JP2021142546A - Optical unit, laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学ユニット、及びそれを用いたレーザー加工装置、並びにそれらを用いたレーザー加工方法に関する。 The present invention relates to an optical unit, a laser processing apparatus using the optical unit, and a laser processing method using the same.
金属や樹脂の直接加工を行う製造現場では、バリがなくアスペクト比(深さ/穴比)の高い加工を効率よく行う加工方法として、超短パルスレーザー(ピコ秒レーザー、フェムト秒レーザー)が加工法の主流となりつつある。 At manufacturing sites that directly process metals and resins, ultrashort pulse lasers (picosecond lasers and femtosecond lasers) are used as a processing method that efficiently performs processing with no burrs and a high aspect ratio (depth / hole ratio). It is becoming the mainstream of law.
レーザー加工においては、入射側から奥に向かって加工領域を狭める加工(すなわち「順テーパー加工」)のみならず、入射側から奥に向かって加工領域を拡げるように加工する(すなわち「逆テーパー加工」する)技術も求められている。何故ならば、もし、レーザーを照射する角度を可変とする装置の性能が向上し、短パルスレーザーで逆テーパー加工が可能となれば、従来では不可能であった金属や樹脂等への3次元高速直接加工が可能となるからである。
しかし、レーザーを用いて逆テーパー加工を行う場合には、レーザービームを光軸から大きく傾斜するように制御しなければならず、その制御の困難性が問題となっていた。
In laser machining, not only machining that narrows the machining area from the incident side to the back (that is, "forward taper machining"), but also machining that expands the machining area from the incident side to the back (that is, "reverse taper machining"). ”) Technology is also required. The reason is that if the performance of the device that changes the laser irradiation angle is improved and reverse taper processing becomes possible with a short pulse laser, three-dimensional to metal, resin, etc., which was not possible in the past, is possible. This is because high-speed direct processing is possible.
However, when reverse taper processing is performed using a laser, the laser beam must be controlled so as to be greatly inclined from the optical axis, and the difficulty of the control has been a problem.
この問題を解決するため、レーザービームをシュバルツシルト光学系の反射対物レンズで反射させて、逆テーパー加工を行うという技術が開発されている(特許文献1)。このレーザー加工方法では、図1に示すよう回転するレーザービームXをコーンミラー100に照射し、反射したビームを反射鏡101によって反射して被加工物102に照射することができる。このため、例えば図2に示すように、ポリゴンミラーやガルバノミラーでレーザー光を操作したり、被加工物102を載置するテーブルをxy方向に移動したりすれば、逆テーパー加工を行うことができる。
In order to solve this problem, a technique has been developed in which a laser beam is reflected by a reflective objective lens of a Schwarzschild optical system to perform reverse taper processing (Patent Document 1). In this laser processing method, as shown in FIG. 1, a rotating laser beam X can be applied to the
しかし、上記特許文献1に記載のレーザービームをシュバルツシルト光学系の反射対物レンズで反射させて行う逆テーパー加工では、被加工物へのビームの照射角(本明細書において「照射角」とは光が入射するときの入射方向と境界面の法線とがなす角度をいう。)において、コーンミラー100自身が光路を遮るために、低角度領域において死角θが生じるという問題があった(図1参照)。
However, in the reverse taper processing in which the laser beam described in Patent Document 1 is reflected by the reflection objective lens of the Schwarzschild optical system, the irradiation angle of the beam on the workpiece (the “irradiation angle” in the present specification is defined as the irradiation angle). In the angle formed by the incident direction and the normal of the boundary surface when light is incident), there is a problem that a blind spot θ is generated in a low angle region because the
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、被加工物に対するレーザー加工に使用した場合、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間で死角がない光学ユニット及びそれを用いたレーザー加工装置、並びにそれらを用いたレーザー加工方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and when used for laser machining on a workpiece, an optical unit having no blind spot between an irradiation angle of 0 degrees and an irradiation maximum angle is possible. It is an issue to be solved to provide a laser processing apparatus using the above and a laser processing method using them.
本発明者らは、上記従来の問題を解決するために、非球面レンズを用いた光学ユニットの周縁に反射鏡を用いた光学ユニットを複合させたハイブリッド型の光学ユニットを新たに着想し、鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present inventors have newly conceived and earnestly conceived a hybrid type optical unit in which an optical unit using a reflecting mirror is compounded on the periphery of an optical unit using an aspherical lens. As a result of conducting research, the present invention has been completed.
すなわち、第1発明の光学ユニットは、非球面レンズと、該非球面レンズの周縁設けられた入射した光の一部を反射し一部を透過させるミラーガラス部と、が設けられた複合レンズと、該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡とを備えることを特徴とする。 That is, the optical unit of the first invention includes a composite lens provided with an aspherical lens and a mirror glass portion provided on the periphery of the aspherical lens to reflect a part of incident light and transmit a part of the incident light. It is characterized by including a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens.
第1発明の光学ユニットにレーザービームを照射した場合、非球面レンズに照射された光は一点に集光する。また、ミラーガラス部に照射された光のうち反射した光はさらに反射鏡によって反射して一点に集光する。また、ミラーガラス部に照射された光のうち透過した光も一点に集光する。
したがって、この光学ユニットを被加工物に対するレーザー加工に使用した場合、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間での死角を無くすることができる。このため、例えば、複合レンズの中心軸に対して0度以上45度以下の範囲で任意の角度に可変となるように制御するような設計とすることができる。
When the optical unit of the first invention is irradiated with a laser beam, the light emitted to the aspherical lens is focused on one point. Further, among the light irradiated to the mirror glass portion, the reflected light is further reflected by the reflecting mirror and focused on one point. In addition, the transmitted light among the light emitted to the mirror glass portion is also focused on one point.
Therefore, when this optical unit is used for laser machining on a work piece, it is possible to eliminate the blind spot between the irradiation angle of 0 degrees and the maximum irradiation angle. Therefore, for example, it can be designed to be controlled so as to be variable to an arbitrary angle in a range of 0 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the composite lens.
第2発明の光学ユニットは、非球面レンズと、該非球面レンズの周縁から径外方向に拡径しながら延在するミラー部と、が設けられた複合レンズと、該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡とを備えることを特徴とする。 The optical unit of the second invention surrounds a composite lens provided with an aspherical lens, a mirror portion extending from the peripheral edge of the aspherical lens in the outward radial direction, and the periphery of the composite lens. It is characterized by being provided with a reflector installed in.
第2発明の光学ユニットにレーザービームを照射した場合、非球面レンズに照射された光のうちミラー部に照射されなかった光が一点に集光する。また、非球面レンズに照射された光のうちミラーガラスによって反射した光は、ミラー部によって更に反射して一点に集光し、ミラーガラスを透過した光も一点に集光する。さらに、ミラー部によって反射した光は、反射鏡によって反射して一点に集光する。
したがって、この光学ユニットを被加工物に対するレーザー加工に使用した場合、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間での死角を無くすることができる。このため、例えば、複合レンズの中心軸に対して0度以上45度以下の範囲で任意の角度に可変となるように制御するような設計とすることができる。
When the optical unit of the second invention is irradiated with a laser beam, among the light irradiated to the aspherical lens, the light not irradiated to the mirror portion is focused on one point. Further, among the light irradiated to the aspherical lens, the light reflected by the mirror glass is further reflected by the mirror unit and focused on one point, and the light transmitted through the mirror glass is also focused on one point. Further, the light reflected by the mirror unit is reflected by the reflecting mirror and focused on one point.
Therefore, when this optical unit is used for laser machining on a work piece, it is possible to eliminate the blind spot between the irradiation angle of 0 degrees and the maximum irradiation angle. Therefore, for example, it can be designed to be controlled so as to be variable to an arbitrary angle in a range of 0 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the composite lens.
第1発明のレーザー加工装置は、第1発明又は第2発明の光学ユニットと、パルス発振レーザーとを備えることを特徴とする。
パルス発振レーザーを光源としてレーザー加工を行えば、被加工物の熱影響を小さくできることとなる。このため、これを第1発明又は第2発明の光学ユニットと組み合わせることにより、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間での死角のない、逆テーパー加工を含めた精密な加工が可能となる。
The laser processing apparatus of the first invention is characterized by including the optical unit of the first invention or the second invention and a pulse oscillating laser.
If laser machining is performed using a pulse oscillation laser as a light source, the thermal effect of the workpiece can be reduced. Therefore, by combining this with the optical unit of the first invention or the second invention, precise machining including reverse taper machining with no blind spot between the irradiation angle of 0 degrees and the maximum irradiation angle can be performed. It will be possible.
第2発明のレーザー加工装置は、第1発明のレーザー加工装置であって、該レーザーから照射されるビームの回転半径を制御可能に回転させるビーム回転機構を備えたことを特徴とする。
第2発明のレーザー加工装置では、ビーム回転機構によってレーザーから照射されるビームの回転半径を制御することによって、容易にレーザーの照射角を制御することができる。
The laser processing apparatus of the second invention is the laser processing apparatus of the first invention, and is characterized by including a beam rotation mechanism for controllingly rotating the radius of gyration of the beam emitted from the laser.
In the laser processing apparatus of the second invention, the irradiation angle of the laser can be easily controlled by controlling the radius of gyration of the beam emitted from the laser by the beam rotation mechanism.
第1発明のレーザー加工方法は、パルス発振するレーザーから照射される光を、回転半径を制御可能に回転させる第1工程と、回転するビームを1点に集光させる第2工程とを備え、
該第2工程は、該回転するビームのうち所定の該回転半径未満のビームを非球面レンズ内を通って一点で集光させ、該回転するビームのうち所定の該回転半径以上のビームを該非球面レンズの周縁に設けられたミラーガラス部で一部を反射させるとともに一部を透過させ、該ミラーガラス部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させるとともに、該ミラーガラス部を透過した光を一点に集光させることを特徴とする。
The laser processing method of the first invention includes a first step of rotating the light emitted from the pulse-oscillating laser so that the radius of gyration can be controlled, and a second step of condensing the rotating beam into one point.
In the second step, a beam having a predetermined radius of gyration of the rotating beam is focused at one point through the aspherical lens, and a beam having a radius of gyration or more than the predetermined radius of the rotating beam is focused on the non-spherical lens. A part is reflected and a part is transmitted by a mirror glass portion provided on the periphery of the spherical lens, and the light reflected by the mirror glass portion is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens. It is characterized in that the light transmitted through the mirror glass portion is focused on one point while being focused on one point.
第1発明のレーザー加工方法では、回転するビームのうち所定の回転半径未満のビームが非球面レンズ内を通って1点に集光する。一方、回転するビームのうち所定の該回転半径以上のビームが非球面レンズの周縁に設けられたミラーガラス部で反射及び透過される。そして、ミラーガラス部で反射した光が一点に集光し、ミラーガラス部を透過した光も一点に集光する。このため、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間での死角のない、逆テーパー加工を含めた精密な加工が可能となる。 In the laser processing method of the first invention, among the rotating beams, a beam having a radius of gyration less than a predetermined radius passes through the aspherical lens and is focused on one point. On the other hand, among the rotating beams, a beam having a predetermined radius of gyration or more is reflected and transmitted by a mirror glass portion provided on the peripheral edge of the aspherical lens. Then, the light reflected by the mirror glass portion is focused on one point, and the light transmitted through the mirror glass portion is also focused on one point. Therefore, precise machining including reverse taper machining with no blind spot between the irradiation angle of 0 degree and the maximum irradiation angle is possible.
第2発明のレーザー加工方法は、パルス発振するレーザーから照射される光を、回転半径を制御可能に回転させる第1工程と、回転するビームを一点に集光させる第2工程とを備え、
該第2工程は、
該回転するビームを非球面レンズ及び該非球面レンズの周縁から径外方向に拡径しながら延在するミラー部からなる複合レンズに照射し、
該非球面レンズ内を通った所定の回転半径以上のビームを該非球面レンズの出射光側に設けられたミラーガラス部で一部を反射させ、一部を透過させ、該ミラーガラス部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させるとともに、該ミラーガラス部を透過した光を一点に集光させ、
該ミラー部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させることを特徴とする。
The laser processing method of the second invention includes a first step of rotating the light emitted from the pulse-oscillating laser so that the radius of gyration can be controlled, and a second step of condensing the rotating beam at one point.
The second step is
The rotating beam is applied to the aspherical lens and the composite lens including the mirror portion extending from the peripheral edge of the aspherical lens while expanding the diameter in the outward direction.
A beam having a predetermined radius of gyration or more that has passed through the aspherical lens is partially reflected by a mirror glass portion provided on the emission light side of the aspherical lens, partially transmitted, and the light reflected by the mirror glass portion. Is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and focused on one point, and the light transmitted through the mirror glass portion is focused on one point.
The feature is that the light reflected by the mirror portion is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and focused on one point.
第2発明のレーザー加工方法では、回転するビームが非球面レンズ及び該非球面レンズの周縁から径外方向に拡径しながら延在するミラー部からなる複合レンズに照射される。そして、非球面レンズ内を通った所定の回転半径以上のビームが該非球面レンズの出射光側に設けられたミラーガラス部で一部が反射され、一部が透過される。さらに、該ミラーガラス部で反射した光が該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射されて一点に集光される。また、該ミラーガラス部を透過した光も一点に集光される。さらに、該ミラー部で反射した光が該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射して一点に集光される。このため、照射角が0度から照射可能な最高角度までの間での死角のない、逆テーパー加工を含めた精密な加工が可能となる。 In the laser processing method of the second invention, the rotating beam is applied to the aspherical lens and the composite lens including the mirror portion extending from the peripheral edge of the aspherical lens while expanding the diameter in the outer diameter direction. Then, a beam having a predetermined radius of gyration or more that has passed through the aspherical lens is partially reflected by the mirror glass portion provided on the emitted light side of the aspherical lens, and a part is transmitted. Further, the light reflected by the mirror glass portion is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and is focused on one point. Further, the light transmitted through the mirror glass portion is also focused on one point. Further, the light reflected by the mirror portion is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and is focused on one point. Therefore, precise machining including reverse taper machining with no blind spot between the irradiation angle of 0 degree and the maximum irradiation angle is possible.
7、11…光学ユニット
1、12…複合レンズ
3、14…非球面レンズ
4、15…ミラー部(15a…表面、15b…裏面)
16…反射部(16a…透過部、16b…ミラーガラス)
2、13…反射鏡
5…レーザー
6…ビームローテータ(ビーム回転機構)
中空モーター…8,9、ウェッジ基板…8a,9a
10…被加工物
7, 11 ...
16 ... Reflective part (16a ... Transmitting part, 16b ... Mirror glass)
2, 13 ... Reflector 5 ...
Hollow motor ... 8,9, wedge board ... 8a, 9a
10 ... Work piece
以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described. However, the present invention is not limited to this embodiment. Various modifications are also included in the present invention as long as they do not deviate from the claims and can be easily conceived by those skilled in the art.
<光学ユニット>
・非球面レンズによるレーザー加工
本発明の光学ユニットを設計するための準備として、図3に示すように、レーザービームをビームローテーターで回転半径Rで回転させ、回転するレーザービームを焦点距離fの非球面レンズに照射したときの、照射角θを計算で求めた。結果を表1に示す。
<Optical unit>
-Laser processing with an aspherical lens As a preparation for designing the optical unit of the present invention, as shown in FIG. 3, the laser beam is rotated by a beam rotator with a radius of gyration R, and the rotating laser beam is non-focal distance f. The irradiation angle θ when the spherical lens was irradiated was calculated. The results are shown in Table 1.
照射角は回転半径に比例し焦点距離は反比例する。表1に示すように、例えば回転半径が20mmで焦点距離が40mmになると、照射角は26.564度となる。この様に回転半径を適時調整する事によって今まで不可能であった照射角を実現することができる。 The irradiation angle is proportional to the radius of gyration and the focal length is inversely proportional. As shown in Table 1, for example, when the turning radius is 20 mm and the focal length is 40 mm, the irradiation angle is 26.564 degrees. By adjusting the radius of gyration in this way, it is possible to realize an irradiation angle that was not possible until now.
・コーンミラーと放物面鏡の組み合わせた光学ユニット
特許文献1に記載されているような、コーンミラーと放物面鏡とを組み合わせた光学ユニットを用いたレーザー加工装置について、以下に示す試験を行った。
このレーザー加工装置は、図4に示すよう、レーザービームがビームローテーターによって回転され、この回転するレーザービームがコーンミラーに照射されて反射し、さらにコーンミラーの周囲を囲むように配置された放物面鏡によって反射して、焦点に集光されるようになっている。
-Optical unit combining a cone mirror and a parabolic mirror The following test is performed on a laser processing device using an optical unit combining a cone mirror and a parabolic mirror as described in Patent Document 1. went.
In this laser processing device, as shown in FIG. 4, a laser beam is rotated by a beam rotator, the rotating laser beam is irradiated to a cone mirror and reflected, and a parabolic mirror is arranged so as to surround the cone mirror. It is reflected by a surface mirror and focused on the focal point.
図5に示す試験装置を使って、このレーザー加工装置におけるコーンミラーに照射されるレーザービームの回転半径Rと、放物面鏡で反射されて照射されるレーザービームの照射角θの関係を測定した。
すなわち、半導体レーザー光源からレーザー光を照射し、反射鏡で90度の角度で反射させ、焦点距離 (F) 600mmの放物面鏡で反射させて、一点に集光させた。この時、半導体レーザーの光軸は水平方向に 0〜13 mm の範囲で変化させた。
Using the test device shown in FIG. 5, the relationship between the radius of gyration R of the laser beam irradiated to the cone mirror in this laser processing device and the irradiation angle θ of the laser beam reflected by the parabolic mirror and irradiated is measured. bottom.
That is, the laser beam was irradiated from a semiconductor laser light source, reflected by a reflector at an angle of 90 degrees, reflected by a parabolic mirror with a focal length (F) of 600 mm, and focused on one point. At this time, the optical axis of the semiconductor laser was changed in the horizontal range of 0 to 13 mm.
その結果、放物面鏡で反射した後のレーザービームの照射角は43.5度〜45度の範囲で変化することが分かった。 As a result, it was found that the irradiation angle of the laser beam after being reflected by the parabolic mirror changes in the range of 43.5 degrees to 45 degrees.
(実施形態1)
実施形態1の光学ユニットは、図6に示すように、複合レンズ1と、複合レンズ1の周囲を囲むように設置された反射鏡2とで構成されている。複合レンズ1は非球面レンズ3と、非球面レンズ3の周縁に設けられたミラーガラス部4とからなる。図6において、点線はレーザービームを照射した場合の光路を示す。ミラーガラス部4は入射した光のうち所定の割合で一部を反射し、一部を透過させるようになっている。複合レンズ1に入射した光のうち、非球面レンズ3に入射した光は、焦点距離に応じた焦点Pに集光するようになっている(第1の光路)。また、ミラーガラス部4に照射された光のうち、反射した光は反射鏡2によって更に反射し、非球面レンズ3と同じ焦点Pに集光するようになっている(第2の光路)。ミラーガラス部4に照射された光のうち、透過した光は、非球面レンズ3と同じ焦点Pに集光するようになっている(第3の光路)。また、ミラーガラス部4の最も外側で反射した光が反射鏡2によって反射して焦点Pに集光する場合の照射角は45度となるようにされている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 6, the optical unit of the first embodiment includes a composite lens 1 and a reflecting mirror 2 installed so as to surround the periphery of the composite lens 1. The composite lens 1 includes an aspherical lens 3 and a mirror glass portion 4 provided on the peripheral edge of the aspherical lens 3. In FIG. 6, the dotted line shows the optical path when the laser beam is irradiated. The mirror glass portion 4 reflects a part of the incident light at a predetermined ratio and transmits a part of the incident light. Of the light incident on the composite lens 1, the light incident on the aspherical lens 3 is focused on the focal point P according to the focal length (first optical path). Further, among the light emitted to the mirror glass portion 4, the reflected light is further reflected by the reflecting mirror 2 and focused on the same focal point P as the aspherical lens 3 (second optical path). Of the light emitted to the mirror glass portion 4, the transmitted light is focused on the same focal point P as the aspherical lens 3 (third optical path). Further, when the light reflected on the outermost side of the mirror glass portion 4 is reflected by the reflecting mirror 2 and focused on the focal point P, the irradiation angle is set to 45 degrees.
以上のように構成された実施形態1の光学ユニットにレーザービームを照射した場合、非球面レンズ3に照射された光は焦点Pに集光する(図6におけるθ1の範囲)。また、ミラーガラス部4に照射された光のうち、一部が反射し、さらに反射鏡2によって反射して、焦点Pに集光する(図6におけるθ2の範囲)。さらに、ミラーガラス部4に照射された光のうち、透過した光は焦点Pに集光する(図6におけるθ3の範囲)。このため、複合レンズ1の中心軸に対して0度以上45度以下の範囲で死角となる範囲は存在しない。 When the optical unit of the first embodiment configured as described above is irradiated with a laser beam, the light emitted to the aspherical lens 3 is focused on the focal point P ( range of θ 1 in FIG. 6). Further, a part of the light irradiated to the mirror glass portion 4 is reflected, further reflected by the reflecting mirror 2, and focused on the focal point P ( range of θ 2 in FIG. 6). Further, of the light irradiated to the mirror glass portion 4, the transmitted light is focused on the focal point P ( range of θ 3 in FIG. 6). Therefore, there is no blind spot in the range of 0 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the composite lens 1.
(実施形態1の変形例)
上記実施形態1においては、第1の光路、第2の光路、及び第3の光路がともに同一の焦点Pに集光するようにされているが、複合レンズ1の中心軸に対して0度以上45度以下の範囲で死角となる範囲がなくなるのであれば、それぞれの焦点の位置は異なっていてもよい。こうであったとしても、非加工物10を載置している図示しないステージの移動制御を行うことによって、非加工物10の照射位置に集光するようにすることができ、レーザー加工装置の光学ユニットとして利用することが可能である。
(Modified Example of Embodiment 1)
In the first embodiment, the first optical path, the second optical path, and the third optical path are all focused on the same focal point P, but are 0 degrees with respect to the central axis of the composite lens 1. The positions of the focal points may be different as long as there is no blind spot in the range of 45 degrees or more. Even in this case, by controlling the movement of a stage (not shown) on which the
また、実施形態1の光学ユニットにおけるミラーガラス部4の代わりに、光を透過しない反射鏡とした場合は、図6におけるθ3の角度の範囲だけが死角となるが、θ2の範囲にまで照射角を大きくすることができるという効果を奏することはできる。 Further, when a reflecting mirror that does not transmit light is used instead of the mirror glass portion 4 in the optical unit of the first embodiment, only the angle range of θ3 in FIG. 6 becomes a blind spot, but the irradiation angle reaches the range of θ2. Can have the effect of being able to increase.
上記実施形態1の光学ユニットを用いたレーザー加工装置を図7に示す。このレーザー加工装置は、レーザー5とビームローテータ6と光学ユニット7とから構成されている。ビームローテータ6がビーム回転機構である。レーザー5としては、加工精度をよくするためにパルス発振するレーザーを用いる。例えば、エキシマレーザー、Nd:YAGレーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザー、CO2レーザー等を用いたパルス発振レーザーを用いることができる。被加工物の材質により、波長やパルス幅等を考慮して適宜選択することができる。例えば、熱変形を極力少なくするためには、ナノ秒パルスレーザー等の短パルスレーザー装置を用いることが好ましい。
A laser processing apparatus using the optical unit of the first embodiment is shown in FIG. This laser processing apparatus includes a laser 5, a
ビームローテータ6は2つの中空モーター8、9のそれぞれの内部にウェッジ基板8a、9aが内蔵されている。各中空モーター8、9は同期されており、同期の関係を調整することにより、ウェッジ基板21aとウェッジ基板22aの軸心周りの相対的な角度の関係を調整することが可能とされている。また、光学ユニット7は前述した実施形態1の光学ユニットである(図6参照)。
The
ビームローテータ6から所定の回転半径に調整されて照射されたビームは、光学ユニット7に照射される。ビームの回転半径がミラーガラス部4に当たらない場合には、ビームは非球面レンズの3によって屈折し、一点に集光するようになっている。一方、ビームの回転半径がミラーガラス部4に当たる場合には、ミラーガラス部4によってビームの一部は反射し、この反射ビームがさらにミラーガラス部4の周囲を囲むように配置されている反射鏡2によって反射し、一点に集光するようになっている。さらに、ミラーガラス部4に照射されたビームの一部は透過し、一点に集光するようになっている。
The beam adjusted to a predetermined radius of gyration from the
以上のように構成された実施形態1のレーザー加工装置では、ビームローテータ6における中空モーター8、9の同期関係を調整することにより、ウェッジ基板8a、9aの軸心周りの角度の位置関係を調整することができる。このため、レーザー5から照射されるビームを、レーザー5から照射されるビームの軸方向と平行関係を保ちながら任意の回転半径で回転させることができる。
In the laser processing apparatus of the first embodiment configured as described above, the positional relationship of the angles around the axes of the
このレーザー加工装置では、ビームローテータ6によってレーザービームの回転半径をミラーガラス4に当たらない位小さくなるように制御しながらレーザー5を駆動すれば、ビームは非球面レンズの3によって屈折し、被加工物10に照射される。一方、ビームローテータ6によって、レーザービームの回転半径をミラーガラス4に当たるように制御すれば、ミラーガラス部4によってビームの一部は反射し、この反射ビームがさらに反射鏡2によって反射し、一点に集光する。さらに、ミラーガラス部4に照射されたビームの一部は透過し、一点に集光する。このため、複合レンズ1の中心軸に対して0度以上45度以下の任意の範囲でのレーザー照射が可能となり、死角となる範囲は存在しない。
In this laser processing apparatus, if the laser 5 is driven while the
(実施形態2)
図8は実施形態2の光学ユニット11の模式図であり、複合レンズ12と、複合レンズ12の周囲を囲むように配置された反射鏡13とから構成されている。複合レンズ12は、上端に設けられた非球面レンズ14と、非球面レンズ14の周縁から径外方向に突出するように下方に向かって拡径して延在するミラー部15とを有している。ミラー部15の表面15a及び裏面15bはアルミ等の金属でコーティングされており、光を反射することが可能とされている。非球面レンズ14の下方には反射部16が設けられている。反射部16の上端部分は平面とされており光が透過可能な透過部16aとなっており、周縁部分はミラーガラス16bとなっている。非球面レンズ14に入射したレーザービームのうちミラーガラス16bで反射した光は、ミラー部15の裏面15bで反射した後、焦点Pに集光するようになっている。また、非球面レンズ14に入射したレーザービームのうちミラーガラス16bを透過した光は、焦点Pに集光するようになっている。さらに、非球面レンズ14に入射したレーザービームのうち透過部16aを透過した光は、焦点Pに集光するようになっている。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a schematic view of the
以上のように構成された実施形態2の光学ユニット11にレーザービームを照射した場合、非球面レンズ14に照射されたレーザービームのうち反射部16の上端部分の透過部16aに到達したレーザービームは、そのまま透過して焦点Pに集光する(図8におけるθ4の範囲)。また、非球面レンズ14に照射されたレーザービームのうち、反射部16周縁部のミラーガラス16b到達したレーザービームのうち、一部は反射し、さらにミラー部15の裏面15bで反射して非球面レンズ14と同じ焦点Pに集光する(図8におけるθ5の範囲)。また、反射部16周縁部のミラーガラス16bを透過した光は、焦点Pに集光する。さらに、複合レンズ12に照射されたレーザービームのうちミラー部15の表面15aに照射されたレーザービームは反射し、さらに反射鏡13によって全反射して非球面レンズ3と同じ焦点Pに集光する(図6におけるθ6の範囲)。
したがって、実施形態2の光学ユニット11にレーザービームを照射した場合、複合レンズ12の中心軸に対して0度以上45度以下の任意の範囲でのレーザー照射が可能となり、死角となる範囲は存在しない。
When the
Therefore, when the
Claims (9)
該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡と、を備えることを特徴とする光学ユニット。 A composite lens provided with an aspherical lens and a mirror glass portion provided on the periphery of the aspherical lens to reflect a part of incident light and transmit a part of the incident light.
An optical unit including a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens.
該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡と、を備えることを特徴とする光学ユニット。 An aspherical lens and a composite lens provided with a mirror portion extending from the peripheral edge of the aspherical lens while expanding the diameter in the outward direction.
An optical unit including a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens.
該非球面レンズの出射光側には、入射した光の一部を反射し一部を透過させるミラーガラスが設けられており、該ミラーガラスで反射した光が更にミラー部で反射して一点に集光し、該ミラーガラスを透過した光が一点に集光することを特徴とする請求項4に記載の光学ユニット。 Of the light incident on the composite lens, the first optical path in which the light incident on the aspherical lens is focused on one point, and the light reflected by the mirror portion is further reflected by the reflecting mirror and focused on one point. It has 2 light paths and
A mirror glass that reflects a part of the incident light and transmits a part of the incident light is provided on the emitted light side of the aspherical lens, and the light reflected by the mirror glass is further reflected by the mirror portion and collected at one point. The optical unit according to claim 4, further comprising light and condensing the light transmitted through the mirror glass at one point.
該第2工程は、
該回転するビームのうち所定の該回転半径未満のビームを非球面レンズを通って一点で集光させ、
該回転するビームのうち所定の該回転半径以上のビームを該非球面レンズの周縁に設けられたミラーガラス部で一部を反射させ、一部を透過させ、該ミラーガラス部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させるとともに、該ミラーガラス部を透過した光を一点に集光させることを特徴とするレーザー加工方法。 It includes a first step of rotating the light emitted from the pulse-oscillating laser so that the radius of gyration can be controlled, and a second step of concentrating the rotating beam on one point.
The second step is
Of the rotating beams, a beam having a predetermined radius of gyration or less is focused at one point through an aspherical lens.
A part of the rotating beam having a radius of gyration or more is reflected by a mirror glass portion provided on the peripheral edge of the aspherical lens, a part of the beam is transmitted, and the light reflected by the mirror glass portion is reflected. A laser processing method characterized in that light transmitted through the mirror glass portion is focused on one point while being reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and focused on one point.
該第2工程は、
該回転するビームを非球面レンズ及び該非球面レンズの周縁から径外方向に拡径しながら延在するミラー部からなる複合レンズに照射し、
該非球面レンズ内を通った所定の回転半径以上のビームを該非球面レンズの出射光側に設けられたミラーガラス部で一部を反射させ、一部を透過させ、該ミラーガラス部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させるとともに、該ミラーガラス部を透過した光を一点に集光させ、
該ミラー部で反射した光を該複合レンズの周囲を囲むように設置された反射鏡で反射させて一点に集光させることを特徴とするレーザー加工方法。
It includes a first step of rotating the light emitted from the pulse-oscillating laser so that the radius of gyration can be controlled, and a second step of concentrating the rotating beam at one point.
The second step is
The rotating beam is applied to the aspherical lens and the composite lens including the mirror portion extending from the peripheral edge of the aspherical lens while expanding the diameter in the outward direction.
A beam having a predetermined radius of gyration or more that has passed through the aspherical lens is partially reflected by a mirror glass portion provided on the emission light side of the aspherical lens, partially transmitted, and the light reflected by the mirror glass portion. Is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and focused on one point, and the light transmitted through the mirror glass portion is focused on one point.
A laser processing method characterized in that the light reflected by the mirror portion is reflected by a reflecting mirror installed so as to surround the periphery of the composite lens and focused on one point.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020043524A JP2021142546A (en) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Optical unit, laser beam machining apparatus and laser beam machining method |
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Cited By (1)
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WO2023032787A1 (en) | 2021-09-01 | 2023-03-09 | Agc株式会社 | Oxide ion conductive solid electrolyte |
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2020
- 2020-03-12 JP JP2020043524A patent/JP2021142546A/en active Pending
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