direction from the left to the right of the paper is the third direction. The fact that the
ただし、2枚の折り曲げミラー8,9によって折り曲げられたレーザ光11の最初の進行方向と最後の進行方向とは、後述するように折り曲げミラー8,9を移動してモニタ位置5と基準位置10との間の光路長を変更することができるのであれば、必ずしも平行でなくても構わない。また、折り曲げミラーも必ずしも2枚には限定されず、それ以上の枚数であっても構わない。
However, the first traveling direction and the last traveling direction of the
ビーム進行方向である上記第三の方向における基準位置10の後方には、基準位置10を経たレーザ光11のビームを更にビーム進行方向へ結像伝送する光学系15が配置されている。
Behind the
第1のシリンドリカルレンズ6の集光方向と第2のシリンドリカルレンズ7の集光方向とが互いに直交するように第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7は設置されている。また、第1のシリンドリカルレンズ6は、第1のシリンドリカルレンズ6を光軸の方向に移動することができる移動機構12に搭載されており、第2のシリンドリカルレンズ7は、第2のシリンドリカルレンズ7を光軸の方向に移動することができる移動機構13に搭載されている。更に、2枚の折り曲げミラー8,9は、共に移動機構14に搭載されている。移動機構14は、折り曲げミラー8,9に対してレーザ光11のビームが入出射する光軸の方向すなわち上記第一および第三の方向と平行に移動可能である。
The first
図2は、実施の形態1にかかるビーム整形装置100におけるモニタ位置5と基準位置10との間の光学系の位置関係を示す図である。図2は、図1の実際の配置とは異なって光学的な距離関係を示しており、モニタ位置5と基準位置10との間の距離、モニタ位置5および基準位置10に対する第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の位置関係を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship of the optical system between the
第1のシリンドリカルレンズ6が光軸に垂直な断面上のx方向に集光性能を有しているとすると、第2のシリンドリカルレンズ7は、上記断面上でx方向に垂直なy方向に集光性能を有している。第1のシリンドリカルレンズ6のx方向の焦点距離をfxとし、第2のシリンドリカルレンズ7のy方向の焦点距離をfyとする。さらに、図2に示すように、モニタ位置5と基準位置10との間の距離をLとし、第1のシリンドリカルレンズ6とモニタ位置5との間の距離をLaxとし、第1のシリンドリカルレンズ6と基準位置10との間の距離をLbxとし、第2のシリンドリカルレンズ7とモニタ位置5との間の距離をLayとし、第2のシリンドリカルレンズ7と基準位置10との間の距離をLbyとする。これらの距離を用いた以下の数式(1)および数式(2)の結像条件を満たす結像関係になるように第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7は配置される。
Assuming that the first
また数式(1)および(2)に示した結像条件より、基準位置10におけるx方向およびy方向の各ビーム径は、以下の数式(3)および数式(4)に示すように、モニタ位置5におけるビーム径のそれぞれMx倍およびMy倍となるよう決定される。
Further, from the imaging conditions shown in the formulas (1) and (2), the beam diameters in the x direction and the y direction at the
但し、以下の数式(5)が成り立っている。 However, the following formula (5) is established.
図3は、実施の形態1にかかるビーム整形装置100におけるモニタ位置5でのビーム形状を示す図である。図4は、実施の形態1にかかるビーム整形装置100における基準位置10でのビーム形状を示す図である。図3のビーム形状の楕円率はk=φx/φyであり、図4のビーム形状の楕円率はk0=φ0x/φ0yである。φxおよびφ0xはそれぞれx方向の直径、φyおよびφ0yはそれぞれy方向の直径である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a beam shape at the
基準位置10でのビーム形状を、楕円率k0=1の直径φ0=1.0mmの円形となるような光学設計を行うとする。モニタ位置5でのビーム形状がx方向の直径φx=0.12mmおよびy方向の直径φy=0.16mmであるとすると、モニタ位置5でのビーム形状は楕円率k=0.75(=0.12/0.16)の楕円形状である。すると、基準位置10でのビーム形状を上記のように楕円率k0=1の直径φ0=1.0mmの円形にするためには、x方向およびy方向の各倍率は、それぞれ、Mx=1/0.12=8.33およびMy=1/0.16=6.25となる。さらに、モニタ位置5と基準位置10との間の距離L=800mmであるとする。
It is assumed that the optical design is such that the beam shape at the
以上に示したMx、MyおよびLの値と、上記した数式(1)から数式(5)の条件を用いることにより、fx=76.5mm、fy=95.1mm、Lax=85.7mm、Lay=110.3mmが得られ、焦点距離fx、fyと第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の配置が一意に決定される。上記焦点距離fxおよびfyをそれぞれ有する第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7を、モニタ位置5から上記LaxおよびLay離れた位置となるように図1のように配置することにより、ビーム伝送系を構築する。すなわち、ビーム整形装置100は、モニタ位置5と基準位置10とが結像条件を満たすように、モニタ位置5におけるビーム形状と基準位置10での目標とするビーム形状とに基づいて、移動機構12,13,14を制御する。
The value of M x, M y and L shown in above, by using the condition of Equation (5) from equation (1) described above, f x = 76.5mm, f y = 95.1mm, L ax = 85.7mm, L ay = 110.3mm is obtained, the focal length f x, the arrangement of the f y a first
ここで、レーザ発振器1の状態が経時的に変動し、レーザ光11の特性が変化することによりモニタ位置5でのビーム径が変化したとする。モニタ位置5でのビーム径の変動は、ビーム形状モニタ4で検知することができる。レーザ加工に用いられるビーム整形装置100においては、モニタ位置5でのビーム形状がx方向の直径φ’xおよびy方向の直径φ’yに変化したとしても、加工結果を一定にするため、レーザ光11の変化に関わらず、基準位置10におけるビーム形状の縦横比すなわち楕円率が維持されることが望ましい。
Here, it is assumed that the state of the laser oscillator 1 fluctuates with time and the beam diameter at the
図5は、実施の形態1にかかるビーム整形装置100におけるモニタ位置5と基準位置10との間の光学系の別の位置関係を示す図である。図5において、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7は変更していないので、第1のシリンドリカルレンズ6のx方向の焦点距離fxおよび第2のシリンドリカルレンズ7のy方向の焦点距離fyに変化はなく、図2の場合と同じである。したがって、図5は、図2とは、モニタ位置5、基準位置10、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の配置が異なっているが、それ以外は同じとなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating another positional relationship of the optical system between the
図5においては、モニタ位置5と基準位置10との間の距離をL’とし、第1のシリンドリカルレンズ6とモニタ位置5との間の距離をL’axとし、第1のシリンドリカルレンズ6と基準位置10との間の距離をL’bxとし、第2のシリンドリカルレンズ7とモニタ位置5との間の距離をL’ayとし、第2のシリンドリカルレンズ7と基準位置10との間の距離をL’byとする。モニタ位置5と基準位置10との結像条件を維持するためには、以下の数式(6)から数式(10)を満たす必要がある。
In FIG. 5, the distance between the
但し、以下の数式(10)が成り立っている。 However, the following formula (10) is established.
更に、ビーム変動前後で、基準位置10におけるビーム形状の楕円率を一定に維持するためには、以下の数式(11)を満たす必要がある。
Furthermore, in order to keep the ellipticity of the beam shape at the
上記した数式(6)から数式(11)を同時に満たす、第1のシリンドリカルレンズ6、第2のシリンドリカルレンズ7の新たな位置L’ax、L’ayおよびモニタ位置5と基準位置10との間の距離L’は、一意に決定できる。
Between the new positions L ′ ax , L ′ ay and the
例として、レーザ発振器1の状態が経時的に変動し、モニタ位置5でのビーム形状がx方向の直径φ’x=0.14mmおよびy方向の直径φ’y=0.19mmの楕円率k’=φ’x/φ’y=0.74の楕円形状に変化したとする。第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7は交換していないので、fx=76.5mm、fy=95.1mmは固定されたままである。モニタ位置5から基準位置10への結像倍率は、M’x=1/0.14=6.95、M’y=1/0.19=5.12へ変動することになる。この場合、数式(6)から数式(11)によれば、L’ax=87.5mm、L’ay=113.7mm、L’=695.8mmとすることで、基準位置10におけるビーム形状の楕円率を1のまま維持することができる。但し、基準位置10でのビーム直径は、φ’0=0.97mmに変化する。基準位置10における楕円率を目標の値にすることができれば、ビーム直径は基準位置10の後に設けられた光学系15で容易に補正することで調整することができる。
As an example, the state of the laser oscillator 1 fluctuates with time, and the ellipticity k of the beam shape at the
第1のシリンドリカルレンズ6の移動機構12を光路上で1.8mmだけ基準位置10側へ移動することにより、図2のLax=85.7mmから図5のL’ax=87.5mmとすることができる。第2のシリンドリカルレンズ7の移動機構13を光路上で3.4mmだけ基準位置10の側へ移動することにより、図2のLay=110.3mmから図5のL’ay=113.7mmとすることができる。モニタ位置5と基準位置10との間の距離を104.2mmだけ縮小するために、図1において折り曲げミラー8,9の移動機構14を52.1mmだけ第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の側に近づけることで、図2のL=800mmから図5のL’=695.8mmとすることができる。すなわち、折り曲げミラー8,9および移動機構14により、モニタ位置5と基準位置10との間の光路長を変更することができる。
By moving the moving
このように、実施の形態1にかかるビーム整形装置100によれば、レーザ発振器1の状態が変動してビームの特性が変化しても、モニタ位置5でのビーム形状の変化をビーム形状モニタ4で検知することにより、使用者による調整の手間を省いて光学素子を交換することなく基準位置10におけるビーム形状の楕円率を一定値に維持することが可能となる。
As described above, according to the
また、実施の形態1にかかるビーム整形装置100によれば、数式(3)および数式(4)の値を変更することにより、基準位置10におけるビーム形状を任意の楕円率に変更することも可能である。更に、モニタ位置5におけるビーム径の変化に応じて、移動機構12,13,14を自動制御し、リアルタイムに基準位置10におけるビーム形状の楕円率を制御することも可能である。つまり、モニタ位置5のビーム形状の変化に応じて、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の位置およびモニタ位置5から基準位置10までの光路長を、数式(11)を満たすようにしてモニタ位置5と基準位置10との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置10におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。
Further, according to the
また、実施の形態1にかかるビーム整形装置100によれば、モニタ位置5におけるビーム形状の検出のために部分反射ミラー3の反射光を用いたが、透過光を用いてもよいし、モニタ位置5よりもビーム進行方向側のビームを計測して、モニタ位置5におけるビーム形状を推測してもよい。
Further, according to the
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2にかかるビーム整形装置200の構成図である。実施の形態2にかかるビーム整形装置200には、実施の形態1にかかるビーム整形装置100から移動機構14が除かれている代わりに、光軸上で光学系15を移動することが可能な移動機構16が追加されている。そして、ビーム整形装置100では固定されていた基準位置10がビーム整形装置200では光軸に沿って移動する基準位置17に変更されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram of the
上記以外のビーム整形装置200の構成は、ビーム整形装置100と同じであり、説明を省略する。すなわち、実施の形態2にかかるビーム整形装置200においては、光軸に沿って光学系15を移動することにより基準位置17を光軸に沿って移動させて、モニタ位置5と基準位置17との間の距離を変更することができる。すなわち、光学系15を移動することにより基準位置17が光軸に沿って移動すると考えることができる。
The configuration of the
実施の形態2にかかるビーム整形装置200においては、2枚の折り曲げミラー8,9を経たレーザ光11は基準位置17に達した後、光軸上を移動させる移動機構16を備えた光学系15を経由する。
In the
実施の形態2にかかるビーム整形装置200において、レーザ発振器1の状態が経時的に変動してレーザ光11の特性が変化すると、ビーム形状モニタ4で検知するビーム形状の変化から、実施の形態1で説明したように、数式(6)から数式(11)を満たすように、第1のシリンドリカルレンズ6、第2のシリンドリカルレンズ7の新たな位置L’ax、L’ayおよびモニタ位置5と基準位置17との間の距離L’が決定される。
In the
ビーム整形装置200では、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7については、実施の形態1と同様に移動機構12,13を駆動させることにより新たな位置L’ax、L’ayに移動させる。しかし、モニタ位置5と基準位置17との間の距離L’については、実施の形態1とは異なり、基準位置17の後方に配置された光学系15の移動機構16を駆動させることにより基準位置17自体を光軸上で移動させることにより調整する。これにより、基準位置17におけるビーム形状を目標とする楕円率に維持することができる。
In the
実施の形態2にかかるビーム整形装置200によれば、実施の形態1にかかるビーム整形装置100に設けられていた移動機構14がなくとも、モニタ位置5と基準位置17との間の距離を変更することが可能となる。また、移動機構14が不要となることにより、2枚の折り曲げミラー8,9を省いて、直線的な光学系を構築して小型化を図ることも可能となる。
According to the
実施の形態2にかかるビーム整形装置200によっても、モニタ位置5のビーム形状の変化に応じて、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の位置およびモニタ位置5から基準位置17までの光路長を、モニタ位置5と基準位置17との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置17におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。
Also by the
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3にかかるビーム整形装置300の構成図である。実施の形態3にかかるビーム整形装置300においては、実施の形態1にかかるビーム整形装置100の光学系15が、レーザ光11のビーム径の拡大率が可変のビームエキスパンダ18で構成されている。ビームエキスパンダ18以外のビーム整形装置300の構成は、ビーム整形装置100と同じであり、説明を省略する。
FIG. 7 is a configuration diagram of a
実施の形態3にかかるビーム整形装置300においては、基準位置10を通過したレーザ光11のビームは、ビームエキスパンダ18に入射するように光学系が配置されている。
In the
実施の形態3にかかるビーム整形装置300においても、レーザ発振器1からのレーザ光11の特性が変化すると、ビーム形状モニタ4で検知するビーム形状の変化から、実施の形態1で説明したように、数式(6)から数式(11)を満たすように、移動機構12,13,14を駆動させることにより、基準位置10におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整する。しかし、レーザ光11の特性が変化すると、特性の変化に応じた調整後の基準位置10におけるビーム径は変化する。
Also in the
実施の形態1で示した数値例においては、レーザ光11の特性が変化する前には基準位置10において直径φ0=1.0mmで楕円率=1の円形であったビームが、ビーム特性変動に応じた調整後においては、楕円率=1を維持したまま直径φ’0=0.97mmの円形のビームに変化した。このビーム径の変動も、数式(6)から数式(11)によって解析的に導出される値である。したがって、楕円率に加えてビーム径も含めて調整前後で一致させたい光学系の場合は、調整後のビームエキスパンダ18のビーム径の拡大率を3%(=(1.0−0.97)/0.97)増加させればよい。
In the numerical example shown in the first embodiment, before the characteristic of the
実施の形態3にかかるビーム整形装置300によれば、モニタ位置5のビーム形状の変化に応じて、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の位置およびモニタ位置5から基準位置10までの光路長を、モニタ位置5と基準位置10との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置10におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。さらに、ビームエキスパンダ18を用いることによりビーム特性変動に応じた調整前後のビーム径を補正して一定にすることも可能である。
According to the
実施の形態4.
図8は、本発明の実施の形態4にかかるビーム整形装置400の構成図である。実施の形態4にかかるビーム整形装置400においては、実施の形態2にかかるビーム整形装置200の光学系15が、拡大率が可変のビームエキスパンダ18で構成されており、光軸上でビームエキスパンダ18を移動することが可能な移動機構19が設けられている。すなわち、ビーム整形装置200の光学系15および移動機構16がビームエキスパンダ18および移動機構19に置き換わっており、それら以外のビーム整形装置400の構成は、ビーム整形装置200と同じであり、説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a
ビーム整形装置400においても、光軸に沿ってビームエキスパンダ18を移動することにより基準位置17を光軸に沿って移動させて、モニタ位置5と基準位置17との間の距離を変更することができる。
Also in the
実施の形態4にかかるビーム整形装置400においては、2枚の折り曲げミラー8,9を経たレーザ光11は基準位置17に達した後、光軸上を移動させる移動機構19を備えたビームエキスパンダ18を経由する。
In the
実施の形態4にかかるビーム整形装置400において、レーザ発振器1の状態が経時的に変動してレーザ光11の特性が変化すると、ビーム形状モニタ4で検知するビーム形状の変化から、実施の形態1で説明したように、数式(6)から数式(11)を満たすように、第1のシリンドリカルレンズ6、第2のシリンドリカルレンズ7の新たな位置L’ax、L’ayおよびモニタ位置5と基準位置17との間の距離L’が決定される。
In the
ビーム整形装置400では、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7については、実施の形態1と同様に移動機構12,13を駆動させることにより新たな位置L’ax、L’ayに移動させる。しかし、モニタ位置5と基準位置17との間の距離L’については、実施の形態2と同様に、基準位置17の後方に配置されたビームエキスパンダ18の移動機構19を駆動させることにより基準位置17自体を光軸上で移動させることにより調整する。これにより、基準位置17におけるビーム形状を目標とする楕円率に維持することができる。
In the
実施の形態4にかかるビーム整形装置400によれば、実施の形態1にかかるビーム整形装置100または実施の形態3にかかるビーム整形装置300に設けられていた移動機構14がなくとも、モニタ位置5と基準位置17との間の距離を変更することが可能となる。また、移動機構14が不要となることにより、2枚の折り曲げミラー8,9を省いて、直線的な光学系を構築することも可能となる。
According to the
また、実施の形態4にかかるビーム整形装置400においても、ビーム特性変動に応じた調整の前後の基準位置17におけるビーム径の変化を数式(6)から数式(11)によって解析的に導出できるので、実施の形態3にかかるビーム整形装置300と同様に、ビームエキスパンダ18の拡大率を調整することにより、調整前後の楕円率のみならずビーム径も一定に維持することが可能となる。
Also in the
実施の形態4にかかるビーム整形装置400によれば、モニタ位置5のビーム形状の変化に応じて、第1のシリンドリカルレンズ6および第2のシリンドリカルレンズ7の位置およびモニタ位置5から基準位置17までの光路長を、モニタ位置5と基準位置17との結像条件を維持しながら一意に調整して、基準位置17におけるビーム形状を目標とする楕円率に調整することができる。さらに、ビームエキスパンダ18を用いることによりビーム特性変動に応じた調整前後のビーム径を一定にすることも可能である。
According to the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 レーザ発振器、2 伝送光学系、3 部分反射ミラー、4 ビーム形状モニタ、5 モニタ位置、6 第1のシリンドリカルレンズ、7 第2のシリンドリカルレンズ、8,9 折り曲げミラー、10,17 基準位置、11 レーザ光、12,13,14,16,19 移動機構、15 光学系、18 ビームエキスパンダ、100,200,300,400 ビーム整形装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator, 2 Transmission optical system, 3 Partial reflection mirror, 4 Beam shape monitor, 5 Monitor position, 6 1st cylindrical lens, 7 2nd cylindrical lens, 8,9 Bending mirror, 10,17 Reference position, 11 Laser beam, 12, 13, 14, 16, 19 moving mechanism, 15 optical system, 18 beam expander, 100, 200, 300, 400 beam shaping device.
Claims (4)
前記モニタ位置を経た前記レーザ光を透過する第1のシリンドリカルレンズと、
前記第1のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、前記第1のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光を透過する第2のシリンドリカルレンズと、
前記第2のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光の進行方向を変更する折り曲げミラーと、
前記第1、第2のシリンドリカルレンズおよびを前記折り曲げミラーを光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、
を備え、
前記モニタ位置における前記ビーム形状に基づいて、前記モニタ位置と、前記折り曲げミラーにより進行方向が変更された後に前記レーザ光が経由する基準位置とが結像条件を満たすように前記移動機構を制御する
ことを特徴とするビーム整形装置。 Measuring means for measuring the beam shape of the laser beam at a monitor position on the optical axis;
A first cylindrical lens that transmits the laser light having passed through the monitor position;
A first cylindrical lens and a second cylindrical lens that are orthogonal to each other in a condensing direction and transmit the laser light that has passed through the first cylindrical lens;
A bending mirror that changes a traveling direction of the laser light that has passed through the second cylindrical lens;
A moving mechanism for moving the first and second cylindrical lenses and the folding mirror in the direction of the optical axis,
With
Based on the beam shape at the monitor position, the moving mechanism is controlled so that the monitor position and the reference position through which the laser light passes after the traveling direction is changed by the bending mirror satisfy the imaging condition. A beam shaping device characterized by that.
前記モニタ位置を経た前記レーザ光を透過する第1のシリンドリカルレンズと、
前記第1のシリンドリカルレンズと集光方向が互いに直交し、前記第1のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光を透過する第2のシリンドリカルレンズと、
前記第2のシリンドリカルレンズを経た前記レーザ光が経由する光学系と、
前記第1、第2のシリンドリカルレンズおよび前記光学系を光軸の方向にそれぞれ移動させる移動機構と、
を備え、
前記モニタ位置における前記ビーム形状に基づいて、前記モニタ位置と、前記第2のシリンドリカルレンズと前記光学系との間に位置する基準位置とが結像条件を満たすように前記移動機構を制御する
ことを特徴とするビーム整形装置。 Measuring means for measuring the beam shape of the laser beam at a monitor position on the optical axis;
A first cylindrical lens that transmits the laser light having passed through the monitor position;
A first cylindrical lens and a second cylindrical lens that are orthogonal to each other in a condensing direction and transmit the laser light that has passed through the first cylindrical lens;
An optical system through which the laser light passes through the second cylindrical lens;
A moving mechanism for moving each of the first and second cylindrical lenses and the optical system in the direction of the optical axis;
With
Controlling the moving mechanism based on the beam shape at the monitor position so that the monitor position and a reference position located between the second cylindrical lens and the optical system satisfy an imaging condition. A beam shaping device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載のビーム整形装置。 The beam shaping apparatus according to claim 1, further comprising a beam expander on which the laser light having passed through the reference position is incident and a magnification ratio of a beam diameter of the laser light is variable.
ことを特徴とする請求項2に記載のビーム整形装置。 The beam shaping apparatus according to claim 2, wherein the optical system is a beam expander in which an enlargement ratio of a beam diameter of the laser light is variable.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020137079A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Line beam scanning optical system and laser radar |
CN113894411A (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-07 | 住友重机械工业株式会社 | Beam shaping optical device and roundness adjusting method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63242484A (en) * | 1987-03-31 | 1988-10-07 | Fuji Electric Co Ltd | Laser beam machine |
JPH04237587A (en) * | 1991-01-18 | 1992-08-26 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Laser beam machine |
JPH07227686A (en) * | 1994-02-22 | 1995-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmitter device and light irradiation method |
JP2006122927A (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Hitachi Zosen Corp | Laser beam machining method and laser beam machining device |
JP2007136477A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Disco Abrasive Syst Ltd | Laser beam machining apparatus |
JP2012030267A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-16 | Sharp Corp | Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method |
US20120111310A1 (en) * | 2010-04-30 | 2012-05-10 | Qmc Co., Ltd. | Target object processing method and target object processing apparatus |
-
2016
- 2016-08-08 JP JP2016155677A patent/JP6675951B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63242484A (en) * | 1987-03-31 | 1988-10-07 | Fuji Electric Co Ltd | Laser beam machine |
JPH04237587A (en) * | 1991-01-18 | 1992-08-26 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Laser beam machine |
JPH07227686A (en) * | 1994-02-22 | 1995-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmitter device and light irradiation method |
JP2006122927A (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Hitachi Zosen Corp | Laser beam machining method and laser beam machining device |
JP2007136477A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Disco Abrasive Syst Ltd | Laser beam machining apparatus |
US20120111310A1 (en) * | 2010-04-30 | 2012-05-10 | Qmc Co., Ltd. | Target object processing method and target object processing apparatus |
JP2012030267A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-16 | Sharp Corp | Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020137079A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Line beam scanning optical system and laser radar |
US11619742B2 (en) | 2018-12-26 | 2023-04-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Line beam scanning optical system and laser radar |
CN113894411A (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-07 | 住友重机械工业株式会社 | Beam shaping optical device and roundness adjusting method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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