JP7399367B1 - 反射型ビーム径可変光学系、レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 - Google Patents
反射型ビーム径可変光学系、レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7399367B1 JP7399367B1 JP2023553732A JP2023553732A JP7399367B1 JP 7399367 B1 JP7399367 B1 JP 7399367B1 JP 2023553732 A JP2023553732 A JP 2023553732A JP 2023553732 A JP2023553732 A JP 2023553732A JP 7399367 B1 JP7399367 B1 JP 7399367B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- parabolic mirror
- axis
- axis parabolic
- mirror
- optical system
- 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
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 243
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 47
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 28
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。反射型ビーム径可変光学系は、凹型の第1の軸外し放物面ミラー20と、凹型の第2の軸外し放物面ミラー30と、第1の可動基台としての可動基台40と、を備える。第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30は、第1の軸外し放物面ミラー20の焦点23の位置と第2の軸外し放物面ミラー30の焦点33の位置とを一致させて、可動基台40上に固定されている。可動基台40は、矢印41で示す可動方向に、すなわちz方向に移動自在な機構を備えている。
β=f2/f1 ・・・(1)
d2=β×d1=(f2/f1)×d1 ・・・(2)
図3は、実施の形態2に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。実施の形態2では、第2の軸外し放物面ミラー30に負の焦点距離を備えた凸型の軸外し放物面ミラーを使用している。また、実施の形態2においても、第1の軸外し放物面ミラー20の焦点23と第2の軸外し放物面ミラー30の焦点33とを一致させて配置していることは、実施の形態1と同様である。
図5は、実施の形態3に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。実施の形態3では、第1の軸外し放物面ミラー20の焦点23と第2の軸外し放物面ミラー30の焦点33とを一致させるとともに、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22と第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32とが一致するように、第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30を配置している。なお、実施の形態3では、平行光である入射光10の光軸11、平行光である出射光12の光軸13、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22、および第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32の何れの方向もx軸に一致するよう配置している。
図7は、実施の形態4に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。実施の形態4においても実施の形態3と同じく、第1の軸外し放物面ミラー20の焦点23と第2の軸外し放物面ミラー30の焦点33とを一致させるとともに、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22と第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32とがx方向で一致するよう第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30を配設している。
図8は、実施の形態5に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。実施の形態4では、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22と第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32とを一致させるとともに、光学系からの出射光16の光軸17を一定に維持する反射型ビーム径可変光学系を示したが、実施の形態5の反射型ビーム径可変光学系では、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22と第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32とが一致していない構成において、第2の可動基台70上に固定された第2の折り曲げミラー6を使用し、アフォーカル光学系の倍率に応じ、第2の折り曲げミラー6を適切な位置に設置している。このような構成によれば、第2の軸外し放物面ミラー30を出射する出射光12の光軸シフトの影響を補償し、第2の折り曲げミラー6を出射する光学系からの出射光16の光軸17の位置および方向(角度)を一定に維持することができるので、実施の形態4と同様な効果を得ることができる。
実施の形態1~実施の形態5では、第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30を同一の可動基台40上に固定し、第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30を平行移動させることによって、第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30から構成されるアフォーカル光学系の倍率を可変とし、出射光12のビーム直径d2を可変とする構成を示したが、ビーム径可変方法はこれに限るものではない。
図10は、実施の形態7に係る反射型ビーム径可変光学系の構成を示す模式図である。実施の形態7の反射型ビーム径可変光学系においては、第1の軸外し放物面ミラー20および第2の軸外し放物面ミラー30を平行移動させるための第4の可動基台60は、矢印61で示す第2の軸外し放物面ミラー30の回転主軸32に平行な方向と、矢印62で示す第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22に平行な方向との2方向に対し移動自在な可動機構を備えている。
実施の形態1~実施の形態7においては、反射型光学素子を使用し、収差の発生を効果的に抑制しながらビーム径を可変にするこができる反射型ビーム径可変光学系の構成について説明した。実施の形態8からは、反射型ビーム径可変光学系の具体的な実用事例として、レーザ加工機でのレーザ加工に使用するレーザ加工ヘッドの構成について記載する。
図13は、実施の形態9に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す模式図である。実施の形態9のレーザ加工ヘッドでは、コア直径d0の光ファイバ130を使用してレーザ光源からレーザ加工ヘッドまでレーザ光を伝送している。なお、図13には図示していないが、実施の形態9のレーザ加工ヘッドでは、レーザ光源に波長1070nmのファイバレーザを使用している。
d3=(f3/f0)×(f1/f2)×d0 ・・・(3)
図14は、実施の形態10に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す模式図である。実施の形態10のレーザ加工ヘッドにおいても、実施の形態9と同様、コア直径d0の光ファイバ130を使用してレーザ光源からレーザ加工ヘッドまでレーザ光を伝送する構成を採用している。また、光ファイバ130を出射したレーザ光である入射光14を、平行化ミラー120を使用して平行光にするとともに、第1の軸外し放物面ミラー20の回転主軸22の方向へ光軸を折り曲げる構成についても実施の形態9と同様である。
Claims (11)
- 第1の軸外し放物面ミラーの回転主軸の方向と同じ方向に平行光が入射される第1の軸外し放物面ミラーと、
前記第1の軸外し放物面ミラーの焦点に第2の軸外し放物面ミラーの焦点が一致するように配置される第2の軸外し放物面ミラーと、
前記第1の軸外し放物面ミラーおよび前記第2の軸外し放物面ミラーを前記第1の軸外し放物面ミラーの前記回転主軸の方向と異なる方向へ平行移動する第1の可動基台と、を備え、
前記第2の軸外し放物面ミラーから出射される出射光のビーム径を可変にする
ことを特徴とする反射型ビーム径可変光学系。 - 前記第2の軸外し放物面ミラーから出射される出射光の光軸を折り曲げる第2の折り曲げミラーと、
前記第2の折り曲げミラーを前記第2の折り曲げミラーのミラー面に平行な方向と異なる方向に平行移動させる第2の可動基台と、を備え、
前記第2の折り曲げミラーから出射される出射光の光軸の位置および方向を一定に維持する
ことを特徴とする請求項1に記載の反射型ビーム径可変光学系。 - 前記第1の軸外し放物面ミラーおよび前記第2の軸外し放物面ミラーの何れか一方が凸型の軸外し放物面ミラーである
ことを特徴とする請求項1に記載の反射型ビーム径可変光学系。 - 第1の軸外し放物面ミラーと、
前記第1の軸外し放物面ミラーの焦点に第2の軸外し放物面ミラーの焦点が一致するように配置される第2の軸外し放物面ミラーと、
入射する平行光の光軸を、前記第1の軸外し放物面ミラーの回転主軸の方向と同じ方向に折り曲げ、前記第1の軸外し放物面ミラーへ入射させる第1の折り曲げミラーと、
前記第1の折り曲げミラーを前記第1の折り曲げミラーのミラー面に平行な方向と異なる方向へ平行移動する第3の可動基台と、を備え、
前記第2の軸外し放物面ミラーから出射される出射光のビーム径を可変にする
ことを特徴とする反射型ビーム径可変光学系。 - 前記第2の軸外し放物面ミラーから出射される出射光の光軸を折り曲げる第2の折り曲げミラーと、
前記第2の折り曲げミラーを前記第2の折り曲げミラーのミラー面に平行な方向と異なる方向に平行移動させる第2の可動基台と、を備え、
前記第2の折り曲げミラーから出射される出射光の光軸の位置および方向を一定に維持する
ことを特徴とする請求項4に記載の反射型ビーム径可変光学系。 - 前記第1の軸外し放物面ミラーおよび前記第2の軸外し放物面ミラーの何れか一方が凸型の軸外し放物面ミラーである
ことを特徴とする請求項4に記載の反射型ビーム径可変光学系。 - 第1の軸外し放物面ミラーの回転主軸の方向と同じ方向に平行光が入射される第1の軸外し放物面ミラーと、
前記第1の軸外し放物面ミラーの焦点に第2の軸外し放物面ミラーの焦点が一致するように配置される第2の軸外し放物面ミラーと、
前記第1の軸外し放物面ミラーおよび前記第2の軸外し放物面ミラーを、
前記第1の軸外し放物面ミラーの回転主軸と前記第2の軸外し放物面ミラーの回転主軸を含む面内において、少なくとも異なる2つの方向へ平行移動させる第4の可動基台と、を備え、
前記第2の軸外し放物面ミラーから出射される出射光のビーム径を可変にする
ことを特徴とする反射型ビーム径可変光学系。 - 請求項1から7の何れか一つに記載の反射型ビーム径可変光学系と、
前記反射型ビーム径可変光学系から出射される出射光を集光する第1の非球面ミラーと、を備える
ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。 - レーザ光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバから出射されたレーザ光を平行光にして、前記反射型ビーム径可変光学系に入射させる第2の非球面ミラーと、を備える
ことを特徴とする請求項8に記載のレーザ加工ヘッド。 - 前記第1の非球面ミラーおよび前記第2の非球面ミラーは、軸外し放物面ミラーである
ことを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工ヘッド。 - 請求項8に記載のレーザ加工ヘッドを備える
ことを特徴とするレーザ加工機。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023019519 | 2023-05-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP7399367B1 true JP7399367B1 (ja) | 2023-12-15 |
Family
ID=89122217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023553732A Active JP7399367B1 (ja) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 反射型ビーム径可変光学系、レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7399367B1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010135769A (ja) | 2008-11-06 | 2010-06-17 | Komatsu Ltd | 極端紫外光源装置、極端紫外光源装置の制御方法 |
JP2012137510A (ja) | 2009-07-27 | 2012-07-19 | Chihiro Suzuki | 光学ユニット |
US20170325325A1 (en) | 2015-01-21 | 2017-11-09 | Trumpf Lasersystems For Semiconductor Manufacturing Gmbh | Adjusting a Beam Diameter and an Aperture Angle of a Laser Beam |
JP7154018B2 (ja) | 2018-03-02 | 2022-10-17 | 株式会社堀場エステック | 流体制御弁及び流体制御装置 |
-
2023
- 2023-05-25 JP JP2023553732A patent/JP7399367B1/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010135769A (ja) | 2008-11-06 | 2010-06-17 | Komatsu Ltd | 極端紫外光源装置、極端紫外光源装置の制御方法 |
JP2012137510A (ja) | 2009-07-27 | 2012-07-19 | Chihiro Suzuki | 光学ユニット |
US20170325325A1 (en) | 2015-01-21 | 2017-11-09 | Trumpf Lasersystems For Semiconductor Manufacturing Gmbh | Adjusting a Beam Diameter and an Aperture Angle of a Laser Beam |
JP7154018B2 (ja) | 2018-03-02 | 2022-10-17 | 株式会社堀場エステック | 流体制御弁及び流体制御装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2720811B2 (ja) | レーザ集光方法及び装置 | |
JP5520819B2 (ja) | レーザー照射を用いた材料の加工方法およびそれを行なう装置 | |
EP1271219A1 (en) | Laser beam delivery system with trepanning module | |
CN110908099B (zh) | 一种用于激光焊接机的准远心高功率光学聚焦镜头及其成像方法 | |
US9945792B2 (en) | Generating an array of spots on inclined surfaces | |
JP2005257735A (ja) | レーザビーム光学系およびレーザ加工装置 | |
CN111736329A (zh) | 一种双片式非球面镜zoom光学系统 | |
CN215545785U (zh) | 一种光学系统及激光加工设备 | |
EP1090321A1 (en) | Hole-coupled laser scanning system | |
US9958657B2 (en) | Optical element for focusing approximately collimated rays | |
JP7399367B1 (ja) | 反射型ビーム径可変光学系、レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工機 | |
WO2007014662A1 (en) | Optical system for creating a line focus scanning system using such optical system and method for laser processing of a substrate | |
US9217853B2 (en) | Divergence-changing device | |
CN111736355A (zh) | 一种基于微透镜组可调能量分布光学系统 | |
US20220234137A1 (en) | Laser processing head having a diaphragm to increase scan field of the laser beam | |
JP2009134316A (ja) | レーザビーム光学系およびレーザ加工装置 | |
WO2006066687A1 (en) | Optical system for creating a line focus, a scanning system for producing a scanning beam focus and a method for laser processing of a substrate | |
CN110488398A (zh) | 一种获得可调双焦点的自由曲面透镜 | |
TWI834736B (zh) | 雷射加工系統 | |
CN219900680U (zh) | 一种倍率可调的激光切割头 | |
CN211454086U (zh) | 一种用于激光焊接机的准远心高功率光学聚焦镜头 | |
JP6949289B1 (ja) | レーザ装置 | |
KR101920685B1 (ko) | 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈 | |
US20230191533A1 (en) | Laser processing apparatus and laser processing method | |
KR102657008B1 (ko) | 커브드빔을 이용한 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230904 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230904 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20230904 |
|
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: 20231107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7399367 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |