JP5265695B2 - 平行なレーザー光を用いて加工片を加工するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともほぼ平行な複数のレーザー光を用いて加工片を加工するための装置であって、各レーザー光を共通の集光面内に集光するための少なくとも１つの集光レンズにより構成されている装置に関する。

このような装置は実際上、平行なレーザー光を用いた、同時に行われる、例えば平行な加工片の加工に使用される。構造が単純である場合、平行な光路を作るために、ビームスプリッタとして少なくとも一つのレーザー光の光路内に反射体が設けられている、レーザー光の一部を透過する鏡が取付けられている。集光レンズを用いて、レーザー光はいずれも共通の集光面内に、すなわち加工片に集光される。

この類の装置は例えば特許文献１により公知である。さらにビームスプリッタを備えた装置は、特許文献２ならびに特許文献３に記載されている。

実際のところ、レーザー光の間隔の、所望な、特に無段階の調節の容易さは、疑問点が多いことを証明している。このため、反射体は、所望の間隔を作るために、他のレーザー光の光路に対して移動可能に構成されていてもよい。

このような解決提案の場合、間隔の変化と同時に関連している、両レーザー光の中間位置（Ｍｉｔｔｅｌｌａｇｅ）の変化は短所であることを証明しており、この中間位置は共通の装置のオーバーラップする移動により調節しなければならない。特に、レーザー光はその都度ずれた分だけ調節しなければならず、このことは実際、相応するように独立した駆動装置を必要とする。

特許文献４には、偏光フィルタが示してあり、この偏光フィルタは電磁波により、異なる直線偏光された照射において分割される。異なる直線偏光された照射の反射の異なる数に応じて、同じ方向への偏向が行なわれる。

特許文献５は、ビームスプリッタに関しており、この場合、反射体の間に設けられた互いに対向している偏向面の方向で、集光面に対して平行な共通平面において各部分光を偏向させるために、部分光各々の光路内にレンズならびに反射体が配置されている。偏向面は各々、集光面に対して４５°の角度だけ傾斜して配置されており、かつ集光面に対して垂直方向に可動に配置されている。このようにして、隣接したレーザー光の相対間隔の無段階式調節は、対称軸線が変化しない場合に達せられる。

米国特許第６１０３９９０号明細書 欧州特許出願公開第０６２４４２４号明細書 米国特許第６９２７１０９号明細書 米国特許出願公開第２００６／００７２２０７号明細書 特開昭５９−２１８２９２号公報

本発明の根底をなす課題は、レーザー光の間隔を変えることを可能にすることと、その際平行なレーザー光の間隔変更に基づき、集光面を変えることであり、従って制御費用を低く抑えることができる。特に間隔の変更はただ１つの駆動装置により実現可能でなければならない。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴による装置により解決される。従属請求項は特に目的にかなった本発明の他の実施形態に関する。

すなわち本発明による装置においては、四つのレーザー光が少なくとも二つのレーザー光対を形成しており、各レーザー光対が対称軸線に対して等しい間隔をおいた二つのレーザー光により形成されており、
集光面内で隣接したレーザー光の相対間隔を調節するために、各レーザー光が、対称軸線の方向で集光レンズと連動して互いに、特に並進的に可動な二つの反射体の反射面で偏向され、
反射体上での第一のレーザー光対のレーザー光の反射の回数が、反射体上での第二のレーザー光対のレーザー光の反射の回数の３倍に相当している。したがって以外な方法で初めて、隣接したレーザー光の相対間隔の無段階式の調節が、対称軸線が変わっていない場合に互いに達せられる。その際、集光面に対する外側のレーザー光による第一の
レーザー光対と、集光面に対する内側のレーザー光による第二のレーザー光対が形成されている。外側のレーザー光対が複数回反射することに基づいて、レーザー光の変化する相対間隔を互いに調節するための、対称軸線からの外側のレーザー光の間隔変化は、対称軸線からの内側のレーザー光の間隔変化に比べて３倍大きい。このようにして、不動の対称軸線を維持するのと同様、レーザー光すべての一致した間隔を互いに確保するとうまくいく。この目的で、少なくとも反射体の反射面が、電動式に移動可能な共通の基本構造を基に構成されていることにより、反射体は対称軸線の方向に互いに移動される。反射面が互いに独立して調節可能に構成されていてもよいことは自明である。さらに、反射体の移動する反射面は独立した構成部材として反射体を形成している一つの機能ユニットにまとめられていてもよいが、あるいは構造ユニット（Ｂａｕｅｉｎｈｅｉｔ）内で互いに接続していてもよい。

本発明の特に有利な実施形態は、第一のレーザー光対のレーザー光が正確に三回および第二のレーザー光対のレーザー光が正確に一回、両反射体の反射面で反射されるように、可動な反射面が構成されていることによっても達せられる。これにより、レーザー光の複数回の反射に基づいた以外に簡単な方法で、対称軸線に対して横方向への移動を３倍にすることが達せられ、このことは一致しているレーザー光すべての間隔を保つための必要な移動値に相当する。

本発明の特に有利な別の実施形態は、少なくとも一つの反射体が、第一のレーザー光対にも、第二のレーザー光対にも割当てられた複数の反射面を備えており、これらの反射面が駆動装置を用いて一緒に可動であることにより達せられる。これにより、特に集光面に向かうレーザー光すべての偏向が同じ反射体で行なわれ、この反射体は構造ユニットとして、そしてまた同時に比較的低価格で製造可能である。

基本的に、本装置は唯一の集光レンズにより構成されており、ビームスプリッタを用いたレーザー光は共通の放射光源から作られる。これに反して、レーザー光（３’，３”，４’，４”）に各々、集光レンズ（５）が割当てられていると特に実際的に適切であり、従って各個別のレーザー光のフォーカス位置は互いに独立して調節可能である。

その際、さらに反射体の反射面が、集光レンズと集光面の間の一定の光路を保障するために、レーザー光に割当てられた集光レンズと一緒に可動に配置されていると特に有利である。これにより、レーザー光の集光位置はいずれも変わっておらず、したがって間隔の変化は加工片の加工時でも問題なく起こりえない。

同様に特に結果を期待させる変形は、各反射体の反射面ならびにレーザー光に割当てられた集光レンズが、一つの構造ユニットにまとめられていることにより達せられる。これにより、各々の間隔を調節するための反射面の共通の移動は実質的に容易になる。

本発明の同様に特に実際適合した別の実施形態は、反射面が集光面と４５°の角度を成している際に達せられ、したがってレーザー光の進路は集光レンズに基づいて、集光面もしくは対称軸線に対して平行かつ垂直に交互に得られる。

その際、反射体はいずれも、互いに９０°の角度を成す少なくとも二つの反射面を備えており、したがって構造上の費用ならびに制御にかかる費用を比較的低く抑えるために、
集光レンズから出射するレーザー光と集光面へ偏向されるレーザー光が平行な直線になっている。

本発明の同様に特に有効な別の変形は、反射体が各々、少なくとも二つの反射面を備えており、この二つの反射面が各々別の反射体の反射面に対して平行に設けられていることにより達せられ、従って集光面に当たる外側のレーザー光は、外部ノイズの影響が目立つことなく、反射面間の領域内で複数回反射される。

反射面は、正確なビーム誘導を確実に行なうために、使用時にはその都度予め設定された位置に固定されている。それにもかかわらず、使用状態で互いに固定した各反射体の反射面は調節可能である。

反射体は双方とも、共通の駆動装置を用いて反対の方向に可動に設けられていてもよい。それに対して、例えば必要なスライドガイドを基にして構造上の費用を減らすために、反射体が不動に構成されている実施形態は特に有利である。その際、可動な反射体の反射面が最低限、一つの構造ユニットにまとめられるのは有利である。

本発明には様々な実施形態が認められている。本発明の根本原理をさらに明確にするために、その一つを図に示し、以下に説明する。

四本の平行なレーザー光が互いに大きな間隔を有している、第１の機能状態にある本発明による装置を示す図である。 平行なレーザー光が互いに小さい間隔を有している、第２の機能状態にある図１に示した装置を示す図である。

加工片２を加工するための本発明による装置１は、図１および２に基き二つの機能状態で詳しく説明してあり、この二つの機能状態において、平行なレーザー光３’，３”，４’，４”は一方では互いに大きな間隔ａ’，ａ”（図１）を、他方では小さな間隔ａ’，ａ”（図２）を有している。装置１は加工片２上の共通の集光面６内でレーザー光３’，３”，４’，４”の焦点を合わせるための、レーザー光３’，３”，４’，４”に各々割当てられた複数の集光レンズ５を備えている。レーザー光３’，３”，４’，４”は、外側の第一レーザー光対３と内側の第二レーザー光対４を形成している。各レーザー光対３，４のレーザー光３’，３”，４’，４”は、各々調節された間隔とは関係なく、対称軸線７に対して等間隔をおいた状態にある。レーザー光３’，３”，４’，４”が各集光レンズ５から出発して加工片５に当たる前に、レーザー光３’，３”，４’，４”は各々、反射面８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”において二つの反射体１３，１４’，１４”により偏向される。その際、中央の不動の反射体１３の反射面８’，８”，９’，９”は構造ユニットを形成しているが、矢印方向Ｘに可動な反射体１４’，１４”は、独立した反射面１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”により形成されている。反射面８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”では、外側の第一レーザー光対３のレーザー光３’，３”が正確に三回偏向され、内側の第二レーザー光対４のレーザー光３’，３”が正確に一回偏向される。この３：１の反射比により、反射体１３，１４’，１４”が対称軸線７に対して平行に矢印方向ｘにΔｘだけ相対移動すると、その３倍分だけ内側のレーザー光４’，４”に比べて外側のレーザー光３’，３”は移動し、その結果として、隣接するレーザー光３’，３”，４’，４”の各々に対するレーザー光３’，３”，４’，４”のすべての間隔ａ’，ａ”が、絶対位置とは関係なく、ａ”＝ａ’＋２Δｘの比率で常に一定である。その際、集光面のずれを防止するために、さらにレーザー光３’，３”，４’，４”に各々割当てられた集光レンズ５は、反射体１４’，１４”の反射面１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”と連動して図示していない駆動装置を用いて共通に可動である。この場合、反射体１４’，１４”の反射面１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”のいずれにも、この反射面に対して平行な、集光面６とその都度４５°の角度をなす他の反射体１３の反射面８’，８”，９’，９”が割当てられており、その際、反射体１３，１４’，１４”はいずれも互いに９０°の角度をなす少なくとも二つの反射面を備えている。

Claims (17)

1. 複数の平行なレーザー光（３’，３”，４’，４”）も用いて加工片（２）を加工するための装置（１）であって、各レーザー光（３’，３”，４’，４”）を共通の集光面（６）内に集光するための少なくとも１つの集光レンズ（５）により構成されている装置（１）において、
   レーザー光（３’，３”，４’，４”）が少なくとも二つのレーザー光対（３，４）を形成しており、各レーザー光対（３，４）が対称軸線（７）に対して等しい間隔をおいた二つのレーザー光（３’，３”，４’，４”）により形成されており、
   集光面（６）内で隣接したレーザー光（３’，３”，４’，４”）の相対間隔（ａ’，ａ”）を調節するために、各レーザー光（３’，３”，４’，４”）が、対称軸線（７）の方向で集光レンズ（５）と連動して互いに可動な二つの反射体（１３，１４’，１４”）の反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）で偏向され、
   反射体（１３，１４’，１４”）上での第一のレーザー光対（３）のレーザー光（３’，３”）の反射の回数が、反射体（１３，１４’，１４”）上での第二のレーザー光対（４）のレーザー光（４’，４”）の反射の回数の３倍に相当しており、
   反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）が対称軸線（７）に対して＋４５°あるいは−４５°の角度を有していることを特徴とする。
2. 集光面（６）に対する外側のレーザー光（３’，３”）による第一のレーザー光対と、集光面（６）に対する内側のレーザー光（４’，４”）による第二のレーザー光対が形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
3. 第一のレーザー光対（３）のレーザー光（３’，３”）が正確に三回および第二のレーザー光対（４）のレーザー光（３’，３”）が正確に一回、両反射体（１３，１４’，１４”）の反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）で反射されるように、可動な反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 少なくとも一つの反射体（１３，１４’，１４”）が、第一のレーザー光対（３）にも、第二のレーザー光対（４）にも割当てられた複数の反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）を備えており、これらの反射面が駆動装置（１）を用いて一緒に可動であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置（１）。
5. レーザー光（３’，３”，４’，４”）には各々、集光レンズ（５）が割当てられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置（１）。
6. 反射体（１３，１４’，１４”）の一つの反射面（８’，８”，９’，９”）が、レーザー光（３’，３”，４’，４”）に割当てられた集光レンズ（５）と接続しており、かつこの集光レンズと一緒に可動に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置（１）。
7. 両反射体（１３，１４’，１４”）の反射面反射面（１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）が、レーザー光（３’，３”，４’，４”）に割当てられた集光レンズ（５）と接続しており、かつこの集光レンズと一緒に可動に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置（１）。
8. 各反射体（１３，１４’，１４”）の反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）ならびにレーザー光（３’，３”，４’，４”）に割当てられた集光レンズ（５）が各々、一つの構造ユニットにまとめられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置（１）。
9. 反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）が集光面（６）と＋４５°もしくは−４５°の角度を成していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置（１）。
10. 反射体（１３，１４’，１４”）がいずれも、互いに９０°の角度を成す少なくとも二つの反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置（１）。
11. 反射体（１３，１４’，１４”）がいずれも、対称軸線（７）に対して＋４５°の角度を有する少なくとも一つの反射面（８”，９’，１０’，１１’，１２”）と、対称軸線（７）に対して−４５°角度を有する少なくとも一つの反射面（８’，９”，１０”，１１”，１２’）を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置（１）。
12. 第一のレーザー光対（３）の第一のレーザー光（３’）が、反射体（１３，１４’，１４”）の−４５°だけ傾斜した二つの反射面（８’，１２’）で正確に一回、そして＋４５°だけ傾斜した二つの反射面（９’，１１’）で正確に二回反射するように、反射面（８’，９’，１１’，１２’）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置（１）。
13. 第一のレーザー光対（３）の第二のレーザー光（３”）が、反射体（１３，１４’，１４”）の＋４５°だけ傾斜した二つの反射面（８”，１２”）で正確に一回、そして−４５°だけ傾斜した二つの反射面（９”，１２”）で正確に二回反射するように、反射面（８”，９”，１１”，１２”）が構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置（１）。
14. 反射体（１３，１４’，１４”）が各々、少なくとも二つの反射面（８’，８”，９’，９”）を備えており、前記反射面が各々他の反射体（１３，１４’，１４”）の反射面（１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）に対して平行に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の装置（１）。
15. 使用状態で互いに不動な各反射体（１３，１４’，１４”）の反射面（８’，８”，９’，９”，１０’，１０”，１１’，１１”，１２’，１２”）の位置が、対称軸線（７）に対して平行な方向に調節可能であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の装置（１）。
16. 少なくとも一つの反射体（１３，１４’，１４”）が不動に構成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の装置（１）。
17. 対称軸線（７）が加工面（６）に対して垂直に設けられていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の装置（１）。

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