JP5868226B2 - Galvano scanner - Google Patents

Galvano scanner Download PDF

Info

Publication number
JP5868226B2
JP5868226B2 JP2012053998A JP2012053998A JP5868226B2 JP 5868226 B2 JP5868226 B2 JP 5868226B2 JP 2012053998 A JP2012053998 A JP 2012053998A JP 2012053998 A JP2012053998 A JP 2012053998A JP 5868226 B2 JP5868226 B2 JP 5868226B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
center line
rotation center
rotating mirror
galvano scanner
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012053998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013186442A (en
Inventor
潤 西牧
潤 西牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2012053998A priority Critical patent/JP5868226B2/en
Priority to KR1020130012663A priority patent/KR20130105333A/en
Priority to CN201310078283.7A priority patent/CN103309032B/en
Publication of JP2013186442A publication Critical patent/JP2013186442A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5868226B2 publication Critical patent/JP5868226B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/47Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light
    • B41J2/471Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light using dot sequential main scanning by means of a light deflector, e.g. a rotating polygonal mirror
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • H04N1/113Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using oscillating or rotating mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、所定の角度範囲内で回転する回転ミラーにより、光ビームを反射するガルバノスキャナに関する。   The present invention relates to a galvano scanner that reflects a light beam by a rotating mirror that rotates within a predetermined angle range.

レーザドリル等において、レーザビームを走査するためにガルバノスキャナが用いられる。ガルバノスキャナは、回転ミラーと、回転ミラーを回転させるモータとを含む。回転ミラーが高速で往復回転すると、回転軸や回転ミラーに変形が生じ、共振現象が発生する。回転ミラーの背面を板状部材で支持して剛性を高めることにより、共振周波数を高くしたガルバノスキャナが特許文献1に開示されている。このガルバノスキャナにおいては、回転軸の軸心が、回転ミラーと板状部材との重心を通るように構成されている。これにより、回転ミラーと板状部材との非対称性に起因する共振が抑制される。    In a laser drill or the like, a galvano scanner is used to scan a laser beam. The galvano scanner includes a rotating mirror and a motor that rotates the rotating mirror. When the rotating mirror reciprocates at high speed, the rotating shaft and the rotating mirror are deformed and a resonance phenomenon occurs. A galvano scanner in which the resonance frequency is increased by supporting the back surface of the rotating mirror with a plate-like member to increase rigidity is disclosed in Patent Document 1. The galvano scanner is configured such that the axis of the rotation shaft passes through the center of gravity of the rotation mirror and the plate-like member. Thereby, the resonance resulting from the asymmetry between the rotating mirror and the plate-like member is suppressed.

特開平7−270701号公報JP 7-270701 A

レーザビームをx方向とy方向との2方向に走査するために、x用とy用の2つのガルバノスキャナが用いられる。2段目のガルバノスキャナに入射するレーザビームは、1段目のガルバノスキャナによって一方向に振られている。このため、2段目のガルバノスキャナの回転ミラーを、1段目のガルバノスキャナの回転ミラーより大きくしなければならない。回転ミラーが大きくなると、慣性モーメントが大きくなるため、応答特性が悪くなる。
本発明の目的は、回転ミラーが大きくなっても、応答特性の低下を抑制することが可能なガルバノスキャナを提供することである。
Two galvanometer scanners for x and y are used to scan the laser beam in two directions, the x direction and the y direction. The laser beam incident on the second-stage galvano scanner is swung in one direction by the first-stage galvano scanner. For this reason, the rotating mirror of the second-stage galvano scanner must be made larger than the rotating mirror of the first-stage galvano scanner. When the rotating mirror is large, the moment of inertia is large, and the response characteristic is deteriorated.
An object of the present invention is to provide a galvano scanner capable of suppressing a decrease in response characteristics even when a rotating mirror becomes large.

本発明の一観点によれば、
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転中心線に平行な反射面を有し、前記反射面の平面形状は、前記回転中心線に関して非対称であり、前記反射面の面内方向に関して、重心が前記回転中心線と重なる位置にある回転ミラーと
前記回転ミラーの背面に形成され、前記回転軸への取り付け箇所から前記回転中心線に沿って先端に向かって伸び、先端に向かって細くなる第1の補強リブと、
前記回転ミラーの背面に形成され、前記第1の補強リブから枝分かれし、前記回転中心線に対して垂直な方向から、前記回転ミラーの先端の方に傾いた方向に伸びる複数の第2の補強リブと
を有し、
前記回転中心線を中心として、前記反射面の一方の第1の領域は、他方の第2の領域より広く、
前記第1の領域と前記第2の領域との間で、前記第2の補強リブの本数、高さ、及び長さの少なくとも1つを異ならせることにより、前記反射面の面内方向に関して、前記回転ミラーの重心を前記回転中心線に重ねているガルバノスキャナが提供される
According to one aspect of the present invention,
A rotation axis;
The reflection surface is attached to the rotation shaft and parallel to the rotation center line of the rotation shaft, and the planar shape of the reflection surface is asymmetric with respect to the rotation center line, and the center of gravity with respect to the in-plane direction of the reflection surface A rotating mirror in a position overlapping the rotation center line ;
A first reinforcing rib formed on the back surface of the rotating mirror, extending from the attachment point to the rotating shaft toward the tip along the rotation center line, and narrowing toward the tip;
A plurality of second reinforcements formed on the back surface of the rotating mirror, branching from the first reinforcing rib, and extending in a direction inclined from the direction perpendicular to the rotation center line toward the tip of the rotating mirror. With ribs
Have
Centering on the rotation center line, one first region of the reflecting surface is wider than the other second region,
By varying at least one of the number, height, and length of the second reinforcing ribs between the first region and the second region, the in-plane direction of the reflecting surface, A galvano scanner is provided in which the center of gravity of the rotating mirror is superimposed on the center of rotation .

反射面の平面形状を、回転中心線に関して非対称とすることにより、所望の領域にのみ反射面を確保し、小型化を図ることが可能になる。反射面の形状を非対称にしても、重心を回転中心線上に位置させることにより、倒れモードの励振を抑制することができる。   By making the planar shape of the reflecting surface asymmetric with respect to the rotation center line, it is possible to secure the reflecting surface only in a desired region and reduce the size. Even if the shape of the reflecting surface is asymmetrical, the excitation of the fall mode can be suppressed by positioning the center of gravity on the rotation center line.

図1は、実施例1によるガルバノスキャナを用いたレーザドリルの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a laser drill using a galvano scanner according to the first embodiment. 図2Aは、実施例1によるガルバノスキャナの側面図であり、図2Bは、回転ミラーの正面図であり、図2Cは、回転ミラーの背面図である。2A is a side view of the galvano scanner according to the first embodiment, FIG. 2B is a front view of the rotating mirror, and FIG. 2C is a rear view of the rotating mirror. 図3Aは、実施例1によるガルバノスキャナの側面図であり、図3Bは、回転ミラーの断面図である。FIG. 3A is a side view of the galvano scanner according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a rotating mirror. 図4A及び図4Bは、シミュレーション対象のガルバノスキャナの概略図であり、図4Cは、シミュレーション結果を示すグラフである。4A and 4B are schematic views of a galvano scanner to be simulated, and FIG. 4C is a graph showing a simulation result. 図5A及び図5Bは、シミュレーション対象のガルバノスキャナの概略図であり、図5Cは、シミュレーション結果を示すグラフである。5A and 5B are schematic views of a galvano scanner to be simulated, and FIG. 5C is a graph showing a simulation result. 図6A及び図6Bは、それぞれ実施例1の変形例によるガルバノスキャナの回転ミラーの正面図及び背面図である。6A and 6B are a front view and a rear view of a rotating mirror of a galvano scanner according to a modification of the first embodiment, respectively. 図7A及び図7Bは、それぞれ実施例2によるガルバノスキャナの回転ミラーの正面図及び背面図である。7A and 7B are a front view and a rear view of a rotating mirror of the galvano scanner according to the second embodiment, respectively.

[実施例1]
図1に、実施例1によるガルバノスキャナを用いたレーザドリルの概略図を示す。レーザ光源10から出射したレーザビームが、ベンディングミラー11、1段目のガルバノスキャナ12、2段目のガルバノスキャナ13、及びfθレンズ14を経由して、加工対象物15に入射する。なお、必要に応じて、ビームエキスパンダ、マスク、レンズ等が配置される。加工対象物15の表面をxy面とするxy直交座標系を定義する。
[Example 1]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser drill using the galvano scanner according to the first embodiment. A laser beam emitted from the laser light source 10 enters the workpiece 15 via the bending mirror 11, the first-stage galvano scanner 12, the second-stage galvano scanner 13, and the fθ lens 14. In addition, a beam expander, a mask, a lens, etc. are arrange | positioned as needed. An xy orthogonal coordinate system in which the surface of the workpiece 15 is the xy plane is defined.

1段目のガルバノスキャナ12は、加工対象物15の表面において、レーザビームの入射点をx方向に移動させる。1段目のガルバノスキャナ12によってレーザビームの進行方向が振られると、2段目のガルバノスキャナ13の回転ミラー20への入射点がx方向に移動する。2段目のガルバノスキャナ13は、加工対象物15の表面において、レーザビームの入射点をy方向に移動させる。fθレンズ14は、加工対象物15の表面に、レーザビームを集光して垂直入射させる。   The first-stage galvano scanner 12 moves the incident point of the laser beam in the x direction on the surface of the workpiece 15. When the traveling direction of the laser beam is changed by the first-stage galvano scanner 12, the incident point on the rotary mirror 20 of the second-stage galvano scanner 13 moves in the x direction. The second-stage galvano scanner 13 moves the incident point of the laser beam in the y direction on the surface of the workpiece 15. The fθ lens 14 condenses the laser beam on the surface of the workpiece 15 and vertically enters the laser beam.

図2Aに、2段目のガルバノスキャナ13の概略側面図を示す。回転軸21の一端に、固定具24を介して回転ミラー20が固定されている。回転軸21の他端には、エンコーダ22が取り付けられている。モータ23が、回転軸21の中央部分にトルクを発生させる。回転軸21は、モータ23の両側において、軸受26により回転可能に支持されている。回転軸21、回転ミラー20、及びエンコーダ22が、回転中心線31を中心として、所定の範囲内で往復回転する。   FIG. 2A shows a schematic side view of the second-stage galvano scanner 13. The rotary mirror 20 is fixed to one end of the rotary shaft 21 via a fixture 24. An encoder 22 is attached to the other end of the rotating shaft 21. The motor 23 generates torque at the central portion of the rotating shaft 21. The rotating shaft 21 is rotatably supported by bearings 26 on both sides of the motor 23. The rotary shaft 21, the rotary mirror 20, and the encoder 22 reciprocate within a predetermined range around the rotation center line 31.

図2Bに、回転ミラー20の反射面20Aに正対したときの回転ミラー20の正面図を示す。反射面20Aは、回転中心線31に対して平行である。1段目のガルバノスキャナ12(図1)でレーザビームを走査すると、反射面20A上で、レーザビームのビーム断面30が、回転中心線31に沿って移動する。反射面20Aが、入射レーザビームの進行方向に対して傾いているため、レーザビームを反射面20Aで切り取ったビーム断面30は楕円になる。1段目のガルバノスキャナ12(図1)でレーザビームを一方の端まで振った時のビーム断面30Aの長軸と、他方の端まで振った時のビーム断面30Bの長軸と
は、回転中心線31に対して反対方向に傾く。
FIG. 2B shows a front view of the rotating mirror 20 when facing the reflecting surface 20 </ b> A of the rotating mirror 20. The reflection surface 20 </ b> A is parallel to the rotation center line 31. When the laser beam is scanned by the first-stage galvano scanner 12 (FIG. 1), the beam cross section 30 of the laser beam moves along the rotation center line 31 on the reflection surface 20A. Since the reflecting surface 20A is inclined with respect to the traveling direction of the incident laser beam, the beam cross section 30 obtained by cutting the laser beam at the reflecting surface 20A becomes an ellipse. The major axis of the beam section 30A when the laser beam is swung to one end by the first-stage galvano scanner 12 (FIG. 1) and the major axis of the beam section 30B when the laser beam is swung to the other end are the center of rotation. It tilts in the opposite direction with respect to the line 31.

反射面20Aは、1段目のガルバノスキャナ12(図1)でレーザビームを振ったときに、ビーム断面30が移動する領域の外形よりもやや大きな外形を有する。例えば、反射面20Aの外形は、回転中心線31に平行な一対の直線部分と、一対の直線部分の端部同士を接続する曲線部分とを含む。一対の直線部分の長さは、相互に異なる。曲線部分は、直線部分になめらかに接続され、外側に向かって凸の形状を有する。言い換えると、反射面20Aは、台形の一対の斜辺を外側にふくらませた形状を有する。   The reflecting surface 20A has an outer shape slightly larger than the outer shape of the region in which the beam section 30 moves when the laser beam is shaken by the first-stage galvano scanner 12 (FIG. 1). For example, the outer shape of the reflection surface 20A includes a pair of straight line portions parallel to the rotation center line 31 and a curved line portion connecting the ends of the pair of straight line portions. The lengths of the pair of straight line portions are different from each other. The curved portion is smoothly connected to the straight portion and has a convex shape toward the outside. In other words, the reflection surface 20A has a shape in which a pair of trapezoidal hypotenuses is expanded outward.

反射面20Aの外形を、ビーム断面30の移動範囲の外形よりやや大きくしたのは、光学系の取付け誤差、回転ミラー20の製造上のばらつき等を吸収するためのマージンを確保するためである。回転ミラー20の縁に、把持部43が設けられている。把持部43が固定具24(図2A)で把持されることにより、回転ミラー20が回転軸21に固定される。   The reason why the outer shape of the reflecting surface 20A is slightly larger than the outer shape of the moving range of the beam cross section 30 is to secure a margin for absorbing an installation error of the optical system, manufacturing variations of the rotating mirror 20, and the like. A grip 43 is provided on the edge of the rotating mirror 20. The rotary mirror 20 is fixed to the rotary shaft 21 by holding the grip portion 43 with the fixture 24 (FIG. 2A).

ビーム断面30Aと30Bとが、回転中心線31に対して相互に反対向きに傾いているため、反射面20Aの外形は、回転中心線31に対して非対称になる。より具体的には、回転中心線31を中心として、反射面20Aの一方の領域は、他方の領域より広い。このため、回転ミラー20を均一な厚さにすると、回転ミラー20の重心Gが、回転中心線31からずれてしまう。実施例1においては、後述するように、反射面20Aの面内方向に関して、回転ミラー20の重心Gが回転中心線31上に位置する構成とされている。   Since the beam cross sections 30 </ b> A and 30 </ b> B are inclined in directions opposite to each other with respect to the rotation center line 31, the outer shape of the reflection surface 20 </ b> A is asymmetric with respect to the rotation center line 31. More specifically, one region of the reflecting surface 20A is wider than the other region with the rotation center line 31 as the center. For this reason, when the rotating mirror 20 has a uniform thickness, the center of gravity G of the rotating mirror 20 is displaced from the rotation center line 31. In the first embodiment, as described later, the center of gravity G of the rotary mirror 20 is positioned on the rotation center line 31 in the in-plane direction of the reflection surface 20A.

図2Cに、回転ミラー20の背面図を示す。回転ミラー20の背面20Bに、剛性を高めるための第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42が設けられている。第1の補強リブ41は、把持部43から、回転中心線31に沿って、回転ミラー20の先端に向かって伸びる。第1の補強リブ41の幅は、先端に向かって細くなっている。   FIG. 2C shows a rear view of the rotating mirror 20. A first reinforcing rib 41 and a second reinforcing rib 42 for increasing the rigidity are provided on the back surface 20B of the rotating mirror 20. The first reinforcing rib 41 extends from the grip portion 43 along the rotation center line 31 toward the tip of the rotating mirror 20. The width of the first reinforcing rib 41 is narrowed toward the tip.

第2の補強リブ42が第1の補強リブ41から枝分かれしている。第2の補強リブ42は、回転中心線31に対して垂直な方向から、回転ミラー20の先端の方向に傾いた斜め方向に伸びる。回転中心線31を中心として、反射面20Aの面積が相対的に大きな側に配置される第2の補強リブ42の本数(図2Cにおいて2本)が、反射面20Aの面積が相対的に小さな側に配置される第2の補強リブ42の本数(図2Cにおいて3本)より少ない。第2の補強リブ42の本数を調節することにより、反射面20Aの面内方向に関して、回転ミラー20の重心を回転中心線31上に位置させることができる。   The second reinforcing rib 42 branches off from the first reinforcing rib 41. The second reinforcing rib 42 extends in a diagonal direction inclined from the direction perpendicular to the rotation center line 31 toward the tip of the rotary mirror 20. The number of the second reinforcing ribs 42 (two in FIG. 2C) arranged on the side where the area of the reflecting surface 20A is relatively large with the rotation center line 31 as the center is relatively small. The number of the second reinforcing ribs 42 arranged on the side is smaller than the number of the second reinforcing ribs (three in FIG. 2C). By adjusting the number of the second reinforcing ribs 42, the center of gravity of the rotating mirror 20 can be positioned on the rotation center line 31 in the in-plane direction of the reflecting surface 20A.

第2の補強リブ42の本数を調整する代わりに、第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42の高さを不均一にすることにより、反射面20Aの面内方向に関して、回転中心線31が重心Gを通過するようにしてもよい。一例として、反射面20Aの面積が相対的に大きな側に配置される第2の補強リブ42を、反射面20Aの面積が相対的に小さな側に配置される第2の補強リブ42より低くしてもよい。その他に、反射面20Aの面積が相対的に大きな側に配置される第2の補強リブ42を、反射面20Aの面積が相対的に小さな側に配置される第2の補強リブ42より短くしてもよい。   Instead of adjusting the number of the second reinforcing ribs 42, the heights of the first reinforcing ribs 41 and the second reinforcing ribs 42 are made nonuniform so that the center line of rotation in the in-plane direction of the reflecting surface 20A can be obtained. 31 may pass through the center of gravity G. As an example, the second reinforcing rib 42 disposed on the side where the area of the reflecting surface 20A is relatively large is made lower than the second reinforcing rib 42 disposed on the side where the area of the reflecting surface 20A is relatively small. May be. In addition, the second reinforcing rib 42 disposed on the side where the area of the reflecting surface 20A is relatively large is made shorter than the second reinforcing rib 42 disposed on the side where the area of the reflecting surface 20A is relatively small. May be.

回転ミラー20の材料として、例えばベリリウムが用いられる。回転ミラー20を作製する際には、まず、ベリリウムの粉体を焼結することにより、最終形状に近い形状の構造物を得る。その後、この構造物の表面を削って形状を調整することにより、回転ミラー20が作製される。   For example, beryllium is used as the material of the rotating mirror 20. When the rotating mirror 20 is manufactured, first, a beryllium powder is sintered to obtain a structure having a shape close to the final shape. Then, the rotating mirror 20 is produced by cutting the surface of the structure and adjusting the shape.

図3Aに、2段目のガルバノスキャナ13の回転ミラー20を、図2Aの状態から90°回転させた状態の概略側面図を示す。回転ミラー20の把持部43が、固定具24に挟
まれて回転軸21に固定されている。回転ミラー20と固定具24とは、例えば接着剤により相互に固定される。背面20Bに、第1の補強リブ41が形成されている。
FIG. 3A is a schematic side view showing a state in which the rotary mirror 20 of the second-stage galvano scanner 13 is rotated by 90 ° from the state shown in FIG. 2A. A gripping portion 43 of the rotating mirror 20 is fixed to the rotating shaft 21 by being sandwiched between fixing tools 24. The rotating mirror 20 and the fixture 24 are fixed to each other by an adhesive, for example. A first reinforcing rib 41 is formed on the back surface 20B.

図3Bに、回転ミラー20及び固定具24の断面図を示す。背面20Bから反射面20Aまでの高さよりも、背面20Bから第1の補強リブ41の上面(図3Bにおいては、下側を向く面)までの高さの方が高い。回転ミラー20の重心Gは、背面20Bに関して反射面20Aとは反対側に位置する。第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42(図2C)の高さを調整することにより、回転ミラー20の厚さ方向に関して重心Gの位置を調整することができる。実施例1においては、回転中心線31が重心Gを通過するように、第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42の高さが設定されている。   FIG. 3B shows a cross-sectional view of the rotating mirror 20 and the fixture 24. The height from the back surface 20B to the upper surface of the first reinforcing rib 41 (the surface facing downward in FIG. 3B) is higher than the height from the back surface 20B to the reflecting surface 20A. The center of gravity G of the rotating mirror 20 is located on the opposite side of the reflecting surface 20A with respect to the back surface 20B. By adjusting the heights of the first reinforcing rib 41 and the second reinforcing rib 42 (FIG. 2C), the position of the center of gravity G can be adjusted in the thickness direction of the rotary mirror 20. In the first embodiment, the heights of the first reinforcing rib 41 and the second reinforcing rib 42 are set so that the rotation center line 31 passes through the center of gravity G.

従来は、反射面20Aの形状が、回転中心線31に関して対称であった。このため、回転中心線31を中心として、両側の反射面20Aの各々を、図2Bに示した相対的に大きな方の反射面20Aと同一か、それよりも大きくしなければならない。従って、回転ミラー20の重量が重くなってしまう。実施例1のように、反射面20Aの形状を回転中心線31に関して非対称にすることにより、回転ミラー20の小型化、及び軽量化を図ることができる。   Conventionally, the shape of the reflection surface 20 </ b> A is symmetric with respect to the rotation center line 31. For this reason, it is necessary to make each of the reflecting surfaces 20A on both sides around the rotation center line 31 the same as or larger than the relatively larger reflecting surface 20A shown in FIG. 2B. Therefore, the weight of the rotary mirror 20 becomes heavy. By making the shape of the reflecting surface 20 </ b> A asymmetric with respect to the rotation center line 31 as in the first embodiment, the rotating mirror 20 can be reduced in size and weight.

図4A〜図4Cを参照して、実施例1によるガルバノスキャナの効果について説明する。図4A及び図4Bに示すガルバノスキャナの応答特性を、シミュレーションにより求めた。図4Aに示したガルバノスキャナは、上述の実施例1によるガルバノスキャナと同一の構成を有する。図4Bに示したガルバノスキャナは、回転ミラー20の先端において、軸受27により支持されている。すなわち、回転軸21を支持する2つの軸受26と、回転ミラー20を、その先端で支持する軸受27との3点で、回転軸21が支持される。これに対して、図4Aに示したガルバノスキャナの回転軸21は、2点で支持される。   The effect of the galvano scanner according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4C. The response characteristics of the galvano scanner shown in FIGS. 4A and 4B were obtained by simulation. The galvano scanner shown in FIG. 4A has the same configuration as the galvano scanner according to the first embodiment. The galvano scanner shown in FIG. 4B is supported by a bearing 27 at the tip of the rotating mirror 20. That is, the rotary shaft 21 is supported at three points: two bearings 26 that support the rotary shaft 21 and a bearing 27 that supports the rotary mirror 20 at its tip. On the other hand, the rotating shaft 21 of the galvano scanner shown in FIG. 4A is supported at two points.

回転軸を3点で支持する構成を採用すると、3個の軸受の軸受中心がずれた場合に、曲げモードの振動が励振される。2点で回転軸21を支持することにより、曲げモードの励振が抑制される。ただし、回転ミラー20の先端を開放端とすると、回転ミラー20の重心が回転中心線からずれたときに、倒れモードの振動が励振され易くなる。   When a configuration in which the rotating shaft is supported at three points is adopted, bending mode vibration is excited when the bearing centers of the three bearings are displaced. By supporting the rotating shaft 21 at two points, bending mode excitation is suppressed. However, if the tip of the rotary mirror 20 is an open end, the vibration in the tilting mode is easily excited when the center of gravity of the rotary mirror 20 deviates from the rotation center line.

図4Cに、利得と位相の速度開ループ周波数応答特性の、有限要素法による解析結果を示す。横軸は周波数を対数目盛で表し、左縦軸は利得を単位「dB」で表し、右縦軸は位相を単位「度」で表す。開ループ周波数応答特性の入力は、モータ23に与える正弦波電流であり、出力はモータ23の回転速度である。実線4Aは、図4Aに示した2点支持のガルバノスキャナの応答特性を示し、破線4Bは、図4Bに示した3点支持のガルバノスキャナの応答特性を示す。2点支持のガルバノスキャナにおいても、反共振点より低い周波数領域において、共振は生じていない。すなわち、倒れモードの共振は発生していない。これは、図2B、図2C、図3Bに示したように、回転ミラー20の重心Gを、回転中心線31上に位置させたことによる。   FIG. 4C shows the analysis result of the gain and phase velocity open loop frequency response characteristics by the finite element method. The horizontal axis represents frequency in a logarithmic scale, the left vertical axis represents gain in units of “dB”, and the right vertical axis represents phase in units of “degrees”. The input of the open loop frequency response characteristic is a sine wave current applied to the motor 23, and the output is the rotational speed of the motor 23. A solid line 4A indicates the response characteristic of the two-point supported galvano scanner shown in FIG. 4A, and a broken line 4B indicates the response characteristic of the three-point supported galvano scanner shown in FIG. 4B. In the two-point supported galvano scanner, resonance does not occur in a frequency region lower than the antiresonance point. That is, no fall mode resonance occurs. This is because the center of gravity G of the rotating mirror 20 is positioned on the rotation center line 31 as shown in FIGS. 2B, 2C, and 3B.

次に、図5A〜図5Cを参照して、回転ミラー20を小型化することの効果について説明する。図5A及び図5Bに示すガルバノスキャナの応答特性をシミュレーションにより求めた。   Next, the effect of reducing the size of the rotating mirror 20 will be described with reference to FIGS. 5A to 5C. Response characteristics of the galvano scanner shown in FIGS. 5A and 5B were obtained by simulation.

図5Aに示したガルバノスキャナは、上記実施例1のガルバノスキャナと同一の構成を有し、回転ミラー20の反射面20Aが回転中心線31に関して非対称である。図5Bに示したガルバノスキャナの回転ミラー20の反射面は、回転中心線31に関して対称である。このため、図5Bに示した回転ミラー20は、図5Aに示した回転ミラー20よりも重い。   The galvano scanner shown in FIG. 5A has the same configuration as the galvano scanner of the first embodiment, and the reflecting surface 20A of the rotating mirror 20 is asymmetric with respect to the rotation center line 31. The reflecting surface of the rotating mirror 20 of the galvano scanner shown in FIG. 5B is symmetric with respect to the rotation center line 31. For this reason, the rotating mirror 20 shown in FIG. 5B is heavier than the rotating mirror 20 shown in FIG. 5A.

図5Cに、利得と位相の速度開ループ周波数応答特性の、有限要素法による解析結果を示す。横軸及び縦軸は、図4Cに示したグラフの横軸及び縦軸と同一である。図5Aに示したガルバノスキャナの反共振点の周波数が、図5Bに示したガルバノスキャナの反共振点の周波数より高いことがわかる。これは、回転ミラー20を小型化したことによって、慣性モーメントが低減したためである。   FIG. 5C shows the analysis result by the finite element method of the gain and phase velocity open loop frequency response characteristics. The horizontal and vertical axes are the same as the horizontal and vertical axes of the graph shown in FIG. 4C. It can be seen that the frequency of the antiresonance point of the galvano scanner shown in FIG. 5A is higher than the frequency of the antiresonance point of the galvano scanner shown in FIG. 5B. This is because the moment of inertia is reduced by downsizing the rotary mirror 20.

上記実施例1では、図2Bに示したように、1段目のガルバノスキャナ12でレーザビームを走査したとき、レーザビームのビーム断面30が、2段目のガルバノスキャナ13の回転中心線31と平行な方向に移動した。1段目及び2段目のガルバノスキャナ12、13の姿勢によっては、ビーム断面30の移動方向が、回転中心線31と平行にならない場合もある。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2B, when the laser beam is scanned by the first stage galvano scanner 12, the beam cross section 30 of the laser beam becomes the rotation center line 31 of the second stage galvano scanner 13. Moved in parallel direction. Depending on the postures of the first and second galvano scanners 12 and 13, the moving direction of the beam section 30 may not be parallel to the rotation center line 31.

図6Aに、ビーム断面30の移動方向と、回転中心線31とが平行ではない場合の回転ミラー20の正面図を示す。反射面20Aの外形の直線部分が、回転中心線31に対してやや傾いている。この場合でも、後述するように、回転ミラー20の重心Gが回転中心線31上に位置する構成とされている。   FIG. 6A shows a front view of the rotating mirror 20 when the moving direction of the beam cross section 30 and the rotation center line 31 are not parallel. The linear portion of the outer shape of the reflecting surface 20 </ b> A is slightly inclined with respect to the rotation center line 31. Even in this case, the center of gravity G of the rotary mirror 20 is positioned on the rotation center line 31 as described later.

図6Bに、回転ミラー20の背面図を示す。第1の補強リブ41は、ビーム断面30(図6A)の移動方向ではなく、回転中心線31に沿って伸びる。第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42の平面形状及び高さは、重心Gが回転中心線31上に位置するように設定されている。   FIG. 6B shows a rear view of the rotating mirror 20. The first reinforcing rib 41 extends along the rotation center line 31 instead of the moving direction of the beam cross section 30 (FIG. 6A). The planar shape and height of the first reinforcing rib 41 and the second reinforcing rib 42 are set so that the center of gravity G is positioned on the rotation center line 31.

[実施例2]
図7A及び図7Bに、それぞれ実施例2によるガルバノスキャナの回転ミラーの正面図及び背面図を示す。以下、上記実施例1によるガルバノスキャナとの相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 2]
7A and 7B are a front view and a rear view of a rotating mirror of the galvano scanner according to the second embodiment, respectively. Hereinafter, differences from the galvano scanner according to the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.

図7Aに示すように、実施例2によるガルバノスキャナの回転ミラー20の反射面20Aは、回転中心線31に関して対称である。図7Bに示すように、第1の補強リブ41は、実施例1の場合と同様に、把持部43から回転中心線31に沿って伸び、先端に向かって細くなる。第2の補強リブ42は、実施例1の場合と同様に、第1の補強リブ41から枝分かれしている。また、第2の補強リブ42は、回転中心線31に対して垂直な方向から、回転ミラー20の先端の方に向かって傾斜した方向に伸びる。第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42は、回転中心線31に関して対称な平面形状を有する。反射面20Aが回転中心線31に関して対称であり、かつ第1の補強リブ41及び第2の補強リブ42も、回転中心線31に関して対称であるため、反射面20Aの面内方向に関して、回転ミラー20の重心Gは、回転中心線31上に位置する。   As shown in FIG. 7A, the reflecting surface 20 </ b> A of the rotating mirror 20 of the galvano scanner according to the second embodiment is symmetric with respect to the rotation center line 31. As shown in FIG. 7B, the first reinforcing rib 41 extends from the grip portion 43 along the rotation center line 31 and becomes narrower toward the tip, as in the case of the first embodiment. The second reinforcing rib 42 branches off from the first reinforcing rib 41 as in the case of the first embodiment. Further, the second reinforcing rib 42 extends from a direction perpendicular to the rotation center line 31 in a direction inclined toward the tip of the rotary mirror 20. The first reinforcing rib 41 and the second reinforcing rib 42 have a planar shape that is symmetric with respect to the rotation center line 31. Since the reflecting surface 20A is symmetric with respect to the rotation center line 31, and the first reinforcing rib 41 and the second reinforcing rib 42 are also symmetric with respect to the rotation center line 31, the rotating mirror is in the in-plane direction of the reflecting surface 20A. The center of gravity G of 20 is located on the rotation center line 31.

第1の補強リブ41が、把持部43から先端に向かって細くなっているため、等幅である場合に比べて、慣性モーメントが小さくなる。このため、応答特性を改善することができる。特に、先端が相対的に軽いため、先端を軸受で支持することなく、自由端とすることができる。これにより、曲げモードの振動の励振を抑制することができる。   Since the 1st reinforcement rib 41 is thin toward the front-end | tip from the holding part 43, an inertia moment becomes small compared with the case where it is equal width. For this reason, response characteristics can be improved. In particular, since the tip is relatively light, the tip can be a free end without being supported by a bearing. Thereby, the excitation of the vibration of a bending mode can be suppressed.

上記実施例1及び実施例2では、回転ミラー20の重心Gが、回転中心線31上に位置する例を示した。ただし、機械加工精度のばらつきにより、重心Gが回転中心線31からわずかにずれる場合もある。回転中心線31から重心Gまでのずれが100μm以下であれば、実質的に重心Gが回転中心線31上に位置しているといえる。   In the first embodiment and the second embodiment, an example in which the center of gravity G of the rotary mirror 20 is located on the rotation center line 31 is shown. However, the center of gravity G may slightly shift from the rotation center line 31 due to variations in machining accuracy. If the deviation from the rotation center line 31 to the center of gravity G is 100 μm or less, it can be said that the center of gravity G is substantially located on the rotation center line 31.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 レーザ光源
11 ベンディングミラー
12 1段目のガルバノスキャナ
13 2段目のガルバノスキャナ
14 fθレンズ
15 加工対象物
20 回転ミラー
20A 反射面
20B 背面
21 回転軸
22 エンコーダ
23 モータ
24 固定具
26、27 軸受
30、30A、30B ビーム断面
31 回転中心線
41 第1の補強リブ
42 第2の補強リブ
43 把持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light source 11 Bending mirror 12 First-stage galvano scanner 13 Second-stage galvano scanner 14 fθ lens 15 Work object 20 Rotating mirror 20A Reflecting surface 20B Rear surface 21 Rotating shaft 22 Encoder 23 Motor 24 Fixing tool 26, 27 Bearing 30 , 30A, 30B Beam cross section 31 Rotation center line 41 First reinforcing rib 42 Second reinforcing rib 43 Grip portion

Claims (3)

回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転中心線に平行な反射面を有し、前記反射面の平面形状は、前記回転中心線に関して非対称であり、前記反射面の面内方向に関して、重心が前記回転中心線と重なる位置にある回転ミラーと
前記回転ミラーの背面に形成され、前記回転軸への取り付け箇所から前記回転中心線に沿って先端に向かって伸び、先端に向かって細くなる第1の補強リブと、
前記回転ミラーの背面に形成され、前記第1の補強リブから枝分かれし、前記回転中心線に対して垂直な方向から、前記回転ミラーの先端の方に傾いた方向に伸びる複数の第2の補強リブと
を有し、
前記回転中心線を中心として、前記反射面の一方の第1の領域は、他方の第2の領域より広く、
前記第1の領域と前記第2の領域との間で、前記第2の補強リブの本数、高さ、及び長さの少なくとも1つを異ならせることにより、前記反射面の面内方向に関して、前記回転ミラーの重心を前記回転中心線に重ねているガルバノスキャナ。
A rotation axis;
The reflection surface is attached to the rotation shaft and parallel to the rotation center line of the rotation shaft, and the planar shape of the reflection surface is asymmetric with respect to the rotation center line, and the center of gravity with respect to the in-plane direction of the reflection surface A rotating mirror in a position overlapping the rotation center line ;
A first reinforcing rib formed on the back surface of the rotating mirror, extending from the attachment point to the rotating shaft toward the tip along the rotation center line, and narrowing toward the tip;
A plurality of second reinforcements formed on the back surface of the rotating mirror, branching from the first reinforcing rib, and extending in a direction inclined from the direction perpendicular to the rotation center line toward the tip of the rotating mirror. With ribs
Have
Centering on the rotation center line, one first region of the reflecting surface is wider than the other second region,
By varying at least one of the number, height, and length of the second reinforcing ribs between the first region and the second region, the in-plane direction of the reflecting surface, A galvano scanner in which the center of gravity of the rotating mirror is superimposed on the rotation center line .
前記反射面に垂直な厚さ方向に関して、前記回転ミラーの重心が前記回転中心線と重なる位置にある請求項1に記載のガルバノスキャナ。   2. The galvano scanner according to claim 1, wherein the center of gravity of the rotary mirror overlaps the rotation center line with respect to a thickness direction perpendicular to the reflecting surface. 前記回転ミラーの先端は自由端とされている請求項1または2に記載のガルバノスキャナ。
The tip of the rotating mirror optical scanner according to claim 1 or 2 which is a free end.
JP2012053998A 2012-03-12 2012-03-12 Galvano scanner Active JP5868226B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012053998A JP5868226B2 (en) 2012-03-12 2012-03-12 Galvano scanner
KR1020130012663A KR20130105333A (en) 2012-03-12 2013-02-05 Galvano scanner
CN201310078283.7A CN103309032B (en) 2012-03-12 2013-03-12 Galvano scanner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012053998A JP5868226B2 (en) 2012-03-12 2012-03-12 Galvano scanner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013186442A JP2013186442A (en) 2013-09-19
JP5868226B2 true JP5868226B2 (en) 2016-02-24

Family

ID=49134434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012053998A Active JP5868226B2 (en) 2012-03-12 2012-03-12 Galvano scanner

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5868226B2 (en)
KR (1) KR20130105333A (en)
CN (1) CN103309032B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019105747A1 (en) 2017-11-30 2019-06-06 Trumpf Laser Gmbh Scanning mirror, mirror holder and scanning mirror unit for a laser scanning system

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016074486A1 (en) * 2014-11-14 2016-05-19 广州创乐激光设备有限公司 Anti-shake structure for laser marking vibration lens and vibration lens cavity comprising same
JP6664502B2 (en) * 2016-09-13 2020-03-13 三菱電機株式会社 Galvano scanner
KR101941580B1 (en) 2017-09-29 2019-01-24 휴멘 주식회사 Apparatus for measuring surface profile
KR101941579B1 (en) 2017-09-29 2019-01-24 휴멘 주식회사 Apparatus for measuring surface profile and control method of thereof
DE102018205786A1 (en) * 2018-04-17 2019-10-17 Trumpf Laser Gmbh Scanner mirror, scanner device and irradiation device
JP2020052231A (en) * 2018-09-27 2020-04-02 住友重機械工業株式会社 Mirror for galvano scanner
DE102020200270A1 (en) * 2020-01-10 2021-07-15 AM App GmbH Mirror with mirror holder and mirror rotor in lightweight construction and component or body in lightweight construction with internal stiffening rib structure
CN112269261A (en) * 2020-09-30 2021-01-26 广州新可激光设备有限公司 Manufacturing process of high-speed reciprocating rotary galvanometer

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3381196B2 (en) * 1991-11-29 2003-02-24 オムロン株式会社 Optical scanner
JPH07270701A (en) * 1994-03-31 1995-10-20 Victor Co Of Japan Ltd Scanner
JP2981600B2 (en) * 1996-01-17 1999-11-22 オムロン株式会社 Optical scanner and optical sensor device using the same
JP3531554B2 (en) * 1999-10-21 2004-05-31 松下電器産業株式会社 Optical mirror, optical scanner and laser processing machine
JP4099135B2 (en) * 2003-10-31 2008-06-11 三菱電機株式会社 Manufacturing method of reflection mirror
JP2006010715A (en) * 2004-05-21 2006-01-12 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Mems mirror scanner
CN100451725C (en) * 2005-01-05 2009-01-14 日本电信电话株式会社 Mirror device, mirror array, optical switch, and manufacturing method thereof
US20070291382A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-20 Pinard Adam I Mirror mounting structures and methods employing shape memory materials for limited rotation motors and scanners
JP4961870B2 (en) * 2006-07-18 2012-06-27 オムロン株式会社 Optical scanning device
JP2008221254A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Sharp Corp Laser beam machining apparatus
JP5157835B2 (en) * 2008-11-12 2013-03-06 セイコーエプソン株式会社 Image display device
US8107147B2 (en) * 2009-03-27 2012-01-31 Microvision, Inc. Two-mirror scanning system
JP5614167B2 (en) * 2010-08-18 2014-10-29 株式会社リコー Optical deflector, optical scanning device, image forming apparatus, and image projecting apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019105747A1 (en) 2017-11-30 2019-06-06 Trumpf Laser Gmbh Scanning mirror, mirror holder and scanning mirror unit for a laser scanning system
DE102017128356A1 (en) 2017-11-30 2019-06-06 Trumpf Laser Gmbh Scan mirror, mirror holder and scanning mirror unit for a laser scanning system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013186442A (en) 2013-09-19
KR20130105333A (en) 2013-09-25
CN103309032A (en) 2013-09-18
CN103309032B (en) 2015-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5868226B2 (en) Galvano scanner
JP4875184B2 (en) Tool holder with variable tool rotation radius, machine tool equipped with the tool, and machining method using the machine tool
US11420288B2 (en) Laser machining systems and methods
US9244273B2 (en) Z-axis focusing beam brush device and associated methods
JP2010128116A (en) Optical scanner
CN110398795B (en) Scanning mirror, scanning device, and irradiation device
TW201233481A (en) Method and apparatus for reducing taper of laser scribes
JP4099135B2 (en) Manufacturing method of reflection mirror
CN113404812B (en) Small flexible supporting structure for fast reflecting mirror and forming method
JP2011154196A (en) Galvano scanner and laser beam machining device
JP6668126B2 (en) MEMS device
KR102025275B1 (en) Apparatus for processing laser apertures
KR20060058110A (en) Mirror comprising a diamond substrate for a deflection unit in a laser system, method for the producti0n thereof, and deflection unit for a laser system
JP5876345B2 (en) Optical deflector
US20170067731A1 (en) Linear-Motion Stage
JP5031759B2 (en) System, method and apparatus for converting and joining a precursor subcomponent to a unitary monolith
JP2727379B2 (en) Laser robot control method
JP2006010715A (en) Mems mirror scanner
JP4251791B2 (en) Laser processing equipment
JP2020052231A (en) Mirror for galvano scanner
JP7033368B1 (en) A method for manufacturing a mold for a retroreflective optical element and a method for manufacturing a retroreflective optical element.
CN213531208U (en) Laser processing apparatus
JP2012148324A (en) Laser beam machining apparatus
JP4961870B2 (en) Optical scanning device
JPH07287184A (en) Resonance type optical deflector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140820

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150519

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150716

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5868226

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150